[发明专利]控制电化学加工工艺的方法

说明书

发明领域

本发明涉及一种如权利要求1的前序部分所述的控制电化学加工导电性工件的工艺的方法，以及涉及一种如权利要求30的前序部分所述的电化学加工的方法。本发明进一步涉及一种如权利要求39的前序部分所述的实行控制电化学加工工艺方法的装置，同样涉及一种如权利要求68的前序部分所述的电化学加工的装置。

发明背景

电化学加工是一种当提供电解液和电流时导电性工件在电极的位置溶解的工艺。为此目的，电极邻近工件引入并且，当电解液被注入工件和电极间的空隙时，电流经电解液流过工件和电极，此时相对于电极工件为阳极。在保持足够的空隙以补充电解液的同时电流可以恒定电流的形式提供。该方法允许高速率除去溶解的材料。电流同样可以具有特定幅度和宽度的脉冲的形式提供，在加工脉冲间的间隔中补充电解液。则在补充过程中工件和电极间的空隙比在加工过程中的大。在加工过程中小的空隙允许较高的加工准确度。在施加电流的过程中，电极和工件以给定的进给速率彼此相对运动，其结果是电极在工件的形状总形成内腔或最终形成一孔，该内腔或孔的形状对应于电极的形状。该工艺可被用于，例如，在硬性金属或合金中制造复杂的内腔或孔。

但是，实际上可能出现不需要的工艺条件可使正常的加工操作降级。这可能例如由于产生在空隙间可能出现的火花放电造成的。这种火花放电可能导致电极和工件的损坏。另一不希望的工艺条件是在加工空隙内存在充有气体的气泡或内腔，造成电解液中非导电区域。这可导致不希望的和不确定的工件表面粗糙度。这些充有气体的气泡可能由于温度升高或压力下降沿流动通道方向上升。如果该长大是由例如由于电流流过温度升高造成的，出现沸腾。如果该长大是由于压力下降造成的，一般认为出现气穴现象。另一不希望的工艺条件被称为阻塞，它由空隙最小面积决定的最大质量流速诱发的。再一不希望的工艺条件是在工件的表面上出现钝化或非导电层。

例如从可在本说明书的结尾部分找到的参考文献目录中文献D1，国际专利出版号WO 99/34949中已知，用天线装置测量由空隙产生的高频电磁波以避免这些不希望的工艺条件。这些被认为是表现为被认为是火花放电先驱物的所谓的部分放电。但是，电磁波的测量易受工业环境的干扰。同样从该信息中没有推出关于出现如上所述的其它不希望的工艺条件的信息。

从可在本说明书的结尾部分找到的参考文献目录中文献D2，国际专利出版号WO 97/03781中已知，分析由施加的电流诱发的波形以找到施加反向极性脉冲除去钝化层的最佳限度。为此，在加工工件之前的测试的过程中，脉冲的幅度被改变并且最佳限度从所得到的测量参数，例如出现空隙间电压的整体最小值推出。但是，该测试能够监测钝化的出现，更不用说在加工本身的过程中。此外，如果工艺条件，例如施加的电流或电解液流动的参数显著改变，必须重复测试。

本发明的目的和概述

因此，其中，本发明的目的在于消除上述的缺点。本发明的目的特别在于获得一种控制电化学加工工艺的方法，它允许监测一个或多个工艺条件并调节一个或多个工艺参数以便尤其在保持恒定的空隙宽度时避免不希望的工艺条件。按照其观点之一按照本发明的方法的特征如权利要求1的特征部分所述。

改变工艺条件导致存在于例如电极和工件之间的空隙间所测电压的变化。通过选择测量周期使得变化在该测量周期内可被监测到，可以区分该测量周期内作为时间函数的变化或仅为确定变化类型的形状函数。该形状函数可被分解为组成频率分量或频谱。通过利用存在于该频谱中的信息，表现出例如那些上面提到的几个工艺条件的表征，可在加工工艺的过程中获得。已发现第一工艺条件的出现仅影响频谱的特定部分，而第二工艺条件或者以另一方式影响这些部分或影响另一部分。由于可连续获得信息，据此可连续控制工艺。

更为特别地，已发现按照权利要求2的方法，采用频谱的频率分量的幅度是有利的。

另一有利的方法为按照权利要求3的方法使用波形的谐波频率。谐波频率由此定义为由测量周期的长度决定的基本频率的整数倍。尤其最低的谐波频率可认为是在确定工艺条件时是有用的。

已发现按照权利要求4的方法，借助众所周知的傅里叶变换，按照傅里叶级数分解形状函数作为实用的数学实施例是有用的。虽然形状函数可被分解为分别具有特定频率的几个基本函数，可以认为例如正弦和余弦的三角函数是最有用的。

此外注意到，例如通过上述的傅里叶变换实现的所测电压从时域向频域的转变，不是获得频谱组成的唯一方法。频谱信息同样可以通过在时域内进行自动校正或通过采用适当的频带滤波获得。