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高速攝像機(jī)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(jī)助力太原理工大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)研究發(fā)現(xiàn)復(fù)頻超聲加工單元異常振動(dòng)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(jì)，提高此加工方法的精度與高效性。
智能電子產(chǎn)品消費(fèi)浪潮驅(qū)動(dòng)下，電子元器件的高度集成化、封裝模塊化是發(fā)展趨勢(shì)（見(jiàn)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(duì)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(diǎn)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(dòng)等的一些如精度無(wú)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(diǎn)。故需建立加工單元實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)（詳見(jiàn)圖2），對(duì)其驅(qū)動(dòng)特性、裂紋產(chǎn)生的臨界條件研究，并對(duì)關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)優(yōu)化。
1.工件 2.工作臺(tái) 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(shí)驗(yàn)系統(tǒng)
加工單元中核心部件——自由質(zhì)量塊（詳見(jiàn)圖3）起著儲(chǔ)存和傳遞能量的作用。通過(guò)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(dòng)，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(shí)間內(nèi)自由質(zhì)量塊完成的完整碰撞運(yùn)動(dòng)的次數(shù)。在研究人員測(cè)定的頻譜圖中，主要低頻信號(hào)峰值附件的異常雜頻即為自由質(zhì)量塊異常運(yùn)動(dòng)造成，故研究人員采用了千眼狼X系列超高速攝像機(jī)X213（詳見(jiàn)圖）, 滿幅分辨率1280×1024，滿幅幀率13400 fps，實(shí)驗(yàn)裁剪畫(huà)幅至1280×128，速度匹配為120,000 fps，對(duì)高速碰撞運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的自由質(zhì)量塊的運(yùn)動(dòng)過(guò)程進(jìn)行反復(fù)觀測(cè)、比對(duì)，詳見(jiàn)圖4、圖5：
圖4 自由質(zhì)量塊的正常運(yùn)動(dòng)圖像
圖5 自由質(zhì)量塊的異常運(yùn)動(dòng)圖像
通過(guò)圖像對(duì)比發(fā)現(xiàn)，自由質(zhì)量塊的異常運(yùn)動(dòng)是由于碰撞運(yùn)動(dòng)過(guò)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(jiàn)圖5）。發(fā)現(xiàn)原因后研究人員對(duì)自由質(zhì)量塊的形狀進(jìn)行削邊處理（詳見(jiàn)圖6），成功消除了異常頻率，改善振動(dòng)效果，提高了復(fù)頻超聲加工的穩(wěn)定性。
圖6 改進(jìn)后的自由質(zhì)量塊
加工領(lǐng)域中，類似采用高速視覺(jué)技術(shù)對(duì)自由質(zhì)量塊高速碰撞運(yùn)動(dòng)周期進(jìn)行觀測(cè)，精準(zhǔn)定位細(xì)小異常點(diǎn)從而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)改良的應(yīng)用場(chǎng)景不勝枚舉，如半導(dǎo)體封測(cè)領(lǐng)域觀測(cè)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(tuán)隊(duì)將會(huì)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(jué).