Определение координат точек соприкосновения

Точка соприкосновения между сферическим наконечником зонда и поверхностью отверстия не может быть обнаружена с помощью фотодатчика. Рис. 7.l.5a показывает изображение, сделанное с помощью зарядно-сцепного устройства, когда зонд расположен рядом с центром отверстия. Когда зонд перемещается до соприкосновения с поверхностью отверстия, как показано на рис. 7.15б, видна только часть сферы рядом с центром отверстия. Программное обеспечение для обработки изображения используется для определения прямоугольной области, как показано на рисунке 7.l5 б, чтобы оградить область дуги сферы с целью нахождения ее радиуса и положения центра.

Математически, как показано на рис. 7.16, точку P можно найти с помощью координатно-измерительной машины. Зонд контактирует с поверхностью стенки отверстия в 12 местах, в 30° друг от друга, при одинаковом положении на оси Z. Центры наконечника зонда в ближайших двух точках соприкосновения обозначены как P2 и P3. Последовательно друг за другом, можно измерить центр зонда от P4 до P12. Используя информацию о P1 до P12, можно найдтицентр круга 0. Вектор от центра 0 до точки соприкосновения С, определяется последующему уравнению:

, где r - радиус наконечника зонда. Контактные точки С2-С12 могут быть найдены, следуя той же процедуре. Контактные точки на окружностях при разных положениях по оси Z измеряются с целью создания массива точек соприкосновения для представления микроотверстия.

 

Рисунок 7.15

Измерение микроотверстия сферическим наконечником зонда: (а) сферический наконечник зонда внутри микроотверстия и (б) сферический наконечник зонда в контакте с микроотверстием и выделенный пользователем прямоугольник для идентификации дуги.

(из Kao, С.С., и Shih, A.J, Meas. Sci. Technol., 18, 3603. 2007).

 

Рисунок 7.16

Определение точки соприкосновения между поверхностью микроотверстия и наконечником зонда. (из Kao, С.С., и Shih, A.J, Meas. Sci. Technol., 18, 3603. 2007).

 

Процедура измерения микроотверстия

Как показано на рис. 7.17, микроотверстие было измерено с помощью 12 точек соприкосновения в 12 секциях по направлению оси Z. Расположение этих 12 точек соприкосновения показано на рис. 7.17а. Как показано на рис. 7.17 б, расстояние по оси Z смежных секций составляет около 30 мкм на 1 этапе (установка электрода). Расстояние между смежными секциями увеличивается до 130 мкм на этапе 2 (сверление) и около 50 мкм на этапе 3 (проникновение). У каждого отверстия было измерено 144 точки. Эти измеренные точки были проанализированы, чтобы найти характеристики форм микроотверстия. Для оценки повторяемости и воспроизводимостиизмерительных приборов, эксперимент и анализ данных были реализованы на основе стандартных процедур, разработанных для анализа измерительных систем. Число образцов, повторяемость и операторы составляют 3, 4, и 2 соответственно.

 

Характеристики микроотверстий

Для характеристики микроотверстийиспользуются пять признаков: цилиндричность, диаметр, овальность, конусность и прямолинейность.

Рисунок 7.17

Измерение формы микроотверстий: (а) ориентация системы координат и положение отдельных точек измерения и (б) глубина различных сечений по данным трех этапов электроэрозионной обработки (из Kao, С.С., и Shih, A.J, Meas. Sci. Technol., 18, 3603. 2007).

 

· Цилиндричность: цилиндричность определяется как поле допуска, ограниченное двумя соосными цилиндрами, между которыми должен лежать измеряемый цилиндр. Для расчета цилиндричности используется метод наименьших квадратов [53].

· Диаметр: диаметр цилиндра, полученного по методу наименьших квадратов, используется для определения размера отверстия.

· Овальность: для расчета овальности анализируются 12 точек в секции. Исследуется овальность по сравнению с глубиной окружности микроотверстия.

· Прямолинейность: измеренные точки 1, 2, 3, и 4двенадцати секций, как показано на рис. 7.17 а, используются для расчета прямолинейности. По измеренным в 12 секциях точкам метод наименьших квадратов определяет линию, которая используется для определения прямолинейности в точках 1, 2, 3, и 4 микроотверстия.

· Конусность: две пары линий 1-2 и 3-4 определяют два значения конусности микроотверстия. Конусность – это разница в расстояниях между этими двумя линиями, одна из которых является входнойчастью, а вторая выходнойчастью, то есть разница в размере отверстия. Положительная конусность, как показано на рис. 7.12 а, получается при положительном значении конусности.

Как показано на рис. 7.17 б, расстояние по оси Z между смежными секциями составляет около 30 мкм в области стадии 1, обработанной используя отрицательную полярность при заправке электрода. Расстояние между смежными секциями увеличивается до 130 мкм на 2 этапе и примерно до 50 мкм на 3 этапе. Для каждого отверстия было измерено 144 точек. Эти измеренные точки были проанализированы, чтобы определить характеристики формы микроотверстия.