DE10341274A1

DE10341274A1 - Cleaning or surface treatment installation layout procedure optimises object position with respect to measured ultrasound field strength

Info

Publication number: DE10341274A1
Application number: DE2003141274
Authority: DE
Inventors: Marcus Kristen; Konrad Koeberle; Helmut Schmidt; Reinhard Lerch
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2003-09-08
Filing date: 2003-09-08
Publication date: 2005-03-31

Abstract

A cleaning or surface treatment installation (10) layout procedure measures (22) ultrasound or cavitation induced electromagnetic field strength using a hydrophone or CCD (Charge Coupled Device) Camera at points (28) in the container (12) and arranges (26) the container and object to minimise the difference of the average surface positions from those areas which exceed a set threshold. Independent claims are included for equipment using the procedure.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Auslegung einer Anlage zur Reinigung und/oder Oberflächenmodifizierung eines Gegenstandes nach dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche.The The invention relates to a method and a device for Design of a system for cleaning and / or surface modification an article according to the preamble of the independent claims.

Es ist bekannt, die Oberflächen von Gegenständen in geeigneten Reinigungsbädern unter Einwirkung von Ultraschall zu reinigen. Weiterhin sind Verfahren bekannt, bei denen eine chemische Modifizierung von Oberflächen, beispielsweise zur Beschichtung oder Entschichtung derselben unter Zufuhr von Ultraschallenergie durchgeführt wird. Innerhalb der entsprechenden Ultraschallbäder bildet sich je nach Positionierung der Ultraschallquelle bzw. des zu reinigenden Bauteils und der Intensität der eingestrahlten Ultraschallenergie ein entsprechendes stehendes Wellenfeld aus. Je nach dem, ob sich das Bauteil am Ort eines Maximums oder eines Minimums des Schalldrucks befindet, ist die zugehörige Reinigungswirkung ausreichend oder mangelhaft.It is known, the surfaces of objects in suitable cleaning baths clean under the influence of ultrasound. Furthermore, there are procedures known in which a chemical modification of surfaces, for example for coating or stripping the same while supplying ultrasound energy carried out becomes. Within the appropriate ultrasonic baths forms depending on the positioning the ultrasound source or the component to be cleaned and the intensity of the irradiated Ultrasonic energy a corresponding standing wave field. Depending on whether the component is at the location of a maximum or a Minimums of sound pressure is the associated cleaning effect sufficient or deficient.

Bei bisherigen Ultraschallbädern wird diese Problematik dadurch umgangen, dass ein Übermaß an Schallenergie in das Ultraschallbad eingetragen wird. Auf diese Weise wird ein ausreichend gutes Reinigung- bzw. Oberflächenmodifizierungsergebnis erreicht. Nachteilig ist daran, dass die verwendeten Schallquellen stark überdimensioniert werden mussen bzw. mehrere Schallquellen für ein Ultraschallbad eingesetzt werden.at previous ultrasonic baths this problem is circumvented by the fact that an excess of sound energy is entered in the ultrasonic bath. In this way one becomes sufficiently good cleaning or surface modification result achieved. The disadvantage is that the sound sources used oversized must be used or multiple sound sources for an ultrasonic bath become.

Die Reinigungswirkung von Ultraschallbädern beruht insbesondere auf im Bad auftretenden Kavitationseffekten. Dabei entstehen unter Ultraschalleinwirkung mit Gas gefüllte Kavitationsblasen, welche mit der Schallfrequenz pulsieren bzw. anwachsen und sich in einem stehenden Wellenfeld in den Bereichen maximalen Schallwechseldrucks ausbilden. Bei Erreichen einer bestimmten Größe implodieren die Kavitationsblasen und setzen die inhärente Kavitationsenergie beispielsweise in Form von elektromagnetischer Strahlung und einem Druckstoß frei.The Cleaning effect of ultrasonic baths is based in particular in the bath occurring cavitation effects. This results from the action of ultrasound filled with gas Cavitation bubbles, which pulsate with the sound frequency or Grow and settle in a standing wave field in the fields form maximum sound pressure change. When reaching a certain Implode size the cavitation bubbles and set the inherent cavitation energy, for example in the form of electromagnetic radiation and a surge free.

