[发明专利]一种集群磁流变抛光垫性能测试装置及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及集群磁流变平面抛光过程中抛光垫性能测试，具体涉及一种集群磁流变抛光垫的硬度和弹力的测量方法，属于集群磁流变抛光垫性能定量测试分析方法。本发明还涉及所述集群磁流变抛光垫性能测试方法所使用的装置。

背景技术

随着微电子/光电子产业的发展，超光滑表面的加工需求越来越多，如CD/DVD光学读数头、光纤通讯中光/电（PD）和电/光(LD)信号转换器、投影仪、激光打印机、IC（集成电路）的芯片衬底、光盘模具等，这些元件要求表面精度达到超光滑程度，面型精度也有较高的要求，需要严格控制亚表面损伤，抛光是最终得到超光滑表面的有效加工方法。

集群磁流变抛光是一种基于磁流变效应的抛光方法，在磁流变液中加入游离磨料作为抛光工作液喷射在内部镶嵌磁性体的抛光盘上，在磁场作用下产生磁流变效应，磁流变抛光工作液中的铁磁粒子成串排列将磨料微粒包裹、约束在磁性体端面，形成柔性微磨头，多个微磨头集群构成抛光盘面的集群磁流变抛光垫使磨粒处于半固着状态，对工件表面进行抛光加工。作为一种柔性抛光方法，磁流变抛光技术已经成为光学材料抛光的主要工艺方法之一。

磁流变抛光数学模型建立的依据是在抛光加工过程中为人们所普遍接受的Preston方程: 

                (1)             

式中：r表示被加工工件材料的去除率；K是Preston常数；P是工件表面受到的正压力；是工件表面受到的剪切力；是摩擦系数；V是抛光盘表面与工件表面的相对速度。可见抛光过程中工件表面受到的正压力与剪切力是决定性影响因素，研究集群磁流变抛光垫对工件表面的作用力对于研究集群磁流变抛光加工机理具有十分重要的意义。但长期以来，针对磁流变抛光技术的研究主要集中在磁流变抛光装备、抛光工艺、抛光液组分等方面，鲜见针对磁流变抛光垫性能的研究，有关磁流变抛光过程研究绝大部分都是通过数学建模、理论计算的方式，由于以实验方法定量测取抛光垫作用力方面的缺失，无法与实际磁流变抛光过程中的正压力和剪切力进行对比分析，成为深入研究磁流变抛光技术的瓶颈。本发明提出了一种集群磁流变抛光垫性能测试方法及其装置。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构简单，使用方便的集群磁流变抛光垫性能测试装置。

本发明的另一目的在于提供一种集群磁流变抛光垫性能测试方法。本发明针对集群磁流变效应抛光过程的特点，能快速高效测取集群磁流变抛光过程作用力，实现对集群磁流变抛光垫性能（硬度、弹力）的定量分析。

本发明的集群磁流变抛光垫性能测试装置，包括有CNC机床主轴、压电式传感器、测针、抛光盘、 磁性体、集群磁流变抛光垫，测针安装在微型压电式传感器上，压电式传感器安装在CNC机床主轴上，压电式传感器的受力感应面与抛光盘所测力方向垂直，磁场发生器镶嵌于抛光盘内，抛光盘的抛光面上喷射磁流变抛光工作液，压电式传感器的输出端连接A/D转换器，A/D转换器通过数据线连接到计算机接口。

本发明所提供的集群磁流变抛光垫性能测试方法，包括如下步骤：

1）将若干个磁性体按照一定阵列方式镶嵌于抛光盘内构成磁场发生器，在抛光盘的盘面形成所需分布的高梯度磁场；

2）将配制好的磁流变抛光工作液注入储存箱，采用搅拌器对磁流变抛光工作液进行搅拌和循环；

3）将测针安装在压电传感器上，压电传感器传感器通过装夹工具头安装在CNC机床主轴上，压电式传感器输出端连接A/D转换器，A/D转换卡通过数据线连接计算机；

4）使用蠕动泵将磁流变抛光工作液喷洒到抛光盘上，在磁场的作用下磁流变工作液产生磁流变效应，以及磁性体集群作用效果在抛光盘面上形成一定厚度的集群磁流变抛光垫；

5）向CNC机床的控制系统中输入测量运动程序，调节抛光盘的转速，设置机床主轴的Z向运动以及X、Y向的进给运动，以自动控制测针与抛光盘之间的相对运动，改变采样点，模拟集群磁流变抛光过程中抛光垫与工件之间的相对作用；

6）调节CNC运动控制程序，测取测针处于集群磁流变抛光垫不同位置的抛光力，得到正压力和剪切力分布场，可以绘制出集群磁流变抛光垫的作用力场分布图。