JP3939983B2 - Measuring method of movement / attitude control device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、作業対象物を保持する対象物保持部と作業実行体を保持する実行体保持部との相対位置及び相対姿勢を制御する移動・姿勢制御装置の計測方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、光学素子成型用の金型などの被加工物の研磨加工方法としては、小径の研磨工具を被加工物の加工面に一定の力で押し付けながらその研磨工具を往復移動させる方法が用いられている。このような研磨加工方法によれば、研磨工具の移動速度を変化させることにより研磨深さを調整することができ、加工面の加工精度の向上を図り、加工面上のうねりを除去することができる。
【0003】
このような研磨加工方法においては、加工面上の加工点における法線と研磨の荷重方向を常に一致させるような姿勢制御をすることにより、加工点における除去深さがより正確に制御できるようになる。このため光学素子のように高い精度が要求されるものについては、このような法線姿勢制御が用いられている。法線姿勢制御を行なう加工法としては研磨工法の他に例えば切削工法、研削工法等がある。このような法線姿勢制御を行なう加工装置の従来例として研磨装置を図16に示す。
【0004】
研磨装置1は、図16に示すように、互いに直交するX軸、Y軸、Z軸及びX軸に平行なA軸、Y軸に平行なB軸のうち、駆動されてX軸方向へ直線移動するXスライドステージ2、駆動されてY軸方向へ直線移動するYスライドステージ3、実行体保持部であって駆動されてZ軸方向へ直線移動するZアーム4、及び、駆動されてA軸回り(a方向)に回転するAチルトステージ5、駆動されてB軸回り(b方向)に回転するBチルトステージ6を有している。これらの各ステージ2,3,5,6を駆動することにより、Aチルトステージ5に形成されている作業物保持部であるワークテーブル7のX軸及びY軸方向への直線移動、及びa方向、b方向への回転が可能であり、また、Zアーム4を駆動することによりZアーム4の先端に取り付けられた研磨スピンドル8のZ軸方向への直線移動が可能な構造とされ、これにより、ワークテーブル7とZアーム4との相対移動及び相対姿勢が制御されるように構成されている。また、これらの各ステージ2,3,5,6及びZアーム4は、NC(数値制御)可能とされている。
【0005】
また、研磨スピンドル8には、研磨工具9が研磨スピンドル8の軸心回りに回転駆動されるように設けられている。これら研磨スピンドル8と研磨工具9とにより作業実行体が構成されている。
【0006】
このとき、研磨装置1では、Z軸方向は研磨工具9の押し付け力を制御する荷重制御方向となるため、NC指令によって位置決め制御を行なう方向は、X軸方向、Y軸方向、a方向、b方向の4方向となることが多い。
【0007】
このような直線運動と回転運動とによる各方向へ各ステージ2,3,5,6を同時制御で駆動し、研磨工具9の先端或いは被加工物10の表面が所望の軌跡通りに動作しているかを精度良く計測することは難しく、従来よりいくつかの手法が考案されている。
【0008】
最も簡易な方法としては、各ステージ2,3,5,6の移動又は回転する方向における現在位置を高速にサンプリングして記録し指令値からのズレを計測する方法がある。この方法では、X軸とA軸との平行度やA軸とY軸との直交度といった各軸の位置関係の誤差、ピッチング、ヨーイング、ローリングといった姿勢誤差が計測対象に含まれない為、装置の実際の動作とは正確には一致しない。それらを一致させるためには、各軸の位置関係と姿勢誤差とを正確に把握することが必要であるが、例えば回転軸であるA軸やB軸の位置関係を正確に把握する為には、高価な測定器又はマスターとなるゲージを用いる必要がありコストが高くなってしまう。
【0009】
別の方法としては、図17に示すように、工具チャック11とワークチャック12とを伸縮可能な棒状の測長器13で連結し、この測長器13の伸縮量を検出し、検出した伸縮量に基づいて装置の動作を計測する方法がある。具体的には、測長器13はその両端が回転軸受け14,15に連結され、回転軸受け14が工具チェックに、回転軸受け15がワークチャック12に把持されている。この状態において、工具チャック11を回転軸受け15を中心とする円弧軌跡に運動させる。そして、運動と同期した測長器13の伸縮量を検出することで、運動軌跡の真円度を評価するものである。
【0010】
しかしながらこのような方法では、測長器13が高価であるという問題がある。また、測長器13の応答可能速度を超えて伸縮力が加わると正確な計測ができないため、実際の加工条件として高い送り速度を使っている場合には、計測用に送り速度を低減させる必要がある。このため実際の加工条件における動作が計測できないという問題がある。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
測長器13を用いずに、簡易に加工装置又は移動ステージの動作を計測し位置決め精度を評価する方法として、例えば、ステッパー用途のXYスライドステージについては、特開平7−325623号公報に示されており、実際の位置決め誤差量を取得しそれを記憶装置に格納し、これを補正量として位置決め制御を行なう方法がある。この方法によれば、参照するパターンの精度さえ確保できれば、簡易に位置決め誤差を評価できるが、回転運動を含む同時制御については適用することができない。
【0012】
一方、光学素子用途の研磨装置1などでは、研磨工具9の滞留時間を制御することで形状を創成する技術が広く用いられている。ここで、滞留時間とは送り速度の逆数のことであり、滞留時間制御とは送り速度制御そのものである。このような用途においては、被加工物10の加工表面での実際の送り速度を確認することも加工精度確保のうえで重要であり、従来法では容易に計測することが困難となっている。
【0013】
本発明の目的は、高価な計測装置を用いることなく移動・姿勢制御装置の制御による動作を高精度に計測する方法を提供することである。
【0014】
【課題を解決するための手段】
請求項1記載の発明は、作業対象物を保持する対象物保持部と作業実行体を保持する実行体保持部との相対姿勢を制御しながら前記対象物保持部と前記実行体保持部との相対移動を制御する移動・姿勢制御装置の計測方法において、前記対象物保持部にセットされた基準物の曲面と前記実行体保持部との角度が一定になるように前記対象物保持部と前記実行体保持部との相対姿勢を制御しながら、前記基準物の前記曲面に前記実行体保持部を沿わせるように前記対象物保持部と前記実行体保持部との相対移動を制御する制御過程と、前記制御過程中に、前記基準物の前記曲面が有し間隔が既知であるパターンを前記実行体保持部と共に前記対象物保持部に対して相対的に動くセンサにより検出する検出過程と、を含む。
【0015】
したがって、対象物保持部にセットされた基準物の曲面と実行体保持部との角度が一定になるように対象物保持部と実行体保持部との相対姿勢を制御しながら、基準物の曲面に実行体保持部を沿わせるように対象物保持部と実行体保持部との相対移動を制御することによる対象物保持部と実行体保持部との相対移動距離や相対速度を得るためのデータが得られる。
【0016】
請求項2記載の発明は、請求項1記載の移動・姿勢制御装置の計測方法において、前記検出過程により検出された前記パターンに基づいて前記対象物保持部と前記実行体保持部との相対移動距離を求める相対移動距離算出過程を含む。
【0017】
したがって、対象物保持部にセットされた基準物の曲面と実行体保持部との角度が一定になるように対象物保持部と実行体保持部との相対姿勢を制御しながら、基準物の曲面に実行体保持部を沿わせるように対象物保持部と実行体保持部との相対移動を制御することによる対象物保持部と実行体保持部との相対移動距離が得られる。
【0018】
請求項3記載の発明は、請求項1記載の移動・姿勢制御装置の計測方法において、前記検出過程により検出された前記パターン及び前記検出過程における前記パターンの検出時間間隔に基づいて前記対象物保持部と前記実行体保持部との相対速度を求める相対速度算出過程を含む。
【0019】
したがって、対象物保持部にセットされた基準物の曲面と実行体保持部との角度が一定になるように対象物保持部と実行体保持部との相対姿勢を制御しながら、基準物の曲面に実行体保持部を沿わせるように対象物保持部と実行体保持部との相対移動を制御することによる対象物保持部と実行体保持部との相対速度が得られる。
【0020】
請求項4記載の発明は、請求項1,2又は3記載の移動・姿勢制御装置の計測方法において、前記パターンは、前記基準物の前記曲面に張り付けられた可撓性を有するシートに形成されている。
【0021】
したがって、シートが可撓性を有するので、シートを平面状態にすることにより容易にパターンを正確な位置で形成することが可能となる。また、シートが可撓性を有することにより、例えば曲率半径が異なる複数の基準物に対してシートを張り替えて使用することが可能となる。
【0022】
請求項5記載の発明は、請求項1,2又は3記載の移動・姿勢制御装置の計測方法において、前記パターンは、前記基準物の前記曲面の表面に形成されている。
【0023】
したがって、基準物の表面にパターンが形成されているので、シートを用いる場合に考えられるシート厚さムラや不均一変形などに伴うパターン位置の誤差などの影響がなく、対象物保持部にセットされた基準物の曲面と実行体保持部との角度が一定になるように対象物保持部と実行体保持部との相対姿勢を制御しながら、基準物の曲面に実行体保持部を沿わせるように対象物保持部と実行体保持部との相対移動を制御することによる対象物保持部と実行体保持部との相対移動距離や相対速度又はそれらを得るためのデータがシートを用いた場合に比べ安定して高精度で得られる。
【0024】
