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CN107234509A - 一种薄板圆板状工件的两面磨削装置 - Google Patents

一种薄板圆板状工件的两面磨削装置 Download PDF

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CN107234509A CN201610188971.2A CN201610188971A CN107234509A CN 107234509 A CN107234509 A CN 107234509A CN 201610188971 A CN201610188971 A CN 201610188971A CN 107234509 A CN107234509 A CN 107234509A
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郑师光
乔金
姜滨
何志强
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Abstract

本发明涉及机床领域，具体为一种薄板圆板状工件的两面磨削装置。该装置设有上下垂直方向上的上基座和下基座，上主轴支座固定在上基座上，上砂轮轴安装在上主轴支座上，上砂轮轴在上主轴支座上在垂直方向上上下移动，上砂轮固定在上砂轮轴的一端，上砂轮以铅直轴为中心进行回转运动；下主轴支座固定在下基座上，下砂轮轴安装在下主轴支座上，下砂轮轴在下主轴支座上在垂直方向上上下移动，下砂轮固定在下砂轮轴上，下砂轮以铅直轴为中心进行回转运动，上砂轮轴和下砂轮轴两个砂轮轴在垂直方向上延伸的中心线保持一致；本发明能够满足简单地测定加工后的工件平行度，适用于半导体晶片等形状的、对薄板圆板状工件的两面同时磨削。

Description

一种薄板圆板状工件的两面磨削装置
技术领域
本发明涉及磨削领域，具体为一种薄板圆板状工件的两面磨削装置，适用于半导体晶片等形状的、对薄板圆板状工件的两面同时磨削，以及在此装置中测定工件磨削加工后其厚度方向的切面形状。
背景技术
传统的薄板圆板状工件的两面同时磨削装置，以往的认知是这样的：在为了使端面两个磨削面能够呈相对朝向而配置的一对回旋磨削砂轮的中间，使工件通过放入回旋的圆板状的夹具的洼坑。在此情况下，磨削砂轮的磨削面的外径必须比工件的外径要大。此外，在夹具的外表面的圆周上，通常会等间距地形成几个洼坑，夹具的一部分会同晶片一起进入一对磨削砂轮的中间。但是，该部分的夹具的厚度必定要比磨削时的一对磨削砂轮的间隔，也就是工件完成加工后的厚度要小。
尤其是目前所使用的半导体晶片的外径大约有200mm和300mm两种规格，两者的厚度都是0.8mm程度，相比于外径厚度十分地薄。用上述的装置对该晶片进行磨削时，由于晶片的外径相对较大，砂轮的外径会增大，对晶片进行收容并使之回旋的夹具也会增大，装置会比较大型。此外，由于晶片的厚度极薄，同晶片一起进入磨削砂轮中间的夹具部分必须要十分薄才行。特别是进入磨削砂轮的中间夹具，特别是在洼坑的部分，以被其所收容的工件为媒介，磨削力产生作用，但是将此部分变薄的话强度就会下降，使工件顺畅滑动将会变得困难。因此，以往，晶片的两面磨削是困难的。
