説明

超微小球状プローブ加工装置

【課題】超微小球状プローブの製造と、製造された超微小球状プローブの品質評価と、を同一の加工装置上で行うことができる超微小球状プローブ加工装置を提供する。
【解決手段】超微小球状プローブ加工装置は、電気信号監視制御ユニット1と、加工テーブル2と、加工テーブル2に移動可能に配置される上、電気信号監視制御ユニット1に電気的に接続される三軸移動プラットフォーム3と、三軸移動プラットフォーム3に移動可能に配置され、ワーク8を挟持するのに使用される着脱自在ホルダー4と、加工テーブル2に配置される上、電気信号監視制御ユニット1に電気的に接続され、放電加工によってワーク8に尖端を有する円錐形の電極工具を形成するのに使用されるワイヤ放電加工ユニット5と、放電加工ユニット6と、光学測定ユニット7とを備える。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、超微小球状プローブ加工装置に関し、特に、超微小球状プローブの製造と、製造された超微小球状プローブの品質評価と、を同一の加工装置上で行うことができる超微小球状プローブ加工装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来の小型三次元測定機(CMM)は、微小ワークを測定することができなかった。特に、MEMS素子などの微小素子は、一般に、微細形状測定プローブの直径が0.2mm以上であるため、測定することができなかった。三次元測定機が微小ワークを正確に測定するには、より高精度の微小球状プローブを製造しなければならない。また、その微小球状プローブを測定ヘッドに取り付けられる必要がある。これにより、小型な三次元測定機は、微小素子を測定することができるようになる。従来の加工技術では、微小宝石球を垂直な工具の前端に接着することによって微小球状プローブが形成される。しかし、このような小球状プローブの直径は、約0.2mmであり、さらに微小な球状プローブは、従来技術では、製造することができなかった。
【0003】
そこで、本発明は、超微小球状プローブの製造と、製造された超微小球状プローブの品質評価と、を同一の加工装置上で行うことができる超微小球状プローブ加工装置を開示するものである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本発明の主な目的は、ワイヤ放電加工ユニット、放電加工ユニット及び光学測定ユニットにより、超微小球状プローブの製造と、製造された超微小球状プローブの品質評価と、を同一の加工装置上で行うことができる上、製造された超微小球状プローブを利用することにより、加工装置を三次元測定機として使用することができる超微小球状プローブ加工装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0005】
上記課題を解決するために、本発明の第1の形態によれば、電気信号監視制御ユニットと、加工テーブルと、前記加工テーブルに移動可能に配置される上、前記電気信号監視制御ユニットに電気的に接続される三軸移動プラットフォームと、前記三軸移動プラットフォームに移動可能に配置され、ワークを挟持するのに使用される着脱自在ホルダーと、前記加工テーブルに配置される上、前記電気信号監視制御ユニットに電気的に接続され、放電加工によって前記ワークに尖端を有する円錐形の電極工具を形成するのに使用されるワイヤ放電加工ユニットと、前記加工テーブルに配置される上、前記電気信号監視制御ユニットに電気的に接続され、放電加工によって前記ワイヤ放電加工ユニットが放電加工した後の前記ワークの尖端に微小球体を形成するのに使用される放電加工ユニットと、前記加工テーブルに配置される上、前記電気信号監視制御ユニットに電気的に接続され、前記放電加工ユニットが放電加工した後の前記工具を測定するのに使用される光学測定ユニットと、を備えることを特徴とする超微小球状プローブ加工装置が提供される。
【0006】
