第１８卷第６期 光学精密工程 Ｖｏ１．１８ Ｎｏ．６ ２Ｏ１Ｏ年６月 Ｏｐｔｉｃｓ ａｎｄ Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｊｕｎ．２０１０ 文章编号１００４—９２４Ｘ（２０１０）０６—１３０９—１０ 三维微细电解铣削加工的实时控制与检测 刘 勇，曾永彬，朱 荻，黄绍服，王少华 （南京航空航天大学机电 学院，江苏南京２１００１６） 摘要：为了实现三维微细电解铣削加工过程的实时监测，建立了基于Ｌａｂｗｉｎｄ０ｗｓ／ｃＶＩ软件平台的控制与检测系统。对 该系统所采用的三维轨迹生成及控制策略，数据采集及抗干扰算法，加工时间误差补偿算法等进行了研究。首先，根据 微细电解铣削加工的特点，分析了加工控制与检测系统的需求。接着，搭建了高精度的三维微细铣削加工实验硬件平 台。然后，利用虚拟仪器平台建立了基于分层铣削加工方式的三维轨迹进给控制模块，并对刀具轨迹的优化进行了讨 论。最后，介绍了数据采集及反馈控制模块以及实时控制的时问补偿函数。基于上述控制与检测系统，实验并成功加工 出了单层尺寸为１５ ｍＸ ５５ ｍ×１５ ｇｍ的三层阶梯结构，结果表明，本系统可以满足微细电解铣削加工的高精度、快响 应、稳定可靠等要求。 关键词：微细电解铣削加工；Ｌａｂｗｉｎｄｏｗｓ／ＣＶｌ；分层铣削；数据采集；反馈控制 中图分类号：ＴＧ６６２ 文献标识码：Ａ ｄｏｉ：１０．３７８８／ＯＰＥ．２０１０１８０６．１３０９ Ｒｅａｌ－ｔｉｍｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ａｎｄ ｄａｔａ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ３Ｄ ｍｉｃｒｏ ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｍｉｌｌｉｎｇ ＬＩＵ Ｙｏｎｇ，ＺＥＮＧ Ｙｏｎｇ—ｂｉｎ，ＺＨＵ Ｄｉ，ＨＵＡＮＧ Ｓｈａｏ—ｆｕ，Ｗａｎｇ Ｓｈａｏ—ｈｕａ （Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｎａｎｊ ｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ａｅｒｏｎａｕｔｉｃｓ ａｎｄ Ａｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓ，Ｎａｎｊｉｎｇ ２１００１６，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｒｅａｌｉｚｅ ｔｈｅ ｒｅａｌ—ｔｉｍｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ａｎｄ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｒｅｅ—ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｍｉｃｒｏ ｅｌｅｃｔｒｏ－ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｍｉｌｌｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ，ａ ｄａｔａ ａｃｑｕｉｓｔｉｏｎ ａｎｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｖｉｒｔｕａｌ ｉｎｓｔｒｕ— ｍｅｎｔ ｓｏｆｔｗａｒｅ Ｌａｂｗｉｎｄｏｗｓ／ＣＶＩ．Ｔｈｅ ｔｈｒｅｅ—ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｔｏｏｌ ｐａｔｈ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｔｒａｔｅｇｙ， ｄａｔａ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ａｎｄ ａｎｔｉ—ｊａｍｍｉｎｇ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ａｎｄ ｔｈｅ ｍａｃｈｉｎｉｎｇ ｔｉｍｅ ｅｒｒｏｒ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｆｏｒ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ａｒｅ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ．Ｆｉｒｓｔｌｙ，ｔｈｅ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ａｎｄ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ａｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｍｉｃｒｏ ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｍｉｌｌｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ａｎｄ ａ ｈｉｇｈ－。ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｅｘｐｅｒｉ — ｍｅｎｔａｌ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ３Ｄ ｍｉｃｒｏ ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｍｉｌｌｉｎｇ ｉｓ ｂｕｉｔ ｕｐ．Ｔｈｅｎ，ｔｈｅ ｆｅｅｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｏｄｕｌｅ ｆｏｒ ｔｈｒｅｅ—ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｔｏｏｌ ｐａｔｈ ｉｓ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｆｌ ｖｉｒｔｕａｌ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ ｐｌａｔｆｏｒｍ，ａｎｄ ｔｈｅ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｏｏｌ ｐａｔｈ ｉｓ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅ ｄａｔａ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ａｎｄ ｉｔｓ ｆｅｅｄｂａｃｋ ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｏｄｕｌｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｍａｃｈｉ— ｎｉｎｇ ｔｉｍｅ ｅｒｒｏｒ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ａｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｏｎ ｔｈｅ ｂａｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ａｂｏｖｅ，ａ ｔｈｒｅｅ－ｓｔｅｐ ｓｔａｉｒｃａｓｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｗｉｔｈ ｏｎｅ ｓｔａｉｒ ｏｆ １５ ｍ×５５ ｍ×１５ ｍ ｉｓ ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ ｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｌｙ．Ｉｔ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｃａｎ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｍｉｃｒｏ ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｍｉｌｌｉｎｇ ｆｏｒ ｈｉｇｈ ｍａｃｈｉｎｉｎｇ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ， 收稿日期：２００９—１０—０９；修订日期：２００９—１２—１０． 基金项目：国家８６３高技术研究发展计划资助项目（２００９ＡＡ０４Ｚ３０２）；国家自然科学基金重点项目（Ｎｏ．５０６３５０４０） 光学精密工程 第１８卷 ｆａｓｔ ｒｅｓｐｏｎｓｅ，ａｃｃｕｒａｃｙ ｃｏｎｔｒｏｌ ａｎｄ ｒｅｌｉａｂｌｅ ａｎｄ ｓｔａｂｌｅ ａｂｉｌｉｔｉｅｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｍｉｃｒｏ ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｍｉｌｌｉｎｇ；Ｌａｂｗｉｎｄｏｗｓ／ＣＶＩ；ｍｉｌｌｉｎｇ ｂｙ ｌａｙｅｒ；ｄａｔａ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ；ｆｅｅｄ— ｂａｃｋ ｃｏｎｔｒｏｌ １ 引 言 近年来，随着微机电系统（ＭＥＭＳ）的发展， 电子、光学、医疗、汽车、生物、通信和航空行业对 微细金属部件和产品的需求正快速增长。目前采 用的微细加工方法主要有ＬＩＧＡ／准ＬＩＧＡ技术、 微细切削技术以及微细激光和微细电火花加工技 术等，这些方法各具所长，构成了金属微结构加工 技术群，国内外学者利用上述技术已经取得了许 多显著性成果Ⅲ１ ］。 近年来，国内外很多专家学者特别关注微细 电解加工技术，期望利用其独特的加工原理和特 性解决微细金属部件的微制造难题。国际上，德 国、美国、韩国等工业发达国家对微细电解加工技 术进行了大量的科研投入，取得了长足的进展，如 德国ＭＰＧ加工出了数十微米的三维型腔＿＿７］，美 国的Ｔｒｉｍｍｅｒ加工出了结构尺寸为亚微米级的 复杂图案 ，韩国的Ｋｉｍ等人加工出了表面粗糙 度好的微三维结构【９ 。在国内，哈尔滨工业大 学、南京航空航天大学等科研院所也在微细电解 加工领域取得了很多成果ｌ】 ］。 