請求項6記載の発明は、請求項1,2,3,4又は5記載の移動・姿勢制御装置の計測方法において、前記センサは、非接触式の変位測定センサ又はCCD受光素子を内蔵する画像取得装置である。
【0025】
したがって、センサとして接触式のセンサを用いた場合に比べ、検出面上での走査速度を高めることが可能となり、実際の加工で用いられる送り速度で計測可能となる。また、画像取得装置の場合には、画像としてパターンを取り込むことで画像処理が可能となり、パターンピッチ以上の分解能が容易に得られる。
【0026】
請求項7記載の発明は、請求項1,2,3,4又は5記載の移動・姿勢制御装置の計測方法において、前記パターンは、突起、又は、凹み、又は、突起及び凹みにより形成されている。
【0027】
したがって、センサとして画像取得装置や変位測定センサなどを適用することが可能となる。さらに、シートを用いる場合には、プレス成形などにより高速でパターンを形成することが可能でありシートを安価に製作することが可能である。
【0028】
ここで、請求項7記載の移動・姿勢制御装置の計測方法において、前記パターンの断面形状は、円形状、又は、矩形状、又は、V字形状のいずれか一つを含むものであってよい(請求項8)。
【0029】
請求項9記載の発明は、作業対象物を保持する対象物保持部と作業実行体を保持する実行体保持部との相対姿勢を制御しながら前記対象物保持部と前記実行体保持部との相対移動を制御する移動・姿勢制御装置の計測方法において、前記対象物保持部にセットされた基準物の曲面と前記実行体保持部との角度が一定になるように前記対象物保持部と前記実行体保持部との相対姿勢を制御しながら、前記基準物の前記曲面に前記実行体保持部を沿わせるように前記対象物保持部と前記実行体保持部との相対移動を制御する制御過程と、前記制御過程中に、前記実行体保持部と共に前記対象物保持部に対して相対的に動くパターン形成手段により前記基準物の前記曲面に所定の時間間隔でパターンを形成する形成過程と、前記基準物の前記曲面に形成された前記パターンを検出する検出過程と、を含む。
【0030】
したがって、対象物保持部にセットされた基準物の曲面と実行体保持部との角度が一定になるように対象物保持部と実行体保持部との相対姿勢を制御しながら、基準物の曲面に実行体保持部を沿わせるように対象物保持部と実行体保持部との相対移動を制御することによる対象物保持部と実行体保持部との相対移動距離や相対速度を得るためのデータが得られる。
【0031】
請求項10記載の発明は、請求項9記載の移動・姿勢制御装置の計測方法において、前記パターンは、前記基準物の前記曲面に張り付けられた可撓性を有するシートに形成され、前記検出過程は、前記形成過程の後に前記基準物の前記曲面から平面状のステージに張り替えられた前記シートに形成されている前記パターンを検出する。
【0032】
したがって、例えば工具顕微鏡のような座標検査機や画像取得装置などによりパターンを検出可能となり、本方法を実施する際の必要器具が少なくて済む。
【0033】
請求項11記載の発明は、請求項9記載の移動・姿勢制御装置の計測方法において、前記パターンは、前記基準物の前記曲面の表面に形成される。
【0034】
したがって、基準物の表面にパターンが形成されるので、シートを用いる場合に考えられるシート厚さムラや不均一変形などに伴うパターン位置の誤差などの影響がなく、対象物保持部にセットされた基準物の曲面と実行体保持部との角度が一定になるように対象物保持部と実行体保持部との相対姿勢を制御しながら、基準物の曲面に実行体保持部を沿わせるように対象物保持部と実行体保持部との相対移動を制御することによる対象物保持部と実行体保持部との相対移動距離や相対速度又はそれらを得るためのデータがシートを用いた場合に比べ安定して高精度で得られる。
【0035】
請求項12記載の発明は、請求項9,10又は11記載の移動・姿勢制御装置の計測方法において、前記パターン形成手段は、インクジェットプリンタヘッド又はレーザマーカである。
【0036】
したがって、インクジェットプリンタヘッドやレーザマーカによりシートにパターンを形成することにより、軟質である樹脂材料から硬脆材であるガラスやセラミックスなどまでパターンを形成することが可能であり、基準体やシートの材質面における制約が小さくなる。
【0037】
請求項13記載の発明は、請求項1ないし12の何れか一記載の移動・姿勢制御装置の計測方法において、前記基準物は、球形状又は円柱形状に形成されている。
【0038】
したがって、球形状や円柱形状のものは非円弧断面を有する形状のものに比べ高い形状精度を有するものが容易に入手可能であり、また、その精度評価も容易であるので、本方法を簡易かつ安価に実現させることが可能である。
【0039】
請求項14記載の発明は、請求項4又は10記載の移動・姿勢制御装置の計測方法において、前記シートは、樹脂材料を主成分として形成されている。
【0040】
したがって、樹脂材料で形成されているシートは、十分な弾性域とその復帰性をもつので、小さい曲率半径の曲面においてもその曲面に沿わせることが可能であるとともに、その曲面から取り外したときには平面状態に復帰させることが可能である。また、シートが樹脂材料で形成されて軟質であるので、基準物が例えばアルミニウム(Al)などの軟質金属で形成されていても基準物を傷つける危険性が少ない。
【0041】
【発明の実施の形態】
[第1の実施の形態]
本発明の第1の実施の形態を図1ないし図4、及び図16に基づいて説明する。本実施の形態は、移動・姿勢制御装置である研磨装置1の計測方法への適用例であり、この研磨装置1は、作業対象物である被加工物の一例として曲面である凹円柱面を有する被加工物のその凹円柱面を研磨加工するものである。なお、図16において説明した部分と同じ部分は同じ符号で示し説明も省略する。
【0042】
研磨装置1は、図16に示すように、Xスライドステージ2、Yスライドステージ3、実行体保持部であるZアーム4、Aチルトステージ5、Bチルトステージ6を有している。これらステージを駆動することにより、Aチルトステージ5に形成されている作業物保持部であるワークテーブル7のX軸及びY軸方向への直線移動、及びa方向、b方向への回転が可能であり、また、Zアーム4を駆動することによりZアーム4の先端に取り付けられた研磨スピンドル8のZ軸方向への直線移動が可能な構造とされ、これにより、ワークテーブル7とZアーム4との相対移動及び相対姿勢が制御されるように構成されている。また、これらの各ステージ2,3,5,6及びZアーム4は、NC(数値制御)可能とされている。
【0043】
研磨スピンドル8には、研磨工具9が設けられている。これらの研磨スピンドル8と研磨工具9とにより作業実行体が構成されている。
【0044】
そして、研磨装置1は、回転駆動させた研磨工具9をワークテーブル7に固定された被加工物10の加工面に一定の力で押し付けながらその研磨工具9を往復移動させることにより被加工物10を研磨する。詳しくは、本実施の形態では、被加工物10の円柱軸がX軸と平行になるように被加工物10をワークテーブル7に固定し、その被加工物10に回転駆動させた研磨工具9を一定荷重で押し付けながら、ワークテーブル7をY軸正(+)方向に駆動し加工面端部でX軸正(+)方向に微少量移動し、その後Y軸負(−)方向へ駆動する。このようにして、被加工物10の研磨を実行する。
【0045】
このような研磨装置1の研磨動作の際には、加工面上の加工点における法線と研磨の荷重方向とが常に一致するように各部の制御がなされる。ここで、加工点の法線姿勢の維持は、Aチルトステージ5とBチルトステージ6とを回転駆動させることにより行われる。本実施の形態では、被加工物10の加工面が凹円柱面であり、被加工物10の円柱軸がX軸と平行になるように被加工物10がワークテーブル7に固定されているので、Bチルトステージ6は固定状態となり、研磨工具9による被加工物10の加工面の走査に伴う法線姿勢制御はAチルトステージ5を回転駆動することにより行われる。このときには、Y軸方向、a方向の同時2方向制御つまりYスライドステージ3及びAチルトステージ5の同時制御が行なわれる。
【0046】
次に、このY方向、a方向の同時2方向制御における研磨工具9の位置決め精度評価及び研磨工具9の走査速度ムラの計測方法を図1ないし図4に基づいて説明する。図1は研磨装置1の計測形態を示す斜視図、図2はシートが張り付けられている円柱テストピースを示す正面図、図3はシートに点のパターンを形成する状態を示す正面図である。
【0047】
まず、図1及び図2に示すように、曲面にシート21が張り付けられた基準物である円柱テストピース22をV字形ブロック23を介してワークテーブル7にセットする。このとき、円柱テストピース22をその円柱軸方向がX軸方向に平行になるように配置する。
【0048】
ここで、シート21は、可撓性を有する厚さ0.3mmの透明なPETシートであり、裏面には、白色光を高効率で反射する増反射膜21a(図3参照)が形成されている。シート21には、パターン形成手段であるレーザマーカ24(図3参照)によってレーザ光による点25のパターンPが一定の間隔で形成されている。本実施の形態では、点25の直径は0.1mm、点25同士の間隔は0.5mmに設定されており、点25のパターンPは行列状に形成されている。
【0049】
ここで、シート21への点25のパターンPの形成方法について説明する。まず、図2に示すように、シート21を移動可能な平面である精密位置決めステージ26に張り付ける。その後、レーザマーカ24によってシート21にレーザ光を照射して、シート21を炭化させて点25のパターンPを形成する。このとき、形成された点25は黒い色である。なおパターン形成手段としては、レーザマーカ24に限るものではなく、例えばインクジェットプリンタヘッドを用いてインクをシート21へ射出して点25のパターンPを形成してもよい。また、別の例として、シート21へのパターンPの形成にレーザプリンタを用いてもよい。
【0050】
