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JP4373375B2 - Workpiece machining method and machining system - Google Patents
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JP4373375B2 - Workpiece machining method and machining system - Google Patents

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Description

本発明は、光学素子等のワークに、ワークの回転軸に対して対称な非球面形状を形成するためのワーク加工方法及び加工システムに関する。   The present invention relates to a workpiece processing method and a processing system for forming an aspherical shape symmetrical to a rotation axis of a workpiece on a workpiece such as an optical element.

従来、光学素子等のワークに、ワークの回転軸に対して対称な非球面形状を形成することが行われている。特許文献1には、非球面形状を形成するためのワーク加工機が開示されている。また、特許文献2には、形成された非球面形状を評価するための評価方法及び評価装置が開示されている。   2. Description of the Related Art Conventionally, an aspherical shape symmetric with respect to a rotation axis of a workpiece has been formed on a workpiece such as an optical element. Patent Document 1 discloses a workpiece processing machine for forming an aspherical shape. Patent Document 2 discloses an evaluation method and an evaluation apparatus for evaluating the formed aspheric shape.

このような従来技術におけるワーク加工方法について、図5のフローチャートを用いて説明する。   Such a workpiece machining method in the prior art will be described with reference to the flowchart of FIG.

初期計算(S1)
図6を参照し、ワークに形成される実非球面形状FR0の加工目標となる設計非球面形状FP0は、ワークの回転軸Oを基準軸とする円筒座標系において、回転軸Oからの距離をY、設計非球面形状FP0の面頂からの深さをXとして、以下の非球面式で表される。

Figure 0004373375
Initial calculation (S1)
Referring to FIG. 6, the design aspheric shape FP0 that is the processing target of the actual aspheric shape F R0 formed on the workpiece is defined as follows from the rotation axis O in the cylindrical coordinate system with the rotation axis O of the workpiece as the reference axis. The distance is Y, and the depth from the top of the design aspheric shape FP0 is X, which is expressed by the following aspheric expression.
Figure 0004373375

ワークを実非球面形状FR0に加工する加工機に接続されているコンピュータによって、設計非球面形状FP0を表す非球面式上で任意に第1乃至第Nの点を設定し、これら第1乃至第Nの点の座標値を算出する。例えば、第1乃至第7の点50a,50b,…,50f,50gを設定する。 First to Nth points are arbitrarily set on the aspherical surface representing the design aspherical surface shape FP0 by a computer connected to a processing machine that processes the workpiece into the actual aspherical surface shape FR0 . The coordinate values of the Nth point are calculated. For example, first to seventh points 50a, 50b,..., 50f, 50g are set.

転送(S2)
算出された各座標値をコンピュータから加工機へと転送し、各座標値を加工機によって記憶する。
Transfer (S2)
Each calculated coordinate value is transferred from the computer to the processing machine, and each coordinate value is stored by the processing machine.

試し加工(S3)
加工機によって、ワークをその回転軸の軸回り方向に回転させながら、記憶された座標値に基づいて工具を第1の点から第Nの点へと順に移動するように制御して、ワークに実非球面形状FR0を形成する。
Trial processing (S3)
The workpiece is controlled so as to move the tool in order from the first point to the Nth point based on the stored coordinate values while rotating the workpiece in the direction around the rotation axis of the workpiece. An actual aspherical shape FR0 is formed.

測定相似変形倍率測定(S4)
ここで、形成された実非球面形状FR0について、設計非球面形状FP0に対する精度の評価項目としては、PV値、測定相似変形倍率等が用いられる。図7及び図8を用いて、PV値について説明する。図7では、設計非球面形状FP0について、ワークの回転軸Oに直交する所定の直径方向Dに対する回転軸O方向の位置が破線で示されている。同様に、実非球面形状FR0について、実線で示されている。ここで、直径方向Dの所定の位置において、設計非球面形状FP0と実非球面形状FR0との間のワークの回転軸O方向の距離を形状誤差ER0と称する。図8は、所定の直径方向Dに対する形状誤差ER0を示したものである。そして、所定の直径方向Dにわたる形状誤差ER0の最大値EMAXと最小値EMINとの差PVR0をPV値と称する。
Measurement similarity deformation magnification measurement (S4)
Here, regarding the formed actual aspheric shape F R0 , PV values, measurement similar deformation magnifications, and the like are used as evaluation items of accuracy with respect to the design aspheric shape FP0 . The PV value will be described with reference to FIGS. In FIG. 7, the position of the design aspherical shape FP0 in the direction of the rotation axis O with respect to the predetermined diameter direction D orthogonal to the rotation axis O of the workpiece is indicated by a broken line. Similarly, the actual aspherical shape F R0 is indicated by a solid line. Here, at a predetermined position in the diametrical direction D, it referred the distance of the rotation axis O direction of the work between the design aspherical F P0 and the actual aspheric F R0 and shape error E R0. FIG. 8 shows a shape error E R0 with respect to a predetermined diameter direction D. The difference PV R0 between the maximum value E MAX and the minimum value E MIN of the shape error E R0 over the predetermined diameter direction D is referred to as a PV value.

次に、図9及び図10を用いて、測定相似変形倍率Mについて説明する。設計非球面形状FP0を相似変形倍率Mで相似変形することにより、相似非球面形状Fを形成する。相似変形倍率Mの相似非球面形状Fの非球面式は、以下の式で表される。

Figure 0004373375
Next, the measurement similarity deformation magnification M 0 will be described with reference to FIGS. 9 and 10. By similarity transformation design aspheric F P0 in similarity transformation magnification M, to form a similar aspherical shape F M. Aspheric expression of similar aspherical shape F M of the similarity transformation magnification M is expressed by the following equation.
Figure 0004373375

