JP2010234520A - Polishing device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To achieve a polishing device that always maintains a polishing load at a target value even if the position and posture of a polishing head are simultaneously changed. <P>SOLUTION: An acceleration detecting part 10 mounted to a polishing head 1 detects acceleration in a direction (a Z-direction) that a polishing tool 9 presses a face 17 to be polished. The acceleration to be detected is a sum of gravitational acceleration and a Z-direction component of acceleration by the movement of the polishing head 1. Effects on a polishing load due to changes in position and posture of the polishing head 1 are calculated on the basis of a detected value of the acceleration detecting part 10 so as to control a load that presses the polishing tool 9, thereby maintaining the polishing load at a target value. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、レンズやミラー等の被加工物を高精度に研磨加工する研磨装置に関するものである。   The present invention relates to a polishing apparatus that polishes a workpiece such as a lens or a mirror with high accuracy.

近年、レンズやミラーといった光学素子においては、より高い精度が求められている。より精度の高い研磨加工を実現するためには、研磨除去量を高精度に制御する必要がある。一般に、研磨除去量は、研磨工具と被研磨面との接触圧力、研磨工具と被加工物の相対速度、加工時間に比例することが経験的に知られている。従って、研磨除去量を高精度に制御するためには、研磨工具と被研磨面との接触圧力(研磨荷重)を高精度に制御する必要がある。そのため、特許文献1に開示されたように、研磨荷重が加工面の法線方向に作用するように研磨ヘッドの位置及び姿勢を制御し、研磨工具をあらかじめ定められた走査速度分布及び設計形状データに従って走査しながら研磨加工を行う研磨装置がある。しかし、被加工物の形状によっては、研磨荷重を被研磨面の法線方向に一致させるために、研磨ヘッドの姿勢を変化させなくてはならない。   In recent years, higher accuracy is required for optical elements such as lenses and mirrors. In order to realize more accurate polishing, it is necessary to control the polishing removal amount with high accuracy. In general, it is empirically known that the polishing removal amount is proportional to the contact pressure between the polishing tool and the surface to be polished, the relative speed between the polishing tool and the workpiece, and the processing time. Therefore, in order to control the polishing removal amount with high accuracy, it is necessary to control the contact pressure (polishing load) between the polishing tool and the surface to be polished with high accuracy. Therefore, as disclosed in Patent Document 1, the position and posture of the polishing head are controlled so that the polishing load acts in the normal direction of the processing surface, and the predetermined scanning speed distribution and design shape data are determined for the polishing tool. There is a polishing apparatus that performs polishing while scanning according to the above. However, depending on the shape of the workpiece, the posture of the polishing head must be changed in order to make the polishing load coincide with the normal direction of the surface to be polished.

研磨ヘッドの姿勢変化は、研磨荷重の変動を引き起こし、安定した除去量を得られないという傾斜の問題を引き起こす。このような問題に対しては、研磨ヘッドの傾斜角度を検出して、検出した角度により研磨荷重の補正を行う研磨装置(特許文献2参照)が知られている。   The change in the posture of the polishing head causes a fluctuation in the polishing load, and causes a problem of inclination that a stable removal amount cannot be obtained. For such a problem, a polishing apparatus (see Patent Document 2) is known that detects the tilt angle of the polishing head and corrects the polishing load based on the detected angle.

また、研磨ヘッドが移動する時の加速度は、研磨ヘッドに慣性力を発生させ、その一部が研磨荷重に作用し、研磨荷重を変動させるという慣性力の問題を引き起こす。このような問題に対しては、工具駆動部が有する位置検出器の検出結果から加速度を算出し、加速度に基づいて慣性力を求めて研磨荷重の補正を行う研磨装置(特許文献3参照)が知られている。   Further, the acceleration when the polishing head moves causes an inertial force in the polishing head, a part of which acts on the polishing load and causes the polishing load to fluctuate. For such a problem, a polishing apparatus (see Patent Document 3) that calculates acceleration from a detection result of a position detector included in the tool drive unit, calculates inertial force based on the acceleration, and corrects polishing load. Are known.

特許第3304994号公報Japanese Patent No. 3304994 特開平8−141899号公報JP-A-8-141899 特開平10−264021号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-264221

しかしながら、研磨装置における研磨ヘッドでは、前記傾斜の問題と前記慣性力の問題が同時に生じ、研磨荷重の変動を引き起こす場合があるため、上記従来の技術では対応するのが難しい。   However, in the polishing head in the polishing apparatus, the tilt problem and the inertia force problem occur at the same time, which may cause the polishing load to vary. Therefore, it is difficult to cope with the conventional technique.

本発明は、研磨ヘッドが姿勢変化を伴いながら移動した場合でも、安定した研磨荷重を得ることができる研磨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 polishing apparatus capable of obtaining a stable polishing load even when the polishing head moves while accompanying a change in posture.

