JP2010228086A - Surface processing method and surface processing device - Google Patents

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Nobuyuki Nakahara
伸之 中原
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To perform highly accurate surface processing in a wide space wave length area, in polishing processing of using a processing fluid including a polishing particle. <P>SOLUTION: A plurality of nozzles 3a-3c different in a nozzle diameter are arranged on a head 4 for scanning in the direction indicated by an arrow to a workpiece 2, and a removing quantity in a space wave length area different with respective nozzles 3a-3c is set. Scanning is performed while injecting the processing fluid by successively selecting from a nozzle corresponding to a large space wave length area, and the wide space wave length area is accurately polished by respectively and independently controlling a supply quantity of a polishing undiluted solution so as to become the removing quantity adjusted to the respective nozzle diameters. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、レンズ、ミラー等の光学素子や金型の表面を高精度に加工する表面加工方法及び表面加工装置に関するものである。   The present invention relates to a surface processing method and a surface processing apparatus for processing a surface of an optical element such as a lens and a mirror and a mold with high accuracy.

従来、被加工物の表面を加工する方法として、研磨粒子と水や空気といった流体との混合物である加工流体をノズルから噴射し、被加工物の表面を加工する方法がある。このような加工では、加工流体の噴射圧力、ノズルもしくは被加工物を移動する速度、ノズルと被加工物表面との距離、加工流体に含まれる研磨粒子の種類や量などを変えることで、被加工物表面の目的とする加工領域を、所望の加工量で加工を行う。   Conventionally, as a method of processing the surface of a workpiece, there is a method of processing a surface of a workpiece by ejecting a machining fluid that is a mixture of abrasive particles and a fluid such as water or air from a nozzle. In such processing, by changing the injection pressure of the processing fluid, the speed at which the nozzle or workpiece is moved, the distance between the nozzle and the workpiece surface, the type and amount of abrasive particles contained in the processing fluid, etc. A desired machining area on the workpiece surface is machined with a desired machining amount.

例えば、流体ジェットとノズルとの間隔を変更制御できるようにし、使用される流体の種類、圧力、研磨粒子の粒度、比重などに対応して加工条件を調整して加工する方法が知られている(特許文献1参照)。   For example, a method is known in which the distance between the fluid jet and the nozzle can be controlled to be changed, and the processing conditions are adjusted in accordance with the type of fluid used, the pressure, the particle size of the abrasive particles, the specific gravity, and the like. (See Patent Document 1).

また、気体式ブラストノズルを、連続的に搬送される鋼板の板幅方向に複数本配置し、個別または予め設定した組み合わせごとに、各ノズルからの研磨粒子の噴射条件を調整して鋼板表面を加工する加工方法も知られている(特許文献2参照)。   In addition, a plurality of gas blast nozzles are arranged in the plate width direction of the steel plate to be continuously conveyed, and the steel particle surface is adjusted by adjusting the spraying conditions of abrasive particles from each nozzle individually or for each preset combination. A processing method for processing is also known (see Patent Document 2).

特開平06−055451号公報JP-A-06-055551 特開2003−305647号公報JP 2003-305647 A

しかしながら、特許文献1に開示された構成では、ノズルと被加工物表面の相対位置を変えずに一定時間加工することで作られるスポット形状が等方性であるといった特徴がある。このようなノズルを用いて自由曲面を加工する場合は、ノズルと被加工面を相対的に移動させて直線溝状に均一な深さで部分除去を行う。さらに、その状態を保ったまま、被加工面もしくはノズルを送りピッチ分だけ一定間隔でずらして重ねることにより、被加工物の表面を加工する。この加工方法をレンズやミラー等の光学素子あるいは金型表面の高精度加工に適用すると、加工時間、加工精度の問題が生じる。   However, the configuration disclosed in Patent Document 1 is characterized in that the spot shape formed by processing for a certain period of time without changing the relative position between the nozzle and the workpiece surface is isotropic. When processing a free-form surface using such a nozzle, the nozzle and the surface to be processed are moved relative to each other to perform partial removal in a straight groove shape with a uniform depth. Further, the surface of the workpiece is processed by overlapping the processing surface or nozzle while shifting the position by the feed pitch while maintaining the state. When this processing method is applied to optical elements such as lenses and mirrors or high-precision processing of the mold surface, problems of processing time and processing accuracy arise.

例えば、空間波長0.3〜300mmの範囲において高精度な加工を行う場合では、二通りの方法が考えられる。一つ目は最も短い空間波長以下のスポット径にして加工する方法である。二つ目の方法は幾つかのスポット径により加工する方法である。   For example, when high-precision processing is performed in the spatial wavelength range of 0.3 to 300 mm, two methods are conceivable. The first is a method of processing with a spot diameter equal to or shorter than the shortest spatial wavelength. The second method is a method of processing with several spot diameters.

