柔性抛光垫在线修整的超光滑平面研磨抛光装置及方法
【专利摘要】本发明涉及一种柔性抛光垫在线修整的超光滑平面研磨抛光装置及方法。本发明的装置包括集群磁流变磨料半固着柔性抛光垫发生装置、工件装夹及间隙调整机构、柔性抛光垫实时修整装置，集群磁流变磨料半固着柔性抛光垫发生装置包括有环形研磨盘、集群磁极、分隔盘、下端盖、转盘，工件装夹及间隙调整机构包括有内支撑环、外支撑环、基准游星轮、移动圆柱、上端盖、深度尺、联接轴、胀紧套、内齿轮、外齿轮，柔性抛光垫实时在线修整装置包括有修整游星轮、磁极。本发明实现了在不更换磁流变液的情况对工件实现研磨、粗抛光到精抛光的全过程，所获得的工件表面质量好，加工效率高，而且无表面和亚表面损伤，成本低，可以用于各类光学元件及半导体基片的加-工。
【专利说明】柔性抛光垫在线修整的超光滑平面研磨抛光装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种柔性抛光垫在线修整的超光滑平面研磨抛光装置及方法，特别涉及对一种磨料半固着磁流变柔性抛光垫实时在线修整的恒压式光学元件及半导体基片平面研磨抛光装置及方法。
【背景技术】
[0002]光学元件(透镜和反射镜)作为光学器件的核心元件之一，要达到良好的光学性能，其表面精度需要达到超光滑程度(粗糙度Ra达到Inm以下)，面形精度也有较高的要求(形状精度达到0.5微米以下)。而在LED领域,单晶娃(Si)、单晶锗(Ge)、砷化镓(GaAs)、单晶碳化硅(SiC)和单晶蓝宝石(Al2O3)等作为半导体衬底材料，同样要求具有超平坦和超光滑的表面(粗糙度Ra达到0.3nm以下)才能满足外延膜生长的要求，并且要求无缺陷、无损伤。无论是光学平面元件还是半导体基片，均需要进行平坦化加工，其传统工艺主要是高效研磨、超精密抛光、化学机械抛光和磁流变抛光，其加工质量和精度直接决定了光学器件及半导体器件的性能。
[0003]研磨加工是利用硬质研磨盘和研磨工作液(油或水性物质与较粗的游离磨料的混合物)，通过研磨盘向游离磨料施加一定压力作用于工件表面，磨料在研磨盘与工件界面上产生滚动或滑动，从被加工工件表面去除一层极薄的材料，达到提高工件表面形状精度的目的。抛光加工是利用软质抛光盘或者抛光垫和抛光工作液(油或水性物质与较细的游离磨料的混合物)，通过抛光垫向游离磨料施加一定压力作用于工件表面，磨料在抛光盘与工件界面上产生滚动或滑动，由于抛光垫的避让作用，使得被加工工件表面仅仅去除一层微量材料，达到提高工件表面精度的目的，但抛光效率较低。化学机械抛光(Chemical-Mechanical Polishing, CMP)技术是机械磨削和化学腐蚀的组合技术，它借助超微粒子的研磨作用以及浆料的化学腐蚀作用在被研磨的介质表面上形成光洁平坦表面，但由于化学成分的存在，对于离子敏感的陶瓷基片并不适用。磁流变抛光技术(Magnetorheological finishing, MRF)是 20 世纪 90 年代由 K0RD0NSKI 及其合作者将电磁学、流体动力学、分析化学、加工工艺学等相结合而提出的一种新型的光学表面加工方法，具有抛光效果好、不产生次表面损伤、适合复杂表面加工等传统抛光所不具备的优点，已发展成为一种革命性光学表面最终加工方法，特别适合轴对称非球面的超精密加工。但目前采用磁流变抛光方法对平面工件进行加工时，主要以美国QED公司研制的各种型号磁流变机床，其原理是把工件置于一圆弧形抛光盘上方，工件表面与抛光盘之间形成的凹形间隙，抛光盘下方布置一个磁感应强度可调的电磁铁磁极或者永磁体磁极使凹形间隙处形成高强度梯度磁场，当磁流变液随抛光盘运动到工件与抛光盘形成的空隙附近时形成的柔性凸起“抛光缎带”。但“抛光缎带”与工件表面属于“斑点”局部接触，在加工过程中只能靠控制“斑点”沿工件表面按一定规律轨迹扫描才能实现整个表面的加工，轨迹扫描过程需要大量的时间，造成效率低、加工形状精度不易保证。