Aus der US 6,450,184 B1 ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Messung der Kavitationsenergie beschrieben, die auf einen Gegenstand, der sich in einem Ultraschall- oder Megaschallreinigungsbad befindet, einwirkt. Die dabei verwendete Messsonde umfasst eine Vielzahl von Sensoren die in Abhängigkeit von der Entstehung von Kavitationsblasen ein elektrisches Signal aussenden. Die dabei verwendete Messsonde ist relativ groß dimensioniert, sodass das im Ultraschallbad entstehende Wellenfeld allein durch die Existenz der Messsonde gestört wird. Weiterhin ist bekannt, dass Kavitationsblasen vor allem an der Oberfläche von Gegenständen, die sich im Ultraschallbad befinden, implodieren. Somit erzeugt die verwendete Messsonde allein durch ihre Größe und aufgrund der Tatsache, dass sie in das Ultraschallbad eintaucht, voraussichtlich ungenaue Messsignale.From the US Pat. No. 6,450,184 B1 there is described an apparatus and method for measuring cavitation energy acting on an article located in an ultrasonic or megasonic cleaning bath. The probe used in this case comprises a large number of sensors which emit an electrical signal as a function of the formation of cavitation bubbles. The measuring probe used in this case is relatively large, so that the wave field generated in the ultrasonic bath is disturbed solely by the existence of the measuring probe. Furthermore, it is known that cavitation bubbles implode mainly on the surface of objects that are in the ultrasonic bath. Thus, the probe used alone, due to its size and the fact that it is immersed in the ultrasonic bath, is likely to produce inaccurate measurement signals.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren bereitzustellen, das die Auslegung von Anlagen zur Reinigung und/oder Oberflächenmodifizierung von Gegenständen auf einfache und dennoch genaue Weise gestattet.task It is the object of the present invention to provide an apparatus and a method to provide the design of equipment for cleaning and / or surface modification of objects allowed in a simple yet accurate way.

Vorteile der ErfindungAdvantages of invention

Das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen der unabhängigen Ansprüche haben den Vorteil, dass die Auslegung von Anlagen zur Reinigung und/oder Oberflächenmodifizierung von Gegenständen in wenigen Schritten erfolgreich durchgeführt werden kann.The inventive method or the device according to the invention having the characterizing features of the independent claims the advantage that the design of equipment for cleaning and / or Surface modification of objects can be carried out successfully in just a few steps.

Derartige Anlagen zur Reinigung bzw. Oberfächenmodifizierung weisen standardmäßig einen mit einer Flüssigkeit gefüllten Behälter auf an dem oder in dem eine Ultraschallquelle angebracht ist. Bei der Durchführung des Verfahrens wird in einem ersten Schritt mindestens eine Kenngröße des in den Behälter eingebrachten Schalls bzw. mindestens eine Kenngröße einer während der Beschallung emittierten elektromagnetischen Strahlung für mindestens einen Messpunkt innerhalb des Behälters bestimmt.such Equipment for cleaning or surface modification have a standard with a liquid filled container on or on which an ultrasonic source is mounted. In the execution the method is in a first step, at least one characteristic of the in the container introduced sound or at least one characteristic of a while the sound emitted electromagnetic radiation for at least determines a measuring point within the container.

In einem zweiten Schritt wird ein Abgleich der Zonen des Behälters, an denen die Kenngröße einen Schwellenwert übersteigt, mit den möglichen Positionen einzelner Oberflächenbereiche des zu reinigenden Gegenstandes innerhalb des Behälters durchgeführt. Abschließend erfolgt eine Anpassung des Behälters, der Position der Schallquelle am Behälter oder der Positionierung des Gegenstandes innerhalb des Behälters, so dass die mittlere räumliche Abweichung der Position der Oberflächenbereiche des Gegenstandes innerhalb des Behälters von den ermittelten Punkten, an denen die Kenngröße einen Schwellenwert übersteigt, minimal wird. Dabei wird vorteilhafterweise als Schwellenwert ein Wert der Kenngröße gewählt, bei dem eine ausreichende Reinigung bzw. Oberflächenmodifizierung des Gegenstandes innerhalb eines definierten Zeitraums eintritt.In a second step is an adjustment of the zones of the container which the characteristic one Threshold exceeds with the possible positions single surface areas carried the object to be cleaned within the container. Finally done an adaptation of the container, the position of the sound source on the container or the positioning of the object within the container, so that the middle spatial deviation the position of the surface areas of the Object within the container from the determined points at which the parameter exceeds a threshold, becomes minimal. It is advantageously as a threshold Value of the parameter selected, at the sufficient cleaning or surface modification of the object within a defined period.

Mit den in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen möglich.With in the subclaims listed activities Advantageous developments are possible.

So ist es von Vorteil, wenn nach der Messung der Kenngröße zunächst die Verteilung der Messwerte der gemessenen Kenngröße innerhalb des Behälters erfasst wird. Dies ermöglicht einen vereinfachten Abgleich der Zonen des Behälters, an denen die Kenngröße einen Schwellenwert übersteigt, mit den möglichen Positionen einzelner Oberflächenbereiche des zu reinigenden Gegenstandes innerhalb des Behälters.So It is advantageous if, after the measurement of the characteristic, first Distribution of measured values of the measured characteristic within the container detected becomes. this makes possible a simplified comparison of the zones of the container in which the characteristic a Threshold exceeds, with the possible Positions of individual surface areas of the object to be cleaned within the container.

