控制电化学剥离过程的系统和方法
【专利摘要】本发明揭示一种电化学剥离方法，其包括如下步骤：从电源施加电流至可导电的待加工工件，其中该施加的电流被设置成选择性地剥离依附于该可导电的待加工工件的至少一部分涂层；接收代表从该电源流向该可导电的加工工件的实际电流的多个测量电流值，该多个测量电流值构成电流-时间变化曲线；至少根据该多个测量电流值识别出该电流-时间变化曲线上的交叉点，其中，该交叉点定义电化学剥离过程的第一剥离时间；至少基于该识别的交叉点以及预设的常数计算期望的总剥离时间，其中，该预设的常数定义该涂层的剥离深度，以及在判断出已经达到该计算的总剥离时间时，停止或暂停从该电流提供电流至该待加工工件。本发明还揭示一种电化学剥离系统。
【专利说明】控制电化学剥离过程的系统和方法
【技术领域】
[0001] 本发明公开的实施方式涉及电化学剥离（electrochemical stripping)过程控制 系统和方法，特别涉及一种自动终止或者暂停电化学剥离过程的系统和方法。
【背景技术】
[0002] 电化学剥离技术可以被用来选择性地将待加工工件(例如，涡轮叶片）上所形成的 涂层(例如，铝化合物型合金）剥离或者移除。通常，电化学剥离过程包括如下步骤：将待加 工工件浸没于溶液中，通过溶液在该待加工工件和电极之间导通电流，使得该待加工工件 上的涂层可以在电化学反应下被剥离或者移除。传统上，为了避免电化学反应程度不够而 造成涂层的不完全剥离，或者过度的电化学反应而造成基底金属的不当剥离，在加工的过 程中，一种做法是不时地将该待加工工件从溶液中取出来，通过焰色反应来观察涂层的剥 离深度或者剥离程度。然而，反复地从溶液中取放加工工件比较不方便，需要许多的人工操 作，并且会造成电化学剥离过程加工周期的延长。
[0003] 因此，需要提供改进的系统和方法来更好地控制该电化学剥离过程。
【发明内容】
[0004] 有鉴于上文提及之技术问题或者技术需求，本发明的一个方面在于提供一种电化 学剥离方法，该方法至少包括如下步骤：从电源施加电流至可导电的待加工工件，其中该施 加的电流被设置成选择性地剥离依附于该可导电的待加工工件的至少一部分涂层；接收代 表从该电源流向该可导电的加工工件的实际电流的多个测量电流值，该多个测量电流值构 成电流-时间变化曲线；至少根据该多个测量电流值识别出该电流-时间变化曲线上的交 叉点，其中，该交叉点定义电化学剥离过程的第一剥离时间；至少基于该识别的交叉点以及 预设的常数计算期望的总剥离时间，其中，该预设的常数定义该涂层的剥离深度，以及在判 断出已经达到该计算的总剥离时间时，停止或者暂停从该电源提供电流至该待加工工件。
[0005] 在提供的电化学剥离方法中，其中，识别该交叉点的步骤包括如下子步骤：至少根 据该多个测量的电流值计算微分电流值；判断该微分电流值是否小于零；经判断该微分电 流值小于零时，至少根据测量的电流值计算平均电流值；将该计算的平均电流值与相对应 的测量电流值相减；以及当该计算的平均电流值与相对应的测量电流值之间的差值等于零 时，识别出该电流-时间变化曲线上的交叉点。
[0006] 在提供的电化学剥离方法中，其中，该预设的常数大于0小于1。
[0007] 在提供的电化学剥离方法中，其中，该预设的常数在0. 05和0. 1之间。
[0008] 在提供的电化学剥离方法中，其中，计算该期望的总剥离时间的步骤包括如下子 步骤：至少根据该识别的交叉点以及预设的时间常数识别出期望的终止点，其中，该期望的 终止点和该交叉点定义该电化学剥离过程的第二剥离时间；以及将该第一剥离时间和该第 二剥离时间相加，以得到该期望的总剥离时间。
[0009] 在提供的电化学剥离方法中，该方法还包括如下步骤：至少根据该测量的多个电 流值计算与该电化学剥离过程相关的电荷量；判断该计算的电荷量是否满足预设的电荷 量；以及经判断该计算的电荷量满足该预设的电荷量时，停止或者暂停将该电源提供的电 流施加至该可导电的待加工工件。
[0010] 本发明的另一个方面在于提供一种系统，该系统被配置成选择性地将基底的至少 一部分涂层剥离。该系统包括：电源和控制器。该电源与该基底以及电极可导电地连接，该 电源被配置成施加电流至该基底，以在该基底和电极之间建立电场。该控制器包括交叉点 识别单元，总剥离时间计算单元以及剥离过程控制单元。该交叉点识别单元被配置成至少 根据多个测量的电流值识别出电流-时间变化曲线上的交叉点，其中该交叉点定义电化学 剥离过程的第一剥离时间。该总剥离时间计算单元被配置成至少根据该识别出的交叉点以 及预设的时间常数计算出期望的总剥离时间，其中该预设的时间常数与该涂层的剥离深度 有关。该剥离过程控制单元被配置成在该电化学剥离过程实际进行的时间达到该期望的总 剥离时间时，停止或者暂停提供电流。
[0011] 在提供的系统中，该系统还包括电连接在该电源和该基底之间的开关。该开关被 配置成在该期望的总剥离时间到达时，根据该控制器发送的第一控制信号而被关断，该开 关还被配置成在该期望的总剥离时间未到达时，根据该控制器发送的第二控制信号而被开 通。
