JP2001526967A - 工作物加工装置 - Google Patents

工作物加工装置

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JP2001526967A
JP2001526967A JP2000526330A JP2000526330A JP2001526967A JP 2001526967 A JP2001526967 A JP 2001526967A JP 2000526330 A JP2000526330 A JP 2000526330A JP 2000526330 A JP2000526330 A JP 2000526330A JP 2001526967 A JP2001526967 A JP 2001526967A
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ラドウィック，スティーヴン・ジェイ
トランパー，デーヴィッド・エル
マ，デーヴィッド・シー
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Massachusetts Institute of Technology
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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Grinding And Polishing Of Tertiary Curved Surfaces And Surfaces With Complex Shapes (AREA)
  • Turning (AREA)

Abstract

(57)【要約】 工作物（１２）、特に、回転非対称工作物に対して成形、研磨またはプローブ測定のような選択された作業を実行する正確な高速旋盤装置（１０）が提供される。工作物（１２）は、制御された速度で工作物を回転する工作物取付部材（１６）に取り付けられる。また、選択された作業を実行するようになっている工具が提供される。この工具（２６）は、工具取付部材（２８）に支持されており、この取付部材（２８）は、加工すべき工作物の表面の一部に隣接して工具を位置決めする。工具取付部材は、非常に小さい慣性を有するように構成され、この小さい慣性により工作物にほぼ直角で大きな加速度で工具の比較的大きな運動が可能になり、工作物（１２）の高速回転が可能になる。いくつかの実施の形態において、異なる複数の動作を実行することが可能になるように１つ以上の工具がアームに取り付けられる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は旋盤に関し、特に、レンズまたは他の正確な光学部品を含む精密部品
の製造に使用されるタイプの高速精密旋盤に関する。また、本発明は表面深さに
おいて軸又は回転非対称的な変化を有する部品に作用する特定の用途を有する。
【０００２】
【従来の技術】
種々の用途において精密旋盤を使用するが、このような機械を使用する１つの
用途は、種々の視力障害の矯正に使用される眼鏡用レンズの製造である。米国で
光学プラスティク社から市販されているこのようなレンズは、モールドされた（
ユーザの目から離れた）前側と、（ユーザの目に近い）後面とを備えているレン
ズ材料からスタートし、所望の処方に従って成形される。このような成形は、正
しいレンズ形状に接近するために旋削、フライス削り、研削工程を使用して行わ
れる。後面の場合、直径８０ｍｍ及び２０ｍｍの厚さを有する通常のレンズの原
料においては、除去される材料の量は相当なものになる。調整作業は、マスター
ラップ表面に対してレンズをラッピングすることによって形状誤差を取り除く。
このラッピング処理は、非常に細かい粒子のサンドペーパを使用する。２つの仕
上げ作業は、形状誤差を十分になくすために必要とされる。この後面は、マスタ
ーラップに対してフェルトパッド及び研磨材で光透過性のために研磨される。最
後に、レンズの周囲は、選択されたフレームに嵌合するように成形される。
【０００３】 眼鏡産業においてコスト及び応答時間の双方を低減することが次第に重要にな
っており、眼鏡調整室の投資コスト及び労働コストが、製造するレンズの数とは
無関係に固定されるので、単位時間の間に製造することができるレンズの数が著
しく増大することによってレンズのコストが著しく低減する。さらに、前提とし
て眼鏡調整室を有する何人かの視力検定者は、一時間以内に眼鏡を提供すること
を強調するために、良質のレンズをつくる処理時間を最小限にすることが必要で
ある。これを達成する１つの方法は、上述した製造作業のいくつかを低減するこ
とである。特に、もし第１の材料除去処理中に光学素子を十分に正確に形成する
ことができる場合、少なくとも一方、好ましくは双方の仕上げ処理をなくすこと
ができる。特に、特定の仕上げ処理をなくすことは、これらの処理に関する時間
及び費用をなくすだけではなく、レンズの追加の費用をなくし、処理時間と労働
コストの双方を低減することができる。さらに、単一の成形工程における場合で
あっても、工程を実行できる速度を最大限にすることができることが望ましい。
【０００４】 また、ある水準の精度及び表面仕上げがあり、この精度及び仕上げの水準は、
レンズ製造過程において、大きなコストの低減を可能にする。現在、特定の眼鏡
調整室で調整する各処方に関してマスターハードラップが必要になる。眼鏡調整
室は、通常、可能な処方箋すべてについてハードラップを収納し、維持し、周期
的に交換する。その結果、眼鏡調整室は数百または数千のハードラップを収納す
ることとなり、ハードラップそれ自身及び貯蔵するスペースの双方において、調
整室への大きな投資が必要になる。所定の処方箋について適当なハードラップの
選択は、時間と労力を費やし、調整室のコストが上昇し、調整スループットを低
減する。しかしながら、もし、最初の表面の形成が十分に精度が大きければ、ハ
ードラップをなくし、光透過性に対する最終的な研磨を柔らかくて、柔軟なラッ
プまたはコーティングで行うことができる。
【０００５】 さらに、乱視または他の軸非対称的な目の変形の矯正は、凸面を有するレンズ
