CN114206550A - 磨料流加工工具、用于确定工件上的材料去除的方法以及用于确定研磨介质的磨削能力的方法 - Google Patents

磨料流加工工具、用于确定工件上的材料去除的方法以及用于确定研磨介质的磨削能力的方法 Download PDF

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法比奥·奥古斯托·沃希尼亚克
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Abstract

本发明涉及一种磨料流加工工具(10)，包括：研磨介质驱动装置(24)，其适于使研磨介质(14)沿流动方向在工件(12)的表面上移动和/或移动通过工件(12)的开口(16)；用于保持工件(12)的工件保持器(18)，工件保持器具有能够定位在工件(12)的相反侧部上的两个部件(20，22)；结构声传感器(36)，用于测量在工件(12)被研磨介质(14)加工时所述工件中产生的结构声；以及评估单元(38)，该评估单元适于基于由结构声传感器(36)测量的结构声的均方根关于时间的积分值来确定研磨介质(14)的磨削能力和/或从工件(12)的材料去除率。本发明还涉及一种用于确定从工件的材料去除的方法和一种用于确定研磨介质的磨削能力的方法。

Description

磨料流加工工具、用于确定工件上的材料去除的方法以及用 于确定研磨介质的磨削能力的方法
技术领域
本发明涉及磨料流机器、当工件在磨料流机器中加工时确定工件上的材料去除和/或材料去除率的方法、以及确定研磨介质或磨削介质的磨削能力的方法。
背景技术
磨料流机器用于通过使研磨介质在压力下通过工件上方或穿过延伸通过工件的开口从而对工件进行抛光和研磨加工，其中，研磨介质在该过程中将材料从工件上去除。研磨介质通常是粘性介质、特别是基于硅树脂的粘性介质，研磨介质包括研磨颗粒。
由于研磨介质的研磨颗粒随着工件的加工而磨损，因此，研磨介质的磨削能力和材料去除率降低。此外，去除的颗粒保留在研磨介质中。工件的加工因此变得不那么有效并且不可预测。
仍未使用的研磨介质的磨削能力通常是已知的。然而，很难确定已经使用了一定时间的研磨介质的磨削能力。这由于以下事实而变得更加复杂：当研磨介质已经被磨损时，并不是存在于磨料流机器中的全部量的研磨介质被替换，而是只有磨损的研磨介质的某一部分被取出并被未使用的研磨介质替换，这使得在任何时候都没有关于研磨介质的磨削能力的准确信息可用。
有经验的使用者能够手动感觉研磨介质是否仍然具有足够的磨削能力，或者研磨介质是否必须至少部分地由未使用的研磨介质替换。然而，这种对磨削能力的确定是非常不准确的，并且几乎不能由没有经验的使用者来执行。在磨料流机器的操作期间，不可能对研磨介质进行评估。
如果过早地更换研磨介质，这将导致成本增加，因为仍然可用的研磨介质将被丢弃。如果研磨介质更换太晚，材料去除率可能会降低到工件没有被充分研磨的程度，而这可能会导致生产出质量差的零部件。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种磨料流机器，该磨料流机器实现对工件的特别有效的加工。此外，本发明的目的是指出一种确定工件上的材料去除和/或材料去除率的方法以及确定研磨介质的磨削能力的方法。
根据本发明，该目的通过一种用于使研磨介质在工件的表面上移动和/或移动通过工件的开口的研磨流机器来实现，该研磨流机器包括介质驱动装置，该介质驱动装置适于使研磨介质沿着流动方向在工件的表面上移动和/或移动通过工件的开口；该研磨流机器包括工件保持器，该工件保持器用于安装工件，该工件保持器具有适于定位在工件的相反侧部上的两个部分；该研磨流机器包括结构声传感器，该结构声传感器用于测量在使用研磨介质加工工件时工件中产生的结构声；并且该研磨流机器包括评估单元，该评估单元适于基于由结构声传感器测量的结构声的均方根关于时间的积分测量值来推断研磨介质的磨削能力和/或工件上的材料去除率。
当材料经历其内部结构的不可逆变化时，例如由于因老化或温度梯度以及因固体被处理或加工时的定向外部机械力而导致的裂纹形成或塑性变形，结构声以声波和/或弹性波的形式在固体中出现。因此，可以通过使用结构声传感器测量结构声信号来监测机械加工过程。此处，结构声波的频率特别地介于50kHz与1MHz之间。
