JPH0919859A - 超精密非球面鏡面部品加工機 - Google Patents

超精密非球面鏡面部品加工機

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Publication number
JPH0919859A
JPH0919859A JP19263295A JP19263295A JPH0919859A JP H0919859 A JPH0919859 A JP H0919859A JP 19263295 A JP19263295 A JP 19263295A JP 19263295 A JP19263295 A JP 19263295A JP H0919859 A JPH0919859 A JP H0919859A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
axis
grindstone
grinding wheel
moving table
measuring
Prior art date
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Pending
Application number
JP19263295A
Other languages
English (en)
Inventor
Akinari Sugiyama
晃也 杉山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
TERUYA KK
Teruya Corp
Original Assignee
TERUYA KK
Teruya Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by TERUYA KK, Teruya Corp filed Critical TERUYA KK
Priority to JP19263295A priority Critical patent/JPH0919859A/ja
Publication of JPH0919859A publication Critical patent/JPH0919859A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Landscapes

  • Constituent Portions Of Griding Lathes, Driving, Sensing And Control (AREA)
  • Grinding And Polishing Of Tertiary Curved Surfaces And Surfaces With Complex Shapes (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 1)2軸駆動による砥石非球面研磨研削機に
おいて、粗加工から鏡面仕上加工まで1つの加工機で実
施出来る。 2)砥石の位置、及び形状を本発明加工機を認識出来
る。 【構成】 球形の砥石粒径の大小順に複数個の砥石3e
〜3aとワーク回転モータから成る。計測手段として、
X,Y,Zの位置検出センサ10、11、12、13が
砥石の位置形状の計測を行う。主軸1のZ軸と位置検出
ユニットの中心は一致している。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は超精密非球面鏡面部品加
工機に関するものである。本発明の光応用素子、X線反
射鏡、レーザ核融合様光学部品、非球面金型等の加工機
に関するものである。本発明は被加工材として、硬質脆
性材料を対象にし、球形電着砥石の粒径の大のものから
順次小のものを加工工程毎に選択使用し、最終的に非球
面超精密鏡加工を行うことを特徴としている。
【0002】本発明は2軸駆動による非球面加工を可能
にし、窪みの深い凹面部品の加工が出来ることを特徴と
している。
【0003】本発明は単純な機械構造方式を載用するこ
とにより、製造製品の高精度化を計っている。
【0004】本発明は砥石軸をワーク軸に対して傾斜角
を持たせ、ワークの軸芯の加工を可能にしている。
【0005】本発明は機械内に取り付く計測ユニットを
有し、工具摩擦時の補正が出来る。
【0006】本発明は機械内に取り付く計測ユニットを
有し、ワークと工具加工の位置関係を高精度に認識出来
るシステムになっている為、製造製品の高精度が計られ
ている。
【0007】
【従来の技術】高精度加工機において駆動軸数が多くな
ればそれだけ、累積誤差が増加することは明白である。
硬質脆性材料の非球面加工の工具として砥石を使用する
場合は砥石とワークの位置決定にX,Y,θ(回転)3
軸同時制御を行った。3軸同時制御により、加工点では
ワークの法線方向と砥石の法線方向を一致させ、アンダ
カットを防止してきた。ところが、X,Zの様な直線運
