專利名稱：控制超聲波焊接系統的焊頭與砧部間的間隙的方法和設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及超聲波焊接，更具體地說，涉及一種用于響應工藝條件的變化調節超聲波焊頭位置的系統和裝置。
背景技術：
在超聲波焊接(有時稱為“射聲焊接”或“聲波焊接”)中，將要被連接在一起的兩個部件(通常為熱塑性部件)放置在用于提供振動能量的稱之為超聲波“焊頭”的工具附近。這些部件(或工件)約束在該焊頭和砧部之間。通常，焊頭豎直地設置在該工件和砧部之上。焊頭通常以20,000Hz到40,000Hz的頻率振動，通常在壓力下以摩擦熱的形式傳輸能量給該部件。由于摩擦熱和壓力，該兩部件至少其中之一的一部分變軟或熔化，因此連接該兩部件。
在焊接過程中，交流(AC)信號供給焊頭組件，該焊頭組件包括轉換器(conventer)、增強器和焊頭。該轉換器(也稱為變換器)接收AC信號并且通過以等于該AC信號的頻率進行壓縮和膨脹對其進行響應。因此，聲波通過該轉換器傳輸給增強器。由于聲波波前傳播通過增強器，其被放大，并且被焊頭所接收。最后，該波前通過焊頭傳播并且傳給工件，因而如前所述將它們焊接在一起。
另一種類型的超聲波焊接是“連續超聲波焊接”。這種類型的超聲波焊接通常用于連接織物和薄膜，或其他“幅材”(web)工件，該工件能夠以連續的方式供給通過該焊接設備。在連續焊接中，超聲波焊頭通常是固定的，而被焊接的部件在它下面移動。一種類型的連續的超聲波焊接利用旋轉地固定的條形焊頭和轉動的砧部。工件放置在該條形焊頭和砧部之間。焊頭通常向著工件縱向延伸并且振動沿著焊頭軸向傳播進入工件中。在另一種類型的連續超聲波焊接中，焊頭是旋轉型的，其為圓柱形的并且繞縱軸旋轉。輸入的振動是沿著該焊頭的軸向，而輸出的振動是沿著焊頭的徑向。焊頭放置在靠近砧部，該砧部通常也能夠旋轉，以便將被焊接的工件以線性速度通過該圓柱形表面，該速度大致等于該圓柱形表面的切線速度。這種類型的超聲焊接系統公開在美國專利No.5,976,316中，其整個內容通過參考結合于此。
在上述每種類型的超聲焊接技術中，在焊接過程中將被連接的工件設置在焊頭和砧部之間。焊頭和砧部之間的間隙在工件被連接時形成保持和擠壓工件的夾緊力。超聲波焊接工藝形成的產品的物理特征部分地是該焊頭和砧部之間間隙的函數。因此，為了制造給定的產品，希望有特定的間隙。因此，希望用于超聲波焊接系統的安裝系統使焊頭能夠沿著矢量可調節地定位，使得焊頭能夠根據希望的間隙或者更接近砧部，或者更遠離砧部。
而且，在連續超聲波焊接的范圍內，焊頭的縱軸線應當基本平行于砧部的縱軸線。這樣的設置通常確保砧部和焊頭之間的存在的間隙沿著該焊頭的長度基本上是不變的。因此，還希望安裝系統允許焊頭的縱軸能夠被調節，以便基本上平行于砧部的縱軸。
還有，由超聲波焊接工藝形成的產品的物理特征部分地是該焊頭和砧部相對位置的函數，因此希望安裝系統基本上消除焊頭和砧部的自由度，不需要調節焊頭和砧部之間的間隙，或者使焊頭的縱軸處于與砧部的縱軸成平行的關系。

發明內容
希望有一種減少可得到的自由度，以更好地控制砧部和焊頭之間的間隙的設備。該設備通常包括具有第一軸線的可旋轉的工具輥。該設備還包括用于支撐該可旋轉工具輥的安裝系統，以使該可旋轉工具輥能夠繞其第一軸線旋轉并且使得該可旋轉工具輥只具有兩個附加自由度。該第一附加自由度是沿著垂直于該第一軸線的方向的平移運動。該第二附加自由度是繞該第二軸的旋轉運動，該第二軸同時垂直于該第一軸線和該第一附加自由度的方向。
