JP3613889B2 - 曲面研磨方法、及び曲面研磨装置 - Google Patents
曲面研磨方法、及び曲面研磨装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP3613889B2 JP3613889B2 JP15782696A JP15782696A JP3613889B2 JP 3613889 B2 JP3613889 B2 JP 3613889B2 JP 15782696 A JP15782696 A JP 15782696A JP 15782696 A JP15782696 A JP 15782696A JP 3613889 B2 JP3613889 B2 JP 3613889B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- axis
- polishing
- polishing tool
- workpiece
- curved surface
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Grinding And Polishing Of Tertiary Curved Surfaces And Surfaces With Complex Shapes (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は曲面形状、特に、回転対称軸を持たない非球面形状を有したレンズ、ミラー等の光学素子や、これらを射出成形するための成形金型等を研磨する曲面研磨方法、及び曲面研磨装置に関し、特に、研磨工具の走査速度を適切化し、加工精度の向上を図った曲面研磨方法、及び曲面研磨装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
曲面形状、特に、回転対称軸を持たない非球面形状を有したレンズ、ミラー等の光学素子や、これらを射出成形するための成形金型を研磨する、従来の曲面研磨装置として、例えば、特開平５−５７６０６号公報に開示されるものがある。
【０００３】
図７には、上記曲面研磨装置が示されている。この曲面研磨装置は、定盤２上において加工物３に所定の水平運動を行わせる水平駆動部１Ａと、水平駆動部１Ａによって移動されてきた加工物３の加工面３Ａの面形状を計測する形状計測部１Ｂと、形状計測部１Ｂの計測によって得られた加工面３Ａの面形状データに基づいて水平駆動部１Ａによって移動されてきた加工物３の加工面３Ａの研磨加工を行う研磨加工部１Ｃを備えて構成されている。
【０００４】
水平駆動部１Ａは、定盤２上にＹ軸方向に移動可能に設けられたＹ軸テーブル４と、Ｙ軸方向に沿って配置され、Ｙ軸テーブル４のナット（図示せず）と螺合したボールネジ５と、ボールネジ５を回転させてＹ軸テーブル４をＹ軸方向に移動させるモータ６と、Ｙ軸テーブル４上にＸ軸方向に移動可能に設けられたＸ軸テーブル７と、Ｘ軸方向に沿って配置され、Ｘ軸テーブル７のナット（図示せず）と螺合したボールネジ８と、ボールネジ８を回転させてＸ軸テーブル７をＸ軸方向に移動させるモータ９と、Ｘ軸テーブル７上に配置され、図示しないモータによって回転するθテーブル１０を有して構成されている。
【０００５】
研磨加工部１Ｃは、定盤２に設けられたＬ字形の研磨フレーム１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃと、研磨フレーム１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃの先端に取付板１２を介して取り付けられ、下部に取り付けられた研磨ヘッド１４を自在に傾斜させると共に昇降させるＺチルティング装置１３を有している。
【０００６】
図８には、Ｚチルティング装置１３の構成が示されている。Ｚチルティング装置１３は、３つの角１５ａが取付板１２にそれぞれ固定される三角取付板１５と、三角取付板１５上に各辺にそれぞれ平行に固着された軸１６Ａ〜１６Ｃ（１６Ｃは図示せず）と、軸１６Ａ〜１６Ｃにそれぞれ回動自在に取り付けられたブロック１７Ａ〜１７Ｃと、ブロック１７Ａ〜１７ＣのＺ軸方向に伸びる一対の側部に、Ｚ軸方向に伸びる一対の内側部がそれぞれスライド自在に係合したロ字形の研磨アーム１８Ａ〜１８Ｃと、それぞれＺ軸方向に伸びて、研磨アーム１８Ａ〜１８Ｃに軸支されると共に、ブロック１７Ａ〜１７Ｃのナット（図示せず）に螺合したボールネジ１９Ａ〜１９Ｃと、ボールネジ１９Ａ〜１９Ｃを回転させて研磨アーム１８Ａ〜１８ＣをＺ軸方向に移動させるモータ２０Ａ〜２０Ｃと、研磨アーム１８Ａ〜１８Ｃの下端にユニバーサルジョイント２１Ａ〜２１Ｃを介して取り付けられた三角形の研磨ヘッド取付板２２を有して構成されている。
【０００７】
図９には、研磨ヘッド１４の構成が示されている。研磨ヘッド１４は、加工物３の加工面３Ａを研磨する円柱状の研磨工具２３と、研磨工具２３を保持する研磨工具保持装置２４と、荷重軸２５を介して研磨工具２３に加圧力を付加する定圧装置２６と、研磨工具２３を矢印Ｄ方向に往復運動させる揺動装置２７を有して構成されている。
【０００８】
定圧装置２６は、荷重軸２５に取り付けられたボイスコイルモータ、板ばね、及び荷重センサ（何れも図示せず）によって常に設定された加圧力を保つように構成されている。また、荷重軸２５には、荷重軸２５の軸方向の変位量を検出する変位センサ（図示せず）が取り付けられている。
【０００９】
揺動装置２７は、モータ２８の回転軸２８Ａに接続されたクランク２９と、クランク２９の回転運動を往復運動に変換するコンロッド３０と、定圧装置２６のケーシングに固着され、コンロッド３０から往復運動を入力してスライド軸３１上をスライドするスライダ３２を有して構成されている。
【００１０】
以上の構成において、加工物３の研磨加工を行う場合には、まず、加工物３の加工面３Ａに研磨剤を塗布し、Ｚチルティング装置１４によって研磨ヘッド１３を下降させて研磨工具２３を加工面３Ａに接触させる。次に、揺動装置２７により研磨工具２３を矢印Ｄ方向に往復運動させると共に、定圧装置２６により研磨工具２３に所定の加圧力を加え、研磨工具２３の研磨面と加工物３の加工面３Ａとで摺擦を行わせる。このとき、研磨工具２３の加圧方向と加工面３Ａの法線方向が常に一致するように、また、変位センサによって計測される荷重軸２５の変位量が一定になるように、走査パターン、及び後述する走査速度分布に従ってＹ軸テーブル４、Ｘ軸テーブル７、θテーブル１０、及びＺチルティング装置１４が同期制御され、これによって研磨ヘッド１３が加工面３Ａの形状に倣った走査を行って加工面３Ａの研磨加工を行う。ここで、研磨量は、研磨工具２３の加圧力、加工物との相対速度、滞留時間に比例し、加工面３Ａの形状を目標面形状に近づけるための滞留時間分布、つまり、研磨工具２３の走査速度分布は、研磨工具２３の加圧力と相対速度を一定に保ったときに研磨工具２３が加工面３Ａを単位時間あたり除去する単位除去形状と、形状計測部１Ｂで計測した加工面３Ａの形状と目標面形状との差から求められる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の曲面研磨装置によると、研磨工具と加工面の接触点から離れた位置を中心に研磨ヘッドの姿勢を変化させているため、研磨ヘッドの姿勢変化と共に研磨工具の水平方向位置や垂直方向位置が変化し、加工物、或いは研磨ヘッドの水平方向位置や垂直方向位置を補正しなければならないという問題がある。特に、加工面の法線方向の変化が大きい箇所ではその補正量も大きくなり、制御機構の計算速度や駆動機構の追従速度の限界から研磨工具の走査速度が指令走査速度に追従できなくなる。このため、滞留時間分布が指令値から外れることになり、加工精度が低下するという問題が生じる。
【００１２】
従って、本発明の目的は研磨工具を指令走査速度で走査できるようにして、加工精度の向上を図ることができる曲面研磨方法、及び曲面研磨装置を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するため、加工物を下方から支持してＸ軸およびＹ軸方向に移動させるＸ軸およびＹ軸テーブルと、前記加工物を下方から支持してＸ軸およびＹ軸にそれぞれ平行な軸回りに傾斜させるβ軸およびα軸テーブルと、球状の研磨工具を前記加工物の加工面に前記研磨工具の荷重軸に沿って所定の押付け力で押付ける押付け手段と、
