JP2005128914A

JP2005128914A - Ｎｃプログラム作成方法

Info

Publication number: JP2005128914A
Application number: JP2003365702A
Authority: JP
Inventors: Harutaka Kondo; 晴崇近藤; Masahiro Urano; 正弘浦野
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2003-10-27
Filing date: 2003-10-27
Publication date: 2005-05-19

Abstract

【課題】初期加工において高精度な加工を行って補正加工の加工リードタイムを短縮できるＮＣプログラムを作成する。
【解決手段】ＮＣプログラムは、光学素子または光学素子を成形する金型の成形面を被加工物とし、当該被加工物と工具とを相対的に移動させることにより被加工物を所望の形状に加工する際の加工軸を移動させる数値制御装置に指令を与える。所望の加工形状のデータを含む初期加工用ＮＣプログラムに対し、指定した加工量に対する実際の加工量を示すデータに基づいて予め作成した初期補正データを加える工程と、初期補正データが加えられた初期加工用ＮＣプログラムに基づいて被加工物を初期加工する工程とを有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、レンズ等の光学素子または光学素子を成形する金型の成形面を加工する超精密加工機の数値制御装置に対して指令を行うためのＮＣプログラムを作成する方法に関する。

光学素子や光学素子を成形する金型の成形面を機械加工する際には、数値制御装置が取り付けられた超精密加工機を用いて行っている。また、このような被加工物では、加工後に形状測定を行い、所望形状が得られていない場合には補正加工を行っている。

特開平７−４０１９３号公報には、上記補正加工に用いられる補正ＮＣプログラムの作成方法が開示されている。図７は、上記公報に記載された補正ＮＣプログラム作成手順を示す。

図７において、まず、予め与えられた理想形状に従って被加工物に対する加工プログラムを作成し（ステップ１００１）、加工作業を行い（ステップ１００２）、加工された被加工物の形状を測定し、形状誤差データを作成する（ステップ１００３）。そして、ステップ１００４では、この誤差が許容値以内であれば加工の終了に移行し、許容値を超える場合には、形状誤差データから補正用点列データを計算する（ステップ１００５）。そして、補正用点列データから全体形状を表わす全体補正多項式を作成し（ステップ１００６）、得られた全体補正多項式と形状誤差データとから計算した形状をグラフに表示し（ステップ１００７）、グラフから補正多項式が形状誤差を補正できているかを確認する（ステップ１００８）。

ステップ１００９では、補正ができている場合にステップ１０１３に移行して補正プログラムを作成する。一方、補正ができていない場合には、補正用点列データから２つ以上の方程式により補正多項式を作成することを選択すると共に（ステップ１０１０）、その区間の範囲の指定を受け付ける（ステップ１０１１）。その後、その区間について所定の計算式により区間補正多項式を算出し（ステップ１０１２）、補正プログラムの作成を行う（ステップ１０１３）。
特開平７−４０１９３号公報

しかしながら、上述したＮＣプログラム作成方法においては、被加工物の所望形状と工具形状より得られるＮＣプログラムに基づいて初期加工を行い、加工された被加工物の形状を測定すると、加工機の誤差、形状測定機の誤差、工具形状の誤差さらには加工条件による誤差の影響で所望形状とは大きく異なる誤差形状が得られる。この誤差形状を補正加工して所望形状に近づけることは、工具の磨耗を引き起こす原因となり、目的とした補正ができず、高精度な加工を行うことができない問題を有している。また、大きく異なる誤差形状分を補正加工する必要があるため、補正加工の加工リードタイムが長くなる問題も有している。

本発明は、このような従来の問題点を考慮してなされたものであり、初期加工において高精度な加工を行うことが可能なＮＣプログラム作成方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１の発明のＮＣプログラム作成方法は、光学素子または光学素子を成形する金型の成形面を被加工物とし、当該被加工物と工具とを相対的に移動させることにより被加工物を所望の形状に加工する際の加工軸を移動させる数値制御装置に指令を与えるＮＣプログラム作成方法であって、所望の加工形状のデータを含む初期加工用ＮＣプログラムに対し、指定した加工量に対する実際の加工量を示すデータに基づいて予め作成した初期補正データを加える工程と、初期補正データが加えられた初期加工用ＮＣプログラムに基づいて被加工物を初期加工する工程と、を有することを特徴とする。

