JP3921758B2 - 精密溝加工装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、溝加工を行なう溝加工装置に関し、特に高精度の溝加工を行なうための精密溝加工装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、磁気ヘッドや光学ヘッド等の電子部品においては、その製造工程にて精密機械加工が行なわれており、その中には微細溝加工工程も含まれている。
このような微細溝加工工程には、例えば数値制御式の溝加工装置が用いられている。この数値制御式の溝加工装置としては、例えば外周刃ブレード砥石やエンドミル等により、加工テーブル上に取り付けられている１個あるいは複数個の工作物の溝加工が行なわれる構成のものがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の溝加工装置では、工作物を加工テーブル上に取り付ける場合、加工テーブルへの工作物の取付精度や、工作物や取付治具の寸法精度等により、１個あるいは複数個の工作物の加工面の高さ分布や高さのバラツキが生じる場合がある。
従って、このままの状態にて、工作物の溝加工を行なうと、１個あるいは複数個の工作物の高さ分布に依存した溝深さ分布や高さのバラツキに依存した溝深さのバラツキが生じてしまうおそれがある。
【０００４】
このため、高精度の溝深さが要求される場合には、加工テーブルへの工作物の取付精度や、工作物や取付治具の寸法精度等を十分に確保する必要があるが、コストが高くなってしまうという問題があった。
さらに、例えば溝深さ精度が±５μｍ程度と高精度化の要求が厳しくなると、上記取付精度や寸法精度等の管理によっては、溝深さ精度を得ることが実質的に不可能になってしまうという問題があった。
【０００５】
この発明は、以上の点に鑑み、工作物の形状・寸法が一様でない場合であっても、高精度の溝深さを得ることができる精密溝加工装置を提供することを目的とする。
【０００６】
上記課題を解決し、本発明の目的を達成するため、本発明の精密溝加工装置は、加工テーブル上に取り付けられた工作物にプログラム制御された工具によって溝加工を施す数値制御部と、計測ヘッドを定盤上に設けられた基準ブロックと複数の工作物ブロック上を水平移動させて、前記基準ブロックの高さを測定するとともに、該基準ブロックの上面に対する複数の工作物ブロックの相対的高さを測定する非接触式変位計からなる高さ分布計測部と、前記高さ分布計測部により測定された前記基準ブロックの上面に対する複数の工作物ブロックの相対的高さの情報に基づいて、前記複数の工作物ブロックの高さを算出するとともに、前記溝加工を行う際の所定の溝深さを得るための工具経路を算出する工具経路分析部と、前記工具経路分析部で得られた前記工作物の高さ情報に基づいて、前記溝加工のための数値制御プログラムを生成する数値制御プログラム生成器と、を備えたことを特徴とする。
【０００７】
上記構成によれば、溝加工前に、変位計が例えば工作物の高さ分布を測定する。そして、溝加工時に、高さ分布の測定結果に基づいて工具と工作物を例えば垂直方向に相対移動させることにより、工作物の高さに対応して、一定の溝深さとなるように溝加工することができる。
従って、例えば工作物の高さが一様でない場合、即ち、１つの工作物の加工面に凹凸がある場合や、複数個の工作物の高さにバラツキのある場合であっても、工作物を高精度で均一な溝深さとなるように溝加工することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の好適な実施形態を添付図を参照しながら詳細に説明する。
尚、以下に述べる実施形態は、この発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、この発明の範囲は、以下の説明において特にこの発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。
【０００９】
図１は、この発明による精密溝加工装置の実施形態を示すブロック構成図である。この精密溝加工装置１０は、数値制御式加工機１１、高さ分布計測部である高さ分布計測装置２０及び工具経路分析部である工具経路分析装置３０で構成されている。数値制御式加工機１１は、公知の構成のものであって、工具部１２、工作物Ｗ及び高さ基準となる既知の高さを有する基準物Ｐが取り付けられる加工テーブル１３、駆動系のシーケンス制御を行なうＰＬＣ（プログラマブル・ロジック・コントロール）部１４及び数値制御部である数値制御装置１５を備えていると共に、加工テーブル１３上にて移動可能に支持され、かつ後述する高さ分布計測装置２０の変位計ヘッドと一体化されたツールスコープ１６を備えている。