磨削能力或材料去除率越大，则结构声信号越强。这意味着基于结构声信号，可以确定工件的加工是否有效。这里，结构声信号的均方根与材料去除率之间有很高的相关性。特别地，由结构声传感器测量的结构声的均方根与工件加工期间的摩擦能量耗散相关。
由结构声传感器测量的结构声的均方根关于时间的积分测量值特定于特定的材料去除。这意味着所获得的积分测量值可以用于间接确定工件的重量损失。以这种方式，在工件加工期间就可以确定绝对材料去除量。积分测量值例如以毫伏-秒[mV.s]为单位给出。替代性地，积分测量值也可以以毫安-秒[mA.s]为单位给出。
借助于重量损失，可以依次确定研磨介质的磨削能力和/或材料去除率。这实现了特别可靠的过程监测和特别精确的工件加工。已经发现，借助于均方根的积分测量值来计算材料去除允许确定出材料去除率和磨削能力的特别精确的值。
例如，该积分是在结构声信号的均方根的连续值上形成的。
具体地，材料去除率通过将材料去除的值除以加工时间来计算。
磨削能力可以通过将材料去除量除以介质流量来确定。介质流量对应于在工件的表面上移动和/或移动通过工件的开口的流体的量。
流量取决于研磨介质的流动横截面和流速，因此能够容易地确定。具体而言，评估单元可以配置成基于已经设置的过程参数来确定介质流量。流动横截面是已知的并且例如对应于被加工工件的开口的横截面。
合适的软件优选地存储在评估单元中以用于计算积分测量值。
本发明意义内的加工指的是以下两者：对待制造为最终产品的工件进行的有目的加工，以及出于测试目的对作为待实际制造的工件的替代或补充的样本工件进行的样本工件加工。例如，借助于预确定的样本工件的加工来确定参考值。此处，样本工件的加工仅用于测量结构声信号。样本工件可以保持安装在磨料流机器中以用于大量加工操作。
为了能够更好地评估由结构声传感器测量的结构声信号，可以在进一步评估之前对信号进行整流。整流后的信号可以用于计算均方根。
工件保持器优选地包括用于密封流体主通道的合适密封件，研磨介质在该流体主通道中移动，其中，工件的表面的待加工部分和/或工件的开口是流体主通道的一部分。
介质驱动装置例如包括至少一个排量泵，所述至少一个排量泵适于推动研磨介质通过流体主通道。
根据一个实施方式，评估单元具有存储在评估单元中的查找表，根据测量的结构声信号的均方根关于时间的积分测量值，可以从该查找表中读取工件上的材料去除和/或研磨介质的磨削能力。存储在查找表中的值特定于工件的材料和/或所使用的研磨介质。因此，可以使用查找表以特别快速且可靠的方式确定材料去除，特别是确定材料去除率和/或磨削能力。存储在查找表中的值例如通过硬件测试和/或通过模拟来确定。
评估单元可以包括放大器，放大器用于放大由结构声传感器测量的信号。以这种方式，即使在较弱的结构声信号的情况下、例如当只有少量材料被去除时，也可以对结构声信号进行可靠的评估。这允许以特别高的精确度来确定研磨介质的磨削能力和/或材料去除率。
例如，评估单元包括至少一个滤波器，所述至少一个滤波器用于从由结构声传感器测量的信号中滤除机器频率。因此，滤波器也有助于下述事实：即以特别高的精度来确定研磨介质的磨削能力和/或材料去除率。
滤波器优选地是模拟滤波器。特别地，该滤波器适于从结构声信号中滤除在小于50kHz的范围内的低频和/或在大于1MHz的范围内的高频。为此，滤波器可以是HP滤波器或BP滤波器。
滤波器也可以已经集成在放大器中，这使得评估单元特别紧凑。
在磨料流机器的操作期间，结构声传感器可以与工件直接或间接接触。间接接触例如可以经由与工件直接接触的附加部件来实现。附加部件应该由适于将工件的结构声传输至结构声传感器的材料制成。例如，由铝制成的盘或带适用于此目的。
直接接触的优点是结构声信号可以在没有额外的传输损耗的情况下从工件传输至结构声传感器。间接接触在由于工件的尺寸或几何形状而难以直接接触工件的情况下是有利的。
根据一个实施方式，磨料流机器包括平行于流体主通道延伸的旁路管道，其中，工件是布置在旁路管道中的样本工件，并且其中，流体主通道在待加工的另一工件的表面上延伸和/或延伸通过该另一工件的开口。类似于间接接触，该实施方式在被加工的工件相对较小并且结构声传感器不能布置在待加工的工件本身上的情况下是合适的。
此外，该实施方式提供了额外的优点，即研磨介质的磨削能力可以独立于材料去除率基于在样本工件上测量的结构声信号来确定。事实上，样本工件的材料优选地被选择成使得在样本工件上不发生或仅发生很少的材料去除。因此，样本工件在磨料流机器的操作期间几乎不被磨损，并且样本工件可以保持安装在磨料流机器中，以用于待另外加工的多个工件的加工。因此，在样本工件上测量的结构声信号几乎完全是由研磨介质在样本工件上的摩擦引起的，其中，摩擦越大，则研磨介质中的研磨颗粒边缘越锋利，也就是说，研磨介质的磨削能力越好。
