JP2002011656A

JP2002011656A - 大型超精密非球面の加工測定装置及び方法

Info

Publication number: JP2002011656A
Application number: JP2000192332A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Moriyasu; 精守安; Junichi Kato; 純一加藤; Hitoshi Omori; 整大森; Yutaka Yamagata; 豊山形; Imin Hayashi; 偉民林; Ichiro Yamaguchi; 一郎山口
Original assignee: RIKEN Institute of Physical and Chemical Research
Current assignee: RIKEN Institute of Physical and Chemical Research
Priority date: 2000-06-27
Filing date: 2000-06-27
Publication date: 2002-01-15

Abstract

(57)【要約】【課題】（１）ワークの取外し／再取付けを行うこと
なく機上で形状測定ができ、（２）形状測定の際にワー
クの移動誤差の影響をなくして形状測定精度を加工精度
以上に高めることができ、（３）かつ加工及び測定時に
コンピュータプログラムにより各軸をリアルタイムに制
御することができ、これにより、大型超精密Ｘ線ミラー
等を高精度かつ優れた表面粗さに高能率に加工すること
ができる大型超精密非球面の加工測定装置及び方法を提
供する。【解決手段】ワーク1を固定して少なくとも一軸方向
にNC制御可能なワークテーブル14と、ワークを研削加工
する導電性砥石4が取付けられるツールヘッド21と、導
電性砥石をワークを加工しながら電解ドレッシングする
ELID研削装置22と、ツールヘッドに少なくとも一部が取
付けられワークの加工面の傾斜角を測定する差動式傾斜
測定装置25と、測定された傾斜角から形状誤差を求めNC
プログラムを補正するプログラム補正装置30とを備え、
ワークの取外し／再取付けを行うことなく同一の機上で
ELID研削加工と差動式傾斜測定を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、大型超精密非球面
の加工測定装置及び方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年の科学技術の発展に伴って、超精密
加工への要求は飛躍的に高度化しつつあり、この要求を
満たす鏡面研削手段として、電解インプロセスドレッシ
ング研削法（ＥｌｅｃｔｒｏｌｙｔｉｃＩｎ-ｐｒｏ
ｃｅｓｓＤｒｅｓｓｉｎｇ：ＥＬＩＤ研削法）が本願
出願人等により開発され、発表されている（理研シンポ
ジウム「鏡面研削の最新技術動向」、平成３年３月５日
開催）。

【０００３】このＥＬＩＤ研削法は、図７に模式的に示
すように、従来の電解研削における電極に代えて導電性
砥石４を用い、かつこの砥石と隙間（ギャップ）を隔て
て対向する電極２を設け、砥石と電極との間に導電性液
３を流しながら砥石４と電極２との間に電圧を印加し、
砥石を電解によりドレッシングしながら、砥石によりワ
ークを研削するものである。すなわち、メタルボンド砥
石４を陽極、砥石表面にギャップを隔てて対設された電
極２を陰極とし、研削作業と同時に砥石の電解ドレッシ
ングを行うことにより、研削性能を維持・安定させるこ
とのできる研削法である。なお、この図において、１は
ワーク（被研削材）、５はＥＬＩＤ電源、６は給電体、
７は導電性液のノズルである。

【０００４】このＥＬＩＤ研削法では砥粒を細かくして
も電解ドレッシングにより砥粒の目立てにより砥石の目
詰まりが生じないので、砥粒を細かくすることにより鏡
面のような極めて優れた加工面を研削加工により得るこ
とができる。従って、ＥＬＩＤ研削法は、高能率研削か
ら鏡面研削に至るまで砥石の切れ味を維持でき、かつ従
来技術では不可能であった高精度な表面を短時間に創成
できる手段として、種々の研削加工への適用が期待され
ている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】近年、大型の超精密Ｘ
線ミラーやホログラム光学素子あるいはその他の光学素
子、機械構造物、電子デバイス（以下、大型超精密Ｘ線
ミラー等という）など大型かつ超精密な素子の加工要求
が放射光利用施設や大型天体望遠鏡などの科学機器分野
あるいは電子デバイス、大型情報機器、フラットディス
プレイなどの産業界で必要性が高まっている。

【０００６】かかる大型超精密Ｘ線ミラー等の加工に、
上述したＥＬＩＤ研削法を適用すると、原理的には、高
能率かつ高精度な研削加工ができる。しかし、図６に例
示したＥＬＩＤ研削法を単に適用して装置を大型化する
と以下の問題点があった。

【０００７】（１）加工抵抗による変形、熱膨張、工具
の摩耗、等の影響により、各軸を数値制御により高精度
に制御しても、ワークには必ず加工誤差が残り、この加
工誤差を測定するために、ワークを加工装置から取外
し、別に設けた測定装置で形状測定して、再取付する
と、ワーク（光学素子）の基準面にズレが生じる。（２）この問題を解決するために、加工装置上に測定装
置を設けて、ワークの取外し／再取付けをなくしても、
加工装置によるワークの移動誤差が測定装置に影響し、
形状測定精度をそれ以上に高められない。（３）従来の数値制御装置（ＮＣコントローラ）は、別
に設けたコンピュータから供給されるプログラムによ
り、各軸を制御し、各軸からの出力信号をＮＣコントロ
ーラにフィードバックしている。しかし、この際、コン
ピュータには各軸からの出力信号がフィードバックされ
ないため、ＮＣコントローラのリアルタイム制御はでき
なかった。

