超聲波焊接設備和超聲波焊接方法與流程

1.本發明涉及一種超聲波焊接設備和一種超聲波焊接方法。
2.該申請要求基于在2021年7月29日提交的韓國專利申請第10-2021-0099891號的優先權利益，并且該韓國專利申請的全部內容通過引用并入本文。


背景技術：

3.近來，能夠充電和放電的二次電池已經被廣泛用作無線移動裝置的能源。此外，二次電池已經作為電動車輛、混合動力電動車輛等的能源而獲得關注，并且被提出作為用于解決使用化石燃料的現有汽油車輛、柴油車輛等的空氣污染的方案。相應地，由于二次電池的優點，使用二次電池的應用的種類已經多樣化，并且將來，預期二次電池將被應用于比現在更多的領域和產品。
4.在每一個小型移動裝置中使用一個、兩個、三個或四個電池單體，并且由于需要高功率和高容量而在諸如車輛的中型到大型裝置中使用多個電池單體被電連接的電池模塊或者多個電池模塊被連接的電池組。因為優選的是制造尺寸小并且重量輕的電池模塊，所以主要使用具有小的相對于容量的重量的棱柱型電池、袋型電池等作為中型到大型電池模塊的電池單體。
5.在電池單體中，設置有多個單元單體被堆疊的電極組件，并且通過焊接從單元單體拉出的電極接線片將單元單體電連接。此外，成束的被焊接的電極接線片被焊接到電極引線，從而電連接電池單體或者電池單體和外部設備。
6.超聲波焊接方法被用于焊接電極接線片以及電極接線片和電極引線。
7.圖1是圖示超聲波焊接電極接線片和電極引線的過程的示意性視圖。
8.從電極組件拉出的接線片w1被豎直地堆疊在電極引線w2上并且被定位在超聲波焊接設備的底砧20上。為超聲波焊接提供振動的焊頭10位于底砧20的上方。焊頭10向下移動到作為焊接目標構件的接線片w1和引線w2，并且擠壓和振動焊接目標構件，以超聲波焊接接線片和引線。
9.在超聲波焊接期間，因為焊頭10在擠壓焊接目標構件的同時進行焊接，所以焊接質量由焊頭10的擠壓力確定。例如，在超聲波焊接期間，當焊頭10的擠壓力小時，可能發生弱焊接，從而引起接線片w1從引線w2分離。相反，當焊頭10的擠壓力太大時，存在接線片或引線被斷開或者焊頭或底砧被過早磨損的問題。
10.相應地，在使用焊頭和底砧的超聲波焊接期間，重要的是將焊頭的擠壓力維持在預設范圍內或者維持在最佳擠壓力。然而，傳統上，無法準確地檢查焊頭的擠壓力。例如，即使當壓力傳感器被安設在底砧上并且測量焊頭的擠壓力時，因為超聲波振動在焊接期間被施加到焊頭，所以也不能準確地測量焊頭的擠壓力。此外，因為每當焊接目標構件被更換或者磨損的焊頭或底砧被更換時，焊頭的擠壓力就稍微改變，所以存在難以以一致的焊接質量執行超聲波焊接的技術問題。
11.相關技術
12.專利文獻
13.韓國專利公報第10-2021-0037902號


技術實現要素：

14.技術問題
15.本發明的目的在于提供能夠準確地測量焊頭的擠壓力并且調節焊頭的向下行程以滿足預設擠壓力的一種超聲波焊接設備和一種超聲波焊接方法。
16.技術方案
17.根據本發明的一種超聲波焊接設備包括：擠壓力測量底砧，所述擠壓力測量底砧包括擠壓力測量傳感器；焊頭，所述焊頭被安設成能夠在所述擠壓力測量底砧的上方上下移動，并且當向下移動時擠壓所述擠壓力測量底砧；焊頭向下行程調節部，所述焊頭向下行程調節部調節所述焊頭的向下行程，使得所述焊頭的擠壓力在預設擠壓力范圍內；和焊接底砧，待由所述焊頭焊接的焊接目標構件被置放在所述焊接底砧上并且由所述焊接底砧支撐，并且在所述焊頭的所述向下行程被調節為在所述預設擠壓力范圍內之后，所述焊接底砧的位置被改變為所述擠壓力測量底砧的位置，使得所述焊接底砧被定位在所述焊頭的下方。
18.在具體示例中，本發明的超聲波焊接設備可以進一步包括擠壓力指示器，所述擠壓力指示器被連接到所述擠壓力測量傳感器，并且示出由所述擠壓力測量傳感器檢測的所述焊頭的擠壓力。
19.在具體示例中，所述擠壓力測量傳感器可以被安設在安設凹槽中，所述安設凹槽被形成在所述擠壓力測量底砧的上表面的中央部分中。
20.在更具體的示例中，所述擠壓力測量底砧可以包括擴大突出部分，所述擴大突出部分從本體部分的上表面的一側或兩側突出，并且所述擠壓力測量傳感器可以被安設在安設凹槽中，所述安設凹槽被形成在所述擴大突出部分的上表面的中央部分中。
