JP2001022422A - 仕上げ加工方法および仕上げ加工装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 加工と計測との繰返し回数を減らして、加工
効率を向上できる仕上げ加工方法を提供する。 【解決手段】 ステップｓ１で被加工物の形状を計測
し、ステップｓ２で計測形状と目標形状とを比較して被
加工物の必要除去量を算出し、ステップｓ３で必要除去
量から加工工具の動作を指定するための加工パラメータ
を算出し、ステップｓ４で加工工具を被加工物の表面に
沿って送り被加工物の表面を削り取る加工を行う。ステ
ップｓ５、ｓ６で２回目の形状計測および目標除去量の
算出を行い、ステップｓ７で再計測による目標除去量が
閾値よりも大きい場合、ステップｓ８で目標除去量に補
正を加える。これによって、前回の加工結果に基づいて
次回の加工動作を修正することができるため、前回発生
した加工誤差を次回加工で繰返すことがなくなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、切削加工、研削加
工、研磨加工などの被加工物の表面を除去する仕上げ加
工方法および仕上げ加工装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】切削、研削、研磨などの表面加工技術と
して、被加工物の加工と形状計測とを繰返すことで被加
工物を目標形状に精度よく仕上げる方法が、一般に知ら
れている。形状計測データに基づく具体的な加工方法
は、以下の先行技術に開示されている。

【０００３】特開昭６２−６７６０９「研削用ロボット
の制御方法」では、ワークの表面上に等間隔に配列する
計測点群の位置座標をそれぞれ計測し、各計測点とこれ
に対応する最終形状の点との距離を研削代（しろ）とし
て求める。さらに、研削代の大きさによって計測点群を
複数の領域に分類し、研削代の大きい領域から順に自動
研削を行う。

【０００４】特開昭６３−２３７８４０は、ＮＣ（Nume
rical Control）工作機械を制御する「面加工制御装
置」を開示している。この制御装置は、ワークをマトリ
クス状の加工ブロックに分け、各加工ブロックの高さを
計測する。計測された高さを、加工ブロックごとにメモ
リに格納し、ＣＲＴ（Cathord Ray Tube）ディスプレイ
に１回目、２回目、３回目の切削加工で加工される位置
座標をそれぞれ表示する。また、切削を行わない非加工
ブロックでは、加工工具を早送りさせる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、加工と
計測とを繰返す方法では、第１回の計測形状と第２回の
計測形状との間に誤差が発生した場合、その誤差は、第
３回以降にも継続的に発生し、目標形状への到達までに
加工と計測とを何度も繰返さなければならない。

【０００６】また、先行技術では、研削区間あるいは加
工ブロックを一定の送り速度で加工工具を送るため、加
工工具にかかる負荷を考慮して、一回の加工工具送りで
除去するワークの除去量を比較的少なく設定しなければ
ならない。このため、非加工ブロックの占める割合が多
くなり、加工工具の空走（エアカット）距離が増大する
ため、加工効率を低下させてしまう。

【０００７】また、先行技術は、いずれも自動加工を前
提としており、作業者が手動で加工を行うシステムには
適用できない。

【０００８】また、形状計測のためにはレーザ光をスキ
ャンさせる方法があるが、レーザ光を使用する場合、仕
上げ加工が進むにつれて被加工物の表面が鏡面に近い状
態になる。鏡面は、レーザ光をある特定の方向にだけ反
射するため、反射方向によっては受光が不可能となり、
計測も不可能となる場合がある。

【０００９】本発明の目的は、加工と計測との繰返し回
数を減らし、または加工工具の空走距離を減らして、加
工効率を向上できる仕上げ加工方法を提供することであ
る。

【００１０】また本発明の目的は、作業者が手動で仕上
げ加工を行う場合に、作業者による操作性を向上できる
仕上げ加工装置を提供することである。

【００１１】また本発明の目的は、レーザ光を使用して
形状計測を行う場合に、被加工物の表面が鏡面状態にな
るのを防止することで、加工精度を向上できる仕上げ加
工装置を提供することである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、被加工物の形
状を計測する工程と、計測形状と目標形状との比較によ
り必要除去量を算出する工程と、必要除去量に応じて、
加工工具の動作を指示するための加工情報を算出する工
程と、加工情報に基づき被加工物の表面を除去する仕上
げ加工を行う工程とを含み、前記各工程を必要除去量が
所定量以下となるまで繰返す仕上げ加工方法であって、
前記必要除去量を算出する工程では、算出した必要除去
量を、その必要除去量と前回算出の必要除去量との比率
に応じて補正することを特徴とする仕上げ加工方法であ
る。

