特開 2024-165028 研磨状態評価システムおよびプログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024165028

(43)【公開日】2024-11-28

(54)【発明の名称】研磨状態評価システムおよびプログラム

(51)【国際特許分類】

   B24B 49/12 20060101AFI20241121BHJP

   B24B 37/00 20120101ALI20241121BHJP

【ＦＩ】

B24B49/12

B24B37/00 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】12

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023080840

(22)【出願日】2023-05-16

(71)【出願人】

【識別番号】314012076

【氏名又は名称】パナソニックＩＰマネジメント株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100132241

【弁理士】

【氏名又は名称】岡部 博史

(74)【代理人】

【識別番号】100135703

【弁理士】

【氏名又は名称】岡部 英隆

(72)【発明者】

【氏名】高見 文宣

【テーマコード（参考）】

3C034

3C158

【Ｆターム（参考）】

3C034AA19

3C034BB93

3C034CA22

3C034CA26

3C034CB03

3C034CB11

3C034CB13

3C034DD20

3C158AA07

3C158AB01

3C158AB04

3C158AB06

3C158AC02

3C158BA01

3C158BB02

3C158BB06

3C158BB08

3C158BB09

3C158BC03

3C158CB01

3C158EA11

3C158EB01

(57)【要約】

【課題】作業者による研磨の作業を評価することにより、ムラやくもりを抑えた研磨面を得られるようにする。
【解決手段】研磨状態評価システム１００は、作業子が押し付けられることで研磨された被研磨物の表面状態を評価する。当該システム１００は、予め用意された、目標とされる表面状態を表す第１情報を記憶する記憶部と、測定機から第２情報を取得する通信インタフェースとを有している。第２情報は、研磨された被研磨物からの拡散反射光に基づいて生成された、被研磨物の表面状態を表す情報である。当該システム１００はさらに、第１情報によって表される第１表面状態と第２情報によって表される第２表面状態との差分に応じた情報を生成する処理部を備えている。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

作業子が押し付けられることで研磨された被研磨物の表面状態を評価する研磨状態評価システムであって、
予め用意された、目標とされる表面状態を表す第１情報を記憶する記憶部と、
測定機から第２情報を取得する通信インタフェースであって、前記第２情報は、研磨された前記被研磨物からの拡散反射光に基づいて生成された、前記被研磨物の表面状態を表す情報である、通信インタフェースと、
前記第１情報によって表される第１表面状態と前記第２情報によって表される第２表面状態との差分に応じた情報を生成する処理部と
を備える研磨状態評価システム。

【請求項2】

前記測定機は、光を受けて、受けた光の光量に応じた信号を出力する受光素子を有する受光部を有しており、
前記拡散反射光は、光源から放射された光のうち、前記被研磨物において拡散反射され、前記受光部によって検出された光の一部である、請求項１に記載の研磨状態評価システム。

【請求項3】

前記被研磨物の研磨状態を決定する研磨作業の作業条件を示す作業情報を取得する取得部をさらに備え、
前記作業情報は、研磨時の前記作業子の圧力、位置、速度、加速度、スラリー状態のうちの少なくとも１つを含み、
前記処理部は、前記第１情報、前記第２情報および前記作業情報に基づいて、前記被研磨物の表面状態の良否、研磨方向、力の強弱、スラリー状態のいずれかに関する研磨状態を推定する、請求項１に記載の研磨状態評価システム。

【請求項4】

前記処理部が生成した前記情報を出力する出力部をさらに備えた、請求項３に記載の研磨状態評価システム。

【請求項5】

前記処理部は、前記差分に応じた情報に基づいて前記被研磨物の研磨状態を推定し、推定した前記研磨状態に基づき研磨作業を支援する支援情報を生成し、
前記出力部は、前記支援情報を出力する、
請求項４に記載の研磨状態評価システム。

【請求項6】

前記第１情報は、目標とされる表面状態を有する被研磨物の拡散反射光の光量の分布を表す第１データであり、
前記データは、所定範囲内の研磨時に形成される研磨痕を、光源および前記光源から放射され拡散反射された拡散反射光を受光する受光部を備えた測定機によって計測して取得されたデータである、
請求項１～５のいずれか１項に記載の研磨状態評価システム。

【請求項7】

前記第２情報は、研磨作業の評価対象である被研磨物の拡散反射光の光量を含む第２データであり、
前記第２データは、前記被研磨物の研磨後の表面を、光源および前記光源から放射され拡散反射された拡散反射光を受光する受光部を備えた測定機によって計測して取得されたデータである、
請求項６に記載の研磨状態評価システム。

【請求項8】

前記光源は、ＸＹ平面の少なくとも２つ以上の放射方向を有する、請求項７に記載の研磨状態評価システム。

【請求項9】

前記処理部は、前記ＸＹ平面の放射方向の角度毎に、前記第１情報によって表される第１表面状態と前記第２情報によって表される第２表面状態との差分に応じた情報を生成する、請求項８に記載の研磨状態評価システム。

【請求項10】

前記出力部は、前記第１情報および前記第２情報の各々に基づく前記拡散反射光の光量の差分情報が、予め定められた閾値以上である所定範囲について、研磨作業を支援するための支援情報を出力する、請求項９に記載の研磨状態評価システム。

【請求項11】

前記出力部は、前記支援情報として、研磨作業時の荷重の偏りをなくすための提案、および／または、研磨作業者の研磨運動の癖を修正するための提案を出力する、請求項１０に記載の研磨状態評価システム。

