一种集群动态磁场控制抛光垫刚度的双面抛光装置及方法
【专利摘要】本发明实施例公开了一种集群动态磁场控制抛光垫刚度的双面抛光装置及方法，通过调节柔性抛光垫刚度实现工件双面粗抛光到精抛光的全过程，并解决传统加工过程中工件不同位置与抛光垫之间的相对速度不一致而造成工件加工不均匀的问题。本发明实施例中一种集群动态磁场控制抛光垫刚度的双面抛光装置，包括：所述可变刚度集群磁控抛光垫发生机构包括对称设置的第一磁场发生块和第二磁场发生块；所述第一磁场发生块和第二磁场发生块均包括：壳体、偏摆主轴、偏心凸轮轴、磁铁安装座、永磁铁和电机；所述工件快速装夹机构包括工作槽、夹板、连杆、铰板、固定铰、方形磁铁、电工软铁块、圆环形铸铁和条形永磁铁；所述工件运动驱动机构包括支撑块、横梁、水平直线电机、垂直梁和垂直直线电机。
【专利说明】
一种集群动态磁场控制抛光垫刚度的双面抛光装置及方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种集群动态磁场控制抛光垫刚度的双面抛光装置及方法，特别适合于光电子/微电子半导体基片及光学元件的平面平坦化加工，属于超精密加工技术领域。
【背景技术】
[0002]以集成电路(IC)和光电子器件制造为代表的微电子和光电子制造是电子信息产业的核心，也是当今世界竞争最激烈、发展最迅速的产业。单晶硅(Si)、单晶锗(Ge)、砷化镓(GaAs)、单晶碳化硅(SiC)和蓝宝石(Al2O3)等作为集成电力电子器件和光电子器件的衬底材料，要求具有超平坦、超光滑(粗糙度Ra达到0.3nm以下)、无缺陷和无损伤表面，加工质量直接决定着其应用价值的高低和器件性能的优劣。同样，在光学领域，光学透镜和反射镜等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)。
[0003]目前，对光学平面元件和半导体基片的平坦化加工，主要还是采用传统的研磨、端面精密磨削、超精密抛光、化学机械抛光和磁流变抛光等。其中，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加工方法，特别适合轴对称非球面的超精密加工，广泛应用于大型光学元件、半导体晶片、LED基板、液晶显示面板等的最后加工工序。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QH)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，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”，通过“抛光缎带”去除工件表面材料。在此基础上，国外学者还研发了球头磁流变加工技术(BEMRF，ball end magnetorheological finishing)、磁流变磨料流加工(MRAFF，magnetorheological abrasive flow finishing)和磁性复合流体抛光(MCF,magneticcompound fluid slurry polishing)等新技术，对光电晶体基片的超精密加工均取得了很好的加工效果。但上述方法均通过“抛光缎带”去除工件表面材料，“抛光缎带”与工件表面属于“斑点”局部接触，在加工平面工件时只能靠控制“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，而且目前的磁流变抛光加工报道仅局限于对工件进行单面加工。
【发明内容】
[0004]本发明实施例提供了一种集群动态磁场控制抛光垫刚度的双面抛光装置及方法，通过调节柔性抛光垫刚度实现工件双面粗抛光到精抛光的全过程，同时解决传统加工过程中工件不同位置与抛光垫之间的相对速度不一致而造成工件加工不均匀的问题。
[0005]本发明实施例提供的一种集群动态磁场控制抛光垫刚度的双面抛光装置，包括:可变刚度集群磁控抛光垫发生机构、工件快速装夹机构和工件运动驱动机构；
[0006]所述可变刚度集群磁控抛光垫发生机构包括对称设置的第一磁场发生块和第二磁场发生块;所述第一磁场发生块和第二磁场发生块均包括:壳体、偏摆主轴、偏心凸轮轴、磁铁安装座、永磁铁和电机；
[0007]偶数个永磁铁一端安装在具有偶数阵列孔的磁铁安装座上，另一端安装于偏心凸轮轴的端面内；偏摆主轴的大端与偏心凸轮轴连接，偏摆主轴的轴端连接固定在壳体上；电机固定在壳体上，通过传动结构带动所述偏摆主轴转动；
[0008]所述第一磁场发生块和第二磁场发生块在所述相向移动机构的带动下前后相向运动；
[0009]所述工件快速装夹机构包括工作槽、夹板、连杆、铰板、固定铰、方形磁铁、电工软铁块、圆环形铸铁和条形永磁铁；
[0010]所述工作槽设置于所述第一磁场发生块和第二磁场发生块之间，其中部形成一容置工件的加工空间；所述工作槽的两端均设有夹板，所述夹板的外侧面通过两条平行设置的连杆与所述工作槽的内壁活动连接;所述工作槽内壁、所述夹板和两条对应的所述连杆之间组成平行四边形;所述夹板两端面之间为圆环状结构伸入所述加工空间内夹持住所述工件，所述夹板一端与铰板的一端活动连接，所述铰板的另一端通过活动铰链与固定铰的一端连接;所述固定铰的另一端与安装有所述方形磁铁的方形防护套固定连接;两块电工软铁块设置在所述工作槽的两端，与两个所述方形磁铁匹配设置;所述电工软铁块通过黄铜连接一中间具有圆柱孔的长方体，圆柱孔内安装有所述圆环形铸铁，所述条形永磁铁安装于所述圆环形铸铁内；
[0011]所述工件运动驱动机构包括支撑块、横梁、水平直线电机、垂直梁和垂直直线电机;支撑块对称位于所述双面抛光装置的底座上方，上方安装有横梁的水平直线电机两端固定于支撑块的上方，所述横梁两端固定安装有垂直梁，所述垂直梁上安装有垂直直线电机，所述工作槽左右两侧面固定在所述垂直直线电机上。