[0004]由于研磨和抛光属于不同的工艺过程，一般采用不同的加工装置及不同的磨料工作液进行加工，加工效率低，难以适应电子信息制造业的高速发展要求。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种柔性抛光垫在线修整的超光滑平面研磨抛光装置。本发明能实现对光学元件及半导体基片在不更换加工装置及磨料工作液的基础上进行高效率平面研磨和超精密无损伤平面抛光，并且能实现对磨料半固着集群柔性抛光垫实时整形的平面加工。
[0006]本发明的另一目的是提供一种加工表面质量好，加工效率高，成本低，而且无表面和亚表面损伤的柔性抛光垫在线修整的超光滑平面研磨抛光装置的加工方法。
[0007]本发明的技术方案是:本发明的一种柔性抛光垫在线修整的超光滑平面研磨抛光装置，包括集群磁流变磨料半固着柔性抛光垫发生装置、工件装夹及间隙调整机构、柔性抛光垫实时修整装置，集群磁流变磨料半固着柔性抛光垫发生装置包括有环形研磨盘、集群磁极、分隔盘、下端盖、转盘，工件装夹及间隙调整机构包括有内支撑环、外支撑环、基准游星轮、移动圆柱、上端盖、深度尺、联接轴、胀紧套、内齿轮、外齿轮，柔性抛光垫实时在线修整装置包括有修整游星轮、磁极，其中下端盖固定在环形研磨盘的底部，集群磁极镶嵌在环形研磨盘的内部，分隔盘镶嵌在研磨盘的内部且分隔集群磁极，且集群磁极和分隔盘固定在下端盖的底部内侧，转盘固定在下端盖的底部外侧，支撑并带动集群磁流变磨料半固着柔性抛光垫发生装置旋转，内支撑环固定在环形研磨盘的内圈，外支撑环固定在环形研磨盘的外圈，环形研磨盘的中空腔体内装设基准游星轮及修整游星轮，外齿轮装设在环形研磨盘的内侧壁，内齿轮分别与基准游星轮及修整游星轮外啮合，外齿轮分别与基准游星轮及修整游星轮内啮合，基准游星轮套装在移动圆柱上，移动圆柱的下端面固定工件，联接轴的下端与移动圆柱的上端连接，胀紧套套装在联接轴的外侧，上端盖装设在胀紧套的顶部，联接轴的上端穿过上端盖，深度尺装设在联接轴的上端，磁极镶嵌在修整游星轮的内部，环形研磨盘工作时其上方需要提供磁流变液。
[0008]本发明柔性抛光垫在线修整的超光滑平面研磨抛光装置的加工方法，包括如下步骤:
1)通过调整深度尺使工件下表面与环形研磨盘上表面之间的距离为0，并调整配重环的重量、转盘和内齿轮的转速，添加循环的磁流变液，修整游星轮内的磁极实时对磁流变液中的粗柔性抛光垫层进行修整和磨料更新，实现对工件的高效率研磨；
2)通过调整深度尺使工件下表面与环形研磨盘上表面之间的距离为0.3?1mm，调整配重环的重量使基准游星轮下表面与内支撑环和外支撑环上表面紧密接触，调整转盘和内齿轮的转速，添加循环的磁流变液，修整游星轮内的弱磁极实时对磨料半固着的粗柔性抛光垫层进行修整和磨料更新，实现工件的高效率抛光；
