CN116879174A - 一种高温气体辅助自疏水防液体飞溅试验观测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高温气体辅助自疏水防液体飞溅试验观测装置及方法，涉及特种加工领域，主要包括工作台、复合挡板、CCD和吹气板；所述工作台一侧设置有吹气板，吹气板远离工作台的一侧设置有复合挡板；所述CCD的镜头贴合复合挡板；所述CCD用来拍摄加工过程；所述吹气板为中空结构，吹气板上正对管电极加工工件位置处开设有通槽，吹气板内设置有隔板，隔板上均匀开设有数个出气孔，吹风板侧壁上设置有进气孔，气体经进气孔进入后经出气孔流出从而带走液滴。本发明通过吹气板、复合挡板对CCD等观测设备镜头形成保护，解决实验中飞溅液滴冲击、粘附和腐蚀观测设备的问题。
Description
技术领域
本发明涉及特种加工领域，尤其涉及到一种高温气体辅助自疏水防液体飞溅试验观测装置及方法。
背景技术
高端精密仪器的部件通常具有很多精密微细结构，而这些精密微细结构在力或热的作用下容易发生变形，所以采用普通机械加工方法难以实现高质量加工。微细电化学射流加工技术由于其具有加工无明显切削力、无热影响等优势，在精密微细结构的加工中逐渐受到重视。微细电化学射流加工技术是一种将电化学加工技术和水射流加工技术相结合的复合加工方法。加工过程中，工具管电极接电源负极，工件接电源正极，电解液自管电极中喷出，通过电化学反应溶解工件表面进行材料去除。但是，目前微细电化学射流加工过程高清观测却是一个难题。由于微细电化学射流加工过程中电解液会从加工区的凹陷区域沿一定角度高速飞溅到空气中，飞溅的液滴会严重遮挡了CCD等观测仪器对加工区加工现象的观测，并对观测设备产生一定的腐蚀和污染。一些学者尝试在镜头前面放置透明玻璃来挡住飞溅电解液液滴。但透明玻璃表面粘附大量的飞溅液滴时，观测设备无法高清观察到加工区的情况。此外，由于电化学加工过程中会产生大量的热，在室温较低的冬天，由于温差较大，透明玻璃表面会出现雾气，进而影响观测。因此，如何在加工中保证观测设备镜头免受飞溅液体的影响，是实现CCD、高速摄像等高清实验观测的关键问题。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种高温气体辅助自疏水防液体飞溅试验观测装置，本发明通过吹气板、复合挡板对CCD等观测设备镜头形成保护，解决实验中飞溅液滴冲击、粘附和腐蚀观测设备的问题。
本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
一种高温气体辅助自疏水防液体飞溅试验观测装置，包括工作台、复合挡板、CCD和吹气板；
所述工作台一侧设置有吹气板，吹气板远离工作台的一侧设置有复合挡板；所述CCD的镜头贴合复合挡板；所述CCD用来拍摄管电极加工工件的过程；
所述吹气板为中空结构，吹气板上正对管电极加工工件位置处开设有通槽，吹气板内设置有隔板，隔板上均匀开设有数个出气孔，吹风板侧壁上设置有进气孔，气体经进气孔进入后经出气孔流出从而带走液滴。
上述方案中，所述复合挡板上对应通槽位置处设置有超疏水微结构。
上述方案中，所述仿荷叶减反射超疏水结构。
上述方案中，所述复合挡板材质为石英玻璃；所述复合挡板包括内层玻璃和外层玻璃，内层玻璃和外层玻璃之间设置有加热装置。
上述方案中，所述加热装置为钨丝，钨丝直径为20μm。
上述方案中，所述复合挡板连接有感温装置，依据电解液温度通过调节加热装置从而调节复合挡板的温度。
上述方案中，所述通槽、CCD和加热装置三者等高设置。
上述方案中，所述复合挡板为L型结构，厚度为5mm。
高温气体辅助自疏水防液体飞溅试验观测装置的观测方法，管电极加工工件时飞溅的电解液液滴会被吹气板挡住，剩余液滴透过通槽时被下行的热气流带走。
上述方案中，加工时少部分飞溅的液滴落在复合挡板上，超疏水表面使液滴无法粘附，液滴在自身重力的作用下滚落。
有益效果如下：
1.本发明中复合挡板保护了CCD镜头，复合挡板表面的仿生微结构可实现超疏水以减少飞溅液滴的粘附，还可以减少光的反射进而获得良好的实验观测效果。