[0012]可选地，所述相向移动机构包括:平动直线电机、精密双面齿条和两个精密单面齿条；
[0013]所述平动直线电机安装在所述底座上方，平动直线电机上安装有对称结构的精密双面齿条，精密双面齿条两侧分别通过齿轮与两个精密单面齿条啮合;两个所述精密单面齿通过前后方向的直线导轨安装于底座上，并分别布置于所述精密双面齿条的两侧；
[0014]所述第一磁场发生块和第二磁场发生块的壳体分别与所述精密双面齿条和两个所述精密单面齿条的连接。
[0015]可选地，所述传动结构包括小带轮、大带轮、小平键、大平键和V型带；
[0016]所述小带轮和大带轮分别通过小平键和大平键固定于所述电机的电机轴和所述偏摆主轴上，小带轮和大带轮之间通过所述V型带连接。
[0017]可选地，偏摆主轴的轴端轴承位置存在着主轴偏心距，偏心凸轮轴的小端轴承位置存在着凸轮轴偏心距，所述主轴偏心距和凸轮轴偏心距的数值相等，偏心方向相反。
[0018]可选地，所述永磁铁的磁场强度在100Gs?5500GS之间，方形磁铁的磁场强度在200Gs?1200Gs之间，条形永磁铁的磁场强度在2000Gs?4000Gs之间，安装于同一个所述磁铁安装座的圆柱形永磁铁相邻之间异极分布，安装在不同所述磁铁安装座的圆柱形永磁铁两两互相对应，且接近短磁极异向。
[0019]可选地，所述工件快速装夹机构还包括用于放置工件的圆形保持架，以及设置在所述保持架周围并与所述保持架的圆弧边相互啮合的左齿轮、右齿轮、上齿轮和下齿轮；
[0020]所述左齿轮、右齿轮、上齿轮和下齿轮安装在所述工作槽内，其中，所述左齿轮和所述右齿轮对称安装，所述上齿轮和所述下齿轮对称安装；
[0021 ]所述左齿轮、右齿轮、上齿轮和下齿轮中至少一个与步进电机连接。
[0022]本发明实施例提供的一种集群动态磁场控制抛光垫刚度的双面抛光方法，应用于上述的集群动态磁场控制抛光垫刚度的双面抛光装置，包括:
[0023]步骤一、根据工件的尺寸和材料性能，选取相应磁场强度的所述永磁铁，并调节条形永磁铁的位置使条形永磁铁的磁极方向与方形磁铁垂直；
[0024]步骤二、将工件放置于工作槽内并使工件边缘除于夹板之间，调节条形永磁铁的位置使条形永磁铁的磁极方向与方形磁铁磁极方向一致，电工软铁块在条形永磁铁作用下迅速磁化产生吸力吸紧方形磁铁，从而通过铰板、夹板、固定铰、连杆的相互作用下拉动夹板产生夹紧力夹紧所述工件；
[0025]步骤三、通过在去离子水中加入如下三种磨料中的至少两种磨料，三种磨料分别是浓度为3 %?8 %的微米级磨料、浓度为3 %?10 %的亚微米级磨料、浓度为2 %?10 %的纳米级磨料，及去离子水中加入浓度为5 %?20 %的亚微级羰基铁粉及浓度为5 %?25 %的微米级羰基铁粉，及加入浓度为3 %?15 %的分散剂和浓度为I %?6 %的防锈剂，充分搅拌后通过超声波震动5?30分钟，然后选择性加入能与工件发生化学反应的浓度为1%?10%的化学液体，选择性加入能促成工件与化学液体反应速度的催化剂，再通过超声波震动2?10分钟，形成磁流变液；
[0026]步骤四、将所述磁流变液倒入工作槽内使磁流变液漫过工件，通过所述相向移动机构调节磁铁安装座端面到工作槽前后两侧的距离为0.5mm?10mm，磁流变液在形成阵列的所述永磁铁的作用下迅速固化为柔性抛光垫，磁极交错对称的结构实现抛光垫对工件的压力平衡；
[0027]步骤五、启动电机，带动偏摆主轴绕主轴偏心距偏心摆动，偏摆主轴的偏心摆动迫使各偏心凸轮轴与圆柱形永磁铁一起同步转动，使圆柱形永磁铁端面的静态磁力线转变为动态磁力线；
[0028]步骤六、启动水平直线电机和垂直直线电机带动工作槽和工件运动，使工件与磁流变液形成的柔性抛光垫形成预设轨迹的平面相对运动，磁流变液形成的柔性抛光垫同时对工件的两表面材料以及腐蚀层进行机械去除；
[0029]步骤七、在加工过程中通过所述相向移动机构调节磁铁安装座端面到工作槽前后两侧的距离逐渐变大，促使磁流变液形成的柔性抛光垫刚度进一步逐渐降低，降低施加于工件的作用力，完成工件粗加工到精加工全过程；
[0030]步骤八、停止所述水平直线电机、垂直直线电机和所述电机，调节条形永磁铁的位置使条形永磁铁的磁极方向与方形磁铁磁极方向相反，释放并取出工件。
[0031 ]可选地，所述工件为玻璃基板、单晶Si C基片、单晶Si基片、蓝宝石基片、多晶半导体基片、陶瓷基片或金属基片。
[0032]从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点:
[0033]本发明集群动态磁场控制抛光垫刚度的双面抛光装置，首先通过巧妙地应用软磁性材料的磁化、退磁快的特性和条形永久磁铁中间磁场极弱而两端磁场极强的特性，实现了具有弱磁极作为引子的平行四边形装夹机构在密闭空间内对工件的快速装夹；
[0034]其次本发明创新地采用相向移动机构控制两侧磁场发生块与工件之间的距离相等，磁流变液进入到工作槽内时，形成双边压力均等且对磨粒行为约束和聚集作用的粘弹性磁流变效应抛光垫，保证工件双面抛光垫稳定进行，并且创新地通过偏心凸轮结构实现偏摆主轴摆动，而偏心主轴的摆动实现了众多具有相同偏心距的偏心凸轮轴旋转，从而突破性地实现了众多紧密阵列排布的永磁铁在同步转动而使磁极端面的静态磁力线转变为交互的动态磁力线，动态磁力线促使磁流变液形成的柔性抛光垫动态分布而降低柔性抛光垫的刚度并促使柔性抛光垫性能的恢复；
[0035]加工过程中通过对称调节可变刚度集群磁控抛光垫发生机构端面与工件表面的距离，能很好地实现一次加工即可完成工件双面粗抛光到精抛光的全过程;采用水平和垂直直线电机组合的方式实现工件的复杂运动轨迹，避免了传统加工过程中工件不同位置与抛光垫之间的相对速度不一致而造成工件加工不均匀的重要问题；
