JP6420063B2

JP6420063B2 - 回転テーブルの機械誤差の測定方法及び板材の周縁加工方法

Info

Publication number: JP6420063B2
Application number: JP2014111572A
Authority: JP
Inventors: 友基酒井; 尚貢西村
Original assignee: 中村留精密工業株式会社
Priority date: 2014-05-29
Filing date: 2014-05-29
Publication date: 2018-11-07
Anticipated expiration: 2034-05-29
Also published as: JP2015223683A

Description

この発明は、回転テーブルの回転に伴う回転角の誤差（角度振れ）及び回転中心の誤差（心振れ）を測定する方法に関するもので、特に、板材の周縁を連続加工する加工機のワークテーブルの測定に好適な上記測定方法及び当該測定方法を含む板材の周縁加工方法に関するものである。

液晶パネルなどの板材の周縁の加工は、真空吸着などによりテーブルに固定した板材の周縁を回転砥石で削り取ることによって行われる。この板材の周縁加工機を、図２に示すように、ワークｗを固定したテーブルの回転中心Ｐ回りの回転角θと、この回転中心Ｐに向けて接近及び離隔する一方向（図のＸ方向）の回転砥石３の移動ｘとを関連付けて制御することにより行うコンタリング方式の周縁加工機は、装置の設置面積を大幅に低減できるという特徴がある。

このコンタリング方式の加工の場合、テーブルの回転に角度振れや心振れがあると、例えば直線辺が湾曲するなどの加工誤差が生ずる。そこで高い精度が要求される板材の周縁加工を行う際には、各加工機毎にテーブルの角度振れ及び心振れを測定して、テーブルの角度や砥石の位置を補正しながら加工する必要がある。

テーブルの角度振れや心振れの測定方法として、テーブルにポリゴンミラー（正多角面鏡）を固定してその鏡面にレーザ光を照射し、テーブルを回転したときのレーザ光の反射光の位置を受光アレイなどで検出するという方法が用いられている。しかしこの方法は、高価な測定装置が必要で測定作業に熟練を要する。

本願出願人は、特許文献１において、板材の連続加工中においても回転テーブルの角度振れを自動で測定可能なピッチエラー（角度振れ）の測定方法を提案した。この方法は、図１０に示すように、加工されるワークと略同形で、その表面に所定角度（例えば１５度）毎に引いた放射状の計測線Ｌと、この放射状の計測線の中心Ｑを検出するためのしるしＮａ、Ｎｂを表示した測定用基板ｗｑを用いるというものである。

すなわち、測定用基板ｗｑをテーブル上に搬入して固定した後、加工機に設けられている搬入誤差検出用のカメラでマークＮａ、Ｎｂを検出して測定用基板ｗｑの搬入誤差（テーブル中心に対する基板中心Ｑの搬入位置の誤差及びテーブルの基準方向に対する基板の搬入角度の誤差）を検出し、次にテーブルを測定用基板ｗｑに表示された計測線Ｌの分割角度に相当する角度（例えば１５度）ずつ回動したときのカメラの画像上での各計測線Ｌの方向を先に検出した搬入誤差で補正した方向と、そのときテーブルに指令した回転角との差から、当該角度におけるテーブルの角度振れ（ピッチエラー）を測定するというものである。
なお、図１０の測定用基板ｗｑの搬入誤差は、定位置に設けたカメラが取得したマークＮａと、当該マークがあるべき位置とのＸ方向及びＹ方向の偏差δｘａ、δｙａを検出し、次にマークＮａと１８０度反対側の角部のマークＮｂについても当該マークがあるべき位置とのＸ方向及びＹ方向の偏差δｘｂ、δｙｂを検出し、この４個の検出値からテーブル中心Ｐに対する基板中心ＱのＸ方向及びＹ方向の位置偏差と、テーブル上での測定用基板の角度偏差を制御器に予め登録した演算式により求めることができる。

特開２０１３−３６８０４号公報

特許文献１で提案した方法は、テーブルの角度振れを自動で測定することができ、ワークの連続加工時において、加工機に順次搬送される加工前の素材ワークの中に測定用基板を１枚入れておくことにより、ワークの連続加工中においても、テーブルの角度振れの測定及び当該測定値に基づくテーブル回転の補正値の更新を行うことができ、機械の経年変化や熱変形による誤差も随時補正できるという特徴がある。

