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Patents

  1. Advanced Patent Search
Publication numberDE69924595 T2
Publication typeGrant
Application numberDE1999624595
Publication date9 Feb 2006
Filing date31 Dec 1999
Priority date6 Jan 1999
Also published asDE69924595D1, EP1018398A2, EP1018398A3, EP1018398B1, US5951369
Publication number1999624595, 99624595, DE 69924595 T2, DE 69924595T2, DE-T2-69924595, DE1999624595, DE69924595 T2, DE69924595T2, DE99624595
InventorsGolini Donald, R. Dumas Paul, Hogan Stephen, I. Kordonski William
ApplicantQed Technologies, Inc.
Export CitationBiBTeX, EndNote, RefMan
External Links: DPMA, Espacenet
System für magnetorheologische Feinstbearbeitung von Substraten System for magnetorheological superfinishing of substrates translated from German
DE 69924595 T2
Abstract  available in
Claims(14)  translated from German
  1. System zur magneto-rheologischen Endbearbeitung von Substraten, wobei ein Strömungsmittelliefersystem ( A system for magnetorheological finishing of substrates wherein a fluid delivery system ( 78 78 ) eine im Wesentlichen konstante Flussrate von magneto-rheologischem Strömungsmittel mit einer im Wesentlichen konstanten Viskosität zu einer Arbeitszone auf dem Rand ( ) A substantially constant flow rate of magneto-rheological fluid at a substantially constant viscosity to a work zone on the rim ( 32 32 ) des Trägerrades liefert, wobei das Strömungsmittelliefersystem ( ) Of the carrier wheel delivers wherein the fluid delivery system ( 78 78 ) einen Strömungsmittelauslass ( ) A fluid outlet ( 38 38 ) auf dem Trägerrad besitzt, und einen Strömungsmitteleinlass ( ) Has on the carrier wheel, and a fluid inlet ( 44 44 ) von dem Trägerrad, wobei es Folgendes aufweist: a) ein Paar von im Wesentlichen spiegelbildlichen Magnetpolstücken ( ) From the carrier wheel, wherein it comprises: a) a pair of substantially mirror-image magnetic pole ( 34 34 , . 36 36 ), die gegenüberliegend zueinander auf gegenüberliegenden Seiten des Rades angeordnet sind und benachbart zur Arbeitszone liegen, um ein Magnetfeld in der Arbeitszone zu erzeugen, um magnetisch das Strömungsmittel zu versteifen, wobei jedes der Polstücke asymmetrisch mit Bezug zu jeder Ebene geformt ist, die die Drehachse des Trägerrades einschließt; ), Which are arranged opposite each other on opposite sides of the wheel and adjacent to the working zone lie, to generate a magnetic field in said work zone for magnetically stiffening the fluid, each of said pole pieces is formed asymmetrically with respect to each plane, the rotational axis of the the carrier wheel includes; b) eine Flussmessvorrichtung ( b) a flow measuring device ( 84 84 ), die in dem Strömungsmittelliefersystem ( ), Which in the fluid delivery system ( 78 78 ) angeordnet ist, um ein Signal zu senden, welches die Flussrate des Strömungsmittels durch das System anzeigt; ) Is arranged to send a signal indicative of the flow rate of fluid through the system; c) ein Kapillarviskosimeter (Viskositätsmessvorrichtung) ( c) a capillary viscometer (viscosity measuring device) ( 38 38 ), die an dem Ausgang des Strömungsmittelliefersystems ( ) Provided at the output of the fluid delivery system ( 78 78 ) angeordnet ist, um ein Signal zu senden, welches den Strömungsmitteldruck am Eingang des Viskosimeters ( ) Is arranged to send a signal indicative of the fluid pressure at the entrance of the viscometer ( 38 38 ) zeigt; ) Shows; d) Mittel, die auf das Flussmessvorrichtungssignal und das Drucksignal ansprechen, um die Viskosität des Strömungsmittels zu steuern, welches durch das Strömungsmittelliefersystem ( d) means responsive to the flow sensing device signal and the pressure signal to control the viscosity of the fluid, which through the fluid delivery system ( 78 78 ) läuft. ) Is running.
  2. System nach Anspruch 1, wobei die Mittel zur Steuerung der Viskosität Folgendes aufweisen: a) Mittel zur Lieferung von Nachfüllträgerströmungsmittel in das magneto-rheologische Strömungsmittel, welches durch das Strömungsmittelliefersystem fließt; The system of claim 1, wherein the means for controlling the viscosity comprise: a) means for supplying Nachfüllträgerströmungsmittel in the magneto-rheological fluid flowing through the fluid delivery system; und b) Computermittel ( and b) computer means ( 86 86 ) zur Aufnahme und Verwendung des Flussratensignals und des Drucksignals zur Berechnung der Viskosität des Strömungsmittels, welches durch das Kapillarviskosimeter läuft, um eine Nachfüllrate des Trägerströmungsmittels zu berechnen, die erforderlich ist, um das magneto-rheologische Strömungsmittel zu lösen, welches durch das Strömungsmittelliefersystem fließt, und zwar bis zu einem Zielwert, und weiter um die Nachfüllversorgungsmittel anzuweisen, das Trägerströmungsmittel in das magneto-rheologische Strömungsmittel mit der Nachfüllrate auszugeben. ) For receiving and using the flow rate signal and said pressure signal to calculate the viscosity of the fluid, which passes through the capillary viscometer, to calculate a replenishment rate of carrier fluid that is required to solve the magneto-rheological fluid flowing through the fluid delivery system, and up to a target value, and further to the Nachfüllversorgungsmittel be instructed to output the carrier fluid in the magneto-rheological fluid at the rate of replenishment.
  3. System nach Anspruch 1, wobei die Flussmessvorrichtung ( The system of claim 1, wherein said flow measuring device ( 84 84 ) eine Magnetinduktionsflussmessvorrichtung ist. ) Is a magnetic induction flowmeter.
  4. System nach Anspruch 1, wobei das Magnetfeld, welches von den asymmetrischen Polstücken ( The system of claim 1, wherein the magnetic field measured by the asymmetrical pole pieces ( 34 34 , . 36 36 ) erzeugt wird, asymmetrisch zur Arbeitszone ist, wobei das Feld entlang des Trägerrades in einer Richtung gegenüberliegend zur Drehrichtung des Rades verlängert wird und entlang des Trägerrades in der Drehrichtung verkürzt wird. ) Is generated, is asymmetric to the work zone, said field along the carrier wheel in a direction opposite to the rotational direction of the wheel extends and shortens along the carrier wheel in the direction of rotation.
  5. System nach Anspruch 1, wobei das Kapillarviskosimeter Folgendes aufweist: a) einen Druckwandler ( The system of claim 1, wherein said capillary viscometer comprises: a) a pressure transducer ( 96 96 ); ); b) ein Kapillarrohr ( b) a capillary tube ( 88 88 ); ); und c) eine Magnetabschirmung ( and c) a magnetic shield ( 90 90 ). ).
  6. System nach Anspruch 5, wobei der Druckwandler ( The system of claim 5, wherein the pressure transducer ( 96 96 ) der einzige Druckwandler in dem Viskosimeter ist. ) Is the only pressure transducer in the viscometer.
  7. System nach Anspruch 5, wobei der Druckwandler ( The system of claim 5, wherein the pressure transducer ( 96 96 ) einen zylindrischen Sensor aufweist. ) Comprises a cylindrical sensor.
  8. System nach Anspruch 5, wobei die Länge des Kapillarrohrs ( The system of claim 5, wherein the length of the capillary tube ( 88 88 ) zumindest 100mal der Durchmesser des Rohrs ist. ) Is at least 100 times the diameter of the tube.
  9. System nach Anspruch 8, wobei der Durchmesser des Kapillarrohrs ( The system of claim 8, wherein the diameter of the capillary tube ( 88 88 ) so ausgewählt ist, dass der Fluss des magneto-rheologischen Strömungsmittels durch das Kapillarrohr eine Reynolds-Zahl von weniger als ungefähr 100 hat. ) Is selected so that the flow of magneto-rheological fluid through the capillary tube has a Reynolds number of less than about 100.
