JP4001290B2 - Precision machining method - Google Patents

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Description

本発明は、精密機械加工方法に関し、特に金型などの導電性の被加工材を精密に研削する精密機械加工方法に関する。   The present invention relates to a precision machining method, and more particularly to a precision machining method for precisely grinding a conductive workpiece such as a mold.

カメラ、映像機器などの超精密光学部品では、小型、軽量などの特徴を持つ、非球面レンズが普及しつつある。ガラスモールドレンズの高精度化に対する要求は強く、レンズを加工、製造する上で、レンズの金型には高い形状精度が要求されている。金型の材料は形状の精度化、良好な面粗さ、熱的影響の低減から、超硬合金が用いられることが多いが、難削材であることから金型の加工では、研削加工が主流になっている。   In ultra-precision optical parts such as cameras and video equipment, aspherical lenses having features such as small size and light weight are becoming popular. There is a strong demand for high accuracy of glass mold lenses, and high shape accuracy is required for lens molds when processing and manufacturing lenses. Cemented carbide is often used for mold materials because of shape accuracy, good surface roughness, and reduced thermal effects. It has become mainstream.

軸対称非球面レンズ用金型加工方法の一例として、工具、被加工材の位置関係を用いて、ソロバン型工具をNCプログラムに従って、回転中の被加工材の外周部より中心部へ加工するクロス研削法が利用されている。この方法では加工段取り時に設定される工具径と工具中心位置が、加工精度に影響を与える大きな誤差要因の一つとして上げられる。工具中心軸とは、工具が被加工材の外周を回転移動する際の回転軸であり、工具径とは、工具が被加工材の外周を回転移動する際の回転半径である。加工段取り時とは実際に研削加工する前に、工具径と工具中心軸位置を調節する状態である。形状誤差が生じると、誤差解析や再加工に伴い加工効率が低下することになる。 As an example of a mold processing method for an axially symmetric aspherical lens, a cross that processes a Soroban tool from the outer periphery of the rotating workpiece to the center according to the NC program using the positional relationship between the tool and the workpiece. A grinding method is used. In this method, the tool diameter and the tool center axis position set at the time of machining setup are raised as one of the major error factors affecting the machining accuracy. The tool center axis is a rotation axis when the tool rotates around the outer periphery of the workpiece, and the tool diameter is a rotation radius when the tool rotates around the outer periphery of the workpiece. The machining setup is a state in which the tool diameter and the tool center axis position are adjusted before actual grinding. If a shape error occurs, the machining efficiency decreases with error analysis and rework.

工具径や工具中心位置の測定には次に述べるような方法がある。 There are the following methods for measuring the tool diameter and the tool center axis position.

現在用いられている主な計測方法として、静的にピンゲージを工具に接触させ測定する方法とイメージセンサを用いて画像処理により非接触で測定する方法がある。   The main measuring methods currently used include a method in which a pin gauge is statically brought into contact with a tool and a method in which measurement is performed in a non-contact manner by image processing using an image sensor.

図9(A)には静止している工具形状を測定する方法の一例として、ピンゲージを用いる接触式測定方法を示した。この方法は、十分な真円度が確保され、直径が正確に測定されているピンゲージをワーク軸に取り付け、静止している工具を両端から接触させることにより、ワーク軸回転中心に対する工具径や工具中心位置を測定する方法である。ピンゲージを用いる方法は、高精度なピンが比較的容易に入手できることから、安価でμm単位の測定が可能である。 FIG. 9A shows a contact measurement method using a pin gauge as an example of a method for measuring a stationary tool shape. In this method, a pin gauge whose diameter is accurately measured is secured to the workpiece axis, and a stationary tool is contacted from both ends, so that the tool diameter and tool relative to the workpiece axis rotation center can be obtained. This is a method of measuring the central axis position. In the method using a pin gauge, since high-precision pins can be obtained relatively easily, measurement at a micrometer unit is possible at a low cost.

また、図9(B)は回転している工具形状を測定する方法の一例として、イメージセンサを用いる方法を示した。近年、イメージセンサの高精度化に伴い、高い分解能が得られる。この方法は、非接触法であるため工具が回転中であっても測定が可能であり、100万画素のイメージセンサで2〜3μm程度の分解能がえられる。
特開平10−006191号公報 特開平06−210476号公報
FIG. 9B shows a method using an image sensor as an example of a method for measuring a rotating tool shape. In recent years, high resolution has been achieved with the increase in accuracy of image sensors. Since this method is a non-contact method, measurement is possible even when the tool is rotating, and a resolution of about 2 to 3 μm can be obtained with an image sensor of 1 million pixels.
JP-A-10-006191 Japanese Patent Laid-Open No. 06-210476

