CN104070613A - 工件的外周加工装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供工件的外周加工装置，是适合于玻璃板的外周磨削精加工的装置，其对外周具有缺口或波纹的坯料也能够进行最优的外周加工，能够减少工件的切削余量，实现加工时间的缩短和工具磨损的减少，而且也能够进行坯料的质量检查。对被送入到装置的工作台上的坯料的外周整周或多个外周区域连续地拍摄，根据其图像检测出工件外周的内缘，修正运算单元根据坯料的外周与制品之间的偏差（偏移）以使切削余量在工件整周变得均匀、并且切削余量最少、甚至在坯料外周检测出缺口或波纹等缺陷时能够切削掉该缺陷而加工出制品的方式运算出修正值。

Description

工件的外周加工装置

技术领域

本发明涉及适合对板状的工件的外周进行精加工的装置，特别涉及适合于显示器面板的玻璃基板和盖玻片等玻璃板的外周加工的装置。

背景技术

在显示器面板中使用的玻璃板在通过水流喷射加工和喷砂加工被切割成坯料形状（在制品形状上加上规定的精加工余量的形状）后，利用外周加工装置被精加工成制品形状。如图5所示，通过水流喷射加工和喷砂加工被切割的玻璃板的外周的切割面t倾斜。该倾斜的切割面的外缘e与内缘f的间隔d为0.1mm～0.2mm。并且，在这样被切割的坯料的外周，有时会产生缺口（屑）或波纹。若该缺口或波纹比外周加工装置的精加工余量（加工时的切削余量）大，则无法精加工成制品形状，成为不合格品。

外周加工装置具备固定工件的工作台和对被固定于该工作台的工件的外周进行加工的工具（一般是旋转砂轮），在加工中通过连续地控制工作台与工具之间的相对位置关系来进行加工。当坯料在工作台上被固定在从标准位置偏移的位置时，精加工余量变得不均匀，由于这个原因产生不合格品。因此，在外周加工装置设有对被固定于工作台的坯料的位置偏移进行检测并修正该偏移的单元。例如，设置对坯料所带有的定位标记或外周的角部进行检测的照相机，根据该图像检测出固定在工作台上的坯料的位置偏移，通过使坯料移动至正确的位置，或对加工中的工作台与工具之间的相对位置关系修正所检测出的偏移量，由此，即使工件置于工作台上的偏移的位置，也能够加工出正确的制品形状（专利文献1）。

作为对工件在工作台上的位置偏移进行检测的照相机，以往使用采用普通的CCTV（Closed Circuit Television：闭路电视监控系统）镜头的照相机。对于该现有的照相机，无法清晰地识别出图5所示的坯料的内缘f，因此以外缘e为基准检测工件的位置偏移。但是，在仅对工件的定位标记的检测或仅对角部的外缘e的检测中，无法检测出在坯料的外周局部产生的波纹或缺口，并且由切割面t的倾斜变化所引起的内缘f与外缘e的差d的尺寸也无法检测出来。

因此，为了防止由于坯料外周的缺口或波纹和切割面t的局部倾斜的增大等所引起的精加工余量不足而产生不合格品，在通过水流喷射加工和喷砂加工进行坯料的切割时，切割成赋予了比精加工所需的精加工余量大的精加工余量的形状。

利用磨削进行外周加工的外周加工装置以往以与一般的加工中心相同的方式进行加工，所述加工中心设有沿垂直于工具的两个方向（x-y方向）进给的进给台，并根据加工的外周形状使工具在二维平面上移动。对此，本申请的申请人提出如下方式的外周加工装置：对工作台绕铅直轴的旋转角θ与工具在半径r方向上接近和远离工作台中心的移动相关联地控制，由此进行任意形状的外周加工（以下，称为“极坐标方式”）（专利文献2、3）。极坐标方式的外周加工装置与以往的加工中心型的外周加工装置相比，具有能够大幅减少装置的设置面积的特征。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2013-35089号公报