図9では、図7と同様に、設計非球面形状FP0及び実非球面形状FR0について、所定の直径方向Dに対する回転軸O方向の位置が破線及び実線で夫々示されている。同様に、相似非球面形状Fについて、一点鎖線で示されている。ここで、相似非球面形状Fに対する実非球面形状FR0の誤差を相似形状誤差Eと称する。図9は、所定の直径方向Dに対して、形状誤差ER0及び相似形状誤差Eを実線及び破線で夫々示したものである。相似形状誤差EのPV値(PV)が最小となるような相似変形倍率Mの値を、実非球面形状FR0についての測定相似変形倍率Mと称する。換言すると、設計非球面形状FP0を測定相似変形倍率Mで相似変形した形状は、設計非球面形状FP0を相似変形した形状の内、実非球面形状FR0との全体的な形状の差が最小となる形状である。 In FIG. 9, as in FIG. 7, the positions of the design aspheric shape FP0 and the actual aspheric shape FR0 in the direction of the rotation axis O with respect to the predetermined diameter direction D are indicated by a broken line and a solid line, respectively. Likewise, the similar aspherical F M, is shown by a chain line. Here, it referred to as errors in the actual aspheric F R0 for similar aspherical shape F M shape similar error E M. 9, for a given diameter direction D, there is shown respectively a shape error E R0 and similar shape error E M in solid and dashed lines. The value of the similar deformation magnification M that minimizes the PV value (PV M ) of the similar shape error E M is referred to as a measured similar deformation magnification M 0 for the actual aspheric shape FR 0 . In other words, the shape obtained by similar deformation of the design aspheric shape F P0 at the measurement similar deformation magnification M 0 is the overall shape of the actual aspheric shape F R0 among the shapes obtained by similar deformation of the design aspheric shape F P0 . The shape has the smallest difference.

本工程では、試し加工を施されたワークを加工機から取り外し、測定装置により、実非球面形状FR0を測定して測定相似変形倍率Mを算出する。 In this step, the workpiece subjected to the trial machining is removed from the processing machine, and the actual aspherical shape F R0 is measured by the measuring device to calculate the measurement similar deformation magnification M 0 .

補正計算(S5)
図11を参照し、式(1)で表される設計非球面形状FP0を加工目標として加工した結果、測定相似変形倍率Mの実非球面形状FR0が形成されたのであるから、設計非球面形状FP0を相似変形倍率1/Mで相似変形して補正した補正後設計非球面形状FP1を加工目標として加工することにより、より設計値に近い実非球面形状FR1が得られると想定される。
Correction calculation (S5)
Referring to FIG. 11, as a result of processing the design aspheric shape FP0 represented by Expression (1) as a processing target, an actual aspheric shape F R0 having a measurement similar deformation magnification M 0 is formed. by processing the aspherical F P0 a similarity transformation ratio 1 / M 0 corrected design aspheric F P1 corrected by similarity transformation at a forming target, actual aspheric F R1 closer to the design value is obtained It is assumed that

本工程では、コンピュータに測定相似変形倍率Mを入力し、コンピュータによって、補正後設計非球面形状FP1を表し、式(2)にM=1/Mを代入した補正後非球面式上で、再び第1乃至第Nの点を設定して補正後の座標値を算出する。 In this process, enter the measured similarity transformation magnification M 0 in the computer, the computer represents a corrected design aspherical F P1, equation (2) to M = 1 / M 0 were substituted corrected aspherical on formula Then, the first to Nth points are set again to calculate the corrected coordinate values.

転送(S6)
補正後の各座標値をコンピュータから加工機へと転送し、補正後の各座標値を加工機によって記憶する。
Transfer (S6)
The corrected coordinate values are transferred from the computer to the processing machine, and the corrected coordinate values are stored by the processing machine.

本加工(S7)
加工機によって、補正後の各座標値に基づいて、ワークに実非球面形状FR1を形成する。
Main processing (S7)
The actual aspherical shape FR1 is formed on the workpiece based on the corrected coordinate values by the processing machine.

以後、ワークに同形状の実非球面形状FR1を形成する場合には、本加工(S7)を連続して行う。再び補正工程を行う場合には、相似変形倍率測定(S4)に戻り、再び補正計算(S5)、転送(S6)を行ってから本加工(S7)を行う。
特開2003−25207号公報 特開平11−295059号公報
Hereinafter, the case of forming a solid aspherical F R1 having the same shape the work performs the processing (S7) in succession. When the correction process is performed again, the processing returns to the similar deformation magnification measurement (S4), the correction calculation (S5) and the transfer (S6) are performed again, and then the main processing (S7) is performed.
JP 2003-25207 A Japanese Patent Laid-Open No. 11-295059

従来のワーク加工方法では、補正計算が複雑であるため、補正計算をコンピュータで行う必要があり、コンピュータから補正後の座標値を加工機へと転送する必要がある。この転送中は、通常、作業者は待機するだけとなるため、無駄な時間が発生して、作業効率が低下してしまう。   In the conventional workpiece machining method, the correction calculation is complicated, and therefore it is necessary to perform the correction calculation by a computer, and it is necessary to transfer the corrected coordinate value from the computer to the processing machine. During this transfer, the worker usually only waits, so a wasteful time is generated and work efficiency is lowered.

本発明は、上記課題に着目してなされたもので、その目的とするところは、補正工程を迅速に行うことができ、作業効率が向上されるワーク加工方法及び加工システムを提供することである。   The present invention has been made paying attention to the above-mentioned problems, and its object is to provide a workpiece machining method and a machining system that can perform a correction process quickly and improve work efficiency. .

