CN114800276A - 高精度液动压抛光间隙测量调整装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于非接触式抛光加工技术领域，具体涉及高精度液动压抛光间隙测量调整装置及其控制方法。包括加工工具、工件盘、设于工件盘上的多极旋转变压器、压力传感器和丝杠滑块机构、中控系统、多极旋转变压器反馈系统控制器和压力传感器反馈系统控制器；多极旋转变压器与多极旋转变压器反馈系统控制器连接；丝杠滑块机构包括滑动平台，滑动平台上设有摆动角度调节机构、间隙调节机构和旋转角度调节机构；多极旋转变压器反馈系统控制器、压力传感器反馈系统控制器、摆动角度调节机构、间隙调节机构和旋转角度调节机构均与中控系统连接。本发明具有在加工过程中可以精准测量且及时调整间隙距离的特点。

Description

高精度液动压抛光间隙测量调整装置及其控制方法

技术领域

本发明属于非接触式抛光加工技术领域，具体涉及高精度液动压抛光间隙测量调整装置及其控制方法。

背景技术

在微电子技术蓬勃发展的今天，人们已经掌握了对许多微小结构的实际应用技术，并且研究重点也在渐渐转向各类材料在微小尺寸下的力学性能表现。一般材料的微结构尺寸一般处于微米量级，材料的微小尺度变形机制表现出与传统块状材料不同的规律，目前这一领域已成为科学前沿和研究热点。

现如今，要获得原子级超光滑表面的一大方法仍是抛光加工。在现代常见的抛光加工过程中可分为：直接接触抛光、准接触抛光和非接触抛光。液动压抛光则是在原先非接触抛光基础上提出的一种新型加工方式，其主要特征是：工件都全浸没在抛光液中，通过加工工具高速旋转在加工工具和工件之间产生液动压力，使磨粒不断冲击工件表面，来实现工件的超光滑表面加工。而且由于工件表面与抛光盘是非接触的，可以大幅度降低亚表面损伤深度且获得极小的表面粗糙度。

而在抛光加工过程中，抛光粒子与被加工工件表面的接触状态仍然是影响材料微去除量的一个重要影响因素，要想获得较好的原子级光滑材料表面，必须精确地控制这个状态。因此，加工过程中工件与加工工具之间的一些极为细微的角度或者距离差异对加工工件表面也会造成巨大的影响，所以设计一种在加工过程中可以精准测量且及时调整间隙距离的高精度液动压抛光间隙测量调整装置及其控制方法，就显得十分必要。

例如，如申请号为CN201521017992.5的中国专利文献描述的一种悬浮抛光加工间隙检测装置，所采用的液动压抛光设备包括抛光盘，抛光液容器、抛光液容器固定板、测距传感器、螺旋机构、微调机构；通过调节微调机构将抛光盘与抛光液容器的中心位置对准，再调节螺旋机构，实现抛光盘和抛光液容器在Z轴方向的相对运动，从而调整悬浮抛光的加工间隙；再利用抛光液底部安装的测距传感器检测抛光液容器的移动距离，计算出抛光盘与抛光液容器之间的加工间隙。虽然能够准确的检测出加工间隙，并能实时的检测出由于液动压力的产生而使加工间隙发生的变化值，能够实现微米级的测量精度；且采用的电涡流式位移传感器具有高精度的位移测量精度，能适应复杂测试环境，保证实验的精确性，但是不足之处在于，加工得到的工件，通过后期检测得到数据，再进行加工方面的调整与改进，会因为工件材料和加工要求的改变导致生产进度滞后，使得在精度与实时反馈方面都略显不足。

发明内容

本发明是为了克服现有技术中，在液动压抛光过程中，工件与加工工具微细间隙测量与调整存在测量精确度差和调整困难的问题，提供了一种在加工过程中可以精准测量且及时调整间隙距离的高精度液动压抛光间隙测量调整装置及其控制方法。

为了达到上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

高精度液动压抛光间隙测量调整装置，包括加工工具、工件盘、设于工件盘上的多极旋转变压器、压力传感器和丝杠滑块机构、中控系统、多极旋转变压器反馈系统控制器和压力传感器反馈系统控制器；所述多极旋转变压器与多极旋转变压器反馈系统控制器连接；所述丝杠滑块机构包括滑动平台，所述滑动平台上设有摆动角度调节机构、间隙调节机构和旋转角度调节机构；所述多极旋转变压器反馈系统控制器、压力传感器反馈系统控制器、摆动角度调节机构、间隙调节机构和旋转角度调节机构均与中控系统连接。

