超精密復合加工裝置中的加工機構的判斷方法及超精密復合加工裝置制造方法
【專利摘要】一種在從被加工件制造微細加工物的超精密復合加工裝置（100）中判斷加工機構的方法，其特征在于，超精密復合加工裝置（100）具有：用于粗削被加工件的電磁波加工機構（10）、用于對粗削過的所述被加工件施行精密加工的精密機械加工機構（30）、以及用于在電磁波加工機構（10）及精密機械加工機構（30）的使用時測量被加工件的形狀的形狀測量機構（50），在加工機構的判斷中，基于微細加工物的立體形狀模型的信息、與在微細加工物的制造時從被加工件去除的去除體積有關的信息；以及，與電磁波加工機構（10）的去除加工時間有關的數(shù)據及與精密機械加工機構（30）的去除加工時間有關的數(shù)據，進行是使用電磁波加工機構（10）或者是精密機械加工機構（30）的判斷。
【專利說明】超精密復合加工裝置中的加工機構的判斷方法及超精密復合加工裝置
【技術領域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及在超精密復合加工裝置中判斷加工機構的方法及超精密復合加工裝置。更詳細地，本發(fā)明涉及用于通過超精密復合加工從被加工件獲得微細加工物的超精密復合加工裝置及判斷該裝置的加工機構的方法。
【背景技術】
[0002]在一般工業(yè)領域中，從以前起就進行將金屬、木材或塑料等原材料局部地削掉并做成所期望的形狀的工作機械加工。例如，通過實施車削、銑削、刨削等切削加工，能夠做成所期望的產品、部件。
[0003]在需要大量生產復雜的產品、部件的情況下，一般通過機械加工制造成形用的模具等，并使用該模具制造各種成形品。尤其是近年來，電氣及電子設備逐年小型化及高性能化，對于其中使用的部件等當然要求小型化、高性能化。因此，對于用于使應對這種小型化、高性能化的各種部件、產品成形的模具，也要求與該小型化相稱的精度。
[0004]在先技術文獻
[0005]專利文獻
[0006]專利文獻1:日本特開平9-225947號公報
[0007]專利文獻2:日本特開2001-79854
[0008]發(fā)明的概要
[0009]發(fā)明要解決的課題
[0010]然而，在制造應對近年來的小型化的模具產品的情況下，僅僅沿襲以往的機械加工的話，不能說完成了充分滿足的應對。例如，在對超硬材料、淬火鋼等難削件進行切削加工來獲得模具產品的情況下，不僅加工工具的壽命縮短而引起制造成本的增加，而且加工時間變長。越是模具產品小型化乃至微細化，該情況變得越顯著。因此，現(xiàn)實中，不得不變更成形品的形狀(即，模形狀、作為目的的商品形狀)。
[0011]雖然也考慮恰當?shù)剡x擇切削加工工具的種類，但切削加工說到底是由于與被削件的接觸而進行削掉的加工，所以工具的壽命變短并未改變，此外，加工需要龐大的時間。也考慮進行激光加工等非接觸加工，但鑒于激光加工是被削件吸收激光引起的發(fā)熱加工，所以不適于高精度的加工(尤其是，對于要求面粗度精度、形狀精度的微細產品而言，一般無法使用)。
[0012]在此，也考慮在切削加工時依次使用多個加工機構，但根據應當加工的形狀，存在僅按所規(guī)定執(zhí)行預先確定的加工順序的話不能說是有效的情況。例如，考慮到根據加工形狀?加工部位，不實施當初確定的前段的加工機構而直接使用后段的加工機構更能夠實現(xiàn)加工時間的整體的縮短的情況。然而，人介入來進行這種判斷后，變得復雜。也考慮預先制作加工數(shù)據，但存在可能依賴于各種加工形狀?加工部位的要素，因此同樣地變得復雜，數(shù)據制作耗費的時間變長。
【發(fā)明內容】

[0013]本發(fā)明是鑒于上述情況而做出的。即，本發(fā)明的課題在于，提供對小型產品(尤其是具備微細構造部的微細產品)的制造而言適當?shù)募庸ぱb置中的加工機構的判斷方法，并且提供具備具有能夠進行該判斷的加工用數(shù)據的系統(tǒng)的超精密復合加工裝置。
[0014]用于解決課題的手段
[0015]為了解決上述課題，在本發(fā)明中，提供的一種在從被加工件制造微細加工物的超精密復合加工裝置中判斷加工機構的方法，其特征在于，
[0016]超精密復合加工裝置具有:
[0017]用于粗削被加工件的電磁波加工機構(S卩，電磁波加工器件);
[0018]用于對粗削過的被加工件施行精密加工的精密機械加工機構(即，精密機械加工器件)；以及
[0019]用于在電磁波加工機構及精密機械加工機構的使用時對被加工件的形狀進行測量的形狀測量機構(即，形狀測量器件)，
[0020]在加工機構的判斷中，基于
[0021]微細加工物的立體形狀模型的信息；
[0022]與在微細加工物的制造時從被加工件去除的去除體積有關的信息；以及
[0023]“與電磁波加工機構的去除加工時間有關的數(shù)據”及“與精密機械加工機構的去除加工時間有關的數(shù)據”，
[0024]進行是使用電磁波加工機構或者是使用精密機械加工機構的判斷。
[0025]在某優(yōu)選的方式中，使用與被加工件的最終形狀有關的三維CAD數(shù)據進行加工機構的判斷的前處理，在該前處理中，
[0026]制作從被加工件的最終形狀的各面偏移了指定量的偏移面，根據該偏移面是否位于被加工件的最表面高度的內側，判斷是否實施電磁波加工機構。
[0027]優(yōu)選的是，在位于被加工件的最表面高度的內側的偏移面存在的情況下，提取以該位于最表面內側的偏移面和最表面高度所包圍的區(qū)域作為“暫定的電磁波加工部”。
[0028]此外，優(yōu)選的是，關于所獲得的“暫定的電磁波加工部”，將其形狀與電磁波加工機構的可加工形狀數(shù)據庫進行比較，由此判斷是否應當實施電磁波加工機構。
[0029]進而，優(yōu)選的是，算出所獲得的“暫定的電磁波加工部”的體積，對于該算出的體積，基于與電磁波加工機構有關的去除體積與去除加工時間的相關關系數(shù)據A算出所需的加工時間A，并且基于與精密機械加工機構有關的去除體積與去除加工時間的相關關系數(shù)據B算出所需的加工時間B，在此基礎上，對該加工時間A和加工時間B進行比較，判斷是否應當實施電磁波加工機構。另外，優(yōu)選的是，在加工時間A與加工時間B的比較時，考慮從電磁波加工機構向精密機械加工機構切換時所需的準備時間等的間接的時間條件。
[0030]優(yōu)選的是，在本發(fā)明的加工機構的判斷方法中，依次進行上述的提取及比較。SP，優(yōu)選的是，依次進行(a)暫定的可電磁波加工部的提取、(b)暫定的電磁波加工部的形狀與電磁波加工的可加工形狀數(shù)據庫的比較、及(C)加工時間A與加工時間B的比較。
[0031]另外，對于成為加工機構的判斷方法的對象的超精密復合加工裝置說明的話，電磁波加工機構也可以為激光加工機構。此外，在精密機械加工機構中，可以是，從由龍門刨加工工具、牛頭刨加工工具、飛切加工工具、金剛石車削加工工具及微細銑削加工工具構成的組中選擇的切削加工工具更換自如。
[0032]進而，可以是，超精密復合加工裝置還具有基于由形狀測量機構測量出的被加工件的形狀的信息，對電磁波加工機構或精密機械加工機構進行控制的機構(即，控制裝置)。
[0033]微細加工物的微細部尺寸為數(shù)十nm?數(shù)mm的范圍、即約IOnm?約15mm乃至約IOnm?約3_左右(例如IOnm?500 y m或50nm?I y m左右，或者根據情況為Inm?I U m)。例示具有這種微細部尺寸的微細加工物時，能夠舉出光學透鏡用模具或光學透鏡。
[0034]在本發(fā)明中，也提供超精密復合加工裝置。該超精密復合加工裝置，是從被加工件制造微細加工物的超精密復合加工裝置，其特征在于，具有:
