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【発明の名称】 自由曲面加工方法、自由曲面加工装置及び記録媒体
【発明者】 【氏名】大林 陽一郎

【氏名】稲田 久

【氏名】甲斐 聡
【要約】 【課題】本発明は工具と加工物との相対位置を検出して、ツールチップを移動させて相対位置制御を行って高精度に加工物に自由曲面を加工する自由曲面加工方法、自由曲面加工装置及び記録媒体を提供する。

【解決手段】加工機１０は、３軸制御可能なテーブル１１上に加工物１２が設置され、工具スピンドル１３の回転軸１６に連結されたホイール１７にチップ位置制御機構２０を介してツールチップ１８が取り付けられている。Ｚ軸テーブル１１には、その先端面に位置測定マークＭの設けられた位置測定アーム１９が配設されており、工具スピンドル１３には位置測定用センサ２７が取り付けられている。加工機１０は、ツールチップ１８と加工物１２を相対移動させて切削加工を行う前に、位置測定マークＭと位置測定用センサ２７との距離ｄを位置測定用センサ２７で測定し、ツールチップ１８の位置制御をチップ位置制御機構２０で行って、ツールチップ１８と加工物１２との相対距離を制御する。
【特許請求の範囲】
【請求項１】所定の回転半径を有する工具を回転させながら、加工物と前記工具の回転中心との相対位置を制御して、前記回転する工具先端の切削刃で前記加工物を自由曲面形状に加工する自由曲面加工方法において、前記加工に際して、前記工具と前記加工物との相対位置を位置検出手段で検出し、当該位置検出手段の検出結果に基づいて前記工具の前記切削刃と前記加工物との位置ずれを、前記工具先端の前記切削刃の位置を制御する位置制御手段で、修正することを特徴とする自由曲面加工方法。
【請求項２】前記位置制御手段は、圧電素子を利用して前記工具先端の前記切削刃の位置を制御することを特徴とする請求項１記載の自由曲面加工方法。
【請求項３】前記位置制御手段は、蓄電手段を備え、当該蓄電手段から前記圧電素子に電源を供給して、前記工具先端の前記切削刃の位置制御を行うことを特徴とする請求項１記載の自由曲面加工方法。
【請求項４】所定の回転半径を有する工具を回転させながら、加工物と前記工具の回転中心との相対位置を制御して、前記回転する工具先端の切削刃で前記加工物を自由曲面に加工する自由曲面加工装置において、前記加工に際して、前記工具先端の前記切削刃と前記加工物との相対位置を検出する位置検出手段と、前記工具先端の前記切削刃の位置を位置制御する位置制御手段と、前記位置検出手段の検出結果に基づいて前記位置制御手段を介して前記工具先端の前記切削刃と前記加工物との位置ずれを修正する制御手段と、を備えたことを特徴とする自由曲面加工装置。
【請求項５】前記位置制御手段は、圧電素子を利用して前記工具先端の前記切削刃の位置を制御することを特徴とする請求項４記載の自由曲面加工装置。
【請求項６】前記位置制御手段は、蓄電手段を備え、当該蓄電手段から供給される電源で前記圧電素子を駆動して前記工具先端の前記切削刃の位置制御を行うことを特徴とする請求項５記載の自由曲面加工装置。
【請求項７】前記制御手段は、前記自由曲面加工装置の外部に設けられたコンピュータであり、当該コンピュータが、前記位置検出手段の検出信号を取り込んで、前記位置制御手段に位置制御信号を送出し、前記位置制御手段に当該位置制御信号に基づいて、前記工具先端の前記切削刃の位置制御を行わせることを特徴とする請求項４から請求項６のいずれかに記載の自由曲面加工装置。
【請求項８】所定の回転半径を有する工具を回転させながら、加工物と前記工具の回転中心との相対位置を制御して、前記回転する工具先端の切削刃で前記加工物を自由曲面形状に加工する自由曲面加工方法のプログラムを記録する記録媒体であって、前記加工に際して、前記工具と前記加工物との相対位置を位置検出手段で検出し、当該位置検出手段の検出結果に基づいて前記工具の前記切削刃と前記加工物との位置ずれを、前記工具先端の前記切削刃の位置を制御する位置制御手段で、修正する自由曲面加工方法のプログラムを記録することを特徴とする記録媒体。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、自由曲面加工方法、自由曲面加工装置及び記録媒体に関し、詳細には、工具と加工物との相対位置を検出して、双方の位置修正を行いつつ高精度に加工物に自由曲面を加工する自由曲面加工方法、自由曲面加工装置及び記録媒体に関する。
【０００２】
【従来の技術】３次元自由曲面形状の加工においては、一般に、図８に示すように、所定の回転半径を有する円弧形状の切削工具や研削工具等の工具１を回転させながら、加工物２に対して工具１の回転中心を相対的に移動させて、曲面形状を創成している。