しかし、特許文献１に記載の方法では、テーブルの心振れ、すなわちテーブルが１回転する間の各角度におけるテーブル中心の半径方向のずれを測定することができないという問題がある。心振れは、角度振れに比べて加工形状に対する影響は小さいが、心振れも測定してその振れに対する補正も行うことで、より正確な形状に加工できることは明らかである。

この発明は、特許文献１で提案した発明を更に改良して、より簡易に製作できる測定用基板を用いて、回転テーブルの角度振れ及び心振れを測定する技術手段を提供することを課題としている。

この発明の回転テーブルの機械誤差の測定方法は、加工機の回転テーブルに搬入されたときの回転中心となるべき点を中心Ｑとする仮想円Ｃｏ、Ｃｐ上に円形マークＭ（Ｍａ、Ｍｎ、Ｍｐ）を表示した測定用基板ｗｏ、ｗｐを、回転角度の誤差を測定しようとするテーブル１２に固定し、テーブル１２を所定角回転する毎に定位置に設定したカメラ５で前記マークＭを読み取り、読み取ったマークの位置からテーブル１２上への測定用基板ｗｏ、ｗｐの搬入誤差を検出し、当該検出した搬入誤差で補正した後の前記マークの位置からテーブル１２の１回転中の角度振れ及び心振れを検出するというものである。

測定用基板としては、仮想円Ｃｏ上に所定の等分割角度（例えば１５度）で複数のマークＭａ〜Ｍｎを表示した基板ｗｏや、仮想円Ｃｐ上に１個のマークＭｐを表示した基板ｗｐを用いることができる。基板ｗｏ、ｗｐは、加工される素材ワークと略同形とするのが好ましい。

複数の円形のマークＭａ〜Ｍｎを表示した基板ｗｏを用いる方法では、測定用基板ｗｏをテーブル１２上に搬入して固定した後、マークＭａ〜Ｍｎの分割角度に相当する角度ずつテーブル１２を回動して、加工機に設けられている搬入誤差検出用のカメラ５で各マークＭａ〜Ｍｎの画像を取得し、画像上での各マークＭａ〜Ｍｎの位置とそれらの画像上でのあるべき位置（基板ｗｏがその中心Ｑをテーブル中心Ｐと一致した正しい方向で固定され、テーブルに角度振れ及び心振れがないときのマークの位置）からの仮想円Ｃｏの半径方向と周方向の偏差Δｒ、Δｃを検出し、それらの偏差の平均値から基板ｗｏの搬入誤差を演算し、演算した搬入誤差を補正した後のマークＭａ〜Ｍｎの画像上でのあるべき位置と実際の位置との周方向の偏差から各角度におけるテーブル１２の角度振れ（ピッチエラー）を測定し、半径方向の偏差から心振れを測定する。

テーブル１２が回転したときでも常にカメラ５の撮影領域ａ内に入る１個の円形のマークＭｐを表示した基板ｗｐを用いる方法では、基板ｗｐをテーブル１２上に搬入して固定した後、テーブル１２を所定の角度（例えば１５度）ずつ回動して、加工機に設けられている搬入誤差検出用のカメラ５で各回動位置におけるマークＭｐの画像を取得し、各画像を重ね合わせた画像から複数のマークＭｐが通る仮想円Ｃｐの半径ｒを求め、それぞれのマークＭｐのあるべき位置（測定用基板がテーブルに正しい方向で固定され、テーブルに角度振れ及び心振れがないときのマークの位置）からの偏差Δｘ、Δｙから仮想円Ｃｐの半径方向と周方向の偏差Δｒ、Δｃを演算し、周方向の偏差の平均値をＣｐの半径ｒで除して基板角度の搬入誤差を演算し、この誤差を補正した後のマークＭｐ・・・Ｍｐの画像上でのあるべき位置と実際の位置の周方向の偏差から各角度におけるテーブル１２の角度振れを測定し、半径方向の偏差から心振れを測定する。

マークＭは、フィルムに印刷して、加工するワークの１つに貼り付けて測定用基板としてやればよく、貼り付け位置に誤差があっても、マークＭがカメラ５の撮影領域内に入る誤差であれば、測定に問題が生ずることはない。また、半導体製造技術を応用すれば、ガラス板の表面に５ｍｍ径の円形のマークを２μｍ以下の精度で設けることができる。