即使没有或只有很少的材料从样本工件上去除，出于本发明的目的，研磨介质移动通过样本工件被理解为对工件进行加工。
磨料流机器还可以包括两个结构声传感器，其中，在磨料流机器的操作期间，相应的结构声传感器定位在旁路管道中的样本工件上，并且也定位在待加工的另一工件上。这实现了更精确的评估，因为如前所述，研磨介质的磨削能力可以独立于材料去除在旁路管道中进行分析，而在所述另一工件上测量的结构声信号也受到材料去除率的影响。特别地，在该实施方式中可以测量两个不同的信号，这两个信号之间的差异与表面改善相关。在机器设置保持不变的情况下，介质条件或质量以及表面改善两者都可以被监测。
优选地，磨料流机器包括检查单元，该检查单元适于基于由评估单元确定的磨削能力和/或材料去除率来对至少一个工艺参数进行调节、特别是在工件的加工期间进行调节。以这种方式，可以至少在一定程度上补偿研磨介质的磨削能力的降低，使得可以更长时间地利用研磨介质或者更有效地加工工件。
可以由检查单元调节的工艺参数例如是通过工件的开口的研磨介质的流速、研磨介质的流体压力、研磨介质上的背压和/或研磨介质的温度。通过增加流速，可以提高材料去除率，特别是如果研磨介质的质量保持不变的话。研磨介质的流体压力和/或研磨介质上的背压可以用于调节研磨介质、特别是研磨颗粒对工件表面的接触压力。温度影响研磨介质的粘度，进而又可以影响研磨介质的流速。
可选地，磨料流机器包括流体输送装置，该流体输送装置适于从磨料流机器排出磨损的研磨介质并且供应未使用的研磨介质。当研磨介质磨损时，这种流体输送装置允许实现研磨介质的自动更换。
根据本发明，该目的还通过一种当在磨料流机器中加工工件时确定工件上的材料去除和/或材料去除率的方法来实现，该方法包括以下步骤：
-使研磨介质在待加工的工件的表面上流通和/或流通通过待加工工件的开口；
-测量在加工期间工件中产生的结构声；
-形成所测量的结构声信号的均方根；
-将均方根关于加工时间进行积分；以及
-基于所形成的积分确定工件上的材料去除和/或材料去除率。
根据本发明的方法使得可以在无需将工件从磨料流机器移除的情况下已经在工件于磨料流机器中加工期间确定是否已经进行了足够的材料去除。与仅形成结构声信号的均方根的已知方法相比，形成结构声信号的均方根的积分的优点在于，在加工期间的任何时间点都可以确定已经发生的绝对材料去除。由于移除的材料的量通常非常小，并且在称量工件时会出现测量误差，因此根据本发明的方法与通过在加工前后称量工件相比可以用于更精确地确定材料移除。
特别地，材料去除率在刚开始加工工件之后比在稍后的时间点时更大。工件的表面粗糙度越低，则去除的材料越少。当材料去除率保持不变时，这表明工件的加工已经完成，或者表明工件的表面粗糙度不能用磨料流机器中使用的研磨介质进一步改善。除了确定材料去除率之外，结构声信号的经积分的均方根也可以用于确定研磨介质的磨削能力。这允许得出关于研磨介质的磨损程度的结论。
基于材料去除率，例如对以下工艺参数中的至少一个工艺参数进行设置：研磨介质的流速、研磨介质的流体压力、研磨介质上的背压和/或研磨介质的温度。工艺参数的适当设置允许工件被特别有效地加工。
根据一个实施方式，如果在工件加工期间测量的材料去除率相对于期望的材料去除率偏离超过限定的公差值，则对至少一个工艺参数进行调节。这允许工件的加工以特别受控的方式进行。此外，通过调节工艺参数，待加工的各个工件的加工时间可以保持恒定。这意味着，通过调节工艺参数，即使当研磨介质的磨削能力降低时，也可以在限定的加工时间内充分研磨各个工件。
例如，通过将加工工件的材料去除率的轮廓存储在评估单元中来建立描述材料去除率的期望轮廓的参考曲线，其中，定义了关于参考曲线的公差范围，材料去除率优选地应在该公差范围内。建立这样的参考曲线非常简单。基于这样的参考曲线或公差范围，特别易于监测材料去除率是否在合理的范围内或者是否对工件进行了有效的加工。
用于建立参考曲线的工件优选地在加工过程之后测量。如果发现参考工件质量良好，则存储参考曲线。如果工件在质量方面不适合，则用另一个工件重复该过程。
参考曲线例如特定于使用特定研磨介质对特定工件进行加工。对于不同形状的工件和/或对于使用不同研磨介质进行的加工，优选地在每种情况下都准备单独的参考曲线。
如果材料去除率的实际轮廓在公差范围之外，则优选地在工件加工期间对至少一个工艺参数进行调节。以这种方式，可以特别快速地对加工过程中的不规律做出反应。