3)通过调整深度尺使工件下表面与环形研磨盘上表面之间的距离为I?3mm，调整配重环的重量使基准游星轮下表面与内支撑环和外支撑环上表面紧密接触，调整转盘和内齿轮的转速，添加循环的磁流变液，修整游星轮内的弱磁极实时对磨料半固着的细柔性抛光垫层进行修整和磨料更新，实现工件的超精密抛光。
[0009]本发明的柔性抛光垫在线修整的超光滑平面研磨抛光装置，通过集群阵列排布的圆柱形强磁铁构建均匀的表面磁场，并通过微米级的羰基铁粉和磨料与纳米级的羰基铁粉和铁粉按一定比例混合，在均匀磁场及重力作用下获得具有由纳米级羰基铁粉和纳米级磨料组成的磨料半固着细柔新抛光垫层和由微米级羰基铁粉和微米级磨料组成的磨料半固着粗柔性抛光垫层。本发明的柔性抛光垫在线修整的超光滑平面研磨抛光加工方法，通过调节工件与研磨盘上表面间隙为零而实现工件的高效率研磨，而通过调节工件与研磨盘上表面的不同间隙使工件在粗抛光垫层和细抛光垫层下进行粗抛光和精抛光，并且磁流变液经过修整行星轮后能实时进行整形。本发明实现了在不更换磁流变液的情况对工件实现研磨、粗抛光到精抛光的全过程，所获得的工件表面质量好，加工效率高，而且无表面和亚表面损伤，而且成本低。本发明的加工装置和加工方法可以用于各类光学元件及半导体基片的加工。
[0010]
【专利附图】
【附图说明】
图1是本发明柔性抛光垫在线修整的超光滑平面研磨抛光装置的三维示意图；
图2是本发明柔性抛光垫在线修整的超光滑平面研磨抛光装置的俯视图；
图3是本发明柔性抛光垫在线修整的超光滑平面研磨抛光装置的全剖主视图；
图4是本发明柔性抛光垫在线修整的超光滑平面研磨抛光装置的圆柱形磁极布置示意图；
图5是本发明柔性抛光垫在线修整的超光滑平面研磨抛光装置的柔性抛光垫示意图； 图6是本发明的方形磁极集群布置示意图；
图7是本发明磁感应强度面域均化的环形磁极示意图；
图8是本发明的外支撑环示意图；
图中:1.环形研磨盘，2.集群磁极，3.分隔盘，4.下端盖，5.内支撑环，6.外支撑环，
7.基准游星轮，8.移动圆柱，9.上端盖，10.精密深度尺，11.联接轴，12.胀紧套，13.内齿轮，14.外齿轮，15.保护套，16.配重环，17.修整游星轮，18.磁极，19.固定端盖，20.转盘，21.工件，22.缺口，23、磁流变液，24.细抛光垫层，25.粗抛光垫层。
[0011]
【具体实施方式】
下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明，但本发明的实施方式不限于此: 实施例一:
如图1?图3所示，本发明的一种柔性抛光垫在线修整的超光滑平面研磨抛光装置，包括集群磁流变磨料半固着柔性抛光垫发生装置、工件装夹及间隙调整机构、柔性抛光垫实时修整装置，集群磁流变磨料半固着柔性抛光垫发生装置包括有环形研磨盘1、集群磁极
2、分隔盘3、下端盖4、转盘20，工件装夹及间隙调整机构包括有内支撑环5、外支撑环6、基准游星轮7、移动圆柱8、上端盖9、深度尺10、联接轴11、胀紧套12、内齿轮13、外齿轮14，柔性抛光垫实时修整装置包括有修整游星轮17、镶嵌在修整游星轮17内部的磁极18，其中下端盖4固定在环形研磨盘I的底部，集群磁极2镶嵌在环形研磨盘I的内部，分隔盘3镶嵌在研磨盘I的内部且分隔集群磁极2，且集群磁极2和分隔盘3固定在下端盖4的底部内侧，转盘20固定在下端盖4的底部外侧，支撑并带动集群磁流变磨料半固着柔性抛光垫发生装置旋转，内支撑环5固定在环形研磨盘I的内圈，外支撑环6固定在环形研磨盘I的外圈，环形研磨盘I的中空腔体内装设基准游星轮7及