JP2004098250A - Double head grinding device - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は両頭研削装置に係り、特に光学部品のガラスや半導体シリコンウエハのようなワークの両面を超精密に研削加工する場合の両頭研削装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の両頭研削装置においては、研削加工効率を向上させる観点より、砥石接触検出装置を用いて、砥石の設けられた研削主軸を、ワークの研削面に接触するまで早送りすることが一般的に行われている。かかる砥石接触検出装置の従来技術としては、振動センサ、音波センサ、回転負荷センサを用いた砥石接触検出装置が開示されている(例えば、特許文献1参照。)。
【0003】
図1は、従来技術の振動センサを用いた砥石接触検出装置の構成の斜視図を示したものである。
【0004】
同図に示すように、砥石接触検出装置は、大略するとワーク保持機構の移動枠53と、振動センサ75とからなる。
【0005】
ワーク保持機構の移動枠53の中心部には、ワーク17を固定するための機構(図示せず)が設けられている。また、検出手段としての振動センサ75は、砥石16と対向する方向のワーク保持機構の移動枠53の一側上面に配設されている。研削運転の開始時に、研削主軸13に設けられた砥石16が、ワーク17に向かって早送り移動させられて、ワーク17の表面に接触する。
【0006】
その後、前記接触に伴って発生するワーク17の機械的振動を振動センサ75が検出して信号を出力し、CPU(図示せず)に検出信号が入力され、研削主軸移動制御部(図示せず)に対して回転速度の切り替え信号を出力する。これにより、研削主軸13の送り移動が早送りから、研削送りに切り替えられる。
【0007】
このように、両頭研削装置に砥石接触検出装置を設けて、研削運転の開始時から、ワークと砥石が接触するまで、研削主軸を早送り移動することにより、ワークの研削サイクルの所要時間を短縮して、研削効率を向上させることができる。
【0008】
【特許文献1】
特開平10−277896号公報。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、両頭研削装置を用いて研削する場合には、ワークの撓みや、ワーク自身の持つ反り等が存在するため、好適な研削加工を行うことが難しい。
【0010】
図2は、従来技術の砥石接触検出装置が砥石とワークの接触を検出した時の砥石とワークの位置関係を示した図である。
【0011】
この砥石接触検出装置を用いて研削主軸140の移動速度の切り替えを行う場合には、図2に示すように、ワーク110と対向する一対の砥石101が局所的に接触した時を検出し、研削主軸140の移動速度を早送りから、研削送りに切り替える。この際、ワーク110は、対向する一対の砥石101と接触しているだけなので、ワーク110には撓みや反り等が存在する。また、ワーク110は対向する一対の砥石101間に強固に挟まれている状態ではないので、対向する一対の砥石101間には、ワーク110が移動するだけのスペースが存在する。
尚、図3は、ワークが対向する一対の砥石に、ワークが持つ反りや撓みなどが吸収された状態で強固に挟まれている状態を示した図である。
【0012】
図4は、砥石とワークの位置関係に対しての研削時間とワークの研削後の厚みの推移を示した図である。同図に矢印で示すAは、ワーク110の厚みを示している。また、同図に矢印で示すBは、砥石の切り込み速度を示している。
【0013】
同図にT1で示す時間は、ワーク110が砥石101に局所的に接触した時点から、図3に示すようなワーク110が持つ反りや撓みなどが吸収された状態で、対向する一対の砥石101に強固に挟まれるまでの間の接触加工中の経過時間を示している。また、図4にT2で示す時間は、図3に示すような、ワーク110が持つ反りや撓みなどが吸収された状態において、対向する一対の砥石101に強固に挟まれた時点である図4に示したTx以降の実加工中の経過時間を示している。
【0014】
図4に示すように、時間T1内ではワーク110と砥石101とが局所的に接触しているだけの接触加工のため、砥石101の切り込み速度Bに対してワーク110の厚みAの減少量が少なく、十分な研削加工が行えない。それに対して、時間T2内の実加工中はワーク110が砥石101により強固に挟まれているため、砥石101の切り込み速度Bとワーク110の厚みAの減少量がほぼ一致しており、効率良く所望の研削加工が行えていることが分かる。
【0015】
また、研削主軸140の移動速度を、図2に示すような、ワーク110と砥石101が接触した状態から、図3に示すような、ワーク110と砥石101が強固に挟まれた状態までの間の時間を研削送りで行うことは、先に述べた研削量不足だけでなく、ワーク110の研削サイクルをも低下させる。さらに、前記砥石接触検出装置は単に砥石101とワーク110の接触を検出しているだけなので、研削加工中のワーク110や両頭研削装置の異常は検出できない。
【0016】
そこで本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、ワークの研削サイクルの所要時間を短縮して研削効率を向上させ、かつ、両頭研削装置の異常を検出して、ワーク及び両頭研削装置の破損をも防止できる、両頭研削装置を提供することを目的とする。
【0017】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明では、次に述べる各手段を講じたことを特徴とするものである。
【0018】
請求項1記載の発明では、砥石と、前記砥石をワークに向かって速度を変化させて移動する送り手段と、前記砥石による前記ワークの実加工状態での加工力の変動を検出する検出手段と、前記検出手段で前記実加工状態の前記加工力の変動が検出された際、前記送り手段の移動速度を第一の速度よりも遅い第二の速度に変化させる制御手段とを備えた両頭研削装置により、解決できる。
【0019】
上記発明によれば、砥石によりワークが強固に挟まれた加工状態である実加工状態の加工力の変動を検出し、送り手段の速度を第一の速度よりも遅い実加工状態の第二の速度に変化させることができるため、高精度な研削加工ができ、かつ、研削サイクルの向上ができる。
【0020】
請求項2記載の発明では、前記検出手段は、実加工検出レベルを設けており、前記砥石による前記ワークの実加工状態での前記加工力の変動が前記実加工検出レベルを超えて検出された際、前記送り手段の移動速度を前記第一の速度よりも遅い前記第二の速度に変化させる前記制御手段とを設けたことを特徴とする請求項1記載の両頭研削装置により、解決できる。
【0021】
上記発明によれば、検出手段に実加工検出レベルを設けることで、砥石によるワークの加工力の変動が実加工検出レベルを超えた際には、砥石とワークは実加工状態にあると判断することができる。それにより、砥石によるワークの加工力の変動が実加工検出レベルを超えた際には、制御手段により送り手段の移動速度を第一の速度よりも遅い第二の速度に変化させることにより、ワークを高精度に研削加工し、かつ、研削サイクルの向上ができる。
【0022】
請求項3記載の発明では、前記検出手段は、加工力過大レベルを設けており、前記砥石による前記ワークの実加工状態での前記加工力の変動が前記加工力過大レベルを超えて検出された際、前記制御手段により前記送り手段を停止することを特徴とする請求項1または2記載の両頭研削装置により、解決できる。
【0023】
上記発明によれば、ワークや両頭研削装置に異常が発生した場合などに起こる大きな加工力の変動を、加工力過大レベルを設けることで検出して、送り手段を停止することでワークや両頭研削装置を破損から防ぐことができる。
【0024】
請求項4記載の発明では、前記検出手段は、前記実加工状態のスラスト方向力の変動を検出することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の両頭研削装置により、解決できる。
【0025】
上記発明によれば、スラスト方向力の変動から実加工状態を検出することができる。また、スラスト方向力の変動から、加工中のワークまたは両頭研削装置に発生した異常も検出することができる。
【0026】
請求項5記載の発明では、前記検出手段は、前記実加工状態の変動を研削主軸の流体軸受面の流体圧力を用いて検出することを特徴とする請求項4に記載の両頭研削装置により、解決できる。
【0027】
上記発明によれば、研削主軸の流体軸受面の流体圧力を用いることで、スラスト方向力を検出することができる。
【0028】
請求項6記載の発明では、前記検出手段は、前記実加工状態における前記スラスト方向力の変動を弾性体、磁歪素子、圧電素子及びロードセルからなる群から選択される一の素子を用いて検出することを特徴とする請求項4に記載の両頭研削装置により、解決できる。
【0029】
上記発明によれば、スラスト方向力の検出手段には、弾性体や、磁歪素子や、圧電素子や、ロードセル等が利用できる。
【0030】
請求項7記載の発明では、前記検出手段は、前記実加工状態におけるラジアル方向力の変動を検出することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の両頭研削装置により、解決できる。
【0031】
上記発明によれば、ラジアル方向力を利用することで、実加工状態の変動を検出することができる。
【0032】
請求項8記載の発明では、前記検出手段には、研削主軸用回転モータからの電気信号を用いることを特徴とする請求項7記載の両頭研削装置により、解決できる。
【0033】
