JP2003300129A - 加工装置およびその制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 被加工体または加工具が取り付けられる回転
シャフトの傾きに起因する加工精度の悪化を低コストか
つ確実に抑制することを目的とする。 【解決手段】 加工装置１は、移動テーブル２，３およ
び４のうちの何れか１体によって回転自在に支持される
回転シャフト１０と、回転シャフト１０を回転駆動する
シャフト駆動モータ１５と、各移動テーブル２，３およ
び４に位置指令信号Ｓｘ，Ｓｙ，Ｓｚを与える制御装置
６０と、回転シャフト１０の中心軸１０ａの理想回転軸
からの傾きを示すＸ軸周りの角度α、Ｙ軸周りの角度φ
およびＺ軸周りの角度θを検出する複数の傾きセンサ５
５および角度算出回路６３と、検出された角度α，φお
よびθを利用して、被加工体ＷＰと加工具Ｔとの間の実
接点と目標接点とが一致するように位置指令信号Ｓ
ｘ’，Ｓｙ’，Ｓｚ’を生成する補正回路６４とを備え
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、被加工体と加工具
とを目標接点で接触させ、両者を相対的に移動させなが
ら被加工体を加工する加工装置およびその制御方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、精密な切削または研削等を実
行可能な加工装置として、直交座標系のＸ軸、Ｙ軸およ
びＺ軸にそれぞれ対応する３体の移動テーブルと、移動
テーブルの何れか一体に回転自在に支持された回転シャ
フトとを有するものが知られている。このような加工装
置では、回転シャフトに被加工体および加工具の何れか
一方が取り付けられ、他方が、回転シャフトを支持して
いない他の移動テーブルの一方に取り付けられる。そし
て、この種の加工装置は、被加工体と加工具とを目標接
点で接触させながら、回転シャフトを回転させると共に
各移動テーブルを移動させる。これにより、被加工体と
加工具とは相対的に移動し、被加工体に対して加工具に
よる所定の加工が施される。

【０００３】上述のような加工装置では、回転シャフト
の動的バランスの誤差や、回転シャフトを駆動するモー
タの磁気特性のアンバランス等に起因して、回転駆動さ
れている回転シャフトの中心軸が理想回転軸（Ｘ軸、Ｙ
軸およびＺ軸の何れか１つと平行な軸）から微小に傾い
てしまうことがある。このような回転シャフトの傾き
は、加工中に、被加工体と加工具との実際の接点（加工
点）とＸＹＺ直交座標系において予め定められている目
標接点とのズレを生じさせてしまう。このため、精密加
工を行うためには、加工中に回転シャフトの傾きによる
影響を何らかの形で補正する必要がある。加工点と目標
接点との間のズレを補正する手段を備えた加工装置とし
ては、従来から、図７に示されるようなものが知られて
いる。

【０００４】図７に示される加工装置１０１は、直交座
標系のＸ軸方向に移動可能なＸ軸移動テーブル１０２
と、直交座標系のＹ軸方向に移動可能なＹ軸移動テーブ
ル（図示省略）と、直交座標系のＺ軸方向に移動可能な
Ｚ軸移動テーブル１０３とを有する。この場合、Ｘ軸移
動テーブル１０２は、図示しないＹ軸移動テーブル上に
移動自在に搭載される。Ｘ軸移動テーブル１０２上に
は、微動テーブル１０４が移動自在に搭載されている。
微動テーブル１０４は、図示しない駆動手段によってＺ
軸方向に高精度に進退移動され得る。微動テーブル１０
４上には、被加工体ＷＰに切削あるいは研削加工を施す
ための加工具Ｔが取り付けられる。

【０００５】また、加工装置１０１は、直交座標系のＺ
軸方向に延びる回転シャフト１０５を有する。加工装置
１０１では、回転シャフト１０５の先端に、補正テーブ
ル１０４上の加工具Ｔと対向するように被加工体ＷＰが
取り付けられる。回転シャフト１０５は、モータハウジ
ング１０６内に配置されている図示しない軸受によって
回転自在に支持されている。また、回転シャフト１０５
には、図示しないロータが固定される一方、ハウジング
１０６内には、回転シャフト１０５のロータと共にシャ
フト駆動モータを構成するステータが固定されている。

【０００６】更に、加工装置１０１は、各移動テーブル
１０２，１０３等の位置を検出するレーザ干渉計（図示
せず）に加えて、Ｚ軸方向にレーザ光Ｌを出射可能なレ
ーザ干渉計１０７を複数備えている。これらのレーザ干
渉計１０７は、静止する図示しない定盤上に配置されて
おり、Ｘ軸方向に隣り合っている。そして、回転シャフ
ト１０５を支持するモータハウジング１０６の後端面に
は、ＸＹ平面に平行な反射面を有する反射ミラー１０８
が各レーザ干渉計１０４と対向するように固定されてい
る。各レーザ干渉計１０７は、それぞれ、レーザ光Ｌの
出射タイミングおよび反射ミラー１０８からの反射光の
入射タイミング等に基いて、光入出射部と反射ミラー１
０８との間の距離（Ｚ軸移動テーブル１０３の移動距
離）を測定する。

