[发明专利]静电可控磨粒流加工去除量检测装置与检测方法

权利要求书

1.一种静电可控磨粒流加工去除量检测装置，其特征在于：包括磨粒流加工装置、法拉第筒法系统和显微可视化系统，所述磨粒流加工系统包括高压静电发生器(1)、配模吸附平台(4)、外加电场(5)、磨粒流(2)和工件(3)，工件(3)通过配模吸附平台(4)进行固定，磨粒流(2)经过高压静电发生器(1)后发射到工件(3)表面进行磨粒流加工，外加电场(5)直接加载在整个配模吸附平台(4)和工件(3)上；

所述法拉第筒法系统包括外筒体(6)、内筒体(12)、非电解质溶液(16)、静电计(17)和绝缘体(18)，非电解质溶液(16)放置在内筒体(12)内部，经过高压静电发生器(1)后的磨粒直接注入非电解质溶液(16)中，内筒体(12)设置在外筒体(6)内部，静电计(17)设置在外筒体(6)外侧，静电计(17)的检测端设置在内筒体(12)上，内筒体(12)通过绝缘体(18)连接外筒体(6)；

所述为可视化系统包括激光器(20)、反光镜(21)、连续变焦镜头和CCD高速摄像机，激光器(20)发射的光线经过反光镜(21)反光后照亮整个窗口内的流场，CCD高速摄像机通过连续变焦镜头的放大后对视场内被示踪细微磨粒进行拍摄和储存。

2.一种静电可控磨粒流加工去除量检测方法，其特征在于：包括如下步骤：

第一步：在电荷尖端聚集效应的静电可控磨粒流加工中，将不同粒径的磨粒经过相同的静电场，不同粒径的磨粒经过静电场后具有不同的电荷量，利用荷电颗粒振动引起的凝聚与扩散现象，细颗粒带电量较多时会被大颗粒排斥，不同粒径的颗粒存在速度差异等现象，实现磨粒流中掺杂的大粒径颗粒与小粒径颗粒分离，减小大颗粒与工件(3)表面发生碰撞的概率；

第二步：在工件(3)表面施加电场，通过电荷尖端聚集效应，改变带负电荷磨粒在带正电荷工件(3)表面撞击区域的分布特征，增加磨粒对工件(3)微观表面波峰的撞击概率，加速工件(3)表面波峰的去除；

第三步：建立适用于电荷尖端聚集效应的静电可控磨粒流加工的预测模型；工件(3)表面施加电场后，在工件(3)表面施加电场后不同电荷状态磨粒运动规律、不同电场环境下带电磨粒运动规律、工件(3)电荷尖端聚集效应条件下带电磨粒对工件(3)撞击位置的分布概率、脉动状态对带电磨粒运动轨迹和速度影响规律、表面损伤和有效冲击力阈值与工件(3)电场大小和磨粒带电荷数的呈量化关系，故根据这些参数提出类Preston方程，即适用于电荷尖端聚集效应的静电可控磨粒流加工的预测模型方程

其中，Δz为磨削去除量；m为击中概率；kp包括了与磨粒本身相关的因素和磨粒与壁面发生作用时的因素，是加工常量；q为磨粒平均带电量；ρ为磨粒密度；V为磨粒体积；v为磨粒运动速度；

第四步：针对磨粒经过高压静电场后的电荷量进行检测，将经过高压静电场的磨粒射到法拉第筒法系统，当荷电磨粒被置于法拉第筒法系统内时，法拉第筒法系统的内筒壁面会感应出与磨粒所带电荷大小相同、极性相反的电荷，静电计(17)的电容中则会得到与被测物体所带电荷大小相同、极性也相同的电荷，用示波器记录下此信号，就可推算出所测量的电子束流的强度；将不同种类和粒径的磨粒进行法拉第筒法检测，进而预估不同粒径磨粒经过高压静电场后的电荷量q；

第五步：设计显微可视化系统，显微可视化系统包括激光器(20)、反光镜(21)、连续变焦镜头和CCD高速摄像机，当激光器(20)通过显微镜物镜照亮整个窗口内的流场，视场中运动被示踪细微磨粒通过物镜和连续变焦镜头的放大，被CCD高速摄像机以一定的拍摄速度记录并存储，经过软件分析处理后可以得到粒径、速度、运动轨迹的数据，以观察细颗磨粒在视场范围内的整个运动过程。

3.根据权利要求2所述的一种静电可控磨粒流加工去除量检测方法，其特征在于：所述第一步中磨粒本身相关的因素包括磨粒的大小、磨粒的形状和磨粒的硬度，磨粒与壁面发生作用的因素包括磨粒与壁面的撞击角度和撞击时磨粒的速度。

4.根据权利要求2所述的一种静电可控磨粒流加工去除量检测方法，其特征在于：所述步骤五的具体过程如下：抛光过程中的流动磨粒流场由激光器(20)经过反光镜(21)照射照明，为了保留流道内部流场的稳定性，采用了抛光台一侧开设一块尺寸为45ram*25mm的石英玻璃观测窗口，并采用拥有超长工作距离的且连续变焦镜头能对细颗粒物的运动进行较大范围的观察的CCD高速摄像机对放大后的细颗粒物进行拍摄和记录；根据得到的磨粒加工图片，根据图像成形原理计算磨粒粒径R来推算磨粒体积，计算公式为根据相临两张图片同一磨粒相对运动位移X,计算磨粒的运动速度