JP2011093004A - Nc grinding device having on-board image measuring system - Google Patents
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Description
本発明は、研削加工されたワークの寸法を測定できる機上画像計測システムを備えたNC研削装置に関する。 The present invention relates to an NC grinding apparatus provided with an on-machine image measurement system capable of measuring a dimension of a ground workpiece.
機上画像計測システムを備えたNC研削装置を用いて研削加工されたワークの寸法を測定し、その研削加工ワークの寸法(3次元座標位置)を機上画像計測システムで測定し、予め定められた寸法内であるときは研削加工を終了とし、寸法外であるときは研削加工ワークの補正研削加工を再開して所望の寸法内の研削加工ワークに仕上げることは実施されている。 The dimensions of the workpiece that has been ground using an NC grinding machine equipped with an on-machine image measurement system are measured, and the dimensions (three-dimensional coordinate position) of the ground workpiece are measured using the on-machine image measurement system. If it is within the dimension, the grinding process is terminated, and if it is out of the dimension, the correction grinding process of the grinding work is resumed to finish the grinding work within the desired dimension.
例えば、特開2006−110661公報(特許文献1)は、株式会社ミツトヨの画像ユニットデータ処理ソフトQSPAK(商品名)を搭載したNC研削装置に撮像装置を備えさせたNC研削装置であって、その撮像装置として、左右方向(X軸方向)に移動可能なワークテーブル上に載置されたワークと、前後方向(Y軸方向)に移動可能で、かつ、上下方向(Z軸方向)に昇降可能に備えられた砥石頭に保持された砥石車の相対的な移動によりワークを削加工する研削装置の砥石頭近傍にCCDカメラに結合するテレセントリック系光学レンズを内在させる筒を支持体に回動自在に据え付けたワークの撮像装置であって、該撮像装置は、撮像素子を備えるCCDカメラに第2アダプタを介して顕微鏡レンズ筒、ボアスコープまたはファイバースコープを結合し、該顕微鏡レンズ筒、ボアスコープまたはファイバースコープに内在させるテレセントリック系光学レンズの光軸に沿う光を照射する照明機器および、前記顕微鏡レンズ筒、ボアスコープまたはファイバースコープの前部にプリズムを内部に固定する筒状アダプタを取り外し自在に備え、前記CCDカメラの撮像素子に結像された映像信号を画像処理装置を介して結合されたコンピュータの映像情報に変換する処理部に送信し、この処理部からの情報を映し出す表示器を備える研削装置用ワークの撮像装置を提案されている。この撮像装置を用い、測定された3次元寸法をワークの研削加工中にEXCEL表にして表示器画面に表示可能である。 For example, Japanese Patent Laid-Open No. 2006-110661 (Patent Document 1) is an NC grinding apparatus in which an imaging apparatus is provided in an NC grinding apparatus equipped with Mitutoyo Corporation's image unit data processing software QSPAK (trade name). As an imaging device, it can move in the left-right direction (X-axis direction) and a workpiece placed on a work table, and can move in the front-rear direction (Y-axis direction), and can be moved up and down (Z-axis direction). A cylinder containing a telecentric optical lens coupled to a CCD camera is rotatable in the vicinity of the grinding wheel head of a grinding device for machining a workpiece by relative movement of a grinding wheel held by the grinding wheel head provided on the support. An imaging apparatus for a workpiece installed in a microscope, the imaging apparatus being connected to a CCD camera equipped with an imaging element via a second adapter, a microscope lens tube, a borescope, or a fan. An illuminating device that couples a bar scope and irradiates light along the optical axis of a telecentric optical lens incorporated in the microscope lens tube, borescope, or fiberscope, and the front of the microscope lens tube, borescope, or fiberscope A cylindrical adapter that fixes the prism inside is detachable, and the image signal formed on the image pickup device of the CCD camera is transmitted to a processing unit that converts the image signal into computer image information coupled through an image processing device. In addition, there has been proposed an imaging device for a workpiece for a grinding apparatus including a display device that displays information from the processing unit. Using this imaging device, the measured three-dimensional dimensions can be displayed on the display screen as an EXCEL table during workpiece grinding.
