JP2004344916A - Surface processing machine and surface processing method - Google Patents

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JP2003143560A
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Japanese (ja)
Inventor
Tomoe Chikira
知恵 千喜良
Original Assignee
Alps Electric Co Ltd
アルプス電気株式会社
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a surface processing machine in which the surface position of a material to be processed can be accurately detected with a simple constitution, and a surface processing method.
SOLUTION: A detecting piezoelectric effect element 22 is provided on the lower side of a driving piezoelectric effect element 21. A voltage value of the detecting piezoelectric effect element 22 is changed by the piezoelectric effect when slightly compressed. Therefore, if the changes of the voltage value of the detecting piezoelectric effect element 22 are monitored, the position of the surface 9a of the material 9 to be processed can be detected when a processing tool 23 is brought into contact with the surface 9a of the material 9 to be processed by elongating the driving piezoelectric effect element 21. Such a detecting piezoelectric effect element 22, for example, can be expanded/contracted about 9 μm to the full stroke. The detecting piezoelectric effect element 22, for example, is a laminated piezoelectric effect element which is formed by laminating a large number of thin piezoelectric effect films. The voltage changes can be observed with the compression of about 0.2-0.3 μm as the whole element.
COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】 [0001]
【発明の属する技術分野】 BACKGROUND OF THE INVENTION
本発明は、加工具の先端を被加工材の表面に押し付けて、被加工材に凹凸を形成する表面加工機に関するものである。 The present invention, the tip of the machining tool is pressed against the surface of the workpiece, to a surface processing machine for forming irregularities on the workpiece.
【0002】 [0002]
【従来の技術】 BACKGROUND OF THE INVENTION
例えば、表面に数百μm〜数十μmの微細な凹みまたは凸形状を多数形成した金属薄膜は、入射した光を効率的に反射させることができるので、液晶表示装置の反射膜として利用されている。 For example several hundred μm~ several tens μm fine depressions or thin metal film a convex shape and a large number on the surface, it is possible to reflect light incident efficiently, is used as a reflective film of a liquid crystal display device there. このような反射膜は、微細な凹みを象ったローラ状の母型を樹脂層上で回転させて押し付け、微細な凹みが形成された樹脂層上に金属薄膜を積層して作られる。 Such reflective films are pressed to the roller-like matrix which Zo' fine dents is rotated on the resin layer is made by laminating a metal thin film into fine dents are formed resin layer. こうした微細な凹みを象ったローラ状の母型を作成する際には、ローラ状の被加工材を回転させつつ、先端が尖った加工具を断続的にこの被加工材に押し付けて、被加工材の表面に微細な凹みを形成する。 When creating such fine depressions roller-like matrix which Zo' a, while rotating the roller-shaped workpiece, the processing tool having a sharp tip against the intermittently the workpiece, the on the surface of the workpiece to form fine depressions.
【0003】 [0003]
被加工材の表面に凹みを形成する表面加工機は、様々な厚みの被加工材の表面位置を検出した後、この表面位置に基づいて所定の位置まで正確に凹みが形成される。 Surface processing machine to form a recess on the surface of the workpiece, after detecting the surface position of the workpiece of varying thickness, depressions accurately to a predetermined position on the basis of the surface position is formed. このような被加工材の表面位置の検出は、従来、レーザビームの反射を利用したり、オートフォーカス装置による合焦位置の検出などを利用して行われていた(例えば、特許文献1)。 Detection of the surface location of such workpiece is conventionally or using the reflection of the laser beam, it has been performed by utilizing such detection of focusing by autofocus device position (e.g., Patent Document 1).
【0004】 [0004]
【特許文献1】 [Patent Document 1]
特開平10−47916号公報【0005】 Japanese Unexamined Patent Publication No. 10-47916 [0005]
【発明が解決しようとする課題】 [Problems that the Invention is to Solve
しかしながら、上述したようなレーザビームの反射やオートフォーカス装置を利用した被加工材の表面位置の検出では、液晶表示装置の反射膜など数百μm〜数十μmの微細な凹みを形成するには誤差が大き過ぎ、精密に被加工材の表面位置を検出することが困難であった。 However, the detection of the surface position of the workpiece using the reflection or autofocus device of the laser beam as described above, to form a reflective film, such as several hundred μm~ several tens μm fine dents of the liquid crystal display device error is too large, it was precisely difficult to detect the surface position of the workpiece.
【0006】 [0006]
また、上述したレーザビームの反射やオートフォーカス装置を利用した被加工材の表面位置の検出では、レーザ光の発生装置、あるいは合焦位置を検出する光学レンズなどが必要になり、表面加工機の小型、ローコスト化の障害なっていた。 Further, in the detection of the surface position of the workpiece using the reflection or autofocus device of the laser beam described above, the laser beam generating device, or optical lens to detect the focus position is required, a surface processing machine small size, had become obstacle of cost reduction.
【0007】 [0007]
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、簡易な構成で、被加工材の表面位置を精密に検出が可能な表面加工機および表面加工方法を提供することを目的する。 The present invention was made in view of the above circumstances, a simple structure, which aims to provide a precise detection can surface processing machines and surface processing method of the surface position of the workpiece.
【0008】 [0008]
【課題を解決するための手段】 In order to solve the problems]
上記の目的を達成するために、本発明によれば、加工具の先端を被加工材の表面に押し付けて、被加工材に凹凸を形成する表面加工機であって、前記加工具の先端の移動方向と同軸上に、前記加工具の先端が被加工材の表面に接触したことを検出するピエゾ圧電効果素子を備えたことを特徴とする表面加工機が提供される。 To achieve the above object, according to the present invention, the tip of the machining tool is pressed against the surface of the workpiece, a surface processing machine for forming irregularities on the workpiece, the processing tool tip of on a moving direction coaxial with the tip of the machining tool is a surface processing machine, characterized in that it includes a piezoelectric effect element to detect that contact with the surface of the workpiece is provided.
