JP5444590B2

JP5444590B2 - ワーク基準点機上検出方法及びその方法を用いた加工装置

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Publication number: JP5444590B2
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Inventors: 崇松本; 吉二山本; 俊之沖田
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Description

本発明は、ワークの基準点を機上で測定器によって検出するワーク基準点機上検出方法及びその方法を用いてワークの基準点を機上で検出器によって検出する加工装置に関するものである。

従来、先端の断面形状が円弧形状を有する触針子と、触針子を被測定物の被測定面に接触走査させるための走査機構と、走査軌跡の座標データを測定する手段と、数値データの演算処理手段とを備えた触針式形状測定機において、演算処理手段が、前記走査軌跡の複数の座標データと、触針子先端半径から接触点の座標を推定し、推定した接触点座標の密度から被測定物の端縁位置を検出することが特許文献１に開示されている。
特開２０００−２９８０１４号公報（段落〔０００８〕乃至〔００１１〕、図２乃至４）

従来、光学部品の超精密加工においては、ワークの基準点の座標を検出する必要がある。球面や非球面レンズを超精密加工するとき、予め精密加工されたワークの頂点の座標が超精密加工の基準点の座標となる。例えば、球面凸レンズを超精密加工する場合、ワーク支持台に支持されたワークと対向して工具テーブルに設けられた接触式測定器のプローブをワークの頂点近傍に当接させ、工具テーブルをワーク軸線と直角なＸ軸方向に移動させ、工具テーブルのＸ軸方向の各位置に対応するプローブのＺ軸方向位置を検出し、その最大値に対応する工具テーブルの位置を基準点のＸ座標値としている。そして、接触式測定器のプローブをワークの頂点近傍に当接させ、ワーク支持台が装架されたスライドテーブルをワーク軸線と直角なＹ軸方向に移動させ、スライドテーブルのＹ軸方向の各位置に対応するプローブのＺ軸方向位置を検出し、その最大値に対応するスライドテーブルの位置を基準点のＹ座標値としている。

しかし、平面形状や自由曲面形状の光学部品を超精密加工するとき、ワーク表面形状に特徴がなく、ワーク表面内に基準点を取れないことが多々ある。このような場合、予め精密加工されたワークの互いに直交する両端縁の交点を基準点としている。

ワークの端縁を検出するために、上記特許文献１に記載された基準点検出装置では、接触子が非測定面を走査したときの走査軌跡の複数の座標データと、触針子先端半径から接触点の座標を推定し、推定した接触点座標の密度から被測定物の端縁位置を検出するので、端縁部の形状、例えば、端縁部に形成された面取りの形状、寸法等が端縁位置の検出精度に大きく影響する。さらに、端縁位置の検出精度を高めるためには、走査軌跡の複数の座標データの数を増やす必要があり、座標データの取得、接触点座標の推定演算に多大の時間を要することとなる。

本発明は、基準点であるワークの端縁を機上で測定器によって高精度に短時間で検出することができるワーク基準点機上検出方法及びその方法を用いた加工装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、請求項１に記載の発明の構成上の特徴は、ワークを支持するワーク支持台と、工具を装着する工具台と、前記ワーク支持台と前記工具台とを互いに直角なＸ，Ｙ，Ｚ軸方向に相対移動させる送り装置と、前記ワーク支持台と前記工具台との前記Ｘ，Ｙ，Ｚ軸方向の各相対位置を検出する位置検出装置と、前記工具台に一体的に連結された本体にＺ軸方向に移動可能に支承され前記ワークに向かって付勢力で付勢されるとともに前記本体に対する変位を変位検出装置によって検出されるプローブを有する測定器とを備え、前記ワークの基準点を機上で検出するワーク基準点検出方法において、前記ワーク支持台と前記工具台とを前記送り装置によって相対移動させ、前記プローブを前記ワークに当接させて付勢力に抗して後退させる第１工程と、前記ワーク支持台と前記工具台とを前記送り装置によってＸ軸又はＹ軸方向に走査速度で相対移動させて、前記プローブを前記ワークの端縁から離脱させる第２工程と、前記プローブが前記ワークの端縁から離脱してＺ軸方向に前進する速度が所定速度となったとき、前記ワーク支持台と前記工具台とのＸ軸又はＹ軸方向の相対位置を前記位置検出装置によって検出する第３工程と、前記第２工程において前記ワーク支持台と前記工具台とを相対移動させた際に、前記プローブが前記ワークの端縁と一致してから、前記プローブが前記ワークの端縁を離脱して前記プローブのＺ軸方向に前進する速度が所定速度となるまでの間に、前記ワーク支持台と前記工具台とがＸ軸又はＹ軸方向に前記走査速度で相対移動する距離を補正距離とし、前記第３工程によって検出された前記ワーク支持台と前記工具台とのＸ軸又はＹ軸方向の相対位置と、前記補正距離とに基づいて前記ワークのＸ軸又はＹ軸方向端縁を基準点として検出する第４工程と、を備えることである。

