JP2000512566A - 電気・機械アクチュエータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 それぞれが電気信号に呼応して往復変位を行う一対の同じ装置と、これらの装置に連結されてその変位を一連の往復変位に変換するリンク手段とを具え、前記リンク手段と前記装置との間は、リンク手段によって生じた各変位に対して前記装置が反対方向の変位を生じるように連結されている、アクチュエータ。

Description

【発明の詳細な説明】 電気・機械アクチュエータ 本発明は制御可能なアクチュエータに関し、更にこのようなアクチュエータを 使用した工作機械にも関する。 非常に高速な且つ制御可能な運動を行うことが必要な適用例が存在している。 その一例は、非軸対称面を機械加工する際の切削工具の運動である。その他の例 としては、磁気ディスクや光ディスクを読み取る際の読取ヘッドの運動等が挙げ られる。 本発明は、迅速で正確な往復運動を行うことのできるアクチュエータを提供す ることに関する。 本発明の第１の形態によれば、それぞれが電気信号に呼応して往復変位を発生 させる一対の同じ装置と、該装置に連結されてそれぞれの装置の変位を一連の往 復変位に変換するリンク手段とを具え、該リンク手段と前記装置との間の連結は 、前記リンク手段によって発生したそれぞれの変位に対して、前記装置が反対方 向の変位を発生するように構成されているアクチュエータが提供される。 既に述べたように、このようなアクチュエータの重要な利用分野は、コンタク ト・レンズの製造にあることが判っている。長年にわたって、コンタクト・レン ズの製造にはダイヤモンドの回転機械が使用され、回転対称型のレンズが作られ ていることは周知である。しかし、多くの場合、コンタクト・レンズにおいては 、レンズが非回転対称型であることが必要である。例えば、非点収差を解消する ための放物面型コンタクト・レンズを得るには、レンズの対称回転プロセスとク リンプ加工とを組み合わせて、レンズをその軸の一つに沿って捩じることを要す る。このやり方は、多くの時間がかかると共に不正確であり、結果を予測するこ とが難しい。 非回転対称型表面は、回転機械を用い、スピンドル軸に沿って回転している表 面に対して、このスピンドル回転と同期して切削工具を付加的に運動させること によって形成できることは以前から知られている。 離軸放物面を軸を中心として回転させるのに要する工具の運動のための理論的 必要条件は、光学機器技術者協会（Society of Photo-Optical Instrumentation Engineers）の会報第９３巻に発表されたD.C．Thompsonの論文中で述べられて いる。テネシー大学のSpivey Stevens Douglassによって１９８４年に発表され た「非対称的でない表面を回転させるための機械加工システム」なる題名の博士 論文(PhD thesis)は、D.C．Thompsonによって与えられた理論的研究論文の実用 化について述べている。この論文は、ｘスライド上に装着された迅速サーボ工具 として公知の機構を有するｘ−ｙ旋盤について述べている。即ち、迅速サーボ工 具は、旋盤のスピンドルの回転に同期した制御された小さな運動と旋盤の主要部 品によって付与される通常の運動の両者を行うことができる工具である。 D.C．Thompsonの論文とSpivey Stevens Douglassの博士論文が発表されて以来 、コンタクト・レンズの大量生産に使用可能な円環面を回転させることが可能な 迅速サーボ旋盤を提供する多くの試みが行われてきた。コンタクト・レンズの製 造の際に発生する他の問題の検討に入る前に、放物面の鏡の製造も商業的に重要 であり、この鏡を回転させるにはレンズを回転させる場合と実質的に同じ問題が 存在することを認識すべきである。したがって、本発明はすべての非球形回転面 の製造に適用可能である。 米国特許明細書第4,680,998号には、コンタクト・レンズの製造に使用される 旋盤が開示されている。この旋盤はRho-θ旋盤と呼称され、回転しているレンズ に対する工具の運動が一つの主要直線成分を有し、工具運動の第２主要成分が円 弧状である点で、ｘ−ｙ旋盤とは異なっている。ｘ−ｙ旋盤とRho-θ旋盤は、両 方とも、迅速工具サーボ機構が開発されるずっと以前から回転作業に使用されて いた。ｘ−ｙ旋盤のｘ−ｙスライドによる工具の運動、又はRho-θ旋盤の円弧状 及び直線状運動は、本明細書中では以後はマクロ運動（macro-movement）と呼称 する。