（すなわち、凸形状の断面）または他の回転非対称面を必要とする。このレンズ
は、回転非対称の表面の特徴によって球形レンズより製造することがさらに困難
であり、この表面特徴部分は、回転動作において、スピンドルの角度位置に同期
する工具位置を必要とする。正確に回転する部品における非回転対称部分は、通
常、迅速な工具サーボによって形成される。しかしながら、迅速な工具サーボは
、通常数百ミクロンまたはそれ以下を含む短い行程でのみ使用される。長い動き
は第２の粗い段階によって提供される。それ故、この構成が非常に小さい深さの
変化を有する部品において使用されるが、それは眼鏡レンズの製造における選択
ではない。なぜならば、表面の深さは１０ｍｍ（１ｃｍ）かそれ以上変化するか
らである。
【０００６】 もし、表面のある深さに関する大きな変化を取り扱う粗い工程を使用する場合
には、レンズまたは他の工作物の回転速度は、相対的におそい移動段階によって
深さの追跡ができるように低減しなければならない。しかしながら、切削を行う
ためには、切削工具の間、例えば、ダイヤモンドの先端と工作物の表面との間で
ある表面速度が維持されなければならない。もし、粗い工程によって深さの追跡
を可能にするために工作物が十分におそい場合は、切削するのに必要な表面速度
、他の方法、切削工具を回転することによってつくることができる。しかしなが
ら、回転切削工具を用いることによって旋盤の複雑性及びコストが加わり、工具
取り付け組立体に大きな質量が加わり、この組立体の応答時間を低減する。また
、工具の回転は、振動の可能性を生じ、工具を回転するために使用される回転モ
ータは、特にしっかりした取り付けではなく、工具を回転するために使用される
回転モータは、熱源になる。したがって、比較的におそい速度で回転する工作物
を備えたこのような回転工具装置の使用は、回転非対称面の表面を有するレンズ
及び他の部品を製造するためには好ましい選択となるが、これらの技術はおそく
コストがかかり、追加の仕上げ処理の必要性がないほど十分な正確さではない。
【０００７】 眼鏡レンズに関する上述した問題は、回転非対称である表面を備えた他のレン
ズ及び光学部品の製造においても適用され、正確な非回転対称の表面形状、例え
ば、金属またはセラミックから形成された透明な部品の製造にも使用される。こ
のような部品は、カム及びカム軸、ピストン、装飾部品等を含むが、それらには
制限されない。
【０００８】 したがって、好ましくは、比較的高速の単一の成形動作で非回転対称形である
正確なレンズ及び他の部品、特にこのような部品の迅速で正確で低いコストの製
造を可能にするようにかたいラップを必要とすることのない改良された旋盤の存
在が必要になる。また、このような旋盤は、構成が比較的簡単で、既存の機械及
び小さい寸法のものより低コストで製造容易である。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記した内容に鑑みて、本発明は、非回転対称的な工作物に成形、研磨、検査
測定のような選択された処理を実行する装置を提供する。本発明の装置は、工作
物の取付部材を含み、この取付部材は、工作物の少なくとも１つの表面を加工さ
れるように露出する。前記工作物の少なくとも１つの表面を加工されるように露
出し、工作物を制御された速度で回転するように前記取付部材を作動する機構が
提供される。この速度は一定であるか、または工作物の表面部分が作動するとき
、このような要因に依存して変化する。また工作物の回転位置を示すインジケー
タが提供される。選択された動作を実行する工具が加工される少なくとも１つの
表面の一部に隣接して工具を位置決めする。前記工具を固定するように支持する
取付部材の部分は、前記少なくとも１つの表面に直角な部材を有する方向に可動
であり、前記取付部材のこの部分は、最小限の質量を有し、このような部分の質
量より著しく大きい質量を備えたどの取付部材も工具の大きさの取付部材によっ
て直角な部材の方向に可動ではない。これは非常に小さい慣性の構造を有し、こ
の構造により、工作物の高速回転が可能になるように大きな十分な加速度で、１
ｃｍまたはそれ以上までその動きの方向で工具の比較的大きな運動を可能になる
。また、トランスジューサは、直角成分の方向に工具のパレメータに作用するよ
うに前記取付部材を介して作用し、トランスジューサより前記工具の直角成分の
方向に大きく移動する。
【００１０】 最後に、工作物回転位置のインジケータに少なくとも一部が応答する前記トラ
ンスジューサ用のコントローラが設けられる。 工具が隣接する少なくとも１つの表面の部分は、少なくとも１つの工具取付部
材と互いに可動な工作物取付部材を有することによって制御される。したがって
、工作物取付部材、工具取付部材またはその双方は、工作物が回転する軸線また
はスピンドルにほぼ直角な部材を有する方向に可動である。特に、工作物取付部
材は、このような回転軸に関して所定の角度での小さい変化を行うために工作物
の回転軸に直角な軸線の周りで回転可能である。
【００１１】 各々が工作物に異なる選択された動作を実行するために、同じ工具取付部材に
固定するように支持されている場合、工具及び工作物取付部材は、工作物の表面
に隣接して工作物の表面に作用する工具の一方を制御するように互いに対して可
動である。例えば、工具取付部材は、第１の端部に隣接して取り付けられた第１
の工具と、他の端部に隣接して取り付けられた第２の工具とを有する回転アーム
を含む。工作物取付部材及び／又は工具取付部材は、工作物の表面に隣接する工
具を制御するためにアームに平行な成分を有する方向に互いに関して可動である
。工具によって実行される作業が成型作業である場合、工具の１つは粗仕上げ工
具であり、他方の工具は、仕上げ工具である。別の例として、工具の一方は、第
１の露出した工作物の表面で動作し、第２の工具は、第２の露出した工作物の表
面で作動する。この実施の形態の工具取付部材及び工作物は、適当な１つの工具
を所定の時間下降すべき対応する表面の部分に隣接させるように互いに対して可
動である。
【００１２】 工具取付部材は、床面までかたい経路を提供するように構成されている。好ま