【０００３】具体的には、工具１は、図示しない３軸制御の加工機のホイール３に着脱可能に取り付けられており、ホイール３に固定された回転軸４を介して所定の回転速度で回転軸４を中心として回転駆動される。加工機は、図示しないＸ軸テーブル、Ｙ軸テーブル及びＺ軸テーブルを備えており、各テーブルは、図示しない制御部により、数値制御データに基づいてＸ、Ｙ、Ｚ軸の各軸方向に移動制御される。上記加工物２は、例えば、Ｙ軸テーブル上に着脱可能に固定され、加工機は、Ｘ軸テーブル、Ｙ軸テーブル及びＺ軸テーブルを各軸方向に移動制御することにより、工具１と加工物２との相対位置を３軸制御して、工具１により加工物２に自由曲面を加工する。
【０００４】この場合、図９に矢印で示すように、工具１の回転中心をＡ→Ｂ→Ｃ→Ｄ→Ｅの順に移動させて、図１０に示すように、加工物２の一部分の領域Ｌ１を加工し、領域Ｌ１の加工を完了すると、次に工具１の位置をＹ方向に所定ピッチだけ移動させて、同様に領域Ｌ２を加工する。この動作を繰り返し行って、加工物２に曲面の加工を行う。
【０００５】このような動作の繰り返しを行って加工物２に曲面の加工を行う場合、図１１に加工物２のＹＺ平面で加工の様子を示すように、領域Ｌ１を加工した後、領域Ｌ２を加工するために工具１をＹ方向に所定ピッチだけ移動して工具１の加工物２に対するＺ方向の位置決めを行って加工を行う。
【０００６】すなわち、従来の自由曲面加工方法は、工具と加工物の距離を測定することなく、機械の設定値で工具１と加工物２の位置制御を行って、工具１で加工物２を加工している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このような従来の自由曲面加工方法にあっては、工具と加工物の距離を測定することなく、機械の設定値で工具１と加工物２の位置制御を行って、工具１で加工物２を加工しているため、工具１を機械座標で同じＺ座標に移動させたとしても、加工物との相対距離は違ってくることがある。例えば、図１１に示すように、領域Ｌ１加工における加工物２の基準面Ｓと工具１の距離ｄＬ１と、工具を同じＺ座標に対しＹ方向に所定ピッチだけ移動させた場合の領域Ｌ２加工における距離ｄＬ２が一致せずに、その結果、加工形状が狂うことがあった。
【０００８】すなわち、図１２に示すように、加工機のテーブル上に固定した加工物２に測定点Ｑを設定し、図示しない工具１の取り付けられる加工機６に距離測定用センサ５を取り付けて、工具１をＸＺ平面上で図１２に矢印で示すように移動させて、測定点ＱにおけるＺ方向の距離測定用センサ５の測定点Ｑに対する距離を測定して、加工機と加工物の位置関係の再現性を調べると、図１３に示すような測定結果になる。
【０００９】図１３から分かるように、機械の設定値では同じ位置に工具１を移動させているにも関わらず、距離が変動していることがわかる。なお、図１３において、横軸は、工具１の移動回数を示しており、縦軸は工具１と加工物２の距離、すなわち、距離測定用センサ５と測定点Ｑとの距離（ｎｍ）を示している。
【００１０】すなわち、加工機の設定上は同じ位置に工具１を移動させても、加工機の誤差、加工機と加工物２の熱的な変動等によって、工具１と加工物２の距離が変化してしまうという問題がある。
【００１１】そこで、請求項１記載の発明は、加工物と工具の回転中心との相対位置を制御して、回転する工具で加工物を自由曲面形状に加工するに際して、工具と加工物との相対位置を検出して、当該検出結果に基づいて工具先端の切削刃と加工物との位置ずれを、工具先端の切削刃の位置を制御する位置制御手段で修正することにより、加工物と工具との相対位置の位置ずれを最小限に抑制し、高精度な加工を行うことのできる自由曲面加工方法を提供することを目的としている。
【００１２】請求項２記載の発明は、位置制御手段を、圧電素子を利用して工具先端の切削刃の位置を制御するものとすることにより、従来から既知の技術を応用して工具先端の切削刃の位置制御を行い、加工物と工具との相対位置の位置ずれを安価に最小限に抑制し、高精度な加工を行うことのできる安価な自由曲面加工方法を提供することを目的としている。
【００１３】請求項３記載の発明は、位置制御手段を、蓄電手段を備え、当該蓄電手段から圧電素子に電源を供給して、工具先端の切削刃の位置制御を行うものとすることにより、圧電素子に外部から電源を供給することなく、位置制御手段で加工物と工具との相対位置の位置ずれを最小限に抑制し、高精度な加工を行うことのできる自由曲面加工方法を提供することを目的としている。
