JPH05318287A - 超精密加工機 - Google Patents
超精密加工機Info
- Publication number
- JPH05318287A JPH05318287A JP15586792A JP15586792A JPH05318287A JP H05318287 A JPH05318287 A JP H05318287A JP 15586792 A JP15586792 A JP 15586792A JP 15586792 A JP15586792 A JP 15586792A JP H05318287 A JPH05318287 A JP H05318287A
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- Japan
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- machining
- laser interferometer
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 ワークの実形状をオンマシンで迅速かつ正確
に測定し、その測定データに基づき加工誤差をインプロ
セス制御により補正して加工精度を向上する。 【構成】 超精密加工旋盤のＸ軸テーブル５上に、振動
及び案内面の移動真直度の影響を受けにくいレーザ干渉
計９を設置する。レーザ干渉計９により加工中における
ワーク１２の加工面形状を測定し、その測定データをプ
ロセッサ１６を介してＮＣ制御装置１９に出力する。Ｎ
Ｃ制御装置１９は測定データに基づき加工誤差補正デー
タを作成して、主軸台６を駆動するサーボモータ７及び
刃物台８を駆動するサーボモータ１０を制御する。
に測定し、その測定データに基づき加工誤差をインプロ
セス制御により補正して加工精度を向上する。 【構成】 超精密加工旋盤のＸ軸テーブル５上に、振動
及び案内面の移動真直度の影響を受けにくいレーザ干渉
計９を設置する。レーザ干渉計９により加工中における
ワーク１２の加工面形状を測定し、その測定データをプ
ロセッサ１６を介してＮＣ制御装置１９に出力する。Ｎ
Ｃ制御装置１９は測定データに基づき加工誤差補正デー
タを作成して、主軸台６を駆動するサーボモータ７及び
刃物台８を駆動するサーボモータ１０を制御する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、ワークの実形状をオ
ンマシンで測定して、加工誤差をインプロセス制御で補
正する超精密加工機に関するものである。
ンマシンで測定して、加工誤差をインプロセス制御で補
正する超精密加工機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】一般に、旋盤等の超精密加工機を使用し
てワークを鏡面加工する場合には、加工面の形状測定を
欠かすことができない。形状測定手段としては、従来か
ら、電気マイクロメータが広く使用されているが、これ
を加工機上に設置すると、振動及び案内面の移動真直度
の影響を受けて大きな測定誤差が発生するため、機上で
の形状測定は不可能であった。したがって、従来は、加
工後にワークをチャックから外して測定し、その加工誤
差をＮＣ加工データにフィードバックし、ワークをチャ
ックに再度取り付けて、誤差補正のための再加工を行う
よにしていた。
てワークを鏡面加工する場合には、加工面の形状測定を
欠かすことができない。形状測定手段としては、従来か
ら、電気マイクロメータが広く使用されているが、これ
を加工機上に設置すると、振動及び案内面の移動真直度
の影響を受けて大きな測定誤差が発生するため、機上で
の形状測定は不可能であった。したがって、従来は、加
工後にワークをチャックから外して測定し、その加工誤
差をＮＣ加工データにフィードバックし、ワークをチャ
ックに再度取り付けて、誤差補正のための再加工を行う
よにしていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】このため、従来の超精
密加工機によると、形状測定のためにワークをチャック
に脱着する必要があって、作業能率が悪くなるばかりで
なく、取り付け誤差により加工精度も低下するという問
題点があった。そこで、この発明の課題は、ワークの実
形状をオンマシンで迅速かつ正確に測定でき、その測定
データに基づき加工誤差をインプロセス制御により補正
して、加工精度を向上できる超精密加工機を提供するこ
とにある。
密加工機によると、形状測定のためにワークをチャック