【０００８】本発明はかかる問題点を解決するために創
案されたものである。すなわち、本発明の目的は、
（１）ワークの取外し／再取付けを行うことなく機上で
形状測定ができ、（２）形状測定の際にワークの移動誤
差の影響をなくして形状測定精度を加工精度以上に高め
ることができ、（３）かつ加工及び測定時にコンピュー
タプログラムにより各軸をリアルタイムに制御すること
ができ、これにより、大型超精密Ｘ線ミラー等を高精度
かつ優れた表面粗さに高能率に加工することができる大
型超精密非球面の加工測定装置及び方法を提供すること
にある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、ワーク
（１）を固定して少なくとも一軸方向にＮＣ制御可能な
ワークテーブル（１４）と、ワークを研削加工する導電
性砥石（４）が取付けられるツールヘッド（２１）と、
該導電性砥石をワークを加工しながら電解ドレッシング
するＥＬＩＤ研削装置（２２）と、ツールヘッドに少な
くとも一部が取付けられワークの加工面の傾斜角を測定
する差動式傾斜測定装置（２５）と、測定された傾斜角
から形状誤差を求めＮＣプログラムを補正するプログラ
ム補正装置（３０）とを備えたことを特徴とする大型超
精密非球面の加工測定装置が提供される。

【００１０】上記本発明の構成によれば、ＥＬＩＤ研削
装置（２２）と差動式傾斜測定装置（２５）とが同一の
ツールヘッド（２１）に取り付けられ、プログラム補正
装置（３０）でＮＣプログラムを補正しながら同一の機
上で加工と測定ができるので、ワークの取外し／再取付
けを行うことなく機上で形状測定ができ、かつ加工及び
測定時にコンピュータプログラムにより各軸をリアルタ
イムに制御することができる。また、差動式傾斜測定に
よるので形状測定の際にワークの移動誤差の影響をなく
して形状測定精度を加工精度以上に高めることができ
る。

【００１１】本発明の好ましい実施形態によれば、前記
ワークテーブル（１４）は、水平な上面を有するＸ軸方
向に細長いマシーンベット（１２）上に取り付けられ上
面にワーク（１）を固定してＸ軸方向にＮＣ制御可能な
Ｘ軸テーブルであり、更に、Ｘ軸テーブルを跨いでＸ軸
に直交する水平なＹ軸方向に延び両脚部がマシーンベッ
トに固定された門型固定コラム（１６）と、該門型固定
コラム上に取り付けられＹ軸方向にＮＣ制御可能なＹ軸
ステージ（１８）と、該Ｙ軸ステージに吊り下げられ鉛
直なＺ軸方向にＮＣ制御可能なＺ軸コラム（２０）とを
備え、前記ツールヘッド（２１）はＺ軸コラム（２０）
に取付けられる。

【００１２】上記本発明の構成により、細長いマシーン
ベット（１２）の幅方向に門型固定コラム（１６）が固
定されたフレーム構造となっているので、フレームが高
剛性であり、かつ対称性をもった構造のため熱変形によ
る影響を最小限にとどめることができる。また、細長い
マシーンベット（１２）の上にＸ軸テーブル（１４）が
取り付けられ、門型固定コラム（１６）にＹ軸ステージ
（１８）及びＺ軸コラム（２０）が取り付けらているの
で、主に放射光利用施設などで利用される細長いトロイ
ダル面をもったミラーなどを効率よく加工することがで
きる。更に、同一のツールヘッド（２１）にワークを研
削加工する導電性砥石（４）と差動式傾斜測定装置（２
５）の一部が取付けられているので、ＥＬＩＤ研削と差
動式傾斜測定を同一の機上でワークの取外し／取付けを
行うことなく、修正を加えながら繰り返すことができ、
大型の大型超精密Ｘ線ミラー等を高精度かつ優れた表面
粗さに高能率に加工することができる。

【００１３】また、前記ＥＬＩＤ研削装置（２２）は、
導電性砥石（４）と間隔を隔てて対向するＥＬＩＤ電極
（２）と、砥石と電極との間に電圧を印加するＥＬＩＤ
電源（５）とを備え、砥石と電極との間に導電性液を流
しながら、砥石と電極との間に電圧を印加し、砥石を電
解によりドレッシングしながらワーク（１）を研削す
る。