【０００７】このように構成された加工装置１０１で
は、各レーザ干渉計１０７によってＺ軸移動テーブル１
０３の移動距離がＸ軸方向の複数箇所で測定され、各レ
ーザ干渉計１０７の測定値の間における相違（ズレ）に
基づいて、理想回転軸に対する回転シャフト１０５の中
心軸１０５ａの傾きがＺ軸に関して求められる。そし
て、求められた傾きに応じて、加工具Ｔを保持している
微動テーブル１０４がＺ軸方向に微小に移動される。こ
れにより、回転シャフト１０５の傾きに起因して生じる
加工点と目標接点との間のズレが緩和される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
従来の加工装置では、回転シャフトの傾きの測定および
それを利用した加工具の位置補正が直交座標系のうちの
１方向（Ｚ軸方向、すなわち、スラスト方向）について
行われるだけである。このため、従来の加工装置には、
回転シャフトの傾きに起因する加工点と目標接点との間
のズレが依然として存在しており、加工精度の更なる向
上を図ることが困難となる。また、直交座標系のうちの
１方向のみについて加工点と目標接点との間のズレを補
正するために、高価な専用のレーザ干渉計が複数要求さ
れ、更に、構造および制御が複雑であると共に高価であ
る微動テーブルが要求されるということは、対費用効果
の面で問題がある。

【０００９】そこで、被加工体または加工具が取り付け
られる回転シャフトの傾きに起因する加工精度の悪化を
低コストかつ確実に抑制することができる加工装置およ
びその制御方法の提供を目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の一形態は、被加
工体と加工具とを目標接点で接触させ、両者を相対的に
移動させながら被加工体を加工することができる加工装
置に係る。この加工装置は、直交座標系のＸ軸方向に移
動可能なＸ軸移動テーブルと、直交座標系のＹ軸方向に
移動可能なＹ軸移動テーブルと、直交座標系のＺ軸方向
に移動可能なＺ軸移動テーブルと、被加工体または加工
具を保持可能であり、移動テーブルのうちの何れか１体
によって回転自在に支持される回転シャフトと、回転シ
ャフトを回転駆動するシャフト駆動手段と、各移動テー
ブルに位置指令信号を与える制御手段と、回転シャフト
の中心軸の理想回転軸からの傾きを示すＸ軸周りの角度
α、Ｙ軸周りの角度φおよびＺ軸周りの角度θを検出す
る傾き検出手段と、傾き検出手段によって検出された角
度α，φおよびθを利用して、被加工体と加工具との間
の実接点と目標接点とが一致するように各移動テーブル
に対する位置指令信号を補正する補正手段とを備える。

【００１１】この加工装置では、被加工体および加工具
の何れか一方が、移動テーブルのうちの何れか１体によ
って回転自在に支持されている回転シャフトに取り付け
られ、他方が、回転シャフトを支持していない他の移動
テーブルの一方に取り付けられる。そして、回転シャフ
トを回転させると共に、各移動テーブルを移動させて被
加工体を加工する際に、傾き検出手段によって、回転シ
ャフトの傾きを示すＸ軸周りの角度α、Ｙ軸周りの角度
φおよびＺ軸周りの角度θが検出される。

【００１２】ここで、回転シャフトが、Ｘ軸周りに角度
α、Ｙ軸周りに角度φおよびＺ軸周りに角度θだけ傾い
ているのであれば、被加工体と加工具とを接触させる目
標接点が被加工体を基準とした座標となっていなけれ
ば、実接点と目標接点とがズレてしまう。つまり、回転
シャフトが傾いた際に、実接点と目標接点とのズレをな
くすためには、Ｘ軸から角度α、Ｙ軸から角度φ、Ｚ軸
から角度θだけ傾いた仮想座標系であるＵＶＷ直交座標
系を基準として各移動テーブルが移動されるべきであ
る。この点に鑑みて、この加工装置では、補正手段によ
って、制御手段からの未補正の位置指令信号に従って移
動した各移動テーブルにより定められるであろう被加工
体と加工具との間の実接点（加工点）をＸ軸周りに角度
α、Ｙ軸周りに角度φ、Ｚ軸周りに角度θだけ回転させ
るように、制御手段から各移動テーブルに送られる位置
指令信号が補正される。

【００１３】これにより、目標接点がＸＹＺ座標系を基
準として定められている場合に回転シャフトが傾いたと
しても、被加工体と加工具との間の実接点が、被加工体
上で本来の目標接点と精度よく一致することになり、加
工精度がより向上することになる。更に、この加工装置
では、回転シャフトの傾きに起因する実接点と目標接点
とのズレを補正するための専用の移動テーブルや測距計
等が不要となることから、それに伴うコストアップを抑
制することができる。

【００１４】本発明の他の形態も、被加工体と加工具と
を目標接点で接触させ、両者を相対的に移動させながら
被加工体を加工することができる加工装置に係る。この
加工装置は、直交座標系のＸ軸方向に移動可能なＸ軸移
動テーブルと、直交座標系のＹ軸方向に移動可能なＹ軸
移動テーブルと、直交座標系のＺ軸方向に移動可能なＺ
軸移動テーブルと、被加工体または加工具を保持可能で
あり、移動テーブルのうちの何れか１体によって回転自
在に支持される回転シャフトと、回転シャフトを回転駆
動するシャフト駆動手段と、各移動テーブルに位置指令
信号を与える制御手段と、制御手段から各移動テーブル
に与えられる位置指令信号を生成するためのテーブル位
置データを記憶する記憶手段とを備え、記憶手段に記憶
されたテーブル位置データは、予め回転シャフトの回転
速度に応じて検出された回転シャフトの中心軸の理想回
転軸からの傾きを示すＸ軸周りの角度α、Ｙ軸周りの角
度φおよびＺ軸周りの角度θを利用して、被加工体と加
工具との間の実接点と目標接点とが一致するように予め
補正されていることを特徴とする。

