JP2009136937A - 加工方法、加工プログラム、加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】隣り合う複数の凹面を含む加工形状の創成における凹面の境界部で発生する加工誤差を抑制して、理想形状に近い高精度な加工形状を得る。
【解決手段】加工後の凹面の計測結果に、許容範囲外の大きな加工誤差を含む場合（ステップ２０４）、加工後の成形面の誤差分布を関数１で近似し（ステップ２０５）、この関数１の値から所定値以上逸脱した測定点を除外して関数１を求める処理を当該測定点がなくなるまで反復した後に誤差量を推測し（ステップ２０６〜２０８）、除外された測定点の誤差分布を近似する関数２を生成し、関数１と関数２から全体の誤差を推測して（ステップ２１０）、補正加工の工具軌跡を出力する操作を反復する。
【選択図】 図４

Description

本発明は、加工方法、加工プログラム、加工装置に関する。

たとえば、任意の自由曲面からなる複数の光学機能面が配列された光学素子の製造方法として、金型を用いたプレス成形を用いることが考えられる。
その場合、金型に形成される自由曲面からなる成形面を高精度に形成することが、得られる光学素子の精度向上の観点から重要となる。

ところで、被加工物に自由曲面を加工する技術としては、特許文献１に開示される技術か知られている。
この特許文献１では、加工工具が載置されるツール台上に形状測定器を搭載して、加工工具と形状測定器が共通の送り機構で移動される構成とすることにより、形状測定器を加工工具と同一の軌跡で移動させて形状測定を行うようにして、形状誤差の測定時間を削減しようとする自由曲面加工装置が開示されている。

そして、加工工具を被加工物に対して移動させて自由曲面形状を加工した後、同じ軌跡で形状測定器により自由曲面形状を計測して誤差量を算出し、算出した誤差量を補正して再度、自由曲面加工を行うものである。

しかし、この特許文献１の技術では、金型の成形面に複数の凹面を隣接して形成する場合における以下のような技術的課題を認識していない。
この技術的課題について、図面を参照して説明を行う。

後述の図３Ａから後述の図３Ｃに示される成形用型１０１に複数の光学機能面１０２を隣り合うように形成する場合について説明する。
図１６は一つの光学機能面の断面の計測結果を示す線図である。図１７は一つの光学機能面の補正加工後の計測結果を示す線図である。図１８は加工状態の説明図である。図１９Ａ、図１９Ｂ、図１９Ｃは、光学機能面の境界部のだれの発生要因を説明する説明図である。

成形用型１０１は、成形面に複数の凹型の光学機能面１０２が重なり合って存在しており、境界部分は凸のエッジ部１０２ａ（ふち部）となっている。この形状を通常の走査研削加工により加工した結果を計測し理想形状との誤差量を図１６に示す。ここで図１６は、一つの光学機能面１０２の中心断面部分の計測を行った結果を示している。理想形状１０４と、この理想形状１０４との誤差量１０５が示されている。隣接する光学機能面１０２が重なり合うエッジ部１０２ａでは、一般的にだれ部１０７と呼ばれる形状不良が発生する。

この、だれ部１０７の発生要因については多種の要因が複合しているといわれている。その中の発生要因の一部を、図１９Ａから図１９Ｃを用いて説明する。
図１９Ａは、エッジ部の近傍における研削砥石１１０と成形用型１０１との接触部位１１１の断面図である。

図１９Ｂは、エッジ部１０２ａの近傍の通常箇所の研削加工部分の拡大断面図である。この図１９Ｂでは、成形用型１０１と研削砥石１１０との接触部位１１１を正面（法線方向）からみた接触部形状１１１ａが併せて図示されている。

図１９Ｃは、エッジ部１０２ａにおける研削加工の拡大断面図である。この図１９Ｃには、エッジ部１０２ａにおける成形用型１０１と研削砥石１１０との接触部位１１１を正面（法線方向）からみた接触部形状１１１ｂが併せて図示されている。

研削加工では、図１９Ｂの接触部形状１１１ａに示すとおり、研削砥石１１０は一定圧力の元に弾性変形を起こし、ワーク３５に対して一定の接触面積を持って加工を行っている。つまり、研削は点接触での加工ではない。

そこで、一定以上の角度がつく箇所、例えば複数の光学機能面が重なり合うエッジ部１０２ａでは、図１９Ｃの接触部形状１１１ｂに示すとおり研削砥石１１０の接触部は面積が減少することになる。

ところが、研削砥石１１０にかかる圧力は一定であるためエッジ部１０２ａでは成形用型１０１の研削量が局部的に増えてしまい、理想形状からの誤差量が増し、だれ部１０７の発生の一要因となっていると考えられている。他にも要因があるといわれているが、全てを解析できているわけでは無い為、だれの発生を無くすことが出来ないのが現状である。

この計測結果をそのまま補正して再度加工を行うと、図１７に示す形状へと変化する。この図１７では、補正加工後の理想形状との誤差量が誤差量１０６であり、理想形状１０４および誤差量１０５とともに図示されている。

