KR20010108000A - 연마기 및 연마방법 - Google Patents

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Abstract

부재 연삭기 또는 연마기는 상기 작업물을 보유하는 보유면, 회전축에 관하여 회전하도록 상기 회전축을 따라 배치된 헤드부재, 상기 헤드부재에 의해 상기 회전축에 관하여 회전을 위한 상기 회전축 상에, 상기 헤드부재에 상기 작업물을 연삭 혹은 연마하기 위한 면이 배치된 작업부재, 상기 헤드부재 및 이에 장착된 상기 작업부재를 상기 회전축에 관하여 회전하도록 구동하는 제1 구동수단, 상기 헤드부재를 장착하기 위한 헤드 장착수단, 상기 회전축과 교차하는 세차운동 축에 대해 상기 헤드부재의 상기 회전축을 경사지게 하도록 상기 헤드 장착부재를 구동하며, 상기 회전축이 상기 세차운동 축에 관하여 세차운동된 상태에서 상기 헤드부재를 경사된 위치로 이동시키는 제2 구동수단, 및 상기 보유면을 횡단하여 상기 헤드 장착수단을 상대적으로 이동시키는 제3 구동수단을 포함하고 있다.

Description

연마기 및 연마 방법{A POLISHING MACHINE AND METHOD}
본 발명은 부재를 연삭 또는 연마하기 위한 연마기 및 연마 방법에 관한 것이다.
본 발명은 또한 부재를 연삭 또는 연마하기 위한 공구 및 이 공구에 대한 부속품으로서 연삭 컵에 관한 것이다.
부재 표면의 연삭 또는 연마는 반도체 장치 및 광학 구성요소의 제조를 포함하는 다양한 분야에 적용되는 기술이다. 특수한 표면 윤곽 및 특수한 표면 마무리, 즉 평탄성을 가지는 표면을 제공하는 것이 요구된다. 광학 연마 분야에서는 두 가지의 상이한 기술이 요구되는데, 이중 하나가 부재의 사이즈에 비교할 만한 사이즈를 가지는 연마 공구를 이용하는 것이다. 이러한 기술의 제한점은 이 공구가 특정 부재를 위해 고안되어야 하고, 보편적으로 사용될 수 없다는 점이다. 이러한 제한점을 감소시키기 위해, GB 2163076과 같이, 차별적 연삭 또는 연마를 위해, 부재에 대한 압력분포가 변화하는 활성 랩(lap)이 개발되어 있다.
이러한 두번째 기술로서, 이 공구는 실질적으로 부재보다 작고, 연삭 및 연마 공정을 수행하기 위해 부재를 지나 이동한다. 이러한 기술은 US 4128968 에 기재되어 있다. 이 기술에서는, 두 개의 패드가 부재의 표면에 접촉하여 유지되고, 이 부재의 표면 주위에서 나선형 경로로 상대적으로 회전 및 이동한다. WO97/00155에 기재된 또 다른 이러한 기술은 가요성 작업 표면을 가짐으로써 부재과의 유효접촉면적이 제어될 수 있는 공구를 사용한다. 이것은 연마 주기 동안 어느 시점에서라도 연마되는 면적이 제어될 수 있다는 장점을 제공한다.
이러한 종래의 기술들에서, 이 공구는 일반적으로 부재에 수직하는 중심축 주위를 회전한다. 이러한 기술의 제한점은 중심축에서는 이 상대적 이동이 0이 되고, 따라서 연삭율이 0 이 된다는 점이다. 따라서, 이러한 제거 프로파일을 가지는 공구를 이용하면 자동 연마 또는 연삭 기술을 이용한 원하는 타겟 프로파일을 얻기 어렵게 된다.
WO 97/00155의 기술에서, 부재에 대한 이 공구의 공격 각도는 작업 제품의 표면상의 "가상 피봇"을 제공하는 배치를 이용함으로써 가변적이다. 이것은 이 공구가 기울어질 때, 부재에 접촉하는 공구의 중심의 수평 또는 수직이동이 없다는 장점이 있다. 그러나, 이 개시된 장치의 배치는 복잡하고 크다.
미국 특허 4958436은 탄성 작업 부재가 부재의 표면에 평행하게 그 중심축 주위로 회전될 때, 이 작업 부재와 이 부재의 표면 간의 상대적 수평 운동을 제공하는 상이한 기술을 개시한다. 이 작업 부재는 장착 부재 내에서 회전되고 유지된다. 이 작업 부재를 장착한는 장착 부재는 또한 이 부재의 표면에 대해 수직방향으로 회전된다. 이 기술은 접촉 면적의 중심에서 재료의 제거되지 않는 단점을 겪지 않는 반면, 두 개의 회전축을 제공하기 위해 두 개의 모터의 이용을 포함하는 복잡한 배치가 요구된다.
본 발명의 실시예를 도면을 참조로 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연질 공구를 이용한 연마장치의 사시도,
도 2는 턴테이블과 Z축 이동장치를 보다 상세히 도시하는 도 1의 연마장치의 부분도,
도 3은 헤드의 세차운동을 제공하기 위한 아치형 트랙 장치를 도시하고, 도 1의 연마장치의 부분도,
도 4는 도 1의 연마장치의 헤드를 관통하는 단면도,
도 5는 헤드의 회전부와 헤드의 고정부 사이의 연결부를 상세히 도시하는 부분 단면도,
도 6은 헤드 내의 스포트 부재의 사시도,
도 7은 작은 공구 헤드가 고정된 변형 공구 몸체의 단면도,
도 8은 고정된 큰 공구 헤드를 도시하는 도 7의 공구 몸체의 다른 도면,
도 9는 공구 헤드에 연마 가공 컵의 부속품을 도시하는 도면,
도 10은 연마 가공 컵의 구조에 사용되는 시이트 물질의 도식도,
도 11은 연마 가공 컵에 도 10의 시이트 물질과 함께 선택적으로 사용되는 연마 가공 시이트 물질의 도식도,
도 12는 연마 가공 컵의 제조시 수행되는 동작을 도시하는 일련의 도식도,
도 13은 연마 가공 컴을 제조하는 단계를 도시하는 순서도,
도 14a는 연질 공구를 이용한 종래 연마 방법을 개략적으로 도시하는 도면,
도 14b는 종래 기술에 따른 연질 공구와 본 발명에 따른 연질 공구의 분리 프로파일을 도시하는 그래프,
도 14c는 본 실시예에서 연질 공구를 사용하는 방법을 도시하는 도면,
도 15는 본 실시예에서 비스듬히 사용된 연질 공구를 구비한 부재로부터 물질 분리 패턴을 도시하는 도식도,
도 16은 종래 기술을 이용하여 부재로부터 물질의 분리 패턴을 도시하는 도식도,
도 17은 부재에 대해 가압될 때 연질 공구의 직경에 걸친 압력 분포 그래프,
도 18은 소정 각도(θ)로 헤드의 세차운동을 도시하는 도식도,
도 19는 세차운동 각도 계산을 도시하는 도식도,
도 20은 구체에 투사된 도 19의 정보를 도시하는 도식도,
도 21은 공구의 교차점과 부재 표면을 도시하는 도식도,
도 22는 영향 함수의 단면도,
도 23은 공구의 영향 함수의 2차원 지도,
도 24는 만곡 렌즈에 투사된 영향 함수를 도시하는 도면,
도 25는 도 24의 일부 확대도,
도 26은 부재에 형성된 그루브 또는 애블레이션 프로파일을 도시하는 도면,
도 27은 작업이 필요한 렌즈를 제조한 일부의 프로파일,
도 28은 렌즈 연마에 요구되는 보압 시간의 그래프,
도 29는 도 28의 보압 시간을 이용한 결과 프로파일의 예측,
도 30은 연마방법을 도시하는 순서도,
도 31a 및 도 31b는 부재 표면에 표시된 동적 영향 함수를 도시하는 모식도,
도 32는 표면 거칠기를 도시하는 모식도,
도 33은 표면 거칠기를 감소하는 연마 가공을 도시하는 모식도이며,
도 34는 변형 작업 부재를 도시하는 도면이다.
본 발명의 제 1 실시예에 따라, 작업 제품을 연삭 또는 연마하기 위한 방법 및 장치가 제공된다. 부재는 이 장치의 유지 표면에 유지되고, 이 부재를 연삭 및 연마하기 위한 표면을 가지는 헤드는 이 부재를 연마 또는 연삭하기 위해 표시하는 패턴으로 부재를 가로질러 이동한다. 이 헤드의 표시 이동에 부가하여, 이 연삭 및 연마를 수행하는 헤드의 페이스(face)는 이 헤드를 기울이거나 회전시킴으로써 이 부재의 표면상에 수평 방향으로 움직이도록 배치된다. 이 페이스의 수평 이동 방향은 부재의 표면에 대해 수직인 세차운동(precession) 축 주위의 경사 헤드가 전진하는 위치로 헤드를 움직임으로써 회전된다.
따라서, 본 발명의 이러한 실시예에 따라, 공구 접촉 면적의 중심에서 0 인 제거 프로파일을 갖는 대신, 부재에 대해 비해 수평적으로 이동되는 페이스를 이용하여 헤드를 기울이는 것만으로, 어느 시점에서나 비축성(non-axially) 대칭 제거프로파일을 제공하는 것이 가능하다. 그러나, 축성 대칭 제거 프로파일은 결정론적 자동 연마가 요구될 때 유리하다. 대칭적인 시간을 통해 평균적인 제거 프로파일을 얻기 위해서는, 헤드는 부재의 표면에 비해 프리세싱하여 공구 페이스의 수평 상대 이동의 방향이 회전하는 위치로 움직인다. 따라서, 어느 시점에서 수평 이동에 의해 부재의 표면상에 발생한 어떠한 패턴도 다수의 회전각에서 발생되어, 이 결점들을 감소시키고, 축상으로 대칭적인 프로파일을 제공할 것이다.
본 발명의 이러한 실시예에서의 또 하나의 장점은 연마 페이스의 이동이 자기 적심성(self-wetting)이라는 점이다. 이 연마 표면과 부재 간에 사용된 냉각/윤활액 또는 슬러리는 연마 작용에 의해 공구에 운반될 것이다. 대조적으로, 부재의표면에 수직하는 공구의 축상 회전을 이용하는 종래 기술에서, 냉각/윤활액은 구심력에 의해 연마 면적의 원주로 이동할 것이다.
본 발명의 이러한 실시예는 부재과 연마 페이스간의 상대적 수평 이동을 제공할 수 있고, 수평 이동 방향으로 회전하도록 세차운동할 수 있는 어떠한 형태의 경사 회전 공구, 즉 축상 회전가능한 원뿔형 공구에도 적용될 수 있다.
평균화를 얻기 위해, 바람직하게는 세차운동은 적어도 360 도에 걸쳐서 이루어진다. 이것은 세차운동을 증가시킴으로써 성취된다. 바람직하게는, 이러한 증가는 하나의 세차운동 주기 이상이어야 한다. 일 구체예에서, 세차운동의 증가는 360 도를 정수로 나눈 것이 아닌데, 상대 수평 운동의 방향이 각 주기에 대해 다르기 때문이다. 또 다른 구체예에서, 증가는 360도 세차운동 주기에 대해 대칭적이다.
바람직한 구체예에서, 페이스는 헤드로부터 연장되는 가연성 구경 부분(compliant bulbous portion)을 포함한다. 이 가연성 부분이 그 경사축 주위로 회전됨에 따라, 이 구경 부분은 내부에서 상대 수평 이동이 일어나는, 부재과의 접촉면적을 형성한다.
연삭 페이스는 연삭된 장착된 슬러리 즉 다이아몬드 페이스트가 놓인 천 또는 피치를 포함한다. 또는, 연삭 페이스에 결합된 결합 연마재가 사용될 수 있다. 이러한 결합 연마재가 사용될 때는, 단지 냉각/윤활액만이 요구된다.
본 발명의 제2 실시예로서, 연삭 또는 연마용 페이스를 운반하는 헤드가 부재의 표시를 위해 허용된 기계적 배치에 의해 보존된다. 피봇 주위로 헤드를 기울이기 위해 배치된 경사기구(tilting mechanism)를 포함한다. 이러한 방법에서, 헤드는 부재의 윤곽을 따를 뿐 아니라, 표면을 따르거나 표면에 대한 요구된 각도로 경사지도록 기울일 수 있다. 헤드가 기울여질 때는, 부재 상에 피봇이 없기 때문에, 부재 쪽으로 또는 그 반대로, 헤드 페이스가 가로질러 위치이동된다. 이것은 수평 및 수직 방향으로 이 위치이동이 일어나도록 기계적 배치를 제어하기 위해 요구되는 보상값을 계산 또는 루킹-업(looking-up)함으로써 보상된다.
본 발명의 이러한 실시예는, 어떠한 입체적 각도로 기울어지는 것을 허용하는 직교 아치형 트랙 배치를 이용함으로써, 보다 단순한 피봇팅 배치가 제공될 수 있다는 점에서, WO97/00155에 기재된 종래기술과 상이하다. 그러나, 이러한 단순한 피봇팅 배치를 이용할 수 있기 위해서는, 연마 페이스의 위치이동은 입체 기울임 각도를 결정하고 따라서 수평 및 수직 위치이동을 보상하는 제어기에 의해 보상되어야 한다. 또한, 가상 피봇이 WO97/00155에 개시된 바와 같이 사용되고 있기는 하나, 예를 들어, 가연성 재료 같은 연질 페이스가 사용되면, 헤드가 부재상에 프레스되기 때문에 가연성 재료의 위치이동에 대해 보상하는 것이 필요하다.
본 발명의 제1 실시예 또는 제2 실시예 모두 컴퓨터 제어 하의 연마 장치를 사용하여 실행될 수 있다. 본 발명의 이들 관점은 컴퓨터 및 연마 장치를 제어하기 위한 프로세서를 제어하는 컴퓨터 프로그램을 저장하는 운반 매체에 의해 구체화될 수 있다. 컴퓨터 프로그램은 인터넷과 같은 네트워크를 통해 전달될 수 있기 때문에, 이러한 관점에서의 본 발명은 연마 또는 연삭 장치의 제어를 위해 프로세서를 제어하는 컴퓨터 프로그램을 운반하는 신호로서 포함될 수 있다.
본 발명의 세번 째 실시예는 WO 97/00155의 연질 공구에 대한 개선물을 제공한다. 이 연질 공구에는 연질 공구에 탈착가능한 부속품으로서 연마 컵이 제공되고, 시이트가 연마를 위해 사용되는 연질 공구 표면의 형상에 예비 형성되며, 이는 연삭 또는 연마 동안 이 연질 공구가 가압된 결과, 형상이 변형될 수 있도록 충분히 가요성이다. 이 시이트는 이 연질 공구의 홀더에 탈착가능하게 장착될 수 있는 운반 부재에 의해 그 외주면이 지지된다.
이 시이트는 연마 또는 연삭 공정 동안 마모될 것이기 때문에, 공구로부터 제거가능하다. 연마에 사용될 이 공구의 표면은 유연하기 때문에, 그 막은 가요성 공구의 유연성에 일치되도록 가요성이어야 한다.