Weiterhin ist von Vorteil, wenn als Kenngröße des eingebrachten Schalls dessen Intensität oder dessen Schalldruck bestimmt wird. Dabei wird die Intensität des eingebrachten Schalls mit einer Anordnung zweier Hydrophone in einem definierten Abstand bestimmt. Die Verwendung zweier Hydrophone mit definiertem Abstand erlaubt zusätzlich die Bestimmung eines raumrichtungsabhängigen Intensitätsgradienten.Farther is advantageous if as a characteristic of the introduced Sound of its intensity or whose sound pressure is determined. In doing so, the intensity of the introduced Sound with an arrangement of two hydrophones in a defined Distance determined. The use of two hydrophones with defined Distance allowed additionally the determination of a spatial direction-dependent intensity gradient.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird als Kenngröße der während der Beschallung emittierten elektromagnetischen Strahlung deren Gesamtintensität und/oder deren spektrales Intensitätsmaximum bestimmt. Dies erfolgt vorteilhafterweise mit einer CCD-Kamera, wobei auf diese Weise eine berührungslose Messung der gewünschten Kenngröße ermöglicht wird.In a further advantageous embodiment is used as a parameter during the Sound emitted electromagnetic radiation whose total intensity and / or their spectral intensity maximum certainly. This is advantageously done with a CCD camera, being in this way a non-contact Measurement of the desired Characteristic is enabled.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform erfolgt die Erfassung der Kenngröße der während der Beschallung emittierten Strahlung mit einem Lichtleiter beispielsweise in Form eines Glasfaserkabels und einem damit verbundenen Fotomultiplier, wobei das messseitige Ende des Lichtleiters am jeweiligen Messpunkt positioniert werden kann und eine optische Messung auch bei nicht transparenten Behälterwänden oder einer trüben Lösung im Behälter gestattet.In In a particularly advantageous embodiment, the detection takes place the characteristic of the during the Sonic radiation emitted with an optical fiber, for example in the form of a fiber optic cable and an associated photomultiplier, wherein the measuring-side end of the light guide at the respective measuring point can be positioned and an optical measurement even when not transparent container walls or a dull one solution in the container allowed.

Zeichnungdrawing

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. 1 und 2 zeigen schematisch zwei Ausführungsbeispiele der dem erfindungsgemäßen Verfahren zugrundeliegenden Vorrichtung, 3 ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens und die 4 und 5 zeigen Versuchsergebnisse in Diagrammform, die mittels dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung gewonnen wurden.An embodiment of the invention is illustrated in the drawing and explained in more detail in the following description. 1 and 2 schematically show two embodiments of the method according to the invention underlying the device, 3 a flow diagram of the method according to the invention and the 4 and 5 show experimental results in diagram form, which were obtained by means of the method according to the invention or the device according to the invention.

Ausführungsbeispieleembodiments

In 1 ist schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel der dem erfindungsgemäßen Verfahren zugrunde liegenden Vorrichtung dargestellt. Die Vorrichtung 10 umfasst eine zu optimierende Anlage zur Reinigung bzw. Oberflächenmodifizierung von Gegenständen, wobei die Anlage einen Behälter 12 aufweist, an dem oder innerhalb dem ein vorzugsweise piezoelektrischer Ultraschall- oder Megaschallwandler 14 angebracht ist. Der Ultraschall- oder Megaschallwandler wird über einen Funktionsgenerator 16, einen Leistungs- bzw. Audioverstärker 18 und einen Übertrager 20 angesteuert.In 1 is schematically illustrated a first embodiment of the method according to the invention underlying device. The device 10 comprises a system to be optimized for cleaning or surface modification of objects, wherein the system comprises a container 12 on, or within, a preferably piezoelectric ultrasonic or megasonic transducer 14 is appropriate. The ultrasonic or megasonic transducer is powered by a function generator 16 , a power or audio amplifier 18 and a transformer 20 driven.

Der Behälter 12 ist mit einer Flüssigkeit, beispielsweise einem Reinigungsbad, insbesondere einem Neutralreiniger gefüllt. Das Reinigungsbad kann dabei wässrig oder auf Basis organischer Lösungsmittel, wie beispielsweise halogenierter Kohlenwasserstoffe ausgeführt sein. Auch Mischungen von Wasser mit organischen Lösungsmitteln, wie beispielsweise Alkoholen, können als Basis des verwendeten Reinigungsbads dienen. In die Flüssigkeit taucht eine Messsonde 22 ein, der mit einer Signalerfassung 24, beispielsweise einem Speicheroszilloskop, verbunden ist. Die mittels der Signalerfassung 24 generierten Messwerte werden an eine kombinierte Eingabe-Auswerteeinheit 26 weitergeleitet. Die Messsonde 22 ist dabei vorzugsweise mit einer Positioniervorrichtung 28 versehen, die über eine Steuerung 30 von der Eingabe-Auswerteeinheit 26 aus bedient werden kann. Die Positioniervorrichtung 28 erlaubt in einfacher Weise die Positionierung der Messsonde 22 an zuvor festgelegten Messpunkten.The container 12 is filled with a liquid, for example a cleaning bath, in particular a neutral cleaner. The cleaning bath can be carried out aqueous or based on organic solvents, such as halogenated hydrocarbons. Mixtures of water with organic solvents, such as alcohols, can serve as the basis of the cleaning bath used. In the liquid immersed a probe 22 one with a signal acquisition 24 , for example a storage oscilloscope. The means of signal acquisition 24 generated measured values are sent to a combined input evaluation unit 26 forwarded. The measuring probe 22 is preferably with a positioning device 28 provided by a controller 30 from the input evaluation unit 26 can be served from. The positioning device 28 allows easy positioning of the probe 22 at previously determined measuring points.

