Aplicaciones principales del analizador TRZ®

Las principales aplicaciones del analizador TRZ® son: afinación de Sonotrodos ultrasónicas, mantenimiento de conjunto acústicos de soldadura ultrasónica, reparación de conversores y control de calidad de transductores. También se utiliza en inspección de recibos y desarrollo de productos ultrasónicos.

Afinación de sonotrodos

La sintonización de frecuencia de las Sonotrodos ultrasónicas y similares es necesaria para que las nuevas piezas compensen las variaciones de las propiedades elásticas y las tolerancias de fresado. Para cuernos usados y desgastados, se requiere compensar los cambios dimensionales para extender su vida útil.

En el caso de los equipos de corte y soldadura por ultrasonidos, la frecuencia de la Sonotrodo debe coincidir con las del reforzador y del conversor para una mayor eficiencia de vibración y compatibilidad de piezas de repuesto. Esto es lo mismo para equipos médicos y dentales, tales como escalpelos ultrasónicos, tijeras y escaladores, pulido ultrasónico y equipos de molienda ultrasónica.

Ajuste sonotrodo para aumentar a frequência Ajuste sonotrodo para diminuir a frequência
Cambio dimensional básico para frecuencia creciente y decreciente.

Los cambios básicos para la afinación de la Sonotrodo son reducir su longitud para aumentar la frecuencia y cambiar las dimensiones laterales para disminuir la frecuencia. La reducción de las dimensiones laterales disminuye la frecuencia, pero con una sensibilidad más baja que la longitud y con efectos secundarios en la ganancia de amplitud.

Analizador TRZ - Proceso de sintonizacion de sonotrodo.
El proceso de ajuste: mecanizado progresivo combinado con el análisis TRZ®.

El proceso de ajuste consiste en cambiar las dimensiones de la Sonotrodo empleando máquinas herramienta (torno, fresado y rectificado) combinadas con las mediciones del analizador TRZ® hasta alcanzar la frecuencia deseada. Cada cambio de dimensión debe ser menor y precedido por el análisis TRZ. Para ser medido, la Sonotrodo debe estar conectada a un conversor y booster, ya que estaría en uso real.

Sintonización de sonotrodo de 15 KHz
Aumento de frecuencia con disminución de longitud a lo largo de la sintonización de una Sonotrodo de tipo bloque de 15 kHz La frecuencia objetivo fue de 15.000 kHz ± 0.050 y la frecuencia final se ajustó a 14.950 kHz. La sensibilidad fue de Hz90 Hz / mm (2.3 Hz / mil).

La operación estándar para sintonizar una Sonotrodo es reducir su longitud porque es la dimensión más fácil de cambiar y la frecuencia es más sensible en esta dirección (≈ 100 Hz / mm para piezas de 20 kHz). Una nueva Sonotrodo o réplica generalmente se mecaniza por más tiempo para su posterior afinación con reducción de longitud, +4 mm (≈160 mil) es suficiente para Sonotrodos de 20 kHz. El cambio de dimensiones laterales se limita al reacondicionamiento de cuernos; el desgaste y los revestimientos reducen la longitud, aumentando así la frecuencia, que se puede corregir hasta cierto punto cambiando las dimensiones laterales y moviendo la posición del paso.

Vale la pena mencionar que no es posible reparar una Sonotrodo agrietada. Puede ajustar la frecuencia, pero la grieta mantendrá bajo tanto el factor de calidad mecánica como el rendimiento.

Pruebas de conjunto acústicos de soldadura por ultrasonidos

Para identificar qué elemento de la conjunto acústico no funciona correctamente, se debe realizar una prueba progresiva: en primer lugar, pruebe el conversor solo; en segundo lugar, prueba el conversor y el amplificador y, por último, la conjunto acústico completa. En cada paso / combinación, se deben aplicar criterios de aceptación específicos para frecuencias, rango de frecuencia, factor de calidad mecánica e impedancias.

ConverterConverter+BoosterConverter+Booster+Horn
Factor de calidad mecánica (Qm)≥ 250≥ 700≥ 1000
Rango de frecuencia [Fr-Fa]Debe incluir la frecuencia nominal de conjunto acústicoDebe estar dentro del rango de frecuencia del conversor-
Frecuencia operacional (usualmente Fa)--Debe ser igual o más estrecha que la frecuencia nominal de la conjunto acústico ± 0.5%
Pautas generales para probar conjunto acústicos de soldadura por ultrasonidos.

A lo largo de los años, aprendimos las desviaciones típicas del mal funcionamiento de las piezas de las conjunto acústicos ultrasónicas y condensamos este conocimiento dentro de las pautas generales y los criterios de aceptación. Las pautas se resumen en la tabla anterior y los criterios programados en el software TRZ®.