이 연질 공구의 유연성 및 이 시이트가 이 유연성에 따라 구부러져야 하는 필요성 때문에, 시이트와 이 유연 공구 표면 간의 상대적 수평적 이동을 허용하기 위한 수단이 제공된다. 이것은 연질 공구 및 시이트의 표면간의 상이한 곡률 반경의 관점에서 필수적이다. 어떠한 상대적 수평적 이동을 허용할 수 있는 적당한 수단은 윤활제 또는 언셋(unset) 접착제로 이루어진다.
언셋 접착제의 이용한 시이트가 연질 공구 표면에 접착된다는 장점 및 이것에 의해 지지력이 제공된다는 장점을 가져온다. 다시 말하면, 연마 또는 연삭 작업 동안, 시이트에 겪는 수평력의 일부가 연질 공구에 전해 질 수 있다. 만일 다른 한편으로 윤활제가 사용되면, 시이트는 그 외주로부터 기계적으로 구동되기 때문에, 이 공구가 부재의 표면을 지나 드래그됨에 따라, 연삭 또는 연마 작업 동안 겪는 힘을 지지할 수 있는 충분한 토션 힘을 가져야 한다.
본 발명의 네번 째 실시예는, 액체 시일을 파괴하지 않고 공구 보디로부터 탈착할 수 있는 액체 충전 챔버를 포함하는 연질 공구 헤드를 가지는, 연마 또는 연삭 방법 및 장치를 제공한다. 이 공구 보디는 회전축을 따라 연장되는 회전 보디이고, 공구 헤드의 액체 챔버로 압력을 전달하기 위해 그 말단에 압력 전달 수단을 갖는다. 이 공구 헤드는 공구 보디에 해제가능하게 장착되어 있고, 헤드 하우징, 헤드 액체 전달 수단 및 시일 액체 챔버를 형성하는 탄성 막을 포함한다. 이 헤드 액체 전달 수단은 액체 챔버의 해드 내의 액체로 압력을 전달하기 위한 공구 보디의 압력 전달 수단과 협동하도록 배치된다. 탄성 막은 연마 또는 연삭 동안 부재으로 압력을 적용하기 위해, 이 탄성막으로부터 곡선 방식으로 연장되는 헤드 하우징에 의해, 그 외주면이 지지된다.
본 발명의 상기 실시예는 탄성 작업 부재를 제공하는데, 이것의 탄성은 그 내부의 액체의 압력을 제어함으로써 제어할 수 있다. 이러한 장점으로 인하여, 공구 헤드 역시, 마모 정도 또는 상이한 공구 헤드 사이즈에 대한 변화 요구로 인한 필요시, 용이하게 교환될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 공구 보디는 압력 전달 수단에서 종결되는 액체로 충전된 액체 챔버를 가진다. 이것은 액체 보디 챔버를 통해 각각 회전가능한 공구로 제공되는 액체 압력 제어 배치로부터 헤드 보디 챔버로 전달될 수 있다. 두 개의 별도의 액체 충전 챔버가 공구 헤드 및 공구 보디에서 사용되기 때문에, 공구 헤드는 액체 시일을 파괴함이 없이 이 공구 보디로부터 용이하게 제거될 수 있다.
일 구체예에서, 액체 압력은 공구 보디 및 공구 헤드 각각에 장착된 각각의위치 이동 장치를 통하여 보디 액체 챔버로부터 헤드 액체 챔버로 전달된다. 각각의 위치이동 장치는 다른 것에 결합되어 압력 전달을 제공한다. 이것은 직접 물리적 결합일 수도 있고, 내부 매체 예를 들어 공기를 통한 결합일 수도 있다.
본 발명의 다섯번 째 실시예는 부재의 연삭 또는 연마를 제어하기 위한 방법 및 장치를 제공한다. 공구의 영향 함수를 결정하는 데이터가 사용된다. 영향 함수는 공구의 소정 거주 시간 또는 속도 동안 부재으로부터의 재료의 제거 패턴을 한정한다. 소망하는 프로파일은 부재에 대한 표면의 현재 프로파일과 비교하고, 이들간의 차이점이 결정된다. 이 부재의 표면상의 소정 위치에 대한 거주 시간 또는 공구 속도는 비용 함수를 감소시키기 위해 영향 함수를 이용하여 소정의 위치에서의 거주 시간 또는 공구 속도의 수치상 최적화를 이용하여 결정된다. 이 기술은 실질적으로 원하는 프로파일을 얻기 위한 최적 거주 시간 또는 공구 속도와 관련하여 최소 비용 함수를 찾을 때까지 다양한 거주 시간 또는 공구 속도에 대해 반복적으로 비용 함수을 결정하는, 반복적인 것이 바람직하다.
따라서, 이 기술을 위하여, 소정의 위치가 영향 함수의 적용을 위해 사용되고, 따라서, 이 기술은 단순히, 결과를 얻기 위한 한 세트의 수치를 최적화하는 것이 된다.
이러한 형태의 최적화를 위해 사용될 수 있는 많은 기술들이 있다. 이 기술은 타겟 제거 프로파일 및 예상 제거 프로파일 간의 차이의 제곱의 합을 감소시킬 수 있다. 거주 시간 도는 공구 속도에 대한 후보 수치를 결정하기 위해 유전자(genetic) 알고리즘이 사용될 수 있다. 비용 함수는 추정값이"유전자(gene)" 풀(pool)에서 유지하기 위한 후보인지 아닌지를 결정하기 위하여 거주시간 또는 공구 속도에 대해 계산될 수 있다. 일 실시예에서, 원하는 프로파일은 원형 부재에 대한 소망하는 반경 프로파일을 포함하고, 따라서 단지 2 차원 프로파일이다. 이 반경 함수는 부재의 표면의 모든 반경에 동등하게 적용한다. 이 영향 함수는 또한 2차 함수로 한정되고, 이 소정의 위치는 부재의 표면을 가로지르는 반경 위치를 포함한다. 따라서, 수치적 최적화 기술은 단지 얻어진 프로파일 내의 반경 오차에 대한 관련을 가지고, 부재의 표면을 가로지르는 반경 위치에 대한 거주시간을 한정하는 일련의 수치들의 최적화를 포함한다
본 발명의 보다 복잡한 실시예에서, 소망 프로파일은 부재의 표면 면적을 가로질러 한정되고, 따라서 3차원 프로파일을 포함한다. 따라서, 이 영향 함수는 반드시 3차 함수로 정의되거나 적어도 2차원 반경 함수의 3차원으로의 투사으로 정의된다. 영향 함수가 적용되는 소정의 위치는 부재의 표면을 지나는 위치들의 2차원 배열을 포함한다. 따라서, 본 발명의 이 구체예에서, 수치 분석 기술은 부재의 표면을 지나는 위치의 2차원 배열에 대한 거주 시간 또는 공구 속도를 결정하여야 한다. 컴퓨터 계산시간을 줄이기 위해, 치에 대한 거주 시간 또는 공구 속도를 결정하기 위한 배열 위치의 조 격자(coarse grid)를 사용할 수 있다. 중간 위치에 대한 거주 시간 또는 공구 속도는 필요한 경우 내삽(interpolation)에 의해 결정될 수 있다. 예를 들면, 헤드에 의해 추적되는 표시 패턴이 원형 패턴을 포함할 때, 헤드에 의해 추적되는 원호를 따라 거주시간 또는 공구 속도를 한정하기 위해, 이 내삽이 행해진다. 표시 패턴이 래스터 주사를 포함하는 경우, 표시 작업시 헤드에의해 얻어지는 경로를 따르는 거주 시간 또는 공구 속도를 결정하기 위하여 선형 래스터링 패턴에 대한 내삽이 수행될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연질 공구를 사용한 연마기의 모식도이다.
연마기는 내진성(耐振性)의 견고한 테이블(1)을 구비하고 있다. 이 테이블(1) 위에는 x방향으로 이동하는 X-슬라이드 기구(2)가 장착되어 있다. X-슬라이드 기구(2)에는 y방향으로 이동하는 Y-슬라이드 기구(3)가 장착되어 있다. 이 Y-슬라이드 기구(3)에는 c방향으로 회전하는 턴테이블(4)이 장착되어 있다. 이 턴테이블(4)은 z방향으로 턴테이블(4)의 이동을 위해 z이동기구(도시생략)를 경유하여 Y슬라이드 기구(3)에 장착되어 있다. 턴테이블(4)은 연마 또는 연삭을 위해 부재(5)가 장착되는 홀딩면을 구비하고 있다. 이처럼 본 장치는 4축, 즉 x, y, z 및 c 축으로 부재(5)의 이동을 제공한다.
연마기는 또한 연마헤드(7)를 피봇이동하는 피봇장치가 장착된 백부재(6)를 구비하고 있다. 연마헤드(7)는 축방향으로 배열되고 부재(5)를 연마 또는 연삭을위해 축방향 하단부에 배열된 작업부재(8)를 포함하고 있다. 이처럼 작업부재(8)의 축방향 회전은 제어를 위한 다른 축, 즉 h 축을 제공한다.
백부재(6)에 장착된 피봇기구는 제1 평면에서 작업부재(8)의 피봇 포인트를 중심으로 헤드(7)를 피봇이동하는 아암에 장착된 제1 피봇기구(700)를 구비하고 있다. 이 제1 피봇기구(700)는 아암에서 제1 피봇기구(700)의 피봇팅의 평면에 수직한 평면에서 피봇 포인트를 중심으로 헤드(7)의 피봇이동을 제공하는 제2 피봇기구(800)에 장착되어 있다. 이처럼 이들 두 개의 직교 피봇팅 기구는 제어를 위한 두 개의 추가 축, 즉 a축 및 b축을 제공한다.
연마기의 백부재(6)는 또한 디스플레이(10) 및 제어 입력판(11)을 구비한 컴퓨터 제어 시스템(9)을 수용하고 있다. 이는 사용자가 부재(5)와 작업부재(8)의 이동을 제어하기 위해 입력 제어하고 연마 또는 연삭 가공에 관한 정보를 표시하도록 한다.
이동 축 각각(x, y, z, c, h, a 및 b)은 각각의 구동기구에 의해 구동되어, 축의 구동이동 뿐만 아니라, 연마 또는 연삭 가공을 제어하기 위해 컴퓨터 제어 시스템(9)에 의해 사용하기 위한 위치 정보를 제공한다. 컴퓨터 제어 시스템(9)은 또한, 헤드(7)에 유지된 작업부재(8)를 회전시 구동기구에 의해 행해진 일, 및 작업부재(8) 내에 인가된 압력에 대한 두 개의 추가 제어 축을 구비하고 있고, 이에 관해서는 이후 상세히 기술한다. 이처럼, 컴퓨터 제어 시스템(9)은 평탄함과 같은 표면 품질 및/또는 소망의 표면 프로파일을 달성하기 위해 턴테이블(4)에 장착된 부재(5)를 이들 아홉개 축을 제어하는 알고리즘(이에 관해서는 이후 상세히 기술함)을 동작한다. 이 장치는 오목 영역과 볼록 영역 모두를 포함하는 표면 프로파일의 모든 소망 표면 프로파일을 달성하는 데에 사용될 수 있다.
x 및 y 방향으로 부재를 구동하는 x 및 y 슬라이드 기구의 구조는, 통상적이며, 즉 종래 선형 슬라이드를 구비한다. 따라서, 이들 기구의 구조에 관해서는 상세히 설명할 필요가 없다.
z 및 c 축 구동기구의 구조는 도 2를 참조로 보다 상세히 설명한다.
도 2는 x 슬라이드 기구(2)에 유지된 관련 기구의 부분 도면이다. y 슬라이드 기구(3)에는 이 y 슬라이드 기구(3) 아래에 연장하는 장착판(12)이 장착되어 있다. 장착판(12)은 z 및 c 축으로 턴테이블(14)을 이동하기 위한 장치가 장착되어 있는 개방형 박스 섹션을 구비하고 있다.
장착판(12)의 배면에는 샤프트(16)를 통해 턴테이블(4)에 연결되는 모터(15)를 포함하는 모터 하우징(14)이 장착된 가이드기구(13)가 구비되어 있다. 모터(15)는 c축으로 턴테이블(4)을 회전하기 위해 제공된다.
모터 하우징(14)은 y슬라이드 기구(3)를 통과하는 z방향으로 가이드기구(13)에 이동가능하게 배열되어 있다. 턴테이블(4)이 y 슬라이드 기구(3)의 상부면에 대한 z방향으로 이동하기 때문에, 고무 벨로우즈(17)를 구비하여 기구로의 먼지 유입을 차단한다.
모터 하우징(14)은 받침대(20)에 의해 지지된 샤프트(19)를 구동하는 모터(18)에 의해 가이드 기구(13)를 따라 z방향으로 구동된다. 샤프트(19)의 상단부는 모터 하우징(14)에 고정 장착된 나사산 슬리브(22)와 협동하는 나사산(21)을갖도록 형성되어 있다. 이처럼 모터(18)에 의한 나사산(21)의 회전은 턴테이블(4)이 z방향으로 이동시키는 z방향으로 모터 하우징(14)의 이동을 유발한다.
헤드(7)를 피봇이동하기 위한 기구는 도 3을 참조로 보다 상세히 기술한다.
헤드(7)는 그 상단부가 한 쌍의 평행 아치형 부재(23)에 장착되어 있다. 아치형 부재(23)는 작업부재(8)를 장착하는 헤드(7) 일부의 중앙을 통해 연장하는 축 BX 에 중앙 정렬된 곡률 반경을 갖고 있다. 축 BX 는 작업부재(8)의 곡률반경 중앙에서 헤드(7)를 통해 연장한다.
헤드(7)는 아치형 부재(23)와 맞물리는 코그(cog, 25)를 구동하는 모터(24)를 포함하고 있다. 이 헤드는 또한 아치형 부재(23)에 헤드(7)의 축 각도를 유지하기 위해 아치형 부재(23)의 일 측면에 작용하는 가이드 휠(26)을 구비하고 있다. 이 배열은, 모터(24)가 방향(b)으로 헤드(7)의 단부를 구동할 때, 헤드(7)가 축 BX 를 중심으로 피봇이동하도록 한다.
모터(24) 부근 헤드(7)의 단부에는 이후 상세히 기술하는 바와 같이 유압을 헤드(7)를 통해 작업부재(8)로 전달하기 위한 유압 파이프(27)가 구비되어 있다. 또한, 헤드(7)에는 방향(h)으로 작업부재(8)를 회전하기 위한 모터가 구비되어 있다. 이에 관해서는 이후 상세히 설명한다.
아치형 부재(23)는 장착판(28)의 아암(7)에 장착되어 있다. 장착판(28)은 수직 평면에서 피봇이동하도록 단부에 장착되어 있다.
장착판(28)은 피봇판(29)상의 단부의 하부에 장착되어 있다. 피봇판(29)은 피봇 포인트(30)에 피봇이동가능하게 장착되어 있다. 이 피봇 포인트(30)는 장착판(31)의 하부에 장착되어 있다.
장착판(28)의 단부 상부는 모터판(32)에 장착되어 있다. 이 모터판(32)에는 코그(34)를 구동하기 위한 모터(33)가 장착되어 있다. 장착판(31)은 피봇 포인트(30)에서 곡률반경의 중앙을 갖는 아치형 부재(35)를 구비하고 있다. 이 아치형 부재(35)는 코그(34)와 맞물리는 이(齒)를 구비하여 작업부재(8) 부근 헤드(7) 부분에서 피봇 축(BX)와 교차하는 피봇 축(AX)를 중심으로 아암(7)의 피봇구동운동하도록 한다. 피봇 축(AX, BX)의 교차 포인트는 작업부재(8)의 곡률반경의 중앙이다. 모터판(32)은 또한 아암(7)의 피봇운동을 가이드하는 가이드 휠(36)을 장착하고 있다.
