KR102023785B1 - 자기유변 유체 내 자분 농도를 측정 및 제어하는 방법과 장치 - Google Patents

Abstract

와이어 코일과, 전력이 공급될 때 프린징 자계를 포함하는 자계를 생성하는 AC 전압 발생기를 포함하는, 자기유변 유체 내 자분 농도를 검출 및 제어하는 센서 시스템이다. 프린징 자계가 MR 유체를 통과하여 연장할 때, 회로 내 임피던스는 자분 농도에 비례한다. 검출 와이어 코일과 동일한 기준 코일은 서로 접속된다. 2개의 코일 각각에 접속된 복조기는 MR 유체에 계산된 양의 보충 유체를 추가하는 제어가능한 공급장치에 접속된 피드백 제어기에 임피던스 차이 신호를 보낸다. 이 시스템은 소비된 MR 유체를 수취 및 보충하는 장치와 캐리어 휠을 구비한 MR 마무리 시스템에 사용되는 본 발명에 따른 센서 시스템을 갖는 통합 유체관리모듈에 포함될 수 있다.

Description

자기유변 유체 내 자분 농도를 측정 및 제어하는 방법과 장치{METHOD AND APPARATUS FOR MEASUREMENT AND CONTROL OF MAGNETIC PARTICLE CONCENTRATION IN A MAGNETORHEOLOGICAL FLUID}

본 발명은 자계의 도움으로 기판을 연마하여 마무리하고 윤나게 하는 시스템에 관한 것이고; 구체적으로는, 자기유변(MR: magnetic rheological) 연마 유체를 사용하는 그와 같은 시스템에 관한 것이며; 더욱 구체적으로는, 자기유변 유체 내의 자분(magnetic particle)의 농도를 측정하고 제어하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

기판을 연마하여 마무리하고 윤내는 자기-경화형(magnetically-stiffened) 유체의 사용이 잘 알려져 있다. 이와 같은 유체는 액체 캐리어(carrier) 내에 분산된 자기-연화형(magnetically-soft) 연마 입자들을 포함하며, 자계의 존재하에서 자기유도(magnetically-induced) 틱소트로픽(thixotropic) 거동을 보인다. 상기 유체의 외관상 점도는 자계에 의해 수십 배 증가할 수 있으며, 유체의 농도는 거의 물과 같은 상태에서 뻣뻣한 페이스트(paste)로 변한다. 그와 같은 페이스트가 예를 들면 광학 소자와 같이 성형(shaping) 또는 폴리싱(polishing) 될 기판 표면에 대하여 적절하게 조향될 때, 매우 높은 수준의 마무리 품질, 정밀도, 및 제어가 달성될 수 있다.

전형적인 MR 폴리싱 인터페이스에서, 폴리싱 될 볼록 렌즈(이하에서 "재공품(workpiece)"라고 함)을 움직이는 벽부(wall)로부터 어떤 고정된 거리에 설치하여, 렌즈 표면과 벽부가 수렴하는 갭(converging gap)을 형성하도록 한다. 통상, 렌즈는 축을 중심으로 회전하도록 설치된다. 움직이는 벽부 아래에 놓인 전자석은 상기 갭의 근처에 균일하지 않은 자계를 발생시킨다. 자계경사(magnetic field gradient)는 상기 벽부에 수직이다. 상기 MR 폴리싱 유체는 전자석 극 조각들의 바로 위 움직이는 벽부에 전달되어 폴리싱 리본을 형성한다. 리본이 자계 내에서 이동하면서, 플라스틱 빙험(Bingham) 특성을 획득하며 리본의 최상 층은 자계경사에 대응하여 비자기 연마재 입자들의 부양으로 인해 연마재로 포화된다. 그 후, 상기 리본은 자계경사에 의해 벽부에 대하여 압착되고 또한 갭을 통해 당겨지는 결과로 인해 렌즈 접촉 구역 내 렌즈로부터 물질이 제거된다. 이 영역은 "폴리싱 스폿(polishing spot)" 또는 "작업 영역(work zone)"이라고 한다. 폴리싱 스폿에서 물질이 제거되는 속도는 자계의 세기, 상기 인터페이스의 기하구조적 파라미터, 및 벽부 속도를 제어함으로써 제어될 수 있다.