【００１４】この構成により、導電性砥石をワークを加
工しながら電解ドレッシングすることができ、高精度か
つ優れた表面粗さに高能率に加工することができる。

【００１５】更に、前記差動式傾斜測定装置（２５）
は、ツールヘッド（２１）に固定された移動部（２６）
と、マシーンベット（１２）又はワークテーブル（１
４）に固定された固定部（２７）とからなり、移動部と
固定部は、ワークテーブル（１４）の移動方向に平行な
レーザビーム（２５ａ）によりデータを送受する。

【００１６】この構成により、レーザビーム（２５ａ）
により移動部と固定部のデータの送受を確実に行いなが
ら、移動部（２６）を小型・軽量化でき、かつ固定部と
ＮＣコントローラ及びコンピュータとの接続をスリップ
リング等なしに容易に行うことができる。

【００１７】本発明の好ましい第１実施形態によれば、
前記レーザビーム（２５ａ）は測定ビームであり、前記
移動部（２６）は、固定部とワーク測定部の間に位置し
測定ビーム又はその反射光を直角に屈折させるペンタプ
リズム（２６ａ）であり、前記固定部（２７）は、マシ
ーンベット（１２）に固定され測定ビームと参照ビーム
を照射する差動型傾斜センサ（２８）と、マシーンベッ
ト（１２）又はワークテーブル（１４）に固定された参
照鏡（２９）とからなる。

【００１８】この構成により、移動部（２６）がペンタ
プリズム（２６ａ）で構成されるため最も小型・軽量に
できる。また、被測定物（ワーク）の中心線に沿ってＸ
軸方向に差動式傾斜測定ができるので、ワークの移動誤
差の影響をなくして形状測定精度を加工精度以上に高め
ることができる。

【００１９】本発明の好ましい第２実施形態によれば、
前記レーザビーム（２５ａ）は参照ビームであり、前記
移動部（２６）は、ツールヘッド（２１）に固定されワ
ークテーブル（１４）の移動方向に平行な回転軸を中心
に回転可能な回転ステージ（２６ｂ）と、該回転ステー
ジに固定され測定ビームをワークに向けて照射しその反
射光を検出する差動型傾斜センサ（２８）とからなり、
前記固定部（２７）は、ワークテーブル（１４）に固定
された参照鏡（２９）と、参照鏡と移動部との間に位置
し参照ビーム又はその反射光を直角に屈折させる光学素
子（２９ａ）と、該光学素子と移動部との間に位置し回
転ステージの回転をキャンセルするように参照ビーム又
はその反射光を回転させるダブプリズム（２９ｂ）とか
らなる。

【００２０】この構成により、回転ステージ（２６ｂ）
により差動型傾斜センサ（２８）をＸ軸まわりに回転さ
せることにより、被測定物（ワーク）の上面全体を差動
式傾斜測定ができる。

【００２１】本発明の好ましい第３実施形態によれば、
前記レーザビーム（２５ａ）は参照ビームであり、前記
移動部（２６）は、ツールヘッド（２１）に固定されワ
ークテーブル（１４）の移動方向に平行な回転軸を中心
に回転可能な回転ステージ（２６ｂ）と、ツールヘッド
（２１）に固定され測定ビームを水平に照射しその反射
光を検出する差動型傾斜センサ（２８）と、前記回転ス
テージに固定され水平な測定ビームをワークに向けて反
射しその反射光を差動型傾斜センサに向けて反射する反
射ミラー（２９ｃ）とからなり、前記固定部（２７）
は、ワークテーブル（１４）に固定された参照鏡（２
９）と、参照鏡と移動部との間に位置し参照ビーム又は
その反射光を直角に屈折させる光学素子（２９ａ）とか
らなる。

【００２２】この構成によっても、回転ステージ（２６
ｂ）により反射ミラー（２９ｃ）をＸ軸まわりに回転さ
せることにより、被測定物（ワーク）の上面全体を差動
式傾斜測定ができる。

【００２３】また、前記プログラム補正装置（３０）
は、前記各ＮＣ制御軸のリニアスケールから出力される
正弦波信号を所定のパルス信号に分割するパルス分割器
（３１）と、該パルス信号をリアルタイムで受信しこれ
に対応してＮＣコントローラに数値制御プログラムを出
力するコンピュータ（３２）とを備える。

【００２４】この構成により、ＮＣコントローラに影響
を与えることなく、コンピュータ（３２）に最適のパル
ス信号にリニアスケールから出力される正弦波信号を分
割できる。また、ＮＣコントローラと同時に各ＮＣ制御
軸の移動信号を受信するので、これに対応してＮＣコン
トローラに数値制御プログラムを出力して、差動式傾斜
測定をリアルタイムに行うことができる。

【００２５】また、本発明によれば、導電性砥石を電解
ドレッシングしながらワークを研削加工するＥＬＩＤ研
削工程（Ａ）と、前記加工面の傾斜角を測定する傾斜測
定工程（Ｂ）と、測定された傾斜角から形状誤差を求め
ＮＣプログラムを補正するプログラム補正工程（Ｃ）と
からなり、ＥＬＩＤ研削工程後にワークを取り外すこと
なく、傾斜測定工程とプログラム補正工程を行い、再度
ＥＬＩＤ研削工程を行う。

