JPH03104539A - 精密形状測定装置を備えた加工装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、被加工面の形状をＰ！！密に測定する装置を
備えた加工装置に関するものである．［従来の技術］ 従来のこの種の装置の一例を第２図に示す。

この装置では、Ｚ軸方向に移動するスライド機構２２０
のＺステージ２０１上に配設されたＺ＠を回転軸とする
ワーク保持軸２０３′を有するワークスピンドル２０３
と、Ｘ軸方向に移動するスライド機構２２１のＸステー
ジ２０２上に配設されたバイト２０５とを有し、ワーク
スピンドル２０３に取付けられたワーク２０４を回転さ
せながらバイト２０５をＺ軸並びにＸ軸方向に相対移動
させ、ワーク２０４の被加工面をバイト２０５により精
密加工する。

またＺステージ２０１及びＸステージ２０２の移動は、
それぞれの位置決め制御装置２１５に制御されるスライ
ド機構駆動装置２１３，２１４によって行なわれる。

ここで、ワーク２０４の被加工面の形状精度はＺ軸方向
の移動量を検出するＺステージ２０１に載置された反射
鏡２０１゛及びレーザ干渉計２０７とＸ軸方向の移動量
を検出するＸステージ２０２に載置された反射鏡２０２
“及びレーザ干渉計２０８との各々の座標値によって決
定される。

しかし、ここで検出した座標値には、例えば位置決め誤
差や加工誤差等が含まれるため、精密に面形状を測定す
るには、別個の測定プロセスが必要であり、この装置で
はＸステージ２０２に配設された測定プロープ２０６に
よりワーク２０４の被加工面の形状が測定される。

この測定方法は、測定ブローブ２０６の位置をＺ軸レー
ザ干渉計２０７の座標値と、Ｘ軸レーザ干渉計２０８の
座標値とから測定し、さらに測定ブロープ２０６の先端
の被加工面当接部における当接位置の測定値（先端位置
の変位量）とを位置検出装置２１６に取り込み、これら
の相対位置関係からワーク２０４の面形状を測定し、加
えて、目標とする形状精度に対する誤差が求められてい
た。

［発明が解決しようとする課題］ 上記の如き従来の技術に於いては、計測した測定値が測
定ブローブの先端の変位と、ｘ．ｚスライド機構の各ス
テージの移動量とに依存するが、サブミクロンの微細領
域を考えると、被加工物が取付けられたＺスライド機構
と、測定ブローブの取付けられたＸスライド機構とは厳
密に真直に進んでいるわけではなく、各々ヨーイング成
分を含んでいる。

例えば、第３図（Ａ）　，　（Ｂ）に現在の技術で最高
の精度が得られるエアスライド機構を使用した場合の各
スライド機構の真直度精度の例を示す。

この図に示す様に、各スライド機構上のステージの移動
に伴い、その移動方向の垂直方向に０．１μｍ以上のヨ
ーイング成分を生ずる。

従って、被測定面の形状測定値には、上記のようなＸス
ライド機構及びＺスライド機構の真直誤差が含まれてい
るので、面形状の精密測定、並びにＦｉｌ加工における
形状精度の誤差は、従来技術では最小限度で０．１５μ
ｍ程度であった。

本発明はこの様な従来の問題点に鑑みてなされたもので
あり、面形状の測定におけるＸ，Ｚ両スライド機構等の
移動手段から生ずる誤差成分の影響を除き、誤差を０．
１μｍ以下に抑えた面形状の精密測定，並びに精密加工
が容易に行える加工装置を得ることを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 上記目的達成のため本発明では、Ｚ軸を回転軸として回
転される被加工物に対しＺ軸並びにそれと直角なＸ＠方
向に加工具を相対移動させることにより被加工物の表面
形状を加工する加工装置であって、前記被加工物の被加
工面に測定具の先端を当接させ、被加工面上の各位置に
おける測定具の先端の当接位置を計測することにより被
加工面の形状を精密測定する測定手段を備えた加工装置
において、前記Ｘ軸に対し平行でＺ軸に対し垂直に精密
に配置されたＸ軸測定基準面と、前記Ｚ軸に対し平行で
Ｘ軸に対し垂直に精密に配置されたＺ軸測定基準面とを
有し、前記測定具の先端の位置が、前記両測定基準面か
らの相対位置計測により測定されることを特徴とする。

〔作用］ 本発明は上記のように構成されているため、被測定面を
測定する際に、測定具の先端位置をＸ軸並びにＹ軸の測
定基準面からの相対位置計測により行う。

この測定手段においては、測定具若しくは加工具と被加
工物との相対移動手段の方式の如何に拘らず、常に、測
定基準面からの相対位置計測が為されるため、前記移動
手段における移動時の可動誤差、例えば従来例における
スライド機構の真直度の誤差等が測定値に影響しない。

又、この測定手段により測定された面形状の精度をフィ
ードバックして、補正加工を行うことにより、希望する
形状精度に対し誤差の少ない精密加工を行う。

［実施例］ 本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図に本発明の一実旅例に係る精密形状測定装置を備
えた加工装置を示す。

