一种自识别多角度磁极头化学磁粒研磨加工装置

摘要

本发明涉及一种自识别多角度磁极头化学磁粒研磨加工装置，包括钻削机床，钻削机床的主轴上设有磁粒研磨装置，带v型槽的工件置于工作台上，摄像头拍摄工件成像于电脑识别v型槽角度，将计算结果传送给磁粒研磨装置对应调整角度，先由化学溶液喷射装置对工件表面喷射化学溶液，在工件表面生成一层钝化膜，然后采用磁粒研磨工艺对v型槽的两斜面同时进行研磨加工。本发明不仅能解决加工中磨粒受压不同，工件表面不均匀、表面精密度不高的问题，也能减少人工操作，大大缩短所需时间，提升加工效率。

权利要求

1.一种自识别多角度磁极头化学磁粒研磨加工装置，其特征在于，包括钻削机床，钻削机床的主轴上设有磁粒研磨装置，带v型槽的工件置于工作台上，摄像头拍摄工件成像于电脑识别v型槽角度，将计算结果传送给磁粒研磨装置对应调整角度，先由化学溶液喷射装置对工件表面喷射化学溶液，在工件表面生成一层钝化膜，然后采用磁粒研磨工艺对v型槽的两斜面同时进行研磨加工；所述的磁粒研磨装置包括环型支架，环型支架上设有横梁，横梁上方固定连接轴头，轴头固定连接在钻削机床的主轴上，横梁两侧对称设置两支撑杆，横梁内部对称设有齿轮电机，齿轮电机连接齿轮，齿轮与水平设置的齿条啮合传动，两齿条的两端分别设有磁极装置活动连接在支撑杆上，同一支撑杆上的两磁极装置相连接，磁极装置包括支座块、小支架、紧定螺丝、小电机、磁极固定套环、万向头、滑环、磁极，支座块通过杆孔与支撑杆活动连接，支座块的上方连接小支架，小支架内设有小电机，小电机连接紧定螺丝，紧定螺丝连接在小支架上的螺纹孔内，支座块的下方依次连接磁极固定套环、万向头、滑环、磁极，齿条两侧的磁极相反。

2.根据权利要求1所述的一种自识别多角度磁极头化学磁粒研磨加工装置，其特征在于，所述的摄像头垂直于工件的V型截面拍摄。

3.根据权利要求1所述的一种自识别多角度磁极头化学磁粒研磨加工装置，其特征在于，所述的溶液喷射装置包括蠕动泵、化学溶液槽、吸液管、出液管、喷射管，化学溶液槽设置在工作台四周上，蠕动泵分别连接吸液管和出液管，吸液管伸入化学溶液槽的化学溶液内，出液管与设置在化学溶液槽上方的喷射管连接。

4.根据权利要求1所述的一种自识别多角度磁极头化学磁粒研磨加工装置，其特征在于，磁极的端部为铁质磁极头。

5.根据权利要求1所述的一种自识别多角度磁极头化学磁粒研磨加工装置的加工方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

1）将工件装卡在工作台上，使v型槽截面与摄像头相对；

2）摄像头识别角度将相应的调整度数值通过单片机输出脉冲传递至齿轮电机，齿轮电机带动齿轮齿条配合使磁极装置摆动到相应的角度上，磁极装置与v型槽斜面垂直；

3）调整钻削机床的横向与纵向滑台，使磁极头面与v型槽侧面加工间隙保持在2‑3mm；

配制磨粒与研磨液的混合物吸附至磁极头；

4）开启蠕动泵，吸液管从化学溶液槽吸取化学溶液，蠕动泵输送化学溶液至出液管到达喷射管，通过控制蠕动泵的压强使化学溶液均匀喷射到工件表面，腐蚀其表面形成一层钝化膜；

