CN101395548B - 板状材料的加工面的确定方法、加工方法以及确定加工面的装置和平面加工装置 - Google Patents
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Abstract
一种板状材料的表面加工方法，进行切削加工、磨削加工、电火花加工等机械加工而将板状材料制成均匀的厚度，其特征在于，在平台上装载板状材料，将该板状材料的平面方向的坐标轴设为X、Y，将高度方向的坐标轴设为Z，假想XY平面包含作为从该假想平面ABCD的坐标(Xm，Yn)到连接作为被测定物的板状材料的上表面和下表面的线段的中点构成的板厚中心面S的距离(高度)Zm，n而测定的Z方向的原点，并且测定从任意XY平面位置的所述原点的板状材料的板厚中心面的Z方向的距离(高度)，以使得到的高度数据的最大值与最小值之差为最小的方式使板状材料倾斜而进行机械加工。本发明提供用于得到加工余量最少、平坦且厚度均匀的板状材料的、通过切削加工、磨削加工、电火花加工等进行表面加工时的板状材料的加工确定方法以及用于该方法的装置，期望由具有2、3维变形和/或不均匀板厚的板状材料得到平坦且厚度均匀的板状材料。
Description
技术领域
本发明涉及由板状材料得到平坦且厚度均匀的板所用的表面加工的板状材料的加工面的确定方法、加工方法以及确定加工面的装置和平面加工装置。
背景技术
溅射靶等陶瓷制烧结板和轧制或锻造的金属板，在制造工序中因受热或加工引起的应变而几乎都伴随有变形。而且根据情况根据位置有时产生板厚的不均匀。为了由伴随上述3维变形的板状材料得到平坦且厚度均匀的板，进行切削加工、磨削加工和电火花加工等机械加工。
目前，具有上述变形的材料，由操作者将其原封不动地安装于加工机械上进行上述加工，或由操作者事先用直尺等对各个板状材料的变形进行大致测定，在将其安装于加工机械上的阶段放入调整垫，使其呈现平坦性。但是，在这种情况下，一般是通过操作者估计而进行。
在依靠操作者估计、例如进行磨削加工的情况下，即使是熟练的操作者，为了制出平面，也需要进行所需量以上的磨削。否则不能维持平坦性和均匀厚度的精度。因此，需要将材料本身的加工余量设定得大一些，这就成为原材料利用率降低的原因。另外，当然也导致加工机械的运转时间的增加。
作为现有技术，可列举：能精密测定含有翘曲的板状工件各自具有的厚度的装置(例如，参照专利文献1)；具有翘曲的测定装置，即由测定基准部、测定部、变换为电信号的变位测定器、翘曲量显示部、控制部所构成的基板翘曲测定装置(例如，参照专利文献2)；对陶瓷材料粉末进行加压成形、在其表面照射光线、接受反射光而测定表面状态的陶瓷制品的制造方法(例如，参照专利文献3)；设置有阶梯状部分的尺寸测定陶瓷量规(例如，参照专利文献4)；由测定平坦度的向下测定器、板支承销、上下运动的驱动器、压力调节部所构成的板平坦度测定装置(例如，参照专利文献5)；利用红外线热像法对陶瓷基板的形状不规则性进行测定的方法(例如，参照专利文献6)。
但是，这些技术只是用于平面性测定、变位测定或形状不规则性测定的方法或装置，没有在进行切削加工、磨削加工、电火花加工等机械加工等的表面加工时、以提高原材料利用率为目的的想法。
专利文献1：日本特开平6-66549号公报
专利文献2：日本特公昭59-36202号公报
专利文献3：日本特开昭63-173607号公报
专利文献4：日本特开平7-128002号公报
专利文献5：日本特许第3418819号公报
专利文献6：日本特许第3183935号公报
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于得到加工余量最少、平坦且厚度均匀的板状材料的、通过切削加工、磨削加工、电火花加工等进行表面加工时的板状材料的加工面的确定方法以及用于该方法的装置，溅射靶等陶瓷制烧结板、轧制或锻造的金属板在制造工序中由于受热或加工所引起的变形往往伴随有2～3维的变形和/或板厚的不均匀，但希望由这种具有2～3维变形和/或板厚的不均匀的板状材料得到平坦且厚度均匀的板状材料。
为了解决上述问题，本发明人进行了深入研究，结果得到了如下见解：基于测定距板状材料的上下表面各自的标准平面的距离(高度)而得到的数据，作为第一方法，求出厚度方向的中心点构成的面，在一定范围内改变该板状材料与标准平面的相对位置关系(倾斜度)而测定从标准平面到上述中心点构成的面的距离(高度)，以使得到的高度数据的最大值和最小值之差最小的方式调整板状材料的倾斜度而进行表面加工，由此，能得到原材料利用率高、平坦且厚度均匀的板状材料。
根据该见解，本发明提供：1)一种板状材料的加工面的确定方法，用于从板状材料切出厚度均匀的板，其特征在于：将测定装置的平台面设为坐标(X，Y)，在该平台上设定由与坐标(X，Y)垂直的Z坐标构成的直角坐标(X，Y，Z)，并在该平台上装载作为被测定物的板状材料，假想地构成与XY平面平行的平面ABCD，将从该假想平面ABCD的坐标(Xm，Yn)到连接作为被测定物的板状材料的上表面和下表面的线段的中点构成的板厚中心面的距离(高度)设为Z(m，n)，在改变坐标(X，Y)的同时，对X方向上的m个值以及Y方向上的n个值在被测定板状材料的全部区域内进行测定，将该测定数据保存在计算机的存储装置中，对于全部坐标点，找出Z(m，n)的最大值和最小值并计算其差值，将该值作为对测定值不进行任何操作时的差值H(0.0，0.0)，接着，对于Z轴方向上预先确定的最大振幅和间距，将假想平面ABCD的端A固定、而将端B和端C分别以规定的振幅B、C上下移动，由此使假想平面ABCD在计算机上相对于平台倾斜，每次改变该倾斜时，计算从假想平面ABCD上的全部坐标点(Xm，Yn)到板状材料对应的坐标点的板厚中心面的距离(高度)Z(m，n)B，C，找出该Z(m，n)B，C的最大值和最小值并计算其差值H(B，C)，并且对预先设定的所有B和C的组合反复进行上述操作，将所有B和C的组合中计算的H(B，C)具有最小值的假想平面ABCD确定为与最小加工余量的平面平行的平面。以上是本发明的中心发明之一。
