統合ＮＣソフトの開発
Development of Integrated NC Processing Machine Software

小野雄

Ono, Yuki

樹＊

松田裕

之＊＊

Matsuda, Hiroyuki

要旨
プラスチックレンズや，ガラスモールドレンズの成形

細江

秀＊＊＊

Hosoe, Shigeru

１ はじめに金型の光学面加工は，NC加工機によって行われる。NCソ

以前から各事業所では，それぞれ独自のNCソフトやNC

フトは，NC加工機の動きを制御するNCプログラムを作成加工機に付属しているNCソフトを長年使ってきた。しかするものである。今回開発した統合NCソフトは，以前はし，これらの分散したNCソフトはメンテナンスに定常的各事業所で使用していた独自のNCソフトの機能を集約に人手をさく余裕がないため，徐々に陳腐化したり，新し，１つにまとめ内製化した。また，粗取り加工から仕しい光学面形状に対応できなくなってきた。そのため必上げ加工までを連続して行うことができ，17種類以上の要に応じて光学面の形状ごとにNCソフトとは別の専用ソNC加工機に対応し，自由曲面やブレーズ形状などの光学フトを作成して，NCプログラムを作成していた。また，面の加工に用いるNCプログラムを作成できる。これによ

会社統合により事業所が増えたこともあり，光学面金型り統合NCソフトは，金型光学面加工における各事業所の加工のノウハウの共有が難しくなった。このような問題

ニーズやノウハウに合わせて一括した改良ができ，そのに対し，各事業所のNCソフトの機能を集約した統合的な成果を全ての事業所が享受し，共有化できるようになっNCソフトを内製開発し，一括管理することで解決できるた。と考え，統合NCソフトを開発した。

Abstract
The optical surfaces of the metallic molds used in pro-２

統合 NC ソフトの役割

ducing plastic lenses or glass mold lenses are machined

統合NCソフトに要求される基本的なコンセプトは，どwith NC processing machines. Although in the past vari-

この事業所でも，誰でも，どんな光学面形状でも，どのous NC software have been used at several Konica Minolta

NC加工機であっても，容易に間違いなくNCプログラムがproduction sites, the functions of the software differed from作成できることである。具体的には、site to site. In response, we combined all of those func-①現在各事業所で使用している光学面金型加工用NC加tions into a single body of integrated NC software. This

工機すべてに対応したNCプログラムを作成できるこ

newly developed integrated NC software creates programsとto control NC processing machines so that machining canbe performed continuously, from roughing through finish-②各事業所の光学面金型加工現場のニーズやノウハウをすべて集約していること

ing. The integrated NC software is compatible with more

③自由曲面，ブレーズ形状，階段形状や，今後考えらthan seventeen kinds of NC processing machines to cre-

れる新規な光学面形状にも対応したNCプログラムを

ate NC programs which machine such optical surfaces as作成できること

free-form surfaces and Blaze forms. In the performance of
metallic mold optical surface machining, this development④今後変化していく加工現場のニーズに素早く対応するため内製のソフトであること

has allowed advances made at each production site to beである。また，これらを実現するためには継続的にメン

shared among all while simultaneously serving the par-テナンスをするための専任のソフト開発者を１名置くこticular needs of each.とが必要である。このような環境を整えることで，統合NCソフトは，これまでよりも効率よく低コストで管理することができ，全ての事業所で常に最新のNCソフトを使うことができる。

＊コニカミノルタオプト㈱ 光学研究部 光学設計 1 グループ＊＊コニカミノルタオプト㈱ OC 技術グループ＊＊＊コニカミノルタオプト㈱ 光学研究部 加工技術グループ

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３

変数初期化部分では切り込み量や加工速度などの数値

NC プログラムを変数に代入し，金型加工部分には，繰返し加工を行う

レンズの製造はFig.１に示すような順で行われる。NC場合の制御文や，工具の動きを計算した座標値などが書

ソフトは図の光学面金型加工の際に必要となる。光学面かれている。最後の部分では金型加工を終了するための工具の退避などの手続きが書かれている。工具の動きの座標値は，工具と金型（ワーク）の接触する加工点の座標値ではなく，工具の中心が通過する点の座標値が書かれる。NCプログラムは各加工機ごとに文法が異なるため、その書式に合わせて書かれていなければならない。