上記発明によれば、研削主軸回転用モータからの電気信号の変化を利用することによりラジアル方向力が検出できる。
【0034】
請求項9記載の発明では、砥石と、前記砥石をワークに向かって速度を変化させて移動する送り手段と、前記砥石による前記ワークの実加工状態にいての振動センサの出力の変動を検出する検出手段と、前記検出手段で前記砥石と前記ワークの接触状態による第一の変動が検出された後に、第二の変動である前記実加工状態が検出された際、前記送り手段の移動速度を第一の速度よりも遅い第二の速度に変化させる制御手段とを備えた両頭研削装置により、解決できる。
【0035】
上記発明によれば、砥石とワークの接触状態による第一の変動ではなく、実加工状態である第二の変動の検出を基に実加工状態にあるか否かの判断することができる。また、実加工状態で送り手段の移動速度を第一の速度よりも遅い第二の速度に切り替えることができるので、高精度な研削加工ができ、かつ、研削サイクルの向上ができる。
【0036】
【発明の実施の形態】
次に、図面に基づいて本発明の実施例を説明する。
【0037】
図5は、本発明の実施形態であるスラスト用静圧パッドの流体圧力を両頭研削装置に適用したときの概略図を示している。同図中に示したX1X2方向は砥石101の移動方向であるスラスト方向を示している。また、Y1Y2方向はX1X2方向に直交する面方向であるラジアル方向を示している。
【0038】
始めに、両頭研削装置の概略について図5を用いて説明する。
【0039】
同図に示されるように、両頭研削装置は大略すると、対向する一対の研削主軸140と、研削主軸移動手段180と、サドル170と、架台200と、スラスト方向力検出手段220と、研削主軸移動速度制御手段221とから構成される。
【0040】
対向する一対の研削主軸140の一方の端部には砥石101が配設されており、他方の端部はサドル170が配設されている。また、サドル170は移動可能な状態で架台200に配設されている。
【0041】
サドル170の研削主軸140が配設されている側と反対側には研削主軸移動手段180が配設されている。研削主軸移動手段180により、砥石101と研削主軸140とサドル170とは一体に架台200上を同図中に示した矢印の方向へ移動する。スラスト方向力検出手段220は、配線210により研削主軸140内部に配設されたスラスト用静圧パッド150と配線210により接続されている。研削主軸移動速度制御手段221は、スラスト方向力検出手段220と研削主軸移動手段180と接続されている。
【0042】
次に、研削主軸140について説明を行う。
【0043】
研削主軸140は、大略するとアウター部材120と、インナー部材130とから構成されている。このアウター部材120及びインナー部材130を駆動する駆動手段は、所望するワーク110の除去量に対して十分な精度を有するものであればどのような駆動手段でもよい。
【0044】
アウター部材120は、砥石101を一方の端面に設けている。また、砥石101がワーク110と接触する面には、研削動作面190が配設されている。アウター部材120は、内側に存在するインナー部材130に対して回転自在な構成とされている。従って、アウター部材120がワーク110に向かって回転移動することで、研削動作面190によりワーク110が研削加工される。
【0045】
インナー部材130は、サドル170に支持され、さらにサドル170は架台200に固定され、アウター部材120と協動して、ワーク110に対してのインフィードあるいはアウトフィードに寄与する。インナー部材130には、スラスト方向の対向式の流体軸受けであるスラスト用静圧パッド150と、ラジアル方向の支持を行なうラジアル静圧パッド160が設けられている。
【0046】
スラスト用静圧パッド150は、スラスト方向力検出手段220に配線210により接続されている。また、スラスト方向力検出手段220は、研削主軸移動速度制御手段221に接続されている。
【0047】
次に、スラスト方向力検出手段220について説明する。
【0048】
スラスト方向力検出手段220には、あらかじめ設定値として実加工検出レベルと加工力過大レベルが設定されている。実加工検出レベルは、砥石101とワーク110が実加工状態になったことを判定するための設定値である。また、加工力過大レベルは、これ以上の加工力が検出された場合、例えば、ワーク110または両頭研削装置に異常があった場合などに、研削主軸140の移動速度を停止するための設定値である。
【0049】
スラスト方向力検出手段220は、研削運転開始後からのスラスト方向力の変動が、実加工検出レベルを超えた場合に実加工状態と判定し、加工力過大レベルを超えた場合には異常と判定する。これら判定結果は、検出信号として研削主軸移動速度制御手段221に送られる。
【0050】
次に、研削主軸移動速度制御手段221について説明する。
【0051】
研削主軸移動速度制御手段221は、スラスト方向力検出手段220からの検出信号を基に、研削主軸移動手段180に研削主軸140の移動速度を変更させるための手段である。スラスト方向力の変動が実加工状態と判定されると、研削主軸移動速度制御手段221は研削主軸移動手段180により研削主軸140の移動速度を第一の速度(以下、早送り移動)よりも遅い第二の速度(以下、研削送り移動)に切り替える。
【0052】
また、スラスト方向力検出手段220により、スラスト方向力の変動が加工力過大レベルを超えたと判断された場合には、研削主軸移動速度制御手段221は研削主軸移動手段180により研削主軸140を停止させる。
【0053】
次に、本実施形態において実加工状態を判別するために必要なスラスト方向力とラジアル方向力について説明する。
【0054】
ワーク110を加工するための力を加工力と定義すると、加工力はスラスト方向に働くスラスト方向力と、ラジアル方向(回転方向)に働くラジアル方向力と、ワーク回転方向力(送り分力)の三つに分けることができる。
【0055】
スラスト方向力は背分力ともいい、正しくは主軸回転軸方向力という。また、ラジアル方向力は主分力ともいい、正しくは主軸回転方向力という。
【0056】
スラスト方向力とは、ワーク110が持つ撓みや反りが吸収された状態で、ワーク110が対向する一対の砥石101により強固に挟まれ研削加工される実加工状態に、研削主軸140に与えられる各砥石の移動方向と反対方向の反力である。これに対し、ラジアル方向力とは、実加工状態に研削主軸140に与えられる各砥石101の回転方向と反対方向の反力である。
【0057】
加工力は、砥石101とワーク110が接触状態の場合には発生しない。ワーク110が持つ撓みや反りが吸収された状態で、ワーク110が対向する一対の砥石101により強固に挟まれ研削加工される実加工状態において発生する力である。そのため、加工力を用いて実加工状態を判定する場合は、最初のスラスト方向力の変動が実加工検出レベルを超えたかどうかで判断することができる。
【0058】
また、実加工状態中の加工力は、正常に加工されている場合は、ほぼ一定の値で推移するが、ワーク110または両頭研削装置に異常があった場合の加工力は上昇する。これにより、加工力過大レベルを設定することで加工力が加工力過大レベルを超えた場合には、研削主軸140を停止してワーク110または両頭研削装置を破損から守ることができる。
【0059】
本実施形態では、スラスト用静圧パッド150が研削運転開始時から終了までの間に受けるスラスト方向力の変動をモニターし、実加工検出レベルをスラスト方向力が超えた場合に、研削主軸140の移動速度の制御(切り替え、停止等)を行う。従って、スラスト用静圧パッド150及びスラスト方向力検出手段220は、請求項記載の検出手段を構成する。尚、研削主軸140の移動速度の制御は、ラジアル方向力が実加工開始レベルを超えたか否かを基に行うことも可能である。
【0060】
このように構成することで、スラスト方向力検出手段220は、スラスト用静圧パッド150が受けたスラスト方向力の変動が実加工開始レベルを超えると、実加工状態を検出して、研削主軸移動速度制御手段221に実加工開始の検出信号を送り、研削主軸移動速度制御手段221は研削主軸移動手段180により研削主軸140の移動速度を早送り移動よりも遅い研削送り移動に切り替えることが可能となる。また、スラスト方向力検出手段220に加工力過大レベルを設定することで加工力が加工力過大レベルを超えた場合には、研削主軸140を停止してワーク110または両頭研削装置を破損から守ることができる。
【0061】
次に、加工力を用いた場合の実加工状態の定義を行う。
【0062】
図6は、正常な研削運転中の加工力の推移を示したものである。
【0063】
同図中のT0は空走状態、T1はワーク110と砥石101が接触した接触状態(以下、接触状態T1)、T2は実加工状態(以下、実加工状態T2)、Cは加工力が実加工検出レベルに到達した時間(以下、時間C)、Dは実加工状態の変動(変動D)を示している。
【0064】
同図中に示した、最大加工力は図4に示した砥石101の切り込み速度Bとワークの研削量がほぼ同等になる時の加工力である。また、先に述べたように実加工検出レベルは実加工状態の判定を行うための設定値、加工力過大レベルはこれ以上の加工力が検出された場合に研削主軸140の移動速度を停止するための設定値である。
【0065】
実加工状態T2とは、砥石101とワーク110が接触した接触状態T1後に、さらに砥石101がワーク110に向かって移動して、砥石101によりワーク110が強固に挟まれた状態のことである。
【0066】