微细电解加工是基于电化学离子去除原理来 微量溶解工件的技术，它具有表面质量好，与零件 材料硬度无关，加工后工件无应力和变形，无工具 损耗等优点，可以实现微米级精度的加工。与其 它加工工艺相比，微细电解加工有许多优势。与 ＬＩＧＡ工艺相比，不需要昂贵的同步辐射源，设备 成本低廉；与微细切削技术相比，无切削力，无刀 具易断问题；与微细电火花相比，加工时电极无损 耗，不需要电极补偿，已加工表面具有良好的表面 粗糙度，无毛刺，无再铸层。 对于微细电解加工工艺来说，影响加工精度 的关键技术主要包括：微小电极的制备技术，高精 度高频响的微细电解加工进给装置，微小能量脉 冲电源技术，以及微细电解加工过程监控技术等。 微细电解加工系统必须配备实时控制与检测模 块，且要求实时控制性好；对加工电流突变能快速 响应；能控制执行机构相应动作，且稳定性好、抗 干扰能力强。 本文基于Ｌａｂｗｉｎｄｏｗｓ／ＣＶＩ虚拟仪器平台， 配合精密运动轴、伺服电机、电流传感器、运动控 制卡和数据采集卡等设备建立了三维微细电解铣 削加工控制与检测系统，并对该系统所采用的三 维轨迹生成及控制策略、数据采集及抗干扰算法、 加工时间误差补偿算法等进行了研究。试验表明 该系统具有控制精确迅速、稳定可靠、操作简便等 特点。 ２微细电解铣削加工原理及系统构成 ２．１微细电解铣削加工原理及特点 随着精密机械和数控技术的发展，出现了以 简单形状的工具阴极来完成复杂零件的电解加工 技术。采用旋转微米级柱状电极，通过控制其加 工运动轨迹，能够实现复杂工件的微细电解铣削 加工ｌ】 ”］，并且可以减小加工过程中释放的热和 气体等对电解加工的影响。对于复杂结构和高深 宽比三维型腔的电解加工，可以分多层进行电解 铣削。微细电解铣削加工是利用金属在电解液中 发生电解阳极溶解的原理，通过工具阴极的数控 运动将工件分层加工成型，其加工原理如图１所 示。 图１加工原理图 Ｆｉｇ．１ Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ｍｉｃｒｏ ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｍｉｌｌｉｎｇ 由于微细电解铣削加工的加工间隙是微米 级，很难检测，所以加工的稳定性向其加工系统的 实时检测控制提出了挑战。微细电解铣削加工系 第６期 刘 勇，等：三维微细电解铣削加工的实时控制与检测 统平台本身对隔振和刚性要求很高，任何微小的 振动都会严重影响加工精度。对直径仅为数微米 的电极而言，在加工过程中必须保持良好的低速 运动品质，不能出现爬行现象，更不能撞上工件发 生短路。为保证加工尺寸精度和加工稳定性，要 求微细电解铣削加工的加工间隙应控制在１０／ｚｍ 以下，进给分辨率控制在０．２ ｋｔｍ或更小。由于 微细电解铣削加工的加工间隙很小且无法直接测 量，因此加工过程中要求实时检测加工电流来反 映间隙状态，在短路时通过运动控制系统快速回 退，避免微米尺度电极受损，导致加工彻底中断。 ２．２加工控制与检测系统硬件构成 通过对微细电解铣削加工及其控制系统的分 析，本文建立了三维微细电解铣削加工试验平台， 其加工示意图如图２所示。试验系统由纳秒脉冲 电源、电极系统、运动控制系统、加工状态检测系 统、电解液循环系统、温度控制系统等组成，加工 系统实物图如图３所示。 图２微细电解铣削加工系统示意图 Ｆｉｇ．２ Ｓｋｅｔｃｈ ｏｆ ｍｉｃｒｏ ｅｌｅｃｔｒｏ—ｃｈｅｍｉｃａｌ ｍｉｌｌｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ 电极系统由工具阴极、电极夹具、高速旋转 主轴和工件阳极组成。实验采用微米级柱状钨电 极作为工具阴极，工具阴极由电极夹具与旋转电 主轴螺纹连接，并一起装夹在微细电解加工机床 主轴Ｚ上；工件固定于电解液槽内，电解液槽安 装在Ｘ＿ｙ二维工作台上可作平面运动。试验中， 纳秒脉冲电源的正负极分别接工件和工具电极， 图３微细电解铣削加工系统实物图 Ｆｉｇ．３ Ｐｈｏｔｏ ｏｆ ｍｉｃｒｏ ｅｌｅｃｔｒｏ—ｃｈｅｍｉｃａｌ ｍｉｌｌｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ 电解液采用低浓度的酸性溶液（如：Ｈ２ＳＯ４，ＨＣ１ 等），并采用循环流动方式，由微量泵将电解液抽 出，经过过滤后沿Ｚ向平缓流入加工区，可避免 侧面冲液造成的电极振动。 运动控制系统由Ｘ、ｙ、Ｚ直线运动轴和旋转 轴ｃ组成，分别由各自的电机驱动器驱动。旋转 轴Ｃ由ＤＥＬＴＡ ＶＦＤ－Ｂ型可编程控制器控制，转 速在Ｏ～４Ｏ ０００ ｒ／ｍｉｎ范围内连续可调，径向跳动 在３“ｍ以内；３个直线运动轴采用德国ＰＩ公司 的Ｃ８４３运动控制卡作为运动控制系统核心，控 制Ｍ４ＸＸ．ＣＧ系列高精度三轴运动平台实现 Ｙ－Ｚ３个方向的联动进给，可以保证加工时０．１ ｍ／ｓｔｅｐ的进给分辨率和０．２ ｋｔｍ的单向运动精 度，能够满足微米级的加工与定位要求。 试验中使用的电源为纳秒级脉冲发生器，可 以输出峰值电压为±１Ｏ Ｖ，最小脉宽为５ ｎｓ的脉 冲电流。加工检测系统主要负责电路中的信号检 测，加工过程中电流的变化直接反映着加工所处 的状态，加工电流的检测和由此做出的控制策略 是保证加工稳定性的重要环节。