08. října 2024 20:56

Bezkontaktní monitorování frekvence a výkonu vysokofrekvenčního ultrazvuku

Inovativní řešení APM od společnosti Ecoclean zajišťuje účinnost čištění megazvukem

Monitorování frekvence a výkonu je důležitým nástrojem pro zajištění kvality ultrazvukového čištění v rozsahu 250 až 2 000 kHz. Společnost Ecoclean prokázala v sérii testů, že laserové akustické mikrofony mohou spolehlivě detekovat zvukové vlny i ve vysokofrekvenčním rozsahu až do dvou megahertzů. Na základě tohoto zjištění rozšířila své inovativní řešení APM (Acoustic Performance Measurement). Nové řešení dokáže monitorovat ultrazvukovou frekvenci a výkon jak v plně automatizovaných ultrazvukových systémech s ponořením do více lázní, tak v čistících systémech v uzavřených komorách bez kontaktu.

Vysokofrekvenční ultrazvuk se používá k odstranění nejjemnějších částic a minimálních filmových kontaminací z citlivých nebo jemně strukturovaných povrchů. To je například při výrobě polovodičů, mikrosystémové techniky a elektroniky, přesné optiky, analýzy, laserové a vakuové techniky a také lékařské techniky. K dosažení spolehlivého splnění stanovených požadavků na čistotu pro bezchybnou funkci a zároveň k zabránění poškození nebo ovlivnění citlivých součástí je pravidelná kontrola charakteristiky vibrací a výpočet relevantních čistících parametrů zásadními parametry kvality. Pro tyto aplikace rozšířila společnost Ecoclean měřicí rozsah inovativní technologie Acoustic Performance Measurement (APM), s níž bylo dříve možné bezkontaktně měřit ultrazvukové frekvence do 132 kHz, na základě laserové akustiky až na 2 MHz.

Spolehlivá detekce frekvenčního spektra prokázaná sérií testů

Vývoji nového měřicího systému APM předcházela série testů s laserovým akustickým mikrofonem. Testy byly provedeny v ultrazvukovém ponorném systému UCMSmartLine s více lázněmi a s ultrazvukovými systémy s deskovými měniči s frekvencí 500 kHz a 1 000 kHz. Kromě toho byly do testů zahrnuty deskové měniče s frekvencí kmitání 40, 80 a 120 kHz, které již byly v čisticím systému přítomny, a výsledky byly porovnány s předchozí technologií APM s kondenzátorovými mikrofony.

Testy na jedné straně prokázaly, že odstup signálu od šumu v celém frekvenčním pásmu je dostatečně vysoký pro detekci zvukových vln až do 2 MHz. Na druhé straně bylo cílem určit, v jaké vzdálenosti od povrchu vany musí být laserový akustický mikrofon použit, aby bylo možné vypočítat odpovídající frekvenční spektrum se vzrůstající frekvencí i přes rostoucí útlum zvukových vln vzduchem. Vzhledem k vysoké citlivosti laserového akustického mikrofonu je tato vzdálenost srovnatelná s kondenzátorovým mikrofonem používaným k měření nízkofrekvenčního ultrazvuku.

Výhody bezkontaktního a bezpohybového měření

Na rozdíl od hydrofónů probíhá měření pomocí řešení APM bez přímého kontaktu s médiem a bez pohybu, z čehož vyplývají různé výhody. Například je vyloučena kontaminace média měřicím systémem a lze jej použít i v aplikacích s agresivními chemikáliemi, aniž by došlo ke kontaminaci lázně nebo poškození měřicí techniky.

Bezpohybové měření také zajišťuje, že je lze provádět reprodukovatelně a inline.

Technologie APM navíc umožňuje detekovat ultrazvukovou frekvenci a akustický tlak i přes „stěny“. Lze ji proto použít i v uzavřených čisticích a oplachovacích nádržích, které jsou vyžadovány například při použití procesů se změnou tlaku (vakuové zaplavovací procesy, jako je PPC – Pulsated Pressure Cleaning), a také v komorových čisticích systémech. Pro rychlou a snadnou kontrolu funkce laserových akustických a kondenzátorových mikrofonů používaných pro systém APM jsou k dispozici příslušné ruční kalibrátory.