【0009】 [0009]
このような表面加工機によれば、加工具の先端の移動軸上に検出用のピエゾ圧電効果素子を形成したので、加工具の先端が被加工材の表面に接した瞬間を高精度で確実に検出することが可能になる。 According to such a surface processing machine, so to form a piezoelectric effect element for detecting on the movement axis of the tip of the working tool, ensures the moment at which the tip of the machining tool is in contact with the surface of the workpiece with high precision it is possible to detect. こうしたピエゾ圧電効果素子は、安価で、かつ僅かな圧縮で鋭敏に電圧変化を示すので、従来のように、高価なレーザ装置やオートフォーカス装置を使用しなくても、加工具にピエゾ圧電効果素子を設けるだけで、安価で精度の良い加工原点位置の検出が可能な表面加工機を実現することができる。 Such piezoelectric effect element, inexpensive, and since sensitively indicates the voltage variation in a slight compression, as in the prior art, without using an expensive laser apparatus and automatic focusing device, the piezoelectric effect element processing tool the only provision, it is possible to realize a possible surface processing machine detection of good machining origin position accuracy at low cost.
【0010】 [0010]
前記ピエゾ圧電効果素子に隣接して、前記加工具を被加工材の表面に押し付けて被加工材に凹凸を形成する加工具押圧手段を備えていてもよい。 Wherein adjacent piezoelectric effect element, the processing tool may be provided with a working tool pressing means for forming irregularities on the workpiece against the surface of the workpiece. また、前記ピエゾ圧電効果素子は、前記加工具を被加工材の表面に押し付けて被加工材に凹凸を形成する加工具押圧手段であってもよい。 Further, the piezoelectric effect element, the processing tool may be a processing tool pressing means for forming irregularities on the workpiece against the surface of the workpiece. ピエゾ圧電効果素子に隣接して加工具押圧手段を設けることによって、簡易な構成でコンパクトでローコストに表面加工機を提供することができる。 By providing a processing tool pressing means adjacent the piezoelectric effect element, it is possible to provide a surface processing machine to low cost compact with a simple structure. また、こうしたピエゾ圧電効果素子を加工具押圧手段としても用いることによって、表面加工機の構造を更に簡単に構成することが可能になる。 Further, by using as a working tool pressing means such piezoelectric effect element, it is possible to more easily configure the structure of the surface processing machine. 前記被加工材は、例えば略円筒形や円筒形であれば好ましい。 The workpiece is preferably For example, if the substantially cylindrical or cylindrical.
【0011】 [0011]
加工具の先端を被加工材の表面に押し付けて、被加工材に凹凸を形成する表面加工方法であって、前記加工具の先端が被加工材の表面に接触したことをピエゾ圧電効果素子の電圧変化によって検出する表面位置検出工程を備えたことを特徴とする表面加工方法が提供される。 The tip of the machining tool is pressed against the surface of the workpiece, a surface processing method for forming irregularities on the workpiece, that the tip of the machining tool is in contact with the surface of the workpiece of the piezoelectric effect element surface processing method characterized by comprising a surface position detecting step of detecting by voltage change is provided. こうした表面加工方法によれば、高価なレーザ装置やオートフォーカス装置を使用しなくても、加工具にピエゾ圧電効果素子を設けるだけで、安価で精度の良い加工原点位置の検出が可能になる。 With such a surface processing method, without using an expensive laser apparatus and automatic focusing apparatus, simply by providing piezoelectric effect element working tool, it is possible to detect a good machining origin position accuracy at low cost.
【0012】 [0012]
【発明の実施の形態】 DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention with reference to the drawings. 図1は、本発明の表面加工機の概略を示す説明図である。 Figure 1 is an explanatory view schematically showing a surface processing machine of the present invention. 表面加工機10は、被加工材9に加工を行う加工部11と、この加工部11を制御する制御部12に大別される。 Surface processing machine 10 includes a processing unit 11 for machining the workpiece 9, it is broadly divided into a control unit 12 for controlling the processing unit 11. 加工部11は、案内軸13の長手方向(図中X方向)に沿って移動体14を移動させる移動装置15と、被加工材9を保持する回転チャック16を回転させる回転装置17とからなる。 Processing unit 11 includes a longitudinal movement apparatus 15 for moving the movable body 14 along the direction (X direction in the drawing) of the guide shaft 13, consists of rotating device 17 for rotating the rotary chuck 16 for holding a workpiece 9 .
【0013】 [0013]
移動装置15を構成する移動体14には、ステッピングモータ18(或いはサーボモータ)を介して駆動ユニット19が取り付けられている。 The moving body 14 which constitutes the moving apparatus 15 is a drive unit 19 is attached via a stepper motor 18 (or servomotors). ステッピングモータ18は駆動ユニット19を上下動させて、大まかな位置決めを行う(粗動位置決め装置)。 Stepping motor 18 is moved up and down the driving unit 19, performs a rough positioning (coarse positioning device). 移動体14の一端には原点標識25が形成されると共に、この原点標識25を検出するX軸原点センサ26が形成される。 With origin label 25 is formed at one end of the movable body 14, X-axis origin sensor 26 for detecting the origin indicator 25 is formed. 或いはまた、被加工材9の軸上のある1点(有効使用部でない場所)に原点用の点加工がされる方法であってもよい。 Alternatively, it may be a method that is a point processing for origin 1 point on the axis of the workpiece 9 (effective not use unit location). この方法は、加工材上に形成されるので、精度の点で更に有利である。 Since this method is formed on the workpiece, it is more advantageous in terms of accuracy. この原点標識25およびX軸原点センサ26によって、移動体14を移動装置15の原点位置に戻すことができる。 This origin labeled 25 and X-axis origin sensor 26, it is possible to return the moving member 14 to the home position of the mobile device 15.