ワークの連続自動加工を行う場合、搬入された個々の素材ワークの搬入誤差は、素材ワーク１枚ごとにその角部の位置を計測することによって検出されている。この検出の際に、マークＭの有無を検出するか、必要により基板の角部に測定用基板であることを示すしるしを設けておけば、搬入誤差を検出する際のカメラ５の画像により、搬入された板材が素材ワークか測定用基板かを判別することができ、搬入された板材が測定用基板であるときに、搬入誤差の検出及びワークの加工動作に代えて、テーブルの角度振れ及び心振れの測定と測定結果に基づく補正値の更新をを行うようにする。

この発明の回転テーブルの機械誤差の測定方法によれば、測定用基板を加工機のテーブル上に搬送し、制御器に登録した測定プログラムを実行することにより、回転テーブルの回転角の振れ（ピッチエラー）及び必要な場合には心振れを自動で計測することができ、その計測値を用いた補正値の自動設定が可能となり、測定時間の短縮と、加工機の加工精度の維持を図ることができる。

また、この発明の板材の加工方法によれば、加工機へのワークの搬送と加工を連続的に行う際に、加工機に順次搬送される素材ワークを入れたカセットの中に測定用基板を1枚入れることにより、連続運転中に自動でワークテーブルの回転角の振れ及び心振れを補正しながら加工を継続できるので、精度の高い連続加工をより容易に行うことができる。

コンタリング方式の加工機の例を示す模式的な側面図図１の加工機の主要な機器配置を示す平面図測定用基板の第１実施例を示す斜視図第１実施例のカメラ画像を例示した図第１実施例の測定方法の説明図第１実施例の自動測定手順を示すフローチャート測定用基板の第２実施例を示す斜視図第２実施例のカメラ画像と測定方法の説明図第２実施例の自動測定手順を示すフローチャート特許文献１の方法で用いる測定用基板の斜視図

以下、コンタリング方式で板材の周縁加工を行う加工機を例にして、この発明の方法による回転テーブルの角度振れ及び心振れの測定方法について説明する。

図１及び２は、周縁加工機の機器構成を模式的に示した図である。図１、２において、ワーク軸１は、鉛直方向の中空軸で、図示しないフレームに軸受１１で回転自在に軸支されている。ワーク軸１の上端には、テーブル１２が固定されており、このテーブルの上面は、水平なワーク保持面１３となっている。ワーク保持面１３には、ワーク軸１の中空孔を通して負圧が供給されており、ワーク保持面１３に載せたワークｗは、下面を真空吸着されてテーブル１２に固定される。ワーク軸１の下端には、主軸モータ（サーボモータ）１５が連結されている。主軸モータ１５は、サーボアンプ４１を介して制御器４に接続され、制御器４の指令によってテーブル１２の回転角が制御されている。

ワーク軸１の上方には、横送り台２１が設けられている。横送り台２１は、前記フレームに設けた水平方向の横ガイド（図示されていない）に移動自在に案内され、横送りモータ（サーボモータ）２３で回転駆動される横送りねじ２４に螺合している。横送りモータ２３は、サーボアンプ４２を介して制御器４に接続されており、横送り台２１の移動位置が制御器４によって制御されている。

横送り台２１には、縦送り台２５が設けられている。縦送り台２５は、横送り台２１に固定した鉛直方向、すなわちワーク軸１と平行な方向の縦ガイド（図示されていない）に移動自在に装着され、縦送りモータ２６で回転駆動される縦送りねじ２７に螺合している。

縦送り台２５には、鉛直方向の軸受け３２で砥石軸３１がワーク軸１と平行に軸支されている。砥石軸３１の下端に外周加工用の砥石３が装着されている。砥石軸３１の上端は、歯付ベルト３３を介して砥石モータ３４に連結されている。

ワーク軸１の軸心Ｐ及び砥石軸３１の軸心Ｇは、横送り台２１の移動方向と平行な同一鉛直面ｓ上に位置している。図には示してないが、ワークに貫通孔や内径加工を行う装置では、縦送り台２５に、砥石３に対して相対昇降可能な小径の砥石を設けて、貫通孔や内径加工を行う。この場合の小径の砥石の軸心も、鉛直面ｓ上に位置するように設ける。

横送り台２１には、テーブル１２上に搬入されたワークの搬入誤差を検出するカメラ５が装着されている。カメラ５は、上記鉛直面ｓ上に光軸が位置するように、横送り台２１に固定して設けられている。

第１実施例の測定用基板ｗｏには、図３に示すように、基板中心Ｑを中心とする仮想円Ｃｏ上に、所定の分割角度で円形のマークＭａ〜Ｍｎが付され、更に、カメラ５が搬入された板材を最初に検出する角部に測定用基板であることを示すしるしＮが付されている。