도 3에서 두 개의 직교 아치형 부재(23, 35)의 구비는 가상 피봇 포인트를 중심으로 헤드의 피봇운동을 제공한다는 것을 알 수 있다. 이 배열은 가상 피봇 포인트를 중심으로 헤드의 세차운동을 제공한다. 헤드의 세차운동은 단계별로 수행될 수 있고 각도 세차운동을 수행함으로써, 즉 원을 통해 헤드의 상부를 회전함으로써 수행될 필요가 없다. 대신, 아치형 부재(23)에 장착된 헤드의 상부는 대향 세차운동 위치에 선형으로 이동할 수 있다. 헤드의 상부의 이동 패턴은 필요한 세차운동의 패턴에 의존한다. 헤드의 세차운동이 아치형 부재(33, 35)를 이용한 헤드의 상부의 상당한 이동을 필요하기 때문에, 기계 동작의 바람직한 방법은 하나의 세차운동 위치를 이용하여 부재 전체(또는 필요한 만큼의 부재) 표시를 수행하는 것이다. 세차운동 위치가 변화될 수 있고 부재의 표시를 다시 수행한다. 이는 모든 필요한 증감 세차운동 위치를 반복할 수 있다.
헤드(7)와 작업부재(8)의 상세한 구조는 도 4 내지 도 6을 참조로 상세히 설명한다.
헤드(7)는 고정부(37)와 회전부(38)를 구비하고 있다. 이 회전부(38)는 작업부재(8)를 유지한다.
헤드(7)의 상부는 모터(24)가 고정되는 블록(39)을 포함하고 있다. 블록(39) 내에서 연장한는 고정 샤프트(40)를 구비하고 있다. 이 고정 샤프트(40)는 이 단면도의 평면으로 세 포인트에서 이 단면도에 직교하는 평면에서 등간격으로 이격된 네 포인트에서 장착되는 헤드(41)를 갖고 있다. 헤드(41)의 장착 포인트는 헤드(41)에 의해 경험하는 하중이 측정되도록 한다. 이를 제공하기 위해 세 개의 로드셀(42)(두 개는 이 단면도의 평면에 도시되고 하나는 직교방향으로 놓여 있다)을 구비하고 있다. 로드셀(42)을 미리 적재하여 헤드(41)의 각 장착 포인트에 하나씩, 다섯 개 로드셀에 대한 필요를 제거한다. 헤드(41)는 현존하는 로드셀(42)을 통해, 지지핀(43) 위에 각각의 포인트에 장착되어 있다. 이 지지핀은 로드셀(42)에 의해 경험하는 임의의 측방향 인장을 감소하기 위해 두 개의 잘록한 부분을 포함하고 있다. 지지핀(43)의 일 단부는 장착 포인트에서 헤드(41)와 맞물려 있다. 지지핀(43)의 타단부는 블록(39)에 대해 스프링(46)에 의해 가압되는 컵(45)이 놓이는 스틸 볼(44)에 장착되어 있다. 이와 같이, 고정 샤프트(40)의 헤드(41)는 샤프트(40)에 의해 측방향 힘과 수직방향 힘을 경험할 때 이동되도록 한다. 샤프트에 작용하는 측방향 하중과 수직방향 하중은 로드셀(42)에 의해 측정할 수 있다. 샤프트(42)의 측방향 하중은 작업부재(8)가 부재(5)의 표면과 맞물릴때의 마찰력에 의해 경험한다. 수직방향 힘은 부재에 대한 헤드(7)의 위치와 작업부재(8) 내의 압력에 의존한다.
고정 샤프트(40)의 지지에 강성을 제공하기 위해, 고정 샤프트(40)는 탄성 벨로스(47)에 의해 블록(39)에 연결된다. 고정 샤프트(40)는 블록(39)으로부터 헤드(7)의 하단부에서 작업부재(8)에 의해 봉인된 유체챔버(48)까지 헤드(7)의 길이를 연장한다. 고정 샤프트(40)는 속이 텅 비어 있고 유체챔버(48)에 유압을 전달하기 위해 유체를 함유하고 있다. 고정 샤프트(40)의 헤드(41) 내에는 유압관(27)에 연결된 2개의 대향하는 입구(하나만 도시)가 마련되어 헤드(7) 외부에서 유체챔버(48)로의 유압 전달을 가능하게 한다.
블록(39) 아래에 헤드(7)의 고정부에는 고정자(51) 및 회전자(52)를 둘러싸는 모터 하우징(50)이 있다. 고정자(51)는 모터 하우징(50)에 고정된다. 회전자(52)는 모터 하우징(50) 내에서 고정 샤프트(40) 둘레를 회전하는 회전 슬리브(53)에 고정된다. 회전 슬리브(53)는 모터 하우징(50)내의 상부 베어링(54) 및 하부 베어링(55)에 장착된다. 회전 슬리브(53)의 상단에는 회전 속도를 표시하는 신호를 제공하는 위치 인코더(56)가 마련되어 있다.
회전 슬리브(53)의 하단은 고정 샤프트(40) 둘레에서 모터 하우징(50) 밖으로 뻗어 나와 회전부(38)를 구동시킨다.
도 5는 고정부(37)와 회전부(38)간의 인터페이스를 보다 상세하게 나타낸다.
도 5에서 보다 명확히 알 수 있듯이, 하부 베어링(55)은 회전 슬리브(53) 하부에서 내부 나사이와 외부 나사이를 맞물리게 하는 베어링 링(57)에 의해 적소에수용된다. 회전 슬리브(53)의 하부는 스포크부재(58)를 수용한다. 스포크부재(58)는, 도 6에 보다 상세히 나타낸 바와 같이, 회전 슬리브(53) 하부를 맞물리게 하는 내부 환상 링(58b)을 가지며 이것은 로킹 링(59)에 의해 적소에 수용된다. 스포크부재(58)는 내부 환상 링(58b)에서 외부 환상 링(58c)으로 연장하는 스포크(58a)를 포함한다. 외부 환상 링(58c)은 회전부(38)를 맞물려 회전시킨다. 스포크부재(58)의 용도는, 회전부(38)에 의한 병진 및 수직력을 고정 샤프트(40)을 따라 전달하여 하중계(42)에 의해 검출되도록 하는 동시에, 회전 슬리브(53)와 회전부(38)간의 회전 결합을 제공하는 것이다.
회전부(38)는 고정 샤프트(40) 상에서 베어링(61)에 의해 회전하여 운송되는 하우징(60)을 구비한다. 베어링(61)은 상부 로킹 링(62)과 하부 로킹 링(63) 사이에 수용된다. 하우징(60)과 작동하여 스포크부재(58)의 외부 환상 링(58c)을 클램프하는 상판(64)이 마련된다. 상판(64)은 또한 하부 영역에 마련된 홀(66)과 각각 2개의 동심 슬리브(65)로 이루어진 먼지 이입 방지 배치의 설비가 있다. 슬리브(65)는 모터 하우징(50)의 하부에 마련된 환상 리세스까지 뻗어있다. 이러한 배치는 베어링(55, 61)으로의 먼지 이입에 대해 긴 경로 길이를 제공한다. 이전에 슬리브(65)에 들어온 먼지는 원심력에 의해 홀(66)로 나오기 쉬워진다.
하우징(60) 내에는 하우징(60)과 고정 샤프트(40)간에 실을 제공하는 액상실(67)이 마련된다.
박막(69) 위에 장착된 공구 하우징(68)은 하우징(60)에 고정된다. 박막(69)은 그 외주가 공구 하우징(68)에 수용된 구근이다. 박막(69)의 외주는 공구하우징(68)의 원통형 리세스에 꼭 맞는 원통부로 이루어진다. 공구 하우징(68)의 안쪽 면에 대해 박막(69)을 클램프하는 클램프 링(70)이 마련된다. 공구 하우징(68) 및 박막(69)이 함께 고정 샤프트(40)내의 통로와 통하는 유체챔버(68)를 형성하여 유압이 유압관(27)을 통해 유체챔버(48)로 전달되게 한다. 유체챔버(48)내의 압력 제어는 탄성 작업부재(8)의 강성을 조절한다. 유체챔버(48)내의 유압은 기계의 연마 또는 연삭 작업 중에 조절되는 파라미터이다.
하우징(60)은 유체 유출로(71)를 마련하여 유체챔버 내의 공기 유출을 허용한다. 유체챔버는 수중유 에멀전 또는 글리콜 등의 압축할 수 없는 유체로 채워진다.
박막(69) 위에는 제거 연마 컵(101)이 마련되어 작업부재를 연마 또는 연삭하는 작업 면을 가진 작업부재(8)를 제공한다. 이것에 대해서는 도 9를 참조하여 뒤에 보다 상세히 설명한다.
이와 같이 도 4 내지 도 6으로부터, 이러한 배치가 유체챔버(48)내의 압력 제어를 제공할 뿐만 아니라, 작업 면에 대하여 회전할 때 작업부재(8)에 의한 병진 및 수직력의 측정을 가능하게 한다는 것을 알 수 있다.
도 4 내지 도 6에서 설명한 본 발명의 실시예에서는, 액상실이 파괴되기 때문에 작업부재(8)의 교체가 쉽지 않다.
도 7 및 도 8은, 하우징(60), 공구 하우징(68) 및 박막(69)이 다른 배치로 대체된 또 다른 실시예를 나타낸다. 본 발명의 이 실시예에서 하우징(80)은 공구 하우징의 교체를 가능하게 한다. 도 7에서 공구 하우징(81)은 소형 박막(82)을 수용한다. 도 8에서 공구 하우징(83)은 대형 박막(84)을 갖는다.
하우징(80)에는 나사축 리세스(85)가 마련되어 공구 하우징(81 또는 83)의 나사부(86a 또는 86b)를 수용한다. 하우징(80)은 리세스(85)내에 소형 유체챔버(88)까지 연장하여 클램프 링(89)에 의해 적소에 수용된 압력 전달 박막(87)을 구비한다. 하우징(80)은 또한 챔버(88) 외부로 공기를 유출하는 유출부(90)를 구비한다.
따라서, 고정 샤프트(40)의 공동으로 전달된 유압은 압력 전달 박막(87)에 압력을 전달하는 유체챔버(88)로 전달된다.
공구 하우징(81 또는 83)은 클램프 링(92)에 의해 적소에 수용된 압력 전달 박막(91)을 포함하는 서로 비슷한 압력 전달 배치를 제공한다. 압력 전달 박막은 서로 접촉하게 배치되어, 하우징(80) 및 공구 하우징(81 또는 83)이 액상실의 파괴 없이 분리되게 하는 동시에, 유압이 박막으로 전달되게 한다.
공구 하우징(81, 83)내에서, 각각의 박막(82, 84)은 각 유체챔버(93, 94)를 형성한다. 도 4에 나타낸 이전 실시예에 관해서는, 박막(82, 84)이 각 공구 하우징(81, 83)의 리세스에 꼭 맞는 슬리브를 형성하는 외주를 갖는다. 각각의 박막(82, 84)은 각각의 클램프 링(95, 96)에 의해 적소에 수용된다.
각각의 박막(82 또는 84)에 인접한 공구 하우징(81, 83)의 외부는 박막(82, 84)과 약간의 테이퍼(2°)를 두고 떨어진 원통형 표면(97, 98)으로 구성된다. 형성된 경사면(97, 98)은 보다 상세히 후술하는 바와 같이 연마 컵을 수용하기 위한 것이다.
도면에서 알 수 있는 바와 같이, 박막(82, 84)은 작업부재의 표면에 접촉하게 될 때 변형될 수 있는 박막으로 이루어진다. 이는 작업부재의 표면에 맞을 수 있다. 박막(82 또는 84)과 작업부재의 표면과의 접촉 면적은 공구 하우징(81 또는 83)이 작업부재의 표면에 얼마나 근접하는가에 달려있다. 즉, 공구 하우징(81 또는 83)이 작업부재의 표면에 가까워짐에 따라 박막(82 또는 84)이 압축되기 때문에 박막(82 또는 84)과 작업부재의 표면과의 접촉 면적이 더 커지게 된다.
박막(82 또는 84)의 외주면이 공구 하우징(81 또는 83)의 안쪽 면에 클램프 되도록 내부에서 클램프 되기 때문에, 그 외부 면적은 클램프에 의해 강도에 따라 변하지 않게 된다. 이것은 박막(82 또는 84)의 대체성을 고려할 때 작업부재의 크기의 균일성을 확보한다.
교환 가능한 공구 헤드를 만들 때, 유체챔버(93, 94)는 유체에 잠긴 공구 헤드를 조립함으로써 유체로 채워질 수 있다. 즉, 공구이 유체에 잠기면 압력 전달 박막(91)이 클램프될 수 있다.
박막(82, 84)의 곡률 반경은 공구 하우징(81 또는 83)에 꼭 맞춰진 구경의 반경보다 크다. 이런 식으로 박막은 반구형 부분이 아닌 아치형 부분을 구성한다. 따라서, 박막(82, 84)의 부푼 부분의 전체 곡률은 크지 않다. 이것은 연마 시트 원료를 박막(82 또는 84)에 적용할 경우 중요하다.
다음에, 도 9를 참조하여 연마 컵을 공구 헤드에 맞추는 것에 대해 설명한다.
공구 헤드는 박막(100) 및 이 박막(100) 보다 약간 작아지게 한 테이퍼된 원통형 표면(99)으로 이루어져 연마 컵(101)을 수용한다. 연마 컵(101)은 그 상단에 절단된 슬릿(103)을 가진 원통형 슬리브(102)로 이루어진다. 슬리브(102)의 상단에서 작업 재료(104)는 슬리브(102)를 덮어 배치되고 클램프(105)에 의해 슬리브 둘레가 클램프된다. 작업 재료(104)는 또한 슬리브에서 분리되지 않도록 접착제에 의해 고정된다.
연마 컵은 공구 헤드의 테이퍼된 원통형 표면(99)에 꼭 맞도록 배치된다. 클램프(106)로 슬리브(102)의 상부를 클램핑함으로써, 슬리브(102)가 수축되어 테이퍼된 원통형 표면(99)을 못 움직이게 할 수 있다. 이런 식으로 작업 재료(104)가 박막(100) 위에 배치된다. 원통형 표면(99)은 테이퍼되어 있기 때문에 연삭 또는 연마 중에 느슨하게 작업할 수 없다. 이것은, 연마 또는 연삭 중에 링이 느슨해지면 작업부재에 심각한 손상이 가해질 수 있기 때문에 중요하다.
작업 재료로는 연삭 슬러리가 사용되는 종래의 연마 직물 재료도 가능하다. 또는, 작업 재료는 연마제가 그 위에 접착되거나 그 안에 주입되어 연마 시에 추가적인 연마제, 예를 들어 연마 풀이 필요 없는 시트로 이루어질 수 있다. 이 후자의 실시예에서는, 작업부재 및 공구을 냉각시키는 유체의 사용, 연마 처리의 윤활성, 및 연삭 입자를 연마 영역에서 떨어뜨리는 것만이 필요하다. 접착할 연마제를 주의 깊게 선택하여 연마 처리의 예측성을 높일 수 있다.