請求項１の発明では、指定した加工量に対する実際の加工量を示すデータに基づいて初期補正データを予め作成し、この初期補正データが加えられた初期加工用ＮＣプログラムに基づいて加工を行うため、初期加工を高精度に行うことができる。このため、補正加工では、小さな誤差形状を加工するだけで良いため、加工リードタイムを短縮することができる。

請求項１の発明においては、請求項５の発明のように、初期補正データとして、被加工物とは異なる形状を被加工物と同じ加工条件で加工時に使用した補正データを用いても良く、請求項６の発明のように、被加工物を近似した形状を被加工物と異なる加工条件で加工時に使用した補正データを用いても良い。

請求項２の発明は、請求項１に記載のＮＣプログラム作成方法であって、前記初期加工用ＮＣプログラム及び初期補正データは、それぞれ別個の記憶部に記憶され、加工された被加工物の形状と所望の被加工物の形状との差分である誤差データに基づいて前記初期補正データを新たな補正データに書き換え、前記初期加工以降の補正は、新たな補正データにより行うことを特徴とする。

請求項２のように、初期補正データを加工された被加工物の形状と所望の被加工物の形状との差分である誤差データに基づいて書き換え、初期加工以降の補正加工を新たな補正データに基づいて行うことにより、補正加工による誤差形状が小さくなるため、補正加工のリードタイムをさらに短縮することができる。

この請求項２の発明においては、請求項３の発明のように、前記誤差データは、誤差データ範囲内の任意の区間を被加工物の光学特性性能を低下させさない範囲での任意の粗さでスムージング処理することにより誤差データを求めても良く、請求項４の発明のように、補正データ範囲内の任意の区間を被加工物の光学特性性能を低下させない範囲での任意の粗さでスムージング処理することにより誤差データを求めても良い。

本発明によれば、指定した加工量に対する実際の加工量を示すデータに基づいて予め作成された初期補正データを初期加工ＮＣプログラムに加え、初期補正データが加えられた初期加工用ＮＣプログラムに基づいて加工を行うため、初期加工を高精度に行うことができる。また、補正加工では、小さな誤差形状を加工するだけで良いため、加工リードタイムを短縮することができる。

図１は、本発明の実施の形態１に用いるＮＣ加工装置を示す。このＮＣ加工装置は、被加工物１４としての光学素子や光学素子を成形する金型の成形面を加工する工作機としての超精密加工用旋盤１を備えている。超精密加工用旋盤１は、加工軸１ａを軸移動させる数値制御装置２を備えている。数値制御装置２は後述するＮＣプログラム（初期加工用ＮＣプログラム２５）によって作動する。

また、超精密加工用旋盤１で加工された被加工物１４の形状測定を行う形状測定器４を備えている。形状測定器４は、形状測定結果と所望形状との間の誤差を解析する形状解析機能を有していると共に、この形状解析結果を誤差データ５として外部記憶媒体６に出力する機能を有している。

さらに、ＮＣ加工装置は、ＮＣプログラムを作成する情報処理装置７を備えている。この情報処理装置７と超精密加工用旋盤１は通信ケーブル１７によって接続されており、情報処理装置７で作成されたＮＣプログラムを超精密加工用旋盤１における数値制御装置２へ転送させることが可能となっている。また、情報処理装置７は、外部記憶媒体６から誤差データ５を読み込みを行う機能を有しており、さらには、ＮＣプログラムを簡易に作成するＮＣプログラム作成ソフト８を有している。

図２に示すように、ＮＣプログラム作成ソフト８は、加工形状データ１９や工具形状データ２０を入力すると自動で無補正ＮＣプログラム９を作成する機能を有している。また、ＮＣプログラム作成ソフト８は、誤差データ５を外部記憶媒体６から取り込むことができ、さらには、誤差データ５のノイズを取り除くために、誤差データ５を移動平均化処理する機能を有している。この移動平均化処理では、移動平均化処理を行うデータ位置や移動平均化処理を行わない位置を選択的に、且つ任意に設定することが可能となっている。また、移動平均化処理の移動平均項数は作業者が任意に設定できるようになっている。さらに、図４に示すように、誤差データ５を移動平均化処理する前後の形状を分かり易く表示するために、グラフ化することが可能な機能を有している。

ＮＣプログラム作成ソフト８は、補正データ１２を有している。補正データ１２は、誤差データ５の誤差量を正負反対にするために除算されたデータからなっている。この補正データ１２のノイズを取り除くため、補正データ１２を移動平均化処理する機能を有している。

