[发明专利]基于磁流变液的电磁激励自适应磨头

说明书

技术领域

本发明主要应用于光学冷加工技术领域，尤其适用于非球面反射镜的光学加工领域，具体涉及一种基于磁流变液的电磁激励自适应磨头。

背景技术

光学非球面反射镜加工是采用CCOS技术即计算机控制小磨头加工工艺。传统的工艺中，磨头使用的是光学沥青材料，其特点是沥青材料有一定的自流动性，以此特性来适应非球面反射镜各处曲率半径不同的特点。但是在加工过程中沥青的硬度是固定的，自流动性有限。因此，如果加工过程在光学非球面反射镜上产生了一定的中高频误差的话，就必须在不同的加工周期中使用不同直径，不同硬度的磨头。那么，如果在反射镜的各处同时分布着不同的中高频误差的话，就只能在不同的加工周期中更换不同直径、不同硬度的磨头予以消除，这就给加工过程带来了诸多不便。

磁流变加工工艺应用在光学加工方面已经有了几十年的历史，它以加工速度快，抛光液硬度可控，加工出的反射镜面形精度高，粗糙度好等优势受到光学加工者的青睐。磁流变液的主要成分是铁粉以及诸多添加剂。液体在无外磁场激励的情况下呈现悬浊液的特点，但在有外磁场激励下则呈现出偏固态的形式，随着外磁场的磁感应强度增大，磁流变液的硬度也随之加大。

发明内容

为了解决传统加工工艺中由于硬度不可变的磨头很难处理中高频面形误差的技术问题，本发明提供一种基于磁流变液的电磁激励自适应磨头，其使传统的CCOS技术能在一次光学加工周期中，同时消除非球面反射镜上不同位置的中高频误差，以达到非球面反射镜面形快速收敛的目的。

本发明解决技术问题所采取的技术方案如下：

基于磁流变液的电磁激励自适应磨头包括电磁线圈、铝制骨架、磁流变液、橡胶蒙皮和聚氨酯抛光革，电磁线圈内嵌到铝制骨架的凹槽内，并通过点胶方式固定在铝制骨架内，磁流变液由橡胶蒙皮密封，橡胶蒙皮通过强力胶粘接到铝制骨架的下端固定，聚氨酯抛光革粘接到橡胶蒙皮上。

本发明的有益效果是：能够在不更换磨头的条件下，在一次光学加工周期中，同时消除非球面反射镜上不同位置的中高频误差，以达到非球面反射镜面形快速收敛的目的。

附图说明

图1是本发明基于磁流变液的电磁激励自适应磨头的剖面示意图。

图2是本发明基于磁流变液的电磁激励自适应磨头工作原理图。

图中：1、电磁线圈，2、铝制骨架，3、磁流变液，4、橡胶蒙皮，5、聚氨酯抛光革，6、工控机，7、数控大电流发生器，8、自适应磨头，9、磨头连接杆，10、导线。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细说明。

如图1所示，本发明基于磁流变液的电磁激励自适应磨头包括：电磁线圈1、铝制骨架2、磁流变液3、橡胶蒙皮4和聚氨酯抛光革5，电磁线圈1内嵌到铝制骨架2的凹槽内，并通过点胶方式固定在铝制骨架2内，磁流变液3由橡胶蒙皮4密封，橡胶蒙皮4通过强力胶粘接到铝制骨架2的下端固定，聚氨酯抛光革5粘接到橡胶蒙皮4上。

如图2所示，本发明的磨头应用时的配套装置包括工控机6和数控大电流发生器7。电磁线圈1的引脚由导线10与数控大电流发生器7连接，即电磁线圈1由数控大电流发生器7驱动。数控大电流发生器7通过IO接口与工控机6连接，接收工控机6的控制信号。

上述铝制骨架2的尺寸与加工工艺所需磨头直径相等；由于线圈安装工艺的需要，电磁线圈1的直径与磨头直径相等，电磁线圈1的匝数n由如下公式n=10000/（4.44fbs）确定，其中，f为电磁线圈的工作频率，b为线圈内的磁感应强度，s为线圈所围成的面积。磁流变液3的粘度由电磁线圈1产生的磁感应强度决定，其具体对应关系需由实验来确定，确定过程如下：首先由电磁线圈1产生特定强度的磁场，磁流变液3则受磁场激励，其粘度发生改变，此粘度值由粘度计测得，若结果满足要求则停止改变电磁线圈1中的电流；若不符合要求则进一步改变电磁线圈1中的电流强度；橡胶蒙皮4的尺寸以恰好能够包裹住磁流变液3为佳。

本发明基于磁流变液的电磁激励自适应磨头的工作原理如下：当自适应磨头工作在非球面反射镜的某一区域时，由CCOS数控加工中心把磨头当前位置反馈给工控机6。之后由工控机6计算磨头所在区域的面形分布的功率谱密度值，功率谱密度公式为：PSD＝|Z(k)|²/L 其中，Z(k)为面形分布函数经傅里叶变换后的频谱函数，L为取样长度。由功率谱密度值来生成一个针对数控大电流发生器7的控制信号，根据这个控制信号，数控大电流发生器7产生一个特定强度的直流电来驱动电磁线圈1，产生一个特定强度的静态电磁场。那么，由于橡胶蒙皮4内的磁流变液3处于这个静态电磁场的范围内，受到电磁场的激发，因此会改变磁流变液的硬度。当磨头所加工区域的中高频误差较大时，表征中高频部分的功率谱密度值偏大，则会控制数控大电流发生器7输出较大的电流强度以此通过电磁线圈1来产生较强的电磁场，使得磁流变液3变硬，即磨头变得更有硬度，能够更好的消除掉非球面反射镜上的中高频面形误差。反之，如果非球面反射镜上的中高频面形误差较小，则工控机6会控制数控大电流发生器7产生一个较小的电流，驱动电磁线圈1产生较弱的电磁场，使得磁流变液3变软，即磨头变得较软，使聚氨酯抛光革5能够与反射镜面形相吻合得很好，更加有利于修抛非球面反射镜的低频面形误差。由此方式来实现通过一个自适应磨头来修抛非球面反射镜高中低面形误差的目的。