JP2004050347A - 研削加工方法、及びこの方法を用いた平面研削盤またはグラインディングセンタ - Google Patents
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Abstract
【課題】ＮＣ工作機などによる連続加工を行う際、砥石や刃工具の取り付け誤差や摩耗による加工精度への影響をなくし、加工精度を向上させる研削加工方法及び装置を得るにある。
【解決手段】砥石Ｇを用いてテーブルＴ上のワークＷに等ピッチの溝加工または切断加工を行う加工装置において、テレセントリック光学系を用いたＣＣＤカメラＤ１ を前記ワークＷに対向設置して、溝加工後に加工位置及び溝幅ＳＷを検出し、これらの位置データ及び溝幅データから砥石軸方向の加工位置のずれを算出し、ワーク目標寸法に切断溝幅を加算することにより次回砥石送り量を得ることを特徴とした研削加工方法。
【選択図】 図８
【解決手段】砥石Ｇを用いてテーブルＴ上のワークＷに等ピッチの溝加工または切断加工を行う加工装置において、テレセントリック光学系を用いたＣＣＤカメラＤ１ を前記ワークＷに対向設置して、溝加工後に加工位置及び溝幅ＳＷを検出し、これらの位置データ及び溝幅データから砥石軸方向の加工位置のずれを算出し、ワーク目標寸法に切断溝幅を加算することにより次回砥石送り量を得ることを特徴とした研削加工方法。
【選択図】 図８
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は研削加工方法に関し、特に、砥石などの工具で同一形状の複数の溝、切断、穴を連続加工する際の研削加工方法及び同加工方法を応用した装置に関する。
【０００２】
【背景技術】
周知のように、ワークに対して種々の加工を行うマシニングセンタにおいては、加工開始前に工具の刃先やワーク位置を検出しておき、これらの検出データを加工データにフィードバックする。
【０００３】
また、従来のＮＣ工作機において、連続的な溝加工、切断、穴加工を行う際にあっては、工具の刃先やワーク位置を加工開始ごとに検出し、加工データの補正を行うのが一般的であるが、ワーク１個の加工を行うごとに、砥石や刃工具の回転を停止させてツールセットを行うことはマシンタイムの増大を招き、能率の低下の原因となる。
【０００４】
例えば、金属素材から精密な薄板ワークを切り出すには、ＮＣ平面研削盤により細長い金属素材を一定ピッチで連続的に切断するが、切断砥石の取り付け精度や砥石の摩耗が加工精度に大きな影響を与える。つまり、研削用砥石そのものは高速で回転しているから、切断砥石の摩耗状況や偏芯状態をリアルタイムで計測、把握することは困難であり、平面研削盤では、一般的にマシニングセンタのようなツールセット機能をもたないのが普通である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前述したような精密な薄板ワークの切り出し切断時における寸法精度誤差要因を分析すると、図１の図示から理解されるように、次の要因であることがわかる。
（１）砥石軸Ｓの長さ方向に対する砥石Ｇの位置決め誤差δ１
（２）マシンの温度変化による寸法変化δ２
（３）ワークの温度変化による寸法変化δ３
（４）砥石Ｇの摩耗量δ４
（５）砥石Ｇの取り付け誤差δ５
【０００６】
このうち（１）〜（３）の位置決め誤差δ１ 、寸法変化δ２ 、寸法変化δ３ についてはマシンの構造や切削液の温度を一定にするなどにより対応できるが、（４） の砥石Ｇの摩耗量δ４ 及び（５） の砥石Ｇの取り付け誤差δ５ については一定にすることが困難であり、加工精度の向上の妨げとなる。
【０００７】
本発明の目的は、以上に述べたようなＮＣ工作機などによる連続加工を行う際、砥石や刃工具の取り付け誤差や摩耗による加工精度への影響をなくし、加工精度を向上させる研削加工方法及び装置を得るにある。
【０００８】
また、本発明の他の目的は、前記目的を達成できる研削加工方法を利用して砥石、刃工具の取り付け状態の確認や刃工具の寿命管理、異常状態の把握を行うことができる装置を得るにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
これらの目的を達成するため、本発明は、次のような研削加工方法、平面研削盤、グラインディングセンタを提案するものである。
（１） 砥石を用いてテーブル上のワークに等ピッチの溝加工または切断加工を行う加工装置において、テレセントリック光学系を用いたＣＣＤカメラを前記ワークに対向設置して、溝加工後に加工位置及び溝幅を検出し、これらの位置データ及び溝幅データから砥石軸方向の加工位置のずれを算出し、ワーク目標寸法に切断溝幅を加算することにより次回砥石送り量を得ることを特徴とした研削加工方法。
