DE60104609T2

DE60104609T2 - Vorrichung zum Strukturieren von Läppscheiben

Info

Publication number: DE60104609T2
Application number: DE60104609T
Authority: DE
Inventors: Derek J. Alvis
Original assignee: Agilent Technologies Inc
Current assignee: Agilent Technologies Inc
Priority date: 2000-07-18
Filing date: 2001-05-08
Publication date: 2005-08-11
Anticipated expiration: 2021-05-09
Also published as: JP2002283219A; EP1174215A1; EP1174215B1; DE60104609D1; US6539277B1

Description

Hintergrund
Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung bezieht sich auf ein System zum Strukturieren einer Läppoberfläche eines Polierwerkzeugs.
Beschreibung des Stands der Technik
Stetigpoliermaschinen („CP"-Maschinen; CP = continuous polishing = stetiges polieren) wurden verwendet, um Werkstücke zu polieren, um die Werkstücke mit äußerst flachen Oberflächen zu versehen. Eine typische CP-Maschine kann einen ringförmigen Läpptisch mit einem inneren Durchmesser von etwa 16 Zoll und einem äußeren Durchmesser von etwa 50 – 60 Zoll aufweisen. Für das Polieren von optischen Substraten, die beispielsweise aus Borosilikatkronoptikglas oder geschmolzenem Silika, wird Pech geschmolzen und auf die Oberfläche des Läpptisches gegossen. Das Pech ist eine viskose teerartige Substanz, die als ein Träger für ein Poliermittel dient, wie z. B. Zirkoniumoxid oder Ceroxid. Wenn es auf den Läpptisch aufgetragen wird, bildet das Pech eine harte Läppoberfläche zum Polieren der Fläche des Werkstücks. Verschiedene Formen von Beschichtungssubstanzen sind für einen Durchschnittsfachmann auf diesem Gebiet gut bekannt, und ein beispielhaftes Pech ist Gugolz Nr. 73 oder Nr. 82. Das Gugolz-Pech kann geschmolzen und dann über den Läpptisch gegossen werden, während der Tisch gedreht wird, um eine gleichmäßige Läppoberfläche zu bilden. Nach dem Abkühlen wird das Pech fest, um eine harte Läppoberfläche zu bilden.
Ein Schlamm, wie z. B. eine Verbindung aus destilliertem Wasser und Ceroxid, wird während dem Polieren auf die Läppoberfläche aufgebracht. Jedes Werkstück wird durch eine Trennwand in Position gehalten, und eine Abwärtskraft kann auf die Rückseite des Werkstücks ausgeübt werden, um die Vorderfläche gegen die drehende Läppoberfläche zu drücken. Die Trennwand wird in einem Drehring gehalten und ermöglicht es den Werkstücken, sich in dem Ring über die Läppoberfläche zu drehen.
Um eine gute Schlammverteilung zu ermöglichen und um Aquaplaning des Werkstücks zu verhindern, können Rillen in die harte Läppoberfläche geschnitten sein. Ein Verfahren zum Bereitstellen dieser Rillen ist das Ziehen eines Einpunktwerkzeugs oder eines Drehbohrers entlang der Läppoberfläche in einer radialen Richtung und/oder die Läppoberfläche zu drehen. Das Läppwerkzeug kann jedoch eventuell keine genaue Steuerung über die Drehung der Platte liefern und die Bewegung des Schneidewerkzeugs kann allgemein nur in der radialen Richtung gesteuert werden. Dieses Verfahren kann verwendet werden, um Rillen in runden, spiralförmigen oder radialen Strukturen auf der Läppoberfläche zu erzeugen, aber andere Strukturtypen sind schwierig oder unmöglich herzustellen. Außerdem kann das Polieren von Substraten unter Verwendung einer Läppoberfläche, die mit solchen Rillenstrukturen strukturiert ist, schlechte Ergebnisse erzielen.