前記加工面上で前記研磨工具に前記荷重軸回りの回転運動を与える研磨運動手段と、前記Ｘ軸およびＹ軸テーブル、および前記β軸およびα軸テーブルを制御して、前記研磨工具の前記加工面上の接触点を中心にして前記荷重軸の姿勢を調整することにより、前記荷重軸を前記加工物の前記加工面の法線に一致させながら前記荷重軸回りに回転する前記研磨工具で前記加工面上を走査して前記加工面を研磨させる制御手段を備えていることを特徴とする曲面研磨装置を提供するものである。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の曲面研磨方法、及び曲面研磨装置を添付図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２２】
図１には、本発明の第１の実施の形態における曲面研磨装置の構成が示されている。この曲面研磨装置は、支持定盤３３上に設けられ、加工物３４に所定の運動を行わせる加工物駆動部３５と、支持定盤３３上に設けられ、研磨ヘッド３７を支持して加工物３４の加工面３４Ａ上に位置させる研磨ヘッド支持部３６と、研磨加工の駆動を制御する駆動制御部３３Ａを備えて構成されている。
【００２３】
加工物駆動部３５は、加工物３４にＹ軸方向の水平運動を行わせるＹ軸機構部３８と、加工物３４にＸ軸方向の水平運動を行わせるＸ軸機構部３９と、Ｘ軸機構部３９上に加工物３４を固定する固定治具４０を備えている。
【００２４】
Ｙ軸機構部３８は、支持定盤３３上にＹ軸方向に伸びて配置された２本の平行なガイド４１Ａ、４１Ｂと、ガイド４１Ａ、４１Ｂにスライド自在に係合したＹ軸テーブル４２と、ガイド４１Ａ、４１Ｂ間に平行に配置され、Ｙ軸テーブル４２に設けられたナット（図示ぜす）と螺合したボールネジ４３と、出力軸にボールネジ４３の一端が接続され、ボールネジ４３を回転させてＹ軸テーブル４２をＹ軸方向に移動させ、且つ、所定の位置で停止させて位置決めするサーボモータ４４より構成されている。
【００２５】
Ｘ軸機構部３９は、Ｙ軸テーブル４２上にＸ軸方向に伸びて配置された２本の平行なガイド４５Ａ、４５Ｂと、ガイド４５Ａ、４５Ｂにスライド自在に係合したＸ軸テーブル４６と、ガイド４５Ａ、４５Ｂ間に平行に配置され、Ｘ軸テーブル４６に設けられたナット（図示ぜす）と螺合したボールネジ４７と、出力軸にボールネジ４７の一端が接続され、ボールネジ４７を回転させてＸ軸テーブル４６をＸ軸方向に移動させ、且つ、所定の位置で停止させて位置決めするサーボモータ４８より構成されている。
【００２６】
研磨ヘッド支持部３６は、支持定盤３３上に設けられた支柱４９Ａ、４９Ｂにに支持され、Ｚ軸方向の垂直運動を行うＺ軸機構部５０と、Ｚ軸機構部５０に支持され、研磨ヘッド３７にＸ軸と平行な軸を中心とした円弧方向（以下、α軸方向という）の回転運動を行わせるα軸機構部５１と、α軸機構部５１に支持され、Ｙ軸と平行な軸を中心とした円弧方向（以下、β軸方向という）の回転運動を行わせるβ軸機構部５２を有して構成されている。
【００２７】
Ｚ軸機構部５０は、図示しないガイドにスライド自在に係合し、図示しないサーボモータ、及びボールネジによりＺ軸方向に移動して、且つ、所定の位置で停止して位置決めされるＺ軸スライダ５３を有している。
【００２８】
α軸機構部５１は、Ｚ軸スライダ５３に固定され、Ｘ軸と平行な軸を曲率中心とした円弧ガイド５４と、図示しないサーボモータにより円弧ガイド５４に沿って移動して、所定の位置で位置決めされるα軸スライダ５５を有して構成されている。
【００２９】
β軸機構部５２は、α軸スライダ５５に固定され、Ｙ軸と平行な軸を曲率中心とした円弧ガイド５６と、図示しないサーボモータにより円弧ガイド５６に沿って移動して、所定の位置で位置決めされるβ軸スライダ５７を有して構成されている。
【００３０】
研磨ヘッド３７は、β軸スライダ５７に取り付けられ、図示しない電空変換レギュレータとドライバにより空気圧が制御されることにより後述する研磨工具を加工面３４Ａに所定の力で押し付けるエアシリンダ５８と、エアシリンダ５８のシリンダ部５８Ａに取り付けられ、図示しないドライバによって駆動されることにより回転トルクを発生するスピンドル５９と、スピンドル５９の回転軸５９Ａの先端に取り付けられ、回転運動によって加工面３４Ａの研磨加工を行う略球形状の研磨工具６０より構成されている。
【００３１】
駆動制御部３３Ａは、図示しない駆動計算部によって計算された駆動データに基づいて水平駆動軸であるＹ軸機構部３８、及びＸ軸機構部３９と垂直駆動軸であるＺ軸機構部５０と傾斜駆動軸であるα軸機構部５１、及びβ軸機構部５２の合計５軸の駆動を同期制御して、研磨工具６０の荷重軸が加工面３４Ａの法線と一致するように研磨工具６０の走査を行わせる。
【００３２】
ここで、傾斜駆動軸であるα軸機構部５１、及びβ軸機構部５２について説明する。
【００３３】
図２は、図１のＹ、Ｚ平面図を、また、図３は、図１のＸ、Ｚ平面図をそれぞれ示し、α軸機構部５１の円弧ガイド５４は、その曲率中心Ｏ１ がＹ方向とＺ方向の位置において研磨工具６０の先端と一致するように構成され、また、β軸機構部５２の円弧ガイド５６は、その曲率中心Ｏ２ がＸ方向とＺ方向の位置において研磨工具６０の先端と一致するように構成されている。このため、α軸スライダ５５、及びβ軸スライダ５７をそれぞれの円弧ガイド５４、５６の曲率中心Ｏ１ 、Ｏ２ を軸にしてα軸方向、及びβ軸方向に回動運動させることにより、研磨ヘッド３７を研磨工具６０の先端を中心に任意の方向に傾斜させることが可能になっている。
【００３４】
以下、上記曲面研磨装置を用いた曲面研磨方法を説明する。
【００３５】
まず、加工物３４の加工面３４Ａ上に研磨剤を塗布した後、Ｚ軸機構部５０のＺ軸スライダ５３を下降させて、研磨工具６０を加工物３４の加工面３４Ａの研磨開始点上に位置させると共に、エアシリンダ５８の空気圧を制御して研磨工具６０を所定の力で加工面３４Ａ上に押し付ける。また同時に、スピンドル５９によって研磨工具６０を回転させると共に、駆動制御部３３Ａが予め駆動計算部で計算された駆動データに基づいて、Ｙ軸機構部３８のサーボモータ４４、Ｘ軸機構部３９のサーボモータ４８、Ｚ軸機構部５０のサーボモータ、α軸機構部５１のサーボモータ、及びβ軸機構部５２のサーボモータの各ドライバに所定の制御信号を出力して、Ｙ軸テーブル４２、及びＸ軸テーブル４６の水平方向位置とＺ軸スライダ５３の垂直方向位置とα軸スライダ５５、及びβ軸スライダ５７の回転位置を同期制御することにより、加工面３４Ａの法線と研磨工具６０の荷重軸（押付け方向）が一致するように研磨ヘッド３７の姿勢を変化させながら研磨工具６０で加工面３４Ａを走査して、加工面３４Ａを研磨する。このとき、研磨ヘッド３７が研磨工具６０の先端、つまり、加工面３４Ａとの接触点を中心に傾斜するようになっているため、研磨ヘッド３７の姿勢変化によって研磨工具６０の水平方向位置や垂直方向位置が変化することがない。このため、Ｙ軸機構部３８、及びＸ軸機構部３９を研磨ヘッド３７の走査距離に応じて、また、Ｚ軸機構部５０を加工面３４Ａの高さに応じてそれぞれ駆動するだけで良く、このため、加工面３４Ａの法線方向の変化が大きい箇所でも研磨工具６０の走査速度を指令走査速度に追従させることができる。その結果、滞留時間分布を指令値に一致させることができ、加工精度の向上を図ることができる。
【００３６】
図４の（ａ），（ｂ） は、加工面３４Ａの形状変化に対応するように研磨ヘッド３７の姿勢を変化させながら研磨工具６０で加工面３４Ａを走査した時の水平駆動部の動作を示す。ここで、研磨ヘッド３７の長さＬを３００ｍｍ、加工面３４Ａ上の走査距離Ｄ１ を２ｍｍ、加工面３４Ａ上の指令走査速度を２００ｍｍ／ｓｅｃ、加工面３４Ａの形状変化に対する研磨ヘッド３７の傾斜角度の変化量θを４°とする。このとき、図４の（ａ） に示すように、研磨工具６０と加工面３４Ａとの接触点を回転中心Ｐ１ として研磨ヘッド３７の姿勢を変化させる場合では、研磨ヘッド３７の姿勢変化によって研磨工具６０の水平方向位置の変化がないため、水平駆動部の駆動距離Ｄ２ を２ｍｍ、駆動速度を２００ｍｍ／ｓｅｃと指令値と同じ値にすれば良い。ところが、図４の（ｂ） に示すように、加工面３４Ａから離れた位置を回転中心Ｐ２ として研磨ヘッド３７を姿勢を変化させる場合では、研磨ヘッド３７の姿勢変化によって研磨工具６０の水平方向位置が変化するため、水平駆動部の駆動距離Ｄ２ を約２３ｍｍ、駆動速度を２３００ｍｍ／ｓｅｃと指令値の１０倍以上の値にする必要がある。このため、駆動機構の追従速度の限界等から指令走査速度に追従できなくなり、加工精度が低下することになる。
