[發明專利]硅片磨削力動態信號檢測裝置

在審

• 申請號: 201510460490.8
• 申請日: 2015-07-28
• 公開（公告）號: CN104985529A
• 公開（公告）日: 2015-10-21
• 發明（設計）人: 王軍;周尹梅;葉建南
• 申請（專利權）人: 安徽工程大學
• 主分類號: B24B49/02
• 分類號: B24B49/02
• 代理公司: 蕪湖安匯知識產權代理有限公司 34107
• 代理人: 馬榮

技術領域

本發明屬于精密儀器加工領域，涉及到超精密硅片加工，具體涉及到一種硅片磨削力動態信號檢測裝置。

背景技術

超精密磨削硅片的加工過程中,磨削力一方面直接反映了磨削振動和砂輪磨損等磨削狀態；另一方面,磨削力不僅會引起機床的變形,影響硅片加工精度,而且會導致硅片磨削表面損傷,對硅片加工表面質量有很大的影響，特別在硅片背面磨削減薄加工中,由于加工硅片厚度越來越薄,磨削力的變化,極易引起硅片破碎，因而,在磨削硅片過程中在線檢測磨削力動態信號,對磨床動態特性和砂輪磨削性能進行監控,并根據磨削力對砂輪進給速度等工藝參數進行實時調整,實現控制力磨削,使磨削過程處于最佳狀態,對于提高硅片加工精度和表面質量,保證硅片加工成品率非常必要。但現有的磨削測力儀都有各自的應用范圍和使用條件，使用具有較大的局限性，國外的一些測力儀工藝要求高、成本高，不適合廣泛使用。

發明內容

為了克服以上現有技術的不足，本發明提供一種硅片磨削力動態信號檢測裝置，通過在工作臺與被測硅片之間設置測力儀，監測硅片磨削過程中的動態力信號，以便根據磨削力對砂輪進給速度進行實時調整。

本發明的技術方案是：一種硅片磨削力動態信號檢測裝置，包括內軸、砂輪、三維測力平臺和傳感系統信號處理器，所述被測硅片固定在三維測力平臺上，砂輪固定在內軸上磨削被測硅片，三維測力平臺將加工過程中的磨削力發送給傳感系統信號處理器，所述三維測力平臺包括多個三維力傳感器，所述三維力傳感器包括圓環電容單元組和條狀電容單元組，所述條狀電容單元組設置在圓環電容單元組外基板的四角，圓環電容單元組包括兩對以上圓環電容單元對，所述圓環電容單元對包括兩個圓環電容單元，所述條狀電容單元組包括X方向差動電容單元組和Y方向差動電容單元組，X方向差動電容單元組和Y方向差動電容單元組均包括兩個以上相互形成差動的電容單元模塊，所述電容單元模塊是由兩個以上的條狀電容單元組成的梳齒狀結構，每個圓環電容單元和條狀電容單元均包括上極板的驅動電極和下極板的感應電極。

本發明硅片磨削力動態信號檢測裝置，所述傳感系統信號處理器包括信號放大器、數據采集卡和工控機，所述三維力傳感器的輸出信號經信號放大器轉換和放大后生成模擬信號,數據采集卡將放大器輸出的模擬信號轉換為數字信號并輸入工控機。所述每個圓環電容單元的感應電極和驅動電極正對且形狀相同，所述每個條狀電容單元的驅動電極和感應電極寬度相同，條狀電容單元的驅動電極長度大于感應電極長度，條狀電容單元的驅動電極長度兩端分別預留左差位δ_左和右差位δ_右，b_0驅＝b_0感+δ_右+δ_左，其中b_0驅為條狀電容單元的驅動電極長度，b_0感為條狀電容單元的感應電極長度。所述條狀電容單元的左差位δ_左＝右差位δ_右，且其中d₀為彈性介質厚度，G為彈性介質的抗剪模量，τ_max為最大應力值。所述兩組相互形成差動的電容單元模塊的條狀電容單元的驅動電極和感應電極沿寬度方向設有初始錯位偏移，錯位偏移大小相同、方向相反。所述圓環電容單元組包括n個同心圓環電容單元，其中其中，a_平為平行板的長度，r_圓為圓環電容單元圓環的寬度，a_δ圓相鄰兩圓環電容單元之間的電極間距。X方向差動電容單元組和Y方向差動電容單元組均包括m個條狀電容單元，其中，a_平為平行板的長度，a_δ條為相鄰兩條狀電容單元之間的電極間距，a₀條狀電容單元的寬度。所述同心圓環電容單元的寬度r_圓和條狀電容單元的寬度a₀相等；條狀電容單元電極間距a_δ條和圓環電容單元電極間距a_δ圓相等，所述條狀電容單元的寬度其中，d₀為彈性介質厚度，E為彈性介質的楊氏模量，G為彈性介質的抗剪模量。所述圓環電容單元組和條狀電容單元組的驅動電極通過一個引出線與傳感系統信號處理器連接，所述圓環電容單元組的每個圓環電容單元的感應電極單獨引線與傳感系統信號處理器連接，所述X方向差動電容單元組和Y方向差動電容單元組的電容單元模塊感應電極分別通過一根引出線與傳感系統信號處理器連接。所述圓環電容單元、電容單元模塊與傳感系統信號處理器之間分別設有中間變換器，中間變換器用于設置電壓對電容或頻率對電容的傳輸系數。