JP2011079079A - Polishing device - Google Patents
Polishing device Download PDFInfo
- Publication number
- JP2011079079A JP2011079079A JP2009232491A JP2009232491A JP2011079079A JP 2011079079 A JP2011079079 A JP 2011079079A JP 2009232491 A JP2009232491 A JP 2009232491A JP 2009232491 A JP2009232491 A JP 2009232491A JP 2011079079 A JP2011079079 A JP 2011079079A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- polishing
- load
- expansion
- tool
- contraction
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Grinding And Polishing Of Tertiary Curved Surfaces And Surfaces With Complex Shapes (AREA)
- Constituent Portions Of Griding Lathes, Driving, Sensing And Control (AREA)
Abstract
Description
本発明は、工作物を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 for polishing a workpiece.
近年、レンズやミラーといった光学素子においては、より高い加工精度が求められており、これらの研磨加工においては、研磨ヘッドが研磨工具の研磨荷重や回転数を制御している。一般に、研磨除去量は、研磨工具と被研磨面との接触圧力、研磨工具の回転数、加工時間に比例することがプレストンの経験則として知られている。したがって、研磨除去量を制御するためには、研磨工具を被研磨面に押し付ける研磨荷重と研磨工具の回転数を制御しなくてはならない。研磨荷重を精密に制御するには、研磨荷重をモニタリングし、計測した値をフィードバックすることが有効であり、一般に荷重の測定にはロードセルが用いられる。 In recent years, optical elements such as lenses and mirrors have been required to have higher processing accuracy. In these polishing processes, the polishing head controls the polishing load and the number of rotations of the polishing tool. Generally, it is known as Preston's rule of thumb that the removal amount of polishing is proportional to the contact pressure between the polishing tool and the surface to be polished, the number of revolutions of the polishing tool, and the processing time. Therefore, in order to control the polishing removal amount, the polishing load for pressing the polishing tool against the surface to be polished and the rotation speed of the polishing tool must be controlled. In order to precisely control the polishing load, it is effective to monitor the polishing load and feed back the measured value. In general, a load cell is used to measure the load.
従来の研磨ヘッドは、ロードセル等の荷重検出手段と、荷重の検出方向に移動可能に支持された工具駆動部を連結したものがある(特許文献1参照)。これは、図6に示すように、研磨ヘッドに、荷重発生部108と、荷重検出部103と、回転駆動手段107と、研磨工具110と、を設ける。筐体109は荷重発生部108を支持し、研磨工具110を回転駆動する回転駆動手段107は、筐体109の内部に設置されているガイド106に沿って、工具軸101のスラスト方向に移動可能に構成されている。荷重発生部108は、回転駆動手段107を移動させて、研磨工具110を被研磨面に押し付ける。研磨工具110と被研磨面との接触圧力である研磨荷重は、荷重検出部103で得られる荷重値に、荷重検出部103と被研磨面との間にある可動部の重量による影響を加算することで得られる。ここで、可動部とは、工具軸101のスラスト方向に移動可能に構成され、荷重検出部103の下側で、被研磨面に押し付けられる研磨ヘッドの構成要素の組み合わされたものを指す。すなわち、回転駆動手段107と研磨工具110と工具軸101の組み合わされたものが可動部である。
A conventional polishing head includes a load detection unit such as a load cell and a tool driving unit supported so as to be movable in the load detection direction (see Patent Document 1). As shown in FIG. 6, the polishing head is provided with a
図7は別例による研磨ヘッドを示す。この構成では、荷重発生部108が荷重検出部103を介して筐体109に支持されており、荷重発生部108と回転駆動手段107と研磨工具110と工具軸101の組み合わされたものが可動部である。
FIG. 7 shows a polishing head according to another example. In this configuration, the
いずれの場合も、研磨ヘッドが重力方向に対して角度θだけ傾斜している場合には、可動部の重量により、以下の式(1)で表される大きさの力(荷重)ΔFが研磨工具110と被研磨面との接触圧力である研磨荷重に影響している。
ΔF=M・g・cosθ・・・・・(1)
ここで、ΔF:研磨荷重のうちで可動部の重量による荷重
M:可動部の質量
g:重力加速度
θ:研磨ヘッドの重力方向に対する傾き角度
In any case, when the polishing head is inclined by an angle θ with respect to the direction of gravity, a force (load) ΔF having a magnitude represented by the following equation (1) is polished by the weight of the movable part. It affects the polishing load, which is the contact pressure between the
