JP2009262241A - 位置合わせ方法および位置合わせ支援装置ならびに位置合わせ支援プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】使い捨てのワークを必要とすることなく、短時間で高精度に工具軸およびワーク軸の位置合わせを行う。
【解決手段】ワークスピンドル２５によって回転されるワーク取付台２４に位置合わせ治具２１を配置し、この位置合わせ治具２１に固定された圧力センサ２２に工具軸スピンドル１２に支持された研磨工具１３を当接させ、位置合わせ治具２１を回転させたときの研磨工具１３による軌跡円をディスプレイ５２に表示させ、軌跡円が最小となるように研磨工具１３の位置をＸ軸マイクロメータヘッド７およびＹ軸マイクロメータヘッド８で調整することで、工具軸スピンドル１２とワークスピンドル２５の中心を一致させる位置合わせを行う。
【選択図】 図１

Description

本発明は、位置合わせ技術に関し、たとえば、加工装置におけるワーク軸と工具軸の位置合わせ等に適用して有効な技術に関する。

工具をワークに当接させて様々な加工を行う加工装置では、ワークが載置されるワーク軸と、工具を支持する工具軸の各々の中心を正確に認識してワーク軸および工具軸の相対的な位置制御を行うことが、高い加工精度を実現する上で必須となる。

このため、加工に先立って、ワーク軸および工具軸の中心を一致させる位置合わせ作業を行い、この位置を基準として両軸の位置制御を行うことが考えられる。
このような工具軸の位置合わせ方法として、たとえば特許文献１には、加工対象物の中心決定方法が開示されている。

この従来の工具軸の位置合わせ方法について、図１０、図１１、図１２により説明する。
図１０は、従来技術における研磨装置を示した図であり、図１１、図１２は、工具軸の位置合わせを行う方法を示した図である。以下にその構成について説明する。

図１０より、従来例における研磨装置は水平な架台１０１上に置かれてＸ方向に移動可能な第一基台１０２と、この第一基台１０２上に載せられ、Ｙ方向に移動可能な第二基台１０３と、この第二基台１０３上に置かれ、Ｚ方向に移動可能な第三基台１０４と、この第三基台１０４に設けられた支持部材１０５と、この支持部材１０５に設けられた工具保持部材１０６と、この工具保持部材１０６に設けられた研磨工具１０７とを主要部に備える。

第一基台１０２、第二基台１０３および第三基台１０４は、図示省略のモータによりそれぞれ駆動されて移動する。また、各基台はＮＣ制御装置により移動速度および移動距離などが制御されている。

支持部材１０５は一端部が第三基台１０４に固定されている。支持部材１０５の他片の下端部には筒部が形成されており、略円筒形状の工具保持部材１０６が固定保持されている。

工具保持部材１０６の内部には振動子が内蔵されている。そして、工具保持部材１０６には、略棒状のホーン１０８が同軸上に差し込まれている。
研磨工具１０７は細長い丸棒状とされ、ホーン１０８の先端部に形成された貫通穴に差し込まれてホーン１０８に着脱可能に保持されている。研磨工具１０７の下端部は円錐形状の研磨部が一体に設けられている。この研磨部の下端部は丸みを帯びた形状に形成されている。

研磨される金型１２１は架台１０１に設けられた取付台１２２に取り付けられ、回転可能になっている。本実施の形態の取付台１２２はチャック構造とされ、金型１２１は三つのツメ１２３により固定される。この取付台１２２も、前記ＮＣ制御機器により、その回転速度などが制御される。

このような構造の従来の研磨装置により、金型１２１の回転軸中心に工具軸中心を合わせる方法について図１０、図１１、図１２を参照して説明する。
図１１より、まず金型１２１の上面において、任意の仮中心Ａを決め、研磨工具１０７を仮中心Ａに移動させる。なお、この時点では仮中心Ａの座標は明らかでない。

次に、研磨工具１０７を仮中心Ａからｘ方向へ所定距離ａずらした点Ｂに移動させる。
そして、研磨工具１０７を金型１２１に当接させ、金型１２１を回転させ金型１２１上面に第一円Ｃ１を加工する。

第一円Ｃ１を加工した後、研磨工具１０７を一旦、仮中心Ａに戻す。次に、研磨工具１０７を仮中心Ａからｙ方向へ所定距離ｂずらした点Ｃに移動させる。そして、先ほど同様に、金型１２１を回転させて金型１２１面上に第二円Ｃ２を加工する。

続いて、第一円Ｃ１および第二円Ｃ２の各半径Ｘ、Ｙを求める。本実施の形態では、顕微鏡により測定を行なう。
測定により求められた半径Ｘ、Ｙと上記ａ、ｂを下記の式１と式２に代入して、連立方程式を解くと仮中心Ａの座標（x₁，y₁）が求まり、これが求める補正量となる。