Bei einem anderen Verfahren zum Strukturieren der Läppoberfläche zieht ein Betreiber manuell eine Bandsägeklinge über die Läppoberfläche zum Erzeugen eines ersten Satzes von parallelen Rillen in der Läppoberfläche. Dann schneidet der Betreiber einen weiteren Satz von parallelen Rillen in einem Winkel zu dem ersten Satz, um eine Kreuzschraffierungsrillenstruktur auf der Läppoberfläche zu erzeugen. Es gibt zahlreiche Probleme im Zusammenhang mit diesem Verfahren. Zuerst liefert das manuelle Schneiden der Rillen keine einheitlichen Ergebnisse und hängt stark von den Fähigkeiten und der Leistungsfähigkeit des Betreibers ab. Der Winkel, in dem die Klinge gehalten wird, der ausgeübte Druck und die Genauigkeit der Rillenplatzierung beeinträchtigen alle die Endstruktur. Außerdem ist der Prozess nicht ergonomisch sicher, weil der Betreiber bei großen Läppoberflächen von Hüfthöhe aus bei Abständen von mehr als 30 Zoll nach vorne greifen muss, während er eine wiederholende Bewegung ausführt. Ein weiterer Nachteil dieses Prozesses ist es, dass das Schneiden zeitaufwendig ist, was zu wesentlichen Werkzeugausfallzeiten führt, wenn die Läppoberfläche neu strukturiert werden muss. Ein weiterer Nachteil ist, dass das Ziehen einer Klinge über die Läppoberfläche Flocken von Pechmaterial erzeugt, was klebrige Staubteilchen erzeugt. Das Reinigen dieser Teilchen ist zeitaufwendig und kann eine Gesundheitsgefahr darstellen, falls dieselben durch den Betreiber eingeatmet werden.
Die US 5,547,417 A bezieht sich auf ein System zum Erzeugen einer Mehrzahl von Rillen in einer Polierunterlage. Die Polierunterlage hat einen kreisförmigen inneren Durchmesser und einen kreisförmigen äußeren Durchmesser und ist fest an der oberen Oberfläche eines Tisches befestigt. Ein äußerer Träger ist über den Rand des Tisches hinaus befestigt. Ein Konditionierblock zum Bilden einer Mehrzahl von Rillen in die Polierunterlage ist an einem radialen Arm befestigt. Der Konditionierblock kann von dem kreisförmigen inneren Durchmesser und dem kreisförmigen äußeren Durchmesser über die Polierunterlage bewegt werden, durch einen oszillierenden Motor mit variabler Geschwindigkeit, der mit dem Ende des Trägers gegenüber dem Konditionierblock gekoppelt ist.
Das Dokument US 5 574 417 A offenbart ein System zum Strukturieren einer Läppoberfläche auf einem Läpptisch eines Läppwerkzeugs, wobei die Läppoberfläche einen kreisförmigen inneren Durchmesser und einen kreisförmigen äußeren Durchmesser aufweist, wobei das System folgende Merkmale umfasst:

einen äußeren Träger, der an dem Läppwerkzeug über den Rand des Läpptisches hinaus befestigt ist;
ein Schneidewerkzeug, das an einem radialen Arm für eine Bewegung von dem inneren Durchmesser der Läppoberfläche zu dem äußeren Durchmesser der Läppoberfläche befestigt ist; und
einen winkelförmigen Positioniermotor zum Drehen des radialen Arms um eine Drehachse zum Positionieren des radialen Arms an einer Mehrzahl von Winkelpositionen.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Läppoberflächenstrukturiersystem zu schaffen, das effektiv einheitliche Strukturen auf der Läppoberfläche erzeugt.
Diese Aufgabe wird durch ein System gemäß Anspruch 1 gelöst.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Läppoberflächenstrukturiersystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
2 zeigt eine Draufsicht einer Strukturierungsvorrichtung, die gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung über einer Läppoberfläche befestigt ist.
3 zeigt eine vergrößerte Ansicht eines Schneidewerkzeugs gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
4a und 4b stellen die Umwandlung einer Läppoberflächenstruktur von kartesischen Koordinaten zu Polarkoordinaten dar, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Die Verwendung der gleichen Bezugszeichen in unterschiedlichen Figuren zeigt ähnliche oder identische Elemente an.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
1 zeigt ein beispielhaftes Läppoberflächenstrukturierungssystem 100 für die Verwendung mit einem Stetigpolier- (CP-) Werkzeug 106, das beispielsweise ein Strasbaugh 6CG Polierwerkzeug sein kann. Das CP-Werkzeug 106 umfasst einen Läpptisch 110 mit einer oberen Oberfläche zum Bilden einer kreisförmigen Läppoberfläche 108. Eine Mittelregion 109 definiert den inneren Durchmesser der Läppoberfläche 108 und der äußere Rand des Läpptisches 110 definiert einen äußeren Durchmesser der Läppoberfläche 108. Der Läpptisch 110 wird durch einen Motor gedreht, der in dem Körper 114 des CP-Werkzeugs 106 enthalten ist. Das Steuersystem 118 liefert eine Schnittstelle und einen Verarbeitungsmechanismus zum Betreiben des CP-Werkzeugs 106.
