高速攝像機在工程陶瓷復(fù)頻超聲加工技術(shù)研究中的應(yīng)用

     千眼狼高速攝像機助力太原理工大學(xué)科研團隊研究發(fā)現(xiàn)復(fù)頻超聲加工單元異常振動頻率的產(chǎn)生原因，改良加工單元中核心部件“自由質(zhì)量塊”的設(shè)計，提高此加工方法的精度與高效性。       

       智能電子產(chǎn)品消費浪潮驅(qū)動下，電子元器件的高度集成化、封裝模塊化是發(fā)展趨勢（見圖1），工程陶瓷憑借超高導(dǎo)熱性使其成為的散熱承載系統(tǒng)，針對具有硬脆特性的工程陶瓷鉆削加工技術(shù)的研究亦成為熱點課題。

圖1 多芯片封裝組件

       新型的復(fù)頻超聲加工技術(shù)雖然克服了傳統(tǒng)加工諸如激光、電火花、單頻超聲振動等的一些如精度無法保障、磨損嚴(yán)重、成本太高等局限，但亦存在加工不穩(wěn)定等痛點。故需建立加工單元實驗系統(tǒng)（詳見圖2），對其驅(qū)動特性、裂紋產(chǎn)生的臨界條件研究，并對關(guān)鍵部件設(shè)計優(yōu)化。

       1.工件 2.工作臺 3.鉆桿 4.自由質(zhì)量塊 5.變幅桿 6.換能器 7.超聲波發(fā)生器.

圖2 復(fù)頻超聲加工單元實驗系統(tǒng)

       加工單元中核心部件——自由質(zhì)量塊（詳見圖3）起著儲存和傳遞能量的作用。通過自由質(zhì)量塊與變幅桿頂端的碰撞與沖擊，引入低頻大振幅振動，傳遞能量給鉆桿底端，從而有效提高鉆桿輸出端的振幅。

圖3 自由質(zhì)量塊示意

        復(fù)頻超聲加工單元頻率即為單位時間內(nèi)自由質(zhì)量塊完成的完整碰撞運動的次數(shù)。在研究人員測定的頻譜圖中，主要低頻信號峰值附件的異常雜頻即為自由質(zhì)量塊異常運動造成，故研究人員采用了千眼狼X系列超高速攝像機X213（詳見圖）, 滿幅分辨率1280×1024，滿幅幀率13400 fps，實驗裁剪畫幅至1280×128，速度匹配為120,000 fps，對高速碰撞運動狀態(tài)下的自由質(zhì)量塊的運動過程進行反復(fù)觀測、比對，詳見圖4、圖5：

圖4 自由質(zhì)量塊的正常運動圖像

圖5  自由質(zhì)量塊的異常運動圖像

       通過圖像對比發(fā)現(xiàn)，自由質(zhì)量塊的異常運動是由于碰撞運動過程中存在傾斜偏轉(zhuǎn)以及自由質(zhì)量塊的邊緣與上下碰撞表面不*碰撞造成的（詳見圖5）。發(fā)現(xiàn)原因后研究人員對自由質(zhì)量塊的形狀進行削邊處理（詳見圖6），成功消除了異常頻率，改善振動效果，提高了復(fù)頻超聲加工的穩(wěn)定性。

 圖6 改進后的自由質(zhì)量塊

       加工領(lǐng)域中，類似采用高速視覺技術(shù)對自由質(zhì)量塊高速碰撞運動周期進行觀測，精準(zhǔn)定位細小異常點從而實現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計改良的應(yīng)用場景不勝枚舉，如半導(dǎo)體封測領(lǐng)域觀測吸頭每一次高速起、落，精密刀具的高速切削等等，千眼狼的研發(fā)團隊將會持續(xù)跟蹤關(guān)注工業(yè)設(shè)備領(lǐng)域，打磨出更多專業(yè)好用的高速視覺.