检测过程通过在 电路中串联小欧姆值的采样电阻，然后将传感器 检测到的采样电阻两端电压值转换为相应的电流 值，再由多功能数据采集卡ＮＩ ＰＣＩ一６２２１将检测 的信号经Ａ／Ｄ转换器实时输入到控制计算机中。 在计算机中通过对数据进行分析处理，实现加工 状态的实时检测与反馈控制，加工控制与检测系 统的组成如图４所示。 光学精密工程 第１８卷 ．．Ｌ ．．．Ｌ ．．．．Ｌ Ｚ ＇， ｘ Ｃ 轴 轴 轴 轴 传 传 传 传 动 动 动 动 环 环 环 环 ＤＥＬＴＡ ＶＦＤ．Ｂ Ｉ伺服电机ｌ ｌｌ伺服电机２ ｌＩ伺服电机３ ｌ Ｊ ｔ Ｊ．１ ｔ Ｊ．ｒ 驱 动 器 １ ● 节 １丁 节 控制器 光 栅 １ ■ 驱 动 器 ２ ● 光 栅 ２ ■ 驱 动 器 ３ ● 光 － ／，，／ ．栅 ３ 一 Ｐ卜、、 ＪＬ ＇，ｒ ： ｆ ｌ ￣２ｔ ＼ ＩＩ● ｌ一●ｊ— ｌ—＿１ ｒ ’—■■ｒ ｌ ● ｌＰＩ Ｃ８４ ３运动控制卡 Ｉ ◆ ＼ ｒ▲、 ／－．■■■—■■—＿一 、 计笛加 １，Ｉ ＮＩ ＰＣ１．６２２１数据采集卡 Ｊ Ｉ ●１ ｌ ｔ 纳秒脉冲电源 ＿－ ＳＣ 。■ ｛ ｝ 电解液微量泵 Ｂ 《＿－ ６８ － ◆ ◆ ．’ ｒ ＧＵＩ操作面板 接 口 电流传感器 ＿＿■ 加工状态检测 －◆ 板 ｌ ｌ ｔ Ｌａｂ Ｗｉｎｄｏｗｓ ＶＩ 图４控制与检测系统组成 Ｆｉｇ．４ Ｓｋｅｔｃｈ ｏｆ ｃｏｎｔｒｏｌ ａｎｄ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ２．３软件系统设计及工作流程 复杂三维微结构的加工可预先在ＣＡＭ软件 （如：ＭａｓｔｅｒＣＡＭ，ＵＧ等）中按铣削加工方式自 动编程，生成刀具路径后，再传给微细电解加工数 获取、自动寻迹、加工方向判别、刀具路径自动插 补等功能，是整个系统的核心。为解决此核心问 题，本文基于Ｌａｂｗｉｎｄｏｗｓ／ＣＶＩ虚拟仪器软件平 台，采用了模块化结构编制了加工控制系统软件， 它由加工控制模块、数据采集模块和人机交互操 作等模块组成。本系统可以直接读取ＤＸＦ图形 文件中的三维实体模型数据，实时控制电极按照 文件中所描述的刀具路径伺服进给。 控系统，完成任意三维结构的分层铣削加工。本 文提出的对三维微结构电解铣削加工的执行方 案，如图５所示，实现了微细电解铣削加工的 ＣＡＤ／ＣＡＭ一体化。 其中。自动编程模块主要解决的是图形数据 三维实体建模卜Ｉ 力Ⅱ工仿真 Ｈ刀具路径生成Ｈ 蠡 舭完成Ｈ 惹 Ｈ 电解删舡Ｈ图５加工系统总体方案 自动编程模块 王 Ｆｉｇ．５ Ｏｖｅｒａｌｌ ｐｌａｎ ｏｆ ｍａｃｈｉｎｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ 第６期 刘 勇，等：三维微细电解铣削加工的实时控制与检测 ３ 软件系统关键策略与算法 ３．１ 刀具路径的编辑与优化 刀具路径经ＣＡＭ软件铣削加工模块计算完 成之后，一般需要对其进行一定的编辑与修改。 即使对于一些点、面或简单形状零件的加工，有时 也要对自动生成的刀具路径进行人为的优化。尤 其对于较复杂的零件来说，曲面加工时的刀位路 径有时会出现几十次甚至上百次抬刀，而这些抬 刀在加工时是完全没有必要的。另外，在刀具轨 迹计算中，采用的走刀方式经刀位验证或实际加 工检验不合理，需要改变走刀方式或走刀方向； 生成的刀具轨迹上刀位点可能过密或过疏，需要 进行一定的匀化处理等等，所有这些都需要进行 刀具路径优化处理。 对于微细电解加工而言，工具电极路径的优 化结果直接关系着加工结果的形状精度。自动生 成的路径在分层铣削时，各分层点的Ｘ、ｙ坐标往 往重叠，这势必对这一点的侧壁进行多次电解加 工，严重影响此处的形状精度，所以在优化微细电 解加工的工具电极路径时，要把各分层点位置分 散开来，避免重复在同一位置向下进给，减小电极 侧壁对已加工表面的多次加工，提高工件的形状 精度。图６（ａ）是要加工零件的实体模型，图６（ｂ） 是由ＣＡＭ软件仿真自动得出的刀具路径，从图 中可以看出，自动生成的刀具路径进行了多次抬 刀，并且各分层起始点ｘ、ｙ坐标重复，为保证微 细电解加工结果的形状精度，必须对图６（ｂ）中的 路径进行优化，优化结果如图６（ｃ）所示，其中删 除了不必要的抬刀，分散了各分层点的位置，并且 改变了部分走刀方式和走刀方向。 （ａ）实体模型 （ａ）Ｓｏｌｉｄ ｍｏｄｅｌ （ｂ）自动生成的刀具路径 （ｂ）Ｄｅｆａｕｌｔ ｔｏｏｌ ｐａｔｈ （ｃ）优化后的刀具路径 （ｃ）Ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ ｔｏｏｌ ｐａｔｈ 图６实体模型及其工具路径 Ｆｉｇ．６ Ｓｏｌｉｄ ｍｏｄｅｌ ａｎｄ ｉｔｓ ｔｏｏｌ ｐａｔｈｓ ３．２ 刀具路径伺服进给算法 ＤＸＦ文件的结构由４个段（Ｓｅｃｔｉｏｎ）和文件 结尾标志（ＥＯＦ）组成，其顺序为：标题段（ＨＥＡＤ— ＥＲ）、表段（ＴＡＢＬＥＳ）、块段（ＢＬＯＣＫＳ）、实体段 （ＥＮＴＩＴＩＥＳ）、文件结束（ＥＮＤ ＯＦ ＦＩＬＥ）。在这 ５部分中，与几何图形相关的几何信息都包含在 实体段中，因此读取实体信息过程中其他段均可 忽略。 实体段（记录组成图形的实体的定义及几何 信息）由若干个组构成，每个组占两行。第１行为 组代码（ＧＲＯＵＰ ｃ０ＤＥ），第２行为组值。组代 码用来描述数据类型，组值为实体的具体数值。 例如直线ＬＩＮＥ，用组代码１０、２Ｏ、３０代表起始点 （Ｘ ，Ｙ ，Ｚ ），用组代码ｌ１、２１、３１来说明终点 （Ｘ ，Ｙ ，Ｚ ）。