(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークに三次元の非回転対称非球面を円盤状砥石により加工する非球面加工装置であって、ワークを支持するワーク支持部と、回転駆動され外周面が球面状の砥石を有する砥石ヘッドと、前記ワークと砥石とが互いに接離する切込み送り方向に前記ワーク支持部と砥石ヘッドを相対移動させる第１の駆動手段と、前記切込み送り方向と直角なトラバース送り方向に前記支持部と砥石ヘッドを相対移動させる第２の駆動手段と、前記トラバース送り方向及び前記切込み送り方向とに直角なピッチフィード送り方向に前記支持部と砥石ヘッドを相対移動させる第３の駆動手段と、前記ワークに対して前記トラバース送り方向に離間して並列的に設けられ前記第２の駆動手段によって移動され、前記砥石中心を通り前記砥石の回転軸線と直交する軸線回りに回転駆動され開口端内周の円周縁が前記砥石の球面状の外周面に接触する中空円筒状のツルアを備えたツルーイング装置と、非球面形状データに基づいて第１、第２、第３の駆動手段を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする非球面加工装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、レーザプリンタに使用される光学部品等の非回転対称非球面形状を加工するための非球面加工装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
レーザプリンタに使用される光学部品等の非回転対称非球面形状を有するワークを加工する場合には、従来では、３軸制御可能なマシニングセンタあるいはグライディングセンタにボールエンドミル等の略半球状の形状をした砥石を装着し、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸の同時３軸制御による加工、あるいはＸ、Ｚ軸の同時２軸制御によるワンパス加工とＹ軸方向の一定量の送りとの繰り返しによる加工を行っている。また、上記の非球面加工装置には、砥石を球状にツルーイングするため砥石周りにツルアが旋回自在とする駆動機構を備えたツルーイング装置およびツルーイング後の砥石径を測定するためのタッチセンサ等を備えた測定装置が備えられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来の非球面加工装置において、砥石を球状にツルーイングするためにツルアを砥石周りに旋回自在とする必要があり、ツルアの駆動機構が複雑となってしまい、コストアップとなるとともにツルアの駆動系に誤差が発生し易く、高精度なツルーイングを行うことは非常に困難であるという問題があった。
【０００４】
また、砥石は回転時、半径方向に回転膨張する恐れがあり、上記のように砥石に接触するタッチセンサによって砥石径の測定を行う測定装置では砥石回転時の実際の砥石径を正確に測定することは難しく、砥石が停止状態で測定された砥石径の測定データでの誤差がワークの加工データの誤差となり、高精度な非球面加工を行うことができないという問題があった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の非曲面加工装置は、上述した問題を解決するためになされたもので、請求項１に記載された発明は、ワークに三次元の非回転対称非球面を円盤状砥石により加工する非球面加工装置であって、ワークを支持するワーク支持部と、回転駆動され外周面が球面状の砥石を有する砥石ヘッドと、前記ワークと砥石とが互いに接離する切込み送り方向に前記ワーク支持部と砥石ヘッドを相対移動させる第１の駆動手段と、前記切込み送り方向と直角なトラバース送り方向に前記支持部と砥石ヘッドを相対移動させる第２の駆動手段と、前記トラバース送り方向及び前記切込み送り方向とに直角なピッチフィード送り方向に前記支持部と砥石ヘッドを相対移動させる第３の駆動手段と、前記ワークに対して前記トラバース送り方向に離間して並列的に設けられ前記第２の駆動手段によって移動され、前記砥石中心を通り前記砥石の回転軸線と直交する軸線回りに回転駆動され開口端内周の円周縁が前記砥石の球面状の外周面に接触する中空円筒状のツルアを備えたツルーイング装置と、非球面形状データに基づいて第１、第２、第３の駆動手段を制御する制御手段とを備えたものである。
【０００７】
【作用】
