CN110281085B - 一种集群磁流变研磨抛光装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种集群磁流变研磨抛光装置，包括：抛光盘，抛光盘的底面设有至少一个凹槽，凹槽内设有抛光吸附垫，抛光吸附垫设有至少一个工件承置槽；抛光盘的侧壁与底面形成用于盛放磁流变抛光液的腔体；磁流变抛光液的磨料包括纳米磨料粒子、结合剂和微米磁性颗粒，纳米磨料粒子在结合剂的作用下包裹在微米磁性颗粒的外表面；设于抛光盘的下方的至少一个磁铁组件，每个磁铁组件均包括至少两个按预设规律排布的磁铁，以使磁流变抛光液形成的柔性抛光垫完全覆盖工件的表面；与磁铁组件相连、用于驱动磁铁组件自转及公转的磁极驱动装置；支撑装置，抛光盘高度可调的设于支撑装置上。本发明还公开了一种上述集群磁流变研磨抛光装置的使用方法。

Description

一种集群磁流变研磨抛光装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及抛光设备技术领域，更具体地说，涉及一种集群磁流变研磨抛光装置。此外，本发明还涉及一种上述集群磁流变研磨抛光装置的使用方法。

背景技术

在光学元件、半导体晶片、LED基板及液晶显示板等技术领域，通常采用磁流变抛光技术对工件进行抛光加工，以满足光学元件及半导体基片的平面平坦化需求。

磁流变抛光技术的抛光效果好，不会对工件表面造成次表面损伤，尤其适用于硬脆材料的超精密加工。

集群磁流变抛光的原理是：基于磁流变效应，在磁流变液中加入磨料粒子形成抛光液，以小尺寸磁性体为基体形成磁流变效应，游离磨料被俘获、约束、聚集在呈链状分布的磁性粒子之间形成“微磨头”；在集群作用下多点磁流变效应“微磨头”阵列组合构成柔性抛光垫，以对工件表面进行研磨抛光。

现有技术中的集群磁流变研磨抛光装置，通常包括抛光盘、集群磁性体、磁流变抛光工作液、抛光头主轴以及装夹装置。集群磁性体均匀分布于抛光盘的下方，用于使磁流变抛光工作液在磁场作用下产生磁流变微磨头；抛光头主轴用于设置工件，装夹装置用于装夹抛光头主轴，抛光头主轴和装夹装置设于抛光盘上方，工作时，抛光头主轴带动工件转动，同时，集群磁性体移动，使抛光盘上的磁流变抛光工作液产生磁流变微磨头，工件转动时，与磁流变微磨头相对运动，利用磁流变微磨头的顶部对工件的下表面进行研磨抛光。

然而，现有技术中的这种集群磁流变研磨抛光装置，需要抛光盘盛放磁流变抛光工作液的同时，还需要抛光头主轴以及装夹装置来实现工件的装夹，以此来保证工件相对磁流变抛光工作液的位置，结构复杂。同时，由于工件设置在抛光头主轴上，需要通过调节主轴的高度，来保证工件下表面与磁流变微磨头顶部接触，而调节主轴的操作不便。再者，加工过程中，主轴做旋转运动的同时，抛光盘同步运动，运动控制复杂且机器机构庞大，造价成本高。另外，由于形成的磁流变微磨头为“山字形”结构，也即，磁流变微磨头的顶部面积最小，因此，采用磁流变微磨头的顶部对工件进行微切削，抛光面积小，磨料利用率及抛光效率均较低。再加上，磁流变抛光液中由于磁性颗粒的排异性行为，导致柔性抛光垫靠近磁铁的一面聚集大量磁性颗粒，而远离磁铁的一端聚集大量磨料粒子，加工效率不高且无法保证加工均匀性。最后，磁流变抛光工作液的磨粒在离心力和切削力的作用下逃逸出加工区域实现磨料更新自锐，该结构中的磁流变抛光工作液的磨粒更新速率较慢且利用率较低。

综上所述，如何提供一种结构简单、操作方便、加工效率高且磨粒更新自锐的速率较高的集群磁流变研磨抛光装置，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种集群磁流变研磨抛光装置，结构简单、操作方便、加工效率高且磨粒更新自锐的速率较高。

本发明的另一个目的是提供一种上述集群磁流变研磨抛光装置的使用方法。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种集群磁流变研磨抛光装置，包括：

抛光盘，所述抛光盘的底面设有至少一个凹槽，所述凹槽内设有用于设置工件的抛光吸附垫，所述抛光吸附垫设有至少一个用于容纳工件的工件承置槽；所述抛光盘的侧壁与所述底面形成用于盛放磁流变抛光液的腔体，以使所述磁流变抛光液完全浸过工件表面；所述磁流变抛光液的磨料包括纳米磨料粒子、结合剂和微米磁性颗粒，所述纳米磨料粒子在所述结合剂的作用下包裹在所述微米磁性颗粒的外表面；

设于所述抛光盘的下方、用于为所述磁流变抛光液提供磁场的至少一个磁铁组件，每个所述磁铁组件均包括至少两个按预设规律排布的磁铁，以使所述磁流变抛光液形成的柔性抛光垫完全覆盖工件的表面；

