JP2009187206A - 精密加工のための最適加工条件の決定を支援する装置 - Google Patents

Abstract

【課題】技術者が精密加工のための最適加工条件を決定しようとする作業において、当該作業を効果的に支援できる装置を提供すること。
【解決手段】本発明は、精密加工のための最適加工条件の決定を支援する装置であって、ワークの加工条件とＮＣデータとを記憶する加工用データ記憶部と、加工されたワークに関する測定データを記憶する測定データ記憶部と、対応する加工条件及びＮＣデータと測定データとに基づく一まとまりのデータ群を一つのノードとして、各ノード間の派生関係を記憶する派生関係記憶部と、前記派生関係に基づいて、各ノードの情報をツリー図として表示する表示部と、を備えたことを特徴とする装置である。
【選択図】図１５

Description

本発明は、精密加工のための最適加工条件の決定を支援する装置、及び、そのような装置をコンピュータ装置を用いて実現するプログラム、に関する。

精密非球面レンズやその金型などを作成する際には、通常、高精度の工作機械が用いられる。そのような工作機械は、ＣＮＣにより制御される。このため、レンズ形状等に対応したＮＣプログラムデータが用意される必要がある。

一方、多次数の数式によって定義されるような非球面レンズの場合、人手計算によってＮＣデータを作成することは事実上不可能である。そのような場合には、通常、ＮＣデータを作成するための専用のソフトウェアが利用されている。

また、精密加工の加工精度としては、サブミクロン以下が要求される。このため、一度ワークを加工した後、加工結果について精密に測定し、その測定結果を解析して設計値に対する誤差を導出し、当該誤差をＮＣデータの作成工程にフィードバックすることで、再度ＮＣデータを生成することが一般的である。このフィードバックは、要求精度が満たされるまで繰り返される。すなわち、要求精度が満たされない限り、加工条件（ＮＣデータで指定される速度等）が変更されながら、ＮＣデータ作成・加工・測定・誤差特定のサイクルが繰り返される。

前述のフィードバックは、直線的な派生関係で延々と実施されることもあり得るが、通常は更に、熟練した技術者が更なる加工条件変更を加えるという行為と組み合わされる。そして、この加工条件変更というプロセスを、どの加工条件に対して実施するかという判断も、一連の派生関係の結果から、熟練した技術者が判断することが多い。

このことを、図１６を用いて、具体的に説明する。図１６の例では、１回目の「ＮＣデータ作成・加工・測定・誤差特定」というプロセスに基づいて、２回目のＮＣデータが作成された。そのＮＣデータに基づいて、加工・測定・誤差特定がなされ、当該誤差に基づいて３回目のＮＣデータが作成された。同様に、そのＮＣデータに基づいて、加工・測定・誤差特定がなされ、当該誤差に基づいて４回目のＮＣデータが作成された。そして、そのＮＣデータに基づいて、加工・測定・誤差特定がなされた（１〜４回目は、直線的な派生関係と言える）。

ここで、熟練した技術者が、「この４回目のＮＣデータにフィードバックをかけていくことは最適な加工結果を得るための加工条件を見いだすのに効果的でない」と判断することがあり得る。そして、例えば、２回目のＮＣデータに対して加工条件変更を加えて５回目のＮＣデータを作成して、そのＮＣデータに基づいて、加工・測定・誤差特定がなされ、当該誤差に基づいて６回目のＮＣデータが作成されるということがあり得る。

従前は、このような派生関係の履歴を分かり易く管理してくれる装置が存在していなかった。従って、好適な加工条件を決定しようとする技術者は、各加工条件、各ＮＣデータ、各測定データを、印刷された用紙の態様でファイルに綴じる等の方法で管理していた。従って、技術者にとって、好適な加工条件を決定するという作業が、煩雑で面倒なものとなっていた。

また、熟練した技術者が好適な加工条件を決定する過程で組み込む「判断」についても、記録が残らず、そのような高度な「判断」を後進の技術者に伝達することが困難となっていた。