Das Strukturierungssystem 100 umfasst eine Strukturierungsvorrichtung 102 und ein Steuersystem 104, das über Steuer/Leistungsleitungen 123, 124, eine Spülwasserröhre 125 und eine Druckluftröhre 126 mit der Strukturierungsvorrichtung 102 verbunden ist. Das Steuersystem 104 kann auf einem tragbaren Gestell 120 mit Rädern 122 befestigt sein. Wenn das Strukturierungssystem 100 nicht verwendet wird, kann die Strukturierungsvorrichtung 102 auf das Gestell 120 geladen werden und das gesamte Strukturierungssystem 100 kann ohne weiteres bewegt und irgendwo anders gelagert werden, um dadurch Bodenfläche benachbart zu dem CP-Werkzeug 106 freizumachen. Das Steuersystem 104 umfasst eine Bewegungssteuerung 105 und eine Benutzerschnittstelle 130 zum Steuern des Betriebs der Strukturierungsvorrichtung 102. Außerdem umfasst das Steuersystem 104 eine Druckluftquelle 128 zum Liefern von Druckluft durch die Druckluft röhre 126b und eine Spülwasserquelle 127 zum Liefern von Spülwasser durch die Spülwasserröhre 125b. Das Steuersystem 104 umfasst auch Schnittstellen (nicht gezeigt) zum Verbinden der Druckluftquelle 128 und der Spülwasserquelle 127 mit externen Druckluft- und Spülwasservorräten.
Bei der Verwendung sind die äußeren beiden Ecken der Strukturierungsvorrichtung 102 auf äußere Träger 116a – 116b auf dem CP-Werkzeug 106 über den Rand des Läpptisches 110 hinaus befestigt. Die Strukturierungsvorrichtung 102 umfasst auch einen Mittelabschnitt 202, der auf einem Mittelträger (nicht gezeigt) in der Mittelregion 109 des Läpptisches 110 befestigt ist. Durch Bereitstellen fester Bezugspunkte für die Strukturierungsvorrichtung 102 können diese Träger es ermöglichen, dass die Strukturierungsvorrichtung 102 wiederholt entfernt und wieder exakt an dem CP-Werkzeug 106 befestigt wird.
Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist 2 eine Draufsicht der Strukturierungsvorrichtung 102, die auf dem CP-Werkzeug 106 befestigt ist. Ein radialer Arm 206 weist ein inneres Ende 207a auf, das drehbar durch den Mittelabschnitt 202 getragen wird, für eine Drehung um eine Rotationsachse 204, und ein äußeres Ende 207b, das durch den Wagen 208 getragen wird. Der Wagen 208 ist für eine lineare Bewegung entlang einem äußeren Träger 210 befestigt. Die Enden 211a, 211b des äußeren Trägers 210 sind mit einem Rahmen 212 verbunden und werden durch äußere Träger 116a, 116b getragen. Wie es in 2 gezeigt ist, umfassen die äußeren Träger 116a, 116b Schlitze, die es ermöglichen, dass die Positionierung der Enden 211a, 211b des äußeren Trägers 210 eingestellt wird. Wenn die Drehung des Läpptisches 110 nicht genau gesteuert werden kann, ermöglicht diese Einstellbarkeit, dass die Strukturierungsvorrichtung 102 relativ zu der Drehposition des Läpptisches 110 genau positioniert wird.
Der Rahmen 212 liefert eine Strukturfestigkeit für die Strukturierungsvorrichtung 102 und umfasst Seitenbalken 214a, 214b. Bei alternativen Ausführungsbeispielen liefern der radiale Arm 206 und der äußere Träger 210 ausreichend Strukturunterstützung für die Strukturierungsvorrichtung 102, daher werden die Seitenbalken 214a, 214b nicht verwendet.