【００３７】
なお、以上の実施の形態では、５軸同期制御を行ったが、Ｚ軸機構部５０の制御を省略した４軸同期制御を行っても良い。この場合、Ｚ軸機構部５０は研磨ヘッド３７を任意の一定の高さに保持するように構成されており、また、エアシリンダ５８は研磨工具６０の先端が所定の位置から十数ｍｍの範囲で変化するようにシリンダ部５８Ａを所定の範囲で揺動させるように構成されている。更に、円弧ガイド５４は、その曲率中心Ｏ１ が所定の位置に研磨工具６０の先端がある時のその先端位置とＹ方向とＺ方向の位置において一致するように構成され、また、円弧ガイド５６は、その曲率中心Ｏ２ が所定の位置に研磨工具６０の先端がある時のその先端位置とＸ方向とＺ方向の位置において一致するように構成されている。
【００３８】
以上のように構成された曲面研磨装置で研磨加工を行う場合には、まず、加工物３４の加工面３４Ａ上に研磨剤を塗布した後、研磨工具６０が加工物３４の加工面３４Ａ上に接触する高さまでＺ軸機構部５０のＺ軸スライダ５３を下降させてその高さに固定すると共に、エアシリンダ５８の空気圧を制御して研磨工具６０を所定の力で加工面３４Ａ上に押し付ける。また同時に、スピンドル５９によって研磨工具６０を回転させると共に、駆動制御部３３Ａが予め駆動計算部で計算された駆動データに基づいて、Ｙ軸機構部３８のサーボモータ４４、Ｘ軸機構部３９のサーボモータ４８、α軸機構部５１のサーボモータ、及びβ軸機構部５２のサーボモータの各ドライバに所定の制御信号を出力して、Ｙ軸テーブル４２、及びＸ軸テーブル４６の水平方向位置とα軸スライダ５５、及びβ軸スライダ５７の回転位置の４軸を同期制御することにより、加工面３４Ａの法線と研磨工具６０の荷重軸（押付け方向）が一致するように研磨ヘッド３７の姿勢を変化させながら研磨工具６０で加工面３４Ａを走査して、加工面３４Ａを研磨する。このとき、加工面３４Ａの高低変化によって研磨工具６０が押し付けられる位置は変動するが、エアシリンダ５８のシリンダ部５８Ａが追従揺動することにより一定の押付け力で研磨加工を行うことができる。また、研磨工具６０が押し付けられる位置の変化分は、駆動データの計算時に補正される。
【００３９】
図５は、Ｘ方向とＺ方向の２次元において本実施の形態の有効範囲を検討したもので、加工面の高低変化量と傾斜変化量から有効範囲を示した一例である。水平一方向に対し加工面の高低変化量が２０ｍｍ以内の加工物や、傾斜変化量が４５°以内の加工物であれば、研磨工具６０の水平方向位置の変化量は加工面全面にわたって１０ｍｍ以内であり、容易に補正することができる。
【００４０】
このように４軸同期制御による研磨加工でも、研磨ヘッド３７の姿勢変化による研磨工具６０の水平方向位置や垂直方向位置の変化量が少ないため、研磨工具６０の走査速度を指令走査速度に追従させることができる。このため、滞留時間分布が指令値と一致することになり、加工精度を向上させることができる。また、４軸同期制御のため、構成を簡素化することができ、コストダウンを図ることができる。
【００４１】
図６には、本発明の第３の実施の形態の曲面研磨装置が示されている。この図において、図１、図２、及び図３と同一の部分には同一の引用数字、符号を付したので、重複する説明は省略する。この曲面研磨装置は、加工物駆動部３５に加工物３４にβ軸方向の回転運動を行わせるβ軸機構部６１と、加工物３４にα軸方向の回転運動を行わせるα軸機構部６２と、加工物３４にＺ軸方向の垂直運動を行わせるＺ軸機構部６８が付加され、研磨ヘッド支持部３６として支持定盤３３上の設けられた支柱７０Ａ、７０Ｂと、支柱７０Ａ、７０Ｂ間に固定された粱７１と、粱７１に支持された垂直機構部７２が設けられた構成を有している。
【００４２】
β軸機構部６１は、支持定盤３３上に設けられ、Ｘ軸と平行な軸を曲率中心とした凹状の円弧面６３Ａが形成された円弧ガイド６３と、Ｘ軸と平行な軸を曲率中心とした凸状の円弧面６４Ａが形成され、円弧ガイド６３にβ軸方向の回転ができるように係合したβ軸テーブル６４と、β軸テーブル６４に設けられたナット（図示せず）と螺合したボールネジ（図示せず）と、出力軸にボールネジの一端が接続され、ボールネジを回転させてβ軸テーブル６４をＹ軸方向に回動させ、且つ、所定の位置で停止させて位置決めするサーボモータ（図示せず）より構成されている。ガイド６３の円弧面６３Ａとβ軸テーブル６４の円弧面６４Ａは、その曲率中心Ｏ１ がＹ方向とＺ方向の位置において研磨工具６０の先端と一致するように構成されている。
【００４３】
α軸機構部６２は、β軸テーブル６４上に設けられ、Ｙ軸と平行な軸を曲率中心とした凹状の円弧面６５Ａが形成された円弧ガイド６５と、Ｙ軸と平行な軸を曲率中心とした凸状の円弧面６６Ａが形成され、円弧ガイド６５にα軸方向の回転ができるように係合したα軸テーブル６６と、α軸テーブル６６に設けられたナット（図示せず）と螺合したボールネジ（図示せず）と、出力軸にボールネジの一端が接続され、ボールネジを回転させてα軸テーブル６６をＸ軸方向に回動させ、且つ、所定の位置で停止させて位置決めするサーボモータ６７より構成されている。ガイド６５の円弧面６５Ａとα軸テーブル６６の円弧面６６Ａは、その曲率中心Ｏ２ がＹ方向とＺ方向の位置において研磨工具６０の先端と一致するように構成されている。
【００４４】
Ｚ軸機構部６８は、図示しないリフターと、リフターによって加工物３４の高さ方向に移動し、且つ、所定の位置で位置決めされるＺ軸テーブル６９より構成されている。
【００４５】
垂直機構部７２は、スピンドル５９が固定された昇降自在なスライダ７３Ａを有し、研磨ヘッド３７の姿勢が一定になるように研磨ヘッド３７の昇降をガイドするスライド機構部７３と、滑車７４Ａ、７４Ｂに掛けられ、一端にスライダ７３Ａが、他端にウェイト７５が接続されたワイヤ７６より構成されている。ウェイト７５の重量は、スライダ７３Ａとスピンドル５９と研磨工具６０の合計重量より所定の重量だけ小になっており、研磨工具６０が加工面３４Ａの形状に応じて下降したとき、その変位量に応じた距離だけウェイト７５が上昇し、研磨工具６０が加工面３４Ａの形状に応じて上昇したとき、ウェイト７５の荷重によってその変位量に応じた距離だけウェイト７５が下降すると共に、研磨工具６０がスライダ７３Ａとスピンドル５９と研磨工具６０の合計重量による力からウェイト７５の荷重による力を差し引いた力で加工面３４Ａに押し付けられるようになっている。
【００４６】
以下、本発明の第３の実施の形態の曲面研磨方法を説明する。
【００４７】
まず、加工物３４の加工面３４Ａ上に研磨剤を塗布した後、ウェイト７５の荷重を調整して研磨工具６０を微小な力で加工面３４Ａ上に押し付ける。また同時に、スピンドル５９によって研磨工具６０を回転させると共に、駆動制御部３３Ａが予め駆動計算部で計算された駆動データに基づいて、Ｙ軸機構部３８のサーボモータ４５、Ｘ軸機構部３９のサーボモータ４８、β軸機構部６１のサーボモータ、α軸機構部６２のサーボモータ６７、Ｚ軸機構部６８のリフターの各ドライバに所定の制御信号を出力して、Ｙ軸テーブル４２、及びＸ軸テーブル４６の水平方向位置とβ軸テーブル６４、及びα軸テーブル６６の回転位置とＺ軸テーブル６９の垂直方向位置を同期制御することにより、加工面３４Ａの法線と研磨工具６０の荷重軸（押付け方向）が一致するように、加工面３４Ａに対する研磨ヘッド３７の姿勢を変化させながら研磨工具６０で加工面３４Ａを走査して、加工面３４Ａを研磨する。このとき、加工面３４Ａの高低変化によって研磨工具６０が押し付けられる高さは変動するが、スライド機構部７３におけるスライダ７３Ａの昇降によって研磨工具６０がその高さに応じて昇降するため、常にスライダ７３Ａとスピンドル５９と研磨工具６０の合計重量による力からウェイト７５の荷重による力を差し引いた一定の押付け力で研磨加工を行うことができる。また、加工物３４が研磨工具６０との接触点を中心に任意の方向に傾斜するようになっているため、加工面３４Ａの法線と研磨工具６０の荷重軸を一致させるのに、加工物３４の水平方向位置や垂直方向位置を補正する必要がなく、研磨工具６０の走査速度を指令走査速度に追従させることができる。その結果、滞留時間分布が指令値と一致することになり、加工精度の向上を図ることができる。
