專利名稱：一種相控陣超聲聚焦流體振動(dòng)拋光裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光學(xué)冷加工技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種相控陣超聲聚焦流體振動(dòng)拋光裝置。
背景技術(shù)：
隨著光學(xué)與微電子學(xué)等技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)重要零件表面精度的要求越來越高， 相應(yīng)地，如何實(shí)現(xiàn)零件的高精密拋光已經(jīng)成為加工領(lǐng)域的一個(gè)重要研究課題。由于在傳統(tǒng)的拋光方法中，拋光盤會(huì)磨損且控制性較差，很多新的拋光方法也逐漸被提出。流體振動(dòng)拋光(polishing based Vibrations of Liquid)就是其中一種比較有發(fā)展前景的拋光方法。 該方法摒棄了傳統(tǒng)拋光加工中的拋光盤和拋光墊，以流體作為拋光工具，由于流體具有幾何形狀的自適應(yīng)能力，因此可以獲得很好的加工平整度。拋光能量由超聲振動(dòng)提供，當(dāng)超聲振動(dòng)在液體中傳播時(shí)，將發(fā)生一種稱為“空化”的復(fù)雜非線性現(xiàn)象，而空化泡局部將產(chǎn)生非常高的溫度和壓強(qiáng)，同時(shí)非對(duì)稱空化會(huì)引發(fā)高速的微射流。流體分子或懸浮在其中的微細(xì)磨粒在這種空化作用的驅(qū)使下沖擊工件表面，從而實(shí)現(xiàn)材料的去除。目前，流體振動(dòng)拋光裝置的原理是將工件整體放入含有拋光液的槽中，槽外側(cè)固定有超聲換能器，換能器發(fā)出超聲波從而驅(qū)動(dòng)液體產(chǎn)生超聲振動(dòng)。這種方式的缺點(diǎn)是將工件整體放入流體超聲振動(dòng)場(chǎng)中，工件表面所有點(diǎn)都會(huì)有去除，而各點(diǎn)的去除量難以控制，這樣也使得目前的流體振動(dòng)拋光不適合作為工件面形的修正方法。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有流體振動(dòng)拋光裝置的不足，本發(fā)明提供一種相控陣超聲聚焦流體振動(dòng)拋光裝置，該裝置可控制超聲波在工件表面待加工點(diǎn)聚焦，聚焦后的超聲波可在局部對(duì)工件表面進(jìn)行去除，對(duì)各點(diǎn)的駐留時(shí)間進(jìn)行控制即可修正面形，從而成為一種適合于面形修正與表面拋光兼顧的流體振動(dòng)拋光裝置。本發(fā)明解決技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案如下一種相控陣超聲聚焦流體振動(dòng)拋光裝置，包括主控制器、信號(hào)接收與采集模塊、超聲發(fā)射模塊、超聲相控陣換能器和裝有拋光液的敞口容器；主控制器發(fā)出含有延時(shí)的控制信號(hào)給超聲發(fā)射模塊，超聲發(fā)射模塊驅(qū)動(dòng)超聲相控陣換能器產(chǎn)生超聲振動(dòng)并在待加工件上的待拋光點(diǎn)聚焦，經(jīng)過待加工件反射回來的聲波再由同一個(gè)超聲相控陣換能器接收，超聲相控陣換能器接收的聲波信號(hào)經(jīng)過信號(hào)接收與采集模塊處理后傳給主控制器。上述拋光液中的拋光顆?？梢允茄趸琛⒀趸?、氧化鋁或納米金剛石。上述超聲相控陣換能器與待加工件之間的距離在IOmm到2m之間。上述超聲相控陣換能器發(fā)出的頻率在15KHz 20MHz之間可調(diào)；當(dāng)超聲頻率在 15KHz 850KHz頻率范圍內(nèi)時(shí)，主要利用空化作用來加工；當(dāng)超聲頻率在850KHz 20MHz 頻率范圍內(nèi)時(shí)，主要利用聲壓驅(qū)動(dòng)流體流動(dòng)來拋光。上述超聲相控陣換能器的下平面與待加工件的表面之間的夾角在0° 90°之間。上述超聲相控陣換能器可以是矩形面陣式換能器、圓形面陣式換能器或線陣式換能器。面陣式換能器可在兩個(gè)方向的不同深度聚焦，換能器本身不需要移動(dòng)；線陣式換能器只能在一個(gè)方向不同深度聚焦，需要在另一個(gè)方向移動(dòng)換能器來完成整個(gè)平面的掃描。