[發明專利]一種集群磁流變拋光墊性能測試裝置及其方法

有效

• 申請號: 201410432925.3
• 申請日: 2014-08-28
• 公開（公告）號: CN104191369A
• 公開（公告）日: 2014-12-10
• 發明（設計）人: 閻秋生;白振偉;徐少平;陳建新
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學
• 主分類號: B24B49/16
• 分類號: B24B49/16;G01N3/40
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 林麗明

技術領域

本發明涉及集群磁流變平面拋光過程中拋光墊性能測試，具體涉及一種集群磁流變拋光墊的硬度和彈力的測量方法，屬于集群磁流變拋光墊性能定量測試分析方法。本發明還涉及所述集群磁流變拋光墊性能測試方法所使用的裝置。

背景技術

隨著微電子/光電子產業的發展，超光滑表面的加工需求越來越多，如CD/DVD光學讀數頭、光纖通訊中光/電（PD）和電/光(LD)信號轉換器、投影儀、激光打印機、IC（集成電路）的芯片襯底、光盤模具等，這些元件要求表面精度達到超光滑程度，面型精度也有較高的要求，需要嚴格控制亞表面損傷，拋光是最終得到超光滑表面的有效加工方法。

集群磁流變拋光是一種基于磁流變效應的拋光方法，在磁流變液中加入游離磨料作為拋光工作液噴射在內部鑲嵌磁性體的拋光盤上，在磁場作用下產生磁流變效應，磁流變拋光工作液中的鐵磁粒子成串排列將磨料微粒包裹、約束在磁性體端面，形成柔性微磨頭，多個微磨頭集群構成拋光盤面的集群磁流變拋光墊使磨粒處于半固著狀態，對工件表面進行拋光加工。作為一種柔性拋光方法，磁流變拋光技術已經成為光學材料拋光的主要工藝方法之一。

磁流變拋光數學模型建立的依據是在拋光加工過程中為人們所普遍接受的Preston方程:?

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式中：r表示被加工工件材料的去除率；K是Preston常數；P是工件表面受到的正壓力；是工件表面受到的剪切力；是摩擦系數；V是拋光盤表面與工件表面的相對速度。可見拋光過程中工件表面受到的正壓力與剪切力是決定性影響因素，研究集群磁流變拋光墊對工件表面的作用力對于研究集群磁流變拋光加工機理具有十分重要的意義。但長期以來，針對磁流變拋光技術的研究主要集中在磁流變拋光裝備、拋光工藝、拋光液組分等方面，鮮見針對磁流變拋光墊性能的研究，有關磁流變拋光過程研究絕大部分都是通過數學建模、理論計算的方式，由于以實驗方法定量測取拋光墊作用力方面的缺失，無法與實際磁流變拋光過程中的正壓力和剪切力進行對比分析，成為深入研究磁流變拋光技術的瓶頸。本發明提出了一種集群磁流變拋光墊性能測試方法及其裝置。

發明內容

本發明的目的是提供一種結構簡單，使用方便的集群磁流變拋光墊性能測試裝置。

本發明的另一目的在于提供一種集群磁流變拋光墊性能測試方法。本發明針對集群磁流變效應拋光過程的特點，能快速高效測取集群磁流變拋光過程作用力，實現對集群磁流變拋光墊性能（硬度、彈力）的定量分析。

本發明的集群磁流變拋光墊性能測試裝置，包括有CNC機床主軸、壓電式傳感器、測針、拋光盤、?磁性體、集群磁流變拋光墊，測針安裝在微型壓電式傳感器上，壓電式傳感器安裝在CNC機床主軸上，壓電式傳感器的受力感應面與拋光盤所測力方向垂直，磁場發生器鑲嵌于拋光盤內，拋光盤的拋光面上噴射磁流變拋光工作液，壓電式傳感器的輸出端連接A/D轉換器，A/D轉換器通過數據線連接到計算機接口。

本發明所提供的集群磁流變拋光墊性能測試方法，包括如下步驟：

1）將若干個磁性體按照一定陣列方式鑲嵌于拋光盤內構成磁場發生器，在拋光盤的盤面形成所需分布的高梯度磁場；

2）將配制好的磁流變拋光工作液注入儲存箱，采用攪拌器對磁流變拋光工作液進行攪拌和循環；

3）將測針安裝在壓電傳感器上，壓電傳感器傳感器通過裝夾工具頭安裝在CNC機床主軸上，壓電式傳感器輸出端連接A/D轉換器，A/D轉換卡通過數據線連接計算機；

4）使用蠕動泵將磁流變拋光工作液噴灑到拋光盤上，在磁場的作用下磁流變工作液產生磁流變效應，以及磁性體集群作用效果在拋光盤面上形成一定厚度的集群磁流變拋光墊；

5）向CNC機床的控制系統中輸入測量運動程序，調節拋光盤的轉速，設置機床主軸的Z向運動以及X、Y向的進給運動，以自動控制測針與拋光盤之間的相對運動，改變采樣點，模擬集群磁流變拋光過程中拋光墊與工件之間的相對作用；

6）調節CNC運動控制程序，測取測針處于集群磁流變拋光墊不同位置的拋光力，得到正壓力和剪切力分布場，可以繪制出集群磁流變拋光墊的作用力場分布圖。