[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

说明书

本发明公开了一种静电可控磨粒流加工去除量检测装置及检测方法，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、配模吸附平台、外加电场、磨粒流和工件，工件通过配模吸附平台进行固定，磨粒流经过高压静电发生器后发射到工件表面进行磨粒流加工，外加电场直接加载在整个配模吸附平台和工件上；本发明提出适用于电荷尖端聚集效应的静电可控磨粒流加工方法经验预测模型方程，通过法拉第筒系统设计解决了磨粒的带电电荷量测量的相关，为选择合适磨粒与工件的切削作用力提供理论依据。

技术领域

本发明涉及超精密加工技术领域，更具体的说，尤其涉及一种静电可控磨粒流加工去除量检测装置及检测方法。

背景技术

流体抛光是获取超光滑表面的重要手段之一，备受研究者关注。浮法抛光、浴法抛光、磁流体抛光、电流变液抛光、磁流变液抛光、流体振动抛光、超声波磁流变复合抛光、射流抛光、动压悬浮抛光、介电泳抛光、气液固三相磨粒流抛光等技术应运而生。已有研究表明：少、无损伤超光滑表面的形成取决于磨粒与工件表面的接触状态。流体抛光采用无工具或工具不直接作用的加工方式，很好地实现了磨粒与工件的软性接触，减少了工件层变质和亚表面损伤。现在提出的新的流体抛光方法：基于电荷尖端聚集效应的静电可控磨粒流加工方法。该方法是在已有流体抛光技术的基础上，结合静电感应原理和库伦定律，使以非电解质为载体的磨粒流经过高压静电场后磨粒带电，同时，在工件表面施加电场，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表面撞击区域的分布特征，增加磨粒对工件微观表面波峰的撞击概率，加速工件表面波峰的去除，结合脉动方式，使磨粒流入射角度进行周期性摆动，通过对脉动频率和摆动角度的有效调控，得到作用于工件的最优抛光交变力，保证高效去除前提下高质量表面的获得。目前的静电可控流体抛光技术，或多或少存在如下问题：磨粒与工件的切削作用较弱，与磨粒的带电电荷量相关，导致磨粒的有效加工参与率不够，加工效率较低；技术水平和操作环境要求较高，工件适应性不佳，影响加工效果的部分工艺参数控制难度较高，难以对其加工过过程进行监控等不可测因数。因此，在保证衬底表面少、无损伤的前提下，实现较高效率超光滑表面加工可控可预测是目前急需解决的电荷尖端聚集效应的静电可控磨粒流加工方法中的其中一项技术难题。Preston方程是广泛应用在磨削加工中的经验公式。在一定条件下，可以用Preston方程描述磨粒流加工对工件的去除量与各种工艺参数以及磨粒特性的关系。在Preston方程中，将磨粒的速度和磨粒对壁面压力之外的所有因素的作用都归为一个比例常数kp，称为Preston常数，式中Δz——磨削去除量，v——磨粒在近壁区的相对运动速度p——磨粒在近壁区的相对压力，kp包括了与磨粒本身相关的部分因素。而基于电荷尖端聚集效应的静电可控磨粒流加工方法中引入了电场的概念，脉动控制引入了抛光交变力，Preston方程并不完全适用于该方法的理论研究，故针对电荷尖端聚集效应的静电可控磨粒流加工方法需要提出新的经验预测模型方程。

发明内容

本发明的目的在于解决现有静电可控磨粒流加工中Preston方程不适用，加工效率、加工质量不易于提高、加工过程工艺参数难以控制等缺点，提供了一种静电可控磨粒流加工去除量检测装置及检测方法，该方法适用于基于电荷尖端聚集效应的静电可控磨粒流加工方法中对光学元件、非晶薄膜衬底等工件表面精密自动化研磨与抛光的工艺优化。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一种静电可控磨粒流加工去除量检测装置，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、配模吸附平台、外加电场、磨粒流和工件，工件通过配模吸附平台进行固定，磨粒流经过高压静电发生器后发射到工件表面进行磨粒流加工，外加电场直接加载在整个配模吸附平台和工件上；

所述法拉第筒法系统包括外筒体、内筒体、非电解质溶液、静电计和绝缘体，非电解质溶液放置在内筒体内部，经过高压静电发生器后的磨粒直接注入非电解质溶液中，内筒体设置在外筒体内部，静电计设置在外筒体外侧，静电计的检测端设置在内筒体上，内筒体通过绝缘体连接外筒体；