【００２６】この方法により、ＥＬＩＤ研削工程後に、
ワークの取外し／再取付けを行うことなく同一の機上で
傾斜測定ができる。また、傾斜測定工程後に、ワークを
取り外すことなく、プログラム補正を行い、再度ＥＬＩ
Ｄ研削工程を行うことができる。また、差動式傾斜測定
によるので形状測定の際にワークの移動誤差の影響をな
くして形状測定精度を加工精度以上に高めることができ
る。従って、ＮＣプログラムを補正しながら同一の機上
で加工と測定を繰り返し、加工精度を高めることができ
る。

【００２７】本発明の好ましい実施形態によれば、前記
傾斜測定工程（Ｂ）において、ワーク表面の微小な２点
間における傾斜を測定する。ワーク表面の微小な２点間
における傾斜を測定することにより、形状測定の際にワ
ークの移動誤差の影響をなくすことできる。

【００２８】また、前記プログラム補正工程（Ｃ）にお
いて、測定された傾斜角を積分して形状データを作成
し、この形状データとＥＬＩＤ研削工程（Ａ）に用いた
形状データとを比較して形状誤差を求め、この形状誤差
から補正ＮＣプログラムを作成する。この方法により、
ＮＣプログラムを順次補正しながら同一の機上で加工と
測定を繰り返し、加工精度を高めることができる。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施形態
を図面を参照して説明する。なお、各図において共通す
る部分には同一の符号を付して使用する。

【００３０】図１は、差動式傾斜測定法の原理図であ
る。この図において、ｘはワーク１の送り方向であり、
σ（ｘ）はワークの送りの際に不可避的に生じる移動誤
差であり、α（ｘ）はワーク１の表面の傾斜角である。
ワーク表面の微小な２点（ｘとｘ＋ｓ）の傾斜角τ₁と
τ₂は、式（１）であらわすことができ、これから式
（２）を導くことができる。 τ₁＝α（ｘ）−σ（ｘ）、τ₂＝α（ｘ＋ｓ）−σ（ｘ＋ｓ）．．．（１） τ₂−τ₁＝α（ｘ＋ｓ）−α（ｘ）＝Δα（ｘ）．．．（２）

【００３１】式（２）を積分することにより、各測定点
の傾斜角α（ｘ）を求めることができ、更に積分するこ
とにより、ワーク１の表面の形状を求めることができ
る。また、式（２）から明らかなように、移動誤差σ
（ｘ）はキャンセルされて、Δα（ｘ）には現れない。
すなわち、この差動式傾斜測定法の適用により、ワーク
の移動誤差の影響をなくして形状測定精度を加工精度以
上に高めることができることがわかる。

【００３２】図２は、上述した差動式傾斜測定法を用い
た測定装置の構成図である。この図において、レーザー
光源から照射されたレーザービームが、プリズムにより
２つの平行なレーザービームに分割されてワークに照射
され、その反射光が検出器に導かれ、その位置変化によ
り傾斜角τ₁とτ₂が測定される。また、平行なレーザー
ビームの一部が参照鏡に導かれてその反射光を同様に検
出し、ワーク表面の高さ変化による影響をキャンセルす
るようになっている。なお、かかる構成の差動式傾斜測
定装置は、米国特許第４，８８４，６９７号に開示され
ている。

【００３３】図３は、本発明による加工測定装置の第１
実施形態図である。この図に示すように、本発明の加工
測定装置は、マシーンベット１２、Ｘ軸テーブル１４
（ワークテーブル）、門型固定コラム１６、Ｙ軸ステー
ジ１８、Ｚ軸コラム２０及びこれに取り付けられたツー
ルヘッド２１からなる。また、この大型超精密非球面の
加工測定装置は図示しない恒温室内に設置し、恒温室内
を常に一定の温度に保持し、ワーク１や構成機器の熱膨
張による変位を抑え、高精度を維持するようになってい
る。

【００３４】マシーンベット１２は、水平な上面を有す
るＸ軸方向に水平に延びる細長い本体フレームであり、
剛性の高い一体構造になっている。Ｘ軸テーブル１４
は、マシーンベット１２の上に取り付けられ、その上面
にワーク１を固定してワークをＸ軸方向にＮＣ制御で高
速かつ高精度に移動できる。門型固定コラム１６は、Ｘ
軸テーブル１４を跨いでＸ軸に直交する水平なＹ軸方向
に延び、両脚部がマシーンベット１２に固定されてい
る。門型固定コラム１６もマシーンベット１２と同様に
本体フレームの一部であり、剛性の高い一体構造になっ
ている。Ｙ軸ステージ１８は、門型固定コラム１６のこ
の例では上面に取り付けられ、Ｙ軸方向にＮＣ制御で高
速かつ高精度に移動できる。またＺ軸コラム２０は、こ
のＹ軸ステージ１８に吊り下げられ、鉛直なＺ軸方向に
ＮＣ制御で高速かつ高精度に移動できる。