に脱着する必要があって、作業能率が悪くなるばかりで
なく、取り付け誤差により加工精度も低下するという問
題点があった。そこで、この発明の課題は、ワークの実
形状をオンマシンで迅速かつ正確に測定でき、その測定
データに基づき加工誤差をインプロセス制御により補正
して、加工精度を向上できる超精密加工機を提供するこ
とにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、この発明の超精密加工機は、ワークの形状を測定
するために加工機上に設置されたレーザ干渉計と、この
レーザ干渉計の測定データに基づきワークの加工誤差を
補正するＮＣ制御装置とから構成される。
めに、この発明の超精密加工機は、ワークの形状を測定
するために加工機上に設置されたレーザ干渉計と、この
レーザ干渉計の測定データに基づきワークの加工誤差を
補正するＮＣ制御装置とから構成される。
【０００５】
【作用】この発明の超精密加工機によれば、振動及び案
内面の移動真直度の影響を受けにくいレーザ干渉計が使
用されるので、これを加工機上に設置して、加工中にお
けるワークの実形状をオンマシンで迅速かつ正確に測定
できる。そして、レーザ干渉計の測定データはＮＣ制御
装置に入力され、ここでワークの加工誤差を補正する補
正データが作成される。したがって、加工誤差をインプ
ロセス制御により自動補正できて、ワークの高精度加工
が可能になる。
内面の移動真直度の影響を受けにくいレーザ干渉計が使
用されるので、これを加工機上に設置して、加工中にお
けるワークの実形状をオンマシンで迅速かつ正確に測定
できる。そして、レーザ干渉計の測定データはＮＣ制御
装置に入力され、ここでワークの加工誤差を補正する補
正データが作成される。したがって、加工誤差をインプ
ロセス制御により自動補正できて、ワークの高精度加工
が可能になる。
【０００６】
【実施例】以下、この発明を超精密加工旋盤に具体化し
た一実施例を図面に基づいて説明する。図１に示すよう
に、超精密加工旋盤のベース１上には除振台２を介して
ベッド３が据え付けられ、そのベッド３上にはＺ軸テー
ブル４及びＸ軸テーブル５がそれぞれ摺動可能に支持さ
れている。Ｚ軸テーブル４上にはビルトインモータを内
蔵した主軸台６が設置され、サーボモータ７によりＺ軸
方向へ送られる。Ｘ軸テーブル５上には刃物台８及びレ
ーザ干渉計９が設置され、これらはサーボモータ１０に
よりＸ軸方向へ一体に送られる。そして、主軸台６には
チャック１１によりワーク１２が把持され、刃物台８に
は工具１３が取付けられ、各サーボモータ７，１０には
位置検出器１４，１５が設けられている。
た一実施例を図面に基づいて説明する。図１に示すよう
に、超精密加工旋盤のベース１上には除振台２を介して
ベッド３が据え付けられ、そのベッド３上にはＺ軸テー
ブル４及びＸ軸テーブル５がそれぞれ摺動可能に支持さ
れている。Ｚ軸テーブル４上にはビルトインモータを内
蔵した主軸台６が設置され、サーボモータ７によりＺ軸
方向へ送られる。Ｘ軸テーブル５上には刃物台８及びレ
ーザ干渉計９が設置され、これらはサーボモータ１０に
よりＸ軸方向へ一体に送られる。そして、主軸台６には
チャック１１によりワーク１２が把持され、刃物台８に
は工具１３が取付けられ、各サーボモータ７，１０には
位置検出器１４，１５が設けられている。
【０００７】レーザ干渉計９はレーザ光（平行線）によ
りワーク１２の端面を撮像するＣＣＤカメラを装備し、
撮像により得た測定データをアナログ信号でプロセッサ
１６に出力する。プロセッサ１６には測定データをデジ
タル化するＡ／Ｄ変換器１７と、加工面の凹凸形状を表
す３次元データを作成する３次元データ処理回路１８と
が設けられている。プロセッサ１６はＮＣ制御装置１９
に接続され、ここには、プロセッサ１６の出力に基づき
加工面の干渉縞パターン（図４参照）及び３次元形状
（図５参照）をＣＲＴディスプレイ２０に表示するため
のデータ処理を行うＣＲＴ映像処理回路２１と、レーザ
干渉計９の測定データとＮＣ加工データとに基づきＸ軸
及びＺ軸の形状誤差補正データを作成するＸ送り・Ｚ送
り補正回路２２とが設けられている。そして、ＮＣ制御
装置１９は形状誤差補正信号を位置検出器１４，１５に
出力して、サーボモータ７，１０を制御するように構成
されている。
りワーク１２の端面を撮像するＣＣＤカメラを装備し、
撮像により得た測定データをアナログ信号でプロセッサ
１６に出力する。プロセッサ１６には測定データをデジ
タル化するＡ／Ｄ変換器１７と、加工面の凹凸形状を表
