JP2007237377A - 溝加工装置および溝加工法 - Google Patents

Abstract

【課題】ツルーイング後の研削砥石の断面形状を正確に把握することができる溝加工装置および溝加工法を提供することを課題としている。
【解決手段】円筒状の加工対象物Ｒの外周面に対し、周方向に連続して溝加工を行う溝加工装置１において、加工対象物Ｒに溝加工を行う円盤状の研削砥石３１と、研削砥石３１を回転させる研削砥石回転手段３２と、加工対象物Ｒが着脱自在に装着され、溝加工に際し加工対象物Ｒを研削砥石３１と異なる周速で回転させる対象物回転手段８と、研削砥石３１にツルーイングを行うツルーイング手段９と、略直角の交わる２つの面から成る加工部を有し、ツルーイング結果を検証するために、ツルーイング後の研削砥石３１により加工部に一方の面側から他方の面に平行に切り込むように溝加工されるダミーワーク１０と、加工面に形成された検証用の溝の断面形状を画像認識する画像認識手段１１と、を備えるように構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、加工対象物と研削砥石とを異なる周速で回転接触させ、加工対象物の表面に溝加工を行う溝加工装置および溝加工法に関するものである。

従来、この種の溝加工装置として、加工対象物と研削砥石とを異なる周速で回転接触させる溝加工部に加え、研削砥石を形状修正するツルーイング機構、および研削砥石の目詰りを解消するドレッシング機構を備えたものが知られている。このツルーイング機構は、放電加工ヘッドを有し、放電加工ヘッドを研削砥石の研削部の形状に合わせて砥石幅方向に移動制御することで、研削部を整形（形状修正）するようにしている（特許文献１参照）。
特開平１０−７６４６５号公報

ところで、溝の幅や溝の深さ等を精度良く溝加工するためには、研削砥石の研削部の断面形状が精度良くツルーイングされる必要がある。一方、研削砥石の研削部は、均質に形成されているわけではなく、ツルーイングにおいて、制御データ上の整形形状と実際の整形形状とが微妙に異なる場合が生ずる。そこで、ツルーイング後の研削砥石（研削部）を画像認識し、研削部が所望の断面形状に整形されているか否かを検証することが好ましい。しかし、研削砥石の研削部の撮像は、径方向からその輪郭を撮像することになるため、焦点合わせやハレーションの問題が生じ、正確な画像認識が不可能となることが想定される。

本発明は、ツルーイング後の研削砥石の断面形状を正確に把握することができる溝加工装置および溝加工法を提供することをその課題としている。

本発明の溝加工装置は、円筒状の加工対象物の外周面に対し、周方向に連続して溝加工を行う溝加工装置において、加工対象物に溝加工を行う円盤状の研削砥石と、研削砥石を回転させる研削砥石回転手段と、加工対象物が着脱自在に装着され、溝加工に際し加工対象物を研削砥石と異なる周速で回転させる対象物回転手段と、研削砥石にツルーイングを行うツルーイング手段と、略直角の交わる２つの面から成る加工部を有し、ツルーイング結果を検証するために、ツルーイング後の研削砥石により加工部に一方の面側から他方の面に平行に切り込むように溝加工されるダミーワークと、加工面に形成された検証用の溝の断面形状を画像認識する画像認識手段と、を備えたことを特徴とする。

本発明の溝加工装置の溝加工法は、円筒状の加工対象物の外周面に対し、研削砥石により周方向に連続して溝加工を行う溝加工工程と、研削砥石に定期的にツルーイングを行うツルーイング工程と、ツルーイング工程の後、略直角の交わる２つの面から成る加工部を有するダミーワークに対し、研削砥石により加工部に一方の面側から他方の面に平行に切り込むように溝加工を行うダミー加工工程と、ダミー加工工程の後、加工部に形成された検証用の溝の断面形状を画像認識する画像認識工程と、を備えたことを特徴とする。