図6に示すように、研削運転開始後にはワーク110と砥石101とが接触していない状態である空走状態があり、この間では加工力は発生しない。次に、ワーク110と砥石101とが接触した状態である接触状態T1では、加工力はほぼ無負荷で推移するが、実加工状態T2では、砥石101によりワーク110が強固に挟まれることで加工力が発生する。これにより、加工力を用いることで接触状態T1と実加工状態T2とを明確に区別することができる。実加工状態では、加工力は最大加工力の値をほぼ維持する。その後、研削主軸140の移動が停止した状態で、いままでの研削主軸140の移動によって充填された加工力により、ワーク110の研削加工が継続され、同図に示すように加工力も徐々に減少する。
【0067】
また、本実施例においてスラスト方向力検出手段220により実加工状態が検出されるのは、同図中に示した実加工状態T2にある加工力の変動Dが実加工検出レベルを超える時間Cのタイミングである。スラスト方向力検出手段220により実加工状態と判定されると、研削主軸移動速度制御手段221は研削主軸移動手段180により研削主軸140の移動速度早送り移動よりも遅い研削送り移動に切り替えることが可能となる。
【0068】
実加工検出レベルの値は、例えば、最大加工力の0.2〜0.5倍の値に設定しておくことで、ワーク110と砥石101の接触状態と実加工状態とを区別することができる。無負荷運転状態とは加工力が無い状態である。加工力過大レベルは、研削運転開始後に異常があった場合には、加工を中止して研削主軸の移動を停止するためのレベルである。
【0069】
加工力過大レベルの値は、例えば、最大加工力の1.1〜2.0倍の間の値に設定することができる。加工力過大レベルの設定値を低めに設定した場合には、砥石101の研削性能が低下したことを検出できる。砥石101の研削性能はワーク110の加工形状に影響を及ぼすので、高精度のワーク110の加工が要求される場合に有効である。また、加工力過大レベルの設定値を高めに設定した場合には、ワーク110や両頭研削装置の破損を防ぐことができる。
【0070】
このように構成することにより、従来はワーク110が砥石101に接触した接触状態(以下、接触状態)から研削主軸140を研削送り移動していたが、本発明では、接触状態から実加工開始までの間の研削主軸140の移動速度を早送り移動できる。そのため、研削サイクルが短縮でき、生産性が向上する。また、実加工状態中のスラスト方向力は、ほぼ一定の値で推移するため、研削運転開始後から終了までの間のスラスト方向力をモニターすることにより、研削中のワーク110または両頭研削装置の異常を認識することができる。これにより、研削中に異常が発生した場合には研削加工を中止でき、ワーク110と両頭研削装置の破損を防ぐことができる。
【0071】
続いて、上記した実施例の他実施例について、図7乃至図11を用いて説明する。尚、図7乃至図11において、図5に示した構成と同一構成については、同一符号を付してその説明を省略する。また、図7乃至図11中に示した、X1X2方向は砥石101の移動方向であるスラスト方向を示している。Y1Y2方向はX1X2方向に直交する面方向であるラジアル方向を示している。
【0072】
図5を用いて説明した構成は、スラスト方向力を検出する手段として、スラスト用静圧パッド150を利用した。しかしながら、スラスト方向力を検出する手段は他の手段を用いることも可能である。
【0073】
図7は、スラスト方向力検出用の弾性体及び弾性機構を両頭研削装置に適用した実施例を示している。
【0074】
同図に示す両頭研削装置は、スラスト方向力を検出する手段として、スラスト方向力検出用の弾性体及び弾性機構231と変位計測手段230を用いたことを特徴とするものである。
【0075】
即ち、本実施例に係る両頭研削装置は、研削主軸移動速度制御手段221を備え、研削主軸140と研削主軸移動手段180の間のX1X2方向を、弾性体及び弾性機構231によって支持され、サドルには変位計測手段230が配設された構成となっている。
【0076】
変位計測手段230は、弾性体及び弾性機構231の変位を計測する。また、変位計測手段230は検出されたスラスト方向力が、あらかじめ変位計測手段230に設定された実加工検出レベルを超えた場合には、実加工状態の開始を検出する。この実加工状態の開始を示す検出信号は、変位計測手段230から研削主軸移動速度制御手段221に送られる。そして、研削主軸移動速度制御手段221は、研削主軸移動手段180に移動速度変更の命令を送り、研削主軸140の移動速度が早送り移動から研削送り移動に変更される。
【0077】
また、スラスト方向力が変位計測手段230にあらかじめ設定された加工力過大レベルを超えた場合には、変位計測手段230から研削主軸移動速度制御手段221に加工力過大の検出信号が送られる。そして、研削主軸移動速度制御手段221は、研削主軸移動手段180に移動停止の命令を送り、研削主軸140の移動は停止される。
【0078】
図8は、スラスト方向力検出用のロードセルを両頭研削装置に適用した実施例を示している。
【0079】
同図に示す両頭研削装置は、スラスト方向力を検出する手段として、スラスト方向力検出用のロードセル240とロードセル負荷計測手段241を用いたことを特徴とするものである。即ち、本実施例に係る両頭研削装置は、研削主軸移動速度制御手段221を備え、研削主軸140と研削主軸移動手段180の間のX1X2方向を、ロードセル240によって支持した構成となっている。
【0080】
そして、ロードセル240の負荷を計測することにより、ロードセル負荷計測手段241は実加工状態の開始を検出する。この実加工状態の開始を示す検出信号は、ロードセル負荷計測手段241から研削主軸移動速度制御手段221に送られる。そして、研削主軸移動速度制御手段221は、研削主軸移動手段180に移動速度変更の命令を送り、研削主軸140の移動速度が変更される。
【0081】
また、スラスト方向力がロードセル負荷計測手段241にあらかじめ設定された加工力過大レベルを超えた場合には、ロードセル負荷計測手段241から研削主軸移動速度制御手段221に加工力過大の検出信号が送られる。そして、研削主軸移動速度制御手段221は、研削主軸移動手段180に移動停止の命令を送り、研削主軸140の移動は停止される。
【0082】
尚、同図においてはロードセル240を用いたが、ロードセル240の代わりに磁歪素子や圧電素子を用いてその変位を計測することにより、同様に実加工状態を検出することが可能である。
【0083】
図9は、スラスト方向力検出用の駆動力検出手段を両頭研削装置に適用した実施例を示している。
【0084】
同図に示す両頭研削装置は、スラスト方向力を検出する手段として、スラスト方向力検出用の駆動力検出手段250を用いたことを特徴とするものである。即ち、本実施例に係る両頭研削装置は、研削主軸移動速度制御手段221を備え、研削主軸移動手段180に駆動力検出手段250を接続した構成となっている。
【0085】
そして、研削主軸移動手段180の駆動力を計測することにより、駆動力検出手段250は実加工状態の開始を検出する。この実加工状態の開始を示す検出信号は、駆動力検出手段250から研削主軸移動速度制御手段221に送られる。そして、研削主軸移動速度制御手段221は、研削主軸移動手段180に移動速度変更の命令を送り、研削主軸140の移動速度が変更される。
【0086】
また、スラスト方向力が駆動力検出手段250にあらかじめ設定された加工力過大レベルを超えた場合には、駆動力検出手段250から研削主軸移動速度制御手段221に加工力過大の検出信号が送られる。そして、研削主軸移動速度制御手段221は、研削主軸移動手段180に移動停止の命令を送り、研削主軸140の移動は停止される。
【0087】
図10は、ラジアル方向力検出用の研削主軸回転モータ固定子と研削主軸回転モータ回転子と電流計測手段を両頭研削装置に適用した実施例を示している。
【0088】
同図に示す両頭研削装置は、ラジアル方向力を検出する手段として、ラジアル方向力検出用の研削主軸回転モータ固定子260と、研削主軸回転モータ回転子261と、電流計測手段271とを用いたことを特徴とするものである。
【0089】
即ち、本実施例に係る両頭研削装置は、研削主軸移動速度制御手段221を備え、アウター部材に取り付けられた研削主軸回転モータ固定子260と、研削主軸回転モータ固定子260に対して隙間を存在させた状態で囲むように形成された研削主軸回転モータ回転子261と、研削主軸回転モータ固定子260と接続された電流計測手段271とから構成されている。
【0090】
そして、研削主軸140が回転することにより発生するラジアル方向力を研削主軸回転モータ回転子261の電流変位により、電流計測手段271は実加工状態の開始を検出する。この実加工状態の開始を示す検出信号は、電流計測手段271から研削主軸移動速度制御手段221に送られる。そして、研削主軸移動速度制御手段221は、研削主軸移動手段180に移動速度変更の命令を送り、研削主軸140の移動速度が変更される。
【0091】
また、ラジアル方向力が電流計測手段271にあらかじめ設定された加工力過大レベルを超えた場合には、電流計測手段271から研削主軸移動速度制御手段221に加工力過大の検出信号が送られる。そして、研削主軸移動速度制御手段221は、研削主軸移動手段180に移動停止の命令を送り、研削主軸140の移動は停止される。
【0092】
先に述べたように、ラジアル方向力とは研削主軸140が回転することにより発生する、研削主軸140と反対のラジアル方向(Y1Y2方向)に働く反力のことである。ラジアル方向力も、実加工状態を検出することができる。そのため、実加工状態の検出後に研削主軸140の移動速度を早送りから研削送りに切り替えることができる。
【0093】
