JP2019013998A - Workpiece processing system and shape data acquisition device for grindstone - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ワーク加工システム及び砥石用形状データ取得装置に関し、更に詳しくは、砥石の形状を精密に測定し、その形状データを用いてワークを加工することにより、試行錯誤を繰り返すことなく目標加工形状を有するワークに加工することを可能にしたワーク加工システム及び砥石用形状データ取得装置に関する。 The present invention relates to a workpiece processing system and a shape data acquisition device for a grindstone, and more specifically, by accurately measuring the shape of a grindstone and machining the workpiece using the shape data, target machining without repeating trial and error The present invention relates to a workpiece machining system and a grindstone shape data acquisition device that can machine a workpiece having a shape.
レンズ加工機において、球面レンズや非球面レンズのように曲面を有するワークに曲面加工を施すためにカップ型砥石やディスク型砥石が用いられている(例えば、特許文献1)。例えば、カップ型砥石の場合、内径、外径、砥石長さ及び創出する曲率に基づいて、砥石の傾斜角と横移動量を算出して加工時の砥石の位置決めをしている。また、カップ型砥石の場合、砥石の位置決めは、砥石の先端部の形状が理想的な半円型であることを想定して計算されている。 In a lens processing machine, a cup-type grindstone or a disk-type grindstone is used to perform curved surface processing on a workpiece having a curved surface such as a spherical lens or an aspherical lens (for example, Patent Document 1). For example, in the case of a cup-type grindstone, based on the inner diameter, outer diameter, grindstone length, and the curvature to be created, the grindstone tilt angle and lateral movement amount are calculated to position the grindstone during processing. In the case of a cup-type grindstone, the positioning of the grindstone is calculated on the assumption that the shape of the tip of the grindstone is an ideal semicircular shape.
しかしながら、実際のカップ型砥石は、新品であっても砥石の先端部の形状が理想的な半円型になっていないものや、既に他の加工で使用したことにより砥石の先端部の形状が変化しているものが多い。このようなカップ型砥石を用いてワークを加工すると、大幅な曲率誤差や中心部の削り残し(所謂、ヘソ)が生じるので、補正をかけながら基準値に入るまで試加工を繰り返し行う必要がある。そのため、試加工に多大な時間と材料を要しているという問題がある。 However, even if the actual cup type grindstone is new, the shape of the tip of the grindstone is not an ideal semicircular shape, or the shape of the tip of the grindstone has already been used in other processing. Many things are changing. When a workpiece is machined using such a cup-type grindstone, a large curvature error and uncut portion of the central portion (so-called velvet) occur, so it is necessary to repeat trial machining until it reaches the reference value while applying correction. . Therefore, there is a problem that a great deal of time and materials are required for trial processing.
また、カップ型砥石の場合、レンズ加工機に装着した後、ノギス等の測定具により砥石長さを測定することが必要である。このような測定には、多大な時間が掛かる一方で、内径、外径及びの砥石長さの3点を測定することできるが、カップ型砥石の先端形状を測定することはできないという問題がある。 In the case of a cup-type grindstone, it is necessary to measure the grindstone length with a measuring tool such as a vernier caliper after being mounted on a lens processing machine. While such a measurement takes a lot of time, it can measure three points of the inner diameter, the outer diameter, and the length of the grindstone, but there is a problem that the tip shape of the cup-type grindstone cannot be measured. .
本発明の目的は、砥石の形状を精密に測定し、その形状データを用いてワークを加工することにより、試行錯誤を繰り返すことなく目標加工形状を有するワークに加工することを可能にしたワーク加工システム及び砥石用形状データ取得装置を提供することにある。 An object of the present invention is to accurately measure the shape of a grindstone and machine the workpiece using the shape data, thereby enabling workpiece machining that can be machined into a workpiece having a target machining shape without repeating trial and error. It is providing a shape data acquisition device for a system and a grindstone.
上記目的を達成するための本発明のワーク加工システムは、砥石によりワークを加工する工作機械を含むワーク加工システムにおいて、 前記砥石の形状データを取得する形状データ取得装置と、該形状データ取得装置により得られた前記砥石の形状データと前記ワークの目標加工形状データとに基づいて前記砥石の前記ワークに対する接点を算出する演算装置と、該演算装置により得られた接点の算出結果に基づいて前記ワークに対する前記砥石の配置を調整する制御装置とを有することを特徴とするものである。 In order to achieve the above object, a workpiece machining system according to the present invention is a workpiece machining system including a machine tool for machining a workpiece with a grindstone. The shape data obtaining device for obtaining the shape data of the grindstone, and the shape data obtaining device. An arithmetic device that calculates a contact point of the grindstone with respect to the workpiece based on the obtained shape data of the grindstone and target machining shape data of the workpiece, and the workpiece based on a calculation result of the contact point obtained by the arithmetic device And a control device for adjusting the arrangement of the grindstone with respect to.