【００１４】請求項４記載の発明は、加工物と工具の回転中心との相対位置を制御して、回転する工具で加工物を自由曲面形状に加工するに際して、工具と加工物との相対位置を検出して、当該検出結果に基づいて工具先端の切削刃と加工物との位置ずれを、工具先端の切削刃の位置を制御する位置制御手段で修正することにより、加工物と工具との相対位置の位置ずれを最小限に抑制し、高精度な加工を行うことのできる自由曲面加工装置を提供することを目的としている。
【００１５】請求項５記載の発明は、位置制御手段を、圧電素子を利用して工具先端の切削刃の位置を制御するものとすることにより、従来から既知の技術を応用して工具先端の切削刃の位置制御を行い、加工物と工具との相対位置の位置ずれを安価に最小限に抑制し、高精度な加工を行うことのできる安価な自由曲面加工装置を提供することを目的としている。
【００１６】請求項６記載の発明は、位置制御手段を、蓄電手段を備え、当該蓄電手段から圧電素子に電源を供給して、工具先端の切削刃の位置制御を行うものとすることにより、圧電素子に外部から電源を供給することなく、位置制御手段で加工物と工具との相対位置の位置ずれを最小限に抑制し、高精度な加工を行うことのできる自由曲面加工装置を提供することを目的としている。
【００１７】請求項７記載の発明は、制御手段として、自由曲面加工装置の外部に設けられたコンピュータを用い、当該コンピュータで、位置検出手段の検出信号を取り込んで、位置制御手段に位置制御信号を送出し、位置制御手段に当該位置制御信号に基づいて、工具先端の切削刃の位置制御を行わせることにより、工具と加工物との相対位置の検出、工具先端の切削刃と加工物との位置ずれの修正及び工具による加工物の加工という一連の工程をコンピュータにより自動化し、作業性を向上させるとともに、より一層高精度な加工を行うことのできる自由曲面加工装置を提供することを目的としている。
【００１８】請求項８記載の発明は、加工物と工具の回転中心との相対位置を制御して、回転する工具で加工物を自由曲面形状に加工するに際して、工具と加工物との相対位置を検出して、当該検出結果に基づいて工具先端の切削刃と加工物との位置ずれを、工具先端の切削刃の位置を制御する位置制御手段で修正する自由曲面加工方法のプログラムを読み取り可能な記録媒体に記録することにより、当該記録媒体を読み取り可能な自由曲面加工装置の外部に設けられたコンピュータを用いて読み取らせて、当該コンピュータの接続された自由曲面加工装置で、加工物と工具との相対位置の位置ずれを最小限に抑制し、高精度な加工を行うことのできる自由曲面加工方法のプログラムを記録する記録媒体を提供することを目的としている。
【００１９】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明の自由曲面加工方法は、所定の回転半径を有する工具を回転させながら、加工物と前記工具の回転中心との相対位置を制御して、前記回転する工具先端の切削刃で前記加工物を自由曲面形状に加工する自由曲面加工方法において、前記加工に際して、前記工具と前記加工物との相対位置を位置検出手段で検出し、当該位置検出手段の検出結果に基づいて前記工具の前記切削刃と前記加工物との位置ずれを、前記工具先端の前記切削刃の位置を制御する位置制御手段で、修正することにより、上記目的を達成している。
【００２０】上記構成によれば、加工物と工具の回転中心との相対位置を制御して、回転する工具で加工物を自由曲面形状に加工するに際して、工具と加工物との相対位置を検出して、当該検出結果に基づいて工具先端の切削刃と加工物との位置ずれを、工具先端の切削刃の位置を制御する位置制御手段で修正するので、加工物と工具との相対位置の位置ずれを最小限に抑制することができ、高精度な加工を行うことができる。
【００２１】この場合、例えば、請求項２に記載するように、前記位置制御手段は、圧電素子を利用して前記工具先端の前記切削刃の位置を制御するものであってもよい。
【００２２】上記構成によれば、位置制御手段を、圧電素子を利用して工具先端の切削刃の位置を制御するものとしているので、従来から既知の技術を応用して工具先端の切削刃の位置制御を行って、加工物と工具との相対位置の位置ずれを安価に最小限に抑制することができ、高精度な加工を安価に行うことができる。
【００２３】また、例えば、請求項３に記載するように、前記位置制御手段は、蓄電手段を備え、当該蓄電手段から前記圧電素子に電源を供給して、前記工具先端の前記切削刃の位置制御を行うものであってもよい。
【００２４】上記構成によれば、位置制御手段を、蓄電手段を備え、当該蓄電手段から圧電素子に電源を供給して、工具先端の切削刃の位置制御を行うものとしているので、圧電素子に外部から電源を供給することなく、位置制御手段で加工物と工具との相対位置の位置ずれを最小限に抑制することができ、高精度な加工を行うことができる。