請求項２に記載の発明の構成上の特徴は、請求項１において、前記ワーク支持台と前記工具台とを前記送り装置によって相対移動させ、前記プローブを支持台に支持された既知長さのブロックに当接させて付勢力に抗して後退させる第５工程と、前記ワーク支持台と前記工具台とを前記送り装置によってＸ軸又はＹ軸方向に走査速度で一方向に相対移動させて、前記プローブを前記ブロックの第１端縁から離脱させる第６工程と、前記プローブが前記ブロックの第１端縁から離脱してＺ軸方向に前進する速度が所定速度となったとき、前記ワーク支持台と前記工具台とのＸ軸又はＹ軸方向の第１相対位置を前記位置検出装置によって検出する第７工程と、前記ワーク支持台と前記工具台とを前記送り装置によってＸ軸又はＹ軸方向に走査速度で他方向に相対移動させて、前記プローブを前記ブロックの第２端縁から離脱させる第８工程と、前記プローブが前記ブロックの第２端縁から離脱してＺ軸方向に前進する速度が所定速度となったとき、前記ワーク支持台と前記工具台とのＸ軸又はＹ軸方向の第２相対位置を前記位置検出装置によって検出する第９工程と、前記第１相対位置と第２相対位置との間隔と前記ブロックの既知長さとの差を２分の１して前記補正距離を演算する第１０工程と、を備えることである。

請求項３に記載の発明の構成上の特徴は、請求項１又は２において、前記第２工程において前記ワーク支持台と前記工具台とを相対移動させた際に、前記プローブが前記ワークの端縁と一致してから、前記プローブが前記ワークの端縁を離脱して前記プローブのＺ軸方向に前進する速度が所定速度となるまでの時間を補正時間とし、前記補正時間が制御装置の記憶装置に予め記憶され、前記第４工程は、前記補正時間に前記走査速度を乗算して前記補正距離を演算することである。

請求項４に記載の発明の構成上の特徴は、ワークを支持するワーク支持台と、工具を装着する工具台と、前記ワーク支持台と前記工具台とを互いに直角なＸ，Ｙ，Ｚ軸方向に相対移動させる送り装置と、前記ワーク支持台と前記工具台との前記Ｘ，Ｙ，Ｚ軸方向の各相対位置を検出する位置検出装置と、前記工具台に一体的に連結された本体にＺ軸方向に移動可能に支承され前記ワークに向かって付勢力で付勢されるとともに前記本体に対する変位を変位検出装置によって検出されるプローブを有する測定器と、を備えた加工装置において、前記ワーク支持台と前記工具台とを前記送り装置によって相対移動させ、前記プローブを前記ワークに当接させて付勢力に抗して後退させる第１手段と、前記ワーク支持台と前記工具台とを前記送り装置によってＸ軸又はＹ軸方向に走査速度で相対移動させて、前記プローブを前記ワークの端縁から離脱させる第２手段と、前記プローブが前記ワークの端縁から離脱してＺ軸方向に前進する速度が所定速度となったとき、前記ワーク支持台と前記工具台とのＸ軸又はＹ軸方向の相対位置を前記位置検出装置によって検出する第３手段と、前記第２手段において前記ワーク支持台と前記工具台とを相対移動させた際に、前記プローブが前記ワークの端縁と一致してから、前記プローブが前記ワークの端縁を離脱して前記プローブのＺ軸方向に前進する速度が所定速度となるまでの間に、前記ワーク支持台と前記工具台とがＸ軸又はＹ軸方向に前記走査速度で相対移動する距離を補正距離とし、前記第３手段によって検出された前記ワーク支持台と前記工具台とのＸ軸又はＹ軸方向の相対位置と、前記補正距離とに基づいて前記ワークのＸ軸又はＹ軸方向端縁を基準点として検出する第４手段と、を備えることである。

請求項５に記載の発明の構成上の特徴は、ワークを支持するワーク支持台と、工具を装着する工具台と、前記ワーク支持台と前記工具台とを互いに直角なＸ，Ｙ，Ｚ軸方向に相対移動させる送り装置と、前記ワーク支持台と前記工具台との前記Ｘ，Ｙ，Ｚ軸方向の各相対位置を検出する位置検出装置と、前記工具台に一体的に連結された本体にＺ軸方向に移動可能に支承され前記ワークに向かって付勢力で付勢されるとともに前記本体に対する変位を変位検出装置によって検出されるプローブを有する測定器と、を備えた加工装置において、前記ワーク支持台と前記工具台とを前記送り装置によって相対移動させ、前記プローブを前記ワークに当接させて付勢力に抗して後退させる第１手段と、前記ワーク支持台と前記工具台とを前記送り装置によってＸ軸及びＹ軸方向に走査速度で夫々相対移動させて、前記プローブを前記ワークのＸ軸方向端縁及びＹ軸方向端縁から離脱させる第２手段と、前記プローブが前記ワークの各端縁から離脱してＺ軸方向に前進する速度が所定速度となったとき、前記ワーク支持台と前記工具台とのＸ軸及びＹ軸方向の各相対位置を前記位置検出装置によって夫々検出する第３手段と、前記第２手段において前記ワーク支持台と前記工具台とを相対移動させた際に、前記プローブが前記ワークの端縁と一致してから、前記プローブが前記ワークの端縁を離脱して前記プローブのＺ軸方向に前進する速度が所定速度となるまでの間に、前記ワーク支持台と前記工具台とがＸ軸又はＹ軸方向に前記走査速度で相対移動する距離を補正距離とし、前記第３手段によって検出された前記ワーク支持台と前記工具台とのＸ軸及びＹ軸方向の各相対位置と、前記補正距離とに基づいて前記ワークのＸ軸及びＹ軸方向端縁の交点を基準点として検出する第４手段と、を備えることである。

請求項６に記載の発明の構成上の特徴は、請求項４又は５において、前記第２手段において前記ワーク支持台と前記工具台とを相対移動させた際に、前記プローブが前記ワークの端縁と一致してから、前記プローブが前記ワークの端縁を離脱して前記プローブのＺ軸方向に前進する速度が所定速度となるまでの時間を補正時間とし、前記補正時間が制御装置の記憶装置に予め記憶され、前記第４手段は、前記補正時間に前記走査速度を乗算して前記補正距離を演算することである。

