JP7436701B2 - カーブジェネレータ - Google Patents

Description

本発明は、カーブジェネレータおよび研削方法に関する。

カップ型の砥石によって被加工物（例えばレンズ等の光学素子）の球面加工を行う場合、砥石の先端が摩耗すると所望の形状を得られなくなる。そこで、特許文献１では、予め砥石の形状データを計測し、その計測データを研削装置に反映することにより、高精度な加工を行う技術が提案されている。また、特許文献２では、砥石形状センサによって、砥石の形状をインラインで計測し、その計測データに基づいて加工条件を制御することにより、高精度な加工を行う技術が提案されている。

特開２０１９－１３９９８号公報 特開平８－１９９４８号公報

特許文献１で提案された技術では、砥石の形状データの計測と、砥石による研削とを別々の装置によって行う。そのため、形状データを計測した砥石を研削装置に付け替える必要があり、砥石の付け替えによる研削位置の誤差が発生するおそれがあった。

また、特許文献２で提案された技術では、例えばカップ型の砥石で研削する場合は、加工面（砥石が被加工物に接触する部位）が露出しないため、研削中に形状データを測定することができない。従って、特許文献２で提案された技術では、カップ型の砥石を用いた場合、その形状データに基づいて加工条件を制御することができず、高精度な加工を行うことができないという問題がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、カップ型の砥石を用いた加工において、高精度な加工を安定して行うことができるカーブジェネレータおよび研削方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るカーブジェネレータは、粗さの異なる二つのカップ型の砥石と、前記砥石によって加工する被加工物を保持する保持機構と、前記砥石が前記被加工物に接触する部位の、前記砥石の形状を計測する計測機構と、前記保持機構および前記計測機構を、前記二つの砥石のいずれかと対向する位置に移動させる駆動機構と、を備える。

また、本発明に係るカーブジェネレータは、上記発明において、前記二つの砥石の回転軸が、第一の平面上に配置されており、前記二つの砥石のうちの一方の回転軸が、前記第一の平面とは異なる第二の平面上を揺動可能であり、前記二つの砥石のうちの他方の回転軸が、前記第一の平面とは異なり、かつ前記第二の平面と平行な第三の平面上を揺動可能であり、前記保持機構の回転軸が、前記第二の平面および前記第三の平面のいずれかの位置に位置決め可能である。

また、本発明に係るカーブジェネレータは、上記発明において、前記駆動機構が、前記二つの砥石の回転軸の揺動軸に沿って、前記保持機構および前記計測機構を移動させる。

また、本発明に係るカーブジェネレータは、上記発明において、前記計測機構が、前記二つの砥石に対応して二つ設けられている。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るカーブジェネレータは、粗さの異なる二つのカップ型の砥石と、前記砥石によって加工する被加工物を保持する保持機構と、前記砥石が前記被加工物に接触する部位の、前記砥石の形状を計測する計測機構と、前記保持機構および前記計測機構を、前記二つの砥石のいずれかと対向する位置に移動させる駆動機構と、前記砥石、前記保持機構、前記計測機構および前記駆動機構を制御する制御装置と、所定の情報を表示する表示装置と、を備え、前記制御装置が、前記計測機構によって計測した前記砥石の形状データから前記砥石の劣化状態を判定し、前記被加工物の加工可否を前記表示装置に表示し、前記被加工物を加工可能である場合、前記砥石の形状データから加工条件を生成し、生成した加工条件に従って、前記砥石および前記保持機構を動作させることにより、前記被加工物を加工する。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る研削方法は、計測機構によって第一の砥石の形状を計測し、前記計測機構によって計測した前記第一の砥石の形状データから加工条件を生成し、生成した加工条件に従って、前記第一の砥石によって被加工物を研削し、前記計測機構によって、前記第一の砥石とは粗さの異なる第二の砥石の形状を計測し、前記計測機構によって計測した前記第二の砥石の形状データから加工条件を生成し、生成した加工条件に従って、前記第二の砥石によって前記被加工物を研削する。