図9(A)にピンゲージを用いる接触式測定方法を示したが、この方法は安価で精度が高い特徴があるが、人的誤差が生じやすく、熟練された技術者による計測が必要となる。また工具軸を回転させた時の遠心力や回転中心軸のずれは計測できず、余裕を見た段取り、加工が必要になる。そのため、形状計測、修正研削の回数が多くなることから、加工効率が低下する問題がある。   FIG. 9A shows a contact-type measuring method using a pin gauge. This method is inexpensive and has high accuracy, but human error is likely to occur, and measurement by a skilled engineer is required. In addition, the centrifugal force and the deviation of the rotation center axis when the tool axis is rotated cannot be measured, and setup and machining with a margin are required. For this reason, the number of times of shape measurement and correction grinding increases, so that there is a problem that processing efficiency is lowered.

また図9(B)にイメージセンサを用いる方法を示した。この方法は非接触法であるため工具が回転中であっても計測ができる手法であるが、カメラの設置状態や測定位置が工具の曲率部分であることから、焦点位置の判別が難しく、システム誤差としては十分な測定精度が得られない問題がある。   FIG. 9B shows a method using an image sensor. Since this method is a non-contact method, it can measure even when the tool is rotating. However, since the camera installation state and measurement position are the curvature part of the tool, it is difficult to determine the focal position. As an error, there is a problem that sufficient measurement accuracy cannot be obtained.

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、金型などの被加工面を研削するシステムにおいて、回転中の工具形状を、短時間に高精度で測定することができ、安価で信頼性が高い測定方法を備えた精密機械加工方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above problems, and in a system for grinding a work surface such as a die, the shape of a rotating tool can be measured with high accuracy in a short time, and is inexpensive. An object is to provide a precision machining method provided with a highly reliable measurement method.

上記目的を達成するために、導電性被加工材をワークスピンドルに絶縁体を介して把持し、導電性工具を工具スピンドルに把持する。被加工材と工具間で構成される閉回路に高周波電流供給することで、誘導電流を励起させ、工具と被加工材間に生じる静電容量を非接触で測定することにより、回転している工具と被加工材間の間隔の誤差を高精度で求める。演算手段でこの誤差をもとに幾何学的な演算を行い、工具径と工具中心位置の誤差に分離してそれぞれの誤差を求め、工具径と工具中心位置を正確に補正することを特徴とする。この補正に要する時間は十数秒程度と短く、加工効率を大幅に改善できる。また、測定方法がシンプルであるため、安価で、信頼性が高い測定が可能である。 In order to achieve the above object, the conductive workpiece is held on the work spindle via an insulator, and the conductive tool is held on the tool spindle. By supplying high-frequency current to a closed circuit composed of the workpiece and the tool, the induction current is excited, and the capacitance generated between the tool and the workpiece is measured in a non-contact manner. Find the error in the distance between the tool and the workpiece with high accuracy. It involves geometric calculation of the error based on the arithmetic means obtains the respective error by separating the error of the tool diameter and the tool central axis position, to accurately correct the tool radius and the tool central axis position Features. The time required for this correction is as short as about several tens of seconds, and the processing efficiency can be greatly improved. In addition, since the measurement method is simple, it is possible to perform measurement with low cost and high reliability.

超精密の研削加工では、加工段取り、砥石の設定状況、加工条件など、加工能率や加工精度に影響を与える要因が多く、さらに、高い形状精度を得るために行なわれる{加工−測定−加工}の作業サイクルでは、経験値を含め多くのデータベースが必要とされている。中でも加工前の段取り段階における工具形状誤差、すなわち、工具径および工具中心位置の誤差は非加工工程にもかかわらず、加工効率に与える影響が極めて大きく、また人的誤差が主であるため、これを抑える努力が必要不可欠である。また、加工前の段取り時は工具が回転しており、遠心力等の影響を受け変形するため、工具径および工具中心位置の誤差を高精度で計測する必要がある。 In ultra-precision grinding, there are many factors that affect machining efficiency and machining accuracy, such as machining setup, grinding wheel setting status, machining conditions, etc. In addition, it is performed to obtain high shape accuracy {machining-measurement-machining}. In this work cycle, many databases including experience values are required. Among them, the tool shape error in the setup stage before machining, that is, the error of the tool diameter and the tool center axis position has a great influence on the machining efficiency despite the non-machining process, and human error is the main, Efforts to suppress this are essential. In addition, since the tool is rotating at the time of setup before machining and deforms under the influence of centrifugal force or the like, it is necessary to measure the error of the tool diameter and the tool center axis position with high accuracy.

