CN101516560A

CN101516560A - 用于调整电极和工件之间的距离的方法

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Publication number: CN101516560A
Application number: CNA2007800357996A
Authority: CN
Inventors: J·哈肯伯格; H·格鲁恩; A·赖茨尔; N·克林斯
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2006-09-27
Filing date: 2007-09-06
Publication date: 2009-08-26
Anticipated expiration: 2027-09-06
Also published as: CN101516560B; EP2069095A1; WO2008037574A1; US8372252B2; ATE532595T1; EP2069095B1; DE102006045664A1; US20100065437A1

Abstract

本发明涉及在电化学金属加工中调整电极(5)和工件(3)之间的距离(h)的方法，电极(5)由振动驱动系统带动运动，其中，记录该振动驱动系统的加速度信号(21，51)，将加速度信号(21，51)分解成多个部分(31，33，35，37)，确定该加速度信号(21，51)的多个部分(31，33，35，37)的表征参数，将所述多个部分(31，33，35，37)的表征参数进行相互比较，如果表征参数不同于预定值，则调整电极(5)和工件(3)之间的距离(h)。本发明还涉及实施执行该方法的装置，包括与驱动轴相连的电极(5)，振动运动可通过驱动轴被传递给电极(5)。该驱动轴上设有用于记录加速度信号(21，51)的传感器。

Description

用于调整电极和工件之间的距离的方法

技术领域

本发明涉及在电化学金属加工中调整电极和工件之间距离的方法，其中电极将通过振动驱动系统被带动运动。

背景技术

通过电化学金属加工(ECM)，可以在金属工件中加工出有一定几何形状的凹窝。为了避免凹窝因壁崩解而径向扩大，电极和工件之间的加工间隙要选择得尽可能小。在这种情况下，通常采用振动电极。当电极和工件之间距离最小时，每个电极发出电流脉冲。对此，工件和电极之间间隙被称为加工间隙。

为了控制加工间隙，目前采用电压信号或电流信号的计算处理。另外，还知道采用电阻计算的多种方法。每种方法都允许相对测量和确定加工间隙。这些方法此时依据以下事实，即所测信号依据加工间隙的大小而变化。因此，例如电阻在加工间隙减小时降低。

加工间隙通过电压信号或电流信号的计算处理或者通过测量电阻来实现的这些方法的缺点是，所测信号取决于加工间隙中的电解质状态。因此，例如在加工中即当电流脉冲或电压脉冲被施加在电极上时，电解质成分改变了。这种改变例如因水电解或来自工件的金属离子溶解而出现。结果，接近效果例如所测电阻在间隙尺寸减小时降低的效果与加工效果叠加，例如出现了电阻因电解质导电性能因吸纳溶解的金属离子而提高所导致的进一步降低。

发明内容

在根据本发明的在电化学金属加工中调整工件和电极之间距离的方法中，电极将通过振动驱动系统被带动运动，该方法包括以下步骤：

a)记录振动驱动系统的加速度信号；

b)将加速度信号分解成多个部分；

c)确定加速度信号的多个部分的表征参数；

d)将在步骤c)中确定的多个部分的表征参数相互比较；

e)当表征参数不同于预定值时，调整电极和工件之间距离。

通过计算处理加速度信号来调整间距的优点是，间距的确定与电气条件如加工参数或导电性能无关。

振动驱动系统的加速度信号通常有简单结构，这样，将实现简单耐用的处理逻辑。在凹窝中将通过振动运动形成压力和进而力，该压力和力阻止振动驱动系统的运动。此时，通过系统自身所产生的压力与工件和电极之间距离成比例。随着间距减小，加速行为因驱动系统的力的作用和工件中的压力作用而失真。这种失真可以通过简单的方法测量。一般的振动驱动系统包括驱动轴，在此驱动轴上，可借助加速度传感器测量加速度。

