专利名称：板状物的研磨设备及研磨方法
技术领域：
本发明属于板状物的精细研磨以及抛光技术领域，尤其涉及一种对FPD玻璃基板进行精细研磨和抛光的板状物的研磨设备及研磨方法。
背景技术：
FPD显示尺寸的不断变大，带来构成FPD主要部件-玻璃基板的生产难度越来越高，特别是表面粗糙度(Roughness)、波纹度(Waviness)等性能参数要求在玻璃成型工艺中越来越难得到满足。由于玻璃基板将用于化学淀积、物理淀积、光蚀、阵列等工艺流程来形成FPD的主要部件ITO和彩色滤光片，如果表面性能参数不能得到保证，玻璃基板的产量就很难提高。
此外，在玻璃基板流水线的加工中，玻璃基板尺寸的变大，使得各种缺陷出现的机率也随之增加。如果没有“研磨”这种辅助工艺流程，划痕、粘附等这些工艺流程中表面缺陷的出现将直接导致玻璃基板的判废，由于玻璃基板制造成本昂贵，成本投入的加大可想而知。
玻璃基板生产工艺中将表面缺陷在一定范围内的玻璃基板予以保留，使用辅助研磨工艺除去表面缺陷，此部分产品称为“再生品”。再生品的数量一般占生产产量的百分之三十左右。通过对再生品的研磨，可以挽救大部分的有缺陷产品，减少玻璃基板废品数量，从而有效控制生产成本；并且通过研磨可以大大提高玻璃基板表面粗糙度等表面性能，为后续面板厂的加工提供良好条件，减少用户报怨，因此“研磨”对于玻璃基板生产厂家来说是一道很重要的工艺流程。
图一是日本专利JP2001-347451(发明名称GRINDING DEVICE，以下简称公开专利一)中公开的一种玻璃基板研磨设备的侧示图。公开专利一的方法中，轴150的伸出可以将研磨头110从水平位置抬起旋转90度，使原来处于水平位置的研磨头110变化到垂直方向，在垂直方向上对玻璃进行研磨前后的张贴以及卸载。玻璃基板500通过人工的方法吸附在研磨头110上，电机130通过减速箱131带去有研磨盘160转动，气缸120利用130的轴前端支点将力施加在带有自调整轴承的研磨头110上，使粘附有玻璃基板500的研磨头110与研磨盘160产生水平的相对运动，由于玻璃基板500与研磨盘160的偏心设置，使得带有自调整轴承的研磨头110的随动较研磨盘稍慢一些并且自转，从而对玻璃基板500的表面进行充分研磨。但是，随着玻璃尺寸的增大，G5以上的玻璃基板需要研磨头尺寸至少在1.2米以上，这样设备就需要做的很高，制造成本较大；此外，大尺寸的玻璃基板110需要两人或两人以上搬运玻璃基板抬高到研磨头110的竖直位置，采用仰视的方法进行装、卸载，装卸载困难并且工作效率低下，因此此种研磨设备仅适用于小尺寸玻璃基板的研磨，G5以上的玻璃基板在这种研磨设备上研磨较难实现。
图二是日本专利2001-293656(发明名称CONTINUOUS-TYPE POLISHINGDEVICE OF PLATE-LIKE BODY，AND ITS METHOD，以下简称公开专利2)中公开了一种玻璃基板研磨设备典型示意图。公开专利二的方法中，玻璃基板500吸附在工作台220上，工作台220在底座230上的轨道上往复运动，研磨头210安装在支架240上，工作台220的往复运动使玻璃基板500与研磨头210相接触对玻璃基板500的表面进行研磨。同时研磨多块玻璃基板500使设备的效率得到了很大的提高，但是此种方法也存在下列问题，图三是公开专利2中所介绍方法研磨过程的示意图，研磨头210自转带动研磨盘211旋转，工作台220带动玻璃基板500往复运动，研磨头从一块玻璃基板研磨边缘退出时和下一块玻璃基板研磨开始时，研磨块211在退出和开始研磨的过程中，会造成研磨盘211损坏过快，玻璃基板边缘研磨过多等问题。