本発明に係るカーブジェネレータおよび研削方法では、粗さの異なる砥石が予め装置に取り付けられ、砥石の付け替えが不要となるため、砥石の取り付け時における研削位置の誤差を抑制することができ、被加工物を安定して加工することができる。また、本発明に係るカーブジェネレータおよび研削方法では、計測機構および被加工物が、複数のカップ型の砥石と対向する位置まで移動可能であるため、加工前の砥石の複雑な曲面形状を正確に計測することができる。そして、その計測結果に基づいて、例えば砥石の位置、揺動、回転速度等の加工条件の制御を行うことができるため、高精度な加工を安定して行うことができる。

図１は、本発明の実施の形態１に係るカーブジェネレータの構成の一例を示す概略図である。 図２は、本発明の実施の形態１に係るカーブジェネレータにおいて、砥石の揺動軸および第二の平面を説明するための図である。 図３は、図１のカーブジェネレータにおいて、保持機構と計測機構の位置を入れ替えた様子を示す図である。 図４は、本発明の実施の形態２に係るカーブジェネレータの構成の一例を示す概略図である。 図５は、本発明の実施の形態２に係るカーブジェネレータにおいて、第二の砥石によって被加工物を加工し、かつ第二の計測機構によって第一の砥石の形状を計測する様子を示す図である。

以下、本発明に係るカーブジェネレータおよび研削方法の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、以下の実施の形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものも含まれる。

（実施形態１）
本発明の実施の形態１に係るカーブジェネレータの構成について、図１～図３を参照しながら説明する。本実施の形態に係るカーブジェネレータは、粗さの異なる二つのカップ型の砥石を用いて、被加工物の加工を行うためのものである。カーブジェネレータでは、砥石および被加工物をそれぞれ回転させ、かつ砥石および被加工物を相対的に移動および揺動させることにより、被加工物の曲面（球面または非球面）加工を行う。

なお、図１では、本発明の説明に必要な構成のみを図示し、その他の構成（例えば加工時に被加工物にエアを噴射するエアブローノズル、加工時に被加工物に研削液を噴射する研削液ノズル等）は図示を省略している。また、図２および図３では、図１の駆動機構２１、制御装置２２および表示装置２３等の図示は省略している。

カーブジェネレータ１は、図１に示すように、第一の砥石１１と、第二の砥石１３と、保持機構１６と、計測機構１７と、駆動機構２１と、制御装置２２と、表示装置２３と、を備えている。カーブジェネレータ１は、同図に示すように、被加工物Ｗを加工する機構（第一の砥石１１および第二の砥石１３）と、第一の砥石１１および第二の砥石１３の形状を計測する計測機構１７とが、同一の装置内に配置されている。また、カーブジェネレータ１は、二つの砥石（第一の砥石１１および第二の砥石１３）を備えているが、三つ以上の砥石を備えていてもよい。

ここで、図１では、第一の砥石１１の回転軸Ａｘ１および第二の砥石１３の回転軸Ａｘ２の方向をＺ方向とし、第一の砥石１１および第二の砥石１３の揺動軸Ａｘ３の方向をＸ方向とし、紙面と直行する方向をＹ方向とする。

第一の砥石１１は、被加工物Ｗを研削するためのものである。第一の砥石１１は、第二の砥石１３とは粗さの異なる、例えば粗研削用のカップ型砥石で構成されている。また、第一の砥石１１は、取付台１２に取り付けられている。この取付台１２は、一端側に第一の砥石１１を着脱可能に構成されている。また、取付台１２は、第一の砥石１１が取り付けられた状態で、第一の砥石１１の回転軸Ａｘ１を中心に回転可能に構成されている。また、取付台１２は、第二の砥石１３が取り付けられた取付台１４とともに、ベース１５に設置されている。

