(57)【要約】【課題】  長尺の加工対象物であっても高精度に芯出し調整が可能な加工機の調芯装置を提供すること。【解決手段】  加工対象物を保持して回転させる回転保持部２を有する回転機構３と、加工対象物の軸線の位置を調整可能な位置調整機構４と、これら機構を制御する制御部５とを備え、位置調整機構が、回転軸に直交する方向であって互いに異なる方向から加工対象物の外周面に当接可能かつ該方向に移動可能とされた３つの移動機構６を有し、移動機構が、回転軸に沿った方向に並べて配されて加工対象物の外周面に当接可能な一対の圧電センサと、圧電センサが取り付けられたセンサ支持部材と、センサ支持部材を回転軸に直交する方向に移動可能なアクチュエータとを備え、制御部が、加工対象物を回転させた際の圧電センサの出力に基づいてアクチュエータを駆動し芯出し調整を行う。【選択図】図１
2013178613.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円柱状又は円筒状の加工対象物を保持して軸線回りに回転させる加工機の調芯装置であって、
前記加工対象物を保持して軸線回りに回転させる回転保持部を有する回転機構と、
保持された前記加工対象物の軸線の位置を調整可能な位置調整機構と、
これら機構を制御する制御部とを備え、
該位置調整機構が、前記回転保持部の回転軸に直交する方向であって互いに異なる方向から前記加工対象物の外周面に当接可能かつ該方向に移動可能とされた少なくとも３つの移動機構を有し、
前記移動機構が、前記回転軸に沿った方向に並べて配されて前記加工対象物の外周面に当接可能な一対の圧電センサと、
一対の前記圧電センサが取り付けられて前記回転軸に沿った方向に延在したセンサ支持部材と、
該センサ支持部材を支持すると共に前記回転軸に直交する方向に移動可能なアクチュエータとを備え、
前記制御部が、前記加工対象物を回転させた際の前記圧電センサのそれぞれの出力に基づいて前記アクチュエータを駆動し前記加工対象物の軸線と前記回転軸とを一致させる芯出し調整を行うことを特徴とする加工機の調芯装置。
【請求項２】
請求項１に記載の加工機の調芯装置において、
３つの前記移動機構が、互いに前記回転軸回りに１２０°の間隔で配置されていることを特徴とする加工機の調芯装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の加工機の調芯装置において、
前記加工機が、レーザ光を前記加工対象物に照射して加工を行うレーザ加工機であることを特徴とする加工機の調芯装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、円柱状又は円筒状の加工対象物を保持して軸線回りに回転させて加工を行うレーザ加工機等の加工機の調芯装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、円柱状又は円筒状の加工対象物を加工する際の位置ずれ補正には、芯出し及び芯振れ補正が行われる。例えば、手動で行う方法としては、接触式変位測定機等を用いた測定と、固定機構への加工対象物の着脱繰返し等による調整とが行われる。また、自動で調整を行う従来の方法としては、例えば特許文献１には、ピエゾアクチュエータを用いてワーク（加工対象物）を外方から押圧して位置調整を行う方法及び装置が提案されている。さらに、特許文献２には、空気圧アクチュエータと圧電素子とを組み合わせた位置調整装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−３１４２３９号公報
【特許文献２】特開２０１０−８６４７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来の技術には、以下の課題が残されている。