本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、技術者が精密加工のための最適加工条件を決定しようとする作業において、当該作業を効果的に支援できる装置、及び、そのような装置をコンピュータ装置を用いて実現するプログラム、を提供することを目的とする。

本発明は、精密加工のための最適加工条件の決定を支援する装置であって、ワークの加工条件とＮＣデータとを記憶する加工用データ記憶部と、加工されたワークに関する測定データを記憶する測定データ記憶部と、対応する加工条件及びＮＣデータと測定データとに基づく一まとまりのデータ群を一つのノードとして、各ノード間の派生関係を記憶する派生関係記憶部と、前記派生関係に基づいて、各ノードの情報をツリー図として表示する表示部と、を備えたことを特徴とする装置である。

本発明によれば、技術者は、ツリー図表示を参照することによって「ノード」間の派生関係の履歴を容易に確認することができるため、好適な加工条件を決定するという作業を従前よりも顕著に容易に実施することができる。

好ましくは、加工条件の変更履歴が、ツリー図内に合わせて表示されるようになっている。

また、好ましくは、測定データの良否を評価する評価部を更に備え、当該評価部による測定データの良否の評価結果が、ツリー図内に合わせて表示されるようになっている。

また、好ましくは、測定データの良否を評価する評価部において、良否の判別基準が変更可能である。

例えば、精密加工は、精密非球面形状加工である。

前記装置または前記装置の各要素手段は、コンピュータシステムによって実現され得る。コンピュータシステムに前記装置または前記装置の各手段を実現させるためのプログラム及び当該プログラムを記録したコンピュータ読取り可能な記録媒体も、本件の保護対象である。

図１は、技術者が精密加工のための最適加工条件を決定しようとする作業において用いられるシステムの全容を示す図である。図１のシステムを用いることで、精密非球面加工のための最適加工条件が決定される。

本発明は、このように精密非球面加工の最適加工条件を決定する際に極めて有効であるが、少なくとも本件出願の時点においては、他の精密加工に適用することも、本発明の範囲内のことである。

図１に示すように、ノートパソコン１には、ＮＣデータ生成ソフトが予めインストールされている。技術者は、このノートパソコン１を用いてレンズ形状及び加工条件を特定（入力）することによって、ＮＣデータを生成することができる。生成されたＮＣデータは、ＮＣデータファイルとして、ＮＣ加工装置２のＮＣユニット２ａに伝送される。伝送の態様は、ここでは限定されない。すなわち、自動で行われてもよいし、記録媒体を用いて人手を介して行われてもよい、
ＮＣ加工装置２は、ＮＣユニット２ａに伝送されたＮＣデータに基づいて、加工機２ｂにおいてワークを加工する。

加工されたワークは、自動ワーク搬送装置によって、あるいは、作業補助者の人手を介して、測定機３の測定ステージに移動される。

測定機３は、例えばプローブによってワークの加工結果についての測定データを取得し、測定データファイルとして出力する。

そして、この測定データファイルが、ノートパソコン１に伝送されて、誤差特定がなされ、再度のＮＣデータ生成に利用される（フィードバック）。この測定データファイルの伝送についても、自動で行われてもよいし、記録媒体を用いて人手を介して行われてもよい。

まず、フィードバック処理（誤差特定とＮＣデータ再生成）について詳細に説明をする。

誤差を特定する際には、まず、マッチング処理などによって測定データのうちレンズ中心がどこであるか決定して、更に測定データの傾きを修正する「センタリング」と呼ばれる作業が行われる（図２の（１））。

そして、「センタリング」がなされた測定データから、設計値に対応したレンズ形状を減じることで、誤差が特定される（図２の（２））。この誤差は、設計形状に対する削り残しである。従って、この分を余計に削るように、ＮＣデータに反映（フィードバック）すれば良い。

なお、測定データは、レンズの端から端まで存在するが、ワークを回転させて加工する場合には、ＮＣデータはレンズの端から中央までしか存在しない（回転加工であれば、理論上は、レンズ中心軸での軸対称形状であるから）。そこで、中心軸の左右について、どちらかの誤差のみを採用するか、もしくは、両誤差の平均を採用する（図２の（３））。その他、測定時のノイズの影響で生じた微細な凹凸等は、移動平均処理などで平滑化されることが好ましい（図２の（４））。