しい実施の形態において、工具取付部材は、その一端近傍に取り付けられた工具
と、工具が取り付けられる端部から組立体に沿って間隔を置いた組立体用のピボ
ットと、を有するピボット組立体を含む。この組立体は、工具とピボットとの間
のその長さに沿って最小限の質量を有するように構成されている。これらの実施
の形態の場合、トランスジューサは、垂直成分の方向に工具のパラメータに関す
るようにピボットに作用する。工具が成形工具である場合、トランスジューサは
、駆動トランスジューサであり、この駆動トランスジューサは、回転位置の関数
として部品に直角な方向に工具の位置を制御するために回転位置のインジケータ
に応答して作動する。例えば、工具が工作物の表面の切削部分の深さを測定する
ために使用されるプローブである場合にも同様のことが当てはまる。
【００１３】 ある実施の形態におけるピボット組立体は、前記ピボットから組立体に沿って
間隔を置き、前記工具のピボットの反対側の第２の端部を有し、選択された機能
を実行するために第２の端部に隣接して取り付けられたプローブ及びこのプロー
ブと協働する部品を備えている。この工具が成形工具である場合、工作物の表面
に形成された形状と反対の形状を有するマスターラップであり、この装置は、こ
の工作物の回転と同期してマスターラップを回転する機構を含む。別の例として
、直角成分の方向に工具の位置の支持を行うようにプローブと協働するリニヤ移
動トランスジューサである。
【００１４】 工具取付部材または接続部材は、少なくとも工具の選択された移動、回転及び
／又は振動を減衰するダンパを含む。ダンパは、例えば、固定静止部材と、この
ような部材と回転組立体との間の流体結合とを含み、この部材及び回転組立体は
、組立体の回転が流体結合によって小さい/剪断減衰を生じ、回転組立体の移動 運動が流体結合によって大きな/スクイーズ結合を生じるように相対的な方向を 有する。別の例として、回転組立体は、その遠位端に取り付けられた工具を有す
る片持ちレバーアームを有し、アームは、間隔を置いた外殻を備えたコアと外殻
との間の空隙に流体のような粘弾性材料を含むダンパを有する。また、このよう
な材料は、片持ちアーム及びアーム用の駆動体との間、さらに詳細には工具とト
ランスジューサとの間の結合部に配置されている。
【００１５】 工作物の回転位置のインジケータは、ピボット組立体と移動するように取り付
けられた計測アームは含むが、工具の荷重を支持せず、計測アームに対応する回
転位置センサを含む。回転組立体は、工具を所望の方向に移動するようにピボッ
トの周りで回転するが、例えば容量センサである工具位置のインジケータが提供
される。この工具が成形工具の場合、トランスジューサは、工具の位置を所望の
方向の制御するように回転組立体を移動するか回転する駆動体を有する。その動
的なバランスをとるために回転組立体に釣り合い重りが設けられる。また、ピボ
ット組立体の荷重誘導たわみを検出するセンサが設けられ、たわみセンサに応答
して工具のパラメータへのトランスジューサの効果を変形するトランスジューサ
用のフィードバック制御が設けられる。
【００１６】 本発明の前述した他の目的及び特徴及び利点が添付図面に示した好ましい実施
の形態のさらに特定の説明から明らかになる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。 図１を参照すると、工作物１２に対して選択された作業を行うために装置１０
が示されている。前に説明したように、工作物１２は、眼科用レンズまたは部品
であるか、または工作物の非回転対称的な表面１４で選択された作業を必要とす
る他の部品である。工作物１２は、工作物１２の組立体１８の軸またはスピンド
ル１６に当業者によって知られている適当な方法、例えば、真空工作物ホルダま
たは適当なクランプによって取り付けられている。工作物組立体１８は、制御さ
れた速度で回転軸１６のモータを有し、この速度は、後述する種々の要因に依存
して処理コントローラで変化される。工作物組立体１８は、モータ２０に加えて
、工作物１２の瞬間的な角度位置を検出する軸１６の回転位置センサ２１と、モ
ータ２０を取り付けるキャリッジ２２と、を有し、このキャリッジ２２は、リニ
ヤモータ２４の制御の下に標準のリニヤガイド１９に沿って側方またはＸ方向に
移動する。空気軸受け、または他の適当な軸受け（例えば、静水力学的、転動部
材または磁気的）が例えば、ガイド１９に設けられる。例えば、回転位置センサ
２１は、光エンコーダである。位置は、標準のリニヤエンコーダ２３によってＸ
軸で検出される。
【００１８】 片持ちレーバーアーム２８の遠位端に表面１４に作用する工具２６が取り付け
られ、その近位端は、駆動モータ３２によって軸３０の周りで回転するように取
り付けられる。アームは、その質量・慣性を最小限にしながらアーム２８のかた
さを最大限にするために、アームの遠位端近傍でテーパを有する三角形状の構造
である。またこの目的は、当業者に公知の他の同様な構成で達成することができ
る。駆動モータ３４は、アーム２８の近位端を取り付ける軸３４の回転位置を制
御する。軸３４は、プレート４０を通してグラウンドハウジング４２に取り付け
られるブラケット３８の一対の軸受け部分３６に支持されている。アーム２８、
したがって工具２６の振動を最小限にするために、ハウジング４２へのアーム/ 工具の取付をできるだけかたくとりつけることが望ましく、ブレース４４は、工
具の取り付けをさらに強固にするために図１に示されている。軸３４の回転位置
、したがって工作物の表面１４に対する工具２６の深さについての電気信号表示
を示すためにセンサ４６（例えば、容量性回転位置センサ）、エンコーダ また は電位差計が設けられる。また、例えば、制御機能を実行するためにプログラム
された通常の目的のプロセッサまたは特別の目的のプロセッサであるコントロー
ラ４８が設けられる。センサ２１及び４６からの出力は、コントローラ４８に送
られ、コントローラ４８は、このような入力情報と工作物１２の表面１４の所望
の形状または実行すべき他の機能のようなコントローラに予め加えられる記憶さ
れた情報とに応答して、モータ２２の動作を制御して工作物１２を回転し、回転
アーム２８を選択された角度位置に回転移動し、表面１４の工具２６の深さを制
