JP2008122273A

JP2008122273A - 砥石検査装置

Info

Publication number: JP2008122273A
Application number: JP2006307724A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Domoto; 隆裕道本
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2006-11-14
Filing date: 2006-11-14
Publication date: 2008-05-29

Abstract

【課題】砥石の研削性能を的確に評価することができる砥石検査装置を提供する。
【解決手段】使用前後の砥石１の画像を重ね合わせ、使用前後の一方の輝度データの画像をＸ、Ｙ方向へずらして画像が重なり合っている部分の輝度値の差をそれぞれピクセル単位で計算し、その計算結果に基いてずれ量を算出する。その後、ずれ量に基いて砥石１の使用前後の座標位置を合わせ、ピクセル毎に輝度データを比較する。
【選択図】図１

Description

この発明は砥石検査装置に関する。

セラミックス、ガラス等の被加工物の研削には、一般にダイヤモンドや硬質セラミックス等の砥粒と金属や合成樹脂等のバインダとで形成された砥石が用いられる。被加工物はバインダの表面に突出する砥粒によって研削加工される。

従来、砥石の表面の三次元形状を計測し、その結果に基づいて砥石の研削性能を判定する方法がある（特開２００６−１７０６４３号公報参照）。この方法では、まず、砥石の表面の異なる高さ位置における輝度データ及び高さデータを画像入力装置で取得する。その後、画像入力装置で取得されたデータに基いて、砥石の表面の異なる高さ位置における砥粒占有率や砥粒数量を演算し、砥石の研削性能を評価する。
特開２００６−１７０６４３号公報

しかし、上記方法では砥石の表面の異なる高さ位置における砥粒占有率や砥粒数量に基いて研削性能を評価するにすぎず、砥粒の１つひとつがどのように研削加工に関与したかを知ることはできないので、砥石の研削性能を的確に評価することが難しかった。

この発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、その課題は砥石の研削性能を的確に評価することができる砥石検査装置を提供することである。

上記課題を解決するため請求項１記載の発明は、砥石表面の異なる高さ位置における少なくとも輝度データをほぼ同じ場所で前記砥石の使用前後に取得する画像データ取得手段と、前記画像データ取得手段によって取得された前記砥石表面の輝度データを記録する記録手段と、前記記録手段から読み出された使用前後の輝度データの画像のうち、一方の輝度データの画像を所定方向へずらしながら両方の輝度データの相違量を演算し、その演算結果に基いて両方の輝度データの画像のずれ量を算出する算出手段と、前記ずれ量に基いて一方の輝度データの画像と他方の輝度データの画像とを位置合わせして、使用前後の輝度データを比較する比較手段と
を備えていることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１記載の砥石検査装置において、前記算出手段によって算出された前記ずれ量に基づいて前記画像データ取得手段によって取得された前記砥石の使用前後の両方の高さデータの相違量を演算する演算手段を備えていることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２記載の砥石検査装置において、前記砥石を保持する保持手段と、この保持手段に設けられ、前記前記砥石の観察位置を決める観察位置決め手段と、この観察位置決め手段によって位置決めされた前記砥石の観察位置を検出し、記録する観察位置記録手段とを備えていることを特徴とする。

この発明の砥石検査装置によれば、砥石の研削性能を的確に評価することができる。

以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図２は砥石表面の断面を示す概念図である。

砥石１は、母材（図示せず）と、この母材の表面に形成された砥粒層１ａとからなる。

砥粒層１ａは砥粒７（ダイヤモンド、ＣＢＮ（キュービックボロンナイトライド）等）とニッケル合金等のバインダ層８とを含む複合層である。この複合層は、電気めっき又は無電解めっきによって形成されている。砥粒７の径は数μｍ〜数十μｍ程度である。

砥石１を被加工物（図示せず）に接触させた状態で回転運動や往復運動させ、砥石１の表面にある砥粒７によって被加工物を所望の形状に研削する。

図１はこの発明の一実施形態に係る砥石検査装置のブロック図、図３（ａ）は輝度データの画像を示す図、図３（ｂ）は高さデータの画像を示す図である。

この砥石検査装置は画像入力装置（画像データ取得手段）１０と画像解析装置（算出手段、比較手段、演算手段）２０と画像出力モニタ３０とを備えている。

画像入力装置１０としては光学顕微鏡、例えば共焦点顕微鏡が用いられ、これには５〜１００倍の倍率を有する複数の対物レンズ５が装着されている。

画像入力装置１０は共焦点顕微鏡と、この共焦点顕微鏡の像を撮像するＣＣＤカメラ（図示せず）を備え、共焦点顕微鏡の対物レンズ５等の光学系を介して砥石１の表面を撮像し、輝度データや高さデータ等の画像データを取得することができる。