21.作為具體示例，當所述焊頭擠壓所述擠壓力測量底砧時，超聲波振動可以不被施加到所述焊頭。
22.作為示例，所述超聲波焊接設備可以進一步包括控制器，所述控制器將所述焊頭的測量擠壓力與所述預設擠壓力范圍相比較，并且控制所述焊頭向下行程調節部，使得所述焊頭的擠壓力在所述預設擠壓力范圍內。
23.在具體示例中，所述控制器可以將所述焊頭的所述測量擠壓力與預設最佳擠壓力相比較，并且重復地控制所述焊頭向下行程調節部，使得所述焊頭的擠壓力變為所述最佳擠壓力。
24.作為示例，所述焊頭向下行程調節部可以是液壓或氣壓缸，并且所述控制器可以控制供應到所述液壓或氣壓缸的液壓或氣壓壓力，以控制所述焊頭的向下行程。
25.作為另一個示例，所述焊頭向下行程調節部可以是由伺服馬達移動的線性移動裝置，并且所述控制器可以控制所述伺服馬達的旋轉量，以控制所述焊頭的向下行程。
26.作為本發明的另一個實施例，所述擠壓力測量底砧和所述焊接底砧可以被安設在所述焊頭的下方并且彼此間隔開預定距離以相對于所述焊頭移動，并且所述擠壓力測量底砧和所述焊接底砧可以相對于所述焊頭移動，使得相對于所述焊頭的所述擠壓力測量底砧
的位置和所述焊接底砧的位置被改變。
27.作為具體示例，該實施例的超聲波焊接設備可以進一步包括可移動板，所述可移動板被置放在所述焊頭的下方，并且相對于所述焊頭可滑動地移動，并且所述擠壓力測量底砧和所述焊接底砧被固定地安設在所述可移動板上以彼此間隔開，其中，所述可移動板可以相對于所述焊頭可滑動地移動，使得相對于所述焊頭的所述擠壓力測量底砧的位置和所述焊接底砧的位置被改變。
28.所述焊接目標構件可以是從二次電池的電極組件延伸的多個電極接線片或者所述電極接線片和電極引線。
29.根據本發明的另一個方面的一種超聲波焊接方法包括：將包括擠壓力測量傳感器的擠壓力測量底砧布置在焊頭的下方；向下移動所述焊頭，擠壓所述擠壓力測量底砧，并且使用擠壓力測量傳感器測量所述焊頭的擠壓力；將所述焊頭的測量擠壓力與預設擠壓力范圍相比較，并且控制所述焊頭的向下行程，使得所述焊頭的擠壓力在所述預設擠壓力范圍內；在調節了所述焊頭的向下行程之后，改變所述擠壓力測量底砧的位置和焊接底砧的位置并且將所述焊接底砧定位在所述焊頭的下方，焊接目標構件被置放在所述焊接底砧上并且由所述焊接底砧支撐；以及以所調節的向下行程移動所述焊頭，并且對所述焊接底砧上的所述焊接目標構件進行超聲波焊接。
30.作為具體示例，當所述焊頭擠壓所述擠壓力測量底砧時，超聲波振動可以不被施加到所述焊頭。
31.作為具體示例，可以重復地調節所述焊頭的向下行程，直至所述焊頭的所述測量擠壓力變為預設最佳擠壓力，并且所述焊頭可以以對應于所述最佳擠壓力的向下行程向下移動到所述焊接底砧，并且對所述焊接目標構件進行焊接。
32.有利效果
33.根據本發明，能夠通過在執行超聲波焊接之前檢查焊頭的擠壓力并且將擠壓力調節為在預設擠壓力內或者變為最佳擠壓力以防止焊接故障來改進超聲波焊接的質量。
附圖說明
34.圖1是圖示超聲波焊接電極接線片和電極引線的過程的示意性視圖。
35.圖2是圖示根據本發明的一個實施例的超聲波焊接設備的構造的一組示意性視圖。
36.圖3是圖示作為本發明的超聲波焊接設備的部件的擠壓力測量底砧和擠壓力指示器的示意性視圖。
37.圖4是圖示作為本發明的超聲波焊接設備的部件的擠壓力測量底砧的一組平面圖和側視圖。
38.圖5是圖示作為本發明的超聲波焊接設備的部件的焊接底砧的立體圖。
39.圖6是圖示根據本發明的調節焊頭的向下行程的過程的示意性視圖。
40.圖7是圖示根據本發明的一個實施例的焊接的過程的示意性視圖。
41.圖8和圖9是圖示根據本發明的另一個實施例的超聲波焊接設備的構造的示意性視圖。
42.圖10和圖11是圖示根據本發明的又一個實施例的超聲波焊接設備的構造的側視
圖和前視圖。
43.圖12是圖示圖10和圖11的超聲波焊接設備的主要部分的立體圖。
44.圖13是示出根據本發明的超聲波焊接方法的順序的流程圖。
具體實施方式
45.在下文中，將詳細描述本發明。在該說明書和權利要求中使用的術語和詞語不應該被解釋為限于通常使用的含義或者詞典中的含義，而是應該基于本發明人已經適當地定義術語的概念從而以最佳方式描述本發明的原則，以與本發明的技術范圍一致的含義和概念進行解釋。