上記のように構成した請求項１に係る発明においては、ワーク支持台と工具台とを相対移動させて測定器のプローブをワークに当接させて付勢力に抗して後退させ、ワーク支持台と工具台とをＸ軸又はＹ軸方向に走査速度で相対移動させて、プローブをワークの端縁から離脱させ、プローブがワークの端縁から離脱してＺ軸方向に前進する速度が所定速度となったとき、ワーク支持台と工具台とのＸ軸又はＹ軸方向の相対位置を位置検出装置によって検出し、この検出されたＸ軸又はＹ軸方向の相対位置と、プローブがワークの端縁と一致してからワークの端縁から離脱してＺ軸方向に前進する速度が所定速度となるまでの間にワーク支持台と工具台とがＸ軸又はＹ軸方向に相対移動する補正距離とに基づいてワークの端縁を基準点として検出する。

これにより、ワークの端縁を検出する場合に、ワークの端縁部の形状に影響されることなく、プローブが本体にＺ軸方向にのみ移動可能に支承された検出器によって、ワークの端縁を高精度に短時間で検出することができる。

上記のように構成した請求項２に係る発明においては、ワーク支持台と工具台とを相対移動させ、測定器のプローブを支持台に支持された既知長さのブロックに当接させて付勢力に抗して後退させ、ワーク支持台と工具台とをＸ軸又はＹ軸方向に走査速度で一方向に相対移動させて、プローブをブロックの第１端縁から離脱させ、プローブがブロックの第１端縁から離脱してＺ軸方向に前進する速度が所定速度となったとき、ワーク支持台と工具台とのＸ軸又はＹ軸方向の第１相対位置を位置検出装置によって検出する。ワーク支持台と工具台とをＸ軸又はＹ軸方向に走査速度で他方向に相対移動させて、前述と同様にプローブがブロックの第２端縁から離脱してＺ軸方向に前進する速度が所定速度となったとき、ワーク支持台と工具台とのＸ軸又はＹ軸方向の第２相対位置を検出する。第１相対位置と第２相対位置との間隔とブロックの既知長さとの差を２分の１して前記補正距離を演算する。これにより、プローブがワークの端縁から離脱してからＺ軸方向に前進する速度が所定速度となるまでの間に、ワーク支持台と工具台とが相対移動する補正距離を、プローブの先端に形成された球状部の半径の寸法誤差の影響を受けることなく簡素な構成で容易に高精度に求めることができる。

上記のように構成した請求項３に係る発明においては、補正時間に走査速度を乗算して補正距離を求めるので、走査速度を変更しても、記憶された補正時間にこの走査速度を乗じることにより補正距離を容易に求めることができる。

上記のように構成した請求項４に係る発明においては、ワーク支持台と工具台とを相対移動させて測定器のプローブをワークに当接させて付勢力に抗して後退させ、ワーク支持台と工具台とをＸ軸又はＹ軸方向に走査速度で相対移動させて、プローブをワークの端縁から離脱させ、プローブがワークの端縁から離脱してＺ軸方向に前進する速度が所定速度となったとき、ワーク支持台と工具台とのＸ軸又はＹ軸方向の相対位置を位置検出装置によって検出し、この検出されたＸ軸又はＹ軸方向の相対位置と、プローブがワークの端縁と一致してからワークの端縁から離脱してＺ軸方向に前進する速度が所定速度となるまでの間にワーク支持台と工具台とがＸ軸又はＹ軸方向に相対移動する補正距離とに基づいてワークの端縁を基準点として検出する。

上記のように構成した請求項５に係る発明においては、ワーク支持台と工具台とを相対移動させ、測定器のプローブをワークに当接させて付勢力に抗して後退させ、ワーク支持台と工具台とをＸ軸及びＹ軸方向に走査速度で夫々相対移動させて、プローブをワークのＸ軸方向端縁及びＹ軸方向端縁から離脱させ、プローブがワークの各端縁から離脱してＺ軸方向に前進する速度が所定速度となったとき、ワーク支持台と工具台とのＸ軸及びＹ軸方向の各相対位置を位置検出装置によって夫々検出し、この検出されたワーク支持台と工具台とのＸ軸及びＹ軸方向の各相対位置と、プローブがワークの各端縁と一致してからワークの各端縁から離脱してＺ軸方向に前進する速度が所定速度となるまでの間にワーク支持台と工具台とが相対移動する補正距離とに基づいてワークのＸ軸及びＹ軸方向端縁の位置を基準点として検出する。

これにより、ワークのＸ軸方向端縁及びＹ軸方向端縁の交点を基準点とする場合に、ワークの両端縁部の形状に影響されることなく、プローブが本体にＺ軸方向にのみ移動可能に支承された検出器によって、ワークの基準点を高精度に短時間で検出することができる加工装置を提供することができる。

上記のように構成した請求項６に係る発明においては、測定器のプローブがワークの端縁から離脱してからＺ軸方向に前進する速度が所定速度となるまでの補正時間が記憶装置に記憶されており、該補正時間に走査速度を乗算して補正距離を求めるので、走査速度を変更しても、記憶された補正時間にこの走査速度を乗じることにより補正距離を容易に求めることができる。

以下、本発明の実施の形態に係るワーク基準点機上検出方法及びその方法を用いた加工装置を図面に基づいて説明する。図１において、超精密加工装置１０のベッド１１の前面にはＹ軸スライドテーブル１２が案内機構１３により上下のＹ軸方向に直線移動可能に装架されている。Ｙ軸スライドテーブル１２はリニアモータ１４（図２参照）によりＹ軸方向に直線移動され、リニアスケール１５により移動量が検出されてフィードバックされ位置制御される。

ベッド１１の水平上面にはＸ軸スライドテーブル１６が案内機構１７により左右のＸ軸方向に直線移動可能に装架されている。Ｘ軸スライドテーブル１６はリニアモータ１８によりＸ軸方向に直線移動されリニアスケール１９により移動量が検出されてフィードバックされ位置制御される。Ｘ軸スライドテーブル１６にはワーク支持台２０が案内機構２１により前後のＺ軸方向に直線移動可能に装架されている。ワーク支持台２０はリニアモータ２２によりＺ軸方向に直線移動されリニアスケール２３により移動量が検出されてフィードバックされ位置制御される。ワーク支持台２０には、サーボモータ２４によって回転される主軸２５がＺ軸と平行な軸線回りに回転可能に軸承され、主軸２５の先端にワークＷを把持するワーク把持装置２６が取り付けられている。

Ｙ軸スライドテーブル１２には、サーボモータにより回転駆動される回転テーブル２７がＹ軸と平行な軸線回りに回転可能に装架されている。回転テーブル２７の上面には工具台２８が固定され、工具台２８にはモータによって回転駆動される工具軸２９がＸ−Ｚ平面と平行な軸線回りに回転可能に軸承されている。工具軸２９の先端に工具３０がワークＷと対向して取り付けられている。Ｙ軸スライドテーブル１２上には、測定器３１の本体３２が固定され、本体３２には、プローブ３３がＺ軸方向にのみ移動可能に支承され、圧縮スプリングのばね力（付勢力）でワークＷに向かって付勢されている。プローブ３３の本体３２に対する変位量は本体３２に取り付けられた変位検出装置３４によって検出される。

リニアモータ１４，１８，２２が制御装置３５からの指令に応じて駆動されると、Ｙ軸スライドテーブル１２、Ｘ軸スライドテーブル１６、ワーク支持台２０、が案内機構１３，１７，２１に案内されて移動する。Ｙ軸スライドテーブル１２、Ｘ軸スライドテーブル１６、ワーク支持台２０の移動は、リニアスケール１５，１９，２３によって検出され、制御装置３５にフィードバックされる。制御装置３５は、フィードバック信号に基づいてＹ軸スライドテーブル１２、Ｘ軸スライドテーブル１６、ワーク支持台２０の現在位置及び送り速度を演算してリニアモータ１４，１８，２２を制御し、Ｙ軸スライドテーブル１２、Ｘ軸スライドテーブル１６、ワーク支持台２０を指令位置に指令速度で移動させる。制御装置３５には、Ｙ軸スライドテーブル１２、Ｘ軸スライドテーブル１６、ワーク支持台２０の一連の位置、送り速度等を記録したＮＣデータが記憶されており、制御装置３５は、ＮＣデータに従ってリニアモータ１４，１８，２２によりＹ軸スライドテーブル１２、Ｘ軸スライドテーブル１６、ワーク支持台２０を移動させ、ワーク支持台２０と工具台２８とをＸ，Ｙ，Ｚ軸方向に相対移動させる。制御装置３５は、ＮＣデータに従ってＹ軸スライドテーブル１２、Ｘ軸スライドテーブル１６、ワーク支持台２０を移動させる数値制御部と、後述するワーク基準点機上検出プログラム、補正距離演算プログラムを数値制御部と連動して実行するデータ処理部を内蔵している。

ワークＷを支持するワーク支持台２０と、工具３０を装着する工具台２８とを互いに直角なＸ，Ｙ，Ｚ軸方向に相対移動させる送り装置は、Ｙ軸スライドテーブル１２、Ｘ軸スライドテーブル１６、ワーク支持台２０、案内機構１３，１７，２１、リニアモータ１４，１８，２２で構成され、ワーク支持台２０と工具台２８とのＸ，Ｙ，Ｚ軸方向の各相対位置を検出する位置検出装置は、リニアスケール１５，１９，２３等で構成されている。

次に本発明に係るワーク基準点機上検出方法を上記超精密加工装置１０の作動と共に説明する。ワーク表面Ｗｓが自由曲面であるワークＷを加工する場合、主軸２５を原位置に停止させた状態で、ワークＷをワーク把持装置２６に位置決めして固定する。図３に示すように、ワークＷのＸ軸方向正側端縁３６とＹ軸方向正側端縁３７との交点を基準点３８として検出するために、制御装置３５は図５に示すワーク基準点機上検出プログラムを実行する。リニアモータ１４，１８，２２が駆動されてＹ軸スライドテーブル１２、Ｘ軸スライドテーブル１６、ワーク支持台２０が移動され、測定器３１のプローブ３３の球状先端が基準点３８近傍でワーク表面Ｗｓと対向する位置に移動される（ステップＳ１）。ワーク支持台２０がリニアモータ２２によりＺ軸方向に移動されて、プローブ３３がワーク表面Ｗｓに当接されてばね力に抗して後退される（ステップＳ２、図４参照）。

