利用超聲波裝置處理材料的設備和方法

專利名稱：利用超聲波裝置處理材料的設備和方法
技術領域：
本發明涉及一種利用超聲波裝置處理材料的設備，其中所述材料包括至少兩層材料，所述超聲波裝置包括布置成與支承(abutment) 協作的超聲波焊頭(horn )，為此上述材料定位在上述超聲波焊頭和上 述支承之間限定的間隙中，并且上述超聲波焊頭和/或上述支承布置成 能夠移動以允許調節間隙的大小，為此所述設備還包括用于根據上述 處理過程中供給材料的能量來調整間隙大小的控制單元。本發明還涉及一種利用超聲波裝置處理材料的方法，其中所述材 料包括至少兩層材料，所述超聲波裝置包括布置成與支承協作的超聲 波焊頭，為此上述方法包括將上述材料定位于上述超聲波焊頭和上 述支承之間限定的間隙中；通過可移動地調節上述超聲波焊頭和/或上 述支承來調節間隙的大小；以及根據上述處理過程中供給材料的能量 來調整間隙的大小。
背景技術：
在某些布置用于處理連續材料料幅(web)的工藝中采用超聲波 技術。這一技術已經是熟知的并且適用于例如將由無紡材料類型的或 其它相對薄的材料層組成的兩層材料結合到一起。在這種結合(也稱 作超聲波焊接)的情況下，形成由兩層材料形成的層壓材料。通常在 如尿布、失禁墊、衛生巾和短褲襯墊之類吸收制品的生產中遇到這種 層壓材料。除了用來將不同材料結合到一起之外，超聲波技術還能夠用于其 它類型的處理，例如穿孔、切割、壓花或形成材料。例如，適于通過 超聲波技術來處理的材料能夠由無紡材料，即例如含有如聚乙烯、聚 丙烯、聚酯、尼龍等合成纖維的纖維材料制成。還能夠采用不同類型 纖維的混合物。例如，超聲波技術也能夠用來處理由聚乙烯或聚丙烯制成的熱塑性薄膜。對于將吸收制品用的兩層材料結合在一起的形式的處理而言，通 常以這樣的方式使用超聲波裝置，即以連續材料料幅或不連續制品的 形式供給材料，所述材料被給送經過或定位在與超聲波焊頭(屬于超 聲波裝置)和支承表面相關聯的位置上。該支承表面適于由轉動的支 承輥或用作支承的平面表面來限定。因此材料被定位在形成于超聲波 悍頭和支承輥之間的相對小的間隙中。為了實現所期望的兩種材料料 幅的結合，以一定的振幅和一定的功率驅動超聲波裝置。在通常的應用中，理想的是使超聲波焊頭和支承表面之間的間隙 保持基本不變。但是可以確定的是，在用超聲波焊頭的操作過程中可 能會產生一定的熱量。所產生的熱量通常導致尤其是在超聲波烊頭中 的熱膨脹，這則導致間隙大小的改變。超聲波焊頭的磨損，特別是實 際施加于下層材料的超聲波焊頭端部的磨損也會導致間隙大小的改 變。這在通常情況下是一缺陷，因為用超聲波裝置的處理則會導致令 人不滿意的結果。例如，過小的間隙將導致處理過程中過高等級的供 給能量，這會導致損害材料。相反的情況，即過大的間隙可能會產生 不充分的焊接效果，因此造成所述材料的結合較差。為了解決上述問題，先前公開了使用上述間隙大小能夠調整的超 聲波裝置。在這種情況下，這能夠通過利用機械裝置使超聲波裝置相 對于支承表面移動來實現。為了可移動地布置超聲波裝置和/或支承， 能夠根據反映超聲波裝置的操作狀況的不同參數來進行該調整。專利文獻US61卯296爿^開了 一種用于解決上述問題的超聲波處理 系統。根據該文獻，使用了一種測力傳感器型傳感器，借助于該傳感 器，能夠檢測到從超聲波焊頭作用到支承輥上的力。與測量到的力相 應的信號被傳送到一控制單元，該控制單元則布置成提供超聲波裝置 的控制，以便根據上述力調整間隙的大小。因此能夠將間隙大小連續 調整到最佳值，從而使得在所述過程中供給材料基本相同等級的能量。 這樣則提供均勻且可預知的超聲波處理。盡管先前公開了根據超聲波裝置影響材料和支承所用的力來調整間隙大小的原理，但是可以確定的是在某些情況下可能出現了改進這 種類型的調整的需求。例如，在將兩個材料料幅結合形成層壓材料方 面，現有技術沒有利用超聲波技術提供充分均勻和可靠的處理。