【0014】 [0014]
駆動ユニット19は、加工具押圧手段を成す駆動用ピエゾ圧電効果素子21と、被加工材9の表面を検出する検出用ピエゾ圧電効果素子22と、先端が所定形状に形成された加工具23とから構成される。 Driving unit 19, a driving piezoelectric effect element 21 constituting a processing tool pressing means, and the detecting piezoelectric effect element 22 for detecting the surface of the workpiece 9, the processing tool 23 whose tip is formed in a predetermined shape It consists of. こうした駆動ユニット19の作用は後ほど詳述する。 Effect of such driving unit 19 will be described later in detail.
【0015】 [0015]
回転装置17を構成する回転チャック16は被加工材9を保持し、被加工材9を図中θ方向に回転させる。 Rotating chuck 16 constituting the rotating device 17 holds the workpiece 9, rotates the workpiece 9 in the figure θ direction. 回転装置17の一端には原点標識27が形成されると共に、この原点標識27を検出するθ軸原点センサ28が形成される。 With origin label 27 is formed at one end of the rotary device 17, theta-axis origin sensor 28 for detecting the origin indicator 27 is formed. この原点標識27およびθ軸原点センサ28によって、回転チャック16を回転装置17の原点位置に戻すことができる。 This origin labeled 27 and θ-axis origin sensor 28, it is possible to return the rotary chuck 16 to the origin position of the rotation device 17. なお、被加工材9上に原点を加工して検出する場合には、原点確認センサ類を置かなくても、制御信号を用いてフィードバックすることができる。 In the case of detecting by processing an origin on the workpiece 9, without put home check sensors can be fed back by using a control signal.
【0016】 [0016]
制御部12は、表面加工機10全体を制御するパーソナルコンピュータ(PC)31と、信号変換装置、例えばデジタル−アナログ変換部(D/A変換部)32と、信号変換装置、例えばアナログ−デジタル変換部(A/D変換部)33と、移動装置ドライバ34と、回転装置ドライバ35と、ピエゾ圧電素子駆動ドライバ38と、粗動位置決め装置ドライバ39とから構成されている。 Control unit 12, a personal computer (PC) 31 that controls the entire surface processing machine 10, the signal conversion device, for example a digital - analog conversion unit (D / A conversion unit) 32, signal converter, for example, an analog - digital converter and part (a / D conversion unit) 33, a mobile device driver 34, the rotary device driver 35, a piezoelectric element driver 38, and a coarse positioning device driver 39.. D/A変換部32は、ステッピングモータ18および駆動用ピエゾ圧電効果素子21に制御信号を送出する。 D / A converter 32 sends a control signal to the stepping motor 18 and the driving piezoelectric effect element 21. A/D変換部33は、被加工材表面の検出用ピエゾ圧電効果素子22から出力された検出信号をD/A変換部32にフィードバックする。 A / D converter 33 feeds back a detection signal outputted from the detection piezoelectric effect element 22 of the workpiece surface to the D / A converter 32. 移動装置ドライバ34、回転装置ドライバ35、粗動位置決め装置ドライバ39は、パーソナルコンピュータ(PC)31からの命令に応じて移動装置15、回転装置17、ステッピングモータ18(粗動位置決め装置)をそれぞれ制御する。 Moving the device driver 34, the rotation device driver 35, coarse positioning device driver 39, the mobile device 15 according to a command from the personal computer (PC) 31, the rotation device 17, respectively controls the stepping motor 18 (coarse positioning device) to. なお、図1ではPC31からD/A変換部32、A/D変換部33、移動装置ドライバ34、回転装置ドライバ35を制御する例を示したが、制御信号のやり取りを高速化するために、移動装置ドライバ34、回転装置ドライバ35をマイコン付きのボード化してもよい。 Incidentally, D / A converter 32 from PC31 in Fig 1, A / D converter 33, the mobile device driver 34, an example of controlling the rotation device driver 35, in order to speed up the exchange of control signals, moving the device driver 34, the rotary device driver 35 may be boards of with the microcomputer.
【0017】 [0017]
図2は駆動ユニットを示す拡大平面図である。 Figure 2 is an enlarged plan view showing a drive unit. 駆動用ピエゾ圧電効果素子(加工具押圧手段)21は、ピエゾ圧電効果によって通電するとその長さが伸長して、図2中の矢印A方向に加工具23を被加工材9に押し付ける。 Driving piezoelectric effect element (processing tool pressing means) 21, when energized by the piezoelectric effect its length is extended to press the working tool 23 in the direction of arrow A in FIG. 2 on the workpiece 9. こうした駆動用ピエゾ圧電効果素子21は、例えば薄いピエゾ圧電効果膜を多数積層して形成した積層型ピエゾ圧電効果素子であり、それぞれのピエゾ圧電効果膜に通電することによって、素子全体で例えばフルストロークで10〜100μm程度の伸縮を行う。 Such driving piezoelectric effect element 21 is, for example, a thin laminated piezoelectric effect device a piezoelectric effect film formed by a large number laminated, by energizing the respective piezoelectric effect film, for example a full stroke the whole element in performing the expansion and contraction of about 10~100μm.
