JP3853966B2 - 加工工具、その加工工具を用いる光計測装置、およびその加工工具を備えた加工装置 - Google Patents
加工工具、その加工工具を用いる光計測装置、およびその加工工具を備えた加工装置 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、加工装置に装着される加工工具に関し、特に、加工装置に保持されたワーク（被加工物）の加工中にワーク表面の光計測を行うことを可能にする加工工具に関する。また、本発明は、このような加工工具を用いる光計測装置および加工装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ワークの表面を加工して鏡面状態にする鏡面加工や研削加工が周知であり、各種の製品の製造などに適用されている。特に研削加工においては、非常に高い加工精度が要求され、加工精度を調べるために精密測定が行われる。この種の精密測定には、光計測技術を用いることが周知である。例えば、光干渉式測定では、光学的な干渉縞検出が行われる。ワークの表面形状を表す干渉縞の像を利用して、表面性状（うねり、粗さ、形状等）が測定される。この種の測定装置としては、フィゾー式干渉計やマイケルソン式干渉計などが知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
通常の研削加工では、加工中はワークに対して多量の加工液（水など）が連続的に供給されている。多量の加工液が存在すると、ワーク表面の光計測を行うことは困難である。また、加工中はワークの近くに加工工具があり、この加工工具が光計測の妨げになる。従って、従来は、加工中には光計測による精密測定を行うことはできなかった。
【０００４】
そこで、従来は、ワークを加工装置（工作機械）にセットした状態で、ある程度の加工が行われる。次に、ワークが加工装置から取り外され、洗浄される。それから、ワークは測定器にセットされ、光計測が行われる。計測終了後、ワークは計測器から取り外され、再び加工装置にセットされ、加工される。このようにして、加工工程と計測工程を交互に繰り返し、最終的に所望の加工精度が得られた時点で加工が終了する。
【０００５】
しかしながら、上記の加工方法では、加工装置からワークを取り外して測定器にセットし、またその逆の作業を行い、この作業を繰り返す必要がある。これらの作業には多くの手間がかかり、このことは加工時間や加工コストを増大させる要因になっていた。さらに、加工と測定を別々の装置で行うために、加工条件の良否や加工精度を的確に判断することも容易でなかった。また、ワークを加工装置にクランプ等で保持するときに、クランプ力が強すぎるためにワークに歪みが生じることがあり、この歪みは加工不良の原因になる。従来は、ワークセット状態でのクランプ歪みの検出は困難であり、クランプ歪み検出の専用計測器を設けるとコストがかかることもあって、加工不良の未然防止は困難であった。
【０００６】
以上では、従来技術の問題を、研削加工を取り上げて説明したが、他の加工においても同様である。また、光干渉測定を例示したが、他の光計測においても同様である。
【０００７】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものである。本発明の目的は、加工装置に装着される加工工具の改良により、加工中におけるワーク表面の光計測を可能にすることにある。また、本発明の目的は、このような加工工具を用いる好適な光計測装置および加工装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
（１）上記目的を達成するため、本発明は、加工装置に装着して用いられ、前記加工装置に保持されたワークを、そのワークに加工液が供給された状態で加工するための加工工具であって、前記ワークと接触してこれを加工する工具部と、前記工具部を保持し、前記加工装置に装着するための工具ベース部と、前記工具ベース部を貫通して設けられ、ワーク表面の光計測を行うための測定光に前記工具ベース部を通過させてワーク表面を照射させる光通路と、前記工具ベース部の内部に設けられ、圧縮気体を導いて前記工具ベース部と前記ワークの隙間に噴出させる圧縮気体通路と、を含み、前記圧縮気体通路を通って噴出する気体流によって、前記光通路の出口近傍の加工液を排除することにより、加工中の光計測を可能にすることを特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、圧縮気体が、気体通路を通って、工具ベース部とワークとの隙間に噴出され、この隙間を高速で流れる。この気体流が工具ベース部とワークとの間にある加工液を排除し、このときに光通路の出口部分の加工液も一定方向の高速気体流によって排除される。出口部分の加工液が排除されるので、光通路を通った測定光は、ワーク表面を照射できる。従って、加工中のワーク表面の光計測が可能となる。
【００１０】
（２）本発明の一態様の加工工具装置において、前記工具ベース部は、前記ワークと所定距離を隔てて対向するワーク対向面を有し、前記圧縮気体通路の噴出口は前記ワーク対向面に設けられ、前記工具部は、前記噴出口を取り囲むようにして設けられ、前記ワーク対向面から前記ワークへ向けて突き出してワーク表面と接触する工具環部を有し、前記工具環部の少なくとも一部に、ワーク表面を露出させ、前記噴出口から噴出された気体を前記工具環部の外側へ逃がす工具溝部が設けられ、前記光通路の出口は、前記工具溝部に設けられており、前記圧縮気体通路を通って噴出した気体は、前記工具溝部を通るときに、前記光通路の出口部分の加工液を排除する。
【００１１】
上記のように、この態様では、工具環部により圧縮気体の噴出口が取り囲まれている。圧縮気体は、工具ベース部のワーク対向面、ワーク表面および工具環部によって囲まれた空間へ噴出される。そして、噴出された気体は、工具環部に設けられた工具溝部を一定方向の高速気体流となって流れ、工具環部の外側に逃げる。この高速気体流により、工具溝部に設けられた光通路出口の近傍の加工液が吹き飛ばされ、排除される。加工液が排除されるので、光通路を通った測定光は、工具溝部で露出しているワーク表面を照射できる。
【００１２】
このように、本発明によれば、工具環部、気体噴出口および光通路出口を上記の如く配置するという簡単な構成により、光通路の出口部分の加工液を確実に排除でき、これにより加工中の光計測が可能となる。
【００１３】
なお、本発明において、工具環部の形状は、例えば、円形（ドーナツ型）である。しかし、本発明の工具環部の形状は、噴出口を取り囲めるものであれば任意の形状でよく、上記のような円形には限定されず、その他の形状、例えば、中抜き多角形でもよい。
【００１４】
（３）好ましくは、前記工具環部は、前記工具ベースの前記ワーク対向面に取り付けられ、前記圧縮気体通路の噴出口を取り囲んで配置された複数のセグメント砥石を含み、前記工具溝部は、隣合うセグメント砥石を隙間を開けて配置することにより形成され、前記光通路の出口は、前記ワーク対向面上であって隣合うセグメント砥石の間に設けられている。
【００１５】
この態様では、隣合うセグメント砥石の間の部分が工具溝部に相当する。隣合う砥石とワーク対向面とワーク表面により気体の逃げ道が形成される。噴出された気体は、周囲のセグメント砥石に向かって流れ、上記の逃げ道に流れ込む。このときに、砥石の間に設けられた光通路出口の近傍の加工液が吹き飛ばされる。この態様によれば、複数の砥石を互いに離して環状に並べて配置することにより、工具環部が形成されると同時に、工具溝部が形成される。従って、本発明の加工工具を用意に製造できる。
【００１６】
（４）好ましくは、本発明の加工工具は、前記工具ベース部および前記工具環部の内部を通るように設けられ、前記工具環部と前記ワークの接触面に加工液を導く加工液供給路を有する。この態様によれば、工具の内部から直接に、工具とワークの接触面に加工液が供給される。この接触面からはみ出した加工液が、上述の気体流により吹き飛ばされる。従って、ワークの加工中の部位に十分な加工液を供給しながら、測定部位の加工液を確実に排除できる。
【００１７】
（５）本発明の一態様は、上記の加工工具を用いて加工中のワークの光計測を行う光計測装置であり、この光計測装置は、前記加工工具が装着される加工装置に設けられており、測定光を前記光通路の通路方向に沿って前記光通路へ入射させる導光手段を有する。従って、光計測装置が発した測定光は、光通路を通り抜けてワーク表面を照射される。この光照射によりワーク表面の光測定が行われる。
【００１８】
（６）本発明の一態様は、上記の加工工具を用いてワークを加工する加工装置である。前記ワークを保持するワーク保持手段と、前記加工工具を装着する工具装着部と、前記ワークに加工液を供給する加工液供給手段と、前記加工工具に設けられた前記圧縮気体通路に圧縮気体を供給する圧縮気体供給手段と、前記光通路を通して前記ワークに測定光を照射することによりワーク表面の光計測を行う光計測手段と、を含む。
【００１９】
