CN109015120A - 基于温度的介电泳抛光介电泳力的控制装置及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于温度的介电泳抛光介电泳力的控制方法，装置包括旋转底座、高压电源、及控制单元；所述的下圆环电极安装在旋转底座上，抛光垫安装在下圆环电极上，与下圆环电极之间设有绝缘垫板；抛光垫的边缘处设有挡板，挡板内抛光垫上设有抛光液；上圆环电极置于挡板内上部，其底面上设有绝缘垫板，上圆环电极和下圆环电极分别与高压电源的正负极连接；温度传感器、速度传感器、距离传感器、阻力测量计和电场强度测量仪分别与控制单元连接。本发明结构简单，操作方便，能够延长抛光液和磨粒在加工区域内的驻留时间，改变磨粒在加工区域的分布，增强抛光粒子对工件材料的去除能力，提高了加工效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于温度的介电泳抛光介电泳力的控制装置及控制方法。
背景技术
最近几年，各种功能性陶瓷等软、硬脆性难加工材料得到大面积的应用，目前这些类型的材料终加工手段主要是采用平面抛光技术，且加工要求也越来越高。游离磨料抛光加工时，抛光液因抛光盘旋转受到离心力作用快速离开加工区域，导致抛光液利用率低和分布不均匀，进而影响抛光效率和精度，造成不均匀的抛光去除率。而且无论是什么原理的抛光，在去除工件表面材料的过程中，总是会放热，导致温度升高。温度上升后抛光液的介电常数也会随之发生变化，控制抛光粒子运动的力也会改变，进而影响抛光效率和精度，造成不均匀的抛光去除率。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种简单，操作方便，且能够改变磨粒在加工区域的分布，增强抛光介质的工件材料的去除能力，提高加工效率的基于温度的介电泳抛光介电泳力的控制装置及控制方法。
本发明解决上述问题的技术方案是：一种基于温度的介电泳抛光介电泳力的控制装置，包括旋转底座、高压电源、上圆环电极、下圆环电极、温度传感器、速度传感器、距离传感器、阻力测量计、抛光垫、电场强度测量仪及控制单元；所述的下圆环电极安装在旋转底座上，抛光垫安装在下圆环电极上，与下圆环电极之间设有绝缘垫板；抛光垫的边缘处设有挡板，挡板内抛光垫上设有抛光液；上圆环电极置于挡板内上部，其底面上设有绝缘垫板，上圆环电极和下圆环电极分别与高压电源的正负极连接；温度传感器、速度传感器、阻力测量计置于抛光液内；距离传感器位于挡板内抛光液上方；电场强度测量仪置于上圆环电极和下圆环电极之间；温度传感器、速度传感器、距离传感器、阻力测量计和电场强度测量仪分别与控制单元连接。
上述的基于温度的介电泳抛光介电泳力的控制装置中，所述的抛光液采用的是SiO2抛光液。
上述的基于温度的介电泳抛光介电泳力的控制装置中，所述的绝缘垫板采用绝缘玻璃制成。
一种利用上述的基于温度的介电泳抛光介电泳力的控制装置的基于温度的介电泳抛光介电泳力的控制方法，包括以下步骤：
1)判断抛光粒子是否受介电泳力，若是，则进行下一步，否则结束；
2)测量抛光液温度、抛光粒子的速度、抛光粒子所受的粘滞阻力、抛光粒子离工作区圆心的距离、电场强度；
3)根据测量的温度，调整抛光液的介电常数数值，并计算抛光粒子所受介电泳力的大小；
4)判断抛光粒子在介电泳力、粘滞阻力、布朗运动、交流电渗综合作用下是否会远离工作区，若是，则调整电场强度使之变大，返回步骤1)；即判断抛光粒子所受水平分力的合力是否小于其所受离心力，若是，则由控制单元通过控制高压电源，增大电场强度；返回步骤1)；否则进行下一步骤；