【0018】 [0018]
駆動用ピエゾ圧電効果素子21の下面には接続手段41(例えば硬化型接着材)が固着され、この接続手段41を介して検出用ピエゾ圧電効果素子22が駆動用ピエゾ圧電効果素子21の下側に取り付けられる。 The lower surface of the driving piezoelectric effect element 21 is fixed connection means 41 (e.g., curable adhesive) is, the detecting piezoelectric effect element 22 via the connection means 41 is below the driving piezoelectric effect element 21 It is attached to. 検出用ピエゾ圧電効果素子22は、僅かに圧縮されるとピエゾ圧電効果によって電圧が発生変化する。 Detecting piezoelectric effect element 22, the voltage changes generated by the piezoelectric effect when it is slightly compressed. これにより、検出用ピエゾ圧電効果素子22の電圧値の変化を監視していれば、駆動用ピエゾ圧電効果素子21を伸長させて加工具23が被加工材9の表面9aに接した瞬間、即ち被加工材9の表面9aの位置を検出することができる。 Thus, if the monitors changes in the voltage value of the detection piezoelectric effect element 22, the moment of the processing tool 23 by extending the driving piezoelectric effect element 21 is in contact with the surface 9a of the workpiece 9, i.e., it is possible to detect the position of the surface 9a of the workpiece 9. こうした検出用ピエゾ圧電効果素子22は、例えばフルストロークで数μm、例えば9μm程度の伸縮が可能である。 Such detection piezoelectric effect element 22, for example, the number of full stroke [mu] m, it is possible, for example, about 9μm stretch. 検出用ピエゾ圧電効果素子22は、例えば薄いピエゾ圧電効果膜を多数積層して形成した積層型ピエゾ圧電効果素子であり、素子全体として数百μm程度の圧縮で微小電圧変化を観察することが可能である。 Detecting piezoelectric effect element 22, for example, a thin a piezoelectric effect film layered piezoelectric piezoelectric effect element formed by a large number laminated, it is possible to observe a minute voltage change of several hundred μm about compression device as a whole it is.
【0019】 [0019]
検出用ピエゾ圧電効果素子22の下面には加工具固着手段42(例えばチャック治具または接着剤)が固着され、この加工具固着手段42を介して加工具23が検出用ピエゾ圧電効果素子22の下側に取り付けられる。 The lower surface of the detecting piezoelectric effect element 22 is processing tool fixing means 42 (e.g., a chuck jig or adhesive) is fixed, the processing tool 23 through the processing tool fixing means 42 of the detecting piezoelectric effect element 22 It is attached to the lower side. 加工具23は、その先端23aの形状が被加工材9の表面9aに対応して形成される微細な凹みを象っており、加工具23全体は硬質な金属等で形成されれば良い。 Processing tool 23, the shape of the tip 23a has Zo' fine dents are formed corresponding to the surface 9a of the workpiece 9, the entire machining tool 23 may be made of a hard metal or the like. 検出用ピエゾ圧電効果素子22は、このような加工具23の先端23aの移動軸C上に形成されている。 Detecting piezoelectric effect element 22 is formed on the moving shaft on C of the tip 23a of such processing tool 23. これによって、検出用ピエゾ圧電効果素子22は加工具23の先端23aが被加工材9の表面9aに接した瞬間を確実に検出することが可能になる。 Thus, the detecting piezoelectric effect element 22 makes it possible to tip 23a of the processing tool 23 to reliably detect when in contact with the surface 9a of the workpiece 9.
【0020】 [0020]
次に、上述した構成の表面加工機10の作用を図1及び図3を交えて説明する。 Next, a description will be sprinkled to FIGS action of surface processing machine 10 having the above-described structure. いま、被加工材9の表面9aに深さd、例えば1μmの微細な凹み(ディンプル)41を形成することを想定する。 Now, it is assumed that the formation of the surface 9a at a depth d, for example, 1μm fine depressions (dimples) 41 of the workpiece 9. なお、被加工材9は、例えば図4に示すように、反射型液晶表示装置などに用いられる反射膜44の表面加工に用いられる母型が挙げられる。 Incidentally, the workpiece 9, for example, as shown in FIG. 4 include mold used for the surface machining of the reflective film 44 to be used in such a reflective liquid crystal display device. 反射膜44は、反射型液晶表示装置の画素45よりも小さい、極めて微細な凹部46を表面に多数形成したものである。 Reflective film 44 is smaller than the pixel 45 of the reflection type liquid crystal display device is obtained by forming a large number of extremely fine recesses 46 on the surface.
【0021】 [0021]
こうした反射膜44を形成する凹部46は、例えば幅tが数百μm〜数十μm程度であり、深さも数百μm〜数十μm程度の断面略円形あるいは楕円形の微細な窪みである。 Recesses 46 for forming such a reflective film 44, for example, a width t are hundreds μm~ several tens μm approximately, depth hundreds μm~ several tens μm approximately is a substantially circular or elliptical fine recesses. こうした凹部46を多数形成することによって、反射膜44は入射した光をムラ無く拡散反射することができる。 By these recesses 46 formed in a large number, reflective film 44 can be uniformly diffuse reflecting incident light. 被加工材9は、こうした反射膜44を製造するにあたって、反射膜44に凹部46を与える樹脂膜を形成する工程で、樹脂膜にこの被加工材9を押し当てて表面に凹凸を形成するのに用いられる。 Workpiece 9, in manufacturing such a reflective film 44, in the step of forming the resin film to provide a concave portion 46 to the reflective film 44, the resin film for forming an uneven surface is pressed against the workpiece 9 used to.