【請求項12】

作業子が押し付けられることで研磨された被研磨物の表面状態を評価する研磨状態評価システムに含まれるコンピュータによって実行されるプログラムであって、
前記プログラムは前記コンピュータに、
記憶部に予め記憶された、目標とされる表面状態を表す第１情報を読み出す処理と、
通信インタフェースを介して、測定機から、研磨された前記被研磨物からの拡散反射光に基づいて生成された、前記被研磨物の表面状態を表す第２情報を取得する処理と、
前記第１情報によって表される第１表面状態と前記第２情報によって表される第２表面状態との差分に応じた情報を生成する処理と
を実行させる、プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、工作物を研磨する研磨作業における研磨作業後の被研磨物の研磨状態を評価するシステム及びプログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、回転する研磨工具の押し付け荷重を精密に測定し、制御する研磨装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。図１３は、特許文献１に記載された従来の研磨装置を示す図である。図１３において、研磨ヘッドは、その先端に研磨パッド９０が設けられた工具軸９１を有している。工具軸９１は、流体軸受９２により、工具軸９１に沿う方向、すなわちスラスト方向、に移動可能に支持されている。工具軸９１は、制御手段９５が制御する変位機構９８によってスラスト方向の荷重の荷重を受けながら、回転駆動手段９７によって回転駆動される。これにより、工具軸９１の研磨パッド９０は被研磨面８９に押し付けられながら回転し、被研磨面８９を研磨する。

【0003】

演算手段９４は、回転駆動手段９７が工具軸９１を回転させている最中であっても、差動トランス９３によって測定されたスラスト方向の押込み長から、被研磨面８９に対する研磨パッド９０の研磨荷重を演算することができる。回転駆動手段９７は差動トランス９３よりも上側に設けられており、研磨加重の測定に関わる可動部に含まれない。これにより、可動部を軽量化でき、より高精度に研磨荷重を測定することができるため、安定した精密な研磨加工を実現し得る。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１１－７９０７９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１記載の従来の研磨装置は、砥粒の粘度やエッジ状態やバラつき、研磨軌跡の規則性などに由来する、研磨ムラやくもりを制御できない。研磨ムラやくもりは、研磨痕の重なり合わせによるもので粗さのパラメータには現れず、特定方向からのライティングでの観察時に確認される。

【0006】

本開示の目的は、ムラやくもりを抑えた研磨面を得られるようにすることにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示の一態様の研磨状態評価システムは、作業子が押し付けられることで研磨された被研磨物の表面状態を評価する。当該システムは、予め用意された、目標とされる表面状態を表す第１情報を記憶する記憶部と、測定機から第２情報を取得する通信インタフェースであって、前記第２情報は、研磨された前記被研磨物からの拡散反射光に基づいて生成された、前記被研磨物の表面状態を表す情報である、通信インタフェースと、前記第１情報によって表される第１表面状態と前記第２情報によって表される第２表面状態との差分に応じた情報を生成する処理部とを備えている。

【発明の効果】

【0008】

本開示の研磨評価システムを用いて、作業者による研磨の作業を評価する情報を生成することにより、その情報を参照した作業者の作業が改善され、それによりムラやくもりを抑えた研磨面を得られるようにすることが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本開示の実施形態１における研磨状態評価システムのシステム構成を示す図

【図2A】本開示の実施形態１における拡散反射光測定機の構成を示す側面図

【図2B】本開示の実施形態１における拡散反射光測定機の構成を示す平面図

【図3A】研磨状態評価システムが用いられる研磨作業の様子を示す側面図

【図3B】研磨状態評価システムが用いられる研磨作業の様子を示す平面図

【図4】本開示の実施形態１における研磨状態評価および研磨支援のフローチャート

【図5A】本開示の実施形態１における研磨痕の拡散反射光の測定処理Ｓ３の具体的な手順を示す図

【図5B】図５Ａで測定した光量を角度別にプロットした図

【図6】本開示の実施形態１における目標の表面状態にて測定した拡散反射光の角度別分布をプロットした図

【図7】本開示の実施形態１における目標表面状態と研磨後の表面状態との結果を比較するための図

【図8A】本開示の実施形態１における研磨軌跡の一部を示す図

【図8B】１本の研磨痕を抜き出し、ＸＹ平面上の角度を示す図

【図8C】研磨パッドの円弧運動のＸＹの方向の比が同じになるような改善後研磨軌跡を示す図

【図9】改善前後の角度別の拡散反射光の光量と、円弧運動時の荷重分布とを示す図

【図10】本開示の実施形態２における研磨軌跡の重なりと測定箇所による角度別の拡散反射光の光量の例を示す図

【図11】本開示の実施形態３における砥粒の状態と角度別拡散反射光の光量を示す図

【図12】提示する支援情報を判定するためのフローチャート

【図13】支援情報の例を示す図

【図14】特許文献１に記載された従来の研磨装置を示す図

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、適宜図面を参照しながら、実施形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。なお、発明者は、当業者が本開示を十分に理解するために添付図面および以下の説明を提供するのであって、これらによって特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。

【0011】

（実施形態１）

【0012】

１．システム構成
図１は、本開示の実施形態１における研磨状態評価システム１００の構成を示すブロック図である。
図１において、研磨状態評価システム１００は、作業者Ｘ１が作業子Ｘ２を押し付けて研磨した作業対象物Ｙ１の研磨状態を評価するシステムである。本開示でいう「研磨」とは、被研磨物である物体の表面を研ぎ磨いて滑らかにすることを意味する。「研磨」の一例は、被研磨物である作業対象物Ｙ１の表面である加工面を、パッド等の作業子Ｘ２で繰り返し擦ることによって表面部分を削り、平滑にしていく作業である。