ΔF = M · g · cos θ (1)
Here, ΔF: Load due to weight of movable part among polishing load
M: Mass of the moving part
g: Gravity acceleration
θ: Angle of inclination of the polishing head with respect to the direction of gravity
研磨ヘッドは、荷重検出部103で得られる荷重値にΔFを加算することにより得られる値を基に、荷重発生部108を制御し、研磨工具110と被研磨面との間に任意の研磨荷重を発生させることができる。
The polishing head controls the
しかし、研磨ヘッドの重力方向に対する傾きθが正確に検出されない場合は、、研磨ヘッドの検出する研磨工具110と被研磨面との荷重値は、以下の式(2)で表される誤差Eを含む。
E=M・g・(cos(θ+Δθ)−cosθ)・・・・・(2)
ここで、E:研磨ヘッドの検出する荷重値に含まれる誤差
M:可動部の質量
g:重力加速度
θ:研磨ヘッドの重力方向に対する傾き角度
Δθ:研磨ヘッドの重力方向に対する傾き角度の誤差
However, when the inclination θ with respect to the gravitational direction of the polishing head is not accurately detected, the load value between the
E = M · g · (cos (θ + Δθ) −cos θ) (2)
Where E: error included in the load value detected by the polishing head
M: Mass of the moving part
g: Gravity acceleration
θ: Angle of inclination of the polishing head with respect to the direction of gravity
Δθ: Error in tilt angle with respect to gravitational direction of polishing head
このように、誤差Eは、研磨ヘッドの可動部の質量Mに比例する。従来の研磨ヘッドのうち、研磨工具を押し付けながら回転駆動する研磨ヘッドにおいては、可動部の質量に回転駆動手段の質量が含まれるため、研磨加工中に検出する研磨荷重の誤差を増大させてしまうという問題があった。 Thus, the error E is proportional to the mass M of the movable part of the polishing head. Among conventional polishing heads, a polishing head that rotates while pressing a polishing tool increases the error of the polishing load detected during the polishing process because the mass of the movable part includes the mass of the rotation driving means. There was a problem.
本発明は、研磨工具を被研磨面に押し付ける研磨荷重を高精度に制御することが可能な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 this invention is to provide the grinding | polishing apparatus which can control the grinding | polishing load which presses a grinding | polishing tool on a to-be-polished surface with high precision.
本発明の研磨装置は、回転する研磨工具によって被研磨面を研磨加工する研磨装置において、前記研磨工具と、前記研磨工具を保持し、スラスト方向に移動可能である工具軸と、前記工具軸を回転駆動するための回転駆動手段と、前記工具軸を介して前記研磨工具に前記スラスト方向の荷重を与える荷重付与手段と、前記回転駆動手段と前記工具軸とを前記スラスト方向に伸縮自在に連結し、前記回転駆動手段による回転トルクを前記工具軸に伝達する伸縮連結部と、前記伸縮連結部の伸縮長を測定する伸縮測定手段と、前記伸縮連結部の伸縮長から、前記研磨工具によって被研磨面を研磨加工するときの研磨荷重を算出する演算手段と、前記演算手段の出力に応じて前記荷重付与手段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 that polishes a surface to be polished with a rotating polishing tool, the polishing tool, a tool axis that holds the polishing tool and is movable in a thrust direction, and the tool axis. A rotational driving means for rotationally driving, a load applying means for applying a load in the thrust direction to the polishing tool via the tool shaft, and the rotational driving means and the tool shaft are connected to be extendable in the thrust direction. Then, from the expansion / contraction connecting portion for transmitting the rotational torque of the rotation driving means to the tool shaft, the expansion / contraction measuring means for measuring the expansion / contraction length of the expansion / contraction connecting portion, and the expansion / contraction length of the expansion / contraction connecting portion, It has a calculating means for calculating a polishing load when polishing the polishing surface, and a control means for controlling the load applying means in accordance with the output of the calculating means.