動に関してはレーザ干渉計を用いる等、高精度の外部位
置検出手段が存在するが、θに関してはロータリーエン
コーダが利用出来るとはいえ、決定的な外部位置検出手
段でない為、精度上の信頼性に問題があった。また、2
軸で直交または、直交に近い構造の場合は、窪みの深い
凹面部品の加工が難しかった。
【0008】また、従来の同種加工機は工具とワークの
位置関係を認識させる良い手段がない為、機械のそれぞ
れの軸の動作精度は高精度であるが、ワークの加工精度
は軸の動作精度に比べ、悪い結果になっていた。ワーク
の加工実現の為にワークの形状測定と修正研磨を繰り返
していた。
【0009】また、従来の同種加工機はワークの軸芯と
主軸の軸芯を一致させる方法として顕微鏡の目視的手段
によって行われていた。例えばワークを加工途中で取り
はずし、再加工を実行する場合、元通りの状態に高精度
化に再現する手段が前記目視手段しかない為、加工精度
の高精度化が計られない欠点があった。表の加工の終了
後、裏加工を実施する時、一担ワークを取りはずせて裏
返して再度ワークの軸芯と主軸の軸芯を一致させて取り
付けを実行する必要が生ずる。この様な場合、従来の加
工機では前記顕微鏡の目視手段では高精度の両軸芯の一
致は非常に難しかった。感覚的手段による位置決めは当
然不可能である。適切な手段がなければ、前述の用にレ
ンズの裏表の軸芯の一致が出来ない為、安価で簡便な手
段が必要とされていた。
【0010】窪みの深い凹面を高精度に加工出来ること
を目標とし、工具形状が一定曲面で出来ていて制御が単
純であること。
【0011】従来の加工機は工具である砥石の形状を自
動計測する手段がない為、砥石の磨耗・組立寸法の目標
値からのずれが発生した場合の対応が難しかった。本加
工機に砥石形状の自動計測手段を持たせ、砥石位置の認
識と砥石の加工面とのワークの研磨面の位置関係を高精
度に対応させることが解決する課題である。
【0012】砥石の計測手段をワークの中心位置決定手
段としても使い、裏表軸芯一致を可能にすること。
【0013】
【実施例】図1は実施例の全体を示す正面図である。本
発明による加工機はコンピュータ制御により駆動される
が、図1には制御系は公知の回路により駆動する為省略
した。1は主軸で筐体(図示せず)に軸が鉛直になる
(図1のX,Z座標のZ軸と主軸が平行である)様に取
り付けられている。2a〜2eは砥石回転用モータでそ
れぞれのモータで、それぞれのモータ軸の先端に砥石3
a〜3eがそれぞれ取り付けられている。4はX方向移
動台で、この上に砥石回転モータ2a〜2eが取り付け
られ、X方向にのみ移動し、高精度・高分解能により位
置決め停止することが出来る。5はZ方向移動台でZ方
向にのみ移動し、高精度高分解能に位置決め停止するこ
とが出来る。X方向移動台4はX方向軌道台5に取り付
けられている為、砥石3a〜3eはX,Z方向に移動
し、高精度高分解能にて停止することが出来る。砥石3
aは最終仕上の砥石で、3b〜3eの順番で順次荒仕上
げ用の砥石になる。従って最初に荒仕上用の砥石3eが
選択され、最後に最終仕上げの3aが選択される。これ
らの砥石の選択はX方向移動台4の移動により、3a〜
3eのそれぞれの砥石が主軸1と対向する様にして行わ
れる。図1が最終仕上げの砥石3aが選択されている状
態を示している。
【0014】図2は球形の砥石により、X方向移動台4
とZ方向移動台5の移動で自由曲面の加工及び研磨が行
われるか、説明するための最終仕上げ加工部の部分詳細
図である。また、図2はワーク6の自由曲面f(x) の加
工及び研磨原理を示す断面図である。球形状の半径rの
砥石がα度傾いた軸を中心に矢印A方向に回転してい
る。研磨点において自由曲面の法線と砥石の法線が一致
する様にするためには、自由曲面f(x) 上の点knにお
いて法線とZ軸がθn で交わる場合、砥石の中心Po
(Xo ,Zo +r)からPn (Xn +rsin θn )の点
へ砥石を移動させれば良いことがわかる。Xn ,Zn は
自由曲面断面の加工点の座標で、Z=f(x)の式から求
められる。また点Xn ,Zn の点における法線方向の傾
きがθn とすれば、Pn 点の座標も前述の通り求められ
る。この様に自由曲面の加工(又は研磨)点の座標が決
定すれば計算により自動的に法線の傾き角度が求めら
れ、砥石の中心座標が求められる。これは、X方向移動
台4及びZ方向移動台5の移動位置決め動作により砥石
の中心座標が得られていることを表している。この様に
選択された加工点に対応してZ軸となす法線角度が求め
られ、砥石の中心が順次移動していくことによりこの軌
跡に従って、研磨が行われる。荒仕上加工についても若
干の砥石駆動の方法は異なるが、自由曲面の各点に前述
の様に砥石を対応させる方式は変わらない。また、砥石
が2の傾きを持つことにより、ワーク6の軸芯の研磨が
可能になる。また、この様な配置により、深い窪みの凹
面の加工が可能になる。以上の説明により、本発明によ