この構成によれば、ツルーイング後の研削砥石の断面形状を確認するために、ダミーワークを用い、且つ略直角の交わる２つの面から成るダミーワークの加工部に一方の面側から他方の面に平行に切り込むように溝加工を行なうようにしているため、加工部の一方の面側から加工された検証用の溝を画像認識により、焦点合わせやハレーションの問題を生ずることなく、検証溝の断面形状を正確に画像認識することができる。すなわち、画像認識した検証溝の断面形状を介して、研削砥石の研削部の断面形状を正確に把握することができる。したがって、研削砥石のツルーイングを適切な頻度で行なうことにより、加工対象物に精度良く溝加工を行なうことができる。

この場合、ダミーワークは、前記一方の面を表裏一方の面とし前記他方の面を端面として板状に形成されていることが、好ましい。

この構成によれば、ダミーワークへの画像認識し易い溝加工を短時間で行うことができると共に、ダミーワークの占有スペースを小さくすることができる。

この場合、ダミーワークが、カーボン製であることが、好ましい。

この構成によれば、ダミーワークに溝加工を行っても加工面においてクラックや変形が生じ難いため、ツルーイング後の研削砥石の断面形状を精度よく把握することができる。また、黒色のダミーワークとこれに形成した検証溝とのコントラストが良好となるため、正確な画像認識が可能となる。

この場合、対象物回転手段と共に対象物回転手段に装着した加工対象物が搭載された加工テーブルと、加工テーブル上の加工対象物に対し、研削砥石回転手段を介して研削砥石をＺ軸方向に相対的に移動させるＺ軸テーブルと、加工テーブルをＸ軸方向およびＹ軸方向に移動させるＸＹテーブルと、を更に備え、ツルーイング手段、ダミーワークおよび画像認識手段は、加工テーブルに搭載されていることが、好ましい。

この構成によれば、ＸＹテーブルおよびＺ軸テーブルにより研削砥石を、加工テーブル上の加工対象物、ツルーイング手段およびダミーワークに位置決め状態で適宜臨ませることができる。すなわち、ツルーイングやダミーワークへの溝加工に際し、加工対象物への溝加工に本来必要なＸＹテーブルやＺ軸テーブルを利用することができ、装置構成を単純化することができる。また、ダミーワークと画像認識手段が加工テーブルに搭載されているため位置調整、焦点合わせが容易となる。

この場合、ツルーイング手段は、ツルーイング砥石と、ツルーイング砥石を、回転する研削砥石に対しツルーイング動作させるツルーイング動作機構と、を有していることが、好ましい。

この構成によれば、簡易な構成でツルーイングを行うことができる。

以下、添付の図面に基づいて、本発明の一実施形態に係る溝加工装置について説明する。図１は、溝加工装置１の全体図であり、溝加工装置１は、機台となるベッド部２と、ベッド部２の上面前方において左右に延在する加工テーブル３と、加工テーブル３とベッド部２の間に介設され、加工テーブル３をＸ軸方向およびＹ軸方向に移動させるＸＹテーブル４と、ベッド部２の上面後方に立設したコラム５と、コラム５から前方に突出するように設けられ、加工対象ローラＲに溝加工を行う研削ユニット６と、コラム５の前面に配設され、研削ユニット６をＺ軸方向に移動させるＺ軸テーブル７と、を備えている。また、加工テーブル３上には、加工対象ローラＲを装着した対象物回転機構８と、対象物回転機構８の左側に位置して、研削ユニット６の研削砥石３１にツルーイングを行うツルーイングユニット９と、対象物回転機構８の右側に位置して、ツルーイング後の研削砥石３１により溝加工されるダミーワーク１０と、ダミーワーク１０の外側に位置して、ダミーワーク１０に形成された検証溝の断面形状を画像認識する画像認識手段１１と、が搭載されている。さらに、溝加工装置１には、これら構成装置をＮＣ制御する制御装置１２が設けられている。