此外，由于磨削会产生砂轮的堵塞和砂轮磨损等引起的磨削阻力的增加，砂轮轴或者装置整体会产生热变位，使两个磨削面不能完全达到平行的状态。由此，加工后的工件平行度会下降。虽然在对砂轮轴进行设置后，被加工后的工件平行度会达到要求的规格，但是一段时间后，由于上述原因，会达不到规格。因此，为了保证工件的平行度处于规格内，隔一段时间需要进行一次抽样调查，用平行度检测装置对加工后的工件的平行度进行检测，根据其结果调整砂轮轴的倾斜程度。但是，这样做的话，如果对平行度进行测定需要一个小时的话，在此期间就会产生几十个不合格工件。此外，抽样调查需要人手，也会产生降低工作效率的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种薄板圆板状工件的两面磨削装置，能够满足简单地测定加工后的工件平行度，并提高工件平行度。
本发明的技术方案是：
一种薄板圆板状工件的两面磨削装置，该装置设有上下垂直方向上的上基座和下基座，上主轴支座固定在上基座上，上砂轮轴安装在上主轴支座上，上砂轮轴在上主轴支座上在垂直方向上上下移动，上砂轮固定在上砂轮轴的一端，上砂轮以铅直轴为中心进行回转运动；下主轴支座固定在下基座上，下砂轮轴安装在下主轴支座上，下砂轮轴在下主轴支座上在垂直方向上上下移动，下砂轮固定在下砂轮轴上，下砂轮以铅直轴为中心进行回转运动，上砂轮轴和下砂轮轴两个砂轮轴在垂直方向上延伸的中心线保持一致；
在上基座和下基座相对应处上部设置滑座，滑座与横向电机连接，通过横向电机带动滑座横向移动；在滑座上固定自转装置，自转装置的上方固定调整角度用的垫圈，自转装置通过垫圈固定支撑部件；在支撑部件外侧突出部分上固定着电动马达，电动马达的输出端直接连接着驱动滚轮，通过运行电动马达使驱动滚轮回旋运动；在支撑部件的下端部分安装导轮，驱动滚轮压在工件的上磨削面。
所述的薄板圆板状工件的两面磨削装置，自转装置的下方固定安装气缸，移动部件固定在气缸伸出的支柱上；在移动部件的上端固定安装导向棒，支撑部件在导向棒上装有的压缩弹簧；在导向棒上侧的挡块固定在支撑部件上，抑制滚轮安装在支撑部件上侧突出部分，抑制滚轮支撑工件的下磨削面。
所述的薄板圆板状工件的两面磨削装置，还设有砂轮倾斜调整装置，上砂轮轴和下砂轮轴各有两个砂轮倾斜调整装置，其中一组调整砂轮在前后方向的倾斜，另外一组是调整砂轮在左右方向的倾斜，在平面位置上两组砂轮倾斜装置呈90度方向安装。
所述的薄板圆板状工件的两面磨削装置，砂轮倾斜调整装置由电动马达、支架、螺丝轴、移动螺母、支臂、弹簧和支撑臂组成，上砂轮轴或下砂轮轴与支撑臂的一端面连接，支撑臂的另一端面固定在上主轴支座或下主轴支座上，支臂固定在上砂轮轴或下砂轮轴上，并嵌入支撑臂的内侧，在支撑臂和支臂的中间设置将支臂向前进行推动的压缩弹簧；移动螺母安装于螺丝轴上，在支撑臂的侧面连接电动马达，电动马达带动螺丝轴进行回旋，移动螺母进行左右移动。
所述的薄板圆板状工件的两面磨削装置，还包括工件上下料装置，工件上下料装置包括吸盘和机械臂，具有朝着上下方向以及左右方向进行移动的水平状的机器臂，在机械臂的上下侧，安装着用于吸着和支撑工件加工的上下两个真空吸盘，机械臂通过吸盘来进行工件的搬入和搬出。
所述的薄板圆板状工件的两面磨削装置，在上下朝向的砂轮轴：上砂轮轴和下砂轮轴中间，箱型的外罩固定于上砂轮和下砂轮以及自转装置的外侧；在外罩的外壁上设有前后朝向的开口，在此开口的近旁设置有切面形状测定装置；切面形状测定装置为在开口上下两侧设有呈相对朝向配置的一对距离传感器，分别测定各个距离传感器到相对朝向的工件加工面的距离，距离传感器在上下方向上通过机器臂支撑。
所述的薄板圆板状工件的两面磨削装置，在机器臂上方移动的工件中心线位于距离传感器正上方的位置。