ノズル1個で加工を行う場合は、上記一つ目の方法では最も短い波長にあわせた工具サイズを用いる必要があるため、広い領域を加工する場合、加工時間がかかってしまう。上記二つ目の方法では、ワーク・ノズル間距離、噴射圧力などの噴射条件によりスポット径を変えようとしても、スポット径を1〜1000倍に変更するといったことはできない。一般的にコサイン形状に近いスポット形状の直径をdとした場合、被加工物表面を加工できる空間波長は主にd/2以上であることが知られている。そのため、高精度加工が必要な空間波長域が0.3〜300mmといった場合には対応できない。また、噴射条件を変えることで、単位時間あたりの加工量も変わってしまう。   When processing with one nozzle, it is necessary to use a tool size that matches the shortest wavelength in the first method, and therefore processing takes a long time when processing a wide area. In the second method, the spot diameter cannot be changed to 1 to 1000 times even if the spot diameter is changed according to the injection conditions such as the workpiece-nozzle distance and the injection pressure. In general, when the diameter of a spot shape close to a cosine shape is d, it is known that the spatial wavelength at which the surface of the workpiece can be processed is mainly d / 2 or more. For this reason, it is not possible to cope with the case where the spatial wavelength range requiring high-precision processing is 0.3 to 300 mm. Moreover, the processing amount per unit time will also change by changing injection conditions.

加工時間の問題に対する解決策としては、特許文献2に開示されているような複数のノズルを設置することが考えられる。しかしこの方法もノズル口径が一定では、スポット径を1〜1000倍に変更するといったことはできず、0.3〜300mmの広い空間波長域の加工に対応できない。また、噴射条件を変えることで、単位時間あたりの加工量も変わってしまう。さらに、離散的に存在するノズルにより加工するこの加工方法は、平面加工は容易に行えるが、自由曲面を加工するのは非常に困難である。   As a solution to the problem of processing time, it is conceivable to install a plurality of nozzles as disclosed in Patent Document 2. However, this method also cannot change the spot diameter to 1 to 1000 times when the nozzle diameter is constant, and cannot cope with processing in a wide spatial wavelength region of 0.3 to 300 mm. Moreover, the processing amount per unit time will also change by changing injection conditions. Furthermore, this machining method of machining with nozzles that exist discretely can easily perform planar machining, but it is very difficult to machine a free-form surface.

本発明は、レンズやミラー等の光学素子あるいは金型等の表面を広い空間波長域に対して高精度に加工することのできる表面加工方法及び表面加工装置を提供することを目的とするものである。   An object of the present invention is to provide a surface processing method and a surface processing apparatus capable of processing a surface of an optical element such as a lens and a mirror or a mold with high accuracy over a wide spatial wavelength range. is there.

上記の目的を達成するため、本発明の表面加工方法は、研磨粒子を含む加工流体をノズルから噴射することによって被加工物の表面を加工する表面加工方法において、研磨除去する目標加工量を、0.3mm以上の複数の空間波長域に対応するように分割し、各空間波長域ごとに異なるノズル口径を選択する工程と、前記ノズル口径を有するノズルから加工流体を噴射しながら被加工物の表面を走査させることで、各空間波長域ごとに分割された目標加工量で被加工物の表面を加工する工程と、を有することを特徴とする。   In order to achieve the above object, the surface processing method of the present invention provides a target processing amount to be polished and removed in a surface processing method for processing the surface of a workpiece by ejecting a processing fluid containing abrasive particles from a nozzle. A process of dividing a plurality of spatial wavelength ranges of 0.3 mm or more, selecting a different nozzle diameter for each spatial wavelength range, and injecting a processing fluid from the nozzle having the nozzle diameter, And a step of processing the surface of the workpiece with a target processing amount divided for each spatial wavelength region by scanning the surface.

本発明の表面加工装置は、研磨粒子を含む加工流体をノズルから噴射することによって被加工物の表面を加工する表面加工装置において、それぞれノズル口径の異なる複数のノズルを有するヘッドと、前記複数のノズルにそれぞれ加工流体を供給するための機構と、前記複数のノズルに供給する加工流体の研磨粒子含有量を各ノズルごとに調整する機構と、前記ヘッドを被加工物の表面で走査させる機構と、を備えており、前記複数のノズルは、0.3mm以上の複数の空間波長域にそれぞれ対応するように選択されたノズル口径を有することを特徴とする。   The surface processing apparatus of the present invention is a surface processing apparatus for processing a surface of a workpiece by ejecting a processing fluid containing abrasive particles from a nozzle, and a head having a plurality of nozzles each having a different nozzle diameter, A mechanism for supplying a processing fluid to each nozzle, a mechanism for adjusting the abrasive particle content of the processing fluid supplied to the plurality of nozzles for each nozzle, and a mechanism for scanning the head on the surface of the workpiece The plurality of nozzles have nozzle diameters selected so as to respectively correspond to a plurality of spatial wavelength regions of 0.3 mm or more.

