一種磁流變雙面拋光裝置的制作方法

本發(fā)明屬于光學(xué)拋光技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種以磁流變?yōu)榛A(chǔ)的雙面拋光裝置。

背景技術(shù)：

雙面拋光在半導(dǎo)體晶片和藍寶石材料光學(xué)器件等諸多方面有著廣泛的應(yīng)用。一般來說，這些應(yīng)用都要求雙面拋光后的元件具有較高的粗糙度、光潔度，較小甚至無表面和亞表面損傷，同時雙面拋光裝置要具有高拋光效率，低生產(chǎn)成本，適合流水線大規(guī)模生產(chǎn)，對環(huán)境無污染等。元件口徑的增大也對雙面拋光提出了更高要求，比如半導(dǎo)體硅晶片，已經(jīng)要求直徑達到450mm。另外，不僅僅平面需要雙面拋光，很多曲面材料同樣也需要雙面拋光。

目前雙面拋光主要集中于正壓力拋光機理為主的拋光方法。這些方法用固著磨料或散粒磨料，以拋光革等為磨盤對元件施于一定的正壓力，進而對元件進行機械或化學(xué)機械拋光。由于正壓力的存在，拋光后往往存在較為嚴重的表面和亞表面損傷，粗糙度和光潔度等無法滿足要求，拋光效率較低。另外，目前的雙面拋光也主要集中在平面元件拋光中，磨料往往無法有效回收，元件表面被去除的材料不能有效清理，因而造成了拋光適用性不強，成本相對較高，對環(huán)境存在污染等問題。大口徑元件的雙面拋光也是現(xiàn)有方法面臨的一個巨大挑戰(zhàn)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種磁流變雙面拋光裝置，即以剪切力為基本去除機理的磁流變雙面拋光裝置及方法，用來消除雙面拋光前一階段-研磨產(chǎn)生的表面和亞表面損傷，提高元件表面粗糙度和光潔度，提升拋光效率，降低生產(chǎn)成本及其產(chǎn)生的環(huán)境污染，最終適用于不同厚度平面元件甚至曲面元件的批量生產(chǎn)。

一種磁流變雙面拋光裝置，包括磁流變液供給回收機構(gòu)以及兩個磁流變拋光機構(gòu)，每個磁流變拋光機構(gòu)均包括固定板、主動輪、運輸帶以及磁盒；所述主動輪安裝在固定板的一端，磁盒固定安裝在固定板的另一端；運輸帶套裝在兩個主動輪以及磁盒的外輪廓上；兩個磁流變拋光機構(gòu)中的磁盒靠近布置，待拋光元件置于兩個磁盒之間；磁流變液供給回收機構(gòu)包括噴嘴、回收盒、噴出泵以及回收泵；每個運輸帶至少配置一個所述噴嘴和一個回收盒，噴嘴設(shè)置在磁盒的端部位置，并位于運輸帶運動的起始方向的一端；回收盒設(shè)置在主動輪外側(cè)；噴出泵向噴嘴提供磁流變液，回收泵通過回收盒回收磁流變液；所述磁盒中設(shè)置工作磁鐵，用于產(chǎn)生磁流變液產(chǎn)生流變的磁場。

進一步的，還包括支架，所述兩個磁流變拋光機構(gòu)固定在支架上，支架控制兩個磁流變拋光機構(gòu)的相對位置。

進一步的，所述磁流變拋光機構(gòu)還包括輔助磁鐵，布置于運輸帶附近，用于控制磁流變液在運輸帶上穩(wěn)定分布。

進一步的，還包括裝卡工具，用于固定待拋光元件以及控制待拋光元件運動。

較佳的，所述工作磁鐵的數(shù)量為大于或等于兩個，在磁盒中均勻布置，相鄰兩個工作磁鐵的極性互為鏡像關(guān)系。

較佳的，所述磁盒朝向待拋光元件一側(cè)的外形結(jié)構(gòu)與待拋光元件的外形結(jié)構(gòu)一致；磁盒中布置的工作磁鐵分布形狀與磁盒的外形結(jié)構(gòu)一致。

進一步的，當所述待拋光元件為曲面時，磁盒朝向待拋光元件一側(cè)的外形結(jié)構(gòu)為與待拋光元件的外形結(jié)構(gòu)一致的曲面。

進一步的，還包括磁流變液控制系統(tǒng)，磁流變液控制系統(tǒng)進一步包括磁流變液的攪拌器、水冷裝置、溫度傳感器、壓力傳感器、粘度傳感器以及電磁流量計。