（２） 砥石を用いてテーブル上のワークに等ピッチの溝加工または切断加工を行う加工装置において、砥石軸方向の位置変位を計測できるエンコーダに関係された非接触センサーを前記ワークに対向設置して、溝加工後に加工位置及び溝幅を検出し、これらの位置データ及び溝幅データから砥石軸方向の加工位置のずれを算出し、ワーク目標寸法に切断溝幅を加算することにより次回砥石送り量を得ることを特徴とした研削加工方法。
（３） 砥石を用いてテーブル上のワークに等ピッチの溝加工または切断加工を行う加工装置において、砥石軸方向へのレーザー走査を行うレーザー測長機を前記ワークの横断方向に対向設置して、溝加工後に加工位置及び溝幅を検出し、これらの位置データ及び溝幅データから砥石軸方向の加工位置のずれを算出し、ワーク目標寸法に切断溝幅を加算することにより次回砥石送り量を得ることを特徴とした研削加工方法。
（４） 前記 （１）記載の前記ＣＣＤカメラ、前記 （２）記載の前記非接触センサー、前記 （３）記載の前記レーザー測長機から選ばれた検出手段と、これらの検出手段からの位置データ及び溝幅データから砥石軸方向の加工位置のずれを算出してワーク目標寸法に切断溝幅を加算することにより次回砥石送り量を得る演算手段とを備えることを特徴とする平面研削盤。
（５） 加工された細穴の穴径を検出できる前記 （１）記載のＣＣＤカメラを備え、同ＣＣＤカメラで検出された穴径寸法を予定された目標穴径と比較して同穴径寸法が許容公差内にあるか否かを判定する演算手段を有する、ことを特徴とする多数の細穴を加工するグラインディングセンタ。
（６） 砥石による加工された切削深さを検出できる前記 （２）記載の非接触センサーを備え、同切削深さ寸法から深さ方向の次回砥石送り量を補正する演算手段とを有することを特徴とするグラインディングセンタ。
【００１０】
【作用】
つまり、ＮＣ平面研削盤によるラピッドフィード加工によって素材からワークＷを切断する場合を上げる場合を例にとると、本発明においては、図２（ａ），（ｂ），（ｃ）から理解されるような砥石Ｇ取り付け誤差δ５ や図３に示された砥石Ｇ摩耗量δ４ に関係した切断溝幅ＳＷが計測される。
【００１１】
即ち、図２（ａ）は砥石Ｇが砥石軸Ｓに正確に直交状態で取り付けられた状態での切断溝幅ＳＷ１ を、同図（ｂ）は砥石Ｇが砥石軸Ｓに対して僅かに傾けられた状態で取り付けられた場合の切断溝幅ＳＷ２ を示し、この切断溝幅ＳＷ２ には砥石Ｇ摩耗量δ４ が含まれている。また、図２（ｃ）は砥石Ｇが砥石軸Ｓに対して異常に傾けて取り付けられた場合であり、この異常取付状態では、このまま研削を続けると、砥石Ｇが破損する。
【００１２】
また、図３（ａ）は研削開始初期状態でのワークＷと砥石Ｇによる切断溝幅ＳＷ３ との関係を示し、同図と砥石Ｇの摩耗状態を示す図３（ｂ）との比較から理解されるように、砥石Ｇの摩耗状態では切断溝幅ＳＷ４ は初期状態の切断溝幅ＳＷ３ よりも小さくなる。
【００１３】
つまり、本発明においては、切断溝幅ＳＷを計測し、切断溝幅ＳＷの計測結果を次回切断のための砥石Ｇの送り量にフィードバックすることにより加工精度を向上させることが可能となる。言い換えると、図４に示すように、Ｍｎ（次回砥石送り量）、Ｌ（ワーク目標寸法）、ＳＷ（切断溝幅）との間には、
Ｍｎ（次回砥石送り量）＝Ｌ（ワーク目標寸法）＋Ｃｎ−１（切断溝幅）
なる関係が成立する。
【００１４】
また、本発明においては、図５に示すように、砥石Ｇの交換後、初回の切り込み量を少なくして試し切りを行い、溝幅ＳＷを計測することにより、砥石Ｇの取り付け状態を確認することもできるから、この溝幅Ｗの計測結果から、砥石Ｇの取り付け不良による砥石ＧのワークＷの破損を未然に防止することができる。
【００１５】
さらに、本発明では、計測情報（幅や深さ若しくはコントラスト・・・ｅｔｃ）から連切断加工途中での不良加工の発生検出を行うこともできる。
本発明では、砥石Ｇ交換後初期の切断溝幅ＳＷ３ を記憶することにより、砥石Ｇの寿命管理を行うこともでき、砥石Ｇを効率的に使用することが可能となる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図６から図１４について本発明の実施例を説明する。
【００１７】
１）切断溝幅を測定するためＣＣＤカメラを用いる実施例
図６から図８は本発明の第１実施例を示し、この実施例においては、テレセントリック光学系を用いたＣＣＤカメラＤ１ により切断溝幅ＳＷの計測が行こなわれる。必要とする精度や付加機能との関係から、使用されるＣＣＤカメラＤ１ としては２Ｄまたはライン型ＣＣＤで構成されたものがよい。
【００１８】
図６に示すように、ＮＣ平面研削盤１のベッドＢ上にはワークＷを固定できるＸ方向テーブルＴが図６の左右方向に移動可能に位置され、同ベッドＢには研削台１ａが前記Ｘ方向に対して直角なＹ方向に移動可能に設けられ、この研削台１ａのＹ方向移動量は前記ベッドＢとの間に位置するリニアスケール２により正確に検出できる。
【００１９】
