(57)【要約】チャック（２）と、チャック（２）に適合する工具ホルダまたは加工部品ホルダ（３）を有しており、チャック（２）が、工具または加工部品をＸおよびＹ方向に配向するための接触面（１３）と、Ｚ方向に対して垂直方向の平面を定めるための端面（６）とを備えた支柱を有する緊締装置が工具または加工部品のために提案される。接触面（１３）および端面（６）に、チャック（２）と、工具ホルダまたは加工部品ホルダ（３）との間の距離を測定するための距離測定手段（４）が形成されている。
2009534206.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
工具または加工部品のための緊締装置（１）であって、チャック（２）と、該チャック（２）に適合する工具ホルダまたは加工部品ホルダ（３）とを有し、前記チャック（２）が、工具または加工部品をＸ方向およびＹ方向に配向するための接触面（１３）と、Ｚ方向に対して垂直方向の平面を定めるための端面（６）とを備えた支柱（７）を有する緊締装置（１）において、
前記接触面（１３）および前記端面（６）に、前記チャック（２）と、前記工具ホルダまたは加工部品ホルダ（３）との間の距離を測定するための距離測定手段（４）が形成されていることを特徴とする緊締装置。
【請求項２】
距離を測定するための前記距離測定手段（４）が、光学干渉計（８）として形成されている、請求項１記載の緊締装置（１）。
【請求項３】
前記光学干渉計（８）が、電子式の評価システムに接続されている、請求項１または２記載の緊締装置。
【請求項４】
前記光学干渉計（８）が、前記チャック（２）における前記支柱（７）の互いに向かい合った接触面（１３）に配置されている、請求項１から３までのいずれか１項記載の緊締装置。
【請求項５】
光ファイバ（９）を備えた前記光学干渉計（８）に隣接して、参照用としてさらなる光ファイバ（１０）が配置されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の緊締装置。
【請求項６】
前記参照用光ファイバ（１０）と前記光学干渉計（８）との間に、洗浄媒体のための孔（１１）が形成されている、請求項１から５までのいずれか１項記載の緊締装置。
【請求項７】
前記光学干渉計（８）に隣接して、圧電素子（１２）が配置されている、請求項１から６までのいずれか１項記載の緊締装置。
【請求項８】
前記工具ホルダ（３）が、舌片状の弾性領域（１４）を有し、該弾性領域が、該弾性領域に適合するように前記チャック（２）に形成された領域（１５）に対して配向される、請求項１から７までのいずれか１項記載の緊締装置。
【請求項９】
請求項１から８までのいずれか１項に記載の緊締装置（１）によって加工部品を機械的に加工するための加工方法において、順次に実行する次のステップ、すなわち、
−チャック（２）に工具ホルダまたは加工部品ホルダ（３）を機械的に緊締するステップと、
−前記チャック（２）に設けられた参照用光ファイバ（１０）、および前記工具ホルダまたは加工部品ホルダ（３）の特殊研磨された反射面（２３，２４）によって光学干渉計（８）を較正するステップと、
−前記チャック（２）と加工部品ホルダまたは工具ホルダ（３）との間の絶対距離を測定するステップと、
−加工前にＸ−Ｙ−Ｚ座標系における変位量および回転角度を計算するステップと、
−加工中にＸ−Ｙ−Ｚ座標系における変位量および回転角度を計算するステップと、
−圧電素子（１２）を用いてＸ−Ｙ−Ｚ座標系における変位量および回転角度を計算し、補償するステップと
を有する加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、チャックと、チャックに適合する工具ホルダまたは加工部品ホルダを有し、チャックが、工具または加工部品をＸおよびＹ方向に配向するための接触面と、Ｚ方向に対して垂直方向の平面を定めるための端面とを備えた支柱を有する、工具または加工部品のための緊締装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
