[发明专利]微球电接触反馈的绝缘材料工件表面对准系统及方法

说明书

本发明公开了一种微球电接触反馈的绝缘材料工件表面对准系统及方法，其中，对准系统包括：微细工具电极、绝缘液体、导电微球、导电液体和电接触反馈系统，其中，微细工具电极作为涂覆或蘸上第一预设容积的绝缘液体和导电微球的载体；绝缘液体用于微细工具电极粘附导电微球并实现自动对准中心；导电微球用于实现接触绝缘材料工件时上移，导通导电液体和微细工具电极产生电接触信号；导电液体连接电源一极，并与导电微球、微细工具电极产生电接触信号；电接触反馈系统用于检测到电接触信号时记录接触点当前位置，并发出Z轴停止进给运动指令。该对准系统可实现非平整非导电表面高度的精确测量，而且测量系统成本较低，简单易实现。

技术领域

本发明涉及微细特种加工技术领域，特别涉及一种微球电接触反馈的绝缘材料工件表面对准系统及方法。

背景技术

SACE(Spark Assisted Chemical Engraving，放电辅助化学加工)可对玻璃、石英、陶瓷等多种绝缘材料进行加工。蚀除机理是在工具电极(阴极)上电解产生氢气泡形成气膜，作为绝缘介质隔离工具电极与电解液，当绝缘介质氢气膜的两端电压超过临界电压时被击穿产生放电现象，放电的高温高压效应下的物理和化学作用在工件材料实现蚀除。在放电辅助化学加工中，工具电极与工件之间加工间隙大小对加工稳定性、蚀除效率具有显著影响。为实现放电辅助化学加工的高效率连续加工，维持工具电极与工件之间合理的加工间隙是必要的。这需要在加工前能够准确地确定工具电极与绝缘材料工件之间的相对位置，即要实现工具电极与绝缘材料工件表面之间的对准过程。

对于导电材料工件可以直接采用电接触实现工具电极与工件之间的对准过程，精度高且方便快捷。其基本原理：工具电极作为电极的一极和导电工件作为电极的另一极，将这两极分别接电源正负极；工具电极在数控软件控制下按照预定速度、路线进给，当工具电极与工件接触的瞬间产生短路电信号，计算机检测到这个信号即时记录工具电极的当前位置，并停止工具电极的运动，之后将工具电极定位到电接触瞬间的位置，即实现了工具电极与工件表面之间的准确对准过程。

对于放电辅助化学加工的绝缘材料工件，工具电极与工件接触时不能产生短路电信号，无法直接应用现有的电接触法实现工具电极与工件表面之间的对准。现有的绝缘材料工件表面对准方法主要有：(1)CCD(Charge-coupled Device，电荷耦合元件)观测对准方法：通过进给工具电极逐步接近工件表面，利用CCD图像观测工具电极与工件之间的相对间隙距离，实现对准过程。这种方法不仅操作较为繁琐，而且受图像分辨率限制和CCD视角误差等原因，造成对准误差较大。(2)微力传感器辅助对准方法：利用工具电极与工件之间接触力作为传感信号，实现对准过程。此方法对准精度依赖于力传感器的分辨率，若要实现较高对准精度的高分辨率传感器的造价较高，而且此方法对工件表面粗糙度、工具电极和工件之间的接触刚度较为敏感。(3)基于超声波测量间隙法：通过在工作台上安装超声波传感器，通过超声波测量工具电极与工件表面之间的相对距离，实现对准过程。这不仅受工作台结构限制和环境影响，而且难以实现微细工具电极的对准过程。

特别是对于微细工具电极(比如，500μm)，目前尚缺一种低成本、高精度快捷地实现工件电极与工件表面对准方法。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种微球电接触反馈的绝缘材料工件表面对准系统，该系统可实现非平整非导电表面高度的精确测量，而且测量系统成本较低，且易于集成到放电辅助化学加工系统，操作过程简便易行，对准效率较高。

本发明的另一个目的在于提出一种微球电接触反馈的绝缘材料工件表面对准方法。