[0012] 在提供的系统中，该基底为涡轮叶片的至少一部分。
[0013] 在提供的系统中，该涂层包括铝化合物型合金或者钼铝化合物。
[0014] 在提供的系统中，该系统还包括滤波单元，该滤波单元被配置成滤除包含在测量 的电流信号中的噪声信号。
[0015] 在提供的系统中，该控制器还包括：微分电流计算单元，平均电流计算单元以及求 和单元。该微分电流计算单元被配置成至少根据该多个测量的电流值计算微分电流值。该 平均电流计算单元被配置成在该计算的微分电流值小于零时，至少根据该多个测量的电流 值计算平均电流值。该求和单元被配置成将该计算的平均电流值与对应的测量电流值相 减，以得到电流差值。其中，该交叉点识别单元被配置成在该电流差值等于零时识别出该电 流-时间变化曲线上的交叉点。
[0016] 在提供的系统中，该控制器还包括电量计算单元。该电量计算单元被配置成至少 根据该多个测量的电流值计算出与该电化学剥离过程相关的总电荷量。其中，该剥离过程 控制单元还被配置成在该计算的总电流量达到预设的电荷量时，停止或者暂停从该电源提 供电流给该基底。
[0017] 在提供的系统中，该预设的常数在0. 05和0. 1之间。
[0018] 本发明的再一个方面在于提供一种电化学剥离系统，该电化学剥离系统至少包括 如下步骤：从电源施加电流至可导电的待加工工件的模块，其中该施加的电流被设置成选 择性地剥离依附于该可导电的待加工工件的至少一部分涂层；接收代表从该电源流向该可 导电的加工工件的实际电流的多个测量电流值的模块，该多个测量电流值构成电流-时间 变化曲线；至少根据该多个测量电流值识别出该电流-时间变化曲线上的交叉点模块，其 中，该交叉点定义电化学剥离过程的第一剥离时间；至少基于该识别的交叉点以及预设的 常数计算期望的总剥离时间的模块，其中，该预设的常数定义该涂层的剥离深度，以及在判 断出已经达到该计算的总剥离时间时，停止从该电流提供电流至该待加工工件的模块。
[0019] 本发明的再一个方面在于提供一种非暂态电脑可读存储介质，该存储介质存储有 多个指令，该多个指令被至少一个处理器处理，以执行如下动作：接收代表从电源流向可 导电的加工工件的实际电流的多个测量电流值，该多个测量电流值构成电流-时间变化曲 线；至少根据该多个测量电流值识别出该电流-时间变化曲线上的交叉点，其中，该交叉点 定义电化学剥离过程的第一剥离时间；至少基于该识别的交叉点以及预设的常数计算期望 的总剥离时间，其中，该预设的常数定义该涂层的剥离深度，以及在判断出已经达到该计算 的总剥离时间时，停止从该电流提供电流至该待加工工件。
[0020] 在提供的非暂态电脑可读存储介质中，该存储介质存储还存储多个指令，该多个 指令被该至少一个处理器，以执行如下动作：至少根据该多个测量的电流值计算微分电流 值；判断该微分电流值是否小于零；经判断该微分电流值小于零时，至少根据测量的电流 值计算平均电流值；将该计算的平均电流值与相对应的测量电流值相减；以及当该计算的 平均电流值与相对应的测量电流值之间的差值等于零时，识别出该电流-时间变化曲线上 的交叉点。
[0021] 在提供的非暂态电脑可读存储介质中，该存储介质存储还存储多个指令，该多个 指令被该至少一个处理器，以执行如下动作：至少根据该识别的交叉点以及预设的时间常 数识别出期望的终止点，其中，该终止点和该交叉点定义该电化学剥离过程的第二剥离时 间；以及将该第一剥离时间和该第二剥离时间相加，以得到该期望的总剥离时间。
[0022] 在提供的非暂态电脑可读存储介质中，该存储介质存储还存储多个指令，该多个 指令被该至少一个处理器，以执行如下动作：至少根据该测量的多个电流值计算与该电化 学剥离过程相关的总电荷量；判断该计算的总电荷量是否满足预设的电荷量；以及经判断 该计算的总电荷量满足该预设的电荷量时，停止将该电源提供的电流施加至该可导电的待 加工工件。
[0023] 本发明提供的改进的电化学剥离系统和方法，通过实时检测电化学剥离过程相关 的电流参数，并根据电流参数计算出与涂层剥离深度相关的期望的总剥离时间，以实现对 电化学剥离过程的自动控制，解决了现有技术中遇到的耗费较多人工或者加工效率低下的 技术问题，也即取得了提升加工效率的技术效果。
【专利附图】
【附图说明】
[0024] 通过结合附图对本发明的实施方式进行描述，可以更好地理解本发明，在附图 中：
[0025] 图1所示为本发明提出的电化学剥离系统的一种实施方式的示意图；
[0026] 图2所示为由图1所示的电化学剥离系统处理的涡轮叶片的一种实施方式的截面 示意图；
[0027] 图3所示为图1所示的电化学剥离系统的一种实施方式的电路配置结构图；
[0028] 图4所示为由图1或者图3所示的控制器执行的电化学剥离控制算法或者模块的 一种实施方式的具体模块架构示意图；
[0029] 图5所示为由图1或者图3所示的控制器执行的电化学剥离控制算法或者模块的 另一种实施方式的具体模块架构示意图；
[0030] 图6所示为执行图4或者图5所示的电化学剥离控制算法所产生的测量电流值和 计算电流值随时间变化的曲线示意图；
