CN105033839A - 一种带有研磨压力调整装置的铌酸锂晶片研磨装置及研磨方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种带有研磨压力调整装置的铌酸锂晶片研磨装置及研磨方法，包括三维空间定位装置、梁式力传感器与研磨夹持机构；所述三维空间定位装置上通过力传感器安装研磨夹持机构，实现研磨夹持机构所夹持的两块铌酸锂晶片在空间上内任意一点的定位。研磨夹持机构中夹持机构通过滑动的方式安装在研磨压力调整装置中的滑块上；研磨压力调整装置采用标定过的带读数头的调节螺钉，实现研磨过程中铌酸锂晶片与研磨台间的压力调整。在进行研磨时需使两块铌酸锂晶片与研磨机的接触点到研磨机主轴距离相等。本发明的优点为：使用标定过的带读数头的调节螺钉，使研磨压力的调整直观可靠；且研磨时两铌酸锂晶片定位方式，使两铌酸锂晶片的研磨质量相等。

Description

一种带有研磨压力调整装置的铌酸锂晶片研磨装置及研磨方法

技术领域

本发明涉及一种研磨装置，属于光纤研磨技术领域，具体来说，是一种带有研磨压力调整装置的铌酸锂晶片研磨装置及研磨方法。

背景技术

目前在高精度闭环光纤陀螺制作过程中,端面直接对接方式逐步成为Y波导与保偏光纤晶片耦合的主流方式。为便于研磨和耦合，尾纤在研磨前一般将其粘接到一片铌酸锂晶片上，尾纤与铌酸锂晶片一同研磨、抛光。尾纤研磨时如果研磨参数控制不当，光纤端面会产生大量微裂纹，造成光纤端面粗糙度较高，在光源功率较小的情况下会引起***损耗升高，这对检测信噪比和提高陀螺精度是极为不利的。若采用两块端面质量相同的尾纤与Y波导耦合，则能提高分束比指标，减少非互异性相移，提高光纤陀螺的精度。因此，在研磨与抛光尾纤的过程中，希望保证尾纤端面的表面粗糙度较低及两尾纤材料去除量相等。根据Hertz接触理论，单颗金刚石磨粒的切削深度与研磨压力成正比，而切削深度与尾纤端面的表面粗糙度直接相关，因此，研磨压力的调整对于光纤的研磨效果具有直接影响。

现有的光纤插芯或裸光纤的加工工序是：将研磨砂纸放置在研磨盘上，将光纤插芯或裸光纤安装在研磨砂纸上，研磨机由动力装置驱动对研磨盘上的光纤插芯端面或裸光纤端面进行研磨。现有的研磨机一种是依靠人工施放相应质量的重锤来调节压力的大小，另外一种方式是通过气动装置对光纤插芯或裸光纤进行中心加压：这两种加压方式都无法精确调整压力的大小，对于研磨压力对光纤插芯或裸光纤研磨的影响研究不彻底，不当的研磨压力可能会造成光纤端面研磨不均匀，难以达到低耦合损耗的要求。且对于特殊角度要求的光纤研磨产品由于制造的插芯精度不高导致无法满足给定的指标。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种带有研磨压力调整装置的铌酸锂晶片研磨装置及研磨方法。

本发明带有研磨压力调整装置的铌酸锂晶片研磨装置，包括三维空间定位装置、梁式力传感器与研磨夹持机构；

所述三维空间定位装置设置于研磨平台上，三维空间定位装置中z轴移动机构中的滑块上安装研磨夹持机构；研磨夹持机构；通过三维空间定位装置实现研磨夹持机构中的夹持机构在空间上内任意一点的定位，最终实现夹持机构所加持铌酸锂晶片的定位；

所述研磨夹持机构包括精密旋转台、研磨压力调整装置与夹持机构，整体通过力传感器安装在z轴移动机构上；精密旋转台的旋转端上安装研磨压力调整装置，研磨压力调整装置上安装夹持机构；

