技术领域

本发明涉及一种柔性抛光磨粒群动态力链观测装置。

背景技术

在柔性抛光超精密加工过程中，大量磨粒颗粒构成的颗粒系统在 柔性加工工具的支撑下对工件表面质量进行提升，从而使工件表面更 为光洁，在工业运用中有更长的使用寿命。但柔性抛光方法由于支撑 工具带有柔性特征，使得磨粒颗粒体系在加工过程中宏观上随加工工 具呈一致的运动状态，但是微观上磨粒颗粒体系内部相互挤压，形成 微动，其颗粒间的微观力学状态也随之变化。柔性抛光超精密加工方 法要求极大限度的提升表面质量，很多光学元件要求表面精度达到亚 纳米级别，在这种尺度的加工要求内，为了进一步提升加工表面质量， 仅对宏观加工参数进行研究是不够的，需进一步研究磨粒颗粒群体间 的微观力学特性。

发明内容

针对柔性抛光中磨粒群的微观力学特性难以直接分析以及现有 对颗粒物质力链研究装置难以直接观测颗粒微观力链的问题，本发明 提出了一种以磨粒群的微观力学特性为研究切入点，能够进一步提升 各类柔性抛光方法的加工表面质量的柔性抛光磨粒群动态力链观测 装置。

本发明所述的柔性抛光磨粒群动态力链观测装置，其特征在于： 包括图像处理装置和颗粒控制装置，所述的图像处理装置包括光源发 生器、光源采集器、数据分析仪，所述的光源发生器位于观测区最低 端，并且光源发生器发射的光源穿过下偏振光器指向位于由下偏振光 器和上偏振光器组成的观测区之间的颗粒控制装置；所述的颗粒控制 装置的上表面覆盖透明挡板；所述的光源采集器位于上偏振光器的正 上方，并且光源采集器的光源采集视野覆盖通过上偏振光器透射出的 光源；所述的数据分析仪的数据输入端与所述的光源采集器的数据输 出端相连、所述的数据分析仪的数据信号输出端与数据分析仪的显示 屏连接；

所述的颗粒控制装置包括透明的上滑块、透明的下滑块、用于容 纳光弹颗粒的容纳腔，所述的下滑块配有应力传感器和位移传感器， 所述的应力传感器的数据输出端和位移传感器的数据输出端分别与 所述的数据分析仪相应的数据端连接。

所述的腔体包括上挡板、下挡板、左滑动挡板和右滑动挡块，所 述的上挡板固定在上滑块内，所述的下挡板固定在下滑块内，所述的 上挡板分别通过左滑动挡板和右滑动挡块与所述的下挡板绞接，四个 挡板以密封的形式约束光弹颗粒处于观测区的中心，并且通过所述的 上挡板和所述的下挡板之间的相对位移实现光弹颗粒内部力学信息 的变化，所述的上滑块和所述的下滑块分别通过上挡板和下挡板实现 二者之间的相对位移。

所述的上挡板和所述的下挡板相互平行。

所述的光源采集器为高分辨率相机。

所述的数据分析仪采用彩色梯度算法获取光弹颗粒力学信息，从 而获得相应的力链分布图。

所述的光源发生器采用AOC-193FW，并且发射的光源直径为 19英寸。

本发明的工作原理在于：首先取下透明挡板，将光弹颗粒群放在 颗粒控制模块中，可选用AOC-193FW的19英寸光源发生器，光源发 生器发出光线通过下偏光器照射到，观测区域，由于上滑块与下滑块 都为透明状态，使得光可以照射到光弹颗粒上，基于Maxwell关于 应力-光学定理(其中，F(x)代表应力传感器受力与x轴位移之间的函 数；X(t)代表位移传感器位移与时间之间的函数；k为用于应力传 感器与下滑块之间的连接弹簧)，如果光弹颗粒不受力，光线通过光 弹颗粒后将不发生改变；如果光弹颗粒受力，将产生暂时双折射现象， 即入射的偏振光将沿两个主应力方向分解为两束相互垂直的偏振光， 而且分解后的这两束偏振光射出模型时就产生一个相位差，然后可以 采用高分辨相机对上述现象进行图像采集，并传送至数据分析仪进行 数字图像分析。

进一步，将光弹颗粒约束在观测密闭区后，通过手动调节左滑动 挡板与右滑动挡板，使得光弹颗粒在这个过程中获得不同的运动状 态，通过位移传感器记录下滑块的速度与位移，模拟磨粒在柔性抛光 加工时候被施加的速度，通过在上滑块与下滑块设计应力传感器，实 时测得滑块内部对光弹颗粒所施加的压力。将这些数据传送至数据分 析仪，可作为对光弹颗粒的初始施加参数。

进一步，对光弹实验拍摄得到的数字图像进行处理，在此基础上， 结合彩色梯度算法获取光弹颗粒材料力学信息，得到力链分布图，验 证磨粒群力传递分析理论体系，并观测颗粒群的几何位置信息，验证 颗粒物质破坏性结构的主要构型与形成规律，并以磨粒群理想切削状 态为目标得到磨粒群理想控制参数。