そして、図３に示すように、前回加工時のＮＣデータが対応するレンズ設計形状から前記誤差量（フィードバック量）を減じたものを新たなレンズ設計形状として採用することで、それに対応するＮＣデータ（次回加工形状）が再生成される。もっとも、図３は、初回のフィードバックを示したもので、次回のフィードバック以降は、図４のように、前回加工形状から誤差量（フィードバック量）を減じたものに基づいて、次回加工形状が生成される。この次回加工形状は、レンズ設計形状から累積誤差量を減じたものとして理解することもできる。

以上のようなフィードバックは、直線的な派生関係で延々と実施されることもあり得るが、通常は更に、熟練した技術者が更なる加工条件変更を加えるという行為と組み合わされる。加工条件とは、例えば、工具径、ワーク回転速度、切込量、送り速度（加工経路）等である。そして、この加工条件変更というプロセスを、どの加工条件に対して実施するかという判断も、一連の派生関係の結果から、熟練した技術者が判断することが多い。

このことを、図５を用いて、具体的に説明する。図５の例では、１回目の「ＮＣデータ作成・加工・測定・誤差特定」というプロセスに基づいて、２回目のＮＣデータが作成された。そのＮＣデータに基づいて、加工・測定・誤差特定がなされ、当該誤差に基づいて３回目のＮＣデータが作成された。同様に、そのＮＣデータに基づいて、加工・測定・誤差特定がなされ、当該誤差に基づいて４回目のＮＣデータが作成された。そして、そのＮＣデータに基づいて、加工・測定・誤差特定がなされた（１〜４回目は、直線的な派生関係と言える）。

ここで、熟練した技術者が、「この４回目のＮＣデータにフィードバックをかけていくことは最適な加工結果を得るための加工条件を見いだすのに効果的でない」と判断することがあり得る。そして、例えば、２回目のＮＣデータに対して加工条件変更を加えて５回目のＮＣデータを作成して、そのＮＣデータに基づいて、加工・測定・誤差特定がなされ、当該誤差に基づいて６回目のＮＣデータが作成されるということがあり得る。

従前は、このような派生関係の履歴を分かり易く管理してくれる装置が存在していなかった。従って、好適な加工条件を決定しようとする技術者は、各加工条件、各ＮＣデータ、各測定データを、印刷された用紙の態様でファイルに綴じる等の方法で管理していた。従って、技術者にとって、好適な加工条件を決定するという作業が、煩雑で面倒なものとなっていた。

本発明は、まさにこの点について、技術者を極めて効果的に支援することを目的としている。そして、本実施の形態では、ノートパソコン１に、そのような技術者支援プログラムがインストールされている。

具体的には、このプログラムによって、ノートパソコン１の画面において、派生関係がツリー図（樹形図）として表示されるようになっている。例えば、図６に示すように、各ＮＣデータが対応する各種データ（図６の例では、レンズ形状、加工条件、累積フィードバック量、等）の表示部を「ノード」として、派生関係を示す枝線が、対応する「ノード」間を接続するように表示される。新しい「ノード」とそれを派生元の「ノード」に接続する枝線とが、フィードバックによって新たにＮＣデータが生成される度に、あるいは、加工条件が技術者によって変更される度に、増えて表示される。（フィードバックと加工条件の変更とは同時になされてもよい。その場合、新しく表示される「ノード」は、一つにまとめられる方が好ましいが、二つであってもよい。）
このようなツリー図の表示は、「ノード」間の派生関係を何らかの態様で記録しておけば、情報処理分野の一般的な技術によって容易に実現可能である。

以上のようなツリー図表示を提供することにより、技術者は、これを参照して、「ノード」間の派生関係の履歴を容易に確認することができ、好適な加工条件を決定するという作業を従前よりも顕著に容易に実施することができる。また、技術者が行う加工条件変更の履歴（軌跡）を、後で第三者が容易に把握することが可能である。