工具軸に作用するスラスト力である研磨荷重を、伸縮連結部の伸縮長として研磨工具の回転中に回転を妨げることなく測定可能である。また、伸縮連結部と伸縮測定手段により構成される荷重測定部の下側の可動部に回転駆動手段が含まれないため、被研磨面に作用する研磨荷重を高精度に測定し、安定した精密な研磨加工を行うことができる。 The polishing load, which is a thrust force acting on the tool shaft, can be measured as the expansion / contraction length of the expansion / contraction connecting portion without obstructing the rotation during rotation of the polishing tool. In addition, since the rotational drive means is not included in the movable part below the load measuring part composed of the expansion / contraction connecting part and the expansion / contraction measuring means, the polishing load acting on the surface to be polished is measured with high precision and stable precision. Can be polished.
図1は、第1の実施形態による研磨装置を示すもので、工具軸1は、下端に研磨工具である研磨パッド10を保持し、流体軸受2により回転自在かつスラスト方向に移動可能に支持され、差動トランス3は、工具軸1のスラスト方向の移動を検出する。工具軸1の支持手段は必ずしも流体軸受2に限定されるものではなく、接触式のボールブッシュなどを用いてもよい。ただし、空気軸受などの非接触方式のほうが望ましい。板ばね5と板ばね支持体6から構成される伸縮連結部は、回転駆動手段7と工具軸1とを伸縮自在に連結し、回転駆動手段7の回転トルクを工具軸1に伝達する。
FIG. 1 shows a polishing apparatus according to a first embodiment. A tool shaft 1 holds a
伸縮連結部は、板ばね5と板ばね支持体6からなるカップリングに限定されるものではない。例えば、図2(a)に示す円筒型の内輪60に設けたマグネット61aを外輪62のマグネット61bに対向させたマグネットカップリングや、(b)に示すマグネット63aを用いた一対のギア63でもよい。また、図2(c)に示す金属や樹脂などの弾性体など、トルクを伝達可能でスラスト方向に弾性的に伸縮する部材64を介在させる構成でもよい。
The telescopic connecting portion is not limited to the coupling composed of the
伸縮測定手段を構成する差動トランス3は、前記伸縮連結部の伸縮長を、工具軸1に固着された芯4の変位により工具軸1のスラスト方向の移動量として非接触にて測定する。伸縮連結部の伸縮長を測定する伸縮測定手段は、差動トランス3を用いる方法に限定されるものではない。例えば、図3(a)に示すように、レーザー変位計65により板ばね下面の測定点66を測定してもよいし、(b)に示すように工具軸1にフランジ部67を設けてその下面に測定点66を配置してもよい。また、レーザー変位計の代わりに、渦電流式変位計など他の変位センサを用いてもよい。工具軸1を介して研磨パッド10にスラスト方向の荷重を与える荷重付与手段である変位機構8には筐体9が接続され、筐体9は、回転駆動手段7、差動トランス3、流体軸受2を支持する。筐体9を介して、変位機構8により工具軸1をスラスト方向に移動させる。
The
次に、研磨パッド10と被研磨面11との間に作用する研磨荷重の測定について説明する。変位機構8により筐体9が被加工物に近づけられると、工具軸1の先端に取り付けられた研磨パッド10が回転しながら被研磨面11に接触する。工具軸1の先端の研磨パッド10が被研磨面11に接触した後もひき続き筐体9が被加工物に近づけられると、工具軸1が板ばね5に押込まれ板ばね5を変形させる。工具軸1の板ばね5への押込み長(伸縮連結部の伸縮長)は、差動トランス3により芯4の変位として計測される。変位機構8が板ばね5を介して工具軸1に作用させるスラスト力(スラスト方向の荷重)は、演算手段12により、板ばね5の押込み長の計測値及び既存のデータから算出することができる。また、研磨パッド10と工具軸1と芯4からなる可動部の質量をあらかじめ計測しておけば、工具軸1に作用するスラスト力とあわせて、研磨加工中の研磨パッド10と被研磨面11との間に作用する研磨荷重を知ることができる。
Next, measurement of the polishing load acting between the polishing
研磨ヘッドが傾斜する場合には、図示しない傾斜測定手段により、研磨ヘッドの重力方向に対する傾斜角度を検知し、可動部の重量による荷重を傾斜角度分補正し、研磨パッド10と被研磨面11の間に作用する研磨荷重を算出すればよい。研磨荷重FPは以下の式(3)よって算出される。
FP=FC+M・g・(1−cosθ)・・・・・(3)
ここで、FP:研磨パッド10と被研磨面11の間に作用する研磨荷重
FC:板ばね5が工具軸1を押す力
M:可動部の質量(工具軸1と研磨パッド10と芯4の質量の合計)
g:重力加速度
θ:研磨ヘッドの傾斜角度
When the polishing head is tilted, the tilt measuring means (not shown) detects the tilt angle of the polishing head with respect to the gravitational direction, corrects the load due to the weight of the movable part by the tilt angle, and the
FP = FC + M · g · (1−cos θ) (3)
Here, FP: polishing load acting between the polishing
FC: Force by which the
M: Mass of the movable part (total of the masses of the tool shaft 1, the
g: Gravity acceleration
θ: Inclination angle of polishing head
傾斜角度θの測定に誤差があると、可動部の質量Mの大きさに比例して研磨荷重FPの測定誤差が大きくなる。したがって、可動部の質量Mを小さくすることで研磨荷重FPをより正確に計測することが可能である。 If there is an error in the measurement of the inclination angle θ, the measurement error of the polishing load FP increases in proportion to the mass M of the movable part. Therefore, it is possible to measure the polishing load FP more accurately by reducing the mass M of the movable part.