御するか及び／又は工具２６によって表面１４に加えられる圧力を制御する。上
述したように、アーム２８は、工具２６を除いて最小限の質量であるように構成
されるが、移動すべきアーム２８に取り付けられる大きな質量を有する部品はな
い。したがって、回転組立体は最小限の慣性を有し、工具は、好ましい実施の形
態においては、１ｃｍ以上に達する距離にわたってｙ方向に工具２６の非常に迅
速な動きが可能になるように１００ｇの範囲で非常に大きな加速度でモータ３２
によって移動される。
【００１９】 非回転対称の眼鏡用レンズを成形するために図１の工具を使用する事を仮定す
れば、工具２６は、鋭い先端すなわち、カーバイド製の先端のような成形または
切削工具である。このような先端が使用されるとき、動作は、単一の点回転動作
と称される。このような成形動作の第１の工程は、リニヤモータを作動させて、
工作物の表面１４の選択された半径部分を工具２６に隣接させることである。モ
ータ２０は、これが行われた前か後に、選択されたｒｐｍで工作物１４を回転す
ることを開始するように作動する。本発明を用いることによって、１ｃｍまでの
深さの変化で非回転対称の特徴を有するレンズを製造することを可能にしながら
、１５００−６０００ｒｐｍの範囲の工作物の回転が可能になるように、所定の
加速度で、例えば、１００ｇで工具を移動することが可能である。工作物が回転
する速度は一定であるが、切削時の半径及び切削時の深さの変化のような所定の
切削条件を最適にするように変化することが好ましい。したがって、もし、所定
の工作物の場合、いくつかの切削部分は表面深さにおいて実質的な変化を有する
が、他の切削における表面深さにおいてはほんのわずかな変化しかなく、後者に
おいては高速で回転することができる。
【００２０】 動作における次の工程は、モータ３２を駆動しアーム２６を反時計回りに回転
して工具２６を表面１４に接触させることである。アーム２８から工具２６に加
えられる力及び表面１４の点での切削深さは、工作物の表面１４の位置に関して
位置センサ２１及び２３から受けた指示に応答してコントローラ４８によって制
御される。コントロール４８は、それに応答してモータ３２に制御信号を送る。
センサ４６からの出力は、コントローラが工具の実際の位置、したがって各点で
の切削深さを決定し、これと所望の切削深さを比較することができる。この情報
は、成形されている表面に沿った各点で成形の存在及び成形の程度の双方に作用
するようにモータ３２を制御するように使用される。コントロール４８が表面１
４に対して工具２６の現在の位置の成形が完了したと決定するとき、モータ２４
は、工具２６を工作物の新しい部分に隣接するように工作物１２を移動するよう
にコントロール４８によって作動され、工作物の新しい円形部分を形成するよう
に繰り返される。この作業のシーケンスは、工作物全体が成形されるまで繰り返
される。コントロール４８が所望の工作物に関する成形が完了したことを決定す
るとき、工作物が手動または自動的に除去される。新しい工作物、例えば、新し
い眼鏡用レンズが成形のために取付部材１８に配置される。
【００２１】 成形を実行することに加えて、図１の装置は、研磨またはプローブ/測定のよ うな他の作業を実行するために使用される。研磨のために、適当な工具、例えば
、フェルトパッドまたは細かなサンドペーパがアーム２８の遠位端に取り付けら
れる。工作物の非均一な表面１４を移動する工具２６としてのアーム２８の動き
は、センサ４６によって検出され、位置の変化の指示がコントロール４８に送ら
れ、これは、表面１４の表面深さとは無関係に表面１４に対して工具２６を研磨
するために一定の圧力を維持するために、公知のアルゴリズムを用いて制御信号
をモータ３２に送る。同様に工具２６がプローブである場合、例えば、公知の半
径のルビーボールである場合、センサ４６からの出力は、コントローラがセンサ
２１によって指示された表面の各角度位置で表面深さのコントローラ４８への指
示を提供する。この情報は、表面１４に対して工具２６によってほぼ一定の圧力
を維持するための研磨工程と同じ方法で使用される。また、適当な用途において
他の工具も使用することができる。
【００２２】 図２は、工具２６が表面１４にではなく工作物１２の縁部５０に接触するよう
に工作物取付部１８及び工具取付部２８が互いに関して位置するように本発明の
他の実施の形態１０′を示している。この場合の工作物１２は、非対称カムまた
は非円筒形ピストンである。この実施の形態の場合、また工作物取付部１８は、
リニヤモータの一部を含み、他の部分は、ベースハウジングまたは支持体４２に
取り付けられ、リニヤモータは、工作物取り付け組立体１８を軌道５２に沿って
Ｘ方向に移動させる。Ｘ方向への移動取付部１８は、工作物１２が回転するとき
成形が起こる表面の高さを制御する。したがって、工作物１２が非対称縁部を有
するだけでなく、切削深さがこの縁部に沿った高さ位置全体において一様である
必要はない。工具２６の簡単なアーム構造及び簡単な取り付け構造が図２に示さ
れるが、これは図面を簡単にするためのもので、アーム取り付け構造は、図１と
同様であることが好ましい。また図２は、工具２６の反対側のアーム２８に取り
付けられた釣り合い重り５１を示すものである。これは、回転軸線と並んでいる
アーム２８の重心（理想的には慣性の軸線）を移動し、それによってアームの支
持体に伝達される反力を低減し、なくす。上述した内容を除いて、図１及び図２
の実施の形態はほぼ同じであり、成形の実行、または研磨または測定のような他
の作業を実行するのと同じ方法で作動する。
【００２３】 図３は、Ｘ方向に工作物１２を移動するカートリッジ２２ではなく、図２に示
すようなトラック構造５２及びリニヤモータを使用するという点で図１の実施の
形態とは異なる。図４は他の実施の形態を示し、この実施の形態においては、工
作物１２がＸ方向に移動するのではなく、工具２６によって作動される工作物の
表面１４の部分を再配置するために工具２８がＸ方向に移動する実施の形態を示
している。この場合、工具取り付け組立体５４は、リニヤモータ部材を含み、工
具２６を再配置するために軌道５６に沿ってＸ方向に移動する。図１及び図３の