図１８は加工状態を示し、補正加工ライン１０８と通常加工ライン１０９が示されている。
図１７の着目部５０ｂは、図１８の着目部６０ｂに対応し、通常加工ライン１０９でだれ部１０７が発生していた着目部５０ｂの部位は、補正加工ライン１０８ではだれ部１０７が発生しない着目部６０ｂの部位になり、通常加工ライン１０９でのだれ部１０７の部分を補正した誤差量分が逆にＺ軸方向に対して正の誤差としての形状不良となる。

また、図１７の着目部５０ａは、図１８の着目部６０ａに対応し、この着目部５０ａの部位は、補正加工ライン１０８での光学機能面１０２が重なり合うエッジ部１０２ａとなり、着目部６０ａのように、だれ部１０７が発生する部位となるため、図１７の誤差量１０６がエッジ部１０２ａで局部的に増加する不良形状１０６ａへと変化してしまう可能性があった。
特開２００３−３９２８２号公報

本発明の目的は、隣り合う複数の凹面を含む加工形状の創成における凹面の境界部で発生する加工誤差を抑制して、理想形状に近い高精度な加工形状を得ることが可能な技術を提供することにある。

本発明の第１の観点は、ワークに対する工具の相対的な加工軌跡を制御して加工する加工方法であって、
前記ワークに隣り合う複数の凹面を加工するステップと、
前記凹面の加工形状を複数の測定点で計測するステップと、
前記凹面の理想形状と前記測定点に基づく前記加工形状との誤差分布を示す第１近似関数を決定するステップと、
前記第１近似関数の値から所定の閾値以上に離れた誤差量を持つ前記測定点を除外して当該第１近似関数を決定する操作を除外される前記測定点がなくなるまで反復するステップと、
前記第１近似関数の決定操作で除外された前記測定点の範囲に対する誤差量を、前記第１近似関数を用いて推定し、得られた前記誤差量から第２近似関数を決定するステップと、
前記第１および第２近似関数を用いて算出された誤差量と、前記理想形状および前記工具の形状とに基づいて当該誤差量を補正する前記加工軌跡を演算するステップと、
補正された前記加工軌跡を用いて前記ワークを加工するステップと、
を含む加工方法を提供する。

本発明の第２の観点は、ワークに対する工具の相対的な加工軌跡を制御して加工する加工方法であって、
前記ワークに隣り合う複数の凹面を加工するステップと、
前記凹面の加工形状を複数の測定点で計測するステップと、
前記ワークにおける特定領域の前記測定点を除外して、前記凹面の理想形状と前記加工形状との誤差分布を示す第１近似関数を決定するステップと、
除外された前記特定領域の前記測定点の誤差量を前記第１近似関数によって推定し、当該誤差量を使用して第２近似関数を決定するステップと、
前記第１および第２近似関数を用いて算出された誤差量と、前記理想形状および前記工具の形状とに基づいて当該誤差量を補正する前記加工軌跡を演算するステップと、
補正された前記加工軌跡を用いて前記ワークを加工するステップと、
を含む加工方法を提供する。

本発明の第３の観点は、ワークに対する工具の相対的な加工軌跡を生成する加工プログラムであって、
前記ワークに隣り合うように加工された複数の凹面からなる加工形状の複数の測定点の測定結果を入力するステップと、
前記凹面の理想形状と前記測定点に基づく前記加工形状との誤差分布を示す第１近似関数を決定するステップと、
前記第１近似関数の値から所定の閾値以上に離れた誤差量を持つ前記測定点を除外して当該第１近似関数を決定する操作を除外される前記測定点がなくなるまで反復するステップと、
前記第１近似関数の決定操作で除外された前記測定点の範囲に対する誤差量を、前記第１近似関数を用いて推定し、得られた前記誤差量から第２近似関数を決定するステップと、
前記第１および第２近似関数を用いて算出された誤差量と、前記理想形状および前記工具の形状とに基づいて当該誤差量を補正する前記加工軌跡を演算するステップと、
をコンピュータに実行させる加工プログラムを提供する。

本発明の第４の観点は、ワークに対する工具の相対的な加工軌跡を生成する加工プログラムであって、
前記ワークに隣り合うように加工された複数の凹面からなる加工形状の複数の測定点の測定結果を入力するステップと、
前記ワークにおける特定領域の前記測定点を除外して、前記凹面の理想形状と前記加工形状との誤差分布を示す第１近似関数を決定するステップと、
除外された前記特定領域の前記測定点の誤差量を前記第１近似関数によって推定し、当該誤差量を使用して第２近似関数を決定するステップと、
前記第１および第２近似関数を用いて算出された誤差量と、前記理想形状および前記工具の形状とに基づいて当該誤差量を補正する前記加工軌跡を演算するステップと、
をコンピュータに実行させる加工プログラムを提供する。

本発明の第５の観点は、ワークに対する工具の相対的な加工軌跡を数値制御して、前記ワークに隣り合う複数の凹面を加工する数値制御手段と、
前記ワークの表面形状を計測する計測手段と、
前記凹面の理想形状と加工後の前記ワークに形成された前記凹面の計測結果との誤差量から第１補正加工量を算出する機能と、加工後の前記ワークの計測結果から隣り合う前記凹面の境界部の形状の誤差量を予測し第２補正加工量を算出する機能と、算出した前記第１および第２補正加工量に基づいて前記工具の前記加工軌跡を演算する機能とを含む演算手段と、
を具備する加工装置を提供する。