目標加工量を0.3mm以上の複数の空間波長域に分割し、分割された目標加工量を、各空間波長域ごとに異なるノズル口径を有するノズルを用いて加工することによって、広範囲な空間波長域における高精度な表面加工を可能とする。   By dividing the target processing amount into a plurality of spatial wavelength ranges of 0.3 mm or more and processing the divided target processing amounts using nozzles having different nozzle diameters for each spatial wavelength range, a wide range of spatial wavelengths Enables high-precision surface processing in the area.

第1の実施形態による表面加工装置を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the surface processing apparatus by 1st Embodiment. 図1の装置の加工時のヘッドの走査軌跡を示す図である。It is a figure which shows the scanning locus | trajectory of the head at the time of the process of the apparatus of FIG. 第2の実施形態による表面加工装置を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the surface processing apparatus by 2nd Embodiment. 図3の装置の加工時のヘッドの走査軌跡を示す図である。It is a figure which shows the scanning locus | trajectory of the head at the time of the process of the apparatus of FIG. 第1及び第2の実施形態に用いるノズル構成を示す図である。It is a figure which shows the nozzle structure used for 1st and 2nd embodiment. スポット径に対する除去量の決定方法を説明するためのグラフである。It is a graph for demonstrating the determination method of the removal amount with respect to a spot diameter. 加工流体中に含まれる研磨粒子の濃度と除去レートの関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the density | concentration of the abrasive particle contained in a processing fluid, and a removal rate. 加工前の被加工物の表面形状を示す図である。It is a figure which shows the surface shape of the to-be-processed object before a process. 実施例1による加工後の被加工物の表面形状を測定した結果を示すグラフである。3 is a graph showing the results of measuring the surface shape of a workpiece after processing according to Example 1. 実施例2による加工後の被加工物の表面形状を測定した結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of having measured the surface shape of the workpiece after processing by Example 2. FIG.

図1は第1の実施形態による表面加工装置を示すもので、X、Yの各軸方向に移動可能な走査機構であるステージ1上に被加工物2が設置され、被加工物2と対向する位置に、ノズル口径の異なる複数のノズル3a〜3cを備えたヘッド4が設置されている。各ノズル3a〜3cにはそれぞれ噴射用流体供給管5が配置され、噴射用流体供給機構6に噴射圧調整弁7を介して接続されている。また、各ノズル3a〜3cにはそれぞれ研磨原液供給管8が配置され、研磨原液供給機構9に供給量調整弁10を介して接続されている。研磨原液供給機構9から研磨原液供給管8を経て研磨粒子を含んだ研磨原液が各ノズル3a〜3cに供給される。各ノズル3a〜3cにおいて、噴射用流体と研磨原液を混合することで加工流体11を形成する。加工流体11の噴射圧は噴射用流体供給機構6により発生させ、各ノズルごとに噴射圧調整弁7により調整する。また、供給量調整弁10により供給する研磨原液の量を調整することで、各ノズルに供給する加工流体11に含まれる研磨粒子の濃度(研磨粒子含有量)を調整する。   FIG. 1 shows a surface processing apparatus according to a first embodiment, in which a workpiece 2 is placed on a stage 1 which is a scanning mechanism movable in the X and Y axial directions and faces the workpiece 2. The head 4 including a plurality of nozzles 3a to 3c having different nozzle diameters is installed at the position where the nozzles are to be mounted. Each of the nozzles 3 a to 3 c is provided with an ejection fluid supply pipe 5, and is connected to an ejection fluid supply mechanism 6 via an ejection pressure adjusting valve 7. Further, a polishing stock solution supply pipe 8 is disposed in each of the nozzles 3 a to 3 c, and is connected to a polishing stock solution supply mechanism 9 via a supply amount adjusting valve 10. A polishing stock solution containing abrasive particles is supplied from the polishing stock solution supply mechanism 9 through the polishing stock solution supply pipe 8 to the nozzles 3a to 3c. In each of the nozzles 3a to 3c, the working fluid 11 is formed by mixing the jetting fluid and the polishing stock solution. The injection pressure of the working fluid 11 is generated by the injection fluid supply mechanism 6 and adjusted by the injection pressure adjusting valve 7 for each nozzle. Further, by adjusting the amount of the stock polishing solution supplied by the supply amount adjusting valve 10, the concentration of abrasive particles (abrasive particle content) contained in the processing fluid 11 supplied to each nozzle is adjusted.

