JP2006021275A - Machining device, machining method and shape measuring method - Google Patents

Machining device, machining method and shape measuring method Download PDF

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JP2006021275A JP2004201422A JP2004201422A JP2006021275A JP 2006021275 A JP2006021275 A JP 2006021275A JP 2004201422 A JP2004201422 A JP 2004201422A JP 2004201422 A JP2004201422 A JP 2004201422A JP 2006021275 A JP2006021275 A JP 2006021275A
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晴崇 近藤
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To perform quick measurement, while stably measuring a surface shape of a workpiece ground and machined by using a coolant. <P>SOLUTION: This device has a holding means 6 for holding the workpiece 5, a machining means 7 for grinding and machining the workpiece 5 by using the coolant 8, a shape measuring means 10 for measuring the surface shape of the workpiece 5, a driving means for relatively moving the holding means 6, the machining means 7 and the shape measuring means 10, a coolant temperature measuring means 15 for measuring the temperature of the coolant 8, a workpiece temperature measuring means 16 for measuring the temperature of the workpiece 5, and a holding means temperature measuring means 17 for measuring the temperature of the holding means 6. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、光学素子や光学素子を成形する金型の成形面等からなる被加工物を加工する機械加工装置及び機械加工方法並びに加工された被加工物の形状を測定する形状測定方法に関する。   The present invention relates to a machining apparatus and a machining method for machining a workpiece formed of an optical element and a molding surface of a mold for molding the optical element, and a shape measuring method for measuring the shape of the machined workpiece.

光学素子や光学素子を成形する金型の成形面を被加工物として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加工を行っている。上述のような被加工物は、高い面精度が要求されるところから、この要求を満たすため、加工後に機外の形状測定機により形状測定を行い、面精度要求が満たされていない場合には、形状測定機の測定結果を加工プログラムヘフィードバックして形状補正加工を行っている。   When machining an optical element or a molding surface of a mold for molding an optical element as a workpiece, processing is performed using an ultra-precise machine equipped with a numerical control device. Since the above workpieces require high surface accuracy, in order to satisfy this requirement, shape measurement is performed by an external shape measuring machine after processing, and the surface accuracy requirement is not satisfied The shape correction processing is performed by feeding back the measurement result of the shape measuring machine to the processing program.

図5は、このような形状測定及び形状補正加工のサイクルを高精度且つ長時間を要することなく行うため、特許文献1に記載された加工装置を示す。   FIG. 5 shows a processing apparatus described in Patent Document 1 in order to perform such a shape measurement and shape correction processing cycle with high accuracy and without requiring a long time.

図5に示す加工装置は、被加工物100を保持するチャック等の保持具110を備えた主軸スピンドル120と、被加工物100を研削加工する砥石等の工具130を有した工具スピンドル140とが対向するように基台150上に配置されている。また、工具130によって研削加工された被加工物100の形状を測定する機上測定機160が基台150上に設けられている。機上測定機160は被加工物100の表面に接触するプローブ170を有しており、割出装置180の駆動によって主軸スピンドル120と共に旋回した被加工物100にプローブ170が接触することにより、研削加工後の被加工物100の形状を測定するようになっている。   5 includes a spindle spindle 120 having a holder 110 such as a chuck for holding the workpiece 100, and a tool spindle 140 having a tool 130 such as a grindstone for grinding the workpiece 100. It arrange | positions on the base 150 so that it may oppose. In addition, an on-machine measuring machine 160 that measures the shape of the workpiece 100 ground by the tool 130 is provided on the base 150. The on-machine measuring machine 160 has a probe 170 that comes into contact with the surface of the workpiece 100, and the probe 170 comes into contact with the workpiece 100 rotated together with the spindle 120 by driving the indexing device 180, thereby grinding the workpiece. The shape of the workpiece 100 after processing is measured.

このような加工装置では、加工後の被加工物100を機上で形状測定するため、被加工物100を主軸スピンドル120から取り外す必要がない。このため、形状測定及び形状補正加工を短時間で高精度に行うことが可能となっている。
特開昭63−306856号公報
In such a processing apparatus, since the shape of the processed workpiece 100 is measured on the machine, it is not necessary to remove the workpiece 100 from the main spindle 120. For this reason, shape measurement and shape correction processing can be performed with high accuracy in a short time.
JP-A 63-306856

被加工物の加工に際しては、クーラントを被加工物に吹きかけながら切削加工を行うことがある。上述した加工装置をクーラントを用いた研削加工に用いる場合、クーラントの水滴が被加工物100、被加工物100の保持具110や主軸スピンドル120に付着する。そして、付着した水滴が蒸発する際には、蒸発の際の気化熱が被加工物100、保持具110や主軸スピンドル120から熱エネルギを奪い取るため、これらの温度が環境気温より下がることがある。   When processing a workpiece, cutting may be performed while spraying coolant on the workpiece. When the above-described processing apparatus is used for grinding using a coolant, water droplets of the coolant adhere to the workpiece 100, the holder 110 of the workpiece 100, and the spindle 120. When the attached water droplets evaporate, the heat of vaporization at the time of evaporation takes heat energy from the workpiece 100, the holder 110, and the spindle spindle 120, and these temperatures may fall below the ambient temperature.