根據另一個實施例，一種處理不定長的幅材的方法，包括提供用于支撐可旋轉工具輥的安裝系統，使得它能夠繞其第一軸旋轉并且使得該可旋轉工具輥具有只具有兩個附加自由度。該第一附加自由度是沿著垂直于該第一軸的方向的平移運動。該第二附加自由度是繞一個第二軸線的旋轉運動，該第二軸同時垂直于該第一軸線和該第一附加自由度的方向。該方法還包括將具有第一軸線的可旋轉工具輥安裝在該安裝系統內，并且用該工具輥接觸該幅材以便處理該幅材。


在附圖的各圖中，同樣的零部件給予同樣的附圖標記，并且圖1是根據本發明的示范性旋轉焊接設備的前右透視圖，該設備具有多個子組件；圖1A是根據本發明的另一個示范性旋轉焊接設備的前右透視圖，其類似于圖1的設備；圖2是圖1設備的砧輥子組件的前視平面圖；圖3是沿著圖2的3-3線截取的該砧輥子組件的剖視圖；圖4是來自與圖2同一個透視圖的放大的砧輥子組件的前視平面圖；圖5是沿著圖4的5-5線截取的該砧輥子組件的剖視圖；圖6是沿著圖4的6-6線截取的該砧輥子組件的剖視圖；圖7是圖1設備的焊頭安裝子組件的透視圖；圖8是圖7的焊頭安裝子組件的前視平面圖；圖9是沿著圖8的9-9線截取的該焊頭安裝子組件的剖視圖；圖10是焊頭組件的前視平面圖，其由圖7至圖9的焊頭安裝子組件保持
圖11是沿著圖10的11-11線截取的該焊頭組件的剖視圖；圖12是圖1設備的焊頭-砧部間隙調節子組件的透視圖；圖13是圖12的焊頭-砧部間隙調節子組件的側視平面圖；圖14是圖1設備的焊頭升降子組件的側視平面圖；圖15是圖14的焊頭升降子組件的前視平面圖；圖16是圖15的16-16線截取的焊頭升降子組件的剖視圖；圖16A是焊頭升降子組件的可選實施例，其類似于圖16的視圖；圖16B是焊頭升降子組件的另一個可選實施例，其類似于圖16的視圖；圖17是圖1設備的夾緊(nip)子組件的前視平面圖；圖18是圖17的夾緊子組件的側視平面圖；圖19示出焊頭組件的簡化的示范性實施例。
具體實施例方式
如上所述，本發明涉及超聲波焊接和方法的各種改進。該改進可以與連續超聲波焊接或與旋轉型超聲波焊接一起使用，該旋轉型超聲波焊接的砧部和焊頭其中之一或兩者旋轉。總的來說，該改進涉及用于更好地測量、檢測和控制焊頭和砧部之間的間隙和運動的的各種結構。
下面描述各種可選實施例，該可選實施例具有可以與其他實施例結合或單獨使用的特征。例如，具有減少的自由度的設備用旋轉超聲波設備描述，其中砧部和焊頭兩者都旋轉。提供減少的自由度的特征能夠同樣包含在例如焊頭旋轉而砧部固定的設備中。作為另一個實例，用于利用共振頻率反饋監測和調節砧部和焊頭之間的間隙的方法利用焊頭和砧部兩者都固定的固定設備進行描述。監測和調節間隙的特征同樣包含在旋轉設備中，作為又一個實例，用于固定焊頭和砧部之間的間隙的方法利用焊頭和砧部兩者都固定的固定設備進行描述。設置間隙的特征同樣可以包含在旋轉設備中。
簡化的示意圖下面，圖19示出在圖1-圖18中示出的安裝系統的簡化的實施例，下面進行描述。為了提供對系統的概念性的理解，圖19的系統省去了在圖1-18中能夠看到的細節。對應于圖19的討論的目的是使讀者概括地了解該安裝系統的突出的特征而無需使讀者專心于關于圖1-18的討論中所出現的細節。
如從圖19所能夠看到的，該系統包括焊頭1900和砧部1902。間隙將焊頭1900和砧部1902分開。該砧部1902安裝在固定于地面的殼體1904中。砧部1902借助于設置在該砧部1902和殼體1904之間的滾珠軸承1908繞其縱軸線1906自由旋轉。由于安裝在固定于地面的結構中，除前述的繞其縱軸線1906的旋轉之外，砧部1902沒有其他自由度。