請求項1の発明は、ワークの加工目標となりワークの回転軸に対して対称な設計非球面形状を表す非球面式を設定し、前記非球面式上において、座標値を算出する工程と、前記座標値に基づき、前記設計非球面形状を加工目標としてワークを回転軸の軸回り方向に回転させながらワークの一部分を実非球面形状に試し加工する工程と、前記実非球面形状を測定し、前記設計非球面形状を相似変形させる相似変形倍率について前記設計非球面形状を相似変形させた形状と前記実非球面形状との形状の差が最小となるような前記設計非球面形状の測定相似変形倍率を算出する工程と、前記設計非球面形状を前記測定相似変形倍率の逆数の相似変形倍率で相似変形することにより形成される形状と同形状に前記設計非球面形状が補正されるように、前記座標値に、前記測定相似変形倍率から既定の四則演算関数によって算出される補正値を加えることにより、前記座標値を補正する工程と、補正後の前記座標値に基づき、補正後の前記設計非球面形状を加工目標としてワークを回転軸の軸回り方向に回転させながらワークの一部分を実非球面形状に本加工する工程と、を具備することを特徴とするワーク加工方法である。 The invention according to claim 1 is a step of setting an aspheric expression representing a design aspheric shape that is a workpiece processing target and is symmetric with respect to the rotation axis of the workpiece, and calculating a coordinate value on the aspheric expression; Based on the coordinate value, the step of trial machining a part of the workpiece into an actual aspheric shape while rotating the workpiece around the rotation axis with the design aspheric shape as a processing target, and measuring the actual aspheric shape, Measurement similarity deformation of the design aspheric shape that minimizes the difference between the shape obtained by similar deformation of the design aspheric shape and the shape of the actual aspheric shape with respect to the similarity deformation magnification for similar deformation of the design aspheric shape calculating a magnification such that the designed aspheric shape in the same shape which are formed by similarity transformation magnification similarity transformation of the design aspheric inverse of the measured similarity transformation magnification is corrected, The serial coordinate values, by adding the correction value calculated by the default arithmetic function from the measured similarity transformation ratio, a step of correcting the coordinate values, based on the coordinate values after correction, the design of the corrected And a step of subjecting a part of the workpiece to a real aspherical shape while rotating the workpiece in the direction around the rotation axis with the aspherical shape as a machining target.

請求項2の発明は、前記試し加工する工程又は前記本加工する工程は、円盤状の砥石を用いて加工する工程を含む、ことを特徴とする請求項1に記載のワーク加工方法である。   The invention according to claim 2 is the workpiece machining method according to claim 1, wherein the trial machining step or the main machining step includes a machining step using a disk-shaped grindstone.

請求項3の発明は、前記ワークには、光学素子が含まれる、ことを特徴とする請求項1に記載のワーク加工方法である。   The invention according to claim 3 is the workpiece processing method according to claim 1, wherein the workpiece includes an optical element.

請求項4の発明は、ワークを回転軸の軸回り方向に回転させながら加工する加工機と、前記ワークの加工目標となりワークの回転軸に対して対称な設計非球面形状を表す非球面式を設定し、前記非球面式上において、座標値を算出する演算装置と、前記加工機を制御して、前記演算装置から入力された前記座標値に基づき、前記設計非球面形状を加工目標としてワークの一部分を実非球面形状に試し加工させる制御装置と、前記実非球面形状を測定し、前記設計非球面形状を相似変形させる相似変形倍率について前記設計非球面形状を相似変形させた形状と前記実非球面形状との形状の差が最小となるような前記設計非球面形状の測定相似変形倍率を算出する測定装置と、を具備し、前記制御装置は、前記設計非球面形状を前記測定相似変形倍率の逆数の相似変形倍率で相似変形することにより形成される形状と同形状に前記設計非球面形状が補正されるように、前記座標値に、前記測定装置で算出された前記測定相似変形倍率から既定の四則演算関数によって算出される補正値を加えることにより、前記座標値を補正すると共に、前記加工機を制御して、補正後の前記座標値に基づき、補正後の前記設計非球面形状を加工目標としてワークを回転軸の軸回り方向に回転させながらワークの一部分に実非球面形状を本加工させる、ことを特徴とするワーク加工システムである。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a processing machine that processes a workpiece while rotating the workpiece in a direction around the axis of the rotation axis, and an aspheric expression representing a design aspheric shape that is a workpiece target of the workpiece and that is symmetrical with respect to the rotation axis of the workpiece. An arithmetic device that calculates and calculates a coordinate value on the aspheric formula, and controls the processing machine, and based on the coordinate value input from the arithmetic device, the design aspheric shape is used as a processing target. A control device that trial-processes a part of the design aspherical shape , a shape obtained by measuring the real aspheric shape, and a similar deformation magnification for similar deformation of the design aspheric shape, A measurement device that calculates a measurement similarity deformation magnification of the designed aspheric shape that minimizes a difference in shape from the actual aspheric shape, and the control device converts the design aspheric shape to the measurement similarity. Deformation As the design aspheric shape in the same shape which are formed by similarity transformation at similarity transformation ratio of the reciprocal of the rate is corrected, the coordinates, the measured similarity transformation ratio calculated by the measuring device The coordinate value is corrected by adding a correction value calculated by a predetermined four arithmetic operation function, and the processing machine is controlled to correct the designed aspheric shape based on the corrected coordinate value. The workpiece machining system is characterized in that the actual aspherical shape is partially machined on a part of the workpiece while rotating the workpiece in the direction around the axis of rotation with the machining target as a machining target.

請求項5の発明は、前記加工機は、前記ワークを加工するための円盤状の砥石を有する、ことを特徴とする請求項4に記載のワーク加工システムである。   A fifth aspect of the present invention is the workpiece machining system according to the fourth aspect, wherein the processing machine includes a disk-shaped grindstone for machining the workpiece.

請求項6の発明は、前記ワークには、光学素子が含まれる、ことを特徴とする請求項4に記載のワーク加工システムである。   The invention of claim 6 is the workpiece processing system according to claim 4, wherein the workpiece includes an optical element.

本発明のワーク加工方法によれば、補正計算が四則演算のみとなっているため、補正計算をワークの加工手段を制御する制御手段で行うことができ、補正工程において制御手段と他の手段との間で通信を行う必要がないため、補正工程が迅速に行われ、作業効率を向上することが可能となっている。   According to the work machining method of the present invention, since the correction calculation is only four arithmetic operations, the correction calculation can be performed by the control means for controlling the work machining means. In the correction process, the control means and other means Therefore, it is possible to improve the work efficiency by performing the correction process quickly.

本発明のワーク加工システムでは、補正計算が四則演算のみとなっているため、補正計算を制御装置で行うことができ、補正工程において制御装置と演算装置との間で通信を行う必要がないため、補正工程が迅速に行われ、作業効率を向上することが可能となっている。   In the workpiece machining system according to the present invention, since the correction calculation is only four arithmetic operations, the correction calculation can be performed by the control device, and it is not necessary to perform communication between the control device and the arithmetic device in the correction process. The correction process is performed quickly, and the working efficiency can be improved.

以下、本発明の一実施形態を図1乃至図4を参照して説明する。本実施形態では、ワークとして略円柱形状の光学ガラスを用いる。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In this embodiment, a substantially cylindrical optical glass is used as the workpiece.

