同尺寸壓著面,不同幾何體的超音波喇叭設計

                  

         相同壓著面的超音波喇叭,在設計上只要頻率、振幅、諧振狀態達

     到設計標準,從測試分析中,我們發現可有多種設計選擇;也就是說超

     音波喇叭的設計上,可採行以多種不同幾何體的模型設計。目前超音波

     市場上即能看到,具相當技術水準的超音波同業,他們設計出來的超音

     波喇叭,都有其設計習慣、特色及風格。

                     對于超音波喇叭設計者而言,喇叭設計的基本要求,不外乎為頻率

     要達到與系統匹配的標準,振幅設計針對加工物需求要適當,諧振狀態

     必需良好,應力變化則應該是愈小愈好。前述要求達到後,就要考慮超

     音波喇叭加工的方便性。因此超音波喇叭設計者就要不斷的發掘、吸取

     經驗,捷取他人的設計長處,才能改善併提升超音波喇叭設計的技術。

         以下列舉超音波喇叭常用的設計實例說明:             

    左三圖示為常見的傳統形式的超

音波15KSW48w24L210 HORN設計,頻率

15KHz標準頻率,由于HORN設計未經

設計調整振幅,經由分析測試後,明顯

可以看出其振幅差異極大,中間振幅與

兩外側振幅差,幾可能達35﹪以上。且

交變應力集中于HORN的二中間板部位,

位置接近HORN導波散熱溝處,此種傳統

設計,此種設計常會致使喇叭從導波散

熱溝底部破裂。從向量圖示更清楚可以

看出,喇叭幾何體變型的狀況,HORN

著面端向兩測丿。

此種傳統設計目前仍被廣泛的應用

,如果使用于低負載熔接,且使用頻率

不高,則尚堪用,對于使用頻率高,需

振幅均勻的加工即會產生問題。

使用此種未經調整振幅喇叭,常見

的問題是熔接不均勻,一般狀況是中間

熔接較牢固,兩側熔接強度較差,如要

使兩側熔接牢固,則會造成中間過熔現

象。且使用者常會誤判為底模平整度造

成的問題,當HORN破裂時,亦常會誤判

為金屬材質出問題,事實上是喇叭設計

不當,造成的問題。

   

    左三圖示同為15KSW48w24L210

HORN以三導波溝設計:

    頻率為15KHz標準頻率,設計調整

振幅,經調整製作分析、測試後,可以

看出其振幅差異性明顯變小,如為單純

平面壓著設計喇叭,其中間振幅與兩外

側振幅差,均勻度可達10﹪以內。

最重要的是喇叭交變應力,已明顯

分散于HORN的各部位,接近導波散熱溝

處的應力亦減少,此種設計使喇叭加工

能力,及壽命性相較于傳統設計大幅提

高。從向量圖示亦可以看出,喇叭幾何

體變型的狀況已明顯的改善。

其調整振幅的設計主要為,減少大

端面兩片中間板的質量,期使喇叭的壓

著面中間振幅降低。超音波喇叭增減大

端的質量,能明顯有效的增減壓著端面

的振幅,此設計例即以堆積兩側振幅較

低處,使振幅均勻。

單以焊頭螺絲面調整振幅有時尚無

法使壓著端面振幅均勻,需要採取其它

調整振幅手法才能使壓著端面振幅均勻

。此設計例是另在喇叭壓著面長端銑小

R,增加兩端局部區域的振幅,振幅量

的增減取決于R的深度,R的深度愈深

振幅量愈大,反之R的深度愈淺振幅量

愈小。

    此外導波溝的長度及寬度亦能調整

振幅,導波溝的設計在喇叭設計時即決

定,

    當振幅有差異可以調整其長度及寬

度來增減振幅。

         

     

         

上、左三圖示相同壓著面的超音波

喇叭,15KSW48w24L210 HORN以二短導

波溝設計:

頻率為15KHz標準頻率,在焊頭螺絲

端適當的位置,予以跣切二對稱溝槽,

同樣能得到振幅差均勻度可達10﹪以內

,良好的共振體。其調整振幅的設計主

要以跣切溝的位置,及銑切溝的深度,

來增減其振幅。

           

      

          

上、左圖示相同壓著面的超音

波喇叭,15KSW48w24L210 HORN二短

導波溝設計:

頻率為15KHz標準頻率,在焊頭

螺絲端中間予以減少質量調整振幅,

同樣能得到振幅差均勻度可達10﹪以

內,良好的共振體。

        

           

          

    上、左圖示相同壓著面的超音波

喇叭,15KSW48w24L210 HORN二長導波

溝設計:

     頻率為15KHz標準頻率,為保持焊

頭螺絲端平整,予以喇叭中間板塊節點

調整,及調整增加兩側振幅,同樣能得

到振幅

差均勻度可達10﹪以內,良好的共振體。

                相同壓著面的超音波喇叭,在設計上雖然可以採多種不同的設計,但

     並非無限制可完全適用,是有其限制性。最大的限制是僅適用于平面壓著

     的超音波喇叭,如喇叭壓著面是需要成型設計時,既會造成喇叭的幾何型

     體破壞,當幾何型體完整性破壞,即會致使喇叭不諧振,需以調整振幅的

     手段來使喇叭平衡諧振。從前述設計實例設計可以看出,當設計之初喇叭

     幾何型體選擇決定,攸關後續調整振幅的手法應用,此時設計者,就僅能

     挑選其中一種適用的喇叭型體設計,或者採混合型體的新設計。因此開始

     決定採何種幾何型體設計,尤其需成型的超音波喇叭,需多方面的考慮,

     且與設計應用經驗有絕對關係。                   

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