5）打开电源，滑环带动磁极进行自旋转运动；

6）控制钻削机床的横向与纵向滑台，对工件v型槽进行研磨加工。

6.根据权利要求5所述的一种自识别多角度磁极头化学磁粒研磨加工装置的加工方法，其特征在于，步骤4）中v型槽为金属材质时，化学溶液为稀盐酸溶液，v型槽是玻璃材质时，化学溶液为氧化铈溶液。

说明书

一种自识别多角度磁极头化学磁粒研磨加工装置

技术领域

[0001] 本发明涉及抛光技术领域，特别涉及一种自识别多角度磁极头化学磁粒研磨加工装置。

背景技术

[0002] V型槽和菲涅尔光学透镜是许多光学系统中的关键光学元件，代表成像、浓度和照明功能。在光纤定位、太阳能聚焦系统、光栅和光引导等领域都有应用，以提高光学性能。随
着v型沟槽和菲涅尔光学性能的急剧提高。虽然近年来的加工工艺达到了很高的精度，但由
于毛刺、刀痕和表面缺陷等，造成超精密切割和研磨技术可达到的表面质量有限，使得其无
法获得理想的光学性能。因此，需要采用新的抛光工艺来提高表面质量，使光学性能最大
化。

[0003] 到目前为止，已经报道了一些结构化和微结构化表面加工的方法。如圆锥形针型和圆锥形轮式抛光工具来抛光v‑凹槽和菲涅尔光学透镜，但圆锥形针式和圆锥形轮式抛光
工具的缺点是由于抛光工具的尖部，使得工具在抛光过程中磨损迅速。

[0004] 采用磁流变液与磨料混合作为抛光工具，抛光三维硅通道，但该工具由磁流变液与磨料混合，在底部和顶部表面造成不同的红外辐射；振动辅助磁性磨料抛光和磁性复合
流体浆料在小型v型槽表面抛光，都不能接触到微特征的角，产生均匀的压力分布。

发明内容

[0005] 本发明所要解决的技术问题是提供一种自识别多角度磁极头化学磁粒研磨加工装置，能解决夹角难以加工的问题。

[0006] 为实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

[0007] 一种自识别多角度磁极头化学磁粒研磨加工装置，包括钻削机床，钻削机床的主轴上设有磁粒研磨装置，带v型槽的工件置于工作台上，摄像头拍摄工件成像于电脑识别v
型槽角度，将计算结果传送给磁粒研磨装置对应调整角度，先由化学溶液喷射装置对工件
表面喷射化学溶液，在工件表面生成一层钝化膜，然后采用磁粒研磨工艺对v型槽的两斜面
同时进行研磨加工。

[0008] 所述的摄像头垂直于工件的V型截面拍摄。

[0009] 所述的溶液喷射装置包括蠕动泵、化学溶液槽、吸液管、出液管、喷射管，化学溶液槽设置在工作台四周上，蠕动泵分别连接吸液管和出液管，吸液管伸入化学溶液槽的化学
溶液内，出液管与设置在化学溶液槽上方的喷射管连接。

[0010] 所述的磁粒研磨装置包括环型支架，环型支架上设有横梁，横梁上方固定连接轴头，轴头固定连接在钻削机床的主轴上，横梁两侧对称设置两支撑杆，横梁内部对称设有齿
轮电机，齿轮电机连接齿轮，齿轮与水平设置的齿条啮合传动，两齿条的两端分别设有磁极
装置活动连接在支撑杆上，同一支撑杆上的两磁极装置相连接，磁极装置包括支座块、小支
架、紧定螺丝、小电机、磁极固定套环、万向头、滑环、磁极，支座块通过杆孔与支撑杆活动连
接，支座块的上方连接小支架，小支架内设有小电机，小电机连接紧定螺丝，紧定螺丝连接
在小支架上的螺纹孔内，支座块的下方依次连接磁极固定套环、万向头、滑环、磁极，齿条两
侧的磁极的磁极相反。