修整游星轮17，外齿轮14装设在环形研磨盘I的内侧壁，内齿轮13分别与基准游星轮7及修整游星轮17外啮合，外齿轮14分别与基准游星轮7及修整游星轮17内啮合，基准游星轮7套装在移动圆柱8上，移动圆柱8的下端面固定工件21，联接轴11的下端与移动圆柱8的上端连接，胀紧套12套装在联接轴11的外侧，上端盖9装设在胀紧套12的顶部，联接轴11的上端穿过上端盖9，深度尺10装设在联接轴11的上端，磁极18镶嵌在修整游星轮17的内部，环形研磨盘I工作时其上方需要提供磁流变液23。
[0012]通过上述深度尺10调整移动圆柱8下表面的工件21相对于研磨盘上表面的距离时需要松开胀紧套12，不需要调整时需要上紧胀紧套12。上述转盘20及外齿轮14的运动是靠双目研磨机内部机构实现，一般转盘20及外齿轮14的运动方向相反。
[0013]本实施例中，上述修整游星轮17的上表面安装有固定端盖19。上述基准游星轮7上方套有对深度尺10进行保护的阶梯状保护套15,保护套15上套有配重环16。
[0014]本实施例中，上述内支撑环5和外支撑环6位于同一水平面上，基准游星轮7下端面正对内支撑环5和外支撑环6上表面，修整游星轮17下端面正对内支撑环5和外支撑环6上表面，修整游星轮17位于基准游星轮7前方。
[0015]本实施例中，上述集群磁极2是集群强磁极；上述磁极18是弱磁极；深度尺10是精密深度尺。上述集群磁极2端面磁感应强度至少为1000GS，磁极18端面磁感应强度最大为1500GS,集群磁极2按磁极方向相同排布于研磨盘I中,磁极18按磁极方向相同排布于修整游星轮17中，且工作时集群磁极2与磁极18磁极方向相同。
[0016]上述集群磁极2是直径为5?35mm的圆柱状永磁铁,或是边长为5?35mm的方形永磁铁，彼此磁铁之间的间距为O?12_，亦可为磁感应强度面域均化的环形磁极。本实施例中，上述集群磁极2是直径为5?35mm的圆柱状平头永磁铁,或是边长为5?35mm的方形平头永磁铁，彼此磁铁之间的间距为O?12_，亦可为磁感应强度面域均化的环形磁极。上述环形研磨盘(I)、分隔盘3、下端盖4、内支撑环5、外支撑环6、基准游星轮7、修整游星轮17、和移动圆柱8的材料为抗磁材料；本实施例中，上述环形研磨盘1、分隔盘3、下端盖4、内支撑环5、外支撑环6、基准游星轮7、修整游星轮17、和移动圆柱8为材料为硬铝合金材料。
[0017]本实施例中，上述外支撑环6具有多个缺口 22，深度尺10可为精密深度尺，如精密微分头或者精密螺杆；上述环形研磨盘I的上表面为平面，或者具有宽度为0.5?2mm、宽度为0.5?3mm、间距为5?20mm的网状开槽表面,或为具有角度为0.1?I度的阵列楔形面表面；上述基准游星轮7的几何中心具有垂直引导孔。
[0018]本发明柔性抛光垫在线修整的超光滑平面研磨抛光装置工作时，环形研磨盘I上方需要提供分散完整的磁流变液23，磁流变液制作方法如下:
去离子水中加入如下三种磨料中的至少两种磨料:浓度为3%?10%的纳米级磨料、浓度为3%?12%的亚微米级磨料、浓度为3%?15%的微米级磨料，及去离子水中加入浓度为5%?20%的微米级羰基铁粉及浓度为3%?15%的亚微级羰基铁粉，及加入浓度为3%?20%的分散剂和浓度为2%?5%的防锈剂，充分搅拌后通过超声波震动5?30分钟，磁流变液进入环形研磨盘I上方后在磁场力及重力作用下自动形成磨料半固着的由纳米级羰基铁粉和纳米级磨料组成的细柔性抛光垫层24和由微米级羰基铁粉和微米级磨料组成的粗柔性抛光垫层25。