図において、１は駆動用のＤＣモーターを含むＺスライ
ド機構２０上をＺ軸方向に不図示のエアースライドを介
して移動するＺステージであり、Ｚステージ１上にはＺ
軸を回転軸とするワーク保持軸３゜を有するワークスピ
ンドル３を備えている． ２は、駆動用のＤＣモーターを含むＸスライド機構２１
上をＸ軸方向に不図示のエアースライドを介して移動す
るＸステージであり、加工具５および測定プローブ６が
取付けられている。この加工具５は、必要に応じて切削
バイト，若しくは研磨砥石その他の工具等に交換できる
。

Ｚステージ１及びＸステージ２は、夫々位置決め制御装
置１５に制御されるスライド機構駆動装置１３．１４に
より移動され、これらの移動量はＺステージ１に載置さ
れた反射鏡１゛及びＸステージに載置された反射鏡２゛
の反射光で計測するレーザ干渉計７．８により測定され
る。

この加工装置では、ワーク保持軸３′に取付けられた被
加工物（ワーク）４を回転させながら、加工具５とワー
ク４とを当接させることにより、ワーク４の被加工面を
加工具５で切削若しくは研磨等して加工する。

さらに、Ｚステージ１とＸステージ２とを移動させるこ
とにより、加工具５とワーク４とを相対移動させ、ワー
ク４の被加工面を任意の形状に精密加工する。

次に、この加工装置における被加工面形状測定装置につ
いて説明する． 本実施例には、Ｚスライド機構２０と精密に平行（Ｘ軸
に垂直）＆：配置したＺ軸測定基準面９と、さらにＺ軸
に精密に直角に配置したＸスライド機構２１と、Ｘスラ
イド機構２１に精密に平行（Ｚ軸に垂直）に配置したＸ
軸測定基準面１０とを備えている． ここで、Ｚステージ１には２軸測定基準面９との間隔等
を測定するＺ軸真直度測定器１１が設けられている． また、Ｘステージ２に設けられた測定プローブ６は、測
定ブローブ６の先端の接触時における測定ブローブ６自
体の長さ（先端の沈み込みによる全体長さの変化量を含
む）と、測定ブローブ６とＸ軸測定基準面１０との間隔
とから、ワーク４の測定位置とＸ軸測定基準面１０との
間隔等の精密測定が可能である。

以上のＺ軸レーザ干渉計７、Ｘ軸レーザ千渉計８、測定
ブローブ６、Ｚ軸真直度測定器１１からの計測データは
位置検出装置１６に送られる。

次に、この装置における面形状測定方法を説明する。

まず、測定ブローブ６が測定すべきＸ座揮位置までＸス
ライド機構駆動装置ｌ４で送られる。

そして、Ｚステージ１がＸスライド機構２１方向に前進
するか、又は測定ブローブ６が自らＸステージ２上をワ
ーク４方向に前進するかにより、ワーク４への測定プロ
ーブ６の接触が行なわれる。

このとき、測定ブローブ６はワーク４（測定ブローブ６
先端の当接位置）とＸ軸測定基準面１０との間隔を読取
り、位置検出装置１６へデータを送り、同時にＺ軸レー
ザ干渉計７、Ｘ軸レーザ干渉計８のデータ、２軸真直度
測定器１１のデータも位置検出装置１６へ送られる。

ここで、位置検出装置１６での上記データによる検出原
理を第４図を用いて説明する。

従来，の測定法では、Ｚ軸レーザ干渉計の読み（２ステ
ージ１の移動量）Ｌｚ及び測定ブローブの検出値Ｌ２Ｘ
（先端の沈み込み後の全体長さ）からＺ座標が、さらに
Ｘ軸レーザ干渉計の読み（Ｘステージ２の移動量）Ｌｘ
からＸ座標が計測され、測定面上の各点の検出座標によ
りワーク４の被加工面の形状が算出されていた。

しかしながら、これらのｘ．Ｚ座標値にはＸ．Ｚ両スラ
イド機構の真直誤差が含まれている。

本実施例においては、計測位置の座標を計測する際に、
先ずＸステージ１を測定位置まで動かし（移動量Ｌｘ）
、接触位置までのＺステージの移動量Ｌｚを読取ると同
時に、この接触位置においてＺ軸真直度測定器１１によ
りＺ軸測定基準面９とＺステージ１との距ｌ１ｔＬ＋ｚ
とこの位置における真直度誤差Ｌ２Ｚを読取り、夫々位
置検出装置１６へ送る。

また、前記接触位置における測定ブローブ６の全体長さ
がＬ２Ｋの状態でワーク４に当接していることから、測
定ブロープ６の検出値Ｌ２Ｋと、測定ブローブ６とＸ軸
測定基準面１０との間隔ＬＩＸとを読取り位置検出装置
１６へ送る。

