JP2007083359A - Grinding method - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a grinding method having high flexibility in calculating an appropriate shape to an actual processing shape and capable of satisfying accommodation capacity for a target processing shape and calculation time. <P>SOLUTION: This grinding method calculates a residence time during which a grinding tool for processing a workpiece stays at each coordinate, based on a shape of a workpiece, the target processing shape which is a difference between the shape of the workpiece and a design shape and a unit processing shape obtained in unit time processing; and grinds the workpiece with controlling the grinding tool to stay at each coordinate of the workpiece during the residence time; and includes a process for calculating a residence time distribution using fast Fourier transformation and a process for calculating the residence time distribution using a simulation of removing the residual shape. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は研磨方法に関し、特に半導体、硝子、セラミックス、金属単体または金属酸化物の単結晶等の硬脆材料の表面を精密研磨加工(非球表面研磨)する研磨方法に関するものである。   The present invention relates to a polishing method, and more particularly to a polishing method in which the surface of a hard and brittle material such as a semiconductor, glass, ceramics, a single metal or a single crystal of a metal oxide is precisely polished (aspherical surface polishing).

従来、特に高機能が要求される用途に用いられるレンズ、ミラー等に代表される高精度な光学素子において、これらを加工する上で必要となる高精度な自由曲表面の研磨は、形状測定と修正研磨を繰り返すことで行われている。
このような被加工物の形状修正は、単位時間当たりに加工する一定の加工値の形状(以下、これを単位加工形状と称する)の得られる小径の研磨工具を、被加工物表面上で位置、速度を制御して走査させる滞留時間制御によって行われる。
Conventionally, in high-precision optical elements typified by lenses, mirrors, etc. used for applications that require particularly high functions, polishing of the high-precision free-curved surface necessary for processing these is performed by shape measurement. This is done by repeating corrective polishing.
Such a shape correction of a workpiece is performed by positioning a small-diameter polishing tool on the surface of the workpiece so as to obtain a shape with a constant processing value processed per unit time (hereinafter referred to as a unit processing shape). The dwell time control is performed by controlling the speed and scanning.

その基本モデルを図1に示す。
ここでは、形状測定により得られる被加工物の表面形状と設計形状との差形状である誤差値による形状(以下、誤差形状と称する)を、目標とする加工値による形状(以下、これを目標加工形状d(x,y)と称する)とする。
また、ここでは、単位加工形状f(x,y)と畳み込み積分によって算出された滞留時間分布g(x,y)により滞留時間制御されて加工される形状を、計算加工形状と称する。
The basic model is shown in FIG.
Here, a shape based on an error value (hereinafter referred to as an error shape) which is a difference shape between the surface shape of a workpiece obtained by shape measurement and a design shape is referred to as a shape based on a target machining value (hereinafter referred to as a target shape). Process shape d (x, y)).
Here, the shape machined by the residence time control by the unit machining shape f (x, y) and the residence time distribution g (x, y) calculated by convolution integration is referred to as a calculated machining shape.

ここで、この計算加工形状は

Figure 2007083359

で表される。
また、上記目標加工形状d(x,y)から上記計算加工形状h(x,y)を差し引いた形状を、残差形状と称する。
ここで、この計算加工形状は

Figure 2007083359

で表される。 Here, this calculated shape is

Figure 2007083359

It is represented by
A shape obtained by subtracting the calculated machining shape h (x, y) from the target machining shape d (x, y) is referred to as a residual shape.
Here, this calculated shape is

Figure 2007083359

It is represented by

滞留時間制御を行うためには、上記式1を展開し、既知の単位加工形状f(x,y)と目標加工形状d(x,y)から、残差形状e(x,y)を最小とする滞留時間分布g(x,y)を算出する必要がある。
しかしながら、これには逆畳み込み積分によることが必要であり、上記式1のままではそれを算出することはできない。そのため、従来においては、例えば非特許文献1に紹介されている図2に示すような(A)高速フーリエ変換を用いる方法が採られる。
高速フーリエ変換により、単位加工形状f(x,y)はF(wx,y)となり、目標加工形状d(x,y)はD(wx,y)となる。
また、滞留時間分布g(x,y)はG(wx,y)となり、残差形状e(x,y)はE(wx,y)となる。
In order to perform the dwell time control, Equation 1 is developed, and the residual shape e (x, y) is minimized from the known unit machining shape f (x, y) and the target machining shape d (x, y). It is necessary to calculate the residence time distribution g (x, y).
However, this requires deconvolution and cannot be calculated with Equation 1 above. Therefore, conventionally, for example, a method using (A) fast Fourier transform as shown in FIG.
By the fast Fourier transform, the unit machining shape f (x, y) becomes F (w x, w y ), and the target machining shape d (x, y) becomes D (w x, w y ).
Also, the residence time distribution g (x, y) is G (w x, w y ), and the residual shape e (x, y) is E (w x, w y ).

以上により、上記式1は簡単な関数の積算の式

Figure 2007083359

に変換される。
また、これにより、上記式2はE(wx,y)=0として滞留時間分布を求める式

Figure 2007083359


に展開することができる。 From the above, the above equation 1 is a simple function accumulation equation.

Figure 2007083359

Is converted to
Accordingly, the above equation 2 is an equation for obtaining the residence time distribution with E (w x, w y ) = 0.

Figure 2007083359


Can be deployed.

また、上記式3は単位加工形状F(wx,y)が0に近づく領域で、解が発散的となる。そこで、全周波数領域で

Figure 2007083359

となる汎関数フィルタ

Figure 2007083359

を用いて、滞留時間分布

Figure 2007083359

を安定化させることができる。 Further, in the above formula 3, the solution is divergent in a region where the unit processing shape F (w x, w y ) approaches 0. So, in the whole frequency range

Figure 2007083359

Functional filter

Figure 2007083359

Using the residence time distribution

Figure 2007083359

Can be stabilized.

