一种磁流变液脉动调节装置及其调节方法

摘要

本发明提供一种磁流变液脉动调节装置及其调节方法，所述调节装置包括：电磁感应线圈模块以及信号采集处理单元；电磁感应线圈模块设置在磁流变液循环系统管路的磁流变液喷出端；信号采集处理单元与电磁感应线圈模块通过信号传输互通；信号采集处理单元用于采集磁流变液循环系统管路中磁流变液脉动信号，并将脉动信号转换为电信号，并传输电信号至电磁感应线圈模块；电磁感应线圈模块用于根据电信号产生交变磁场，以改变磁流变液黏度，进而抑制所述磁流变液循环系统管路中磁流变液的脉动信号。本发明能够主动抑制采用蠕动泵工作的磁流变液循环系统中脉动的幅值，提高超大口径复杂曲面的加工精度。

说明书

技术领域

本发明涉及光学元件加工技术领域，具体涉及一种磁流变液脉动调节装置及其调节方法。

背景技术

光学元件复杂曲面的加工一般采用CCOS技术，即计算机控制小磨头加工工艺。传统的工艺中，磨头使用的是光学沥青材料；在加工大口径(2米)或是超大口径(4米)反射镜时，由于遍历整个反射镜的加工时间较长(一般大于8小时)，沥青抛光盘在大压力、长时间加工过程中容易出现变形、老化等问题，从而导致去除函数与理论计算的偏差较大进而导致单次加工收敛率下降。如果采用磁流变加工工艺，由于磁流变抛光头是磁流变液在强磁场作用下变成的具有一定硬度的伯明翰体，随着循环系统的运行，变硬的磁流变液不断地参与反射镜的抛光。因此，磁流变工艺加工超大口径反射镜过程中不会出现传统工艺中沥青的老化变形等问题，进而也提高了单次加工的面形收敛率，最终有效提升加工效率，降低加工时间。

在常见的磁流变液循环管路中，液体的驱动力主要来源于蠕动泵。使用蠕动泵的好处是供给量精确、磁流变液不与动力源的机械结构直接接触，因此不会给磁流变液带来污染。但使用蠕动泵的问题是循环过程中液体出现有规律的脉动，给磁流变加工的精确工艺控制带来了影响。在超大口径加工过程中，需要较高的材料去除率，因此会把蠕动泵的转速调高，带来的结果就是磁流变液的脉动频率加快。应对这种情况的一般做法是在管路中加入阻尼器系统，它能有效降低液体脉动的幅度，属于被动抑制系统。这个系统在反射镜面形误差较大时可以能够有效解决脉动问题，也就是说经过被动阻尼系统，磁流变液的脉动情况得到抑制，残留的脉动作用到反射镜上引起的面形误差与当前反射镜的面形误差相比更小，对反射镜当前的面形误差收敛影响比较小，可以忽略不计。当反射镜的面形误差不断收敛到与脉动引起的面形误差比较接近时，则会导致反射镜面形误差无法有效收敛。这个加工阶段就非常有必要对残留的磁流变液脉动进行有效的主动抑制，在幅度上进行降低，最理想的情况是使磁流变液的脉动幅度降低为0。

发明内容

为了克服已有得技术问题，对磁流变液脉动进行有效的主动抑制，本发明提供了一种磁流变液脉动调节装置及其调节方法。

为实现上述目的，本发明采用以下具体技术方案：

本发明第一方面提供一种磁流变液脉动调节装置，包括：电磁感应线圈模块以及信号采集处理单元；电磁感应线圈模块设置在磁流变液循环系统管路的磁流变液喷出端；信号采集处理单元与电磁感应线圈模块通过信号传输互通；

信号采集处理单元用于采集磁流变液循环系统管路中磁流变液的脉动信号，将脉动信号转换为电信号，并传输电信号至电磁感应线圈模块；

电磁感应线圈模块用于根据电信号产生交变磁场，以改变磁流变液黏度，进而抑制所述磁流变液循环系统管路中磁流变液的脉动信号。

优选地，还包括：第一压力传感器；第一压力传感器设置在电磁感应线圈模块远离磁流变液喷出端的一端；

第一压力传感器用于传输模拟量信号至信号采集处理单元。

优选地，信号采集处理单元包括：移相处理电子模块以及电流放大模块；移相处理电子模块与电流放大模块电连接；

移相处理电子模块用于通过采集磁流变液循环系统管路中第一压力传感器输出的模拟量信号，以获取磁流变液循环系统管路中的脉动信号，并对脉动信号进行滤波处理，根据滤波后脉动信号的频率特征进行移相处理，得到控制信号并将所述控制信号传输给所述电流放大模块；