本発明によれば、隣り合う複数の凹面を含む加工形状の創成における凹面の境界部で発生する加工誤差を抑制して、理想形状に近い高精度な加工形状を得ることが可能な技術を提供することができる。

本実施の形態の第１態様では、
同時に２軸以上の直動軸を制御可能で３軸以上の移動軸を持ち、加工工具とワークを相対移動させて加工を行う装置であり、複数光学機能面を有した光学素子をプレス成形する成形型の成形面を加工する加工装置において、
加工工具軌跡を数値制御する数値制御手段と、
ワークを保持する保持手段と、
前記保持手段に保持されたワークを加工する工具と、
理想形状と加工後のワークの計測結果との誤差量から補正加工量を算出する機能と、加工後のワークの計測結果から光学機能面が重なり合うふち形状の誤差量を予測し補正加工量を算出する機能と、算出した補正加工量を元に加工工具軌跡を再演算する機能とを有する演算手段と、を具備することを特徴とする加工装置を使用し、複数光学機能面を有する成形金型の成形面を加工する。

本第１態様は以下のように作用する。
（１） 演算装置に光学機能面形状と工具形状を入力し、工具軌跡を算出する。
（２） ワーク保持手段にワークを取り付け、各光学機能面に対して加工工具を（１）にて算出した工具軌跡に沿って相対移動させることによって走査加工する。
（３） 各光学機能面の形状計測を行う。
（４） 計測結果と理想形状との誤差量を関数近似し、近似関数と誤差量とを比較し、既定のしきい値以上に近似関数から離れた誤差量を持つ計測点を計測結果から除外する。
（５） 残った計測点群を使用して（４）の工程を除外される計測点が存在しなくなるまで繰り返す。
（６） （４）（５）で除外された計測点の範囲に対する誤差量を、（４）（５）にて算出された近似関数を使用して推定する。
（７） 除外された計測点の誤差量を使用して、近似関数を算出する。
（８） 補正加工を行うことによって拡大する加工範囲に発生すると予測される誤差量を（４）（５）で算出した近似関数と、（７）で算出した近似関数とで算出する。
（９） 算出された誤差量と理想形状と工具形状から誤差量を補正する工具軌跡を演算する。
（１０） 算出された工具軌跡にしたがって、ワークと工具を相対移動させて光学機能面を走査加工する。

この第１態様によれば、複数の凹面状の光学機能面が重なり合う形状の成型用金型の成形面加工において、光学機能面の重なり合う境界のエッジ部も、理想形状に近い形状に加工を行うことが出来る。

上述の第１態様の装置を以下の第２態様のように作用させることもできる。
（１） 演算装置に光学機能面形状と工具形状を入力し、工具軌跡を算出する。
（２） ワーク保持手段にワークを取り付け、各光学機能面に対して加工工具を（１）にて算出した工具軌跡に沿って相対移動させることによって走査加工する。
（３） 各光学機能面の形状計測を行う。
（４） あらかじめ、だれ形状が発生すると予測される範囲を設定しておき、前記範囲の計測結果を全体の計測結果から除外し、残った計測結果と理想形状との誤差量を関数近似する。
（５） （４）で除外された範囲の誤差量を、（４）にて算出された近似関数を使用して推定する。
（６） 除外された範囲の誤差量を使用して、近似関数を算出する。
（７） 補正加工を行うことによって拡大する加工範囲に発生すると予測される誤差量を（４）で算出した近似関数と、（６）で算出した近似関数とで算出する。
（８） 算出された誤差量と理想形状と工具形状から誤差量を補正する工具軌跡を演算する。
（９） 算出された工具軌跡にしたがって、ワークと工具を相対移動させて光学機能面を走査加工する。

この第２態様によれば、上述の第１態様の効果に加えて誤差量推測のアルゴリズムを簡略化でき、処理時間を短縮することが出来る。
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態について詳細に説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の一実施の形態である加工方法を実施する加工装置の構成の一例を示す概念図であり、図２は、本実施の形態の加工装置を構成する加工機構部の構成の一部を取り出して示す平面図である。

図３Ａは本実施の形態の加工装置に供されるワークとしての成形用金型の外観斜視図である。図３Ｂは、本実施の形態の加工装置に供されるワークとしての成形用金型の正面図である。図３Ｃは本実施の形態の加工装置に供されるワークとしての成形用金型の中央部の断面図である。

本実施の形態のワーク３５は、成形用型１０１からなる。この成形用型１０１の加工主面には、複数の凹型の自由曲面からなる光学機能面１０２（凹面）が隣接して重なり合うように刻設される。このため、複数の光学機能面１０２の境界部には、凸形状のエッジ部１０２ａが存在する。

このようなワーク３５としての成形用型１０１を加工する本実施の形態の加工装置について以下に説明する。
図１に例示されるように本実施の形態の加工装置３０は、加工機構部３１、数値制御装置３２（数値制御手段）、演算装置３３（演算手段）、機上計測装置３４（計測手段）、を備えている。