円環面又は非回転対称面を形成する場合には、例えばD.C．Thompsonの論 文に述べられているように、切削工具には、旋盤のスピンドルの回転に同期した 付加的なミクロ運動（micro-movement）が与えられる。 コンタクト・レンズの大量生産の際に生じる主な問題は、満足するべき処理量 を得るために、旋盤スピンドルの回転速度を高くする必要があることである。旋 盤の通常の２本のマクロ軸に加えて、既に述べたように、工作機械の制御システ ムに更に２本の運動軸を組み入れる必要がある。第１の軸は切削工具のミクロ運 動をスピンドルの回転に同期させるのに必要である。制御しなければならない第 ２の更に難しい運動は、スピンドル軸における迅速工具サーボ機構のミクロの直 線運動の範囲である。旋盤スピンドルの回転が速いので、工具ホルダのマクロ運 動も非常に速い。更に、真に平滑なレンズ面を形成するには、この運動を、特に ダイヤモンド工具の切削位置を正確且つ再現性良く制御しなければならない。迅 速工具サーボ機構のミクロ運動が充分に正確に制御されていれば、最終製品が一 回の回転作業で機械加工可能であり、或る場合には後続する研磨の必要もなくな ると言う利点が得られる。 本発明の第２の形態によれば、非軸対称面を機械加工するための旋盤が提供さ れ、この旋盤は、被加工物に回転対称面を機械加工することができるように旋盤 スピンドルの上に装着された被加工物に対して切削工具ホルダを移動させる手段 と、旋盤スピンドルの回転に同期して切削工具ホルダに付加的な運動を付与して 、被加工物に非回転対称面を切り出すための迅速工具サーボ手段とを具え、工具 ホルダを移動させる前記手段は圧電アクチュエータを具えている。 本発明が更によく理解されるように、添付の図面を参照して一実施例を説明す る。 図１は、ｘ−ｙ旋盤の模式的平面図である。 図２は、実際の旋盤の側面図である。 図３は、図２の旋盤の迅速サーボ工具の斜視図である。 図３Ａは、旋盤のスプリング軸に沿う垂直面における図２の旋盤の迅速サーボ 工具の側断面図である。 図４は、図３ＡのＩＶ−ＩＶ線の方向に見た迅速工具サーボ機構の背面図であ る。 図５Ａと５Ｂは、それぞれ、図３と４の迅速サーボ工具に使用される制動機構 の側面図と正面図である。 図６は、多工具ヘッドの一実施例の平面図である。 図７は、図３と４の迅速工具サーボ機構に使用される制御システムのブロック ・ダイアグラムである。 図８は、図１と２の旋盤に使用される制御回路の全体を示すブロック・ダイア グラムである。 図９は、図８の回路の一部のブロック・ダイアグラムの詳細図である。 図１０は、図９の一部を形成する回路のブロック・ダイアグラムである。 図１１は、Rho-θ旋盤の模式的平面図である。 図１には、レンズの素材を取付けることができるコレット３を有するスピンド ル２を具えた旋盤１が示されている。スピンドル２は、ｚ軸に沿う制御された運 動を行うことのできる直線的スライド４上に装着されている。前記スライド４の 運動方向に垂直なｘ方向に制御可能に可動なスライド７上に担持された迅速工具 サーボ機構６に、ダイヤモンド・ポイント切削工具５が取付けられている。こう して、スライド４と７は、回転対称表面を形成するのに使用可能なタイプの前記 工具のマクロな通常の運動を提供し、一方、前記迅速工具サーボ機構６が非軸対 称又は環状の表面を形成するのに必要なミクロな運動を行う。シャフト・エンコ ーダ８は、旋盤のスピンドルの回転と同期した信号を発生する。 図２は本発明の一実施例によって構成された実際の旋盤の主要構成部分を示す 側面図である。この図においては、図１と同じ符号が同じ部品を示すのに使用さ れている。符号２０は、旋盤の作業のオン・オフを制御するスイッチ制御盤２１ と共に旋盤のオペレータによって、入力パラメーター等を表示するのに使用され るビデオ表示ユニットを示している。この旋盤の主要構成部品には、図１に示さ れているように、被加工物としてレンズ用素材を装着可能な従来型のコレットを 担持してｚ方向に動き得るようにｚスライド４上に取付けられたスピンドル２が 含まれている。前記被加工物に対向して、後で詳述する迅速工具サーボ機構６が 設けられている。この迅速工具サーボ機構はダイヤモンド切削工具を具え、旋盤 のｘスライド７上に取付けられている。ｚスライドと同様に、このｘスライドの 構成も従来のものと全く同じである。 この旋盤の前記主要スライド４と７の運動は、従来のやり方と全く同様に得ら れる。