本實(shí)用新型屬于光學(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(lán)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(lái)說(shuō)，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(wú)表面和亞表面損傷，同時(shí)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(duì)環(huán)境無(wú)污染等。元件口徑的增大也對(duì)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(dá)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(jī)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(duì)元件施于一定的正壓力，進(jìn)而對(duì)元件進(jìn)行機(jī)械或化學(xué)機(jī)械拋光。由于正壓力的存在，拋光后往往存在較為嚴(yán)重的表面和亞表面損傷，粗糙度和光潔度等無(wú)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(wú)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(qiáng)，成本相對(duì)較高，對(duì)環(huán)境存在污染等問(wèn)題。大口徑元件的雙面拋光也是現(xiàn)有方法面臨的一個(gè)巨大挑戰(zhàn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本實(shí)用新型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(jī)理的磁流變雙面拋光裝置及方法，用來(lái)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(jī)構(gòu)以及兩個(gè)磁流變拋光機(jī)構(gòu)，每個(gè)磁流變拋光機(jī)構(gòu)均包括固定板、主動(dòng)輪、運(yùn)輸帶以及磁盒；所述主動(dòng)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(yùn)輸帶套裝在兩個(gè)主動(dòng)輪以及磁盒的外輪廓上；兩個(gè)磁流變拋光機(jī)構(gòu)中的磁盒靠近布置，待拋光元件置于兩個(gè)磁盒之間；磁流變液供給回收機(jī)構(gòu)包括噴嘴、回收盒、噴出泵以及回收泵；每個(gè)運(yùn)輸帶至少配置一個(gè)所述噴嘴和一個(gè)回收盒，噴嘴設(shè)置在磁盒的端部位置，并位于運(yùn)輸帶運(yùn)動(dòng)的起始方向的一端；回收盒設(shè)置在主動(dòng)輪外側(cè)；噴出泵向噴嘴提供磁流變液，回收泵通過(guò)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(chǎng)。

進(jìn)一步的，還包括支架，所述兩個(gè)磁流變拋光機(jī)構(gòu)固定在支架上，支架控制兩個(gè)磁流變拋光機(jī)構(gòu)的相對(duì)位置。

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

進(jìn)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(yùn)動(dòng)。

較佳的，所述工作磁鐵的數(shù)量為大于或等于兩個(gè)，在磁盒中均勻布置，相鄰兩個(gè)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(jìn)一步的，當(dāng)所述待拋光元件為曲面時(shí)，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(jìn)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(jìn)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(jì)。

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

較佳的，所述主動(dòng)輪表面為磨砂表面。

進(jìn)一步的，至少有兩個(gè)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(gè)運(yùn)輸帶之間順次通過(guò)。

本實(shí)用新型具有如下有益效果：

本實(shí)用新型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(jìn)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。本實(shí)用新型可以通過(guò)提高磁流變液的運(yùn)輸速度，即通過(guò)提高磁流變液的流量及主動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速，顯著提高拋光效率；可以通過(guò)減小運(yùn)輸帶與被拋光表面之間的距離而提高拋光效率；可以通過(guò)增加噴嘴數(shù)量顯著提高拋光效率。本實(shí)用新型通過(guò)改變磁場(chǎng)作用區(qū)域尺寸與形狀、磁流變液運(yùn)輸帶尺寸和磁流變液運(yùn)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。本實(shí)用新型的裝置可以并聯(lián)組合，實(shí)現(xiàn)高效率大規(guī)模生產(chǎn)。本實(shí)用新型中對(duì)磁流變液進(jìn)行回收并循環(huán)利用，降低生產(chǎn)成本，對(duì)環(huán)境無(wú)污染。本實(shí)用新型設(shè)計(jì)概念明確，工程操作簡(jiǎn)易可行，成本低，適合于大規(guī)模批量生產(chǎn)。

附圖說(shuō)明

圖1是本實(shí)用新型磁流變雙面拋光裝置的示意圖；

圖2是本實(shí)用新型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是本實(shí)用新型磁流變雙面拋光裝置的左視圖示意圖；

圖4是本實(shí)用新型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)是本實(shí)用新型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是本實(shí)用新型并聯(lián)組合進(jìn)行批量生產(chǎn)示意圖。