Hay muchas maneras en que los fabricantes pueden alinear las frecuencias de las piezas de la conjunto acústico y manejarlas, lo que hace imposible definir líneas de guía específicas y criterios que serían perfectos para todas ellas al mismo tiempo. A pesar de eso, las pautas y los criterios que ofrecemos en este documento y dentro del Software TRZ® son un buen comienzo que puede refinarse más adelante probando nuevas piezas y / o solicitando especificaciones y tolerancias adicionales de los fabricantes.

Antes de ejecutar las pruebas, asegúrese de que las superficies de acoplamiento de las partes de la conjunto acústico sean planas, paralelas y limpias. Se recomienda una capa ligera de grasa de alta temperatura o una arandela de película en las superficies de contacto. Cualquier superficie de acoplamiento en mal estado debe reacondicionarse, ya que las superficies de acoplamiento deficientes comprometen tanto el factor de calidad mecánica (Qm) como el rendimiento de la conjunto acústico. Igualmente, limpie y verifique el estado de los pernos y roscas.

Prueba de conversores (conversor solo)

El factor de calidad mecánica (Qm) de los conversores debe ser igual o superior a 250, independientemente de la frecuencia, la potencia o el fabricante. Este número es una regla de oro basada en nuestra experiencia.

  • Ejemplo de un conversor en buenas condiciones: la frecuencia operacional de conjunto acústico indicada por la traza discontinua roja a 20 kHz está dentro del rango del conversor [Fr-Fa]C indicada por la región azul.

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Puede entender el Qm como la cantidad de veces que el dispositivo oscila después de que se apaga la alimentación (esta es una aproximación aproximada solo con fines ilustrativos). Un conversor que oscila 800 veces (Qm = 800) vibra más eficientemente y disipa una fracción de energía más baja que un oscilador 250 veces (Qm = 250). Vale la pena mencionar que la Qm varía mucho de una parte a otra y cuanto más alta, mejor.

El rango de frecuencia del conversor [Fr-Fa]C debe contener la frecuencia nominal de conjunto acústico. En la primera figura anterior, la frecuencia operacional de la conjunto acústico (20 kHz) está dentro de la región azul, lo que indica que el conversor está bien con respecto a este criterio. En la segunda figura, la frecuencia operacional de la conjunto acústico (20 kHz) está fuera de la región azul, lo que indica la alta frecuencia del conversor. El rango de frecuencia operacional puede estar en cualquier lugar entre el conversor Fr y Fa, sin embargo, la frecuencia más común debe estar cerca de Fr. Una conjunto acústico con un conversor de frecuencia alta o baja puede funcionar y ser aceptable, pero con menor eficiencia y mayor calentamiento que una adecuada sintonizada.

El software TRZ® aplica otros criterios en relación con las frecuencias y las impedancias respectivas, sin embargo, no son estrictos porque las frecuencias y las impedancias de los conversores varían mucho con la potencia máxima del dispositivo y de un fabricante a otro (los usuarios pueden y deben realizar refinamientos donde sea posible).

Pruebas de Boosters (conversor + booster)

Si el conversor falla en el paso anterior, ha encontrado el problema o al menos uno de ellos. Si el conversor está bien, el problema está en otra parte y puede pasar al siguiente paso probando el reforzador. Para probar el reforzador, debe conectarlo a un conversor en buenas condiciones (puede ser propio de la conjunto acústico) con el torque adecuado y los procedimientos recomendados por el fabricante.

El factor de calidad mecánico (conversor + refuerzo) (Qm) debe ser igual o superior a 700 independientemente de la frecuencia, la potencia o el fabricante. Este número es una regla de oro basada en nuestra experiencia. Recomendamos probar el conversor + booster también en la máquina de soldadura para el factor de calidad mecánica (Qm). A veces, el problema del refuerzo es el daño en el cojín de las juntas tóricas, lo que puede no ser detectable a menos que el refuerzo sea reparado. Esta prueba también es importante en los desarrollos para verificar si la región nodal de refuerzo coincide con la región de retención (de lo contrario, el factor de calidad mecánica disminuirá considerablemente).

  • Ejemplo de "conversor + booster" en buenas condiciones (gráfico azul) y el "conversor solo" (gráfico gris). El rango del conversor [Fr-Fa]C indicado por la región azul contiene el rango de frecuencia respectivo del conversor + refuerzo [Fr-Fa]C+B indicado por la región roja.