るとX方向移動台4、Z方向移動台5の2軸駆動のみに
より自由曲面の加工研磨が可能となる。また、外部位置
検出の難しいステージのθ回転を省くことが出来ると同
時に加工装具の単純化と高精度化が計られる。
【0015】図3は砥石3a〜3eの位置検出及び砥石
3a〜3eの形状計測を行う位置形状検出ユニットの平
面図である。図4は同ユニットのA−A断面図である。
本ユニットは砥石のX,Y,Z座標での位置検出を正確
に行う為のものであり、ワークと砥石の位置関係を高精
度に認識するためのものである。また、本発明では主軸
の中心を本発明加工機の原点としている。また、本ユニ
ットは加工機から必要に応じて簡単に取りはずしができ
るものである。図3にX,Y座標を示す。このX,Y座
標の原点は図3の砥石の中心Oと一致している。また、
X,Y軸と直交してZ軸がある。
【0016】14、15はY方向導電体バーであり計測
時は一端が砥石3aと接触していることが 条件となる
ものである。16、17はサポートばねである。16、
17はY方向位置検出センサ10、11をY方向にのみ
変位することが可能である様にサポートするものであ
る。本発明では16、17は基盤18に固定されてい
る。サポートばね16、17に切欠16a、17aを設
け、サポートばね16、17の弾性効果を高めている。
19はZ方向導電体バーであり、14、15と同様計測
字は一端が砥石3aと接触していることが条件となるも
のである。20はサポートばねであり部分的に弾性部を
有し、X方向及びZ方向にのみ変位するものである。導
電体バー19にX方向の力が加わればX方向に変位し、
Z方向に力が加わればZ方向に変位する。導電体バー1
9のそれぞれの方向の変位はX方向に関してX方向位置
検出センサに、Z方向についてはz方向位置検出センサ
13がその変位を検出する。サポートばね20はX方向
及びZ方向に限定して変位するが、その手段として本発
明では剛体の一部にX方向の変位を可能にする切欠20
a、Z方向の変位を可能にする切欠20bをそれぞれ複
数ヵ所設け、両端を固定することにより達成したが、こ
の弾性体の目的を達成する手段はこれに限定するもので
はない。7は後述する図3の位置検出ユニットを示す。
【0017】本ユニットは前述の通り、2つの機能を有
していて、その第1は砥石の中心を検出することであ
り、第2は砥石の形状を認識することである。本発明で
はこれらの機能の検出及び認識を同一のセンサを使用
し、加工機能として保有するX方向移動軸4、Z方向移
動軸5の移動停止動作を活用して行う。同時にまた、セ
ンサ出力のデータベース化、データベースに基づく形状
認識も本加工機が保有している機能を活用して行う。1
0、11はY方向位置検出センサである。本センサは静
電容量式原理に基づくセンサで導電性材料に反応を示
し、ナノメータオーダの検出機能を有する。12はX方
向位置検出センサであり、13はZ方向位置検出センサ
である。12、13の各センサも10、11と同種セン
サである。ここでは砥石3aの具体的な動作を省略した
が、X,Y方向のセンサ10、11、12があるので、
砥石3aをX,Z方向に移動させながら、砥石3aが導
電性材料より成るX及びY方向導電性バー14、15、
19に接触することにより、3aの座標を認識出来るこ
とは明白である。
【0018】砥石3aの中心位置を決定するには、吸着
盤8上に砥石と同一径の円筒体を置き回転させ、軸芯が
一致した時のX,Y方向位置検出センサに値を記憶す
る。この記憶された値と同一または、最も近い値になる
べくX,Z方向移動台4、5の駆動により、砥石3aを
移動させて砥石3aの中心座標を求める。X,Y方向の
位置は10、11、12の値により決定出来る。
【0019】
【発明の効果】本発明を導入することにより2軸直線駆
動のみによる加工機になる為、自動制御システムにおけ
る外部位置検出が高精度化でき、この種の加工機に最も
要求される製品加工の高精度化が出来た。同時に窪みの
深い凹面の加工が出来た。また、砥石の磨耗検出、砥石
回転軸の取り付け誤差を含めての砥石中心座標の検出、
砥石形状の計測が出来た為、製品加工の高精度化が計ら
れた。粗加工から仕上加工まで、一連の加工を1つの加
工機械内で達成出来、省力化が計られた。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例の全体を示す正面図
【図2】加工部の部分詳細図
【図3】位置検出ユニットの平面図
【図4】位置検出ユニットのA−A断面図
【図5】砥石3aの形状計測過程の1つの状態図
【図6】形状計測時のZ方向位置検出センサ13の出力
とZ方向距離の関係のグラフ
【符号の説明】
1 主軸 3a、3b、3c、3e 砥石 4 X方向移動台 5 Z方向移動台 10、11 Y方向位置検出センサ 12 X方向位置検出センサ 13 Z方向位置検出センサ 14、15 Y方向電導バー 19 X方向電導バー