[0019]本发明柔性抛光垫在线修整的超光滑平面研磨抛光装置的平面加工方法，包括如下步骤: 1)通过调整深度尺10使工件21下表面与环形研磨盘I上表面之间的距离为0，并调整配重环16的重量、转盘20和内齿轮13的转速，添加循环的磁流变液23，修整游星轮17内的磁极18实时对磁流变液23中的粗柔性抛光垫层25进行修整和磨料更新，实现对工件21的高效率研磨；
2)通过调整深度尺10使工件21下表面与环形研磨盘I上表面之间的距离为0.3?1mm，调整配重环16的重量使基准游星轮7下表面与内支撑环5和外支撑环6上表面紧密接触，调整转盘20和内齿轮13的转速，添加循环的磁流变液23，修整游星轮17内的弱磁极18实时对磨料半固着的粗柔性抛光垫层25进行修整和磨料更新，实现工件的高效率抛光；
3)通过调整深度尺10使工件21下表面与环形研磨盘I上表面之间的距离为I?3mm，调整配重环16的重量使基准游星轮7下表面与内支撑环5和外支撑环6上表面紧密接触，调整转盘20和内齿轮13的转速，添加循环的磁流变液23，修整游星轮17内的弱磁极18实时对磨料半固着的细柔性抛光垫层24进行修整和磨料更新，实现工件的超精密抛光。
[0020]如图4所示，本实施例中，集群磁极2端面磁感应强度3200GS，磁极18端面磁感应强度为200GS,集群磁极2按磁极方向相同排布于研磨盘I中，磁极18按磁极方向相同排布于修整游星轮17中，且工作时集群磁极2与磁极18磁极方向相同，集群磁极2的直径25mm的圆柱状永磁铁,按中心距为30mm集群阵列分布。
[0021]本发明通过如下方法制备磁流变液23:去离子水中加入浓度为5%的中位粒径为100纳米的金刚石磨料、浓度为10%的中位粒径为5微米的金刚石磨料、浓度为8%的中位粒径为3微米羰基铁粉、浓度为4%的中位粒径为50纳米的羰基铁粉、浓度为3%的分散剂、浓度为3%的防锈剂，充分搅拌后通过超声波震动10分钟.如图5所示，磁流变液23进入环形研磨盘I上方后在磁场力及重力作用下自动形成由纳米级羰基铁粉和纳米级磨料组成的细抛光垫层和由微米级羰基铁粉24和微米级磨料组成的粗抛光垫层25。
[0022]本实施例中，上述的柔性抛光垫实时在线修整的超光滑平面研磨抛光装置的对工件21进行平面加工的方法如下，本实施例中，工件21是单晶6H-SiC基片:
1)通过调整深度尺10使工件21下表面与环形研磨盘I上表面之间的距离为0，调整配重环16的重量为5kg、转盘20和内齿轮13的转速分别为30rpm和_20rpm，添加上述配置好的磁流变液23，磁流变液在集群磁极2的作用下在抛光盘表面形成粘弹性抛光垫，抛光垫对工件进行加工后形状会发生改变，但经过修整游星轮17下方时能在磁极18的作用下实现自动整形，经过对工件21进行高效率研磨加工25分钟，获得Ra约为40um的平坦单晶6H-SiC基片；
2)通过调整深度尺10使单晶6H-SiC基片下表面与环形研磨盘I上表面之间的距离为0.5mm，调整配重环16的重量使基准游星轮7下表面与内支撑环5和外支撑环6上表面紧密接触，调整转盘20和内齿轮13的转速分别为50rpm和_50rpm，添加循环的上述磁流变液23，磁流变液在集群磁极2的作用下在抛光盘表面形成粘弹性抛光垫，抛光垫对工件进行加工后形状会发生改变，但经过修整游星轮17下方时能在磁极18的作用下实现自动整形，对单晶6H-SiC基片进行高效率抛光20分钟，获得Ra约为2um的光滑单晶6H_SiC基片;
