Monitoraggio della frequenza e della potenza degli ultrasuoni ad alta frequenza senza contatto

Kathrin Gross, Ecoclean

Il monitoraggio della frequenza e della potenza è un importante strumento di garanzia della qualità per le applicazioni di pulizia a ultrasuoni nella gamma da 250 a 2.000 kHz. Ecoclean ha dimostrato in serie di test che i microfoni acustici laser sono in grado di rilevare in modo affidabile anche le onde sonore nella gamma delle alte frequenze, fino a due megahertz. Su questa base, l’azienda ha ampliato la sua innovativa soluzione APM (Acoustic Performance Measurement). La nuova soluzione è in grado di monitorare la frequenza e la potenza degli ultrasuoni sia nei sistemi di immersione a più vasche ad ultrasuoni completamente automatizzati sia nei sistemi di pulizia a camera chiusa senza contatto.
Gli ultrasuoni ad alta frequenza vengono utilizzati quando è necessario pulire le superfici sensibili o finemente strutturate da particelle finissime e da una minima contaminazione della pellicola. È il caso, ad esempio, della produzione di semiconduttori, della tecnologia dei microsistemi e dell’elettronica, dell’ottica di precisione, dell’analisi, della tecnologia laser e del vuoto e della tecnologia medica. Per raggiungere in modo affidabile i requisiti di pulizia definiti per il perfetto funzionamento e per evitare di danneggiare o compromettere i componenti sensibili, i controlli regolari delle caratteristiche di vibrazione e il calcolo delle cifre chiave rilevanti per la pulizia sono parametri di qualità essenziali. Per queste applicazioni, Ecoclean ha ampliato il campo di misura della tecnologia APM, precedentemente utilizzata per misurare frequenze ultrasoniche fino a 132 kHz in linea senza contatto, fino a due megahertz, sulla base dell’acustica laser. Lo sviluppo del nuovo sistema di misurazione APM è stato preceduto da una serie di test con un microfono laser-acustico.
I test sono stati eseguiti in un sistema a immersione multibagno a ultrasuoni UCMSmartLine e con sistemi a ultrasuoni con trasduttori a piastra da 500 kHz e 1.000 kHz. Inoltre, sono stati inclusi nei test trasduttori a piastra con frequenze di oscillazione di 40, 80 e 120 kHz già presenti nel sistema di pulizia e i risultati sono stati confrontati con la precedente tecnologia APM con microfoni a condensatore. Da un lato, i test hanno dimostrato che il rapporto segnale/rumore nell’intera banda di frequenza è sufficientemente elevato per rilevare onde sonore fino a 2 MHz. Dall’altro lato, l’obiettivo era quello di determinare a quale distanza dalla superficie del bagno deve essere utilizzato il microfono acustico laser, in modo da poter calcolare uno spettro di frequenza adeguato nonostante la crescente attenuazione delle onde sonore da parte dell’aria all’aumentare della frequenza. Grazie all’elevata sensibilità del microfono acustico laser, la distanza è paragonabile a quella del microfono a condensatore utilizzato per misurare gli ultrasuoni a bassa frequenza.
A differenza degli idrofoni, la misurazione con la soluzione APM viene effettuata senza contatto diretto con il fluido e senza movimento. Ciò comporta diversi vantaggi. Ad esempio, si esclude la contaminazione del fluido da parte del sistema di misura e si può utilizzare anche in applicazioni con sostanze chimiche aggressive senza danneggiare la tecnologia di misura. La misura in assenza di movimento garantisce anche la riproducibilità e l’esecuzione in linea. Inoltre, la tecnologia APM consente di rilevare la frequenza e la pressione sonora degli ultrasuoni anche attraverso le “pareti”. Può quindi essere utilizzata anche in vasche di pulizia e risciacquo chiuse, necessarie, ad esempio, quando si utilizzano processi di cambio di pressione (processi di pulizia a vuoto come PPC, Pulsated Pressure Cleaning), nonché nei sistemi di pulizia a camera. Sono disponibili appositi calibratori manuali per un rapido e semplice controllo del funzionamento dei microfoni laser acustici e a condensatore utilizzati per il sistema APM in loco.
Il sistema di misura è disponibile sia come soluzione fissa che in versione portatile per controlli occasionali. Nella versione fissa, il microfono è collegato al trasportatore automatico. Le vasche di lavaggio e risciacquo dotate di ultrasuoni vengono avvicinate una dopo l’altra e le misurazioni vengono eseguite senza contatto, in modo che i risultati siano comparabili. I valori determinati per la frequenza e la potenza degli ultrasuoni vengono trasferiti al software del sistema, analizzati da algoritmi e confrontati con i valori target precedentemente definiti e memorizzati e salvati. In caso di scostamenti, il sistema emette un messaggio di avvertimento o di errore.
Gli utenti che utilizzano il sistema APM classico per gli ultrasuoni a bassa frequenza, ma che utilizzano anche ultrasuoni con frequenze superiori a 132 kHz, ad esempio nei processi di risciacquo, possono semplicemente scambiare il microfono e l’unità di valutazione e monitorare così sia gli ultrasuoni a bassa frequenza che quelli ad alta frequenza.
Per le misurazioni con la versione portatile, il microfono viene allineato alla rispettiva vasca a ultrasuoni mediante un supporto e registra lo spettro di vibrazioni nella vasca. Quando vengono analizzati e valutati dal software, i valori effettivi misurati vengono confrontati con i parametri target definiti come valori di riferimento per la rispettiva stazione di trattamento. Tutte le misurazioni sono documentate in rapporti PDF per una verifica continua.
L’azienda offre anche misure di controllo mobili come servizio indipendente dal produttore per i sistemi di pulizia in cui sono installati gli ultrasuoni.