請求項１に記載された発明は、前記第３の駆動手段によりワーク支持部と砥石ヘッドを相対的にピッチフィード送りし、そして第２の駆動手段によりワーク支持部と砥石ヘッドをトラバース方向に相対移動させると同時に第１の駆動手段により支持部と砥石ヘッドを相対移動させて切込み送りを与えてワークの全面に対して加工を行う。ツルーイングの際は、第２の駆動手段により砥石ヘッドの砥石中心とツルーイング装置のツルアの回転軸心とが一致する位置まで相対移動させ、それぞれを回転駆動させた状態で第１の駆動手段によりツルアと砥石を相対移動させて切込み送りを与え、ツルアの円周縁に砥石外周面が接触した状態でツルーイングを行う。その結果、砥石外周面は砥石中心から均一な半径を持った球面状に高精度にツルーイングされる。
【０００９】
【実施例】
本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の非球面加工装置及びその制御部の全体構成図、図２はその側面図である。
図１及び図２において、１０はベッド、１１はベッド１０上に固定されたワーク用案内台であり、このワーク用案内台１１上には、ワーク用スライドテーブル１２がＸ軸方向（トラバース送り方向）に移動可能に設置されている。
【００１０】
ワーク用スライドテーブル１２は、ワーク用案内台１１に設置されたサーボモータ１３及びこのサーボモータ１３により回転される送りねじ１３ａとによってＸ軸方向に送り制御される。
ワーク用スライドテーブル１２上には、ワーク支持台１４が固定され、このワーク支持台１４の前面には真空チャック１５が設けられ、この真空チャック１５によってワークＷが保持されるようになっている。
【００１１】
また、ワーク用スライドテーブル１２上には、ワーク支持台１４に対してＸ軸方向に離間してツルーイング装置１６が並列的に固定されている。
ツルーイング装置本体１６ａには、ツルア軸１７がＸ軸と直角なＺ軸方向と平行な軸線回りに回転可能に支承されており、このツルア軸１７は電動モータ１８によって回転駆動される。
【００１２】
ツルア軸１７先端には、図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、ツルア軸１７にボルト１９によって基部２１が固定され、この基部２１に形成された環状突出部２１ａの先端に中空円筒状のツルア２０が固着されている。
ツルーイング時はツルア２０の回転軸心Ｐ上を砥石中心Ｏが移動するように切込み送り制御することによって、ツルア２０の開口端内周の円周縁２０ａが後述する砥石２８の外周面に線接触で接触し、砥石２８の外周面を高精度に球面状にツルーイングする。
【００１３】
なお、砥石２８の外周面に接触する開口端内周にテーパ部あるいはアール部を設けても良く、テーパ部あるいはアール部とした場合、砥石２８の外周面とは線接触あるいは面接触し、この場合、上記のように開口端内周の円周縁２０ａがいわゆるピン角のものに比べて、ツルーイングによるツルア２０の摩耗量が少なくなる。
【００１４】
図１、図２において、２２はワーク用案内台１１の右方向においてベッド１０上に固定された砥石用案内台であり、この砥石用案内台２２上には、砥石スライドテーブル２３がＸ軸と直角なＺ軸方向（切込み送り方向）に移動可能に設置されている。
砥石用スライドテーブル２３は、砥石用案内台２２に設置したサーボモータ２４及びこのサーボモータ２４により回転される送りねじ２４ａとによってＺ軸方向に送り制御される。
【００１５】
砥石用スライドテーブル２３上にはコラム２５が鉛直に設置されており、このコラム２５の工作物Ｗと対向する側面には砥石ヘッド２６が鉛直なＹ軸方向（ピッチフィード送り方向）に移動可能に設置されている。砥石ヘッド２６は、コラム２５上に設置されたサーボモータ２７及びサーボモータ２７により回転される送りねじ（図示せず）とによってＹ軸方向に送り制御される。
【００１６】
砥石ヘッド２６には、外周面が球面状の砥石２８が前記ツルア２０の回転軸線と直交する鉛直軸線回りに回転可能に軸支され、この砥石２８は電動モータ２９によって回転駆動される。
なお、図１、図２において、３０は砥石ヘッド２６にワイヤ等を介して連結されたカウンタバランスである。
【００１７】
図１、図２において、ベッド１０上のＺ軸方向に、ストロボ装置３１と顕微鏡３２が対向して設置されている。ストロボ装置３１は所定の周波数で発光する光源、発光された光を反射する反射鏡、光を集光する集光レンズ等から構成され、旋回駆動装置３３によってＸ軸に平行な軸線回りに９０°旋回されるようになっており、通常は図１、図２に示すように水平状態に保持され、測定時には９０°旋回され、図４の一点鎖線に示す位置に位置決めされる。
