JP3920446B2

JP3920446B2 - 形状測定装置

Info

Publication number: JP3920446B2
Application number: JP06014798A
Authority: JP
Inventors: 正樹清水; 誠壹岐
Original assignee: ペンタックス株式会社
Priority date: 1998-03-11
Filing date: 1998-03-11
Publication date: 2007-05-30
Anticipated expiration: 2018-03-11
Also published as: JPH11257929A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、カーブジェネレータのような加工機によって加工された被加工物の被加工面の形状を測定するための形状測定装置に、関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガラスレンズ等の球面や平面を研削加工する場合には、カーブジェネレータや球面研削盤（以下、これらを総称して「加工機」という）が用いられている。図７に例示した従来の加工機（カーブジェネレータ）は、ベット５０上でＸ方向（図の左右方向）にスライド自在に据え付けられたＸテーブル５１と、回転軸ｌ₁をＸ方向に向けた状態でＸテーブル５１上に固定されたワークスピンドル５２と、ベット５０上でＹ方向（図の上下方向）にスライド自在に据え付けられたＹテーブル５３と、Ｙテーブル５３上でＸ方向及びＹ方向に直交するθ軸を中心として回転可能に設けられたθテーブル５４と、回転軸ｌ₂をθ軸に直交させた状態でθテーブル５４上に固定された砥石スピンドル５５とから、構成されている。そして、ワークスピンドル５２に被加工物（ガラスブロック，超硬合金等）Ｗを取り付けるとともに、砥石スピンドル５５に砥石Ｃを取り付け、両スピンドル５２，５５の回転軸ｌ₁ _，ｌ₂同士が所定の角度をなした状態で砥石Ｃの先端外縁が被加工物Ｗの端面（被加工面）中心に当接するように、各テーブル５１，５３，５４を調整する。以上のように調整した後、各スピンドル５２，５５の回転を開始させ、被加工物Ｗの端面を凹球面状に加工するのである（凸球面状に加工する場合にはカップ砥石を用い、このカップ砥石の内縁を被加工物Ｗの端面中心に当接させる）。
【０００３】
このような加工機によって加工中の被加工物Ｗの端面形状を測定するには、一旦ワークスピンドル５２から被加工物Ｗを取り外した上で、被加工物Ｗの表面にスフェロメータやフォームタリサーフ等の測定器を当てて、機械的に測定する。また、被加工物Ｗの端面が鏡面となるまで研削されているならば、ワークスピンドル５２から取り外した被加工物Ｗを干渉計にセットして、光学的に測定する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したような従来における測定手順では、被加工物Ｗの端面が設計値通りに加工されたかどうかを確認するために、作業者は、被加工物Ｗをワークスピンドル５２から取り外して測定した後に再度ワークスピンドル５２に取り付け直すという作業を、何度も繰り返さなければならない。このような作業の繰り返しは、作業能率を著しく悪くして作業時間や作業の手間を徒に浪費しているばかりか、被加工物Ｗのワークスピンドル５２への再取付に際して、両者の位置ズレを生じてしまう可能性がある。
【０００５】