本発明によれば回転している工具の工具径および工具中心位置を高精度で計測することができ、その測定時間は10数秒と非常に短時間で手動あるいは自動的に誤差を修正でき、加工効率を大幅に改善することができる。また、工具と被加工材間の静電容量の計測により、工具径および工具中心位置の誤差を計測する方法は、新たな計測装置を必要とせず、安価で信頼性が高い特徴を有している。 According to the present invention, the tool diameter and tool center axis position of a rotating tool can be measured with high accuracy, and the measurement time can be corrected manually or automatically in a very short time of 10 tens of seconds. Processing efficiency can be greatly improved. In addition, the method of measuring the error of the tool diameter and the tool center axis position by measuring the capacitance between the tool and the workpiece does not require a new measuring device, and is inexpensive and highly reliable. ing.

ここでは超精密非球面研削盤を例にとり、図面を参照して本発明を具体的に説明する。   Here, the present invention will be specifically described with reference to the drawings, taking an ultra-precision aspheric grinding machine as an example.

図1に本発明に基づいた超精密非球面研削盤の概略構成を示す。   FIG. 1 shows a schematic configuration of an ultra-precise aspheric grinder based on the present invention.

本装置はXYZの各軸が1nmの検出および移動分解能を有するものである。XZ軸が水平軸として配置され、X軸テーブル上に設置されたY軸が垂直方向に移動する。   In this apparatus, each axis of XYZ has a detection and moving resolution of 1 nm. The XZ axis is arranged as a horizontal axis, and the Y axis installed on the X axis table moves in the vertical direction.

ワークスピンドル2はZ軸上に、工具スピンドル5はY軸テーブルに取り付けられ、機械本体1に設置されている。両スピンドルとも空気軸受けによって軸が支持されている。   The work spindle 2 is mounted on the Z-axis, and the tool spindle 5 is mounted on the Y-axis table, and is installed on the machine body 1. Both spindles are supported by air bearings.

被加工材として超微粒超硬合金製の平面形状または凸面形状(R=10mm)を用い、絶縁材4を介してワークスピンドル2を取り付けた。 A work spindle 2 was attached via an insulating material 4 using a planar shape or a convex shape (R = 10 mm) made of ultrafine cemented carbide as the workpiece 3 .

工具6としては導電性レジノイドボンド砥石(Φ70)を用いた。砥粒および粒度はダイヤモンド#3000である。砥石先端形状は円弧状(R=5mm)に機上ツルーイングした。測定中には実際の加工中と同様、砥石軸を回転させ、研削液を供給した。 As the tool 6, a conductive resinoid bond grindstone ( Φ 70) was used. The abrasive and grain size is diamond # 3000. The tip of the grindstone was on-machine truing into an arc shape (R = 5 mm). During the measurement, the grinding wheel shaft was rotated and the grinding fluid was supplied as in actual machining.

工具6−被加工材3間の間隔は機械本体1−工具6−被加工材3から構成される閉回路7における励起された誘導電流の変化によって計測した。誘導電流は発信器8より高周波電流を閉回路7に取り付けられたリング9bに供給することで行なった。励起された誘導電流は、前記閉回路7取り付けられたリング9aによって検出し記録計11で記録した。検出された信号には機械本体1等からのノイズが混入するため、励起周波数帯でのバンドパスフィルタ10を通し出力した。各部の静電容量を測定したところ、スピンドル軸受け間が7.37nFに対し、工具6と被加工材3(間隔約5μm)が0.42nFであった。そこで、閉回路7内のインピーダンスを低減するため励起周波数は1MHzとした。 The distance between the tool 6 and the workpiece 3 was measured by the change in the induced current induced in the closed circuit 7 composed of the machine body 1 -the tool 6 -the workpiece 3. The induction current was performed by supplying a high frequency current from the transmitter 8 to the ring 9b attached to the closed circuit 7. The excited induced current was detected by a ring 9 a attached to the closed circuit 7 and recorded by a recorder 11. Since noise from the machine main body 1 or the like is mixed in the detected signal, the signal is output through the band-pass filter 10 in the excitation frequency band. When the electrostatic capacity of each part was measured, the distance between the spindle bearings was 7.37 nF, and the tool 6 and the workpiece 3 (interval of about 5 μm) were 0.42 nF. Therefore, the excitation frequency is set to 1 MHz in order to reduce the impedance in the closed circuit 7.