5)判断抛光粒子在介电泳力、粘滞阻力、布朗运动、交流电渗综合作用下是否会靠近工作区，若是，则调整电场强度使之变小，返回步骤1)；即判断抛光粒子所受水平分力的合力是否大于其所受离心力，若是，则由控制单元通过控制高压电源，减小电场强度；返回步骤1)；否则进行下一步骤；
6)结束。
上述的基于温度的介电泳抛光介电泳力的控制方法中，所述步骤3)中，抛光粒子所受介电泳力的计算公式为：
其中：ε1为抛光液的介电常数，取值范围[66,88]在0℃～60℃温度内，单调递减；r为抛光粒子的半径，为克劳修斯-摸索提因子，取值范围[-0.5,1]，ε2为抛光粒子介电常数，其值在0℃～60℃温度内约为4，为电场强度水平分量平方的梯度值。
上述的基于温度的介电泳抛光介电泳力的控制方法中，所述步骤4)中，抛光粒子所受离心力计算公式为：
其中：m为抛光粒子质量，vH为抛光粒子的速度，R为抛光粒子离旋转底座1中心的距离。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明能提升抛光设备温度适应性能力，延长抛光液和磨粒在加工区域内的驻留时间，改变磨粒在加工区域的分布，增强抛光介质的工件材料的去除能力，提高加工效率；同时考虑了抛光液的介电常数会随外界温度变化而变化这一情况，对介电常数数值进行实时的修正，很好的提升了抛光装置的环境适应性能力；而且，减少了抛光液和磨粒甩出造成的无效损耗，降低生产成本。
附图说明
图1为本发明一种介电泳抛光介电泳力控制装置的结构示意图。
图2为本发明一种介电泳抛光介电泳力控制方法的流程图。
具体实施方法
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
如图1所示，一种基于温度的介电泳抛光介电泳力的控制装置，包括旋转底座1、高压电源、上圆环电极8、下圆环电极2、绝缘垫板7、绝缘垫板3、挡板14、温度传感器10、速度传感器11、阻力测量计5、抛光液9、抛光垫4、电场强度测量仪12及控制单元。所述的下圆环电极2安装在旋转底座1上，抛光垫4安装在下圆环电极2上，与下圆环电极2之间设有绝缘垫板3；抛光垫4的边缘处设有挡板14，挡板14能够抛光液9和磨粒甩出造成的无效损耗，降低生产成本。抛光液9置于挡板14内抛光垫4上，抛光液9采用的是SiO2抛光液。
工件13置于抛光垫4上；上圆环电极8置于挡板14内上部，位于工件13的上方，上圆环电极8底部设有绝缘垫板7，上圆环电极8和下圆环电极2分别与高压电源的正负极连接。所述的温度传感器10、速度传感器11和阻力测量计5位于抛光液9内，距离传感器6位于挡板内抛光液的上方，电场强度测量仪12置于圆环电极8和下圆环电极2之间，位于挡板14内。温度传感器10、速度传感器11、距离传感器6、阻力测量计5和电场强度测量仪12分别与控制单元连接。绝缘垫板3和绝缘垫板采用绝缘玻璃制成。
如图2所示，一种基于温度的介电泳抛光介电泳力的控制方法，包括以下步骤：
1)判断抛光粒子是否受介电泳力，若是，则进行下一步，否则结束；
2)测量抛光液温度、抛光粒子的速度、抛光粒子所受的粘滞阻力、抛光粒子离工作区圆心的距离、电场强度；
3)根据测量的温度，调整抛光液的介电常数数值，并计算抛光粒子所受介电泳力的大小；抛光粒子所受介电泳力的计算公式为：
其中：ε1为抛光液的介电常数，取值范围[66,88]在0℃～60℃温度内，单调递减；r为抛光粒子的半径，为克劳修斯-摸索提因子，取值范围[-0.5,1]，ε2为抛光粒子介电常数，其值在0℃～60℃温度内约为4，为电场强度水平分量平方的梯度值；
