天津超声塑料焊接机的应用：超声波精密封接方法

基于超声波传播效率反馈的超声波精密封接方法

 　 为提高超声波封接过程中监测聚合物界面力学状态发生变化的时效性，考虑采用超声波的传播传递效率作为反馈信号来控制超声波封接流程。基于压力传递效率反馈的方法检测聚合物界面力学状态的变化具有滞后性， 并二不能及时反映聚合物材料的玻璃化转变，因此在超声波能量的精确控制方面具有一定的局限性。

　　　　在聚合物界面熔接过程中，由于界面附近聚合物材料发生玻璃化转变，由玻璃态转变为黏弹态，黏弹性材料兼有黏性液体和弹性固体的特性，在经受动态应力和应变时，能量的转换和耗散表现为机械阻尼，具有降低振幅的作用。假设应力和应变按正弦规律变化，而应变相对于应力的滞后相位角为a则材料的复弹性模量可表示为

式中，E*为复弹性模量；E'为储能模量；E"为耗能模量；刀为损耗因子，处于黏弹态的聚合物材料具有很强的阻尼减振性能，其损耗因子对温度具有很强的依赖性，在外力作用频率和大小不变的状态下，当温度逐渐增大至聚合物的瓦时，其黏性增大，超声波在其中的能量损耗增大，因此传播效率降低。在超声波封接过程中，超声波能量从超声波工具头发出，经过待封接器件传递到承载板，在施加超声波过程中，界面在超声波作用下温度升高，局部材料发生玻璃化转变’由玻璃态转变为黏弹态，因此超声波在其中的传播效率将发生衰减，基于此原理，本节以超声波传播效率的衰减程度作为控制超声波封接流程的参数-设计了基于超声传播效率反馈的超声波精密封接方法。该方法通过压电传感器检测传递到承载平台上的超声振动，实现了超声波封接过程中界面聚合物材料熔接程度较为精确的控制，降低了参数作用的复杂性，提高了实验效率。

     超声波在聚合物器件中的传播效率检测原理如图所示，应用压电传感器检测零件基片底面的振动信息，将加速度信号转变为弱电信号，经过电荷放大器的放大作用，由数据采集卡输送到工控机。

  　  压电传感器选用压电陶瓷传感器，其安装方式如图所示，图中最下层为传感器封接板，压电传感器放置其上，上层零件承载板带有与压电传感器结构配合的固定结构，压电传感器嵌入其中，其顶端测量面与待封接基片直接接触，对传递到基片底面的振动进行接触式测量，压电传感器的输出引线通过在传感器封接板中的引线孔导出，与后续放大及数据采集等模块相封接。在零件承载板内置压电传感器的照片如图所示，在承载板的加工及安装过程中需要保证压电传感器检测面略高于零件承载平台，从而直接与待封接的基片直接接触，以检测其底面的振动信息。

　　　　在超声波封接过程中，超声波能量从超声波工具头发出，经过待封接器件传递到承载板，在施加超声波过程中，界面在超声波作用下温度升高，局部材料发生玻璃化转变’由玻璃态转变为黏弹态，因此超声波在其中的传播效率将发生衰减，基于此原理，本节以超声波传播效率的衰减程度作为控制超声波封接流程的参数-设计了基于超声传播效率反馈的超声波精密封接方法。该方法通过压电传感器检测传递到承载平台上的超声振动，实现了超声波封接过程中界面聚合物材料熔接程度较为精确的控制，降低了参数作用的复杂性，提高了实验效率。