このような温度低下があると、温度低下部分が熱収縮する。このため、加工直後に機上測定機160によって測定を開始すると、熱収縮の影響で被加工物100と機上測定機160との相対位置が変動して安定した測定を行うことができない問題が発生する。また、安定した測定を行うためには、加工後に、被加工物100や保持具110の温度が安定するまでの一定時間待ってから測定しなければならず、リードタイムが長くなる問題が新たに発生する。   When there is such a temperature drop, the temperature drop part shrinks thermally. For this reason, when measurement is started by the on-machine measuring device 160 immediately after processing, there is a problem that the relative position between the workpiece 100 and the on-machine measuring device 160 is fluctuated due to the effect of thermal shrinkage and stable measurement cannot be performed. appear. In addition, in order to perform stable measurement, it is necessary to wait for a certain period of time until the temperature of the workpiece 100 and the holding tool 110 is stabilized after processing, and a new problem that the lead time becomes longer is newly introduced. appear.

本発明はこのような問題点を考慮してなされたものであり、加工後の被加工物の形状測定を一定時間待つことなく行うことができると共に、安定した形状測定を行うことが可能な機械加工装置及び機械加工方法並びに形状測定方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in consideration of such problems, and can perform shape measurement of a workpiece after machining without waiting for a certain period of time, and can perform stable shape measurement. It aims at providing a processing apparatus, a machining method, and a shape measuring method.

請求項1記載の発明の機械加工装置は、被加工物を保持する保持手段と、クーラントを用いて被加工物を研削加工する加工手段と、被加工物の表面形状を測定する形状測定手段と、前記保持手段と加工手段と形状測定手段とを相対的に移動させる駆動手段と、前記クーラントの温度を測定するクーラント温度測定手段と、前記被加工物の温度を測定する被加工物温度測定手段と、前記保持手段の温度を測定する保持手段温度測定手段とからなることを特徴とする。   The machining apparatus according to the first aspect of the present invention includes a holding means for holding a workpiece, a processing means for grinding the workpiece using a coolant, and a shape measuring means for measuring the surface shape of the workpiece. Driving means for relatively moving the holding means, the processing means, and the shape measuring means, a coolant temperature measuring means for measuring the temperature of the coolant, and a workpiece temperature measuring means for measuring the temperature of the workpiece. And holding means temperature measuring means for measuring the temperature of the holding means.

機械加工においては、研削加工される被加工物及び被加工物を保持する保持手段に対してクーラントが吹き付けられるため、クーラントの温度が被加工物及び保持手段に影響し、温度変化による変位が被加工物及び保持手段に発生する。請求項1記載の発明では、研削加工に用いるクーラントの温度、被加工物の温度及び保持手段の温度をそれぞれの温度測定手段が測定するため、クーラントの温度の影響をキャンセルすることができる。これにより、被加工物の加工直後に形状測定手段が表面形状を測定しても、安定した測定を行うことができると共に、安定するまで一定時間待つ必要がなく、リードタイムを短縮することができる。   In machining, the coolant is sprayed on the workpiece to be ground and the holding means for holding the workpiece. Therefore, the temperature of the coolant affects the workpiece and the holding means, and the displacement due to the temperature change is subject to the workpiece. Occurs in the workpiece and holding means. In the first aspect of the present invention, since the temperature measuring means measures the temperature of the coolant used for grinding, the temperature of the workpiece, and the temperature of the holding means, it is possible to cancel the influence of the temperature of the coolant. As a result, even if the shape measuring means measures the surface shape immediately after processing the workpiece, it is possible to perform stable measurement and to reduce the lead time without having to wait for a certain period of time until it becomes stable. .

請求項2記載の発明の機械加工方法は、保持手段により保持された被加工物をクーラントを用いて研削加工する加工工程と、被加工物の表面形状を測定する形状測定工程とからなる加工方法において、前記クーラントの温度をパラメータとして被加工物の温度の時間的変化を測定し、少なくとも加工工程終了時から形状測定終了時までの間における被加工物の温度が略一定となるクーラントの温度を求め、これに略等しい温度のクーラントを用いて被加工物を加工することを特徴とする。   A machining method according to a second aspect of the present invention is a machining method comprising a machining step of grinding a workpiece held by a holding means using a coolant, and a shape measuring step of measuring the surface shape of the workpiece. Then, the temperature change of the workpiece is measured with the coolant temperature as a parameter, and at least the coolant temperature at which the workpiece temperature is substantially constant from the end of the machining process to the end of the shape measurement is determined. It is characterized in that a workpiece is processed using a coolant having a temperature substantially equal to this.

請求項2記載の発明では、加工終了時から形状測定終了時までの間における被加工物の温度が略一定となるクーラントの温度を実験等によって求め、この温度と略等しい温度のクーラントを用いて被加工物を加工するものである。これにより、被加工物の温度変化を抑制することができるため、被加工物の形状測定開始時点から測定終了時点までにおける被加工物の温度差を極めて小さくすることができ、温度変化に基づく被加工物の収縮や膨張が極めて少なくなり、測定値の変動を抑制することができる。このため、被加工物の表面に対して安定した形状測定を行うことができる。   In the invention of claim 2, the coolant temperature at which the temperature of the workpiece from the end of machining to the end of shape measurement is substantially constant is obtained by experiments or the like, and a coolant having a temperature substantially equal to this temperature is used. The workpiece is processed. As a result, the temperature change of the workpiece can be suppressed, so that the temperature difference of the workpiece from the workpiece shape measurement start time to the measurement end time can be extremely small, and the workpiece based on the temperature change can be reduced. The contraction and expansion of the workpiece are extremely reduced, and fluctuations in the measured value can be suppressed. For this reason, it is possible to perform stable shape measurement on the surface of the workpiece.