焊頭1900安裝在框架1910內，滾珠軸承1912允許焊頭繞其縱軸1914旋轉。連接件1916連接兩個半框架1910。該連接件1916由樞軸1920連接于平移器(translator)1918。因此，框架1910、連接件1916和焊頭1900能夠繞由該樞軸1920形成的軸線(該軸線延伸進出紙面)旋轉。
該平移器1918由固定于地面的結構約束，使得它具有單一自由度它可以沿著垂直于砧部1902的縱軸1906的矢量移動。因此，借助于固定于平移器1918，框架1910、連接件1916和焊頭1900能夠沿著前述矢量移動。換句話說，焊頭1900(和框架1910、連接件1916)可以朝著砧部1902前移，或從砧部1902退回。
致動器1922將力傳給平移器1918，以便朝著砧部1902推動焊頭1900。焊頭1900和砧部1902之間的間隙長度由一對螺紋緊固件1924、1926控制，該螺紋緊固件延伸通過焊頭框架1910并接合砧部1902安裝在其內的殼體1904。因此通過調節一個螺紋緊固件19924或1926，框架1910、連接件1916和焊頭1900能夠繞由該樞軸1920形成的前述軸線旋轉。因此，通過轉動螺紋緊固件19924和1926，焊頭1900的縱軸線1914可以被調節，以便基本平行于砧部1902的縱軸線。當然，通過以同樣的方式調節兩個螺紋緊固件19924和1926，焊頭1900能夠朝著砧部1902前移或從其退回，該砧部不調節焊頭1900的角度。
因此，圖19的安裝系統只允許焊頭1900定位的兩個自由度。焊頭1900可以向著砧部1902移動或從其后退。這個自由度通過殼體1910連接于平移器1918而有可能，該平移器被限制成沿著一個方向移動。而且，焊頭1900的縱軸1914可以繞垂直于砧部1902的縱軸1906的軸線旋轉，這個自由度通過樞軸1920而有可能。
圖19所示系統的各部件功能上對應于圖1至18所示系統中存在的部件。砧部1902對應于圖2和圖3中用附圖標記21所示的砧部。砧部1902安裝在其中的殼體1904對應于圖2和圖3中用附圖標記24和25所示的結構(即砧部21安裝在用附圖標記24和25所示的結構內，因此使它們類似于圖19中的殼體1904)。
焊頭1900對應于圖11中用附圖標記42所示的焊頭。焊頭1900安裝在其中的框架1910對應于圖7中用附圖標記32所示的結構。而且，連接件1916對應于圖7中用附圖標記31所示的結構(即，附圖標記31所示的結構連接兩個半框架32，因此使它類似于連接件1916)。焊頭190安放在其上的滾珠軸承1912對應于圖11中用附圖標記43、44和45所示的組合安裝件(即，組合安裝件43、44和45允許焊頭42以適合于振動體的方式旋轉。盡管圖19的簡化的表示，諸如焊頭的振動體如果放置在滾珠軸承上將會對其造成損壞。因此需要組合安裝件43、44和45)。
樞軸1920對應于圖16A中用附圖標記M12所示的樞軸。換句話所，樞軸M12允許框架32，并且因此允許焊頭42旋轉。平移器1918對應于也示于圖16A中的平移部件M11。換句話說，框架32連接于平移部件M11，該平移部件件M11允許有一個自由度--它能夠朝著砧部21前移和從其后退。致動器1922對應于圖14中用附圖標記61所示的氣囊。換句話說，氣囊61產生朝著砧部21推動平移器M11的力。
螺紋緊固件1924和1926對應于圖12和圖13中用附圖標記50所示凸輪。換句話說，凸輪50放置在連接于框架24、25的凸輪跟隨器27(圖3所示)上，砧部21安裝在該框架24、25上，因此旋轉時改變焊頭42和砧部21之間的距離和/或焊頭42的縱軸取向。