另外，本发明提供第二个方法：2)一种板状材料的加工面的确定方法，用于从板状材料切出厚度均匀的板，其特征在于：将测定装置的平台面设为坐标(X，Y)，在该平台上设定由与坐标(X，Y)垂直的Z坐标构成的直角坐标(X，Y，Z)，并在该平台上装载作为被测定物的板状材料，假想地构成与XY平面平行的平面ABCD，将从该假想平面ABCD的坐标(Xm，Yn)到连接作为被测定物的板状材料的上表面和下表面的距离(高度)分别设为S1(m，n)、S2(m，n)，在改变坐标(X，Y)的同时，对X方向上的m个值以及Y方向上的n个值在被测定板状材料的全部区域内进行测定，将该测定数据保存在计算机的存储装置中，对于全部坐标点，找出S1(m，n)及S2(m，n)的最大值和最小值并计算其差值，将该值作为对测定值不进行任何操作时的差值分别设为H1(0.0，0.0)、H2(0.0，0.0)，接着，对于Z轴方向上预先确定的最大振幅和间距，将假想平面ABCD的端A固定、而将端B和端C分别以规定的振幅B、C上下移动，由此使假想平面ABCD在计算机上相对于平台倾斜，每次改变该倾斜度时，计算从假想平面ABCD上的全部坐标点(Xm，Yn)到板状材料对应的坐标点的板状材料的上表面和下表面各自的距离(高度)S1(m，n)B，C、S2(m，n)B，C，找出该S1(m，n)B，C及S2(m，n)B，C各自的最大值和最小值并计算其差值H1(B，C)和H2(B，C)，并且对预先设定的所有B和C的组合反复进行上述操作，将所有B和C的组合中计算的H1(B，C)和H2(B，C)合计具有最小值的假想平面ABCD确定为与最小加工余量的平面平行的平面。以上是本发明的中心发明之一。
另外，本发明提供：3)如上述1)或2)所述的板状材料的加工面的确定方法，其特征在于：测定平行于位于板状材料的上表面之上的Z＝h处的平台的假想平面ABCD与板状材料的上表面的距离(高度)S1(m，n)和平行于位于板状材料的下表面之下的Z＝1处的平台的假想平面ABCD’与板状材料的下表面的距离(高度)S2(m，n)，得到由T(m，n)＝h-1-S1(m，n)-S2(m，n)计算的板状材料的厚度T(m，n)。这表示在上述1)或2)的发明中用于得到板状材料的厚度T(m，n)的优选且具体的计算方法。但是，也可以使用其他的计算方法。
另外，本发明提供：4)如上述1)～3)中任一项所述的板状材料的加工面的确定方法，其特征在于：使所述板状材料翻转并装载于加工机械的平台上时，在与由上述1)～3)中任一项确定的最少加工余量平行的假想平面ABCD的坐标点(Xm，Yn)中，将从到板状材料的距离(高度)Z(m，n)减去在该坐标点的板状材料的厚度T(m，n)的1/2所得的值{Z(m，n)-1/2T(m，n)}为最小值{Z(m，n)-1/2T(m，n)}min的坐标点所对应的板状材料的假想平面ABCD相对的面上的点设定为与平台的接触点。
这表示在上述1)～3)的发明中用于将板状材料翻转并安装在加工机械的平台上的优选且具体的条件。向该平台的安装是确定最终加工面时的标准，但也可以使用其他的方法。
另外，本发明提供：5)如上述1)～4)中任一项所述的板状材料的加工面的确定方法，其特征在于：使所述板状材料翻转并装载于加工机械的平台上时，从假想平面ABCD的坐标点(Xm，Yn)中到板状材料的距离(高度)Z(m，n)减去在该坐标点的板状材料的厚度T(m，n)的1/2所得的值{Z(m，n)-1/2T(m，n)}为最小值{Z(m，n)-1/2T(m，n)}min，将从板状材料的假想平面ABCD相对的面的四个角的距离(高度)的测定值减去{Z(m，n)-1/2T(m，n)}min所得的值设为在加工机械上装载板状材料时放入四个角的调整垫的厚度。
这表示在上述1)～4)的发明中用于将调整垫安装在加工机械上的优选且具体的计算方法。该调整垫起到决定板状材料的加工余量的重要的作用。但是，也可以使用其他的计算方法。
另外，本发明提供：
6)如上述1)～5)中任一项所述的板状材料的加工面的确定方法，其特征在于：在板状材料的坐标轴X方向及Y方向上，均在20mm以下的间隔位置测定Z方向的距离(高度)；
7)如上述1)～6)中任一项所述的板状材料的加工面的确定方法，其特征在于：利用激光式距离传感器或接触式距离传感器测定与板状材料的距离(高度)；
8)如上述1)～7)中任一项所述的板状材料的加工面的确定方法，其特征在于：根据所述数据，调整能进行NC控制的加工机械的两轴倾转式加工工作台的倾斜度，以使板状材料的加工面相对于平台在规定的位置。这些条件表示优选的附带条件。
另外，本发明提供：
9)一种加工方法，其特征在于：利用上述1)～8)中的任一项所述的方法确定板状材料的加工面，根据此进行用于从板状材料切出厚度均匀的板的切削加工、磨削加工、电火花加工等机械加工；
10)一种加工方法，其特征在于：利用上述1)～8)中的任一项所述的方法确定板状材料的加工面，根据此对板状材料的一面进行平面磨削，然后再将其翻转并装载于平台上，对其背面进行加工；
11)一种加工方法，该方法是通过粘接或电磁吸附于兼具测定装置的机械平台等将板状材料固定，利用上述1)～7)的方法进行测定，确定最佳倾斜条件后，不将材料翻转，而使用加工机械的平台的两轴倾斜机构，使平台与在最佳倾斜条件下得到的平面平行地倾斜，在该状态下进行加工。这些条件表示优选的附带条件。
