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實驗研究 | 千眼狼高速攝像機驅動精密制造創新

研究背景

小模數齒輪作為精密制造領域的核心組件，以“結構緊湊、重量輕、精度高”等優勢，廣泛應用于航空航天、工業機器人、精密儀器、醫療設備、新能源和微電機等領域。傳統拋光技術效率低、成本高、表面質量不足，電解等離子體拋光技術（EPP）雖高效環保，但面臨表面氣層分布不均勻難題，影響拋光后工件精度。

湖南科技大學和北京工業大學聯合研究團隊，創新性引入超聲振動技術，開展了基于高速攝影技術的“小模數齒輪超聲輔助電解等離子體拋光的實驗研究”，借助千眼狼高速攝像機實時捕捉拋光過程中氣層動態變化，攻克精密制造難題。

研究成果發表于論文《Feasibility analysis and parameter optimization of ultrasonic assisted electrolytic plasma polishing of small modulus gears》

實驗設備

核心設備包括齒輪超聲輔助電解等離子體拋光系統，并搭載千眼狼Revealer Mini系列高速攝像機，憑借小尺寸、大內存、微秒級捕捉能力，記錄拋光過程中工件表面氣泡生成、擴散瞬態細節，為精密制造提供可視化數據支撐。

配套設備還有白光干涉儀、電解槽、機械臂夾具、直流電源等。

實驗步驟

實驗分為對比驗證與參數優化兩個階段。

1.對比驗證：利用千眼狼高速攝像機對比超聲振動輔助與傳統拋光效果，4分鐘內實時監測氣層波動，驗證超聲技術可提升齒輪表面粗糙度與齒面硬度。

2. 參數優化：基于高速攝像機數據，設計電壓、拋光時間、浸入深度、超聲頻率、傾斜角度5個參數的正交實驗，綜合分析不同工藝條件下超聲輔助電解等離子體拋光對小模數齒輪的影響，確定最優工藝參數組合。

實驗結論

千眼狼高速攝像機以每秒數千幀的拍攝幀率，實時記錄了電解等離子體拋光過程中工件表面氣體層的動態演變：

1. 不同電壓工況下氣層分布特征：

250V低電壓，高速攝像機觀測到工件附近僅有少量氣泡，氣層處于較為平穩的狀態；300V~350V，工件附近的氣層厚度增加，氣泡變大，氣泡群形成；400V高電壓，強烈的電化學反應下，產生大量氣體，因無法逸出，大量氣泡擴散到加工區域，對拋光過程的精度產生不利影響。

2. 超聲振動輔助對氣層分布的影響

未引入超聲振動時，拋光過程中，高速攝像機捕捉到工件周圍的氣層存在一定波動，且氣層周圍有散亂氣泡產生，影響加工過程中的電場分布，導致拋光后齒輪精度降低。引入超聲振動后，高速攝像機捕捉到工件周圍沒有散亂氣泡從氣層逸出，通過Matlab提取的齒輪氣層邊界顯示，超聲輔助后的氣層分布更加均勻，氣層厚度較單純的電解等離子體拋光有所減小。