【００１８】
顕微鏡３２は、顕微鏡３２で拡大した影像を受像機３４に像映するテレビカメラ３５とともに支持フレーム３６に固定されており、この支持フレーム３６は流体圧シリンダ３７のピストンロッド（図示せず）に固定されており、この流体圧シリンダ３７の作動によって顕微鏡３２及びテレビカメラ３５はＸ軸方向に進退される。
【００１９】
ここで、ストロボ装置３１と、顕微鏡３２と、受像機３４とで砥石形状測定装置が構成される。
図１において、３８は非球面加工装置全体を制御し、管理する数値制御装置であり、操作盤３９と、測定プログラム並びに加工プログラムが記憶されたメモリ４０と、砥石半径Ｒの補正データを入力することにより非回転対称非球面形状データ（Ｘ、Ｙ、Ｚ）を算出して出力する自動プログラミング装置４１とが接続されている。
【００２０】
さらに、数値制御装置３８には、加工プログラムおよび形状データに基づいて数値制御装置３８から出力される駆動指令信号により、それぞれのサーボモータ１３、２４、２７を駆動する駆動回路４２〜４４が接続されている。
上記構成において、サーボモータ１３は第１の駆動手段を、サーボモータ２４は第２の駆動手段を、サーボモータ２７は第３の駆動手段を、ワーク支持台１４及び真空チャック１５は支持部を、数値制御装置３８は制御手段をそれぞれ構成する。
【００２１】
上記形状データ（Ｘ、Ｙ、Ｚ）は、自動プログラミング装置４１により算出されるワークＷの加工ポイントから砥石半径Ｒ離間した面、つまり、砥石中心Ｏの軌跡であり、砥石２８の外周面が球面状であるため、ワークＷの加工ポイントに対して砥石中心Ｏが常に法線方向に位置して加工が行われることとなる。
次に、上記のように構成された本実施例の動作について説明する。
【００２２】
ワークＷを非球面加工する場合には、まず、加工プログラムにしたがい数値制御装置３８を動作させることにより、形状データ（Ｘ、Ｙ、Ｚ）に応じたトラバース駆動指令信号を駆動回路４２を介してサーボモータ１３に加え、これによりワークＷを含めたワーク用スライドテーブル１２をＸ軸方向に移動させて、ワークＷを加工開始位置に移動させる。この状態で、数値制御装置３０から切込み駆動指令信号を駆動回路４３を介してサーボモータ２４に加えることにより、砥石ヘッド２６を含めた砥石用スライドテーブル２３をＺ軸方向に切込み送りさせ（図５参照）、そして、Ｘ軸とＺ軸の同時２軸制御により、図６の実線矢印に示すように、ワークＷをＸ軸方向にワンパス加工する。
【００２３】
ワークＷに対する上述のワンパス加工が終了すると、加工プログラムと形状データに基づき数値制御装置３８からピッチフィード駆動指令信号を駆動回路４４を介してサーボモータ２７に加えることにより、図６の点線矢印に示すように、砥石ヘッド２６をＹ軸方向に１ピッチ分移動する。
砥石ヘッド２６のＹ軸方向の１ピッチ送りが終了した後は、再び上述のＸ軸とＺ軸の同時２軸制御を行うことにより、ワークＷをワンパス加工する。
【００２４】
以下、同様な動作を繰り返すことにより、ワークＷの全面を形状データに応じて非球面に加工する。
上記実施例において用いた加工方法つまり、同時２軸制御（Ｘ軸、Ｚ軸）でワンパス加工を行い、加工後、Ｙ軸を１ピッチ移動させるということの繰り返しでワークＷの全面を加工する方法では、３軸のうちＹ軸のみスライド精度の異なる軸受を用いた場合（例えば、Ｘ軸、Ｙ軸が静圧軸受、Ｙ軸がころがり軸受とした場合）のスライド精度の相違による誤差（例えば、Ｙ軸の追従遅れ等による誤差）が加工中に生じることがないため、精度の良い加工を行うことができる。
【００２５】
なお、上記実施例においては、同時３軸制御（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）による加工も可能である。ただし、この場合、スライド精度の相違による誤差を生じさせないため、３軸とも同じ精度の軸受を用いることが望ましく、例えば、３軸とも静圧軸受を用いると、精度の良い加工を行うことができる。
ワークＷの加工が終了した後は、ワーク用スライドテーブル１２を移動させて、ツルーイング装置１６のツルア２０の回転軸心Ｐと砥石２８の砥石中心Ｏとが一致する位置に移動させる。
【００２６】
次に、ツルア２０および砥石２８を回転駆動した状態で（ここで、ツルア２０の回転速度は砥石２８の回転速度よりも高速で回転させる。）、砥石用スライドテーブル２３を切込み送りすることによって、図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、ツルア２０の開口端内周の円周縁２０ａが砥石２８の外周面に線接触で密着し、この状態でツルア２０に対して砥石２８が所定量切り込まれることによって、砥石２８の外周面が砥石中心Ｏから均一な半径Ｒの球面状に高精度にツルーイングされる。
