JP2003039282A - Free-form surface working device and free-form surface working method - Google Patents

Free-form surface working device and free-form surface working method

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JP2003039282A
JP2003039282A JP2001229462A JP2001229462A JP2003039282A JP 2003039282 A JP2003039282 A JP 2003039282A JP 2001229462 A JP2001229462 A JP 2001229462A JP 2001229462 A JP2001229462 A JP 2001229462A JP 2003039282 A JP2003039282 A JP 2003039282A
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free
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JP2001229462A
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Japanese (ja)
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Tetsuya Inui
Satoyuki Sagara
哲也 乾
智行 相良
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Sharp Corp
シャープ株式会社
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a free-form surface working device and a free-form surface working method by which the shape of the worked three dimensional free-form surface can be measured accurately and in a short time without removing the work piece from the processing device and the correction of the worked three dimensional free-form surface can be executed accurately and in a short time, while the three dimensional free-from surface can be worked. SOLUTION: In the free-form surface working device, a feeding mechanism 2-8 for moving a working tool 9 with respect to a work piece 10 moves a shape measuring instrument 12 with respect to the work piece 10 so as to measure the free-form surface shape of the work piece 10. Therefore, the shape measuring instrument 12 is moved with respect to the work piece 10 by using the feeding mechanism 2-8 for a working tool without removing the work piece 10 from the working device 1, whereby the free-form surface shape of the worked surface of the work piece 10 can be measured accurately and in a short time. On the basis of the free-form surface shape accurately measured with the shape measuring instrument 12, correction working is executed again.

Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】この発明は、例えば、非球面加工,自由曲面加工を行う自由曲面加工装置および自由曲面加工方法に関し、さらに詳しくは、非接触三次元形状測定器を搭載した超精密な自由曲面加工装置および自由曲面加工方法に関する。 BACKGROUND OF THE INVENTION [0001] [Technical Field of the Invention The present invention, for example, the aspherical surface processing relates sculptured surface machining apparatus and a free curved surface machining method for performing free-form surface machining, more particularly, non-contact tertiary original shape measuring device relates ultraprecise sculptured surface machining apparatus and a free curved surface machining method equipped with. 【0002】 【従来の技術】近年、加工装置として、きわめて高精度な加工が可能な装置が開発されてきている。 [0002] In recent years, as a processing device, extremely high precision machining apparatus capable have been developed. これらの加工装置は、回転主軸には流体軸受け、刃物送りの機構には同じく流体軸受けや、あるいはきわめて高精度な転がり軸受けを用い、また、送り系の送り量の計測にはレーザーを用いた測長器などを用いている。 These processing devices, measuring the rotary spindle is used fluid bearing, like or fluid bearings of the mechanism of the cutter feed, or very high precision roller bearing, also using a laser to measure the feed amount of the feed system It is used such as the length unit. 【0003】これらの加工装置は、結果的に、送り量の精度・分解能として0.01ミクロン程度の精度を有する装置も珍しくない。 [0003] These processing apparatus, consequently, is not uncommon device having the order of 0.01 micron accuracy as accuracy and resolution of the feeding amount. これらの加工装置を用いると、金属材料、ガラス、金型用セラミック、超硬合金などをサブミクロン精度で加工できる。 With these processing devices, it can be processed metallic materials, glass, ceramics mold, cemented carbide or the like in the sub-micron precision. したがって、従来、研磨でなくては加工不可能であった光学素子を、直接に、研削や切削で加工できるようになる。 Therefore, conventionally, the optical element is not polished was impossible processed directly, will be able to work in grinding or cutting. 【0004】これらの加工装置は、おおむね、主軸台に固定された被加工物を回転させ、砥石により被加工物を研削加工して、球面あるいは、非球面の加工を行う。 [0004] These processing devices, generally, by rotating the workpiece fixed to the headstock, a workpiece by grinding by the grinding wheel, a spherical or for machining aspherical. 特に、送り軸を多軸化した構造を取り、研削加工が行えるようにした加工装置の場合には、従来の回転対称な形状の加工だけではなく、回転非対称な形状の加工を、高精度で行うことが可能であり、従来考えられなかったような形状(いわゆる自由曲面)の加工を行うことができる。 In particular, take the structure of the feed shaft and multi Jikuka, in the case of a machining apparatus that can be performed grinding not only the processing of the conventional rotationally symmetric shape, the machining of the rotationally asymmetric shape, with high precision it is possible to carry out, it is possible to perform processing of shape as unthinkable conventional (so-called free curved surface). 【0005】しかしながら、これらの自由曲面加工装置は、加工主軸や、送り軸はきわめて高精度に駆動ができるものの、研削により加工を行う場合には、研削加工を行うに伴って、研削用砥石の摩耗が避けられない。 However, these free-form surface machining apparatus, and processing spindle, although the feed shaft can be driven with extremely high accuracy, in the case of performing machining by grinding, with the performing grinding, the grinding stone wear can not be avoided. このため、高精度で砥石を駆動制御しても、砥石の摩耗により、結果的に高精度な加工が行えなくなる。 Therefore, even if the drive control of the grinding wheel with high accuracy, due to wear of the grinding wheel, can not be performed results in high-precision machining. 【0006】また、切削加工においても、やはり刃物の摩耗が生じる上に、送り台の位置制御をいくら高精度に行っても、刃物の最終的な位置決めを高精度に行えないという事情は同じであり、結局、最終的な加工形状は、 [0006] Also in cutting, over which is also wear of the blade occurs, even if the much accurate position control of the feed table, circumstance that does not perform the final positioning of the tool with high precision the same There is, after all, the final machining shape,
加工装置の送り機構の本来の精度に及ばない。 Beyond the original accuracy of the feeding mechanism of the processing equipment. 【0007】このような精度低下を補うために、従来は、加工を行う毎に、被加工物を加工装置から取り外して、別途、高精度の3次元測定器などの形状測定器によって被加工物の形状を測定していた。 [0007] To compensate for such a decrease in accuracy, conventionally, each time for machining, remove the workpiece from the processing apparatus, separately, the workpiece by the shape measuring device, such as a three-dimensional measuring device of high precision the shape was measured. これにより、上記砥石の摩耗や、加工刃先の位置ずれなどによって生じる加工誤差を求めて、最終的な加工形状に必要な加工量を見積もった上、再度、加工装置に被加工物を取り付けて、加工を繰り返して、被加工物の所望の加工精度を得るようにしていた。 Thus, wear and the grindstone, seeking machining error caused by such positional displacement of the machining cutting edge, after having estimated the processing amount required in the final machining shape, again, by attaching a workpiece machining device, Repeat processing, it has been to obtain a desired machining precision of the workpiece. 【0008】しかし、このような方法では、実際に加工する時間そのものよりも、計測,位置決めなどに多大の時間を要し、加工時間やひいては加工コストの増大につながっていた。 [0008] However, in such a way, actually than the time itself to processing, measurement, it requires a lot of time in, such as positioning, had led to the processing time Ya and hence the processing cost of the increase. 【0009】 【発明が解決しようとする課題】そこで、この発明の目的は、3次元の自由曲面を加工できると同時に、この加工された3次元の自由曲面についての形状を、加工装置から被加工物を取り外すことなく、短時間で正確に測定でき、加工された3次元自由曲面の補正を、短時間で正確に実行できる自由曲面加工装置および自由曲面加工方法を提供することにある。 [0009] SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, an object of the present invention, at the same time can be processed three-dimensional free-form surface, the shape of the free curved surface of the processed 3-dimensional, the processing from the processing device without removing things, short time can be accurately measured, the correction of the processed three-dimensional free curved surface is to provide a free-form surface machining apparatus and a free curved surface machining method can be performed accurately in a short time. 【0010】 【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため、この発明の自由曲面加工装置は、加工工具を送り機構でもって被加工物に対して移動させて、被加工物を加工する加工機において、上記送り機構でもって上記被加工物に対して移動させられて、上記被加工物との間の距離を計測することで、上記被加工物の形状を計測する形状測定器を備えたことを特徴としている。 [0010] To achieve the above object, according to an aspect of the free-form surface machining apparatus of this invention is moved relative to the workpiece with at feeding mechanism machining tool, machining a workpiece in processing machine which, being moved relative to the workpiece with the above feeding mechanism, by measuring the distance between the workpiece, the shape measuring device for measuring the shape of the workpiece It is characterized by comprising. 【0011】この発明では、加工工具を被加工物に対して移動させる送り機構が、形状測定器を上記被加工物に対して移動させて、被加工物の自由曲面形状を計測する。 [0011] In this invention, the feed mechanism for moving the machining tool relative to the workpiece, the shape measuring apparatus is moved relative to the workpiece, to measure the free-form surface shape of the workpiece. したがって、この発明によれば、被加工物を加工装置から取り外すことなく、加工工具用の送り機構を用いて、形状測定器を被加工物に対して移動させることで、 Therefore, according to the present invention, without removing the workpiece from the processing device, using a feeding mechanism for the processing tool, the shape measuring instrument by moving the workpiece,
被加工物の被加工面の自由曲面の形状を短時間で正確に計測できる。 The shape of the free curved surface of the processed surface of the workpiece can be accurately measured in a short time. そして、この形状測定器で正確に測定した被加工面の自由曲面形状に基づき、再度修正加工を行える。 Then, based on the free-form surface shape of the workpiece surface which is accurately measured by the shape measuring device, perform the correction processing again. 【0012】このように、この発明によれば、被加工物を加工装置から取り外す必要がなく、別途高価な測定装置を用いて被加工物の形状測定を行う必要がなく、再度加工装置に被加工物を取り付けて加工を行うというようなことをする必要が無い。 [0012] Thus, according to the present invention, it is not necessary to remove the workpiece from the machining apparatus, it is not necessary to measure the shape of the workpiece using a separate expensive measuring apparatus, the back processing unit there is no need to things like that for machining a workpiece attached. また、そのために、取り付け誤差による加工誤差も原理的になくすことができ、加工精度の向上、形状測定精度の向上、測定時間の短縮、加工装置の低価格化が可能となる。 In order that the machining error due to a mounting error can also be eliminated in principle, improvement in processing accuracy, improvement of shape measurement accuracy, shortening the measurement time, it is possible to lower the cost of the processing equipment. 【0013】また、一実施形態の自由曲面加工装置は、 Further, the free curved surface machining apparatus of one embodiment,
上記送り機構は、超精密送り機構であり、この超精密送り機構で上記測定器の位置補正を行う。 The feed mechanism is an ultra-precision feed mechanism performs position correction of the measuring instrument in this ultra-precision feeding mechanism. 【0014】この実施形態では、上記送り機構が超精密送り機構であるので、サブミクロンオーダの精度で上記測定器の精密な位置補正を行える。 [0014] In this embodiment, since the feeding mechanism is in ultra-precision feed mechanism, perform precise positional correction of the instrument to an accuracy of submicron order. 【0015】また、一実施形態の自由曲面加工装置は、 Further, the free curved surface machining apparatus of one embodiment,
上記送り機構は、その送り方向を、少なくとも、X軸方向と、このX軸に直交するY軸方向と、このX軸とY軸に直交するZ軸方向と、上記X軸回りの回転方向であるA方向と、上記Y軸回りの回転方向であるB方向とに、 The feed mechanism, the feed direction, at least, the X-axis direction, a Y-axis direction perpendicular to the X axis, and the Z-axis direction perpendicular to the X-axis and Y-axis, a rotational direction of the X axis a certain direction a, in the B direction is the rotation direction of the Y axis,
制御可能であり、上記形状測定器は、上記被加工物に対して接触せずに上記被加工物の形状を測定する非接触形状測定器であり、この非接触測定器は、上記送り機構でもって上記被加工物に対して移動させられて、上記被加工物の形状を計測するとともに、上記送り機構でもって、位置補正される。 Is controllable, the shape measuring device is a non-contact shape measuring device for measuring the shape of the workpiece without contact with the workpiece, the non-contact measuring device, in the feed mechanism have been moved relative to the workpiece, while measuring the shape of the workpiece, with the above feeding mechanism, is the position correction. 【0016】この実施形態では、上記送り機構は、その送り方向を、上記X軸,Y軸,Z軸,A軸,B軸の方向に制御することができる。 [0016] In this embodiment, the feed mechanism, the feed direction, the X axis, Y axis, Z axis, it is possible to control the A-axis, the direction of the B axis. したがって、被加工物の被加工面の形状を測定する際に、上記各軸の送り方向を制御することで、非接触形状測定器を、最も精度良く計測できる最適な姿勢にすることができる。 Therefore, when measuring the shape of the processed surface of the workpiece, by controlling the feeding direction of the respective axes, the non-contact shape measuring device can be optimized posture that can most accurately measure. 【0017】また、一実施形態の自由曲面加工装置では、上記送り機構は、上記形状測定器で、上記被加工物の形状を測定するときに、上記形状測定器の姿勢が、上記被加工物の被加工面の測定部位の法線と所定の角度を保つように、上記形状測定器の角度補正を行う。 Further, the free-form surface machining apparatus of one embodiment, the feed mechanism is in the shape measuring device, when measuring the shape of the workpiece, the posture of the shape meter, the workpiece of to keep normal and predetermined angle measurement site of the surface to be processed performs angle correction of the shape measuring device. 【0018】この実施形態では、上記形状測定器で、上記被加工物の形状を測定するときに、上記形状測定器の姿勢が、上記被加工物の被加工面の測定部位の法線と所定の角度を保つように、上記送り機構が、上記形状測定器の角度補正を行う。 [0018] In this embodiment, in the shape measuring device, when measuring the shape of the workpiece, the posture of the shape measuring device is normal of the measurement site of the processed surface of the workpiece with a predetermined so as to keep the angle of the feed mechanism, perform angle correction of the shape measuring device. 【0019】これにより、上記被加工物の被加工面がどのような自由曲面形状であっても、被加工面の加工点の法線と所定の角度を保つように、上記形状測定器の角度補正を行うことができる。 [0019] Thus, whatever the free-form surface treated surface of the workpiece, so as to maintain a normal and a predetermined angle of the machining point of the workpiece surface, the angle of the shape measuring instrument correction can be performed. したがって、被加工物の被測定面の傾きに起因する形状測定の誤差要因を排除することができ、高精度な三次元形状測定を行うことが可能となる。 Therefore, it is possible to be able to eliminate the error factor of the shape measurement due to the inclination of the surface to be measured of the workpiece, performs highly accurate three-dimensional shape measurement. 【0020】また、一実施形態の自由曲面加工装置では、上記送り機構は、加工時には、上記被加工物の被加工面に対する上記加工工具の姿勢が、上記被加工面の加工部位の法線と所定の角度を保つように、上記加工工具の角度補正を行いながら、上記加工工具によって上記被加工物を加工するようにし、形状測定時には、上記被加工面に対する上記形状測定器の計測姿勢が上記被加工面の加工点の法線と所定の角度を保つように、上記形状測定器の角度補正を行いながら、上記形状測定器によって上記被加工面の加工点の計測を行うようにする。 Further, the free-form surface machining apparatus of one embodiment, the feed mechanism, at the time of processing, the posture of the machining tool relative to the processing surface of the workpiece, and the normal working site of the workpiece surface so as to maintain a predetermined angle, while the angle correction of the machining tool by the machining tool so as to machine the workpiece, at the time of shape measurement, the measurement posture of the shape measuring device for the workpiece surface is the so as to maintain a normal and a predetermined angle of the machining point of the workpiece surface, while the angle correction of the shape measuring device, so as to measure the machining point of the workpiece surface by the shape measuring device. 【0021】この実施形態では、上記送り機構は、加工時には、上記被加工物の被加工面に対する上記加工工具の姿勢が、上記被加工面の加工部位の法線と所定の角度を保つように、上記加工工具の角度補正を行いながら、 [0021] In this embodiment, the feed mechanism, at the time of processing, as the posture of the machining tool relative to the processing surface of the workpiece to keep the normal to the predetermined angle of machining area of ​​the workpiece surface , while the angle correction of the machining tool,
