專利名稱：改進(jìn)的磨削和拋光機(jī)床的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及磨削和拋光機(jī)床以及磨削和拋光圓盤的方法，該圓盤用在半導(dǎo)體裝置結(jié)構(gòu)中的硅圓片以及玻璃或其它脆性材料的圓盤，磁性材料可覆在其上從形成用于計(jì)算機(jī)磁盤驅(qū)動(dòng)器和類似裝置的存儲(chǔ)磁盤。
本發(fā)明的背景當(dāng)磨削上述任一用途的圓盤時(shí)，圓盤外經(jīng)應(yīng)加工成高精度的并常常是特殊的橫截面形狀是很重要的。對于存儲(chǔ)磁盤，也要精確控制其盤圓孔的直徑和圓度。對于硅圓片，后面加工工序中的對準(zhǔn)需要對準(zhǔn)裝置，以完成圓盤周緣的成形例如平周緣和凹口周緣。
傳統(tǒng)的周緣磨削和拋光機(jī)體的所有軸線均為直線導(dǎo)軌。當(dāng)磨削和拋光脆性材料時(shí)，無論是裝有循環(huán)滾動(dòng)元件的支承還是空氣支承，所有這樣的軸線共有常見的失效，即這些軸線允許砂輪和零件間較大相對運(yùn)動(dòng)。因而需要砂輪的正交運(yùn)動(dòng)，其通常由一線性軸線疊在另一軸線上而獲得此運(yùn)動(dòng)需要硬的耐磨砂輪以將由于砂輪磨損而造成的成形損失減至最小，但這樣的砂輪會(huì)磨削出有深度損傷的劣質(zhì)表面。
當(dāng)磨削硅圓片時(shí)，由于圓片必須零損傷地傳送以便在后續(xù)加工工步中使用，磨削時(shí)造成的表面下?lián)p傷的深度應(yīng)減至最小。當(dāng)表面下?lián)p傷已造成時(shí)，就意味著磨削后要進(jìn)行酸洗及拋光。這兩個(gè)工藝均很昂貴，損傷越小所需的拋光時(shí)間就越短。
發(fā)明概要根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，砂輪和工件可分別位于兩個(gè)護(hù)罩內(nèi)，兩個(gè)護(hù)罩磨削時(shí)封閉，形成一個(gè)密封的護(hù)罩。
兩個(gè)護(hù)罩最好用透明的塑料(例如聚碳酸酯)制成，以便觀察磨削過程。
兩個(gè)護(hù)罩最好用一個(gè)可膨脹的密封環(huán)密封，密封環(huán)位于兩個(gè)護(hù)罩接合處周圍以形成一個(gè)密封體。
兩個(gè)護(hù)罩封閉及密封后，形成一個(gè)密封體，至少磨削時(shí)，砂輪和工件位于該密封體之內(nèi)，兩個(gè)護(hù)罩最好裝在導(dǎo)軌上，并可在與砂輪旋轉(zhuǎn)細(xì)線平行的方向移動(dòng)，以便工作臺需一個(gè)砂輪槽和另一個(gè)砂輪槽之間移動(dòng)時(shí)，或需移動(dòng)以使成形輪與砂輪接觸時(shí)，可以軸向移動(dòng)，而無需排氣打開護(hù)罩及再膨脹以密封護(hù)罩。此特點(diǎn)減少了磨削加工的循環(huán)時(shí)間。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，當(dāng)工件仍在旋轉(zhuǎn)時(shí)，可有裝置使清洗液噴嘴對準(zhǔn)工件的外緣。這避免了將工件從支承件上卸下時(shí)，磨屑進(jìn)入工件的背面。
在密封的護(hù)罩中磨削時(shí)，清潔液的噴嘴最好在護(hù)罩內(nèi)，只有護(hù)罩封閉后，清潔液噴嘴才能工作。
附圖簡要說明參見附圖，現(xiàn)通過實(shí)施例描述本發(fā)明，其中

圖1是實(shí)施本發(fā)明磨床的透視圖(未按比例)，是從操作者通常所站位置的視角觀看。
圖2是圖1中所示磨床的側(cè)視圖(也未按比例)，也是從操作者通常所站一側(cè)的視角觀看。
圖3是圖1和圖2中所示磨床的端視圖。
圖4是從圖3端面的視角觀看的橫截面圖(比例稍大)，所示為通過撓性安裝的部件。
圖5是圖4中可見的兩個(gè)撓性件的放大比例圖。
圖6是圖4右上角的放大比例橫截面圖，所示為凸輪主動(dòng)件、隨動(dòng)件及部件的承載彈簧。
圖7是圖2中所示磨床部件一端的放大比例側(cè)視圖(其中部分是剖面圖)。
圖8是上下料機(jī)構(gòu)的透視圖，其裝在圖3中所示磨床一端的右側(cè)，圖3中所示的磨床一端在圖8中部分可見。