[0036]同时，本发明的集群动态磁场控制抛光垫刚度的双面抛光装置适用于普通的磁流变双面抛光和磁流变化学机械双面抛光，所需的磁流变液只需填充到一个极小的密闭工作区域中，大大节省了耗材的成本。可见，采用本发明所获得的工件表面一致性好，加工效率高，而且无表面和亚表面损伤，而且成本低，非常适合大直径光学元件的平面高效率超光滑均匀抛光加工。
【附图说明】
[0037]图1为本发明实施例中一种集群动态磁场控制抛光垫刚度的双面抛光装置的正视图；
[0038]图2为图1俯视图的中A-A剖面结构示意图；
[0039]图3为图1俯视图的中B-B剖面结构示意图；
[0040]图4为本发明实施例中一种集群动态磁场控制抛光垫刚度的双面抛光装置的左视图；
[0041]图5为本发明实施例中一种集群动态磁场控制抛光垫刚度的双面抛光装置的正方形工件装夹示意图；
[0042]图6为为本发明实施例中一种集群动态磁场控制抛光垫刚度的双面抛光装置的圆形工件装夹示意图。
【具体实施方式】
[0043]本发明实施例提供了一种集群动态磁场控制抛光垫刚度的双面抛光装置及方法，通过调节柔性抛光垫刚度实现工件双面粗抛光到精抛光的全过程，用于解决传统加工过程中工件不同位置与抛光垫之间的相对速度不一致而造成工件加工不均匀的问题。
[0044]为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
[0045]实施例1:
[0046]如图1和图2所示，一种集群动态磁场控制抛光垫刚度的双面抛光装置，其特征在于包括可变刚度集群磁控抛光垫发生机构、工件快速装夹机构和工件运动驱动机构，可变刚度集群磁控抛光垫发生机构包括有底座(I)、螺钉二(12)、直线导轨(14)、螺钉三(15)、精密单面齿条(16)、齿轮(17)、齿轮轴(18)、深沟轴承(19)、精密双面齿条(21)、连接板一(63)、连接板二(64)、槽型端盖(9)、壳体(11)、螺钉四(28)、主轴偏心距(29)、滚动轴承(30)、V型带(31)、小带轮(32)、电机轴(33)、小平键(34)、轴承盖板(35)、轴承座板(36)、螺钉五(37)、螺钉六(38)、磁铁安装座(46)、圆柱形的永磁铁(47)、螺钉七(48)、隔套(49)、螺母(50)、偏心凸轮轴(51)、凸轮轴偏心距(52)、大带轮(53)、偏摆主轴(54)、大平键(55)、密封圈(56)、轴承端盖(57)、径向推力轴承(58)、电机(60)、螺钉八(61)、保护盖(62)、螺钉九
(65)、深沟球轴承(66)，其中，如图3所示，平动直线电机(20)通过螺钉九(65)安装在底座
(I)正上方，平动直线电机(20)上安装有对称结构的精密双面齿条(21)，精密双面齿条(21)两侧分别与两个通过深沟轴承(19)固定于齿轮轴(18)的齿轮(17)啮合，直线导轨(14)平行对称布置于平动直线电机(20)两侧，并通过螺钉三(15)固定于底座(I)上方，布置于直线导轨(14)上方的精密单面齿条(16)刚好与齿轮(17)啮合，如图2所示，圆柱形永磁铁(47)—端通过过盈配合安装于偏心凸轮轴(51)的端面圆柱孔内，具有偶数阵列孔的磁铁安装座(46)通过螺钉七(48)固定在轴承座板(36)上，偏心凸轮轴(51)通过径向推力轴承(58)、隔套
(49)、螺母(50)、轴承盖板(35)和螺钉五(37)固定在轴承座板(36)上，偏摆主轴(54)大端通过深沟球轴承(66)与偏心凸轮轴(51)连接，偏摆主轴(54)轴端通过滚动轴承(30)与壳体
(II)连接并通过螺钉四(28)和轴承端盖(57)固定于壳体(11)上，壳体(11)通过螺钉六(38)固定于轴承座板(36)上，一个壳体(11)下方通过连接板一 (63)与精密单面齿条(16)上方进行连接，另一壳体(11)通过连接板二 (64)与精密双面齿条(21)上方链接，电机(60)通过螺钉八(61)固定在壳体(11)上侧面，小带轮(32)和大带轮(53)分别通过小平键(34)和大平键
(55)固定于电机轴(33)和偏摆主轴(54)上，小带轮(32)和大带轮(53)之间通过V型带(31)连接，保护盖(62)通过螺钉二(12)固定在壳体(I I)上，左齿轮(69)和右齿轮(70)对称安装在工作槽(10)内部左右两侧、上齿轮(71)安装在槽型端盖(9)内部正下侧并与步进电机
(73)联接，下齿轮(72)安装在工作槽(10)内部下侧;工件快速装夹机构包括有工作槽(10)、方形磁铁(39)、铰板(40)、夹板(41)、防护套(43)、固定铰(44)、连杆(45)，电工软铁块(23)、圆环形铸铁(24)、条形永磁铁(25)、黄铜(26)、旋转把手(8)，其中连杆(45)—端通过活动铰链固定于工作槽(10)内壁，连杆(45)另一端通过活动铰链与夹板(41)侧面链接，工作槽(10)内壁、夹板(41)和两条连杆(45)之间组成平行四边形，两套平行四边形分别对称布置于工作槽(10)内壁两侧，夹板(41)一端通过活动铰链与铰板(40)联接，铰板(40)的另一端通过活动铰链与固定铰(44)链接，固定铰(44)另一端与方形防护套(43)焊接在一起，防护套(43)内安装有方形磁铁(39)，两块拱形电工软铁块(23)通过黄铜(26)连接一中间具有圆柱孔的长方体，圆柱孔内安装有圆环形铸铁(24)，安装有旋转把手(8)的条形永磁铁(25)安装于圆环形铸铁(24)内，电工软铁块(23)的平面固定于工作槽(10)的两端上侧；
[0047]如图1和图4所示，工件运动驱动机构包括有底座(I)、支撑块(2)、水平直线电机
(3)、横梁(4)、肋板(5)、螺钉一(6)、垂直直线电机(7)、工作槽(10)、垂直梁(22)、螺钉十
(67)，其中支撑块(2)对称位于底座(I)上方，上方安装有横梁(4)的水平直线电机(3)两端通过螺钉十(67)固定于支撑块(2)上方，横梁(4)两端通过通过肋板(5)焊接固定有垂直梁(22)，垂直梁(22)上安装有垂直直线电机(7)，工作槽(10)左右两侧面固定在垂直直线电机⑴上。