また、特開2005−144600号公報(特許文献2)は、加工機の加工手段の側部に、前後動することにより計測位置と退避位置に移動自在とし、計測位置で上下動自在として設けられた被加工物(W)の被加工部(Wa)の計測装置であって、前記被加工部(Wa)の撮影手段(8)と同一軸上に取り付けられる拡大手段(9)を、一方は下方にプリズム(10)を備えて被加工物Wの上下方向の被加工部(Wa)を拡大するものとし、他方は被加工物(W)の水平方向の被加工部(Wa)を拡大するものとしたことを特徴とする機上計測装置を提案する。 Japanese Patent Laying-Open No. 2005-144600 (Patent Document 2) is provided on the side of a processing means of a processing machine so as to be movable to a measurement position and a retreat position by moving back and forth, and to be movable up and down at the measurement position. An apparatus for measuring the workpiece (Wa) of the workpiece (W), the enlargement means (9) mounted on the same axis as the imaging means (8) of the workpiece (Wa), A prism (10) is provided below to enlarge the workpiece (Wa) in the vertical direction of the workpiece W, and the other enlarges the workpiece (W) in the horizontal direction of the workpiece (W). We propose an on-machine measuring device that is characterized by its characteristics.
さらに、インターネット検索のユアサテクノ株式会社ホームページ(非特許文献1)には、機上計測装置MOM−1(商品名)と搭載したNCプロファイル研削装置を紹介しており、プロファイル研削加工されたワークを測定し、次いで、補正加工できると記載している。この機上計測装置は、画面内(視野内)での計測のみでなく、プロファイル研削盤のテーブル(X・Y移動テーブル)のカウンター値を計測ソフトに取り込み移動範囲全域の計測ができる。画像測定機用の計測ソフト(QSPAK)は、あらゆる測定・幾何公差に対応可能であり、自動エッジ検出ツールにより、計測の個人誤差を軽減できる。豊富なマクロアイコンで簡単計測でき、画像保存機能を有し、測定演算結果の公差照合や項目ごとの各種統計処理が可能である。十字・円・矩形・角度のテンプレートを用意しており、投影機の比較測定のイメージで使用できる。ワーク設計時に作成したCADデータ(DXF、IGESフォーマット)を前記計測ソフト(QSPAK)にインポートすることで大幅な操作性の向上とパートプログラム作成の短縮が可能となるとともに、グラフィックデータを指定のCAD形式で出力できる。更に、QSPAKの測定結果をCADデータとして変換することも可能である。 Furthermore, on the website of Yuasa Techno Co., Ltd. (Non-Patent Document 1) for Internet search, an on-machine measuring device MOM-1 (trade name) and an NC profile grinding machine installed are introduced. It describes that it can be measured and then corrected. This on-machine measuring device can measure not only the measurement within the screen (in the field of view) but also the counter value of the table (X / Y movement table) of the profile grinder into the measurement software and measure the entire movement range. Measurement software for image measuring machines (QSPAK) can handle all measurement and geometric tolerances, and automatic edge detection tools can reduce individual errors in measurement. Easy measurement with abundant macro icons, image storage function, tolerance comparison of measurement calculation results and various statistical processing for each item. Cross, circle, rectangle and angle templates are available and can be used as images for comparative measurement of projectors. Importing CAD data (DXF, IGES format) created during workpiece design into the measurement software (QSPAK) makes it possible to greatly improve operability and shorten part program creation, and to specify graphic data in the specified CAD format. Can output. Furthermore, the QSPAK measurement result can be converted as CAD data.
