TWI584914B - 元件製造方法及拋光裝置 - Google Patents

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TWI584914B
TWI584914B TW103122661A TW103122661A TWI584914B TW I584914 B TWI584914 B TW I584914B TW 103122661 A TW103122661 A TW 103122661A TW 103122661 A TW103122661 A TW 103122661A TW I584914 B TWI584914 B TW I584914B
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鳥飼建宏
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Description

元件製造方法及拋光裝置
本發明關於元件的製造方法，例如球面透鏡，特別是被使用於光學裝置的球面透鏡，且本發明亦關於拋光裝置。
藉由將研磨料漿供應到具有類似於球面透鏡的表面之球形操作表面的拋光工具、使得拋光工具施加壓力到工件、以及同樣使得拋光工具去旋轉工件並使工件執行振盪運動，為被使用在光學裝置中的光學元件之球面透鏡被拋光。以工件的表面之曲率中心重合於拋光工具的表面之曲率中心，振盪運動被執行。此振盪運動將拋光工具的表面形狀轉移到光學元件，使得光學元件之所欲的形狀可被得到。
作為拋光球面透鏡的拋光裝置，日本專利公開第6-65460號描述一種拋光裝置，其係藉由朝向拋光盤的球面中心施加壓力以使拋光盤振盪來執行拋光。日本專利公開第4347374號描述一種拋光裝置，其係包括設有線 性導軌的線性運動軸。藉由控制各個線性運動軸，此拋光裝置執行振盪運動，其中工件的表面之曲率中心重合於拋光工具的表面之曲率中心。
在日本專利公開第6-65460號及日本專利公開第4347374號中所描述的各個拋光裝置係配置來使拋光盤振盪且係遠離球面中心。因此，由於振盪的範圍是大的，其必須要去增進裝置的剛性及運動的準確度，以達成高準確度振盪運動，且這增加了裝置的成本。降低拋光裝置的成本導致了由於裝置的剛性及運動準確度的減少所造成之球面中心誤差的增加。這造成工件的表面和拋光工具的表面之間的接觸壓力的不均勻分佈，且使其難以去達成所欲的形狀準確度。
根據本發明的一面向之元件製造方法係為藉由相對於拋光工具來移動工件以拋光該工件的一種用於製造元件的方法，且該元件製造方法包括，使保持構件去保持該工件，以使該工件的被加工表面之球面中心被定位在支承構件上；藉由旋轉保持構件來旋轉該工件；以及藉由移動支承構件來將該工件移動於拋光工具上，且被加工表面的球面中心位在拋光工具的加工表面的球面中心，來拋光該工件。
根據本發明的另一面向之拋光裝置係為藉由相對於拋光工具移動工件來拋光該工件的一種裝置，且該 拋光裝置包括，配置來保持該工件的保持構件；配置來旋轉保持構件的工件旋轉機構；配置來與保持構件接觸的支承構件；以及配置來移動支承構件的移動機構。旋轉傳遞構件係耦接到保持構件，且旋轉傳遞構件將旋轉從工件旋轉機構傳遞到保持構件。
根據本發明的另一面向之元件製造方法係為藉由相對於拋光工具來移動工件以拋光該工件的一種用於製造元件的方法，且該元件製造方法包括，保持該工件，使得該工件的被加工表面之球面中心被定位在支承構件上；將支承構件附接到由以複數個關節耦接在一起的複數個臂所形成的關節臂，且被加工表面的球面中心係位在拋光工具的加工表面之球面中心；以及藉由驅動複數個關節去移動支承構件以使該工件在拋光工具上移動，來拋光該工件。
根據本發明的另一面向之拋光裝置係為藉由相對於拋光工具移動工件來拋光該工件的一種裝置，且該拋光裝置包括，配置來保持該工件的保持構件；配置來與保持構件接觸的支承構件；以及配置來移動支承構件的關節臂，該關節臂由以複數個關節耦接在一起的複數個臂所形成。支承構件係藉由驅動關節臂的複數個關節的每一個而被移動。
