一种高效涡轮旋转多相流抛光自动化设备的制作方法

本实用新型涉及超精密加工技术领域，更具体的说，尤其涉及一种高效涡轮旋转多相流抛光自动化设备。

背景技术：

目前，随着半导体产业和光学产业的不断发展，需要硅片表面和光学镜面等精密工件表面质量好，需要的量也越来越大，因此需要一种快速、高效和自动化多相流抛光设备。现在的流体抛光设备加工效率低，不能快速高效的对硅片表面和光学镜面进行抛光，不能高效地形成高速的旋流湍流对工件进行抛光。同时也不能很好地，对加工参数进行监控，不能实现自动化、统一化的工业标准来进行加工，可重复性差，不能适应工业化生产的需求。

技术实现要素：

本实用新型的目就在于解决多相流抛光设备中无法高效率形成高速的旋转湍流对工件进行抛光、对加工参数不能准确的检测和控制，以及自动化程度差的问题，提供了一种高效涡轮旋转多相流抛光自动化设备。

本实用新型通过以下技术方案来实现上述目的：一种高效涡轮旋转多相流抛光自动化设备，包括工件固定模块、参数监测与控制模块、涡轮旋转多相流抛光模块、支撑模块和升降模块，工件固定模块用于装夹加工工件，支撑模块用于支撑参数监测与控制模块、涡轮旋转多相流抛光模块和升降模块，升降部件带动涡轮旋转多相流抛光模块到达指定位置对工件固定模块上固定的加工工件进行抛光，参数监测与控制模块用于整个设备的参数监测和控制；

所述工件固定模块包括抛光工件固定台、进气接头和真空接头，抛光工件固定台上开有圆形的工件安装槽和与工件安装槽连通的废液出口，抛光工件固定台内部开有气腔，所述抛光工件固定台上开有与所述气腔连通的进气接头口和真空接头口，进气接头和真空接头分别安装在进气接头口和真空接头口处；所述工件安装槽底部均布多个与所述气腔相连通的吸附气孔；所述进气接头和真空接头分别通过管道连接进气泵和真空气源；

所述涡轮旋转多相流抛光模块包括第一电机、第一联轴器、第一电机支撑架、抛光液进料管、涡轮旋转槽、密封盖、带轴涡轮、O型密封圈、唇形密封圈和唇形密封圈压盖，所述涡轮旋转槽呈竖直设置的空心管状，密封盖固定在所述涡轮旋转槽的上端，密封盖和涡轮旋转槽之间通过O型密封圈密封；所述带轴涡轮的涡轮端位于所述涡轮旋转槽内部，带轴涡轮的轴端穿过所述密封盖并通过第一联轴器连接第一电机，所述第一电机通过第一电机支撑架固定在所述密封盖上；所述带轴涡轮与密封盖通过唇形密封圈密封；抛光液进料管固定在密封盖上并与所述涡轮旋转槽内部连通，第一电机通过第一联轴器带动带轴涡轮转动时，带动涡轮旋转槽内的多相流抛光液形成旋转湍流；

所述支撑模块包括顶部固定支撑架、竖直固定支撑架、第一L型连接块、第二L型连接块，顶部固定支撑架固定在两个竖直固定支撑架顶部，升降模块固定在竖直固定支撑架上，升降模块通过第一L型连接块连接第二L型连接块，第二L型连接块固定在第一电机支撑架上；升降装置通过第一L型连接块和第二L型连接块带动涡轮旋转多相流抛光模块沿竖直方向作升降运动；