  10. System nach Anspruch 5, wobei das Kapillarrohr ( The system of claim 5, wherein the capillary tube ( 88 88 ) aus einem unmagnetischen Material geformt ist. ) Is formed of a nonmagnetic material.
  11. System nach Anspruch 5, wobei die Magnetabschirmung ( The system of claim 5, wherein said magnetic shield ( 90 90 ) aus einem magnetisch weichen Material geformt ist. ) Is formed from a magnetically soft material.
  12. System nach Anspruch 11, wobei das magnetisch weiche Material kalt gewalzter Stahl ist. The system of claim 11, wherein the magnetically soft material is cold rolled steel.
  13. System nach Anspruch 5, wobei das Kapillarviskosimeter weiter mindestens einen unmagnetischen Abstandshalter ( The system of claim 5, wherein said capillary viscometer further comprises at least one non-magnetic spacer ( 92 92 ) zwischen dem Kapillarrohr ( ) Between the capillary tube ( 88 88 ) und der Magnetabschirmung ( ) And the magnetic shield ( 90 90 ) aufweist. ) Has.
  14. System nach Anspruch 5, wobei das Kapillarviskosimeter weiter einen Flussübergangsteil ( The system of claim 5, wherein said capillary viscometer further comprises a flow transition portion ( 94 94 ) aufweist. ) Has.
Description  translated from German
  • Hintergrund der Erfindung Background of the Invention
  • Gebiet der Erfindung Field of the Invention
  • [0001] [0001]
    Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Systeme für schlämmungsbasierte abrasive Endbearbeitung und Poliervorgänge von Substraten, insbesondere auf derartige Systeme, die magneto-rheologische Strömungsmittel (MRF = magnetorheological fluids) einsetzen, und insbesondere auf ein verbessertes System, wobei das Magnetfeld optimal durch eine neuartige Formgebung der Polstücke geformt ist, und wobei die Viskosität und Flussrate des rückzirkulierten MRF dynamisch durch Anwendung eines neuartigen Kapillarviskosimeters und einer Inline-Flussmessvorrichtung gesteuert wird. The present invention relates to systems for schlämmungsbasierte abrasive finishing and polishing operations of substrates, in particular to such systems, the magneto-rheological fluid (MRF = Magnetorheological Fluids) use, and more particularly to an improved system, wherein the magnetic field optimally by a novel shaping of the pole pieces is formed, and wherein the viscosity and flow rate of the recirculated MRF is dynamically controlled by applying a novel capillary viscometer and an in-line flow meter.
  • Besprechung der verwandten Technik Discussion of the Related Art
  • [0002] [0002]
    Die Anwendung von magnetisch versteiften magneto-rheologischen Strömungsmitteln zur abrasiven Endbearbeitung und zum Polieren von Substraten ist wohl bekannt. The use of magnetically stiffened magnetorheological fluids for abrasive finishing and polishing of substrates is well known. Solche Strömungsmittel, die magnetisch weiche abrasive Partikel enthalten, die in einem flüssigen Träger verteilt sind, zeigen magnetisch eingeleitetes thixotropes Verhalten in Anwesenheit eines Magnetfeldes. Such fluid containing magnetically soft abrasive particles dispersed in a liquid carrier, exhibit magnetically initiated thixotropic behavior in the presence of a magnetic field. Die offensichtliche Viskosität des Strömungsmittels kann magnetisch um viele Größenordnungen gesteigert werden, so dass die Konsistenz des Strömungsmittels sich von nahezu wässrig bis zu dem Punkt verändert, wo es eine sehr steife Paste ist. The apparent viscosity of the fluid can be increased magnetically many orders of magnitude, so that the consistency of the fluid varies from almost watery up to the point where it is a very stiff dough. Wenn eine solche Paste in geeigneter Weise gegen eine zu formende oder zu polierende Substratoberfläche geleitet wird, beispielsweise ein optisches Element, kann ein sehr hohes Niveau von Endbearbeitungsqualität, Genauigkeit und Steuerung erreicht werden. When such a paste is directed appropriately against a to be formed or to be polished substrate surface, for example an optical element, a very high level of finishing quality, accuracy, and control can be achieved.
  • [0003] [0003]
    Die US-Patente 5 449 313, das am 12. September 1995 ausgegeben wurde, und 5 577 948, ausgegeben am 26. November 1996, beide von Kordonsky und anderen, offenbaren magneto-rheologische Poliervorrichtungen und Verfahren. U.S. Patent 5,449,313, which issued on 12 September 1995, and 5,577,948, issued on November 26, 1996, both of Kordonsky and others, disclose magneto-rheological polishing apparatus and methods.
  • [0004] [0004]
    Das US-Patent 5 525 249, ausgegeben am 11. Juni 1996 an Kordonsky und andere offenbart magneto-rheologische Strömungsmittel und Verfahren zu deren Herstellung. US Patent 5,525,249, issued June 11, 1996 Kordonsky and other discloses magneto-rheological fluid and process for their preparation.
  • [0005] [0005]
    Das US-Patent 5 616 066, ausgegeben am 1. April 1997 an Jacobs und andere offenbart Verfahren und eine Vorrichtung zur magneto-rheologischen Endbearbeitung von Kanten von optischen Elementen. US Patent 5,616,066, issued on April 1, 1997 to Jacobs et discloses methods and apparatus for magnetorheological finishing of edges of optical elements.
  • [0006] [0006]
    Das US-Patent 5 795 212, ausgegeben am 18. August 1998 an Jacobs und andere offenbart Verfahren, Strömungsmittel und eine Vorrichtung zur deterministischen magneto-rheologischen Endbearbeitung von Substraten. US Patent 5,795,212, issued on 18 August 1998 at Jacobs et discloses methods, fluid and apparatus for deterministic magnetorheological finishing of substrates. Dieses Patent wird hier als "'212" bezeichnet. This patent is referred to herein as "'212".
  • [0007] [0007]
    Bei einem typischen magneto-rheologischen Endbearbeitungssystem, wie es beispielsweise im '212-Patent offenbart wird, weist eine Arbeitsoberfläche ein vertikal orientiertes Rad mit einem in Axialrichtung breiten Rand auf, der symmetrisch um eine Nabe herum unterschnitten ist. In a typical magneto-rheological finishing system, as for example disclosed in the '212 patent, has a working surface on a vertically oriented wheel in the axial direction with a broad rim which is undercut symmetrically around a hub. Speziell geformte magnetische Polstücke, die um eine vertikale Ebene symmetrisch sind, die die Rotationsachse des Rades enthält, sind zu gegenüberliegenden Seiten des Rades unter dem unterschnittenen Rand ausgedehnt, um eine magnetische Arbeitszone auf der Oberfläche des Rades vorzusehen, vorzugsweise ungefähr bei der oberen Totpunktposition. Specially shaped magnetic pole pieces, which are symmetrical about a vertical plane containing the axis of rotation of the wheel are extended to opposite sides of the wheel under the undercut rim to provide a magnetic work zone on the surface of the wheel, preferably at about the top dead center position. Die Oberfläche des Rades kann flach sein, dh ein zylindrischer Abschnitt, oder kann konvex sein, dh ein sphärischer Querschnitt am Äquator oder kann konkav sein. The surface of the wheel may be flat, that is, a cylindrical portion, or may be convex, that is, a spherical cross-section on the equator, or may be concave. Die konvexe Form kann insbesondere nützlich sein, da sie eine Endbearbeitung der konkaven Oberflächen mit einem längeren Radius als dem Radius des Rades gestattet. The convex shape may be particularly useful, as it allows completion of the concave surfaces with a longer radius than the radius of the wheel.
