(57)【要約】【課題】砥石の形状を精密に測定し、その形状データを用いてワークを加工することにより、試行錯誤を繰り返すことなく目標加工形状を有するワークに加工することを可能にしたワーク加工システム及び砥石用形状データ取得装置を提供する。【解決手段】砥石ＳによりワークＷを加工する工作機械２を含むワーク加工システム１において、 砥石Ｓの形状データを取得する形状データ取得装置１０と、形状データ取得装置１０により得られた砥石Ｓの形状データとワークＷの目標加工形状データとに基づいて砥石ＳのワークＷに対する接点を算出する演算装置３と、該演算装置３により得られた接点の算出結果に基づいてワークＷに対する砥石Ｓの配置を調整する制御装置４とを有する。【選択図】図１
2019013998.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
砥石によりワークを加工する工作機械を含むワーク加工システムにおいて、 前記砥石の形状データを取得する形状データ取得装置と、該形状データ取得装置により得られた前記砥石の形状データと前記ワークの目標加工形状データとに基づいて前記砥石の前記ワークに対する接点を算出する演算装置と、該演算装置により得られた接点の算出結果に基づいて前記ワークに対する前記砥石の配置を調整する制御装置とを有することを特徴とするワーク加工システム。
【請求項２】
前記形状データ取得装置が、前記砥石を保持する取付台と、前記砥石の形状を測定する測定装置と、前記取付台に保持された砥石の先端部に対向する位置で前記測定装置を前記砥石の断面方向に沿って移送する移送ユニットとを備えることを特徴とする請求項１に記載のワーク加工システム。
【請求項３】
前記測定装置が、帯状のレーザー光を照射する或いは点状のレーザー光を照射しながら前記砥石の断面方向を走査することにより前記砥石の形状を測定するレーザー測定器であることを特徴とする請求項２に記載のワーク加工システム。
【請求項４】
ワークの加工に用いる砥石の形状データを取得する形状データ取得装置であって、砥石を保持する取付台と、前記砥石の形状を測定する測定装置と、前記取付台に保持された砥石の先端部に対向する位置で前記測定装置を前記砥石の断面方向に沿って移送する移送ユニットとを備えることを特徴とする砥石用形状データ取得装置。
【請求項５】
前記測定装置が、帯状のレーザー光を照射する又は点状のレーザー光を照射しながら前記砥石の断面方向を走査することにより前記砥石の形状を測定するレーザー測定器であることを特徴とする請求項４に記載の砥石用形状データ取得装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワーク加工システム及び砥石用形状データ取得装置に関し、更に詳しくは、砥石の形状を精密に測定し、その形状データを用いてワークを加工することにより、試行錯誤を繰り返すことなく目標加工形状を有するワークに加工することを可能にしたワーク加工システム及び砥石用形状データ取得装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レンズ加工機において、球面レンズや非球面レンズのように曲面を有するワークに曲面加工を施すためにカップ型砥石やディスク型砥石が用いられている（例えば、特許文献１）。例えば、カップ型砥石の場合、内径、外径、砥石長さ及び創出する曲率に基づいて、砥石の傾斜角と横移動量を算出して加工時の砥石の位置決めをしている。また、カップ型砥石の場合、砥石の位置決めは、砥石の先端部の形状が理想的な半円型であることを想定して計算されている。
【０００３】
しかしながら、実際のカップ型砥石は、新品であっても砥石の先端部の形状が理想的な半円型になっていないものや、既に他の加工で使用したことにより砥石の先端部の形状が変化しているものが多い。このようなカップ型砥石を用いてワークを加工すると、大幅な曲率誤差や中心部の削り残し（所謂、ヘソ）が生じるので、補正をかけながら基準値に入るまで試加工を繰り返し行う必要がある。そのため、試加工に多大な時間と材料を要しているという問題がある。
【０００４】