実施の形態は、図４のものより好ましいと考慮される。なぜならば、床面までか
なりかたい取り付けを行い、したがって、図４の実施の形態よりさらによい耐震
性を発揮する。図５は、図４の実施の形態とは異なる他の実施の形態を示し、こ
の実施の形態においては、工具取り付け組立体５４及びトラック５６は、プレー
ト５８に取り付けられ、このプレートは、このプレート５８に少なくとも一部が
取り付けられたリニヤモータ（図示せず）の動作によってｙ方向に可動である。
この実施の形態は、アーム２８を回転するモータ３２によって提供される高速の
細かな運動に加えて軌道６０に沿った工具の低速の運動を可能にする利点を有す
るが、それは好ましい実施の形態ではない。なぜならば、あまりかたくない床面
特性を有する工具取付部２６を提供するからであり、したがって、さらに他の実
施の形態とことなる振動に関する問題を生じる。もし、低速の明白な運動が必要
な場合には、この組立体内の工作物の組立体１８または軸１６の運動によってこ
れらの運動が提供されることが好ましい。図２は、Ｘ方向への工作物の組立体の
動きが達成される１つの方法を示す。しかしながら、大部分の動作の場合、動作
が縁部５０で実行されない限りにおいて、このような全体の運動は必要ではなく
、モータ３２によるアーム２８の回転によって生じる工具２６の運動は、Ｙ方向
に必要なすべての運動を提供するために適当でなければならない。さらに大きな
動きが必要になるとき使用される他の方法が図７と関連して後に示される。
【００２４】 図６は、工具及び工作物の双方をしっかりと取り付けるという点では有利であ
るが、少なくともモータ３２のさらに複雑なアルゴリズムを必要とするという点
では欠点がある本発明の他の実施の形態を示すものである。しかしながら、この
実施の形態に関して必要な制御を提供するようにコントロールプロセッサ４８は
、公知のアルゴリズムを使用して容易にプログラムすることができる。特に、本
発明の実施の形態において、工作物取り付け組立体１８または工具取り付け組立
体５４のいずれかが工具２６によって作動される表面１４の部分を再配置するよ
うにＸ方向に移動され、このような再配置を行うためにコントローラ４８の制御
の下で適当なモータ（図示せず）によって軸６２の周りで組立体１８が回転され
る。工作物の軸線１６がＹ方向に対して所定の角度を形成するときに、この軸線
の角度は、切削部の深さを決定するときに計算に入れなければならないので、こ
の実施の形態に対する制御がさらに複雑になるが、前述したように容易に達成す
ることができる。
【００２５】 図７は本発明の他の実施の形態を示すが、この実施の形態は、図１及び図３と
は次の点で異なる。すなわち、一端に工具２６を備えた１つのアームを有する工
具取り付け組立体の代わりに、アーム２８′，２８″に工具２６′，２６″を有
し回転軸３４からアーム２８とは異なる方向に延びている第２及び第３のアーム
２８′，２８″を有する。装置１０が成形工作物１２を使用する本発明の１つの
実施の形態において、工具２６′は、粗仕上げ工具であり、工具２６は、仕上げ
工具であり、工具２６″は測定プローブである。アーム２８，２８′，２８″は
、等しい長さであり、ｙ方向に対応する工具の大きな動きを提供するために他方
より長い。したがって、アーム２８は、仕上げ工具が粗仕上げ工具より深い動き
が可能になるようにアーム２８′より長い。または、工具２６が成形工具であり
、工具２６′が研磨プローブ測定工具であることも可能である。組立体１８は、
適当な工具２８′，２８″を工作物１２に隣接して配置し、適当な時間で加工す
べき工作物の部分を制御するためにＸ方向に前述した方向で軌道５２に沿って移
動される。工具２８″は、工作物の取付部１８から出るように移動し、アーム組
立体を反時計方向に１２０°回転することによって所定の位置に移動される。さ
らに、アームの間の角度の位置は図示するように一様であるか、または非一様で
あってもよい。
【００２６】 図８Ａ及び図８Ｂは、アーム２８の端部に２つの工具が取り付けられた本発明
の他の実施の形態を示し、一方の工具２６は、工作物５０の表面を成形するため
に使用され、他方の工具２６′は、工作物の縁部面を成形するために使用される
。したがって、工作物を１つの取付部材によって、完全な眼鏡用レンズを形成す
ることができる。工具は、それらの各面で動作するように適当に配置されるよう
にアーム２８の端部で所定の角度があり、Ｘ方向の動きは、表面に隣接した適当
な工具が所定の時間に作動するように前もって示すような方法で提供される。適
当な構成によって、図面に示すような異なる表面で動作するようにまたは、同じ
表面で異なる用に作動するようにアーム２８の端部に取り付けることができる。
さらに、２つの工具が図７及び図８の組立体に取り付けられていることが示され
ているが、本発明に対する制限ではなく、適当な用途において、２つ以上の工具
も提供することができる。アーム２８の端部の２つまたはそれ以上の工具は回転
組立体の慣性を増大し、したがってその加速度を低減するが、これらの不都合性
をよくするようにこの構成が十分である用途がある。
【００２７】 図９は、本発明の他の実施の形態を示し、この実施の形態においては、工具組
立体は図７の実施の形態におけるように２つのアーム２８及び２８′を有し、ア
ーム２８の一端の工具２６が前述したように工作物１２を成形するように作動す
る。しかしながら、モータ３２がコントローラ４８の制御によってアーム２８の
回転を制御する代わりに、アーム２８′は、その端部にプローブ６４を有し、こ
のプローブ６４は、工具２６のｙ方向を制御するために工作物１２の表面１４の
所望の形状と反対の形状のラップ６６によって相互に作用する。ラップ６６は、
工作物１２の回転と同期して組立体１８′によって回転され、組立体１８′はＸ
方向へ移動するために接合部６８によって組立体１８に接合される。図９の実施
の形態は好ましくはない。なぜならば、それは、ラップ６６の使用を必要とし、
その経費及び欠点のすべてがあるからであるが、非常に大きなスピンドル速度が
可能になるからである。
【００２８】 図１０は、図９に対する他の実施の形態を示し、この実施の形態は、ラップ６
