1、超聲波原理和維修,講授者：王振云,講義指南,一、超聲波的用途和基本構(gòu)成； 二、超聲波的使用方法及注意事項(xiàng)； 三、超聲波發(fā)生器的組成結(jié)構(gòu)及器件檢測； 四、超聲波控制系統(tǒng)的電路分析; 五、如何使用編程器對發(fā)生器進(jìn)行簡易設(shè)置； 六、超聲波系統(tǒng)的常見故障分析。,一、超聲波的用途和基本構(gòu)成,1、超聲波清洗機(jī)主要是用于組件中對噴絲板、過濾芯等零部件的清洗，使這些被清洗的部件最終達(dá)到組件安裝時(shí)所必需的清潔指標(biāo)。 2、超聲波清洗系統(tǒng)主要是由電氣控制系統(tǒng)、機(jī)械移動(dòng)機(jī)構(gòu)和純水的給排系統(tǒng)三部分組成。 3、電氣控制系統(tǒng)主要是由PLC控制系統(tǒng)、超聲波發(fā)射器和換能器三部分組成。,一、超聲波控制柜圖片：,PLC控制式控制柜

2、內(nèi)部器件分布圖,控制操作按鈕界面圖,PLC控制器,二、超聲波發(fā)生器單機(jī)圖片：,LED 顯示屏（正常工作 時(shí)可以顯示工作頻率、 工作電流和故障代碼； 當(dāng)連接編程器時(shí)可以 顯示各種需要設(shè)置的 參數(shù) ）,電源開關(guān),超聲按鈕,運(yùn)行指示燈,報(bào)警指示燈,電源指示燈,功率大小顯示條,通訊接口（主要 用于連接編程器）,超聲波發(fā)生器組合圖片：,聚能式發(fā)生器A （控制移動(dòng)機(jī)架 上的前換能器）,聚能式發(fā)生器B （控制移動(dòng)機(jī)架 上的后換能器）,分布式發(fā)生器A （控制清洗槽平面 下方左邊的換能器）,分布式發(fā)生器B （控制清洗槽平面 下方右邊的換能器）,三、聚能式換能器整體圖片：,散熱風(fēng)扇,內(nèi)部是換能器核心部件,振頭（連

3、接 在振動(dòng)棒上）,被清洗部件噴 絲板,左右超限開關(guān),B,A,換能器核心部件圖片：,換能器負(fù)極（此線在發(fā)生器內(nèi)部與外殼連接）,換能器正極（此處輸入 由超聲波發(fā)生器逆變匹 配后送來約1700V的高 頻驅(qū)動(dòng)電壓，其頻率為 15KHz左右）,變幅桿（用于 振幅放大作用）,內(nèi)部由四片壓電陶瓷晶片 和一個(gè)共振板組成,（ 1 ）換能器的組成材料是壓電陶瓷晶片。由壓電陶瓷的物理屬性可知，當(dāng)其兩極所加的驅(qū)動(dòng)電壓頻率等于壓電陶瓷的固有振蕩頻率時(shí)，壓電晶片將會(huì)發(fā)生機(jī)械共振；反之，如果壓電陶瓷兩端未加驅(qū)動(dòng)電壓，而在陶瓷晶片的共振板上施加等于其固有頻率的機(jī)械振動(dòng)波能時(shí)，將壓迫晶片產(chǎn)生共振，使得其兩端在壓電陶瓷的機(jī)械能轉(zhuǎn)

4、換為電能后，產(chǎn)生與之成正比的電壓信號； （ 2 ）由換能器產(chǎn)生的約15KHz超聲波機(jī)械振動(dòng)波能，通過變幅桿振幅放大，再由超聲波振動(dòng)棒進(jìn)行振幅二級放大后傳給振頭以做高頻機(jī)械振動(dòng)；振頭振動(dòng)所產(chǎn)生的高頻機(jī)械能通過純凈水做為作用力媒介來對被清洗物件進(jìn)行超聲波清洗。,換能器的工作原理簡介：,五、清洗槽與控制柜及發(fā)生器的插件端子連接圖：,連接至三相移動(dòng)電動(dòng)機(jī),下面四個(gè)插件端子分別連接四個(gè)換能器（分別是上面移動(dòng)架上的兩個(gè)聚能式換能器，和平面底下處于左右位置的兩個(gè)分布式換能器）,連接至用于限制機(jī)架左右移動(dòng)的行程開關(guān),連接至用于確定機(jī)架移動(dòng)正確點(diǎn)位置的定位檢測接近開關(guān)，及用于判定機(jī)架左右位置的光電開關(guān),六、左右