Ｚ軸テーブル７は、コラム５の前面に突設され、互いに平行な一対のＺ軸ガイドレール２１、２１と、研削ユニット６を支持すると共にＺ軸ガイドレール２１に案内されてＺ軸方向に移動自在に構成されたモータ駆動のＺ軸スライダと２２と、を備えている。Ｚ軸テーブル７は、制御装置１２の制御に基づいて、研削ユニット６を加工対象ローラＲの近傍まで高速で昇降させ、加工対象ローラＲの近傍からは低速で下降させて、切込み量を微調整できる構成となっている。

研削ユニット６は、Ｚ軸テーブル７に支持された研削砥石回転機構３２と、研削砥石回転機構３２の先端部に装着した研削砥石３１と、から構成されている。研削砥石回転機構３２は、ケーシング３３の内部に砥石モータおよび減速機を組み込んで構成され（いずれも図示省略）、減速機から延びる砥石回転軸３４の先端部に研削砥石３１が着脱自在に取り付けられている。

研削砥石３１は、ダイヤモンド砥粒をメタルボンドやレジンボンド等の結合剤で固めたダイヤモンド砥石で構成されており、円盤状に成形されている。研削砥石３１の外周縁に位置する研削部は、その断面が山型形状となっており、加工対象ローラＲの表面にＶ型溝を形成することが可能となっている。

ＸＹテーブル４は、ベッド部２の上面に固定したＸ軸テーブル４２と、Ｘ軸テーブル４２上に載置したＹ軸テーブル４１とから成り、このＹ軸テーブル４１に加工テーブル３が搭載されている。Ｘ軸テーブル４２は、ベッド部２に設けられた一対のＸ軸ガイドレールと、一対のＸ軸ガイドレール上をＸ軸方向に移動するモータ駆動のＸ軸スライダ４５と、から構成されている。同様に、Ｙ軸テーブル４１は、Ｘ軸スライダ４５上に設けられた一対のＹ軸ガイドレールと、一対のＹ軸ガイドレール上をＹ軸方向に移動するモータ駆動のＹ軸スライダ４３と、から構成されている。

Ｘ軸テーブル４２は、主として、加工対象ローラＲに形成される複数のＶ型溝が等ピッチで形成されるよう、加工テーブル３を介して加工対象ローラＲをＸ軸方向に移動させる。Ｙ軸テーブル４１は、主として、対象物回転機構８、ツルーイングユニット９およびダミーワーク１０を、適宜研削砥石３１に臨ませるよう、加工テーブル３をＹ軸方向に移動させる。したがって、加工対象ローラＲへの溝加工では、上記のＺ軸テーブル７による研削砥石３１の昇降と、Ｘ軸テーブル４２による加工対象ローラＲの溝ピッチ分の後退と、が繰り返し行なわれることになる。また、制御装置１２には、溝加工からツルーイング動作に移行するタイミングを指標する加工量が材料ごとに記憶されており、目標の加工量に到達した時点で、Ｙ軸テーブル４１を介してツルーイングユニット９を研削砥石３１に臨ませる。なお、実施形態のものでは、加工対象ローラＲの複数のＶ型溝が略半分加工されたところで、ツルーイングを行なうようになっている。

対象物回転機構８は、加工テーブル３上の中央に搭載され、ギアードモータ８１と、ギアードモータ８１から延出し、加工対象ローラＲを片持ちで回転支持する装着軸とから構成されている。装着軸には、例えばエアーチャックが設けられており、円筒状の加工対象ローラＲを内側から強固にチャッキングできるようになっている。また、対象物回転機構８は、制御装置１２によりＮＣ制御されており、加工対象ローラＲをその材質を考慮し、研削砥石３１と異なる周速（予め設定されている）で回転させる。なお、対象物回転手段８は、ギアードモータ８１以外でも加工対象ローラＲを回転しながら研削砥石３１に臨ませる構成であればよい。