また、カップ型砥石の場合、レンズ加工機に装着した後、ノギス等の測定具により砥石長さを測定することが必要である。このような測定には、多大な時間が掛かる一方で、内径、外径及びの砥石長さの３点を測定することできるが、カップ型砥石の先端形状を測定することはできないという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−１５０２１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、砥石の形状を精密に測定し、その形状データを用いてワークを加工することにより、試行錯誤を繰り返すことなく目標加工形状を有するワークに加工することを可能にしたワーク加工システム及び砥石用形状データ取得装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するための本発明のワーク加工システムは、砥石によりワークを加工する工作機械を含むワーク加工システムにおいて、 前記砥石の形状データを取得する形状データ取得装置と、該形状データ取得装置により得られた前記砥石の形状データと前記ワークの目標加工形状データとに基づいて前記砥石の前記ワークに対する接点を算出する演算装置と、該演算装置により得られた接点の算出結果に基づいて前記ワークに対する前記砥石の配置を調整する制御装置とを有することを特徴とするものである。
【０００８】
また、本発明の砥石用形状データ取得装置は、ワークの加工に用いる砥石の形状データを取得する形状データ取得装置であって、砥石を保持する取付台と、前記砥石の形状を測定する測定装置と、前記取付台に保持された砥石の先端部に対向する位置で前記測定装置を前記砥石の断面方向に沿って移送する移送ユニットとを備えることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明において、砥石の形状データを取得する形状データ取得装置と、形状データ取得装置により得られた砥石の形状データとワークの目標加工形状データとに基づいて砥石のワークに対する接点を算出する演算装置と、演算装置により得られた接点の算出結果に基づいてワークに対する砥石の配置を調整する制御装置とを有しているので、砥石の形状を正確かつ効率的に測定でき、試行錯誤を繰り返すことなく目標加工形状を有するワークに加工することができる。これにより、試加工に要する時間を大幅に短縮することが可能になる。また、予め形状データ取得装置上で砥石長さの相関を取っておくことにより、砥石を工作機械に取り付けた後での砥石長さの測定が不要になる。更には、砥石の形状変化を把握することができ、特に、非球面加工では砥石の接触する点が経時的に変化するのでその意義は大きい。これにより、砥石の摩耗率を経時的に把握でき、砥石の寿命や性能を評価することが可能になる。
【００１０】
本発明において、形状データ取得装置は、砥石を保持する取付台と、砥石の形状を測定する測定装置と、取付台に保持された砥石の先端部に対向する位置で測定装置を砥石の断面方向に沿って移送する移送ユニットとを備えることが好ましい。これにより、砥石の形状を正確かつ効率的に測定することが可能になる。
【００１１】
本発明において、測定装置は、帯状のレーザー光を照射する或いは点状のレーザー光を照射しながら前記砥石の断面方向を走査することにより砥石の形状を測定するレーザー測定器であることが好ましい。これにより、砥石の形状を正確かつ効率的に測定することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態からなるワーク加工システムを概略的に示す説明図である。
【図２】本発明の実施形態からなる形状データ取得装置の一例を示す斜視図である。
【図３】本発明において接点の算出方法を説明するための断面図である。
【図４】従来の砥石の形状測定について説明するための断面図である。
【図５】測定機上での曲率誤差を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の構成について添付の図面を参照しながら詳細に説明する。図１は本発明の実施形態からなるワーク加工システムを概略的に示すものである。
【００１４】
図１に示すように、本発明の実施形態からなるワーク加工システム１は、砥石ＳによりワークＷを加工する工作機械２と、砥石Ｓの形状データを取得する砥石用の形状データ取得装置１０と、形状データ取得装置１０により得られた砥石Ｓの形状データとワークＷの目標加工形状データとに基づいて砥石ＳのワークＷに対する接点を算出する演算装置３と、演算装置３により得られた接点の算出結果に基づいてワークＷに対する砥石Ｓの配置を調整する制御装置４とを備えている。
【００１５】
工作機械２は、回転自在な主軸に砥石Ｓを装着して回転させると共に、ワークＷを回転させ、砥石ＳとワークＷとを相対的に移動及び揺動させることにより、ワークＷに対して曲面（球面又は非球面）加工を施すことができる。砥石Ｓとして、例えば、円筒状のカップ型砥石を用いる場合、該カップ型砥石の一端をワークＷの一部に当接させるカーブジェネレータ加工（ＣＧ加工）を行うことが可能である。カップ型砥石を用いるカーブジェネレータ加工機の場合、砥石Ｓの配置は球面創生原理に基づいて適宜調整される。
【００１６】