請求項3記載の発明の形状測定方法は、保持手段により保持された被加工物をクーラントを用いて研削加工する加工工程と、被加工物の表面形状を測定する形状測定工程とからなる測定方法において、前記被加工物の表面形状測定に同期して被加工物及び保持手段の温度を測定し、測定した温度データと被加工物の所定の物性値及び保持手段の所定の物性値とから前記被加工物の表面形状データを補正することを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, there is provided a shape measuring method comprising a processing step of grinding a workpiece held by a holding means using a coolant, and a shape measuring step of measuring a surface shape of the workpiece. The temperature of the workpiece and the holding means is measured in synchronization with the surface shape measurement of the workpiece, and the measured temperature data, the predetermined physical property value of the workpiece and the predetermined physical property value of the holding means are The surface shape data of the workpiece is corrected.

請求項3記載の発明では、被加工物及び保持手段の温度を測定すると共に、この温度データと被加工物及び保持手段の所定の物性値とから被加工物の表面形状データを補正するため、クーラントによる被加工物及び保持手段の物性値への影響をキャンセルすることができる。従って、加工直後に被加工物の表面形状を測定しても、安定した測定を行うことができると共に、安定するまで一定時間待つ必要がなく、リードタイムを短縮することができる。   In the invention described in claim 3, in order to measure the temperature of the workpiece and the holding means, and to correct the surface shape data of the workpiece from the temperature data and the predetermined physical property values of the workpiece and the holding means, The influence of the coolant on the physical properties of the workpiece and the holding means can be canceled. Therefore, even if the surface shape of the workpiece is measured immediately after processing, stable measurement can be performed, and it is not necessary to wait for a certain period of time until stabilization, and the lead time can be shortened.

請求項4記載の発明は、請求項4記載の形状測定方法であって、前記所定の物性値は、少なくとも被加工物の熱膨張係数及び保持手段の熱膨張係数を含むことを特徴とする。   The invention according to claim 4 is the shape measuring method according to claim 4, wherein the predetermined physical property value includes at least a thermal expansion coefficient of the workpiece and a thermal expansion coefficient of the holding means.

請求項4記載の発明では、被加工物及び保持手段の物性値を熱膨張係数としていることにより、クーラントの温度による被加工物及び保持手段の変位を確実にキャンセルすることができる。   In the invention according to the fourth aspect, since the physical property value of the workpiece and the holding means is used as the thermal expansion coefficient, the displacement of the workpiece and the holding means due to the temperature of the coolant can be canceled reliably.

請求項5記載の発明は、請求項4記載の形状測定方法であって、前記被加工物が所定の一定温度を示す時点で被加工物の表面形状を測定し、この表面形状データと被加工物の温度データ及び保持手段の温度データとを用いて演算することによって得た値を前記所定の物性値とすることを特徴とする。   The invention according to claim 5 is the shape measuring method according to claim 4, wherein the surface shape of the workpiece is measured when the workpiece exhibits a predetermined constant temperature, and the surface shape data and the workpiece are measured. A value obtained by calculation using the temperature data of the object and the temperature data of the holding means is used as the predetermined physical property value.

請求項5記載の発明では、被加工物の表面形状データと被加工物及び保持手段の温度データとによって得られた値を物性値とするため、クーラントの温度による被加工物及び保持手段の変位を確実にキャンセルすることができる。   In the invention according to claim 5, since the value obtained from the surface shape data of the workpiece and the temperature data of the workpiece and the holding means is used as the physical property value, the displacement of the workpiece and the holding means due to the coolant temperature. Can be canceled reliably.

本発明の機械加工装置によれば、クーラントの温度、被加工物の温度及び保持手段の温度を測定するため、被加工物に対するクーラントの温度の影響をキャンセルすることができ、被加工物の加工直後に形状測定手段が表面形状を測定しても、安定した測定を行うことができると共に、安定するまで一定時間待つ必要がなく、リードタイムを短縮することができる。   According to the machining apparatus of the present invention, since the temperature of the coolant, the temperature of the workpiece, and the temperature of the holding means are measured, the influence of the coolant temperature on the workpiece can be canceled, and the workpiece is processed. Even if the shape measuring means measures the surface shape immediately after that, it is possible to perform stable measurement, and it is not necessary to wait for a certain time until it becomes stable, and the lead time can be shortened.

本発明の機械加工方法によれば、被加工物の温度が略一定となる温度のクーラントを用いて被加工物を加工するため、被加工物の形状測定開始時点から測定終了時点までにおける被加工物の温度差を極めて小さくすることができ、温度変化に基づく測定値の変動を抑制することができる。このため、被加工物の表面の形状測定を安定して行うことができる。   According to the machining method of the present invention, since the workpiece is processed using a coolant having a temperature at which the temperature of the workpiece becomes substantially constant, the workpiece is processed from the shape measurement start time to the measurement end time. The temperature difference between objects can be made extremely small, and fluctuations in measured values based on temperature changes can be suppressed. For this reason, the shape measurement of the surface of a workpiece can be performed stably.