ツルーイングユニット９は、加工テーブル３上の図示左側に搭載され、摩耗した研削砥石３１の研削部に臨んでこれをツルーイングし、研削砥石３１の形状修正を行うものである。ツルーイングユニット９は、切っ先となるツルーイング部に遊離砥粒を付着させた円盤状のツルーイング砥石５１と、ツルーイング砥石５１を着脱自在に装着すると共に、装着したツルーイング砥石５１を研削砥石３１に対しツルーイング動作させるツルーイング動作機構と、から構成されている。また、ツルーイング動作機構は、ツルーイング砥石５１を砥石回転軸３４と平行な回転軸廻りに回転させるツルーイング回転機構５２と、ツルーイング砥石５１のツルーイング部を研削砥石３１の研削部に対しその斜面方向に往復移動させる往復動機構５６と、研削砥石３１に対しツルーイング砥石５１を砥石回転軸３４の軸線方向に進退させる進退動機構５７と、から構成されている。

ツルーイング砥石５１は、そのツルーイング部が研削砥石３１の研削部に対応する一対の傾斜周面を有して断面山型形状に形成されている。ツルーイング部には、研削砥石３１の研削部との擦れ合いで容易に遊離する遊離砥粒が塗着されており、研削砥石３１の研削部との間でラッピング様の動作を行なうことで、研削部を所望の形状に整形（形状修正）する。

ツルーイング回転機構５２は、ツルーイング動作に際し、ツルーイング砥石５１を研削砥石３１と同じ周速で回転させるものであり、ツルーイング砥石５１駆動源となるツルーイングモータ５３と、ツルーイングモータ５３の主軸であるツルーイング回転軸５５と、を備えている。そして、ツルーイング回転軸５５の先端部には、ツルーイング砥石５１が着脱自在に取り付けられている。このツルーイング回転軸５５と砥石回転軸３４とは、相互に平行になるように設置されており、ツルーイング砥石５１が、研削砥石３１と平行な回転軸廻りに回転され、ツルーイング砥石５１が摩耗してもツルーイング砥石５１の外径寸法が変化することがない構成になっている。これにより、ツルーイング砥石５１と研削砥石３１との周速が等しい状態を容易に制御することができるため、最適なツルーイング動作を簡単に得ることができる（図２参照）。

往復動機構５６は、ツルーイング砥石５１から遊離した遊離砥粒を研削砥石３１に押し付け、且つ両砥石５１、３１の回転を伴って、研削部の斜面方向に沿ってラッピング様の動作を行うものである。このラッピング様の動作により、研削砥石３１が適宜研削され形状修正が為される。このため、往復動機構５６は、図示では省略したが、動力源となるモータと、ツルーイング砥石５１を研削部の両斜面に沿ってそれぞれ移動させるリンク機構と、を備えている。この場合、リンク機構は、研削部に対しＶ字状の移動形態と執るため、切り替えにより２方向にそれぞれ往復動するようになっている。

進退動機構５７は、いわゆるＹ軸テーブルであり、上記のツルーイング回転機構５２および往復動機構５６を搭載し、これら両機構５２、５６を介してツルーイング砥石５１をＹ軸方向に進退させる。一連のツルーイング動作において、進退動機構５７は、ツルーイング砥石５１の一方の傾斜周面を研削砥石３１の一方の傾斜周面に押し付け、続いてツルーイング砥石５１の他方の傾斜周面を研削砥石３１の他方の傾斜周面に押し付けるよう制御される。

なお、ツルーイングユニット９の他にドレッシングユニットを設けてもよい。これにより目詰まりを解消することが可能となる。

さらに、上記構成の他にツルーイング砥石５１の周縁部から加工液が染み出すような構成を加えてもよい。例えば、ツルーイング砥石５１の内部に加工液の貯留空間を形成すると共に、ツルーイング回転軸５５の軸心に貯留空間に連なる内部流路を形成し、ツルーイング回転軸５５に巻回したスリップリングから加工液を供給するようにする。このようにすれば、ツルーイング砥石５１が回転することで、遠心力によりツルーイング砥石５１内の加工液がツルーイング砥石の周縁部から染み出し、遊離砥粒が接触部に滞留し易くなる。したがって、より効率よくツルーイングを行うことが可能となる。