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 X,Z座標軸のX方向移動台と、Z方向
    移動台とZ方向軸を有するワーク回転用主軸と、Z方向
    移動台上に配置された工具回転モータと、この工具回転
    モータに取り付けられた研磨砥石から成る非球面部品加
    工機において、研磨砥石の研磨部が球形を成し、研磨砥
    石軸がZ軸と一定角を有することを特徴とする超精密非
    球面鏡面部品加工機。
  2. 【請求項2】 前記請求項1の超精密非球面部品加工機
    において、X方向移動台に複数個の粗切削用工具回転モ
    ータと、この粗切削用工具回転モータに連結された複数
    個のZ軸と一定角を成す様に配置した、球形形状を成す
    粗加工用切削砥石を有することを特徴とする超精密非球
    面鏡面部品加工機。
  3. 【請求項3】 X,Y,Z座標軸のY方向に変形可能な
    2つのY方向弾性支持体と、当該弾性体に支持又は搭載
    された導電性材料より成る2つのY方向移動体とZ,X
    方向に変形可能なZ,X方向弾性支持体と該支持体、又
    は搭載された導電性材料より成るX方向導電体バーとY
    方向導電体バーのY方向の微動動作を検出計測するY方
    向計測ユニットと、X方向の微動動作を検出計測するX
    方向検出ユニットと、Z方向の微動動作を検出計測する
    Z方向計測ユニットとから成り、研磨砥石形状計測及
    び、研磨砥石位置検出ユニットを有することを特徴とす
    る請求項1、請求項2記載の超精密非球鏡面加工装置。
JP19263295A 1995-07-06 1995-07-06 超精密非球面鏡面部品加工機 Pending JPH0919859A (ja)

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JPH0919859A true JPH0919859A (ja) 1997-01-21

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1331637C (zh) * 2005-04-06 2007-08-15 南京师范大学 异性切刀波浪刃口的开刃和刃磨方法
CN100343021C (zh) * 2005-06-09 2007-10-17 上海交通大学 复杂曲线磨削过程中的砂轮法向跟踪方法
CN103737451A (zh) * 2014-01-08 2014-04-23 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 离轴非球面反射镜的砂轮原位自动整形铣磨加工方法

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