また、本発明の砥石用形状データ取得装置は、ワークの加工に用いる砥石の形状データを取得する形状データ取得装置であって、砥石を保持する取付台と、前記砥石の形状を測定する測定装置と、前記取付台に保持された砥石の先端部に対向する位置で前記測定装置を前記砥石の断面方向に沿って移送する移送ユニットとを備えることを特徴とするものである。 Further, the shape data acquisition device for a grindstone of the present invention is a shape data acquisition device for obtaining shape data of a grindstone used for processing a workpiece, and includes a mounting base for holding the grindstone and a measurement device for measuring the shape of the grindstone. And a transfer unit that transfers the measuring device along the cross-sectional direction of the grindstone at a position facing the tip of the grindstone held on the mounting base.
本発明において、砥石の形状データを取得する形状データ取得装置と、形状データ取得装置により得られた砥石の形状データとワークの目標加工形状データとに基づいて砥石のワークに対する接点を算出する演算装置と、演算装置により得られた接点の算出結果に基づいてワークに対する砥石の配置を調整する制御装置とを有しているので、砥石の形状を正確かつ効率的に測定でき、試行錯誤を繰り返すことなく目標加工形状を有するワークに加工することができる。これにより、試加工に要する時間を大幅に短縮することが可能になる。また、予め形状データ取得装置上で砥石長さの相関を取っておくことにより、砥石を工作機械に取り付けた後での砥石長さの測定が不要になる。更には、砥石の形状変化を把握することができ、特に、非球面加工では砥石の接触する点が経時的に変化するのでその意義は大きい。これにより、砥石の摩耗率を経時的に把握でき、砥石の寿命や性能を評価することが可能になる。 In the present invention, a shape data acquisition device that acquires shape data of a grindstone, and an arithmetic device that calculates a contact point of the grindstone with respect to the workpiece based on the shape data of the grindstone obtained by the shape data acquisition device and the target machining shape data of the workpiece And a control device that adjusts the arrangement of the grindstone with respect to the workpiece based on the calculation result of the contact point obtained by the arithmetic device, so that the shape of the grindstone can be measured accurately and efficiently, and trial and error are repeated. And can be machined into a workpiece having a target machining shape. As a result, the time required for trial machining can be greatly reduced. Further, by previously obtaining the correlation between the grinding wheel lengths on the shape data acquisition device, it is not necessary to measure the grinding wheel length after the grinding wheel is attached to the machine tool. Further, it is possible to grasp the shape change of the grindstone, and in particular, in aspherical processing, the point of contact with the grindstone changes with time, which is significant. As a result, the wear rate of the grindstone can be grasped over time, and the life and performance of the grindstone can be evaluated.
本発明において、形状データ取得装置は、砥石を保持する取付台と、砥石の形状を測定する測定装置と、取付台に保持された砥石の先端部に対向する位置で測定装置を砥石の断面方向に沿って移送する移送ユニットとを備えることが好ましい。これにより、砥石の形状を正確かつ効率的に測定することが可能になる。 In the present invention, the shape data acquisition device includes a mounting base for holding the grindstone, a measuring device for measuring the shape of the grindstone, and a measuring device at a position facing the tip of the grindstone held on the mounting base. It is preferable to provide a transfer unit for transferring along the line. Thereby, the shape of the grindstone can be accurately and efficiently measured.
本発明において、測定装置は、帯状のレーザー光を照射する或いは点状のレーザー光を照射しながら前記砥石の断面方向を走査することにより砥石の形状を測定するレーザー測定器であることが好ましい。これにより、砥石の形状を正確かつ効率的に測定することが可能になる。 In this invention, it is preferable that a measuring apparatus is a laser measuring device which measures the shape of a grindstone by irradiating a strip | belt-shaped laser beam or scanning the cross-sectional direction of the said grindstone, irradiating a point-like laser beam. Thereby, the shape of the grindstone can be accurately and efficiently measured.
以下、本発明の構成について添付の図面を参照しながら詳細に説明する。図1は本発明の実施形態からなるワーク加工システムを概略的に示すものである。 Hereinafter, the configuration of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 schematically shows a workpiece machining system according to an embodiment of the present invention.