存储参考曲线和/或将材料去除率与参考曲线相匹配优选地由可以存储在检查单元或评估单元中的软件来执行。
基于材料去除率，可以提出对研磨介质的至少部分进行更换的请求。因此，使用者不再需要手动检查研磨介质的磨削能力是否仍然足够。
对于更换的请求特别地发生在工件的期望表面精整不再能够在可接受的加工时间内通过所使用的研磨材料实现时。
除了测量上述结构声信号之外，可以在样本工件上测量另一结构声信号，并且可以形成两个结构声信号的差异，以便监测工件的表面精整的改善。这是可能的，因为两个信号的差异与表面改善相关。以这种方式，可以更精确地监测表面改善。
然而，监测表面改善不一定需要第二结构声传感器或样本工件。还可以通过将在加工过程开始时出现的结构声信号与在加工过程结束时出现的结构声信号进行比较、特别是通过形成两个信号的差异来监测表面改善。
此外，在工件的加工过程开始时出现的结构声信号可以与在先前制造的工件刚刚结束时出现的结构声信号进行比较，以便确定所需的表面改善，特别是基于两个结构声信号之间的差异来确定。基于所需的表面改善并考虑到材料去除率，评估单元可以确定最佳加工时间，在该最佳加工时间之后能够实现期望的表面改善。以这种方式，加工过程可以以时间特别优化的方式进行。当然，这仅适用于相继加工的两个工件类型相同的情况。
研磨介质的更换可以手动或自动进行。例如，使用者可以接收手动更换研磨介质的预定部分的请求。替代性地，当自动更换生效时，可以仅提供正在发生研磨介质的更换的指示。
自动更换例如通过流体输送装置来实现，该流体输送装置适于从磨料流机器中排出磨损的研磨介质并且供应未使用过的研磨介质。
根据本发明，该目的还通过一种确定研磨介质的磨削能力的方法来实现，该方法包括以下步骤：
-使研磨介质在参考工件的表面上流通和/或流通通过参考工件的开口；
-测量在加工期间工件中产生的结构声；
-形成所测量的结构声信号的均方根；
-将均方根关于加工时间进行积分；
-用积分测量值除以介质流量；以及
-使用被除后的积分测量值确定研磨介质的磨削能力。
这种类型的方法可以用于检查各种研磨介质的磨削能力，例如在开发新的研磨介质时检查各种研磨介质的磨削能力。
附图说明
本发明的其他优点和特征将根据下面的描述和附图而变得明显，参照附图并且在附图中：
-图1a和图1b分别示出了根据本发明的磨料流机器的一部分；
-图2示出了结构声信号的均方根的轮廓；
-图3示出了根据本发明的另一磨料流机器在工件保持器的区域中的局部区域；
-图4示出了根据本发明的另一磨料流机器；
-图5示出了用于处理结构声信号的流程图；
-图6示出了描述材料去除率的期望轮廓的参考曲线；
-图7示出了工件加工期间材料去除率的轮廓；以及
-图8a和图8b分别示出了直接测量的材料去除率的轮廓和间接确定的材料去除率的轮廓。
具体实施方式
图1a和图1b分别示出了利用粘性研磨介质14加工工件12的磨料流机器10的截面图。为了加工工件12，研磨介质14可以移动通过待加工工件12中的开口16。
具体地，研磨介质14在延伸穿过工件12的开口16的流体主通道15中移动。
替代性地或附加地，研磨介质14可以在位于开口16外部的工件12的表面上移动，其中，流体主通道15至少部分地由工件12的表面限定。
图1a和图1b描绘了处于以下相应的不同状态的磨料流机器10：其中，研磨介质14如箭头所示地沿相反方向移动，即研磨介质被来回泵送。
为了安装工件12，磨料流机器10包括工件保持器18，工件保持器18包括适于定位在工件12的相反侧部上的两个部件20、22。在加工期间，工件12例如被轴向夹持在工件保持器18的两个部件20、22之间。
为了获得特别良好的密封，部件20、22可以装配有密封件，密封件在加工期间抵靠工件12搁置。密封件优选地为金属密封件或陶瓷密封件；实际上，橡胶密封件将会抑制结构声信号。
磨料流机器10还包括介质驱动装置24，介质驱动装置24适于使磨料14在工件的表面上和/或通过工件12的开口16移动。该过程将材料从工件12上去除，从而对工件12的表面进行精细加工和抛光。
在所示的示例性实施方式中，介质驱动装置24包括两个排量泵26、28；根据研磨介质14的流动方向，两个排量泵26、28中的一个排量泵迫使研磨介质14通过开口16，并且相应的另一排量泵26、28构成对抗研磨介质14的装置，并且该装置对抗研磨介质14的流动。排量泵26、28各自具有活塞30，活塞30在缸体32中被导引。