[0035]用于粗削被加工件的電磁波加工機構；
[0036]用于對粗削過的被加工件施行精密加工的精密機械加工機構；以及
[0037]用于在電磁波加工機構及精密機械加工機構的使用時對被加工件的形狀進行測量的形狀測量機構，
[0038]此外，
[0039]超精密復合加工裝置還具有具備存儲部的系統(tǒng)，該存儲部保存該超精密復合加工裝置中使用的加工用數(shù)據，
[0040]加工用數(shù)據為:基于微細加工物的立體形狀模型的信息、與在微細加工物的制造時從被加工件去除的去除體積有關的信息、以及與電磁波加工機構的去除加工時間有關的數(shù)據及與精密機械加工機構的去除加工時間有關的數(shù)據，進行是使用電磁波加工機構或者是使用精密機械加工機構的判斷所用的加工用數(shù)據。
[0041]在某優(yōu)選的方式中，加工用數(shù)據為:使用被加工件的最終形狀的三維CAD數(shù)據，根據從最終形狀的各面偏移了指定量的偏移面是否位于被加工件的最表面高度的內側，進行是否實施電磁波加工機構的判斷的加工用數(shù)據。
[0042]在另一個某優(yōu)選的方式中，加工用數(shù)據為:在位于被加工件的最表面高度的內側的偏移面存在的情況下，將以該位于內側的偏移面和被加工件的最表面高度所包圍的區(qū)域作為暫定的電磁波加工部，將該暫定的電磁波加工部的形狀與電磁波加工機構的可加工形狀數(shù)據庫進行比較，進行是否實施電磁波加工機構的判斷的加工用數(shù)據。
[0043]在另一個某優(yōu)選的方式中，加工用數(shù)據為:算出暫定的電磁波加工部的體積，對于該算出的體積，基于與電磁波加工機構有關的去除體積與去除加工時間的相關關系數(shù)據A算出加工時間A，并且基于與精密機械加工機構有關的去除體積與去除加工時間的相關關系數(shù)據B算出加工時間B，對加工時間A和加工時間B進行比較，從而進行是否實施電磁波加工機構的判斷的加工用數(shù)據。
[0044]發(fā)明的效果
[0045]首先，對加工機構的判斷方法被活用的超精密復合加工裝置的效果進行說明的話，即使在從超硬材料、淬火鋼等難削件進行加工的情況下，也能夠以短時間且高精度的條件獲得微細構造物。
[0046]具體敘述時，作為一次加工，通過非接觸的電磁波加工進行被加工件的粗削(尤其是通過該粗削對應當加工的大部分進行去除加工)，其后，通過能夠適當更換的切削加工工具進行精密機械加工作為二次加工，所以工具的壽命變長，并且，加工時間大幅減少。例如，如以往技術那樣使用全部切削加工工具從難削件制造微細構造物的情況等以往工法相比較，在本發(fā)明中，能夠縮短50~80%左右制造時間。此外，這樣通過使用電磁波加工的粗削將加工時間大幅縮短，伴隨臺上測量以能夠適當更換的加工工具施行精密機械加工，因此關于面粗度精度、形狀精度等，能夠達成高精度規(guī)格。因此，不變更當初意圖的成形品的形狀(即，模型形狀、成為目的的商品形狀)就能夠恰當?shù)刂\求模具產品等的小型化?微細化，進而，能夠恰當?shù)貞獙﹄姎饧半娮釉O備及它們中使用的各種部件的小型化?微細化。這意味著，制造過程本身不會成為“障礙”就能夠設計所期望的小型微細品，達成更高性能的小型電氣?電子設備的設計?開發(fā)。
[0047]并且，本發(fā)明的加工機構的判斷方法(此外，具有具備保存有能夠進行該判斷的加工用數(shù)據的存儲部的系統(tǒng)的超精密復合加工裝置)中，能夠相應于加工形狀?加工部位恰當?shù)貐^(qū)分使用“電磁波加工機構”和“精密機械加工機構”，能夠有效地縮短加工時間。即，以使用電磁波加工機構作為前段并使用精密機械加工機構作為后段為基礎，相應于實際的加工形狀?加工部位，能夠適當?shù)刂苯訉嵤┖蠖蔚木芗庸ぃ軌蛴行У乜s短總加工時間。這意味著，從被加工件到目的形狀制作為止的所需要時間整體縮短。
[0048]此外，在加工機構的使用區(qū)分中不借助人的判斷，即使基于該觀點，也可以說能夠實現(xiàn)有效的加工。即，根據本發(fā)明，對于實際的加工操作時、加工數(shù)據制作時的人的判斷時間及人的作業(yè)時間等，能夠謀求省略及縮短化。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0049]圖1是示意地表示超精密復合加工裝置的結構的立體圖。
[0050]圖2是用于說明超精密復合加工的特征的示意圖。
[0051]圖3是用于說明微細構造物的微細部尺寸的示意圖及電子顯微鏡照片圖。
[0052]圖4是用于說明算術平均粗度Ra的示意圖。
[0053]圖5是示意地表示精密機械加工機構、精密機械加工的方式的立體圖。
[0054]圖6是示意地表示牛頭刨加工工具、牛頭刨加工的方式的立體圖。
[0055]圖7是示意地表示飛切加工工具、飛切加工的方式的立體圖。
[0056]圖8是示意地表示金剛石車削加工工具、金剛石車削加工的方式的立體圖。
[0057]圖9是示意地表示微細銑削加工工具、微細銑削加工的方式的立體圖。
[0058]圖10是示意地表示振動切削的方式的立體圖。
[0059]圖11 (a)是示意地表示形狀測量機構的方式的立體圖，圖11 (b)是表示構建修正加工用數(shù)據的方式的圖。
[0060]圖12是示意地表示由計算機構成的運算機構的方式的立體圖。
[0061]圖13 Ca)是示意地表示對工具刀頭的形狀、位置等進行測量的方式的立體圖，圖13 (b)是示意地表示在垂直方向上可動自如地設置有形狀測量機構的方式的立體圖。
[0062]圖14是示意地表示對“載置被加工件的工作臺的至少一個軸的動作”和“精密機械加工機構及/或電磁波加工機構的至少一個軸的動作”進行同步控制的方式的立體圖。
[0063]圖15是示 意地表示能夠調整激光入射光相對于被加工件的角度的方式的立體圖。
[0064]圖16是表示被加工件沿著旋轉方向、水平方向及/或垂直方向的軸可動的方式(圖示的方式中為最大6軸可動的方式)的圖。
[0065]圖17是示意性地表示相應于激光照射的擴展角、集束角來調整激光照射及/或被加工件的朝向并進行被加工件的垂直面的加工的方式的立體圖。
[0066]圖18是示意性地表示并行地進行“使用電磁波加工的粗削工序”和“精密機械加工”的方式的立體圖及俯視圖。
[0067]圖19是表示本發(fā)明的對象范圍的流程圖。
[0068]圖20是概念性地表示“在微細加工物的制造時從被加工件去除的去除體積”及“微細加工物的立體形狀模型”的圖。
[0069]圖21是概念性地表示“與電磁波加工機構的去除加工時間有關的數(shù)據”及“與精密機械加工機構的去除加工時間有關的數(shù)據”的圖(圖21 (a):使用了電磁波加工機構時的“去除加工的體積”與“去除加工時間”的相關關系數(shù)據A，圖21 (b):使用了精密機械加工機構時的“去除加工的體積”與“去除加工時間”的相關關系數(shù)據B，圖21 (c):也加進了準備時間等附加的時間條件的“去除加工的體積”與“去除加工時間”的相關關系數(shù)據)。
[0070]圖22是示意性地表示制作偏移面的方式的圖。
[0071]圖23是表不偏移前的方式和偏移面的方式的圖(圖23 (a):偏移面的一部分位于被加工件的最表面的內側的方式，圖23 (b)偏移面的全部位于被加工件的最表面的內側的方式，圖23 (c):偏移面的全部位于被加工件的最表面的外側的方式)。
[0072]圖24是表示偏移量與加工時間的關系的曲線圖。
[0073]圖25是依次實施“利用偏移處理的判斷(暫定的電磁波加工部的提取)”、“是否為可電磁波加工的形狀的判斷”及“是否為電磁波加工必要量以上的判斷”時的流程圖。