상기 폴리싱 프로세스는 회전하는 재공품의 위치 및 속도(체류시간)을 폴리싱 스팟을 통해 변경하기 위한 CNC 머신 스케줄을 결정하기 위해 컴퓨터 프로그램을 사용한다. 순응 및 서브애퍼처(subaperture) 성질 때문에, 이 폴리싱 도구는 끊임없이 변하는 국지적 곡률을 갖는 비구면과 같은 복잡한 표면 형상을 마무리할 수 있다.

경쟁 기술들에 비해 MRF의 기본적인 이점은 재순환 유체가 계속해서 모니터링되고 유지되기 때문에 상기 폴리싱 도구가 마모되지 않는다는 것이다. 폴리싱 잔해와 열이 계속해서 제거된다. 상기 기술은 전용 툴링(tooling) 또는 특별한 셋업(setup)이 필요하지 않다. MRF 프로세스의 전체적인 구성요소는 MRF 소프트웨어, 프로그래머블 로직 제어를 구비한 CNC 플랫폼, MR 유체 전달 및 재순환/조절 시스템, 및 캐리어 표면을 구비한 마그네틱 유닛이다. 상기 캐리어 표면은 예를 들면 회전하는 휠의 림(rim)에 의해, 또는 회전하는 디스크의 수평 표면에 의해, 또는 계속 움직이는 벨트에 의해 형성될 수 있다.

전형적인 종래의 자기유변 마무리 시스템(MR finishing system)에 있어서, 캐리어 표면은 허브(hub)에 대해 대칭적으로 언더커팅(undercutting) 되는 축방향으로 넓은 림을 갖는 수직방향의 비자성 휠 위에 형성된다. 상기 휠의 회전 축을 포함하는 수직 평면에 대해 대칭인 특별한 형상의 자극 조각들이 상기 언더커팅이 실시된 림의 아래 상기 휠의 반대 측면을 향하여 연장되어 상기 휠의 표면 위에, 바람직하게는 대략 상사점(top-dead-center)에서 자성 작업 영역을 제공한다. 상기 휠의 캐리어 표면은 평탄하거나(즉, 원통 형상), 볼록하거나(즉, 반구 형상), 오목 형상일 수 있다. 볼록 형상은 상기 휠의 반경보다 더 긴 반지름을 갖는 오목한 표면의 마무리를 가능하게 하기 때문에 특히 유용할 수 있다.

상기 작업 영역 위에는 마무리 처리될 재공품을 작업 영역 안으로 연장하기 위한 척(chuck)과 같은 재공품 리시버(receiver)가 탑재된다. 상기 척은 복수의 동작 모드로 프로그램적으로 조작 가능하며 바람직하게는 프로그래머블 제어기 또는 컴퓨터에 의해 제어된다.

미리 결정된 농도의 비자성 연마 입자들 및 자성적으로 유연한 자분을 가진 자기유변 폴리싱 유체는 비자성 상태에서, 통상 성형 노즐로부터, 휠의 작업 표면 위에 리본으로 압출되며, 그것은 작업 영역으로 운반되고 거기에서 페이스트 농도로 자화된다. 상기 작업 영역에서, 페이스트 MR 폴리싱 유체는 기판에 대해 연마 작업을 실시한다. MR 유체의 공기에의 노출은 캐리어 유체의 증발과 그에 따라 MR 유체의 농축을 초래한다. 작업 영역을 벗어나면, 상기 농축된 유체는 다시 비자성화되고 보충 및 재사용을 위해 휠의 작업 표면으로부터 긁어 내어진다.