例如， 如果一個材料比另一個材料狹窄，則很難在材料料幅之間獲得均勻且 牢固的結合，這又可以歸因于沿兩材料料幅的組成材料的尺寸、密度 或其它特征的變化。相對于前面的背景技術，可以確定的是，需要利用超聲波技術的設備和方法來更加均勻、更加穩定和更加有效的焊封(sealing)由兩 層或多層材料構成的層壓材料。 發明內容因此本發明的一個主要目的是解決上述問題，利用超聲波裝置形 成均勻可靠的處理，具體地是將至少兩個材料料幅結合在一起。上述目的通過引言提到的一種設備實現，所述設備包括用于測定 上述材料的至少一個預定尺寸的檢測裝置，上述控制單元布置成與該 檢測裝置協作以便至少根據上述尺寸來調整間隙的大小。還通過引言提到的一種方法實現所述目的，所述方法包括檢測 上述材料中的至少 一個預定尺寸；以及至少根據上述尺寸調整間隙的 大小。通過本發明獲得了顯著的優點，在處理過程中供給材料的能量能 夠保持高度均勻的值，這是由于使用上述測量尺寸作為調整間隙大小 的輸入參數。根據本發明優選采用組成材料的寬度測量形式的尺寸測 量。因此能夠通過本發明將間隙大小的調整實現為材料的實際寬度的 函數，這樣就例如在將無紡材料的兩個料幅結合在一起的情況下，形 成了非常均勻的高質量處理。這主要歸因于借助于超聲波處理供給的 能量能夠適合組成材料的實際尺寸這一事實。根據本發明，在上述尺寸測量的同時利用用于光學檢查的設備。 例如，利用布置成與超聲波裝置協作的攝像機能夠連續記錄組成材料 的寬度測量值。然后利用該測量值調整超聲波焊頭和支承之間的間隙 的大小。因此間隙的控制對應于處理過程中所供給的能量的控制。


下面對優選的例證性實施例并參考附圖對本發明進行描述。圖l是旨在用于與本發明結合的超聲波裝置的示意性側視圖； 圖2示出沿圖1中線II-II的、相對于圖l略微放大的剖視圖； 圖3示意性地示出如何利用本發明來調節超聲波裝置； 圖4示出一曲線，其表示測量尺寸和根據本發明的旨在用于調節的校正值之間的關系。圖5示意性地示出本發明如何可以可供選擇地用來調整超聲波裝置，以及圖6a-b示出本發明可以使用的可供選擇的材料構造。
具體實施方式
圖l是旨在用于與本發明結合的用于超聲波處理的設備l的示意 性側視圖。更確切地說，根據現有技術，設備l包括帶有超聲波焊頭 3的超聲波裝置2,超聲波焊頭3則制成有一接觸裝置4，即一端部件。從圖1中還能夠理解的是，超聲波裝置2被布置成靠近轉動支承 輥5，該支承輥5的圓周限定支承表面。更確切地說，超聲波焊頭3 的接觸裝置4面向材料，并且被布置成與支承輥5的圓周間隔小的距 離。這樣就形成了小的間隙6，即接觸裝置4和支承輥5圓周表面之 間的相對小的距離。通過這一間隙6給送由兩層材料7、 8，更確切地 說是由上層材料7和下層材料8構成的層壓材料。這些材料層7、 8 構成了連續材料料幅，該材料料幅來自折疊材料或類似材料并且從輥 (這里未示出)給送并向前穿過間隙6，從而能夠以下面更詳細描述 的方式結合形成層壓材料。這里必須注意的是，圖1示出本發明的優選實施例，其在本發明 的范圍內能夠以可供選擇的方式實施。例如，所述材料層不必由連續 的材料料幅構成，而是可供選擇地可以由給送穿過間隙的單獨的切割 材料段構成。此外，對于所述材料而言不是必須在其移動穿過間隙的 過程中被給送，而是可供選擇地，在實際的超聲波處理過程中這些材 料能夠被定位在間隙中而不運動。先前公開了借助于適當的驅動設備給送材料料幅穿過超聲波裝置 中的間隙的原理，因此這里不再更詳細地描述這一原理。超聲波裝置2用于利用超聲波技術，例如以焊接、切割、穿孔、 壓花或其它類型的超聲波處理形式進行處理。超聲波焊接類型的處理， 即把兩層或多層材料結合到一起的處理用在下面將描述的實施例中。 但是，本發明不限于僅用于超聲波焊接，而是可供選擇地，本發明也 可以用于上述任意其它類型的處理。本發明特別適合用于這樣的應用，其中材料料幅7、 8由無紡材料 即含有纖維的纖維材料如聚烯烴構成，即例如聚乙烯和聚丙烯之類的聚合材料，或者可供選擇地由聚酯、尼龍等制成的材料構成。