[0048]所述的集群动态磁场控制抛光垫刚度的双面抛光装置，其特征在于可变刚度集群磁控抛光垫发生机构的磁铁安装座(46)对称布置于工作槽(10)前后两侧，通过平动直线电机(20)可以同步调节磁铁安装座(46)端面到工作槽(10)前后两侧的距离，保证两个磁铁安装座(46)到工作槽(10)的距离保持一致。
[0049]所述的集群动态磁场控制抛光垫刚度的双面抛光装置，其特征在于偏摆主轴(54)的轴端轴承位置存在着主轴偏心距(29)，偏心凸轮轴(51)的小端轴承位置存在着凸轮轴偏心距(52)，主轴偏心距(29)和凸轮轴偏心距(52)的数值相等，电机(60)工作时通过小带轮(32)、大带轮(53)和V型带(31)带动偏摆主轴(54)绕主轴偏心距(29)偏心摆动，偏摆主轴(54)的偏心摆动迫使各偏心凸轮轴(51)与圆柱形永磁铁(47)—起同步转动，使圆柱形永磁铁(47)端面的静态磁力线转变为动态磁力线。
[0050]所述的集群动态磁场控制抛光垫刚度的双面抛光装置，其特征在于圆柱形永磁铁
(47)的磁场强度在100Gs?5500Gs之间，方形磁铁(39)的磁场强度在200Gs?1200Gs之间，条形永磁铁(25)的磁场强度在2000Gs?4000Gs之间，安装于同一个磁铁安装座(46)的圆柱形永磁铁(47)相邻之间异极分布，安装在不同磁铁安装座(46)的圆柱形永磁铁(47)两两互相对应，且接近短磁极异向。
[0051]本实施例的集群动态磁场控制抛光垫刚度的双面抛光装置中，该工作槽(10)、铰板(40)、夹板(41)、固定铰(44)、连杆(45)、壳体(11)、轴承盖板(35)、轴承座板(36)、磁铁安装座(46)、隔套(49)、螺母(50)、偏心凸轮轴(51)、偏摆主轴(54)、槽型端盖(9)为不锈钢、镁铝合金和陶瓷等非导磁性材料，且工作槽(10)、铰板(40)、夹板(41)、固定铰(44)、连杆
(45)、和槽型端盖(9)具有采用不锈钢材料制作。
[0052]本实施例的集群动态磁场控制抛光垫刚度的双面抛光装置中，左齿轮(69)、右齿轮(70)、上齿轮(71)、下齿轮(72)的参数相同，且左齿轮(69)与右齿轮(70)之间的距离刚好等于槽型端盖(9)安装好时上齿轮(71)与下齿轮(72)的距离，左齿轮(69)、右齿轮(70)、上齿轮(71)、下齿轮(72)刚好能与保持架(59)相啮合。当步进电机(73)工作时，能带动上齿轮
(71)转动，上齿轮(71)带动保持架(59)转动，与此同时，保持架(59)带动左齿轮(69)、右齿轮(70)和下齿轮(72)转动，从而在保持架(59)转动的同时带动工件(68)转动，实现了工件的自旋转运动，从而能使夹板(41)遮挡的部分也能被加工到，实现工件(68)的均等加工。
[0053]本实施例的集群动态磁场控制抛光垫刚度的双面抛光装置中，夹板(41)为可以为如图5和图6所示的圆弧状长条结构，由于保持架(59)和工件(68)可能会阻挡夹板(41)，因而将夹板(41)设计成圆弧状的长条结构，可以保证夹板(41)采用最小的面积保证对保持架
(59)和工件(68)的有效夹紧，并且使工件(68)被夹紧之外的部分被磁流变液加工。
[0054]本实施例的集群动态磁场控制抛光垫刚度的双面抛光装置中，工作槽(10)下底面向右边具有较大的斜度，右下角具有与螺栓(74)配合的螺纹通孔。
[0055]实施例2:
[0056]采用所述的集群动态磁场控制抛光垫刚度的双面抛光装置的抛光方法对对尺寸为10mm X 10mm的正方形TFT-1XD玻璃基板进行双面抛光垫步骤为:
[0057]I)根据TFT-LCD玻璃基板的尺寸和材料性能，设计与工件尺寸相匹配的集群动态磁场控制抛光垫刚度的双面抛光装置，选择直径为I Omm高度为15mm、磁场强度为3800Gs的圆柱形永磁铁(47)安装于集群动态磁场控制抛光垫刚度的双面抛光装置内，转动旋转把手
(8)使条形永磁铁(25)的磁极方向与方形磁铁(39)垂直，制备与工件形状和厚度相适应的圆形保持架；
[0058]2)根据TFT-LCD玻璃基板的形状，选用耐酸碱腐蚀塑料制作保持架(59)，保持架
[59]厚度约为工件厚度2/3，且模数与左齿轮(69)相同；
[0059]3)如图5所示，将TFT-1XD玻璃基板通过保持架(59)固定并放置于圆形保持架中间匹配的孔内，并放置于工作槽(10)内的夹板(41)之间，使保持架(59)在重力作用下与左齿轮(69)、右齿轮(70)和下齿轮(72)啮合，转动旋转把手(8)使条形永磁铁(25)的磁极方向与方形磁铁(39)磁极方向一致，拱形电工软铁块(23)在条形永磁铁(25)作用下迅速磁化产生吸力吸紧方形磁铁(39)，从而通过铰板(40)、夹板(41)、固定铰(44)、连杆(45)的相互作用下拉动夹板(41)产生夹紧力夹紧TFT-LCD玻璃基板和固定保持架(59);
[0060]4)通过在去离子水中加入浓度为4%的微米级氧化铝磨料和浓度为3%的亚微米级氧化铝磨料，去离子水中加入浓度为8 %的亚微级羰基铁粉及浓度为5 %的微米级羰基铁粉，及加入浓度为5 %的分散剂和浓度为2 %的防锈剂，充分搅拌后通过超声波震动15分钟，然后加入能与TFT-LCD玻璃基板发生化学反应的浓度为3%的黄水，再通过超声波震动5分钟，形成磁流变液(42);
[0061]5)将磁流变液(42)倒入工作槽(10)内使磁流变液漫过工件(68)，盖上槽型端盖
(9)，启动平动直线电机(20)调节磁铁安装座(46)端面到工作槽(10)前后两侧的距离为2mm，磁流变液(42)在阵列圆柱形永磁铁(47)的作用下迅速固化为柔性抛光垫，磁极交错对称的结构实现抛光垫对工件(68)的压力平衡；