상기 휠과의 사이에서 유체 전달과 회수는 폐쇄된 유체 전달 시스템에 의해 관리된다. 종래 MR 마무리 시스템의 동작은 전달 펌프(delivering pump), 흡수 펌프(suction pump), 유량계(flow meter), 점도계(viscometer), 노즐(nozzle), 압력 변환기(pressure transducer), 펄스 완충장치(pulse dampener), 마그네틱 밸브(magnetic valve), 냉각기(chiller), 및 배관(tubing)을 포함하는 전달 시스템의 사용을 필요로 한다. 그와 같은 전달 시스템의 비용은 상당하며 MR 마무리 시스템의 전체 비용의 최대 1/4을 차지할 수도 있다.

상기 전달시스템의 재충전은 시간이 소요되는 과정으로서, 완전한 분해, 모든 구성요소들의 세척, 재조립, 및 새로운 유체로 충전 후 적응(breaking in)을 필요로 하며, 이들 지루한 절차는 기술의 생산성과 유연성에 부정적으로 영향을 미친다.

상기 전달시스템은 머신에서 MR 유체의 '수명' 동안 비정지 체제로 동작해야 한다. 고체의 퇴적으로 인한 MR 유체 특성의 변화를 회피하기 위해 폴리싱 사이에 개재하는 기간에도 연마 MR 유체의 계속적인 재순환이 필요하다. 그와 같은 재순환의 결과로 전달시스템 구성요소들의 마모 및 파열과 추가 에너지의 소모가 가속화된다.

전달시스템 내 MR 유체의 흐름 속도 불안정(박동)은 여러 가지 원인들 중 어느 것으로 인해 제거 속도가 불안정하고 기판 표면 위에 오류가 발생한다.

MR 유체의 적당한 순환을 제공하고 상기 전달시스템의 상이한 구성요소들과의 호환성을 제공하기 위해, 상기 MR 유체는 특유의 자기유변/점성 특성 및 적절한 화학적 성질을 구비해야 한다. 이것은 유체 성분의 선택을 제한하며, 예를 들면 상기 제거 속도의 향상을 위해 더욱 큰 고체 농도가 요구되는 것과 같이, 유체 조성을 제약한다.

따라서 당해 기술분야에서 필요한 기술은, 폴리싱 작업이 종래의 관습적인 MR 유체 전달시스템을 필요로 하지 않고, 또한 MR 유체 내의 자분의 농도를 직접 측정하고 동적 제어하는 적절한 장치 및 방법이 채용되는, 개선된 저비용의 유지보수 비용이 적게 드는 기술적으로 융통성이 있는 MR 마무리 시스템이다.

본 발명의 주요 목적은 MR 마무리 시스템에서 MR 유체 내 자분의 농도를 계속해서 감시하고 제어하는 것이다.

본 발명에 따른 기판을 자기유변 마무리하는 개선된 시스템은 자기유변(MR) 유체 내 자분 농도에 민감하고 상기 MR 유체 내 수분 함량을 제어하기 위해 MR 유체 특성의 동적 제어를 실시하는 개선된 센서 시스템을 포함한다. 상기 센서 시스템은 전기회로에서 접속된 기준 코일과 검출 코일을 포함한다. 상기 검출 코일은 검출 코일의 프린징 자계가 상기 MR 유체 내로 연장하도록, 모니터링되는 상기 MR 유체를 포함하는 챔버에 인접하여 위치된다. 상기 센서의 전면(face)이 MR 유체와 접촉하게 될 때, 상기 코일의 리액턴스가 변하고 그에 대응하여 임피던스가 변한다. 코일 임피던스가 측정되고 적절한 전자적 수단을 사용하여 출력신호가 생성된다.