【0022】 [0022]
まず、被加工材9への加工を開始するにあたって、回転チャック16に被加工材9を固定する。 First, when starting the processing into the workpiece 9, for fixing the workpiece 9 to the rotating chuck 16. 次いでパーソナルコンピュータ(PC)31から加工準備を命令すると、X軸原点センサ26が原点標識25を検出するまで移動装置15の移動体14を動かして、移動体14を原点位置にセットする。 Then, when commanding the machining preparation from a personal computer (PC) 31, by moving the movable body 14 of the mobile device 15 to the X-axis origin sensor 26 detects the origin label 25, to set the moving body 14 to the home position. また、θ軸原点センサ28が原点標識27を検出するまで回転装置17の回転チャック16を回転させ、回転チャック16を原点位置にセットする。 Further, theta-axis origin sensor 28 rotates the rotary chuck 16 of the rotating device 17 to detect the origin label 27, it sets the rotating chuck 16 to the origin position. 被加工材9は、例えば円筒形の金属材であればよい。 Workpiece 9 may be an example cylindrical metal material. または、被加工材9を回転チャック16にセットした状態で駆動ユニット19により1つの凹部を加工し、それを原点標識としてX軸、θ軸をそれぞれ原点に戻しても良い。 Or, processed one recess by the drive unit 19 in a state of being set to the rotation chuck 16 and the workpiece 9, X-axis it as the origin label may be returned to θ-axis at the origin, respectively.
【0023】 [0023]
回転チャック16に被加工材9がセットされた状態で、移動体14および回転チャック16がそれぞれ原点位置に戻ったら、パーソナルコンピュータ(PC)31はD/A変換部32を介して、図3aに示すように、粗動位置決め装置ドライバ39をPC31もしくは手動で操作し、ステッピングモータ18を動かして、駆動ユニット19を被加工材9に向けて緩やかに降下させる。 In a state in which the workpiece 9 is set to the rotating chuck 16, when returning to the moving body 14 and the rotating chuck 16 respectively origin position, a personal computer (PC) 31 via a D / A converter 32, in Figure 3a as shown, operating the coarse positioner driver 39 PC 31 or manually to move the stepping motor 18, gradually lowering toward the driving unit 19 on the workpiece 9. やがて、図3bに示すように、加工具23の先端23aが被加工材9の表面9aに接すると、検出用ピエゾ圧電効果素子22は僅かに圧縮され、圧電効果によって電圧値が変化する(表面位置検出工程)。 Eventually, as shown in FIG. 3b, the tip 23a of the processing tool 23 is the contact with the surface 9a of the workpiece 9, the detecting piezoelectric effect element 22 is slightly compressed, the voltage value changed by the piezoelectric effect (the surface position detection process). 検出用ピエゾ圧電効果素子22の電圧値の変化は、加工具23の先端23aの着地信号MとしてA/D変換部33に出力される。 Change in the voltage value of the detection piezoelectric effect element 22 is output to the A / D converter 33 as the landing signal M of the tip 23a of the working tool 23.
【0024】 [0024]
A/D変換部33に検出用ピエゾ圧電効果素子22から着地信号Mが入力されると、A/D変換部33は直ちに31はD/A変換部32にステッピングモータ18の停止を要求する。 Landing the signal M is inputted from the detection piezoelectric effect element 22 to the A / D converter 33, A / D converter 33 immediately 31 requests the stop of the stepping motor 18 to the D / A converter 32. D/A変換部32はステッピングモータ18を停止させ、駆動ユニット19の降下を止める。 D / A converter 32 stops the stepping motor 18 to stop the descent of the drive unit 19. これによって、加工具23の先端23aが被加工材9の表面9aに僅かに接した状態で駆動ユニット19を停止することができる。 This makes it possible to stop the driving unit 19 in a state in which the leading end 23a of the processing tool 23 is slightly in contact with the surface 9a of the workpiece 9. パーソナルコンピュータ(PC)31は加工具23の先端23aが被加工材9の表面9aに僅かに接した位置を原点位置として規定する。 A personal computer (PC) 31 is the leading end 23a of the processing tool 23 is defined as the home position slightly contact position on the surface 9a of the workpiece 9.
【0025】 [0025]
パーソナルコンピュータ(PC)31は検出用ピエゾ圧電効果素子22によって検出された原点位置を基準にして、加工具23が被加工材9を穿つのに必要なストロークxを開けるため、粗動位置決め装置ドライバ39にステッピングモータ18(或いはサーボモータ)の駆動を要求する。 A personal computer (PC) 31 is based on the detected home position by detecting piezoelectric effect element 22, since the processing tool 23 opens the stroke x required drilling the workpiece 9, coarse positioning device driver 39 requesting the driving of the stepping motor 18 (or servomotors) to. 図3cに示すように、ステッピングモータ18は駆動ユニット19を上昇させ、加工具23の先端23aと被加工材9の表面9aとの間にストロークxを開ける。 As shown in Figure 3c, the stepping motor 18 raises the driving unit 19, opening the stroke x between the surface 9a of the front end 23a and the workpiece 9 in the processing tool 23. このストロークxは例えば数μm〜10数μm程度に設定されれば良い。 The stroke x may be set to several μm~10 several μm, for example, about.