【００１０】
工具部１２は、例えば外周刃ブレード砥石等の研削工具を備えており、この工具によって、工作物Ｗに対して溝加工を行なうように構成されている。
加工テーブル１３は、工作物Ｗ及び基準物Ｐをクランプ等により取り付けるように構成されている。
ＰＬＣ部１４は、工具部１２及び加工テーブル１３を相対的に駆動制御するように構成されている。
【００１１】
数値制御装置１５は、ＰＬＣ部１４を介して、工具部１２の工具により、加工テーブル１３上に取り付けられた工作物Ｗの溝加工を行なうように構成されている。
ツールスコープ１６は、工作物Ｗや工作物Ｗに施された加工の状態・位置を確認するためのものであり、工具部１２と一体的に移動可能に支持されている。
高さ分布計測装置２０は、工作物Ｗの高さ分布を測定するためのレーザ変位計であり、計測ヘッド２１及び計測ヘッド２１を制御するためのコントローラ２２から構成されており、加工テーブル１３上を水平方向に移動しながら、工作物Ｗの高さを計測することにより、工作物Ｗの高さ分布を測定するように構成されている。
【００１２】
計測ヘッド２１は、ツールスコープ１６と一体化されており、コントローラ２２により制御されることにより、工作物Ｗの上面、即ち高さを非接触式に測定するように構成されている。
工具経路分析装置３０は、分析部３１及び数値制御プログラム生成器３２から構成されており、例えばコンピュータを使用することにより実現される。
分析部３１は、高さ分布計測装置２０で計測された工作物Ｗの高さ分布を、工作物Ｗの高さ情報に変換するように構成されている。
【００１３】
数値制御プログラム生成器３２は、分析部３１で得られた工作物Ｗの高さ情報に基づいて、溝加工のための工具部１２の経路情報を数値制御プログラムに変換するように構成されている。
尚、上述した数値制御式加工機１１の数値制御装置１５及び工具経路分析装置３０の数値制御プログラム生成器３２は、図２に示すように、１つのコンピュータ数値制御装置３３として一体化されていてもよい。
【００１４】
このような構成において、その動作例を説明する。先ず、溝加工前に、高さ分布計測装置２０が、加工テーブル１３上に取り付けられた基準物Ｐ及び工作物Ｗの高さ分布を測定する。そして、工具経路分析装置３０の分析部３１は、高さ分布計測装置２０により測定された高さ分布に基づいて、基準物Ｐ及び工作物Ｗの高さ情報に変換する。
【００１５】
これにより、分析部３１は、各工作物Ｗの高さ情報を、基準物Ｐに対する相対高さ情報として算出し、溝深さの基準となるべき位置を認識する。
さらに、分析部３１は、これらの高さ情報及び溝深さ基準位置に基づいて、各工作物Ｗの溝深さが一定になるように、工具部１２の工具の経路を導出する。
そして、数値制御プログラム生成器３２は、分析部３１により導出された工具経路から、この工具経路を示す数値制御プログラムに変換する。
【００１６】
次に、溝加工時に、数値制御式加工機１１の数値制御装置１５が、数値制御プログラム生成器３２により生成された数値制御プログラムを実行することにより、ＰＬＣ部１４を介して、工具部１２及び加工テーブル１３を駆動制御する。
これにより、工具部１２の工具が、加工テーブル１３上の工作物Ｗの上面に対して、溝加工を行なうことになる。その際、工具部１２の工具は、前以て測定された工作物Ｗの高さ分布に対応して、垂直方向に移動されることになるので、常に一定の深さの溝加工を高精度に行なうことができる。
【００１７】
図３は、この発明による精密溝加工装置の実施形態の具体的構成を示す図である。
この精密溝加工装置４０は、ＶＴＲ用磁気ヘッドを製造する際に複数の磁気ギャップを形成したブロックを切断して所望のヘッドチップを得る前に、磁気記録媒体との当たり幅を規制するための当たり幅規制溝を加工するためのものであり、数値制御式加工機４１、高さ分布計測装置５０及び工具経路分析装置６０で構成されている。
【００１８】
数値制御式加工機４１は、公知の構成のものであって、工具として外周刃ブレード４２ａを使用した工具部４２、工作物Ｗ及び高さ基準となる既知の高さを有する基準物Ｐが取り付けられる加工テーブル４３及び数値制御装置４４を備えている。
工具部４２は、その外周刃ブレード４２ａによって、加工テーブル４３上に取り付けられた工作物Ｗに対して溝加工を行なうように構成されている。
【００１９】
