[发明专利]基于电容传感器的上研磨盘浮离距离在线测量装置

说明书

技术领域

本发明涉及研磨抛光装置，尤其是一种上研磨盘浮离距离在线测量装置。 

背景技术

随着现代电子、信息、光学等领域的飞速发展，抛光通常作为功能陶瓷元器件最终的加工方法，其地位也日益突出。抛光是指用高速旋转的低弹性材料抛光盘，或用低速旋转的软质弹性或粘弹性材料抛光盘，加抛光剂，具有一定研磨性质的获得光滑表面的加工方法。抛光一般不能提高工件形状精度和尺寸精度，故抛光的去除量是极其微小的，达到微米级别的。动压浮离抛光是一种非接触抛光。其工作原理是：当沿圆周方向有若干个倾斜平面的圆盘在液体中转动时，通过液体楔产生液体动压（动压推力轴承工作原理），使保持环中的工件浮离圆盘表面，由浮动间隙中运动的粉末颗粒对工件进行抛光。平面非接触抛光装置如图4所示。本装置采用德国西门子伺服电机、美国PMAC运动控制卡，当滑台到达工作位置附近之后，由每转输出5000脉冲以上的绝对式光电编码盘和激光位移传感器构成滑台位置的全闭环控制系统，实现滑台1微米级的定位精度。浮离动压抛光盘由安装在滑台上的转轴带动，通过直流电机及传动系统，实现0-140r/min的旋转运动。抛光盘和滑台底部安装有一定预紧力的弹簧，抛光盘和转轴采用间隙配合的花键连接，起到导向及传递扭矩的作用，当产生的动压力超过时候，抛光盘能沿着花键上下运动，实现动压浮离抛光。该加工过程中无摩擦热和工具磨损，标准平面不会发生变化，因此， 可重复获得精密的工件表面。该方法主要用于半导体基片和各种功能陶瓷材料及光学器件的抛光，可同时进行多片加工，具有较高的效率。 

在动压浮离抛光过程中需要知道测量上研磨盘与下研磨盘之间距离的实时变化，并及时反馈给控制器，以实现伺服系统微米级定位闭环控制。这时就面临对上研磨盘距离变化在线测量的这样一个问题。由于两者间的距离是微米级的，无法对其进行肉眼识别，又要实现在线测量，现在也没有比较科学的方法来解决这个问题。有研究采用终点判别的方法来度量，如在被加工的工件中嵌入晶片，当切除到指定的厚度时，光束发射器发出的光线就会通过晶片反射回来，通过对光线的捕捉就可得到光线的反射强度曲线，从而判别是否达到了指定的位置。但这种测量方法每次都要在工件上进行晶片的镶嵌，不仅操作复杂，而且增加了成本。所以实现对抛光过程中上研磨盘浮离距离的变化在线测量是目前一个亟待解决的难题。 

发明内容

为了克服已有上研磨盘浮离距离的无法准确测量、实时性较差的不足，本发明提供一种有效测量上研磨盘浮离距离、实时性良好的基于电容传感器的上研磨盘浮离距离在线测量装置。 

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是： 

一种基于电容传感器的上研磨盘浮离距离在线测量装置，所述上研磨盘的上方为动压盘，所述在线测量装置包括极距变化型电容传感器，所述极距变化型电容传感器包括相互针对设置的动极板和定极板，所述动极板布置在动压盘上，所述定极板布置在所述上研磨盘上，所述极距变化型电容传感器与运算放大器连接，所述的运算放大器与滤波器连接，所述的滤波器与A/D转换器连接，所述的A/D转换器与用 于将送来的数据经过极距变化公式计算得到当前距离的单片机连接。 

进一步，所述极距变化型电容传感器有三个，三个电容传感器之间呈三角形结构。其是利用了三点确定一个面的原理。 

更进一步，所述三个电容传感器之间呈正三角形结构，所述正三角形的中心与所述动压盘的圆心重合。 

本发明的技术构思为：电容传感器原理：电传感器是采用电容器作为传感器元件，将不同的物理量的变化转换为电容量的变化。其工作原理如图1所示： 

C=ϵAd=ϵrϵ0Ad]]>

A——极板面积； 

d——极板间距离； 

ε_r——相对介电常数； 

ε₀——真空介电常数； 

ε——电容极板介质的介电常数。