本發明進一步的特徵將從以下參照所附圖式之例示性實施例的說明變得清楚。
1‧‧‧臂關節
2‧‧‧臂
3‧‧‧臂關節
4‧‧‧臂
5‧‧‧臂關節
6‧‧‧支承構件
7‧‧‧保持構件
8‧‧‧拋光工具
9‧‧‧工件
9a‧‧‧被加工表面
10‧‧‧彈性片
11‧‧‧外筒
14‧‧‧滑動構件
16‧‧‧耦接部件
17‧‧‧突出
19‧‧‧凹部
20‧‧‧第一構件
21‧‧‧第二構件
22‧‧‧軸承
23‧‧‧彈簧
24‧‧‧汽缸
25‧‧‧支架
61‧‧‧工件旋轉機構
62‧‧‧旋轉傳遞構件
161‧‧‧凹球面部分
162‧‧‧排氣流路
163‧‧‧凸球面部分
172‧‧‧排氣流路
A‧‧‧拋光工具單元
B‧‧‧工件保持單元
C‧‧‧移動機構單元
d‧‧‧直徑
D1，D2‧‧‧距離
F，F’‧‧‧彈力
L0‧‧‧自然長度
N‧‧‧法向力
O‧‧‧球面中心
P1，P2‧‧‧曲率中心
Q‧‧‧接觸點
R‧‧‧徑向方向(振盪方向)
r‧‧‧曲率半徑
S‧‧‧工具中心軸
T‧‧‧中心軸
QP1‧‧‧線段
θ‧‧‧角度
圖1A及1B顯示本發明的第一實施例，以及圖1C及1D顯示本發明的第二實施例。
圖2顯示本發明的第一實施例。
圖3A及3B顯示本發明的第三實施例。
圖4顯示本發明的範例1中的形狀誤差。
圖5顯示本發明的範例2中的形狀誤差。
圖6A及6B顯示本發明的範例3。
第一實施例
根據本發明之元件製造方法的第一實施例將被說明。圖1A及1B顯示第一實施例。圖1A為根據第一實施例的拋光裝置之示意圖。圖2為圖1A之部分放大的剖面圖。被使用在第一實施例之元件製造方法中的拋光裝置包括拋光工具單元A、工件保持單元B、以及移動機構單元C。
參照圖1A，拋光工具單元A包括拋光工具8，其可藉由工具旋轉機構(未示)被繞工具中心軸S旋轉。習知技術中的拋光工具可被使用來作為拋光工具8。例如，多個胺甲酸乙酯(urethane)片材接合在一起的層或瀝青層可被使用來作為拋光工具8。如在此所使用的，「拋光工具」包括研磨工具。
工件保持單元B包括支承構件6及用於保持 工件9的保持構件7。保持構件7保持工件9，使得通過工件9的被加工表面9a之球面中心O的光軸被定位在保持構件7的中心軸。工件9的球面中心可為拋光前的工件9之球面中心或是由拋光所得到的形狀(亦即，目標形狀)的球面中心，但後者為較佳的。
如圖2所示，工件旋轉機構61繞中心軸T去旋轉支承構件6，以旋轉保持構件7。支承構件6沿著其外周邊具有旋轉傳遞構件62及工件旋轉機構61。旋轉傳遞構件62的端部係耦接到工件旋轉機構61，且旋轉傳遞構件62的另一端部係耦接到保持構件7。這將工件旋轉機構61的旋轉傳遞到保持構件7。旋轉傳遞構件62及工件旋轉機構61可被設置在圖1A中所顯示的保持構件7及臂關節5之間。例如，彈性構件可被使用來作為旋轉傳遞構件62。此彈性構件可由橡膠材料或發泡胺甲酸乙酯材料所製成。旋轉傳遞構件62可具有柱狀、圓筒狀、或風箱狀形狀。旋轉傳遞構件62可為像是螺旋彈簧的螺旋狀(coil-like)構件，或可為風箱狀(bellows-like)金屬構件。繞著耦接部件16(如圖1B所示)的凹球面部分161之曲率中心P1所產生的力矩剛性(亦即，1度的傾斜所需的負荷(Nmm))可為15Nmm/度或更少。為了使力矩剛性為15Nmm/度或更少，必須去考慮旋轉傳遞構件62的形狀或物理性質。由於旋轉傳遞構件62為從工件旋轉機構61傳遞轉矩到保持構件7的構件，旋轉傳遞構件62的形狀或物理性質係在旋轉傳遞構件62未被由扭矩(torsion moment)所造成的應力破壞之範圍內被改變。
使用彈性構件作為旋轉傳遞構件62可減少繞著與工件9的旋轉軸交會的任何軸之力矩剛性。因此，即使拋光裝置的球面中心誤差相對地為大的，其不會阻止使工件9能夠去跟隨拋光工具8之運動的力。因此，來自拋光工具8的壓力被均勻地施加到工件9的表面，且可達成良好的形狀準確度。由於工件9的旋轉速度受到旋轉傳遞構件62機械性地控制，工件9的表面相對於拋光工具8的表面之移動速度(拋光速度)可被控制，且可達成較好的形狀準確度。由於拋光速度可根據材料及目標形狀準確度而被適當地設定，加工時間可被縮短。同樣地，拋光工具8的表面之磨耗或保持構件7及支承構件6之間的耦接部分的磨耗不會導致工件9的表面相對於拋光工具8的表面之移動速度(拋光速度)隨著時間而改變。因此，其係可能去穩定工件9的表面之移除速度，並確保被加工元件之良好的形狀準確度。