【００３５】上述した構成により、細長いマシーンベッ
ト１２の幅方向に門型固定コラム１６が固定されたフレ
ーム構造となっているので、フレームが高剛性であり、
かつ対称性をもった構造のため熱変形による影響を最小
限にとどめることができる。従って、Ｘ軸ストロークを
長くし（例えば１４００ｍｍ）、Ｙ軸とＺ軸のストロー
クを比較的短くする（例えばそれぞれ５５０ｍｍ、２０
０ｍｍ）ことにより、高いフレーム剛性を保持しなが
ら、大型の大型超精密Ｘ線ミラー等（例えば主に放射光
利用施設などで利用される細長いトロイダル面をもった
ミラーなど）を高精度に加工することができる。例え
ば、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸にリニアガイドを用いることにより、
それぞれ１０ｎｍの位置決め分解能を得ることができ
る。また、各軸の真直度も超精密ガイドの採用により、
例えばＸ軸で約０．５μｍ／１４００ｍｍ、Ｙ，Ｚ軸で
は約０．２μｍ／５５０ｍｍ、約０．２μｍ／２００ｍ
ｍを実現することができる。

【００３６】図３において本発明の加工測定装置は、更
に、ＥＬＩＤ研削装置２２、差動式傾斜測定装置２５、
及びプログラム補正装置３０を備える。

【００３７】ＥＬＩＤ研削装置２２は、導電性砥石４と
間隔を隔てて対向するＥＬＩＤ電極２と、砥石４と電極
２との間に電圧を印加するＥＬＩＤ電源５とを備え、砥
石４と電極２との間に導電性液を流しながら、砥石４と
電極２との間に電圧を印加し、砥石４を電解によりドレ
ッシングしながらワーク１を研削するようになってい
る。また、このＥＬＩＤ電源５は、コンピュータ３２に
より直接制御される。

【００３８】差動式傾斜測定装置２５は、ツールヘッド
２１に固定された移動部２６と、マシーンベット１２又
はワークテーブル１４に固定された固定部２７とからな
る。移動部２６と固定部２７は、ワークテーブル１４の
移動方向（Ｘ方向）に平行なレーザビーム２５ａにより
データを送受する。

【００３９】図３の第１実施形態において、レーザビー
ム２５ａは測定ビームである。また、移動部２６は、固
定部２７とワーク測定部の間に位置し、測定ビーム２５
ａ及びその反射光を直角に屈折させるペンタプリズム２
６ａである。更に、固定部２７は、マシーンベット１２
に基礎を介して固定された差動型傾斜センサ２８と、ワ
ークテーブル１４に固定された参照鏡２９とからなる。
差動型傾斜センサ２８は、測定ビーム２５ａと参照ビー
ム２５ａ’を照射し、２本の測定ビーム２５ａをペンタ
プリズム２６ａを介してワーク１に照射し、その反射光
を検出器に導き、その位置変化により傾斜角τ１とτ２
を測定する。また、参照ビーム２５ｂが別のプリズム２
８ａを介して参照鏡２９に導かれ、その反射光を同様に
検出し、ワーク表面の高さ変化による影響をキャンセル
する。従って、この構成により、移動部２６がペンタプ
リズム２６ａで構成されるため最も小型・軽量にでき
る。また、被測定物ワークの中心線に沿ってＸ軸方向に
差動式傾斜測定ができるので、ワークの移動誤差の影響
をなくして形状測定精度を加工精度以上に高めることが
できる。

【００４０】また、図３に示すように、この加工測定装
置は、Ｘ，Ｙ，Ｚの各ＮＣ制御軸のリニアスケールから
出力される正弦波信号を所定のパルス信号に分割するパ
ルス分割器９と、このパルス信号がフィードバックされ
るＮＣコントローラ１０とを備え、予め入力されたプロ
グラムに従って、各軸をＮＣ制御する。更に、本発明で
は、プログラム補正装置３０が、Ｘ，Ｙ，Ｚの各ＮＣ制
御軸の同一のリニアスケールから出力される正弦波信号
を別の所定のパルス信号に分割するパルス分割器３１
と、このパルス信号をリアルタイムで受信しこれに対応
してＮＣコントローラに数値制御プログラムを出力する
コンピュータ３２とを備える。従って、このコンピュー
タ３２により、各ＮＣ制御軸の位置信号をフィードバッ
クしながら、リアルタイムにＮＣコントローラ１０にプ
ログラムを入力して間接的に加工測定装置を自由に数値
制御することができる。

【００４１】図４は、図３の制御フロー図である。この
図に示すように、本発明の方法は、ＥＬＩＤ研削工程
（Ａ）、傾斜測定工程（Ｂ）及びプログラム補正工程
（Ｃ）からなる。ＥＬＩＤ研削工程（Ａ）では、導電性
砥石を電解ドレッシングしながらワークを研削加工す
る。傾斜測定工程（Ｂ）では、加工面の傾斜角を測定す
る。プログラム補正工程（Ｃ）では、測定された傾斜角
から形状誤差を求めＮＣプログラムを補正する。