ステップＳ３でＸ軸、Ｙ軸方向端縁の検出が完了しているか否か判断され、否であるので、ステップＳ４が実行され、リニアモータ１８が駆動されてＸ軸スライドテーブル１６が負方向に走査速度で移動され、プローブ３３は先端球状部でワーク表面Ｗｓ上を摺動し、ワーク表面Ｗｓの凹凸に応じてＺ軸方向に進退移動する。制御装置３５は、微小時間Δｔ間隔で、Ｘ軸スライドテーブル１６の位置Ｘｓ、及びプローブ３３の本体３２に対するＺ軸方向位置Ｚｐを、リニアスケール１９及び変位検出装置３４から入力される信号に基づいて算出するとともに、プローブ３３の本体３２に対するＺ軸方向位置Ｚｐの微小時間での変化量ΔＺｐを微小時間Δｔで除してプローブ３３のＺ軸方向の移動速度Ｖｚを演算する（ステップＳ５）。

Ｘ軸スライドテーブル１６の移動によって、プローブ３３の先端球状部の走行方向の後方側面がワーク表面ＷｓのＸ軸方向正側端縁から完全に離脱すると、プローブ３３はＺ軸方向に自由に前進する。制御装置３５は、ステップＳ５で演算されたプローブ３３のＺ軸方向の移動速度Ｖｚが所定速度Ｖｃ以上になったか否か判定し（ステップＳ６）、所定速度Ｖｃ以上になったとなったときのＸ軸スライドテーブル１６の位置Ｘｓ１を記憶する（ステップＳ７）。

次に、ステップＳ１にジャンプされ、測定器３１のプローブ３３の先端球状部が基準点３８近傍でワーク表面Ｗｓと対向する位置に移動され、ステップＳ２でワーク支持台２０がリニアモータ２２によりＺ軸方向に移動されて、プローブ３３がワーク表面Ｗｓに当接されてばね力に抗して後退される。

ステップＳ３でＸ軸、Ｙ軸方向端縁の検出が完了しているか否か判断され、Ｙ軸方向端縁の検出が行われていないので、ステップＳ８が実行され、リニアモータ１４が駆動されてＹ軸スライドテーブル１２が正方向に走査速度で移動され、プローブ３３はワーク表面Ｗｓ上を摺動して凹凸に応じてＺ軸方向に進退移動する。制御装置３５は、データ処理部において微小時間Δｔ間隔で、Ｙ軸スライドテーブル１２の位置Ｙｓ、及びプローブ３３のＺ軸方向位置Ｚｐを、リニアスケール１５及び変位検出装置３４から入力される信号に基づいて算出するとともに、プローブ３３のＺ軸方向の移動速度Ｖｚを演算する（ステップＳ９）。

Ｙ軸スライドテーブル１２の移動によって、プローブ３３がワーク表面ＷｓのＹ軸方向正側端縁から完全に離脱すると、プローブ３３はＺ軸方向に自由に前進する。制御装置３５は、ステップＳ９で演算されたプローブ３３のＺ軸方向の移動速度Ｖｚが所定速度Ｖｃ以上になったか否か判定し（ステップＳ１０）、所定速度Ｖｃ以上になったときのＹ軸スライドテーブル１６の位置Ｙｓ１を記憶する（ステップＳ１１）。

制御装置３５は、ステップＳ７、Ｓ１１で検出されたＸ軸スライドテーブル１６の位置Ｘｓ１及びＹ軸スライドテーブル１２の位置Ｙｓ１と、ワーク支持台２０と工具台２８との相対移動によりプローブ３３がワークＷの各端縁と一致してからワークＷの各端縁から離脱してＺ軸方向に前進する速度Ｖｚが所定速度Ｖｃとなるまでの間にＸ軸、Ｙ軸スライドテーブル１６，１２が移動する補正距離ΔＬとに基づいてワークＷのＸ軸及びＹ軸方向正側端縁の位置Ｘ０，Ｙ０を式（１）、（２）で演算して基準点（Ｘ０，Ｙ０）として検出する（ステップＳ１２）。

Ｘ０＝Ｘｓ１−ΔＬ・・・（１）

Ｙ０＝Ｙｓ１−ΔＬ・・・（２）

プローブ３３がワークＷのＸ軸又はＹ軸方向正側端縁と一致してからワークＷの端縁から離脱してＺ軸方向に前進する速度Ｖｚが所定速度Ｖｃとなるまでの間に、Ｘ軸又はＹ軸スライドテーブル１６，１２が走査速度で移動する補正距離ΔＬは、後述するように別途測定されて制御装置３５の記憶装置に記憶されている。

ワーク支持台２０と工具台２８とを送り装置によって相対移動させ、プローブ３３をワークＷに当接させてばね力に抗して後退させる第１工程、第１手段は、ステップＳ１及びステップＳ２で構成され、請求項１、請求項４における第１工程、第１手段に相当する。ワーク支持台２０と工具台２８とを送り装置によってＸ軸又はＹ軸方向に走査速度で相対移動させて、プローブ３３をワークＷの端縁から離脱させる第２工程、第２手段は、ステップＳ４又はステップＳ８で構成され請求項１、請求項４における第２工程、第２手段に相当する。プローブ３３がワークＷの端縁から離脱してＺ軸方向に前進する速度が所定速度Ｖｃとなったとき、ワーク支持台２０と工具台２８とのＸ軸又はＹ軸方向の相対位置を位置検出装置によって検出する第３工程、第３手段は、ステップＳ５〜Ｓ７又はステップＳ９〜Ｓ１１で構成され請求項１、請求項４における第３工程、第３手段に相当する。第３工程、第３手段によって検出されたワーク支持台２０と工具台２８とのＸ軸又はＹ軸方向の相対位置と、ワーク支持台２０と工具台２８との相対移動によりプローブ３３がワークＷの端縁と一致してからワークＷの端縁から離脱してＺ軸方向に前進する速度Ｖｚが所定速度Ｖｃとなるまでの間にワーク支持台２０と工具台２８とがＸ軸又はＹ軸方向に相対移動する補正距離ΔＬとに基づいてワークＷのＸ軸又はＹ軸方向端縁３６，３７を基準点３８として検出する第４工程、第４手段は、ステップＳ１２で構成され、請求項１、請求項４における第４工程、第４手段に相当する。