実際の滞留時間分布の導出は、図3のフローチャートに示すようにして行われる。
まず、上記式4を用いて(1)滞留時間分布の算出(単位加工形状と目標加工形状から逆畳み込み積分により滞留時間分布を求める)を行う。
つぎに、加工機上の制約等に従って(2)滞留時間分布の補正を行う。
つぎに、上記式2を用いて(3)残差形状の導出(補正された滞留時間分布と単位加工形状から畳み込み積分により計算加工形状を求め、目標加工形状と計算加工形状の差形状から残差形状を求める)を行う。
つぎに、残差形状が要求される規格を満足するか判定することで(4)滞留時間分布の評価を行う。
つぎに、残差形状が要求する規格を満足しない場合は、残差形状を新たな目標加工形状として(5)目標加工形状の再設定をし、再び(1)から残差形状が要求される規格を満足するまで上記過程を繰り返す。
最終的に残差形状が規格を満足した段階で必要とする(6)滞留時間分布の導出が行われる。
Derivation of the actual residence time distribution is performed as shown in the flowchart of FIG.
First, (1) calculation of residence time distribution (determining residence time distribution by deconvolution from the unit machining shape and the target machining shape) is performed using the above equation 4.
Next, (2) the residence time distribution is corrected in accordance with restrictions on the processing machine.
Next, using Equation 2 above, (3) derivation of the residual shape (calculated machining shape is obtained by convolution integration from the corrected residence time distribution and unit machining shape, and the residual shape is calculated from the difference shape between the target machining shape and the calculated machining shape. Find the difference shape).
Next, (4) the residence time distribution is evaluated by determining whether the residual shape satisfies the required standard.
Next, if the residual shape does not satisfy the required standard, the residual shape is set as a new target machining shape (5) the target machining shape is reset, and the residual shape is requested again from (1). Repeat the above process until the standard is satisfied.
Finally, the required residual shape is obtained when the residual shape satisfies the standard. (6) The residence time distribution is derived.

また、上記した(1)滞留時間分布及び(3)残差形状の算出は、上記した非特許文献1に別の方法として紹介されている(B)除去のシミュレーションを用いる方法によっても行うことができる。
この除去のシミュレーションを用いる方法では、単位時間ΔTを定め、単位時間ΔTで研磨工具が加工する形状を単位加工形状とし、つぎのようにして上記した(1)滞留時間分布及び(3)残差形状が得られる。
まず、上記(1)滞留時間分布の導出は、図4に示すように単位時間研磨工具を被加工物表面上に走査した時、研磨工具の重なる部分で目標加工形状が全て正なら目標加工形状から単位加工形状を差し引く。
つぎに、滞留時間分布の対応する場所に単位時間ΔTを加え、これらを収束するまで繰り返し、滞留時間分布を得る。
また、上記(3)残差形状の導出は、図5に示すように被加工物表面上の各位置で滞留時間の分だけ単位加工形状を重ね合わせ、これを全加工領域に対して行うことで計算加工形状を求める。目標加工形状からこの計算加工形状を差し引くことで残差形状を得る。
精密工学会 第62巻 第3号 1996 p408−412
Further, the calculation of the above (1) residence time distribution and (3) residual shape can also be performed by (B) a method using a removal simulation introduced as another method in Non-Patent Document 1 described above. it can.
In this removal simulation method, the unit time ΔT is determined, and the shape processed by the polishing tool in the unit time ΔT is defined as the unit processing shape, and (1) residence time distribution and (3) residual as described above are as follows. A shape is obtained.
First, (1) derivation of the residence time distribution is as follows. When a unit time polishing tool is scanned over the surface of the workpiece as shown in FIG. Subtract the unit processing shape from.
Next, a unit time ΔT is added to the corresponding location of the residence time distribution, and these are repeated until convergence, thereby obtaining a residence time distribution.
Further, the above (3) derivation of the residual shape is performed by superimposing the unit machining shapes for each residence time at each position on the workpiece surface as shown in FIG. Calculate the machining shape with. A residual shape is obtained by subtracting this calculated processing shape from the target processing shape.
Japan Society for Precision Engineering Vol.62 No.3 1996 p408-412

上記した(A)高速フーリエ変換を用いる方法によれば、算出過程を簡素化して、多様な目標加工形状に対し比較的短い時間で算出することができる。
しかしながら、一方では高速フーリエ変換を行うためには、必要な様々な制約が存在することから、実際の加工形状に近い形状を算出するに際しての自由度が低い。そのため、上記した(1)滞留時間分布及び(3)残差形状の算出に、実際の加工を反映していない部分が存在することになり、上記した(6)滞留時間分布について満足の行く評価が行われない場合が生じる。
According to the method using (A) the fast Fourier transform described above, the calculation process can be simplified and various target machining shapes can be calculated in a relatively short time.
However, on the other hand, in order to perform the fast Fourier transform, there are various necessary constraints, so that the degree of freedom in calculating a shape close to the actual machining shape is low. Therefore, there is a portion that does not reflect the actual processing in the calculation of the above (1) residence time distribution and (3) residual shape, and the above (6) satisfactory evaluation of the residence time distribution. May not be performed.

これに対して、上記した(B)除去のシミュレーションを用いる方法は、基本となる算出過程が単純なことから実際の加工形状に近い形状を算出する際の自由度が高い。そのため、実際の加工を忠実に反映した算出が可能となる。
しかしながら、上記(1)滞留時間分布では、形状によっては滞留時間分布の算出が困難な目標加工形状が存在する。また、繰り返し計算により計算量が増大し、特に上記の(1)滞留時間分布の算出に膨大な時間がかかることになる。
ここで、上記の(A)高速フーリエ変換を用いる方法と、(B)除去のシミュレーションを用いる方法による(1)滞留時間分布及び(3)残差形状の算出について、その長所及び短所をまとめると、図6に示すようになる。
この図から明らかなように、算出の自由度(実際の加工により近い形状の導出ができる)という点では、上記(1)滞留時間分布及び(3)残差形状の算出は、共に上記除去のシミュレーションを用いる方法が優れているといえる。
On the other hand, the method using the (B) removal simulation described above has a high degree of freedom in calculating a shape close to the actual machining shape because the basic calculation process is simple. Therefore, it is possible to perform a calculation that accurately reflects actual processing.
However, in the above (1) residence time distribution, there is a target machining shape in which it is difficult to calculate the residence time distribution depending on the shape. In addition, the amount of calculation increases due to repetitive calculations, and in particular, the calculation of the above (1) residence time distribution takes an enormous amount of time.
Here, the advantages and disadvantages of (1) residence time distribution and (3) residual shape calculation by (A) the method using the fast Fourier transform and (B) the method using the removal simulation are summarized. As shown in FIG.
As is clear from this figure, in terms of the degree of freedom of calculation (a shape closer to the actual machining can be derived), both (1) residence time distribution and (3) residual shape calculation are It can be said that the method using simulation is excellent.

