正交点电接触标准棒的微细电极直径在线测量方法技术

本发明专利技术公开了属于微细特种加工领域的正交点电接触标准棒的微细电极直径在线测量方法。本发明专利技术采用标准棒轴线与待测微细电极轴线垂直安装方式，使电接触测量时微细电极外径与标准棒外径圆周点接触；采用直径较细的标准棒作为对准基准；采用对准运动方向与标准棒轴线方向正交的对准方式；利用微细电极与标准棒两次电接触，利用数控系统给出微细电极与标准棒之间的相对位置，计算出微细电极径向尺寸。本发明专利技术的有益效果是：1)提高了微细电极径向尺寸的在线测量精度。2)两次电接触测量时无需精确定位对准点，测量过程操作和控制简便。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于微细特种加工领域，特别涉及，本专利技术为微细电火花加工用微细电极提供一种较高精度在线测量方法。
技术介绍
微细电火花加工需利用微细工具电极进行火花放电蚀除工件。为避免二次装夹误差和安装操作难度，用于加工微孔、微槽、微三维型腔的微细棒状工具电极，特别是径向尺寸< 100 ii m时，一般采用在线制作方式。线电极放电磨削法(WEDG :Wire Electric Discharge Grinding)、反拷块法等微细电极在线制作工艺已经比较成熟,在线制作的微细电极直径甚至可以达到3 ii m 5 ii m。若要使用在线制作的微细电极进行微结构的高精度可控加工，必须能够较精确的确定或测量出微细电极尺寸。显然，离线测量方式不仅效率低，而且易引入装夹误差和微细电极变形误差。目前，微细电极在线测量主要有三种方法试切法、图像法、标准块接触法。 试切法利用微细电极在薄片上穿微孔试加工，通过离线测量微孔尺寸来反推算微细电极尺寸方法，受到放电间隙和电极损耗影响，造成测量精度差和测量效率低。图像法利用CCD放大在线显示进行测量，但电介质液体、光线强弱、聚焦焦点位置影响测量精度，并且高精度 CCD价格昂贵，还需特别注意使用环境和性能调试。标准块接触法利用微细电极通过电接触标准块，由数控系统给出微细电极与标准块相对位置，以计算测量出微细电极径向尺寸；这种测量方法具有简便、高效优点，但目前采用方形块或粗棒作为标准块与微细电极轴向平行相对定位的电接触法，测量中将引入标准块制造误差、微细电极与标准块相对位置误差， 造成测量精度、特别是重复测量精度还仍然较低。专利技术内容本专利技术针对上述缺陷公开了， 以实现高重复精度在线测量微细电极径向尺寸。本专利技术将标准直径的棒轴线相对垂直安装于微细电极轴线和电接触运动方向所在平面，通过微细电极与标准棒的两次电接触，即可较高精度在线测量出微细电极径向尺寸。包括以下步骤I)以在线制作好的微细电极的轴向作为Z轴，将直径为D的标准棒固定安装在XY 平面上，XY平面是以X轴和Y轴为基础而确立的，X轴、Y轴和Z轴两两相互正交，从而确立了三维直角坐标系；2)调节标准棒轴线为X轴；3)通过数控系统控制微细电极与标准棒沿着Y轴正负两个方向相对运动，进行两次电接触，两次电接触的电压范围均为12V 24V，当进行两次电接触时，微细电极位于标准棒的两侧而且微细电极外径与标准棒外径圆周点接触；4)通过数控系统给出两次电接触的Y轴位置坐标Y1和Y2,则可测量出微细电极径向尺寸为d = IY2-Y11-D。所述标准棒的直径D的范围为0. 3mm 0. 7_。所述调节标准棒轴线为X轴是指使标准棒轴线垂直于微细电极轴向和标准棒运动方向所在平面。本专利技术的有益效果是本专利技术的有益效果是I)采用标准棒相对微细电极正交(垂直)安装方式，使微细电极外径与标准棒外径圆周点接触，可避免标准棒与微细电极在XZ面内相对安装误差引入的测量误差；采用直径较细的标准棒，可以减小标准棒与微细电极在XY面和YZ面内相对安装误差引入的测量误差。这可以提高微细电极径向尺寸的在线测量精度。2)采用正交(垂直)于标准棒的对准运动方向，使标准棒轴线上各点均可作为对准点。这样两次电接触测量时无需精确定位对准点，测量过程操作和控制简便。