図1及び図2を参照して、本実施形態のワーク加工システム20を説明する。このワーク加工システム20の加工機24は、ワーク22をその中心軸を回転軸(以下、ワーク回転軸O1と称する)として軸回り方向に回転させるワーク回転機構26aを有する(図1矢印B1参照)。このワーク回転機構26aは、先端部にワーク22が共軸に着脱自在に装着される略円柱形状のワークホルダ28を有する。このワークホルダ28の基端部は、ワークスピンドル30aの先端部に共軸に連結されている。このワークスピンドル30aは、自身の中心軸の軸周り方向に回転自在に支持されている。このワークスピンドル30aの基端部には第1のプーリ32aが配設されており、この第1のプーリ32aは、駆動ベルト33を介して、第1の回転用モータ34の出力軸に連結されている第2のプーリ32bに接続されている。即ち、第1の回転用モータ34によって、ワーク22、ワークホルダ28及びワークスピンドル30aがワーク回転軸O1の軸回り方向に一体的に回転される。   With reference to FIG.1 and FIG.2, the workpiece processing system 20 of this embodiment is demonstrated. The processing machine 24 of the workpiece processing system 20 includes a workpiece rotation mechanism 26a that rotates the workpiece 22 around the axis with the central axis as a rotation axis (hereinafter referred to as a workpiece rotation axis O1) (see arrow B1 in FIG. 1). . This work rotation mechanism 26a has a substantially cylindrical work holder 28 to which the work 22 is detachably mounted on the same axis at the tip. The proximal end portion of the work holder 28 is coaxially connected to the distal end portion of the work spindle 30a. The work spindle 30a is supported so as to be rotatable around the axis of its own central axis. A first pulley 32 a is disposed at the base end portion of the work spindle 30 a, and the first pulley 32 a is connected to the output shaft of the first rotation motor 34 via the drive belt 33. Connected to the second pulley 32b. That is, the work 22, the work holder 28, and the work spindle 30a are integrally rotated by the first rotation motor 34 in the direction around the work rotation axis O1.

そして、加工機24は、ワーク22をワーク回転軸O1方向に移動させるワーク移動機構36aを有する(図1矢印C1参照)。即ち、ワークスピンドル30a及び第1の回転用モータ34は、ワーク移動機構36aの第1の移動テーブル38aに載置されている。この第1の移動テーブル38aは、ワーク回転軸O1方向に並設されている一対の第1のガイド40aによってワーク回転軸O1方向に摺動自在に支持されている。そして、第1の移動テーブル38aには第1の送りねじ42aが連結されており、この第1の送りねじ42aは第1の移動用モータ44aに連結されている。即ち、第1の移動用モータ44aによって第1の送りねじ42aを回転、停止させることにより、第1の移動テーブル38aがワーク回転軸O1方向に移動、位置決めされる。   The processing machine 24 has a workpiece moving mechanism 36a that moves the workpiece 22 in the direction of the workpiece rotation axis O1 (see arrow C1 in FIG. 1). That is, the work spindle 30a and the first rotation motor 34 are placed on the first moving table 38a of the work moving mechanism 36a. The first moving table 38a is supported by a pair of first guides 40a arranged in parallel in the workpiece rotation axis O1 direction so as to be slidable in the workpiece rotation axis O1 direction. A first feed screw 42a is coupled to the first moving table 38a, and the first feed screw 42a is coupled to a first moving motor 44a. That is, the first moving table 38a is moved and positioned in the direction of the workpiece rotation axis O1 by rotating and stopping the first feed screw 42a by the first moving motor 44a.

一方、ワーク22を加工するための砥石46は、外周面に砥石面が形成されている円盤形状となっている。加工機24は、砥石46をその中心軸を回転軸(以下、砥石回転軸O2と称する)として軸回り方向に回転させる砥石回転機構26bを有する(図1矢印B2参照)。即ち、砥石46は、砥石回転機構26bの略円柱形状の砥石スピンドル30bの先端部に共軸に連結されており、この砥石スピンドル30bは、第2の回転モータによって例えば10,000乃至70,000rpmの回転速度で高速回転される。   On the other hand, the grindstone 46 for processing the workpiece 22 has a disk shape in which a grindstone surface is formed on the outer peripheral surface. The processing machine 24 includes a grindstone rotating mechanism 26b that rotates the grindstone 46 around the axis with the central axis as a rotation axis (hereinafter referred to as a grindstone rotation axis O2) (see arrow B2 in FIG. 1). That is, the grindstone 46 is coaxially connected to the tip of a substantially cylindrical grindstone spindle 30b of the grindstone rotating mechanism 26b, and this grindstone spindle 30b is, for example, 10,000 to 70,000 rpm by a second rotation motor. It is rotated at a high speed.

そして、加工機24は、砥石46を砥石回転軸O2に垂直な方向に移動させる砥石移動機構36bを有する(図1矢印C2参照)。この砥石移動機構36bは、ワーク移動機構36aと同様な構成であり、砥石回転機構26bの砥石スピンドル30bが載置されている第2の移動テーブル38bに加えて、第2のガイド40b、第2の送りねじ42b、第2の移動用モータ44bを有する。   And the processing machine 24 has the grindstone moving mechanism 36b which moves the grindstone 46 in the direction perpendicular | vertical to the grindstone rotating shaft O2 (refer arrow C2 of FIG. 1). The grindstone moving mechanism 36b has the same configuration as that of the work moving mechanism 36a. In addition to the second moving table 38b on which the grindstone spindle 30b of the grindstone rotating mechanism 26b is placed, the second guide 40b, the second guide 40b, Feed screw 42b and second moving motor 44b.

さらに、加工機24は、砥石46を所定の旋回中心O3を中心として旋回させる砥石旋回機構36cを有する(図1矢印D1参照)。即ち、砥石移動機構36bの第2のガイド40bは、砥石旋回機構36cの旋回ベース38cに載置されている。この旋回ベース38cは、旋回用モータ44cによって所定の旋回中心O3を中心として回動される。   Furthermore, the processing machine 24 has a grindstone turning mechanism 36c for turning the grindstone 46 about a predetermined turning center O3 (see arrow D1 in FIG. 1). That is, the second guide 40b of the grindstone moving mechanism 36b is placed on the turning base 38c of the grindstone turning mechanism 36c. The turning base 38c is rotated around a predetermined turning center O3 by a turning motor 44c.