[0062]6)开启步进电机(73)驱动上齿轮(71)转动并带动固定保持架(59)和工件(68)旋转，同时驱动电机(60)工作，在小带轮(32)、大带轮(53)和V型带(31)的作用下带动偏摆主轴(54)绕主轴偏心距(29)偏心摆动，偏摆主轴(54)的偏心摆动迫使各偏心凸轮轴(51)与圆柱形永磁铁(47)—起同步转动，使圆柱形永磁铁(47)端面的静态磁力线转变为动态磁力线，动态磁力线促使磁流变液(42)形成的柔性抛光垫动态分布而降低柔性抛光垫的刚度并促使柔性抛光垫性能的恢复磨料更新自锐；
[0063]7)盖上槽型端盖使上齿轮与圆形保持架啮合，启动步进电机带动圆形保持架和工件旋转，启动水平直线电机(3)和垂直直线电机(7)带动工作槽(10)和工件(68)实现阿基米德平面运动，从而TFT-LCD玻璃基板与磁流变液(42)形成的柔性抛光垫形成一个复杂的类瀑布流运动，TFT-LCD玻璃基板表面材料在黄水作用下迅速腐蚀，磁流变液(42)形成的柔性抛光垫实现对腐蚀层和TFT-LCD玻璃基板表面材料的机械去除；
[0064]8)加工过程中通过启动平动直线电机(20)调节磁铁安装座(46)端面到工作槽
(10)前后两侧的距离在60分钟内从2mm逐渐变大到10mm，促使磁流变液(42)形成的柔性抛光垫刚度逐渐降低，降低施加于工件(68)的作用力，完成TFT-LCD玻璃基板粗加工到精加工全过程；
[0065]9)停止水平直线电机(3)和垂直直线电机(7)，停止电机(60)和所述步进电机，取下槽型端盖，转动旋转把手(8)使条形永磁铁(25)的磁极方向与方形磁铁(39)磁极方向相反，拱形电工软铁块(23)在条形永磁铁(25)作用下迅速磁化产生排斥力推动方形磁铁(39)，从而通过铰板(40)、夹板(41)、固定铰(44)、连杆(45)的相互作用下推动夹板(41)打开而释放TFT-1XD玻璃基板，取出加工完成的TFT-1XD玻璃基板。
[0066]10)在完成加工后，还可以启动平动直线电机(20)调节磁铁安装座(46)端面到工作槽(10)前后两侧的距离为10mm，松开螺栓(74)，将已完成加工的磁流变液(42)排出工作槽(1)0
[0067]实施例3:
[0068]本实施例与实施例2的区别是:本实施例是对直径为10mm的单晶硅基片进行双面抛光，本发明集群动态磁场控制抛光垫刚度的双面抛光装置的抛光方法，包括如下步骤:
[0069]I)根据单晶硅基片的尺寸和材料性能，设计与工件尺寸相匹配的集群动态磁场控制抛光垫刚度的双面抛光装置，选择直径为15mm高度为15mm、磁场强度为4200Gs的圆柱形永磁铁(47)安装于集群动态磁场控制抛光垫刚度的双面抛光装置内，转动旋转把手(8)使条形永磁铁(25)的磁极方向与方形磁铁(39)垂直，制备与工件形状和厚度相适应的圆形保持架；
[0070]2)根据单晶硅基片的形状，选用耐酸碱腐蚀塑料制作保持架(59)，保持架(59)厚度约为工件厚度2/3，且模数与左齿轮(69)相同；
[0071]3)如图6所示，将单晶硅基片通过保持架(59)固定并放置于圆形保持架中间匹配的孔内，并放置于工作槽(10)内的夹板(41)之间，使保持架(59)在重力作用下与左齿轮(69)、右齿轮(70)和下齿轮(72)啮合，转动旋转把手(8)使条形永磁铁(25)的磁极方向与方形磁铁(39)磁极方向一致，拱形电工软铁块(23)在条形永磁铁(25)作用下迅速磁化产生吸力吸紧方形磁铁(39)，从而通过铰板(40)、夹板(41)、固定铰(44)、连杆(45)的相互作用下拉动夹板(41)产生夹紧力夹紧单晶硅基片和固定保持架(59);
[0072]4)通过在去离子水中加入浓度为3%的微米级氧化铈磨料和浓度为2%的纳米级金刚石磨料，去离子水中加入浓度为5%的亚微级羰基铁粉及浓度为3%的微米级羰基铁粉，及加入浓度为4 %的分散剂和浓度为2 %的防锈剂，充分搅拌后通过超声波震动10分钟，然后加入能与单晶硅基片发生化学反应的浓度为2%的酸性溶液，再通过超声波震动5分钟，形成磁流变液(42);
[0073]5)将磁流变液(42)倒入工作槽(10)内使磁流变液漫过工件(68)，盖上槽型端盖
(9)，启动平动直线电机(20)调节磁铁安装座(46)端面到工作槽(10)前后两侧的距离为Imm，磁流变液(42)在阵列圆柱形永磁铁(47)的作用下迅速固化为柔性抛光垫，磁极交错对称的结构实现抛光垫对工件(68)的压力平衡；
[0074]6)开启步进电机(73)驱动上齿轮(71)转动并带动固定保持架(59)和工件(68)旋转，同时驱动电机(60)工作，在小带轮(32)、大带轮(53)和V型带(31)的作用下带动偏摆主轴(54)绕主轴偏心距(29)偏心摆动，偏摆主轴(54)的偏心摆动迫使各偏心凸轮轴(51)与圆柱形永磁铁(47)—起同步转动，使圆柱形永磁铁(47)端面的静态磁力线转变为动态磁力线，动态磁力线促使磁流变液(42)形成的柔性抛光垫动态分布而降低柔性抛光垫的刚度并促使柔性抛光垫性能的恢复和磨料更新自锐；
[0075]7)盖上槽型端盖使上齿轮与圆形保持架啮合，启动步进电机带动圆形保持架和工件旋转，启动水平直线电机(3)和垂直直线电机(7)带动工作槽(10)和工件(68)实现精密螺旋型平面运动，从而单晶硅基片与磁流变液(42)形成的柔性抛光垫形成一个复杂的类瀑布流运动，单晶硅基片表面材料在酸性溶液作用下迅速腐蚀，磁流变液(42)形成的柔性抛光垫实现对腐蚀层和单晶硅基片表面材料的机械去除；
[0076]8)加工过程中通过启动平动直线电机(20)调节磁铁安装座(46)端面到工作槽(10)前后两侧的距离在30分钟内从Imm逐渐变大到5mm，促使磁流变液(42)形成的柔性抛光垫刚度逐渐降低，降低施加于工件(68)的作用力，完成单晶硅基片粗加工到精加工全过程；
[0077]9)停止水平直线电机(3)和垂直直线电机(7)，停止电机(60)和所述步进电机，取下槽型端盖，转动旋转把手(8)使条形永磁铁(25)的磁极方向与方形磁铁(39)磁极方向相反，拱形电工软铁块(23)在条形永磁铁(25)作用下迅速磁化产生排斥力推动方形磁铁(39)，从而通过铰板(40)、夹板(41)、固定铰(44)、连杆(45)的相互作用下推动夹板(41)打开而释放单晶娃基片，取出加工完成的单晶娃基片。