46.在該申請中，應當理解，諸如“包括”或“具有”的術語旨在指示存在說明書中所描述的特征、數目、步驟、操作、部件、零件或其組合，并且這些術語不預先排除存在或添加一個或多個其它的特征或數目、步驟、操作、部件、零件或其組合的可能性。而且，當諸如層、膜、區域、板等的一部分被稱為在另一個部分“上”時，這不僅包括該部分“直接地”在所述另一個部分“上”的情形，還包括又一個部分介于其間的情形。在另一方面，當諸如層、膜、區域、板等的一部分被稱為“在”另一個部分“下”時，這不僅包括該部分“直接地”在所述另一個部分“下”的情形，還包括又一個部分介于其間的情形。另外，在本技術中“置放在
…
上”可以包括置放在底部以及頂部處的情形。
47.同時，在本說明書中，“縱向方向”是電池單體的電極引線突出的方向。
48.在下文中，將詳細描述本發明。
49.本發明的超聲波焊接設備包括：擠壓力測量底砧，該擠壓力測量底砧包括擠壓力測量傳感器；焊頭，該焊頭被安設成能夠在擠壓力測量底砧的上方上下移動，并且當向下移動時擠壓擠壓力測量底砧；焊頭向下行程調節部，該焊頭向下行程調節部能夠調節焊頭的向下行程，使得焊頭的擠壓力在預設擠壓力范圍內；和焊接底砧，該焊接底砧支撐被置放在該焊接底砧上的由焊頭焊接的焊接目標構件，并且在焊頭的向下行程被調節為在預設擠壓力范圍內之后，該焊接底砧的位置被改變為擠壓力測量底砧的位置，使得該焊接底砧位于焊頭的下方。
50.在本發明中，因為設置了能夠測量焊頭的擠壓力的擠壓力測量底砧，所以能夠預先測量與焊接質量密切相關的焊頭的擠壓力。此外，因為設置了能夠調節焊頭的向下行程使得由擠壓力測量底砧測量的焊頭的擠壓力在預設擠壓力范圍內的焊頭向下行程調節部，所以焊頭的擠壓力能夠在預設擠壓力范圍內。當焊頭的向下行程被調節使得焊頭的擠壓力在預設擠壓力范圍內時，改變擠壓力測量底砧的位置和焊接底砧的位置，該焊接底砧支撐被置放在該焊接底砧上的焊接目標構件，使用所調節的焊頭的向下行程來對焊接底砧上的焊接目標構件進行焊接，并且因此能夠防止諸如弱焊接的焊接故障，并且能夠防止焊頭和底砧的快速磨損。
51.具體實施方式
52.(第一實施例)
53.圖2是圖示根據本發明的一個實施例的超聲波焊接設備100的構造的一組示意性視圖。
54.參考圖2(a)，本發明的超聲波焊接設備100包括擠壓力測量底砧110，該擠壓力測
量底砧110包括擠壓力測量傳感器115。擠壓力測量傳感器115被安設在擠壓力測量底砧110上，并且測量從焊頭120傳遞的擠壓力。具體地，擠壓力測量傳感器115可以采用載荷檢測傳感器，諸如荷重元(load cell)。該荷重元可以使用應變計將施加到荷重元的壓力轉換成電信號，并且輸出電信號以顯示壓力。擠壓力測量傳感器115的類型不受具體限制，只要它能夠示出壓力的數值即可，并且可以使用任何類型的荷重元，諸如梁式荷重元或者柱形荷重元。
55.圖3是圖示作為超聲波焊接設備100的部件的擠壓力測量底砧110和擠壓力指示器117的示意性視圖，并且圖4是圖示圖3的擠壓力測量底砧110的一組平面圖和側視圖。
56.如在圖3中圖示地，本發明可以進一步包括擠壓力指示器117，該擠壓力指示器117將施加到擠壓力測量傳感器115的壓力數字化，以輸出電信號。擠壓力測量傳感器115通過導線116被電連接到擠壓力指示器117，并且施加到擠壓力測量傳感器115的壓力被數字化成能夠在視覺上檢查并且被顯示在擠壓力指示器117的壓力顯示部117a上的電信號。此外，擠壓力指示器117包括預定的操作按鈕117a。因為荷重元、即擠壓力指示器117是通常已知的壓力測量構件或者載荷測量構件，所以這里將省略詳細描述。在本說明書中，雖然荷重元被示出為擠壓力測量傳感器的示例，但是在本發明中可以采用能夠測量焊頭的載荷或擠壓力的另一種適當類型的擠壓力測量傳感器。
57.擠壓力測量傳感器115可以被安設在擠壓力測量底砧110的上表面的中央部分中。在本發明中，重要的是準確地測量焊頭120的擠壓力并且獲得能夠施加在預設擠壓力范圍內的擠壓力或最佳擠壓力的焊頭120的向下行程h。相應地，當擠壓力測量傳感器115被安設在擠壓力測量底砧110的側部或下部上時，因為焊頭的擠壓力可能不被準確地測量，所以擠壓力測量傳感器115被安設在由焊頭直接地擠壓的擠壓力測量底砧110的上表面111a上。此外，當擠壓力測量傳感器115被偏置地安設到底砧的上表面上的任一側時，準確的擠壓力也可能未被反映，因此擠壓力測量傳感器115被安設在底砧的上表面的中央部分上。為此目的，如在圖4中所示，用于安設擠壓力測量傳感器115的安設凹槽113被設置在擠壓力測量底砧110的上表面的中央部分中。