其中，1-待拋光元件，2-裝卡工具，3-運(yùn)輸帶，4-磁盒，5-主動(dòng)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(shí)施方式

下面結(jié)合附圖并舉實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)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(dòng)泵。所述回收磁流變液的回收盒10及相關(guān)蠕動(dòng)泵。所述對(duì)磁流變液進(jìn)行儲(chǔ)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(yùn)輸磁流變液至磁場(chǎng)中的運(yùn)輸帶3，驅(qū)動(dòng)運(yùn)輸帶3運(yùn)動(dòng)的主動(dòng)輪5及電機(jī)，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(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)及電機(jī)，所示拋光元件的裝卡工具2。

每個(gè)磁流變拋光機(jī)構(gòu)均包括固定板8、主動(dòng)輪5、運(yùn)輸帶3以及磁盒4；所述主動(dòng)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(yùn)輸帶3套裝在兩個(gè)主動(dòng)輪5以及磁盒4的外輪廓上；兩個(gè)磁流變拋光機(jī)構(gòu)中的磁盒4靠近布置，待拋光元件1置于兩個(gè)磁盒4之間；磁流變液供給回收機(jī)構(gòu)包括噴嘴6、回收盒10、噴出泵13以及回收泵17；每個(gè)運(yùn)輸帶3至少配置一個(gè)所述噴嘴6和一個(gè)回收盒10，噴嘴6設(shè)置在磁盒4的端部位置，并位于運(yùn)輸帶3運(yùn)動(dòng)的起始方向的一端；回收盒10設(shè)置在主動(dòng)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(guò)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(chǎng)。

所述主動(dòng)輪5帶動(dòng)所述運(yùn)輸帶3進(jìn)行高速運(yùn)動(dòng)，主動(dòng)輪5表面做磨砂等處理，增大輪與磁流變液運(yùn)輸帶3之間的摩擦力。所述磁流變液運(yùn)輸帶3將所述噴嘴6噴出的磁流變液帶入磁場(chǎng)中，形成柔性磨頭，對(duì)所述待拋光元件1進(jìn)行拋光，所述回收盒10對(duì)經(jīng)過(guò)運(yùn)輸帶3傳送的磁流變液進(jìn)行回收，回收的磁流變液再次進(jìn)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(gè)傳感器對(duì)磁流變液進(jìn)行監(jiān)控。所述雙面拋光裝置是一個(gè)近似鏡像結(jié)構(gòu)，可以分為A和B兩個(gè)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(yùn)動(dòng)的運(yùn)輸帶3上，最終進(jìn)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(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)可以調(diào)整所述運(yùn)輸帶3及磁鐵距離元件表面的距離，而且可以單獨(dú)調(diào)整所述A或B部分與拋光元件表面之間的距離。移動(dòng)待拋光元件1可以實(shí)現(xiàn)對(duì)拋光元件全口徑拋光，調(diào)整所述主動(dòng)輪5的運(yùn)動(dòng)速度可以調(diào)整拋光效率，調(diào)整所述運(yùn)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(shí)，磁盒4與運(yùn)輸帶3接觸的面設(shè)計(jì)成平面，磁鐵一般也隨時(shí)作相應(yīng)的曲面設(shè)計(jì)，保證磁場(chǎng)分布滿足平面雙面拋光需求；拋光曲面時(shí)，磁盒4與運(yùn)輸帶3接觸的面設(shè)計(jì)成相應(yīng)的曲面，磁鐵一般也隨之作相應(yīng)的曲面設(shè)計(jì)，保證磁場(chǎng)分布滿足曲面雙面拋光需求，磁流變液在磁場(chǎng)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(gè)區(qū)域的分布可以是每個(gè)區(qū)域一個(gè)，即在雙面拋光裝置中僅有一對(duì)噴嘴6，也可以是多對(duì)噴嘴6，多對(duì)噴嘴6的使用可以顯著提高雙面拋光效率。使用多對(duì)噴嘴6時(shí)，回收盒10數(shù)量也做相應(yīng)增加，也可以僅僅使用一對(duì)較大的回收盒10，保證多對(duì)噴嘴6時(shí)，磁流變液能夠有效回收即可。使用多對(duì)噴嘴6時(shí)，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(jìn)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(guò)各個(gè)雙面拋光裝置即可完成雙面拋光。