また、放電加工ユニットと前記工具の尖端とは、1μm〜2μmの隙間を保ち、放電量が120mJ〜200mJであり、前記工具の尖端には、直径が50μm〜80μmの微小な球体が形成されることが好ましい。
【0007】
また、前記ワイヤ放電加工ユニットは、電源供給装置、ワイヤ送りローラ、加工ローラ、ワイヤ巻取ローラ及びワイヤを有し、前記電源供給装置は、前記電気信号監視制御ユニットに電気的に接続される上、前記ワイヤに電力を供給するトランジスタ制御付きコンデンサ放電回路及びコンデンサ放電回路を有し、前記ワイヤは、前記ワイヤ送りローラ、前記加工ローラの切欠及び前記ワイヤ巻取ローラを通過し、前記切欠を通過するワイヤは、前記ワークを放電加工するのに使用されることが好ましい。
【0008】
また、前記ワイヤ放電加工ユニットは、電源供給装置、ワイヤ送りローラ、加工ローラ、ワイヤ巻取ローラ及びワイヤを有し、前記電源供給装置は、前記電気信号監視制御ユニットに電気的に接続される上、前記ワイヤに電力を供給するトランジスタ制御付きコンデンサ放電回路及びコンデンサ放電回路を有し、前記ワイヤは、前記ワイヤ送りローラ、前記加工ローラの切欠及び前記ワイヤ巻取ローラを通過し、前記切欠を通過するワイヤは、前記ワークを放電加工するのに使用されることが好ましい。
【0009】
また、前記切欠を通過するワイヤと前記ワークの側面とは、1μm〜2μmの隙間を保ち、放電量が120mJ〜200mJであり、前記ワークには、尖端を有し、直径が40μm〜50μmの円錐形の微細工具が形成されることが好ましい。
【0010】
また、前記光学測定ユニットは、発光源、レンズ、電荷結合素子及び撮像ユニットを有し、前記発光源、前記レンズ及び前記電荷結合素子は、前記撮影ユニットに電気的に接続され、前記撮影ユニットは、前記電気信号監視制御ユニットに電気的に接続されることが好ましい。
【0011】
また、前記三軸移動プラットフォームは、X軸水平移動ユニット、Y軸水平移動ユニット及びZ軸垂直移動ユニットを有し、前記X軸水平移動ユニットは、前記加工テーブルに移動可能に配置され、前記Y軸水平移動ユニットは、前記X軸水平移動ユニットに移動可能に配置され、前記Z軸垂直移動ユニットは、前記Y軸水平移動ユニットに移動可能に配置され、前記着脱自在ホルダーは、前記Z軸垂直移動ユニットに移動可能に配置されることが好ましい。
【0012】
また、前記三軸移動プラットフォームは、X軸水平移動ユニット、Y軸水平移動ユニット及びZ軸垂直移動ユニットを有し、前記X軸水平移動ユニットは、前記加工テーブルに移動可能に配置され、前記Y軸水平移動ユニットは、前記X軸水平移動ユニットに移動可能に配置され、前記Z軸垂直移動ユニットは、前記Y軸水平移動ユニットに移動可能に配置され、前記着脱自在ホルダーは、前記Z軸垂直移動ユニットに移動可能に配置されることが好ましい。
【発明の効果】
【0013】
本発明の超微小球状プローブ加工装置は、超微小球状プローブの製造と、製造された超微小球状プローブの品質評価と、を同一の加工装置上で行うことができる上、製造された超微小球状プローブを利用することにより、加工装置を三次元測定機として使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【図1】本発明の一実施形態による超微小球状プローブ加工装置を示す斜視図である。
【図2】本発明の一実施形態による超微小球状プローブ加工装置を示す側面図である。
【図3】工具がワイヤ放電加工ユニットによって放電加工されるときの状態を示す斜視図である。
【図4】ワイヤ放電加工ユニットによって放電加工された後の工具を示す側面図である。
【図5】工具が放電加工ユニットによって単発放電加工されるときの状態を示す側面図である。
【図6】放電加工ユニットによって放電加工された後の微細工具を示す側面図である。
【図7】光学測定ユニットが成形した球プローブを測定するときの状態を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【0015】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、これによって本発明が限定されるものではない。