上述研磨压力调整装置，包括安装板、导轨、滑块、调节螺钉、调节弹簧与连接块；其中，安装板固定安装在精密旋转台的旋转端上，安装板上安装有导轨，导轨上安装有可沿导轨滑动的滑块；导轨下端安装有限位螺钉；滑块上安装有定位台，定位台上沿导轨轴向开有调节螺钉穿入孔；滑块下部安装有连接块，连接块上开有与调节螺钉穿入孔同轴的调节螺钉连接孔；所述调节螺钉的连接端穿过调节螺钉穿入孔后与调节螺钉连接孔螺纹配合连接；调节螺钉上套有调节弹簧，调节弹簧位于调节螺钉螺帽与滑块之间；

调节螺钉的调节端上安装有读数头，通过转动读数头可带动调节螺钉旋转，同时由读数头获取与调节螺钉转动角度相对应的数值，进而可得到测量读数头读数与研磨压力的对应关系；

针对上述带有研磨压力调整装置的光纤研磨装置的研磨方法，具体步骤如下：

步骤1：将两块铌酸锂晶片安装在夹持机构上，通过夹持机构夹紧固定；并跟据研磨要求，通过调整精密旋转台使光纤铌酸锂晶片研磨端面法向与研磨机表面法向间的角度；

步骤2：研磨压力调整装置的标定。

a、将电子秤放在两块光线晶片的下端。

b、上位机通过运动控制器控制三维空间定位装置中z轴移动机构的无刷伺服电机进入低速运转状态，使夹持机构向下运动；当力传感器测量值减小时，停止z轴移动机构的无刷伺服电机运转。

c、上位机通过运动控制器控制三维空间定位装置中Z轴移动机构的无刷伺服电机进入低速运转状态，控制研磨夹持机构向下运动，使研磨压力调整装置中滑块与限位螺钉分离。

d、旋转读数头至不同读数刻度，获得各读数刻度所对应的与对应的电子秤示测量值。

e、控制上位机通过运动控制器控制三维空间定位装置中z轴移动机构的无刷伺服电机运转，使研磨压力调整装置抬高，使铌酸锂晶片脱离电子秤，此时，研磨压力调整装置中滑块与限位螺钉接触；随后，重复步骤b～d，获取读数头旋转至同一读数刻度下的多组电子秤测量值。

f、同一读数刻度下的多组电子秤测量值取平均，得到读数头在每一读数刻度下对应的研磨压力值，完成标定。

步骤3：上位机通过运动控制器控制三维空间定位装置，使夹持机构上的两块铌酸锂晶片运动到研磨机上方；同时，放置研磨砂纸到研磨机上；

步骤4：上位机通过运动控制器控制三维空间定位装置中z轴移动机构的无刷伺服电机进入低速运转状态，使研磨夹持机构向下运动，至力传感器测量值减小；此时，上位机通过运动控制器控制三维空间定位装置中z轴移动机构的无刷伺服电机停止运转。

步骤5：上位机通过运动控制器控制三维空间定位装置中z轴移动机构的无刷伺服电机进入低速运转，控制研磨夹持机构向下运动，使研磨压力调整装置中滑块与限位螺钉分离。

步骤6：根据研磨要求，选取研磨压力；随后，根据步骤2中得到的读数头读数与研磨压力值的对应关系，通过读数头转动调节螺钉至读数头所对应的读数刻度。

步骤7：设定研磨机参数，包括研磨时间、研磨机内齿轮及主轴转速；随后，打开研磨机。

步骤8：当到达研磨时间后，关闭研磨机。

步骤9：上位机通过运动控制器控制三维空间定位装置中z轴移动机构的无刷伺服电机运转，使研磨压力调整装置抬高至铌酸锂晶片脱离研磨机。

本发明的优点在于：

1、本发明带有研磨压力调整装置的光纤研磨装置及研磨方法，使用标定过的带读数头的调节螺钉，读数头所对应的读数即为标定后的研磨压力，使得研磨压力的调整直观可靠；

2、本发明带有研磨压力调整装置的光纤研磨装置及研磨方法，在同时研磨两块铌酸锂晶片的基础上，设定两块铌酸锂晶片在研磨机上的初始位置方法，可保证两研磨轨迹的相同，进而保证了两铌酸锂晶片的研磨质量相等。