另外，本发明提供：12)一种用于确定板状材料的加工面的装置，用于确定用于从板状材料切出厚度均匀的板的加工面，其特征在于，具有：用于如下用途的系统：将测定装置的平台面设为坐标(X，Y)，在该平台上设定由与坐标(X，Y)垂直的Z坐标构成的直角坐标(X，Y，Z)，并在该平台上装载作为被测定物的板状材料，假想地构成与XY平面平行的平面ABCD；同一系统，将从该假想平面ABCD的坐标(Xm，Yn)到连接作为被测定物的板状材料的上表面和下表面的线段的中点构成的板厚中心面的距离(高度)设为Z(m，n)，在改变坐标(X，Y)的同时，对X方向上的m个值以及Y方向上的n个值在被测定板状材料的全部区域内进行测定，将该测定数据保存在计算机的存储装置中；同一系统，对于全部坐标点，找出Z(m，n)的最大值和最小值并计算其差值，将该值作为对测定值不进行任何操作时的差值设为H(0.0，0.0)；同一系统，接着，对于Z轴方向上预先确定的最大振幅和间距，将假想平面ABCD的端A固定、而将端B和端C分别以规定的振幅B、C上下移动，由此使假想平面ABCD在计算机上相对于平台倾斜，每次改变该倾斜度时，计算从假想平面ABCD上的全部坐标点(Xm，Yn)到板状材料对应的坐标点的板厚中心面的距离(高度)Z(m，n)B，C，找出该Z(m，n)B，C的最大值和最小值并计算其差值H(B，C)，并且对预先设定的所有B和C的组合反复进行上述操作，其中，将所有B和C的组合中计算的H(B，C)具有最小值的假想平面ABCD确定为与最小加工余量的平面平行的平面。以上是本发明的中心发明之一。
另外，本发明提供：13)一种用于确定板状材料的加工面的装置，用于确定用于从板状材料切出厚度均匀的板的加工面，其特征在于，具有：用于如下用途的系统：将测定装置的平台面设为坐标(X，Y)，在该平台上设定由与坐标(X，Y)垂直的Z坐标构成的直角坐标(X，Y，Z)，并在该平台上装载作为被测定物的板状材料，假想地构成与XY平面平行的平面ABCD；同一系统，将从该假想平面ABCD的坐标(Xm，Yn)到连接作为被测定物的板状材料的上表面和下表面的距离(高度)分别设为S1(m，n)、S2(m，n)，在改变坐标(X，Y)的同时，对X方向上的m个值以及Y方向上的n个值在被测定板状材料的全部区域内进行测定，将该测定数据保存在计算机的存储装置中；同一系统，对于全部坐标点，找出S1(m，n)及S2(m，n)的最大值和最小值并计算其差值，将该值作为对测定值不进行任何操作时的差分别设为H1(0.0，0.0)、H2(0.0，0.0)的；同一系统，接着，对于Z轴方向上预先确定的最大振幅和间距，将假想平面ABCD的端A固定、而将端B和端C分别以规定的振幅B、C上下移动，由此使假想平面ABCD在计算机上相对于平台倾斜，每次改变该倾斜度时，计算从假想平面ABCD上的全部坐标点(Xm，Yn)到板状材料对应的坐标点的板状材料的上表面和下表面各自的距离(高度)S1(m，n)B，C、S2(m，n)B，C，找出该S1(m，n)B，C及S2(m，n)B，C各自的最大值和最小值并计算其差值H1(B，C)和H2(B，C)，并且对预先设定的所有B和C的组合反复进行上述操作，其中，将所有B和C的组合中计算的H1(B，C)和H2(B，C)合计具有最小值的假想平面ABCD确定为与最小加工余量的平面平行的平面。以上是本发明的中心发明之一。
另外，本发明提供：14)如上述12)或13)所述的确定板状材料的加工面的装置，其特征在于：测定平行于位于板状材料的上表面之上的Z＝h处的平台的假想平面ABCD与板状材料的上表面的距离(高度)S1(m，n)和平行于位于板状材料的下表面之下的Z＝1处的平台的假想平面ABCD’与板状材料的下表面的距离(高度)S2(m，n)，得到由T(m，n)＝h-1-S1(m，n)-S2(m，n)计算的板状材料的厚度T(m，n)。这表示上述12)或13)的发明中用于得到板状材料的厚度T(m，n)的优选且具体的计算系统。
另外，本发明提供：15)如上述12)～14)中任一项所述的确定板状材料的加工面的装置，其特征在于：使所述板状材料翻转并装载于加工机械的平台上时，在与由上述12)～14)中任一项确定的最少加工余量平行的假想平面ABCD的坐标点(Xm，Yn)中，将从到板状材料的距离(高度)Z(m，n)减去在该坐标点的板状材料的厚度T(m，n)的1/2所得的值{Z(m，n)-1/2T(m，n)}为最小值{Z(m，n)-1/2T(m，n)}min的坐标点所对应的板状材料的假想平面ABCD相对的面上的点设定为与平台的接触点。向该平台的安装是确定最终加工面时的标准，但也可以使用其他的条件。
另外，本发明提供：16)如上述12)～15)中任一项所述的确定板状材料的加工面的装置，其特征在于：使所述板状材料翻转并装载于加工机械的平台上时，从假想平面ABCD的坐标点(Xm，Yn)中到板状材料的距离(高度)Z(m，n)减去在该坐标点的板状材料的厚度T(m，n)的1/2所得的值{Z(m，n)-1/2T(m，n)}为最小值{Z(m，n)-1/2T(m，n)}min，将从板状材料的假想平面ABCD相对的面的四个角的距离(高度)的测定值减去{Z(m，n)-1/2T(m，n)}min所得的值设为在加工机械上装载板状材料时放入四个角的调整垫的厚度。该调整垫是起到决定板状材料的加工余量的重要作用的系统，但也可以使用其他的系统。
另外，本发明提供：
17)如上述12)～16)中任一项所述的确定板状材料的加工面的装置，其特征在于：具有用于从板状材料切出厚度均匀的板的切削加工、磨削加工、电火花加工等机械加工的装置；
18)如上述12)～17)中任一项所述的确定板状材料的加工面的装置，其特征在于：具有将板状材料的一面进行平面切削后、再翻转并装载于平台上、对其背面进行加工的装置；