すなわち、特許文献１及び２に記載の技術では、いずれも１点のみで測定し、該１点で位置調整を行うため、その測定点での芯出しは可能であるが、長尺の加工対象物の場合には、振れ補正を実施するためにはさらに軸方向への調整が必要となり、１μm以下等の高精度な芯出し・振れ補正が難しいという問題があった。例えば、図８の（ａ）に示すように、加工対象物Ｗの軸線Ｏ２が回転軸Ｏ１に対して傾いている場合、回転中心Ｃが加工対象物Ｗを保持する根元部分であると、１点での位置調整による芯出しは可能であるが、図８の（ｂ）に示すように、回転中心Ｃが加工対象物Ｗの途中内部に位置する場合、回転中心Ｃ付近の１点のみで位置調整しても先端での振れが大きくなる可能性があり、高精度な芯出し調整が困難であった。
また、レーザ加工においては、微細な加工を行うことが多く、加工対象物の位置精度も従来の機械加工の精度（±１．５μｍ程度）よりも高精度が要求されている。また、機械加工を行う場合等では、加工対象物を強く保持する必要があり、位置調整に伴う大きな外力によって加工対象物や保持部分に歪みが生じてずれが発生してしまう場合があった。
【０００５】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、長尺の加工対象物であっても高精度に芯出し調整が可能な加工機の調芯装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、第１の発明に係る加工機の調芯装置は、円柱状又は円筒状の加工対象物を保持して軸線回りに回転させる加工機の調芯装置であって、前記加工対象物を保持して軸線回りに回転させる回転保持部を有する回転機構と、保持された前記加工対象物の軸線の位置を調整可能な位置調整機構と、これら機構を制御する制御部とを備え、該位置調整機構が、前記回転保持部の回転軸に直交する方向であって互いに異なる方向から前記加工対象物の外周面に当接可能かつ該方向に移動可能とされた少なくとも３つの移動機構を有し、前記移動機構が、前記回転軸に沿った方向に並べて配されて前記加工対象物の外周面に当接可能な一対の圧電センサと、一対の前記圧電センサが取り付けられて前記回転軸に沿った方向に延在したセンサ支持部材と、該センサ支持部材を支持すると共に前記回転軸に直交する方向に移動可能なアクチュエータとを備え、前記制御部が、前記加工対象物を回転させた際の前記圧電センサのそれぞれの出力に基づいて前記アクチュエータを駆動し前記加工対象物の軸線と前記回転軸とを一致させる芯出し調整を行うことを特徴とする。
【０００７】
この加工機の調芯装置では、３つの移動機構が、回転軸に対して直交する３方向に配置されていると共に、各移動機構の一対の圧電センサが回転軸に沿った方向に並べて配されているので、前記３方向からの同時調整と回転軸に沿った方向の２点調整との組み合わせによって、振れ補正を含んだ高精度な芯出しが可能になると共に、調整速度を向上させることができる。
すなわち、回転軸に対して加工対象物の軸線がずれていると、加工対象物を回転させた際に加工対象物が断続的に圧電センサに当たり、複数の圧電センサに均等に圧力が加わらずに一部の圧電センサの出力が強くなったり、低くなったりする。したがって、制御部において、各圧電センサの出力が一定になるように各アクチュエータを駆動することで、加工対象物の軸線と回転軸とを一致させる芯出しを精度良く行うことが可能になる。
【０００８】
第２の発明に係る加工機の調芯装置は、第１の発明において、３つの前記移動機構が、互いに前記回転軸回りに１２０°の間隔で配置されていることが好ましい。
すなわち、この加工機の調芯装置では、３つの移動機構が、互いに回転軸回りに１２０°の間隔で配置されているので、３つの移動機構が加工対象物にバランス良く当接することができ、芯出し調整がし易くなる。
【０００９】
第３の発明に係る加工機の調芯装置は、第１又は第２の発明において、前記加工機が、レーザ光を前記加工対象物に照射して加工を行うレーザ加工機であることを特徴とする。
すなわち、この加工機の調芯装置では、レーザ光を前記加工対象物に照射して加工を行うレーザ加工機における調芯装置とされるので、加工対象物に外力が加わらないレーザ加工を行うため、加工対象物の保持力（把持力）を小さく設定でき、調芯に伴う加工対象物や保持部分に大きな外力が掛かることがないことから外力による歪みが生じず、より高精度な調整を行うことが可能である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、以下の効果を奏する。
