口罩机超声波发生器拆解
m24h2023/08/16原创 拆机鉴赏 IP:上海

Macklemore在《thrift shop》里面说过 别人的垃圾 可能就是我的财富 那么如果你口袋里面有200块钱 想要奢侈一把的话 我严重推荐一套高功率的超声波发生器和振子 3年大戏落幕后 大量的口罩期淘金设备涌入2手市场 导致成为现在最具“重量/价格”比的玩意

这里我选择了一套汇专的UW20-1A-CFN V7.5 一个20kHz常发波2600W的超声波发生器 2手价大概才100出头 选择这个一来20kHz是最便宜和常见的波段 二来这个发生器的用料在数控追频超声波发生器中 是最结实的

机箱内部如下图

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图片可能看不出大小 但是其实很大 如果变压器用于流行的开关电源频率而不是20kHz 完全可以用在5、6千瓦的设计上

整机主要分为数控板 功率板 谐振板3块PCB板 图片上部偏左是一个带抽头选择(可为不同压电片选择输出电压)的最大的主功率变压器

谐振板主要原理是压电陶瓷与电容并联 再串联一个电感 然后接到主变压器的输出上 但这里的电感其实是两个变压器串联 而电容是2并后再5串 设计上可谓相当稳甚至保守了 此外还带电压和电流检测电路

谐振板下面还藏着一个为数字部分供电的成品开关电源 旁边是接地排片 和主变压器的抽头选择排座一起 显露出浓浓的踏实工业风

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功率板板采用了4片高功率管 使用了厚重庞大的散热器 值得一体的是该机的功率管激励变压器(红壳)和各处可见的电流传感器(蓝壳)都采用了全密封的成品 和那种裸露出来现绕的那种妖艳贱货不一样

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数控板使用了STM32F334 液晶点阵显示屏 不带触摸 3个按键 多处接口 包括下载口和调试串口

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机箱后除了三脚电源口和个GX30的接振子的输出口 其实只有一个Input接口是可用的 ADCIN虽然数控板上也有ADCIN接口 但是未接入 我亦不知其含义 而RS485也未接入 应该缺一块与数控板TTL串口的转换电路板 我亦不知是否出厂就如此还是被人摘掉

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Input工作方式很简单 开机后会自动进行追频一次 按下前面板的启动按钮也会追频一次 Input短接就发波 断开就停止 这里要说到长发波和间隙波两个概念 体现在型号后缀就是CF和JX的区别 常发波用于口罩边的焊接 时间较长 间隙波用于耳带的点焊 我建议购买控制简单的常发波 怀疑间隙波可能短接Input只会工作很短时间 不利于DIY玩耍

汇专的另一款UW20-1A-CF(后缀不带N)也是2手市场常见货 价格80左右 而且是触控液晶屏 看起来更高大上 但是也委实不建议选择 因为功率小(2kW)用料省了很多 除了外表体积小了一圈 内部也省料了很多 下图是网上找到的电路 

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对比明显 虽然只是2600W变成2000W 激励变压器还是封闭式的端庄货 但是功率管 谐振电感电容等 都缩水了一半可能还不止 完全没有“超出票值”的幸福感

下面说到振子 其实包括了带陶瓷片的振子 变幅杆 模具头 法兰等多个部件 这么一套HESON的网上2手也100左右或者更低 但便宜的光振子和变幅杆 成色差点的30的也有 注意 这货基本就是哑铃 很重

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这部分除了功率以外 最重要的就是看匹配频率了 20kHz的振子也是最便宜的 分辨最好的方法是看长度 这个频率在大概5000m/s声速的金属中 半波长约12.5cm 无论是振子 变幅杆 模具头都大概会是这个长度 此外变幅杆基本上就是是两段直径不同的圆柱体 法兰接在应力最大振幅最小的中间 而15kHz的通常是圆锥体 20kHz以上的通常用于手持小功率

各部分组装除了扭螺丝 还需要上超声波专用胶利于声波传导 所以我只拆了不需要的模具头就不好再拆了 不过可以放网上的“无压电片振子加变幅杆”以及法兰给大家看看 大概能明白基本构造

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此外值得注意的是 工作时候 压电陶瓷上会有1000V左右的电压 而且是高电流的 千万注意远离压电陶瓷附近 虽然焊接地方会上保护胶 但是陶瓷和极片周围可没有任何保护 即便拆下 也应该先放掉残余电压才行(毕竟有压电陶瓷有电容)

[修改于 8个月3天前 - 2023/08/16 19:35:41]

来自:仪器与装备 / 拆机鉴赏
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~~空空如也
大仙
8个月3天前 IP:江苏
924075

这种聚能式超声波除了焊接以外,还可以切软东西,好多用来切蛋糕,肥皂,黄油这种特别粘刀的东西。

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m24h作者
8个月3天前 IP:上海
924076
引用大仙发表于1楼的内容
这种聚能式超声波除了焊接以外,还可以切软东西,好多用来切蛋糕,肥皂,黄油这种特别粘刀的东西。

我这里模具头是钢的 据说贵的钛合金焊接头可以更“不粘” 但是个人大抵不会用来切这些东西了 网上也有振断硬的塑料水口的用途 但是我觉得靠这拆3D打印的支撑柱应该不行 此外 如果能收集到合适的部件 还可以进行金属焊接

也许改改 还可以做高频熔炼之类 但是改动会相当大 不值得

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大仙
8个月3天前 IP:江苏
924079
引用m24h发表于2楼的内容
我这里模具头是钢的 据说贵的钛合金焊接头可以更“不粘” 但是个人大抵不会用来切这些东西了 网上也有振...