【００２５】請求項４記載の発明の自由曲面加工装置は、所定の回転半径を有する工具を回転させながら、加工物と前記工具の回転中心との相対位置を制御して、前記回転する工具先端の切削刃で前記加工物を自由曲面に加工する自由曲面加工装置において、前記加工に際して、前記工具先端の前記切削刃と前記加工物との相対位置を検出する位置検出手段と、前記工具先端の前記切削刃の位置を位置制御する位置制御手段と、前記位置検出手段の検出結果に基づいて前記位置制御手段を介して前記工具先端の前記切削刃と前記加工物との位置ずれを修正する制御手段と、を備えることにより、上記目的を達成している。
【００２６】上記構成によれば、加工物と工具の回転中心との相対位置を制御して、回転する工具で加工物を自由曲面形状に加工するに際して、工具と加工物との相対位置を検出して、当該検出結果に基づいて工具先端の切削刃と加工物との位置ずれを、工具先端の切削刃の位置を制御する位置制御手段で修正するので、加工物と工具との相対位置の位置ずれを最小限に抑制することができ、高精度な加工を行うことができる。
【００２７】この場合、例えば、請求項５に記載するように、前記位置制御手段は、圧電素子を利用して前記工具先端の前記切削刃の位置を制御するものであってもよい。
【００２８】上記構成によれば、位置制御手段を、圧電素子を利用して工具先端の切削刃の位置を制御するものとしているので、従来から既知の技術を応用して工具先端の切削刃の位置制御を行い、加工物と工具との相対位置の位置ずれを安価に最小限に抑制することができ、高精度な加工を安価に行うことができる。
【００２９】また、例えば、請求項６に記載するように、前記位置制御手段は、蓄電手段を備え、当該蓄電手段から供給される電源で前記圧電素子を駆動して前記工具先端の前記切削刃の位置制御を行うものであってもよい。
【００３０】上記構成によれば、位置制御手段を、蓄電手段を備え、当該蓄電手段から圧電素子に電源を供給して、工具先端の切削刃の位置制御を行うものとしているので、圧電素子に外部から電源を供給することなく、位置制御手段で加工物と工具との相対位置の位置ずれを最小限に抑制することができ、高精度な加工を行うことができる。
【００３１】さらに、例えば、請求項７に記載するように、前記制御手段は、前記自由曲面加工装置の外部に設けられたコンピュータであり、当該コンピュータが、前記位置検出手段の検出信号を取り込んで、前記位置制御手段に位置制御信号を送出し、前記位置制御手段に当該位置制御信号に基づいて、前記工具先端の前記切削刃の位置制御を行わせるものであってもよい。
【００３２】上記構成によれば、制御手段として、自由曲面加工装置の外部に設けられたコンピュータを用い、当該コンピュータで、位置検出手段の検出信号を取り込んで、位置制御手段に位置制御信号を送出し、位置制御手段に当該位置制御信号に基づいて、工具先端の切削刃の位置制御を行わせるので、工具と加工物との相対位置の検出、工具先端の切削刃と加工物との位置ずれの修正及び工具による加工物の加工という一連の工程をコンピュータにより自動化することができ、作業性を向上させることができるとともに、より一層高精度な加工を行うことができる。
【００３３】請求項８記載の発明の記録媒体は、所定の回転半径を有する工具を回転させながら、加工物と前記工具の回転中心との相対位置を制御して、前記回転する工具先端の切削刃で前記加工物を自由曲面形状に加工する自由曲面加工方法のプログラムを記録する記録媒体であって、前記加工に際して、前記工具と前記加工物との相対位置を位置検出手段で検出し、当該位置検出手段の検出結果に基づいて前記工具の前記切削刃と前記加工物との位置ずれを、前記工具先端の前記切削刃の位置を制御する位置制御手段で、修正する自由曲面加工方法のプログラムを記録することにより、上記目的を達成している。
【００３４】上記構成によれば、加工物と工具の回転中心との相対位置を制御して、回転する工具で加工物を自由曲面形状に加工するに際して、工具と加工物との相対位置を検出して、当該検出結果に基づいて工具先端の切削刃と加工物との位置ずれを、工具先端の切削刃の位置を制御する位置制御手段で修正する自由曲面加工方法のプログラムを読み取り可能な記録媒体に記録しているので、当該記録媒体を読み取り可能な自由曲面加工装置の外部に設けられたコンピュータを用いて読み取らせて、当該コンピュータの接続された自由曲面加工装置で、加工物と工具との相対位置の位置ずれを最小限に抑制することができ、高精度な加工を行うことができる。