圖9是圖8中工件輸送裝置另一側(cè)的透視圖，該圖也表示出圓盤檢驗(yàn)裝置和圖2中所示的磨床右端。
圖10是圖9中所示的圓盤檢驗(yàn)裝置另一側(cè)的透視圖(放大比例)。
圖11是監(jiān)視器屏幕上顯示的攝像機(jī)234所攝凹口周緣。
圖12是監(jiān)視器屏幕是顯示的攝像機(jī)234所攝圓盤上的平周緣。
圖13是圖10中部件后面的側(cè)視圖，顯示電機(jī)和真空吸盤之間的傳動(dòng)裝置，也顯示出將圓片輸送到工件主軸之前確定其厚度的測厚測頭的位置。
圖14是復(fù)式砂輪部件的兩側(cè)視圖，復(fù)式砂輪部件可用在圖1及其它各圖中所示的磨床上。
圖15是用在該磨床上的凹口砂輪的側(cè)視圖。
圖16是工件真空吸盤和修整輪部件的側(cè)視圖。
圖17是清洗工位的側(cè)視圖，該工位也可用于圓片的中間存貯。
有關(guān)附圖的詳細(xì)描述圖1、圖2和圖3顯示了用于硅或類似材料圓盤(圖片)周緣磨削的整臺磨床的一部分。工件輸送檢驗(yàn)和定心裝置也是整臺磨床的一部分，但將結(jié)合后面的圖加以說明。
圖1至圖3所示的磨床包括控制柜10和床身12。床身12上裝有平臺14。平臺14裝在三個(gè)減振支承上。減振支承之一即圖1中可見的件16，第二個(gè)減振支承18裝在底座區(qū)域22的中心，圖1中用虛線顯示其輪廓，第三個(gè)減振支承20可在圖3中見到。
平臺14上裝有整體支承結(jié)構(gòu)或底座22，底座22上裝有工作臺24。工作臺24可沿裝在底座22上面的導(dǎo)軌26軸向滑動(dòng)。工件主軸24包括主軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)28和安裝待磨圓片的真空吸盤30。
周緣磨削通過砂輪32完成。砂輪32上有許多環(huán)槽例如34，用于與圖2中圓片工件36的周緣接觸。
主軸部件38中的砂輪主軸(圖中未示出)，由電機(jī)40帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)。
主軸部件38和電機(jī)40裝在支承件42上。支承件42靠近平臺14的中心線裝在剛性的加固板44的一側(cè)；沿加固板44的底邊通過翼緣用螺栓將其固定在平臺14上；在加固板44的上端通過另一個(gè)突出部46用螺栓將其固定在磨床底座22上；加固板44的功能是增加平臺14相對底座22的剛度。并承受其它可能會(huì)引起的橫向振動(dòng)。
與加固板44等距，且在其另一側(cè)的是第二個(gè)支承件48。支承件48上裝有導(dǎo)軌50，導(dǎo)軌50上裝有第二個(gè)主軸部件52，該主軸部件用于凹口磨削。主軸部件52的軸向運(yùn)動(dòng)由動(dòng)力頭54驅(qū)動(dòng)(見圖2)。主軸部件52也可用于環(huán)形圓盤內(nèi)孔的磨削。
工作臺主軸、周緣磨削主軸和凹口磨削主軸均裝在空氣軸承上。工作臺主軸的速度范圍一般為每分鐘2轉(zhuǎn)至1000轉(zhuǎn)；周緣磨削主軸的速度范圍一般最高可達(dá)每分鐘6000轉(zhuǎn)；凹口磨削主軸的速度范圍一般最高可達(dá)每分鐘70,000轉(zhuǎn)。
在圖2中可見到的成形輪56和58裝在工作臺主軸上、吸盤的后面。工作臺24在圖2中箭頭60方向上的移動(dòng)，使得圓盤工件36可與砂輪32的砂輪槽之一(例如34)接觸。工作臺24在箭頭60方向上的進(jìn)一步移動(dòng)使圓盤36脫離砂輪部件的端面62，并使成形輪56和58與砂輪32的相應(yīng)槽接觸。
砂輪或凹口砂輪所作的橫向運(yùn)動(dòng)，通過相對于平臺14適當(dāng)傾斜支承件42和48實(shí)現(xiàn)。為此，兩個(gè)支承件42和48可樞軸轉(zhuǎn)動(dòng)地裝在平臺14的中心線附近，(下文將結(jié)合后面的圖，更詳細(xì)地描述)。兩個(gè)止動(dòng)件64和66(見圖3)分別防止兩個(gè)方向的向外擺動(dòng)超程。