すなわち、本発明に係る加工機の調芯装置によれば、３つの移動機構が、回転軸に対して直交する３方向に配置されていると共に、各移動機構の一対の圧電センサが回転軸に沿った方向に並べて配されているので、長尺の加工対象物であっても振れ補正を含んだ高精度な芯出しが可能になると共に、調整速度を向上させることができる。特に、本発明の調芯装置は、加工時に加工対象物に外力が掛からず、加工対象物の保持力も小さくできるレーザ加工機に用いることで、より高精度な調整が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係る加工機の調芯装置の一実施形態において、調芯装置を示す概略的な全体構成図である。
【図２】本実施形態において、移動機構を示す正面図である。
【図３】本実施形態において、３つの移動機構の配置を示す軸線方向から視た説明図である。
【図４】本実施形態において、調芯装置を用いた調芯方法を示すフローチャートである。
【図５】本実施形態において、調整初期における回転する加工対象物と圧電センサとの位置関係を、軸方向から視た場合と正面から視た場合とを示す説明図である。
【図６】本実施形態において、調整終了時における回転する加工対象物と圧電センサとの位置関係を、軸方向から視た場合と正面から視た場合とを示す説明図である。
【図７】本実施形態において、調整初期から調整終了時までの圧電センサの出力例を調整の順に示したグラフである。
【図８】加工対象物の軸線と回転中心と回転軸とのずれ及び位置関係を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明に係る加工機の調芯装置の一実施形態を、図１から図７を参照しながら説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能又は認識容易な大きさとするために必要に応じて縮尺を適宜変更している部分がある。
【００１３】
本実施形態の加工機の調芯装置１は、図１に示すように、円柱状又は円筒状の加工対象物Ｗを保持してその軸線回りに回転させ該加工対象物Ｗにレーザ光を照射して加工を行うレーザ加工機等の調芯装置であって、加工対象物Ｗを保持して軸線Ｏ１回りに回転させる回転保持部２を有する回転機構３と、保持された図８（ｂ）に示す加工対象物Ｗの軸線Ｏ２の位置を軸線Ｏ１と高精度で一致させることが可能な位置調整機構４と、これら機構を制御する制御部５とを備えている。
【００１４】
上記位置調整機構４は、回転保持部２の回転軸Ｏ１に直交する方向であって互いに異なる方向から加工対象物Ｗの外周面に当接可能かつ該方向に移動可能とされた少なくとも３つの移動機構６を有している。
上記移動機構６は、図２に示すように、回転軸Ｏ１に沿った方向に並べて配されて加工対象物Ｗの外周面に当接可能な一対の圧電センサ７と、一対の圧電センサ７が取り付けられて回転軸Ｏ１に沿った方向に延在したセンサ支持部材８と、該センサ支持部材８を支持すると共に回転軸Ｏ１に直交する方向に移動可能なアクチュエータ９と、該アクチュエータ９を前記直交する方向に移動可能に支持する粗動ステージ１０とを備えている。
【００１５】
上記制御部５は、加工対象物Ｗを回転させた際の圧電センサ７のそれぞれの出力に基づいてアクチュエータ９を駆動し加工対象物Ｗの軸線Ｏ２と回転軸Ｏ１とを一致させる芯出し調整を行う機能を有している。
上記３つの移動機構６は、図３に示すように、互いに回転軸Ｏ１回りに１２０°の間隔で配置されている。すなわち、加工対象物Ｗは、周方向に均等配置された３つの移動機構６により補助的に保持される。
【００１６】
上記加工対象物Ｗは、例えばドリル、エンドミルまたはサージアブソーバ等の素材である長尺の円柱または円筒に類する形状の合金焼結体やセラミックス部材などである。