拋光工具8可被工具旋轉機構(未示)旋轉。為了使工件9的表面相對於拋光工具8的表面之速度不變，工件9的旋轉速度可被作成與拋光工具8的旋轉速度相當。
加壓機構可被設置，其係藉由在平行於中心軸T的方向上移動支承構件6來施加壓力以將工件9壓向拋光工具8。
移動機構單元C係配置來移動支承構件6。 以被加工表面9a的球面中心被定位在拋光工具8的加工表面8a之球面中心，移動機構單元C移動支承構件6，使得工件9移動於拋光工具8上。
具體而言，移動支承構件6牽涉到：(1)將工件保持單元B的支承構件6定位成使得工件9的被加工表面9a之球面中心被定位在拋光工具8的加工表面8a之球面中心O；以及(2)使支承構件6作為振盪軸來移動工件9(或來使得工件9去執行振盪運動)於拋光工具8上，且工件9的被加工表面9a和拋光工具8的加工表面8a之球面中心O為振盪中心(例如，使工件9在拋光工具8的徑向(R)方向(振盪方向)上往復運動)。
在第一實施例中，關節臂被使用來作為移動機構單元C。亦即，支承構件6被附接到關節臂。關節臂係由藉由複數個關節耦接在一起的複數個臂所形成。關節臂藉由驅動各個關節來移動支承構件6。在圖1A中，臂2經由臂關節1被附接到框體等物。臂4經由臂關節3被耦接到臂2，且支承構件6經由臂關節5被耦接到臂4。臂關節1、臂關節3及臂關節5的每一者係由，例如，像是諧和式減速機(harmonic drive)(註冊商標)和步進馬達的習知技術，來加以驅動。藉由控制臂關節1、臂關節3及臂關節5的動作，支承構件6可被移動(或被作成來執行振盪運動)，且工件9的被加工表面9a之球面中心(曲率半徑)重合於拋光工具8的加工表面8a之球面中 心(曲率半徑)。藉由關節臂，在以高準確度去將工件9的被加工表面9a之球面中心定位在拋光工具8的加工表面8a之球面中心的同時，其係可能去使工件9緊湊地振盪，無論工件9的輪廓及曲率半徑。由於三個關節臂可藉由三個馬達、三個諧和式減速機(註冊商標)及三個臂來形成，拋光裝置的成本可被降低。
然而，振盪運動將導致小的球面中心誤差是不可避免的。球面中心誤差指的是在振盪運動時工件9的表面之曲率中心和拋光工具8的表面之曲率中心之間的距離。球面中心誤差可能造成工件9的表面和拋光工具8的表面之間的接觸壓力之不均勻分佈(亦即，壓力被集中在特定區域的不均勻接觸)，且可能使其難以去達成所欲的形狀準確度。由球面中心誤差所造成的不均勻接觸係藉由允許保持構件7和支承構件6之間的耦接部件16的傾斜來避免。因此，即使球面中心誤差為大的，其係可能去減少從拋光工具8被施加到工件9的壓力之變化，並達成所欲的形狀準確度。
保持構件7和支承構件6之間的耦接部分將被詳細說明。圖1B為耦接部分的範例之示意圖。
參照圖1B，保持構件7保持工件9，且彈性片10被插置於兩者之間。工件9在加工前可為將藉由加工被作成光學構件的透鏡或鏡面材料、將被作成模具用於藉由加工來模製像是透鏡或鏡面的光學構件之樹脂或金屬毛胚、或是將藉由加工被作成光學構件的原型之毛胚。藉 由將工件9加工所得到的元件可為像是透鏡或鏡面的光學構件、用於模製像是透鏡或鏡面的光學構件之模具、或是光學構件的原型。
為了減少工件9及彈性片10之間的滑動，可使用具有大的面積摩擦係數的彈性片10。同樣為了減少工件9及彈性片10之間的滑動，工件9可被真空吸引到保持構件7。支承構件6的耦接部件16可為與支承構件6一體的部件或獨立的部件。耦接部件16在其末端具有凹球面部分161。凹球面部分161係由凹球形表面所形成。
耦接部件16可設置有排氣流路162，其係允許工件9被真空吸引到保持構件7。
保持構件7經由耦接部件16而被耦接到支承構件6。保持構件7於其中心具有突出17。滑動構件14係繞著突出17被設置。滑動構件14與耦接部件16的凹球面部分161接觸，以使保持構件7被連接到支承構件6。滑動構件14可由，例如，合成樹脂或橡膠所製成。