つまり、この補正量（x₁，y₁）分だけ研磨工具１０７を仮中心Ａから移動させれば、真の中心Ｏに研磨工具の研磨部を配置することができる。

中心位置の調整後、研磨工具１０７が金型１２１の中心に位置しているか否かを最終的に確認するため、図１２に示すように調整後の位置において円を描いてみればよい。

具体的には調整後の中心位置から、ｘ軸方向に沿って研磨工具１０７を左右に移動させ、金型１２１の表面に線Ｌ１、Ｌ２を加工する。次に、調整後の中心位置からｙ軸方向に沿って研磨工具１０７を上下に移動させ金型１２１表面にＬ３、Ｌ４を加工する。

そして、第一円Ｃ１を加工した場合と同様に、研磨工具１０７を調整後の中心位置に固定した状態で、金型１２１を回転させて金型１２１の表面に第三円Ｃ３を加工する。
この時、第三円Ｃ３の中心が真の中心であり、第三円Ｃ３は研磨工具１０７の位置とずれた分だけ偏って描かれる。これを見ることで、調整後の中心位置が、真の中心とどれだけずれているかが把握できる。

しかし、上述の従来における工具軸の位置合わせ方法では、ワーク軸を仮の中心位置からＸ方向にずらし第一円を研磨により描く工程、ワーク軸を仮の中心位置に一度戻してからＹ方向にずらし第二円を研磨により描く工程、研磨加工した２つの円の半径を顕微鏡により測定する工程、測定結果を元に、仮の中心位置からのズレ量を算出する工程、算出結果より工具軸を中心位置に合わせる工程、工具軸が中心位置になっているか確認する工程、のように多くの工程を要するため、位置合わせを行うのに時間がかかるといった技術的課題がある。

また、第一円、第二円は研磨により加工を行なうが、研磨工具の先端加工部は幅があるため、加工された円の輪郭線には加工幅が生じる。この輪郭線を顕微鏡により測定するとき、輪郭線の境界部の判断が難しい。そのため、測定誤差により正確な半径が求められず、中心位置を高精度に合わせるのが難しいといった技術的課題もある。

さらに、位置合わせの際に行われる第一円および第二円を描く加工は、研磨によって行なわれるため、一度加工した金型は再利用できずに使い捨てとなり、位置合わせを行うたびに新しい金型が必要になるといった技術的課題もある。
特開２００７−２７６１０３号公報

本発明の目的は、使い捨てのワークを必要とすることなく、短時間で高精度に工具軸およびワーク軸の位置合わせを行うことが可能な位置合わせ技術を提供することにある。

本発明の第１の観点は、工具軸の中心とワーク軸の中心を一致させる位置合わせ方法であって、
前記工具軸に装着された工具が当接される圧力センサを前記ワーク軸上に配置する工程と、
前記圧力センサからの出力に基づいて前記工具軸の位置を表示する工程と、
を含む位置合わせ方法を提供する。

本発明の第２の観点は、工具軸の中心とワーク軸の中心を一致させる位置合わせ作業を支援する位置合わせ支援装置であって、
前記ワーク軸上に配置され、前記工具軸に装着された工具が当接される圧力センサと、
前記圧力センサからの出力に基づいて前記工具軸の位置が可視化して表示されるディスプレイと、
を含む位置合わせ支援装置を提供する。

本発明の第３の観点は、工具軸の中心とワーク軸の中心を一致させる位置合わせ作業を支援する位置合わせ支援プログラムであって、
前記ワーク軸上に配置され、前記工具軸に装着された工具が当接される圧力センサから前記工具の当接位置を入力するステップと、
前記当接位置に基づいて、前記工具軸の位置をディスプレイに可視化して表示するステップと、
をコンピュータに実行させること特徴とする位置合わせ支援プログラムを提供する。

本発明によれば、使い捨てのワークを必要とすることなく、短時間で高精度に工具軸およびワーク軸の位置合わせを行うことが可能な位置合わせ技術を提供することができる。

本実施の形態では、一態様として、ワーク軸上に圧力センサを取り付け、工具軸に荷重を負荷し、工具をワーク軸上の圧力センサに当接させ、圧力センサにより検出される工具の位置をディスプレイに表示してモニタし、工具軸中心とワーク軸中心を合わせる方法を提供する。

この場合、圧力センサにより、工具位置をリアルタイムにモニタできるので、簡単に、短時間で、高精度に工具軸をワーク軸中心位置に合わせることができる。
また、実際のワークの加工を必要としないので、使い捨てのワーク等も発生しない。

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位置合わせ方法および位置合わせ支援装置ならびに位置合わせ支援プログラムが適用される研磨装置の構成の一例を示す側面図であり、図２は、本発明の一実施の形態である位置合わせ支援装置の構成例を示す概念図である。

図３は、本発明の一実施の形態である位置合わせ方法、位置合わせ支援装置、位置合わせ支援プログラムの作用の一例を示す概念図、図４および図５は、本実施の形態の位置合わせ方法および位置合わせ支援プログラムの作用の一例を示すフローチャートである。