58.擠壓力測量底砧110可以被形成為與通常的焊接底砧相同的形狀并且由與通常的焊接底砧相同的材料形成。然而，當焊接目標構件的尺寸小時，焊接底砧的尺寸也小。特別地，因為二次電池的電極接線片或電極引線非常小，所以焊接二次電池的電極接線片或電極引線的焊接底砧的尺寸也相對小。在此情形中，當使用具有與焊接底砧相同的尺寸或形狀的底砧作為擠壓力測量底砧時，可能未在底砧中確保足以安設擠壓力測量傳感器的空間。為了確保安設擠壓力測量傳感器115的空間，可以如在圖3和圖4中所示地使用以與焊接底砧140不同的形狀而形成的擠壓力測量底砧110。擠壓力測量底砧110包括本體部分111、從本體部分的兩側突出的緊固部分114以及被形成在本體部分上的擴大突出部分112。
59.如在圖4中圖示地，擴大突出部分112從本體部分111的上部的兩側突出，以提供更大的安設表面。然而，擴大突出部分112可以被形成為從本體部分的上部的一側突出的形狀。可以考慮到待安設的傳感器尺寸或形狀而適當地改變擴大突出部分112突出的方向、擴大突出部分112的尺寸、形狀等。安設凹槽113可以被形成在擴大突出部分112的上表面112a的中央部分中，并且擠壓力測量傳感器115可以被安設在安設凹槽113中。緊固部分114被設置在擠壓力測量底砧110的本體部分111的兩個側部上，并且緊固孔114a被形成在緊固部分
中，該緊固孔114a用于將擠壓力測量底砧110安設在諸如基座的支撐構件上。相應地，擠壓力測量底砧110可以使用諸如螺栓的緊固構件c通過緊固孔114a被固定地聯接到諸如基座的支撐構件。
60.在通常的焊接底砧中，非平坦部分被形成在通常的焊接底砧的表面上，從而在超聲波振動期間擠壓和裝配焊接目標構件(見圖5)，因為擠壓力測量底砧110不用于焊接，所以不在上表面上形成突出部分。
61.再次參考圖2，焊頭120被安設成在擠壓力測量底砧110的上方豎直地移動。焊頭120用于提供用于超聲波結合到焊接目標構件w的結合部分的振動，并且可以在與焊接目標構件w形成接觸的部分中設置非平坦部分，該非平坦部分能夠在焊接目標構件的上部上形成凹痕以有效地傳遞振動。焊頭120還被稱作超聲波焊極(sonotrode)，并且在焊頭120的前端處包括與焊接目標構件形成接觸的延伸部分121。然而，焊頭的形狀僅僅是示例性的，并且本發明還可以采用具有能夠執行超聲波焊接的不同形狀的焊頭。因為焊頭120具有重量，所以當焊頭120向下移動時，可以測量由于該重量而引起的焊頭的擠壓力。然而，在必要時，單獨的擠壓部(未示出)可以被安設在焊頭120的上部上，以增加焊頭的擠壓力。例如，可以采用在焊頭的上側處的由單獨的驅動部驅動的驅動缸作為擠壓部，并且該驅動缸可以進一步擠壓焊頭。
62.焊頭120被連接到產生超聲波的超聲波發生器g、將超聲波轉換成振動的換能器t、放大換能器的振幅的放大器b等。因為超聲波發生器g、換能器t和放大器b是在超聲波焊接設備中通常使用的已知部件，所以將省略具體描述。
63.焊頭120可以被置放成在擠壓力測量底砧110的上方獨自地或者與諸如放大器的其他超聲波焊接構件一起地豎直地移動。當焊頭120朝向擠壓力測量底砧110向下移動并且焊頭擠壓擠壓力測量底砧的擠壓力測量傳感器115(例如，荷重元)時，焊頭的擠壓力被測量。當由擠壓力測量傳感器測量焊頭的擠壓力時，超聲波振動不被施加到焊頭120。這是因為，當施加超聲波振動時，即使當焊頭120以相同的向下行程向下移動時，焊頭120的擠壓力也被改變，并且因此，可能未測量到準確的擠壓力。