本発明の形状測定方法によれば、被加工物及び保持手段の温度データと被加工物及び保持手段の所定の物性値とから被加工物の表面形状データを補正するため、加工直後に被加工物の表面形状を測定しても、安定した測定を行うことができると共に、安定するまで一定時間待つ必要がなく、リードタイムを短縮することができる。   According to the shape measuring method of the present invention, since the surface shape data of the workpiece is corrected from the temperature data of the workpiece and the holding means and the predetermined physical property values of the workpiece and the holding means, the workpiece is processed immediately after the processing. Even if the surface shape of an object is measured, stable measurement can be performed, and it is not necessary to wait for a certain period of time until the object becomes stable, and the lead time can be shortened.

以下、本発明を図示する実施の形態により、具体的に説明する。なお、各実施の形態において、同一の部材には同一の符号を付して対応させてある。   Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to embodiments illustrated in the drawings. In each embodiment, the same members are assigned the same reference numerals.

(実施の形態1)
図1〜図3は、本発明の実施の形態1を示し、図1は機械加工装置の平面図、図2は形状測定を行うフローチャート、図3は表面形状測定の際の温度と時間との関係を示すグラフである。
(Embodiment 1)
1 to 3 show a first embodiment of the present invention, FIG. 1 is a plan view of a machining apparatus, FIG. 2 is a flowchart for measuring a shape, and FIG. 3 is a graph showing temperature and time during surface shape measurement. It is a graph which shows a relationship.

図1に示す機械加工装置は、光学素子や光学素子を成形するための金型を加工する工作機としての超精密加工用旋盤1である。この超精密加工用旋盤1は、主軸回転軸Aを有する主軸スピンドル3と、工具回転軸Bを有する工具スピンドル4と、加工された被加工物5の表面形状を測定する形状測定手段としての機上測定機10とが基台1a上に配置されている。   The machining apparatus shown in FIG. 1 is an ultra-precision machining lathe 1 as a machine tool for machining an optical element or a mold for molding an optical element. This super-precision lathe 1 is a machine as a shape measuring means for measuring the surface shape of a spindle 5 having a spindle rotation axis A, a tool spindle 4 having a tool rotation axis B, and a processed workpiece 5. The upper measuring machine 10 is arranged on the base 1a.

これらの主軸スピンドル3、工具スピンドル4及び機上測定機10は、駆動手段によって相対的に移動するように制御される。すなわち、駆動手段は主軸スピンドル3と工具スピンドル4とを相対移動させる動作軸として、主軸回転軸Aと平行な平行軸Zと主軸回転軸Aと直交する垂直軸Xの2軸とを備えている。また、機上測定機10に対し、駆動手段は平行軸Zと平行方向に移動するスライド(図示省略)を備えている。   The spindle spindle 3, the tool spindle 4 and the on-machine measuring machine 10 are controlled to move relative to each other by driving means. In other words, the drive means includes two axes of a parallel axis Z parallel to the spindle rotation axis A and a vertical axis X orthogonal to the spindle rotation axis A as operation axes for moving the spindle spindle 3 and the tool spindle 4 relative to each other. . For the on-machine measuring machine 10, the driving means includes a slide (not shown) that moves in a direction parallel to the parallel axis Z.

主軸スピンドル3の先端には、被加工物5を把持する保持手段としての被加工物の把持具6が取り付けられている。この場合、把持具6に使用される材質を1種類とすることにより、把持具6の熱膨張率を既知とするものである。工具スピンドル4の先端には、被加工物5を研削加工する加工手段としての工具7が取り付けられている。   A workpiece gripping tool 6 as a holding means for gripping the workpiece 5 is attached to the tip of the spindle spindle 3. In this case, the coefficient of thermal expansion of the gripping tool 6 is made known by using one type of material for the gripping tool 6. A tool 7 as a processing means for grinding the workpiece 5 is attached to the tip of the tool spindle 4.

符号21は、クーラントノズルである。クーラントノズル21は、研削加工時における被加工物5及び工具7の温度安定と滑り性を向上させるための水溶性のクーラント8を吐出するものであり、これにより、クーラント8を工具7及び加工時の被加工物5に吹き付けるようになっている。クーラント8は後述するように温度制御された状態で工具7及び被加工物5に吐出されるものである。   Reference numeral 21 denotes a coolant nozzle. The coolant nozzle 21 discharges the water-soluble coolant 8 for improving the temperature stability and slipperiness of the workpiece 5 and the tool 7 during the grinding process. The workpiece 5 is sprayed. As will be described later, the coolant 8 is discharged to the tool 7 and the workpiece 5 in a state in which the temperature is controlled.