【0016】
図1及び図2を参照する。図1及び図2に示すように、本発明の一実施形態による超微小球状プローブ加工装置は、電気信号監視制御ユニット1、加工テーブル2、三軸移動プラットフォーム3、着脱自在ホルダー4、ワイヤ放電加工ユニット5、放電加工ユニット6及び光学測定ユニット7を含む。電気信号監視制御ユニット1は、デスクトップ型パソコン、ノート型パソコン、コンピュータサーバなどである。三軸移動プラットフォーム3は、加工テーブル2に移動可能に配置される上、電気信号監視制御ユニット1に電気的に接続される。着脱自在ホルダー4は、三軸移動プラットフォーム3に移動可能に配置される。着脱自在ホルダー4は、工具8を挟持するのに使用される。電気信号監視制御ユニット1は、三軸移動プラットフォーム3を制御し、着脱自在ホルダー4が挟持するワーク8をX軸方向、Y軸方向及びZ軸方向に移動させる上、Z軸上で回動させる。ワイヤ放電加工ユニット5は、加工テーブル2に配置される上、電気信号監視制御ユニット1に電気的に接続される。ワイヤ放電加工ユニット5は、放電エネルギーを供給し、放電加工により、微細工具8に尖端を有する円錐形の電極工具を形成する。電気信号監視制御ユニット1は、三軸移動プラットフォーム3を制御し、着脱自在ホルダー4が挟持する微細工具8をワイヤ放電加工ユニット5に接近させる。その後、電気信号監視制御ユニット1は、三軸移動プラットフォーム3及びワイヤ放電加工ユニット5を制御し、ワイヤ放電加工ユニット5によって工具8を放電加工する。放電加工ユニット6は、金属平板とすることができ、加工テーブル2に配置される上、電気信号監視制御ユニット1に電気的に接続される。放電加工ユニット6は、放電エネルギーを供給し、単発放電により、ワイヤ放電加工ユニット5が放電加工した後の微細工具8の尖端に微小球体を形成する。光学測定ユニット7は、白色光干渉計とすることができ、加工テーブル2に配置される上、電気信号監視制御ユニット1に電気的に接続される。光学測定ユニット7は、放電加工ユニット6が単発放電によって加工した微小球プローブ8を測定するのに使用される。電気信号監視制御ユニット1は、三軸移動プラットフォーム3を制御し、放電加工ユニット6が単発放電によって加工したワーク8を光学測定ユニット7の焦点位置まで移動させる。その後、電気信号監視制御ユニット1は、光学測定ユニット7を制御し、単発放電によって加工された微小球プローブ8を測定する。
【0017】
上述の放電加工ユニット6が単発放電によって工具8の尖端を加工するとき、放電加工ユニット6と工具8の尖端とは、1μm〜2μmの隙間を保ち、放電量は、120mJ〜200mJとすることができる。単発放電による加工で、工具8の尖端が溶融し、冷却されて凝固した後、直径が50μm〜80μmの微小球体が形成される。
【0018】
上述のワイヤ放電加工ユニット5は、電源供給装置51、ワイヤ送りローラ52、加工ローラ53、ワイヤ巻取ローラ54及びワイヤ55を含む。電源供給装置51は、電気信号監視制御ユニット1に電気的に接続される。電源供給装置51は、ワイヤ55に電力を供給するトランジスタ制御付きコンデンサ放電回路511及びコンデンサ放電回路512を含む。ワイヤ55は、銅ワイヤ又は他の導電性ワイヤとすることができる。ワイヤ55の直径は、0.1mm〜0.2mmとすることができる。ワイヤ55は、ワイヤ送りローラ52、加工ローラ53の切欠531及びワイヤ巻取ローラ54を通過する。切欠531を通過するワイヤ55は、ワーク8を放電加工するのに使用される。また、電気信号監視制御ユニット1は、トランジスタ制御付きコンデンサ放電回路511とコンデンサ放電回路512との切換を行うことができる。トランジスタ制御付きコンデンサ放電回路511により、ワーク8を粗加工することができる。コンデンサ放電回路512は、工具8を仕上げ加工するために用いられる。電源供給装置51は、ワイヤ巻取ローラ54のモータ(図示せず)及びワイヤ送りローラ52のモータ521を駆動させることができる。これにより、ワイヤ55は、ワイヤ送りローラ52から移動して加工ローラ53を通過し、その後、ワイヤ巻取ローラ54に巻き取られる。