附图说明图Ia为点电接触垂直标准棒的微细电极直径在线测量过程第一示意图 图Ib为点电接触垂直标准棒的微细电极直径在线测量过程第二示意图 图Ic为点电接触垂直标准棒的微细电极直径在线测量过程第三示意图图2a为在XZ面内标准棒与微细电极相对安装误差对测量精度影响第一示意图 图 2b为在XZ面内标准棒与微细电极相对安装误差对测量精度影响第二示意图图 3a在XY面内标准棒与微细电极相对安装误差对测量精度影响第一示意图3b在XY面内标准棒与微细电极相对安装误差对测量精度影响第二示意图图3c在XY面内标准棒与微细电极相对安装误差对测量精度影响第三示意图图 4a在YZ面内标准棒与微细电极相对安装误差对测量精度影响第一示意图4b在YZ面内标准棒与微细电极相对安装误差对测量精度影响第二示意图具体实施例方式下面结合附图，对优选实施例作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本专利技术的范围及其应用。包括以下步骤I)如图la、图lb、图Ic所示，以在线制作好的微细电极2的轴向作为Z轴，将直径为D的标准棒I固定安装在XY平面上，XY平面是以X轴和Y轴为基础而确立的，X轴、Y 轴和Z轴两两相互正交，从而确立了三维直角坐标系；2)调节标准棒I轴线为X轴；3)如图lb、图Ic所示，分别将微细电极和标准细棒安装于具有各轴位置反馈和记忆功能的数控系统三维运动平台上，通过数控系统控制微细电极2与标准棒I沿着Y轴正负两个方向相对运动，进行两次电接触，两次电接触的电压范围均为12V 24V，当进行两次电接触时，微细电极2位于标准棒I的两侧，而且微细电极2外径与标准棒I外径圆周点接触；4)通过数控系统给出两次电接触的Y轴位置坐标Y1和Y2,则可测量出微细电极2 径向尺寸为d = It-Yj-D。标准棒I的直径D的范围为0. 3mm 0. 7mm。调节标准棒I轴线为X轴是指使标准棒I轴线垂直于微细电极2轴向和标准棒运动方向(电接触运动方向)所在平面。本专利技术测量精度控制原理如下测量微细电极径向尺寸的误差主要来自标准棒I与微细电极2垂直安装误差、电接触位置反馈误差。标准棒I与微细电极2垂直安装空间误差可分解为XZ、XY、YZ面内的相对安装误差。XZ面内的相对安装误差如图2a所示，这将不会引入测量误差，因为具有圆形截面的标准棒I的直径尺寸不变，沿Y轴电接触标准棒I的位置坐标Y1和Y2将不变，如图2b所/Jn oXY面内的相对安装误差如图3a、图3b和图3c所示，则测量误差Ad为下式所示{-^— + ^-)-{d + D)COSU COSU化简后为+COSU根据上式可知当微细电极2直径d不变时，测量误差由相对安装误差0和标准棒I直径D决定。采用直径较细的标准棒，可以减小XY面内相对安装误差的影响，提高测量精度。YZ面内的相对安装误差如图4a和图4b所示，同理可得测量误差Ad为:(--I) (t/ + D)cos a根据上式可知当微细电极2直径d不变时，测量误差由相对安装误差a和标准棒I直径D决定。在线制作出的微细电极无需二次装夹安装，即安装误差a导致的测量误差可忽略。电接触位置反馈误差导致的测量误差，由数控系统位置反馈分辨率和电信号反馈时间决定。利用高分辨率位置反馈系统和电信号高速反馈特性，电接触位置反馈误差可以控制到极其微小。采用微细电极2与标准棒I低速度接近电接触方式，可避免微细电极电接触过程中的塑性变形。下面给出本专利技术的一个测量实例采用长IOmm直径O0. 5mm的标准棒I、电接触速度3mm/min、标准棒I在XY面内安装误差0为0.7度(这时8为0. 122mm容易调节达到)，在线测量0 80 iim微细电极2。这时安装误差引入的测量误差为(1/cosO. 7-1) X (0. 08+0. 5) = 0. 0000433mm,即 0. 0433 u m。 应用表明在线测量精度取决于数控系统位置反馈分辨率，测量精度可以达到Ium以内。本专利技术采本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：佟浩，李勇，张龙，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：