本発明の研磨装置は、研磨工具の位置及び姿勢を変化させながら被加工物を研磨する研磨装置において、前記研磨工具と、前記研磨工具を被加工物に押し付ける荷重を発生する荷重発生手段と、前記研磨工具と被加工物の相対的な位置及び姿勢を変化させる手段と、前記研磨工具を被加工物に押し付ける方向の、前記研磨工具の加速度成分を検出する加速度検出手段と、前記加速度検出手段の検出値に基づいて、前記荷重発生手段により発生させる荷重の大きさを制御する制御手段と、を有することを特徴とする。   The polishing apparatus of the present invention is a polishing apparatus for polishing a workpiece while changing the position and posture of the polishing tool, the polishing tool, and load generating means for generating a load for pressing the polishing tool against the workpiece, Means for changing the relative position and orientation of the polishing tool and the workpiece; acceleration detection means for detecting an acceleration component of the polishing tool in a direction of pressing the polishing tool against the workpiece; and the acceleration detection means Control means for controlling the magnitude of the load generated by the load generating means based on the detected value.

上記構成によれば、研磨工具の荷重方向の加速度成分に基づいて荷重発生手段を制御することで、研磨工具が姿勢を変化させ傾斜したり、加減速を行いながら移動したり、傾斜と加減速が同時に行われたりしても、研磨荷重を常に目標値に保つことができる。すなわち、傾斜と慣性力による研磨荷重への影響を同時に排除できる。   According to the above configuration, by controlling the load generating means based on the acceleration component in the load direction of the polishing tool, the polishing tool changes its posture and tilts, moves while performing acceleration / deceleration, and tilts and accelerates / decelerates. Even if these are performed simultaneously, the polishing load can always be kept at the target value. That is, the influence on the polishing load due to the inclination and the inertial force can be eliminated at the same time.

位置及び姿勢の変化による荷重変動を補正するためのセンサが1つですむため、研磨ヘッドの製作コストを低くできる。また、荷重変動を補正するために必要な演算が簡易なものになり、複雑な演算器を必要としない。   Since only one sensor is required to correct the load variation due to the change in position and orientation, the manufacturing cost of the polishing head can be reduced. In addition, the calculation necessary for correcting the load fluctuation is simplified, and a complicated calculator is not required.

一実施形態による研磨装置を示す模式図であるIt is a mimetic diagram showing a polish device by one embodiment. 図1の装置の研磨ヘッドの構成を示す模式断面図であるIt is a schematic cross section which shows the structure of the grinding | polishing head of the apparatus of FIG. 一変形例による研磨ヘッドの構成を示す模式断面図であるIt is a schematic cross section which shows the structure of the polishing head by one modification. 加速度センサを2個配置した研磨ヘッドの構成を示す模式図であるIt is a schematic diagram which shows the structure of the polishing head which has arrange | positioned two acceleration sensors.

本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。   The best mode for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、一実施形態による研磨装置を示すもので、この研磨装置は、研磨ヘッド1と、リンク機構2と、荷重制御部3と、工具駆動制御部4と、主制御装置5とを備える。   FIG. 1 shows a polishing apparatus according to an embodiment. The polishing apparatus includes a polishing head 1, a link mechanism 2, a load control unit 3, a tool drive control unit 4, and a main control device 5. .

図2に示すように、研磨ヘッド1は、荷重発生部6と、荷重検出部7と、工具駆動部8と、研磨工具9と、加速度検出部(加速度検出手段)10と、筐体11と、ガイド12と、可動体13と、ピストン14と、を含んで構成されている。   As shown in FIG. 2, the polishing head 1 includes a load generation unit 6, a load detection unit 7, a tool driving unit 8, a polishing tool 9, an acceleration detection unit (acceleration detection means) 10, and a housing 11. The guide 12, the movable body 13, and the piston 14 are included.

工具駆動部8は、工具駆動制御部4からの指示に従って研磨工具9を回転させ研磨を行う。   The tool drive unit 8 performs polishing by rotating the polishing tool 9 in accordance with an instruction from the tool drive control unit 4.

本実施形態においては、研磨工具9の回転軸は、X軸に平行に設置されているが、研磨工具回転軸の方向は、これに限定されるものではない。例えば、図3に示すように、工具回転軸をZ軸に平行に配置した研磨工具29を用いる構成でもよい。   In the present embodiment, the rotation axis of the polishing tool 9 is installed parallel to the X axis, but the direction of the polishing tool rotation axis is not limited to this. For example, as shown in FIG. 3, a configuration using a polishing tool 29 in which the tool rotation axis is arranged in parallel to the Z axis may be used.

また、本実施形態では、研磨工具9を回転させているが、研磨工具9の運動は、回転に限定されるものではない。研磨工具9の運動としては、揺動や固定、回転と揺動の組み合わせなどが適用可能である。工具駆動部8は、筐体11に固定されたガイド12に沿って移動する可動体13に固定されている。なお、工具駆動部8及び研磨工具9とともに移動する可動体13、加速度検出部10等をまとめて、”可動部”と呼ぶ。   In this embodiment, the polishing tool 9 is rotated, but the movement of the polishing tool 9 is not limited to rotation. As the movement of the polishing tool 9, rocking and fixing, a combination of rotation and rocking, and the like can be applied. The tool driving unit 8 is fixed to a movable body 13 that moves along a guide 12 fixed to the housing 11. The movable body 13 that moves together with the tool driving unit 8 and the polishing tool 9, the acceleration detection unit 10, and the like are collectively referred to as a “movable unit”.

