JP-2026077107-A - 加工装置

Abstract

【課題】被加工物の表面との間の位置関係に拘束されずに、被加工物の表面の粗さを計測する。 【解決手段】加工装置は、光が照射された被加工物の表面からの散乱光の強度分布による計測で、当該表面の粗さを算出する。加工装置では、光が照射された被加工物の表面からの散乱光の強度分布による計測では、散乱光を計測すればよいので、被加工物の表面との間の位置関係に拘束されずに、被加工物の表面の粗さを計測することができる。 【選択図】図２

Inventors

• 五十嵐 義高

Assignees

• 住友重機械工業株式会社

Dates

Publication Date

20260513

Application Date

20241025

Claims (3)

1. 光が照射された被加工物の表面からの散乱光の強度分布を計測し、計測した強度分布から、当該表面の粗さを算出する加工装置。
2. 前記表面の光の被照射部位からの散乱光の散乱角は、前記被照射部位を基準として、前記被加工物の表面からの各散乱光を計測するために検出部の検出範囲を定める角度より小さい、 請求項１に記載の加工装置。
3. 前記被加工物の表面を加工する加工具と、 前記被加工物の表面からの散乱光を計測するする計測部と、 を備え、 前記計測部は、前記表面における前記加工具よる被加工位置の前後の少なくとも一方の位置に設けられる、 請求項１又は請求項２に記載の加工装置。