また、ワーク支持台２０と工具台２８とを送り装置によってＸ軸及びＹ軸方向に走査速度で夫々相対移動させて、プローブ３３をワークＷのＸ軸方向端縁及びＹ軸方向端縁から離脱させる第２手段は、ステップＳ４及びＳ８で構成され、請求項５に記載の第２手段に相当する。プローブ３３がワークＷの各端縁から離脱してＺ軸方向に前進する速度Ｖｚが所定速度Ｖｃとなったとき、ワーク支持台２０と工具台２８とのＸ軸及びＹ軸方向の各相対位置を位置検出装置によって夫々検出する第３手段は、ステップＳ５〜Ｓ７及びステップＳＳ９〜Ｓ１１で構成され、請求項５に記載の第３手段に相当する。第３手段によって検出されたワーク支持台２０と工具台２８とのＸ軸及びＹ軸方向の各相対位置と、ワーク支持台２０と工具台２８との相対移動によりプローブ３３がワークＷの各端縁と一致してからワークＷの各端縁から離脱してＺ軸方向に前進する速度Ｖｚが所定速度Ｖｃとなるまでの間にワーク支持台２０と工具台２８とがＸ軸及びＹ軸方向に相対移動する補正距離ΔＬとに基づいてワークＷのＸ軸及びＹ軸方向端縁３６，３７の交点を基準点３８として検出する第４手段は、ステップＳ１２で構成され、請求項５に記載の第４手段に相当する。

補正距離ΔＬを求めるために、主軸２５を原位置に停止させた状態で、既知長さＡのブロック３９がワーク把持装置２６に位置決めして固定される（図６参照）。制御装置３５は図７に示す補正距離演算プログラムを実行する。リニアモータ１４，１８，２２が駆動されてＹ軸スライドテーブル１２、Ｘ軸スライドテーブル１６、ワーク支持台２０が移動され、測定器３１のプローブ３３の球状先端がブロック３９の端面中央部と対向する位置に移動される（ステップＳ２１）。ワーク支持台２０がリニアモータ２２によりＺ軸方向に移動されて、プローブ３３がブロック３９の端面に当接されてばね力に抗して後退される（ステップＳ２２）。

ステップＳ２３でＸ軸方向の正側端縁及び負側端縁の検出が完了しているか否か判断され、否であるので、ステップＳ２４が実行され、リニアモータ１８が駆動されてＸ軸スライドテーブル１６が負方向に走査速度で移動され、プローブ３３は先端球状部でブロック３９の端面上を摺動する。制御装置３５は、微小時間Δｔ間隔で、Ｘ軸スライドテーブル１６の位置Ｘｓ、及びプローブ３３の本体３２に対するＺ軸方向位置Ｚｐを、リニアスケール１９及び変位検出装置３４から入力される信号に基づいて算出するとともに、プローブ３３の本体３２に対するＺ軸方向位置Ｚｐの微小時間での変化量ΔＺｐを微小時間Δｔで除してプローブ３３のＺ軸方向の移動速度Ｖｚを演算する（ステップＳ２５）。

Ｘ軸スライドテーブル１６の負方向移動によって、プローブ３３がブロック３９のＸ軸方向正側端縁から完全に離脱すると、プローブ３３はＺ軸方向に自由に前進する。制御装置３５は、ステップＳ２５で演算されたプローブ３３のＺ軸方向の移動速度Ｖｚが所定速度Ｖｃ以上か否か判定し（ステップＳ２６）、所定速度Ｖｃ以上になったときのＸ軸スライドテーブル１６の位置Ｘｓ１を記憶する（ステップＳ２７）。

次に、ステップＳ２１にジャンプされ、測定器３１のプローブ３３の先端球状部がブロック３９の端面中央部と対向する位置に移動され、ステップＳ２２でワーク支持台２０がリニアモータ２２によりＺ軸方向に移動されて、プローブ３３がブロック３３の端面に当接されてばね力に抗して後退される。

ステップＳ２３でＸ軸方向の正側端縁、負側端縁の検出が完了しているか否か判断され、負側端縁の検出が行われていないので、ステップＳ２８が実行され、リニアモータ１８によりＸ軸スライドテーブル１６が正方向に走査速度で移動され、プローブ３３はブロック３９の端面上を摺動する。制御装置３５は、微小時間Δｔ間隔で、Ｘ軸スライドテーブル１６の位置Ｘｓ、及びプローブ３３のＺ軸方向位置Ｚｐを、リニアスケール１９及び変位検出装置３４から入力される信号に基づいて算出するとともに、プローブ３３のＺ軸方向の移動速度Ｖｚを演算する（ステップＳ２９）。

Ｘ軸スライドテーブル１６の正方向移動によって、プローブ３３がブロック３９のＸ軸方向負側端縁から完全に離脱すると、プローブ３３はＺ軸方向に自由に前進する。制御装置３５は、ステップＳ２９で演算されたプローブ３３のＺ軸方向の移動速度Ｖｚが所定速度Ｖｃ以上か否か判定し（ステップ３０）、所定速度Ｖｃ以上になったときのＸ軸スライドテーブル１６の位置Ｘｓ２を記憶する（ステップＳ３１）。