상기 시스템은 또한 회로 임피던스의 열적 변동을 보상하는 수단을 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 센서는 열적 접촉상태에 있는 동일한 2개의 코일, 검출 코일과 기준 코일을 포함할 수 있다. 이 코일들은 고주파수 사인파 여자(excitation)에 의해 구동되며, 그것들의 차동 임피던스는 민감형 복조기를 사용하여 측정된다. 상기 2개의 코일의 출력을 상이하게 하는 것은, 온도에 의해 야기된 변동을 상쇄하는 동시에, MR 유체 투자율(이것은 자분 농도에 비례함)을 측정하는 섬세한 방법을 제공한다. 상기 센서로부터의 신호는 피드백 제어기에 입력을 제공하며, 물공급 하부시스템을 작동시켜 계산된 양의 물을 MR 유체에 추가함으로써 상기 MR 유체를 원하는 자분 농도로 복귀시킨다.
또한, 일 실시예는, 휠을 갖는 자기유변 마무리 시스템용 통합 유체 관리 모듈에 있어서, (a) 상기 휠의 표면으로의 개구를 가진 자기-차폐된 챔버를 내부에 가지는 하우징; (b) 상기 챔버 내 소비된 자기유변 유체를 수취하고 보충하는 장치; 및 (c) 상기 하우징에 설치되어 보충된 자기유변 유체의 리본을 상기 챔버로부터 상기 휠 표면 위로 압출하는 리본 압출기;를 포함하고, 상기 보충하는 장치는: (i) 상기 소비된 자기유변 유체 내 자분(magnetic particles)의 농도를 결정하는 센서 시스템; 및 (ⅱ) 계산된 보충 유체의 양을 상기 소비된 자기유변 유체에 추가하기 위한 제어형 분배장치;를 포함하며, 상기 센서 시스템은, 한쪽 단부만을 상기 자기유변 유체와 액체 접촉하고 있는 센서를 한정하는 하우징 내에 설치되는 제 1와이어 코일, 전기회로 내 상기 제1 와이어 코일에 부착된 AC 전압 발생기, 및 상기 전압 발생기에 연결되고, 상기 제1 와이어 코일과 동일하며, 상기 자기유변 유체의 외부에 프린징 자계를 갖는 제2 와이어 코일을 포함하며, 상기 전압 발생기에 전력이 공급될 때 상기 제1 와이어 코일 내부와 주위에 자계가 생성되며, 상기 자계는 상기 제1 와이어 코일의 대향하는 단부들을 넘어서 연장하는 프린징 자계들(fringing field)을 포함하고, 상기 제1 와이어 코일의 대향하는 단부들을 넘어서 연장하는 상기 프린징 자계들 중 어느 하나만이 상기 자기유변 유체를 통해 연장할 때, 상기 회로 내 임피던스는 상기 자분 농도에 비례하고, 상기 제1 와이어 코일은 검출 코일이고 상기 제 2와이어 코일은 기준 코일이며, 상기 챔버 내 소비된 자기유변 유체를 수취하고 보충하는 동력과, 상기 하우징에 설치되어 상기 보충된 자기유변 유체의 리본을 상기 챔버로부터 상기 휠 표면 위로 압출하는 동력은, 상기 통합 유체 관리 모듈을 통과하는 상기 휠의 움직임으로만 얻어지는, 자기유변 마무리 시스템용 통합 유체 관리 모듈을 제공한다.

전술한 내용과 본 발명의 다른 목적, 특징, 및 이점들, 및 바람직한 실시예들은 첨부한 아래의 도면들과 함께 이하의 상세한 설명들을 참조함으로써 더욱 명백해질 것이다.
도 1은 MR 유체의 샘플 내로 연장하는 프린징 자계를 갖는 마그네틱 코일을 개략적으로 도시하고,
도 2는 본 발명에 따른 MR 유체의 샘플에 근접하여 배치된 온도-보상 센서를 개략적으로 도시하고,
도 3은 본 발명에 따른 MR 유체의 자분 농도를 측정하고 동적으로 제어하는 시스템을 개략적으로 도시하고,
도 4는 체적 백분율 농도의 종속성을 수분 백분율의 함수로서 보여주는 그래프이고,
도 5는 도 3에 도시된 시스템의 출력 신호(Volt)를 MR 유체 내 자분의 체적 백분율 농도의 함수로서 보여주는 그래프이고,
도 6은 본 발명의 모출원인 미국 특허출원에 개시된 통합 유체 흐름 관리 모듈(IFMM: Integrated Fluid Flow Management Module)에 포함된 본 발명의 일 실시예의 단면 사시도이며, 상기 특허문헌의 관련 부분들은 참조에 의해 본 명세서에 포함된다.