また、オイルマチック付き切削油タンク３をもつ平面研削盤１の研削部の温度は、切削油の温度管理によりほぼ一定の温度状態に維持されるから、ワークＷ、Ｘ方向テーブルＴ、研削台１ａの温度もほぼ一定温度に保たれる。
【００２０】
前記ワークＷの切断を行う研削台１ａには切断溝ＣＴに視野を標準されたＣＣＤカメラＤ１ が付設される。図７に拡大して示すように、このＣＣＤカメラＤ１ は、Ｘ方向テーブルＴ上のワークＷを照明する照明灯４を備えたもので、一定ピッチで歩進送りされるＸ方向テーブルＴ上の前回の切断溝ＣＴに標準される。
【００２１】
図８に示すように、ＮＣ平面研削盤１の制御部５は、砥石軸Ｓの位置決め用エンコーダから砥石軸Ｓの情報を入力されると共に研削盤駆動部６に切断位置を指令するが、同時に同ＮＣ平面研削盤１の制御部５はデータバスを介して計測部の演算部７に計測開始信号、砥石Ｇ交換信号、ワークＷ種類データを出力する。ＣＣＤカメラＤ１ からの出力信号を入力される演算部７は、これらの計測開始信号やワークＷ種類データを取得するけれども、照明の切り替えと画像計測を行う。
【００２２】
また、同演算部７はＣＣＤカメラＤ１ の画像データから切断溝幅ＳＷを計測し、平面研削盤側の１／Ｆに応じ切断溝幅ＳＷを補正した砥石軸Ｓの移動量若しくは移動補正データとして平面研削盤側に出力する。
平面研削盤１は入力されたデータに従い、切断溝幅ＳＷがフィードバックされた形で次回のワークＷ切断の移動を行った後切断加工を行う。
【００２３】
２）切断溝幅を測定するための非接触センサを用いる実施例
図９から図１１は本発明の第２実施例による平面研削盤１を示し、この平面研削盤１は図９に示す非接触センサＤ２をＸ方向テーブルＴの上方に備えている。即ち、Ｘ方向に延長した測定軸８に沿って精密送りされる非接触センサＤ２ は切断された前回の切断溝ＣＴを測定するもので、同測定軸８には駆動させるための駆動部と位置を検出するエンコーダをが含まれている。
【００２４】
非接触センサＤ２ としては様々なタイプのものの応用が考えられるけれども、図示の場合はファイバセンサの場合である。つまり、切断溝ＣＴと直角な方向（Ｘ方向）に非接触センサＤ２ を走査させ、必要な測定精度が得られる間隔でファイバセンサのデータサンプリングを行えばよい。ファイバセンサがワークＷの表面を検出している間はワークＷの表面の色や粗さによってあるレベルのアナログ信号として検出するが、図１０に示すように、切断溝ＣＴを検出している間は信号レベルが大きく変化するので、信号が大きく変化する点をワークＷのエッジと認識させることができる。
【００２５】
図１１に示すように、非接触センサＤ２ を含んだ計測部は、前述した図８の場合と同様に、平面研削盤１から計測開始信号やワークＷ種類データを取得し、エッジを検出する信号レベルを決定しサンプリングデータから切断溝幅ＳＷを計測し、演算部７は平面研削盤１側の１／Ｆに応じた切断溝幅ＳＷを補正した砥石軸Ｓの移動量若しくは移動補正データとして平面研削盤側に出力する。
【００２６】
ファイバーセンサの代わりに、非接触センサＤ２ として変位センサーを用いれば、溝幅の測定と同時に高さ情報の抽出も行うことができる。
【００２７】
また、非接触センサＤ２ に２Ｄリニアセンサーを用いることにより、駆動部による走査を必要せず、非接触センサＤ２ によって切断溝幅ＳＷを測定することも可能である。
【００２８】
３）切断溝幅を測定するためのレーザー測定機（レーザースキャンマイクロメータ）を用いる例
図１２に示すように、Ｘ方向テーブルＴ上のワークＷの横方向から標準されたレーザー測長機Ｄ３ が切断溝幅ＳＷを計測するのに用いられる。即ち、このレーザー測長機Ｄ３ は切断方向と平行、つまりＸ方向テーブルＴとは独立的にＸ方向に精密送りされ、切断溝幅ＳＷを検出できる。
【００２９】
勿論、この実施例においても、前述した各実施例の場合と同様に、演算部７は平面研削盤側の１／Ｆに応じ切断溝幅ＳＷを補正した砥石軸Ｓの移動量若しくは移動補正データとして平面研削盤側に出力を行い、平面研削盤１は入力されたデータに従って、切断溝幅ＳＷがフィードバックされた形で次回のワークＷ切断の移動を行った後切断加工を行う。
【００３０】
４）グラインディングセンタへの応用例（１）
図１３はグラインディングセンタにおいて、ワークＷに対する細穴９、細溝幅１０を計測する場合を示している。
つまり、グラインディングセンタにおいて、難削材の加工を行う際には砥石Ｇや刃工具の摩耗が大きく、これにより連続加工時の加工精度に影響が及ぶのは周知のとおりである。
【００３１】
このような砥石Ｇや刃工具の摩耗による加工精度の劣化を防止するには、本発明による前述したＣＣＤカメラＤ１ を用い、使用砥石Ｇなどの工具を用いてワークＷに加工した細穴９、細溝幅１０を測定することにより、連続加工時の加工補正や工具摩耗の限界点検出による連続加工の停止、異常検出を行うことができる。つまり、細穴９の穴径、細溝幅１０を計測することで、工具の摩耗による寿命を検出でき、穴径が公差より小さくなることを未然に防ぐことができる。