介质驱动装置24还包括用于每个排量泵26、28的驱动元件34，驱动元件例如是液压致动元件或线性马达致动元件。
当使用研磨介质14加工工件12时，其中会产生结构声波、特别是声波和/或弹性波。基于结构声波的强度，可以得出关于工件12的加工的有效性和程度的结论。特别地，结构声波的强度与工件12上的材料去除率和/或研磨介质14的磨削能力相关。
研磨介质14的磨削能力以毫伏-秒/升[mV.s/l]为单位给出。
磨削能力指示在工件12上移动的每升研磨介质14能够去除多少材料。
为了测量结构声波，磨料流机器10包括与待加工的工件12接触的结构声传感器36。
此外，磨料流机器10包括评估单元38、特别是电子评估单元38。评估单元38可以接收由结构声传感器36测量的结构声信号，并且特别地借助于软件来形成结构声信号的均方根并将该均方根关于时间进行积分。替代性地，评估单元38可以例如已经从放大器接收到了结构声信号的均方根。结构声信号例如以毫伏或毫安为单位进行测量。
为了评估结构声信号，优选地在形成均方根之前对其进行校正。
在图2中作为示例针对加工操作示出了以毫伏为单位的结构声信号的均方根随着以秒为单位的时间的变化轮廓。
此外，评估单元38适于基于由结构声传感器36测量的结构声的均方根关于时间的积分测量值来推断研磨介质14的磨削能力和/或工件12上的材料去除率。
为了得出关于材料去除率或磨削能力的结论，具体地，材料去除首先在评估单元38中基于所形成的积分来确定。事实上，积分测量值特定于特定的材料去除。
为了确定材料去除率，评估单元38配置成将材料去除与加工时间相关联。
为了确定磨削能力，评估单元38配置成用积分测量值除以介质流量。
为了评估结构声信号，评估单元38可以具有存储在其中的查找表39，根据测得的结构声信号的均方根关于时间的积分测量值，可以从该查找表39中读取工件12上的材料去除和/或研磨介质14的磨削能力。这种查找表39在下面的图5中示出。
磨料流机器10还包括检查单元40，该检查单元40适于基于由评估单元38确定的磨削能力和/或材料去除率来对至少一个工艺参数进行调节、特别是在工件12的加工期间进行调节。以这种方式，可以对研磨介质14的磨削能力的变化和/或加工过程中的其他波动、例如温度波动做出反应。
可以由检查单元40调节的工艺参数包括例如研磨介质14的流速、研磨介质14的流体压力、研磨介质14上的背压和/或研磨介质14的温度。
除了研磨介质14的温度之外，上述工艺参数可以借助于介质驱动装置24来设定。为此，可以调节两个排量泵26、28相对于彼此的位置和/或各个排量泵26、28的运动速度。
例如，当排量泵26、28彼此之间的距离或各活塞30彼此之间的距离减小时，研磨介质14的流体压力增加。因此，研磨介质14的研磨颗粒以更高的接触力压靠在工件12的待加工表面上并且可以提高材料去除率。
通过增加流速也可以增加材料去除率，因为在相同的时间内更多的研磨颗粒在工件12的表面上移动。
如果两个排量泵26、28的活塞30以不同的速度移动，特别是如果安装在流动方向上游的活塞30比安装在下游的活塞30移动得更慢，或者安装在流动方向上游的活塞30的移动受到更大的阻力，则研磨介质14上的背压可以增加。活塞30是安装在上游还是下游相应地取决于研磨介质14的当前流动方向，该流动方向在每个加工循环之后改变。
为了调节研磨介质14的温度，可以另外设置加热套筒和/或冷却套筒等。加热套筒和/或冷却套筒例如围绕缸体32布置。
在图1a和图1b中所示的示例性实施方式中，结构声传感器36与工件12直接接触。
然而，也可以设想，结构声传感器36与工件12间接接触、特别是经由诸如铝盘之类的附加部件42与工件12间接接触。这在图3中示意性地示出，在图3中，为了简单起见，仅示出了工件12周围的区域。此处，附加部件42可以是工件保持器18的一部分。
图4示出了根据本发明的另一磨料流机器10。对于从上述实施方式中已知的具有相同功能的相同结构，在下文中使用相同的附图标记，并且在这方面参考前面的讨论；在下文中，将讨论各个实施方式的差异，以避免重复。
在图4所示的实施方式中，磨料流机器10包括平行于流体主通道15延伸的旁路管道46，该流体主通道15在图4中不可见。
在这种情况下，工件12是设置在旁路管道46中的样本工件12a。
在所图示的示例性实施方式中，流体主通道15延伸穿过待加工的另一工件12b的开口16。
替代性地，如前所述，流体主通道15可以在待加工工件12b的表面上延伸。