附图说明

图1为本发明带有研磨压力调整装置的铌酸锂晶片研磨装置整体结构示意图；

图2为本发明带有研磨压力调整装置的铌酸锂晶片研磨装置中研磨夹持机构结构示意图；

图3为研磨夹持机构中研磨压力调整装置结构示意图；

图4为研磨夹持机构中研磨压力调整装置结构***图；

图5为本发明光纤及铌酸锂晶片气动加压研磨机构中夹持机构整体结构示意图；

图6为夹持机构中左基座右侧示意图；

图7为夹持机构中中左基座左侧示意图；

图8为夹持机构中右基座左侧示意图；

图9为夹持机构中右基座右侧示意图；

图10为夹持机构中左基座上铌酸锂晶片设置方式示意图；

图11为夹持机构中右基座上铌酸锂晶片设置方式示意图；

图12为夹持机构中左基座上光纤铌酸锂晶片夹持方式示意图；

图13为夹持机构中左基座与右基座间安装方式示意图；

图14为夹持机构中用于左基座与右基座锁紧的锁紧机构结构示意图。

图中:

1-三维空间定位装置2-梁式力传感器3-研磨夹持机构

4-研磨平台5-研磨机101-x轴移动机构

102-y轴移动机构103-z轴移动机构104-支柱

301-精密旋转台302-研磨压力调整装置303-夹持机构

302a-安装板302b-导轨302c-滑块

302d-调节螺钉302e-调节弹簧302f-连接块

302g-读数头302h-定位台303a-左基座

303b-右基座303c-基座安装件303d-锁紧机构

a-定位块b-夹紧块c-加载块

d-光纤定位槽e-晶片定位槽f-矩形突起

g-矩形凹进h-光纤i-铌酸锂晶片

j-定位台肩k-限位台

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细说明。

本发明带有研磨压力调整装置的铌酸锂晶片研磨装置，如图1所示，包括三维空间定位装置1、梁式力传感器2与研磨夹持机构3。

所述三维空间定位装置1设置于研磨平台4上，采用门字型设计，包括两套x轴移动机构101、一套y轴移动机构102、一套z轴移动机构103与两根支柱104。x轴移动机构101、y轴移动机构102与z轴移动机构103结构上相同，由安装台、滑轨、滑台、滚珠丝杠与驱动电机构成。其中，安装台上安装有两条相互平行的滑轨。滚珠丝杠中螺杆与两条滑轨平行设置，螺杆两端通过支撑件安装在安装台上，且与安装件间通过轴承连接；螺杆一端与驱动电机输出轴同轴相连，通过驱动电机驱动螺杆转动。滑台安装在两条滑轨上，通过两条滑轨支撑；滑台与滚珠丝杠中螺母固定，通过转动螺杆即可由螺母带动滑台一同沿螺杆轴向移动。

上述结构的两套x轴移动机构101相互平行设置在研磨平台4上；两根支柱104竖直设置，底端分别安装在两套x轴移动机构101中的滑台上。y轴移动机构102两端分别固定安装在两根支柱104顶端，通过支柱104进行支撑。Z轴移动机构103轴线与y轴移动机构102轴线垂直设置，安装台通过转接件固定于y轴移动机构102中的滑台上。Z轴移动机构103中的滑台上安装有转接板，用来安装研磨夹持机构3。由此，通过上位机向运动控制器发送控制命令，由运动控制器驱动两套x轴移动机构101同步运动，可实现研磨夹持机构3沿x轴的移动；驱动y轴移动机构102运动，可实现研磨夹持机构3沿y轴的移动；驱动z轴移动机构103运动，实现研磨夹持机构3沿z轴的移动。