図2に工具軸を回転させながら数値指令により、Z軸に沿って被加工材3に接近させ、その後、接近時とは逆方向に離脱させるように移動させた場合の記録計11に記録された出力値を示す。図2(A)は3μm、図2(B)は1μmのステップで工具軸を移動した場合の応答性を示す。 2 is recorded in the recorder 11 in the case where the workpiece 3 is moved along the Z axis and then moved away in the direction opposite to that at the time of approach by numerical command while rotating the tool axis. Output value. 2A shows the response when the tool axis is moved in steps of 3 μm and FIG. 2B shows the step of 1 μm.

図2(A)より、工具6と被加工材3間の間隔が狭くなると出力値がほぼ反比例して増加している。工具6と被加工材3の間隔が最も狭い点で、出力値も最大になり、接近時と離脱時のステップ変化も相対性を持っており、このことから再現性が確認できる。   As shown in FIG. 2A, the output value increases almost inversely as the distance between the tool 6 and the workpiece 3 decreases. At the point where the distance between the tool 6 and the workpiece 3 is the narrowest, the output value is also the maximum, and the step change at the time of approach and separation has relativity, and this confirms reproducibility.

さらに、図2(B)に示す1μmのステップ送りにおいても、階段状のステップ変化が確認できることから、測定時の応答性や再現性も十分得られていることが分かる。   Further, even in the step feed of 1 μm shown in FIG. 2B, a step-like step change can be confirmed, and it can be seen that sufficient responsiveness and reproducibility are obtained during measurement.

図3に、図2(B)において最も間隔が狭くなった位置より0.1μmのステップで工具6を被加工材3に近づけた時の出力値を示す。出力値に急激な変化が見られるが、これは、工具6と被加工材3が接触したことを示しており、接触した瞬間を検出できる特徴がある。   FIG. 3 shows an output value when the tool 6 is brought close to the workpiece 3 in a step of 0.1 μm from the position where the interval is narrowest in FIG. Although an abrupt change is observed in the output value, this indicates that the tool 6 and the workpiece 3 are in contact with each other, and there is a feature that the moment of contact can be detected.

図4に凸面形状のマスターボールを用いて測定を行った時のマスターボールと工具との位置関係を示す。マスターボールは工具中心軸位置と工具径とを測定するための基準球であり、0.2μm程度の形状精度が確保されている。   FIG. 4 shows the positional relationship between the master ball and the tool when measurement is performed using a convex master ball. The master ball is a reference sphere for measuring the tool center axis position and the tool diameter, and has a shape accuracy of about 0.2 μm.

以下に測定の流れを示す。
(1)工具6として砥石を用い、砥石の回転を停止した状態で、砥石とマスターボールを静的に接触させ、砥石中心位置(工具中心軸位置)と砥石径(工具径)の設定値を決定する。
(2)次に、加工時の雰囲気と一致させるため、加工液を供給しながら砥石を回転させ(1)で得られた砥石中心位置と砥石径をもとにマスターボールと一定の間隔を保ちながら円弧補間によりメモリ運転をする。なお円弧補間中の機械の現在位置と出力値は同時に記録する。
(3)砥石中心位置や砥石径の設定値が正確であれば、間隔は一定に保たれ、出力値は一定になるが、実際にはこれら2つの誤差要因によって出力値が一定にならない。
(4)測定値より、誤差量を計算し修正した砥石中心位置と砥石径によって再度円弧補間によりメモリ運転を行いながら出力値が一定になるまで測定を行なう。
以上の操作により、加工前の工具径や工具中心位置を正確に設定することができる。
The measurement flow is shown below.
(1) Using a grindstone as the tool 6, with the grindstone stopped, the grindstone and the master ball are brought into static contact, and the set values of the grindstone center position (tool center axis position) and grindstone diameter (tool diameter) are set . decide.
(2) Next, in order to match the atmosphere during processing, the grindstone is rotated while supplying the working fluid, and a constant distance from the master ball is maintained based on the grindstone center position and grindstone diameter obtained in (1). However, memory operation is performed by circular interpolation. Note that the current position and output value of the machine during circular interpolation are recorded simultaneously.
(3) If the set values of the wheel center position and the wheel diameter are accurate, the interval is kept constant and the output value becomes constant, but in reality, the output value does not become constant due to these two error factors.
(4) Measurement is performed until the output value becomes constant while performing memory operation by circular interpolation again based on the grindstone center position and the grindstone diameter calculated and corrected from the measured value.
By the above operation, the tool diameter and the tool center axis position before machining can be set accurately.

