JP2023162649A - Spherical surface grinding method and spherical surface grinding device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、球面研削方法および球面研削装置に関する。 The present invention relates to a spherical surface grinding method and a spherical surface grinding device.
特許文献1には、カップ型の砥石を用いて、加工対象のワークの球面研削を行う技術が開示されている。
ワークの球面研削では、砥石を所定の角度に傾斜させた状態でワークに接触させ、砥石およびワークの双方を回転させることにより加工を行う。その際、高精度な研削を実現するためには、砥石とワークとの接触点を把握し、双方の位置関係を適切に設定することが重要となる。 In spherical grinding of a workpiece, a grindstone is brought into contact with the workpiece while being inclined at a predetermined angle, and processing is performed by rotating both the grindstone and the workpiece. At this time, in order to achieve high-precision grinding, it is important to understand the point of contact between the grindstone and the workpiece and to appropriately set the positional relationship between the two.
しかしながら、特許文献1をはじめとする従来の技術では、砥石とワークとの正確な接触点を把握することが困難であり、高精度な研削を行うことができないという問題がある。
However, with conventional techniques such as
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ワークを高精度に研削することができる球面研削方法および球面研削装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a spherical surface grinding method and a spherical surface grinding device that can grind a workpiece with high precision.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る球面研削方法は、カップ型の砥石を、前記砥石を旋回させるための旋回中心軸に対して傾斜させない状態において、前記砥石の形状を形状測定機構によって測定する第一の工程と、前記砥石を前記旋回中心軸に対して傾斜させた状態において、前記砥石の形状を前記形状測定機構によって測定する第二の工程と、前記第一の工程で取得した前記砥石の形状データと、前記第二の工程で取得した前記砥石の形状データとを合成することにより、前記砥石を前記旋回中心軸に対して傾斜させた場合における推定形状データを取得する第三の工程と、前記推定形状データをもとに、前記砥石と所望の曲率のワークとの接触点を算出する第四の工程と、前記接触点をもとに、実際の加工において設定する、前記旋回中心軸に対する前記砥石の傾斜角度を算出する第五の工程と、前記砥石を前記傾斜角度に設定して、前記ワークの球面研削を行う第六の工程と、を含む。 In order to solve the above-mentioned problems and achieve the objects, the spherical surface grinding method according to the present invention provides a spherical surface grinding method according to the present invention. a first step of measuring the shape with the shape measuring mechanism; a second step of measuring the shape of the whetstone with the shape measuring mechanism in a state where the whetstone is tilted with respect to the rotation center axis; and a second step of measuring the shape of the whetstone with the shape measuring mechanism. By combining the shape data of the whetstone acquired in the first step and the shape data of the whetstone acquired in the second step, the estimated shape when the whetstone is tilted with respect to the center axis of rotation a third step of acquiring data; a fourth step of calculating a contact point between the grinding wheel and a workpiece with a desired curvature based on the estimated shape data; A fifth step of calculating the inclination angle of the grindstone with respect to the rotation center axis, which is set in processing; and a sixth step of setting the grindstone to the inclination angle and performing spherical grinding of the workpiece. .
また、本発明に係る球面研削方法は、上記発明において、前記第三の工程が、前記第一の工程で取得した前記砥石の形状データと、前記第二の工程で取得した前記砥石の形状データとに共通する特徴点を抽出する特徴点抽出工程と、前記特徴点をもとに、前記第一の工程で取得した前記砥石の形状データと、前記第二の工程で取得した前記砥石の形状データとを合成し、前記推定形状データを取得する推定形状データ取得工程と、を含む。 Further, in the spherical surface grinding method according to the present invention, in the above invention, the third step includes the shape data of the grindstone acquired in the first step and the shape data of the grindstone acquired in the second step. a feature point extraction step of extracting feature points common to the above, based on the feature points, the shape data of the grindstone obtained in the first step, and the shape of the grindstone obtained in the second step; and an estimated shape data acquisition step of synthesizing the estimated shape data with the estimated shape data.
