CN115464471A - 一种可自适应非规则复杂曲面的超声辅助抛光加工装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种可自适应非规则复杂曲面的超声辅助抛光加工装置，涉及超精密加工技术领域，为解决现有技术在抛光非规则复杂曲面时，因工件表面凹凸不平而难以进行精密抛光加工工序的问题，本装置主要包括抛光头模块、超声辅助模块、多自由度机械手；工作时，抛光头经超声振动对工件进行旋转抛光，抛光头模块的软支撑体可以自适应不规则复杂曲面，抛光头的每一根刷毛为空心结构，在抛光头旋转的同时，抛光液可以从刷毛中流出，从而实现化学机械抛光非规则复杂曲面的工件，提高非规则复杂曲面的抛光效率。

Description

一种可自适应非规则复杂曲面的超声辅助抛光加工装置
技术领域
本发明涉及一种抛光加工装置，具体涉及一种可自适应非规则复杂曲面的超声辅助抛光加工装置，属于抛光加工技术领域。
技术背景
在机械加工中，抛光是应用较为广泛的材料加工方法之一，属于精加工。
化学机械抛光技术(Chemical Mechanical Polishing，简称CMP)是集成电路制造中获得全局平坦化的一种重要手段，其作用机理是使工件表面材料与抛光液中的氧化剂、催化剂等发生化学反应，生成一层相对容易去除的软质层，然后在抛光液中的磨料和抛光头上刷头的机械作用下去除软质层，在化学作用过程和机械作用过程的交替进行中完成工件的表面抛光。
现有的CMP抛光技术多为抛光垫抛光，可以通过研究抛光垫的材料，抛光垫上的纹路等来有效的降低抛光后材料的微裂纹、残余应力、相变、位错、波纹等表面/亚表面损伤，但以上这种抛光方法大多适用于多表面较为平整的工件，对于非规则复杂曲面的工件，用传统抛光垫抛光的方法难以对工件表现的凹陷及凸出部位进行抛光，从而难以达到预期抛光的效果，严重影响后期工件使用质量。
本发明专利提供了一种可自适应非规则复杂曲面的超声辅助抛光加工装置。从已掌握的文献来看，通过采用抛光头的特殊结构进而自适应抛光非规则复杂曲面的超声辅助CMP抛光尚未见报道。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种可自适应非规则复杂曲面的超声辅助抛光加工装置，用于解决现有技术中的对非规则复杂曲面工件难以进行抛光工作，抛光头无法自适应非规则复杂曲面，对工件表现的凹陷及凸出部位抛光不到位，从而难以达到预期抛光的效果，严重影响后期工件使用质量等问题。
采用软支撑体结构来自适应不规则复杂曲面的工件表面，使抛光刷头更加贴合不规则复杂曲面的工件表面，同时在进行抛光工作过程中，抛光刷头会喷出抛光液，附加上对抛光模块的超声振动，从而实现了对不规则复杂曲面的工件表面超声振动辅助CMP抛光。
为实现上述目的及其他目的，本发明提供了一种可自适应非规则复杂曲面的超声辅助抛光加工装置，具体包括抛光头模块、超声辅助模块、多自由度机械手；所述的抛光头模块与超声振动模块连接，所述的超声振动模块安装在多自由度的机械手末端；所述的抛光头模块还包括导液固定块、软支撑体、刷头；所述的导液固定块通过滑动轴承安装在旋转主轴上；所述的软支撑体设置于导液固定块下端，与导液固定块滑动连接，软支撑体为腔体结构；所述的刷头安装在软支撑体下端。
进一步的，所述的刷头表面设置有多个毛刷簇结构，每一个毛刷簇均匀沿抛光头模块的中轴线环形分布在软支撑体下底面。
进一步的，所述的毛刷簇由一根根刷毛组成，每一根刷毛都呈空心结构，为毛细管通道。
进一步的，所述的每一根刷毛与抛光头模块的中轴线呈一定的θ角度。
进一步的，所述的导液固定块上设置有导液通道，导液通道贯穿导液固定块；导液固定块与旋转主轴通过滑动轴承连接，从而实现当抛光头模块进行旋转抛光时，导液固定块不随抛光头模块一起转动；所述的软支撑体上表面设置于环形凹槽、密封圈、环形滑动轴承、感应开关；所述的环形凹槽上设置有第一出液孔；所述的软支撑体为腔体结构，第一出液孔与腔体结构接通，软支撑体上设置有感应开关，在第一出液孔的一侧；腔体结构内有第二出液孔；所述的第二出液孔设置在腔体结构内侧下部，与每一根刷毛的毛细管通道一一对应。