なお、旋回中心O3は、加工機24に固定されている一点であり、ワーク回転機構26a及びワーク移動機構36aのワーク回転軸O1は旋回中心O3を通るように配置されている。   The turning center O3 is one point fixed to the processing machine 24, and the workpiece rotation axis O1 of the workpiece rotating mechanism 26a and the workpiece moving mechanism 36a is disposed so as to pass through the turning center O3.

ワーク移動機構36aの第1の移動用モータ44a、砥石移動機構36bの第2の移動用モータ44b、及び、砥石旋回機構36cの旋回用モータ44cは、制御装置47に接続されている。この制御装置47には、演算装置としてのコンピュータ48が接続され、さらに、測定相似変形倍率を算出する測定装置49が接続されている。制御装置47は、コンピュータ48及び測定装置49と協同し、第1の移動用モータ44a、第2の移動用モータ44b及び旋回用モータ44cを駆動して第1の移動テーブル38a、第2の移動テーブル38b及び旋回ベース38cを操作して、砥石回転機構26bによって回転状態にある砥石46の砥石面をワーク回転機構26aによって回転状態にあるワーク22に当接させて、ワーク22を試し加工及び本加工する。   The first moving motor 44a of the workpiece moving mechanism 36a, the second moving motor 44b of the grindstone moving mechanism 36b, and the turning motor 44c of the grindstone turning mechanism 36c are connected to the control device 47. The control device 47 is connected to a computer 48 as an arithmetic device, and is further connected to a measurement device 49 for calculating a measurement similarity deformation magnification. The control device 47 cooperates with the computer 48 and the measuring device 49 to drive the first moving motor 44a, the second moving motor 44b, and the turning motor 44c, thereby the first moving table 38a and the second moving motor. By operating the table 38b and the turning base 38c, the grindstone surface of the grindstone 46 in the rotating state is brought into contact with the rotating workpiece 22 by the work rotating mechanism 26a by the grindstone rotating mechanism 26b. Process.

次に、本実施形態のワーク加工方法について、図3のフローチャートを用いて説明する。なお、本明細書に記載した従来技術と同様な手順については詳細な説明を省略する。   Next, the workpiece machining method of the present embodiment will be described using the flowchart of FIG. Detailed description of the same procedures as those of the prior art described in this specification will be omitted.

初期計算(S1)
本実施形態の加工方法では、ワーク移動機構36aによるワーク22の移動量、砥石移動機構36bによる砥石46の移動量、砥石旋回機構36cによる砥石46の旋回量に基づく座標系を採用する。即ち、図2を参照し、旋回中心O3とワークスピンドル30aの先端面31との間の距離をW、旋回中心O3と砥石回転軸O2との間の距離をT、旋回中心O3を中心とする旋回ベース38cの回動角度をSとして、座標系(W,T,S)を採用する。なお、Sについては、ワーク22の先端面と砥石46の先端面とが略平行に対面されるような位置に旋回ベース38cがある場合にS=π/2とし、S=π/2の状態から旋回ベース38cが半時計回りにπ/2だけ移動された場合をS=0、旋回ベース38cが時計回りにπ/2だけ移動された場合をS=πとする。
Initial calculation (S1)
In the processing method of this embodiment, a coordinate system based on the amount of movement of the workpiece 22 by the workpiece moving mechanism 36a, the amount of movement of the grindstone 46 by the grindstone moving mechanism 36b, and the amount of turning of the grindstone 46 by the grindstone turning mechanism 36c is adopted. That is, referring to FIG. 2, the distance between the turning center O3 and the tip surface 31 of the work spindle 30a is W, the distance between the turning center O3 and the grindstone rotating shaft O2 is T, and the turning center O3 is the center. A coordinate system (W, T, S) is adopted, where S is the rotation angle of the turning base 38c. Note that S is set to S = π / 2 when the turning base 38c is at a position where the tip surface of the workpiece 22 and the tip surface of the grindstone 46 face substantially in parallel, and S = π / 2. S = 0 when the turning base 38c is moved counterclockwise by π / 2, and S = π when the turning base 38c is moved clockwise by π / 2.

従来技術で説明したように、設計非球面形状FP0を表す非球面式は、ワーク回転軸O1を基準軸とする円筒座標系(X,Y)において式(1)のように表される。このワーク22における座標系(X,Y)を、加工機24における座標系(W,T,S)に変換する。即ち、非球面式上の任意の点(X,Y)は、以下のように変換される。

Figure 0004373375
As described in the prior art, the aspheric expression representing the design aspheric shape FP0 is expressed as Expression (1) in the cylindrical coordinate system (X, Y) with the workpiece rotation axis O1 as the reference axis. The coordinate system (X, Y) in the workpiece 22 is converted into the coordinate system (W, T, S) in the processing machine 24. That is, an arbitrary point (X n , Y n ) on the aspherical expression is converted as follows.
Figure 0004373375

ここで、tはワークスピンドル30aの先端面と設計非球面形状FP0の面頂との間の距離、Dは砥石46の直径である。 Here, t is the distance between the surface apex of the front end surface and the design aspherical F P0 of the work spindle 30a, D t is the diameter of the grinding wheel 46.

本工程では、コンピュータ48によって、設計非球面形状FP0を表す非球面式上で、設計非球面形状FP0の面頂に対応する点Uを設定し、面頂に近い順に点U,…,U,…,Uを設定して、各点U,…,Uの座標値U(X,Y),…,U(X,Y)を算出する。そして、ワーク22における座標系(X,Y)を加工機24における座標系(W,T,S)に変換して、各点U,…,Uを各点V,…,Vに変換し、各点V,…,Vの座標値V(W,T,S),…,V(W,T,S)を算出する。 In this step, by the computer 48, the design on the aspheric expression representing the aspherical F P0, set the U 0 point corresponding to the vertex of the design aspherical F P0, the point U 1 in the order closer to the vertex, ..., U n, ..., and set the U n, each point U 0, ..., U n coordinate values U 0 of (X 0, Y 0), ..., U n (X n, Y n) to calculate the . Then, by converting the coordinate system of the workpiece 22 a (X, Y) coordinate system in machine 24 (W, T, S) to each point U 0, ..., U N each point V 0, ..., V N converted to each point V 0, ..., the coordinate value V 0 which V N (W 0, T 0 , S 0), ..., V N (W N, T N, S N) is calculated.