加工テーブル４３は、工作物Ｗ及び基準物Ｐをクランプ等により取り付けるように構成されている。ここで、工作物Ｗは、具体的には図５に示すように、作業性を良好にするために、ブロック７０がブロック用定盤７１上に貼り付けられ、さらに生産性を高めるために、複数個のブロック用定盤７１が定盤７２上に並んで位置決めされ貼り付けられた構成となっている。数値制御装置４４は、工具部４２を制御することにより、その外周刃ブレード４２ａにより、加工テーブル４３上に取り付けられた工作物Ｗの溝加工を行なうように構成されている。
【００２０】
高さ分布計測装置５０は、工作物Ｗの高さ分布を測定するための高精度レーザ変位計であり、計測ヘッド５１及び計測ヘッド５１を制御するためのコントローラ５２から構成されており、加工テーブル１３上を水平方向に移動しながら、工作物Ｗの高さを計測することにより、工作物Ｗの高さ分布を測定するように構成されている。
計測ヘッド５１は、コントローラ５２により制御されることにより、工作物Ｗの上面、即ち高さを非接触式に測定するように構成されている。
【００２１】
工具経路分析装置６０は、分析部及び数値制御プログラム生成部を含んでおり、図示の場合、汎用コンピュータにより構成されている。
尚、上記分析部は、高さ分布計測装置５０で計測された工作物Ｗの高さ分布を、工作物Ｗの高さ情報に変換するように構成されている。
数値制御プログラム生成部は、分析部で得られた工作物Ｗの高さ情報に基づいて、溝加工のための工具部４２の経路情報を数値制御プログラムに変換するように構成されている。
【００２２】
このような構成において、その動作例を図４に示すフローチャートに従って説明する。
先ず、ブロック７０をブロック用定盤７１上に貼り付け、さらに複数個のブロック用定盤７１を定盤７２上に並んで位置決めして貼り付ける。そして、定盤７２を加工テーブル４３上に固定するが、各ブロック７０の傾きやブロック７０間の高さのバラツキは、ブロック用定盤７１及び定盤７２の高さ精度と、工作物であるブロック７０自体の高さ精度、そしてブロック７０をブロック用定盤７１に貼付ける際の傾き等の貼付け精度、さらに各ブロック用定盤７１を定盤７２に貼付ける際の傾き等の貼付け精度等によって大きくなっている。
【００２３】
尚、工作物であるブロック７０は、図６に示すように、その当たり幅規制溝を加工するための加工対象面７０ａ、即ち上面が曲面として形成されている。
溝深さは曲面の最高位置を基準として規定されているのに対し、実際のブロック７０の加工対象面７０ａの最高位置は、ブロック７０の定盤７２への貼付けの際の貼付け精度により僅かに誤差が生じているが、加工すべき溝深さ精度に比較して十分に小さいことから、無視することが可能である。
【００２４】
高さ分布計測装置５０の計測ヘッド５１が、コントローラ５２によって制御されることにより、加工テーブル４３上に取り付けられた工作物Ｗ及び基準物Ｐの高さ分布を測定する（ステップＳＴ１）。この場合、図７に示すように、コントローラ５２は、数値制御装置４４に前以て用意された溝加工用の数値制御プログラムによって、複数個のブロック７０がそれぞれブロック用定盤７１を介して定盤７２に貼り付けられている工作物Ｗと、基準ブロック７３が定盤７４に貼り付けられている基準物Ｐに対して、計測ヘッド５１を矢印Ｘ方向に水平移動させて走査させ、これら工作物Ｗのブロック７０の上面及び基準物Ｐの基準ブロック７３の上面の相対変位を計測させることにより、既知の高さを有する基準物Ｐの計測高さに基づいて、各ブロック７０の実際の高さを測定させる。
【００２５】
そして、基準物Ｐが数値制御式加工機４１により前以て試し加工により溝加工されていると、上述した高さ分布の計測の際に、この溝深さも同時に計測することによって、工具部４２の外周刃ブレード４２ａの摩耗あるいは数値制御式加工機４１固有または作業者固有の要因によって生ずる系統的な誤差を補正することができる。
【００２６】
次に、コンピュータである工具経路分析装置６０は、高さ分布計測装置５０から測定された高さ分布情報を入力する。
そして、工具経路分析装置６０は、その分析部により、各ブロック７０及び基準ブロック７３の高さを算出し、前以てソフトウェアにより構築された工具経路分析機能によって、所望の溝深さを得るための工具経路を導出する（ステップＳＴ２）。
【００２７】
さらに、工具経路分析装置６０は、その数値制御プログラム生成部にて、前以てソフトウェアにより構築された数値制御プログラム生成機能により、上記工具経路を実現するための数値制御プログラムを自動生成する（ステップＳＴ３）。
その後、数値制御装置４４は、工具経路分析装置６０との間の通信機能により、生成された数値制御プログラムを読み込んで登録する（ステップＳＴ４）。
【００２８】