図2は、図1の装置による加工時の被加工物2に対するヘッド4の走査軌跡を示す。走査開始位置12からヘッド4を+X方向に一定間隔Pで送りながら、±Y方向に走査し、ヘッド4が走査終了位置13に到達するまで、ノズル3a〜3cのうちの1つから加工流体11を噴射することで被加工面を加工する。走査開始位置12を原点とし、走査時にヘッド4の基準位置(重心位置)のX、Yの各座標位置を図示しない位置センサにより計測する。計測したヘッド4の重心座標は、図示しない伝送ケーブルを介して加工制御装置に送信され、ヘッド4の重心位置によりノズル3a〜3cの加工条件を決定する。決定した加工条件は伝送ケーブルを介して供給量調整弁10に伝送され、各空間波長域ごとに所望の除去量になるように研磨原液量が調整される。   FIG. 2 shows a scanning trajectory of the head 4 with respect to the workpiece 2 during processing by the apparatus of FIG. While feeding the head 4 from the scanning start position 12 in the + X direction at a constant interval P, the head 4 scans in the ± Y direction, and until the head 4 reaches the scanning end position 13, the working fluid 11 is fed from one of the nozzles 3 a to 3 c. The surface to be machined is processed by spraying. With the scanning start position 12 as the origin, the X and Y coordinate positions of the reference position (center of gravity position) of the head 4 are measured by a position sensor (not shown) during scanning. The measured center-of-gravity coordinates of the head 4 are transmitted to the processing control device via a transmission cable (not shown), and the processing conditions of the nozzles 3 a to 3 c are determined by the position of the center of gravity of the head 4. The determined processing conditions are transmitted to the supply amount adjusting valve 10 via the transmission cable, and the polishing stock solution amount is adjusted so that a desired removal amount is obtained for each spatial wavelength region.

複数のノズル3a〜3cについては、被加工物1の表面で研磨除去する目標加工量を、0.3mm以上の複数の空間波長域に対応するように分割し、各空間波長域ごとに異なるノズル口径を選択する。   For the plurality of nozzles 3a to 3c, a target processing amount to be polished and removed on the surface of the workpiece 1 is divided so as to correspond to a plurality of spatial wavelength regions of 0.3 mm or more, and nozzles different for each spatial wavelength region Select the caliber.

ノズル3a〜3cのうちの1つを用いて加工流体を噴射しながら被加工物2の表面を走査する工程を、複数の空間波長域のすべてにおいて、それぞれ分割された目標加工量(除去量)で繰返すことで、被加工物2の表面加工を行う。   The process of scanning the surface of the workpiece 2 while ejecting the machining fluid using one of the nozzles 3a to 3c is divided into the target machining amount (removal amount) in each of a plurality of spatial wavelength ranges. By repeating the above, surface processing of the workpiece 2 is performed.

図3は第2の実施形態による表面加工装置を示す。X、Yの各軸方向に移動可能なステージ21上に被加工物22が設置され、被加工物22と対向する位置にノズル口径の異なる複数のノズル23a〜23eを備えたヘッド24が設置されている。各ノズル23a〜23eの並び方向にステージ21を走査させる。矢印で示すヘッド24の走査方向に向かって、各ノズル23a〜23eのノズル口径が徐々に変化するように配置する。各ノズル23a〜23eにそれぞれ噴射用流体供給管25が配置され、噴射用流体供給機構26に噴射圧調整弁27を介して接続されている。各ノズル23a〜23eにそれぞれ接続された研磨原液供給管28は、研磨原液供給機構29に供給量調整弁30を経て接続されている。研磨原液供給機構29から研磨原液供給管28を介して研磨粒子を含んだ研磨原液が各ノズル23a〜23eに供給される。各ノズル23a〜23eにおいて、噴射用流体と研磨原液を混合することで加工流体31を形成する。加工流体31の噴射圧は噴射用流体供給機構26により発生させ、噴射圧調整弁27により調整する。供給量調整弁30により供給する研磨原液の量を調整することで、加工流体31に含まれる研磨粒子の濃度(研磨粒子含有量)を調整する。   FIG. 3 shows a surface processing apparatus according to the second embodiment. A workpiece 22 is installed on a stage 21 that can move in the X and Y axial directions, and a head 24 having a plurality of nozzles 23 a to 23 e with different nozzle diameters is installed at a position facing the workpiece 22. ing. The stage 21 is scanned in the arrangement direction of the nozzles 23a to 23e. It arrange | positions so that the nozzle aperture of each nozzle 23a-23e may change gradually toward the scanning direction of the head 24 shown by the arrow. An ejection fluid supply pipe 25 is disposed in each of the nozzles 23 a to 23 e, and is connected to an ejection fluid supply mechanism 26 via an ejection pressure adjustment valve 27. The polishing stock solution supply pipe 28 connected to each of the nozzles 23 a to 23 e is connected to the polishing stock solution supply mechanism 29 via a supply amount adjusting valve 30. A polishing stock solution containing abrasive particles is supplied from the polishing stock solution supply mechanism 29 via the polishing stock solution supply pipe 28 to the nozzles 23a to 23e. In each of the nozzles 23a to 23e, the working fluid 31 is formed by mixing the jetting fluid and the polishing stock solution. The injection pressure of the processing fluid 31 is generated by the injection fluid supply mechanism 26 and adjusted by the injection pressure adjustment valve 27. By adjusting the amount of the polishing stock solution supplied by the supply amount adjusting valve 30, the concentration of abrasive particles (abrasive particle content) contained in the processing fluid 31 is adjusted.