【００３２】
また、平面研削盤１の場合と同様に細溝幅１０の測定も可能であるため、加工機への時間送り量の補正や工具寿命の管理が可能となる。
【００３３】
５）グラインディンッグセンタへの応用例（２）
前述した非接触センサＤ２ を用いれば、図１３の切削深さ１１で示すように、ワークＷの高さ方向に精度を必要とする加工の計測を行うことができるから、細穴９や細溝幅１０と同様に、高さ方向についても次回加工時の送り量の補正や工具寿命の管理を行うことができる。
【００３４】
また、例えば図１４に示すように、グライディングセンタにおいて、ワークに対して砥石径よりも大きな穴加工やコーナ部のＲ加工をＮＣ旋盤で行う場合、加工後のワークの形状を画像測定することにより砥石の摩耗量を知ることができるから、この摩耗量を次回の砥石の送り軌跡にフィードバックすることにより、連続した高精度ＮＣ加工が可能となる。
【００３５】
つまり、従来のグラインディングセンタでは、ツールプリセット機能により工具の寸法を測定して加工補正を行うことは一般に行われているけれども、連続した加工を行う際、１加工ごとにツールプリセット機能によって加工補正を行うことは、ツールプリセット機能動作や工具の形状等を考慮すると、高精度化及び時間短縮が困難であるけれども、本発明のように加工後のワークを非接触で直接に画像測定すれば、迅速かつ正確に加工補正できるばかりでなく、工具の限界管理や加工不良を端的に検出できる。
【００３６】
なお、前述した応用例（１）及び応用例（２）の測定原理や構成は、本発明の第１から第３実施例で述べた平面研削盤１の場合と同様の構成となる。
【００３７】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、砥石、刃工具による連続加工を行う際、砥石、刃工具の取り付け誤差や摩耗が及ぼす加工誤差をかくすか、または、軽減でき、連続加工時の加工精度を向上かつ維持させることができる。特に、本発明は連続加工の途中で細溝や細穴等タッチ信号プローブ型のワークセッタが使用できない精密加工において効果がある。
【００３８】
また、本発明によれば、砥石、刃工具交換時に取り付け状態が許容範囲内であるか否かを判断することができ、砥石、刃工具の取り付け不良状態での連続加工による砥石、刃工具の破損や加工不良の発生を未然に防ぐことができると共に、砥石、刃工具の寿命管理を行うことができる。
そして、本発明においては、連続切断加工途中で不良加工の検出を行うことが可能となり、異常検出による連続加工の中断を実行できる。
【００３９】
請求項１及び請求項５記載の発明によれば、ＣＣＤカメラを用いるため、加工ワークや必要箇所の任意寸法計測を行うことができ、加工寸法誤差や位置決め誤差を加工機へフィードバックして補正することにより、加工精度を向上できる。また、請求項２及び請求項５の発明によれば、非接触センサとして変位センサーを用いるため、加工ワークの高さを含めた寸法測定が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】平面研削盤１におけるワーク切断時の切断寸法誤差要因の説明図である。
【図２】砥石の取り付け状態と切断溝幅との関係を示す説明図である。
【図３】砥石の摩耗と切断溝幅との関係を示す説明図である。
【図４】切断溝幅計測による砥石送り量補正原理図である。
【図５】砥石の取り付け状態の確認法の説明図である。
【図６】本発明の第１実施例による切断溝幅測定装置付きＮＣ平面研削盤の概念図である。
【図７】同ＮＣ平面研削盤のテレセントリック光学系ＣＣＤカメラによる計測原理図である。
【図８】同ＮＣ平面研削盤の画像処理ブロック図である。
【図９】本発明の第２実施例による非接触センサ付きＮＣ平面研削盤の計測原理図である。
【図１０】同非接触センサの検出原理図である。
【図１１】同ＮＣ平面研削盤の計測信号処理ブロック図である。
【図１２】本発明の第３実施例によるレーザー測長機付き同ＮＣ平面研削盤の計測原理図である。
【図１３】本発明の第４実施例による画像測長機付きグラインディングセンタの計測原理図である。
【図１４】画像測長機付きグラインディングセンタでのワークコーナ部のＲ加工時の工具送り軌跡の説明図である。
【符号の説明】
１ 平面研削盤
１ａ 研削台
Ｂ ベッド
Ｇ 砥石
Ｓ 砥石軸
Ｔ Ｘ方向テーブル
Ｄ１ ＣＣＤカメラ
Ｄ２ 非接触センサ
Ｄ３ レーザー測長機
ＣＴ 切断溝
ＳＷ 切断溝幅
【発明の属する技術分野】
本発明は研削加工方法に関し、特に、砥石などの工具で同一形状の複数の溝、切断、穴を連続加工する際の研削加工方法及び同加工方法を応用した装置に関する。
【０００２】
【背景技術】
周知のように、ワークに対して種々の加工を行うマシニングセンタにおいては、加工開始前に工具の刃先やワーク位置を検出しておき、これらの検出データを加工データにフィードバックする。
【０００３】