制御装置３５は、ステップＳ２７、Ｓ３１で検出されたＸ軸スライドテーブル１６の第１位置Ｘｓ１と第２位置Ｘｓ２との間隔と、ブロック３９の既知長さＡとの差を２分の１して補正距離ΔＬを式（３）で演算する（ステップ３３）。

ΔＬ＝｛（Ｘｓ１−Ｘｓ２）−Ａ｝／２・・・（３）

上記実施の形態では、プローブがブロックのＸ軸方向正側端縁、負側端縁から離脱してＺ軸方向に前進する速度が所定速度となったときのＸ軸スライドテーブル１６の第１、第２位置Ｘｓ１，Ｘｓ２の差とブロックの既知長さとの差の１／２を補正距離ΔＬとしているが、プローブに対するブロックの端縁位置を正確に検出し、ワーク支持台と工具台との相対移動によりプローブがブロックの端縁から離脱してＺ軸方向に前進する速度が所定速度となったときのワーク支持台と工具台との相対位置と、プローブに対するブロックの端縁位置との差から補正距離を求めてもよい。

また、上記実施の形態では、補正距離ΔＬを制御装置３５の記憶装置に記憶しているが、測定器３１のプローブ３３がワークＷの端縁から離脱してからＺ軸方向に前進する速度が所定速度となるまでの補正時間を、補正距離ΔＬを走査速度で除して算出し、この補正時間を記憶装置に記憶するようにしてもよい。これによれば、走査速度を変更しても、記憶された補正時間にこの走査速度を乗じることにより補正距離を容易に求めることができる。

本実施の形態では、プローブ３３をワークＷに向かって付勢するために圧縮スプリングのばね力を用いた例を示しているが、これに限られるものではなく、例えば、エアシリンダや油圧等による付勢力を利用してもよく、プローブ３３自体の自重によってワークＷに押し付けるようにしてもよい。

本実施の形態に係る超精密加工装置を示す斜視図。超精密加工装置の制御装置を示すブロック図。ワークＷのＸ軸及びＹ軸方向正側端縁の交点を基準点として検出する状態を示す図。プローブがワーク表面に当接して移動する状態を示す図。ワーク基準点機上検出プログラムのフロー図。ブロックを使って補正距離を求める状態を示す図。補正距離演算プログラムのフロー図。

符号の説明

１０…超精密加工装置、１１…ベッド、１２…Ｙ軸スライドテーブル、１３，１７，２１…案内機構、１４，１８，２２…リニアモータ、１５，１９，２３…リニアスケール、１６…Ｘ軸スライドテーブル、２０…ワーク支持台、２４…サーボモータ、２５…主軸、２６…ワーク把持装置、２８…工具台、３０…工具、３１…測定器、３２…本体、３３…プローブ、３４…変位検出装置、３５…制御装置、３６…Ｘ軸方向正側端縁、３７…Ｙ軸方向正側端縁、３８…基準点、３９…ブロック、Ｗ…ワーク、Ｗｓ…ワーク表面。