3)通过调整深度尺10使单晶6H-SiC基片下表面与环形研磨盘I上表面之间的距离为2mm，调整配重环16的重量使基准游星轮7下表面与内支撑环5和外支撑环6上表面紧密接触，调整转盘20和内齿轮13的转速分别为50rpm和_50rpm，添加上述的磁流变液23，磁流变液在集群磁极2的作用下在抛光盘表面形成粘弹性抛光垫，抛光垫对工件进行加工后形状会发生改变，但经过修整游星轮17下方时能在弱磁极18的作用下实现自动整形，对单晶6H-SiC基片进行超精密抛光30分钟，获得Ra约为0.3nm的超光滑单晶6H_SiC基片。
[0023]实施例二:
本发明与实施例1的结构相同，不同之处在于集群磁极2端面磁感应强度3000GS，磁极18端面磁感应强度为100GS。集群强磁极2的边长为25mm的正方形永磁铁，按中心距为30mm集群阵列分布，如图6所示.本发明通过如下方法制备磁流变液23:去离子水中加入浓度为6%的中位粒径为500纳米的氧化锶磨料、浓度为12%的中位粒径为7微米的氧化锶磨料、浓度为10%的中位粒径为5微米羰基铁粉、浓度为5%的中位粒径为200纳米的羰基铁粉、浓度为4%的分散剂、浓度为3%的防锈剂，充分搅拌后通过超声波震动15分钟.如图5所示，磁流变液23进入环形研磨盘I上方后在磁场力及重力作用下自动形成由纳米级羰基铁粉和纳米级磨料组成的细抛光垫层和由微米级羰基铁粉24和微米级磨料组成的粗抛光垫层25。
[0024]上述的柔性抛光垫实时在线修整的超光滑平面研磨抛光装置的对单晶硅片的平面加工方法为:
1)通过调整精密深度尺10使单晶硅片下表面与环形研磨盘I上表面之间的距离为0，并调整配重环16的重量为4kg、转盘20和内齿轮13的转速分别为40rpm和_40rpm，添加上述配置好的磁流变液23，磁流变液在集群磁极2的作用下在抛光盘表面形成粘弹性抛光垫，抛光垫对工件进行加工后形状会发生改变，但经过修整游星轮17下方时能在磁极18的作用下实现自动整形，实现对硅片的高效率研磨加工15分钟，获得Ra约为50um的平坦单晶娃片；
2)通过调整深度尺10使单晶硅片下表面与环形研磨盘I上表面之间的距离为0.6mm,调整配重环16的重量使基准游星轮7下表面与内支撑环5和外支撑环6上表面紧密接触，调整转盘20和内齿轮13的转速分别为50rpm和-50rpm，添加循环的上述磁流变液23，磁流变液在集群磁极2的作用下在抛光盘表面形成粘弹性抛光垫，抛光垫对工件进行加工后形状会发生改变，但经过修整游星轮17下方时能在磁极18的作用下实现自动整形，实现工件的高效率抛光20分钟，获得Ra约为3um的光滑单晶硅片；
3)通过调整深度尺10使单晶硅片下表面与环形研磨盘I上表面之间的距离为1.5mm,调整配重环16的重量使基准游星轮7下表面与内支撑环5和外支撑环6上表面紧密接触，调整转盘20和内齿轮13的转速分别为60rpm和_50rpm，添加上述的磁流变液23，磁流变液在集群磁极2的作用下在抛光盘表面形成粘弹性抛光垫，抛光垫对工件进行加工后形状会发生改变，但经过修整游星轮17下方时能在磁极18的作用下实现自动整形，实现工件的超精密抛光25分钟，获得Ra约为0.2nm的超光滑单晶硅片。