上記回転保持部２は、加工対象物Ｗの一端を把持するチャックであり、上記回転機構３は、回転保持部２を回転させるモータ等を備えている。
【００１７】
上記圧電センサ７は、例えばフィルム型ピエゾセンサが採用される。なお、圧電センサ７は、圧電素子であれば他の形態のセンサでも構わない。
上記アクチュエータ９は、例えばピエゾアクチュエータが採用される。
上記センサ支持部材８は、加工対象物Ｗに向けた面の両端部にそれぞれ圧電センサ７が取り付けられた板状部材である。また、このセンサ支持部材８の中央には、アクチュエータ９の先端が固定されている。
【００１８】
各センサ支持部材８は、回転軸Ｏ１と平行に設置されている。すなわち、各対の圧電センサ７は、それぞれ回転軸Ｏ１に沿った同一平面上に配されている。
上記制御部５は、例えばシーケンサなどのコンピュータである。
なお、この制御部５は、３つの移動機構６において、図２に示すように、高精度に平面が設定された校正材Ｗ０に対してアクチュエータ９を駆動させ、各圧電センサ７の出力を測定して校正データを予め記憶し、この校正データを用いて芯出し処理に適応する。
【００１９】
次に、本実施形態の調芯装置１を用いた調芯方法について、図４から図７を参照して説明する。
【００２０】
まず、回転保持部２に加工対象物Ｗを低い把持力で取り付け、図４のフローチャートに示すように、回転機構３によって加工対象物Ｗを回転させる（ステップＳ１）。次に、制御部５は、図７の（ａ）に示すように、加工対象物Ｗの先端側にある３つの圧電センサ７Ａａ〜７Ａｃのいずれかの反応（出力）が無い場合は、反応があるまで各粗動ステージ１０を駆動して当該圧電センサを加工対象物Ｗに向けて移動させる（ステップＳ３）。すなわち、圧電センサ７Ａａ〜７Ａｃがすべて感知可能になるまで移動させる。これにより、図７の（ｂ）に示すように、先端側の圧電センサ７Ａａ〜Ａｃの出力が得られる。
【００２１】
加工対象物Ｗの芯振れが大きい場合、図５の（ａ）（ｂ）及び図７の（ａ）に示すように、加工対象物Ｗの先端側の圧電センサ７のみ出力が得られる。例えば、加工対象物Ｗが先端側の３つ圧電センサ７Ａａ〜７Ａｃのうち２つの圧電センサ７Ａａ、７Ａｂに断続的に当接しながら回転していると、先端側の２つの圧電センサ７Ａａ，７Ａｂから、図７の（ａ）に示すように出力される。
【００２２】
このとき、制御部５は、先端側の３つの圧電センサ７Ａａ〜７Ａｃの出力平均を演算して求める（ステップＳ４）。次に、求めた出力平均値に基づいて先端側の圧電センサ７Ａａ〜７Ａｃの３つの差分を求め、これら差分により求めた目標の調整位置に近い位置までの粗動距離を算出し、３組の移動機構６の圧電センサ７及びアクチュエータ９を、粗動ステージ１０により移動させる。
【００２３】
また、制御部５は、上記出力平均値から判断したセンサ支持部材８の動作量が、粗動ステージ１０で制御可能な最小移動量よりも小さいか否かを判断し（ステップＳ５）、小さい場合は、各移動機構６において出力平均値に対する差分に応じた移動量で各アクチュエータ９を動作させる（ステップＳ６）。
【００２４】
このとき、制御部５は、先端側の圧電センサ７Ａａ〜７Ａｃの３つの差分に基づいて互いの出力が一定になるように、移動距離を求め、３組の粗動ステージ１０を駆動して各圧電センサ７Ａａ〜７Ａｃを移動させる。すなわち、各圧電センサ７Ａａ〜７Ａｃにおける加工対象物Ｗへの押圧力が一定になるように、加工対象物Ｗの先端側の位置を調整する。
なお、上記動作量が、粗動ステージ１０で制御可能な最小移動量以上である間は、動作量に応じて粗動ステージ１０を駆動して各圧電センサ７Ａａ〜７Ａｃを加工対象物Ｗに対して移動させ（ステップＳ７）、上記ステップＳ４以降の処理を繰り返し行う。
【００２５】