根據(jù)本發(fā)明，樞軸轉(zhuǎn)動(dòng)由撓性件提供(下文將描述)。撓性件允許圍繞靠近平臺14中心線的兩個(gè)平行軸線作擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)，使得支承件42的運(yùn)動(dòng)軌跡為箭頭68所示的小圓?。恢С屑?8的運(yùn)動(dòng)軌跡為箭頭70所示的小圓弧。
實(shí)現(xiàn)擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)裝置將結(jié)合后面的圖加以描述。
直線型的聚碳酸酯透明護(hù)罩72固定在底座22上，砂輪主軸從護(hù)罩72伸出。在護(hù)罩72的前端面上，有個(gè)通常為橢圓形的大開口74。當(dāng)工作臺24在上述箭頭60的方向上適當(dāng)向前運(yùn)動(dòng)時(shí)，裝在工作臺24上的類似形狀的護(hù)罩76可進(jìn)入并密封開口74。
護(hù)罩76周圍的可膨脹的密封環(huán)78(或者在開口74的內(nèi)緣周圍)在護(hù)罩76和開口74之間提供密封，防止液體滲漏。
護(hù)罩72可相對底座22滑動(dòng)，因此在護(hù)罩76和開口74之間已密封后，由伸縮管80和82分別提供護(hù)罩72與主軸部件38和52之間的密封。實(shí)際上，護(hù)罩72與工作臺部件24一起軸向運(yùn)動(dòng)。伸縮管后有足夠的間隙允許護(hù)罩72在箭頭60的方向上連續(xù)移動(dòng)，以便于砂輪上磨削槽的成形。伸縮管80和82也允許封閉的護(hù)罩72在與箭頭60相反的方向上移動(dòng)，使得工作臺24也能在與箭頭60相反的方向上移動(dòng)，因而圓盤36的周緣可與砂輪的磨削槽之一(例如34)接觸。
冷卻液通過噴嘴84和86噴在工件上，需要時(shí)，還可通過類似的噴嘴將類似的冷卻液噴在成形輪上。設(shè)置互鎖裝置保證護(hù)罩72被護(hù)罩76封閉和密封后才噴出冷卻液。
完成磨削加工并用液體進(jìn)行最后清洗后，通過給邊緣密封環(huán)78排氣可打開護(hù)罩72，工作臺24在與箭頭60相反的方向上退回至圖2中所示位置，然后將成品36卸下并安裝一個(gè)待磨削工件。
砂輪的成形/修整砂輪最初成形可在安裝任何工件前完成，在真空吸盤30上沒有先安裝一個(gè)工件(例如36)的情況下，護(hù)罩72經(jīng)工作臺24和護(hù)罩76的適當(dāng)運(yùn)動(dòng)封閉。砂輪成形由工作臺24的適當(dāng)軸向運(yùn)動(dòng)和支承件42的橫向運(yùn)動(dòng)完成，從使適當(dāng)?shù)某尚屋喞?6或58依次與每一砂輪槽例如34接觸。在砂輪成形操作期間，使用冷卻液。
在砂輪最初成形后，通過前述的密封環(huán)78可分開此部件，安裝工件36后，該部件可再次封閉，并用前述方法進(jìn)行磨削。
通常砂輪槽的再成形在卸下一個(gè)工件后，安裝下一個(gè)工件前的機(jī)床停機(jī)期間完成，但在該機(jī)床的改進(jìn)型中，工件36的周緣輪廓檢驗(yàn)在工作臺的原位上進(jìn)行，這可有利于在工件適當(dāng)?shù)那闆r下進(jìn)行砂輪的再成形。
凹口磨削如果要對工件進(jìn)行凹口磨削，橫向移動(dòng)支承件42使砂輪與工件脫開，并橫向移動(dòng)支承件48使工件36的周緣與凹口磨削主軸(圖中未示出)接觸。凹口磨削后，支承件48向相反方向移動(dòng)以便凹口磨削主軸與工件脫開。
拋光在另一種設(shè)計(jì)中，除了帶槽的砂輪外，拋光輪也可裝在砂輪主軸上，通過軸向移動(dòng)工件主軸，使拋光輪能與工件36的周緣接觸。
設(shè)置使工作臺24沿導(dǎo)軌26移動(dòng)的驅(qū)動(dòng)裝置88。
如圖3所示，排液管90將液體從護(hù)罩72內(nèi)輸送至貯液箱92中，泵(圖中未示出)用于使液體自貯液箱開始循環(huán)。可在貯液箱中或貯液箱和泵之間的管路中提供過濾器。
控制柜包括電視顯示器94、鍵盤96及經(jīng)懸空導(dǎo)線100接在插頭102上的手動(dòng)控制裝置98。操作者可移動(dòng)手動(dòng)控制裝置98并手握其走向機(jī)床，通過按下適當(dāng)?shù)陌粹o操縱或中斷機(jī)床的操作?？刂乒?0內(nèi)有計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，其發(fā)出控制信號，給機(jī)床中的驅(qū)動(dòng)裝置提供動(dòng)力，從機(jī)床上的轉(zhuǎn)換器、開關(guān)和其它位置/操作/接觸等產(chǎn)生信號的傳感器接受信號。