転送(S2)
本工程では、コンピュータ48によって算出した変換後の各座標値をコンピュータ48から制御装置47へと転送する。
Transfer (S2)
In this step, each coordinate value after conversion calculated by the computer 48 is transferred from the computer 48 to the control device 47.

試し加工(S3)
本工程では、ワーク22をワークホルダ28に装着し、ワーク回転機構26aを作動してワーク22を回転状態に保持すると共に、砥石回転機構26bを作動して砥石46を回転状態に保持する。続いて、制御装置47によって、第1の移動用モータ44a、第2の移動用モータ44b及び旋回用モータ44cを駆動して第1の移動テーブル38a、第2の移動テーブル38b及び旋回ベース38cを操作して、砥石46の砥石面を点V(W,T,S)へと移動させる。続いて、砥石面を点V(W,T,S)から点V(W,T,S)まで移動させて、ワーク22を試し加工する。この際、W,T,Sが同時にW,T,Sに到達するように第1の移動用モータ44a等を制御する。なお、砥石面は、常に設計非球面形状FP0の法線方向に直交するように制御される。以下同様に、砥石面を点V(W,T,S)から点V(W,T,S)まで移動させて、ワーク22を試し加工する。このようにして、ワーク22に実非球面形状FR0が形成される。
Trial processing (S3)
In this step, the work 22 is mounted on the work holder 28, the work rotating mechanism 26a is operated to hold the work 22 in a rotating state, and the grindstone rotating mechanism 26b is operated to hold the grindstone 46 in a rotating state. Subsequently, the control device 47 drives the first moving motor 44a, the second moving motor 44b, and the turning motor 44c to move the first moving table 38a, the second moving table 38b, and the turning base 38c. By operating, the grindstone surface of the grindstone 46 is moved to the point V 0 (W 0 , T 0 , S 0 ). Subsequently, the workpiece 22 is subjected to trial machining by moving the grindstone surface from the point V 0 (W 0 , T 0 , S 0 ) to the point V 1 (W 1 , T 1 , S 1 ). At this time, the first moving motor 44a and the like are controlled so that W, T, and S simultaneously reach W 1 , T 1 , and S 1 . The grindstone surface is always controlled so as to be orthogonal to the normal direction of the designed aspherical shape FP0 . In the same manner, the workpiece 22 is subjected to trial machining by moving the grindstone surface from the point V 1 (W 1 , T 1 , S 1 ) to the point V N (W N , T N , S N ). In this way, the actual aspherical shape F R0 is formed on the workpiece 22.

測定相似変形倍率測定(S4)
本工程では、従来技術と同様に、測定装置49によって試し加工後のワーク22の実非球面形状FR0を測定し、測定相似変形倍率M(以下では、単にMと表す)を算出する。
Measurement similarity deformation magnification measurement (S4)
In this step, as in the prior art, the actual aspherical shape F R0 of the workpiece 22 after the trial machining is measured by the measuring device 49, and a measurement similar deformation magnification M 0 (hereinafter simply referred to as M) is calculated.

補正計算(S5)
本工程では、制御装置47において、設計非球面形状FP0が、設計非球面形状FP0を相似変形倍率1/Mで相似変形することにより形成される形状と略同形状である補正後設計非球面形状FP1に補正されるように、座標値V(W,T,S)を補正する。即ち、以下の式(4)及び式(5)に基づき、座標値V(W,T,S)を座標値V’(W’,T’,S’)に補正する。

Figure 0004373375
Correction calculation (S5)
In this process, in the control device 47, the design aspheric shape FP0 is substantially the same shape as the shape formed by similar deformation of the design aspheric shape FP0 with the similar deformation magnification 1 / M. The coordinate values V n (W n , T n , S n ) are corrected so as to be corrected to the spherical shape FP1 . That is, based on the following formulas (4) and (5), the coordinate value V n (W n , T n , S n ) is changed to the coordinate value V n ′ (W n ′, T n ′, S n ′). to correct.
Figure 0004373375

Figure 0004373375
Figure 0004373375

ここで、補正係数kは、予め算出されて制御装置47に記憶されている。以下、補正係数kの算出方法を説明する。まず、ワーク22の径dに基づいて相似変形倍率の上限値M及び下限値Mを設定する。この上限値M及び下限値Mに基づき、以下の式(6)によってM(lは整数)の値を算出する。

Figure 0004373375
Here, the correction coefficient k is calculated in advance and stored in the control device 47. Hereinafter, a method for calculating the correction coefficient k will be described. First, to set the upper limit value M U and a lower limit value M L of similarity transformation ratio based on the diameter d of the workpiece 22. Based on this limit M U and a lower limit value M L, (the l integer) M l by the following equation (6) to calculate the value of.
Figure 0004373375

そして、各lについて、式(2)及び式(3)によって、各定数R,P,Aの値を用いて、M=Mとして座標値V(W,T,S)を算出し、M=1として対応する座標値V’(W’,T’,S’)を算出する。そして、式(4)によって、座標値V(W,T,S)及び座標値V’(W’,T’,S’)からT(M)を算出する。ここで、MとT(M)とは完全な比例関係ではないが、式(5)で表されるように比例関係で近似できるため、各Mに対するT(M)を算出して、最小二乗法によってkの値を算出する。 Then, for each l, by using the values of the constants R, P, and A i according to the equations (2) and (3), the coordinate value V n (W n , T n , S n ) is set as M = M l. And corresponding coordinate values V n ′ (W n ′, T n ′, S n ′) are calculated with M = 1. Then, T (M) is calculated from the coordinate value V n (W n , T n , S n ) and the coordinate value V n ′ (W n ′, T n ′, S n ′) by Equation (4). Here, although M and T (M) are not completely proportional, they can be approximated by a proportional relationship as expressed by Equation (5), so T (M) for each M l is calculated and the minimum The value of k is calculated by the square method.