【００１３】本発明に従えば、必要除去量を算出する工
程では、まず計測形状と目標形状との比較により加工時
の必要除去量を算出し、さらに必要除去量と前回算出の
必要除去量との比率に応じて必要除去量を補正する。こ
れによって、前回の加工結果に基づいて今回の加工動作
を修正することができるため、前回発生した加工誤差を
今回加工で繰返して発生することがなくなる。よって、
少ない加工回数で早く目標形状に到達できるため、加工
効率を向上することができる。また、必要除去量の補正
によって、加工装置の剛性や精度不足などに起因する誤
差も解消することができる。

【００１４】また本発明は、被加工物の形状を計測する
工程と、計測形状と目標形状との比較結果に応じて必要
除去量を算出する工程と、必要除去量に応じて、加工工
具の動作を指示するための加工情報を算出する工程と、
加工情報に基づき被加工物の表面を除去する仕上げ加工
を行う工程とを含む仕上げ加工方法であって、前記加工
情報を算出する工程では、算出した必要除去量に応じて
変化する加工工具の送り速度を算出することを特徴とす
る仕上げ加工方法である。

【００１５】本発明に従えば、必要除去量に応じて加工
工具の送り速度を変化させるため、局部的に必要除去量
が大きくても、その部分だけ加工工具の送り速度を小さ
くすることで、加工工具への負荷を減らすことができ、
より大きな必要除去量を一度の加工工具送りによって除
去することができる。また、一般に加工工具１回送りあ
たりの除去量が大きいほど、加工工具の空走距離が小さ
くなるので、上記のように加工工具への負荷を減らすこ
とで、加工工具の空走距離を減らすことができ、加工効
率を向上することができる。

【００１６】また本発明は、前記加工情報を算出する工
程では、必要除去量に応じて、加工工具の１回送りによ
る除去量、および加工工具の送り回数を変化させること
を特徴とする。

【００１７】本発明に従えば、たとえば、必要除去量が
大きい場合には、加工工具の１回送りによる除去量を減
らして、加工工具の送り回数を増やすことによって、加
工工具への負荷をさらに減らすことができる。逆に、必
要除去量が小さい場合には、加工工具の１回送りによる
除去量を増やして、加工工具の送り回数を減らすことに
よって、加工工具の空走を減らすことができ、加工効率
を向上できる。

【００１８】また本発明は、被加工物の形状を計測する
計測手段と、計測形状と目標形状との比較結果に応じて
必要除去量を算出する除去量算出手段と、必要除去量に
応じて、加工工具の動作を指示するための加工情報を算
出する加工情報算出手段と、加工情報に基づき被加工物
の表面を除去する仕上げ加工を行う加工手段と、必要除
去量の大きさに応じて段階的に区分された区分領域を色
分け表示し、必要除去量と実除去量との差を表示する表
示手段とを備えたことを特徴とする仕上げ加工装置であ
る。

【００１９】本発明に従えば、被加工物に関する情報を
表示した表示画面を見ながら加工作業を進めることがで
き、作業者の操作性を向上することができる。すなわ
ち、加工装置が自動的に加工を行う場合、作業者は、こ
れらの情報を確認しながら、加工装置に適切な指示を与
えることなどができる。また、作業者が手動で加工作業
を行う場合でも、情報を確認しながら加工作業を実行す
ることができる。

