超声波焊接质量检测方法以及超声波焊接设备与流程

1.本技术涉及超声波焊接技术领域，具体而言，涉及一种超声波焊接质量检测方法以及超声波焊接设备。


背景技术：

2.超声波焊接是利用高频振动波传递到两个需焊接的物体表面，在加压的情况下，使两个物体表面相互摩擦而形成分子层之间的熔合。超声波焊接在电池领域中使用非常广泛，例如电池的极耳焊接，电池端子之间，极片与极片之间等都会使用到超声波焊接。
3.超声波焊接具有焊接无火花，环保安全以及焊接强度高，焊接后的工件不退火、无氧化痕迹等优点；然而超声波焊接也具有一些缺点，例如，传统的焊接检测方法不适用于超声波焊接，导致超声波焊接后的产品焊接质量难以检测，降低了焊接良品率。


技术实现要素：

4.本技术旨在提供一种超声波焊接质量检测方法，所述能够检测经超声波焊接后的工件焊接质量，以及一种超声波焊接设备，应用于超声波焊接质量检测方法，能够提高超声波焊接质量。
5.本技术的实施例是这样实现的：
6.第一方面，本技术提出了一种超声波焊接质量检测方法，包括如下步骤：s1：焊头沿第一方向朝向工件移动，至所述焊头与所述工件接触；s2：测量所述焊头施加于所述工件的压力，待压力达到预设压力值后，启动焊接，所述焊头在焊接过程中继续沿第一方向移动，当移动至预设的焊接深度d后，停止焊接，其中，所述焊接深度d为工件焊接前的厚度值减去所述工件焊接完毕后的厚度值。
7.在上述方法中，通过所述焊接深度d方便监控超声波焊接设备的焊接过程，即所述焊头未移动至所述焊接深度d之前，保持焊接，到达预设的所述焊接深度d后，停止焊接。
8.再有，通过所述焊接深度d方便调试焊接质量，通过预设所述焊接深度d，使得不同的工件焊接时，焊接质量相差不大，提高了焊接一致性。
9.根据本技术的一些实施例，在步骤s2后，还包括s3：确定塌陷比例a，通过塌陷比例a判断焊接质量，若所述塌陷比例a大于塌陷比例a标准值，则确定焊接时过焊，若所述塌陷比例a小于塌陷比例a标准值，则确定焊接时焊接不足；其中，所述塌陷比例a通过如下公式计算：
[0010][0011]
其中，所述工件厚度h为所述工件焊接完毕后的厚度值。
[0012]
在上述步骤中，通过所述塌陷比例a能够有效判断焊接质量，弥补了现有技术中不具有适用于超声波焊接质量判断的方法的空白。
[0013]
具体而言，由所述塌陷比例a的计算公式可知，所述塌陷比例a实际为所述焊头的
焊接深度d与所述工件焊接后的厚度比值，而对于同一批工件，假若焊接质量在误差允许的范围内，所述焊接深度d以及所述工件厚度h应当相似。
[0014]
在上述基础上，事先将焊接质量满足要求的工件的塌陷比例作为塌陷比例a标准值，倘若某些工件焊接时焊接质量较差，那么这些工件焊接后的塌陷比例a应当与塌陷比例a标准值具有明显偏差，当塌陷比例a小于塌陷比例a标准值，即所述焊接深度d过小或所述工件厚度h过大，那么此时工件大概率是未焊接到位的，存在焊接不足的缺陷，当塌陷比例a大于塌陷比例a标准值，即所述焊接深度d过大或者所述工件厚度h过小，那么此时工件大概率是焊接过度，甚至可能出现了焊穿的现象。
[0015]
其次，上述超声波焊接质量检测方法中的焊接方式为压力模式即测量所述焊头施加于工件的压力，待压力达到预设压力值后，才启动焊接，而现有的超声波焊接设备的工作模式多为时间模式，时间模式即近设定超声波焊接的持续时间，不考虑其他参数。时间模式方式的缺点在于所述工件可能被所述焊头过度压紧，进而容易导致所述工件厚度h过大，进而导致所述工件容易发生过焊等缺陷，而本技术的压力模式由于所述焊头作用于所述工件的压力稳定，能有效避免上述问题。
[0016]
根据本技术的一些实施例，在步骤s1前，还包括s4：测量所述焊头移动至与标准件接触且所述焊头施加于所述标准件的压力达到预设压力值时，所述标准件的厚度标准值，在所述焊头移动至与所述工件接触且所述焊头施加于所述工件的压力达到预设压力值时，测量所述工件的厚度，与所述厚度标准值对比，以判断所述工件是否正确放置。