本発明の課題は、従来における以上のような問題点に鑑み、被加工物を加工機に装着したままの状態にてその被加工面の曲率半径及び面形状の測定を行うことができる形状測定装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の各請求項記載の形状測定装置は、上記課題を解決するために案出されたものである。即ち、請求項１記載の形状測定装置は、加工具を回転させる第１スピンドルと、この加工具によって加工される被加工物を回転させる第２スピンドルと、この第２スピンドルの回転軸の方向へ、前記第２スピンドルを直進移動させる第１スライドテーブルと、前記第２スピンドルの回転軸に直交する方向へ、前記第１スピンドルを直進移動させる第２スライドテーブルと、前記第１スピンドルを前記第２スライドテーブルに対して回転させる回転テーブルと、その測定光軸を前記第１スピンドルの回転軸に対して直交させた状態で、前記回転テーブルに設置されている干渉計とを、備えたことを特徴とする。
【０００７】
このように構成されると、加工具によって被加工物が加工される位置から、第２スライドテーブルによって第１スピンドルと第２スピンドルとを相対移動，回転させると、その移動途中において、干渉計が第２スピンドルの回転軸上に位置する。この位置においては、干渉計は、第２スピンドルに取り付けられた被加工物の被加工面に対向する。従って、第１スライドテーブルによって第１スピンドルと干渉計とを相対移動させることによって、干渉計を用いて被加工物の被加工面に対する形状測定を行う事が可能になる。このように、本発明によれば、被加工物を第２スピンドルから取り外す必要がないので、作業効率が向上するとともに、被加工物の第２スピンドルへの再取付に伴う位置ズレが生じない。
【００１３】
請求項２記載の発明は、請求項１の干渉計が、前記被加工物の前記加工具による被加工面の曲率半径の誤差及び真球度についての情報を生じることで、特定したものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態を説明する。
【００１５】
【実施形態１】
図１は、本発明の第１実施形態による形状測定装置が実施されたカーブジェネレータの構造を示す平面図である。図１に示されるように、カーブジェネレータは、ベット１上に配置されたワーク部Ａと砥石部Ｂとから、構成されている。
【００１６】
このワーク部Ａは、ベッド１上に固定された梯子状のレール２ａに沿ってＸ方向（図の左右方向）のみにスライドする第１スライドテーブルとしてのＸテーブル２と、このＸテーブル２をスライド駆動するモータを含む駆動機構７と、この駆動機構７による駆動量を検出することによってＸテーブル２のスライド量を測定するスライド量測定器８と、回転軸（ワーク軸）ｌ₁をＸ方向に向けた状態でＸテーブル２上に固定されたワークスピンドル３とから、構成されている。
【００１７】
第２スピンドルとしてのワークスピンドル３は、図示せぬ駆動軸をワーク軸ｌ₁を中心として超精密に支持する静圧空気軸受５と、この静圧空気軸受５によって支持された駆動軸を回転させるモータ４と、このモータ４によって回転される駆動軸の先端に対して同軸に取り付けられた円錐台型のホルダ６とから、構成されている。そして、このホルダ６の先端には、被加工物Ｗが着脱自在に取り付けられる。
【００１８】
一方、砥石部Ｂは、ベッド１上に固定された梯子上のレール９ａに沿ってＹ方向（図中の上下方向）にスライドする第２スライドテーブルとしてのＹテーブル９と、このＹテーブル９上においてＺ方向（Ｘ方向及びＹ方向に直交する方向）を向いたθ軸を中心に回転する回転テーブルとしてのθテーブル１１と、その回転軸（砥石軸）ｌ₂をθ軸に直交させてθテーブル１１上に固定された第１スピンドルとしての砥石スピンドル１２と、Ｙテーブル９上においてθテーブル１１に対してＹ方向に並べて据え付けられた干渉計１６とから、構成されている。
【００１９】