此外， 不同類型纖維的混合物也能夠用在材料料幅7、 8中。尤其是這些材料 用于制造例如尿布、失禁墊、衛生巾和短褲襯墊形式的吸收制品。但 是，本發明不限于僅用于無紡材料的處理，而是也能夠應用于其它材 料，例如聚乙烯或聚丙烯之類的熱塑性薄膜的處理。材料料幅7、 8 也可以由天然纖維(如木質纖維或棉纖維)、泡沫材料或能夠利用超聲 波處理進行焊接的其它材料制成。在所述制造過程中，以先前公開的方式驅動超聲波裝置2，即以 這樣的方式超聲波坪頭3的接觸裝置4向下壓在材料層7、 8上，同時 這些材料層根據圖1中箭頭示意性地示出的那樣(即向圖1的左側) 前進。與此同時，以特別設定的頻率和功率輸出驅動超聲波裝置2， 從而將兩層材料7、 8焊接在一起。根據這一實施例，能夠在如圖1 所示那樣布置的兩層材料7、 8上適當地執行該焊接工藝，盡管這也能 夠從圖2來理解，其中圖2是沿圖1中線II-II的視圖，即橫向穿過超 聲波焊頭3且直接向下朝向兩層材料7、 8看去的視圖。從圖2中能夠 理解的是，上層材料7的寬度bi小于下層材料8的寬度b2。這些材料 層7、 8將沿上層材料7的相應側邊緣7a、 7b在這些側邊緣7a、 7b 之間的適當區域內焊接在一起。這特別在圖2中表示出，其中已經在 材料層7、 8上形成焊接圖案9。更確切地說，示出焊接圖案9沿剛好 給送經過超聲波焊頭3的材料層7、 8的區段，也就是說在圖2中焊接圖案9位于超聲波焊頭3左側，照這樣已經層壓在一起。以先前公開 的方式通過選擇支承輥5的適當的相應設計來選定焊接圖案9。關于這一點必須注意的是，本發明能夠應用于各種構造的材料層， 下面參照圖6a和6b對此進行更詳細的描述。暫時還必須指出的是， 本發明不限于圖2所示的具有兩層材料7、 8的特定構造，其中第二層 材料8比第一層材料7寬，并且第一層材料位于另一層材料8之上從 而第一層材料終止于其側邊緣內。參照圖2示出的實施例，可以注意到的是，兩層材料7、 8以這樣 的方式結合在一起，即上層材料7的側部7a、7b理想地被牢固地焊封。 為此，超聲波焊頭3的接觸裝置4布置成其橫截面(即沿著基本橫向 于材料層7、 8的縱向延伸的方向看去)的寬度b3超過上層材料7的 寬度b!。材料7、 8的縱向由圖2中箭頭指示。因此，上層材料7的 寬度b廠沿縱向能夠變化到一定程度，根據從圖2中能夠理解的，超聲 波焊頭的接觸裝置4的寬度b3必須超出上層材料7寬度b！—定的量。 超聲波焊頭3還與支承輥5相互作用，以實現上述的焊接圖案9，支 承輥的圓周以先前公開的方式(這里未示出)形成。根據從圖2中能 夠理解的，該焊接圖案9還延伸超出上層材料7的側邊緣7a、 7b —段 短的3巨離。根據現有技術能夠基于多種因素形成所選定的焊接圖案9，這些 因素例如是所期望的成品性能、所期望的成品外觀以及允許高效制造 的目的(即取決于工藝學要求和希望)。圖2所示的焊接圖案9僅僅是如何形成這類焊接圖案的一個實例，在本發明的范圍內多種其它變型 是可以的，例如取決于所期望的處理類型以及成品所追求的特性。由于特別是引言中提到的與超聲波坪頭3的熱膨脹有關的問題， 根據本發明的設備1布置用來調整間隙6的大小。因此本發明確保向 材料層7、 8供給一定的設定好的基本恒定等級的能量，以實現所期望 的超聲波處理。為此，超聲波裝置2被布置成能夠移動，使得超聲波 焊頭3的接觸裝置4的位置可以相對于支承輥5變化。進一步參照圖 1，能夠理解的是，所述設備1包括驅動單元10，該驅動單元由電動機或可供選擇地由液壓傳動裝置構成。驅動單元IO用于調節超聲波焊 頭3相對于支承輥5的位置。這適當地通過使整個超聲波裝置2相對 于驅動單元10移動來進行，所述驅動單元10則根據圖1所示意性地 示出的那樣被固定連接在固定裝置11或類似裝置上。驅動單元10自 身經由動力傳輸裝置12與超聲波裝置2連接。