[0031] 图7所示为电化学剥离控制方法一种实施方式的流程图；以及
[0032] 图8所示为电化学剥离控制方法另一种实施方式的流程图。
【具体实施方式】
[0033] 基本而言，本发明揭示的实施方式涉及自动化电化学剥离方法和执行电化学剥离 方法的系统，以及包含该电化学剥离方法并以计算机或者处理器可执行的指令方式存储的 非暂态电脑可读存储介质，以用来根据一个或者多个标准(例如，期望的涂层剥离深度或者 期望的从待加工工件或者基底上移除的涂层量)，来自动终止或者暂停该电化学剥离过程。 更具体而言，本发明通过提出一种新的电化学剥离过程控制算法或者方法来取得对电化学 剥离过程的自动控制。在一些实施方式中，在执行该电化学剥离过程控制算法或者方法的 过程中，与该电化学剥离过程相关的一个或者多个电参数(例如，电流信号或者数值）可以 被实时地测量或者监控，并被进一步处理，以根据期望的涂层剥离深度或者期望的涂层剥 离量，来预测或者计算得到期望的总剥离时间。在一些更具体的实施方式中，该总剥离时 间可以通过将第一剥离时间和第二剥离时间相加而得到。其中，该第一剥离时间与该电化 学剥离过程的第一阶段相关，并且该第一剥离时间从电化学剥离过程启动时开始，直至交 叉点。在一种实施方式中，该交叉点可以通过观察至少两条电流随时间变化的曲线而得到， 其中，第一条电流-时间变化曲线代表从电源流向待加工工件或者基底的电流的实际值， 第二条电流-时间变化曲线代表在线测量或者监控得到的电流的移动平均值。上述的第二 剥离时间与该电化学剥离过程的第二阶段相关，并且，该第二剥离时间从该交叉点开始，直 至该电化学剥离过程的终止点。在一些实施方式中，该终止点可以通过上述已经识别到的 交叉点以及预设的常数计算得到，其中，该预设的常数可以表征期望的涂层深度或者期望 的从该待加工工件或者基底上移除的涂层量。因此，在得到该期望的总剥离时间之后，当实 际进行的剥离时间达到该期望的总剥离时间时，该电化学剥离过程可以被自动终止或者暂 停。
[0034] 在一些实施方式中，除去上文描述的，以该期望的总剥离时间是否已经达到为判 定条件而触发的电化学剥离过程自动终止方案，还可以结合考虑一个或者多个其他判定条 件。举例而言，在一种实施方式中，在电化学剥离过程中，还可以计算代表从该待加工工件 或者基底上移除的实际涂层的总电荷量。当与实际移除的涂层相关的电荷量达到预设的数 值时，该电化学剥离过程即被自动终止。在一些具体的实施方式中，该总电荷量判定条件可 以被设置成比总剥离时间判定条件具有更高的优先级。也即，一旦该计算的总电荷量达到 预设的电荷量值时，该电化学剥离过程即被强制终止，而不管此时实际的剥离时间是否达 到期望的总剥离时间。
[0035] 执行本发明提出的自动化电化学剥离过程控制算法或者方法技术方案可以解决 一个或者多个技术问题，取得一个或者多个技术优点或者有益效果。其中一个技术优点或 者有益效果为从电解质溶液中重复取放待加工工件的动作被减少或者被避免，因此，相应 地，该电化学剥离过程的加工时间可以被缩短，从而使得生产或者加工效率得到提升。另一 个技术优点或者有益效果为对涂层的不充分剥离或者对基底材料的过度剥离可以被减轻 或者避免。对于本领域具有通常知识的人员而言，通过阅读下文结合附图所作之详细描述， 很容易可以明白本发明【具体实施方式】还可以产生其他技术优点或者技术效果。
[0036] 以下将描述本发明的一个或者多个【具体实施方式】。首先要指出的是，在这些实施 方式的具体描述过程中，为了进行简明扼要的描述，本说明书不可能对实际的实施方式的 所有特征均作详尽的描述。应当可以理解的是，在任意一种实施方式的实际实施过程中，正 如在任意一个工程项目或者设计项目的过程中，为了实现开发者的具体目标，或者为了满 足系统相关的或者商业相关的限制，常常会做出各种各样的具体决策，而这也会从一种实 施方式到另一种实施方式之间发生改变。此外，还可以理解的是，虽然这种开发过程中所作 出的努力可能是复杂并且冗长的，然而对于与本发明公开的内容相关的本领域的普通技术 人员而言，在本公开揭露的技术内容的基础上进行的一些设计，制造或者生产等变更只是 常规的技术手段，不应当理解为本公开的内容不充分。
[0037] 除非另作定义，在本说明书和权利要求书中使用的技术术语或者科学术语应当为 本发明所属【技术领域】内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本说明书以及权利要求书 中使用的"第一"或者"第二"以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是 用来区分不同的组成部分。"一个"或者"一"等类似词语并不表示数量限制，而是表示存在 至少一个。"或者"包括所列举的项目中的任意一者或者全部。"包括"或者"包含"等类似 的词语意指出现在"包括"或者"包含"前面的元件或者物件涵盖出现在"包括"或者"包含" 后面列举的元件或者物件及其等同元件，并不排除其他元件或者物件。"连接"或者"相连" 等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接 的还是间接的。此外，"电路"或者"电路系统"以及"控制器"等可以包括单一组件或者由 多个主动元件或者被动元件直接或者间接相连的集合，例如一个或者多个集成电路芯片， 以提供所对应描述的功能。