此外，上述两种研磨设备都存在着这样一个问题。上述设备均是将玻璃基板500吸附于工作台220表面，人工使用辅助工具将玻璃基板从工作台220上剥离。图四是目前所使用玻璃基板500在工作台220上剥离方法的简单示意图。此种方法剥离玻璃基板500相当困难，由于用于FPD的玻璃基板极薄，最薄的达0.5MM，研磨好的玻璃基板500再次被损伤的可能性很大，且效率低下。上述玻璃基板的装卸载方法已经远远不能适应规模化的生产效率，玻璃基板生产制造迫切需要一种高效率的大尺寸玻璃基板装卸载方法和研磨设备。
发明内容
基于以上原因，本发明的目的是提供一种对FPD玻璃基板进行精细研磨和抛光的板状物的研磨设备，研磨设备由两部分构成一部分是研磨压力和研磨转速可调，沿安装在工作台上或者两侧的导向装置纵向往复运动，并且研磨头可以横向往复运动的研磨机构；另一部分是安装有研磨机构导向装置并且可以方便实现固定与分离板状物夹具的工作台。
本发明的另一目的是提供一种通过使用编程研磨表面的运动轨迹，并采用板状物装卸载工艺的研磨方法，对板状物表面进行充分的研磨，减少板状物装卸载时间和设备停机时间，降低板状物边部缺陷产生的机率，同时大大提高研磨后板状物表面的质量，实现高生产效率的研磨。
本发明的目的是这样实现的一种板状物研磨设备，用于板状物的研磨以及抛光，具有能够横向和纵向往复运动且研磨头的转速和压力可调的研磨机构，对应研磨机构的工作台设置有吸附、固定和取出玻璃基板的玻璃基板夹具。
所述的研磨机构包括研磨头、驱动研磨头横向和纵向往复运动机构、控制研磨头的转速和压力机构，研磨机构安装在工作台的两侧或上方。
所述的驱动研磨头横向和纵向往复运动机构为在横梁上安装有横向往复运动导轨，研磨头安装在横向往复运动导轨上并通过传动机构驱动研磨头沿导轨横向往复运动，横梁安装在工作台的导向装置上，并通过传动机构驱动横梁在导向装置上纵向往复动作。研磨头通过传动机构驱动研磨头沿导轨横向往复运动是指研磨头通过安装在研磨头上的电机驱动研磨头沿导轨的滑动配合实现的。横梁通过传动机构驱动在导向装置上纵向往复动作是指导向装置由两对分别固定在横梁和工作台两侧的丝杠与丝母配合，横梁的纵向往复动作通过安装在工作台一侧的伺服电机驱动丝杠带动固定在横梁上的丝母，旋转前进或者后退运动。
控制研磨头的转速和压力机构为研磨机构上安装有通过气动回路控制研磨头压力的气缸组件，并且安装有带动研磨头旋转的电器组件，研磨头回转轴上安装有花键轴，花键轴通过齿轮与驱动部件啮合，驱动部件连接电机，在研磨头与气缸的之间使用浮动机构连接，浮动机构使用一对平面自调整轴承来实现浮动，研磨头的研磨压力通过调整安装在研磨机构上方的气缸控制，研磨压力可通过控制气路中的调压阀进行调整，通过电磁阀控制研磨头的上下，研磨转速通过调整安装在研磨机构本体上并驱动研磨头转动的电机来实现。
所述的对应研磨机构的工作台设置有吸附、固定和取出玻璃基板的玻璃基板夹具是指在工作台中央与玻璃基板夹具相接触的表面设计有气孔，玻璃基板夹具与工作台之间的固定通过接通气孔内真空来实现，夹具需要从工作台下取下时，断掉真空即可分离。
在工作台上设有与玻璃基板夹具相配合的凹槽，玻璃基板夹具的下边缘周边设有与工作台凹槽相对应的凸台，通过夹具上的凸台实现与工作台凹槽相对准确的定位。