【００２０】また本発明は、被加工物の形状を計測する
計測手段と、計測形状と目標形状との比較結果に応じて
必要除去量を算出する除去量算出手段と、必要除去量に
応じて、加工工具の動作を指示するための加工情報を算
出する加工情報算出手段と、加工情報に基づき被加工物
の表面を除去する仕上げ加工を行う加工手段と、必要除
去量の大きさに応じて段階的に区分された区分領域を、
被加工物の表面にマーキングするマーキング手段とを備
えたことを特徴とする仕上げ加工装置である。

【００２１】本発明に従えば、作業者は、被加工物を見
るだけで加工箇所および除去量を把握することができ、
しかも、被加工物表面を除去することによってマークも
除去されるため、加工の完了箇所と加工の未完了箇所と
を明確に識別することができる。よって、作業者の操作
性をさらに向上することができる。

【００２２】また本発明は、被加工物の形状を計測する
計測手段と、計測形状と目標形状との比較結果に応じて
必要除去量を算出する除去量算出手段と、必要除去量に
応じて、加工工具の動作を指示するための加工情報を算
出する加工情報算出手段と、加工情報に基づき被加工物
の表面を除去する仕上げ加工を行う加工手段と、被加工
物の表面に光散乱層を一様に形成する光散乱層形成手段
とを備えたことを特徴とする仕上げ加工装置である。

【００２３】本発明に従えば、被加工物の表面に一様な
光散乱層を形成するため、被加工物の表面からの光を確
実に受光することができる。よって、被加工物の形状計
測精度を向上でき、被加工物の加工精度を向上できる。

【００２４】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の一実施形態であ
る仕上げ加工用の加工装置１０を示す図である。加工装
置１０は、グラインダなどの被加工物Ｍを加工するため
の加工工具１１、加工工具１１を支持するアーム１２、
加工工具１１およびアーム１２に動作の指示を伝達する
Ｉ／Ｆ（インタフェース）１３、被加工物Ｍの形状を計
測する計測装置１４、加工結果や計測結果を表示する表
示装置１５、各種演算を行う演算装置１６、被加工物Ｍ
を支持するポジショナ１７などで構成される。

【００２５】計測装置１４は、スリット光源１４ａから
のレーザ光を被加工物Ｍの表面に照射し、戻り光をカメ
ラ１４ｂで受光することによって、被加工物Ｍの表面上
の各点の位置座標を計測する。これによって、被加工物
Ｍに沿って一点ずつ計測する必要がなく、一度に形状を
得ることができるため、計測時間を短縮できる。

【００２６】図１に示される計測装置１４は、非接触式
であるが、接触式の計測装置でもよい。また、計測装置
１４は光学式であるが、渦電流方式または超音波方式で
もよい。このような計測装置によって、被加工物Ｍの形
状を計測することができる。被加工物Ｍを指定の厚みに
仕上げたいときは、被加工物Ｍを回転させながら形状計
測を行う、あるいは被加工物Ｍの表裏両側から同時にセ
ンシングするなどして被加工物Ｍの全体形状を得ること
ができる。

【００２７】演算装置１６は、計測形状と目標形状とを
比較し、被加工物Ｍに位置決め誤差がある場合には、回
転移動、平行移動などの適当な座標変換を行うことによ
り、必要除去量を算出する。目標形状は、ＣＡＤ（Comp
uter Aided Design）データから、あるいは事前に製品
形状を計測しておくことにより得られる。必要除去量
は、被加工物Ｍの表面上の各点について算出される。被
加工物Ｍの表面は、必要除去量に応じて複数の領域（以
下、等高領域と称する）に区分される。等高領域に含ま
れる各点の必要除去量は、一定の数値範囲に含まれる。

【００２８】図２は、加工装置１による仕上げ加工の処
理流れを示すフローチャートである。ステップｓ０にお
いて、仕上げ加工処理を開始すると、ステップｓ１にお
いて、被加工物Ｍの形状を計測する（１回目）。次にス
テップｓ２において、計測形状と目標形状とを比較して
被加工物Ｍの必要除去量を算出する。次にステップｓ３
において、必要除去量から加工工具１１やアーム１２の
動作を指定するための加工パラメータを算出する。次に
ステップｓ４において、加工工具１１を被加工物Ｍの表
面に沿って送り、被加工物Ｍの表面を削り取る加工を行
う。