所述参数监测与控制模块包括出口流量测速仪、出口温度监测仪、温度传感器、距离传感器、涡轮流量计和电机速度传感器，所述出口流量测速仪和出口温度监测仪固定在所述废液出口的正上方，所述出口流量测速仪通过出口流量测速仪固定架固定在抛光工件固定台上，所述出口温度监测仪通过出口温度监测仪固定架固定在抛光工件固定台上；所述距离传感器固定在第二L型连接块上，距离传感器用于检测涡轮旋转多相流抛光模块的下降距离；所述出口流量测速仪固定在所述抛光液进料管并用于检测所述抛光液进料管中多相流抛光液的流量、粘度和相含比例；所述电机速度传感器固定在第一电机支撑架的内壁上，电机速度传感器的感应片与所述带轴涡轮的轴端相接触，电机速度传感器用于检测所述第一电机的转动速度；所述温度传感器固定在所述涡轮旋转槽的侧壁上，温度传感器用于检测涡轮旋转槽内多相流抛光液的温度。

进一步的，所述升降装置包括主动轮、从动轮、张紧轮、张紧轮固定轴、第二电机支撑架、第二电机、同步带、滚珠丝杠、丝杠螺母、丝杠螺母固定座、直线滑轨和滚珠丝杠轴承座，第二电机通过第二电机支撑架固定在所述顶部固定支撑架上，所述主动轮固定在所述第二电机的电机头上，所述主动轮通过同步带连接从动轮，并通过张紧轮进行张紧，所述张紧轮通过张紧轮固定轴连接顶部固定支架；所述从动轮固定在竖直设置的滚珠丝杠的一端，滚珠丝杠的另一端通过滚珠丝杠轴承座固定在竖直固定支撑架上，直线滑轨竖直安装在竖直固定支撑架上，丝杠螺母套装在所述滚珠丝杠上，所述丝杠螺母与丝杠螺母固定座固定连接，丝杠螺母固定座上设有与所述直线导轨相配合的滑块，第二电机转动时通过主动轮带动固定在滚珠丝杠顶部的从动轮同步转动，从而带动所述丝杠螺母和丝杠螺母固定座沿所述直线导轨竖直运动，所述丝杠螺母固定座固定连接第一L型连接块，丝杠螺母固定座沿所述直线导轨竖直运动时带动第一L型连接块、第二L型连接块和涡轮旋转多相流抛光模块组成的整体沿所述直线导轨竖直运动。

进一步的，所述带轴涡轮包括涡轮轴；以及沿涡轮轴从上至下依次连续分布的上部直叶片、螺旋叶片、上部斜叶片和下部直叶片。

进一步的，所述竖直固定支撑架、第一L型连接块、第二L型连接块、从动轮、张紧轮、张紧轮固定轴、滚珠丝杠、丝杠螺母、丝杠螺母固定座、直线滑轨和滚珠丝杠轴承座均设有左右对称的一对。

进一步的，所述废液出口设有四个，四个废液出口均匀分布在所述工件安装槽的四周。

进一步的，所述吸附气孔设有12个，每6个吸附气孔设置为一组，每组吸附气孔均布在同一圆周上。

进一步的，所述抛光液进料管设有三个，三个抛光液进料管均布在所述密封盖的同一圆周上。

进一步的，所述距离传感器通过距离传感器固定架规定在第二L型连接块上。

本实用新型的有益效果在于：

1、本实用新型结构简单紧凑，生产成本低，能够通过涡轮旋转多相流抛光模块高效地形成高速旋转湍流对抛光工件进行抛光，对加工参数监测实时监控和准确控制，自动化程度高，提高了加工质量和加工效率。

2、本实用新型通过距离传感器精确控制涡轮旋转多相流抛光模块与抛光工件的间距，从而保证在特定的距离内对抛光工件进行抛光，提高了抛光的效率。

3、本实用新型通过电机速度传感器精确控制驱动带轴涡轮转动的第一电机的转动速度，从而实时得到第一电机的实际转速，从而更精确第一电机的转速以获得更好的旋转湍流。

4、本实用新型通过出口流量测速仪和出口温度监测仪对抛光废液进行速度和温度的实时监测，同时温度传感器也对旋转湍流进行实时监测，并及时反馈，从而矫正第一电机的转速，以确保用合适的旋流湍流对工件进行抛光。