[0074]圖26 (a)及(b)是用于說明“點徑”及“角R”的示意圖。
[0075]圖27是示意性地表示本發(fā)明的超精密復合加工裝置中使用的系統(tǒng)的結構的圖。
[0076]圖28是示意性地表示磨削加工工具、磨削加工的方式的立體圖。
[0077]圖29是與實施例中制造出的模具有關的說明圖(圖29 (a):樣例A，圖29 (b):樣例B)。
【具體實施方式】
[0078]以下，參照附圖更詳細地說明本發(fā)明。
[0079][超精密復合加工裝置]
[0080]首先，對成為本發(fā)明基礎的超精密復合加工裝置的基本結構進行說明。另外，附圖所示的各種要素不過是為了理解本發(fā)明而示意性地示出的，需要注意尺寸比、外觀等可能與實物不同。
[0081]超精密復合加工裝置是用于從被加工件制造微細加工物的裝置。如圖1中示意地表示那樣，超精密復合加工裝置100具有:
[0082]用于粗削被加工件的電磁波加工機構10 ；
[0083]用于對粗削過的被加工件施行精密加工的精密機械加工機構30 ;及
[0084]用于在電磁波加工機構10及精密機械加工機構30的使用時對被加工件的形狀進行測量的形狀測量機構50。
[0085]超精密復合加工裝置的特征在于，具備:用于進行粗削的電磁波加工機構10、用于以“適于微細加工的切削工具(尤其是，對粗削過的被加工件的微細加工而言適當?shù)那邢鞴ぞ?”對該粗削后的被加工件進行精密加工的精密機械加工機構30、以及用于在上述加工時對被加工件的形狀進行測量的形狀測量機構50 (—并參照圖2)。
[0086]在本說明書中，“超精密復合加工”這一用語，是鑒于通過“電磁波”和“精密機械”的加工來獲得微細構造物(例如如圖3所示的微細部尺寸La或Lb為數(shù)十nm~數(shù)mm的范圍即約IOnm~約15臟乃至約IOnm~約3臟左右，例如IOnm~500 u m乃至50nm~I u m左右的數(shù)十nm~數(shù)十ym的范圍，或者根據情況為Inm~I 的微細構造物)的方式而使用的。因此，在此所說的“超精密”，實質上意味著，精確地加工直到達到微細部尺寸La或Lb在如上所述的數(shù)十nm~數(shù)_的范圍內的這種細部為止的方式，此外，所謂的“復合”實質上是指將“電磁波加工”和“精密機械加工”這兩種加工組合后的方式。
[0087]這樣，超精密復合加工裝置100對于微細部尺寸為數(shù)十nm~數(shù)mm的范圍即約IOnm~約15謹乃至約IOnm~約3謹左右(例如IOnm~500 u m乃至50nm~I u m左右的數(shù)十nm~數(shù)十ii m的范圍，或者根據情況為Inm~I y m)的微細構造物的制造而言尤為適合。微細構造物可以是具有復雜的多面形狀或曲面形狀的構造物。如果例示微細構造物(即，本發(fā)明的裝置能夠制造的構造物)，在被加工件由超硬材料、淬火鋼、有色金屬(Bs、Cu及/或Al等)、預硬鋼等金屬材料構成的情況下，能夠舉出光學透鏡用模具(例如微透鏡陣列模具)、玻璃透鏡用模具、精密注射成形用模具、精密金屬加工用模具等。此外，也能夠直接制造從這種模具形成的產品，能夠制造光學透鏡(例如微陣列透鏡)、防水板、反射鏡、精密部件等(在該情況下，被加工件能夠由塑料、鋁?鋼材等金屬材料、硅、玻璃、礦物、多晶金剛石等材料構成)。這樣，超精密復合加工裝置在被加工件的材質的點上不特別限制，能夠對于無機質(玻璃、金屬等)或者有機質(聚合物等)的原材料施行超精密復合加工。
[0088]超精密復合加工裝置100的電磁波加工機構10用于粗削被加工件。在此所說的“粗削”，意味著大體 去除被加工件上的應當去除的部分。尤其是在本發(fā)明中，實質上意味著去除被加工件的應當去除的部分的70體積％~95體積％，優(yōu)選的是去除80體積％~95體積％，更優(yōu)選的是去除90體積％~95體積％。
[0089]“電磁波加工機構”是利用IOkHz~500kHz的頻率的波或光對被加工件進行加熱去除的機構。作為該“電磁波加工機構”，優(yōu)選激光加工機構，因而優(yōu)選的是，超精密復合加工裝置100具備能夠向被加工件照射激光的激光振蕩器。電磁波加工機構10為激光加工機構的情況下，作為所用的激光的種類，優(yōu)選固體激光、光纖激光、氣體激光等。
[0090]超精密復合加工裝置100的精密機械加工機構30用于對用電磁波加工機構10粗削過的被加工件進行精密加工。在此所說的“精密加工”，實質上意味著對于粗削過的被加工件施行nm級(例如IOnm~5000nm或者50nm~1000nm左右)的切削并獲得所期望的微細構造物的加工。尤其優(yōu)選的是，通過該“精密加工”，獲得表面粗度Ra為數(shù)nm~數(shù)百nm(例如2nm~200nm左右)的微細構造物。另外，在此所說的“表面粗度Ra”，實質上意味著算術平均粗度，即根據如圖4所示的粗度曲線(本發(fā)明中為“微細構造物的表面的剖面形狀輪廓”)，在其平均線的方向上抽出基準長度L，并對將從該抽出部分的平均線到測量曲線的偏差的絕對值合計而獲得的值進行平均化后的值。此外，在以其他的表面粗度的觀點敘述時，也包含獲得Rz為IOOnm以下卿，Rz = 0~IOOnm)的微細構造物的方式。
[0091]優(yōu)選的是，在精密機械加工機構30中，從由龍門刨加工工具、牛頭刨加工工具、飛切加工工具、金剛石車削加工工具及微細銑削加工工具構成的組中選擇的切削加工工具更換自如(參照圖5)。即，上述加工所用的工具以能夠拆下的方式設置于精密機械加工機構30，使得從由龍門刨加工、牛頭刨加工、飛切加工、金剛石車削加工及微細銑削加工構成的組中選擇的至少一種加工優(yōu)選的是至少二種加工能夠實施。
[0092]尤其是優(yōu)選的是，從由牛頭刨加工工具、飛切加工工具、金剛石車削加工工具及微細銑削加工工具構成的組中選擇的切削加工工具更換自如。
[0093]如圖5所示，精密機械加工機構30由在水平方向上能夠滑動移動的滑動臺31、垂直軸可動馬達32及加工頭33等構成時，龍門刨加工工具、牛頭刨加工工具、飛切加工工具、金剛石車削加工工具及微細銑削加工工具等以更換自如的方式設置于加工頭33。作為該更換機構，可以是各種加工工具通過螺旋或嵌合而裝配于加工頭、送進機構、工作臺或主軸等的機構，或者也可以是預先裝配于加工頭等的各種加工工具能夠選擇性地移動?可動為可加工的狀態(tài)。
[0094]對精密機械加工機構30的各種加工工具進行詳述。
[0095]?龍門刨加工工具(日語:1 > 一于加工具):是用于實施所謂的“龍門刨-加工”(刨削)的切削工具。即，龍門刨加工工具是用于切削被加工件并作出平面的切削工具。典型地，使用刨刀(日語^卜'')作 為龍門刨加工工具，并使裝配有被加工件的工作臺在水平方向上運動，并且通過使刨刀在與工作臺的運動方向成直角的方向上間歇性地送進，由此能夠實施平面刨削。
[0096]?牛頭刨加工工具(日語工一〃加工具):是用于實施所謂的“牛頭刨加工” ?切削?形切削)的切削工具。即，牛頭刨加工工具34是用于切削被加工件并主要做出非平面部(例如槽等)的切削工具(參照圖6)。典型地，使用刨刀作為牛頭刨加工工具，并使裝配有被加工件的工作臺在刨刀的運動的直角方向上間歇性地送進，并且使往復運動的刨刀與被加工件接觸，由此能夠實施型切削?形切削。
[0097]?飛切加工工具:是用于實施所謂的“飛刀加工”的切削工具。典型地，使用旋轉工具作為飛切加工工具35，使其旋轉運動并且相對于被加工件(尤其是位置固定的被加工件)進行送進，由此進行被加工件的切削(參照圖7)。此外，“飛切加工”這一用語雖然是與“飛刀加工”實質上同意，但在以本發(fā)明的精密機械加工為前提時，也包含僅使用一個切削刀而進行的加工方式。
