基于行星运动形式的全表面均匀抛光装置及其使用方法

1.本发明涉及的是高精加工技术领域的抛光装置，特别是一种反应物在时间尺度上相对均匀的基于行星运动形式的全表面均匀抛光装置及其使用方法。


背景技术：

2.在微纳加工、半导体制造、光学元件制造等领域中，需要对材料进行高精度的加工和处理。在加工过程中，电化学刻蚀抛光因其具有高效率、高精度、速度快、劳动强度小等一系列优点而得到广泛的应用，但如何保证工件全表面均匀抛光是一个难题。在电化学抛光过程中，阳极(工件)发生金属元素溶解且溶液的粘性较大，因此在无外界干扰的状态下会有明显的副产物堆积现象，且在抛光结束后会在工件抛光表面出现显著的“白点”缺陷。目前已有的技术方案是在抛光装置中添加搅拌机构，通过搅拌溶液的方式实现快速移除反应产物，实现电解液的整体均匀化。
3.常用的搅拌方式有添加磁力搅拌棒，旋转整个阴极结构等，这些搅拌方式使产物在工件表面的积累情况得到了显著的环节，反应结束后表面的缺陷也会显著减少，但是表面会出现明显的水波纹。
4.利用电化学刻蚀抛光后工件全表面实现均匀抛光的难点在于：电化学抛光过程中阳极产生副产物堆积，需要解决阳极副产物堆积带来的表面缺陷和手动搅拌引发的表面水波纹的矛盾性问题。