そして、数値制御装置４４が、登録された数値制御プログラムを手動または外部制御により自動的に実行することにより、工具部４２を駆動制御する。
これにより、工具部４２の外周刃ブレード４２ａは、工具経路に沿って加工テーブル４３上の工作物Ｗに対して相対的に移動して、工作物Ｗの各ブロック７０を、所定の溝深さで高精度に溝加工する（ステップＳＴ５）。
【００２９】
ここで、工作物Ｗの各ブロック７０が、例えば±５μｍ以上の高さのバラツキを有している場合であっても、この高さのバラツキに基づいて得られた工具経路に従って、数値制御式加工機４１の工具部４２が制御されることにより、ブロック用定盤７１や定盤７２の寸法誤差あるいは取付誤差の影響を受けない溝深さで、より高精度の溝加工を行なうことができる。このため、工作物Ｗを加工テーブル４３に取り付ける際の精度管理が簡素化され、コストを低減することができる。
【００３０】
以上のような構成の精密溝加工装置４０によれば、高さ分布計測装置５０が非接触式変位計であるので、高さ分布の測定の際に、工作物Ｗが加工テーブル４３上でずれるようなことはなく、さらに工作物Ｗが柔らかい材料から構成されていても変形してしまうようなことがない。これにより、工作物Ｗの種類にかかわらず、より高精度の溝加工を行なうことができる。
また、数値制御装置４４による工具部４２の溝加工時の移動経路が、工具経路分析装置６０によって求められるので、数値制御装置４４の負担を軽減することができる。
【００３１】
尚、この発明は、上述した実施形態の精密溝加工装置の構成に限定されるものではなく、工作物と工具を相対的に直線移動、曲線移動または回転させる溝加工装置、工作物を固定する加工テーブルまたはチャックを備えた溝加工装置、工作物の平面部分または円筒側面を溝加工可能な溝加工装置、固定工具または回転工具を備えた溝加工装置、溝の切り込み方向が鉛直方向または水平方向である溝加工装置、直線溝または曲線溝の加工可能な溝加工装置、工具として外周刃ブレード、内周刃ブレード等の研削工具や、切削バイト、エンドミル、フライスカッター等の切削工具等を備えた溝加工装置等、あらゆる溝加工装置に適用可能である。
【００３２】
【発明の効果】
以上述べたように、この発明によれば、例えば工作物の高さが一様でない場合であっても、高精度の溝深さを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による精密溝加工装置の実施形態を示すブロック構成図。
【図２】この発明による精密溝加工装置の別の実施形態を示すブロック構成図。
【図３】この発明による精密溝加工装置の実施形態の具体的構成を示す図。
【図４】図３の精密溝加工装置の動作例を示すフローチャート。
【図５】図３の精密溝加工装置により加工される工作物の拡大斜視図。
【図６】図５の工作物における各加工ブロックの部分拡大斜視図。
【図７】図３の精密溝加工装置における高さ分布計測の際の計測ヘッドの移動を示す要部拡大斜視図。
【符号の説明】
１０、４０・・・精密溝加工装置、１１、４１・・・数値制御式加工機、１２、４２・・・工具部、１３、４３・・・加工テーブル、１４・・・ＰＬＣ部、１５、４４・・・数値制御装置、１６・・・ツールスコープ、２０、５０・・・高さ分布計測装置、２１、５１・・・計測ヘッド、２２、５２・・・コントローラ、３０・・・工具経路分析装置、３１・・・分析部、３２・・・数値制御プログラム生成器、３３・・・コンピュータ数値制御装置、６０・・・工具経路分析装置（コンピュータ）、Ｗ・・・工作物、Ｐ・・・基準高さを有する基準物

Claims (1)

1. 加工テーブル上に取り付けられた工作物にプログラム制御された工具によって溝加工を施す数値制御部と、
   計測ヘッドを定盤上に設けられた基準ブロックと複数の工作物ブロック上を水平移動させて、前記基準ブロックの高さを測定するとともに、該基準ブロックの上面に対する複数の工作物ブロックの相対的高さを測定する非接触式変位計からなる高さ分布計測部と、
   前記高さ分布計測部により測定された前記基準ブロックの上面に対する複数の工作物ブロックの相対的高さの情報に基づいて、前記複数の工作物ブロックの高さを算出するとともに、前記溝加工を行う際の所定の溝深さを得るための工具経路を算出する工具経路分析部と、
   前記工具経路分析部で得られた前記工作物の高さ情報に基づいて、前記溝加工のための数値制御プログラムを生成する数値制御プログラム生成器と、
   を備えたことを特徴とする精密溝加工装置。

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