【００３５】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下に述べる実施の形態は、本発明の好適な実施の形態であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。
【００３６】図１〜図５は、本発明の自由曲面加工方法、自由曲面加工装置及び記録媒体の第１の実施の形態を示す図であり、図１は、本発明の自由曲面加工方法、自由曲面加工装置及び記録媒体の第１の実施の形態を適用したＸＹＺの３軸制御の加工機１０の部分拡大正面図、図２は、図１の加工機１０の部分斜視図である。
【００３７】図１及び図２において、３軸制御の加工機（自由曲面加工装置）１０は、Ｘ軸テーブル、Ｙ軸テーブル及びＺ軸テーブルを備えており、図１及び図２では、Ｚ軸テーブル１１上に加工物１２が設置されているものとする。加工機１０は、Ｚ軸テーブル１１を含む各テーブルを、図示しない制御部により、数値制御データに基づいてＸ、Ｙ、Ｚ軸の各軸方向に移動制御する。
【００３８】加工機１０は、工具スピンドル（工具）１３が移動テーブル１４のアーム１５に取り付けられており、工具スピンドル１３は、移動テーブル１４の移動とアーム１５に対するＹ方向の移動によりＸ、Ｙ、Ｚ軸の各軸方向に移動可能となっている。
【００３９】工具スピンドル１３は、その回転軸１６にホイール１７が固定されており、ホイール１７に切削刃であるツールチップ１８が着脱可能に取り付けられている。回転軸１６は、工具スピンドル１３により所定の回転速度で回転駆動される。
【００４０】加工機１０は、Ｘ軸テーブル、Ｙ軸テーブル及びＺ軸テーブル１１を各軸方向に移動制御することにより、また、ツールチップ１８をＸ、Ｙ、Ｚ軸の各軸方向に移動制御することにより、ツールチップ１８と加工物１２との相対位置を３軸制御して、ツールチップ１８により加工物１２に自由曲面を加工する。
【００４１】ツールチップ１８は、円弧形状に形成されており、図２に矢印で示すように、回転軸１６を中心として回転駆動されて、加工物１２を切削加工する。
【００４２】加工機１０は、加工物１２の設置されるＺ軸テーブル１１に、位置測定アーム１９が配設されており、位置測定アーム１９のツールチップ１８側の先端面には、位置測定マークＭが設けられている。この位置測定マークＭの設けられている位置測定アーム１９は、加工物１２とその熱的膨張率の値が近い材料で形成されており、加工物１２の近くに配設されている。
【００４３】上記ツールチップ１８は、図３に示すように、チップ位置制御機構（位置制御手段）２０を介してホイール１７に取り付けられており、チップ位置制御機構２０は、圧電素子（例えば、ピエゾ素子等）による微小送り機構等の既存の機構（例えば、旋削盤での微少切り込みにおける工具制御機構）を用いてツールチップ１８を加工物１２に対して接近する方向及び離隔する方向に移動させてツールチップ１８の位置制御を行う。
【００４４】チップ位置制御機構２０は、スリップリング２１にコード２２で接続されており、スリップリング２１には、図４に示すパーソナルコンピュータ（制御手段：コンピュータ）２３にコード２４で接続されている。パーソナルコンピュータ２３は、コード２４、スリップリング２１及びコード２２を介して、チップ位置制御機構２０に電源を供給するとともに、制御信号を送出して、チップ位置制御機構２０の動作を制御し、チップ位置制御機構２０を介してツールチップ１８を制御して、ツールチップ１８を加工物１２に対して接近する方向及び離隔する方向に移動させてツールチップ１８の位置制御を行う。
【００４５】また、パーソナルコンピュータ２３は、加工機１０のコントローラ２５にコード２６で接続されており、コード２６を介して加工機１０のコントローラ２５との間で信号の授受を行う。そして、本実施の形態の加工方法は、所定の記録媒体、例えば、フロッピーディスク、あるいは、ＣＤ（コンパクトディスク：Compact Disc）等に記録された加工方法のプログラムを、加工機１０の外部のパーソナルコンピュータ（コンピュータ）２３に読み取らせることにより実現することができる。
【００４６】一方、加工機１０のツールチップ１８の近辺、具体的には、工具スピンドル１３の加工物１２側の面には、図１に示すように、位置測定用センサ２７が取り付けられており、位置測定用センサ２７は、例えば、反射型フォトインタラプタが用いられている。位置測定用センサ２７は、例えば、光を位置測定マークＭに照射して、その反射光を受光することにより、位置測定マークＭとの距離を測定し、測定結果を加工機１０のコントローラ２５に出力する。
【００４７】加工機１０のコントローラ２５は、位置測定用センサ２７の検出した距離データをコード２６を介してパーソナルコンピュータ２３に転送し、パーソナルコンピュータ２３は、この距離データに基づいてチップ位置制御機構２０の動作を制御して、ツールチップ１８の位置制御を行う。