【００１５】回転シャフトの傾きは、シャフトの動的バ
ランスの誤差や、回転シャフトを駆動するモータの磁気
特性のアンバランス等に起因する力が回転シャフトに作
用することにより生じるが、このような回転シャフトを
傾かせる力は、回転シャフトの回転速度に比例して増加
する。従って、加工中に回転シャフトの傾きを検出する
代わりに、複数の回転速度について回転シャフトの中心
軸の理想回転軸からの傾きを示すＸ軸周りの角度α、Ｙ
軸周りの角度φおよびＺ軸周りの角度θを予め検出して
おけば、加工中の回転速度の範囲について回転シャフト
の傾きの特性を把握（推定）することができる。そし
て、この加工装置では、検出した角度α，φおよびθ、
すなわち、把握した傾きの特性に基づいて、各移動テー
ブルに対する位置指令信号を生成するためのテーブル位
置データが予め補正される。

【００１６】このように、予め補正されているテーブル
位置データを用いて各移動テーブルを動作させても、被
加工体と加工具との間の実接点は、被加工体上で本来の
目標接点に精度よく一致することになり、加工精度がよ
り向上することになる。更に、この加工装置でも、回転
シャフトの傾きに起因する実接点と目標接点とのズレを
補正するための専用の移動テーブルや測距計等が不要と
なることから、それに伴うコストアップを抑制すること
ができる。

【００１７】本発明の更に他の形態は、加工装置の制御
方法に係る。この方法の対象となる加工装置は、直交座
標系のＸ軸方向に移動可能なＸ軸移動テーブル、直交座
標系のＹ軸方向に移動可能なＹ軸移動テーブル、直交座
標系のＺ軸方向に移動可能なＺ軸移動テーブル、被加工
体または加工具を保持可能であり、移動テーブルのうち
の何れか１体によって回転自在に支持される回転シャフ
ト、回転シャフトを回転駆動するシャフト駆動手段、お
よび、各移動テーブルに位置指令信号を与える制御手段
を有し、被加工体と加工具とを目標接点で接触させ、両
者を相対的に移動させながら被加工体を加工可能なもの
である。そして、この方法では、回転シャフトがシャフ
ト駆動手段によって回転駆動される際に、回転シャフト
の中心軸の理想回転軸からの傾きを示すＸ軸周りの角度
α、Ｙ軸周りの角度φおよびＺ軸周りの角度θを検出
し、検出した角度α，φおよびθを利用して、被加工体
と加工具との実接点と目標接点とが一致するように各移
動テーブルに対する位置指令信号を補正する。

【００１８】本発明の他の形態も、加工装置の制御方法
に係る。この方法の対象となる加工装置は、直交座標系
のＸ軸方向に移動可能なＸ軸移動テーブル、直交座標系
のＹ軸方向に移動可能なＹ軸移動テーブル、直交座標系
のＺ軸方向に移動可能なＺ軸移動テーブル、被加工体ま
たは加工具を保持可能であり、移動テーブルのうちの何
れか１体によって回転自在に支持される回転シャフト、
回転シャフトを回転駆動するシャフト駆動手段、およ
び、各移動テーブルに位置指令信号を与える制御手段を
有し、被加工体と加工具とを目標接点で接触させ、両者
を相対的に移動させながら被加工体を加工可能なもので
ある。そして、この方法では、シャフト駆動手段に回転
シャフトを回転駆動させながら、回転シャフトの中心軸
の理想回転軸からの傾きを示すＸ軸周りの角度α、Ｙ軸
周りの角度φおよびＺ軸周りの角度θを回転シャフトの
回転速度に応じて予め検出しておき、検出した角度α，
φおよびθを利用して、被加工体と加工具との実接点と
目標接点とが一致するように各移動テーブルに対するテ
ーブル位置データを補正しておき、補正したテーブル位
置データを用いて各移動テーブルを動作させる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、図面と共に本発明による加
工装置およびその制御方法の好適な実施形態について詳
細に説明する。

【００２０】図１は、本発明による加工装置の一実施形
態を示す斜視図である。同図に示される加工装置１は、
被加工体ＷＰと加工具Ｔとを目標接点で接触させ、両者
を相対的に移動させながら被加工体ＷＰを加工可能なも
のである。被加工体ＷＰと加工具Ｔとを相対的に移動さ
せるために、加工装置１は、ＸＹＺ直交座標系のＸ軸方
向に移動可能なＸ軸移動テーブル２、同直交座標系のＹ
軸方向に移動可能なＹ軸移動テーブル３および同直交座
標系のＺ軸方向に移動可能なＺ軸移動テーブル４を有す
る。

【００２１】本実施形態では、定盤５上にＸＹ定盤６が
固定されており、このＸＹ定盤６上に、Ｘ軸移動テーブ
ル２が移動自在に支持されている。Ｘ軸移動テーブル２
は、リニアガイド７によってＸ軸方向に案内される。Ｘ
軸移動テーブル２の両方の側部には、リニアモータ可動
部２１が固定されており（図１では、片側のみを示
す）、定盤５には、Ｘ軸移動テーブル２の対応するリニ
アモータ可動部２１と共にＸ軸リニアモータ２０を構成
するリニアモータ固定部２２が配置されている。各Ｘ軸
リニアモータ２０を作動させることにより、Ｘ軸移動テ
ーブル２を定盤５上でＸ軸方向に往復移動させることが
できる。