进一步的，所述的软支撑体选择热塑性弹性体材质制作，也可选择橡胶材质制作，优选受力可发生变形，能自适应非规则复杂曲面的弹性体材料。
进一步的，所述的超声辅助模块包括：超声振动发生器、变幅杆，所述的超声振动发生器与多自由度机械手末端相连接，变幅杆设置在超声振动发生器下端。
附图说明
图1为本发明一种可自适应非规则复杂曲面的超声辅助抛光加工装置的整体结构示意图。
图2为本发明抛光刷头正视图。
图3为本发明抛光刷头剖视图。
图4为本发明抛光刷头毛刷放大图。
图5为本发明抛光头的等轴视图。
图中零部件名称及序号：
1-抛光头模块，2-超声振动模块，3-多自由度机械手，101-导液固定块，102-软支撑体，103-刷头，10101-导液通道，10102-滑动轴承，10201-环形凹槽，10201a-第一出液孔，10202-密封圈，10203-环形滑动轴承，10204-腔体结构，10204a-第二出液孔，10205-感应开关，10301-毛刷簇，10301a-刷毛，10301b-毛细管通道，201-超声振动发生器，202-变幅杆。
具体实施方案
具体实施方案如下：
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸。
本发明提供了一种多自由度超声辅助抛光非规则复杂曲面加工装置，其特征在于，包括抛光头模块1、超声辅助模块2、多自由度机械手3；所述的抛光头模块1与超声振动模块2连接，所述的超声振动模块2安装在多自由度的机械手3末端；所述的抛光头模块1还包括导液固定块101、软支撑体102、刷头103；所述的导液固定块101通过滑动轴承安装在旋转主轴上；所述的软支撑体102设置于导液固定块101下端，与导液固定块101滑动连接，软支撑体102为腔体结构；所述的刷头103安装在软支撑体102下端。
所述的刷头103表面设置有多个毛刷簇10301结构，每一个毛刷簇10301均匀沿抛光头模块1的中轴线环形分布在软支撑体102下底面。
所述的毛刷簇10301由一根根刷毛10301a组成，每一根刷毛10301a都呈空心结构，为毛细管通道10301b。优选毛细管通道10301b的直径为0.2μm-0.6μm。在进行对非规则复杂曲面进行旋转抛光的同时，抛光液会从毛细管道喷出来，进而实现了对非规则复杂曲面的机械化学抛光。
所述的每一根刷毛10301a与抛光头模块1的中轴线呈一定的θ角度，θ为0°-55°，优选θ为17°-45°。刷毛与中轴线呈现一定的角度，从而在旋转抛光时达到更好的抛光效果。
所述的导液固定块101上设置有导液通道10101，导液通道10101贯穿导液固定块101；导液固定块101与旋转主轴通过滑动轴承10102连接，从而实现当抛光头模块1进行旋转抛光时，导液固定块101不随抛光头模块1一起转动；所述的软支撑体102上表面设置于环形凹槽10201、密封圈10202、环形滑动轴承10203、感应开关10205；所述的环形凹槽10201上设置有第一出液孔10201a，软支撑体102为腔体结构10204，第一出液孔10201a与腔体结构10204接通，软支撑体102上设置有感应开关10205，在第一出液孔一侧；所述的腔体结构10204内有第二出液孔10204a；所述的第二出液孔10204a设置在腔体结构10204内侧下部，与每一根刷毛10301a的毛细管通道10301b一一对应。抛光液通过导液通道10101流到软支撑体102上表面设置于环形凹槽10201内，在从第一出液口流出10201a，流入软支撑体102的腔体结构10204内，抛光液从第二出液孔10204a喷到毛细管通道10201b，最后经毛细管通道10201b喷出，当感应到刷毛10201a离开工件表面，感应开关10305关闭，抛光液停止从毛细管通道10301b喷出。
所述的软支撑体102选择热塑性弹性体材质制作，也可选择橡胶材质制作，优选受力可发生变形，能自适应非规则复杂曲面的弹性体材料。