即ち、各スライドは、直流モーターによって駆動される回転ねじの上に装 着されたナットによって動かされる。旋盤の本体には、各スライドに隣接して８ ナノメーター回折格子が取付けられている。この格子に照射される光はスライド 上のセンサで反射され、これらのセンサはスライドが格子に対して移動するにつ れて干渉縞を計数する。こうして得られた信号は、フィードバック制御ループに 使用されて、関連する直流モーターの回転を制御する。前記ねじ、ナット、格子 及びセンサの構成は従来からあり、本発明の一部を構成するものではない。 添付図面の図３は、図３Ａと４と共に迅速工具サーボ機構６の詳細を示してい る。この迅速工具サーボ機構の内部には、一対の圧電素子積層体即ちアクチュエ ータ３１が装着され、各積層体は複数の圧電素子で構成されている。これらのア クチュエータ積層体は、横方向部材３３とレバー・アーム３４とを有するＴ型レ バー３２に作用を及ぼす。このＴ型レバーのレバー・アーム３４の下端は頑丈な 金属製の連結部材３５によって工具ビーム３６に連結され、該工具ビームにはダ イヤモンド切削工具が装着されている。この工具ビーム３６は矢印Ａの方向に水 平運動可能であり、この方向はｚスライド４のｚ軸及びスピンドル２の回転軸に 平行になっている。この金属製の連結部材は一枚の金属シートであってもよいが 、本実施例においてはスプリング用スチールの一対の平行なストリップによって 形成されている。前記工具ビーム３６は工具ポスト３６’を有し、符号３６Ａと ３６Ｂで示された二組の垂直スプリング又は靱帯によって工具がそこに装着され て支持され、該スプリングは水平運動に対する抵抗を与えると共に、運動方向に 剛性を付与するように作用している。これらの垂直スプリングは、迅速工具サー ボ機構のベース・プレートにしっかりと取付けられている。図４から判るように 、Ｔ型ビームは二つの垂下したアーム３４を有し、これらのアームは翼付きダン パー４９を担持しており、その目的については更に後述する。 アクチュエータ３１は、前記迅速工具サーボ機構の側壁３９に固定されたベー ス・プレート３８上に取付けられている。このアクチュエータ３１は、横部材３ ３とベース・プレート３８との間に後述するように引っ張り状態で保持され、こ の横部材３３は複合構造を有している。即ち、横部材３３は一対の平行なバー又 はブロック４０，４１で構成されている。アクチュエータ３１の上面と二つのブ ロック（４１）の下面との間には、一対のローラー・バー４２が挟まれている。 もう一つのローラー・バー４３が前記ブロック４０と４１の間に挟まれ、調節ボ ルト４４が上部ブロック４０に設けられたねじ孔に螺合している。各ローラー・ バーは、円形断面を有する金属ロッドで構成されている。この横部材は、横ピン ４６に固定された金属製撓み材４５を引っ張り状態に保持するねじ山付きボルト ４４を有する構成になっている。この金属製撓み材４５は下部のバー４３のスロ ット４３’を貫通して延在し、上部のバー３３に保持されている。このようにし て、アクチュエータ３１は、ボルト４４とローラー・バー４１とを介して下部の バー４３に作用する上部のバー３３とベース・プレート３８との間に、前記金属 製撓み材４５によって加えられる弾性力によって圧縮状態で保持される。図３Ａ に、レバー３４の動きが矢印Ａによって示されている。 アクチュエータ３１を横部材３３とベース・プレート３８との間に保持してい る張力は、ボルト４４を使用して調節可能である。この迅速工具サーボ機構の側 壁３９には、ブロック４７が装着され、撓み材４８によって下部ブロック４０に 連結されている。撓み材４５と４８はシート状金属ストリップで構成されている 。 前記の構成においては、アクチュエータ３１の交互の変位が横ビーム４１に伝 達され、次いで、下部バー４１の浅い横方向溝内に位置して撓み材４５の張力に よって保持されているローラー・バー４２を介して、アーム３４に伝達される。 Ｔ字型レバーがアクチュエータの変位を増幅する機械的比率は、ローラー・バー 同士の間隔とアーム３４の長さとによって決まり、この実施例の場合には約１０ 又は１１から１の範囲にある。 この迅速工具サーボ機構の作動の際には、アクチュエータ３１には交互に逆位 相の数百ボルト程度の電圧が印加され、一方のアクチュエータが膨張すると他方 のアクチュエータが収縮するようになっている。各圧電アクチュエータは正の電 圧を印加されると収縮し、負の電圧を印加されると膨張する。