Der äußere Träger 210 und der Wagen 208 können beispielsweise durch eine stablose lineare Schneckenantriebsbetätigungsvorrichtung geliefert werden, die durch die Parker Hannifin Corporation in Wadsworth, Ohio hergestellt wird. Geeignete lineare Betätigungsvorrichtungen sind beschrieben in „ER Series Stepper and Servo Driven Rodless Actuators", Katalog 1893/USA, von der Parker Hannifin Corporation, der hierin durch Bezugnahme aufgenommen ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird der Wagen 208 durch ein intern befestigtes Rechteckschienenlager in dem äußeren Träger 210 getragen. Ein Schrittmotor 218 ist mit einem Kugelgewinde verbunden, das in dem äußeren Träger 218 vorgesehen ist, um den Wagen 208 entlang der Länge des äußeren Trägers 210 zu bewegen.
Der radiale Arm 206 umfasst einen Schienenabschnitt 220, der über eine Kupplung 224 mit einem frei beweglichen Gleitabschnitt 222 verbunden ist. Die Mittelachse des Schienenabschnitts 220 ist parallel zu der Mittelachse des frei beweglichen Gleitabschnitts 222. Der frei bewegliche Gleitabschnitt 222 umfasst ein äußeres Ende 207b, das an einem äußeren Träger 210 an dem Wagen 208 befestigt ist. Wenn der radiale Arm 206 in der in 2 gezeigten Position ist, ist die Länge des radialen Arms 206 bei einem Minimum. Während sich der Wagen 208 zu dem Ende 211a oder dem Ende 211b des äußeren Trägers 210 bewegt, erhöht sich der Abstand zwischen dem inneren Ende 207a und dem äußeren Ende 207b. Um diese Abstandzunahme unterzubringen, ermöglicht es der frei bewegliche Gleitabschnitt 222 dem Schienenabschnitt 220, sich relativ zu dem frei beweglichen Gleitabschnitt 222 in der Richtung ihrer Mittelachsen zu bewegen und ermöglicht es dadurch, die Gesamtlänge des radialen Arms 206 einzustellen, abhängig von der Position des Wagens 208 entlang dem äußeren Träger 210.
Ein Schneidewerkzeug 216 ist auf einem Schneidewerkzeugwagen 226 befestigt, für eine Bewegung entlang dem radialen Arm 206. Der Schienenabschnitt 220 und der Schneidewerkzeugwagen 226 sind durch eine lineare Kugelgewindestufe vorgesehen, ähnlich derjenigen, die für den äußeren Träger 210 und den Wagen 208 verwendet wird. Ein Motor 228 ist an dem äußeren Ende 207b vorgesehen, um die lineare Bewegung des Schneidewerkzeugwagens 226 zu treiben.
3 zeigt eine vergrößerte Ansicht des Schneidewerkzeugs 216. Das Schneidewerkzeug 216 umfasst eine Karbidgratschneidespitze 302 und eine pneumatische Hochgeschwindigkeitsspindel 306, wie z. B. eine Luftspindel Modell 230JS von Air Turbine Technology, Inc., aus Boca Raton, Florida. Die Spindel 306 kann verwendet werden, um große Rillen in der Läppoberfläche 108 zu bilden. Ein Einstellknopf 308 kann verwendet werden, um die vertikale Position der Schneidespitze 302 einzustellen, und ein Verlaufsindikator 310 kann verwendet werden, um die Schneidetiefe zu überwachen. Die Druckluftröhre 126a liefert Druckluft von der Druckluftquelle 128 (1) an die Spindel 306 zum Treiben der Drehung der Schneidespitze 302. Die Spülwasserröhre 125a liefert Spülwasser von der Spülwasserquelle 127 (1) an eine Düse 304 benachbart zu der Schneidespitze 302 zum Fluten der Region der Läppoberfläche 108 um die Schneidespitze 302. Die Spülwasserröhre 125a und die Druckluftröhre 126a sind mit einem Verteiler 230 verbunden, der wiederum mit der Spülwasserröhre 125b und der Druckluftröhre 126b verbunden ist. Die Verwendung von gewundenen Röhren 125a, 126a und des Verteilers 230 trägt dazu bei, zu verhindern, dass die Druckluftröhre 125a und die Spülwasserröhre 126a ineinandergeraten, wenn das Schneidewerkzeug 216 die gewünschte Läppoberflächenstruktur schreibt.