[0017]
在上述步骤中，通过将所述焊头达到预设压力时所述工件的厚度与所述厚度标准值对比，能够判断出所述工件在放置于焊接工位时，是否正确放置，假若工件未能正确放置，生产者可以据此及时应对，作出更换工件或者修正工件等操作，一方面降低了焊接次品率，另一方面节约了原材料，降低了生产成本。
[0018]
根据本技术的一些实施例，在步骤s1前，还包括s5：整理所述工件，使得所述工件平铺于焊接工位。
[0019]
在上述步骤中，所述工件正确平铺于焊接工位是后续能够正常焊接所述工件的前提，经过此步骤，能够降低后续焊接时的次品率。
[0020]
根据本技术的一些实施例，所述预设压力值的范围为1000n-2000n。
[0021]
在上述步骤中，针对不同种类的所述工件以及不同的焊接工艺，触发焊接的所述预设压力可能不同，生产者可以根据生产需要灵活选择。
[0022]
根据本技术的一些实施例，所述塌陷比例a标准值的范围为50％-90％。
[0023]
根据本技术的一些实施例，焊接过程中，所述焊头的位移通过非接触光栅传感器测量。
[0024]
在上述步骤中，通过所述非接触光栅传感器能够准确测量所述焊头的位移，以判断所述焊头是否移动至所述焊接深度d处。
[0025]
根据本技术的一些实施例，所述工件为沿所述第一方向层叠的多层结构。
[0026]
另一方面，本技术还提出了一种超声波焊接设备，应用于如前述的超声波焊接质量检测方法，包括：底座；焊头，包括上焊头和下焊头，所述上焊头沿第一方向滑动设置于所述底座，所述下焊头设置于所述底座，所述上焊头和所述下焊头沿所述第一方向相对设置，待焊接工件夹设于所述上焊头和所述下焊头之间；移动部件，用于驱动所述上焊头移动；测
量部件，包括压力传感器和非接触光栅尺，所述压力传感器设置于上焊头，用于测量所述上焊头作用于所述工件之上的压力，所述非接触光栅尺设置于所述底座，用于测量所述上焊头移动的距离。
[0027]
在上述方案中，所述下焊头位置固定，将所述工件设置于所述下焊头处，所述上焊头在所述移动部件的作用下移动并压至所述工件上，实现对所述工件焊接的目的。再有，通过所述压力传感器能够测量出所述上焊头作用于所述工件的压力，使得本装置能够通过压力模式焊接，同时，通过所述非接触式光栅传感器能够准确测量所述焊头移动的距离。
[0028]
根据本技术的一些实施例，所述移动部件通过安装件设置于所述底座，所述安装件包括：夹持座组，包括两个夹持座，所述两个夹持座沿所述第一方向间隔设置于所述底座；安装板，插设于沿所述第一方向间隔设置的所述两个夹持座之间，所述移动部件设置于所述安装板，所述夹持座组对称设置于所述安装板沿所述第一方向的两侧。
[0029]
在上述方案中，所述安装板与所述夹持座组配合，形成滑动连接关系，即将所述安装板插至所述两个夹持座之间，即可将所述移动部件安装于所述安装板，反之，将所述安装板自所述两个夹持座之间抽出，即可将所述移动部件自所述底座拆除，通过所述安装件能够方便地拆装所述移动部件。
附图说明
[0030]
为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0031]
图1为根据本技术一些实施例提供的超声波焊接质量检测方法流程图；
[0032]
图2为根据本技术一些实施例提供的超声波焊接设备结构图。
[0033]
图标：10-底座；20-焊头；30-压力传感器；40-移动部件；50-夹持座；60-安装板；70-非接触光栅尺；80-工件；201-上焊头；202-下焊头；z-第一方向。
具体实施方式
[0034]
为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
[0035]
因此，以下对在附图中提供的本技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本技术的范围，而是仅仅表示本技术的选定实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