本發(fā)明相控陣超聲聚焦流體振動(dòng)拋光裝置的工作原理是拋光前，先由主控制器控制超聲發(fā)射模塊驅(qū)動(dòng)超聲相控陣換能器對(duì)工件位置進(jìn)行掃描，確定工件位置后，再根據(jù)工件各點(diǎn)的駐留時(shí)間對(duì)工件表面進(jìn)行超聲聚焦掃描，聚焦后的超聲將振動(dòng)傳遞給流體，由流體帶動(dòng)拋光顆粒振動(dòng)來對(duì)工件表面進(jìn)行局部去除。本發(fā)明的有益效果是1)本裝置在拋光之前可利用超聲相控陣對(duì)待加工件進(jìn)行掃描定位，有利于提聞加工的精度。2)本裝置可控制超聲在待加工件表面的待加工點(diǎn)進(jìn)行聚焦，聚焦后的超聲可使拋光液中的拋光顆粒產(chǎn)生振動(dòng)并對(duì)該待加工點(diǎn)局部進(jìn)行去除，通過控制各待加工點(diǎn)的駐留時(shí)間可修正待加工件表面的面形，本裝置是一種適合于面形修正與表面拋光兼顧的流體振動(dòng)拋光裝置。


圖I是本發(fā)明相控陣超聲聚焦流體振動(dòng)拋光裝置的原理示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。實(shí)施例一本發(fā)明按圖I結(jié)構(gòu)實(shí)施，超聲相控陣換能器4為矩形超聲相控陣換能器，對(duì)于η為奇數(shù)個(gè)陣元的相控陣，若需要在某一特定的方位角Θ方向上，在距離為F處形成焦點(diǎn)，控制各陣元的延遲時(shí)間為
權(quán)利要求
1.一種相控陣超聲聚焦流體振動(dòng)拋光裝置，其特征在于，該裝置包括主控制器(I)、信號(hào)接收與采集模塊(2)、超聲發(fā)射模塊(3)、超聲相控陣換能器(4)和裝有拋光液￠)的敞口容器(5);主控制器(I)發(fā)出含有延時(shí)的控制信號(hào)給超聲發(fā)射模塊(3)，超聲發(fā)射模塊(3)驅(qū)動(dòng)超聲相控陣換能器(4)產(chǎn)生超聲振動(dòng)并在待加工件(7)上的待拋光點(diǎn)聚焦，經(jīng)過待加工件(7)反射回來的聲波再由同一個(gè)超聲相控陣換能器(4)接收，超聲相控陣換能器(4)接收的聲波信號(hào)經(jīng)過信號(hào)接收與采集模塊(2)處理后傳給主控制器(I)。
2.如權(quán)利要求I所述的一種相控陣超聲聚焦流體振動(dòng)拋光裝置，其特征在于，所述拋光液出)中的拋光顆粒為氧化硅、氧化鈰、氧化鋁或納米金剛石。
3.如權(quán)利要求I所述的一種相控陣超聲聚焦流體振動(dòng)拋光裝置，其特征在于，所述超聲相控陣換能器⑷與待加工件(7)之間的距離為IOmm 2m。
4.如權(quán)利要求I所述的一種相控陣超聲聚焦流體振動(dòng)拋光裝置，其特征在于，所述超聲相控陣換能器(4)發(fā)出的頻率為15KHz 20MHz。
5.如權(quán)利要求I所述的一種相控陣超聲聚焦流體振動(dòng)拋光裝置，其特征在于，所述超聲相控陣換能器(4)的下平面與待加工件(7)的表面之間的夾角為0° 90°。
6.如權(quán)利要求I所述的一種相控陣超聲聚焦流體振動(dòng)拋光裝置，其特征在于，所述超聲相控陣換能器(4)為矩形面陣式換能器、圓形面陣式換能器或線陣式換能器。
全文摘要
一種相控陣超聲聚焦流體振動(dòng)拋光裝置屬于光學(xué)冷加工領(lǐng)域，該裝置包括主控制器、信號(hào)接收與采集模塊、超聲發(fā)射模塊、超聲相控陣換能器和裝有拋光液的敞口容器。拋光前，先由主控制器控制超聲發(fā)射模塊驅(qū)動(dòng)超聲相控陣換能器對(duì)工件位置進(jìn)行掃描，確定工件位置后，再根據(jù)工件各點(diǎn)的駐留時(shí)間對(duì)工件表面進(jìn)行超聲聚焦掃描，聚焦后的超聲將振動(dòng)傳遞給流體，由流體帶動(dòng)拋光顆粒振動(dòng)來對(duì)工件表面進(jìn)行局部去除。該裝置可用于工件表面的面形修正，也可降低工件表面的粗糙度。
文檔編號(hào)B24B1/04GK102601687SQ20121005718
公開日2012年7月25日 申請(qǐng)日期2012年3月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月6日
發(fā)明者王君林, 王紹治 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所