在一个优选实施方式中，加速度信号在步骤b)中分解所形成的多个部分是一个振动周期的四条曲线。一个这样的振动周期通常是正弦形、梯形或矩形的。此外，振动周期包括静止阶段也是可行的，在静止阶段中，电极不运动。在常规的振动运动中，通常出现一个上半波和一个下半波。通过确定两个半波的中心点，可以确定四分之一波。在常规的振动运动中，四条四分之一波的积分值是相同的。包络线也是相同的，其中每个包络线能以一条轴线为中心成镜像。如果电极和工件之间距离大到凹窝中没有压力作用于电极的程度，则出现其四个四分之一波的积分具有相同值的这样一条普通的振动曲线。一旦有压力作用于电极，则在第二半波中，即在其电极距工件距离达到最小的半波中，出现失真。

在步骤c)中确定的表征参数最好通过四分之一波的积分、差分和其包络线的形成来确定。

在一个优选实施方式中，在步骤c)中确定的表征参数与预定值相比较，以确定距离。同表征参数相比较的预定值可以例如通过标定来确定。如果表征参数不同于预定值，则可以调整工件和电极之间距离。如果例如通过表征参数和预定值之差发现电极和工件之间距离太大，则可以缩小该距离。相应地，也可以在距离太小时增大该距离。

代替用于求出预定值的标定，也可以给用于某个参数的控制补加调整数组，例如四分之一波的积分，并且依据该调整数组来执行调整。

为了用于求出与表征参数相比较用的预定值的标定，例如针对不同插入深度来调整振动电极至深度已知的凹窝的底面的距离并且在当时出现的各距离下记录下加速度信号。

本发明还涉及执行该方法的装置，该装置包括与驱动轴相连的电极，其中可通过驱动轴将振动运动传递给电极。在驱动轴上装有用于记录加速度信号的传感器。传感器最好与分析处理单元相连接，加速度信号可在该分析处理单元中被分析处理。这样一来，可以实现电极和工件之间距离的自动化调整。

附图说明

附图示出了本发明的实施例并且在以下说明书中有详细说明，其中：

图1.1表示加工间隙小时形成凹窝；

图1.2表示加工间隙大时形成凹窝；

图2以流程图形式表示方法过程图；

图3.1表示没有失真的加速度信号；

图3.2表示有失真的加速度信号

图3.3表示轴的距离；

图4.1表示振动运动静止时的没有失真的加速度信号；

图4.2表示在包括静止阶段的振动运动中的有失真的加速度信号；

图4.3表示在包括静止阶段的振动运动中的轴距离。

具体实施方式

图1.1表示在加工间隙小时在工件中形成凹窝。

为了在工件3中产生凹窝1，将使电极5落入工件3。为了通过电极5落入工件3而能形成凹窝1，工件3接通为阳极，电极5接通为阴极。在工件3和电极5之间有电流流动，因此工件3在电极5区域内熔解并形成凹窝1。通常，电极5被振动驱动系统带动运动。这样一来，电极5和工件3之间的加工间隙7增减。总是在加工间隙7达到其最小距离h的时刻，电极5发出至少一个电流脉冲/电压脉冲。这样，工件3在凹窝1底面9熔解。凹窝1还在工件3中前移。

凹窝1在时刻t₁具有第一深度H₁。在晚于第一时刻t₁的第二时刻t₂，凹窝1具有深度H₂。凹窝1的扩大在加工间隙7最小时无法实现，如图1.1所示。

在图1.2中示出了加工间隙大时的凹窝形成。

在时刻t₁，凹窝1的形状与在图1中的时刻t₁时一样。不过，至少一个电流脉冲/电压脉冲由电极5在加工机爱女西7较大时发出。这导致凹窝1本身也径向扩大。在时刻t₂，在图1.2中产生的凹窝具有与在图1.1中的时刻t2的凹窝1一样的深度H2。不过在时刻t₂，在图1.2所示的凹窝中，凹窝1的侧壁11也崩解，结果凹窝1本身径向扩大。由于此原因，如图1.2所示的加工间隙7大时的加工无法像如图1.1所示的加工间隙7小时的加工那样精确。