上述两套x轴移动机构101中任意一套上，y轴移动机构102上以及z轴移动机构103上还安装有编码器与光栅尺。其中，编码器与滚珠丝杠中螺杆的端部同轴固定。光栅尺中标尺光栅固定安装在安装台上，光栅读数头安装在滚珠丝杠中的螺母上。通过编码器与光栅尺分别实现滚珠丝杠转动角度的测量以及气动装置沿x、y、z轴上的移动距离的测量，并将测量结构反馈到上位机用来实现，并反馈到上位机。

由此，通过上述机构三维空间定位装置1可实现研磨夹持机构3在空间上内任意一点的精确定位，最终实现光纤铌酸锂晶片夹持工具所夹持的光纤铌酸锂晶片到达预设的初始研磨位置以及实现研磨过程中的微进给。

所述研磨夹持机构3包括精密旋转台301、研磨压力调整装置302与夹持机构303，如图2所示，整体通过梁式力传感器2与Z轴移动机构103上的转接板相连；精密旋转台301的旋转端上安装研磨压力调整装置302，研磨压力调整装置302上安装夹持机构303，通过精密旋转台301与研磨压力调整装置302，分别实现由夹持机构303所夹持的光纤铌酸锂晶片的研磨角度与研磨压力调节。

上述精密旋转台301与梁式力传感器2的力感应端固定，梁式力传感器2的固定端固定于Z轴移动机构103上的转接板上，实现研磨夹持机构3与三维空间定位装置1间的安装。在光纤铌酸锂晶片接触研磨机5时，力传感器测量得力仅为其力感应端所承载的研磨夹持机构3的重力；在光纤铌酸锂晶片接触研磨机5时，会受到研磨机5施加的向上压力，该压力会抵消部分研磨夹持机构3的重力，使力传感器的测量值减小。由此，当力传感器测量值减小时，表明光纤铌酸锂晶片已接触研磨机5。

上述研磨压力调整装置302，如图3、图4所示，包括安装板302a、导轨302b、滑块302c、调节螺钉302d、调节弹簧302e与连接块302f。其中，安装板302a固定安装在精密旋转台301的旋转端上，安装板302a上安装有导轨302b，导轨302b上安装有可沿导轨302b滑动的滑块302c；导轨302b下端安装有限位螺钉，通过限位螺钉限制滑块302c向下的移动，且当铌酸锂晶片未与研磨盘接触时，滑块302c与限位螺钉接触，由限位螺钉为滑块302c以及夹持机构303提供的支撑力平衡；当铌酸锂晶片与研磨盘接触时，滑块302c与限位螺钉分离，由铌酸锂晶片为滑块302c以及夹持机构303提供的支撑力平衡，此时支撑力即为研磨压力。滑块302c上安装有定位台302h，定位台302h上沿导轨302b轴向开有调节螺钉穿入孔，定位台302h下部还开有夹持机构安装孔。滑块302c下部安装有连接块302f，连接块302f上开有与调节螺钉穿入孔同轴的调节螺钉连接孔。所述调节螺钉302d的连接端穿过调节螺钉穿入孔后与调节螺钉连接孔螺纹配合连接。调节螺钉302d上套有调节弹簧302e，调节弹簧302e位于调节螺钉302d螺帽与滑块302c之间。

通过上述结构研磨压力调整装置302，当铌酸锂晶片未与研磨盘接触时，通过顺时针或逆时针旋转调节螺钉302d，改变调节弹簧302e的压缩量，进而改变调节弹簧302e对滑块302c的压力，实现研磨压力的调节。

本发明中设计调节弹簧302e的内径大于调节螺钉302d的直径，且调节弹簧302e两端分别于调节螺钉302d调节端与滑块302c上设计的环形定位台肩配合，实现调节弹簧302e径向定位，使调节弹簧302e与调节螺钉302d间无摩擦力，保证了旋转调节螺钉302d时，铌酸锂晶片受到变化的力完全来自调节弹簧302e的压力。

便于研磨压力的调整，本发明在调节螺钉302d的调节端上安装有读数头302g，通过转动读数头302g可带动调节螺钉302d旋转，同时由读数头302g获取与调节螺钉302d转动角度相对应的数值，进而可得到测量读数头302g读数与研磨压力的对应关系；使得在研磨过程中通过调整调节螺钉302d上的测量头的读数，即可获得对应的研磨压力值。