[0098]?金剛石車削加工工具:是用于實施所謂的“SPDT (Single Point DiamondTurning)”或“超精密車削加工”的切削工具。典型地，使被加工件81旋轉運動，并使該被加工件81與金剛石工具36接觸，由此將被加工件加工成旋轉中心形狀(參照圖8)。
[0099]?微細銑削加工工具:是用于實施“micro-milling”等銑削加工的切削工具。典型地，使用小徑的旋轉工具(例如金剛石旋轉工具)作為微細銑削加工工具37，使其旋轉運動并且使之與被加工件接觸，由此形成刀頭形狀的轉印、各種形狀(參照圖9)。
[0100]此外，在超精密復合加工裝置100中，精密機械加工機構30也可以還作為振動切削機構發(fā)揮功能。即，能夠振動地附加上述的切削加工工具，例如，切削加工工具連結于驅動壓電元件等。在振動切削中，起到“切削阻力減少”/ “結構刀頭不附著”/ “能夠抑制熱引起的變形”等效果。作為振動切削，“超聲波橢圓振動切削”尤為優(yōu)選，通過使切削工具的刀頭進行橢圓振動(參照圖10)，能夠有效地謀求切削阻力的大幅的降低、變動或高頻振動的抑制、切屑厚度的降低。
[0101]超精密復合加工裝置100具有形狀測量機構50。該形狀測量機構50是用于在電磁波加工機構10及精密機械加工機構30的使用時對被加工件的形狀進行臺上測量的機構。在此所說的“形狀測量”，實質上意味著在加工前、加工中及加工后的至少一個時間點對被加工件的形狀及/或位置進行測量。
[0102]作為形狀測量機構，能夠舉出利用了例如“攝取機構”及“利用了激光的檢測器”等。若例示“攝取機構”，則為CXD照相機、紅外線照相機、近紅外照相機、中紅外照相機及X射線照相機等，若例示“利用了激光的檢測器”，則為激光顯微鏡(激光顯微鏡)、激光干涉計等，除此之外，還舉出利用了白色干涉法的計測方法等。此外，“利用接觸的計測機構”也優(yōu)選使用，形狀測量機構也可以是使用了探針的計測器(三維測量器)等(例如，掃描型隧道顯微鏡、原子力顯微鏡等掃描型探針顯微鏡)。
[0103]如圖11 (a)及圖1所示，形狀測量機構50優(yōu)選的是具有“攝取機構52”與“利用了激光的檢測器54”的組合。在該情況下，優(yōu)選的是，通過攝取機構52確認被加工件的位置，接下來，通過“利用了激光的檢測器54”確認被加工件的形狀(尤其是被施行加工的部分的形狀)。
[0104]由形狀測量機構50測量出的被加工件的形狀及/或位置等的信息被反饋給電磁波加工機構10及精密機械加工機構30，并被利用于所期望的電磁波加工及/或精密機械加工的實施。因而，超精密復合加工裝置具有基于由形狀測量機構測量出的被加工件的形狀的信息來對電磁波加工機構或精密機械加工機構進行控制的機構(例如，后述的“運算機構”)。若對此例示，則在電磁波加工及/或精密機械加工的實施時，被加工件的形狀及/或位置等通過形狀測量機構 50來實時地測量，測量出的數(shù)據利用于加工機構?；诶纭坝尚螤顪y量機構測量出的數(shù)據”和“從微細加工物的模型獲得的電磁波加工機構及/或精密機械加工機構的加工過程(日語:加工〃 7)的數(shù)據”來構建修正加工用數(shù)據，并基于該修正加工用數(shù)據實施電磁波加工及/或精密機械加工(參照圖11 (b))。優(yōu)選的是，超精密復合加工裝置100具有構建這種修正加工用數(shù)據的運算機構。
[0105]運算機構等的控制機構例如如圖12所示，可以由計算機90構成，優(yōu)選的是，通過例如至少具備CPU及一次存儲裝置部、二次存儲裝置部等的計算機來構成。對該計算機的存儲裝置部中的“從微細加工物的模型獲得的電磁波加工機構及/或精密機械加工機構的加工過程的數(shù)據”與“由形狀測量機構測量出的數(shù)據”進行比較而算出其差分，由此能夠獲得修正加工用數(shù)據(例如，在加工途中或加工結束后對被加工件的形狀進行測量，由此將材料/變形量(誤差)的關系作為數(shù)據庫來儲存，由此，可以自動構建修正加工用數(shù)據庫)。另外，運算機構可以根據微細加工物的模型及被加工件的形狀等，通過數(shù)值運算自動生成電磁波加工機構及/或精密機械加工機構的加工過程(尤其是復合加工用的過程)。
[0106]另外，通過形狀測量機構50，不僅測量被加工件的形狀及/或位置，還可以測量工具刀頭30a的形狀及/或位置等(例如參照圖13(a))。即使在該情況下，測量出的數(shù)據?信息也被反饋給電磁波加工機構10及精密機械加工機構30，并被利用于所期望的電磁波加工及/或精密機械加工的實施。此外，為了進行臺上測量，也可以如圖13 (b)所示那樣將形狀測量機構50設為在垂直方向上可動自如。
[0107]超精密復合加工裝置100能夠以各種方式實現(xiàn)。特別例示出優(yōu)選的方式。[0108](同軸控制的方式)
[0109]在該方式中，超精密復合加工裝置還具備控制部，該控制部用于對載置被加工件的工作臺的至少一個軸的動作、精密機械加工機構及/或電磁波加工機構的至少一個軸的動作進行同步控制。即，如圖14所示，還具有能夠對載置被加工件的工作臺85的至少一個方向的運動進行控制并且能夠對精密機械加工機構30及/或電磁波加工機構10的至少一個方向的運動進行控制的控制部。該控制部可以包含于上述的運算機構，例如可以由計算機90 (參照圖12)構成。超精密復合加工裝置具有這種控制部，由此能夠謀求加工時間的進一步縮短。
[0110](與激光加工有關的可動自如的方式)
[0111]在該方式中，如圖15所示，載置被加工件80的工作臺85及/或激光加工機構15為可動自如的，激光加工機構15相對于被加工件80的、激光入射光15a的角度變?yōu)榭烧{整。由此，能夠更恰當?shù)刂圃烊我庑螤畹奈⒓毤庸の?。載置被加工件80的工作臺85的可動中，具備各種可動機構(例如，利用了凸輪機構等的可動機構)，以便被加工件80能夠在例如旋轉方向、水平方向及/或垂直方向等上運動(參照圖16)。另外，也可以是工作臺以傾斜的方式可動的機構。同樣地，激光加工機構15的可動中，優(yōu)選的是具備各種可動機構，以便其激光頭等能夠在例如旋轉方向、水平方向及/或垂直方向等上運動。此外，在相應于激光照射的擴展角a ’、集束角a而調整激光照射及/或被加工件的朝向時，能夠進行被加工件80的垂直面80a (或離垂直面近的面或錐角小的面)的加工(參照圖17)。
[0112](多種激光加工機構的方式)
[0113]在這些方式中，作為激光加工機構，具有激光波長分別不同的多個激光振蕩器。即，超精密復合加工裝置搭載了多臺激光裝置，能夠相應于被加工件的材質來選擇最佳的激光波長。由此，被加工件的材質的材料的自由度增加。例如，在作為微細加工物而制造微透鏡陣列模具的情況下，優(yōu)選的是，設置有產生波長為500nm~IlOOnm的激光的激光裝置、以及產生波長為200nm~400nm 的激光的激光裝置。此外，在根據玻璃或塑料等材質的被加工件直接制造微透鏡陣列作為微細加工物的情況下，也可以搭載有波長為300nm~IlOOnm并且脈沖寬度為數(shù)十Ps~數(shù)百fs的激光裝置。
[0114](并行實施的方式)
[0115]也可以實質上并行地實施“電磁波加工機構的粗削”和“精密機械加工的精密加工”。即，也可以實質上同時地進行使用電磁波加工的粗削工序和精密機械加工。更具體而言，如圖18所示，可以對被加工件80的一部分A進行使用電磁波加工的粗削，并且對已粗削過的被加工件80的其他的一部分B實施精密機械加工(如圖示，也可以例如通過使載置工作臺85旋轉來同時對被加工件進行加工)。