【００２２】また、定盤５上には、Ｘ軸移動テーブル２
の両側に位置するようにレーザ干渉計等からなるＸ軸位
置センサ２３が配置されている。各Ｘ軸位置センサ２３
は、Ｘ軸移動テーブル２の側部に取り付けられた対応す
る反射ミラー２４に対してＸ軸方向にレーザ光Ｌｘを放
射し、光入出射部と反射ミラー２４との間の距離（Ｘ軸
移動テーブル２の定盤５に対する移動距離）を測定す
る。

【００２３】Ｘ軸移動テーブル２は、Ｙ軸方向に延びる
リニアガイド２５を有しており、このリニアガイド２５
上に、Ｙ軸移動テーブル３が摺動自在に配置されてい
る。Ｙ軸移動テーブル３の両方の側部には、リニアモー
タ可動部３１が固定されており、Ｘ軸移動テーブル２上
には、Ｙ軸移動テーブル３の対応するリニアモータ可動
部３１と共にＹ軸リニアモータ３０を構成するリニアモ
ータ固定部３２が互いに平行に配置されている。各Ｙ軸
リニアモータ３０を作動させることにより、Ｙ軸移動テ
ーブル３をＸ軸移動テーブル２上でＹ軸方向に往復移動
させることができる。

【００２４】また、Ｘ軸移動テーブル２上には、Ｙ軸移
動テーブル３の両側に位置するようにレーザ干渉計等か
らなるＹ軸位置センサ３３が配置されている。各Ｙ軸位
置センサ３３は、Ｙ軸移動テーブル３の側部に取り付け
られた対応する反射ミラー３４に対してＹ軸方向にレー
ザ光Ｌｙを放射し、光入出射部と反射ミラー３４との間
の距離（Ｙ軸移動テーブル３のＸ軸移動テーブル２に対
する移動距離）を測定する。そして、本実施形態では、
Ｙ軸移動テーブル３上に固定された支持台３５上に加工
具Ｔが取り付けられる。

【００２５】更に、定盤５上には、Ｚ軸テーブルガイド
８が立設されており、Ｚ軸テーブルガイド８によってＺ
軸移動テーブル４がＺ軸方向に摺動自在に支持されてい
る。Ｚ軸移動テーブル４の両方の側部には、リニアモー
タ可動部４１が固定されており、Ｚ軸テーブルガイド８
には、Ｚ軸移動テーブル４の対応するリニアモータ可動
部４１と共にＺ軸リニアモータ４０を構成するリニアモ
ータ固定部４２が互いに平行に配置されている。各Ｙ軸
リニアモータ４０を作動させることにより、Ｚ軸移動テ
ーブル４を定盤５に対してＺ軸方向に往復移動させるこ
とができる。

【００２６】また、定盤５上には、Ｚ軸移動テーブル４
の両側部に対応するようにレーザ干渉計等からなるＺ軸
位置センサ４３が配置されている。各Ｚ軸位置センサ４
３は、Ｚ軸移動テーブル４の側部に取り付けられた対応
する反射ミラー４４に対してＺ軸方向にレーザ光Ｌｚを
放射し、光入出射部と反射ミラー４４との間の距離（Ｚ
軸移動テーブル３の定盤５に対する移動距離）を測定す
る。そして、本実施形態では、Ｚ軸移動テーブル４によ
って、被加工体ＷＰを取り付けるための回転シャフト１
０が回転自在に支持されている。

【００２７】回転シャフト１０は、図２に示されるよう
に、Ｚ軸移動テーブル４によって支持された静圧流体軸
受５０によって、Ｙ軸方向に延在する状態で回転自在に
支持されている。静圧流体軸受５０は、Ｚ軸移動テーブ
ル４に固定されたモータハウジング４５内に支持されて
いる。回転シャフト１０の一端には、被加工体ＷＰを取
り付けるための固定部材１１が固定されており、回転シ
ャフト１０の他端には、ロータ１２が固定されている。
一方、モータハウジング４５の端部には、ロータ１２と
共に、シャフト１０を回転駆動するシャフト駆動モータ
１５を構成するステータ１４が配置されている。ステー
タ１４に電力を供給することにより、回転シャフト１０
をＹ軸周りに正転または逆転させることができる。

【００２８】流体軸受５０は、図２に示されるように、
本体５１と、本体５１にそれぞれ複数（本実施形態で
は、２体ずつ）配設されているラジアルパッド５２およ
びスラストパッド５３とを含む。また、回転シャフト１
０は、固定部材１１とロータ１２とのほぼ中央にフラン
ジ部１０ｆを含む。本実施形態では、回転シャフト１０
のフランジ部１０ｆの両側に各１体のラジアルパッド５
２が配置されている。また、回転シャフト１０のフラン
ジ部１０ｆの両側には、フランジ部１０ｆの径方向に延
びる各端面と対向するように、各１体のスラストパッド
５３が配置されている。

【００２９】各ラジアルパッド５２および各スラストパ
ッド５３は、図示しない圧縮流体供給ユニットに接続さ
れている。各ラジアルパッド５２からは、圧縮流体供給
ユニットにより供給される高圧エア等の圧縮流体が回転
シャフト１０の軸表面に対して噴射される。また、各ス
ラストパッド５３からは、圧縮流体供給ユニットにより
供給される高圧エア等の圧縮流体がフランジ部１０ｆの
各端面に対して噴射される。これにより、回転シャフト
１０は、各ラジラルパッド５２による圧縮流体膜によっ
てラジアル方向（回転シャフト１０の径方向）に支持
（拘束）されると共に、各スラストパッド５３による圧
縮流体膜によってスラスト方向（図２におけるＹ軸方
向）に支持（拘束）されることになる。各パッド５２，
５３と回転シャフト１０の表面およびフランジ部１０ｆ
の端面との間隔は、およそ数ｕｍ〜１０ｕｍ程度に保た
れる。