Die Messsonde 22 kann je nach zu bestimmender Kenngröße verschieden ausgeführt sein. Wird als Kenngröße zur Auslegung der Anlage der an ausgewählten Messpunkten herrschende Schalldruck herangezogen, so wird die Messsonde 22 beispielsweise als vorzugsweise kavitationsbeständiges Hydrophon ausgeführt. Dabei werden über das Hydrophon die lokal im Bad auftretenden Amplituden des Schalldrucks erfasst.The measuring probe 22 can be performed differently depending on the characteristic to be determined. If the sound pressure prevailing at selected measuring points is used as a parameter for the design of the system, then the measuring probe becomes 22 For example, designed as a preferably cavitation-resistant hydrophone. In the process, the amplitudes of the sound pressure occurring locally in the bath are recorded via the hydrophone.

Alternativ kann als Kenngröße zur Auslegung der Anlage die an ausgewählten Punkten im Reinigungsbad herrschende Schallintensität ermittelt werden. Diese Messung gibt an, wie viel Energie im erzeugten Schallfeld verbleibt und welcher Anteil der Schallenergie über eine Umwandlung in Wärme dissipiert wird.alternative can be used as a parameter for interpretation the plant at selected Points in the cleaning bath prevailing sound intensity can be determined. This measurement indicates how much energy in the generated sound field remains and what proportion of the sound energy is dissipated via a conversion into heat becomes.

In diesem Fall wird die Messsonde 22 beispielsweise als sogenannte Intensitätssonde ausgeführt. Die Intensitätssonde umfasst vorzugsweise zwei Hydrophone, die in einem definierten Abstand zueinander angeordnet sind. Mittels der Intensitätssonde kann nicht nur die an einem bestimmten Messpunkt herrschende Schallintensität bestimmt werden, sondern zusätzlich ein richtungsabhängiger Intensitätsgradient, aus dem die Ausbreitungsrichtung der Schallwellen, und somit die Richtung, in die Schallenergie abfließt und ggf. verloren geht, bestimmt werden kann. Als Hydrophone eignen sich beispielsweise entsprechende Geräte der Fa. Brüel & Kjaer, DK-2850 Naerum, Dänemark. Als Signalerfassung 24 wird ein bei Luftintensitätssonden üblicher Analysator beispielsweise ebenfalls der Fa. Brüel & Kjaer, DK-2850 Naerum, Dänemark, verwendet.In this case, the probe becomes 22 for example, designed as a so-called intensity probe. The intensity probe preferably comprises two hydrophones, which are arranged at a defined distance from one another. By means of the intensity probe, not only the sound intensity prevailing at a certain measuring point can be determined, but additionally a direction-dependent intensity gradient, from which the direction of propagation of the sound waves, and thus the direction in which the sound energy flows off and may be lost, be can be true. Suitable hydrophones are, for example, corresponding devices from Brüel & Kjaer, DK-2850 Naerum, Denmark. As signal acquisition 24 For example, an analyzer customary in air intensity probes is likewise used by Brüel & Kjaer, DK-2850 Naerum, Denmark.

Eine Alternative besteht darin, anstatt der Intensitätssonde mit zwei Hydrophonen als Messsonde 22 einen Thermistor heranzuziehen. Dieser erwärmt sich bei Betrieb der auszulegenden Anlage je nach der am Messpunkt vorliegenden Schallenergie. Die Erwärmung wird detektiert und als Maß für die Schallintensität herangezogen. Diese Messmethode erlaubt jedoch keine richtungsabhängige Intensitätsbestimmung.An alternative is to use the two-hydrophone probe as a probe rather than the intensity probe 22 to use a thermistor. This heats up during operation of the plant to be designed depending on the sound energy present at the measuring point. The heating is detected and used as a measure of the sound intensity. However, this measurement method does not allow any direction-dependent intensity determination.

In 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der dem erfindungsgemäßen Verfahren zugrunde liegenden Vorrichtung in einem Ausschnitt dargestellt, wobei die Bezugszeichen der bereits im ersten Ausführungsbeispiel beschriebenen Komponenten beibehalten werden.In 2 a second embodiment of the device according to the invention underlying the device is shown in a section, wherein the reference numerals of the components already described in the first embodiment are maintained.

Hierbei wird als Kenngröße zur Auslegung der Anlage die bei der Implosion von Kavitationsblasen auftretende Sonolumineszenz in Form von ausgesandter elektromagnetischer Strahlung detektiert. Sind die Begrenzungsflächen des Behälters 12 für die ausgesandte elektromagnetische Strahlung durchlässig, so kann die Messsonde 22 außerhalb des Behälters 12 positioniert werden und beispielsweise als lichtempfindliche Kamera, vorzugsweise CCD-Kamera ausgeführt werden. Hierzu sind beispielsweise CCD-Kameras der Fa. Pco, 93309 Kelheim, Deutschland geeignet.Here, as a parameter for the design of the system, the sonoluminescence occurring in the implosion of cavitation bubbles is detected in the form of emitted electromagnetic radiation. Are the boundary surfaces of the container 12 permeable to the emitted electromagnetic radiation, so the measuring probe 22 outside the container 12 be positioned and, for example, as a photosensitive camera, preferably CCD camera are running. For this purpose, for example CCD cameras from the company. Pco, 93309 Kelheim, Germany are suitable.