図１に例示されるように、本実施の形態の研磨装置Ｍは、基台１上に配設されＸ方向に移動可能なＸ軸ステージ２と、Ｘ軸ステージ２上に配設されＹ向に移動可能なＹ軸ステージ３と、Ｙ軸ステージ３上に配設された架台４と、架台４に固定されＺ向に移動可能なＺ軸ステージ５と、Ｚ軸ステージ５に固定されたエアシリンダ６と、エアシリンダ６に固定された工具軸部１０を備えている。

研磨装置ＭのＸ軸ステージ２、Ｙ軸ステージ３、Ｚ軸ステージ５は、それぞれＸ軸マイクロメータヘッド７、Ｙ軸マイクロメータヘッド８、Ｚ軸マイクロメータヘッド９によりステージ位置を移動することができ、Ｘ軸ステージ２、Ｙ軸ステージ３の移動により工具軸をＸ、Ｙ方向に、Ｚ軸ステージ５により工具軸を高さ方向に調整することができる。

エアシリンダ６は、図示省略のエア圧制御装置と連動していて、ワークの加工中、指示した一定の加工圧に保つことができる。
工具軸部１０は、エアシリンダ６に固定された工具軸モータ１１と、工具軸モータ１１に連動して回転する工具軸スピンドル１２と、工具軸スピンドル１２先端の把持機構により着脱自在に保持されている研磨工具１３からなる。研磨工具１３は丸棒形状であり、先端部を精密切削加工により曲率半径Ｒの丸め形状に加工されている。本実施の形態では、一例として、研磨工具１３の先端は、Ｒ＝０．１５mmに加工されている。

一方、本実施の形態の研磨装置Ｍにおいては、工具軸スピンドル１２の位置をワークスピンドル２５に合わせる作業を支援する位置合わせ支援装置Ｍ１が設けられている。
この位置合わせ支援装置Ｍ１は、図１および図３に例示されるように、位置合わせ治具２１、圧力センサ２２、情報処理装置５０を備えている。

圧力センサ２２は、センサドライバ４０、接続ケーブル４１を介して情報処理装置５０のコンピュータ部５１に接続されている。
センサドライバ４０は、圧力センサ２２の動作を制御し、圧力センサ２２で検出されたセンサ検出情報４１ａを、接続ケーブル４１を介してコンピュータ部５１に入力する。

このセンサドライバ４０は、ハードウェアやファームウェアとして圧力センサ２２に一体に組み込まれていてもよいし、ソフトウェアやファームウェアとしてコンピュータ部５１に実装されていてもよい。

コンピュータ部５１は、たとえばパーソナルコンピュータの本体からなり、支援プログラム５３を実行することで、研磨工具１３の圧力センサ２２に対する当接位置をディスプレイ５２に表示する等の制御動作を行う。

ディスプレイ５２は、コンピュータ部５１から出力される画像等の情報を可視化して、研磨装置Ｍの操作者に提示する。
なお、本実施の形態では、研磨装置Ｍに対して位置合わせ支援装置Ｍ１を装着して使用する例を示すが、研磨装置Ｍが、位置合わせ支援装置Ｍ１を一体的に備えた構成でもよい。

位置合わせ支援装置Ｍ１の位置合わせ治具２１はワークテーブル２６上のワーク取付台２４に載せられており、固定ネジ２３により固定されている。
ワーク取付台２４は、ワークスピンドル２５と連動していて、ワークスピンドル２５と連動する図示省略したモータによって回転可能となっている。また、このモータの回転数は研磨装置Ｍの全体を制御する図示しないＮＣ制御機器により制御されている。

位置合わせ治具２１の上表面部には圧力センサ２２が固定されている。この圧力センサ２２は、たとえばフィルム状シートでできており、加わる圧力に応じて電気抵抗値が変化する薄膜で形成されている。そして、薄膜の上下には行電極と列電極が一定の間隔でマトリクス状に配置されており、これらの交点が個別の圧力検出点であるセンサセル２２ａを構成している。

この圧力センサ２２に、荷重を負荷した研磨工具１３を当接させ、圧力が加えられるとセンサセル２２ａの電気抵抗値が変化し、このセンサセル２２ａごとの電気抵抗値を読み取ることで、圧力の加わっている研磨工具１３の当接位置（座標情報）を検出することができる。

この検出した圧力をデータに変化する際には、たとえば、センサドライバ４０がセンサセル２２ａの電気抵抗値をデジタル変換して、座標情報とともにセンサ検出情報４１ａとして、コンピュータ部５１に読み込ませ、支援プログラム５３によりデジタル値を圧力情報に変換して、ディスプレイ５２の画面上に２次元表示させる。

また、圧力センサ２２におけるセンサセル２２ａの各電極は高度なサンプリングで電気抵抗値の変化を読み取るため、圧力変化をリアルタイムに確認することが可能となっている。