【００３０】また、図２に示されるように、モータハウ
ジング４５内には、静電容量式の傾きセンサ５５が複数
（本実施形態では、合計６体）配設されている。図３に
示されるように、本実施形態では、フランジ部１０ｆの
両側に、各３体の傾きセンサ５５が回転シャフト１０と
所定の間隔を隔てて対向するように放射状に配置されて
いる。フランジ部１０ｆの一方の側の３体の傾きセンサ
５５は、ＸＺ平面と平行な平面内において１２０°間隔
で配置されている。各傾きセンサ５５は、回転シャフト
１０の軸表面との距離を高精度に検出可能なものであ
る。

【００３１】図４は、本発明による加工装置１の制御ブ
ロック図である。同図に示されるように、加工装置１に
は、上述の各移動テーブル２，３および４や回転シャフ
ト１０の動作を制御する制御装置６０が含まれる。制御
装置６０は、ＭＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭおよび入出力イン
ターフェース等を有するものであり、この制御装置６０
（入出力インターフェース）には、記憶装置６１が接続
されている。記憶装置６１には、加工具Ｔによって被加
工体ＷＰに所望の加工が施されるように各テーブル２，
３および４を移動させると共に回転シャフト１０を回転
させるための各移動テーブル２，３および４の位置デー
タ（ＸＹＺ直交座標系を基準とした座標データ）および
回転シャフト１０の回転速度情報等が記憶されている。

【００３２】また、制御装置６０（入出力インターフェ
ース）には、回転シャフト１０を駆動するためのモータ
ドライバ６２が接続されている。制御装置６０は、記憶
装置６１に記憶されている回転速度情報に基づいて、モ
ータドライバ６２を介してシャフト駆動モータ１５を制
御する。更に、制御装置６０（入出力インターフェー
ス）には、各移動テーブル２，３および４の位置を検出
するＸ軸位置センサ２３、Ｙ軸位置センサ３３およびＺ
軸位置センサ４３が接続されている。各位置センサ２
３，３３および４３は、制御装置６０に各移動テーブル
２，３および４の現在位置情報を送出する。

【００３３】制御装置６０は、各位置センサ２３，３３
および４３から送られる各移動テーブル２，３および４
の現在位置情報および記憶装置６１に記憶されている各
移動テーブル２，３および４のテーブル位置データに基
づいて、Ｘ軸リニアモータ２０、Ｙ軸リニアモータ３０
およびＺ軸リニアモータ４０に対する位置指令信号Ｓ
ｘ，ＳｙおよびＳｚを生成する。すなわち、制御装置６
０は、記憶装置６１に記憶されている所定のプログラム
を用いて、回転シャフト１０が理想回転軸周りに回転し
ているとした場合に被加工体ＷＰと加工具Ｔとが加工に
応じた目標接点で接触するように、各移動テーブル２，
３および４を移動させるための各位置指令信号Ｓｘ，Ｓ
ｙおよびＳｚを生成する。

【００３４】更に、加工装置１には、回転シャフト１０
の傾きによる影響を低減させるべく、上述の各傾きセン
サ５５が接続される角度算出回路６３と、角度算出回路
６３および制御装置６０に接続されている補正回路６４
が備えられている。角度算出回路６３は、回転シャフト
１０の回転動作中に、各傾きセンサ５５からの信号に基
づいて、回転シャフト１０の中心軸１０ａの理想回転軸
（Ｙ軸と平行をなしている状態）からの傾きを示すＸ軸
周りの角度α、Ｙ軸周りの角度φおよびＺ軸周りの角度
θを算出し、角度αを示す信号Ｓα、角度φを示す信号
Ｓφおよび角度θを示す信号Ｓθを補正回路６４に送出
する。すなわち、本実施形態では、複数の傾きセンサ５
５および角度算出回路６３が、回転シャフト１０の理想
回転軸からの傾きを示すＸ軸周りの角度α、Ｙ軸周りの
角度φおよびＺ軸周りの角度θを検出する傾き検出手段
として機能する。

【００３５】そして、図４に示されるように、制御装置
６０によって生成された各位置指令信号Ｓｘ，Ｓｙおよ
びＳｚは、一旦補正回路６４に送られる。補正回路６４
は、角度算出回路６３から送られた信号Ｓα，Ｓφおよ
びＳθに示される角度α，φおよびθを用いて、被加工
体ＷＰと加工具Ｔとの間の実接点と目標接点とが一致す
るように位置指令信号Ｓｘ，ＳｙおよびＳｚを補正し、
補正された位置指令信号Ｓｘ’，Ｓｙ’およびＳｚ’を
各移動テーブル２，３および４に送出する。