【００４８】次に、本実施の形態の作用を説明する。本実施の形態の３軸制御の加工機１０は、ツールチップ１８側に取り付けた位置測定用センサ２７と加工物１２側に取り付けた位置測定マークＭとの距離を測定して、チップ位置制御機構２０の動作を制御して、ツールチップ１８と加工物１２との相対位置を高精度に制御して加工物１２を加工するところにその特徴がある。
【００４９】すなわち、加工機１０は、自由曲面加工においては、円弧形状のツールチップ１８と加工物１２を、図９の場合と同様に、Ａ→Ｂ→Ｃ→Ｄ→Ｅの順に相対的に移動させる。すなわち、加工機１０は、ツールチップ１８と加工物１２を長手方向（Ｘ方向）に相対移動させて切削加工を行った後、Ｚ方向に相対移動してツールチップ１８と加工物１２を離し、Ｘ方向に相対移動させてＸ方向の切削開始位置に戻すとともにＹ方向に所定ピッチだけ相対移動して、再度Ｚ方向に相対移動してツールチップ１８と加工物１２を切削加工位置に位置させて次の切削加工を行う。
【００５０】ところが、上述のように、単に、ツールチップ１８と加工物１２を、工具（ツールチップ１８）と加工物１２の距離を測定することなく、機械の設定値で制御を行うと、加工機１０の誤差、加工機１０と加工物１２の熱的な変動等によって、ツールチップ１８と加工物１２の距離が変化してしまう。
【００５１】そこで、本実施の形態の加工機１０は、まず、ツールチップ１８と加工物１２を相対移動させて切削加工を行う前に、位置測定マークＭが配設されている位置である初期位置（図９のＡの位置）で位置測定マークＭと位置測定用センサ２７との距離ｄを位置測定用センサ２７で測定するとともに、当該位置測定を行った際の加工機１０の機械座標Ｐ（Ｘｐ，Ｙｐ，Ｚｐ）を取得して図示しないコントローラ２５のメモリ及びパーソナルコンピュータ２３のメモリに記憶する。
【００５２】次に、加工機１０は、ツールチップ１８と加工物１２を上記Ａ→Ｂ→Ｃ→Ｄ→Ｅの順に相対移動させてツールチップ１８で加工物１２を切削加工した後、ツールチップ１８を機械座標の値で上記Ｐの座標位置に移動させ、再度、位置測定マークＭと位置測定用センサ２７との距離ｄを位置測定用センサ２７で測定して、このときの測定距離をｄ’とする。
【００５３】この場合、切削加工前と切削加工後においてツールチップ１８と加工物１２の相対位置がずれて、最初に測定した測定距離ｄと切削加工後に測定した測定距離ｄ’との間に差δが生じていると、すなわち、ｄ’−ｄ＝δ（｜δ｜＞０）であると、加工機１０は、この差δだけツールチップ１８と加工物１２の相対位置を修正制御して、次の切削加工を上記同様に行う。
【００５４】加工機１０は、このツールチップ１８と加工物１２の相対位置の修正制御を、図４に示したパーソナルコンピュータ２３から相対位置の位置修正に必要な制御信号（位置制御信号）をコード２４、スリップリング２１及びコード２２を介してチップ位置制御機構２０に送出し、チップ位置制御機構２０は、図５に示すように、この位置制御信号に応じてツールチップ１８を修正量である差δだけ加工物１２に対して移動させて位置修正する。
【００５５】なお、図５においては、差δが正の場合（δ＞０）を示しているが、差δが負の場合（δ＜０）には、ツールチップ１８を図５の場合とは、逆方向に移動させて位置修正する。
【００５６】なお、パーソナルコンピュータ２３で加工機１０を自動制御して、加工物１２の加工を自動化するには、以下の手順で行う。
【００５７】まず、パーソナルコンピュータ２３で加工機１０のコントローラ２５から工具位置をモニタリングし、位置補正のデータを位置測定用センサ２７から取り込む。パーソナルコンピュータ２３から加工機１０にＮＣの実行をポーズし、チップ位置制御機構２０に位置制御信号を送信してツールチップ１８位置を補正する。パーソナルコンピュータ２３は、このツールチップ１８の位置補正を確認した後、ＮＣ実行のポーズを解除する。上記の処理手順を繰り返し行って、切削、測定、補正を自動処理することができる。
【００５８】このように、本実施の形態の加工機１０は、加工物１２と工具スピンドル１３の回転中心との相対位置を制御して、回転するツールチップ１８で加工物１２を自由曲面形状に加工するに際して、工具スピンドル１３と加工物１２との相対位置を検出して、当該検出結果に基づいて工具先端の切削刃であるツールチップ１８と加工物１２との位置ずれを、ツールチップ１８の位置を制御するチップ位置制御機構２０で修正している。
【００５９】したがって、加工物１２とツールチップ１８との相対位置の位置ずれを最小限に抑制することができ、高精度な加工を行うことができる。