所述的薄板圆板状工件的两面磨削装置，在工件的左右方向，两个距离传感器位于工件的左右两侧位置，机器臂所支撑并搬出的工件铅直直径上的点与左右两个距离传感器呈相对朝向的状态。
所述的薄板圆板状工件的两面磨削装置，距离传感器的输出信号会输入数值控制装置，数值控制装置基于距离传感器的输出信号，来控制倾斜调整装置的电动机，对上下砂轮轴的倾斜程度进行调整。
本发明的优点及有益效果是：
本发明薄板圆板状工件的两面磨削装置，在薄板圆板状工件的磨削加工位置放置着一对呈相对朝向配置的磨削砂轮，能同时对薄板圆板状工件的上下两面磨削加工；薄板圆板状工件在磨削加工位置能通过自转装置进行旋转，保证磨削砂轮外径小于薄板圆板状工件外径的情况下能够全部磨到；采用薄板圆板状工件加工送入和加工完成之后的移送装置，还配有测定磨削加工后的薄板圆板状工件较厚方向的切面形状的切面形状测定装置，根据上述测定结果，配有能够调整磨削砂轮倾斜角度的砂轮倾斜调整装置。该薄板圆板状工件的两面磨削装置及其切面形状测定装置，提高了工件成品率和生产效率，减小了设备外形尺寸，降低了设备成本。
附图说明
图1为薄板圆板状工件的两面磨削装置示意图。
图2为薄板圆板状工件自转装置简图。
图中，1.下基座；2.下主轴支座；3.滑座；4.外罩；5.横向电机；6.丝杠；7.电动马达；8.自转装置；9.垫圈；10.上砂轮；11.上砂轮轴；12.电动马达；13.支架；14.螺丝轴；15.移动螺母；16.支臂；17.弹簧；18.支撑臂；19.上基座；20.上主轴支座；21.支撑部件；22.驱动滚轮；23.导轮；24.工件；25.吸盘；26.机器臂；27.抑制滚轮；28.距离传感器；29.支撑部件；30.弹簧；31.移动部件；32.导向棒；33.下砂轮；34.下砂轮轴；35.气缸；36.挡块。
具体实施方式
如图1所示，本发明薄板圆板状工件的两面磨削装置，具有下基座1、下主轴支座2、滑座3、外罩4、横向电机5、丝杠6、电动马达7、自转装置8、垫圈9、上砂轮10、上砂轮轴11、电动马达12、支架13、螺丝轴14、移动螺母15、支臂16、弹簧17、支撑臂18、上基座19、上主轴支座20、支撑部件21、驱动滚轮22、导轮23、工件24、吸盘25、机器臂26、抑制滚轮27、距离传感器28、支撑部件29、弹簧30、移动部件31、导向棒32、下砂轮33、下砂轮轴34、气缸35和挡块36等，具体结构如下：
该装置设有上下垂直方向上的上基座19和下基座1，上主轴支座20固定在上基座19上，上砂轮轴11被安装在上主轴支座20上，上砂轮轴11能在上主轴支座20上在垂直方向上上下移动，上砂轮10被固定在上砂轮轴11的一端，上砂轮10以铅直轴为中心进行回转运动；下主轴支座2固定在下基座1上，下砂轮轴34被安装在下主轴支座2上，下砂轮轴34能在下主轴支座2上在垂直方向上上下移动，下砂轮33被固定在下砂轮轴34上，下砂轮33以铅直轴为中心进行回转运动，上砂轮轴11和下砂轮轴34两个砂轮轴在垂直方向上延伸的中心线基本保持一致。
