JPH10249675A - 形状測定機能を備えた工作機械 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】サブミクロンオーダーの加工精度を必要とする
非球面加工を行う超精密旋盤において、直交する２方向
の非球面形状の異なる工作物を加工する際、機上では形
状測定ができないので、一端工作物を取り外して機外で
形状測定しなければならないため、再取り付け時に工作
物の芯ずれが起こってしまうという問題があった。 【解決手段】保持台３の工作物保持装置１０を軸線０1
回りに旋回させる第１旋回割り出し装置６０と、工作物
保持装置１０に軸承された回転軸２０を旋回させる第２
旋回割り出し装置６５第２旋回割り出し装置６５とを備
えることにより、工作物Ｗを取り外すことなく機上で直
交する２方向の非球面形状の測定を可能とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、形状測定機能を備え、
例えばサブミクロンオーダーの加工精度を必要とする非
球面加工等を行う超精密旋盤に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の工作機械において、図５
に示す特開昭６３−３０６８５６号に開示された技術が
ある。このものは、基台７１上に工作物Ｗを把持した主
軸台７３が支持されており、砥石７８により工作物Ｗが
加工される。そして、工作物Ｗの形状測定時には割出し
装置７５により主軸台７３を旋回させることにより形状
測定機７４の測定位置、つまりプローブ７７に整合する
位置に工作物Ｗを移動させる構成である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の技術におい
ては、図６に示すように主軸の回転中心軸Ｏ’回りに工
作物Ｗを回転させ、砥石７８により非球面形状に加工を
行うものであるため、加工された非球面形状はどの方向
からみても同一の非球面形状である。すなわち、工作物
ＷのＢ−Ｂ断面は必ず円形となる。従って、形状測定機
７４によりこの非球面形状を測定する際には、直径方向
に１パスのみ（さらに細かくいえば半径分のみ）の形状
測定で全体の非球面形状を把握することができた。

【０００４】しかしながら、例えば図１に示すように、
工作物Ｗを正面（１）からみて左右方向のＡ−Ｂ方向
（２）および上下方向のＣ−Ｄ方向（３）から見た場
合、非球面形状が異なるような工作物Ｗにおいては、最
低でも直交する２方向（Ａ−Ｂ方向とＣ−Ｄ方向）の形
状測定を行わなければならない。従って、従来の１パス
のみの形状測定では全体の非球面形状を把握することが
できなかった。

【０００５】上記のような形状の工作物の場合には、機
上での形状測定が出来ないので、工作物を一端取り外し
て機外の測定機で測定しなければならない。すると、再
取り付け時に工作物Ｗの芯ずれがミクロンオーダーで発
生してしまうという問題があった。特に、超精密加工分
野ではミクロン単位の加工精度が必要となり、ミクロン
オーダーの芯ずれが生じると修正のため複数回の加工作
業が必要となる。この加工作業によりついには工具の摩
耗、工具の取り替え、セッティング等が必要となる。さ
らに、最悪の場合には削り過ぎにより不良品を出してし
まうことがあり、再取り付け時には細心の注意を払わな
ければならず加工時間が長くかかってしまうという問題
もあった。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は上述した目的を
達成するためになされたものであり、基台と、前記基台
上に水平方向に進退移動可能に支持されたテーブルと、
前記テーブル上に取り付けられた保持台と、前記保持台
に支持され工作物を保持する工作物保持装置と、前記基
台または前記テーブルのいずれか一方に支持された形状
測定装置と、前記テーブルに対し相対移動可能に支持さ
れ、前記工作物を加工する工具を備えた工具台とを備え
た形状測定機能を備えた工作機械において、前記工作物
を保持したまま前記工作物保持装置を前記保持台に対し
て所定角度旋回させて前記形状測定装置の測定位置に工
作物を割り出す第１旋回割り出し装置と、前記工作物保
持装置の旋回する軸線に垂直な軸線回りに前記工作物を
前記工作物保持装置に対して所定角度旋回させる第２旋
回割り出し装置とを備えたことを特徴とするものであ
る。

【０００７】

【実施例】本発明の実施例について図１乃至図４を用い
て説明する。図１は本願発明の形状測定装置を備えた工
作機械において、加工される工作物Ｗの一例を表す。こ
の工作物Ｗは、直交する２方向（Ａ−Ｂ方向とＣ−Ｄ方
向）の非球面形状が異なる光学部品であり、（１）は工
作物Ｗの非球面部から見た正面図を表し、（２）はＡ−
Ｂ方向から見た側面図を表し、（３）はＣ−Ｄ方向から
見た上面図を表している。

