TWI598178B - Processing device and method of controlling the profiling using the same - Google Patents

Description

加工裝置以及使用其之仿形測量控制方法

本發明是關於具有利用仿形動作測量工件形狀之功能的加工裝置以及使用其之仿形測量控制方法。

先前，已知有仿照工件形狀使探測器移動，藉此高精度測量該工件形狀的技術。

先前的仿形控制，是採用下述原理，即，仿照事先所取得之工件的設計值對探測器之移動軌道進行有源控制，另一方面，被動性測量該移動控制之間產生的探測器位移，藉此測量實際之工件的設計值「偏差」。

因此，原理上，就需要有被動性測量探測器位移的機構。該機構，一般稱為定標器。

例如：WO00/52419號公報中，揭示有採用觸針式探頭的NC加工裝置。該裝置，是維持探頭和工件之間的接觸實施仿形控制，並且持續性捕捉探頭之接觸元件的位移，藉此就能夠高精度測量工件的形狀。特別是該裝置，對於接觸元件的位移測量是採用雷射干涉位移計，因此就 可實現高精度之工件的仿形測量。

然而，加工裝置中若搭載仿形控制獨自用的定標器，此以成本及設置空間的觀點來看並不合宜。

本發明，是基於以上的見識而創作的發明。本發明之目的，是在於提供一種不需要搭載仿形測量控制獨自用的定標器，就能夠以低成本實現仿形控制的加工裝置。

本發明，是一種具備有：對馬達之移動指令生成用的分配器；及上述馬達動作位置檢測用的位置檢測器，又具備有可根據上述移動指令，一邊回饋上述位置檢測器之檢測結果使上述位置檢測器之檢測結果成為指定的動作位置，一邊控制所對應之馬達的馬達控制器之加工裝置，其特徵為，於仿形測量控制時，是取代加工工具安裝可測量工件之相對距離的探測感測器，於仿形測量控制時，對於上述馬達控制器，是構成為阻斷上述移動指令的輸入，另一方面同時還回饋上述探測感測器的測量結果使上述探測感測器的測量結果成為指定的距離，於仿形測量控制時，是構成為使上述位置檢測器的檢測結果和上述探測感測器的測量結果所重疊的資訊以工件的形狀資訊輸出。

根據本發明時，是可原理性使馬達動作位置檢測用的位置檢測器做為仿形測量控制時之定標器發揮功能，因此不需要搭載仿形測量控制獨自用的定標器，就能夠實施仿形測量控制。基於此，以成本及設置空間的觀點來看是非 常有利。上述之構成，利用所謂於仿形測量控制時阻斷對馬達控制器之移動指令的新思維就可完成。

具體而言，例如：上述馬達，是Y軸馬達(負責Y軸方向之相對移動的馬達)，上述位置檢測器，是構成為對上述Y軸馬達的動作位置進行檢測，上述馬達控制器，是構成為根據對上述Y軸馬達控制器之移動指令，一邊回饋上述位置檢測器之檢測結果使上述位置檢測器之檢測結果成為指定的動作位置，一邊控制所對應之上述Y軸馬達，於仿形測量控制時，對於上述馬達控制器，是構成為阻斷對上述Y軸馬達之移動指令的輸入，另一方面同時還回饋上述探測感測器的測量結果使上述探測感測器之測量結果成為指定的距離。於該形態時，藉由往X軸方向及/或Z軸方向之移動的持續，就可實施仿形測量控制。

本發明，對於微透鏡陣列加工用的加工裝置或用以微透鏡陣列成形之模具加工用的加工裝置特別有效。微透鏡陣列或用以微透鏡陣列成形之模具，由於加工誤差往往會比較大，因此就需要事先將仿形測量控制之定標器的行程為較大。根據本發明時，不需要獨自設置仿形測量控制的定標器，對於能夠測量(對應)的加工誤差範圍原理上也沒有限制。

探測感測器，是可利用先前習知之各式各樣形式的探測感測器。例如：針對微透鏡陣列加工用的加工裝置或微透鏡陣列成形用之模具加工用的加工裝置，就測量精度的觀點而言是以採用具有He-Ne雷射測量機構之型式的探測 感測器為佳。