  • [0008] [0008]
    Über der Arbeitszone ist eine Substrataufnahme montiert, wie beispielsweise eine Spannvorrichtung, um ein endzubearbeitendes Substrat in einer Arbeitszone auszudehnen. About the work zone substrate uptake is mounted, such as a jig to extend a substrate to be finished in a work zone. Die Spannvorrichtung ist programmierbar in einer Vielzahl von Bewegungsbetriebszuständen manipulierbar und wird vorzugs weise durch eine programmierbare Steuervorrichtung oder einen Computer gesteuert. The clamping device is programmable manipulated in a variety of operating conditions and is preferential movement as controlled by a programmable controller or a computer.
  • [0009] [0009]
    Magneto-rheologisches Strömungsmittel mit einer vorbestimmten Konzentration von Partikeln, die magnetisch weich sind, wird in einem nicht magnetisierten Zustand extrudiert, typischerweise aus einer Formdüse, und zwar als ein Band auf der Arbeitsfläche des Rades, welches es zu der Arbeitszone trägt, wo es zu einer pastenartigen Konsistenz magnetisiert wird. A magneto-rheological fluid having a predetermined concentration of particles which are magnetically soft is extruded in a non-magnetized state, typically from a die nozzle, and that as a band on the working surface of the wheel, which carries it to the work zone where it a paste-like consistency is magnetized. In der Arbeitszone führt das pastenartige MRF die Abriebsarbeit an dem Substrat aus und wird dadurch aufgeheizt. In the work zone, the pasty MRF performs the abrasion work on the substrate and is heated thereby. Die Aufheizung und das Aussetzen des MRF bewirkt eine gewisse Verdampfung des Trägerströmungsmittels und eine daraus folgende Konzentration des MRF. The heating and exposure of the MRF causes some evaporation of carrier fluid and a consequent concentration of the MRF. Wenn es aus der Arbeitszone austritt, wird das konzentrierte Strömungsmittel wiederum nicht magnetisiert und wird von der Arbeitsfläche des Rades zur Rückzirkulation und zur erneuten Verwendung abgeschabt. As it exits the work zone, the concentrated fluid is not magnetized again and is scraped off from the working surface of the wheel for recirculation and reuse.
  • [0010] [0010]
    Die Strömungsmittellieferung zu dem Rad und von diesem weg wird durch ein geschlossenes Strömungsmittelliefersystem gemanaged. The fluid delivery to the wheel and away from is managed by a closed fluid delivery system. Das MRF wird von dem Schaber durch eine Absaugpumpe weggezogen und zu einem Tank geschickt, wo seine Temperatur gemessen wird und auf ein Ziel eingestellt wird. The MRF is pulled away from the scraper by a suction pump and sent to a tank where its temperature is measured and adjusted to a target. Die Rückzirkulation vom Tank zur Düse und daher durch die Arbeitszone bei einer festgelegten Flussrate wird erreicht durch Einstellung der Drehgeschwindigkeit einer Druckpumpe, typischerweise einer peristaltischen Pumpe. The return circulation from the tank to the nozzle and hence through the work zone, at a specified flow rate is accomplished by setting the rotational speed of a pressurizing pump, typically a peristaltic pump. Die Konzentration der Festkörper in dem magneto-rheologischen Strömungsmittel bzw. MRF, wie es auf das Rad ausgelassen wird, ist ein wichtiger Faktor bei der Steuerung der Rate der abrasiven spanenden Bearbeitung eines Substrates in der Arbeitszone. The concentration of the solids in the magneto-rheological fluid or magnetorheological fluid as it is discharged to the wheel, is an important factor in controlling the rate of the abrasive machining a substrate in the work zone. Weil die Viskosität in direkter Beziehung zur Konzentration ist, ist es besonders wünschenswert, dynamisch die Viskosität des konzentrierten MRF, welches rückzirkuliert wird, während des Gebrauchs auf einen Zielwert einzustellen. Because the viscosity is directly related to the concentration, it is particularly desirable to dynamically adjust the viscosity of the concentrated MRF, which is recirculated during use to a target value. In der Leitung zwischen der Pumpe und der Düse ist ein Viskosimeter, welches eine Länge des Kapillarrohrs aufweist bzw. einnimmt, welches stromaufwärts und stromabwärts liegende Drucksensoren besitzt. In the line between the pump and the nozzle, a viscometer, which has a length of the capillary tube and is occupies, which has upstream and downstream pressure sensors. Mit einer konstanten Strömungsmit telflussrate ist der Druckabfall durch das Kapillarrohr, dh die Druckdifferenz zwischen den zwei Drucksensoren, proportional zur Viskosität des Strömungsmittels. At a constant Strömungsmit telflussrate is the pressure drop through the capillary tube, ie the pressure difference between the two pressure sensors is proportional to the viscosity of the fluid. Man folgert aus einer Steigerung des Druckabfalls, dass dies eine Steigerung der Viskosität bedeutet, und dies wird verwendet, das erneute Auffüllen des Trägerströmungsmittels in dem MRF in den Temperierungstank zu bewirken, um die offensichtliche Viskosität auf das Ziel zu reduzieren. One concludes from an increase of the pressure drop that this means an increase in the viscosity, and this is used to effect the re-filling of the carrier fluid in the MRF in the Temperierungstank to reduce the apparent viscosity at the target.
  • Ziele der Erfindung OBJECTS OF THE INVENTION
  • [0011] [0011]
    Verschiedene Probleme sind bei der Verwendung der Offenbarung von '212 angetroffen worden, die Substrate zu bearbeiten. Various problems have been encountered in the use of the disclosure of '212 to process the substrates. Es ist herausgefunden worden, dass die Effektivität bei der Endbearbeitung, gemessen durch die Rate der Entfernung des Substratmaterials, durch ein Unvermögen verringert werden kann, vollständig das MRF-Band zu versteifen, bevor es mit dem Arbeitswerkstück in der Arbeitszone in Eingriff kommt, und weiter durch die Unfähigkeit, kontinuierlich ein MRF-Band von im Wesentlichen gleichförmiger Dicke und Festkörperkonzentration in das Magnetfeld in der Arbeitszone zu liefern. It has been found that the effectiveness of the finishing, as measured by the rate of removal of the substrate material can be reduced by an inability to completely stiffen the magnetorheological fluid band, before it comes into engagement with the work workpiece in the working zone, and further by the inability to continuously deliver an MRF-band of substantially uniform thickness and solids concentration in the magnetic field in the working area. Ein MRF-Endbearbeitungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung weist neuartige Lösungen für diese Probleme auf. A MRF finishing system according to the present invention comprises novel solutions for these problems.
  • [0012] [0012]
    Mit Bezug auf das Problem, ein Band von konstanter Dicke und konstanter Festkörperkonzentration zu liefern, kann sich bei der bekannten Technik der Strömungsmittellieferung die Pumpenausgabe mit der Zeit verändern, insbesondere aus einer peristaltischen Pumpe, die einer progressiven Ermüdung der elastischen Schläuche unterworfen ist, die peristaltisch zusammen gedrückt werden. With respect to the problem, a band of constant thickness and a constant solids concentration to deliver, can in the known art, the fluid delivery change the pump output with time, in particular a peristaltic pump, which is subjected to a progressive fatigue of the elastic tubes that peristaltically pressed together. Ein falscher Fluss wird zu einer falschen Interferenz der Viskosität, entweder hoch oder niedrig, bei dem '212-Viskosimeter führen, und folglich zu einer daraus folgenden unkorrekten Auffüllung des Trägerströmungsmittels. An incorrect flow is a false interference viscosity, either high or low, will cause a '212 viscometer, and hence a consequent incorrect replenishment of carrier fluid. Somit ist es ein Ziel der Erfindung, ein verbessertes MRF-Endbearbeitungssystem vorzusehen, wobei die tatsächliche volumetrische Strömungsmittelflussrate gemessen wird und unabhängig von der angezeig ten Geschwindigkeit einer Druckpumpe gesteuert wird, und bei der Bestimmung der Auffüllrate des Trägerströmungsmittels verwendet wird. Thus, it is an object of the invention to provide an improved MRF finishing system, the actual volumetric fluid flow rate is measured and is controlled independently of the being displayed th speed of a pressurizing pump, and is used in determining the replenishment rate of the carrier fluid.