【０００８】図２及び図３において、１は基台であり、
この基台１上には工作物Ｗを保持する保持台３がテーブ
ル２を介して図面左右のＺ軸方向に移動自在に取り付け
られている。この保持台３に対向してコラム４がＺ軸に
直交したＸ軸方向に移動自在に基台１上に支持されてい
る。コラム４には工作物Ｗを加工する砥石３１を備えた
工具台３０が図面上下のＹ軸方向に移動自在に支持され
ている。これらテーブル２、コラム４、工具台３０はそ
れぞれサーボモータ５０、５１、３４により相対移動さ
れる。このサーボモータ５０、５１、３４は図略の制御
装置からの信号により制御され、テーブル２（Ｚ軸）、
コラム４（Ｘ軸）、工具台３０（Ｙ軸）が駆動される。
これらの動作と砥石３１の回転により３次元形状、すな
わち、図１に示すような非球面形状に工作物Ｗの加工が
行われる。

【０００９】基台１には水平に支持された触針式形状測
定装置６が固定されており、この触針式形状測定装置６
は光源としてレーザ光を利用し、ハウジング４０の底部
にはプローブ４４が取り付けられたプローブホルダ４１
を有している。形状測定装置６の制御は図略の制御装置
により行われる。なお、この触針式形状測定装置６は工
作物Ｗの形状測定に支障がなければ、テーブル２上に支
持されていても良い。

【００１０】図４にこの触針式形状測定装置６の詳細を
示す。サーボモータ４２によりボールネジ４７を介して
Ｘ軸方向に進退移動するプローブホルダ４１と、このプ
ローブホルダ４１の先端には工作物Ｗと接触するプロー
ブ４４が設けられている。また、プローブホルダ４１を
支持するプローブ支持部材４３はピボットＰを中心に旋
回可能に支持され、端部には、変位検出用のレーザ式変
位検出器４５から発射されるレーザ光をレーザ式変位検
出器４５の図略の受光器へ反射させるためのプリズム４
６が設けられている。本実施例では上述のごとくレーザ
式変位検出器４５を用いた触針式形状測定装置６を用い
ているが、非接触形式や作動トランス形式等でも良い。

【００１１】保持台３は、図２及び図３に示すように工
作物Ｗを保持する工作物保持装置１０と、この工作物保
持装置１０をＺ軸方向に直交した水平な軸線Ｏ1 回りに
旋回させ、工作物Ｗを触針式形状測定装置６のプローブ
ホルダ４１と整合するように割り出しを行う第１旋回割
り出し装置６０とからなる。工作物保持装置１０の両端
には、軸部１１ａ、１１ｂが突設し、この軸部１１ａ、
１１ｂを介して工作物保持装置１０を支持する支持部材
１３ａ、１３ｂがテーブル２に立設されている。支持部
材１３ａには、図略の制御装置からの信号に応じて軸部
１１ａを介して工作物保持装置１０を軸線Ｏ1 回りに所
望角度回転させるサーボモータ６１およびこの旋回角度
を検出するエンコーダー６２が設置されている。これら
サーボモータ６１、エンコーダー６２、図略の制御装置
により第１旋回割り出し装置６０が構成される。

【００１２】工作物保持装置１０には、支持部材１３
ａ、１３ｂに旋回割り出し可能に支持されたハウジング
１５と、このハウジング１５内にベアリングにより回転
可能に軸承された回転軸２０と、この回転軸２０を軸線
Ｏ1 に直交した軸線Ｏ2 回りに所望角度旋回させる第２
旋回割り出し装置６５とから構成される。回転軸２０の
先端には、工作物Ｗを保持するチャック２１が取り付け
られている。ハウジング１５の後部には、ハウジング１
５に対して回転軸２０を軸線Ｏ2回りに旋回させるサー
ボモーター６３と、この回転軸２０の旋回角度を検出す
るエンコーダー６４が取り付けられており、図略の制御
装置により制御されて回転軸２０が所望角度、本実施例
においては９０°旋回される。

【００１３】上記サーボモータ６３とエンコーダ６４と
図略の制御装置により、工作物Ｗをハウジング１５に対
して所望角度旋回させる第２旋回割り出し装置６５が構
成される。次に本発明の形状測定機能付き工作機械の動
作を説明する。保持台３の先端のチャック２１に工作物
Ｗを装着した後、図２に示すように工作物Ｗが砥石３１
に対向する状態、つまり工作物保持装置１０の軸線Ｏ2
を水平にした状態において、駆動モータ３３により砥石
３１が駆動されて加工作業が行われる。

【００１４】工作物Ｗに対する加工作業は、砥石３１お
よび工作物Ｗの相対移動をＺ軸方向についてはサーボモ
ータ５０によりテーブル２を移動し、Ｘ軸方向について
はサーボモータ５１によりコラム４を移動し、Ｙ軸方向
についてはサーボモータ３４により工具台３０を移動さ
せることにより制御する。加工段階または全加工工程終
了後、加工面の形状測定に移る。

【００１５】まず、第１旋回割り出し装置６５により工
作物保持装置１０が破線のように９０°旋回される。つ
まり、図略の制御装置からの信号を受けてサーボモータ
６１が作動し、かつ、エンコーダ６２により随時この旋
回角度を監視することにより自動的に９０°の角度にま
で工作物保持装置１０が割り出される。また、触針式形
状測定装置６のプローブホルダ４１の真下に工作物Ｗが
くるようにテーブル２が自動位置決めされる。

