一种磁流变液粘度稳定性控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种磁流变液粘度稳定性控制方法，通过使用管路压力、管路流量以及磁流阀电流强度来计算磁流变液的相对粘度，并基于对相对粘度的计算建立动态算法模型，实现对磁流变液粘度的实时监测和调节，进而实现磁流变液粘度的精确的自动稳定性控制，本发明可使磁流变液粘度的精度控制在2%以内，满足了高精度光学元件抛光的需要。另外，针对加工不同的工件时需大幅度改变磁流变液粘度的需要，通过离线控制方法进行磁流变液粘度的调节，解决了现有技术无法准确计算需要添加的水分或磁流变液的量，造成磁流变液粘度实际值在目标值附近震荡，较长时间才能稳定的问题，大幅度提高了加工效率。
【专利说明】一种磁流变液粘度稳定性控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及超精密光学元件加工领域，尤其涉及一种磁流变液粘度稳定性控制方法。
【背景技术】
[0002]磁流变抛光技术是一种新兴的光学表面精密加工技术，具有不产生亚表面缺陷、加工精度高等特点，广泛用于强激光系统装置中大口径光学元件的抛光，大口径磁流变抛光设备属于国外禁止出口中国的设备，我们使用的磁流变机床是国内自主研发制造的，例如五轴四联动数控机床，可以抛光平面、曲面等光学元件。该磁流变机床核心部分为磁流变液循环系统，该循环系统中，磁流变液依次经过离心泵、磁流阀、流量计、压力传感器、喷嘴进入抛光轮，随抛光轮转动对元件进行抛光；之后经过回收器、蠕动泵回到储液罐完成一个循环周期。在运行过程中磁流变液中的水分会损失，通过微量泵实时给循环系统补水，保持磁流变液粘度的稳定。
[0003]目前磁流变机床磁流变液粘度稳定性控制方法是首先采用水分仪测量磁流变液的水分含量，然后根据经验调节微量泵的补水频率从而保持机床加工过程中磁流变液水分含量不变。该方法需要消耗较多的磁流变液，且实时性差、磁流变液粘度波动误差较大，控制精度只能达到8%，不能满足高精度光学元件抛光的需要。
[0004]国内国防科大在磁流变液抛光稳定性方面进行了研究，稳定性控制方法是通过测量磁流变液在管路中的压力损失来间接反映磁流变液动力学粘度，然后采用灰色预测控制理论的方法去预测磁流变液的未来粘度值，对磁流变液粘度实行超前控制。但是只采用管路压力损失来反映磁流变液粘度，无法对磁流变液循环系统局部堵塞造成压力陡增做出准确判断，影响粘度控制的准确性。
[0005]美国QED公司磁流变机床的粘度稳定性控制方法是测量管路压力、管路流量的变化来间接反映磁流变液动力学粘度，然后调节微量泵的补水频率，保持循环系统管路的压力不变。该控制方法同样存在无法对磁流变液循环系统局部堵塞造成压力陡增做出准确判断。
[0006]目前的磁流变液粘度控制方法还普遍存在动态改变磁流变液粘度响应时间长的问题。在加工过程中针对不同的加工状态，往往需要将磁流变液粘度调节到不同值，从高粘度变化到低粘度调节时需要向磁流变液中加入适量水分；从低粘度向高粘度调节时需要向磁流变液中加入新磁流变液，目前的粘度控制方法无法准确计算需要添加的水分或新磁流变液的量，造成磁流变液粘度实际值在设定值附近震荡，较长时间才能稳定，影响加工效率。
【发明内容】
[0007]本发明针对现有技术的弊端，针对上述问题，提供一种磁流变液粘度稳定性控制方法，本发明通过使用管路压力、管路流量以及磁流阀电流强度来计算磁流变液的相对粘度，并基于对所述相对粘度的计算对磁流变液循环系统中磁流变液的粘度进行实时监测和调节，实现磁流变液粘度的实时自动稳定性控制，一方面可以判断该循环系统是否存在局部堵塞，进而排除局部堵塞对是否需要向磁流变液进行补水的干扰，另一方面有效提高粘度控制精度，满足高精度光学元件抛光的需要。本发明可使磁流变液粘度的控制精度达到2%以内，超过国内现有技术，同时磁流变液粘度改变的响应时间缩短50%以上，大幅度提高工作效率。