[0025]从本实施例可以看出，本发明基于磁流变效应，实现了在不更换磁流变液的情况对工件实现研磨、粗抛光到精抛光的全过程，所获得的工件表面质量好，加工效率高，而且无表面和亚表面损伤，而且成本低。本发明的加工装置和加工方法可以用于各类光学元件及半导体基片的加工。
【权利要求】
1.一种柔性抛光垫在线修整的超光滑平面研磨抛光装置，其特征在于包括集群磁流变磨料半固着柔性抛光垫发生装置、工件装夹及间隙调整机构、柔性抛光垫实时在线修整装置，集群磁流变磨料半固着柔性抛光垫发生装置包括有环形研磨盘(I)、集群磁极(2)、分隔盘(3)、下端盖(4)、转盘(20)，工件装夹及间隙调整机构包括有内支撑环(5)、外支撑环(6)、基准游星轮(7)、移动圆柱(8)、上端盖(9)、深度尺(10)、联接轴(11)、胀紧套(12)、内齿轮(13)、外齿轮(14)，柔性抛光垫实时在线修整装置包括有修整游星轮(17)、磁极(18)，其中下端盖(4)固定在环形研磨盘(I)的底部，集群磁极(2)镶嵌在环形研磨盘(I)的内部，分隔盘(3)镶嵌在研磨盘(I)的内部且分隔集群磁极(2)，且集群磁极(2)和分隔盘(3)固定在下端盖(4 )的底部内侧，转盘(20 )固定在下端盖(4 )的底部外侧，支撑并带动集群磁流变磨料半固着柔性抛光垫发生装置旋转，内支撑环(5)固定在环形研磨盘(I)的内圈，外支撑环(6 )固定在环形研磨盘(I)的外圈，环形研磨盘(I)的中空腔体内装设基准游星轮(7 )及修整游星轮(17)，外齿轮(14)装设在环形研磨盘(I)的内侧壁，内齿轮(13)分别与基准游星轮(7)及修整游星轮(17)外啮合，外齿轮(14)分别与基准游星轮(7)及修整游星轮(17)内啮合，基准游星轮(7)套装在移动圆柱(8)上，移动圆柱(8)的下端面固定工件(21)，联接轴(11)的下端与移动圆柱(8)的上端连接，胀紧套(12)套装在联接轴(11)的外侧，上端盖(9)装设在胀紧套(12)的顶部，联接轴(11)的上端穿过上端盖(9)，深度尺(10)装设在联接轴(11)的上端，磁极(18)镶嵌在修整游星轮(17)的内部，环形研磨盘(I)工作时其上方需要提供磁流变液(23)。
2.根据权利要求1所述的柔性抛光垫在线修整的超光滑平面研磨抛光装置，其特征在于上述修整游星轮(17)的上表面安装有固定端盖(19)。
3.根据权利要求1所述的柔性抛光垫在线修整的超光滑平面研磨抛光装置，其特征在于上述基准游星轮(7)上方套有对深度尺(10)进行保护的阶梯状保护套(15)，保护套(15)上套有配重环(16)。
4.根据权利要求1所述的柔性抛光垫在线修整的超光滑平面研磨抛光装置，其特征在于上述内支撑环(5 )和外支撑环(6 )位于同一水平面上，基准游星轮(7 )下端面正对内支撑环(5 )和外支撑环(6 )上表面，修整游星轮(17 )下端面正对内支撑环(5 )和外支撑环(6 )上表面，修整游星轮(17)位于基准游星轮(7 )前方。
5.根据权利要求1至4任一项所述的柔性抛光垫在线修整的超光滑平面研磨抛光装置，其特征在于上述集群磁极(2)是集群强磁极；上述磁极(18)是弱磁极；深度尺(10)是精密深度尺或者精密螺杆。
6.根据权利要求5所述的柔性抛光垫在线修整的超光滑平面研磨抛光装置，其特征在于上述集群磁极(2)端面磁感应强度至少为1000GS，磁极(18)端面磁感应强度最大为1500GS,集群磁极(2)按磁极方向相同排布于研磨盘(I)中，磁极(18)按磁极方向相同排布于修整游星轮(17 )中，且工作时集群磁极(2 )与磁极(18 )磁极方向相同。