計(jì)算機(jī)鍵盤和顯示器可用于為最初確定機(jī)床功能，輸入數(shù)據(jù)及為確定主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給量、行程和工作順序輸入數(shù)據(jù)。
因?yàn)橐笄鍧嵉能囬g環(huán)境，整臺機(jī)床除包括計(jì)算機(jī)熒光屏和鍵盤的控制裝置一角外，可罩在一個(gè)外罩內(nèi)。外罩未在圖中示出。
工作臺在其上滑動(dòng)的導(dǎo)軌26是預(yù)緊的，工作臺由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)并裝有高分辨率的位置編碼器以在軸向插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)時(shí)提供平穩(wěn)的運(yùn)動(dòng)。
如前所述，切入磨削根據(jù)要求通過傾斜支承件42或48實(shí)現(xiàn)，以使其上的磨削部件與工件36的周緣接觸。雖然運(yùn)動(dòng)軌跡并不是真正的真線，而是弧形，但是可由控制柜10內(nèi)的控制系統(tǒng)產(chǎn)生的控制信號調(diào)整。
磨削時(shí)噴嘴例如84和86可用于提供切削液，84、86或其它噴嘴可用作磨削后工件仍旋轉(zhuǎn)時(shí)對準(zhǔn)圓片工件外伸邊緣處的清洗液噴嘴。這避免了將工件從真空吸盤上卸下時(shí)，磨屑進(jìn)入工件的背面。
磨削工藝通常用兩工步磨削工藝磨削工件周緣，即先采用切入式磨削粗磨，第二工步采用切入式磨削精磨的加工循環(huán)，加工循環(huán)包括砂輪快進(jìn)至接觸式傳感器檢測出與圓盤工件接觸為止。采用砂輪軸位置接地以監(jiān)測砂輪磨損情況并保證每個(gè)精磨工步切除的余景為常量。為保持砂輪形狀，使用永久地裝在工件主軸吸盤上的金屬粘結(jié)劑金剛石成形輪。再成形過程可以全部自動(dòng)化并可用程序控制以便每磨削幾個(gè)圓盤進(jìn)行一次，或當(dāng)已磨削的周緣輪廓不合格時(shí)(根據(jù)圓盤周緣輪廓的光學(xué)檢驗(yàn)確定)或當(dāng)接地點(diǎn)表示砂輪過度磨損時(shí)進(jìn)行。
阻尼為了減少不必要的振動(dòng)并將造成的磨削損失減至最小，磨床的支承件至少部分充填聚合物混凝土，特別是底座22和床身12，如果需要也包括平臺14。
部件的撓性安裝圖4和圖5說明如何安裝兩個(gè)支承件42和48，以便其鉸鏈轉(zhuǎn)動(dòng)并允許砂輪切入。如圖4所示，兩個(gè)支承件42和48內(nèi)側(cè)邊緣通過撓性件與平臺14連接，其中兩個(gè)撓性件即圖中所示的102和104(有時(shí)稱作支板鉸鏈)。與圖4中所示的兩個(gè)撓性件處于一條直線上的第二對撓性件位于機(jī)床底座22附近支承件42和48的另一端。
如圖5的放大比例圖所示，每個(gè)撓性件是金屬板，其中間部位變窄形成收縮寬度的部分，撓性件102的收縮寬度部分是106，撓性件104的收縮寬度部分是108。
每個(gè)撓性件較寬的上端和下端，撓性件102的上、下端分別是110和112，撓性件104的上、下端分別是114和116，通過螺栓，例如撓性件102上的螺栓118和120，上端固定在構(gòu)成支承件整體一部分的凸緣上，對于撓性件102，上端固定在支承件42的凸緣122上，下端固定在金屬塊124上，金屬塊124用螺栓，例如126和128固定在平臺14上。
撓性件104以同樣方式固定在凸緣126上，它自支承件48延伸置構(gòu)成支承件48的整體的部分。
金屬塊124垂直隔開凸緣122和126，而兩個(gè)撓性件的收縮部分106和108使得支承件42和48可分別繞收縮部分106和108擺動(dòng)，撓性件支承著平臺14上的結(jié)構(gòu)。