对于圆弧ＡＲｃ，组代码１Ｏ、２０、３Ｏ 代表圆心坐标（Ｘ。，Ｙ。，Ｚ。），４０代表圆弧半径ｒ， ５０、５ｌ代表圆弧的起始角度、终止角度。基于此 本文用Ｃ语言编制了接口程序读取，程序流程如 图７所示。 在读取出ＤＸＦ文件的实体信息后，对其进 行排序生成实体链表，然后再对各实体段进行高 精度的插补运算，生成一连串首尾相连的加工位 光学精密工程 第１８卷 图７实体信息读取流程 Ｆｉｇ．７ Ｆｌｏｗ ｏｆ ｒｅａｄｉｎｇ ｅｎｔｉｔｙ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ 置点位，在微细电解铣削加工过程中，通过调用加 工指令链表来控制电极的运动方向。如发生短路 现象，要求电极按原进给轨迹快速回退，所以控制 系统必须有正、反双向插补功能。图８是刀具路 径双向进给控制流程图，其中的加工位置点位链 表采用双向链表数据结构，链表节点包括本节点 的数据、指向前驱节点的指针ｐｒｅｖ和指向后继节 点的指针ｎｅｘｔ，从而实现了刀具路径的双向插 补。 加工位置链表是存储运动轨迹中一系列点 的位置的数据结构，它精确地控制电极相对于工 件运动以获得所需的形状和尺寸，是整个刀具路 径运动控制的核心。 ３．３数据处理及反馈控制算法 微细电解加工的加工间隙状态以及加工过程 的稳定性对加工质量均有很大的影响。纳秒脉冲 微细电解加工中，当间隙小到一定程度时，会发生 阳极膜的微火花击穿，此时由于极间被击穿，极间 电阻很小，因而相应的回路电流会变得非常大，极 易烧断工具电极造成加工彻底中断，所以要对加 工间隙的状况进行实时监测，但是由于微米级的 加工间隙太小，无法直接测量出其大小。实际加 工中多采用实时测量与加工间隙相关的加工过程 Ｔ 生成加工位置双向链表 ｈｅａｄ ｌ ● ＋ ｌ生成加工指令链表 ＮＵＬＬ Ｉ ｌ ｎｅｘｔ Ｉ ＋ 厂ｊ 对实体进行插补运算 ｐｒｅｖ Ｉ ｚ ｉ ｎｅｘｔ ｌ ＋ ｌ 生成实体链表 ｐｒｅｖ ｌ ｎｉ Ｉ ｎｅｘｔ ｌ ● 厂＿ｊ ｌ读取三维。ＸＦＳＺ￣ ｐｒｅｖ ｌ ｌａｓｔ ｌＮＵＬＬ Ｉ 图８刀具路径双向进给控制流程图 Ｆｉｇ．８ Ｆｌｏｗ ｏｆ ｂｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ ｆｅｅｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｆｏｒ ｔｏｏｌ ｐａｔｈ 电参数来间接反映加工间隙的变化，以实时监测 电参数的变化，从而及时发现加工短路征兆，迅速 采取相应措施，防止间隙过小产生火花放电和短 路。 本文实时测量加工中的电流来反应加工间隙 的状况，并采用ＮＩ公司的６２２１数据采集卡作为 本系统数据采集与分析的核心，选用两个模拟量 输入分别采集对刀电流和加工电流，其Ａ／Ｄ转换 时间仅为６／ｚｓ，采集频率为３．３３×ｌＯ ｓａｍｐｌｅ／ｓ， 实时性很强。本文采用ＮＩ公司Ｌａｂｗｉｎｄｏｗｓ／ ＣＶＩ作为软件开发平台，可以方便地调用ＮＩ— ＤＡＱｍｘ数据采集库函数，能最大限度地发挥ＮＩ一 ６２２１的采集性能。 在微细电解铣削加工中，通过实时检测加工 电流来监控加工过程中的间隙变化并防止短路现 象的发生，把平衡间隙处电流的理论计算值作为 加工电流阈值。 △ 一ｒｆｏ￣ｃ（Ｕ－－３Ｅ）， （１） Ｖ Ｊ一 ， （２） △ 式（１），（２）中；ｋ为电解液电导率，Ｕ一担为极间 电压降， 为加工进给速度，叩为电流效率，叫为体 积电化学当量，Ｉ为加工电流，Ａ为加工面积。 根据以上两式可推算出到达平衡间隙△６时 的加工电流： Ｊ ：：：一ｖＡ． （３） 以式（３）计算出来的加工电流Ｊ 作为阈值， 通过实时监视加工过程电流值Ｊ大小，与ｆ 比较 第６期 刘 勇，等：三维微细电解铣削加工的实时控制与检测 ０ ０ ０ ０ ０ ０ ｛ Ｉｆ（Ｊ，＞Ｊ ） ５ ４ ３ ２ １ Ｏ ｌ ２ ３ ４ ５ ６ 加 判断加工是否进入危险状态。若Ｉ≥ ，则停止 并快速回退，直到 ＜ ，继续进给加工，由此可见 数据采集子系统是整个加工系统的基础。 微细电解加工时的电流数值一般在１ ｍＡ以 下，数值很小，所以很容易受到外界环境的干扰， 这就对数据的采集及反馈控制带来了不利影响， ｛ Ｉｆ（Ｊ ＜ ） ｛Ｐ 一Ｊ ＋ｌ；ｔ—ｔ＋１；ｆｌａｇ一０；｝／／屏蔽 ，标 识正常； ｅｌｓｅｉｆ（了 ＞ ）＆＆（了＜ ） 在实际加工中，由于受到电主轴旋转时的电磁噪 音干扰，采集的电流数据出现明显的噪音波形，如 ｛Ｐ，一 ，＋２；ｔ—ｔ＋１；ｆｌａｇ一０；）／／屏蔽， 和 图９所示，噪音的波峰可达１００ ｍＡ以上。如果 不对噪音进行处理，只按Ｉ＜Ｊ 判断则极易产生 误判，以致产生错误控制。分析研究表明，加工中 的电磁噪音有一定的周期规律，每个噪音波形持 续的时间周期不大于１５ ｍｓ。针对此特点，可以 编制抗干扰算法来甄别噪音引起的电流突变与短 路引起的电流突变。 Ｏ ５Ｏ １Ｏ０ ｌ５０ ２００ ２５０ ｔ／ｍｓ 图９含噪音的电流波形 Ｆｉｇ．９ Ｃｕｒｒｅｎｔ ｗａｖｅｆｏｒｍ ｗｉｔｈ ｎｏｉｓｅ 预设采集卡的采样频率为１ ０００ Ｈｚ，单位时 间内采样点数为１ ０００，即１ ｍｓ采集一个数据点。 