与所述磁铁组件相连、用于驱动所述磁铁组件自转及公转的磁极驱动装置；

用于设置所述抛光盘、所述磁铁组件和所述磁极驱动装置的支撑装置，所述抛光盘高度可调的设于所述支撑装置上，以通过调整所述抛光盘的高度来改变所述抛光盘与所述磁铁组件之间的间隙，以调整抛光压力。

优选地，所述磁极驱动装置包括：

用于输出旋转运动的旋转驱动装置；

与所述旋转驱动装置的输出主轴相连的主动外齿轮；

与所述主动外齿轮同轴设置的内齿轮；

分别与所述主动外齿轮和所述内齿轮啮合传动的行星齿轮，所述行星齿轮的数量与所述磁铁组件的数量相同，所述磁铁组件与所述行星齿轮一一对应相连。

优选地，每个所述磁铁组件均还包括磁铁保持架，所述磁铁保持架设有：

至少两个用于设置所述磁铁的磁铁偏心套；

与所述磁铁偏心套相连的连接轴，所述连接轴通过偏心套筒与所述行星齿轮的轴孔套接。

优选地，所述行星齿轮的一端设有第一端盖，所述连接轴与所述第一端盖的对应位置设有至少一对定位槽，所述连接轴与所述第一端盖通过与所述定位槽配合的定位销固定相连。

优选地，所述旋转驱动装置包括：

用于提供旋转动力的驱动电机；

与所述驱动电机的动力轴相连的主动带轮；

与所述主动带轮通过传动带传动的从动带轮；所述输出主轴包括与所述从动带轮固定连接的传动轴和与所述主动外齿轮固定连接的偏心轴，所述偏心轴与所述传动轴偏心设置，且所述偏心轴与所述传动轴通过过渡轴相连。

优选地，所述抛光吸附垫包括自下而上依次设置的电工纯铁薄层、PET膜层、多孔膜层和表面保护膜层，所述电工纯铁薄层与所述PET膜层之间以及所述PET膜层与所述多孔膜层之间均通过双面胶粘接。

优选地，所述抛光盘与所述支撑装置通过调节旋钮相连，以通过所述调节旋钮的正反向转动，使所述抛光盘靠近或远离所述磁铁组件。

优选地，所述侧壁的顶部设有用于防止所述磁流变抛光液在加工过程中飞溅的挡板。

一种集群磁流变研磨抛光装置的使用方法，应用于上述任意一种集群磁流变研磨抛光装置，包括：

根据加工工件的尺寸要求，选择合适尺寸、合适数量和合适磁场强度的磁铁，将所有所述磁铁按照预设规律排布，形成一个磁铁组件，以形成局部集群磁铁动态磁场发生装置；

确定合适数量的所述磁铁组件，将所有所述磁铁组件设于抛光盘下方的预设位置处，并使所述磁铁组件与磁极驱动装置相连，以形成全局集群磁铁动态磁场发生装置；

根据加工工件的尺寸要求，选择合适的抛光吸附垫，将所述抛光吸附垫放置在所述抛光盘上的凹槽内，并将加工工件放置在所述抛光吸附垫上的工件承置槽内；

配置磁流变抛光液，将制成的磁流变抛光液注入到所述抛光盘的腔体内，直至磁流变抛光液完全浸过工件表面；

启动磁极驱动装置，使磁极驱动装置带动所述磁铁组件中的各个所述磁铁自转及公转，所述磁流变抛光液在所述磁铁的作用下形成动态柔性磨头，多个所述动态柔性磨头集群形成动态柔性抛光垫；

通过调整所述抛光盘的高度，来调整所述抛光盘与所述磁铁组件之间的间隙，以保证研磨抛光压力并使所述动态柔性抛光垫稳定形成；

所述动态柔性抛光垫跟随所述磁铁自转和公转，以实现所述磁流变抛光液的磨粒的更新和自锐，使所述动态柔性抛光垫对工件表面进行微切削，完成对工件表面的研磨抛光。

本发明提供的集群磁流变研磨抛光装置，在抛光盘上设置有抛光吸附垫，工件设置在抛光吸附垫的工件承置槽内，磁流变抛光液注入抛光盘的腔体内，并完全浸过工件表面，工作时，在磁极驱动装置的作用下，驱动磁铁组件自转和公转，使抛光盘中的磁流变抛光液形成两个以上的柔性磨头，利用柔性磨头的底部对工件上表面进行研磨抛光。

相比于现有技术，该集群磁流变研磨抛光装置利用抛光吸附垫来吸附固定工件，无需采用抛光头主轴以及装夹装置来实现工件的装夹，结构简单；而且，只需要通过磁极驱动装置驱动磁铁组件自转和公转即可，无需再增加驱动装置驱动工件转动，运动简单；另外，可通过在抛光盘设置多个凹槽，并在抛光吸附垫设置多个工件承置槽来大大提高一次性参与研磨抛光的工件的数量。

同时，由于磁流变抛光液完全浸过工件表面，磁流变抛光液形成的柔性磨头位于工件上方，也即，本发明采用柔性磨头的底部对工件进行微切削，由于柔性磨头的底部面积最大，因此，增大了抛光面积，提高了磨料利用率及抛光效率。