図4を参照し、補正後設計非球面形状FP1は、補正前設計非球面形状FP0から補正前設計非球面形状FP0の法線方向にT(M)だけ離間している。なお、Tについてのみ補正すると、補正前後で設計非球面形状の面頂の位置が変化するため、面頂の位置が変化しないようにWについても補正する。 Referring to FIG. 4, the corrected design aspheric F P1 are spaced apart by T (M) from the uncorrected design aspheric F P0 in the normal direction of the pre-correction design aspheric F P0. If only T is corrected, the position of the top surface of the design aspheric surface changes before and after correction, and therefore W is also corrected so that the position of the surface top does not change.

本加工(S6)
補正後の各点の座標値V’(W’,T’,S’)に基づき、試し加工と同様に、ワーク22を本加工して実非球面形状FR1を形成する。
Main processing (S6)
Based on the coordinate values V n ′ (W n ′, T n ′, S n ′) of each point after correction, the workpiece 22 is subjected to main machining to form an actual aspherical shape FR1 as in the trial machining.

以後、ワーク22に同形状の実非球面形状FR1を形成する場合には、本加工(S7)を連続して行う。再び補正工程を行う場合には、相似変形倍率測定(S4)に戻り、再び補正計算(S5)を行ってから本加工(S7)を行う。 Thereafter, when the actual aspherical shape FR1 having the same shape is formed on the workpiece 22, the main machining (S7) is continuously performed. When the correction process is performed again, the processing returns to the similar deformation magnification measurement (S4), the correction calculation (S5) is performed again, and the main processing (S7) is performed.

従って、本実施形態のワーク加工システム20は次の効果を奏する。本実施形態では、より設計値に近い実非球面形状FR1を得るために補正計算を行っているが、この補正計算は、式(4)及び式(5)で表されるように四則演算のみとなっている。このため、加工機24を制御する制御装置47において補正計算を行うことができ、補正工程において制御装置47とコンピュータ48との間で通信を行う必要がないため、補正工程が迅速に行われ、作業効率を向上することが可能となっている。 Therefore, the workpiece machining system 20 of this embodiment has the following effects. In this embodiment, correction calculation is performed in order to obtain an actual aspherical shape FR1 that is closer to the design value. This correction calculation is performed by four arithmetic operations as expressed by the equations (4) and (5). It has become only. For this reason, the correction calculation can be performed in the control device 47 that controls the processing machine 24, and it is not necessary to perform communication between the control device 47 and the computer 48 in the correction process. Work efficiency can be improved.

次に、本出願の他の特徴的な技術事項を下記の通り付記する。

(付記項1)ワークを回転させながら、その回転軸を含む平面上を加工工具が移動することによって軸対称非球面形状の創成を行う加工方法での、ワークの形状補正において、前記形状補正前のワークの形状測定結果から補正値を1つだけ計算し、前に加工した非球面形状の各地点から法線方向に補正値分だけ移動させた曲線を次に加工するワークの非球面形状とする、非球面形状の補正方法。
Next, other characteristic technical matters of the present application are appended as follows.
Record
(Additional Item 1) In the shape correction of the workpiece in the machining method for creating an axisymmetric aspherical shape by moving the machining tool on the plane including the rotation axis while rotating the workpiece, before the shape correction, Calculate only one correction value from the workpiece shape measurement result of the workpiece, and the aspherical shape of the workpiece to be machined next is the curve moved by the correction value in the normal direction from each point of the previously machined aspherical shape. A method for correcting an aspherical shape.

(付記項2)付記項1記載の補正方法において、加工工具が円盤状の砥石である補正方法。 (Additional Item 2) The correction method according to Additional Item 1, wherein the processing tool is a disc-shaped grindstone.

(付記項3)付記項1記載の補正方法において、ワークが光学素子である補正方法。 (Additional Item 3) The correction method according to Additional Item 1, wherein the workpiece is an optical element.

本発明は、補正工程を迅速に行うことができ、作業効率が向上される、光学素子等のワークに、ワークの回転軸に対して対称な非球面形状を形成するためのワーク加工方法及び加工システムを提供する。   The present invention provides a workpiece machining method and machining for forming an aspheric shape symmetrical to the rotation axis of a workpiece on a workpiece such as an optical element, which can perform a correction process quickly and improve work efficiency. Provide a system.

本発明の一実施形態のワーク加工システムを示す概略図。Schematic which shows the workpiece processing system of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態のワーク加工システムの加工機を示す上面図。The top view which shows the processing machine of the workpiece processing system of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態のワーク加工方法のフローチャートを示す図。The figure which shows the flowchart of the workpiece processing method of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態のワーク加工方法における、補正前後の設計非球面形状を示す模式図。The schematic diagram which shows the design aspherical shape before and behind correction | amendment in the workpiece | work processing method of one Embodiment of this invention. 従来のワーク加工方法のフローチャートを示す図。The figure which shows the flowchart of the conventional workpiece | work processing method. 従来のワーク加工方法における、ワークの加工工程を説明するための模式図。The schematic diagram for demonstrating the process process of the workpiece | work in the conventional workpiece | work processing method. 従来のワーク加工方法における、形状誤差を説明するための模式図。The schematic diagram for demonstrating the shape error in the conventional workpiece | work processing method. 従来のワーク加工方法における、PV値を説明するための模式図。The schematic diagram for demonstrating PV value in the conventional workpiece | work processing method. 従来のワーク加工方法における、形状誤差及び相似形状誤差を説明するための模式図。The schematic diagram for demonstrating the shape error and the similar shape error in the conventional workpiece | work processing method. 従来のワーク加工方法における、測定相似変形倍率を説明するための模式図。The schematic diagram for demonstrating the measurement similar deformation magnification in the conventional workpiece | work processing method. 従来のワーク加工方法における、補正前後の設計非球面形状を示す模式図。The schematic diagram which shows the design aspherical shape before and behind correction | amendment in the conventional workpiece | work processing method.