ノズル23a〜23eは、走査方向に変化するノズル口径を有し、中央のノズル23cのノズル口径を最大とし、端部のノズル23a、23eに向かって段階的にノズル口径を小さくする。   The nozzles 23a to 23e have a nozzle diameter that changes in the scanning direction, maximize the nozzle diameter of the central nozzle 23c, and gradually decrease the nozzle diameter toward the end nozzles 23a and 23e.

図4は、図3の装置による加工時のヘッド24の走査軌跡を表す。走査開始位置32からヘッド24を+X方向に一定間隔Pで送りながら、±Y方向に走査し、ヘッド24が走査終了位置33に到達するまで被加工面を加工する。ヘッド24の走査方向に向かってノズル口径が大きくなるように、例えば−Y方向の走査では、ノズル23a、23b、23cを選択する。走査開始位置32を原点とし、走査時にヘッド24の重心位置のX、Yの各座標位置を図示しない位置センサにより計測する。計測したヘッド24の重心座標は、図示しない伝送ケーブルを介して加工制御装置に送信され、ヘッド24の重心位置と予め決められている重心位置からの各ノズル23a〜23eの位置により各ノズル23a〜23eの加工条件を決定する。決定した加工条件は伝送ケーブルを介して供給量調整弁30に伝送され、各ノズルごとに分割された目標加工量である所望の除去量になるように研磨原液量が調整される。   FIG. 4 shows a scanning trajectory of the head 24 during processing by the apparatus of FIG. The head 24 is scanned from the scanning start position 32 in the + X direction at a constant interval P while scanning in the ± Y direction, and the surface to be processed is processed until the head 24 reaches the scanning end position 33. For example, in the scanning in the −Y direction, the nozzles 23 a, 23 b, and 23 c are selected so that the nozzle diameter increases in the scanning direction of the head 24. With the scanning start position 32 as the origin, the X and Y coordinate positions of the center of gravity of the head 24 are measured by a position sensor (not shown) during scanning. The measured barycentric coordinates of the head 24 are transmitted to the machining control device via a transmission cable (not shown), and the nozzles 23a to 23e are arranged according to the barycentric position of the head 24 and the positions of the nozzles 23a to 23e from a predetermined barycentric position. The processing conditions of 23e are determined. The determined processing conditions are transmitted to the supply amount adjusting valve 30 via the transmission cable, and the amount of the polishing stock solution is adjusted so as to obtain a desired removal amount that is a target processing amount divided for each nozzle.

図5は、第1及び第2の実施形態に用いたノズル構成を示す。ノズル101には、噴射用供給圧力機構より噴射用流体102が供給される。また、研磨液供給機構より研磨原液103が供給ノズル104を介してノズル101に供給される。研磨原液103は噴射用流体102と混ざることで加工流体105となり、ノズル101より噴射される。   FIG. 5 shows the nozzle configuration used in the first and second embodiments. The nozzle 101 is supplied with an ejection fluid 102 from an ejection supply pressure mechanism. Further, the polishing stock solution 103 is supplied to the nozzle 101 through the supply nozzle 104 from the polishing liquid supply mechanism. The polishing stock solution 103 is mixed with the jetting fluid 102 to become a processing fluid 105 and is jetted from the nozzle 101.