ダミーワーク１０は、カーボンで板状に形成されており、加工テーブル３上の図示右側に、研削砥石３１に対して直交する起立姿勢で位置決め固定されている。ダミーワーク１０の上端部は加工部となっており、Ｙ軸テーブル４１によりダミーワーク１０に臨んだ研削砥石３１は、加工部に対し厚さ方向に検証用のＶ字型溝を形成する。すなわち、研削砥石３１は、ダミーワーク１０の加工部をその上端面と平行に横断するように移動し、加工対象ローラＲに形成するＶ型溝と同様の検証溝を形成する。

ダミーワーク１０は板状に形成されているため、画像認識手段１１により、焦点合わせやハレーションの問題を生ずることなく撮像を行うことができ、検証溝の断面形状を介して、研削砥石３１の研削部の断面形状を正確に把握することができる。また、板状に形成したことで、溝加工を短時間で行うことができると共に、ダミーワーク１０の占有スペースを小さくすることができる。さらに、ダミーワーク１０はカーボン製であるため、ダミーワーク１０に溝加工を行っても加工部にクラックや変形が生じ難く、且つ研削砥石３１の断面形状を正確に再現する。これにより、ツルーイング後の研削砥石３１の断面形状を精度よく把握することができる。さらにまた、黒色のダミーワーク１０とこれに形成した検証溝とのコントラストが良好となるため、正確な画像認識が可能となる。

画像認識手段１１は、加工テーブル３上においてダミーワーク１０に向き合う位置に取り付けられたＣＣＤカメラ６１を用いてダミーワーク１０に形成された検証溝を画像認識し、研削砥石３１の研削部の断面形状を把握するものである。具体的には、ダミーワーク１０に加工された検証溝の端面（断面形状）を撮像し、撮像結果を画像処理して検証溝の形状や各部のサイズを画像認識する。制御装置１２には、検証溝の各部のサイズ等に関し、予め基準値および許容値が記憶されており、認識結果と基準値とを比較して、認識結果が基準値±許容値の範囲外である場合には、装置外部に設けたディスプレイ７１に研削砥石３１をツルーイングユニット９に臨ませる旨を表示する構成となっている。すなわち、検証溝（研削部の断面形状）が所望の形状となるまで、ツルーイング動作が繰り返されることとなる。

ここで、この溝加工装置１により形成される、加工対象ローラＲに複数のＶ型溝を加工する一連の動作について説明する。溝加工装置１による溝加工法は、研削砥石３１により加工対象ローラＲに溝加工を行う溝加工工程と、研削砥石３１に定期的にツルーイングを行うツルーイング工程と、ツルーイング工程の後、板状のダミーワーク１０に対し、研削砥石３１により上端部を横断するように溝加工を行うダミー加工工程と、ダミー加工工程の後、加工面に形成された検証溝の断面形状を画像認識する画像認識工程と、から成る。

溝加工工程は、加工対象ローラＲを対象物回転機構８に装着し、ダミーワーク１０を加工テーブル３に固定した状態から、ＸＹテーブル４により研削砥石３１の直下に加工対象ローラＲを臨ませ、上昇位置に待機している研削ユニット６を徐々に下降させてゆき加工対象ローラＲに擦接させる。この時、研削砥石３１の砥粒が加工対象ローラＲの周面を擦接しながら削り取ることで所望の形状のＶ型溝が形成される。その後、研削ユニット６を上昇させる（この場合には、加工対象ローラＲの周面から研削砥石３１が僅かに離れる程度）と共に、加工テーブル３を溝ピッチ分、Ｘ軸方向に移動させ、再び研削ユニット６を加工対象ローラＲに臨ませる。以上の動作を繰り返し行うことで加工対象ローラＲの表面に複数のＶ型溝が相互に等しい間隙を有して平行に加工される。