5、本实用新型采用真空吸附的方式装夹和松开工件，可以有效的对工件进行吸附夹紧和顶级，方便工件的装夹和卸料，避免了机械夹紧对工件带来的伤害。

6、本实用新型的带轴涡轮采用按照一定位置分布的上部直叶片、上部斜叶片、下部直叶片和螺旋叶片形成高效的旋转湍流，能够快速获得稳定的高速旋转湍流，提高抛光的效率。

7、本实用新型通过O型密封圈对密封盖和涡轮旋转槽之间形成有效密封，并通过唇形密封圈和唇形密封圈压盖在涡轮轴进行旋转时形成密封，保证涡轮轴在旋转时不会发生抛光液的泄露。

附图说明

图1是本实用新型一种高效涡轮旋转多相流抛光自动化设备的轴侧图。

图2是本实用新型一种高效涡轮旋转多相流抛光自动化设备的俯视图。

图3是本实用新型一种高效涡轮旋转多相流抛光自动化设备的右视图。

图4是本实用新型工件固定模块的俯视图。

图5是本实用新型工件固定模块的主视图。

图6是本实用新型工件固定模块的剖视图。

图7是本实用新型涡轮旋转多相流抛光模块的结构示意图。

图8是本实用新型涡轮旋转多相流抛光模块的剖视图。

图9是本实用新型一种高效涡轮旋转多相流抛光自动化设备的剖视图。

图10是本实用新型带轴涡轮的结构示意图。

图11是本实用新型带轴涡轮的主视图。

图12是本实用新型带走涡轮的右视图。

图中，1-工件固定模块、101-真空接头、102-抛光工件固定台、103-抛光工件、1031-废液出口、1032-吸附气孔、1033-进气接头口、1034-气腔、1035-真空接头口、104-进气接头、2-参数监测与控制模块、201-出口流量测速仪固定架、202-出口流量测速仪、203-出口温度监测仪、204-距离传感器固定架、205-距离传感器、206-涡轮流量计、207-电机速度传感器、208-感应片、209-温度传感器、210-出口温度监测仪固定架、3-涡轮旋转多相流抛光模块、301-第一电机、302-第一电机支撑架、303-密封盖、304-涡轮旋转槽、305-第一联轴器、306-抛光液进料管、307-带轴涡轮、3071-上部直叶片、3072-上部斜叶片、3073-下部直叶片、3074-螺旋叶片、3075-涡轮轴、308-O型密封圈、309-唇形密封圈、310-唇形密封圈压盖、4-支撑模块、401-竖直固定支撑架、402-顶部固定支撑架、403-第一L型连接块、404-第二L型连接块、5-升降模块、501-从动轮、502-同步带、503-张紧轮固定轴、504-第二电机、505-第二电机支撑架、506-张紧轮、507-滚珠丝杠、508-丝杠螺母、509-丝杠螺母固定座、510-直线滑轨、511-滚珠丝杠轴承座、512-主动轮。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明：

如图1～12所示，一种高效涡轮旋转多相流抛光自动化设备，包括工件固定模块1、参数 监测与控制模块2、涡轮旋转多相流抛光模块3、支撑模块4和升降模块5，工件固定模块1用于装夹加工工件，支撑模块4用于支撑参数监测与控制模块2、涡轮旋转多相流抛光模块3和升降模块5，升降部件带动涡轮旋转多相流抛光模块3到达指定位置对工件固定模块1上固定的加工工件进行抛光，参数监测与控制模块2用于整个设备的参数监测和控制。

所述工件固定模块1包括抛光工件固定台102、进气接头104和真空接头101，抛光工件固定台102上开有圆形的工件安装槽和与工件安装槽连通的废液出口1031，抛光工件固定台102内部开有气腔1034，所述抛光工件固定台102上开有与所述气腔1034连通的进气接头口1033和真空接头口1035，进气接头104和真空接头101分别安装在进气接头口1033和真空接头口1035处；所述工件安装槽底部均布多个与所述气腔1034相连通的吸附气孔1032；所述进气接头104和真空接头101分别通过管道连接进气泵和真空气源；所述废液出口1031设有四个，四个废液出口1031均匀分布在所述工件安装槽的四周。所述吸附气孔1032设有12个，每6个吸附气孔1032设置为一组，每组吸附气孔1032均布在同一圆周上。12个吸附气孔1032能够有效的对抛光工件103进行夹紧和顶起。