因此，以下措施对精密加工是有利的，加工间隙7被选择得尽可能小，并且在产生凹窝1时监测工件3和电极5之间的距离h，必要时可以重新调整。

在图2中，以流程图形式示出按照本发明的、调整工件和电极之间距离的方法的过程图。

在第一步骤S1中，记录下加速度信号。加速度信号例如借助加速度传感器在电极5的驱动轴上确定。不过，也可以直接在电极5上记录下加速度信号。由于电极5振动运动，所以加速度信号也具有振动变化曲线。

在第二步骤S2中，由用于一个振动周期的加速度信号形成多个四分之一波。对此，首先识别加速度信号的上半波和下半波。在识别上半波和下半波之后，确定半波的中心点。每个半波中心点分开两个四分之一波。

从在步骤S2中确定的四分之一波中，紧接着确定多个表征参数。对此，四个四分之一波例如在步骤S3中积分，并且在步骤S4中差分。在步骤S5中，还确定四分之一波的包络线。在步骤S3、S4和S5求出的表征参数在步骤S6中被评估。评估例如通过相互比较所求出的四分之一波的值来完成。而且，也可以考虑将预定值用于评估，在步骤S3、S4和S5中形成的表征参数可以与所述预定值进行比较。预定值例如可以通过标定来求出。在图2所示的流程图中，通过步骤S7表示值的预定。

依据在步骤S6中执行的评估结果，可以在随后的步骤S8中修正过程参数。因此，例如当评估表明加工间隙7对精密加工而言太大时，可以实现电极5的进一步前移，以便再缩小加工间隙7。也可以在加工间隙7小时又略微增大工件3和电极5之间距离。如果加工间隙7太小，就存在工件3和电极5相互接触而出现短路的危险。

为了标定以求出用于与加工中的表征参数比较的预定值，例如加速度信号可以针对电极和工件之间的多个已知距离被标记下来。这例如按照以下方式实现，使电极5移入尺寸已知的凹窝1中，直到电极5碰到凹窝1底面9。随后，使电极5回撤预定距离。在电极5回撤后，开始振动运动并且记录下加速度信号。在记录下加速度信号后，结束振动运动，使电极5重新回撤一段规定距离。电极5和工件3之间距离由此被进一步扩大。随后，重新开始振动运动并且记录较大距离时的加速度信号。这一做法重复进行，直到得到足够多的测量点。此时，测量点的数量依据加工情况。由此记录下的信号曲线随后被分析处理并且能建立标定函数。

通过本发明方法，也可以知晓是否产生缺口。识别缺口此时基于以下事实，当出现穿透工件3底面的缺口切容纳在凹窝1中的液体可能流走时，凹窝1中的压力情况突然改变。为了发现破裂时刻，要始终控制对照事先确定的表征参数做出评估的表则会那关参数的变化，如果发现破裂，就可以开始为获得规定的工件几何形状而所需的步骤。如果要通过电化学金属加工在工件中得到缺口，就可以通过缺口识别来确定被加工的工件是否具有正确的尺度。工件破裂例如太早完成，则由此发现工件厚度过小。同样，当破裂太晚出现时，就发现工件太厚。如果表明破裂太早或者太晚发生，就可以挑出有缺陷的工件。

图3.1至图3.3中示出了没有失真的加速度信号、带有失真的加速度信号以及在没有静止的振动运动中的轴距离。

在图3.1和图3.2中，分别在纵坐标轴上示出加速度，在横坐标轴上示出时间，在图3.3中，纵坐标轴表示距离，横坐标轴表示时间。

当工件3和电极5之间距离大时，针对一个振动周期得到了如图3.1所示的曲线。大的距离造成没有压力作用于电极5，该压力对加速度施加可察觉的影响。在正弦形振动运动时，人们也获得正弦形加速度信号21曲线。用于一个振动周期的加速度信号21可以被分解为正半波23和负半波25。从半波23和25中分别确定中心点。通过正半波23的中心点27，正半波23被分解城第一四分之一波31和第二四分之一波33。通过负半波25的中心点29，负半波被分解城第三四分之一波35和第四四分之一波37。在均匀一致的振动运动中，这四个四分之一波31、33、35和37的积分值是相同的。这四个四分之一波31、33、35和37的求导值也相同。此外，在求导这四个四分之一波31、33、35和37时，也没有出现正负变换。这四个四分之一波31、33、35和37的包络线同样相同。