【００２９】次にステップｓ５、ｓ６において、２回目
の形状計測および目標除去量を算出し、ステップｓ７に
おいて、目標除去量を閾値と比較する加工結果判定を行
う。すなわち、再計測による目標除去量が所定の閾値以
下であれば、仕上げが完了したものとみなし、ステップ
ｓ９において、仕上げ加工処理を終了する。一方、再計
測による目標除去量が閾値よりも大きい場合、ステップ
ｓ８において、目標除去量に補正を加え、補正された除
去量に基づいて加工パラメータを算出し、再び加工パラ
メータに従って加工工具１１を送って加工を行う。

【００３０】ステップｓ４〜ｓ８の加工と計測とは、目
標除去量が閾値以下になるまで繰返される。１回目の加
工終了後には、加工装置１０の剛性、特に産業用ロボッ
トなどを用いた場合の剛性、加工装置１０の位置制御精
度、加工工具１１の摩耗などの要因によって、１回目の
目標除去量と実際の除去量との間に差が発生するが、ス
テップｓ８の処理によって目標除去量が補正されるた
め、これらの誤差を解消して、実除去量を目標除去量に
近づけることができる。

【００３１】図３は、図２のステップｓ８による補正を
詳しく示す図であり、被加工物Ｍの断面を模式的に示し
ている。必要除去量がゼロのラインは、目標形状を示し
ている。領域Ｄ１は、１回目の計測後に算出された目標
形状から計測形状までの間の領域であり、領域Ｄ２は、
２回目の計測後に算出された目標形状から計測形状まで
の間の領域である。図３の点Ｐにおける２回目の目標除
去量ａ２の補正は、１回目の必要除去量ａ１を考慮して
算出する。具体的には、点Ｐにおける１回目の目標除去
量ａ１と、２回目の目標除去量ａ２との比率を求め、目
標除去量ａ２を、たとえば次の数式（１）で表わされる
等比級数の和に補正すればよい。

【００３２】

【数１】

【００３３】なお、目標除去量を補正する代わりに、加
工工具１１の１回送りあたりの除去量、送り回数、また
は送り速度などの加工情報を補正してもよい。

【００３４】図４は、目標除去量と加工工具１１の送り
速度との関係を例示する図である。図４には、加工工具
１１を３回送る比較例と、加工工具１１を１回送るだけ
の本発明の実施形態とを示す。比較例では、加工情報と
して加工工具１１の送り回数だけを与えるのに対して、
本発明の実施形態では、加工情報として加工工具１１の
送り速度も与える。たとえば、比較例では加工工具１１
を一定の速度Ｖ０で３回送るのに対して、本発明では、
１回の除去量を３倍にし、区間Ａでの速度ＶａをＶ０／
３に、区間Ｂでの速度ＶｂをＶ０／２に、区間Ｃでの速
度ＶｃをＶ０にする。

【００３５】ただし、区間Ａの除去量は、比較例の１回
送りあたりの最大除去量の２倍以上で３倍未満であり、
区間Ｂの除去量は、比較例の１回送りあたりの最大除去
量以上でその２倍未満であり、区間Ｃの除去量は、比較
例の１回あたりの最大除去量未満である。

【００３６】本発明では、３回送る比較例に比べて、加
工速度は下げているが加工工具１１の空走距離を減らす
ことができ、トータルの加工時間を短縮できる。また、
加工工具１１への負荷は、加工工具１１の１回送りの除
去量および送り速度に関係するため、除去量に応じて送
り速度を可変にすることで、加工工具１１への過剰な負
荷を解消できる。また、計測データを利用して予め加工
工具１１の送り速度を計画できるので、力を検出するた
めの特別なセンサが不要であり、かつフィードバック制
御を行わないので、速度の安定性がよい。また、加工工
具１１の１回送りでは必要量の除去ができない場合、加
工工具１１の送り回数を複数にして、最初は加工工具１
１の送り回数の多い領域の加工を行い、その後、送り速
度を可変にする方法を組合わせても加工時間の短縮を図
ることができる。