円柱テストピース22は、研磨工具9の位置決め精度評価及び研磨工具9の走査速度ムラの評価を高い精度で行なう為に、その円柱形状が高精度に仕上げられているものが用いられている。具体的には、本実施の形態では、真円度1μm以下のものが採用されている。この円柱テストピース22の曲率半径Rwは、25.005mmである。ここで、被加工物10として本実施の形態のように凹円柱形状の被加工物10を加工する為に研磨装置1の動作を計測する場合には、基準物もなるべくその被加工物10に近い形状である凹円柱形状のものを用いる方がより望ましいが、真円度の高い基準物としては、円柱形状の方が入手が簡易であるため、本実施の形態では、被加工物10に対して異なる形状の基準物が用いられている。
【0051】
図1に示すように、センサとしてのCCDカメラ27を研磨工具9取付位置又はその近傍の研磨スピンドル8又はZアーム4に取り付ける(なお、図1では研磨スピンドル8及びZアーム4は省略されている)。これにより、CCDカメラ27がZアーム4と共にワークテーブル7に対して相対的に動くこととなる。そして、CCDカメラ27がシート21を検出可能でかつ円柱テストピース22の頂点とCCDカメラ27との光軸とが一致する位置となるように各ステージ2,3,5,6を駆動して位置調整する。この状態で、CCDカメラ27による検出面となるシート21が張り付けられている円柱テストピース22の表面における法線とCCDカメラ27の光軸とが一致する。ここで、CCDカメラ27は、CCD受光素子を内蔵し画像取得装置として機能する。
【0052】
次に、計測すべき制御を実行させてCCDカメラ27でのシート21の検出を実行させる。本実施の形態では、ワークテーブル7にセットされた円柱テストピース22の曲面とZアーム4との角度が一定になるようにワークテーブル7とZアーム4との相対姿勢を制御しながら、円柱テストピース22の曲面にZアーム4を沿わせるようにワークテーブル7とZアーム4との相対移動を制御する。具体的には、Y軸方向、a方向への同時制御を行ない、円柱テストピース22に張り付けられているシート21を検出するCCDカメラ27の光軸を研磨工具9の接触点に見立て、研磨工具9の走査軌跡と同様の法線姿勢を維持させてY方向の往復運動を行なう。
【0053】
ここで、本実施の形態では、研磨工具9の走査幅が加工面母線からY方向に±10mmに設定されているため、同様にここではCCDカメラ27の光軸がY方向に±10mm移動する走査を与えている。このとき、Y方向、a方向の制御動作によってCCDカメラ27の光軸上の検出点は2mm〜3mmの上下動を伴うことになるが、これには、CCDカメラ27の焦点深度に余裕を持たせることにより対処可能となる。また、別の方法としては、CCDカメラ27にオートフォーカス機能を持たせるなどの方法でも対処可能となる。
【0054】
ここで、図4は、時間経過に伴うCCDカメラ27の光軸近傍の画素1ピクセルに入る光量変化を示すグラフである。なお、グラフ28の横軸は時間経過、グラフ28の縦軸はCCDカメラ27の光軸近傍の画素1ピクセルに入る光量を示す。レーザ光により形成された点25は、前述した通り黒色であるため光の反射が減少するので、点25がCCDカメラ27の光軸をよぎる際にはCCDカメラ27に入光される光量が低下する。これにより、グラフ28上では、点25からの反射光の部分が波形の谷となって現れる。
【0055】
次に、このグラフ28、即ち、CCDカメラ27により検出されたパターンPに基づいてワークテーブル7とZアーム4との実際の相対移動距離及び相対速度を求める。具体的には、まず、シート21に形成された点25のパターンPの間隔は0.5mmと既知であるので、グラフ28において時間間隔Taや時間間隔T1などの光量の下限点を計数することでそれらの時間間隔Ta,T1での検出面であるシート21の表面におけるCCDカメラ27の実際の走査距離Laや走査距離L1が取得される。即ち、ワークテーブル7とZアーム4との実際の相対移動距離が取得されることとなる。これにより、研磨工具9の位置決め精度評価をすることができる。
【0056】
次に、同じくシート21に形成された点25のパターンPの間隔は0.5mmと既知であるので、この値とグラフ28において光量の下限点同士の時間間隔T1とから正確なCCDカメラ27の実際の相対走査速度を算出することができる。また、別の時間間隔T2における走査速度を算出し、時間間隔T1、T2における走査速度を比較することで、容易に速度ムラの検出が可能となる。これにより、研磨工具9走査速度ムラの評価をすることができる。
【0057】
上述した相対移動距離や相対走査速度の算出は、CCDカメラ27が検出したパターンPのデータを受信したデータ処理装置であるコンピュータによるデータ処理によって行なってもよいし、CCDカメラ27が検出したパターンPのデータを例えばペンプロッタやデータストレージオシロなどの記録計により図4に示したようなグラフとして出力させて、出力されたグラフに基づいて算出してもよい。
【0058】
ここで、上述したデータ処理では、走査距離Lの分解能は、点25のパターンPの間隔から0.5mmとなるが、CCDカメラ27の複数の画素について上述したデータ処理を行なうこととCCDカメラ27の光学系の倍率を調整することで容易に0.1μm以下の分解能を得ることが可能となる。
【0059】
以上説明したように、ワークテーブル7にセットされた円柱テストピース22の曲面とZアーム4との角度が一定になるようにワークテーブル7とZアーム4との相対姿勢を制御しながら、円柱テストピース22の曲面にZアーム4を沿わせるようにワークテーブル7とZアーム4との相対移動を制御することによるワークテーブル7とZアーム4との実際の相対移動距離や相対速度又はそれらを得るためのデータが得られる。これにより、従来技術では正確な計測が困難であった相対姿勢を制御しながらの相対移動の制御における研磨装置1の計測を高価な計測装置を用いることなく高精度に容易に行なうことができる。そして、これらの計測結果を基にして、相対姿勢を制御しながらの相対移動の制御における研磨装置1の評価を高価な計測装置を用いることなく高精度に容易に行なうことができる。さらに、シート21に形成されたパターンPが十分な位置精度を有して形成されていることと円柱テストピース22が高精度に形成されていることとにより、その計測を高精度で行なうことができる。また、実際の作業に極めて近い状態でワークテーブル7とZアーム4との実際の相対移動距離や相対速度が得られるので、この得られたデータによって、NC指令の補正、研磨装置1の各軸のアライメントを正確にかつ容易に行なうことができ、これにより、研磨装置1による高い作業精度を実現することができる。
【0060】
また、シート21が可撓性を有するので、シート21を平面状態にすることにより容易にパターンPを正確なピッチ及び正確な位置で形成することができる。また、シート21が可撓性を有することにより、曲率半径が異なる複数の基準物に対してシート21を張り替えて使用できるので、1枚のシート21で実際の被加工物10に近い曲率半径を有する複数のテストピースを用いた計測を行なうことができる。
【0061】
また、レーザマーカ24やインクジェットプリンタヘッドなどによりパターンP形成が高速でできるとともに、また、レーザマーカ24やインクジェットプリンタヘッドなどによりシート21にパターンPを形成することによりパターンP付きシート21を安価に製作することができる。
【0062】
また、レーザマーカ24やインクジェットプリンタヘッドなどによりシート21にパターンPを形成することにより、軟質である樹脂材料から硬脆材であるガラスやセラミックスなどまでパターンP形成が可能であり、シート21の材質面での制約を小さくすることができる。
【0063】
また、基準物として円柱形状のものは非円弧断面を持つ曲面形状のものに比べ、高い形状精度を有するものが容易に入手可能であり、また、その精度評価も容易であるので、本実施の形態を簡易かつ安価に実現させることができる。
【0064】
また、センサがCCD受光素子を内蔵するCCDカメラ27であることにより、センサとして接触式のセンサを用いた場合に比べ、検出面上での走査速度を高めることができ、実際の加工で用いられる送り速度で計測することができる。また、CCDカメラ27により画像としてパターンPを取り込むことで、画像処理が可能となり、点25のパターンPピッチ以上の分解能を容易に得ることができる。
【0065】
また、樹脂材料で形成されているシート21は、十分な弾性域とその復帰性をもつので小さい曲率半径の曲面においてもその曲面に沿わせることができるとともに、その曲面から取り外したときには平面状態に復帰させることができる。また、シート21が樹脂材料で形成されて軟質であるので、円柱テストピース22が例えばアルミニウム(Al)などの軟質金属で形成されていても円柱テストピース22を傷つける危険性が少ない。
【0066】
なお、本実施の形態では、基準物として円柱形状の円柱テストピース22を例に説明したが、基準物はこれに限るものではない。また、円柱形状と同様に高い形状精度を有したもので容易に入手可能でかつその精度評価が容易なものとしては、球形状が挙げられる。
【0067】
また、本実施の形態では、移動・姿勢制御装置として研磨装置1を例に説明したが、実施に当たってはこれに限られるものではなく、例えば切削装置、研削装置などの加工装置であってもよい。さらには、移動・姿勢制御装置としては、加工装置以外にも対象物保持部と作業実行体との相対姿勢を制御しながら対象物保持部と実行体保持部との相対移動の制御を行なうものであれば良く、例えば、形状測定装置などであってもよい。
【0068】
また、本実施の形態では、CCDカメラ27を研磨工具9取付位置又はその近傍の研磨スピンドル8又はZアーム4に取り付けた例を説明したが、これに限られるものではなく、CCDカメラ27がZアーム4と共にワークテーブル7に対して相対的に動けばよい。
【0069】
[第2の実施の形態]