輝度データは１ピクセルに対して８〜１６ビットの階調で取得される。また、共焦点顕微鏡の焦点位置を変え、異なる高さの像が得られるので、画像入力装置１０で高さデータが取得される。この高さデータも１ピクセルに対して８〜１６ビットの階調で取得される。

画像入力装置１０は対物レンズ５又は砥石１を上下方向（Ｚ軸方向）へ移動させることによって異なる高さ位置における砥石１の表面の輝度データ及び高さデータを取得することができる。

画像解析装置２０では、画像入力装置１０で砥石１の使用前後においてそれぞれ取得された、砥石１の表面の異なる高さ位置における輝度データと高さデータとがアナログディジタル変換回路でアナログ信号からディジタル信号に変換され、これがディジタルメモリ（記録手段）２５に記憶される。画像解析装置２０としては例えばパーソナルコンピュータが用いられる。

また、画像解析装置２０では、砥石１の使用前後の輝度データの画像を重ね合わせ、一方の輝度データの画像を所定方向へずらしながら両方の輝度データの差（相違量）を演算し、その演算結果に基いて両方の輝度データの画像のずれ量が例えばパーソナルコンピュータのＣＰＵ（図示せず）によって算出される。

更に、画像解析装置２０では、算出されたずれ量に基いて一方の輝度データの画像と他方の輝度データの画像との位置合わせを行い、砥石１の使用前後の画像データが例えばパーソナルコンピュータのＣＰＵによって比較される。

また、画像解析装置２０では前記ずれ量に基いて砥石１の使用前後の両方の高さデータについても差を例えばパーソナルコンピュータのＣＰＵによって演算する。

画像出力モニタ３０は画像解析装置２０のディジタルアナログ変換回路でディジタル信号からアナログ信号に戻された輝度データ（図３（ａ）参照）と高さデータ（図３（ｂ）参照）とを入力し、これらを画像表示する。

この実施形態では、砥石１の使用前後において、砥石１の基準面６ａから高さ方向（図２の上下方向）へ砥石５を所定のピッチ（０．１〜１μｍ）で移動させて、輝度データと高さデータとを画像入力装置１０で取得する。図２に示す面６ｂ、面６ｃ、面６ｄの順序で輝度データと高さデータとをそれぞれ取得し、面毎に輪切りにされる砥粒７の個数と面積とを演算することによって図３（ａ），（ｂ）に示す輝度データ、高さデータの各画像を得ることができる。この輝度データ、高さデータを取得した位置の座標は砥石１を保持する砥石保持機構（保持手段）９によって決定される。

砥石保持機構９は図示しないエンコーダを内蔵する。

砥石保持機構９は回転位置決め機構９ａと水平位置決め機構９ｂとを有する。

水平位置決め機構９ｂはＸ軸方向及びＹ軸方向へ移動可能なＸＹステージ（図示せず）上に載置されている。

回転位置決め機構９ａは水平位置決め機構９ｂ上に設けられた支持機構９ｃによって回転可能に支持されている。

回転位置決め機構９ａと水平位置決め機構９ｂとによって観察位置決め手段が構成される。

また、砥石保持機構９はエンコーダによって検出された砥石１の輝度データ、高さデータを取得したときの位置の座標を記録する位置座標読取記憶装置（観察位置記録手段）４０を有する。

砥石１で被加工物を加工する前（砥石１の使用前）に砥石保持機構９に砥石１を取り付けてその表面の輝度データ、高さデータを予め取得する。その後、砥石１を砥石保持機構９から取り外し、被加工物を加工する。被加工物を加工した後（砥石１の使用後）、回転位置決め機構９ａに設けられた図示しないマークと砥石１のマークとが合うように再度砥石保持機構９に取り付け、砥石１の表面の輝度データ、高さデータを取得する。

砥石１を再度砥石保持機構９に取り付けるとき、位置座標読取記憶装置９に記録された座標を用いて砥石１の使用前の観察位置とほぼ同一の位置に砥石１をセットすることができる。例えば９００×９００ピクセルの画像であれば、１０数ピクセル以内の精度で位置合わせをすることができる。

ここで、取得された砥石１の使用前後の輝度データの各ピクセルの輝度値をｇ（ｉ，ｊ）及びｆ（ｉ，ｊ）とする。ｉ，ｊはピクセルの座標値で全画素サイズが９００×９００ピクセルであれば、ｉ及びｊはそれぞれ０から８９９までの値をとることができる。

砥石１の使用前後の輝度データ及び高さデータの画像のずれ量は、例えば以下の方法によって求めることができる。

まず、砥石１の使用前の輝度データの座標ｇ（０，０）を砥石１の使用後の輝度データの座標ｆ（０，０）に合わせ、画像が重なっている部分の輝度値の差をそれぞれピクセル単位で数１を用いて計算する。