可動体13は、研磨ヘッド1の筐体11の内部に設置されているガイド12に沿って、Z方向(研磨工具9をテーブル15上の被加工物16に押し付ける方向)に移動可能に構成されている。従って、上記可動部は、筐体11に固定されておらず、Z方向に移動可能である。   The movable body 13 is configured to be movable in the Z direction (the direction in which the polishing tool 9 is pressed against the workpiece 16 on the table 15) along the guide 12 installed inside the housing 11 of the polishing head 1. ing. Therefore, the movable part is not fixed to the housing 11 and can move in the Z direction.

荷重発生部6は、可動体13、工具駆動部8、研磨工具9、加速度検出部10を含む可動部をZ方向に移動させようとする力(荷重)を発生させる荷重発生手段である。本実施形態では荷重発生部6としてエアシリンダを採用し、荷重制御部3からの指示に従って伸縮自在なピストン14を備えている。ピストン14には、荷重検出部7を介して上記の可動部が連結されている。   The load generating unit 6 is a load generating unit that generates a force (load) for moving the movable unit including the movable body 13, the tool driving unit 8, the polishing tool 9, and the acceleration detecting unit 10 in the Z direction. In the present embodiment, an air cylinder is employed as the load generating unit 6, and a piston 14 that can expand and contract according to an instruction from the load control unit 3 is provided. The movable portion is connected to the piston 14 via the load detection portion 7.

研磨ヘッド1は、被加工物16の表面に沿って移動しながら、被研磨面17を研磨する。ピストン14を伸縮させることによって、研磨工具9を被研磨面17に押し付ける荷重の大きさを調整することができる。   The polishing head 1 polishes the surface to be polished 17 while moving along the surface of the workpiece 16. By expanding and contracting the piston 14, the magnitude of the load for pressing the polishing tool 9 against the surface 17 to be polished can be adjusted.

荷重発生部6の具体的構成はエアシリンダに限定されるものではない。例えば、ボイスコイルモータ、ボールネジとモータの組み合わせ機構等のように荷重を制御可能なものであればよい。   The specific configuration of the load generating unit 6 is not limited to the air cylinder. For example, any load controllable device such as a voice coil motor or a combination mechanism of a ball screw and a motor may be used.

荷重検出部7は、ピストン14と可動部との間に配置されており、荷重発生部6と可動部の間に作用する力を検出するためのものである。本実施形態においては、荷重発生部6で発生させる荷重をフィードバック制御するために荷重検出部7を設けている。荷重発生部6で発生させる荷重をオープンループで制御する場合には、荷重検出部7は、不要である。   The load detection unit 7 is disposed between the piston 14 and the movable unit, and detects a force acting between the load generation unit 6 and the movable unit. In the present embodiment, a load detection unit 7 is provided for feedback control of a load generated by the load generation unit 6. When the load generated by the load generation unit 6 is controlled by an open loop, the load detection unit 7 is not necessary.

加速度検出部10は、研磨ヘッド1の移動による研磨ヘッド1の可動部の重心のZ方向の加速度と重力加速度のZ方向成分の和を検出値として出力する。つまり、加速度検出手段としての加速度検出部は、研磨工具を被加工物に押し付ける方向の加速度成分を検出する。加速度検出部10では、重力加速度をはじめとする静的加速度を検出可能なものを使用する。本実施形態では、加速度検出部10を加速度センサを用いて構成している。   The acceleration detection unit 10 outputs the sum of the Z-direction acceleration of the center of gravity of the movable portion of the polishing head 1 due to the movement of the polishing head 1 and the Z-direction component of gravitational acceleration as a detection value. That is, the acceleration detection unit as the acceleration detection unit detects an acceleration component in a direction in which the polishing tool is pressed against the workpiece. The acceleration detection unit 10 is capable of detecting static acceleration including gravitational acceleration. In the present embodiment, the acceleration detection unit 10 is configured using an acceleration sensor.