そのため、研削サイクルが短縮でき、生産性が向上する。また、研削中のラジアル方向力もスラスト方向力と同様に、実加工状態中はほぼ一定に推移する。そのため、ラジアル方向力を利用することで、研削中に異常が発生してラジアル方向力が加工力過大レベルを超えた場合には、研削主軸140の移動を停止して、ワーク110と両頭研削装置の破損を防ぐことができる。
【0094】
図11は、ダイレクトドライブ方式研削主軸回転モータ採用時にラジアル方向力検出用の研削主軸回転反力測定手段を両頭研削装置に適用した実施例を示している。
【0095】
同図に示す両頭研削装置は、ダイレクトドライブ方式研削主軸回転モータ採用時のモータ取り付け部の反力信号を検出する手段として、研削主軸回転モータ固定子260と、研削主軸回転モータ回転子261と、研削主軸回転反力測定手段280とを用いたことを特徴とするものである。
【0096】
即ち、本実施例に係る両頭研削装置は、研削主軸移動速度制御手段221を備え、アウター部材に取り付けられた研削主軸回転モータ固定子260と、研削主軸回転モータ固定子260に対して隙間を存在させた状態で囲むように形成された研削主軸回転モータ回転子261と、サドル170に固定された研削主軸回転反力測定手段280とから構成されている。
【0097】
そして、研削主軸140が回転することにより発生するラジアル方向力を研削主軸回転モータ回転子261の反力信号により、研削主軸回転反力測定手段280は実加工状態の開始を検出する。この実加工状態の開始を示す検出信号は、研削主軸回転反力測定手段280から研削主軸移動速度制御手段221に送られる。そして、研削主軸移動速度制御手段221は、研削主軸移動手段180に移動速度変更の命令を送り、研削主軸140の移動速度が変更される。
【0098】
また、ラジアル方向力が研削主軸回転反力測定手段280にあらかじめ設定された加工力過大レベルを超えた場合には、研削主軸回転反力測定手段280から研削主軸移動速度制御手段221に加工力過大の検出信号が送られる。そして、研削主軸移動速度制御手段221は、研削主軸移動手段180に移動停止の命令を送り、研削主軸140の移動は停止される。
【0099】
以上、図7〜図11の上記構成においても、スラスト方向力またはラジアル方向力の検出が可能なため実加工状態の検出ができ、実加工状態の検出後に研削主軸140の移動速度を早送り移動(第一の速度)から研削送り移動(第二の速度)に切り替えることができる。
【0100】
このように構成することにより、従来は、ワーク110と対向する一対の砥石101が接触した接触状態から研削主軸140を研削送り移動していたが、本発明では、接触時点から実加工開始時点までの間、研削主軸140を早送り移動できる。そのため、サイクルが短縮でき、生産性が向上する。また、研削中のスラスト方向力及びラジアル方向力は、ほぼ一定に推移するため、スラスト方向力やラジアル方向力の変動により、研削中の異常を知ることができる。これにより、研削中に異常が発生した場合には研削を中止でき、ワーク110と両頭研削装置の破損を防ぐことができる。
【0101】
なお、図6〜図11の両頭研削装置には、スラスト方向力またはラジアル方向力を検出する手段及び研削主軸140の制御手段は、対向する二つの研削主軸140側のうち、片側にのみ設けられているが、図中に図示されていない側の研削主軸140側にも、図示した片側と同様な前記手段を設けた構成しても良い。また、図6〜図11に示した各種検出手段を両側に設ける構成としても良い。このように構成しても、先に述べたものと同様な作用及び効果が得られる。
【0102】
次に、研削運転開始後に異常が見られた場合の加工力の変動とその場合の対処について説明する。
【0103】
図12は、実加工状態の検出時に異常が発生した場合の加工力の変動の例を示したものである。同図中、Eは実加工状態の検出時に異常が発生した場合の加工力の変動(以下、変動E)を示している。
【0104】
同図のような状態になる場合は、例えば、実加工開始検出が遅れて早送り移動でそのままワーク110が研削されてしまう場合である。このような場合は、加工力が急に増加して変動Eが加工力過大レベルを超えることで異常状態と判断される。そして、研削加工は中止されて研削主軸140の移動は停止される。このように、加工力過大レベルを設定しておくことにより、研削運転中のワーク110及び両頭研削装置の破損を防ぐことができる。
【0105】
図13は、実加工状態中に異常が発生した場合の加工力の変動の例を示したものである。同図中、Eは実加工状態中に異常が発生した場合の加工力の変動である。
【0106】
同図に示した状態になる場合は、例えば、砥石101が目詰まりして研削加工能力が低下した場合や、研削主軸140の移動速度が過大である場合などである。このような場合は、加工力が増加して加工力過大レベルを超えてしまうので、異常状態と判断され、研削加工は中止されて研削主軸140の移動は停止される。このように、加工力過大レベルを設定しておくことにより、研削運転中のワーク110及び両頭研削装置の破損を防ぐことができる。
【0107】
次に、両頭研削装置に振動センサを設けて実加工状態を検出する場合について説明する。
【0108】
始に、振動センサを設けた両頭研削装置の構成について説明する。
【0109】
両頭研削装置に振動センサを、ワーク保持器のワークを保持するためのローラの取り付け部付近に取り付けた構成とすることで、振動センサからの出力を基に実加工状態を検出することができる。
【0110】
また、振動センサからの出力の測定方法は、振動センサに設けられたアンプからの電圧信号をA/Dコンバータを介してコンピュータに取り込むことで行う。
【0111】
振動センサには、例えば、AEセンサを用いることができる。
【0112】
このコンピュータに取り込まれた電圧信号(以下、電圧信号データ)は、パワーレベルが安定していないデータであるため、接触状態と実加工状態の判別が困難である。そこで、電圧信号データを平均化する処理を行う。
【0113】
本実施例では電圧信号データを平均化する方法として、指数平均化処理方法を用いた。指数平均化処理方法は、処理前のデータをA(n)、処理後のデータをB(n)とした場合に下記式で表される。
【0114】
B(1)=A(1),B(n)=k*A(n)+(1−k)*B(n−1)
また、上記式のnの範囲はn≧2を用い、平均化パラメータ値であるkの範囲は0<k<1を用いる。平均化パラメータ値kの値は、実際には平均化効果や信号の遅れを考慮して適宜に設定する。
【0115】
本実施例の場合、例えば、平均化パラメータ値kの値を0.02とすることで十分に電圧信号データを平均化することができる。
【0116】
次に、上記指数平均化処理方法により平均化された電圧信号データを基に、実加工状態を検出する方法について説明する。
【0117】
図14は、振動センサを設けた両頭研削装置を用いた場合の正常な研削運転中の振動センサの出力値の推移を示したものである。
【0118】
同図中のT0は空走状態(以下、空走状態T0)、T1はワーク110と砥石101が接触した接触状態(以下、接触状態T1)、T2は実加工状態(以下、実加工状態T2)、Hは接触状態において発生する第一の変動(以下、変動H)、Iは実加工状態において発生する第二の変動(以下、変動I)を示している。
【0119】
また、同図中に示した、振動センサ出力が先に説明した電圧信号データであり、振動センサ出力を上記指数平均化処理方法により平均化したものが平均化振動センサ出力である。
【0120】
さらに、同図中に示すように、ワーク110と砥石101とが接触した状態である第一の変動を検出するための接触状態検出レベルが設けられている。接触状態検出レベルの値は、例えば、1.5Vとすることができる。
【0121】
同図に示すように、振動センサの平均化振動センサ出力値が主軸モータ電流の値と同じように接触状態と実加工状態においての変動が現れていることから、振動センサを用いた場合でも実加工状態の検出が可能である。
【0122】
同図に示すように、研削運転開始後にはワーク110と回転移動する砥石101とが接触していない空走状態T0がある。次に、ワーク110と回転移動する砥石101とが接触する接触状態T1では、第一の変動である変動Hが接触状態検出レベルを越えることで、ワーク110と砥石101の接触状態が検出される。また、接触状態T1においては、研削前のワーク110の両面に存在する凹凸部と回転移動する砥石101が接触することで振動が発生するため、平均化振動センサ出力は徐々に上昇する。
【0123】
その後、ワーク110と砥石101が接触した状態において、さらに砥石101がワーク110に向かって移動して、わずかにワーク110が研削されることにより、研削前のワーク110の両面に存在した凹凸部が小さくなって実加工状態に到達する。実加工状態T2では、ワーク110の両面に存在した凹凸部が徐々に平滑化されるため、それに伴って、平均化振動センサ出力の値は小さくなる。
【0124】
この平均化振動センサ出力値の低下による、第二の変動である変動Iを検出することで、実加工状態であると判断されて、研削主軸140の移動速度は第一の速度である早送りから、第二の速度である研削送りに切り替えることができる。
【0125】
尚、上記実施例では指数平均化処理方法を用いて実加工状態の検出を行ったが、電圧信号データをコンピュータ内に設けられたデジタルフィルタ(ローパス,バンドパス)を用いて加工処理を行う方法や、コンピュータに取り込む前の電圧信号をコンピュータ内に設けられたアナログフィルタ(ローパス,バンドパス)を用いて加工処理を行う方法を用いた場合においても、実加工状態の検出を行うことは可能である。また、本実施例では振動センサを用いて実加工状態の判別を行ったが、振動センサの代わりに音波センサを用いても同様に実加工状態を検出することができる。
【0126】