【００４８】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明の曲面研磨方法、及び曲面研磨装置によると、加工面の研磨走査によって加工面の法線の方向が変化したとき、研磨工具の荷重軸が法線に一致するように研磨工具の加工面上の接触点を中心にして荷重軸の姿勢を制御するようにしたため、研磨工具を指令した走査速度で走査して、加工精度の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示す説明図。
【図２】図１のＹ、Ｚ方向の平面図。
【図３】図１のＸ、Ｚ方向の平面図。
【図４】研磨ヘッドの姿勢変化に基づく水平駆動部の動作を示す説明図。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係る加工物の加工有効範囲を示す説明図。
【図６】本発明の第３の実施の形態を示す説明図。
【図７】従来の曲面研磨装置を示す説明図。
【図８】従来の曲面研磨装置のＺチルティング装置を示す説明図。
【図９】従来の曲面研磨装置の研磨ヘッドを示す説明図。
【符号の説明】
１Ａ 形状計測部
１Ｂ 研磨加工部
２ 定盤
３ 加工物
４ Ｙ軸テーブル
５ ボールネジ
６ モータ
７ Ｘ軸テーブル
８ ボールネジ
９ モータ
１０ θテーブル
１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ 研磨フレーム
１２ 取付板
１３ Ｚチルティング装置
１４ 研磨ヘッド
１５ 三角取付板
１６Ａ、１６Ｂ 軸
１７Ａ、１７Ｂ、１７Ｃ ブロック
１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃ 研磨アーム
１９Ａ、１９Ｂ、１９Ｃ ボールネジ
２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ モータ
２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ ユニバーサルジョイント
２２ 研磨ヘッド取付板
２３ 研磨工具
２４ 研磨工具保持装置
２５ 荷重軸
２６ 定圧装置
２７ 揺動装置
２８ モータ
２８Ａ 出力軸
２９ クランク
３０ コンロッド
３１ スライド軸
３２ スライダ
３３ 支持定盤
３３Ａ 駆動制御部
３４ 加工物
３４Ａ 加工面
３５ 加工物駆動部
３６ 研磨ヘッド支持部
３７ 研磨ヘッド
３８ Ｙ軸機構部
３９ Ｘ軸機構部
４０ 固定治具
４１Ａ、４１Ｂ ガイド
４２ Ｙ軸テーブル
４３ ボールネジ
４４ サーボモータ
４５Ａ、４５Ｂ ガイド
４６ Ｘ軸テーブル
４７ ボールネジ
４８ サーボモータ
４９Ａ、４９Ｂ 支柱
５０ Ｚ軸機構部
５１ α軸機構部
５２ β軸機構部
５３ Ｚ軸スライダ
５４ 円弧ガイド
５５ α軸スライダ
５６ 円弧ガイド
５７ β軸スライダ
５８ エアシリンダ
５８Ａ シリンリ部
５９ スピンドル
５９Ａ 回転軸
６０ 研磨工具
６１ β軸機構部
６２ α軸機構部
６３ 円弧ガイド
６３Ａ 円弧面
６４ β軸テーブル
６４Ａ 円弧面
６５ 円弧ガイド
６５Ａ 円弧面
６６ β軸テーブル
６６Ａ 円弧面
６７ サーボモータ
６８ Ｚ軸機構部
６９ Ｚ軸テーブル
７０Ａ、７０Ｂ 支柱
７１ 粱
７２ 垂直機構部
７３ スライド機構部
７３Ａ スライダ
７４Ａ、７４Ｂ 滑車
７５ ウェイト
７６ ワイヤ
【発明の属する技術分野】
本発明は曲面形状、特に、回転対称軸を持たない非球面形状を有したレンズ、ミラー等の光学素子や、これらを射出成形するための成形金型等を研磨する曲面研磨方法、及び曲面研磨装置に関し、特に、研磨工具の走査速度を適切化し、加工精度の向上を図った曲面研磨方法、及び曲面研磨装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
曲面形状、特に、回転対称軸を持たない非球面形状を有したレンズ、ミラー等の光学素子や、これらを射出成形するための成形金型を研磨する、従来の曲面研磨装置として、例えば、特開平５−５７６０６号公報に開示されるものがある。
【０００３】
図７には、上記曲面研磨装置が示されている。この曲面研磨装置は、定盤２上において加工物３に所定の水平運動を行わせる水平駆動部１Ａと、水平駆動部１Ａによって移動されてきた加工物３の加工面３Ａの面形状を計測する形状計測部１Ｂと、形状計測部１Ｂの計測によって得られた加工面３Ａの面形状データに基づいて水平駆動部１Ａによって移動されてきた加工物３の加工面３Ａの研磨加工を行う研磨加工部１Ｃを備えて構成されている。
【０００４】
水平駆動部１Ａは、定盤２上にＹ軸方向に移動可能に設けられたＹ軸テーブル４と、Ｙ軸方向に沿って配置され、Ｙ軸テーブル４のナット（図示せず）と螺合したボールネジ５と、ボールネジ５を回転させてＹ軸テーブル４をＹ軸方向に移動させるモータ６と、Ｙ軸テーブル４上にＸ軸方向に移動可能に設けられたＸ軸テーブル７と、Ｘ軸方向に沿って配置され、Ｘ軸テーブル７のナット（図示せず）と螺合したボールネジ８と、ボールネジ８を回転させてＸ軸テーブル７をＸ軸方向に移動させるモータ９と、Ｘ軸テーブル７上に配置され、図示しないモータによって回転するθテーブル１０を有して構成されている。
【０００５】
研磨加工部１Ｃは、定盤２に設けられたＬ字形の研磨フレーム１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃと、研磨フレーム１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃの先端に取付板１２を介して取り付けられ、下部に取り付けられた研磨ヘッド１４を自在に傾斜させると共に昇降させるＺチルティング装置１３を有している。
【０００６】
図８には、Ｚチルティング装置１３の構成が示されている。Ｚチルティング装置１３は、３つの角１５ａが取付板１２にそれぞれ固定される三角取付板１５と、三角取付板１５上に各辺にそれぞれ平行に固着された軸１６Ａ〜１６Ｃ（１６Ｃは図示せず）と、軸１６Ａ〜１６Ｃにそれぞれ回動自在に取り付けられたブロック１７Ａ〜１７Ｃと、ブロック１７Ａ〜１７ＣのＺ軸方向に伸びる一対の側部に、Ｚ軸方向に伸びる一対の内側部がそれぞれスライド自在に係合したロ字形の研磨アーム１８Ａ〜１８Ｃと、それぞれＺ軸方向に伸びて、研磨アーム１８Ａ〜１８Ｃに軸支されると共に、ブロック１７Ａ〜１７Ｃのナット（図示せず）に螺合したボールネジ１９Ａ〜１９Ｃと、ボールネジ１９Ａ〜１９Ｃを回転させて研磨アーム１８Ａ〜１８ＣをＺ軸方向に移動させるモータ２０Ａ〜２０Ｃと、研磨アーム１８Ａ〜１８Ｃの下端にユニバーサルジョイント２１Ａ〜２１Ｃを介して取り付けられた三角形の研磨ヘッド取付板２２を有して構成されている。
【０００７】
図９には、研磨ヘッド１４の構成が示されている。研磨ヘッド１４は、加工物３の加工面３Ａを研磨する円柱状の研磨工具２３と、研磨工具２３を保持する研磨工具保持装置２４と、荷重軸２５を介して研磨工具２３に加圧力を付加する定圧装置２６と、研磨工具２３を矢印Ｄ方向に往復運動させる揺動装置２７を有して構成されている。
【０００８】
定圧装置２６は、荷重軸２５に取り付けられたボイスコイルモータ、板ばね、及び荷重センサ（何れも図示せず）によって常に設定された加圧力を保つように構成されている。また、荷重軸２５には、荷重軸２５の軸方向の変位量を検出する変位センサ（図示せず）が取り付けられている。
【０００９】
揺動装置２７は、モータ２８の回転軸２８Ａに接続されたクランク２９と、クランク２９の回転運動を往復運動に変換するコンロッド３０と、定圧装置２６のケーシングに固着され、コンロッド３０から往復運動を入力してスライド軸３１上をスライドするスライダ３２を有して構成されている。
【００１０】