5、移動(dòng)機(jī)構(gòu)中的定位接近開關(guān)圖片：,定位感應(yīng)接近開關(guān) （用于移動(dòng)電機(jī)在 左右移動(dòng)過程中感 知為所需短暫定位 停留而設(shè)置的定位 螺桿的位置信號，其 感知后會(huì)在該點(diǎn)停留 一個(gè)時(shí)間段，其停留 的具體時(shí)間由“單塊 清洗時(shí)間繼電器”的 設(shè)定時(shí)間來確定，通 常為兩分鐘左右）,定位螺桿（為移動(dòng)電機(jī)左右移動(dòng)過程中所需短暫定位停留而設(shè)置的定位螺桿）,噴絲板定位俯視圖片：,實(shí)際定位點(diǎn)A,實(shí)際定位點(diǎn)A-1,實(shí)際定位點(diǎn)A-2,定位點(diǎn)依次類推,聚能式換能器 振頭,左右移動(dòng)機(jī)構(gòu)中的左右位置感知光電開關(guān)圖片：,右邊位置標(biāo)志條 （只有在清洗槽 的右邊下方設(shè)置位 了置標(biāo)志條）,起到對移動(dòng)機(jī)架左右位置感知作用的對射接受一體化光電開關(guān)

6、,左右移動(dòng)機(jī)構(gòu)中的左反位開關(guān)和移動(dòng)電機(jī)圖片：,三相移動(dòng)電動(dòng)機(jī),觸動(dòng)臂（用于碰觸左右反位開關(guān)）,左反位行程開關(guān)（當(dāng)機(jī)架移動(dòng)到左極限并且使碰觸臂碰觸到左反位開關(guān)后，移動(dòng)電機(jī)開始反向運(yùn)轉(zhuǎn)，機(jī)架上的聚能式換能器也隨之向右移動(dòng)）,左右移動(dòng)機(jī)構(gòu)中的左右超限行程開關(guān)圖片：,左右超限開關(guān)（此常閉觸點(diǎn)串聯(lián)在PLC的電源供電回路中。當(dāng)支架的左右移動(dòng)，而左右反位開關(guān)失控時(shí)，超限了的支架就會(huì)使左右超限開關(guān)被清洗槽內(nèi)壁碰觸而動(dòng)作保護(hù)）,（1）對射接收一體式光電開關(guān)是用于感知移動(dòng)機(jī)構(gòu)所處在清洗槽的左右位置。當(dāng)跟隨移動(dòng)機(jī)架一起移動(dòng)的一體式光電開關(guān)所經(jīng)過處未有遇到右邊位置標(biāo)志條時(shí)（即移動(dòng)機(jī)架處于清洗槽的左邊，此時(shí)無遮擋物處于

7、此光電對射空間），該光電輸出一個(gè)閉合狀態(tài)給PLC，由PLC內(nèi)部程序可以確定此時(shí)該移動(dòng)機(jī)構(gòu)正處于清洗槽的左邊位置，于是PLC輸出相應(yīng)的動(dòng)作點(diǎn)，使控制驅(qū)動(dòng)清洗槽左邊平面下分布式換能器的超聲波發(fā)射器停止工作，而使控制驅(qū)動(dòng)清洗槽右邊平面下?lián)Q能器的超聲波發(fā)射器保持或開始工作。而控制驅(qū)動(dòng)處于移動(dòng)機(jī)架上的前后兩個(gè)聚能式換能器的發(fā)生器無論移動(dòng)機(jī)架在任何非超限位置總是處在工作狀態(tài)。其如此的作用是防止上下同時(shí)相對超聲而作用于被清洗物件的清潔效果由于其超聲作用方向的相反而互相削弱乃至完全抵消；,（2）位置標(biāo)志條只在清洗槽的右下方設(shè)置，而其左下方未有安裝位置標(biāo)識(shí)條，這樣就使左右位置檢測光電可以在機(jī)架實(shí)際所處的不同位置