本實(shí)用新型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(wú)表面及亞表面損傷，粗糙度及光潔度好，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)平面與曲面進(jìn)行雙面拋光，生產(chǎn)成本低，對(duì)環(huán)境無(wú)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(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)相連(圖中未顯示)，磁流變液運(yùn)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(chǎng)區(qū)域中有被拋光工件1通過(guò)，帶動(dòng)磁流變運(yùn)輸帶3運(yùn)動(dòng)的主動(dòng)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(dòng)機(jī)構(gòu)，包括使拋光裝置上下兩個(gè)部分上下運(yùn)動(dòng)的軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)及其電機(jī)(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(jì)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(jī)構(gòu)的固定板8與支架11相連。輔助磁流變液在運(yùn)輸帶3上穩(wěn)定分布的多個(gè)輔助磁鐵9。

對(duì)于待拋光元件1進(jìn)行磁流變雙面拋光時(shí)，首先打開15中攪拌器、水冷裝置、各個(gè)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(dòng)輪5按圖1中ω的方向轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)磁流變液運(yùn)輸帶3，磁流變液由磁流變液運(yùn)輸帶3帶入磁盒4中工作磁鐵產(chǎn)生的磁場(chǎng)有效工作區(qū)域內(nèi)，在磁場(chǎng)作用下磁流變液發(fā)生流變，形成一個(gè)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(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)可以使元件1移動(dòng)，磁流變液形成的柔性磨頭對(duì)元件進(jìn)行以剪切方式為主的雙面拋光。磁流變液再被運(yùn)輸帶3帶出磁場(chǎng)區(qū)域，在輔助磁鐵9的幫助下附著在運(yùn)輸帶3上，被回收盒10收走進(jìn)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(gè)系統(tǒng)中不斷循環(huán)，不會(huì)殘留在待拋光元件1上，不形成任何污染。

通過(guò)位置移動(dòng)機(jī)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(yùn)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(guò)調(diào)節(jié)主動(dòng)輪5的轉(zhuǎn)速(磁流變液的運(yùn)輸速度)以及噴嘴6的噴出流量等調(diào)節(jié)拋光效率，主動(dòng)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是本實(shí)用新型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(yùn)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(chǎng)中，液帶7粘度與硬度較小但能穩(wěn)定附著在運(yùn)輸帶3上。工作磁鐵19的N-S磁極交錯(cuò)排列。

圖3是本實(shí)用新型磁流變雙面拋光裝置的左視圖示意圖，示例中3個(gè)噴嘴6一起使用，對(duì)應(yīng)3個(gè)回收盒10，在運(yùn)輸帶3上形成3個(gè)磁流變液帶7，可以進(jìn)行其他數(shù)量噴嘴6組合使用，回收盒10也可以只設(shè)計(jì)成一個(gè)較大的回收盒10，確保每個(gè)噴嘴6噴出的磁流變液能夠回收即可。

圖4是本實(shí)用新型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(yùn)輸帶3上，隨運(yùn)輸帶3一起運(yùn)動(dòng)。

圖5是本實(shí)用新型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(yùn)輸帶3幾何輪廓也隨之改變，在磁場(chǎng)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(duì)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(jìn)行有效的雙面拋光。

圖6是本實(shí)用新型并聯(lián)組合進(jìn)行批量生產(chǎn)示意圖，20和21，22和23，24和25，分別是本實(shí)用新型提供的磁流變雙面拋光裝置，若干裝置進(jìn)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(guò)各個(gè)雙面拋光裝置。通過(guò)這種組合用于批量生產(chǎn)，可以進(jìn)一步提高效率并降低成本。但可以通過(guò)其他方式的組合實(shí)現(xiàn)平面或曲面的雙面拋光。

另外，本文實(shí)用新型的磁流變雙面拋光裝置，也可以通過(guò)增大磁場(chǎng)作用區(qū)域、增大磁流變液運(yùn)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，以上僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。