JP2007190647A - Visualizing device for use in vibratory finishing machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、振動加工機の加工部分を静視状態にて可視化する可視化装置に係り、詳しくは極短時間発光する光源からの光を光ファイバーで集めて加工部分を映像化する可視化装置に関する。 The present invention relates to a visualization device that visualizes a machining portion of a vibration processing machine in a static state, and more particularly to a visualization device that collects light from a light source that emits light for an extremely short time using an optical fiber and visualizes the machining portion.
近時、チタン、セラミックス、超硬合金などの高硬度、難削材料の製品需要が高まり、これら材料の切削、研削加工が急務となっている。上記材料では、加工具である切削刃或いは研削刃の硬度に近い材料硬度を有していることから、従来の加工技術では加工具の劣化が著しく、切削或いは研削加工が困難とされている。 Recently, the demand for products of high hardness and difficult-to-cut materials such as titanium, ceramics and cemented carbide has increased, and cutting and grinding of these materials has become an urgent task. Since the above materials have a material hardness close to that of a cutting blade or a grinding blade that is a processing tool, the conventional processing technology causes a significant deterioration of the processing tool, making cutting or grinding difficult.
この解決策として、加工具もしくは被削材を高周波・微振幅で振動させることにより加工時に生じる発熱を抑え、難削材料に対して切削或いは研削が可能となる高周波振動加工技術が案出されている。(特許文献1) As a solution to this problem, a high-frequency vibration machining technology has been devised, in which a tool or work material is vibrated at a high frequency and a small amplitude to suppress the heat generated during machining and cut or grind difficult-to-cut materials. Yes. (Patent Document 1)
上記高周波振動加工技術では、従来の切削条件に加え、振動加工機の加工具もしくは被削材料を振動させる条件、すなわち加工時における加工部分の周波数、振幅等を各被削材料に合った加工条件によって振動加工機を運転する必要がある。 In the above high-frequency vibration processing technology, in addition to the conventional cutting conditions, conditions for vibrating the processing tool or work material of the vibration processing machine, that is, the processing conditions suitable for each work material such as the frequency and amplitude of the machined part during processing. It is necessary to operate the vibration processing machine.
しかし、振動加工機の振動周波数は、数kHz〜数十kHzの高周波が用いられていることに加え、加工部分の振幅は数マイクロメートルの微小振幅であることから、加工部分の状況を正確に把握するには特別な装置が必要となる。 However, in addition to the high frequency of several kHz to several tens of kHz being used as the vibration frequency of the vibration processing machine, the machining part amplitude is a minute amplitude of several micrometers, so the situation of the machining part can be accurately determined. A special device is required to grasp.
このような加工部分の観察には、例えば高速度カメラを用いる方法やレーザ光の干渉像により静止画として観察する方法が用いられているが、いずれの装置も高価であり振動加工機に用いるには実用性に欠けるものであった。また、キセノン光源によるストロボ撮影で静止画像として加工状態を観察することも考えられるが、キセノン光源の発光周波数特性では、加工部分の早い動きに追従することができず、得られた像がぼやけてしまい、実用に供することはできない。 For example, a method using a high-speed camera or a method of observing as a still image by using an interference image of a laser beam is used for observing such a processed portion. However, both devices are expensive and are used for a vibration processing machine. Was lacking in practicality. Although it is conceivable to observe the processing state as a still image with flash photography using a xenon light source, the emission frequency characteristics of the xenon light source cannot follow the fast movement of the processed part, resulting in a blurred image. Therefore, it cannot be put to practical use.
そこで、本発明は、早い発光特性を有する複数の光源からの光を、振動発生装置に基づく振動に同期して加工部分に導くことにより、振動中の加工部分を静止画像として観察することができる可視化装置を提供することを目的とするものである。 Therefore, the present invention can observe the processing portion in vibration as a still image by guiding light from a plurality of light sources having fast light emission characteristics to the processing portion in synchronization with vibration based on the vibration generator. The object is to provide a visualization device.