演算装置３は、形状データ取得装置１０により測定された砥石Ｓの形状データと、ワークＷの最終的な形状となる目標加工形状データとに基づき、砥石ＳのワークＷに対する接点を算出する。演算装置３は、図１に示すように工作機械２の外部に備えてもよいし、制御装置４の内部に組み込んでもよい。また、演算装置３は、工作機械２及び形状データ取得装置１０と接続することで、測定装置１２により得られた砥石Ｓの形状データを管理することや、砥石Ｓの寿命や性能に関する加工データを管理することにも有用である。演算装置３として、例えば、パソコンを用いることができる。
【００１７】
制御装置４は工作機械２に備えられている。この制御装置４は、演算装置３により算出された接点に基づいて、ワークＷに対する砥石Ｓの配置を調整する。更に詳しくは、演算装置３により算出された接点に基づいてワークＷに対する砥石Ｓの位置を補正し、接点がワークＷの中心軸上に位置するように調整する。このように砥石Ｓの接点とワークＷの中心軸に位置した状態で加工することによりヘソの発生を無くすることができる。
【００１８】
図２は本発明の実施形態からなる形状データ取得装置を示すものである。形状データ取得装置１０は、図２に示すように、砥石Ｓを保持する取付台１１と、砥石Ｓの形状を測定する測定装置１２と、測定装置１２を移送する移送ユニット１３とを備えている。砥石Ｓの形状を測定する際には、取付台１１に砥石Ｓを固定し、測定装置１２が砥石Ｓに対して走査することにより、砥石Ｓの形状データを取得することができるようになっている。
【００１９】
取付台１１は、その一端に砥石Ｓを保持する取付部１１ａを有しており、この取付部１１ａに対して砥石Ｓが着脱自在になっている。取付部１１ａは、砥石Ｓを回転自在に保持し、砥石Ｓの形状を測定する際に砥石Ｓの中心軸廻りに回転するように構成することもできる。
【００２０】
測定装置１２は、砥石Ｓの形状を測定可能であれば特に限定されるものではないが、例えば、レーザー測定器を用いることができる。特に、レーザー測定器として、砥石Ｓに対して帯状のレーザー光を照射して測定する、或いは、砥石Ｓに対して点状のレーザー光を照射しながら砥石Ｓの断面方向（カップ型砥石の場合は砥石Ｓの回転軸と直交する方向）に走査して測定するレーザー測定器であることが好ましい。これにより、一回の測定で砥石Ｓの形状を把握することができ、測定に要する時間も短時間で済むため、砥石Ｓの形状を正確かつ効率的に測定することが可能になる。また、このようなレーザー測定機により得られる砥石Ｓの形状データは、砥石Ｓの先端部の形状を多数の点で表す点群データである。
【００２１】
移送ユニット１３は、取付台１１に保持された砥石Ｓの先端部に対向する位置において、砥石Ｓの断面方向（カップ型砥石の場合は砥石Ｓの回転軸と直交する方向）に沿って測定装置１２を移送するものである。また、移送ユニット１３は、砥石Ｓの回転軸を通る位置、言い換えれば、砥石Ｓの直径となる位置を走査するように構成されている。
【００２２】
上記ワーク加工システムにおいて、ワークＷを加工するまでの過程について説明する。まず、取付台１１の取付部１１ａに砥石Ｓを固定し、測定装置１２により砥石Ｓを走査して砥石Ｓの形状を測定する。このようにして得られた砥石Ｓの形状データに基づいて、図３に示すように、砥石Ｓの中心線ＣＬ上に中心Ｏを有する目標加工形状の曲率Ｒの円Ｑと砥石Ｓとの２つの接点Ｐを求める。接点Ｐは中心線ＣＬを基準として左右に１点ずつ存在する。この接点Ｐに基づいて砥石Ｓの砥石径Ｄと砥石長さＨ１を求める。砥石径Ｄは、図３に示すように砥石Ｓの先端部の点Ｐ間の距離であり、砥石長さＨ１は、測定装置１２内の底面から接点Ｐまでの距離である。そして、測定装置１２での砥石長さＨ１から、工作機械２での砥石長さＨ２を予め求めておく。この砥石長さＨ２は、測定装置１２と工作機械２との基準面の差を考慮して算出する。
【００２３】
上述のようにして算出された砥石Ｓの砥石径Ｄと砥石長さＨ２に基づき、砥石Ｓの傾斜角θと横移動量とを算出して、ワークＷに対して砥石Ｓの位置決めを行う。この位置決めの算出結果に基づいて、工作機械２によりワークＷの加工を開始する。
【００２４】
ここで、図４は従来の砥石の形状測定について説明するためのものである。従来の測定方法では、砥石Ｓの形状を測定する際にノギス等が用いられており、この場合、砥石Ｓの外径ｄ１、内径ｄ２及び砥石長さの３点のみを測定することが可能である。また、１回目の試加工では、実際の曲率ｒ１（径方向内側の曲率）と、砥石Ｓの寸法から算出した曲率ｒ２（径方向外側の曲率）とは一致しないことが多く、数回の補正を要していた。これは、従来の位置決め計算において、砥石Ｓの先端部の形状が砥石幅を直径とする半円（図４に示す半円ＲＬ）であるという想定に基づいて計算していることに起因している。そのため、ワークＷと砥石Ｓとの接点は、実際の接点ｐ１と計算上の接点ｐ２のようにそれぞれの位置が異なってしまう。このような状態でワークＷを加工すると、接点ｐ１と接点ｐ２とのズレにより、ワークＷの中心部に直径ｔのヘソｋが形成される。このとき、曲率ｒ１と曲率ｒ２は一致せず、曲率ｒ１，ｒ２は異なっている。なお、図４において、ＷＬはワークＷの中心軸であり、θは砥石Ｓの傾斜角度である。