시트에 주입된 공구에 접착되는 연마제의 선택은 응용에 따라 다르다. 예를 들어, 유리 연마 시에 가장 우수한 광학적 마무리를 달성하는 데 대개 다이아몬드는 적합하지 않고, 보통 산화세륨이나 산화알루미늄 등의 재료가 마무리에 사용된다. 연삭 또는 연마에 있어서, 유리 이외의 물질을 연마하는 데 직물 또는 플라스틱 밑면에 다이아몬드 입자를 접착한 니켈을 사용할 수 있고, 유리의 초기 연마에는 에폭시 다이아몬드 입자의 형태로 다이아몬드 시트를 접착한 에폭시를 사용할 수 있다. 접착된 연마제는 이와 같이 그 사이 공간에 집중된 연마 영역을 제공하는 비즈로서 시트에 적용될 수 있다. 이것은 접착된 연마제의 비즈 사이를 통과하여 필요한 탄성을 제공할 수 있게 함으로써 연마된 재료의 제거를 돕는다.
보다 부드러운 연마제가 필요한 경우에는, 연마작업에 사용할 수 있게 흡족한 속도로 파괴되어 새로운 연마제를 노출하도록 설계된 접합제에 설치될 수 있다. 매트릭스 접착제가 흡족한 속도로 침식되어 연마제가 노출되게 하기 위해 매트릭스 재료에 침식 촉진제가 부가되어 연마제를 접착하는데 함께 사용될 수 있다(B.E. Gillman et al entitled "Bound-Abrasive Polishers for Optical Glass" in Applied Optics Vol. 137 No. 16, 1988 pages 3498 to 3505).
양호한 폴리싱 처리를 위해서 고체 윤활제 입자가 연마제 뿐만 아니라 매트릭스에 제공된다. 이것은 매트릭스 재료와 글라스와의 마찰을 감소시키며 연마 작용의 윤활을 안정시킨다. 이러한 연마 입자는 예를 들면 활석 입자(마그네슘 실리케이트)를 포함할 수 있다. 이러한 윤활유가 사용되면, 매트릭스는 부재 예를 들면 글라스와 매트릭스와의 마찰이 감소되므로 고무를 포함할 수 있다.
시이트(104)는 막(100)이 폴리싱 동안 변위될 때 굽히기에 충분히 유연해야 한다. 시이트(104)가 막(100)에서 분리되므로, 변형 없이, 예를 들면 꺽음 줄내기(creasing) 없이 폴리싱 처리를 견디기 위해서 양호한 비틀림 강도를 가져야한다. 통상의 폴리싱 처리시, 3 킬로그램 드래그가 폴리싱 시이트(100)에 의해 경험될 수 있다.
시이트(104)가 막(100) 보다 큰 곡률 반경을 가지므로, 폴리싱시, 막(100)이 부재의 압력에 의해 변형될 때, 시이트(100)와 막(100)과의 사이에 가로 이동이 필요하게 될 것이다. 따라서 시이트(104)의 내면 및/또는 막(100) 면이 이렇게 제공해야 한다. 이것은 연마 컵(101)이 공구 헤드 유닛에 고정될 때 막(100)과 시이트(104) 사이에 재료를 적용함으로써 제공될 수 있다. 예를 들면, 윤활유는 시이트(104)와 막(100)과의 사이에 놓여질 수 있다. 그러나 이러한 윤활제의 사용은 시이트(104)가 막(100)으로부터 비틀림 지지를 얻을 수 없어 그 위를 간단히 슬라이드할 것을 의미한다. 대신에, 가로 이동시키나 막(100)과 시이트(104) 사이의 접착성을 제공하는 비경화 또는 굳지 않은 접착제가 사용될 수 있다. 굳지 않은 접착제의 특성 때문에, 공구 헤드 유닛으로부터 연마 컵을 쉽게 제거할 수도 있다. 이것은 연마제가 막(100)에 직접 연결되거나 또는 슬러리가 사용되면 필요하게 되는 공구 헤드를 회수할 필요를 피한다. 또한, 연마제는 마모되므로 주기적으로 교환할 필요가 있다. 또한, 연마제의 상이한 등급은 상이한 폴리싱 스테이지에 필요하므로 상이한 연마 컵이 쉽게 교환될 수 있다.
시이트(104)는 도 10에 도시된 바와 같은 형태로 잘려진 기판 시이트 재료로부터 형성될 수 있다. 홀은 시이트를 막(100) 위에 놓여지는데 필요한 곡면 형상으로 변형되게 잘려진다. 사용된 시이트 재료는 연마 슬러리가 가산될 수 있는 폴리싱 직물 재료, 또는 시이트가 거기에 결합된 연마재를 갖는 시이트 중 어느 하나일 수 있다. 도 10에 도시된 시크를 단지 작업 재료에 탑재될 수 있는 기판으로서도 사용할 수 있다. 도 11은 시이트(104)로 잘려져 형성될 수 있는 이러한 한 한편의 형상을 도시한다. 재삼 재료는 종래의 연마 슬러리가 사용될 수 있는 종래의 폴리싱 직물을 포함 할 수 있거나, 또는 결합된 연마재를 갖거나 또는 시이트에 주입된 시이트 재료로 형성될 수 있다.
연마 컵을 형성하는 방법이 도 12 및 도 13을 참조하여 설명된다. 제1 단계(S1)에서 슬리브(109)는 볼록 단부를 갖는 원통 형성자(former, 111) 주위에 배열된다. 한 시이트의 폴리싱 재료(110)가 형성자(111)의 볼록 단부위에 배열된다. 단계 S2에서 폴리싱 재료(110)의 시이트의 가장자리는 슬리브(109)의 바깥면에 부착되어 클램프(112)를 사용하는 위치에 고정된다. 그 다음에 단계 S3에서 폴리싱 재료(110)의 시이트는 형성자(111)의 볼록면과 형성자(113)의 오목면 사이에서 가압된다. 이렇게 폴리싱 재료(110)의 시이트에 필요한 볼록 형상이 달성된다. 그 다음에 단계 S4에서 두개의 형성자(111 및 113)이 연마 컵을 제거하면서 철회된다.
연마 컵은 연삭 또는 연마에 사용될 수 있다. 또는, 연마 컵은 중간 처리 연성 모드 연삭에 사용될 수 있다. 이 모드에서 부재의 표면은 파인 스와프의 형태로 결합된 연마 입자의 절단 작용에 의해 제거된다. 이것은 파괴 모드 연삭에서 생성된 칩과 다르다. 연성 모드 연삭은 적은 표면 아래의 파괴의 양호한 마무리를 제공한다. 이 모드는 소정 연마제에 압력 및 속도의 선택에 의해 달성된다.
헤드 조립체가 노멀에서 부재의 표면으로의 각도로 헤드 유닛(8)을 제공하도록 제어되는 폴리싱 기구의 동작이 이후 설명된다.
도 14a는 부재(5)에 대향하는 작업 부재 유닛(8)의 적용을 도시한다. 컵 막(110)은 부재(5)의 표면에 따른다. 도 14b의 점선은 부재(5)에 수직으로 기초하며 그 축에 대해 회전되는 작업 부재(8)를 사용하여 얻어진 제거 프로파일을 설명한다. 도 15는 부재(5)에 대향하는 작업 부재(8)의 연마 작용을 도시한다. 접촉 영역의 센터에서 제로 회전이기 때문에 센터에서의 제거 레이트가 제로인 것을 알 수 있다. 이 제거 프로파일은 이러한 제거 프로파일을 사용하는 부재에 원하는 프로파일을 달성하기 어려우므로 문제다. 따라서 발명자는 부재(5)에 대해 노멀으로 0의 각도로 작업 부재(8)를 기울임으로써 처리된 위치로 이동시켜, 도 16에 점선으로 도시된 제거 프로파일을 얻을 수 있는 것을 실현하였다. 정지 영역 어디나 없기 때문에, 즉, 막(110)의 회전의 센터가 부재의 표면에 있지 않기 때문에, 제로 제거의 영역이 없다. 따라서 이 제거 프로파일은 바람직한 가우스 프로파일이다.
도 17은 본 실시예의 연질 공구에 의해 제공된 부재에 대한 압력 분포를 도시한다. 압력에 급격한 단절이 없다는 것을 볼 수 있다. 그것은 공구의 연질 부드러운 본질 때문에 대부분의 접촉 영역에 대해 편평하게 제공되며 가장자리에서 서서히 붕괴한다.
도 14b에서는 노멀에서 부재으로 공구의 회전 축을 기울여 세차 운동하여 보다 나은 제거 프로파일을 제공하는 것을 볼 수 있다. 제거의 방법은 도 19에 도시한 바와 같이 세차 운동 없이 연마 작용을 포함하고, 이 때문에 연마 벨트의 작용과 같은 방법으로 부재에 스크래치 또는 홈이 형성된다. 이와 같은 스크래치 또는 홈이 잔류 가능성을 피하기 위해서, 폴리싱 기계에 의해 수행된 폴리싱 작용은 표면에 대해 노멀 각으로 작업 부재(8)의 기울임에 의해 단지 폴리싱하는 것이 아니라, 노멀에 대해 세차 운동된 각으로 부재의 폴리싱을 포함한다. 이것은 도 18에 도시되어 있다. N은 부재(W)에 대한 노멀 방향을 나타내고, P는 폴리싱 방향, 즉, 작업 부재의 회전 방향을 나타낸다. 따라서 작업 부재(8)은 노멀(N)에 대해 각(θ)으로 폴리싱 방향에 대해 회전하나 폴리싱 방향(P) 또한 노멀(N) 주위를 회전 또는 세차 운동한다. 이것의 결과는 세차 운동 주위의 각 위치에서 도 15에 도시된 폴리싱 작용이 세차 운동의 각에 따라 회전된 각으로 수행된다는 것이다. 따라서 벡터 P가 도 15에 도시된 각 폴리싱 효과에 의해 노멀(N) 주위로 이동되는 각 시간은 그 각에 의해 회전된다. 따라서 일단 세차 운동을 완료하면, 도 15의 패턴이 모든 회전각에 적용되어 진다. 이것은 폴리싱의 패턴을 평균화에 영향을 미쳐 폴리싱 패턴에 의해 야기되는 결함 등을 감소시킨다.
폴리싱되는 부재은 일반적으로 편평하디 않기 때문에, 도 18의 도면은 너무 단순화하였다.
도 19는 부재에 대한 노멀이 위치 또는 폴리싱되는 부재에 따라 연속적으로 변화하는 실제적인 위칠르 도시한다. 물론, 부재에 대한 수직선(V)은 z축을 일정하게 하는 것으로 정의한다. 따라서 폴리싱 각(θ2)는 세차운동 각(p) 더하기 노멀(N)이 수직선(V)에 대한 각(θ1)을 합산한 것이다. 도 19에서 모든 각이 단일 평면에 되시되더라도, 물론, 이들 각은 3차원 각이다.
도 20은 구형으로 돌출된 동일한 정보를 도시한다. V, N 및 P는 도 19와 동일한 의미를 가진다. 이 도면은 공간에서 이들 3방향을 나타낸다. 세차 운동 할 때, 각(y)는 변화하고 각(p)는 일정하다. 각(α및 β)은 피봇 메커니즘을 제어하기 위해서 전이(a 및 b)로부터 연산되는 피봇 메커니즘에서의 2개의 구동 각이다.
임의의 지점에서의 부재의 표면의 경사는 이후 주어진 φ1및 θ1로 자세히 설명되는 바와 같이 연산될 것이다. 특별한 작업용 폴리싱 루틴은 주어진 데이터로서 p 및 y를 가진다(동작시 변화한다). 구동각(α및 β)을 찾기 위해서, 먼저θ2및 φ2를 찾을 필요가 있다.
cos θ2= cos p ·cosθ1+ sin p ·sinθ1+ cos y (1)
sin(φ1- φ2) = sin p - sin y /sin θ2(2)
cos(φ1- φ2) = (cos (p) - cos (θ2)·cos(θ1))/
sin(θ1)·sin(θ2) (3)
식 2 및 식 3의 사용은 (φ1- φ2)에 대한 해를 올바른 각 사분원에 놓여지게 한다.
θ2및φ2를 갖고 우리는 김벌 구동각(gimbal drive angle, α및 β)을 찾을 수 있다:
α= tan-1(cosφ2·tanθ2) (4)
β= tan-1(sinφ2·sinθ2) (5)
각(α및 β)의 분명한 신호는 피봇의 구동 시스템에 따를 것이고 검사에 의해 설정될 필요가 있다.
일반적인 연산의 예방조치는 식 2에서 생기면 제로에 의해 분리가 다룰 필요가 있다.
부재의 경사면의 결정은 부재의 위치 및 표면 형태에 따른다.
광학에서 중요한 하나의 특정 형태는 "평탄한 비구면"이다. "평탄한 비구면"은 바로 센타에서 구형의 부분의 표면에 사용되나, 구형 곡면보다 높은 또는 낮은 가장자기가 있다. 이와 같은 형상은 오목 또는 볼록일 수 있다.
x, y 및 z 축에서, z가 턴테이블의 평면으로부터 위쪽으로 이동함에 따라 양으로 증가하는 높이이면, 글라스 부재 위의 양의 z는 더 글라스에 항상 대응할 것이다. x 및 y에 따라 턴테이블의 축상의 중앙에 턴테이블의 평면에 수평하게 위치된다. 따라서 x, y 및 z는 오른손 축이다. 평탄한 비구면에 대한 공신은 x 및 y의 함수로서 높이 z 이다:
z = c ·r2/(1+A) +a2·r2+a4·r4+a6·r6+a8·r8+........
여기서 r2= x2+ y2(6)
A = sqrt(1-(k + 1) c2r2),
c, k, a2, a4, 등이 특정 부재에 필요한 표면을 나타내는 상수이다. c는 센터 구면이 곡면 반지름의 역수이다. k는 코닉(conic) 상수라 하고, 이것은 이 식에 의해 나타내어 진다. 모든 상수가 제로이면, 표면은 편평하고, 단지 c가 제로가 아니면 표면은 구형이다. k의 각종 값이 회전의 포물면, 타원면 및 쌍곡선면을 나타내기 위해 사용된다.
공구의 접촉점에서의 곡면의 경사 또는 기울기를 결정하기 위해서, 식(6)이 미분된다. 이것은 반지름 방향에서 요구되는 표면의 기울기를 제공한다:
dz/dr = c·r/A +2a2·r + 4a4·r3+ 6a6·r5+ 8a5·r7.. (7)
따라서 노멀 라인 N을 나타내는 각은
φ1= angle VP = -tan-1dz/dr (8)
접촉점에서의 경사각은 다음과 같이 주어진다:
φ1= tan-1y/x (9)
여기서 x, y는 접촉점이다. 이들 표면 노멀의 각은 축에 대해 대칭 렌즈에 대한 것이다. 비대칭 렌즈를 위해서 그 표면 식이 θ1및 φ1을 찾기 위해서 대체되어야 한다.
각(θ1및 φ1)은 연산되어 식 1 및 식 2에 사용되어 렌즈에 대한 피봇 구동 각을 제공한다.