64.焊頭向下行程調節部130被設置成調節焊頭120的向上或向下行程。可以采用已知的豎直移動設備作為行程調節部。例如，液壓或氣壓缸可以被安設在支撐焊頭120的支撐件p的下方，并且液壓或氣壓壓力可以被供應到該缸以豎直地移動焊頭。作為氣壓缸的示例，可以采用包括一個空氣進氣端口的單作用缸或者在進口側和出口側處包括空氣進氣端口的雙作用缸。可替代地，可以使用連接到伺服馬達的線性移動設備(例如，滾珠絲杠和滾珠螺母)使焊頭豎直地移動。在此情形中，在必要時，可以采用引導線性移動設備的移動的線性運動(lm)導軌等。此外，可以使用在本技術領域中通常使用的豎直移動設備或線性移動設備作為焊頭向下行程調節部。在本實施例中，采用包括缸體131和缸桿132的氣壓缸130作為焊頭向下行程調節部。
65.圖6是圖示根據本發明的調節焊頭的向下行程的過程的示意性視圖。
66.焊頭120的擠壓力可以用向下移動的焊頭的行程來表達。即，當焊頭120朝向焊接目標構件相對更向下地移動時，施加到焊接目標構件w的焊頭的擠壓力增加。在另一方面，當焊頭的向下行程更短時，施加到焊接目標構件的焊頭的擠壓力減小。即，焊頭120的擠壓力可以被表達為或者被轉換成焊頭的向下行程，并且焊頭的擠壓力可以通過調節向下行程
來調節。通過控制焊頭向下行程調節部130(諸如液壓或氣壓缸)或者連接到伺服馬達的線性移動設備，焊頭120的擠壓力可以在預設擠壓力范圍內。然而，為此目的，應該首先測量焊頭的擠壓力。如上所述，焊頭120的擠壓力可能在振動期間改變，并且焊頭的擠壓力可能根據焊接目標構件w的類型、焊接目標構件的更換或者焊頭或底砧的更換而改變。相應地，如在圖6中圖示地，首先，焊頭120朝向擠壓力測量底砧110向下移動，以檢查焊頭的(初始)擠壓力。當擠壓力在預設擠壓力范圍之外時，可以在焊頭向下行程調節部130改變焊頭的向下行程的同時重復地測量焊頭的擠壓力。在此情形中，因為焊頭的擠壓力由擠壓力指示器117實時地顯示，所以可以在檢查測量擠壓力是否在預設擠壓力范圍內的同時調節焊頭120的向下行程。例如，操作員可以通過檢查擠壓力指示器117上的擠壓力的數值并且調節液壓或氣壓壓力以調節缸桿132的豎直移動長度來調節焊頭的向下行程。可替代地，操作員可以通過控制伺服馬達(未示出)的旋轉量以控制線性移動設備的移動量來調節焊頭的向下行程。
67.參考圖2(a)，焊頭120和放大器b一起由支撐件p支撐，并且支撐件p被聯接到氣壓缸130。具體地，氣壓缸130包括缸體131以及從缸體131突出或插入缸體131中的缸桿132，并且缸桿被聯接到支撐件p。
68.為了穩定地支撐焊頭120，氣壓缸130被安設在基座150上。在圖2中，圖示了，擠壓力測量底砧110和氣壓缸130一起也被安設在基座150上，但是擠壓力測量底砧110也可以被安設在單獨的支撐構件上。
69.設置了焊接底砧140，在焊頭的向下行程h由焊頭向下行程調節部130調節使得焊頭120的向下行程在預設擠壓力范圍內之后，該焊接底砧140的位置被改變為擠壓力測量底砧110的位置。
70.圖5是圖示作為本發明的超聲波焊接設備100的部件的焊接底砧140的示例的立體圖。
71.參考圖5，焊接底砧140包括本體部分141和緊固部分142，該緊固部分142包括緊固孔142a，該緊固孔142a被置放在本體部分的左側和右側處，并且緊固構件被插入該緊固孔142a中。此外，非平坦部分被形成在本體部分141的上表面141a上，該非平坦部分能夠在焊接目標構件的下表面上形成凹痕。圖示的焊接底砧的形狀僅僅是一個示例，并且本發明不一定必需被限制于具有該形狀的底砧。因為焊接底砧是實際上由焊頭在其上執行超聲波焊接的部分，所以焊接目標構件被置放在焊接底砧的上部上并且由其支撐。即，如在圖1中圖示地，例如，當焊接目標構件w包括從二次電池的電極組件延伸的電極接線片w1以及電極引線w2時，電極接線片和電極引線被堆疊并且被定位在焊接底砧140上。
72.參考圖2(b)，圖示了焊接底砧140的位置被改變為擠壓力測量底砧110的位置，并且焊接底砧140被安設在焊頭120的下方。在擠壓力測量底砧110和焊接底砧140之間的位置改變或更換可以由操作員手動地執行。在此情形中，緊固構件c被從擠壓力測量底砧110的緊固部分114移除，以從基座150等移除擠壓力測量底砧110。此后，焊接底砧140可以被置放在安設擠壓力測量底砧110的位置處，并且緊固構件c可以被安設在焊接底砧140的緊固部分142中，以將焊接底砧140安設在焊頭的下方。然而，在擠壓力測量底砧和焊接底砧之間的位置改變可以如下文描述地使用單獨的移動構件來自動地執行。
73.圖7是圖示根據圖2的實施例的焊接的過程的示意性視圖。