符号の説明Explanation of symbols

20…ワーク加工システム、22…ワーク、24…加工機、47…制御装置、48…演算装置、49…測定装置。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 20 ... Work processing system, 22 ... Work, 24 ... Processing machine, 47 ... Control apparatus, 48 ... Arithmetic unit, 49 ... Measuring apparatus.

Claims (6)

ワークの加工目標となりワークの回転軸に対して対称な設計非球面形状を表す非球面式を設定し、前記非球面式上において、座標値を算出する工程と、
前記座標値に基づき、前記設計非球面形状を加工目標としてワークを回転軸の軸回り方向に回転させながらワークの一部分を実非球面形状に試し加工する工程と、
前記実非球面形状を測定し、前記設計非球面形状を相似変形させる相似変形倍率について前記設計非球面形状を相似変形させた形状と前記実非球面形状との形状の差が最小となるような前記設計非球面形状の測定相似変形倍率を算出する工程と、
前記設計非球面形状を前記測定相似変形倍率の逆数の相似変形倍率で相似変形することにより形成される形状と同形状に前記設計非球面形状が補正されるように、前記座標値に、前記測定相似変形倍率から既定の四則演算関数によって算出される補正値を加えることにより、前記座標値を補正する工程と、
補正後の前記座標値に基づき、補正後の前記設計非球面形状を加工目標としてワークを回転軸の軸回り方向に回転させながらワークの一部分を実非球面形状に本加工する工程と、
を具備することを特徴とするワーク加工方法。
Setting an aspherical expression representing a design aspherical shape that is a workpiece processing target and symmetrical with respect to the rotation axis of the workpiece, and calculating a coordinate value on the aspherical expression;
Based on the coordinate values, a step of trial machining a part of the workpiece into an actual aspheric shape while rotating the workpiece around the axis of rotation with the design aspheric shape as a machining target;
The actual aspheric shape is measured, and the difference between the shape obtained by similar deformation of the design aspheric shape and the shape of the actual aspheric shape is minimized with respect to the similarity deformation magnification for similar deformation of the design aspheric shape. Calculating a measurement similarity deformation magnification of the designed aspheric shape ;
The measurement value is set to the coordinate value so that the design aspheric shape is corrected to the same shape as the shape formed by similar deformation of the design aspheric shape with a similar deformation magnification that is a reciprocal of the measurement similar deformation magnification. A step of correcting the coordinate value by adding a correction value calculated by a predetermined four arithmetic operation functions from the similarity deformation magnification;
Based on the corrected coordinate values, a step of subjecting a part of the workpiece to a real aspherical shape while rotating the workpiece around the rotation axis with the corrected design aspheric shape as a processing target;
A workpiece machining method comprising:
前記試し加工する工程又は前記本加工する工程は、円盤状の砥石を用いて加工する工程を含む、
ことを特徴とする請求項1に記載のワーク加工方法。
The trial processing step or the main processing step includes a step of processing using a disk-shaped grindstone.
The workpiece machining method according to claim 1, wherein:
前記ワークには、光学素子が含まれる、
ことを特徴とする請求項1に記載のワーク加工方法。
The workpiece includes an optical element,
The workpiece machining method according to claim 1, wherein:
ワークを回転軸の軸回り方向に回転させながら加工する加工機と、
前記ワークの加工目標となりワークの回転軸に対して対称な設計非球面形状を表す非球面式を設定し、前記非球面式上において、座標値を算出する演算装置と、
前記加工機を制御して、前記演算装置から入力された前記座標値に基づき、前記設計非球面形状を加工目標としてワークの一部分を実非球面形状に試し加工させる制御装置と、
前記実非球面形状を測定し、前記設計非球面形状を相似変形させる相似変形倍率について前記設計非球面形状を相似変形させた形状と前記実非球面形状との形状の差が最小となるような前記設計非球面形状の測定相似変形倍率を算出する測定装置と、
を具備し、
前記制御装置は、
前記設計非球面形状を前記測定相似変形倍率の逆数の相似変形倍率で相似変形することにより形成される形状と同形状に前記設計非球面形状が補正されるように、前記座標値に、前記測定装置で算出された前記測定相似変形倍率から既定の四則演算関数によって算出される補正値を加えることにより、前記座標値を補正すると共に、
前記加工機を制御して、補正後の前記座標値に基づき、補正後の前記設計非球面形状を加工目標としてワークを回転軸の軸回り方向に回転させながらワークの一部分に実非球面形状を本加工させる、
ことを特徴とするワーク加工システム。
A processing machine that processes the workpiece while rotating it around the axis of rotation,
An arithmetic device that sets an aspheric expression representing a design aspheric shape that is symmetric with respect to the rotation axis of the workpiece as a machining target of the workpiece, and calculates a coordinate value on the aspheric expression;
A control device that controls the processing machine and, based on the coordinate value input from the arithmetic unit, causes the design aspheric surface shape to be a processing target to testly machine a part of the workpiece into an actual aspheric surface shape;
The actual aspheric shape is measured, and the difference between the shape obtained by similar deformation of the design aspheric shape and the shape of the actual aspheric shape is minimized with respect to the similarity deformation magnification for similar deformation of the design aspheric shape. A measuring device for calculating the measurement similar deformation magnification of the designed aspheric shape ;
Comprising
The controller is
The measurement value is set to the coordinate value so that the design aspheric shape is corrected to the same shape as the shape formed by similar deformation of the design aspheric shape with a similar deformation magnification that is a reciprocal of the measurement similar deformation magnification. While correcting the coordinate value by adding a correction value calculated by a predetermined four arithmetic operation function from the measurement similarity deformation magnification calculated by the apparatus,
By controlling the processing machine and based on the corrected coordinate values, the actual aspherical shape is formed on a part of the workpiece while rotating the workpiece around the rotation axis with the corrected design aspherical shape as a processing target. Let this work,
A workpiece machining system characterized by this.
前記加工機は、前記ワークを加工するための円盤状の砥石を有する、
ことを特徴とする請求項4に記載のワーク加工システム。
The processing machine has a disk-shaped grindstone for processing the workpiece,
The workpiece machining system according to claim 4, wherein
前記ワークには、光学素子が含まれる、
ことを特徴とする請求項4に記載のワーク加工システム。
The workpiece includes an optical element,
The workpiece machining system according to claim 4, wherein
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