第二の砥石１３は、被加工物Ｗを研削するためのものである。第二の砥石１３は、第一の砥石１１とは粗さの異なる、例えば精研削用のカップ型砥石で構成されている。また、第二の砥石１３は、取付台１４に取り付けられている。この取付台１４は、一端側に第二の砥石１３を着脱可能に構成されている。また、取付台１４は、第二の砥石１３が取り付けられた状態で、第二の砥石１３の回転軸Ａｘ２を中心に回転可能に構成されている。また、取付台１４は、第一の砥石１１が取り付けられた取付台１２とともに、ベース１５に設置されている。

ここで、第一の砥石１１の回転軸Ａｘ１および第二の砥石１３の回転軸Ａｘ２は、図１に示すように、第一の平面Ｐｌ１上に配置されている。この第一の平面Ｐｌ１は、同図におけるＸＺ平面に平行な面である。

また、第一の砥石１１の回転軸Ａｘ１は、図２に示すように、第一の平面Ｐｌ１とは異なる第二の平面Ｐｌ２上を揺動可能に構成されている。この第二の平面Ｐｌ２は、例えば第一の平面Ｐｌ１に対して直交する面であり、かつ同図におけるＹＺ平面に平行な面である。第一の砥石１１は、具体的には揺動軸Ａｘ３を中心に、第二の砥石１３とともに、ベース１５ごと揺動する。

また、図示は省略したが、第二の砥石１３の回転軸Ａｘ２は、第一の平面Ｐｌ１とは異なる第三の平面を揺動可能に構成されている。この第三の平面は、例えば第一の平面Ｐｌ１に対して直交する面であり、かつ図２におけるＹＺ平面に平行な面である。また、第三の平面は、同図に示した第二の平面Ｐｌ２と平行な面であり、当該第二の平面Ｐｌ２のＸ方向における奥側に配置される。第二の砥石１３は、具体的には揺動軸Ａｘ３を中心に、第一の砥石１１とともに、ベース１５ごと揺動する。

保持機構１６は、被加工物Ｗを保持するためのものである。保持機構１６は、図１のＸ方向およびＺ方向に移動可能に構成されている。すなわち、保持機構１６は、一端側に被加工物Ｗが取り付けられた状態で、第一の砥石１１が揺動する第二の平面Ｐｌ２（図２参照）および第二の砥石１３が揺動する第三の平面のいずれかの位置に位置決め可能に構成されている。また、保持機構１６は、一端側に被加工物Ｗが取り付けられた状態で、第一の砥石１１および第二の砥石１３のいずれかと対向する位置に移動可能に構成されている。また、保持機構１６は、一端側に被加工物Ｗが取り付けられた状態で、回転可能に構成されている。

計測機構１７は、第一の砥石１１および第二の砥石１３の形状を計測するためのものである。計測機構１７は、具体的には、第一の砥石１１および第二の砥石１３が被加工物Ｗに接触する部位の、第一の砥石１１および第二の砥石１３の形状を計測する。計測機構１７としては、接触式(メカ式）センサ、非接触の光学式センサ、静電容量式センサ等を用いることができるが、三次元測定が可能な光学式センサを用いることが好ましい。光学式センサでは、砥石を回転させて所定の角度における断面を測定する代わりに、全範囲を計測することができるため、砥石の欠けや傷等の局所的な不具合の発生も検知することが可能である。

駆動機構２１は、保持機構１６および計測機構１７を駆動するためのものである。駆動機構２１は、具体的には、保持機構１６および計測機構１７を、図１のＸ方向およびＺ方向に移動させる。すなわち、駆動機構２１は、第一の砥石１１によって被加工物Ｗを研削する際に、保持機構１６を、揺動軸Ａｘ３に沿って第二の平面Ｐｌ２（図２参照）の位置に移動させた後、第一の砥石１１と対向する位置に移動させる。また、駆動機構２１は、第二の砥石１３によって被加工物Ｗを研削する際に、保持機構１６を、揺動軸Ａｘ３に沿って第三の平面の位置に移動させた後、第二の砥石１３と対向する位置に移動させる。