[0116][本發(fā)明的加工機構的判斷方法]
[0117]本發(fā)明涉及適于如上所述的超精密復合加工裝置100的加工機構的判斷方法。具體而言，相應于實際的加工形狀?加工部位，進行是使用電磁波加工機構或者是使用精密機械加工機構的判斷。將成為本發(fā)明的對象的范圍示于圖19。根據圖19可知，本發(fā)明的加工方式的判斷在制造微細加工物之前進行。
[0118]具體進行詳述。在本發(fā)明的方法中，基于微細加工物的立體形狀模型的信息、與在微細加工物的制造時從被加工件去除的去除體積有關的信息、以及“與電磁波加工機構的去除加工時間有關的數(shù)據”及“與精密機械加工機構的去除加工時間有關的數(shù)據”等，進行是使用電磁波加工機構或者是使用精密機械加工機構的判斷。
[0119]“微細加工物的立體形狀模型的信息”是與通過使用了超精密復合加工裝置的加工想要獲得的產品形狀有關的信息，是作為目標的形狀的信息。即，是如圖20所示的從被加工件進行去除加工后獲得的最終形狀的信息。
[0120]“與在微細加工物的制造時從被加工件去除的去除體積有關的信息”，是通過超精密復合加工裝置的加工而去除的被加工件體積的信息。即，是如圖20所示那樣、從“被加工件”獲得“產品形狀(最終形狀)”時局部地去除的被加工件體積的信息。
[0121]“與電磁波加工機構的去除加工時間有關的數(shù)據”，是與電磁波加工機構的去除加工時間有關的相關關系數(shù)據。例如可以是使用了電磁波加工機構時的“去除加工的體積”與“去除加工時間”的相關關系數(shù)據A (參照圖21 (a))。同樣地，“與精密機械加工機構的去除加工時間有關的數(shù)據”，是與精密機械加工機構的去除加工時間有關的相關關系數(shù)據。例如可以是使用了精密機械加工機構時的“去除加工的體積”與“去除加工時間”的相關關系數(shù)據B (參照圖21 (b))。
[0122]在本發(fā)明中，特征在于，使用如上所述的信息及數(shù)據進行是應當使用電磁波加工機構或者是應當使用精密機械加工機構的判斷。優(yōu)選的是，該判斷通過使用三維CAD數(shù)據來進行。換言之，優(yōu)選的是，使用被加工件的最終形狀的三維CAD數(shù)據進行作為微細加工物制造的前處理的偏移處理。
[0123]例如，優(yōu)選的是，如圖22所示，制作從被加工件的最終形狀的各面偏移了指定量的偏移面，相應于該偏移面是否位于被加工件的最表面高度的內側(被加工件的最表面內)來判斷是否應當使用電磁波加工機構。即，展示出相對于最終產品的形狀面進行了指定量A d的偏移后的偏移面，通過該偏移面是否從“被加工件的最表面”突出，提取能夠進行電磁波加工的部分。在此所說的“偏移”，意味著在計算機處理(尤其是三維CAD)中使表面偏離了一定量的距離的處理，例如使被加工件的最終形狀的面向該面的法線方向運動的這種處理方式。若以實際的處理操作的觀點來說，偏移面例如能夠使用SMENS公司制的CAD軟件NX來對模型上的表面進行選擇，并執(zhí)行CAD軟件中搭載的偏移表面命令而獲得。此外，本說明書中使用的“位于被加工件的最表面高度的內側”，意味著相對于去除加工前的被加工件的面高度而位于被加工件的區(qū)域側的方式，直接地說的話，意味著不是存在于被加工件的周圍的外側的區(qū)域，而是存在于與被加工件的內部相當?shù)膮^(qū)域的方式(參照圖22 (b))。
[0124]作為獲得的偏移面的方式，考慮如圖23 (a)?(C)所示的三種。在圖23 (a)中，偏移面的一部分位于被加工件的最表面高度的內側，但其他的部分位于被加工件的最表面高度的外側。在該情況下，將位于被加工件的最表面高度的內側的區(qū)域判斷為“可電磁波加工的區(qū)域”，另一方面，位于被加工件的最表面高度的外側的區(qū)域判斷為“不可電磁波加工的區(qū)域”。更具體而言，將以“位于被加工件的最表面的內側的偏移面”和“被加工件的最表面高度”包圍的區(qū)域暫時判斷為“可電磁波加工的區(qū)域”，另一方面，將以“位于被加工件的最表面的外側的偏移面”和“被加工件的最表面高度”包圍的區(qū)域判斷為“不可電磁波加工的區(qū)域”。接下來是圖23 (b)，但圖23 (b)中，偏移面的全部位于被加工件的最表面高度的內側。在該情況下，全部的區(qū)域暫時判斷為“可電磁波加工的區(qū)域”。并且，在圖23 (c)中，偏移面的全部位于被加工件的最表面高度的外側。在該情況下，全部的區(qū)域判斷為“不可電磁波加工的區(qū)域”。
[0125]如上所述的判斷可以考慮通過偏移處理并相應于“去除的部分的被加工件厚度”即去除體積量來判斷是否是能夠電磁波加工的部位。此外，偏移量Ad本身能夠與所用的電磁波加工條件等有關，所以鑒于該點，也可以說鑒于電磁波加工條件并相應于“去除的被加工件厚度?量”來判斷是否應當使用電磁波加工機構(參照圖24)。
[0126]優(yōu)選的是，除了如上所述的利用偏移處理的判斷以外，還進行“是否是可電磁波加工的形狀的判斷”及/或“是否為電磁波加工必要量以上的判斷”(參照圖25)。即，對于通過偏移處理而暫時提取的“可電磁波加工的區(qū)域”進一步增加了判斷。
[0127]優(yōu)選的是，在“是否是可電磁波加工的形狀的判斷”中，進行基于與電磁波加工機構有關的可加工形狀數(shù)據庫的判斷。即，優(yōu)選的是，對于所獲得的“暫定的電磁波加工部”，通過將其形狀與可加工形狀數(shù)據庫進行比較，判斷是否實施電磁波加工機構。例如，如圖26所示，通過與鑒于所謂的“點徑”、“角R”等的可加工形狀數(shù)據庫進行比較，判斷是否實施電磁波加工機構。點徑相當于被加工件上的激光徑，但將比該點徑大的被加工件區(qū)域判斷為“可電磁波加工”，另一方面，將比點徑小的被加工件區(qū)域判斷為“不可電磁波加工”(參照圖26 (a))。關于角R，如圖26 (b)所示，對于前端細形狀的被加工件區(qū)域等、在電磁波照射(例如激光照射)后將被過大地進行去除加工的形狀區(qū)域，判斷為“不可電磁波加工”。
[0128]接下來，在“是否為電磁波加工必要量以上的判斷”中，優(yōu)選的是，進行基于與電磁波加工機構?精密機械加工機構的去除加工時間有關的數(shù)據的判斷。即，優(yōu)選的是，算出提取到的“暫定的電磁波加工部”的體積，對于該算出的體積，算出“基于與電磁波加工機構有關的去除體積與去除加工時間的相關關系數(shù)據A而所需的加工時間A”(參照圖21 (a))，并且算出“基于與精密機械加工機構有關的去除體積與去除加工時間的相關關系數(shù)據B而所需的加工時間B”(參照圖21 (b))，并且對該加工時間A和加工時間B進行比較并判斷是否實施電磁波加工機構。尤其是，在該判斷中，如圖21 (c)所示，也考慮從電磁波加工機構向精密機械加工機構切換時所需的準備時間等附加的時間條件。即，在圖21 (c)所示的曲線中，“暫定的電磁波加工部”的體積”比Vx大時，采用電磁波加工能夠謀求總體上時間縮短，另一方面，在比Vx小時，不實施電磁波加工而直接實施精密機械加工更能夠謀求時間縮短。這是由于，超精密復合加工裝置采用了“粗削所用的電磁波加工機構”和“精密加工所用的精密機械加工機構”這兩個機構，在本發(fā)明中，能夠也考慮該機構的切換作業(yè)等來進行最佳加工實施。