所述涡轮旋转多相流抛光模块3包括第一电机301、第一联轴器305、第一电机支撑架302、抛光液进料管306、涡轮旋转槽304、密封盖303、带轴涡轮307、O型密封圈308、唇形密封圈309和唇形密封圈压盖310，所述涡轮旋转槽304呈竖直设置的空心管状，密封盖303固定在所述涡轮旋转槽304的上端，密封盖303和涡轮旋转槽304之间通过O型密封圈308密封；所述带轴涡轮307的涡轮端位于所述涡轮旋转槽304内部，带轴涡轮307的轴端穿过所述密封盖303并通过第一联轴器305连接第一电机301，所述第一电机301通过第一电机支撑架302固定在所述密封盖303上；所述带轴涡轮307与密封盖303通过唇形密封圈309密封；抛光液进料管306固定在密封盖303上并与所述涡轮旋转槽304内部连通，所述抛光液进料管306设有三个，三个抛光液进料管306均布在所述密封盖303的同一圆周上；第一电机301通过第一联轴器305带动带轴涡轮307转动时，带动涡轮旋转槽304内的多相 流抛光液形成旋转湍流。

O型密封圈308对密封盖303和涡轮旋转槽304之间形成密封，从而防止高速的多相流抛光液发生泄漏，唇形密封圈309保证带轴涡轮307在高速旋转时形成良好的密封，从而使带轴涡轮307在旋转的同时也不会发生多相流抛光液的泄露。唇形密封圈309上还固定有唇形密封圈压盖310。

所述支撑模块4包括顶部固定支撑架402、竖直固定支撑架401、第一L型连接块403、第二L型连接块404，顶部固定支撑架402固定在两个竖直固定支撑架401顶部，升降模块5固定在竖直固定支撑架401上，升降模块5通过第一L型连接块403连接第二L型连接块404，第二L型连接块404固定在第一电机支撑架302上；升降装置通过第一L型连接块403和第二L型连接块404带动涡轮旋转多相流抛光模块3沿竖直方向作升降运动。

所述参数监测与控制模块2包括出口流量测速仪202、出口温度监测仪203、温度传感器209、距离传感器205、涡轮流量计206和第一电机速度传感器207，所述出口流量测速仪202和出口温度监测仪203固定在所述废液出口1031的正上方，所述出口流量测速仪202通过出口流量测速仪固定架201固定在抛光工件固定台102上，所述出口温度监测仪203通过出口温度监测仪固定架210固定在抛光工件固定台102上；所述距离传感器205固定在第二L型连接块404上，所述距离传感器205通过距离传感器固定架204规定在第二L型连接块404上，距离传感器205用于检测涡轮旋转多相流抛光模块3的下降距离；所述出口流量测速仪202固定在所述抛光液进料管306并用于检测所述抛光液进料管306中多相流抛光液的流量、粘度和相含比例；所述第一电机速度传感器207固定在第一电机支撑架302的内壁上，第一电机速度传感器207的感应片208与所述带轴涡轮307的轴端相接触，第一电机速度传感器207用于检测所述第一电机301的转动速度；所述温度传感器209固定在所述涡轮旋转槽304的侧壁上，温度传感器209用于检测涡轮旋转槽304内多相流抛光液的温度。