지금까지 피봇 배열의 피봇 지점이 부재의 표면 상의 접촉점의 센터가 아니라는 사실을 고려하지 않았다. 그것은 막의 곡면의 센터에서 또는 근처고 따라서 부재의 표면으로부터 피봇 지점의 변위에 대해 보상하지 않으면 피봇 배열이 각(θ1및 φ1)에서 회전될 때, 헤드 유닛은 x, y 및 z 방향으로 움직일 것이다. 따라서 본 발명의 본 실시예에서는 각(θ1및 φ1)의 회전에 의해 생성된 x, y 및 z 좌표에서의 이동을 보상함을로써 이 문제를 피한다. 보상은 이후 주어지는 식을 사용하는 실시간 연산의 형태로 발생하거나, 또는 연산이 미리 각(θ1및 φ1)에 대해 수행될 수 있고 탐색표에 기억된다.
접촉 지점의 센터의 위치를 연산할 때 고려되어야 하는 다른 점은 연질 공구의 압축성이다.
피봇의 센터 지점은 공구이 압축되지 않을 때 공구 폴리싱 면의 센터로부터 거리(D)이다. 공구은 부재의 표면에 대해 노멀인 방향에서 측정된 거리(d)에 의해 압축된다.
좌표 x, y 및 z는 압축 후에 공구 접촉 위치의 센터를 찾고 공구, 즉, 작업되어 지는 영역의 센터를 기울인다.
θ1, φ1, θ2및 φ2는 표면 노멀 및 공구 스핀의 각이다.
x, y 및 z는 피봇 메커니즘의 센터를 나타낸다.
D는 피봇의 센터로부터 압축되지 않은 공구 팁까지의 거리이다.
d는 공구 표면이 예를 들면 0. 3 ㎜로 압축되는 양이다.
T는 구형 공구 팁의 곡률 반경 예를 들면 도 20에 도시된 바와 같은 30 ㎜이다.
피봇 메커니즘의 센터를 나타내는 식은 다음과 같다:
x = x + (T - d)·sinθ1·cosφ1+ (D - T)·sinθ2·cosφ2(10)
y = y + (T - d)·sinθ1 ·sinφ1+ (D - T)·sinθ2 ·sinφ2(11)
z = z + (T - d)·cosθ1+ (D -T)·cosθ2(12)
따라서, 상기 주어진 식을 이용하여, 세차 운동에 의해 야기된 작업 부재(8)의 이동이 올바르게 될 수 있다.
상기 기술된 바와 같이, 상기 세차운동 때문에, 공구에 의해 수행된 각도로 비축대칭 애블레이션(ablation)은 세차운동에 의해 실질적으로 세차운동에 의한 축대칭 애블레이션 패턴으로 평균화되었다.
상기 세차운동 작업은 각 폴리싱 위치에서 실시될 수 있고, 상기 작업 부재(8)는 부재의 규격에 대해 적어도 360°로 세차운동되어 배열된다. 그러나, 더 효과적인 방법은 하나의 세차운동 각도를 사용하여 공구의 필요한 영역을 덮고, 상기 세차운동 각도를 증가시키고, 그리고, 상기 영역을 다시 폴리싱하는 것이다. 이는 동일한 효과를 갖고 있으나, 필요한 추축 배열 이동의 정도를 감소시키고, 폴리싱 과정을 신속하게 진행한다. 필요한 영역은 상기 공구의 적용 및 상기 부재를 운반하는 턴테이블의 회전에 의해 생기는 중심 고리일 수 있다.
이 실시형태에서, 상기 규격에 대한 세차운동 각도의 증가는 세차운동 각도의 대칭 분포를 제공하기 위해 360°의 정수 부분으로 선택된다.
종래 기술에서 실행된 부재의 표면에 일반적인 축을 갖고 회전시키는 대신에 연질 공구의 세차운동을 사용하는 이점은 상기 공구가 자기 적심성한다는 것이다. 비축대칭 애블레이션 패턴 때문에, 예컨대, 연마 재료 또는 연마 슬러리를 웨팅하기 위해 사용된 액체가 측면 이동에 의해 공구 하에서 끌어진다. 대조적으로, 종래의 회전 공구를 사용하는 경우, 그 아래의 상기 폴리싱 재료는 정기적으로 던져지는 경향이 있다.
컴퓨터 제어 시스템(9)에 의한 폴리싱 장치의 제어는 하기에 더욱 상세히 기술될 것이다.
상기 컴퓨터 제어 시스템(9)은 x, y 및 Z 축 운동, a 및 b축, 헤드(7)의 회전 h, 턴테이블의 속도 c, 작업 부재(8)를 회전시키는 전동력 및 공구 내의 수력을 제어한다. 또한, 슬러리 또는 윤활/냉각 액체 공급을 제어하는 것이 가능하다. 이들 다양함은 부재에 대한 공구의 연마에 의해 진행된 기계적 일(watt)의 속도를 소정의 수준으로 유지하기 위해 제어될 수 있다. 작업의 속도는 모터 속력 및 전류(이는 기본 방법으로 모니터될 수 있다.)로부터 계산될 수 있고, 모터의 제작에 의해 제공된 데이터를 사용하여, 작업 속도의 이 제어가 재료 제거 속도의 정확한 제어를 가능하게 한다.
이 실시형태에서, 상기 컴퓨터는 x, y 및 z, a와 b 좌표에 대한 피드백을 수용하지 않는다. 이들은 데드 레코닝(dead reckoning)에 기초를 둔다. 이 공구 회전 속도는 측정되고, 상기 모터에 의해 진행된 작업이 감지된다. 턴테이블 속도는 또한 제어될 수 있다. 공구에 대한 수직 및 측면 로드는 상기 로드셀(42)에 의해 측정된다.
컴퓨터 제어 시스템(9) 내의 프로그램은 상기 소정의 표면 형상을 입력으로 수용하기 위하여 알고리즘을 연산한다. 또한, 상기 부재(5)의 현재 표면 형상은 측정에 의해 얻어지고, 따라서, 형상 오차가 측정되고, 즉, 표면을 따라 제거되는 재료 양의 결정이 측정된다. 또한, 영향 함수, 즉, 연질 공구의 제거 속도 패턴(세차운동에 의해 수정될 때)이 측정되고, 폴리싱의 패턴을 측정하는데 사용된다.
사용되는 연마재의 형태는 제거되는 재료의 양 및 형태에 따라 종속적으로 선택된다. 이는 부재에 가해진 압력을 결정할 것이다. 주어진 형상 오차 및 압력에 대한 정보를 사용하여, 표면 위의 연질 공구에 대한 접촉 면적이 측정될 수 있다. 이는 물론 형상 오차 패턴에 따라 다양해 질 수 있다. 영향 함수를 사용하여, 제거의 패턴이 현재의 부재 형상에서 목적 형상로 이동하기 위하여 평가될 수 있다. 통상적으로, 상기 알고리즘은 단지 수팅(shooting), 즉 너무 많은 재료의 제거를 피하기 위하여 상기 목적물의 80%에 도달하도록 할 것이다. 그러나, 상기 과정은 목적 형상를 얻기 위해 반복될 것이다.
제어될 수 있는 변수들은 보압 시간, 접촉 면적, 헤드 회전 속도, 부재 회전 속도, 부재에 대한 압력, 부재에 대한 힘 및 액체 압력이다.
목적 표면을 얻기 위해 필요한 보압 시간의 계산은 수치 최적 과정으로 실시된다. 보압 시간이 부재의 표면에 대한 비교적 적절한 특성들에 관한 공구의 위치에 대해 계산된다. 보압 시간이 길수록, 더 적절한 특성이 감소된다. 수치 최적화의 목적은 상기 공정 후, 남아있는 "스퀘어(square)의 합" 높이를 최소화하는 것이다.
주어진 공구는 주어진 압력 및 속도로 작동하고, 주어진 세차운동 주기를 통하여, 국부 "영향 함수" 즉, 공구의 특징인 부재 제거의 국부 영역 및 그것의 사용에서 다양함을 제공한다. 이 영향 함수는 실험적으로 측정된다. 그러한 기능의 단면도는 중심에서 가장자리까지 도 22에 도시된다. 이는 초당 고정된 위치에서 가능한 부재 제거의 깊이를 나타낸다. 이는 또한, 맵으로 표현될 수 있고, 도 23에 도시된다. x, y 축 평면에 대해 일반적으로 슬로프되는 광학적 표면의 중심에서 벗어난 부분에 대하여, 상기 영향 함수는 도 24에 도시된 바와 같이 그 평면에 돌출에서 약간 앞으로 짧아진 것처럼 보인다. 상기 윤곽 외형이 도 25에 확대된다.
도 22를 참고하여, 패턴을 그리는 방사에 대하여 상기 부재가 턴테이블에서 회전될 때, 상기 국부 영향 함수가 그루브로 당겨진다. 일련의 그루부가 상기 부재에 대해 다른 반경이 가능하고, 상기 그루브의 단면도는 초당 깊이의 단위로 다시 도 26에 도시된다. 중심에 더 집중되는 대신에 부재의 주위에 분포되는 효율적인 제거는 즉, 헤드에 의한 원의 주위가 더 길어지는 상기 부재의 외부에 대한 더 작은 제거가 있다는 것이 알려져 있다. 실제의 부재(유리) 제거는 상기 공구가 그 프로파일(보압 시간)에서 작용하는 상기 시간에 의해 증가된 프로파일 중의 하나의 형상로 주어진다. 각 그루브에서 보압 시간을 선택함으로써 상기 렌즈의 반경을 따라 측정된 유리 제거에 대한 다양한 전체적 형상가 얻어질 수 있다. 예컨대, 작업을 요구하는 부분 제조 렌즈 표면의 프로파일이 도 27에 도시된다. 이는 고리 모양으로 증가된 영역을 구성하는 형상 오차 결점을 갖는 반면, 상기 렌즈의 중심 및 가장자리는 거의 필요한 높이이다. 최적화를 위한 기본 리스트 스퀘어 알고리즘을 사용하여, 렌즈의 각 반경을 위해 필요한 보압 시간이 고리 모양의 증가된 영역을 제거하기 위해 계산된다. 이는 도 28에 도시된다. 상응하는 보압 시간에 의한 각 그루브 프로파일을 증가시키고, 도 27에 도시된 상기 프로파일에 대해 계산된 영향을 추가하여, 결과 프로파일에 대한 예상이 도 29에 도시된 바와 같이 얻어진다. 고려된 표면의 표면적은 효과적으로 평평해지고, 이는 상기 계산의 정확함을 증명한다.
필요한 보압 시간의 계산에서, 피드백 공정은 기어의 느슨함, 기계적 슬라이드에서 부정확성 또는 습도 또는 온도 등의 일반적인 작업 조건에서의 변화 등의 유리 제거 공정에서 오차를 보정하기 위해 사용될 수 있다. 피드백 공정은 그라인딩 또는 폴리싱 작업 후 실제의 유리 제거의 분석을 요구한다. 상기 분석의 결과는 유리 제거에 대한 적합한 리스트 스퀘어를 주는 보압 시간의 세트이다. 상기 보압 시간은 상기 기계가 그러한 제거를 이루기 위해 사용하기로 되어 있는 소급 시간이다. 상기 피드백 정보는 실제로 대응되는 것들과 기호 소급 값을 비교하여 얻어진다. 상기 비교는 소급 보압 시간에 대한 실제 비율을 확인하는 형상를 취한다. 상기 비교의 결과는 수정이다. 상기 수정의 예들은 (1) 실제 유리 제거에 대해 계산된 보압 시간이 필요한 결과를 주기 위해 증가될 수 있거나 감소될 수 있는 상수 비율 인자와 (2) 상기 보압 시간에 대한 보정 인자로서 사용되는 상기 부재에 대한 다른 위치에 상응하는 그러한 비율의 세트이다.
보정 인자의 결정은 또한, 그들이 작업에서 단점을 지시할 것이기 때문에 기계 공사 및 유지 의도에 중요하다.
수치 최적화 과정은 또한, 공구와 부재 사이의 소정의 접촉 면적을 결정할 수 있다. 이는 간단히 하나 이상의 영향 함수를 사용하여 이루어진다. 다른 애블레이션 프로파일(실질적으로 그루부의 단면)이 각 추가 영향 함수를 위해 얻어진다. 상기 수치 최적의 결과는 각 세트의 애블레이션 프로파일에 대한 보압 시간을 포함한다. 최적 결과의 본질은 주어진 프로파일이 이점이 없으면, 0 또는 매우 작은 보압 시간이 그것에 할당되는 것이다. 이렇게 해서, 소정의 애블레이션 프로파일에 대한 중요한 보압 시간의 할당은 공구 접촉 면적을 선택한다.
보압 시간을 측정하는 공정은 도 30의 플로우 다이어그램을 참조하여 기술될 것이다. 폴리시되는 부재 표면의 형상는 측정에 의해 결정된다(단계 S10). 소정의 형상를 한정하는 데이터는 단계 S11에서 입력되고, 단계 S12에서, 소정의 형상 데이터가 형상 오차 데이터를 얻기 위해 측정된 데이터로부터 제거된다.
단위 보압 시간에 대한 영향 함수는 단계 S13에서 소정의 위치에 대해 그려진다. 이 실시형태에서, 별개의 맵이 각 영향 함수, 즉, 도 26의 단일 곡선에 대해 발생된다. 초기 보압 시간은 단계 S14에 입력되어 상기 최적 공정을 개시한다. 선택된 초기 보압 시간은 모든 위치에 대해 단위 시간 등의 임의의 개시값일 수 있다. 맵화된 영향 함수는 입력 초기 보압 시간에 의해 증가되고, 상기 맵이 예상된 제거 맵을 결정하기 위해 추가된다(단계 S15). 단계 S16에서, 예상된 제거 맵은 소정의 위치에 대한 높이 오차 리스트를 결정하기 위해 형상 오차로부터 제거된다.이는 리스트 스퀘어 알고리즘에 의해 최소화된 예상된 폴리시 형상와 소정의 형상 사이의 오차를 한정하는 이들 높이 오차이다. 이렇게 해서, 이들 값은 리스트 스퀘어 알고리즘에 입력되고, 단계 S17에서, 상기 알고리즘은 오차를 최소화한다. 단계 S18에서, 상기 최적화가 완성되는 지를 결정한다. 그렇지 않으면, 단계 S20에서, 상기 알고리즘은 새로운 형상의 보압 시간의 세트를 생성하고, 상기 공정을 최적 공정을 반복하도록, 단계 S15에 되돌린다.
단계 S18에서, 상기 최적화 공정이 완결되면, 단계 S19에서, 상기 측정된 보압 시간은 패턴을 나타내는 위치를 위해 폴리싱 헤드에 대한 속도로 번역된다. 그리고, 단계 S21에서, 상기 기계는 측정된 속도에서 사용된 부재를 폴리시한다.
상기 공정은 소정의 형상가 실제로 얻어졌는지를 확인하도록 형상를 측정하기 위해 단계 S10으로 되돌려 반복될 수 있다. 그렇지 않으면, 단계 S11 내지 S21가 반복될 수 있다.
이 공정이 상기 기술되는 동안, 2D 공정의 각각에서, 상기 공정은 보압 시간 그때의 계산에 대해 소정의 위치의 3D 영향 함수, 3D 소정의 형상 및 2D 배열에 동일하게 적용할 수 있다.