機上測定機10は、平行軸Zと平行方向に移動するスライドの先端に被加工物5に接触するプローブ22を備えている。プローブ22は、被加工物5の表面に接触することにより、被加工物5の表面形状を測定する。スライドにはスライドの移動量を測定するスケールが取り付けられている。このスケールから得られるプローブ22の移動量とその時の垂直軸X及び平行軸Zの座標を機上測定データとして取り込むパソコン13がケーブル14を介して機上測定機10と接続されている。パソコン13は、上記データから形状解析し、理想形状との誤差を点列のデータとして表すことができる図2に示すフローチャートを実行するプログラムを格納したソフトウエアを備えている。   The on-machine measuring machine 10 includes a probe 22 that contacts the workpiece 5 at the tip of a slide that moves in a direction parallel to the parallel axis Z. The probe 22 measures the surface shape of the workpiece 5 by contacting the surface of the workpiece 5. A scale that measures the amount of movement of the slide is attached to the slide. A personal computer 13 that captures the amount of movement of the probe 22 obtained from this scale and the coordinates of the vertical axis X and parallel axis Z at that time as on-machine measurement data is connected to the on-machine measuring machine 10 via a cable 14. The personal computer 13 is provided with software storing a program for executing a flow chart shown in FIG. 2 that can analyze the shape from the above data and express an error from the ideal shape as point sequence data.

クーラント8の液温を測定するためのクーラント温度測定手段としてのクーラント熱電対15がクーラントノズル21における吐出部に配置されている。また、研削加工後における把持具6の温度を測定する保持手段温度測定手段としての把持具熱電対17が把持具6に取り付けられ、研削加工後における被加工物5の温度を測定する被加工物温度測定手段としての被加工物熱電対16が被加工物5に取り付けられている。これに加えて、基台1aの外方におけるクーラントがかからない位置には基準ブロック18が配置されており、この基準ブロック18に同ブロック18の温度を測定する基準ブロック熱電対19が取り付けられている。これらのクーラント熱電対15、把持具熱電対17、被加工物熱電対16及び基準ブロック熱電対19の温度を収集するため、これらがケーブル14を介してパソコン13に接続されている。   A coolant thermocouple 15 as a coolant temperature measuring means for measuring the liquid temperature of the coolant 8 is disposed in the discharge portion of the coolant nozzle 21. Further, a gripping tool thermocouple 17 as a holding means temperature measuring means for measuring the temperature of the gripping tool 6 after grinding is attached to the gripping tool 6, and the workpiece for measuring the temperature of the workpiece 5 after grinding. A workpiece thermocouple 16 as temperature measuring means is attached to the workpiece 5. In addition to this, a reference block 18 is disposed at a position outside the base 1a where no coolant is applied, and a reference block thermocouple 19 for measuring the temperature of the block 18 is attached to the reference block 18. . In order to collect the temperatures of the coolant thermocouple 15, the gripper thermocouple 17, the workpiece thermocouple 16, and the reference block thermocouple 19, these are connected to the personal computer 13 via the cable 14.

図2は、パソコン13に組み込まれたソフトウエアに格納されたプログラムが実行するフローチャートを示す。このソフトウエアにおいては、被加工物5及び把持具6の物性データ20が予め入力されている。この物性データ20は、被加工物5及び把持具6の各々の形状の大きさと熱膨張係数とから成り立っている。そして、温度収集された温度データから被加工物5及び把持具6の熱膨張量Dをプログラムにより物性データ20を用いて下記換算式Cにより算出することができる。さらにソフトウエアには、被加工物5の熱膨張量を機上測定機10の測定データ9から減算する機能が備えられている。   FIG. 2 shows a flowchart executed by a program stored in software installed in the personal computer 13. In this software, physical property data 20 of the workpiece 5 and the gripping tool 6 is input in advance. This physical property data 20 is composed of the size of each of the workpiece 5 and the gripping tool 6 and the thermal expansion coefficient. And the thermal expansion amount D of the to-be-processed object 5 and the holding tool 6 can be calculated by the following conversion formula C using the physical property data 20 with a program from the temperature data by which temperature was collected. Further, the software has a function of subtracting the thermal expansion amount of the workpiece 5 from the measurement data 9 of the on-machine measuring machine 10.

(換算式C)
熱膨張量D=形状係数α×形状大きさh×熱膨張係数γ×[被加工物温度(または把持具温度)T−基準ブロック温度T0]
(Conversion formula C)
Thermal expansion amount D = shape coefficient α × shape size h × thermal expansion coefficient γ × [workpiece temperature (or gripping tool temperature) T−reference block temperature T0]

次に、この実施の形態による形状測定を図2を参照して説明する。   Next, shape measurement according to this embodiment will be described with reference to FIG.

把持具6に被加工物5を把持した状態で、主軸スピンドル3及び工具スピンドル4を回転させる。また、被加工物5にクーラント8をかけた状態で、被加工物5が目的形状になるように被加工物5及び工具7を相対移動させて研削加工を進行させる。研削加工後は、機上測定機10によって被加工物5の加工面の表面形状を測定する(ステップS1)。   The spindle spindle 3 and the tool spindle 4 are rotated while the workpiece 5 is gripped by the gripping tool 6. Further, in a state where the coolant 8 is applied to the workpiece 5, the workpiece 5 and the tool 7 are relatively moved so that the workpiece 5 has a target shape, and the grinding process proceeds. After grinding, the surface shape of the processed surface of the workpiece 5 is measured by the on-machine measuring machine 10 (step S1).

