本实用新型专利技术涉及一种硅片磨削力动态信号检测装置，包括内轴、砂轮、三维测力平台和传感系统信号处理器，所述被测硅片固定在三维测力平台上，砂轮固定在内轴上磨削被测硅片，三维测力平台将加工过程中的磨削力发送给传感系统信号处理器，所述三维测力平台包括圆环电容单元组和条状电容单元组，圆环电容单元组用于测切向力和法向力的大小，条状电容单元组用于测量切向力的方向，本实用新型专利技术对磨床动态特性和砂轮磨削性能进行监控,并根据磨削力对砂轮进给速度等工艺参数进行实时调整。
【技术实现步骤摘要】
本技术属于精密仪器加工领域，设及到超精密娃片加工，具体设及到一种娃 片磨削力动态信号检测装置。
技术介绍
超精密磨削娃片的加工过程中，磨削力一方面直接反映了磨削振动和砂轮磨损 等磨削状态；另一方面，磨削力不仅会引起机床的变形，影响娃片加工精度，而且会导 致娃片磨削表面损伤，对娃片加工表面质量有很大的影响，特别在娃片背面磨削减薄加工 中，由于加工娃片厚度越来越薄，磨削力的变化，极易引起娃片破碎，因而，在磨削娃片过 程中在线检测磨削力动态信号，对磨床动态特性和砂轮磨削性能进行监控，并根据磨削力 对砂轮进给速度等工艺参数进行实时调整，实现控制力磨削，使磨削过程处于最佳状态， 对于提高娃片加工精度和表面质量，保证娃片加工成品率非常必要。但现有的磨削测力仪 都有各自的应用范围和使用条件，使用具有较大的局限性，国外的一些测力仪工艺要求高、 成本高，不适合广泛使用。
技术实现思路
为了克服W上现有技术的不足，本技术提供一种娃片磨削力动态信号检测装 置，通过在工作台与被测娃片之间设置测力仪，监测娃片磨削过程中的动态力信号，W便根 据磨削力对砂轮进给速度进行实时调整。 本技术的技术方案是：一种娃片磨削力动态信号检测装置，包括内轴、砂轮、 =维测力平台和传感系统信号处理器，所述被测娃片固定在=维测力平台上，砂轮固定在 内轴上磨削被测娃片，=维测力平台将加工过程中的磨削力发送给传感系统信号处理器， 所述=维测力平台包括多个=维力传感器，所述=维力传感器包括圆环电容单元组和条状 电容单元组，所述条状电容单元组设置在圆环电容单元组外基板的四角，圆环电容单元组 包括两对W上圆环电容单元对，所述圆环电容单元对包括两个圆环电容单元，所述条状电 容单元组包括X方向差动电容单元组和Y方向差动电容单元组，X方向差动电容单元组和Y 方向差动电容单元组均包括两个W上相互形成差动的电容单元模块，所述电容单元模块是 由两个W上的条状电容单元组成的梳齿状结构，每个圆环电容单元和条状电容单元均包括 上极板的驱动电极和下极板的感应电极。 本技术娃片磨削力动态信号检测装置，所述传感系统信号处理器包括信号放 大器、数据采集卡和工控机，所述=维力传感器的输出信号经信号放大器转换和放大后生 成模拟信号，数据采集卡将放大器输出的模拟信号转换为数字信号并输入工控机。所述每 个圆环电容单元的感应电极和驱动电极正对且形状相同，所述每个条状电容单元的驱动电 极和感应电极宽度相同，条状电容单元的驱动电极长度大于感应电极长度，条状电容单元 的驱动电极长度两端分别预留左差位5左和右差位5右，b〇驱=b〇感+5右+ 5左，其中b〇驱为 条状电容单元的驱动电极长度，bug为条状电容单元的感应电极长度。所述条状电容单元的 左差位5左=右差位5右，且s',. ^d【)其中do为弹性介质厚度，G为弹性介质的抗剪 模量，Tm。、为最大应力值。所述两组相互形成差动的电容单元模块的条状电容单元的驱动 电极和感应电极沿宽度方向设有初始错位偏移，错位偏移大小相同、方向相反。所述圆环电 容单元组包括n个同屯、圆环电容单元，其中胃其中，曰^为平行板的长度，为圆 环电容单元圆环的宽度，ae相邻两圆环电容单元之间的电极间距。X方向差动电容单元组 和Y方向差动电容单元组均包括m个条状电容单元，m?C擔-1)a平/(a〇+ags)，其中， 3^为平行板的长度，as^为相邻两条状电容单元之间的电极间距，曰。条状电容单元的宽度。 所述同屯、圆环电容单元的宽度和条状电容单元的宽度a。相等；条状电容单元电极间距 as条和圆环电容单元电极间距as圆相等，所述条状电容单元的宽度3q=^，其中，d。为弹 性介质厚度，E为弹性介质的杨氏模量，G为弹性介质的抗剪模量。