臺灣博碩士論文加值系統

本研究為研發出可焊接10公分以上太陽能板之超音波金屬連續熔接機，可調式的機台設計可符合不同尺寸大小太陽能板之加工。此機台主要利用超音波傳動子連接聲波焊頭，透過聲波焊頭之放大位移效應，將此振動能量傳遞到加工鋁條上，而鋁條與太陽能板之熔接面產生摩擦，而瞬間產生擴散接合，達到超音波金屬熔接之效果。
此外，超音波金屬熔接加工效率，重點在於聲波焊頭之設計，聲波焊頭之優劣會影響到加工效果，因此本論文使用ANSYS有限元素分析軟體，針對廠商所提供的資料進行聲波焊頭分析與設計，藉由有限元素分析軟體進行模態分析求得模型自然頻率值分佈情形，再利用田口法求得符合設計之目標值，找出聲波焊頭最佳尺寸參數，並模擬進行比對。最後利用頻率量測儀對最佳化後聲波焊頭進行實際量測，結果顯試測得頻率為34.8KHz，並符合模擬分析值。在聲波焊頭加工上也能大幅節省尺寸修正的試誤時間，並能提升焊頭效能。
最後使用此機台來進行加工測試，配合光學式顯微鏡及拉伸試驗機，在不同熔接參數條件下，研究超音波熔接後之影響，再以田口法找出最佳製程參數及加工因子之貢獻率，以提升加工品質。

This study developed a continuous ultrasonic welding machine for solar plates that exceed 10 cm, and the adjustable machine design can fulfill processing for solar palates of various sizes. This machine mainly uses ultrasonic boosters to connect to the horns. Through the amplification displacement effects of the horns, the vibration energy is transferred to the processing aluminum bars, which rub against the welding surface of the solar plates causing friction and instantly generate diffusion bonding, thereby achieving ultrasonic welding.
In addition, the processing efficiency of ultrasonic welding depends on the horn design, the quality of which influences the processing effects. In this study, ANSYS finite element analysis software was used to analyze the horn data provided by manufacturers and to design new horns. Finite element analysis software was also used to perform model analysis to determine the natural frequency value distribution of the model. The Taguchi method was employed to determine a suitable target value for the design and to identify the optimal horn size parameters. Then, a simulation was conducted to compare these values. Finally, a frequency meter or measuring instrument was used to measure the optimized horn, obtaining a frequency of 34.8 kHz, which matched the simulation value. The results show that the new model effectively reduces the time spent correcting the horn size using trial-and-error methods and improves horn performance regarding horn processing.
A processing test for the new model was performed using an optical microscope and a tensile testing machine. Under various welding parameters, the effects of ultrasonic welding were investigated. The Taguchi method was employed to identify the optimal process parameters and processing element contribution rates to improve the processing quality.

摘要............................i
Abstract.......................iii
致謝............................v
目錄............................vi
表目錄..........................ix
圖目錄..........................xi
符號說明........................xiv
第一章 前言......................1
1.1 研究背景.....................1
1.2 研究動機.....................1
1.3 文獻回顧.....................2
1.4 研究目的.....................4
1.5 論文架構.....................4
第二章 理論基礎...................6
2.1 超音波基本原理及特性...........6
2.2 超音波金屬熔接原理.............9
2.3 超音波連續滾焊機構.............11
2.4 超音波變幅桿與工具.............12
2.4.1 等截面連接錐形變幅桿之設計.....13
2.4.2 等截面連接指數形變幅桿之設計...14
2.4.3 圓盤工具設計................15
2.4.4 聲波焊頭工具振動狀態解析......16
2.5 有限元素分析.................17
第三章 田口方法原理介紹.............19
3.1 穩健分析.....................19
3.2 田口式品質工程之概述............20
3.3 實驗設計步驟..................21
3.3.1 設計步驟...................21
3.3.2 田口法之實驗名詞解釋[25].....23
3.4 直交表......................24
3.4.1 直交表的直交特性............24
3.4.2 直交表的觀念...............24
3.4.3 直交表的選擇...............26
3.5 損失函數....................26
3.6 訊號雜訊比（S/N比）...........27
3.7 變異數分析...................28
第四章 聲波焊頭之尺寸設計與分析......31
4.1 聲波焊頭尺寸設計...............31
4.2 分析前材料參數設定.............32
4.3 ANSYS模擬分析................33
4.4 品質特性之選擇...............34
4.4.1 水準與各項控制因子...........34
4.4.2 直交表選用................35
4.4.3 實驗數據分析..............36
4.4.4 平均數分析................37
4.4.5 靈敏度分析................39
4.4.6 變異數分析................40
4.4.7 確認實驗..................40
4.4.8 分析結果與討論.............41
4.5 實際聲波焊頭頻率量測........42
4.5.1 理論聲波焊頭雛形製作........43
4.5.2 實驗設備介紹..............44
4.5.3 實驗量測方法..............45
4.5.4 分析結果與討論............45
4.5.5 誤差原因探討..............46
第五章 太陽能板之超音波金屬連續熔接機配置....47
5.1 音波產生器..................48
5.2 換能器.....................49
5.3 聲波焊頭...................49
5.4 機台內部系統................49
第六章 熔接實驗與設備.............51
6.1 實驗前置作業.................51
6.2 實驗材料與試件...............53
6.3 實驗過程....................54
6.4 光學顯微鏡..................55
第七章 實驗結果與討論.............57
7.1 應用田口法於加工實驗..........57
7.2 品質特性的選定...............57
7.3 控制因子及其水準值............57
7.4 直交表的選用.................58
7.5 實驗數據分析.................58
7.6 平均數分析(信號雜訊比S/N比)....59
7.7 確認實驗.....................60
7.8 ANOVA分析...................61
7.9 實驗結果與討論................62
第八章 結論......................64
參考文獻.........................65
Extended Abstract...............67
簡歷.............................70