[0129]優(yōu)選的是，本發(fā)明的加工機構的判斷方法依次進行如上所述的“基于偏移處理的判斷(暫定的電磁波加工部的提取)”、“是否是可電磁波加工的形狀的判斷”、“是否為電磁波加工必要量以上的判斷”。即，優(yōu)選的是，依次實施以下的(a)~(C)，進行是應當使用電磁波加工機構或者是應當使用精密機械加工機構的判斷(參照圖25 )。
[0130](a)進行偏移處理，根據偏移面是否比“被加工件的最表面”突出，判斷是否存在能夠電磁波加工的部分(暫定的電磁波加工部的提取)。
[0131]( b )通過將暫定的電磁加工部的形狀與“電磁波加工機構的可加工形狀數(shù)據庫”進行比較，判斷是否能夠電磁波加工。即，從“形狀”的觀點判斷是否應當使用電磁波加工機構。
[0132](c)考慮伴隨機構切換的準備時間等地將電磁波加工機構的加工時間A與精密機械加工機構的加工時間B進行比較，判斷是否是應當電磁波加工的去除體積量。即，從“基于考慮了準備時間等的去除體積的所需要加工時間”的觀點，判斷是否應當使用電磁波加工機構。
[0133]此外，為了進一步提高本發(fā)明的加工判斷方法的通用性，例如在上述(C)等中，使用對被加工件的每種材質制備的相關關系數(shù)據是優(yōu)選的。即，優(yōu)選的是，針對被加工件的每種材料將每個加工機構的去除加工體積/加工時間的關系作為數(shù)據庫而保有，由此，即使在被加工件的材質變更的情況下，也能夠恰當?shù)貞獙Α?br> [0134][本發(fā)明的超精密復合加工裝置]
[0135]接下來，對本發(fā)明的超精密復合加工裝置進行說明。本發(fā)明的超精密復合加工裝置具有:
[0136]用于粗削被加工件的電磁波加工機構；
[0137]用于對粗削過的被加工件施行精密加工的精密機械加工機構；以及
[0138]用于在電磁波加工機構及精密機械加工機構的使用時對被加工件的形狀進行測量的形狀測量機構。
[0139]關于該“電磁波加工機構”、“精密機械加工機構”及“形狀測量機構”，上面進行了敘述，所以為了避免重復而省略說明。
[0140]尤其是，本發(fā)明的超精密復合加工裝置的特征在于，還具有具備存儲部的系統(tǒng)，該存儲部保存該超精密復合加工裝置中使用的加工用數(shù)據。該系統(tǒng)所含的加工用數(shù)據為，基于微細加工物的立體形狀模型的信息、與在微細加工物的制造時從被加工件去除的去除體積有關的信息、以及與電磁波加工機構的去除加工時間有關的數(shù)據及與精密機械加工機構的去除加工時間有關的數(shù)據，進行是使用電磁波加工機構或者是使用精密機械加工機構的判斷所用的加工用數(shù)據。
[0141]本發(fā)明的超精密復合加工裝置中的系統(tǒng)300如圖27所示，具備:由R0M(Read OnlyMemory)及RAM (Random Access Memory)等一次存儲裝置部、二次存儲裝置部等構成的存儲部310、CPU (Central Processing Unit) 320、輸入裝置330、顯示裝置340以及輸出裝置350等，具有上述各部經由總線360而互相連接的計算機方式。
[0142]輸入裝置330，具備用于進行各種指示信號的輸入的鍵盤、鼠標或觸摸面板等指向器件，所輸入的各種指示信號被發(fā)送至CPU320。ROM保存由CPU320執(zhí)行的各種程序(用于實施超精密復合加工的各種程序)。RAM將從ROM讀出的上述各種程序以能夠執(zhí)行的方式展開并保存，并且暫時保存在程序的執(zhí)行時臨時生成的各種數(shù)據。CPU320執(zhí)行在ROM中保存的各種程序，由此統(tǒng)括地對系統(tǒng)300進行控制。尤其是在CPU320中，能夠處理保存在ROM中的用于實施超精密復合加工的各種程序(例如，“電磁波加工機構”、“精密機械加工機構”、“形狀測量機構”等的驅動所利用的程序)。顯示裝置340具備IXD (Liquid CrystalDisplay)、CRT (Cathode Ray Tube)等顯示裝置(未圖示)，顯示從CPU320發(fā)送的各種顯示信息。
[0143]在本發(fā)明的系統(tǒng)300中，在ROM及/或RAM等的存儲部310中，保存有“基于微細加工物的立體形狀模型的信息、與在微細加工物的制造時從被加工件去除的去除體積有關的信息、以及與電磁波加工機構的去除加工時間有關的數(shù)據及與精密機械加工機構的去除加工時間有關的數(shù)據，進行是使用電磁波加工機構或者是使用精密機械加工機構的判斷的加工用數(shù)據”。而且，在系統(tǒng)300的執(zhí)行時，用CPU通過利用加工用數(shù)據來執(zhí)行超精密復合加工裝置程序，由此進行超精密復合加工裝置100的實施(具體而言，是使用電磁波加工機構或者是使用精密機械加工機構的控制等)。
[0144]在該系統(tǒng)300的存儲部310中，保存有能夠進行上述的“本發(fā)明的加工方式的判斷”的加工用數(shù)據。即，保存有“基于微細加工物的立體形狀模型的信息、與在微細加工物的制造時從被加工件去除的去除體積有關的信息、以及與電磁波加工機構的去除加工時間有關的數(shù)據及與精密機械加工機構的去除加工時間有關的數(shù)據，進行是使用電磁波加工機構或者是使用精密機械加工機構的判斷所用的加工用數(shù)據(參照圖19~圖25)”。
[0145]該加工用數(shù)據是在上述的“本發(fā)明的加工方式的判斷”時使用的加工用數(shù)據，所以能夠具有以下的特征。
[0146]?使用被加工件的最終形狀的三維CAD數(shù)據，根據從該最終形狀的各面偏移了指定量的偏移面是否位于被加工件的最表面高度的內側(被加工件的最表面內)，進行是否實施電磁波加工機構的判斷的加工用數(shù)據(參照圖22、圖24及圖25)。
[0147]?在位于被加工件的最表面高度的內側的偏移面存在的情況下，將以該位于內側的偏移面和最表面高度包圍的區(qū)域作為暫定的電磁波加工部，對該暫定的電磁波加工部的形狀和電磁波加工機構的可加工形狀數(shù)據庫進行比較，進行是否實施電磁波加工機構的判斷的加工用數(shù)據(參照圖23、圖24及圖25)。
[0148]?算出暫定的電磁波加工部的體積，對于該算出的體積，基于與電磁波加工機構有關的去除體積與去除加工時間的相關關系數(shù)據A算出加工時間A,并且基于與精密機械加工機構有關的去除體積與去除加工時間的相關關系數(shù)據B算出加工時間B，對加工時間A和加工時間B進行比較 ，從而進行是否實施電磁波加工機構的判斷所用的加工用數(shù)據(參照圖21及圖25)。
[0149]?在加工時間A與加工時間B的比較時，附加地考慮了從電磁波加工機構向精密機械加工機構的切換所需的準備時間的加工用數(shù)據(參照圖21及圖25)。
[0150]?依次進行(a)上述的暫定的可電磁波加工部的提取、(b)該暫定的電磁波加工部的形狀與可加工形狀數(shù)據庫的比較、及(c)加工時間A與加工時間B的比較的加工用數(shù)據(參照圖25)。