根据薄板圆板状工件的切面厚度调整砂轮倾斜角度的砂轮倾斜调整装置，由电动马达12、支架13、螺丝轴14、移动螺母15、支臂16、弹簧17和支撑臂18组成，上砂轮轴11和下砂轮轴34各有两个砂轮倾斜调整装置，其中一组调整砂轮(上砂轮10或下砂轮33)在前后方向的倾斜，另外一组是调整砂轮(上砂轮10或下砂轮33)在左右方向的倾斜，在平面位置上两组砂轮倾斜装置呈90度方向安装，并且砂轮倾斜装置的结构全部相同，下面只介绍位于上砂轮轴11上的砂轮倾斜调整装置。上砂轮轴11的上端面固定着支撑臂18，支撑臂18呈仅下端面开放的直立体箱型；支撑臂18的后端面被固定在上主轴支座20上，支臂16固定在上砂轮轴11上，并嵌入支撑臂18的内侧，在支撑臂18和支臂16的中间设置着将支臂16向前进行推动的压缩弹簧17；移动螺母15安装于螺丝轴14上，移动螺母15被安装成能够朝着左右方向移动但不能进行回旋的状态；在支撑臂18的左面，以电动马达12和支架13为媒介，朝着后方被固定；电动马达12带动螺丝轴14进行回旋，移动螺母15进行左右移动。因此，上砂轮轴11以铅直轴为中心向左右方向进行回转，左右方向的倾斜得以调整。
在上基座19和下基座1相对应处上部设置滑座3，滑座3与横向电机5通过丝杠6连接，通过横向电机5带动滑座3横向移动。滑座3上固定自转装置8，自转装置8的上方固定着几个调整角度用的垫圈9，自转装置8以垫圈9为媒介固定支撑部件21；在支撑部件21外侧突出的三个部分上固定着电动马达7，电动马达7的输出端直接连接着驱动滚轮22，通过运行电动马达7使驱动滚轮22回旋运动；在支撑部件21的下端部分安装导轮23，使得其能够分别以上下朝向的铅直轴为中心进行自由回旋运转。
气缸35固定安装在自转装置8的下方，能够在一定范围内向上下方向移动的移动部件31固定在气缸35伸出的支柱上；在移动部件31的上端被固定安装着几根导向棒32，支撑部件29在导向棒32上装有的压缩弹簧30，在压缩弹簧30作用下，被付势(弹簧作用力)于上侧；在导向棒32上侧的挡块36被固定在支撑部件29上，抑制滚轮27被安装在支撑部件29上侧突出的三个部分，使其能够进行回旋转动。
根据图2可以看出，三个导轮23起到对工件24外周面相接触的工件的径向位置进行限制的作用。驱动滚轮22压在工件24的上磨削面，使工件24进行回旋，抑制滚轮27支撑工件24的下磨削面，并使之游转。
工件上下料装置主要包括吸盘25和机械臂26，上下料装置相对于自转装置8进行工件24的搬入和搬出，其具备有能够朝着上下方向以及左右方向进行移动的水平状的机器臂26；在机械臂26的上下侧，安装着用于吸着和支撑工件加工的上下两个真空吸盘25，机械臂26通过吸盘25来进行工件24的搬入和搬出。
在上下朝向的砂轮轴(上砂轮轴11和下砂轮轴34)中间，为了覆盖砂轮以及自转装置8的部分，箱型的外罩4被固定于砂轮以及自转装置8的外侧。在外罩4的外壁上，为了避免机器臂26以及支撑其的工件24干涉，外罩4右端面形成了一个前后朝向的长开口，在此开口的近旁设置有切面形状测定装置。测定装置通过测定磨削加工后工件24的直径上较厚方向的切面形状，开口上下两侧设有呈相对朝向配置的一对距离传感器28，分别测定各个距离传感器28到相对朝向的工件24加工面的距离；距离传感器28在上下方向上位于被移送装置(工件上下料装置)的机器臂26所支撑，使之在机器臂26上方移动的工件24中心线的将近正上方的位置；在左右方向，两个距离传感器28位于工件24的左右两侧位置。此外，被机器臂26所支撑并搬出的工件24铅直直径上的点呈现几乎与左右两个距离传感器28呈相对朝向的状态。由此，距离传感器28构成了测定工件直径上所需要部分的切面形状的切面形状测定手法。距离传感器28的输出信号会输入数值控制装置，数值控制装置基于距离传感器的输出信号，来控制倾斜调整装置的电动机，以此，对上下砂轮轴的倾斜程度进行调整。

Claims (9)