Bei strahlungsundurchlässigen Begrenzungsflächen des Behälters 12 oder im Fall eines trüben Reinigungsbades kann die Messsonde 22 ein lichtleitendes Glasfaserkabel 32 aufweisen, wobei das Glasfaserkabel mit seinem einen Ende mittels der hier nicht dargestellten Positioniervorrichtung 28 innerhalb des Reinigungsbades im Bereich des jeweiligen ausgewählten Messpunkts positioniert wird und mit seinem anderen Ende mit einem Fotomultiplier als Messsonde 22 verbunden ist. Die Messsonde 22 ist wie in 1 über die Signalerfassung 24 mit der hier nicht dargestellten Eingabe-Auswerteeinheit 26 verbunden.In radiopaque boundary surfaces of the container 12 or in the case of a murky cleaning bath, the measuring probe 22 a fiber optic cable 32 have, wherein the fiber optic cable with its one end by means of the positioning device, not shown here 28 is positioned within the cleaning bath in the region of the respective selected measuring point and with its other end with a photomultiplier as a measuring probe 22 connected is. The measuring probe 22 is like in 1 via the signal acquisition 24 with the input evaluation unit, not shown here 26 connected.

Über die Signalerfassung 24 kann mittels der Eingabe-Auswerteeinheit 26 eine frequenzunabhängige Gesamtintensität der emittierten elektromagnetischen Strahlung erfasst werden, wobei in Bereichen des Reinigungsbades, in denen eine hohe Zahl an Kavitationsblasen auftritt und somit eine hohe Reinigungswirkung zu erwarten ist, eine hohe Intensität der emittierten elektromagnetischen Strahlung gemessen wird. Um ein dreidimensionales Abbild der Bereiche des Reinigungsbades mit hoher Strahlungsintensität zu erhalten, wird beispielsweise von mehr als einer Position aus eine Bestimmung der Strahlungsintensität durchgeführt. Voraussetzung für die Bestimmung dieser Kenngröße ist eine ausreichend abgedunkelte Messumgebung.About the signal acquisition 24 can by means of the input evaluation unit 26 a frequency-independent overall intensity of the emitted electromagnetic radiation is detected, wherein in areas of the cleaning bath, in which a high number of cavitation bubbles occurs and thus a high cleaning effect is to be expected, a high intensity of the emitted electromagnetic radiation is measured. In order to obtain a three-dimensional image of the areas of the cleaning bath with high radiation intensity, a determination of the radiation intensity is carried out, for example, from more than one position. The prerequisite for determining this parameter is a sufficiently darkened measurement environment.

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, statt der frequenzunabhängigen Gesamtintensität das spektrale Intensitätsmaximum der gemessenen emittierten elektromagnetischen Strahlung zu ermitteln. Dazu umfasst die Signalerfassung 24 vorzugsweise ein geeignetes Spektrometer. Je kürzer die Wellenlänge des spektralen Intensitätsmaximums ist, desto höher ist die lokal vorliegende Kavitationsenergie und somit die zu erwartende Reinigungswirkung.Another possibility is to determine the spectral intensity maximum of the measured emitted electromagnetic radiation instead of the frequency-independent total intensity. This includes the signal acquisition 24 preferably a suitable spectrometer. The shorter the wavelength of the spectral intensity maximum, the higher is the local cavitation energy and thus the expected cleaning effect.

Die Vorrichtung 10 kann mehr als eine Messsonde 22, mehr als eine Positioniervorrichtung 28 und mehr als eine Signalerfassung 24 aufweisen; insbesondere wenn zur Auslegung der zu optimierenden Anlage mehr als eine der beschriebenen Messmethoden zum Einsatz kommt, kann vorzugsweise jeder Messmethode eine Messsonde 22, eine Positioniervorrichtung 28 und eine Signalerfassung 24 zugeordnet werden. Eine Kombination der in 1 und 2 beschriebenen Vorrichtungen ist ebenfalls Gegenstand der Erfindung.The device 10 can be more than one probe 22 , more than one positioning device 28 and more than one signal acquisition 24 exhibit; In particular, if more than one of the measuring methods described is used to design the system to be optimized, each measuring method can preferably be a measuring probe 22 , a positioning device 28 and a signal acquisition 24 be assigned. A combination of in 1 and 2 described devices is also an object of the invention.