ワークテーブル２６は、図示省略したサーボモータにより、Ｘ軸、Ｚ軸方向に移動可能である。また、図示省略した別のモータによりＢ軸方向に揺動可能となっている。
上述の構成の実施の形態１の研磨装置Ｍにおいて、工具軸（工具軸スピンドル１２）をワーク軸（ワークスピンドル２５）の中心に合わせる方法について説明する。

図１に例示されるように、圧力センサ２２が固定された位置合わせ治具２１をワーク取付台２４の上にのせ、固定ネジ２３で固定する。
次に、研磨工具１３を工具軸スピンドル１２の先端に取り付ける。その際、研磨工具１３を回転させた時の工具軸の振れが無いことをピックテスターで確認する。

ワークテーブル２６をサーボモータによりワーク加工時の原点位置に移動させる。また、工具軸部１０を仮の中心位置に合わせるため、Ｘ軸ステージ２、Ｙ軸ステージ３をＸ軸マイクロメータヘッド７、Ｙ軸マイクロメータヘッド８により概略ワーク軸中心付近に移動させる。

続いて、研磨工具１３に荷重を負荷し、研磨工具１３の先端部を圧力センサ２２上に当接させ、研磨工具１３の位置をディスプレイ５２でモニタできるか確認する。確認できたら工具軸スピンドル１２を回転させた状態で、ワークスピンドル２５を１〜２回転させる。

図３に研磨工具１３を圧力センサ２２に当接させ、位置合わせ治具２１を回転させたときにディスプレイ５２に表示される研磨工具１３の圧力分布を表示する表示画面例を示す。

なお、後述の表示画面Ｇ１から表示画面Ｇ３では、研磨工具１３の疑似画像も同時に表示して、研磨工具１３の先端の軌跡表示である分かりやすくしている。
研磨工具１３（工具軸）の中心とワーク軸の中心が大きくずれている場合は、図３の表示画面Ｇ１に示すようなリング状の圧力分布（軌跡円１３ａ）となる。

これをＸ軸ステージ２、Ｙ軸ステージ３をＸ軸マイクロメータヘッド７、Ｙ軸マイクロメータヘッド８により研磨工具１３をワーク軸の回転中心付近に近づけると図３の表示画面Ｇ２に示す円形状の圧力分布（軌跡円１３ｂ）へと変化する。更に、研磨工具１３をワーク軸の回転中心に近づけていくと軌跡円は小さくなり、工具軸とワーク軸中心が完全に一致すると図３の表示画面Ｇ３に示すように最小の軌跡円１３ｃとなる。

このように、ディスプレイ５２を見ながらＸ軸マイクロメータヘッド７、Ｙ軸マイクロメータヘッド８により研磨工具１３を移動し、圧力分布の軌跡円が最小となる位置を見つけ、この位置をワークの回転中心と一致する工具位置とする。

図４のフローチャートは、上述の表示画面Ｇ１〜表示画面Ｇ３をディスプレイ５２に表示する支援プログラム５３の動作例を示している。
すなわち、支援プログラム５３は、コンピュータ部５１に対するキー入力等による表示開始支持を検出すると（ステップ２０１）、ディスプレイ５２の表示状態を初期化し（ステップ２０２）、さらに、センサドライバ４０を初期化した後（ステップ２０３）、ディスプレイ５２に圧力センサ２２の輪郭やｘ軸，ｙ軸の座標軸を描画する（ステップ２０４）。これは、研磨工具１３の位置表示を分かりやすくするためである。

そして、センサドライバ４０からの、圧力センサ２２における圧力変化の検出（研磨工具１３の当接または当接状態での移動の検出）を待つ（ステップ２０５）。
センサドライバ４０から圧力変化の検出が通知されると、支援プログラム５３は、センサドライバ４０を介して圧力センサ２２から、圧力値ｐと、その発生位置の座標ｘ，ｙ等のセンサ検出情報４１ａを入力し（ステップ２０６）、ディスプレイ５２の表示画面における対応する画素に表示する（ステップ２０７）。

このステップ２０５、ステップ２０６、ステップ２０７の操作を、圧力センサ２２上における研磨工具１３の移動中に反復することで、ディスプレイ５２には、上述の、表示画面Ｇ１、表示画面Ｇ２、表示画面Ｇ３のような画像が表示される。

上述の図４のフローチャートでは、支援プログラム５３が圧力センサ２２からの入力によってディスプレイ５２に研磨工具１３の位置を軌跡円１３ａ等の画像で表示し、研磨工具１３の移動動作は操作者が手動で行う工具軸とワーク軸の位置合わせを支援する例を説明したが、以下のように、支援プログラム５３により、研磨工具１３の移動操作を含めた自動化も可能である。

以下、図５のフローチャートを参照して、支援プログラム５３が、工具軸とワーク軸の位置合わせを行う例を説明する。
この場合、情報処理装置５０から、研磨装置ＭのＮＣ装置等を介してＸ軸マイクロメータヘッド７、Ｙ軸マイクロメータヘッド８、Ｚ軸マイクロメータヘッド９等の遠隔制御を可能にしておく。