[1]董毓才，2004，”超音波熱壓印微結構加工參數影響之研究”，長庚大學機械工程研究所碩士論文。
[2]陳聖平，2009，”復雜外型超音波放大氣之有限元素分析與最佳化設計”，國立交通大學機械工程學系碩士論文。
[3]吳哲誠，2006，”超音波振動系統之分析與工具設計研究”，國立台北科技大學車輛工程系所碩士論文。
[4] G.Amin,M.H.M.Ahmed, H.A Youssef,1995, "Computer-aided design of ultrasonic machining using finite-element analysis", Journal of Material Processing Technology 55,254-260.
[5] Brian Gourley＆Andy Rushton＆Materials Inc, "Solve Ultrasonic Horn Problems With Finite-Element Analysis", Welding Troubleshooter 49-51.
[6] Hansen H.H.,1997, "Optimal Design of an Ultrasonic Transducer", Structural Optimization,Vol.14,pp.150-157.
[7] Wu. Y., Yokoyama S., Sato T., Lin W. and Tachibana T. , 2009., "Development of a New Rotary Ultrasonic Spindle for Precision Ultrasonically Assisted Grinding", International Journal of Machine Tools & Manufacture, Vol.49, pp.933-938.
[8]趙莉，2005，”基于有限元之超聲波加工中聲波焊頭之動力學分析與設計”，太原理工學院碩士論文。
[9]申杰、金先龍，1998，”超聲波振動激勵下焊點失效分析與改進”，震動與衝擊，第25卷第4期 135-138。
[10]陳振宇，2004，”超音波產生熱應力之探討”，國立清華大學動力機械工程學系研究所碩士論文。
[11]李易峻，2009，”超音波與旋轉複合熔接機之研發”，國立虎尾科技大學創意工程與精密機械研究所碩士論文。
[12]陳建智，2008，”新型超音波輔助旋轉熔接機之開發”，國立虎尾科技大學創意工程與精密機械研究所碩士論文。
[13]鄭振東，1999，”超音波工程”，全華科技圖書股份有限公司，台北。
[14]黎慧玉, 1990, ”感測與轉換應用電路—設計與實習”, 高立圖書有限公司, pp. 99~111。
[15]川島政憲著，賴耿陽譯，1982，”超音波工學理論及實務”，復漢出版社。
[16]楊志斌，2008年，”旋轉超聲加工裝置的設計與新型變幅桿的研究”，太原理工學院碩士論文。
[17]王愛玲、祝錫晶、吳秀玲，2007，功率超聲振動加工技術，國防工業出版社。
[18]宋景鋒，賀西平，李娜，2011，”縱振激勵頻率對圓盤彎曲振動特性的影響”，陜西師範大學應用聲學研究所。
[19]超音波焊接上課講義，哈爾濱工業大學。
[20]黃宏財，2009，有限元素法簡介，上課講義。
[21]吳復強，2002，田口品質工程，台北，全威圖書。
[22]鍾清章，1986，”生產線外語生產線上的品質管制”，機械工業。
[23]陳世明，1992，”田口式品質工程技術與技術開發”，材料與社會，V70，pp.75-81。
[24]李輝煌，2002，田口方法-品質設計的原理與實務，高立圖書有限公司。
[25]劉俊廷，2011年，”精密射出成型工件之超音波振落技術研發”，國立虎尾科技大學碩士論文。
[26]吳復強，2005，產品穩健設計-田口方法之原理與運用，全威圖書。
[27]李宛珈，2007，”利用田口法尋找最佳梯度曾析質譜條件已偵測山枑子成份研究”，國立中山大學化學所碩士論文。
[28]林暉斌，2003年，”品質工程在SUS 304不鏽鋼伸線製程之改善”，逢甲大學碩士論文。