上記加工工具によって上記被加工物を加工する。 Machining the workpiece by the machining tool. また、 Also,
形状測定時には、上記被加工面に対する上記形状測定器の計測姿勢が上記被加工面の加工点の法線と所定の角度を保つように、上記形状測定器の角度補正を行いながら、上記形状測定器によって上記被加工面の加工点の計測を行う。 During the shape measurement, as measurement posture of the shape measuring device for the workpiece surface to keep the normal to the predetermined angle of the machining point of the workpiece surface, while the angle correction of the shape measuring device, the shape measurement to measure the machining point of the workpiece surface by the vessel. 【0022】したがって、この実施形態では、加工の際には、加工工具の1点(同一箇所)で加工を行うことができ、かつ、形状測定時には、形状測定器の角度補正を行い、被測定面の傾きによる形状測定誤差要因を排除することができる。 [0022] Thus, in this embodiment, during processing, it is possible to perform processing at one point of the machining tool (the same place), and, at the time of shape measurement, performs angle correction of a shape measuring instrument, the measured it is possible to eliminate the shape measurement error factors due to the tilt of the surface. 【0023】また、一実施形態の自由曲面加工装置では、上記送り機構は、加工時には、上記被加工物の被加工面に対する上記加工工具の加工姿勢が、上記被加工面の加工点の法線と所定の角度を保つように、上記加工工具の角度補正を行いながら、上記加工工具を送る一方、 Further, the free-form surface machining apparatus of one embodiment, the feed mechanism, at the time of machining, machining attitude of the machining tool relative to the processing surface of the workpiece, the normal working point of the workpiece surface while a so as to maintain a predetermined angle, while the angle correction of the machining tool, and sends the machining tool,
形状測定時には、上記形状測定器の姿勢が、上記被加工物の被加工面に対して測定部位の法線と所定の角度を保つように、上記形状測定器の角度補正を行いながら、上記形状測定器が、上記加工工具による上記被加工物の加工軌跡と略同一の軌跡をトレースするように、上記形状測定器を送る。 During the shape measurement, the posture of the shape meter, so as to keep the normal to the predetermined angle of the measurement site with respect to the processed surface of the workpiece, while the angle correction of the shape measuring device, the shape meter, so as to trace the processing path substantially the same locus of the workpiece by the machining tool, and sends the shape measuring device. 【0024】この実施形態では、送り機構が、形状測定器を、加工工具の加工軌跡と略同一軌跡をトレースするように送る。 [0024] In this embodiment, feed mechanism, a shape measuring device, and sends so as to trace the processing path substantially the same locus of the machining tool. したがって、この形状測定器が測定した被加工物との間の距離データは変動の少ない略一定となり、この距離データの変動の有る箇所が、加工の修正が必要となる箇所であることが分かる。 Therefore, the shape distance data between the workpiece measuring instrument is measured becomes substantially constant small variations, portions having the variation of this distance data, it is found that portion where the correction processing is required. したがって、加工修正が必要な箇所のみ、ピンポイントで修正加工を行うことができ、加工時間,形状測定時間を大幅に短縮できる。 Therefore, only the necessary portions to process modification, correction processing pinpoint can be performed, the processing time can be significantly shortened shape measurement time. 【0025】また、一実施形態の自由曲面加工装置では、上記形状測定器は、レーザ光を利用して、被加工物の形状を計測する形状測定器である。 Further, the free-form surface machining apparatus of one embodiment, the shape measuring instrument utilizes a laser beam, a shape measuring device for measuring the shape of the workpiece. 【0026】この実施形態では、上記形状測定器は、レーザ光を利用して、被加工物の形状を計測するから、被加工物に対して、非接触で、被加工物の自由曲面形状を計測することが可能となる。 [0026] In this embodiment, the shape measuring instrument utilizes a laser beam, because measuring the shape of the workpiece, the workpiece, without contact, the free-form surface shape of the workpiece it becomes possible to measure. また、上記形状測定器(センサー)の被加工面に対する計測姿勢(位置)が、被加工面の加工点の法線と常に所定角度を保つように、形状測定器の角度補正を行いながら、計測を行うことで、被加工面の傾きによる測定誤差要因を排除でき、高精度な非接触三次元形状測定を行うことができる。 Also, measurement posture against the processing surface of the shape measuring instrument (sensor) (position), so as to always maintain a predetermined angle between the normal of the working point of the work surface, while the angle correction of the shape measuring device, the measuring by performing, eliminates measurement error factors due to the inclination of the surface to be processed, it is possible to perform non-contact three-dimensional shape measuring precision. 【0027】また、一実施形態の自由曲面加工装置では、上記送り機構は、上記加工工具が上記被加工物の被加工面を加工するときに上記加工工具を移動させる送りの軌跡と、加工時の上記加工工具の角度補正の情報とに基づいて、上記形状測定器を移動させ、上記形状測定器の角度補正を行う。 Further, the free-form surface machining apparatus of one embodiment, the feed mechanism, the locus of the feed moving the machining tool when said processing tool is machining the workpiece surface of the workpiece, during processing based of the information of the angle correction of the machining tool moves the shape measuring device performs angle correction of the shape measuring device. 【0028】この実施形態では、上記加工工具を移動させる送りの軌跡と、加工時の上記加工工具の角度補正の情報とに基づいて、形状測定時の形状測定器の移動と角度補正を行うから、加工時の加工工具の軌跡通りに、形状測定器をトレースさせることが可能となって、形状測定時間の短縮が可能となる。 [0028] In this embodiment, the locus of the feed moving the machining tool, based on the angle correction of the information of the machining tool during machining, since to move the angle correction of the shape measuring device at the time of shape measurement , the trajectory as of the machining tool during machining, it is possible to trace the shape measuring device, it is possible to shorten the shape measurement time. 【0029】また、形状測定器が、レーザ光を利用する場合には、加工時の加工工具の軌跡通りにトレースすることで、センサー部のフォーカスずれが非常に小さくなって、形状測定時間を短縮できる。 Further, the shape meter, when using a laser beam, by tracing the trajectory as of the machining tool during machining, the focus deviation of the sensor portion is very small, reducing the shape measurement time it can. 【0030】また、一実施形態の自由曲面加工装置は、 Further, the free curved surface machining apparatus of one embodiment,
上記送り機構は、その送りがプログラムまたは数値制御用データで制御され、上記形状測定器が上記被加工物の被加工面の形状を測定したデータに基づいて、上記加工工具で上記被加工物の被加工面を加工するときの上記加工工具の送りを制御するプログラムまたは数値制御用データを補正する。 The feed mechanism, the feed is controlled by a program or numerical control data, based on data the shape measuring device to measure the shape of the processed surface of the workpiece, the workpiece with the machining tool correcting the program or numerical control data for controlling the feed of the machining tool when machining the workpiece surface. 【0031】この実施形態では、上記形状測定器が上記被加工物の被加工面の形状を測定したデータに基づいて、上記加工工具で上記被加工物の被加工面を加工するときの上記加工工具の送りを制御するプログラムまたは数値制御用データを補正する。 [0031] In this embodiment, on the basis of the data the shape measuring device to measure the shape of the processed surface of the workpiece, the machining time for machining a workpiece surface of the workpiece by the machining tool to correct the program or for numerical control data to control the feed of the tool. これにより、被加工物の被加工面を、容易かつ正確に補正加工できる。 Thus, the surface to be processed of the workpiece can be easily and accurately corrected machining. 【0032】また、一実施形態の自由曲面加工装置は、 Further, the free curved surface machining apparatus of one embodiment,
上記形状測定器は、上記加工工具を支持するツール台に搭載されている。 The shape measuring device is mounted on a tool base for supporting the working tool. 【0033】この実施形態では、上記形状測定器は、上記加工工具を支持するツール台に搭載されているので、 [0033] In this embodiment, the shape measuring instrument, because it is mounted on a tool base for supporting the machining tool,
加工時の加工工具の角度補正情報を基にして、形状測定時の形状測定器の角度補正を行うことができ、加工時の加工工具の軌跡通りに形状測定器を移動させることも容易になり、形状測定時間の短縮が可能である。 The angle correction information processing tool during processing based on, it is possible to perform the shape measurement device of the angle correction at the time of shape measurement, also makes it easier to move the shape measuring device in the trajectory as the machining tool during machining , it is possible to shorten the shape measurement time. 【0034】また、一実施形態の自由曲面加工装置では、上記形状測定器は、上記加工工具とは180°反対側を向いて、上記ツール台に搭載されている。 Further, the free-form surface machining apparatus of one embodiment, the shape measuring instrument, the above machining tool facing 180 ° opposite side and is mounted on the tool carrier. 【0035】この実施形態では、上記形状測定器は、上記加工工具とは180°反対側を向いて、上記ツール台に搭載されているから、上記形状測定器は、加工時に加工工具から放出される冷却用のエアー,オイル等で飛散する加工屑から遠ざけられ、これらが形状測定器に付着するのを防げる。 [0035] In this embodiment, the shape measuring instrument, the above machining tool facing 180 ° opposite from being mounted on the tool carrier, the shape measuring device is released from the working tool during machining that the cooling air, kept away from the swarf scattered by oil or the like, prevent them from adhering to the shape measuring device. 【0036】また、一実施形態の自由曲面加工方法は、 [0036] In addition, free-form surface processing method of an embodiment,
超精密送り機構で加工工具を移動させて、被加工物を加工し、上記超精密送り機構で非接触三次元形状測定器を移動させて、上記被加工物の形状を測定する自由曲面加工装置による自由曲面加工方法であって、上記超精密送り機構は、加工プログラムに基づいて、互いに直交するX軸,Y軸,Z軸の方向および上記X軸回りのA方向,上記Y軸回りのB方向に、送り制御が可能であり、上記被加工物の形状測定時には、上記超精密送り機構でもって、加工プログラムに基づいて、非接触三次元形状測定器の姿勢が、上記被加工物の被測定部位の法線と所定の角度を保つように、上記非接触三次元形状測定器の角度補正を行いつつ、上記非接触三次元形状測定器を移動させて、上記被加工物の三次元形状測定を行い、この三次元形状測定データに基 Moving the machining tool in ultra-precision feed mechanism, and machining a workpiece, said moving the non-contact three-dimensional shape measuring device in ultra-precision feed mechanism, the free-form surface machining apparatus for measuring the shape of the workpiece by a free curved surface machining method, the ultra-precision feed mechanism, based on the machining program, the X-axis orthogonal to each other, the Y-axis direction and the X axis of the a direction of the Z-axis, the Y-axis of the B direction, are possible feed control, at the time of shape measurement of the workpiece, with the above ultra-precision feed mechanism, based on the machining program, the attitude of the non-contact three-dimensional shape measuring instrument, the above workpiece so as to maintain a normal and a predetermined angle of the measurement site, while performing angle correction of the non-contact three-dimensional shape measuring device, by moving the non-contact three-dimensional shape measuring device, three-dimensional shape of the workpiece It was measured, based on the three-dimensional shape measurement data いて、上記加工プログラムを修正し、上記超精密送り機構は、この修正した加工プログラムにしたがって、上記加工工具を移動させて、上記被加工物を加工する。 There are, to modify the machining program, the ultra-precision feed mechanism, in accordance with the corrected machining program, by moving the machining tool, machining the workpiece. 【0037】この実施形態では、上記被加工物の形状測定時には、上記超精密送り機構は、加工プログラムに基づいて、非接触三次元形状測定器を移動させて、上記被加工物の三次元形状測定を行う。 [0037] In this embodiment, at the time of shape measurement of the workpiece, the ultra-precision feed mechanism, based on the machining program, by moving the non-contact three-dimensional shape measuring device, three-dimensional shape of the workpiece the measurement is carried out. この加工プログラムは、加工工具で被加工物を加工するときに、超精密送り機構が上記加工工具を移動させる送り制御のプログラムである。 The machining program, when machining the workpiece with the machining tool, ultra-precision feed mechanism is in the programmed feed control for moving the machining tool. 【0038】したがって、この実施形態によれば、非接触三次元形状測定器を、加工工具の加工時の軌跡と同一の軌跡に沿って移動させることができる。 [0038] Thus, according to this embodiment, the non-contact three-dimensional shape measuring device can be moved along the same locus as the locus at the time of processing of the machining tool. したがって、 Therefore,
この非接触三次元形状測定器の三次元形状測定データから、実際の加工形状が上記加工プログラムによる目標形状からずれている量(誤差)を直ちに求めることができる。 From the three-dimensional shape measurement data of the non-contact three-dimensional shape measuring device, actual machining shape can be obtained immediately amount (error) is deviated from the target shape by the machining program. そして、この三次元形状測定データに基づいて、上記誤差を補うように、上記加工プログラムを修正する。 Then, based on the three-dimensional shape measurement data, to compensate for the error, to correct the machining program.