8、時(shí)分別輸出具有代表其左右位置信息的狀態(tài)動(dòng)作：斷開或閉合； （3）由以上分析可知，裝在移動(dòng)機(jī)架上的兩個(gè)聚能式換能器在隨同機(jī)架一起從左至右、再從右至左的不斷往復(fù)中來對清洗槽內(nèi)的所有物件進(jìn)行清洗。而其在移動(dòng)過程中是停止機(jī)架上的前后兩個(gè)聚能式換能器工作的，只有當(dāng)定位位置到達(dá)后，即聚能式換能器對準(zhǔn)在物件上方后，再進(jìn)行開啟并計(jì)；待單板清洗時(shí)間到達(dá)后，便停止物件上方的聚能式換能器工作，機(jī)架帶動(dòng)聚能式換能器繼續(xù)向左或向右移動(dòng)，當(dāng)機(jī)架位置到達(dá)了下一個(gè)定位點(diǎn)后，聚能式發(fā)生器再次開啟，依次往復(fù)，直至總設(shè)定的超聲時(shí)間到達(dá)后，系統(tǒng)停止工作。,二、超聲波的使用方法及注意事項(xiàng),1、超聲波的基本使用方法： （1）準(zhǔn)備開機(jī) 將

9、套有尼龍?zhí)椎膰娊z板放在清洗支架上，再將支架放入水槽。根據(jù)噴絲板支架的長度，調(diào)整限位開關(guān)位置，使振頭行程正好滿足清洗要求。 調(diào)整振頭前后位置，使振頭的輻射面正好在工件中心。調(diào)整振頭前后高度使振頭的輻射面與噴絲板的最高點(diǎn)間隙保持在24毫米左右，不碰撞，不摩擦為宜。 打開進(jìn)水閥進(jìn)水，調(diào)節(jié)溢水閥，使振頭入水約10mm15mm，調(diào)節(jié)進(jìn)水閥使系統(tǒng)進(jìn)出水平衡。,（2）開始清洗 按下總電源按鈕，綠色燈亮，總定時(shí)器開始計(jì)時(shí)； 、選擇手動(dòng)模式； 此時(shí)按下移動(dòng)按鈕，振頭會(huì)向左或向右右移；如按下相應(yīng)位置的超聲按鈕，則相應(yīng)的發(fā)生器會(huì)開始工作超聲。 、選擇自動(dòng)模式； 按下自動(dòng)啟動(dòng)按鈕，設(shè)備開始自動(dòng)運(yùn)行。 清洗時(shí)間到后，報(bào)

10、警燈報(bào)警。 按下急停按鈕，系統(tǒng)斷電，紅色指示燈亮。 彈開急停按鈕，重新啟動(dòng)即可。,（3）清洗暫停及關(guān)機(jī) 按下自動(dòng)停止按鈕，將暫停清洗； 再次按下總電源按鈕，系統(tǒng)關(guān)機(jī)； 關(guān)閉進(jìn)水閥，停止供水，打開排水閥，放掉水槽里的水。,2、注意事項(xiàng)： （1）換能器主要部件是壓電器件，工作時(shí)兩端電壓峰值超過1700V，決不允許有水滴進(jìn)。否則容易造成高壓拉弧，陶瓷片炸裂。（更換工件時(shí)，若用手扳換能器外殼時(shí)，切忌水從上面通風(fēng)孔內(nèi)進(jìn)入）； （2）不得無水操作或?qū)⒄耦^無故提出水面，否則容易損壞振動(dòng)子； （3）不準(zhǔn)向聚能器和振動(dòng)子接合部位潑水（防止接合部連接螺絲縫隙進(jìn)水，受超聲作用發(fā)生腐蝕，引起螺絲松動(dòng)或折斷）；,（4）