【００３６】次に、補正回路６４における位置指令信号
の補正手順について具体的に説明する。

【００３７】まず、加工装置１では、回転シャフト１０
の動的バランスの誤差や、回転シャフト１０を駆動する
モータ１５の磁気特性のアンバランス等に起因して、回
転シャフト１０に回転方向の力だけではなく他の方向の
力が発生することがある。そして、回転方向以外の力が
回転シャフト１０の高速回転によって増加して流体軸受
５０の圧縮流体膜を更に圧縮すると、回転駆動されてい
る回転シャフト１０の中心軸１０ａは、流体軸受５０の
支持力（剛性）とバランスを保つべく、図５において二
点鎖線で示されるように、本来のＸＹＺ直交座標系の理
想回転軸（本実施形態では、Ｙ軸と平行に延びる）から
軸受隙間の範囲内で微小に傾いてしまうことになる。

【００３８】回転シャフト１０が理想回転軸から傾いた
場合、固定部材１１を介して回転シャフト１０に固定さ
れている被加工体ＷＰは、回転シャフト１０と共に傾い
て、図５において二点鎖線で示されるＷＰ’のような姿
勢をとる。この場合、予め記憶装置６１に記憶されてい
るテーブル位置データによって定まる被加工体ＷＰと加
工具Ｔとの間の任意の目標接点Ｐｗは、ＸＹＺ直交座標
系を基準として見ると、回転シャフト１０が傾くことに
よって位置Ｐｗ’へと移動する。従って、回転シャフト
１０が理想回転軸周りに回転しているとの仮定のもとで
生成される各位置指令信号Ｓｘ，ＳｙおよびＳｚを単純
に利用するだけでは、回転シャフト１０の傾きによって
被加工体ＷＰと加工具Ｔとの実接点（加工点）が本来の
目標接点（回転シャフト１０が傾いていないとした場合
の目標接点）からズレてしまうことになる。なお、図５
は、回転シャフト１０がＺ軸周りに角度θだけ傾いた例
を示している。また、回転シャフト１０の傾きは簡単の
為に図１において大きく示されているが、実際の傾き量
は、およそ２μｒａｄ程度である。

【００３９】ここで、回転シャフトが、Ｘ軸周りに角度
α、Ｙ軸周りに角度φおよびＺ軸周りに角度θだけ傾い
ているのであれば、被加工体ＷＰと加工具Ｔとを接触さ
せる目標接点が被加工体ＷＰを基準とした座標となって
いなければ、実接点と目標接点とがズレてしまう。つま
り、回転シャフト１０が傾いた際に、実接点と目標接点
とのズレをなくすためには、Ｘ軸から角度α、Ｙ軸から
角度φ、Ｚ軸から角度θだけ傾いた仮想座標系であるＵ
ＶＷ直交座標系を基準として各移動テーブル２，３およ
び４が移動されるべきである。これを踏まえて、補正回
路６４における演算処理に際しては、傾いた回転シャフ
ト１０の中心軸１０ａ’を例えばＶ軸として、ＸＹＺ直
交座標系から、Ｘ軸周りに角度α、Ｙ軸周りに角度φお
よびＺ軸周りに角度θだけ傾いている仮想直交座標系で
ある直交座標系ＵＶＷが設定される。

【００４０】そして、補正回路６４における演算処理で
は、

【００４１】

【数１】

【００４２】とした上で、

【００４３】

【数２】

【００４４】という座標変換式（１）が利用される。

【００４５】この場合、座標変換式（１）の（ｕ，ｖ，
ｗ）には、制御装置６０からの各位置指令信号Ｓｘ，Ｓ
ｙおよびＳｚに示されているＸ，ＹおよびＺ座標データ
が代入される。また、座標変換式（１）には、角度算出
回路６３から補正回路６４に送られる角度α，φおよび
θが代入される。そして、補正回路６４は、座標変換式
（１）から求められる座標（ｘ，ｙ，ｚ）のｘを示す位
置指令信号Ｓｘ’、ｙを示す位置指令信号Ｓｙ’、およ
び、ｚを示す位置指令信号Ｓｚ’を生成する。

【００４６】この結果、補正回路６４から、各移動テー
ブル２，３および４を駆動するＸ軸リニアモータ２０、
Ｙ軸リニアモータ３０およびＺ軸リニアモータ３０に、
位置指令信号Ｓｘ’，Ｓｙ’およびＳｚ’が送られる
と、各移動テーブル２，３および４によって、被加工体
ＷＰと加工具Ｔとの間の実接点（加工点）は、制御装置
６０からの未補正の位置指令信号Ｓｘ，ＳｚおよびＳｘ
に従って移動した各移動テーブル２，３および４により
定められるであろう被加工体ＷＰと加工具Ｔとの間の実
接点をＸ軸周りに角度α、Ｙ軸周りに角度φ、Ｚ軸周り
に角度θだけ回転させた位置に設定されることになる。

【００４７】このように、加工装置１では、回転シャフ
ト１０のＸ，Ｙ，Ｚの各軸回りの傾き角度が測定され、
回転シャフト１０の傾きの影響がスラスト方向（Ｙ軸方
向）のみならず、ラジアル方向（Ｘ軸周りおよびＺ軸周
り）についても補正される。従って、目標接点がＸＹＺ
座標系を基準として定められている場合に回転シャフト
１０が傾いたとしても、被加工体ＷＰと加工具Ｔとの間
の実接点が、被加工体ＷＰ上で本来の目標接点と精度よ
く一致することになり、加工精度がより向上することに
なる。