물질(MR 유체)의 투자율(magnetic permeability)과 본 발명에 따른 장치의 투자율을 측정하는 원칙은 다음과 같다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 와이어 코일(10)이 AC 전압 발생기(12)에 접속되어, 알려진 형태의 자계(14)를 생성한다. 자계(14)는 코일(10)의 각 단부를 초과하는 소위 프린징 자계(finging field)(16)의 영역을 포함한다. 투자율이 측정되는, MR 유체와 같은 자성 재료(18)의 샘플이 코일(10)의 근처 프린장 자계(16) 내에 놓인다. 전압이 코일(10)에 인가될 때, 자기회로가 형성되어 코일에 의해 생성된 자속을 전도한다. 상기 자기회로는 2개의 주요 소자: 코일(10) 및 샘플(18)을 포함한다. 상기 자기회로에 암페어의 회로 법칙을 적용하고 누설 자속을 무시할 수 있는 것으로 가정하면:

여기서, NI는 코일의 마그네토모턴스(magnetomotance)이며(N은 권선수이고 I는 전류임); 첨자 c는 코일을 나타내고 s는 샘플을 나타내며; Hc 및 Hs는 자계 세기이고, Ic 및 Is는 해당하는 요소에서 경로 길이이다.

유도 자속은 자기회로의 임의의 단면에 대하여 동일하다:

여기서, Φ는 자속 세기이고, Bc 및 Bs는 자기유도이며, Ac 및 As는 각각 코일(10)과 샘플(18)의 단면적이다.

아래 수학식 3을 고려하면:

μ₀는 진공의 투자율이고 μ는 샘플(18)의 투자율이며, 이들 3개의 식을 조합하면, 다음 식을 얻는다:

따라서, 자속은 다음과 같을 것이다:

여기서,

와

는 각각 코일(10)과 샘플(18)의 자기저항(reluctance)이다.

그러므로 자속(Φ)은 마그네토모턴스를 코일과 샘플의 자기저항의 합으로 나눈 것과 동일하다. 모든 회로 파라미터가 일정할 때, 샘플(18)의 자기저항이 변화하면 그 결과로서 코일 내 자속이 대응하여 변화하고 그에 의해 그 인덕턴스가 변한다. 즉,

그러므로, 코일 인덕턴스의 측정은 샘플 자기저항과 더 나아가 샘플 투자율 결정을 가능하게 한다.

투자율(μ)은 MR 유체의 자기적 특성에 종속한다. 또한, 이들 특성은, 수학식 7에 주어진 것과 같이, 샘플 내 자분의 농도(φ)에 종속한다:

코일(10)에 인가된 AC 전압을 포함하여 시스템의 모든 파라미터가 일정하게 유지될 때, 코일(10)을 포함하는 센서(22)의 전면(20)에 접촉하는 MR 유체 내 자분의 농도가 변하면 그에 대응하여 코일 인덕턴스가 변할 것이다.

코일 인덕턴스를 결정하는 편리한 방법은 교류회로에서 전류 흐름에 대한 저항의 측정인 코일 인덕턴스의 리액턴스를 측정하는 것이다:

여기서 ω는 교류의 주파수이다.