In 3 ist schematisch ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Das Verfahren geht aus von einer Datenausgangsbasis 40. Die Datenausgangsbasis 40 umfasst beispielsweise die Dimensionen des Behälters 12 der auszulegenden Anlage zur Reinigung bzw. Oberflächenmodifizierung von Gegenständen, sowie beispielsweise die Position der am oder im Behälter 12 vorgesehenen Ultraschallquelle 14, die Zahl bzw. Verteilung von bei der Auslegung zu berücksichtigenden Messpunkten oder gegebenenfalls eine Vorauswahl der zur Auslegung heranzuziehenden Messmethoden. Weiterhin können Schwellenwerte für die einzelnen bei der Messung ermittelten Kenngrößen hinterlegt werden, wobei bei Messwerten jenseits der hinterlegten Schwellenwerten von einem ausreichenden Reinigungsergebnis am betreffenden Messpunkt ausgegangen wird. Die Datenausgangsbasis 40 kann über eine Eingabefunktion in der Eingabe-Auswerteeinheit 26 hinterlegt werden.In 3 schematically an embodiment of the method according to the invention is shown. The method is based on a data output basis 40 , The data output basis 40 includes, for example, the dimensions of the container 12 the system to be designed for cleaning or surface modification of objects, and for example the position of the on or in the container 12 provided ultrasound source 14 the number or distribution of measurement points to be taken into account in the design or, where appropriate, a pre-selection of the measurement methods to be used for design. Furthermore, threshold values for the individual parameters determined during the measurement can be stored, wherein for measured values beyond the stored threshold values a sufficient cleaning result at the relevant measuring point is assumed. The data output basis 40 can via an input function in the input evaluation unit 26 be deposited.

Von der Datenausgangsbasis 40 ausgehend erfolgt beispielsweise in einem ersten Schritt die Messung 42 des Schalldrucks in Form von Schallwechseldruckamplituden an mindestens einem ersten ausgewählten Messpunkt unter der Voraussetzung, dass diese Messmethode als ausgewählt in der Datenausgangsbasis 40 hinterlegt ist. Die Messung erfolgt wie im Rahmen von 1 beschrieben mit einem eingetauchten Hydrophon. Aus der Messung 42 ergibt sich mindestens ein Messwert 44, der ein Maß für den am ersten Messpunkt wirkenden Schalldruck und somit für die an dieser Stelle zu erwartende Reinigungsleistung ist.From the data output base 40 starting, for example, in a first step, the measurement 42 the sound pressure in the form of sound pressure amplitudes at at least a first selected measurement point, provided that this measurement method is selected as the data output basis 40 is deposited. The measurement is carried out as in the context of 1 described with a submerged hydrophone. From the measurement 42 results in at least one measured value 44 that a measure is for the sound pressure acting on the first measuring point and thus for the expected at this point cleaning performance.

Zusätzlich oder alternativ wird in einem zweiten Schritt an mindestens einem zweiten ausgewählten Messpunkt, der dem ersten ausgewählten Messpunkt entsprechen kann, eine Messung 46 der Schallintensität durchgeführt. Zur Messung der Schallintensität wird, wie bereits beschrieben, eine Messanordnung mit zwei Hydrophonen, die in einem definierten Abstand voneinander angeordnet sind, verwendet. Diese erzeugen für den zweiten Messpunkt einen aus der Messung 46 resultierenden Messwert 48 in Form der Schallintensität als Maß für die am zweiten Messpunkt vorliegende Schallintensität und somit für die am zweiten Messpunkt zu erwartende Reinigungswirkung.Additionally or alternatively, in a second step, a measurement is made at at least one second selected measuring point, which may correspond to the first selected measuring point 46 the sound intensity performed. As already described, a measurement arrangement with two hydrophones, which are arranged at a defined distance from each other, is used to measure the sound intensity. These generate one from the measurement for the second measuring point 46 resulting measured value 48 in the form of the sound intensity as a measure of the sound intensity present at the second measuring point and thus for the cleaning effect to be expected at the second measuring point.

Eine weitere Messmethode, die zusätzlich oder alternativ eingesetzt wird, beruht auf der optischen Erfassung der sich im Behälter unter Ultraschalleinwirkung bildenden Kavitationsblasen. Diese senden beim Implodieren kurze Blitze elektromagnetischer Strahlung aus, die mit einer empfindlichen Kamera erfasst werden. So wird in einem dritten Schritt 50 vorzugsweise mit einer CCD-Kamera, die die von mindestens einem dritten Messpunkt, der dem ersten oder zweiten Messpunkt entsprechen kann, ausgehende elektromagnetischer Strahlung erfasst. Der dabei resultierende Messwert 52 ergibt die Gesamtintensität der Strahlung bzw. die Frequenz oder Wellenlänge des Strahlungsintensitätsmaximums als Maß für die am dritten Messpunkt zu erwartende Reinigungswirkung.Another method of measurement which is additionally or alternatively used is based on the optical detection of the cavitation bubbles forming in the container under the action of ultrasound. These emit short impulses of electromagnetic radiation when imploding, which are detected by a sensitive camera. So in a third step 50 preferably with a CCD camera, which detects the electromagnetic radiation emitted by at least one third measuring point, which may correspond to the first or second measuring point. The resulting measured value 52 gives the total intensity of the radiation or the frequency or wavelength of the radiation intensity maximum as a measure of the expected at the third measurement point cleaning effect.