図6は、第1及び第2の実施形態における各ノズルの除去量の決定方法を示す。図6(a)に示すように、加工前形状Aを目標形状Bに加工するに当たり、被加工面の形状評価については、うねり成分の量を空間周波数ごとに表すパワーススペクトル密度(PSD)を用いる。加工対象とする空間波長域を30mm以上、3mm以上、0.3mm以上に分割し、それぞれの空間波長域に対して、スポット径を30mm、3mm、0.3mmとする。予め、各スポット径について除去量とPSDの関係を求めておく。例えば図6(b)にグラフC1、C2で示すように、スポット径3mmについて除去量200nm、400nmの場合のPSDを求める。このように、予め求めておいた各スポットについての各除去量とPSDの関係から、使用するスポット径に対して各空間波長域で目標形状になるような除去量(分割された目標加工量)を求める。また、被加工面の各位置における除去量は、予め計測した加工面形状に応じて決定しておく。   FIG. 6 shows a method for determining the removal amount of each nozzle in the first and second embodiments. As shown in FIG. 6A, when machining the pre-machining shape A into the target shape B, the powers spectral density (PSD) representing the amount of the swell component for each spatial frequency is used for the shape evaluation of the surface to be machined. . The spatial wavelength region to be processed is divided into 30 mm or more, 3 mm or more, and 0.3 mm or more, and the spot diameter is set to 30 mm, 3 mm, or 0.3 mm for each spatial wavelength region. The relationship between the removal amount and PSD is obtained in advance for each spot diameter. For example, as shown by graphs C1 and C2 in FIG. 6B, the PSD for the removal amounts of 200 nm and 400 nm with respect to the spot diameter of 3 mm is obtained. In this way, from the relationship between each removal amount and PSD obtained in advance for each spot, the removal amount (divided target processing amount) that achieves a target shape in each spatial wavelength region with respect to the spot diameter to be used. Ask for. Further, the removal amount at each position on the surface to be processed is determined in accordance with the shape of the processed surface measured in advance.

図7は、第1及び第2の実施形態に用いた加工流体中に含まれる研磨粒子の濃度と除去レートの関係を示すグラフである。図8は、加工前の被加工物の表面形状を示す。なお、空間波長域を3つに限らず、任意の複数の領域に分けてもよい。流量調整弁には電磁弁、電動弁、ピンチ弁等を用いることが可能である。噴射用流体供給機構、研磨原液供給機構には軸流式、遠心式、往復式、回転式等を用いることが可能である。被加工物を移動させるステージの駆動方式には、超音波方式、電磁方式、圧電素子方式などを用いることが可能である。ステージのガイドには、エア方式、ボール方式、ローラ方式などを用いることが可能である。ノズル口径の異なる複数のノズルを用いる代わりに、ノズル口径を可変であるノズルを用いることも可能である。   FIG. 7 is a graph showing the relationship between the concentration of abrasive particles contained in the working fluid used in the first and second embodiments and the removal rate. FIG. 8 shows the surface shape of the workpiece before processing. The spatial wavelength region is not limited to three, and may be divided into a plurality of arbitrary regions. An electromagnetic valve, an electric valve, a pinch valve, or the like can be used as the flow rate adjustment valve. An axial flow type, a centrifugal type, a reciprocating type, a rotary type, etc. can be used for the jetting fluid supply mechanism and the polishing stock solution supply mechanism. As a stage driving method for moving the workpiece, an ultrasonic method, an electromagnetic method, a piezoelectric element method, or the like can be used. For the stage guide, an air system, a ball system, a roller system, or the like can be used. Instead of using a plurality of nozzles having different nozzle diameters, it is possible to use nozzles having variable nozzle diameters.