撓性件102和104允許兩個(gè)主軸支承件分別在圖5中箭頭130和132的方向上傾斜，其一般不允許支承件42和48相對平臺14圍繞其它任何軸線進(jìn)行其它任何運(yùn)動(dòng)。因此，除了收縮部份106、108等產(chǎn)生的鉸鏈軸線外，支承件42和48與平臺14在所有方向的連接剛度都很高。
驅(qū)動(dòng)部件橫向進(jìn)磨支承件42和48的運(yùn)動(dòng)通過凸輪及隨動(dòng)件裝置實(shí)現(xiàn)，該裝置是在固定于平臺14上和機(jī)床底座22一端的主支承組件和剛性部件之間起作用。一個(gè)這樣的驅(qū)動(dòng)裝置如圖4所示裝在支承件42內(nèi)。凸輪134裝在軸136上，軸136支承在軸承138和140上，電機(jī)142通過扭轉(zhuǎn)剛性聯(lián)軸節(jié)144驅(qū)動(dòng)凸輪134。隨動(dòng)件146裝在一根軸上(圖中未示出)，該軸由軸承148和150支承，裝在支承件42上。
包括凸輪134的驅(qū)動(dòng)和軸承部件支承在一個(gè)剛性框架部件152內(nèi)，它與支承件42的其余部分隔開的獨(dú)立部件，所以，后者能在凸輪134和隨動(dòng)件146的運(yùn)動(dòng)控制下相對于部件152運(yùn)動(dòng)。
恢復(fù)力由彈簧裝置提供，彈簧裝置位于部件152和支承件42之間。
支承件48由裝在部件154內(nèi)的相似部件用相同方式驅(qū)動(dòng)，如圖4中支承件48的局部剖視圖所示。
為簡便起見，圖中復(fù)位彈簧的結(jié)構(gòu)只表示復(fù)位彈簧如何與支承件48聯(lián)接，而未表示出支承件42中的復(fù)位彈簧。圖中，推桿156通過螺紋緊固端件158固定在支承件48的框架160的內(nèi)側(cè)，彈簧162裝在部件154內(nèi)形成的圓筒形內(nèi)腔164中。部件154一側(cè)的縮徑端166防止彈簧從內(nèi)腔164中脫出，推桿156外端的止動(dòng)墊片168保持彈簧在位。支承件在箭頭170方向的運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致彈簧被壓縮。當(dāng)凸輪驅(qū)動(dòng)力消失時(shí)彈簧恢復(fù)力使支承件48復(fù)位到其正常的垂直位置。
圖6所示為支承件42上端的放大比例圖，圖中相同數(shù)字用來表示同一個(gè)零部件。
凸輪驅(qū)動(dòng)圖7是機(jī)床一端的側(cè)視圖，其中部分是圖4中的剖面，而比例稍有縮小。與其它圖一樣，其中有局部剖視以便顯示圖4中未示出的支承件48中的凸輪驅(qū)動(dòng)裝置170。在驅(qū)動(dòng)裝置一側(cè)可見止動(dòng)墊片168。
圖7也顯示了裝在支承件48底部的兩個(gè)撓性件，外側(cè)的一個(gè)是撓性件104，內(nèi)側(cè)的一個(gè)是撓性件172。
上述兩個(gè)凸輪驅(qū)動(dòng)裝置分別裝在剛性框架部件152和154內(nèi)，后者在圖7中更清晰可見，因?yàn)椴考?54通過水平支架174固定在底座22一側(cè)的一個(gè)突出板上。
在圖7中還可見驅(qū)動(dòng)卡盤178的電機(jī)176，凹口磨削主軸180從該卡盤處伸出。電機(jī)176裝在前述主軸部件52內(nèi)(參見圖1)，主軸部件52如前述可沿導(dǎo)軌50滑動(dòng)。
圖7顯示裝在主軸部件52上的伸縮管82，其密封護(hù)罩72的開口，電機(jī)176和主軸從此口伸出。
工件輸送通常直徑為100、200成300mm或更大的硅圓盤片由圖8中所示的機(jī)器人輸送裝置輸送。機(jī)器人輸送裝置包括底座182和框架184，該樞架向上延伸以對直線導(dǎo)軌186提供支承，滑座188可在箭頭190的方向上沿導(dǎo)軌186滑移。第二個(gè)導(dǎo)軌192在與導(dǎo)軌186垂直的方向上從滑座188中伸出，滑座194在箭頭196的方向運(yùn)動(dòng)。臂198從滑座194中伸出，驅(qū)動(dòng)裝置200裝在滑座194上，驅(qū)動(dòng)臂198在箭頭202的方向上運(yùn)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)裝置200和滑座188中驅(qū)動(dòng)裝置的電源經(jīng)多路電纜204提供，多路電纜204被保持在安全柔性束管206中，后者裝在直線導(dǎo)軌186上。
