Erlernen Sie die Kenntnisse über Ultraschalltechnologie und Ultraschallschweißgeräte

Prinzip der Ultraschallfehlererkennung mit Ultraschallsonde sowie Test und Design des Sensors

Ultraschallwandler, Horn- und Stimmhülsen sind Geräte, die elektrische Energie in Vibration umwandeln. Um das Funktionsprinzip zu verstehen, kann ein Vergleich zwischen einem Ultraschallschweißgerät und einem Auto angestellt werden.

Der Sensor führt die Energieumwandlung durch (als Motor), der Transformator regelt das Verhältnis zwischen Kraft und Geschwindigkeit (wie bei einem Getriebe) und schließlich lenkt das Ultraschall-/Ultraschallhorn diese Energie und wendet sie an, um die erforderliche Arbeit zu verrichten (wie bei einem Rad).

In Automobilen müssen alle mechanischen Systemkomponenten harmonisch ausgelegt sein, um die Effizienz der Energieübertragung zu maximieren. Das Gleiche gilt auch für Ultraschallsysteme, allerdings ist hier der entscheidende Parameter der Effizienz die Frequenz der Komponente, die möglichst nahe beieinander liegen sollte (z. B. 20 kHz +/- 50 Hz).

 

(Eine Analogie zwischen akustischem Ultraschallschweißen und dem mechanischen System eines Autos. )

Betrieb

Der Sensor verfügt über zwei Betriebsfrequenzen, die leicht an der Kurve der elektrischen Impedanz zu erkennen sind. Das Impedanzmaximum entspricht der Antiresonanzfrequenz (maximale Geschwindigkeit). Das Ultraschallschweißsystem arbeitet mit einer Antiresonanzfrequenz. Das Impedanzminimum entspricht der Resonanzfrequenz (maximale Kraft). Das Ultraschallreinigungssystem arbeitet mit einer Resonanzfrequenz.

(Die Impedanzkurve des Sensors gegenüber der Frequenz.)

Erhöhen Sie die Ultraschall-/Hornfrequenz:

(Reduzieren Sie die Länge der Ultraschallelektrode/des Horns, um die Frequenz zu erhöhen.)

Reduzieren Sie die Ultraschall-/Hornfrequenz:

(Der Schritt der Reduzierung der Ultraschall-/Hornfrequenz.)

Sensortest

Um ordnungsgemäß zu funktionieren, müssen Frequenz und Impedanz des Sensors innerhalb der Toleranz liegen. Bei einem Schweißsystem sollte die Frequenz beispielsweise 2,5 % höher sein als die nominale akustische Einstellfrequenz mit einer Toleranz von +/- 0,25 %.

Ausschlaggebend für Frequenz und Impedanz sind die Maßhaltigkeit des Bauteils, die Dichtheit der Anwendung, die Qualität der Keramik und die Abstimmung (ähnlich wie bei der Ultraschallausbreitung).

(Frequenz und Impedanz des Wandlers werden mit einem TRZ-Analysator bestimmt.)

Akustischer Test

Frequenz und Impedanz der Akustikgruppe müssen innerhalb eines akzeptablen Bereichs liegen. In einem Schweißsystem beträgt die Frequenztoleranz ± 0,25 %, beispielsweise 20 kHz ± 50 Hz.

Die Leistung hängt von der Frequenzabstimmung und der Konsistenz zwischen den Komponenten ab. Dies kann bei der Kombination von Sensoren und Wandlern (ein Niederfrequenz- und ein Hochfrequenzwandler) auch bei Betrieb mit der richtigen Frequenz passieren. Diese Art von Problem wird durch Messung der Impedanz erkannt.

(Akustische Schwingungsamplitude beim Ultraschallschweißen.)

Piezoelektrischer Keramiktest

Piezoelektrische Keramiken sind der Sensorkern und die Schlüsselkomponenten. Für Energieanwendungen werden üblicherweise PZT-8 und PZT-4 verwendet.

Die Mikrorisse der Keramik müssen vor dem Zusammenbau nachgewiesen werden. Mit der TRZ-Software können Risse einfach durch abnormale Spitzen in der Impedanzkurve erkannt werden.

(Testen von piezoelektrischer Keramik mit der TRZ-Software)

Vorausschauende Wartung

Mit vorausschauender Wartung können Probleme im Ultraschallsystem leicht vermieden werden. Im Allgemeinen stellt die Frequenzabweichung den Verschleiß dar und das Kopplungsproblem wird in der Impedanz dargestellt. Diese Probleme werden durch Nachziehen und Polieren der Schnittstelle gelöst.

(Vorausschauende Wartung von Systemen mit TRZ zum Schneiden und Schweißen）