その結果、Ｔ字型 レバー３２は撓み材４５によって規定される中心軸を中心として揺動し、工具ビ ーム３６に旋盤のｚ軸に平行な高度に制御された短い直線運動を与える。工具ビ ーム３６の位置、したがって切削工具の位置は、リニア電圧差動変圧器（ＬＶＤ Ｔ）として公知の装置によって計測される。このＬＶＤＴは図３に符号５０で示 され、ピックアップ・コイルに対して工具ビーム３６と共に動き、その変位に対 応する出力信号を発生する中心シャフトを具えている。この装置５０は従来か ら公知のものである。 工具ビーム３６は、迅速工具サーボ機構のベース上に装着された一対のスライ ド・プレート３６”の間に往復運動可能に取付けられ、該スライド・プレート上 にＬＶＤＴ５０の固定部分が固定されている。 図５Ａは翼付きダンパー４９の一つの側面図を示す。この翼付きダンパーは０ ．２５ｍｍの厚さのベリリウム銅の板で作られ、取付けボルト３８によって工具 ポストのベースに固定されている各ダンピング・ブロック４９’のスロットに装 着されている。ダンピング・ブロックのスロットには１０，０００センチストー クスの制動流体も入っており、その結果、この翼付きダンパーは、運動軸方向に は非常に抵抗性を示すが、他の軸方向には順応性を有するダンパーを提供する。 この順応性は、翼の厚さが０．２５ｍｍであることに起因して翼が曲がり易く且 つ撓み易いことによってもたらされる。更に、この０．２５ｍｍの厚さは、翼の 質量が小さいことを意味する。このことは、迅速工具サーボ機構が行わなければ ならない迅速な加速と減速のための重要な要件である。前記制動流体はシリコン をベースとするものであり、翼の各面とそれが関連する対向する制動面との間の 公称間隙は０．００８インチであることが好ましい。 添付図面の図６には、迅速工具サーボ機構６が他の四つの標準工具ホルダと組 み合わされてスライド４上に取付けられている多工具機構が示されている。この 実施例では、迅速工具サーボ機構のダイヤモンド切削工具が符号５５で示され、 従来型の工具ホルダが符号５２、５３、５４及び５６で示されている。工具ホル ダ５２は空であり、工具ホルダ５３は強力な湾曲面荒削り工具４３Ａを担持し、 工具ホルダ５４はベースの湾曲面仕上げ工具４４Ａを担持し、工具ホルダ５６は ベースの湾曲面荒削り工具４５Ａを担持している。これらの補助工具は非円環面 の機械加工に使用可能であり、図示の構成によれば、コンタクト・レンズをその 素材から仕上げ状態まで、工具ヘッドを交換することなしに機械加工することが できる。符号５７は従来型のＬＶＤＴプローブを示し、レンズ素材の位置を計測 するのに使用することができる。 添付図面の図７を参照して、工具ビーム３６の往復運動を得るために圧電アク チュエータを制御するやり方を説明する。工具ビーム３６の運動の正確性が最も 重要であることは判るであろう。この必要な正確性を得ることに伴うもう一つの 問題点は、公知のように、圧電変換器の変位は印加される電圧に対して直線的で ないことである。しかし、この変位は、圧電素子の電荷に関しては殆ど直線的で ある。即ち、圧電変換器に直列に接続された既知の値のコンデンサにかかる電圧 は圧電アクチュエータ上の電荷を示し、この電荷信号は、電圧よりもむしろ電荷 を調整できるように制御ループへのフィードバック信号として使用可能である。 このように、電圧ではなく圧電アクチュエータ上の電荷を制御することによって 、操作の直線性が改善される。直線性と電荷との間のこの関係は、圧電アクチュ エータが電気的に可変コンデンサのように振る舞うことから得られる。この実施 例では、基準コンデンサ６０と６１が前記一対の圧電アクチュエータ３１に直列 に接続されている。こうして、圧電アクチュエータの電荷に何か変化が生じると 、それに連携する基準コンデンサの電荷にも対応する変化が生じる。各圧電アク チュエータの静電容量は変化するが、これに関連する基準コンデンサの静電容量 は一定のままなので、各基準コンデンサ６０と６１にかかる電圧は、それに関連 する圧電アクチュエータの電荷に比例する。こうして、各圧電アクチュエータの 変位は、その基準コンデンサにかかる電圧とほぼ直線的な関係となる。したがっ て、この実施例では、基準コンデンサ６０、６１の電圧がフィードバック・ルー プに使用されて、これらに関連する圧電アクチュエータの変位を制御する。基準 コンデンサの静電容量がこれに関連する圧電アクチュエータの静電容量に比べて 大きい場合には、圧電アクチュエータとコンデンサの組合せにかかる電圧の殆ど は圧電アクチュエータにかかる。