す３次元データを作成する３次元データ処理回路１８と
が設けられている。プロセッサ１６はＮＣ制御装置１９
に接続され、ここには、プロセッサ１６の出力に基づき
加工面の干渉縞パターン（図４参照）及び３次元形状
（図５参照）をＣＲＴディスプレイ２０に表示するため
のデータ処理を行うＣＲＴ映像処理回路２１と、レーザ
干渉計９の測定データとＮＣ加工データとに基づきＸ軸
及びＺ軸の形状誤差補正データを作成するＸ送り・Ｚ送
り補正回路２２とが設けられている。そして、ＮＣ制御
装置１９は形状誤差補正信号を位置検出器１４，１５に
出力して、サーボモータ７，１０を制御するように構成
されている。
【０００８】上記のように構成された超精密加工旋盤に
おいて、次に、レーザ干渉計９を使用してワーク１２の
形状誤差を補正する方法を図２に示すフローチャートに
従って説明する。まず、主軸台６のＺ軸方向及び刃物台
８のＸ軸方向への移動に伴い、ワーク１２の端面が工具
１３により切削され（ステップＳ１）、次いで、レーザ
干渉計９によりワーク１２の端面形状が測定される（ス
テップＳ２）。この場合、振動及び案内面の移動真直度
の影響を受けにくいレーザ干渉計９を使用しているの
で、これを加工機のＸ軸テーブル５上に設置でき、ワー
ク１２をチャック１１に把持したままの状態で、その実
形状をオンマシン測定法により迅速かつ正確に測定する
ことができる。次に、レーザ干渉計９の測定データがプ
ロセッサ１６において３次元形状処理され、加工面の凹
凸形状を表す３次元データが作成される（ステップＳ
３）。続いて、ＮＣ制御装置１９にて、レーザ干渉計９
の測定データに基づきワーク１２の加工誤差を補正する
ためのＺ軸方向の位置決めデータが後述する手順により
作成される（ステップＳ４）。
おいて、次に、レーザ干渉計９を使用してワーク１２の
形状誤差を補正する方法を図２に示すフローチャートに
従って説明する。まず、主軸台６のＺ軸方向及び刃物台
８のＸ軸方向への移動に伴い、ワーク１２の端面が工具
１３により切削され（ステップＳ１）、次いで、レーザ
干渉計９によりワーク１２の端面形状が測定される（ス
テップＳ２）。この場合、振動及び案内面の移動真直度
の影響を受けにくいレーザ干渉計９を使用しているの
で、これを加工機のＸ軸テーブル５上に設置でき、ワー
ク１２をチャック１１に把持したままの状態で、その実
形状をオンマシン測定法により迅速かつ正確に測定する
ことができる。次に、レーザ干渉計９の測定データがプ
ロセッサ１６において３次元形状処理され、加工面の凹
凸形状を表す３次元データが作成される（ステップＳ
３）。続いて、ＮＣ制御装置１９にて、レーザ干渉計９
の測定データに基づきワーク１２の加工誤差を補正する
ためのＺ軸方向の位置決めデータが後述する手順により
作成される（ステップＳ４）。
【０００９】その後、加工誤差の最大値δｚmax が許容
値δｚａと比較される（ステップＳ５）。加工誤差最大
値δｚmax が許容値δｚａより大きい場合には、ＮＣデ
ータ中のＺ軸位置決めデータが補正された後（ステップ
Ｓ６）、ワーク１２が再切削される。そして、加工誤差
最大値δｚmax が許容値δｚａ以下になるまで前記各工
程が繰り返し実行され、加工誤差最大値δｚmzx が許容
値δｚａ以下になれば、このときの測定値及び評価が出
力される（ステップＳ７）。ここで、測定値として加工
面の干渉縞パターン及び３次元形状が、また、評価とし
ては、例えば、“ＧＯＯＤ”の表示がそれぞれＮＣ制御
装置１９のＣＲＴディスプレイ２０に表示される。した
がって、加工誤差をインプロセス制御により自動補正で
きて、ワーク１２の高精度加工が可能になる。なお、測
定値を印字するためのプリンタをＮＣ制御装置１９に設
けてもよい。
値δｚａと比較される（ステップＳ５）。加工誤差最大
値δｚmax が許容値δｚａより大きい場合には、ＮＣデ
ータ中のＺ軸位置決めデータが補正された後（ステップ
Ｓ６）、ワーク１２が再切削される。そして、加工誤差
最大値δｚmax が許容値δｚａ以下になるまで前記各工
程が繰り返し実行され、加工誤差最大値δｚmzx が許容
値δｚａ以下になれば、このときの測定値及び評価が出
力される（ステップＳ７）。ここで、測定値として加工
面の干渉縞パターン及び３次元形状が、また、評価とし
ては、例えば、“ＧＯＯＤ”の表示がそれぞれＮＣ制御
装置１９のＣＲＴディスプレイ２０に表示される。した
がって、加工誤差をインプロセス制御により自動補正で
きて、ワーク１２の高精度加工が可能になる。なお、測
定値を印字するためのプリンタをＮＣ制御装置１９に設