また、本発明に係る球面研削方法は、上記発明において、前記第二の工程が、前記砥石を前記旋回中心軸に対して、複数の異なる角度にそれぞれ傾斜させた状態において、前記砥石の形状を前記形状測定機構によって測定し、前記第一の工程で測定した前記砥石の形状データと、前記第二の工程で測定した複数の前記砥石の形状データとをもとに、真の旋回中心軸を推定する旋回中心軸推定工程を更に含み、前記第五の工程が、前記真の旋回中心軸を更に用いて、前記傾斜角度を算出する。 Further, in the spherical surface grinding method according to the present invention, in the above-mentioned invention, the second step changes the shape of the grindstone in a state where the grindstone is tilted at a plurality of different angles with respect to the rotation center axis. Based on the shape data of the grindstone measured by the shape measuring mechanism and measured in the first step and the shape data of the plurality of grindstones measured in the second step, the true center axis of rotation is determined. The method further includes a step of estimating a turning center axis, and the fifth step calculates the inclination angle using the true turning center axis.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る球面研削装置は、ワークを保持するワーク保持機構と、前記ワーク保持機構をワーク回転軸回りに回転させるワーク回転機構と、カップ型の砥石を保持する砥石保持機構と、前記砥石を砥石回転軸回りに回転させる砥石回転機構と、前記砥石回転軸と垂直な旋回中心軸回りに、前記砥石回転機構を旋回させる砥石旋回機構と、前記ワーク回転軸と平行な軸を光軸とする形状測定機構と、前記形状測定機構を三次元方向に移動させるNC移動機構と、前記ワーク保持機構を、前記砥石回転軸から離れた位置に退避させる退避機構と、前記砥石保持機構を前記旋回中心軸に対して傾斜させない状態における前記砥石の形状と、前記砥石保持機構を前記旋回中心軸に対して傾斜させた状態における前記砥石の形状とをそれぞれ測定するために、前記形状測定機構および前記NC移動機構を制御する測定制御機構と、前記測定制御機構によって取得した前記砥石の形状データを合成し、前記砥石保持機構を、前記旋回中心軸に対して所望の角度に傾斜させた際の前記ワークと前記砥石との接触点のデータから、所望の曲率のワークとするための前記砥石保持機構の傾斜角度を算出するデータ処理装置と、前記データ処理装置の出力結果をもとに、前記砥石旋回機構を制御する加工制御機構と、を備える。 In order to solve the above-mentioned problems and achieve the objects, a spherical grinding device according to the present invention includes a workpiece holding mechanism that holds a workpiece, a workpiece rotation mechanism that rotates the workpiece holding mechanism about a workpiece rotation axis, and a cup. a grindstone holding mechanism that holds a shaped grindstone; a grindstone rotation mechanism that rotates the grindstone around a grindstone rotation axis; and a grindstone rotation mechanism that rotates the grindstone rotation mechanism about a rotation center axis that is perpendicular to the grindstone rotation axis. , a shape measuring mechanism whose optical axis is an axis parallel to the work rotation axis, an NC moving mechanism that moves the shape measurement mechanism in a three-dimensional direction, and a work holding mechanism located at a position away from the grindstone rotation axis. A retraction mechanism for retracting, a shape of the grindstone in a state where the grindstone holding mechanism is not inclined with respect to the turning center axis, and a shape of the grindstone in a state where the grindstone holding mechanism is inclined with respect to the turning center axis. , a measurement control mechanism that controls the shape measurement mechanism and the NC movement mechanism, and the shape data of the grindstone acquired by the measurement control mechanism are combined, and the grindstone holding mechanism is adjusted to the rotation center axis. a data processing device that calculates an inclination angle of the grindstone holding mechanism to obtain a workpiece with a desired curvature from data on a contact point between the workpiece and the grindstone when the workpiece is tilted at a desired angle with respect to the grindstone; A processing control mechanism that controls the grindstone rotation mechanism based on the output result of the data processing device.
本発明に係る球面研削方法および球面研削装置では、砥石を旋回中心軸に対して傾斜させた場合における、当該砥石の形状データを推定することにより、砥石とワークとの正確な接触点のデータを取得することができる。これにより、ワークを高精度に研削することができる。 In the spherical grinding method and spherical grinding apparatus according to the present invention, data on the accurate contact point between the grinding wheel and the workpiece can be obtained by estimating the shape data of the grinding wheel when the grinding wheel is inclined with respect to the central axis of rotation. can be obtained. Thereby, the workpiece can be ground with high precision.
以下、本発明に係る球面研削方法および球面研削装置の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、以下の実施の形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものも含まれる。 DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of a spherical surface grinding method and a spherical surface grinding apparatus according to the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the following embodiments, and the components in the following embodiments include those that can be easily replaced by those skilled in the art, or those that are substantially the same.
ここで、ガラスレンズ等の球面研削では、加工対象のワークと、当該ワークに線接触させたカップ型の砥石とをそれぞれ回転させることにより、ワークの加工を行う。その際、砥石の傾きを変えることにより、加工するワークの曲率を変化させることができるが、ワークを連続加工すると、摩耗により砥石の形状が変化するため、ワークの出来栄えを見ながら砥石の傾きを調整する必要があった。 In spherical grinding of a glass lens or the like, the workpiece is processed by rotating the workpiece to be processed and a cup-shaped grindstone that is in line contact with the workpiece. At that time, the curvature of the workpiece to be machined can be changed by changing the inclination of the grinding wheel. However, if the workpiece is continuously processed, the shape of the grinding wheel changes due to wear, so the inclination of the grinding wheel can be changed while checking the workpiece finish. I had to adjust.
そこで、従来は、ワークの回転軸(以下、「ワーク回転軸」という)と平行な軸を光軸とする形状測定機構を用いて、ワークを加工するたびに砥石の形状を測定することにより、砥石とワークとの接触点を把握し、砥石の傾斜角度および切り込み量等のワークの移動量を調整していた。 Therefore, conventionally, a shape measuring mechanism whose optical axis is parallel to the rotation axis of the workpiece (hereinafter referred to as "workpiece rotation axis") is used to measure the shape of the grindstone every time the workpiece is processed. The point of contact between the grinding wheel and the workpiece was determined and the amount of movement of the workpiece, such as the angle of inclination of the grinding wheel and the depth of cut, was adjusted.