次に本発明の第2の実施の形態を図5及び図11に基づいて説明する。図5は溝による線のパターンPが形成されているシート21を示す平面図、図6はV字形溝を示し、(a)は平面図、(b)は縦断正面図、図7は半円形溝を示し、(a)は平面図、(b)は縦断正面図、図8は矩形溝を示し、(a)は平面図、(b)は縦断正面図、図9は凹みによりパターンPが形成されているシート21を示す平面図、図10は凹みの断面形状を示し、(a)は半円形断面形状の凹みを示す縦断正面図、(b)は矩形断面形状の凹みを示す縦断正面図、図11は突起33によりパターンPが形成されているシート21を示し、(a)は平面図、(b)は縦断正面図である。
【0070】
本実施の形態は基本的には、第1の実施の形態と同じである。第1の実施の形態との相違点は、シート21に形成されているパターンPが点25によるものではなく、シート21に形成された凹み又は突起33によるパターンPであることとと、センサとしてCCDカメラ27の代わりに非接触式の変位測定センサであるマイクロ波センサ(図示せず)が用いられていることとである。
【0071】
本実施の形態のシート21の第1の例を図5及び図6に基づいて説明する。シート21には、図5に示すように凹みとしての溝31が形成されている。この溝31は、行列状に配置されて形成されており、この溝31により線のパターンPが形成されている。この溝31の断面形状としては、例えば図6(a)に示すようなV字形断面、図6(b)に示すような半円形断面、図6(c)に示すような矩形断面などである。
【0072】
次に、シート21の第2の例を図9及び図10に基づいて説明する。シート21には、図9に示すように、凹み32が行列状に配置されて形成されており、この凹み32によりパターンPが形成されている。この凹み32の形状としては、図10(a)に示すような半円形断面を有する半球形状、図10(b)に示すような矩形断面を有する円柱形状などである。
【0073】
次に、シート21の第3の例を図11に基づいて説明する。シート21には、図11(a),(b)に示すような、半球形状の突起33が行列状に配置されて形成されており、この突起33によりパターンPが形成されている。
【0074】
このようにシート21に形成された溝31や凹み32や突起33によるパターンPをマイクロ波センサが検出する。これらにより、本実施の形態は、第1の実施の形態と同様の作用が得られる。
【0075】
さらに、本実施の形態で示したパターンPは、溝31や凹み32や突起33であることにより、シート21にプレス成形などにより高速で形成することができるので、シート21を安価に製作することができる。
【0076】
なお、本実施の形態では、溝31の断面形状として、V字形断面、半円形断面、矩形断面などを例に説明したが、実施にあたっては、断面形状としてこれらのV字形断面、半円形断面、矩形断面などを組み合わせて溝31を形成してよい。
【0077】
なお、本実施の形態では、パターンPを溝31や凹み32や突起33により形成した例を説明したが、これに限るものではなく、例えば、凹み32と突起33とを組み合わせてパターンPを形成してもよい。
【0078】
[第3の実施の形態]
次に本発明の第3の実施の形態を図12及び図13に基づいて説明する。図12は予め点のパターンPが形成されている円柱テストピース22を示す斜視図、図13は予め線のパターンPが形成されている円柱テストピース22を示す斜視図である。なお、第1の実施の形態において説明した部分と同じ部分は同じ符号で示し、説明も省略する(以下の実施の形態でも同じ)。
【0079】
本実施の形態は基本的には、第1の実施の形態と同じである。第1の実施の形態との相違点25は、円柱テストピース22にシート21を張り付けずに、予めパターンPが曲面に直接形成されている円柱テストピース22を用いることである。ここで、この円柱に形成されているパターンPとしては、第1及び第2の実施の形態におけるシート21に形成されているパターンPと同様のものである。この場合、点のパターンPの場合にはCCDカメラ27を用い、突起や凹みなどの場合にはマイクロ波センサを用いる。
【0080】
このように円柱テストピース22に形成されている点25や突起33や凹みによるパターンPをCCDカメラ27やマイクロ波センサが検出する。これらにより、本実施の形態は、第1の実施の形態と同様の作用が得られる。
【0081】
ここで、本実施の形態では、円柱テストピース22に正確なパターンP形成が可能な装置が必要となるが、一方、円柱テストピース22にパターンPが直接成形されておりシート21の厚さムラや不均一変形などに伴うパターンPピッチの誤差などの影響がないので、より高精度な研磨装置1の計測を行なうことができる。
【0082】
[第4の実施の形態]
次に、本発明の第4の実施の形態を図14及び図15に基づいて説明する。図14は凹円柱テストピースへのパターンP形成の状態を示す側面図、図15はシート21に形成されたパターンPの検出の状態を示す正面図である。
【0083】
本実施の形態の第1の実施の形態との相違点は、基準物として高精度に形成された凹円柱形状の凹円柱テストピース41が用いられ、この凹円柱テストピース41の曲面に張り付けられ点などのパターンPが形成されていないシート21に、パターン形成手段が取り付けられた研磨装置1においてパターンPを形成し、形成されたそのパターンPに基づいて研磨装置1を計測する点である。
【0084】
具体的には、まず、図14に示すように、凹円柱テストピース41をワークテーブル7にセットする。また、CCDカメラ27の代わりにパターン形成手段であるレーザマーカ24を研磨工具9取付位置又はその近傍の研磨スピンドル8又はZアーム4に取り付ける(なお、図14では研磨スピンドル8及びZアーム4は省略されている)。
【0085】
次に、第1の実施の形態と同様に計測すべき制御をさせながら、レーザマーカ24によってシート21の表面に所定の時間間隔Tbで点のパターンPを形成する。なお、レーザマーカ24の代わりにインクジェットプリンタヘッドを用いてもよい。
【0086】
次に、パターンPが形成されたシート21を凹円柱テストピース41から取り外して、図15に示すように、平面状の精密位置決めステージ26に沿わせて平面形態に戻す。この状態において、精密位置決めステージ26を所定の速度で移動させながら点のパターンPをCCDカメラ27によって検出する。このときの時間経過に伴うCCDカメラ27の光軸近傍の画素1ピクセルに入る光量変化は、第1の実施の形態において図4で示したグラフ28と同様となる。
【0087】
次に、CCDカメラ27により検出されたパターンPに基づいてワークテーブル7とZアーム4との実際の相対移動距離及び相対速度を求める。まず、相対移動距離について説明する。精密位置決めステージ26の移動速度は既知であるので、この移動速度とグラフ28において光量の下限点同士の時間間隔Taや時間間隔T1とを掛けることにより検出面であるシート21の表面におけるレーザマーカ24の実際の走査距離La,L1が取得される。即ち、ワークテーブル7とZアーム4との実際の相対移動距離が取得されることとなる。これにより、研磨工具9の位置決め精度評価をすることができる。
【0088】
次に、相対速度について説明する。まず、レーザマーカ24によってシート21の表面にパターンPを形成した際の時間間隔Tbが既知であり、この時間間隔Tbがグラフ28の時間間隔T1におけるレーザマーカ24の実際の走査距離L1をレーザマーカ24が走査するのにかかった時間である。これにより、走査距離L1を時間間隔Tbで除することで、正確なレーザマーカ24の実際の相対走査速度を算出することができる。また、別の時間間隔T2における走査速度を算出し、時間間隔T1、T2における走査速度を比較することで、容易に速度ムラの検出が可能となる。これにより、研磨工具9の走査速度ムラの評価をすることができる。
【0089】
以上説明したように、ワークテーブル7にセットされた凹円柱テストピース41の曲面とZアーム4との角度が一定になるようにワークテーブル7とZアーム4との相対姿勢を制御しながら、凹円柱テストピース41の曲面にZアーム4を沿わせるようにワークテーブル7とZアーム4との相対移動を制御することによるワークテーブル7とZアーム4との実際の相対移動距離や相対速度又はそれらを得るためのデータが得られる。これにより、従来技術では正確な計測が困難であった相対姿勢を制御しながらの相対移動の制御における研磨装置1の計測を高価な計測装置を用いることなく高精度に容易に行なうことができる。そして、これらの計測結果を基にして、相対姿勢を制御しながらの相対移動の制御における研磨装置1の評価を高価な計測装置を用いることなく高精度に容易に行なうことができる。さらに、シート21に形成されたパターンPが十分な位置精度を有して形成されていることと凹円柱テストピース41が高精度に形成されていることとにより、その評価を高精度で行なうことができる。また、実際の作業に極めて近い状態でワークテーブル7とZアーム4との実際の相対移動距離や相対速度が得られるので、この得られたデータによって、NC指令の補正、研磨装置1の各軸のアライメントを正確にかつ容易に行なうことができ、これにより、研磨装置1による高い作業精度を実現することができる。
【0090】
また、凹円柱テストピース41の曲面から精密位置決めステージ26に張り替えられたシート21に形成されているパターンPを検出するので、CCDカメラ27によりパターンを検出することができ、本方法を実施する際の必要器具が少なくて済むので、本方法を容易に実施することができる。
【0091】
なお、本実施の形態では、基準物として凹円柱テストピース41を用いた例を説明したが、基準物としてはこれに限られるものではない。
【0092】
また、本実施の形態では、パターンPの検出をCCDカメラ27により行なう例を説明したが、パターンPの検出は、例えば工具顕微鏡のような座標検査機により行なってもよい。
【0093】
[第5の実施の形態]
次に特に図示しないが本発明の第5の実施の形態を説明する。
【0094】