19)如上述12)～18)中任一项所述的确定板状材料的加工面的装置，其特征在于：具有在板状材料的坐标轴X方向及Y方向、均以20mm以下的间隔位置测定Z方向的距离(高度)的装置。这些条件表示优选的附带条件。
另外，本发明提供：
20)如上述12)～19)中任一项所述的确定板状材料的加工面的装置，其特征在于：具有用激光式距离传感器或接触式距离传感器测定与板状材料的距离(高度)的装置；
21)如上述11)～20)中任一项所述的确定板状材料的加工面的装置，其特征在于：具有根据所述数据调整能进行NC控制的加工机械的两轴倾转式加工工作台的倾斜度、以使板状材料的加工面相对于平台在规定的位置的装置；
22)一种平面磨床、铣床及电火花加工机等平面加工装置，其特征在于：具有上述12)～21)所述的装置。这些条件表示优选的附带条件。
发明效果
如上所示，本发明具有如下优良效果：由具有2、3维的复杂变形的板状材料，以最少的加工余量，通过对制品进行切削加工、磨削加工、电火花加工等机械加工的表面加工，能够得到平坦且厚度均匀的板状材料。
即，更具体的说，在制造规定厚度的制品的情况下，能减小材料加工前的厚度余量，与现有的方法相比，能将机械加工余量设定地较小，并且可以提高原材料利用率以及缩短加工时间。
另外，在通过机械加工由有变形的材料制造没有指定厚度的材料的情况下，能够增加现有技术产品的厚度。并且，在加工机械的工作台上安装材料时的调试错误也不会发生，即使不是熟练的操作者，也能够容易地以最少的加工余量进行加工。如上所述，本发明具有显著的效果。
附图说明
图1是以测定装置的传感器位置为高度方向的原点测定到材料S的任意平面位置(Xm，Yn)的高度Z(m，n)时的说明图。
图2是在计算机内假想地构成与材料S同样大小的平面(ABCD)、将平面ABCD的端A固定、仅将端C移动至规定高度时的说明图。
图3是在计算机内假想地构成与材料S同样大小的平面(ABCD)，将平面ABCD的端A固定，而使端B、C移动至规定高度时的说明图。
图4是通过测定从假想平面ABCD的坐标(Xm，Yn)到连接作为被测定物的板状材料的上表面和下表面的线段的中点构成的板厚中心面S的距离(高度)、或者从假想平面ABCD或假想平面ABCD’的坐标(Xm，Yn)或坐标(X’m，Y’n)到作为被测定物的板状材料的上表面和下表面的距离(高度)而确定最小加工面的加工面确定系统的说明图。
具体实施方式
下面，根据需要，参照附图对本发明进行具体的说明。但是，下面的说明仅表示为了容易理解本发明而用于说明的一例，本发明并不受其限制。即，根据本发明的技术思想进行的变形、其他的构造或构成，当然包含于本发明中。
测定从假想平面到连接作为被测定物的板状材料的上表面和下表面的线段的中点构成的板厚中心面S的距离(高度)、或者从假想平面到作为被测定物的板状材料的上表面和下表面的距离(高度)是不同的，但其他的操作实质上是一样的。因此，根据图1～图4对其进行说明。
如陶瓷制烧结板、轧制或锻造的金属板那样，将具有2、3维的复杂变形的板状材料置于具有一定的平坦度的、具有规定间距的格子状平台上，使其不晃动。将材料的平面方向的坐标轴设为X、Y，将板状材料上面方向的高度方向的坐标轴设为Z、下面方向的坐标轴设为Z’。
在平台上，距平台保持一定的高度，设置可沿平台的XY方向平行移动的激光式距离测定装置等测定装置。将该传感器的Z轴、Z’轴原点移动的与平台平行的平面设为平面P、P’。
如图1所示，将该测定装置的传感器的位置设为高度方向的原点，测定到材料的任意平面位置(X，Y)的高度(S1)，(S2)。测定的X、Y坐标点需要根据制品的变形情况进行改变，例如，X方向、Y方向均采用20mm的间距。
进行用于从板状材料切出厚度均匀的板的加工面确定时，例如，首先如图4所示，将测定装置的平台面设为坐标(X，Y)，在该平台上设定由与坐标(X，Y)垂直的Z坐标构成的直角坐标(X，Y，Z)，并在该平台上装载作为被测定物的板状材料。
然后，假想地构成与XY平面平行的平面ABCD，将从该假想平面ABCD的坐标(Xm，Yn)到连接作为被测定物的板状材料的上表面和下表面的线段的中点构成的板厚中心面的距离(高度)设为Z(m，n)。
在改变坐标(X，Y)的同时，对X方向上的m个值以及Y方向上的n个值在作为被测定物的板状材料的全部区域内进行测定，将该测定数据保存在计算机的存储装置中。
然后，对于全部坐标点，找出Z(m，n)的最大值和最小值并计算其差值，将该值作为对测定值不进行任何操作时的差值设为H(0.0，0.0)。
然后，对于Z轴方向上预先确定的最大振幅和间距，将假想平面ABCD的端A固定、而将端B和端C分别以规定的振幅B、C上下移动，由此使假想平面ABCD在计算机上相对于平台倾斜，每次改变该倾斜时，计算从假想平面ABCD上的全部坐标点(Xm，Yn)到板状材料对应的坐标点的板厚中心面的距离(高度)Z(m，n)B，C，找出该Z(m，n)B，C的最大值和最小值并计算其差值H(B，C)。
对预先设定的所有B和C的组合反复进行上述操作，将所有B和C的组合中计算的H(B，C)具有最小值的假想平面ABCD确定为与最小加工余量的平面平行的平面。
另外，为了从板状材料切出厚度均匀的板，可以进行下述方法。即，如图4所示，将测定装置的平台面设为坐标(X，Y)，在该平台上设定由与坐标(X，Y)垂直的Z坐标构成的直角坐标(X，Y，Z)，并在该平台上装载作为被测定物的板状材料。
接着，假想地构成与XY平面平行的平面ABCD，将从该假想平面ABCD的坐标(Xm，Yn)到作为被测定物的板状材料的上表面和下表面的距离(高度)分别设为S1(m，n)、S2(m，n)，在改变坐标(X，Y)的同时，对X方向上的m个值以及Y方向上的n个值在作为被测定物的板状材料的全部区域内进行测定，将该测定数据保存在计算机的存储装置中。