【0019】
上述のワイヤ放電加工ユニット5が工具8を放電加工するとき、切欠531を通過するワイヤ55とワーク8の側面とは、1μm〜2μmの隙間を保ちながら、放電量が120mJ〜200mJとすることができる。放電加工により、工具8には、尖端を有し、直径が40μm〜50μmの円錐形の電極工具が形成される。
【0020】
上述の光学測定ユニット7は、発光源72、レンズ71、電荷結合素子73及び撮像ユニット74を含む。発光源72、レンズ71及び電荷結合素子73は、撮影ユニット74に電気的に接続される。また、撮影ユニット74は、電気信号監視制御ユニット1に電気的に接続される。発光源72は、工具8を照射する。工具8の画像は、レンズ71及び電荷結合素子73を介して撮像ユニット74に取り込まれる。その後、工具8の画像は、撮像ユニット74から電気信号監視制御ユニット1に伝送され、電気信号監視制御ユニット1によって工具8の測定及び品質評価が行われる。また、画像測定のみならず、より高精度な白光干渉測定器を装着も可能である。
【0021】
上述の三軸移動プラットフォーム3は、X軸水平移動ユニット31、Y軸水平移動ユニット32及びZ軸垂直移動ユニット33を含む。X軸水平移動ユニット31は、加工テーブル2に移動可能に配置される。Y軸水平移動ユニット32は、X軸水平移動ユニット31に移動可能に配置される。Z軸垂直移動ユニット33は、Y軸水平移動ユニット32に移動可能に配置される。着脱自在ホルダー4は、Z軸垂直移動ユニット33に移動可能に配置される。X軸水平移動ユニット31とY軸水平移動ユニット32とZ軸垂直移動ユニット33との間は、歯車及びラック、歯車及びチェーン、スライドブロック及びスライドレールなどの一般の機構により、移動可能に接合される。また、着脱自在ホルダー4は、Z軸垂直移動ユニット33上で工具8を回動させるために用いることができる。
【0022】
図3を参照する。図3に示すように、本発明を使用するとき、まず、着脱自在ホルダー4を介してZ軸垂直移動ユニット33に工具8を移動可能に配置する。その後、電気信号監視制御ユニット1が三軸移動プラットフォーム3を制御し、X軸水平移動ユニット31を加工テーブル2に対して水平移動させ、Y軸水平移動ユニット32をX軸水平移動ユニット31に対して水平移動させ、Z軸垂直移動ユニット33をY軸水平移動ユニット32に対して垂直移動させる。最後に、工具8の側面を加工ローラ53の切欠531を通過するワイヤ55に接近させる。その後、電気信号監視制御ユニット1がワイヤ放電加工ユニット5を制御し、工具8を放電加工すると同時に、Z軸垂直移動ユニット33を制御してワーク8を回動及び上下垂直移動させる。電気信号監視制御ユニット1は、ワイヤ放電加工ユニット5のトランジスタ制御付きコンデンサ放電回路511を制御し、まず、工具8を粗加工する。ワーク8を所望の寸法まで放電加工したとき、電気信号監視制御ユニット1は、ワイヤ放電加工ユニット5を制御してコンデンサ放電回路512に切り換え、工具8を仕上げ加工する。これにより、放電加工時間を短縮させることができる。図4〜図6に示すように、放電加工により、工具8に尖端を有する円錐形の電極工具が形成されたとき、電気信号監視制御ユニット1は、三軸移動プラットフォーム3を制御し、工具8を放電加工ユニット6の上方に移動させる。次に、電気信号監視制御ユニット1は、放電加工ユニット6を再び制御し、単発放電によって尖った工具8を加工することにより、工具8の尖端に微小球体が形成される。最後に、工具8は、超微小球状プローブに加工される。
【0023】