砥石の形状を測定する場合、例えば図1のA部で示すように、砥石14の上方から形状測定機構22によって測定することになる。一方、ワークWの加工を行う場合は、同図のB部で示すように、砥石14を旋回中心軸Acに対して傾斜させて用いることになる。そのため、例えば設備精度の限界等により、理論上(シミュレーション上)の旋回中心軸Acと、実際の旋回中心軸(真の旋回中心軸)Acとの間に誤差が生じる場合がある。その結果、形状測定機構22によって測定した砥石およびワークの接触点と、実際の接触点とが異なってしまう。
When measuring the shape of a grindstone, the
そこで、例えば実際にワークWを加工する際の角度に砥石14を傾けた状態(図1のB参照)で、当該砥石14の形状を形状測定機構22によって測定することが考えられる。しかしながら、このように砥石14を傾けた状態であると、例えば図2に示すように、カップ型の砥石14における一方(同図では紙面左側)の端部の形状しか測定できず、他方の端部の形状を測定できない場合がある。そのため、測定した砥石14の形状が、砥石中心からどの位置の情報であるのかが不明となり、装置全体の座標系における砥石14の絶対位置を把握することができなくなる。つまり、砥石14を傾けて加工する際の、加工領域全体の形状および位置が把握できなくなる。
Therefore, it is conceivable to measure the shape of the
このように、砥石の形状を上方から測定する場合、所定の角度に傾斜させた際の砥石の想定位置に対する誤差が生じ、一方、ワークの加工時を想定して、砥石を傾斜させた状態で測定しようとすると、砥石全体の形状および位置が不明となる。その結果、いずれの場合も、砥石を所定の角度に傾斜させた際の接触点を把握することができないという問題が生じる。 In this way, when measuring the shape of a grinding wheel from above, there is an error in the expected position of the grinding wheel when it is tilted at a predetermined angle. When trying to measure it, the shape and position of the entire grinding wheel become unknown. As a result, in either case, a problem arises in that it is not possible to determine the point of contact when the grindstone is tilted at a predetermined angle.
そこで、本発明に係る球面研削方法および球面研削装置では、このような問題を解消し、砥石の研削状態(傾斜させた状態)における、当該砥石の正確な接触点のデータを取得することにより、高精度な研削を実現する。 Therefore, in the spherical surface grinding method and spherical surface grinding device according to the present invention, such problems are solved and data on the accurate contact point of the grinding wheel is obtained in the grinding state (tilted state) of the grinding wheel. Achieves high precision grinding.
(球面研削装置)
本発明の実施の形態に係る球面研削装置について、図3および図4を参照しながら説明する。球面研削装置は、ワークWの球面研削を行うためのものである。球面研削装置は、ワークWに対して凹面加工、凸面加工のいずれも行うことが可能である。本実施の形態では、凸面加工を行う場合を主に想定して説明を行う。
(Spherical grinding device)
A spherical surface grinding device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 3 and 4. The spherical surface grinding device is for spherically grinding the workpiece W. The spherical grinding device can perform both concave and convex machining on the workpiece W. In this embodiment, the description will be given mainly assuming a case where convex surface processing is performed.
図3は、実施の形態に係る球面研削装置1の正面図であり、図4は球面研削装置1の側面図である。球面研削装置1は、ワーク保持機構11と、ワーク回転機構12と、退避機構13と、砥石(第一の砥石)14と、砥石保持機構15と、砥石回転機構16と、砥石旋回機構17と、砥石(第二の砥石)18と、砥石保持機構19と、砥石回転機構20と、砥石旋回機構21と、形状測定機構22と、NC移動機構23と、測定制御機構24と、データ処理装置25と、加工制御機構26と、リファレンス面27と、を備えている。
FIG. 3 is a front view of the
ワーク保持機構11は、加工対象のワークWを保持するための機構である。ワークWとしては、例えばΦ1~3mm程度のガラスレンズが挙げられる。ワーク回転機構12は、ワーク保持機構11をワーク回転軸Aw回りに回転させるための機構である。退避機構13は、ワーク保持機構11を、砥石14,18の回転軸(以下、「砥石回転軸」という)At1,At2から離れた位置に退避させるための機構である。この退避機構13は、ワーク保持機構11を三次元方向(X軸方向、Y軸方向およびZ軸方向)に移動させることが可能である。
The
砥石14は、ワークWを研削するための工具である。この砥石14は、カップ型の砥石であり、例えば粗研削の際に用いられる。砥石保持機構15は、砥石14を保持するための機構である。砥石回転機構16は、砥石保持機構15によって保持された砥石14を、砥石回転軸At1回りに回転させるための機構である。砥石旋回機構17は、砥石回転軸At1と垂直な旋回中心軸Ac回りに、砥石回転機構16を旋回(揺動)させるための機構である。
The
砥石18は、ワークWを研削するための工具である。この砥石18は、カップ型の砥石であり、例えば精研削の際に用いられる。砥石保持機構19は、砥石18を保持するための機構である。砥石回転機構20は、砥石保持機構19によって保持された砥石18を、砥石回転軸At2回りに回転させるための機構である。砥石旋回機構21は、砥石回転軸At2と垂直な旋回中心軸Ac回りに、砥石回転機構20を旋回させるための機構である。
The
形状測定機構22は、砥石14,18の形状を測定するための機構である。この形状測定機構22としては、例えばレーザ変位計等が挙げられる。また、形状測定機構22は、ワーク回転軸Awと平行な軸を光軸Aoとしている。NC移動機構23は、形状測定機構22を三次元方向(X軸方向、Y軸方向およびZ軸方向)に移動させるための機構である。
The
測定制御機構24は、砥石保持機構15,19を旋回中心軸Acに対して傾斜させない状態(傾斜前)における砥石14,18の形状と、砥石保持機構15,19を旋回中心軸Acに対して傾斜させた状態(傾斜後)における砥石14,18の形状とをそれぞれ測定するために、形状測定機構22およびNC移動機構23を制御する機構である。
The
データ処理装置25は、測定制御機構24によって取得した砥石14,18の形状データを合成し、砥石保持機構15,19を所望の角度に傾斜させた際のワークWと砥石14,18との接触点のデータから、所望の曲率のワークWとするための砥石保持機構15,19の傾斜角度を算出するための機構である。このデータ処理装置25は、例えばパーソナルコンピュータやワークステーション等の汎用の情報処理装置によって実現される。
The
加工制御機構26は、データ処理装置25の出力結果をもとに、砥石旋回機構17,21を制御するための機構である。リファレンス面27は、形状測定機構22の測定値のリファレンスを取るための面である。なお、図3において、符号Oは球面研削装置1の設備原点を、符号St1は砥石14の基準点(砥石基準)を、符号St2は砥石18の基準点(砥石基準)を、それぞれ示している。
The
(球面研削方法)
本発明の実施の形態に係る球面研削方法について、図5~図14を参照しながら説明する。実施の形態に係る球面研削方法では、図5に示すように、第一の形状測定工程(ステップS1)と、第二の形状測定工程(ステップS2)と、形状データ取得工程(ステップS3)と、接触点算出工程(ステップS4)と、傾斜角度算出工程(ステップS5)と、加工工程(ステップS6)と、を実施する。
(Spherical grinding method)
A spherical surface grinding method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 5 to 14. As shown in FIG. 5, the spherical surface grinding method according to the embodiment includes a first shape measurement step (step S1), a second shape measurement step (step S2), and a shape data acquisition step (step S3). , a contact point calculation step (step S4), an inclination angle calculation step (step S5), and a machining step (step S6).