リンク機構2は、研磨ヘッド1の重量を支持し、研磨ヘッド1の位置及び姿勢を変化させる手段である。リンク機構2は、テーブル15との相対的な位置及び姿勢を連動して変化させることにより研磨工具9が被加工物16の被研磨面17に押し付けられる位置及び姿勢を任意に変化させる。本実施形態においては、リンク機構2として3軸のパラレルリンク機構を採用しており、リンク機構2は、研磨ヘッド1のZ方向の位置及び傾斜角度を変化させることができる。リンク機構2の具体的構成は、パラレルリンク機構に限定されるものではない。研磨ヘッド1のZ方向の位置及び傾斜角度を変化させる機能は、シリアルリンクメカニズムの組み合わせ等により実現可能である。リンク機構2による、研磨ヘッド2の運動は、Z方向の位置及び傾斜に限定されるものではない。例えば、リンク機構2は、Z方向の位置のみを変化させ、テーブル15が被加工物16を傾斜させることで、研磨工具9が被加工物16の被研磨面17に押し付けられる位置及び姿勢を任意に変化させることが可能である。   The link mechanism 2 is a means for supporting the weight of the polishing head 1 and changing the position and posture of the polishing head 1. The link mechanism 2 arbitrarily changes the position and posture at which the polishing tool 9 is pressed against the polishing surface 17 of the workpiece 16 by changing the relative position and posture relative to the table 15 in conjunction with each other. In the present embodiment, a three-axis parallel link mechanism is employed as the link mechanism 2, and the link mechanism 2 can change the position and inclination angle of the polishing head 1 in the Z direction. The specific configuration of the link mechanism 2 is not limited to the parallel link mechanism. The function of changing the position and inclination angle of the polishing head 1 in the Z direction can be realized by a combination of serial link mechanisms. The movement of the polishing head 2 by the link mechanism 2 is not limited to the position and inclination in the Z direction. For example, the link mechanism 2 changes only the position in the Z direction, and the table 15 tilts the workpiece 16 so that the position and posture at which the polishing tool 9 is pressed against the surface 17 to be polished of the workpiece 16 are arbitrary. It is possible to change.

テーブル15は、被加工物16の被研磨面17の研磨加工位置を変位させるべく図示しない駆動手段を介して駆動される。本実施形態においては、テーブル15は、XY方向に移動し、リンク機構2と連動して動作することにより、被加工物16の被研磨面17と研磨工具9との相対的な位置及び姿勢を任意に変化させる。テーブル15の駆動方向は、XY方向に限定されるものではない。リンク機構2との動作の連動により被加工物16の被研磨面17と研磨工具9との相対的な位置及び姿勢を任意に変化させることが可能な駆動方向であればよい。   The table 15 is driven via driving means (not shown) so as to displace the polishing position of the surface 17 to be polished of the workpiece 16. In the present embodiment, the table 15 moves in the X and Y directions and operates in conjunction with the link mechanism 2, so that the relative position and posture of the surface 17 to be polished of the workpiece 16 and the polishing tool 9 are set. Change arbitrarily. The driving direction of the table 15 is not limited to the XY direction. Any driving direction that can arbitrarily change the relative position and posture of the surface 17 to be polished of the workpiece 16 and the polishing tool 9 by interlocking with the operation of the link mechanism 2 may be used.

主制御装置5は、入力された指示に従い、本実施形態の研磨装置全体を制御統括するためのものである。なお、主制御装置5、荷重制御部3、工具駆動制御部4は、実際には一体に構成することが可能である。   The main controller 5 is for controlling and controlling the entire polishing apparatus of the present embodiment in accordance with the input instruction. Note that the main control device 5, the load control unit 3, and the tool drive control unit 4 can actually be configured integrally.

荷重制御部3は、研磨中、被研磨面17と研磨工具9との接触圧力が指示された値を保つように、荷重発生部6を制御する制御手段を有する。荷重制御部3では、加速度検出部10の検出値と、荷重検出部7の検出した荷重と、主制御装置5に入力された研磨荷重の目標値と、に基づいて、逐次制御を行っている。   The load control unit 3 includes a control unit that controls the load generation unit 6 so that the contact pressure between the surface to be polished 17 and the polishing tool 9 maintains an instructed value during polishing. The load control unit 3 performs sequential control based on the detection value of the acceleration detection unit 10, the load detected by the load detection unit 7, and the target value of the polishing load input to the main control device 5. .

本実施形態においては、荷重発生部6をフィードバック制御するために荷重検出部7を必要としているが、荷重発生部6の制御をオープンループとする場合には、荷重検出部7は必要ない。   In the present embodiment, the load detection unit 7 is required for feedback control of the load generation unit 6, but the load detection unit 7 is not necessary when the load generation unit 6 is controlled in an open loop.

工具駆動制御部4は、主制御装置5からの指示に従って工具駆動部8を作動させるものである。   The tool drive control unit 4 operates the tool drive unit 8 in accordance with an instruction from the main control device 5.

以上のように構成される研磨装置において、研磨ヘッド1の位置及び姿勢の変化に伴って変化する被研磨面17に研磨工具9を押し付ける荷重(研磨荷重)の補正について以下に説明する。   In the polishing apparatus configured as described above, correction of a load (polishing load) that presses the polishing tool 9 against the surface to be polished 17 that changes as the position and posture of the polishing head 1 change will be described below.