つぎに、目標加工形状への対応能力(多様な目標加工形状に適切な滞留時間分布の算出ができる)という点では、上記したいずれの方法ともに優れている。これに対して、上記(1)滞留時間分布の算出については、上記(B)除去のシミュレーションを用いる方法が、上記(A)高速フーリエ変換を用いる方法より若干劣る。   Next, any of the above-described methods is superior in terms of the ability to cope with the target machining shape (the residence time distribution appropriate for various target machining shapes can be calculated). On the other hand, regarding the calculation of the (1) residence time distribution, the method using the (B) removal simulation is slightly inferior to the method using the (A) fast Fourier transform.

最後に、これらの算出に要する時間という点では、上記(1)滞留時間分布の計算では、上記(B)除去のシミュレーションを用いる方法は(A)高速フーリエ変換を用いる方法に比べ、膨大な算出時間を必要とすることが多い。
また、上記(3)残差形状の算出においても、上記(B)除去のシミュレーションを用いる方法の方が、算出に要する時間は長いが、上記(A)高速フーリエ変換を用いる方法に比べて、それほど大きく違う訳ではない。
Finally, in terms of the time required for these calculations, in the calculation of (1) residence time distribution, the method using the (B) removal simulation is much larger than the method using the (A) fast Fourier transform. Often time is required.
Also, in the calculation of the residual shape (3), the method using the (B) removal simulation takes a longer time to calculate, but compared with the method (A) using the fast Fourier transform, It's not so different.

本発明は、上記課題に鑑み、実際の加工形状に近い形状を算出するに際し高い自由度を有し、目標加工形状への対応能力、算出時間等についても満足を得ることが可能となる研磨方法を提供することを目的とするものである。   In view of the above problems, the present invention has a high degree of freedom in calculating a shape close to the actual machining shape, and can satisfy the ability to cope with the target machining shape, the calculation time, and the like. Is intended to provide.

本発明は上記課題を解決するため、つぎのように構成した研磨方法を提供するものである。
すなわち、本発明の研磨方法は、被加工物の形状、該被加工物の形状と設計形状との差である目標加工形状、および単位時間加工した際に得られる加工形状である単位加工形状に基づいて、前記被加工物の加工に用いる研磨工具が被加工物の各座標に滞在する滞留時間を算出し、前記滞留時間の間、前記被加工物の各座標に前記研磨工具が滞在するように制御して被加工物を研磨する研磨方法であって、前記単位加工形状と目標加工形状から、加工後に残る誤差形状である残差形状を最小とするために必要となる滞留時間分布を、高速フーリエ変換を用いて算出する工程と、前記被加工物表面上の各位置で滞留時間の分だけ前記単位加工形状を重ね合わせ、これを全加工領域に対して行うことによって得られた計算加工形状を、前記目標加工形状から差し引くことによって前記残差形状を算出する、除去のシミュレーションによる該残差形状を算出する工程と、を有することを特徴としている。
本発明においては、前記除去のシミュレーションによる該残差形状を算出する工程において、予め予測される実際の加工中におきる単位加工形状の変化に基づいて、前記被加工物表面上の各位置ごとに前記単位加工形状を変化させ、実際の加工を反映させるようにしたプロセスを含む構成を採ることができる。
また、このような残差形状を算出する工程において、研磨工具が通る軌道に沿って滞留時間が存在するように、前記滞留時間分布を変換し、実際の加工を反映させるようにしたプロセスを含む構成を採ることができる。
また、このような残差形状を算出する工程において、実際の加工中に前記研磨工具により平滑化される被加工物の空間波長の短い形状誤差成分を前記目標加工形状から取り除き、実際の加工を反映させるようにしたプロセスを含む構成を採ることができる。
In order to solve the above problems, the present invention provides a polishing method configured as follows.
That is, the polishing method of the present invention has a shape of a workpiece, a target machining shape that is a difference between the shape of the workpiece and a design shape, and a unit machining shape that is a machining shape obtained when machining for a unit time. Based on this, a residence time for the polishing tool used for processing the workpiece to stay at each coordinate of the workpiece is calculated, and the polishing tool stays at each coordinate of the workpiece during the residence time. A polishing method for polishing a workpiece by controlling to a residence time distribution required to minimize a residual shape, which is an error shape remaining after processing, from the unit processing shape and the target processing shape, A calculation process obtained by superimposing the unit machining shape for the dwell time at each position on the workpiece surface and performing this over the entire machining area, with the step of calculating using fast Fourier transform. Shape the target machining Calculating the residual shape by subtracting from Jo, it is characterized by having a step of calculating the said residue difference shape simulated removal.
In the present invention, in the step of calculating the residual shape by the removal simulation, based on a change in unit machining shape that occurs during actual machining that is predicted in advance, for each position on the workpiece surface. It is possible to adopt a configuration including a process in which the unit machining shape is changed to reflect actual machining.
Further, the step of calculating the residual shape includes a process in which the residence time distribution is converted so that the residence time exists along the trajectory through which the polishing tool passes to reflect the actual machining. The configuration can be taken.
Further, in the step of calculating such a residual shape, the shape error component having a short spatial wavelength of the workpiece smoothed by the polishing tool during the actual machining is removed from the target machining shape, and the actual machining is performed. It is possible to adopt a configuration including a process to be reflected.

本発明によれば、実際の加工形状に近い形状を算出するに際し高い自由度を有し、目標加工形状への対応能力、算出時間等についても満足を得ることが可能となる。   According to the present invention, it is possible to obtain a high degree of freedom in calculating a shape close to the actual machining shape, and to satisfy the ability to cope with the target machining shape, the calculation time, and the like.