专利文献2：日本特开2010-188443号公报

专利文献3：日本特开2011-116118号公报

若增大精加工余量，则工件在外周加工装置中的加工时间当然增加。并且，若精加工余量大，则工具磨损也变大。因此，精加工余量越小越能够减少加工时间和加工成本。

并且，由于对完成外周加工的工件进行有无不合格品的检查，所以即使向外周加工装置中送入了具有精加工中无法去除的缺口或波纹的不良坯料，在精加工前也无法发现它们。因此，不良坯料在进行精加工后作为不合格品被排除，也白白对不良坯料进行了精加工。

发明内容

本发明是为了解决这样的问题而完成的，其课题是提供一种工件的外周加工装置，其对外周具有缺口或波纹的坯料也能够进行最优的外周加工，当坯料具有无法去除的缺口或波纹时，能够在精加工前排除该坯料，而且能够减小外周加工中的工件的切削余量来实现加工时间的缩短和工具磨损的减轻，而且也能够进行坯料的质量检查。

本申请的第1方面的发明的工件的外周加工装置具备：工作台12，其将板状的工件保持成水平并绕铅直轴线旋转；工具3，其对所述工件的外周进行加工；横向进给马达23，其基于控制器4的指令值控制所述工具的位置；照相机5，其拍摄工件的外周部的图像；图像取得单元43；偏差检测单元44；修正值运算单元45；和修正指令单元46，在加工前工件被送入到所述工作台上时，图像取得单元43一边使所述照相机沿着在该工作台上以标准的位置和相位设置的加工完成工件的外周c移动，一边利用该照相机拍摄所述加工前工件的外周，偏差检测单元44针对照相机5所取得的各图像51，检测出工件外周的位置与预先设定在控制器4中的加工完成工件的外周的位置之间的偏差Δr，修正值运算单元45根据所述偏差检测单元检测出的偏差Δr运算出从被送入的工件加工成制品所需的主轴旋转角θ的修正值和工具进给量r的修正值，修正指令单元46基于运算出的修正值对施加给所述进给马达的指令值进行修正。

本申请的第2方面的发明的工件的外周加工装置的特征在于，所述第1方面的发明的工件的外周加工装置中的偏差检测单元44将照相机5所取得的图像51的大致平行的两条检测线m、n中的位于工件内侧的检测线n作为工件的外周来检测所述偏差。

另外，本申请的第3方面的发明的工件的外周加工装置的特征在于，所述第1或第2方面的发明的工件的外周加工装置中的修正值运算单元45根据偏差检测单元44检测出的坯料外周的偏差Δr，以使外周加工装置的切削余量在工件整周变得均匀的方式运算修正值。

本申请的第4方面的发明的工件的外周加工装置的特征在于，所述第1或第2方面的发明的工件的外周加工装置中的修正值运算单元45以使工件的一部分的外周区域的切削余量成为通过所述工具3的一次走刀就能够加工出来的切削余量的方式运算修正值，在对除了该一部分的外周区域以外的外周区域预先进行加工之后，通过一次走刀对整周进行加工。

另外，本申请的第5方面的发明的工件的外周加工装置的特征在于，所述第1或第2方面的发明的工件的外周加工装置中，在检测出坯料外周的缺陷时，修正值运算单元45以能够切削掉该缺陷来加工出制品的方式运算修正值。

本发明的工件的外周加工装置构成为，使所述照相机5连续或间歇地拍摄工件w的整周或所确定的多个外周区域（例如，对于矩形工件为角部和四边的中央部，对于椭圆工件为长径两端和短径两端的外周区域），根据取得的图像51检测出整周或多个外周区域中的坯料外周的偏差（位置偏移）Δr，根据检测出的整周或多个外周区域的偏差，针对各坯料w运算出用于进行为了从该坯料加工成制品的最优的加工动作的修正值，基于该运算结果修正工具3的进给指令。

照相机5的图像原点o是被设置于工作台12上的标准位置处的正确形状的制品W在该图像上的制品外周的位置。通过使用具备远心镜头的高析像度的照相机，能够根据照相机的图像51将工件外周的内缘f和外缘e作为不同的检测线检测出。