非軸対象自由曲面形状である被研磨面17を有する被加工物16の研磨加工に際しては、図1に示すように、被加工物16をテーブル15に搭載し、研磨ヘッド1の研磨工具9を、荷重発生部6による所定の研磨加圧力をもって被加工物16に当接させる。そして、リンク機構2及びテーブル15の連動した動作により、被加工物16の被研磨面17と研磨工具9との相対的な位置及び姿勢を変化させながら研磨加工を行う。この研磨加工に際して、被加工物16の被研磨面17の法線方向と研磨ヘッド1のZ方向が一致するように、リンク機構2及びテーブル15を動作させる。   When polishing the workpiece 16 having the surface 17 to be polished which is a non-axis target free-form surface, the workpiece 16 is mounted on a table 15 and the polishing tool 9 of the polishing head 1 is mounted as shown in FIG. Then, the workpiece 16 is brought into contact with the workpiece 16 with a predetermined polishing pressure by the load generator 6. Then, the polishing operation is performed while the relative position and posture between the polishing surface 17 of the workpiece 16 and the polishing tool 9 are changed by the interlocking operation of the link mechanism 2 and the table 15. During this polishing process, the link mechanism 2 and the table 15 are operated so that the normal direction of the surface 17 to be polished of the workpiece 16 and the Z direction of the polishing head 1 coincide.

研磨工具9と被研磨面17との間の接触圧力は、荷重発生部6の発生する力と、可動部(可動体13、工具駆動部8、研磨工具9、加速度検出部10)に作用する重力及び慣性力と、によって決定される。しかし、可動部に作用する重力と慣性力のすべてが接触圧力に加わるわけではなく、そのZ方向成分のみが接触圧力に含まれる。すなわち、接触圧力による研磨荷重は、下記の式(1)で示される。
f=F+M・g+M・a (1)
ここで、
f:被加工物16に加わる研磨荷重(研磨工具9と被研磨面17との接触圧力の積分)
F:荷重発生部6の発生する荷重の大きさ
M:可動部の質量
:重力加速度のZ方向成分
:可動部の重心の加速度のZ方向成分
式(1)を変形すると、次式が得られる。
f=F+M(g+a) (2)
式(2)の右辺に含まれる(g+a)は、研磨ヘッド1の移動及び姿勢の変化により変化する、加速度検出部10の検出値に等しい。本発明においては、以降、可動部の重心のZ方向の加速度と重力加速度のZ方向成分の和(g+a)を、可動部の重心の加速度Gと称する。従って、Fが一定である場合、研磨荷重fは、研磨ヘッド1の移動及び姿勢の変化により変動する。研磨荷重fを所望の値(目標値)に保つためには、研磨ヘッド1の移動及び姿勢の変化によって生ずる荷重の変動分を、荷重発生部6の発生する力を変化させることで打ち消すことが必要である。すなわち、研磨荷重fが目標値fとなるためには、荷重発生部6の発生する力は、{f−MG}でなくてはならない。
The contact pressure between the polishing tool 9 and the surface to be polished 17 acts on the force generated by the load generating unit 6 and the movable unit (the movable body 13, the tool driving unit 8, the polishing tool 9, and the acceleration detecting unit 10). Determined by gravity and inertial forces. However, not all gravity and inertial force acting on the movable part are added to the contact pressure, but only the Z direction component is included in the contact pressure. That is, the polishing load due to the contact pressure is expressed by the following formula (1).
f = F + M · g z + M · a z (1)
here,
f: Polishing load applied to the workpiece 16 (integration of contact pressure between the polishing tool 9 and the polishing surface 17)
F: The magnitude of the load generated by the load generating unit 6 M: Mass of the movable part g z : Z-direction component of gravity acceleration a z : Z-direction component of acceleration of the center of gravity of the movable part The formula is obtained.
f = F + M (g z + a z ) (2)
(G z + a z ) included in the right side of Expression (2) is equal to the detection value of the acceleration detection unit 10 that changes due to the movement of the polishing head 1 and the change in posture. In the present invention, hereinafter, the sum (g z + a z ) of the acceleration in the Z direction of the center of gravity of the movable part and the Z direction component of the gravitational acceleration is referred to as the acceleration G of the center of gravity of the movable part. Therefore, when F is constant, the polishing load f varies depending on the movement of the polishing head 1 and the change in posture. In order to keep the polishing load f at a desired value (target value), it is possible to cancel the load fluctuation caused by the movement of the polishing head 1 and the change of the posture by changing the force generated by the load generator 6. is necessary. That is, in order for the polishing load f to be the target value f 0 , the force generated by the load generator 6 must be {f 0 −MG}.

そこで、荷重制御部3は、加速度検出部10の出力より演算される{f−MG}と、荷重検出部7の出力を比較し、荷重検出部7の出力が{f−M(g+a)}になるように荷重発生部6を制御する。 Therefore, the load control unit 3 compares {f 0 -MG} calculated from the output of the acceleration detection unit 10 with the output of the load detection unit 7, and the output of the load detection unit 7 is {f 0 -M (g The load generation unit 6 is controlled so as to be z + a z )}.

このように、研磨ヘッドの位置及び姿勢が変化した場合でも、研磨面加工面17と研磨工具9との接触圧力を所望の値に保ち、安定した研磨加工を行うことができる。   Thus, even when the position and posture of the polishing head change, the contact pressure between the polishing surface processing surface 17 and the polishing tool 9 can be maintained at a desired value, and stable polishing processing can be performed.

