激光位移传感器具有高速、非接触、可连续测量等优点，广泛应用于高速振动测量等领域。如图3所示，为激光位移传感器测量原理图，激光二极管发出的光束经会聚透镜聚焦后垂直入射到工具头端面上，当工具头因振动而在该方向产生位移时，接收透镜接收工具头端面入射光点处的散射光，将其成像在CCD敏感面上的不同位置，从而测量出超声振动的位移值 [ 7 ] 。本试验采用KEYENCE生产的LK-G5000激光位移传感器测量工具头端面振动幅值，该型号传感器测量精度可达到0.01 µm，采样频率可达392 KHz，约为超声振动频率的20倍，根据奈奎斯特定律，可精确复现原始信号的波形。

如图4所示，激光传感头将所测得的位移值，经控制器转换为模拟电压值输出，其输出电压值(−6 V~+6 V)与位移值(−3 mm~+3 mm)成线性正比关系；采用研华PCI-1706U数据采集卡将所测得的电压信号转换为数字信号输入至计算机中，该型号数据采集卡具有8通道同步采集，每通道采样频率可达250 KHz；LK-G5000激光位移传感器支持RS-232C连接外部设备以及用于外部设备控制的通讯功能，可通过命令更改设定，控制计算机对采集参数进行分析与处理后，通过RS232C电缆对激光位移传感器参数进行在线调控。

LabVIEW是美国国家仪器公司(NI)开发的一种基于图形化编程语言的测试系统软件开发平台，其便捷、轻松的开发环境可帮助工程人员快速解决各种测试应用课题 [ 8 ] 。

图2. 复合同步加电方式控制原理图

图3. 激光位移传感器测量原理图

图4. 超声振动参数测控示意图

本文基于LabVIEW平台编写了用于实时检测超声振动参数的软件，包括用于显示测量参数值的前面板与测试程序内部运行结构的流程图，如图5所示。在测试中，选用电压采集函数读取设备0通道的输入的电压值，经计算可得到超声振幅值；另外，对激光位移传感器采集的波形数据进行三点法计算，可得到超声振动频率，如图6所示，为激光位移传感器所测得的超声振幅曲线图。

在LabVIEW中采用VSIA函数创建RS232C串口通讯程序，VISA是虚拟仪器软件构架的缩写，是一套可方便调用的函数，其核心函数可控制各种类型器件，而不必深入考虑器件的接口类型 [ 7 ] 。根据所得到的振幅值在线调节激光位移传感器公差比较器的HI、LO (加电间隙Δ = HI − LO)值，当超声振动在小间隙处时，GO输出高电平，电源开通，进行电加工；当超声振动在大间隙或极小间隙处，GO输出为低电平，电源关断，进行加工产物排除及新鲜工作液的循环更新，如图7所示。以传感器GO输出端输出的高低电平信号控制图2所示的调制斩波电路，从而实现电加工区电流的开、断。

用激光微位移传感器直接测量工具头端面超声频振动幅值，避免了超声频振动系统相对于超声频交变电信号之间的相位滞后误差，再通过斩波电路对激光微位移传感器电信号进行处理，得到斩波脉冲对电加工电源进行开、断控制，可实现电加工与超声频振动精确同频、同步。

图8为超声复合电加工系统图，主要装置包括：超声电源、超声振动装置、工具电极及工件、工作台、高频单脉冲电源，同步电源斩波器，泰克TBS1154数字存储示波器，激光微位移传感器，霍尔电压传感器、霍尔电流传感器，温度传感器，数据采集卡，PC机等。

在超声复合电加工的应用中，超声、放电、电解三种作用能量的合理分配对加工的效果有重要影响，实践中，应该根据加工效率、精度要求及加工材料的特性合理选择加工参数 [ 9 ] [ 10 ] 。

YG8属于WC-Co类硬质合金，具有较高硬度，同时脆性也较大，采用针状阴极在硬质合金YG8表面加工微细圆孔，加工参数为：脉冲电压幅值分别为0 V (相当于单一超声)、3 V、5 V，频率5000 Hz，占空比5:5，工作液为乙醇质量分数90%的水合溶液，并加入质量分数0.5%硝酸钠，在工作液中掺入微细纳米级半导体金刚石掺粉(粒度3~20 nm)，工件材料为硬质合金YG8，工件与电极之间的接触静压力3.0 N，加工时间3 min。

由图9(b)可以看出，当电压幅值为0 V时，加工深度最小，即圆孔直径最小；电压幅值为3 V时，由于有超声复合放电–电解作用，加工深度明显增加，圆孔直径增大；电压幅值5 V时，由于超声放电及电解作用均明显增强，加工深度最大，加工的圆孔直径也最大，三种加工参数超声复合放电–电解加工的圆孔圆度均很好。

选用阵列方孔电极工具阴极，加工材料为硬质合金YBD151 (高耐磨性基体复合MT-Ti耐磨涂层)，加工参数：脉冲电压幅值分别为3 V、6 V，频率5000 Hz，占空比5:5，工作液为乙醇质量分数60%和硝酸钠质量分数1%的水合溶液，工作液中掺入纳米级半导体金刚石掺粉(粒度3~20 nm)，工件材料为有耐磨涂层的硬质合金YBD151，工件与电极之间的接触静压力3.0 N，加工时间5 min。

如图10所示，为加工后的材料表面微凹坑局部(3 × 3)显微放大效果图，当电压幅值3 V时，由于有超声放电–电解作用，加工方孔成形精度相对较好，电压幅值6 V时，超声放电及电解作用均明显增强，

图5. 超声振动参数检测与加电间隙控制程序

图6. 激光传感器检测的超声振幅曲线

图7. 公差比较器输出电平时序图

图8. 超声复合电加工系统图

图9. 针状阴极超声复合电加工圆孔

图10. 阵列方孔电极超声复合电加工微坑

加工深度增大明显，但同时因放电–电解作用的增强，微坑圆角半径明显加大，成形精度下降，因此在超声复合电加工中，电压幅值通常不高于6 V。

在这里，阵列微孔尺寸的扩大主要是由于电解作用增强，作用间隙增大造成的。阵列孔圆角的增大有两方面的原因：一是加工条件的变化，电解与放电作用能量的加强，圆角效应会明显；另一方面，电极在加工中，其棱边受到放电作用损耗，会产生圆角且圆角半径逐渐加大，工作液中的混粉及产物也对电极棱边有微小磨损，这两方面的原因，会使加工阵列孔圆角增大。