在考慮到其細節和特征該系統出現的情況下，關于圖1至圖18中其余的討論與用于安裝超聲波焊接裝置的系統的示范性實施例的公開相關。
通過減少的自由度控制間隙參考圖1，圖1示出旋轉焊接組件100。旋轉焊接組件100包括限制焊頭相對于砧部自由度的特征，因此，在焊接過程中較好地控制焊頭和砧部之間的間隙和運動。
組件100包括第一子組件，具體說砧部子組件200，第二子組件，具體說焊頭安裝子組件300，第三子組件，具體說焊頭子組件400，第四子組件，具體說焊頭-砧部子組件500，第五子組件，具體說，焊頭升降子組件600，以及第六子組件，具體說夾緊(nip)組件700。關于這些子組件每個的細節在下面提供。還是如圖1所示，作為旋轉焊接組件100的部件有側板17、系桿18、焊頭伺服電機19以及砧部伺服電機和變速箱11。
圖2和圖3提供關于砧部組件200的詳圖，砧部組件200包括具有輥表面22和輥頸23的砧輥21。砧輥21可以是任何合適的輥，例如壓模輥、壓花輥、印刷輥或焊接輥。砧部軸承座24安裝于砧部框架25。砧輥21利用精密雙向球26軸承安裝與軸承座24。砧輥21構造成繞軸線旋轉，優選軸線縱向延伸通過輥子21的中心。軸承鎖緊螺母28將雙向軸承對保持在一起并且在輥頸23上。砧部組件200還包括安裝在砧輥頸23上的兩個凸輪跟隨器軸承組件27。該凸輪跟隨器軸承組件27用鎖緊螺母29保持在輥頸23上。
本發明的特征之一是能夠稍稍橫向于幅材移動砧部組件200，這種橫向于幅材的移動稱為“側放置(side-lay)”。參考圖4至圖6，圖4至圖6示出由側板17支撐的砧輥組件200的另外的視圖。砧輥21以這樣的方式安裝在系桿18上并且安裝于側板17，使得砧輥21能夠繞縱軸旋轉。在這個實施例中，軸承座24由系桿18支撐。砧輥21由軸夾緊裝置M1固定于系桿18。當夾緊裝置M1處于松開狀態時。砧輥組件200，例如用連接于手柄81帶螺紋的桿80，能夠相對于側板17移動。帶螺紋的棒桿(bar)82固定于側板17，而軸承83連接于其中一個軸承座上24上。
圖7示出焊頭安裝組件300，其包括安裝框架31、軸承座32、焊頭驅動電機19、諸如皮帶34的焊頭驅動裝置。以及焊頭-砧部間隙調節組件500。圖8和圖9示出焊頭安裝組件300的其他特征和其他視圖。
當焊頭安裝組件300安裝在安裝組件100中時，如圖1所示側板17中的狹槽M2(如圖15所示)引導并允許焊頭安裝組件300移動。具體說，在軸承座32上的表面36接觸側板17的表面M3；優選地，軸承座32的至少一部分配合在狹槽M2內。在一些實施例中，表面36是圓柱形表面，雖然這不是主要的。
表面36禁止組件300沿著兩個方向移動，因此消除兩個自由度，一個是沿著X軸的線性運動，一個是繞Y軸的旋轉(見圖7)。另一個繞Z軸的旋轉自由度通過將凸鈕M4放置在安裝框架17上被消除。
軸承座32還具有第二組表面38，該表面在示范性實施例中也是圓柱形表面。這些表面的半徑是側板17的內側或支承表面17b之間的距離的一半(圖1A)。表面38消除沿Z軸的移動自由度。
將會認識到，所有剛性物體具有六個自由度。上面描述的特征消除了四個自由度。
兩個余下可得到的自由度是沿著Y軸的平移運動(朝著和離開砧部)和沿X軸的旋轉運動。這兩個自由度的組合使焊頭30和砧部之間的間隙能夠獨立于焊頭30的兩側調節。