本発明の上記構成によれば、高速フーリエ変換による有利性を維持しつつ、算出の自由度を高めることが可能となる。
従来においては、前述したように(1)滞留時間分布と(3)残差形状の算出には、前述したように、上記の(A)高速フーリエ変換を用いる方法、あるいは(B)除去のシミュレーションを用いる方法のいずれか一方のものが用いられていた。
これに対して、本発明では(1)滞留時間分布の算出には上記の(A)高速フーリエ変換を用い、上記(3)残差形状の算出には上記の(B)除去のシミュレーションを用いる方法を採用した。これにより、上記目標加工形状への対応能力と算出時間については上記の(A)高速フーリエ変換による有利性を維持しつつ、上記した算出の自由度を高めることが可能となる。
According to the above configuration of the present invention, it is possible to increase the degree of freedom of calculation while maintaining the advantage of fast Fourier transform.
Conventionally, as described above, (1) the residence time distribution and (3) the residual shape are calculated as described above, as described above, (A) the method using the fast Fourier transform, or (B) the removal simulation. Either one of the methods using the method was used.
On the other hand, in the present invention, (1) the above-mentioned (A) fast Fourier transform is used for calculating the residence time distribution, and (3) the above-mentioned (B) removal simulation is used for calculating the (3) residual shape. The method was adopted. Thereby, it is possible to increase the degree of freedom of the above calculation while maintaining the advantage of the above (A) fast Fourier transform with respect to the capability to calculate the target machining shape and the calculation time.

以下に、本発明の実施の形態について説明する。
図7に、本実施の形態における滞留時間分布の算出に高速フーリエ変換を用い、残差形状の算出に除去のシミュレーションを用いた方法を説明する図を示す。
本実施の形態においては、上記(B)除去のシミュレーションを用いて上記(3)残差形状を算出するに際し、以下のように実際の加工形状を反映させる手法を組み込む。
本実施の形態では、実際の加工中におきる単位加工形状の変化を予め実験データ等により予測し、被加工物表面上の位置ごとに単位加工形状を変化させるようにする。
従来の方法では高速フーリエ変換を用いるための制約により、単位加工形状は全加工領域で同じ形状としなければ算出できなかった。しかし、実際は被加工物の周辺部を加工する時に研磨工具の一部が被加工物から飛び出し、研磨工具と被加工物のあたり方が変化し、単位加工形状が変化する。そこで、ここでは研磨工具の飛び出し量毎に単位加工形状を複数用意し、被加工物周辺部で研磨工具の飛び出し量に対応して単位加工形状を変化させるようにする。これにより、より実際の加工に近い残差形状の導出を行うことが可能となる。
Embodiments of the present invention will be described below.
FIG. 7 is a diagram for explaining a method using fast Fourier transform for calculating the residence time distribution and using removal simulation for calculating the residual shape in the present embodiment.
In the present embodiment, when calculating the (3) residual shape using the (B) removal simulation, a method of reflecting the actual machining shape is incorporated as follows.
In the present embodiment, a change in unit machining shape that occurs during actual machining is predicted in advance based on experimental data or the like, and the unit machining shape is changed for each position on the workpiece surface.
In the conventional method, due to the restriction for using the fast Fourier transform, the unit machining shape cannot be calculated unless the same machining shape is used in all machining regions. However, in actuality, when the peripheral portion of the workpiece is machined, a part of the polishing tool pops out of the workpiece, the contact between the polishing tool and the workpiece changes, and the unit machining shape changes. Therefore, here, a plurality of unit machining shapes are prepared for each popping amount of the polishing tool, and the unit machining shape is changed in accordance with the popping amount of the polishing tool around the workpiece. This makes it possible to derive a residual shape that is closer to actual machining.

また、本実施の形態では、研磨工具が通る軌道に沿って滞留時間が存在するように、滞留時間分布を変換するようにする。
従来の方法では高速フーリエ変換を用いるための制約により、滞留時間分布は加工領域全域に一様に分布しなければ計算ができなかった。しかし、実際の研磨工具は決められた軌道に沿って連続して移動するため、滞留時間はこの軌道上にのみ存在する。そこで、ここでは任意の座標に存在する滞留時間を、最も近い研磨工具が通る軌道上の座標に集約するようにする。これにより、より実際の加工に近い残差形状の導出を行うことが可能となる。
In the present embodiment, the residence time distribution is converted so that the residence time exists along the trajectory through which the polishing tool passes.
In the conventional method, due to the restriction of using the fast Fourier transform, the residence time distribution cannot be calculated unless it is uniformly distributed over the entire processing region. However, since the actual polishing tool continuously moves along a predetermined track, the residence time exists only on this track. Therefore, here, the residence time existing at an arbitrary coordinate is collected into the coordinates on the trajectory through which the nearest polishing tool passes. This makes it possible to derive a residual shape that is closer to actual machining.

また、本実施の形態では、目標加工形状に研磨工具が持つ加工表面の平滑化能力に相当するフィルタ処理を行うようにする。
実際の加工においては、滞留時間分布を一様として全加工領域で除去量が一定となるような加工を行っても、加工表面のもつ研磨工具径より空間波長の短い成分を平滑化されることとなる。例えば、加工前の被加工物表面形状のある空間周波数λの振幅を100[%]として、加工後の被加工物表面形状の同じ空間周波数λの振幅をX[%]とする。その際、空間周波数λが研磨工具径より長い場合は加工後の振幅Xは加工前とほぼ同じ100[%]程度となるが、空間周波数λが研磨工具径より短い場合は加工後の振幅Xは加工前の100[%]より小さい値となる。そこで、事前に被加工表面と同様な材質形状を持ち、様々な空間波長成分を持つテストピース上で、実際の修正研磨で用いるのと同一の研磨工具で加工を行い、加工後の振幅X[%]と空間周波数のデータを得るようにする。
このデータにより目標加工形状の空間周波数毎に振幅をスケーリングするフィルタ関数を作成する。この工具の平滑化能力に相当するフィルタを計算加工形状から差し引く前の目標加工形状にかけることにより、より実際の加工に近い残差形状の導出を行うことが可能となる。
In the present embodiment, a filtering process corresponding to the smoothing ability of the processing surface of the polishing tool in the target processing shape is performed.
In actual machining, even if machining is performed with a uniform residence time distribution and constant removal in the entire machining area, components with a shorter spatial wavelength than the polishing tool diameter on the machining surface can be smoothed. It becomes. For example, the amplitude of the spatial frequency λ having the workpiece surface shape before processing is set to 100 [%], and the amplitude of the same spatial frequency λ of the workpiece surface shape after processing is set to X [%]. At that time, when the spatial frequency λ is longer than the diameter of the polishing tool, the amplitude X after processing is about 100% which is substantially the same as that before the processing, but when the spatial frequency λ is shorter than the polishing tool diameter, the amplitude X after processing Becomes a value smaller than 100% before processing. Therefore, on the test piece having the same material shape as the surface to be processed in advance and having various spatial wavelength components, processing is performed with the same polishing tool as that used in actual correction polishing, and the amplitude X [ %] And spatial frequency data.
Based on this data, a filter function for scaling the amplitude for each spatial frequency of the target machining shape is created. By applying a filter corresponding to the smoothing ability of the tool to the target machining shape before subtraction from the calculated machining shape, it is possible to derive a residual shape that is closer to the actual machining.