次に図４〜６を参照して、上述した周縁加工機における角度振れ及び心振れ測定方法を説明する。図６において、テーブル１２上に板材が搬入され、当該板材がテーブル１２に固定された後、素材ワークの搬入誤差を検出するときに最初に撮影する角部Ａがカメラ５の撮影領域ａに入る角度にテーブル１２を回動し（ステップ６１）、カメラ５で当該角部Ａの画像を取得する（ステップ６２）。取得した画像に基板識別しるしＮが検出されなかったら、板材が素材ワークであるとして、ステップ６３で分岐し、当該素材ワークの搬入誤差を検出し、搬入誤差の補正値を設定した後、ワークの加工動作を行う（ステップ６４〜６６）。

板材が測定用基板ｗｏであれば、テーブル１２を基準位相に復帰すると共に横送り台２１を移動してカメラ５をマークＭの読み取り位置に位置決めする（ステップ７１）。そして、テーブル１２をマークＭの分割角度（図では３０度であるが、実際には１５度以下とするのが好ましい。）ずつ回動して、マークＭａ〜Ｍｎの画像を取得する（ステップ７２）。取得した画像のそれぞれについて、マークが本来在るべき位置（図の想像線の丸印）、すなわち基板が誤差無くテーブル上に固定され、テーブル回転に角度振れも心振れも無いときのマークの位置と、実際の位置との半径ｒ方向と円周ｃ方向（画像上のｘ方向とｙ方向）の偏差Δｒ、Δｃを検出する（ステップ７３、図４）。

次に、各マークＭａ〜Ｍｎの周方向の偏差ΔｃをマークＭａ〜Ｍｎを配置した仮想円Ｃｏの半径ｒで除してΔθを求め、このΔθの平均値からテーブル１２の基準方向と基板の基準方向との角度差となる角度の搬入誤差を求める。そして、各Δｃの値を角度の搬入誤差で補正し、補正後のΔｃとΔｒをｘ−ｙ方向の偏差Δｘ、Δｙに換算し、その平均値をｘ方向及びｙ方向の位置の搬入誤差とする（ステップ７４）。

角度と位置の搬入誤差が分かれば、各分割角度位置におけるΔｒとΔθから位置と角度の搬入誤差による偏差分を差し引くことで、それぞれの角度位置におけるテーブル１２の角度振れ及び心振れの値が演算により求められる（ステップ７８）。

求めた角度振れ及び心振れが、補正値として登録する必要がないほど小さければ、ステップ８１で補正値の調整（書き換え）不要として、手順を終了する。調整が必要であれば、求めた角度振れ及び心振れが補正されるように、ＮＣ装置に登録されている補正値を書き換える（ステップ８２）。

図６の例では、角度振れ及び心振れの補正値の校正手続きを５回行うようになっており（ステップ８３）、その間にステップ８２の調整不要の判定が為されないとき（校正した補正値を用いて補正しても角度振れ及び心振れがステップ８２の判定基準より小さくならない）ときは、測定された角度振れ及び心振れの値は信頼できないので、ステップ８４、８５でＮＣ装置に設定される補正値を元の値に戻し、角度振れ及び心振れの自動測定が失敗したことを示すフラグを立てて、手順を終了する。

正常に角度振れ及び心振れの校正が行われた後のワークの加工においては、新しく設定された補正値に基づいてテーブル１２に対する回転角の指令値及び横送り台２１に対する移動位置の指令値が補正されて、主軸モータ１５及び横送りモータ２３に与えられる。主軸モータ１５や横送りモータ２３に与える指令が補正値を登録した分割角度の間の角度であれば、その両者の補正値の直線補間などにより、当該角度における補正値を演算して、制御器の指令値を補正する。

以上の第１実施例は、ワークがカメラ５の撮影領域ａに比較して相当程度大きい場合で、カメラの解像度も比較的低い場合に採用される例である。ワークがカメラ５の撮影領域ａに比較してそれほど大きくなく、カメラの解像度も高い場合には、以下の第２実施例がより便利である。第２実施例の測定用基板ｗｐには、図７に示すように、基板中心Ｑを外れた位置に１個の円形マークＭｐが付されている。