圖10和圖11示出焊頭組件400，其包括焊頭42、組合安裝件43、焊頭軸承環44、焊頭軸承45以及焊頭驅動鏈輪46。所示的焊頭42和組合安裝件43(其公開在Gopal Haregoppa的美國專利6,786,384號中，通過參考將其整個內容結合于此)是若干種可能結構的其中之一，但是該結構在這個實施例中是優選的。
圖12和圖13示出焊頭間隙或焊頭-砧部間隙調節組件500。組件500包括第一和第二凸輪50以及連接于該凸輪的驅動齒輪51。凸輪的內圓柱表面M6放置在組件300的圓柱表面M5上(圖7)。表面M5和M6之間的間隙使凸輪50能夠繞Z軸旋轉。
齒輪軸53是用孔M7安裝在軸承座32之間的非旋轉軸。驅動齒輪52以可旋轉方式安裝于齒輪軸53。該驅動齒輪52通過使用扳手獨立地旋轉，六角形特征部分M8基本上平行于砧部的Z軸。驅動齒輪52的轉動引起凸輪50的轉動。
在使用中，外凸輪表面50a加工成產生線性函數，h＝Aθ，其中h是凸輪的總升高，θ是該凸輪的旋轉角，而A是常數。在優選實施例中，凸輪轉動300度凸輪50產生0.100英寸(約2.5mm)的升高。這提供每度3/10000英寸的調節精度(約每度0.0076mm)。
圖14示出焊頭升降組件600，其用于相對于側板17移動，通常升高和降低焊頭安裝組件300。當凸輪表面50a接觸砧部組件200的凸輪隨動器27時，安裝組件300的移動停止。
參考圖14，焊頭升降組件600包括固定地連接于側板17的升降框架60。連接于該升降框架60的是氣動膜盒61，該膜盒構造成根據希望膨脹和收縮。在使用中，壓縮膜盒61對焊頭安裝組件300施加力，以將組件300推向砧輥21；諸如線性致動器、氣壓缸、液壓缸的另外的力產生器可以選擇地使用。如前所述，焊頭安裝組件300具有兩個剩余自由度。一個是沿Y軸的平移運動，一個是沿X(θx)軸的旋轉(圖14)。
圖15和圖16示出焊頭升降組件600另外的視圖。在這個實施例中，具有樞軸間隙的帶有齒輪傳動的七桿聯動機構用于控制焊頭安裝組件300相對于側板17和安裝框架31的旋轉。該連桿機構包括連接的連桿臂62、樞轉臂63、樞轉軸64、齒輪65以及樞轉連接件66、67。當氣動膜盒61提升焊頭安裝組件300時，連接的連桿臂62升高兩個樞轉臂63的端部，由于兩個臂一起傳動，其轉動相等的量。如果在樞轉接頭66、67沒有間隙，焊頭安裝組件300將只豎直移動，而旋轉自由度X(θX)將被消除。但是，由于接頭66、67包括間隙，因此旋轉量是允許的。
圖16A和16B以更基本的動力方式與焊頭安裝組件300一起示出帶有齒輪傳動的七桿聯動機構600A。參考圖16A，在這個實施例中，連桿(link)1是地面。聯動機構600A包括連接的連連桿臂62A、樞轉臂63A、樞轉軸64A，以及樞轉連接件66A、67A。連接的連桿臂62A升高在接頭67A的樞轉臂63A的端部，由于兩個臂63A一起傳動，臂63A轉動相等的量。
樞轉臂63A是連接于地面并分別經由接頭64A和67A連接于連桿臂62A的兩個二連桿機構(binary link)。樞轉臂63A還用齒輪接頭相互連接。該齒輪接頭的比是1∶1。連桿臂62也是連接于樞轉臂63A并分別經由旋轉接頭67A和66A連接于安裝框架31A的二連桿機構。安裝框架31A是連接于臂62A并用樞轉接頭67A和M12連接于滑動座M11的三連桿機構?；瑒幼鵐11用接頭M10和M12連接于地面和安裝框架31A?；瑒幼鵐11控制安裝框架31A的運動，使得安裝框架31A只有平移和旋轉自由度。