【0013】

研磨状態評価システム１００は、図１に示すように、制御部１と、測定部２と、出力部３と、作業情報取得部４とを備える。

【0014】

制御部１は、例えばＰＣである。制御部１は、第１記憶部５と、第２記憶部６と、処理部７と、通信インタフェース１５とを含む。
第１記憶部５は第１情報を記憶し、第２記憶部６は第２情報を記憶する。
第１情報は、目標とされる表面状態を表す情報であり、例えば、熟練者が確認して適正な表面状態であると認定した際の反射光の値である。制御部１では、この値が閾値として利用される。
第２情報は、例えば測定部２によって測定された、研磨作業の評価対象である被研磨物の表面状態を表す情報である。後述のように、測定部２では、研磨された被研磨物からの拡散反射光が計測され、表面状態が取得される。

【0015】

なお、第１記憶部５および第２記憶部６は説明の便宜上別個の記憶部として説明しているが、それぞれが、１台の記憶装置の異なる記憶領域であってもよい。

【0016】

処理部７は、後述する演算を行う演算回路であり、例えば中央演算処理装置（ＣＰＵ）である。実施形態１における処理部７である演算回路は、ＭＰＵまたはＧＰＵ等の種々のプロセッサで実現されてもよく、１つまたは複数のプロセッサで構成されてもよい。

【0017】

通信インタフェース１５は、制御部１が外部の機器等とデータを授受するための接続端子、通信回路等である。通信インタフェース１５は、例えばＵＳＢ（登録商標）端子、イーサネット（登録商標）端子等の有線通信端子、Ｗｉ－Ｆｉ（登録商標）規格に準拠した無線通信を行う無線通信回路である。

【0018】

測定部２は、目標表面状態や研磨後の被研磨物などを測定し、測定結果である拡散反射光の測定データ９を制御部１へと渡す。

【0019】

測定部２の具体的な構成を説明する。図２Ａは本開示の実施形態１における拡散反射光測定機８の構成を示す側面図であり、図２Ｂは本開示の実施形態１における拡散反射光測定機８の構成を示す平面図である。拡散反射光測定機８は、支持台２１と、光源２２と、受光部２３とを備えている。支持台２１は、ＸＹＺ方向に駆動し研磨後の金型などの作業対象物Ｙ１を固定する。光源２２は、所定の波長帯域の光、例えば可視光、を放射する。光源２２の配置および光の配向は、光源２２が固定した作業対象物Ｙ１の所定の箇所を照らすことができるよう調整されている。受光部２３は拡散反射光Ｌ３を受光する。

【0020】

図２Ａに示すように、光源２２は、作業対象物Ｙ１の測定箇所２４に光を放射するために高さ方向に所定の角度θと距離で配置され、測定箇所２４を中心にＸＺ平面上の角度θの調整機能を有する。本実施形態では角度θは４５°に固定されているが、測定面状態や各部材が干渉しない１０°から８０°の範囲で配置すればよい。また作業対象物Ｙ１の測定箇所２４の傾斜に応じて一定の角度になるように制御しても良い。測定箇所２４を測定対象物Ｙ１の中心にしているが、この限りではない。例えば測定対象物Ｙ１の周縁部を測定箇所２４にしてもよい。

【0021】

図２Ｂに示すように光源２２は、作業対象物Ｙ１の測定箇所２４を中心として、ＸＹ平面上を回転する機能を備えており、所定の角度αピッチで回転し、それぞれの角度において光を放射する。なお、本実施形態においては一つの光源２２を回転させる例を挙げたが、複数の光源を所定の角度ピッチで配置し順番に放射しても良い。

【0022】

受光部２３は、測定箇所２４の直上に配置されており、光源２２から放射された光Ｌ１が作業対象物Ｙ１の測定箇所２４にあたり反射した拡散反射光Ｌ３を受光する。光源２２から放射された光Ｌ１のうち、ほとんどの光は測定対象物Ｙ１表面の鏡面にて正反射し正反射光Ｌ２となる。そのため、拡散反射光Ｌ３は、正反射光Ｌ２以外の光のうちさらに直上に反射した光である。拡散反射光Ｌ３を検出するためには、光源２２からの光の量を強くするか、環境光を低減可能な暗幕内でデータ取得をすることが好ましい。

【0023】

再び図１を参照する。作業情報取得部４は、被研磨物に対する作業子Ｘ１の圧力、位置、速度、加速度、スラリー状態のうちの少なくとも１つを含む作業情報１２を取得し、取得された作業情報１２を制御部１へ渡す。作業情報取得部４は、例えばカメラ１０、圧力センサ１１を含む。

【0024】

出力部３は、制御部１を通過して処理された作業情報１２、測定結果、またはそれらを元に推察された支援情報を出力し、作業者Ｘ１に提示する。出力部３は、例えばモニタなどの表示装置である。例えば制御部１がノート型ＰＣである場合、出力部３は、制御部１と一体化されたディスプレイであり得る。

【0025】

実施形態１の研磨状態評価システム１００を利用することにより、作業者Ｘ１は、作業情報１２や測定結果、またはそれらを元に推察された支援情報に従って研磨作業を行うことが出来る。これにより、従来の研磨装置を用いて研磨した場合と比較して、ムラやくもりが抑えられた研磨面を得ることができる。

【0026】

２．研磨作業について
図３Ａ及び図３Ｂは、本開示の実施形態１における作業者の研磨の状態を示す図である。作業対象物Ｙ１は、例えば金型であり、金型基材Ｙ１１と、めっき層Ｙ１２とを有している。実施形態１では、図３Ａ及び図３Ｂに示すように、作業者Ｘ１は、作業子Ｘ２としてのパッドを操作し、作業対象物Ｙ１としての金型の加工面Ｙ１２を、作業子Ｘ２で繰り返し擦ることによって、作業対象物Ｙ１の研磨作業を行う。このとき、作業者Ｘ１は、手の指先で作業子Ｘ２としてのパッドを、適当な力で作業対象物Ｙ１に押し付けた状態で、作業対象物Ｙ１の表面上を滑らせるように、作業子Ｘ２を繰り返し移動させることで、作業対象物Ｙ１の研磨を行う。