74.圖7示出焊頭的向下行程h被調節為在預設擠壓力范圍內并且焊接底砧140的位置
被改變為擠壓力測量底砧110的位置使得焊接底砧140位于基座150上的狀態。在此情形中，焊頭120的擠壓力由擠壓力測量底砧的擠壓力測量傳感器115檢查，并且通過將擠壓力與預設擠壓力相比較，焊頭的向下行程被調節為在預設擠壓力范圍內。相應地，焊頭120與對應于預設擠壓力的向下行程h一樣大地向下移動到焊接底砧140上的焊接目標構件。此后，如在圖7中圖示地，焊頭120可以使用預設擠壓力和通過波發生器g、換能器t和放大器b傳遞的超聲波振動來超聲波焊接置放在焊接底砧上的焊接目標構件w。
75.(第二實施例)
76.圖8和圖9是圖示根據本發明的另一個實施例的超聲波焊接設備100'的構造的示意性視圖。
77.參考圖8和圖9，本實施例的超聲波焊接設備100'可以進一步包括控制器160，該控制器160將焊頭的測量擠壓力和預設擠壓力范圍相比較并且控制焊頭向下行程調節部130，使得焊頭的擠壓力在預設擠壓力范圍內。
78.即，本實施例包括控制器160，該控制器160通過檢查焊頭120的擠壓力來自動地控制焊頭的向下行程的調節。如在圖8中圖示地，控制器160可以被連接到作為焊頭向下行程調節部130的氣壓缸，并且可以自動地將焊頭120從擠壓力測量級向下移動。當控制器160操作焊頭向下行程調節部130并且焊頭向下移動到擠壓力測量底砧110時，由擠壓力測量傳感器115測量的焊頭的擠壓力被顯示在擠壓力指示器117上，并且控制器160可以接收擠壓力數據。此外，控制器160可以將焊頭120的測量擠壓力與預設擠壓力范圍相比較，并且當焊頭的測量擠壓力在預設擠壓力范圍之外時，可以控制焊頭向下行程調節部130。例如，當電極接線片和電極引線的預設擠壓力范圍在150到200kgf的范圍中并且測量擠壓力小于150kgf時，控制器160控制液壓/氣壓壓力或者增加伺服馬達的旋轉量，從而增加焊頭的向下行程直至焊頭的擠壓力為150kgf。在此情形中，擠壓力測量傳感器115(荷重元)可以隨著向下行程的增加而連續地測量焊頭的擠壓力，并且擠壓力可以被顯示在擠壓力指示器的壓力顯示部117a上。當從擠壓力指示器接收的擠壓力在預設擠壓力范圍內時，控制器160可以存儲焊頭的向下行程。可替代地，當焊頭的擠壓力大于預設擠壓力(例如200kgf)時，控制器160可以減少焊頭的向下行程，以將焊頭的擠壓力控制為在預設范圍內。
79.同時，雖然控制器160可以如上所述地控制焊頭的擠壓力的范圍，但是控制器160可以執行精確控制，使得焊頭的擠壓力變為最佳擠壓力。在此情形中，焊頭向下行程調節部130可以被重復地控制，直至焊頭的測量擠壓力變為最佳擠壓力。為此目的，可以通過重復地豎直地移動焊頭并且使用擠壓力測量傳感器115重復地測量擠壓力直至焊頭的測量擠壓力變為最佳擠壓力來獲得對應于最佳擠壓力的焊頭的向下行程h。
80.圖9示出如下過程：在焊頭的擠壓力在預設擠壓力范圍內或者變為最佳擠壓力之后，焊接底砧140的位置被改變為擠壓力測量底砧110的位置，并且焊接底砧上的焊接目標構件w由焊頭焊接。因為焊頭120與對應于預設擠壓力范圍或最佳擠壓力的向下行程h一樣大地向下移動，擠壓焊接底砧上的焊接目標構件w，并且執行超聲波焊接，所以能夠防止焊接目標構件的弱焊接或者焊頭和底砧的過度磨損。
81.此外，在本實施例中，因為控制器160自動地控制焊頭向下行程調節部130或者焊頭的向下行程，所以具有更精確且準確地調節焊頭的擠壓力的優點。
82.(第三實施例)
83.圖10和圖11是圖示根據本發明的又一個實施例的超聲波焊接設備100”的構造的側視圖和前視圖，并且圖12是圖示圖10和圖11的超聲波焊接設備100”的主要部分的立體圖。
84.本實施例的特征在于，不僅通過焊頭的擠壓力的檢查來自動地控制焊頭的向下行程，而且還自動地改變擠壓力測量底砧的位置和焊接底砧的位置。
85.參考圖10到圖12，本實施例的擠壓力測量底砧110和焊接底砧140在焊頭120的下方被置放成距彼此預定距離，以能夠相對于焊頭移動。在本實施例中，在擠壓力測量底砧110和焊接底砧140相對于焊頭移動時，擠壓力測量底砧的位置和焊接底砧的位置可以相對于焊頭改變。