此外，本發明的加工裝置，是以又具備有可根據所輸出之上述工件的形狀資訊對加工數據或加工程式進行修正的加工修正部為佳。藉由將高精度獲得之工件的形狀資訊應用在加工數據或加工程序的修正，是可提昇加工精度。

或者，本發明，是一種使用具備有：對馬達之移動指令生成用的分配器；及上述馬達動作位置檢測用的位置檢測器，又具備有可根據上述移動指令，一邊回饋上述位置檢測器之檢測結果使上述位置檢測器之檢測結果成為指定的動作位置，一邊控制所對應之馬達的馬達控制器之加工裝置來執行工件之仿形測量控制的方法，其特徵為，具備有：取代加工工具安裝可測量工件之相對距離的探測感測器之探測感測器安裝步驟；針對上述馬達控制器，阻斷上述移動指令的輸入，另一方面同時還回饋上述探測感測器的測量結果使上述探測感測器的測量結果成為指定的距離的回饋步驟；及可將上述位置檢測器的檢測結果和上述探測感測器的測量結果所重疊的資訊以工件的形狀資訊輸出的輸出步驟。

具體而言，例如：上述馬達，是Y軸馬達，上述位置檢測器，是構成為對上述Y軸馬達的動作位置進行檢測，上述馬達控制器，是構成為根據對上述Y軸馬達之移動指令，一邊回饋上述位置檢測器之檢測結果使上述位置檢測器之檢測結果成為指定的動作位置，一邊控制所對應之上述Y軸馬達的馬達控制器，針對上述馬達控制器，所要阻 斷之上述移動指令的輸入，是指對上述Y軸馬達的移動指令，於X軸方向及/或Z軸方向之相對移動持續的期間回饋上述探測感測器的測量結果使上述探測感測器之測量結果成為指定的距離。

10‧‧‧加工裝置

11‧‧‧位置指令部

12‧‧‧移動解析加減速處理部

13‧‧‧分配器

14‧‧‧馬達

15‧‧‧位置檢測器

16‧‧‧馬達控制器

17‧‧‧放大器

21‧‧‧探測感測器

22‧‧‧接觸元件

23‧‧‧空氣軸承

24‧‧‧探頭部

30‧‧‧加工修正部

第1圖為本發明一實施形態之加工裝置的概略構成方塊圖。

第2圖為探測感測器追蹤工件時的追蹤情況說明用概略圖。

第3圖為表示根據工件形狀之測量結果的修正加工結果圖表。

第4圖為表示根據工件形狀之測量結果的另一修正加工結果圖表。

[本發明之最佳實施形態]

以下，參照附圖對本發明實施形態進行詳細說明。

第1(a)圖及第1(b)圖為本發明一實施形態的加工裝置概略構成方塊圖。本實施形態的加工裝置10，具備：位置指令(例如G01/G00)生成用的位置指令部11；可執行移動解析加減速處理的移動解析加減速處理部12；及對X、Y、Z之各軸(各傳動軸)所對應的各馬達之移動指令生成用的分配器(分配處理部)13。各馬達， 於本實施形態中為旋轉馬達。

於各軸之馬達14，設有對該馬達14之旋轉位置進行件檢測的位置檢測器15。本實施形態的位置檢測器15，是由光學線性標尺所構成。由各軸之馬達14所相對移動的是於加工控制時被安裝成要施以所期望之加工處理的加工工具。

接著，設有馬達控制器16，該馬達控制器16是構成為可根據來自於分配器13的移動指令，一邊回饋位置檢測器15之檢測結果使該位置檢測器15之檢測結果成為指定的旋轉位置，一邊控制所對應之馬達14。此外，於本實施形態中，在馬達控制器16和馬達14之間，是設有放大器17。

以上所示之本實施形態的加工裝置10，於加工控制時，是作用成如第1(a)圖所示。即，根據來自於位置指令部11的位置指令，由移動解析加減速處理部12執行移動解析加減速處理，於分配器13生成有對X、Y、Z之各軸所對應的各馬達之移動指令。

接著，根據來自於分配器13的移動指令，另一方面由馬達控制器16一邊回饋位置檢測器15之檢測結果使該位置檢測器15之檢測結果成為指定的旋轉位置，一邊控制所對應之馬達14。如此一來，就可實現加工工具之工件的加工。

另，本實施形態的特徵，並不是加工控制，而是仿形測量控制。即，本實施形態的加工裝置10，是於仿形測 量控制時，取代加工工具安裝可測量工件之相對距離的探測感測器21。