次に、図7に示すように、工具8が単発放電によって超微小球状プローブに加工されたとき、電気信号監視制御ユニット1は、三軸移動プラットフォーム3を制御し、工具8を光学測定ユニット7の焦点位置まで移動させる。その後、電気信号監視制御ユニット1は、光学測定ユニット7を制御し、工具8の平面画像を撮影する。撮影が成功した後、電気信号制御監視ユニット1は、三軸移動プラットフォーム3のZ軸垂直移動ユニット33を再び制御し、工具8を所定の角度回転させる。その後、電気信号監視制御ユニット1は、光学測定ユニット7を再び制御し、球プローブ8が一周する間、平面画像を撮像し続ける。その後、電気信号監視制御ユニット1は、撮像した複数の平面画像を組み合わせて球プローブ8の立体画像を形成して記録し、球プローブ8の品質評価を行う。例えば、球プローブ8の各回転角度において、球プローブ8の円柱の軸心に対する球プローブ8の球体の、中心の振れ量が測定される。高品質の球プローブ8は、円柱の軸心が球プローブ8の球体の中心を通過する。測定器に関しては、画像測定のみならず、より高精度な白光干渉の測定器を取り替えられて、精密な球プローブの外観を測定ができる。
【0024】
上述したことから分かるように、本発明の超微小球状プローブ加工装置により、超微小球状プローブの製造と、製造された超微小球状プローブの品質評価と、を同一の加工装置上で行うことができる。また、超微小球状プローブの品質評価が完了したとき、ユーザは、着脱自在ホルダー4を接触式測定ヘッド(図示せず)に変更し、超微小球状プローブを挟持することにより、加工装置を三次元測定機として使用することができる。測定過程において、上述の品質評価を行ったときに測定された振れ量を補償量として測定データを修正することにより、測定誤差を有効に低減し、測定精度を高めることができる。
【0025】
上述したことから分かるように、本発明の超微小球状プローブ加工装置は、ワイヤ放電加工ユニット、放電加工ユニット及び光学測定ユニットにより、超微小球状プローブの製造と、製造された超微小球状プローブの品質評価と、を同一の加工装置上で行うことができる。さらに、製造された超微小球状プローブを利用することにより、加工装置を三次元測定機として使用することができる。
【0026】
当該分野の技術を熟知するものが理解できるように、本発明の好適な実施形態を前述の通り開示したが、これらは決して本発明を限定するものではない。本発明の主旨と領域を逸脱しない範囲内で各種の変更や修正を加えることができる。従って、本発明の特許請求の範囲は、このような変更や修正を含めて広く解釈されるべきである。
【符号の説明】
【0027】
1 電気信号監視制御ユニット
2 加工テーブル
3 三軸移動プラットフォーム
4 着脱自在ホルダー
5 ワイヤ放電加工ユニット
6 放電加工ユニット
7 光学測定ユニット
8 工具
31 X軸水平移動ユニット
32 Y軸水平移動ユニット
33 Z軸垂直移動ユニット
51 電源供給装置
52 ワイヤ送りローラ
53 加工ローラ
54 ワイヤ巻取ローラ
55 ワイヤ
71 レンズ
72 発光源
73 電荷結合素子
74 撮像ユニット
511 トランジスタ制御付きコンデンサ放電回路
512 コンデンサ放電回路
521 モータ
531 切欠

【特許請求の範囲】
【請求項1】
電気信号監視制御ユニットと、
加工テーブルと、
前記加工テーブルに移動可能に配置される上、前記電気信号監視制御ユニットに電気的に接続される三軸移動プラットフォームと、
前記三軸移動プラットフォームに移動可能に配置され、工具を挟持するのに使用される着脱自在ホルダーと、
前記加工テーブルに配置される上、前記電気信号監視制御ユニットに電気的に接続され、放電加工によって前記工具に尖端を有する円錐形の電極工具を形成するのに使用されるワイヤ放電加工ユニットと、
前記加工テーブルに配置される上、前記電気信号監視制御ユニットに電気的に接続され、放電加工によって前記ワイヤ放電加工ユニットが放電加工した後の前記工具の尖端に球体を形成するのに使用される放電加工ユニットと、
前記加工テーブルに配置される上、前記電気信号監視制御ユニットに電気的に接続され、前記放電加工ユニットが放電加工した後の前記球プローブを測定するのに使用される光学測定ユニットと、を備えることを特徴とする超微小球状プローブ加工装置。
【請求項2】
放電加工ユニットと前記工具の尖端とは、1μm〜2μmの隙間を保ち、放電量が120mJ〜200mJであり、