[0078]10)在加工完成后，还可以启动平动直线电机(20)调节磁铁安装座(46)端面到工作槽(10)前后两侧的距离为10mm，松开螺栓(74)，将已完成加工的磁流变液(42)排出工作槽(1)0
[0079]实施例4:
[0080]本实施例与实施例2的区别是:本实施例是对直径为10mm的单晶SiC基片进行双面抛光，本发明集群动态磁场控制抛光垫刚度的双面抛光装置的抛光方法，包括如下步骤:
[0081]I)根据单晶SiC基片的尺寸和材料性能，设计与工件尺寸相匹配的集群动态磁场控制抛光垫刚度的双面抛光装置，选择直径为15_高度为20mm、磁场强度为5200Gs的圆柱形永磁铁(47)安装于集群动态磁场控制抛光垫刚度的双面抛光装置内，转动旋转把手(8)使条形永磁铁(25)的磁极方向与方形磁铁(39)垂直，制备与工件形状和厚度相适应的圆形保持架；
[0082]2)根据单晶SiC基片的形状，选用耐酸碱腐蚀塑料制作保持架(59)，保持架(59)厚度约为工件厚度2/3，且模数与左齿轮(69)相同；
[0083]3)如图6所示，将单晶SiC基片通过保持架(59)固定并放置于圆形保持架中间匹配的孔内，并放置于工作槽(10)内的夹板(41)之间，使保持架(59)在重力作用下与左齿轮(69)、右齿轮(70)和下齿轮(72)啮合，转动旋转把手(8)使条形永磁铁(25)的磁极方向与方形磁铁(39)磁极方向一致，拱形电工软铁块(23)在条形永磁铁(25)作用下迅速磁化产生吸力吸紧方形磁铁(39)，从而通过铰板(40)、夹板(41)、固定铰(44)、连杆(45)的相互作用下拉动夹板(41)产生夹紧力夹紧单晶SiC基片和固定保持架(59);
[0084]4)通过在去离子水中加入浓度为5%的微米级金刚石磨料和浓度为3%的纳米级金刚石磨料，去离子水中加入浓度为5%的亚微级羰基铁粉及浓度为2%的微米级羰基铁粉，及加入浓度为3 %的分散剂和浓度为2 %的防锈剂，充分搅拌后通过超声波震动10分钟，然后加入能与单晶SiC基片发生芬顿反应的三价铁离子，再通过超声波震动2分钟，形成磁流变液(42);
[0085]5)上紧螺栓(74)，将磁流变液(42)倒入工作槽(10)内使磁流变液漫过工件(68)，盖上槽型端盖(9)，启动平动直线电机(20)调节磁铁安装座(46)端面到工作槽(10)前后两侧的距离为0.5mm，磁流变液(42)在阵列圆柱形永磁铁(47)的作用下迅速固化为柔性抛光垫，磁极交错对称的结构实现抛光垫对工件(68)的压力平衡；
[0086]6)开启步进电机(73)驱动上齿轮(71)转动并带动固定保持架(59)和工件(68)旋转，同时驱动电机(60)工作，在小带轮(32)、大带轮(53)和V型带(31)的作用下带动偏摆主轴(54)绕主轴偏心距(29)偏心摆动，偏摆主轴(54)的偏心摆动迫使各偏心凸轮轴(51)与圆柱形永磁铁(47)—起同步转动，使圆柱形永磁铁(47)端面的静态磁力线转变为动态磁力线，动态磁力线促使磁流变液(42)形成的柔性抛光垫动态分布而降低柔性抛光垫的刚度并促使柔性抛光垫性能的恢复和磨料更新自锐；
[0087]7)盖上槽型端盖使上齿轮与圆形保持架啮合，启动步进电机带动圆形保持架和工件旋转，启动水平直线电机(3)和垂直直线电机(7)带动工作槽(10)和工件(68)实现预设轨迹的平面相对运动，从而单晶SiC基片与磁流变液(42)形成的柔性抛光垫形成一个复杂的类瀑布流运动，单晶SiC基片表面材料在三价铁离子的芬顿作用下迅速腐蚀，磁流变液(42)形成的柔性抛光垫实现对腐蚀层和单晶SiC基片表面材料的机械去除；
[0088]8)加工过程中通过启动平动直线电机(20)调节磁铁安装座(46)端面到工作槽(10)前后两侧的距离在60分钟内从0.5mm逐渐变大到5mm，促使磁流变液(42)形成的柔性抛光垫刚度逐渐降低，降低施加于工件(68)的作用力，完成单晶SiC基片粗加工到精加工全过程；
[0089]9)停止水平直线电机(3)和垂直直线电机(7)，停止电机(60)和所述步进电机，取下槽型端盖，转动旋转把手(8)使条形永磁铁(25)的磁极方向与方形磁铁(39)磁极方向相反，拱形电工软铁块(23)在条形永磁铁(25)作用下迅速磁化产生排斥力推动方形磁铁(39)，从而通过铰板(40)、夹板(41)、固定铰(44)、连杆(45)的相互作用下推动夹板(41)打开而释放单晶SiC基片，取出加工完成的单晶SiC基片。
[0090]10)在加工完成后，启动平动直线电机(20)调节磁铁安装座(46)端面到工作槽(10)前后两侧的距离为10mm，松开螺栓(74)，将已完成加工的磁流变液(42)排出工作槽(1)0
[0091]实施例5:
[0092]本实施例与实施例2的区别是:本实施例是对直径为10mm的电子陶瓷基片进行双面抛光，该集群动态磁场控制抛光垫刚度的双面抛光装置的抛光方法，包括如下步骤:
[0093]I)根据电子陶瓷基片的尺寸和材料性能，设计与工件尺寸相匹配的可变刚度集群磁控瀑布流双面抛光装置，选择直径为15mm高度为15mm、磁场强度为4200Gs的的圆柱形永磁铁(47)安装于可变刚度集群磁控瀑布流双面抛光装置内，转动旋转把手(8)使条形永磁铁(25)的磁极方向与方形磁铁(39)垂直，制备与工件形状和厚度相适应的圆形保持架；
[0094]2)根据电子陶瓷基片的形状，选用环氧树脂制作保持架(59)，保持架(59)厚度约为工件厚度2/3，且模数与左齿轮(69)相同；
[0095]3)如图6所示，将电子陶瓷基片通过保持架(59)固定并放置于圆形保持架中间匹配的孔内，并放置于工作槽(10)内的夹板(41)之间，使保持架(59)在重力作用下与左齿轮