【００３７】図５は、表示装置１５の表示例を示す図で
ある。表示装置１５の表示画面には、被加工物Ｍの平面
図２１、２２、断面図２３、２４、模式図２５、２６が
表示される。平面図２１、２２は、表側、裏側からそれ
ぞれ見た平面図であり、各等高領域を色分け表示する。
断面図２３は、被加工物Ｍを所定断面から見た断面図で
あり、断面図２４は、被加工物Ｍを別の断面から見た断
面図であり、それぞれ目標形状および計測形状を色分け
表示する。模式図２５、２６は、前回の目標除去量と加
工残量とを色分け表示する。

【００３８】このように、等高領域毎に色分けし、また
これと合わせて、被加工物Ｍの各断面毎に前回の目標除
去量と実除去量との差を色分けして画面に表示すること
によって、作業者に対して、被加工物Ｍの除去量の場所
による大小と作業の経過とを視覚的に提示するので、加
工工具１回送りあたりの除去量や加工工具１１の送り速
度を正確に制御することができる。

【００３９】図６は、マーキング装置３１を備えた仕上
げ加工装置の構成例を示すブロック図である。図６の構
成では、図１の加工工具１１の代わりに作業者が手動で
加工を行う。マーキング装置３１は、ノズルから塗料を
吐出するなどして被加工物Ｍの表面に等高領域を直接描
く。等高領域データは、演算装置によって生成され、マ
ーキング装置３１に送られる。マーキング装置３１は、
受取った等高領域データに従って、被加工物Ｍの表面に
マーキングする。その他の構成は、図１と同一であるの
で、説明を省略する。このような構成によって、作業者
は、被加工物Ｍ表面のマークに従って、より正確に仕上
げ加工作業を行うことができる。

【００４０】図７は、散乱層形成装置４１を備えた仕上
げ加工装置の構成例を示すブロック図である。計測装置
１４は、レーザ光を放射するものに限る。散乱層形成装
置４１は、計測装置１４によって被加工物Ｍの形状を計
測する前に、被加工物Ｍの表面にパウダー状の物質を一
様に塗布して散乱層を形成する。その他の構成は、図１
と同一であるので、説明を省略する。このような構成に
よれば、鏡面を散乱層で覆い、被加工物Ｍ表面に照射さ
れる光は、散乱して確実にカメラに到達するため、形状
計測を確実に行うことができる。

【００４１】なお、散乱層を形成することによって被加
工物Ｍの形状が変化するが、変化量が充分小さく所定範
囲内であれば、加工誤差も充分小さく問題ない。また、
予め散乱層の厚さを測定しておき、その分を補正して加
工することで、加工誤差を解消することができる。ま
た、図２の補正を行うことでも加工誤差を解消すること
ができる。

【００４２】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、今回算出
の必要除去量と前回算出の必要除去量との比率に応じて
今回の必要除去量を補正することによって、前回の加工
結果に基づいて今回の加工動作を修正でき、加工効率を
向上することができる。

【００４３】また、必要除去量に応じて加工工具の送り
速度を変化させることによって、加工工具の空走距離を
減らすことができ、加工効率を向上できる。

【００４４】また、表示装置に被加工物に関する情報を
表示することによって、表示画面を見ながら加工を行う
ことができ、作業者の操作性を向上することができる。

【００４５】また、被加工物に直接マーキングすること
によって、被加工物を見るだけで加工箇所および除去量
を把握することができ、作業者の操作性を向上すること
ができる。

【００４６】また、被加工物の表面に一様な光散乱層を
形成することによって、被加工物の形状計測精度を向上
でき、さらには被加工物の加工精度を向上できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態である仕上げ加工用の加工
装置１０を示す図である。