図5(A)に工具径R が設定値より小さく、図5(B)にさらに工具中心位置に誤差がある場合の工具軌跡を示した。図中R はマスターボール径、R は工具軌跡径(マスターボールに近接する工具先端の軌跡径)である。また、A(X ,Z )はマスターボール径R の任意の点であり、X はマスターボール径R のX座標、Z はマスターボール径R のZ座標である。一方、B(X ,Z )は工具先端が描く工具軌跡径R の任意の点であり、X は工具軌跡径R のX座標、Z は工具軌跡径R のZ座標である。

マスターボールは常にワーク軸回転中心に把持されているため、表面形状(X、Z)は下記のように定義される。
Figure 5 (A) to the tool diameter R 2 is smaller than the set value, exhibited tool path when there is an error in the further tool center axis position in FIG. 5 (B). In the figure, R 1 is a master ball diameter, and R 2 is a tool trajectory diameter (a trajectory diameter of a tool tip close to the master ball). Further, A (X 1, Z 1 ) is an arbitrary point of the master ball diameter R 1, X 1 is X coordinate, Z 1 master ball diameter R 1 is Z-coordinate of the master ball diameter R 1. On the other hand, B (X 2, Z 2 ) is an arbitrary point of the tool path diameter R 2 of the tool tip draws, X-coordinate of X 2 are the tool path diameter R 2, Z 2 is Z-coordinate of the tool path diameter R 2 It is.

Since the master ball is always held at the center of rotation of the workpiece axis, the surface shape (X 1 , Z 1 ) is defined as follows.

Figure 0004001290
これに対し、工具径に誤差がある場合はZ軸方向に誤差量ΔRをシフトさせた円弧軌道と考えることができ、工具先端位置(X,Z)は次式で示される。
Figure 0004001290
On the other hand, when there is an error in the tool diameter, it can be considered as an arc trajectory in which the error amount ΔR is shifted in the Z-axis direction, and the tool tip position (X 2 , Z 2 ) is expressed by the following equation.

Figure 0004001290
Figure 0004001290

Figure 0004001290
Figure 0004001290
三平方の定理から、ZFrom the three-square theorem, Z 2 について上式が成り立つ。The above equation holds.

Figure 0004001290
Figure 0004001290
数2及び数3から、XFrom Equation 2 and Equation 3, X 2 について上式を導くことができる。The above equation can be derived.

Figure 0004001290


工具径R はマスターボール径R と間隔dと誤差ΔRの和で表されるため、R について上式を導くことができる。上式を任意θに沿って計算すると、工具径が設定値よりも小さい場合は、θが小さくなるほど、すなわちマスターボールの頂点に近づくほど間隔dが小さくなる。つまり中央部では周辺部よりも大きな出力が得られることになる。
Figure 0004001290


Since the tool diameter R 2 is expressed by the sum of the master ball diameter R 1 , the distance d, and the error ΔR, the above equation can be derived for R 2 . When the above equation is calculated along an arbitrary θ, when the tool diameter is smaller than the set value, the interval d decreases as θ decreases, that is, as the apex of the master ball is approached. That is, a larger output can be obtained at the central portion than at the peripheral portion.

同様に、図5(B)に示すように工具中心軸誤差がある場合は、X軸方向に誤差量ΔXをシフトさせた円弧軌道と考えることができ、工具、すなわち工具の先端位置(X,Z)は次式で示される。 Similarly, when there is a tool center axis error as shown in FIG. 5B, it can be considered as an arc trajectory shifted by an error amount ΔX in the X-axis direction, and the tool, that is, the tip position (X 2) of the tool. , Z 2 ) is given by:

Figure 0004001290
Figure 0004001290

Figure 0004001290
Figure 0004001290


三平方の定理から、ZFrom the three-square theorem, Z 2 について上式が成り立つ。The above equation holds.

Figure 0004001290
Figure 0004001290

数7及び数8から、XFrom Equation 7 and Equation 8, X 2 について上式を導くことができる。The above equation can be derived.

Figure 0004001290

工具径R はマスターボール径R と間隔dの和で表されるため、上式を導くことができる。この場合、測定開始点と終了点で間隔dが異なり、測定開始点と終了点では、不均衡な出力結果が得られる。
Figure 0004001290

Since the tool diameter R 2 is represented by the sum of the master ball diameter R 1 and spacing d, it can be derived the above equation. In this case, the interval d is different between the measurement start point and the end point, and an unbalanced output result is obtained at the measurement start point and the end point .

実際には上述した2つの要因の和によって形状誤差が生じるが、マスターボールの周辺部と中心部の出力差、測定開始点と終了点の出力差をそれぞれ計測することによって工具径と工具中心位置の誤差に分解することができる。 Actually, a shape error occurs due to the sum of the two factors described above. By measuring the output difference between the peripheral part and the central part of the master ball and the output difference between the measurement start point and the end point , the tool diameter and the tool center axis are measured. It can be broken down into position errors.