また、従来のＮＣ工作機において、連続的な溝加工、切断、穴加工を行う際にあっては、工具の刃先やワーク位置を加工開始ごとに検出し、加工データの補正を行うのが一般的であるが、ワーク１個の加工を行うごとに、砥石や刃工具の回転を停止させてツールセットを行うことはマシンタイムの増大を招き、能率の低下の原因となる。
【０００４】
例えば、金属素材から精密な薄板ワークを切り出すには、ＮＣ平面研削盤により細長い金属素材を一定ピッチで連続的に切断するが、切断砥石の取り付け精度や砥石の摩耗が加工精度に大きな影響を与える。つまり、研削用砥石そのものは高速で回転しているから、切断砥石の摩耗状況や偏芯状態をリアルタイムで計測、把握することは困難であり、平面研削盤では、一般的にマシニングセンタのようなツールセット機能をもたないのが普通である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前述したような精密な薄板ワークの切り出し切断時における寸法精度誤差要因を分析すると、図１の図示から理解されるように、次の要因であることがわかる。
（１）砥石軸Ｓの長さ方向に対する砥石Ｇの位置決め誤差δ１
（２）マシンの温度変化による寸法変化δ２
（３）ワークの温度変化による寸法変化δ３
（４）砥石Ｇの摩耗量δ４
（５）砥石Ｇの取り付け誤差δ５
【０００６】
このうち（１）〜（３）の位置決め誤差δ１ 、寸法変化δ２ 、寸法変化δ３ についてはマシンの構造や切削液の温度を一定にするなどにより対応できるが、（４） の砥石Ｇの摩耗量δ４ 及び（５） の砥石Ｇの取り付け誤差δ５ については一定にすることが困難であり、加工精度の向上の妨げとなる。
【０００７】
本発明の目的は、以上に述べたようなＮＣ工作機などによる連続加工を行う際、砥石や刃工具の取り付け誤差や摩耗による加工精度への影響をなくし、加工精度を向上させる研削加工方法及び装置を得るにある。
【０００８】
また、本発明の他の目的は、前記目的を達成できる研削加工方法を利用して砥石、刃工具の取り付け状態の確認や刃工具の寿命管理、異常状態の把握を行うことができる装置を得るにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
これらの目的を達成するため、本発明は、次のような研削加工方法、平面研削盤、グラインディングセンタを提案するものである。
（１） 砥石を用いてテーブル上のワークに等ピッチの溝加工または切断加工を行う加工装置において、テレセントリック光学系を用いたＣＣＤカメラを前記ワークに対向設置して、溝加工後に加工位置及び溝幅を検出し、これらの位置データ及び溝幅データから砥石軸方向の加工位置のずれを算出し、ワーク目標寸法に切断溝幅を加算することにより次回砥石送り量を得ることを特徴とした研削加工方法。
（２） 砥石を用いてテーブル上のワークに等ピッチの溝加工または切断加工を行う加工装置において、砥石軸方向の位置変位を計測できるエンコーダに関係された非接触センサーを前記ワークに対向設置して、溝加工後に加工位置及び溝幅を検出し、これらの位置データ及び溝幅データから砥石軸方向の加工位置のずれを算出し、ワーク目標寸法に切断溝幅を加算することにより次回砥石送り量を得ることを特徴とした研削加工方法。
（３） 砥石を用いてテーブル上のワークに等ピッチの溝加工または切断加工を行う加工装置において、砥石軸方向へのレーザー走査を行うレーザー測長機を前記ワークの横断方向に対向設置して、溝加工後に加工位置及び溝幅を検出し、これらの位置データ及び溝幅データから砥石軸方向の加工位置のずれを算出し、ワーク目標寸法に切断溝幅を加算することにより次回砥石送り量を得ることを特徴とした研削加工方法。
（４） 前記 （１）記載の前記ＣＣＤカメラ、前記 （２）記載の前記非接触センサー、前記 （３）記載の前記レーザー測長機から選ばれた検出手段と、これらの検出手段からの位置データ及び溝幅データから砥石軸方向の加工位置のずれを算出してワーク目標寸法に切断溝幅を加算することにより次回砥石送り量を得る演算手段とを備えることを特徴とする平面研削盤。
（５） 加工された細穴の穴径を検出できる前記 （１）記載のＣＣＤカメラを備え、同ＣＣＤカメラで検出された穴径寸法を予定された目標穴径と比較して同穴径寸法が許容公差内にあるか否かを判定する演算手段を有する、ことを特徴とする多数の細穴を加工するグラインディングセンタ。
（６） 砥石による加工された切削深さを検出できる前記 （２）記載の非接触センサーを備え、同切削深さ寸法から深さ方向の次回砥石送り量を補正する演算手段とを有することを特徴とするグラインディングセンタ。
【００１０】
【作用】
つまり、ＮＣ平面研削盤によるラピッドフィード加工によって素材からワークＷを切断する場合を上げる場合を例にとると、本発明においては、図２（ａ），（ｂ），（ｃ）から理解されるような砥石Ｇ取り付け誤差δ５ や図３に示された砥石Ｇ摩耗量δ４ に関係した切断溝幅ＳＷが計測される。