【００４２】傾斜測定工程（Ｂ）における測定は、図１
に例示したように、ワーク表面の微小な２点間における
傾斜を測定する差動式傾斜測定である。この測定法を適
用することにより、移動誤差σ（ｘ）をキャンセルし
て、ワークの移動誤差の影響をなくして形状測定精度を
加工精度以上に高めることができる。

【００４３】プログラム補正工程（Ｃ）では、傾斜測定
工程（Ｂ）で測定された傾斜角α（ｘ）を積分して形状
データを作成し（Ｓ１）、この形状データとＥＬＩＤ研
削工程（Ａ）に用いた形状データとを比較して形状誤差
を求める（Ｓ２）。次いで、この形状誤差から補正ＮＣ
プログラムを作成する（Ｓ３）。従って、ＥＬＩＤ研削
工程後にワーク１を取り外すことなく、傾斜測定工程と
プログラム補正工程を行い、再度ＥＬＩＤ研削工程を行
うことができる。

【００４４】図５は、本発明の第２実施形態を示す図で
ある。この図において、（Ａ）は図３と同様の構成図、
（Ｂ）はそのＢ−Ｂ線における部分矢視図である。図５
に示すように、この第２実施形態では、第１実施形態と
相違し、レーザビーム２５ａは参照ビームである。また
移動部２６は、回転ステージ２６ｂと差動型傾斜センサ
２８からなる。回転ステージ２６ｂは、ツールヘッド２
１と同一位置に固定され、ワークテーブル１４の移動方
向（Ｘ方向）に平行な回転軸を中心に回転できる。ま
た、差動型傾斜センサ２８は、この回転ステージ２６ｂ
に固定され、測定ビームをワークに向けて照射しその反
射光を検出する。またこの例において、固定部２７は、
ワークテーブル１４に固定された参照鏡２９と、参照鏡
２９と移動部２６との間に位置し参照ビーム又はその反
射光を直角に屈折させる光学素子２９ａと、この光学素
子２９ａと移動部２６との間に位置し回転ステージの回
転をキャンセルするように参照ビーム又はその反射光を
回転させるダブプリズム２９ｂとからなる。その他の構
成は、第１実施形態と同様である。

【００４５】この構成により、図５（Ｂ）に示すよう
に、回転ステージ２６ｂにより差動型傾斜センサ２８を
Ｘ軸まわりに回転させることにより、被測定物（ワー
ク）の上面全体を差動式傾斜測定ができる。

【００４６】図６は、本発明の第３実施形態を示す図で
ある。この図において、（Ａ）は図３と同様の構成図、
（Ｂ）はそのＢ−Ｂ線における部分矢視図である。図６
に示すように、この第３実施形態において、レーザビー
ム２５ａは参照ビームである。また、移動部２６は、ツ
ールヘッド２１に固定されワークテーブル１４の移動方
向に平行な回転軸を中心に回転可能な回転ステージ２６
ｂと、ツールヘッド２１に固定され測定ビームを水平に
照射しその反射光を検出する差動型傾斜センサ２８と、
回転ステージ２６ｂに固定され水平な測定ビームをワー
クに向けて反射しその反射光を差動型傾斜センサに向け
て反射する反射ミラー２９ｃとからなる。一方、固定部
２７は、ワークテーブル１４に固定された参照鏡２９
と、参照鏡２９と移動部との間に位置し参照ビーム又は
その反射光を直角に屈折させる光学素子２９ａとからな
る。その他の構成は、第１実施形態と同様である。

【００４７】この構成によっても、図６（Ｂ）に示すよ
うに、回転ステージ２６ｂにより反射ミラー２９ｃをＸ
軸まわりに回転させることにより、被測定物（ワーク）
の上面全体を差動式傾斜測定ができる。

【００４８】なお、本発明は、上述した実施形態に限定
されず、本発明の要旨を逸脱しない限りで主種に変更で
きることは勿論である。

【００４９】

【発明の効果】上述した本発明によれば、以下の効果を
有する。（１）加工と測定が同一の座標空間中で行えるため、測
定対象の加工機上での位置・姿勢調整が不要であり、か
つ測定結果を直接加工補正に使うことができる。（２）シリンダー面の加工などにおいて、予め設計値お
よび加工機への工具パス指示により決まる理想的な予想
加工形状・位置がわかっており、工具と測定装置の相対
的な位置関係を予め求めておくことで、測定対象に対す
る測定装置の適切な位置決めが自動的に行える。（３）差動傾斜測定および移動テーブルの姿勢変化測定
の複合により、移動テーブル自体の真直誤差、姿勢変
化の変化をキャンセルでき、真の形状の測定が可能とな
る。（４）加工物の取り外し、オフライン測定、再取付が不
要であるため、加工、測定に要する時間を劇的に減らす
ことができる。また、同様の理由で、加工、測定に混入
する誤差要因を極力減らすことができ、高精度な加工結
果が期待できる。（５）また、差動式傾斜測定装置２５を移動部と固定部
の分割し、レーザビーム２５ａによりその間のデータの
送受を行うので、移動部２６を小型・軽量化でき、かつ
固定部とＮＣコントローラ及びコンピュータとの接続を
スリップリング等なしに容易に行うことができる。