工具機械光学では、工具および／または加工部品をＸ−Ｙ−Ｚ座標系の正確な所定位置に保持するために緊締装置が使用される。工具は、例えば、垂直方向腐食装置において、加工部品を放電加工によって加工するために用いられる電極である。工具、ここでは、例えば電極が工具ホルダ内に挿入され、工具ホルダは適合するチャックに収容される。測定精度に関して高い要求のある射出成形製品のための成形型を作製する場合には、射出成形型の精度にも少なくとも同様に高い要求がある。加工プロセスで使用される種々異なった工具および加工部品の緊締工程の再現可能性も測定精度および製品の外見に影響を及ぼす。市販の緊締装置は、＋／−２μｍの位置決め精度を達成する。
【０００３】
欧州特許第２５５０４２号明細書により、このような緊締装置が公知である。この緊締装置は、互いに直交して配置された２つの溝対および弾性的なリップを備えた２つのストリップ対を有している。この緊締装置は、例えば、垂直方向腐食装置において電極を緊締するために使用される。
【０００４】
ドイツ連邦共和国特許第１９５２８６７６号明細書につき、絶対的な距離を測定するための装置が知られている。この装置は光学干渉計を有しており、この光学干渉計は、光ファイバ、および光源を有する２つのレーザを備え、少なくとも１つのレーザは波長が調整可能であり、さらに放射線分配器、光電子受信機、および、信号を評価し、距離をナノメータ範囲の精度で測定するための計算機を備えている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このような従来技術から出発した本発明の課題は、ナノメータ範囲で正確かつ再現可能な緊締を可能にし、加工機械においてできるだけわずかなスペースを必要とする緊締装置を提案することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この課題は、工具または加工部品のための緊締装置において、チャックおよびチャックに適合する工具ホルダまたは加工部品ホルダを有しており、この場合に、チャックが、Ｘ方向およびＹ方向に工具または加工部品を配向するための接触面ならびにＺ方向に対して垂直方向の平面を定めるための端面を有する支柱を備えており、接触面および端面には、チャックと、工具ホルダまたは加工部品ホルダとの間の距離を測定するための距離測定手段が形成されていることにより解決される。
【０００７】
本発明の有利な構成が、従属請求項に記載されている。
【発明の効果】
【０００８】
緊締装置が、ナノメータ範囲の精度で、加工機械においてできるだけわずかなスペースしか必要としないことは有利である。このことは、距離を測定するための距離測定手段が光学干渉計として形成されていることにより達成される。
【０００９】
緊締装置によって、絶対的な距離測定の他に、例えばねじり力または振動などの力を測定できることも有利である。このことは、光学干渉計が電子式の評価システムに連結されていることにより達成される。
【００１０】
さらに緊締装置により、寸法変化を温度変化の結果として測定することができることも有利である。このことは、光学干渉計がチャックおよび／または工具ホルダの向かい合った接触面および／または端面に配置されていることにより達成される。緊締装置の溝またはストリップの向か合った２つの側に測定手段が設けられていることは、測定の信頼性を高め、温度膨張の修正を可能にする。
【００１１】
本発明の核となる思想は、垂直方向腐食装置の緊締装置に組み込まれる非接触型測定手段を設けることである。測定手段が緊締装置内に組み込まれている場合には、緊締される工具または加工部品に外部の測定手段を設けることは不要となる。電子式の評価システムにより得られる測定値により、緊締装置の位置を修正することができる。これにより、緊締および解除のための時間が節約され、位置決め精度が著しく改善される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
次に本発明の実施の形態を図面につき詳しく説明する。
【００１３】
図１には、放電加工装置のための緊締装置１が断面図で示されている。緊締装置１は、Ｘ軸およびＹ軸の方向に対称的に形成されているので、図１には緊締装置１の半分のみが示されている。緊締装置１は、チャック２と、チャック２に適合する加工部品ホルダまたは工具ホルダ３とからなっている。チャック２は、Ｘ軸方向にもＹ軸方向にもそれぞれ２つの支柱７を有しており、支柱７は、９０°の角度で配置された端面６を備えている。