臂198的下端是真空吸盤208，通過滑座188、194及臂198的適當(dāng)運(yùn)動(dòng)，使真空吸盤208能位于圓片210的前面，圓片210垂直支承在支墊212上。圖中也示出空的支墊214，支墊214準(zhǔn)備接收已磨削的圓片。
底座182位于磨床床身旁，在圖8中可見部分床身。加工完畢后，護(hù)罩72的兩部分如前所述分開(參見圖1至圖3)，露出完成的工件36，其可由臂198和真空吸盤208拾取。為此目的，操縱圖8中的輸送機(jī)構(gòu)，以便使真空吸盤208與工件主軸上的圓片相對，以便取出完成的圓片36并將其輸送到空的支墊214上。
滑座194進(jìn)一步向外朝著支墊212移動(dòng)，使真空吸盤208位于未磨削工件210的前面，將其拾取后，可將其輸送至檢驗(yàn)工位，之后再輸送至磨床的加工位置，以便裝在真空吸盤30上，在前一個(gè)圓盤片的位置上進(jìn)行磨削。
可理解，軌道216上可有許多個(gè)支墊，裝在支墊上的所有工件可依次取走、定心、磨削、檢驗(yàn)并放回。
如前所述，此磨床有整體外罩，工件輸送裝置及其底座182最好位于此外罩之內(nèi)，外罩上有個(gè)自封門，可打開允許放入或取走清潔的工件。
圓片定心作為磨削前和磨削后的中間步驟(最好在另一個(gè)圓片磨削期間)，將每個(gè)圓片放在圖9和圖10所示的檢驗(yàn)裝置上，以便確定圓片的圓心，使工件精確地定位在真空吸盤30上進(jìn)行磨削減，磨削后，在將工件放回支墊前檢驗(yàn)圓盤的周緣輪廓。
工件檢驗(yàn)圖9是總體視圖，它顯示檢驗(yàn)裝置相對于磨床和圖8中的機(jī)器人工件輸送裝置的位置。圖中相同的數(shù)字用來表示的零部件如前。關(guān)于機(jī)器人工件輸送裝置，在我們同時(shí)申請的共同待審英國專利申請GB-A-2316637中有更充分的描述。
檢驗(yàn)裝置包括支架218，由底座220和垂直板222組成的支承架裝在支架218上。三角形加固板224從垂直板222后面伸出，垂直板222和加固板224都焊在底座220及板226上。
與板222的垂直邊228間隔的是支承托架230、燈和投影透鏡裝置232支承在托架230的上端。有鏡頭236的第一攝像機(jī)234裝在板222上，以便拍攝圓盤238的邊緣，圓盤238用燈232作背景照明。
在圖9中可見電機(jī)240裝在板222的后面。電機(jī)驅(qū)動(dòng)真空吸盤(圖中不可見)，被檢驗(yàn)的圓盤238由機(jī)器人臂198和真空吸盤208放置在該真空吸盤上。
電機(jī)240的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)圓片238旋轉(zhuǎn)，通過定位使圓片周緣與攝像機(jī)鏡頭236的視野相交，取自攝像機(jī)輸出的電信號經(jīng)電纜242送給信號分析裝置(圖中未示出)，以對從信號獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。
第二個(gè)攝像機(jī)244裝在支承板邊緣228上，從圓盤238的切線方向拍攝其周緣，以獲得其周緣輪廓的信息。圓盤周緣由燈246進(jìn)行背景照明，攝像機(jī)244的信號由電纜248輸送。燈232和246的電源分別由電纜250和252根據(jù)要求輸送。
來自攝像機(jī)234和244的信號輸入計(jì)算機(jī)254，其分別經(jīng)電纜242和248返回信號控制兩個(gè)攝像機(jī)，計(jì)算機(jī)254還分別經(jīng)電纜250和252返回信號控制攝像機(jī)的照明燈232和246。攝像機(jī)244的輸入信號根據(jù)要求可在監(jiān)控器256上顯示，圓盤238的周緣輪廓與計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的樣板一起顯示，260、262顯示出圓盤周緣輪廓兩側(cè)的理想角度。