聯動機構600A由于包括過大的孔而包括在接頭66A處的接頭間隙。附加地或可選地，接頭間隙可以出現在樞轉接頭67A處。在沒有接頭間隙的常規的帶有齒輪傳動的七桿聯動機構中。當樞轉臂63A旋轉時安裝框架31A的運動僅僅是平移。通過具有接頭間隙，連接于安裝框架31A的焊頭安裝組件300的焊頭42能夠用有限的角運動進行調節。
在接頭中的間隙也可以通過使用如圖16B所示的狹槽，用間隙控制/限制角運動θX實現。在圖16B中，聯動機構600B包括連接的連桿臂62B，樞轉臂63B、樞轉軸64B、以及樞轉連接件66B、67B。樞轉連接件66B包括提供接頭間隙的狹槽。如果L是接頭66B之間的距離，C是接頭間隙，那末允許的旋轉角α由下式給出α=2Sin-1(CL)]]>在優選實施例中，C等于0.03英寸，而L是11.88英寸，因此α為0.3度。
該間隙選擇成或者是過孔，或狹槽，或者其他，使得旋轉能夠使焊頭42和砧部之間的間隙變化，以調節制造間隙和過程變化(processvariation)。但是該間隙不是太大以至防止或禁止焊頭安裝并正確地停止在凸輪50上。
圖17和18示出夾緊(nip)組件700。夾緊組件包括夾緊輥71、夾緊臂72、樞轉軸73、夾緊缸74以及缸支撐軸75。
一種可選的示范性焊接組件作為設備100A示于圖1A中。類似于圖1的設備100，設備100A具有多個子組件。示于圖1A中的是包括砧輥21的砧部組件200A、焊頭組件400A，以及焊頭升降組件600A。示于圖1A中的還有側板17A。將焊頭組件在兩個自由度的一種可選的方法利用片簧M13和M14。設備100A包括片簧13M，通常至少兩對片簧14M。每對片簧M14連接于不同的軸承座32和不同的側板17A。
基于減少可得到的自由度以便更好的控制砧部和焊頭之間的間隙的焊接設備，總的包括具有第一軸線的砧輥21或其他可旋轉的工具輥，和用于支撐砧輥21的安裝系統，使得它能夠繞其第一軸線旋轉。該安裝系統構造成使得砧輥21只具有兩個附加的自由度，該第一各附加的自由度是沿著垂直于該第一軸線的平移運動，而第二附加的自由度是繞第二軸線的旋轉運動，該第二軸線同時垂直于該第一軸線和該第一附加自由度的方向。這樣限制的運動范圍使該砧部和焊頭之間的距離穩定。
當閱讀并了解前述用用控制超聲波焊接系統的過程時，本領域的普通技術人員能夠理解，系統的間隙控制能夠通過測量該焊頭的工作頻率，并且然后調節例如用于控制該間隙的壓力而實現。對于任何焊頭幾何形狀，包括線性焊頭和旋轉焊頭的幾何形狀，具體的方程能夠通過試驗得出或確定。
僅僅以說明的方式給出了上述各種實施例并且不應當解釋為對本發明的限制。本領域的技術人員很容易認識到，不脫離本發明的精神實質和范圍的情況下，不效仿這里描述的示范性實施例和應用，可以對這里描述的本發明進行各種修改和變化。這些修改和變化在權利要求中提出。
權利要求
1.一種由于接觸不定長的幅材的設備，包括具有第一軸線的可旋轉的工具輥；和用于支撐該可旋轉工具輥的安裝系統，使得它能夠繞該第一軸線旋轉，并且使得該可旋轉的工具輥只具有兩個附加自由度，該第一附加自由度是沿著垂直于該第一軸線的方向的平移運動，該第二附加自由度是繞一個第二軸線的旋轉運動，該第二軸線同時垂直于該第一軸線和該第一附加自由度的方向。
2.如權利要求1所述的設備，其中該安裝系統包括具有兩個側板的框架，每個側板具有支承表面并且其中有狹槽，一對支撐元件，每個適于以這樣的方式接合該工具輥，使得該工具輥自由旋轉，其中每個支撐元件包括以可滑動方式接合狹槽之一的滑動部分，和具有接合于該支承表面的彎曲表面的支承部分。