滞留時間分布を導出するまでのデータ処理は、従来例の上記した(A)高速フーリエ変換を用いる方法では図8に示すような処理となるが、上記した本実施の形態では図9に示すように処理される。これにより、本実施の形態では実際の加工を反映した滞留時間分布の導出を、多様な目標加工形状に対して短い時間で行うことができ、高精度な形状修正加工が可能となる。   The data processing until the residence time distribution is derived is as shown in FIG. 8 in the conventional method (A) using the fast Fourier transform, but in the present embodiment as shown in FIG. To be processed. As a result, in this embodiment, the derivation of the residence time distribution reflecting the actual machining can be performed in a short time with respect to various target machining shapes, and a highly accurate shape correction machining can be performed.

つぎに、本実施の形態での滞留時間の算出方法を、例えば、高精度な自由曲表面の研磨装置に用いる場合について説明する。
これらについて、その動作のフローチャートを示した図10を用いて説明する。まず、被加工物W(以下、被加工物と称する)に対し、形状測定を行う(ステップS1)。
その結果、得られた被加工物形状データ(データD4)と、被加工物の設計形状(データD3)から、設計形状からの差、つまり目標加工形状(データD5)を求める(ステップS2)。
つぎに、この誤差形状が目標精度に達しているかどうかを判定する(ステップS3)。
それがすでに目標精度に達している場合には終了し、まだ達していない場合には、単位加工形状(データD6)と目標加工形状から滞留時間を求める計算操作(ステップS4)を行い、滞留時間分布(データD8)を得る。
Next, a case where the residence time calculation method according to the present embodiment is used in, for example, a highly accurate free-curved surface polishing apparatus will be described.
These will be described with reference to FIG. 10 showing a flowchart of the operation. First, shape measurement is performed on a workpiece W (hereinafter referred to as a workpiece) (step S1).
As a result, a difference from the design shape, that is, a target machining shape (data D5) is obtained from the obtained workpiece shape data (data D4) and the workpiece design shape (data D3) (step S2).
Next, it is determined whether or not the error shape has reached the target accuracy (step S3).
If it has already reached the target accuracy, it ends. If it has not yet reached, the calculation operation (step S4) for obtaining the residence time from the unit machining shape (data D6) and the target machining shape is performed, and the residence time A distribution (data D8) is obtained.

つぎに、本発明の特徴である滞留時間を求める計算操作について説明する。
まず、単位加工形状を求める。それは、事前に被加工表面と同様な材質形状を持つテストピース上で、実際の修正研磨で用いるのと同一の研磨工具、研磨条件で既知の時間一定の位置で研磨を行う。そして、この研磨により得られた研磨窪みを形状計測し、それを単位時間あたりに換算することによって得られる。このとき、例えば、既知の時間を600秒とし、単位時間を1秒とすれば,600秒の一定の位置の研磨で得られた研磨窪みの深さを1/600倍すればよい。この単位加工形状は、例えば図11で示すような形状を有している。単位加工形状の中心を(u,v)とする。
Next, a calculation operation for obtaining the residence time, which is a feature of the present invention, will be described.
First, a unit machining shape is obtained. In this method, a test piece having the same material shape as that of the surface to be processed is previously polished at a fixed position for a known time with the same polishing tool and polishing conditions as those used in actual correction polishing. And it is obtained by measuring the shape of the polishing recess obtained by this polishing and converting it to per unit time. At this time, for example, if the known time is 600 seconds and the unit time is 1 second, the depth of the polishing recess obtained by polishing at a fixed position of 600 seconds may be multiplied by 1/600. This unit processed shape has a shape as shown in FIG. 11, for example. The center of the unit machining shape is (u, v).

つぎに、この単位加工形状(データD6)と、ステップS2で求めた目標加工形状(データD5)を制御装置33の演算領域に読み込む。
これら2つのデータ群は、ポイント当たり(x,y,z)の三次元データで構成されている。
x,yについては等間隔のメッシュ状であり、zが目標加工値および単位加工値を表わし、(x,y)の各座標に対応するz値をそれぞれ目標加工値d(x,y)、単位加工値f(x,y)で示すこととする。これら2つのデータ群を用いて被加工表面上で研磨工具が滞在する時間である滞留時間を算出する。
この滞留時間においても、同様にポイント当たり(x,y,z)の三次元データで構成され、x,yは等間隔のメッシュ状であり、zが滞留時間を表わし、(x,y)の各座標に対応するz値を滞留時間g(x,y)で示すこととする。
Next, the unit machining shape (data D6) and the target machining shape (data D5) obtained in step S2 are read into the calculation area of the control device 33.
These two data groups are composed of (x, y, z) three-dimensional data per point.
x and y are in the form of equally spaced meshes, z represents the target machining value and the unit machining value, and z values corresponding to the coordinates of (x, y) are respectively set to the target machining value d (x, y), The unit machining value f (x, y) is used. Using these two data groups, a residence time that is a time during which the polishing tool stays on the surface to be processed is calculated.
Similarly, this dwell time is also composed of (x, y, z) three-dimensional data per point, where x and y are equally spaced meshes, z represents the dwell time, and (x, y) The z value corresponding to each coordinate is indicated by the residence time g (x, y).

次に図9に沿って、滞留時間分布を出力するまでのデータ処理について説明する。
まずは(1)滞留時間分布の計算を行う。研磨工具が全域で被加工物に接触している単位加工形状f(x,y)と目標加工形状d(x,y)から滞留時間分布gsum(x,y)の計算を行う。単位加工形状f(x,y)を高速フーリエ変換し、F(wx,y)にする。目標加工形状d(x,y)を高速フーリエ変換し、D(wx,y)にする。汎関数を用いて単位加工形状F(wx,y)からフィルタ関数

Figure 2007083359

を設定する。 Next, data processing up to outputting the residence time distribution will be described with reference to FIG.
First, (1) the residence time distribution is calculated. The residence time distribution g sum (x, y) is calculated from the unit machining shape f (x, y) and the target machining shape d (x, y) in which the polishing tool is in contact with the workpiece throughout the entire area. The unit machining shape f (x, y) is fast Fourier transformed to F (w x, w y ). The target machining shape d (x, y) is fast Fourier transformed to D (w x, w y ). Filter function from unit machining shape F (w x, w y ) using functional

Figure 2007083359

Set.