所述圆环电容单元组和 条状电容单元组的驱动电极通过一个引出线与传感系统信号处理器连接，所述圆环电容单 元组的每个圆环电容单元的感应电极单独引线与传感系统信号处理器连接，所述X方向差 动电容单元组和Y方向差动电容单元组的电容单元模块感应电极分别通过一根引出线与 传感系统信号处理器连接。所述圆环电容单元、电容单元模块与传感系统信号处理器之间 分别设有中间变换器，中间变换器用于设置电压对电容或频率对电容的传输系数。 本技术的有益效果是：在磨削娃片过程中在线检测磨削力动态信号，对磨床 动态特性和砂轮磨削性能进行监控，并根据磨削力对砂轮进给速度等工艺参数进行实时 调整，实现控制力磨削，使磨削过程处于最佳状态，提高娃片加工精度和表面质量，保证 娃片加工成品率。另外，本技术的测力仪具有很好的静动态特性，灵敏度高，线性、重 复性好，零点漂移小，结构简单，易装配和调试，成本较低，性能稳定，各项技术指标均 达到CIRP规定的磨削测力仪标准。本技术的传感器能够同时测量法向力和切向力，灵 敏度高，极板利用效率高，整个圆环电容单元组都对法向力作出贡献，并且具有较好的动态 性能。【附图说明】 图1是本技术的【具体实施方式】的同屯、圆环偏移错位面积分析图。 图2是本技术的【具体实施方式】的为外同屯、圆环错位对外径圆分析图。 图3是本技术的【具体实施方式】的平行板电容的平面设计图。 图4是本技术的【具体实施方式】的驱动电极的结构图。 图5是本技术的【具体实施方式】的平板电容板的直角坐标系。 图6是本技术的【具体实施方式】的两组圆环电容组结构图。图7是本技术的【具体实施方式】的差动条状电容单元的初始错位图。 图8是本技术的【具体实施方式】的差动条状电容单元受力后偏移图。图9是本技术的【具体实施方式】的单元电容对的信号差动示意图。 图10是本技术的【具体实施方式】的磨削力测量装置结构图。其中，1娃片，2测力仪，3工作台，4砂轮，5内轴。【具体实施方式】 下面对照附图，通过对实施例的描述，本技术的【具体实施方式】如所设及的各 构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工 艺及操作使用方法等，作进一步详细的说明，W帮助本领域技术人员对本技术的专利技术 构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。 本技术的主要思路是：本技术的磨削测力仪，利用电容式压力传感器的 纵向和剪切效应，将多个电容式压力传感器，按照一定的空间布局，构建一个=维测力平 台，并与机床工作台固定，其上安装被测工件，被测娃片吸附在测力仪上。砂轮磨削工件产 生磨削力，工件将磨削力传递到测力仪，测力仪感受磨削力并输出，相对于砂轮的高速回 转运动，测力仪运动形式与机床工作台一致，基本上是平移或随工作台摆动，砂轮固定在 内轴上。[当前第1页1 2 3 4 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种硅片磨削力动态信号检测装置，其特征在于，包括内轴、砂轮、三维测力平台和传感系统信号处理器，被测硅片固定在三维测力平台上，砂轮固定在内轴上磨削被测硅片，三维测力平台将加工过程中的磨削力发送给传感系统信号处理器，所述三维测力平台包括多个三维力传感器，所述三维力传感器包括圆环电容单元组和条状电容单元组，所述条状电容单元组设置在圆环电容单元组外基板的四角，圆环电容单元组包括两对以上圆环电容单元对，所述圆环电容单元对包括两个圆环电容单元，所述条状电容单元组包括X方向差动电容单元组和Y方向差动电容单元组，X方向差动电容单元组和Y方向差动电容单元组均包括两个以上相互形成差动的电容单元模块，所述电容单元模块是由两个以上的条状电容单元组成的梳齿状结构，每个圆环电容单元和条状电容单元均包括上极板的驱动电极和下极板的感应电极。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王军，周尹梅，叶建南，
申请(专利权)人：安徽工程大学，
类型：新型
国别省市：安徽;34
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