【００１１】
即ち、図２（ａ）は砥石Ｇが砥石軸Ｓに正確に直交状態で取り付けられた状態での切断溝幅ＳＷ１ を、同図（ｂ）は砥石Ｇが砥石軸Ｓに対して僅かに傾けられた状態で取り付けられた場合の切断溝幅ＳＷ２ を示し、この切断溝幅ＳＷ２ には砥石Ｇ摩耗量δ４ が含まれている。また、図２（ｃ）は砥石Ｇが砥石軸Ｓに対して異常に傾けて取り付けられた場合であり、この異常取付状態では、このまま研削を続けると、砥石Ｇが破損する。
【００１２】
また、図３（ａ）は研削開始初期状態でのワークＷと砥石Ｇによる切断溝幅ＳＷ３ との関係を示し、同図と砥石Ｇの摩耗状態を示す図３（ｂ）との比較から理解されるように、砥石Ｇの摩耗状態では切断溝幅ＳＷ４ は初期状態の切断溝幅ＳＷ３ よりも小さくなる。
【００１３】
つまり、本発明においては、切断溝幅ＳＷを計測し、切断溝幅ＳＷの計測結果を次回切断のための砥石Ｇの送り量にフィードバックすることにより加工精度を向上させることが可能となる。言い換えると、図４に示すように、Ｍｎ（次回砥石送り量）、Ｌ（ワーク目標寸法）、ＳＷ（切断溝幅）との間には、
Ｍｎ（次回砥石送り量）＝Ｌ（ワーク目標寸法）＋Ｃｎ−１（切断溝幅）
なる関係が成立する。
【００１４】
また、本発明においては、図５に示すように、砥石Ｇの交換後、初回の切り込み量を少なくして試し切りを行い、溝幅ＳＷを計測することにより、砥石Ｇの取り付け状態を確認することもできるから、この溝幅Ｗの計測結果から、砥石Ｇの取り付け不良による砥石ＧのワークＷの破損を未然に防止することができる。
【００１５】
さらに、本発明では、計測情報（幅や深さ若しくはコントラスト・・・ｅｔｃ）から連切断加工途中での不良加工の発生検出を行うこともできる。
本発明では、砥石Ｇ交換後初期の切断溝幅ＳＷ３ を記憶することにより、砥石Ｇの寿命管理を行うこともでき、砥石Ｇを効率的に使用することが可能となる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図６から図１４について本発明の実施例を説明する。
【００１７】
１）切断溝幅を測定するためＣＣＤカメラを用いる実施例
図６から図８は本発明の第１実施例を示し、この実施例においては、テレセントリック光学系を用いたＣＣＤカメラＤ１ により切断溝幅ＳＷの計測が行こなわれる。必要とする精度や付加機能との関係から、使用されるＣＣＤカメラＤ１ としては２Ｄまたはライン型ＣＣＤで構成されたものがよい。
【００１８】
図６に示すように、ＮＣ平面研削盤１のベッドＢ上にはワークＷを固定できるＸ方向テーブルＴが図６の左右方向に移動可能に位置され、同ベッドＢには研削台１ａが前記Ｘ方向に対して直角なＹ方向に移動可能に設けられ、この研削台１ａのＹ方向移動量は前記ベッドＢとの間に位置するリニアスケール２により正確に検出できる。
【００１９】
また、オイルマチック付き切削油タンク３をもつ平面研削盤１の研削部の温度は、切削油の温度管理によりほぼ一定の温度状態に維持されるから、ワークＷ、Ｘ方向テーブルＴ、研削台１ａの温度もほぼ一定温度に保たれる。
【００２０】
前記ワークＷの切断を行う研削台１ａには切断溝ＣＴに視野を標準されたＣＣＤカメラＤ１ が付設される。図７に拡大して示すように、このＣＣＤカメラＤ１ は、Ｘ方向テーブルＴ上のワークＷを照明する照明灯４を備えたもので、一定ピッチで歩進送りされるＸ方向テーブルＴ上の前回の切断溝ＣＴに標準される。
【００２１】
図８に示すように、ＮＣ平面研削盤１の制御部５は、砥石軸Ｓの位置決め用エンコーダから砥石軸Ｓの情報を入力されると共に研削盤駆動部６に切断位置を指令するが、同時に同ＮＣ平面研削盤１の制御部５はデータバスを介して計測部の演算部７に計測開始信号、砥石Ｇ交換信号、ワークＷ種類データを出力する。ＣＣＤカメラＤ１ からの出力信号を入力される演算部７は、これらの計測開始信号やワークＷ種類データを取得するけれども、照明の切り替えと画像計測を行う。
【００２２】
また、同演算部７はＣＣＤカメラＤ１ の画像データから切断溝幅ＳＷを計測し、平面研削盤側の１／Ｆに応じ切断溝幅ＳＷを補正した砥石軸Ｓの移動量若しくは移動補正データとして平面研削盤側に出力する。
平面研削盤１は入力されたデータに従い、切断溝幅ＳＷがフィードバックされた形で次回のワークＷ切断の移動を行った後切断加工を行う。
【００２３】
２）切断溝幅を測定するための非接触センサを用いる実施例
図９から図１１は本発明の第２実施例による平面研削盤１を示し、この平面研削盤１は図９に示す非接触センサＤ２をＸ方向テーブルＴの上方に備えている。即ち、Ｘ方向に延長した測定軸８に沿って精密送りされる非接触センサＤ２ は切断された前回の切断溝ＣＴを測定するもので、同測定軸８には駆動させるための駆動部と位置を検出するエンコーダをが含まれている。
【００２４】