また、駆動機構２１は、第一の砥石１１による粗研削の後に、保持機構１６と計測機構１７の位置を入れ替えて、第二の砥石１３による精研削を行う。すなわち、駆動機構２１は、図１に示すように、第一の砥石１１によって被加工物Ｗの粗研削が行われた後、図３に示すように、保持機構１６と計測機構１７の位置を入れ替える。これにより、第二の砥石１３による被加工物Ｗの精研削が実施される。

制御装置２２は、第一の砥石１１、第二の砥石１３、保持機構１６、計測機構１７および駆動機構２１の動作を制御するためのものである。制御装置２２は、具体的には、計測機構１７によって計測した第一の砥石１１および第二の砥石１３の形状データから、第一の砥石１１および第二の砥石１３の劣化状態を判定する。そして、制御装置２２は、第一の砥石１１および第二の砥石１３によって被加工物Ｗを加工できるか否かに関する加工可否に関する情報を、表示装置２３に表示する。

また、制御装置２２は、第一の砥石１１および第二の砥石１３によって被加工物Ｗを加工可能であると判定した場合、第一の砥石１１および第二の砥石１３の形状データから加工条件を生成する。制御装置２２は、具体的には、第一の砥石１１および第二の砥石１３の形状データと、予め用意された被加工物Ｗの目標加工形状データとをもとに、被加工物Ｗに対する第一の砥石１１および第二の砥石１３の接触点の座標を算出する。続いて、制御装置２２は、算出した接触点の座標をもとに、第一の砥石１１および第二の砥石１３の位置、揺動、回転速度等の加工条件を生成する。そして、制御装置２２は、生成した加工条件に従って、第一の砥石１１、第二の砥石１３および保持機構１６を動作させることにより、被加工物Ｗを加工する。

表示装置２３は、被加工物Ｗの加工に関する所定の情報を表示するためのものである。表示装置２３は、例えば計測機構１７によって計測された第一の砥石１１および第二の砥石１３の形状データや、第一の砥石１１および第二の砥石１３による被加工物Ｗの加工可否に関する情報等を、表示する。

以上のような構成を備えるカーブジェネレータ１では、第一の計測ステップ、第一の判定ステップ、第一の加工条件生成ステップ、第一の加工ステップ、第二の計測ステップ、第二の判定ステップ、第二の加工条件生成ステップおよび第二の加工ステップからなる研削方法が実施される。

第一の計測ステップでは、計測機構１７によって、第一の砥石１１の形状を計測する。続いて、第一の判定ステップでは、第一の砥石１１の形状データから、第一の砥石１１の劣化状態および加工可否を判定する。第一の判定ステップにおいて、第一の砥石１１による加工が可能であると判定された場合、第一の加工条件生成ステップに進み、第一の砥石１１の形状データから加工条件を生成する。続いて、第一の加工ステップでは、生成した加工条件に従って、第一の砥石１１によって被加工物Ｗを研削する。

第二の計測ステップでは、駆動機構２１によって保持機構１６および計測機構１７の位置を入れ替えた後、計測機構１７によって、第二の砥石１３の形状を計測する。続いて、第二の判定ステップでは、第二の砥石１３の形状データから、第二の砥石１３の劣化状態および加工可否を判定する。第二の判定ステップにおいて、第二の砥石１３による加工が可能であると判定された場合、第二の加工条件生成ステップに進み、第二の砥石１３の形状データから加工条件を生成する。続いて、第二の加工ステップでは、生成した加工条件に従って、第二の砥石１３によって被加工物Ｗを研削する。このように、第一の砥石１１および第二の砥石１３を脱着させるステップを行わずに研削を行うことにより、第一の砥石１１および第二の砥石１３の摩耗にかかわらず高精度な研削を実現できる。また、砥石交換時期も把握することができるため、加工不良を抑制することができる。

以上説明したような本実施の形態１に係るカーブジェネレータ１および当該カーブジェネレータ１を用いた研削方法では、粗さの異なる第一の砥石１１および第二の砥石１３が予め装置に取り付けられ、砥石の付け替えが不要となるため、砥石の取り付け時における研削位置の誤差を抑制することができ、被加工物Ｗを安定して加工することができる。