所述夹持机构303包括左基座303a、右基座303b、基座安装件303c与锁紧机构303d，如图5所示。

其中，左基座303a与右基座303b左右对称设置，均为定位块a、夹紧块b与加载块c构成的一体矩形块状结构，由AISI321退火不锈钢制成。

如图6、图7所示，左基座303a中，定位块a作为非变形单元，右侧面上设计有矩形突起f，用来与右基座303b中定位块a左侧面上设计的矩形凹进g配合，实现左基座303a与右基座303b间的定位。夹紧块b作为变形单元，后侧面顶部与定位块a的前侧面顶部相接，并使夹紧块b后侧面与定位块a前侧面具有间隙。夹紧块b底部具有仅连通夹紧块b前侧面的加载块c设置空腔，用来设置加载块c。加载块c作为非变形单元，后侧面底部与定位块a前侧面底部相接。上述定位块a的右侧面上设计有贯通定位块a上下侧面的光纤定位槽d，用来设置光纤h；光纤定位槽d的一侧与定位块a前侧面相通，则在定位块a右侧面的前侧边位置形成阶梯结构；同时，在光纤定位槽d的一端还开有晶片定位槽e，位于定位块a的底部，用来设置晶片i，如图10所示。

如图8、图9所示，右基座303b中，定位块a作为非变形单元，左侧面上设计有凹进结构g，与左基座303a上的突起结构f配合。夹紧块b作为变形单元，后侧面顶部与定位块a的前侧面顶部相接，使夹紧块b后侧面与定位块a前侧面具有间隙。夹紧块b底部具有仅贯通加紧块前侧面的加载块c设置空腔，用来设置加载块c，加载块c作为非变形单元，后侧面底部与定位块a前侧面底部相接。上述定位块a的右侧面上设计有连通定位块a上下侧面的光纤定位槽d，用来设置光纤h；光纤定位槽d的一侧与定位块a前侧面相通，则在定位块a右侧面的前侧边位置形成阶梯结构；同时，在光纤h定位槽d的一端还开有晶片定位槽e，位于定位块a的底部，用来设置晶片i，如图11所示。

上述结构的左基座303a与右基座303b中，加载块c上分别开有贯通加载块c前后侧面的左螺纹孔与右螺纹孔，与夹紧螺钉螺纹配合，通过拧紧夹紧螺钉，使夹紧螺钉端部穿过螺钉孔与夹紧块b前部下方接触，如图12所示；由于夹紧块b与定位块a间仅有顶端相连，且之间留有间隙，由此，通过拧紧夹紧螺钉，通过夹紧螺钉向后推动夹紧块b下部，进而通过夹紧块b后侧面将晶片i夹紧在晶片定位槽e中。上述左基座与右基座上,靠近定位块a与夹紧块b相接处,开有同时贯通定位块a与夹紧块b左右侧面的圆形通孔,使定位块a与夹紧块b相接处形成拱形结构，拱形受力时会把力传给拱型的圆弧形部分，向周围均匀地分散开来，可有效降低定位块a与夹紧块b相接处受力强度，使得夹持机构303加紧部位可多次使用，而不会产生应力过度集中及定位块a与夹紧块b相接处强度失效的现象。

左基座303a与右基座303b通过基座安装件303c与研磨压力调整装置302中的定位台302h相连，如图5所示，基座安装件303c包括左基佐安装件与右基座安装件，为具有连接孔的板状结构，分别固定于左基座303a与右基座303b中定位块a上表面，可与定位块a制成一体结构；左基座安装件与右基座安装件上的连接孔相互对称，且均与定位台302h上的夹持机构连接孔对应。如图13所示，左基座303a通过矩形突起f与右基座303b矩形凹进g配合相对定位，此时通过螺栓穿过左基座303a中定位块a与右基座303b中定位块a上开设的螺孔将左基座303a与右基座303b固定为一体，此时左基座303a右侧面与右基座303b左侧面贴合，形成整体基座，；随后，通过螺栓穿过左基佐安装件与右基座安装件上的安装孔，将整体机构固定于定位台302h上。