一种板状物的研磨方法，通过使用编程被研磨表面的运动轨迹，并采用板状物装卸载工艺的研磨方法。
采用如下步骤1)将带有板状物的夹具通过夹具下边缘四周的凸台与工作台上的凹槽相对应定位，然后真空通过工作台与板状物夹具中间的气孔将两者牢固的吸附在一起，2)研磨头通过气缸的伸出接触板状物的上表面，研磨机构通过自身的横向和纵向往复运动在玻璃基板的上表面进行研磨，3)研磨机构的研磨曲线可以通过电气设计为多种研磨轨迹和次数的组合，4)研磨结束后研磨机构返回初始位置，截断气孔中的真空，将带有板状物的夹具取出，5)将另一块带有板状物的夹具按步骤1所述的方法安装在工作台上，进行下一块板状物的研磨。
本发明提供的研磨机构可通过安装在工作台上方或两侧的导向装置往复运动，并且可以通过电气控制调整研磨压力和研磨转速。导向装置由两对丝杠与丝母配合，研磨机构的纵向往复动作通过安装在工作台一侧的伺服电机驱动丝杠带动安装在研磨机构上的丝母，旋转前进或者后退运动，也可以是安装在工作台两侧的两个电机通过带式或者其它传动机构运动来实现研磨机构的纵向往复运动；研磨头的横向往复运动通过研磨头上的电机在安装在研磨机构横粱上的导轨上的配合滑动实现。研磨压力通过调整安装在研磨机构上方的气缸控制，研磨压力可通过设计在气路中控制气缸压力的调压阀使用电气进行调整，也可以根据需要在研磨的过程中设置多个研磨压力，例如在边缘与中央设计不同的压力，在研磨前期与后期采用不同的研磨压力等。研磨转速通过调整安装在研磨机构本体上并驱动研磨头转动的电机来实现，电机可以使用变频电机或者伺服电机，使用电气来控制转速的不同，例如在边缘与中央采用不同的转速，在研磨前期与后期采用不同的研磨转速等。本发明提供的工作台可以方便的实现玻璃基板夹具的固定与分离，工作台采用变形量小物制作，并设计有可方便操作的控制按钮。在工作台的上方或者两侧安装有研磨机构的运动导轨。工作台表面设计有与玻璃基板夹具相对应的安装轮廓，方便玻璃基板夹具轻松的放置其上和拿出。工作台中央与玻璃基板夹具相接触的表面设计有气孔，夹具与工作台之间的固定通过接通气孔内真空来实现，夹具需要从工作台下取下时，断掉真空即可分离。因此本发明具有对板状物表面进行充分的研磨，减少板状物装卸载时间和设备停机时间，降低板状物边部缺陷产生的机率，同时大大提高研磨后板状物表面的质量，实现高生产效率研磨的优点。
图1是日本专利JP2001-347451中研磨设备的侧示图。
图2是日本专利JP2001-293656中研磨设备的典型示意图。
图3是日本专利JP2001-293656中研磨设备研磨的状态示意图。
图4是玻璃基板人工剥离示意图。
图5是本发明所使用玻璃基板夹具的典型示意图。
图6是本发明提供研磨设备的典型示意图。
图7是本发明提供研磨头的原理示意图。
图8是本发明提供研磨头的气路原理示意图。
图9是本发明研磨轨迹所采用线性回归方程组合的一个具体实施例。
图10是采用本方法研磨前后的玻璃基板表面粗糙度的比较。
符号说明300，研磨设备，310，研磨头，320，导轨，330，横梁，340，导向机构，350，工作台，500，玻璃基板。
具体实施例方式