次に図８及び図９を参照して、第２実施例の角度振れ及び心振れ測定方法を説明する。図９において、テーブル１２上に板材が搬入され、当該板材がテーブル１２に固定されたら、カメラ５をテーブル中心の位置に移動して板材の画像を取得する（ステップ６７、６２）。取得した画像にマークＭｐが検出されなかったら、板材が素材ワークであるとして、ステップ６３で分岐し、当該素材ワークの搬入誤差を検出し、搬入誤差の補正値を設定した後、ワークの加工動作を行う（ステップ６４〜６６）。

板材が測定用基板ｗｐであれば、テーブル１２を所定の分割角度（図では４５度としたが、実際には１５度以下が好ましい。）ずつ回動して、マークＭｐの画像を取得する（ステップ７５）。取得した画像を重ね合わせた図８に示す画像から、マークＭｐ・・・Ｍｐの中心が通るべき仮想円Ｃｐ、すなわち仮想円Ｃｐの中心ＱからマークＭｐ・・・Ｍｐ迄の距離の平均値を半径とする仮想円Ｃｐを求める（ステップ７６）。そして、仮想円Ｃｐとテーブル１２の基準方向の線及びテーブル回転の分割角度毎の線との交点と各マークＭｐ・・・Ｍｐの中心の半径方向の偏差Δｒ及び周方向の偏差Δｃを求め、Δｃの平均値を仮想円Ｃｐの半径ｒで除して基板角度の搬入誤差とする（ステップ７７）。

第２実施例の場合には、位置の搬入誤差は問題にならない（位置の搬入誤差があっても、仮想円Ｃｐの中心は常にテーブル中心である）から、角度の搬入誤差が分かれば、各分割角度位置におけるΔｃから角度の搬入誤差による偏差分を差し引くことで、それぞれの角度位置におけるテーブル１２の角度振れ及び心振れの値が演算により求められる（ステップ７８）。

図９のステップ８１以降の手順は、図６で説明した手順と同様であるから、図９に図６と同一の符号を付してその説明は省略する。

以上のように、制御器４からテーブル１２に与える角度の指令値を測定した角度振れ及び心振れに対する補正値で補正すると共に、当該ワーク毎に検出されるテーブル１２上でのワークの中心位置偏差と角度偏差に対応する補正値で補正して加工を行うことにより、搬入されたワーク１枚毎の周縁加工を誤差のない正確な形状に加工することができる。

５カメラ
１２テーブル
Ｃｏ、Ｃｐ仮想円
Ｍ（Ｍａ、Ｍｎ、Ｍｐ）円形マーク
Ｑ仮想円の中心
ｒ半径
ｗｏ、ｗｐ測定用基板
Δｒ、Δｃ周方向の偏差

Claims

加工機の回転テーブルに搬入されたときの回転中心となるべき点を中心とする仮想円上に円形マークを表示した測定用基板を、回転角度の誤差を測定しようとするテーブルに固定し、テーブルを所定角回転する毎に定位置に設定したカメラで前記マークを読み取り、その読み取り位置から前記テーブル上への前記測定用基板の搬入誤差を検出し、当該検出した搬入誤差で補正した後の前記読み取り位置から前記テーブル１回転中の角度振れを検出する、回転テーブルの機械誤差の測定方法。
加工機の回転テーブルに搬入されたときの回転中心となるべき点を中心とする仮想円上に円形マークを表示した測定用基板を、回転角度の誤差を測定しようとするテーブルに固定し、テーブルを所定角回転する毎に定位置に設定したカメラで前記マークを読み取り、その読み取り位置から前記テーブル上への前記測定用基板の搬入誤差を検出し、当該検出した搬入誤差で補正した後の前記読み取り位置から前記テーブル１回転中の角度振れと心振れとを検出する、回転テーブルの機械誤差の測定方法。
前記円形マークが前記仮想円の円周を等分割した位置に表示され、前記所定角が当該等分割された円弧の頂角である、請求項１又は２記載の回転テーブルの機械誤差の測定方法。
前記円形マークが前記仮想円の円周１箇所に表示され、前記所定角が前記仮想円の円周を等分割した円弧の頂角である、請求項１又は２記載の回転テーブルの機械誤差の測定方法。
測定用基板が、前記テーブルに自動搬入されて連続加工される素材ワークと同形で、テーブルに搬入された素材ワークの搬入誤差を検出するのに用いる前記カメラの搬入誤差検出動作で前記テーブル上に固定された板材が素材ワークであるか測定用基板であるかを判定し、測定用基板であると判定したときに、請求項１記載の方法で回転テーブルの角度振れを検出してその補正値を制御器に設定する、板材の周縁加工方法。