[发明专利]用于基材的磁流变抛光的系统

说明书

技术领域

本发明涉及用于浆基磨蚀性抛光和磨光基材的系统，特别涉及采用磁流变流体和在球形承载轮附近的磁体以磁性地硬化轮上加工区域中的流体的系统；更具体地说，涉及硬化磁体设置在承载轮本身内的系统；再具体地说，涉及硬化磁体是可变磁场永磁体组件的改善的系统。

背景技术

使用磁性地硬化的磁流变流体(MRF)来磨蚀性抛光和磨光基材是众所周知的。包含分散在液体载体中的软磁磨蚀性颗粒的这种流体在有磁场存在时呈现出磁致塑性行为。磁流变流体的表观粘度能够磁性地增加多个量级，使得磁流变流体的稠密度从几乎水状改变至非常浓的膏状。当将这种膏适当地施加至待加工或磨光的基材表面例如光学元件时，能够获得非常高水平的抛光质量、精度和控制。

1999年9月14日授予Kordonski等人的美国专利No.5,951,369公开了基材的确定性磁流变抛光的方法、流体和装置。该专利在本文称为“′369”。

在例如′369专利中所公开那样的典型磁流变抛光系统中，加工表面包括垂直地取向的非磁性轮，该轮具有绕轮毂对称地底切的沿轴向延伸的轮缘。特殊形状的磁极片在底切轮缘下方朝轮的两相反侧延伸，以在轮的表面上提供磁加工区域，优选在大致上死点位置处。轮的表面优选是球体的中纬部分。

安装在加工区域上方的是基材接收器，例如可旋转的夹盘，以向加工区域中延伸待抛光的基材。夹盘能够以多种运动模式被可编程地操作，并且优选受控于可编程控制器或计算机。

磁流变流体从作为带状物的成形喷嘴以非磁化状态挤出到旋转轮的加工表面上，所述旋转轮将流体携带至加工区域，流体在加工区域中磁化成糊状稠密度。在加工区域中，糊状磁流变流体对基材进行磨蚀性加工，称作磁流变磨光或抛光。离开加工区域后，轮上的流体再次变成非磁化状态，并被刮刀从轮的加工表面刮离，以进行再循环和再利用。

向轮供给且从轮回收的流体由一封闭的流体供给系统管理，正如′369文献中公开的那样。磁流变流体被抽吸泵从刮刀取出，将送至一容器中，磁流变流体的温度在该容器中被测量并调节至目标值。例如，通过设定加压泵(通常为蠕动或离心泵)的旋转速度，能够实现以指定流量从容器向喷嘴进行再循环，从而通过加工区域。因为蠕动泵呈现出脉动流，在这种用途中在泵的下游需要脉动缓冲器。

向加工区域供给的磁流变流体的流量受到高度控制。一在线流量计设置在流体再循环系统中，并经由控制器连接以调控泵。

一毛细管粘度计设置在流体供给系统中到轮表面上的出口处。来自流量计和粘度计的输出信号输入给计算机中的算法，其计算向轮供给的磁流变流体的表观粘度，并控制承载流体向粘度计前方的混合室中的再循环磁流变流体(其在使用期间通过蒸发损失承载流体)的补给速率，以将表观粘度调节至目标值。

1997年4月1日授予Jacobs等人的美国专利5,616,066(′066)公开了一种磁流变抛光系统，其包括永磁环形磁体，该环形磁体在非磁鼓内的非磁性底座上固定地设置有南北软铁环形磁极片，所述非磁鼓在其外表面上提供承载表面。

′066系统的一个严重缺点是由于圆柱形承载轮表面而不能抛光凹面。

另一缺点是永磁体只提供一个磁场值，因此不能实现通过改变磁场强度进行取出速率的控制。

再一缺点是永久磁场使得用于流体切换的系统清洗和维持困难。

2001年10月30日授予Kordonski等人的美国专利No.6,506,102(′102)，其通过引用并入本文，改善了′066的系统，并公开了包括具有水平轴线的垂直取向的承载轮的磁流变抛光用系统。承载轮优选是球体的中纬部分，使得承载表面是球面。该轮大体呈碗状，包括一圆形板，该圆形板连接至旋转驱动器件并支承从板横向延伸的球面。一具有平坦的南北磁极片的电磁体设置在轮内，在球体的壳体内，且优选在构成轮的球面部分的壳体内。磁体延伸跨越约120°的中心轮角度，使得磁流变流体在加工区域的远前方和远后方维持在部分硬化状态。随着硬化松弛，磁刮刀从轮去除磁流变流体，并将之返回至常规的流体供给系统，以进行调节并重新挤出到轮上。将磁体配置在轮内在承载表面的两侧提供了不受妨碍的空间，使得在抛光期间肯定延伸超过轮面边缘的大凹状基材能够被容纳。磁体的角度使磁流变流体保持在轮上跨越其延伸的中心角度，允许在轮的下死点位置处或附近的加工区域中进行取向和抛光。

′102系统的好处是使用电磁体而不是永磁体就能实现通过改变向电磁体供给的电流强度来改变其它控制参数，即磁场强度。