請求項1に係る本発明は、振動発生装置(6)により、加工具(8)による材料(W)の加工部分(A)に振動を与えつつ加工する振動加工機(1)に用いられる可視化装置(2)であって、
前記振動発生装置(6)に基づく前記振動に同期して発光する光源(20)と、
前記光源からの光を前記加工部分(A)に導く光ファイバー(30)と、を備え、
前記光源(20)の発光時間が前記振動の周期より大幅に短かく、前記光源の発光により前記加工部分の振動を静止状態にして可視化する、
ことを特徴とする可視化装置(2)にある。
The present invention according to claim 1 is a visualization used for a vibration processing machine (1) for processing a vibration of the processing portion (A) of the material (W) by the processing tool (8) by the vibration generator (6). A device (2) comprising:
A light source (20) that emits light in synchronization with the vibration based on the vibration generator (6);
An optical fiber (30) for guiding the light from the light source to the processed portion (A),
The light emission time of the light source (20) is significantly shorter than the period of the vibration, and the vibration of the processed portion is made stationary by the light emission of the light source and visualized.
It is in the visualization apparatus (2) characterized by this.
請求項2に係る本発明は、前記光源(20)が、複数の光源(21)であり、
前記光ファイバーが、前記複数の光源からの光をそれぞれ前記加工部分に導く複数の光ファイバー(30)である、
請求項1記載の可視化装置(2)にある。
The present invention according to claim 2 is characterized in that the light source (20) is a plurality of light sources (21).
The optical fiber is a plurality of optical fibers (30) for guiding light from the plurality of light sources to the processed portion, respectively.
A visualization device (2) according to claim 1.
請求項3に係る本発明は、前記光源(20)が発光ダイオードである、
請求項1または2記載の可視化装置(2)にある。
The present invention according to claim 3 is characterized in that the light source (20) is a light emitting diode.
It exists in the visualization apparatus (2) of Claim 1 or 2.
請求項4に係る本発明は、前記加工部分(A)を撮影する撮影手段(35)を備え、
前記撮影手段のシャッタの開放時間内に、前記振動の周期に対して同じタイミングにて前記光源(20)を複数回発光してなる、
請求項1ないし3のいずれか記載の可視化装置(2)にある。
The present invention according to claim 4 includes a photographing means (35) for photographing the processed portion (A),
The light source (20) is emitted a plurality of times at the same timing with respect to the period of vibration within the shutter opening time of the photographing means.
It exists in the visualization apparatus (2) in any one of Claim 1 thru | or 3.
請求項5に係る本発明は、前記振動発生装置(6)の振動の周期が1msecより短く、
前記光源(20)の発光時間が、前記振動の周期の1/100から1/10の範囲内である、
ことを特徴とする請求項1ないし4のいずれか記載の可視化装置(2)にある。
In the present invention according to
The light emission time of the light source (20) is in the range of 1/100 to 1/10 of the period of the vibration.
It exists in the visualization apparatus (2) in any one of Claim 1 thru | or 4 characterized by the above-mentioned.
なお、上記カッコ内の符号は、図面と対照するためのものであるが、これにより特許請求の範囲の記載に何等影響を及ぼすものではない。 In addition, although the code | symbol in the said parenthesis is for contrast with drawing, it does not have any influence on description of a claim by this.
請求項1に係る本発明によると、振動発生装置の振動周期に同期して発光する光源からの光を、光ファイバーを用いて加工部分に導くこととしたので、加工部分の振動を静止状態として観察することができる。 According to the first aspect of the present invention, since the light from the light source that emits light in synchronization with the vibration cycle of the vibration generator is guided to the processing portion using the optical fiber, the vibration of the processing portion is observed as a stationary state. can do.
請求項2に係る本発明によると、前記光源を複数個の光源とし、また前記光ファイバーを複数本の光ファイバーとしたので、個々には光量の少ない光源であっても観察に充分な光量を得ることができる。 According to the second aspect of the present invention, since the light source is a plurality of light sources and the optical fiber is a plurality of optical fibers, a sufficient amount of light for observation can be obtained even with a light source having a small amount of light individually. Can do.