本发明中涉及的玻璃基板夹具结构为本发明的玻璃基板已经进行了单独的权利申请。图5是玻璃基板夹具的典型示意图，夹具的上表面设计有特殊的弹性物410，通过碾压等方法利用真空的原理将玻璃基板500与夹具400牢固的吸附在一起，夹具的下边缘周边设计有与工作台凹槽相对应的凸台430，可以通过夹具上的凸台430实现与工作台凹槽相对准确的定位。当进行研磨时，玻璃基板500吸附在玻璃基板夹具400上，玻璃基板夹具400通过工作台上的气孔使用真空固定在研磨机工作台上350；当研磨结束后，断掉吸附玻璃基板夹具400的真空，如果装卸载不方便的话，也可以使用工作台的气孔进行吹气，方将玻璃基板夹具400方便的从工作台350上取下来。玻璃基板夹具400取下后，使用人工或者自动的方式搬运到专用的玻璃基板夹具分离工作台上，该工作台表面具有一定的弧度，玻璃基板500的分离是利用玻璃基板500与弹性物410间具有的不同挠度，将玻璃基板500与夹具400进行分离。分离后的玻璃基板500和玻璃基板夹具400在清洗设备上进行清洗，冲洗掉玻璃基板500与玻璃基板夹具400上附着的研磨料浆以及玻璃屑等，然后将玻璃基板500送到检验工序进行检验后包装。玻璃基板夹具400利用清洗机清洗干燥后返回到下一道工序，进行循环使用。
图6是本发明所提供研磨设备具体形式的一个实施例。横向往复运动导轨320安装在横梁330上，研磨头310沿导轨320横向往复运动。横梁330通过安装在工作台350上的导向装置340纵向往复运动。导向装置340由两对分别固定在横梁330和工作台350两侧的丝杠与丝母配合，横梁330的纵向往复动作通过安装在工作台350一侧的伺服电机驱动丝杠带动固定在横梁330上的丝母，旋转前进或者后退运动，也可以是安装在工作台350两侧的两个电机通过带式或者其它传动机构运动来实现横梁330的纵向往复运动；研磨头310的横向往复运动通过安装在研磨机构横粱330上的导轨320的滑动实现，也可以使用带式传动或者其它传动机构运动来实现横梁330的横向往复运动。
工作台350可以方便的实现玻璃基板夹具400的固定与分离，在工作台350的上方或者两侧安装有研磨机构的导向机装置340。工作台表面设计有与玻璃基板夹具相对应的安装轮廓，方便玻璃基板夹具400轻松的放置其上和拿出。另外，工作台表面350设计有很多气孔，夹具与工作台之间的固定通过接通气孔内真空来实现，当需要夹具与工作台分离时，可以断掉真空或者截断真空。工作台采用变形量小的物构成，工作台上设计有可方便操作的控制按钮341。
图7是本发明提供研磨设备研磨头310的结构示意图。在研磨头310回转轴和电机318之间使用花键轴连接，在研磨头310与气缸311的之间使用浮动机构312连接。浮动机构312使用一对平面自调整轴承319来实现浮动。避免研磨头310边研磨边移动过程中的对玻璃基板500产生的不良影响。研磨头310的研磨压力通过调整安装在研磨机构上方的气缸311控制，研磨压力可通过控制气路中的调压阀进行调整。为了适用各种压力的需要，在设置了多对调节器与电磁阀的组合。
图8是研磨头310的气动原理图，调压阀3111用于消除研磨头311的自重，当无气压时，可保证研磨设备异常断电时，研磨头310可停止于任何位置，对研磨头310进行保护。调压阀3115、3116、3117用于设置研磨过程中需要的不同压力，利用电磁阀3113、3114的组合控制压力的大小，利用电磁阀3112控制研磨头的上下，也可以利用数字式的自动压力调整装置使用一路气控制研磨头的状态。根据需要在研磨的过程中可以设置多个研磨压力，例如在边缘与中央设计不同的压力，在研磨前期与后期采用不同的研磨压力等。研磨转速通过调整安装在研磨机构本体上并驱动研磨头转动的电机318来实现，电机318可以使用变频电机或者伺服电机，使用电气来控制转速的不同，例如在边缘与中央采用不同的转速，在研磨前期与后期采用不同的研磨转速等。
