本發(fā)明涉及智能溫控汽車零部件超聲波清洗機(jī)及超聲波清洗方法，屬于超聲波清洗。

背景技術(shù)：

1、汽車核心部件及相關(guān)配件的質(zhì)量管理對(duì)其性能與壽命至關(guān)重要，這些零部件的生產(chǎn)工藝復(fù)雜、材料多樣，且駕駛過(guò)程中常暴露于惡劣環(huán)境中，易受油污、塵土、鐵銹、腐蝕等污染，因此需要實(shí)施精細(xì)化清洗，以去除污染物，保證產(chǎn)品質(zhì)量和過(guò)程環(huán)保，由此也產(chǎn)生了不少清洗難題。傳統(tǒng)的清洗技術(shù)，例如浸泡、蒸汽清洗、刷洗、壓力噴洗等的清洗效率較低、難以清洗到汽車零部件的每處細(xì)節(jié)，且易造成人為污染，難以滿足的vda-19、iso-16232等汽車工業(yè)清潔度檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)要求。

2、目前，基于空化效應(yīng)的超聲波清洗正成為汽車零部件的主流清洗技術(shù)，在滿足清潔度標(biāo)準(zhǔn)方面，超聲波清洗具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)：清洗深度高(微米級(jí)顆粒度)、無(wú)損傷、速度快、無(wú)死角，可適應(yīng)流水線自動(dòng)化生產(chǎn)，綠色環(huán)保，能夠滿足各類新能源汽車部件的清潔度需求。超聲波清洗是采用超聲波換能器將功率超聲頻源(超聲波發(fā)生器)的聲能轉(zhuǎn)換為機(jī)械振動(dòng)，向清洗槽內(nèi)輻射聲波，此時(shí)清洗槽內(nèi)的液體壓力將會(huì)發(fā)生擾動(dòng)，當(dāng)聲壓低于一定值后，清洗液中的微小氣核將發(fā)生劇烈的膨脹、急劇塌縮和崩潰，這種現(xiàn)象稱為超聲空化。氣泡在動(dòng)力學(xué)過(guò)程中產(chǎn)生的高溫、高壓、微射流、沖擊波等系列物理過(guò)程，統(tǒng)稱為空化效應(yīng)?？栈?yīng)在超聲波清洗中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。

3、超聲波清洗技術(shù)屬于以氣泡空化效應(yīng)為核心機(jī)制的物理清洗。然而，這些氣泡在清洗槽中并非均勻分布，空化能量的強(qiáng)度和空間分布對(duì)于提高清洗效果至關(guān)重要。超聲波換能器附近的近場(chǎng)區(qū)域由于聲功率較大，因此產(chǎn)生較多的空化泡，空化泡將吸收聲波能量用于自身徑向振蕩，并對(duì)聲波造成反射和散射，使得聲波局限于此區(qū)域，阻礙其向遠(yuǎn)場(chǎng)的傳播，這種現(xiàn)象稱為空化屏蔽。空化屏蔽使得空化能量主要集中在換能器附近的近場(chǎng)區(qū)域。當(dāng)清洗液輸入聲功率較低時(shí)，提高輸入聲功率能夠在一定程度上擴(kuò)大空化發(fā)生區(qū)域范圍。然而，由于空化泡會(huì)對(duì)聲傳播起屏蔽作用，輸入聲功率越大，在換能器附近產(chǎn)生的空化泡就越多，這些空化泡對(duì)聲傳播的屏蔽作用就越強(qiáng)，當(dāng)輸入聲功率達(dá)到一定程度后，超聲換能器附近的空化泡將幾乎完全阻止聲波繼續(xù)向前傳播。此時(shí)僅有換能器附近的超聲波近場(chǎng)區(qū)域才有空化現(xiàn)象發(fā)生，這也就意味著，無(wú)法通過(guò)持續(xù)提高超聲輸入功率的方式來(lái)擴(kuò)大超聲空化范圍，而如果降低清洗液的輸入聲功率，又會(huì)減小空化范圍。這就使得超聲波清洗技術(shù)始終存在清洗范圍較小、同時(shí)清洗零部件較少、清洗效率較低等諸多問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明提供了智能溫控汽車零部件超聲波清洗機(jī)及超聲波清洗方法，能夠削弱超聲波近場(chǎng)區(qū)域的空化屏蔽現(xiàn)象，擴(kuò)大空化發(fā)生區(qū)域，使空化能量分布均勻，提升清洗效率及效果。