11、聚能器不能調(diào)整過低，否則會(huì)碰到工件，使系統(tǒng)電流突然過大，系統(tǒng)自動(dòng)保護(hù)關(guān)機(jī)。振動(dòng)子位置調(diào)整好后用手柄鎖緊，防止意外下滑，撞到工件； （5）考慮到設(shè)備持續(xù)運(yùn)行時(shí)無人看管，系統(tǒng)軟件將清洗時(shí)間設(shè)定為定時(shí)和不定時(shí)兩種。定時(shí)一般為3小時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)停機(jī)； （6）不準(zhǔn)使機(jī)器帶故障工作，否則會(huì)使故障點(diǎn)擴(kuò)大。,三、超聲波發(fā)生器的組成結(jié)構(gòu)及器件檢測,1、發(fā)生器的開機(jī)現(xiàn)象： （1）開啟系統(tǒng)電源及發(fā)生器電源，發(fā)生器指示燈亮，顯示器顯示從5開始依次向下顯示，即5,4,3,2,1，此時(shí)超聲波清洗機(jī)進(jìn)行初始化，發(fā)生器面板顯示起始頻率并不停閃爍，當(dāng)發(fā)生器的遙控端接收到控制柜給出的啟動(dòng)信號后，系統(tǒng)頻率從15000HZ開始，以每

12、次5HZ向下掃描，功率條顯示到一半時(shí)，頻率轉(zhuǎn)為以每次1HZ掃描，功率繼續(xù)往上升，可聽到超聲波聲音，在功率條滿格后頻率掃描停止，超聲波正常工作。 （2）發(fā)生器工作一段時(shí)間后，功率會(huì)稍微下降，此時(shí)系統(tǒng)頻率會(huì)進(jìn)行跟蹤調(diào)整，即向下掃描幾赫茲后，功率條減少一格，慢慢地功率條又恢復(fù)滿格。功率和頻率如此反復(fù)，直到人為干預(yù)。,2、聚能式發(fā)生器結(jié)構(gòu)圖片：,串聯(lián)電感及電容,輸出變壓器,開關(guān)穩(wěn)壓電源,單片機(jī)控制主板,散熱風(fēng)扇,過濾器,功率放大板,主控接觸器,橋堆整流器,扼流線圈,輸出電容和濾波電容,分布式發(fā)生器結(jié)構(gòu)圖片：,散熱風(fēng)扇,過濾器,主控接觸器,橋堆整流器,斷路器開關(guān),諧振電容,串聯(lián)諧振電感,輸出變壓器,開關(guān)

13、穩(wěn)壓電源,IGBT模塊,功率驅(qū)動(dòng)板,單片機(jī)控制主板,輸出變壓器和電感電容諧振網(wǎng)絡(luò)圖片：,電容,串聯(lián)電感,輸出變壓器,單片機(jī)控制主板圖片：,連接至開關(guān)穩(wěn)壓源 輸出端，為單片機(jī)主板提供各種所需等級電壓,連接至通訊 接口，用于 連接編程器,遙控端子和超聲按鈕輸入端，用于控制超聲與否,連接至主接觸器線圈端子，用于 控制整機(jī)功率部件加電與否,連接至功率放大板輸入 端口，向功率板提供待 放大高頻信號，并收集 從功率板中反饋過來的 工作狀態(tài)電壓信息,STC系列 90C58PD單片機(jī),3、聚能式發(fā)生器草稿框架圖（A）：,聚能式發(fā)生器草稿框架圖（B）：,聚能式發(fā)生器草稿框架圖（C）：,聚能式發(fā)生器草稿框架圖（D

14、）：,3、關(guān)于發(fā)生器內(nèi)的一些重要部件的檢測方法：,（1）換能器的四角插頭，其中兩個(gè)是220V散熱風(fēng)扇供電，另外兩個(gè)是供給換能器振頭的。換能器1，2端為接換能器，3,4端接散熱風(fēng)扇。 其中換能器好壞可用電容檔測量。1,2端用電容檔測量，一般測得容量為14.86nf左右。3,4端測得的電阻為1.24k左右。,1，2端為接換能器，正常測得容量為14.86nf左右,3,4端接散熱風(fēng)扇，正常測得電阻為1.24k左右,（2）整流橋堆的測量：檢測時(shí)，可通過萬用表的二極管檔，首先將黑表筆固定在“+”極引腳，然后用紅表筆分別碰觸兩個(gè)“”極引腳，此時(shí)正常時(shí)應(yīng)該顯示兩次“495”左右的數(shù)值；將紅表筆固定在“一”極引