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El rango de frecuencia del "conversor + refuerzo" [Fr-Fa]C + B debe estar dentro del rango de frecuencia del "conversor solo" [Fr-Fa]C (región azul), como se ilustra en la primera imagen de arriba (el "conversor + refuerzo" "Rango puede estar en cualquier lugar dentro del rango del conversor). La segunda imagen de arriba ilustra un caso de refuerzo de baja frecuencia en el que [Fr-Fa]C + B no está dentro del rango de frecuencia de "solo conversor" [Fr-Fa]C (el cuadro rojo). El juicio es gráfico / visual.

El software TRZ® aplica otros criterios en relación con las frecuencias y sus respectivas impedancias, sin embargo, no son estrictos porque las frecuencias e impedancias de los conversores y amplificadores varían mucho con la potencia máxima del dispositivo y de un fabricante a otro (los usuarios pueden y deben realizar refinamiento cuando sea posible).

Conjunto acústico complete

Si el "conversor + refuerzo" falla el paso anterior, el problema es el refuerzo. Si el "conversor + refuerzo" está bien, el problema es casi seguro que la Sonotrodo y usted puede avanzar al siguiente paso probando la conjunto acústico completa. Conecte la Sonotrodo al reforzador con el torque y los procedimientos adecuados recomendados por el fabricante.

El factor de calidad mecánica de la conjunto acústico (Qm) debe ser igual o superior a 1000, independientemente de la frecuencia y la potencia. La Qm igual o superior a 1000 es una regla general, según nuestra experiencia, nunca hemos probado una conjunto acústico acústica que funcione correctamente con una Qm inferior a 1000. Cuando la Sonotrodo está agrietada, el factor de calidad mecánica de la conjunto acústico disminuye considerablemente.

La frecuencia operativa debe ser igual a la nominal más o menos del 0.5% (por ejemplo, ± 100 Hz para máquinas de 20.000 kHz). La tolerancia de frecuencia puede ser más estricta para equipos de alto grado, ± 0.25% es habitual en marcas conocidas. En la mayoría de los casos, la frecuencia operativa es la frecuencia antiresonante (Fa), algunas marcas manejan equipos de soldadura a la frecuencia de resonancia (Fr) o entre las frecuencias de resonancia y antiresonancia; puede descubrirlo midiendo el equipo con el medidor de frecuencia sin contacto SonicSniffer®.

Puedes tener conjunto acústicos malas en la frecuencia correcta. Sucede, por ejemplo, cuando tiene un desgaste (que aumenta la frecuencia) y interfaces pobres (que disminuyen la frecuencia) simultáneamente. En estos casos, detectará el problema observando el factor de calidad mecánica, que debe ser superior a 1000.

En una conjunto acústico acústica, o en cualquier dispositivo compuesto resonante, cada parte actúa como un filtro de paso de banda y, si sus frecuencias no están alineadas, la conjunto acústico tendrá una eficiencia baja. La baja eficiencia viene con el sobrecalentamiento, la sobrecarga del generador y la fatiga más rápida, lo que hace que la Sonotrodo sea una sintonía adecuada para la raíz de muchos problemas en los sistemas ultrasónicos de potencia.

Transductores ultrasónicos de control de calidad e inspección de recibos.

El control de calidad de los transductores y piezas ultrasónicas se puede realizar mediante la caracterización de sus frecuencias, impedancias y factor de calidad mecánica. Para ser aprobados, estos parámetros deben estar dentro de los criterios de aceptación.

Las desviaciones indican problemas en la fabricación y / o montaje de las piezas y deben evaluarse meticulosamente para evitar problemas de bajo rendimiento y asistencia técnica. Puede funcionar un transductor con características fuera de estos rangos, pero con bajo rendimiento, problemas de sobrecalentamiento y vida útil reducida, además del riesgo de dañar el generador y los elementos asociados, como sonotrodos y amplificadores.

Cuando un transductor o una pieza no se aprueba, aún se puede recuperar identificando y corrigiendo el problema. Las causas típicas son desviaciones dimensionales (cambio de frecuencia) y fallas en el ensamblaje.

Los criterios de aceptación se determinan en función de la caracterización de los valores promedio y las desviaciones de un lote piloto de transductores de referencia. Cuando sea necesario, el ATCP puede ofrecer una consulta personalizada para ayudar a determinar los intervalos de aceptación.

Reparación de conversores

El analizador TRZ® es capaz de probar conversores y piezas reacondicionados aplicando criterios de aceptación ajustables.

Desarrollo de productos

El analizador TRZ® es un analizador de impedancia capaz de probar cualquier dispositivo piezoeléctrico con respecto a sus frecuencias, impedancias y factor de calidad mecánica en el rango de 1-200 kHz (por ejemplo, transductores tipo Langevin y actuadores piezoeléctricos).

Aprenda más sobre el Analizador TRZ®

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Manual TRZ®

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