对于全部坐标点，找出S1(m，n)及S2(m，n)的最大值和最小值并计算其差值，将该值作为对测定值不进行任何操作时的差值分别设为H1(0.0，0.0)、H2(0.0，0.0)。
然后，对于Z轴方向上预先确定的最大振幅和间距，将假想平面ABCD的端A固定、而将端B和端C分别以规定的振幅B、C上下移动，由此使假想平面ABCD在计算机上相对于平台倾斜，每次改变该倾斜时，计算从假想平面ABCD上的全部坐标点(Xm，Yn)到板状材料对应的坐标点的板状材料的上表面和下表面的各自的距离(高度)S1(m，n)B，C、S2(m，n)B，C，找出该S1(m，n)B，C及S2(m，n)B，C的最大值和最小值并计算其差值H1(B，C)和H2(B，C)。
对预先设定的所有B和C的组合反复进行上述操作，将所有B和C的组合中计算的H1(B，C)和H2(B，C)合计具有最小值的假想平面ABCD确定为与最小加工余量的平面平行的平面。
高度的测定方法，可以采用激光式距离传感器、接触式距离传感器等适当的方法。并且，在此所说的高度(Z坐标)是从测定装置的传感器移动的平面P的坐标(X，Y)所作的垂线到达材料S表面的距离。
X、Y坐标的定位精度、Z坐标的测定精度取决于材料S的机械加工余量的削减要求。例如，对贵金属那样的高价材料来说，通过提高本装置的测定精度，以有效实现由材料加工出成品板时的原材料利用率；而对钢铁那样的廉价材料来说，精度可以低些。
另外，在像陶瓷那样花费加工时间的情况下，提高本装置的精度、削减加工余量、缩短加工时间是有效的；而在像切削性好的金属材料那样加工时间不成为问题的情况下，测定精度也可以低些。
根据材料的大小，测定所有到(X0，Y0)～(Xx，Yy：最终坐标)的高度{Z(0、0)～Z(x、y)}。可将全部测定结果以表格形式等容易进行数据整理的形式，暂时保存于计算机的存储装置中。
首先，假想测定装置的Z方向的原点即高度H的平面S。各测定点的高度可称为距该假想面的高度。
高度数据的最大值(Zmax)与最小值(Zmin)之差，是现在的加工余量。这是由于以现在的状态将材料S安装于加工机械的工作台上后，加工机械的刀具从高度的最低点(Zmin)开始接触，随着加工的进行，达到最高点(Zmax)的时候，材料S变成平面。
因此，为了能将材料以最少的加工余量进行加工，使材料S倾斜、以使高度(Zmin)与(Zmax)之差的绝对值为最小即可。
但是，材料本来是有变形的，所以，对其倾斜时的高度变化进行计算稍微复杂一些。因此，可使平面P倾斜以代替材料S倾斜，并再次计算高度。
利用计算机使平面P倾斜的方法有多种，但是，由于根据实际情况并且计算容易，可将计算结果直接反映在调整垫的厚度上，因此采用下面的方法。在计算机内假想构成位于平面P上且与材料S大小相同的平面(ABCD)。此时，从平面ABCD内的坐标(Xm，Yn)到材料的坐标(Xm，Yn)的高度Z(m，n)是最初测定的高度。
平面ABCD的坐标S1(m，n)的高度表现为Z(m，n)/(0.0，0.0)。0.0，0.0表示对测定值不进行任何操作、即平面(ABCD)不倾斜的情况。
对测定的所有坐标点，找出Z(m，n)(0.0，0.0)的最大值Z(m，n)(0.0，0.0)max和最小值Z(m，n)(0.0，0.0)min，其差值H(0.0，0.0)通过下式计算。
H(0.0，0.0)＝Z(m，n)(0.0，0.0)max-Z(m，n)(0.0，0.0)min
接着，如图2及图3所示，将平面ABCD的端A固定，使端B，C以规定的高度(例如0.1mm间距)沿Z轴方向在规定的范围内顺次进行上下移动(例如±3.0mm)。图2是将平面ABCD的端A固定、仅使端C移动至规定高度的情况；图3是将平面ABCD的端A固定、使端B，C移动至规定高度的情况。
端D是在ABC确定后自动地确定的。例如，首先计算设B为-3.0mm、C为-3.0mm的情况下，从平面ABCD的各坐标至材料对应的坐标点的距离，并设为新的高度Z(m，n)-3.0，-3.0。-3.0，-3.0表示B点比原点下降3.0mm，C点也比原点下降3.0mm。
对所有的测定点实施该操作，找出Z(m，n)-3.0，-3.0的最大值Z(m，n)-3.0，-3.0max和最小值Z(m，n)-3.0，-3.0min，其差H-3.0，-3.0根据下式计算。H(-3.0，-3.0)＝Z(m，n)-3.0，-3.0max-Z(m，n)-3.0，-3.0min。
接着，设C为-2.9mm，反复进行同样的操作，求出H(-3.0，-2.9)。同样地，使C每次增加0.1mm，求出所有对应的H(-3.0，C)(C＝-2.9、H-2.8、H-2.7……H0……H+3.0)。
该操作结束之后，设B为-2.9，使C从-3.0增至+3.0，同时，反复进行同样的操作，求出所有H(-2.9，C)。进而，设B为-2.8，-2.7，-2.6……0……+3.0，将与其对应的H(B，C)全部求出。在该例中，B有60种，C有60种，因此，H(B，C)有60×60＝3600种。
该3600种的表示H中最小值的H(B，C)即H(B，C)min的组合成为与该材料所对应的最少加工余量的平面平行的平面。
另外，从平面ABCD到材料表面的距离，由于平面的倾斜使坐标错位，因此，为了期待其正确，需要对角度进行修正，但是相对于材料的长度而言，由于倾斜量小，因而在实施面也可以忽略不计。
接着，在该H(B，C)min中的测定点中，找出从平面ABCD至材料的高度Z为最小值的测定点Zmin/H(B，C)min。在实际加工时，由于将材料上下翻转并安装在加工机械的平台上，因此，该点是与平台接触的唯一的点。但是，在成为Zmin/H(B，C)min的点有多个的情况下，所有的点都与平台接触。