請求項3に係る本発明によると、光源を発光ダイオードとしたので、立上り特性が鋭く、かつ短い周期により光源を発光させることができるので、動きの早い加工部分に対しても静止状態の可視像を得ることができる。 According to the third aspect of the present invention, since the light source is a light-emitting diode, the light source can be made to emit light with a sharp rise characteristic and a short cycle. An image can be obtained.
請求項4に係る本発明によると、撮影手段であるカメラ等のシャッタ開放時間中に、撮影対象である加工部分に対して複数回に亘り光が照射されるので、短時間の光源で、1回当たりの光量が少なくとも、それを同じタイミングで重畳することにより、撮影に充分な光量を得ることができ、鮮明な撮影画像を得ることができる。 According to the fourth aspect of the present invention, light is irradiated multiple times during the shutter opening time of a camera or the like that is a photographing unit, so that a short time light source is used. By superimposing the amount of light per rotation at least at the same timing, it is possible to obtain a sufficient amount of light for photographing and obtain a clear photographed image.
請求項5に係る本発明によると、振動周期に対して充分に短い時間の光を照射するので、高い周波数による動きの早い加工部分であっても、静止画像として観察することができる。 According to the fifth aspect of the present invention, light of a sufficiently short time is irradiated with respect to the vibration period, so that even a processed part that moves quickly at a high frequency can be observed as a still image.
以下、図面に沿って、本発明の実施の形態について説明する。図1は、切削機を例とする振動加工機1と、該振動加工機に用いられる可視化装置2の概略を示す図である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing an outline of a vibration processing machine 1 taking a cutting machine as an example and a visualization device 2 used in the vibration processing machine.
振動加工機1は、床等に設置された架台3と、架台3の側部に固定されて上方に向かって立設する支柱4と、架台3上で図示しない駆動モータ等により移動自在に載置されたテーブル5と、支柱4の鉛直側面に設けられた昇降レール4aに昇降自在に取付けられた加工具台(刃物台)6と、振動加工機1と可視化装置2の動きを制御するコントローラ10とにより構成される。
The vibration processing machine 1 is movably mounted on a pedestal 3 installed on a floor or the like, a column 4 fixed to the side of the pedestal 3 and standing upward, and a drive motor (not shown) on the pedestal 3. A table 5, a processing tool base (tool rest) 6 attached to a
加工具台6には、その上部は圧電素子等により構成される振動発生部7が取付けられていると共に、下部に切削刃等の加工具8が取付けられており、該振動発生部7はコントローラ10の発振ユニット10a(図3参照)からの信号を受けて振動することで、加工具8を振動させることができる。
The processing tool base 6 is provided with a vibration generating
前記テーブル5にはワーク(材料)Wが固着されており、該テーブル5からの送りに伴い、前記加工具台6の加工具8が振動しつつワークWに切削等の加工を施す。この際、ワークWと加工具8が接触する加工部分Aでは、図示しない切削油等が滴下されており、加工具8が振動することにより生じるワークWとの間隙へ侵入して、加工時に生じる切削抵抗を低減している。 A work (material) W is fixed to the table 5, and the work W is subjected to processing such as cutting while the work tool 8 of the work tool base 6 vibrates with the feed from the table 5. At this time, in the processing portion A where the workpiece W and the processing tool 8 are in contact with each other, cutting oil or the like (not shown) is dripped and enters the gap between the processing tool 8 and the workpiece W, which is generated when the processing tool 8 vibrates. Cutting resistance is reduced.