このように構成することで、実加工状態を検出することができ、研削主軸140の移動速度を早送りから研削送りに切り替えることがでる。そのため、研削サイクルの短縮ができ、生産性が向上する。
【0127】
次に、本実施例において両頭研削装置が実施する研削加工処理について説明する。
【0128】
図15は、研削加工処理を示すフローチャートである。
【0129】
通常、研削運転開始前に研削主軸140の待機位置と、ワーク110に接触するように想定した想定接触位置を両頭研削装置に入力する。その後、研削主軸140は待機位置から起動し、想定接触位置移動を行う(ステップ311)。
【0130】
この時の研削主軸140の移動速度は、研削加工中の研削送りよりも高速、例えば、1mm/min以上にする。また、待機位置と接触想定位置との距離が0.01mm〜1mm以上の場合は、前記接触想定位置の0.01mm〜1mm手前までは、1mm/min〜10mm/min以上の高速で移動を行い、その後、0.01mm/min〜10mm/min程度に減速して接触想定位置まで移動する。これにより、研削サイクルの短縮と、実加工状態の検出時の研削主軸140の移動し過ぎ等によるトラブルを防ぐことができる。このように、研削主軸140の移動速度は、多段階に分割した構成としても良い。
【0131】
ステップ311の処理により、研削主軸140が待機位置から想定接触位置まで移動すると、処理はステップ321に進む。ステップ321では、実加工状態における異常判定を行なう。この異常判定は、例えば、先に述べた図12に示したように加工力が実加工検出レベルを超えた後に、加工力過大レベルを超えたかどうかにより判定される。
【0132】
このステップ321で異常と判断された場合は、処理はステップ391に進み、研削主軸140の移動が停止されて加工は途中終了される。このように、加工力過大レベルを設定することにより、研削運転中のワーク110及び両頭研削装置の破損を防ぐことができる。
【0133】
一方、ステップ321で正常であると判断されると、処理はステップ331に進み、実加工状態の判定処理が行なわれる。この実加工状態の判定処理は、加工力が正常に実加工検出レベルを超えたか否かにより判定される。
【0134】
このステップ331で実加工状態の検出がされない場合には、ステップ311とステップ321の間に戻り、ステップ321とステップ331を繰り返し行う。
【0135】
一方、ステップ331で実加工状態の検出がされると、処理はステップ341に進み、研削主軸140の移動速度が研削送りに切り替えられ、実加工が開始されてステップ351に進む。このように、実加工状態の検出後に、研削主軸140を研削送り移動にすることで、研削送り移動の速度とワーク110の除去量をほぼ一致させることができる。従って、ワーク110を効率良く研削加工することができる。また、研削送り移動の時間を短縮できるため、研削サイクルを向上させることができ生産性が向上する。
【0136】
次に、ステップ351で異常と判断された場合は、処理はステップ391に進み、研削主軸140の移動が停止されて研削加工は途中終了される。このように、加工力過大レベルを設定することにより、実加工状態のワーク110及び両頭研削装置の破損を防ぐことができる。
【0137】
一方、ステップ351で正常であると判断されると、処理はステップ361に進み実加工が終了したか否かの判定が行われる。
【0138】
このステップ361で実加工状態の検出がされない場合には、ステップ341とステップ351の間に戻り、ステップ351とステップ361を繰り返し行う。
【0139】
一方、ステップ361で所望の研削加工が終了したと判断されると実加工は終了され、ステップ371へと進んで研削主軸140は待機位置まで移動して、ステップ381へと進み、ワーク110の研削加工が正常に終了される。
【0140】
なお、ワーク110の加工には研削加工前後にさまざまな処理が存在する。ワーク110を複数枚連続で加工を行う場合には、処理時間が最短になるように前記処理を組み合わせても良い。
【0141】
以上、本発明の好ましい実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【0142】
【発明の効果】
請求項1記載の発明によれば、砥石によりワークが強固に挟まれた加工状態である実加工状態の加工力の変動を検出し、送り手段の速度を第一の速度よりも遅い実加工状態の第二の速度に変化させることができるため、高精度な研削加工ができ、かつ、研削サイクルの向上ができる。
【0143】
請求項2記載の発明によれば、検出手段に実加工検出レベルを設けることで、砥石によるワークの加工力の変動が実加工検出レベルを超えた際には、砥石とワークは実加工状態にあると判断することができる。それにより、砥石によるワークの加工力の変動が実加工検出レベルを超えた際には、制御手段により送り手段の移動速度を第一の速度よりも遅い第二の速度に変化させることにより、ワークを高精度に研削加工し、かつ、研削サイクルの向上ができる。
【0144】
請求項3記載の発明によれば、ワークや両頭研削装置に異常が発生した場合などに起こる大きな加工力の変動を、加工力過大レベルを設けることで検出して、送り手段を停止することでワークや両頭研削装置を破損から防ぐことができる。
【0145】
請求項4記載の発明によれば、スラスト方向力の変動から実加工状態を検出することができる。また、スラスト方向力の変動から、加工中のワークまたは両頭研削装置に発生した異常も検出することができる。
【0146】
請求項5記載の発明によれば、研削主軸の流体軸受面の流体圧力を用いることで、スラスト方向力を検出することができる。
【0147】
請求項6記載の発明によれば、スラスト方向力の検出手段には、弾性体や、磁歪素子や、圧電素子や、ロードセル等が利用できる。
【0148】
請求項7記載の発明によれば、ラジアル方向力を利用することで、実加工状態の変動を検出することができる。
【0149】
請求項8記載の発明によれば、研削主軸回転用モータからの電気信号の変化を利用することによりラジアル方向力が検出できる。
【0150】
請求項9記載の発明によれば、砥石とワークの接触状態による第一の変動ではなく、実加工状態である第二の変動の検出を基に実加工状態にあるか否かの判断することができる。また、実加工状態で送り手段の移動速度を第一の速度よりも遅い第二の速度に切り替えることができるので、高精度な研削加工ができ、かつ、研削サイクルの向上ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来技術の振動センサを用いた砥石接触検出装置の構成の斜視図である。
【図2】従来技術の砥石接触検出装置が砥石とワークの接触を検出した時の砥石とワークの位置関係を示した図である。
【図3】ワークが対向する一対の砥石に、ワークが持つ反りや撓みなどが吸収された状態で強固に挟まれている状態を示した図である。
【図4】砥石とワークの位置関係に対しての研削時間とワークの研削後の厚みの推移を示した図である。
【図5】本発明の実施形態であるスラスト用静圧パッドの流体圧力を両頭研削装置に適用したときの概略図である。
【図6】正常な研削運転中の加工力の推移を示したものである。
【図7】スラスト方向力検出用の弾性体及び弾性機構を両頭研削装置に適用した実施例である。
【図8】スラスト方向力検出用のロードセルを両頭研削装置に適用した実施例である。
【図9】スラスト方向力検出用の駆動力検出手段を両頭研削装置に適用した実施例である。
【図10】ラジアル方向力検出用の研削主軸回転モータ固定子と研削主軸回転モータ回転子と電流計測手段を両頭研削装置に適用した実施例である。
【図11】ダイレクトドライブ方式研削主軸回転モータ採用時にラジアル方向力検出用の研削主軸回転反力測定手段を両頭研削装置に適用した実施例である。
【図12】実加工状態の検出時に異常が発生した場合の加工力の変動の例である。
【図13】実加工状態中に異常が発生した場合の加工力の変動の例である。
【図14】振動センサを設けた両頭研削装置を用いた場合の正常な研削運転中の振動センサの出力値の推移である。
【図15】研削加工処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
13、140 研削主軸
16、101 砥石
17、110 ワーク
53 ワーク保持機構の移動枠
75 振動センサ
120 アウター部材
130 インナー部材
150 スラスト用静圧パッド
160 ラジアル用静圧パッド
170 サドル
180 研削主軸移動手段
190 研削動作面
200 架台
210 配線
220 スラスト方向力検出手段
221 研削主軸移動速度制御手段
230 変位計測手段
231 弾性体及び弾性機構
240 ロードセル
241 ロードセル負荷計測手段
251 駆動力検出手段
260 研削主軸回転モータ固定子
261 研削主軸回転モータ回転子
271 電流計測手段
280 研削主軸回転反力測定手段
311 想定接触位置移動
321 実加工開始異常判定
331 実加工開始判定
341 研削送り移動開始
351 実加工異常判定
361 実加工終了判定
371 待機位置移動
381 正常終了
391 途中終了[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a double-ended grinding apparatus, and more particularly to a double-ended grinding apparatus for grinding both surfaces of a workpiece such as glass of an optical component or a semiconductor silicon wafer with ultra-precision.