また、本実施の形態１に係るカーブジェネレータ１および研削方法では、計測機構１７および被加工物Ｗが、カップ型の第一の砥石１１および第二の砥石１３と対向する位置まで移動可能であるため、加工前の第一の砥石１１および第二の砥石１３の複雑な曲面形状を正確に計測することができる。そして、その計測結果に基づいて、例えば第一の砥石１１および第二の砥石１３の位置、揺動、回転速度等の加工条件の制御を行うことができるため、高精度な加工を安定して行うことができる。

また、本実施の形態１に係るカーブジェネレータ１および研削方法では、例えば第一の砥石１１および第二の砥石１３の摩耗の絶対量の推移についても、計測機構１７による繰り返しの計測によって把握することができるため、加工中における第一の砥石１１および第二の砥石１３の摩耗変化を予測することができ、より適切な加工条件を生成・制御して高精度な加工を実現することができる。

また、本実施の形態１に係るカーブジェネレータ１および研削方法では、被加工物Ｗが微小（例えばφ２ｍｍ以下）である場合においても、高精度に加工を安定的に行うことができるため、タクトタイムを短縮することができ、かつコストダウンを図ることができる。

また、本実施の形態１に係るカーブジェネレータ１および研削方法では、第一の砥石１１および第二の砥石１３を搭載したまま、これらの先端形状を計測することができるため、計測後の形状データをもとに、被加工物Ｗを精度よく研削することができる。特に、被加工物Ｗの回転軸、第一の砥石１１の回転軸Ａｘ１、第二の砥石１３の回転軸Ａｘ２および計測機構１７の傾きを厳密に合わせることができるため、例えば計測機構１７による計測中に被加工物Ｗの付け外し等も行うことができる。

また、本実施の形態１に係るカーブジェネレータ１および研削方法では、第一の砥石１１の回転軸Ａｘ１および第二の砥石１３の回転軸Ａｘ２が整列され、保持機構１６の回転軸と同一の平面（第二の平面Ｐｌ２または第三の平面）上に配置されるため、保持機構１６および計測機構１７の位置制御が容易となる。その結果、第一の砥石１１、第二の砥石１３、保持機構１６および計測機構１７の位置決めを、より高精度かつ再現性よく行うことができる。従って、第一の砥石１１および第二の砥石１３の計測精度、保持機構１６と第一の砥石１１および第二の砥石１３との相対位置精度、被加工物Ｗの加工精度を向上させることができる。

また、本実施の形態１に係るカーブジェネレータ１および研削方法では、駆動機構２１によって、揺動軸Ａｘ３に沿って、保持機構１６および計測機構１７を移動させることにより、第一の砥石１１、第二の砥石１３、保持機構１６および計測機構１７の位置決めを、より高精度かつ再現性よく行うことができる。従って、第一の砥石１１および第二の砥石１３の計測精度、保持機構１６と第一の砥石１１および第二の砥石１３との相対位置精度、被加工物Ｗの加工精度を向上させることができる。

（実施形態２）
本発明の実施の形態２に係るカーブジェネレータの構成について、図４および図５を参照しながら説明する。なお、以下では、実施の形態１と同様の構成については説明を省略する。

カーブジェネレータ１Ａは、図４に示すように、第一の砥石１１と、第二の砥石１３と、保持機構１６と、計測機構１７，１８と、仕切り板１９と、を備えている。カーブジェネレータ１Ａは、計測機構１８および仕切り板１９を更に備える点を除いて、カーブジェネレータ１と同様の構成を備えている。なお、図４および図５では図示を省略したが、カーブジェネレータ１Ａは、カーブジェネレータ１と同様に、駆動機構２１、制御装置２２および表示装置２３を備えている。