各アクチュエータは数百ボルトになるまで駆動 されるが、大きい基準コンデンサが存在しているので、フィードバック・ループ のための電圧は通常の信号のレベルである数ボルトまで減少する。 図７に示されているように、圧電アクチュエータは関連する高電圧増幅器６２ 、６３によって駆動される。前記アクチュエータ／基準コンデンサの対を駆動す るのに使用される高電圧増幅器のタイプに応じて、各基準コンデンサはアースに 対して数百ボルトで作動する。電圧を検出するための基準コンデンサへのすべて の接続部は、高電圧回路の負荷を回避するために高いインピーダンスを有するこ とが必要である。一対の分圧器によって基準コンデンサの電圧を測定し、関連す る 増幅器に達する同相モード電圧を減少させることが可能である。しかし、分圧器 ネットワーク内の抵抗を良好な共通モード阻止性能に適合させることは難しく、 得られたＳＮ比には問題がある。この実施例では、基準コンデンサ６０と６１に またがって取付けられた一対のアイソレーション増幅器６４と６５が使用されて いる。これによって、高インピーダンスと良好な共通モード阻止性能の両方が得 られる。前記アイソレーション増幅器６４と６５の出力は各加算回路６６、６７ に入力され、そこで旋盤全体の主制御システムからのエラー信号と位置センサ５ ０から発せられた位置信号の両者に組合せられる。アクチュエータ３１が逆位相 で作動する場合には、一方のアクチュエータの制御回路にはインバータ６８が組 み入れられる。 電荷ループの測定は、通常は開ループ方式で使用される圧電アクチュエータを 線形化するのに使用可能であるが、位置ループ制御と組み合わされた場合には大 きな利点が得られる。 圧電アクチュエータとその基準コンデンサは幾らかの漏洩があることも知られ ている。この漏洩は、コンデンサと並列接続された抵抗器として働き、このコン デンサを放電させる傾向がある。圧電アクチュエータの漏洩はきわめて少なく、 基準コンデンサも少ない漏洩で利用可能である。しかし、基準コンデンサがゼロ になるまで放電した場合にも、高電圧増幅器が十分な電圧を圧電アクチュエータ に供給することができるので、位置ループはなお位置を維持することが可能であ る。実際に、基準コンデンサからのフィードバック電圧がゼロの場合、電荷ルー プは、単に、位置ループのゲインと直列に接続された負荷ゲインとして作動する 。アクチュエータが基準コンデンサより早く放電した場合には、高電圧増幅器か らの実質的にすべての利用可能な電圧は基準コンデンサにかかり、アクチュエー タは動かない。これを防ぐために、この実施例は各基準コンデンサに意図的に付 加された漏電用抵抗器を設け、基準コンデンサがそれに関連するアクチュエータ よりも早く放電するようにしている。これらの漏電抵抗器又は分流器は、図７に 符号６９で示されている。 この分流抵抗器６９を基準コンデンサに付加したことによっても、始動時にお ける初期条件の問題が解消する。回路のスイッチを入れる前に、圧電アクチュエ ー タとそれに関連する基準コンデンサの電荷の間に不適合が存在することがある。 その差が大き過ぎる場合には、電荷ループに大きなエラー信号が発生し、電荷ル ープは始動段階で飽和するであろう。位置ループがアクチュエータを駆動して正 しい位置に動かそうとするにもかかわらず、アクチュエータは一方又は他方の端 まで移動してしまうであろう。分流抵抗器は、基準コンデンサからのフィードバ ック信号を実質的にゼロにまで減少させ、位置ループがアクチュエータを駆動し て正しい位置に動かすことができるようにするであろう。 この迅速工具サーボ機構が作動する際には、位置センサ５０からの位置信号は ピーク・サンプリング技術を利用して復調可能であり、帯域幅が搬送周波数によ って制限されないようにすると共に、フィードバック・ループにおける位相のず れが無視可能となるようにしている。この実施例では、回路７０において簡単な 復調が行われる。この位置の出力信号は加算結合部７１に供給され、この加算結 合部において旋盤の主制御システムから加算結合部の入力部７２に供給される目 標とするアナログ位置信号と比較される。得られたライン７３上のエラー信号は 、回路７４を経て増幅器６２と６３を駆動する。この回路はフォワード・ループ ・コントローラとして公知であり、このアクチュエータの後続する駆動回路の特 性と、迅速工具サーボ機構の物理的制限条件に合致したものである。この回路は 、進相回路、低周波フィルタ、この迅速工具サーボ機構の固有振動数に合わせて 同調されたノッチ・フィルタを具えている。 