【0027】

実施形態１では、遊離砥粒方式の研磨を実現するべく、図３Ａに示すように、作業対象物Ｙ１の加工面であるめっき層Ｙ１２と、作業子Ｘ２としてのパッドとの間には、スラリーＹ２を介在させた状態で、研磨作業が行われる。スラリーＹ２は、砥粒を混ぜ込んだ液体であって、このようなスラリーＹ２を用いることで、遊離砥粒方式の研磨が可能となる。つまり、作業対象物Ｙ１との間にスラリーＹ２が介在した状態で、作業子Ｘ２が移動させられることによって、スラリーＹ２中の砥粒が作業対象物Ｙ１の加工面であるめっき層Ｙ１２上を潤滑に移動しつつ、作業対象物Ｙ１の遊離砥粒方式の研磨を実現する。つまり、スラリーＹ２は、研磨作業に関連する作業関連材であって、より詳細には、作業子Ｘ２による研磨作業を補助する補助材料として機能する。

【0028】

ところで、実施形態１では、例えば、樹脂ミラー又は樹脂レンズ等の光学部品の成型用の金型が、作業対象物Ｙ１である場合を想定している。このような金型においては、金型の表面の仕上がりが成型品（光学部品）の特性にも影響し得るため、その研磨作業は非常に繊細な作業となる。また、この種の金型においては、表面が様々な曲面（自由曲面）を含み、かつ個体ごとにその表面の形状が異なることも相まって、その研磨作業の自動化を図ることは困難である。例えば、研磨作業に際しての作業子Ｘ２の動きが単調過ぎると、作業子Ｘ２の動きの規則性に応じて金型の表面に虹面が生じる等、金型の表面の仕上がりが劣化する可能性がある。つまり、この金型の研磨作業にあっては、作業対象物Ｙ１の面形状等の様々な要素に応じて、作業子Ｘ２の微妙な操作の調整が必要であって、作業者Ｘ１の熟練度によって研磨作業の仕上がりにも差が生じ得る。そして、研磨作業の仕上がりが成型品の特性にも影響することを考えると、このような金型の研磨作業に関しては、作業者Ｘ１に、いわゆる熟練者のような比較的高いスキルが要求される。

【0029】

なお、「研磨」は、機械的な研磨だけでなく、例えば、化学的機械研磨（ＣＭＰ：Chemical Mechanical Polishing）等も含んでいる。化学的機械研磨は、砥粒自体が有する表面化学作用又はスラリーＹ２に含まれる化学成分の作用にて、化学的に作業対象物Ｙ１の表面を溶融又は変質させ、砥粒による機械的な研磨を補助することで、相乗的に研磨の速度及び質を向上させる手法である。

【0030】

３．研磨作業の流れと、研磨状態評価システムの動作
図４は、研磨状態評価システム１００における研磨状態評価および研磨支援のフローチャートである。実施形態１の研磨状態評価システム１００での研磨状態評価及び作業支援のフローは、ステップＳ１～Ｓ９として示されている。各処理は、制御部１の処理部７（図１）によって行われる。一方、図４において参照符号が付されていない処理は、研磨状態評価システム１００の処理部７以外の構成要素が実行する。例えば「拡散反射光測定」および「測定角度毎の換算反射光の光量算出」は測定部２によって実行される。また、「作業状態計測」および「情報出力」は、それぞれ作業情報取得部４および出力部３によって実行される。以下では、処理部７が実行するステップＳ１～Ｓ９を詳細に説明する。なお、ステップＳ１～Ｓ９は、例えばコンピュータプログラムの命令として実装され得る。そのようなコンピュータプログラムは、制御部１の読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）に格納されており、コンピュータである処理部７によって実行される。

【0031】

目標設定受付処理Ｓ１では、処理部７はユーザによって定められる目標設定のパラメータを受け付ける。例えば熟練者が研磨したマスター金型などの角度αの所定ピッチ送りの拡散反射光の光量を測定、算出し、そのデータを用いて、不図示の入力装置、例えばキーボード、マウス、タッチパネル等を利用して研磨状態評価システム１００に設定する。処理部７は設定内容を表すパラメータを受け付ける。

【0032】

研磨作業待ちおよび作業情報取得処理Ｓ２では、実施形態１においては、処理部７は、作業者Ｘ１が行う研磨作業の終了を待つ。作業者Ｘ１が行う研磨作業とは、作業者Ｘ１が作業子Ｘ２としてのパッドを操作し、作業対象物Ｙ１としての金型の加工面Ｙ１１を、作業子Ｘ２で繰り返し擦ることによって、作業対象物Ｙ１を研磨する作業である。この際、処理部７は必要な作業情報１２を取得する。作業情報１２とは、作業子の圧力、位置、速度、加速度、スラリー状態などの、被研磨物の研磨状態を決定する研磨作業の作業条件を示す情報である。なお、作業情報１２は作業子の圧力、位置、速度、加速度、スラリー状態の全てを常に含む必要はない。これらのうちの少なくとも１つを含めばよく、より好ましくは２以上、さらに好ましくは全てを含めばよい。

【0033】

拡散反射光測定処理Ｓ３では、処理部７は、例えば拡散反射光測定機８に指示して、被研磨物の被研磨面の所定箇所とその範囲を測定させる。なお被研磨物の被研磨面はすでに研磨されているとする。この測定により、処理部７は、拡散反射光測定データ９を取得する。