本发明的有益效果在于：1、基于Maxwell关于应力-光学定理， 采用光弹颗粒对磨粒群进行实物模拟，通过数字图像分析方法，结合 彩色梯度算法获取光弹颗粒材料力学信息，得到力链分布图。2、通 过颗粒控制模块，使得光弹颗粒的外部施加参数可实时被检测，并可 通过滑块进行光弹颗粒运动状态的调整，实现了对柔性抛光加工实验 的模拟，并以磨粒群理想切削状态为目标得到磨粒群理想控制参数。

附图说明

图1是本发明整体结构示意图。

图2是本发明光弹颗粒控制模块示意图。

图3是本发明颗粒力链微观示意图

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明

参照附图：

本发明所述的柔性抛光磨粒群动态力链观测装置，包括图像处理 装置1和颗粒控制装置2，所述的图像处理装置1包括光源发生器13、 光源采集器11、数据分析仪12，所述的光源发生器13位于观测区最 低端，并且光源发生器13发射的光源穿过下偏振光器14指向位于由 下偏振光器14和上偏振光器16组成的观测区之间的颗粒控制装置2； 所述的颗粒控制装置2的上表面覆盖透明挡板15；所述的光源采集 器11位于上偏振光器16的正上方，并且光源采集器11的光源采集 视野覆盖通过上偏振光器16透射出的光源；所述的数据分析仪12的 数据输入端与所述的光源采集器11的数据输出端相连、所述的数据 分析仪12的数据信号输出端与数据分析仪12的显示屏连接；

所述的颗粒控制装置2包括透明的上滑块21、透明的下滑块28、 用于容纳光弹颗粒的容纳腔，所述的下滑块28配有应力传感器29和 位移传感器24，所述的应力传感器29的数据输出端和位移传感器24 的数据输出端分别与所述的数据分析仪12相应的数据端连接。

所述的腔体包括上挡板23、下挡板26、左滑动挡板22和右滑动 挡块25，所述的上挡板23固定在上滑块21内，所述的下挡板26固 定在下滑块内，所述的上挡板分别通过左滑动挡板和右滑动挡块与所 述的下挡板绞接，四个挡板以密封的形式约束光弹颗粒处于观测区的 中心，并且通过所述的上挡板23和所述的下挡板26之间的相对位移 实现光弹颗粒内部力学信息的变化，所述的上滑块21和所述的下滑 块28分别通过上挡板23和下挡板26实现二者之间的相对位移。

所述的上挡板23和所述的下挡板26相互平行。

所述的光源采集器11为高分辨率相机。

所述的数据分析仪12采用彩色梯度算法获取光弹颗粒力学信 息，从而获得相应的力链分布图。

所述的光源发生器13采用AOC-193FW，并且发射的光源直径 为19英寸。

本发明的工作原理在于：

首先取下透明挡板15，将光弹颗粒群27放在颗粒控制模块2中， 可选用AOC-193FW的19英寸光源发生器13，光源发生器13发出 光线通过下偏光器14照射到，观测区域，由于上滑块21与下滑块 28都为透明状态，使得光可以照射到光弹颗粒27上，基于Maxwell关 于应力-光学定理(其中，F(x)代表应力传感器受力与x轴位移之间的 函数；X(t)代表位移传感器位移与时间之间的函数；k为用于应力 传感器与下滑块之间的连接弹簧)，如果光弹颗粒27不受力，光线通 过光弹颗粒27后将不发生改变；如果光弹颗粒27受力，将产生暂时 双折射现象，即入射的偏振光将沿两个主应力方向分解为两束相互垂 直的偏振光，而且分解后的这两束偏振光射出模型时就产生一个相位 差，然后可以采用高分辨相机11对上述现象进行图像采集，并传送 至计算机12进行数字图像分析。

进一步，将光弹颗粒27约束在观测密闭区后，通过调节左滑动 挡板22与右滑动挡板25，使得光弹颗粒27在这个过程中获得不同 的运动状态，通过位移传感器24记录下滑块28的速度与位移，模拟 磨粒在柔性抛光加工时候被施加的速度，通过在上滑块21与下滑块 28设计压力传感器29，实时测得滑块内部对光弹颗粒27所施加的压 力。将这些数据传送至计算机12，可作为对光弹颗粒27的初始施加 参数。

进一步，对光弹实验拍摄得到的数字图像进行处理，在此基础上， 结合彩色梯度算法获取光弹颗粒材料力学信息，得到力链分布图，验 证磨粒群力传递分析理论体系，并观测颗粒群的几何位置信息，验证 颗粒物质破坏性结构的主要构型与形成规律，并以磨粒群理想切削状 态为目标得到磨粒群理想控制参数。

本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列 举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形 式，本发明的保护范围也包括本领域技术人员根据本发明构思所能够 想到的等同技术手段。