本實施形態的探測感測器21，具有：對工件維持接觸的接觸元件22；將接觸元件22以可位移之狀態支撐的空氣軸承23；及能夠測量接觸元件22之位移量的探頭部24(參照第2圖)。探頭部24，具有使用He-Ne雷射之光纖式雷射干涉位移計，能夠實現所謂0.038nm之高精度的分辨能力。此外，空氣軸承23(又稱氣動滑動器)，是可實現所謂約50mgf的低測定力。

接著，如第1(b)圖所示，於該仿形測量控制時，針對馬達控制器16，是構成為阻斷移動指令的輸入(移動至初期位置為止是利用移動指令)，另一方面同時還回饋探測感測器21之測量結果使探測感測器21之測量結果成為指定的距離，此外，使位置檢測器15的檢測結果和探測感測器21的測量結果所重疊的資訊以工件的形狀資訊輸出。

於此，參照第2圖針對探測感測器21其追蹤工件的追蹤情況進行說明。第2圖為表示探測感測器21對工件成朝X軸方向及/或Z軸方向相對移動時(X軸方向及/或Z軸方向的移動是根據移動指令形成移動)測量Y軸方向之工件形狀(凹凸)的情況(Y軸方向的移動指令已被阻斷)。

如第2圖所示，於相對移動時當工件逐漸隆起為凸狀時[第2(a)圖→第2(b)圖]，探測感測器21之前端 (該形態時為接觸元件22)的移動軌道會仿照該凸狀的形狀。即，探測感測器21的前端會往上方位移[第2(b)圖]。如此一來，其位移資訊就會即刻回饋至馬達控制器16，於Y軸對應的馬達就會下達有回饋指令。其結果，探測感測器21的全體位置就會往上方修正，探測感測器21之前端(該形態時為接觸元件22)的位置狀態就會即刻恢復成中立狀態。反之，當探測感測器21的前端離開工件時[第2(c)圖]，探測感測器21的全體位置就會往下方修正，探測感測器21的前端就會再度抵接於工件[第2(d)圖]。

此時，位置檢測器15所檢測出之馬達的旋轉位置和探測感測器21的前端位置(殘留位移量)所重疊的資訊就會以第2(b)圖=第2(c)圖之地點的工件之形狀資訊輸出。即，藉由Y軸方向之移動指令的阻斷，就可使位置檢測器15被利用做為位移測量的定標器。

如以上所述，根據本實施形態時，是可原理性使馬達14之旋轉位置檢測用的位置檢測器15做為仿形測量控制時之定標器發揮功能，因此不需要搭載仿形測量控制獨自用的定標器，就能夠實施仿形測量控制。基於此，以成本及設置空間的觀點來看是非常有利。此外，探測感測器21是經由回饋控制使其經常恢復成中立狀態，因此要造成探測感測器21的位移大是罕見。於先行技術方法中，因是持續執行某基準(例如設計值)相對之位移量的測量，所以造成探測感測器21的位移大並不罕見，基於此 就會有測量精度不良的問題，根據本實施形態時就可解決上述問題。

此外，根據本實施形態時，於加工裝置本身就可實現仿形測量控制，因此與利用加工裝置外另項設置之工件形狀測量器的形態相比，是不需要卸下工件。基於此，作業效率就明顯優異。此優點，於要將所測量之工件之形狀數據利用在修正加工數據或修正加工程序的生成時更為顯著。例如：加工修正部30會根據所測量之工件的形狀數據(工件的形狀資訊)對加工數據或加工程序進行修正藉此生成修正加工數據或修正加工程序。如此一來，就能夠提昇加工精度。

具體而言，利用本實施形態之加工裝置對微透鏡陣列或微透鏡陣列成形用的模具進行加工之後，經由仿形測量控制取得形狀數據，根據該形狀數據修正加工程序之後，再度實施微透鏡陣列或微透鏡陣列成形用之模具的加工與仿形測量控制之後的結果如第3圖及第4圖所示。如該等圖面所示，若能夠高精度測量出工件的形狀數據，就能夠實現明顯有效的加工程序修正。

