[發明專利]一種相控陣超聲聚焦流體振動拋光裝置

無效

• 申請號: 201210057182.7
• 申請日: 2012-03-06
• 公開（公告）號: CN102601687A
• 公開（公告）日: 2012-07-25
• 發明（設計）人: 王紹治;王君林
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
• 主分類號: B24B1/04
• 分類號: B24B1/04
• 代理公司: 長春菁華專利商標代理事務所 22210
• 代理人: 南小平

技術領域

本發明涉及光學冷加工技術領域，尤其涉及一種相控陣超聲聚焦流體振動拋光裝置。

背景技術

隨著光學與微電子學等技術的不斷發展，對重要零件表面精度的要求越來越高，相應地，如何實現零件的高精密拋光已經成為加工領域的一個重要研究課題。由于在傳統的拋光方法中，拋光盤會磨損且控制性較差，很多新的拋光方法也逐漸被提出。流體振動拋光(polishing?based?Vibrations?of?Liquid)就是其中一種比較有發展前景的拋光方法。該方法摒棄了傳統拋光加工中的拋光盤和拋光墊，以流體作為拋光工具，由于流體具有幾何形狀的自適應能力，因此可以獲得很好的加工平整度。拋光能量由超聲振動提供，當超聲振動在液體中傳播時，將發生一種稱為“空化”的復雜非線性現象，而空化泡局部將產生非常高的溫度和壓強，同時非對稱空化會引發高速的微射流。流體分子或懸浮在其中的微細磨粒在這種空化作用的驅使下沖擊工件表面，從而實現材料的去除。

目前，流體振動拋光裝置的原理是：將工件整體放入含有拋光液的槽中，槽外側固定有超聲換能器，換能器發出超聲波從而驅動液體產生超聲振動。這種方式的缺點是：將工件整體放入流體超聲振動場中，工件表面所有點都會有去除，而各點的去除量難以控制，這樣也使得目前的流體振動拋光不適合作為工件面形的修正方法。

發明內容

為了克服現有流體振動拋光裝置的不足，本發明提供一種相控陣超聲聚焦流體振動拋光裝置，該裝置可控制超聲波在工件表面待加工點聚焦，聚焦后的超聲波可在局部對工件表面進行去除，對各點的駐留時間進行控制即可修正面形，從而成為一種適合于面形修正與表面拋光兼顧的流體振動拋光裝置。

本發明解決技術問題所采取的技術方案如下：

一種相控陣超聲聚焦流體振動拋光裝置，包括主控制器、信號接收與采集模塊、超聲發射模塊、超聲相控陣換能器和裝有拋光液的敞口容器；主控制器發出含有延時的控制信號給超聲發射模塊，超聲發射模塊驅動超聲相控陣換能器產生超聲振動并在待加工件上的待拋光點聚焦，經過待加工件反射回來的聲波再由同一個超聲相控陣換能器接收，超聲相控陣換能器接收的聲波信號經過信號接收與采集模塊處理后傳給主控制器。

上述拋光液中的拋光顆粒可以是氧化硅、氧化鈰、氧化鋁或納米金剛石。

上述超聲相控陣換能器與待加工件之間的距離在10mm到2m之間。

上述超聲相控陣換能器發出的頻率在15KHz～20MHz之間可調；當超聲頻率在15KHz～850KHz頻率范圍內時，主要利用空化作用來加工；當超聲頻率在850KHz～20MHz頻率范圍內時，主要利用聲壓驅動流體流動來拋光。

上述超聲相控陣換能器的下平面與待加工件的表面之間的夾角在0°～90°之間。

上述超聲相控陣換能器可以是矩形面陣式換能器、圓形面陣式換能器或線陣式換能器。面陣式換能器可在兩個方向的不同深度聚焦，換能器本身不需要移動；線陣式換能器只能在一個方向不同深度聚焦，需要在另一個方向移動換能器來完成整個平面的掃描。

本發明相控陣超聲聚焦流體振動拋光裝置的工作原理是：拋光前，先由主控制器控制超聲發射模塊驅動超聲相控陣換能器對工件位置進行掃描，確定工件位置后，再根據工件各點的駐留時間對工件表面進行超聲聚焦掃描，聚焦后的超聲將振動傳遞給流體，由流體帶動拋光顆粒振動來對工件表面進行局部去除。

本發明的有益效果是：1)本裝置在拋光之前可利用超聲相控陣對待加工件進行掃描定位，有利于提高加工的精度。2)本裝置可控制超聲在待加工件表面的待加工點進行聚焦，聚焦后的超聲可使拋光液中的拋光顆粒產生振動并對該待加工點局部進行去除，通過控制各待加工點的駐留時間可修正待加工件表面的面形，本裝置是一種適合于面形修正與表面拋光兼顧的流體振動拋光裝置。

附圖說明

圖1是本發明相控陣超聲聚焦流體振動拋光裝置的原理示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明做進一步詳細說明。

實施例一：本發明按圖1結構實施，超聲相控陣換能器4為矩形超聲相控陣換能器，對于n為奇數個陣元的相控陣，若需要在某一特定的方位角θ方向上，在距離為F處形成焦點，控制各陣元的延遲時間為：