数値制御装置３２および演算装置３３はコンピュータで構成されている。数値制御装置３２は、演算装置３３から入力される後述のようなＮＣプログラム３３ｂ（加工軌跡）に基づいて、加工機構部３１を制御することで、ワーク３５の加工を行う。

演算装置３３には、加工プログラム３３ａ（演算手段）が実装され、この加工プログラム３３ａを実行することで、数値制御装置３２において後述のような工具軌跡を制御するために用いられるＮＣプログラム３３ｂを生成する。

演算装置３３には、成形用型１０１に形成すべき複数の光学機能面１０２の理想形状、および後述の加工工具３７の形状等の情報が、設計データ３３ｃとして入力される。
加工機構部３１は、ワーク３５を支持する取り付け台座３６と、加工工具３７（工具）およびスピンドル３８を備えている。

加工機構部３１は、ＸＹＺの移動軸を備え、軸移動は数値制御装置３２で制御される。ワーク３５は取り付け台座３６のＺ軸端面に固定される。ＸＹ軸上にスピンドル３８が固定され、スピンドル３８に加工工具３７が取り付けられており、スピンドル３８の回転により、加工工具３７を回転させることが出来る。

本実施の形態の加工機構部３１は直動軸スケールに０．３ｎｍの分解能を持つ機構を使用した超精密加工機であり、位置決め精度は０．１μｍ以下の精度である。この加工機構部３１の仕様は一例であって、加工工具３７とワーク３５が相対的に同時に２軸以上の制御が出来、かつ３軸の移動ができる構成であれば良い。

演算装置３３は、数値制御装置３２から加工機構部３１の前記ＸＹＺ軸の現在座標値を読み取ることと記録することが出来る。
さらに、演算装置３３は機上計測装置３４から出力される計測値３４ａを読み取ることと記録することが出来る。

また、演算装置３３の加工プログラム３３ａは、設計データ３３ｃとして入力された理想形状と加工工具３７の形状から、理想形状を成形用型１０１に加工するための工具軌跡を算出すると共に、当該加工軌跡を実現するＮＣプログラム３３ｂを作成し数値制御装置３２へ転送する機能を演算装置３３に実現させることが出来る。

さらに、加工プログラム３３ａは、加工したワーク３５を機上計測装置３４にて計測した複数の計測点での計測値３４ａを解析することによって、ワーク３５の加工形状と理想形状の誤差を算出することができ、誤差量を解析演算することにより誤差を補正加工するための工具軌跡を再演算し、ＮＣプログラム３３ｂを再作成することが出来る機能を演算装置３３にて実現する。

数値制御装置３２は、加工機構部３１の各軸をＮＣプログラム３３ｂに従って制御することにより、ワーク３５を加工工具３７により任意形状に加工することが出来る。
上述の加工機構部３１の構成も一例であり、機上計測装置３４は加工機構部３１の外部に存在しても良い。

以下、上述のような構成の本実施の形態の加工装置３０の作用の一例を説明する。
図４は、本実施の形態の加工装置における加工工程の一例を示すフローチャートである。

図５は、ワーク３５としての成形用型１０１における一つの光学機能面１０２の形状の計測結果を示すグラフである。
図６は、図５に示すグラフの一つの断面を示すグラフである。

図７は、図６に示すグラフを簡略化した線図である。
図８は、図７に示すグラフからだれ部１０７のデータを除去した後のグラフである。
図９は、だれ部１０７のデータに対して、推測した誤差を付加したグラフである。

図１０は、だれ部１０７のデータを示すグラフである。
図１１は、補正加工範囲全体の誤差量の分布を示すグラフである。
図１２は、図１１での拡大される加工範囲の予測誤差量部を拡大して示すグラフである。

図１３は、ワーク３５としての成形用型１０１における光学機能面１０２のエッジ部１０２ａにおける加工範囲拡大部位を図示した概念図である。
本実施の形態の作用を図４に示すフローチャートに沿って説明する。

図４（ステップ２０１） 演算装置３３の加工プログラム３３ａはワーク形状工具形状を入力し工具軌跡を演算し、工具軌跡に従ったＮＣプログラム３３ｂを数値制御装置３２へ転送する。

図４（ステップ２０２） 数値制御装置３２はＮＣプログラム３３ｂに従って加工機構部３１を動作させ、ワーク３５の成形用型１０１に対して複数の光学機能面１０２の加工を行う。

図４（ステップ２０３） 加工プログラム３３ａは、機上計測装置３４により光学機能面１０２の形状を計測し、得られた計測値３４ａの解析を行う。
一つの光学機能面１０２上の誤差量の分布を示すグラフを図５に示す。現実的には３次元形状であるが図示および説明が煩雑となるため、一つの断面に着目して説明を行う。図５における一つの断面の誤差量のグラフを図６に示す。また、図６の略図を図７に示す。

図４（ステップ２０４） 加工プログラム３３ａは、形状誤差が許容値内に収まっているか否かの判別を行う。全ての計測点での形状誤差が許容値内ならば処理を終了する。一つでも許容値を逸脱していれば、（ステップ２０５）に分岐する。