驅動單元10還與一控 制單元13電連接，該控制單元適當的是基于計算機的并且被布置成根 據一定的輸入信號來控制驅動單元10，下文將對此進行更詳細的描 述。必須指出的是，可供選擇地能夠以這樣的方式實施本發明，即將 支承輥5而不是超聲波裝置2布置成能夠移動。根據進一步的變型， 支承輥5和超聲波裝置2都可被布置成能夠移動，以便允許調整間隙 6的大小。優選地，將傳感器14布置到驅動單元10和超聲波裝置2之間， 以用于在超聲波焊頭3和材料層7、 8接觸時檢測作用在材料層7、 8 和支承輥5上的力。該傳感器14適當的是先前所公開的測力傳感器型 傳感器，其基于將機械力轉換成電輸出信號這一原理。作為測力傳感 器的可供選擇的實施例，也能夠采用例如應變計或壓電元件型傳感器 來實施本發明。根據從圖1中能夠理解的，測力傳感器14與控制單元13電連接， 因此控制單元13布置成根據從測力傳感器14接收到的與測量到的力 F有關的信號，將超聲波裝置2調節到相對于支承輥5在豎直方向上 的適當位置上。換言之，借助于測力傳感器14能夠檢測到作用在材料 層7、 8和支承輥5上的力F，如果間隙6的大小改變(這可能是由超 聲波裝置2中的溫度變化引起)，由測力傳感器14檢測到的力F也會 變化。為了通過合適量的供給能量保持正確的超聲波焊接，因此控制 單元13可以用于以這樣的方式控制驅動單元10,即如圖1中箭頭15 所示意性地指示的，在豎直方向上對超聲波裝置2的移動進行控制。 因此這樣的移動導致可控地改變間隙6的大小。本發明的基本原理是利用材料組成層的某一尺寸測量來調節間隙6的大小。根據圖示的實施例，該尺寸測量是測量上層材料7的寬度 Ih(參見圖2)。然后利用該寬度測量值調節間隙6的大小。因為為了 結合超聲波焊接(假定一定的設定好的加工速度)實現一定的層壓材 料長度，所需的能量取決于超聲波焊頭3和支承輥5之間的接觸面積， 所以上層材料7寬度的任何變化都會導致所供給的能量等級不是用 以實現所需要的焊接程序的最佳等級。例如，如果上層材料7的某一 區段(沿其縱向看去)具有相對小的寬度bp那么經由超聲波烀頭3 輸送的能量將相對高，且存在損害組成材料7、 8的危險。相反，可以 注意到的是，如果上層材料7的一特定區段具有相對大的寬度bn那 么經由超聲波焊頭3輸送的能量將相對低，且存在焊接接點9不完整 的危險。因為支承輥5和超聲波裝置2被布置成使焊接圖案9延伸超出上 層材料7側邊緣7a、 7b—定程度，所以接觸面被限定在超聲波焊頭3 的接觸裝置4和焊接圖案的一部分之間，所述焊接圖案的一部分被材 料層7、8二者覆蓋。這意味著接觸面積能夠被表示為材料寬度的函數。 接觸面的長度本身取決于支承輥5的直徑和所釆用的焊接設備的類 型。對于每個具體的應用這一參數都保持不變。為了實現一定的層壓 材料長度(假定一具體的加工速度)所需的輸入能量能夠被表示為線 速度和接觸面積的函數，其中接觸面積這一參數隨著寬度的任何改 變而改變。因此線速度保持不變而寬度bi變化的工藝意味著對于預期 的焊接工藝而言，輸入的能量將不是最佳的。因此由于如上所述的原因，本發明是基于連續測量上層材料7的 寬度l^這一原理。根據本實施例，通過光學檢查單元形式的檢測裝置 來實現寬度的測量，所述光學檢查裝置適當地由布置成鄰近材料層7、 8的攝像機(camera) 16構成。攝像機16被適當地布置成能夠固定 不變地檢查和記錄沿根據圖2所示意性地示出的區段17的圖像。該區 段17沿材料7、 8的縱向延伸一段短的距離，并且超出最上面材料7 的寬度^一定的量，即沿材料7、 8的橫向。對應于這一寬度測量值 的信號被傳輸到控制單元13，并且被用于超聲波裝置2的定位，即用于調整間隙6的大小。攝像機16是先前所公開的類型，根據該實施例，所述攝像機為用 于連續記錄區段17內的圖像的攝影機。更確切地說，攝像機16包括 一系列光敏元件，該攝像機利用光敏元件記錄共同組成區段17的大量 點內的光傳輸。