ツリー図の表示態様は、特に限定されないで、図７（派生関係が分かり易い）及び図８（ファイル名等の表示を長くすることができる）に示すような態様も採用され得る。

さらに、本実施の形態の技術者支援プログラムは、以下の優れた機能を用意している。これら機能を、図８のようなツリー図が採用された場合について説明する。

前述の通り、加工条件データは、各「ノード」として表示されるデータ群に含まれており、それに基づいて、当該「ノード」として表示されたＮＣデータが対応する加工条件を知ることができる。

しかし、加工条件データは、項目数（表示スペース）も小さくないため、各ノードの間で何の条件が変更されたのか後で見つけることが、案外に面倒である。

そこで、ＮＣデータを出力する際に、派生前の回（ノード）に対して、どの加工条件が変更されたかをチェックし、変更項目と変更値のみを切り出して記録しておく。そして、この情報が、必要に応じて、ツリー図（派生関係図）上に表示できるようになっている。

図９は、ファイル１（ノード）から派生したファイル２が、ＮＣデータを出力するまでに、加工速度と切削深さとが変更された場合について示している。図９の場合、「履歴」という項目の下に、これら情報が表示されている。例えば、「履歴」という表示だけしておいて、当該「履歴」がクリックされた場合にのみ、該当する情報を表示することが好ましい。

図９の例では、加工条件の変更情報以外にも、「ＮＣデータ出力」を表示している。このほかにも、「測定データ読込」などの出来事（イベント）を時系列で列挙表示できる（図１０参照）と、各回の詳細が分かり易い。これらの情報の表示機能についても、オンデマンド対応になっている（表示の必要がある場合にのみ表示されるようになっている）ことが好ましい。

更に、図１０に示すように、測定結果に関する数値が表示されても良い。図１０では、「Ｐ−Ｖ」と「ＲＭＳ」とが表示されている。同時に、図１０では、「測定ファイル読込」も表示しているが、ファイル名を記録しておいて合わせて表示することにより、当該測定データを再現することが容易となる。

その他、測定結果のグラフや、フィードバック量のグラフについても、必要に応じて呼び出して表示できるとよい（例えば、図１１参照）。また、これらグラフを重ね書きする機能が設けられているとなおよい（例えば、図１２参照）。

登録（記憶）されるグラフは、ビットマップやＪＰＥＧなどの画像ファイルとして保存する方式や、座標値を書き込んだファイルとして保存する方式などが考えられる。どちらの採用も可能である。例えば、ツリー図表示のための「専用記録ファイル」（図１４参照）に、座標値ファイルのパスを書き込んでおいて、グラフを表示する段階になったら、このパスに従ってファイルを読み込み、座標データに沿ってグラフを再構築・表示することが可能である。図１１のように、履歴にもファイル名を表示しておくことが好ましい（ユーザが、一般の表計算ソフトなどで座標値ファイルを読み込み利用する時に便利である）。

ここで、測定結果のグラフについては、その登録（記録）の自動化が難しいことを付言したい。なぜなら、測定結果を評価するためには、前述の通り、センタリング（中心位置決定と傾き修正）やノイズ除去が必要であるが、これら処理の際には人の判断を介在させた方が精度が高いからである。すなわち、これら処理の成功／失敗を人が判断して、成功と判断した場合には結果を登録するが、失敗と判断した場合には当該処理、あるいは、測定自体をやり直すことが好ましい。

これに対して、フィードバック量のグラフの登録（記録）については、自動化の際に生じる問題がないため、自動化することが好ましい。

データの登録（記録）のタイミングについて一例をまとめると、図１３のようになる。また、各データをツリー図表示のために記録する専用記録ファイルの形態の一例を、図１４に示すが、これは単なる一例である。

さらに、前記実施の形態の改良版として、測定結果の評価内容をツリー図内に合わせて表示することが好ましい。例えば、測定結果のうちの「Ｐ−Ｖ」と「ＲＭＳ」についての評価結果を、ツリー図内に合わせて表示することが好ましい。このような例を図１５に示す。