2.本发明中通过在复合挡板中嵌入钨丝实现加热效果，根据加工电解液的温度调节自身温度，以防止复合挡板与加工区温差过大而在玻璃表面形成雾气；其中，复合挡板的材质是石英玻璃，属于电绝缘材料，即使在高温下也具有良好的绝缘性能。
3.本发明中通过吹气板上方隔板的密排出气孔实现热气流的均匀传输，可以最大范围地吹风带走粘附在观测区域的飞溅液滴；另外，通过设置带出气孔的隔板还能够提高出气孔气体的流速，提高气体的利用效率。
4.本发明中设置感温装置，利用感温装置可以根据加工电解液温度通过调节加热装置，从而调节复合挡板的温度。
5.本发明中隔板具有一定的厚度，从而使得气流到通槽之间有一定的阻挡，从而降低了气流直接吹下造成浪费，同时，提高了气体的流速。
附图说明
图1为本发明实施例涉及到的高温气体辅助自疏水防液体飞溅试验观测装置示意图；
图2为图1中涉及到的复合挡板微观示意图；
图3为图1中涉及到的复合挡板中的加热装置局部示意图；
图4为图1中涉及到的吹气板的结构及气流流动示意图；
图5为图4的A-A剖视图；
图6为传统试验观测玻璃挡板对防止液滴飞溅的效果示意图；
图7为图1对防止液滴飞溅的效果示意图；
图8为复合挡板表面水汽蒸发示意图。
附图标记：
1-加工平台；2-工件；3-管电极；4-数控机床；5-电源；6-复合挡板；7-CCD支架；8-CCD；9-吹气板；9-1-隔板；9-1-1出气孔；9-2-进气孔；9-3-通槽。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“轴向”、“径向”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
一种高温气体辅助自疏水防液体飞溅试验观测装置，包括CCD支架7、CCD8、复合挡板6和吹气板9；其中，CCD支架7的底座与复合挡板6均呈现L形，CCD支架7以半圆柱面与CCD8相配合，从整体上保证CCD观测时的稳定性。
CCD8的镜头与复合挡板6间距应尽量小，从物理上减少玻璃的光反射。
复合挡板6的材质是石英玻璃，在电加热条件下也具有良好的电绝缘性。复合挡板6包括玻璃内片、玻璃外片、PVB、母线、钨丝和连接端子。其中，由于观测装置的性质，加热原件选择直径为20μm的钨丝，同时高温下钨丝也具有很好的拉伸强度和耐腐蚀性。加工之前，管电极3连接电源5正极，工件2连接电源5负极，管电极3通过数控机床4夹持。
结合附图1所示，当开始加工时，电解液自管电极3中高速流出，通过电化学溶解作用对阳极工件表面进行加工。此时，由于电解液与工件表面的不断撞击，电解液滴陆续飞溅到加工区附近的空气中，大部分液滴在空中自由掉落，小部分液滴顺着抛物线路径飞向CCD8观测镜头区域。当液滴经过吹气板9的中空部分时，被上方的热气流迅速吹落下。一部分液滴由于自身重力和惯性的作用，穿过吹气板9，落在玻璃板表面的超疏水结构表面，液滴在自身重力的作用下快速滑落。
结合附图2所示，复合挡板6与CCD8观测镜头相对应的区域正反两面均制备仿荷叶减反射超疏水结构。一方面，制备的玻璃表面规律分布着纳米棱锥，且纳米棱锥上还覆盖着小颗粒，二者形成的微纳米复合结构可有效截留大量空气，起到超疏水作用；另一方面，仿荷叶微纳米乳突结构可增加光线传播路径，使光线在周围乳突结构间不断反射、折射和衍射以达到降低反射率的效果。其中，复合挡板6的表面微结构不限制于仿荷叶微结构，还可以仿玫瑰、稻叶和蝴蝶翅膀鳞片等表面微观特征达到超疏水性能。
结合附图3所示，复合挡板6的内层玻璃和外层玻璃之间的PVB上规律镶嵌钨丝，再通过母线将钨丝与连接端子连接，通电后根据电解液温度来调节通过钨丝的电流电加热复合挡板6，可以防止低温复合挡板6与热气流温差过大形成雾气。
结合附图4和5所示，吹气板9是一个矩形的中空绝缘板，厚度为1.5mm。在吹气板9内侧的上方有一矩形隔板9-1，上面分布着较为密集的出气孔9-1-1。在吹风板9上方侧边有进气孔9-2。在做预备工作时，需提前将热气流管固定在侧边进气孔9-2缓慢注满上方隔层，其中，隔层为隔板9-1与吹气板9组成的上侧区域，其中，隔板9-1具备一定的厚度，隔板9-1上均布有出气孔9-1-1，其中出气孔9-1-1为微孔，以达到热气流均匀吹过CCD8观测镜头区域的目的。为了实现热气流和吹落液滴的快速排除和输运，吹气板9下方没有进行密封。
