導電塑料電位器精密加工實現方法

導電塑料電位器作為一種電氣元件，因其分辨率高，抗擾力強，體積小，能夠連續無階降壓的優點，被廣泛應用于導彈、雷達、武器等軍工領域，以及航空航天、精密機械以及廣泛的民用領域。評價電位器的好壞最重要的指標就是其線性精度，因此，不斷提高電位器的線性精度成為浙江慧仁電子有限公司不斷追求的目標。

導電塑料電位器是利用電子學工藝方法將電阻漿料噴涂在絕緣基體上，形成膜態電阻體而制成的電位器。噴涂后形成的電阻膜厚度不可能做到絕對均勻，故導致電位器線性精度不夠高，為了提高線性精度，業界普通采用修刻碳膜，局部改變阻值的工藝方法。國外電位器無論噴涂技術還是修刻技術都已經十分成熟，但是由于涉及軍事，相關技術對外保密。國內針對旋轉式碳膜電位器的加工技術研究與實踐已經有30多年歷史，1984年，黃明山第一次將計算機技術應用在電位器修刻機上，用于直線式導電塑料電位器的修刻；臧春城等研制的電位器修刻機采用開放式數控系統，修刻旋轉式電位器線性精度達到0.2%，修刻時間為25分鐘/件；針對直滑式合成碳膜電位器，朱黎文、王廣林等提出了基于恒流源的反饋修刻算法，基于總電阻反饋原理和修正算法，所研制的精密碳膜電位器自動修刻機可以將電位器線性度精度由修刻前1%左右提高至0.2%以內；張希針對回轉式合成碳膜電位器連續修刻算法進行了初步研究，利用最大電壓梯度法反求目標電阻，規劃刀具軌跡，提高了修刻效率，修刻后得到的線性精度大部分在0.4%左右；此外，浙江慧仁電子有限公司主要針對導電塑料電位器的修刻研究，專門對導電塑料電位器研制出了激光修刻機，修刻后的電位器線性度精度在0.1%以內，最高可達0.04%，完全達到了超精密器件的線性精度要求。

隨著我國國防事業的快速發展，在某些應用領域，對線性精度0.1%以內的超精密電位器的需求愈加迫切。目前，國內其他電位器生產企業針對導電塑料電位器的修刻還達不到這種超精密器件的線性精度要求，其原因在于修刻中多個技術細節沒有達到理想狀態，例如搜零方式、修刻目標直線選取方法，以及修刻刀姿態參數確定等。

目前普遍采用的修刻原理是恒流法。電位器修刻基本原理如圖1所示，在輸出電壓U_ox與行程角θ_x的關系圖中，目標直線是一條通過原點的直線，目標直線上電壓是電位器修刻后需要達到的理論電壓，θ_e為電位有效行程角，U_i為θ_e對應的目標總電壓，U_i'為電位器修刻前的總輸入電壓。測量計算修刻前電位器上某行程點實際電壓U_ox'(θ_x)與理論電壓的差值，對該點進行修刻，去除碳膜層，使實際電壓與理論電壓的差值足夠小，從而達到線性精度要求。

根據上述原理，采用的修刻系統如下圖2所示，數據采集卡實時采集電位器輸出電壓，工控機根據采集電壓確定Z軸伺服電機運動脈沖數，控制修刻刀與電位器回轉電機協調運作完成電位器的修刻。用這種技術進行修刻，線性精度由下式計算獲得。

式中：ΔU_max為理論電壓和電位器實際輸出電壓偏差的最大值。

圖1 修刻原理

圖2 系統構成