本実施の形態は基本的には、第4の実施の形態と同じである。第4の実施の形態との相違点25は、凹円柱テストピース41にシート21を張り付けずに、レーザマーカ24などにより凹円柱テストピース41の曲面に直接にパターンPを形成するようにした点である。
【0095】
パターンP形成の後、凹円柱テストピース41のパターンPを計測器や検査器(図示せず)等で正確に検出する。
【0096】
このように計測器で計測したパターンPに基づいて第4の実施の形態と同じように、ワークテーブル7とZアーム4との実際の相対移動距離及び相対速度を取得する。これらにより、本実施の形態は、第4の実施の形態と同様の作用が得られる。
【0097】
ここで、本実施の形態では、凹円柱テストピース41に形成されたパターンPを正確に検出する装置が必要となるが、一方、凹円柱テストピース41にパターンPが直接成形されておりシート21の厚さムラや不均一変形などに伴うパターンPピッチの誤差などの影響がないので、より高精度な研磨装置1の評価を行なうことができる。
【0098】
なお、本実施の形態では、基準物として凹円柱テストピース41を用いた例を説明したが、基準物としてはこれに限られるものではない。例えば、円柱テストピース22を使用した場合には、図12に示したようなパターンPと同様なパターンPが円柱テストピース22に形成されることになる。
【0099】
【発明の効果】
請求項1ないし14記載の発明によれば、対象物保持部にセットされた基準物の曲面と実行体保持部との角度が一定になるように対象物保持部と実行体保持部との相対姿勢を制御しながら、基準物の曲面に実行体保持部を沿わせるように対象物保持部と実行体保持部との相対移動を制御することによる対象物保持部と実行体保持部との相対移動距離や相対速度又はそれらを得るためのデータが得られるので、従来技術では正確な計測が困難であった相対姿勢を制御しながらの相対移動の制御における移動・姿勢制御装置の計測を容易に行なうことができる。また、実際の作用に極めて近い状態で対象物保持部と実行体保持部との相対移動距離や相対速度が得られるので、この得られたデータによって、NC指令の補正、移動・姿勢制御装置の各軸のアライメントを正確にかつ容易に行なうことができ、これにより、移動・姿勢制御装置による高い作業精度を実現することができる。
【0100】
特に、請求項4記載の発明によれば、シートが可撓性を有するので、シートを平面状態にすることにより容易にパターンを正確な位置で形成することができる。また、シートが可撓性を有することにより、例えば曲率半径が異なる複数の基準物に対してシートを張り替えて使用することができる。これにより、1枚のシートで実際の作業対象物に近い曲率半径を有する複数の基準物を用いた計測を行なうことができる。
【0101】
請求項5記載の発明によれば、基準物の表面にパターンが形成されているので、シートを用いる場合に考えられるシート厚さムラや不均一変形などに伴うパターン位置の誤差などの影響がなく、対象物保持部にセットされた基準物の曲面と実行体保持部との角度が一定になるように対象物保持部と実行体保持部との相対姿勢を制御しながら、基準物の曲面に実行体保持部を沿わせるように対象物保持部と実行体保持部との相対移動を制御することによる対象物保持部と実行体保持部との相対移動距離や相対速度又はそれらを得るためのデータをシートを用いた場合に比べ安定して高精度で得ることができる。
【0102】
請求項6記載の発明によれば、センサが非接触式の変位測定センサ又はCCD受光素子を内蔵する画像取得装置であることにより、センサとして接触式のセンサを用いた場合に比べ、検出面上での走査速度を高めることができ、実際の加工で用いられる送り速度で計測することができる。また、画像取得装置の場合には、画像としてパターンを取り込むことで画像処理が可能となり、パターンピッチ以上の分解能を容易に得ることができる。
【0103】
請求項7記載の発明によれば、センサとして画像取得装置や変位測定センサなどを適用することができる。さらに、シートを用いる場合には、プレス成形などにより高速でパターンを形成することができシートを安価に製作することができる。
【0104】
請求項10記載の発明によれば、例えば工具顕微鏡のような座標検査機や画像取得装置などによりパターンを検出することができ、本方法を実施する際の必要器具が少なくて済むので、本方法を容易に実施することができる。
【0105】
請求項11記載の発明によれば、基準物の表面にパターンが形成されるので、シートを用いる場合に考えられるシート厚さムラや不均一変形などに伴うパターン位置の誤差などの影響がなく、対象物保持部にセットされた基準物の曲面と実行体保持部との角度が一定になるように対象物保持部と実行体保持部との相対姿勢を制御しながら、基準物の曲面に実行体保持部を沿わせるように対象物保持部と実行体保持部との相対移動を制御することによる対象物保持部と実行体保持部との相対移動距離や相対速度又はそれらを得るためのデータをシートを用いた場合に比べ安定して高精度で得ることができる。
【0106】
請求項12記載の発明によれば、軟質である樹脂材料から硬脆材であるガラスやセラミックスなどまでパターンを形成することができ、基準体やシートの材質面における制約を小さくすることができる。
【0107】
請求項13記載の発明によれば、球形状や円柱形状のものは非円弧断面を有する形状のものに比べ高い形状精度を有するものが容易に入手可能であり、また、その精度評価も容易であるので、本方法を簡易かつ安価に実現させることができる。
【0108】
請求項14記載の発明によれば、樹脂材料で形成されているシートは、十分な弾性域とその復帰性をもつので、小さい曲率半径の曲面においてもその曲面に沿わせることができるとともに、その曲面から取り外したときには平面状態に復帰させることができる。また、シートが樹脂材料で形成されて軟質であるので、基準物が例えばアルミニウム(Al)などの軟質金属で形成されていても基準物を傷つける危険性を少なくできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態における研磨装置の計測形態を示す斜視図である。
【図2】シートが張り付けられている円柱テストピースを示す正面図である。
【図3】シートに点パターンを形成する状態を示す正面図である。
【図4】時間経過に伴うCCDカメラの光軸近傍の画素1ピクセルに入る光量変化を示すグラフである。
【図5】本発明の第2の実施の形態における溝による線パターンが形成されているシートを示す平面図である。
【図6】V字形溝を示し、(a)は平面図、(b)は縦断正面図である。
【図7】半円形溝を示し、(a)は平面図、(b)は縦断正面図である。
【図8】矩形溝を示し、(a)は平面図、(b)は縦断正面図である。
【図9】凹みによりパターンが形成されているシートを示す平面図である。
【図10】凹みの断面形状を示し、(a)は半円形断面形状の凹みを示す縦断正面図、(b)は矩形断面形状の凹みを示す縦断正面図である。
【図11】突起によりパターンが形成されているシートを示し、(a)は平面図、(b)は縦断正面図である。
【図12】本発明の第3の実施の形態における予め点パターンが形成されている円柱テストピースを示す斜視図である。
【図13】予め線パターンが形成されている円柱テストピースを示す斜視図である。
【図14】本発明の第4の実施の形態における凹円柱テストピースへのパターン形成の状態を示す側面図である。
【図15】シートに形成されたパターンの検出の状態を示す正面図である。
【図16】従来の研磨装置を示す斜視図である。
【図17】評価状態を示す正面図である
【符号の説明】
1 移動・姿勢制御装置
4 実行体保持部(Zアーム)
7 対象物保持部(ワークテーブル)
8 作業実行体(研磨スピンドル)
9 作業実行体(研磨工具)
10 作業対象物(被加工物)
22 基準物(円柱テストピース)
24 パターン形成手段、レーザマーカ
26 ステージ(精密位置決めステージ)
27 センサ、画像取得装置(CCDカメラ)
31 凹み(溝)
32 凹み
33 突起
41 基準物(凹円柱テストピース)
P パターン[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a measurement method of a movement / posture control apparatus that controls a relative position and a relative posture between an object holding unit that holds a work target and an execution body holding unit that holds a work execution body.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as a polishing method of a workpiece such as a mold for molding an optical element, a method of reciprocating the polishing tool while pressing a small-diameter polishing tool against a processing surface of the workpiece with a constant force is used. ing. According to such a polishing method, the polishing depth can be adjusted by changing the moving speed of the polishing tool, the processing accuracy of the processing surface can be improved, and the waviness on the processing surface can be removed. it can.