修正值运算单元45根据偏差检测单元44所检测出的坯料外周的偏差，以使外周加工装置的切削余量在工件整周变得均匀的方式运算出修正值。当变为均匀的切削余量比工具一次走刀的切削余量（工具通过一次能够切削的切削余量）大时，也能够以使工件的一部分的外周区域的切削余量成为通过一次走刀就能够加工出来的切削余量的方式运算出修正值。在该情况下，在对以一次走刀无法加工出的外周区域预先进行加工后，最后以一次走刀对整周进行加工。当在坯料外周检测出缺口或波纹等缺陷时，以能够切削掉该缺陷来加工出制品的方式运算出修正值。当即使修正也无法切削掉缺口或波纹时，废弃坯料而不进行加工。

（发明效果）

根据本发明，能够以在被送入到工作台上的坯料的外周整体使切削余量均匀这样的最优的修正和工具路径进行精加工。并且，能够以比前工序加工的切割时小的精加工余量切割坯料，因此能够缩短外周加工装置中的加工时间，也能够延长工具寿命。

另外，通过检测出坯料的内缘f，能够防止由于坯料的切割面的倾斜所引起的精加工余量的检测误差，即使在坯料的外周存在缺口或波纹、毛刺等，也能够进行用于将它们切削掉而获得制品的修正，因此能够将现有装置中成为不合格品的坯料加工成制品。

而且，根据检测出的坯料的内缘与外缘的间隔或缺口等也能够进行坯料的质量检查（前工序中的加工质量的检查），当由于检测出的内缘与外缘的间隔超过阈值或者无法运算出切削掉缺口等的修正值等原因而无法获得制品时，能够在加工前排除这样的不良坯料，能够避免白白加工出不合格品。

附图说明

图1是实施例装置的示意的侧视图。

图2是示出极坐标方式的加工的说明图。

图3是示出图1的装置的主要设备的位置关系的俯视图。

图4是示出照相机所取得的图像与工作台中心及工件中心的位置关系的图。图5是夸张地示出坯料的切割面的倾斜的剖视图。

图6是示出照相机检测出的工件外周的偏差Δr的分布例的图表。

图7是示出使切削余量均匀的修正后的切削余量g的分布例的图表。

图8是在外周存在缺陷的工件的与图7相同的图。

标号说明

3：工具；

5：照相机；

12：工作台；

43：图像取得单元；

44：偏差检测单元；

45：修正值运算单元；

46：修正指令单元；

51：图像；

d：间隔；

e：外缘；

f：内缘；

m：检测线；

n：检测线；

o：图像原点；

W：制品；

w：坯料（加工前的工件）；

Δr：坯料的外周的偏差（偏移）。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的外周加工装置的实施方式进行说明。图1是以极坐标方式进行加工的外周加工装置的示意的侧视图。

图中，主轴1是铅直方向的中空轴，借助轴承11旋转自如地轴支承于未图示的框架。在主轴1的上端固定有工作台12，工件在被固定于该工作台的水平的上表面13的状态下进行测量和加工。通过主轴1的中空孔而向工作台12供给负压，送入到工作台的上表面13的工件以下表面被真空吸附的方式固定于工作台12。在主轴1的下端连结有主轴马达（伺服马达）15。主轴马达15经由伺服放大器41与控制器4连接，根据控制器4的指令来控制主轴1的旋转角。

在主轴1的上方设有横向进给台21。横向进给台21由设于所述框架的水平方向的横向引导件引导成能够自由移动，并与由横向进给马达（伺服马达）23驱动而旋转的横向进给丝杠24螺合。横向进给马达23经由伺服放大器42与控制器4连接，横向进给台21的移动位置由控制器4控制。

在横向进给台21上设有纵向进给台25。纵向进给台25以能够自由移动的方式安装于铅直方向即与主轴1平行的方向的纵向引导件（未图示），该纵向引导件固定于横向进给台21，并且纵向进给台25与由纵向进给马达26驱动而旋转的纵向进给丝杠27螺合。并且，在横向进给台21上安装有照相机5，该照相机5取得送入到工作台12上的加工前的工件（坯料）w的外周部的图像。