【0026】 [0026]
パーソナルコンピュータ(PC)31には、凹み(ディンプル)41を形成する際のX軸、θ軸それぞれの駆動ピッチやスピード、またそのタイミングや回数等のパラメータをメモリしておき、ピエゾ圧電素子駆動ドライバ38、移動装置ドライバ34、回転装置ドライバ35をそれぞれ同期させて駆動できるようにしておく。 The personal computer (PC) 31, depressions (dimples) 41 X-axis in forming, theta-axis respectively of the drive pitch and speed, also leave memory parameters such as the timing and number of times, the piezoelectric element driver 38, the mobile device driver 34, the rotary device driver 35 respectively in synchronization keep can be driven. また、同時にA/D変換部33に検出用ピエゾ圧電効果素子22の駆動スピード、凹みの深さ等に関わるパラメータを記憶させておく。 Also, allowed to store the driving speed of the detecting piezoelectric effect element 22, the parameters related to the depth or the like of the recess to the A / D converter 33 at the same time. 以上で、被加工材9に凹み(ディンプル)41を形成する際の準備工程は完了する。 Thus, the preparation step of forming the recess (dimples) 41 on the workpiece 9 is completed.
【0027】 [0027]
これまで説明したように、本発明の表面加工機10では、加工具23の先端23aの移動軸C上に検出用ピエゾ圧電効果素子22を形成したので、加工具23の先端23aが被加工材9の表面9aに接した瞬間を高精度で確実に検出することが可能になる。 As it has been described, in the surface processing device 10 of the present invention, since the forming a detecting piezoelectric effect element 22 on the moving axis C of the tip 23a of the working tool 23, the tip 23a of the processing tool 23 is workpiece the moment of contact with the surface 9a of 9 it is possible to reliably detected with high accuracy. こうした検出用ピエゾ圧電効果素子22は、安価で、かつ僅かな圧縮で鋭敏に電圧変化を示すので、従来のように、高価なレーザ装置やオートフォーカス装置を使用しなくても、加工具23にピエゾ圧電効果素子を設けるだけで、安価で精度の良い加工原点位置の検出が可能な表面加工機10を実現することができる。 Such detection piezoelectric effect element 22 is inexpensive, and since sensitively indicates the voltage variation in a slight compression, as in the prior art, without using an expensive laser apparatus and automatic focusing device, the processing tool 23 only providing the piezoelectric effect element, it is possible to realize a detection surface capable of processing machine 10 in good working origin position accuracy at low cost.
【0028】 [0028]
この後、表面加工機10が加工作業を開始すると、図3dに示すようにD/A変換部32は駆動用ピエゾ圧電効果素子21に通電して「深さd+ストロークx」だけ駆動用ピエゾ圧電効果素子21を伸長させる。 Thereafter, when the surface processing machine 10 starts processing operation, the piezoelectric drive only the D / A converter 32 as shown in FIG. 3d is energized to drive the piezoelectric effect element 21 "depth d + Stroke x" extending the effect device 21. これによって、加工具23の先端23aは被加工材9の表面9aに達し、この時、検出用ピエゾ圧電効果素子22から圧電効果による電圧信号が発せられ、A/D変換部33を通じてD/A変換部32にトリガを立て、その後、所望のディンプル深さ分、更に駆動用ピエゾ圧電効果素子21を伸長することにより、被加工材9には任意の所望深さdの凹み(ディンプル)41が形成される。 Thereby, the tip 23a of the working tool 23 reaches the surface 9a of the workpiece 9, at this time, the voltage signal due to the piezoelectric effect is generated from the detection piezoelectric effect element 22, D through A / D conversion section 33 / A making a trigger to the converter 32, then the desired dimple depth of, by further extending the driving piezoelectric effect element 21, the workpiece 9 dents any desired depth d (dimples) 41 It is formed.
【0029】 [0029]
パーソナルコンピュータ(PC)31は、回転装置ドライバ35を介して回転装置17を制御して、回転チャック16を図1中θ方向に所定のピッチづつ回転させる。 A personal computer (PC) 31 controls the rotating device 17 through a rotation device driver 35, is rotated by one predetermined pitch rotation chuck 16 in Figure 1 in the θ direction. これを同時または一方づつおこなうことにより、被加工材9には、所定ピッチ毎に深さdの凹み41が、略螺旋状、X軸方向平行線状、θ軸方向平行線状等、種々のパターンで形成できる。 By performing simultaneous or contrast increments this, the workpiece 9, dent 41 of the depth d at predetermined pitches, generally helical, X-axis direction parallel lines, theta axially parallel lines, etc., various It can be formed in a pattern. 被加工材9上を原点から所定の距離まで加工すると、移動体14と回転チャック16をX軸原点センサ26とθ軸原点センサ28とでそれぞれ原点位置に戻し、所定のピッチだけそれぞれずらした位置から異なるパラメータでの加工を行い、この工程を繰り返すことによって、円筒形の被加工材9には全周面に渡って多数の微細な凹み41を精度よく形成できる。 When machining the upper workpiece 9 from the origin to the predetermined distance, return the mobile 14 and the rotation chuck 16 to the respective home positions in the X-axis origin sensor 26 and the θ-axis origin sensor 28, shifted respectively by a predetermined pitch position performs processing with different parameters from by repeating this process, a large number of fine depressions 41 along the entire circumference can be accurately formed in the workpiece 9 cylindrical.