較佳的，所述噴嘴和回收盒位于靠近磁流變液供給回收機構(gòu)的一側(cè)。

較佳的，所述主動輪表面為磨砂表面。

進一步的，至少有兩個所述磁流變雙面拋光裝置并聯(lián)形成雙面拋光系統(tǒng)，待拋光元件從所有的雙面拋光裝置的兩個運輸帶之間順次通過。

本發(fā)明具有如下有益效果：

本發(fā)明提供了一種磁流變雙面拋光裝置，利用以剪切形式為主要材料去除方式的磁流變進行雙面拋光，消除了被拋光表面的表面及亞表面損傷，提高了被拋光表面的粗糙度及光潔度。本發(fā)明可以通過提高磁流變液的運輸速度，即通過提高磁流變液的流量及主動輪的轉(zhuǎn)速，顯著提高拋光效率；可以通過減小運輸帶與被拋光表面之間的距離而提高拋光效率；可以通過增加噴嘴數(shù)量顯著提高拋光效率。本發(fā)明通過改變磁場作用區(qū)域尺寸與形狀、磁流變液運輸帶尺寸和磁流變液運輸速度等可以適應(yīng)不同口徑平面或曲面元件的雙面拋光，尤其適合大口徑元件雙面拋光。本發(fā)明的裝置可以并聯(lián)組合，實現(xiàn)高效率大規(guī)模生產(chǎn)。本發(fā)明中對磁流變液進行回收并循環(huán)利用，降低生產(chǎn)成本，對環(huán)境無污染。本發(fā)明設(shè)計概念明確，工程操作簡易可行，成本低，適合于大規(guī)模批量生產(chǎn)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明磁流變雙面拋光裝置的示意圖；

圖2是本發(fā)明磁流變雙面拋光裝置的沿著圖1中C-C的剖面示意圖；

圖3是本發(fā)明磁流變雙面拋光裝置的左視圖示意圖；

圖4是本發(fā)明磁流變雙面拋光裝置的右視圖示意圖；

圖5(a)、圖5(b)、圖5(c)和圖5(d)是本發(fā)明磁流變雙面拋光裝置加工平面及曲面的磁鐵盒與磁鐵形狀示意圖；

圖6是本發(fā)明并聯(lián)組合進行批量生產(chǎn)示意圖。

其中，1-待拋光元件，2-裝卡工具，3-運輸帶，4-磁盒，5-主動輪，6-噴嘴，7-液帶，8-固定板，9-輔助磁鐵，10-回收盒，11-支架，12-分管道，13-噴出泵，14-主管道，15-控制系統(tǒng)，16-回收主管道，17-回收泵，18-回收主管道，19-工作磁鐵。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖并舉實施例，對本發(fā)明進行詳細描述。

一種磁流變雙面拋光裝置，包括：所述供給磁流變液的噴嘴6及相關(guān)蠕動泵。所述回收磁流變液的回收盒10及相關(guān)蠕動泵。所述對磁流變液進行儲存和溫度粘度等性能控制的磁流變液循環(huán)控制系統(tǒng)，所述永磁型磁鐵及固定工作磁鐵19的磁盒4，所述傳送運輸磁流變液至磁場中的運輸帶3，驅(qū)動運輸帶3運動的主動輪5及電機，所述雙面拋光裝置的固定板8，所述雙面拋光裝置的位置運動結(jié)構(gòu)及電機，所示拋光元件的裝卡工具2。

每個磁流變拋光機構(gòu)均包括固定板8、主動輪5、運輸帶3以及磁盒4；所述主動輪5安裝在固定板8的一端，磁盒4固定安裝在固定板8的另一端；運輸帶3套裝在兩個主動輪5以及磁盒4的外輪廓上；兩個磁流變拋光機構(gòu)中的磁盒4靠近布置，待拋光元件1置于兩個磁盒4之間；磁流變液供給回收機構(gòu)包括噴嘴6、回收盒10、噴出泵13以及回收泵17；每個運輸帶3至少配置一個所述噴嘴6和一個回收盒10，噴嘴6設(shè)置在磁盒4的端部位置，并位于運輸帶3運動的起始方向的一端；回收盒10設(shè)置在主動輪5外側(cè)；噴出泵13向噴嘴6提供磁流變液，回收泵17通過回收盒10回收磁流變液；所述磁盒4中設(shè)置工作磁鐵19，用于產(chǎn)生磁流變液產(chǎn)生流變的磁場。