(69)、右齿轮(70)和下齿轮(72)啮合，转动旋转把手(8)使条形永磁铁(25)的磁极方向与方形磁铁(39)磁极方向一致，拱形电工软铁块(23)在条形永磁铁(25)作用下迅速磁化产生吸力吸紧方形磁铁(39)，从而通过铰板(40)、夹板(41)、固定铰(44)、连杆(45)的相互作用下拉动夹板(41)产生夹紧力夹紧电子陶瓷基片和固定保持架(59);
[0096]4)通过在去离子水中加入浓度为3%的微米碳化硅磨料和浓度为2%的纳米级碳化硅磨料，去离子水中加入浓度为5%的亚微级羰基铁粉及浓度为3 %的微米级羰基铁粉，及加入浓度为4%的分散剂和浓度为2%的防锈剂，充分搅拌后通过超声波震动10分钟，形成磁流变液(42);
[0097]5)上紧螺栓(74)，将磁流变液(42)倒入工作槽(10)内使磁流变液漫过工件(68)，盖上槽型端盖(9)，启动平动直线电机(20)调节磁铁安装座(46)端面到工作槽(10)前后两侧的距离为1.2mm，磁流变液(42)在阵列圆柱形永磁铁(47)的作用下迅速固化为柔性抛光垫，磁极交错对称的结构实现抛光垫对工件(68)的压力平衡；
[0098]6)开启步进电机(73)驱动上齿轮(71)转动并带动固定保持架(59)和工件(68)旋转，同时驱动电机(60)工作，在小带轮(32)、大带轮(53)和V型带(31)的作用下带动偏摆主轴(54)绕主轴偏心距(29)偏心摆动，偏摆主轴(54)的偏心摆动迫使各偏心凸轮轴(51)与圆柱形永磁铁(47)—起同步转动，使圆柱形永磁铁(47)端面的静态磁力线转变为动态磁力线，动态磁力线促使磁流变液(42)形成的柔性抛光垫动态分布而降低柔性抛光垫的刚度并促使柔性抛光垫的性能恢复和磨料更新自锐；
[0099]7)盖上槽型端盖使上齿轮与圆形保持架啮合，启动步进电机带动圆形保持架和工件旋转，启动水平直线电机(3)和垂直直线电机(7)带动工作槽(10)和工件(68)实现精密螺旋型平面运动，从而电子陶瓷基片与磁流变液(42)形成的柔性抛光垫形成一个复杂的类瀑布流运动，磁流变液(42)形成的柔性抛光垫实现对电子陶瓷基片表面材料的机械去除；
[0100]8)加工过程中通过启动平动直线电机(20)调节磁铁安装座(46)端面到工作槽
(10)前后两侧的距离在30分钟内从1.2mm逐渐变大到7mm，促使磁流变液(42)形成的柔性抛光垫刚度逐渐降低，降低施加于工件(68)的作用力，完成电子陶瓷基片粗加工到精加工全过程；
[0101]9)停止水平直线电机(3)和垂直直线电机(7)，停止电机(60)并停止步进电机
(73)，打开上槽型端盖(9)，转动旋转把手(8)使条形永磁铁(25)的磁极方向与方形磁铁
(39)磁极方向相反，拱形电工软铁块(23)在条形永磁铁(25)作用下迅速磁化产生排斥力推动方形磁铁(39)，从而通过铰板(40)、夹板(41)、固定铰(44)、连杆(45)的相互作用下推动夹板(41)打开而释放电子陶瓷基片，取出加工完成的电子陶瓷基片。
[0102]10)启动平动直线电机(20)调节磁铁安装座(46)端面到工作槽(10)前后两侧的距离为I Omm，松开螺栓(74)，将已完成加工的磁流变液(42)排出工作槽(1)。
[0103]本发明的集群动态磁场控制抛光垫刚度的双面抛光装置，首先通过巧妙地应用软磁性材料的磁化、退磁快的特性和条形永久磁铁中间磁场极弱而两端磁场极强的特性，实现了具有弱磁极作为引子的平行四边形装夹机构在密闭空间内对工件的快速装夹;其次本发明创新地采用磁极交错对称的结构实现抛光垫对工件的压力平衡，并且通过偏心凸轮结构实现偏摆主轴摆动，而偏心主轴的摆动实现了众多具有相同偏心距的偏心凸轮轴旋转，从而突破性地实现了众多紧密阵列排布的永磁铁在同步转动而使磁极端面的静态磁力线转变为交互的动态磁力线，动态磁力线促使磁流变液形成的柔性抛光垫动态分布而降低柔性抛光垫的刚度并促使柔性抛光垫性能的恢复;加工过程中通过对称调节可变刚度集群磁控抛光垫发生机构端面与工件表面的距离，能很好地实现一次加工即可完成工件双面粗抛光到精抛光的全过程;采用水平和垂直直线电机组合的方式实现工件的复杂运动轨迹，避免了传统加工过程中工件不同位置与抛光垫之间的相对速度不一致而造成工件加工不均匀的重要问题；同时，本发明的集群动态磁场控制抛光垫刚度的双面抛光装置适用于普通的磁流变双面抛光和磁流变化学机械双面抛光，所需的磁流变液只需填充到一个极小的密闭工作区域中，大大节省了耗材的成本。可见，采用本发明所获得的工件表面一致性好，加工效率高，而且无表面和亚表面损伤，而且成本低，非常适合大直径光学元件的平面高效率超光滑均勾抛光加工。
[0104]以上对本发明所提供的一种集群动态磁场控制抛光垫刚度的双面抛光装置和方法进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在【具体实施方式】及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
【主权项】
1.一种集群动态磁场控制抛光垫刚度的双面抛光装置，其特征在于，包括:可变刚度集群磁控抛光垫发生机构、工件快速装夹机构和工件运动驱动机构； 所述可变刚度集群磁控抛光垫发生机构包括对称设置的第一磁场发生块和第二磁场发生块;所述第一磁场发生块和第二磁场发生块均包括:壳体、偏摆主轴、偏心凸轮轴、磁铁安装座、永磁铁和电机； 偶数个永磁铁一端安装在具有偶数阵列孔的磁铁安装座上，另一端安装于偏心凸轮轴的端面内；偏摆主轴的大端与偏心凸轮轴连接，偏摆主轴的轴端连接固定在壳体上；电机固定在壳体上，通过传动结构带动所述偏摆主轴转动； 所述第一磁场发生块和第二磁场发生块在相向移动机构的带动下前后相向运动； 所述工件快速装夹机构包括工作槽、夹板、连杆、铰板、固定铰、方形磁铁、电工软铁块、圆环形铸铁和条形永磁铁； 