保持構件7可設置有排氣流路172，其係允許工件9被真空吸引到保持構件7。外筒11被附接到保持構件7的外周邊。由於工件9被放置在外筒11之內，工件9可被支承在保持構件7之適當的位置，而不需將保持構件7伸出。同樣地，工件9可被限制在振盪方向(R方向)中。
如上所述，藉由控制圖1A所顯示之臂關節1、臂關節3及臂關節5，支承構件6被作成為振盪，且 工件9的被加工表面9a之球面中心(曲率半徑)重合於拋光工具8的加工表面8a之球面中心(曲率半徑)。此振盪牽涉到移動支承構件6，且工件9的被加工表面9a之球面中心(曲率半徑)重合於拋光工具8的加工表面8a之球面中心(曲率半徑)(亦即，使支承構件6往復運動，且振盪中心被定位在O)，以使工件9在拋光工具8的徑向方向(R方向)上往復運動。當沒有球面中心誤差時，振盪以保持構件7的中心軸重合於支承構件6的中心軸T來發生。
滑動構件14為一機構，其係在耦接部件16的凹球面部分161之球形表面上滑動。保持構件7(工件9)的中心軸可以耦接部件16的凹球面部分161之曲率中心P1為支承點相對於支承構件6的中心軸傾斜。保持構件7可相對於支承構件6旋轉。因此，若在振盪運動時發生球面中心誤差，保持構件7的中心軸係從支承構件6的中心軸T自由地傾斜。由於保持構件7可相對於支承構件6旋轉，其係可能去允許工件9跟隨拋光工具8的加工表面8a之運動，而不會造成在工件9之表面的壓力之不均勻分佈。其因此可能去減少球面中心誤差(亦即，在振盪運動時，在工件9的表面之曲率中心和拋光工具8的表面之曲率中心之間的距離之變化)。
工件9的光軸(中心軸)與線段QP1(從耦接部件16的凹球面部分161之曲率中心P1連接到滑動構件14及耦接部件16之間的接觸點Q)之間的角度θ可滿足以 下的公式(1)：
其中，μ為工件9及拋光工具8之間在拋光時的動摩擦係數。公式(1)可由以下的公式(2)來表示：
其中，d為滑動構件14的直徑，且r為耦接部件16的凹球面部分161之曲率半徑。
在判定θ、R或d的值滿足公式(1)或(2)之後，保持構件7、耦接部件16及滑動構件14被作成。藉由在工件9及拋光工具8之間所產生的摩擦力，其因此可能去達成穩定的拋光，而不會造成滑動構件14從耦接部件16的凹球面部分161掉落。
以此配置，當沒有球面中心誤差時，保持構件7的中心軸(亦即，工件9的光軸或中心軸)被作成與支承構件6的中心軸T共軸。即使發生球面中心誤差，由於保持構件7的中心軸可被相對於支承構件6的中心軸T傾斜，且保持構件7可相對於支承構件6轉動，工件9可在不均勻接觸很少發生的情況下被加工，且可達成所欲的形狀準確度。詞語「不均勻接觸」意味著，在拋光過程 中，來自拋光工具8的力未被均勻地施加到工件9，且被集中在工件9的特定區域內。
耦接部件16的凹球面部分161之曲率中心P1和工件9的被加工表面9a的中心之間的距離D1可為小的。在拋光過程中，大的距離D1造成工件9和拋光工具8之間的摩擦力的不均勻分佈。此增加了保持構件7繞耦接部件16的凹球面部分161之曲率中心P1產生的力矩，造成工件9的不均勻接觸，且使其難以用高準確度去對工件9加工。然而，以第一實施例的配置，耦接部件16的凹球面部分161之曲率中心P1和工件9的中心之間的距離D1可被減少。因此，即使當工件9在其中心具有大的厚度時，工件9可用高準確度來加工。
第二實施例
本發明的第二實施例現在將被說明。不同於在第一實施例中的保持構件7和耦接部件16之保持構件7和耦接部件16將被說明。圖1C顯示第二實施例的保持構件7和耦接部件16。
保持構件7在其中心具有凹部19，且耦接部件16在其末端具有凸球面部分163。保持構件7的凹部19係由耦接部件16的凸球面部分163所支承。保持構件7的凹部19及耦接部件16的凸球面部分163可被傾斜。工件9為可繞著耦接部件16的凸球面部分163之曲率中心P2樞轉的。因此，即使若球面中心誤差發生在振盪運 動期間，工件9可跟隨拋光工具8的運動，而不會造成在工件9的表面上之壓力的不均勻分佈。