所述锁紧机构303d具有2个，分别为左基座锁紧机构与右基座锁紧机构，分别用来实现左基座303a与右基座303b中的夹紧螺钉锁紧。2个锁紧机构303d均为U型结构，如图14所示，两侧面上对应位置分别开有通孔与螺纹孔，且弯曲位置作为螺钉定位口，内壁周向上设计有螺钉定位台肩j，用来定位夹紧螺钉。由此，将夹紧螺钉穿过螺钉定位口后，使螺钉的螺帽与螺钉定位台肩j贴合后定位；随后，将夹紧螺钉穿过一侧面上的通孔后，与另一侧面上的螺纹孔配合螺纹连接，通过拧紧夹紧螺钉，使锁紧机构303d两侧面间距减小，进而使定位螺钉口口径缩小，最终将夹紧螺钉夹紧。通过转动锁紧机构303d便可实现夹紧螺钉的转动，便于夹紧螺钉的旋进。

由于光纤h莫氏硬度为7，铌酸锂晶片i莫氏硬度为5，两者都属于硬脆材料，而在左基座303a与右基座303b中，手动拧紧夹紧螺钉将铌酸锂晶片i进行夹紧时，当夹紧螺钉过度旋紧时，很容易造成铌酸锂晶片i损坏。因此需精确控制螺钉旋进距离，而在本发明中，在左基座锁紧机构与右基座锁紧机构中侧面上设计有限位块k；同时，需保证在左基座303a与右基座303b中夹紧螺钉旋入加载块c上的螺纹孔使端部由螺纹孔穿出后，与夹紧块b前侧面接触时，通过向左进一步旋动左基座锁紧机构45°，限位块k与左基座303a左侧面接触，此时加载块c后侧面将左基座303a上的晶片i夹紧；通过向右进一步旋动右基座锁紧机构45°，限位块k与右基座303b右侧面接触，此时加载块c后侧面将右基座303b上的晶片i夹紧，如图14所示。

针对上述结构的带有研磨压力调整装置的铌酸锂晶片研磨装置的研磨方法，具体步骤如下：

步骤1：将两块铌酸锂晶片i安装在夹持机构303上，通过夹持机构303夹紧固定；

步骤2：研磨压力调整装置302的标定，并通过调节精密旋转台。光纤铌酸锂晶片需保证光纤轴向与光纤端面法向研磨成15度，满足研磨要求，可有效减少与Y波导耦合时的背向反射；

由胡克定律可知，调节弹簧302e的压缩量与研磨过程中研磨台施加给铌酸锂晶片i的力成正比关系。为直接调节研磨压力值，使用测量灵敏度为0.02g的电子秤标定读数头302g读数与研磨压力的对应关系；具体为：

a、将电子秤放在两块光线晶片i的下端；

b、上位机通过运动控制器控制三维空间定位装置1中z轴移动机构103的无刷伺服电机进入低速运转状态，使夹持机构303向下运动；当力传感器测量值减小0.5g时，立即停止z轴移动机构103的无刷伺服电机运转；

c、上位机通过运动控制器控制三维空间定位装置1中Z轴移动机构103的无刷伺服电机进入低速运转状态，控制研磨夹持机构3向下运动5mm，使研磨压力调整装置302中滑块302c与限位螺钉分离；

d、旋转读数头302g至不同读数刻度，获得各读数刻度所对应的与对应的电子秤示测量值；

e：控制上位机通过运动控制器控制三维空间定位装置1中z轴移动机构103的无刷伺服电机运转，使研磨压力调整装置302抬高，使铌酸锂晶片i脱离电子秤，此时，研磨压力调整装置302中滑块302c与限位螺钉接触；随后，重复步骤b～d，获取读数头302g旋转至同一读数刻度下的多组电子秤测量值；

f、同一读数刻度下的多组电子秤测量值取平均，即可得到读数头302g在每一读数刻度下对应的研磨压力值，完成标定。

步骤3：上位机通过运动控制器控制三维空间定位装置1x、y方向的位置，，保证与两块铌酸锂晶片i相粘接的光纤h的中心点与研磨机5主轴的中心点距离相等，可保证两研磨轨迹的相同，进而保证了两铌酸锂晶片i的研磨质量相等。