【0034】

測定角度毎の拡散反射光の光量算出処理Ｓ４では、処理部７は、拡散反射光測定処理Ｓ３で取得した拡散反射光測定データ９を用い、放射角度α毎の拡散反射光の光量を算出し、相対比較する。処理Ｓ４の詳細は、後に図５Ａ、図５Ｂ等を参照しながら詳述する。

【0035】

目標との差分計算処理Ｓ５では、処理部７は、目標設定処理Ｓ１で設定された目標と、処理Ｓ４で算出した値との差分を計算する。

【0036】

結果出力処理Ｓ６では、処理部７は、差分計算処理Ｓ５で計算した目標値と結果の差分を出力部３から出力する。なお、ここで言う「出力」は、必ずしも出力部３からの出力のみに限定されず、例えば処理部７からの、不図示の通信回線を介した研磨評価システム１００の外部への出力であってもよい。

【0037】

作業終了判定処理Ｓ７では、処理部７は、結果出力処理Ｓ６で出力した値が、予め設定した閾値以内であるか否かを判定する。処理部７が、出力した値が閾値以内であると判定すれば作業終了である。

【0038】

出力した値が閾値を超えた場合には、処理部７は、支援方針の決定処理Ｓ８を実行する。すなわち処理Ｓ８において、処理部７は、研磨作業処理Ｓ２にて取得した作業情報１２と、目標と結果の差分の角度別光量分布より推定される研磨時の状態とに基づいて、目標値に近づけるための支援方針（支援内容とその重み割合）を決定する。処理Ｓ８の詳細は、後に図８Ａ～図８Ｃを参照しながら詳述する。
その後、処理部７は支援方針の出力処理Ｓ９を実行する。処理Ｓ９において、処理部７は支援情報を出力する。

【0039】

４．研磨面の評価方法
図５Ａは、図３の研磨痕の拡散反射光測定処理Ｓ３の具体的な手順を示す図である。
本実施形態では、測定箇所２４を中心として所定の距離離れた位置よりＸＹ平面上の円周上の４５°ピッチで、光源２２の位置を決定する。図５Ａでは、光源２２は複数存在するかのように記載されているが、これは便宜のためである。上述のように光源２２は１つであっても複数であってもよい。
光源２２は、位置決めの都度、光Ｌ１を放射し、受光部２３にて拡散反射光Ｌ３を受光する。これにより、所定の角度αピッチで位置決めされた角度ごとに拡散反射光Ｌ３の光量が測定される。なお本実施形態では角度α＝４５°、つまり４５°ピッチで光を放射して拡散反射光Ｌ３の光量を測定したが、更に小さい角度に分割しても良い。また、ある特定の研磨痕のみ確認したい場合はその角度のみの測定でも良い。例えば、Ｖ字の研磨痕を確認したい場合には、３６０°を所定の角度αピッチで位置決めしなくてもよく、例えば
１８０°を所定の角度αピッチで位置決めすればよい。また本実施形態では、測定箇所２４は、金型の中心付近のみとしているが、全面を所定ピッチで分割した測定や、研磨にフィードバックしたい必要箇所のみの測定でも良い。研磨時に圧力、方向を計測することにより、拡散反射光を取得した結果と照らし合わせて研磨者のクセを見抜くこと、修正することが可能である。

【0040】

図５Ｂは、図５Ａで測定した拡散反射光の光量を角度別にプロットし、破線で接続した図である。光量は５段階のレベルで相対値として出力しプロットした。光量のレベルを表す１～５の数字が９０°方向に併記されている。なお、図面では、記載の便宜上、当該数字が省略されることがある。

【0041】

図５Ｂに示す結果の場合、９０°と２７０°の拡散反射光の光量が多い。この場合、０°から１８０°の方向に傾斜強度の高い研磨痕があるか、または０°から１８０°方向の研磨痕の頻度が高い、またはその両方であることが考えられる。

【0042】

（目標形状の設定）
図６は、目標の表面状態にて測定した拡散反射光の角度別分布をプロットした図である。細かい破線が目標表面状態を表し、粗い破線が閾値を表している。

【0043】

図６では、図５Ｂの研磨後と図６の目標表面とを同じ比率でプロットし、閾値を２．５以下と設定した。今回はあらゆるライティング角度と目視観察角度で均一な面にしたく目標の光量を上限閾値として一律に設定した。しかしながら、角度別のバラつき範囲での設定や、角度別の光量の設定でもよい。また上限閾値ではなく下限閾値として、意図的にムラやクモリを発生させても良い。また商品のスペックによって、場所によって変えてもよい。

【0044】

（目標形状との比較、差分抽出）
図７は、研磨後の角度別光量に基づく表面状態と、目標表面状態から設定した閾値との関係を示す図である。図７の（ａ）は、目標表面状態から設定した閾値を、研磨後の表面状態を示す図５に記入したグラフである。細かい破線が研磨後の表面状態を表し、粗い破線が閾値を表している。図７の（ｂ）は、研磨後の表面状態（細かい破線）の角度毎の拡散反射光の光量と閾値との差分を示すグラフである。

【0045】

図７の（ｂ）に示す差分の結果を見ると、例えば０°および１８０°の角度から放射した光に基づく拡散反射光の光量は閾値以下であり、目標の表面状態を満足している。よって、研磨時のスラリーサイズや種類には特に問題はない。この例の場合、０°から１８０°方向に傾斜強度の高い研磨痕があるか、または０°から１８０°方向の研磨痕の頻度が高い、またはその両方であることが考えられる。