在纵向进给台25上，利用铅直方向的轴承32以与主轴1平行的方式轴支承有工具轴31。在该工具轴的下端安装有工具（一般为砂轮）3。工具轴31的上端经由同步带33与工具驱动马达34连结。

主轴1的轴心P、工具3的轴心Q以及照相机5的光轴a位于与横向进给台21的移动方向平行且包含主轴的轴心P的同一平面S上。图2是示意地示出利用极坐标方式进行的工件w的外周加工的图，通过利用图1所示的控制器4对横向进给台21的移动量r与主轴1的旋转角θ相关联地进行控制，进行期望的平面形状的外周加工。另外，虽然未图示，但在对工件进行贯通孔或内径加工的装置中，在纵向进给台25设上有能够相对于工具3进行相对升降的小径的砂轮，以进行贯通孔或内径的加工（专利文献3）。

照相机5是具备取得的图像所要求的析像度的照相机，优选的是使用具备远心镜头的照相机。照相机5的光轴a与主轴1的轴心P平行。因此照相机5取得被加工的工件（坯料）的从垂直于表面的方向观察到的外周部的图像。

利用照相机5取得的图像的信息被发送至控制器4。控制器4具备图像取得单元43、偏差检测单元44、修正值运算单元45和修正指令单元46。图像取得单元43一边使照相机5的图像原点o沿着在工作台12上以正确姿势（位置及方向）设置的正确形状的制品（以下，称为“标准制品”）的外周c移动，一边将连续或间断地拍摄到的图像发送至偏差检测单元44。当检测坯料外周的缺口或波纹时，取得图像的间隔必须是比检测的缺口的尺寸或波纹的周期短的间隔。

偏差检测单元44针对从图像检测单元43发送来的各图像51检测出与工件的外周的内缘f对应的内侧的检测线n（参照图4），并检测出在r轴上距离图像原点o的偏差Δr。修正值运算单元45根据在工件整周或多个外周区域取得的偏差Δr或者它们的平均（平滑）值ΔR，运算用于修正在工作台12上放置的坯料w的送入误差和坯料的形状误差（切削余量的分布或缺口等所引起的坯料的形状误差）的修正值。修正指令单元46利用由修正值运算单元45求出的角度的修正值Δθ修正工作台旋转的原点相位，基于位置的修正值修正施加给横向进给马达23的指令值。

修正值运算单元45以使坯料外周的切削余量均匀、进而切削余量的分布成为适合缩短加工时间的分布的方式，运算出修正值。并且，在认定出在工件的外周（内缘）具有缺口或波纹等缺陷时，修正值运算单元45运算出用于能够去除这些缺陷来进行制品的加工的修正值。

控制器4可以具备坯料质量检查单元。坯料质量检查单元针对每批被加工的坯料统计性地运算对坯料所设的精加工量的大小和分布、以及整批中它们的偏差，从而判定每批坯料的质量。在进行该判定时，偏差检测单元44检测图像的内侧和外侧的检测线n、m的间隔。

由外周加工装置加工的工件的制品形状（标准制品的形状）被登记到控制器中，能够用控制器4运算出标准制品距离主轴的原点相位的角度θ与该角度下的从工件中心U至外周的半径Ro及该外周上的距离法线的r方向的角度φ之间的关系。另一方面，例如在工件是在便携终端的显示器中使用的玻璃基板的情况下等，坯料（加工前的工件）通常利用水流喷射加工或喷砂加工等前工序加工被切割成对制品形状加上规定的精加工余量g的形状。但是，坯料w的形状具有由在前工序加工中允许的切割尺寸的偏差所引起的形状误差。甚至存在在前工序加工时产生的缺口（屑）或波纹（蜿蜒部）。这些成为外周加工装置的切削余量的偏差或误差。并且，坯料的切割面t如图5所示地倾斜，切割面t与玻璃表面之间的棱线即内缘f比外缘e靠内侧，制品的外周必须位于该内缘f的内侧。