<第一の形状測定工程>
第一の形状測定工程では、傾斜前の砥石14,18の形状を測定する(ステップS1)。第一の形状測定工程では、具体的には、カップ型の砥石14,18を、当該砥石14,18を旋回させるための旋回中心軸Acに対して傾斜させない状態(図1のA参照)において、砥石14,18の形状を形状測定機構22によって測定する。また、第一の形状測定工程では、上向きに配置された砥石14,18の形状を、形状測定機構22によって上から測定する。
<First shape measurement process>
In the first shape measurement step, the shapes of the
<第二の形状測定工程>
第二の形状測定工程では、傾斜後の砥石14,18の形状を測定する(ステップS2)。第二の形状測定工程では、具体的には、砥石14,18を旋回中心軸Acに対して傾斜させた状態において、砥石14,18の形状を形状測定機構22によって測定する。また、第二の形状測定工程では、所定の角度に傾斜して配置された砥石14,18の形状を、形状測定機構22によって上から測定する。また、第二の形状測定工程では、砥石14,18を、実際の加工時の傾斜角度に近い状態に傾けて、形状データの測定を行うことが好ましい。
<Second shape measurement process>
In the second shape measurement step, the shapes of the
<形状データ取得工程>
形状データ取得工程では、図6に示すように、第一の形状測定工程で取得した砥石14,18の形状データと、第二の形状測定工程で取得した砥石14,18の形状データとを合成することにより、当該砥石14,18を旋回中心軸Acに対して傾斜させた場合における推定形状データを取得する(ステップS3)。なお、「形状データ」とは、砥石14,18の形状を示す点列データのことを示している。また、この形状データには、各点の位置データ(座標データ)も含まれる。
<Shape data acquisition process>
In the shape data acquisition step, as shown in FIG. 6, the shape data of the grinding
形状データ取得工程には、具体的には、特徴点抽出工程および推定形状データ取得工程が含まれる。特徴点抽出工程では、例えば図6のC部で示すように、第一の形状測定工程で取得した砥石14,18の形状データと、第二の形状測定工程で取得した砥石14,18の形状データとに共通する特徴点を抽出する。続いて、推定形状データ取得工程では、この特徴点をもとに、第一の形状測定工程で取得した砥石14,18の形状データと、第二の形状測定工程で取得した砥石14,18の形状データとを合成することにより、推定形状データを取得する。
Specifically, the shape data acquisition step includes a feature point extraction step and an estimated shape data acquisition step. In the feature point extraction process, for example, as shown in part C of FIG. Extract feature points common to the data. Subsequently, in the estimated shape data acquisition step, the shape data of the grinding
ここで、第二の形状測定工程で得られる砥石14,18の形状データは、当該砥石14,18を傾けて測定したものであるため、砥石14,18の一部(一方の端部)の形状のみのデータであり、砥石14,18の全体の形状および位置が不明である。一方、形状データ取得工程では、第一の形状測定工程で得た形状データに第二の形状測定工程で得た形状データをフィッティングさせるため、砥石14,18の全体の形状および位置を正確に把握することが可能となる。
Here, the shape data of the
また、第一の形状測定工程では、例えば図7のD部で示すように、傾斜前の砥石14の両端部の上面の形状データと、その中心位置(砥石回転軸At1)とを測定することができる。また、第二の形状測定工程では、例えば図8のE部で示すように、傾斜後の砥石14の一方の端部(紙面左側)の上面の形状データを測定することができる。そして、形状データ取得工程では、それらの形状データを合成することにより、図9に示すように、傾斜後の砥石14の推定形状データと、その中心位置(砥石回転軸At1)を取得することができる。なお、図7~図9では、砥石14の形状データを測定および合成する場合の例を挙げたが、砥石18の形状データについても同様の測定および合成を行う。
In the first shape measurement step, for example, as shown in section D in FIG. 7, the shape data of the upper surface of both ends of the
また、例えば図7に示すように、砥石14(および砥石18)とワークWとの接触点付近は、傾斜している場合が多く、形状測定の誤差が大きくなる傾向も強い。そのため、第二の形状測定工程では、砥石14,18を、実際の加工時の傾斜角度に近い状態に傾けて形状データの測定を行うことが好ましい。このように測定した形状データと、第一の形状測定工程で取得した形状データと合成することにより、砥石14,18の全体の形状データを高精度に取得することができる。その結果、後記する接触点算出工程において、加工時における接触点を高精度に算出することができる。
Further, as shown in FIG. 7, for example, the vicinity of the contact point between the grindstone 14 (and the grindstone 18) and the workpiece W is often inclined, and there is a strong tendency for errors in shape measurement to become large. Therefore, in the second shape measurement step, it is preferable to measure the shape data while tilting the
<接触点算出工程>
接触点算出工程では、形状データ取得工程で取得した推定形状データをもとに、砥石14,18と所望の曲率のワークWとの接触点を算出する(ステップS4)。なお、「接触点」とは、具体的には、砥石14,18を旋回中心軸Ac回りに旋回させてワークWを加工する際の、両者の接触点の軌道(旋回軌道ともいう)のことを示している。
<Contact point calculation process>
In the contact point calculation step, the contact points between the
<傾斜角度算出工程>
傾斜角度算出工程では、接触点算出工程で算出した接触点をもとに、実際の加工において設定する、旋回中心軸Ac回りにおける砥石14,18の傾斜角度を算出する(ステップS5)。
<Inclination angle calculation process>
In the inclination angle calculation step, the inclination angle of the