步骤4：上位机通过运动控制器控制三维空间定位装置1中z轴移动机构103的无刷伺服电机进入低速运转状态，使研磨夹持机构3向下运动，至力传感器测量值减小；此时，上位机通过运动控制器控制三维空间定位装置1中Z轴移动机构103的无刷伺服电机停止运转。

步骤5：上位机通过运动控制器控制三维空间定位装置1中Z轴移动机构103的无刷伺服电机进入低速运转，控制研磨夹持机构3向下运动5mm，使研磨压力调整装置302中滑块302c与限位螺钉分离；

步骤6：根据研磨要求，选取研磨压力；随后，根据步骤2中得到的读数头302g读数与研磨压力值的对应关系，通过读数头302g转动调节螺钉302d至读数头302g所对应的读数刻度；

步骤7：设定研磨机5参数，包括研磨时间、研磨机5内齿轮及主轴转速；随后，打开研磨机5；

步骤8：当到达研磨时间后，关闭研磨机5。

步骤9：上位机通过运动控制器控制三维空间定位装置1中z轴移动机构103的无刷伺服电机运转，使研磨压力调整装置302抬高至铌酸锂晶片i脱离研磨机5。

Claims (6)

1.一种带有研磨压力调整装置的铌酸锂晶片研磨装置，其特征在于：包括三维空间定位装置、梁式力传感器与研磨夹持机构；

所述三维空间定位装置设置于研磨平台上，三维空间定位装置中z轴移动机构中的滑块上安装研磨夹持机构；研磨夹持机构；通过三维空间定位装置实现研磨夹持机构中的夹持机构在空间上内任意一点的定位，最终实现夹持机构所加持铌酸锂晶片的定位；

所述研磨夹持机构包括精密旋转台、研磨压力调整装置与夹持机构，整体通过力传感器安装在z轴移动机构上；精密旋转台的旋转端上安装研磨压力调整装置，研磨压力调整装置上安装夹持机构；

上述研磨压力调整装置，包括安装板、导轨、滑块、调节螺钉、调节弹簧与连接块；其中，安装板固定安装在精密旋转台的旋转端上，安装板上安装有导轨，导轨上安装有可沿导轨滑动的滑块；导轨下端安装有限位螺钉；滑块上安装有定位台，定位台上沿导轨轴向开有调节螺钉穿入孔；滑块下部安装有连接块，连接块上开有与调节螺钉穿入孔同轴的调节螺钉连接孔；所述调节螺钉的连接端穿过调节螺钉穿入孔后与调节螺钉连接孔螺纹配合连接；调节螺钉上套有调节弹簧，调节弹簧位于调节螺钉螺帽与滑块之间；

调节螺钉的调节端上安装有读数头，通过转动读数头可带动调节螺钉旋转，同时由读数头获取与调节螺钉转动角度相对应的数值，进而可得到测量读数头读数与研磨压力的对应关系。

2.如权利要求1所述一种带有研磨压力调整装置的铌酸锂晶片研磨装置，其特征在于：所述三维空间定位装置采用门字型设计，包括两套x轴移动机构、一套y轴移动机构、一套z轴移动机构与两根支柱；x轴移动机构、y轴移动机构与z轴移动机构结构上相同，由安装台、滑轨、滑台、滚珠丝杠与驱动电机构成；其中，安装台上安装有两条相互平行的滑轨；滚珠丝杠中螺杆与两条滑轨平行设置，螺杆两端通过支撑件安装在安装台上，且与安装件间通过轴承连接；螺杆一端与驱动电机输出轴同轴相连，通过驱动电机驱动螺杆转动；滑块安装在两条滑轨上，通过两条滑轨支撑；滑块与滚珠丝杠中螺母固定；上述两套x轴移动机构相互平行设置；两根支柱竖直设置，底端分别安装在两套x轴移动机构中的滑块上；y轴移动机构两端分别固定安装在两根支柱顶端，通过支柱进行支撑；z轴移动机构轴线与y轴移动机构轴线垂直设置，安装台通过转接件固定于y轴移动机构中的滑台上。