结合附图6和附图7，传统试验观测装置仅仅是用一块玻璃挡板挡住了飞溅向CCD8镜头观测区域的电解液液滴，这导致CCD8镜头观测区域粘附了大量液滴，从而阻碍了观察视线。这种方式只能使镜头免于电解液的腐蚀而不能实现无障碍观测。本发明中提出的试验观测装置首先通过吹气板9的热气流带走绝大部分液滴。其次，部分液滴在高温表面快速蒸发，然后顺着热气流迅速下落。最后，少数粘附在玻璃板上的微小液滴在复合挡板6表面的超疏水结构上由于受到重力作用快速滑落。因此，高温气体辅助自疏水防液体飞溅试验观测装置在液滴飞溅的实验环境中实现无障碍观测方面具有一定的应用前景。
本发明通过电加热复合挡板6、复合挡板6表面制备超疏水涂层及吹气板9热气流带走液滴三方面共同实现CCD8无障碍观测。通过在复合挡板6正反面制备仿荷叶减反射超疏水涂层，一方面可以实现液滴溅落在多功能复合挡板6表面快速滑落，另一方面可以大幅度减少复合挡板6的镜面反射光。通过在内层玻璃和外层玻璃之间的PVB上规律镶嵌钨丝，通电后根据电解液温度来调节通过钨丝的电流进行调节复合挡板6表面温度，可以防止复合挡板6与外界温差过大而在表面形成雾气。通过在复合挡板6正前方连接吹气板9，利用高速热气流均匀吹走绝大部分电解液液滴。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种高温气体辅助自疏水防液体飞溅试验观测装置，其特征在于，包括工作台(1)、复合挡板(6)、CCD(8)和吹气板(9)；
所述工作台(1)一侧设置有吹气板(9)，吹气板(9)远离工作台(1)的一侧设置有复合挡板(6)；所述CCD(8)的镜头贴合复合挡板(6)；所述CCD(8)用来拍摄管电极(3)加工工件(2)的过程；
所述吹气板(9)为中空结构，吹气板(9)上正对管电极(3)加工工件(2)位置处开设有通槽(9-3)，吹气板(9)内设置有隔板(9-1)，隔板(9-1)上均匀开设有数个出气孔(9-1-1)，吹风板(9)侧壁上设置有进气孔(9-2)，气体经进气孔(9-2)进入后经出气孔(9-1-1)流出从而带走液滴。
2.根据权利要求1所述的高温气体辅助自疏水防液体飞溅试验观测装置，其特征在于，所述复合挡板(6)上对应通槽(9-3)位置处设置有超疏水结构。
3.根据权利要求2所述的高温气体辅助自疏水防液体飞溅试验观测装置，其特征在于，所述超疏水结构，仿荷叶减反射超疏水结构。
4.根据权利要求1所述的高温气体辅助自疏水防液体飞溅试验观测装置，其特征在于，所述复合挡板(6)材质为石英玻璃；所述复合挡板(6)包括内层玻璃和外层玻璃，内层玻璃和外层玻璃之间设置有加热装置。
5.根据权利要求4所述的高温气体辅助自疏水防液体飞溅试验观测装置，其特征在于，所述加热装置为钨丝，钨丝直径为20μm。
6.根据权利要求4所述的高温气体辅助自疏水防液体飞溅试验观测装置，其特征在于，所述复合挡板(6)连接有感温装置，依据电解液温度通过调节加热装置从而调节复合挡板(6)的温度。
7.根据权利要求4所述的高温气体辅助自疏水防液体飞溅试验观测装置，其特征在于，所述通槽(9-3)、CCD(8)和加热装置三者等高设置。
8.根据权利要求1所述的高温气体辅助自疏水防液体飞溅试验观测装置，其特征在于，所述复合挡板(6)为L型结构，厚度为5mm。
9.根据权利要求1-8任一项所述的高温气体辅助自疏水防液体飞溅试验观测装置的观测方法，其特征在于，管电极(3)加工工件(2)时飞溅的电解液液滴会被吹气板(9)挡住，剩余液滴透过通槽(9-3)时被下行的热气流带走。
10.根据权利要求9所述的观测方法，其特征在于，加工时少部分飞溅的液滴落在复合挡板(6)上，超疏水表面使液滴无法粘附，液滴在自身重力的作用下滚落。
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- 2023-07-10 CN CN202310836629.9A patent/CN116879174A/zh active Pending
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