以上の構成において、加工物３の研磨加工を行う場合には、まず、加工物３の加工面３Ａに研磨剤を塗布し、Ｚチルティング装置１４によって研磨ヘッド１３を下降させて研磨工具２３を加工面３Ａに接触させる。次に、揺動装置２７により研磨工具２３を矢印Ｄ方向に往復運動させると共に、定圧装置２６により研磨工具２３に所定の加圧力を加え、研磨工具２３の研磨面と加工物３の加工面３Ａとで摺擦を行わせる。このとき、研磨工具２３の加圧方向と加工面３Ａの法線方向が常に一致するように、また、変位センサによって計測される荷重軸２５の変位量が一定になるように、走査パターン、及び後述する走査速度分布に従ってＹ軸テーブル４、Ｘ軸テーブル７、θテーブル１０、及びＺチルティング装置１４が同期制御され、これによって研磨ヘッド１３が加工面３Ａの形状に倣った走査を行って加工面３Ａの研磨加工を行う。ここで、研磨量は、研磨工具２３の加圧力、加工物との相対速度、滞留時間に比例し、加工面３Ａの形状を目標面形状に近づけるための滞留時間分布、つまり、研磨工具２３の走査速度分布は、研磨工具２３の加圧力と相対速度を一定に保ったときに研磨工具２３が加工面３Ａを単位時間あたり除去する単位除去形状と、形状計測部１Ｂで計測した加工面３Ａの形状と目標面形状との差から求められる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の曲面研磨装置によると、研磨工具と加工面の接触点から離れた位置を中心に研磨ヘッドの姿勢を変化させているため、研磨ヘッドの姿勢変化と共に研磨工具の水平方向位置や垂直方向位置が変化し、加工物、或いは研磨ヘッドの水平方向位置や垂直方向位置を補正しなければならないという問題がある。特に、加工面の法線方向の変化が大きい箇所ではその補正量も大きくなり、制御機構の計算速度や駆動機構の追従速度の限界から研磨工具の走査速度が指令走査速度に追従できなくなる。このため、滞留時間分布が指令値から外れることになり、加工精度が低下するという問題が生じる。
【００１２】
従って、本発明の目的は研磨工具を指令走査速度で走査できるようにして、加工精度の向上を図ることができる曲面研磨方法、及び曲面研磨装置を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するため、加工物を下方から支持してＸ軸およびＹ軸方向に移動させるＸ軸およびＹ軸テーブルと、前記加工物を下方から支持してＸ軸およびＹ軸にそれぞれ平行な軸回りに傾斜させるβ軸およびα軸テーブルと、球状の研磨工具を前記加工物の加工面に前記研磨工具の荷重軸に沿って所定の押付け力で押付ける押付け手段と、
前記加工面上で前記研磨工具に前記荷重軸回りの回転運動を与える研磨運動手段と、前記Ｘ軸およびＹ軸テーブル、および前記β軸およびα軸テーブルを制御して、前記研磨工具の前記加工面上の接触点を中心にして前記荷重軸の姿勢を調整することにより、前記荷重軸を前記加工物の前記加工面の法線に一致させながら前記荷重軸回りに回転する前記研磨工具で前記加工面上を走査して前記加工面を研磨させる制御手段を備えていることを特徴とする曲面研磨装置を提供するものである。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の曲面研磨方法、及び曲面研磨装置を添付図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２２】
図１には、本発明の第１の実施の形態における曲面研磨装置の構成が示されている。この曲面研磨装置は、支持定盤３３上に設けられ、加工物３４に所定の運動を行わせる加工物駆動部３５と、支持定盤３３上に設けられ、研磨ヘッド３７を支持して加工物３４の加工面３４Ａ上に位置させる研磨ヘッド支持部３６と、研磨加工の駆動を制御する駆動制御部３３Ａを備えて構成されている。
【００２３】
加工物駆動部３５は、加工物３４にＹ軸方向の水平運動を行わせるＹ軸機構部３８と、加工物３４にＸ軸方向の水平運動を行わせるＸ軸機構部３９と、Ｘ軸機構部３９上に加工物３４を固定する固定治具４０を備えている。
【００２４】
Ｙ軸機構部３８は、支持定盤３３上にＹ軸方向に伸びて配置された２本の平行なガイド４１Ａ、４１Ｂと、ガイド４１Ａ、４１Ｂにスライド自在に係合したＹ軸テーブル４２と、ガイド４１Ａ、４１Ｂ間に平行に配置され、Ｙ軸テーブル４２に設けられたナット（図示ぜす）と螺合したボールネジ４３と、出力軸にボールネジ４３の一端が接続され、ボールネジ４３を回転させてＹ軸テーブル４２をＹ軸方向に移動させ、且つ、所定の位置で停止させて位置決めするサーボモータ４４より構成されている。
【００２５】
Ｘ軸機構部３９は、Ｙ軸テーブル４２上にＸ軸方向に伸びて配置された２本の平行なガイド４５Ａ、４５Ｂと、ガイド４５Ａ、４５Ｂにスライド自在に係合したＸ軸テーブル４６と、ガイド４５Ａ、４５Ｂ間に平行に配置され、Ｘ軸テーブル４６に設けられたナット（図示ぜす）と螺合したボールネジ４７と、出力軸にボールネジ４７の一端が接続され、ボールネジ４７を回転させてＸ軸テーブル４６をＸ軸方向に移動させ、且つ、所定の位置で停止させて位置決めするサーボモータ４８より構成されている。
【００２６】
研磨ヘッド支持部３６は、支持定盤３３上に設けられた支柱４９Ａ、４９Ｂにに支持され、Ｚ軸方向の垂直運動を行うＺ軸機構部５０と、Ｚ軸機構部５０に支持され、研磨ヘッド３７にＸ軸と平行な軸を中心とした円弧方向（以下、α軸方向という）の回転運動を行わせるα軸機構部５１と、α軸機構部５１に支持され、Ｙ軸と平行な軸を中心とした円弧方向（以下、β軸方向という）の回転運動を行わせるβ軸機構部５２を有して構成されている。
【００２７】
Ｚ軸機構部５０は、図示しないガイドにスライド自在に係合し、図示しないサーボモータ、及びボールネジによりＺ軸方向に移動して、且つ、所定の位置で停止して位置決めされるＺ軸スライダ５３を有している。
【００２８】
α軸機構部５１は、Ｚ軸スライダ５３に固定され、Ｘ軸と平行な軸を曲率中心とした円弧ガイド５４と、図示しないサーボモータにより円弧ガイド５４に沿って移動して、所定の位置で位置決めされるα軸スライダ５５を有して構成されている。
【００２９】
β軸機構部５２は、α軸スライダ５５に固定され、Ｙ軸と平行な軸を曲率中心とした円弧ガイド５６と、図示しないサーボモータにより円弧ガイド５６に沿って移動して、所定の位置で位置決めされるβ軸スライダ５７を有して構成されている。
【００３０】
研磨ヘッド３７は、β軸スライダ５７に取り付けられ、図示しない電空変換レギュレータとドライバにより空気圧が制御されることにより後述する研磨工具を加工面３４Ａに所定の力で押し付けるエアシリンダ５８と、エアシリンダ５８のシリンダ部５８Ａに取り付けられ、図示しないドライバによって駆動されることにより回転トルクを発生するスピンドル５９と、スピンドル５９の回転軸５９Ａの先端に取り付けられ、回転運動によって加工面３４Ａの研磨加工を行う略球形状の研磨工具６０より構成されている。
【００３１】
駆動制御部３３Ａは、図示しない駆動計算部によって計算された駆動データに基づいて水平駆動軸であるＹ軸機構部３８、及びＸ軸機構部３９と垂直駆動軸であるＺ軸機構部５０と傾斜駆動軸であるα軸機構部５１、及びβ軸機構部５２の合計５軸の駆動を同期制御して、研磨工具６０の荷重軸が加工面３４Ａの法線と一致するように研磨工具６０の走査を行わせる。
【００３２】
ここで、傾斜駆動軸であるα軸機構部５１、及びβ軸機構部５２について説明する。
【００３３】
図２は、図１のＹ、Ｚ平面図を、また、図３は、図１のＸ、Ｚ平面図をそれぞれ示し、α軸機構部５１の円弧ガイド５４は、その曲率中心Ｏ１ がＹ方向とＺ方向の位置において研磨工具６０の先端と一致するように構成され、また、β軸機構部５２の円弧ガイド５６は、その曲率中心Ｏ２ がＸ方向とＺ方向の位置において研磨工具６０の先端と一致するように構成されている。このため、α軸スライダ５５、及びβ軸スライダ５７をそれぞれの円弧ガイド５４、５６の曲率中心Ｏ１ 、Ｏ２ を軸にしてα軸方向、及びβ軸方向に回動運動させることにより、研磨ヘッド３７を研磨工具６０の先端を中心に任意の方向に傾斜させることが可能になっている。
【００３４】
以下、上記曲面研磨装置を用いた曲面研磨方法を説明する。
【００３５】
