JP2014237202A - 砥石マガジンへの砥石の補充誤り検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】硬質脆性板の加工装置において、砥石マガジンの空ホルダに誤った砥石を補充したときにその誤りを検出できるようにして、加工不良品の発生を未然に防止する。
【解決手段】加工装置は、工具軸のチャックに自動装着される新しい砥石の複数個を保持する砥石マガジンを備える。砥石マガジンは、複数種の砥石を保持可能な同一形状の砥石ホルダの複数個と、砥石先端を検出するセンサとを備えている。砥石マガジンに補充する複数種の砥石のそれぞれの寸法をＮＣ装置に登録し、前記チャックへの新しい砥石の装着の後に、センサで砥石の寸法を測定し、登録された寸法と対比することで正しい砥石が装着されたかどうかを検出する。
【選択図】図１

Description

この発明は、摩耗した砥石を砥石マガジンに保持された新しい砥石に交換しながら連続加工を行う硬質脆性板の加工装置において、砥石マガジンの空ホルダに誤った砥石を補充したときにその誤りを検出する方法に関するものである。

表示パネルの領域内にカメラやマイク、スピーカなどを配置した携帯端末を製造する際には、表示パネルのガラス基板に、光や音を通過させる円形、楕円形、角丸形などの貫通孔や外周の一部を凹ませた凹所を加工しなければならない。このような貫通孔や凹所の加工は、小径の砥石を用いて行わねばならず、小径砥石は外周加工を行う大径砥石に比べて摩耗が早く、小径砥石の寿命が連続加工時間の制約となって、長時間の連続加工ができないという問題があった。

この問題を解決するため、本願の出願人は、特許文献１において、複数個の新しい小径砥石を保持して待機する砥石マガジンを備えた硬質脆性板の周縁加工装置を提案している。提案した加工装置は、加工される硬質脆性板を保持して回転するテーブルの上方に、水平方向に移動する横送り台とこの横送り台に設けた縦送り台を介して装着した工具軸（砥石駆動軸）を備えており、当該工具軸の下端のチャックに装着される小径砥石の複数個を保持する砥石マガジンを設け、工具軸に装着された小径砥石が摩耗したときに、摩耗した砥石を排出して砥石マガジンに保持された新しい砥石を工具軸に自動装着するというものである。砥石マガジンは、新しい小径砥石を保持する複数個の砥石ホルダを備えており、空になった砥石ホルダに作業者が新しい小径砥石を適時補充することで、硬質脆性板の加工を連続して行うことを可能にしている。

特開２０１３−６２４５号公報

特許文献１で提案した装置では、１種類の小径砥石のみで貫通孔や凹所の加工を行っていた。従って作業者は、砥石マガジンの空のホルダに当該１種類の小径砥石のみを補充すれば良かった。

ところが携帯端末の急激な進歩によって、それに使われるガラス基板にも複雑な加工が要求されるようになり、径の異なる複数種の貫通孔を加工しなければならないなど、複数種の小径砥石を用いなければ加工を行うことができなくなった。

砥石マガジンは、複数個の砥石ホルダを備えているので、使用する砥石が複数種になっても、当該複数種の砥石を砥石マガジンに保持しておけば、連続加工が可能である。この場合、工具軸は一方の種類の砥石が摩耗したときに当該種類の砥石が保持されている砥石ホルダへ移動して新しい砥石を装着し、他方の種類の砥石が摩耗したときは、当該他方の種類の砥石が保持されている砥石ホルダに移動して新しい砥石を装着すればよい。この動作は、工具軸が搭載されている送り台の位置と、要すれば砥石マガジンの移動による工具交換位置とをＮＣ装置で制御することにより、ソフトウェアの変更のみによって容易に実現することができる。

加工されるガラス基板によっては、１種類の小径砥石で加工できるものもあるので、その場合には砥石マガジンの複数個の砥石ホルダの総てに同一種類の砥石を保持されることとなる。従って、砥石の種類が複数であっても、その総てが同一のホルダで保持されるように、砥石の種類が異なってもホルダで保持される部分の形状は同一となる。

上記のような手段を採用すること、すなわち、加工されるワークの仕様に応じて複数種の砥石を準備することと、砥石マガジンに複数種の砥石を保持するときは、複数の工具装着動作をＮＣ装置に登録することで、１種類の小径砥石を用いる場合でも複数種の小径砥石を用いる場合でも同一の装置で連続加工を実現することができる。