[0002]
[Prior art]
In a conventional double-headed grinding machine, from the viewpoint of improving the grinding efficiency, it is generally practiced to use a grinding wheel contact detection device to rapidly feed a grinding spindle provided with a grinding wheel until it comes into contact with a grinding surface of a work. Has been done. As a related art of such a grinding wheel contact detection device, a grinding wheel contact detection device using a vibration sensor, a sound wave sensor, and a rotational load sensor is disclosed (for example, see Patent Document 1).
[0003]
FIG. 1 shows a perspective view of a configuration of a grinding wheel contact detection device using a conventional vibration sensor.
[0004]
As shown in the figure, the grindstone contact detection device generally includes a moving frame 53 of a work holding mechanism and a vibration sensor 75.
[0005]
A mechanism (not shown) for fixing the work 17 is provided at the center of the moving frame 53 of the work holding mechanism. Further, the vibration sensor 75 as a detecting means is disposed on the upper surface on one side of the moving frame 53 of the work holding mechanism in the direction facing the grindstone 16. At the start of the grinding operation, the grindstone 16 provided on the grinding spindle 13 is rapidly moved toward the work 17 and comes into contact with the surface of the work 17.
[0006]
Thereafter, the vibration sensor 75 detects the mechanical vibration of the work 17 generated due to the contact, and outputs a signal. The detection signal is input to a CPU (not shown), and a grinding spindle movement control unit (not shown) ), A rotation speed switching signal is output. As a result, the feed movement of the grinding spindle 13 is switched from rapid feed to grinding feed.
[0007]
In this way, the grinding wheel contact detection device is provided in the double-headed grinding machine, and the grinding spindle is rapidly traversed from the start of the grinding operation until the workpiece comes into contact with the grinding wheel, thereby shortening the time required for the grinding cycle of the workpiece. As a result, the grinding efficiency can be improved.
[0008]
[Patent Document 1]
JP-A-10-277896.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the case of performing grinding using a double-headed grinding device, it is difficult to perform a suitable grinding process because the workpiece bends and the workpiece itself is warped.
[0010]
FIG. 2 is a diagram showing a positional relationship between the grindstone and the work when the conventional grindstone contact detection device detects the contact between the grindstone and the work.
[0011]
When switching the moving speed of the
FIG. 3 is a diagram showing a state in which the work is firmly sandwiched between a pair of grindstones facing each other in a state in which the warp, deflection, and the like of the work are absorbed.
[0012]
FIG. 4 is a diagram showing a change in the grinding time and the thickness of the workpiece after grinding with respect to the positional relationship between the grinding wheel and the workpiece. A shown by an arrow in the drawing indicates the thickness of the
[0013]
In the figure, T 1 The time indicated by, from the point in time when the
[0014]
As shown in FIG. 1 In the contact processing, the
[0015]
Further, the moving speed of the
[0016]
Accordingly, the present invention has been made in view of the above circumstances, and improves the grinding efficiency by shortening the time required for a work grinding cycle, and also detects an abnormality of a double-headed grinding device to damage the work and the double-headed grinding device. It is an object of the present invention to provide a double-headed grinding device that can also prevent the occurrence of the double-sided grinding.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the present invention is characterized by taking the following means.
[0018]
In the invention according to
[0019]
According to the above invention, a change in the processing force in the actual processing state, which is a processing state in which the workpiece is firmly sandwiched by the grindstone, is detected, and the speed of the feeding means is set to the second speed in the actual processing state lower than the first speed. Since the speed can be changed, high-precision grinding can be performed and the grinding cycle can be improved.
[0020]
In the invention according to
[0021]
According to the invention described above, by providing the actual machining detection level in the detection means, when the variation in the machining force of the workpiece by the grindstone exceeds the actual machining detection level, it is determined that the grindstone and the workpiece are in the actual machining state. be able to. Thereby, when the fluctuation of the processing force of the work by the grindstone exceeds the actual processing detection level, the control means changes the moving speed of the feeding means to a second speed lower than the first speed, thereby changing the work speed. Can be ground with high precision and the grinding cycle can be improved.
[0022]
In the invention according to
[0023]
According to the above invention, a large change in the processing force that occurs when an abnormality occurs in the work or the double-headed grinding device is detected by providing an excessively high processing force level, and the work or the double-ended grinding is stopped by stopping the feeding means. The device can be prevented from being damaged.
[0024]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a double-head grinding apparatus according to any one of the preceding claims, wherein the detecting means detects a change in a thrust force in the actual machining state. it can.
[0025]
According to the above-mentioned invention, the actual machining state can be detected from the fluctuation of the thrust direction force. Further, from the fluctuation in the thrust direction force, it is possible to detect an abnormality occurring in the work being processed or the double-head grinding device.
[0026]
In the invention according to
[0027]
According to the above invention, the thrust force can be detected by using the fluid pressure on the fluid bearing surface of the grinding spindle.
[0028]
In the invention according to
[0029]
According to the invention, an elastic body, a magnetostrictive element, a piezoelectric element, a load cell, or the like can be used as the thrust direction force detecting means.
[0030]
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a double-sided grinding apparatus according to any one of the first to third aspects, wherein the detecting means detects a change in a radial force in the actual machining state. it can.
[0031]
According to the above invention, a change in the actual machining state can be detected by using the radial force.
[0032]
According to an eighth aspect of the present invention, there is provided a double-headed grinding apparatus according to the seventh aspect, wherein the detection means uses an electric signal from a rotary motor for a grinding spindle.
[0033]
According to the above invention, the radial force can be detected by using the change in the electric signal from the grinding spindle rotating motor.
[0034]
According to the ninth aspect of the present invention, a whetstone, feed means for moving the whetstone at a different speed toward a work, and detecting a fluctuation of an output of a vibration sensor in an actual processing state of the work by the whetstone. Detecting means, after the first variation due to the contact state of the grinding wheel and the work is detected by the detecting means, when the actual machining state is detected as the second variation, the moving speed of the feed means The problem can be solved by a double-ended grinding device including a control means for changing the speed to a second speed lower than the first speed.
[0035]
According to the above invention, it is possible to determine whether or not the workpiece is in the actual machining state based on the detection of the second variation, which is the actual machining state, instead of the first variation due to the contact state between the grindstone and the work. In addition, since the moving speed of the feeding means can be switched to the second speed lower than the first speed in the actual machining state, highly accurate grinding can be performed, and the grinding cycle can be improved.
[0036]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0037]
FIG. 5 is a schematic diagram when the fluid pressure of the hydrostatic thrust pad according to the embodiment of the present invention is applied to a double-ended grinding device. X shown in FIG. 1 X 2 The direction indicates the thrust direction which is the moving direction of the
[0038]
First, an outline of the double-ended grinding device will be described with reference to FIG.
[0039]
As shown in the figure, the double-headed grinding apparatus is roughly described, and a pair of opposed grinding
[0040]
A
[0041]
Grinding spindle moving means 180 is provided on the side of the
[0042]
Next, the grinding
[0043]
The grinding
[0044]
The
[0045]
The
[0046]
The thrust
[0047]
Next, the thrust direction force detecting means 220 will be described.
[0048]
In the thrust direction force detecting means 220, an actual machining detection level and an excessive machining force level are set in advance as set values. The actual processing detection level is a set value for determining that the
[0049]
The thrust direction force detection means 220 determines that the change in the thrust direction force after the start of the grinding operation exceeds the actual processing detection level, and determines that the state is the actual processing state. I do. These determination results are sent to the grinding spindle moving speed control means 221 as detection signals.
[0050]
Next, the grinding spindle moving speed control means 221 will be described.
[0051]
The grinding spindle moving speed control means 221 is a means for causing the grinding spindle moving means 180 to change the moving speed of the grinding
[0052]
When the thrust direction force detecting means 220 determines that the fluctuation of the thrust direction force exceeds the excessive processing force level, the grinding spindle moving speed control means 221 causes the grinding spindle moving means 180 to stop the grinding
[0053]
Next, the thrust force and the radial force required to determine the actual machining state in the present embodiment will be described.
[0054]
When the force for processing the
[0055]
The thrust direction force is also referred to as the back force, more correctly the main shaft rotation axis direction force. The radial force is also referred to as the main component force, more correctly the main shaft rotational force.
[0056]
The thrust direction force refers to each of the forces applied to the grinding
[0057]
The processing force is not generated when the
[0058]
Further, the working force in the actual working state changes at a substantially constant value when the working is performed normally, but the working force increases when there is an abnormality in the
[0059]
In the present embodiment, the variation in the thrust direction force received by the thrust
[0060]
With this configuration, the thrust direction force detection means 220 detects the actual machining state when the variation in the thrust direction force received by the thrust
[0061]
Next, the actual machining state when the machining force is used is defined.