另外，本发明中的抛光盘高度可调的设于支撑装置上，通过调整抛光盘的高度，来调整抛光盘与磁铁组件之间的间隙，从而可调节所形成的柔性抛光垫对工件的抛光压力，结合着磁极驱动装置输出的公转转速及自转转速，可改变工件与柔性抛光垫的结合强度，从而形成稳定的柔性抛光垫。

再者，由于本发明中的磁流变抛光液的磨料包括纳米磨料粒子、结合剂和微米磁性颗粒，纳米磨料粒子在结合剂的作用下包裹在微米磁性颗粒的外表面。因此，可避免磁性颗粒的排异性行为，避免柔性抛光垫靠近磁铁的一面聚集大量磁性颗粒，而远离磁铁的一端聚集大量磨料粒子的现象，从而可以提高加工效率，保证工件研磨的均匀性。

最后，由于单个磁铁组件包括两个以上的磁铁，在磁极驱动装置驱动磁铁组件自转和公转时，使抛光盘中的磁流变抛光液形成两个以上的柔性磨头，相比于现有技术中单个整块的磁铁，在磁极驱动装置带着磁铁组件自转和公转的过程中，各个磁铁对应的柔性磨头的磨粒在离心力和切削力的作用下更容易逃逸出加工区域，实现磨料的更新自锐，同时，可通过改变磁铁组件的自转速度及公转速度，来提高磨料的更新自锐速度。因此，该集群磁流变研磨抛光装置能够实现磁流变抛光液的快速更新与磨料的快速自锐。

本发明提供的集群磁流变研磨抛光装置的使用方法，应用于上述集群磁流变研磨抛光装置，具有上述有益效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明具体实施例所提供的集群磁流变研磨抛光装置的结构示意图；

图2为图1中抛光盘的俯视图；

图3为图1中磁铁组件的俯视图；

图4为图1中行星齿轮的分布示意图；

图5为图1中抛光盘中的磁流变抛光液形成的柔性磨头的示意图；

图6为图1中抛光吸附垫的俯视图；

图7为图6所示抛光吸附垫的剖视图。

图1至图7中的附图标记如下：

1为抛光盘、11为挡板、12为凹槽、13为凸台、2为磁铁组件、21为磁铁、22为磁铁保持架、221为磁铁偏心套、222为连接轴、31为输出主轴、32为主动外齿轮、33为内齿轮、34为行星齿轮、341为第一端盖、342为端盖支撑架、35为驱动电机、36为主动带轮、37为从动带轮、38为传动带、4为偏心套筒、5为定位销、6为抛光吸附垫、61为电工纯铁薄层、62为PET膜层、63为多孔膜层、64为表面保护膜层、65为双面胶、71为支撑架、72为固定架、721为散热孔、73为底座、8为调节旋钮、91为磁流变抛光液、92为柔性磨头、01为工件。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的核心是提供一种集群磁流变研磨抛光装置，结构简单、操作方便、加工效率高且磨粒更新自锐的速率较高。本发明的另一核心是提供一种上述集群磁流变研磨抛光装置的使用方法。

请参考图1-图7，图1为本发明具体实施例所提供的集群磁流变研磨抛光装置的结构示意图；图2为抛光盘的俯视图；图3为磁铁组件的俯视图；图4为行星齿轮的分布示意图；图5为抛光盘中的磁流变抛光液形成的柔性磨头的示意图；图6为抛光吸附垫的俯视图；图7为图6所示抛光吸附垫的剖视图。

本发明提供一种集群磁流变研磨抛光装置，主要用于对晶圆表面进行研磨抛光，包括抛光盘1、磁铁组件2、磁极驱动装置和支撑装置。

抛光盘1用于设置工件01并盛放磁流变抛光液91，也就是说，抛光盘1上设置有用于放置工件01的工位，且抛光盘1具有周向侧壁，以形成用于容纳磁流变抛光液91的腔体。

具体地，抛光盘1的底面设有至少一个凹槽12，凹槽12内设有用于设置工件01的抛光吸附垫6，抛光吸附垫6设有至少一个用于容纳工件01的工件承置槽。抛光盘1的侧壁与底面形成用于盛放磁流变抛光液91的腔体，以使磁流变抛光液91完全浸过工件01表面。

优选地，抛光盘1的中心部设有凸台13，抛光盘1围绕中心部的环形区域设有四个用于设置抛光吸附垫6的凹槽12。

优选地，抛光吸附垫6为圆形抛光吸附垫6，对应地，凹槽12为圆形凹槽。

在加工时，将工件01放置在抛光吸附垫6的工件承置槽内，并将磁流变抛光液91注入到抛光盘1的腔体中，使磁流变抛光液91完全浸没工件01表面，以便于后续在磁铁组件2中的磁铁21作用下，使磁流变抛光液91形成的柔性抛光垫能够完全覆盖工件01表面，从而对工件01表面进行磨削加工。