4)判断抛光粒子在介电泳力、粘滞阻力、布朗运动、交流电渗综合作用下是否会远离工作区，若是，则调整电场强度使之变大，返回步骤1)；
即判断抛光粒子所受水平分力的合力是否小于其所受离心力，若是，则由控制单元通过控制高压电源，增大电场强度，返回步骤1)；否则进行下一步；
抛光粒子所受离心力计算公式为：
其中：m为抛光粒子质量，vH为抛光粒子的速度，R为抛光粒子离旋转底座1中心的距离；
5)判断抛光粒子在介电泳力、粘滞阻力、布朗运动、交流电渗综合作用下是否会靠近工作区，若是，则调整电场强度使之变小，返回步骤1)；
即判断抛光粒子所受水平分力的合力是否大于其所受离心力，若是，则由控制单元通过控制高压电源，减小电场强度，返回步骤1)；否则进行下一步骤；
6)结束。
Claims (6)
1.一种基于温度的介电泳抛光介电泳力的控制装置，其特征在于：包括旋转底座、高压电源、上圆环电极、下圆环电极、温度传感器、速度传感器、距离传感器、阻力测量计、抛光垫、电场强度测量仪及控制单元；所述的下圆环电极安装在旋转底座上；抛光垫安装在下圆环电极上，与下圆环电极之间设有绝缘垫板；抛光垫的边缘处设有挡板，挡板内抛光垫上设有抛光液；上圆环电极置于挡板内上部，其底面上设有绝缘垫板，上圆环电极和下圆环电极分别与高压电源的正负极连接；温度传感器、速度传感器、阻力测量计置于抛光液内；距离传感器位于挡板内抛光液上方；电场强度测量仪置于上圆环电极和下圆环电极之间；温度传感器、速度传感器、距离传感器、阻力测量计和电场强度测量仪分别与控制单元连接。
2.根据权利要求1所述的基于温度的介电泳抛光介电泳力的控制装置，其特征在于：所述的抛光液采用的是抛光液。
3.根据权利要求1所述的基于温度的介电泳抛光介电泳力的控制装置，其特征在于：所述的绝缘垫板采用绝缘玻璃制成。
4.一种利用权利要求1-3中任一权利要求所述的基于温度的介电泳抛光介电泳力的控制装置的基于温度的介电泳抛光介电泳力的控制方法，包括以下步骤：
1） 判断抛光粒子是否受介电泳力，若是，则进行下一步，否则结束；
2） 测量抛光液温度、抛光粒子的速度、抛光粒子所受的粘滞阻力、抛光粒子离工作区圆心的距离、电场强度；
3）根据测量的温度，调整抛光液的介电常数数值，并计算抛光粒子所受介电泳力的大小；
4）判断抛光粒子在介电泳力、粘滞阻力、布朗运动、交流电渗综合作用下是否会远离工作区，若是，则调整电场强度使之变大，返回步骤1）；即判断抛光粒子所受水平分力的合力是否小于其所受离心力，若是，则由控制单元通过控制高压电源，增大电场强度；返回步骤1）；否则进行下一步骤；
5）判断抛光粒子在介电泳力、粘滞阻力、布朗运动、交流电渗综合作用下是否会靠近工作区，若是，则调整电场强度使之变小，返回步骤1）；即判断抛光粒子所受水平分力的合力是否大于其所受离心力，若是，则由控制单元通过控制高压电源，减小电场强度；返回步骤1）；否则进行下一步骤；
6）结束。
5.根据权利要求4所述的基于温度的介电泳抛光介电泳力的控制方法，所述步骤3）中，抛光粒子所受介电泳力的计算公式为：
其中：为抛光液的介电常数，取值范围[66,88]在0~60℃温度内，单调递减；r为抛光粒子的半径，为克劳修斯-摸索提因子，取值范围[-0.5,1]，为抛光粒子介电常数，其值在温度0~60℃内约为4，为电场强度水平分量平方的梯度值。
6.根据权利要求4所述的基于温度的介电泳抛光介电泳力的控制方法，所述步骤4）中，抛光粒子所受离心力计算公式为：
；
其中：m为抛光粒子质量，为抛光粒子的速度，R为抛光粒子离旋转底座1中心的距离。
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