従来の研磨ヘッドでは、可動部に回転駆動手段が含まれるが、本実施形態による研磨装置の回転駆動手段7は、研磨荷重の測定に関わる可動部に含まれないため、可動部を軽量化でき、より高精度に研磨荷重の測定が可能である。 In the conventional polishing head, the movable part includes the rotational driving means. However, since the rotational driving means 7 of the polishing apparatus according to the present embodiment is not included in the movable part related to the measurement of the polishing load, the movable part can be reduced in weight. The polishing load can be measured with higher accuracy.
本実施形態の研磨装置において、研磨荷重を大きくするには、変位機構8により筐体9を被研磨面11に近づくよう移動させ、研磨荷重を小さくするには、変位機構8により筐体9を被研磨面11から遠ざけるよう移動させればよい。
In the polishing apparatus of this embodiment, in order to increase the polishing load, the displacement mechanism 8 moves the
研磨荷重の測定結果に基づく演算手段12の出力に応じて、制御手段13により研磨荷重の変化を低減し、目標とする研磨荷重になるように変位機構8を制御することで、所望の研磨加工結果を得ることができる。 In accordance with the output of the calculation means 12 based on the measurement result of the polishing load, the change of the polishing load is reduced by the control means 13 and the displacement mechanism 8 is controlled so as to achieve the target polishing load. The result can be obtained.
図4は第2の実施形態を示す。本実施形態においては、変位機構8を筐体9の内部に配置する。これによって、変位機構8が移動させる構成要素が少なくなり、変位機構8が移動させる部分を軽量化して制御の応答性を高めることができる。また、差動トランス3を筐体9の内部に固定し、筐体9を変位機構8により移動させる代わりに、筐体内部の変位機構8に固定された差動トランスホルダ14に差動トランス3を固定し、回転駆動手段7を変位機構8により移動させる。研磨パッド10と被研磨面11との間に作用する研磨荷重の測定方法及び研磨加工については第1の実施形態と同じである。
FIG. 4 shows a second embodiment. In the present embodiment, the displacement mechanism 8 is disposed inside the
図5は第3の実施形態を示すもので、これは、より高精度に工具軸1の板ばね5への押込み長を測定することにより、より精度良く研磨パッド10と被研磨面11との間に作用する研磨荷重を測定することを可能にする。
FIG. 5 shows a third embodiment, which measures the indentation length of the tool shaft 1 into the
筐体9には、伸縮測定手段を構成する2組の差動トランス3が固定され、それぞれ工具軸1に固定された芯4に対向する。板ばね5と板ばね支持体6により構成される伸縮連結部の上下に配置された2つの芯4の変位を計測して差をとることにより、工具軸1の板ばね5への押込み長を計測する。2つの芯4の変位の差をとることで、板ばね支持体6の回転駆動手段7への押込みの影響を排除できる。したがって、より高精度に工具軸1の板ばね5への押込み長を測定可能となり、より精度良く研磨パッド10と被研磨面11との間に作用する研磨荷重を測定できる。研磨荷重の測定方法及び研磨加工については第1の実施形態と同じである。
Two sets of
1 工具軸
2 流体軸受
3 差動トランス
4 芯
5 板ばね
6 板ばね支持体
7 回転駆動手段
8 変位機構
9 筐体
10 研磨パッド
11 被研磨面
12 演算手段
13 制御手段
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Tool axis |
Claims (3)
前記研磨工具と、
前記研磨工具を保持し、スラスト方向に移動可能である工具軸と、
前記工具軸を回転駆動するための回転駆動手段と、
前記工具軸を介して前記研磨工具に前記スラスト方向の荷重を与える荷重付与手段と、
前記回転駆動手段と前記工具軸とを前記スラスト方向に伸縮自在に連結し、前記回転駆動手段による回転トルクを前記工具軸に伝達する伸縮連結部と、
前記伸縮連結部の伸縮長を測定する伸縮測定手段と、
前記伸縮連結部の伸縮長から、前記研磨工具によって被研磨面を研磨加工するときの研磨荷重を算出する演算手段と、
前記演算手段の出力に応じて前記荷重付与手段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 that polishes a surface to be polished with a rotating polishing tool,
The polishing tool;
A tool shaft that holds the polishing tool and is movable in a thrust direction;
Rotation driving means for driving the tool shaft to rotate;
Load applying means for applying a load in the thrust direction to the polishing tool via the tool shaft;
An expansion / contraction connecting portion that connects the rotation driving means and the tool shaft so as to be extendable and contractible in the thrust direction, and transmits rotational torque generated by the rotation driving means to the tool shaft;
Expansion / contraction measuring means for measuring the expansion / contraction length of the expansion / contraction connection part;
An arithmetic means for calculating a polishing load when polishing the surface to be polished by the polishing tool from the expansion / contraction length of the expansion / contraction connecting portion,