【００４８】そして、加工装置１では、このような補正
が加工動作の為に必須である各移動テーブル２，３およ
び４を移動させることによって行われる。従って、回転
シャフト１０の傾きに起因する実接点と目標接点とのズ
レを補正するための専用の移動テーブルや位置センサ
（測距計）が不要となることから、それに伴うコストア
ップを抑制することができる。また、回転シャフト１０
は、流体軸受５０の軸受隙間の範囲内で傾くことから、
そのダイナミックレンジは小さく、レーザ測長器と比較
して安価である静電容量センサ等からなる傾きセンサ５
５であっても、精度よく回転シャフト１０の傾きを測定
可能である。

【００４９】図６は、本発明による加工装置の他の実施
形態を示す斜視図である。同図に示される加工装置１Ａ
では、被加工体ＷＰがＹ軸移動テーブル３上に搭載・固
定され、加工具Ｔがカウンタウェイト１６と共に回転シ
ャフト１０に取り付けられる。図６に示される加工装置
１Ａでは、シャフト１０の動的バランスの誤差や、回転
シャフト１０を駆動するモータ１５の磁気特性のアンバ
ランス等に加えて、加工具Ｔおよびカウンタウェイト１
６の取付誤差等にも起因して、回転シャフト１０が傾い
てしまうおそれがあるが、このような加工装置１Ａにお
いても、上述した手順によるシャフト１０の傾きによる
影響の補正を行えば、被加工体ＷＰと加工具Ｔとの間の
実接点を、被加工体ＷＰ上で本来の目標接点と精度よく
一致させることが可能となる。

【００５０】なお、上述の加工装置１，１Ａは、回転シ
ャフト１０の回転動作中に、回転シャフト１０の傾きを
示すＸ軸周りの角度α、Ｙ軸周りの角度φおよびＺ軸周
りの角度θを検出し、検出された角度α，φおよびθを
利用して、各移動テーブル２，３および４に対する位置
指令信号を補正するものとして説明されたが、これに限
られるものではない。

【００５１】すなわち、回転シャフト１０の傾きは、シ
ャフト１０の動的バランスの誤差や、回転シャフト１０
を駆動するモータ１５の磁気特性のアンバランス等に起
因する力が回転シャフト１０に作用することにより生じ
るが、このような回転シャフト１０を傾かせる力は、基
本的に、回転シャフト１０の回転速度に比例して増加す
る。従って、加工中に回転シャフト１０の傾きを検出す
る代わりに、複数の回転速度について回転シャフト１０
の中心軸１０ａの理想回転軸からの傾きを示すＸ軸周り
の角度α、Ｙ軸周りの角度φおよびＺ軸周りの角度θを
予め検出しておけば、加工中の回転速度の範囲について
回転シャフト１０の傾きの特性を把握（推定）すること
ができる。

【００５２】そして、回転数に応じて検出した角度α，
φおよびθから回転シャフト１０の傾きの特性を把握す
れば、把握された回転シャフト１０の傾き特性によっ
て、各移動テーブル２，３および４に対する位置指令信
号Ｓｘ，ＳｙおよびＳｚを生成するためのテーブル位置
データを、回転シャフト１０の傾きによる影響を相殺す
るように予め補正しておくことができる。予め補正され
たテーブル位置データは、記憶装置６１に記憶され、加
工装置１を作動させる際に用いられる。

【００５３】このような構成を採用しても、被加工体Ｗ
Ｐと加工具Ｔとの間の実接点は、被加工体ＷＰ上で本来
の目標接点と精度よく一致することになり、加工精度が
より向上することになる。また、この場合も、回転シャ
フト１０の傾きに起因する実接点と目標接点とのズレを
補正するための専用の移動テーブルや位置センサ等が不
要となることから、それに伴うコストアップを抑制する
こともできる。なお、回転シャフト１０の傾きは、被加
工体ＷＰや加工具Ｔの代わりに回転シャフト１０に取り
付けられた複数の傾きセンサを利用して検出することが
できる。

【００５４】

【発明の効果】以上説明されたように、本発明によれ
ば、被加工体または加工具が取り付けられる回転シャフ
トの傾きに起因する加工精度の悪化を低コストかつ確実
に抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による加工装置を示す斜視図である。

【図２】図１の加工装置の要部を示す概略構成図であ
る．

【図３】傾きセンサの配置を概略的に示す斜視図であ
る。

【図４】図１の加工装置の制御ブロック図である。

【図５】本発明において回転シャフトの傾きの影響を補
正する手順を説明するための模式図である。

【図６】本発明による加工装置の他の実施形態を示す斜
視図である。

【図７】従来の加工装置を示す概略構成図である。

【符号の説明】

１，１Ａ 加工装置 ２ Ｘ軸移動テーブル ３ Ｙ軸移動テーブル ４ Ｚ軸移動テーブル ５ 定盤 ６ ＸＹ定盤 １０ 回転シャフト １０ｆ フランジ部 １０ａ 中心軸 １２ ロータ １４ ステータ １５ シャフト駆動モータ １６ カウンタウェイト ２０ Ｘ軸リニアモータ ２３ Ｘ軸位置センサ ２４，３４，４４ 反射ミラー ３０ Ｙ軸リニアモータ ３３ Ｙ軸位置センサ ４０ Ｚ軸リニアモータ ４３ Ｚ軸位置センサ ４５ モータハウジング ５０ 流体軸受 ５２ ラジアルパッド ５３ スラストパッド ５５ 傾きセンサ ６０ 制御装置 ６１ 記憶装置 ６３ 角度算出回路 ６４ 補正回路 Ｔ 加工具 Ｗ 被加工体