作为优选，所述工件盘上设有压力传感器安装区；所述压力传感器安装在压力传感器安装区内。

作为优选，所述工件盘上设有多极旋转变压器安装区；所述多极旋转变压器安装在多极旋转变压器安装区内。

作为优选，所述多极旋转变压器安装区为若干个；所有多极旋转变压器安装区均匀分布在工件盘上；各个多极旋转变压器安装区内均设有多极旋转变压器。

作为优选，所述旋转角度调节机构用于控制工件盘在设定的Z轴方向上进行旋转。

作为优选，所述间隙调节机构用于控制工件盘在设定的X轴方向上进行进给。

作为优选，所述摆动角度调节机构用于控制工件盘在设定的Y轴方向上进行摆动。

本发明还提供了高精度液动压抛光间隙测量调整装置的控制方法，包括以下步骤：

S1，将工件装夹在工件盘上，通过多极旋转变压器对工件盘和加工工具之间的间隙和角度进行测量，获得测量数据；

S2，中控系统根据所述测量数据，计算得出工件盘实际应处于的位置；

S3，中控系统控制摆动角度调节机构、间隙调节机构和旋转角度调节机构，完成对工件盘的位置调整，使工件盘位于步骤S2得出的位置，并开始对工件加工；

S4，在加工过程中，位于工件底部的压力传感器，获得工件受到的压力数据，并传输至中控系统；

S5，中控系统根据压力数据，经预先载入的公式计算后得出工件表面的加工状态以及工件盘和加工工具之间仍需调整的间隙和角度数据；

S6，中控系统再次控制摆动角度调节机构、间隙调节机构和旋转角度调节机构，完成对工件盘和加工工具之间间隙和角度的最终调整。

本发明与现有技术相比，有益效果是：(1)本发明装置通过优化后的及时反馈系统，将测量得到的工件加工前后的角度、间隙、压力数据通过中控系统，汇总成工件在空间位置上需要移动的角度与间隙，并控制机械装置部分进行及时的调整，从而提升整体加工精度；(2)本发明能够使加工工件获得超光滑无损伤表面，具有较好的应用前景。

附图说明

图1为本发明中高精度液动压抛光间隙测量调整装置的一种结构示意图；

图2为本发明中工件盘的一种俯视图；

图3为本发明中丝杠滑块机构的一种俯视图。

图中：加工工具1、工件2、工件盘3、多极旋转变压器反馈系统控制器4、压力传感器反馈系统控制器5、旋转角度调节机构6、中控系统7、间隙调节机构8、摆动角度调节机构9、多极旋转变压器安装区10、压力传感器安装区11、丝杠滑块机构12。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。

实施例：

如图1至图3所示的高精度液动压抛光间隙测量调整装置，包括加工工具1、工件盘3、设于工件盘上的多极旋转变压器、压力传感器和丝杠滑块机构12、中控系统7、多极旋转变压器反馈系统控制器4和压力传感器反馈系统控制器5；所述多极旋转变压器与多极旋转变压器反馈系统控制器连接；所述丝杠滑块机构包括滑动平台，所述滑动平台上设有摆动角度调节机构9、间隙调节机构8和旋转角度调节机构6；所述多极旋转变压器反馈系统控制器、压力传感器反馈系统控制器、摆动角度调节机构、间隙调节机构和旋转角度调节机构均与中控系统连接。

其中，如图2所示，工件盘上设有压力传感器安装区11；压力传感器安装在压力传感器安装区内。工件盘上设有4个多极旋转变压器安装区10；所有多极旋转变压器安装区均匀分布在工件盘上；多极旋转变压器安装在多极旋转变压器安装区内。

另外，旋转角度调节机构用于控制工件盘在设定的Z轴方向上进行旋转。间隙调节机构用于控制工件盘在设定的X轴方向上进行进给。摆动角度调节机构用于控制工件盘在设定的Y轴方向上进行摆动。。

基于本实施例，本发明还提供了高精度液动压抛光间隙测量调整装置的控制方法，包括以下步骤：

S1，将工件装夹在工件盘上，通过多极旋转变压器对工件盘和加工工具之间的间隙和角度进行测量，获得测量数据；

S2，中控系统根据所述测量数据，计算得出工件盘实际应处于的位置；

S3，中控系统控制摆动角度调节机构、间隙调节机构和旋转角度调节机构，完成对工件盘的位置调整，使工件盘位于步骤S2得出的位置，并开始对工件加工；

S4，在加工过程中，位于工件底部的压力传感器，获得工件受到的压力数据，并传输至中控系统；

S5，中控系统根据压力数据，经预先载入的公式计算后得出工件表面的加工状态以及工件盘和加工工具之间仍需调整的间隙和角度数据；

S6，中控系统再次控制摆动角度调节机构、间隙调节机构和旋转角度调节机构，完成对工件盘和加工工具之间间隙和角度的最终调整。

首先将工件装夹在工件盘上，因为间隙调整需要工件盘需尽量提高面型精度。

通过预先安装在工件盘四周多极旋转变压器安装区内的多极旋转变压器对工件盘本身与加工工具之间的间隙角度进行测量，液动压抛光加工过程中需要精度极高的位置测量，因此上述过程极为重要。