在測量的同時，材料層7、 8將相對于攝像機16沿材 料層7、 8的縱向移動。在相對運動的過程中，攝像機16檢測到區段 17內的光傳輸，因此區段17的范圍經過上層材料7的側部7a、 7b。 關于記錄圖像的信息被傳輸給控制單元13，該控制單元則設置有用于 圖像處理的軟件。該軟件布置成在兩層材料7、 8經過攝像機16下方 時，檢測由上層材料7限定的側部7a、 7b的相應位置。從關于所檢查 區段17內的側部7a、 7b之間距離的信息中獲得了上層材料7的寬度 b,的測量值。必須指出的是，本發明不限于執行寬度測量的材料層為 定位在層壓材料最上面這一種情況。本發明通常能夠用于對包含在層 壓材料中的所選擇材料進行寬度或相應尺寸的測量，而不管所述材料 是位于層壓材料中最上面還是占據層壓材料中某些其它位置。根據一個可供選擇的實施例，攝像機能夠是例如CCD ("電荷耦 合器件，，)類型的，即布置成一排或多排的一系列光敏傳感器。借助于 這一布置能夠檢測到區段17內的光強度。同樣地在攝影機的情況下， 關于區段17內光強度的信號能夠被傳輸給控制單元13以用于進一步 的圖像分析和處理，從而獲得寬度l^的測量值。根據另一可供選擇的 實施例，檢測裝置例如能夠基于激光技術，即采用激光源與光敏檢測 器相聯以便測定寬度^。根據又一實施例，檢測裝置能夠基于IR技術或能夠利用微波傳感器。圖3以模塊的形式示意性地示出如何利用測定上層材料7的寬度lh來調整間隙6的大小。上述某些部件盡管在這種情況下為功能模塊 的形式，但是也在圖3中示出以便圖解調整間隙6大小的功能。應當 注意的是，在這種情況下為了測定寬度1^,使用攝像機16來記錄傳 送給控制單元13的信號S。與此同時，還使用上述測力傳感器14來 檢測作用在兩層材料7、 8和支承輥5上的力F。控制單元13包括被適當地設計的硬件和軟件形式的功能模塊 13a，該功能模塊13a布置成把信號S視為其起始點，以便計算表示上 層材料7寬度b廠測量值的數值。該寬度尺寸！^在第二功能模塊13b 中被轉化成校正系數AF。下面將描述這一轉化過程。然后將該校正系 數AF加到上述力F的數值中，這一過程在布置用于上述相加的第三 功能模塊13c中進行。因此，所述校正系數AF對應于一個數值，該 數值用于校正由于上述寬度h的變化而引起的所需的供給焊接能量 的變化。表示寬度!^對焊接能量校正的影響的函數適當的是從理論推 導得出和/或經由對不同寬度材料所需能量的試驗研究得出的。這里還 考慮了存在于支承輥5上并限定焊縫9的設計的烊接圖案(未示出)。因此來自于第三功能模塊13c的信號構成了控制單元13的輸出信 號，該輸出信號對應于組合值F+AF。然后將該輸出信號傳送給上述 驅動單元10,該驅動單元10則調整間隙6的大小，以便在用超聲波 裝置2操作的過程中向兩層材料7、8供給基本均勻且最佳的焊接能量。必須注意的是，控制單元13在圖3中用虛線示意性地表示出，以 便表示上述三個功能模塊13a、 13b、 13c包括設計用于上述控制單元 13的硬件和軟件。參照圖4，提供一個表示上層材料7的寬度h的測量值和借助于 功能模塊13b (參見圖3)獲得的校正系數AF之間的關系的曲線。應 當注意的是，在這種情況下，圖4所示的曲線外觀對應于從寬度lh的 測量值轉化成校正系數AF，所述校正系數被加到對應于力F的信號 中。所述曲線的外觀與優選基于所采用的焊接圖案的外觀和功能的理 論關系相對應。在這種情況下所采用的焊接圖案通常為定位在支承輥 5圓周周圍的多個凸起點的形式。凸起點的數量、位置、尺寸及密集 度等則共同確定了如何從寬度尺寸轉化為校正系數AF。在這種情況下 所述曲線形成為先前確定的寬度l^的測量值和被加到力F的測量值中 的校正系數AF之間的關系，以便提供間隙6的大小的最佳調節，即 向材料層7、 8中供給正確的焊接能量。因此，通常能夠利用本發明根據上層材料7的寬度l^來控制焊接14工藝的能含量。