図1に示すように、本発明の実施形態からなるワーク加工システム1は、砥石SによりワークWを加工する工作機械2と、砥石Sの形状データを取得する砥石用の形状データ取得装置10と、形状データ取得装置10により得られた砥石Sの形状データとワークWの目標加工形状データとに基づいて砥石SのワークWに対する接点を算出する演算装置3と、演算装置3により得られた接点の算出結果に基づいてワークWに対する砥石Sの配置を調整する制御装置4とを備えている。
As shown in FIG. 1, a
工作機械2は、回転自在な主軸に砥石Sを装着して回転させると共に、ワークWを回転させ、砥石SとワークWとを相対的に移動及び揺動させることにより、ワークWに対して曲面(球面又は非球面)加工を施すことができる。砥石Sとして、例えば、円筒状のカップ型砥石を用いる場合、該カップ型砥石の一端をワークWの一部に当接させるカーブジェネレータ加工(CG加工)を行うことが可能である。カップ型砥石を用いるカーブジェネレータ加工機の場合、砥石Sの配置は球面創生原理に基づいて適宜調整される。
The
演算装置3は、形状データ取得装置10により測定された砥石Sの形状データと、ワークWの最終的な形状となる目標加工形状データとに基づき、砥石SのワークWに対する接点を算出する。演算装置3は、図1に示すように工作機械2の外部に備えてもよいし、制御装置4の内部に組み込んでもよい。また、演算装置3は、工作機械2及び形状データ取得装置10と接続することで、測定装置12により得られた砥石Sの形状データを管理することや、砥石Sの寿命や性能に関する加工データを管理することにも有用である。演算装置3として、例えば、パソコンを用いることができる。
The
制御装置4は工作機械2に備えられている。この制御装置4は、演算装置3により算出された接点に基づいて、ワークWに対する砥石Sの配置を調整する。更に詳しくは、演算装置3により算出された接点に基づいてワークWに対する砥石Sの位置を補正し、接点がワークWの中心軸上に位置するように調整する。このように砥石Sの接点とワークWの中心軸に位置した状態で加工することによりヘソの発生を無くすることができる。
The
図2は本発明の実施形態からなる形状データ取得装置を示すものである。形状データ取得装置10は、図2に示すように、砥石Sを保持する取付台11と、砥石Sの形状を測定する測定装置12と、測定装置12を移送する移送ユニット13とを備えている。砥石Sの形状を測定する際には、取付台11に砥石Sを固定し、測定装置12が砥石Sに対して走査することにより、砥石Sの形状データを取得することができるようになっている。
FIG. 2 shows a shape data acquisition apparatus according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 2, the shape
取付台11は、その一端に砥石Sを保持する取付部11aを有しており、この取付部11aに対して砥石Sが着脱自在になっている。取付部11aは、砥石Sを回転自在に保持し、砥石Sの形状を測定する際に砥石Sの中心軸廻りに回転するように構成することもできる。
The
測定装置12は、砥石Sの形状を測定可能であれば特に限定されるものではないが、例えば、レーザー測定器を用いることができる。特に、レーザー測定器として、砥石Sに対して帯状のレーザー光を照射して測定する、或いは、砥石Sに対して点状のレーザー光を照射しながら砥石Sの断面方向(カップ型砥石の場合は砥石Sの回転軸と直交する方向)に走査して測定するレーザー測定器であることが好ましい。これにより、一回の測定で砥石Sの形状を把握することができ、測定に要する時間も短時間で済むため、砥石Sの形状を正確かつ効率的に測定することが可能になる。また、このようなレーザー測定機により得られる砥石Sの形状データは、砥石Sの先端部の形状を多数の点で表す点群データである。
Although the
移送ユニット13は、取付台11に保持された砥石Sの先端部に対向する位置において、砥石Sの断面方向(カップ型砥石の場合は砥石Sの回転軸と直交する方向)に沿って測定装置12を移送するものである。また、移送ユニット13は、砥石Sの回転軸を通る位置、言い換えれば、砥石Sの直径となる位置を走査するように構成されている。
The
上記ワーク加工システムにおいて、ワークWを加工するまでの過程について説明する。まず、取付台11の取付部11aに砥石Sを固定し、測定装置12により砥石Sを走査して砥石Sの形状を測定する。このようにして得られた砥石Sの形状データに基づいて、図3に示すように、砥石Sの中心線CL上に中心Oを有する目標加工形状の曲率Rの円Qと砥石Sとの2つの接点Pを求める。接点Pは中心線CLを基準として左右に1点ずつ存在する。この接点Pに基づいて砥石Sの砥石径Dと砥石長さH1を求める。砥石径Dは、図3に示すように砥石Sの先端部の点P間の距離であり、砥石長さH1は、測定装置12内の底面から接点Pまでの距離である。そして、測定装置12での砥石長さH1から、工作機械2での砥石長さH2を予め求めておく。この砥石長さH2は、測定装置12と工作機械2との基準面の差を考慮して算出する。
The process until the workpiece W is machined in the workpiece machining system will be described. First, the grindstone S is fixed to the
上述のようにして算出された砥石Sの砥石径Dと砥石長さH2に基づき、砥石Sの傾斜角θと横移動量とを算出して、ワークWに対して砥石Sの位置決めを行う。この位置決めの算出結果に基づいて、工作機械2によりワークWの加工を開始する。
Based on the grindstone diameter D and grindstone length H2 of the grindstone S calculated as described above, the inclination angle θ and the lateral movement amount of the grindstone S are calculated, and the grindstone S is positioned with respect to the workpiece W. Based on the positioning calculation result, the