【００５０】従って、本発明の大型超精密非球面の加工
測定装置及び方法は、（１）ワークの取外し／再取付け
を行うことなく機上で形状測定ができ、（２）形状測定
の際にワークの移動誤差の影響をなくして形状測定精度
を加工精度以上に高めることができ、（３）かつ加工及
び測定時にコンピュータプログラムにより各軸をリアル
タイムに制御することができ、これにより、大型超精密
Ｘ線ミラー等を高精度かつ優れた表面粗さに高能率に加
工することができる、等の優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】差動式傾斜測定法の原理図である。

【図２】差動式傾斜測定法を用いた測定装置の構成図で
ある。

【図３】本発明による加工測定装置の第１実施形態図で
ある。

【図４】図３の制御フロー図である。

【図５】本発明の第２実施形態を示す図である。

【図６】本発明の第３実施形態を示す図である。

【図７】ＥＬＩＤ研削法の説明図である。

【符号の説明】

１ワーク（被研削材）、２電極、３導電性液、４
導電性砥石、５ＥＬＩＤ電源、６給電体、７ノ
ズル、９パルス分割器、１０ＮＣコントローラ、１
２マシーンベット、１４Ｘ軸テーブル、１６門型
固定コラム、１８Ｙ軸ステージ、２０Ｚ軸コラム、
２１ツールヘッド、２２ＥＬＩＤ研削装置、２５
差動式傾斜測定装置、２５ａレーザビーム、２６移
動部、２６ａペンタプリズム、２７固定部、２８
差動型傾斜センサ、２９参照鏡、３０プログラム補
正装置、３１パルス分割器、３２コンピュータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｂ２４Ｂ 49/12 Ｂ２４Ｂ 49/12 ３Ｃ０４９ 53/00 53/00 Ｄ５Ｈ２６９Ｇ０１Ｂ 11/26 Ｇ０１Ｂ 11/26 ＧＧ０５Ｂ 19/4103 Ｇ０５Ｂ 19/4103 Ｄ (72)発明者大森整埼玉県和光市広沢２番１号理化学研究所内 (72)発明者山形豊埼玉県和光市広沢２番１号理化学研究所内 (72)発明者林偉民埼玉県浦和市下大久保761−１−203 (72)発明者山口一郎埼玉県和光市広沢２番１号理化学研究所内Ｆターム(参考） 2F065 AA45 BB25 CC21 DD00 DD06 FF00 FF52 GG04 HH03 HH13 JJ05 LL00 LL12 LL46 MM03 PP12 UU04 UU07 3C001 KA02 KB07 TA02 TB03 3C029 AA01 BB10 3C034 AA13 BB93 CA05 CA22 CB01 DD07 3C047 AA24 3C049 AA03 AA19 AC02 BA01 BB09 BC02 CA01 CB01 CB03 5H269 AB07 AB26 CC02 DD01 GG01 JJ02 QA05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ワーク（１）を固定して少なくとも一軸
方向にＮＣ制御可能なワークテーブル（１４）と、ワー
クを研削加工する導電性砥石（４）が取付けられるツー
ルヘッド（２１）と、該導電性砥石をワークを加工しな
がら電解ドレッシングするＥＬＩＤ研削装置（２２）
と、ツールヘッドに少なくとも一部が取付けられワーク
の加工面の傾斜角を測定する差動式傾斜測定装置（２
５）と、測定された傾斜角から形状誤差を求めＮＣプロ
グラムを補正するプログラム補正装置（３０）とを備え
たことを特徴とする大型超精密非球面の加工測定装置。
【請求項２】前記ワークテーブル（１４）は、水平な
上面を有するＸ軸方向に細長いマシーンベット（１２）
上に取り付けられ上面にワーク（１）を固定してＸ軸方
向にＮＣ制御可能なＸ軸テーブルであり、更に、Ｘ軸テーブルを跨いでＸ軸に直交する水平なＹ軸
方向に延び両脚部がマシーンベットに固定された門型固
定コラム（１６）と、該門型固定コラム上に取り付けら
れＹ軸方向にＮＣ制御可能なＹ軸ステージ（１８）と、
該Ｙ軸ステージに吊り下げられ鉛直なＺ軸方向にＮＣ制
御可能なＺ軸コラム（２０）とを備え、前記ツールヘッ
ド（２１）はＺ軸コラム（２０）に取付けられる、こと
を特徴とする請求項１に記載の大型超精密非球面の加工
測定装置。
【請求項３】前記ＥＬＩＤ研削装置（２２）は、導電
性砥石（４）と間隔を隔てて対向するＥＬＩＤ電極