４ 開発内容Fig.1 Manufacturing process

４．１
加工は粗取り加工・中仕上げ加工・仕上げ加工の３段階

入出力項目

Fig.３に統合NCソフトの概要を示す。

で加工する。また，同一加工工程であっても使用しているNC加工機が各事業所で異なる場合がある。従って統合
NCソフトは種類の異なるNC加工機の読み込み書式に従ってNCプログラムを出力できることが必要である。このNCプログラムとは，NC加工機を動かす命令書にあたり概ね変数初期化部分，金型加工部分，工具の退避・加工終了部分から成る。
（Fig.２）

Fig.3 System architecture

NCプログラムを作成するために統合NCソフトに入力しなくてはならない条件や選択などの項目は，光学面形状の選択と光学面の設計データ，外周加工形状の選択とその形状を決定するための数値，切り込み量や加工速度などの加工条件，使用する工具の選択とその形状を決定するための数値，使用するNC加工機の選択等である。これ
らの入力データから工具軌跡を計算処理し，ポストプロセッサーで，各NC加工機の読み込み書式に合わせてNCプログラムを出力する。ポストプロセッサーは，NCプログラム中で必要な変数に値を代入する処理部分や，NC加工機の繰り返し動作等に必要な制御文等も出力する。
入力においては，作業者ができるだけ直感的に分かり易く，簡単に入力操作できるために，ヒューマンインターフェースとなるGUIの開発にも，各事業所の要望を盛り込んだ。
４．２
Fig.2 Sample NC program

光学面設計データの入力加工する光学面形状は，非球面形状，ブレーズ形状，階段形状，自由曲面の４種類に分類される。各光学面形

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状の光学面定義式が異なるため入力項目も形状ごとに異て接円弧の場合をFig.５に示す。この場合は外周部の幅となる。したがって光学面設計データの入力画面は，光学円弧の半径の値を入力することで光学面と端面にそれぞ面形状の選択により，必要な項目のみ入力するように，れ共通な接線を有する円弧で滑らかに接続する外周形状

入力項目の表示を切り替える機能を有する。ただし，光を設定できる。

学面加工を行う範囲など形状の違いによらない入力項目は，常に画面中の固定位置に表示し入力する。ブレーズ形状の場合は輪帯数が数十から数百になることもあり，その１つ１つを手入力で行うことが困難なため，光学面の設計データファイルをそのまま読み込む機能も有する。
入力した光学面設計データの値に間違いがないか確認するために，入力した値を用いて光学面形状を描画し，各座標の値とその点の法線角度を計算し値を表示する等のチェック機能を有している。
これにより入力時間の短縮と，入力ミスを減らすこと

Fig.5 Shape of lens filletが可能となった。
４．３

加工条件入力また，５種類の外周形状は容易に組み合わせることが加工条件の設定は同じNC加工機を使用する場合にも粗でき，10段まで設定できる。外周形状を設定する度にそ加工，中間仕上げ，仕上げの各加工段階に応じて切り込の形状をグラフに表示する機能を有しているので，複雑み量や加工速度などの値を入力する。実際には各加工機な外周形状にも入力ミスが起きないように対応できる。の持っている機械座標系が異なっているため同じ動きをさせる場合でも指定する座標軸が異り，入力する値が異

４．５

使用工具の選択なったり，符号が反転するということが起きる。特に３使用できる工具は６種類である。各工具によって工具軸以上の軸配置を持ったNC加工機で自由曲面等を加工すの形状を決定するための入力項目が異なる。また，入力る際は，ワークや工具の位置関係を間違え易い。
（Fig.４）

項目の名称だけでは工具のどの部分を指すのか分かりに

今回開発した統合NCソフトにはあらかじめ使用するNC加くいことから，使用工具を選択すると，その工具に必要工機の機械座標の軸配置を組み込んでいる。このためNCな入力項目のみを表示し，同時にその工具の一般的な図プログラムを作成する際に，使用するNC加工機を選択す面を表示し，必要な入力項目を確認できる。