[0003]
In such a polishing method, the removal depth at the processing point can be controlled more accurately by controlling the posture so that the normal line at the processing point on the processing surface and the load direction of polishing always match. Become. For this reason, such normal posture control is used for an optical element that requires high accuracy. As a processing method for controlling the normal posture, there are, for example, a cutting method and a grinding method in addition to the polishing method. FIG. 16 shows a polishing apparatus as a conventional example of a processing apparatus that performs such normal posture control.
[0004]
As shown in FIG. 16, the polishing apparatus 1 is driven and linearly driven in the X axis direction among the X axis, the Y axis, the Z axis, the A axis parallel to the X axis, and the B axis parallel to the Y axis. An
[0005]
In addition, a polishing tool 9 is provided on the
[0006]
At this time, in the polishing apparatus 1, the Z-axis direction is a load control direction for controlling the pressing force of the polishing tool 9, and therefore the directions for positioning control according to the NC command are the X-axis direction, the Y-axis direction, the a direction, and b Often, there are four directions.
[0007]
Each
[0008]
As the simplest method, there is a method in which the current position in the moving or rotating direction of each
[0009]
As another method, as shown in FIG. 17, the tool chuck 11 and the
[0010]
However, such a method has a problem that the length measuring
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
As a method for simply measuring the operation of the processing apparatus or the moving stage and evaluating the positioning accuracy without using the
[0012]
On the other hand, in the polishing apparatus 1 and the like for optical elements, a technique for creating a shape by controlling the residence time of the polishing tool 9 is widely used. Here, the residence time is the reciprocal of the feed rate, and the residence time control is the feed rate control itself. In such applications, it is also important to ensure the processing accuracy to confirm the actual feed speed on the processing surface of the
[0013]
An object of the present invention is to provide a method for measuring an operation by control of a movement / attitude control device with high accuracy without using an expensive measurement device.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
According to the first aspect of the present invention, the object holding unit and the execution body holding unit are controlled while controlling the relative posture between the object holding unit that holds the work object and the execution body holding unit that holds the work execution body. In the measurement method of the movement / posture control apparatus for controlling relative movement, the object holding unit and the object holding unit are arranged so that an angle between a curved surface of a reference object set in the object holding unit and the execution body holding unit is constant. A control process for controlling relative movement between the object holding unit and the execution body holding unit so that the execution body holding unit follows the curved surface of the reference object while controlling a relative posture with the execution body holding unit. And during the control process, a detection process of detecting a pattern that the curved surface of the reference object has a known interval by a sensor that moves relative to the object holding unit together with the execution body holding unit, including.
[0015]
Therefore, the curved surface of the reference object is controlled while controlling the relative posture between the object holding unit and the execution body holding unit so that the angle between the curved surface of the reference object set on the object holding unit and the execution body holding unit is constant. Data for obtaining the relative movement distance and relative speed between the object holding unit and the execution body holding unit by controlling the relative movement between the object holding unit and the execution body holding unit so that the execution body holding unit follows Is obtained.
[0016]
According to a second aspect of the present invention, in the measurement method of the movement / attitude control device according to the first aspect, the relative movement between the object holding unit and the execution body holding unit based on the pattern detected by the detection process. It includes a relative movement distance calculation process for obtaining a distance.
[0017]
Therefore, the curved surface of the reference object is controlled while controlling the relative posture between the object holding unit and the execution body holding unit so that the angle between the curved surface of the reference object set on the object holding unit and the execution body holding unit is constant. The relative movement distance between the object holding unit and the execution body holding unit can be obtained by controlling the relative movement between the object holding unit and the execution body holding unit so that the execution body holding unit is aligned with the execution body holding unit.
[0018]
According to a third aspect of the present invention, in the measurement method of the movement / attitude control device according to the first aspect, the object holding is performed based on the pattern detected by the detection process and a detection time interval of the pattern in the detection process. A relative speed calculation process for obtaining a relative speed between the execution unit and the execution body holding unit.
[0019]
Therefore, the curved surface of the reference object is controlled while controlling the relative posture between the object holding unit and the execution body holding unit so that the angle between the curved surface of the reference object set on the object holding unit and the execution body holding unit is constant. The relative speed between the object holding unit and the execution body holding unit can be obtained by controlling the relative movement between the object holding unit and the execution body holding unit so that the execution body holding unit follows the execution body holding unit.
[0020]
According to a fourth aspect of the present invention, in the measurement method of the movement / posture control apparatus according to the first, second, or third aspect, the pattern is formed on a flexible sheet that is attached to the curved surface of the reference object. ing.
[0021]
Therefore, since the sheet has flexibility, the pattern can be easily formed at an accurate position by making the sheet flat. Further, since the sheet has flexibility, it is possible to replace the sheet with a plurality of reference objects having different radii of curvature, for example.
[0022]
According to a fifth aspect of the present invention, in the measurement method of the movement / posture control apparatus according to the first, second, or third aspect, the pattern is formed on a surface of the curved surface of the reference object.
[0023]
Therefore, since the pattern is formed on the surface of the reference object, there is no influence of the pattern position error due to unevenness of the sheet thickness or uneven deformation considered when using the sheet, and it is set in the object holding part. The execution body holder is placed along the curved surface of the reference object while controlling the relative posture between the object holder and the execution body holder so that the angle between the curved surface of the reference object and the execution body holder is constant. When the relative movement distance or relative speed between the object holding unit and the execution body holding unit by controlling the relative movement between the object holding unit and the execution body holding unit, or when data for obtaining them is used as a sheet Compared to stable and highly accurate.
[0024]
According to a sixth aspect of the present invention, in the measurement method of the movement / attitude control device according to the first, second, third, fourth or fifth aspect, the sensor includes an image incorporating a non-contact displacement measuring sensor or a CCD light receiving element. It is an acquisition device.
[0025]
Therefore, compared with the case where a contact-type sensor is used as the sensor, the scanning speed on the detection surface can be increased, and the measurement can be performed at the feed speed used in actual processing. In the case of an image acquisition device, image processing can be performed by capturing a pattern as an image, and a resolution higher than the pattern pitch can be easily obtained.
[0026]
A seventh aspect of the present invention is the measuring method of the movement / posture control apparatus according to the first, second, third, fourth or fifth aspect, wherein the pattern is formed by a protrusion, a recess, or a protrusion and a recess. Yes.
[0027]
Therefore, an image acquisition device, a displacement measurement sensor, or the like can be applied as the sensor. Furthermore, when a sheet is used, a pattern can be formed at high speed by press molding or the like, and the sheet can be manufactured at low cost.
[0028]
Here, in the measurement method of the movement / attitude control device according to
[0029]
According to a ninth aspect of the present invention, the object holding unit and the execution body holding unit are controlled while controlling a relative posture between the object holding unit that holds the work object and the execution body holding unit that holds the work execution body. In the measurement method of the movement / posture control apparatus for controlling relative movement, the object holding unit and the object holding unit are arranged so that an angle between a curved surface of a reference object set in the object holding unit and the execution body holding unit is constant. A control process for controlling relative movement between the object holding unit and the execution body holding unit so that the execution body holding unit follows the curved surface of the reference object while controlling a relative posture with the execution body holding unit. And, during the control process, forming a pattern on the curved surface of the reference object at a predetermined time interval by pattern forming means that moves relative to the object holding part together with the execution body holding part, and On the curved surface of the reference object Comprising a detection step of detecting made the said pattern.