図6に本方法を用いて工具径および工具中心位置を補正する方法を示す。 FIG. 6 shows a method for correcting the tool diameter and the tool center axis position using this method.

図6(A)は静的に工具6と被加工材3を接触させて得られた工具中心位置、工具径を用いて設定値から円弧補間を行った時の出力例を示す。測定距離は24.6mm、軸送り速度は120mm/分のため測定時間は12秒程度と短時間で行なうことがきる。図6(A)では、測定時間の経過と共に出力値が低下し、経過時間が8秒程度の位置で、出力値が最小になっている。工具−マスターボールの間隔が出力値に反比例することから、円弧補間開始側の間隔が狭くなっている。このことから工具中心位置に誤差があり、実際の工具径が設定値より大きいことを示している。 FIG. 6A shows an output example when circular interpolation is performed from the set value using the tool center axis position and tool diameter obtained by bringing the tool 6 and the workpiece 3 into contact with each other statically. Measurement distance 24.6 mm, shaft feed speed measurement time for the 120 mm / min as possible out be performed in a short time as about 12 seconds. In FIG. 6A, the output value decreases as the measurement time elapses, and the output value is minimized at a position where the elapsed time is about 8 seconds. Since the distance between the tool and the master ball is inversely proportional to the output value, the distance on the arc interpolation start side is narrow. This indicates that there is an error in the tool center axis position, and the actual tool diameter is larger than the set value.

まず、工具中心軸位置の誤差を修正する。図6(B)に工具中心軸位置を設定値に対し、X軸プラス方向へ5μm移動したときの出力値を示す。図6(A)に対し、測定開始点と終了点の出力が逆の傾向を示している。図6(B)では測定開始点と終了点の出力差は15mVである。 First , the error of the tool center axis position is corrected. FIG. 6B shows an output value when the tool center axis position is moved by 5 μm in the X axis plus direction with respect to the set value . As compared with FIG. 6A, the output of the measurement start point and the end point shows an opposite tendency. In FIG. 6B, the output difference between the measurement start point and the end point is 15 mV.

図7に工具−マスターボール間の間隔と出力の関係を示す。測定範囲内ではほぼ直線性が得られていると考えると、1μmの間隔で9mVが得られている。そのため、15mVの出力差は測定開始点と終了点で1.6μmの誤差が生じていることになる。 FIG. 7 shows the relationship between the distance between the tool and the master ball and the output. If it is considered that almost linearity is obtained within the measurement range, 9 mV is obtained at intervals of 1 μm. Therefore, an output difference of 15 mV has an error of 1.6 μm between the measurement start point and the end point .

この1.6μmの誤差は図8(A)の工具中心軸誤差特性から、工具中心軸誤差が3μmのときの出力差に相当していることから、工具中心位置を図6(B)の状態から−3μmの位置に設定する。なお、図8は上述の演算式を適用し、工具径および工具中心軸位置に誤差が生じた時の出力差から求めた、マスターボール中心部と周辺部の誤差と工具径誤差の関係(図8(A))、及び、測定開始点と終了点の誤差と工具中心軸誤差の関係(図8(B))を示す特性図である。 Error of 1.6μm from the tool central axis error characteristics of FIG. 8 (A), since the tool center axis error is equivalent to the output difference when the 3 [mu] m, a tool center axis position 6 of the (B) The position is set to -3 μm from the state. Note that FIG. 8 applies the above-described calculation formula, and the relationship between the error of the master ball center and peripheral parts and the tool radius error obtained from the output difference when an error occurs in the tool radius and the tool center axis position (see FIG. 8). 8 (A)), and a characteristic diagram showing the relationship between the measurement start point and end point errors and the tool center axis error (FIG. 8B).

図6(C)は工具中心軸位置を補正後、工具径を設定値に対し+40μmとしたときの出力を示す。工具中心位置が補正されているため測定開始点と終了点の値はほぼ等しくなっている。図6(C)より左右に比べ中央付近の値が約7mV程度増加しており、設定値が実際の工具径より大きくなっていることが分かる。図7より7mVの出力は0.8μmに相当する。 FIG. 6C shows the output when the tool diameter is +40 μm with respect to the set value after correcting the tool center axis position. Since the tool center axis position is corrected, the values of the measurement start point and end point are substantially equal. FIG. 6C shows that the value near the center is increased by about 7 mV compared to the left and right, and the set value is larger than the actual tool diameter. From FIG. 7, the output of 7 mV corresponds to 0.8 μm.