And a control means for controlling the load applying means in accordance with the output of the calculating means.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009232491A JP2011079079A (en) | 2009-10-06 | 2009-10-06 | Polishing device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009232491A JP2011079079A (en) | 2009-10-06 | 2009-10-06 | Polishing device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2011079079A true JP2011079079A (en) | 2011-04-21 |
Family
ID=44073684
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2009232491A Pending JP2011079079A (en) | 2009-10-06 | 2009-10-06 | Polishing device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2011079079A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2019058980A (en) * | 2017-09-27 | 2019-04-18 | 株式会社荏原製作所 | Polishing method and polishing device |
-
2009
- 2009-10-06 JP JP2009232491A patent/JP2011079079A/en active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2019058980A (en) * | 2017-09-27 | 2019-04-18 | 株式会社荏原製作所 | Polishing method and polishing device |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10641592B2 (en) | Ultra-light and ultra-accurate portable coordinate measurement machine with enhanced precision joints | |
US8347713B2 (en) | Apparatus and method for measuring dynamic rigidity of a main shaft of a machine tool | |
CN105021338B (en) | A kind of torque-measuring apparatus and method for miniature tension-torsion fatigue tester | |
JP5910331B2 (en) | Positioning device | |
CN104132886B (en) | Precision bearing ball and the testing device for friction coefficient in retainer pocket hole | |
CN108709747B (en) | Device and method for testing start-stop performance of precise miniature spiral groove thrust gas bearing | |
KR20140090688A (en) | Systems and methods for substrate polishing end point detection using improved friction measurement | |
CN109959514A (en) | Match angular contact ball bearing dynamic friction performance online test device | |
CN104019929A (en) | Online rotating shaft torque measurement method based on relative displacement measurement of eddy current | |
JP2011079079A (en) | Polishing device | |
EP3225950B1 (en) | Portable displacement measuring instrument with constant force mechanism | |
JP2015158401A (en) | Eccentricity adjustment apparatus | |
JP2008101991A (en) | Apparatus for measuring shape | |
JP2011149762A (en) | Twist-amount measuring device | |
JP2008023683A (en) | Machine tool | |
JP2009293965A (en) | Testing apparatus for traction measurement | |
JP2007024622A (en) | Horizontal displacement measuring instrument for base isolation structure | |
KR101314359B1 (en) | Device for measuring displacement of main shaft in machining tools | |
Fan et al. | Development of an automatic cumulative-lead error measurement system for ballscrew nuts | |
JP2010172988A5 (en) | Polishing equipment | |
JP2008023684A (en) | Machine tool | |
JP2022043641A (en) | Processing device | |
US828731A (en) | Torsion-indicator. | |
JP2011161534A (en) | Abrasive head and abrading device | |
JP2011203064A (en) | Apparatus and method of measuring rotation angle of rotating device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
RD03 | Notification of appointment of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423 Effective date: 20120203 |