工件定心工件定心使用我們同時(shí)申請的共同待審專利申請中描述的技術(shù)，參見我方參考號C403/W，使用圖8至圖10中的機(jī)器人圓片輸送裝置及來自攝像機(jī)234中的信號，信號是在圓形工件通過攝像機(jī)視野旋轉(zhuǎn)時(shí)得到的。
凹回周緣和平周緣的顯示圖11是監(jiān)控器256中的圖像，此時(shí)顯示的是來自攝像機(jī)234的輸出信號，當(dāng)凹口的圓片在真空吸盤(圖10中未示出)上時(shí)，圓片238裝在真空吸盤上隨吸盤旋轉(zhuǎn)以便凹口位于攝像機(jī)的視野中。可見凹口264，同時(shí)也顯示了計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的樣板(圖中以虛線266和268表示)，其與凹口的圖像重疊，以表示凹口兩側(cè)所要求的角度。兩條附加的樣板線270和272在凹口入口處顯示出所要求的半徑，另一條樣板線274顯示出凹口底部所要求的半徑。
圖12是監(jiān)控器256中的另一圖像，此時(shí)顯示的是攝像機(jī)234所攝圓盤平周緣的一端。這里圓盤圖像用276表示，平周緣用278表示，平周緣端部所要求的半徑用計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的樣板線280表示。
圓片厚度檢測圖13顯示的是圖10中部件的后面，所示為垂直板222和經(jīng)驅(qū)動(dòng)裝置286驅(qū)動(dòng)真空吸盤284的電機(jī)240。
管290與噴嘴292用于輸送一股氣流清潔和干燥圓盤238的周緣，氣流由閥294控制。
將圓片238裝在工作臺上的真空吸盤30上之前(見圖1和圖2)，確定其厚度是重要的，以便工作臺成工件主軸按要求進(jìn)行軸向移動(dòng)，使適當(dāng)?shù)哪ハ鞑叟c圓盤周緣精確地接觸，軸向移動(dòng)距離可由控制系統(tǒng)確定，并產(chǎn)生適當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)信號使工件主軸移動(dòng)所要求的距離。厚度用測頭296確定，測頭裝在主軸298上，主軸298可在導(dǎo)軌300、302上滑動(dòng)，測頭296在經(jīng)管304進(jìn)入的空氣壓力的作用下，移動(dòng)至與圓盤238的表面接觸。測頭296從固定的原位開始所移動(dòng)的距離被記錄。
通過無圓盤在位時(shí)完成相同距離運(yùn)動(dòng)的測量，給出從固定原位至吸盤284端面的距離，因此當(dāng)圓盤238面對該表面安裝到位時(shí)，這兩個(gè)距離測量值之間的差值就等于工件的厚度。
測頭移動(dòng)的距離由一個(gè)精確的位置感應(yīng)編碼器測出，信號經(jīng)電纜306輸送給計(jì)算機(jī)254，(如希望的話)工件厚度尺寸可顯示在監(jiān)控器上。
計(jì)算機(jī)254可構(gòu)成控制柜10(見圖1)中計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的一部分和/或計(jì)算機(jī)254產(chǎn)生的信號可輸送給控制柜10中的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，所以厚度尺寸可通過控制工件主軸部件的軸向移動(dòng)而獲得。
復(fù)式砂輪部件為了節(jié)省機(jī)床停機(jī)時(shí)間，砂輪可由幾個(gè)不同砂輪片復(fù)合而成，其中每個(gè)砂輪片用于一種特定用途。
圖14所示的部件308，就是這種復(fù)式砂輪，如圖所示，其由4個(gè)砂輪件夾層復(fù)合而成。
主砂輪310是樹脂結(jié)合劑立方氮化硼砂輪在其外圓柱表面上有6個(gè)磨削槽，其中之一是312，此砂輪件用于在精磨前只要求切除少許余量的圓片周緣磨削。
砂輪件314是有三個(gè)槽(其中之一為316)兩金剛石砂輪件，其用于精磨圓盤周緣。
可以理解，這兩個(gè)砂輪件可有任意數(shù)目的槽-一般為1至10個(gè)槽。
砂輪件318是金屬粘結(jié)劑立方氮化硼或金屬粘結(jié)劑金剛石砂輪，只有一個(gè)槽320，其為備用砂輪，可在使用較軟的樹脂結(jié)合劑砂輪片310磨削之前，粗磨圓片周緣。