また、作業者は、研磨工具１３を、予め、圧力センサ２２の適当な位置に接触状態にしておく。
この状態で、支援プログラム５３は、コンピュータ部５１に対するキー入力等によって、自動位置合わせ操作の開始指示を受けると（ステップ３０１）、センサドライバ４０を初期化し（ステップ３０２）、さらにディスプレイ５２の表示状態を初期化する（ステップ３０３）。

次に、表示画面を見やすくするために圧力センサ２２の輪郭やｘ軸、ｙ軸の座標軸を表示する（ステップ３０４）。
その後、支援プログラム５３は、研磨装置ＭのＮＣ装置に対して、ワークスピンドル２５の１回転を指示する（ステップ３０５）。

そして、研磨工具１３の移動によるセンサドライバ４０からの圧変化の受信を待ち（ステップ３０６）、圧力変化の通知を受信すると、センサドライバ４０を介して圧力センサ２２からセンサ検出情報４１ａを入力し（ステップ３０７）、センサ検出情報４１ａに基づいて、研磨工具１３の圧力センサ２２に対する接触点をディスプレイ５２に表示するとともに、履歴情報として記憶しておく（ステップ３０８）。

このステップ３０６からステップ３０８の操作をワークスピンドル２５の１回転の完了まで反復する（ステップ３０９）。
次に、研磨工具１３の軌跡円１３ａを上述のセンサ検出情報４１ａの履歴から検出し、軌跡円１３ａの面積や直径等のサイズＳを演算する（ステップ３１０）。

そして、このサイズＳと、軌跡円１３ａのサイズの最小値として予め設定されている閾値Ｓ０とを比較し、サイズＳが閾値Ｓ０以下か否かを判別する（ステップ３１１）。
そして、支援プログラム５３は、Ｓ＞Ｓ０の場合には、研磨工具１３（工具軸スピンドル１２の中心）のワーク軸に対する位置ずれが大きく位置合わせが未完と判断して、研磨工具１３の位置を、検出された軌跡円１３ａの内側に移動するように、Ｘ軸マイクロメータヘッド７、Ｙ軸マイクロメータヘッド８を操作し（ステップ３１２）、上述のステップ３０３以降を反復する。

また、支援プログラム５３は、ステップ３１１で、Ｓ≦Ｓ０の場合には、工具軸スピンドル１２の中心のワークスピンドル２５に対する位置合わせ操作が完了したと判断して、自動位置合わせ処理を終了する。

この図５のフローチャートのように、工具軸に対するワーク軸の位置合わせを位置合わせ支援装置Ｍ１の情報処理装置５０に自動で行わせる場合には、位置合わせ労力や時間を大幅に削減できるとともに、作業者の熟練も必要ない等の利点がある。

なお、この図５のフローチャートの例では、ステップ３０８で研磨工具１３の位置をリアルタイムに表示しているが、これは、操作者が支援プログラム５３による自動位置合わせの状況を観察できるようにするためである。この場合には、ステップ３０８は必要に応じて省略してもよい。

以上説明したように、本実施の形態１によれば、位置合わせ支援装置Ｍ１の圧力センサ２２を用い、荷重を負荷した研磨工具１３を圧力センサ２２上に当接させ、工具軸とワーク軸中心との位置関係をディスプレイ５２の表示画面Ｇ１〜表示画面Ｇ３のように表示させてリアルタイムにモニタしながら、工具軸の位置合わせを行なうので、従来のような実際の研磨加工によって金型上に円を描く工程や、顕微鏡により円の半径を測定する等の煩雑な工程が一切なく、位置合わせ支援装置Ｍ１の支援により、短時間で簡単に工具軸をワーク軸中心に合わせることができる。

また、本実施の形態では研磨工具１３の圧力センサ２２に対する当接時の圧力分布を軌跡円１３ａ等としてモニタすることにより、位置合わせの中心位置を決定するので、たとえば、従来例のように、金型に研磨加工で形成された円の輪郭線を顕微鏡により測定する必要がなく、測定による誤差が生じにくいため、高精度に工具軸をワーク軸中心に合わせることが可能となる。

さらに、従来例では、実際の金型を直接研磨して円を描く必要があったが、本実施の形態では、反復して利用可能な圧力センサ２２を介して研磨工具１３の圧力分布をモニタしながら位置合わせを行うので、使い捨てされる金型等のワークは必要なく、測定のたびに新しい金型を用意する必要がない。この結果、位置合わせ操作の運用コストの削減を実現できる。

（実施の形態２）
図６、図７、図８および図９により本発明の実施の形態２について説明する。
図６は本発明の他の実施の形態である位置合わせ方法および位置合わせ支援装置が適用される研磨装置の構成例を示した側面図であり、図７は、本実施の形態の位置合わせ支援装置にて用いられる位置決め治具の構成および作用の一例を示した斜視図、図８は、本実施の形態の位置合わせ方法および位置合わせ支援装置の作用を示した説明図である。