Der Betrieb dieses Ausführungsbeispiels der Erfindung ist wie folgt. Wie es oben beschrieben wurde, kann die Läppoberfläche 108 verwendet werden, um Glasoberflächen zu einem hohen Grad an Flachheit zu polieren. Ein großer flacher drehender Konditionierer wird gegen die Läppoberfläche 108 gedrückt, um die Flachheit der Läppoberfläche 108 während der Verwendung beizubehalten. Während der Verwendung wird die Läppoberfläche 108 abgenutzt und fließt und trägt dadurch die strukturierten Rillen auf der Läppoberfläche 108 ab. Die Geschwindigkeit der Verschlechterung kann von Tagen zu Wochen oder länger variieren, abhängig von der Dauer der Verwendung, dem verwendeten Pech und dem Werkstück, das poliert wird. Regelmäßig muss ein neuer Satz von strukturierten Rillen in der Läppoberfläche 108 gebildet werden, um die Rillen zu ersetzen, die abgetragen wurden. Außerdem, während die Läppoberfläche 108 abgenutzt und neu strukturiert wird, verringert sich die Dicke des Pechs, das die Läppoberfläche 108 bildet. Bevor das Pech vollständig bis zu dem Läpptisch 110 abgetragen ist, wird eine neue Schicht Pech auf die Läppoberfläche 108 aufgebracht.
Somit muss die Struktur auf der Läppoberfläche 108 regelmäßig neu gebildet werden, nachdem die Rillen von der Verwendung abgetragen sind, und nachdem frische Schichten Pech aufgebracht wurden. Zu diesem Zeitpunkt wird das tragbare Gestell 120, das die Strukturierungsvorrichtung 102 hält, zu der Stelle des CP-Werkzeugs 106 gebracht. Die Strukturierungsvorrichtung 102 wird dann auf dem CP-Werkzeug 106 befestigt, wie es in 2 gezeigt ist. Die äußeren Träger 116a – 116b und der mittlere Träger (bedeckt durch den Mittelabschnitt 202 in 2) werden verwendet, um die Strukturierungsvorrichtung 102 genau über der Läppoberfläche 108 zu positionieren. In vielen Fällen gibt es verschiedene Mechanismen oder andere intrusive Strukturen in dem Bereich, der die Läppoberfläche 108 auf dem CP-Werkzeug 106 unmittelbar umgibt. Diese Strukturen umfassen beispielsweise den Konditionierer, die Trennwände, die verwen det werden, um die Werkstücke zu halten, Riemenscheiben zum Führen der Trennwände, Spritzschutzvorrichtungen und überhängende Versteifungen.
Eine zweidimensionale Struktur für die Läppoberfläche 108 wird beispielsweise unter Verwendung von einem CAD-Programm (CAD = Computer-aided design = computergestütztes Entwickeln) vorbereitet, und das CAD-Programm kann verwendet werden, um eine Abbildung der gewünschten Struktur 400 zu erzeugen, unter Verwendung von x-y-Koordinaten mit einem Ursprung bei O_xy, wie es in 4a gezeigt ist. Die x-y-Koordinatenabbildung wird dann unter Verwendung von Standardtrigonometrieberechnungen umgewandelt, um eine Abbildung der gewünschten Struktur zu erhalten, unter Verwendung eines Polar-(r-θ)-Koordinatensystems mit einem Ursprung bei O_θ, wie es in 4b gezeigt ist. Die Koordinatenumwandlung kann wie folgt durchgeführt werden:
wobei r_i die Position des Schneidewerkzeugwagens 226 entlang dem radialen Arm 206 ist, d der Abstand von der Drehachse 204 zu dem Mittelpunkt P₁ auf dem äußeren Träger 210 ist, und a_i die Position des Winkelarmwagens 208 entlang dem äußeren Träger 210 relativ zu P₁ ist. Bei dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel, das für eine Läppoberfläche mit einem äußeren Durchmesser verwendet wird, der von 50 -60 Zoll reicht, ist d gleich 34,8 Zoll.