───────────────────────────────────────────────────── 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） Ｂ２３Ｑ 1/00 Ｚ Ｆターム(参考） 3C001 KA08 KB10 TA01 TB01 TC05 TD01 3C029 AA29 AA40 3C048 AA01 BB01 BC02 BC03 BC06 CC04 CC07 DD10 DD13 DD26 EE00 5H269 AB01 BB01 BB03 EE03 FF06 JJ01 MM05

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被加工体と加工具とを目標接点で接触さ
   せ、両者を相対的に移動させながら被加工体を加工する
   ことができる加工装置において、 直交座標系のＸ軸方向に移動可能なＸ軸移動テーブル
   と、 直交座標系のＹ軸方向に移動可能なＹ軸移動テーブル
   と、 直交座標系のＺ軸方向に移動可能なＺ軸移動テーブル
   と、 前記被加工体または前記加工具を保持可能であり、前記
   移動テーブルのうちの何れか１体によって回転自在に支
   持される回転シャフトと、 前記回転シャフトを回転駆動するシャフト駆動手段と、 前記各移動テーブルに位置指令信号を与える制御手段
   と、 前記回転シャフトの中心軸の理想回転軸からの傾きを示
   すＸ軸周りの角度α、Ｙ軸周りの角度φおよびＺ軸周り
   の角度θを検出する傾き検出手段と、 前記傾き検出手段によって検出された角度α，φおよび
   θを利用して、前記被加工体と前記加工具との間の実接
   点と目標接点とが一致するように前記各移動テーブルに
   対する位置指令信号を補正する補正手段とを備えること
   を特徴とする加工装置。
2. 【請求項２】 被加工体と加工具とを目標接点で接触さ
   せ、両者を相対的に移動させながら被加工体を加工する
   ことができる加工装置において、 直交座標系のＸ軸方向に移動可能なＸ軸移動テーブル
   と、 直交座標系のＹ軸方向に移動可能なＹ軸移動テーブル
   と、 直交座標系のＺ軸方向に移動可能なＺ軸移動テーブル
   と、 前記被加工体または前記加工具を保持可能であり、前記
   移動テーブルのうちの何れか１体によって回転自在に支
   持される回転シャフトと、 前記回転シャフトを回転駆動するシャフト駆動手段と、 前記各移動テーブルに位置指令信号を与える制御手段
   と、 前記制御手段から前記各移動テーブルに与えられる位置
   指令信号を生成するためのテーブル位置データを記憶す
   る記憶手段とを備え、前記記憶手段に記憶されたテーブ
   ル位置データは、予め回転シャフトの回転速度に応じて
   検出された前記回転シャフトの中心軸の理想回転軸から
   の傾きを示すＸ軸周りの角度α、Ｙ軸周りの角度φおよ
   びＺ軸周りの角度θを利用して、前記被加工体と前記加
   工具との間の実接点と目標接点とが一致するように予め
   補正されていることを特徴とする加工装置。
3. 【請求項３】 直交座標系のＸ軸方向に移動可能なＸ軸
   移動テーブル、直交座標系のＹ軸方向に移動可能なＹ軸
   移動テーブル、直交座標系のＺ軸方向に移動可能なＺ軸
   移動テーブル、前記被加工体または前記加工具を保持可
   能であり、前記移動テーブルのうちの何れか１体によっ
   て回転自在に支持される回転シャフト、前記回転シャフ
   トを回転駆動するシャフト駆動手段、および、前記各移
   動テーブルに位置指令信号を与える制御手段を有し、被
   加工体と加工具とを目標接点で接触させ、両者を相対的
   に移動させながら被加工体を加工可能な加工装置を制御
   する方法であって、 前記回転シャフトが前記シャフト駆動手段によって回転
   駆動される際に、前記回転シャフトの中心軸の理想回転
   軸からの傾きを示すＸ軸周りの角度α、Ｙ軸周りの角度
   φおよびＺ軸周りの角度θを検出し、検出した角度α，
   φおよびθを利用して、前記被加工体と前記加工具との
   間の実接点と目標接点とが一致するように前記各移動テ
   ーブルに対する位置指令信号を補正することを特徴とす
   る加工装置の制御方法。
4. 【請求項４】 直交座標系のＸ軸方向に移動可能なＸ軸
   移動テーブル、直交座標系のＹ軸方向に移動可能なＹ軸
   移動テーブル、直交座標系のＺ軸方向に移動可能なＺ軸
   移動テーブル、前記被加工体または前記加工具を保持可
   能であり、前記移動テーブルのうちの何れか１体によっ
   て回転自在に支持される回転シャフト、前記回転シャフ
   トを回転駆動するシャフト駆動手段、および、前記各移
   動テーブルに位置指令信号を与える制御手段を有し、被
   加工体と加工具とを目標接点で接触させ、両者を相対的
   に移動させながら被加工体を加工可能な加工装置を制御
   する方法であって、 前記シャフト駆動手段に前記回転シャフトを回転駆動さ
   せながら、前記回転シャフトの中心軸の理想回転軸から
   の傾きを示すＸ軸周りの角度α、Ｙ軸周りの角度φおよ
   びＺ軸周りの角度θを回転シャフトの回転速度に応じて
   予め検出しておき、検出した角度α，φおよびθを利用
   して、前記被加工体と前記加工具との間の実接点と目標
   接点とが一致するように前記各移動テーブルに対するテ
   ーブル位置データを補正しておき、補正したテーブル位
   置データを用いて前記各移動テーブルを動作させること
   を特徴とする加工装置の制御方法。