  • [0013] [0013]
    Unter Betrachtung der genauen Online-Messung der MRF-Viskosität muss die Kapillarrohrleitung des '212-Viskosimeters physikalisch entfernt von der Region nahe der Arbeitszone sein, um eine Übergangsfeldgegenwirkung mit dem MRF in der Rohrleitung zu vermeiden, was zu einer inkorrekten Gegenwirkung der Viskosität und einer daraus folgenden inkorrekten Auffüllung des Trägerströmungsmittels führen kann. In consideration of the precise on-line measurement of the MRF viscosity, the capillary conduit of the '212 viscometer must be physically removed from the region near the work zone may be in order to avoid a transition field reaction with the MRF in the pipe, which corresponds to a to an incorrect reaction the viscosity and may result in consequent incorrect replenishment of carrier fluid. Diese Anordnung innerhalb des Liefersystems erfordert die Anwendung von zwei Drucksensoren, um einen Druckabfall einzurichten. This arrangement within the delivery system requires the use of two pressure sensors to establish a pressure drop. Weiterhin ist es wünschenswert, die Viskosität an dem Punkt zu kennen, an dem das MRF aus dem Liefersystem auf das Rad austritt. Furthermore, it is desirable to know the viscosity at the point at which the MRF emerges from the delivery system onto the wheel. Somit ist es ein weiteres Ziel der Erfindung, ein verbessertes und vereinfachtes MRF-Endbearbeitungssystem vorzusehen, wobei nur ein einziger Drucksensor erforderlich ist, und wobei die Viskosität am Ausgang des Liefersystems gemessen wird. Thus, it is another object of the invention to provide an improved and simplified MRF finishing system wherein only a single pressure sensor is required, and wherein the viscosity at the outlet of the delivery system is measured.
  • [0014] [0014]
    Mit Bezug auf die Notwendigkeit, vollständig das MRF zu versteifen, bevor es mit dem Werkstück in Eingriff kommt, erzeugen die symmetrischen Polstücke des '212-Magneten eine Arbeitszone, die symmetrisch um den oberen Totpunkt und um die Position eines Substratwerkstückes in der Arbeitszone ist. With reference to the need to completely stiffen the MRF before it engages the workpiece, produce the symmetrical pole pieces of the '212-magnets, a working zone, which is symmetrical about the top dead center and the position of a substrate workpiece in the working zone. Eine solche Symmetrie berücksichtigt nicht die magnetische Hysterese bei der Versteifung und der Entspannung des MRF, wodurch die mögliche Effektivität eines MRF-Endbearbeitungssystems verringert wird. Such symmetry does not consider the magnetic hysteresis in the stiffening and relaxation of the MRF, whereupon the possible effectiveness of an MRF finishing system is reduced. Somit ist es noch ein weiteres Ziel der Erfindung, ein verbessertes MRF-Endbearbeitungssystem mit asymmetrischen Polstücken vorzusehen, wodurch das MRF vollständig auf dem Rad vor einem Eingriff mit einem Werkstück versteift wird und kurz nach dem Eingriff mit einem Werkstück entspannt wird. Thus, it is yet another object of the invention to provide an improved MRF finishing system with asymmetrical pole pieces, whereby the MRF is completely stiffened on the wheel before engagement with a workpiece and is released shortly after the engagement with a workpiece.
  • Kurze Beschreibung der Erfindung Summary of the Invention
  • [0015] [0015]
    Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein System zur magneto-rheologischen Endbearbeitung von Substraten nach Anspruch 1 vorgesehen. According to the present invention a system for magnetorheological finishing of substrates according to claim 1 is provided. Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden in den abhängigen Ansprüchen beansprucht. Preferred embodiments of the invention are claimed in the dependent claims.
  • [0016] [0016]
    Kurz beschrieben weist ein verbessertes System zur magneto-rheologischen Endbearbeitung eines Substrates gemäß der Erfindung ein Strömungsmittelrückzirkulations- und Managementsystem auf, und Magnetpolstücke ähnlich jenen, die in '212 offenbart wurden, die jedoch die folgenden wichtigen und neuartigen Verbesserungen aufweisen. Briefly described, an improved system for magnetorheological finishing of a substrate according to the invention, a Strömungsmittelrückzirkulations- and management system, and the magnetic pole similar to those disclosed in '212, however, have the following important and novel improvements.
  • [0017] [0017]
    Als erstes wird eine Inline-Flussmessvorrichtung (inline = in der Leitung liegend) in dem Strömungsmittelrückzirkulationssystem vorgesehen, vorzugsweise eine Magnetinduktionsflussmessvorrichtung, vorzugsweise jedoch nicht notwendigerweise durch eine Regelung (closed loop) mit einem Flusssteuerparameter verbunden, beispielsweise der Drehzahl einer Druckpumpe, um die tatsächliche Flussrate zu messen, und vorzugsweise um sicher zu stellen, dass die Strömungsmittelflussrate konstant unabhängig von der Viskosität des gepumpten Strömungsmittels ist. First, an in-line flow measurement device (inline = in the direction lying) is provided in the fluid recirculation system, preferably a magnetic induction flow measuring device, preferably but not necessarily by a regulation (closed loop) connected to a flow control parameters, such as the rotational speed of a pressurizing pump to the actual flow rate measure, and preferably to provide to ensure that the fluid flow rate is constant regardless of the viscosity of the fluid being pumped. Eine solche Flussmessvorrichtung ist vorzugsweise unempfindlich für Veränderungen der Strömungsmittelviskosität über den Bereich der interessanten Flussvorgänge. Such a flow measuring device is preferably insensitive to changes in fluid viscosity over the range of flow processes interesting.
  • [0018] [0018]
    Als zweites wird ein vereinfachtes und neuartiges Kapillarviskosimeter, welches einen einzelnen Drucksensor am Eingang eines Kapillarabschnittes aufweist und eine Magnetabschirmung des Kapillarrohres besitzt, in dem Strömungsmittelliefersystem an seinem Ausgang auf der Radoberfläche angeordnet, wodurch die Notwendigkeit eines zweiten Drucksensors vermieden wird. Is a simplified and novel capillary viscometer having a single pressure sensor at the entrance of a capillary section, and a magnetic shielding of the capillary tube has, arranged in the fluid delivery system at its output on the wheel surface, eliminating the need a second pressure sensor is avoided as the second. Ausgangssignale aus der Flussmessvorrichtung und dem Viskosimeterdrucksensor werden in einen Algorithmus in einem Computer eingegeben, der die offensichtliche Viskosität des MRF berechnet, welches zu dem Rad geliefert wird, und die Auffüllrate des Trägerströmungsmittels steuert, um das MRF in einer Mischkammer vor dem Viskosimeter zurück zu zirkulieren, um die offensichtliche Viskosität auf das Ziel einzustellen. Output signals from the flow measuring device and the Viskosimeterdrucksensor be entered into an algorithm in a computer which calculates the apparent viscosity of the MRF, which is supplied to the wheel, and the replenishment of carrier fluid driven to circulate the MRF in a mixing chamber before the viscometer back to adjust the apparent viscosity to aim.