经过间隙与角度测量，相应的数据值会传输到多极旋转变压器反馈系统控制器中，根据得到空间位置数据值，中控系统会计算工件盘应该处于的位置。

工件盘的位置在精细控制方面，由摆动角度调节机构、间隙调节机构和旋转角度调节机构进行操控。旋转角度调节机构、间隙调节机构、摆动角度调节机构三部分结构分别控制工件盘在Z轴方向旋转，X轴方向进给以及Y轴方向的摆动。加工过程中，如果以工件粗糙度为第一考量标准，则优先通过间隙调节机构完成X轴方向进给。如果以工件的表面应力变形层为第一考量标准，则需配合线性丝杠滑块机构，进行相应的角度与位错距离变化。

当加工过程开始后，安装在工件下方压力传感器安装区内的压力传感器，会将相应数值导入压力传感器反馈系统控制器内，根据表面压力的变化，滤波后通过中控系统计算出工件表面的加工状况，因磨料本身在高速运动状态中会产生紊流，因此压力传感器反馈系统控制器需要在一个固定周期内对得到的数据进行综合反馈，再通过中控系统将这些反馈经过预先载入的公式计算后得出工件盘本身需要调整的间隙与角度。在这个过程中要注意，因为是通过液体的动压力完成的工件表面抛光，而因为加工过程一定会导致出现一定量的应变层。因此需要考虑应力松弛问题，可以通过旋转角度调节机构，让工件盘在空间中绕着Z轴获得一个小角度的旋转。但是因为液动压力本身是需要具备一个稳定性，因此这个角度旋转应控制在-3°-3°范围内。

通过上述控制方式不仅可以让工件与加工工具之间的间隙与角度获得极好的测量调整，更是能够通过后续的反馈让工件盘进一步适应复杂的加工条件，对于加工工件获得超光滑无损伤表面具备极为重要的意义。

本发明不仅提供了一种控制更加灵活，通用性强且能够及时反馈的高精度液动压抛光间隙测量调整装置，而且提供了该装置的控制方法以及加工过程中遇到的技术问题的解决方案。这对高精度液动压抛光加工间隙角度测量调整难题的解决有着重要的意义。

以上所述仅是对本发明的优选实施例及原理进行了详细说明，对本领域的普通技术人员而言，依据本发明提供的思想，在具体实施方式上会有改变之处，而这些改变也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.高精度液动压抛光间隙测量调整装置，其特征在于，包括加工工具、工件盘、设于工件盘上的多极旋转变压器、压力传感器和丝杠滑块机构、中控系统、多极旋转变压器反馈系统控制器和压力传感器反馈系统控制器；所述多极旋转变压器与多极旋转变压器反馈系统控制器连接；所述丝杠滑块机构包括滑动平台，所述滑动平台上设有摆动角度调节机构、间隙调节机构和旋转角度调节机构；所述多极旋转变压器反馈系统控制器、压力传感器反馈系统控制器、摆动角度调节机构、间隙调节机构和旋转角度调节机构均与中控系统连接。

2.根据权利要求1所述的高精度液动压抛光间隙测量调整装置，其特征在于，所述工件盘上设有压力传感器安装区；所述压力传感器安装在压力传感器安装区内。

3.根据权利要求1所述的高精度液动压抛光间隙测量调整装置，其特征在于，所述工件盘上设有多极旋转变压器安装区；所述多极旋转变压器安装在多极旋转变压器安装区内。

4.根据权利要求3所述的高精度液动压抛光间隙测量调整装置，其特征在于，所述多极旋转变压器安装区为若干个；所有多极旋转变压器安装区均匀分布在工件盘上；各个多极旋转变压器安装区内均设有多极旋转变压器。

5.根据权利要求1-4任一项所述的高精度液动压抛光间隙测量调整装置，其特征在于，所述旋转角度调节机构用于控制工件盘在设定的Z轴方向上进行旋转。

6.根据权利要求1-4任一项所述的高精度液动压抛光间隙测量调整装置，其特征在于，所述间隙调节机构用于控制工件盘在设定的X轴方向上进行进给。

7.根据权利要求1-4任一项所述的高精度液动压抛光间隙测量调整装置，其特征在于，所述摆动角度调节机构用于控制工件盘在设定的Y轴方向上进行摆动。

8.基于权利要求1所述的高精度液动压抛光间隙测量调整装置的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，将工件装夹在工件盘上，通过多极旋转变压器对工件盘和加工工具之间的间隙和角度进行测量，获得测量数据；

S2，中控系统根据所述测量数据，计算得出工件盘实际应处于的位置；

S3，中控系统控制摆动角度调节机构、间隙调节机构和旋转角度调节机构，完成对工件盘的位置调整，使工件盘位于步骤S2得出的位置，并开始对工件加工；

S4，在加工过程中，位于工件底部的压力传感器，获得工件受到的压力数据，并传输至中控系统；

S5，中控系统根据压力数据，经预先载入的公式计算后得出工件表面的加工状态以及工件盘和加工工具之间仍需调整的间隙和角度数据；

S6，中控系统再次控制摆动角度调节机构、间隙调节机构和旋转角度调节机构，完成对工件盘和加工工具之间间隙和角度的最终调整。

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