磁铁组件2设置在抛光盘1的下方，用于为磁流变抛光液91提供磁场，以使磁流变抛光液91在磁铁组件2的磁场作用下，发生磁流变而形成柔性抛光垫。

需要说明的是，磁铁组件2的数量为至少一个，本领域技术人员可以根据实际需要来选择，磁铁组件2的数量越多，则加工效率越高。优选地，磁铁组件2的数量为四个。

每个磁铁组件2均包括至少两个磁铁21，单个磁铁组件2中的所有磁铁21朝向抛光盘1的端面在同一个平面内，磁铁21优选为强力柱状磁铁21，磁铁21的磁场强度优选为0.1T～2T，磁铁21的直径优选为5mm～50mm，磁铁21的具体数量及尺寸可根据待加工工件01的尺寸来合理选择；另外，需要说明的是，单个磁铁组件2中的所有磁铁21按预设规律排布，以使磁流变抛光液91形成的柔性抛光垫能够完全覆盖工件01表面。

可以理解的是，单个磁铁组件2中的各个磁铁21均能使磁流变抛光液91形成柔性磨头92，单个磁铁组件2中的所有磁铁21对应的柔性磨头92集群形成柔性抛光垫，本领域技术人员可以根据需要选择合适尺寸、合适数量的磁铁21，并按预设规律排布，以便形成覆盖于工件01表面的连续的抛光垫。

需要说明的是，本发明对单个磁铁组件2中的所有磁铁21的预设排布规律不做限定，例如，优选地，单个磁铁组件2中的磁铁21的数量为六个，则以一个磁铁21为圆心，其它五个磁铁21绕中间的磁铁21的周向均匀分布；进一步地，中间的磁铁21朝向抛光盘1的磁极与外围的五个磁铁21朝向抛光盘1的磁极相反，也即，外围的磁铁21朝向抛光盘1的磁极保持一致，以便形成连续的抛光垫。

磁极驱动装置与磁铁组件2相连，用于驱动磁铁组件2自转和公转，磁铁组件2自转时，形成局部的动态磁场发生装置，从而使磁流变抛光液91形成局部集群的柔性抛光垫；磁铁组件2公转时，形成全局的动态磁场发生装置，从而使磁流变抛光液91形成全局集群的动态柔性抛光垫，以利用动态柔性抛光垫对工件01表面进行微切削，以达到对工件01表面进行研磨抛光的目的。

可以理解的是，由于单个磁铁组件2包括两个以上的磁铁21，形成两个以上的柔性磨头92，相比于现有技术中单个整块的磁铁21，在磁极驱动装置带着磁铁组件2自转和公转的过程中，各个磁铁21对应的柔性磨头92的磨粒在离心力和切削力的作用下更容易逃逸出加工区域，实现磨料的更新自锐，同时，可通过改变磁铁组件2的自转速度及公转速度，来提高磨料的更新自锐速度。因此，该集群磁流变研磨抛光装置能够实现磁流变抛光液91的快速更新与磨料的快速自锐。

需要说明的是，本实施例对磁极驱动装置的具体结构不做限定，只要能够驱动磁铁组件2自转及公转即可。

支撑装置主要起到承载的作用，用于支撑或固定抛光盘1、磁铁组件2和磁极驱动装置。本发明对支撑装置的具体结构不做限定，本领域技术人员可以根据实际需要来选择。

为了调整磁流变抛光液91形成的柔性抛光垫对工件01施加的抛光压力，抛光盘1高度可调的设于支撑装置上，以通过调整抛光盘1的高度来改变抛光盘1与磁铁组件2之间的间隙，从而方便调整柔性抛光垫对工件01的抛光压力。

本发明通过调整抛光盘1与磁铁组件2之间的间隙，来改变柔性抛光垫对工件01的抛光压力。

可以理解的是，抛光盘1与磁铁组件2之间的间隙越小，则磁场强度越大，柔性抛光垫的结合强度越大，从而对工件01施加的抛光压力越大。本领域技术人员可以根据实际需要来调整抛光盘1与磁铁组件2之间的间隙，以使柔性抛光垫对工件01施加合适的抛光压力，结合着调整磁极驱动装置输出的公转转速及自转转速，可改变工件01与柔性抛光垫的结合强度，从而使磁流变抛光液91形成稳定的柔性抛光垫。

另外，相比于现有技术，该集群磁流变研磨抛光装置利用抛光吸附垫6来吸附固定工件01，无需采用抛光头主轴以及装夹装置来实现工件01的装夹，结构简单；而且，只需要通过磁极驱动装置驱动磁铁组件2自转和公转即可，无需再增加驱动装置驱动工件01转动，运动简单；另外，可通过在抛光盘1设置多个凹槽12，并在抛光吸附垫6设置多个工件承置槽来大大提高一次性参与研磨抛光的工件01的数量。

同时，由于磁流变抛光液91完全浸过工件01表面，磁流变抛光液91形成的柔性磨头92位于工件01上方，也即，本发明采用柔性磨头92的底部对工件01进行微切削，由于柔性磨头92的底部面积最大，因此，增大了抛光面积，提高了磨料利用率及抛光效率。

考虑到磁极驱动装置具体结构的实现，在上述实施例的基础之上，磁极驱动装置包括旋转驱动装置、主动外齿轮32、行星齿轮34和内齿轮33，旋转驱动装置用于输出旋转运动，主动外齿轮32与旋转驱动装置的输出主轴31相连，内齿轮33与主动外齿轮32同轴设置，行星齿轮34分别与主动外齿轮32和内齿轮33啮合连接，行星齿轮34的数量与磁铁组件2的数量相同，磁铁组件2与行星齿轮34一一对应相连。