然后，从材料四个角的测定点H(B，C)min中的高度Z(X0，Y0)、Z(Xx，Y0)、Z(X0，Yy)、Z(Xx，Yy)中，减去Zmin/H(B，C)min。由此得到的值在将材料安装在加工机械上时，成为放入四个角下方的调整垫的厚度。
实际上，由于传感器位于上部，因而将材料安装在加工机械上时应上下翻转。此时，材料的厚度如果由于位置不同而不均匀，由上述方法确定的调整垫的厚度，未必可以说能实现最佳的表面，但是，像本例这样，材料的厚度不均匀小到可以忽略的情况，是不需要修正的。
在材料的厚度不均匀不能忽略的情况下，预先测定四个角的厚度，计算其平均值Ave.(X0Y0，XzY0，X0Yz，XzYz)，将该平均值和各个角的厚度之差在调整垫的高度上进行加减，由此，能简单地确定实际应用中的最佳表面。
在平面磨床、正面铣床等平面加工机床的工作台上测定材料时进行正反翻转，并且将调整垫以垫在规定的四个角下方的状态进行固定。若在这种状态下进行加工，能以加工余量最少的状态得到整面切削的平面。
另外，由于加工机械上X、Y两轴是可动的，设置能设定可动引起的平面倾斜的装置，设置使利用该装置计算的最佳表面在XY平面上关于Z轴方向对称的表面得以实现的倾斜度，由此，能以无调整垫的方式实现最佳表面。但是，在这种情况下，为了防止四个角晃动，优选垫入调整垫，其用于对在平面ABCD为水平时、即最初测定时的状态下的材料四角的高度差进行修正。
该调整垫的高度，等于从最初测定时的平面ABCD到材料四个角的测定点的高度减去最小高度处的测定点的高度所得的值。
利用计算机假想包含测定的Z方向原点的面，同时，求出高度数据的最大值Zmax与最小值Zmin之差的绝对值。
假想平面的高度可通过下式算出。但是，使烧结体倾斜所引起的向X、Y方向的位置偏移，根据工件的大小可忽略不计，假想平面的格子点、Z坐标轴通过下式求出。
Z＝Z1/(n-1)×i+Z2/(m-1)×j
其中，n表示X方向的测定点数，m表示Y方向的测定点数，i、j分别表示从0点开始的测定顺序号。
根据以上所述，利用计算机使板状材料倾斜，同时，根据该数据，在平台与板状材料之间放入调整垫，能够调整板状材料的倾斜度。另外，根据该数据，可对能进行NC控制的加工机械的两轴倾转式加工工作台的倾斜度进行调整。
这样，可由具有2、3维的复杂变形的板状材料、以最少的加工余量对制品进行切削加工、磨削加工、电火花加工等表面加工。而且，还可以在对板状材料的一面进行平面磨削后，翻过来安装在平台上，对其背面进行加工。
产业上的可利用性
本发明的板状材料的表面加工方法，能以最少的加工余量，通过对制品进行切削加工、磨削加工、电火花加工等机械加工的表面加工，由具有2、3维的复杂变形的板状材料得到平坦且厚度均匀的板状材料。
即，在制造厚度确定的制品时，能减少材料加工前的厚度余量，与现有的方法相比，能将机械加工余量设定得较少，能够提高原材料利用率以及缩短加工时间。
另外，由有变形的材料通过机械加工制造没有指定厚度的材料时，能增加现有技术产品的厚度。
并且，在加工机械的工作台上安装材料时的调试错误也不会发生，即使不是熟练的操作者，也能容易地以最少的加工余量进行加工。
根据上述，通过进行切削加工、磨削加工、电火花加工等机械加工的表面加工，能以最少的加工余量得到平坦且厚度均匀的板状材料，因此，适于制造价格较高的溅射靶等。
Claims (26)
1.一种板状材料的加工面的确定方法，用于从板状材料切出厚度均匀的板，其特征在于：
将测定装置的平台面设为坐标(X，Y)，在该平台上设定由与坐标(X，Y)垂直的Z坐标构成的直角坐标(X，Y，Z)，并在该平台上装载作为被测定物的板状材料，
假想地构成与XY平面平行的平面ABCD，
将从该假想平面ABCD的坐标(Xm，Yn)到连接作为被测定物的板状材料的上表面和下表面的线段的中点构成的板厚中心面的距离设为Z(m，n)，在改变坐标(X，Y)的同时，对X方向上的m个值以及Y方向上的n个值在被测定板状材料的全部区域内进行测定，将该测定数据保存在计算机的存储装置中，
对于全部坐标点，找出Z(m，n)的最大值和最小值并计算其差值，将该值作为对假想平面ABCD不进行任何操作时的差值H(0.0，0.0)，
接着，对于Z轴方向上预先确定的最大振幅和间距，将假想平面ABCD的端A固定、而将端B和端C分别以规定的振幅B、C上下移动，由此使假想平面ABCD在计算机上相对于平台倾斜，
每次改变该倾斜时，计算从假想平面ABCD上的全部坐标点(Xm，Yn)到板状材料对应的坐标点的板厚中心面的距离Z(m，n)B，C，找出该Z(m，n)B，C的最大值和最小值并计算其差值H(B，C)，
并且对预先设定的所有振幅B和振幅C的组合反复进行上述操作，将所有振幅B和振幅C的组合中计算的H(B，C)具有最小值的假想平面ABCD确定为与最小加工余量的平面平行的平面。
2.一种板状材料的加工面的确定方法，用于从板状材料切出厚度均匀的板，其特征在于：
将测定装置的平台面设为坐标(X，Y)，在该平台上设定由与坐标(X，Y)垂直的Z坐标构成的直角坐标(X，Y，Z)，并在该平台上装载作为被测定物的板状材料，
假想地构成与XY平面平行的平面ABCD，
将从该假想平面ABCD的坐标(Xm，Yn)到连接作为被测定物的板状材料的上表面和下表面的距离分别设为S1(m，n)、S2(m，n)，在改变坐标(X，Y)的同时，对X方向上的m个值以及Y方向上的n个值在被测定板状材料的全部区域内进行测定，将该测定数据保存在计算机的存储装置中，
对于全部坐标点，找出S1(m，n)及S2(m，n)的最大值和最小值并计算其差值，将该值作为对假想平面ABCD不进行任何操作时的差值分别设为H1(0.0，0.0)、H2(0.0，0.0)，