2、本發(fā)明實(shí)現(xiàn)上述目的的技術(shù)方案是：智能溫控汽車零部件超聲波清洗機(jī)，包括清洗槽，所述清洗槽的槽壁上設(shè)有超聲波換能器，所述清洗槽的超聲波近場(chǎng)區(qū)域設(shè)有制冷裝置，所述清洗槽的超聲波遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)域設(shè)有加熱裝置。

3、優(yōu)選的，所述清洗槽內(nèi)沿超聲波近場(chǎng)區(qū)域至超聲波遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)域的超聲波傳播方向上設(shè)有多個(gè)聲壓傳感器(或水聽器)，多個(gè)所述聲壓傳感器在所述清洗槽內(nèi)沿超聲波傳播方向均勻分布，多個(gè)所述聲壓傳感器的信號(hào)輸出接入數(shù)據(jù)采集卡，所述數(shù)據(jù)采集卡的聲壓信號(hào)輸出接入主控計(jì)算機(jī)，所述主控計(jì)算機(jī)的溫度控制信號(hào)輸出接入溫控器(或溫度控制板)，通過(guò)所述溫控器控制所述制冷裝置和所述加熱裝置工作。

4、優(yōu)選的，所述清洗槽內(nèi)沿超聲波近場(chǎng)區(qū)域至超聲波遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)域的超聲波傳播方向上設(shè)有多個(gè)溫度傳感器，多個(gè)所述溫度傳感器在所述清洗槽內(nèi)沿超聲波傳播方向均勻分布，多個(gè)所述溫度傳感器的溫度信號(hào)輸出接入所述數(shù)據(jù)采集卡，所述數(shù)據(jù)采集卡的溫度信號(hào)輸出接入所述主控計(jì)算機(jī)。

5、優(yōu)選的，所述聲壓傳感器和所述溫度傳感器在所述清洗槽內(nèi)沿超聲波傳播方向均呈直線分布設(shè)置。

6、優(yōu)選的，所述聲壓傳感器和所述溫度傳感器的數(shù)量相同，沿超聲波傳播方向上的位置一一對(duì)應(yīng)設(shè)置。

7、優(yōu)選的，所述超聲波換能器設(shè)于所述清洗槽的底壁中心處，所述制冷裝置設(shè)于所述清洗槽的底部側(cè)壁上，所述加熱裝置設(shè)于所述清洗槽的上部中心處，可以通過(guò)支架固定連接在所述清洗槽的上部側(cè)壁上，也可以通過(guò)懸掛的方式固定，所述聲壓傳感器和所述溫度傳感器在所述清洗槽內(nèi)沿所述清洗槽的豎向中心線分布設(shè)置。

8、所述制冷裝置可以采用半導(dǎo)體制冷片，所述半導(dǎo)體制冷片的數(shù)量可以為多個(gè)，沿所述清洗槽的底部周向均勻分布固定設(shè)于所述清洗槽的外壁上，所述加熱裝置可以采用加熱棒，自上向下豎向插入所述清洗槽內(nèi)。

9、智能溫控汽車零部件超聲波清洗方法，采用本發(fā)明公開的任一種所述的智能溫控汽車零部件超聲波清洗機(jī)，通過(guò)對(duì)清洗槽內(nèi)不同區(qū)域的清洗液進(jìn)行加熱和/或降溫，使清洗液在超聲波近場(chǎng)區(qū)域至超聲波遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)域的超聲波傳播方向上形成溫度逐漸升高的溫度梯度，從而提高超聲波近場(chǎng)區(qū)域清洗液的空化閾值，削弱超聲波近場(chǎng)區(qū)域的空化屏蔽現(xiàn)象，降低超聲波遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)域清洗液的空化閾值，擴(kuò)大空化發(fā)生區(qū)域，使清洗槽內(nèi)的空化能量均勻分布。

10、優(yōu)選的，采用pid控制算法控制對(duì)清洗槽內(nèi)不同區(qū)域的清洗液的加熱和/或降溫，依據(jù)在超聲波近場(chǎng)區(qū)域至超聲波遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)域的超聲波傳播方向上采集的多個(gè)聲壓信號(hào)計(jì)算pid控制算法的控制參數(shù)。

11、進(jìn)一步的，依據(jù)在超聲波近場(chǎng)區(qū)域至超聲波遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)域的超聲波傳播方向上采集的多個(gè)聲壓信號(hào)計(jì)算清洗液中整體空化能量均勻程度；基于清洗液中空化能量均勻程度、預(yù)設(shè)的空化能量均勻程度閾值以及二者的差值，采用深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法計(jì)算pid控制算法的控制參數(shù)。