これにより、加工修正が必要な箇所のみ、ピンポイントで修正加工を行うことができ、加工時間、形状測定時間を大幅に短縮できる。 Thus, only the necessary portions to process modification, correction processing pinpoint can be performed, the processing time can be significantly shortened shape measurement time. 【0039】また、一実施形態の自由曲面加工方法は、 [0039] In addition, free-form surface processing method of an embodiment,
超精密送り機構を有する自由曲面加工装置による自由曲面加工方法であって、加工工具が被加工物を加工したときの軌跡と略同一の軌跡をトレースするように、上記超精密送り機構で、形状測定器を移動させて、上記形状測定器で上記被加工物の形状を測定することによって、上記加工工具の上記加工時の摩耗量を計測し、この計測した摩耗量に基づいて、上記超精密送り機構による上記加工工具の送りを制御する加工プログラム、もしくは、上記超精密送り機構による上記加工工具の送りを制御する数値制御用データを補正する。 A free-form surface machining method according to free-form surface machining apparatus having a ultra-precision feed mechanism, so as to trace the trajectory substantially the same trajectory when the machining tool is machining a workpiece, in the ultra-precision feed mechanism, the shape the instrument is moved, by measuring the shape of the workpiece by the shape measuring instrument measures the amount of wear during the machining of the machining tool, on the basis of the measured wear amount, the ultra-precision machining program for controlling the feeding of the machining tool by the feed mechanism, or to correct the numerical control data for controlling the feed of the machining tool by the ultra-precise feeding mechanism. 【0040】この実施形態では、加工工具が被加工物を加工したときの軌跡と略同一の軌跡をトレースするように、超精密送り機構で、上記形状測定器を移動させて、 [0040] In this embodiment, to trace the locus and substantially the same trajectory when the machining tool is machining a workpiece, in ultra-precision feeding mechanism, to move the shape measuring device,
上記形状測定器で上記被加工物の形状を測定する。 Measuring the shape of the workpiece by the shape measuring device. この測定した形状(データ)を基に、上記加工工具の上記加工時の摩耗量を計測する。 Based on the measured shape (data), to measure the amount of wear during the machining of the machining tool. そして、この計測した摩耗量を、即座に、加工プログラムの摩耗補正プログラム(数値制御用データ)に反映することができる。 Then, the measured wear amount immediately, can be reflected in the machining program wear compensation program (numerical control data). したがって、加工形状誤差の要因である加工工具の摩耗に対応して、送り機構による送りを容易に補正することができる。 Therefore, in response to wear of the machining tool is a factor of the processing shape error, the feeding by the feed mechanism can be easily corrected. 【0041】 【発明の実施の形態】以下、この発明を図示の実施の形態に基づいて詳細に説明する。 [0041] BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, will be described in detail with reference to embodiments thereof illustrated in the accompanying drawings. 【0042】図1に、この発明の実施形態である自由曲面加工装置1を側方から見た様子を示す。 [0042] Figure 1 shows a state viewed performed free-form surface machining apparatus 1 is in the form of the invention from the side. 【0043】この自由曲面加工装置1は、ベース2上に、Zステージ3,Xステージ5,Bステージ6,Yステージ7,ツール台8を備え、これらは、加工,計測に必要なナノオーダーの超精密送りが可能になっている。 [0043] The free-form surface machining apparatus 1, on the base 2, Z-stage 3, X stage 5, B-stage 6, Y stage 7 comprises a tool carrier 8, they are processed, nano-order necessary for measurement which is capable of very precise feed. 【0044】上記Zステージ3は、ベース2の上面にそって略水平なZ方向(図において左右の方向)に移動可能になっており、このZステージ3上には、主軸台4が搭載されている。 [0044] The Z-stage 3 is movable in a substantially horizontal Z-direction along the upper surface of the base 2 (left and right directions in the drawing), on the Z-stage 3, the headstock 4 is mounted ing. この主軸台4は、上記Z方向の軸を中心軸とする主軸4aを有し、この主軸4aは上記中心軸を回転中心軸として回転させられる。 The headstock 4 has a main shaft 4a to the central axis of the shaft of the Z-direction, the main shaft 4a is rotated to the center axis as the rotation center axis. また、この主軸4a Further, the main shaft 4a
には、主軸台4が有するチャッキングで、被加工物10 The, in chucking with the headstock 4, the workpiece 10
が固定されている。 There has been fixed. 例えば、この被加工物10に、回転対称の形状を加工する場合には、この主軸4aを回転させて、加工を行う。 For example, in the workpiece 10, when processing the shape of the rotationally symmetric, the main shaft 4a is rotated, for machining. また、上記被加工物10に、回転非対称形状の加工を行う場合には、主軸4aを回転させずに、加工を行う。 Further, the workpiece 10, the case of processing a rotationally asymmetric shape, without rotating the main shaft 4a, performs the processing. 【0045】一方、上記Zステージ3に対してZ方向に所定の間隔を隔てて、上記ベース2上に、Xステージ5 On the other hand, at a predetermined distance in the Z direction relative to the Z stage 3, on the base 2, X stage 5
が搭載されている。 There are mounted. このXステージ5は、上記Z方向と直交する方向で、かつ、上記ベース2の上面と略平行なX方向に移動可能になっている。 The X stage 5, in a direction perpendicular to the Z direction, and is movable in the top surface substantially parallel to the X direction of the base 2. そして、このXステージ5上には、Bステージ6が搭載されている。 Then, on the X stage 5, B stage 6 is mounted. このBステージ6は、上記Z方向とX方向の両方に対して垂直なY方向の中心軸を回転中心軸としてB方向に回転可能になっている。 The B stage 6 is rotatable in the direction B as the center of rotation axis center axis of the Y direction perpendicular to both the Z and X directions. 【0046】また、このBステージ6上には、上記Y方向に移動可能なYステージ7が搭載されている。 [0046] Further, on the B stage 6, a movable Y stage 7 is mounted on the Y-direction. 【0047】また、このYステージ7には、ツール台8 [0047] In addition, in the Y stage 7, the tool base 8
が取り付けられている。 It is attached. このツール台8は、図中P点から上記X方向に延びる回転軸回りのA方向にYステージ7に対して、回転可能になっている。 The tool carrier 8, to the Y stage 7 in the A direction of the rotation axis extending in the X direction from a drawing point P, and is rotatable. 【0048】上記Zステージ3,主軸4a,Xステージ5,Bステージ,Yステージ7およびツール台8は、超精密送り機構をなし、転がり軸受けあるいは静圧軸受け等を用いて、0.01μmオーダーの移動精度が確保されている。 [0048] The Z-stage 3, the main shaft 4a, X stage 5, B-stage, Y stage 7 and the tool carrier 8, without the ultra-precision feed mechanism, using a rolling bearing or a hydrostatic bearing or the like, of 0.01μm order movement accuracy is ensured. 【0049】上記ツール台8は、被加工物10を加工する砥石9を有するツール部11と被加工物10を測定するセンサー部12とを備えている。 [0049] The tool carrier 8 is provided with a sensor unit 12 for measuring the tool 11 and the workpiece 10 with a grinding wheel 9 for machining a workpiece 10. このツール部11 The tool unit 11
は、その回転軸11aを回転させて、上記砥石9を回転させることができる。 Has its rotation shaft 11a is rotated, thereby rotating the grindstone 9. 【0050】このツール台8は、上記P点を通る回転軸回りの上記A方向に回転させることで、センサー部12 [0050] The tool carrier 8, is rotated in the A direction of the rotation axis passing through the point P, the sensor unit 12
を被加工物10に対向する形状測定位置に位置させることが可能となっている。 The it is possible to position a shape measurement position facing to the workpiece 10. このセンサー部12は、対物レンズ13を有しており、この対物レンズ13により、被加工物10にレーザを集光し、被加工物10との間の距離を計測することで、形状測定を行う。 The sensor unit 12 has an objective lens 13, by the objective lens 13 condenses the laser to the workpiece 10, by measuring the distance between the workpiece 10, the shape measurement do. 【0051】また、ベース2上に搭載されたXステージ5,Yステージ7,Zステージ3,Bステージ6,ツール台8は、それぞれが有するサーボモーターによって駆動されており、各サーボモータはコンピュータ制御された制御装置の制御信号によって制御されるようになっている。 [0051] Further, X stage 5, Y stage 7 mounted on the base 2, Z-stage 3, B stage 6, tool carrier 8 is driven by a servo motor each having, each servomotor computer controlled and it is controlled by a control signal of the control device. この自由曲面加工装置1では、これらX,Y,Z,B In the free-form surface machining apparatus 1, these X, Y, Z, B
ステージおよびツール台8の移動動作と、主軸4aの回転と、砥石9の回転とによって、被加工物10を自由曲面形状に加工することができる。 A moving operation of the stage and the tool carrier 8, rotation of the main shaft 4a, by the rotation of the grinding wheel 9, it is possible to process the workpiece 10 to free-form surface. 【0052】次に、この実施形態の自由曲面加工装置によって、被加工物10の表面を自由曲面に加工する方法について説明する。 Next, the free-form surface machining apparatus of this embodiment, a method for processing the surface of the workpiece 10 to the free-form surface. 【0053】図2に、目的とする自由曲面形状の表面1 [0053] Figure 2, the surface 1 of the free-form surface having a desired shape
0aを有する被加工物10の一例を示す。 It shows an example of a workpiece 10 having 0a. この被加工物10の表面10aは、非球面形状であり、図2におけるX方向断面の非球面形状とY方向断面の非球面形状とでは、形状が相異している。 Surface 10a of the workpiece 10 is a non-spherical shape, in the aspherical shape of the aspherical surface and the Y-direction cross section of the X-direction cross section in FIG. 2, the shape is different from. 【0054】このような、被加工物10の回転非対称形状の表面10aを加工する場合には、主軸の回転を行わず、Zステージ3とXステージ5とを駆動することで、 [0054] Such, in the case of processing the surface 10a of the rotationally asymmetric shape of the workpiece 10, without rotation of the main shaft, by driving the Z stage 3 and X stage 5,
被加工物10の端部からX方向の非球面形状に砥石9を被加工物10に対して相対的に移動させて、被加工物1 The grinding wheel 9 from the end portion of the workpiece 10 to be aspherical in the X-direction is relatively moved relative to the workpiece 10, the workpiece 1
0の研削加工を行い、次に、Y軸方向にYステージ7を1ステップだけ移動させ、同様に、X方向の非球面形状に砥石9を被加工物10に対して相対的に移動させ、研削加工を行う。 Perform grinding of 0, then, is moved in the Y-axis direction Y stage 7 by one step, likewise, is moved relative to the workpiece 10 the grindstone 9 aspherical shape of the X-direction, do the grinding. これを繰り返すことによって、図2に示すように、表面10aを自由曲面形状に加工した被加工物10を得ることができる。 By repeating this, it is possible, as shown in FIG. 2, to obtain a workpiece 10 obtained by processing the surface 10a to the free-form surface. 【0055】次に、図3を参照して、この実施形態における砥石9の角度補正について、説明する。 Next, with reference to FIG. 3, the angle correction of the grindstone 9 in this embodiment will be described. 【0056】図3は、自由曲面形状に加工した被加工物10を、Y方向に見た様子を示し、ツール部11の回転軸11aを回転させて、回転軸11aに取り付けた砥石9を回転軸11a回りに回転させながら、砥石9で被加工物10の端部からX方向の非球面形状に加工を行っている様子を示す。 [0056] Figure 3 is a workpiece 10 processed into free-form surface, it shows how the saw in the Y direction, and the rotation axis 11a of the tool part 11 is rotated, rotating the grindstone 9 mounted on the rotary shaft 11a while rotating the shaft 11a around, showing a state of performing processing in an aspherical shape in the X direction from the end portion of the workpiece 10 with the grinding wheel 9. 図3に、破線で描いた様子は、実線で描いた様子から、加工が進行した状態における砥石9の姿勢を示している。 3, how are depicted by a broken line, the state drawn with solid lines show a posture of the grinding wheel 9 in a state in which processing has progressed. 【0057】図3に示すように、まず、被加工物10の端部から、Zステージ3およびXステージ5の駆動により、X方向の非球面形状の軌跡に沿って、砥石9を被加工物10に対して相対的に移動させ、被加工物10の研削加工を行う。 [0057] As shown in FIG. 3, first, from the end of the workpiece 10, by driving the Z stage 3 and X stage 5, along the trajectory of the X-direction of the aspherical, the workpiece to the grinding wheel 9 It moved relative to 10, and grinding of the workpiece 10. このX方向の加工によって、砥石9が駆動されるに伴い、砥石9が被加工物10を加工する加工点における面の法線は逐次変化する。 By the processing of the X-direction, with the grinding wheel 9 is driven, the normal of the surface at the machining point grindstone 9 to process the workpiece 10 changes sequentially. この法線に対して、砥石9が常に一定角度を保つように、Bステージ6 For this normal, as the grinding wheel 9 is always maintained constant angle, B stage 6
を駆動して、Bステージ6をB方向に移動(回転)させることで、砥石9の被加工物10に対する角度(姿勢)を、 Drives the, by moving the B stage 6 in the B direction (rotation), the angle (posture) relative to the workpiece 10 of the grinding wheel 9,
補正制御する。 Correction control. このことによって、被加工物10を、常に砥石9の一点のみで加工する。 Thereby, the workpiece 10, always working only at one point of the grinding wheel 9. 【0058】ここで、この自由曲面加工装置1は、たとえば、上記超送り機構の駆動系の内部に、あらかじめ、 [0058] Here, the free-form surface machining apparatus 1 is, for example, in the interior of the drive system of the ultra-feed mechanism, in advance,
被加工物10の最終加工形状を、プログラムデータとして保持しているので、砥石9がある加工点へ移動したときには、その加工点での上記砥石9の角度(姿勢)の補正量は、上記プログラムデータに基づいて、直ちに決定され、ここでは、Bステージ6のB方向への移動量が決定される。 The final machining shape of the workpiece 10, because it holds the program data, when moving to a processing point where there is a grindstone 9, the correction amount of the angle of the grindstone 9 at the processing point (position) is the program based on the data, it is determined immediately, where the amount of movement in the direction B of B stage 6 is determined. 【0059】次に、Yステージ6を、Y軸方向に1ステップだけ移動させ、上述と同様に、被加工物10の端部からX方向の非球面形状の軌跡に沿って、砥石9を被加工物10に対して相対的に移動させ、被加工物10の研削加工を行う。 Next, the Y stage 6 is moved by one step in the Y-axis direction, in the same manner as described above, along the trajectory of the aspherical shape of the X-direction from the end portion of the workpiece 10, the grinding wheel 9 to be It moved relative to the workpiece 10, and grinding of the workpiece 10. このY軸方向への1ステップの移動に伴なって、砥石9の加工点の法線は、A方向に1ステップ分だけ変化する。 Is accompanied with the movement of one step to the Y-axis direction, normal to the machining point of the grinding wheel 9 is changed by one step in the A direction. 【0060】このA方向への1ステップ分だけ移動した後の法線に対して、常に一定角度を保つように、ツール台8を駆動して、砥石9のB方向の位置を調整し、さらに、X方向の加工に伴って、逐次変化する加工点の法線に対して、砥石9が常に一定角度を保つように、Bステージ6のB方向の位置を調整して、砥石9の角度を制御することによって、常に砥石9の一点のみで加工を行う。 [0060] with respect to the normal after moving by one step to the A direction, so as to always maintain a constant angle, and drives the tool carrier 8, to adjust the B position of the grinding wheel 9, further , with the processing of the X-direction, with respect to the normal to the sequential changing working point, so as to keep always constant angle grinding wheel 9, by adjusting the B position of the B stage 6, the angle of the grinding wheel 9 by controlling, always perform processing only at one point of the grinding wheel 9. 【0061】この場合も、この自由曲面加工装置1が、 [0061] Also in this case, it is the free-form surface processing device 1,