ここで、図4は従来の砥石の形状測定について説明するためのものである。従来の測定方法では、砥石Sの形状を測定する際にノギス等が用いられており、この場合、砥石Sの外径d1、内径d2及び砥石長さの3点のみを測定することが可能である。また、1回目の試加工では、実際の曲率r1(径方向内側の曲率)と、砥石Sの寸法から算出した曲率r2(径方向外側の曲率)とは一致しないことが多く、数回の補正を要していた。これは、従来の位置決め計算において、砥石Sの先端部の形状が砥石幅を直径とする半円(図4に示す半円RL)であるという想定に基づいて計算していることに起因している。そのため、ワークWと砥石Sとの接点は、実際の接点p1と計算上の接点p2のようにそれぞれの位置が異なってしまう。このような状態でワークWを加工すると、接点p1と接点p2とのズレにより、ワークWの中心部に直径tのヘソkが形成される。このとき、曲率r1と曲率r2は一致せず、曲率r1,r2は異なっている。なお、図4において、WLはワークWの中心軸であり、θは砥石Sの傾斜角度である。 Here, FIG. 4 is for demonstrating the shape measurement of the conventional grindstone. In the conventional measuring method, a caliper or the like is used when measuring the shape of the grindstone S. In this case, only three points of the outer diameter d1, the inner diameter d2 and the grindstone length of the grindstone S can be measured. is there. In the first trial machining, the actual curvature r1 (radius on the inner side in the radial direction) and the curvature r2 (curvature on the outer side in the radial direction) calculated from the dimensions of the grindstone S often do not match, and correction is performed several times. Needed. This is because, in the conventional positioning calculation, the calculation is based on the assumption that the shape of the tip of the grindstone S is a semicircle (diameter RL shown in FIG. 4) having the grindstone width as a diameter. Yes. Therefore, the position of the contact point between the workpiece W and the grindstone S is different from the actual contact point p1 and the calculated contact point p2. When the workpiece W is machined in such a state, a thigh k having a diameter t is formed at the center of the workpiece W due to a deviation between the contact point p1 and the contact point p2. At this time, the curvature r1 and the curvature r2 do not match, and the curvatures r1 and r2 are different. In FIG. 4, WL is the central axis of the workpiece W, and θ is the inclination angle of the grindstone S.
これに対して、本発明では、砥石Sの形状データを取得する形状データ取得装置10と、形状データ取得装置10により得られた砥石Sの形状データとワークWの目標加工形状データとに基づいて砥石SのワークWに対する接点Pを算出し、接点Pの算出結果に基づいてワークWに対する砥石Sの配置を調整する制御装置4とを有するので、砥石Sの形状を正確かつ効率的に測定でき、試行錯誤を繰り返すことなく目標加工形状を有するワークWに加工することができる。これにより、試加工に要する時間を大幅に短縮することが可能になる。また、予め形状データ取得装置10上で砥石長さの相関を取っておくことにより、砥石Sを工作機械2に取り付けた後での砥石長さの測定が不要になる。更には、砥石Sの形状変化を把握することができ、特に、非球面加工では砥石Sの接触する点が経時的に変化するのでその意義は大きい。これにより、砥石Sの摩耗率を経時的に把握でき、砥石Sの寿命や性能を評価することが可能になる。
On the other hand, in this invention, based on the shape
なお、上述のワーク加工システム1及び形状データ取得装置10では、砥石Sとしてカップ型砥石を用いて凸面レンズの加工を行った例を示しているが、凹面レンズに適用してもよいし、非球面形状のレンズに適用してもよい。また、砥石Sの種類は特に限定されるものではなく、他にもディスク型砥石を採用することができる。
In the
ワーク(レンズ)を加工する砥石の寸法を表1及び表2のように異ならせて8種類(比較例1〜4、実施例1〜4)のレンズを加工した。 Eight types of lenses (Comparative Examples 1 to 4 and Examples 1 to 4) were processed by varying the dimensions of the grindstone for processing the workpiece (lens) as shown in Tables 1 and 2.