【0030】 [0030]
なお、こうした検出用ピエゾ圧電効果素子22を利用して、表面加工機10の回転チャック16に被加工材9を固定する際に中心からのズレを検出して、加工時のズレ補正を行うこともできる。 Note that by using such a detection piezoelectric effect element 22 detects the deviation from the center when fixing the workpiece 9 to rotate the chuck 16 of the surface processing machine 10, to perform the shift correction in processing It can also be. 被加工材9に高精度に凹み41を形成する際には、回転チャック16の回転中心に正確に被加工材9を固定して、回転中に被加工材9がブレの無いようにする必要がある。 When forming the recess 41 with high precision on the workpiece 9, precisely by fixing the workpiece 9 at the rotational center of the rotating chuck 16, it must workpiece 9, not to shake in rotation there is. こうした被加工材9の中心出しを行う際には、図5aおよび図5bに示すように、例えば被加工材9の円周方向θを45°づつ区切って順に0°=a,45°=b,・・・315°=hとする。 When performing the centering of such workpiece 9, as shown in FIGS. 5a and 5b, for example, a circumferential θ of the workpiece 9, separated one by 45 ° 0 in order ° = a, 45 ° = b , and ··· 315 ° = h. また、被加工材9のX軸方向を一定長さで区切って順に例えばX1,X2・・・X6,X7として、被加工材9の全周面にX1−a,X1−b・・・X7−g,X7−hというふうに等角度、等間隔で測定点を設定する。 Further, as the order for example X1, X2 · · · X6, X7 and separated by a predetermined length in the X-axis direction of the workpiece 9, the entire peripheral surface of the workpiece 9 X1-a, X1-b ··· X7 -g, etc. angle Fu that X7-h, to set the measuring points at equal intervals.
【0031】 [0031]
そして、加工具23の先端23aが被加工材9の表面9aに接触した時に生じる検出用ピエゾ圧電効果素子22の電圧変化を利用して、一定高さまで引き上げた加工具23を、上述した各測定点X1−a,X1−b・・・X7−g,X7−hで降下させて、それぞれの測定点での被加工材9の表面9aまでの加工具23の降下量を測定する。 Each measurement tip 23a of the working tool 23 by utilizing the voltage change of the detecting piezoelectric effect element 22 that occurs when in contact with the surface 9a of the workpiece 9, the processing tool 23 was pulled up to a certain height, the above-described is lowered at point X1-a, X1-b ··· X7-g, X7-h, to measure the amount of drop in the processing tool 23 to the surface 9a of the workpiece 9 at each measurement point.
【0032】 [0032]
図5cに示すように、縦軸に被加工材9の円周方向θ、横軸に被加工材9のX軸方向として、こうした各測定点での降下量を表で表すと、被加工材9の中心Cと回転チャック16の回転中心とのブレを容易に把握することができる。 As shown in FIG. 5c, the vertical axis circumferential direction θ of the workpiece 9, the X-axis direction of the workpiece 9 on the horizontal axis, to represent the dropped amount of such at each measurement point in the table, the workpiece blurring of the center C and the rotation center of the rotary chuck 16 of 9 can be easily grasped. こうして得られた被加工材9の取り付けブレのデータに基づいて、被加工材9の加工時に、ステッピングモータ18を予め設定した基準値からブレ量に応じて増減することによって、被加工材9には設定した所定の深さの凹部を正確に形成することが可能になる。 Thus obtained on the basis of the data of the attachment blurring of the workpiece 9, at the time of processing of the workpiece 9, by increasing or decreasing in accordance with the shake amount from the reference value set to the stepping motor 18 in advance, the workpiece 9 It is enabled to accurately form a recess having a predetermined depth set.
【0033】 [0033]
なお、表面加工機の駆動ユニットの構成は、上述したような実施形態以外にも、例えば、図6aに示すように、検出用ピエゾ圧電効果素子22および駆動用ピエゾ圧電効果素子21を板バネ51で囲う構造とし、この板バネ51を介して加工具23を取り付けた構成であってもよい。 The configuration of the drive unit of surface processing machine, in addition to the embodiment described above, for example, as shown in Figure 6a, the detecting piezoelectric effect element 22 and the driving piezoelectric effect element 21 leaf spring 51 a structure surrounded by a, may be configured to attach the working tool 23 through the leaf spring 51. こうした板バネ51は、駆動用ピエゾ圧電効果素子21および検出用ピエゾ圧電効果素子22に予圧を与えることで、圧電効果素子自身の伸長による自己破壊を防止するという役割を果たす。 Such leaf spring 51 is to provide a preload to the driving piezoelectric effect element 21 and the detecting piezoelectric effect element 22, it serves of preventing self-destruction due to expansion of the piezoelectric effect element itself.
【0034】 [0034]
また、図6bに示すように、駆動用ピエゾ圧電効果素子21を板バネ52で囲う構造とし、この板バネ52を介して検出用ピエゾ圧電効果素子22を取り付け、さらにこの検出用ピエゾ圧電効果素子22に加工具23を取り付けた構成であってもよい。 Further, as shown in Figure 6b, the structure surrounding the driving piezoelectric effect element 21 by the plate spring 52, the detecting piezoelectric effect element 22 mounted through the plate spring 52, further the detection piezoelectric effect element the processing tool 23 may be configured to attached to 22. こうした板バネ51も、駆動用ピエゾ圧電効果素子21に予圧を与えることで、圧電効果素子自身の伸長による自己破壊を防止するという役割を果たす。 These leaf springs 51, by giving a preload to the driving piezoelectric effect element 21 serves of preventing self-destruction due to expansion of the piezoelectric effect element itself.