[0038] 首先请参阅图1，其所示为电化学剥离系统100的一种实施方式的示意图。如图1 所不，在一种实施方式中，该电化学剥离系统100包括电解质溶液收容器126,该电解质溶 液收容器126至少部分填充有电解质溶液124,例如，携带一种或者多种添加剂的水溶液。 该电解质溶液收容器126可以通过任意合适的材料制成，特别地，该材料不和电解质溶液 收容器的其他元件发生反应。该电解质溶液收容器126的形状及容量可以根据实际的应用 加以变更，但是应当确保其被设置成具有足够的尺寸，以将一个或者多个电极，待加工工件 以及电解质溶液124收容于其内。
[0039] 在图示的实施方式中，该电解质剥离系统100还包括一个电极116,该电极116被 设置成浸没于电解质溶液124中。在其他实施方式中，该电解质剥离系统100所使用的电 极数量并不限于一个，其可以根据实际的其他因素(例如，待加工工件的形状和尺寸等）进 行改变。该电极116可以由任意合适的导电材料制成，例如石墨，其被配置成导通电流，以 用于移除待加工工件上的一种或者多种涂层。
[0040] 如图1所示，在一种实施方式中，由该电化学剥离系统100进行涂层剥离的待加工 工件118可以被整体或者部分放置于电解质溶液收容器126内。该待加工工件118至少部 分覆盖有一种或者多种涂层（coating)。关于该待加工工件118的一种实施方式可以参阅 图2,其示出了一种待加工工件200的截面示意图，该待加工工件200可以代替图1所示的 待加工工件118,而被电化学剥离系统100进行涂层剥离。在一种实施方式中，该待加工工 件200可以为在燃气轮机或者蒸汽轮机中使用的涡轮叶片的至少一部分。在另外一种实施 方式中，该待加工工件200也可以为在飞行设备中使用的翼片的至少一部分。如图2所示， 该待加工工件200包括基底202,其可以包括基底金属（例如，镍基超合金)，并且可以导通 电流。该待加工工件200通常还可以进一步包括涂层或者结合层206,其通过一层或者多层 扩散层204而被设置在基底202的上方。在其他实施方式中，该涂层或者结合层206也可 以直接覆盖基底202,而没有中间的扩散层204。该涂层或者结合层206也包括可以导电的 材料，例如，铝化合物型合金或者钼铝化合物。在一种实施方式中，在使用图1所示的电化 学剥离系统100进行处理时，可以将该涂层或者结合层206全部地或者部分地从该待加工 工件200剥离/移除。进一步，在一些方式中，还可以全部地或者部分地将扩散层204从该 待加工工件200剥离/移除。
[0041] 请返回参阅图1，其所不的待加工工件118被安排成与电极116相邻设置，并且其 放置的位置可以使得在系统100启动后，可以在该电极116和待加工工件118的特定涂层 表面之间建立电场。在一种实施方式中，足够量的电解质溶液124被投放到电解质溶液收 容器126中，以将待加工工件118和电极116浸没其内。可以理解的是，该电解质溶液124 可以通过各种方式投放到电解质溶液收容器126内，例如，作为非限制性的实施方式，该电 解质溶液124可以被倒入该电解质溶液收容器126内，或者可替换地，该电解质溶液124也 可以通过公知的输运设备(例如，泵等）被输运入该电解质溶液收容器126内。
[0042] 请进一步参阅图1，该电化学剥离系统100还可以包括电源装置102,该电源装置 102被设置成与该电极116和待加工工件118进行电连接。在一种实施方式中，该电源装置 102可以包括直流供电装置，其被配置成通过正连接线106和负连接线104提供直流电压和 /或直流电流，以在该电极116和该待加工工件118之间建立电场，从而使得该待加工工件 118的至少一部分涂层可以在电化学反应的作用下从该待加工工件118的基底上被剥离或 者移除。在一种实施方式中，该电源装置102输送直流电压和或直流电流给电极116的方 式可以是连续的（continuous),也可以是脉冲式的或者断续的（pulsating)。