本実施形態では、被研磨面17と研磨工具9との接触圧力を一定に保つ場合について述べた。しかし、被研磨面の位置ごとに接触圧力を設定可能とすることで、接触圧力を位置ごとに異なる値とすることも可能である。被研磨面の位置ごとに接触圧力を設定する場合も、本発明を適用することで、研磨荷重(接触圧力)を常に設定値に一致させることが可能である。   In the present embodiment, the case where the contact pressure between the surface to be polished 17 and the polishing tool 9 is kept constant has been described. However, by making it possible to set the contact pressure for each position of the surface to be polished, the contact pressure can be set to a different value for each position. Even when the contact pressure is set for each position of the surface to be polished, by applying the present invention, it is possible to always match the polishing load (contact pressure) with the set value.

加速度検出部10は、可動部の重心のZ方向の加速度と重力加速度のZ方向成分の和、つまり、可動部の重心の加速度Gを検出できればどのような位置に配置してもよい。   The acceleration detector 10 may be arranged at any position as long as it can detect the sum of the Z-direction acceleration of the center of gravity of the movable part and the Z-direction component of the gravitational acceleration, that is, the acceleration G of the center of gravity of the movable part.

図2に示す実施形態においては、加速度検出部10を可動部の重心に配置する例を示している。このように、加速度検出部10を可動部の重心に配置できれば、可動部の重心の加速度Gが、加速度検出部10で検出される。しかし、可動部の構成によっては重心に加速度検出部を配置出来ない場合がある。可動部の重心に加速度検出部を配置できない場合は、複数の加速度センサを研磨ヘッド上に配置し、それぞれの加速度センサの出力結果より可動部の重心の加速度Gを算出することで、図2に示す実施形態と同様の効果を得ることができる。   In the embodiment shown in FIG. 2, an example in which the acceleration detection unit 10 is arranged at the center of gravity of the movable unit is shown. In this way, if the acceleration detection unit 10 can be arranged at the center of gravity of the movable unit, the acceleration G of the center of gravity of the movable unit is detected by the acceleration detection unit 10. However, depending on the configuration of the movable part, the acceleration detection part may not be arranged at the center of gravity. When the acceleration detection unit cannot be arranged at the center of gravity of the movable unit, a plurality of acceleration sensors are arranged on the polishing head, and the acceleration G of the center of gravity of the movable unit is calculated from the output result of each acceleration sensor, thereby FIG. The same effect as the embodiment shown can be obtained.

以下に、研磨ヘッド上に配置された加速度センサの出力と可動部の重心の加速度Gの関係について説明し、複数の加速度センサを研磨ヘッド上に配置することで、可動部の重心の加速度Gを算出可能であることを示す。   The relationship between the output of the acceleration sensor arranged on the polishing head and the acceleration G of the center of gravity of the movable part will be described below, and the acceleration G of the center of gravity of the movable part can be obtained by arranging a plurality of acceleration sensors on the polishing head. Indicates that calculation is possible.

研磨ヘッドを一つの剛体であると考えると、研磨ヘッドの運動は、グローバル座標系に対する研磨ヘッドに固定されたヘッド座標系の並進と回転として考えることができる。可動部の重心を基準位置(0,0,0)とし、研磨ヘッドのZ方向をZ軸の方向としたヘッド座標系を考える。一般に座標系の運動は、並進と回転を合わせて4行4列の行列を用いた表現方法が用いられる。行列を用いて、グローバル座標系におけるヘッド座標系の速度と加速度を表現すると、速度が式(3)、加速度が式(4)のように表される。   Considering the polishing head as one rigid body, the movement of the polishing head can be thought of as translation and rotation of a head coordinate system fixed to the polishing head relative to the global coordinate system. Consider a head coordinate system in which the center of gravity of the movable part is the reference position (0, 0, 0) and the Z direction of the polishing head is the Z-axis direction. In general, for the movement of the coordinate system, an expression method using a matrix of 4 rows and 4 columns in combination of translation and rotation is used. When the speed and acceleration of the head coordinate system in the global coordinate system are expressed using a matrix, the speed is expressed as Expression (3) and the acceleration is expressed as Expression (4).

Figure 2010234520
Figure 2010234520

Figure 2010234520
Figure 2010234520

式(3)は、ヘッド座標系の速度ベクトルが(v,v,v)、角速度ベクトルが
(ω,ω,ω)であることを示している。式(4)は、ヘッド座標系の加速度ベクトルが(b,b,b)、角加速度ベクトルが(α,α,α)であることを示している。このとき、ヘッド座標系の任意の点(x,y,z)のグローバル座標系における速度(x’,y’,z’)と加速度(x’’,y’’,z’’)は、それぞれ式(5)、(6)で表される。
Expression (3) indicates that the velocity vector of the head coordinate system is (v x , v y , v z ) and the angular velocity vector is (ω x , ω y , ω z ). Expression (4) indicates that the acceleration vector of the head coordinate system is (b x , b y , b z ) and the angular acceleration vector is (α x , α y , α z ). At this time, the velocity (x ′, y ′, z ′) and acceleration (x ″, y ″, z ″) in the global coordinate system of an arbitrary point (x, y, z) in the head coordinate system are They are represented by formulas (5) and (6), respectively.