【0046】

図７の（ｂ）に示す差分の結果から、作業者Ｘ１は、特定の方向について強い研磨を行っている、または高頻度で研磨を行っていることを意識することができる。それにより、作業者Ｘ１は、その方向について研磨時の押し付け力を弱めたり、研磨の頻度を減らしたりして、ムラやくもりを抑えた研磨面を得ることが可能になる。

【0047】

（研磨状態推定の例１）
図８Ａ～図８Ｃは、研磨軌跡の一部を示す図である。以下、図８Ａ～図８Ｃにより、図４の処理Ｓ７にてＮＯ判定の場合の処理Ｓ８を経由するフローの一例が説明される。

【0048】

図８Ａは金型の上面図であり、金型上面に改善前研磨軌跡１４を確認できる。図８Ａに示す改善前研磨軌跡１４は、研磨作業時に、作業情報取得部４のカメラ１０にて撮影された映像から、研磨パッドの中心部の経路の一部を切り出して得られる。

【0049】

図８Ｂは、１本の研磨痕を抜き出し、ＸＹ平面上の角度を示す図である。実際には研磨軌跡に沿って作業子（Ｘ２）下のスラリーにて多数の研磨痕が刻まれることとなる。

【0050】

改善前研磨軌跡１４から分かるように、作業者の研磨時の研磨パッドの円弧運動はＹ方向に長い楕円となっているため、０°と１８０°方向に多くの研磨痕が刻まれていることが推察できる。このようにカメラ１０から抽出された軌跡と図７（ｂ）を合わせて検証することで、制御部１内の処理部７は、図７（ｂ）に示す０°と１８０°付近の方向の研磨痕の成分が多くなったことが、閾値を超えた原因であると推定される。

【0051】

図８Ｃは、研磨評価システム１００が支援情報として出力部３に提示した、改善後研磨軌跡１５の一例を示している。処理部７は、図８Ｃに示す研磨パッドの円弧運動のＸＹの方向の比が同じになるような改善後研磨軌跡１５を支援情報として作業者に提示する。提示は、文字、画像および／または音声等、作業者が認知可能な種々の方法を利用可能である。

【0052】

（円弧運動荷重バラつき）
図９は、改善前後の角度別拡散反射光の光量（ａ）および（ｄ）と、円弧運動時の荷重分布（ｂ）および（ｃ）を示す図である。以下、図３の処理Ｓ７にてＮＯ判定の場合の処理Ｓ８、及び処理Ｓ９を経由するフローの一例である。

【0053】

図９の（ａ）は、改善前の角度別の拡散反射光の光量をプロットした図である。１３５°および３１５°付近で光量が多く閾値を越えていることが分かり、４５°および２２５°付近は閾値内であることが分かる。

【0054】

図９の（ｂ）は、作業子Ｘ２を繰り返し円弧運動させながら移動させた際に研磨パッドにかかる荷重の角度別の平均値の比を示す図である。円弧運動は、例えば作業者Ｘ１が手の指先で作業子Ｘ２としてのパッドを、適当な力で作業対象物Ｙ１に押し付けながら、作業対象物Ｙ１の表面上を滑らせるように行われる。荷重および運動のデータは、圧力センサ１１およびカメラ１０にて取得される。

【0055】

図９の（ｂ）によれば、荷重は－４０°と１４０°付近で高いことが理解される。つまり、その角度方向において被研磨物に深い研磨痕が入ったと考えられる。それにより、これらの角度から放射した光が深い研磨痕により他の角度から放射した場合よりも相対的に多く拡散反射したと考えられる。よって、図９（ａ）の拡散反射光の光量ムラの原因は円弧運動時の作業者Ｘ１の癖による荷重の偏りであると推定される。このような考え方に沿って、制御部１内の処理部７は、拡散反射光の光量ムラが発生している角度方向に、研磨時の荷重の偏りが発生していると判定することができ、その偏りをなくすよう、ユーザに改善の提案を行うことができる。その提案は支援情報としてユーザに提供され得る。

【0056】

図９の（ｃ）は、図９の（ａ）および（ｂ）より推定された研磨時の円弧運動時に支援情報である。図９の（ｂ）において、－１４０°と－４０°付近は閾値内に入っていることから、この部分の荷重範囲で円弧運動の癖を修正し研磨すればよいことが分かる。作業者Ｘ１に支援情報の荷重分布になるように作業計測時に使用した圧力センサ１１を用いても良い。

【0057】

図９の（ｄ）は、改善後の角度別拡散反射光の光量をプロットした図である。
本実施形態においても、研磨評価システム１００の出力部３は、推定した研磨状態に基づき研磨作業を支援する情報、すなわち支援情報、を出力してもよい。作業者Ｘ１に当人の癖を認識させるような支援情報を与えることで、研磨痕の方向別の強度バラつきが十分低減された、または無くなった、ムラのない均一な研磨面を得ることが出来る。そのようにして得られた研磨面は鏡面とも言い得る。

【0058】

５．効果
以上のように、本実施形態の研磨状態評価システム１００は、作業者Ｘ１が作業子Ｘ２を被研磨物Ｙ１に押し付けることで研磨された被研磨物Ｙ１の表面状態を評価するシステムまたは装置の一例である。研磨状態評価システム１００は、記憶装置の一例である第１記憶部５および第２記憶部６と、ＣＰＵ等の演算回路の一例である処理部７とを有している。第１記憶部５は、予め用意された、目標とされる表面状態を表す第１情報を記憶する。第２記憶部６は、研磨された被研磨物を計測することによって取得された、被研磨物の表面状態を表す第２情報を記憶する。処理部７は、目標状態と被研磨物の表面状態との差分を算出して（Ｓ５）出力する（Ｓ６）。