【００１４】
図２には、図１の緊締装置１のチャック２が、下面図で、すなわち、加工部品ホルダまたは工具ホルダ３から見た図で再び示されている。支柱７の間にはいわば「Ｚアイランド２０」が形成されている。チャック２の支柱７の下面に設けられた端面６には、チャック２と工具ホルダ３との間の距離を測定するための距離測定手段４が示されている。この距離測定手段４は、支柱７の端面６と同一平面に配置されている。それぞれの距離測定手段４は、２つの光ファイバ９，１０を備えた光学干渉計８を有している。光ファイバ１０は、参照用光ファイバとして役立つ。参照用光ファイバ１０によって、とりわけ加工部品の反射特性が測定される。両方の光ファイバ９，１０の間には、洗浄媒体のための孔１１が形成されている。洗浄媒体は、ガス状または液状のもの、例えば、空気または放電加工装置の洗浄液であってもよい。
【００１５】
光学干渉計８に隣接して、圧電素子１２が配置されている。この圧電素子１２によって、緊締装置１は、数ミクロンの比較的狭い範囲内で堅固に緊締され、保持される。ナノメートル範囲の距離測定が、緊締装置１が圧電素子１２の作用範囲内に堅固に緊締された場合にはじめて干渉計８により実施される。有利には、圧電素子１２は、剪断力に対して低い剛性を有する薄膜シートの形で形成されている。それぞれの光ファイバ９，１０には、種々異なった、または調整可能な波長を有する複数のレーザ光源が接続されている。
【００１６】
光ファイバ９，１０は、電子式の評価システムに接続されている。この電子式の評価システムによって、とりわけ、種々異なったレーザの波長およびパルス継続時間が制御される。チャック２の距離測定手段４に向かい合って工具ホルダ３に形成されている面５は、部分的に、光ファイバ９，１０からの光のための反射面２３，２４として形成されている。ここに説明した手段によって、緊締装置１をＺ方向に数ナノメートルの精度で位置決めすることができる。
【００１７】
図３には、緊締装置１が、半径方向に、すなわち、４つの支柱７のいずれか１つを断面して示されている。図２は、緊締された状態の緊締装置１を示している。図３および図４には、チャック２をＸ軸および／またはＹ軸方向に固定するために役立つ接触面１３が示されている。ここでは、さらなる光ファイバ９、参照用光ファイバ１０および洗浄媒体のための孔１１が、Ｘ軸またはＹ軸方向にもＺ軸方向にも示されている。距離測定を行うための距離測定手段４の機能は、図１および図２につき説明した距離測定手段４と同一である。互いに向かい合っている両方の接触面１３に一緒に作用する光学干渉計８が配置されている場合には、例えば加工中に温度上昇により生じた、チャック２の膨張を測定し、補償することができる。図３には、工具ホルダまたは加工部品ホルダ３の舌片状に形成された弾性的な領域１４も示されている。
【００１８】
図５には、チャック２を上方から見た緊締装置１が示されている。図６には、チャック２に適合する工具ホルダまたは加工部品ホルダ３が示されている。図５では、チャック２が、Ｘ軸およびＹ軸方向に測定を行うための８つまでの光学干渉計８と、Ｚ軸方向に測定を行うためのさらなる４つの光学干渉計８とを有していることがわかる。加工部品ホルダ３は、舌片状に形成された８つの弾性的な領域１４を有しており、これらの領域１４は、チャック２の円錐状に形成された領域１５と協働する。これにより、加工部品または工具を摩擦接続下に緊締できる。Ｚ軸方向の運動は同様に光学干渉計８によって監視され、補正される。工具を収容するために設けられている中央の孔２１は、突起２２によって形成されており、これにより、ここには示されていない工具を差し込み継手の形で保持することができる。図６には、チャック２の光学干渉計８と協働する特殊研磨された反射面２３，２４も見ることができる。
【００１９】
図７には、加工部品ホルダまたは工具ホルダ３が、反対側から見た斜視図で再び示されている。工具ホルダ３は、Ｘ軸およびＹ軸方向に工具ホルダの下面に形成された２つの主ビーム２５ならびに主ビーム２５の間に４５°の角度で配置されたさらなる２つの補強ビーム２６が配置されている。ビーム２５，２６の間の平面領域２７は、比較的肉薄に構成されている。主ビーム２５は、補強ビーム２６に比べて相対的に肉厚に構成されている。これにより、工具ホルダ３がＺ方向に、他の方向においてよりも高い弾性を有することが達成される。