砥石スピンドル１２は、図示せぬ駆動軸を砥石軸ｌ₂を中心として超精密に支持する静圧空気軸受１３と、この静圧空気軸受１３によって支持された駆動軸を回転させるモータ１４と、このモータ１４によって回転される駆動軸の先端に対して同軸に取り付けられた円錐台型の砥石ホルダ１５とから、構成されている。そして、この砥石ホルダ１５の先端には、円筒形状を有した加工具としての砥石Ｃが同軸に取り付けられている。なお、砥石軸ｌ₂は、ワーク軸ｌ₁と同じ水平面内に存している。
【００２０】
以上のような構成により、両スピンドル３，１２は、Ｘテーブル２及びＹテーブル９が適宜スライドすることによって、図１の面内で相対的に移動可能となっている。また、砥石軸ｌ₂は、θテーブル１１が適宜回転することによって、ワーク軸ｌ₁に対してあらゆる角度にて交わることができる。そのため、被加工物Ｗの端面（被加工面）における回転中心に対して、砥石Ｃを任意の傾斜角で接触させることができるので、被加工物Ｗの端面に様々な曲率の球面形状を加工することができる。
【００２１】
干渉計１６は、Ｘ方向と略平行な光軸（測定光軸）を有する対物レンズＬを、ワーク部Ａ側に向けている。この干渉計１６の対物レンズＬは、図３及び図４に示す公知のものであり、第１面Ｒ１が球凹面（参照球面）となっている。そして、干渉計１６は、図示せぬ光源からの光を参照球面Ｒ１からその曲率中心Ｏに向けて出射させるとともに、参照球面Ｒ１での内面反射光と測定対象面（被検球面）Ｗ１からの反射光とを同一の撮像面（図示略）上に投影することによって、撮像面上に干渉縞を形成する。この干渉計１６の図示せぬ撮像面上に形成された干渉縞は、この干渉計１６に接続されたディスプレイ１７上に表示される。
【００２２】
次に、以上のように構成された本第１実施形態によるカーブジェネレータを用いて行われる被加工物Ｗに対する研削加工及び形状測定の手順を、説明する。
まず、作業者は、被加工物Ｗを、その中心軸がワーク軸ｌ₁と合致するようにして、ワークホルダ６に取り付ける。同様に、砥石Ｃを、その中心軸が砥石軸ｌ₂と合致するようにして、砥石ホルダ１５に取り付ける。そして、作業者は、θテーブル１１を適宜回転させることにより、砥石軸ｌ₂の角度を、被加工物Ｗに対する加工時の角度に合わせる。そして、Ｙテーブル９を適宜スライドさせることにより、砥石Ｃのエッジをワーク軸ｌ₁に合致させ、Ｘテーブル２を適宜スライドさせることにより、砥石Ｃの外エッジを被加工物Ｗ端面の回転中心に接触させる。
【００２３】
続いて、作業者は、砥石スピンドル１２により砥石Ｃを高速回転させるとともに、ワークスピンドル３により被加工物Ｗを低速回転させて、被加工物Ｗの端面を研削する。
【００２４】
研削が進んで、被加工物Ｗの端面が略球面状且つ鏡面状になると、作業者は、図２に示すように、Ｙテーブル９を適宜スライドすることにより、ワーク軸ｌ₁を干渉計１６の対物レンズＬの光軸に合致させる。そして、作業者は、ディスプレイ１７上に表示されている映像を監視しつつ、Ｘテーブル２を徐々にスライドさせることによって、被加工物Ｗを対物レンズＬに近づけてゆく。
【００２５】
ところで、ディスプレイ１７上に干渉縞が現れるのは、図３に示すオートコリメーション状態（対物レンズＬの参照球面Ｒ１の曲率中心と被加工物Ｗの端面［被検球面］Ｗ１の曲率中心とが合致した状態［被検球面Ｗ１が凹面である場合には曲率中心を挟んで被検球面Ｗ１と参照球面Ｒ１とが対向する状態，被検球面Ｗ１が凸面である場合には曲率中心に対して同じ側に被検球面Ｗ１と参照球面Ｒ１とが並ぶ状態］）と図４に示すキャッツ状態（対物レンズＬの参照球面Ｒ１の曲率中心と被加工物Ｗの被検球面Ｗ１とが合致した状態）のみである。それ故、オートコリメーション状態における被検球面Ｗ１とキャッツ状態における被検球面Ｗ１とのズレ量を計測すれば、被検球面Ｗ１の曲率半径を計測することができる。また、オートコリメーション状態での干渉縞を観察すれば、被検球面Ｗ１の形状誤差（真球面からの誤差，真球度）を知ることができる。