ところが上記のようにして硬質脆性板の連続加工を実現したとき、新たな問題が発生した。その問題は、砥石マガジンのホルダに作業者が誤って異なる種類の砥石を補充したとき、その誤りを検出することができないということである。加工に用いる小径砥石が１種類であれば、砥石マガジンの空のホルダに新しい砥石を補充する作業者は、空のホルダに当該１種類の砥石を補充すればよく、単純な作業であって誤りが生ずる虞もない。ところが、砥石マガジンの空のホルダに補充する砥石が複数種あり、しかもホルダが同一であると、空のホルダに誤った砥石が装着されても、そのことを機械も作業者も検知することができない。そのため、機械が次の砥石装着時に誤った砥石を装着し、その砥石を用いて加工が継続されることになり、特にその砥石の装着が夜間での無人連続加工中に行われた場合には、過負荷になどによるアラームが発生して機械が停止しない限り、大量の加工不良品が発生して多大な損失を招くことになる。

この発明は、この問題を解決するためになされたもので、硬質脆性板の加工装置に設けた砥石マガジンに誤った砥石が補充されたことを当該砥石が工具軸に装着されたときに検出することができるようにして、砥石マガジンへの砥石補充誤りによる加工不良品の発生を未然に防止することを課題としている。

この発明では、砥石マガジン７の同一のホルダ５に装着される砥石３ａ、３ｂにその種類毎に寸法差を持たせ、工具軸４１（４１ａ、４１ｂ）への新しい砥石の装着時に、その寸法を近接センサ７３などで確認することにより、誤った砥石を使用して加工が行われる前に砥石の補充誤りを検出できるようにして、上記課題を解決している。

この発明の方法を実施する硬質脆性板の加工装置は、ワークを保持するテーブル１２と、先端のチャック４２で把持した砥石３ａ、３ｂでワークを加工する工具軸４１と、チャック４２に自動装着される新しい砥石の複数個を保持する砥石マガジン７とを備える。砥石マガジン７は、複数種の砥石３ａ、３ｂを保持可能な同一形状の砥石ホルダ５の複数個と、砥石先端を検出するセンサ７３とを備えている。

この発明では、砥石マガジン７に補充する複数種の砥石３ａ、３ｂについて、それぞれの種類の砥石の寸法Ｌａ、ＬｂをＮＣ装置に登録する。そして、ＮＣ装置から新しい砥石の装着が指令されたとき、その装着の後に、センサ７３で砥石の寸法を検出することにより装着された砥石の寸法を測定し、登録された寸法と対比することで正しい砥石が装着されたかどうかを検出することにより、砥石マガジン７への新しい砥石の補充誤りを検出する。

センサ７３で砥石を検出するときは、登録された最も寸法の大きな砥石を検出する位置に工具軸４１を移動し、この移動時に砥石が検出されなかったときに次に寸法の大きな砥石を検出する位置に工具軸４１を移動するという段階的な移動動作をすることで、誤った砥石が補充されたときにセンサや当該砥石を損傷する事態を避けることができる。

砥石マガジン７のホルダ５に誤った種類の砥石が補充されたとき、工具軸４１がその砥石を自動装着した後、それが正しい種類の砥石であるかどうかを自動で認識することができ、それにより誤った砥石で加工を行うことを防止できるので、砥石マガジン７への新しい砥石の補充誤りによる砥石の破損や不良品の加工を回避することができる。

また、砥石マガジンの複数のホルダに機械で使用することのある全ての種類の砥石を保持でき、１種類の砥石しか使用しない場合には全てのホルダに同一種類の砥石を補充すれば良く、従来と同様な動作及び作業で連続加工を行うことができる。また、砥石の折損の検出に用いるのと同じセンサ及び動作で砥石の補充誤りを検出できるという効果がある。

この発明の方法を実施する装置の一例を示す正面図 各機器の位置関係を示す図１の装置の平面図 砥石ホルダの断面とこれに保持された第１種類の小径砥石の側面を示した図 第２種類の小径砥石についての図３と同様の図

図１及び２は、この発明の方法を実施する硬質脆性板の加工装置の一例を示した図で、特許文献１で提案した装置と同様な装置であるが、大径砥石を装着する１本の大径砥石駆動軸４６と小径砥石を装着する２本の小径砥石用の工具軸４１ａ、４１ｂとを備えている点が特許文献１に例示した装置と異なっている。