在这种情况下，磨料流机器10可以包括两个结构声传感器36；在磨料流机器10的操作期间，相应的结构声传感器36定位在旁路管道46中的样本工件12a上并且也定位在待加工的另一工件12b上。这允许加工过程被更密切地监测。
如果待加工的工件12b定形状成使得结构声传感器36不能适当地安装至工件12b、特别是如果工件12b相对较小，那么这种磨料流机器的结构尤其有利。
这种磨料流机器的结构的另一优点是，独立于材料去除率，研磨介质14的磨削能力可以基于在样本工件12a处测量的结构声信号来确定。此外，这种设置可以用于特别精确地监测表面改善，因为在样本工件12a处测量的结构声信号和在待加工工件12b处测量的结构声信号形成差异。这种差异与表面改善有关。
样本工件12a优选地由比工件12b更硬的材料制成。因此，没有或者仅有很少的材料从样本工件12a去除，并且样本工件12a可以保留在磨料流机器10中以用于大量的加工过程。
为了保持样本工件12a，优选地设置有工件保持器，为了简单起见，该工件保持器未示出，并且该工件保持器构造成类似于工件保持器18。
在未示出的另一实施方式中，结构声传感器36可以仅布置在样本工件12a处。特别是在另外要加工的工件12b太小或者定形状成使得结构声传感器36不能适当地定位在工件12b上时，情况尤其如此。
图5示出了由结构声传感器36测量的结构声信号的处理。
结构声信号首先作为原始信号37由结构声传感器36输出。
随后，原始信号37在整流器41中被整流，整流器41可以是评估单元38的一部分。
图5进一步图示了评估单元38可以包括放大器48，放大器48用于将由结构声传感器36测量的结构声信号放大。
此外，评估单元38可选地包括滤波器、特别是HP滤波器50和/或带通式滤波器52，用于从由结构声传感器36测量的信号中滤除机器频率。
整流器41、HP滤波器50、放大器48和带通滤波器52例如包含在所谓的声发射耦合器中，该声发射耦合器例如以
Figure BDA0003495743260000121
耦合器的商品名分销。这种声发射耦合器已经具有集成的RMS转换器，用于评估结构声信号。也就是说，这种声发射耦合器已经可以确定结构声信号的均方根并且使该均方根能够用于评估单元38中的进一步评估。此外，能够获得结构声信号的原始信号。
在下文中，讨论了根据本发明的当在磨料流机器10中加工工件12、12a、12b时、特别是当在结合图1至图4所述的磨料流机器10中加工工件12、12a、12b时确定工件12、12a、12b上的材料去除和/或材料去除率以及/或者确定研磨介质14的磨削能力的方法。
当加工工件12时，将研磨介质14在待加工工件12、12a、12b的表面上引导和/或引导通过待加工工件12、12a、12b的开口16。这特别地通过上面描述的介质驱动装置24来执行。
在该过程中，对在加工期间于工件12、12a、12b中产生的结构声进行测量、特别是使用结构声传感器36进行测量。
随后，在评估单元38中、特别是在声发射耦合器中确定测得的结构声信号τRMS的均方根。
此后，将该均方根关于加工时间进行积分。
然后，可以使用所形成的积分来确定工件12、12a、12b上的材料去除和/或材料去除率。
替代性地或除了材料去除和/或材料去除率之外，可以基于所形成的积分来确定研磨介质14的磨削能力。
除了输出积分测量值之外，还可以输出结构声信号的原始信号37。
如果在加工工件12、12a、12b期间测量的材料去除率相对于期望的材料去除率偏离超过限定的公差值，则优选地将对至少一个工艺参数进行调节。
具体而言，基于材料去除率对以下工艺参数中的至少一个工艺参数进行调节：研磨介质14的流速、研磨介质14的流体压力、研磨介质14上的背压和/或研磨介质14的温度。
为了能够以特别简单的方式确定材料去除率是否在期望的范围内，优选地建立参考曲线，该参考曲线描述材料去除率的期望轮廓。
例如，通过在加工期间绘制加工工件12、12a、12b的材料去除率的轮廓来建立参考曲线。加工工件12、12a、12b随后经受质量检查和材料去除的测量。如果已经发现工件12、12a、12b是适合的，则绘制的材料去除率作为参考曲线存储在评估单元38中。
这样的参考曲线如图6所示。此处，材料去除率的轮廓已经关于时间绘制。
此外，定义了参考曲线的公差范围；材料去除率应在此公差范围内。公差范围在图6中由参考曲线周围的虚线表示。
如果在工件12、12a、12b加工期间发现材料去除率的实际轮廓在公差范围之外，则例如在工件12、12a、12b加工期间对至少一个工艺参数进行调节。这是为了实现材料去除率再次遵循参考曲线的轮廓。更准确地说，为了实现加工工件12、12a、12b在加工完成后具有良好的质量。