[0036]
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
[0037]
在本技术的描述中，需要说明的是，若出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，
或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。此外，本技术的描述中若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0038]
此外，本技术的描述中若出现术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
[0039]
在本技术的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
[0040]
本技术中的超声波焊接质量检测方法以及超声波焊接设备均应用于电池领域中的焊接，特别是应用于极耳焊接，在电芯的生产工艺中，包括将多层极耳焊接或者将极耳焊接于其他物体例如端子之上的工序，由于电芯生产环境对安全要求较高，而传统的焊接方式会有火花产生，会造成极大的安全隐患，再有，极耳本身较薄，传统的焊接方式容易将其焊穿，因此传统的焊接方式不适用极耳焊接，而超声波焊接适用于薄金属件焊接，同时焊接过程中无火花产生，接近冷态加工，适用于电池领域内的焊接，即本技术中所指的工件，指的是电池中适用于超声波焊接的零部件。
[0041]
下面参考图描述根据本技术第一方面实施例的超声波焊接质量检测方法，具体而言，如图1所示，包括如下步骤：
[0042]
s1：焊头20沿第一方向朝向工件80移动，至焊头20与工件80接触；公知，超声波焊接是利用高频振动波传递到两个需焊接的物体表面，在加压的情况下，使两个物体表面相互摩擦而形成分子层之间的熔合，即在通过超声波焊接时，焊头20与工件80需要接触，本步骤使得焊头20与工件80接触，一方面对工件80起到初步固定的作用，另一方面，是将焊头20移动至测量焊接深度d的起点。
[0043]
s2：测量焊头20施加于工件80的压力，待压力达到预设压力值后，启动焊接，焊头20在焊接过程中继续沿第一方向移动，当移动至预设的焊接深度d后，停止焊接，其中，所述焊接深度d为工件焊接前的厚度值减去所述工件焊接完毕后的厚度值；此步骤中触发焊接的方式为压力模式的焊接方式，即测量焊头20施加于工件80的压力，待压力达到预设压力值后，才启动焊接，而现有的触发方式多为时间模式，即近设定超声波焊接的持续时间，不考虑其他参数。时间模式方式的缺点在于工件80可能被焊头20过度压紧，进而容易导致工件厚度h过大，进而导致工件80容易发生过焊等缺陷，而本技术的压力模式由于焊头20作用于工件80的压力稳定，通过所述焊接深度d监控超声波焊接设备的焊接过程，即所述焊头未移动至所述焊接深度d之前，保持焊接，到达预设的所述焊接深度d后，停止焊接，能有效避免上述问题。再有，时间模式的触发方式会导致焊头20长时间紧压于工件80之上，导致焊头20施加于工件80之上的压力过大，进而导致焊接质量波动过大。而本方法通过所述焊接深度d方控制焊接质量，通过预设所述焊接深度d，使得不同的工件焊接时，焊接质量相差不大，提高了焊接一致性。
[0044]
根据本技术的一些实施例，可选地，在步骤s1前，还包括s3：确定塌陷比例a，通过塌陷比例a判断焊接质量，若塌陷比例a大于塌陷比例a标准值，则确定焊接时过焊，若塌陷比例a小于塌陷比例a标准值，则确定焊接时焊接不足；其中，塌陷比例a通过如下公式计算：
[0045][0046]
其中，工件厚度h为工件80焊接完毕后的厚度值。
[0047]