図の装置の概要を述べると、１は鉛直方向のワーク軸で、機械フレームに軸支されている。ワーク軸１の上端には、ワーク（硬質脆性板）を水平に保持するテーブル１２が固定されている。ワーク軸１の下端には、主軸モータ（サーボモータ）１５が連結されている。ワーク軸１の上方には横送り台２１が配置されている。横送り台２１は、機械フレームに設けた水平方向の横ガイドに案内され、横送りモータ（サーボモータ）２３で回転駆動される横送りねじ２４に螺合している。

横送り台２１には縦送り台２５が設けられている。縦送り台２５は、縦送りモータ（サーボモータ）２６で回転駆動される縦送りねじ２７に螺合されて、鉛直方向に昇降する。縦送り台２５には、鉛直下向きの１本の大径砥石駆動軸４６と２本の小径砥石用の工具軸４１ａ、４１ｂが設けられている。大径砥石駆動軸４６は、縦送り台２５に直接軸支されており、小径砥石用の工具軸４１ａ、４１ｂは、それぞれの昇降台２８ａ、２８ｂを介して軸支されている。各昇降台２８ａ、２８ｂには、これらを独立して昇降する昇降シリンダ２９ａ、２９ｂが設けられている。

縦送り台２５に直接軸支された大径砥石駆動軸４６の下端には大径砥石４５が装着されており、その上端は、歯付ベルト４７により大径砥石駆動モータ４８に連結されている。昇降台２８ａ、２８ｂにそれぞれ軸支された工具軸４１ａ、４１ｂの下端には、小径砥石３ａ、３ｂを把持するコレットチャック４２が設けられている。工具軸４１ａ、４１ｂは、昇降台２８ａ、２８ｂに装着したブラシレスモータ４ａ、４ｂの回転子軸と一体で、ブラシレスモータ４ａ、４ｂにはチャック４２を開閉するためのシリンダが内蔵されている。

ワーク軸１の軸心、工具軸４１ａ、４１ｂの軸心、及び大径砥石駆動軸４６の軸心は、横送り台２１の移動方向と平行な同一鉛直面ｓ上に位置している。後述する砥石マガジンのホルダから工具軸４１ａ、４１ｂのチャック４２に小径砥石を受け取る砥石装着位置もこの鉛直面ｓ上に位置している。

大径砥石４５でワークを加工するときは、昇降シリンダ２９ａ、２９ｂで昇降台２８ａ、２８ｂを上昇させ、小径砥石３ａ、３ｂをワークに干渉しない上方位置に待避させた状態で加工を行う。一方、小径砥石３ａ又は３ｂでワークを加工するときは、昇降シリンダ２９ａ又は２９ｂで使用する小径砥石が装着された昇降台を下降させ、使用しない小径砥石及び大径砥石をワークと干渉しない上方位置に退避させて加工を行う。

いずれの加工においても、ＮＣ装置６で横送り台２１の位置とワーク軸１の回転角とを関連付けて制御することにより、所望の平面形状の加工を行う。貫通孔の加工は、縦送り台２５の昇降動作により、孔明け用の小径砥石３ａをワークの上方から下降させて行う。

新しい小径砥石３ａ、３ｂを保持する砥石マガジン７は、上端に天板７１を備え、この天板に複数の砥石ホルダ５が横送り台２１の送り方向と平行な方向に複数列（図の例では２列）にして配置され、列を選択するための列選択装置７４が設けられている。列選択装置７４は、天板７１を横送り台２１の送り方向と直交する方向に移動して、選択した列の複数の砥石ホルダ５の軸心を鉛直面ｓ上に位置させるものである。すなわち、列選択装置７４の進退と横送り台２１の移動とにより、鉛直面ｓ上で工具軸４１ａ又は４１ｂの軸心を２列に配置した複数の砥石ホルダ５の任意の１個の軸心と一致させることができる。この一致させた位置が工具軸４１ａ又は４１ｂへの砥石装着位置となる。

砥石マガジンの天板７１には、機械フレームに対するテーブル高さを調整するための高さ調整ねじ（図示されていない）と、昇降台２８ａ、２８ｂに対する相対高さを検出する近接センサ７３とが装着されている。