カーブジェネレータ１Ａは、二つの砥石（第一の砥石１１および第二の砥石１３）に対応して、二つの計測機構１７，１８を備えている。計測機構１７は、第二の砥石１３の形状を計測するためのものである。また、計測機構１８は、第一の砥石１１の形状を計測するためのものである。仕切り板１９は、第一の砥石１１および第二の砥石１３によって被加工物Ｗを研削する際に、計測機構１７，１８に研削液が付着することを防ぐためのものである。

カーブジェネレータ１Ａでは、例えば図４に示すように、第一の砥石１１によって被加工物Ｗを研削（粗研削）しつつ、計測機構１７によって第二の砥石１３の形状を計測する。そして、粗研削および第二の砥石１３の計測が終了すると、図５に示すように、保持機構１６、計測機構１７，１８をＸ方向（揺動軸Ａｘ３（図２参照）の方向）に移動させる。続いて、第二の砥石１３によって被加工物Ｗを研削（精研削）しつつ、計測機構１８によって第一の砥石１１の形状を計測する。

以上説明したような本実施の形態２に係るカーブジェネレータ１Ａおよび当該カーブジェネレータ１Ａを用いた研削方法では、カーブジェネレータ１の効果に加えて、第一の砥石１１および第二の砥石１３の計測機構１７，１８をそれぞれ独立して設け、被加工物Ｗおよび計測機構１７，１８を往復動作で駆動させることにより、被加工物Ｗの加工時と、第一の砥石１１および第二の砥石１３の計測時とにおける、機械的な精度をより向上させることができる。

本実施の形態２に係るカーブジェネレータ１Ａおよび研削方法では、第一の砥石１１および第二の砥石１３ごとに、専用の計測機構１７，１８を備えているため、個別に校正が可能であり、第一の砥石１１および第二の砥石１３の計測精度を向上させることができる。また、第一の砥石１１および第二の砥石１３の一方で研削をしている際に、他方の形状を計測することが可能であるため、粗研削および精研削を高精度かつ連続的に行うことができる。

以上、本発明に係るカーブジェネレータおよび研削方法について、発明を実施するための形態により具体的に説明したが、本発明の趣旨はこれらの記載に限定されるものではなく、請求の範囲の記載に基づいて広く解釈されなければならない。また、これらの記載に基づいて種々変更、改変等したものも本発明の趣旨に含まれることはいうまでもない。

１，１Ａ カーブジェネレータ
１１ 第一の砥石
１２，１４ 取付台
１３ 第二の砥石
１５ ベース
１６ 保持機構
１７，１８ 計測機構
１９ 仕切り板
２１ 駆動機構
２２ 制御装置
２３ 表示装置
Ａｘ１，Ａｘ２ 回転軸
Ａｘ３ 揺動軸
Ｐｌ１ 第一の平面
Ｐｌ２ 第二の平面
Ｗ 被加工物

Claims (3)

1. 粗さの異なる二つのカップ型の砥石と、
   前記砥石によって加工する被加工物を保持する保持機構と、
   前記砥石が前記被加工物に接触する部位の、前記砥石の形状を計測する計測機構と、
   前記保持機構および前記計測機構を、前記二つの砥石のいずれかと対向する位置に移動させる駆動機構と、
   を備え、
   前記二つの砥石の回転軸は、第一の平面上に配置されており、
   前記二つの砥石のうちの一方の回転軸は、前記第一の平面とは異なる第二の平面上を揺動可能であり、
   前記二つの砥石のうちの他方の回転軸は、前記第一の平面とは異なり、かつ前記第二の平面と平行な第三の平面上を揺動可能であり、
   前記保持機構の回転軸は、前記第二の平面および前記第三の平面のいずれかの位置に位置決め可能である、
   カーブジェネレータ。
2. 前記駆動機構は、前記二つの砥石の回転軸の揺動軸に沿って、前記保持機構および前記計測機構を移動させる、
   請求項１に記載のカーブジェネレータ。
3. 前記計測機構は、前記二つの砥石に対応して二つ設けられている、
   請求項１または請求項２に記載のカーブジェネレータ。

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