[0043] 请进一步参阅图1，该电化学剥离系统100还可以包括控制器130,该控制器130 与电源装置102电连接。虽然未作图示，该控制器130可以与一个或者多个传感器进行通 信连接，以获取与电化学剥离过程相关的各种运行参数。并且，该控制器130也可以与输入 用户界面（图未示，例如键盘或者触摸显示设备）相连接，以接收用户输入的指令，来控制或 者调节与该电化学剥离过程相关的各种运行参数。举例而言，在一种实施方式中，系统启动 后，控制器130可以发送控制信号(或者启动信号)136给电源装置102,以将该电源装置102 开启而导通电流，从而可以进行电化学剥离过程。正如在下文所作之详细描述，在执行本发 明提出的电化学剥离过程控制算法或者方法时，该控制器130还可以被配置成发送更新的 控制信号(或者停止信号)，以将该电源装置102关闭而暂停或者停止提供电流，从而该电化 学剥离控制过程可以被终止或者暂停。进一步，在一些实施方式中，该控制器130还可以被 配置成以实时方式调整发送给电源装置102的控制信号106,以使得该待加工工件128和 参考电极128之间的电势或者电压差（以标号Vp标示）维持在基本恒定的数值。该参考电 极128可以与加工电极116 -样，由相同的导电材料制成，例如石墨。在其他实施方式中， 该参考电极128也可以用与加工电极116不一样的导电材料制成。在一种实施方式中，如 图1所示，该参考电极128被放置在该待加工工件118和加工电极116之间。在其他实施 方式中，该参考电极128也可以被放置在其他位置，例如，放置在该待加工工件118的右侧。
[0044] 如图1所示，该控制器130可以包括一个或者多个处理器132以及一个或者多个 存储装置134,该一个或者多个存储装置134与该一个或者多个处理器132连接。在一种实 施方式中，该一个或者多个存储装置134与该一个或者多个处理器132 -起可以被设置在 该控制器130内部。在其他实施方式中，该一个或者多个存储装置134也可以与该一个或者 多个处理器132分离设置，或者与该一个多个处理器132进行远程通信。该控制器140可以 包括任何合适的可编程电路或者装置，包括数字信号处理器（Digital Signal Processor， DSP)、现场可编程门阵列（Field Programmable Gate Array, FPGA)、可编程逻辑控制器 (Programmable Logic Controller，PLC)以及专用集成电路（Application Specific Integrated Circuit，ASIC)等。该存储装置134可以包括易失性存储器(例如，寄存器，缓 存，以及随机存储器等)，非易失性存储器(例如，只读存储器，电可擦只读存储器，闪速存储 器等)，或者上述易失性存储器和非易失性存储器的合理组合。在一种实施方式中，该存储 装置134被配置成存储由多条计算机指令构成的计算机程序，并且该多条计算机指令可以 被该一个或者多个处理器132执行。
[0045] 图3所示为电化学剥离系统300的一种实施方式的电路配置结构图。该电化学剥 离系统300可以在图1所示的电化学剥离系统100中执行。如图3所示，电源装置302的 正极通过开关装置304,电流传感器306以及电压调节装置314与待加工工件332电连接。 也即，该开关装置304,电流传感器306和电压调节装置314串联连接在该电源装置302和 待加工工件332之间。该电源装置302的负极通过负连接线303与加工电极(也称作阴极） 336电连接，并且，在一种实施方式中，该阴极336接地。在一种实施方式中，该电源装置302 可以为直流电源装置，例如电池，其在运作时可以提供直流电压和/或直流电流给该待加 工工件332以及加工电极或者阴极336。在其他实施方式中，该电源装置302也可以为电能 变换装置，例如交流转直流变换器(例如，整流器)，其可以接收从合适的电源(例如，交流电 网）提供的交流电能，并将该接收的交流电能转换成直流电能，以提供给待加工工件332和 加工电极或者阴极336。
[0046] 请进一步参阅图3,该开关装置304可以为任何合适的器件(例如，基于半导体的 开关器件)，其可以在控制器350执行本发明提出的自动电化学剥离控制算法或者模块352 所产生的控制信号308的作用下，被开通或者关断。虽然在图3中示作单一分离的元件，该 开关装置304也可以与电源装置303集成在一起。在一种更具体的实施方式中，当该开关装 置304在控制器305所发送的控制信号308的作用下被开通时，将建立一个闭合的电传输 路径，使得从该电源装置302提供的直流电压或者直流电流被输送给该待加工工件332和 加工电极或者阴极336,从而使得该待加工工件332的至少一部分涂层可以在涂层和电解 质溶质之间发生的电化学反应的作用下被移除或者剥离。另一方面，当该开关装置304在 控制器350所提供的更新控制信号308的作用下被关断时，上述形成的闭合电传输路径被 切断，以禁止（disable)或者停止将该电源装置302提供的直流电压或者直流电流输送给 该待加工工件332和加工电极或者阴极336,从而将该电化学剥离过程终止或者暂停。