【0035】 [0035]
また、上述した各実施形態では、被加工材に加工を施すための駆動用ピエゾ圧電効果素子21と、被加工材の表面を検出する検出用ピエゾ圧電効果素子22と2つのピエゾ圧電効果素子を備えているが、こうした2つのピエゾ圧電効果素子を兼用して、1つのピエゾ圧電効果素子で被加工材に加工を施すため伸長と、被加工材の表面を検出とを行ってもよい。 In each embodiment described above, the driving piezoelectric effect element 21 for performing machining on a workpiece, the detecting piezoelectric effect element 22 and two piezoelectric effect element for detecting the surface of the workpiece Although provided, also serves these two piezoelectric effect element may be carried out and extended for performing machining on the workpiece in one piezoelectric effect element, and a detection surface of the workpiece.
【0036】 [0036]
【発明の効果】 【Effect of the invention】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、このような表面加工機によれば、加工具の先端の移動軸上に検出用のピエゾ圧電効果素子を形成したので、加工具の先端が被加工材の表面に接した瞬間を高精度で確実に検出することが可能になる。 As described above in detail, according to the present invention, according to such a surface processing machine, so to form a piezoelectric effect element for detecting on the movement axis of the tip of the working tool, the machining tool tip There it is possible to reliably detect when in contact with the surface of the workpiece with high precision. こうしたピエゾ圧電効果素子は、安価で、かつ僅かな圧縮で鋭敏に電圧変化を示すので、従来のように、高価なレーザ装置やオートフォーカス装置を使用しなくても、加工具にピエゾ圧電効果素子を設けるだけで、安価で精度の良い加工原点位置の検出が可能な表面加工機を実現することができる。 Such piezoelectric effect element, inexpensive, and since sensitively indicates the voltage variation in a slight compression, as in the prior art, without using an expensive laser apparatus and automatic focusing device, the piezoelectric effect element processing tool the only provision, it is possible to realize a possible surface processing machine detection of good machining origin position accuracy at low cost.
【図面の簡単な説明】 BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
【図1】図1は、本発明の表面加工機の概要を示す説明図である。 FIG. 1 is an explanatory diagram showing an outline of a surface processing machine of the present invention.
【図2】図2は、図1に示す表面加工機の駆動ユニットの拡大平面図である。 Figure 2 is an enlarged plan view of the drive unit of surface processing machine shown in FIG.
【図3】図3は、本発明の表面加工機の作用を説明する説明図である。 Figure 3 is an explanatory view to explain a function of surface processing machine of the present invention.
【図4】図4は、被加工材によって形成される反射膜の一例を示す平面図である。 Figure 4 is a plan view showing an example of a reflective film formed by the workpiece.
【図5】図5は、本発明の表面加工機を用いて被加工物の中心出しを行う際の手順を説明した説明図である。 Figure 5 is an explanatory diagram for explaining the procedure for performing the centering of the workpiece using a surface processing machine of the present invention.
【図6】図6は、他の実施形態を示す平面図である。 Figure 6 is a plan view showing another embodiment.
【符号の説明】 DESCRIPTION OF SYMBOLS
9 被加工材9a 表面10 表面加工機18 ステッピングモータ21 駆動用ピエゾ圧電効果素子(加工具押圧手段) 9 workpiece 9a surface 10 surface processing machine 18 a stepping motor 21 for driving the piezoelectric effect element (processing tool pressing means)
22 検出用ピエゾ圧電効果素子23 加工具23a 先端41 凹み(ディンプル) 22 detecting piezoelectric effect element 23 working tools 23a tip 41 depressions (dimples)

Claims (5)

  1. 加工具の先端を被加工材の表面に押し付けて、被加工材に凹凸を形成する表面加工機であって、 The tip of the machining tool is pressed against the surface of the workpiece, a surface processing machine for forming irregularities on the workpiece,
    前記加工具の先端の移動方向と同軸上に、前記加工具の先端が被加工材の表面に接触したことを検出するピエゾ圧電効果素子を備えたことを特徴とする表面加工機。 Wherein the processing tool tip movement direction and coaxially with, the surface processing machine the leading end of the processing tool is characterized by comprising a piezoelectric effect element to detect that contact with the surface of the workpiece.
  2. 前記ピエゾ圧電効果素子に隣接して、前記加工具を被加工材の表面に押し付けて被加工材に凹凸を形成する加工具押圧手段を備えたことを特徴とする請求項1に記載の表面加工機。 Adjacent to the piezoelectric effect element, a surface processing according to the processing tool to claim 1, further comprising a processing tool pressing means for forming irregularities on the workpiece against the surface of the workpiece machine.
  3. 前記ピエゾ圧電効果素子は、前記加工具を被加工材の表面に押し付けて被加工材に凹凸を形成する加工具押圧手段であることを特徴とする請求項1に記載の表面加工機。 The piezoelectric effect element, a surface processing machine according to claim 1, characterized in that the processing tool is pressed against the surface of the workpiece is a processing tool pressing means for forming irregularities on the workpiece.
  4. 前記被加工材は略円筒状または円筒状であることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1項に記載の表面加工機。 The workpiece surface processing machine according to any one of claims 1 to 3, characterized in that a substantially cylindrical or cylindrical.
  5. 加工具の先端を被加工材の表面に押し付けて、被加工材に凹凸を形成する表面加工方法であって、 The tip of the machining tool is pressed against the surface of the workpiece, a surface processing method for forming irregularities on the workpiece,
    前記加工具の先端が被加工材の表面に接触したことをピエゾ圧電効果素子の電圧変化によって検出する表面位置検出工程を備えたことを特徴とする表面加工方法。 Surface processing method characterized in that the tip of the machining tool is provided with a surface position detecting step of detecting the voltage change of the piezoelectric effect element that contacts the surface of the workpiece.
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