JPS63123661A - 非球面加工測定装置 - 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、プラスチック、ガラスよりなる非球面レンズ
の成形に用いられる金型の高精度鏡面、セラミックス、
ガラスなどの硬脆性材料の非球面鏡、レンズの加工を行
うと共に、形状測定を行なう非球面加工測定装置に関す
るものである。

従来の技術 従来、非球面レンズの成形に用いられる金型の高精度鏡
面加工には、ＣＮＣ旋盤やカーブゼネレータなどにより
形状の切削、研削加工を行い、その後、レンズ研摩機や
手作業により鏡面仕上げする方法や、超精密ダイヤモン
ド旋盤を用いて形状加工と同時に、鏡面加工を実現する
加工方法がある。ガラスレンズの成形用金型の材質には
超硬合金やセラミックスが用いられるが、これらの硬脆
性材料よりなる金型や鏡、レンズの非球面形状の加工に
は、高精度で高速回転させたダイヤモンド砥石を所望形
状に沿って移動させることにより形状の加工を行い、な
おかつ鏡面に加工する加工方法がある（上田能、昭和５
９年年度様学会秋季大会学術講演会論文集　ＰＯ２）。

以上示した加工方法は定位置切込み加工方式であるため
、加工精度は加工機械の精度（位置決め、振れなど）に
−散する。そのため、通常の機械構成では、数ミクロン
のオーダが精度の限界であり、サブミクロンの精度を得
るには、機械構成に静圧軸受やレーザ測長フィードバッ
クシステムを組み込むことにより高精度な位置決めを行
う必要がある０ 発明が解決しようとする問題点 しかし、上記のような従来の技術では、次のような問題
点がある。

（１）切削、研削による加工だけでは加工面の表面粗さ
が粗く、ミクロンオーダーであり、形状精度も同じくミ
クロンオーダーである。超精密ダイヤモンド切削やダイ
ヤモンド精研削の高精度加工によれば、表面粗さ及び形
状精度がサブミクロン以下の鏡面を実現できるが、工具
送りマークが残る等の問題があり、いずれも最終仕上げ
が必要である。

（２）上記（１）に記載した問題により仕上げ研摩加工
が行われることにより表面粗さが数＋１メータオーダで
加工されるが、その加工のために形状を前加工面以上に
することができないばかりか、それ以下に崩してしまう
ことが多い。

そこで、本発明は、各種材質のワークに対して高精度に
非球面加工を行うことができるようにした非球面加工測
定装置を提供しようとするものである。

問題点を解決するための手段 そして上記問題点を解決するための本発明の技術的な手
段は、移動可能なセツティングテーブルと、このセツテ
ィングテーブルを移動させる手段と、上記セツティング
テーブルに回転可能に支持されたロータリテーブルと、
このロータリテーブルの回転位置決め機構と、この回転
位置決め機構上に順次設けられ、互いに直交する２軸の
直線位置決め機構と、上部の直線位置決め機構に回転可
能に支持され、一方の直線位置決め方向と平行な回転軸
を有し、ワークを支持するワークロータリテーブルと、
このワークロータリテーブルを回転させる手段と、上記
ワークロータリテーブルに支持されたワークに工具を常
にワークの非球面形状の法線方向から一定圧力で押し当
てるようにして加工を行う加工装置と、上記ワークに測
定子を接触してワークの微小変位を検出する測定装置と
を備え、上記セツティングテーブルの移動及び上記各位
置決め機構の組合わせ動作によりワークを移動させ、上
記加工装置によりワークの加工を行い、測定装置により
ワークの形状測定を行うように構成したものである。

作　　用 上記技術的手段による作用は次のようになる。

すなわち、ワークの非球面形状の加工を微小面積の定圧
切込み加工方式で行い、しかもワークを取り外すことな
く、形状を高精度に測定できるので、測定データに基づ
いた“形状補正加工が可能となり、従ってあらゆる材質
に対して高精度の加工を実現することができる。

実施例 以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明
する。第１図乃至第４図は本発明の一実施例における非
球面加工測定装置を示し、第１図は一部破断乎面図、第
２図は一部破断左側面図、第３図及び第４図はそれぞれ
加工装置の例を示す斜視図、第５図は加工動作説明図、
第６図は測定動作説明図である。