接下来，对如上所述构成的外周加工装置中的工件的加工动作进行说明。坯料由未图示的送入装置送入到工作台12上并借助负压被固定住。在使坯料的原点相位一致的状态且使坯料的中心U与主轴轴线一致的状态下，坯料w被送入到相位（绕主轴轴线的角度）处于原点相位的工作台12上，但被送入并固定到工作台12上的坯料存在送入时产生的定位误差。

控制器4以照相机5的图像51的原点o位于标准制品W的外周c与r方向（进给台21的通过工作台中心P的进给方向）之间的交点的位置的方式确定横向进给台21的位置，并从该状态起使主轴1旋转一周（图3）。控制器4在该旋转一周过程中以使照相机的图像原点o追踪标准制品的外周c的方式使横向进给台21移动。在该旋转过程中，图像取得单元43连续或间歇地取得照相机的图像51，并发送至控制器4的偏差检测单元44。另外，图像原点o也可以设定于照相机的光轴中心a，但由于在坯料设有精加工余量的关系，拍摄的工件的检测线n在大部分情况下处于比光轴靠外侧（工件相反侧，以下称为“正侧”），因此将原点o设定在比光轴靠负侧是合理的。

控制器的偏差检测单元44针对发送来的各图像，检测出示出工件外周的大致平行的两条检测线m、n中的内侧的检测线n，检测出该检测线n与r轴之间的交点距图像原点o的距离Δr，并和拍摄图像时的主轴的旋转角θ一起存储。当坯料在工作台12上的角度或位置的偏移大时，Δr局部为负。

检测出的Δr的值存在由于坯料周围的缺口或波纹所引起的细小的偏差，因此为了获得将它们平均的θ和Δr之间的关系，将以各角度θ为中心的预先确定的周长或角度范围内的Δr的平均值作为ΔR，并求出其与θ的关系。

被加工的制品的形状不限于矩形，通常是圆角矩形、桶形、椭圆、卵形等左右对称的形状。修正值运算单元45根据各角度θ的ΔR运算出坯料在工作台上的送入误差（角度误差和位置误差）。例如，对角度θ的ΔR加上该角度的标准制品的半径Ro（该角度的从工作台中心P至图像原点o的距离）来运算出θ与R（R=Ro+ΔR）的关系。若制品形状是矩形等具有直线部的形状，则根据θ－R图表中的与该直线部对应的线的倾斜（若是矩形则是四条线的倾斜的平均值），能够求出坯料相对于工作台原点相位的倾斜（角度的修正值）Δθ。在卵形等情况下，能够根据θ－R图表中的特殊点（例如示出R为最大值或最小值的点）的角度与标准制品的对应于该特殊点的点的角度之间的角度差求出Δθ。

当求出Δθ时，根据用该Δθ修正后的主轴角度θ=0度和180度时的ΔR的差以及θ=90度和270度时的ΔR的差，能够运算出对坯料中心U距离工作台中心P的θ进行修正后的X方向及Y方向的偏差ΔX、ΔY。另外，X、Y方向是工件上的方向，工件位于原点相位时的X方向是r方向。

用修正值ΔX、ΔY修正各角度θ的测量值Δr，通过在该修正值上乘以cosφ，能够求出θ与切削余量g的关系，如果坯料形状正常，则例如图7所示，g在θ的整个区域分布于大致均匀的值。

关于该g，如图8所示，若在某个角度ψ具有g为负的部分，则判断它是由局部的缺口或波纹引起的。因此，利用该角度ψ的值运算出切削余量g为正的值所需的X及Y方向的移动量，再次运算坯料中心U的修正值ΔX、ΔY（例如，若是矩形工件则向与ψ所属的边垂直的方向移动负量。若是椭圆工件则向角度ψ的φ方向移动负量。）。然后，若用新的修正值修正后的切削余量g在工件整周出现在正侧，则以该修正后的工件中心为基准进行加工就能够加工出没有缺陷的制品。另一方面，如果在再次修正后还具有g为负的部分，则无法由该坯料加工出制品，因此废弃该坯料而不进行加工，送入下一个坯料。