接着，对于Z轴方向上预先确定的最大振幅和间距，将假想平面ABCD的端A固定、而将端B和端C分别以规定的振幅B、C上下移动，由此使假想平面ABCD在计算机上相对于平台倾斜，
每次改变该倾斜度时，计算从假想平面ABCD上的全部坐标点(Xm，Yn)到板状材料对应的坐标点的板状材料的上表面和下表面各自的距离S1(m，n)B，C、S2(m，n)B，C，找出该S1(m，n)B，C及S2(m，n)B，C各自的最大值和最小值并计算其差值H1(B，C)和H2(B，C)，
并且对预先设定的所有振幅B和振幅C的组合反复进行上述操作，将所有振幅B和振幅C的组合中计算的H1(B，C)和H2(B，C)合计具有最小值的假想平面ABCD确定为与最小加工余量的平面平行的平面。
3.如权利要求1所述的板状材料的加工面的确定方法，其特征在于：测定平行于位于板状材料的上表面之上的Z＝h处的平台的假想平面ABCD与板状材料的上表面的距离S1(m，n)和平行于位于板状材料的下表面之下的Z＝1处的平台的假想平面ABCD’与板状材料的下表面的距离S2(m，n)，得到由T(m，n)＝h-1-S1(m，n)-S2(m，n)计算的板状材料的厚度T(m，n)。
4.如权利要求3所述的板状材料的加工面的确定方法，其特征在于：使所述板状材料翻转并装载于加工机械的平台上时，在与由权利要求1确定的最少加工余量的平面平行的假想平面ABCD的坐标点(Xm，Yn)中，将从到板状材料的距离Z(m，n)减去在该坐标点的板状材料的厚度T(m，n)的1/2所得的值{Z(m，n)-1/2T(m，n)}为最小值{Z(m，n)-1/2T(m，n)}min的坐标点所对应的板状材料的与假想平面ABCD相对的面上的点设定为与平台的接触点。
5.如权利要求2所述的板状材料的加工面的确定方法，其特征在于：使所述板状材料翻转并装载于加工机械的平台上时，在与由权利要求2确定的最少加工余量的平面平行的假想平面ABCD的坐标点(Xm，Yn)中，将从到板状材料的上表面的距离S1(m，n)为最小值S1(m，n)min的坐标点所对应的板状材料的与假想平面ABCD相对的面上的点设定为与平台的接触点。
6.如权利要求3所述的板状材料的加工面的确定方法，其特征在于：使所述板状材料翻转并装载于加工机械的平台上时，从假想平面ABCD的坐标点(Xm，Yn)中到板状材料的距离Z(m，n)减去在该坐标点的板状材料的厚度T(m，n)的1/2所得的值{Z(m，n)-1/2T(m，n)}为最小值{Z(m，n)-1/2T(m，n)}min，将从板状材料的与假想平面ABCD相对的面的四个角的距离的测定值减去{Z(m，n)-1/2T(m，n)}min所得的值设为在加工机械上装载板状材料时放入四个角的调整垫的厚度。
7.如权利要求2所述的板状材料的加工面的确定方法，其特征在于：使所述板状材料翻转并装载于加工机械的平台上时，从假想平面ABCD的坐标点(Xm，Yn)中到板状材料的上表面的距离S1(m，n)为最小值S1(m，n)}min，将从板状材料的与假想平面ABCD相对的面的四个角的距离的测定值减去S1(m，n)}min所得的值设为在加工机械上装载板状材料时放入四个角的调整垫的厚度。
8.如权利要求1～7中任一项所述的板状材料的加工面的确定方法，其特征在于：在板状材料的坐标轴X方向及Y方向上，均在20mm以下的间隔位置测定Z方向的距离。
9.如权利要求1～7中任一项所述的板状材料的加工面的确定方法，其特征在于：利用激光式距离传感器或接触式距离传感器测定与板状材料的距离。
10.如权利要求1～7中任一项所述的板状材料的加工面的确定方法，其特征在于：根据所述数据，调整能进行NC控制的加工机械的两轴倾转式加工工作台的倾斜度，以使板状材料的加工面相对于平台在规定的位置。
11.一种加工方法，其特征在于：利用权利要求1～10中的任一项所述的方法确定板状材料的加工面，根据此进行用于从板状材料切出厚度均匀的板的机械加工。
12.一种加工方法，其特征在于：利用权利要求1～10中的任一项所述的方法确定板状材料的加工面，根据此对板状材料的一面进行平面磨削，然后再将其翻转并装载于平台上，对其背面进行加工。
13.一种加工方法，该方法是通过粘接或电磁吸附在兼具测定装置的加工机械的平台上将板状材料固定，利用权利要求1～10的方法进行测定，确定最佳倾斜条件后，不将材料翻转，而使用加工机械的平台的两轴倾斜机构，使平台与在最佳倾斜条件下得到的平面平行地倾斜，在该状态下进行加工。
14.一种用于确定板状材料的加工面的装置，用于确定用于从板状材料切出厚度均匀的板的加工面，其特征在于，具有：
用于如下用途的系统：将测定装置的平台面设为坐标(X，Y)，在该平台上设定由与坐标(X，Y)垂直的Z坐标构成的直角坐标(X，Y，Z)，并在该平台上装载作为被测定物的板状材料，假想地构成与XY平面平行的平面ABCD，
同一系统，将从该假想平面ABCD的坐标(Xm，Yn)到连接作为被测定物的板状材料的上表面和下表面的线段的中点构成的板厚中心面的距离设为Z(m，n)，在改变坐标(X，Y)的同时，对X方向上的m个值以及Y方向上的n个值在被测定板状材料的全部区域内进行测定，将该测定数据保存在计算机的存储装置中，
同一系统，对于全部坐标点，找出Z(m，n)的最大值和最小值并计算其差值，将该值作为对假想平面ABCD不进行任何操作时的差值设为H(0.0，0.0)，
同一系统，接着，对于Z轴方向上预先确定的最大振幅和间距，将假想平面ABCD的端A固定、而将端B和端C分别以规定的振幅B、C上下移动，由此使假想平面ABCD在计算机上相对于平台倾斜，每次改变该倾斜度时，计算从假想平面ABCD上的全部坐标点(Xm，Yn)到板状材料对应的坐标点的板厚中心面的距离Z(m，n)B，C，找出该Z(m，n)B，C的最大值和最小值并计算其差值H(B，C)，并且对预先设定的所有振幅B和振幅C的组合反复进行上述操作，