如圖1C所示，與耦接部件16的凸球面部分163接觸之保持構件7的凹部19可具有球面形狀。
如圖1D所示，與耦接部件16的凸球面部分163接觸之保持構件7的凹部19可具有錐形形狀。
耦接部件16的凸球面部分163之曲率中心P2和工件9之表面的中心之間的距離D2可為小的。耦接部件16的球面部分之曲率中心P與工件9之表面的中心之間的距離D在凹球面部分161(第一實施例)的情況下係小於在凸球面部分163(第二實施例)的情況下。因此，特別是當工件9具有大的厚度時，具有凹球面部分161(第一實施例)的耦接部件16可能被使用。
第三實施例
本發明的第三實施例現在將被說明。第三實施例關於工件9的運送。圖3A及3B顯示第三實施例。具有與圖1A到1D及圖2的部件之相同的結構的部件被給予相同的標號，且其描述將被省略。
參照圖3A，彈簧23被耦接到支承構件6的端部，端部係不同於在支承構件6的另一端之凹球面部分161。當受到軸承22的導引時，支承構件6被配置為在平行於其中心軸的方向(線性運動方向)上為可移動的。彈簧23從其自然長度L0在壓縮方向上以△L被位移。將△L 設定為小於△L'是必要的(如下所述)。固定到保持構件7的第一構件20藉由被壓縮的彈簧23之彈力F被壓向第二構件21。從第二構件21施加到第一構件20的法向力N(normal force)係以彈簧23的彈力F來加以平衡。因此，由於保持構件7的傾斜(以支承構件6之球面部分的曲率中心作為支承點而發生的傾斜)被限制，並且保持構件7的位置被穩定，工件9可以穩定的方式被自動地運送。
在拋光過程中，如圖3B所示，拋光工具8朝彈簧23壓縮的方向以△L'推動工件9，以使彈簧23所產生的彈力F'賦予工件9所欲的壓力F'。因此，在拋光過程中，第一構件20係與第二構件21接觸，且保持構件7可以支承構件6之球面部分的曲率中心作為支承點來被傾斜。
藉由上述的拋光方法，在拋光過程中，即使若球面中心誤差為大的，工件9之所欲的形狀準確度可被達成。同樣地，在自動化運送的過程中，用於保持工件9(元件)之保持構件7的位置被穩定，且工件9(元件)可以穩定的方式被運送。
第一構件20或第二構件21係設置有一機構(例如，提供溝槽的習知技術)，當第一構件20與第二構件21處於非接觸狀態時，該機構係將第二構件21的旋轉傳遞到第一構件20。接著，藉由將旋轉從工件旋轉機構61施加到第二構件21，保持構件7可被旋轉，以使工 件9可在被旋轉的同時被加工。
範例1
在範例1中，光學構件係使用第一實施例來加工。具有25毫米之外徑Φ、28毫米曲率半徑R之凸形狀、以及2毫米之中心厚度的一片一般的光學玻璃被使用來作為光學構件。
藉由控制圖1A所示之臂關節1、臂關節3及臂關節5來執行振盪運動，拋光被實施，且工件9的表面之曲率半徑重合於拋光工具8的表面之曲率半徑。在工件9的中心軸相對於拋光工具8的中心軸之傾斜角度介於20度到28度之間的範圍內，振盪運動以每個往復循環8秒的速度被執行。在範例1中，在振盪運動期間於拋光中的球面中心誤差為180μm。
在圖1B所顯示的工件保持單元中，具有在Asker A標度上約30的橡膠硬度之彈性構件被使用來作為彈性片10。同樣地，合成樹脂所製成的外筒11、不鏽鋼所製成的保持構件7、合成樹脂所製成的滑動構件14以及不鏽鋼所製成的支承構件6被使用。為了增強滑動力及耐磨耗性的目的，用於機器的滑脂被施加到滑動構件14和支承構件6之間的接觸部分。形成在工件9的中心軸和線段QP1(從耦接部件16的凹球面部分161之曲率中心P1連接到滑動構件14及耦接部件16之間的接觸點Q)之間的角度θ(見圖1B)被設定為41.8度。滑動構件14的 直徑d被設定為8毫米，且耦接部件16的凹球面部分161之曲率半徑r被設定為6毫米，以滿足公式(1)及(2)。在拋光期間的動摩擦係數μ被假定為0.9。耦接部件16的凹球面部分161之曲率中心P1和工件9之表面的中心之間的距離D1(見圖1B)被設定為2.3毫米。由將發泡聚氨脂構件(foamed polyurethane member)附接到工具底座而形成的拋光工具8(見圖1A)被使用。藉由將氧化鈰拋光劑(cerium oxide polishing agent)添加到水中而得到的料漿被使用來作為拋光溶液。在拋光中，拋光工具8的旋轉速度為1800rpm，工件9的旋轉速度為1800rpm，且加工表面壓力為26kPa。