図３及び４は、種類の異なる小径砥石３ａ、３ｂを保持した状態で示す砥石ホルダ５の断面側面図である。図３の小径砥石３ａは、貫通孔を明ける砥石で、先端側と基端側（図の上方）で異なる径の貫通孔を加工できるようにしたものである。図４の小径砥石３ｂは、貫通孔や凹所の内周縁を加工する砥石で、先端側と基端側とに径の異なる円周溝を備えている。これらの砥石は、砥粒を電着した砥石本体部分３１とチャック４２で把持される上方部分３２との間に、ホルダ５で保持される円錐鍔３３とチャック４２から砥石を離脱させるときに用いる円板鍔３４とを備えている。円錐鍔３３は、大径側を連接した円錐上面５３と円錐下面５２とで形成されている。

上記に例示した砥石３ａ、３ｂを初めとして、一台の加工装置に装着されることのある複数種の小径砥石は、それぞれ異なる長さＬａ、Ｌｂとしてある。

ホルダ５は、全て同形で、小径砥石の円錐鍔３３部分で砥石３ａ、３ｂを鉛直姿勢で保持する構造である。ホルダ５は、砥石本体部分３１が通過可能な貫通孔５４を備えた上向きの円錐凹面５５を備えている。この円錐凹面５５は、円錐鍔の円錐下面５２と等しい頂角を備えている。砥石ホルダ５の円錐凹面５５の上方には、１２０度の間隔でボール５６を軸心に向けて付勢するばねを備えたボールプランジャ５７が設けられている。３個のボールプランジャ５７は、円錐鍔の円錐下面５２が砥石ホルダの円錐凹面５５に嵌合したときに先端のボール５６が円錐鍔の円錐上面５３に押接される位置に設けられている。

作業者が砥石マガジン７の空ホルダに砥石を補充するときは、その空ホルダに新しい砥石をその砥石本体部分３１を下にして単に差し込むだけでよい。差し込まれた砥石の本体部分３１は貫通孔５４を通過し、円錐鍔３３の円錐下面５２でボールプランジャのボール５６が押し込まれ、そのボールが円錐鍔３３の最大径の部分を通過した後、円錐下面５２がホルダの円錐凹面５５に当接する。このとき、ボールプランジャのボール５６は、円錐鍔３３の円錐上面５３を押接する位置となる。この状態で、ボール５６から円錐鍔の円錐上面５３に作用する押接力の分力により、円錐下面５２が円錐凹面５５に押し付けられた状態で、各砥石３ａ、３ｂが砥石ホルダ５に保持される。

ＮＣ装置６は、砥石マガジン７に保持される複数種の砥石３ａ、３ｂについて、その長さＬａ、Ｌｂと、当該砥石を工具軸４１ａ、４１ｂに自動装着するときの装着動作とを登録する登録手段６１を備えている。例えば図２に示した砥石マガジン７において、図２の上方の列のホルダ５に工具軸４１ａに装着される砥石３ａを、下方の列のホルダ５に工具軸４１ｂに装着される砥石３ｂを保持するように決めたとして、ＮＣ装置６には、砥石３ａの長さＬａとそれを装着するときの列選択装置７４の動作、すなわち図２の上方の列中心ａを鉛直面ｓ上に位置させ、工具軸４１ａの軸心をこの列のホルダの軸心に一致するように横送り台２１を移動させる動作とを登録手段６１に登録する。また、砥石３ｂについては、その長さＬｂと、列選択装置７４で砥石３ｂを保持したホルダの列中心ｂを鉛直面ｓ上に位置させると共に、工具軸４１ｂの軸心をホルダの軸心に一致させるように横送り台２１を移動させる動作とを登録手段６１に登録する。

更にＮＣ装置６には、装着された砥石の砥石検出手段６２と、装着された砥石の正誤判定手段６３とを設ける。砥石検出手段６２は、新しい砥石が工具軸４１ａ、４１ｂに装着された直後に呼び出される。当該手順は、登録された最大長さの砥石の先端が近接センサ７３で検出される位置に縦送り台２５を下降させて近接センサ７３の出力を確認し、近接センサ７３が砥石先端を検出すれば、検出信号を正誤判定手段６３に送る。砥石先端の検出信号がなければ、次に長い長さの砥石先端が近接センサ７３で検出される位置まで下降し、近接センサ７３の信号を確認する。検出出力があれば、検出信号を正誤判定手段６３に送る。上記の例では２種類の砥石しか用いないので、２段階の下降動作でいずれかの砥石が検出されるが、砥石の種類が多ければ、その種類の数だけ縦送り台の下降動作と砥石先端の検出動作とを繰り返す。