[0151]在本發(fā)明中，保存“加工用數(shù)據”的存儲部并不特別限定于被裝入到計算機內的R0M/RAM等，也可以是可換式磁盤(例如，CD-ROM等光盤)等。即，“基于微細加工物的立體形狀模型的信息、與在微細加工物的制造時從被加工件去除的去除體積有關的信息、以及與電磁波加工機構的去除加工時間有關的數(shù)據及與精密機械加工機構的去除加工時間有關的數(shù)據，進行是使用電磁波加工機構或者是使用精密機械加工機構的判斷的加工用數(shù)據”也可以保存于可換式磁盤。在該情況下，通過可換式磁盤驅動器(RDD)等讀取保存于可換式磁盤的加工用數(shù)據，能夠保存于系統(tǒng)內的ROM及/或RAM等中使用。此外，保存“加工用數(shù)據”的存儲部也可以是保存于其他的同樣的計算機裝置的存儲部。即，“基于微細加工物的立體形狀模型的信息、與在微細加工物的制造時從被加工件去除的去除體積有關的信息、以及與電磁波加工機構的去除加工時間有關的數(shù)據及與精密機械加工機構的去除加工時間有關的數(shù)據，進行是使用電磁波加工機構或者是使用精密機械加工機構的判斷的加工用數(shù)據”，也可以存儲于與超精密復合加工裝置中直接使用的不同的計算機裝置的ROM等。在該情況下，經由LAN等通信電路或可換式磁盤等從其他的計算機裝置傳送來的加工用數(shù)據可以通過本發(fā)明的系統(tǒng)來接收或讀取，由此，能夠保存于該系統(tǒng)內的ROM及/或RAM等中使用。
[0152]另外，確認性地敘述如上所述的本發(fā)明包含以下的方式的情況
[0153]第一方式:一種方法，是在從被加工件制造微細加工物的超精密復合加工裝置中判斷加工器件的方法，其特征在于，
[0154]超精密復合加工裝置具有:
[0155]用于粗削被加工件的電磁波加工器件；
[0156]用于對粗削過的被加工件施行精密加工的精密機械加工器件；以及
[0157]用于在電磁波加工器件及精密機械加工器件的使用時對被加工件的形狀進行測量的形狀測量器件，
[0158]在加工器件的判斷中，基于如下信息進行是使用電磁波加工器件或者是使用精密機械加工器件的判斷，
[0159]上述信息包括:
[0160]微細加工物的立體形狀模型的信息；
[0161]與在微細加工物的制造時從被加工件去除的去除體積有關的信息；以及
[0162]與電磁波加工器件的去除加工時間有關的數(shù)據及與精密機械加工器件的去除加工時間有關的數(shù)據。
[0163]第二方式:在上述第一方式中，其特征在于，使用被加工件的最終形狀的三維CAD數(shù)據進行加工器件的判斷的前處理，在該前處理中，
[0164]制作從被加工件的最終形狀的各面偏移了指定量的偏移面，
[0165]根據偏移面是否位于被加工件的最表面高度的內側，判斷是否實施電磁波加工器件。
[0166]第三方式:在上述第二方式中，其特征在于，在位于被加工件的最表面高度的內側的偏移面存在的情況下，將以其位于內側的偏移面和被加工件的最表面高度包圍的區(qū)域作為暫定的電磁波加工部。
[0167]第四方式:在上述第三方式中，其特征在于，將暫定的電磁波加工部的形狀與電磁波加工器件的可加工形狀數(shù)據庫進行比較，由此判斷是否實施電磁波加工器件。
[0168]第五方式:在上述第三方式或第四方式中，其特征在于，算出暫定的電磁波加工部的體積，對于該算出的體積，基于與電磁波加工器件有關的去除體積與去除加工時間的相關關系數(shù)據A算出加工時間A,并且基于與精密機械加工器件有關的去除體積與去除加工時間的相關關系數(shù)據B算出加工時間B，對加工時間A和加工時間B進行比較，由此判斷是否實施電磁波加工器件。
[0169]第六方式:在上述第五方式中，其特征在于，在加工時間A與加工時間B的比較時，附加地考慮從電磁波加工器件向精密機械加工器件的切換所需的準備時間。
[0170]第七方式:在從屬于上述第四方式的上述第五方式中，其特征在于，依次進行(a)暫定的可電磁波加工部的提取、(b)暫定的電磁波加工部的形狀與可加工形狀數(shù)據庫的比較、及(C)加工時間A與加工時間B的比較。
[0171]第八方式:在上述第一方式?第七方式中的任一方式中，其特征在于，超精密復合加工裝置還具有控制裝置，該控制裝置基于由形狀測量器件測量出的被加工件的形狀的信息，對電磁波加工器件或精密機械加工器件進行控制。
[0172]第九方式:在上述第一方式~第八方式中的任一方式中，其特征在于，在精密機械加工器件中，從由龍門刨加工工具、牛頭刨加工工具、飛切加工工具、金剛石車削加工工具及微細銑削加工工具構成的組中選擇的切削加工工具更換自如。
[0173]第十方式:在上述第一方式~第九方式中的任一方式中,其特征在于，電磁波加工器件為激光加工器件。
[0174]第H方式:在上述第一方式~第十方式中的任一方式中，其特征在于，微細加工物的微細部尺寸在IOnm~15mm的范圍內。
[0175]第十二方式:在上述第十一方式中，其特征在于，微細加工物是光學透鏡用模具或光學透鏡。
[0176]第十三方式:一種超精密復合加工裝置，是從被加工件制造微細加工物的超精密復合加工裝置，其特征在于，具有:
[0177]用于粗削被加工件的電磁波加工器件；
[0178]用于對粗削過的被加工件施行精密加工的精密機械加工器件；以及
[0179]用于在電磁波加工器件及精密機械加工器件的使用時對被加工件的形狀進行測量的形狀測量器件，
[0180]超精密復合加工裝置還具有具備存儲部的系統(tǒng)，該存儲部保存該超精密復合加工裝置中使用的加工用數(shù)據，
[0181]加工用數(shù)據為:基于微細加工物的立體形狀模型的信息、與在微細加工物的制造時從被加工件去除的去除體積有關的信息、以及與電磁波加工器件的去除加工時間有關的數(shù)據及與精密機械加工器件的去除加工時間有關的數(shù)據來進行是使用電磁波加工器件或者是使用精密機械加工器件的判斷所用的加工用數(shù)據。
[0182]第十四方式:在上述第十三方式中，其特征在于，加工用數(shù)據為:使用被加工件的最終形狀的三維CAD數(shù)據并根據從最終形狀的各面偏移了指定量的偏移面是否位于被加工件的最表面高度的內側，進行是否實施電磁波加工器件的判斷的加工用數(shù)據。
[0183]第十五方式:在上述第十四方式中，其特征在于，加工用數(shù)據為:在位于被加工件的最表面聞度的內側的偏移面存在的情況下，將以該位于內側的偏移面和最表面聞度包圍的區(qū)域作為暫定的電磁波加工部，并將暫定的電磁波加工部的形狀與電磁波加工器件的可加工形狀數(shù)據庫進行比較，來進行是否實施電磁波加工器件的判斷的加工用數(shù)據。
[0184]第十六方式:在上述第十四方式中，其特征在于，加工用數(shù)據為:算出暫定的電磁波加工部的體積，對于該算出的體積，基于與電磁波加工器件有關的去除體積與去除加工時間的相關關系數(shù)據A算出加工時間A，并且基于與精密機械加工器件有關的去除體積與去除加工時間的相關關系數(shù)據B算出加工時間B，對加工時間A和加工時間B進行比較，從而進行是否實施電磁波加工器件的判斷的加工用數(shù)據。
[0185]以上，對本發(fā)明的實施方式進行了說明，但本發(fā)明不限定于此，本領域技術人能夠容易地想到可進行各種改變。
[0186]?精密機械加工機構以從由龍門刨加工工具、牛頭刨加工工具、飛切加工工具、金剛石車削加工工具及微細銑削加工工具構成的組中選擇的切削加工工具更換自如的方式為主進行了說明，但不一定限定于該方式。例如精密機械加工機構可以進一步相對于磨削加工工具更換自如。即，除了上述的切削加工工具以外或代替上述的切削加工工具，也可以更換為磨削加工工具。通過使用磨削加工工具，能夠實現(xiàn)更高精度的精密機械加工。典型地，作為磨削加工工具，使用砂輪，通過使旋轉運動的砂輪與被加工件接觸，由此能夠磨削被加工件的面(參照圖28)。作為砂輪中能夠使用的磨粒材料，例如能夠舉出金剛石、立方氮化硼(cBN)、氧化鋁及碳化硅(SiC)等。此外，也可以使用金屬結合劑砂輪、金屬結合劑砂輪、金屬樹脂砂輪等。進一步說，精密機械加工機構相對于超聲波加工用焊頭、超聲波振動切削用工具、拋光加工用磨光工具或微型穿孔等也更換自如。