非接触センサＤ２ としては様々なタイプのものの応用が考えられるけれども、図示の場合はファイバセンサの場合である。つまり、切断溝ＣＴと直角な方向（Ｘ方向）に非接触センサＤ２ を走査させ、必要な測定精度が得られる間隔でファイバセンサのデータサンプリングを行えばよい。ファイバセンサがワークＷの表面を検出している間はワークＷの表面の色や粗さによってあるレベルのアナログ信号として検出するが、図１０に示すように、切断溝ＣＴを検出している間は信号レベルが大きく変化するので、信号が大きく変化する点をワークＷのエッジと認識させることができる。
【００２５】
図１１に示すように、非接触センサＤ２ を含んだ計測部は、前述した図８の場合と同様に、平面研削盤１から計測開始信号やワークＷ種類データを取得し、エッジを検出する信号レベルを決定しサンプリングデータから切断溝幅ＳＷを計測し、演算部７は平面研削盤１側の１／Ｆに応じた切断溝幅ＳＷを補正した砥石軸Ｓの移動量若しくは移動補正データとして平面研削盤側に出力する。
【００２６】
ファイバーセンサの代わりに、非接触センサＤ２ として変位センサーを用いれば、溝幅の測定と同時に高さ情報の抽出も行うことができる。
【００２７】
また、非接触センサＤ２ に２Ｄリニアセンサーを用いることにより、駆動部による走査を必要せず、非接触センサＤ２ によって切断溝幅ＳＷを測定することも可能である。
【００２８】
３）切断溝幅を測定するためのレーザー測定機（レーザースキャンマイクロメータ）を用いる例
図１２に示すように、Ｘ方向テーブルＴ上のワークＷの横方向から標準されたレーザー測長機Ｄ３ が切断溝幅ＳＷを計測するのに用いられる。即ち、このレーザー測長機Ｄ３ は切断方向と平行、つまりＸ方向テーブルＴとは独立的にＸ方向に精密送りされ、切断溝幅ＳＷを検出できる。
【００２９】
勿論、この実施例においても、前述した各実施例の場合と同様に、演算部７は平面研削盤側の１／Ｆに応じ切断溝幅ＳＷを補正した砥石軸Ｓの移動量若しくは移動補正データとして平面研削盤側に出力を行い、平面研削盤１は入力されたデータに従って、切断溝幅ＳＷがフィードバックされた形で次回のワークＷ切断の移動を行った後切断加工を行う。
【００３０】
４）グラインディングセンタへの応用例（１）
図１３はグラインディングセンタにおいて、ワークＷに対する細穴９、細溝幅１０を計測する場合を示している。
つまり、グラインディングセンタにおいて、難削材の加工を行う際には砥石Ｇや刃工具の摩耗が大きく、これにより連続加工時の加工精度に影響が及ぶのは周知のとおりである。
【００３１】
このような砥石Ｇや刃工具の摩耗による加工精度の劣化を防止するには、本発明による前述したＣＣＤカメラＤ１ を用い、使用砥石Ｇなどの工具を用いてワークＷに加工した細穴９、細溝幅１０を測定することにより、連続加工時の加工補正や工具摩耗の限界点検出による連続加工の停止、異常検出を行うことができる。つまり、細穴９の穴径、細溝幅１０を計測することで、工具の摩耗による寿命を検出でき、穴径が公差より小さくなることを未然に防ぐことができる。
【００３２】
また、平面研削盤１の場合と同様に細溝幅１０の測定も可能であるため、加工機への時間送り量の補正や工具寿命の管理が可能となる。
【００３３】
５）グラインディンッグセンタへの応用例（２）
前述した非接触センサＤ２ を用いれば、図１３の切削深さ１１で示すように、ワークＷの高さ方向に精度を必要とする加工の計測を行うことができるから、細穴９や細溝幅１０と同様に、高さ方向についても次回加工時の送り量の補正や工具寿命の管理を行うことができる。
【００３４】
また、例えば図１４に示すように、グライディングセンタにおいて、ワークに対して砥石径よりも大きな穴加工やコーナ部のＲ加工をＮＣ旋盤で行う場合、加工後のワークの形状を画像測定することにより砥石の摩耗量を知ることができるから、この摩耗量を次回の砥石の送り軌跡にフィードバックすることにより、連続した高精度ＮＣ加工が可能となる。
【００３５】
つまり、従来のグラインディングセンタでは、ツールプリセット機能により工具の寸法を測定して加工補正を行うことは一般に行われているけれども、連続した加工を行う際、１加工ごとにツールプリセット機能によって加工補正を行うことは、ツールプリセット機能動作や工具の形状等を考慮すると、高精度化及び時間短縮が困難であるけれども、本発明のように加工後のワークを非接触で直接に画像測定すれば、迅速かつ正確に加工補正できるばかりでなく、工具の限界管理や加工不良を端的に検出できる。
【００３６】
なお、前述した応用例（１）及び応用例（２）の測定原理や構成は、本発明の第１から第３実施例で述べた平面研削盤１の場合と同様の構成となる。
【００３７】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、砥石、刃工具による連続加工を行う際、砥石、刃工具の取り付け誤差や摩耗が及ぼす加工誤差をかくすか、または、軽減でき、連続加工時の加工精度を向上かつ維持させることができる。特に、本発明は連続加工の途中で細溝や細穴等タッチ信号プローブ型のワークセッタが使用できない精密加工において効果がある。