15、腳上，再將黑表筆分別碰觸兩個(gè)“”極引腳，此時(shí)正常時(shí)也應(yīng)顯示數(shù)值為“495”左右。根據(jù)各整流二極管的正、反向的壓降值（與普通二極管的測量方法相同）是否正常，即可判斷該全橋是否損壞。若測得全橋內(nèi)某只二極管的正、反向電阻值均為0或均為無窮大，則可判斷該二極管已擊穿或開路損壞。）,（2）絕緣柵三極管IGBT的測量：該管共有三個(gè)引腳，分別是柵極G、集電極C和發(fā)射極E。由于該管的集電極和發(fā)射極之間有一個(gè)續(xù)流二極管，所以用萬用表二極管擋測量時(shí)即可判斷出集電極和發(fā)射極，那么剩余一個(gè)引腳就是柵極。注意，該管在正常情況下只有CE之間是可以有一個(gè)單向?qū)ㄌ匦缘模溆喔饕_之間應(yīng)均為無窮大才是正常。,（3）IGBT模

16、塊的測量：萬用表打在二極管檔上，分別用紅表筆碰觸在2腳，黑表筆碰觸在1腳；和將紅表筆碰觸在1腳，黑表筆碰觸在3腳。由于它們內(nèi)部之間都存在著一個(gè)續(xù)流二極管，所以正常時(shí)顯示應(yīng)該為“371”左右。再將萬用表打在電容檔上，分別去測量4腳和5腳、6腳和7腳之間的電容值，正常情況下約為22nF左右。,（4）電容的測量：測量前首先要先將電容內(nèi)聚攢的電荷通過短接兩引腳的方式來中和掉。將萬用表打電容檔上，直接測量電容的容值大小，或偏差太大或完全失容，則表示此電容已經(jīng)損壞。 （5）功率板的測量： 測量功率板上的電阻（有50歐姆和0.6歐姆兩種）阻值是否正常； 測量功率板上的功率管IGBT是否正常（如要判斷精確最好

17、取下來測量）； 測量功率板上的二極管、電容和激勵(lì)變壓器是否正常。,IGBT功率管,0.6歐姆電阻,50歐姆電阻,電源直流300V輸入和功率放大輸出端口,激勵(lì)變壓器,電容,四、超聲波控制系統(tǒng)的電路分析,1、超聲波控制系統(tǒng)的分類 PLC左右移動(dòng)定點(diǎn)超聲控制式； 繼電接觸器左右移動(dòng)超聲控制式； 簡易固定超聲控制式。,1、PLC左右移動(dòng)定點(diǎn)超聲控制式圖片：,超聲上前繼電器,超聲上后繼電器,超聲下左繼電器,超聲下右繼電器,電源接觸器,左移接觸器,右移接觸器,熱繼電器,PLC控制器,PLC左右移動(dòng)定點(diǎn)超聲控制式原理圖：,電 源,手動(dòng) 自動(dòng),左移,右移,超聲上前,超聲上后,超聲下左,超聲下右,定位光電,左右

18、光電,左反位 開關(guān),右反位開關(guān),總定時(shí)到位,定位定時(shí)到位,自動(dòng)啟動(dòng),自動(dòng)停止,電源指示燈,自動(dòng)指示燈,電源接觸器,左移接觸器,右移接觸器,超聲上前繼電器,超聲上后繼電器,超聲下左繼電器,超聲下右繼電器,報(bào)警燈,單板超聲定時(shí)器,定位光電,左右感知光電,急停按鈕,左右超限開關(guān),斷路器開關(guān),電源接觸器,左右切換接觸器,超聲波發(fā)生器,移動(dòng)電動(dòng)機(jī),熱繼電器,排風(fēng)扇,熔斷器,2、繼電接觸器左右移動(dòng)超聲控制式圖片:,繼電接觸器左右移動(dòng)超聲控制式原理圖:,C2（左移動(dòng)控制接觸器）； C3（右移動(dòng)控制接觸器）； C4（上超聲電源接觸器）； C4（下超聲電源接觸器）； TM（超聲工作定時(shí)器）； J1（定時(shí)切斷繼電