前述したことから、この迅速工具サーボ機構は旋盤のｘ，ｙのスライド運動に 慎重に同期せしめられ、正確度を維持することが重要なことが判るであろう。前 述のように、迅速工具サーボ機構のフィードバック制御ループは、ｘ，ｚのスラ イド制御とは別個のものである。しかし、ダイヤモンド切削工具の直線運動は、 旋盤の主スピンドルの回転に同期させて、円環面の機械加工を可能にすることが 重要なことが判るであろう。これはシャフト・エンコーダ８と旋盤の全般的制御 回路とによって可能である。このエンコーダは増分エンコーダであり、スピンド ル２の端部に装着されている。 この全般的制御回路について、図８を参照して詳細に説明する。 この制御システムは、ＰＭＡＣ（商標）コントローラ８０として公知のもので ある。ＰＭＡＣとは、「プログラム可能な多軸コントローラ（Programmable Mul ti Axis Controller）」を意味し、このコントローラ８０は米国のDelta Tau Co rporationによって製造されている。該コントローラ８０は、コントローラ全体 のための時間ベースのマスタ信号を発するシャフト・エンコーダ８からの入力信 号を受ける。このようにして、ＰＭＡＣがｘ、ｚ軸方向の旋盤の操作と迅速工具 サーボ機構の直線運動の両方を制御する運動プログラムを実行する場合、その実 行速度はマスタ・エンコーダの周波数に正比例する。こうして、実行に際してＰ ＭＡＣコントローラ８０は時間に基づくマスタ信号からのすべての偏差を自動的 に取り扱い、正比例の実行速度を決定する。この技術によって、素材に対する切 削工具の全軌跡をオフラインで計算することが可能になる。この実施例における 円環面形状を切削形成する手順は次の通りである。迅速工具サーボ機構とｘ、ｙ スライドの制御に必要なすべての軌跡情報は機械加工の前に作られて、符号８１ で示されたジョブ・ファイル８１に記憶される。このジョブ・ファイルは汎用コ ンピュータ８６によって形成される。このジョブ・ファイルの内容は、デュアル ・ポートＲＡＭ８１を介してＰＭＡＣコントローラ８０のロータリ・バッファ８ ３に入力される。このバッファ８３は、基本的には必要な座標を記憶し、シャフ ト・エンコーダ８から信号に基づいてクロック回路８４にによっ形成された時間 ベースのクロックと同期して、これらの座標を読み出す。ＰＭＡＣ８０は、旋盤 のｚ軸とｘ軸のマクロな運動と迅速工具サーボ機構のミクロな運動のための制御 信号を計算するだけでなく、切削工具の軌跡の各点がプログラムされなくてもよ いように、スプライン補間モードも含む制御プロセッサ８５を具えている。この 実施例では、スプライン補間モードは一つのプログラム点について９個の中間点 を計算する。したがって、一回転毎に２４のプログラム点を使用することによっ て、即ち１５°毎に一つの点を使用することによって、最悪の補間誤差を無視し 得るものとすることができる。 前述の実施例は、レンズの素材の子午線の向きを制御して±１°より良好にす る能力も持っている。これは、制御システム内で時間ベースを凍結することによ ってスピンドルの位置を捕捉し、この捕捉されたスピンドル位置をジョブ・ファ イルに記憶されているプログラムされた子午線の向きと比較することによって得 ら れる。この比較は、コントローラ内の比較レジスタで行われる。必要な向きに関 してスピンドルの位置が確立されると、比較レジスタの出力によって時間ベース がスタートし、被加工物スピンドルとの同期が確かなものとなる。 図９にコントローラ８０が更に詳細に示されている。基本のＰＭＡＣコントロ ーラは８本の軸を制御することができる。この実施例では、３本の軸、即ち旋盤 のｘとｙ軸及び迅速工具サーボ機構の運動を表すｗ軸の制御だけが必要である。 図９において、デュアル・ポートＲＡＭ８１’からの入力は符号８７で示され ている。ホスト・コンピュータ８６からの入力は符号８８で示されている従来型 のバスを通じてコントローラ８０に供給される。図８では軌跡制御回路８５とし て示されているコントローラ８０の出力は、図９でも符号８５で示されている。 標準型のＰＭＡＣコントローラには、ＤＳＰゲート型の四つの同じゲート回路 が存在している。この実施例では、これらのゲート回路の中で、その三つの軸ｘ 、ｙ、ｗのそれぞれに対して一つずつ三つのゲートが使用されている。図９に符 号８９で示された一つだけのＤＳＰゲート回路について更に詳細に述べるが、旋 盤のｘ及びｚ軸を制御するための他の二つのゲート回路の機能については従来か ら周知であるので説明は省略する。 