研磨头317是由耐腐蚀金属制成，在研磨头317的下表面利用粘合物粘贴研磨块，根据研磨玻璃表面质量情况，选择适当的研磨块。研磨块采用海绵状的聚胺脂橡胶类物，可根据研磨玻璃特性选用不同的物。研磨头317可以是1-4个的研磨头，2个以上研磨头可通过研磨头的偏心设计，使研磨机主轴的中心和研磨面中心保持一致，也可以通过公用轴的偏心旋转实现研磨的均匀。多个研磨头时通过自转进行自转研磨，各个研磨头分别通过各自的电机驱动实现自转和公转的统一。
图9是本发明研磨轨迹所采用线性回归方程组合的一个具体实施例，图中A1、A2、A3、A4代表预定研磨曲线在玻璃基板表面研磨的次数，M代表研磨量。为使玻璃基板角部得到充分研磨，采用图九所提供方程沿预定轨迹对玻璃基板表面研磨，实验发现可达到极佳的研磨效果。
图10是采用本方法研磨前后的玻璃基板表面粗糙度的比较。实验发现，使用本方程对玻璃基板表面研磨，可以大大降低研磨头在研磨过程中产生的研磨头半径的中间位置与研磨头半径的两个端部产生的研磨不均。
下面对研磨设备的工作流程进行介绍首先，研磨设备300的各项机构都处于初始位置研磨机构310在工作台的后侧，研磨头310处于上升状态，电气均处于控制关闭状态。
工作人员将吸附有玻璃板的夹具400与工作台上的位置固定后，再通过操作面板上的按钮将工作台下方的真空开通，由于玻璃基板夹具400与工作台350之间均是平面，因此两者在真空的作用下将被固定不易分离。工作人员确认夹具400已牢固的和工作台固定后，在操作面板上选择开启按钮，研磨装置的PLC开始工作，驱动研磨机构的伺服电机开始工作，伺服电机在PLC的控制下，精确的定位到工作台350的中央位置，研磨头310通过设计在研磨机构上的电机驱动开始旋转，研磨料浆系统开始工作，在研磨机旁的料浆系统将料浆通过研磨机构中间的通孔泵送到研磨头上，将料浆喷洒在玻璃板上。此时，研磨头310在气缸的作用下开始下降，当达到气缸行程的另一端时(气缸行程预先调整到合适研磨玻璃表面的位置)，研磨头按照预先设置好的研磨压力开始对玻璃基板表面进行研磨。
研磨完成后，研磨机构回到中央后，研磨头提升后停止旋转，然后料浆系统停止泵送，研磨机构沿导轨回到初始位置，完成研磨的过程。然后，工作人员通过操作面板取消真空，将辅助托架从工作台方便的取下来，然后再装载下一块已经准备好的辅助托架，进行下一次的研磨工艺操作。
取出后的玻璃基板再进行玻璃基板的分离，分离后的夹具经清洗再投入下一次的使用，本发明所介绍的玻璃板的研磨工艺也就完成了。
权利要求
1.一种板状物的研磨设备，用于板状物的研磨以及抛光，其特征在于具有能够横向和纵向往复运动且研磨头的转速和压力可调的研磨机构，对应研磨机构的工作台设置有吸附、固定和取出玻璃基板的玻璃基板夹具。
2.根据权利要求1所述的一种板状物的研磨设备，其特征在于所述的研磨机构包括研磨头、驱动研磨头横向和纵向往复运动机构、控制研磨头的转速和压力机构，研磨机构安装在工作台的两侧或上方。
3.根据权利要求2所述的一种板状物的研磨设备，其特征在于所述的驱动研磨头横向和纵向往复运动机构为在横梁上安装有横向往复运动导轨，研磨头安装在横向往复运动导轨上并通过传动机构驱动研磨头沿导轨横向往复运动，横梁安装在工作台的导向装置上，并通过传动机构驱动横梁在导向装置上纵向往复动作。