この態様によれば、本発明が、上述の加工工具を含む加工装置というかたちで実現される。工具装着部に装着された加工工具を用いてワークの加工が行われる。ワークには加工液供給手段により加工液が供給されている。そして、圧縮気体供給手段により圧縮気体が加工工具に供給され、これにより上記の如く加工液が排除され、その結果、加工中の光計測が可能となる。
【００２０】
好ましくは、本発明の加工装置は、前記光計測手段による測定結果の帰還により、前記加工工具を用いた加工の加工条件を自動調整する加工制御手段を含む。この態様によれば、測定結果を加工条件に反映して、不良加工を未然に防止し、加工精度の向上を図ることができる。
【００２１】
以上に説明したように、本発明によれば、ワーク表面と加工工具の工具ベース部との間に圧縮気体を噴出することにより、加工中であっても光通路を通して良好な光測定を行うことが可能である。従って、加工途中でワークを加工装置から取り外して測定器にセットするといった作業が不要となり、加工時間や加工コストを低減することが可能となる。さらに、加工の最中に測定ができるので、加工条件の良否や加工精度の判断を容易に行うことができる。そして、測定結果を加工条件に帰還して、加工不良の未然防止や加工精度の向上を図ることも可能となる。この加工装置によれば、ワークのクランプ力が過大であることに起因するクランプ歪みの検出も可能となり、この点でも加工不良の未然防止が可能となる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態（以下、実施形態という）について、図面を参照し説明する。図１は、本実施形態の研削加工装置を示しており、この研削加工装置には、本発明の加工工具が装着されている。
【００２３】
装置ベース２には、ＸＹテーブル４が載っている。ＸＹテーブル４は、アクチュエータ機構（図示せず）により水平方向に移動可能に設けられている（本実施形態では、Ｘ軸、Ｙ軸が互いに直交して水平方向に設定され、Ｚ軸は鉛直方向に設定されている）。ＸＹテーブル４には、ワーク１００が、図示しないクランプ装置によってクランプ固定されている。
【００２４】
また、装置ベース２には、ＸＹテーブル４の上方にＺ軸ヘッド６が固定されている。Ｚ軸ヘッド６は、Ｚ軸スピンドル８を支持している。Ｚ軸ヘッド６は、モータやアクチュエータ機構を内蔵しており、Ｚ軸スピンドル８を回転させ、またＺ軸方向に移動させる。加工の際は、Ｚ軸スピンドル８が回転しながら、下方に送り駆動される。
【００２５】
Ｚ軸スピンドル８の先端には、加工工具１０が装着されている。加工工具１０は、工具ベース１２および複数のセグメント砥石１４を有する。セグメント砥石が工具ベース１２に取り付けられ、工具ベース部１２がＺ軸スピンドル８に取り付けられている。加工の際は、Ｚ軸スピンドル８が回転しながら降下して、セグメント砥石１４がワーク１００に接触し、これにより加工が行われる。
【００２６】
また、装置ベース２には、クーラント供給装置１６が取り付けられている。クーラント供給装置１６のタンク内にはクーラントが溜められている。クーラントは、加工液の一種であり、加工面の潤滑や冷却を行い、また、加工時に発生する切粉を洗い流す。加工装置内には、クーラント供給装置１６から加工工具１０へクーラントを導くためのクーラント供給管（図示せず）が設けられている。クーラントは、このクーラント供給管および加工工具１０を通ってワーク１００に供給される。
【００２７】
また、装置ベース２には、光干渉測定装置（以下、測定装置）１８が取り付けられている。測定装置１８は、フィゾー式等の周知のものでよい。測定装置１８は下方へ平行光線（光軸２２）を照射する。この平行光線は、２つのミラー２０で反射されて加工工具１０に達し、後述するように、光線は、加工工具１０に設けられた光通路を通ってワーク１００へ達する。光線は、ワーク１００表面で反射し、さらにミラー２０で反射して測定装置１８に戻る。測定装置１８では、反射光を用いて干渉縞の像が生成される。干渉縞の像は、測定装置１８に内蔵されたカメラにより撮影される。この干渉縞の像を用いて、うねり、粗さ、形状等の表面性状が検出される。
【００２８】
また、装置ベース２には、圧縮空気発生器２４が取り付けられている。この圧縮空気発生器２４が発生する圧縮空気は、装置内の空気供給管（図示せず）を通り、さらに加工工具１０内を通って、加工工具１０とワーク１００の隙間に噴出される。
【００２９】
次に、図２を参照し、加工工具１０の構成を説明する。図２（ａ）は加工工具１０の底面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）をラインＸ−Ｘで切断した断面図である。工具ベース１２は、円板形状を有する。工具ベース１２は、その上面（シャンク面）３０の中央から突き出すようにして設けられたシャンク３２を有する。シャンク３２がＺ軸スピンドル８に挟み込まれ、これにより加工工具１０がＺ軸スピンドル８に保持される。
【００３０】
工具ベース１２の下面は、水平であり、ワーク１００の上面と平行である。このベース下面をワーク対向面３４という。ワーク対向面３４からワーク１００へ向けて下方に突き出すようにして、６個のセグメント砥石１４が設けられている。各セグメント砥石１４は、扇形の断面を有する柱状部材であり、工具ベース１２に２本のボルト３６で固定されている（図３参照）。６個のセグメント砥石１４は、図２に示されるように、工具ベース１２の外周に沿って円形に配列されており、隣合うセグメント砥石１４は隙間を開けて配置されている。言い換えれば、ドーナツ型の砥石を６カ所で切除したものが、６個のセグメント砥石１４である。
【００３１】
このようにして、これらの６個のセグメント砥石１４により、ワーク対向面３４から突き出す本発明の工具環部が構成されている。そして、隣合うセグメント砥石１４の間の部分は、本発明の工具溝部１５に相当し、この部分ではワーク表面が露出する。
【００３２】
図２（ｂ）に示すように、加工工具１０の内部には、クーラント供給路３８が設けられている。クーラント供給路３８の入口３９は、シャンク３２の上面にある。供給路３８は、シャンク３２の内部を通り工具ベース１２へ達する。そして、供給路３８は、工具ベース１２の中で６本の支線供給路４０に枝分かれし、水平方向に進む。枝分かれした６本の支線供給路４０は、下方へ折れ曲がり、それぞれ別のセグメント砥石１４に入る。セグメント砥石１４にも支線供給路４０の一部が設けられており、この支線供給路４０は、セグメント砥石１４を上下に貫通している。支線供給路４０の出口、すなわちクーラント供給口４２は、図２（ａ）に示されるように、各セグメント砥石１４の中央部に配置されている。
【００３３】
上記のように、クーラント供給路３８の入口３９は、シャンク３２の上面にある。シャンク３２がＺ軸スピンドル８に取り付けられたとき、この入口３９は、Ｚ軸スピンドル８内のクーラント供給管につながる。前述したように、クーラント供給管は、Ｚ軸スピンドル８およびＺ軸ヘッド６を通ってクーラント供給装置１６につながっている。
【００３４】
また、図２（ａ）に示すように、隣合うセグメント砥石１４の間には、光通路穴４４が設けられている。光通路穴４４は、工具ベース１２を貫通する円形の貫通穴である。光通路穴４４は、６個の砥石隙間にそれぞれ一つずつ設けられている。そして、この６個の光通路穴４４は、工具ベース１２の回転中心から等距離に設けられている。
【００３５】
図１を用いて前述したように、光干渉測定装置１８が発した測定光は、ミラー２０によって工具ベース１２に導かれる。このとき、測定光は、上記の光通路穴４４と同じ距離だけベース回転中心から離れた位置にて、直下へ進み、工具ベース１２に達する。このような光軸は、ミラー２０の適切な配置によって実現されている。
【００３６】
上記のような光通路穴４４を設けることにより、測定光は、工具ベース１２を突き抜けてワーク１００を照射することができる。なお、変形例として、上記の光通路穴３８は、円形以外の任意の形状の貫通穴でもよく、例えばスリットでもよい。また、光通路穴３８に、光が透過できるガラス等の部材が埋め込まれていてもよい。要するに、測定光が工具ベース１２を通過できる任意の通路が、本発明の光通路に含まれる。
【００３７】
さらに、図２に示すように、工具ベース１２の中央には、圧縮空気通路４６が設けられている。圧縮空気通路４６は、工具ベース１２の回転中心上にあり、工具ベース１２およびシャンク３２を上下に貫通している。空気通路４６の入口４８はシャンク３２の上面にあり、出口（圧縮空気供給口）５０はワーク対向面３４にある。シャンク３２がＺ軸スピンドル８に取り付けられたとき、シャンク上面の入口４８は、Ｚ軸スピンドル８内の空気供給管につながる。前述したように、空気供給管は、Ｚ軸スピンドル８およびＺ軸ヘッド６を通って圧縮空気発生器２４につながっている。
【００３８】
ここで、上記の構成の加工工具１０を用いて加工中の光測定（インプロセス測定）を行うときの動作を説明する。加工中は、加工工具１０は回転しながらワーク１００に押し付けられる。これにより、６個のセグメント砥石１４の下面がワーク１００の表面と接触している。クーラント供給装置１６から供給されたクーラントは、工具内のクーラント供給路３８おおび支線供給路４０を通って、セグメント砥石１４のクーラント供給口４２から、砥石とワークの接触面に供給される。クーラントは、この接触面から四方に広がり、ワーク表面を流れていく。
【００３９】
光計測を行うときは、圧縮空気発生器２４が圧縮空気を発生し、空気供給管に送り出す。この圧縮空気が、工具内の圧縮空気通路４６を通り、ワーク対向面３４の圧縮空気供給口５０から噴出される。圧縮空気は、工具ベース１２、ワーク１００、および環状の砥石群で形成される空間へと噴出され、そして、周囲の砥石群に向けて流れる。前述のように、セグメント砥石１４はワーク表面に接触している。従って、噴出された空気は、隣合うセグメント砥石１４の間の部分の工具溝部１５を吹き抜ける。
【００４０】
このような空気の流れにより、ワーク表面のクーラントは吹き飛ばされ、排除される。このときに、ワーク表面の切粉も一緒に吹き飛ばされる。すなわち、本発明では、加工液除去手段が、切粉を除去する手段としても機能する。特に、砥石の間の部分では、流路が狭まっているために流速が大きくなり、確実にクーラントが吹き飛ばされる。なお、本実施形態の圧縮空気発生器２４は、上記のようにしてワーク表面のクーラントを吹き飛ばすのに十分な高さの圧力の空気を発生するものであればよい。この時、圧縮空気圧力は、クーラントを完全に吹き飛ばすのではなく、研削直後のワーク表面の粗さ部分にわずかにクーラントが残り、それによって干渉縞生成が可能な程度の圧力であっても良い。また、出口５０の形状は、干渉縞生成が可能なように、クーラントをワーク表面の粗さ部分にわずかに残せるような形状であっても良い。また、圧縮空気発生器２４が加工装置１と別体に設けられ、圧縮空気がパイプ等を通して加工装置１に供給されてもよい。
【００４１】
工具ベース１２の光通路穴４４は、セグメント砥石１４の間に設けられている。従って、上記のクーラントの排除により、光通路穴４４の出口付近のクーラントがなくなってワーク表面が現れるので、光計測が可能となる。実際は、工具ベース１２とともに６つの光通路穴４４が回転している。従って、測定可能なタイミングは、光通路穴４４が測定光の光軸を横切るときに限られる。この測定可能タイミングに、測定光が光通路穴４４を通ってワーク１００に達する。測定光はワーク１００で反射して再び光通路穴４４を通り抜け、ミラー２０で反射されて光干渉測定装置１８へ戻る。これにより、干渉縞画像が得られ、ワーク１００の表面性状を計測できる。
【００４２】
ここで、本来、光計測においては、測定光の光路に空気の揺らぎがあると、良好な測定結果が得られない。空気の揺らぎにより、空気屈折率の変動等が生じ、干渉縞も揺れてしまうからである。市販の通常の光波干渉測定器では、測定の障害となる空気の揺れを防止するために、干渉光路を周囲から遮蔽する手段等を設ける措置が取られている。しかしながら、本実施形態では、クーラントおよび切粉を排除するための空気の吹付けが必要なので、干渉光路を遮蔽することはできない。従って、空気を吹き付けながらでも良好な測定結果を得られるようにすることが求められる。この問題は、以下のようにして解決されている。
【００４３】
本実施形態では、工具ベース１２とワーク１００の間に圧縮空気が噴出される。噴出された空気は、光通路穴４４の出口部分を高速に吹き抜ける。従って、一定方向の高速空気流が、測定光の光路を横切っている。この気体流は、ワーク表面に沿って一定方向に真直に流れるので、層流的な流れと言うことができる。
【００４４】
この一定方向の高速気体流がワーク表面に沿って流れる状態でも、光路は遮蔽されておらず、干渉縞の揺らぎは発生する。しかしながら、この条件下では変化の早い揺らぎが生じる。すなわち、干渉縞には、光路が一定方向の高速気体流をを通過する場合には短い周期で干渉縞が揺れ動くという特性がある。
【００４５】
本実施形態では、この特性を利用して、安定した光干渉測定を行う。すなわち、本実施形態では、所定測定期間に所定の相当数の干渉縞画像を取得する。そして、これらの複数枚の干渉縞画像が平均化される。概念的には、複数の干渉縞画像から同一座標の画素の画素値を抽出する。そして、これらの画素値を足し合わせた総計を画像枚数で割る。この処理を干渉縞画像の全画素について行う。これにより、平均化された干渉縞画像が得られる。この平均化画像は、揺れの中心にあるときの干渉縞の像を表す。なお、平均化画像に対して、適当なしきい値を用いた画像処理を施して、より鮮明な画像を得ることも好適である。また、上記の平均化処理は複数の画像を合成する処理の一種であるが、この平均化とは異なる他の適当な画像処理を用いて最終的な干渉縞画像を得てもよい。
【００４６】
次に、図４は、上記の加工装置１の構成をブロック図のかたちで示している。図示のように、加工装置を制御するコントローラ５２が設けられている。コントローラ５２は、ＸＹテーブル４を移動させるアクチュエータを制御して、ＸＹテーブル４をワーク１００とともに移動させる。また、コントローラ５２は、Ｚ軸ヘッド６に制御信号を出し、Ｚ軸スピンドル８の回転駆動と送り駆動を制御する（駆動、停止、駆動速度等）。これにより、加工工具１０が回転し、ワーク１００へ押しつけられ、回転速度や押しつけ量（押しつけ圧）が調整される。また、コントローラ５２は、クーラント供給装置１６を制御し、加工時には、クーラントを加工工具１０へ供給させる。また、コントローラ５２は、圧縮空気発生器２４を制御して、圧縮空気を発生させる。前述のように、圧縮空気は、Ｚ軸装置を通って加工工具１０へ導かれ、工具下面から噴射される。
【００４７】
さらに、コントローラ５２は、光干渉測定装置１８を制御する。測定装置１８にはカメラ装置が内蔵されており、干渉縞を撮影した画像がコントローラ５２へ送られる。コントローラ５２には測定部５４が設けられている。測定部５４は画像処理部５６と判定部５８を有する。画像処理部５６では、光干渉測定装置１８の出力を基に、干渉縞の画像のデジタルデータが生成される。判定部５８は、干渉縞の画像データを基に、表面性状（うねりや形状、特に高さ情報）に関する判定を行う。
【００４８】
なお、干渉縞を観測できる範囲は、測定光の照射部位に限られている。従って、一カ所で測定を行っても、極めて狭い範囲の干渉縞画像しか得られない。そこで、コントローラ５２は、ＸＹテーブル４を制御して、ワーク１００を移動させ、少しずつずれた複数の場所で干渉測定を行う。画像処理部５６では、このようにして得られた複数の場所の干渉縞画像が合成され、これにより適当な広さの範囲の干渉縞画像が得られる。この合成方法や干渉縞の解析方法については周知の技術を適用すればよい。例えば、特開平９−２７３９０８号公報、特願平９−１８７７６３号公報、「光干渉計測法の最近の進歩」（谷田貝豊彦、精密機械５１／４／１９８５、６５〜７２頁）等に記載の方法を本実施形態に応用可能である。
【００４９】
また、コントローラ５２には、出力装置としてのディスプレイ６０およびプリンタ６２と、キーボード等の入力装置６４が接続されている。ディスプレイ６０には、画像処理部５６で生成された画像が表示される。プリンタ６２には、測定結果が印字される。入力装置６４は、作業者が、装置の運転、停止やその他の指示を入力するための装置である。ディスプレイ６０には、作業者の操作に必要な画面表示も適宜行われる。
【００５０】
次に、図４の加工装置の動作を説明する。まず、作業者により、ワーク１００がクランプ装置を用いてＸＹテーブル４に固定される。また、作業者により、入力装置６４を用いて、加工に関する各種の指示が入力される。この指示には、ワーク１００をどれだけ加工するかの加工量（Ｚ軸スピンドル８の全送り量に相当）が含まれる。また、この時点で、初期の加工条件（工具の送り速度、切込み量、研削速度等）が入力される。ここでは、デフォルト設定された加工条件が適用されてもよい。
【００５１】
加工条件のうちの切込み量は、加工工具１０をワーク１００に押しつける量のことである。切込み量と送り速度は単位時間当たりの切削体積から決定されるのが一般的だが切込み量が大きいと、加工時の振動発生等に起因して加工面のうねりが大きくなり、表面形状が悪化する。一方、切込み量が小さいと、その分だけ加工時間が長くなる。
【００５２】
作業者は、入力装置６４を用いて加工開始を指示する。コントローラ５２は、ＸＹテーブル４を制御して、ワーク１００をＺ軸スピンドル８の下方に位置させる。コントローラ５２の制御により、初期の加工条件に従って、Ｚ軸スピンドル８が回転しながら下方へ送られる。また、クーラントがクーラント供給装置１６により供給される。クーラントは、加工工具１０の中の供給路３８，４０を通って、セグメント砥石１４とワーク１０の接触面に供給される。
【００５３】
加工開始後は、光干渉測定の測定結果を利用して、加工条件の手動調整または自動調整が行われる。測定は、加工中、すなわち、加工工具１０が回転した状態で行われる。
【００５４】
［手動調整］
加工が開始してから適当な時間が経過すると、作業者が入力装置６４を用いて測定実行を指示する。あるいは、測定は、所定時間の経過時点、または、所定量だけ加工された時点（所定の送り量だけワーク１００が移動した時点）で、コントローラ５２により自動的に行われてもよい。
【００５５】
コントローラ５２は、圧縮空気発生器２４を制御して、圧縮空気を発生させる。圧縮空気は、空気供給路により導かれ、Ｚ軸装置を通って加工工具１０へ至る。圧縮空気は、工具内の空気通路４６を通って、工具下面（ワーク対向面３４）の空気供給口５０から噴出される。これにより、前述したように、光通路穴４４の出口付近のクーラントおよび切粉が排除される。この状態で、光干渉測定装置１８により測定が行われる。
【００５６】
コントローラ５２の画像処理部５６では、光干渉測定装置１８から順次送られる画像が、適当な画像処理を施され、記録される。この画像を用いて、判定部１００は、うねりや形状、特に高さを判定する。高さ等の判定結果は、干渉縞画像とともにディスプレイ６０に表示され、また、プリンタ６２に印字される。
【００５７】
作業者は、計測結果を見て、必要に応じて、入力装置６４を用いて加工条件の調整を行う。例えば、作業者は、表面性状の内のうねりに注目して、うねりが最小になるように初期の研削条件を修正する。これにより、ワーク１００の平面度を高くすることができる。
【００５８】
加工条件の調整が終わると、コントローラ５２は、光干渉測定装置１８に測定光の照射を停止させ、また、圧縮空気発生器２４に対して、圧縮空気の発生を停止させる。
【００５９】
好ましくは、上記の測定や加工条件調整は、適当な間隔をおいて複数回行われる。また、上記においては、測定の際のみ圧縮空気が噴出されたが、圧縮空気が常に噴出されていてもよい。また、光干渉測定が、間隔をおかずに連続的に行われてもよい。
【００６０】
コントローラ５２は、加工条件が変更されなければ、初期の加工条件を維持する。加工条件の変更が指示されれば、その指示に従う。コントローラ５２は、加工を継続し、最初に入力された加工量が達成された時点で加工を終了する。
【００６１】
［自動調整］
自動調整の場合、測定は、コントローラ５２により自動的に行われる。測定タイミングは、加工開始から所定時間の経過時点、または、所定量だけ加工された時点（所定の送り量だけワーク１００が移動した時点）である。
【００６２】
測定タイミングがくると、コントローラ５２は、上記の手動調整の場合と同様の測定処理を実行する。測定部５４では、干渉縞画像から表面性状が求められる。そして、適切な表面性状が得られるように加工条件が自動調整される。
【００６３】
例えば、判定部５８は、表面性状の内の高さ情報を求め、この高さの大きさを適当な基準値と比較する。高さが基準値より小さければ、コントローラ５２は、現在の加工条件を維持する。高さが基準値より大きければ、コントローラ５２は、送り量を下げるなど、加工条件を調整して、高さを均一にする。また別の第２の基準値とうねりを比較し、この第２の基準値よりもうねりが小さければ、加工時間を短縮しても問題ないと判断して、送り量等を増大させてもよい。上記の基準値が複数設けられ、複数段階で加工条件が調整されてもよい。さらに、表面性状に応じて加工条件が連続的に調整されてもよい。
【００６４】
また、判定部５８は、加工面が異常に歪んでいないかを調べる。クランプ装置がワーク１００をクランプする力が強すぎたり、この力が複数の箇所にてアンバランスであると、ワーク１００が異常に歪むことがある。異常な歪みが検出されたときは、コントローラ５２は、加工を停止し、「異常歪み発生」をディスプレイ６０に表示して作業者に知らせる。なお、この処理は、加工開始時点でも行うことが好ましい。
【００６５】
なお、測定および加工条件の調整は、手動調整の場合と同様に、適当な間隔をおいて複数回行うことが好適である。また、圧縮空気の噴出が継続的に行われてもよい。また、光干渉測定が、間隔をおかずに継続的に行われてもよい。そして、表面性状が常時監視され、表面性状の変化に応じて加工条件が調整されてもよい。
【００６６】
コントローラ５２は、上記のようにして必要に応じて加工条件を調整しながら加工を行い、最初に入力された加工量が達成された時点で加工を終了する。Ｚ軸スピンドル８は引き上げられ、停止される。
【００６７】
以上、本発明の好適な実施形態を説明した。本実施形態によれば、図２に示されるようにセグメント砥石１４、光通路穴４４、圧縮空気通路４６およびクーラント供給路３８を配置するという簡単な構成によって、加工中であってもワーク表面の光干渉測定が可能となる。従って、加工途中でワークを加工装置から取り外して測定器にセットするといった段取り替え作業が不要となり、加工時間や加工コストを低減することが可能となる。
【００６８】
また、加工中に加工条件の良否や加工精度の判断を容易に行うことができ、この判断に基づいて、加工精度を向上することが可能となり、また、不良加工発生を未然に防止することが可能となる。
【００６９】
また、本実施形態によれば、ワーククランプにより発生する歪みを観察することができる。これにより、クランプに起因する異常歪みが検出され、この点でも加工不良の未然防止が可能となる。
【００７０】
また、本実施形態によれば、光干渉測定の結果を加工条件に帰還して加工条件の自動調整が行われ、これにより加工精度の向上を図ることができる。従来は加工条件の調整は作業者の判断で行われ、作業者の技能により加工精度にばらつきが発生することがあった。これに対し、本実施形態では、作業者の技能に依存しないで高精度加工を行うことができる。また、加工条件の調整により、可能な範囲で加工速度を増大することができ、この点でも本実施形態の装置は加工時間の短縮に寄与することができる。
【００７１】
本実施形態の変形例を説明する。本実施形態では、圧縮空気が用いられたが、その他の圧縮気体が用いられてもよい。また、本実施形態では、光干渉測定が行われた。これに対し、他の光測定が行われてもよい。例えば、レーザ式のインジケータによってワーク１００の表面の位置（高さ）が測定されてもよく、この場合でも本発明の効果が、上記の実施形態と同様に好適に得られる。また、本実施形態では、本発明が研削加工に適用されたが、本発明の範囲内で他の種類の加工にも同様に適用可能である。
【００７２】
本実施形態では、光軸２２は、外部雰囲気中にあるため、干渉縞のゆらぎや、ミラー２０の汚染の可能性もあるが、これらを防止するために、光軸２２を外部雰囲気から覆う構造であっても良い。また、光軸２２を通る光波は光ファイバーを使用して導光し、ミラー２０を削除することも可能である、このように光ファイバーを使用した場合は、光波の出射口にレンズを設けて、干渉に必要な面積をカバーできる平行光を生成しても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態の加工装置を示す図である。
【図２】 図１の加工装置に装着される加工工具を示す図である。
【図３】 図２のセグメント砥石を拡大して示す図である。
【図４】 図１の加工装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１ 加工装置、２ 装置ベース、４ ＸＹテーブル、６ Ｚ軸ヘッド、８ Ｚ軸スピンドル、１０ 加工工具、１２ 工具ベース、１４ セグメント砥石、１６ クーラント供給装置、１８ 光干渉測定装置、２０ ミラー、２２ 光軸、２４ 圧縮空気発生器、３２ シャンク、３４ ワーク対向面、３８ クーラント供給路、４２ クーラント供給口、４４ 光通路穴、４６ 圧縮空気通路、５０ 圧縮空気供給口、５２ コントローラ、５４ 測定部、５６ 画像処理部、５８ 判定部、６０ ディスプレイ、６２ プリンタ、６４ 入力装置、１００ワーク。
【発明の属する技術分野】
本発明は、加工装置に装着される加工工具に関し、特に、加工装置に保持されたワーク（被加工物）の加工中にワーク表面の光計測を行うことを可能にする加工工具に関する。また、本発明は、このような加工工具を用いる光計測装置および加工装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ワークの表面を加工して鏡面状態にする鏡面加工や研削加工が周知であり、各種の製品の製造などに適用されている。特に研削加工においては、非常に高い加工精度が要求され、加工精度を調べるために精密測定が行われる。この種の精密測定には、光計測技術を用いることが周知である。例えば、光干渉式測定では、光学的な干渉縞検出が行われる。ワークの表面形状を表す干渉縞の像を利用して、表面性状（うねり、粗さ、形状等）が測定される。この種の測定装置としては、フィゾー式干渉計やマイケルソン式干渉計などが知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
通常の研削加工では、加工中はワークに対して多量の加工液（水など）が連続的に供給されている。多量の加工液が存在すると、ワーク表面の光計測を行うことは困難である。また、加工中はワークの近くに加工工具があり、この加工工具が光計測の妨げになる。従って、従来は、加工中には光計測による精密測定を行うことはできなかった。
【０００４】
そこで、従来は、ワークを加工装置（工作機械）にセットした状態で、ある程度の加工が行われる。次に、ワークが加工装置から取り外され、洗浄される。それから、ワークは測定器にセットされ、光計測が行われる。計測終了後、ワークは計測器から取り外され、再び加工装置にセットされ、加工される。このようにして、加工工程と計測工程を交互に繰り返し、最終的に所望の加工精度が得られた時点で加工が終了する。
【０００５】
しかしながら、上記の加工方法では、加工装置からワークを取り外して測定器にセットし、またその逆の作業を行い、この作業を繰り返す必要がある。これらの作業には多くの手間がかかり、このことは加工時間や加工コストを増大させる要因になっていた。さらに、加工と測定を別々の装置で行うために、加工条件の良否や加工精度を的確に判断することも容易でなかった。また、ワークを加工装置にクランプ等で保持するときに、クランプ力が強すぎるためにワークに歪みが生じることがあり、この歪みは加工不良の原因になる。従来は、ワークセット状態でのクランプ歪みの検出は困難であり、クランプ歪み検出の専用計測器を設けるとコストがかかることもあって、加工不良の未然防止は困難であった。
【０００６】
以上では、従来技術の問題を、研削加工を取り上げて説明したが、他の加工においても同様である。また、光干渉測定を例示したが、他の光計測においても同様である。
【０００７】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものである。本発明の目的は、加工装置に装着される加工工具の改良により、加工中におけるワーク表面の光計測を可能にすることにある。また、本発明の目的は、このような加工工具を用いる好適な光計測装置および加工装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
（１）上記目的を達成するため、本発明は、加工装置に装着して用いられ、前記加工装置に保持されたワークを、そのワークに加工液が供給された状態で加工するための加工工具であって、前記ワークと接触してこれを加工する工具部と、前記工具部を保持し、前記加工装置に装着するための工具ベース部と、前記工具ベース部を貫通して設けられ、ワーク表面の光計測を行うための測定光に前記工具ベース部を通過させてワーク表面を照射させる光通路と、前記工具ベース部の内部に設けられ、圧縮気体を導いて前記工具ベース部と前記ワークの隙間に噴出させる圧縮気体通路と、を含み、前記圧縮気体通路を通って噴出する気体流によって、前記光通路の出口近傍の加工液を排除することにより、加工中の光計測を可能にすることを特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、圧縮気体が、気体通路を通って、工具ベース部とワークとの隙間に噴出され、この隙間を高速で流れる。この気体流が工具ベース部とワークとの間にある加工液を排除し、このときに光通路の出口部分の加工液も一定方向の高速気体流によって排除される。出口部分の加工液が排除されるので、光通路を通った測定光は、ワーク表面を照射できる。従って、加工中のワーク表面の光計測が可能となる。
【００１０】
（２）本発明の一態様の加工工具装置において、前記工具ベース部は、前記ワークと所定距離を隔てて対向するワーク対向面を有し、前記圧縮気体通路の噴出口は前記ワーク対向面に設けられ、前記工具部は、前記噴出口を取り囲むようにして設けられ、前記ワーク対向面から前記ワークへ向けて突き出してワーク表面と接触する工具環部を有し、前記工具環部の少なくとも一部に、ワーク表面を露出させ、前記噴出口から噴出された気体を前記工具環部の外側へ逃がす工具溝部が設けられ、前記光通路の出口は、前記工具溝部に設けられており、前記圧縮気体通路を通って噴出した気体は、前記工具溝部を通るときに、前記光通路の出口部分の加工液を排除する。
【００１１】
上記のように、この態様では、工具環部により圧縮気体の噴出口が取り囲まれている。圧縮気体は、工具ベース部のワーク対向面、ワーク表面および工具環部によって囲まれた空間へ噴出される。そして、噴出された気体は、工具環部に設けられた工具溝部を一定方向の高速気体流となって流れ、工具環部の外側に逃げる。この高速気体流により、工具溝部に設けられた光通路出口の近傍の加工液が吹き飛ばされ、排除される。加工液が排除されるので、光通路を通った測定光は、工具溝部で露出しているワーク表面を照射できる。
【００１２】
このように、本発明によれば、工具環部、気体噴出口および光通路出口を上記の如く配置するという簡単な構成により、光通路の出口部分の加工液を確実に排除でき、これにより加工中の光計測が可能となる。
【００１３】
なお、本発明において、工具環部の形状は、例えば、円形（ドーナツ型）である。しかし、本発明の工具環部の形状は、噴出口を取り囲めるものであれば任意の形状でよく、上記のような円形には限定されず、その他の形状、例えば、中抜き多角形でもよい。
【００１４】
（３）好ましくは、前記工具環部は、前記工具ベースの前記ワーク対向面に取り付けられ、前記圧縮気体通路の噴出口を取り囲んで配置された複数のセグメント砥石を含み、前記工具溝部は、隣合うセグメント砥石を隙間を開けて配置することにより形成され、前記光通路の出口は、前記ワーク対向面上であって隣合うセグメント砥石の間に設けられている。
【００１５】
この態様では、隣合うセグメント砥石の間の部分が工具溝部に相当する。隣合う砥石とワーク対向面とワーク表面により気体の逃げ道が形成される。噴出された気体は、周囲のセグメント砥石に向かって流れ、上記の逃げ道に流れ込む。このときに、砥石の間に設けられた光通路出口の近傍の加工液が吹き飛ばされる。この態様によれば、複数の砥石を互いに離して環状に並べて配置することにより、工具環部が形成されると同時に、工具溝部が形成される。従って、本発明の加工工具を用意に製造できる。
【００１６】
（４）好ましくは、本発明の加工工具は、前記工具ベース部および前記工具環部の内部を通るように設けられ、前記工具環部と前記ワークの接触面に加工液を導く加工液供給路を有する。この態様によれば、工具の内部から直接に、工具とワークの接触面に加工液が供給される。この接触面からはみ出した加工液が、上述の気体流により吹き飛ばされる。従って、ワークの加工中の部位に十分な加工液を供給しながら、測定部位の加工液を確実に排除できる。
【００１７】
（５）本発明の一態様は、上記の加工工具を用いて加工中のワークの光計測を行う光計測装置であり、この光計測装置は、前記加工工具が装着される加工装置に設けられており、測定光を前記光通路の通路方向に沿って前記光通路へ入射させる導光手段を有する。従って、光計測装置が発した測定光は、光通路を通り抜けてワーク表面を照射される。この光照射によりワーク表面の光測定が行われる。
【００１８】
（６）本発明の一態様は、上記の加工工具を用いてワークを加工する加工装置である。前記ワークを保持するワーク保持手段と、前記加工工具を装着する工具装着部と、前記ワークに加工液を供給する加工液供給手段と、前記加工工具に設けられた前記圧縮気体通路に圧縮気体を供給する圧縮気体供給手段と、前記光通路を通して前記ワークに測定光を照射することによりワーク表面の光計測を行う光計測手段と、を含む。
【００１９】
この態様によれば、本発明が、上述の加工工具を含む加工装置というかたちで実現される。工具装着部に装着された加工工具を用いてワークの加工が行われる。ワークには加工液供給手段により加工液が供給されている。そして、圧縮気体供給手段により圧縮気体が加工工具に供給され、これにより上記の如く加工液が排除され、その結果、加工中の光計測が可能となる。
【００２０】
好ましくは、本発明の加工装置は、前記光計測手段による測定結果の帰還により、前記加工工具を用いた加工の加工条件を自動調整する加工制御手段を含む。この態様によれば、測定結果を加工条件に反映して、不良加工を未然に防止し、加工精度の向上を図ることができる。
【００２１】
以上に説明したように、本発明によれば、ワーク表面と加工工具の工具ベース部との間に圧縮気体を噴出することにより、加工中であっても光通路を通して良好な光測定を行うことが可能である。従って、加工途中でワークを加工装置から取り外して測定器にセットするといった作業が不要となり、加工時間や加工コストを低減することが可能となる。さらに、加工の最中に測定ができるので、加工条件の良否や加工精度の判断を容易に行うことができる。そして、測定結果を加工条件に帰還して、加工不良の未然防止や加工精度の向上を図ることも可能となる。この加工装置によれば、ワークのクランプ力が過大であることに起因するクランプ歪みの検出も可能となり、この点でも加工不良の未然防止が可能となる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態（以下、実施形態という）について、図面を参照し説明する。図１は、本実施形態の研削加工装置を示しており、この研削加工装置には、本発明の加工工具が装着されている。
【００２３】
装置ベース２には、ＸＹテーブル４が載っている。ＸＹテーブル４は、アクチュエータ機構（図示せず）により水平方向に移動可能に設けられている（本実施形態では、Ｘ軸、Ｙ軸が互いに直交して水平方向に設定され、Ｚ軸は鉛直方向に設定されている）。ＸＹテーブル４には、ワーク１００が、図示しないクランプ装置によってクランプ固定されている。
【００２４】
また、装置ベース２には、ＸＹテーブル４の上方にＺ軸ヘッド６が固定されている。Ｚ軸ヘッド６は、Ｚ軸スピンドル８を支持している。Ｚ軸ヘッド６は、モータやアクチュエータ機構を内蔵しており、Ｚ軸スピンドル８を回転させ、またＺ軸方向に移動させる。加工の際は、Ｚ軸スピンドル８が回転しながら、下方に送り駆動される。
【００２５】
Ｚ軸スピンドル８の先端には、加工工具１０が装着されている。加工工具１０は、工具ベース１２および複数のセグメント砥石１４を有する。セグメント砥石が工具ベース１２に取り付けられ、工具ベース部１２がＺ軸スピンドル８に取り付けられている。加工の際は、Ｚ軸スピンドル８が回転しながら降下して、セグメント砥石１４がワーク１００に接触し、これにより加工が行われる。
【００２６】
また、装置ベース２には、クーラント供給装置１６が取り付けられている。クーラント供給装置１６のタンク内にはクーラントが溜められている。クーラントは、加工液の一種であり、加工面の潤滑や冷却を行い、また、加工時に発生する切粉を洗い流す。加工装置内には、クーラント供給装置１６から加工工具１０へクーラントを導くためのクーラント供給管（図示せず）が設けられている。クーラントは、このクーラント供給管および加工工具１０を通ってワーク１００に供給される。
【００２７】
また、装置ベース２には、光干渉測定装置（以下、測定装置）１８が取り付けられている。測定装置１８は、フィゾー式等の周知のものでよい。測定装置１８は下方へ平行光線（光軸２２）を照射する。この平行光線は、２つのミラー２０で反射されて加工工具１０に達し、後述するように、光線は、加工工具１０に設けられた光通路を通ってワーク１００へ達する。光線は、ワーク１００表面で反射し、さらにミラー２０で反射して測定装置１８に戻る。測定装置１８では、反射光を用いて干渉縞の像が生成される。干渉縞の像は、測定装置１８に内蔵されたカメラにより撮影される。この干渉縞の像を用いて、うねり、粗さ、形状等の表面性状が検出される。
【００２８】
また、装置ベース２には、圧縮空気発生器２４が取り付けられている。この圧縮空気発生器２４が発生する圧縮空気は、装置内の空気供給管（図示せず）を通り、さらに加工工具１０内を通って、加工工具１０とワーク１００の隙間に噴出される。
【００２９】
次に、図２を参照し、加工工具１０の構成を説明する。図２（ａ）は加工工具１０の底面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）をラインＸ−Ｘで切断した断面図である。工具ベース１２は、円板形状を有する。工具ベース１２は、その上面（シャンク面）３０の中央から突き出すようにして設けられたシャンク３２を有する。シャンク３２がＺ軸スピンドル８に挟み込まれ、これにより加工工具１０がＺ軸スピンドル８に保持される。
【００３０】
工具ベース１２の下面は、水平であり、ワーク１００の上面と平行である。このベース下面をワーク対向面３４という。ワーク対向面３４からワーク１００へ向けて下方に突き出すようにして、６個のセグメント砥石１４が設けられている。各セグメント砥石１４は、扇形の断面を有する柱状部材であり、工具ベース１２に２本のボルト３６で固定されている（図３参照）。６個のセグメント砥石１４は、図２に示されるように、工具ベース１２の外周に沿って円形に配列されており、隣合うセグメント砥石１４は隙間を開けて配置されている。言い換えれば、ドーナツ型の砥石を６カ所で切除したものが、６個のセグメント砥石１４である。
【００３１】
このようにして、これらの６個のセグメント砥石１４により、ワーク対向面３４から突き出す本発明の工具環部が構成されている。そして、隣合うセグメント砥石１４の間の部分は、本発明の工具溝部１５に相当し、この部分ではワーク表面が露出する。
【００３２】
図２（ｂ）に示すように、加工工具１０の内部には、クーラント供給路３８が設けられている。クーラント供給路３８の入口３９は、シャンク３２の上面にある。供給路３８は、シャンク３２の内部を通り工具ベース１２へ達する。そして、供給路３８は、工具ベース１２の中で６本の支線供給路４０に枝分かれし、水平方向に進む。枝分かれした６本の支線供給路４０は、下方へ折れ曲がり、それぞれ別のセグメント砥石１４に入る。セグメント砥石１４にも支線供給路４０の一部が設けられており、この支線供給路４０は、セグメント砥石１４を上下に貫通している。支線供給路４０の出口、すなわちクーラント供給口４２は、図２（ａ）に示されるように、各セグメント砥石１４の中央部に配置されている。
【００３３】
上記のように、クーラント供給路３８の入口３９は、シャンク３２の上面にある。シャンク３２がＺ軸スピンドル８に取り付けられたとき、この入口３９は、Ｚ軸スピンドル８内のクーラント供給管につながる。前述したように、クーラント供給管は、Ｚ軸スピンドル８およびＺ軸ヘッド６を通ってクーラント供給装置１６につながっている。
【００３４】
また、図２（ａ）に示すように、隣合うセグメント砥石１４の間には、光通路穴４４が設けられている。光通路穴４４は、工具ベース１２を貫通する円形の貫通穴である。光通路穴４４は、６個の砥石隙間にそれぞれ一つずつ設けられている。そして、この６個の光通路穴４４は、工具ベース１２の回転中心から等距離に設けられている。
【００３５】
図１を用いて前述したように、光干渉測定装置１８が発した測定光は、ミラー２０によって工具ベース１２に導かれる。このとき、測定光は、上記の光通路穴４４と同じ距離だけベース回転中心から離れた位置にて、直下へ進み、工具ベース１２に達する。このような光軸は、ミラー２０の適切な配置によって実現されている。
【００３６】
上記のような光通路穴４４を設けることにより、測定光は、工具ベース１２を突き抜けてワーク１００を照射することができる。なお、変形例として、上記の光通路穴３８は、円形以外の任意の形状の貫通穴でもよく、例えばスリットでもよい。また、光通路穴３８に、光が透過できるガラス等の部材が埋め込まれていてもよい。要するに、測定光が工具ベース１２を通過できる任意の通路が、本発明の光通路に含まれる。
【００３７】
さらに、図２に示すように、工具ベース１２の中央には、圧縮空気通路４６が設けられている。圧縮空気通路４６は、工具ベース１２の回転中心上にあり、工具ベース１２およびシャンク３２を上下に貫通している。空気通路４６の入口４８はシャンク３２の上面にあり、出口（圧縮空気供給口）５０はワーク対向面３４にある。シャンク３２がＺ軸スピンドル８に取り付けられたとき、シャンク上面の入口４８は、Ｚ軸スピンドル８内の空気供給管につながる。前述したように、空気供給管は、Ｚ軸スピンドル８およびＺ軸ヘッド６を通って圧縮空気発生器２４につながっている。
【００３８】
ここで、上記の構成の加工工具１０を用いて加工中の光測定（インプロセス測定）を行うときの動作を説明する。加工中は、加工工具１０は回転しながらワーク１００に押し付けられる。これにより、６個のセグメント砥石１４の下面がワーク１００の表面と接触している。クーラント供給装置１６から供給されたクーラントは、工具内のクーラント供給路３８おおび支線供給路４０を通って、セグメント砥石１４のクーラント供給口４２から、砥石とワークの接触面に供給される。クーラントは、この接触面から四方に広がり、ワーク表面を流れていく。
【００３９】
光計測を行うときは、圧縮空気発生器２４が圧縮空気を発生し、空気供給管に送り出す。この圧縮空気が、工具内の圧縮空気通路４６を通り、ワーク対向面３４の圧縮空気供給口５０から噴出される。圧縮空気は、工具ベース１２、ワーク１００、および環状の砥石群で形成される空間へと噴出され、そして、周囲の砥石群に向けて流れる。前述のように、セグメント砥石１４はワーク表面に接触している。従って、噴出された空気は、隣合うセグメント砥石１４の間の部分の工具溝部１５を吹き抜ける。
【００４０】
このような空気の流れにより、ワーク表面のクーラントは吹き飛ばされ、排除される。このときに、ワーク表面の切粉も一緒に吹き飛ばされる。すなわち、本発明では、加工液除去手段が、切粉を除去する手段としても機能する。特に、砥石の間の部分では、流路が狭まっているために流速が大きくなり、確実にクーラントが吹き飛ばされる。なお、本実施形態の圧縮空気発生器２４は、上記のようにしてワーク表面のクーラントを吹き飛ばすのに十分な高さの圧力の空気を発生するものであればよい。この時、圧縮空気圧力は、クーラントを完全に吹き飛ばすのではなく、研削直後のワーク表面の粗さ部分にわずかにクーラントが残り、それによって干渉縞生成が可能な程度の圧力であっても良い。また、出口５０の形状は、干渉縞生成が可能なように、クーラントをワーク表面の粗さ部分にわずかに残せるような形状であっても良い。また、圧縮空気発生器２４が加工装置１と別体に設けられ、圧縮空気がパイプ等を通して加工装置１に供給されてもよい。
【００４１】
工具ベース１２の光通路穴４４は、セグメント砥石１４の間に設けられている。従って、上記のクーラントの排除により、光通路穴４４の出口付近のクーラントがなくなってワーク表面が現れるので、光計測が可能となる。実際は、工具ベース１２とともに６つの光通路穴４４が回転している。従って、測定可能なタイミングは、光通路穴４４が測定光の光軸を横切るときに限られる。この測定可能タイミングに、測定光が光通路穴４４を通ってワーク１００に達する。測定光はワーク１００で反射して再び光通路穴４４を通り抜け、ミラー２０で反射されて光干渉測定装置１８へ戻る。これにより、干渉縞画像が得られ、ワーク１００の表面性状を計測できる。
【００４２】
ここで、本来、光計測においては、測定光の光路に空気の揺らぎがあると、良好な測定結果が得られない。空気の揺らぎにより、空気屈折率の変動等が生じ、干渉縞も揺れてしまうからである。市販の通常の光波干渉測定器では、測定の障害となる空気の揺れを防止するために、干渉光路を周囲から遮蔽する手段等を設ける措置が取られている。しかしながら、本実施形態では、クーラントおよび切粉を排除するための空気の吹付けが必要なので、干渉光路を遮蔽することはできない。従って、空気を吹き付けながらでも良好な測定結果を得られるようにすることが求められる。この問題は、以下のようにして解決されている。
【００４３】
本実施形態では、工具ベース１２とワーク１００の間に圧縮空気が噴出される。噴出された空気は、光通路穴４４の出口部分を高速に吹き抜ける。従って、一定方向の高速空気流が、測定光の光路を横切っている。この気体流は、ワーク表面に沿って一定方向に真直に流れるので、層流的な流れと言うことができる。
【００４４】
この一定方向の高速気体流がワーク表面に沿って流れる状態でも、光路は遮蔽されておらず、干渉縞の揺らぎは発生する。しかしながら、この条件下では変化の早い揺らぎが生じる。すなわち、干渉縞には、光路が一定方向の高速気体流をを通過する場合には短い周期で干渉縞が揺れ動くという特性がある。
【００４５】
本実施形態では、この特性を利用して、安定した光干渉測定を行う。すなわち、本実施形態では、所定測定期間に所定の相当数の干渉縞画像を取得する。そして、これらの複数枚の干渉縞画像が平均化される。概念的には、複数の干渉縞画像から同一座標の画素の画素値を抽出する。そして、これらの画素値を足し合わせた総計を画像枚数で割る。この処理を干渉縞画像の全画素について行う。これにより、平均化された干渉縞画像が得られる。この平均化画像は、揺れの中心にあるときの干渉縞の像を表す。なお、平均化画像に対して、適当なしきい値を用いた画像処理を施して、より鮮明な画像を得ることも好適である。また、上記の平均化処理は複数の画像を合成する処理の一種であるが、この平均化とは異なる他の適当な画像処理を用いて最終的な干渉縞画像を得てもよい。
【００４６】
次に、図４は、上記の加工装置１の構成をブロック図のかたちで示している。図示のように、加工装置を制御するコントローラ５２が設けられている。コントローラ５２は、ＸＹテーブル４を移動させるアクチュエータを制御して、ＸＹテーブル４をワーク１００とともに移動させる。また、コントローラ５２は、Ｚ軸ヘッド６に制御信号を出し、Ｚ軸スピンドル８の回転駆動と送り駆動を制御する（駆動、停止、駆動速度等）。これにより、加工工具１０が回転し、ワーク１００へ押しつけられ、回転速度や押しつけ量（押しつけ圧）が調整される。また、コントローラ５２は、クーラント供給装置１６を制御し、加工時には、クーラントを加工工具１０へ供給させる。また、コントローラ５２は、圧縮空気発生器２４を制御して、圧縮空気を発生させる。前述のように、圧縮空気は、Ｚ軸装置を通って加工工具１０へ導かれ、工具下面から噴射される。
【００４７】
さらに、コントローラ５２は、光干渉測定装置１８を制御する。測定装置１８にはカメラ装置が内蔵されており、干渉縞を撮影した画像がコントローラ５２へ送られる。コントローラ５２には測定部５４が設けられている。測定部５４は画像処理部５６と判定部５８を有する。画像処理部５６では、光干渉測定装置１８の出力を基に、干渉縞の画像のデジタルデータが生成される。判定部５８は、干渉縞の画像データを基に、表面性状（うねりや形状、特に高さ情報）に関する判定を行う。
【００４８】
なお、干渉縞を観測できる範囲は、測定光の照射部位に限られている。従って、一カ所で測定を行っても、極めて狭い範囲の干渉縞画像しか得られない。そこで、コントローラ５２は、ＸＹテーブル４を制御して、ワーク１００を移動させ、少しずつずれた複数の場所で干渉測定を行う。画像処理部５６では、このようにして得られた複数の場所の干渉縞画像が合成され、これにより適当な広さの範囲の干渉縞画像が得られる。この合成方法や干渉縞の解析方法については周知の技術を適用すればよい。例えば、特開平９−２７３９０８号公報、特願平９−１８７７６３号公報、「光干渉計測法の最近の進歩」（谷田貝豊彦、精密機械５１／４／１９８５、６５〜７２頁）等に記載の方法を本実施形態に応用可能である。
【００４９】
また、コントローラ５２には、出力装置としてのディスプレイ６０およびプリンタ６２と、キーボード等の入力装置６４が接続されている。ディスプレイ６０には、画像処理部５６で生成された画像が表示される。プリンタ６２には、測定結果が印字される。入力装置６４は、作業者が、装置の運転、停止やその他の指示を入力するための装置である。ディスプレイ６０には、作業者の操作に必要な画面表示も適宜行われる。
【００５０】
次に、図４の加工装置の動作を説明する。まず、作業者により、ワーク１００がクランプ装置を用いてＸＹテーブル４に固定される。また、作業者により、入力装置６４を用いて、加工に関する各種の指示が入力される。この指示には、ワーク１００をどれだけ加工するかの加工量（Ｚ軸スピンドル８の全送り量に相当）が含まれる。また、この時点で、初期の加工条件（工具の送り速度、切込み量、研削速度等）が入力される。ここでは、デフォルト設定された加工条件が適用されてもよい。
【００５１】
加工条件のうちの切込み量は、加工工具１０をワーク１００に押しつける量のことである。切込み量と送り速度は単位時間当たりの切削体積から決定されるのが一般的だが切込み量が大きいと、加工時の振動発生等に起因して加工面のうねりが大きくなり、表面形状が悪化する。一方、切込み量が小さいと、その分だけ加工時間が長くなる。
【００５２】
作業者は、入力装置６４を用いて加工開始を指示する。コントローラ５２は、ＸＹテーブル４を制御して、ワーク１００をＺ軸スピンドル８の下方に位置させる。コントローラ５２の制御により、初期の加工条件に従って、Ｚ軸スピンドル８が回転しながら下方へ送られる。また、クーラントがクーラント供給装置１６により供給される。クーラントは、加工工具１０の中の供給路３８，４０を通って、セグメント砥石１４とワーク１０の接触面に供給される。
【００５３】
加工開始後は、光干渉測定の測定結果を利用して、加工条件の手動調整または自動調整が行われる。測定は、加工中、すなわち、加工工具１０が回転した状態で行われる。
【００５４】
［手動調整］
加工が開始してから適当な時間が経過すると、作業者が入力装置６４を用いて測定実行を指示する。あるいは、測定は、所定時間の経過時点、または、所定量だけ加工された時点（所定の送り量だけワーク１００が移動した時点）で、コントローラ５２により自動的に行われてもよい。
【００５５】
コントローラ５２は、圧縮空気発生器２４を制御して、圧縮空気を発生させる。圧縮空気は、空気供給路により導かれ、Ｚ軸装置を通って加工工具１０へ至る。圧縮空気は、工具内の空気通路４６を通って、工具下面（ワーク対向面３４）の空気供給口５０から噴出される。これにより、前述したように、光通路穴４４の出口付近のクーラントおよび切粉が排除される。この状態で、光干渉測定装置１８により測定が行われる。
【００５６】
コントローラ５２の画像処理部５６では、光干渉測定装置１８から順次送られる画像が、適当な画像処理を施され、記録される。この画像を用いて、判定部１００は、うねりや形状、特に高さを判定する。高さ等の判定結果は、干渉縞画像とともにディスプレイ６０に表示され、また、プリンタ６２に印字される。
【００５７】
作業者は、計測結果を見て、必要に応じて、入力装置６４を用いて加工条件の調整を行う。例えば、作業者は、表面性状の内のうねりに注目して、うねりが最小になるように初期の研削条件を修正する。これにより、ワーク１００の平面度を高くすることができる。
【００５８】
加工条件の調整が終わると、コントローラ５２は、光干渉測定装置１８に測定光の照射を停止させ、また、圧縮空気発生器２４に対して、圧縮空気の発生を停止させる。
【００５９】
好ましくは、上記の測定や加工条件調整は、適当な間隔をおいて複数回行われる。また、上記においては、測定の際のみ圧縮空気が噴出されたが、圧縮空気が常に噴出されていてもよい。また、光干渉測定が、間隔をおかずに連続的に行われてもよい。
【００６０】
コントローラ５２は、加工条件が変更されなければ、初期の加工条件を維持する。加工条件の変更が指示されれば、その指示に従う。コントローラ５２は、加工を継続し、最初に入力された加工量が達成された時点で加工を終了する。
【００６１】
［自動調整］
自動調整の場合、測定は、コントローラ５２により自動的に行われる。測定タイミングは、加工開始から所定時間の経過時点、または、所定量だけ加工された時点（所定の送り量だけワーク１００が移動した時点）である。
【００６２】
測定タイミングがくると、コントローラ５２は、上記の手動調整の場合と同様の測定処理を実行する。測定部５４では、干渉縞画像から表面性状が求められる。そして、適切な表面性状が得られるように加工条件が自動調整される。
【００６３】
例えば、判定部５８は、表面性状の内の高さ情報を求め、この高さの大きさを適当な基準値と比較する。高さが基準値より小さければ、コントローラ５２は、現在の加工条件を維持する。高さが基準値より大きければ、コントローラ５２は、送り量を下げるなど、加工条件を調整して、高さを均一にする。また別の第２の基準値とうねりを比較し、この第２の基準値よりもうねりが小さければ、加工時間を短縮しても問題ないと判断して、送り量等を増大させてもよい。上記の基準値が複数設けられ、複数段階で加工条件が調整されてもよい。さらに、表面性状に応じて加工条件が連続的に調整されてもよい。
【００６４】
また、判定部５８は、加工面が異常に歪んでいないかを調べる。クランプ装置がワーク１００をクランプする力が強すぎたり、この力が複数の箇所にてアンバランスであると、ワーク１００が異常に歪むことがある。異常な歪みが検出されたときは、コントローラ５２は、加工を停止し、「異常歪み発生」をディスプレイ６０に表示して作業者に知らせる。なお、この処理は、加工開始時点でも行うことが好ましい。
【００６５】
なお、測定および加工条件の調整は、手動調整の場合と同様に、適当な間隔をおいて複数回行うことが好適である。また、圧縮空気の噴出が継続的に行われてもよい。また、光干渉測定が、間隔をおかずに継続的に行われてもよい。そして、表面性状が常時監視され、表面性状の変化に応じて加工条件が調整されてもよい。
【００６６】
コントローラ５２は、上記のようにして必要に応じて加工条件を調整しながら加工を行い、最初に入力された加工量が達成された時点で加工を終了する。Ｚ軸スピンドル８は引き上げられ、停止される。
【００６７】
以上、本発明の好適な実施形態を説明した。本実施形態によれば、図２に示されるようにセグメント砥石１４、光通路穴４４、圧縮空気通路４６およびクーラント供給路３８を配置するという簡単な構成によって、加工中であってもワーク表面の光干渉測定が可能となる。従って、加工途中でワークを加工装置から取り外して測定器にセットするといった段取り替え作業が不要となり、加工時間や加工コストを低減することが可能となる。
【００６８】
また、加工中に加工条件の良否や加工精度の判断を容易に行うことができ、この判断に基づいて、加工精度を向上することが可能となり、また、不良加工発生を未然に防止することが可能となる。
【００６９】
また、本実施形態によれば、ワーククランプにより発生する歪みを観察することができる。これにより、クランプに起因する異常歪みが検出され、この点でも加工不良の未然防止が可能となる。
【００７０】
また、本実施形態によれば、光干渉測定の結果を加工条件に帰還して加工条件の自動調整が行われ、これにより加工精度の向上を図ることができる。従来は加工条件の調整は作業者の判断で行われ、作業者の技能により加工精度にばらつきが発生することがあった。これに対し、本実施形態では、作業者の技能に依存しないで高精度加工を行うことができる。また、加工条件の調整により、可能な範囲で加工速度を増大することができ、この点でも本実施形態の装置は加工時間の短縮に寄与することができる。
【００７１】
本実施形態の変形例を説明する。本実施形態では、圧縮空気が用いられたが、その他の圧縮気体が用いられてもよい。また、本実施形態では、光干渉測定が行われた。これに対し、他の光測定が行われてもよい。例えば、レーザ式のインジケータによってワーク１００の表面の位置（高さ）が測定されてもよく、この場合でも本発明の効果が、上記の実施形態と同様に好適に得られる。また、本実施形態では、本発明が研削加工に適用されたが、本発明の範囲内で他の種類の加工にも同様に適用可能である。
【００７２】
本実施形態では、光軸２２は、外部雰囲気中にあるため、干渉縞のゆらぎや、ミラー２０の汚染の可能性もあるが、これらを防止するために、光軸２２を外部雰囲気から覆う構造であっても良い。また、光軸２２を通る光波は光ファイバーを使用して導光し、ミラー２０を削除することも可能である、このように光ファイバーを使用した場合は、光波の出射口にレンズを設けて、干渉に必要な面積をカバーできる平行光を生成しても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態の加工装置を示す図である。
【図２】 図１の加工装置に装着される加工工具を示す図である。
【図３】 図２のセグメント砥石を拡大して示す図である。
【図４】 図１の加工装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１ 加工装置、２ 装置ベース、４ ＸＹテーブル、６ Ｚ軸ヘッド、８ Ｚ軸スピンドル、１０ 加工工具、１２ 工具ベース、１４ セグメント砥石、１６ クーラント供給装置、１８ 光干渉測定装置、２０ ミラー、２２ 光軸、２４ 圧縮空気発生器、３２ シャンク、３４ ワーク対向面、３８ クーラント供給路、４２ クーラント供給口、４４ 光通路穴、４６ 圧縮空気通路、５０ 圧縮空気供給口、５２ コントローラ、５４ 測定部、５６ 画像処理部、５８ 判定部、６０ ディスプレイ、６２ プリンタ、６４ 入力装置、１００ワーク。
Claims (8)
- 加工装置に装着して用いられ、前記加工装置に保持されたワークを、そのワークに加工液が供給された状態で加工するための加工工具であって、
前記ワークと接触してこれを加工する工具部と、
前記工具部を保持し、前記加工装置に装着するための工具ベース部と、
前記工具ベース部を貫通して設けられ、ワーク表面の光計測を行うための測定光に前記工具ベース部を通過させてワーク表面を照射させる光通路と、
前記工具ベース部の内部に設けられ、圧縮気体を導いて前記工具ベース部と前記ワークの隙間に噴出させる圧縮気体通路と、
を含み、前記圧縮気体通路を通って噴出する気体流によって、前記光通路の出口近傍の加工液を排除することにより、加工中の光計測を可能にすることを特徴とする加工工具。 - 請求項１に記載の加工工具において、
前記工具ベース部は、前記ワークと所定距離を隔てて対向するワーク対向面を有し、
前記圧縮気体通路の噴出口は前記ワーク対向面に設けられ、
前記工具部は、前記噴出口を取り囲むようにして設けられ、前記ワーク対向面から前記ワークへ向けて突き出してワーク表面と接触する工具環部を有し、
前記工具環部の少なくとも一部に、ワーク表面を露出させ、前記噴出口から噴出された気体を前記工具環部の外側へ逃がす工具溝部が設けられ、
前記光通路の出口は、前記工具溝部に設けられており、
前記圧縮気体通路を通って噴出した気体は、前記工具溝部を通るときに、前記光通路の出口部分の加工液を排除することを特徴とする加工工具。 - 請求項２に記載の加工工具において、
前記工具環部は、前記工具ベースの前記ワーク対向面に取り付けられ、前記圧縮気体通路の噴出口を取り囲んで配置された複数のセグメント砥石を含み、
前記工具溝部は、隣合うセグメント砥石を隙間を開けて配置することにより形成され、
前記光通路の出口は、前記ワーク対向面上であって隣合うセグメント砥石の間に設けられていることを特徴とする加工工具。 - 請求項２または３のいずれかに記載の加工工具において、
前記工具ベース部および前記工具環部の内部を通るように設けられ、前記工具環部と前記ワークの接触面に加工液を導く加工液供給路を有することを特徴とする加工工具。 - 加工装置に装着して用いられ、前記加工装置に保持されたワークを、そのワークに加工液が供給された状態で加工するための加工工具であって、
前記加工装置に装着され、前記ワークと所定距離を隔てて対向するワーク対向面を有する工具ベース部と、
前記工具ベース部の前記ワーク対向面から前記ワークへ向けて突き出してワーク表面と接触し、ワーク表面を加工する環状の工具環部と、
前記工具ベース部の内部に設けられ、圧縮気体を導いて、工具環部の内側で前記ワーク対向面とワーク表面の隙間に噴出させる圧縮気体通路と、
前記工具環部の少なくとも一部に設けられ、ワーク表面を露出させ、前記噴出口から噴出された気体を前記工具環部の外側へ逃がす工具溝部と、
前記工具ベース部を貫通して設けられ、その出口を前記工具溝部に有し、ワーク表面の光計測を行うための測定光に前記工具ベース部を通過させてワーク表面を照射させる光通路と、
を含み、前記圧縮気体通路を通って噴出する気体流が前記工具溝部を通るときに前記光通路の出口近傍の加工液を排除することにより、加工中の光計測を可能にすることを特徴とする加工工具。 - 請求項１〜５のいずれかに記載の加工工具を用いて加工中のワークの光計測を行う光計測装置であって、
この光計測装置は、前記加工工具が装着される加工装置に設けられており、
測定光を前記光通路の通路方向に沿って前記光通路へ入射させる導光手段を有することを特徴とする光計測装置。 - 請求項１〜５のいずれかに記載の加工工具を用いてワークを加工する加工装置であって、
前記ワークを保持するワーク保持手段と、
前記加工工具を装着する工具装着部と、
前記ワークに加工液を供給する加工液供給手段と、
前記加工工具に設けられた前記圧縮気体通路に圧縮気体を供給する圧縮気体供給手段と、
前記光通路を通して前記ワークに測定光を照射することによりワーク表面の光計測を行う光計測手段と、
を含むことを特徴とする加工装置。 - 請求項７に記載の加工装置において、
前記光計測手段による測定結果の帰還により、前記加工工具を用いた加工の加工条件を自動調整する加工制御手段を含むことを特徴とする加工装置。
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