特許第3786750号明細書(特許文献3)も、加工具或いはワークを載置するテーブルの少なくとも一方が往復運動し、同加工具を当接させてワークの加工を行う加工機に適用され、ワーク及び/又は加工具を撮像する撮像手段と、往復運動されるワーク及び/又は加工具が撮像手段の焦点レンジに入るタイミングを検出するタイミング検出手段と、同タイミング検出手段により検出されたタイミングで撮像手段からの画像を取り込む取込手段と、取り込まれた画像を保持する画像メモリと、同画像メモリに保持された画像を表示する表示手段を備えた撮像装置を提案する。 Japanese Patent No. 3786750 (Patent Document 3) is also applied to a processing machine in which at least one of a processing tool or a table on which a workpiece is placed is reciprocated and the processing tool is brought into contact to process the workpiece. And / or imaging means for imaging the processing tool, timing detection means for detecting the timing of the reciprocating workpiece and / or processing tool entering the focal range of the imaging means, and imaging at the timing detected by the timing detection means An image pickup apparatus is provided that includes a capturing unit that captures an image from the unit, an image memory that stores the captured image, and a display unit that displays the image stored in the image memory.
特開平4−93150号公報(特許文献4)は、数値制御により高精度加工を行う工作機械であって、工作機械の工具部と同期して移動し非接触でワークの形状位置関係を自動認識計測する計測手段と、計測手段により自動計測を行う位置の基準寸法を指定する手段と、計測手段により得られる計測値と指定された基準寸法との差を算出する手段と、この算出結果に基づいて補正加工すべき方法および量を算出して自動的補正加工を行わせる手段を備えたNC工作機械を提案する。 Japanese Laid-Open Patent Publication No. 4-93150 (Patent Document 4) is a machine tool that performs high-precision machining by numerical control, and moves in synchronization with the tool portion of the machine tool to automatically recognize the shape and positional relationship of the workpiece without contact. A measuring means for measuring, a means for specifying a reference dimension of a position where automatic measurement is performed by the measuring means, a means for calculating a difference between a measured value obtained by the measuring means and the specified reference dimension, and based on the calculation result An NC machine tool having means for calculating a method and amount to be corrected and performing automatic correction processing is proposed.
これら先行技術文献に開示される機上画像計測システムを備えたNC工作機械装置を用いて機械加工(研削も含む)されたワークの寸法を測定し、その機械加工ワークの寸法が予め定められた寸法内であるときは機械加工を終了とし、寸法外であるときは正常の寸法となるまで補正機械加工を行う際、研削加工ワークに研削屑や砥粒等の異物が付着していないことがより精密な寸法測定を行うために必要とされる。 The dimensions of the machined work (including grinding) are measured using an NC machine tool device equipped with the on-machine image measurement system disclosed in these prior art documents, and the dimensions of the machined work are predetermined. When it is within the dimensions, the machining is terminated, and when it is outside the dimensions, when corrective machining is performed until the normal dimensions are obtained, there is no foreign matter such as grinding dust or abrasive particles on the grinding workpiece. Required for more precise dimensional measurements.
具体的には、3次元CCDカメラなどの光学的測定機器を用いるので、機械加工されたワーク表面に付着したゴミや加工屑、研削液(例えば水滴)などが測定精度を悪化させるおそれがある。測定精度の悪化のため、機械加工ワーク表面よりゴミや加工屑、研削液(例えば水滴)を取り除いた実際の寸法は所望する寸法公差(しきい値)内であるにも拘らずCRT画面表示された寸法は公差(しきい値)を超えた寸法であるがゆえ補正機械加工を開始して公差外の寸法までのワークに過大機械加工してしまうことがある。 Specifically, since an optical measuring device such as a three-dimensional CCD camera is used, there is a possibility that dust, processing waste, grinding liquid (for example, water droplets) attached to the machined workpiece surface may deteriorate the measurement accuracy. Due to the deterioration of measurement accuracy, the actual dimensions after removing dust, machining waste and grinding fluid (for example, water droplets) from the machined workpiece surface are displayed on the CRT screen even though they are within the desired dimensional tolerance (threshold). Since the dimension exceeds the tolerance (threshold value), correction machining may be started and the workpiece up to a dimension outside the tolerance may be excessively machined.