[0008]本发明的另一个目的是，针对加工不同的工件时需大幅度改变磁流变液粘度的需要，本发明通过离线控制方法进行磁流变液粘度的调节，通过将与磁流变液粘度变化密切相关的水分散失量、环境温湿度以及磁流变液的沉淀作为参数，经过一系列计算得到补水频率、补水时长或添加磁流变液的量，解决了现有技术无法准确计算需要添加的水分或新磁流变液的量，造成磁流变液粘度实际值在目标值附近震荡，较长时间才能稳定的问题，大幅度提高了加工效率。
[0009]本发明的技术方案为:
[0010]一种磁流变液粘度稳定性控制方法，其中包括以下步骤:
[0011]步骤一、根据需要设定磁流变液循环系统中磁流变液的目标粘度值μ ' d
[0012]步骤二、相对粘度变化率的计算，根据磁流变液循环系统中磁流阀电流强度1、管路压力P以及管路流量Q，计算连续的不同时间点的相对粘度值μ”通过计算得到相邻两
时间点的相对粘度变化率cUp其中所述相对粘度变化率计算公式为=
【权利要求】
1.一种磁流变液粘度稳定性控制方法，其中包括以下步骤: 步骤一、根据需要设定磁流变液循环系统中磁流变液的目标粘度值μ ^ d步骤二、相对粘度变化率的计算，根据磁流变液循环系统中磁流阀电流强度1、管路压力P以及管路流量Q，计算连续的不同时间点的相对粘度值μ”通过计算得到相邻两时间点的相对粘度变化率d μ P其中所述相对粘度变化率计算公式为:
2.根据权利要求1所述的磁流变液粘度稳定性控制方法，其特征在于，步骤二中所述
相对粘度值通过相对粘度计算公式得到，所述相对粘度计算公式为:
3.根据权利要求1所述的磁流变液粘度稳定性控制方法，其特征在于，所述波动常数设定为0.8。
4.根据权利要求3所述的磁流变液粘度稳定性控制方法，其特征在于，相对粘度的计算公式中系数K值的确定方法包括以下步骤: 步骤一、确定磁流变液循环系统中磁流阀电流强度、管路压力以及管路流量三个参量的变化范围； 步骤二、将所述相对粘度计算公式中的系数K取值为1，根据所述三个参量的变化范围，计算相对粘度μ r可能的最大值y rmax ; 步骤三、调节系数K的值，使得μ rmax/K尽量接近150，并将μ rmax/K最接近150时K的取值作为所述相对粘度计算公式中K的值。
5.根据权利要求4所述的磁流变液粘度稳定性控制方法，其特征在于，当所述相对粘度值与目标粘度值μ , ^相差较大时，可使用离线控制方法进行磁流变液粘度的调节，其包括以下步骤: 步骤一、确定磁流变液循环系统中磁流变液初始浓度Pb ; 步骤二、计算所述磁流变液循环系统的工作状态参数的修正系数、环境温湿度修正系数以及机床类型修正系数，并根据该三个修正系数计算磁流变液的水分散失速率，另外采用六次多项式拟合方法计算磁流变液沉淀规律； 步骤三、根据磁流变液初始浓度Pb、水分散失速率以及磁流变液沉淀规律计算补水速率、补水时长 或添加磁流变液的量； 步骤四、所述磁流变液循环系统根据计算结果向该系统中的微量泵发出指令，进行补水或添加磁流变液，使其中磁流变液粘度接近目标粘度值μ ^ ro
6.根据权利要求5所述的磁流变液粘度稳定性控制方法，其特征在于，当所述相对粘度值μ r与目标粘度值μ , r的差值大于IOcP时，采用离线控制方法进行磁流变液粘度的调节。
7.根据权利要求6所述的磁流变液粘度稳定性控制方法，其特征在于，步骤一中磁流变液初始浓度Pb可根据相对粘度换算得到，其换算公式为:Ρ= μ r.kv，式中:P为磁流变液浓度，kv为比例系数。
【文档编号】B24B51/00GK103831723SQ201410078397
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2014年3月5日 优先权日:2014年3月5日
【发明者】唐才学, 侯晶, 温圣林, 张远航, 颜浩, 袁志刚, 郑楠, 杨春林 申请人:四川睿光科技有限责任公司