图3.2所示的加速度与图3.1所示的加速度信号的区别在于在负半波25中的失真39。失真39导致第三四分之一波35和第四四分之一波37的不同的积分、求导和包络线。在求导时，因失真39而出现正负变换。失真大小此时取决于电极和5工件3之间距离。

图3.3表示电极5以初始点为中心的回撤的距离。在振动运动时，在周期长度41中，电极5首先离开工件3，直到到达上反向点43。在上反向点43，电极5的运动反向。电极5朝工件3移动。在下反向点45，电极5和工件3之间距离最小，在此反向点，电极5的运动重新改变，电极5又离开工件3。电化学金属加工所需的电流脉冲或者电压脉冲最好在达到下反向点45时被发出。在电极5和工件3之间距离小时，电极也执行相同的运动。在加速度信号21中出现的失真39对电极5运动没有可察觉的影响。

在图4.1和图4.2中，示出了在包括静止时间的电极振动运动中的加速度信号。

包含电极5静止的加速度信号51与不停做振动运动的电极5的加速度信号21的区别在于，在负半波25和随后的正半波23之间，静止期间内的加速度值等于0。这在根据图4.1的图中通过零线53表示。在确定表征参数时没有考虑运动信号51的静止期间。加速度传感器所记录下的正半波23和负半波25在电极5运动期间里，就像在如图3.1至图3.3所示的没有静止时间的振动运动中那样，被分解为四个四分之一波31、33、35和37。由四个四分之一波31、33、35和37，又形成积分、求导和包络线，它们作为表征参数被考虑用于评估。就像在如图3.1至图3.3所示的没有静止时间的运动中那样，在包含静止时间的振动运动中，加速度信号51在电极5和工件3之间距离大时也未失真。失真39也出现在工件3和电极5之间距离小时。这在图4.2中示出了。

在如图4.1至图4.3所示的包含静止的振动运动中，周期长度41也包括静止阶段，尽管其未被考虑用于确定表征参数。

图4.3表示在包含静止的振动运动中的电极5的距离信号。在此注意，静止在下反向点45完成。电极5在下反向点45静止不动的优点是，可以实现较长的加工时间。可以实现有效加工。

代替图3.1至图3.3和图4.1至图4.3所示的正弦形电极5运动，本发明方法也可以被用于其它任何一种常规振动运动。因此，振动运动例如可以按照矩形、梯形、倒圆矩形和任何其它本领域技术人员熟悉的形式完成。对本发明方法来说，只需要存在电极5的周期性运动。

Claims

1.一种在电化学金属加工中调整电极(5)和工件(3)之间的距离(h)的方法，其中由振动驱动系统使电极(5)运动，该方法包括以下步骤：

a)记录该振动驱动系统的加速度信号(21，51)；

b)将加速度信号(21，51)分解成多个部分(31，33，35，37)；

c)确定该加速度信号(21，51)的多个部分(31，33，35，37)的表征参数；

d)将在步骤c)中确定的所述多个部分(31，33，35，37)的表征参数进行相互比较；

e)如果表征参数不同于预定值，则调整电极(5)和工件(3)之间的距离(h)。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤b)中将加速度信号分解形成的所述多个部分是一个振动周期的四个四分之一波(31，33，35，37)。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述表征参数通过所述四分之一波(31，33，35，37)的积分、差分和其包络线的形成来确定。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述表征参数与预定值进行比较，以确定所述距离(h)。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，用于与所述表征参数进行比较的预定值通过标定来求出。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，为了标定振动电极(5)至深度已知的凹窝(1)的底面(9)之间的距离(h)，针对不同插入深度，该电极(5)被置入该凹窝(1)中，并且在各预定的距离时记录下加速度信号。

7.一种用于实施根据权利要求1至6之一所述方法的装置，包括与驱动轴相连的电极(5)，其中通过该驱动轴可将振动运动传递给电极(5)，其特征在于，在该驱动轴上设有用于记录加速度信号(21，51)的传感器。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，该传感器与分析处理单元连接，加速度信号(21，51)可在该分析处理单元中进行分析处理。