図１０には、この明細書中に既に述べたように、子午線の向きの制御に使用さ れるＤＳＰゲート８９が示されている。このゲートは７つの主レジスタ１００〜 １０６を有していることが判るであろう。この実施例では、レジスタ１０４と１ ０５は使用されていない。使用されているレジスタの中で、レジスタ１０２は他 のすべてのレジスタにアクセス可能で、バスとデータ制御回路１０７とを介して 制御回路８０と通じている制御レジスタであり、前記データ制御回路は２４ビッ ト・データバス１１０と４ビット・アドレス・ライン１１１に接続され、それに よってライン１１０上のデータが制御レジスタ１０２に書き込まれ、そしてそこ から読み出される。 レジスタ１０１は２４ビットの上下位置レジスタであり、シャフト・エンコー ダ８から出力されたマスタ・クロック信号はデジタル・フィルタ１０９と解読回 路１１２を介してレジスタ１０１に供給される。このレジスタ１０１はスピンド ルの位置を連続的に示す。 レジスタ１００はサーボ位置捕捉レジスタと呼称され、ライン１１３上でスピ ンドル回転の始点を示すシャフト・エンコーダから出力されたインデックス信号 の供給を受ける。インデックス信号によって計時が開始されると、このサーボ位 置捕捉レジスタ１００は、レジスタ１０１に値を捕捉するように作動する。 レジスタ１０３は位置比較レジスタと呼称され、制御レジスタ１０２を介して それに負荷された値を有し、この値が位置レジスタ１０１の値と比較される。制 御レジスタによって負荷される値は、オペレータ・オフセット、プログラム・オ フセット及び適宜なタイミング・バイアスと共にサーボ位置捕捉レジスタに捕捉 された値である。位置比較レジスタ１０３の値及び位置レジスタ１０１の値はゲ ート１０８において比較され、二つのレジスタの内容の間のパリティ上で、ゲー ト１０８から信号が制御レジスタ１０２に送られ、そしてフラッグとして位置捕 捉トリガ制御回路１１３にも送られる。回路１１３の出力はホーム捕捉レジスタ １０６をスタートさせ、その出力は外部ベース・トリガ信号を回路８０に供給す る。 図１１はRho/θ旋盤上に装着されるタイプの迅速工具サーボ機構を示す。この 旋盤は、レンズ素材等の被加工物を担持するためのスピンドル９０を具えている 。前記迅速工具サーボ機構は符号９１で示され、位置９３に回動自在に取付けら れたアーム９２上に装着され、また、スライド９４は、旋盤のベース９５上を矢 印Ｘで示されたようにスピンドル軸の方向に可動である。この実施例においては 、迅速工具サーボ機構の作用はスピンドルの回転に同期し、軸方向に非対称形の 切削が可能である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．それぞれが電気信号に呼応して往復変位を行う一対の同じ装置と、これらの 装置に連結されてその変位を一連の往復変位に変換するリンク手段とを具え、前 記リンク手段と前記装置との間は、リンク手段によって生じた各変位に対して前 記装置が反対方向の変位を生じるように連結されていることを特徴とする、アク チュエータ。 ２．前記リンク手段によって生じた変位を検出する位置センサと、該位置センサ に呼応してアクチュエータの閉ループ制御を行う手段とを具えたことを特徴とす る、請求項１に記載のアクチュエータ。 ３．前記リンク手段が回動レバーを具え、前記装置が前記レバーの回動軸の両側 に連結されていることを特徴とする、請求項２に記載のアクチュエータ。 ４．前記レバーが回動点から延在するアームを有し、該アームは切削工具の取付 け手段を往復運動させるように構成されていることを特徴とする、請求項３に記 載のアクチュエータ。 ５．前記レバーのアームがスロット内で動き得る少なくとも一つのダンパー翼を 担持し、前記レバーの回動面における制動作用を行うことを特徴とする、請求項 ４に記載のアクチュエータ。 ６．前記各スロットに制動流体が入っていることを特徴とする、請求項５に記載 のアクチュエータ。 ７．前記装置が圧電積層体であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項 に記載のアクチュエータ。 ８．各圧電積層体がそれに直列に接続された基準コンデンサを有し、該コンデン サの電荷が前記積層体の変位を表すように構成されていることを特徴とする、請 求項７に記載のアクチュエータ。 ９．各基準コンデンサが、その電荷を計測するための連携するアイソレーション 増幅器を有することを特徴とする、請求項８に記載のアクチュエータ。 １０．各基準コンデンサがそれに連携する漏洩抵抗器を有することを特徴とする 、請求項８又は９に記載のアクチュエータ。 １１．非軸対称面を機械加工するための旋盤であって、旋盤スピンドルに装着さ れた被加工物に対して切削工具ホルダを移動させて、前記被加工物に回転対称面 を加工することが可能な手段と、旋盤スピンドルの回転に同期して切削工具ホル ダに補助運動を付与して、被加工物に非回転対称面を切削加工することが可能な 迅速工具サーボ手段とを具え、前記工具ホルダを移動させる前記手段が圧電アク チュエータを具えていることを特徴とする、旋盤。 １２．前記工具ホルダの位置を検出して前記迅速工具サーボ手段を制御するため のフィードバック・ループを提供するための位置センサを具えていることを特徴 とする、請求項１１に記載の旋盤。 １３．工具ホルダを移動させる前記手段が一対の圧電アクチュエータを具え、該 圧電アクチュエータは反対位相で作動して前記工具ホルダを移動させることを特 徴とする、請求項１１又は１２に記載の旋盤。 １４．要求信号を提供して各圧電アクチュエータを駆動する制御回路と、旋盤ス ピンドルに連結されて前記制御回路のための時間ベースを提供するシャフト・エ ンコーダとを具えたことを特徴とする、請求項１１〜１３のいずれか一項に記載 の旋盤。 １５．前記制御回路が、システムの時間ベースと、該システム時間ベースをスピ ンドル位置に同期させるための手段とを具えていることを特徴とする、請求項１ ４に記載の旋盤。 １６．前記同期手段が、シャフト・エンコーダによって割り出されたスピンドル 位置を制御レジスタから導かれたスピンドル位置と比較して、制御回路のための 時間ベースのトリガ信号を発生する比較手段を具えていることを特徴とする、請 求項１５に記載の旋盤。 １７.各圧電アクチュエータがこれに直列に接続された基準コンデンサと連携し 、更に、各基準コンデンサの電荷に応じて各圧電アクチュエータの作用を制御す るための実質的に線形のフィードバック・ループを提供する制御手段を具えてい ることを特徴とする、請求項１１〜１６のいずれか一項に記載の旋盤。 １８．工具ホルダの位置に応じて位置信号を発する位置センサと、該位置センサ によって計測された位置信号を該センサの所望の位置の指標である要求信号と組 合せる手段と、該組合せのための手段の出力に応じて各圧電アクチュエータを駆 動する手段とを具えたことを特徴とする、請求項１７に記載の旋盤。 １９．所望の非回転対称面を切削形成するのに必要な工具ヘッドの所望の位置を 示す複数の値を記憶する手段と、主旋盤軸の運動と迅速工具サーボ手段の運動を 制御するための制御信号を発するために、主旋盤軸と迅速工具サーボ手段の工具 ホルダとに付与するべき必要な運動を計算するための手段と、旋盤スピンドルに 連結されて前記制御手段のためのマスタ時間ベースを提供するシャフト・エンコ ーダとを具えたことを特徴とする、請求項１１〜１８のいずれか一項に記載の旋 盤。 ２０．前記制御手段が、旋盤の外部で作られたジョブ・ファイルを受け入れる手 段を具え、前記制御手段はこのジョブ・ファイルを処理して制御信号を発するこ とを特徴とする、請求項１９に記載の旋盤。 ２１．前記ジョブ・ファイルが切削工具ホルダの所望位置を表す複数の点を含み 、前記制御手段はそれらの点の間を外挿法によって推定して中間点を求めること を特徴とする、請求項２０に記載の旋盤。 ２２．前記旋盤がｘ−ｚ旋盤であり、前記スピンドルがｘスライド上に装着され 、前記迅速工具サーボ手段がｚスライド上に装着されていることを特徴とする、 請求項１１〜２１のいずれか一項に記載の旋盤。 ２３．前記旋盤がRho-θ旋盤であることを特徴とする、請求項１１〜２１のいず れか一項に記載の旋盤。 ２４．旋盤のスピンドルに被加工物を取付け、スピンドルを回転させ、該スピン ドルの回転と同期させて切削工具を移動させ、前記被加工物に非軸対称面を加工 するステップを含み、前記切削工具は圧電アクチュエータによって駆動されるこ とを特徴とする、被加工物を加工する方法。 ２５．前記旋盤が１１〜２３のいずれか一項に記載されたものである、請求項２ ４又は２５に記載の方法。 ２６．前記被加工物がコンタクト・レンズ用のレンズ素材であることを特徴とす る、請求項２５に記載の方法。 ２７．得られたレンズが使用前に研磨を必要としないことを特徴とする、請求項 ２６に記載の方法。 ２８．図３、４又は５を参照して実質的にここに述べたアクチュエータ。 ２９．添付図面のいずれか一つを参照して実質的にここに述べた旋盤。