逆畳み込み積分

Figure 2007083359

から滞留時間分布G(wx,y)を計算する。滞留時間分布G(wx,y)を逆フーリエ変換し、g(x,y)とする。
Deconvolution integral

Figure 2007083359

The residence time from distribution G (w x, w y) is calculated. The residence time distribution G (w x, w y ) is inverse Fourier transformed to be g (x, y).

次いで(2)滞留時間分布の補正を行う。
(1)で計算された滞留時間分布g(x,y)を、前回の繰り返し計算までに計算された滞留時間分布の総和gsum(x,y)(gsum(x,y)の初期値は全領域において0とする)に加算する。それにより、新たに滞留時間分布gsum(x,y)を設定する。実際の加工ではマイナスの滞留時間は存在し得ないため、滞留時間がマイナスになる点値は0となるように滞留時間分布を変換し、gsum(x,y)→gsum’(x,y)とする。
Next, (2) the residence time distribution is corrected.
The residence time distribution g (x, y) calculated in (1) is used as the sum of the residence time distributions calculated up to the previous iteration g sum (x, y) (initial value of g sum (x, y)). Is added to 0 in all areas). Thereby, a new residence time distribution g sum (x, y) is set. In actual processing, since a negative residence time cannot exist, the residence time distribution is converted so that the point value at which the residence time becomes negative becomes 0, and g sum (x, y) → g sum '(x, y).

次いで(3)残差形状の計算を行う。
滞留時間分布gsum’(x,y)で任意の座標上に存在する滞留時間を、最も近い研磨工具が通る軌道上の座標上に集約し、実際の加工時に研磨工具が通る軌道を反映した滞留時間分布gsumline(x,y)に変換する。
単位加工形状は、先の研磨工具が全域で被加工物に接触している場合のf(x,y)以外に、研磨工具の被加工物からの飛び出し量の異なる単位加工形状f1(x,y)〜fn(x,y)を登録する。
目標加工形状d(x,y)に実験により求められた研磨工具の平滑化能力に相当するフィルタ関数にかける。これにより、研磨工具の平滑化能力を反映した目標加工形状d’(x,y)に変換する。
滞留時間分布gsumline(x,y)、単位加工形状f(x,y)、目標加工形状d’(x,y)から、除去のシミュレーションを用いた畳み込み積分により、残差形状e(x,y)を求める。
Next, (3) the residual shape is calculated.
The residence time existing on an arbitrary coordinate in the residence time distribution g sum '(x, y) is aggregated on the coordinates on the trajectory through which the nearest polishing tool passes, and the trajectory through which the polishing tool passes during actual machining is reflected. The residence time distribution is converted into g sum ' line (x, y).
The unit machining shape is different from f (x, y) in the case where the previous polishing tool is in contact with the workpiece in the entire region, and the unit machining shape f 1 (x , Y) to f n (x, y) are registered.
The target machining shape d (x, y) is subjected to a filter function corresponding to the smoothing ability of the polishing tool obtained by experiment. Thereby, it converts into the target processing shape d '(x, y) reflecting the smoothing capability of the polishing tool.
From the residence time distribution g sum ' line (x, y), the unit machining shape f (x, y), and the target machining shape d' (x, y), the residual shape e ( x, y) is obtained.

次いで(4)滞留時間分布の評価を行う。残差形状が要求される規格を満足するか判定する。それを満足していない場合は、残差形状e(x,y)を新たな目標加工形状d(x,y)として(5)再設定し、繰り返し計算の準備を行い、再び(1)滞留時間分布の計算を行う。
次いで、上記した(4)滞留時間分布の評価で残差形状が要求される規格を満足するまで、繰り返し計算を行い、最終的に算出されたgsum’(x,y)により(6)滞留時間分布の出力を行う。
Next, (4) the residence time distribution is evaluated. It is determined whether the residual shape satisfies the required standard. If not satisfied, (5) reset the residual shape e (x, y) as a new target machining shape d (x, y), prepare for repeated calculation, and (1) stay again Calculate the time distribution.
Subsequently, until the above (4) evaluation of the residence time distribution satisfies the standard for which the residual shape is required, iterative calculation is performed, and (6) residence is obtained by finally calculating g sum '(x, y). Output time distribution.

つぎに、本実施の形態での研磨方法を実施するための研磨装置の1例を、図12を参照して説明する。
NC研磨装置のベッド10上には、ベッド10に対して相対的にY方向に往復移動可能なYテーブル11が取付けられている。Yテーブル11の移動はYモーター12により駆動される。Yモーター12にはエンコーダー13が付設されており、エンコーダー13によりYテーブル11のY方向移動値が検出される。
また、Yテーブル11の上には、Yテーブル11に対して直交するX方向に相対的に往復移動可能なXテーブル14が取付けられている。Xテーブル14の移動はXモーター15により駆動される。Xモーター15にはエンコーダー16が付設されており、Xテーブル14のX方向移動値はエンコーダー16により検出される。
Xテーブル14の上に研磨槽17が固設され、この研磨槽17中には、被加工物Wを保持する側断表面視略L字状の保持体20を回動自在に支持する支持体18が固定されている。
支持体18に取付けられたモーター22の駆動回転軸は保持体20の垂直部片20aの軸19に結合され、保持体20はモーター22の駆動によりX方向の軸19の回りに回転可能に支持されている。
また、保持体20の水平部片20bの上には被加工物Wを保持する回転テーブル21が設置され、回転テーブル21は図示しないモーターおよびエンコーダーによりその回転駆動および回転位置の検出がなされる。
Next, an example of a polishing apparatus for carrying out the polishing method in the present embodiment will be described with reference to FIG.
On the bed 10 of the NC polishing apparatus, a Y table 11 is mounted that can reciprocate in the Y direction relative to the bed 10. The movement of the Y table 11 is driven by a Y motor 12. An encoder 13 is attached to the Y motor 12, and the Y direction movement value of the Y table 11 is detected by the encoder 13.
Further, on the Y table 11, an X table 14 that is reciprocally movable in the X direction orthogonal to the Y table 11 is attached. The movement of the X table 14 is driven by an X motor 15. An encoder 16 is attached to the X motor 15, and the X direction movement value of the X table 14 is detected by the encoder 16.
A polishing tank 17 is fixed on the X table 14, and in this polishing tank 17, a support body that rotatably supports a substantially L-shaped holding body 20 that holds the workpiece W in a side view. 18 is fixed.
The drive rotating shaft of the motor 22 attached to the support 18 is coupled to the shaft 19 of the vertical piece 20a of the holding body 20, and the holding body 20 is supported by the motor 22 so as to be rotatable around the axis 19 in the X direction. Has been.
A rotary table 21 that holds the workpiece W is installed on the horizontal piece 20b of the holding body 20, and the rotary table 21 is rotated and detected by a motor and an encoder (not shown).