本実施の形態２の構成は、上述の実施の形態１の構成と位置合わせ治具を除いて同じであるため、共通な符号を付して重複した説明は省略する。
図７を参照して実施の形態２で使用する位置合わせ治具２７について説明する。本実施の形態の位置合わせ治具２７には、回転軸中心位置に突起２９が突設されている。この突起２９は、たとえば、円錐状、又は微小な曲率半径の丸み形状等、突起先端の水平断面積（すなわち圧力センサ２８に対する当接面積）が小さくなる形状であることが望ましい。

本実施の形態２では、位置合わせ治具２７に設けられた突起２９上に圧力センサ２８が配置されている。このため、圧力センサ２８において、突起２９に当接する部分は、研磨工具１３の当接の有無に関係なく、常に圧を受ける状態となり、この突起２９の位置も、コンピュータ部５１によって検出され、ディスプレイ５２に表示される。

上述の構成の本実施の形態２の研磨装置Ｍにおいて、工具軸をワーク軸中心に合わせる方法について説明する。
図６に例示されるように、位置合わせ治具２７をワーク取付台２４の上にのせ、固定ネジ２３で仮固定する。このとき、位置合わせ治具２７の突起２９が、ワーク軸（ワークスピンドル２５）の回転中心に位置するように調整する必要がある。その調整方法は、一例として突起２９にピックテスターを触れさせた状態で、ワークスピンドル２５を回転させ、ピックテスターの振れが無くなるように、４本の固定ネジ２３を押し引きして行なう。

この突起２９の位置調整が完了したら、図７に例示されるように、位置合わせ治具２７の上に圧力センサ２８を固定する。
次に、研磨工具１３を工具軸スピンドル１２の先端に取り付ける。この際、研磨工具１３を回転させた時の工具軸の振れが無いようにピックテスターにより確認する。

ワークテーブル２６をサーボモータによりワーク加工時の原点位置に移動させる。また、工具軸（工具軸スピンドル１２）の中心を仮の中心位置に合わせるため、Ｘ軸ステージ２、Ｙ軸ステージ３をＸ軸マイクロメータヘッド７、Ｙ軸マイクロメータヘッド８により、概略ワーク軸中心部付近に調整する。

研磨工具１３に荷重を負荷し、研磨工具１３の先端部を圧力センサ２８上に当接させ、研磨工具１３の位置及び圧力分布をディスプレイ５２でモニタできるか確認する。
図８はディスプレイ５２に表示される研磨工具１３の圧力分布を示している。なお、この図８には、下側にディスプレイ５２の画面例が表示され、上側に対応する研磨工具１３と位置合わせ治具２７の位置関係が表示されている。

ディスプレイ５２の表示画面Ｇ４には２つの点状の圧力分布の画像が存在する。一つは位置合わせ治具２７の中心部にある突起２９による圧力分布２９ａの画像、もう一つは研磨工具１３による圧力分布１３ｄの画像である。

工具軸がワーク軸の回転中心よりずれた位置にある場合には、図８の表示画面Ｇ４に示すように研磨工具１３、突起２９の２つの圧力分布２９ａと圧力分布１３ｄが存在する。
この状態から、Ｘ軸ステージ２、Ｙ軸ステージ３のＸ軸マイクロメータヘッド７、Ｙ軸マイクロメータヘッド８により研磨工具１３を移動させ、図８の表示画面Ｇ５に示すように、研磨工具１３と突起２９の２つの圧力分布１３ｄおよび圧力分布２９ａを一致させる。両者が一致したときが、工具軸がワーク軸中心に一致したときとなる。

なお、上述の図８において、表示画面Ｇ４や表示画面Ｇ５に対して下側のように平面的に表示することに限らず、同図の上側の斜視図を、表示画面Ｇ４や表示画面Ｇ５として見やすく表示してもよい。あるいは、平面図と斜視図を同時に画面に表示してもよい。

図９のフローチャートを参照して、上述の表示画面Ｇ４や表示画面Ｇ５の表示制御を行う支援プログラム５３の動作を説明する。
支援プログラム５３は、キー入力等によって、位置合わせ開始指示を検出すると（ステップ４０１）、センサドライバ４０の初期化（ステップ４０２）、ディスプレイ５２の初期化（ステップ４０３）を実行し、圧力分布の表示を見やすくするためにディスプレイ５２に、圧力センサ２８の輪郭やｘ，ｙの座標軸を表示する（ステップ４０４）。

その後、支援プログラム５３は、センサドライバ４０からの圧力変化検出通知を待ち（ステップ４０５）、圧力変化が検出されると、まず、現在の圧力分布の表示を消去した後（ステップ４０６）、圧力センサ２８からのセンサ検出情報４１ａを入力し（ステップ４０７）、突起２９および研磨工具１３の接触による圧力分布２９ａおよび圧力分布１３ｄをディスプレイ５２に表示し（ステップ４０８）、上述のステップ４０５に戻る。