【００２７】
砥石２８のツルーイングが終了した後は、砥石半径Ｒに対してＲ補正を行うために、次のようにして砥石半径Ｒを測定する。
まず、ストロボ装置３１を旋回駆動装置３３により図４に示すように９０°旋回して、顕微鏡３２と対向させる。
一方、顕微鏡３２は、流体圧シリンダ３７の作動によって測定位置まで前進される。
【００２８】
そして、砥石２８を回転駆動した状態で、操作盤３９を操作することによって、まず、図４に示すように砥石２８の右端が受像機３４画面上の中心線に接する位置まで砥石用スライドテーブル２３をＺ軸方向に手動操作によって移動させて、その位置で砥石用スライドテーブル２３を位置決めし、この時のＺ軸方向での座標値を作業者によって読み取る。この時のＺ軸方向の座標値をＺ１とする。
【００２９】
次に、砥石２８の左端に対しても同様に測定し、この時の座標値Ｚ２とすると、砥石半径ＲはＲ＝（Ｚ１−Ｚ２）／２で求めることができる。
ここで、ストロボ装置３２の光源から発光される光の周波数に対して砥石２８の回転の周波数を整数倍とすることにより、正確な砥石２８の影像が受像機３４の画面上に像映されるため、高精度な測定データを得ることができる。
【００３０】
次に、得られた砥石半径Ｒを補正データとして自動プログラミング装置４１に入力することにより、形状データ（Ｘ、Ｙ、Ｚ）が再計算され、数値制御装置３８に出力され、次の加工はこの新しい形状データに基づいて加工が行われる。
上記実施例においては、ストロボ装置３１は、非測定時は、旋回駆動装置３３によって水平状態に旋回されるようになっているため、ワークＷ、砥石２８の交換の際の作業性が向上される。
【００３１】
なお、上記実施例において、上記メモリ４０に砥石２８両端部のＺ軸方向の座標値Ｚ１、Ｚ２を順次記憶し、この座標値Ｚ１、Ｚ２から砥石半径Ｒを算出し、算出された砥石半径Ｒから形状データ（Ｘ、Ｙ、Ｚ）を再計算し、数値制御装置３８に出力するといった行程を自動で行うようにしても良い。その場合、自動測定プログラム、砥石半径演算プログラム、形状データ演算プログラムを格納したメモリを用いれば可能である。
【００３２】
また、本発明は上記実施例に示す構成のものに限定されず、請求項に記載した範囲を逸脱しない限り、種々の変形が可能である。
【００３３】
【発明の効果】
以上述べたように本発明の非球面加工装置は、請求項１に記載された発明によると、研削加工用の砥石の外周面を球面状としたので、加工時の工具Ｒ補正を容易に行うことができるようになった。また、開口端内周の円周縁で砥石外周面と密着する中空円筒状の環状突出部を有するツルアを砥石の回転軸心と直交する軸線回りを回転させるとともにツルアの回転軸心上を砥石中心が移動するようにして砥石の外周面を球面状にツルーイングするようにしたので、容易にかつ高精度に球面ツルーイングができ、ツルアの駆動機構が複雑にならず、コストダウンが図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の非球面加工装置及びその制御部の全体構成図である。
【図２】図１の側面図である。
【図３】本実施例におけるツルーイング時の作動状態図である。
【図４】本実施例における砥石形状測定時の作動状態図である。
【図５】本実施例における加工時の砥石とワークの作動状態を示す側面図である。
【図６】本実施例における非曲面加工方法の一例を示す説明図である。
【符号の説明】
１２  ワーク用スライドテーブル
１３  サーボモータ（第１の駆動手段）
１４  ワーク支持台（支持部）
１５  真空チャック（支持部）
１６  ツルーイング装置
２０  ツルア
２０ａ  円周縁
２３  砥石用スライドテーブル
２４  サーボモータ（第２の駆動手段）
２５  コラム
２６  砥石ヘッド
２７  サーボモータ（第３の駆動手段）
２８  砥石
３１  ストロボ装置
３２  顕微鏡
３４  受像機
３５  テレビカメラ
３８  数値制御装置（制御手段）
Ｗ  ワーク
【図１】
0003598534.tif 000002
【図２】
0003598534.tif 000003
【図３】
0003598534.tif 000004
【図４】
0003598534.tif 000005
【図５】
0003598534.tif 000006
【図６】
0003598534.tif 000007