根據圖4的曲線被方便地存儲在控制單元13中，以便 寬度^的數值能夠簡單地轉化為用于校正系數AF的測量值。這還意 味著不同的處理工藝也將給出根據圖4的曲線的不同外觀，其中在不 同的處理工藝中，采用不同類型的支承輥甚至是不同類型的焊接圖案。 這則意味著能夠利用本發明，使得能夠以適當的方式將支承輥的改變 記錄到控制單元中，以便控制單元13總是包含有關所采用焊接圖案的 正確信息。借助于這一信息，然后可以利用相應的曲線使寬度b,轉化 成校正系數AF。總而言之，能夠確定的是，能夠采用本發明為材料7、 8的超聲波 處理提供連續的適合能量。根據本發明的系統和方法特別適用于主要 連續沿邊緣焊封的目的，例如用在用于吸收制品的某些層壓材料。在 一個實際的應用中，上層材料7的寬度！^在材料縱向上可以呈現大約 士20mm數量級的變化，該變化對應于來自超聲波焊頭3的力的大約 士125N數量級的變化。在相對高的處理速度下，對上層材料7寬度l^ 的這一影響是特別顯著的，尤其是在那些需要沿一個邊緣的連續焊縫 的應用中。然后使寬度測量值與供給材料層所需要的適當能量相關， 以便使超聲波處理為最佳。作為對于上層材料寬度&的尺寸測量的可供選擇的實施例，本發 明還能夠應用于測量另一尺寸，如材料層7、 8的任一層的厚度，或者 可供選擇地是材料層7、 8的組合厚度。作為另一可供選擇的實施例， 根據本發明還能夠采用寬度和厚度的組合用于所述調整。對于尺寸測量的又一可供選擇的實施例包括從一基準點計算上層 材料7的一個邊緣7b的位置的連續測量，所述基準點例如可以由支承 輥5的一個邊緣來表示。該測量值由圖2中的附圖標記d!表示。在這 種情況下，通過上面指出的類推，能夠根據材料層7邊緣7b的瞬時位 置來調節間隙6的大小，所述瞬時位置可以借助于攝像機16檢測到。上述實施例是基于利用測力傳感器14提供與超聲波裝置2所產生 力F相關的信號，與此同時還利用寬度的測量值來限定校正系數 AF。必須指出的是，本發明原則上即使在沒有測力傳感器的情況下也能夠實施。在這種情況下，寬度尺寸能夠單獨地、或可供選擇地與一 些其它參數組合用于調整間隙的大小。參照圖5，示出一可供選擇的方案，該方案沒有使用測力傳感器， 僅僅是利用某一尺寸測量值，適當地是上層材料7的寬度lh的測量值 作為輸入參數。在這種情況下，根據圖5的控制單元13，包括適當設 計的硬件和軟件形式的功能模塊13a，，所述功能模塊13a，布置成把攝 像機16的信號S作為起始點，以用于計算表示上層材料7寬度ln測 量值的數值。這一寬度尺寸lh在第二功能模塊13b中轉化成校正系數 AG，該校正系數則對應于將要供給給驅動單元10的電信號，驅動單 元則調整間隙6的大小，從而在用超聲波裝置2操作的過程中將基本 均勻且最佳的能量供給兩層材料7、 8。因此在這一可供選擇的實施例 中，校正系數AG對應于可以對由于上述寬度lh變化而引起的所需供 給的焊接能量的變化實現校正的數值。本發明通常適于與利用熱機械或機械接合工藝的處理結合使用， 上述處理與根據材料寬度或一些其它等效參數的所需供給能量相關。 通過焊接應用的例子應當提到的是，所述焊接應用要求焊接圖案寬于 組成材料的至少其中任一材料。圖6a對應于根據圖2的視圖，但是示出本發明的一個可供選擇的 實施例，其中使用了一種不同構造的材料。因此，圖6a示出如下情況 第一層材料7，必須結合到第二層材料8，，盡管它們彼此部分地疊置。 這不同于從圖2中能夠理解的變型，在圖2中第一層材料7完全位于 第二層材料8的側邊緣內。根據從圖6a中能夠理解的，為清楚起見，第一層材料7，特別由 斜線標識。因此，第一層材料7，定位在第二層材料8，上方。可供選擇 地，第一層材料7，能夠定位在第二層材料8，下方。借助于超聲波處理， 材料層7，、 8，必須沿它們的相應邊緣結合在一起，從而形成焊接圖案 9，。在這種情況下，也適宜采用攝像機形式的檢測裝置16來檢測尺寸 A，該尺寸表示從上層材料7，的一個邊緣7a，到一基準點的距離，其中 所述基準點適當的是支承輥5的側面或一些其它固定的基準點。