然而，当研磨介质14磨损超过一定程度时，也就是说，当研磨介质14的磨削性能显著降低时，通过改变工艺参数只能使材料去除率的轮廓受到轻微影响。得到在质量方面可接受的结果的对工件12、12a、12b的有效加工则不再可能。
因此，优选地基于材料去除率，将会存在对研磨介质14的至少部分进行更换的请求，特别是当实际材料去除率低于公差范围时，例如如图7所示。
此外，从图6和图7可以明显看出，材料去除率在接近加工时间结束时接近恒定值。加工时间开始时出现的最大值与加工时间结束时的最终值之间的差描述了获得的表面改善。
为了确定工件12、12b的最佳加工持续时间，在加工过程开始时，可以将已经加工的工件12、12b的材料去除率的最终值与随后生产的工件的最大值进行比较，特别地可以形成差异。在这种情况下，该差异与期望的表面改善相关。
按照根据本发明的另一方法，研磨介质14的磨削能力可以通过使研磨介质14在参考工件12的表面上流通和/或流通通过参考工件12的开口、测量参考工件12内产生的结构声、并且对所测量的结构声信号的均方根进行测量来确定。随后，关于均方根形成积分，并且用积分测量值除以磨削介质14的介质流量。该被除后的积分测量值可以用于确定研磨介质14的磨削能力。这使得根据本发明的方法适用于检查或开发新型研磨介质。
如果仅打算检查研磨介质14的磨削能力而不打算生产工件，则通常在磨料流机器10中仅布置有样本工件12a或参考工件。
图8a和图8b示意性地图示了在多个加工循环中直接测量的材料去除率的轮廓(图8a)以及在多个加工循环中间接确定的材料去除率的轮廓、即结构声信号的均方根的积分测量值的轮廓(图8b)。
此处，直接测量的材料去除率以mg/L给出。间接测量的材料去除率以mV.s/L给出。
此处，材料去除率或积分测量值是对于每个加工循环单独确定的。特别地，加工循环对应于下述循环：在该循环中，研磨介质14通过介质驱动装置24而在流动方向上移动。
从图8a和图8b中可以明显看出，直接测量的材料去除率的轮廓与关于加工循环的积分测量值的轮廓密切相关。这清楚地表明，由结构声传感器36测量的结构声的均方根关于时间的积分测量值可以用于得出关于研磨介质14的磨削能力和/或工件12上的材料去除率的结论。

Claims (19)

1.一种用于使研磨介质(14)在工件(12)的表面上移动和/或移动通过工件(12)的开口(16)的磨料流机器(10)，所述磨料流机器(10)包括：
介质驱动装置(24)，所述介质驱动装置(24)适于使所述研磨介质(14)沿流动方向在所述工件(12)的表面上移动和/或移动通过所述工件(12)的所述开口(16)；
工件保持器(18)，所述工件保持器(18)用于安装所述工件(12)，所述工件保持器(18)具有适于定位在所述工件(12)的相反侧部上的两个部件(20，22)；
结构声传感器(36)，所述结构声传感器(36)用于测量在使用研磨介质(14)对所述工件(12)进行加工时所述工件(12)中产生的结构声；以及
评估单元(38)，所述评估单元(38)适于基于由所述结构声传感器(36)测量的所述结构声的均方根关于时间的积分测量值来推断所述研磨介质(14)的磨削能力和/或所述工件(12)上的材料去除率。
2.根据权利要求1所述的磨料流机器(10)，其特征在于，所述评估单元(38)具有存储在所述评估单元(38)中的查找表(39)，根据所测量的结构声信号的均方根关于时间的积分测量值，能够从所述查找表(39)中读取所述工件(12)上的材料去除和/或所述研磨介质(14)的磨削能力。
3.根据前述权利要求中的任一项所述的磨料流机器(10)，其特征在于，所述评估单元(38)包括放大器(48)，所述放大器(48)用于放大由所述结构声传感器(36)测量的信号。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的磨料流机器(10)，其特征在于，所述评估单元(38)包括至少一个滤波器(52)，所述至少一个滤波器(52)用于从由所述结构声传感器(36)测量的信号中滤除机器频率。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的磨料流机器(10)，其特征在于，在所述磨料流机器(10)的操作期间，所述结构声传感器(36)与所述工件(12)直接或间接接触。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的磨料流机器(10)，其特征在于，所述磨料流机器(10)包括平行于流体主通道(15)延伸的旁路管道(46)，并且，所述工件(12)是布置在所述旁路导管(46)中的样本工件(12a)，所述流体主通道(15)在待加工的另一工件(12b)的表面上延伸和/或延伸通过待加工的另一工件(12b)的开口(16)。