[0062]
FIG. 6 shows the transition of the processing force during the normal grinding operation.
[0063]
T in FIG. 0 Is idle, T 1 Is a contact state where the
[0064]
The maximum processing force shown in FIG. 4 is a processing force when the cutting speed B of the
[0065]
Actual machining state T 2 Is the contact state T in which the
[0066]
As shown in FIG. 6, after the start of the grinding operation, there is an idle running state in which the
[0067]
In the present embodiment, the actual machining state is detected by the thrust direction force detecting means 220 because the actual machining state T shown in FIG. 2 Is the timing of the time C at which the variation D of the machining force in the step S1 exceeds the actual machining detection level. When it is determined by the thrust direction force detecting means 220 that the workpiece is in the actual machining state, the grinding spindle moving speed control means 221 can switch the grinding
[0068]
By setting the value of the actual machining detection level to, for example, 0.2 to 0.5 times the maximum machining force, it is possible to distinguish the contact state between the
[0069]
The value of the excessive working force level can be set, for example, to a value between 1.1 and 2.0 times the maximum working force. When the set value of the excessive working force level is set lower, it can be detected that the grinding performance of the
[0070]
With this configuration, conventionally, the grinding
[0071]
Next, another embodiment of the above embodiment will be described with reference to FIGS. 7 to 11, the same components as those shown in FIG. 5 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted. Further, X shown in FIGS. 1 X 2 The direction indicates the thrust direction which is the moving direction of the
[0072]
The configuration described with reference to FIG. 5 uses the thrust
[0073]
FIG. 7 shows an embodiment in which an elastic body and an elastic mechanism for detecting a thrust direction force are applied to a double-ended grinding device.
[0074]
The double-headed grinding apparatus shown in FIG. 1 is characterized by using an elastic body for detecting a thrust direction force, an elastic mechanism 231 and a displacement measurement unit 230 as means for detecting a thrust direction force.
[0075]
That is, the double-headed grinding apparatus according to the present embodiment includes the grinding spindle moving speed control means 221, and the X-axis between the grinding
[0076]
The displacement measuring means 230 measures the displacement of the elastic body and the elastic mechanism 231. Further, when the detected thrust direction force exceeds the actual machining detection level set in advance in the displacement measuring unit 230, the displacement measuring unit 230 detects the start of the actual machining state. The detection signal indicating the start of the actual machining state is sent from the displacement measuring means 230 to the grinding spindle moving speed control means 221. Then, the grinding spindle moving
[0077]
Further, when the thrust direction force exceeds the excessive working force level set in advance by the displacement measuring means 230, a detection signal of excessive working force is sent from the displacement measuring means 230 to the grinding spindle moving speed control means 221. Then, the grinding spindle moving speed control means 221 sends a command to stop the movement to the grinding spindle moving means 180, and the movement of the grinding
[0078]
FIG. 8 shows an embodiment in which a load cell for detecting a thrust direction force is applied to a double-headed grinding device.
[0079]
The double-headed grinding apparatus shown in FIG. 1 is characterized in that a
[0080]
Then, by measuring the load of the
[0081]
If the thrust force exceeds the excessive machining force level preset in the load cell load measuring means 241, a detection signal of excessive machining force is sent from the load cell load measuring means 241 to the grinding spindle moving speed control means 221. . Then, the grinding spindle moving speed control means 221 sends a command to stop the movement to the grinding spindle moving means 180, and the movement of the grinding
[0082]
Although the
[0083]
FIG. 9 shows an embodiment in which the driving force detecting means for detecting the thrust direction force is applied to a double-head grinding device.
[0084]
The double-ended grinding apparatus shown in FIG. 1 is characterized in that a driving force detecting means 250 for detecting a thrust direction force is used as a means for detecting a thrust direction force. That is, the double-headed grinding apparatus according to the present embodiment includes the grinding spindle moving speed control means 221, and the driving force detecting means 250 is connected to the grinding spindle moving means 180.
[0085]
Then, by measuring the driving force of the grinding spindle moving means 180, the driving force detecting means 250 detects the start of the actual machining state. A detection signal indicating the start of the actual machining state is sent from the driving force detection means 250 to the grinding spindle moving speed control means 221. Then, the grinding spindle moving
[0086]
When the thrust direction force exceeds the excessive machining force level set in advance in the driving force detection means 250, a detection signal of excessive machining force is sent from the driving force detection means 250 to the grinding spindle moving speed control means 221. . Then, the grinding spindle moving speed control means 221 sends a command to stop the movement to the grinding spindle moving means 180, and the movement of the grinding
[0087]
FIG. 10 shows an embodiment in which a grinding spindle rotating motor stator for detecting a radial direction force, a grinding spindle rotating motor rotor, and current measuring means are applied to a double-head grinding apparatus.
[0088]
The double-headed grinding apparatus shown in FIG. 1 uses a grinding spindle rotating
[0089]
That is, the double-headed grinding device according to the present embodiment includes the grinding spindle moving speed control means 221, and a gap exists between the grinding spindle rotating
[0090]
Then, the current measuring means 271 detects the start of the actual machining state by using the radial force generated by the rotation of the grinding
[0091]
When the radial force exceeds the excessive machining force level preset in the
[0092]
As described above, the radial force is generated by the rotation of the grinding
[0093]
Therefore, the grinding cycle can be shortened, and the productivity is improved. Further, the radial force during grinding also changes substantially constant during the actual machining state, similarly to the thrust force. Therefore, by utilizing the radial force, when an abnormality occurs during grinding and the radial force exceeds the excessive processing force level, the movement of the grinding
[0094]
FIG. 11 shows an embodiment in which a grinding spindle rotation reaction force measuring means for detecting a radial force is applied to a double-head grinding apparatus when a direct drive grinding spindle rotation motor is employed.
[0095]
The double-headed grinding device shown in FIG. 6 includes a grinding spindle rotating
[0096]
That is, the double-headed grinding apparatus according to the present embodiment includes the grinding spindle moving speed control means 221 and has a gap between the grinding spindle rotating
[0097]
Then, the grinding spindle rotation reaction force measuring means 280 detects the start of the actual machining state based on the radial force generated by the rotation of the grinding
[0098]
If the radial force exceeds the excessive machining force level preset in the grinding spindle rotation reaction force measuring means 280, the grinding spindle rotation reaction force measuring means 280 sends the machining power excessive control to the grinding spindle movement speed control means 221. Is sent. Then, the grinding spindle moving speed control means 221 sends a command to stop the movement to the grinding spindle moving means 180, and the movement of the grinding
[0099]
As described above, also in the above-described configurations of FIGS. 7 to 11, since the thrust force or the radial force can be detected, the actual machining state can be detected. After the actual machining state is detected, the moving speed of the grinding
[0100]
With such a configuration, conventionally, the grinding
[0101]
In the double-headed grinding apparatus shown in FIGS. 6 to 11, the means for detecting the thrust force or the radial force and the control means for the grinding
[0102]
Next, a description will be given of a change in the processing force when an abnormality is found after the start of the grinding operation and a measure to be taken in that case.
[0103]
FIG. 12 shows an example of a change in the machining force when an abnormality occurs when the actual machining state is detected. In the figure, E indicates a change in the machining force (hereinafter, a change E) when an abnormality occurs when the actual machining state is detected.
[0104]
The state as shown in the figure is, for example, a case where the
[0105]
FIG. 13 shows an example of a change in the processing force when an abnormality occurs during the actual processing state. In the figure, E is a change in the machining force when an abnormality occurs during the actual machining state.
[0106]
The state shown in the figure is, for example, a case where the
[0107]
Next, a case in which a vibration sensor is provided in the double-ended grinding device to detect an actual machining state will be described.
[0108]
First, the configuration of a double-headed grinding device provided with a vibration sensor will be described.
[0109]
By providing a vibration sensor in the double-headed grinding device near the mounting portion of the roller for holding the work of the work holder, the actual machining state can be detected based on the output from the vibration sensor.
[0110]
In addition, the method of measuring the output from the vibration sensor is performed by taking a voltage signal from an amplifier provided in the vibration sensor into a computer via an A / D converter.
[0111]
For example, an AE sensor can be used as the vibration sensor.
[0112]
The voltage signal (hereinafter, voltage signal data) taken into the computer is data in which the power level is not stable, so that it is difficult to determine the contact state and the actual processing state. Therefore, a process of averaging the voltage signal data is performed.
[0113]
In this embodiment, an exponential averaging method is used as a method for averaging the voltage signal data. The exponential averaging processing method is represented by the following equation when the data before processing is A (n) and the data after processing is B (n).
[0114]
B (1) = A (1), B (n) = k * A (n) + (1-k) * B (n-1)
In the above formula, n ≧ 2 is used for the range of n, and 0 <k <1 is used for the range of the averaging parameter value k. Actually, the value of the averaging parameter value k is appropriately set in consideration of the averaging effect and signal delay.