【００６０】また、本実施の形態の加工機１０は、チップ位置制御機構２０を、圧電素子を利用してツールチップ１８の位置を制御するものを用いている。
【００６１】したがって、従来から既知の技術を応用してツールチップ１８の位置制御を行って、加工物１２とツールチップ１８との相対位置の位置ずれを安価に最小限に抑制することができ、高精度な加工を安価に行うことができる。
【００６２】さらに、本実施の形態の加工機１０は、外部に設けられたパーソナルコンピュータ２３を用いて、当該パーソナルコンピュータ２３で、位置測定用センサ２７の検出信号を取り込んで、チップ位置制御機構２０に位置制御信号を送出し、チップ位置制御機構２０に当該位置制御信号に基づいて、ツールチップ１８の位置制御を行わせている。
【００６３】したがって、ツールチップ１８と加工物１２との相対位置の検出、ツールチップ１８と加工物１２との位置ずれの修正及びツールチップ１８による加工物１２の加工という一連の工程をパーソナルコンピュータ２３により自動化することができ、作業性を向上させることができるとともに、より一層高精度な加工を行うことができる図６及び図７は、本発明の自由曲面加工方法、自由曲面加工装置及び記録媒体の第２の実施の形態を示す図であり、図６は、本発明の自由曲面加工方法、自由曲面加工装置及び記録媒体の第２の実施の形態を適用したＸＹＺの３軸制御の加工機３０の部分拡大正面図、図７は、図６の加工機３０の部分拡大斜視図である。
【００６４】なお、本実施の形態は、上記第１の実施の形態の加工機１０と同様の加工機に適用したものであり、本実施の形態の説明において、上記第１の実施の形態の加工機１０と同様の構成部分には、同一の符号を付してその説明を省略する。そして、この加工方法は、加工機３０の読み取り可能な記録媒体に記録された加工方法のプログラムを加工機３０に読み取らせることにより実現することができる。
【００６５】図６及び図７において、加工機３０は、その工具スピンドル１３の回転軸１６の先端部にホイール１７が固定されており、ホイール１７には、ツールチップ１８が着脱可能に取り付けられている。ツールチップ１８は、チップ位置制御機構２０を介してホイール１７に取り付けられており、チップ位置制御機構２０により加工物１２との相対位置が微少制御される。
【００６６】チップ位置制御機構２０は、電源・信号処理機構部３１に接続されており、電源・信号処理機構部３１は、回転軸１６とホイール１７の連結部分に回転軸１６の周囲を取り巻く状態で配設されている。電源・信号処理機構部３１は、図７に示すように、電源部３２、信号処理部３３及びバランサー３４等を備えており、電源部３２は、ホイール１７の回転バランスを調整するために、複数に分割されて配設されている。信号処理部３３は、その側面に受信窓３５を有しており、受信窓３５には、その内部に、図６に示すリモコン３６からの無線信号を受信する受信部、例えば、赤外線受信部が配設されている。
【００６７】リモコン３６は、ツールチップ１８の位置制御を行う位置調整装置、例えば、上記第１の実施の形態のパーソナルコンピュータ２３に接続されており、このパーソナルコンピュータ２３からの位置制御信号を無線、例えば、赤外線で電源・信号処理機構部３１に送信する。
【００６８】信号処理部３３は、受信した位置制御信号を信号変換して、コード３７を介してチップ位置制御機構２０に出力する。
【００６９】電源部３２は、チップ位置制御機構２０に必要な電源を供給し、チップ位置制御機構２０は、この供給される電源で上記位置制御信号に基づいて圧電素子を駆動して、ツールチップ１８の位置を調整する。
【００７０】このように本実施の形態の加工機３０は、チップ位置制御機構２０を、電源・信号処理機構部３１を備えたものとし、電源・信号処理機構３１の電源部３２から電源の供給を受けて、圧電素子を駆動してツールチップ１８の位置制御を行っている。
【００７１】したがって、圧電素子に外部から電源を供給することなく、加工物１２とツールチップ１８との相対位置の位置ずれを最小限に抑制することができ、高精度な加工を行うことができる。
【００７２】以上、本発明者によってなされた発明を好適な実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記のものに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【００７３】例えば、上記各実施の形態においては、ツールチップ１８の位置のみを制御して、ツールチップ１８と加工物１２との位置調整を行っているが、加工物１２の位置調整をも行ってツールチップ１８と加工物１２の相対位置の修正を行うようにしてもよい。