比較例1〜4は、カーブジェネレータ加工機(自社製品のMZ1−30A)のみを用いて加工した。実施例1〜4は、形状データ取得装置を用いて砥石の形状データを測定し、その形状データとワークの目標加工形状データとに基づいて砥石のワークに対する接点を算出した後、カーブジェネレータ加工機を用いて接点の算出結果に基づいて砥石の配置を調整して加工した。 Comparative Examples 1 to 4 were processed using only a curve generator processing machine (in-house product MZ1-30A). In Examples 1 to 4, after measuring the shape data of the grindstone using the shape data acquisition device and calculating the contact point of the grindstone with respect to the workpiece based on the shape data and the target machining shape data of the workpiece, the curve generator machining machine Was used to adjust the arrangement of the grindstones based on the contact calculation results.
なお、比較例1〜3及び実施例1〜3ではワーク曲率を60.225mmとして加工し、比較例4及び実施例4ではワーク曲率を47.693mmとして加工した。また、比較例1と実施例1、比較例2と実施例2、比較例3と実施例3、比較例4と実施例4の各組において同種の砥石を用いた。 In Comparative Examples 1 to 3 and Examples 1 to 3, the workpiece curvature was processed to 60.225 mm, and in Comparative Example 4 and Example 4, the workpiece curvature was processed to 47.693 mm. Moreover, the same kind of grindstone was used in each set of Comparative Example 1 and Example 1, Comparative Example 2 and Example 2, Comparative Example 3 and Example 3, Comparative Example 4 and Example 4.
各レンズの評価は、測定機上での曲率誤差(μm)及びヘソ(mm)を評価し、その結果を表1及び表2に併せて示した。評価結果は、数値が小さいほどレンズの加工結果が優れていることを意味し、上述の各組の比較例と実施例とを比べて評価する。 Evaluation of each lens evaluated the curvature error (micrometer) and the thigh (mm) on a measuring machine, The result was combined with Table 1 and Table 2, and was shown. The evaluation result means that the smaller the numerical value is, the better the processing result of the lens is, and the evaluation is performed by comparing the above-described comparative examples and examples.
測定機上での曲率誤差(μm)は、図5に示すようなリングスフェロメータ20を用いて測定され、基準となるデルタリング21の直径(ワークの直径の0.8〜0.9倍)に対するR原器22とワークWの中心部における高さの差を意味する。図5に示す曲率誤差eは、目標加工形状の曲率Rを有するR原器22にリングスフェロメータ20を合わせた後に、該リングスフェロメータ20をワークWの上に移動させ、ダイヤルゲージ23を読むことで測定される。
The curvature error (μm) on the measuring machine is measured using a
表1及び表2から判るように、砥石の形状を精密に測定し、その測定データに基づいてワークを加工することで、実施例1〜4のレンズはそれぞれ比較例1〜4に比して曲率誤差及びヘソが改善されていた。一般に、測定機上での曲率誤差は±3(μm)程度の許容差があるが、実施例1〜4の全てにおいて該許容差の範囲内であった。また、ヘソについては、実施例1〜4の全てにおいて1回の加工で0mmとなり、優れた改善効果が得られた。 As can be seen from Tables 1 and 2, the lenses of Examples 1 to 4 are compared with Comparative Examples 1 to 4 by precisely measuring the shape of the grindstone and processing the workpiece based on the measurement data. Curvature error and navel were improved. In general, the curvature error on the measuring machine has a tolerance of about ± 3 (μm), but in all of Examples 1 to 4, it was within the range of the tolerance. Moreover, about the navel, it became 0 mm by one process in all of Examples 1-4, and the outstanding improvement effect was acquired.
1 ワーク加工システム
2 工作機械
3 演算装置
4 制御装置
10 形状データ取得装置
11 取付台
11a 取付部
12 測定装置
13 移送ユニット
D 砥石径
d1 外径
d2 内径
k ヘソ
H1 砥石長さ
O 中心
P,p1,p2 接点
Q 円
R,r1,r2 曲率
S 砥石
t 直径
W ワーク
CL 中心線
RL 半円
WL 中心軸
θ 傾斜角度
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