Die r-θ-Polarkoordinatenabbildung wird dann in die Bewegungssteuerung 105 geladen. Die Bewegungssteuerung 105 kann beispielsweise ein 6K Controller von der Parker Hannifin Corporation sein. Diese Bewegungssteuerung 105 ist mit einer Schnittstelle versehen, die eine Verbindung zwischen der Bewegungssteuerung 105 und einem Personalcomputer ermöglicht, der das Windows^®-Betriebssystem der Microsoft Corporation aus Redmond, Washington, zusammen mit der Parker Hannifin Motion Planner^TM Software verwendet. Der 6K-Controller und die Motion Planner^TM Software sind beschrieben in „6K Controller: Universal Motion Controller", Katalog 8180/USA, der hierin durch Bezugnahme vollständig aufgenommen ist. Die Motion Planner^TM Software empfängt die r-θ-Polarkoordinatenabbildung in Textformat und formatiert die Koordinatenabbildung um für den Empfang durch die Bewegungssteuerung 105. Die Motion Planner^TM Software kann auch verwendet werden, um die Struktur zu bearbeiten und andere Kommunikation an die Bewegungssteuerung 105 zu liefern. Die Bewegungssteuerung 105 empfängt die neu formatierte r-θ-Koordinatenabbildung und speichert die Abbildung in dem Speicher.
Wenn das Läppoberflächenstrukturierungssystem 100 verwendet wird, überträgt die Bewegungssteuerung 105 Steuersignale entlang Steuerungs-/Leistungsleitungen 123, 124 an den radialen Arm 206 und den äußeren Träger 210. Diese Steuersignale treiben die Motoren 218 und 228 zum Positionieren des Winkelarmwagens 208 und des Schneidewerkzeugwagens 226 und richten dadurch das Schneidewerkzeug 216 entlang der gewünschten Struktur. Die Benutzerschnittstelle 130 ermöglicht es einem Benutzer, die Bewegungssteuerung 105 zu betreiben, um die Wagen 222 und 208 manuell zu bewegen, Parameter, wie z. B. Zuführgeschwindigkeit, einzustellen und Strukturprogramme auszuwählen und zu betreiben. Die Spülwasserquelle 127 und die Druckluftquelle 128 können manuell betrieben werden oder können automatisch durch die Bewegungssteuerung 105 gesteuert werden.
Während der Drehbohrer 302 in dem Schneidewerkzeug 216 durch die Wagen 208 und 226 positioniert wird, erzeugt das Schneidewerkzeug 216 Rillen in der Läppoberfläche 108 in der gewünschten Struktur. Die Tiefe der Rillen kann eingestellt werden durch Erhöhen oder Absenken des Schneidewerkzeugs 216 unter Verwendung des Einstellknopfes 308. Die Form der Rillen kann eingestellt werden durch Verwenden unterschiedlicher Schneidestücke. Die Spülröhre 125 kann ein Spülfluid, wie z. B. destilliertes Wasser, über eine Düse 304 an die Stelle des Schneidewerkzeugs 216 liefern. Diese Spülaktion kann dazu dienen, das Schneidestück 302 an dem Schneidewerkzeug 216 abzukühlen, Pechteilchen wegzuspülen, die während dem Strukturierungsprozess erzeugt werden, und die Läppoberfläche 108 zu kühlen, um zu verhindern, dass das Pech schmilzt.
Bei einem Ausführungsbeispiel werden mehrere Schneidespitzen verwendet, um Rillen unterschiedlicher Größen in der Läppoberfläche 108 zu erzeugen. Eine kleine Schneidespitze wird zuerst verwendet, um kleine Rillen (z. B. 0,06 Zoll breit und 0,03 Zoll tief) in die Läppoberfläche 108 zu schneiden, und eine große Schneidespitze wird dann verwendet, um größere Rillen (z. B. 0,5 Zoll breit und 0,3 Zoll tief) zu schneiden. Wenn eine große Schneidespitze verwendet wird, kann es wünschenswert sein, einen leistungsfähigeren Motor für das Schneidewerkzeug 216 zu verwenden, um ein ausreichendes Drehmoment zum Drehen des Schneidestücks 302 zu liefern. Die kleinen Rillen ermöglichen es dem Schlamm, zu fließen, was verhindert, dass das Werkstück poliert wird, aufgrund von Aquaplaning über der Läppoberfläche 108. Die großen Rillen ermöglichen es dem Schlamm ebenfalls, zu fließen, aber liefern zusätzlich einen Abstand, so dass das Pech, das die Läppoberfläche 108 bildet, während der Verwendung fließen kann. Bei einem Ausführungsbeispiel kann das Schneidewerkzeug 216 von dem Schneidewerkzeugwagen 226 entfernt werden, um einen schnellen Austausch des Schneidewerkzeugs 216 zu ermöglichen, z. B. wenn von dem Strukturierungsprozess mit der kleinen Rille zu dem Strukturierungsprozess mit der großen Rillen gewechselt wird.