도 3을 참조하면, 실제에 있어서, MR 유체 농도는 다음과 같이 측정된다. 비전도성 하우징(11) 내 코일(10)은 검출소자를 형성한다. 프린징 자계(16)가 MR 유체 내로 연장하도록 센서(22)의 전면(20)이 MR 유체와 접촉하게 될 때, 검출 코일(10)의 리액턴스가 변경되고, 그에 대응하여 임피던스의 변경이 일어난다. 코일 임피던스가 측정되고 적절한 전자적 수단을 사용하여 출력 신호가 생성된다. 상기 시스템은 추가로 회로 임피던스의 열적 변동을 보상하는 수단을 포함할 수도 있다. 예를 들면, 도 3에 도시된 것과 같이, 센서(22)는 열적 접촉상태에 있는 2개의 동일한 코일, 즉 검출 코일(10)과 기준 코일(10')을 포함한다. 이것들은 고주파수 사인파 여자(excitation)에 의해 구동되며, 이것들의 차동 임피던스는 민감한 복조기(24)를 사용하여 측정된다. 코일(10, 10')의 출력을 다르게 하는 것은 MR 유체(18)의 투자율을 측정하는 민감한 방법을 제공하는 동시에, 온도에 의해 발생된 변동을 상쇄한다. 온도를 보상하는 또 다른 방법(도시하지 않음)은 코일 온도를 측정하고 보상을 위한 적절한 피드백 신호를 생성하는 것이다. 예를 들면, 그와 같은 신호는, DC 회로에서 코일의 저항을 측정함으로써, 또는 코일 내에 포함된 서미스터(thermistor) 또는 열전쌍(thermocouple)과 같은 적절한 열-센서를 사용함으로써, 생성될 수 있다.

이렇게 해서, 상기 시스템 출력신호는 상기 샘플 자분 농도의 변동에 추종한다. 일반적인 경우에 있어서, 수학식 9와 같이 정의될 수 있다:

여기서, K ₁ , k ₂ ,...는 시스템 기하학적 구조 및 시스템 전기적 파라미터에 종속하는 어떤 상수 파라미터이다. 센서 출력신호의 크기는 권선수, 코일들의 기하학적 구조, 오실레이터의 주파수 및 전압, 구성요소들의 임피던스 등과 같은 다양한 시스템 파라미터를 (미리) 설정함으로써 조작될 수 있다.

MR 유체(18) 내 자분 농도와 복조기(24)의 출력전압(Vs)(26) 사이의 양적 관계는 알려진 자분 농도를 가진 샘플들을 가지고 교정(calibration)에 의해 결정된다. 그와 같은 교정은 수학식 10에 의한 일반적인 표현을 제공한다:

여기서, a 및 b는 교정에 의해 정의된 상수들이다.

실시예: 수성(water-based) MR 유체의 샘플들이 시험과 시스템 교정을 위해 사용되었다. 처음에, 수분(물의 백분율)의 측정에 의해 MR 유체 내 자분 농도가 결정되었으며, 이것은 스위스에 소재하는 Mettler-Toledo GmbH사로부터 입수 가능한 수분 분석기 HB43을 가지고 자분 농도를 정의한다. 해당하는 데이터가 도 4에 제시되어 있다. 그 다음에, 알려진 자분 농도를 가진 MR 유체가 매립 설치된 센서(22)를 가진 용기(13)에 배치되었고, 자분 농도에 비례하는 신호(26)가, 도 3에 도시된 것과 같은 방수 케이스(11) 내에 수용된 2개의 코일(10, 10')을 포함하는 센서(22)에 의해 발생되었다. 도 5는 수학식 10에 의해 예측된 것과 같은 측정된 농도의 범위에서 농도에 대한 전압의 우수한 선형 종속성을 보여준다.

도 3과 도 6, 및 모출원에 개시된 내용을 참조하면, 자기유변 마무리 장치에서, IFMM(30)은, 소비된 리본(32b)을 휠(34)로부터 제거하고, 소비된 MR 유체를 보충(replenishing) 및 되비빔(retempering)을 실시하고, 보충된 MR 유체의 리본(32a)을 상기 휠 위로 압출하도록, 배치된다.