第１図及び第２図に示すように架台１にセツティングテ
ーブル２がニードルベアリング３により水平方向に移動
可能に支持されている。セツティングテーブル２にはボ
ールねじ４が螺合され、このボールねじ４の両側部は架
台１上に取付けられた支持部材１ｍ（一方は図示省略）
に回転可能に支持され、突出端部に摘みイ麿が取付けら
れている。従って摘み４ａによりボールねじ４をいずれ
かの方向に回転させることによりセツティングテーブル
２を移動させて位置決めすることができる。

このセツティングテーブル２の移動距離はスケール５に
より計測される。セツティングテーブル２に空気軸受６
が固定され、空気軸受６によりロータリテーブル７が高
精度に回転し得るように支持され、ロータリテーブル７
の上部はセツティングテーブル２の孔２ａより上方へ突
出されている。

ロータリテーブル７は回転位置決め１構８により回転さ
れ、位置決めされる。この回転位置決め機構８について
説明すると、空気軸受６の下側の支持枠９の外端部にモ
ータ１０が支持され、このモ°−夕１０の出力軸上に取
付けられた摩擦ローラ１１がロータリテーブル７の下側
の筒状部７ａの内面に接触されている。支持枠９の中央
部にはロータリエンコーダ１２が支持されている。従っ
てモータ１０のＩ［４により摩擦ローラ１１が回転され
、これに伴いロータリテーブル７がθ軸で回転され、ロ
ータリエンコーダ１２によりロータリテーブル７の回転
位置が検出される。ロータリテーブル７上にはＺ軸方向
とＸ軸方向の水平方向で直交する２軸の直線位置決め機
構１３．１４が順次搭載されている。Ｚ軸直縁位置決め
機構１３は、ロータリテーブル７上に固定台１５が取付
けられ、固定台１５上に可動台１６が２軸方向に移動可
能に支持され、固定台１５の端部にモータ１７が支持さ
れ、モータ１７と可動台１６が例えば、雄ねじと雌ねじ
を用いた動力伝達手段（図示省略）により連係されてい
る。従ってモータ１７の駆動により動力伝達手段を介し
て可動台１６が２軸方向に移動される。Ｘ軸直線位置決
め機構１４は、Ｚ軸直縁位置決め機構１ａの可動台１６
上に固定台１８が取付けられ、固定台１８上に可動台１
９がＸ軸方向に移動可能に支持され、固定台１８の端部
にモータ２０が支持され、モータ２０と可動台１９が例
えば、雄ねじと雌ねじを用いた動力伝達手段（図示省略
）により連係されている。従ってモータ２０の駆動によ
り動力伝達手段を介して可動台１９がＸ軸方向に移動さ
れる。Ｘ軸直線位置決め機構１４の可動台１９上には支
持台２１が取付けられ、支持台２１にはワークロータリ
テーブル２２が回転軸を水平方向で、かつＺ軸と平行と
して回転可能に支持されている。支持台２１にはモータ
２３が支持され、モータ２３の出力軸（図示省略）がワ
ークロータリテーブル２２に連係されている。ワークロ
ータリテーブル２２にはワーク２４が支持される。従っ
てモータ２３を駆動することによりワークロータリテー
ブル２２及び７−ク２４が回転される。

架台１上にはコラム２５が立設され、コラム２５の上部
の水平方向突出部２５ａには加工装置２６と測定装置２
７が支持されている。加工装置２６の一例について第３
図を参照して説明すると、支持フレーム２８に可動フレ
ーム２９が互いに設けられた断面Ｖ字状の案内突条３０
と案内ｍ３１の係合により摺動可能に支持されている。

可動フレーム２９には回転軸３２がその軸心を摺動方向
に向けて回転可能に支持され、回転軸３２に工具３３が
取付けられている。可動フレーム２９にはモータ３４が
支持され、モータ３４の出力軸が回転軸３２に連係され
ている。従ってモータ３４の駆動により回転軸３２及び
工具３ａが回転される。

支持フレーム２８と可動フレーム２９の間には圧縮ばね
３５が介在され、可動フレーム２９、工具３３等が圧縮
ばね３５の弾性に抗して支持フレーム２８に対し後退し
得るようになっている。この加工装置２６はその支持フ
レーム２８が第１図及び第２図に示すように支持部材３
６に水平方向に微動可能に支持され、支持部材３６がコ
ラム２５の突出部２５蟲に案内部材３７と案内凹部３８
により上下方向に微動可能に支持され、水平方向と上下
方向にそれぞれマイクロメータへラド３９゜４０により
微動されるようになっている。