Die dreieckige Strukturierungsvorrichtung 102, die in 2 gezeigt ist, kann verwendet werden, um einen 45°-Abschnitt der Läppoberfläche 108 zu strukturieren. Nachdem dieser 45°-Abschnitt vollständig strukturiert ist, wird der Läpptisch 110 um 45° gedreht, um einen weitern 45°-Abschnitt der nicht strukturierten Läppoberfläche 108 freizulegen. Der oben beschriebene Strukturierungsprozess wird wiederholt, bis die gesamte Läppoberfläche 108 strukturiert ist.
Die Geschwindigkeit der Bewegung des Schneidewerkzeugs 216, die Drehgeschwindigkeit des Schneidestücks und die Rillentiefe und Größe sind bei verschiedenen Ausführungsbeispielen variabel, abhängig von dem Typ des verwendeten Pechs und der gewünschten Läppoberflächenstruktur. Gute Ergebnisse beim Erzeugen kleiner Rillen wurden erhalten unter Verwendung eines „L"-förmigen Karbidgrats mit einem 1/8-Zoll-Durchmesser, der bei einer 0,040 maximalen Schneidetiefe eingestellt ist, sich bei 65.000 RPM dreht und sich entlang der gewünschten Läppoberflächenstruktur bei einer Geschwindigkeit von 200 Zoll pro Minute bewegt. Große Rillen wurden erzeugt unter Verwendung eines „C"-förmigen Karbidgrats mit einem 1/4-Zoll-Schaft, 1/2 Zoll Durchmesser, eingestellt bei 0,050 Zoll – 0,100 Zoll Schneidetiefe, der sich bei 40.000 RPM dreht und entlang der gewünschten Struktur bei einer Geschwindigkeit von 50 Zoll pro Minute bewegt.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung liefern zahlreiche Vorteile. Zunächst ermöglichen die genaue Positionierung, die durch die Strukturierungsvorrichtung 102 geliefert wird, die Genauigkeit der pneumatisch betriebenen Karbidschneidespitze 302 und das automatische Computersteuersystem 104 zusammen, dass Strukturen wiederholt übereinstimmend auf einer Läppoberfläche gebildet werden. Die Verwendung eines programmierbaren Steuersystems 104 ermöglicht es, dass jede Rillenstruktur erzeugt wird. Außerdem liefert die motorgetriebene Schneidespitze 302 eine schnellere Strukturierung als herkömmliche manuelle Prozesse. Das System ist ergonomisch vernünftig, weil es nicht erfordert, dass ein menschlicher Betreiber wiederholte Bewegungen in einer unsicheren Arbeitszone durchführt. Die Verwendung einer Spülung mit deionisiertem Wasser erfasst Pechteilchen und reduziert dadurch die Freigabe von Teilchen in die Luft und kühlt gleichzeitig das Pech, was Schmelzen verhindert und eine schärfere klarere Kante an den Rillen in der Struktur liefert.
Der Entwurf von Ausführungsbeispielen der Strukturierungsvorrichtung 102 liefert auch zahlreiche Arbeitsplatzvorteile. Wie es oben mit Bezugnahme auf 1 und 2 beschrieben wurde, kann die Strukturierungsvorrichtung 102 entfernbar sein und kann nach Bedarf ohne weiteres zu der Position des CP-Werkzeugs 106 gebracht werden. Diese Tragbarkeit ermöglicht es, dass ein einziges Strukturierungssystem 100 verwendet werden kann, um eine große Anzahl von Vielzahl von CP-Werkzeugen an entfernten Positionen an einer Herstellungsstätte zu strukturieren.
Verschiedene alternative Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind möglich, wie es für einen Durchschnittsfachmann auf diesem Gebiet klar ist. Bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel hat das Strukturierungssystem 102 eine Winkelspanne von 45°. Das keilförmige Profil des Strukturierungssystems 102 ermöglicht es, dass das System 102 verwendet wird, selbst wenn es zahlreiche andere mechanische Komponenten gibt, die die Läppoberfläche 108 überragen oder anderweitig den verfügbaren Platz über und um die Läppoberfläche 108 herum begrenzen. Abhängig von den Platzbeschränkungen für die spezielle Anwendung können andere Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung Winkelspannen von mehr oder weniger als der gezeigten 45°-Spanne aufweisen.