所述主動輪5帶動所述運輸帶3進行高速運動，主動輪5表面做磨砂等處理，增大輪與磁流變液運輸帶3之間的摩擦力。所述磁流變液運輸帶3將所述噴嘴6噴出的磁流變液帶入磁場中，形成柔性磨頭，對所述待拋光元件1進行拋光，所述回收盒10對經(jīng)過運輸帶3傳送的磁流變液進行回收，回收的磁流變液再次進入所述磁流變液循環(huán)控制系統(tǒng)15，所述磁流變液循環(huán)控制系統(tǒng)15總各個傳感器對磁流變液進行監(jiān)控。所述雙面拋光裝置是一個近似鏡像結(jié)構(gòu)，可以分為A和B兩個部分，其中處于下方的B部分，需要更多的輔助磁鐵9幫助磁流變液附著在運動的運輸帶3上，最終進行回收。待拋光元件1位于所述拋光裝置中間，所述雙面拋光裝置運動機構(gòu)可以調(diào)整所述運輸帶3及磁鐵距離元件表面的距離，而且可以單獨調(diào)整所述A或B部分與拋光元件表面之間的距離。移動待拋光元件1可以實現(xiàn)對拋光元件全口徑拋光，調(diào)整所述主動輪5的運動速度可以調(diào)整拋光效率，調(diào)整所述運輸帶3與元件表面之間的距離可以調(diào)整拋光效率。

拋光的元件以平面元件為主，但是也可以為曲面。拋光平面時，磁盒4與運輸帶3接觸的面設(shè)計成平面，磁鐵一般也隨時作相應(yīng)的曲面設(shè)計，保證磁場分布滿足平面雙面拋光需求；拋光曲面時，磁盒4與運輸帶3接觸的面設(shè)計成相應(yīng)的曲面，磁鐵一般也隨之作相應(yīng)的曲面設(shè)計，保證磁場分布滿足曲面雙面拋光需求，磁流變液在磁場作用區(qū)域形成的液帶7與曲面輪廓具有一定的吻合性。

噴嘴6在雙面拋光裝置A和B兩個區(qū)域的分布可以是每個區(qū)域一個，即在雙面拋光裝置中僅有一對噴嘴6，也可以是多對噴嘴6，多對噴嘴6的使用可以顯著提高雙面拋光效率。使用多對噴嘴6時，回收盒10數(shù)量也做相應(yīng)增加，也可以僅僅使用一對較大的回收盒10，保證多對噴嘴6時，磁流變液能夠有效回收即可。使用多對噴嘴6時，磁鐵數(shù)量也做相應(yīng)的增加，磁流變液回收和噴出管道等附件也做相應(yīng)增加。

利用所述磁流變雙面拋光裝置可以建立高速拋光生產(chǎn)線。磁流變雙面拋光裝置進行并聯(lián)組合，形成一套雙面拋光系統(tǒng)，被加工元件依次通過各個雙面拋光裝置即可完成雙面拋光。

本發(fā)明提供的是一種磁流變雙面拋光裝置，如圖1所示的磁流變雙面拋光裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，該磁流變雙面拋光裝置拋光效率高，元件無表面及亞表面損傷，粗糙度及光潔度好，同時可以實現(xiàn)對平面與曲面進行雙面拋光，生產(chǎn)成本低，對環(huán)境無污染。

圖1中的磁流變雙面拋光裝置，包括裝卡工具2，裝卡工具2與水平運動機構(gòu)相連(圖中未顯示)，磁流變液運輸帶3，裝有工作磁鐵19的磁盒4，工作磁鐵19形成的工作磁場區(qū)域中有被拋光工件1通過，帶動磁流變運輸帶3運動的主動輪5，磁流變液噴嘴6，磁流變液噴出后形成的液帶7，磁流變液回收盒10，支架11及位置移動機構(gòu)，包括使拋光裝置上下兩個部分上下運動的軸運動機構(gòu)及其電機(圖中未顯示)；磁流變液循環(huán)及性能控制系統(tǒng)15包括磁流變液的攪拌器、水冷裝置、溫度傳感器、壓力傳感器、粘度傳感器以及電磁流量計等(圖中未顯示)，與噴嘴6相連的磁流變液噴出分管道12，噴出泵13，磁流變液噴出主管道14，與回收盒10相連的回收主管道16，回收泵17，回收主管道18。拋光機構(gòu)的固定板8與支架11相連。輔助磁流變液在運輸帶3上穩(wěn)定分布的多個輔助磁鐵9。