[0030]
Therefore, the curved surface of the reference object is controlled while controlling the relative posture between the object holding unit and the execution body holding unit so that the angle between the curved surface of the reference object set on the object holding unit and the execution body holding unit is constant. Data for obtaining the relative movement distance and relative speed between the object holding unit and the execution body holding unit by controlling the relative movement between the object holding unit and the execution body holding unit so that the execution body holding unit follows Is obtained.
[0031]
A tenth aspect of the present invention is the measuring method of the movement / attitude control device according to the ninth aspect, wherein the pattern is formed on a flexible sheet attached to the curved surface of the reference object, and the detection process. Detects the pattern formed on the sheet that has been replaced by a flat stage from the curved surface of the reference object after the forming process.
[0032]
Therefore, for example, a pattern can be detected by a coordinate inspection machine such as a tool microscope, an image acquisition device, or the like, and fewer tools are required for carrying out this method.
[0033]
According to an eleventh aspect of the present invention, in the measurement method of the movement / attitude control device according to the ninth aspect, the pattern is formed on a surface of the curved surface of the reference object.
[0034]
Therefore, since the pattern is formed on the surface of the reference object, there is no influence of the pattern position error due to the sheet thickness unevenness or non-uniform deformation considered when using the sheet, and it is set in the object holding unit. Control the relative posture between the target object holding part and the execution object holding part so that the angle between the curved surface of the reference object and the execution object holding part is constant, and keep the execution object holding part along the curved surface of the reference object Compared to the case where the relative movement distance and relative speed between the object holding unit and the execution body holding unit by controlling the relative movement between the object holding unit and the execution body holding unit or the data for obtaining them is a sheet. Stable and highly accurate.
[0035]
According to a twelfth aspect of the present invention, in the measurement method of the movement / posture control apparatus according to the ninth, tenth, or eleventh aspect, the pattern forming means is an ink jet printer head or a laser marker.
[0036]
Therefore, by forming a pattern on a sheet with an inkjet printer head or a laser marker, it is possible to form a pattern from a soft resin material to a hard brittle material such as glass or ceramics. The constraint on becomes smaller.
[0037]
A thirteenth aspect of the present invention is the measurement method of the movement / posture control apparatus according to any one of the first to twelfth aspects, wherein the reference object is formed in a spherical shape or a cylindrical shape.
[0038]
Accordingly, a spherical shape or a cylindrical shape can be easily obtained with a higher shape accuracy than a shape having a non-circular cross section, and the accuracy evaluation is also easy. It can be realized at low cost.
[0039]
A fourteenth aspect of the present invention is the measuring method of the movement / posture control apparatus according to the fourth or tenth aspect, wherein the sheet is formed mainly of a resin material.
[0040]
Therefore, since the sheet formed of the resin material has a sufficient elastic range and its returnability, even a curved surface with a small radius of curvature can follow the curved surface, and when removed from the curved surface, the sheet is flat. It is possible to return to the state. Further, since the sheet is formed of a resin material and is soft, there is little risk of damaging the reference object even if the reference object is formed of a soft metal such as aluminum (Al).
[0041]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
[First embodiment]
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 4 and FIG. The present embodiment is an example of application to a measurement method of a polishing apparatus 1 that is a movement / posture control apparatus. This polishing apparatus 1 uses a concave cylindrical surface that is a curved surface as an example of a workpiece that is a work target. The concave cylindrical surface of the workpiece to be processed is polished. In addition, the same part as the part demonstrated in FIG. 16 is shown with the same code | symbol, and description is also abbreviate | omitted.
[0042]
As shown in FIG. 16, the polishing apparatus 1 includes an
[0043]
A polishing tool 9 is provided on the polishing
[0044]
The polishing apparatus 1 reciprocally moves the polishing tool 9 while pressing the rotationally driven polishing tool 9 against the processing surface of the
[0045]
During such a polishing operation of the polishing apparatus 1, each part is controlled so that the normal line at the processing point on the processing surface always matches the polishing load direction. Here, the normal posture of the machining point is maintained by rotationally driving the
[0046]
Next, the positioning accuracy evaluation of the polishing tool 9 and the method for measuring the unevenness of the scanning speed of the polishing tool 9 in the simultaneous two-way control of the Y direction and the a direction will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a perspective view showing a measurement form of the polishing apparatus 1, FIG. 2 is a front view showing a cylindrical test piece on which a sheet is attached, and FIG. 3 is a front view showing a state in which a dot pattern is formed on the sheet.
[0047]
First, as shown in FIGS. 1 and 2, a
[0048]
Here, the
[0049]
Here, a method of forming the pattern P of the
[0050]
The
[0051]
As shown in FIG. 1, a
[0052]
Next, control to be measured is executed, and detection of the
[0053]
Here, in this embodiment, since the scanning width of the polishing tool 9 is set to ± 10 mm in the Y direction from the machining surface generatrix, the optical axis of the
[0054]
Here, FIG. 4 is a graph showing the change in the amount of light entering one pixel near the optical axis of the
[0055]
Next, the actual relative moving distance and relative speed between the work table 7 and the Z arm 4 are obtained based on the
[0056]
Next, since the interval between the patterns P of the
[0057]
The above-described calculation of the relative movement distance and the relative scanning speed may be performed by data processing by a computer that is a data processing device that has received the data of the pattern P detected by the
[0058]
Here, in the above-described data processing, the resolution of the scanning distance L is 0.5 mm from the interval of the pattern P of the
[0059]
As described above, the cylindrical test is performed while controlling the relative posture between the work table 7 and the Z arm 4 so that the angle between the curved surface of the
[0060]
Further, since the
[0061]
Further, the pattern P can be formed at high speed by the
[0062]
Further, by forming the pattern P on the
[0063]
In addition, as a reference object, a cylindrical object has a higher shape accuracy than a curved surface having a non-circular cross section, and the accuracy evaluation is easy. The form can be realized easily and inexpensively.
[0064]
Further, since the sensor is the
[0065]
Further, since the
[0066]
In the present embodiment, the
[0067]
In the present embodiment, the polishing apparatus 1 has been described as an example of the movement / posture control apparatus. However, the present invention is not limited to this, and may be a processing apparatus such as a cutting apparatus or a grinding apparatus. . In addition to the processing device, the movement / posture control device controls the relative movement between the target object holding unit and the execution body holding unit while controlling the relative posture between the target object holding unit and the work execution body. Any shape measuring device may be used.
[0068]
In the present embodiment, the example in which the
[0069]
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 5 is a plan view showing a
[0070]
This embodiment is basically the same as the first embodiment. The difference from the first embodiment is that the pattern P formed on the
[0071]
A first example of the
[0072]
Next, a second example of the
[0073]
Next, a third example of the
[0074]
In this way, the microwave sensor detects the pattern P formed by the
[0075]
Furthermore, since the pattern P shown in the present embodiment is the
[0076]
In the present embodiment, the V-shaped cross section, the semicircular cross section, the rectangular cross section, and the like have been described as examples of the cross-sectional shape of the
[0077]
In the present embodiment, the example in which the pattern P is formed by the
[0078]
[Third embodiment]
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 12 is a perspective view showing a
[0079]
This embodiment is basically the same as the first embodiment. The
[0080]
Thus, the
[0081]
Here, in the present embodiment, an apparatus capable of forming an accurate pattern P on the
[0082]
[Fourth embodiment]
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 14 is a side view showing a state of forming a pattern P on the concave cylindrical test piece, and FIG. 15 is a front view showing a state of detecting the pattern P formed on the
[0083]
The difference of the present embodiment from the first embodiment is that a concave
[0084]
Specifically, first, as shown in FIG. 14, the concave
[0085]
Next, a pattern P of dots is formed on the surface of the
[0086]
Next, the
[0087]
Next, the actual relative movement distance and relative speed between the work table 7 and the Z arm 4 are obtained based on the pattern P detected by the
[0088]
Next, the relative speed will be described. First, the time interval Tb when the pattern P is formed on the surface of the
[0089]
As described above, while controlling the relative posture between the work table 7 and the Z arm 4 so that the angle between the curved surface of the concave
[0090]
Further, since the pattern P formed on the
[0091]
In the present embodiment, an example in which the concave
[0092]
In the present embodiment, the pattern P is detected by the
[0093]
[Fifth embodiment]
Next, although not particularly shown, a fifth embodiment of the present invention will be described.
[0094]
This embodiment is basically the same as the fourth embodiment. The
[0095]
After the pattern P is formed, the pattern P of the concave
[0096]
In this manner, the actual relative movement distance and relative speed between the work table 7 and the Z arm 4 are acquired based on the pattern P measured by the measuring instrument as in the fourth embodiment. As a result, the present embodiment can obtain the same operation as the fourth embodiment.