図1の表面加工装置を用いて表面加工を行った。研磨原液は水を主溶媒とし酸化セリウム(30重量%、平均粒径0.25μm)を分散させたものを用いた。噴射流体には水を用いた。加工対象とする空間波長域を30mm以上、3mm以上、0.3mm以上に分け、それぞれの波長域に対して、スポット径30mm、3mm、0.3mmを用いることとした。初期噴射圧を5Mpaとし、3つのノズルには、それぞれ噴射圧5Mpaにおいてスポット径を0.3mm、3mm、30mmとするようなノズル口径を用いた。被加工物には石英ガラスを用いた。加工評価領域は直径60mmの円内とした。加工はスポット径30mm、3mm、0.3mmの順で行った。スポット径0.3mm、3mm、30mmに対して、送りピッチをそれぞれ0.03mm、0.3mm、3mmとした。それぞれのノズルの移動速度(走査速度)は5mm/secで一定とし、被加工面の各位置における除去量に応じて、噴射する加工流体に含まれる研磨粒子の濃度を変化させた。   Surface processing was performed using the surface processing apparatus of FIG. As the polishing stock solution, water was used as the main solvent and cerium oxide (30% by weight, average particle size of 0.25 μm) was dispersed. Water was used as the jet fluid. The spatial wavelength region to be processed is divided into 30 mm or more, 3 mm or more, and 0.3 mm or more, and spot diameters of 30 mm, 3 mm, and 0.3 mm are used for each wavelength region. The initial injection pressure was 5 Mpa, and the nozzle diameters of the three nozzles were such that the spot diameters were 0.3 mm, 3 mm, and 30 mm at an injection pressure of 5 Mpa, respectively. Quartz glass was used as the workpiece. The processing evaluation area was in a circle with a diameter of 60 mm. Processing was performed in the order of spot diameters of 30 mm, 3 mm, and 0.3 mm. The feed pitch was set to 0.03 mm, 0.3 mm, and 3 mm for the spot diameters of 0.3 mm, 3 mm, and 30 mm, respectively. The moving speed (scanning speed) of each nozzle was fixed at 5 mm / sec, and the concentration of abrasive particles contained in the sprayed working fluid was changed according to the amount of removal at each position on the work surface.

図9は、実施例1による加工工程において、各ノズルによって走査後の加工面形状を測定した測定結果を示すグラフである。総加工時間は約7.4時間を要し、空間波長0.3〜30mmの範囲において約0.23nmRMSであった。ヘッドの位置決め精度は±2μm、各ノズル中心の相対位置誤差は±3μmであった。   FIG. 9 is a graph showing measurement results obtained by measuring the shape of the machined surface after scanning by each nozzle in the machining process according to Example 1. The total processing time required about 7.4 hours, and was about 0.23 nm RMS in the spatial wavelength range of 0.3 to 30 mm. The head positioning accuracy was ± 2 μm, and the relative position error of each nozzle center was ± 3 μm.

図3の装置を用いて表面加工を行った。研磨原液は水を主溶媒とし酸化セリウム(30重量%、平均粒径0.25μm)を分散させたものを用いた。噴射流体には水を用いた。加工対象とする空間波長域を30mm以上、3mm以上、0.3mm以上に分け、それぞれの波長域に対して、スポット径を30mm、3mm、0.3mmを用いることとした。初期噴射圧を5Mpaとし、噴射圧5Mpaにおいてスポット径をそれぞれ0.3mm、3mm、30mm、3mm、0.3mmとするような6つのノズル径を用いた。被加工物には石英ガラスを用いた。加工評価領域は直径60mmの円内とした。加工はスポット径3種類を同時に用いて行った。送りピッチは0.03mmとした。ヘッドの移動速度(走査速度)は5mm/secで一定とし、被加工面の各位置における除去量に応じて、噴射する加工流体に含まれる研磨粒子の濃度を変化させた。   Surface processing was performed using the apparatus of FIG. As the polishing stock solution, water was used as the main solvent and cerium oxide (30% by weight, average particle size of 0.25 μm) was dispersed. Water was used as the jet fluid. The spatial wavelength region to be processed is divided into 30 mm or more, 3 mm or more, and 0.3 mm or more, and the spot diameters of 30 mm, 3 mm, and 0.3 mm are used for each wavelength region. Six nozzle diameters were used such that the initial injection pressure was 5 Mpa and the spot diameters were 0.3 mm, 3 mm, 30 mm, 3 mm, and 0.3 mm, respectively, at an injection pressure of 5 Mpa. Quartz glass was used as the workpiece. The processing evaluation area was in a circle with a diameter of 60 mm. Processing was performed using three types of spot diameters simultaneously. The feed pitch was 0.03 mm. The moving speed (scanning speed) of the head was constant at 5 mm / sec, and the concentration of abrasive particles contained in the ejected working fluid was changed according to the amount of removal at each position on the work surface.

図10は、実施例2において、ヘッドを走査後の加工面形状を測定した結果を示すグラフである。総加工時間は約6.7時間を要し、空間波長0.3〜30mmにおいて約0.19nmRMSであった。ヘッドの位置決め精度は±2μm、各ノズル中心の相対位置誤差は±3μmであった。加工結果の計測には白色干渉計を用いた。   FIG. 10 is a graph showing the result of measuring the processed surface shape after scanning the head in Example 2. The total processing time required about 6.7 hours, and was about 0.19 nm RMS at a spatial wavelength of 0.3 to 30 mm. The head positioning accuracy was ± 2 μm, and the relative position error of each nozzle center was ± 3 μm. A white interferometer was used to measure the processing results.