12、優(yōu)選的，將清洗液中的空化能量均勻程度、預(yù)設(shè)的空化能量均勻程度閾值以及二者的差值輸入深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，得到pid控制算法的控制參數(shù)，并以此控制對(duì)清洗槽內(nèi)不同區(qū)域的清洗液的加熱和/或降溫，計(jì)算清洗液加熱和/或降溫后新的空化能量均勻程度與預(yù)設(shè)的空化能量均勻程度的差值，如果差值在設(shè)定的允許范圍內(nèi)，結(jié)束計(jì)算；如果差值不在設(shè)定的允許范圍內(nèi)，則深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)依據(jù)差值自動(dòng)調(diào)整各層權(quán)重，持續(xù)循環(huán)計(jì)算，直至清洗液中的空化能量均勻程度與預(yù)設(shè)的空化能量均勻程度閾值的差值在設(shè)定的允許范圍內(nèi)。

13、本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明通過(guò)對(duì)清洗槽內(nèi)超聲波近場(chǎng)區(qū)域的清洗液進(jìn)行降溫和/或?qū)η逑床蹆?nèi)超聲波遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)域的清洗液進(jìn)行加熱，使得清洗槽內(nèi)的清洗液在超聲波近場(chǎng)區(qū)域至超聲波遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)域的超聲波傳播方向上形成溫度逐漸升高的溫度梯度，進(jìn)而在超聲波傳播方向上形成漸變的空化閾值，削弱超聲波近場(chǎng)區(qū)域的空化屏蔽現(xiàn)象，擴(kuò)大超聲波遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)域空化發(fā)生范圍。在無(wú)需人為干預(yù)的情況下即可長(zhǎng)時(shí)間對(duì)清洗槽內(nèi)大區(qū)域范圍的清洗液進(jìn)行空化處理，并使清洗槽內(nèi)的空化能量均勻分布，進(jìn)而擴(kuò)大了超聲波清洗的清洗區(qū)域范圍，提高了清洗均勻度和清洗效率及效果。采用深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合pid控制策略實(shí)現(xiàn)了對(duì)清洗液加熱和降溫的智能控制，使得清洗液的溫度調(diào)節(jié)(空化閾值)更加精確，確保了清洗液空化能量的均勻性。

技術(shù)特征：

1.智能溫控汽車零部件超聲波清洗機(jī)，包括清洗槽，所述清洗槽的槽壁上設(shè)有超聲波換能器，其特征在于所述清洗槽的超聲波近場(chǎng)區(qū)域設(shè)有制冷裝置，所述清洗槽的超聲波遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)域設(shè)有加熱裝置。

2.如權(quán)利要求1所述的智能溫控汽車零部件超聲波清洗機(jī)，其特征在于所述清洗槽內(nèi)沿超聲波近場(chǎng)區(qū)域至超聲波遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)域的超聲波傳播方向上設(shè)有多個(gè)聲壓傳感器，多個(gè)所述聲壓傳感器在所述清洗槽內(nèi)沿超聲波傳播方向均勻分布，多個(gè)所述聲壓傳感器的聲壓信號(hào)輸出接入數(shù)據(jù)采集卡，所述數(shù)據(jù)采集卡的聲壓信號(hào)輸出接入主控計(jì)算機(jī)，所述主控計(jì)算機(jī)的溫度控制信號(hào)輸出接入溫控器，通過(guò)所述溫控器控制所述制冷裝置和所述加熱裝置工作。

3.如權(quán)利要求2所述的智能溫控汽車零部件超聲波清洗機(jī)，其特征在于所述清洗槽內(nèi)沿超聲波近場(chǎng)區(qū)域至超聲波遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)域的超聲波傳播方向上設(shè)有多個(gè)溫度傳感器，多個(gè)所述溫度傳感器在所述清洗槽內(nèi)沿超聲波傳播方向均勻分布，多個(gè)所述溫度傳感器的溫度信號(hào)輸出接入所述數(shù)據(jù)采集卡，所述數(shù)據(jù)采集卡的溫度信號(hào)輸出接入所述主控計(jì)算機(jī)。

4.如權(quán)利要求3所述的智能溫控汽車零部件超聲波清洗機(jī)，其特征在于所述聲壓傳感器和所述溫度傳感器在所述清洗槽內(nèi)沿超聲波傳播方向均呈直線分布設(shè)置。

5.如權(quán)利要求4所述的智能溫控汽車零部件超聲波清洗機(jī)，其特征在于所述聲壓傳感器和所述溫度傳感器的數(shù)量相同，沿超聲波傳播方向上的位置一一對(duì)應(yīng)設(shè)置。