86.在本實施例中，具體地，設置了可移動板170，該可移動板170被置放在焊頭120的下方，并且能夠相對于焊頭可滑動地移動。擠壓力測量底砧110和焊接底砧140被固定地安設在可移動板170上，以彼此間隔開預定距離。當由控制器160完成調節焊頭的向下行程的操作時，通過操作員或者控制器的移動信號，可移動板170相對于焊頭可滑動地移動。即，在可移動板170移動時，擠壓力測量底砧110和焊接底砧140同時相對于焊頭水平地移動，并且因此焊接底砧140被定位在焊頭的下方。此后，焊頭可以與對應于預設擠壓力或最佳擠壓力的向下行程一樣大地朝向焊接底砧140向下移動，可以擠壓由焊接底砧支撐的焊接目標構件w，并且可以執行超聲波焊接。當超聲波焊接完成時，可移動板170可以再次移動到其初始位置，并且可以由擠壓力測量底砧110重復地執行測量擠壓力的操作。
87.相應地，根據本實施例，無需每當在測量擠壓力并且調節焊頭的向下行程之后執行焊接過程時就要拆卸擠壓力測量底砧110并且安設焊接底砧140。控制器160可以一體地控制擠壓力的測量、焊頭的向下行程的調節以及擠壓力測量底砧110和焊接底砧140的移動。在必要時，控制器160可以被連接到超聲波發生器和換能器，并且可以一體地控制這些構件。
88.如上所述，在將由擠壓力測量底砧110測量的焊頭的擠壓力與焊頭的預設擠壓力范圍或最佳擠壓力相比較并且調節焊頭的向下行程h之后，可以例如通過手動地拆卸到基座等的擠壓力測量底砧的緊固部分的緊固構件和焊接底砧緊固部分的緊固構件來手動地執行擠壓力測量底砧110的更換和焊接底砧140的安設。然而，這需要時間和人力，并且控制器160的自動控制的效率可能降低。在本實施例中，因為例如由控制器160來自動地執行關于焊頭的向下行程的底砧的更換或者位置變化，所以本發明可以更適合于大規模生產和設施自動化。
89.可移動板170相對于焊頭120的可滑動移動可以由在機械領域中通常已知的線性移動設備來執行。例如，如在圖10和圖12中圖示地，導軌151可以被安設在基座150上，引導凹槽171可以被形成在可移動板170的下部中，并且可移動板170可以相對于焊頭120和基座150可滑動地移動。可替代地，相反，導軌可以被形成在可移動板170的下部上，并且引導凹槽還可以被形成在基座150的上部中。此外，只要可移動板170相對于焊頭移動便足以，并且可移動板170不一定必需被安設在基座150上。然而，在本實施例中，為了滑動移動的穩定性，可移動板170被安設在安設有缸等的基座150上，并且可移動板相對于焊頭移動。
90.止擋件152或者固定構件可以被安設在導軌151上，該止擋件152或者固定構件限制可移動板170的移動距離，并且在可移動板170移動之前和之后停止可移動板。圖11和圖
12示出如下狀態：止擋件152被固定到導軌151，以在由擠壓力測量底砧110測量擠壓力的狀態中停止可移動板170，并且可移動板170移動，使得焊接底砧140被定位在焊頭的下方。當止擋件152被從導軌151分離并且焊接底砧140相對于焊頭向左移動時，擠壓力測量底砧110可以再次被定位在焊頭的下方。在這種狀態中，止擋件152可以被聯接到基座150的導軌151，以固定擠壓力測量底砧110和焊接底砧140相對于焊頭120的位置。
91.除了導軌151或者引導凹槽171，伺服馬達和滾珠絲杠部(未示出)也可以被安設在可移動板170上，以使可移動板170相對于焊頭和基座移動。在此情形中，因為伺服馬達可以使用旋轉量來限制可移動板的移動距離以及停止可移動板，所以不一定必需要求止擋件。然而，可以安設止擋件，從而在可移動板移動之前和之后牢固地固定可移動板并且在不搖晃的情況下執行焊接。
92.在本實施例中，雖然描述了擠壓力測量底砧110和焊接底砧140相對于焊頭移動，但是這可以被改變，使得焊頭120相對于底砧水平地移動。此外，在本實施例中，雖然示出了擠壓力測量底砧110和焊接底砧140在與焊頭的延伸方向交叉的水平方向上相對地移動，但是這可以被改變，使得可移動板170在焊頭120的下方在平行于焊頭120的延伸方向的方向上相對地移動。此外，可以考慮到焊頭的延伸方向、底砧的布置方向等適當地改變底砧或可移動板中的每一個相對于焊頭的移動方向。
93.在下文中，將描述本發明的超聲波焊接方法的操作。
94.圖13是示出根據本發明的超聲波焊接方法的順序的流程圖。