図４（ステップ２０５） 加工プログラム３３ａは、計測点群の誤差量を関数近似する。本実施の形態では、Ｘ軸方向で７次関数近似、Ｙ軸方向で７次関数近似を行うこととする。ここで、近似に用いられる関数はスプライン曲線などの別種の関数でも良い。また、ここでの近似関数を関数１（第１近似関数）と呼称する。

関数１をｄＺ＝ｆ（ｘ、ｙ） とし、ｄＺは誤差量を表す。
図７では、誤差量曲線１０と、近似関数曲線９の両曲線を例示している。
図４（ステップ２０６） 加工プログラム３３ａは、誤差量（誤差量曲線１０）と関数１の近似関数曲線９との差があらかじめ設定したしきい値Ｔｅ以上の計測点の存在を判別する。

図４（ステップ２０７） 加工プログラム３３ａは、しきい値Ｔｅ以上の関数１の近似関数曲線９と誤差量（誤差量曲線１０）との差がある計測点を除外する。つまり、誤差量を関数に変換してその関数と誤差量を比較することにより、誤差量が急激な変化を示す点を探し、全体計測点から除外することによって、だれ部１０７の部分の計測点を除外することが出来る。

加工プログラム３３ａは、だれ部１０７の計測点群が除去された計測点群を使用して上述の（ステップ２０５）と（ステップ２０６）を繰り返す。
これにより、だれ部１０７の計測点群を全て除外することが出来る。だれ部１０７の計測点が全て除外された状態を図８に示す。図８では、だれ部１０７が除去された範囲の座標値をＸｓからＸｅとし、計測点が除去された計測点除去範囲１１として示されている。

図４（ステップ２０８） 加工プログラム３３ａは、計測点群が除去された計測点除去範囲１１の誤差量を、関数１を使用して推測する。
つまり、ｄＺ＝ｆ（Ｘｓ，ｙ）からｄＺ＝ｆ（Ｘｅ、ｙ）にて誤差量を算出する。算出ピッチは計測ピッチと同一する。

さらに、補正加工を行う為にＺ軸方向に切り込むと図１３に示すとおり、エッジ部１０２ａの近傍には、Ｘ−Ｙ平面内で加工範囲拡大部１２が発生する。加工プログラム３３ａは、この加工範囲拡大部１２の誤差量を、関数１を使用して推測する。つまり、ｄＺ＝ｆ（Ｘｄｓ，ｙ）からｄＺ＝ｆ（Ｘｄｅ、ｙ）にて誤差量を算出する。算出ピッチは計測ピッチと同一する。

図４（ステップ２０９） 加工プログラム３３ａは、除去された計測点群の誤差量の関数近似を行う。ここで、除去された計測点群の誤差量には、だれ部１０７のだれ量以外に本来の形状の誤差量が含まれていると考えられるため、推測される誤差量を差し引いて関数近似を行う。

つまり、加工プログラム３３ａは、計測点ＰがＰ（ｘ、ｙ、ｄｚ）とすると、ＰをＰ（ｘ、ｙ、ｄｚ−ｆ（ｘ、ｙ））として計測点Ｐを算出して関数近似を行うものとする。
推測される誤差量を減算する前を図１０のだれ部データａとし、減算後を図１０のだれ部データｂとする。

本実施の形態の加工プログラム３３ａではＸ軸方向で７次関数近似、Ｙ軸方向で７次関数近似を行うこととする。ここで関数近似に用いられる関数はスプライン曲線などの別関数でも良い。また、ここでの近似関数を関数２（第２近似関数）と呼称し、ｄＺ‘＝ｇ（ｘ，ｙ）とする。

さらに、補正加工により加工範囲が拡大するＸ軸方向の距離をｄｘとするとｄｘ分だけＸ軸方向に関数をシフトさせる必要がある。
つまりｄＺ’＝ｇ（（ｘ＋ｄｘ）、ｙ）の関数とする。

シフト後が図１０のだれ部データｃとなる。
図４（ステップ２１０） 加工プログラム３３ａは、加工範囲拡大部１２の誤差量を関数１と関数２を使用して推測する。図１２に示す様に加工範囲拡大部１２の範囲をＸｄｓからＸｄｅとすると、当該加工範囲拡大部１２における関数１の解と関数２の解の加算により算出を行う。

図４（ステップ２１１） 加工プログラム３３ａは、演算装置３３は全誤差量を加味して工具軌跡を再演算してＮＣプログラム３３ｂを数値制御装置３２に出力する。
その後、図４（ステップ２０２）に分岐し、数値制御装置３２による加工機構部３１の制御で加工を行った後、加工プログラム３３ａが、上述の（ステップ２０３）以降を実施する。

本実施の形態によれば、ワーク３５として、複数の光学機能面１０２が隣接して重なり合う形状の成形面を有する成形用型１０１の加工において、隣り合う光学機能面１０２の重なり合うエッジ部１０２ａにおけるだれ部１０７の発生を抑止して、理想形状に近い形状にて成形用型１０１の成形面の加工を行うことが出来る。