3.如权利要求2所述一种带有研磨压力调整装置的铌酸锂晶片研磨装置，其特征在于：所述两套x轴移动机构中任意一套上，y轴移动机构上以及z轴移动机构上还安装有编码器与光栅尺；其中，编码器与滚珠丝杠中螺杆的端部同轴固定；光栅尺中标尺光栅固定安装在安装台上，光栅读数头安装在滚珠丝杠中的螺母上。

4.如权利要求1所述的一种带有研磨压力调整装置的铌酸锂晶片研磨装置，其特征在于：所述力传感器采用梁式力传感器。

5.针对如权利要求1所述一种带有研磨压力调整装置的铌酸锂晶片研磨装置的研磨方法，具体步骤如下：

步骤1：将两片铌酸锂晶片安装在夹持机构上，通过夹持机构夹紧固定；并跟据研磨要求，通过调整精密旋转台使光纤铌酸锂晶片研磨端面法向与研磨机表面法向间的角度；

步骤2：研磨压力调整装置的标定；

a、将电子秤放在两块光线晶片的下端；

b、上位机通过运动控制器控制三维空间定位装置中z轴移动机构的无刷伺服电机进入低速运转状态，使夹持机构向下运动；当力传感器测量值减小时，停止z轴移动机构的无刷伺服电机运转；

c、上位机通过运动控制器控制三维空间定位装置中Z轴移动机构的无刷伺服电机进入低速运转状态，控制研磨夹持机构向下运动，使研磨压力调整装置中滑块与限位螺钉分离；

d、旋转读数头至不同读数刻度，获得各读数刻度所对应的与对应的电子秤示测量值；

e、控制上位机通过运动控制器控制三维空间定位装置中z轴移动机构的无刷伺服电机运转，使研磨压力调整装置抬高，使铌酸锂晶片脱离电子秤，此时，研磨压力调整装置中滑块与限位螺钉接触；随后，重复步骤b～d，获取读数头旋转至同一读数刻度下的多组电子秤测量值；

f、同一读数刻度下的多组电子秤测量值取平均，得到读数头在每一读数刻度下对应的研磨压力值，完成标定；

步骤3：上位机通过运动控制器控制三维空间定位装置，使夹持机构上的两块铌酸锂晶片运动到研磨机上方；同时，放置研磨砂纸到研磨机上；

步骤4：上位机通过运动控制器控制三维空间定位装置中z轴移动机构的无刷伺服电机进入低速运转状态，使研磨夹持机构向下运动，至力传感器测量值减小；此时，上位机通过运动控制器控制三维空间定位装置中z轴移动机构的无刷伺服电机停止运转；

步骤5：上位机通过运动控制器控制三维空间定位装置中z轴移动机构的无刷伺服电机进入低速运转，控制研磨夹持机构向下运动，使研磨压力调整装置中滑块与限位螺钉分离；

步骤6：根据研磨要求，选取研磨压力；随后，根据步骤2中得到的读数头读数与研磨压力值的对应关系，通过读数头转动调节螺钉至读数头所对应的读数刻度；

步骤7：设定研磨机参数，包括研磨时间、研磨机内齿轮及主轴转速；随后，打开研磨机；

步骤8：当到达研磨时间后，关闭研磨机；

步骤9：上位机通过运动控制器控制三维空间定位装置中z轴移动机构的无刷伺服电机运转，使研磨压力调整装置抬高至铌酸锂晶片脱离研磨机。

6.如权利要求5所述带有研磨压力调整装置的光纤研磨方法，其特征在于：所述步骤3中需使两块铌酸锂晶片与研磨机的接触点到研磨机主轴距离相等。