Sistemas de acabado magnetoreológico de un sustrato.

Un sistema de imán permanente (10) para variar de manera controlable la intensidad de un campo magnético,

quecomprende:

a) una primera y una segunda piezas polares (12, 14) formadas por un material magnéticamente suave quedefine conjuntamente un cuerpo magnético (15), teniendo dicha primera y segunda piezas polares (12, 14)un entrehierro primario (18) y un entrehierro secundario (19) formados entre extremo opuestos de losmismos y con una cavidad cilíndrica (16) formada en dicho cuerpo magnético (15);

b) un imán permanente cilíndrico (20) magnetizado perpendicularmente a un eje longitudinal del mismo ydispuesto de manera giratoria endicha cavidad cilíndrica (16).

Sistemas de acabado magnetoreológico de un sustrato

Campo técnico

La presente invención se refiere a sistemas de pulido y acabado abrasivo a base de lodo de sustratos, y en particular, a tales sistemas que emplean fluidos magnetoreológicos e imanes adyacentes a una rueda portadora esférica para rigidizar magnéticamente el fluido en una zona de trabajo sobre la rueda; más en particular, a tales sistemas en los que los imanes de rigidización están dispuestos dentro de la propia rueda portadora; y más en particular a un sistema mejorado en el que el imán de rigidización es un conjunto de imán permanente de campo variable.

Antecedentes de la invención El uso de fluidos magnetoreológicos rigidizados magnéticamente (MRF) para pulido y acabado abrasivo de sustrato es bien conocido. Tales fluidos, que contienen partículas abrasivas magnéticamente suave disperso en un portador líquido, exhiben un comportamiento plástico magnéticamente inducido en presencia de un campo magnético. La viscosidad aparente de los MRF puede ser aumentada de manera magnética por muchas órdenes de magnitudes, de manera que la consistencia de los MRF cambia de ser casi acuoso a ser una pasta muy rígida. Cuando tal pasta se dirige de manera apropiada contra una superficie de sustrato que se ha de conformar o pulir, por ejemplo un elemento óptico, se puede conseguir un nivel muy elevado de calidad de acabado, precisión y control.

La patente de los Estados Unidos nº 5.951.369, concedida el 14 de septiembre de 1999 a Kordonski et al., divulga procedimientos, fluidos, y aparatos para acabado magnetoreológicos determinísticos de sustratos. Esta patente que forma la base del preámbulo de la reivindicación 6 se denominará en el presente documento como “’369”.

En un sistema de acabado magnetoreológico típico tal como el que se divulga en la patente ‘369, una superficie de trabajo comprende una rueda amagnética orientada en vertical que tiene una llanta que es socavada simétricamente alrededor de un cubo. Piezas polares magnéticas de conformación especial se extienden hacia lados opuestos de la rueda bajo la llanta socavada para proporcionar una zona de trabajado magnética sobre la superficie de la rueda, preferiblemente en aproximadamente la posición de punto muerto superior. La superficie de la rueda es preferiblemente una sección ecuatorial de una esfera.

Montado encima de la zona de trabajo se encuentra un receptor de sustrato, tal como un mandril giratorio, para extender en la zona de trabajo un sustrato que ha de ser acabado. El mandril se puede manipular de manera programada en una pluralidad de modos de desplazamiento y está controlado preferiblemente por un controlador programable o un ordenador.

El MRF es extruido en un estado no magnetizado a partir de una boquilla de conformación como una cinta sobre la superficie de trabajo de la rueda giratoria, que lleva el fluido a la zona de trabajo donde se magnetiza con una consistencia pastosa. En la zona de trabajo, el MRF pastoso realiza un trabajo abrasivo, conocido como acabado o pulido magnetoreológico, sobre el sustrato. Al salir de la zona de trabajo, el fluido sobre la rueda se vuelve a magnético de nuevo y es rascado por un rascador desde la superficie de trabajo de la rueda para su recirculación y reutilización.