（実施の形態２）
本発明の他の実施の形態について、図１４および図１５を参照して説明する。
なお、装置構成は、上述の実施の形態１の場合と同様であり、加工プログラム３３ａによって実現される加工方法の作用を、本実施の形態２として図１４と図１５によって説明する。

図１４は、本実施の形態２の作用を示すフローチャートである。
図１５は、本実施の形態２によって解消されるだれ部１０７が発生すると予測される範囲を示す説明図である。

本実施の形態の作用を図１４に示すフローチャートに沿って説明する。
図１４（ステップ３０１） 演算装置３３の加工プログラム３３ａは、設計データ３３ｃからワーク３５の形状および加工工具３７の形状を入力して工具軌跡を演算し、工具軌跡に従ったＮＣプログラム３３ｂを数値制御装置３２へ転送する。

図１４（ステップ３０２） 数値制御装置３２はＮＣプログラム３３ｂに従って加工機構部３１を動作させ、ワーク３５に対して光学機能面の加工を行う。
図１４（ステップ３０３） 加工プログラム３３ａは、機上計測装置３４により光学機能面形状を計測し、計測値３４ａの解析を行う。一つの光学機能面１０２上の誤差量の分布のグラフを図５に示す。現実的には３次元形状であるが図示と説明が複雑となるため、一つの断面に着目して説明を行う。図５におけるフグラフの一つの断面の誤差量の分布を示すグラフを図６に示す。また、図６の略図を図７に示す。

図１４（ステップ３０４） 加工プログラム３３ａは、形状誤差が許容値内か否かの判別を行う。全て許容値内ならば処理を終了する。
図１４（ステップ３０５） 本実施の形態２の場合、加工プログラム３３ａは、あらかじめ、図１５に示すだれ部１０７が発生すると予測されるだれ部予想範囲１３（特定領域）を定める。

本実施の形態では、加工プログラム３３ａは、このだれ部予想範囲１３を、成形用型１０１の設計データから得られる光学機能面１０２が重なり合う稜線（エッジ部１０２ａ）から、寸法ｄだけ内側として定義を行う。加工プログラム３３ａは、計測点群から、だれ部予想範囲１３の計測点を除外する。

図１４（ステップ３０６） だれ部予想範囲１３の計測点群が除去された範囲の誤差量を、関数１を使用して推測する。つまり、ｄＺ＝ｆ（Ｘｓ，ｙ）からｄＺ＝ｆ（Ｘｅ、ｙ）にて誤差量を算出する。算出ピッチは計測ピッチと同一する。

図１４（ステップ３０７） さらに、補正加工を行う為にＺ軸方向に切り込むと図１３に示すとおり加工範囲拡大部１２が発生する。加工プログラム３３ａは、この加工範囲拡大部１２の誤差量を、関数１を使用して推測する。つまり、ｄＺ＝ｆ（Ｘｄｓ，ｙ）からｄＺ＝ｆ（Ｘｄｅ、ｙ）にて誤差量を算出する。算出ピッチは計測ピッチと同一する。

図１４（ステップ３０８） 加工プログラム３３ａは、除去された計測点群の誤差量の関数近似を行う。ここで、除去された計測点群の誤差量には、だれ量以外に本来の形状の誤差量が含まれていると考えられるため、推測される誤差量を差し引いて関数近似を行う。

つまり、加工プログラム３３ａは、計測点ＰがＰ（ｘ、ｙ、ｄｚ）とすると、ＰをＰ（ｘ、ｙ、ｄｚ−ｆ（ｘ、ｙ））として計測点Ｐを算出して関数近似を行うものとする。推測される誤差量を減算する前を図１０のだれ部データａとし、減算後を図１０のだれ部データｂとする。

本実施の形態では加工プログラム３３ａは、Ｘ軸方向を７次関数で近似し、Ｙ軸方向を７次関数で近似する操作を行うこととする。ここで関数はスプライン曲線などの別関数でも良い。また、ここでの近似関数を関数２と呼称し、ｄＺ‘＝ｇ（ｘ，ｙ）とする。さらに、補正加工により加工範囲が拡大するＸ軸方向の距離をｄｘとするとｄｘ分だけＸ軸方向に関数をシフトさせる必要がある。つまりｄＺ’＝ｇ（（ｘ＋ｄｘ）、ｙ）の関数とする。シフト後が図１０のだれ部データｃとなる。

図１４（ステップ３０９） 加工プログラム３３ａは、加工範囲拡大部１２の誤差量を関数１と関数２を使用して推測する。図１２に示す様に加工範囲拡大部１２をＸｄｓからＸｄｅとすると、加工プログラム３３ａは、当該加工範囲拡大部１２の関数１の解と関数２の解の加算により算出を行う。

図１４（ステップ３１０） 演算装置３３（加工プログラム３３ａ）は全誤差量を加味して工具軌跡を再演算してＮＣプログラム３３ｂを出力する。
その後、図１４（ステップ３０２）で、数値制御装置３２は再演算してＮＣプログラム３３ｂを用いてワーク３５を加工し、加工プログラム３３ａは、（ステップ３０４）以降を実施する。