砥石の正誤判定手段６３は、砥石先端が検出されたときの縦送り台２５の位置から砥石の長さを演算し、演算した砥石長さが直前に行った砥石装着動作に対応する砥石の長さと一致するときは、連続加工を継続し、一致しないとき及び砥石先端を検出できなかったときは、警告を発して機械を停止させる。

次に上記構造の装置における小径砥石３の交換動作を説明する。ＮＣ装置６から小径砥石３ａ又は３ｂの砥石交換指令が出力されると、加工中のワークの加工が終了して当該ワークがテーブル１２上から搬出された後、交換が指令された工具軸４１ａ又は４１ｂが予め定められたワーク排出位置に達するまで横送り台２１が移動し、当該位置で当該工具軸４１ａ又は４１ｂのチャック４２を開いて昇降台２８ａ又は２８ｂを上昇することにより、摩耗した小径砥石の円板鍔３４が当該位置に設けたバー７６に引っかけられて上動を阻止され、摩耗した砥石が回収箱７７に排出される。

横送り台２１は、交換する砥石に対応して登録された砥石装着動作に従って更に移動して工具軸４１ａ又は４１ｂの軸心を砥石マガジンのホルダ５の１個の軸心と対向させ、昇降台２８ａ又は２８ｂを下降した状態で縦送り台２５を下降させる。そして、近接センサ７３が縦送り台２５の所定の下降位置を検出した時点で縦送り台２５の下降を止め、工具軸４１ａ又は４１ｂのチャックを閉じて、砥石ホルダ５に保持されている新しい小径砥石の砥石軸を把持する。この状態で縦送り台２５が上昇することによって、工具軸４１ａ又は４１ｂに把持された砥石３ａ又は３ｂが砥石ホルダ５から離脱して工具軸４１ａ又は４１ｂに受け渡される。

次に新しい砥石を装着した工具軸を近接センサ７３の上方に移動し、前述した砥石検出手段６２が動作し、次いで正誤判定手段６３が動作することにより、工具軸４１ａ又は４１ｂに誤った種類の砥石が把持されているときは、アラームが発せられて機械が停止する。砥石マガジンに砥石が間違いなく補充されていれば、補充誤りによる機械停止は起こらず、連続運転が継続される。

以上のようにこの発明によれば、従来の装置に新規に検出器を設けることなく、ＮＣ装置に登録するソフトウエアを追加するだけで、従来装置が有する検出器を利用して、砥石マガジンへの砥石の補充誤りを検出することができ、新しい砥石が装着されたときに砥石の先端を検出することによって砥石の折損検出を行う従来装置と同じ加工サイクルタイムを実現することもできる。

３ａ、３ｂ 砥石
５ 砥石ホルダ
７ 砥石マガジン
１２ テーブル
４１（４１ａ、４１ｂ） 工具軸
４２ チャック
７３ 近接センサ
Ｌａ、Ｌｂ 砥石の寸法

Claims (2)

1. テーブルと、複数個の砥石ホルダ及び砥石先端を検出するセンサとを備えた砥石マガジンと、横送り台にＮＣ装置の指令で位置決めされる縦送り台を介して搭載された工具軸であって、砥石マガジンに保持された砥石を自動装着して前記テーブルに保持された硬質脆性板を加工する工具軸とを備えた硬質脆性板の加工装置における砥石マガジンへの砥石の補充誤りの検出方法であって、
   砥石マガジンに保持される砥石の種類毎にその砥石長さをＮＣ装置に登録し、工具軸に砥石マガジンに保持されている砥石を自動装着した後、前記センサが工具軸に保持した砥石の先端を検出する高さに縦送り台を下降し、センサが砥石を検出したときの縦送り台の高さから演算した砥石長さと登録された砥石長さとを対比することにより、工具軸に新たに装着された砥石の正誤を判定する、砥石マガジンへの砥石の補充誤りの検出方法。
2. 前記縦送り台を下降するとき、ＮＣ装置に登録した最も長い砥石の先端を前記センサが検出する高さから最も短い砥石の先端を検出する高さまでへと、縦送り台を段階的に下降させる、請求項１記載の砥石の補充誤りの検出方法。

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