【0059】

以上の研磨状態評価システム１００によれば、作業者Ｘ１が、出力された差分に基づいて、例えば研磨時の押し付け力を弱めたり、研磨の頻度を減らしたりすることで、ムラやくもりを抑えた研磨面を得ることが可能になる。例えば、研磨評価システム１００から提示された改善後研磨軌跡１５を確認しながら作業者が研磨作業を行うことにより、研磨軌跡は改善され、研磨表面は、目標表面状態により近い状態になるよう研磨される。これにより、研磨品質の改善を見込むことができる。

【0060】

本実施形態において、研磨評価システム１００は、被研磨物の研磨状態を決定する研磨作業の作業条件を示す作業情報を取得する作業情報取得部４をさらに備えている。作業情報は、研磨時の作業子の圧力、位置、速度、加速度、スラリー状態のうちの少なくとも１つを含んでいる。処理部７は、第１情報、第２情報および作業情報に基づいて、被研磨物の表面状態の良否、研磨方向、力の強弱、スラリー状態のいずれかに関する研磨状態を推定する。

【0061】

さらに本実施形態において、研磨状態評価システム１００は、処理部７が推定した結果を出力する出力部３をさらに備えている。

【0062】

また本実施形態において、研磨評価システム１００の出力部３は、推定した研磨状態に基づき研磨作業を支援する情報を出力してもよい。

【0063】

本実施形態において出力部３は、第１情報と第２情報のそれぞれにおける光量の差分情報が、予め定められた閾値以上である所定範囲において、研磨作業を支援する情報を出力してもよい。

【0064】

（実施形態２：軌跡の規則正し過ぎる重なり）
図１０は、本開示の実施形態２にかかる、研磨軌跡の重なりと測定箇所による研磨痕の方向別強度を示す図である。図１０の処理は、図３の処理Ｓ７にてＮＯ判定の場合の処理Ｓ８、及び処理Ｓ９を経由するフローの他の一例である。

【0065】

図１０の（ａ）は金型の上面平面図に、カメラで撮影した研磨軌跡を重ねた図である。図１０（ｂ）は研磨軌跡の部分拡大図である。なお、図１０では、円弧運動の重ね合わせである研磨軌跡のＹ方向の送りピッチが円弧サイズとほぼ同じ場合を想定している。やや極端な例であるが理解の便宜のために採用した。

【0066】

図１０の（ｃ）は、円弧運動の軌跡の頂点付近が重なった箇所Ｐｃの角度別拡散反射光の光量を破線でプロットした図である。図１０の（ｃ）によれば、０°と１８０°の光量が多いことが分かる。図１０の（ｄ）は円弧運動のＹ方向移動部の軌跡の個所Ｐｄの研磨痕の方向別強度を表した図である。図１０の（ｃ）に比べると、図１０の（ｄ）では全体的な研磨痕の強度と頻度が少なく、９０°と２７０°付近の研磨痕が比較的多い。

【0067】

このことから研磨時の円弧運動のサイズや、送りピッチが規則正しい場合には、研磨後表面にムラができやすいことが分かる。よって、制御部１の処理部７は、角度別の拡散反射光の光量から、研磨時に測定された作業情報から研磨状態を推定し、その研磨状態の発生要因は、研磨軌跡の重なり合わせであると推定し得る。このように研磨軌跡と表面状態の関係が分かると、処理部７は、円弧運動のＹ方向の送りピッチを１／２や１／３へ変更したり、都度ランダムに可変にしたりするなど改善を提案する、すなわち支援情報を提示することが可能となる。この支援情報に従ってユーザが研磨作業を行うと、ムラやクモリが十分低減された均一な面性状の研磨面を得ることが可能となる。

【0068】

さらに処理部７は、図１０（ｂ）に示される研磨軌跡と、図１０の（ｃ）に示される角度別の拡散反射光の光量とを利用して、どのような経路で磨いくことが好適かを示す支援情報をモニタ３に提示することも可能である。

【0069】

（実施形態３：スラリー粒子エッジ形状について）
図１１は、本開示の実施形態３にかかる、砥粒の状態と研磨痕の方向性別強度を示す図である。図１１の処理は、図３の処理Ｓ７にてＮＯ判定の場合の処理Ｓ８、及び処理Ｓ９を経由するフローのさらに他の一例である。

【0070】

図１１の（ａ）は、改善前の角度別拡散反射光の光量をプロットした図である。１３５°と３１５°付近の光量が多いことが理解される。図１１の（ｂ）は図１１の（ａ）の際の円弧運動時の荷重の角度別の平均値を表したグラフである。－４０°と－１４０°付近の荷重は高いが、実施形態１に関連して説明したほどのバラつきはない。

【0071】

図１１の（ｃ）は研磨剤のスラリーの状態のイメージ図である。本例では、実施形態２において破砕されエッジの尖った砥粒を用いている。今回の結果は、スラリーの補充タイミングより、図１１の（ｄ）のようにエッジが丸くなる前に研磨が完了したと推定される。すなわち制御部１の処理部７は、－４０°と－１４０°付近の荷重の高さ、および実施形態１に関連して説明したほどのバラつきが大きくないことにより、エッジが丸くなる前に研磨が完了したと推定し得る。この状況は作業状態のカメラ１１を用いた計測にて確認できる。このことから、支援情報として、粒径の細かなスラリーに変更するか、スラリー補充後砥粒エッジが十分なくなりなじむまで研磨することが求められる。あるいは、処理部７は、研磨剤を加えるタイミングを遅らせるよう、支援情報を提示してもよい。

【0072】

支援情報は種々考えられ、処理部７は、角度別拡散反射光の光量に応じて提示する内容を決定することが可能である。

【0073】

図１２は、提示する支援情報を判定するためのフローチャートである。このフローチャートは、図４に示すステップＳ７およびＳ８の処理の詳細であり、処理部７によって実行される。