そして、位置検出装置１６では、ここで計測したＺ軸方
向の真直度誤差Ｌ２２をＸスライド機構２１のレーザ干
渉計８の読みＬ×に加え補正しＸ座棉を算出する。

また、Ｚ座標については、上記Ｌ２及びＬ２ＸにＬ−＋
ｘを加え、Ｚ座標を補正して算出する。

ここで、測定ブローブ６をＺステージ１を動かしてワー
ク４に当接させる場合には、前記Ｌ　２Ｘ＋ＬＩＸを一
体のデータとして取り込んでも、ＬＡＸとＬＩＸとを別
々に取り込んでもよい． この図Ｃおいて、ワーク４の被加工面は回転対称面であ
るから、回転中心を通る一つの面（この実施例ではＺ−
Ｘ平面）上の中心点を含む各点の座標値を求めることに
より、それらの相対位置関係から被加工面の形状が測定
できる。

以上のように、本実施例における被加工面形状測定にお
いては、Ｘスライド機構２１及びＺスライド機構２０の
真直度は測定値に影響せず、上記のＬ　ＩＺ＋　　Ｌ２
２，Ｌ　ＩＸ，Ｌ　２Ｘを求めることにより、被加工面
の精密測定の精度の向上を図ることができる。

即ち、この実施例における測定値の基本はｚｌ［ｌＩ測
定基準面９、Ｘ＠測定基準面１０であるため、Ｘスライ
ド機構２ｌ及びＺスライド機構２０は、ワーク４並びに
加工具５若しくは測定ブローブ６を相対移動させるため
の要素として機能するのみであり、測定位置計測データ
には全く関与しないことになる。

さらに、Ｚ！Ｔｈｌｋ及びＸ！Ｉｋ測定基準面の真直度
を○．ｌμｍ以下に抑えることが可能であるため、測定
誤差も同様に○．ｌμｍ以下に抑えることかできるため
、従来例に比べ誤差を微小に抑えることが容易である。

ここで、ワーク４と加工具５との相対移動手段は本実施
例の様なスライド機構の形式に限定されず、加えて移動
時の真直精度等も問題とならない さらに、Ｘ軸，Ｚ軸方向に配置される各構成要素の関係
に関しては、ワーク４及びワークスピンドル３がＸステ
ージ２に、測定ブローブ６、加工具５がＺステージ１に
配置されても前記の利点は損なわれることはない。

また、このような測定装置の配置構成は、本実施例では
水平面内に配置しているが、垂直面内の配置でも可能で
あるとともに、例えばＸ，Ｙ，Ｚ軸方向の空間的に多軸
化した場合にも、各軸に対して測定基準面を設けること
で同様な結果が得られる。

そして、この測定装置で測定した面形状と、希望する面
形状との誤差を計測し、この計測データに基づき補正加
工を行なえば、さら社正確な面形状に精密加工を行うこ
とができる。

又、超精密加工測定機への応用のみでなく、測定機自体
にも応用できる。

尚、Ｘ．Ｚ軸の各座標測定の為のレーザ干渉計は、光学
スケールなどの測定機器に置換えても何ら問題は生じな
い。

［発明の効果］ 以上の様に本発明によれば、被加工面の面形状を測定す
る際に、精密な測定基準面と被測定物との相対位置計測
により行うため、測定誤差を従来に比較して微小に抑え
ることができる。

さらに、この測定結果に基いて加工装置により補正加工
を行なえば、被加工物の形状誤差は極少にできる利点が
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例にかかる装置を示す構成図、
第２図は従来例にかかる装置を示す構或図、第３図（Ａ
）　．　（Ｂ）は超精密スライド機構の真直度誤差を示
す線図、第４図は測定原理を示す説明図である。 ［主要部分の符号の説明］ １：Ｚステージ、２０：ｚスライド機構、１゛：反射鏡
、 ２：ｘステージ、２１；Ｘスライド機構２゛：反射鏡、 ３：ワークスピンドル、３゛：ワーク保持軸４：被加工
物 ５：加工具、６：測定ブローブ ７：Ｚ軸レーザ干渉計、８：ｘ軸レーザ干渉計９・Ｚ軸
測定基準面、１０：ｘ軸測定基準面１：Ｚ軸真直度測定
器、 ３：ｚスライド機構駆動装置、 ４：ｘスライド機構駆動装置、

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　Ｚ軸を回転軸として回転される被加工物に対しｚ軸並
   びにそれと直角なＸ軸方向に加工具を相対移動させるこ
   とにより被加工物の表面形状を加工する加工装置であつ
   て、 前記被加工物の被加工面に測定具の先端を当接させ、被
   加工面上の各位置における測定具の先端の当接位置を計
   測することにより被加工面の形状を精密測定する測定手
   段を備えた加工装置において、 前記Ｘ軸に対し平行でＺ軸に対し垂直に精密に配置され
   たＸ軸測定基準面と、前記Ｚ軸に対し平行でＸ軸に対し
   垂直に精密に配置されたＺ軸測定基準面とを有し、 前記測定具の先端の位置が、前記両測定基準面からの相
   対位置計測により測定されることを特徴とする精密形状
   測定装置を備えた加工装置。