[0097]
Here, in the present embodiment, an apparatus for accurately detecting the pattern P formed on the concave
[0098]
In the present embodiment, an example in which the concave
[0099]
【The invention's effect】
According to the first to fourteenth aspects of the present invention, the relative relationship between the object holding unit and the execution body holding unit is such that the angle between the curved surface of the reference object set in the object holding unit and the execution body holding unit is constant. While controlling the posture, the relative movement between the object holding unit and the execution body holding unit is controlled by controlling the relative movement between the object holding unit and the execution body holding unit so that the execution body holding unit follows the curved surface of the reference object. Since movement distance, relative speed, or data for obtaining them can be obtained, it is easy to measure the movement and attitude control device in the control of relative movement while controlling the relative attitude, which was difficult to measure accurately with the conventional technology. Can be done. Further, since the relative movement distance and relative speed between the object holding unit and the execution body holding unit can be obtained in a state very close to the actual action, the correction of the NC command and the movement / posture control device The alignment of each axis can be performed accurately and easily, and thereby high working accuracy by the movement / posture control device can be realized.
[0100]
In particular, according to the invention described in claim 4, since the sheet has flexibility, the pattern can be easily formed at an accurate position by bringing the sheet into a flat state. Further, since the sheet has flexibility, for example, the sheet can be used by being replaced with respect to a plurality of reference objects having different curvature radii. Thereby, it is possible to perform measurement using a plurality of reference objects having a radius of curvature close to that of an actual work target with one sheet.
[0101]
According to the fifth aspect of the present invention, since the pattern is formed on the surface of the reference object, there is no influence of an error in the pattern position due to unevenness of the sheet thickness or uneven deformation considered when using the sheet. The curved surface of the reference object is controlled while controlling the relative posture between the target object holding part and the execution object holding part so that the angle between the curved surface of the reference object set on the object holding part and the execution object holding part is constant. Relative movement distance and relative speed between the object holding unit and the execution body holding unit by controlling the relative movement between the object holding unit and the execution body holding unit so that the execution body holding unit is aligned. Data can be obtained stably and with high accuracy compared to the case of using a sheet.
[0102]
According to the sixth aspect of the present invention, since the sensor is a non-contact type displacement measuring sensor or an image acquisition device with a built-in CCD light receiving element, compared to the case where a contact type sensor is used as the sensor, The scanning speed can be increased, and measurement can be performed at a feed speed used in actual processing. In the case of an image acquisition device, image processing can be performed by capturing a pattern as an image, and resolution higher than the pattern pitch can be easily obtained.
[0103]
According to invention of
[0104]
According to the invention described in
[0105]
According to the invention of claim 11, since the pattern is formed on the surface of the reference object, there is no influence of an error of the pattern position due to unevenness of the sheet thickness or uneven deformation considered when using the sheet, Execute on the curved surface of the reference object while controlling the relative posture between the target object holding part and the execution object holding part so that the angle between the curved surface of the reference object set on the object holding part and the execution object holding part is constant. The relative movement distance and relative speed between the object holding unit and the execution body holding unit by controlling the relative movement between the object holding unit and the execution body holding unit so that the body holding unit is aligned, or data for obtaining them. Can be obtained stably and highly accurately as compared with the case of using a sheet.
[0106]
According to the twelfth aspect of the present invention, it is possible to form a pattern from a soft resin material to a hard brittle material such as glass or ceramics, and it is possible to reduce restrictions on the material surface of the reference body or the sheet.
[0107]
According to the thirteenth aspect of the present invention, it is possible to easily obtain a spherical shape or a cylindrical shape having a higher shape accuracy than a shape having a non-circular cross section, and the accuracy evaluation thereof is also easy. Therefore, this method can be realized easily and inexpensively.
[0108]
According to the invention described in
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing a measurement form of a polishing apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a front view showing a cylindrical test piece to which a sheet is attached.
FIG. 3 is a front view showing a state in which a dot pattern is formed on a sheet.
FIG. 4 is a graph showing a change in the amount of light entering one pixel near the optical axis of a CCD camera over time.
FIG. 5 is a plan view showing a sheet on which a line pattern is formed by grooves according to the second embodiment of the present invention.
6A and 6B show a V-shaped groove, wherein FIG. 6A is a plan view and FIG. 6B is a longitudinal front view.
7 shows a semicircular groove, (a) is a plan view, and (b) is a longitudinal front view. FIG.
8A and 8B show a rectangular groove, where FIG. 8A is a plan view and FIG. 8B is a longitudinal front view.
FIG. 9 is a plan view showing a sheet on which a pattern is formed by dents.
FIG. 10 shows a sectional shape of a dent, (a) is a longitudinal front view showing a dent having a semicircular sectional shape, and (b) is a longitudinal front view showing a dent having a rectangular sectional shape.
11A and 11B show a sheet on which a pattern is formed by protrusions, where FIG. 11A is a plan view and FIG. 11B is a longitudinal front view.
FIG. 12 is a perspective view showing a cylindrical test piece on which a dot pattern is formed in advance according to the third embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a perspective view showing a cylindrical test piece in which a line pattern is formed in advance.
FIG. 14 is a side view showing a state of pattern formation on a concave cylindrical test piece according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 15 is a front view showing a state of detection of a pattern formed on a sheet.
FIG. 16 is a perspective view showing a conventional polishing apparatus.
FIG. 17 is a front view showing an evaluation state.
[Explanation of symbols]
1 Movement / Attitude Control Device
4 Execution body holding part (Z arm)
7 Object holding part (work table)
8 Work execution body (polishing spindle)
9 Work execution body (polishing tool)
10 Work object (workpiece)
22 Reference object (cylindrical test piece)
24 Pattern forming means, laser marker
26 stages (Precision positioning stage)
27 Sensor, image acquisition device (CCD camera)
31 dent (groove)
32 dent
33 Protrusions
41 Reference object (concave cylindrical test piece)
P pattern
Claims (14)
前記対象物保持部にセットされた基準物の曲面と前記実行体保持部との角度が一定になるように前記対象物保持部と前記実行体保持部との相対姿勢を制御しながら、前記基準物の前記曲面に前記実行体保持部を沿わせるように前記対象物保持部と前記実行体保持部との相対移動を制御する制御過程と、
前記制御過程中に、前記基準物の前記曲面が有し間隔が既知であるパターンを前記実行体保持部と共に前記対象物保持部に対して相対的に動くセンサにより検出する検出過程と、
を含むことを特徴とする移動・姿勢制御装置の計測方法。A movement / posture for controlling the relative movement between the object holding unit and the execution body holding unit while controlling the relative posture between the object holding unit holding the work object and the execution body holding unit holding the work execution body. In the measurement method of the control device,
While controlling the relative posture between the object holding unit and the execution body holding unit so that the angle between the curved surface of the reference object set on the object holding unit and the execution body holding unit is constant, the reference A control process for controlling relative movement between the object holding unit and the execution body holding unit so that the execution body holding unit is along the curved surface of an object;
A detection process of detecting a pattern that the curved surface of the reference object has a known interval during the control process using a sensor that moves relative to the object holding unit together with the execution body holding unit;
A measuring method of a movement / attitude control device characterized by comprising:
前記対象物保持部にセットされた基準物の曲面と前記実行体保持部との角度が一定になるように前記対象物保持部と前記実行体保持部との相対姿勢を制御しながら、前記基準物の前記曲面に前記実行体保持部を沿わせるように前記対象物保持部と前記実行体保持部との相対移動を制御する制御過程と、
前記制御過程中に、前記実行体保持部と共に前記対象物保持部に対して相対的に動くパターン形成手段により前記基準物の前記曲面に所定の時間間隔でパターンを形成する形成過程と、
前記基準物の前記曲面に形成された前記パターンを検出する検出過程と、
を含むことを特徴とする移動・姿勢制御装置の計測方法。A movement / posture for controlling the relative movement between the object holding unit and the execution body holding unit while controlling the relative posture between the object holding unit holding the work object and the execution body holding unit holding the work execution body. In the measurement method of the control device,
While controlling the relative posture between the object holding unit and the execution body holding unit so that the angle between the curved surface of the reference object set on the object holding unit and the execution body holding unit is constant, the reference A control process for controlling relative movement between the object holding unit and the execution body holding unit so that the execution body holding unit is along the curved surface of an object;
A forming process of forming a pattern on the curved surface of the reference object at predetermined time intervals by pattern forming means that moves relative to the object holding unit together with the execution body holding unit during the control process;
A detection process for detecting the pattern formed on the curved surface of the reference object;
A measuring method of a movement / attitude control device characterized by comprising:
前記検出過程は、前記形成過程の後に前記基準物の前記曲面から平面状のステージに張り替えられた前記シートに形成されている前記パターンを検出することを特徴とする請求項9記載の移動・姿勢制御装置の計測方法。The pattern is formed on a flexible sheet attached to the curved surface of the reference object,
The movement / posture according to claim 9, wherein the detecting step detects the pattern formed on the sheet that is replaced with a flat stage from the curved surface of the reference object after the forming step. Control device measurement method.
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