另，上述實施形態中，雖然各馬達14為旋轉馬達，但各馬達14也可以是線性馬達。於該形態時，位置檢測器15，是構成為對該線性馬達的移動位置進行檢測。

11‧‧‧位置指令部

12‧‧‧移動解析加減速處理部

13‧‧‧分配器

14‧‧‧馬達

15‧‧‧位置檢測器

16‧‧‧馬達控制器

17‧‧‧放大器

21‧‧‧探測感測器

30‧‧‧加工修正部

Claims (9)

1. 一種加工裝置，具備有：對馬達之移動指令生成用的分配器；及上述馬達動作位置檢測用的位置檢測器，又具備有根據上述移動指令，一邊回饋上述位置檢測器之檢測結果使上述位置檢測器之檢測結果成為指定的動作位置，一邊控制所對應之馬達的馬達控制器，其特徵為：於仿形測量控制時，取代加工工具安裝可測量工件之相對距離的探測感測器，於仿形測量控制時，上述馬達控制器，是構成為阻斷上述移動指令的輸入，另一方面同時還回饋上述探測感測器的測量結果使上述探測感測器的測量結果成為指定的距離，於仿形測量控制時，構成為使上述位置檢測器的檢測結果和上述探測感測器的測量結果所重疊的資訊以工件的形狀資訊輸出，於仿形測量控制時，上述探測感測器是以恢復成中立狀態的方式受到回饋控制。
2. 如申請專利範圍第1項所記載的加工裝置，其中，上述馬達，是Y軸馬達，上述位置檢測器，是對上述Y軸馬達的動作位置進行檢測，上述馬達控制器，是根據對上述Y軸馬達之移動指 令，一邊回饋上述位置檢測器之檢測結果使上述位置檢測器之檢測結果成為指定的動作位置，一邊控制所對應之上述Y軸馬達，於仿形測量控制時，對於上述馬達控制器，是阻斷對上述Y軸馬達之移動指令的輸入，另一方面同時還回饋上述探測感測器的測量結果使上述探測感測器之測量結果成為指定的距離。
3. 如申請專利範圍第2項所記載的加工裝置，其中，藉由往X軸方向及/或Z軸方向之移動的持續，以實施仿形測量控制。
4. 如申請專利範圍第1項至第3項任一項所記載的加工裝置，其中，工件為微透鏡陣列。
5. 如申請專利範圍第1項至第3項任一項所記載的加工裝置，其中，工件為微透鏡陣列成形用的模具。
6. 如申請專利範圍第1項至第3項任一項所記載的加工裝置，其中，上述探測感測器，具有He-Ne雷射測量機構。
7. 如申請專利範圍第1項至第3項任一項所記載的加工裝置，其中，又具備有根據所輸出之上述工件的形狀資訊對加工數據或加工程式進行修正的加工修正部。
8. 一種利用加工裝置執行工件之仿形測量的方法，其所使用的加工裝置，具備有：對馬達之移動指令生成用的分配器；及上述馬達動作位置檢測用的位置檢測器， 又具備有根據上述移動指令，一邊回饋上述位置檢測器之檢測結果使上述位置檢測器之檢測結果成為指定的動作位置，一邊控制所對應之馬達的馬達控制器，其特徵為，具備有下述步驟：取代加工工具安裝可測量工件之相對距離的探測感測器之步驟；針對上述馬達控制器，阻斷上述移動指令的輸入，另一方面同時還回饋上述探測感測器的測量結果使上述探測感測器的測量結果成為指定的距離之步驟；及可將上述位置檢測器的檢測結果和上述探測感測器的測量結果所重疊的資訊以工件的形狀資訊輸出之步驟；於仿形測量控制時，上述探測感測器是以恢復成中立狀態的方式受到回饋控制。
9. 如申請專利範圍第8項所記載的方法，其中，上述馬達，是Y軸馬達，上述位置檢測器，是對上述Y軸馬達的動作位置進行檢測，上述馬達控制器，是根據對上述Y軸馬達之移動指令，一邊回饋上述位置檢測器之檢測結果使上述位置檢測器之檢測結果成為指定的動作位置，一邊控制所對應之上述Y軸馬達，針對上述馬達控制器，所要阻斷之上述移動指令的輸入是指對上述Y軸馬達的移動指令，於X軸方向及/或Z軸方向之相對移動持續的期間回饋上述探測感測器的測量結果使上述探測感測器之測量結果成為指定的距離。