  • [0019] [0019]
    Drittens werden neuartige asymmetrische Polstücke vorgesehen, die das Magnetfeld entlang der Radoberfläche stromaufwärts der Arbeitszone ausdehnen, um eine vollständige magnetische Versteifung des MRF vor dem Eingriff mit dem Werkstück zu gestatten, während das Übergangsfeld in der Nachbarschaft des Viskosimeters minimiert wird, und welche das Magnetfeld entlang der Radoberfläche stromabwärts der Arbeitszone verkürzen. Thirdly, novel asymmetric pole pieces may be provided upstream the magnetic field along the wheel surface extend the work zone to permit full magnetic stiffening of the MRF before engagement with the workpiece, while the transition box is minimized in the vicinity of the viscometer, and which along the magnetic field the wheel surface downstream shorten the working area.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen Brief Description of Drawings
  • [0020] [0020]
    Die vorangegangenen und andere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung, genauso wie gegenwärtig bevorzugte Ausführungsbeispiele davon, werden beim Lesen der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen offensichtlicher: The foregoing and other objects, features and advantages of the invention as well as presently preferred embodiments thereof, will become more apparent upon reading the following description in conjunction with the accompanying drawings:
  • [0021] [0021]
    1 1 ist eine isometrische Ansicht des mechanischen Anordnungsteils einer Substratendbearbeitungsvorrichtung gemäß der Erfindung; is an isometric view of the mechanical assembly portion of a Substratendbearbeitungsvorrichtung according to the invention;
  • [0022] [0022]
    2 2 ist eine vertikale Querschnittsansicht, aufgenommen durch die Ebene 2-2 in is a vertical cross-sectional view taken through the plane 2-2 in 1 1 ; ;
  • [0023] [0023]
    3 3 ist ein schematische Ansicht von der rechten Seite eines Teils, der in is a schematic view from the right side of a portion in 1 1 gezeigten Vorrichtung, die die Beziehung eines asymmetrischen Polstücks zum Rand des Trägerrades und zu der bevorzugten Stelle eines Werkstückes in der Arbeitszone zeigt; apparatus shown, showing the relationship of an asymmetric pole piece to the edge of the carrier wheel and to the preferred location of a workpiece in the working zone;
  • [0024] [0024]
    4 4 ist eine Ansicht der in is a view in the 3 3 gezeigten Vorrichtung, wobei das Werkstück zur Verdeutlichung der Veranschaulichung entfernt wurde; device shown, wherein the workpiece has been removed for clarity of illustration;
  • [0025] [0025]
    5 5 ist eine Ansicht eines symmetrischen Polstücks der rechten Seite des Standes der Technik; is a view of a symmetrical pole piece of the right-hand side of the prior art;
  • [0026] [0026]
    6 6 ist eine isometrische Ansicht eines asymmetrischen Polstücks der rechten Seite gemäß der Erfindung; is an isometric view of an asymmetric pole piece of the right-hand side according to the invention;
  • [0027] [0027]
    7 7 ist eine Draufsicht des in is a plan view of the in 6 6 gezeigten Polstücks; shown pole piece;
  • [0028] [0028]
    8 8 ist eine Seitenansicht des in is a side view of the in 6 6 gezeigten Polstücks; shown pole piece;
  • [0029] [0029]
    9 9 ist eine vertikale Querschnittsansicht, aufgenommen entlang der Linie 9-9 in is a vertical cross-sectional view taken along line 9-9 in 7 7 ; ;
  • [0030] [0030]
    10 10 ist eine schematische Ansicht eines Strömungsmittelrückzirkulationssystems gemäß der Erfindung; is a schematic view of a fluid recirculation system according to the invention; und and
  • [0031] [0031]
    11 11 ist eine Querschnittsansicht eines Kapillarviskosimeters gemäß der Erfindung. is a cross-sectional view of a capillary viscometer according to the invention.
  • Detaillierte Beschreibung der Erfindung Detailed Description of the Invention
  • [0032] [0032]
    In den In the 1 1 und and 2 2 ist eine Gesamtanordnung eines mechanischen Anordnungsteils is an overall arrangement of a mechanical arrangement part 10 10 eines Systems gemäß der Erfindung zur magneto-rheologischen Endbearbeitung eines Substrates gezeigt. a system according to the invention for magnetorheological finishing of a substrate is shown. Der Teil The Part 10 10 weist eine Basis has a base 12 12 auf, die den Kern eines Magneten trägt, vorzugsweise den Kern und die Windungen on which supports the core of a magnet, preferably the core and windings 13 13 eines Elektromagneten, und die linke und rechte Magnetjochglieder an electromagnet, and the left and right Magnetjochglieder 14 14 bzw. and 16 16 trägt, die in herkömmlicher Weise mit dem Kern verbunden sind. carries, connected in a conventional manner with the core. Die Anordnung des Teils The arrangement of the part 10 10 ist ähnlich der in dem '212-Patent offenbarten Anordnung, wobei die Verbesserungen unten beschrieben werden. is similar to that disclosed in the '212 patent arrangement, the improvements are described below. Das Joch The yoke 14 14 trägt eine Motorantriebseinheit carries a motor drive unit 18 18 , die über die Kupplung Which via the clutch 20 20 mit einer Welle with a wave 22 22 gekoppelt ist, die in den Lagern is coupled, which in the bearings 24 24 gelagert ist und von einem Fußstück and is supported by a bottom nozzle 26 26 getragen wird. is worn. Die Antriebseinheit The drive unit 18 18 wird durch eine (nicht gezeigte) Antriebssteuervorrichtung in herkömmlicher Weise gesteuert, um die Drehzahl des Antriebs auf ein erwünschtes Ziel zu steuern. is controlled by a (non-shown) drive control apparatus in a conventional manner, to control the speed of the drive to a desired destination. Die Welle The Wave 22 22 ist drehbar mit der Nabe is rotatable with the hub 28 28 eines Trägerradflansches a Trägerradflansches 30 30 gekoppelt, der eine Umfangsfläche coupled having a peripheral surface 32 32 trägt, die sich axial zum Flansch bears axially to be flange 30 30 nach beiden Seiten davon erstreckt, vorzugsweise symmetrisch. extends to both sides thereof, preferably symmetrically. Die Oberfläche The surface 32 32 , die die Arbeitsfläche der Vorrichtung ist, die auch als die Trägerfläche bekannt ist, kann im Wesentlichen flach sein, dh eine Krümmung nur in Umfangsrichtung haben, wodurch ein zylindrischer Abschnitt definiert wird, oder die Oberfläche , Which is the working surface of the device, which is also known as the support surface may be substantially flat, ie have a curvature only in the circumferential direction, whereby a cylindrical portion is defined, or the surface 32 32 kann auch bogenförmig in der axialen Richtung sein, wodurch eine konkave oder eine konvexe Fläche definiert wird (wie in can also be arcuate in the axial direction, whereby a concave or a convex surface is defined (as shown in 2 2 gezeigt). shown). Auf den Jochgliedern On the yoke members 14 14 , . 16 16 sind jeweils linke und rechte Magnetpolstücke are each left and right magnetic pole 34 34 , . 36 36 montiert. mounted. Der Magnet kann abwechselnd orientiert und betrieben werden, so dass die Polstücke The magnet may be alternatively oriented and operated so that the pole pieces 34 34 , . 36 36 magnetisch Nord und Süd oder Süd und Nord sind, jeweils mit gleichem Effekt. magnetic north and south or north and south are, respectively with the same effect. Eine Aufbringungsdüse An application nozzle 38 38 ist mit der Versorgungsleitung is connected to the supply line 40 40 verbunden, wodurch ein Band together to form a band 42 42 aus MRF bzw. magneto-rheologischem Strömungsmittel auf die Arbeitsfläche from MRF or magneto-rheological fluid onto the work surface 32 32 geliefert wird, und ein Schaber is supplied, and a scraper 44 44 ist mit der Rückleitung is connected to the return line 46 46 verbunden, um das magneto-rheologische Strömungsmittel von der Arbeitsfläche connected to the magneto-rheological fluid from the working surface 32 32 zu entfernen und das MRF zu einem Rückzirkulations- und Aufbereitungssystem zurück zu bringen (welches in den remove and bring the MRF to a Rückzirkulations- and treatment system back (which in the 1 1 und and 2 2 nicht gezeigt ist). is not shown). Der Schaber The scraper 44 44 ist vorzugsweise magnetisch abgeschirmt. is preferably magnetically shielded.