けてもよい。
【００１０】前記加工誤差補正データを作成する手順を
図３に示すフローチャートに従って説明する。補正の基
準点はワーク１２の中心に設定される。このため、切削
工程に先立ち、まず、ワーク１２の直径Ｄがマイクロメ
ータ等により測定されてＮＣ制御装置１９に入力され
（ステップＳ１１）、次いで、補正開始の座標値χｎ
（χｎ＝Ｄ／２）が算出される（ステップＳ１２）。ワ
ーク１２が切削されると、次に、レーザ干渉計９の測定
データからＤになるデータラインがサーチされて、図６
に示すように、ワーク１２の中心を通る断面形状データ
が収集される（ステップＳ１３）。図６において、δ０
〜δ３：ワークの中心及びそこを通る各点の加工誤差、
δｚmax ：加工誤差最大値、Ｄ：ワークの直径、δｉ
（χｉ）：補正データ、ｎ：ワークの半径の分割数であ
る。なお、ｎはＮＣ位置決め分解能（例えば、０．１μ
ｍ）により決定され、ＮＣ位置決め分解能≦Ｄ／２ｎで
あって、ｎの最大値は ｎmax ≦ Ｄ／［２×（ＮＣ位置決め分解能）］ である。
図３に示すフローチャートに従って説明する。補正の基
準点はワーク１２の中心に設定される。このため、切削
工程に先立ち、まず、ワーク１２の直径Ｄがマイクロメ
ータ等により測定されてＮＣ制御装置１９に入力され
（ステップＳ１１）、次いで、補正開始の座標値χｎ
（χｎ＝Ｄ／２）が算出される（ステップＳ１２）。ワ
ーク１２が切削されると、次に、レーザ干渉計９の測定
データからＤになるデータラインがサーチされて、図６
に示すように、ワーク１２の中心を通る断面形状データ
が収集される（ステップＳ１３）。図６において、δ０
〜δ３：ワークの中心及びそこを通る各点の加工誤差、
δｚmax ：加工誤差最大値、Ｄ：ワークの直径、δｉ
（χｉ）：補正データ、ｎ：ワークの半径の分割数であ
る。なお、ｎはＮＣ位置決め分解能（例えば、０．１μ
ｍ）により決定され、ＮＣ位置決め分解能≦Ｄ／２ｎで
あって、ｎの最大値は ｎmax ≦ Ｄ／［２×（ＮＣ位置決め分解能）］ である。
【００１１】続いて、前記測定データの初期値化が実行
され、補正開始点χｎの加工誤差値δｚ（χｎ）が０に
セットされる（ステップＳ１４）。その後、Ｘ軸方向各
位置の補正データが δｉ（χｉ）＝δｚ（χｉ）−δ
ｚ（χｎ） により演算され（ステップＳ１５）、この
演算結果に従い、位置と補正値とを対応させた補正テー
ブルが作成される（ステップＳ１６）。そして、この補
正データはＮＣサーボヘフィードバックされ（ステップ
Ｓ１７）、これによって主軸台６のサーボモータ７が制
御される。
され、補正開始点χｎの加工誤差値δｚ（χｎ）が０に
セットされる（ステップＳ１４）。その後、Ｘ軸方向各
位置の補正データが δｉ（χｉ）＝δｚ（χｉ）−δ
ｚ（χｎ） により演算され（ステップＳ１５）、この
演算結果に従い、位置と補正値とを対応させた補正テー
ブルが作成される（ステップＳ１６）。そして、この補
正データはＮＣサーボヘフィードバックされ（ステップ
Ｓ１７）、これによって主軸台６のサーボモータ７が制
御される。
【００１２】なお、上記実施例では、ワーク１２の端面
加工について説明したが、ワーク１２の周面加工にもこ
の発明を適用することができ、この場合は、レーザ干渉
計９の周面形状測定データに基づいて刃物台８のサーボ
モータ１０が制御される。また、この発明は旋盤のみに
限定されるものではなく、研削盤またはラッピングマシ
ン等の各種の超精密加工機に応用してもよく、その他、
レーザ干渉計９の設置場所を加工機上の任意位置に変更
したりするなど、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で各部
の構成を適宜に変更して具体化することも可能である。
加工について説明したが、ワーク１２の周面加工にもこ
の発明を適用することができ、この場合は、レーザ干渉
計９の周面形状測定データに基づいて刃物台８のサーボ
モータ１０が制御される。また、この発明は旋盤のみに
限定されるものではなく、研削盤またはラッピングマシ
ン等の各種の超精密加工機に応用してもよく、その他、
レーザ干渉計９の設置場所を加工機上の任意位置に変更
したりするなど、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で各部
の構成を適宜に変更して具体化することも可能である。
【００１３】
【発明の効果】以上に詳述したように、この発明によれ
ば、振動及び案内面の移動真直度の影響を受けにくいレ
ーザ干渉計の測定データに基づいて、ＮＣ制御装置がワ