この移動平均化処理では、移動平均化処理を行うデータ位置や移動平均化処理を行わない位置を選択的に、且つ任意に設定することが可能となっている。また、移動平均化処理の移動平均項数は作業者が任意に設定できるようになっている。補正データ１２に対しても、誤差データ５と同様に、移動平均化処理する前後の形状を分かり易く表示するために、グラフ化することが可能となっている。

補正データ１２は、誤差データ５を有限回除算することができ、しかも補正データ１２をゼロリセットすることが可能となっている。この補正データ１２を無補正ＮＣプログラム９へ加算することにより、補正ＮＣプログラム１３を作成することができる。補正データ１２は、いつでも内部記憶媒体１６に保存することができ、また内部記憶媒体１６からの読み出しも可能となっている。

図３は、この実施の形態におけるフローチャートを示す。まず、情報処理装置７が有しているＮＣプログラム作成ソフト８を起動させる。起動したＮＣプログラム作成ソフト８に、所望の加工形状デ一夕１９を入力し（ステップＳ１）、工具形状データ２０を入力（ステップＳ２）することにより、無補正ＮＣプログラム９を作成する（ステップＳ３）。

この場合において、以前に同様な加工形状データ１９を同様な工具形状データ２０により加工した実績がある場合には、以前の加工に使用した補正データ１２を情報処理装置７内の内部記憶媒体１６から呼び出し（ステップＳ４）、補正データ１２へ上書きして書き換える。そして、書き換えられた補正データ１２を上記無補正ＮＣプログラム９へ加算することにより（ステップＳ５）、初期補正が加えられたＮＣプログラム（初期加工用ＮＣプログラム）２５を作成する（ステップＳ６）。

このように作成されたＮＣプログラム２５を、通信ケーブル１７を介し超精密加工用旋盤１へ転送する。超精密加工用旋盤１に備え付けられている数値制御装置２では、転送されたＮＣプログラム２５を読み込み、ＮＣプログラム２５の指示値通りに数値制御装置２が作動する。これにより、被加工物１４への加工が開始する（ステップＳ７）。加工終了後に被加工物１４を取り出し、形状測定器４によって加工面の形状判定を行う（ステップＳ８）。その後、形状測定器４に加工形状データ１９を入力して形状誤差解析を行う（ステップＳ９）。

ステップＳ１０では、得られた誤差データ５が所望誤差範囲の場合、加工を終了させる（ステップＳ１５）。一方、所望誤差範囲外の場合には、再度加工を行う必要がある。この場合には、上述で得られた誤差データ５を外部記憶媒体６へ保存する。また、測定した被加工物１４を超精密加工用旋盤１に戻して加工できる状態とする。

ＮＣプログラム作成ソフト８では、上述したように外部記憶媒体６で保存した誤差データ５の呼び出しを行う。形状測定器４では、測定ノイズを含んでいるため、誤差データ５を被加工物１４の光学特性を低下させない範囲の粗さ、すなわち光の波長より小さいな粗さとなるような移動平均項数を用いて移動平均化処理することにより、データをスムージング処理する（ステップ１１）。

このとき、誤差データ５と移動平均化処理後のデータをグラフ化させ、この二つのデータの差が所望の精度規格を超える部分については、その部分を範囲選択して移動平均項数を変更する。このような作業を作業者が任意に行うことにより、高精度な誤差データ５を作成することができる。

以上の処理が終わった誤差データ５により前回加工で使用した補正データ１２を除算し、新たな補正データ１２を作成する（ステップＳ１２）。ここで、誤差データ５は種々の波長を有した形状のため、複数回誤差データ５を除算された補正データ１２は共振する。この共振により、図４に示すような牙形状２３の形状となって、被加工物１４の光学特性性能を低下させることがある。この牙形状２３をなくすか若しくは影響のない程度まで小さくするために、光学特性を低下させることのない粗さとなるような移動平均項数を用いて、補正データ１２を移動平均化処理するスムージング処理を行う（ステップＳ１３）。

このとき、補正データ１２と移動平均化処理後の補正データ１２をとグラフ化し、牙形状２３の大きさが必ず所望の精度規格より小さくなっていることを確認する。牙形状２３が残っている場合には、この部分を範囲選択し移動平均項数を変更する。このような作業を作業者が任意に繰り返し行うことにより、高精度な補正データ１２を作成することができる。