La distribución de fluido a, y la recuperación de, la rueda es gestionada por un sistema cerrado de distribución de fluido tal como se divulga en la referencia ‘390. El MRF es retirado del rascador por una bomba de aspiración y enviado a un depósito donde se mide su temperatura y se ajusta según el objetivo. Se puede conseguir la recirculación desde el depósito a la boquilla, y de este modo a través de la zona de trabajo, a un caudal especificado, por ejemplo, estableciendo la velocidad de rotación de una bomba de presurización, típicamente una bomba peristáltica o centrífuga.

Debido a que una bomba peristáltica exhibe un flujo pulsante, en un uso de este tipo se requiere un amortiguador de impulsos corriente abajo de la bomba.

El caudal de MRP suministrado a la zona de trabajo está muy controlado. Se proporciona un caudalímetro en línea en el sistema de recirculación de fluido, y se conecta mediante un controlador para regular la bomba.

Se dispone un viscómetro capilar en el sistema de distribución de fluido y la salida del mismo sobre la superficie de la 45 rueda. Las señales de salida procedentes del caudalímetro y el viscómetro son enviadas a un algoritmo en un ordenador que calcula la viscosidad aparente de MRF que se está suministrando a la rueda y controla la velocidad de realimentación del fluido portador al MRF de recirculación (que pierde fluido portador por evaporación durante el uso) en una cámara de mezclado por delante del viscómetro, para ajustar la vistosidad aparente al objetivo.

La patente de los Estado Unidos nº 5.616.066, concedida el 1 de abril de 1997 a Jacobs et al. (‘066) , divulga un sistema 50 de acabado magnetoreológico que comprende un imán anular permanente que tiene piezas polares anulares de hierro dulce norte y sur dispuestas de manera fija sobre un montaje amagnético dentro de un tambor amagnético que proporciona una superficie portadora sobre su superficie exterior.

Un inconveniente serio del sistema ‘066 es la incapacidad de de realiza un acabado de superficies cóncavas debido a la superficie cilíndrica de rueda portadora.

Un inconveniente adicional es que un imán permanente proporciona solo un valor de campo magnético, y de este modo no es posible el control de la velocidad de eliminación variando la intensidad del campo magnético.

Otro inconveniente adicional es que un campo magnético permanente dificulta la limpieza y el mantenimiento del sistema para el cambio de fluido.

La patente de los Estados Unidos nº 6.506.102, concedida el 30 de octubre de 2001 a Kordonski at al. (‘102) , que se incorpora al presente documento por referencia, mejora respecto del sistema ‘066 y divulga un sistema para acabado magnetoreológico que comprende una rueda portadora orientada en vertical que tiene un eje horizontal. La rueda portadora es preferiblemente una sección ecuatorial de una esfera, de manera que la superficie portadora es esférica. La rueda tiene forma general de cuenco, comprendiendo una placa circular conectada a medios motrices giratorios y

soportando la superficie esférica que se extiende lateralmente desde la placa. Un electroimán que tiene piezas polares planas norte y sur está dispuesto dentro de la rueda, dentro de la envoltura de la esfera, y preferiblemente dentro de la envoltura de la sección esférica que comprende la rueda. Los imanes se extienden por un ángulo de rueda central de aproximadamente 120º de manera que el MRF se mantiene en un estado parcialmente rigidizado claramente por delante de y claramente más allá de la zona de trabajo. Un rascador magnético elimina el RMF de la rueda a medida que la rigidización se relaja y vuelve a un sistema de distribución de fluido convencional para el acondicionamiento y la reextrusión sobre la rueda. La colocación de los imanes dentro de la rueda proporciona espacio libre de cada lado de la superficie portadora de manera que se pueden acomodar grandes sustratos cóncavos, que deben extenderse más allá de los bordes de la superficie de rueda durante el acabo. La extensión angular de los imanes hace que el MRF quede retenido sobre la rueda por un ángulo central extendido de la misma, permitiendo la orientación y el acabado en una zona de trabajo en o cerca de la posición de punto muerto inferior de la rueda.

Una ventaja del sistema de la ‘012 es que el uso de un electroimán en lugar de un imán permanente permite que otro parámetro de control, es decir, la intensidad del campo magnético, sea variado variando el amperaje de corriente suministrado al electroimán.