其中，将所有振幅B和振幅C的组合中计算的H(B，C)具有最小值的假想平面ABCD确定为与最小加工余量的平面平行的平面。
15.一种用于确定板状材料的加工面的装置，用于确定用于从板状材料切出厚度均匀的板的加工面，其特征在于，具有：
用于如下用途的系统：将测定装置的平台面设为坐标(X，Y)，在该平台上设定由与坐标(X，Y)垂直的Z坐标构成的直角坐标(X，Y，Z)，并在该平台上装载作为被测定物的板状材料，假想地构成与XY平面平行的平面ABCD，
同一系统，将从该假想平面ABCD的坐标(Xm，Yn)到连接作为被测定物的板状材料的上表面和下表面的距离分别设为S1(m，n)、S2(m，n)，在改变坐标(X，Y)的同时，对X方向上的m个值以及Y方向上的n个值在被测定板状材料的全部区域内进行测定，将该测定数据保存在计算机的存储装置中，
同一系统，对于全部坐标点，找出S1(m，n)及S2(m，n)的最大值和最小值并计算其差值，将该值作为对假想平面ABCD不进行任何操作时的差分别设为H1(0.0，0.0)、H2(0.0，0.0)的，
同一系统，接着，对于Z轴方向上预先确定的最大振幅和间距，将假想平面ABCD的端A固定、而将端B和端C分别以规定的振幅B、C上下移动，由此使假想平面ABCD在计算机上相对于平台倾斜，每次改变该倾斜度时，计算从假想平面ABCD上的全部坐标点(Xm，Yn)到板状材料对应的坐标点的板状材料的上表面和下表面各自的距离S1(m，n)B，C、S2(m，n)B，C，找出该S1(m，n)B，C及S2(m，n)B，C各自的最大值和最小值并计算其差值H1(B，C)和H2(B，C)，并且对预先设定的所有振幅B和振幅C的组合反复进行上述操作，
其中，将所有振幅B和振幅C的组合中计算的H1(B，C)和H2(B，C)合计具有最小值的假想平面ABCD确定为与最小加工余量的平面平行的平面。
16.如权利要求14所述的确定板状材料的加工面的装置，其特征在于：测定平行于位于板状材料的上表面之上的Z＝h处的平台的假想平面ABCD与板状材料的上表面的距离S1(m，n)和平行于位于板状材料的下表面之下的Z＝1处的平台的假想平面ABCD’与板状材料的下表面的距离S2(m，n)，得到由T(m，n)＝h-1-S1(m，n)-S2(m，n)计算的板状材料的厚度T(m，n)。
17.如权利要求16所述的确定板状材料的加工面的装置，其特征在于：使所述板状材料翻转并装载于加工机械的平台上时，在与由权利要求14确定的最少加工余量的平面平行的假想平面ABCD的坐标点(Xm，Yn)中，将从到板状材料的距离Z(m，n)减去在该坐标点的板状材料的厚度T(m，n)的1/2所得的值{Z(m，n)-1/2T(m，n)}为最小值{Z(m，n)-1/2T(m，n)}min的坐标点所对应的板状材料的与假想平面ABCD相对的面上的点设定为与平台的接触点。
18.如权利要求15所述的确定板状材料的加工面的装置，其特征在于：使所述板状材料翻转并装载于加工机械的平台上时，在与由权利要求15确定的最少加工余量的平面平行的假想平面ABCD的坐标点(Xm，Yn)中，将从到板状材料的上表面的距离S1(m，n)为最小值S1(m，n)min的坐标点所对应的板状材料的与假想平面ABCD相对的面上的点设定为与平台的接触点。
19.如权利要求16所述的确定板状材料的加工面的装置，其特征在于：使所述板状材料翻转并装载于加工机械的平台上时，从假想平面ABCD的坐标点(Xm，Yn)中到板状材料的距离Z(m，n)减去在该坐标点的板状材料的厚度T(m，n)的1/2所得的值{Z(m，n)-1/2T(m，n)}为最小值{Z(m，n)-1/2T(m，n)}min，将从板状材料的与假想平面ABCD相对的面的四个角的距离的测定值减去{Z(m，n)-1/2T(m，n)}min所得的值设为在加工机械上装载板状材料时放入四个角的调整垫的厚度。
20.如权利要求15所述的确定板状材料的加工面的装置，其特征在于：使所述板状材料翻转并装载于加工机械的平台上时，从假想平面ABCD的坐标点(Xm，Yn)中到板状材料的上表面的距离S1(m，n)为最小值S1(m，n)min，将从板状材料的与假想平面ABCD相对的面的四个角的距离的测定值减去S1(m，n)min所得的值设为在加工机械上装载板状材料时放入四个角的调整垫的厚度。
21.如权利要求14～20中任一项所述的确定板状材料的加工面的装置，其特征在于：具有用于从板状材料切出厚度均匀的板的机械加工的装置。
22.如权利要求14～20中任一项所述的确定板状材料的加工面的装置，其特征在于：具有将板状材料的一面进行平面切削后、再翻转并装载于平台上、对其背面进行加工的装置。
23.如权利要求14～20中任一项所述的确定板状材料的加工面的装置，其特征在于：具有在板状材料的坐标轴X方向及Y方向、均以20mm以下的间隔位置测定Z方向的距离的装置。
24.如权利要求14～20中任一项所述的确定板状材料的加工面的装置，其特征在于：具有用激光式距离传感器或接触式距离传感器测定与板状材料的距离的装置。
25.如权利要求14～20中任一项所述的确定板状材料的加工面的装置，其特征在于：具有根据所述数据调整能进行NC控制的加工机械的两轴倾转式加工工作台的倾斜度、以使板状材料的加工面相对于平台在规定的位置的装置。
26.一种平面加工装置，其特征在于：具有权利要求14～25中任一项所述的装置。
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