【００２６】
従って、作業者は、被加工物Ｗの端面Ｗ１が凹面である場合には、ディスプレイ１７上に最初に干渉縞が現れた時点（オートコリメーション状態となった時点）で、ディスプレイ１７上に現れた干渉縞の状態に基づいて被加工物Ｗ１の端面Ｗ１の形状誤差を求めるとともに、スライド量測定器８をリセットする。そして、更に被加工物Ｗを対物レンズＬに近づけてゆき、ディスプレイ１７上に再度干渉縞が現れた時点（キャッツ状態となった時点）で、スライド量測定器８によって測定された距離（被加工物Ｗ１のオートコリメーション状態からの相対移動距離）を読み取ることによって、その曲率半径を認識する。一方、被加工物Ｗの端面Ｗ１が凸面である場合には、作業者は、ディスプレイ１７上に最初に干渉縞が現れた時点（キャッツ状態となった時点）で、スライド量測定器８をリセットする。そして、更に被加工物Ｗを対物レンズＬに近づけてゆき、ディスプレイ１７上に再度干渉縞が現れた時点（オートコリメーション状態となった時点）で、ディスプレイ１７上に現れた干渉縞の状態に基づいて被加工物Ｗの端面Ｗ１の形状誤差を求めるとともに、スライド量測定器８によって測定された距離（被加工物Ｗ１のキャッツ状態からの相対移動距離）を読み取って、その曲率半径を認識する。
【００２７】
このような形状計測の結果、被加工物Ｗの端面Ｗ１の曲率半径が設計値通りになっていないと判定した場合，又は、形状誤差が所定の許容値を超えていると判定した場合には、作業者は、Ｘテーブル２の位置及びＹテーブル９の位置を元に戻し、被加工物Ｗの端面Ｗ１に対する研削作業を再開する。
【００２８】
これに対して、以上の研削作業及び形状計測を繰り返した結果、被加工物Ｗの端面Ｗ１の曲率半径が設計値通りとなり且つ形状誤差が所定の許容値以下となったと判定できた場合には、作業者は、全ての作業を終了し、被加工物Ｗをワークスピンドル３から取り外す。
【００２９】
このように、本第１実施形態による形状測定装置によれば、ワークスピンドル３に取り付けた状態のままで被加工物Ｗの端面Ｗ１の形状測定ができる。従って、作業時間や作業の手間を浪費することがないので作業能率は向上する。しかも、被加工物Ｗのワークスピンドル３に対する再取付に伴う位置ズレも生じることがないので、許容範囲内の精度に入れるまでの時間が最小で済む。
【００３０】
【実施形態２】
図５は、本発明の第２実施形態による形状測定装置が実施されたカーブジェネレータの構造を示す平面図である。本第２実施例は、上述した第１実施例のものと比較して、干渉計１６の設置位置，及び、Ｙテーブル９のＹ方向における長さのみが異なる。従って、第１実施例と同じ構成については、第１実施例におけるものと同じ参照番号を付して、その説明を省略する。
【００３１】
図５に示すように、本第２実施例によるカーブジェネレータにおいて、干渉計１６は、θテーブル１１上に設置されている。具体的には、干渉計１６は、その対物レンズＬの光軸（測定光軸）が砥石軸ｌ₂と直交する方向を向いた状態で、ワークスピンドル１２の側面に接してθテーブル１１上に設置されている。従って、Ｙテーブル９上に直接干渉計１６が設置される訳ではないので、その分だけＹテーブル９のＹ方向における長さが短くなっている。
【００３２】
次に、以上のように構成された本第２実施形態によるカーブジェネレータを用いて行われる被加工物Ｗに対する研削加工及び形状測定の手順を、説明する。
まず、作業者は、上述した第１実施形態の場合と同様にして被加工物Ｗの端面Ｗ１を研削加工する。
【００３３】