1、21 ステージ
2、22 被加工物
3a〜3c、23a〜23e、101 ノズル
4、24 ヘッド
5、25 噴射用流体供給管
6、26 噴射用流体供給機構
7、27 噴射圧調整弁
8、28 研磨原液供給管
9、29 研磨原液供給機構
10、30 供給量調整弁
1, 2, 21 Stage 2, 22 Workpieces 3a-3c, 23a-23e, 101 Nozzle 4, 24 Head 5, 25 Injection fluid supply pipe 6, 26 Injection fluid supply mechanism 7, 27 Injection pressure adjustment valve 8, 28 Polishing stock solution supply pipe 9, 29 Polishing stock solution supply mechanism 10, 30 Supply amount adjustment valve

Claims (7)

研磨粒子を含む加工流体をノズルから噴射することによって被加工物の表面を加工する表面加工方法において、
研磨除去する目標加工量を、0.3mm以上の複数の空間波長域に対応するように分割し、各空間波長域ごとに異なるノズル口径を選択する工程と、
前記ノズル口径を有するノズルから加工流体を噴射しながら被加工物の表面を走査させることで、各空間波長域ごとに分割された目標加工量で被加工物の表面を加工する工程と、を有することを特徴とする表面加工方法。
In a surface processing method for processing the surface of a workpiece by spraying a processing fluid containing abrasive particles from a nozzle,
Dividing the target processing amount to be polished and removed so as to correspond to a plurality of spatial wavelength ranges of 0.3 mm or more, and selecting a different nozzle diameter for each spatial wavelength range; and
Processing the surface of the workpiece with a target processing amount divided for each spatial wavelength region by scanning the surface of the workpiece while ejecting a processing fluid from the nozzle having the nozzle diameter. The surface processing method characterized by the above-mentioned.
前記ノズルから噴射される加工流体の研磨粒子含有量を、各空間波長域における目標加工量及び前記ノズル口径に応じて制御することを特徴とする請求項1に記載の表面加工方法。   The surface processing method according to claim 1, wherein the abrasive particle content of the processing fluid ejected from the nozzle is controlled in accordance with a target processing amount in each spatial wavelength region and the nozzle diameter. ノズル口径の異なる複数のノズルを用いて加工することを特徴とする請求項1又は2に記載の表面加工方法。   The surface processing method according to claim 1, wherein the processing is performed using a plurality of nozzles having different nozzle diameters. 前記複数のノズルから同時に加工流体を噴射して加工することを特徴とする請求項3に記載の表面加工方法。   The surface processing method according to claim 3, wherein the processing fluid is simultaneously ejected from the plurality of nozzles for processing. 前記複数のノズルを、走査方向に向かってノズル口径が大きくなるように並べて走査させることを特徴とする請求項4に記載の表面加工方法。   The surface processing method according to claim 4, wherein the plurality of nozzles are scanned side by side so that the nozzle diameter increases in the scanning direction. 研磨粒子を含む加工流体をノズルから噴射することによって被加工物の表面を加工する表面加工装置において、
それぞれノズル口径の異なる複数のノズルを有するヘッドと、
前記複数のノズルにそれぞれ加工流体を供給するための機構と、
前記複数のノズルに供給する加工流体の研磨粒子含有量を各ノズルごとに調整する機構と、
前記ヘッドを被加工物の表面で走査させる機構と、を備えており、
前記複数のノズルは、0.3mm以上の複数の空間波長域にそれぞれ対応するように選択されたノズル口径を有することを特徴とする表面加工装置。
In a surface processing apparatus for processing the surface of a workpiece by ejecting a processing fluid containing abrasive particles from a nozzle,
A head having a plurality of nozzles each having a different nozzle diameter;
A mechanism for supplying a processing fluid to each of the plurality of nozzles;
A mechanism for adjusting the abrasive particle content of the processing fluid supplied to the plurality of nozzles for each nozzle;
A mechanism for scanning the head with the surface of the workpiece,
The surface processing apparatus, wherein the plurality of nozzles have nozzle diameters selected so as to respectively correspond to a plurality of spatial wavelength regions of 0.3 mm or more.
前記ヘッドの走査方向に向かってノズル口径が大きくなるように前記複数のノズルを並べていることを特徴とする請求項7に記載の表面加工装置。   The surface processing apparatus according to claim 7, wherein the plurality of nozzles are arranged so that a nozzle diameter increases toward a scanning direction of the head.
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KR102714974B1 (en) * 2022-11-04 2024-10-11 한국 천문 연구원 Freeform shape and freeform surface polishing apparatus

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