加工装置２６の他の例について第４図を参照して説明す
ると、支持フレーム４１の内側に可動フレーム４２が互
いに設けられた断面Ｖ字状の案内溝４３と案内突条４４
の係合により摺動可能に支持されている。工具３ａを保
持したホルダ４５が可動フレーム４２の内側で複数の電
歪素子４６と複数の弾性体４７（図示例ではいずれも２
個）により挾持されている。従って電歪素子４６に印加
する電圧を制御することにより弾性体４７の変形と復元
力を利用してホルダ４５及び工具３３の姿勢が変わるよ
うに揺動させることができる。支持フレーム４１と可動
フレーム４２の間には圧縮ばね４８が介在され、可動フ
レーム４２、工具３３等が圧縮ばね４８の弾性に抗して
支持フレーム４１に対し後退し得るようになっている。

この加工装置２６も上記加工装置２６と同様にコラム２
５の突出部２５ａに支持される。

第１図及び第２図に示すように測定子４９を保持したホ
ルダ５０は加工装置２６と同様に支持部材５１に水平方
向に微動可能に支持され、支持部材５１がコラム２５の
突出部２５ａに案内突部５２と案内凹部５３により上下
方向に微動可能に支持され、水平方向と上下方向にそれ
ぞれマイクロメータヘッド５４．５５により微動される
ようになっている。この測定装置２７は願主装置２６に
対し、一定の間隔で配置されている。

次に上記実施例の動作について説明する。

まず、上記のようにボールねじ４を回転させ、セツティ
ングテーブル２、ロータリテーブル７、Ｘ軸直線位置決
め機構１３、Ｘ軸直線位置決め機構１４、ワークロータ
リテーブル２２等を一体に移動させ、ワークロータリテ
ーブル２２に支持したワーク２４を加工装置２６の工具
３３に対峙させる。次に上記のように回転位置決め機構
８のモータ１０を駆動し、ロータリテーブル７、Ｘ軸直
線位置決め機構１３、Ｘ軸直線位置決め機構１４、ワー
クロータリテーブル２２等をθ軸で回転させ、Ｘ軸直線
位置決め機構１４の作動によりワークロータリテーブル
２２等をＸ軸方向へ移動させ、２軸直線位置決め機構１
３の作動によりＸ軸直線位置決め機構１４、ワークロー
タリテーブル２２等をＸ軸方向へ移動させる。これらの
組合わせ動作による位置決めにより第５図に示すように
ワーク２４の加工点ＷＰを工具３ａに一致させ、工具３
３を必要に応じマイクロメータヘッド３９゜４ｏにより
位置調整し、工具３３が圧縮ばねａ５（第３図参照）、
若しくは圧縮ばね４８（第４図参照）の復元弾性により
ワーク２４に対し一定圧力で押圧するようにする。次に
上記のようにモータ２３の奮励によりワーク２４を回転
させると共に、工具３３をモータ３４の駆動により回転
させ（第３図参照）、若しくは電歪素子４６に対する電
圧の制御により揺動させ（第４図参照）、ワーク２４自
身の回転速度と工具３３の回転速度、若しくは揺動によ
る移動速度によって加工を進行する。揺動の場合は、単
なる揺動ではなく、工具３３のワーク２４への押し当て
る方向が常にワーク２４の所望形状の法線方向に一致す
るように制御する。また工具３３には、砥石を用いる場
合と砥粒を外部から供給する場合とがある。ワーク２４
の加工される量は工具３３の種類、ワーク２４の回転速
度、工具３３の移動速度、加工時間、工具３．３のワー
ク２４に対する圧力などの加工条件によって制御するこ
とができるので、後述する形状測定結果に基づいて加工
条件を選定し、順次、加工位置を上記Ｘ％Ｚ１θ方向の
移動によりずらせ、加工することによって極めて高精度
な加工を行うことが可能である。

次に非球面形状の測定動作について説明する。

まず、上記のようにボールねじ４の回転によりセツティ
ングテーブル２、ロータリテーブル？、Ｘ軸直線位置決
め機構１３、Ｘ軸直線位置決め機構１４、ワークロータ
リテーブル２２等を一体に移動させ、ワークロータリテ
ーブル２２に支持したワーク２４を測定装置２７の測定
子４９に対峙させる。次にＸ軸直線位置決め機構１４．
２軸直線位置決め１構１３の作動によりワーク２４の加
工面をロータリテーブル７の中心から基準半径Ｒの球面
上に位置決めする。次にマイクロメータヘッド５４．５
５により測定子４９を微動させてワーク２４に押し当て
、上記のようにモータ１０の駆動によりワーク２４をθ
軸で回転させ、基準半径Ｒの球面からのワーク２４の形
状の偏差を検出する。このθ軸にあける偏差のデータか
ら所望非球面形状からの誤差を算出する（極座標式測定
方法）。