内部にあらかじめ、加工形状を表すプログラムデータを保持していて、そのプログラムデータによって、上記砥石9の角度の制御量(補正量)が直ちに決定される。 Internal advance to, and holds the program data representing a machining shape by the program data, the control amount of the angle of the grinding wheel 9 (correction amount) is determined immediately. 【0062】このような砥石9の角度(姿勢)制御を、繰り返すことによって、常に砥石9の一点のみで、被加工物10に対する加工を行うことが可能となり、砥石9の摩耗を補う補正も行い易くなる。 [0062] The angle (attitude) control of such grindstone 9, by repeating, always only one point of the grindstone 9, it is possible to perform the machining for the workpiece 10, performs the correction to compensate for wear of the grinding wheel 9 easily. 【0063】なお、上述のように、砥石9を回転させて加工する場合ではなく、加工工具としてのバイト等による切削加工においても、このバイト等が被加工物10の加工面に対して、被加工面の加工点の法線に対して、常に一定角度を保つように、上記のように5軸(Z,X,Y, [0063] Incidentally, as described above, rather than the case of processing by rotating the grinding wheel 9, even in the cutting by byte such as machining tool, this byte and the like with respect to the machined surface of the workpiece 10, the with respect to the normal to the machining point of the processing surface, so as to always maintain a constant angle, as described above five axes (Z, X, Y,
B,A方向)制御によって、ツール角度を補正しながら、 B, the A direction) control, while correcting the tool angle,
切削加工することができる。 It can be machined. 【0064】次に、上記自由曲面加工装置1における形状測定について説明する。 Next, a description will be given shape measurement of the free-form surface machining apparatus 1. 【0065】上記のような加工手順に基づき、被加工物10の加工を終えた後、センサー部12を使用して、被加工物10の形状測定を行う。 [0065] Based on the processing procedure described above, after finishing the machining of the workpiece 10, using a sensor unit 12, measuring the shape of the workpiece 10. この形状測定は、上述の加工によって形成された被加工物10の被加工面10a This shape measurement, the processing surface 10a of the workpiece 10 which is formed by the processing described above
の形状が、目標とする形状からずれている量(誤差)を測定するために行う。 Shape is performed in order to measure the amount (error) which deviates from the shape of the target. 【0066】回転主軸4aや、駆動されるXステージ5,Yステージ7,Zステージ3,Bステージ6およびツール台11等がいかに精密に制御されていても、砥石9 [0066] and the rotary spindle 4a, X stage 5, Y stage 7 to be driven, even if Z-stage 3, B stage 6 and the tool table 11 and the like are how precisely controlled, the grindstone 9
の摩耗や、送り誤差などに起因して、加工形状の誤差を完全にゼロにするのは不可能である。 Wear or, due like feed error, it is impossible to completely zero the error of machining shape. 【0067】図4に、被加工物10の形状を測定する様子を示す。 [0067] FIG. 4 shows a state of measuring the shape of the workpiece 10. 砥石9の回転により自由曲面形状に研削加工した被加工物10の被加工面の三次元形状を、非接触で計測するために、ツール台8に設置したセンサー部12 The three-dimensional shape of the processed surface of the workpiece 10 which is machined on free-form surface by the rotation of the grinding wheel 9, in order to measure in a non-contact sensor unit 12 installed in the tool carrier 8
を用いる。 It is used. このセンサー部12は、図1に示すように、 The sensor unit 12 includes, as shown in FIG. 1,
ツール台8からP点を通る回転軸回りに約180°回転した反対側の位置に有るので、ツール台8を上記回転軸回り(A方向)に約180°だけ回転させることによって、センサー部12を形状測定位置に位置させることができる。 Since there from the tool carrier 8 to the position of the rotation axis at about 180 ° rotated opposite through the point P, the tool carrier 8 by rotating by about 180 ° on the rotary axis (A direction), the sensor unit 12 it can be positioned to shape measurement position. 【0068】このセンサー部12は、レーザ変位計であり、対物レンズ13でレーザ光を被加工物10に集光させ、この被加工物10から反射したレーザ光の焦点位置を検出することで、被加工物10との間の距離を計測して、被加工物10の形状を測定する。 [0068] The sensor unit 12 is a laser displacement gauge, to focus the laser beam to the workpiece 10 by the objective lens 13, by detecting the focus position of the laser beam reflected from the workpiece 10, by measuring the distance between the workpiece 10 to measure the shape of the workpiece 10. 【0069】レーザー変位計の原理は、受光素子付近にピンホールを設け、被加工物10が焦点位置にある場合は、焦点位置で反射したレーザ光がピンホールを通過して受光素子まで到達するが、被加工物10が焦点位置にない場合は、反射したレーザ光は上記ピンホールをほとんど通過できず、受光素子まで到達しないというものである。 [0069] The principle of the laser displacement meter, a pinhole is provided in the vicinity of the light receiving element, if the workpiece 10 is in the focus position, the laser beam reflected by the focal position to reach the light receiving element passes through the pinhole but if the workpiece 10 is not in the focus position, the laser light reflected can hardly pass through the pinhole, is that not reach the light receiving element. 【0070】上記センサー部12は、この原理を応用したレーザフォーカス変位計を用いる。 [0070] The sensor unit 12, a laser focus displacement meter using this principle. あるいは、上記センサー部12は、受光素子としてCCDを用いて、焦点位置で反射したレーザ光はCCDの一点で集光するが、 Alternatively, the sensor unit 12 uses the CCD as a light receiving element, the laser beam reflected by the focal position is condenses at one point of the CCD,
焦点位置でない位置で、反射したレーザ光はCCDの一点に集光しないことから、集光レンズを移動させて、集光位置を求め、この集光レンズの移動距離から被加工物10までの距離を計測する原理を応用して高精度な測定を行うものとしてもよい。 Distance in positions that are not the focus position, the laser beam reflected from it does not condensing to a point CCD, by moving the condenser lens, determine the focusing position, until the workpiece 10 from the moving distance of the condenser lens it may be performed with accurate measurement by the principle of measuring the. 【0071】このように、レーザ光を用いた距離測定を行うセンサー部12とした場合は、センサー部12をコンパクトにすることが可能であり、センサー部12をツール台8へ容易に搭載できる。 [0071] Thus, when the sensor unit 12 for distance measurement using a laser beam, it is possible to the sensor unit 12 in a compact, easily mounted sensor unit 12 to the tool carrier 8. 【0072】ところが、このようにレーザにより距離を計測する測定方法の場合は、被加工物10の測定面の法線がレーザの光軸に対して傾きをもっている場合は、この測定面からのレーザの反射光が、光学系の光軸上を正しく通過しないという欠点がある。 [0072] However, in the case of measuring method of measuring the distance in this manner by the laser, if the normal of the measurement surface of the workpiece 10 has an inclination with respect to the optical axis of the laser, the laser from the measuring surface the reflected light has the disadvantage of not properly pass through the optical axis of the optical system. また、集光されたビーム径の範囲で、上記測定面の傾きが(変わる)場合には、測定誤差が大きくなり、ナノメータオーダーの超精密計測が不可能となる。 Also, a range of focused beam diameter, the inclination of the measuring surface (changes) in the case, the measurement error becomes large, it becomes impossible Precision measurement order of nanometers. 【0073】そこで、この実施形態においては、被加工物10の測定面からの反射光が、常に光学系の光軸上を正しく通過するように、ツール台8のA方向への駆動により、センサー部12の角度を制御する。 [0073] Therefore, in this embodiment, the reflected light from the measurement surface of the workpiece 10, so as to always correctly passes along the optical axis of the optical system, by driving in the A direction of the tool carrier 8, the sensor controlling the angle of the part 12. つまり、センサー部12の測定姿勢(光軸)が被加工面10aの測定点の法線と常に一定角度を保つように、被加工物10の測定面に対するセンサー部12の角度補正を行いながら、 That is, as measured orientation of the sensor unit 12 (optical axis) is always maintained constant angle with the normal of the measurement points of the workpiece surface 10a, while the angle correction of the sensor unit 12 relative to the measurement surface of the workpiece 10,
被加工物10の被加工面10aとの間の距離を測定する。 Measuring the distance between the workpiece surface 10a of the workpiece 10. この角度補正には、Xステージ5,Yステージ7,Z The angle correction, X stage 5, Y stage 7, Z
ステージ3,Bステージ6およびツール台8からなる超精密送り機構を、駆動制御する。 Stage 3, B stage 6 and the ultra-precision feed mechanism consisting of tool carrier 8, to the drive control. このように、測定するセンサー部12の光軸と、被加工物10の加工面の法線とを、一定の角度に保つように、上記超精密送り機構を駆動することによって、上記レーザにより距離を計測する場合の誤差を極めて小さく保つことができる。 Thus, the optical axis of the sensor unit 12 for measuring, and a normal of the working surface of the workpiece 10, so as to maintain a constant angle by driving the ultra-precision feeding mechanism, the distance by the laser it can be kept very small error in the case of measuring. 【0074】例えば、図2には、自由曲面形状に加工した被加工面10aを有する被加工物10を示し、図2において、X軸とZ軸とを含むX-Z平面によるX方向断面とY方向断面とでは非球面形状が異なっている。 [0074] For example, FIG. 2 shows a workpiece 10 having a processed surface 10a processed into free-form surface, in FIG. 2, the X-direction section along X-Z plane including the X-axis and Z-axis It has different aspheric shape in the Y-direction section. このX方向断面とは、X軸とZ軸とを含むX-Z平面で上記被加工物10を切断した断面であり、このY方向断面とは、Y軸とZ軸とを含むY-Z平面で上記被加工物10 And the X-direction cross section, a cross section taken along the workpiece 10 in X-Z plane including the X axis and the Z-axis, and the Y-direction cross section, Y-Z including the Y-axis and Z-axis above the plane workpiece 10
を切断した断面である。 A cross-section was cut. 【0075】このような回転非対称形状の被加工物10 [0075] workpieces such rotationally asymmetric shape 10
の被加工面10aの形状を測定する場合には、加工時と同様に、センサー部12を被加工物10の端部からX方向の非球面形状に、被加工物10に対して相対的に移動させて、被加工面10aの形状を測定する。 When measuring the shape of the processing surface 10a is of, similarly to the time of processing, the aspherical shape of the X-direction sensor portion 12 from the end portion of the workpiece 10 relative to the workpiece 10 so moved, to measure the shape of the processing surface 10a. 【0076】次に、Yステージ7を、Y軸方向に1ステップだけ移動させてから、センサー部12を、X方向の非球面形状に、被加工物10に対して相対的に移動させて、被加工面10aの形状を測定する。 Next, a Y stage 7, after moving one step in the Y-axis direction, the sensor unit 12, the aspherical shape of the X-direction, and is moved relative to the workpiece 10, measuring the shape of the processing surface 10a. これを繰り返すことにより、自由曲面形状に加工した被加工物10の被加工面10aの形状を測定する。 By repeating this, to measure the shape of the processing surface 10a of the workpiece 10 processed into free-form surface. 【0077】次に、図4を参照して、センサー部12の角度補正について説明する。 Next, with reference to FIG. 4, it will be described angle correction of the sensor unit 12. 【0078】図4は、被加工面10aを自由曲面形状に加工した被加工物10を、Y方向から見た様子を示している。 [0078] Figure 4 shows how the workpiece 10 obtained by processing the processing surface 10a on the free-form surface shape, as seen from the Y direction. 図4では、Xステージ5を駆動して、この被加工物10の端部からX方向の非球面形状に、センサー部1 In Figure 4, by driving the X stage 5, the aspherical shape of the X-direction from the end portion of the workpiece 10, the sensor unit 1
2を移動させて、この被加工物10の被加工面10aのX方向の非球面形状を測定している様子を示している。 2 is moved, indicating a state in which measuring the aspheric shape of the X-direction of the processing surface 10a of the workpiece 10. 【0079】図4において、破線で描いたセンサー部1 [0079] In FIG 4, the sensor unit 1 drawn with dashed lines
2は、実線で描いたセンサー部12の位置から、形状測定が進行した状態のセンサー部12の位置と姿勢を示している。 2, from the position of the sensor unit 12 drawn by the solid line shows the position and orientation of the sensor unit 12 in a state where the shape measurement has progressed. この状態のセンサー部12は、被加工物10に対する姿勢(角度)が補正されている。 Sensor unit 12 in this state, posture (angle) is corrected relative to the workpiece 10. 【0080】まず、被加工物10の端部からX方向の非球面形状にセンサー部12を相対的に移動させて、被加工物10の被加工面10aの形状を測定する。 [0080] First, the sensor unit 12 are relatively moved in an aspherical shape in the X direction from the end portion of the workpiece 10 to measure the shape of the processing surface 10a of the workpiece 10. このX方向の形状測定に伴い、被加工面10aにおける測定点の法線は逐次変化する。 With the shape measurement of the X-direction, normal to the measurement points in the processing surface 10a is changed sequentially. この法線に対して、センサー部1 For this normal, the sensor unit 1
2からの光軸が、常に一定角度を保つように、Bステージ6を駆動して、センサー部12の姿勢をB方向に調整し、このセンサー部12からの光軸をB方向に角度制御する。 Optical axis from 2, so as to always maintain a constant angle, and drives the B stage 6, adjust the orientation of the sensor unit 12 in the B direction and the angle control of the optical axis from the sensor unit 12 in the B direction . 【0081】これにより、センサー部12から発したレーザ光が、被加工面10aにおける測定点で反射した反射光が、常に、光学系の光軸上を正しくするようになる。 [0081] Thus, the laser light emitted from the sensor unit 12, light reflected by the measurement points in the processing surface 10a is always so correctly on the optical axis of the optical system. 【0082】次に、Yステージ7を、Y軸方向に1ステップだけ移動させ、上述と同様にして、センサー部12 Next, a Y stage 7 is moved by one step in the Y-axis direction, in the same manner as described above, the sensor unit 12
を、被加工物10の端部からX方向の非球面形状に相対的に移動させて、被加工面10aの形状を測定する。 And it is relatively moved from the end of the workpiece 10 to be aspherical in the X direction, to measure the shape of the processing surface 10a. このセンサー部12のY軸方向への1ステップの移動に伴ない、被加工面10aの加工点の法線はA方向に1ステップ分変化する。 In conjunction with the movement of one step in the Y-axis direction of the sensor portion 12, normal to the machining point of the work surface 10a is changed one step in the A direction. 【0083】この自由曲面加工装置では、上記超精密送り機構の駆動を制御する制御系が、被加工物10を予めどのような自由曲面に加工するのか、というプログラムを有している。 [0083] In this free-form surface machining apparatus, a control system for controlling the driving of the ultra-precision feed mechanism, or to process previously to any free curved surface of the workpiece 10 has a program called. したがって、上記制御系では、加工位置の移動に伴い、そのプログラム(加工データ)と、加工位置(砥石9(あるいは刃物)の位置)がわかれば、加工位置における被加工面の法線方向がどのような値になるかは、直ちに算出される。 Therefore, in the control system, with the movement of the machining position, and the program (machining data), if the processing position (position of the grinding wheel 9 (or blade)) is known, the normal direction of the surface to be processed in the processing position which or a value as can be calculated immediately. 【0084】したがって、上記制御系によれば、センサー部12の上記Y方向への1ステップの移動後の被加工物10の測定点(レーザ到達点)における法線に対して、 [0084] Therefore, according to the control system, with respect to the normal at the measurement point of the Y 1 Step workpiece 10 after movement of the direction of the sensor section 12 (laser arrival point),
センサー部12からのレーザ光の光軸が常に一定角度を保つように、ツール台8を駆動して、センサー部12をA方向へ移動させることができる。 As the optical axis of the laser beam from the sensor unit 12 is always kept constant angle, and drives the tool carrier 8, the sensor unit 12 can be moved to the A direction. 【0085】さらに、上記X方向への形状測定に伴い、 [0085] Further, with the shape measurement to said X direction,