まず、加工物３４の加工面３４Ａ上に研磨剤を塗布した後、Ｚ軸機構部５０のＺ軸スライダ５３を下降させて、研磨工具６０を加工物３４の加工面３４Ａの研磨開始点上に位置させると共に、エアシリンダ５８の空気圧を制御して研磨工具６０を所定の力で加工面３４Ａ上に押し付ける。また同時に、スピンドル５９によって研磨工具６０を回転させると共に、駆動制御部３３Ａが予め駆動計算部で計算された駆動データに基づいて、Ｙ軸機構部３８のサーボモータ４４、Ｘ軸機構部３９のサーボモータ４８、Ｚ軸機構部５０のサーボモータ、α軸機構部５１のサーボモータ、及びβ軸機構部５２のサーボモータの各ドライバに所定の制御信号を出力して、Ｙ軸テーブル４２、及びＸ軸テーブル４６の水平方向位置とＺ軸スライダ５３の垂直方向位置とα軸スライダ５５、及びβ軸スライダ５７の回転位置を同期制御することにより、加工面３４Ａの法線と研磨工具６０の荷重軸（押付け方向）が一致するように研磨ヘッド３７の姿勢を変化させながら研磨工具６０で加工面３４Ａを走査して、加工面３４Ａを研磨する。このとき、研磨ヘッド３７が研磨工具６０の先端、つまり、加工面３４Ａとの接触点を中心に傾斜するようになっているため、研磨ヘッド３７の姿勢変化によって研磨工具６０の水平方向位置や垂直方向位置が変化することがない。このため、Ｙ軸機構部３８、及びＸ軸機構部３９を研磨ヘッド３７の走査距離に応じて、また、Ｚ軸機構部５０を加工面３４Ａの高さに応じてそれぞれ駆動するだけで良く、このため、加工面３４Ａの法線方向の変化が大きい箇所でも研磨工具６０の走査速度を指令走査速度に追従させることができる。その結果、滞留時間分布を指令値に一致させることができ、加工精度の向上を図ることができる。
【００３６】
図４の（ａ），（ｂ） は、加工面３４Ａの形状変化に対応するように研磨ヘッド３７の姿勢を変化させながら研磨工具６０で加工面３４Ａを走査した時の水平駆動部の動作を示す。ここで、研磨ヘッド３７の長さＬを３００ｍｍ、加工面３４Ａ上の走査距離Ｄ１ を２ｍｍ、加工面３４Ａ上の指令走査速度を２００ｍｍ／ｓｅｃ、加工面３４Ａの形状変化に対する研磨ヘッド３７の傾斜角度の変化量θを４°とする。このとき、図４の（ａ） に示すように、研磨工具６０と加工面３４Ａとの接触点を回転中心Ｐ１ として研磨ヘッド３７の姿勢を変化させる場合では、研磨ヘッド３７の姿勢変化によって研磨工具６０の水平方向位置の変化がないため、水平駆動部の駆動距離Ｄ２ を２ｍｍ、駆動速度を２００ｍｍ／ｓｅｃと指令値と同じ値にすれば良い。ところが、図４の（ｂ） に示すように、加工面３４Ａから離れた位置を回転中心Ｐ２ として研磨ヘッド３７を姿勢を変化させる場合では、研磨ヘッド３７の姿勢変化によって研磨工具６０の水平方向位置が変化するため、水平駆動部の駆動距離Ｄ２ を約２３ｍｍ、駆動速度を２３００ｍｍ／ｓｅｃと指令値の１０倍以上の値にする必要がある。このため、駆動機構の追従速度の限界等から指令走査速度に追従できなくなり、加工精度が低下することになる。
【００３７】
なお、以上の実施の形態では、５軸同期制御を行ったが、Ｚ軸機構部５０の制御を省略した４軸同期制御を行っても良い。この場合、Ｚ軸機構部５０は研磨ヘッド３７を任意の一定の高さに保持するように構成されており、また、エアシリンダ５８は研磨工具６０の先端が所定の位置から十数ｍｍの範囲で変化するようにシリンダ部５８Ａを所定の範囲で揺動させるように構成されている。更に、円弧ガイド５４は、その曲率中心Ｏ１ が所定の位置に研磨工具６０の先端がある時のその先端位置とＹ方向とＺ方向の位置において一致するように構成され、また、円弧ガイド５６は、その曲率中心Ｏ２ が所定の位置に研磨工具６０の先端がある時のその先端位置とＸ方向とＺ方向の位置において一致するように構成されている。
【００３８】
以上のように構成された曲面研磨装置で研磨加工を行う場合には、まず、加工物３４の加工面３４Ａ上に研磨剤を塗布した後、研磨工具６０が加工物３４の加工面３４Ａ上に接触する高さまでＺ軸機構部５０のＺ軸スライダ５３を下降させてその高さに固定すると共に、エアシリンダ５８の空気圧を制御して研磨工具６０を所定の力で加工面３４Ａ上に押し付ける。また同時に、スピンドル５９によって研磨工具６０を回転させると共に、駆動制御部３３Ａが予め駆動計算部で計算された駆動データに基づいて、Ｙ軸機構部３８のサーボモータ４４、Ｘ軸機構部３９のサーボモータ４８、α軸機構部５１のサーボモータ、及びβ軸機構部５２のサーボモータの各ドライバに所定の制御信号を出力して、Ｙ軸テーブル４２、及びＸ軸テーブル４６の水平方向位置とα軸スライダ５５、及びβ軸スライダ５７の回転位置の４軸を同期制御することにより、加工面３４Ａの法線と研磨工具６０の荷重軸（押付け方向）が一致するように研磨ヘッド３７の姿勢を変化させながら研磨工具６０で加工面３４Ａを走査して、加工面３４Ａを研磨する。このとき、加工面３４Ａの高低変化によって研磨工具６０が押し付けられる位置は変動するが、エアシリンダ５８のシリンダ部５８Ａが追従揺動することにより一定の押付け力で研磨加工を行うことができる。また、研磨工具６０が押し付けられる位置の変化分は、駆動データの計算時に補正される。
【００３９】
図５は、Ｘ方向とＺ方向の２次元において本実施の形態の有効範囲を検討したもので、加工面の高低変化量と傾斜変化量から有効範囲を示した一例である。水平一方向に対し加工面の高低変化量が２０ｍｍ以内の加工物や、傾斜変化量が４５°以内の加工物であれば、研磨工具６０の水平方向位置の変化量は加工面全面にわたって１０ｍｍ以内であり、容易に補正することができる。
【００４０】
このように４軸同期制御による研磨加工でも、研磨ヘッド３７の姿勢変化による研磨工具６０の水平方向位置や垂直方向位置の変化量が少ないため、研磨工具６０の走査速度を指令走査速度に追従させることができる。このため、滞留時間分布が指令値と一致することになり、加工精度を向上させることができる。また、４軸同期制御のため、構成を簡素化することができ、コストダウンを図ることができる。
【００４１】
図６には、本発明の第３の実施の形態の曲面研磨装置が示されている。この図において、図１、図２、及び図３と同一の部分には同一の引用数字、符号を付したので、重複する説明は省略する。この曲面研磨装置は、加工物駆動部３５に加工物３４にβ軸方向の回転運動を行わせるβ軸機構部６１と、加工物３４にα軸方向の回転運動を行わせるα軸機構部６２と、加工物３４にＺ軸方向の垂直運動を行わせるＺ軸機構部６８が付加され、研磨ヘッド支持部３６として支持定盤３３上の設けられた支柱７０Ａ、７０Ｂと、支柱７０Ａ、７０Ｂ間に固定された粱７１と、粱７１に支持された垂直機構部７２が設けられた構成を有している。
【００４２】
β軸機構部６１は、支持定盤３３上に設けられ、Ｘ軸と平行な軸を曲率中心とした凹状の円弧面６３Ａが形成された円弧ガイド６３と、Ｘ軸と平行な軸を曲率中心とした凸状の円弧面６４Ａが形成され、円弧ガイド６３にβ軸方向の回転ができるように係合したβ軸テーブル６４と、β軸テーブル６４に設けられたナット（図示せず）と螺合したボールネジ（図示せず）と、出力軸にボールネジの一端が接続され、ボールネジを回転させてβ軸テーブル６４をＹ軸方向に回動させ、且つ、所定の位置で停止させて位置決めするサーボモータ（図示せず）より構成されている。ガイド６３の円弧面６３Ａとβ軸テーブル６４の円弧面６４Ａは、その曲率中心Ｏ１ がＹ方向とＺ方向の位置において研磨工具６０の先端と一致するように構成されている。
【００４３】
α軸機構部６２は、β軸テーブル６４上に設けられ、Ｙ軸と平行な軸を曲率中心とした凹状の円弧面６５Ａが形成された円弧ガイド６５と、Ｙ軸と平行な軸を曲率中心とした凸状の円弧面６６Ａが形成され、円弧ガイド６５にα軸方向の回転ができるように係合したα軸テーブル６６と、α軸テーブル６６に設けられたナット（図示せず）と螺合したボールネジ（図示せず）と、出力軸にボールネジの一端が接続され、ボールネジを回転させてα軸テーブル６６をＸ軸方向に回動させ、且つ、所定の位置で停止させて位置決めするサーボモータ６７より構成されている。ガイド６５の円弧面６５Ａとα軸テーブル６６の円弧面６６Ａは、その曲率中心Ｏ２ がＹ方向とＺ方向の位置において研磨工具６０の先端と一致するように構成されている。
【００４４】
Ｚ軸機構部６８は、図示しないリフターと、リフターによって加工物３４の高さ方向に移動し、且つ、所定の位置で位置決めされるＺ軸テーブル６９より構成されている。