６の代わりに、プローブ先端６４がリニヤ位置センサ（ＬＶＤＴ）または偏倚ト
ランスジューサ７０を駆動し、アーム２８及び２８′の動きは、前の実施の形態
に関するようにモータ３２によって制御される。これは、工具２６のy方向を検 出する容量性センサ４６の変形例である。
【００２９】 図１１Ａ及び図１１Ｂは、回転位置センサ４６が計測アームの位置をベースに
した出力を検出し発生する回転センサ７４及びアーム２８とともに移動するよう
に取り付けられた計測アーム７２と置換された１つの実施の形態を示す。この構
成によって、角度位置を検出することから切削荷重アーム２８を支持する部材を
分離する。したがって、切削荷重に基づいた切削アームの偏倚は、角度位置の検
出の潜在的な誤差を生じない。
【００３０】 図１２は、アームの振動のような他の潜在的な問題を取り扱う実施の形態を示
すものである。ミクロンレンジの深さ制御が必要な場合、振動は所望の公差を達
成する制御をさらに困難にする潜在的な問題であり、所望の精度を達成するため
には振動の制御は重要である。
【００３１】 したがって、アームの振動を低減するために流体ダンパまたは他の適当なダン
パを提供することができるが、例えば、ダンパは、アーム２８に直接組み込まれ
るか、アームを取り付けるために使用される軸受けの形成部分である。図１２は
、後者の実施の形態を示し、（モータ３２によって回転される）軸３４が一対の
軸受け７６を貫通し、アーム２８が延びるカップ形状の構造７８で終結している
。軸８２を介して床面に取り付けられるプレート８０は構造７８に配置され、減
衰流体８４によって壁から間隔を置いている。軸８２は、軸受け８６を通って構
造７８を出る。図１２に示す構造によれば、アーム２８の所望の動きである回転
運動のために中間のシェア減衰が提供されるが、ｘ、ｙ、ｚ方向への望ましくな
い動きを抑えるために大きなスクイーズフィルム減衰が提供される。
【００３２】 図１３は、工具の「スプリングボード」振動を減衰する他の形態の受動減衰を
示す。この実施の形態において、アーム２８は、コア９０とシェル９２の双方を
有し、これらはベース９４から延びており、コアとシェルとの間には流体である
減衰材料９６を含む開口があるが、両面の粘着テープまたは同様の材料であるこ
とが望ましい。材料９６は、工具２６を接続するシェル９２のｚ方向への振動を
減衰する。
【００３３】 図１４Ａ及び図１４Ｂは、振動、特にモータ３２とアーム２８との間の特別の
振動を減衰する他の構成を示しており、この構成により、実際にはアームがモー
タとは異なる方向に移動するように共振することができる。まず図１４Ａを参照
すると、モータ３２に取り付けられているクランプ組立体１００及びアーム２８
に取り付けられているクランプ組立体１０２が示されている。クランプ組立体１
０２は、ネジ１０４によって端部で一緒に保持されている。図１４Ａにおいて、
組立体の主部分の間の薄い領域１０８に延びているクランプ組立体の間に、室１
０６がある。部分１０８を含む室１０６は、２つのセグメントの間に垂直方向の
減衰を行う粘弾性のある流体で充填される。しかしながら、粘弾性のある流体は
大きな剪断抵抗を提供しないので、図１４の形状は、回転運動または振動の減衰
をあまり提供しない。図１４Ｂの実施の形態は、組立体１０２の図１４Ａの実施
の形態とは次の点で異なる。すなわち、組立体１０２は複数の歯１１０を有し（
図面には１つの歯のみを示す）、その各々は、組立体１００に形成された室１１
２に嵌合し、その部分は、粘弾性のある流体で充填される。粘弾性のある流体は
、各歯１１０を包囲する。したがって、２つのクランプ組立体の間の回転運動は
、スクイーズフィルム減衰を生じ、この減衰は、回転振動をほぼ禁止するように
作用する。図１２，図１３及び図１４には３つの実施の形態を示しているが、ア
ーム２８の振動及び他のスプリアス運動を減衰するために使用されることは明ら
かである。
【００３４】 本発明の旋盤の他の潜在的な問題は、アーム２８をできるだけかたくつくる労
力にもかかわらず、アーム及び工具によって工作物に大きな力が加えられるとき
アームが曲がりまたはたわむことである。前述したような精度の水準によれば、
このようなたわみは、許容しがたい誤差源を呈する。このような問題の１つの解
決法は、このようなたわみの検出器と、曲げの指示を受けるアーム２８に取り付
けられたストレインゲージを提供することである。この情報は、コントローラ４
８にフィードバックされ、アームの曲げを補償し、先端を正確に必要な場所に移
動するようにアームの十分な追加の動き及び端部に取り付けられた工具の動きを
生じる。表面の特徴を監視するか、または測定するために工具を使用する場合、
アームの曲げは測定値への最終的な決定を行うことを計算に入れることができる
。
【００３５】 選択された条件の下で各誤差を追跡する繰り返される制御アルゴリズムが存在
し、これは、このような繰り返される誤差を補償する制御を行う。このようなア
ルゴリズムは、繰り返される誤差を検出し、このような誤差を補償するために追
加のかたさまたは他の適当な補償を提供するために使用することができる。
【００３６】 さらに、好ましい実施の形態の場合、回転アーム２８として工具２６の低い慣
性量が示されるが、これは本発明の現在の好ましい形態であり、これは本発明の
制限ではなく、構成における適当な変形例において、可撓性アームのダイヤフラ
ムのような他のタイプの低い慣性量が使用される。
【００３７】 したがって、好ましい実施の形態を参照して特に図示して説明したが、形態及
び詳細の他の変化は、添付した請求の範囲に示した本発明の精神及び／又はに範
囲から逸脱せずに当業者によって行われる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施の形態の装置の前上方から見た斜視図である。
【図２】 工作物のエッジ面で作動する本発明の他の実施の形態の装置の前上方から見た
斜視図である。
【図３】 図１に示す実施の形態の簡単に変形された平面図である。
【図４】 図１に示す実施の形態の３つの他の変形例の平面図である。
【図５】 図１に示す実施の形態の３つの他の変形例の平面図である。
【図６】 図１に示す実施の形態の３つの他の変形例の平面図である。