本実施の形態２によれば、上述の実施の形態１の効果に加えて、誤差量推測のアルゴリズムを簡略化でき、処理時間を短縮することが出来る。
以上の説明から明らかなように、本発明の各実施の形態によれば、複数の凹面形状の光学機能面１０２が重なり合う形状の成形用型１０１の成形面加工において、光学機能面１０２の重なり合うエッジ部１０２ａにおける加工誤差の発生を抑止して、理想形状に近い形状に光学機能面１０２の加工を行うことが出来る。

なお、本発明は、上述の実施の形態に例示した構成に限らず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
たとえば、ワーク３５としては成形用型１０１に限らず、複数の隣り合う凹面を形成することが必要な一般のワークに広く適用できる。
（付記１）
同時に２軸以上の直動軸を制御可能で３軸以上の移動軸を持ち、加工工具とワークを相対移動させて加工を行う装置であって、複数光学機能面を有した光学素子をプレス成形する成形型の成形面を加工する加工装置において、
加工工具軌跡を数値制御する数値制御手段と、
ワークを保持する保持手段と、
前記保持手段に保持されたワークを加工する工具と、
理想形状と加工後のワークの計測結果との誤差量から補正加工量を算出する機能と、加工後のワークの計測結果から光学機能面が重なり合うふち形状の誤差量を予測し補正加工量を算出する機能と、算出した補正加工量を元に加工工具軌跡を再演算する機能とを有する演算手段と、を具備することを特徴とする加工装置。
（付記２）
付記（１）によって予測したふち形状を元に補正加工を行うことを特徴とした成形型の成形面加工方法。

本発明の一実施の形態である加工方法を実施する加工装置の構成の一例を示す概念図である。 本発明の一実施の形態である加工装置を構成する加工機構部の構成の一部を取り出して示す平面図である。 本発明の一実施の形態である加工装置に供されるワークとしての成形用金型の外観斜視図である。 本発明の一実施の形態である加工装置に供されるワークとしての成形用金型の正面図である。 本発明の一実施の形態である加工装置に供されるワークとしての成形用金型の中央部の断面図である。 本発明の一実施の形態である加工装置における加工工程の一例を示すフローチャートである。 本発明の一実施の形態である加工装置に供されるワークとしての成形用金型における一つの光学機能面の形状の計測結果を示すグラフである。 図５に示すグラフの一つの断面を示すグラフである。 図６に示すグラフを簡略化した線図である。 図７に示すグラフからだれ部のデータを除去したグラフである。 だれ部のデータに対して、推測した誤差を付加したグラフである。 だれ部のデータを示すグラフである。 補正加工範囲全体の誤差量の分布を示すグラフである。 図１１における拡大される補正加工範囲の予測誤差量部を拡大して示すグラフである。 本発明の一実施の形態である加工装置に供されるワークとしての成形用金型における光学機能面のエッジ部における加工範囲拡大部位を図示した概念図である。 本発明の他の実施の形態の作用を示すフローチャートである。 本発明の他の実施の形態によって解消されるだれ部が発生すると予測される範囲を示す説明図である。 一つの光学機能面の中心断面部分の計測を行った結果を示す線図である。 一つの光学機能面の補正加工後の計測結果を示す線図である。 凹型の複数の光学機能面の境界部における加工状態の説明図である。 光学機能面の境界部のだれの発生要因を説明する説明図である。 光学機能面の境界部のだれの発生要因を説明する説明図である。 光学機能面の境界部のだれの発生要因を説明する説明図である。

符号の説明

９ 近似関数曲線
１０ 誤差量曲線
１１ 計測点除去範囲
１２ 加工範囲拡大部
１３ だれ部予想範囲
３０ 加工装置
３１ 加工機構部
３２ 数値制御装置
３３ 演算装置
３３ａ 加工プログラム
３３ｂ ＮＣプログラム
３３ｃ 設計データ
３４ 機上計測装置
３４ａ 計測値
３５ ワーク
３６ 取り付け台座
３７ 加工工具
３８ スピンドル
５０ａ 着目部
５０ｂ 着目部
６０ａ 着目部
６０ｂ 着目部
１０１ 成形用型
１０２ 光学機能面
１０２ａ エッジ部
１０４ 理想形状
１０５ 誤差量
１０６ 誤差量
１０６ａ 不良形状
１０７ だれ部
１０８ 補正加工ライン
１０９ 通常加工ライン
１１０ 研削砥石
１１１ 接触部位
１１１ａ 接触部形状
１１１ｂ 接触部形状
Ｔｅ しきい値
ａ だれ部データ
ｂ だれ部データ
ｃ だれ部データ
ｄ 寸法

Claims (11)