3d 배열에서, 2D 배열과는 다르게 동일한 방사 위치가 다르게 폴리시될 수 있기 때문에, 폴리싱의 더 큰 제어가 있다. 상기 수치 최적 문제는 단지 1D, 포인트 어레이 보다는 2D에 대한 보압 시간을 측정하는 것 중 하나가 된다. 효과적인 다수의 포인트가 있다면, 이렇게 해서, 상기 공정을 효과적으로 길게 만들 수 있고, 소수의 포인트 어레이는 즉, 상기 영역을 세크멘트하고, 독립적으로 처리하여분리되거나, 또는 큰 간격으로 분리된 상기 영역 위에 위치를 제공하여 이루어질 수 잇다. 후기 공정에서, 각 그려진 패턴은 보압 시간의 측정(즉, 통로를 따라 상기 폴리싱 헤드의 속도)을 위해 충분한 수의 인접하게 배열된 위치를 통과할 수 없다. 이 경우에, 상기 그려진 패턴에 따른 보압 시간 또는 포인트는 상기 소정의 위치 사이의 내삽 과정에 의해 측정될 수 있다.
여기서 기술된 2D 및 3D 실시형상에서, 사용된 상기 보압 시간은 단위 시간에 대한 위치에서 제거 프로파일을 한정하는 정적 영향 함수이다. 그러나, 이는 각 위치에서 올려지고, 놓인 공구 헤드 대신에, 상기 소정의 기술이 상기 부재의 표면 위로 공구 헤드를 계속해서 이동시키는 것을 고려하지 않는다. 따라서, 헤드 보압 시간에서 위치가 없다. 그러므로 발명자들은 동적 보압 시간 기술을 개발해야만 한다. 이 기술에서, 영향 함수는 특정 묘사 패턴에 대한 단위 공구 헤드 속도에 대한 제거 프로파일로서 한정된다. 이는 소정의 속도(예컨대, 단위)로 그려지는 패턴에 따라 상기 정적 영향 함수를 투사하여 측정된다.
도 31a 및 도 31b는 연마 대상 표면에 만들어지는 동적 영향 함수의 두 가지 다른 형태를 설명한다. 도 31a는 래스터링 형상의 패턴을 설명하고, 도 31b는 원형 형상의 패턴을 설명한다.
도 31a는 세 위치(P1, P2및 P3)로 적용되는 동적 영향 함수를 설명한다. 동적 영향 함수는 형상화 패턴(200)이 각 위치 즉, 선에서 같으므로 각 위치에 대한 같은 모양을 갖는다.
도 31b에서, 형상 패턴(201)은 원형이고, 모식도에 보여진 바와 같이, 다른반경 위치에 대한 형상화 패턴은 모양이 변한다. 중심 위치 P1에서, 패턴은 원형인 반면 반경 위치 P2및 P3에서 동적 영향 함수는 형상화 경로를 따라 연장된다.
이러한 기술은 연마될 작업물의 표면을 가로지르는 위치(예를 들면, P1, P2및 P3)에서 공구 헤드에 대한 속도를 결정하는 결과가 될 것이다. 이와 같이 실시예에서 도 30의 스텝 S19를 요구하지 않는다.
본 발명의 이러한 점은 작업물의 위치에 대한 보압 시간이나 공구 스피드를 최적화하여 작동하므로, 상기 값을 활용하는 단순한 과정이 이용될 수 있다는 기술분야에서 통상을 가진 기술자에게 명백하게 될 것이다. 수치 해석 기술은 원하는 결과 즉, 원하는 평균 오차를 얻기 위해 값을 최적화하는 데 사용될 수 있다.
이 발명에서, 적어도 하나의 코스트 함수가 최소화될 수 있다. 상기 코스트 함수는 다음을 포함한다:
1. 높이 오차
2. 기울기 오차
3. 전체 연마 시간
4. 한계 이상의 공구 스피드의 초과량
상기 코스트 함수는 적절하게 가중치가 부과될 수 있다.
수치 해석에 대해, 코스트 함수에는 알고리즘에 의해 최적화도록 일련의 수치가 추가된다.
지금까지 실시예에서, 원하는 형상을 얻기 위한 물질의 제거만을 고려했지만, 연마는 필요로 하는 형상 뿐만 아니라 필요로 하는 거칠기(극소의 거칠기)가 요구된다.
광학적이거나 다른 연마된 표면은 극소의 거칠기와 보다 자명한 큰 크기 형상 에러라는 점에서 품질 저하를 가질 수 있다. 극소의 거칠기는 흔히 완전히 매끄러운 표면으로부터 평균 국부 높이로 표현되어 평균 거칠기 "Ra"라고 나타내는 표면의 성질이다.
극소의 거칠기는 현미경(예를 들어, 독점적인 MYKO NT 2000 간섭계)을 통하여 작동되는 간섭계와 같은 장치 또는 접촉 방법(예를 들어, 독점적인 테일러 호브슨 텔리서프)으로 측정된다. 연마 처리에 있어서 여러 단계에서의 거칠기는 유사한 작업물의 제작에서 생산된 초기 작업물에 대해 다른 제작 단계 별로 측정된다.
이 실시예의 방법에 있어서, 거칠기 감소를 시작하기 위한 선택 기준이다. 거칠기 품질과 별개로 작업물의 형상이 이미 허용가능 범위 내에 있음을 나타내는 치수라면 착수된다. 전형적인 경우는 그 형상이 100㎚ 피크 투 벨리 형상 에러(peak-to-valley form error) 의 소비자의 요구 조건 이내로 정확하지만, 표면 부분은 평균 거칠기가 10㎚ 이상의 값으로 나타나는 반면, 3㎚ 미만인 평균 거칠기는 마무리가 요구된다. 만약 100㎚ 미만인 작업물의 재질(보통 유리)이 공차 범위 내의 특별한 형상의 표면을 만족시키도록 제거되어야 하는 것을 나타내는 치수라면 거칠기를 감소시키는 데 또한 경제적이다. 이러한 작은 양의 물질이 거칠기를 감소시키는 기술 없이 제거된다면, 이 기술을 적용해야 만이 제품이 허용될 수 있다.
연마 처리의 제거율은 작은 면적에서 연마되는 실험에 의해 결정되고, 그 제거 깊이는 간섭계에 의해 측정된다. 이러한 제거율은 여기에 개시된 방법에 따른 거칠기 감소 처리 과정에서 지속적으로 간섭계를 사용함으로써 확인하는 것이 타당하다.
거칠기 감소는 극소의 제거와 대응하는 짧은 보압 시간 단위로 표면을 연마함으로써 이루어진다. 각 전진 위치(보통 90도에서 4곳)는 현재 평균 거칠기 값의 4배 이하로 재질의 깊이를 제거하고, 바람직한 평균 거칠기(Ra) 값은 1 내지 2배가 되도록 보압 시간이 선택된다. 이러한 제거가 착수됨에 따라, 연마 표면에 존재하는 거친 특성은 새로운 표면이 형성되는 것과 같이 제거된다.
1 내지 2 배로 평균 거칠기의 깊이를 제거함으로써, 새로운 거친 형상은 전의 형상보다 훨씬 덜 중요하다. 이것은 도 32 및 도 33에 설명된다. 도 32는 거친 표면 형상을 도시하는 데, 그것은 평균 거칠기(Ra)의 개략적인 값을 가리키고, 더 제거하는 초기 효과는 첨단을 제거하는 데 있다는 것을 나타낸다. 도 33은 표면 거칠기(Ra) 값을 도시하고, 그 값이 지속적인 제거로 어떻게 변화하는 지를 도시한다. 도 33에서, 우측으로 하락하는 라인은 전에 존재하는 거칠기 특징의 이동을 가리키고, 우측으로 상승하는 라인은 새로운 거칠기 특징의 형성을 가리킨다. 새로운 거칠기 형상은 처음에는 매우 천천히 상승하고, 초벌 연마가 단지 전에 존재하는 피크 부분으로 이동할 때, 새로운 형상이 만들어지지 않는다. 새롭고 오래된 거칠기 형상이 되는 대로의 특성을 갖을 때, 오래된 것와 새로운 것의 형상의 합은 합의 제곱근이다. 이것은 점선 곡선에 의해 나타낸다. 최적의 이동은 도 33에서 A로 지시된 곡선의 최저점에서 발생한다.
실제적으로, 상기한 과정을 조심스럽게 작동시키는 것이 타당하고, 기대하지 않은 형상이 연마 표면에서 나타나는 데, 예를 들어 그것은 연마 물질의 우연 응집체 때문이다. 조심스러운 작동은 1 내지 2배의 평균 거칠기(Ra) 바람직하게는, 낮은 형상을 제거하기 위해 시도될 때 존재한다. 그러나, 만약 극소의 거칠기가 약간의 긁힘 때문에 잘 결정되지 않는다면, 과정의 초기 단계에서 4배의 평균 거칠기를 제거하는 것이 경제적이다.
이러한 과정에서 전진 방법을 사용하는 것 때문에, 한 방향으로의 계속적인 마찰에 의한 줄무늬는 단순히 깊다기보다는 이전의 경로를 가로질러 통과하게 된다. 90도 간격의 마찰 방향으로 패스한 후에, 다음 단계에서 4개의 중간 마찰을 45도로 초기 세트에 사용하면 세밀하게 된다.
본 발명은 표준 작업물의 어떤 각도에서 전진되는 구경의 부재의 형태로 부드러운 공구을 사용하는 실시예를 참조하여 설명했다. 본 발명은 이것에 한정하는 것이 아니고, 연마면과 작업물의 사이의 상대적인 측면 운동을 작업물을 회전시킬 수 있는 방향으로 사용되는 어떤 다른 형태의 공구이든 가능하다.
도 34는 작업물에서 연마 물질로 상기 헤드(7)에 사용되는 작업 부재를 설명한다. 재질의 부피 제거는 연마 전에 작업물 표면형상을 형성할 필요가 있을 때 사용될 수 다. 이 작업 부재는 유연하지 않다.
도 34에 도시된 바와 같이, 작업 부재는 도 4의 실시예의 공구 헤드(38) 위에 끼워 맞추도록 배열된다. 공구 하우징(68)은 연마 공구의 외측 하우징(200)을 수용하도록 외측 나사를 포함하는 그 상측부에 약간 변경된다. 상기 외측하우징(200)은 원통형이고, 그 상단에서 공구 하우징(68)에 장착된다. 외측 하우징(200)의 하단에는 플레이트(201)가 제공된다. 상기 플레이트(201)는 스크류(202)와 도 6에 도시된 스포크 부재(58)와 유사한 형상의 스포크 플렉시블 부재(203) 사이에 있는 클램핑을 매개로 하우징(200)에 클램핑된다. 상기 스포크 플렉시블 부재(203)는 하우징(200)의 플레이트(201) 사이에 외측 환형으로 클램핑된다.
하우징(200) 내에는, 외측 하우징(200) 내에서 상대적인 수직 운동이 가능한 피스톤 부재(204)가 제공된다. 피스톤 부재(204)는 수직운동에 대하여 가이드하는 부시(25) 둘레에서 연장하는 상부 원통부를 형성한다. 상기 부시(205)는 공구 하우징(68)의 외측 표면에서 상승한다. 피스톤 부재(204)의 하단은 박막(69)을 수용하도록 오목면을 형성한다. 이런 식으로 박막(69)은 피스톤 부재(204)가 축 방향으로 상승 및 하강하도록 피스톤 부재(204)에 작용할 수 있다. 피스톤 부재(204)는 스포크 플렉시블 부재(203)의 내측 환형에 의해 지지된다. 스포크 플렉시블 부재(203)의 내측 환형은 피스톤 부재(204)의 마개(spigot, 206) 둘레에 제공되어 마개(206)에 나사 결합된 너트(207)에 의해 피스톤 부재(204)에 클램핑된다. 마개(206)는 플레이트(201)를 통과하여 연장되도록 배치된다. 돔형의 연마 부재(208)는 마개(206)에 지탱되어 그 위치에서 너트(209)나 와셔(210)로 고정된다. 이와 같이 이런 식으로, 돔형 연마 부재(208)는 피스톤 부재(204)에 의해 상승 및 하강된다.
본 발명의 이와 같은 실시예는 컴플라이언트는 아니지만 경사진 각에서 헤드(7)에 지지되어 작업물 표면을 연마하도록 수직의 전진 통로에 대하여 전진하는 돕형의 연마 부재(208)를 제공한다. 박막(69)과 피스톤 부재(204)는 돔형 연마 부재에 압력 제어를 행하여 연마 작동시 적용되는 압력을 제어하도록 작동한다.
본 실시예는 구경의 컴플라이어트 공구로 설명하였지만, 작업물의 볼록면에 대하여 평평하거나 오목한 컴플라이언트 공구도 본 발명의 범위 내에서 사용될 수 있다.
본 실시예는 완전 유압 적용 시스템을 갖는 것으로 설명하였지만, 본 발명은 또한, 공구 바디에 기계적 압력 전달 커플링을 가진 유체가 충만된 공구 헤드도 포함된다.
본 발명의 특징은 어떠한 조합에서도 사용될 수 있다
본 발명은 연마기의 컴퓨터 제어을 포함하고 있기 때문에, 본 발명은 기계를 제어하도록 컴퓨터 프로그램으로서 실시될 수 있다. 이와 같이 본 발명은 플로피 디스크, 컴펙트 디스크, 프로그램의 기억 장치, 자기 테이프 및, 인터넷과 같은 네트워크에 컴퓨터 프로그램을 실행하는 전기적인 신호를 포함한다.
본 발명은 실시예를 참조하여 위에서 설명하였지만, 본 발명은 이것에 한정하는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 본 기술 분야에서 통상의 기술자가 수정하는 것이 가능하다.

Claims (97)

  1. 작업물을 연삭 혹은 연마하는 작업물 연마기에 있어서,
    상기 작업물을 보유하는 보유면;
    회전축에 관하여 회전하도록 상기 회전축을 따라 배치된 헤드부재;
    상기 헤드부재에 의해 상기 회전축에 관하여 회전을 위한 상기 회전축 상에, 상기 헤드부재에 상기 작업물을 연삭 혹은 연마하기 위한 면이 배치된 작업부재;
    상기 헤드부재 및 이에 장착된 상기 작업부재를 상기 회전축에 관하여 회전하도록 구동하는 제1 구동수단;
    상기 헤드부재를 장착하기 위한 헤드 장착수단;
    상기 회전축과 교차하는 세차운동(precession) 축에 대해 상기 헤드부재의 상기 회전축을 경사지게 하도록 상기 헤드 장착부재를 구동하며, 상기 회전축이 상기 세차운동 축에 관하여 세차운동된 상태에서 상기 헤드부재를 경사된 위치로 이동시키는 제2 구동수단; 및
    상기 보유면을 횡단하여 상기 헤드 장착수단을 상대적으로 이동시키는 제3 구동수단을 포함하는 작업물 연마 또는 연삭기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 구동수단은 상기 보유면에 대해 측방향으로 상기 작업부재의 표면을 구동시키도록 구성되고, 상기 제2 구동수단은 상기 작업부재의 상기 표면과 상기 보유면의 측방향 상대 운동 방향이 상기 보유면 상의 상기 위치에 대해 회전하도록 상기 보유면 상의 위치에 대해 상기 작업부재의 상기 표면을 회전시키도록 된 작업물 연마 또는 연삭기.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제2 구동수단은 상기 세차운동축에 관한 상기 회전축의 세차운동이 360°의 정수로 배분된 경사위치들에 상기 헤드부재를 이동시키도록 구성된 작업물 연마 또는 연삭기.