圖4顯示藉由使用上述的配置及狀態的拋光所得到之在元件(被加工工件)中的形狀誤差。表示形狀誤差的峰-谷(PV)值(peak-to-valley value)為小於100奈米，且所欲的形狀準確度被達成。藉由本發明的拋光方法，即使若球面中心誤差為相對地大的，工件9的表面和拋光工具8的表面之間的接觸壓力被均勻地分佈，且所欲的元件形狀準確度被達成。
範例2
在範例2中，光學構件使用第二實施例來加工。具有18毫米之外徑Φ、16毫米曲率半徑R之凹形狀、以及1毫米之中心厚度的一片一般的光學玻璃被使用來作為光學構件。
類似於範例1，藉由控制圖1A所示之臂關節1、臂關節3及臂關節5來執行振盪運動，拋光被實施，且工件9的表面之曲率半徑重合於拋光工具8的表面之曲率半徑。在工件9的旋轉軸相對於拋光工具8的旋轉軸之傾斜角度介於27度到37度之間的範圍內，振盪運動以每個往復循環8秒的速度被執行。在範例2中，在振盪運動期間於拋光中的球面中心誤差為150μm。
在圖1C所顯示的工件保持單元中，具有在Asker A標度上約30的橡膠硬度之彈性片10、合成樹脂所製成的外筒11、以及不鏽鋼所製成的保持構件7和支承構件6被使用。為了增進耐磨耗性，耦接部分16的凸球面部分163被淬火和回火。為了增強滑動力及耐磨耗性的目的，用於機器的滑脂被施加到保持構件7和支承構件6之間的接觸部分。耦接部件16的凸球面部分163之曲率中心P2和工件9之表面的中心之間的距離D2被設定為8.5毫米。具有與範例1之拋光工具8相同的配置之拋光工具8(見圖1A)被使用。具有與範例1之拋光溶液相同的成分之拋光溶液被使用。在拋光中，拋光工具8的旋轉速度為2400rpm，工件9的旋轉速度為2400rpm，且加工表面壓力為26kPa。
圖5顯示藉由使用上述的配置及狀態的拋光所得到之在元件(被加工工件)中的形狀誤差。表示形狀誤差的PV值為小於100奈米，且所欲的形狀準確度被達成。如上所述，藉由本發明的拋光方法，即使若球面中心 誤差為相對地大的，工件9的表面和拋光工具8的表面之間的接觸壓力被均勻地分佈，且所欲的元件形狀準確度被達成。
範例3
在範例3中，如與在範例2中相同的加工被實施，且在第三實施例中被說明的自動化運送被執行。如圖6A所示，在支架25上的工件9被汽缸24升起、被插入於保持構件7的外筒11中並受其吸引、且被自動地運送。具有顯示於圖3A中的配置之保持構件7被使用。具有1.77N/mm的彈簧常數k及35毫米的自然長度L0之螺旋彈簧被使用來作為彈簧23。彈簧23在壓縮方向上以2毫米的長度△L被位移。由於第一構件20以彈簧23的3.54N之彈力F被壓向第二構件21，保持構件7的傾斜受到限制，該傾斜以支承構件6的球面部分之曲率中心為支承點來發生。因此，保持構件7的位置被穩定，且工件9以穩定的方式被自動地運送。
接下來，在圖6A中由保持構件7所保持的工件9藉由臂單元來運送，並被壓向拋光工具8且拋光，如圖6B所示。在此拋光中所使用的加工狀態與在範例2中的相同。為了實現26kPa的加工表面壓力，在圖3B中的彈簧23於壓縮方向上從其自然長度L0以3.9毫米的長度△L'被位移。在拋光過程中，如圖3B所示，第一構件20係與第二構件21接觸，且保持構件7可以支承構件6的 球面部分之曲率中心為支承點而被傾斜。藉由上述的配置，50個工件被自動地運送及拋光。在沒有問題的情況下運送被完成，且所欲的形狀準確度被達成。
第四實施例
根據本發明的元件製造方法之第四實施例將被說明。第四實施例不包括第一實施例之旋轉傳遞構件62。與第一實施例相同的配置將不會在此說明。
參照圖1A，拋光工具單元A包括拋光工具8，其可藉由工具旋轉機構(未示)繞工具中心軸S被旋轉。習知技術中的拋光工具可被使用來作為拋光工具8。例如，多個胺甲酸乙酯(urethane)片材接合在一起的層或瀝青層可被使用來作為拋光工具8。