所述升降装置包括主动轮512、从动轮501、张紧轮506、张紧轮固定轴503、第二电机 支撑架504、第二电机505、同步带502、滚珠丝杠507、丝杠螺母508、丝杠螺母固定座509、直线滑轨510和滚珠丝杠轴承座511，第二电机505通过第二电机支撑架504固定在所述顶部固定支撑架402上，所述主动轮512固定在所述第二电机505的电机头上，所述主动轮512通过同步带502连接从动轮501，并通过张紧轮506进行张紧，所述张紧轮506通过张紧轮固定轴503连接顶部固定支架；所述从动轮501固定在竖直设置的滚珠丝杠507的一端，滚珠丝杠507的另一端通过滚珠丝杠轴承座511固定在竖直固定支撑架401上，直线滑轨510竖直安装在竖直固定支撑架401上，丝杠螺母508套装在所述滚珠丝杠507上，所述丝杠螺母508与丝杠螺母固定座509固定连接，丝杠螺母固定座509上设有与所述直线导轨相配合的滑块，第二电机505转动时通过主动轮512带动固定在滚珠丝杠507顶部的从动轮501同步转动，从而带动所述丝杠螺母508和丝杠螺母固定座509沿所述直线导轨竖直运动，所述丝杠螺母固定座509固定连接第一L型连接块403，丝杠螺母固定座509沿所述直线导轨竖直运动时带动第一L型连接块403、第二L型连接块404和涡轮旋转多相流抛光模块3组成的整体沿所述直线导轨竖直运动。

所述竖直固定支撑架401、第一L型连接块403、第二L型连接块404、从动轮501、张紧轮506、张紧轮固定轴503、滚珠丝杠507、丝杠螺母508、丝杠螺母固定座509、直线滑轨510和滚珠丝杠轴承座511均设有左右对称的一对。

所述带轴涡轮307包括涡轮轴3075；以及沿涡轮轴3075从上至下依次连续分布的上部直叶片3071、螺旋叶片3074、上部斜叶片3072和下部直叶片3073。

具体工作流程如下：首先，根据距离传感器205检测到的数据反馈给第二电机505，第二电机505通过驱动主动轮512带动同步带202转动，在张紧轮506的作用下同时带动从动轮501和两侧的滚珠丝杠507按照同一旋向运动，从而带动丝杠螺母508和丝杠螺母固定座509沿直线导轨上510滑动，最终通过第一L型连接块403和第二L型连接块404带动涡轮旋转多相流抛光模块3进行整体移动，方便工件固定模块1上的抛光工件103防止在抛光工 件固定台102上；抛光工件103放置完毕后，真空接头101通过抛光工件固定台102内部的气腔1034和吸附气孔1032对抛光工件103进行吸附夹紧；吸附夹紧抛光工件103后，根据距离传感器205反馈的数据对第二电机504进行控制，使涡轮旋转多相流抛光模块3进行整体下降，从而准确控制涡轮旋转多相流抛光模块3与抛光工件103之间的间距；涡轮旋转多相流抛光模块3到达指定位置后，第一电机301通过第一联轴器305带动带轴涡轮307按照一定的速度曲线进行高速旋转，同时通过涡轮流量计206控制抛光液进料管306中输入的多相流抛光液的流量，多相流抛光液进入涡轮旋转槽304中形成旋转湍流，对抛光工件103进行抛光。

抛光的过程中，出口流量测速仪203、出口温度监测仪203对废液出口1031处的温度和流量进行实时监测，电机速度传感器207对第一电机301的转动速度进行实时监测，并将上述检测数据进行反馈和修正，确保形成特定的旋转湍流，以便于得到工业化、统一化的高质量产品。

抛光完成后，第二电机504反向转动，带动涡轮旋转多相流抛光模块3升到指定高度，通过进气接头1033向气腔1034中通入气体，气腔1031内的气体通过吸附气孔1032将抛光工件103进行顶起，从而方便抛光工件的下料。

上述实施例只是本实用新型的较佳实施例，并不是对本实用新型技术方案的限制，只要是不经过创造性劳动即可在上述实施例的基础上实现的技术方案，均应视为落入本实用新型专利的权利保护范围内。