【００２５】
これに対して、本発明では、砥石Ｓの形状データを取得する形状データ取得装置１０と、形状データ取得装置１０により得られた砥石Ｓの形状データとワークＷの目標加工形状データとに基づいて砥石ＳのワークＷに対する接点Ｐを算出し、接点Ｐの算出結果に基づいてワークＷに対する砥石Ｓの配置を調整する制御装置４とを有するので、砥石Ｓの形状を正確かつ効率的に測定でき、試行錯誤を繰り返すことなく目標加工形状を有するワークＷに加工することができる。これにより、試加工に要する時間を大幅に短縮することが可能になる。また、予め形状データ取得装置１０上で砥石長さの相関を取っておくことにより、砥石Ｓを工作機械２に取り付けた後での砥石長さの測定が不要になる。更には、砥石Ｓの形状変化を把握することができ、特に、非球面加工では砥石Ｓの接触する点が経時的に変化するのでその意義は大きい。これにより、砥石Ｓの摩耗率を経時的に把握でき、砥石Ｓの寿命や性能を評価することが可能になる。
【００２６】
なお、上述のワーク加工システム１及び形状データ取得装置１０では、砥石Ｓとしてカップ型砥石を用いて凸面レンズの加工を行った例を示しているが、凹面レンズに適用してもよいし、非球面形状のレンズに適用してもよい。また、砥石Ｓの種類は特に限定されるものではなく、他にもディスク型砥石を採用することができる。
【実施例】
【００２７】
ワーク（レンズ）を加工する砥石の寸法を表１及び表２のように異ならせて８種類（比較例１〜４、実施例１〜４）のレンズを加工した。
【００２８】
比較例１〜４は、カーブジェネレータ加工機（自社製品のＭＺ１−３０Ａ）のみを用いて加工した。実施例１〜４は、形状データ取得装置を用いて砥石の形状データを測定し、その形状データとワークの目標加工形状データとに基づいて砥石のワークに対する接点を算出した後、カーブジェネレータ加工機を用いて接点の算出結果に基づいて砥石の配置を調整して加工した。
【００２９】
なお、比較例１〜３及び実施例１〜３ではワーク曲率を６０．２２５ｍｍとして加工し、比較例４及び実施例４ではワーク曲率を４７．６９３ｍｍとして加工した。また、比較例１と実施例１、比較例２と実施例２、比較例３と実施例３、比較例４と実施例４の各組において同種の砥石を用いた。
【００３０】
各レンズの評価は、測定機上での曲率誤差（μｍ）及びヘソ（ｍｍ）を評価し、その結果を表１及び表２に併せて示した。評価結果は、数値が小さいほどレンズの加工結果が優れていることを意味し、上述の各組の比較例と実施例とを比べて評価する。
【００３１】
測定機上での曲率誤差（μｍ）は、図５に示すようなリングスフェロメータ２０を用いて測定され、基準となるデルタリング２１の直径（ワークの直径の０．８〜０．９倍）に対するＲ原器２２とワークＷの中心部における高さの差を意味する。図５に示す曲率誤差ｅは、目標加工形状の曲率Ｒを有するＲ原器２２にリングスフェロメータ２０を合わせた後に、該リングスフェロメータ２０をワークＷの上に移動させ、ダイヤルゲージ２３を読むことで測定される。
【００３２】
【表１】
2019013998.tif 000003
【００３３】
【表２】
2019013998.tif 000004
【００３４】
表１及び表２から判るように、砥石の形状を精密に測定し、その測定データに基づいてワークを加工することで、実施例１〜４のレンズはそれぞれ比較例１〜４に比して曲率誤差及びヘソが改善されていた。一般に、測定機上での曲率誤差は±３（μｍ）程度の許容差があるが、実施例１〜４の全てにおいて該許容差の範囲内であった。また、ヘソについては、実施例１〜４の全てにおいて１回の加工で０ｍｍとなり、優れた改善効果が得られた。
【符号の説明】
【００３５】
１  ワーク加工システム
２  工作機械
３  演算装置
４  制御装置
１０  形状データ取得装置
１１  取付台
１１ａ  取付部
１２  測定装置
１３  移送ユニット
Ｄ  砥石径
ｄ１  外径
ｄ２  内径
ｋ  ヘソ
Ｈ１  砥石長さ
Ｏ  中心
Ｐ，ｐ１，ｐ２  接点
Ｑ  円
Ｒ，ｒ１，ｒ２  曲率
Ｓ  砥石
ｔ  直径
Ｗ  ワーク
ＣＬ  中心線
ＲＬ  半円
ＷＬ  中心軸
θ  傾斜角度
【図１】
2019013998.tif 000005
【図２】
2019013998.tif 000006
【図３】
2019013998.tif 000007
【図４】
2019013998.tif 000008
【図５】
2019013998.tif 000009