工作时，在旋转驱动装置的作用下，输出主轴31带动主动外齿轮32转动，从而使行星齿轮34分别与主动外齿轮32和内齿轮33啮合传动，实现行星齿轮34的自转和公转，进而使行星齿轮34带动磁铁组件2进行同步自转和公转，抛光盘1中的磁流变抛光液91在磁铁组件2中的磁铁21作用下，形成动态柔性磨头92，两个以上的动态柔性磨头92集群形成动态的柔性抛光垫，动态的柔性抛光垫跟随磁铁组件2自转和公转，从而对工件01表面进行研磨抛光，且实现磨粒的更新和自锐，使工件01表面加工的更加均匀和光滑。

需要说明的是，本实施例对旋转驱动装置的具体结构不做限定，只要能够输出旋转运动即可。

考虑到运动的平稳性，在上述实施例的基础之上，旋转驱动装置包括驱动电机35、主动带轮36、从动带轮37和传动带38，驱动电机35用于提供旋转动力，主动带轮36与驱动电机35的动力轴相连，主动带轮36与从动带轮37通过传动带38实现运动的传递，从动带轮37与输出主轴31相连，以通过输出主轴31将传动带38传递的驱动电机35的旋转动力转变为主动外齿轮32的转动。

优选地，主动带轮36通过第一平键固定在驱动电机35的动力轴上。

优选地，从动带轮37通过第一固定螺钉固定在输出主轴31远离主动外齿轮32的一端。

为了提高主动外齿轮32的线速度，作为一种优选方案，输出主轴31包括传动轴、偏心轴和过渡轴，偏心轴与传动轴的轴线不共线，也即，偏心轴与传动轴偏心设置，传动轴与从动带轮37固定连接，偏心轴与主动外齿轮32固定连接，过渡轴设于传动轴和偏心轴之间，用于实现传动轴与偏心轴的间接连接。

也即，本实施例通过偏心轴的偏心设置，来提高偏心轴轴心处的线速度，以此来提高主动外齿轮32的线速度。

优选地，主动外齿轮32通过第二平键固定到偏心轴上。

考虑到磁铁组件2的具体结构的实现，在上述各个实施例的基础之上，每个磁铁组件2均还包括磁铁保持架22，磁铁保持架22设有磁铁21容纳套和连接轴222，磁铁21容纳套用于设置磁铁21，磁铁21容纳套的数量与磁铁21的数量相同，为至少两个；连接轴222与磁铁21容纳套相连，用于将磁铁保持架22固定在行星齿轮34上，连接轴222与行星齿轮34的轴孔套接固定。

为了提高磁铁21的线速度，作为一种优选方案，磁铁21容纳套为磁铁偏心套221，也就是说，磁铁21的轴心与磁铁偏心套221的轴心不共线。

进一步地，为了避免漏磁，磁铁偏心套221为抗磁质磁铁偏心套221，例如，磁铁偏心套221包括不锈钢磁铁偏心套221、铜合金磁铁偏心套221或陶瓷磁铁偏心套221。

为了提高磁铁保持架22整体的线速度，作为一种优选方案，连接轴222通过偏心套筒4与行星齿轮34的轴孔套接固定。

考虑到连接轴222与行星齿轮34连接的紧固性，避免连接轴222与行星齿轮34的轴孔相对转动，在上述实施例的基础之上，行星齿轮34的一端设有第一端盖341，连接轴222与第一端盖341的对应位置设有至少一对定位槽，连接轴222与第一端盖341通过与定位槽配合的定位销5固定相连。

也就是说，本实施例通过定位销5与定位槽的配合连接，来实现连接轴222与第一端盖341的固定连接，以此来保持两者的相对位置关系不变，避免在转动过程中连接轴222在行星齿轮34的轴孔内转动。

考虑到第一端盖341与行星齿轮34的连接关系，优选地，第一端盖341通过第二固定螺钉与行星齿轮34远离磁铁保持架22的一端相连。

为了提高抛光吸附垫6对工件支撑的稳定性，确保工件的平面度，在上述各个实施例的基础之上，抛光吸附垫6包括自下而上依次设置的电工纯铁薄层61、PET膜层62、多孔膜层63和表面保护膜层64，电工纯铁薄层61与PET膜层62之间以及PET膜层62与多孔膜层63之间均通过双面胶65粘接。

可以理解的是，电工纯铁薄层61可以增强磁场强度，保证磁流变抛光液91粒子被约束在抛光吸附垫6表面，形成柔性抛光垫，从而提高对工件01表面的研磨抛光效果。

PET膜层62用于构建支撑工件01的承置位，以便于支撑工件01。

多孔膜层63的表面具有很多微孔结构，其性能就像真空状态，能够吸附住工件01，使工件固定的更稳定，从而能够更好的保证工件的平面度；多孔膜层63包括聚氨酯垫多孔膜层63、纤维织物垫多孔膜层63、聚乙烯垫多孔膜层63、各种粗布垫多孔膜层63及绒毛布垫多孔膜层63中的一种或两种以上的组合。