【００４５】
垂直機構部７２は、スピンドル５９が固定された昇降自在なスライダ７３Ａを有し、研磨ヘッド３７の姿勢が一定になるように研磨ヘッド３７の昇降をガイドするスライド機構部７３と、滑車７４Ａ、７４Ｂに掛けられ、一端にスライダ７３Ａが、他端にウェイト７５が接続されたワイヤ７６より構成されている。ウェイト７５の重量は、スライダ７３Ａとスピンドル５９と研磨工具６０の合計重量より所定の重量だけ小になっており、研磨工具６０が加工面３４Ａの形状に応じて下降したとき、その変位量に応じた距離だけウェイト７５が上昇し、研磨工具６０が加工面３４Ａの形状に応じて上昇したとき、ウェイト７５の荷重によってその変位量に応じた距離だけウェイト７５が下降すると共に、研磨工具６０がスライダ７３Ａとスピンドル５９と研磨工具６０の合計重量による力からウェイト７５の荷重による力を差し引いた力で加工面３４Ａに押し付けられるようになっている。
【００４６】
以下、本発明の第３の実施の形態の曲面研磨方法を説明する。
【００４７】
まず、加工物３４の加工面３４Ａ上に研磨剤を塗布した後、ウェイト７５の荷重を調整して研磨工具６０を微小な力で加工面３４Ａ上に押し付ける。また同時に、スピンドル５９によって研磨工具６０を回転させると共に、駆動制御部３３Ａが予め駆動計算部で計算された駆動データに基づいて、Ｙ軸機構部３８のサーボモータ４５、Ｘ軸機構部３９のサーボモータ４８、β軸機構部６１のサーボモータ、α軸機構部６２のサーボモータ６７、Ｚ軸機構部６８のリフターの各ドライバに所定の制御信号を出力して、Ｙ軸テーブル４２、及びＸ軸テーブル４６の水平方向位置とβ軸テーブル６４、及びα軸テーブル６６の回転位置とＺ軸テーブル６９の垂直方向位置を同期制御することにより、加工面３４Ａの法線と研磨工具６０の荷重軸（押付け方向）が一致するように、加工面３４Ａに対する研磨ヘッド３７の姿勢を変化させながら研磨工具６０で加工面３４Ａを走査して、加工面３４Ａを研磨する。このとき、加工面３４Ａの高低変化によって研磨工具６０が押し付けられる高さは変動するが、スライド機構部７３におけるスライダ７３Ａの昇降によって研磨工具６０がその高さに応じて昇降するため、常にスライダ７３Ａとスピンドル５９と研磨工具６０の合計重量による力からウェイト７５の荷重による力を差し引いた一定の押付け力で研磨加工を行うことができる。また、加工物３４が研磨工具６０との接触点を中心に任意の方向に傾斜するようになっているため、加工面３４Ａの法線と研磨工具６０の荷重軸を一致させるのに、加工物３４の水平方向位置や垂直方向位置を補正する必要がなく、研磨工具６０の走査速度を指令走査速度に追従させることができる。その結果、滞留時間分布が指令値と一致することになり、加工精度の向上を図ることができる。
【００４８】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明の曲面研磨方法、及び曲面研磨装置によると、加工面の研磨走査によって加工面の法線の方向が変化したとき、研磨工具の荷重軸が法線に一致するように研磨工具の加工面上の接触点を中心にして荷重軸の姿勢を制御するようにしたため、研磨工具を指令した走査速度で走査して、加工精度の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示す説明図。
【図２】図１のＹ、Ｚ方向の平面図。
【図３】図１のＸ、Ｚ方向の平面図。
【図４】研磨ヘッドの姿勢変化に基づく水平駆動部の動作を示す説明図。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係る加工物の加工有効範囲を示す説明図。
【図６】本発明の第３の実施の形態を示す説明図。
【図７】従来の曲面研磨装置を示す説明図。
【図８】従来の曲面研磨装置のＺチルティング装置を示す説明図。
【図９】従来の曲面研磨装置の研磨ヘッドを示す説明図。
【符号の説明】
１Ａ 形状計測部
１Ｂ 研磨加工部
２ 定盤
３ 加工物
４ Ｙ軸テーブル
５ ボールネジ
６ モータ
７ Ｘ軸テーブル
８ ボールネジ
９ モータ
１０ θテーブル
１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ 研磨フレーム
１２ 取付板
１３ Ｚチルティング装置
１４ 研磨ヘッド
１５ 三角取付板
１６Ａ、１６Ｂ 軸
１７Ａ、１７Ｂ、１７Ｃ ブロック
１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃ 研磨アーム
１９Ａ、１９Ｂ、１９Ｃ ボールネジ
２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ モータ
２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ ユニバーサルジョイント
２２ 研磨ヘッド取付板
２３ 研磨工具
２４ 研磨工具保持装置
２５ 荷重軸
２６ 定圧装置
２７ 揺動装置
２８ モータ
２８Ａ 出力軸
２９ クランク
３０ コンロッド
３１ スライド軸
３２ スライダ
３３ 支持定盤
３３Ａ 駆動制御部
３４ 加工物
３４Ａ 加工面
３５ 加工物駆動部
３６ 研磨ヘッド支持部
３７ 研磨ヘッド
３８ Ｙ軸機構部
３９ Ｘ軸機構部
４０ 固定治具
４１Ａ、４１Ｂ ガイド
４２ Ｙ軸テーブル
４３ ボールネジ
４４ サーボモータ
４５Ａ、４５Ｂ ガイド
４６ Ｘ軸テーブル
４７ ボールネジ
４８ サーボモータ
４９Ａ、４９Ｂ 支柱
５０ Ｚ軸機構部
５１ α軸機構部
５２ β軸機構部
５３ Ｚ軸スライダ
５４ 円弧ガイド
５５ α軸スライダ
５６ 円弧ガイド
５７ β軸スライダ
５８ エアシリンダ
５８Ａ シリンリ部
５９ スピンドル
５９Ａ 回転軸
６０ 研磨工具
６１ β軸機構部
６２ α軸機構部
６３ 円弧ガイド
６３Ａ 円弧面
６４ β軸テーブル
６４Ａ 円弧面
６５ 円弧ガイド
６５Ａ 円弧面
６６ β軸テーブル
６６Ａ 円弧面
６７ サーボモータ
６８ Ｚ軸機構部
６９ Ｚ軸テーブル
７０Ａ、７０Ｂ 支柱
７１ 粱
７２ 垂直機構部
７３ スライド機構部
７３Ａ スライダ
７４Ａ、７４Ｂ 滑車
７５ ウェイト
７６ ワイヤ
Claims (1)
- 加工物を下方から支持してＸ軸およびＹ軸方向に移動させるＸ軸およびＹ軸テーブルと、
前記加工物を下方から支持してＸ軸およびＹ軸にそれぞれ平行な軸回りに傾斜させるβ軸およびα軸テーブルと、
球状の研磨工具を前記加工物の加工面に前記研磨工具の荷重軸に沿って所定の押付け力で押付ける押付け手段と、
前記加工面上で前記研磨工具に前記荷重軸回りの回転運動を与える研磨運動手段と、
前記Ｘ軸およびＹ軸テーブル、および前記β軸およびα軸テーブルを制御して、前記研磨工具の前記加工面上の接触点を中心にして前記荷重軸の姿勢を調整することにより、前記荷重軸を前記加工物の前記加工面の法線に一致させながら前記荷重軸回りに回転する前記研磨工具で前記加工面上を走査して前記加工面を研磨させる制御手段を備えていることを特徴とする曲面研磨装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15782696A JP3613889B2 (ja) | 1996-06-19 | 1996-06-19 | 曲面研磨方法、及び曲面研磨装置 |
| US08/869,217 US5895311A (en) | 1996-06-06 | 1997-06-04 | Abrasive device that maintains normal line of contact with curved abrasive surface and method of using same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15782696A JP3613889B2 (ja) | 1996-06-19 | 1996-06-19 | 曲面研磨方法、及び曲面研磨装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH106199A JPH106199A (ja) | 1998-01-13 |