研削が進んで、被加工物Ｗの端面Ｗ１が球面状且つ鏡面状になると、作業者は、図６に示すように、θテーブル１１を反時計方向に、ワークスピンドル３の回転軸ｌ₁と干渉計１６の光軸とが平行になる様に回転させるとともに、Ｙテーブル９を適宜スライドすることにより、ワーク軸ｌ₁を干渉計１６の対物レンズＬの光軸に合致させる。そして、作業者は、ディスプレイ１７上に表示されている映像を監視しつつ、Ｘテーブル２を徐々にスライドさせることによって、被加工物Ｗを対物レンズＬに近づけてゆく。
【００３４】
そして、作業者は、上記第１実施形態の場合と同様にしてディスプレイ１７上に表示された干渉縞の状態を観察しつつスライド量測定器８を操作することによって、被加工物Ｗの端面Ｗ１の曲率半径及び形状誤差を求める。
【００３５】
このような形状計測の結果、被加工物Ｗの端面Ｗ１の曲率半径が設計値通りになっていないと判定した場合，又は、形状誤差が所定の許容値を超えていると判定した場合には、作業者は、θテーブルを時計方向に回転させ元の角度に戻すとともに、Ｘテーブル２の位置及びＹテーブル９の位置を元に戻し、被加工物Ｗの端面Ｗ１に対する研削作業を再開する。
【００３６】
これに対して、以上の研削作業及び形状計測を繰り返した結果、被加工物Ｗの端面Ｗ１の曲率半径が設計値通りとなり且つ形状誤差が所定の許容値以下となったと判定できた場合には、作業者は、全ての作業を終了し、被加工物Ｗをワークスピンドル３から取り外す。
【００３７】
このように、本第２実施形態による形状測定装置によっても、ワークスピンドル３に取り付けた状態のままで被加工物Ｗの端面Ｗ１に対する形状測定を行うことができる。従って、作業時間や作業の手間を浪費することがないので作業能率は向上する。しかも、被加工物Ｗのワークスピンドル３に対する再取付に伴う位置ズレも生じることがないので、許容範囲内の精度に入れるまでの時間が最小で済む。
【００３８】
【発明の効果】
本発明の形状測定装置によれば、被加工物を加工機に装着したままの状態にてその被加工面の形状測定を行うことができるので、作業能率が向上するとともに、被加工物Ｗのワークスピンドル３に対する再取付に伴う位置ズレも生じない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態による形状測定装置が適用されたカーブジェネレータの平面図
【図２】図１のカーブジェネレータの形状測定時の状態を示す平面図
【図３】図１の干渉計の対物レンズと被検球面とのオートコリメーション状態を示す光学構成図
【図４】図１の干渉計の対物レンズと被検球面とのキャッツ状態を示す光学構成図
【図５】本発明の第２実施形態による形状測定装置が適用されたカーブジェネレータの平面図
【図６】図５のカーブジェネレータの形状測定時の状態を示す平面図
【図７】従来のカーブジェネレータの平面図
【符号の説明】
２Ｘテーブル
３ワークスピンドル
８スライド量測定器
９Ｙテーブル
１１ θテーブル
１２砥石スピンドル
１６干渉計
Ｃ砥石
Ｌ対物レンズ
Ｗ被加工物

Claims

加工具を回転させる第１スピンドルと、
この加工具によって加工される被加工物を回転させる第２スピンドルと、
この第２スピンドルの回転軸の方向へ、前記第２スピンドルを直進移動させる第１スライドテーブルと、
前記第２スピンドルの回転軸に直交する方向へ、前記第１スピンドルを直進移動させる第２スライドテーブルと、
前記第１スピンドルを前記第２スライドテーブルに対して回転させる回転テーブルと、
その測定光軸を前記第１スピンドルの回転軸に対して直交させた状態で、前記回転テーブルに設置されている干渉計と
を備えたことを特徴とする形状測定装置。
前記干渉計は、前記被加工物の前記加工具による被加工面の曲率半径の誤差及び真球度についての情報を生じることを特徴とする請求項１記載の形状測定装置。