表面保护膜层64用于收集加工去除物、传送磁流变抛光液91以及提高抛光吸附垫6的抗腐蚀磨损性能等。

电工纯铁薄层61与PET膜层62之间以及PET膜层62与多孔膜层63之间均设有双面胶65，以实现层与层之间的连接。

考虑到抛光盘1与磁铁组件2之间间隙调整的方便性，在上述实施例的基础之上，抛光盘1与支撑装置通过调节旋钮8相连，以通过调节旋钮8的正反向转动，使抛光盘1靠近或远离磁铁组件2。

优选地，支撑装置包括用于支撑抛光盘1的支撑架71，支撑架71与抛光盘1通过调节旋钮8相连。

也就是说，本实施例通过调节旋钮8的正向和反向转动，可实现抛光盘1的升降，以此来调整抛光盘1与磁铁组件2之间的间隙，从而达到改变抛光压力的目的。

另外，可以理解的是，加工过程中，在动态磁场的作用下，磁流变抛光液91在离心力的作用下，具有向抛光盘1的边缘部飞溅的趋势，为了避免磁流变抛光液91在加工过程中飞溅，在上述各个实施例的基础之上，抛光盘1的边缘部的上方设有用于防止磁流变抛光液91在加工过程中飞溅的挡板11。

优选地，挡板11通过第三螺钉固定在抛光盘1上。

另一方面，考虑到磁极驱动装置与支撑装置的固定方式，在上述实施例的基础之上，支撑装置还包括底座73和固定架72，固定架72通过第四螺钉固定在底座73上，支撑架71通过第五螺钉固定在固定架72上。

优选地，驱动电机35固定座通过第六螺钉固定在底座73上；驱动电机35固定在驱动电机35固定座上。

考虑到驱动电机35的散热问题，优选地，固定架72靠近驱动电机35的一侧开设有若干个散热孔721。

进一步优选地，固定架72设有用于设置输出主轴31的中空腔体，输出主轴31通过轴承与中空腔体相连。

优选地，轴承的数量为一对，分别设于输出主轴31的传动轴的两端。

优选地，还包括分别用于定位轴承的内圈和外圈的内套筒和外套筒，内套筒与传动轴套接，外套筒套设在中空腔体内。

进一步优选地，输出主轴31的过渡轴的外周部套设有主轴端盖，主轴端盖通过第七螺钉固定在固定架72上。

进一步优选地，还包括用于支撑行星齿轮34的第一端盖341的端盖支撑架34271，端盖支撑架34271通过第八螺钉固定在固定架72上。

需要说明的是，本发明对磁流变抛光液91中的磨料不做具体限定，可直接选用现有技术中的常规磁流变抛光液91磨料。然而，由于现有常规磁流变抛光液91磨料的磁性颗粒的排异性行为，导致柔性抛光垫靠近磁铁21的一面聚集大量磁性颗粒，而远离磁铁21的一端聚集大量磨料粒子，从而需要较大的抛光压力，才能有效研磨抛光工件01表面，为解决这一问题，在上述各个实施例的基础之上，磁流变抛光液91的磨料包括纳米磨料粒子、结合剂和微米磁性颗粒，纳米磨料粒子在结合剂的作用下包裹在微米磁性颗粒的外表面。

优选地，纳米磨料粒子包括碳化硅纳米磨料粒子、金刚石纳米磨料粒子、蓝宝石纳米磨料粒子、二氧化硅纳米磨料粒子、二氧化铈纳米磨料粒子中的一种或任意两种以上的组合。

优选地，微米磁性颗粒包括铁粉微米磁性颗粒、羰基铁粉微米磁性颗粒、还原铁粉微米磁性颗粒中的一种或任意两种以上的组合。

需要说明的是，结合剂为本领域的常规结合剂，本发明不做具体限定。

进一步地，纳米磨料粒子在结合剂的作用下，通过烧结法、凝胶法、或喷雾法包裹在微米磁性颗粒的外表面。

除了上述集群磁流变研磨抛光装置，本发明还提供一种上述实施例公开的集群磁流变研磨抛光装置的使用方法，该使用方法包括以下步骤：

根据加工工件01的尺寸要求，选择合适尺寸、合适数量和合适磁场强度的磁铁21，将所有磁铁21按照预设规律排布，形成一个磁铁组件2，以形成局部集群磁铁动态磁场发生装置；

确定合适数量的磁铁组件2，将所有磁铁组件2设于抛光盘1下方的预设位置处，并使磁铁组件2与磁极驱动装置相连，以形成全局集群磁铁动态磁场发生装置；

根据加工工件01的尺寸要求，选择合适的抛光吸附垫6，将抛光吸附垫6放置在抛光盘1上的凹槽12内，并将加工工件01放置在抛光吸附垫6上的工件承置槽内；

配置磁流变抛光液91，将制成的磁流变抛光液91注入到抛光盘1的腔体内，直至磁流变抛光液91完全浸过工件表面；

启动磁极驱动装置，使磁极驱动装置带动磁铁组件2中的各个磁铁21自转及公转，磁流变抛光液91在磁铁21的作用下形成动态柔性磨头92，多个动态柔性磨头92集群形成动态柔性抛光垫；