ークの加工誤差補正データを作成するように構成したの
で、レーザ干渉計を加工機上に設置して、ワークの実形
状をオンマシンで迅速かつ正確に測定できるとともに、
加工誤差をインプロセス制御により自動補正して、ワー
クを高精度加工できるという優れた効果を奏する。
ば、振動及び案内面の移動真直度の影響を受けにくいレ
ーザ干渉計の測定データに基づいて、ＮＣ制御装置がワ
ークの加工誤差補正データを作成するように構成したの
で、レーザ干渉計を加工機上に設置して、ワークの実形
状をオンマシンで迅速かつ正確に測定できるとともに、
加工誤差をインプロセス制御により自動補正して、ワー
クを高精度加工できるという優れた効果を奏する。
【図１】本発明の一実施例を示す超精密加工旋盤の斜視
図である。
図である。
【図２】図１の超精密加工旋盤において、レーザ干渉計
を使用してワークの形状誤差を補正する方法を示すフロ
ーチャートである。
を使用してワークの形状誤差を補正する方法を示すフロ
ーチャートである。
【図３】図２の誤差補正方法において、加工誤差補正デ
ータを作成する手順を示すフローチャートである。
ータを作成する手順を示すフローチャートである。
【図４】ワーク加工面の干渉縞パターンを示すＣＲＴデ
ィスプレイの正面図である。
ィスプレイの正面図である。
【図５】ワーク加工面の３次元形状を示すＣＲＴディス
プレイの正面図である。
プレイの正面図である。
【図６】ワークの中心を通る断面形状を示す模式図であ
る。
る。
１・・ベース、２・・除振台、３・・ベッド、４・・Ｚ
軸テーブル、５・・Ｘ軸テーブル、６・・主軸台、７，
１０・・サーボモータ、８・・刃物台、９・・レーザ干
渉計、１１・・チャック、１２・・ワーク、１３・・工
具、１４，１５・・位置検出器、１６・・プロセッサ、
１９・・ＮＣ制御装置、２０・・ＣＲＴディスプレイ。
軸テーブル、５・・Ｘ軸テーブル、６・・主軸台、７，
１０・・サーボモータ、８・・刃物台、９・・レーザ干
渉計、１１・・チャック、１２・・ワーク、１３・・工
具、１４，１５・・位置検出器、１６・・プロセッサ、
１９・・ＮＣ制御装置、２０・・ＣＲＴディスプレイ。
Claims (1)
- 【請求項１】 ワークの形状を測定するために加工機上
に設置されたレーザ干渉計と、前記レーザ干渉計の測定
データに基づきワークの加工誤差を補正するＮＣ制御装
置とを具備することを特徴とする超精密加工機。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15586792A JPH05318287A (ja) | 1992-05-21 | 1992-05-21 | 超精密加工機 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15586792A JPH05318287A (ja) | 1992-05-21 | 1992-05-21 | 超精密加工機 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05318287A true JPH05318287A (ja) | 1993-12-03 |
Family
ID=15615240
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15586792A Pending JPH05318287A (ja) | 1992-05-21 | 1992-05-21 | 超精密加工機 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05318287A (ja) |
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|---|---|---|---|---|
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| CN109732402A (zh) * | 2019-03-14 | 2019-05-10 | 西安交通大学 | 基于激光干涉仪的多线机床空间几何误差测量辨识方法 |
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-
1992
- 1992-05-21 JP JP15586792A patent/JPH05318287A/ja active Pending
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