【図７】 回転アーム組立体に３つの工具が設けられた図１に示す他の実施の形態の平面
図である。
【図８】 図８Ａ及び図８Ｂは、図８Ａ及び図８Ｂに示すような工作物の面及びエッジで
作動する２つの工具を有する本発明の実施の形態の平面図である。
【図９】 工具の位置が所望の工作物の形状の形状に補完的な形状を有するマスターラッ
プによって制御される図１に示すタイプの本発明の実施の形態の平面図である。
【図１０】 移動トランスジューサを制御するために工具取り付け回転アームの延長部が使
用される本発明の実施の形態の部分平面図である。
【図１１】 図１１Ａ及び図１１Ｂは、工具の位置を検出するために計測アームを備えた本
発明の実施の形態の平面図及び側面図である。
【図１２】 アームの望ましくない移動を禁止するダンパを備えた本発明の破断断面図であ
る。
【図１３】 他の減衰構造を示す回転アームの側断面図である。
【図１４】 図１４Ａ及び図１４Ｂは、アームの減衰カプラの２つの実施の形態を示す側断
面図である。
【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１２年２月９日（２０００．２．９）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 トランパー，デーヴィッド・エル アメリカ合衆国ニューハンプシャー州 03865，プレイストウ，キャサリン・ウェ イ ６ (72)発明者 マ，デーヴィッド・シー アメリカ合衆国マサチューセッツ州02139， ケンブリッジ，ライス・ストリート ６， アパートメント ナンバー１ Ｆターム(参考） 3C045 BA40 CA18 DA23 3C049 AA11 AA16 CA01 CB01

Claims (33)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 工作物の少なくとも１つの表面を、加工するように露出する
    工作物取付部材と、 前記工作物を制御された速度で回転するように前記取付部材を作動する機構と
    、 前記工作物の回転位置を示すインジケータと、 選択された作業を実行する工具と、 前記工具を固定するように支持する取付部材であって、加工する少なくとも１
    つの表面の一部に隣接するように工具を配置し、前記工具を支持する前記取付部
    材の一部分は、前記少なくとも１つの表面に直角な成分を有する方向に可動であ
    り、前記取付部材は、前記工具を前記方向に移動可能なように最小限の慣性を提
    供する取付部材と、 前記直角成分の方向に前記工具のパラメータに作用するように前記取付部材を
    介して作用するトランスジューサであって、前記トランスジューサより前記工具
    の直角成分の方向に大きく移動するトランスジューサと、 前記インジケータに少なくとも一部が応答する前記トランスジューサ用のコン
    トローラと、を有する工作物に選択された作業を実行する装置。
  2. 【請求項２】 前記工具を支持する取付部材の前記部分と前記工具との組み
    合わせは、前記取付部材の他の部分より大きい質量を有し、この取付部材は、少
    なくとも１つの前記工具の距離前記垂直な成分の方向に可動である請求項１に記
    載の装置。
  3. 【請求項３】 前記工具の取付部材及び前記工作物の取付部材の少なくとも
    一方は、前記工具が隣接する少なくとも１つの表面の部分を変えるために互いに
    対して可動である請求項１に記載の装置。
  4. 【請求項４】 前記工作物取付部材は、前記工作物が回転する軸線の周りに
    直角な成分を有する方向に可動である請求項３に記載の装置。
  5. 【請求項５】 前記工作物が回転する軸線に直角な成分を有する方向に可動
    である請求項３に記載の装置。
  6. 【請求項６】 工作物取付部材は、前記工作物が回転する軸線の小さい角度
    を有効にするように回転可能であり、工作物取付部材の回転によって前記工作物
    の異なる部分を工具に隣接させる請求項３に記載の装置。
  7. 【請求項７】 前記工具取付部材は、前記工作物取付部材に対して移動可能
    ではなく、前記工作物取付部材は、工具が隣接する少なくとも１つの表面の部分
    を変えるために工作物が回転する軸線に直角な方向に少なくとも主成分を有する
    方向に可動である請求項３に記載の装置。
  8. 【請求項８】 各々が前記工作物に異なる選択的な作業を実行する少なくと
    も２つの工具があり、これらの工具は前記取付部材に固定するように支持され、 前記工具取付部材と前記工作物取付部材の少なくとも一方は、前記工具の一方
    を制御するように互いに関して可動であり、前記工具は加工すべき少なくとも１
    つの表面の部分に隣接している請求項３に記載の装置。
  9. 【請求項９】 一端に隣接して取りけられる第１の前記工具と他端に隣接し
    て取り付けられる第２の前記工具とを有する回転アームを有し、前記工具を取り
    付ける端部の間で前記アームの回転部分があり、 前記工具及び工作物の取付部の少なくとも一方が、加工する工作物の表面に隣
    接する工具を制御するためにアームに平行な成分を有する方向に互いに可動であ
    る請求項８に記載の装置。
  10. 【請求項１０】 前記加工は成形動作であり、前記工具の一方は粗仕上げ工
    具であり、前記工具の他方は仕上げ工具である請求項８に記載の装置。
  11. 【請求項１１】 前記工具の一方は、前記第１の露出された工作物表面で作
    業し、前記第２の工具は、第２の露出した工作物の表面で作業し、前記工具取付
    部材及び前記工作物取付部材は、前記適当な一方の工具を所定の時間、加工する
    対応する表面の部分に隣接するように互いに関して可動である、請求項８に記載
    の装置。
  12. 【請求項１２】 前記工具取付部材は、地面へのかたい通路を提供する請求
    項１に記載の装置。
  13. 【請求項１３】 前記工具取付部材は、前記一端の近傍に取り付けられた前
    記工具を有する回転組立体と、前記工具を取り付ける前記端部から前記組立体に