逐次変化する測定点の法線に対しては、Bステージ6を駆動して、センサー部12をB方向に移動させることで、上記法線に対して、センサー部12の光軸が常に一定角度を保つように、センサー部12の姿勢(角度)を制御することができる。 For normal sequential change measuring point, by driving the B stage 6, by moving the sensor unit 12 in the B direction, with respect to the normal line, always constant angle optical axis of the sensor section 12 to keep, it is possible to control the orientation of the sensor unit 12 (angle). なお、このときには、Zステージ3を駆動して、被加工物10を前進させると、図4に示すように、被加工物10と対物レンズ13との距離を一定に維持できる。 Incidentally, at this time, by driving the Z stage 3, when advancing the workpiece 10, as shown in FIG. 4, it can maintain the distance between the workpiece 10 and the objective lens 13 constant. 【0086】これにより、センサー部12からのレーザ光が測定点で反射した反射光が、光学系の光軸上を常に正しく通過するようにできる。 [0086] Thus, the reflected light of the laser light from the sensor unit 12 is reflected by the measurement points, it can be to always correctly passes along the optical axis of the optical system. 【0087】上述の動作を繰り返すことにより、被加工物10の測定点からの反射光が光学系の光軸上を正しく通過する状態を保ちながら、センサー部12からのレーザ光による距離測定を続けることが可能となる。 [0087] By repeating the above operation, while maintaining the state in which the reflected light from the measurement point of the workpiece 10 is correctly passes along the optical axis of the optical system, continue the distance measurement by the laser light from the sensor unit 12 it becomes possible. そして、上記のような光線の入射角度による誤差を極めて小さくすることが可能となり、ナノメータのオーダーの高精度な測定が可能となる。 Then, it is possible to remarkably reduce the error due to the incident angle of light as described above, it is possible to accurately measure the nanometer order. 【0088】なお、厳密には、被加工物10の加工途中においては、加工面の傾きは最終目的の形状ではないので、この加工装置が保有している加工形状を表すデータから算出した見込んだ傾き角とは異なる角度となる。 [0088] Strictly speaking, in the course machining of the workpiece 10, the inclination of the working surface is not the shape of the final object, anticipation was calculated from the data representing the machining shape the machining device is held a different angle than the inclination angle. しかし、この実施形態が対象とする加工工程では、被加工物10の加工量(除去量)そのものがサブミクロンオーダーの加工工程であり、この場合、面の傾きの最終形状からのずれはきわめてわずかであり、形状測定器であるセンサー部12で誤差が生じるほどの量に達せず、正確に測定が行える。 However, in the processing step this embodiment is intended, a processing step of processing amount (removed amount) itself is a sub-micron order of the workpiece 10, in this case, the deviation from the final shape of the surface of the slope is very slight , and the not reach the amount of the more error occurs in the sensor section 12 is a shape measuring device, it can be performed accurately measured. 【0089】ここで、自由曲面の加工の際には、加工点の法線に対して、ツール部11が常に一定角度を保つようにして加工している。 [0089] Here, during the processing of the free-form surface, with respect to the normal line of the machining point, the tool unit 11 is always processed as maintain a constant angle. したがって、この加工装置は、 Therefore, the machining apparatus,
あらかじめ、加工時に法線方向を算出して、ツール部1 In advance, to calculate the normal direction at the time of machining, tool part 1
1(砥石9)の角度補正を行う機能を有している。 1 has a function of performing angle correction (grindstone 9). したがって、自由曲面の形状測定の際に、測定点の法線に対して、センサー部12が常に一定角度を保つようにして測定する際に、加工時のツール部11の角度補正情報を基にして、形状測定時のセンサー部12の角度補正を行うことができる。 Therefore, when the shape measurement of the free-form surface, with respect to the normal of the measurement point, when the sensor unit 12 is constantly measured as maintain a constant angle, the angle correction information tool unit 11 at the time of processing based on Te, it is possible to perform angle correction of the sensor unit 12 at the time of shape measurement. この場合には、形状測定時の角度補正のデータを新たに計算する必要がなくなり、測定効率が非常に良くなる。 In this case, it is not necessary to newly calculate the data on the angle correction at the time of shape measurement, the measurement efficiency is very good. また、三次元形状の測定時間を短縮することが可能である。 Further, it is possible to shorten the measurement time of the three-dimensional shape. 【0090】ところで、加工時のツール部11の角度補正情報を基に、形状測定時にセンサー部12の角度補正を行うためには、まず、ツール部11とセンサー部12 [0090] Incidentally, based on the angle correction information tool unit 11 during processing, in order to perform the angle correction of the sensor unit 12 at the time of shape measurement, first, the tool unit 11 and sensor unit 12
との位置関係が明確になっている必要がある。 The positional relationship between the need to have clarified. これは、 this is,
光を用いた測定器の場合には、センサー部12の測定ダイナミックレンジが、おおむね数十から数百ミクロンであり、このダイナミックレンジの中で形状測定を行う必要があり、かつ、センサー部12の光軸と砥石9の方向とが必ずしも一致していない場合があるからである。 If the measuring device using light, the measurement dynamic range of the sensor portion 12 is a generally several hundred microns from tens, it is necessary to measure the shape in the dynamic range, and the sensor unit 12 there is a case where the direction of the optical axis and the grindstone 9 do not necessarily coincide. 【0091】そこで、この実施形態によれば、加工を行う際に、被加工物10に砥石9を接触させ、被加工物1 [0091] Therefore, according to this embodiment, when performing the processing, by contacting the grinding wheel 9 to the workpiece 10, the workpiece 1
0にツールマークを付ける。 0 to add a tool mark. そして、このときに、ツール台8を含む上記超精密送り機構の位置,姿勢データを、たとえば、上記制御系に格納する。 Then, at this time, the position of the ultra-precise feeding mechanism including a tool carrier 8, the attitude data, for example, stored in the control system. 【0092】次に、上記超精密送り機構を駆動して、センサー部12の対物レンズ13を上記被加工物10に対向させ、さらに、上記センサー部12の位置と姿勢を、 Next, by driving the ultra-precision feed mechanism, the objective lens 13 of the sensor unit 12 is opposed to the workpiece 10, further the position and orientation of the sensor unit 12,
上記超精密送り機構で調節して、上記ツールマークに対して、センサー部12からのレーザ光を対物レンズ13 Adjust the above ultra-precision feeding mechanism, with respect to the tool marks, a laser beam objective lens from the sensor unit 12 13
で集光させて、このツールマークの箇所でフォーカスさせる。 In by focusing, to focus at a point of this tool mark. さらに、このツールマークの箇所でのレーザ光の反射光が、光学系の光軸中心を正しく通過するように、 Further, as the laser beam of the reflected light at the point of the tool mark is correctly passes through the center of the optical axis of the optical system,
上記超精密送り機構でセンサー部12の位置,姿勢を調整する。 Location of the sensor unit 12 in the ultra-precision feed mechanism, for adjusting the posture. そして、このときの超精密送り機構の位置,姿勢データを上記制御系に格納する。 Then, the position of the ultra-precise feeding mechanism at this time, and stores the posture data to the control system. 上記2組の位置,姿勢データの相異が、ツール部11とセンサー部12との位置関係を表している。 The two sets of position, differences in attitude data, which represents the positional relationship between the tool part 11 and the sensor section 12. 【0093】また、自由曲面加工装置1の加工工具である砥石9とその形状測定器であるセンサー部12の校正については、次のような方法で行うことができる。 [0093] Also, the calibration of the sensor unit 12 is a grindstone 9 and the shape measuring device is a working tool of the free-form surface machining apparatus 1 can be performed in the following manner. 【0094】まず、センサー部12の形状測定についての校正を行う。 [0094] First, the calibration of the shape measurement of the sensor section 12. これは、砥石9でサンプル(被加工物)を球形状に加工を行い、その形状をセンサー部12で計測する。 This sample (workpiece) subjected to machining a spherical shape grindstone 9, measures the shape sensor unit 12. 次に、この実際に加工したサンプルの球形状を、 Then, the actually processed samples spherical,
光干渉計で計測し、光干渉計で測定した形状とセンサー部12で計測した形状が一致するように、形状測定器であるセンサー部12の校正を行う。 Measured by optical interferometer, so that the shape measured by the shape and the sensor unit 12 measured by optical interferometer coincide, to calibrate the sensor unit 12 is a shape measuring device. 【0095】この実施形態では、加工と形状測定はナノメーターの位置制御精度を有する同一のステージで行っているので、各ステージの精度に起因する加工と形状測定の誤差は実質上生じない。 [0095] In this embodiment, since the processing and shape measurement are performed in the same stage with position control accuracy of nanometer, error processing and shape measurement due to the accuracy of each stage does not occur substantially. 【0096】次に、加工工具である砥石9の位置に対する形状測定器であるセンサー部12の位置の校正を行う。 [0096] Next, the calibration of the position of the sensor unit 12 is a shape measuring device with respect to the position of the grindstone 9 is a working tool. すなわち、上述のように、被加工物10に砥石9を接触させ、X方向,Y方向に移動させ、生じたツールマークの交点に対して、センサー部12からのレーザ光を対物レンズ13で集光させて、ツールマークの交点部分でフォーカスさせる。 That is, as described above, contacting the grindstone 9 to the workpiece 10, X-direction, is moved in the Y direction, relative to the point of intersection of tool marks caused, condensing the laser beam from the sensor section 12 by the objective lens 13 by light, to focus at the intersection portion of the tool mark. そして、そのレーザ光の反射光が光学系の光軸中心を正しく通過するように、上記超精密送り装置を調整する。 Then, the laser beam of the reflected light to correctly pass through the center of the optical axis of the optical system, adjusting the ultra-precision feeder. 【0097】そして、上記加工時の上記ツールマークの交点位置を表す上記超精密送り装置の機械座標と、上記ツールマークの交点位置をセンサー部12が測定した機械座標とを、例えば、上記制御系により求める。 [0097] Then, the machine coordinates of the ultraprecision feeder representing the intersections of the tool marks during the processing, and a mechanical coordinate sensor unit 12 to the intersection position of the tool mark is measured, for example, the control system determined by. そして、この2つの機械座標をオフセット値として、加工時と形状測定時と間で、超精密送り装置の機械座標を補正する。 Then, as an offset value of the two machine coordinates, between the time of processing time and shape measurement, to correct the machine coordinate ultraprecision feeder. この補正により、加工時に移動させる砥石9の加工点の軌跡と、測定時に移動させるセンサー部12の測定点の軌跡とを一致させるように、上記超精密送り装置の機械座標を校正することができる。 By this correction, it is possible to calibrate the locus of the working point of the grinding wheel 9 is moved during machining, so as to match the trajectory of the measuring points of the sensor section 12 is moved at the time of measurement, the machine coordinates of the ultraprecision feeder . 【0098】このように、この実施形態によれば、砥石9に対するセンサー部12の位置校正を、この加工装置自身で行うことが可能であるので、この加工装置の経時変化による誤差を排除できる。 [0098] Thus, according to this embodiment, the position adjustment of the sensor unit 12 relative to the grinding wheel 9, since it is possible to perform in the processing device itself, can be eliminated errors due to aging of the machining apparatus. また、ツール台8の回転機構を簡単な構成とすることができる。 Further, it is possible to make the rotation mechanism of the tool carrier 8 with a simple configuration. 【0099】上述のようにして、形状測定器としてのセンサー部12を校正することによって、被加工物10の被加工面10aの形状をセンサー部12で測定したデータに基づいて、上記被加工面10aを予め設定した目標の加工形状にするための補正の加工を実行する加工補正情報を、上記超精密送り装置にフィードバックすることが可能となる。 [0099] As described above, by calibrating the sensor portion 12 of the shape measuring device, based on data obtained by measuring the shape of the processing surface 10a of the workpiece 10 in the sensor unit 12, the workpiece surface the processing correction information to perform processing of correcting for the machining shape of the goals set for 10a in advance, it is possible to feed back to the ultra-precision feeder. 【0100】この実施形態では、ツール部11とセンサー部12の配置関係については、ツール部11とセンサー部12とを同じツール台8上に配置している。 [0100] In this embodiment, the arrangement relationship between the tool part 11 and the sensor unit 12 is disposed a tool 11 and the sensor unit 12 on the same tool carrier 8. このツール部11とセンサー部12との位置関係が明確であれば、加工時の超精密送り機構の各ステージ(各軸)の移動情報に基づいて、計測時の各ステージ(各軸)の移動情報を補正することにより、ツール部11で加工した加工点の軌跡通りに、センサー部12の測定点が移動するように、上記超精密送り機構の各ステージを制御できる。 If clear positional relationship between the tool unit 11 and sensor unit 12, the movement of on the basis of the movement information of each stage of the ultra-precision feed mechanism during processing (each axis), each stage of the time of measurement (each axis) by correcting the information, the trajectory as of the processed working point tool unit 11, as measurement points of the sensor section 12 is moved, it can control each stage of the ultra-precise feeding mechanism. このため、ツール部11とセンサー部12とを、同じツール台8上に配置することで、各ステージ(各軸)の移動情報を補正し易くなる。 Therefore, the tool unit 11 and sensor unit 12, by disposing on the same tool carrier 8, easily corrected movement information of each stage (each axis). 【0101】また、この実施形態では、センサー部12 [0102] Further, in this embodiment, the sensor unit 12
を、A方向の回転中心点Pに関して、ツール部11の1 And with respect to the rotational center P of the A direction, the first tool part 11
80°反対側に配置した。 It was placed 80 ° opposite. これにより、砥石9による加工時に、エアーまたはオイル等で、加工によって生じる熱を冷却し、加工屑を排出しているときに、この加工屑などが、センサー部12に付着するのを回避できる。 Thus, at the time of processing by the grindstone 9, an air or oil or the like, the heat is cooled caused by the processing, when they are discharged processing waste, such as the processing refuse is avoided from adhering to the sensor section 12. 【0102】また、上記実施形態において、形状測定データを取得する方法としては、次の方法がある。 [0102] In the above embodiment, as the method for acquiring the shape measurement data, the following method. この方法は、目標となる自由曲面を加工するためのプログラムデータによる砥石9の軌跡と同一の軌跡でもって、センサー部12を移動させて被加工面10aの形状を測定する。 This method has the same trajectory as the trajectory of the grinding wheel 9 by the program data for machining a free curved surface as a target to measure the shape of the processing surface 10a by moving the sensor unit 12. この形状測定で測定した値の変化量により、実際に加工された自由曲面形状が、上記目標となる自由曲面に対して、どの程度誤差を生じているかを求めることができる。 The amount of change this shape values ​​measured by the measurement, actually machined free-form surface, with respect to free-form surface becomes the target, it is possible to determine whether the cause what extent error. この誤差情報を、加工時のすべてのツール軌跡に対して計測すれば、被加工面10aを、非常に高精度に三次元形状測定できる。 This error information, if measured with respect to every tool trajectory during processing, the work surface 10a, it three-dimensional shape measurement with very high accuracy. 【0103】なお、実際には、加工時の数ステップ毎のツール軌跡に対して、上記誤差情報を計測することで、 [0103] It should be noted that, in fact, to the tool trajectory of every few steps at the time of processing, by measuring the above-mentioned error information,