Die Messwerte 44, 48, 52 werden für jeden erfassten Messpunkt von der Signalerfassung 24 an die Eingabe-Auswerteeinheit 26 transferiert und dort in einem Schritt 54 zu einer Charakterisierung des sich im Behälter 12 ausbildenden Schallfelds herangezogen. Dabei werden im Schritt 54 für den Behälter 12 die Zonen hoher oder niedriger zu erwartender Reinigungsleistung ermittelt. Diese Daten werden mit der Ausgangsdatenbasis 40 korreliert und beispielsweise auf iterativem Wege eine Empfehlung zur Positionierung des zu reinigenden Gegenstandes innerhalb des Bades, der Positionierung der Ultraschallquelle 14 oder des Layouts des Behälters 12 berechnet und ausgegeben. Als Berechnungsgrundlage dient vorzugsweise die mittlere räumliche Abweichung der für bestimmte Oberflächenbereiche des Gegenstandes vorgesehenen Positionen von den Bereichen des Reinigungsbades mit hoher Reinigungswirkung. Alternativ kann auch eine bestimmte Bewegungsabfolge des Gegenstandes innerhalb des Behälters 12 vorgegeben werden, sodass vorzugsweise alle zu reinigenden bzw. zu behandelnden Oberflächenbereiche des Gegenstandes gleichermaßen Bereichen hoher Reinigungswirkung im Bad ausgesetzt sind.The measured values 44 . 48 . 52 are for each detected measuring point of the signal acquisition 24 to the input evaluation unit 26 transferred and there in one step 54 to a characterization of itself in the container 12 used forming sound field. It will be in the step 54 for the container 12 determines the zones of high or low expected cleaning performance. These data are taken with the output database 40 correlates and, for example iteratively, a recommendation for the positioning of the object to be cleaned within the bath, the positioning of the ultrasound source 14 or the layout of the container 12 calculated and spent. The calculation basis used is preferably the mean spatial deviation of the intended for certain surface areas of the article positions of the areas of the cleaning bath with high cleaning effect. Alternatively, a certain sequence of movements of the object within the container 12 are predetermined so that preferably all surfaces to be cleaned or treated surface of the article are equally exposed areas of high cleaning effect in the bathroom.

Wahlweise wird die Berechnung durch Computersimulationen 56 in Form Numerischer Simulationen oder durch Finite-Elemente-Rechnungen flankiert.Optionally, the calculation is done by computer simulations 56 in the form of numerical simulations or flanked by finite element calculations.

Nach Durchführung der empfohlenen Neupositionierung des Gegenstandes bzw. der Ultraschallquellen, gegebenenfalls nach Veränderung der Behältergeometrie oder der Berechnung einer Bewegungsabfolge des Gegenstandes im Behälter 12 wird optional das in 3 dargestellte Verfahren so lange wiederholt, bis ein Minimum der mittleren räumlichen Abweichung von Oberflächenbereichen des Gegenstandes zu Bereichen maximaler Reinigungsleistung erreicht ist.After carrying out the recommended repositioning of the object or the ultrasound sources, if necessary after changing the container geometry or calculating a sequence of movements of the object in the container 12 will be optional in 3 illustrated method repeated until a minimum of the average spatial deviation of surface areas of the article is reached to areas of maximum cleaning performance.

In 4 ist ein Beispiel für eine im Schritt 54 auf der Basis von Messwerten 48 erhaltene Charakterisierung eines Schallfelds dargestellt. Dabei wurde ein rohrförmiger Behälter 12 mit einem Durchmesser von 128 mm und einer Länge von 343 mm entlang seiner Längsachse hinsichtlich der auftretenden Schallintensitäten vermessen. Der Behälter 12 war mit Wasser gefüllt. Das in 4 dargestellte Diagramm ist eine Auftragung der gemessenen Schallintensität über dem Abstand der Messsonde 22 zum Ultraschallwandler 14, der am Längsende des zylinderförmigen Behälters 12 angebracht ist und mit einer Frequenz von 4705 Hz betrieben wird.In 4 is an example of one in the step 54 on the basis of measured values 48 obtained characterization of a sound field shown. This was a tubular container 12 measured with a diameter of 128 mm and a length of 343 mm along its longitudinal axis with respect to the sound intensities occurring. The container 12 was filled with water. This in 4 Diagram shown is a plot of the measured sound intensity over the distance of the probe 22 to the ultrasonic transducer 14 at the longitudinal end of the cylindrical container 12 is mounted and operated at a frequency of 4705 Hz.