Description

特許法第３０条第２項適用申請有り １．２０２４年度精密工学会秋季大会 学術講演会 大会講演論文集 ｗｅｂ掲載および予稿配布日：２０２４年８月２２日 掲載アドレス：ｈｔｔｐｓ：／／２０２４－０９ａｕｔｕｍｎ．ｊｓｐｅ．ｏｒ．ｊｐ／ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ／ ２．２０２４年度精密工学会秋季大会 学術講演会 散乱光による円筒面粗さ計測の精度向上に関する研究発表 発表日：２０２４年９月４日 本開示の技術は、加工装置に関する。 特許文献１には、レーザ共焦点顕微鏡による粗さ計測として、ワークの表面の粗さを評価する。 特許第６００９００５号公報 図１は、本実施の形態の加工装置１００の一例の斜視図である。図２は、加工装置１００の一例の下側の側面図である。図３は、加工装置１００の一例の下側の正面図である。図４Ａは、加工装置１００の電気系の一例を示すブロック図である。図４Ｂは、ワーク１８の被照射部位Ｐ以外を黒い光沢のないシートＳでマスクした様子の一例を示す図である。図５は、ワーク１８の被照射部位Ｐからの散乱光ＳＬの散乱角θｓの一例を示す図である。図６は、レール３６に沿って検出器３４を移動させて、検出器３４が、ワーク１８の被照射部位Ｐからの散乱光を検出することの可能な範囲の角度θｏの一例を示す図である。図７は、第１の変形例の加工装置の一例の概略側面図である。図８は、第１の変形例の加工装置の一方の計測部２０ＡＨの一例の概略断面図である。 ［実施の形態］ 以下、図面を参照して、本開示の技術の実施の形態を説明する。 （構成） 図１は、本実施の形態の加工装置１００の一例の斜視図である。図２は、加工装置１００の一例の下側の側面図である。図３は、加工装置１００の一例の下側の正面図である。 本実施の形態では、加工装置１００として、被加工面が平面のワーク１８の当該表面を研削する研削装置を説明する。 図１に示すように、加工装置１００は、可動テーブル１２、テーブル案内機構１１、砥石ヘッド１３、砥石１４、砥石ヘッド案内機構１５、支持柱１６、１７、及び計測部２０Ａ、２０Ｂを含む。砥石１４は、本開示の技術の「加工具」の一例である。 可動テーブル１２はテーブル案内機構１１によって水平面内の一方向（Ｘ方向）に往復移動する。被研削物であるワーク１８は、可動テーブル１２の上に、図示しない固定部により固定される。 砥石ヘッド１３は、両側が支持柱１６、１７により支持される砥石ヘッド案内機構１５によって、砥石ヘッド案内機構１５の中の図示しないＺ方向レールに沿って、可動テーブル１２に保持されたワーク１８の上方に、Ｚ方向に昇降可能に支持されている。 砥石ヘッド１３は、砥石ヘッド案内機構１５によって、砥石ヘッド案内機構１５の中の図示しないＹ方向レールに沿って、可動テーブル１２の移動方向（Ｘ方向）と直交する方向（Ｙ方向）に移動可能である。 砥石ヘッド１３の下端部に砥石１４が取り付けられる。砥石１４は円柱状の形状を有し、その中心軸１４ＣがＹ方向と平行である。砥石１４がワーク１８に接触する程度まで砥石ヘッド１３を下降させ、砥石１４を回転させながらワーク１８をＸ方向に移動させることにより、ワーク１８の研削が行われる。砥石ヘッド１３をＹ方向に移動させて同様の処理を繰り返すことにより、ワーク１８の上面（被加工面）の全域を研削することができる。砥石１４をワーク１８に接触させてワーク１８の一端から他端までＸ方向に移動させる手順を、「パス」という。 図１及び図２に示すように、加工装置１００は、砥石ヘッド１３及び砥石１４の可動テーブル１２によるワーク１８の移動方向の両側に、ワーク１８の粗さを計算するための散乱光を計測する計測部２０Ａ、２０Ｂを備える。図２に示すように、計測部２０Ａ、２０Ｂが散乱光を計測する場合、ワーク１８は計測部２０Ａ、２０Ｂに対して－Ｘ方向に移動する。計測部２０Ａは、砥石１４がワーク１８を研削する前のワーク１８からの散乱光を計測し、計測部２０Ｂは、砥石１４がワーク１８を研削した後のワーク１８からの散乱光を計測する。砥石ヘッド１３には、計測部２０Ａと砥石１４との間のワーク１８の表面に、配管２２を介して供給された潤滑油又は冷却水を供給するノズル２４が備えられる。砥石ヘッド１３には、砥石１４と計測部２０Ｂとの間のワーク１８の表面の潤滑油又は冷却水を除去する、支持柱２６により支持されるワイパー２８が備えられる。計測部２０Ａは、潤滑油又は冷却水が供給される前であり且つ砥石１４がワーク１８を研削する前のワーク１８からの散乱光を計測し、計測部２０Ｂは、潤滑油又は冷却水が除去された後であり且つ砥石１４がワーク１８を研削した後のワーク１８からの散乱光を計測する。 計測部２０Ａ、２０Ｂは同じ構成であるので、計測部２０Ａの構成を説明し、計測部２０Ｂの説明を省略する。図３に示すように、計測部２０Ａは、砥石ヘッド１３のＹ方向の幅を含み、砥石ヘッド１３の当該幅より長いＹ方向の範囲に、複数の光照射受光部３０ｎ１～３０ｎ１５を備える。複数の光照射受光部３０ｎ１～３０ｎ１５の中の光照射受光部３０ｎ１０～３０ｎ１３は、砥石ヘッド１３のＸ方向前側に位置し、複数の光照射受光部３０ｎ１～３０ｎ１５の中の光照射受光部３０ｎ１～３０ｎ９、３０ｎ１４、３０ｎ１５は、砥石ヘッド１３のＸ方向前側の両側に位置する。 図４Ａは、加工装置１００の電気系の一例を示すブロック図である。図４Ａに示すように、加工装置１００は、複数の光照射受光部３０ｎ１～３０ｎ１５、記録装置（即ち、ロガー（ｌｏｇｇｅｒ））４２、及び制御装置５０を備える。 複数の光照射受光部３０ｎ１～３０ｎ１５は同一の構成であるので、複数の光照射受光部３０ｎ１～３０ｎ１５を代表する１つの光照射受光部３０ｎの構成を説明し、その他の光照射受光部の説明を省略する。