电流放大模块用于对移相处理电子模块传输的控制信号进行滤波放大处理，并将滤波和放大处理后的信号直接加载至所述电磁感应线圈模块上。

优选地，还包括：磁流变液储液罐、蠕动泵、喷嘴、回收泵、回收盒以及抛光轮；磁流变液储液罐、蠕动泵、喷嘴、回收泵以及回收盒通过管路依次连接构成磁流变液循环系统的一个回路；磁流变液循环系统中的喷嘴与抛光轮分别对称设置于管路的两端；回收盒设置在距离所述抛光轮预设距离范围内，回收泵分别与回收盒、磁流变液储液罐通过管路连接。

优选地，电磁感应线圈模块中的线圈环绕设置在第一压力传感器与喷嘴之间的管路上；电磁感应线圈模块中的线圈用于在电流放大模块驱动下产生交变磁场，改变管路内磁流变液的黏度。

优选地，还包括：压力复检传感器模块；压力复检传感器模块设置在电磁感应线圈模块与喷嘴之间的管路上；压力复检传感器模块设有第二压力传感器以及差分反馈电路；第二压力传感器用于检测管路中磁流变液的压力波动，并将压力波动信号传输至差分反馈电路；差分反馈电路用于根据压力波动信号输出反馈信号至移相处理电子模块。

优选地，还包括：调整装置；调整装置设置在电流放大模块或电磁感应线圈模块上；调整装置用于调整加载到电磁感应线圈模块的电流强度。

优选地，还包括：人机接口；在电磁感应线圈模块、和压力复检传感器模块和电流放大模块的至少一处预留人机接口；人机接口用于实时接收人工干预指令。

本发明第二方面还提供了一种磁流变液脉动调节方法，应用于如本发明第一方面提供的磁流变液脉动调节装置，用于主动抑制磁流变液循环系统中的磁流变液脉动；

方法包括以下步骤：

S1：信号采集处理单元采集磁流变液循环系统管路中磁流变液脉动信号，并将脉动信号转换为电信号，并传输电信号至电磁感应线圈模块；

S2：电磁感应线圈模块根据电信号产生交变磁场，以改变磁流变液黏度，进而抑制磁流变液循环系统管路中磁流变液的脉动信号。

优选地，磁流变液脉动调节装置还包括第一压力传感器；

步骤S1还包括：第一压力传感器对管路中的脉动压力进行检测，传输模拟量信号至信号采集处理单元；

移相处理电子模块通过采集磁流变液循环系统管路中第一压力传感器输出的模拟量信号，以获取磁流变液循环系统管路中的脉动信号，并对脉动信号进行滤波处理，根据滤波后脉动信号的频率特征进行移相处理，得到控制信号并将控制信号传输给电流放大模块；

电流放大模块对移相处理电子模块传输的控制信号进行滤波放大处理，并将滤波和放大处理后的信号直接加载至电磁感应线圈模块上；

电磁感应线圈模块在电流放大模块驱动下产生交变磁场，改变管路内磁流变液的黏度。

本发明的有益效果：

本发明通过在磁流变液循环系统中采集脉动信号，将脉动信号转化为电信号后加载至电磁感应线圈模块，使电磁感应线圈产生交变磁场，此时在磁流变液循环系统中流动的磁流变液的黏度会发生改变，从而主动抑制脉动的幅值，进而提高超大口径复杂曲面的加工精度，获得理想的加工效果。

附图说明

图1是本发明的一种磁流变液脉动调节装置的结构图；

图2为本发明的一种磁流变液脉动调节方法的流程图。

其中附图标记为：

1、磁流变液储液罐；2、蠕动泵；3、第一压力传感器；4、电磁感应线圈模块；5、压力复检传感器模块；6、喷嘴；7、信号采集处理单元；71、移相处理电子模块；72、电流放大模块；8、回收泵；9、回收盒；10、抛光轮。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。

下面将对本发明提供的一种磁流变液脉动调节装置及其调节方法进行详细说明。

图1是本发明的一种磁流变液脉动调节装置的结构图。

如图1所示，本发明提供一种磁流变液脉动调节装置，包括：电磁感应线圈模块4以及信号采集处理单元7；电磁感应线圈模块4设置在磁流变液循环系统管路的磁流变液喷出端；信号采集处理单元7与电磁感应线圈模块4通过信号传输互通；

信号采集处理单元7用于采集磁流变液循环系统管路中磁流变液脉动信号，并将脉动信号转换为电信号，并传输电信号至电磁感应线圈模块4；

电磁感应线圈模块4用于根据电信号产生交变磁场，以改变磁流变液黏度，进而抑制磁流变液循环系统管路中磁流变液的脉动信号。

本发明的工作原理为：通过电磁感应线圈产生交变磁场，使磁流变液循环系统中流动的磁流变液的黏度发生改变；当磁感应强度增强时，磁流变液的黏度随之增大，当黏度增大时，磁流变液的流动速度也随之减慢，即可起到主动抑制磁流变液循环系统管路中磁流变液的脉动的效果。