Un inconveniente del sistema de la ‘102 es que la mayor dimensión de un electroimán (en comparación con un imán permanente de intensidad equivalente) impone limitaciones en la dimensión mínima de la rueda esférica, y de este modo limita le menor radio de curvatura de sustratos cóncavos que se han de acabar.

Lo que se necesita en la técnica es un sistema de MRF que tiene una rueda de acabado esférica de menor radio.

Un objeto principal de la presente invención es realizar el acabado de concavidades de menor radio de los que hasta ahora son posibles usando sistema de MRF de la técnica anterior.

Un objeto adicional de la invención es proporcionar un sistema para el acabado magnetoreológico de sustratos cóncavos en los que el radio de las concavidades de piezas de trabajo... [Seguir leyendo]

1. Un sistema de imán permanente (10) para variar de manera controlable la intensidad de un campo magnético, que comprende:

a) una primera y una segunda piezas polares (12, 14) formadas por un material magnéticamente suave que define conjuntamente un cuerpo magnético (15) , teniendo dicha primera y segunda piezas polares (12, 14) un entrehierro primario (18) y un entrehierro secundario (19) formados entre extremo opuestos de los mismos y con una cavidad cilíndrica (16) formada en dicho cuerpo magnético (15) ; b) un imán permanente cilíndrico (20) magnetizado perpendicularmente a un eje longitudinal del mismo y

dispuesto de manera giratoria endicha cavidad cilíndrica (16) .

2. Un sistema de imán permanente (10) de acuerdo con la reivindicación 1 en el que dicho material magnéticamente suave es hierro.

3. Un sistema de imán permanente (10) de acuerdo con la reivindicación 1 en el que dicho imán permanente cilíndrico (20) está formado por un material que incluye un elemento de tierras raras.

4. Un sistema de imán permanente (10) de acuerdo con la reivindicación 3, en el que dicho imán permanente (20) incluye un material seleccionado a partir del grupo que consiste en samario, cobalto, neodimio, hierro, boro, y material cerámico.

5. Un sistema de imán permanente (10) de acuerdo con la reivindicación 1 en el que la anchura de dicho entrehierro secundario (19) entre dichos extremos de piezas polares opuestas es al menos igual a la anchura de dicho entrehierro primario (18) .

6. Un sistema (100) para acabado magnetoreológico de un sustrato (102) que comprende:

a) una rueda portadora (104) ; y b) medios motrices (110) para accionar dicha rueda portadora (104) ; estando dicho sistema (100) caracterizado por:

c) una primera y una segunda piezas polares (12, 14) dispuestas adyacentes a dicha rueda portadora (104) y formadas por un material magnéticamente suave que define conjuntamente un cuerpo magnético (15) , teniendo dichas primera y segunda piezas polares (12, 14) un entrehierro primario (18) y un entrehierro secundario (19) formados entre extremos opuestos de los mismos y con una cavidad cilíndrica (16) formada en dicho cuerpo magnético (15) , y

d) un imán permanente cilíndrico (20) magnetizado perpendicularmente a un eje longitudinal del mismo y dispuesto de manera giratoria en dicha cavidad cilíndrica (16) .

7. Un sistema (100) de acuerdo con la reivindicación 6 que comprende, además, medios actuadores (118) conectados operativamente a dicho imán permanente cilíndrico (20) para causar la rotación selectiva de dicho imán permanente cilíndrico (20) alrededor de dicho eje para variar la dirección y la intensidad del flujo magnético dentro de dichas primera y

segunda piezas polares (12, 14) y, de este modo, variar la intensidad de campo magnético dentro de dichos entrehierros primario y secundario (18, 19) .

8. Un sistema (100) de acuerdo con la reivindicación 7, que comprende, además:

a) primeros medios de detección (120) para determinar la posición angular de dicho imán permanente cilíndrico (20) respecto de dichos entrehierros primario y secundario (18, 19) ; y

b) medios de control conectados a dichos medios actuadores (118) y que actúan en respuesta a señales de dichos primeros medios de detección (120) .

9. Un sistema (100) de acuerdo con la reivindicación 8 que comprende, además segundos medios de detección conectados a dichos medios de control para determinar la intensidad de campo magnético en al menos uno de dichos entrehierros primario y secundario (18, 19) .