通过调整抛光盘1的高度，来调整抛光盘与磁铁组件2之间的间隙，以保证研磨抛光压力并使动态柔性抛光垫稳定形成；

动态柔性抛光垫跟随磁铁21自转和公转，以实现磁流变抛光液的磨粒的更新和自锐，使动态柔性抛光垫对工件01表面进行微切削，完成对工件表面的研磨抛光。

下面以图1所示的集群磁流变研磨抛光装置为例，来详细介绍该集群磁流变研磨抛光装置的使用方法。

步骤S1：根据加工工件01的尺寸要求，选择合适尺寸、合适数量和合适磁场强度的磁铁21，按照预设规律排布在磁铁保持架22上，形成一个磁铁组件2，从而形成局部集群磁铁21动态磁场发生装置。

例如，在加工两英寸的单晶硅基片时，选择二十四个直径为15mm且磁场强度为0.5T的平头圆柱形强力磁铁21。

在加工四英寸的碳化硅基片时，选择二十四个直径为30mm且磁场强度为0.5T的平头圆柱形强力磁铁21。

步骤S2：确定合适数量的磁铁组件2，选择与磁铁组件2数量相同的行星齿轮34，使行星齿轮34分别与主动外齿轮32和内齿轮33啮合安装，将磁铁保持架22与行星齿轮34固定连接，以形成全局集群磁铁21动态磁场发生装置。

步骤S3：根据加工工件01的尺寸要求，选择合适的抛光吸附垫6，将抛光吸附垫6放置在抛光盘1上的凹槽12内，并将加工工件01放置在抛光吸附垫6上的工件承置槽内。

例如，在加工两英寸的单晶硅基片时，选择设有四个工件承置槽的抛光吸附垫6；优选地，抛光吸附垫6选用聚氨酯质抛光吸附垫6。

在加工四英寸的碳化硅基片时，选择设有三个工件承置槽的抛光吸附垫6；优选地，抛光吸附垫6选用聚氨酯质抛光吸附垫6。

步骤S4：在去离子水中加入浓度为2％～20％的上述磁流变抛光液91的磨料，浓度为1％～10％的分散剂和浓度为1％～10％的防锈剂，充分搅拌均匀后，通过超声振荡5min～30min，制成复合磁流变抛光液91。

优选地，在加工两英寸的单晶硅基片时，磁流变抛光液91的磨料包括100nm～500nm的金刚石纳米磨料粒子和5μm～10μm的羰基铁粉微米磁性颗粒。

在加工四英寸的碳化硅基片时，磁流变抛光液91的磨料包括50nm～100nm的金刚石纳米磨料粒子和2μm～5μm的羰基铁粉微米磁性颗粒。

步骤S5：将制成的复合磁流变抛光液91加入到送料装置的容器中，然后启动送料装置，使复合磁流变抛光液91流入到抛光盘1的腔体内，直至复合磁流变抛光液91完全浸过工件01表面9mm～11mm，优选地，复合磁流变抛光液91完全浸过工件01表面10mm。

步骤S6：启动驱动电机35，驱动电机35的动力轴通过第一平键带动主动带轮36转动，主动带轮36通过传动带38带动从动带轮37转动，从而使从动带轮37带动输出主轴31的传动轴一起旋转，进而使输出主轴31的偏心轴转动；偏心轴通过第二平键将其旋转运动传递至主动外齿轮32，从而使偏心轴带动主动外齿轮32转动，进而使行星齿轮34分别与主动外齿轮32和内齿轮33啮合传动，实现行星齿轮34的自转和公转，同时，磁铁保持架22随行星齿轮34一起自转和公转。

步骤S7：行星齿轮34带动磁铁保持架22实现自转和公转，从而使磁铁组件2中的各个磁铁21实现自转和公转，抛光盘1中的磁流变抛光液91在磁铁21的作用下形成动态柔性磨头92，多个柔性磨头92集群形成动态柔性抛光垫。

步骤S8：通过调节旋钮8调整抛光盘1的高度，从而调整抛光盘1与磁铁组件2之间的间隙，以此来调整研磨抛光压力并使动态柔性抛光垫稳定形成。

优选地，在加工两英寸的单晶硅基片时，调整抛光盘1与磁铁组件2之间的间隙，使得磁铁21的表面距抛光吸附垫6上表面的距离为10mm～15mm。

在加工四英寸的碳化硅基片时，调整抛光盘1与磁铁组件2之间的间隙，使得磁铁21的表面距抛光吸附垫6上表面的距离优选为15mm～20mm。

步骤S9：动态柔性抛光垫跟随磁铁21自转和公转，从而实现磨粒的更新和自锐，动态柔性抛光垫对工件01表面进行微切削，实现工件01表面的超光滑均匀加工。

还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

以上对本发明所提供的集群磁流变研磨抛光装置及其使用方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (6)

1.一种集群磁流变研磨抛光装置，其特征在于，包括：

抛光盘(1)，所述抛光盘(1)的底面设有至少一个凹槽，所述凹槽内设有用于设置工件(01)的抛光吸附垫(6)，所述抛光吸附垫(6)设有至少一个用于容纳工件(01)的工件承置槽；所述抛光盘(1)的侧壁与所述底面形成用于盛放磁流变抛光液(91)的腔体，以使所述磁流变抛光液(91)完全浸过工件(01)表面；所述磁流变抛光液(91)的磨料包括纳米磨料粒子、结合剂和微米磁性颗粒，所述纳米磨料粒子在所述结合剂的作用下包裹在所述微米磁性颗粒的外表面；