工件保持單元B包括用於保持工件9保持構件7和支承構件6。保持構件7保持工件9以使通過工件9的被加工表面9a之球面中心O的光軸被定位在保持構件7的中心軸。工件9的球面中心可為拋光前的工件9之球面中心或是由拋光所得到的形狀(亦即，目標形狀)的球面中心，但後者為較佳的。
移動機構單元C係配置來移動支承構件6。以被加工表面9a的球面中心被定位在拋光工具8的加工表面8a之球面中心，移動機構單元C移動支承構件6，使得工件9移動於拋光工具8上。
具體而言，移動支承構件6牽涉到： (1)將工件保持單元B的支承構件6定位成使得工件9的被加工表面9a之球面中心被定位在拋光工具8的加工表面8a之球面中心O；以及(2)使支承構件6作為振盪軸來移動工件9(或來使得工件9去執行振盪運動)於拋光工具8上，且工件9的被加工表面9a和拋光工具8的加工表面8a之球面中心O為振盪中心(例如，使工件9在拋光工具8的徑向(R)方向(振盪方向)上往復運動)。
移動支承構件6牽涉到使用關節臂來作為移動機構單元C。亦即，支承構件6被附接到關節臂。關節臂係由藉由複數個關節耦接在一起的複數個臂所形成。關節臂藉由驅動各個關節來移動支承構件6。在圖1A中，臂2經由臂關節1被附接到框體等物。臂4經由臂關節3被耦接到臂2，且支承構件6經由臂關節5被耦接到臂4。臂關節1、臂關節3及臂關節5的每一者係由，例如，像是諧和式減速機(註冊商標)和步進馬達的習知技術，來加以驅動。藉由控制臂關節1、臂關節3及臂關節5的動作，支承構件6可被移動(或被作成來執行振盪運動)，且工件9的被加工表面9a之球面中心(曲率半徑)重合於拋光工具8的加工表面8a之球面中心(曲率半徑)。藉由關節臂，在以高準確度去將被加工表面9a之球面中心定位在拋光工具8的加工表面8a之球面中心的同時，其係可能去使工件9緊湊地振盪，無論工件9的輪廓及曲率半徑。由於三個關節臂可藉由三個馬達、三個 諧和式減速機(註冊商標)及三個臂來形成，拋光裝置的成本可被降低。
然而，振盪運動將導致小的球面中心誤差是不可避免的。球面中心誤差指的是在振盪運動時工件9的表面之曲率中心和拋光工具8的表面之曲率中心之間的距離。球面中心誤差可能造成工件9的表面和拋光工具8的表面之間的接觸壓力之不均勻分佈(亦即，壓力被集中在特定區域的不均勻接觸)，且可能使其難以去達成所欲的形狀準確度。由球面中心誤差所造成的不均勻接觸係藉由允許保持構件7和支承構件6之間的耦接部件16的傾斜來避免。由於耦接部件16係相同於第一實施例中的耦接部件16，在保持構件7和支承構件6之間的耦接部件16將不會在此說明。因此，即使球面中心誤差為大的，其係可能去減少從拋光工具8被施加到工件9的壓力之變化，並達成所欲的形狀準確度。
本發明使工件9和拋光工具8能夠以高準確度來相對地移動。其因此不僅能夠以高準確度加工工件9，亦可限縮振盪的範圍並降低裝置的成本。其亦能夠控制工件9和拋光工具8的相對運動之速度，並縮短加工時間。
雖然本發明已參照例示性實施例加以說明，應理解的是，本發明並不侷限於所揭露的例示性實施例。以下申請專利範圍的範疇應被賦予最寬廣的解釋，以涵蓋所有這樣的修改及等效結構和功能。
6‧‧‧支承構件
7‧‧‧保持構件
9‧‧‧工件
16‧‧‧耦接部件
61‧‧‧工件旋轉機構
62‧‧‧旋轉傳遞構件
T‧‧‧中心軸

Claims (24)

  1. 一種元件製造方法，用於藉由相對於拋光工具去移動工件以拋光該工件來製造元件，該元件製造方法包括：使保持構件去保持該工件，以使該工件的被加工表面之球面中心被定位在支承構件上；藉由旋轉該保持構件來旋轉該工件；以及藉由移動該支承構件來將該工件移動於該拋光工具上，且該被加工表面的該球面中心位在該拋光工具的加工表面的球面中心，來拋光該工件，其中，該支承構件係藉由驅動關節臂的各個關節而被移動，該關節臂由以複數個關節耦接在一起的複數個臂所形成。
  2. 如申請專利範圍第1項之元件製造方法，其中，在該支承構件的末端之凹球面部分係與在該保持構件的中心之滑動構件接觸，且該保持構件相對於該支承構件被保持為自由地傾斜。