焊接深度d可以预先通过实验得到，即取一个工件80或多个工件80作为标准件，将标准件进行焊接，焊接前(焊头20作用于工件80之上的压力恰好为预设压力时)，对标准件的厚度进行测量，得到工件厚度h，在取得最佳焊接效果(即焊接后的效果为需要的焊接效果)后，再对标准件的厚度进行测量，以焊接前标准件的厚度减去焊接后的标准件的厚度，即得到焊接深度d，以标准件的焊接深度d除以标准件的工件厚度h，得到塌陷比例a标准值，后续焊接其他工件80时，焊头20保持以焊接深度d焊接。
[0048]
由塌陷比例a的计算公式可知，塌陷比例a实际为焊头20的焊接深度d与工件80焊接后的厚度比值，而对于同一批工件80，假若焊接质量在误差允许的范围内，焊接后的工件厚度h应当保持在误差允许的范围内，在焊接深度d保持不变的情况下，塌陷比例a也应当保持在误差允许的范围内，因此，通过判断焊接后的塌陷比例a是否在误差允许的范围内，即可判断焊接质量。
[0049]
判断焊接质量时，倘若某些工件80焊接时焊接质量较差，那么这些工件80焊接后的塌陷比例a应当与塌陷比例a标准值具有明显偏差，当塌陷比例a小于塌陷比例a标准值，即焊接深度d过小或工件厚度h过大，那么此时工件80大概率是未焊接到位的，存在焊接不足的缺陷，焊接不满足工艺要求，当塌陷比例a大于塌陷比例a标准值，即焊接深度d过大或者工件厚度h过小，那么此时工件80大概率是焊接过度，甚至可能出现了焊穿的现象，焊接不满足工艺要求。
[0050]
根据本技术的一些实施例，可选地，在步骤s1前，还包括s4：测量焊头20移动至与标准件接触且焊头20施加于标准件的压力达到预设压力值时，标准件的厚度标准值，在焊头20移动至与工件80接触且焊头20施加于工件80的压力达到预设压力值时，测量工件80的厚度，与厚度标准值对比，以判断工件80是否正确放置。
[0051]
通过将焊头20达到预设压力时工件80的厚度与厚度标准值对比，能够判断出工件80在放置于焊接工位时，是否正确放置，例如，当工件80放置时，出现折叠或错位等情况时，工件80焊接前的厚度的值应当与厚度标准值具有偏差，生产者可以根据是否发生偏差而决定是否继续焊接，倘若经检测发生偏差，生产者可以据此及时应对，作出更换工件80或者修正工件80等操作，例如，在本方法应用于极耳焊接时，由于极耳结构较薄，多层极耳重叠时可以出现极耳内折、错位、多层和少层的情况，内折和多层为极耳厚度大于厚度标准值时的表现，而错位和少层则为极耳厚度小于厚度标准值时的表现。通过此步骤，一方面通过及时发现错误放置的工件80降低了焊接次品率，另一方面因焊接前便及时对工件80的错误放置进行了处理，节约了原材料，降低了生产成本。
[0052]
根据本技术的一些实施例，可选地，在步骤s1前，还包括s5：整理工件80，使得工件80平铺于焊接工位。
[0053]
工件80正确平铺于焊接工位是后续能够正常焊接工件80的前提，经过此步骤，能够降低后续焊接时的次品率。
[0054]
根据本技术的一些实施例，预设压力值的范围为1000n-2000n。
[0055]
针对不同种类的工件80以及不同的焊接工艺，触发焊接的预设压力可能不同，生产者可以根据生产需要灵活选择。
[0056]
根据本技术的一些实施例，塌陷比例a标准值的范围为50％-90％。在这个范围内，焊接质量较为稳定，能够满足工艺要求，而超出此范围，焊接后的工件80即为次品，生产者可及时对其次品进行处理。
[0057]
根据本技术的一些实施例，焊接过程中，焊头20的位移通过非接触光栅传感器测量。
[0058]
通过非接触光栅传感器能够测量出焊头20移动的距离，该距离能够与焊接深度d形成对比，即在允许的误差范围内，焊接深度d应当等于经过非接触光栅传感器测出焊头20移动的距离，避免测量工件80的厚度时发生错误进而导致塌陷深度a计算错误。同时，通过非接触光栅传感器能够准确测量焊头20的位移，以判断焊头20是否移动至焊接深度d处。
[0059]
根据本技术的一些实施例，工件80为沿第一方向层叠的多层结构。
[0060]