為此，攝像機16則對區段17，進行分析，該區段17，在期望上層材料7，的邊 緣7a，定位的整個區域上延伸。因此，這里沒有利用寬度尺寸，而是 利用邊緣位置沿基本橫向于材料縱向延伸的方向變化的測量尺寸。圖6b示出本發明的又一變型，該變型中采用了三種不同的材料， 更確切地說，第一層材料7，，以與圖6a相同的方式部分地疊置在第二 層材料8"上。此外還具有疊置在第二層材料8"相對側上的第三層材 料18。在這種構造中，利用超聲波裝置沿兩個邊緣形成焊接圖案9"， 這兩個邊緣限定在材料彼此疊置的位置。在這一變型中，能夠通過測 量第一層材料7，，和第三材料層18的相互面對邊緣之間的距離1)3來利 用本發明。因此，能夠以類似于如上所述的方式利用該測量值，以便 調節超聲波裝置上的間隙大小。從上述內容類推，根據圖6a和6b的材料構造的尺寸測量不限于 位于層壓材料中最上面的一個或多個材料，而是能夠在層壓材料中的 所有組成材料中進行尺寸測量。本發明不限于上面指出的內容，在專利權利要求的范圍內各種實 施例是可以的。例如，本發明不限于僅僅是焊接，而是可以用于利用 超聲波技術的其它類型的處理，其中利用取決于上層材料7的測量尺 寸的參數來調節間隙6的大小。本發明還能夠用于其它類型的材料， 例如無紡材料，或者其它類型的合成材料或紡織材料。本發明能夠應 用于具有數量變化的材料組成層的不同類型的層壓材料。根據本發明的設備能夠通過用于調節輸入的焊接能量的各種類型 的控制系統來實現，只要其能夠處理與寬度測量有關的測量信號和反 饋信號即可。所述系統能夠用于與固定的超聲波焊頭協作，所述固定的超聲波 焊頭即相對于支承不旋轉但能夠移動的超聲波焊頭，或者可供選擇地 所述系統能夠與可旋轉的超聲波焊頭和固定的支承表面協作。還能夠采用其它類型的支承表面作為上述支承輥5的可供選擇的 實施例。例如，支承表面可以由用作支承的平面表面限定。
權利要求
1.一種利用超聲波裝置(2)處理材料(7，8；7’，8’；7”，8”；18)的設備(1)，其中上述材料包括至少兩層材料，上述超聲波裝置包括布置成與支承(5)協作的超聲波焊頭(3)，為此上述材料(7，8；7’，8’；7”，8”；18)定位在上述超聲波焊頭(3)和上述支承(5)之間限定的間隙(6)中，并且上述超聲波焊頭(3)和/或上述支承(5)布置成能夠移動以允許調節間隙(6)的大小，為此上述設備(1)還包括根據上述處理過程中供給材料的能量來調整間隙(6)大小的控制單元(13)，其特征在于上述設備(1)包括用于測定上述材料(7，8；7’，8’；7”，8”；18)的至少一個預定尺寸(b1；d1；b3)的檢測裝置(16)，上述控制單元(13)布置成與上述檢測裝置協作以用于根據至少一個上述尺寸(b1；d1；b3)來調整間隙(6)的大小。
2. 如權利要求1所述的設備，其特征在于上述尺寸包括至少一 個上述材料層(7)在基本橫向于上述材料(7)的縱向延伸的方向上 的寬度(bj。
3. 如權利要求1或2所述的設備，其特征在于上述設備(1)包 括用于測量力(F)的傳感器(14)，其中上述超聲波裝置(2)將該 力作用在上述材料和支承(5)上，上述控制單元(13)布置成與該傳 感器協作以用于根據上述力(F)調整間隙(6)的大小。
4. 如權利要求3所述的設備，其特征在于上述控制單元(13) 布置成用于將寬度(bj的測量值轉化成校正系數(AF; AG)，該校 正系數被加到在上述調整過程中對應于上述力(F)的數值中。
5. 如權利要求4所述的設備，其特征在于寬度(b。的測量值 和上述校正系數(AF; AG)之間的關系由形成于上述支承(5)中的 焊接圖案的設計和功能確定。
6. 如前述權利要求中任一項所述的設備，其特征在于上述檢測 裝置(16)包括對上述材料(7, 8; 7，， 8，； 7"， 8"; 18)的預定區 段(17; 17，； 17，，)的光學檢查，其中該檢測裝置由攝影機、CCD設備或其等效物構成。