また、該加工具8の近傍には振動検出素子9が取付けられており、振動検出素子9は加工具8が振動することによる変位、もしくは歪みを検知してコントローラ10の検出ユニット10b(図3参照)へ振動信号として出力している。なお、上記振動発生部7及び振動検出素子9を含む加工具台6が振動発生装置を構成する。
Further, a vibration detection element 9 is attached in the vicinity of the processing tool 8, and the vibration detection element 9 detects a displacement or distortion caused by the vibration of the processing tool 8, and detects the
可視化装置2は、光源20となる発光ダイオード21と、各光源20からの光を加工部分Aへ導く光ファイバー30とにより構成されており、必要に応じて加工部分Aの状態を記録する撮影手段35が用いられる。
The visualization device 2 includes a
図2に示すように、光源20は複数の発光ダイオード(LED)21が基盤22に配列して取付けられた状態を示しており、各発光ダイオード21は、コントローラ10内の発光ユニット10c(図3参照)からの信号に調整ユニット10eを介して繋がれており、同時に発光することができる。本発光ダイオード21は、目的に応じた波長の光が得られるダイオードが使用されており、例えば肉眼観察の場合は白色発光ダイオードが用いられる他、使用するカメラ感度に応じた波長の発光ダイオードが選択される。
As shown in FIG. 2, the
各発光ダイオード21の発光部には、それぞれ光ファイバー30の一方の端部30aが取付けられており、発光ダイオード21で発光した光は端部30aより光ファイバー30内へ入射されている。各光ファイバー30の他方の端部30bは結束部材31によって一つに束ねられていると共に、光ファイバー30は所定の長さを有して加工部分Aの近傍まで導かれて加工部分Aに向けて配置されている。この場合の光ファイバー30は、光伝送用のファイバーとして汎用されているものが用いられる。
One
また、本実施例では撮影手段35として、加工部分Aの像を記録、或いは拡大表示するために、加工部分Aに焦点を合わせたカメラ装置36が設けられている。このカメラ装置36に画像表示装置37を取付けることで画像の表示、及び記録等をすることができる。ただし、加工部分Aを顕微鏡等を用いて目視で観察する場合には、本実施例による撮影手段35は不要となる。
In the present embodiment, a
上述したコントローラ10は、振動加工機1及び可視化装置2を制御する装置であり、コントローラ10中の図示しない記憶ユニット、処理ユニットによって所定の処理が行われる。本実施例によるコントローラ10内部では、図3に示すように、発振ユニット10aからの出力信号が発光ユニット10c及びカメラユニット10dへ分岐して連通されており、また検出ユニット10bの出力が発光ユニット10cに連通されている。
The
さらに発光ユニット10cからの出力は調整ユニット10eを介して各発光ダイオード21へ並列接続されている。
Further, the output from the
次に、以上構造からなる本可視化装置2の作用について説明する。 Next, the operation of the visualization apparatus 2 having the above structure will be described.
振動加工機1の始動に先立ち、コントローラ10内では、従来方法による切削加工条件が設定されている必要がある。すなわち、加工具8の周波数、振幅及び接触圧力等の条件を設定するが、これらは後の加工部分Aの切削状況から修正を加えることができる。
Prior to the start of the vibration processing machine 1, it is necessary to set cutting conditions by a conventional method in the
テーブル5上に固定された切削材料(ワーク)Wは、コントローラ10の位置決めユニット10fからの制御に基づき、切削開始点となる初期位置まで移動されて加工具8と接触される。
The cutting material (workpiece) W fixed on the table 5 is moved to an initial position as a cutting start point and brought into contact with the processing tool 8 based on control from the
次に、振動発生装置6の振動の周期は、1msec以下、好ましくは10μsecから50μsecの範囲内の周期が選択されて、コントローラ10の発振ユニット10aから出力される略正弦波状の電圧或いは電流によって振動を始める(図4参照)。振動発生装置6の振動は加工具8まで伝わり、振動検出素子9により検出された振動信号が、検出ユニット10bへ入力される。
Next, the period of vibration of the vibration generator 6 is 1 msec or less, preferably a period within the range of 10 μsec to 50 μsec is selected, and the vibration is generated by a substantially sinusoidal voltage or current output from the
発光ユニット10cには、発振ユニット10aからの出力信号と検出ユニット10bからの出力信号とが入力されているが、両信号に相違が生じる場合があるので、いずれかの信号が選択されて発光ユニット10cが起動される。すなわち、振動検出素子9からの信号は実際の加工具8の動きを現しているが、起電力が微弱でありノイズが混入する場合があるので、発振ユニット10aからの信号と比較しながら、いずれか最適な信号が選択されて、或いは両信号が合成されて発光ユニット10cの入力信号とされている。