IFMM(30)은 IFMM 내 MR 유체의 자화를 방지하기 위해 차폐 물질로 형성된 일반적으로 원통 형상의 컵-모양 하우징(36)을 포함한다. 하우징(36)에는, 바람직하게는 휠(34)의 표면에 순응하는 표면이 하우징(36)의 개구 단부 둘레에 제공된다. 하우징(36)은 리본(32b)이 들어가는 진입 슬롯(40)과 압출된 리본(32a)을 배출하는 배출 슬롯(42)을 구비하는 챔버(38)를 포함한다. 드리퍼 튜브(dripper tube)(44)는 유체(46)(도 3 참조), 예를 들면 MR 유체, 보충 유체 등을 그 안으로 배출하기 위해 챔버(38)에 대한 액세스를 제공한다. 리본 디플렉터 라인(ribbon deflector line)(48)은 진입 슬롯(40)의 내측 단부를 가로질러 연장하고 휠(34)의 표면에 접촉 상태로 타고 가서 소비된 리본(32b)을 휠(34)로부터 챔버(38) 안으로 방향전환시킨다. 리본 디플렉터 라인(48)은 손잡이(50)에 의해 팽팽해지며 나일론, 스테인레스 스틸, 구리 등으로 만들어질 수 있다. 전기 믹서 모터와 믹서 임펠러(impeller)가 하우징 위에 배치되며, 유체(46)와 소비된 MR 유체(32b)를 혼합하여 재사용을 위한 보충된 MR 유체(32a)를 생성하기 위해 챔버(38) 안으로 연장된다. 센서(22)는 챔버(38) 안의 자분의 농도를 결정하기 위해 혼합 및 보충된 MR 유체(34a)와 접촉하여 챔버(38)의 벽부에 배치된다. 전기도관(52)은 믹서 모터 및 센서로의 전선의 통과를 허용한다.

동작 시, 자기적으로-차폐된(외부 자계로부터) IFMM 캐비티(38)는 휠(34)이 회전하는 동안 소정 체적의 MR 유체로 채워진다(예를 들면, 상기 차폐의 개구를 통해 주사기로). 휠(34)의 표면은 배출 슬롯(42)을 통해 낮은-점도의 MR 연마 유체(32a)를 운반하며, 따라서 휠 표면 위에 리본을 형성한다.

휠(34) 위의 (도시되지 않은) 작업 영역을 통과한 후, 리본(이제는, 32b)은 자기적으로-차폐된 IFMM 캐비티(38) 안으로 들어가, 자기 소거되고, 디플렉터 라인(48)에 의해 휠 표면으로부터 제거되어, 움직이는 휠 표면과 함께 MR 유체를 교반하고 드리퍼(44)에 의해 주입된 물과 같은 보충 캐리어 유체(46)와의 혼합을 촉진하는 제트(jet)를 형성한다. 모듈 본체에 통합된 모터에 의해 구동되는 회전하는 옵션 믹서 임펠러와 같은 적당한 수단으로 추가의 교반/혼합이 제공될 수 있다(예를 들면, 비교적 점성이 있는 MR 유체를 사용하는 경우).

본 발명에 있어서, IFMM 캐비티에서 MR 연마 유체 회수와 리본 형성은 연속적이다. 통상적으로, 수성 MR 연마 유체가 광학기기 마무리에서 사용된다. 전체적인 시스템 안정성과 제거 속도 안정성은 통제된, 고해상도의 결정적 마무리를 위해 필수적이다. 물질 제거 속도는 리본 표면 위와 IFMM 내에서 일어나는 수분 증발로 인해 변할 수 있다. 이것은 차례로 캐비티(cavity) 벽부에 통합된 센서(22)에 의해 검출되는 MR 유체 고체 농도의 바람직하지 않은 변화(증가)를 초래한다. (주의: 센서(22)를 챔버(38)로부터 분리하는 센서 전면 또는 캐비티 벽부는 바람직하게는 사용 중 단단한 연마 자분에 의해 센서 전면 또는 벽부의 침식을 방지하기 위해 세라믹 또는 다이아몬드와 같은 고저항성 비강자성 재료로 형성되거나 코팅된다.) 센서(22)로부터의 신호(26)는 종래의 피드백 루프 제어기(54)에 제공되어 물 주입 펌프(56)를 작동시켜, 저장소로부터 끌어온 어떤 특정 양의 물(46)을 주입하고, 소비된 유체(32b)를 보충된 유체(32a)로 희석시킴으로써 MR 유체를 보충한다.