Figure 2010234520
Figure 2010234520

Figure 2010234520
Figure 2010234520

式(6)に式(3)、(4)を代入すると式(7)が得られる。   Substituting Equations (3) and (4) into Equation (6) yields Equation (7).

Figure 2010234520
Figure 2010234520

式(7)より、グローバル座標系上を移動するヘッド座標系の任意の点の加速度を得ることが出来る。可動部の重心位置は(0,0,0)であるから、研磨ヘッドの運動による可動部の重心での加速度aは、式(8)のようになる。 From equation (7), the acceleration of an arbitrary point in the head coordinate system that moves on the global coordinate system can be obtained. Since the position of the center of gravity of the movable part is (0, 0, 0), the acceleration az at the center of gravity of the movable part due to the movement of the polishing head is as shown in Expression (8).

Figure 2010234520
Figure 2010234520

可動部の重心の加速度Gは、a+gであるから、z’’は式(9)のように表すことが出来る。 Since the acceleration G of the center of gravity of the movable part is a z + g z , z ″ can be expressed as in Expression (9).

Figure 2010234520
Figure 2010234520

式(9)を変形すると、式(10)が得られる。   By transforming equation (9), equation (10) is obtained.

Figure 2010234520
Figure 2010234520

研磨ヘッド上の点(x,y,z)に配置された加速度センサの出力は、研磨ヘッド上の点(x,y,z)の加速度z’’にgを加算したものである。つまり式(10)は、研磨ヘッド上に配置された加速度センサの出力と可動部の重心の加速度Gの関係を示している。 The output of the acceleration sensor arranged at the point (x, y, z) on the polishing head is obtained by adding g z to the acceleration z ″ of the point (x, y, z) on the polishing head. That is, Formula (10) shows the relationship between the output of the acceleration sensor arranged on the polishing head and the acceleration G of the center of gravity of the movable part.

式(10)の(−ω −ω ),(ωω+α),(ωω−α),Gを4つの未知数とみなせば、研磨ヘッドに加速度センサを異なる4箇所に配置すれば、可動部の重心の加速度Gを算出可能である。 If (−ω y 2 −ω x 2 ), (ω y ω z + α x ), (ω x ω z −α y ), and G in Equation (10) are regarded as four unknowns, an acceleration sensor is attached to the polishing head. If arranged at four different places, the acceleration G of the center of gravity of the movable part can be calculated.

また、2点が式(11)の関係にあるときは、加速度センサを2箇所に配置することで、可動部の重心の加速度Gを算出可能である。2点が式(11)の関係にある時は、つまり、(0,0,0)を通過する直線すなわち可動部の重心を含む直線上にあることを示している。   Further, when the two points are in the relationship of Expression (11), the acceleration G at the center of gravity of the movable part can be calculated by arranging the acceleration sensors at two locations. When the two points are in the relationship of Expression (11), that is, they are on a straight line passing through (0, 0, 0), that is, on a straight line including the center of gravity of the movable part.

Figure 2010234520

ただしkは0でない実数
Figure 2010234520

Where k is a non-zero real number

図4に、加速度センサを2箇所に配置することで、可動部の重心の加速度Gを算出可能である実施形態の一例を示す。図2と同一部分には、同一符号を附して、重複説明を省略する。図4において、18は、可動部の重心を示し、19、20は、加速度センサを示す。このように、加速度センサを可動部の重心18を含む直線上の異なる2箇所に配置すると、可動部の重心の加速度Gを算出可能である。   FIG. 4 shows an example of an embodiment in which the acceleration G at the center of gravity of the movable part can be calculated by arranging the acceleration sensors at two locations. The same parts as those in FIG. In FIG. 4, 18 indicates the center of gravity of the movable part, and 19 and 20 indicate acceleration sensors. Thus, if the acceleration sensors are arranged at two different locations on the straight line including the center of gravity 18 of the movable part, the acceleration G of the center of gravity of the movable part can be calculated.

加速度センサを4箇所に配置した実施例を示す。可動部の重心の座標を(0,0,0)とし、加速度センサを、座標がそれぞれ(−100,100,100)、(−100,−100,200)、(100,−100,100)、(100,100,200)となる位置に設置した。加速度センサで検知される加速度(z’’+g)をそれぞれAc、Ac、Ac、Acとおき、式(10)より、以下の4式を得た。 The Example which has arrange | positioned the acceleration sensor in four places is shown. The coordinates of the center of gravity of the movable part are (0, 0, 0), and the acceleration sensor has coordinates (-100, 100, 100), (-100, -100, 200), (100, -100, 100), respectively. , (100, 100, 200). The acceleration (z ″ + g z ) detected by the acceleration sensor was set as Ac 1 , Ac 2 , Ac 3 , and Ac 4 respectively, and the following four formulas were obtained from formula (10).

Figure 2010234520
Figure 2010234520

式(11)〜(14)の(−ω −ω ),(ωω+α),(ωω−α),Gを4つの未知数とみなし、連立して解き、可動部の重心の加速度Gを、以下の式(16)によって得られた。 In Equations (11) to (14), (−ω y 2 −ω x 2 ), (ω y ω z + α x ), (ω x ω z −α y ), G are regarded as four unknowns, The acceleration G of the center of gravity of the movable part was obtained by the following equation (16).