  4. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 구동수단은 세차운동 단계로 상기 헤드부재를 이동하도록 구성된 작업물 연마 또는 연삭기.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제2 구동수단은 상기 세차운동 축에 관한 상기 회전축의 세차운동이 360°의 정수로 대칭 배분된 세차운동 단계로 상기 헤드부재를 이동시키도록 구성된 작업물 연마 또는 연삭기.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 구동수단은 360°의 정수 분할이 아닌 세차운동 스텝의 증분 세차운동을 수행하도록 구성된 작업물 연마 또는 연삭기.
  7. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 헤드 장착수단은 상기 세차운동축이 상기 연마부재에 혹은 이에 가까이 있는 상기 회전축을 교차하도록 구성된 작업물 연마 또는 연삭기.
  8. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 회전축에 관한 상기 헤드부재의 이동속도가 상기 헤드부재의 회전속보다 작게 되도록 상기 제1 및 제2 구동수단을 제어하는 제어수단을 포함하는 작업물 연마 또는 연삭기.
  9. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 헤드 장착수단은 곡률 중심이 상기 작업부재를 지나거나 이에 가까이 있는 축 상에 놓이도록 배치된 상태로, 직교하여 배치된 제1 및 제2 아치형 부재를 포함하며, 상기 헤드부재는 이의 제2 단부가 상기 제1 및 제2 아치형 부재에 상기 제2 구동수단에 의해 장착되어, 상기 아치형 부재의 각각의 축에 관하여 각각의 직교하는 원호로 상기 헤드부재의 상기 제2 단부를 이동시키는 작업물 연마 또는 연삭기.
  10. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제3 구동수단은 상기 보유면으로 및 이로부터 이격되게 상기 헤드부재를 상대적으로 이동시키도록 구성된 작업물 연마 또는 연삭기.
  11. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 보유면은 상기 헤드 장착수단에 관하여 상대적으로 회전되게 구성된 작업물 연마 또는 연삭기.
  12. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 작업부재는 구상 형상(bulbous)인 작업물 연마 또는 연삭기.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 작업부재는 유연한 것인 작업물 연마 또는 연삭기.
  14. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 작업물의 위상(topography)에 관한 정보를 수신하여 연삭 또는 연마되는 위치에 있는 상기 작업물의 표면에 수직한 상기 세차운동축에 관하여 상기 헤드부재를 세차운동시키도록 상기 제2 구동수단을 제어하도록 동작하는 제어수단을 포함하는 작업물 연마 또는 연삭기.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제어수단은 상기 작업물의 거칠기 및 상기 작업부재에 의해 상기 작업물로부터 제거되는 물질의 제거율에 관한 정보를 수신하고, 반복된 형상화(figuring) 패턴으로 상기 헤드 장착수단을 이동시키도록 상기 제3 구동수단을 제어하며, 각각의 형상(configuration) 패턴 기간동안 연마 또는 연삭되는 작업물의 영역에 대해 국부적인 거칠기 평균의 4배 미만으로 제거하도록 상기 제1, 제2 및 제3 구동수단을 제어하도록 동작하는 작업물 연마 또는 연삭기.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제어수단은 각각의 형상화 패턴에 대해 상기 세차운동축에 관하여 가변된 경사위치들을 사용하도록 상기 제2 구동수단을 제어하도록 된 것인 작업물 연마 또는 연삭기.
  17. 작업물의 표면을 연삭 혹은 연마하는 방법에 있어서,
    홀더에 상기 작업물을 장착하는 단계;
    회전축을 따라 배치되어 있으며, 상기 회전축에 축방향으로 배치되고 상기 작업물의 표면을 연삭 또는 연마하기 위한 표면이 구비된 헤드부재 상에 배치된 작업부재를 갖는 상기 헤드부재를 상대적으로 경사지게 하게 함으로써, 상기 회전축이 상기 회전축과 교차하는 세차운동축에 대해 경사지게 하는 단계, 상기 세차운동축은 상기 작업부재의 상기 표면에 접촉영역에서의 상기 작업물의 표면에 수직하며;
    상기 회전축에 관하여 상기 헤드부재를 회전시키는 단계;
    상기 작업부재의 상기 표면이 상기 작업물의 상기 표면을 측방향으로 횡단하는 방향으로 상기 작업부재의 상기 표면을 상기 작업물의 상기 표면에 접촉시키는 단계;
    상기 경사진 헤드부재를 상기 세차운동축에 관하여 회전되는 경사진 위치들로 이동시키는 단계; 및
    형상화 패턴으로 상기 작업부재 및 상기 작업물의 표면을 상대적으로 이동시키도록 상기 경사진 헤드부재를 이동시키는 단계를 포함하는 작업물 표면 연마 또는 연삭방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 세차운동축에 관하여 회전되는 경사위치들로 상기 경사진 헤드부재를 이동시키는 단계는 상기 헤드부재가 일정한 세차운동축에 대해 경사된 각도를 유지하는 작업물 표면 연마 또는 연삭방법.
  19. 제17항 또는 제18항에 있어서,
    상기 경사진 헤드부재는 상기 세차운동축에 관하여 회전된 복수의 경사진 위치들 각각에 대해 상기 형상화 패턴으로 이동되는 작업물 표면 연마 또는 연삭방법.
  20. 제17항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 세차운동축에 관하여 회전된 상기 경사진 위치들은 상기 세차운동축 주위에 정수 개의 회전들로 배분된 작업물 표면 연마 또는 연삭방법.
  21. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 헤드부재는 상기 세차운동축에 관하여 회전된 상기 경사위치들로 단계로 이동되는 작업물 표면 연마 또는 연삭방법.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 경사위치는 상기 세차운동축에 관하여 대략 정수개의 회전으로 상기 세차운동축에 관하여 대칭으로 배분된 작업물 표면 연마 또는 연삭방법.
  23. 제21항에 있어서,
    상기 경사위치는 상기 세차운동축에 관하여 360°의 정수 분할이 아닌 작업물 표면 연마 또는 연삭방법.
  24. 제17항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 세차운동축은 상기 작업부재 혹은 이에 가까이 있는 상기 회전축을 교차하는 작업물 표면 연마 또는 연삭방법.
  25. 제17항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 세차운동축에 관한 상기 헤드부재의 이동속도는 상기 헤드부재의 회전속도보다 작은 작업물 표면 연마 또는 연삭방법.
  26. 제17항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 작업물은 상기 헤드부재에 관하여 상대적으로 회전되는 작업물 표면 연마 또는 연삭방법.
  27. 제17항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 작업부재는 구상 형상인 작업물 표면 연마 또는 연삭방법.
  28. 제27항에 있어서,
    상기 작업부재는 유연하며, 상기 작업물의 상기 표면에 대한 상기 작업부재의 위치는 상기 작업물의 표면과 상기 작업부재 간 접촉면적을 제어하도록 제어되는 작업물 표면 연마 또는 연삭방법.
  29. 제17항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 헤드부재의 이동은 상기 작업물의 형상에 관한 정보에 따라 제어되는 작업물 표면 연마 또는 연삭방법.
  30. 제29항에 있어서,
    상기 작업물의 거칠기 및 상기 작업부재에 의해 상기 작업물로부터 제거되는 물질의 제거율에 관한 정보를 수신하고, 반복된 형상화 패턴으로 이동되게 상기 헤드부재의 이동을 제어하며, 각각의 형상화 패턴 기간동안 연마 또는 연삭되는 작업물의 영역에 대해 국부적인 거칠기 평균의 4배 미만으로 제거하도록 물질의 제거를 제어하는 것을 포함하는 작업물 표면 연마 또는 연삭방법.
  31. 제30항에 있어서,
    상기 헤드부재의 가변된 세차운동회전은 각각의 형상화 패턴에 대해 사용되는 작업물 표면 연마 또는 연삭방법.
  32. 작업물 연삭 및/또는 연마기에 있어서,
    상기 작업물을 보유하는 보유면;
    상기 작업물을 연삭 및/또는 연마하는 면이 구비된 헤드;
    상기 헤드를 지지하고 상기 보유면에/이로부터 이를 횡단하여 이동시키는 기구장치;
    상기 기구장치에 배치되어, 상기 보유면에 대해 각도를 갖고 선회축에 관하여 상기 헤드를 경사지게 하도록 구성된 경사기구; 및
    상기 기구장치 및 상기 경사기구를 제어함으로써 상기 헤드의 상기 면의 위치와 경사를 제어하는 것으로, 상기 기구장치를 제어함으로써 경사졌을 때 상기 면의 이동을 보상하도록 동작되는 제어수단을 포함하는 작업물 연삭 및/또는 연마기.
  33. 제32항에 있어서,
    상기 제어수단은 경사에 의해 야기된 상기 면의 위치의 변화를 계산함으로써 보상 제어를 수행하도록 동작하는 작업물 연삭 및/또는 연마기.
  34. 제32항에 있어서,
    상기 제어수단은 경사에 의해 야기된 상기 면의 위치변화를 룩업함으로써 보상제어를 수행하도록 동작하는 작업물 연삭 및/또는 연마기.
  35. 작업물 연삭 또는 연마방법에 있어서,
    홀더에 상기 작업물을 장착하는 단계;
    형상화 패턴으로 상기 작업물을 연삭 혹은 연마하기 위한 면을 구비한 기구장치를 사용하여 헤드를 이동시키는 단계;
    형상화하는 동안, 상기 작업물에 대한 각도를 갖도록 선회축에 관하여 상기 헤드를 경사지게 하는 단계; 및
    상기 헤드를 경사지게 함으로써 야기된 상기 작업물에 대해 상기 면의 이동을 보상하기 위해서 상기 헤드의 경사도에 따라 상기 헤드의 위치를 제어하는 단계를 포함하는 작업물 연삭 또는 연마방법.
  36. 제35항에 있어서,
    상기 헤드를 경사지게 함으로써 야기된 상기 작업물에 대한 상기 면의 이동량을 계산하고 이를 사용하여 상기 기구장치를 제어하는 작업물 연삭 또는 연마방법.
  37. 제35항에 있어서,
    상기 헤드를 경사지게 함으로써 야기된 상기 작업물에 대한 상기 면의 이동량은 경사각도를 사용하여 룩업되고 이를 사용하여 상기 기구장치를 제어하는 작업물 연삭 또는 연마방법.
  38. 제1항 내지 제16항 또는 제32항 내지 제34항 중 어느 한 항에 따른 작업물 연마기를 제어하는 프로세서를 제어하기 위한 명령을 저장한 캐리어 매체.
  39. 작업물을 연삭 혹은 연마하기 위한 작업물 연마 공구에 있어서,
    구상 형상의 컴플라이언트 부재;
    상기 컴플라이언트 부재가 부풀도록 상기 컴플라이언트 부재를 보유하는 홀더;
    상기 작업물을 연삭 혹은 연마하기 위한 작업면을 제공하도록 상기 컴플라이언트 부재의 표면 상에 배치된 박막;
    상기 컴플라이언트 부재의 컴플라이언스에 따르도록 유연한 상기 박막; 및
    상기 박막을 탑재하고 상기 박막 및 박막 캐리어가 상기 홀더로부터 분리될 수 있게 상기 홀더에 착탈가능하게 부착되는 상기 박막 캐리어를 포함하는 작업물 연마 공구.
  40. 제39항에 있어서,
    상기 박막 캐리어는 상기 홀더에 기구적으로 클램프되는 것인 작업물 연마 공구.
  41. 제39항 또는 제40항에 있어서,
    상기 홀더는 원통형 부재를 포함하며, 상기 컴플라이언트 부재는 상기 원통형 부재의 일단에 보유되고 상기 박막 캐리어는 상기 원통형 부재에 끼워 맞추어지는 원통형 슬리브를 포함하는 작업물 연마 공구.
  42. 제41항에 있어서,
    상기 원통형 부재는 상기 컴플라이언트 부재로부터 테이퍼되어 있고 상기 원통형 슬리브가 클램프되는 외측면을 구비하고, 상기 원통형 슬리브는 상기 원통형 부재의 외측면의 테이퍼로 변형되도록 형상화된 것인 작업물 연마 공구.
  43. 제39항 내지 제42항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 박막 및 상기 컴플라이언트 부재의 상기 표면이 상대적으로 측방향으로이동되게 하는 수단을 포함하는 작업물 연마 공구.
  44. 제43항에 있어서,
    상기 수단은 윤활제 혹은 언셋(unset) 접착제를 포함하는 작업물 연마 공구.
  45. 제39항 내지 제44항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 박막은 이에 본딩되거나 안에 내포된 연마물질을 구비한 작업물 연마 공구.
  46. 제45항에 있어서,
    상기 박막은 매트릭스 물질 및 이 매트릭스 물질 내 포함된 보강물질로 형성된 작업물 연마 공구.
  47. 제45항 또는 제46항에 있어서,
    상기 연마물질은 상기 박막 상의 이산된 영역에서 상기 박막에 본딩된 작업물 연마 공구.
  48. 제45항 내지 제47항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 연마물질은 에폭시 혹은 니켈에 의해 상기 박막에 본딩된 작업물 연마 공구.
  49. 제45항 내지 제47항 중 어느 한 항에 있어서, 연삭 혹은 연마 중에 바인더 물질의 부식을 촉진하여 새로운 연마물질이 노출되게 부식 촉진자 물질을 함유하는 바인더 물질을 사용하여, 상기 연마물질이 일체로 상기 박막에 본딩되는 작업물 연마 공구.
  50. 제45항 내지 제49항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 연마물질은 윤활제 물질을 함유하는 바인더 물질을 사용하여, 일체로 상기 박막에 본딩되는 작업물 연마 공구.
  51. 제39항 내지 제50항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 컴플라이언트 부재는 유체와, 이 유체를 적어도 부분적으로 덮는 유연한 박막을 포함하며, 상기 유체는 상기 홀더와 상기 유연한 박막의 결합에 의해 수용되고 상기 유연한 박막은 상기 홀더에 의해 시일되는 작업물 연마 공구.
  52. 제39항 내지 제44항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 박막은 상기 작업물을 연삭 혹은 연마하기 위해 적용된 연마물질을 흡수하기 위한 흡착제 물질을 포함하는 작업물 연마 공구.
  53. 제52항에 있어서, 상기 박막은 피륙물질로 형성된 작업물 연마 공구.
  54. 작업물을 연삭 혹은 연마하기 위한 공구에 끼워 맞추기 위한 연마 컵에 있어서,
    상기 공구의 대응하는 구상형상의 컴플라이언트 부재에 들어맞는 형상을 갖고 있고 연마하는 동안 구부러질 정도로 충분히 유연한 물질 시트; 및
    상기 시트의 주변 주위에 상기 시트를 탑재하고, 상기 연마 컵을 상기 공구에 착탈가능하게 고정시키기 위한 구성을 갖는 캐리어를 포함하는 작업물 연마 공구용 연마 컵.
  55. 제54항에 있어서, 상기 구성은 기구적인 클램핑 구성을 포함하는 작업물 연마 공구용 연마 컵.
  56. 제54항 또는 제55항에 있어서, 상기 캐리어는 상기 공구에 끼워 맞추기 위한 슬리브를 포함하며, 상기 시트는 상기 슬리브의 일단에 장착되는 작업물 연마 공구용 연마 컵.