数１で算出された差ｓ（ｉ，ｊ）に対して標準偏差を数２を用いて計算する。

次に、座標ｇ（０，０）を座標ｆ（１，０）にずらして両方の輝度データの画像が重なり合っている部分の輝度値の差をそれぞれピクセル単位で数３を用いて計算する。

数３で算出された差ｓ（ｉ，ｊ）に対して標準偏差を数４を用いて計算する。

以下、座標ｇ（０，０）をＸ方向へｍピクセル、Ｙ方向へｎピクセルにずらして両方の輝度データの画像が重なり合っている部分の輝度値の差をそれぞれピクセル単位で数５を用いて計算する。

数５で算出された差ｓ（ｉ，ｊ）に対して標準偏差を数６を用いて計算する。

座標値ｍ及びｎをそれぞれ０から２０まで繰り返して得られた標準偏差Ｓ（ｍ，ｎ）のうち、最も小さい値を示したときの座標値に基いて砥石１の使用前後の両方の輝度データの画像の正確なずれ量が算出される。

その後、上記ずれ量に基いて砥石１の使用前後の座標位置を合わせ、ピクセル毎に輝度データを比較する。

このとき、砥石１の使用によって砥粒７が脱落していれば輝度データが変化するので、砥粒７の脱落があることを砥粒７の１つひとつについて把握することができる（輝度データはエッジを検出し易いため）。

なお、砥石１の使用前後の砥石１の表面からは輝度データだけでなく高さデータも取得されており、高さデータの差もピクセル単位で計算される。

取得された砥石１の使用前後の高さデータの各ピクセルの高さ値をｈ（ｉ，ｊ）及びｋ（ｉ，ｊ）とする。

砥石１の使用前後の差をＬ（ｉ，ｊ）としたとき、砥石１の使用前後における高さデータの差Ｌ（ｉ，ｊ）を数７を用いてピクセル単位で計算することができる。

このとき、差Ｌ（ｉ，ｊ）が一定の値であれば、砥石１の使用による砥粒７の摩滅や脱落がないということがわかる。また、差Ｌ（ｉ，ｊ）が一定の値でなければ、砥石１の使用による砥粒７の摩滅や脱落があるということがわかる。

この実施形態によれば、砥石１の使用前後の画像のずれ量をピクセル単位で知ることができるので、砥石１の使用前後の砥粒７の１つひとつの状態の変化を正確に把握することができ、砥石１の研削性能を的確に評価することができる。

なお、上記実施形態では砥石１の使用前の輝度データの座標をずらしているが、使用後の輝度データの座標をずらすようにしてもよい。

また、上記実施形態では、砥石１の１つの場所で研削性能の評価を行っているが、例えば回転位置決め機構９ａを回転させて砥石１の複数の場所で砥石１の研削性能の評価を行うようにしてもよい。

図１はこの発明の一実施形態に係る砥石検査装置のブロック図である。図２は砥石表面の断面を示す概念図である。図３（ａ）は輝度データの画像を示す図、図３（ｂ）は高さデータの画像を示す図である。

符号の説明

１：砥石、９：砥石保持機構（保持手段）、９ａ：回転位置決め機構、９ｂ：水平位置決め機構、１０：画像入力装置（画像データ取得手段）、２０：画像解析装置（算出手段、比較手段、演算手段）、２５：ディジタルメモリ（記録手段）。

Claims

砥石表面の異なる高さ位置における少なくとも輝度データをほぼ同じ場所で前記砥石の使用前後に取得する画像データ取得手段と、
前記画像データ取得手段によって取得された前記砥石表面の輝度データを記録する記録手段と、
前記記録手段から読み出された使用前後の輝度データの画像のうち、一方の輝度データの画像を所定方向へずらしながら両方の輝度データの相違量を演算し、その演算結果に基いて両方の輝度データの画像のずれ量を算出する算出手段と、
前記ずれ量に基いて一方の輝度データの画像と他方の輝度データの画像とを位置合わせして、使用前後の輝度データを比較する比較手段と
を備えていることを特徴とする砥石検査装置。
前記算出手段によって算出された前記ずれ量に基づいて前記画像データ取得手段によって取得された前記砥石の使用前後の両方の高さデータの相違量を演算する演算手段を備えていることを特徴とする請求項１記載の砥石検査装置。
前記砥石を保持する保持手段と、この保持手段に設けられ、前記前記砥石の観察位置を決める観察位置決め手段と、この観察位置決め手段によって位置決めされた前記砥石の観察位置を検出し、記録する観察位置記録手段とを備えていることを特徴とする請求項１又は２記載の砥石検査装置。