<加工工程>
加工工程では、砥石14,18を、傾斜角度算出工程で算出した傾斜角度に設定して、ワークWの球面研削を行う(ステップS6)。
<Processing process>
In the machining process, the
ここで、ワークWの球面研削では、前記したように、例えば設備精度の限界等により、理論上(シミュレーション上)の旋回中心軸Acと、実際の旋回中心軸(真の旋回中心軸)Acとの間に誤差が生じる場合がある。そこで、実施の形態に係る球面研削方法において、真の旋回中心軸Acを求めてもよい。 Here, in the spherical grinding of the workpiece W, as mentioned above, due to the limits of equipment accuracy, for example, the theoretical (simulation) center axis of rotation Ac and the actual center axis of rotation (true center axis of rotation) Ac may differ. There may be errors between the two. Therefore, in the spherical surface grinding method according to the embodiment, the true pivot axis Ac may be determined.
この場合、第二の形状測定工程において、砥石14,18を旋回中心軸Acに対して、複数の異なる角度にそれぞれ傾斜させた状態において、当該砥石14,18の形状を形状測定機構22によって測定する。そして、第一の形状測定工程で測定した傾斜前の砥石14,18の形状データと、第二の形状測定工程で測定した複数の砥石14,18の形状データとをもとに、真の旋回中心軸Acを推定する旋回中心軸推定工程を実施する。なお、この旋回中心軸推定工程は、第二の形状測定工程の後、かつ傾斜角度算出工程の前に実施すればよい。
In this case, in the second shape measurement step, the shape of the
続いて、第五の工程において、旋回中心軸推定工程で推定した真の旋回中心軸Acを更に用いて、実際の加工において設定する、旋回中心軸Acに対する砥石14,18の傾斜角度を算出する。
Subsequently, in a fifth step, the true turning center axis Ac estimated in the turning center axis estimation step is further used to calculate the inclination angle of the grinding
旋回中心軸推定工程における真の旋回中心軸Acの推定方法について、図10~図12を参照しながら説明する。以下では、同図に示すように、理論上の旋回中心軸(「旋回中心軸(Sim)」と表記)と、真の旋回中心軸(「旋回中心軸(実際)」と表記)との間に誤差が存在することを前提に説明を行う。また、図11は、砥石の傾斜角度θを「20°」とした場合を示しており、図12は、砥石の傾斜角度θを「40°」とした場合を示している。 A method for estimating the true turning center axis Ac in the turning center axis estimation step will be described with reference to FIGS. 10 to 12. Below, as shown in the same figure, the distance between the theoretical center axis of rotation (denoted as "center axis of rotation (Sim)") and the true center axis of rotation (described as "center axis of rotation (actual)"). The explanation is based on the assumption that there is an error. Moreover, FIG. 11 shows a case where the inclination angle θ of the grindstone is set to “20°”, and FIG. 12 shows a case where the inclination angle θ of the grindstone is set to “40°”.
まず、図10に示すように、旋回中心軸(Sim)から砥石の端部(角部)までの半径rtの円と、旋回中心軸(実際)から砥石の端部までの半径rfの円とをそれぞれ描く。続いて、傾斜前の砥石の、旋回中心軸(Sim)および旋回中心軸(実際)から砥石の端部までの角度θt0,θf0と、図11に示した砥石の傾斜角度θ=20°とをもとに、円の方程式を応用して、理論上の砥石位置(「砥石位置(Sim)」と表記)の座標(yct1,zct1)と、実際の砥石位置(「砥石位置(実際)」と表記)の座標(yft1,zft1)とを求める。そして、これらの座標をもとに、砥石位置(Sim)に対する砥石位置(実際)のずれ量Δy1,Δz1を求める。 First, as shown in Fig. 10, there is a circle with radius rt from the turning center axis (Sim) to the end (corner) of the grinding wheel, and a circle with radius rf from the turning center axis (actual) to the end of the grinding wheel. Draw each. Next, the angles θt0 and θf0 from the turning center axis (Sim) and the turning center axis (actual) to the end of the grinding wheel before tilting, and the inclination angle θ=20° of the grinding wheel shown in FIG. Based on the equation of the circle, we can calculate the coordinates (yct1, zct1) of the theoretical grinding wheel position (denoted as "grinding wheel position (Sim)") and the actual grinding wheel position ("grinding wheel position (actual)"). The coordinates (yft1, zft1) of the notation) are determined. Then, based on these coordinates, deviation amounts Δy1 and Δz1 of the grindstone position (actual) with respect to the grindstone position (Sim) are determined.