【００３８】
また、本発明によれば、砥石、刃工具交換時に取り付け状態が許容範囲内であるか否かを判断することができ、砥石、刃工具の取り付け不良状態での連続加工による砥石、刃工具の破損や加工不良の発生を未然に防ぐことができると共に、砥石、刃工具の寿命管理を行うことができる。
そして、本発明においては、連続切断加工途中で不良加工の検出を行うことが可能となり、異常検出による連続加工の中断を実行できる。
【００３９】
請求項１及び請求項５記載の発明によれば、ＣＣＤカメラを用いるため、加工ワークや必要箇所の任意寸法計測を行うことができ、加工寸法誤差や位置決め誤差を加工機へフィードバックして補正することにより、加工精度を向上できる。また、請求項２及び請求項５の発明によれば、非接触センサとして変位センサーを用いるため、加工ワークの高さを含めた寸法測定が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】平面研削盤１におけるワーク切断時の切断寸法誤差要因の説明図である。
【図２】砥石の取り付け状態と切断溝幅との関係を示す説明図である。
【図３】砥石の摩耗と切断溝幅との関係を示す説明図である。
【図４】切断溝幅計測による砥石送り量補正原理図である。
【図５】砥石の取り付け状態の確認法の説明図である。
【図６】本発明の第１実施例による切断溝幅測定装置付きＮＣ平面研削盤の概念図である。
【図７】同ＮＣ平面研削盤のテレセントリック光学系ＣＣＤカメラによる計測原理図である。
【図８】同ＮＣ平面研削盤の画像処理ブロック図である。
【図９】本発明の第２実施例による非接触センサ付きＮＣ平面研削盤の計測原理図である。
【図１０】同非接触センサの検出原理図である。
【図１１】同ＮＣ平面研削盤の計測信号処理ブロック図である。
【図１２】本発明の第３実施例によるレーザー測長機付き同ＮＣ平面研削盤の計測原理図である。
【図１３】本発明の第４実施例による画像測長機付きグラインディングセンタの計測原理図である。
【図１４】画像測長機付きグラインディングセンタでのワークコーナ部のＲ加工時の工具送り軌跡の説明図である。
【符号の説明】
１ 平面研削盤
１ａ 研削台
Ｂ ベッド
Ｇ 砥石
Ｓ 砥石軸
Ｔ Ｘ方向テーブル
Ｄ１ ＣＣＤカメラ
Ｄ２ 非接触センサ
Ｄ３ レーザー測長機
ＣＴ 切断溝
ＳＷ 切断溝幅
Claims (6)
- 砥石を用いてテーブル上のワークに等ピッチの溝加工または切断加工を行う加工装置において、テレセントリック光学系を用いたＣＣＤカメラを前記ワークに対向設置して、溝加工後に加工位置及び溝幅を検出し、これらの位置データ及び溝幅データから砥石軸方向の加工位置のずれを算出し、ワーク目標寸法に切断溝幅を加算することにより次回砥石送り量を得ることを特徴とした研削加工方法。
- 砥石を用いてテーブル上のワークに等ピッチの溝加工または切断加工を行う加工装置において、砥石軸方向の位置変位を計測できるエンコーダに関係された非接触センサーを前記ワークに対向設置して、溝加工後に加工位置及び溝幅を検出し、これらの位置データ及び溝幅データから砥石軸方向の加工位置のずれを算出し、ワーク目標寸法に切断溝幅を加算することにより次回砥石送り量を得ることを特徴とした研削加工方法。
- 砥石を用いてテーブル上のワークに等ピッチの溝加工または切断加工を行う加工装置において、砥石軸方向へのレーザー走査を行うレーザー測長機を前記ワークの横断方向に対向設置して、溝加工後に加工位置及び溝幅を検出し、これらの位置データ及び溝幅データから砥石軸方向の加工位置のずれを算出し、ワーク目標寸法に切断溝幅を加算することにより次回砥石送り量を得ることを特徴とした研削加工方法。
- 請求項１記載の前記ＣＣＤカメラ、請求項２記載の前記非接触センサー、請求項３記載の前記レーザー測長機から選ばれた検出手段と、これらの検出手段からの位置データ及び溝幅データから砥石軸方向の加工位置のずれを算出してワーク目標寸法に切断溝幅を加算することにより次回砥石送り量を得る演算手段とを備えることを特徴とする平面研削盤。
- 加工された細穴の穴径を検出できる請求項１記載のＣＣＤカメラを備え、同ＣＣＤカメラで検出された穴径寸法を予定された目標穴径と比較して同穴径寸法が許容公差内にあるか否かを判定する演算手段を有する、ことを特徴とする多数の細穴を加工するグラインディングセンタ。
- 砥石による加工された切削深さを検出できる請求項２記載の非接触センサーを備え、同切削深さ寸法から深さ方向の次回砥石送り量を補正する演算手段とを有することを特徴とするグラインディングセンタ。
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2002
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