Although the output signal from the
加工が始まり振動発生装置6が振動しながらテーブル5と相対的に移動すると、加工具8との接触によりワークWが切削される。本振動加工機1では、振動発生装置6が高い周波数で振動しているので、滴下された切削油等が加工部分8内に容易に侵入して、加工が困難とされる高硬度材料でも切削加工が可能とされている。 When machining starts and the vibration generator 6 moves relative to the table 5 while vibrating, the workpiece W is cut by contact with the processing tool 8. In the present vibration processing machine 1, since the vibration generating device 6 vibrates at a high frequency, the dropped cutting oil or the like easily penetrates into the processing portion 8 and cuts even a high-hardness material that is difficult to process. Processing is possible.
発光ユニット10cでは、発振ユニット10aまたは振動検出素子9からの周期信号に基づき、発光ダイオード21を発光する時間幅(C)が決定される。すなわち、上記振動発生装置6の振動の周期の1/100から1/10の範囲内で、後に説明する撮影手段35にて得られる画像に応じた時間幅(C)が選択される。例えば、加工具8が動きの遅い位置(D)では、比較的に発光時間幅(C)を長く設けても加工具8は静止状態として観察できるが、加工具8の動きが早い過渡位置(E)では加工具8の画像のブレを防ぐために発光時間幅(C)を短く設定する必要がある(図4参照)。この発光時間幅(C)は、画像を得るために必要となる総光量とも関係しており、発光時間幅(C)を短く設定した場合には発光回数を増やして光量を確保する必要がある。
In the
図4は、振動発生装置6の振動と光源20の発光タイミングを示す図であり、横軸に経過時間、縦軸に加工具8の変位となる発振ユニット10a、または振動検出素子9からの信号を示している。グラフ中の上方はワークWと加工具8が最も接近した位置(F)であり、グラフ中の下方はワークWと加工具8が最も離れた位置(G)である。また、図中の白抜き枠(H)と斜線枠(I)は、光源20の発光開始タイミングと発光時間幅(C)を示している。
FIG. 4 is a diagram showing the vibration of the vibration generator 6 and the light emission timing of the
図4によれば、光源20はワークWと加工具8が最も接近した位置(F)、(または最も離間した位置(G))に合わせて発光されており、該発光開始タイミングは加工具8の動きと同期しており、同一位置にて複数回に亘る発光が繰返されている。
According to FIG. 4, the
また、上記光源20の発光は、発光ユニット10cの信号を調整ユニット10eを介すことで発光タイミングを調整することができ、振動発生装置6の振動の任意位置に合わせて発光させることができる。すなわち、振動発生装置6の振動と位相をずらせて光源20を発光させることができるので、加工具8の任意の位置で静止画像を得ることができる。
Further, the light emission of the
本状態により撮影手段35を用いる場合では、カメラ装置36のシャッタは開放した状態が維持されている(図4中のJ枠)。これは通常使用される機械式シャッタの開閉動作は、振動発生装置6の発振周波数に比べて遥かに遅いことからシャッタを開放状態とし、この開放期間中に光源20の発光・消灯を繰返すことで静止画像としての画像を得ている。なお、シャッタは、上記光源20の発光回数が画像として観察可能な光量となった時点で閉じられる。
When the photographing
以上の光源20の発光を繰返すことで、少ない光量による短時間の光であっても、同一位置を複数回に亘り多重露光することとなるので、総光量が増加して鮮明な映像を得られる。
By repeating the light emission of the
図5に、本可視化装置2を用いて加工具8の加工状態を記録した画像の一例を示す。図5(A)は、上記ワークWの切削位置と加工具8が最も接近した位置(F)での静止画像であり、図5(B)は、ワークWと加工具8が最も離間した位置(G)での静止画像である。本画像は振動発生装置6を15μsecの周期で振動させた状態で光源20を1000回発光させて撮影手段35により画像化したものである。両画像から、切削加工中の加工部分Aが静止画像として比較することができ、本画像を解析することにより加工具8の良好な加工条件を決定して振動加工機1の運転条件を変更することができる。
In FIG. 5, an example of the image which recorded the processing state of the processing tool 8 using this visualization apparatus 2 is shown. FIG. 5A is a still image at the position (F) where the cutting position of the workpiece W and the processing tool 8 are closest to each other, and FIG. 5B is a position where the workpiece W and the processing tool 8 are most separated from each other. It is a still image in (G). This image is formed by the photographing