[0115]
In the case of the present embodiment, for example, the voltage signal data can be sufficiently averaged by setting the value of the averaging parameter value k to 0.02.
[0116]
Next, a method of detecting the actual machining state based on the voltage signal data averaged by the above exponential averaging processing method will be described.
[0117]
FIG. 14 shows the transition of the output value of the vibration sensor during a normal grinding operation when using a double-head grinding device provided with a vibration sensor.
[0118]
T in FIG. 0 Indicates the idle running state (hereinafter, idle running state T) 0 ), T 1 Is a contact state where the
[0119]
The output of the vibration sensor shown in the figure is the voltage signal data described above, and the average of the output of the vibration sensor by the exponential averaging processing method is the averaged vibration sensor output.
[0120]
Further, as shown in the figure, a contact state detection level for detecting a first variation in which the
[0121]
As shown in the figure, since the averaged vibration sensor output value of the vibration sensor fluctuates between the contact state and the actual machining state in the same manner as the spindle motor current value, even when the vibration sensor is used, The processing state can be detected.
[0122]
As shown in the figure, after the start of the grinding operation, the idle running state T in which the
[0123]
Thereafter, in a state where the
[0124]
By detecting the variation I, which is the second variation, due to the decrease in the output value of the averaged vibration sensor, it is determined that the workpiece is in the actual machining state, and the moving speed of the grinding
[0125]
In the above embodiment, the actual processing state is detected by using the exponential averaging processing method. However, a method of processing the voltage signal data by using a digital filter (low-pass, band-pass) provided in the computer. Also, even when a method of processing a voltage signal before being taken into a computer by using an analog filter (low-pass, band-pass) provided in the computer is used, the actual processing state can be detected. is there. In this embodiment, the actual machining state is determined using the vibration sensor. However, the actual machining state can be similarly detected by using a sound wave sensor instead of the vibration sensor.
[0126]
With this configuration, the actual machining state can be detected, and the moving speed of the grinding
[0127]
Next, a description will be given of a grinding process performed by the double-ended grinding device in the present embodiment.
[0128]
FIG. 15 is a flowchart showing the grinding process.
[0129]
Normally, before starting the grinding operation, a standby position of the grinding
[0130]
At this time, the moving speed of the grinding
[0131]
When the grinding
[0132]
If it is determined in
[0133]
On the other hand, if it is determined in
[0134]
If the actual machining state is not detected in
[0135]
On the other hand, if the actual machining state is detected in
[0136]
Next, if it is determined in
[0137]
On the other hand, if it is determined in
[0138]
If the actual machining state is not detected in
[0139]
On the other hand, if it is determined in
[0140]
In the processing of the
[0141]
As described above, the preferred embodiments of the present invention have been described in detail, but the present invention is not limited to such specific embodiments, and various modifications may be made within the scope of the present invention described in the appended claims. Deformation and modification are possible.
[0142]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the present invention, a change in the processing force in the actual processing state in which the workpiece is firmly sandwiched by the grindstones is detected, and the speed of the feeding means is set to a value lower than the first speed. Can be changed to the second speed, so that highly accurate grinding can be performed and the grinding cycle can be improved.
[0143]
According to the second aspect of the present invention, by providing the actual machining detection level to the detection means, when the fluctuation of the machining force of the work by the grindstone exceeds the actual machining detection level, the grindstone and the workpiece are brought into the actual machining state. It can be determined that there is. Thereby, when the fluctuation of the processing force of the work by the grindstone exceeds the actual processing detection level, the control means changes the moving speed of the feeding means to a second speed lower than the first speed, thereby changing the work speed. Can be ground with high precision and the grinding cycle can be improved.
[0144]
According to the invention as set forth in
[0145]
According to the fourth aspect of the invention, the actual machining state can be detected from the fluctuation of the thrust direction force. Further, from the fluctuation in the thrust direction force, it is possible to detect an abnormality occurring in the work being processed or the double-head grinding device.
[0146]
According to the fifth aspect of the invention, the thrust force can be detected by using the fluid pressure on the fluid bearing surface of the grinding spindle.
[0147]
According to the invention described in
[0148]
According to the seventh aspect of the invention, a change in the actual machining state can be detected by using the radial force.
[0149]
According to the eighth aspect of the invention, the radial force can be detected by using the change in the electric signal from the grinding spindle rotating motor.
[0150]
According to the ninth aspect of the invention, it is determined whether or not the workpiece is in the actual machining state based on the detection of the second variation, which is the actual machining state, instead of the first variation due to the contact state between the grindstone and the work. Can be. In addition, since the moving speed of the feeding means can be switched to the second speed lower than the first speed in the actual machining state, highly accurate grinding can be performed, and the grinding cycle can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view of a configuration of a grinding wheel contact detection device using a conventional vibration sensor.
FIG. 2 is a diagram illustrating a positional relationship between a grindstone and a work when a conventional grindstone contact detection device detects contact between the grindstone and the work.
FIG. 3 is a diagram showing a state in which the work is firmly sandwiched between a pair of grindstones facing each other in a state in which the warp, deflection, and the like of the work are absorbed.
FIG. 4 is a diagram showing a transition of a grinding time and a thickness of a work after grinding with respect to a positional relationship between a grindstone and a work.
FIG. 5 is a schematic diagram when a fluid pressure of a hydrostatic pad for thrust according to an embodiment of the present invention is applied to a double-head grinding device.
FIG. 6 shows a transition of a processing force during a normal grinding operation.
FIG. 7 is an embodiment in which an elastic body and an elastic mechanism for detecting a thrust direction force are applied to a double-ended grinding device.
FIG. 8 is an embodiment in which a load cell for detecting a thrust direction force is applied to a double-headed grinding device.
FIG. 9 is an embodiment in which a driving force detecting means for detecting a thrust direction force is applied to a double-head grinding device.
FIG. 10 is an embodiment in which a grinding spindle rotating motor stator for detecting a radial force, a grinding spindle rotating motor rotor, and current measuring means are applied to a double-head grinding apparatus.
FIG. 11 shows an embodiment in which a grinding spindle rotation reaction force measuring means for detecting a radial force is applied to a double-head grinding apparatus when a direct drive grinding spindle rotation motor is employed.
FIG. 12 is an example of a change in machining force when an abnormality occurs during detection of an actual machining state.
FIG. 13 is an example of a change in machining force when an abnormality occurs during the actual machining state.
FIG. 14 shows the transition of the output value of the vibration sensor during a normal grinding operation when using a double-head grinding device provided with a vibration sensor.
FIG. 15 is a flowchart showing a grinding process.
[Explanation of symbols]
13,140 Grinding spindle
16, 101 whetstone
17, 110 work
53 Moving frame of work holding mechanism
75 Vibration sensor
120 outer member
130 Inner member
150 Static pressure pad for thrust
160 Static pressure pad for radial
170 saddle
180 Grinding spindle moving means
190 Grinding operation surface
200 stand
210 Wiring
220 Thrust direction force detecting means
221 Grinding spindle moving speed control means
230 Displacement measuring means
231 Elastic body and elastic mechanism
240 load cell
241 Load cell load measuring means
251 Driving force detection means
260 Grinding spindle rotating motor stator
261 Grinding spindle rotating motor rotor
271 Current measuring means
280 Grinding spindle rotation reaction force measuring means
311 Movement of assumed contact position
321 Actual machining start abnormality judgment
331 Actual machining start judgment
341 Start of grinding feed movement
351 Actual machining abnormality judgment
361 Actual machining end judgment
371 Move to standby position
381 Successful completion
391 Ending prematurely
Claims (9)
前記砥石による前記ワークの実加工状態での加工力の変動を検出する検出手段と、
前記検出手段で前記実加工状態の前記加工力の変動が検出された際、前記送り手段の移動速度を第一の速度よりも遅い第二の速度に変化させる制御手段とを備えた両頭研削装置。Grinding stone, feed means for moving the grinding stone at a different speed toward the workpiece,
Detecting means for detecting a change in the processing force of the work by the whetstone in an actual processing state,
A control means for changing a moving speed of the feed means to a second speed lower than a first speed when the detecting means detects a change in the working force in the actual working state. .
前記砥石による前記ワークの実加工状態での振動センサの出力の変動を検出する検出手段と、
前記検出手段で前記砥石と前記ワークの接触状態による第一の変動が検出された後に、第二の変動である前記実加工状態が検出された際、前記送り手段の移動速度を第一の速度よりも遅い第二の速度に変化させる制御手段とを備えた両頭研削装置。Grinding stone, feed means for moving the grinding stone at a different speed toward the workpiece,
Detecting means for detecting a change in the output of the vibration sensor in the actual processing state of the work by the grinding wheel,
After the first variation due to the contact state between the grinding wheel and the work is detected by the detection unit, when the actual machining state, which is the second variation, is detected, the moving speed of the feeding unit is set to the first speed. Control means for changing to a second speed lower than the second speed.
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Legal Events
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Effective date: 20041013 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 |
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A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20070123 |
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Effective date: 20070130 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 |
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A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20070529 |