如图2所示，另一方面，本技术还提出了一种超声波焊接设备，应用于如前述的超声波焊接质量检测方法，包括：底座10；焊头20，包括上焊头201和下焊头202，上焊头201沿第一方向滑动设置于底座10，下焊头202设置于底座10，上焊头201和下焊头202沿第一方向相对设置，待焊接工件80夹设于上焊头201和下焊头202之间；移动部件40，用于驱动上焊头201移动；测量部件，包括压力传感器30和非接触光栅尺70，压力传感器30设置于上焊头201，用于测量上焊头201作用于工件80之上的压力，非接触光栅尺70设置于底座10，用于测量上焊头201移动的距离。
[0061]
将超声波焊接设备设置于空间直角坐标系xyz中，第一方向即附图中沿z轴的方向，下焊头202位置固定，将工件80设置于下焊头202处，上焊头201在移动部件40的作用下移动并压至工件80上，实现对工件80焊接的目的。再有，通过压力传感器30能够测量出上焊头201作用于工件80的压力，使得本装置能够通过压力模式焊接，提高焊接质量的稳定性，同时，通过非接触式光栅传感器能够准确测量焊头20移动的距离。
[0062]
需要注意的是，将本装置应用于前述的超声波焊接质量检测方法时，非接触式光栅尺测量的是上焊头201的位移。
[0063]
本技术中，非接触光栅尺70包括发射端和接收端，将发射端和接受端与处理器电性连接，发射端发出红外光栅，接收端进行对应接收，形成光幕。如果有物体从光幕中通过，会遮住相应的红外光线，光电传感器就会检测到，并把光信号转变为电信号，经处理器接收电信号处理后，即可判断上焊头201的移动位移。由上述非接触光栅尺70的工作流程可知，非接触光栅尺70测量上焊头201的位移时，非接触光栅尺70与上焊头201无接触，非接触光栅尺70与上焊头201之间无干扰，同时，还具有安装和使用方便的优点。
[0064]
在本装置中，通过焊头20进行焊接的工作过程为现有技术中公开的内容，此处不再赘述。
[0065]
进一步地，底座10设置有滑轨，滑轨沿第一方向z设置，滑轨滑动设置有滑块，上焊头201连接于滑块，实现将上焊头201滑动连接于底座10的目的。
[0066]
根据本技术的一些实施例，可选地，压力传感器30设置于移动部件40与上焊头201之间。
[0067]
移动部件40驱动上焊头201移动，而上焊头201直接与工件80接触，将压力传感器30设置于移动部件40与上焊头201之间能够避免压力传感器30与工件80接触，由于上焊头201为刚体，因此如此设置既不会对测量造成影响又能保护压力传感器30。
[0068]
根据本技术的一些实施例，可选地，移动部件40通过安装件设置于底座10，安装件包括：夹持座组，包括两个夹持座50，两个夹持座50沿第一方向间隔设置于底座10；安装板60，插设于沿第一方向间隔设置的两个夹持座50之间，移动部件40设置于安装板60，夹持座组对称设置于安装板60沿第一方向的两侧。
[0069]
安装板60与夹持座组配合，形成滑动连接关系，即将安装板60插至两个夹持座50之间，即可将移动部件40安装于安装板60，反之，将安装板60自两个夹持座50之间抽出，即可将移动部件40自底座10拆除，通过安装件能够方便地拆装移动部件40。
[0070]
夹持座50和安装板60上可以分别设置有供螺栓穿入的螺孔，通过螺栓将夹持座50和安装板60连接，使得二者能够可拆地连接，使得在焊接过程中，安装板60能够被固定。
[0071]
进一步地，夹持座组的两个夹持座50可以均为直角梯形结构，两个夹持座50的直角腰相对设置，增加了夹持座50沿第一方向的强度。
[0072]
在本技术中，移动部件40可以为具有可往复移动的移动端的部件，例如气缸或者液压缸，安装时，将气缸或者液压缸的固定端安装于安装板60即可。
[0073]
以上所述仅为本技术的优选实施例而已，并不用于限制本技术，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。