  57. 제56항에 있어서, 상기 슬리브는 이의 제2 단부가 방사상으로 변형될 수 있게 형상화된 작업물 연마 공구용 연마 컵.
  58. 제54항 내지 제57항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 시트는 상기 작업물을 연삭 또는 연마하기 위해 그에 본딩된 연마물질을 구비하거나 그에 내포된 연마물질을 구비하는 작업물 연마 공구용 연마 컵.
  59. 제58항에 있어서, 상기 시트는 매트릭스 물질 및 이 매트릭스 물질 내 포함된 보강물질을 포함하는 작업물 연마 공구용 연마 컵.
  60. 제58항 또는 제59항에 있어서, 상기 연마물질은 상기 박막 상의 이산된 영역에서 상기 박막에 본딩된 작업물 연마 공구용 연마 컵.
  61. 제58항 내지 제60항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 연마물질은 에폭시 혹은 니켈에 의해 상기 박막에 본딩된 작업물 연마 공구용 연마 컵.
  62. 제58항 내지 제61항 중 어느 한 항에 있어서, 연삭 혹은 연마 중에 바인더 물질의 부식을 촉진하여 새로운 연마물질이 노출되게 부식 촉진자 물질을 함유하는 바인더 물질을 사용하여, 상기 연마물질이 일체로 상기 시트에 본딩되는 작업물 연마 공구용 연마 컵.
  63. 제58항 내지 제62항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 연마물질은 윤활제 물질을 함유하는 바인더 물질을 사용하여, 일체로 상기 시트에 본딩되는 작업물 연마 공구용 연마 컵.
  64. 제54항 내지 제57항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 박막은 상기 작업물을 연삭 또는 연마하기 위해 적용된 연마물질을 흡수하기 위한 흡착제 물질을 포함하는 작업물 연마 공구용 연마 컵.
  65. 제64항에 있어서, 상기 시트는 피륙물질로 형성된 작업물 연마 공구용 연마 컵.
  66. 제54항 내지 제65항 중 어느 한 항에 따른 연마 컵 형성 방법에 있어서,
    캐리어 상의 상기 물질시트를, 상기 공구의 구상형상의 컴플라이언트 부재에 끼워 맞추기 위한 구상 형상으로 형성하는 단계; 및
    상기 시트의 주변에서 상기 시트를 상기 캐리어에 고정시키는 단계를 포함하는 작업물 연마 공구용 연마 컵 형성방법.
  67. 제66항에 있어서, 상기 형성단계는 상기 시트를 형성 공구에 적용하고, 상기 시트를 상기 구상 형상으로 형성하는 단계를 포함하는 작업물 연마 공구용 연마 컵 형성방법.
  68. 제67항에 있어서, 상기 시트를 가압 및/또는 가열하는 최종의 단계를 포함하는 작업물 연마 공구용 연마 컵 형성방법.
  69. 제66항 내지 제68항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 시트는 기판 물질을 포함하며, 상기 방법은 상기 작업물을 연삭 또는 연마하기 위해 상기 기판물질 상에 유연한 시트를 적용하는 것을 포함하는 작업물 연마 공구용 연마 컵 형성방법.
  70. 작업물 연삭 또는 연마기에 있어서,
    회전축을 따라 확장하며, 일단에 압력 전달 수단을 구비한 것으로 상기 회전축에 관하여 회전이 가능한 바디;
    상기 바디의 상기 일단에 착탈가능하게 장착된 것으로, 헤드 하우징, 헤드 유체압 전달수단, 및 유체로 채워진 밀봉된 헤드 유체실을 형성하는 탄성 박막을 포함하며, 상기 헤드 유체압 전달수단은 상기 헤드 유체실에 압력을 전달하기 위해서 상기 압력 전달수단과 공조하도록 상기 헤드 하우징 내에 구성되어 있으며, 상기 탄성 박막은 연삭 또는 연마할 동안 상기 작업물에 압력을 인가하기 위해 상기 헤드 하우징으로부터 구상의 형상으로 확장하게 상기 헤드 하우징에 의해 주변부에 보유된 것인 헤드를 포함하는 작업물 연마 또는 연삭기.
  71. 제70항에 있어서,
    상기 바디는 상기 압력 전달수단으로 단부를 이루는 유체로 채워진 바디 유체실을 구비한 작업물 연마 또는 연삭기.
  72. 제71항에 있어서,
    상기 바디 유체압 전달수단 및 상기 헤드 유체압 전달수단은 각각 상기 바디와 상기 헤드에 장착된 각각의 변위장치를 포함하며, 상기 헤드가 상기 바디에 장착될 때 서로 결합되는 것인 작업물 연마 또는 연삭기.
  73. 제71항 또는 제72항에 있어서,
    상기 바디 유체실 및 상기 헤드 유체실은 비압축성 유체로 채워진 작업물 연마 또는 연삭기.
  74. 제71항 내지 제73항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 바디 유체실로부터, 상기 회전 가능한 바디와 별도로 설치된 유체압 제어장치로의 경로를 포함하는 유체압 제어수단을 포함하는 작업물 연마 또는 연삭기.
  75. 제70항 내지 제74항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 헤드는 상기 바디에 축 방향으로 장착이 가능한 작업물 연마 또는 연삭기.
  76. 작업물을 연삭 또는 연마하기 위한 작업물 연삭 또는 연마기의 공구 바디 상에 착탈 가능하게 장착하기 위한 것으로, 압력 전달수단을 구비한 공구 헤드에 있어서,
    헤드 하우징, 헤드 유체압 전달수단, 및 유체를 보유하기 위한 밀봉된 헤드 유체실을 형성하는 탄성 박막을 포함하며, 상기 헤드 유체압 전달수단은 상기 헤드 유체실 내 유체압을 상기 압력 전단수단에 결합이 될 수 있게 상기 헤드 하우징 내에 구성되어 있으며, 상기 탄성 박막은 연삭 또는 연마할 동안 상기 작업물에 압력을 인가하기 위해 상기 헤드 하우징으로부터 구상의 형상으로 확장하게 상기 헤드 하우징에 의해 주변부에 보유된 것인 작업물 연마 공구용 공구 헤드.
  77. 제76항에 있어서,
    상기 바디 유체압 전달수단은 상기 공구 헤드가 상기 공구 바디에 장착될 때 변위장치를 포함하는 상기 압력 전달수단에 결합하기 위한 변위장치를 포함하는 작업물 연마 공구용 공구 헤드.
  78. 제76항 또는 제77항에 있어서,
    상기 헤드 유체실은 비압축성 유체로 채워진 작업물 연마 공구용 공구 헤드.
  79. 작업물 연마 또는 연삭을 제어하는 방법에 있어서,
    공구의 소정의 보압 시간 또는 속도에 대해 작업물로부터 물질제거 패턴을 정하는 상기 공구의 영향 함수를 정하는 데이터를 수신하는 단계;
    상기 작업물의 표면의 원하는 프로파일과 현재의 프로파일에 관한 데이터를 수신하는 단계;
    목표 제거 프로파일을 판정하기 위해서 원하는 프로파일과 현재의 프로파일 간 차를 판정하는 단계;
    상기 영향 함수를 사용하여 소정의 위치에 대해 보압 시간 또는 공구 속도의 수치 최적화를 수행하여 적어도 하나의 코스트 함수를 줄임으로서 예측된 제거 프로파일을 제공하도록 상기 작업물의 상기 표면 상의 소정의 위치에 대해 보압 시간 혹은 공구 속도를 판정하는 단계; 및
    상기 판정된 보압 시간을 사용하여 상기 작업물의 연마 혹은 연삭을 제어하는 단계를 포함하는 작업물 연마 또는 연삭 방법.
  80. 제79항에 있어서,
    상기 수치 최적화는 상기 목표 제거 프로파일과 상기 예측된 제거 프로파일 간 차에 대한 최소값을 갖는 소정의 위치에 대한 한 세트의 보압 시간 또는 공구 속도를 결정하는 단계를 포함하는 작업물 연마 또는 연삭 방법.
  81. 제79항에 있어서,
    상기 수치 최적화는 유전자 알고리즘을 포함하며, 상기 보압 시간 혹은 공구 속도에 대한 값은 상기 알고리즘용의 유전자 풀(gene pool)을 포함하는 작업물 연마 또는 연삭 방법.
  82. 제79항 내지 제81항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 원하는 프로파일은 원형의 작업물에 대해 원하는 방사상의 프로파일을 포함하며, 상기 영향 함수는 2D 함수로서 정의되고, 상기 소정의 위치는 상기 작업물의 상기 표면을 횡단하는 방사상의 위치들을 포함하는 작업물 연마 또는 연삭 방법.
  83. 제79항 내지 제81항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 원하는 프로파일은 원하는 3D 프로파일을 포함하며, 상기 영향 함수는 3D 함수로서 정의되고, 상기 소정의 위치는 상기 작업물의 상기 표면을 횡단하는 2D 어레이의 위치들을 포함하는 작업물 연마 또는 연삭 방법.
  84. 제79항 내지 제83항 중 어느 한 항에 있어서,
    소정의 보압 시간 혹은 공구 속도에 대한 상기 코스트 함수는 소정의 보압 시간을 사용하여 얻어진, 상기 목표 제어 프로파일과 상기 예측된 제거 프로파일 간 에러의 제곱의 합인 작업물 연마 또는 연삭 방법.
  85. 제79항 내지 제84항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수치 최적화는 원하는 프로파일을 달성하기 위해서 상기 소정의 위치들에 대해 최상의 보압 시간 혹은 공구 속도를 반복하여 탐색하는 작업물 연마 또는 연삭 방법.
  86. 제79항 내지 제85항 중 어느 한 항에 있어서,
    연마 후에 상기 작업물의 프로파일을 측정하고, 측정된 제거 프로파일을 결정하기 위해 연마하기 전에 상기 측정된 프로파일과 상기 현재의 프로파일을 비교하고, 상기 수치 최적화를 사용하여 상기 측정된 제거 프로파일을 달성하기 위해 예측된 보압 시간 혹은 공구 속도를 결정하고, 상기 작업물을 연마하는 데 사용되는 보압 시간 혹은 공구 속도와 상기 측정된 제어 프로파일을 달성할 것으로 예상된 보압 시간 혹은 공구 속도를 사용하여 적어도 하나의 보정율을 결정하고, 상기 작업물에 대한 다음 연마에서 사용되는 보압 시간 혹은 공구 속도에 상기 적어도 한 보정율을 적용하는 작업물 연마 또는 연삭 방법.
  87. 작업물을 연삭 혹은 연마하는 장치에 있어서,
    공구의 소정의 보압 시간 또는 속도에 대해 작업물로부터 물질제거 패턴을 정하는 상기 공구의 영향 함수를 정하는 데이터를 입력하기 위한 제1 입력수단;
    상기 작업물의 표면의 원하는 프로파일과 현재의 프로파일에 관한 데이터를 입력하는 제2 입력수단;
    상기 원하는 프로파일과 상기 현재의 프로파일 간 차로부터 목표 제거 프로파일을 결정하는 제1 결정수단;
    상기 영향 함수를 사용하여 소정의 위치에 대해 보압 시간 또는 공구 속도의 수치 최적화를 수행하여 적어도 하나의 코스트 함수를 줄임으로써 예측된 제거 프로파일을 제공하도록 상기 작업물의 상기 표면 상의 소정의 위치에 대해 보압 시간혹은 공구 속도를 결정하는 제2 결정수단; 및
    상기 공구와 상기 결정된 보압 시간 혹은 공구 속도를 사용하여 상기 작업물의 연마 혹은 연삭을 제어하는 제어수단을 포함하는 작업물 연마 또는 연삭 장치.
  88. 제87항에 있어서,
    상기 제2 결정수단은 상기 목표 제거 프로파일과 상기 예측된 제거 프로파일 간 차에 대해 최소값을 갖는 한 세트의 보압 시간 혹은 공구 속도를 결정하도록 된 작업물 연마 또는 연삭 장치.
  89. 제87항에 있어서,
    상기 제2 결정수단은 유전자 알고리즘을 수행하도록 된 것으로, 소정의 위치에 대한 상기 보압 시간 혹은 공구 속도에 대한 값은 상기 알고리즘용의 유전자 풀을 포함하는 작업물 연마 또는 연삭 장치.
  90. 제87항 내지 제89항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 입력수단은 원형의 작업물에 대해 원하는 방사상의 프로파일로서 상기 원하는 프로파일을 입력하도록 된 것이고, 상기 제1 입력수단은 상기 영향 함수를 2D 함수로서 입력하도록 된 것이며, 상기 제2 결정수단은 상기 작업물의 상기 표면을 횡단하여 방사상 위치에 대해 상기 보압 시간 혹은 도구 속도를 결정하도록 된 작업물 연마 또는 연삭 장치.
  91. 제87항 내지 제89항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 입력수단은 상기 원하는 프로파일을 3D 프로파일로서 입력하도록 된 것이고, 상기 제1 입력수단은 상기 영향 함수를 3D 함수로서 입력하도록 된 것이며, 상기 제2 결정수단은 상기 작업물의 상기 표면을 횡단하는 2D 어레이의 위치들 대한 상기 보압 시간 혹은 도구 속도를 결정하도록 된 작업물 연마 또는 연삭 장치.
  92. 제87항 내지 제91항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 결정수단은 소정의 보압 시간을 사용하여 얻어진, 상기 목표 제어 프로파일과 상기 예측된 제거 프로파일 간 에러의 제곱의 합을 포함하는 결정된 보압 시간 혹은 공구 속도에 대해 상기 코스트 함수를 사용하여 상기 보압 시간 혹은 공구 속도를 결정하도록 된 작업물 연마 또는 연삭 장치.
  93. 제87항 내지 제91항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 결정수단은 원하는 프로파일을 달성하기 위해서 상기 소정의 위치들에 대해 최상의 보압 시간 혹은 공구 속도를 반복하여 탐색하는 작업물 연마 또는 연삭 장치.
  94. 제87항 내지 제93항 중 어느 한 항에 있어서,
    연마 후에 상기 작업물의 프로파일을 측정하는 측정수단, 측정된 제거 프로파일을 결정하기 위해 연마하기 전에 상기 측정된 프로파일과 상기 현재의 프로파일을 비교하는 비교수단, 상기 측정된 제거 프로파일을 달성하기 위해 예측된 보압 시간 혹은 공구 속도를 결정하는 제3 결정수단, 사이 측정된 제거 프로파일을 달성할 것으로 예상된 보압 시간 혹은 공구 속도와 상기 작업물을 연마하는 데 사용되는 보압 시간 혹은 공구 속도를 사용하여 보압 시간 혹은 공구 속도에 대한 적어도 하나의 보정율을 결정하는 제4 결정수단, 및 상기 작업물에 대한 다음 연마에서 사용되는 보압 시간 혹은 공구 속도에 상기 적어도 한 보정율을 적용하는 보정수단을 포함하는 작업물 연마 또는 연삭 장치.
  95. 제79항 내지 제86항 중 어느 한 항의 방법을 수행하도록 컴퓨터를 제어하는 컴퓨터 프로그램.
  96. 제95항에 따른 컴퓨터 프로그램을 탑재한 캐리어 매체.
  97. 제17항 내지 제26항, 제35항 내지 제37항 또는 제79항 내지 제86항 중 어느 한 항의 방법을 포함하는 장치를 제조하는 방법.
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