1. ワークに対する工具の相対的な加工軌跡を制御して加工する加工方法であって、
   前記ワークに隣り合う複数の凹面を加工するステップと、
   前記凹面の加工形状を複数の測定点で計測するステップと、
   前記凹面の理想形状と前記測定点に基づく前記加工形状との誤差分布を示す第１近似関数を決定するステップと、
   前記第１近似関数の値から所定の閾値以上に離れた誤差量を持つ前記測定点を除外して当該第１近似関数を決定する操作を除外される前記測定点がなくなるまで反復するステップと、
   前記第１近似関数の決定操作で除外された前記測定点の範囲に対する誤差量を、前記第１近似関数を用いて推定し、得られた前記誤差量から第２近似関数を決定するステップと、
   前記第１および第２近似関数を用いて算出された誤差量と、前記理想形状および前記工具の形状とに基づいて当該誤差量を補正する前記加工軌跡を演算するステップと、
   補正された前記加工軌跡を用いて前記ワークを加工するステップと、
   を含むことを特徴とする加工方法。
2. ワークに対する工具の相対的な加工軌跡を制御して加工する加工方法であって、
   前記ワークに隣り合う複数の凹面を加工するステップと、
   前記凹面の加工形状を複数の測定点で計測するステップと、
   前記ワークにおける特定領域の前記測定点を除外して、前記凹面の理想形状と前記加工形状との誤差分布を示す第１近似関数を決定するステップと、
   除外された前記特定領域の前記測定点の誤差量を前記第１近似関数によって推定し、当該誤差量を使用して第２近似関数を決定するステップと、
   前記第１および第２近似関数を用いて算出された誤差量と、前記理想形状および前記工具の形状とに基づいて当該誤差量を補正する前記加工軌跡を演算するステップと、
   補正された前記加工軌跡を用いて前記ワークを加工するステップと、
   を含むことを特徴とする加工方法。
3. 請求項２記載の加工方法において、
   前記特定領域は、隣り合う複数の前記凹面の境界部を含むことを特徴とする加工方法。
4. 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の加工方法において、
   前記ワークは、複数の前記凹面が転写される複数の光学機能面を有する光学素子を成形する成形面を有する成形型であることを特徴とする加工方法。
5. ワークに対する工具の相対的な加工軌跡を生成する加工プログラムであって、
   前記ワークに隣り合うように加工された複数の凹面からなる加工形状の複数の測定点の測定結果を入力するステップと、
   前記凹面の理想形状と前記測定点に基づく前記加工形状との誤差分布を示す第１近似関数を決定するステップと、
   前記第１近似関数の値から所定の閾値以上に離れた誤差量を持つ前記測定点を除外して当該第１近似関数を決定する操作を除外される前記測定点がなくなるまで反復するステップと、
   前記第１近似関数の決定操作で除外された前記測定点の範囲に対する誤差量を、前記第１近似関数を用いて推定し、得られた前記誤差量から第２近似関数を決定するステップと、
   前記第１および第２近似関数を用いて算出された誤差量と、前記理想形状および前記工具の形状とに基づいて当該誤差量を補正する前記加工軌跡を演算するステップと、
   をコンピュータに実行させることを特徴とする加工プログラム。
6. ワークに対する工具の相対的な加工軌跡を生成する加工プログラムであって、
   前記ワークに隣り合うように加工された複数の凹面からなる加工形状の複数の測定点の測定結果を入力するステップと、
   前記ワークにおける特定領域の前記測定点を除外して、前記凹面の理想形状と前記加工形状との誤差分布を示す第１近似関数を決定するステップと、
   除外された前記特定領域の前記測定点の誤差量を前記第１近似関数によって推定し、当該誤差量を使用して第２近似関数を決定するステップと、
   前記第１および第２近似関数を用いて算出された誤差量と、前記理想形状および前記工具の形状とに基づいて当該誤差量を補正する前記加工軌跡を演算するステップと、
   をコンピュータに実行させることを特徴とする加工プログラム。
7. 請求項６記載の加工プログラムにおいて、
   前記特定領域は、隣り合う複数の前記凹面の境界部を含むことを特徴とする加工プログラム。
8. 請求項５から請求項７のいずれか１項に記載の加工プログラムにおいて、
   前記ワークは、複数の前記凹面が転写される複数の光学機能面を有する光学素子を成形する成形面を有する成形型であることを特徴とする加工プログラム。
9. ワークに対する工具の相対的な加工軌跡を数値制御して、前記ワークに隣り合う複数の凹面を加工する数値制御手段と、
   前記ワークの表面形状を計測する計測手段と、
   前記凹面の理想形状と加工後の前記ワークに形成された前記凹面の計測結果との誤差量から第１補正加工量を算出する機能と、加工後の前記ワークの計測結果から隣り合う前記凹面の境界部の形状の誤差量を予測し第２補正加工量を算出する機能と、算出した前記第１および第２補正加工量に基づいて前記工具の前記加工軌跡を演算する機能とを含む演算手段と、
   を具備することを特徴とする加工装置。
10. 請求項９記載の加工装置において、
    前記第１補正加工量の算出では、前記ワークの隣り合う複数の前記凹面の境界部に属する前記測定点を除外し、
    前記第２補正加工量の算出では、除外された前記測定点を用いることを特徴とする加工装置。
11. 請求項９または請求項１０記載の加工装置において、
    前記ワークは、複数の前記凹面が転写される複数の光学機能面を有する光学素子を成形する成形面を有する成形型であることを特徴とする加工装置。