前記工具の尖端には、直径が50μm〜80μmの微小球体が形成されることを特徴とする請求項1に記載の超微小球状プローブ加工装置。
【請求項3】
前記ワイヤ放電加工ユニットは、電源供給装置、ワイヤ送りローラ、加工ローラ、ワイヤ巻取ローラ及びワイヤを有し、
前記電源供給装置は、前記電気信号監視制御ユニットに電気的に接続される上、前記ワイヤに電力を供給するトランジスタ制御付きコンデンサ放電回路及びコンデンサ放電回路を有し、
前記ワイヤは、前記ワイヤ送りローラ、前記加工ローラの切欠及び前記ワイヤ巻取ローラを通過し、
前記切欠を通過するワイヤは、前記ワークを放電加工するのに使用されることを特徴とする請求項1に記載の超微小球状プローブ加工装置。
【請求項4】
前記ワイヤ放電加工ユニットは、電源供給装置、ワイヤ送りローラ、加工ローラ、ワイヤ巻取ローラ及びワイヤを有し、
前記電源供給装置は、前記電気信号監視制御ユニットに電気的に接続される上、前記ワイヤに電力を供給するトランジスタ制御付きコンデンサ放電回路及びコンデンサ放電回路を有し、
前記ワイヤは、前記ワイヤ送りローラ、前記加工ローラの切欠及び前記ワイヤ巻取ローラを通過し、
前記切欠を通過するワイヤは、前記工具を放電加工するのに使用されることを特徴とする請求項2に記載の超微小球状プローブ加工装置。
【請求項5】
前記切欠を通過するワイヤと前記ワークの側面とは、1μm〜2μmの隙間を保ち、放電量が120mJ〜200mJであり、
前記ワークには、尖端を有し、直径が40μm〜50μmの円錐形の電極工具が形成されることを特徴とする請求項3に記載の超微小球状プローブ加工装置。
【請求項6】
前記切欠を通過するワイヤと前記ワークの側面とは、1μm〜2μmの隙間を保ち、放電量が120mJ〜200mJであり、
前記工具には、尖端を有し、直径が40μm〜50μmの円錐形の電極工具が形成されることを特徴とする請求項4に記載の超微小球状プローブ加工装置。
【請求項7】
前記光学測定ユニットは、発光源、レンズ、電荷結合素子及び撮影ユニットを有し、
前記発光源、前記レンズ及び前記電荷結合素子は、前記撮影ユニットに電気的に接続され、
前記撮影ユニットは、前記電気信号監視制御ユニットに電気的に接続されることを特徴とする請求項1乃至6の何れか一項に記載の超微小球状プローブ加工装置。
【請求項8】
前記三軸移動プラットフォームは、X軸水平移動ユニット、Y軸水平移動ユニット及びZ軸垂直移動ユニットを有し、
前記X軸水平移動ユニットは、前記加工テーブルに移動可能に配置され、
前記Y軸水平移動ユニットは、前記X軸水平移動ユニットに移動可能に配置され、
前記Z軸垂直移動ユニットは、前記Y軸水平移動ユニットに移動可能に配置され、
前記着脱自在ホルダーは、前記Z軸垂直移動ユニットに移動可能に配置されることを特徴とする請求項1乃至6の何れか一項に記載の超微小球状プローブ加工装置。
【請求項9】
前記三軸移動プラットフォームは、X軸水平移動ユニット、Y軸水平移動ユニット及びZ軸垂直移動ユニットを有し、
前記X軸水平移動ユニットは、前記加工テーブルに移動可能に配置され、
前記Y軸水平移動ユニットは、前記X軸水平移動ユニットに移動可能に配置され、
前記Z軸垂直移動ユニットは、前記Y軸水平移動ユニットに移動可能に配置され、
前記着脱自在ホルダーは、前記Z軸垂直移動ユニットに移動可能に配置されることを特徴とする請求項7に記載の超微小球状プローブ加工装置。

【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】
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【公開番号】特開2012−30292(P2012−30292A)
【公開日】平成24年2月16日(2012.2.16)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−169109(P2010−169109)
【出願日】平成22年7月28日(2010.7.28)
【出願人】(505407760)國立台北科技大學 (5)
【Fターム(参考)】