さらに、図8(B)の工具誤差特性から、工具誤差が23μmであることが分かる。そこで、図6(C)の工具の設定値に対し、−23μmの補正を行なう。図6(D)に補正を行なった後に再び円弧補間したときの出力値を示す。図6(D)ではほぼ一様な出力が得られており、円弧移動の中心と半径が、それぞれ工具中心位置と工具径に一致したと考えられる。なお、図6では突起状の変化が見られるが、測定中のノイズであり、測定精度には影響を与えない。 Moreover, the tool diameter error characteristics of FIG. 8 (B), it can be seen the tool diameter error is 23 .mu.m. Therefore, a correction of −23 μm is performed on the set value of the tool diameter in FIG. FIG. 6D shows an output value when circular interpolation is performed again after correction. In FIG. 6 (D), a substantially uniform output is obtained, and it is considered that the center and radius of the arc movement coincide with the tool center axis position and the tool diameter, respectively. In addition, although a protrusion-like change is seen in FIG. 6, it is noise during measurement and does not affect the measurement accuracy.

このようにしてマスターボールを用いて、工具中心軸位置と工具径を決定した後、マスターボールの代わりに荒加工が終了した被加工材を取り付け加工に入る。工具軌跡の設定値に対する誤差から、前記幾何学的演算式を用いて工具径と工具中心軸位置の誤差を求め形状誤差を修正する方法として、工具中心軸位置の誤差を求め工具中心軸位置を修正した後、次に工具径の誤差を求め工具径の設定値を修正する操作を繰り返すことで、高精度で修正する方法を説明したが、工具径と工具中心軸位置の誤差を前記演算手段により、解析的に求め、同時に修正する方法を採ることもできる。さらに、工具形状誤差の修正は手動あるいは自動のいずれかによる。なお、加工においても本方法を用いて荒加工終了後の工作物の形状を把握することにより切込み等を迅速に設定することも可能である。   After determining the tool center axis position and the tool diameter using the master ball in this way, the workpiece to which the rough machining has been completed is started instead of the master ball. As a method of correcting the shape error by obtaining the error of the tool diameter and the tool center axis position from the error with respect to the set value of the tool path, the tool center axis position is obtained. After the correction, the method of correcting the tool radius error by obtaining the tool radius error and repeating the operation of correcting the set value of the tool radius has been described. Therefore, it is possible to adopt a method of analytically obtaining and correcting simultaneously. Furthermore, the correction of the tool shape error is either manual or automatic. In the machining, it is also possible to quickly set the incision or the like by grasping the shape of the workpiece after the rough machining is finished by using this method.

以上に超精密非球面の研削について説明したが、本発明はあらゆる曲面の研削に応用できることは明白である。たとえば、切削加工、レーザ加工、電子ビーム加工などに適用できる。   Although the superprecision aspherical surface grinding has been described above, it is apparent that the present invention can be applied to grinding any curved surface. For example, it can be applied to cutting, laser processing, electron beam processing, and the like.

本発明の実施形態を示したもので、超精密非球面研削盤の概略図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 shows an embodiment of the present invention and is a schematic view of an ultra-precision aspheric grinding machine. 本発明の実施形態を示したもので、工具をZ軸に沿って移動した場合の出力値を示す特性図である。FIG. 5 is a characteristic diagram illustrating an output value when the tool is moved along the Z axis according to the embodiment of the present invention. 本発明の実施形態を示したもので、図2の最も間隔が狭くなった位置でさらに0.1μmのステップで間隔を縮小した場合の出力値を示す特性図である。FIG. 3 is a characteristic diagram showing an embodiment of the present invention and showing an output value when the interval is further reduced by a step of 0.1 μm at the position where the interval is the narrowest in FIG. 2. 本発明の実施形態を示したもので、被加工材の変わりにマスターボールを取り付けた場合の工具と被加工材の位置関係を示す平面図である。The embodiment of the present invention is shown, and is a plan view showing a positional relationship between a tool and a workpiece when a master ball is attached instead of the workpiece. 本発明の実施形態を示したもので、工具径が設定値より小さく、さらに工具中心位置に誤差がある場合の工具軌跡を示す平面図である。FIG. 9 is a plan view showing a tool locus when the tool diameter is smaller than a set value and there is an error in the tool center axis position according to the embodiment of the present invention. 本発明による工具径および工具中心軸位置を補正する方法を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the method of correct | amending the tool diameter and tool center axis position by this invention. 本発明による工具−マスターボール間の間隔と出力の関係を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the space | interval between the tool-master balls by this invention, and the relationship of an output. 本発明による工具径および工具中心軸位置に誤差が生じた時の演算式による計算結果を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the calculation result by the computing equation when the error arises in the tool diameter and the tool center axis position according to the present invention. 従来の静的にピンゲージを工具に接触させ測定する方法とイメージセンサを用いて画像処理により非接触で測定する方法を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the conventional method of measuring by making a pin gauge contact a tool statically, and the method of non-contacting by image processing using an image sensor.