続いて、傾斜前の砥石の、旋回中心軸(Sim)および旋回中心軸(実際)から砥石の端部までの角度θt0,θf0と、図12に示した砥石の傾斜角度θ=40°とをもとに、円の方程式を応用して、理論上の砥石位置(「砥石位置(Sim)」と表記)の座標(yct2,zct2)と、実際の砥石位置(「砥石位置(実際)」と表記)の座標(yft2,zft2)とを求める。そして、これらの座標をもとに、砥石位置(Sim)に対する砥石位置(実際)のずれ量Δy2,Δz2を求める。以上のように求めたずれ量Δy1,Δz1,Δy2,Δz2を用いて、真の旋回中心軸Acを推定する。 Next, the angles θt0 and θf0 from the turning center axis (Sim) and the turning center axis (actual) to the end of the grinding wheel before tilting, and the inclination angle θ=40° of the grinding wheel shown in FIG. Based on the equation of the circle, we can calculate the coordinates (yct2, zct2) of the theoretical grinding wheel position (denoted as "grinding wheel position (Sim)") and the actual grinding wheel position ("grinding wheel position (actual)"). The coordinates (yft2, zft2) of the notation) are determined. Then, based on these coordinates, the deviation amounts Δy2 and Δz2 of the grindstone position (actual) with respect to the grindstone position (Sim) are determined. The true turning center axis Ac is estimated using the deviation amounts Δy1, Δz1, Δy2, and Δz2 obtained as described above.
このように、理論上の旋回中心軸Acで砥石14,18を傾けた際の形状データと、真の旋回中心軸Acで砥石14,18を傾けた際の形状データとを比較することにより、真の旋回中心軸Acの座標を求めることができる。これにより、真の旋回中心軸Acの座標を用いて、砥石14,18の形状と正確な軌道を把握することができるため、ワークWと砥石14,18との接触点とその軌道(旋回軌道)を正確に把握することができる。その結果、所望の曲率に研削するために必要な、砥石14,18の傾斜角度を高精度に求めることができる。また、ワークWの曲率および研削量において、より高精度な加工品質を得ることができる。
In this way, by comparing the shape data when the
なお、例えば図13に示すように、砥石14,18の旋回中心軸Ac回りの旋回軌道にうねりがない場合、上記のように、接触点算出工程で接触点を算出、または旋回中心軸推定工程で真の旋回中心軸Acを推定することにより、砥石14,18の傾斜角度を高精度に求めることができる。一方、例えば図14に示すように、砥石14,18の旋回中心軸Ac回りの旋回軌道にうねりがある場合、接触点算出工程で接触点を算出、または旋回中心軸推定工程で真の旋回中心軸Acを推定するだけでは、砥石14,18の傾斜角度を高精度に求めることができない場合も想定される。
For example, as shown in FIG. 13, if there is no undulation in the orbits of the
この場合、上記のように、第二の形状測定工程において、砥石14,18を、実際の加工時の傾斜角度に近い状態に傾けて取得した形状データを用いることにより、旋回軌道にうねりがある場合であっても、砥石14,18の傾斜角度を高精度に求めることができる。
In this case, as described above, in the second shape measurement step, by using the shape data obtained by tilting the grinding
また、第二の形状測定工程における測定時の傾斜角度から、実際のワークWを加工する際の傾斜角度をわずかに変更(補正)する場合も想定される。この場合、上記のように、旋回中心軸推定工程で真の旋回中心軸Acを推定することにより、砥石14,18の傾斜角度を高精度に求めることができる。
Further, it is also conceivable that the inclination angle when actually machining the workpiece W is slightly changed (corrected) from the inclination angle at the time of measurement in the second shape measurement step. In this case, as described above, by estimating the true turning center axis Ac in the turning center axis estimation step, the inclination angles of the
以上説明した本実施の形態に係る球面研削方法および球面研削装置によれば、砥石14,18を旋回中心軸Acに対して傾斜させた場合における、当該砥石14,18の形状データを推定することにより、砥石14,18とワークWとの正確な接触点のデータを取得することができる。これにより、ワークWを高精度に研削することができる。
According to the spherical surface grinding method and spherical surface grinding apparatus according to the present embodiment described above, it is possible to estimate the shape data of the
また、本実施の形態に係る球面研削方法および球面研削装置によれば、例えば1μm以下の高精度が求められる内視鏡向けΦ1mm等の微小径レンズを加工する場合においても、出来栄え評価と繰り返し調整加工とによる追い込み作業を繰り返すことなく、研削を一度で完了することができる。従って、生産性の向上および大幅なコストダウンに繋げることができる。 Further, according to the spherical surface grinding method and spherical surface grinding apparatus according to the present embodiment, even when processing a micro diameter lens such as Φ1 mm for endoscopes that requires high precision of 1 μm or less, the workmanship can be evaluated and repeatedly adjusted. Grinding can be completed in one go without repeating machining and follow-up work. Therefore, it is possible to improve productivity and significantly reduce costs.