この表面形状の測定と同時期に被加工物熱電対16、把持具熱電対17による温度測定及び基準ブロック熱電対19による基準ブロック18の温度測定を開始する(ステップS4)。この場合の温度測定は、形状測定の垂直軸Xの位置座標と繋がりがあるように関係させて行う。そして、形状測定終了と同時に温度測定も終了させ(ステップS2及びステップS5)、これらのデータを収集する(ステップS3及びステップS6)。   Simultaneously with the measurement of the surface shape, temperature measurement by the workpiece thermocouple 16 and the gripper thermocouple 17 and temperature measurement of the reference block 18 by the reference block thermocouple 19 are started (step S4). In this case, the temperature measurement is performed so as to be related to the position coordinate of the vertical axis X of the shape measurement. Then, the temperature measurement is ended simultaneously with the end of the shape measurement (step S2 and step S5), and these data are collected (step S3 and step S6).

その後、被加工物5に対しては、垂直軸Xの各点毎に測定した被加工物熱電対16の温度データを物性データ20を用いて被加工物5の変位量(熱膨張量)に変換する(ステップS7)。温度測定の垂直軸Xと機上測定機10で測定した垂直軸Xとを一致させ、その点における被加工物5の変位量を機上測定機10で測定した測定データから減算して補正を行う(ステップS8)。   Thereafter, for the workpiece 5, the temperature data of the workpiece thermocouple 16 measured for each point on the vertical axis X is used as the displacement amount (thermal expansion amount) of the workpiece 5 using the physical property data 20. Conversion is performed (step S7). The vertical axis X of the temperature measurement and the vertical axis X measured by the on-machine measuring machine 10 are made coincident, and the displacement amount of the workpiece 5 at that point is subtracted from the measurement data measured by the on-machine measuring machine 10 for correction. Perform (step S8).

同様に、把持具6に対しても、把持具熱電対17の温度データを物性データ20を用いて把持具6の変位量に変換する(ステップS7)。温度測定の垂直軸Xと機上測定機10で測定した垂直軸Xとを一致させ、その点における把持具6の変位量を機上測定機10で測定した測定データから減算して補正を行う(ステップS8)。   Similarly, for the gripping tool 6, the temperature data of the gripping tool thermocouple 17 is converted into the displacement amount of the gripping tool 6 using the physical property data 20 (step S7). The vertical axis X of the temperature measurement and the vertical axis X measured by the on-machine measuring machine 10 are matched, and the displacement of the gripping tool 6 at that point is subtracted from the measurement data measured by the on-machine measuring machine 10 for correction. (Step S8).

以上によって補正を行った測定データに対して形状解析を行い(ステップS9)、形状誤差をパソコン13のディスプレイにグラフで可視表示する。この形状誤差が規格を満たしていない場合は、この形状誤差を加工プログラムヘフィードバックさせて補正加工を行う。一方、形状誤差が規格を満たした場合には、加工を終了する。   The shape analysis is performed on the measurement data corrected as described above (step S9), and the shape error is visually displayed on the display of the personal computer 13 as a graph. If the shape error does not satisfy the standard, the shape error is fed back to the machining program and correction processing is performed. On the other hand, when the shape error satisfies the standard, the processing is terminated.

このような実施の形態によれば、機上測定機10による被加工物5の表面形状測定時に、加工後の被加工物5や把持具6の温度による変位量を補正するため、機上測定機10による測定を安定して行うことができる。また、加工後に被加工物5や把持具6の変位量が安定するまで一定時間を待つことなく、加工直後に測定を開始できるため、リードタイムを短縮することが可能となる。   According to such an embodiment, when measuring the surface shape of the workpiece 5 by the on-machine measuring machine 10, the on-machine measurement is performed in order to correct the displacement due to the temperature of the processed workpiece 5 and the gripping tool 6. Measurement by the machine 10 can be performed stably. In addition, since the measurement can be started immediately after the processing without waiting for a certain time until the displacement amount of the workpiece 5 or the gripping tool 6 is stabilized after the processing, the lead time can be shortened.

(実施の形態2)
この実施の形態では、実施の形態1と同様に、図1に示す超精密加工用旋盤1等を機械加工装置として被加工物5を加工するものであるが、加工の際に用いるクーラント8の温度を設定する点で異なっている。
(Embodiment 2)
In this embodiment, as in the first embodiment, the workpiece 5 is machined using the ultra-precision machining lathe 1 shown in FIG. 1 as a machining device. It differs in that it sets the temperature.

図3は、被加工物5への加工終了後から測定する被加工物5及び把持具6の測定点における温度変化を示す。クーラント8の液温と環境温度が異なる場合には、加工終了後に被加工物5及び把持具6が環境温度に推移する。図3における実線は、例えば、揮発性のクーラント8を用いた場合であり、この場合には、クーラント8が蒸発する際の気化熱によって被加工物5及び把持具6の温度が時間経過と共に下降して最終的に環境温度となる。図3における一点鎖線は、例えば、低温度のクーラント8を用いた場合であり、被加工物5及び把持具6の温度が時間経過と共に上昇して最終的に環境温度となる。従って、いずれの場合においても、図3に示すように、被加工物5の表面形状の測定開始時点から測定終了時点までの間に温度勾配が発生し、この温度変化に基づいて被加工物が収縮・膨張するものである。   FIG. 3 shows temperature changes at measurement points of the workpiece 5 and the gripping tool 6 that are measured after the machining of the workpiece 5 is completed. When the liquid temperature of the coolant 8 and the environmental temperature are different, the workpiece 5 and the gripping tool 6 transition to the environmental temperature after the processing is completed. The solid line in FIG. 3 is, for example, the case where volatile coolant 8 is used. In this case, the temperatures of the workpiece 5 and the gripping tool 6 decrease with time due to the heat of vaporization when the coolant 8 evaporates. Finally, the ambient temperature is reached. The dashed-dotted line in FIG. 3 is a case where the low temperature coolant 8 is used, for example, and the temperature of the to-be-processed object 5 and the holding tool 6 rises with time, and finally becomes environmental temperature. Therefore, in any case, as shown in FIG. 3, a temperature gradient is generated from the measurement start time to the measurement end time of the surface shape of the workpiece 5, and the workpiece is processed based on this temperature change. It shrinks and expands.