| JP3613889B2 true JP3613889B2 (ja) | 2005-01-26 |
Family
ID=15658170
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15782696A Expired - Fee Related JP3613889B2 (ja) | 1996-06-06 | 1996-06-19 | 曲面研磨方法、及び曲面研磨装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3613889B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103231296A (zh) * | 2013-05-08 | 2013-08-07 | 上海现代先进超精密制造中心有限公司 | 一种用于凸锥镜加工的对刀定心方法 |
Families Citing this family (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6264534B1 (en) * | 1999-03-25 | 2001-07-24 | Ford Global Technologies, Inc. | Method and tooling for automated wet or dry sanding of a vehicle surface |
| JP5087481B2 (ja) * | 2008-06-24 | 2012-12-05 | 昭和精工株式会社 | 多軸制御の成形金型のセル自動研磨装置、及びセル自動研磨方法 |
| JP2016132077A (ja) * | 2015-01-21 | 2016-07-25 | 株式会社ナガセインテグレックス | 曲面研磨加工装置 |
| CN105290919B (zh) * | 2015-11-19 | 2017-12-26 | 苏州博义诺智能装备有限公司 | 手机壳数控磨抛的五轴自动化装置 |
| CN107932297B (zh) * | 2017-12-21 | 2023-09-05 | 浙江工业大学 | 一种叶片柔性抛光*** |
| CN108581716B (zh) * | 2018-05-16 | 2021-01-26 | 广东工业大学 | 一种用于光学元件的恒压抛光方法及装置 |
| CN108772777B (zh) * | 2018-07-26 | 2024-03-08 | 郑州博钰特超硬材料制品有限公司 | 一种便于装夹磨料磨具的设备 |
| CN109366288B (zh) * | 2018-12-16 | 2024-03-01 | 浙江工业大学 | 一种用于马桶圈的恒力矩自动修边装置 |
| CN109702585A (zh) * | 2018-12-16 | 2019-05-03 | 浙江工业大学 | 一种用于马桶盖的恒力矩自动修边装置 |
| CN110253383B (zh) * | 2019-06-18 | 2021-07-06 | 广东工业大学 | 一种非球面光学元件的恒压抛光装置及其恒压抛光方法 |
| CN112247686A (zh) * | 2020-09-28 | 2021-01-22 | 广东研基精密五金有限公司 | 一种立式数控成型磨床机 |
| CN114083391A (zh) * | 2021-11-09 | 2022-02-25 | 深圳市智链信息技术有限公司 | 一种抗干扰电源电路搭建工作台 |
| CN114083418A (zh) * | 2021-12-23 | 2022-02-25 | 四川慧丰精制科技有限责任公司 | 一种抛光头安装装置及气囊抛光*** |
| CN114310566A (zh) * | 2022-01-06 | 2022-04-12 | 赣州协隆机械设备有限公司 | 一种异型曲面加工磨床 |
| CN114589583A (zh) * | 2022-03-24 | 2022-06-07 | 朱雪萍 | 一种零件弧面打磨装置 |
| CN115284149B (zh) * | 2022-09-29 | 2022-12-23 | 山东瑞博电机有限公司 | 用于感应电动机尾盖加工的打磨处理设备 |
-
1996
- 1996-06-19 JP JP15782696A patent/JP3613889B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103231296A (zh) * | 2013-05-08 | 2013-08-07 | 上海现代先进超精密制造中心有限公司 | 一种用于凸锥镜加工的对刀定心方法 |
| CN103231296B (zh) * | 2013-05-08 | 2015-05-20 | 上海现代先进超精密制造中心有限公司 | 一种用于凸锥镜加工的对刀定心方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH106199A (ja) | 1998-01-13 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3613889B2 (ja) | 曲面研磨方法、及び曲面研磨装置 | |
| US5895311A (en) | Abrasive device that maintains normal line of contact with curved abrasive surface and method of using same | |
| JP4456520B2 (ja) | 多軸球面研削装置及び研削方法 | |
| EP0453627B1 (en) | Plastic lens generator and method | |
| US6122999A (en) | Lathe apparatus and method | |
| JPH09323252A (ja) | 曲面研磨方法、及び曲面研磨装置 | |
| JPH0929598A (ja) | 非球面形状物体の加工装置 | |
| JPH057143B2 (ja) | ||
| JP2006320970A (ja) | 加工装置 | |
| JP3819141B2 (ja) | 研磨装置 | |
| JP2006297512A (ja) | レンズの球面加工装置 | |
| JP4460736B2 (ja) | 研磨装置 | |
| JPH02131851A (ja) | 曲面研摩装置 | |
| JPH10175150A (ja) | 曲面研磨方法および曲面研磨装置 | |
| JP2000167756A (ja) | 曲面加工装置 | |
| EP0872307B1 (en) | Lathe apparatus and method | |
| JP2002178248A (ja) | 研磨装置 | |
| JPH09248748A (ja) | 加工装置 | |
| JP3673682B2 (ja) | 研磨工具 | |
| JP3517595B2 (ja) | 球面加工方法およびその装置ならびにダミーホルダ | |
| KR200493639Y1 (ko) | 스핀들의 복합적 요동운동을 이용한 초정밀 구심연마시스템 | |
| JP2001179585A (ja) | 曲面仕上げ研削・研磨方法とその装置 | |
| JP2004160565A (ja) | 研磨方法および形状可変研磨工具装置 | |
| JPH0966445A (ja) | 研磨装置および研磨方法 | |
| JPH11291149A (ja) | 曲面研磨装置及び曲面研磨方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20040428 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20040625 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20041012 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20041025 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |