(57)【要約】【課題】より高精度な加工が可能な形状修正研磨方法を提供すること。【解決手段】実際の加工に使われる工具を用いて、加工対象と同一の材質で基準形状を有する工作物に対して、実際の加工時と同じ加工条件（研磨荷重、工具運動速度等）で加工を行い、単位除去量を求める。曲率が一致した工具と工作物における理想的な単位除去形状を、単位除去領域における工具の通過距離を積分した形として求める。工作物上の任意の位置において、工具構成材の形状と寸法と物性値と、加工部位の形状と、工作物の物性値と、工具に作用する荷重とその荷重作用点から、工作物に接している工具面内圧力分布をシミュレーションにより求め、この圧力分布に対して最大圧力値を１として０から１の間で正規化する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１．実際の加工に使われる工具を用いて、加工対象と同一の材質で基準形状を有する工作物に対して、実際の加工時と同じ加工条件（研磨荷重、工具運動速度等）で加工を行い、単位除去量を求める。
２．曲率が一致した工具と工作物における理想的な単位除去形状を、単位除去領域における工具の通過距離を積分した形として求める。
３．工作物上の任意の位置において、工具構成材の形状と寸法と物性値と、加工部位の形状と、工作物の物性値と、工具に作用する荷重とその荷重作用点から、工作物に接している工具面内圧力分布をシミュレーションにより求め、この圧力分布に対して最大圧力値を１として０から１の間で正規化する。
４．２．と３．の結果を掛け合わせることで、任意の位置の工具単位除去形状とする。
５．４．で求められた単位除去形状を深さ方向にスケーリングして、１．で求められた単位除去量と一致するように調整し、これをその位置における単位除去形状として登録する。
６．工作物上の加工領域において３〜５を繰り返し、複数の位置で単位除去形状を求め、単位除去形状のマップデータとして登録する。
７．予め得られている形状誤差データに対して形状修正加工を実施するために除去のシミュレーションによって滞留時間分布データ求める。このとき、登録された前記単位除去形状のマップデータから該当する位置の単位除去形状呼び出し、除去シミュレーションを行う。
８．７の結果求められた滞留時間分布データに基づいて形状修正加工を実施する。
以上のステップを含む形状修正研磨方法。
【請求項２】
基準形状が平面或は球面であることを特徴とする請求項１記載の形状修正研磨方法。
【請求項３】
基準形状が設計式における参照球面と同一であることを特徴とする請求項１記載の形状修正研磨方法。
【請求項４】
基準形状が加工面の部分曲率の範囲内であることを特徴とする請求項１記載の形状修正研磨方法。
【請求項５】
コンピュータを、理想的な単位除去形状を算出する手段、工具面内の圧力分布を求め正規化する手段、前記２つの手段で得られた結果を掛け合わせて任意の場所の単位除去形状を算出する手段、工作物上加工領域の複数の位置で単位除去形状を算出し単位除去形状のマップデータとして登録する手段、前記で登録されたマップデータを使用して除去のシミュレーションにより滞留時間分布データを算出する手段として機能させることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の形状修正研磨方法。
【請求項６】
単位除去形状を求める複数の位置が加工領域全域または任意の部分であることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の形状修正研磨方法。
【請求項７】
単位除去形状を求める複数の位置が工作物の半断面であることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の形状修正研磨方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高い形状精度を要求される光学面等に適用される形状修正研磨方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
高い形状精度を要求される光学素子、光学素子成形用金型等の製作は、計測と加工を繰り返すことで要求精度を満たしてきた。特に、最終仕上げである研磨工程では、加工領域よりも小さな小径工具を用いて形状修正を行う場合が多い。この方法は、加工領域全域において研磨工具の単位除去形状が同一であると仮定して、計測結果から得られる形状誤差データに基づき、工具滞留時間分布データを求め、形状修正研磨を行うものである。
【０００３】
代表的な例として特許文献１がある。又、加工面の形状に応じて工具の除去深さを補正する例として特許文献２がある。
【０００４】
【特許文献１】特許第３３０４９９４号公報
【特許文献２】特開２００２−３４６８９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に代表される形状修正研磨に用いられる小径工具は、工具面の形状、曲率半径が固定されているため、非球面、自由曲面形状を加工する場合、加工領域の局所的な形状、部分曲率とは完全に一致せず、工具と加工面間接触状態が変化するため、工具側に弾性体を付加し、接触状態の変化を吸収、緩和することがある。そのため、厳密には工具−加工面間の接触状態、圧力分布の変化に起因する工具の単位除去形状、単位除去量の変化は避けられない。
【０００６】
又、単位除去形状、単位除去量が一定であるという仮定のもと、形状誤差データから工具滞留時間分布データを作成するため、加工後の形状誤差予測において単位除去形状、単位除去量の変化に起因する誤差を含むことになり、より一層の高精度加工における障害となり得る。
【０００７】
特許文献２で代表される加工面の形状に応じて工具の除去深さを補正する方法では、実際の加工に基づいて補正係数を求めているため、加工面形状の変化や工具の変更に対応するには膨大な加工実験が必要であり非常に効率が悪い。又、補正の対象が除去量或は除去深さであり、単位除去形状を考慮していないので、形状修正加工のための工具滞留時間分布データを作成する過程で行われるデコンボリューションにおいて大きな誤差が発生し、結果として加工の高精度化が図れないことになる。
【０００８】
本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、より高精度な加工が可能な形状修正研磨方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明は、下記１〜８のステップによって形状修正研磨方法を構成することを特徴とする。
【００１０】
１．実際の加工に使われる工具を用いて、加工対象と同一の材質で基準形状を有する工作物に対して、実際の加工時と同じ加工条件（研磨荷重、工具運動速度等）で加工を行い、単位除去量を求める。
【００１１】
２．曲率が一致した工具と工作物における理想的な単位除去形状を、単位除去領域における工具の通過距離を積分した形として求める。
【００１２】
３．工作物上の任意の位置において、工具構成材の形状と寸法と物性値と、加工部位の形状と、工作物の物性値と、工具に作用する荷重とその荷重作用点から、工作物に接している工具面内圧力分布をシミュレーションにより求め、この圧力分布に対して最大圧力値を１として０から１の間で正規化する。
【００１３】
４．２．と３．の結果を掛け合わせることで、任意の位置の工具単位除去形状とする。
【００１４】
５．４．で求められた単位除去形状を深さ方向にスケーリングして、１．で求められた単位除去量と一致するように調整し、これをその位置における単位除去形状として登録する。
【００１５】
６．工作物上の加工領域において３〜５を繰り返し、複数の位置で単位除去形状を求め、単位除去形状のマップデータとして登録する。
【００１６】
７．予め得られている形状誤差データに対して形状修正加工を実施するために除去のシミュレーションによって滞留時間分布データ求める。このとき、登録された前記単位除去形状のマップデータから該当する位置の単位除去形状呼び出し、除去シミュレーションを行う。
【００１７】
８．７の結果求められた滞留時間分布データに基づいて形状修正加工を実施する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、加工面形状によって左右される単位除去形状を正確に反映して加工データを作成できるため、より高精度な加工が可能である。
【００１９】
単位除去形状が正確に求められるため、除去のシミュレーションにおける予想誤差も現実に近いものとなり、形状修正研磨戦略がより正確に且つ的確に立案でき、計測−加工のサイクルを大幅に短縮できる。
【００２０】
実加工を行うのは基準形状に対する加工によって単位除去量を求める段階のみであるため、単位除去形状を補正するために多くの実加工を要することがなく、効率良く高精度な加工が可能である。
【００２１】
単位除去量と単位除去形状を考慮しているため、除去のシミュレーションをより高精度に実施することができ、より一層の高精度加工が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００２３】
図１は請求項１に記載の研磨方法のフローチャートである。
【００２４】
Ｓ−１では、実ワークの加工に使用する工具を用いて、実ワークと同一の材質で基準形状を有する工作物に対して実際の加工時と同じ加工条件（研磨荷重、工具運動速度等）で加工を行い、単位除去量を求める。工具そのものの除去能力の評価であるため、このときの加工形態は工具と工作物の相対運動を伴う加工でも、伴わない加工でも良い。加工後の除去堆積を時間で除算することで時間当たりの除去能率である単位除去量が求められる。加工後の除去堆積の測定には干渉計、接触式の形状計測機等の装置が使用可能である。
【００２５】
Ｓ−２において、理想的な単位除去形状を求める。工具と工作物の曲率が一致した状態ではプレストンの式に従えば、除去領域を通過する工具の距離を積分した形で理想的な単位除去形状が求められる。例えば図８に示すように、プレストンの式右辺において速度と時間の積が距離に相当することからその妥当性が分かる。この方法で求められる単位除去形状の例を、同じく図８において代表的な工具運動について示す。
【００２６】
Ｓ−３では、工作物上の任意の位置において、工具構成材の形状と寸法と物性値と、加工部位の形状と、工作物の物性値と、工具に作用する荷重とその荷重作用点から、工作物に接している工具面内圧力分布をシミュレーションにより求め、この圧力分布に対して最大圧力値を１として０から１の間で正規化する。
【００２７】
例えば、図８に示すように、工具シャンク形状、弾性体材質、研磨パッド材質が同じであっても、平面を加工する場合と球面を加工する場合では、工具面内の圧力分布が異なる。又、図９に示すように研磨荷重作用点の違いによっても工具面内圧力分布が異なる。これらの違いはＳ−３で行うシミュレーションによって定量的に把握できる。
【００２８】
更に、図９の（９ｂ）に示すように、最大圧力を１として０から１の間で圧力分布を正規化する。
【００２９】
尚、ここまで説明を容易にするために単位除去形状及び圧力分布を図中で２次元的に表現しているが、実際には３次元的に求めるものである。
【００３０】
Ｓ−４において、Ｓ−２，Ｓ−３で求められた結果を掛け合わせることで、任意の位置の工具単位除去形状とする。例えば、図８に示されるように、或る工具運動で求められた理想的な単位除去形状に対して、任意の位置における正規化された工具面内圧力分布を乗じて、その位置の単位除去形状とするものである。
【００３１】
Ｓ−５において、Ｓ−４で求められた単位除去形状を深さ方向にスケーリングして、Ｓ−１で求められた単位除去量と一致するように形状を調整し、これをその位置における単除去形状として登録する。
【００３２】
Ｓ−６において、工作物上の加工領域においてＳ−３〜Ｓ−５を繰り返し、複数の位置で単位除去形状を求め、単位除去形状のマップデータとして登録する。
【００３３】
Ｓ−７において、予め得られている形状誤差データに対して形状修正加工を実施するために除去のシミュレーションによって滞留時間分布データ求める。このとき、Ｓ−６で登録された単位除去形状のマップデータから該当する位置の単位除去形状呼び出し、除去シミュレーションを行う。
【００３４】
Ｓ−８において、Ｓ−７の結果求められた滞留時間分布データに基づいて形状修正加工を実施する。
【００３５】
図２は請求項２の実施の形態を示す図である。平面形状或は球面形状の工作物に対して本発明を適用する場合に好適である。基準形状を球面とする場合は加工対象の曲率半径と一致させることでより高精度な形状修正研磨が可能である。
【００３６】
図３は請求項３の実施の形態について説明するもので、例えば軸対称非球面形状を例に取ると、設計形状を定める非球面式において、図３中でＲで示される参照曲率半径と基準形状を一致させるものである。
【００３７】
図４は請求項４の実施の形態を説明するもので、（ａ）は加工対象の形状で、軸対称非球面形状の半断面を例に示し、（ｂ）は（ａ）の形状に対して、その部分曲率を示している。本実施の形態では、基準形状の曲率半径を加工対象の形状（ａ）が有する部分曲率（ｂ）の範囲で定めるものである。
【００３８】
図５は請求項６，７の実施の形態を説明するもので、（ａ）は軸対称非球面形状の半断面を示しているが、この半断面の全域において単位除去形状を求める例である。場合によっては、或る間隔をおいて、離散的、部分的に単位除去形状を求めても良い。（ｂ）は自由曲面形状の例で、（ｂ−１）のような自由曲面の加工領域に対して、（ｂ−２）のように加工領域全域を或る間隔で区切って、その全ての位置において単位除去形状を求める例である。
【００３９】
（ｂ−３）では（ｂ−２）に対して、例えば曲率半径の変化が大きい部分に対しては各位置で単位除去形状を求め、変化の小さいところでは代表的な位置の単位除去形状で代用するような場合である。
【００４０】
図６では（ａ）に自由曲面形状を、（ｂ）にその一断面の曲率を示す。この例において（ｂ）の曲率のうち、曲率変化の大きい部分に対して各位置で単位除去形状を求め、それ以外の部分は既知の単位除去形状、ここでは平面に対する単位除去形状を代用する例である。単位除去形状を求める位置の選択は、形状の曲率変化以外にも単位除去形状変化そのものを基準に決定される場合がある。
【００４１】
図７は形状修正研磨装置を示す。９２は記憶媒体を含む制御装置である。研磨装置としての形態は本実施の形態に限られるものではなく、様々な形態を取ることが可能である。
【００４２】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、これらの実施の形態に限られるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において様々な形態で実施可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明による形状修正研磨方法のフローチャートである。
【図２】基準面形状が平面、球面である場合の例を示す図である。
【図３】基準形状が設計式の参照球面と一致する例を示す図である。
【図４】基準形状が加工面の部分曲率の範囲内である例を示す図である。
【図５】単位除去形状を求める位置が加工面全域或は部分的である例を示す図である。
【図６】単位除去形状を求める位置が加工面の部分的な場合の例を示す図である。
【図７】研磨装置の例を示す図である。
【図８】理想的な単位除去形状と圧力分布から任意位置の単位除去形状を求める例を示す図である。
【図９】研磨荷重作用点の違いにより圧力分布が変化する例を示す図である。
【符号の説明】
【００４４】
１    工具シャンク
２    弾性体
３    研磨パッド
４    加工面
５    研磨荷重
６    工具運動
７    単位除去形状
９２  制御装置
８４  研磨工具
１００  ワーク
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2006167877.tif 000009
【図８】
2006167877.tif 000010
【図９】
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