（２）と、砥石と電極との間に電圧を印加するＥＬＩＤ
電源（５）とを備え、砥石と電極との間に導電性液を流
しながら、砥石と電極との間に電圧を印加し、砥石を電
解によりドレッシングしながらワーク（１）を研削す
る、ことを特徴とする請求項１に記載の大型超精密非球
面の加工測定装置。
【請求項４】前記差動式傾斜測定装置（２５）は、ツ
ールヘッド（２１）に固定された移動部（２６）と、マ
シーンベット（１２）又はワークテーブル（１４）に固
定された固定部（２７）とからなり、移動部と固定部
は、ワークテーブル（１４）の移動方向に平行なレーザ
ビーム（２５ａ）によりデータを送受する、ことを特徴
とする請求項１乃至３に記載の大型超精密非球面の加工
測定装置。
【請求項５】前記レーザビーム（２５ａ）は測定ビー
ムであり、前記移動部（２６）は、固定部とワーク測定
部の間に位置し測定ビーム又はその反射光を直角に屈折
させるペンタプリズム（２６ａ）であり、前記固定部
（２７）は、マシーンベット（１２）に固定され測定ビ
ームと参照ビームを照射する差動型傾斜センサ（２８）
と、マシーンベット（１２）又はワークテーブル（１
４）に固定された参照鏡（２９）とからなる、ことを特
徴とする請求項４に記載の大型超精密非球面の加工測定
装置。
【請求項６】前記レーザビーム（２５ａ）は参照ビー
ムであり、前記移動部（２６）は、ツールヘッド（２
１）に固定されワークテーブル（１４）の移動方向に平
行な回転軸を中心に回転可能な回転ステージ（２６ｂ）
と、該回転ステージに固定され測定ビームをワークに向
けて照射しその反射光を検出する差動型傾斜センサ（２
８）とからなり、前記固定部（２７）は、ワークテーブル（１４）に固定
された参照鏡（２９）と、参照鏡と移動部との間に位置
し参照ビーム又はその反射光を直角に屈折させる光学素
子（２９ａ）と、該光学素子と移動部との間に位置し回
転ステージの回転をキャンセルするように参照ビーム又
はその反射光を回転させるダブプリズム（２９ｂ）とか
らなる、ことを特徴とする請求項４に記載の大型超精密
非球面の加工測定装置。
【請求項７】前記レーザビーム（２５ａ）は参照ビー
ムであり、前記移動部（２６）は、ツールヘッド（２
１）に固定されワークテーブル（１４）の移動方向に平
行な回転軸を中心に回転可能な回転ステージ（２６ｂ）
と、ツールヘッド（２１）に固定され測定ビームを水平
に照射しその反射光を検出する差動型傾斜センサ（２
８）と、前記回転ステージに固定され水平な測定ビーム
をワークに向けて反射しその反射光を差動型傾斜センサ
に向けて反射する反射ミラー（２９ｃ）とからなり、前記固定部（２７）は、ワークテーブル（１４）に固定
された参照鏡（２９）と、参照鏡と移動部との間に位置
し参照ビーム又はその反射光を直角に屈折させる光学素
子（２９ａ）とからなる、ことを特徴とする請求項４に
記載の大型超精密非球面の加工測定装置。
【請求項８】前記プログラム補正装置（３０）は、前
記各ＮＣ制御軸のリニアスケールから出力される正弦波
信号を所定のパルス信号に分割するパルス分割器（３
１）と、該パルス信号をリアルタイムで受信しこれに対
応してＮＣコントローラに数値制御プログラムを出力す
るコンピュータ（３２）とを備える、ことを特徴とする
請求項１乃至３に記載の大型超精密非球面の加工測定装
置。
【請求項９】導電性砥石を電解ドレッシングしながら
ワークを研削加工するＥＬＩＤ研削工程（Ａ）と、前記
加工面の傾斜角を測定する傾斜測定工程（Ｂ）と、測定
された傾斜角から形状誤差を求めＮＣプログラムを補正
するプログラム補正工程（Ｃ）とからなり、ＥＬＩＤ研
削工程後にワークを取り外すことなく、傾斜測定工程と
プログラム補正工程を行い、再度ＥＬＩＤ研削工程を行
う、ことを特徴とする大型超精密非球面の加工測定方
法。
【請求項１０】前記傾斜測定工程（Ｂ）において、ワ
ーク表面の微小な２点間における傾斜を測定する、こと
を特徴とする請求項９に記載の大型超精密非球面の加工
測定方法。
【請求項１１】前記プログラム補正工程（Ｃ）におい
て、測定された傾斜角を積分して形状データを作成し、
この形状データとＥＬＩＤ研削工程（Ａ）に用いた形状
データとを比較して形状誤差を求め、この形状誤差から
補正ＮＣプログラムを作成する、ことを特徴とする請求
項１０に記載の大型超精密非球面の加工測定方法。