この実施の形態では、被加工物5の加工を行う前に、実験等によりクーラント8の温度を予め求め、求めた温度のクーラント8を用いて被加工物5を加工するものである。すなわち、実験では、クーラント8を被加工物5及び把持具6にかけてクーラント8の温度に被加工物5及び把持具6を馴染ませ、その後、クーラント8をかけることを止める。その時点からある一定時間の間まで被加工物5と把持具6の温度勾配が発生しないクーラント8の温度を求める。   In this embodiment, before processing the workpiece 5, the temperature of the coolant 8 is obtained in advance by experiments or the like, and the workpiece 5 is processed using the coolant 8 at the determined temperature. That is, in the experiment, the coolant 8 is applied to the workpiece 5 and the gripping tool 6 to adjust the workpiece 5 and the gripping tool 6 to the temperature of the coolant 8, and then the coolant 8 is stopped. The temperature of the coolant 8 at which a temperature gradient between the workpiece 5 and the gripping tool 6 does not occur is obtained from that time until a certain time.

そして、この実験で求めた温度のクーラント8を用いて被加工物5を加工し、加工後に被加工物5の表面形状を機上測定機10により測定する。これにより、測定開始時点から測定終了時点までの間における被加工物5の温度差を極めて小さくすることができるため、温度変化に基づく被加工物5の収縮や膨張等の形状変化が極めて少なくなり、測定値の変動を抑制することができる。従って、被加工物の表面に対して安定した形状測定を行うことができる。   And the workpiece 5 is processed using the coolant 8 of the temperature calculated | required by this experiment, and the surface shape of the workpiece 5 is measured with the on-machine measuring machine 10 after a process. Thereby, since the temperature difference of the workpiece 5 from the measurement start time to the measurement end time can be extremely reduced, the shape change such as contraction and expansion of the workpiece 5 due to the temperature change is extremely reduced. , Fluctuations in measured values can be suppressed. Therefore, stable shape measurement can be performed on the surface of the workpiece.

なお、この実施の形態では、被加工物5の把持具6に対してもクーラント8の温度の影響を考慮しているが、被加工物5の温度が一定となる場合、一般的に、把持具6の温度も一定となることから把持具6の影響を考慮する必要がないものである。   In this embodiment, the influence of the temperature of the coolant 8 is also taken into consideration for the gripping tool 6 of the workpiece 5. However, when the temperature of the workpiece 5 is constant, generally the gripping is performed. Since the temperature of the tool 6 is also constant, it is not necessary to consider the influence of the gripping tool 6.

(実施の形態3)
図4は、本発明の実施の形態3を示す。この実施の形態では、被加工物5を研削加工する前に予め被加工物5の温度を被加工物熱電対16を用いて測定すると共に、そのときの変位量を平行軸Zと平行に設置したマイクロセンス23を用いて測定する。そして、被加工物5における温度と変位量の関係を物性データ20としてパソコン13に格納する。
(Embodiment 3)
FIG. 4 shows Embodiment 3 of the present invention. In this embodiment, before the workpiece 5 is ground, the temperature of the workpiece 5 is measured in advance using the workpiece thermocouple 16 and the displacement amount at that time is set parallel to the parallel axis Z. Measured using the Microsense 23. Then, the relationship between the temperature and the displacement amount in the workpiece 5 is stored in the personal computer 13 as the physical property data 20.

同様に、把持具6の温度を把持具熱電対17を用いて測定するが、このときにおいても、平行軸Zと平行方向の変位量をマイクロセンス23を用いて測定する。測定した把持具6における温度と変位量の関係を物性データ20としてパソコン13に格納する。以上が、実施の形態1と異なる点である。   Similarly, the temperature of the gripping tool 6 is measured using the gripping tool thermocouple 17. At this time, the displacement amount in the direction parallel to the parallel axis Z is also measured using the microsense 23. The measured relationship between temperature and displacement in the gripping tool 6 is stored in the personal computer 13 as physical property data 20. The above is the difference from the first embodiment.

この実施の形態では、垂直軸Xの各点毎に測定した被加工物熱電対16の温度データと一致する温度を物性データ20より探し求め、そのときの被加工物5の変位量を導き出す。同様に、把持具6に対しても、把持具熱電対17の温度データと一致する温度を物性データ20より探し求め、その時の把持具6の変位量を導き出す。この点が文献等に記載された熱膨張係数の値を物性データ20として用いる実施の形態1との相違点である。これにより、この実施の形態では、実施の形態1に比べ、さらに実際に即した補正を行うことができる。   In this embodiment, a temperature that matches the temperature data of the workpiece thermocouple 16 measured for each point on the vertical axis X is searched from the physical property data 20, and the displacement amount of the workpiece 5 at that time is derived. Similarly, for the gripping tool 6, the temperature matching the temperature data of the gripping tool thermocouple 17 is searched from the physical property data 20, and the displacement amount of the gripping tool 6 at that time is derived. This is a difference from the first embodiment in which the value of the thermal expansion coefficient described in the literature is used as the physical property data 20. As a result, in this embodiment, it is possible to carry out corrections that are more practical than in the first embodiment.