十分に高精度に形状を測定することができる。 It can be measured shape sufficiently high accuracy. 【0104】元々、上記超精密送り機構を構成するXステージ5,Yステージ7,Zステージ3,Bステージ6,ツール台8は、それぞれ、ナノメーターの精度が確保されており、この超精密送り機構を規準にして、被加工面1 [0104] Originally, X stage 5, Y stage 7, Z stage 3, B stage 6 constituting the ultra-precision feed mechanism, tool carrier 8, respectively, and the accuracy of nanometers is secured, feed the ultraprecision the mechanism in the reference, the processing surface 1
0aの形状を測定することで、形状を極めて正確に測定できる上に、別途測定装置を用意する必要が無い。 By measuring the shape of 0a, onto which the shape can be very accurately measured, there is no need to prepare a separate measuring device. 【0105】上述の第1の形状測定方法としては、センサー部12の走査軌跡を、加工工具としての砥石9の加工軌跡と一致させ、その際のセンサー部12による距離測定量を読み取る方式である。 [0105] As a first shape measuring method described above, the scanning locus of the sensor portion 12, to match the processing path of the grinding wheel 9 as a processing tool, is the method of reading the distance measured quantity by the sensor unit 12 at that time . この方法であれば、センサー部12による距離測定量が、目標の加工形状からのずれ量に一致し、センサー部12からのデータ(距離測定量)によって、目標の加工形状からのずれの量が直ちに分かるという利点がある。 If this method, the distance measuring quantity by the sensor unit 12, coincides with the amount of deviation from the target machining shape, the data from the sensor unit 12 (distance measuring amount), the amount of deviation from the target machining shape there is an advantage that immediately known. また、センサー部12を駆動するための制御系を、加工を行う制御系と同等のものとすることができるので、制御機構,制御方法が簡便となる利点がある。 Further, a control system for driving the sensor section 12, can be the equivalent of a control system for machining, there is an advantage that the control mechanism, the control method becomes simple. 【0106】さらに、上記実施形態において、形状測定を行う手順としては、次の第2の方法が考えられる。 [0106] Further, in the above embodiment, the procedure for measuring the shape is considered the following second method. この第2の形状測定方法は、センサー部12による距離測定量が、常に、ゼロになるように、センサー部12を走査させる方法である。 The second shape measuring method, a distance measuring quantity by the sensor unit 12 is always such that zero is a method for scanning the sensor unit 12. 【0107】具体的には、この形状測定方法は、目標の加工形状の輪郭上に、センサー部12の測定点が位置するように、センサー部12を配置する。 [0107] Specifically, the shape measuring method, on the target machining shape contour, as measurement points of the sensor section 12 is positioned to place the sensor unit 12. そして、このときに、センサー部12が出力する距離測定量がゼロであれば、この測定点において、目標の加工形状と実際の加工形状とが一致している。 Then, at this time, if the distance measured quantity zero sensor unit 12 outputs, in this measuring point, the actual machining shape a target machining shape match. 一方、上記距離測定量が正であれば、上記測定点の法線方向において、実際の加工形状が目標の加工形状よりも遠い、すなわち、過研削である。 On the other hand, if the distance measured quantity is positive in the normal direction of the measurement point, farther than the actual machining shape of the machining shape target, i.e., an over grinding. 逆に、上記距離測定量が負であれば、上記測定点の法線方向において、実際の加工形状が目標の加工形状よりも近い、すなわち、研削不足である。 Conversely, if the distance measured quantity is negative, in the normal direction of the measurement point, the actual processing shape is closer than processing shape of the target, i.e., a grinding insufficient. 【0108】上記距離測定量が正の場合と負の場合とにおいて、センサー部12自体を、上記超精密送り機構で移動させて、センサー部12の出力(距離測定量)がゼロになるゼロ点を、常に実際の被加工物10の表面に一致させる。 [0108] In the case the negative case the distance measurement amount is positive, the sensor unit 12 itself, is moved by the ultra-precision feeding mechanism, the zero point output of the sensor section 12 (distance measuring quantity) becomes zero the always match the actual surface of the workpiece 10. この各測定点における超精密送り機構の移動量によって、被加工物10の被加工面10aの形状を求めることができる。 By the movement amount of the ultra-precise feeding mechanism in the respective measuring points can be determined the shape of the processing surface 10a of the workpiece 10. この形状測定方法によれば、センサー部12を駆動する制御系が複雑になる一方、センサー部12は、常に、その出力のゼロ点近傍で動作するので、 According to the shape measuring method, while the control system for driving the sensor portion 12 is complicated, the sensor unit 12 is always and run with zero near the output,
センサー部12の測定量に対する線形性が不要となる利点がある。 Linearity for measuring the amount of the sensor unit 12 there is an advantage that unnecessary. すなわち、この形状測定方法では、センサー部12が出力する距離測定量が、ゼロであるか、正であるか、負であるのかの判断ができるだけでよい。 That is, this shape measuring method, a distance measuring quantity sensor unit 12 outputs are either zero, positive or there may only be negative and is the determination of whether. このことは、この実施形態のように、加工装置の送り機構に形状測定器としてのセンサー部12を搭載する場合には、 This is, as in this embodiment, when mounting the sensor unit 12 of a shape measuring instrument feeding mechanism of the processing device,
きわめて大きな利点となる。 A very large advantage. なぜなら、センサー部12 This is because, the sensor unit 12
は、その出力値がゼロか正か負かの判断ができるだけでよいことから、センサー部12が安価に入手可能となるからである。 , Since the output value may only be either positive or negative judgment zero, because the sensor portion 12 becomes available inexpensively. また、センサー部12自体を、加工工具としてのツール部11を移動させる超精密送り機構によって移動させて、被加工物10の被加工面10aの形状を測定するから、形状を測定するための設備投資がほとんど必要なくなる。 Further, the sensor unit 12 itself, is moved by the ultra-precision feed mechanism for moving the tool unit 11 as a processing tool, because measuring the shape of the processing surface 10a of the workpiece 10, the equipment for measuring the shape investment is no longer the most necessary. 【0109】また、この第2の形状測定方法によれば、 [0109] Further, according to the second shape measuring method,
加工プログラムが指定する目標の加工形状に対する誤差量が、超精密送り機構による移動量で表される形状誤差になる。 Error amount with respect to the processing shape of the target processing program is designated, the shape error represented by the movement amount of ultra-precision feeding mechanism. この超精密送り機構による移動量で表される形状誤差から、上記加工プログラムを修正でき、加工の修正が必要な被加工物10の箇所だけを、ピンポイントで修正加工することができる。 From this shape error represented by the movement amount of ultra-precision feed mechanism can correct the machining program, the only portion of the workpiece 10 that need to be modified for processing, can be modified processed pinpoint. したがって、ツール部11 Therefore, the tool unit 11
を、上記超精密送り機構によって、修正の加工ポイントまで速やかに移動させることができ、加工時間を大幅に短縮することができる。 And by the ultra-precision feed mechanism can be moved quickly to the machining point of modification, it is possible to greatly shorten the processing time. 【0110】また、この実施形態の自由曲面加工装置によれば、加工工具(砥石9)の摩耗量を、動的に追跡することが可能となる。 [0110] Further, according to the free-form surface machining apparatus of this embodiment, the wear amount of the working tool (grindstone 9), it is possible to dynamically track. すなわち、加工プログラムが指定する目標の加工形状に対して実際に測定した加工形状の誤差、すなわち形状誤差は、主に、砥石9の摩耗によって発生する。 That is, the error of machining shape actually measured for machining shape of the target machining program specifies, that the shape error is mainly caused by wear of the grinding wheel 9. したがって、加工に伴い、徐々に形状誤差が増加する傾向にある。 Thus, with the processing tends to gradually shape error increases. したがって、この加工時の砥石9 Therefore, the grinding wheel 9 at the time of processing
の軌跡と同一の軌跡をセンサー部12でトレースし、形状誤差量を逐次追跡して行くことによって、砥石9の摩耗量を把握することができる。 The trajectory of the same locus traced by the sensor unit 12, by going sequentially track shape error amount, it is possible to grasp the wear amount of the grinding wheel 9. そして、この摩耗量に応じて、砥石9の送りの補正を行うことによって、形状誤差の少ない自由曲面を形成することが可能となる。 Then, depending on the amount of wear, by correcting the feed of the grinding wheel 9, it is possible to form a free curved surface small shape error. また、これにより、加工工具(砥石9)の摩耗量を正確に予測することも可能になるから、上記加工プログラムに、 This also, because it becomes possible to accurately predict the amount of wear of the working tool (grindstone 9), in the machining program,
予め、この予測摩耗量を組み込んで、加工工具の予測される摩耗量の分だけ、上記送りを補正しながら加工することも可能となる。 Previously, include this predicted wear amount, the amount corresponding predicted wear amount of the working tool, it is also possible to process while correcting the feed. 【0111】また、センサー部12の位置を補正する別の方法としては、この自由曲面加工装置1の内部に、あらかじめ精密に加工されたブロックを設置し、被加工物10の形状測定に先だって、このブロックの各面の形状を測定する。 [0111] Further, as another method for correcting the position of the sensor unit 12, the inside of the free-form surface machining apparatus 1, installed in advance precisely machined block, prior to the shape measurement of the workpiece 10, the shape of each surface of the block is measured. そして、その測定値によって、センサー部12の位置、および、測定感度の校正を行うことができる。 Then, the measured value, the position of the sensor unit 12, and it is possible to calibrate the measurement sensitivity. 上記ブロックの形状としては、集光されたレーザを反射できる寸法であればよく、このブロック自体を、この実施形態の加工機で加工して、内部に配置することもできる。 The shape of the block may be a size capable of reflecting a focused laser, the block itself, and processed in the processing machine in this embodiment, may be placed inside. 【0112】尚、上記実施形態では、センサー部12としては、光学式のセンサーを用いた例を述べたが、センサー部12としては、光学式に限るものではなく、従来から、3次元測定器に搭載されている接触式のセンサーを用いてもよい。 [0112] In the above embodiment, the sensor unit 12 has been described an example using an optical sensor, the sensor unit 12 is not limited to optical, conventionally, the three-dimensional measuring device it may be used a sensor contact mounted on. この場合は、接触プローブの先端部形状を、砥石9の加工部分の形状に近い曲率をもった球形状とすることで、センサーの走査軌跡を加工工具としての砥石9の加工軌跡と一致させることが望ましい。 In this case, the tip shape of the contact probe, by a spherical shape with a close curvature to the shape of the working portion of the grinding wheel 9, causing the scanning trace of the sensor coincide and the machining pass of the grinding wheel 9 as the processing tool It is desirable これにより、自由曲面の形状を測定する際に、測定点の法線に対して、接触プローブが、常に、一定の角度を保つようにして、測定することで、ナノメータのオーダーの高精度な測定が可能となる。 Thus, when measuring the shape of the free-form surface, with respect to the normal to the measuring point, the contact probe is always so as to maintain a constant angle, by measuring, accurate measurement of the order of nanometers it is possible. また、この接触式のプローブを使用する場合は、光式とは異なり、測定が、被加工物の反射率などに左右されないという利点を有する。 Also, when using the probe of the contact type is different from the optical type, the measurement has the advantage of not being dependent on such reflectance of the workpiece. 【0113】また、上記実施形態では、加工方式としては、切削と研削の例を述べたが、加工方法としては、これに限ることなく、他の加工方法を用いることも可能である。 [0113] In the above embodiment, the processing system has been described an example of cutting and grinding, the processing method is not limited to this, it is also possible to use other processing methods. 【0114】たとえば、従来の機械加工に置き換わる新しい加工方法として注目されているプラズマCVMによる加工方式を用いることもできる。 [0114] For example, it is also possible to use a processing method by the plasma CVM has attracted attention as a new processing method to replace the conventional machining. このプラズマCVM This plasma CVM
の加工原理は、高圧のプラズマを局所的に発生させて生成した中性ラジカル分子を被加工物に作用させて加工するものであり、超精密加工に適した化学的な加工方法である。 Processing principle of is to process the neutral radical molecules produced locally by generating a high pressure plasma is allowed to act on the workpiece, a chemical processing method suitable for ultra-precision machining. ただし、従来では、他の切削加工や研削加工と同じく、加工と測定工程が分離されており、いくら精密な加工が行えても、計測のたびに加工装置から取り外さねばならないという欠点を有している。 However, conventionally, as with other cutting or grinding, machining and measurement steps are separated, even if can do much precision machining, has the disadvantage that must removed from the processing device each time measurement there. したがって、この発明の加工工具の加工技術として、CVM加工の原理を用いた加工工具を採用すれば、従来の欠点を改善できる。 Therefore, as a processing technique for machining tool of the present invention, by adopting the machining tool using the principle of CVM processing can improve the conventional drawbacks. 【0115】さらに、以上述べた以外の他の加工方式として、放電加工による自由曲面の形成や、YAG(イットリウム・アルミニウム・ガーネット),エキシマ等のレーザー加工においても、この発明の加工装置を適用することができる。 [0115] Further, as another processing method other than that described above, formation of the free-form surface by electrical discharge machining and, YAG (yttrium aluminum garnet), also in the laser processing excimer or the like to apply a processing device of the present invention be able to. すなわち、この発明の加工装置に、形状測定器を搭載し、この装置上で、被加工物の三次元形状を計測することによって、被加工面と加工工具との位置関係を損なうことなく、高精度な三次元形状を測定できる。 That is, the processing apparatus of the present invention, equipped with a shape measuring device, on this device, by measuring the three-dimensional shape of the workpiece, without impairing the positional relationship between the machining tool and the work surface, high the precise three-dimensional shape can be measured. そして、この測定の結果、形状誤差を生じている部分については、被加工物に対して、ピンポイントで修正加工を行うことができ、加工時間と測定時間の大幅な短縮が可能となる。 As a result of this measurement, parts that cause shape errors, the workpiece, the correction processing pinpoint can be performed, it is possible to greatly shorten the machining time and measurement time. 【0116】以上のように、この実施形態の自由曲面加工装置によれば、上記超精密送り機構に非接触三次元形状測定器としてのセンサー部12を搭載したことで、被加工物10を加工装置1から取り外すことなく、その三次元形状を高精度に測定できる。 [0116] As described above, according to the free-form surface machining apparatus of this embodiment, by mounting the sensor unit 12 as a non-contact three-dimensional shape measuring device in the ultra-precision feed mechanism, machining a workpiece 10 without removing from the apparatus 1 can measure the three-dimensional shape with high precision. また、この測定データを基にして、修正加工を行うことができる。 Further, by the measurement data group, it is possible to perform correction processing. 【0117】したがって、上記実施形態によれば、別途高価な測定装置を用いて、被加工物の形状測定を行い、 [0117] Thus, according to the above embodiment, a separate expensive measuring device performs measurement of the shape of the workpiece,