4.根据权利要求3所述的一种板状物的研磨设备，其特征在于研磨头通过传动机构驱动研磨头沿导轨横向往复运动是指研磨头通过安装在研磨头上的电机驱动研磨头沿导轨的滑动配合实现的。
5.根据权利要求3所述的一种板状物的研磨设备，其特征在于横梁通过传动机构驱动在导向装置上纵向往复动作是指导向装置由两对分别固定在横梁和工作台两侧的丝杠与丝母配合，横梁的纵向往复动作通过安装在工作台一侧的伺服电机驱动丝杠带动固定在横梁上的丝母，旋转前进或者后退运动。
6.根据权利要求2所述的一种板状物的研磨设备，其特征在于控制研磨头的转速和压力机构为研磨机构上安装有通过气动回路控制研磨头压力的气缸组件，并且安装有带动研磨头旋转的电器组件，研磨头回转轴上安装有花键轴，花键轴通过齿轮与驱动部件啮合，驱动部件连接电机，在研磨头与气缸的之间使用浮动机构连接，浮动机构使用一对平面自调整轴承来实现浮动，研磨头的研磨压力通过调整安装在研磨机构上方的气缸控制，研磨压力可通过控制气路中的调压阀进行调整，通过电磁阀控制研磨头的上下，研磨转速通过调整安装在研磨机构本体上并驱动研磨头转动的电机来实现。
7.根据权利要求1所述的一种板状物的研磨设备，其特征在于所述的对应研磨机构的工作台设置有吸附、固定和取出玻璃基板的玻璃基板夹具是指在工作台中央与玻璃基板夹具相接触的表面设计有气孔，玻璃基板夹具与工作台之间的固定通过接通气孔内真空来实现，夹具需要从工作台下取下时，断掉真空即可分离。
8.根据权利要求7所述的一种板状物的研磨设备，其特征在于在工作台上设有与玻璃基板夹具相配合的凹槽，玻璃基板夹具的下边缘周边设有与工作台凹槽相对应的凸台，通过夹具上的凸台实现与工作台凹槽相对准确的定位。
9.一种板状物的研磨方法，其特征在于通过使用编程被研磨表面的运动轨迹，并采用板状物装卸载工艺的研磨方法。
10.根据权利要求9所述的一种板状物的研磨方法，其特征在于采用如下步骤1)将带有板状物的夹具通过夹具下边缘四周的凸台与工作台上的凹槽相对应定位，然后真空通过工作台与板状物夹具中间的气孔将两者牢固的吸附在一起，2)研磨头通过气缸的伸出接触板状物的上表面，研磨机构通过自身的横向和纵向往复运动在玻璃基板的上表面进行研磨，3)研磨机构的研磨曲线可以通过电气设计为多种研磨轨迹和次数的组合，4)研磨结束后研磨机构返回初始位置，截断气孔中的真空，将带有板状物的夹具取出，5)将另一块带有板状物的夹具按步骤1所述的方法安装在工作台上，进行下一块板状物的研磨。
全文摘要
本发明属于板状物的精细研磨以及抛光技术领域，尤其涉及一种对FPD玻璃基板进行精细研磨和抛光的板状物的研磨设备及研磨方法，本发明的研磨方法，通过使用编程被研磨表面的运动轨迹，并采用新型板状物装卸载工艺的研磨方法，对板状物表面进行精细研磨和抛光，本发明所提供研磨设备的研磨压力和研磨转速可调，沿安装在工作台上或者两侧的导向装置纵向往复运动且自身可以横向往复运动的研磨机构，并且设计安装有研磨机构导向装置并且可以方便实现固定与分离玻璃基板辅助托架的工作台，采用本发明提供研磨方法和设备，可以对板状物表面进行充分的研磨，减少板状物装卸载时间和设备停机时间，降低板状物边部缺陷产生的机率，同时大大提高研磨后板状物表面的质量，实现高生产效率的研磨。
文档编号B24B7/24GK1830621SQ200610017648
公开日2006年9月13日 申请日期2006年4月14日 优先权日2006年4月14日
发明者贾伟, 梁勇, 李长俊, 阎志勇, 张魁东 申请人:河南安彩高科股份有限公司