これにより、表示画面Ｇ４や表示画面Ｇ５のように、中央の突起２９による圧力分布２９ａと、移動する研磨工具１３の接触による圧力分布１３ｄが点として画面上に表示され、この表示をモニタして研磨工具１３の変位を操作することで位置合わせを行う。

なお、本実施の形態２の場合には、突起２９による圧力分布２９ａの位置に対して研磨工具１３による圧力分布１３ｄの位置が接近するように、支援プログラム５３が自動的に、研磨工具１３の変位を制御すれば、上述の図５と同様に、支援プログラム５３による自動的な位置合わせも可能である。

このように、本実施の形態２によれば、位置合わせ治具２７上の突起２９を圧力センサ２８に当接させることで表示されるワーク軸中心位置（圧力分布２９ａ）と、荷重を負荷した研磨工具１３を圧力センサ２８に当接させることで表示される工具軸位置（圧力分布１３ｄ）とを、ディスプレイ５２に表示させてリアルタイムにモニタすることができ、ワーク軸の回転による軌跡円の形成が不要であり、さらに短時間で工具軸をワーク軸の中心に位置合わせすることができる。

また、本実施の形態２では圧力センサ２８により工具軸の位置をモニタしながら位置合わせを行うので、従来例のように、円を描くための研磨加工や、円の輪郭線を顕微鏡により測定する必要がなく、測定誤差が生じにくいため、高精度に工具軸の位置合わせが可能である。

さらに、従来例では金型を直接研磨して円を描く必要があるが、本実施の形態２では、再利用可能な圧力センサ２８を用いて圧力分布をモニタして位置合わせを行なうので、使い捨てされる金型等のワークが発生せず、位置合わせのたびに、新しい金型等を用意する必要がない。

以上のように本発明の各実施の形態では、圧力センサを用い、リアルタイムで工具軸の位置とワーク軸の中心との位置関係を把握できるので、短時間で位置合わせを行なうことができる。

また、従来例で行なわれる金型に円形状を描くための研磨加工や、加工した円の半径測定も無いので、加工誤差、測定誤差が生じにくく、高精度に中心位置を合わせることができる。

さらに、圧力センサは何度でも繰り返し使用できるので、従来のように位置合わせのたびに金型を用意する必要が無いといった効果もある。
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、位置合わせ支援装置Ｍ１の構成は上述の例示に限定されない。また、位置合わせ支援装置Ｍ１を研磨装置Ｍを制御するＮＣ装置の機能の一部として実装してもよい。
（付記１）
工具軸中心とワーク軸中心を合わせる方法であって、ワーク軸上に圧力センサを取り付ける工程と、工具軸に工具を取り付ける工程と、工具軸に荷重を負荷し、工具をワーク軸上に取り付けた圧力センサに当接させ、工具軸の位置を圧力センサによりモニタする工程と、工具軸の位置をモニタしながらワーク軸中心に一致させる工程とを含むことを特徴とする工具軸の位置合わせ方法。

（付記２）
付記１における工具軸の位置をモニタしながらワーク軸中心に一致させる工程において、工具軸を回転させた状態でワーク軸を回転し、工具軸とワーク回転中心の位置関係を圧力分布によりモニタすることを特徴とする方法。

（付記３）
付記１における工具軸の位置をモニタしながらワーク軸中心に一致させる工程において、ワーク軸は回転させず、工具軸のみを回転させ、工具軸の位置とワーク軸中心の位置をそれぞれモニタすることを特徴とする方法。

本発明の一実施の形態である位置合わせ方法および位置合わせ支援装置ならびに位置合わせ支援プログラムが適用される研磨装置の構成の一例を示す側面図である。 本発明の一実施の形態である位置合わせ支援装置の構成例を示す概念図である。 本発明の一実施の形態である位置合わせ方法、位置合わせ支援装置、位置合わせ支援プログラムの作用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位置合わせ方法および位置合わせ支援プログラムの作用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位置合わせ方法および位置合わせ支援プログラムの作用の一例を示すフローチャートである。 本発明の他の実施の形態である位置合わせ方法および位置合わせ支援装置が適用される研磨装置の構成例を示した側面図である。 本発明の他の実施の形態である位置合わせ支援装置にて用いられる位置決め治具の構成および作用の一例を示した斜視図である。 本発明の他の実施の形態である位置合わせ方法および位置合わせ支援装置の作用を示した説明図である。 本発明の他の実施の形態である位置合わせ方法および位置合わせ支援装置の作用を示したフローチャートである。 従来技術における研磨装置を示した図である。 従来技術における工具軸の位置合わせを行う方法を示した図である。 従来技術における工具軸の位置合わせを行う方法を示した図である。