1.一种薄板圆板状工件的两面磨削装置，其特征在于，该装置设有上下垂直方向上的上基座和下基座，上主轴支座固定在上基座上，上砂轮轴安装在上主轴支座上，上砂轮轴在上主轴支座上在垂直方向上上下移动，上砂轮固定在上砂轮轴的一端，上砂轮以铅直轴为中心进行回转运动；下主轴支座固定在下基座上，下砂轮轴安装在下主轴支座上，下砂轮轴在下主轴支座上在垂直方向上上下移动，下砂轮固定在下砂轮轴上，下砂轮以铅直轴为中心进行回转运动，上砂轮轴和下砂轮轴两个砂轮轴在垂直方向上延伸的中心线保持一致；
在上基座和下基座相对应处上部设置滑座，滑座与横向电机连接，通过横向电机带动滑座横向移动；在滑座上固定自转装置，自转装置的上方固定调整角度用的垫圈，自转装置通过垫圈固定支撑部件；在支撑部件外侧突出部分上固定着电动马达，电动马达的输出端直接连接着驱动滚轮，通过运行电动马达使驱动滚轮回旋运动；在支撑部件的下端部分安装导轮，驱动滚轮压在工件的上磨削面。
2.按照权利要求1所述的薄板圆板状工件的两面磨削装置，其特征在于，自转装置的下方固定安装气缸，移动部件固定在气缸伸出的支柱上；在移动部件的上端固定安装导向棒，支撑部件在导向棒上装有的压缩弹簧；在导向棒上侧的挡块固定在支撑部件上，抑制滚轮安装在支撑部件上侧突出部分，抑制滚轮支撑工件的下磨削面。
3.按照权利要求1所述的薄板圆板状工件的两面磨削装置，其特征在于，还设有砂轮倾斜调整装置，上砂轮轴和下砂轮轴各有两个砂轮倾斜调整装置，其中一组调整砂轮在前后方向的倾斜，另外一组是调整砂轮在左右方向的倾斜，在平面位置上两组砂轮倾斜装置呈90度方向安装。
4.按照权利要求3所述的薄板圆板状工件的两面磨削装置，其特征在于，砂轮倾斜调整装置由电动马达、支架、螺丝轴、移动螺母、支臂、弹簧和支撑臂组成，上砂轮轴或下砂轮轴与支撑臂的一端面连接，支撑臂的另一端面固定在上主轴支座或下主轴支座上，支臂固定在上砂轮轴或下砂轮轴上，并嵌入支撑臂的内侧，在支撑臂和支臂的中间设置将支臂向前进行推动的压缩弹簧；移动螺母安装于螺丝轴上，在支撑臂的侧面连接电动马达，电动马达带动螺丝轴进行回旋，移动螺母进行左右移动。
5.按照权利要求1所述的薄板圆板状工件的两面磨削装置，其特征在于，还包括工件上下料装置，工件上下料装置包括吸盘和机械臂，具有朝着上下方向以及左右方向进行移动的水平状的机器臂，在机械臂的上下侧，安装着用于吸着和支撑工件加工的上下两个真空吸盘，机械臂通过吸盘来进行工件的搬入和搬出。
6.按照权利要求5所述的薄板圆板状工件的两面磨削装置，其特征在于，在上下朝向的砂轮轴：上砂轮轴和下砂轮轴中间，箱型的外罩固定于上砂轮和下砂轮以及自转装置的外侧；在外罩的外壁上设有前后朝向的开口，在此开口的近旁设置有切面形状测定装置；切面形状测定装置为在开口上下两侧设有呈相对朝向配置的一对距离传感器，分别测定各个距离传感器到相对朝向的工件加工面的距离，距离传感器在上下方向上通过机器臂支撑。
7.按照权利要求6所述的薄板圆板状工件的两面磨削装置，其特征在于，在机器臂上方移动的工件中心线位于距离传感器正上方的位置。
8.按照权利要求6所述的薄板圆板状工件的两面磨削装置，其特征在于，在工件的左右方向，两个距离传感器位于工件的左右两侧位置，机器臂所支撑并搬出的工件铅直直径上的点与左右两个距离传感器呈相对朝向的状态。
9.按照权利要求6所述的薄板圆板状工件的两面磨削装置，其特征在于，距离传感器的输出信号会输入数值控制装置，数值控制装置基于距离传感器的输出信号，来控制倾斜调整装置的电动机，对上下砂轮轴的倾斜程度进行调整。
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