再度、加工機に取り付けて加工を行うというようなことをする必要が無い。 Again, there is no need to things like that for machining attached to the processing machine. したがって、取り付け誤差による加工誤差も原理的になくすることができる。 Therefore, it is possible to machining error due to a mounting error also without in principle. したがって、 Therefore,
この実施形態によれば、加工測定精度および、形状測定精度を向上でき、加工,測定時間を短縮でき、加工装置の低価格化を可能とした。 According to this embodiment, machining accuracy of measurement and can improve shape accuracy of measurement, processing, can reduce measurement time, allowed the cost of the processing equipment. 【0118】また、上記実施形態では、被加工物10の自由曲面の形状を測定する際に、被加工物10の被測定面が傾きをもっていても、被測定面からの反射光が正しく光学系の光軸上を通過するように、この被測定面に対して、形状測定器であるセンサー部12の傾きの補正を行う。 [0118] In the above embodiment, when measuring the shape of the free curved surface of the workpiece 10, also have a slope measurement surface of the workpiece 10, the reflected light from the surface to be measured correctly optics of to pass on the optical axis, relative to the surface to be measured, to correct the inclination of the sensor portion 12 is a shape measuring device. したがって、被加工物10の三次元の形状を高精度に測定でき、三次元形状を加工するあらゆる加工装置に応用することができる。 Accordingly, the three-dimensional shape of the workpiece 10 can be measured with high precision, it can be applied to any processing apparatus for processing a three-dimensional shape. 【0119】また、上記実施形態では、三次元形状の測定にレーザ光を利用しているが、非接触で三次元形状を測定可能であればどのような方式の形状測定器を採用してもよい。 [0119] Further, in the above embodiment, utilizes a laser beam to measure three-dimensional shape, be adopted a shape measuring instrument of the three-dimensional shape in a non-contact measurement if any scheme good. この形状測定器のセンサー部を形状測定点の法線に対して常に一定角度を保つように、センサー部の角度補正を逐次行いながら形状測定を行うことによって、被加工面の傾きによる測定誤差要因を排除して、高精度な形状測定を行うことが可能となる。 So as to always maintain a constant angle sensor portion of the shape measuring device with respect to the normal to the shape measurement point, by performing a sequential performed while the shape measure the angle correction of the sensor unit, the measurement error factors due to the inclination of the work surface with the exclusion of, it becomes possible to perform highly accurate shape measurement. 【0120】 【発明の効果】以上より明らかなように、この発明の自由曲面加工装置では、加工工具を被加工物に対して移動させる送り機構が、形状測定器を上記被加工物に対して移動させて、被加工物の自由曲面形状を計測する。 [0120] As apparent from foregoing description, in the free-form surface machining apparatus of the present invention, the machining tool feed mechanism for moving the workpiece is, a shape measuring device with respect to the workpiece so moved, to measure the free-form surface shape of the workpiece. したがって、この発明によれば、被加工物を加工装置から取り外すことなく、加工工具用の送り機構を用いて、形状測定器を被加工物に対して移動させることで、被加工物の被加工面の自由曲面の形状を短時間で正確に計測できる。 Therefore, according to the present invention, without removing the workpiece from the processing device, using a feeding mechanism for the processing tool, the shape measuring instrument by moving the workpiece, the workpiece of the workpiece the shape of the free curved surface of the face can be accurately measured in a short time. そして、この形状測定器で正確に測定した被加工面の自由曲面形状に基づき、再度修正加工を行える。 Then, based on the free-form surface shape of the workpiece surface which is accurately measured by the shape measuring device, perform the correction processing again. 【0121】このように、この発明によれば、被加工物を加工装置から取り外す必要がなく、別途高価な測定装置を用いて被加工物の形状測定を行う必要がなく、再度加工装置に被加工物を取り付けて加工を行うというようなことをする必要が無い。 [0121] Thus, according to the present invention, it is not necessary to remove the workpiece from the machining apparatus, it is not necessary to measure the shape of the workpiece using a separate expensive measuring apparatus, the back processing unit there is no need to things like that for machining a workpiece attached. また、そのために、取り付け誤差による加工誤差も原理的になくすことができ、加工精度の向上、形状測定精度の向上、測定時間の短縮、加工装置の低価格化が可能となる。 In order that the machining error due to a mounting error can also be eliminated in principle, improvement in processing accuracy, improvement of shape measurement accuracy, shortening the measurement time, it is possible to lower the cost of the processing equipment. 【0122】また、一実施形態では、上記送り機構が超精密送り機構であるので、サブミクロンオーダの精度で上記測定器の精密な位置補正を行える。 [0122] Further, in one embodiment, since the feed mechanism is in the ultra-precision feed mechanism, perform precise positional correction of the instrument to an accuracy of submicron order. 【0123】また、一実施形態では、上記送り機構は、 [0123] Further, in one embodiment, the feed mechanism,
その送り方向を、上記X軸,Y軸,Z軸,A軸,B軸の方向に制御することができる。 The feed direction, the X axis, Y axis, Z axis, it is possible to control the A-axis, the direction of the B axis. したがって、被加工物の被加工面の形状を測定する際に、上記各軸の送り方向を制御することで、非接触形状測定器を、最も精度良く計測できる最適な姿勢にすることができる。 Therefore, when measuring the shape of the processed surface of the workpiece, by controlling the feeding direction of the respective axes, the non-contact shape measuring device can be optimized posture that can most accurately measure. 【0124】また、一実施形態では、上記形状測定器で、上記被加工物の形状を測定するときに、上記形状測定器の姿勢が、上記被加工物の被加工面の測定部位の法線と所定の角度を保つように、上記送り機構が、上記形状測定器の角度補正を行う。 [0124] Further, in one embodiment, by the shape measuring device, when measuring the shape of the workpiece, the posture of the shape measuring device is normal of the measurement site of the processed surface of the workpiece and so as to maintain a predetermined angle, the feed mechanism performs angle correction of the shape measuring device. これにより、上記被加工物の被加工面がどのような自由曲面形状であっても、被加工面の加工点の法線と所定の角度を保つように、上記形状測定器の角度補正を行うことができる。 Thus, whatever free-form surface is the surface to be processed of said workpiece, so as to maintain a normal and a predetermined angle of the machining point of the workpiece surface, performs angle correction of the shape measuring instrument be able to. したがって、 Therefore,
被加工物の被測定面の傾きに起因する形状測定の誤差要因を排除することができ、高精度な三次元形状測定を行うことが可能となる。 Can be eliminated error factor of a shape measuring due to the inclination of the surface to be measured of the workpiece, it is possible to perform highly accurate three-dimensional shape measurement. 【0125】また、一実施形態では、上記送り機構は、 [0125] Further, in one embodiment, the feed mechanism,
加工時には、上記被加工物の被加工面に対する上記加工工具の姿勢が、上記被加工面の加工部位の法線と所定の角度を保つように、上記加工工具の角度補正を行いながら、上記加工工具によって上記被加工物を加工する。 During processing, the posture of the machining tool relative to the processing surface of the workpiece, so as to maintain a normal and a predetermined angle of machining area of ​​the workpiece surface, while the angle correction of the machining tool, the machining machining the workpiece by the tool. また、形状測定時には、上記被加工面に対する上記形状測定器の計測姿勢が上記被加工面の加工点の法線と所定の角度を保つように、上記形状測定器の角度補正を行いながら、上記形状測定器によって上記被加工面の加工点の計測を行う。 Further, at the time of shape measurement, as measurement posture of the shape measuring device for the workpiece surface to keep the normal to the predetermined angle of the machining point of the workpiece surface, while the angle correction of the shape measuring instrument, the to measure the machining point of the workpiece surface by the shape measuring device. 【0126】したがって、この実施形態では、加工の際には、加工工具の1点(同一箇所)で加工を行うことができ、かつ、形状測定時には、形状測定器の角度補正を行い、被測定面の傾きによる形状測定誤差要因を排除することができる。 [0126] Thus, in this embodiment, during processing, it is possible to perform processing at one point of the machining tool (the same place), and, at the time of shape measurement, performs angle correction of a shape measuring instrument, the measured it is possible to eliminate the shape measurement error factors due to the tilt of the surface. 【0127】また、一実施形態では、送り機構が、形状測定器を、加工工具の加工軌跡と略同一軌跡をトレースするように送る。 [0127] Further, in one embodiment, feed mechanism, a shape measuring device, and sends so as to trace the processing path substantially the same locus of the machining tool. したがって、この形状測定器が測定した被加工物との間の距離データは変動の少ない略一定となり、この距離データの変動の有る箇所が、加工の修正が必要となる箇所であることが分かる。 Therefore, the shape distance data between the workpiece measuring instrument is measured becomes substantially constant small variations, portions having the variation of this distance data, it is found that portion where the correction processing is required. したがって、加工修正が必要な箇所のみ、ピンポイントで修正加工を行うことができ、加工時間,形状測定時間を大幅に短縮できる。 Therefore, only the necessary portions to process modification, correction processing pinpoint can be performed, the processing time can be significantly shortened shape measurement time. 【0128】また、一実施形態では、上記形状測定器は、レーザ光を利用して、被加工物の形状を計測するから、被加工物に対して、非接触で、被加工物の自由曲面形状を計測することが可能となる。 [0128] Further, in one embodiment, the shape measuring device utilizes a laser beam, because measuring the shape of the workpiece, the workpiece, without contact, a free curved surface of the workpiece it is possible to measure the shape. また、上記形状測定器の被加工面に対する計測姿勢(位置)が、被加工面の加工点の法線と常に所定角度を保つように、形状測定器の角度補正を行いながら、計測を行うことで、被加工面の傾きによる測定誤差要因を排除でき、高精度な非接触三次元形状測定を行うことができる。 Also, measurement posture against the processing surface of the shape measuring instrument (position), so as to always maintain a predetermined angle between the normal of the working point of the work surface, while the angle correction of the shape measuring instrument, to perform the measurement in, can eliminate the measurement error factors due to the inclination of the surface to be processed, it is possible to perform non-contact three-dimensional shape measuring precision. 【0129】また、一実施形態では、上記加工工具を移動させる送りの軌跡と、加工時の上記加工工具の角度補正の情報とに基づいて、形状測定時の形状測定器の移動と角度補正を行うから、加工時の加工工具の軌跡通りに、形状測定器をトレースさせることが可能となって、 [0129] Further, in one embodiment, the locus of the feed moving the machining tool, based on the angle correction of the information of the machining tool during machining, the movement and the angle correction of the shape measuring device at the time of shape measurement since performed, the trajectory as of the machining tool during machining, it is possible to trace the shape measuring device,
形状測定時間の短縮が可能となる。 It is possible to shorten the shape measurement time. また、形状測定器が、レーザ光を利用する場合には、加工時の加工工具の軌跡通りにトレースすることで、センサー部のフォーカスずれが非常に小さくなって、形状測定時間を短縮できる。 The shape measuring device, when using a laser beam, by tracing the trajectory as of the machining tool during machining, the focus deviation of the sensor portion is very small, it can be shortened shape measurement time. 【0130】また、一実施形態では、上記形状測定器が上記被加工物の被加工面の形状を測定したデータに基づいて、上記加工工具で上記被加工物の被加工面を加工するときの上記加工工具の送りを制御するプログラムまたは数値制御用データを補正する。 [0130] Further, in one embodiment, based on the data the shape measuring device to measure the shape of the processed surface of the workpiece, when machining a workpiece surface of the workpiece by the machining tool correcting the program or numerical control data for controlling the feed of the machining tool. これにより、被加工物の被加工面を、容易かつ正確に補正加工できる。 Thus, the surface to be processed of the workpiece can be easily and accurately corrected machining. 【0131】また、一実施形態では、上記形状測定器は、上記加工工具を支持するツール台に搭載されているので、加工時の加工工具の角度補正情報を基にして、形状測定時の形状測定器の角度補正を行うことができ、加工時の加工工具の軌跡通りに形状測定器を移動させることも容易になり、形状測定時間の短縮が可能である。 [0131] Further, in one embodiment, the shape measuring instrument, because it is mounted on the tool carrier supporting the machining tool, based on the angle correction information processing tool during processing, the shape at the time of shape measurement instrument angle correction can be performed, also makes it easier to move the shape measuring device in the trajectory as the machining tool during machining, it is possible to shorten the shape measurement time. 【0132】また、一実施形態では、上記形状測定器は、上記加工工具とは180°反対側を向いて、上記ツール台に搭載されているから、上記形状測定器は、加工時に加工工具から放出される冷却用のエアー,オイル等で飛散する加工屑から遠ざけられ、これらが形状測定器に付着するのを防げる。 [0132] Further, in one embodiment, the shape measuring instrument, the above machining tool facing 180 ° opposite from being mounted on the tool carrier, the shape measuring instrument, the working tool during machining emitted air for cooling, kept away from the swarf scattered by oil or the like, prevent them from adhering to the shape measuring device. 【0133】また、一実施形態では、上記被加工物の形状測定時には、上記超精密送り機構は、加工プログラムに基づいて、非接触三次元形状測定器を移動させて、上記被加工物の三次元形状測定を行う。 [0133] Further, in one embodiment, at the time of shape measurement of the workpiece, the ultra-precision feed mechanism, based on the machining program, by moving the non-contact three-dimensional shape measuring device, tertiary said workpiece perform the original shape measurement. この加工プログラムは、加工工具で被加工物を加工するときに、超精密送り機構が上記加工工具を移動させる送り制御のプログラムである。 The machining program, when machining the workpiece with the machining tool, ultra-precision feed mechanism is in the programmed feed control for moving the machining tool. 【0134】したがって、この実施形態によれば、非接触三次元形状測定器を、加工工具の加工時の軌跡と同一の軌跡に沿って移動させることができる。 [0134] Thus, according to this embodiment, the non-contact three-dimensional shape measuring device can be moved along the same locus as the locus at the time of processing of the machining tool. したがって、 Therefore,
この非接触三次元形状測定器の三次元形状測定データから、実際の加工形状が上記加工プログラムによる目標形状からずれている量(誤差)を直ちに求めることができる。 From the three-dimensional shape measurement data of the non-contact three-dimensional shape measuring device, actual machining shape can be obtained immediately amount (error) is deviated from the target shape by the machining program. そして、この三次元形状測定データに基づいて、上記誤差を補うように、上記加工プログラムを修正する。 Then, based on the three-dimensional shape measurement data, to compensate for the error, to correct the machining program.