所述工作槽设置于所述第一磁场发生块和第二磁场发生块之间，其中部形成一容置工件的加工空间；所述工作槽的两端均设有夹板，所述夹板的外侧面通过两条平行设置的连杆与所述工作槽的内壁活动连接;所述工作槽内壁、所述夹板和两条对应的所述连杆之间组成平行四边形;所述夹板两端面之间为圆环状结构伸入所述加工空间内夹持住所述工件，所述夹板一端与铰板的一端活动连接，所述铰板的另一端通过活动铰链与固定铰的一端连接;所述固定铰的另一端与安装有所述方形磁铁的方形防护套固定连接;两块电工软铁块设置在所述工作槽的两端，与两个所述方形磁铁匹配设置;所述电工软铁块通过黄铜连接一中间具有圆柱孔的长方体，圆柱孔内安装有所述圆环形铸铁，所述条形永磁铁安装于所述圆环形铸铁内； 所述工件运动驱动机构包括支撑块、横梁、水平直线电机、垂直梁和垂直直线电机;支撑块对称位于所述双面抛光装置的底座上方，上方安装有横梁的水平直线电机两端固定于支撑块的上方，所述横梁两端固定安装有垂直梁，所述垂直梁上安装有垂直直线电机，所述工作槽左右两侧面固定在所述垂直直线电机上。2.根据权利要求1所述的集群动态磁场控制抛光垫刚度的双面抛光装置，其特征在于，所述相向移动机构包括:平动直线电机、精密双面齿条和两个精密单面齿条； 所述平动直线电机安装在所述底座上方，平动直线电机上安装有对称结构的精密双面齿条，精密双面齿条两侧分别通过齿轮与两个精密单面齿条啮合;两个所述精密单面齿通过前后方向的直线导轨安装于底座上，并分别布置于所述精密双面齿条的两侧； 所述第一磁场发生块和第二磁场发生块的壳体分别与所述精密双面齿条和两个所述精密单面齿条连接。3.根据权利要求1所述的集群动态磁场控制抛光垫刚度的双面抛光装置，其特征在于，所述传动结构包括小带轮、大带轮、小平键、大平键和V型带； 所述小带轮和大带轮分别通过小平键和大平键固定于所述电机的电机轴和所述偏摆主轴上，小带轮和大带轮之间通过所述V型带连接。4.根据权利要求1所述的集群动态磁场控制抛光垫刚度的双面抛光装置，其特征在于，偏摆主轴的轴端轴承位置存在着主轴偏心距，偏心凸轮轴的小端轴承位置存在着凸轮轴偏心距，所述主轴偏心距和凸轮轴偏心距的数值相等，偏心方向相反。5.根据权利要求1所述的集群动态磁场控制抛光垫刚度的双面抛光装置，其特征在于，所述永磁铁的磁场强度在100Gs?5500Gs之间，方形磁铁的磁场强度在200Gs?1200Gs之间，条形永磁铁的磁场强度在2000Gs?4000Gs之间，安装于同一个所述磁铁安装座的圆柱形永磁铁相邻之间异极分布，安装在不同所述磁铁安装座的圆柱形永磁铁两两互相对应，且接近短磁极异向。6.根据权利要求1所述的集群动态磁场控制抛光垫刚度的双面抛光装置，其特征在于，所述工件快速装夹机构还包括用于放置工件的圆形保持架，以及设置在所述保持架周围并与所述保持架的圆弧边相互啮合的左齿轮、右齿轮、上齿轮和下齿轮； 所述左齿轮、右齿轮、上齿轮和下齿轮安装在所述工作槽内，其中，所述左齿轮和所述右齿轮对称安装，所述上齿轮和所述下齿轮对称安装； 所述左齿轮、右齿轮、上齿轮和下齿轮中至少一个与步进电机连接。7.—种集群动态磁场控制抛光垫刚度的双面抛光方法，应用于如权利要求1至6中任一项所述的集群动态磁场控制抛光垫刚度的双面抛光装置，其特征在于，包括: 步骤一、根据工件的尺寸和材料性能，选取相应磁场强度的所述永磁铁，并调节条形永磁铁的位置使条形永磁铁的磁极方向与方形磁铁垂直； 步骤二、将工件放置于工作槽内并使工件边缘除于夹板之间，调节条形永磁铁的位置使条形永磁铁的磁极方向与方形磁铁磁极方向一致，电工软铁块在条形永磁铁作用下迅速磁化产生吸力吸紧方形磁铁，从而通过铰板、夹板、固定铰、连杆的相互作用下拉动夹板产生夹紧力夹紧所述工件； 步骤三、通过在去离子水中加入如下三种磨料中的至少两种磨料，三种磨料分别是浓度为3 %?8 %的微米级磨料、浓度为3 %?10 %的亚微米级磨料、浓度为2 %?10 %的纳米级磨料，及去离子水中加入浓度为5 %?20 %的亚微级羰基铁粉及浓度为5 %?25 %的微米级羰基铁粉，及加入浓度为3 %?15 %的分散剂和浓度为I %?6 %的防锈剂，充分搅拌后通过超声波震动5?30分钟，然后选择性加入能与工件发生化学反应的浓度为I %?10 %的化学液体，选择性加入能促成工件与化学液体反应速度的催化剂，再通过超声波震动2?10分钟，形成磁流变液； 步骤四、将所述磁流变液倒入工作槽内使磁流变液漫过工件，通过所述相向移动机构调节磁铁安装座端面到工作槽前后两侧的距离为0.5_?10mm，磁流变液在形成阵列的所述永磁铁的作用下迅速固化为柔性抛光垫，磁极交错对称的结构实现抛光垫对工件的压力平衡； 步骤五、启动电机，带动偏摆主轴绕主轴偏心距偏心摆动，偏摆主轴的偏心摆动迫使各偏心凸轮轴与圆柱形永磁铁一起同步转动，使圆柱形永磁铁端面的静态磁力线转变为动态磁力线； 步骤六、启动水平直线电机和垂直直线电机带动工作槽和工件运动，使工件与磁流变液形成的柔性抛光垫形成预设轨迹的平面相对运动，磁流变液形成的柔性抛光垫同时对工件的两表面材料以及腐蚀层进行机械去除； 步骤七、在加工过程中通过所述相向移动机构调节磁铁安装座端面到工作槽前后两侧的距离逐渐变大，促使磁流变液形成的柔性抛光垫刚度进一步逐渐降低，降低施加于工件的作用力，完成工件粗加工到精加工全过程； 步骤八、停止所述水平直线电机、垂直直线电机和所述电机，调节条形永磁铁的位置使条形永磁铁的磁极方向与方形磁铁磁极方向相反，释放并取出工件。8.根据权利要求7所述的集群动态磁场控制抛光垫刚度的双面抛光装置，其特征在于，所述工件为玻璃基板、单晶SiC基片、单晶Si基片、蓝宝石基片、多晶半导体基片、陶瓷基片或金属基片。
【文档编号】B24B27/00GK105904333SQ201610406771
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年6月8日
【发明人】潘继生, 阎秋生, 李卫华
【申请人】广东工业大学