7.根据权利要求6所述的磨料流机器(10)，其特征在于，所述磨料流机器(10)包括两个结构声传感器(36)，其中，在所述磨料流机器(10)的操作期间，相应的结构声传感器(36)定位在所述旁路管道(46)中的所述样本工件(12a)上，并且也定位在待加工的所述另一工件(12b)上。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的磨料流机器(10)，其特征在于，所述磨料流机器(10)包括检查单元(40)，所述检查单元(40)适于基于由所述评估单元(38)确定的磨削能力和/或材料去除率对至少一个工艺参数进行调节、特别是在工件(12)加工期间进行调节。
9.根据权利要求8所述的磨料流机器(10)，其特征在于，能够由所述检查单元(40)调节的所述工艺参数是所述研磨介质(14)的流速、所述研磨介质(14)的流体压力、所述研磨介质(14)上的背压和/或所述研磨介质(14)的温度。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的磨料流机器(10)，其特征在于，所述磨料流机器(10)包括流体输送装置，所述流体输送装置适于从所述磨料流机器(10)排出磨损的研磨介质并且供应未使用的研磨介质。
11.一种当在磨料流机器(10)中加工工件(12)时确定工件(12)上的材料去除和/或材料去除率的方法，所述方法包括以下步骤：
-使研磨介质(14)在待加工的工件(12)的表面上流通和/或流通通过待加工的工件(12)的开口(16)；
-测量在加工期间所述工件(12)中产生的结构声；
-形成所测量的结构声信号的均方根；
-将所述均方根关于加工时间进行积分；以及
-基于所形成的积分确定所述工件(12)上的材料去除和/或材料去除率。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，基于将所述结构声信号的经积分的均方根除以所述研磨介质的流量来确定所述研磨介质(14)的磨削能力。
13.根据权利要求11或12所述的方法，其特征在于，基于材料去除率对以下工艺参数中的至少一个工艺参数进行设置：所述研磨介质(14)的流速、所述研磨介质(14)的流体压力、所述研磨介质(14)上的背压和/或所述研磨介质(14)的温度。
14.根据权利要求11至13中的任一项所述的方法，其特征在于，如果在所述工件(12)加工期间测量的所述材料去除率相对于期望的材料去除率偏离超过限定的公差值，则对至少一个工艺参数进行调节。
15.根据权利要求11至14中的任一项所述的方法，其特征在于，通过将加工工件(12)的所述材料去除率的轮廓存储在评估单元(38)中来建立描述材料去除率的期望轮廓的参考曲线，并且其中，定义了关于参考曲线的公差范围，所述材料去除率应在所述公差范围内。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，如果所述材料去除率的实际轮廓在所述公差范围之外，则在所述工件(12)加工期间对至少一个工艺参数进行调节。
17.根据权利要求11至16中的任一项所述的方法，其特征在于，基于材料去除率，将提出对所述研磨介质(14)的至少部分进行更换的请求。
18.根据权利要求11至17中的任一项所述的方法，其特征在于，在样本工件(12a)上另外测量另一结构声信号，并且形成两个结构声信号的差异，以便监测所述工件(12)的表面精整的改善。
19.一种确定研磨介质(14)的磨削能力的方法，所述方法包括以下步骤：
-使研磨介质(14)在参考工件(12)的表面上流通和/或流通通过参考工件(12)的开口；
-测量所述参考工件(12)中产生的结构声；
-形成所测量的结构声信号的均方根；
-将所述均方根关于加工时间进行积分；
-用积分测量值除以介质流量；以及
-使用被除后的积分测量值确定所述研磨介质(14)的所述磨削能力。
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