95.首先，將包括擠壓力測量傳感器115的擠壓力測量底砧110置放在焊頭120的下方(s10)。可以使用緊固構件c將擠壓力測量底砧110安設在焊頭的下方的安設位置處(基座150上)。可替代地，當相對于焊頭可滑動地移動的可移動板170被安設在基座150上時，可以使用緊固構件c將擠壓力測量底砧110固定地安設在可移動板170上。如在圖3和圖4中圖示地，擠壓力測量底砧110可以被形成為與通常的焊接底砧不同的形狀，并且可以包括擴大突出部分112，以確保安設擠壓力測量傳感器115的自由空間。
96.然后，使焊頭120向下移動，以擠壓擠壓力測量底砧110，并且擠壓力測量傳感器115測量焊頭的擠壓力(s20)。擠壓力測量傳感器115可以是載荷測量傳感器，諸如荷重元。此外，擠壓力測量傳感器可以被連接到擠壓力指示器117，并且可以將焊頭的擠壓力數字化并且實時地以數值顯示焊頭的數字化的擠壓力。焊頭的擠壓力可以在視覺上被檢查或者被傳輸到控制器。
97.此后，將焊頭120的測量擠壓力與預設擠壓力范圍相比較，并且調節焊頭的向下行程，使得焊頭的擠壓力在預設擠壓力范圍內(s30)。
98.可以通過控制供應到例如氣動或液壓缸的氣壓或液壓壓力或者通過控制連接到線性移動設備(諸如滾珠絲杠)的伺服馬達的旋轉量來調節焊頭的向下行程。該行程可以由操作員手動地調節或者由控制器160自動地調節。
99.當測量擠壓力在預設擠壓力范圍之外或者不同于最佳擠壓力時，在必要時，可以重復地執行測量擠壓力的操作以及調節向下行程的操作。
100.在調節了焊頭的向下行程h之后，改變擠壓力測量底砧110的位置和焊接底砧140的位置，焊接目標構件被置放在該焊接底砧140上并且由焊接底砧140支撐(s40)。在此情形中，雖然可以手動地改變底砧的位置，或者手動地更換底砧，但是效率降低，并且因此，如在
圖11和圖12中圖示地，擠壓力測量底砧110和焊接底砧140可以被固定地預安設，并且底砧可以相對于焊頭120移動，以容易更換底砧。
101.最后，以所調節的向下行程h向下移動焊頭120，施加振動，以對焊接底砧上的焊接目標構件w進行超聲波焊接(s50)。
102.在s20中，當焊頭120擠壓擠壓力測量底砧時，超聲波振動不被施加到焊頭。相應地，焊頭的擠壓力能夠被更準確地測量而不受超聲波影響。
103.在s30中，可以重復地調節焊頭的向下行程，直至焊頭120的測量擠壓力變為預設最佳擠壓力。在通過重復調節來獲得對應于最佳擠壓力的向下行程之后，當焊頭以焊接底砧140的向下行程向下移動并且對焊接目標構件進行焊接時，可以以最佳擠壓力執行焊接。相應地，例如，能夠防止在電極接線片和電極引線之間的弱焊接。此外，因為以最佳擠壓力執行焊接，所以能夠防止焊頭和焊接底砧超過必要地磨損的、電極接線片或引線由于高壓力而斷開等的問題。
104.上文描述僅僅是描述本發明的技術精神的示例，并且本領域技術人員可以在不偏離本發明的基本特征的情況下做出各種改變、修改和替代。因此，在本發明中公開的實施例僅在描述性的意義上考慮而非用于限制的目的，并且本發明的范圍不受實施例的限制。應該解釋，本發明的范圍由所附權利要求限定，并且涵蓋落入所附權利要求的范圍內的所有的修改和等同。
105.同時，在本說明書中，雖然已經使用了諸如上、下、左、右、前和后的指示方向的術語，但是這些術語僅僅是為了描述方便起見，并且顯然，這些方向根據目標物體或者觀察者的位置而改變。
106.附圖標記
107.100，100'，100”：超聲波焊接設備
108.110：擠壓力測量底砧
109.111：本體部分
110.112：擴大突出部分
111.113：安設凹槽
112.114：緊固部分
113.120：焊頭
114.121：延伸部分
115.130：焊頭行程調節部(氣壓缸)
116.131：缸體
117.132：缸桿
118.140：焊接底砧
119.141：本體部分
120.142：緊固部分
121.150：基座
122.151：導軌
123.152：止擋件
124.160：控制器
125.170：可移動板
126.171：引導凹槽
127.g：超聲波發生器
128.t：換能器
129.b：放大器
130.c：緊固構件
131.p：支撐件
132.w：焊接目標構件