符号の説明Explanation of symbols

1 機械本体
2 ワークスピンドル
3 被加工材
4 絶縁材
5 工具スピンドル
6 工具
7 閉回路
8 発振器
9a リングコイルa
9b リングコイルb
10 バンドパスフィルタ
11 記録計
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Machine main body 2 Work spindle 3 Work material 4 Insulation material 5 Tool spindle 6 Tool 7 Closed circuit 8 Oscillator 9a Ring coil a
9b Ring coil b
10 Band pass filter 11 Recorder

Claims (4)

ワークスピンドルに絶縁体を介して把持された被加工材と、
工具スピンドルに把持された導電性材料からなる工具と、
前記被加工材と前記工具間に形成した閉回路と、
前記閉回路に発振器から高周波電流を供給するリングコイルと、
前記閉回路に発生する誘導電流を検出するリングコイルとを備え、
前記工具スピンドルを回転させながら前記工具を接触させずに前記被加工材のまわりを円弧移動させ、誘導電流を検出する前記リングコイルが検出した前記誘導電流に基づいて設定値に対する前記工具スピンドルの工具中心軸位置及び工具径の遠心力による誤差を演算手段により求め、前記誤差が無くなるように前記工具スピンドルの工具径及び工具中心軸位置を補正して被加工面を研削することを特徴とする精密機械加工方法。
A workpiece gripped by an insulator on the workpiece spindle;
A tool made of a conductive material held by a tool spindle;
A closed circuit formed between the workpiece and the tool;
A ring coil for supplying a high-frequency current from an oscillator to the closed circuit;
A ring coil for detecting an induced current generated in the closed circuit ,
The tool of the tool spindle with respect to a set value based on the induced current detected by the ring coil that detects an induced current by moving the arc around the workpiece without contacting the tool while rotating the tool spindle. An error due to the centrifugal force of the center axis position and the tool diameter is obtained by calculation means, and the work surface is ground by correcting the tool diameter and the tool center axis position of the tool spindle so as to eliminate the error. Machining method.
前記演算手段では工具径の誤差ΔRを
+(Z+ΔR)=R 、R=R+d+ΔR
ただし、(X,Z):工具先端位置、R:マスターボール径、
:工具軌跡径、d:間隔
で求め前記工具スピンドルの工具径を手動あるいは自動で補正し、
工具中心軸位置の誤差ΔXを
(X−ΔX)+Z =R 、R=R+d
ただし、(X,Z):工具先端位置、R:マスターボール径、
:工具軌跡径、d:間隔
で求め前記工具スピンドルの工具中心軸位置を手動あるいは自動で補正することを特徴とする請求項1に記載の精密機械加工方法。
In the calculation means, the tool diameter error ΔR is set to X 2 2 + (Z 2 + ΔR) 2 = R 2 2 , R 2 = R 1 + d + ΔR.
Where (X 2 , Z 2 ): tool tip position, R 1 : master ball diameter,
R 2 : Tool path diameter, d: Obtained by intervals, and corrects the tool diameter of the tool spindle manually or automatically,
The error ΔX of the tool center axis position is set to (X 2 −ΔX) 2 + Z 2 2 = R 2 2 , R 2 = R 1 + d
Where (X 2 , Z 2 ): tool tip position, R 1 : master ball diameter,
2. The precision machining method according to claim 1, wherein R 2 is a tool trajectory diameter, d is a distance obtained by an interval, and the center axis position of the tool spindle is corrected manually or automatically.
前記演算手段では工具中心軸位置の誤差ΔR及び工具径の誤差ΔXを同時に求め、前記工具スピンドルの工具中心軸位置及び工具径を手動あるいは自動で補正することを特徴とする請求項2に記載の精密機械加工方法。   3. The calculation means according to claim 2, wherein the calculation means obtains a tool center axis position error ΔR and a tool diameter error ΔX simultaneously, and corrects the tool center axis position and the tool diameter of the tool spindle manually or automatically. Precision machining method. 前記演算手段は前記被加工面を研削中に前記工具スピンドルを回転させながら補正を行なうことを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の精密機械加工方法。   4. The precision machining method according to claim 1, wherein the arithmetic means performs correction while rotating the tool spindle while grinding the work surface.
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