図１５の例では、各数値の順位（良好な順序）が丸数字で表示されている。また、各数値について、技術者が指定した閾値よりも良好な場合、星マークが付されている。さらに、最良値に対する達成度が背景カラーバーとして表示されている。具体的には、

というようにカラー色で背景を塗りつぶす割合が決定された背景カラーバー表示が、数値に重ねてなされている。

なお、上式で平方根が使われているのは、視認性の向上のためであり、特別な意味はない。例えば、最良値を０．０５μｍとした場合、１．５μｍと２．５μｍという結果は、１８％と１４％となって、見やすいという効果がある。

また、閾値及び／または最良値については、技術者の入力によって変更可能であることが好ましい。

このように、ツリー図内に測定結果の評価に関する表示を組み合わせることによって、技術者が精密加工のための最適加工条件を決定しようとする作業を、極めて効果的に支援することができる。

なお、精密加工のための最適加工条件の決定を支援する装置として、前記実施の形態ではノートパソコン１（コンピュータシステム）が用いられているが、コンピュータシステムにおいて当該装置を実現させるためのプログラム及び当該プログラムを記録したコンピュータ読取り可能な記録媒体も、本件の保護対象である。

さらに、前記装置が、ノートパソコン１（コンピュータシステム）上で動作するＯＳ等のプログラム（第２のプログラム）によって実現される場合、当該ＯＳ等のプログラム（第２のプログラム）を制御する各種命令を含むプログラム及び当該プログラムを記録した記録媒体も、本件の保護対象である。

精密非球面加工のための最適加工条件を決定しようとする作業において用いられるシステムの全容を示す図。 誤差特定に関するフローを説明する図である。 初回のフィードバックを説明する図である。 ２回目以降のフィードバックを説明する図である。 派生関係について説明する図。 ツリー図の一例を示す図。 ツリー図の他の例を示す図。 ツリー図のさらに他の例を示す図。 加工条件の変更履歴の表示例を示す図。 測定結果数値の表示例を示す図。 各種グラフの表示例を示す図。 各種グラフの重ね書き機能を示す図。 データの登録（記録）のタイミングの一例を示す図。 専用記録ファイルの一例を示す図。 測定結果の評価内容をツリー図内に合わせて表示する場合の一例を示す図。 派生関係について説明する図。

符号の説明

１ ノートパソコン（精密加工のための最適加工条件の決定を支援する装置）
２ ＮＣ加工装置
３ 測定機

Claims (7)

1. 精密加工のための最適加工条件の決定を支援する装置であって、
   ワークの加工条件とＮＣデータとを記憶する加工用データ記憶部と、
   加工されたワークに関する測定データを記憶する測定データ記憶部と、
   対応する加工条件及びＮＣデータと測定データとに基づく一まとまりのデータ群を一つのノードとして、各ノード間の派生関係を記憶する派生関係記憶部と、
   前記派生関係に基づいて、各ノードの情報をツリー図として表示する表示部と、
   を備えたことを特徴とする装置。
2. 加工条件の変更履歴が、ツリー図内に合わせて表示されるようになっている
   ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 測定データの良否を評価する評価部を更に備え、
   当該評価部による測定データの良否の評価結果が、ツリー図内に合わせて表示されるようになっている
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の装置。
4. 測定データの良否を評価する評価部において、良否の判別基準が変更可能である
   ことを特徴とする請求項３に記載の装置。
5. 精密加工は、精密非球面形状加工である
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の装置。
6. 少なくとも１台のコンピュータを含むコンピュータシステムによって実行されて、当該コンピュータシステムに請求項１乃至５のいずれかに記載された装置を実現させるプログラム。
7. 少なくとも１台のコンピュータを含むコンピュータシステム上で動作する第２のプログラムを制御する命令が含まれており、
   前記コンピュータシステムによって実行されて、前記第２のプログラムを制御して、前記コンピュータシステムに請求項１乃至５のいずれかに記載の装置を実現させるプログラム。

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