符号の説明

１ 基台
２ Ｘ軸ステージ
３ Ｙ軸ステージ
４ 架台
５ Ｚ軸ステージ
６ エアシリンダ
７ Ｘ軸マイクロメータヘッド
８ Ｙ軸マイクロメータヘッド
９ Ｚ軸マイクロメータヘッド
１０ 工具軸部
１１ 工具軸モータ
１２ 工具軸スピンドル
１３ 研磨工具
１３ａ 軌跡円
１３ｂ 軌跡円
１３ｃ 軌跡円
１３ｄ 圧力分布
２１ 位置合わせ治具
２２ 圧力センサ
２２ａ センサセル
２３ 固定ネジ
２４ ワーク取付台
２５ ワークスピンドル
２６ ワークテーブル
２７ 位置合わせ治具
２８ 圧力センサ
２９ 突起
２９ａ 圧力分布
４０ センサドライバ
４１ 接続ケーブル
４１ａ センサ検出情報
５０ 情報処理装置
５１ コンピュータ部
５２ ディスプレイ
５３ 支援プログラム
Ｇ１ 表示画面
Ｇ２ 表示画面
Ｇ３ 表示画面
Ｇ４ 表示画面
Ｇ５ 表示画面
Ｍ 研磨装置
Ｍ１ 位置合わせ支援装置

Claims (9)

1. 工具軸の中心とワーク軸の中心を一致させる位置合わせ方法であって、
   前記工具軸に装着された工具が当接される圧力センサを前記ワーク軸上に配置する工程と、
   前記圧力センサからの出力に基づいて前記工具軸の位置を表示する工程と、
   を含むことを特徴とする位置合わせ方法。
2. 請求項１記載の位置合わせ方法において、
   前記圧力センサに前記工具を当接させた状態で前記ワーク軸を回転させることで前記圧力センサを介して表示される前記工具の軌跡円の大きさが小さくなるように前記ワーク軸に対して前記工具軸を変位させることで、前記工具軸の中心と前記ワーク軸の中心を一致させることを特徴とする位置合わせ方法。
3. 請求項１記載の位置合わせ方法において、
   前記ワーク軸の中心に一致する突起が形成された位置合わせ治具上に前記圧力センサを配置し、前記圧力センサを介して前記突起による前記ワーク軸の位置、および前記工具の当接による前記工具軸の位置の双方を表示することを特徴とする位置合わせ方法。
4. 工具軸の中心とワーク軸の中心を一致させる位置合わせ作業を支援する位置合わせ支援装置であって、
   前記ワーク軸上に配置され、前記工具軸に装着された工具が当接される圧力センサと、
   前記圧力センサからの出力に基づいて前記工具軸の位置が可視化して表示されるディスプレイと、
   を含むことを特徴とする位置合わせ支援装置。
5. 請求項４記載の位置合わせ支援装置において、
   さらに、前記ワーク軸の中心に一致する突起が形成された位置合わせ治具を備え、
   前記位置合わせ治具上に前記圧力センサが配置され、前記圧力センサを介して前記突起による前記ワーク軸の位置、および前記工具の当接による前記工具軸の位置の双方を前記ディスプレイに表示することを特徴とする位置合わせ支援装置。
6. 工具軸の中心とワーク軸の中心を一致させる位置合わせ作業を支援する位置合わせ支援プログラムであって、
   前記ワーク軸上に配置され、前記工具軸に装着された工具が当接される圧力センサから前記工具の当接位置を入力するステップと、
   前記当接位置に基づいて、前記工具軸の位置をディスプレイに可視化して表示するステップと、
   をコンピュータに実行させること特徴とする位置合わせ支援プログラム。
7. 請求項６記載の位置合わせ支援プログラムにおいて、
   前記圧力センサは、前記ワーク軸の中心に一致する突起が形成された位置合わせ治具の上に載置され、
   さらに、前記圧力センサを介して前記突起の位置による前記ワーク軸の中心を検出して表示するステップを前記コンピュータに実行させること特徴とする位置合わせ支援プログラム。
8. 請求項６記載の位置合わせ支援プログラムにおいて、
   さらに、前記ワーク軸を回転させるステップと、
   前記ワーク軸の回転による前記工具の相対的な軌跡円のサイズを検出するステップと、
   前記サイズが所定の閾値よりも大きいときに、前記軌跡円の中心方向に前記工具軸を相対的に移動させるステップと、
   を前記コンピュータに実行させることを特徴とする位置合わせ支援プログラム。
9. 請求項６記載の位置合わせ支援プログラムにおいて、
   前記圧力センサは、前記ワーク軸の中心に一致する突起が形成された位置合わせ治具の上に載置され、
   さらに、前記圧力センサを介して前記突起の位置による前記ワーク軸の中心および前記工具の当接位置による前記工具軸の中心を検出するステップと、
   前記工具軸の中心が前記ワーク軸の中心に一致するように前記工具軸を前記ワーク軸に対して相対的に変位させるステップと、
   を前記コンピュータに実行させることを特徴とする位置合わせ支援プログラム。