この測定の際はθ軸のみの位置決めであるので、極めて
高い測定精度を達成できる。そして誤差がある場合には
、上記と同様にして形状補正加工を行う。

なお、測定装置２７は第５図に示す工具３３に替えて測
定子４９を用いた構成を採用することによりＸ、Ｚ、θ
軸の位置決めによる測定も可能である。

発明の効果 以上述べたように本発明によれば、セツティングテーブ
ルの移動及び回転位置決め機構、互いに直交する２軸の
直線位置決め機構の組合わせ動作によりワークを移動さ
せ、ワークに工具を一定圧力で押し当てるようにした加
工装置によりワークの加工を行い、若しくは測定装置に
よりワークの形状測定を行うように構成している。この
ようにワークの非球面形状の加工を微小面積の定圧切込
み加工方式で行い、しかも加工装置と測定装置を一体化
して加工、測定を繰り返す際のセツティングの誤差が生
じないようにしているので、高精度な測定に基づいて加
工制御を行うことができ、あらゆる材質に対して高精度
の加工を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第６図は本発明の一実施例における非球面加
工測定装置を示し、第１図は一部破断乎面図、第２図は
一部破断左側面図、第３図及び第４図はそれぞれ加工装
置の例を示す斜視図、第５図は加工動作説明図、第６図
は測定動作説明図である。 ２・・・・・・セツティングテーブル、７・・・・・・
ロータリテーブル、８・・・・・・回転位置決め機構、
１ａ・・・・・・Ｘ軸直線位置決め機構、１４・・・・
・・Ｘ軸直線位置決め機構、２２・・・・・・ワークロ
ータリテーブル、２４・・・・・・ワーク、２６・・・
・・・加工装置、２７・・・・・・測定装置、３３・・
・・・・工具、４６・・・・・・電歪素子、４７・・・
・・・弾性体、４９・・−・・・測定子。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名２１
セシテインプｆ−プレ 第２図 第３図

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）移動可能なセッティングテーブルと、このセッテ
   ィングテーブルを移動させる手段と、上記セッティング
   テーブルに回転可能に支持されたロータリテーブルと、
   このロータリテーブルの回転位置決め機構と、この回転
   位置決め機構上に順次設けられ、互いに直交する２軸の
   直線位置決め機構と、上部の直線位置決め機構に回転可
   能に支持され、一方の直線位置決め方向と平行な回転軸
   を有し、ワークを支持するワークロータリテーブルと、
   このワークロータリテーブルを回転させる手段と、上記
   ワークロータリテーブルに支持されたワークに工具を常
   にワークの非球面形状の法線方向から一定圧力で押し当
   てるようにして加工を行う加工装置と、上記ワークに測
   定子を接触してワークの微小変位を検出する測定装置と
   を備え、上記セッティングテーブルの移動及び上記各位
   置決め機構の組合わせ動作によりワークを移動させ、上
   記加工装置によりワークの加工を行い、若しくは測定装
   置によりワークの形状測定を行うように構成したことを
   特徴とする非球面加工測定装置。
2. （２）加工装置が回転可能に支持された工具と、この工
   具の回転駆動手段を有する特許請求の範囲第１項記載の
   非球面加工測定装置。
3. （３）加工装置が工具と、この工具を両側より支持する
   弾性体及び電歪素子を有し、電歪素子への印加電圧を制
   御することにより工具を微小に揺動させるように構成さ
   れている特許請求の範囲第１項記載の非球面加工測定装
   置。
4. （４）ワークをロータリテーブルの中心から基準半径の
   位置に位置決めし、ロータリテーブルを回転位置決め機
   構により回転させて基準半径の球面からのワークの形状
   の偏差を測定し、所望非球面形状からの誤差を算出する
   特許請求の範囲第１項記載の非球面加工測定装置。
5. （５）ワークを２軸の直線位置決め機構と回転位置決め
   機構により位置決めし、直接非球面形状からの誤差を測
   定する特許請求の範囲第１項記載の非球面加工測定装置
   。