这样求出主轴角度的修正值Δθ和位置的修正值ΔX、ΔY，因此在修正指令单元46中设定这些修正值来开始工件的加工。修正指令单元46首先利用主轴角度的修正值Δθ对主轴原点进行修正，运算出与修正后的主轴的旋转角对应地变化的工具进给量的修正值来修正横向进给台21的进给指令，由此以伴随着工作台12的旋转而描绘出的微小的圆轨迹的工件中心（根据外周求出的工件中心）为基准来磨削工件的外周。

如上述所理解的，本发明的外周加工装置的加工动作的修正值，能够使用示出了根据工件的加工形状所估计的特殊点或极值的角度下的工件外周的检测值计进行运算。因此，如果是已知没有缺口等缺陷的坯料或只在特定的部位出现缺陷的坯料，则未必需要用照相机取得坯料整周的图像，可以只在所需的多个外周区域取得图像来进行加工动作的修正。

在坯料的外周的一部分具有缺口或波纹等缺陷的情况下，在能够避开该缺陷来加工制品时，以该缺陷所在的部分为中心增大工件的切削余量。当通过一次走刀（工具通过）无法切削掉该增大了的切削余量时，需要多次走刀，但在工件的相反侧切削余量小，因此不需要多次走刀。因此，仅预先切屑掉必须进行多次走刀的区域，并通过一次整周走刀进行最后的精加工，由此能够缩短加工时间。

即使在没有缺口等缺陷的情况下，在遍及工件整周的切削余量大时，进行适当地错开工件中心的修正从而特意使切削余量不均匀，利用多次走刀对切削余量增大的部分进行加工，最后利用一次走刀对整周进行加工，由此也能够减少整体的加工时间。并且，在没有缺陷的情况下，能够进行使工件外周的切削余量大致均匀的加工，因此通过以适当的精加工余量对坯料进行切割，能够以一次走刀对工件进行整周加工。

修正值运算单元45的运算结果示出了坯料的精加工余量的大小及其偏差。另外，如果在一部分具有g为负的部分，则这是指存在影响精加工的缺口或波纹。因此，通过了解了各个坯料的质量并汇总其数据，能够检查每批坯料的质量，因此能够发现前工序加工中的问题或实现加工质量的改善。

Claims (5)

1.一种工件的外周加工装置，其具备：工作台，其将板状的工件保持成水平并绕铅直轴线旋转；工具，其对所述工件的外周进行加工；横向进给马达，其基于控制器的指令值控制所述工具的位置；照相机，其拍摄工件的外周部的图像；图像取得单元；偏差检测单元；修正值运算单元；和修正指令单元，

在加工前工件被送入到所述工作台上时，图像取得单元一边使所述照相机沿着在该工作台上以标准的位置和相位设置的加工完成工件的外周移动，一边利用该照相机拍摄所述加工前工件的外周，

偏差检测单元针对照相机所取得的各图像，检测工件外周的位置与预先设定在控制器中的加工完成工件的外周的位置之间的偏差，

修正值运算单元根据所述偏差检测单元检测出的偏差，运算从被送入的工件加工出制品所需的主轴旋转角的修正值和工具进给量的修正值，

修正指令单元基于运算出的修正值对施加给所述进给马达的指令值进行修正。

2.根据权利要求1所述的工件的外周加工装置，

偏差检测单元将照相机所取得的图像的大致平行的两条检测线中的位于工件内侧的检测线作为工件的外周来检测所述偏差。

3.根据权利要求1或2所述的工件的外周加工装置，

修正值运算单元根据偏差检测单元检测出的坯料外周的偏差，以使外周加工装置的切削余量在工件整周变得均匀的方式运算修正值。

4.根据权利要求1或2所述的工件的外周加工装置，

修正值运算单元以使工件的一部分的外周区域的切削余量成为通过所述工具的一次走刀就能够加工出来的切削余量的方式运算修正值，

在对除了该一部分的外周区域以外的外周区域预先进行加工之后，通过一次走刀对整周进行加工。

5.根据权利要求1或2所述的工件的外周加工装置，

在检测出坯料外周的缺陷时，修正值运算单元以能够切削掉该缺陷来加工出制品的方式运算修正值。