6.如權(quán)利要求5所述的智能溫控汽車零部件超聲波清洗機(jī)，其特征在于所述超聲波換能器設(shè)于所述清洗槽的底壁中心處，所述制冷裝置設(shè)于所述清洗槽的底部側(cè)壁上，所述加熱裝置設(shè)于所述清洗槽的上部中心處，所述聲壓傳感器和所述溫度傳感器在所述清洗槽內(nèi)沿所述清洗槽的豎向中心線分布設(shè)置。

7.智能溫控汽車零部件超聲波清洗方法，其特征在于采用權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的智能溫控汽車零部件超聲波清洗機(jī)，通過(guò)對(duì)清洗槽內(nèi)不同區(qū)域的清洗液進(jìn)行加熱和/或降溫，使清洗液在超聲波近場(chǎng)區(qū)域至超聲波遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)域的超聲波傳播方向上形成溫度逐漸升高的溫度梯度，從而提高超聲波近場(chǎng)區(qū)域清洗液的空化閾值，削弱超聲波近場(chǎng)區(qū)域的空化屏蔽現(xiàn)象，降低超聲波遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)域清洗液的空化閾值，擴(kuò)大空化發(fā)生區(qū)域，使清洗槽內(nèi)的空化能量均勻分布。

8.如權(quán)利要求7所述的智能溫控汽車零部件超聲波清洗方法，其特征在于采用pid控制算法控制對(duì)清洗槽內(nèi)不同區(qū)域的清洗液的加熱和/或降溫，依據(jù)在超聲波近場(chǎng)區(qū)域至超聲波遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)域的超聲波傳播方向上采集的多個(gè)聲壓信號(hào)計(jì)算pid控制算法的控制參數(shù)。

9.如權(quán)利要求8所述的智能溫控汽車零部件超聲波清洗方法，其特征在于依據(jù)在超聲波近場(chǎng)區(qū)域至超聲波遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)域的超聲波傳播方向上采集的多個(gè)聲壓信號(hào)計(jì)算清洗液中的整體空化能量均勻程度；基于清洗液中空化能量均勻程度、預(yù)設(shè)的空化能量均勻程度閾值以及二者的差值，采用深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法計(jì)算pid控制算法的控制參數(shù)。

10.如權(quán)利要求9所述的智能溫控汽車零部件超聲波清洗方法，其特征在于將清洗液中的空化能量均勻程度、預(yù)設(shè)的空化能量均勻程度閾值以及二者的差值輸入深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，得到pid控制算法的控制參數(shù)，并以此控制對(duì)清洗槽內(nèi)不同區(qū)域的清洗液的加熱和/或降溫，計(jì)算清洗液加熱和/或降溫后新的空化能量均勻程度與預(yù)設(shè)的空化能量均勻程度的差值，如果差值在設(shè)定的允許范圍內(nèi)，結(jié)束計(jì)算；如果差值不在設(shè)定的允許范圍內(nèi)，則深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)依據(jù)差值自動(dòng)調(diào)整各層權(quán)重，持續(xù)循環(huán)計(jì)算，直至清洗液中的空化能量均勻程度與預(yù)設(shè)的空化能量均勻程度閾值的差值在設(shè)定的允許范圍內(nèi)。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及智能溫控汽車零部件超聲波清洗機(jī)及超聲波清洗方法，所述超聲波清洗機(jī)包括清洗槽，清洗槽的槽壁上設(shè)有超聲波換能器，清洗槽的超聲波近場(chǎng)區(qū)域設(shè)有制冷裝置，超聲波遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)域設(shè)有加熱裝置。所述超聲波清洗方法采用所述超聲波清洗機(jī)，通過(guò)對(duì)清洗槽內(nèi)不同區(qū)域清洗液進(jìn)行加熱和/或降溫，使清洗液在超聲波傳播方向上形成溫度梯度，從而提高超聲波近場(chǎng)區(qū)域清洗液的空化閾值，削弱空化屏蔽現(xiàn)象，降低超聲波遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)域清洗液的空化閾值，擴(kuò)大空化發(fā)生區(qū)域，使清洗槽內(nèi)的空化能量均勻分布。本發(fā)明能夠使清洗液在超聲波傳播方向上形成漸變的空化閾值，提高空化能量的均勻性，有效擴(kuò)大超聲波清洗設(shè)備的清洗區(qū)域范圍，提高清洗均勻度和清洗效率及效果。

技術(shù)研發(fā)人員：王小嬌,李紅,宋建桐,安澤婷,李悅怡
受保護(hù)的技術(shù)使用者：北京電子科技職業(yè)學(xué)院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/17