[0011] 磁极的端部为铁质磁极头。

[0012] 一种自识别多角度磁极头化学磁粒研磨加工装置的加工方法，具体包括如下步骤：

[0013] 1)将工件装卡在工作台上，使v型槽截面与摄像头相对；

[0014] 2)摄像头识别角度将相应的调整度数值通过单片机输出脉冲传递至齿轮电机，电机带动齿轮齿条配合使磁极装置摆动到相应的角度上，磁极装置与v型槽斜面垂直；

[0015] 3)调整钻削机床的横向与纵向滑台，使磁极头面与v型槽侧面加工间隙保持在2‑3mm；以2:1配制磨粒与研磨液的混合物吸附至磁极头；

[0016] 4)开启蠕动泵，吸液管从化学溶液槽吸取化学溶液，蠕动泵输送化学溶液至出液管到达喷射管，通过控制蠕动泵的压强使化学溶液均匀喷射到工件表面，腐蚀其表面形成
一层钝化膜；

[0017] 5)打开电源，滑环带动磁极进行自旋转运动；

[0018] 6)控制钻削机床的横向与纵向滑台，对工件v型槽进行研磨加工。

[0019] 步骤4)中v型槽为金属材质时，化学溶液为稀盐酸溶液，v型槽是玻璃材质时，化学溶液氧化铈溶液。

[0020] 与现有的技术相比，本发明的有益效果是：

[0021] 1.本发明采用自动化调整磁极角度的装置，使磁极头与v型槽垂直，从而使研磨过程中研磨粒子对v型槽侧面及底面研磨压力均匀，能解决夹角难以加工的问题，可得到均匀
的加工表面；

[0022] 2.本发明采用化学溶液与磁粒复合研磨，化学溶液与工件表面反应，形成一层钝化膜并结合磁粒研磨迅速去除钝化膜，光整工件表面；

[0023] 3.本发明使用摄像头实时传递功能，用顶点程序来识别工件v型槽角度。所用时间小于1s，节省了人手工调试的时间，并具有较高的精准度；

[0024] 4.本发明磁极转速可调节范围广，加工效率高，且该方法不会对工件表面及其属性造成破坏；

[0025] 5.本发明不仅能解决加工中磨粒受压不同，工件表面不均匀、表面精密度不高的问题，也能减少人工操作，大大缩短所需时间，提升加工效率。

附图说明

[0026] 图1为本发明的结构示意图。

[0027] 图2为本发明的部分结构示意图。

[0028] 图3为磁粒研磨装置的结构示意图。

[0029] 图4为磁粒研磨装置的局部结构示意图。

[0030] 图5为磁极装置的结构示意图。

[0031] 图6为紧定螺丝连接示意图。

[0032] 图7为本发明的电气原理图。

[0033] 图8为计算机识别工件顶角运算过程图。

具体实施方式

[0034] 下面结合附图对本发明的具体实施方式进一步说明：

[0035] 如图1‑图8，一种自识别多角度磁极头化学磁粒研磨加工装置，包括钻削机床1，钻削机床的主轴上设有磁粒研磨装置2，带v型槽的工件6置于工作台3上，摄像头4拍摄工件成
像于电脑识别v型槽角度，将计算结果传送给磁粒研磨装置2对应调整角度，先由化学溶液
喷射装置5对工件6表面喷射化学溶液，在工件6表面生成一层钝化膜，然后采用磁粒研磨工
艺对v型槽的两斜面同时进行研磨加工。

[0036] 所述的摄像头4固定于工作台外侧的置物台Ⅱ7上，摄像头4与工件的V型截面正对拍摄。

[0037] 所述的溶液喷射装置5包括蠕动泵51、化学溶液槽52、吸液管53、出液管54、喷射管55，化学溶液槽52设置在工作台3的四周上，蠕动泵51设置在工作台3外侧的置物台Ⅰ8上，蠕
动泵51分别连接吸液管53和出液管54，吸液管53伸入化学溶液槽52的化学溶液内，出液管
54与设置在化学溶液槽52上方的喷射管55连接。