Figure 2010234520
Figure 2010234520

加速度センサを2箇所に配置した実施例を示す。加速度センサ19、20の位置を、それぞれ、(x,y,z)、k(x,y,z)とした。加速度センサで検知される加速度(z’’+g)をそれぞれAc、Acとおくと、式(10)より以下の2式が得られた。 The Example which has arrange | positioned the acceleration sensor in two places is shown. The positions of the acceleration sensors 19 and 20 were (x 1 , y 1 , z 1 ) and k (x 1 , y 1 , z 1 ), respectively. When the acceleration (z ″ + g z ) detected by the acceleration sensor is set to Ac 1 and Ac 2 , the following two expressions are obtained from Expression (10).

Figure 2010234520
Figure 2010234520

式(17)、(18)より可動部の重心の加速度Gが、以下の式(19)によって得られた。 From the equations (17) and (18), the acceleration G of the center of gravity of the movable part was obtained by the following equation (19).

Figure 2010234520
Figure 2010234520

1 研磨ヘッド
2 リンク機構
3 荷重制御部
4 工具駆動制御部
5 主制御装置
6 荷重発生部
7 荷重検出部
8 工具駆動部
9 研磨工具
10 加速度検出部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Polishing head 2 Link mechanism 3 Load control part 4 Tool drive control part 5 Main controller 6 Load generation part 7 Load detection part 8 Tool drive part 9 Polishing tool 10 Acceleration detection part

Claims (5)

研磨工具の位置及び姿勢を変化させながら被加工物を研磨する研磨装置において、
前記研磨工具と、
前記研磨工具を前記被加工物に押し付ける方向に前記研磨工具とともに移動する可動部と、
前記可動部を移動させて前記研磨工具を前記被加工物に押し付ける荷重を発生する荷重発生手段と、
前記研磨工具と前記被加工物の相対的な位置及び姿勢を変化させる手段と、
前記可動部の重心の加速度を検出する加速度検出手段と、
前記検出された可動部の重心の加速度に基づいて、前記荷重発生手段により発生させる荷重の大きさを制御する制御手段と、を有することを特徴とする研磨装置。
In a polishing apparatus for polishing a workpiece while changing the position and posture of a polishing tool,
The polishing tool;
A movable part that moves with the polishing tool in a direction in which the polishing tool is pressed against the workpiece;
Load generating means for generating a load for moving the movable part and pressing the polishing tool against the workpiece;
Means for changing a relative position and posture of the polishing tool and the workpiece;
Acceleration detecting means for detecting the acceleration of the center of gravity of the movable part;
A polishing apparatus comprising: control means for controlling the magnitude of the load generated by the load generating means based on the detected acceleration of the center of gravity of the movable part.
前記制御手段は、前記検出された可動部の重心の加速度に基づいて、前記荷重発生手段により発生させる荷重の大きさFを以下のように制御することを特徴とする請求項1に記載の研磨装置。
F=f−MG
:研磨工具による研磨荷重の目標値
M:研磨工具とともに移動する可動部の質量
G:前記検出された可動部の重心の加速度
2. The polishing according to claim 1, wherein the control means controls the magnitude F of the load generated by the load generating means based on the detected acceleration of the center of gravity of the movable part as follows. apparatus.
F = f 0 -MG
f 0 : Target value of the polishing load by the polishing tool M: Mass of the movable part moving with the polishing tool G: Acceleration of the detected center of gravity of the movable part
前記加速度検出手段は、前記可動部の重心に配置された加速度センサであり、前記検出された前記可動部の重心の加速度は、前記可動部の重心に配置された加速度センサによって検出された値であることを特徴とする請求項1に記載の研磨装置。   The acceleration detecting means is an acceleration sensor arranged at the center of gravity of the movable part, and the detected acceleration of the center of gravity of the movable part is a value detected by an acceleration sensor arranged at the center of gravity of the movable part. The polishing apparatus according to claim 1, wherein the polishing apparatus is provided. 前記加速度検出手段は、前記可動部の重心を含む直線上の2箇所に配置された加速度センサにより構成され、前記2箇所に配置された加速度センサによって検出された値から、前記可動部の重心の加速度を算出することを特徴とする請求項1に記載の研磨装置。   The acceleration detecting means is composed of acceleration sensors arranged at two places on a straight line including the center of gravity of the movable part, and the value of the center of gravity of the movable part is detected from the values detected by the acceleration sensors arranged at the two places. The polishing apparatus according to claim 1, wherein acceleration is calculated. 前記加速度検出手段は、4箇所に配置された加速度センサにより構成され、前記4箇所に配置された加速度センサによって検出された値から、前記可動部の重心の加速度を算出することを特徴とする請求項1に記載の研磨装置。   The acceleration detection means includes acceleration sensors arranged at four locations, and calculates the acceleration of the center of gravity of the movable part from values detected by the acceleration sensors arranged at the four locations. Item 2. The polishing apparatus according to Item 1.
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