次に、制御部５は、図７の（ｃ）に示すように、加工対象物Ｗの基端側にある３つの圧電センサ７Ｂａ〜７Ｂｃに反応（出力）が無い状態から、図７の（ｄ）に示す全圧電センサ７の出力が予め定めた規定値の範囲内に収まっている状態となるように、加工対象物Ｗの基端側の各圧電センサ７Ｂａ〜７Ｂｃについても同様に、出力が同じになるように粗動ステージ１０と各アクチュエータ９とを繰り返し動作させ、圧電センサ７Ｂａ〜７Ｂｃで加工対象物Ｗを押圧して加工対象物Ｗの基端側の位置を調整する（ステップＳ８〜ステップＳ１３）。なお、アクチュエータ９の動作量が、粗動ステージ１０で制御可能な最小移動量以上の場合、アクチュエータ９から切り替えて粗動ステージ１０を動作させる。
【００２６】
また、これらのアクチュエータ９の動作時に、図７の（ｄ）に示すように、例えば圧電センサ７Ａａが加工対象物Ｗに強く当たって高い出力が検出された場合、対応するアクチュエータ９による微動を元に戻す制御を行い（ステップＳ１４）、再度ステップＳ４の処理から実行する。
上述した調整を、図６の（ａ）（ｂ）及び図７の（ｄ）に示すように、全圧電センサ７の出力が予め定めた規定値の範囲内に収まるまで繰り返し、規定値の範囲内に収まれば互いに同じ出力が得られたとして、芯出し処理を終了する（ステップＳ１５）。
【００２７】
このように回転軸Ｏ１に対して加工対象物Ｗの軸線Ｏ２がずれていると、加工対象物Ｗを回転させた際に加工対象物Ｗが断続的に圧電センサ７に当たり、複数の圧電センサ７に均等に圧力が加わらずに一部の圧電センサ７の出力が強くなったり、低くなったりする。したがって、制御部５において、各圧電センサ７の出力が一定になるように各アクチュエータ９を駆動することで、加工対象物Ｗの軸線Ｏ２と回転軸Ｏ１とを一致させる芯出しを精度良く行うことが可能になる。
【００２８】
上述したように本実施形態の加工機の調芯装置１では、３つの移動機構６が、回転軸Ｏ１に対して直交する３方向に配置されていると共に、各移動機構６の一対の圧電センサ７が回転軸Ｏ１に沿った方向に並べて配されているので、前記３方向からの同時調整と回転軸Ｏ１に沿った方向の２点調整との組み合わせによって、振れ補正を含んだ高精度な芯出しが可能になると共に、調整速度を向上させることができる。
【００２９】
また、３つの移動機構６が、互いに回転軸Ｏ１回りに１２０°の間隔で配置されているので、３つの移動機構６が加工対象物Ｗにバランス良く当接することができ、芯出し調整がし易くなる。
【実施例】
【００３０】
次に、上記実施形態の調芯装置１を用いて、直径φ４ｍｍで回転保持部２からの突き出し量４０ｍｍとした加工対象物Ｗを実際に芯出し調整した実施例について説明する。
通常、高精度のチャック等で得られる芯振れ量は加工対象物の直径と突き出し量とに依存し、この場合、直径φ４ｍｍ×回転保持部２からの距離ｄ（１２ｍｍ地点）で約３μｍ程度の芯振れ量であり、突き出し量が長ければ長いほど芯振れが大きくなる。これに対して、上記実施形態の調芯装置１を用いて芯出し調整を行ったところ、芯振れ量が０．５μｍ以下と高い位置精度を得ることができた。
【００３１】
なお、本発明の技術範囲は上記実施形態及び上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
【００３２】
例えば、上記実施形態では、加工対象物として円柱状のものを用いたが、円柱状の他に、円筒状のものなどが採用可能である。
また、上記実施形態では、加工対象物の芯出し調整のみを行ったが、レーザ加工の場合、加工対象物に外力が加わらないため、加工対象物に対してレーザ加工を行いながら芯出し調整を行うことも可能である。
【符号の説明】
【００３３】
１…調芯装置、２…回転保持部、３…回転機構、４…位置調整機構、５…制御部、６…移動機構、７，７Ａａ〜７Ａｃ，７Ｂａ〜７Ｂｃ…圧電センサ、８…センサ支持部材、９…アクチュエータ、Ｏ１…回転保持部の回転軸、Ｏ２…加工対象物の軸線、Ｗ…加工対象物
【図１】
2013178613.tif 000003
【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】
2013178613.tif 000008
【図７】
2013178613.tif 000009
【図８】
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