  • [0033] [0033]
    Mit Bezug auf With reference to 5 5 ist das Polstück is the pole piece 48 48 des Standes der Technik symmetrisch um die Symmetrieebene of the prior art symmetrical about the plane of symmetry 50 50 entsprechend der Ebene 2-2 in along the plane 2-2 in 1 1 ; ; daher sind bei einer Anordnung des Standes der Technik die linken und rechten Polstücke identisch und austauschbar. Therefore, the left and right pole pieces are identical and interchangeable with an arrangement of the prior art. Da die vorzuziehende Arbeitszone für abrasive Endbearbeitung und Poliervorgänge auf der oberen Totpunktposition auf dem Trägerrad zentriert ist, ist die Arbeitszone somit in dem Magnetfeld zentriert, welches durch die Polstücke As the preferable working zone for abrasive finishing and polishing operations on the top dead center is centered on the carrier wheel, the working area is thus centered in the magnetic field through the pole pieces 48 48 des Standes der Technik erzeugt wird. of the prior art is generated. Jedoch ist das magneto-rheologische Ansprechen des MRF, welches in das Magnetfeld eintritt oder dieses verlässt, nicht sofort, so dass bei der Vorrichtung des Standes der Technik das MRF nicht vollständig versteift sein kann, wenn es auf das Werkstück auftrifft, welches endzubearbeiten ist, was die abrasive Einwirkung der MRF-Partikel verringert und weiterhin kann das MRF immer noch magnetisch induzierte Steifigkeit besitzen, wenn es den Schaber erreicht, was Einwirkungen auf die Entfernung des MRF von der Trägeroberfläche hat. However, the magneto-rheological response of the MRF, which enters the magnetic field or leaves, not immediately, so that, in the apparatus of the prior art, the MRF may not be completely stiffened when it impinges on the workpiece, which is endzubearbeiten, which reduces the abrasive effect of the MRF particles and further the MRF can still possess magnetically induced rigidity, when it reaches the scraper, which has effects on the removal of the MRF from the carrier surface.
  • [0034] [0034]
    Das Aufbringen des Magnetfeldes auf das MRF magnetisiert die magnetischen Partikel und löst die Bildung einer feldorientierten Struktur aus, die das versteifte Strömungsmittel definiert. The application of the magnetic field to the MRF magnetizes the magnetic particles and dissolves the formation of a field-oriented structure which defines the stiffened fluid. Während eine Magnetisierung der magnetischen Partikel sehr schnell auftritt (in ungefähr 10 –9 Sekunden) ist die Bildung der Struktur beträchtlich langsamer (typischerweise 10 –3 bis 10 –4 Sekunden). While a magnetization of the magnetic particles occurs very rapidly (in about 10 -9 seconds) is the formation of the structure considerably slower (typically 10 -3 to 10 -4 seconds). Die charakteristische Zeit T char der Strukturbildung hängt von den Eigenschaften des MRF ab. The characteristic time T char formation of the structure depends on the properties of the MRF. Um die maximale Steifigkeit des Strömungsmittels in der Arbeitszone zu erreichen, sollte die Zeit des Strömungsmitteltransportes T trans vom Eintritt in das Magnetfeld bis zum Erreichen der Arbeitszone größer als die charakteristische Zeit des MRF sein (T trans > T char ). To achieve maximum stiffness of the fluid in the working zone, time of fluid transport T trans of the occurrence in the magnetic field until it reaches the working zone should be greater than the characteristic time of the MRF to be (T trans> T char). Die Strömungsmitteltransportzeit ist die Distanz L 1 von der Eintrittskante des Polstückes zur Mitte der Arbeitszone (wie in den The fluid transportation time is, the distance L 1 of the leading edge of the pole piece to the center of the working zone (as in 3 3 und and 7 7 gezeigt), geteilt durch die lineare Geschwindigkeit U der Radoberfläche (L 1 /U > T char ). shown), divided by the linear velocity U of the surface of the wheel (1 L / U> T char). Im Gegensatz dazu sollte, wenn das MRF die Arbeitszone verlässt, dieses sobald wie möglich entmagnetisiert sein, um die Entfernung des verbrauchten MRF von dem Rad zu erleichtern; In contrast, should, if the MRF leaves the work zone, this being as soon as possible demagnetized in order to facilitate the removal of the spent MRF from the wheel; daher sollte die Distanz L 2 von der Mitte der Arbeitszone zur Auslasskante des Polstückes minimiert werden, was ein asymmetrisches Polstück zur Folge hat. Therefore, the distance L 2 should be minimized by the middle of the work zone to the outlet edge of the pole piece, resulting in an asymmetric pole piece consequence. Die Auswahl der Längen L 1 und L 2 wird durch magneto-mechanische (Viskositäts-)Eigenschaften des verwendeten MRF und durch die Geschwindigkeit des Rades bestimmt. The choice of lengths L 1 and L 2 is determined by the magneto-mechanical (viscosity) properties of the MRF and used by the speed of the wheel.
  • [0035] [0035]
    Ein Paar von tatsächlich optimalen Polstücken bietet die folgenden Vorteile: a) maximale Strömungsmittelversteifung in der Arbeitszone; A pair of actual optimal polepieces provides the following benefits: a) maximum fluid stiffening in the work area; b) maximale magnetische Feldstärke in der Arbeitszone; b) maximum magnetic field strength in the work area; c) sanfter Magnetfeldgradient in der Zone der Strömungsmittelablagerung auf dem Rad; c) soft magnetic field gradient in the zone of fluid deposition on the wheel; und d) scharfer Magnetfeldgradient und minimale magnetische Feldstärke in der Zone der Strömungsmittelaufnahme. and d) sharp magnetic field gradient and minimum magnetic field strength in the zone of flow borrowing.
  • [0036] [0036]
    Verbesserte Polstücke Improved pole pieces 34 34 , . 36 36 gemäß der Erfindung sind asymmetrisch um die Ebene 2-2 in according to the invention are asymmetrical about the plane 2-2 in 1 1 , genauso wie zu jeder anderen Ebene, die die Achse der Welle As well as at any other plane containing the axis of the shaft 22 22 enthält, um das Magnetfeld entlang der Trägerfläche vor der Arbeitszone zu erweitern und das Magnetfeld nach der Arbeitszone zu verkürzen. contains to enhance the magnetic field along the support surface before the working zone and to shorten the magnetic field according to the working zone. Dies stellt sicher, dass das MRF vollständig versteift ist, wenn es in die Arbeitszone eintritt, und dass es vollständig entspannt ist, wenn es den Schaber erreicht. This ensures that the MRF is fully stiffened, when it enters into the work zone, and that it is fully released when it reaches the scraper. Es sei bemerkt, dass die Polstücke It should be noted that the pole pieces 34 34 , . 36 36 im Wesentlichen Spiegelbilder voneinander sind. substantially mirror images of each other. Somit ist die folgende Beschreibung, die insbesondere auf das rechte Polstück Thus, the following description, and in particular the right-hand pole piece 36 36 gerichtet ist, gleichfalls auf das linke Polstück is addressed also to the left pole piece 34 34 anwendbar. applicable.