[0187]?以切削工具的快鈍的提高、工具摩耗的降低等為目的，也可以將能夠起到潤滑作用的切削油劑供給至工具的刀頭。作為切削油劑的種類，不特別限制，可以使用常規(guī)的切削加工中使用的切削油劑。
[0188]最后，在本發(fā)明中，附加提及了也能夠提供以用于從被加工件制造微細加工物的超精密復合加工方法為基礎的加工工序的判斷方法。該方法包括，
[0189]( i )對被加工件施行電磁波加工并對被加工件進行粗削的工序；及
[0190](ii)對于粗削過的被加工件施行精密機械加工的工序，
[0191]在工序(i)及工序(ii)的至少一方的實施時對被加工件的形狀進行測量，該加工工序的判斷方法中，基于
[0192]微細加工物的立體形狀模型的信息、
[0193]與在微細加工物的制造時從被加工件去除的去除體積有關的信息、以及
[0194]“與電磁波加工機構的去除加工時間有關的數(shù)據”及“與精密機械加工機構的去除加工時間有關的數(shù)據”、
[0195]進行是實施工序(i)的電磁波加工(粗削工序)或者是實施工序(ii)的精密機械加工的判斷。關于該方法的效果及其內容，與上述已說明的事項是同樣，所以為了避免重復而省略說明。
[0196]實施例
[0197]為了確認成為本發(fā)明的加工機構的判斷方法的對象的超精密復合加工裝置的效果而實施了以下的試驗。
[0198]《樣例A》
[0199]通過實施以往技術的加工法(比較例I)及本發(fā)明的加工法(實施例1)，制造出如圖29 (a)所示的菲涅爾透鏡模具。
[0200](比較例I)
[0201]作為以往技術的加工法，通過用切削加工進行全部的加工，由此從難削件制造出菲涅爾透鏡模具。將概要示于表1。
[0202][表 I]
【權利要求】
1.一種在從被加工件制造微細加工物的超精密復合加工裝置中判斷加工機構的方法，其特征在于， 所述超精密復合加工裝置具有: 電磁波加工機構，用于粗削所述被加工件； 精密機械加工機構，用于對所述粗削過的所述被加工件施行精密加工；以及 形狀測量機構，用于在所述電磁波加工機構及所述精密機械加工機構的使用時測量所述被加工件的形狀， 在所述加工機構的判斷中，基于如下信息，進行是使用所述電磁波加工機構或者是使用所述精密機械加工機構的判斷， 所述信息包括: 所述微細加工物的立體形狀模型的信息； 與在所述微細加工物的制造時從所述 被加工件去除的去除體積有關的信息；以及 與所述電磁波加工機構的去除加工時間有關的數(shù)據及與所述精密機械加工機構的去除加工時間有關的數(shù)據。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于， 使用所述被加工件的最終形狀的三維CAD數(shù)據，進行所述加工機構的判斷的前處理，在該前處理中， 制作從所述最終形狀的各面偏移了指定量的偏移面， 根據該偏移面是否位于所述被加工件的最表面高度的內側，判斷是否實施所述電磁波加工機構。
3.如權利要求2所述的方法，其特征在于， 在位于所述被加工件的最表面高度的內側的所述偏移面存在的情況下，將以該位于內側的所述偏移面和所述最表面高度包圍的區(qū)域設為暫定的電磁波加工部。
4.如權利要求3所述的方法，其特征在于， 對所述暫定的電磁波加工部的形狀和所述電磁波加工機構的可加工形狀數(shù)據庫進行比較，根據比較結果，判斷是否實施所述電磁波加工機構。
5.如權利要求3或4所述的方法，其特征在于， 算出所述暫定的電磁波加工部的體積，對該算出的體積，基于與所述電磁波加工機構有關的去除體積與去除加工時間的相關關系數(shù)據A算出加工時間A，并且基于與所述精密機械加工機構有關的去除體積與去除加工時間的相關關系數(shù)據B算出加工時間B，通過對該加工時間A和該加工時間B進行比較，判斷是否實施所述電磁波加工機構。
6.如權利要求5所述的方法，其特征在于， 在所述加工時間A和所述加工時間B的比較時，附加考慮從所述電磁波加工機構向所述精密機械加工機構的切換所需的準備時間。
7.如從屬于權利要求4的權利要求5所述的方法，其特征在于， 依次進行(a)所述暫定的可電磁波加工部的提取、(b)所述暫定的電磁波加工部的形狀與所述可加工形狀數(shù)據庫的比較、及(C)所述加工時間A與所述加工時間B的比較。
8.如權利要求1~7中任一項所述的方法，其特征在于， 所述超精密復合加工裝置還具有:基于通過所述形狀測量機構測量出的所述被加工件的形狀的信息來控制所述電磁波加工機構或所述精密機械加工機構的機構。
9.如權利要求1~8中任一項所述的方法，其特征在于， 在所述精密機械加工機構中，從由龍門刨加工工具、牛頭刨加工工具、飛切加工工具、金剛石車削加工工具及微細銑削加工工具構成的組中選擇的切削加工工具更換自如。
10.如權利要求1~9中任一項所述的方法，其特征在于， 所述電磁波加工機構是激光加工機構。
11.如權利要求1~10中任一項所述的方法，其特征在于， 所述微細加工物的微細部尺寸在IOnm~15_的范圍內。
12.如權利要求11所述的方法，其特征在于， 所述微細加工物是光學透鏡用模具或光學透鏡。
13.一種超精密復合加工裝置，從被加工件制造微細加工物，該超精密復合加工裝置的特征在于，具有: 電磁波加工機構，用于粗削所述被加工件； 精密機械加工機構，用于對所述粗削過的所述被加工件施行精密加工；以及 形狀測量機構，用于在所述電磁波加工機構及所述精密機械加工機構的使用時測量所述被加工件的形狀 ， 所述超精密復合加工裝置還具有具備存儲部的系統(tǒng)，所述存儲部保存該超精密復合加工裝置中所用的加工用數(shù)據， 所述加工用數(shù)據為:基于所述微細加工物的立體形狀模型的信息、與在所述微細加工物的制造時從所述被加工件去除的去除體積有關的信息、以及與所述電磁波加工機構的去除加工時間有關的數(shù)據及與所述精密機械加工機構的去除加工時間有關的數(shù)據進行是使用所述電磁波加工機構或者是使用所述精密機械加工機構的判斷所用的加工用數(shù)據。
14.如權利要求13所述的超精密復合加工裝置，其特征在于， 所述加工用數(shù)據為:使用所述被加工件的最終形狀的三維CAD數(shù)據并通過從所述最終形狀的各面偏移了指定量的偏移面是否位于所述被加工件的最表面高度的內側，進行是否實施所述電磁波加工機構的判斷的加工用數(shù)據。
15.如權利要求14所述的超精密復合加工裝置，其特征在于， 所述加工用數(shù)據為:在位于所述被加工件的最表面高度的內側的所述偏移面存在的情況下，將以該位于內側的所述偏移面和所述最表面高度包圍的區(qū)域設為暫定的電磁波加工部，并將該暫定的電磁波加工部的形狀與所述電磁波加工機構的可加工形狀數(shù)據庫比較，來進行是否實施所述電磁波加工機構的判斷的加工用數(shù)據。
16.如權利要求14所述的超精密復合加工裝置，其特征在于， 所述加工用數(shù)據為:算出所述暫定的電磁波加工部的體積，對該算出的體積，基于與所述電磁波加工機構有關的去除體積與去除加工時間的相關關系數(shù)據A算出加工時間A，并且基于與所述精密機械加工機構有關的去除體積與去除加工時間的相關關系數(shù)據B算出加工時間B，通過對該加工時間A和該加工時間B進行比較來進行是否實施所述電磁波加工機構的判斷的加工用數(shù)據。
【文檔編號】B23K26/00GK103781590SQ201280043552
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2012年12月14日 優(yōu)先權日:2011年12月14日
【發(fā)明者】進藤崇, 內野野良幸, 奧川公威, 浦田昇, 黒木昭二, 福岡成, 坂口篤史 申請人:松下電器產業(yè)株式會社