所述的超声辅助模块2包括：超声振动发生器201、变幅杆202，所述的超声振动发生器201与多自由度机械手3末端相连接，变幅杆202设置在超声振动发生器201下端。在旋转抛光的同时，辅加上超声振动，从而实现了对非规则复杂曲面进行超声辅助CMP加工。
在本发明中，术语“第一”、“第二”、仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示的重要性；术语“上端”、“下端”等指示的方位为基于附图所示的方位，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指本发明对模型的限制仅为特定方向，因此，不能理解为对本发明的限制。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内，因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种可自适应非规则复杂曲面的超声辅助抛光加工装置，其特征在于，包括抛光头模块(1)、超声辅助模块(2)、多自由度机械手(3)；所述的抛光头模块(1)与超声振动模块(2)连接；所述的超声振动模块(2)安装在多自由度的机械手(3)末端；所述的抛光头模块(1)还包括导液固定块(101)、软支撑体(102)、刷头(103)；所述的导液固定块(101)通过滑动轴承安装在旋转主轴上；所述的软支撑体(102)设置于导液固定块(101)下端，与导液固定块(101)滑动连接，软支撑体(102)为腔体结构；所述的刷头(103)安装在软支撑体(102)下端。
2.如权利要求1所述的一种可自适应非规则复杂曲面的超声辅助抛光加工装置，其特征在于，所述的刷头(103)表面设置有多个毛刷簇(10301)结构，每一个毛刷簇(10301)均匀沿抛光头模块(1)的中轴线环形分布在软支撑体(102)下底面。
3.如权利要求2所述的一种可自适应非规则复杂曲面的超声辅助抛光加工装置，其特征在于，所述的毛刷簇(10301)由一根根刷毛(10301a)组成，每一根刷毛(10301a)都呈空心结构，为毛细管通道(10301b)。
4.如权利要求3所述的一种可自适应非规则复杂曲面的超声辅助抛光加工装置，其特征在于，所述的每一根刷毛(10301a)与抛光头模块(1)的中轴线呈一定的θ角度。
5.如权利要求1所述的一种可自适应非规则复杂曲面的超声辅助抛光加工装置，其特征在于，所述的导液固定块(101)上设置有导液通道(10101)，导液通道(10101)贯穿导液固定块(101)；导液固定块(101)与旋转主轴通过滑动轴承(10102)连接，从而实现当抛光头模块(1)进行旋转抛光时，导液固定块(101)不随抛光头模块(1)一起转动；所述的软支撑体(102)上表面设置于环形凹槽(10201)、密封圈(10202)、环形滑动轴承(10203)、感应开关(10205)；所述的环形凹槽(10201)上设置有第一出液孔(10201a)；所述的软支撑体(102)为腔体结构(10204)，第一出液孔(10201a)与腔体结构(10204)接通，腔体结构(10204)设置有感应开关(10205)，在第一出液孔(10201a)一侧；所述的腔体结构(10204)内有第二出液孔(10204a)；所述的第二出液孔(10204a)设置在腔体结构(10204)内侧下部，与每一根刷毛(10301a)的毛细管通道(10301b)一一对应。
6.如权利要求1所述的一种可自适应非规则复杂曲面的超声辅助抛光加工装置，其特征在于，所述的软支撑体(102)选择热塑性弹性体材质制作，也可选择橡胶材质制作，优选受力可发生变形，能自适应非规则复杂曲面的弹性体材料。
7.如权利要求1所述的一种可自适应非规则复杂曲面的超声辅助抛光加工装置，其特征在于，所述的超声辅助模块(2)包括：超声振动发生器(201)、变幅杆(202)，所述的超声振动发生器(201)与多自由度机械手(3)末端相连接，变幅杆(202)设置在超声振动发生器(201)下端。
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