【0074】

まずステップＳ７について説明する。ステップＳ７では、処理部７は、角度別拡散反射光の光量が閾値以内か否かを判定する。閾値以内であれば「ＯＫ」として、支援情報を提示することなく処理を終了する。一方、角度別拡散反射光の光量が閾値を超えている場合には、処理はステップＳ８１に進む。以後のステップＳ８１およびＳ８２は、図４に示すステップＳ８の詳細な処理である。

【0075】

ステップＳ８１において、処理部７は、拡散反射光の角度別の偏りの有無を判定する。偏りがない場合には支援情報１を提示する。一方、偏りがある場合には、処理はステップＳ１２に進む。典型的には、拡散反射光の角度別の光量が、図９の（ｄ）の細かい破線で示すように表される場合には、処理部７は偏りがないと判定する。他の例として、光量のレベルを表す１～５で表現したときに、拡散反射光の角度別の全ての光量が、±１の範囲内に収まる場合には、処理部７は偏りがないと判定してもよい。範囲は適宜決定することができる。

【0076】

ステップＳ８２において、処理部７は、作業情報との相関を判定する。処理部７は、相関が弱いと判定した場合には支援情報２を提示し、強いと判定した場合には支援情報３を提示する。相関の強弱は、例えば相関係数が０．５を基準として判断することができる。処理部７は、相関係数が０．５以上の場合には相関が強い、相関係数が０．５未満の場合には相関が弱いと判定してもよい。

【0077】

作業情報と拡散反射光の角度別の偏りとの相関係数の算出にあたっては、取得した作業情報の研磨時の軌跡データによる研磨痕の方向と、及びそれらに紐づいた圧力、速度、加速度のデータを用いる。相関係数を算出するための式は周知であるため、式の記載は省略する。

【0078】

なお、作業情報との相関に代えて、または加えて、作業の関連性も考慮することができる。例えば、研磨時の円弧運動の送りピッチの規則性や、軌跡の重なり具合を考慮して、支援情報２を提示するか、支援情報３を提示するかを決定してもよい。

【0079】

図１３は、支援情報１～３の例を示している。このように、角度別拡散反射光の光量、
荷重の偏り、および作業情報との相関等に応じて、提示する支援情報の内容を変更する。これにより、作業者ごとにより好適な支援情報を提供できる。

【0080】

以上、本開示の種々の実施形態を説明した。
上述の説明では、くもりやムラが十分低減された研磨面を得るための単一の原因とその支援情報の例を挙げたが、この他にも研磨時の速度や加速度のバラつき、パッドの硬さや空間なども要因となりえる。またいくつかの要因が複合された場合も考えられるが、研磨状態評価システムと研磨時の状態を計測し知見を蓄積することでこれら複合原因を支援情報として提示することが可能である。

【0081】

出力部３が出力する情報として研磨方法等を提案する支援情報を例示したが、支援情報はこのような提案に限られない。例えば、出力部３は、図７（ａ）に示されるような、角度別または特定の角度について、研磨後の表面状態を反映する光量と、目標表面状態から設定した閾値との差分値を出力してもよい。または出力部３は、角度ごとに、差分が大きい／小さい、差分が許容範囲内か否かを出力してもよい。角度別または特定の角度について差分値に関する情報があれば、改善を図ることが可能なユーザも存在すると考えられるからである。つまり、出力部３が出力する情報は差分値等であっても支援情報であり、本開示にかかる研磨状態評価システム１００が行う評価の結果を表しているといえる。

【0082】

なお実施形態の説明では、くもりやムラが十分低減された概ね均一な面状態の研磨面を得ることを目的としたが、同様の手法により、あえて拡散反射光の光量と方向性をコントロールすることも可能であり、特定の方向からのライティングで曇って見えるようにすることや、所定規則性を与えて研磨し敢えてムラを作り模様にすることも考えられる。

【0083】

なお実施形態の説明では、主として光学部品の研磨としたが、車のボディなど他の研磨が必要な工程でも活用可能である。

【0084】

なお実施形態の説明では、人による研磨を例示したが、本開示は装置化された研磨時にも適用可能であり、同等の効果を得ることが出来る。

【0085】

図１に示す研磨評価システム１００では、全ての構成要素が１つの筐体内に設けられる必要はない。例えば、測定部２、出力部３および作業情報取得部４は、それぞれが制御部１と通信可能に接続された別個のハードウェアであってもよい。このとき制御部１は、例えばＣＰＵおよびメモリを有するコンピュータシステムであり得る。一方、研磨評価システム１００の全ての構成要素が１つの筐体内に設けられた場合には、研磨評価システム１００は１台の装置であり得る。

【産業上の利用可能性】

【0086】

本開示は、作業子が押し付けられることで研磨された被研磨物の表面状態を評価する評価システムに利用可能である。

【符号の説明】

【0087】

１ 制御部
２ 測定部
３ 出力部
４ 作業情報取得部
５ 第１記憶部
６ 第２記憶部
７ 処理部
８ 拡散反射光測定機
９ 拡散反射光測定データ
１０ カメラ
１１ 圧力センサ
１２ 作業情報
１３ 結果・支援情報
１００ 研磨状態評価システム
２１ 支持台
２２ 光源
２３ 受光部
２４ 測定箇所
Ｘ１ 作業者
Ｘ２ 作業子
Ｙ１ 作業対象物
Ｙ１１ 金型基材
Ｙ１２ 加工面（めっき層）
Ｙ２ スラリー
Ｌ１ 光源から放射された光
Ｌ２ 正反射光
Ｌ３ 拡散反射光

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図3A】

【図3B】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図6】

【図7】

【図8A】

【図8B】

【図8C】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】