[0047] 请进一步参阅图3,在一种实施方式中，该电连接在电源装置302和待加工工件 332之间的电流传感器306包括电阻元件，该电阻元件被配置成测量沿着正连接线路301在 该电源装置302和待加工工件332之间流动的实际电流值。在其他实施方式中，该电流传 感器306并不限于电阻元件，其也可以包括其他合适的感测器件或者传感器件，以实现在 此描述的电流测量功能。在图示的实施方式中，该电流传感器306被图示成连接在该开关 装置304和电压调节装置314之间。在其他实施方式中，该电流传感器306也可以设置在 沿着正连接线301的其他任意合适的位置，例如，该电流传感器306可以可以连接在该电源 装置302的正极和开关装置304之间，或者设置在该电压调节装置314和待加工工件312 之间。在一种更具体的实施方式中，该电流传感器或者电阻元件306在运作时提供电压信 号312,该电压信号代表从电源装置302流向待加工工件332的实际电流值，并将该电压信 号312提供给控制器350,以供控制器350进行进一步的运算，处理或者控制。在一些实施 方式中，在将该电压信号312提供给该控制器350之前，或者在控制器350之中，可以将该 电压信号312进行其他处理，例如，模数转换，放大，滤波等操作。如下文所作的详细描述， 该控制器250可以至少根据该获得的电压信号312,处理或者计算出于该电化学剥离过程 相关的各种参数，包括计算平均电流值和/或微分电流值等。
[0048] 请进一步参阅图3,电连接在该电源装置302和待加工工件332之间的电压调节装 置314被配置成接收从该电源装置302提供的直流电压或者直流电流，并提供调节的直流 电压或者直流电流给该待加工工件332。在一些实施方式中，该电压调节装置312输出的直 流电压或者直流电流可以以特定的方式进行调节，以使得该电化学剥离过程可以被控制成 运行在恒电压或者恒电压势模式，在此所谓的"恒电压或者恒电势模式"是指该待加工工件 332进而参考电极334之间的电势差或者电压差被控制成维持在某一电压值或者电势值保 持不变，或者在可以接受或者忽略的波动范围内变化。将该电化学剥离过程控制成运作在 恒电压或者恒电压模式的好处是，可以允许在电化学反应发生时，该涂层可以电解质溶液 之间有最大程度的电荷交换，而该待加工工件的基底金属和电解质溶液之间有最小程度的 电荷交换。
[0049] 在一种实施方式中，该电压调节装置314根据控制器350所产生的调节信号328 进行运作，并且该控制器350根据从待加工工件332和参考电极334所测量的实际电压值 和设定的电压值342来产生该调节信号328。该设定的电压值342可以由用户或者操作人 员或者计算机软件进行设定。在稳态运行时，该电压调节装置314提供的输出电压326应 当被控制成使得该实际的电压值338可以跟随该设定的电压值342或者具有较小的可以接 受的波动。
[0050] 在图示的实施方式中，该电压调节装置314包括阻抗调节元件316和运算放大器 318,该运算放大器318与该阻抗调节元件316电连接。在一种实施方式中，该阻抗调节元 件316包括级联的两个半导体器件(例如，双极结型晶体管或者场效应晶体管等)，该阻抗调 节元件316可以在运算放大器318提供的的控制信号321的作用下表现出变化的阻抗值或 者电阻值，从而可以改变输出电压值326。该运算放大器318具有同相输入端（以" + "号标 示)，该同相输入端与参考电压源319相连接，该参考电压源319提供参考电压给该同相输 入端。该运算放大器318还包括反相输入端（以号标示)，该反相输入端与第一电阻322 和第二电阻324之间的连接点323相连接。在实际运行时，当实际测量的电压值338偏离 该设定电压值342时，该控制器350发送调节信号328,以调节该连接点323处所出现的电 压，然后该运算放大器318转而可以发送控制信号321给阻抗条件元件316,以调节器阻抗 值或者电阻值，从而使得输出电压326可控。需要注意的是，图3所示的该电压调节装置314 不应当对本发明保护范围构成限制，实际上，类似的装置(例如，双向直流转直流变换器，升 降压直流转直流变换器）也可以被用来取得调节输出电压的功能。
[0051] 图4所示为由图1或者图3所示的控制器执行的电化学剥离控制算法或者模块 400的一种实施方式的具体模块架构示意图。在一种实施方式中，该电化学剥离控制算法或 者模块400可以实施为包括非暂态的多条计算机指令的计算机程序，并且该多条计算机指 令可以被如图1或者图3所示的控制器130, 350执行，以实现对电化学剥离过程的自动控 制，或者更具体而言，自动终止或者暂停电化学剥离过程。在其他实施方式中，该电化学剥 离控制算法或者模块400也可以由硬件的方式实施或者以软件结合硬件的方式实施。
[0052] 需要指出的是，在此描述的电化学控制算法或者模块可以包括或者代表硬件以及 与其相关的指令(例如，存储在有形的（tangible)或者非暂态以及计算机可读的存储介质， 例如，计算机硬盘，只读存储器，随机存储器以及类似的存储装置上的软件)。在此所述的硬 件可以包括电子电路，包括一个或者多个逻辑装置，例如微处理器，处理器，控制器，以及类 似的装置，或者与上述各种装置电连接的装置。上述的各种装置可以为现成的装置，这些现 成的装置可以执行如上描述的各种指令所体现的功能。另外或者可替换地，这些装置中的 一者或者多者也可以为通过电线路相互连接的逻辑电路，以执行这些功能。