また、本実施の形態に係る球面研削方法および球面研削装置では、光学的に測定誤差が生じやすい、砥石14,18とワークWとの接触点付近の形状データを、複数の傾斜角度における測定データによって合成および補正することにより、より正確な砥石形状を取得することができる。この結果、砥石14,18とワークWとの接触点の推定誤差が低減され、高精度な加工が実現される。
Moreover, in the spherical surface grinding method and spherical surface grinding apparatus according to the present embodiment, the shape data near the contact point between the grinding
また、本実施の形態に係る球面研削方法および球面研削装置を用いることにより、ワークWを加工した後の砥石14,18の形状、すなわち砥石14,18の摩耗量を算出することができる。そのため、例えばワークWを連続加工する際の曲率の補正を自動化および高精度化することができる。
Further, by using the spherical surface grinding method and spherical surface grinding apparatus according to the present embodiment, the shape of the
すなわち、従来は、ワークの加工後に品質検査を行い、その品質検査結果に基づいて、次のワークの曲率をその都度補正していた。一方、本実施の形態に係る球面研削方法および球面研削装置では、ワークWの加工前に実施する形状測定結果に基づいて砥石14,18の摩耗量を算出し、その摩耗量に基づいて、当該ワークWの曲率を自動的に補正することができる。
That is, conventionally, a quality inspection was performed after processing a workpiece, and the curvature of the next workpiece was corrected each time based on the quality inspection results. On the other hand, in the spherical grinding method and spherical grinding apparatus according to the present embodiment, the amount of wear of the grinding
また、従来は、例えば砥石のスイベル角度を調整することにより、ワークの曲率を補正していたが、本実施の形態に係る球面研削方法および球面研削装置では、ワークWをY軸方向に移動させることにより、ワークWの曲率を高精度に補正することができる。すなわち、ワーク保持機構11によって、ワークWをY軸方向(例えば図1参照)にシフトさせることにより、ワークWの曲率を微調整することができる。
Furthermore, in the past, the curvature of the workpiece was corrected by, for example, adjusting the swivel angle of the grinding wheel, but in the spherical grinding method and spherical grinding apparatus according to the present embodiment, the workpiece W is moved in the Y-axis direction. Thereby, the curvature of the workpiece W can be corrected with high precision. That is, by shifting the workpiece W in the Y-axis direction (for example, see FIG. 1) using the
また、従来は、ワークの加工のたびに砥石の形状を測定していたが、本実施の形態に係る球面研削方法および球面研削装置では、例えばいくつかのワークWを加工した後に砥石14,18の形状を測定し、ワークWの曲率の補正が必要であれば補正を行う、という処理が可能となる。
Furthermore, in the past, the shape of the grindstone was measured each time a workpiece was processed, but in the spherical grinding method and spherical grinding apparatus according to the present embodiment, the
以上、本発明に係る球面研削方法および球面研削装置について、発明を実施するための形態により具体的に説明したが、本発明の趣旨はこれらの記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて広く解釈されなければならない。また、これらの記載に基づいて種々変更、改変等したものも本発明の趣旨に含まれることはいうまでもない。 Above, the spherical surface grinding method and spherical surface grinding apparatus according to the present invention have been specifically explained using the mode for carrying out the invention, but the gist of the present invention is not limited to these descriptions, and the scope of the claims must be interpreted broadly based on the description in Furthermore, it goes without saying that various changes and modifications based on these descriptions are also included within the spirit of the present invention.
例えば本実施の形態では、図3に示すように、粗研削用の砥石14と、精研削用の砥石18とを備えた球面研削装置1を一例として紹介したが、粗研削用の砥石14および精研削用の砥石18のいずれか一方のみを備えた構成、あるいは三種類以上の砥石を備えた構成であってもよい。
For example, in this embodiment, as shown in FIG. 3, the
また、本実施の形態におけるワーク保持機構11(図3参照)は、ワークWをZ軸方向に制御することにより、当該ワークWの厚みを調整してもよい。また、本実施の形態では、加工対象のワークWが主にレンズである場合を想定して説明を行ったが、球面研削が可能な対象であれば、レンズ以外であってもよい。また、ワークWの素材も適宜選択可能であり、例えばガラスは当然として、サファイヤまたはセラミック等の研削加工可能なものを選択してもよい。 Further, the workpiece holding mechanism 11 (see FIG. 3) in this embodiment may adjust the thickness of the workpiece W by controlling the workpiece W in the Z-axis direction. Furthermore, although the present embodiment has been described assuming that the work W to be machined is mainly a lens, it may be any object other than lenses as long as it can be spherically ground. Further, the material of the workpiece W can be selected as appropriate, and for example, a grindable material such as sapphire or ceramic may be selected as well as glass.
また、本実施の形態では、形状測定機構22(図3参照)としてレーザ変位計を例示したが、レーザ変位計以外にも、光学的、機械的、面的、帯状または線状に測定可能な様々な測定機構を用いることができる。また、本実施の形態では、砥石14,18としてカップ型の研削用砥石を用いているが、砥石の粒度および種類は、要求されるワークWの品質に応じて適宜選択可能である。
In addition, in this embodiment, a laser displacement meter is illustrated as the shape measuring mechanism 22 (see FIG. 3), but there are other types of displacement meters that can measure optically, mechanically, planarly, in a band shape, or linearly. Various measurement mechanisms can be used. Further, in this embodiment, cup-shaped grinding wheels are used as the grinding
1 球面研削装置
11 ワーク保持機構
12 ワーク回転機構
13 退避機構
14 砥石(第一の砥石)
15 砥石保持機構
16 砥石回転機構
17 砥石旋回機構
18 砥石(第二の砥石)
19 砥石保持機構
20 砥石回転機構
21 砥石旋回機構
22 形状測定機構
23 NC移動機構
24 測定制御機構
25 データ処理装置
26 加工制御機構
27 リファレンス面
Ac 旋回中心軸
Ao 光軸
At1 砥石回転軸
At2 砥石回転軸
O 設備原点
St1,St2 砥石基準
W ワーク
1
15 Grindstone holding mechanism 16
19 Grindstone holding mechanism 20
Claims (4)
前記砥石を前記旋回中心軸に対して傾斜させた状態において、前記砥石の形状を前記形状測定機構によって測定する第二の工程と、
前記第一の工程で取得した前記砥石の形状データと、前記第二の工程で取得した前記砥石の形状データとを合成することにより、前記砥石を前記旋回中心軸に対して傾斜させた場合における推定形状データを取得する第三の工程と、
前記推定形状データをもとに、前記砥石と所望の曲率のワークとの接触点を算出する第四の工程と、
前記接触点をもとに、実際の加工において設定する、前記旋回中心軸に対する前記砥石の傾斜角度を算出する第五の工程と、
前記砥石を前記傾斜角度に設定して、前記ワークの球面研削を行う第六の工程と、
を含む球面研削方法。 A first step of measuring the shape of the cup-shaped whetstone with a shape measuring mechanism in a state where the whetstone is not tilted with respect to a central axis of rotation for turning the whetstone;
a second step of measuring the shape of the whetstone with the shape measuring mechanism in a state where the whetstone is tilted with respect to the rotation center axis;
By combining the shape data of the whetstone acquired in the first step and the shape data of the whetstone acquired in the second step, when the whetstone is tilted with respect to the center axis of rotation. a third step of acquiring estimated shape data;
a fourth step of calculating a contact point between the grindstone and a workpiece having a desired curvature based on the estimated shape data;
a fifth step of calculating an inclination angle of the grindstone with respect to the rotation center axis, which is set in actual processing, based on the contact point;
a sixth step of setting the grindstone at the inclination angle and spherically grinding the workpiece;
Spherical grinding method including.