7.根据权利要求5所述的柔性抛光垫在线修整的超光滑平面研磨抛光装置，其特征在于上述集群磁极(2)是直径为5?35mm的圆柱状平头永磁铁,或是边长为5?35mm的方形平头永磁铁，彼此磁铁之间的间距为O?12_，亦可为磁感应强度面域均化的环形磁极。
8.根据权利要求5所述的柔性抛光垫在线修整的超光滑平面研磨抛光装置，其特征在于上述环形研磨盘(I)、分隔盘(3)、下端盖(4)、内支撑环(5)、外支撑环(6)、基准游星轮(7 )、修整游星轮(17)、和移动圆柱(8 )的材料为抗磁材料；上述外支撑环(6 )具有多个缺口(22),上述环形研磨盘(I)的上表面为平面,或者具有宽度为0.5?2mm、宽度为0.5?3mm、间距为5?20mm的网状开槽表面，或为具有角度为0.1?I度的阵列楔形面表面；上述基准游星轮(7)的中心具有垂直引导孔。
9.根据权利要求5所述的柔性抛光垫在线修整的超光滑平面研磨抛光装置，其特征在于工作时环形研磨盘(I)上方需要提供分散完整的磁流变液(23)，磁流变液制作方法如下: 去离子水中加入如下三种磨料中的至少两种磨料:浓度为3%?10%的纳米级磨料、浓度为3%?12%的亚微米级磨料、浓度为3%?15%的微米级磨料，及去离子水中加入浓度为5%?20%的微米级羰基铁粉及浓度为3%?15%的亚微级羰基铁粉，及加入浓度为3%?20%的分散剂和浓度为2%?5%的防锈剂，充分搅拌后通过超声波震动5?30分钟，磁流变液进入环形研磨盘(I)上方后在磁场力及重力作用下自动形成磨料半固着的由纳米级羰基铁粉和纳米级磨料组成的细柔性抛光垫层(24)和由微米级羰基铁粉和微米级磨料组成的粗柔性抛光垫层(25)。
10.一种根据权利要求1所述的柔性抛光垫在线修整的超光滑平面研磨抛光装置的加工方法，其特征在于包括如下步骤: .1)通过调整深度尺(10)使工件(21)下表面与环形研磨盘(I)上表面之间的距离为0，并调整配重环(16)的重量、转盘(20)和内齿轮(13)的转速，添加循环的磁流变液(23)，修整游星轮(17)内的磁极(18)实时对磁流变液(23)中的粗柔性抛光垫层(25)进行修整和磨料更新，实现对工件(21)的高效率研磨； .2)通过调整深度尺(10)使工件(21)下表面与环形研磨盘(I)上表面之间的距离为0.3?1mm，调整配重环(16)的重量使基准游星轮(7)下表面与内支撑环(5)和外支撑环(6 )上表面紧密接触，调整转盘(20 )和内齿轮(13 )的转速，添加循环的磁流变液(23 )，修整游星轮(17)内的弱磁极(18)实时对磨料半固着的粗柔性抛光垫层(25)进行修整和磨料更新，实现工件的高效率抛光； .3)通过调整深度尺(10)使工件(21)下表面与环形研磨盘(I)上表面之间的距离为I?3mm,调整配重环(16)的重量使基准游星轮(7)下表面与内支撑环(5)和外支撑环(6)上表面紧密接触，调整转盘(20)和内齿轮(13)的转速，添加循环的磁流变液(23)，修整游星轮(17)内的弱磁极(18)实时对磨料半固着的细柔性抛光垫层(24)进行修整和磨料更新，实现工件的超精密抛光。
【文档编号】B24B53/013GK104209862SQ201410424335
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2014年8月26日 优先权日:2014年8月26日
【发明者】潘继生, 阎秋生, 路家斌 申请人:广东工业大学