  • [0037] [0037]
    Mit Bezug auf die With reference to the 3 3 - - 4 4 und and 6 6 - - 9 9 hat ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Polstücks , a preferred embodiment of pole piece 36 36 eine im Wesentlichen rechteckige Basis a substantially rectangular base 52 52 , die mit der Oberseite des Jochgliedes , With the top of the yoke member 16 16 zusammen zu passen ist. to fit together is. Vertikale Seiten Vertical sides 54 54 , . 56 56 , . 58 58 , . 60 60 sind im Wesentlichen ebene Verlängerungen der vertikalen Seite des Polstückes are generally planar extensions of the vertical side of the pole piece 36 36 . , Die Außenfläche The outer surface 62 62 ist ein zylindrischer Abschnitt, der zur Basis is a cylindrical portion to the base 52 52 in einem Winkel a geneigt ist. is inclined at an angle a. Die Oberseite The top 64 64 des Nasenteils the nose portion 66 66 ist konzentrisch mit der Oberfläche is concentric with the surface 32 32 und kann somit ein sphärischer Abschnitt sein, wie in and may be a spherical section thus, as shown in 1 1 gezeigt oder kann zylindrisch oder konkav sein, wie durch die Form erforderlich wird, die für die Oberfläche shown or may be cylindrical or concave, as is required by the format adopted for the surface 32 32 ausgewählt ist. is selected. Die Unterseite The bottom 68 68 ist ein konischer Abschnitt, wobei die Spitze weg vom Rad is a conical portion, the tip away from the wheel 30 30 weist und wobei eine Seite davon zur Basis has a side thereof and wherein the base 52 52 in einem Winkel b geneigt ist, der größer ist als der Winkel a. Die eintretende Flanke b is inclined at an angle that is greater than the angle a. The edge entering 70 70 ist in einem Winkel c gedreht, vorzugsweise ungefähr 25°, um dabei zu helfen, das Magnetfeld innerhalb des Polstückes zu begrenzen und zu fokussieren. is rotated at an angle c, preferably about 25 °, to help to limit the magnetic field within the pole piece and focus. Die austretende Flanke The emerging edge 72 72 wird um eine Distanz d verringert, so dass die Oberfläche is decreased by a distance d, so that the surface 64 64 asymmetrisch um die Ebene 2-2 angeordnet ist, wie in is arranged asymmetrically about the plane 2-2, as shown in 1 1 gezeigt, was der Ebene shown that the level 50 50 in in 7 7 entspricht, wobei der eintretende Teil deriving from the incoming part 74 74 der Oberfläche the surface 64 64 länger (L 1 ) in Richtung des Laufs der Oberfläche ist, als der austretende Teil longer (L 1) in the direction of travel of the surface, as the exiting part 76 76 (L 2 ). (L 2). Die Querschnittsansicht des Polstückes The cross-sectional view of the pole piece 36 36 , wie in As shown in 9 9 gezeigt, ist im Wesentlichen die gleiche wie sie in shown, is substantially the same as in 1 1 gezeigt ist. is shown.
  • [0038] [0038]
    Mit Bezug auf die With reference to the 10 10 und and 11 11 ist ein geschlossenes Strömungsmittelliefersystem is a closed fluid delivery system 78 78 gezeigt, um MRF zu der Trägerfläche shown to MRF to the support surface 32 32 mit einer konstanten Zielflussrate und -viskosität zu liefern, wobei das MRF von der Trägeroberfläche wiedergewonnen wird, und wobei das wiedergewonnene MRF zur erneuten Verwendung aufbereitet wird. at a constant flow rate and to deliver target viscosity, the MRF is recovered from the support surface, and wherein said recycled MRF is prepared for reuse. Das MRF wird von der Trägeroberfläche durch den Schaber Is the MRF from the carrier surface by the scraper 44 44 abgeschabt und über Leitung scraped off and on line 46 46 zu einer Inline-Mischungs- und Temperierungskammer to an in-line mixing and tempering 80 80 gebracht, wo Agglomerate aufgebrochen werden, wo Trägerströmungsmittel nachgefüllt wird, wie oben beschrieben und wo das wieder hergestellte MRF erneut auf eine Zieltemperatur temperiert wird. brought, where agglomerates are broken up, where the carrier fluid is replenished as described above and where the MRF is recovered re-heated to a target temperature. Die Temperierung kann in bekannter Weise erreicht werden, beispielsweise mittels eines (nicht gezeigten) temperierten Was sermantels, der die Mischkammer umgibt. The temperature can be achieved in a known manner, for example by means of a (not shown) tempered What sermantels surrounding the mixing chamber. Bei Systemen, wo die Kammer In systems where the chamber 80 80 keine geschlossene Kammer ist, kann es nötig sein, eine zusätzliche Pumpe not a closed chamber, it may be necessary, an additional pump 81 81 vorzusehen, um das verbrauchte MRF von dem Schaber provide to the spent MRF from the scraper 44 44 aufzunehmen und es zur Kammer and take it to the chamber 80 80 zu liefern. to deliver. Das erneut temperierte MRF wird aus der Mischkammer durch eine Inline-Lieferungspumpe The MRF is tempered again from the mixing chamber through an inline delivery pump 82 82 (inline = in der Leitung liegend) herausgezogen, beispielsweise von einer peristaltischen Pumpe, und wird durch eine Inline-Flussmessvorrichtung (Inline = in the line lying) pulled out, for example, by a peristaltic pump, and is an inline flow meter 84 84 geliefert, vorzugsweise eine Magnetinduktionsflussmessvorrichtung, wie beispielsweise ein Rosemount Magnetic Flowmeter, Serie 8700, erhältlich von Fisher Rosemount Corp., Chahassen, Minnesota, USA. provided, preferably a magnetic induction flow measuring device, such as a Rosemount Magnetic Flowmeter, 8700 Series, available from Fisher Rosemount Corp., Chahassen, Minnesota, United States. Wenn die Ausgabe der Pumpe If the output of the pump 82 82 zyklisch ist, wie es bei peristaltischen Pumpen und anderen Pumpen bekannt ist, kann ein Impulsdämpfer is cyclic as it is known in the peristaltic pump and other pumps, a pulse damper 83 83 , wie er in der Technik wohl bekannt ist, in dem Lieferungssystem stromabwärts der Pumpe As is well known in the art, in the delivery system downstream of the pump 82 82 vorgesehen sein. be provided. Die Flussmessvorrichtung The flow measuring device 84 84 und der Antrieb für die Pumpe and the drive for the pump 82 82 sind für Berechnungen mit einem Computer are for calculations with a computer 86 86 verbunden, der einen Zielfluss einstellt und die Drehzahl der Pumpe in einer Regelungsrückkoppelung (closed loop) einstellt, um den Zielfluss zu erfüllen, wie von der Flussmessvorrichtung gemessen. connected sets a target flow and the speed of the pump in a feedback control (closed loop) adjusts to meet the target flow, as measured by the flowmeter. Von der Flussmessvorrichtung läuft das MRF durch die Düse Of the flow measuring device, the MRF passes through the nozzle 38 38 und wird zur Arbeit auf die Trägeroberfläche and is used to work on the support surface 32 32 ausgelassen. omitted.
  • [0039] [0039]
    Eine wichtige Verbesserung gemäß der Erfindung ist das Vorsehen der Düse An important improvement of the invention is the provision of the nozzle 38 38 als ein neuartiges Inline-Kapillar-Rheometer oder -Viskosimeter an dem Auslassende des Strömungsmittelliefersystems. as a novel inline capillary rheometer or viscometer at the discharge end of the fluid delivery system. Mit Bezug auf With reference to 11 11 weist die Düse , the nozzle 38 38 ein Kapillarrohr a capillary tube 88 88 auf, welches aus einem nicht magnetischen Material geformt ist, beispielsweise Kupfer oder Keramik, und zwar mit einem Verhältnis von Länge zu Durchmesser von vorzugsweise mehr als ungefähr 100:1. on which is formed of a nonmagnetic material, such as copper or ceramic, with a ratio of length to diameter of preferably more than about 100: 1. Das Rohr The tube 88 88 wird von einer magnetischen Abschirmung is of a magnetic shield 90 90 umgeben, die vorzugsweise aus einem magnetisch weichen Material geformt ist, beispielsweise kalt gewalztem Stahl. surrounded, which is preferably formed of a soft magnetic material such as cold rolled steel. Das Rohr The tube 88 88 und die Abschirmung and the shield 90 90 sind durch eine oder mehrere Zentrierungsscheiben represented by one or several Zentrierungsscheiben 92 92 beabstandet, die aus irgendeinem geeigneten unmagnetischen Material geformt sind, beispielsweise aus Gummi oder Plastik, und durch ein unmagnetisches Übergangsstück spaced, which are formed from any suitable non-magnetic material, such as rubber or plastic, and a non-magnetic transition piece 94 94 zur sanften Verengung des MRF-Flusses von dem Durch messer der Versorgungsleitung to gently narrowing of the MRF flow from the diameter of the supply line 40 40 zum Durchmesser des Rohrs to the diameter of the tube 88 88 . , Vorzugsweise wird der Durchmesser des Rohrs Preferably, the diameter of the tube is 88 88 so ausgewählt, dass die Reynolds-Zahl der Strömungsmittelflusszustände durch das Rohr kleiner als ungefähr selected such that the Reynolds number of the fluid flow conditions through the small tube than about 100 100 ist. is. Zwischen der Versorgungsleitung Between the supply line 40 40 und dem Übergangsstück and the transition piece 94 94 ist ein Drucksensor is a pressure sensor 96 96 , um den Leitungsdruck am Eingang des Kapillarrohrs abzufühlen und um ein Signal davon zum Computer To sense the line pressure at the entrance of the capillary tube and a signal thereof to computer 86 86 zu senden. send. Das MRF bildet bekanntlicher Weise leicht Agglomerate in stagnierenden Regionen, so dass der Drucksensor sorgfältig ausgewählt werden muss, so dass er eine glatte unzerstörbare Oberfläche für den Fluss darbietet. The MRF provides bekanntlicher easy way agglomerates in stagnant regions, so that the pressure sensor must be carefully chosen so as to present a smooth surface indestructible for the river. Vorzugsweise wird ein Sensor mit einer zylindrischen Membran verwendet, beispielsweise ein Viatran-Druckisolator der Serie „23", erhältlich von Viatran Corp., Grand Island, New York, USA. Da die Düse Preferably, a sensor is used with a cylindrical membrane, for example a pressure-Viatran insulator of the series "23", available from Viatran Corp., Grand Iceland, New York, USA. As the nozzle 39 39 an dem Ende der Lieferungsleitung angeordnet ist, kann der Druckabfall relativ zum Umgebungsdruck gemessen werden, somit ist nur ein Drucksensor erforderlich. at the end of the delivery conduit is disposed, the pressure drop can be measured relative to ambient pressure, thus only one pressure sensor is required.