前記第一の工程で取得した前記砥石の形状データと、前記第二の工程で取得した前記砥石の形状データとに共通する特徴点を抽出する特徴点抽出工程と、
前記特徴点をもとに、前記第一の工程で取得した前記砥石の形状データと、前記第二の工程で取得した前記砥石の形状データとを合成し、前記推定形状データを取得する推定形状データ取得工程と、
を含む請求項1に記載の球面研削方法。 The third step is
a feature point extraction step of extracting feature points common to the shape data of the grindstone obtained in the first step and the shape data of the grindstone obtained in the second step;
An estimated shape in which the shape data of the grindstone obtained in the first step and the shape data of the grindstone obtained in the second step are combined based on the feature points to obtain the estimated shape data. a data acquisition process;
The spherical surface grinding method according to claim 1, comprising:
前記第一の工程で測定した前記砥石の形状データと、前記第二の工程で測定した複数の前記砥石の形状データとをもとに、真の旋回中心軸を推定する旋回中心軸推定工程を更に含み、
前記第五の工程は、前記真の旋回中心軸を更に用いて、前記傾斜角度を算出する、
請求項1または請求項2に記載の球面研削方法。 In the second step, the shape of the whetstone is measured by the shape measuring mechanism in a state where the whetstone is tilted at a plurality of different angles with respect to the rotation center axis,
A turning center axis estimation step of estimating a true turning center axis based on the shape data of the grindstone measured in the first step and the shape data of the plurality of grindstones measured in the second step. Furthermore, it includes
The fifth step further includes calculating the inclination angle using the true center axis of rotation.
The spherical surface grinding method according to claim 1 or claim 2.
前記ワーク保持機構をワーク回転軸回りに回転させるワーク回転機構と、
カップ型の砥石を保持する砥石保持機構と、
前記砥石を砥石回転軸回りに回転させる砥石回転機構と、
前記砥石回転軸と垂直な旋回中心軸回りに、前記砥石回転機構を旋回させる砥石旋回機構と、
前記ワーク回転軸と平行な軸を光軸とする形状測定機構と、
前記形状測定機構を三次元方向に移動させるNC移動機構と、
前記ワーク保持機構を、前記砥石回転軸から離れた位置に退避させる退避機構と、
前記砥石保持機構を前記旋回中心軸に対して傾斜させない状態における前記砥石の形状と、前記砥石保持機構を前記旋回中心軸に対して傾斜させた状態における前記砥石の形状とをそれぞれ測定するために、前記形状測定機構および前記NC移動機構を制御する測定制御機構と、
前記測定制御機構によって取得した前記砥石の形状データを合成し、前記砥石保持機構を、前記旋回中心軸に対して所望の角度に傾斜させた際の前記ワークと前記砥石との接触点のデータから、所望の曲率のワークとするための前記砥石保持機構の傾斜角度を算出するデータ処理装置と、
前記データ処理装置の出力結果をもとに、前記砥石旋回機構を制御する加工制御機構と、
を備える球面研削装置。 a work holding mechanism that holds the work;
a work rotation mechanism that rotates the work holding mechanism around a work rotation axis;
A grindstone holding mechanism that holds a cup-shaped grindstone;
a grindstone rotation mechanism that rotates the grindstone around a grindstone rotation axis;
a grindstone rotation mechanism that rotates the grindstone rotation mechanism around a rotation center axis that is perpendicular to the grindstone rotation axis;
a shape measuring mechanism whose optical axis is an axis parallel to the work rotation axis;
an NC moving mechanism that moves the shape measuring mechanism in a three-dimensional direction;
a retraction mechanism that retracts the workpiece holding mechanism to a position away from the grindstone rotation axis;
To measure the shape of the whetstone in a state where the whetstone holding mechanism is not inclined with respect to the turning center axis, and the shape of the whetstone in a state where the whetstone holding mechanism is inclined with respect to the turning center axis, respectively. , a measurement control mechanism that controls the shape measurement mechanism and the NC movement mechanism;
Synthesize the shape data of the grindstone acquired by the measurement control mechanism, and use data on the contact point between the workpiece and the grindstone when the grindstone holding mechanism is tilted at a desired angle with respect to the rotation center axis. , a data processing device that calculates an inclination angle of the grindstone holding mechanism to obtain a workpiece with a desired curvature;
a processing control mechanism that controls the grindstone rotation mechanism based on the output result of the data processing device;
A spherical grinding device equipped with
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