以上によって作成きれた補正データ１２を上述のようにして作成した無補正ＮＣプログラム９へ加算することにより、形状補正が加えられたＮＣプログラム２５を完成させる（ステップＳ１４）。そして、完成したＮＣプログラム２５を通信ケーブル１７を介して超精密加工用旋盤１へ転送する。このＮＣプログラム２５は、同旋盤１に備え付けられている数値制御装置２が読み込み、ＮＣプログラム３の指示値通りに数値制御装置２が作動して被加工物１４への加工が開始される。このようなサイクルを繰り返して行うことにより、高精度な被加工物１４を加工することができる。

また、所望形状が得られたときの補正データ１２を内部記憶媒体１６に保存して次回の初期補正に使用する補正データ１２とする。

このような実施の形態１では、少ない補正回数で高精度な被加工物を加工することができる。

図５及び図６は、本発明の実施の形態２を示す。この実施の形態では、図５に示すように、曲率半径が異なった円弧の代表形状１８の補正データ１２が内部記憶媒体１６に保存されている。

この実施の形態では、図５に示すように、初期加工時の補正データ１２に対して加工形状データ１９を加工径で複数個の区間（区間イ、ロ、ハ、ニ、ホ）に分け、上記区間内の加工形状データ１９を近似円弧に近似する。そして、区間毎に近い曲率半径の代表形状１８に当てはめ、区間毎に当てはめられた代表形状１８の補正データ１２をそれぞれ呼び出す。さらに、呼び出された補正データ１２をつなぎ合わせることにより、初期補正データ２２を作成する。

そして、この初期補正データ２２を補正データ１２へ上書きして書き換える。図６に示すように、書き換えられた補正データ１２を前回作成した無補正ＮＣプログラム９へ加算させることにより、初期補正が加えられた初期補正ＮＣプログラム２５を完成させる。

この実施の形態２では、以上の初期補正におけるフローが異なる以外、実施の形態１と同様である。従って、実施の形態１の効果と同様の効果を奏することができる。

本発明に用いるＮＣ加工装置の構成を示す正面図である。ＮＣプログラム作成ソフトを示すブロック図である。ＮＣプログラムを作成するためのフローチャートである。スムージング処理をおこなうためのグラフである。実施の形態２における初期補正データの作成方法を示す図である。実施の形態２における補正データのデータ図である。従来のプログラム作成を示すフローチャートである。

符号の説明

１超精密加工用旋盤
２数値制御装置
４形状測定器
５誤差データ
６外部記憶装置
７情報処理装置
８ＮＣプログラム作成ソフト
９無補正プログラム
１２補正データ
１３補正ＮＣプログラム
１９加工形状データ
２０工具形状データ
２５初期加工用ＮＣプログラム

Claims

光学素子または光学素子を成形する金型の成形面を被加工物とし、当該被加工物と工具とを相対的に移動させることにより被加工物を所望の形状に加工する際の加工軸を移動させる数値制御装置に指令を与えるＮＣプログラム作成方法であって、
所望の加工形状のデータを含む初期加工用ＮＣプログラムに対し、指定した加工量に対する実際の加工量を示すデータに基づいて予め作成した初期補正データを加える工程と、
初期補正データが加えられた初期加工用ＮＣプログラムに基づいて被加工物を初期加工する工程と、
を有することを特徴とするＮＣプログラム作成方法。
前記初期加工用ＮＣプログラム及び初期補正データは、それぞれ別個の記憶部に記憶され、加工された被加工物の形状と所望の被加工物の形状との差分である誤差データに基づいて前記初期補正データを新たな補正データに書き換え、前記初期加工以降の補正は、新たな補正データにより行うことを特徴とする請求項１に記載のＮＣプログラム作成方法。
前記誤差データは、誤差データ範囲内の任意の区間を被加工物の光学特性性能を低下させさない範囲での任意の粗さでスムージング処理することにより求めることを特徴とする請求項２記載のＮＣプログラム作成方法。
前記補正データは、補正データ範囲内の任意の区間を被加工物の光学特性性能を低下させない範囲での任意の粗さでスムージング処理することを特徴とする請求項２記載のＮＣプログラム作成方法。
前記初期補正データは、被加工物とは異なる形状を被加工物と同じ加工条件で加工時に使用した補正データであることを特徴とする請求項１記載のＮＣプログラム作成方法。
前記初期補正データは、被加工物を近似した形状を被加工物と異なる加工条件で加工時に使用した補正データであることを特徴とする請求項１記載のＮＣプログラム作成方法。