Xテーブル14上で研磨槽17の外側にコラム23が立設され、コラム23には、上下方向(Z方向)のガイド24が形成されている。ガイド24に沿ってZ方向に往復移動可能な研磨ヘッド保持体25は、コラム23の上端部に取付けられた駆動手段としてのエアーシリンダー31のロッド32の先端に連結されている。研磨ヘッド保持体25はエアーシリンダー31の駆動によりコラム23のガイド24に沿ってZ方向に移動する。
また、研磨ヘッド保持体25には傾斜位置決め機構27を介して前述の研磨ヘッド26が取付けられる。
研磨ヘッド保持体25には傾斜位置決め機構27を駆動するモーター30が取付けられ、モーター30の駆動により傾斜位置決め機構27を介して研磨ヘッド26の傾斜位置を決定することができる。
A column 23 is erected on the X table 14 outside the polishing tank 17, and a guide 24 in the vertical direction (Z direction) is formed on the column 23. A polishing head holder 25 that can reciprocate in the Z direction along the guide 24 is connected to the tip of a rod 32 of an air cylinder 31 as a driving means attached to the upper end of the column 23. The polishing head holder 25 is moved in the Z direction along the guide 24 of the column 23 by driving the air cylinder 31.
Further, the above-described polishing head 26 is attached to the polishing head holding body 25 via an inclination positioning mechanism 27.
A motor 30 for driving the tilt positioning mechanism 27 is attached to the polishing head holding body 25, and the tilt position of the polishing head 26 can be determined via the tilt positioning mechanism 27 by driving the motor 30.

また、研磨槽17は、その中に適当値の研磨液が注入され、特に、研磨液中の酸化セリウム砥粒の粒径を調整することで研磨プロセスの安定性を向上させることができ、研磨剤砥粒の分散剤を撹拌した研磨液を用いることが望ましい。
また、制御装置33は、研磨装置の作動を制御するためのものであり、メモリ領域に記憶された情報や、各エンコーダー13、16等からYテーブル11の移動値やXテーブル14の移動値および回転テーブル21の移動値等が入力される。そして、Yモーター12、Xモーター15、モーター22、モーター30、被加工物Wを回転する回転テーブル21の駆動モーター(不図示)、に指令を出す。あるいは、これら以外にも研磨ヘッド26の駆動モーター(不図示)、エアーシリンダー31、あるいはそれらの動きを代換するモーターに指令を出す。これにより、それぞれのモーターを駆動することができる。具体的には、前記滞留時間の演算により求められた値と、既に記憶されている研磨走査パターン(データD7)と設計形状(データD3)の値とから、被加工表面上を研磨走査パターンに従って研磨工具を変速走査するように指令を出す。この指令により、上記したそれぞれのモーターを駆動し、研磨工具を制御することで、高精度な自由曲表面の研磨を行うことができる。
In addition, the polishing tank 17 is filled with a polishing liquid having an appropriate value, and in particular, the stability of the polishing process can be improved by adjusting the particle size of the cerium oxide abrasive grains in the polishing liquid. It is desirable to use a polishing liquid in which a dispersing agent for abrasive grains is agitated.
The control device 33 is for controlling the operation of the polishing device. Information stored in the memory area, the movement values of the Y table 11 and the movement values of the X table 14 from the encoders 13 and 16, etc. A movement value or the like of the rotary table 21 is input. Then, a command is issued to the Y motor 12, the X motor 15, the motor 22, the motor 30, and a drive motor (not shown) of the rotary table 21 that rotates the workpiece W. Alternatively, other than these, a command is issued to the drive motor (not shown) of the polishing head 26, the air cylinder 31, or a motor that replaces the movement thereof. Thereby, each motor can be driven. Specifically, on the surface to be processed according to the polishing scan pattern from the value obtained by the calculation of the dwell time, the polishing scan pattern (data D7) and the design shape (data D3) already stored. A command is issued to scan the polishing tool at a variable speed. By this command, each of the motors described above is driven and the polishing tool is controlled, whereby it is possible to polish the free curved surface with high accuracy.

以下に、本発明の実施例について説明する。
本実施例では、本発明及び本発明の実施の形態で説明した研磨方法を適用し、以下の加工条件で被加工物を加工した。
本実施例では、被加工物を直径100mmの平表面形状の石英材とした。また、研磨工具に直径8mmのウレタン研磨工具を用いた。
研磨ヘッドは、研磨工具を周転運動させ、研磨荷重は800gf、周転運動の半径は2mm、周波数は6Hzとした。
研磨剤は、酸化セリウム、粒径は1.25μm、媒質は生成水、濃度は2wt%としたものを用いた。
以上の加工条件において、形状修正加工を行った。
その結果、最終的に計算された滞留時間分布から計算された残差形状は向上し、実際の加工結果も向上したものが得られた。
Examples of the present invention will be described below.
In this example, the polishing method described in the present invention and the embodiment of the present invention was applied, and a workpiece was processed under the following processing conditions.
In this embodiment, the workpiece is a flat surface quartz material having a diameter of 100 mm. Further, a urethane polishing tool having a diameter of 8 mm was used as the polishing tool.
The polishing head rotated the polishing tool, the polishing load was 800 gf, the radius of the rotating motion was 2 mm, and the frequency was 6 Hz.
The abrasive used was cerium oxide, the particle size was 1.25 μm, the medium was generated water, and the concentration was 2 wt%.
The shape correction processing was performed under the above processing conditions.
As a result, the residual shape calculated from the finally calculated residence time distribution was improved, and the actual machining result was also improved.