上記に示した実施の形態は、切削機を例とする振動加工機に用いられる可視化装置の最良の形態を記載したものであるが、本発明は研削機或いは研磨機等の振動加工機へも応用可能である。また、加工具が振動する振動加工装置に適用したが、ワークが振動する加工装置にも適用可能である。 The embodiment described above describes the best mode of a visualization device used in a vibration processing machine taking a cutting machine as an example. However, the present invention is applicable to a vibration processing machine such as a grinding machine or a polishing machine. Applicable. Moreover, although applied to the vibration processing apparatus in which a processing tool vibrates, it is applicable also to the processing apparatus in which a workpiece vibrates.
1 振動加工機
2 可視化装置
6 振動発生装置
7 振動発生部
8 加工具
9 振動検出素子
10 コントローラ
10c 発光ユニット
20 光源
21 発光ダイオード(LED)
25 結束部材
30 光ファイバー
31 環状部材
35 撮影手段
A 加工部分
W ワーク
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Vibration processing machine 2 Visualization apparatus 6
25 Bundling
Claims (5)
前記振動発生装置に基づく前記振動に同期して発光する光源と、
前記光源からの光を前記加工部分に導く光ファイバーと、を備え、
前記光源の発光時間が前記振動の周期より大幅に短かく、前記光源の発光により前記加工部分の振動を静止状態にして可視化する、
ことを特徴とする可視化装置。 It is a visualization device used for a vibration processing machine that processes while giving vibration to a processing part of a material by a processing tool by a vibration generator,
A light source that emits light in synchronization with the vibration based on the vibration generator;
An optical fiber that guides light from the light source to the processed portion;
The light emission time of the light source is significantly shorter than the period of the vibration, and the vibration of the processed portion is made stationary by the light emission of the light source and visualized.
Visualization device characterized by that.
前記光ファイバーが、前記複数の光源からの光をそれぞれ前記加工部分に導く複数の光ファイバーである、
請求項1記載の可視化装置。 The light source is a plurality of light sources;
The optical fibers are a plurality of optical fibers that respectively guide light from the plurality of light sources to the processed portion;
The visualization device according to claim 1.
請求項1または2記載の可視化装置。 The light source is a light emitting diode;
The visualization device according to claim 1 or 2.
前記撮影手段のシャッタの開放時間内に、前記振動の周期に対して同じタイミングにて前記光源を複数回発光してなる、
請求項1ないし3のいずれか記載の可視化装置。 A photographing means for photographing the processed portion;
The light source is emitted a plurality of times at the same timing with respect to the vibration period within the shutter opening time of the photographing means.
The visualization device according to any one of claims 1 to 3.
前記光源の発光時間が、前記振動の周期の1/100から1/10の範囲内である、
請求項1ないし4のいずれか記載の可視化装置。
The vibration period of the vibration generator is shorter than 1 msec,
The light emission time of the light source is in the range of 1/100 to 1/10 of the period of the vibration.
The visualization device according to any one of claims 1 to 4.
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