【００７４】この場合には、ツールチップ１８の位置調整可能な最も細かな移動制御値よりも細かい精度で位置精度の可能なアクチュエータを用いて加工物の位置調整を行ってもよい。
【００７５】また、上記各実施の形態においては、ツールチップ１８と加工物１２との相対距離を測定する位置測定用センサ２７として、反射型フォトインタラプタを用いているが、位置測定用センサ２７としては、反射型フォトインタラプタに限るものではなく、ツールチップ１８と加工物１２との相対距離を必要な精度で測定できるものであれば、どのようなものであってもよい。
【００７６】
【発明の効果】請求項１記載の発明の自由曲面加工方法によれば、加工物と工具の回転中心との相対位置を制御して、回転する工具で加工物を自由曲面形状に加工するに際して、工具と加工物との相対位置を検出して、当該検出結果に基づいて工具先端の切削刃と加工物との位置ずれを、工具先端の切削刃の位置を制御する位置制御手段で修正するので、加工物と工具との相対位置の位置ずれを最小限に抑制することができ、高精度な加工を行うことができる。
【００７７】請求項２記載の発明の自由曲面加工方法によれば、位置制御手段を、圧電素子を利用して工具先端の切削刃の位置を制御するものとしているので、従来から既知の技術を応用して工具先端の切削刃の位置制御を行って、加工物と工具との相対位置の位置ずれを安価に最小限に抑制することができ、高精度な加工を安価に行うことができる。
【００７８】請求項３記載の発明の自由曲面加工方法によれば、位置制御手段を、蓄電手段を備え、当該蓄電手段から圧電素子に電源を供給して、工具先端の切削刃の位置制御を行うものとしているので、圧電素子に外部から電源を供給することなく、位置制御手段で加工物と工具との相対位置の位置ずれを最小限に抑制することができ、高精度な加工を行うことができる。
【００７９】請求項４記載の発明の自由曲面加工装置によれば、加工物と工具の回転中心との相対位置を制御して、回転する工具で加工物を自由曲面形状に加工するに際して、工具と加工物との相対位置を検出して、当該検出結果に基づいて工具先端の切削刃と加工物との位置ずれを、工具先端の切削刃の位置を制御する位置制御手段で修正するので、加工物と工具との相対位置の位置ずれを最小限に抑制することができ、高精度な加工を行うことができる。
【００８０】請求項５記載の発明の自由曲面加工装置によれば、位置制御手段を、圧電素子を利用して工具先端の切削刃の位置を制御するものとしているので、従来から既知の技術を応用して工具先端の切削刃の位置制御を行い、加工物と工具との相対位置の位置ずれを安価に最小限に抑制することができ、高精度な加工を安価に行うことができる。
【００８１】請求項６記載の発明の自由曲面加工装置によれば、位置制御手段を、蓄電手段を備え、当該蓄電手段から圧電素子に電源を供給して、工具先端の切削刃の位置制御を行うものとしているので、圧電素子に外部から電源を供給することなく、位置制御手段で加工物と工具との相対位置の位置ずれを最小限に抑制することができ、高精度な加工を行うことができる。
【００８２】請求項７記載の発明の自由曲面加工装置によれば、制御手段として、自由曲面加工装置の外部に設けられたコンピュータを用い、当該コンピュータで、位置検出手段の検出信号を取り込んで、位置制御手段に位置制御信号を送出し、位置制御手段に当該位置制御信号に基づいて、工具先端の切削刃の位置制御を行わせるので、工具と加工物との相対位置の検出、工具先端の切削刃と加工物との位置ずれの修正及び工具による加工物の加工という一連の工程をコンピュータにより自動化することができ、作業性を向上させることができるとともに、より一層高精度な加工を行うことができる。
【００８３】請求項８記載の発明の記録媒体によれば、加工物と工具の回転中心との相対位置を制御して、回転する工具で加工物を自由曲面形状に加工するに際して、工具と加工物との相対位置を検出して、当該検出結果に基づいて工具先端の切削刃と加工物との位置ずれを、工具先端の切削刃の位置を制御する位置制御手段で修正する自由曲面加工方法のプログラムを読み取り可能な記録媒体に記録しているので、当該記録媒体を読み取り可能な自由曲面加工装置の外部に設けられたコンピュータを用いて読み取らせて、当該コンピュータの接続された自由曲面加工装置で、加工物と工具との相対位置の位置ずれを最小限に抑制することができ、高精度な加工を行うことができる。
【出願人】 【識別番号】０００００６７４７
【氏名又は名称】株式会社リコー
【出願日】 平成１２年３月２２日（２０００．３．２２）
【代理人】
【公開番号】 特開２００１−２６５４１３（Ｐ２００１−２６５４１３Ａ）
【公開日】 平成１３年９月２８日（２００１．９．２８）
【出願番号】 特願２０００−７９７２０（Ｐ２０００−７９７２０）