19、器）； J2（啟動(dòng)自鎖繼電器）； J3（左反向切換繼電器）； J4（右反向切換繼電器）； J5（左下超聲發(fā)射器遙控控制繼電器）； J6（右下超聲發(fā)射器遙控控制繼電器）； JS1（左移切換延時(shí)繼電器）； JS2（右移切換延時(shí)繼電器）；,3、簡易固定超聲控制式圖片：,簡易固定超聲控制式原理圖：,發(fā)生器A,發(fā)生器B,發(fā)生器C,發(fā)生器D,控制接觸器C1,控制接觸器C2,控制接觸器C3,控制接觸器C4,電源按鈕,液位開關(guān)（有水?dāng)嚅_）,缺水指示燈,超聲時(shí)間定時(shí)器,定時(shí)切斷繼電器,TM延時(shí)閉合觸點(diǎn),J1-1,J2-1,J1-2,J2,C1,C2,C3,C4,J1,五、如何使用編程器對發(fā)生器進(jìn)行簡易設(shè)置,在斷

20、電的情況下，接上編程器，同時(shí)把“MODE”與“”按下，打開電源開關(guān)，系統(tǒng)將進(jìn)入?yún)?shù)設(shè)置狀態(tài)。,系統(tǒng)參數(shù)含義和設(shè)定： H表示為工作頻率的上限，設(shè)定為“15.100”； L表示為工作頻率的下限，設(shè)定為“14.424”； F表示工作的中心頻率，設(shè)定為“15.000”； T表示電流系數(shù)參數(shù)，設(shè)定為“2”； B表示保護(hù)電流值，設(shè)定為“2.80”； A表示跟蹤電流值，設(shè)定為“2.20”； M表示工作模式，設(shè)定為“3”（遙控工作模式）； P表示功率大小，設(shè)定為“8”； T表示連續(xù)工作時(shí)間，設(shè)定為“240”（即240分鐘）； R表示開啟時(shí)間，設(shè)定為“32”；,發(fā)生器顯示系統(tǒng)出錯(cuò)代碼表,E001 工作參數(shù)校驗(yàn)錯(cuò)

21、誤，請重新輸入工作參數(shù) E002 輸入的管理員密碼不正確 E003 使用時(shí)間到期，請重新輸入注冊代碼或與生產(chǎn)廠家聯(lián)系 E004 參數(shù)設(shè)定錯(cuò)誤，請重新設(shè)定 E005 工作電流大于保護(hù)電流設(shè)定值 E006 功放溫度過高 E008 輸出短路 瞬間電流過大,六、超聲波系統(tǒng)的常見故障分析,1、控制電路故障維修； 2、超聲波發(fā)生器故障維修； 3、涉及移動(dòng)小車部分的故障維修。,A、控制電路的故障維修舉例,維修控制電路首先要能夠看懂控制原理圖，所謂以一變應(yīng)萬變即是如此。 通電啟動(dòng)后系統(tǒng)無反應(yīng)，此種情況大致有以下幾種原因?qū)е拢?進(jìn)線處的熔斷器熔斷； 啟動(dòng)按鈕損壞； 超聲定時(shí)器常閉觸電損壞； 小車左右超限開關(guān)誤動(dòng)作。,1.1開機(jī)時(shí)無電源 檢查控制柜電源是否正常，控制柜輸入電壓為380V。 檢查發(fā)生器電源是否正常，發(fā)生器輸入電壓為220V 檢查發(fā)生器后兩個(gè)保險(xiǎn)絲是否熔斷，F(xiàn)USE1為15A,FUSE2為6A 如上述均正常，請檢查發(fā)生器內(nèi)部整流橋堆是否燒壞。（大多數(shù)的整流全橋上均標(biāo)注有“+”、“一”、“”符號（其中“+”為整流后輸出電壓的正極，“一”為輸出電壓的負(fù)極，兩個(gè)“”為交流電壓輸入端），很容易確定出各電極。 檢測時(shí)，可通過分別測量“+”極與兩個(gè)“”極、“一”極與兩個(gè)“”之間各整流二極管的正、