ツルーイング工程では、溝加工工程において所定の加工量に到達すると、制御装置１２からツルーイング指令が発令され、Ｙ軸テーブル４１が駆動してツルーイングユニット９を研削砥石３１の直下に臨ませて、研削砥石３１の研削部の断面形状を形状修正する上記のツルーイング動作を行なう。

ダミー加工工程では、ツルーイング工程終了後に制御装置１２から検証指令が発令され、Ｙ軸テーブル４１が駆動してダミーワーク１０が研削砥石３１に臨み、ダミーワーク１０の加工部にＶ字型の検証溝を加工する。

画像認識工程では、ダミー加工工程後にダミーワーク１０に形成された検証溝の断面形状をＣＣＤカメラ６１で画像認識し、検証溝のサイズを測定し、基準値と照らし合わせる。この時、基準値±許容値の範囲外の場合には、ツルーイングユニット９に臨ませ、基準値±許容値の範囲内である場合には、加工対象ローラＲに臨ませて、残りのＶ型溝を形成する。

以上のように、本実施形態の溝加工装置１によれば、ツルーイング後の研削砥石３１の断面形状を正確に把握することができる。

溝加工装置の全体図斜視図である。 研削砥石のツルーイングの説明図である。

符号の説明

１…溝加工装置 ３…加工テーブル ４…ＸＹテーブル ７…Ｚ軸テーブル ８…対象物回転手段 ９…ツルーイングユニット（ツルーイング手段） １０…ダミーワーク １１…画像認識手段 ３１…研削砥石 ３２…砥石回転手段 ５１…ツルーイング砥石 Ｒ…加工対象物

Claims (6)

1. 円筒状の加工対象物の外周面に対し、周方向に連続して溝加工を行う溝加工装置において、
   前記加工対象物に溝加工を行う円盤状の研削砥石と、
   前記研削砥石を回転させる研削砥石回転手段と、
   前記加工対象物が着脱自在に装着され、前記溝加工に際し前記加工対象物を前記研削砥石と異なる周速で回転させる対象物回転手段と、
   前記研削砥石にツルーイングを行うツルーイング手段と、
   略直角の交わる２つの面から成る加工部を有し、ツルーイング結果を検証するために、ツルーイング後の前記研削砥石により前記加工部に一方の面側から他方の面に平行に切り込むように溝加工されるダミーワークと、
   前記加工部に形成された検証用の溝の断面形状を画像認識する画像認識手段と、を備えたことを特徴とする溝加工装置。
2. 前記ダミーワークは、前記一方の面を表裏一方の面とし前記他方の面を端面として板状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の溝加工装置。
3. 前記ダミーワークが、カーボン製であることを特徴とする請求項１または２に記載の溝加工装置。
4. 前記対象物回転手段と共に前記対象物回転手段に装着した前記加工対象物が搭載された加工テーブルと、
   前記加工テーブル上の前記加工対象物に対し、前記研削砥石回転手段を介して前記研削砥石をＺ軸方向に相対的に移動させるＺ軸テーブルと、
   前記加工テーブルをＸ軸方向およびＹ軸方向に移動させるＸＹテーブルと、を更に備え、
   前記ツルーイング手段、前記ダミーワークおよび前記画像認識手段は、前記加工テーブルに搭載されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の溝加工装置。
5. 前記ツルーイング手段は、ツルーイング砥石と、
   前記ツルーイング砥石を、回転する前記研削砥石に対しツルーイング動作させるツルーイング動作機構と、を有していることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の溝加工装置。
6. 円筒状の加工対象物の外周面に対し、研削砥石により周方向に連続して溝加工を行う溝加工工程と、
   前記研削砥石に定期的にツルーイングを行うツルーイング工程と、
   前記ツルーイング工程の後、略直角の交わる２つの面から成る加工部を有するダミーワークに対し、前記研削砥石により前記加工部に一方の面側から他方の面に平行に切り込むように溝加工を行うダミー加工工程と、
   前記ダミー加工工程の後、前記加工部に形成された検証用の溝の断面形状を画像認識する画像認識工程と、を備えたことを特徴とする溝加工装置の溝加工法。

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