  3. 如申請專利範圍第1項之元件製造方法，其中，在該支承構件的末端之凸球面部分係與在該保持構件的中心之凹部接觸，且該保持構件相對於該支承構件被保持為自由地傾斜。
  4. 如申請專利範圍第3項之元件製造方法，其中，該凹部具有球面形狀。
  5. 如申請專利範圍第3項之元件製造方法，其中，該凹部具有錐形形狀。
  6. 如申請專利範圍第1項之元件製造方法，其中，旋轉傳遞構件被耦接到保持構件，且該旋轉傳遞構件將旋轉從工件旋轉機構傳遞到該保持構件。
  7. 如申請專利範圍第3項之元件製造方法，其中，藉由將第一構件耦接到該保持構件並使第二構件與該第一構件接觸，該保持構件相對於該支承構件的傾斜被限制。
  8. 如申請專利範圍第7項之元件製造方法，其中，藉由將旋轉傳遞構件耦接到該第二構件並使得該旋轉傳遞構件將旋轉從工件旋轉機構傳遞到該保持構件，該工件被旋轉。
  9. 如申請專利範圍第1項之元件製造方法，其中，藉由拋光所製造的該元件為光學構件、用於模製該光學構件的模具、或該光學構件的原型。
  10. 一種拋光裝置，其係藉由相對於拋光工具移動工件來拋光該工件，該拋光裝置包括：保持構件，配置來保持該工件；工件旋轉機構，配置來旋轉該保持構件；支承構件，配置來與該保持構件接觸；以及移動機構，包括關節臂，該關節臂由以複數個關節耦接在一起的複數個臂所形成，該移動機構配置來藉由驅動該關節臂的該複數個關節的各個關節而移動該支承構件，其中，旋轉傳遞構件係耦接到該保持構件，且該旋轉傳遞構件將旋轉從該工件旋轉機構傳遞到該保持構件。
  11. 如申請專利範圍第10項之拋光裝置，其中，在該 保持構件的中心之滑動構件與在該支承構件的末端之凹球面部分允許該保持構件及該支承構件彼此接觸。
  12. 如申請專利範圍第10項之拋光裝置，其中，在該保持構件的中心之凹部與在該支承構件的末端之凸球面部分允許該保持構件及該支承構件彼此接觸。
  13. 如申請專利範圍第12項之拋光裝置，其中，該凹部具有球面形狀。
  14. 如申請專利範圍第12項之拋光裝置，其中，該凹部具有錐形形狀。
  15. 一種元件製造方法，用於藉由相對於拋光工具去移動工件以拋光該工件來製造元件，該元件製造方法包括：保持該工件，以使該工件的被加工表面之球面中心被定位在支承構件上；將該支承構件附接到由以複數個關節耦接在一起的複數個臂所形成的關節臂，且該被加工表面的該球面中心係位在該拋光工具的加工表面之球面中心；以及藉由驅動該等關節去移動該支承構件，以使該工件移動於該拋光工具上，來拋光該工件。
  16. 如申請專利範圍第15項之元件製造方法，其中，在該支承構件的末端之凹球面部分係與在該保持構件的中心之滑動構件接觸，且該保持構件相對於該支承構件被保持為自由地傾斜。
  17. 如申請專利範圍第15項之元件製造方法，其中， 在該支承構件的末端之凸球面部分係與在該保持構件的中心之凹部接觸，且該保持構件相對於該支承構件被保持為自由地傾斜。
  18. 如申請專利範圍第17項之元件製造方法，其中，該凹部具有球面形狀。
  19. 如申請專利範圍第17項之元件製造方法，其中，該凹部具有錐形形狀。
  20. 一種拋光裝置，其係藉由相對於拋光工具移動工件來拋光該工件，該拋光裝置包括：保持構件，配置來保持該工件；支承構件，配置來與該保持構件接觸；以及關節臂，配置來移動該支承構件，該關節臂由以複數個關節耦接在一起的複數個臂所形成，其中，該支承構件係藉由驅動該關節臂的該複數個關節的每一個而被移動。
  21. 如申請專利範圍第20項之拋光裝置，其中，在該保持構件的中心之滑動構件與在該支承構件的末端之凹球面部分允許該保持構件及該支承構件彼此接觸。
  22. 如申請專利範圍第20項之拋光裝置，其中，在該保持構件的中心之凹部與在該支承構件的末端之凸球面部分允許該保持構件及該支承構件彼此接觸。
  23. 如申請專利範圍第22項之拋光裝置，其中，該凹部具有球面形狀。
  24. 如申請專利範圍第22項之拋光裝置，其中，該凹 部具有錐形形狀。
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