다양한 구체적인 실시예를 참조함으로써 본 발명을 설명했지만, 전술한 본 발명의 개념의 범위와 사상 범위 내에서 다수의 변경이 이루어질 수 있음을 인식해야 한다. 따라서, 본 발명은 설명된 실시예들에 한정되지 않으며, 청구범위의 청구항들에 의해 정의된 모든 범위를 포함하는 것을 의도하는 것으로 이해되어야 한다.

Claims (8)

1. 휠을 갖는 자기유변 마무리 시스템용 통합 유체 관리 모듈에 있어서,
   (a) 상기 휠의 표면으로의 개구를 가진 자기-차폐된 챔버를 내부에 가지는 하우징;
   (b) 상기 챔버 내 소비된 자기유변 유체를 수취하고 보충하는 장치; 및
   (c) 상기 하우징에 설치되어 보충된 자기유변 유체의 리본을 상기 챔버로부터 상기 휠 표면 위로 압출하는 리본 압출기;를 포함하고,
   상기 보충하는 장치는:
   (i) 상기 소비된 자기유변 유체 내 자분(magnetic particles)의 농도를 결정하는 센서 시스템; 및
   (ⅱ) 계산된 보충 유체의 양을 상기 소비된 자기유변 유체에 추가하기 위한 제어형 분배장치;를 포함하며,
   상기 센서 시스템은,
   한쪽 단부만을 상기 자기유변 유체와 액체 접촉하고 있는 센서를 한정하는 하우징 내에 설치되는 제 1와이어 코일,
   전기회로 내 상기 제1 와이어 코일에 부착된 AC 전압 발생기, 및
   상기 전압 발생기에 연결되고, 상기 제1 와이어 코일과 동일하며, 상기 자기유변 유체의 외부에 프린징 자계를 갖는 제2 와이어 코일을 포함하며,
   상기 전압 발생기에 전력이 공급될 때 상기 제1 와이어 코일 내부와 주위에 자계가 생성되며,
   상기 자계는 상기 제1 와이어 코일의 대향하는 단부들을 넘어서 연장하는 프린징 자계들(fringing field)을 포함하고,
   상기 제1 와이어 코일의 대향하는 단부들을 넘어서 연장하는 상기 프린징 자계들 중 어느 하나만이 상기 자기유변 유체를 통해 연장할 때, 상기 회로 내 임피던스는 상기 자분 농도에 비례하고,
   상기 제1 와이어 코일은 검출 코일이고 상기 제 2와이어 코일은 기준 코일이며,
   상기 챔버 내 소비된 자기유변 유체를 수취하고 보충하는 동력과, 상기 하우징에 설치되어 상기 보충된 자기유변 유체의 리본을 상기 챔버로부터 상기 휠 표면 위로 압출하는 동력은, 상기 통합 유체 관리 모듈을 통과하는 상기 휠의 움직임으로만 얻어지는, 자기유변 마무리 시스템용 통합 유체 관리 모듈.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 센서는:
   (a) 상기 검출 코일과 상기 기준 코일에 연결된 복조기; 및
   (b) 상기 복조기에 연결되어 상기 제어형 분배장치에 신호를 송신하는 피드백 제어기;를 추가로 포함하는, 자기유변 마무리 시스템용 통합 유체 관리 모듈.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 제어형 분배장치는:
   (a) 보충 유체 공급원;
   (b) 상기 공급원에 연결된 펌프; 및
   (c) 상기 펌프에 연결되어 상기 계산된 보충 유체의 양을 상기 자기유변 유체 내에 추가하기 위한 장치;를 추가로 포함하는, 자기유변 마무리 시스템용 통합 유체 관리 모듈.
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제

Images