Dabei bezeichnet die Kurve 60 die gemessene aktive Intensität bei einer Anregungsspannung des Ultraschallwandlers 14 von 500 V, die Kurve 62 die gemessene reaktive Intensität bei einer Anregungsspannung des Ultraschallwandlers 14 von 500 V, die Kurve 64 die gemessene aktive Intensität bei einer Anregungsspannung des Ultraschallwandlers 14 von 300 V und die Kurve 66 die gemessene reaktive Intensität bei einer Anregungsspannung des Ultraschallwandlers 14 von 300 V. Dabei wird unter einer aktiven Intensität eines Ultraschallwandlers 14 die Komponente der Intensität verstanden, deren zeitlicher Mittelwert ungleich null ist. Dies bedeutet, dass ein Schallenergiefluss vorliegt. Unter der reaktiven Intensität versteht man die Komponente der Intensität, deren zeitlicher Mittelwert null ist. In diesem Fall oszilliert die Schallenergie und verbleibt im Schallfeld. Sie steht der Reinigung zur Verfügung.The curve indicates 60 the measured active intensity at an excitation voltage of the ultrasonic transducer 14 of 500 V, the curve 62 the measured reactive intensity at an excitation voltage of the ultrasonic transducer 14 of 500 V, the curve 64 the measured active intensity at an excitation voltage of the ultrasonic transducer 14 of 300 V and the curve 66 the measured reactive intensity at an excitation voltage of the ultrasonic transducer 14 of 300 V. It is under an active intensity of an ultrasonic transducer 14 understood the component of the intensity whose time average is not equal to zero. This means that there is a sound energy flow. The reactive intensity is the component of the intensity whose time average is zero. In this case, the sound energy oscillates and remains in the sound field. It is available for cleaning.

In 5 ist ein Beispiel für eine im Schritt 54 auf der Basis von Messwerten 52 erhaltene Charakterisierung eines Schallfelds dargestellt. Dabei wurde derselbe Behälter 12 verwendet wie er den in 4 dargestellten Daten zugrunde lag. Das in 5 dargestellte Diagramm ist eine Auftragung des mittleren Grauwerts über der Anregungsspannung des Ultraschallwandlers 14.In 5 is an example of one in the step 54 on the basis of measured values 52 obtained characterization of a sound field shown. This was the same container 12 used as he in 4 underlying data. This in 5 The diagram shown is a plot of the average gray value over the excitation voltage of the ultrasonic transducer 14 ,

Dabei bezeichnet die Kurve 72 den mittleren Grauwert über den gesamten Behälterinhalt betrachtet, wobei das Signalrauschen subtrahiert wurde. Es zeigt sich ein in gewissen Bereichen linearer Zusammenhang zwischen eingebrachter elektrischer Leistung und der Leuchtintensität.The curve indicates 72 the mean gray value over the entire container contents, whereby the signal noise was subtracted. It shows a linear relationship between introduced electrical power and the luminous intensity in certain areas.

Claims

Method for designing a system for cleaning or surface modification of objects, the installation having a sound source, in particular an ultrasound source, having provided, liquid-filled container, and wherein the article is for cleaning or surface modification into the liquid of the container is at least partially submerged, comprising the steps of: - Measurement at least one characteristic of the in the container introduced sound and / or at least one characteristic of a while the sound emitted electromagnetic radiation for at least a measuring point within the container, - Adjustment the zones of the container, where the characteristic one Threshold exceeds with the possible Positions of individual surface areas of the Object within the container and - Adaptation the container, the position of the sound source on the container and / or the positioning of the object within the container, so that the middle spatial Deviation of the position of the surface areas of the object inside the container from the determined points at which the parameter exceeds a threshold, becomes minimal.

Method according to claim 1, characterized in that that after measuring the at least one parameter, a distribution of the measured values the measured characteristic within of the container is detected.

Method according to claim 1 or 2, characterized that in an upstream first step the dimensions of the object be recorded.

Method according to one of claims 1 to 3, characterized that as a characteristic of the introduced Sound of its intensity and / or its sound pressure is determined.

Method according to claim 4, characterized in that that to determine the intensity an arrangement of two hydrophones used in a defined distance becomes.

Method according to claim 5, characterized in that that a space-directional intensity gradient is determined.

Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that as a characteristic of the during the Sound emitted electromagnetic radiation whose total intensity and / or their spectral intensity maximum is determined.

Device for designing a system for cleaning or surface modification of objects, the system having a liquid-filled container provided with a sound source, in particular an ultrasound source, characterized in that the device comprises a measuring probe ( 22 ) for detecting at least a first characteristic of the container ( 12 ) and / or at least one second parameter of an electromagnetic radiation emitted during the irradiation, and in that the apparatus further comprises an evaluation unit ( 26 ) for detecting the first and / or second characteristic and for matching the zones of the container ( 12 ), where the characteristic exceeds a threshold, with the possible positions of the individual surface areas of the object inside the container ( 12 ) having.

Apparatus according to claim 8, characterized in that the measuring probe ( 22 ) is a hydrophone for determining the sound pressure.

Apparatus according to claim 8, characterized in that the measuring probe ( 22 ) is a CCD camera.

Apparatus according to claim 8, characterized in that the measuring probe ( 22 ) comprises a photoconductive cable and / or is a photomultiplier.

Device according to one of claims 8 to 11, characterized in that a positioning device ( 28 ) for positioning the measuring probe ( 22 ) in the container ( 12 ) is provided.

Device according to one of claims 8 to 12, characterized in that the evaluation unit ( 26 ) comprises an input device for inputting the spatial structure of the object or an optical detection system for detecting the spatial structure of the object.

Method according to one of claims 8 to 13, characterized in that the container ( 12 ) Water, an aqueous neutral detergent, an organic solvent, halogenated hydrocarbons or a mixture thereof.