设采集到的每个电流数据值为Ｊ （ｉ一０，１，２ …ｎ），对此基于均值滤波原理进行滤波，以１５ ｎｌｓ 为周期对连续的一组电流绝对值进行平均运算， 表达式如下： 】５ ， 了一 ∑ＪＶ Ｊ ｌ， （４） ・一１ 式（４）中，了为一周期内电流均值，Ｊ 为采样数据 点。 通过以上均值处理后，噪音信号的持续时间 将不会超过２个连续的数据点。所以，可由以下 判别算法来区分噪音和短路信号。 Ｉｎｔ ｆｌａｇ，Ｊ， ＝＝＝０； Ｆｏｒ（ 一１； ＜１０００；Ｊ＋＋） ，标识正常； ｅｌｓｅ｛ｆｌａｇ＝１；ｂｒｅａｋ；）／／短路处理； ） ｅｌｓｅ｛Ｐ 一Ｊ ；ｔ—ｔ＋１；｝ ｝ 若超常数据点连续出现２个以内，就视为噪 音信号，将其屏蔽掉；但若超常数据点连续出现２ 个以上，则视为短路，并沿原路径快速回退１／，ｍ， 然后再次检测电流信号是否正常，如超常则继续 回退。据加工经验，一般的暂时性短路电极回退 ５ ｍ以内电流信号就会恢复正常，但如果连续回 退５／ｚｍ还未恢复正常，则标识为不可恢复性短 路，只能终止加工。 ３．４加工时间误差补偿算法 为保证高的加工精度，本文采用脉冲增量 法 Ｈ 进行插补运算，脉冲增量法的特点是每次 插补的结果仅产生一个单位的行程增量，以一个 脉冲指令的方式输出给电机，用折线来逼近直线 和曲线，其插补精度取决于脉冲当量的大小。在 一定的插补精度下再对刀具路径实体链表进行插 补，生成加工位置链表。 由于软硬件，指令的发出、执行需要占用 一定的固有时间△ ，其值虽然为毫秒级但对超低 速运行的运动平台而言是不可忽略的。这就使平 台的预设速度小于实际加工速度，从而使实际加 工时间增长。为使实际加工时间和预设时间相 符，就得对其进行误差补偿，补偿方式有两种，一 种是在高插补精度下提高平台的进给速度，另一 种是降低插补精度。假设平台实际进给速度为 Ｘ，平台预设速度为ｙ，插补精度为Ｓ，则Ｘ、ｙ、Ｓ 存在以下函数关系式： 南 ×ｓ—ｘ，１ （５） 现在以第一种补偿方式对加工时间进行误差 补偿，经检测本文中系统平台的Ａｔｅ．０．０２ Ｓ，微细 光学精密工程 第１８卷 电解加工需要的较高插补精度为０．２ ｍ，则上式 变为： １ 石 南 ×０・２一Ｘ 假设欲使平台的实际加工速度ｘ为２／￣ｍ／ｓ， 则平台预设速度ｙ为： ｙ一 １ ０—２．５一．１×Ｘ… ｍ／ｓ 一一 通过以上速度补偿算法，可以弥补因指令的 发出和执行带来的时间延迟。经实际加工验证， 补偿后的加工时间与预设时间一致性好，平台运 行平稳，加工稳定。 ４加工实验及结果 本文基于图１０所示的加工控制与检测软件 系统，采用直径１０肚ｍ的圆柱钨电极作为工具阴 极，以图３所示模型为实例，在厚度为３００ ｍ的 镍基高温合金ＧＨ３０３０上进行了微细电解分层 图１０控制与检测系统软件界面 Ｈｇ．１０ Ｓｙｓｔｅｍ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｏｆ ｃｏｎｔｒｏｌ ａｎｄ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ 参考文献： ［１］ＴＡＫＡＨＡＴＡ Ｋ，ＧＩＡＮｃＨＡＮＤＡＮＩ Ｙ Ｂ．Ｂａｔｃｈ ｍ。ｄｅ ｍｉｃｒｏ－ｅｌｅｃｔｒ。一ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｍａｃｈｉｎｉｎｇ［Ｊ］．Ｍ 一 ｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈ．Ｓｙｓｔ，２００２，ｌ１：１０２一】ｌＯ． Ｅ２］赵万生，李志勇，王振龙，等．微三维结构电火花铣 削关键技术研究ＦＪ３．微细加工技术，２００３，（３）：４９— ００． ＺＨＡ０ Ｗ Ｓ，Ｉ Ｉ Ｚ Ｙ，ＷＡＮＧ Ｚ Ｌ，ｅｔａ１．．Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｋｅｙ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ｏｆ ３Ｄ Ｍｉｃｒｏ—ＥＤＭ ｍｉｌｌｉｎｇ［Ｊ］． 铣削加工试验，试验参数为：０．２ ｍｏｌ／ＬＨ。Ｓ 电 解液，加工电压４．５ Ｖ，脉宽９５ ｎｓ，脉冲周期１ ｓ。 型腔分９层加工，单层铣削厚度为５ ｍ，加工结 果如图１１所示，型腔总深约４５ ｍ，单层阶梯尺 寸为１５ ｍ×５５ ｍ×１５ ｍ。加工结果边棱明 显，侧壁陡直，具有较高的形状精度。 图１１微三层阶梯结构 Ｆｉｇ．１ １ Ｍｉｃｒｏ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｔｈｒｅｅ ｓｔｅｐｓ ５ 结 论 本文根据微细电解铣削加工精度高和响应 速度快等需求，建立了基于Ｌａｂｗｉｎｄｏｗｓ／ＣＶＩ软 件平台的控制与检测系统，利用虚拟仪器平台建 立了基于分层铣削加工方式的三维轨迹进给控制 模块，并对刀具路径的优化进行了讨论。然后，介 绍了数据采集处理算法以及加工实时控制的时间 补偿函数。最后，基于以上控制系统，成功加工出 了单层尺寸为１５ ｍ×５５ ｂｔｍ×１５ ｍ的三层阶 梯结构，加工结果具有较大的深宽比，良好的形状 精度，侧壁陡直、边棱明显，表明本系统可以很好 地满足微细电解铣削加工的高精度、快响应、稳定 可靠等要求。 ［３］ 第６期 刘 勇，等：三维微细电解铣削加工的实时控制与检测 １３１７ Ｅ４］黄文浩，朱兰芳，陈宇航，等．基于原子力显微镜的 ＰＭＭＡ飞秒激光纳米加工技术［Ｊ］．