Claims

ワークを支持するワーク支持台と、工具を装着する工具台と、前記ワーク支持台と前記工具台とを互いに直角なＸ，Ｙ，Ｚ軸方向に相対移動させる送り装置と、前記ワーク支持台と前記工具台との前記Ｘ，Ｙ，Ｚ軸方向の各相対位置を検出する位置検出装置と、前記工具台に一体的に連結された本体にＺ軸方向に移動可能に支承され前記ワークに向かって付勢力で付勢されるとともに前記本体に対する変位を変位検出装置によって検出されるプローブを有する測定器とを備え、前記ワークの基準点を機上で検出するワーク基準点検出方法において、
前記ワーク支持台と前記工具台とを前記送り装置によって相対移動させ、前記プローブを前記ワークに当接させて付勢力に抗して後退させる第１工程と、
前記ワーク支持台と前記工具台とを前記送り装置によってＸ軸又はＹ軸方向に走査速度で相対移動させて、前記プローブを前記ワークの端縁から離脱させる第２工程と、
前記プローブが前記ワークの端縁から離脱してＺ軸方向に前進する速度が所定速度となったとき、前記ワーク支持台と前記工具台とのＸ軸又はＹ軸方向の相対位置を前記位置検出装置によって検出する第３工程と、
前記第２工程において前記ワーク支持台と前記工具台とを相対移動させた際に、前記プローブが前記ワークの端縁と一致してから、前記プローブが前記ワークの端縁を離脱して前記プローブのＺ軸方向に前進する速度が所定速度となるまでの間に、前記ワーク支持台と前記工具台とがＸ軸又はＹ軸方向に前記走査速度で相対移動する距離を補正距離とし、前記第３工程によって検出された前記ワーク支持台と前記工具台とのＸ軸又はＹ軸方向の相対位置と、前記補正距離とに基づいて前記ワークのＸ軸又はＹ軸方向端縁を基準点として検出する第４工程と、
を備えることを特徴とするワーク基準点検出方法。
請求項１において、前記ワーク支持台と前記工具台とを前記送り装置によって相対移動させ、前記プローブを支持台に支持された既知長さのブロックに当接させて付勢力に抗して後退させる第５工程と、
前記ワーク支持台と前記工具台とを前記送り装置によってＸ軸又はＹ軸方向に走査速度で一方向に相対移動させて、前記プローブを前記ブロックの第１端縁から離脱させる第６工程と、
前記プローブが前記ブロックの第１端縁から離脱してＺ軸方向に前進する速度が所定速度となったとき、前記ワーク支持台と前記工具台とのＸ軸又はＹ軸方向の第１相対位置を前記位置検出装置によって検出する第７工程と、
前記ワーク支持台と前記工具台とを前記送り装置によってＸ軸又はＹ軸方向に走査速度で他方向に相対移動させて、前記プローブを前記ブロックの第２端縁から離脱させる第８工程と、
前記プローブが前記ブロックの第２端縁から離脱してＺ軸方向に前進する速度が所定速度となったとき、前記ワーク支持台と前記工具台とのＸ軸又はＹ軸方向の第２相対位置を前記位置検出装置によって検出する第９工程と、
前記第１相対位置と第２相対位置との間隔と前記ブロックの既知長さとの差を２分の１して前記補正距離を演算する第１０工程と、
を備えることを特徴とするワーク基準点検出方法。
請求項１又は２において、前記第２工程において前記ワーク支持台と前記工具台とを相対移動させた際に、前記プローブが前記ワークの端縁と一致してから、前記プローブが前記ワークの端縁を離脱して前記プローブのＺ軸方向に前進する速度が所定速度となるまでの時間を補正時間とし、
前記補正時間が制御装置の記憶装置に予め記憶され、
前記第４工程は、前記補正時間に前記走査速度を乗算して前記補正距離を演算することを特徴とするワーク基準点検出方法。
ワークを支持するワーク支持台と、工具を装着する工具台と、前記ワーク支持台と前記工具台とを互いに直角なＸ，Ｙ，Ｚ軸方向に相対移動させる送り装置と、前記ワーク支持台と前記工具台との前記Ｘ，Ｙ，Ｚ軸方向の各相対位置を検出する位置検出装置と、前記工具台に一体的に連結された本体にＺ軸方向に移動可能に支承され前記ワークに向かって付勢力で付勢されるとともに前記本体に対する変位を変位検出装置によって検出されるプローブを有する測定器と、を備えた加工装置において、
前記ワーク支持台と前記工具台とを前記送り装置によって相対移動させ、前記プローブを前記ワークに当接させて付勢力に抗して後退させる第１手段と、
前記ワーク支持台と前記工具台とを前記送り装置によってＸ軸又はＹ軸方向に走査速度で相対移動させて、前記プローブを前記ワークの端縁から離脱させる第２手段と、
前記プローブが前記ワークの端縁から離脱してＺ軸方向に前進する速度が所定速度となったとき、前記ワーク支持台と前記工具台とのＸ軸又はＹ軸方向の相対位置を前記位置検出装置によって検出する第３手段と、
前記第２手段において前記ワーク支持台と前記工具台とを相対移動させた際に、前記プローブが前記ワークの端縁と一致してから、前記プローブが前記ワークの端縁を離脱して前記プローブのＺ軸方向に前進する速度が所定速度となるまでの間に、前記ワーク支持台と前記工具台とがＸ軸又はＹ軸方向に前記走査速度で相対移動する距離を補正距離とし、前記第３手段によって検出された前記ワーク支持台と前記工具台とのＸ軸又はＹ軸方向の相対位置と、前記補正距離とに基づいて前記ワークのＸ軸又はＹ軸方向端縁を基準点として検出する第４手段と、
を備えることを特徴とする加工装置。
ワークを支持するワーク支持台と、工具を装着する工具台と、前記ワーク支持台と前記工具台とを互いに直角なＸ，Ｙ，Ｚ軸方向に相対移動させる送り装置と、前記ワーク支持台と前記工具台との前記Ｘ，Ｙ，Ｚ軸方向の各相対位置を検出する位置検出装置と、前記工具台に一体的に連結された本体にＺ軸方向に移動可能に支承され前記ワークに向かって付勢力で付勢されるとともに前記本体に対する変位を変位検出装置によって検出されるプローブを有する測定器と、を備えた加工装置において、
前記ワーク支持台と前記工具台とを前記送り装置によって相対移動させ、前記プローブを前記ワークに当接させて付勢力に抗して後退させる第１手段と、
前記ワーク支持台と前記工具台とを前記送り装置によってＸ軸及びＹ軸方向に走査速度で夫々相対移動させて、前記プローブを前記ワークのＸ軸方向端縁及びＹ軸方向端縁から離脱させる第２手段と、
前記プローブが前記ワークの各端縁から離脱してＺ軸方向に前進する速度が所定速度となったとき、前記ワーク支持台と前記工具台とのＸ軸及びＹ軸方向の各相対位置を前記位置検出装置によって夫々検出する第３手段と、
前記第２手段において前記ワーク支持台と前記工具台とを相対移動させた際に、前記プローブが前記ワークの端縁と一致してから、前記プローブが前記ワークの端縁を離脱して前記プローブのＺ軸方向に前進する速度が所定速度となるまでの間に、前記ワーク支持台と前記工具台とがＸ軸又はＹ軸方向に前記走査速度で相対移動する距離を補正距離とし、前記第３手段によって検出された前記ワーク支持台と前記工具台とのＸ軸及びＹ軸方向の各相対位置と、前記補正距離とに基づいて前記ワークのＸ軸及びＹ軸方向端縁の交点を基準点として検出する第４手段と、
を備えることを特徴とする加工装置。
請求項４又は５において、前記第２手段において前記ワーク支持台と前記工具台とを相対移動させた際に、前記プローブが前記ワークの端縁と一致してから、前記プローブが前記ワークの端縁を離脱して前記プローブのＺ軸方向に前進する速度が所定速度となるまでの時間を補正時間とし、
前記補正時間が制御装置の記憶装置に予め記憶され、
前記第４手段は、前記補正時間に前記走査速度を乗算して前記補正距離を演算することを特徴とする加工装置。