本发明提供的磁流变液脉动调节装置中还包括：第一压力传感器3；第一压力传感器3设置在电磁感应线圈模块4远离磁流变液喷出的一端；

第一压力传感器3用于传输模拟量信号至信号采集处理单元7。

信号采集处理单元7包括：移相处理电子模块71以及电流放大模块72；移相处理电子模块71以及电流放大模块72电连接；

移相处理电子模块71用于通过采集所述磁流变液循环系统管路中所述第一压力传感器3输出的模拟量信号，以获取磁流变液循环系统管路中的脉动信号，并对脉动信号进行滤波处理，根据滤波后脉动信号的频率特征进行移相处理，得到控制信号并将控制信号传输给所述电流放大模块72；

电流放大模块72用于对移相处理电子模块71传输的控制信号进行滤波放大处理，并将滤波和放大处理后的信号直接加载至电磁感应线圈模块4上。

在本发明的一个实施例中，将第一压力传感器3输出的模拟量信号输入给移相处理电子模块71，在移相处理电子模块71中通过内置的处理硬件把第一压力传感器3的输出信号进行滤波，提取出有效的低频信息并且要保留原有数据的频率，并对这一信息进行移相。

在本发明的一个实施例中，移相的目的是为了后续能够与磁流变液循环系统管路中磁流变液脉动的相位相互匹配，从而达到主动抑制的目的。

在本发明的一个实施例中，移相处理电子模块71采用DSP或FPGA。

电流放大模块72对移相处理电子模块71输出的控制信号进行滤波并放大；放大后的信号直接加载至电磁感应线圈模块4上。

在本发明的一个实施例中，移相处理电子模块71将移相后的信号输出给电流放大模块72，对信号进行滤波、放大，产生驱动电磁感应线圈模块4的特定幅值、特定相位的交流电流信号；最后将处理后的信号直接加载到电磁感应线圈模块4的上面。

磁流变液循环系统包括：磁流变液储液罐1、蠕动泵2、喷嘴6、回收泵8、回收盒9以及抛光轮10；磁流变液储液罐1、蠕动泵2、喷嘴6、回收泵8以及回收盒9通过管路依次连接构成磁流变液循环系统的一个回路；喷嘴6与抛光轮10分别对称设置于管路的两端；回收盒9设置在抛光轮10预设距离范围内。

在本发明的一个实施例中，通过分别于管路两端相对称设置的喷嘴6与抛光轮10，可使喷出的磁流变液通过抛光轮10旋转带动后收集至回收盒9中，在回收泵8的作用下，磁流变液沿管路返回至磁流变液储液罐1中，使磁流变液可以循环利用。

在本发明的一个实施例中，在磁流变液循环系统工作前，先把磁流变液注入到磁流变液储液罐1中，磁流变液通过磁流变液供给泵进行泵出。由于磁流变液供给泵采用的是蠕动泵2，因此第一压力传感器3的压力读数会呈现周期性波动。

移相处理电子模块71通过采集磁流变液循环系统管路中第一压力传感器3的输出信号，获取磁流变液循环系统管路中的脉动信号，并对脉动信号进行滤波处理，根据脉动信号特征进行移相处理，输出控制信号。

本发明中，电磁感应线圈模块4中的线圈环绕设置在第一压力传感器3与喷嘴6之间的管路上；在电流放大模块72驱动下产生交变磁场，改变管路内磁流变液的黏度。

在本发明的一个实施例中，电磁感应线圈模块4加载电信号后，通过内置的电磁线圈将会在轴心处产生一个与信号同频的交变电磁场，而这一个电磁场直接作用于穿过电磁感应线圈模块4中心部分的磁流变液。磁流变液的黏度在电磁感应线圈模块4的交变电磁场中根据磁感应强度的变化而变化。加载到电磁感应线圈模块4上的电流强度变大，其产生的电磁场的磁感应强度也会随之增大，这样在作用区内的磁流变液的黏度也会变大。穿过电磁感应线圈模块4中心区的变得粘稠的磁流变液将会有效阻止循环管路中磁流变液的流动速度，进而起到主动抑制磁流变液循环系统管路中磁流变液脉动的效果。

本发明提供的一种磁流变液脉动调节装置中还包括：压力复检传感器模块5；压力复检传感器模块5设置在电磁感应线圈模块4与喷嘴6之间的管路上；压力复检传感器模块5设有第二压力传感器以及差分反馈电路；第二压力传感器检测管路中磁流变液的压力波动，并将波动信号传至差分反馈电路；差分反馈电路输出反馈信号至移相处理电子模块71。