Stacionární měření nebo měření v časových intervalech – také jako služba

Měřicí systém je k dispozici jak ve stacionárním řešení, tak v přenosné verzi pro příležitostné kontroly. Ve stacionární verzi je mikrofon připevněn k automatickému dopravníku. K ultrazvukem vybaveným čisticím a oplachovacím nádržím se pak přistupuje postupně a měření se provádí bezkontaktně, takže výsledky jsou srovnatelné. Zjištěné hodnoty ultrazvukové frekvence a výkonu se přenesou do softwaru měřicího řešení, vyhodnotí se pomocí algoritmů a porovnají se s předem definovanými a uloženými cílovými hodnotami a uloží se. V případě odchylek systém vydá varovné nebo chybové hlášení.

Uživatelé, kteří používají klasický systém APM pro nízkofrekvenční ultrazvuk, ale současně také ultrazvuk s frekvencí nad 132 kHz, například při oplachování, mohou jednoduše vyměnit mikrofon a vyhodnocovací jednotku a sledovat jak nízkofrekvenční, tak vysokofrekvenční ultrazvuk.

Při měření s přenosnou verzí se mikrofon pomocí držáku připevní k příslušné ultrazvukové nádrži a zaznamená spektrum vibrací v nádrži. Při analýze a vyhodnocení softwarem se naměřené skutečné hodnoty porovnávají s cílovými parametry definovanými jako referenční hodnoty pro příslušnou ošetřovací stanici. Všechna měření jsou zdokumentována v protokolech PDF pro bezproblémovou verifikaci.

Společnost nabízí také mobilní kontrolní měření jako službu nezávislou na výrobci pro čisticí systémy, ve kterých je instalován ultrazvuk.

www.ecoclean-group.net

Testy byly prováděny v ponorném systému s více lázněmi a s ultrazvukovými systémy o frekvencích 500 a 1 000 kHz. Byly zahrnuty i oscilační systémy 40, 80 a 120 kHz, které jsou v systému přítomny.

Laserový akustický mikrofon je při testech umístěn nad povrchem vany. Měření se provádí bez přímého kontaktu s médiem a bez pohybu.

Na obrázku je znázorněno frekvenční spektrum oscilačního systému 120 kHz (oranžová barva) a šum pozadí měřicího systému (modrá barva) laserovým akustickým mikrofonem.

Pro záznam ultrazvukových signálů z oscilačního systému s frekvencí 500 kHz byl mikrofon mezi měřeními posunut horizontálně o 160 mm. Vzdálenost od povrchu lázně byla 200 mm. Prakticky překryté křivky (modrá a oranžová) ilustrují, že horizontální poloha laserového akustického mikrofonu není pro měření významná.

Frekvenční spektra 1 000 kHz kmitavého systému jsou zde znázorněna ve výkonných úrovních 20, 40, 60, 80 a 100 %. Rozdíl ve výkonu je hlavně patrný ve frekvenční oblasti, která je menší než frekvence excitace.

Zdroj obrázku: Ecoclean GmbH

Skupina SBS Ecoclean vyvíjí, vyrábí a prodává zařízení, systémy a služby orientované na budoucnost pro čištění průmyslových součástí a povrchovou úpravu, jakož i automatizační řešení na míru. Další oblastí podnikání je vývoj a sériová výroba účinných systémů alkalické elektrolýzy pro decentralizovanou výrobu ekologického vodíku. Inovace jsou řízeny dvěma kompetenčními centry se sídlem v Německu, která podporují globální společnosti skupiny technickými znalostmi, výzkumem a průkopnickým vývojem. Čistící řešení, která patří ke světové špičce, pomáhají společnostem z celé řady průmyslových odvětví, jako je strojírenství, průmysl dodávek polovodičů, přesná optika, lékařská technika, automobilový a dodavatelský průmysl, mikro a přesné strojírenství, letecký průmysl a spojovací technika, po celém světě vyrábět efektivně a udržitelně s vysokou kvalitou. Úspěch společnosti Ecoclean je založen na inovacích, špičkových technologiích, udržitelnosti, blízkosti k zákazníkům, rozmanitosti a respektu. Skupina společností spojuje značky Ecoclean, UCM a Mhitraa. Má jedenáct výrobních závodů v Německu a osmi dalších zemích světa a zaměstnává přibližně 900 lidí.