切的话要整一套运动控制的台子,体积巨大,只有工厂能接受。

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amo
8个月3天前 IP:广东
924083

DIY的话,用武之地不多,所以才这么便宜……可能更多是上了废品回收老板的板车


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大仙
8个月2天前 IP:江苏
924116
引用amo发表于4楼的内容
DIY的话,用武之地不多,所以才这么便宜……可能更多是上了废品回收老板的板车

确实,一般谁在家用这个焊塑料,切蛋糕。

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m24h作者
8个月2天前 IP:上海
924128

就和激光泵浦一样 可以用来玩玩啊 

当然如果需要强超声波的地方 还是得用 至少超声波真用到地方 比激光泵浦门槛低太多了 除了塑料焊接 还可以搞振荡筛 液体去气泡 实验声驻波甚至声致发光 至少跨相的化学反应促进是我以前是利用过的

哪怕拆零件 如果用得上 也挺值的 现成带显示 MCU 电压电流相位检测和功率电路 这个框架改成高频加热都不难 

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m24h作者
8个月0天前 IP:上海
924406

今晚为了备份起见 用openocd把该机固件dump了下来 还好固件没有加锁 64k一会就读完了

顺便补上一张端庄的电流传感器和激励变压器的图

fotor_1692462674936.jpg

细看了一下 该机应该是全桥架构 主变压器初级串电容接入全桥输出两端

此外查了一下STM32F334R8 一看才发现了不起 内部超高精度定时器能打到4.6GHz 带3个高速比较器 零电压电流点检测 几乎就是为此应用打造 话说气氛都烘托到这了 硬件也堆出了个绰绰有余的感觉 汇专也算超声波大厂 再不来个相位检测追频 只怕程序员也过不了良心这关

Screenshot_2023-08-19-22-13-24-335_com.mmbox.xbrowser.pro.jpg

实际上我今晚也测试过 工作过程中 显示的频率确实根据负载有变化 说明工作中也是不断追频的

另外MCU中 此类硬件应该是一个门槛 我立刻觉得冲着这个高精度高速定时器而言 国内应该不会有仿制芯片 淘宝查了一圈 也确实没找到

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虎哥
7个月29天前 IP:四川
924409

这么平铺直叙的设计,应该是疫情期间赶工的结果?几个月前我也拆开塑料焊机看了看,里面居然有一张板子毫无道理的数字逻辑电路,看来看去都感觉是迷惑防抄设计。

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20!Dopaminor
7个月29天前 修改于 7个月29天前 IP:广东
924414

可以改成超声波清洗机?平时洗洗菜洗洗手?(不过频率有点低,不能洗PCB)

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m24h作者
7个月29天前 IP:上海
924416
引用虎哥发表于8楼的内容
这么平铺直叙的设计,应该是疫情期间赶工的结果?几个月前我也拆开塑料焊机看了看,里面居然有一张板子毫无...

应该不可能赶工 我看这数字板信号设计很正规 ABCD 4路驱动 两相电流检测 输出电压电流检测都全 固件实际内容也好像有40k以上 而硬件版本到了7.5(市面也有6.X的) 软件版本到了3.0

毕竟疫情前 超声波焊接印花等也有的 疫情初期忽然大卖 然后导致推出其他减料机型也有可能 比如触摸屏那款

不过也有一种可能 因急堆料 保守设计

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nkh0472
7个月29天前 IP:广东
924427

用过这类东西,声音大的离谱,提醒想买回家玩的还是要做好耳部防护……

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量子隧道
7个月29天前 IP:广东
924428

应该可以改成超声波切割(其实是研磨?)机。这样你就可以针对玻璃陶瓷硅片石头等等硬脆材料有了一个加工利器。

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m24h作者
7个月0天前 IP:上海
925446

我昨晚发现 口罩机大量下线 还给二手市场带来大量的步进电机套件

尤其是闭环的2Nm以上的57步进电机套件 已经百元以下 十分诱人 这价格甚至能淘到一些带刹车抱闸的

不过由于步进电机一直是市场上较硬的通货 感觉价格仍然只是到心理线 但并未触发强烈的贪婪欲望 而且接线繁复 改造自有系统又造成多出许多电机出来(至今我自己还有几个未使用的步进电机)还是放弃了

网友如果要购买 最好购买套件 因为闭环驱动器是要额外配置调试的 有些配置工具并不公开

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kcmoll
6个月27天前 IP:河北
925523

华大半导体 HC32F4A0 官方声称 16个 50ps高分辨率 PWM(HRPWM)等效频率是20GHz. 国产还有其他几个厂家, 也是声称做到了ps的分辨率. 

不过比较致命的是, 这些厂家光忙着卷分辨率了, 却忘记了提高动态性能, 定时器还是16位的, 常规用法动态范围也就六万分之一, 某些时候还是很鸡肋的.


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LoserWong
6个月23天前 IP:浙江
925612

GD32E505也有hrtimer…不过现在stm32f334 10块钱一片,又吊打国内芯片了

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