在本发明的一个实施例中，第二压力传感器用于感知管路中磁流变液的压力波动，并将压力波动信号输入给差分反馈电路，差分反馈电路输出反馈信号至移相处理电子模块71；反馈信号为模拟量信号，如电流信号或电压信号；移相处理电子模块71根据差分反馈电路的反馈信号对其输出的控制信号进行微调，从而改变电磁感应线圈模块4的交变电磁场，使后端管路中的磁流变液流速更加稳定。

在本发明的一个实施例中，移相处理电子模块71自动进行移相处理的控制原理为：相位差值与第一压力传感器3至电磁感应线圈模块4的空间距离相关，且根据压力复检传感器模块5的输出信号进行调整；当压力复检传感器模块5输出信号呈现无规则的频率分布，则对当前相位差值进行微调；当压力复检传感器模块5输出信号与第一压力传感器3的输出信号周期及相位一致时，则停止微调，并保持当前相位差值。

本发明提供的一种磁流变液脉动调节装置中还包括：调整装置；调整装置设置在电流放大模块72或电磁感应线圈模块4上；调整装置用于调整加载到电磁感应线圈模块4的电流强度。

在本发明的一个实施例中，为了进一步提高抑制效果，可以在电流放大模块72或者电磁感应线圈模块4上设置调整装置；调整装置用于微调加载到电磁感应线圈模块4的电流强度，从而使得压力复检传感器模块5的输出幅值降低到可接受范围内。

本发明提供的磁流变液脉动调节装置中还包括：人机接口；在电磁感应线圈模块4、压力复检传感器模块5和电流放大模块72、的至少一处预留人机接口；人机接口用于实时接收人工干预指令。

在本发明的一个实施例中，在装置工作前，将上述模块的逻辑关系编辑成程序输入到移相处理电子模块71的寄存器中，以在实际工作中可以让移相处理电子模块71自动执行上述逻辑，并通过预留人机接口实时接收人工干预从而达到最优的抑制效果。

图2为本发明的一种磁流变液脉动调节方法的流程图。

如图2所示，本发明第二方面还提供了一种磁流变液脉动调节方法，该方法应用于上述的磁流变液脉动调节装置，用于主动抑制磁流变液循环系统中的磁流变液脉动；本方法包括以下步骤：

S1：信号采集处理单元7采集磁流变液循环系统管路中磁流变液脉动信号，并将脉动信号转换为电信号，并传输电信号至所述电磁感应线圈模块4；

S2：电磁感应线圈模块4根据电信号产生交变磁场，以改变磁流变液黏度，进而抑制磁流变液循环系统管路中磁流变液的脉动信号。

步骤S1还包括：第一压力传感器3；第一压力传感器3对磁流变液循环系统管路中的脉动压力进行检测，传输模拟量信号至信号采集处理单元7。

步骤S1还包括以下步骤：

移相处理电子模块71通过采集磁流变液循环系统管路中第一压力传感器3输出的模拟量信号，以获取磁流变液循环系统管路中的脉动信号，并对脉动信号进行滤波处理，根据滤波后脉动信号的频率特征进行移相处理，得到控制信号并将控制信号传输给电流放大模块72；

电流放大模块72对移相处理电子模块71传输的控制信号进行滤波放大处理，并将滤波和放大处理后的信号直接加载至电磁感应线圈模块4上；

电磁感应线圈模块4在电流放大模块72驱动下产生交变磁场，改变磁流变液循环系统管路内磁流变液的黏度。

在电磁感应线圈模块4与喷嘴6之间的管路上设有压力复检传感器模块5；压力复检传感器模块5设有第二压力传感器以及差分反馈电路；第二压力传感器用于检测管路中磁流变液的压力波动，并将压力波动信号传输至差分反馈电路；差分反馈电路用于根据压力波动信号输出反馈信号至所述移相处理电子模块71。

在本发明的一个实施例中，由于相位差值与第一压力传感器3到电磁感应线圈模块4的空间距离相关，且需要根据压力复检传感器模块5的输出信号进行调整；所以当压力复检传感器模块5输出信号呈现无规则的频率分布时，则对当前相位差值进行微调；当压力复检传感器模块5输出信号与第一压力传感器3的输出信号周期及相位一致时，则停止微调，并保持当前相位差值。移相处理电子模块71根据差分反馈电路的反馈信号对其输出的控制信号进行微调，从而改变电磁感应线圈模块4的交变电磁场，使后端管路中的磁流变液流速更加稳定。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

以上本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所作出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。