滞留時間制御の基本モデルを説明するための図。The figure for demonstrating the basic model of residence time control. 従来例である非特許文献1における高速フーリエ変換を用いる方法を説明するための図。The figure for demonstrating the method using the fast Fourier transform in the nonpatent literature 1 which is a prior art example. 実際の滞留時間分布の導出を説明するための図。The figure for demonstrating derivation | leading-out of actual residence time distribution. 従来例である非特許文献2における除去のシミュレーションを用いた方法による滞留時間分布計算を説明するための図。The figure for demonstrating the residence time distribution calculation by the method using the simulation of the removal in the nonpatent literature 2 which is a prior art example. 除去のシミュレーションを用いた方法による残差形状計算を説明するための図。The figure for demonstrating the residual shape calculation by the method using the simulation of removal. 従来例の高速フーリエ変換を用いる方法と除去のシミュレーションを用いる方法の長所短所をまとめた図。The figure which summarized the pros and cons of the method using the fast Fourier transform of a prior art example, and the method of using a removal simulation. 本発明の実施の形態における滞留時間分布の導出に高速フーリエ変換を用い、残差形状の導出に除去のシミュレーションを用いた方法を説明するための図。The figure for demonstrating the method of using fast Fourier transformation for derivation | leading-out of residence time distribution in embodiment of this invention, and using the simulation of removal for derivation | leading-out residual shape. 従来例の高速フーリエ変換を用いた方法による滞留時間分布を導出するまでのデータ処理を説明する図。The figure explaining the data processing until it derives the residence time distribution by the method using the fast Fourier transform of a prior art example. 本発明の実施の形態の方法による滞留時間分布を導出するまでのデータ処理を説明する図。A figure explaining data processing until deriving residence time distribution by a method of an embodiment of the invention. 本発明の実施の形態における滞留時間の算出方法を、研磨装置に適用して用いる場合について説明するためのフローチャート。The flowchart for demonstrating the case where the calculation method of the residence time in embodiment of this invention is applied and used for a grinding | polishing apparatus. 本発明の実施の形態における滞留時間の算出方法を説明する際に用いられる単位加工形状を示す図。The figure which shows the unit processing shape used when demonstrating the calculation method of the residence time in embodiment of this invention. 本発明の実施の形態における研磨方法を実施する研磨装置の構成を示す図。The figure which shows the structure of the grinding | polishing apparatus which enforces the grinding | polishing method in embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

T:研磨工具
W:被加工物
10:NC研磨装置のベッド
11:Yテーブル
12:Yモーター
13:エンコーダー
14:Xテーブル
15:Xモーター
16:エンコーダー
17:研磨槽
20:被加工物の保持体
33:制御装置
































T: Polishing tool W: Workpiece 10: NC polishing apparatus bed 11: Y table 12: Y motor 13: Encoder 14: X table 15: X motor 16: Encoder 17: Polishing tank 20: Workpiece holder 33: Control device
































Claims (4)

被加工物の形状、該被加工物の形状と設計形状との差である目標加工形状、および単位時間加工した際に得られる加工形状である単位加工形状に基づいて、
前記被加工物の加工に用いる研磨工具が被加工物の各座標に滞在する滞留時間を算出し、前記滞留時間の間、前記被加工物の各座標に前記研磨工具が滞在するように制御して被加工物を研磨する研磨方法であって、
前記単位加工形状と目標加工形状から、加工後に残る誤差形状である残差形状を最小とするために必要となる滞留時間分布を、高速フーリエ変換を用いて算出する工程と、
前記被加工物表面上の各位置で滞留時間の分だけ前記単位加工形状を重ね合わせ、これを全加工領域に対して行うことによって得られた計算加工形状を、前記目標加工形状から差し引くことによって前記残差形状を算出する、除去のシミュレーションによる該残差形状を算出する工程と、
を有することを特徴とする研磨方法。
Based on the shape of the workpiece, the target machining shape that is the difference between the shape of the workpiece and the design shape, and the unit machining shape that is the machining shape obtained when machining for a unit time,
A residence time for the polishing tool used for processing the workpiece to stay at each coordinate of the workpiece is calculated, and control is performed so that the polishing tool stays at each coordinate of the workpiece during the residence time. A polishing method for polishing a workpiece,
From the unit machining shape and the target machining shape, calculating a residence time distribution necessary for minimizing a residual shape that is an error shape remaining after machining using a fast Fourier transform;
By subtracting the calculated machining shape obtained by superimposing the unit machining shapes for each residence time at each position on the workpiece surface and performing this over the entire machining area from the target machining shape. Calculating the residual shape, calculating the residual shape by removal simulation;
A polishing method characterized by comprising:
前記除去のシミュレーションによる該残差形状を算出する工程において、予め予測される実際の加工中におきる単位加工形状の変化に基づいて、前記被加工物表面上の各位置ごとに前記単位加工形状を変化させ、実際の加工を反映させるようにしたプロセスを含むことを特徴とする請求項1に記載の研磨方法。   In the step of calculating the residual shape by the removal simulation, the unit machining shape is determined for each position on the workpiece surface based on a change in the unit machining shape that is predicted in advance during actual machining. The polishing method according to claim 1, further comprising a process that is changed to reflect actual processing. 前記除去のシミュレーションによる該残差形状を算出する工程において、研磨工具が通る軌道に沿って滞留時間が存在するように、前記滞留時間分布を変換し、実際の加工を反映させるようにしたプロセスを含むことを特徴とする請求項1に記載の研磨方法。   In the step of calculating the residual shape by the simulation of the removal, a process in which the residence time distribution is converted to reflect actual machining so that the residence time exists along the trajectory through which the polishing tool passes. The polishing method according to claim 1, further comprising: 前記除去のシミュレーションによる該残差形状を算出する工程において、実際の加工中に前記研磨工具により平滑化される被加工物の空間波長の短い形状誤差成分を前記目標加工形状から取り除き、実際の加工を反映させるようにしたプロセスを含むことを特徴とする請求項1に記載の研磨方法。
In the step of calculating the residual shape by the removal simulation, the shape error component having a short spatial wavelength of the workpiece smoothed by the polishing tool during the actual machining is removed from the target machining shape, and the actual machining is performed. The polishing method according to claim 1, further comprising a process that reflects the above.
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