砂輪件322也是備用砂輪片，通常為氧化鈰砂輪，其可在用砂輪件314精磨后，通過使砂輪主軸以適當(dāng)轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)來拋光圓盤周緣。
凹口砂輪圖15所示的為以大致相似比例表示的裝在主軸326端部的凹口砂輪。其“凹”環(huán)狀磨削表面通常是鍍金剛石的。
砂輪修整步驟如圖16所示，當(dāng)工件/圓片36裝在真空吸盤30上時(shí)，修整輪/成形輪裝在同一個(gè)主軸上。
通常修整輪/成形輪是兩部分的部件(a)一個(gè)金屬粘結(jié)劑金剛石砂輪328，用于圖14中立方氮化硼砂輪片310上砂輪槽的粗磨。
(b)一個(gè)金屬粘結(jié)劑金剛石砂輪330，其含有很較小直徑的砂粒，用于圖14中立方氮化硼砂輪件310內(nèi)砂輪槽如312的精磨。
立方氮化硼砂輪如圖14中的砂輪310，通常供貨時(shí)是沒有砂輪槽(如312)的，在安裝新的立方氮化硼砂輪片310后，第一步就是加工出砂輪槽(如312)。這是用圖16中的砂輪328，然后用砂輪330實(shí)現(xiàn)的。
當(dāng)砂輪310上的砂輪槽磨損后，砂輪330根據(jù)要求用于砂輪槽的修整和再次成形。
由兩個(gè)成形輪可獲得兩個(gè)砂輪。一般，兩個(gè)成形輪均用于使粗磨砂輪(立方氮化硼)和精磨砂輪(金剛石)成形。
圓片中間存貯如圖17所示，在圖13中所示測厚測頭位置的下面，有個(gè)頂部敞口的直線型箱體332，工件可由機(jī)器人臂198向下放入其中。
主軸334和真空吸盤336伸進(jìn)箱休整，圓片工件可安裝在真空吸盤336上，由其帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)。對于主軸334的驅(qū)動(dòng)可以電機(jī)(例如240)獲得。
噴嘴338伸進(jìn)箱體332中，其可在壓力下(如水壓或氣壓)提供流體，噴嘴對準(zhǔn)裝在吸盤上的圓片工件端面和周緣。一個(gè)這樣的圓片340如圖所示。排出管342輸送走任何剩余流體。
此箱體和真空吸盤為已經(jīng)過周緣磨削，等待被放置在檢驗(yàn)裝置的真空吸盤284上，進(jìn)行周緣輪廓檢驗(yàn)，或已經(jīng)過檢驗(yàn)等待回至圖8中其支墊(如214)上的工件提供一個(gè)有用的停放位置。
權(quán)利要求
1．用磨削機(jī)床磨削圓盤或圓片周緣的方法，該磨削機(jī)床具有裝在其上的帶槽砂輪，其中，被磨的圓盤周緣輪廓在磨削后被檢測，等待檢測的圓盤放置在一箱體內(nèi)的一真空吸盤上。
2．按權(quán)利要求1的方法，其特征在于，該箱體具有噴嘴，壓力流體朝向該箱體內(nèi)的該真空吸盤上的圓盤。
3．一種用于磨削盤形圓盤周緣的磨削機(jī)床，它包括真空吸盤工作臺，它裝有圓盤以便其周緣被磨削，帶槽砂輪，它裝在磨頭上以便移動(dòng)用其槽與圓盤周緣接觸，在磨削前后安裝和拆卸圓盤的輸送裝置，檢測站，它具有第二真空吸盤，被磨削的圓盤裝在其上以便磨削后檢測圓盤周緣，一箱體，它具有在該工作臺和檢測站之間的第三真空吸盤，以便該輸送裝置將磨削后的圓盤傳送到該箱體并將其裝在該箱體內(nèi)的上述第三真空吸盤上，該箱體內(nèi)的噴嘴，它提供壓力流體以便流體射向固定在上述第三真空吸盤上的圓盤的表面和周緣區(qū)域，經(jīng)噴射流體后，該輸送裝置將圓盤從該箱體送到檢測站內(nèi)的上述第二真空吸盤上。
4．按權(quán)利要求3的磨削機(jī)床，其特征在于，該流體是水。
5．按權(quán)利要求4的磨削機(jī)床，其特征在于，設(shè)置排出管以便從該箱體排出剩余的水。
全文摘要
磨削圓盤或圓片周緣的磨削機(jī)床包括帶槽的砂輪308,在磨削前后輸送圓盤的裝置,和箱體332。在箱體內(nèi),圓盤340放置在真空吸盤336以等待檢測。噴嘴338伸入該箱體并將水或空氣射向該吸盤上的圓盤表面和周緣。爾后,輸送裝置將圓盤送到檢測站。
文檔編號B24B49/00GK1234317SQ9910175
公開日1999年11月10日 申請日期1999年2月3日 優(yōu)先權(quán)日1996年6月15日
發(fā)明者M·A·斯托克, D·R·福克納, M·G·皮爾塞, P·M·H·莫蘭茨 申請人:尤諾瓦英國有限公司