【００１６】この状態で図４に示すように工作物Ｗにプ
ローブホルダ４１のプローブ４４を当接させ、サーボモ
ータ４２によってプローブホルダ４１をＸ軸方向に移動
させる。この時のレーザ式変位検出器４５の出力と予め
記憶された工作物Ｗの理想形状データとを比較すること
により形状測定が行われる。１方向の形状測定（例えば
Ａ−Ｂ方向）が終了すると、第２旋回割り出し装置６５
により回転軸２０が９０°旋回される。つまり、制御装
置からの信号を受けて工作物保持装置１０の後端のサー
ボモータ６３により回転軸２０が旋回することで、チャ
ック２１に保持された工作物Ｗが旋回する。この旋回角
度は、エンコーダ６４からの信号により制御装置が監視
することにより自動的に９０°の角度に割り出される。

【００１７】そして、再度、直交した方向（Ｃ−Ｄ方
向）が触針式形状測定装置６により上述のごとく形状測
定が行われる。なお、本実施例では、第１旋回割り出し
装置６０により工作物保持装置１０を９０°上向きに旋
回させる例を示したが、形状測定装置６の測定条件、形
状測定装置６と保持台３の位置関係等に応じて、工作物
保持装置１０の旋回角度は適宜設定することができる。

【００１８】また、第１旋回割り出し装置６０および第
２旋回割り出し装置６５をサーボモータ６１、６３、エ
ンコーダ６２、６４により制御装置でもって自動的に旋
回させているが、従来の技術の特開昭６３−３０６８５
６号公報に開示されているように、手動操作で旋回動作
を行うようにしても良い。さらに、本実施例において
は、図１に示す２方向（Ａ−Ｂ、Ｃ−Ｄ）の非球面形状
の異なる工作物Ｗについての例を示したが、本発明の形
状測定機能を備えた工作機械によれば、形状測定時に工
作物Ｗを旋回させる第２旋回割り出し装置６５を有して
いるため、旋回角度を適宜換えることにより上述した実
施例のような直交する２方向だけでなく全ての角度方向
に対応することが可能である。

【００１９】

【発明の効果】本発明によれば、工作物を保持したまま
で第１旋回割り出し装置により工作物保持装置を所定角
度旋回させて形状測定装置の測定位置に工作物を割り出
し、かつ、第１旋回割り出し装置の旋回軸に直交した軸
線回りに工作物を旋回させる第２旋回割り出し装置を備
えたものであるので、図１に示すような直交する２方向
の非球面形状が異なる工作物であっても取り外すことな
く、機上で直交する２方向の異なる非球面形状を測定で
きるので高精度に加工を行うことが可能である。また、
形状測定後、補正値の切り込みを行うだけで良いため、
加工時間の短縮が図れる。さらに、上述のような直交す
る２方向の形状測定だけでなく、全ての角度方向に対応
することができるため、複雑な形状の工作物の加工を機
上で高精度にかつ短時間に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例における形状測定機能を備えた
工作機械により加工される工作物を表す図である。

【図２】本発明の実施例における形状測定機能を備えた
工作機械の断面図である。

【図３】図２のＡ−Ａ断面図である。

【図４】本実施例の触針式形状測定装置の一部断面図で
ある。

【図５】従来の技術を表す断面図である。

【図６】従来の技術を表す一部断面拡大図である。

【符号の説明】

１ 基台 ２ テーブル ３ 保持台 ４ コラム １０ 工作物保持装置 １１ａ、１１ｂ 軸部 １３ａ、１３ｂ 支持部材 ２０ 回転軸 ２１ チャック ３０ 工具台 ３１ 砥石 ３４、５０、５１、６１、６３ サーボモータ ４１ プローブホルダ ４３ プローブ支持部材 ４４ プローブ ４５ レーザ式変位検出器 ４６ プリズム ４７ ボールネジ ６０ 第１旋回割り出し装置 ６２、６４ エンコーダ ６５ 第２旋回割り出し装置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基台と、前記基台上に水平方向に進退移
   動可能に支持されたテーブルと、前記テーブル上に取り
   付けられた保持台と、前記保持台に支持され工作物を保
   持する工作物保持装置と、前記基台または前記テーブル
   のいずれか一方に支持された形状測定装置と、前記テー
   ブルに対し相対移動可能に支持され、前記工作物を加工
   する工具を備えた工具台とを備えた形状測定機能を備え
   た工作機械において、 前記工作物を保持したまま前記工作物保持装置を前記保
   持台に対して所定角度旋回させて前記形状測定装置の測
   定位置に工作物を割り出す第１旋回割り出し装置と、前
   記工作物保持装置の旋回する軸線に垂直な軸線回りに前
   記工作物を前記工作物保持装置に対して所定角度旋回さ
   せる第２旋回割り出し装置とを備えたことを特徴とする
   形状測定機能を備えた工作機械。