對于待拋光元件1進行磁流變雙面拋光時，首先打開15中攪拌器、水冷裝置、各個傳感器等器件，打開回收泵17和噴出泵13，噴嘴6噴出磁流變液。主動輪5按圖1中ω的方向轉(zhuǎn)動，帶動磁流變液運輸帶3，磁流變液由磁流變液運輸帶3帶入磁盒4中工作磁鐵產(chǎn)生的磁場有效工作區(qū)域內(nèi)，在磁場作用下磁流變液發(fā)生流變，形成一個柔性磨頭。將待拋光元件1由裝卡工具2裝卡后置于圖中位置，與裝卡工具2相連的水平運動機構(gòu)可以使元件1移動，磁流變液形成的柔性磨頭對元件進行以剪切方式為主的雙面拋光。磁流變液再被運輸帶3帶出磁場區(qū)域，在輔助磁鐵9的幫助下附著在運輸帶3上，被回收盒10收走進入15，回收盒10與噴嘴6都位于圖1中拋光裝置的左側(cè)。磁流變液在整個系統(tǒng)中不斷循環(huán)，不會殘留在待拋光元件1上，不形成任何污染。

通過位置移動機構(gòu)11可以調(diào)節(jié)磁盒4與元件表面1之間的距離，也是調(diào)節(jié)磁流變液運輸帶3與元件表面1之間的距離，距離越近拋光效率越高。另外，可以通過調(diào)節(jié)主動輪5的轉(zhuǎn)速(磁流變液的運輸速度)以及噴嘴6的噴出流量等調(diào)節(jié)拋光效率，主動輪5速度越快，噴嘴6流量越大，拋光效率越高，其他參數(shù)應(yīng)與之匹配，比如回收泵17的轉(zhuǎn)速。

圖2是本發(fā)明磁流變雙面拋光裝置沿著圖1中C-C的剖面示意圖，7是附著在磁流變液運輸帶3上的磁流變液形成的液帶7，在工作磁鐵形成的有效工作區(qū)域，液帶7粘度與硬度很大，形成磨頭；在輔助磁場中，液帶7粘度與硬度較小但能穩(wěn)定附著在運輸帶3上。工作磁鐵19的N-S磁極交錯排列。

圖3是本發(fā)明磁流變雙面拋光裝置的左視圖示意圖，示例中3個噴嘴6一起使用，對應(yīng)3個回收盒10，在運輸帶3上形成3個磁流變液帶7，可以進行其他數(shù)量噴嘴6組合使用，回收盒10也可以只設(shè)計成一個較大的回收盒10，確保每個噴嘴6噴出的磁流變液能夠回收即可。

圖4是本發(fā)明磁流變雙面拋光裝置的右視圖示意圖，磁流變液形成的液帶7，在輔助磁鐵9幫助下附著在磁流變液運輸帶3上，隨運輸帶3一起運動。

圖5是本發(fā)明磁流變雙面拋光裝置加工平面及曲面的磁盒4與磁鐵形狀示意圖，給出了圖(a)(b)(c)(d)四種常見元件。磁盒4及工作磁鐵形狀的改變，使得磁流變液運輸帶3幾何輪廓也隨之改變，在磁場工作區(qū)域中形成的粘度和硬度變大的磁流變液帶7輪廓也發(fā)生改變(液帶7未畫出)，液帶7輪廓與被加工的平面或曲面元件輪廓相吻合。因此，可以對平面板、曲面薄板、雙凹曲面、雙凸曲面、平凸曲面及平凹曲面等進行有效的雙面拋光。

圖6是本發(fā)明并聯(lián)組合進行批量生產(chǎn)示意圖，20和21，22和23，24和25，分別是本發(fā)明提供的磁流變雙面拋光裝置，若干裝置進行并聯(lián)組合，形成一套整體系統(tǒng)，被加工平面元件依次通過各個雙面拋光裝置。通過這種組合用于批量生產(chǎn)，可以進一步提高效率并降低成本。但可以通過其他方式的組合實現(xiàn)平面或曲面的雙面拋光。

另外，本文發(fā)明的磁流變雙面拋光裝置，也可以通過增大磁場作用區(qū)域、增大磁流變液運輸帶3面積和使用多噴嘴6結(jié)構(gòu)等適應(yīng)大口徑元件的雙面拋光。

綜上所述，以上僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。