【図２】加工装置１による仕上げ加工の処理流れを示す
フローチャートである。

【図３】図２のステップｓ８による補正を詳しく示す図
である。

【図４】目標除去量と加工工具１１の送り速度との関係
を例示する図である。

【図５】表示装置１５の表示例を示す図である。

【図６】マーキング装置３１を備えた加工装置の構成例
を示すブロック図である。

【図７】散乱層形成装置４１を備えた加工装置の構成例
を示すブロック図である。

【符号の説明】

１０ 加工装置 １１ 加工工具 １２ アーム １３ Ｉ／Ｆ １４ 計測装置 １５ 表示装置 １６ 演算装置 １７ ポジショナ ２１，２２ 平面図 ２３，２４ 断面図 ２５，２６ 模式図 Ｍ 被加工物 ａ１，ａ２ 目標除去量

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 金丸 孝夫 千葉県野田市二ツ塚118番地 川崎重工業 株式会社野田工場内 (72)発明者 中野 康夫 兵庫県明石市川崎町１番１号 川崎重工業 株式会社明石工場内 (72)発明者 公門 泰博 千葉県野田市二ツ塚118番地 川崎重工業 株式会社野田工場内 Ｆターム(参考） 3C001 KA01 KB01 KB07 TA03 TA05 TA07 TB03 TD01 3C029 BB01 BB10 FF01 5H269 AB01 AB02 AB07 BB03 BB05 BB07 EE01 EE05 FF06 JJ18 QD10 QE01 QE05

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被加工物の形状を計測する工程と、 計測形状と目標形状との比較により必要除去量を算出す
   る工程と、 必要除去量に応じて、加工工具の動作を指示するための
   加工情報を算出する工程と、 加工情報に基づき被加工物の表面を除去する仕上げ加工
   を行う工程とを含み、前記各工程を必要除去量が所定量
   以下となるまで繰返す仕上げ加工方法であって、 前記必要除去量を算出する工程では、算出した必要除去
   量を、その必要除去量と前回算出の必要除去量との比率
   に応じて補正することを特徴とする仕上げ加工方法。
2. 【請求項２】 被加工物の形状を計測する工程と、 計測形状と目標形状との比較結果に応じて必要除去量を
   算出する工程と、 必要除去量に応じて、加工工具の動作を指示するための
   加工情報を算出する工程と、 加工情報に基づき被加工物の表面を除去する仕上げ加工
   を行う工程とを含む仕上げ加工方法であって、 前記加工情報を算出する工程では、算出した必要除去量
   に応じて変化する加工工具の送り速度を算出することを
   特徴とする仕上げ加工方法。
3. 【請求項３】 前記加工情報を算出する工程では、必要
   除去量に応じて、加工工具の１回送りによる除去量、お
   よび加工工具の送り回数を変化させることを特徴とする
   請求項２記載の仕上げ加工方法。
4. 【請求項４】 被加工物の形状を計測する計測手段と、 計測形状と目標形状との比較結果に応じて必要除去量を
   算出する除去量算出手段と、 必要除去量に応じて、加工工具の動作を指示するための
   加工情報を算出する加工情報算出手段と、 加工情報に基づき被加工物の表面を除去する仕上げ加工
   を行う加工手段と、 必要除去量の大きさに応じて段階的に区分された区分領
   域を色分け表示し、必要除去量と実除去量との差を表示
   する表示手段とを備えたことを特徴とする仕上げ加工装
   置。
5. 【請求項５】 被加工物の形状を計測する計測手段と、 計測形状と目標形状との比較結果に応じて必要除去量を
   算出する除去量算出手段と、 必要除去量に応じて、加工工具の動作を指示するための
   加工情報を算出する加工情報算出手段と、 加工情報に基づき被加工物の表面を除去する仕上げ加工
   を行う加工手段と、 必要除去量の大きさに応じて段階的に区分された区分領
   域を、被加工物の表面にマーキングするマーキング手段
   とを備えたことを特徴とする仕上げ加工装置。
6. 【請求項６】 被加工物の形状を計測する計測手段と、 計測形状と目標形状との比較結果に応じて必要除去量を
   算出する除去量算出手段と、 必要除去量に応じて、加工工具の動作を指示するための
   加工情報を算出する加工情報算出手段と、 加工情報に基づき被加工物の表面を除去する仕上げ加工
   を行う加工手段と、 被加工物の表面に光散乱層を一様に形成する光散乱層形
   成手段とを備えたことを特徴とする仕上げ加工装置。