设于所述抛光盘(1)的下方、用于为所述磁流变抛光液(91)提供磁场的至少一个磁铁组件(2)，每个所述磁铁组件(2)均包括至少两个按预设规律排布的磁铁(21)，以使所述磁流变抛光液(91)形成的柔性抛光垫完全覆盖工件(01)的表面；

与所述磁铁组件(2)相连、用于驱动所述磁铁组件(2)自转及公转的磁极驱动装置；

用于设置所述抛光盘(1)、所述磁铁组件(2)和所述磁极驱动装置的支撑装置，所述抛光盘(1)高度可调的设于所述支撑装置上，以通过调整所述抛光盘(1)的高度来改变所述抛光盘(1)与所述磁铁组件(2)之间的间隙，以调整抛光压力；

所述磁极驱动装置包括：

用于输出旋转运动的旋转驱动装置；

与所述旋转驱动装置的输出主轴(31)相连的主动外齿轮(32)；

与所述主动外齿轮(32)同轴设置的内齿轮(33)；

分别与所述主动外齿轮(32)和所述内齿轮(33)啮合传动的行星齿轮(34)，所述行星齿轮(34)的数量与所述磁铁组件(2)的数量相同，所述磁铁组件(2)与所述行星齿轮(34)一一对应相连；

每个所述磁铁组件(2)均还包括磁铁保持架(22)，所述磁铁保持架(22)设有：

至少两个用于设置所述磁铁(21)的磁铁偏心套(221)；

与所述磁铁偏心套(221)相连的连接轴(222)，所述连接轴(222)通过偏心套筒(4)与所述行星齿轮(34)的轴孔套接；

所述旋转驱动装置包括：

用于提供旋转动力的驱动电机(35)；

与所述驱动电机(35)的动力轴相连的主动带轮(36)；

与所述主动带轮(36)通过传动带(38)传动的从动带轮(37)；所述输出主轴(31)包括与所述从动带轮(37)固定连接的传动轴和与所述主动外齿轮(32)固定连接的偏心轴，所述偏心轴与所述传动轴偏心设置，且所述偏心轴与所述传动轴通过过渡轴相连。

2.根据权利要求1所述的集群磁流变研磨抛光装置，其特征在于，所述行星齿轮(34)的一端设有第一端盖(341)，所述连接轴(222)与所述第一端盖(341)的对应位置设有至少一对定位槽，所述连接轴(222)与所述第一端盖(341)通过与所述定位槽配合的定位销(5)固定相连。

3.根据权利要求1或2所述的集群磁流变研磨抛光装置，其特征在于，所述抛光吸附垫(6)包括自下而上依次设置的电工纯铁薄层(61)、PET膜层(62)、多孔膜层(63)和表面保护膜层(64)，所述电工纯铁薄层(61)与所述PET膜层(62)之间以及所述PET膜层(62)与所述多孔膜层(63)之间均通过双面胶(65)粘接。

4.根据权利要求3所述的集群磁流变研磨抛光装置，其特征在于，所述抛光盘(1)与所述支撑装置通过调节旋钮(8)相连，以通过所述调节旋钮(8)的正反向转动，使所述抛光盘(1)靠近或远离所述磁铁组件(2)。

5.根据权利要求3所述的集群磁流变研磨抛光装置，其特征在于，所述侧壁的顶部设有用于防止所述磁流变抛光液(91)在加工过程中飞溅的挡板(11)。

6.一种集群磁流变研磨抛光装置的使用方法，其特征在于，应用于权利要求1-5任一项所述的集群磁流变研磨抛光装置，包括：

根据加工工件的尺寸要求，选择合适尺寸、合适数量和合适磁场强度的磁铁，将所有所述磁铁按照预设规律排布，形成一个磁铁组件，以形成局部集群磁铁动态磁场发生装置；

确定合适数量的所述磁铁组件，将所有所述磁铁组件设于抛光盘下方的预设位置处，并使所述磁铁组件与磁极驱动装置相连，以形成全局集群磁铁动态磁场发生装置；

根据加工工件的尺寸要求，选择合适的抛光吸附垫，将所述抛光吸附垫放置在所述抛光盘上的凹槽内，并将加工工件放置在所述抛光吸附垫上的工件承置槽内；

配置磁流变抛光液，将制成的磁流变抛光液注入到所述抛光盘的腔体内，直至磁流变抛光液完全浸过工件表面；

启动磁极驱动装置，使磁极驱动装置带动所述磁铁组件中的各个所述磁铁自转及公转，所述磁流变抛光液在所述磁铁的作用下形成动态柔性磨头，多个所述动态柔性磨头集群形成动态柔性抛光垫；

通过调整所述抛光盘的高度，来调整所述抛光盘与所述磁铁组件之间的间隙，以保证研磨抛光压力并使所述动态柔性抛光垫稳定形成；

所述动态柔性抛光垫跟随所述磁铁自转和公转，以实现所述磁流变抛光液的磨粒的更新和自锐，使所述动态柔性抛光垫对工件表面进行微切削，完成对工件表面的研磨抛光。