  • [0040] [0040]
    Das System The system 78 78 ist auch mit einer Zumesspumpe is also equipped with a metering pump 98 98 versehen, die mit einer (nicht gezeigten) Quelle für Trägerströmungsmittel verbunden ist, und zwar zum Auffüllen von verloren gegangenem MRF, und welche mit der Mischkammer provided, which is connected to a (not shown) source of carrier fluid, namely for filling of lost MRF, and what with the mixing chamber 80 80 verbunden ist. is connected. Eine geeignete Zumesspumpe ist beispielsweise die Elektromagnetpumpe von Farmington Engineering, Teilnummer D105.55, erhältlich von Farmington Engineering Inc., Madison, Conneticut, USA. A suitable metering pump, for example, the electromagnetic pump from Farmington Engineering, part number D105.55, available from Farmington Engineering Inc., Madison, Connecticut, United States.
  • [0041] [0041]
    Im Betrieb wird magneto-rheologisches Strömungsmittel bzw. MRF mit einer erwünschten volumetrischen Flussrate durch die Lieferungspumpe In operation magneto-rheological fluid or MRF with a desired volumetric flow rate is determined by the supply pump 82 82 durch die Flussmessvorrichtung by the flow measuring device 84 84 und die Düse and the nozzle 38 38 auf die Oberfläche on the surface 32 32 gepumpt. pumped. Der Rückdruck in der Lieferleitung The back pressure in the supply line 40 40 wird durch den Sensor is determined by the sensor 96 96 abgefühlt und wird zum Computer sensed and is used for computer 86 86 übertragen. transmitted. Das Flussvolumen wird von der Flussmessvorrichtung The flow volume of the flow measuring device 84 84 abgefühlt und zum Computer sensed and the computer 86 86 übertragen. transmitted. Der Computer The Computer 86 86 ist mit einem Algorithmus zur Berechnung der MRF-Viskosität als eine Funktion des Druckes und der Flussrate durch die Düse is provided with an algorithm for calculating the MRF viscosity as a function of the pressure and the flow rate through the nozzle 38 38 programmiert. programmed. Wenn die vorbestimmte obere Viskositätssteuergrenze überschritten würde, signalisiert der Computer When the predetermined upper limit would be exceeded viscosity control, signals the computer 86 86 der Zumesspumpe the metering pump 98 98 , eine vom Computer berechnete Nachfüllmenge von Trägerströmungsmittel in die Mischkammer A computer-calculated replenishing amount of carrier fluid in the mixing chamber 80 80 nachzufüllen, wo das Strömungsmittel in das rückzirkulierte MRF gemischt wird. refill, where the fluid is mixed into the rückzirkulierte MRF. Wenn die Zielviskosität wieder hergestellt ist, wird die Nachfüllrate auf ein Gleichgewicht reduziert, bei dem ein konstanter geringer Fluss von Trägerströmungsmittel zu der Mischkammer geliefert wird, der gerade den Strömungsmittelverlust aufgrund von Verdampfung während des Arbeitszyklus des MRF kompensiert. When the target viscosity is restored, the replenishment rate is reduced to an equilibrium in which a constant small flow of carrier fluid is delivered to the mixing chamber, which compensated for just the fluid loss due to evaporation during the working cycle of the MRF. Wenn eine vorbestimmte niedrigere Viskositätssteuergrenze überschritten wird, wird der Nachfüllvorgang weiter reduziert oder damit einhergehend gestoppt, um eine durch Arbeit verursachte Verdampfung des Trägerströmungsmittels von dem MRF zu gestatten, um allmählich wieder die Viskosität zu steigern, bis eine Zielviskosität wieder hergestellt wird. When a predetermined lower viscosity control limit is exceeded, the refilling operation is further reduced and, consequently, stopped to permit caused by work evaporation of carrier fluid from the MRF to gradually increase the viscosity, until a target viscosity is restored.
  • [0042] [0042]
    Aus der vorangegangenen Beschreibung wird offensichtlich werden, dass ein verbessertes System zur magneto-rheologischen Endbearbeitung eines Substrates vorgesehen worden ist, wobei die Effektivität der Endbearbeitung gegenüber jener gesteigert wird, die mit Systemen des Standes der Technik möglich ist, und zwar indem Folgendes vorgesehen wird: a) neuartige asymmetrische Polstücke, die dazu dienen, die magnetische Versteifung des MRF auf der Trägeroberfläche vor der Arbeitszone vorzuschieben, um sicherzustellen, dass das MRF vollständig versteift ist, wenn es das Werkstück erreicht, und auch um die magnetische Entspannung des MRF nach der Arbeitszone voran zu bringen, um die Entfernung des MRF von der Trägeroberfläche zu erleichtern; From the foregoing description will be apparent that an improved system for magnetorheological finishing of a substrate has been provided, the effectiveness of the finishing over that is increased, which is possible with systems of the prior art, namely by the following is provided: a) novel asymmetrical pole pieces, which serve the magnetic stiffening of the MRF on the carrier surface in front of the working zone to advance to ensure that the MRF is fully stiffened, when it reaches the workpiece, and also to the magnetic relaxation of the MRF after work zone to bring forward to facilitate the removal of the MRF from the carrier surface; und b) ein neuartiges Inline-System für die MRF-Viskositäts- und -Flusssteuerung, die dazu dient, die Arbeitszone mit einer im Wesentlichen konstanten Flussrate von MRF mit einer im Wesentlichen konstanten Viskosität zu beliefern, was eine konstante Bandhöhe und eine konstante Festkörperkonzentration anzeigt, und daher eine konstante Funktion der Entfernung von Material von dem Werkstück. and b) a novel in-line system for the MRF viscosity and Flow Control, which serves to supply the working zone at a substantially constant flow rate of MRF with a substantially constant viscosity, which indicates a constant peak height and a constant solids concentration and, therefore, a constant function of the removal of material from the workpiece.
Classifications
International ClassificationH01F1/44, B24B31/112, B24B1/00, B24B37/04, G01N11/04
Cooperative ClassificationB24B1/005, B24B31/112, G01N11/04
European ClassificationB24B31/112, B24B1/00D, G01N11/04