本発明は、前記特許文献1、特許文献2、特許文献3および特許文献4に記載される機上画像計測システムを備えたNC工作機械装置を用いて機械加工(研削も含む)されたワークの寸法を測定し、その機械加工ワークの寸法が予め定められた寸法内であるときは機械加工を終了とし、寸法外であるときは正常の寸法となるまで補正機械加工を行う方法において、NC研削装置に加工ワーク洗浄用のエアブロー機器を付加することにより、測定精度を向上させる機上画像計測システムを備えたNC研削装置の提供を目的とする。
The present invention relates to a workpiece machined (including grinding) using an NC machine tool device equipped with the on-machine image measurement system described in
請求項1の発明は、機上画像計測システムおよびエアブロー機器を備えたNC研削装置であって、前記機上画像計測システムはワークテーブル上に載置するワーク表面と砥石車が接する作業面の延長上に上下昇降可能にCDDカメラと光源を相対向して設け、エアブロー機器のエアブローノズルは前記ワーク表面と砥石車が接する作業面に研削液を供給する研削液供給ノズルのCCDカメラ側後方の位置であって前記作業面に空気を吹き付けることが可能な位置に設けられることを特徴とする、機上画像計測システムを備えたNC研削装置を提供するものである。
The invention of
機上画像計測システムにより研削加工ワークを測定する前に、エアブローして研削加工ワーク表面に付着した水滴、研削屑、研削砥粒残滓を取り除くので精度の高い測定寸法の値が得られる。 Before measuring the grinding workpiece with the on-machine image measurement system, water droplets, grinding debris, and grinding grain residue adhering to the grinding workpiece surface are removed by air blowing, so that a highly accurate measurement dimension value can be obtained.
以下、図を用いて本発明をさらに詳細に説明する。図1に示すNC研削装置は、NCプロファイル成形研削装置1である。図1において、砥石頭2は、ツールテーブル上から起立して設けたコラムの前面に設けた砥石軸固定板に備えた砥石軸(図示されていない)にフランジで固定された砥石車3を備え、この砥石軸は駆動手段により上下(Y軸方向)移動および前後(Z軸方向)に移動可能になっている。この砥石車3の半径方向には、砥石保護カバー4右側面側に設けた研削液供給ノズル5があり、ワークと砥石車が接触する作業点に向けて研削液がポンプ駆動により供給される。その研削液供給ノズル5右側後方には空気供給ノズル6が設けられ、機上画像計測システムにより測定されるワークwの測定個所に向けて空気が吹き付けられる構造となっている。この空気供給ノズル6は機上画像計測システムのCCDカメラ7を下方に備える固定台9の左側面方向に設置されている。前記CCDカメラ7のレンズに対向してCCD光源8が設けられている。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the drawings. The NC grinding apparatus shown in FIG. 1 is an NC profile forming
ワークステージ30は、左右方向に往復移動可能なワークテーブル31上にL字型止め具32で固定されたワークチャックテーブル(電磁チャックや永磁チャック)33を備え、ワークwは、このワークチャックテーブル33上に固定できる。35は3方向砥石車ドレッサである。
The
機上画像計測システムのCCDカメラ7により撮像された画像は、砥石車3とワークwとの接触画像を画像として数値制御装置の画像表示板(ディスプレイ)CRTに映し出される。また、画像測定機用の計測ソフトにより画像保存機能を有し、測定演算結果の公差照合や項目ごとの各種統計処理を行ってCRT表示器にそのイメージ画像を表示可能であり、また、研削加工部位置における公差をCRT表示器にEXCEL画面表示できる。
The image picked up by the
前記ワークテーブル33の左右移動およびツールテーブルの前後移動および砥石軸の上下移動の駆動手段としてはリニアモータ駆動サーボモータを利用することもボールネジ駆動を利用することもできる。 As a driving means for moving the work table 33 left and right, moving the tool table back and forth, and moving the grindstone shaft up and down, a linear motor drive servo motor or ball screw drive can be used.
図1に示されていないX(左右)軸リニアスケールセンサ、Y(上下)軸リニアスケールセンサ、Z(前後)軸リニアスケールセンサ、または変位センサより電気信号で送付されてきたワークの座標軸値は、研削加工されたワークの厚み演算の位置座標値として利用され、後述する公差メモリに記憶されていた公差値内であると判定されたら研削加工完了の指令が数値制御装置の出力部から発信され、研削加工は停止され、終了する。 The coordinate axis values of workpieces sent as electrical signals from the X (left and right) axis linear scale sensor, Y (up and down) axis linear scale sensor, Z (front and rear) axis linear scale sensor, or displacement sensor not shown in FIG. Is used as a position coordinate value for the thickness calculation of a workpiece that has been ground, and if it is determined that it is within a tolerance value stored in a tolerance memory, which will be described later, a grinding completion command is sent from the output unit of the numerical controller. The grinding process is stopped and finished.