技术实现要素：

5.本发明针对现有技术的不足，提出一种基于行星运动形式的全表面均匀抛光装置及其使用方法，该装置使得工件同时进行自转运动和公转运动，实现工件抛光面的全表面均匀抛光。
6.本发明是通过以下技术方案来实现的，本发明包括一种基于行星运动形式的全表面均匀抛光装置，该装置包括支撑杆、待抛光工件、自转电机、电解反应阴极板、自转电机控制器、公转电机、公转电机基座、支撑杆旋转基座、上连接杆、下连接杆；支撑杆的中部为镂空结构，上连接杆在镂空结构中穿过并与支撑杆固结在一起；支撑杆的上下部各有一个螺纹孔，下连接杆在下部螺纹孔中穿过并与支撑杆固结在一起；待抛光工件固定于自转电机的顶部；自转电机布置于绝缘抗腐蚀的电机密封壳体中，电机密封壳体与下连接杆的一端固结在一起；自转电机控制器布置于绝缘抗腐蚀的控制器密封壳体中，控制器密封壳体与下连接杆的另一端固结在一起；电解反应阴极板与上连接杆的一端固结在一起；公转电机位于装置整体的最下方，通过上部平面与公转电机基座固接在一起；支撑杆旋转基座通过凸台与公转电机基座径向固结在一起，支撑杆旋转基座通过紧定螺栓与公转电机的上部转轴轴向固定；支撑杆的下端部位与支撑杆旋转基座的上端部位连接在一起；待抛光工件、自转电机、电解反应阴极板同轴布置，支撑杆、公转电机、公转电机基座、支撑杆旋转基座同轴布置；自转电机控制器包括电机控制板、供电电源、导线，供电电源和自转电机通过导线与
电机控制板相连。
7.进一步地，在本发明中，待抛光工件以螺栓螺纹孔固定的方法固定于自转电机的顶部，上连接杆、下连接杆均以螺栓螺纹孔固定的方法与支撑杆固结在一起，公转电机与公转电机基座以螺栓螺纹孔固定的方法固结在一起。
8.更进一步地，在本发明中，公转电机具有两个输出轴；待抛光工件与自转电机转轴连接处，以及公转电机基座与公转电机转轴连接处均采取绝缘抗腐蚀的密封圈。
9.更进一步地，在本发明中，支撑杆由绝缘抗腐蚀材料制成，上连接杆与支撑杆的固定位置可以上下调节，下连接杆也可以在支撑杆的镂空位置穿过并与支撑杆固结在一起。
10.更进一步地，在本发明中，支撑杆的下端为锥型凸台结构；支撑杆旋转基座中间为锥型凹槽结构，与支撑杆下端的锥型凸台相匹配；在支撑杆旋转基座锥型凹槽的底部偏上部位有一个侧壁通孔。
11.本发明还提供一种基于行星运动形式的全表面均匀抛光装置的使用方法包括以下步骤：第一步，放置待抛光工件于自转电机上，利用螺纹旋紧固定；第二步，同时启动自转电机和公转电机，使得待抛光工件以“行星运动”形式运动；第三步，在阳极、阴极通上电压，电解反应开始进行，机构开始抛光作业；第四步，抛光任务完成后，断电，电解反应停止，自转电机、公转电机停止转动。
12.在本发明中，支撑杆由绝缘抗腐蚀材料制成，支撑杆本体采用便于激光通过和便于调节工件、阴极板距离的镂空设计。支撑杆的下端为锥型凸台，工作时利用抛光部分器件自重引起的摩擦力通过公转电机的上部转轴带动支撑杆的转动。公转电机具有两个输出轴，上部转轴带动抛光部分器件转动，下部转轴可带动其他机构运动。支撑杆旋转基座中间采用锥型凹槽设计，能够与支撑杆下端的锥型凸台相配合；且在锥型凹槽的底部偏上部位有一个侧壁通孔，防止真空腔的形成。
13.与现有技术相比，本发明具有如下有益效果为：本发明通过工件的公转运动，加速反应产物离开工件表面，使得反应物在时间尺度上相对均匀，保持反应物浓度的相对稳定，从而提高了反应的均匀性；本发明通过工件的公转运动，一定程度上实现了电解液的搅拌，加速了电解液成分的均匀化；本发明通过工件的公转运动，帮助快速带走反应表面的热量；本发明通过工件的自转运动，对工件表面施加反向的线速度来减小工件表面与溶液之间的相对线速度差异，进一步实现全表面均匀的抛光流程，满足电化学刻蚀抛光对抛光工件全表面均匀抛光的需求；本发明该装置结构简单、易于实现，成本较低，具有广泛的应用前景。因此，本发明在电化学刻蚀抛光等领域具有重要的应用价值。
附图说明
14.图1为本发明实施例的结构示意图；
15.图2为本发明实施例另一视角的结构示意图；
16.其中，1、支撑杆，2、待抛光工件，3、自转电机，4、电解反应阴极板，5、自转电机控制器，6、公转电机，7、公转电机基座，8、支撑杆旋转基座，9、上连接杆，10、下连接杆。
具体实施方式
17.下面结合附图对本发明的实施例作详细说明，本实施例以本发明技术方案为前
提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
18.实施例
19.如图1和图2所示，本发明包括支撑杆1、待抛光工件2、自转电机3、电解反应阴极板4、自转电机控制器5、公转电机6、公转电机基座7、支撑杆旋转基座8、上连接杆9、下连接杆10，支撑杆1中间的镂空设计能够选择在合适高度插入上连接杆9、下连接杆10。待抛光工件2以螺栓螺纹孔固定的方法固定于自转电机3上；自转电机3置于绝缘抗腐蚀的自转电机密封壳体中，自转电机密封壳通过下连接杆10以螺栓螺母固定的方法与支撑杆1固定；电解反应阴极板4通过上连接杆9以螺栓螺母固定的方法与支撑杆1固定，待抛光工件2、自转电机3、电解反应阴极板4同轴布置；自转电机控制器5置于绝缘抗腐蚀的控制器密封壳体中，控制器密封壳体通过下连接杆10以螺栓螺母固定的方法与支撑杆1固定；公转电机6位于装置整体的最下方，通过上部平面与公转电机基座7以螺栓螺纹固定的方法固定；支撑杆旋转基座8通过凸台与公转电机基座7径向固定，通过紧定螺栓与公转电机6的上部转轴轴向固定；支撑杆1、公转电机6、公转电机基座7、支撑杆旋转基座8同轴。
20.在本发明的装配过程中，自转电机3、自转电机控制器5的壳体的密封均通过涂抹密封防水胶实现。总过程可采取模块化装配，先装配支撑杆1、待抛光工件2、自转电机3、电解反应阴极板4、自转电机控制器5，再装配公转电机6、公转电机基座7、支撑杆旋转基座8，最后通过支撑杆1下端的锥型凸台与支撑杆旋转基座8中间的锥型凹槽进行配合完成整体装配。
21.在本发明的实施过程中，同时启动自转电机3和公转电机6，使得待抛光工件2以“行星运动”形式运动；在阳极、阴极通上电压，电解反应开始进行，机构开始抛光作业；抛光任务完成后，断电，电解反应停止，自转电机3、公转电机6停止转动。
22.上述实施例仅例示性说明本发明的设计原理及用途作用，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