【００２０】
ここに示した緊締装置１により、緊締後のＸ−Ｙ−Ｚ座標系における位置がナノメータ範囲の正確さで測定され、継続的に保持される。正確な位置情報は、例えば加工中に加工部品または工具に作用する力を計算するために使用される。正確な位置情報を加工時に生じる振動を補償し、かつ／または工具の摩耗を観察するために用いることもできる。Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸の方向に位置を測定することにより、加工部品または工具の運動の自由度を全て測定し、制御することができる。これにより、複雑な幾何学形状を有する加工部品、例えば特殊成形された表面を有する光学レンズまたは光学レンズのための射出成形型を望ましい精度で作製することができる。
【００２１】
測定は加工中に行われる。スペースを必要とし、可動な緊締装置では使用することのできない外部の測定手段は不要である。加工部品を着脱し、その間に時間のかかるチェックを行うことは不要となる。光学干渉計８は、特にサブミクロン範囲で距離を測定するために適している。加工部品または工具のチェックが、加工プロセスの条件に合わせて持続的に調整されるので、長時間にわたって、例えば夜にわたって、高い精度で加工を行うこともできる。加工部品の表面質に対する工具の振動および温度膨張の影響は、もはや工具においてではなく、緊締された加工部品において修正される。工具ホルダおよび加工部品ホルダ３に設けられた舌片状の弾性的な領域１４も同様に光学干渉計８によって非接触式に監視される。これにより、Ｚ軸方向の加工部品の運動が測定され、加工時に考慮される。
【００２２】
光学干渉計８を備える緊締装置１が、加工開始時にまず機械的に緊締される。工具ホルダ３およびチャック２がＸ−Ｙ−Ｚ座標系の零点まで数マイクロメートルの距離に位置する。次いで全ての光学干渉計８が干渉光ファイバ１０および特殊研磨された面２３，２４を用いて所定の波長および強度により調整される。その後にチャック２と工具ホルダ３との間の絶対距離がナノメータ範囲で測定される。このためには、例えば４つの異なる波長を有するレーザ光が１２の光ファイバ９のそれぞれを通って送受信される。受信された反射光信号は、電子式の評価システムに取り込まれ、変換され、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸方向の絶対距離が計算される。
【００２３】
機械的な緊締により定められた基準座標系と、光学干渉計システムによって測定されたずれとの間の差が、加工機械の制御システムに保存される。変位により生じた差も回転により生じた差も測定され、記憶される。加工部品を引き続き加工する間には、１つの波長による確認のための測定のみが必要である。緊締装置２が圧電素子１２を備えている場合には、力作用、ねじりモーメントの作用、振動または温度変化によって生じた小さい距離変化を修正することができる。最適な幾何学的形状をナノメータ範囲で達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明による緊締装置の断面図である。
【図２】図１の緊締装置の平面図である。
【図３】中央線に沿って断面した緊締装置の領域を示す図である。
【図４】中央線に沿って、図３の断面図に対して垂直方向に断面した緊締装置の領域を示す図である。
【図５】工具または加工部品ホルダの側から見たチャックの斜視図である。
【図６】チャックの側から見た工具または加工部品ホルダの斜視図である。
【図７】向かい側から見た工具または加工部品ホルダの斜視図である。
【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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【国際調査報告】
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