[0053] 如图4所示，该电化学剥离控制算法或者模块400可以选择性地包括滤波单元 404,该滤波单元404可以接收电流信号402。在一种实施方式中，该电流信号402可以通过 图3所示的一个或者多个电流传感器或者电阻元件306进行测量。在其他实施方式中，该 电流信号402也可以取自存储装置，其预先存储测量的电流信号或者数值。在一种实施方 式中，该滤波单元404可以包括低通滤波器，其被配置成滤除包含在测量的电流信号402中 的噪声信号，并提供滤波后的电流信号406给微分计算单元408,在其他实施方式中，该滤 波单元404也可以被省去。
[0054] 请进一步参阅图4,该微分计算单元408被配置成根据该滤波单元404提供的滤 波电流信号406计算微分电流值412。在其他实施方式中，该微分计算单元408也可以可 替换地被配置成根据未滤波的电流信号或者由一个或者多个电流传感器或者电阻元件336 (如图3所示）直接测量的电流信号计算该微分电流信号406。在电化学剥离过程进行时的 任意一个时刻点，该计算得到的微分电流信号406可以为正值也可以为负值。更具体而言， 当该计算得到的微分电流信号406为正值时，此意味着从电源装置302流向待加工工件332 的实际电流正在增加。在一种实施方式中，实际电流逐渐增加代表着实际的涂层剥离率足 够大，并且该电化学剥离过程正在正常运行。
[0055] 关于该电化学剥离过程的电流增加阶段可以更好地参阅图6,其示出了在时 间范围内的任意一个时刻，其对应的微分电流值均为正值。另一方面，当该计算得到的微分 电流值为负值时，此意味着从电源装置302流向待加工工件322的实际电流值正在逐渐减 小或者降低，也即，该待加工工件322的很大一部分涂层已经被剥离或者移除掉，并且该电 化学剥离过程正在趋向结束。关于该电化学剥离过程的电流减小阶段也可以更好地参阅图 6。举例而言，在时间点h之后的任意一个时刻，其对应的微分电流中均为负值。
[0056] 请进一步参阅图4,在一种实施方式中，该电化学剥离控制算法或者模块400也可 以包括平均电流计算单元414,该平均电流计算单元414与该滤波单元414的输出端相连 接。在一种实施方式中，该平均电流计算单元414被配置成至少根据该滤波后的电流信号 或者数值406计算移动平均电流值416。在其他实施方式中，该平均电流计算单元414也可 以被配置成至少根据未滤波或者滤波前的电流信号或者数值，例如，由图3所示的一个或 者多个电流传感器或者电阻元件306测量获得电流信号或者数值计算该移动平均电流值 416。
[0057] 请进一步参阅图4,该计算得到的移动平均电流值416被发送给计算单元(求和元 件或者减法元件)418,该计算单元418还与滤波单元404的输出端相连接，以接收该滤波单 元404提供的滤波后的电流信号或者数值406。在一种实施方式中，该计算单元418被配置 成将该滤波后的电流数值406与该移动平均电流值416相减，以提供电流差值422。
[0058] 可以在图6看出，在时间范围tcrh内或者在正常的电化学剥离过程中，在该实际 测量的电流曲线602上的在任一时刻的电流值始终大于移动平均电流曲线604上对应的电 流值，也即，通过计算单元418计算获得的电流差值422在该段时间范围内始终大于 零或者为正值。然而，在时间点h之后，该两条电流曲线602,604呈现相交的趋势，其中， 在该时间点h，该实际测量的电流曲线602达到峰值电流，也即，通过计算单元418计算得 到的电流差值422逐渐变为零。
[0059] 请进一步参阅图4,在一种实施方式中，该电化学剥离控制算法或者模块400也可 以包括交叉点识别单元424,该交叉点识别单元424与该计算单元418相连。该交叉点识 另Ij单元424被配置成识别出该实际测量的电流曲线602和移动平均电流曲线604二者相互 交叉的时间点。更具体而言，该交叉点识别单元424被配置成在电流差值422的数值为零 时提供该交叉点值426。在一些实施方式中，该交叉点识别单元424可以与微分计算单元 408相连，以从该微分计算单元408接收微分电流值412。在一种实施方式中，该交叉点识 别单元424可以被进一步被设置成根据该微分电流值422的符号来寻找交叉点。更具体而 言，当该微分电流值412为正值时，此时意味着该电化学剥离过程正在正常进行，因而可以 将该交叉点识别单元424禁止掉。另一方面，当该微分电流值为负值时，此表示该电化学剥 离过程行将结束，并且在电化学剥离过程经过一段时间之后应当被停止或者暂停。在此情 形下，即该微分电流值422为负值时，该交叉点识别单元424被启动，以从该两条电流曲线 602,604上识别出交叉点606 (如图6所示)。在一些实施方式中，如图6所示，为了更清楚 地显示出该交叉点，可以对电流差值作对数，通过描绘对应的对数函数曲线来观察。
[0060] 进一步，在一些实施方式中，为了防止对电流下降阶段的误判，该交叉点识别单元 424还被配置成在该计算得到的微分电流值412被判断为持续为负值或者负号，并且保持 一定时间（例如3至5分钟）之后，才识别该交叉点606。例如，如图6所示，在电化学剥离 过程的起始阶段，该交叉点识别单元424在时间点h附近，由于微分电流值持续为负的时 间很短，小于3至5分钟，因此，并不作交叉点的识别。