これにより、加工修正が必要な箇所のみ、ピンポイントで修正加工を行うことができ、加工時間、形状測定時間を大幅に短縮できる。 Thus, only the necessary portions to process modification, correction processing pinpoint can be performed, the processing time can be significantly shortened shape measurement time. 【0135】また、一実施形態では、加工工具が被加工物を加工したときの軌跡と同一の軌跡をトレースするように、超精密送り機構で、上記形状測定器を移動させて、上記形状測定器で上記被加工物の形状を測定する。 [0135] Further, in one embodiment, to trace the same trajectory as the trajectory when the machining tool is machining a workpiece, in ultra-precision feeding mechanism, to move the shape measuring device, the shape measurement vessels in measuring the shape of the workpiece.
この測定した形状(データ)を基に、上記加工工具の上記加工時の摩耗量を計測する。 Based on the measured shape (data), to measure the amount of wear during the machining of the machining tool. そして、この計測した摩耗量を、即座に、加工プログラムの摩耗補正プログラム Then, the measured wear amount, immediately, the machining program wear compensation program
(数値制御用データ)に反映することができる。 It can be reflected to (numerical control data). したがって、加工形状誤差の要因である加工工具の摩耗に対応して、送り機構による送りを容易に補正することが可能となる。 Therefore, in response to wear of the machining tool is a factor of the processing shape error, it becomes possible to easily correct the feeding by the feed mechanism.

【図面の簡単な説明】 【図1】 この発明の自由曲面加工装置の第1実施形態を示す正面図である。 BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a front view showing a first embodiment of a free-form surface machining apparatus of the present invention. 【図2】 上記第1実施形態において加工する被加工物の斜視図である。 2 is a perspective view of the workpiece to be machined in the first embodiment. 【図3】 上記第1実施形態において被加工物を加工している様子を示す詳細図である。 3 is a detailed view showing a state in which processing the workpiece in the first embodiment. 【図4】 上記第1実施形態において被加工物の形状を測定している様子を示す詳細図である。 4 is a detailed view showing a state of measuring the shape of the workpiece in the first embodiment. 【符号の説明】 1…自由曲面加工装置、2…ベース、3…Zステージ、 [Description of Reference Numerals] 1 ... free-form surface machining apparatus, 2 ... base, 3 ... Z stage
4…主軸台、5…Xステージ、6…Bステージ、7…Y 4 ... headstock, 5 ... X stage, 6 ... B-stage, 7 ... Y
ステージ、8…ツール台、9…砥石、10…被加工物、 Stage, 8 ... the tool carrier, 9 ... grinding wheel, 10 ... workpiece,
10a…被加工面、11…ツール部、12…センサー部、13…対物レンズ。 10a ... the processed surface, 11 ... tool unit, 12 ... sensor unit, 13 ... objective lens.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 3C041 BB24 BB30 CC01 5H269 AB05 AB31 BB03 CC02 CC11 DD01 FF03 ────────────────────────────────────────────────── ─── front page of continued F-term (reference) 3C041 BB24 BB30 CC01 5H269 AB05 AB31 BB03 CC02 CC11 DD01 FF03

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 【請求項1】 加工工具を送り機構でもって被加工物に対して移動させて、被加工物を加工する加工機において、 上記送り機構でもって上記被加工物に対して移動させられて、上記被加工物との間の距離を計測することで、上記被加工物の形状を計測する形状測定器を備えたことを特徴とする自由曲面加工装置。 [Claims 1] is moved relative with at machining tool feed mechanism workpiece, the machine for machining a workpiece, relative to the workpiece with the above feed mechanism is the moved, by measuring the distance between the workpiece, a free curved surface machining apparatus characterized by comprising a shape measuring device for measuring the shape of the workpiece. 【請求項2】 請求項1に記載の自由曲面加工装置において、 上記送り機構は、超精密送り機構であり、 この超精密送り機構で上記測定器の位置補正を行うことを特徴とする自由曲面加工装置。 In free-form surface machining apparatus according to claim 1, the feed mechanism is an ultra-precision feeding mechanism, free-form surface and performs position correction of the measuring instrument in this ultra-precision feed mechanism processing equipment. 【請求項3】 請求項1または2に記載の自由曲面加工装置において、 上記送り機構は、その送り方向を、少なくとも、X軸方向と、このX軸に直交するY軸方向と、このX軸とY軸に直交するZ軸方向と、上記X軸回りの回転方向であるA方向と、上記Y軸回りの回転方向であるB方向とに制御可能であり、 上記形状測定器は、上記被加工物に対して接触せずに上記被加工物の形状を測定する非接触形状測定器であり、 この非接触形状測定器は、上記送り機構でもって上記被加工物に対して移動させられて、上記被加工物の形状を計測するとともに、上記送り機構でもって、位置補正されることを特徴とする自由曲面加工装置。 3. The free-form surface machining apparatus according to claim 1 or 2, the feed mechanism, the feed direction, at least, the X-axis direction, a Y-axis direction perpendicular to the X axis, the X axis and Z-axis direction orthogonal to the Y axis, and the direction a is a rotation direction of the X axis is controllable in the B direction is the rotation direction of the Y axis, the shape measuring instrument, the target without contact with the workpiece is a non-contact shape measuring device for measuring the shape of the workpiece, the non-contact shape measuring device is moved relative to the workpiece with the above feed mechanism the addition to measuring the shape of the workpiece, the with in feed mechanism, the free-form surface machining apparatus characterized by being located corrected. 【請求項4】 請求項1または2に記載の自由曲面加工装置において、 上記送り機構は、 上記形状測定器で、上記被加工物の形状を測定するときに、上記形状測定器の姿勢が、上記被加工物の被加工面の測定部位の法線と所定の角度を保つように、上記形状測定器の角度補正を行うことを特徴とする自由曲面加工装置。 4. A free-form surface machining apparatus according to claim 1 or 2, the feed mechanism is in the shape measuring device, when measuring the shape of the workpiece, the posture of the shape measuring device, It said to maintain a normal and a predetermined angle of the measurement site of the processed surface of the workpiece, a free curved surface machining apparatus characterized by performing angle correction of the shape measuring device. 【請求項5】 請求項1または2に記載の自由曲面加工装置において、 上記送り機構は、 加工時には、上記被加工物の被加工面に対する上記加工工具の姿勢が、上記被加工面の加工部位の法線と所定の角度を保つように、上記加工工具の角度補正を行いながら、上記加工工具によって上記被加工物を加工するようにし、 形状測定時には、上記被加工面に対する上記形状測定器の計測姿勢が上記被加工面の加工点の法線と所定の角度を保つように、上記形状測定器の角度補正を行いながら、上記形状測定器によって上記被加工面の加工点の計測を行うようにすることを特徴とする自由曲面加工装置。 5. The free-form surface machining apparatus according to claim 1 or 2, the feed mechanism, at the time of processing, the posture of the machining tool relative to the processing surface of the workpiece, machining site of the workpiece surface to keep the normal to the predetermined angle, while the angle correction of the machining tool by the machining tool so as to machine the workpiece, at the time of shape measurement, the shape measuring device for the workpiece surface as measurement posture is kept normal and predetermined angle processing point of the workpiece surface, while the angle correction of the shape measuring instrument, to perform the measurement processing point of the workpiece surface by the shape measuring device free-form surface machining apparatus, characterized by the. 【請求項6】 請求項1または2に記載の自由曲面加工装置において、 上記送り機構は、 加工時には、上記被加工物の被加工面に対する上記加工工具の加工姿勢が、上記被加工面の加工点の法線と所定の角度を保つように、上記加工工具の角度補正を行いながら、上記加工工具を送る一方、 形状測定時には、上記形状測定器の姿勢が、上記被加工物の被加工面に対して測定部位の法線と所定の角度を保つように、上記形状測定器の角度補正を行いながら、上記形状測定器で、上記加工工具による上記被加工物の加工軌跡と略同一の軌跡をトレースするように、上記形状測定器を送ることを特徴とする自由曲面加工装置。 6. The free-form surface machining apparatus according to claim 1 or 2, the feed mechanism, at the time of machining, machining attitude of the machining tool relative to the processing surface of the workpiece, machining of the workpiece surface so as to maintain a normal and a predetermined angle of the point, while the angle correction of the machining tool, while sending the machining tool, at the time of shape measurement, the posture of the shape measuring device is, the processing surface of the workpiece so as to maintain a normal and a predetermined angle of the measurement site with respect to, while the angle correction of the shape measuring instrument, in the shape measuring device, the machining pass substantially the same locus of the workpiece by the machining tool the to trace, free-form surface machining apparatus characterized by sending the shape measuring device. 【請求項7】 請求項1乃至6のいずれか1つに記載の自由曲面加工装置において、 上記形状測定器は、レーザ光を利用して、被加工物の形状を計測する形状測定器であることを特徴とする自由曲面加工装置。 7. The free-form surface machining apparatus according to any one of claims 1 to 6, the shape measuring device utilizes a laser beam, is in the shape measuring apparatus for measuring the shape of the workpiece free-form surface machining apparatus characterized by. 【請求項8】 請求項1乃至7のいずれか1つに記載の自由曲面加工装置において、 上記送り機構は、 上記加工工具が上記被加工物の被加工面を加工するときに上記加工工具を移動させる送りの軌跡と、加工時の上記加工工具の角度補正の情報とに基づいて、上記形状測定器を移動させ、上記形状測定器の角度補正を行うことを特徴とする自由曲面加工装置。 8. A free-form surface machining apparatus according to any one of claims 1 to 7, the feed mechanism, the machining tool when said processing tool is machining the workpiece surface of the workpiece the locus of the feed that moved, based on the angle correction of the information of the machining tool during machining, move the shape measuring device, the free curved surface machining apparatus characterized by performing angle correction of the shape measuring device. 【請求項9】 請求項1乃至8のいずれか1つに記載の自由曲面加工装置において、 上記送り機構は、その送りがプログラムまたは数値制御用データで制御され、 上記形状測定器が上記被加工物の被加工面の形状を測定したデータに基づいて、上記加工工具で上記被加工物の被加工面を加工するときの上記加工工具のの送りを制御するプログラムまたは数値制御用データを補正することを特徴とする自由曲面加工装置。 In free-form surface machining apparatus according to any one of 9. claims 1 to 8, said feed mechanism, the feed is controlled by a program or numerical control data, the shape measuring device is the workpiece based on the data obtained by measuring the shape of the processed surface of the object, to correct the program or numerical control data to control the feed of the machining tool when machining a workpiece surface of the workpiece by the machining tool free-form surface machining apparatus characterized by. 【請求項10】 請求項1乃至9のいずれか1つに記載の自由曲面加工装置において、 上記形状測定器は、上記加工工具を支持するツール台に搭載されていることを特徴とする自由曲面加工装置。 10. The free-form surface machining apparatus according to any one of claims 1 to 9, the shape measuring instrument, free-form surface, characterized in that mounted on the tool base for supporting the working tool processing equipment. 【請求項11】 請求項10に記載の自由曲面加工装置において、 上記形状測定器は、上記加工工具とは180°反対側を向いて、上記ツール台に搭載されていることを特徴とする自由曲面加工装置。 In free-form surface machining apparatus according to claim 11 according to claim 10, said shape measuring instrument, the above machining tool facing 180 ° opposite free, characterized in that mounted on the tool carrier curved surface machining apparatus. 【請求項12】 超精密送り機構で加工工具を移動させて、被加工物を加工し、上記超精密送り機構で非接触三次元形状測定器を移動させて、上記被加工物の形状を測定する自由曲面加工装置による自由曲面加工方法であって、 上記超精密送り機構は、加工プログラムに基づいて、互いに直交するX軸,Y軸,Z軸の方向および上記X軸回りのA方向,上記Y軸回りのB方向に、送り制御が可能であり、 上記被加工物の形状測定時には、 上記超精密送り機構でもって、加工プログラムに基づいて、非接触三次元形状測定器の姿勢が、上記被加工物の被測定部位の法線と所定の角度を保つように、上記非接触三次元形状測定器の角度補正を行いつつ、上記非接触三次元形状測定器を移動させて、上記被加工物の三次元形状測定を行い、 この三次元 12. Move the machining tool in ultra-precision feed mechanism, and machining a workpiece, by moving the non-contact three-dimensional shape measuring device in the ultra-precision feeding mechanism, measures the shape of the workpiece a free-form surface machining method according to free-form surface machining apparatus, the ultra-precision feed mechanism, based on the machining program, the X-axis, Y-axis direction and the X axis of the a direction of the Z-axis orthogonal to each other, the the Y-axis direction B, are possible feed control, at the time of shape measurement of the workpiece, with the above ultra-precision feed mechanism, based on the machining program, the posture of the non-contact three-dimensional shape measuring instrument, the so as to maintain a normal and a predetermined angle of the measurement site of the workpiece, while performing the angle correction of the non-contact three-dimensional shape measuring device, by moving the non-contact three-dimensional shape measuring instrument, the workpiece performs a three-dimensional shape measurement of an object, the three-dimensional 状測定データに基づいて、上記加工プログラムを修正し、 上記超精密送り機構は、この修正した加工プログラムにしたがって、上記加工工具を移動させて、上記被加工物を加工することを特徴とする自由曲面加工方法。 Based on Jo measured data, modifies the machining program, the ultra-precision feed mechanism, in accordance with the corrected machining program, by moving the machining tool, free, characterized in that processing the workpiece curved surface machining method. 【請求項13】 超精密送り機構を有する自由曲面加工装置による自由曲面加工方法であって、 加工工具が被加工物を加工したときの軌跡と略同一の軌跡をトレースするように、上記超精密送り機構で、形状測定器を移動させて、上記形状測定器で上記被加工物の形状を測定することによって、上記加工工具の上記加工時の摩耗量を計測し、 この計測した摩耗量に基づいて、上記超精密送り機構による上記加工工具の送りを制御する加工プログラム、もしくは、上記超精密送り機構による上記加工工具の送りを制御する数値制御用データを補正することを特徴とする自由曲面加工方法。 13. A free-form surface machining method according to free-form surface machining apparatus having a ultra-precision feed mechanism, so as to trace the trajectory substantially the same trajectory when the machining tool is machining a workpiece, the ultra-precision in feed mechanism moves the shape measuring instrument, by measuring the shape of the workpiece by the shape measuring instrument measures the amount of wear during the machining of the machining tool, based on the measured wear amount Te, a machining program for controlling the feeding of the machining tool by the ultra-precision feed mechanism, or free-form surface machining and correcting the numerical control data for controlling the feed of the machining tool by the ultra-precision feed mechanism Method.
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