光照射受光部３０ｎは、光をワーク１８に入射角が４５°で照射する光源３２と、ワーク１８の被照射部位Ｐから散乱光ＳＬを検出する検出器３４と、検出器３４を所定方向に移動させる移動機構（３６、３８）と、移動機構（３６、３８）におけるモータ３８を駆動する駆動装置４０と、を備える。 光源３２は、例えば、レーザ光ＬＬを照射するレーザ光源３２である。光源３２は、レーザ光源３２に限定されず、単波長で指向性がある光源であれば適用可能である。波長は、長いほど散乱光の広がり角が大きくなり、短いほど広がり角は小さくなる。本実施の形態のワークでは、求められる粗さが、例えば，０．１μｍ≦Ｒａ≦１．０μｍの範囲ならば，可視光（波長３６０ｎｍから８３０ｎｍ）が適当である。Ｒａ（算術平均粗さ）は、ワーク１８の表面の粗さを評価するためのパラメータの１つで、表面の凹凸の高さの絶対値の平均である。具体的には、基準面からの表面の凹凸の高さの絶対値の平均である。 図４Ｂは、ワーク１８の被照射部位Ｐ以外を黒い光沢のないシートＳでマスクした様子の一例を示す図である。図４Ｂに示すように、ワーク１８の被照射部位Ｐ以外を黒い光沢のないシートＳでマスクした場合、光源３２は、単色（例えば、赤、緑、青のどれかが望ましい）を照射するプロジェクタでもよい。 光源３２がレーザ光源３２の場合、検出器３４は、ＰＩＮフォトダイオードである。 ＰＩＮフォトダイオードは、光検出用の半導体デバイスで、Ｐ型半導体（Ｐ層）、絶縁層（Ｉ層）、Ｎ型半導体（Ｎ層）の構造を有する。 移動機構（３６、３８）は、検出器３４を所定方向に移動させるためのレール３６と、レールに沿って検出器３４を移動させるモータ３８と、を備える。移動機構（３６、３８）は、例えば、ラックアンドピニオン機構である。 図５は、ワーク１８の被照射部位Ｐからの散乱光ＳＬの散乱角θｓの一例を示す図である。図６は、レール３６に沿って検出器３４を移動させて、検出器３４が、ワーク１８の被照射部位Ｐからの散乱光を検出することの可能な範囲の角度θｏの一例を示す図である。 図５に示すように、ワーク１８の表面の被照射部位Ｐからの散乱光ＳＬは、検出器３４がレール３６に沿って移動する面において散乱角θｓで散乱する。なお、図５では、反射光は省略している。 後述するように本実施の形態では、ワーク１８の表面の被照射部位Ｐの粗さを示すパラメータを、Ｇｅｎｅｒａｌｉｚｅｄ Ｈａｒｖｅｙ－Ｓｈａｃｋ理論に従って、上記面における各散乱光の光強度分布に基づいて、算出する。よって、検出器３４により上記面における各散乱光ＳＬの光強度分布を計測するため、上記面における被照射部位Ｐからの散乱光の散乱の範囲（散乱角θｓで定まる）を計測できるように、検出器３４が距離ｄ移動する。被照射部位Ｐの位置と、レール３６の位置、検出器３４が移動する距離ｄとから、角度θｏが規定される。より具体的には、θｏは、各々予め定められる、移動する検出器３４の各位置における被照射部位Ｐと検出器３４との距離ｌと、検出器３４が移動する距離ｄと、を用いて、以下の式から得られる。 θｏ＝２ｓｉｎ－１（ｄ／２√（（ｄ２＋４ｌ２）／２））） 上記のように、ワーク１８の表面の被照射部位Ｐの粗さを示すパラメータを各散乱光の光強度分布に基づいて算出する。このため、検出器３４は、上記面における被照射部位Ｐからの散乱角θｓで定まる範囲の各散乱光を計測できることが必要である。具体的には、検出器３４が移動して上記各散乱光を測定できる上記面における範囲を規定する角度θｏが定められる。角度θｏは、被照射部位Ｐの位置を基準にした角度である。 よって、散乱角θｓは、検出器３４が移動して散乱光を測定できる範囲を規定する被照射部位Ｐの位置を基準にした角度θｏより小さいことこと、つまり、θｓとθｏとは、以下の関係を有する必要がある。 ｜θｓ｜＜｜θｏ｜ （１） 記録装置（即ち、ロガー（ｌｏｇｇｅｒ））４２は、複数の光照射受光部３０ｎ１～３０ｎ１５の各検出器３４からの各散乱光の強度分布を記録する装置である。 制御装置５０は、コンピュータにより構成される。制御装置５０には、テーブル案内機構１１、砥石ヘッド案内機構１５、及び砥石１４を駆動する図示しないモータが接続される。制御装置５０には、複数の光照射受光部３０ｎ１～３０ｎ１５の各レーザ光源３２、検出器３４、及び駆動装置４０が接続される。 制御装置５０は、テーブル案内機構１１、砥石ヘッド案内機構１５、及び砥石１４を駆動する図示しないモータを制御して、ワーク１８の上面（被加工面）の全域を砥石１４により研削する。 制御装置５０は、ワーク１８の上面の研削の際、複数の光照射受光部３０ｎ１～３０ｎ１５の各レーザ光源３２及び駆動装置４０を制御して、複数の光照射受光部３０ｎ１～３０ｎ１５の検出器３４により、ワーク１８の表面の各被照射部位Ｐの散乱光を計測させる。 複数の光照射受光部３０ｎ１～３０ｎ１５の各々の検出器３４により計測された、ワーク１８の表面の各被照射部位Ｐの散乱光は記録装置４２により記録（即ち、計測）される。記録装置４２には、複数の光照射受光部３０ｎ１～３０ｎ１５の各々の駆動装置４０から、検出部３４を移動させる際の検出部３４の加速が完了し、検出部３４が定速移動に入ったときに、当該低速移動に入ったタイミングでのトリガー信号を送信される。記憶装置４２は、トリガー信号を受信したタイミングで散乱光の記録を開始し、定速移動の速度と距離ｄとから計算された時間、散乱光を記録し続け、当該時間が終了した時、散乱光の記録を終了する。 制御装置５０は、複数の光照射受光部３０ｎ１～３０ｎ１５の各検出器３４からの各散乱光の強度部分についてノイズを除去すると共に、検出器３４が移動する際、被照射部位Ｐとの距離が変動することを考慮した散乱光の強度の補正をする。 制御装置５０は、記録装置４２により記録（即ち、計測）された、複数の光照射受光部３０ｎ１～３０ｎ１５の各検出器３４からの各散乱光の強度部分か