光学精密工 程，２００７，１５（１２）：１９５９－１９６２． ＨＵＡＮＧ Ｗ Ｈ，ＺＨＵ Ｌ Ｆ，ＣＨＥＮＧ Ｙ Ｈ，ｅｔ ａ１．． ＡＦＭ ｂａｓｅｄ ｆｅｍｔｏ—ｓｅｃｏｎｄ ｌａｓｅｒ ｎａｎｏｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ＰＭＭＡ ＥＪ］．Ｏｐｔ．Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ Ｅｎｇ．，２００７，１５（１２）： １９５９—１９６２．（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ） Ｅｓ］郑晓虎，朱荻．金属微结构阵列的电铸成型ＥＪ］．光学 精密工程，２００８，１６（３）：４７３—４７７． ＺＨＥＮＧ Ｘ Ｈ．ＺＨＵ Ｄ．Ｍｉｃｒｏ ｅｌｅｃｔｒｏｆｏｒｍｉｎｇ ｏｆ ｍｅｔａｌ ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｒｒａｙ［Ｊ］．Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ Ｅｎｇｉ— ｎｅｅｒｉｎｇ，２００８，１６（３）：４７３—４７７．（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ） Ｅ６］赵岩，梁迎春，白清顺，等．微细加工中的微细铣床、 微刀具磨损及切削力的实验研究［Ｊ］．光学精密工 程，２００７，１５（６）：８９４—９０２． ＺＨＡｏ Ｙ，Ｉ ＩＡＮＧ Ｙ Ｃ，ＢＡＩ Ｑ Ｓ，ｅｔ ａ１．．Ｍｉｃｒｏ－ ｍｉｌｌｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅ ｔｏｏｌ，ｍｉｃｒｏ—ｔｏｏｌ ｗｅａｒ ａｎｄ ｃｕｔｔｉｎｇ ｆｏｒｃｅｓ ｉｎ ｍｉｃｒｏ—ｍａｃｈｉｎｉｎｇ［Ｊ］．Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒ— ｉｎｇ。２００７，１５（６）：８９４‘９０２．（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ） ｒ７］ ＳＣＨＵＳＴＥＲ Ｒ，ＫＩＲＣＨＩＮＥＲ Ｖ，ＡＬＬ０ＮＧＵＥ Ｐ， ｅｔ ａ１．． Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｍｉｃｒｏｎ１ａｃｈｉｎｉｎｇ［Ｊ］． Ｓｃｉ— ｅｎｃｅ，２０００，２８９：９８—１０１． ［８］ ＴＲＩＭＭＥＲ Ａ Ｉ ．Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍａｃｈｉｎｉｎｇ ｏｆ Ｍｉ— ｃｒｏ ａｎｄ Ｎａｎｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ｗｉｔｈ Ｕｌｔｒａ—ｓｈｏｔ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｐｕｌｓｅ［Ｄ］．Ｖｉｒｇｉｎｉａ：Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｖｉｒｇｉｎｉａ， ２００５． ［９］ ＫＩＭ Ｂ Ｈ，ＮＡ Ｃ Ｗ，ＬＥＥ Ｙ Ｓ，ｅｔ ａ１．．Ｍｉｃｒｏ ｄｅｃ— ｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｍａｃｈｉｎｉｎｇ ｏｆ ３Ｄ ｍｉｃｒｏ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｕｓｉｎｇ ｄｉｌｕｔｅ ｓｕｌｆｕｒｉｃ ａｃｉｄ［Ｊ］．Ａｎｎａｌｓ ｏｆ ｔｈｅ ＣＩＲＰ，２００５， ５４／１：１９１—１９４． ［１ｏｉ ＫＩＭ Ｂ Ｈ，ＲＹＵ Ｓ Ｈ，ＣＨＯＩ Ｄ Ｋ，ｅｔ ａ１．．Ｍｉｃｒｏ ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｍｉｌｌｉｎｇ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍｉｃｒｏｍｅ一 作者简介 ＿ 刘士理事研 研工微究究大机勇。生学电Ｅ（—１获控ｍ，９２ａ８０制得ｉｌ：４一学、精ｒ年ｚ）士ｌ密，ｉ、ｕ男２ｙ和０硕ｏ，微ｎ山７士ｇ 年＠细东学分加１位６日别３工照．，于主方ｃｏ人ｎｒ要山面， 博从东的 ｃｈａｎｉｃｓ ａｎｄ Ｍｉｃｒｏｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２００５，１５（１）：１２４— １２９． ［１１］ 李小海，王震龙，赵万生．基于多功能加工平台的 维系电解加工工艺［Ｊ］．上海交通大学学报，２００６， ４０（６）：９０９—９１３． Ｉ Ｉ Ｘ Ｈ。ＷＡＮＧ Ｚ Ｌ．ＺＨＡ（）Ｗ Ｓ．Ｔｈｅ ｅｌｅｃｔｒｏ— ｃｈｅｍｉｃａｌ ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｉｎｇ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｍｕｌｔｉｆｕｎｃｔｉｏｎ ｔｏｏｌ ｆｏｒ ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｉｎｇ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｓｈａｎｇ Ｈａｉ Ｊｉａｏ Ｔｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ．２００６，４０（６）：９０９— ９１３．（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ） ［１２］ 张朝阳，朱获，王明环．纳秒脉冲微细电化学加工 的理论及试验［Ｊ］．机械工程学报，２００７，４３（１）： ２０８—２１３． ＺＨＡＮＧ Ｚ Ｙ。ＺＨＵ Ｄ．ＷＡＮＧ Ｍ Ｈ．Ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ａｎｄ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｉｎｔｏ ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｍｉ— ｃｒｏ—ｍａｃｈｉｎｉｎｇ ｕｓｉｎｇ ｎａｎｏｓｅｃｏｎｄ ｐｕｌｓｅｓ ＥＪ］．Ｃｈｉ— ｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２００７，４３ （１）：２０８—２１３．（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ）． ［１３］ 昊晓苏，吴伟．计算机数据采样插补算法及其在现 代数控系统中的应用［Ｊ］．机械设计与制造，２００５， （８）：１０３—１０５． ＷＵ Ｘ Ｓ。ＷＵ Ｗ．Ｄａｔａ ｓａｍｐｌｉｎｇ ｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｏｎ ａｌ— ｇｏｒｉｔｈｍ ｂａｓｅｓ ｏｎ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｓａｍｐｌｉｎｇ ｔｈｅｏｒｙ ａｎｄ ｉｔｓ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｉｎ ｍｏｄｅｒｎ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ［Ｊ］．Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ Ｄｅｓｉｇｎ＆Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ．２００５， （８）：ｌＯ３—１０５．（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ） ［１４２ 施群，王小椿．步进伺服系统高效插补控制算法研 究［Ｊ］．电气传动，２００５，３５（３）：３０—３５． ＳＨＩ Ｑ，ＷＡＮＧ Ｘ Ｃ．Ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｎｇ ａｌｇｏ— ｒｉｔｈｍ ｉｎ ＣＮＣ ｕｓｉｎｇ ｓｔｅｐｐｉｎｇ ｓｅｒｖｏ ｓｙｓｔｅｍ［Ｊ］．Ｅ— ｌｅｃｔｒｉｃ Ｄｒｉｖｅ．，２００５，３５（３）：３０—３５．（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ） 曾永彬（１９７７一），男，重庆人，博士，讲 师，２００８年于南京航空航天大学获得 博士学位，主要研究方向为特种加工、 微细加工。Ｅ—ｍａｉｌ：ｂｉｎｙｚ＠ｎｕａａ．ｅｄｕ． Ｃｎ １３１８ 光学 精密工程 导师简介： 第１８卷 囡 黄教制Ｅｍ绍授、ａ精ｉ服，ｌ博：密ｓ（士ｈ１和ｆ９研ｈ７ｕ微４究ａ一ｎｇ生细）＠，加男ｎ主ｕ工ａ，要辽从方宁事面兴微的城机研人电究，副控。 ！ 圈 １ｌ 士学９８位，５博，年现士于为生南导京师航，空长航江天学天大者学特获聘校得教长博授，士主． ．ｅｄｕ．ｃｎ 要从事特种加工和微细加工方面的砌 圈 究。Ｅ—ｍａｉｌ：ｄｚｈｕ＠ｎｕａａ．ｅｄｕ．ｃｎ Ｉ 霆和圈 士霪ｏｈ研微ｕａ究ｆ细ｅｉ生加２０工０，８主方＠要ｙ面ａ从ｈ的ｏ事ｏ研．微ｃ究ｎ机 。电Ｅ—控ｍ制ａｉｌ：、精ｓｈ密ａ一 圈 ●下期预告 全光纤ＭＺＩ型三信道波长交错滤波器的改进 任恩恩 ，鲁 彦。，鲁怀伟 ，罗冠炜 （１．兰州交通大学数理与软件工程学院，甘肃兰州７３００７０； ２．西南交通大学峨眉校区电气工程系，四川峨眉６１４２Ｏ２） 为改善全光纤三信道波长交错器的输出特性，提出了一种不对称结构的三光纤臂Ｍａｃｈ—Ｚｅｈｎｄｅｒ 干涉仪（ＭＺＩ），该光纤干涉仪由一个一字型３×３单模光纤耦合器和一个品字型３×３单模光纤耦合器 以及三条光纤干涉臂组成，其中一字型３×３单模光纤耦合器作为输入耦合器，品字型３×３单模光纤耦 合器作为输出耦合器。推导了该器件的输出表达式，并进行了数值模拟。模拟结果表明：相对于常规 全光纤ＭＺＩ型三信道波长交错器，该交错器具有较低的信道间功率旁瓣，信道间功率旁瓣降低了约 １３．６ ｄＢ，并且对器件参数偏差不敏感。实验上用光纤熔融拉锥法制作了该器件，实验结果与理论分析 吻合很好，实验样品的信道间旁瓣值＜一３４．６ ｄＢ，插入损耗＜１．０ ｄＢ，信道隔离度＞３０ ｄＢ。