図2に示す数値制御装置40は、システムプログラムメモリ、研削加工プログラムメモリ、測定プログラムメモリ、補正研削加工プログラムメモリ、ワーク形状のDXFデータメモリ、公差メモリ、入力判定部、砥石軸回転制御部、砥石軸上下移動制御装置、ツールテーブル前後移動制御装置、ワークテーブル左右移動駆動制御部、ドレッシング制御部、エアブロー制御部、機上画像計測管理部、画像検出部、研削加工プログラム終了判定部、公差(しきい値)管理部、画像処理制御部、CADシステム、キーボードおよびCRT表示器などを有する。 2 includes a system program memory, a grinding program memory, a measurement program memory, a correction grinding program memory, a workpiece shape DXF data memory, a tolerance memory, an input determination unit, a grinding wheel shaft rotation control unit, a grinding wheel. Axis vertical movement control device, tool table longitudinal movement control device, work table left / right movement drive control unit, dressing control unit, air blow control unit, on-machine image measurement management unit, image detection unit, grinding program end determination unit, tolerance It has a threshold value management unit, an image processing control unit, a CAD system, a keyboard, and a CRT display.
図1および図2に示すNC研削装置1を用い、ワークテーブル31上の永磁チャック33上面に被研削材(加工されるワーク)を載置する。数値制御装置40のディスプレイCRT画面に表示される加工ソフト選択画面より目的の加工ソフト番号をキィーボード操作で選択する。ついで、ディスプレイCRT画面に表示される研削加工条件、例えば、砥石、ストローク幅、砥石速度、チルト角度、公差などをキィーボード操作で選択または入力する。ついでドレッシング条件画面を選択し、ドレッシング条件をキィーボード操作で選択または入力する。さらに、測定プログラミング画面でワークの測定上の基準測定位置等をCADデータもしくはDXFファイルデータからマウスのクリック操作もしくはキィーボード操作で選択または入力する。
Using the
ついで、ワークwの研削加工を開始し、研削加工が終了した時点で、研削加工ワーク表面にエアブロー機器のノズル6より1.1〜5.5kg/cm2の圧空を吹き付け、研削加工ワークに付着する研削屑や砥粒等の異物を吹き飛ばすとともに研削加工ワーク付着の水も吹き飛ばして乾燥させ、機上画像計測システムによる寸法測定を精度の高いものとする。
Next, grinding of the workpiece w is started, and when grinding is completed, 1.1 to 5.5 kg / cm 2 of compressed air is sprayed from the
ワークの測定上の基準測定位置をティチングするとDXFファイルから読み込まれたデータを元にしてエアブローや測定位置が自動的に作成される。公差は許容量で、ワークの最終形状寸法プラス/マイナス公差の値が研削加工されたワークの希望する形状寸法となるようプログラムを組む。 When the reference measurement position for workpiece measurement is taught, air blow and measurement positions are automatically created based on the data read from the DXF file. The tolerance is an allowable amount, and a program is set so that the final shape dimension plus / minus tolerance value of the workpiece becomes the desired shape dimension of the ground workpiece.
本発明の機上画像計測システムを備えたNC研削装置は、研削加工ワークの寸法精度のよいワークを与える。 The NC grinding machine provided with the on-machine image measurement system of the present invention provides a workpiece with good dimensional accuracy of the workpiece to be ground.
1 NCプロファイル研削装置
2 砥石頭
3 砥石車
4 砥石保護カバー
5 研削液供給ノズル
6 エアブロー機器
7 CDDカメラ
8 光源
30 ワークステージ
31 ワークテーブル
33 電磁チャック
w ワーク
40 数値制御装置
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