技术特征：
1.一种基于行星运动形式的全表面均匀抛光装置，其特征在于，包括支撑杆(1)、待抛光工件(2)、自转电机(3)、电解反应阴极板(4)、自转电机控制器(5)、公转电机(6)、公转电机基座(7)、支撑杆旋转基座(8)、上连接杆(9)、下连接杆(10)；所述支撑杆(1)的中部为镂空结构，上连接杆(9)在镂空结构中穿过并与支撑杆(1)固结在一起；支撑杆(1)的上下部各有一个螺纹孔，下连接杆(10)在下部螺纹孔中穿过并与支撑杆(1)固结在一起；所述待抛光工件(2)固定于自转电机(3)的顶部；自转电机(3)布置于绝缘抗腐蚀的电机密封壳体中，电机密封壳体与下连接杆(10)的一端固结在一起；自转电机控制器(5)布置于绝缘抗腐蚀的控制器密封壳体中，控制器密封壳体与下连接杆(10)的另一端固结在一起；所述电解反应阴极板(4)与上连接杆(9)的一端固结在一起；所述公转电机(6)位于装置整体的最下方，通过上部平面与公转电机基座(7)固接在一起；支撑杆旋转基座(8)通过凸台与公转电机基座(7)径向固结在一起，支撑杆旋转基座(8)通过紧定螺栓与公转电机(6)的上部转轴轴向固定；支撑杆(1)的下端部位与支撑杆旋转基座(8)的上端部位连接在一起；所述待抛光工件(2)、自转电机(3)、电解反应阴极板(4)同轴布置，支撑杆(1)、公转电机(6)、公转电机基座(7)、支撑杆旋转基座(8)同轴布置；所述自转电机控制器(5)包括电机控制板、供电电源、导线，供电电源和自转电机(3)通过导线与电机控制板相连。2.根据权利要求1所述的基于行星运动形式的全表面均匀抛光装置，其特征在于所述待抛光工件(2)以螺栓螺纹孔固定的方法固定于自转电机(3)的顶部，上连接杆(9)、下连接杆(10)均以螺栓螺纹孔固定的方法与支撑杆(1)固结在一起，公转电机(6)与公转电机基座(7)以螺栓螺纹孔固定的方法固结在一起。3.根据权利要求1所述的基于行星运动形式的全表面均匀抛光装置，其特征在于所述公转电机(6)具有两个输出轴；待抛光工件(2)与自转电机(3)转轴连接处，以及公转电机基座(7)与公转电机(6)转轴连接处均采取绝缘抗腐蚀的密封圈。4.根据权利要求1所述的基于行星运动形式的全表面均匀抛光装置，其特征在于所述支撑杆(1)由绝缘抗腐蚀材料制成；上连接杆(9)与支撑杆(1)的固定位置可以上下调节，下连接杆(10)也可以在支撑杆(1)的镂空位置穿过并与支撑杆(1)固结在一起。5.根据权利要求1所述的基于行星运动形式的全表面均匀抛光装置，其特征在于所述支撑杆(1)的下端为锥型凸台结构；支撑杆旋转基座(8)中间为锥型凹槽结构，与支撑杆(1)下端的锥型凸台相匹配；在支撑杆旋转基座(8)锥型凹槽的底部偏上部位有一个侧壁通孔。6.一种使用权利要求1所述基于行星运动形式的全表面均匀抛光装置的方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步，放置待抛光工件(2)于自转电机(3)上，利用螺纹旋紧固定；第二步，同时启动自转电机(3)和公转电机(6)，使得待抛光工件(2)以“行星运动”形式运动；第三步，在阳极、阴极通上电压，电解反应开始进行，机构开始抛光作业；第四步，抛光任务完成后，断电，电解反应停止，自转电机(3)、公转电机(6)停止转动。

技术总结
一种高精度加工技术领域的基于行星运动形式的全表面均匀抛光装置及其使用方法，包括支撑杆、待抛光工件、自转电机、电解反应阴极板、自转电机控制器、公转电机、公转电机基座、支撑杆旋转基座、连接杆，支撑杆由绝缘抗腐蚀材料制成，可带动抛光部分器件同步转动；待抛光工件位于电解反应阴极板的下方，两者高度均可以上下调节；公转电机位于整个装置的最下方，通过上部平面与公转电机基座固定，上部转轴与支撑杆旋转基座固定，由此实现抛光部分器件和公转电机上部转轴同步转动。本发明通过工件的公转运动，加速反应产物离开工件表面，使得反应物在时间尺度上相对均匀。本发明结构简单、易于实现，成本较低，具有广泛的应用前景。具有广泛的应用前景。具有广泛的应用前景。


技术研发人员：叶子心 崔维杰 刘国兴 叶璟天 张鑫泉
受保护的技术使用者：上海交通大学
技术研发日：2023.06.15
技术公布日：2023/8/13