3.如權利要求1所述的設備，其中該安裝系統包括具有兩個側板的框架，一對支撐元件，每個適于以這樣的方式接合該工具輥，使得該工具輥自由旋轉，和至少兩對片簧，每對片簧連接于多個支撐元件中不同的一個和多個側板中不同的一個。
4.如權利要求1所述的設備，還包括鄰近于該安裝系統安裝的砧部。
5.如權利要求4所述的設備，還包括力產生器，其設置成以便對該安裝系統施加力，以便朝著該砧輥推動該工具輥。
6.如權利要求5所述的設備，其中該力產生器選自下面的一組鼓風器、線性致動器、氣壓缸和液壓缸。
7.如權利要求1所述的設備，還包括用于限制在該第二附加自由度內的最大運動量的裝置。
8.如權利要求7所述的設備，其中該限制裝置是帶有齒輪傳動的七桿聯動機構。
9.如權利要求1所述的設備，其中該工具輥是超聲波焊頭，并且其中該設備還包括連接于該工具輥的超聲波能量源。
10.如權利要求1所述的設備，其中該工具輥選自下面的一組壓模輥、壓花輥、印刷輥和焊接輥。
11.如權利要求10所述的設備，還包括鄰近該安裝系統安裝的砧部和設置成根據超聲波能量的頻率提供信號的頻率傳感器，其中該力產生裝置根據該信號以預定方式調節該砧部和該工具輥之間的距離。
12.如權利要求2所述的設備，其中該彎曲的表面的至少一部分是圓柱形扇面。
13.如權利要求2所述的設備，其中該彎曲的表面的至少一部分是球形扇面。
14.如權利要求2所述的設備，還包括鄰近該安裝系統安裝的砧部；安裝在該砧部上的第一對軸承環；和第二對軸承環，該第二對支撐表面的每個安裝在支撐元件之一上，使得第一對軸承環的每個能夠以這樣的方式接觸該第二對軸承環的其中一個限制該砧部和該工具輥之間的最小距離。
15.一種處理不定長的幅材的方法，包括提供用于支撐可旋轉工具輥的安裝系統，使得它能夠繞該第一軸線旋轉并且使得該可旋轉工具輥只具有兩個附加自由度，該第一附加自由度是沿著垂直于該第一軸線的方向的平移運動，該第二附加自由度是繞一個第二軸線的旋轉運動，該第二軸線同時垂直于該第一軸線和該第一附加自由度的方向；將具有第一軸線的可旋轉工具輥安裝在該安裝系統內；以及用該工具輥接觸該幅材以便處理該幅材。
16.如權利要求15所述的方法，還包括設置砧輥鄰近于該工具輥的步驟，并且其中該接觸步驟包括用該砧輥同時用該工具輥接觸該幅材。
17.如權利要求16所述的方法，其中該工具輥是超聲波焊頭，并且其中該方法還包括以超聲波頻率振動該超聲波焊頭的步驟。
18.如權利要求17所述的方法，其中該安裝系統包括具有兩個側板的框架，每個側板具有支承表面并且其中有狹槽，一對支撐元件，每個適于以這樣的方式接合該工具輥，使得該工具輥自由旋轉，其中每個支撐元件包括以可滑動方式接合狹槽之一的滑動部分，和具有接合于該支承表面的彎曲表面的支承部分。
19.如權利要求18所述的方法，還包括提供用于限制在該第二附加自由度內的最大運動量的裝置。
20.如權利要求19所述的方法，其中該限制裝置是帶有齒輪傳動的七桿聯動機構。
全文摘要
本發明公開一種焊接設備和用于該焊接設備的方法。該焊接設備包括超聲波焊頭(1900)和砧部(1902)。該超聲波焊頭有安裝系統約束。該安裝系統允許該焊頭具有兩個自由度。該第一個自由度允許沿著垂直于焊頭縱軸的方向平移。第二個自由度允許繞一軸線旋轉，該軸線垂直于焊頭的縱軸線和平移運動的方向。
文檔編號B23K20/10GK101094761SQ200580045835
公開日2007年12月26日 申請日期2005年12月29日 優先權日2005年1月3日
發明者塞廷德爾·K·納亞爾, 保羅·M·費蒂格, 唐納德·L·泊察爾特, 唐納多·S·奧布拉克, 約翰·R·姆利納爾 申請人:3M創新有限公司