[0038] 所述的磁粒研磨装置2包括环型支架21，环型支架21上设有横梁22，横梁22上方固定连接轴头24，轴头24固定连接在钻削机床1的主轴上，横梁22两侧对称设置两支撑杆25，
横梁22内部对称设有齿轮电机26，齿轮电机26连接齿轮27，齿轮27与水平设置的齿条28啮
合传动，两齿条28的两端分别设有磁极装置23活动连接在支撑杆25上；

[0039] 磁极装置23包括支座块231、小支架232、紧定螺丝233、小电机234、磁极固定套环235、万向头236、滑环237、磁极238，支座块231通过杆孔与支撑杆25活动连接，支座块231的
上方连接小支架232，小支架232内设有小电机234，小电机234连接紧定螺丝233，紧定螺丝
233连接在小支架232上的螺纹孔240内，支座块231的下方依次连接磁极固定套环235、万向
头236、滑环237、磁极238，磁极238由滑环237带动进行自旋转运动，磁极238分别为磁极Ⅰ
238.1、磁极Ⅱ238.2、磁极Ⅲ238.3、磁极Ⅳ238.4。磁极Ⅰ238.1的磁极为N，磁极Ⅱ238.2的磁
极为S，磁极Ⅲ238.3的磁极为N，磁极Ⅳ238.4的磁极为S。磁极Ⅰ238.1与磁极Ⅲ238.3通过上
方的磁极固定套环235相互连接，磁极Ⅱ238.2和磁极Ⅳ238.4通过上方的磁极固定套环235
相互连接。齿轮电机26、小电机234均为步进电机。

[0040] 磁极238的端部为铁质磁极头239，两者组合而成聚磁装置，使工件v型槽表面相同表面积磁通量密度增加，可增大研磨粒子对工件表面的研磨压力，缩短加工时间。

[0041] 一种自识别多角度磁极头化学磁粒研磨加工装置，具体包括如下步骤：

[0042] 1)将工件装卡在工作台上，使v型槽截面与摄像头相对；

[0043] 2)摄像头识别角度将相应的调整度数值通过单片机输出脉冲传递至齿轮电机，摄像头实时传递，用顶点程序(RGB处理成灰度矩阵，二值化阈值判断、处理、计算)来识别工件
v型槽角度。将信息传递至电脑内的vs平台，来识别工件表面的v型槽与平面夹角的角度。电
脑连接单片机将磁极装置需变换的角度转化为脉冲，控制齿轮电机的转动，齿轮电机带动
齿轮转动相应圈数，并经齿轮驱动齿条配合，两齿条分别向相反方向移动使与之接触的两
磁极装置偏转角度，与v型槽侧面垂直，小电机转动使紧定螺丝顶紧支撑杆将磁极装置固定
在该角度。

[0044] 3)调整钻削机床的横向与纵向滑台，使磁极头面与v型槽侧面加工间隙保持在2‑3mm；以2:1配制磨粒与研磨液的混合物吸附至磁极头；

[0045] 4)开启蠕动泵，吸液管从化学溶液槽吸取化学溶液，蠕动泵输送化学溶液至出液管到达喷射管，v型槽为金属材质时，化学溶液为稀盐酸溶液，v型槽是玻璃材质时，化学溶
液氧化铈溶液，通过控制蠕动泵的压强使化学溶液均匀喷射到工件表面，腐蚀其表面形成
一层钝化膜；

[0046] 5)打开电源，滑环带动磁极进行自旋转运动；

[0047] 6)控制钻削机床的横向与纵向滑台，对工件v型槽进行研磨加工。

[0048] 本发明化学溶液在工件表面生成一层钝化膜，并结合磁粒研磨迅速去除钝化膜，光整工件表面。磁极产生的磁场使研磨粒子随磁力线成链形排布，形成的柔性磁力刷在自
旋转磁极形成的旋转磁场中，于工件表面进行翻滚、划擦，得到良好的表面形貌。

[0049] 上面所述仅是本发明的基本原理，并非对本发明作任何限制，凡是依据本发明对其进行等同变化和修饰，均在本专利技术保护方案的范畴之内。