    沿って間隔を置いた組立体用のピボットとを有し、前記組立体は、前記工具と前
    記ピボットとの間で前記長さに沿って最小限の質量を有する請求項１に記載の装
    置。
  14. 【請求項１４】 前記トランスジューサは、前記直角成分の方向に工具のパ
    ラメータに作用するために前記ピボットで作動する請求項１３に記載の装置。
  15. 【請求項１５】 前記工具は、成形工具であり、前記トランスジューサは、
    駆動トランスジューサであり、当該駆動トランスジューサは、工作物回転位置の
    関数として前記直角成分の方向に工具の位置を制御するために前記インジケータ
    に応答して作動する請求項１４に記載の装置。
  16. 【請求項１６】 前記工具は研磨工具であり、前記トランスジューサは、前
    記直角成分の方向に工具位置を監視し、工具によって表面に加えられる圧力をほ
    ぼ一定に維持するようにアームを通して工具に加えられる圧力を制御する請求項
    １４に記載の装置。
  17. 【請求項１７】 前記工具はプローブであり、前記トランスジューサは、前
    記直角成分の方向に工具位置を監視し、工具によって表面に加えられる圧力をほ
    ぼ一定に維持するようにアームを通して工具に加えられる圧力を制御する請求項
    １４に記載の装置。
  18. 【請求項１８】 前記回転組立体は、前記ピボットから前記組立体に沿って
    間隔を置き、前記工具の反対側に第２の端部と、前記第２の端部に隣接して取り
    付けられたプローブと、選択された機能を実行するように前記プローブに協働す
    る部品と、を有する請求項１３に記載の装置。
  19. 【請求項１９】 前記工具は成形工具であり、前記部品は、作用する前記表
    面に形成された形状と反対の形状を有するマスターラップであり、前記工作物の
    回転と同期して前記マスターラップを回転する機構を有する請求項１８に記載の
    装置。
  20. 【請求項２０】 前記部品は、前記直角成分の方向に工具の位置を示すため
    に前記プローブと協働するリニヤ移動トランスジューサである請求項１８に記載
    の装置。
  21. 【請求項２１】 前記工具取付部材は、前記工具の少なくとも選択された移
    動を減衰するダンパを有する請求項１３に記載の装置。
  22. 【請求項２２】 前記ダンパは、固定された静止部材と、前記静止部材と前
    記回転組立体との間に流体結合とを有し、前記流体結合によって小さい剪断減衰
    であり、回転組立体の移動が前記流体結合によって大きな圧力減衰を生じるよう
    に前記部材及び前記回転組立体が相対的な向きを有する請求項２１に記載の装置
    。
  23. 【請求項２３】 前記回転組立体は、前記遠位端に取り付けられた前記工具
    を有する片持ちレバーを有し、前記アームは、間隔を置いた外側シェルを備えた
    コアを有し、前記ダンパは、前記コアと外側シェルとの間の空隙に粘弾性を有す
    る材料を含む請求項２１に記載の装置。
  24. 【請求項２４】 前記工具取付部材は、一端に取り付けられた工具を有する
    片持ちアームであり、前記トランスジューサは、前記アームに対する駆動体であ
    り、このアームは、前記工具から間隔を置いた所定の点で、前記アームに結合さ
    れ、前記ダンパは、前記アームと前記駆動体との間に結合される粘弾性を有する
    弾性材料を含む請求項２１に記載の装置。
  25. 【請求項２５】 前記インジケータは、回転組立体とともに移動するように
    取り付けられた計測アームを有するが、工具の荷重及び前記計測アームに応答し
    た回転位置センサを支持しない請求項１３に記載の装置。
  26. 【請求項２６】 前記回転組立体は、前記直角な成分を有する方向に前記工
    具を移動するように前記ピボットの周りで回転し、前記方向に工具位置のインジ
    ケータを含む請求項１３に記載の装置。
  27. 【請求項２７】 前記工具位置のインジケータは、容量性センサ、エンコー
    ダ、及び電位計のうちの１つである請求項２６に記載の装置。
  28. 【請求項２８】 前記工具は成形工具であり、前記トランスジューサは、前
    記工具の位置を前記方向に制御するように前記回転組立体を移動する駆動体を有
    する請求項２６に記載の装置。
  29. 【請求項２９】 前記工具取付部材は、前記工具取付部材の基本軸線と回転
    の回転組立体の軸線とを整列するようにバランスをとる請求項１３に記載の装置
    。
  30. 【請求項３０】 動的なバランスをとるために前記回転組立体の釣り合い重
    りを含む請求項２９に記載の装置。
  31. 【請求項３１】 前記回転組立体の荷重誘導たわみのセンサと、前記センサ
    に応答して前記パラメータにトランスジューサの効果を変更する前記トランスジ
    ューサ用のフィードバック制御と、を有する請求項１２に記載の装置。
  32. 【請求項３２】 少なくとも１つの表面を、成形するために露出する前記工
    作物の工作物取付部材と、 前記工作物を選択された速度で回転するように前記取付部材に作動する機構と
    、 前記工作物回転位置のインジケータと、 成形工具と、 第１の点で前記成形工具に関して固定して取り付けられた前記成形工具を有す
    る回転アームであって、前記第１の点は、成形すべき少なくとも１つの表面の一
    部に隣接している回転アームと、 前記工具を少なくとも１つの表面の前記部分と制御された接触を行うか行わな
    いように工具を移動する前記第１の点から離れた第２の点で前記回転アームに作
    用する駆動体と、 前記コントローラが前記インジケータへ少なくとも一部が応答する前記駆動体
    用のコントローラと、を有する工作物を成形する装置。
  33. 【請求項３３】 前記工具が取り付けられる第１の点は、前記回転アームの
    遠位端であり、 前記アームは、前記第１と第２の点との間に最小限の質量を有する請求項３２
    に記載の装置。
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