7. 如前述權利要求中任一項所述的設備，其特征在于上述支承 (5)由旋轉支承輥構成。
8. 如前述權利要求中任一項所述的設備，其特征在于上述超聲 波裝置(2)布置用于以超聲波焊接的形式處理至少兩層材料(7， 8; 7，， 8，； 7"， 8"; 18)來形成層壓材料。
9. 如前述權利要求中任一項所述的設備，其特征在于上述材料 層(7, 8)包括布置用于焊接到下層材料(8)的上層材料(7)，并且 上層材料(7)的寬度(bj小于下層材料(8)的寬度(b2)，并且沿 上層材料(7)的側邊緣(7a， 7b)限定焊縫(9)。
10. —種利用超聲波裝置(2)處理材料的方法，其中上述材料包 括至少兩層材料(7， 8; 7，， 8，； 7"， 8"; 18)，上述超聲波裝置(2) 包括布置成與支承(5)協作的超聲波焊頭(3)，其中上述方法包括將上述材料(7， 8; 7，， 8，； 7", 8"; 18)定位于上述超聲波焊 頭(3)和上述支承(5)之間限定的間隙(6)中，通過可移動地調節上述超聲波焊頭(3)和/或上述支承(5)來調 節間隙(6)的大小，以及根據上述處理過程中供給材料(7， 8)的能量來調整間隙(6)大小，其特征在于上述方法還包括檢測上述材料(7， 8; 7，， 8，； 7"， 8"; 18)中的至少一個預定 尺寸(br,山；b3)，以及根據至少一個上述尺寸(In; d" b3)調整間隙(6)的大小。
11. 如權利要求10所述的方法，其特征在于上述尺寸的測定包 括測量上述材料(7)在基本橫向于上述材料(7)的縱向延伸的方向 上的寬度(b,)。
12. 如權利要求10或11所述的方法，其特征在于上述方法還包 括測量上述超聲波裝置(2)作用在材料(7， 8; 7，， 8，； 7", 8"; 18) 和支承(5)上的力(F)，并根據上述力(F)調整間隙(6)的大小。
13. 根據權利要求12所述的方法，其特征在于上述方法包括將 寬度(b!)的測量值轉化成校正系數(AF; AG),其中該校正系數被 加到在上述調整過程中對應于上述力(F)的數值中。
14. 如權利要求10-13中任一項所述的方法，其特征在于對上述 材料(7， 8)的至少一個預定尺寸b3)的上述測定采取對 上述材料(7, 8; 7，， 8，； 7", 8"; 18)的預定區段(17; 17，; 17") 進行光學檢查的形式。
15. 如權利要求10-14中任一項所述的方法，其特征在于上述處 理包括對至少兩層材料(7， 8; 7，， 8，； 7"， 8"; 18)進行超聲波焊 接。
全文摘要
本發明涉及一種利用超聲波裝置(2)處理材料(7，8；7’，8’；7”，8”；18)的設備(1)，其中上述材料包括至少兩層材料，上述超聲波裝置包括布置成與支承(5)協作的超聲波焊頭(3)，并且上述材料(7，8；7’，8’；7”，8”；18)定位在上述超聲波焊頭(3)和上述支承(5)之間限定的間隙(6)中，并且上述超聲波焊頭(3)和/或上述支承(5)布置成能夠移動以允許調節間隙(6)的大小，為此上述設備(1)還包括根據上述處理過程中供給材料的能量來調整間隙(6)大小的控制單元(13)。根據本發明的上述設備(1)包括用于測定上述材料(7，8；7’，8’；7”，8”；18)的至少一個預定尺寸(b₁；d₁；b₃)的檢測裝置(16)，上述控制單元(13)布置成與上述檢測裝置協作以用于根據至少一個上述尺寸(b₁；d₁；b₃)來調整間隙(6)的大小。本發明還涉及一種用于上述處理的方法。
文檔編號B23K20/10GK101222998SQ200580051104
公開日2008年7月16日 申請日期2005年7月20日 優先權日2005年7月20日
發明者E·英韋松, H·尼奎斯特, M·萊赫托 申請人:Sca衛生產品股份公司