Obwohl die Erfindung mit Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist die Beschreibung nur ein Beispiel der Anwendung der Erfindung und sollte nicht als Begrenzung angesehen werden. Obwohl sich ein Großteil der vorhergehenden Erörterung auf mit Pech beschichtete Läppoberflächen bezog, können insbesondere alternative Ausführungsbeispiele dieser Erfindung verwendet werden, um verschiedene andere Polieroberflächen zu strukturieren. Verschiedene andere Anpassungen und Kombinationen von Merkmalen der offenbarten Ausführungsbeispiele liegen innerhalb des Schutzbereichs der folgenden Ansprüche.

Claims

Ein System zum Strukturieren einer Läppoberfläche (108) auf einem Läpptisch (110) eines Läppwerkzeugs (106), wobei die Läppoberfläche (108) einen runden inneren Durchmesser und einen runden äußeren Durchmesser aufweist, wobei das System folgende Merkmale umfaßt: einen äußeren Träger (210), der an dem Läppwerkzeug (106) befestigt ist, über die Kante des Läpptisches (110) hinaus; einen radialen Arm (206), der ein inneres Ende (207a), das drehbar an einer Drehachse getragen ist, die in dem inneren Durchmesser der Läppoberfläche (106) positioniert ist, und ein äußeres Ende (207b) aufweist, das beweglich durch den äußeren Träger (210) getragen ist, so daß der radiale Arm (206) um die Drehachse drehbar ist; ein Schneidewerkzeug (216), das auf dem radialen Arm (206) befestigt ist, für eine Bewegung von dem inneren Durchmesser der Läppoberfläche (108) zu dem äußeren Durchmesser der Läppoberfläche (108); einen Radialpositioniermotor (228) zum Positionieren des Schneidewerkzeugs (216) an einer Mehrzahl von Positionen zwischen dem inneren Durchmesser der Läppoberfläche (108) und dem äußeren Durchmesser der Läppoberfläche (108); und einen Winkelpositioniermotor (218) zum Drehen des radialen Arms (206) um die Drehachse, zum Positionieren des radialen Arms (206) in einer Mehrzahl von Winkelpositionen.
Das System gemäß Anspruch 1, das ferner folgende Merkmale umfaßt: eine Bewegungssteuerung (105), die folgende Merkmale umfaßt: einen Positionsspeicher zum Speichern von Radialpositionsinformationen und von Winkelpositionsinformationen; und eine Motorschnittstelle, die den Positionsspeicher mit dem Radialpositioniermotor und dem Winkelpositioniermotor verbindet, um die Radialpositionsinformationen an den Radialpositioniermotor und die Winkelpositionsinformationen an den Winkelpositioniermotor zu übertragen.
Das System gemäß Anspruch 2, bei dem die Bewegungssteuerung ferner folgendes Merkmal umfaßt: eine externe Datenschnittstelle zum Empfangen von Strukturinformationen.
Das System gemäß Anspruch 1, bei dem: der äußere Träger (210) einen radialen Armwagen (208) umfaßt, der für eine Bewegung entlang dem äußeren Träger befestigt ist; das äußere Ende (207b) des radialen Arms (206) auf dem Wagen (208) befestigt ist; der radiale Arm (206) einen Schneidewerkzeugwagen (226) umfaßt, der für eine Bewegung entlang dem radialen Arm (206) befestigt ist; und das Schneidewerkzeug (216) an dem Schneidewerkzeugwagen (226) befestigt ist.
Das System gemäß Anspruch 1, bei dem: das innere Ende (207a) des radialen Arms (206) einen ersten radialen Armabschnitt (220) umfaßt, und das äußere Ende (207b) des radialen Arms (206) einen zweiten radialen Armabschnitt (222) umfaßt, wobei der erste radiale Armabschnitt (220) beweglich an dem zweiten radialen Armabschnitt (222) befestigt ist, so daß eine Länge des radialen Arms (206) einstellbar ist.
Das System gemäß Anspruch 1, das ferner folgende Merkmale umfaßt: eine Spülfluidquelle (127); und eine Spülfluiddüse (304) in Fluidkommunikation mit der Spülfluidquelle (127), wobei die Spülfluiddüse (304) ein Spülfluid an eine Position einer Schneidespitze (302) des Schneidewerkzeugs (216) liefert.