本発明の実施の形態1における機械加工装置の全体平面図である。It is a whole top view of the machining apparatus in Embodiment 1 of this invention. 被加工物の形状測定を行うためのフローチャートである。It is a flowchart for performing the shape measurement of a workpiece. 実施の形態2における表面形状測定の際の温度と時間との関係を示すグラフである。6 is a graph showing a relationship between temperature and time in surface shape measurement in the second embodiment. 実施の形態3における機械加工装置の平面図である。FIG. 10 is a plan view of a machining apparatus in a third embodiment. 従来の加工装置の正面図である。It is a front view of the conventional processing apparatus.

符号の説明Explanation of symbols

1 超精密加工用旋盤
3 主軸スピンドル
4 工具スピンドル
5 被加工物
6 把持具
7 工具
8 クーラント
10 機上測定機
13 パソコン
15 クーラント熱電対
16 被加工物熱電対
17 把持具熱電対
18 基準ブロック
19 基準ブロック熱電対
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Lathe for ultra-precision machining 3 Spindle spindle 4 Tool spindle 5 Work piece 6 Gripping tool 7 Tool 8 Coolant 10 On-machine measuring machine 13 Personal computer 15 Coolant thermocouple 16 Workpiece thermocouple 17 Gripper thermocouple 18 Reference block 19 Reference Block thermocouple

Claims (5)

被加工物を保持する保持手段と、クーラントを用いて被加工物を研削加工する加工手段と、被加工物の表面形状を測定する形状測定手段と、前記保持手段と加工手段と形状測定手段とを相対的に移動させる駆動手段と、前記クーラントの温度を測定するクーラント温度測定手段と、前記被加工物の温度を測定する被加工物温度測定手段と、前記保持手段の温度を測定する保持手段温度測定手段とからなることを特徴とする機械加工装置。   A holding means for holding the workpiece; a processing means for grinding the workpiece using a coolant; a shape measuring means for measuring the surface shape of the workpiece; the holding means, the processing means, and the shape measuring means; Driving means for relatively moving the coolant, coolant temperature measuring means for measuring the temperature of the coolant, workpiece temperature measuring means for measuring the temperature of the workpiece, and holding means for measuring the temperature of the holding means A machining apparatus comprising temperature measuring means. 保持手段により保持された被加工物をクーラントを用いて研削加工する加工工程と、被加工物の表面形状を測定する形状測定工程とからなる加工方法において、
前記クーラントの温度をパラメータとして被加工物の温度の時間的変化を測定し、少なくとも加工工程終了時から形状測定終了時までの間における被加工物の温度が略一定となるクーラントの温度を求め、これに略等しい温度のクーラントを用いて被加工物を加工することを特徴とする機械加工方法。
In a processing method comprising a processing step of grinding a workpiece held by a holding means using a coolant, and a shape measuring step of measuring the surface shape of the workpiece,
Measure the temperature change of the workpiece with the temperature of the coolant as a parameter, and obtain the coolant temperature at which the temperature of the workpiece is substantially constant at least from the end of the machining process to the end of the shape measurement, A machining method characterized in that a workpiece is machined using a coolant having a temperature substantially equal to this.
保持手段により保持された被加工物をクーラントを用いて研削加工する加工工程と、被加工物の表面形状を測定する形状測定工程とからなる測定方法において、
前記被加工物の表面形状測定に同期して被加工物及び保持手段の温度を測定し、測定した温度データと被加工物の所定の物性値及び保持手段の所定の物性値とから前記被加工物の表面形状データを補正することを特徴とする形状測定方法。
In a measuring method comprising a processing step of grinding a workpiece held by a holding means using a coolant, and a shape measuring step of measuring the surface shape of the workpiece,
The temperature of the workpiece and the holding means is measured in synchronization with the measurement of the surface shape of the workpiece, and the workpiece is determined from the measured temperature data, the predetermined physical property value of the workpiece, and the predetermined physical property value of the holding means. A shape measuring method comprising correcting surface shape data of an object.
前記所定の物性値は、少なくとも被加工物の熱膨張係数及び保持手段の熱膨張係数を含むことを特徴とする請求項4記載の形状測定方法。   5. The shape measuring method according to claim 4, wherein the predetermined physical property value includes at least a thermal expansion coefficient of the workpiece and a thermal expansion coefficient of the holding means. 前記被加工物が所定の一定温度を示す時点で被加工物の表面形状を測定し、この表面形状データと被加工物の温度データ及び保持手段の温度データとを用いて演算することによって得た値を前記所定の物性値とすることを特徴とする請求項4記載の形状測定方法。   Obtained by measuring the surface shape of the workpiece when the workpiece exhibits a predetermined constant temperature, and calculating using the surface shape data, the temperature data of the workpiece, and the temperature data of the holding means The shape measuring method according to claim 4, wherein the value is the predetermined physical property value.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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