ると自動的にNC加工機の機械座標の軸配置に合わせてポストプロセッサーで工具軌跡の計算が行われる。

４．６

形状誤差測定データ処理

従って，作業者はこの加工条件の入力の際にNC加工機

１回の光学面加工では，必要な光学面形状の精度が得の機械座標の軸配置を考えること無く必要な数値のみをられないことがある。このときの形状誤差を減らすため入力でき，入力ミスを減らすことが可能となった。に行う加工が補正加工である。この補正加工に使うNCプ
ログラムは光学面の設計値から形状誤差量を補正しているが，この補正量を求めるための処理が形状誤差測定データ処理である。
形状誤差の測定には，市販や内製の高精度形状測定器を用い，そのファイル出力をそのまま入力できるようにしてある。
この形状誤差測定データから作成する補正データは，①異常点除去，②データ延長，③データ全体を平滑化（移動平均，XY多項式近似），④光学面の半径方向に沿ってFig.4 Differing axes

補正の割合を設定，⑤等ピッチデータにしてファイル出力，の順で処理を行う。形状誤差データは，多項式近似

４．４

外周部の形状選択か移動平均のいずれかを用いて平滑化される。平滑化し外周加工とは光学面と端面に挟まれた部分の加工のこた形状誤差測定データのグラフをFig.６に示す。とを言う。この外周部の形状は，接円弧・角度付円弧・Fig.６のグラフの（⁄）が形状誤差データで光学面金型接線延長・仰角付延長・光軸方向切込みの５種類から選が回転対称なものであったことからデータを折り返して択でき，各形状の決定に必要な項目を入力する。例とし重ねている。折り返した形状誤差データを，XY多項式をKONICA MINOLTA TECHNOLOGY REPORT VOL.3（2006）

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Fig.7 Figure correction

Fig.6 Error data smoothing

用いて最小二乗法でフィッティングした結果と，移動平均を用いて平滑化した結果がそれぞれ（¤）（‹）である。
この２通りの方法のいずれか一方を選択し，形状誤差データを平滑化して，補正データをファイル出力する。
この補正データを用いて補正加工用のNCプログラムを作
Fig.8 Swell component

成するが，作成時に補正データに補正率を設定する機能も有している。これは任意の設定位置で補正率を百分率で設定し，補正データと補正率の積を計算して出力する

様のRMS 50mλ（波長405nm）に対して，RMS 24.6mλ機能である。

であり，十分な光学性能を得ることができた。

例えば，光学面の中心付近では補正率を100%とし補正データに１をかけた値を使い，外周部付近では補正率を90%とし補正データの値に0.9をかけた値を使うということが可能となる。いくつかの位置で補正率を設定した場合は，その区間で補正率を光学面の半径方向の座標に対して滑らかに変化させて，補正量に急峻な変化が起きない処理を行う。補正率を設定するとその都度補正率の変化をグラフ表示することで直感的な設定が可能となり，金型加工技能者が個々人で有する工具磨耗等の見込み感覚までも，NCプログラムに容易に反映することができる。さらに設定状況はファイル保存することもでき，過Fig.9 Wavefront aberration

去の設定から補正の効き方の傾向を見るという使い方も可能である。この機能により加工する形状の特徴や工具の状態に合わせた補正加工が可能となった。また，前回の補正加工に用いた補正データを読み込み合成する機能

５ まとめを有し，複数回の連続した補正加工にも対応することが今回開発した統合NCソフトは，17種類40台以上のNC加できる。この機能により１回の補正加工では完全に形状工機に対応し，容易な操作でNCプログラムを作成するこ誤差を取り除けない場合でも２回目の補正加工を行うことを可能とした。また内製ソフトであるため加工現場のとでさらに形状誤差を小さく抑えることができる。Fig.７

ニーズや新規加工機への対応も容易である。加工難度のに高N A のピックアップ用レンズの光学面金型加工で高い高NAピックアップレンズの光学面金型加工を行い，NA0.85を成す強曲率の光学面形状に補正加工を行った結要求される精度で加工できることを確認した。今後は自果を示す。補正加工を行うことで，補正前にはＰ−Ｖ約由曲面やブレーズ形状等の加工を行いながら各事業所へ420nmあった形状誤差をＰ−Ｖ約100nm以内に抑えることの展開を進めていく予定である。

ができた。Fig.７のグラフから平均曲率半径誤差（フィッティングＲ誤差）を除いて残った形状うねり成分をFig.８に示す。Ｐ−Ｖ40nm程度に収まっているのが分かる。
Fig.９に統合NCソフトにより加工した金型で成形された，高NAピックアップレンズの波面収差を示す。要求仕140

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