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高速摄像机在工程陶瓷复频超声加工技术研究中的应用

时间:2020-04-27 点击次数:118

     千眼狼高速摄像机助力太原理工大学科研团队研究发现复频超声加工单元异常振动频率的产生原因,改良加工单元中核心部件“自由质量块”的设计,提高此加工方法的精度与高效性。       

       智能电子产品消费浪潮驱动下,电子元器件的高度集成化、封装模块化是发展趋势(见图1),工程陶瓷凭借超高导热性使其成为的散热承载系统,针对具有硬脆特性的工程陶瓷钻削加工技术的研究亦成为热点课题。

图1 多芯片封装组件.png

图1 多芯片封装组件

       新型的复频超声加工技术虽然克服了传统加工诸如激光、电火花、单频超声振动等的一些如精度无法保障、磨损严重、成本太高等局限,但亦存在加工不稳定等痛点。故需建立加工单元实验系统(详见图2),对其驱动特性、裂纹产生的临界条件研究,并对关键部件设计优化。

       1.工件 2.工作台 3.钻杆 4.自由质量块 5.变幅杆 6.换能器 7.超声波发生器.

图2 复频超声加工单元实验系统.png

图2 复频超声加工单元实验系统

       加工单元中核心部件——自由质量块(详见图3)起着储存和传递能量的作用。通过自由质量块与变幅杆顶端的碰撞与冲击,引入低频大振幅振动,传递能量给钻杆底端,从而有效提高钻杆输出端的振幅。

图3 自由质量块示意.png

图3 自由质量块示意

        复频超声加工单元频率即为单位时间内自由质量块完成的完整碰撞运动的次数。在研究人员测定的频谱图中,主要低频信号峰值附件的异常杂频即为自由质量块异常运动造成,故研究人员采用了千眼狼X系列超高速摄像机X213(详见图), 满幅分辨率1280×1024,满幅帧率13400 fps,实验裁剪画幅至1280×128,速度匹配为120,000 fps,对高速碰撞运动状态下的自由质量块的运动过程进行反复观测、比对,详见图4、图5:

图4 自由质量块的正常运动图像.png

图4 自由质量块的正常运动图像

图5  自由质量块的异常运动图像.png

图5  自由质量块的异常运动图像

       通过图像对比发现,自由质量块的异常运动是由于碰撞运动过程中存在倾斜偏转以及自由质量块的边缘与上下碰撞表面不完全碰撞造成的(详见图5)。发现原因后研究人员对自由质量块的形状进行削边处理(详见图6),成功消除了异常频率,改善振动效果,提高了复频超声加工的稳定性。

 图6 改进后的自由质量块.png

 图6 改进后的自由质量块

       高端加工领域中,类似采用高速视觉技术对自由质量块高速碰撞运动周期进行观测,精准定位细小异常点从而实现产品设计改良的应用场景不胜枚举,如半导体封测领域观测吸头每一次高速起、落,精密刀具的高速切削等等,千眼狼的研发团队将会持续跟踪关注高端工业设备领域,打磨出更多专业好用的高速视觉.

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