[0061] 请进一步参阅图4,在一种实施方式中，该电化学剥离控制算法或者模块400可以 进一步包括总剥离时间计算单元428,该总剥离时间计算单元428与该交叉点识别单元424 相连接。该总剥离时间计算单元428被配置成至少根据该识别出的交叉点值426和预设的 常数425来计算期望的总剥离时间值432。更具体而言，在一种实施方式中，该总剥离时间 计算单元428可以被配置成使用下述公式来计算该期望的总剥离时间值432 :
[0062]
【权利要求】
1. 一种电化学剥离方法，其特征在于：该方法至少包括如下步骤： 从电源施加电流至可导电的待加工工件，其中该施加的电流被设置成选择性地剥离依 附于该可导电的待加工工件的至少一部分涂层； 接收代表从该电源流向该可导电的加工工件的实际电流的多个测量电流值，该多个测 量电流值构成电流-时间变化曲线； 至少根据该多个测量电流值识别出该电流-时间变化曲线上的交叉点，其中，该交叉 点定义电化学剥离过程的第一剥离时间； 至少基于该识别的交叉点以及预设的常数计算期望的总剥离时间，其中，该预设的常 数定义该涂层的剥离深度；以及 在判断出已经达到该计算的总剥离时间时，停止或者暂停从该电源提供电流至该待加 工工件。
2. 如权利要求1所述的电化学剥离方法，其特征在于：其中，识别该交叉点的步骤包括 如下子步骤： 至少根据该多个测量的电流值计算微分电流值； 判断该微分电流值是否小于零； 经判断该微分电流值小于零时，至少根据测量的电流值计算平均电流值； 将该计算的平均电流值与相对应的测量电流值相减；以及 当该计算的平均电流值与相对应的测量电流值之间的差值等于零时，识别出该电 流-时间变化曲线上的交叉点。
3. 如权利要求1所述的电化学剥离方法，其特征在于：该预设的常数在0. 05和0. 1之 间。
4. 如权利要求1所述的电化学剥离方法，其特征在于：计算该期望的总剥离时间的步 骤包括如下子步骤： 至少根据该识别的交叉点以及预设的时间常数识别出期望的终止点，其中，该期望的 终止点和该交叉点定义该电化学剥离过程的第二剥离时间；以及 将该第一剥离时间和该第二剥离时间相加，以得到该期望的总剥离时间。
5. 如权利要求1所述的电化学剥离方法，其特征在于：该方法还包括如下步骤： 至少根据该测量的多个电流值计算与该电化学剥离过程相关的电荷量； 判断该计算的电荷量是否满足预设的电荷量；以及 经判断该计算的电荷量满足该预设的电荷量时，停止或者暂停将该电源提供的电流施 加至该可导电的待加工工件。
6. -种系统，该系统被配置成选择性地将基底的至少一部分涂层剥离，其特征在于： 该系统包括：电源和控制器；该电源与该基底以及电极可导电地连接，该电源被配置成施 加电流至该基底，以在该基底和电极之间建立电场；该控制器包括交叉点识别单元，总剥离 时间计算单元以及剥离过程控制单元；该交叉点识别单元被配置成至少根据多个测量的电 流值识别出电流-时间变化曲线上的交叉点，其中该交叉点定义电化学剥离过程的第一剥 离时间；该总剥离时间计算单元被配置成至少根据该识别出的交叉点以及预设的时间常数 计算出期望的总剥离时间，其中该预设的时间常数与该涂层的剥离深度有关；该剥离过程 控制单元被配置成在该电化学剥离过程实际进行的时间达到该期望的总剥离时间时，停止 或者暂停提供电流。
7. 如权利要求6所述的系统，其特征在于：该系统还包括电连接在该电源和该基底之 间的开关；该开关被配置成在该期望的总剥离时间到达时，根据该控制器发送的第一控制 信号而被关断，该开关还被配置成在该期望的总剥离时间未到达时，根据该控制器发送的 第二控制信号而被开通。
8. 如权利要求6所述的系统，其特征在于：该控制器还包括：微分电流计算单元，平均 电流计算单元以及求和单元；该微分电流计算单元被配置成至少根据该多个测量的电流值 计算微分电流值；该平均电流计算单元被配置成在该计算的微分电流值小于零时，至少根 据该多个测量的电流值计算平均电流值；该求和单元被配置成将该计算的平均电流值与对 应的测量电流值相减，以得到电流差值；其中，该交叉点识别单元被配置成在该电流差值等 于零时识别出该电流-时间变化曲线上的交叉点。
9. 如权利要求6所述的系统，其特征在于：该控制器还包括电量计算单元；该电量计算 单元被配置成至少根据该多个测量的电流值计算出与该电化学剥离过程相关的总电荷量； 其中，该剥离过程控制单元还被配置成在该计算的总电流量达到预设的电荷量时，停止或 者暂停从该电源提供电流给该基底。
10. 如权利要求6所述的系统，其特征在于：该预设的常数在0. 05和0. 1之间。
【文档编号】C25F5/00GK104419975SQ201310400103
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2013年9月5日 优先权日:2013年9月5日
【发明者】胡登基, 李鹏, 徐文龙, 武颖娜, L.B.库尔, 小罗伯特.G.齐默尔曼, T.E.曼特可夫斯基, M.K.梅耶 申请人:通用电气公司