JP2014530771A - 複数の砥粒を備えた回転工具の加工方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】材料を節約できる効率的な加工方法と、それを実施するための装置とを提供する。【解決手段】回転工具２１は、回転軸Ｒを中心に駆動される。砥粒２４は、領域を特定した又は領域を特定しない工具刃を形成する。これらの工具刃は、加工面２３に統計的に分散するように配置することが好ましい。加工面２３の実包絡面ＨＦは、光学計測装置２９により決定する。さらに、作業面２３の微視的パラメータを表す少なくとも１つの別の目標変数ＧＳを検出する。特定された各目標変数ＧＳに対応する実変数ＧＩと、実変数ＧＩの値を決定する。実包絡面ＨＦが、特定した目標包絡領域ＨＲの外に位置する場合、又は実変数ＧＩと、それに対応する目標変数ＧＳとの間の偏差が受け入れられないほど大きい場合には、レーザ装置３５により選択した第１砥粒及び／又は第２砥粒２４ａ、２４ｂを加工、及び／又は第２砥粒２４ａ、２４ｂを加工及び／又は除去する。この方法を回転工具２１が全ての仕様を満足するまで繰り返し行う。【選択図】図１

Description

本発明は、複数の砥粒を備えた回転工具の加工方法及び装置に関する。回転工具は、回転軸を中心に回転するように駆動することができ、切削領域を有する。この切削領域は、砥粒により構成され、領域としては特定されない、又は領域としては特定な工具刃である。切削領域が不定な砥粒で構成された（研削・研磨のための）回転工具は、例えば、砥石ホイール又はドレッシング工具である。その砥粒が特定領域の（切削のための）工具刃で形成された工具は、例えば、フライス工具、ドリル工具、又はグラインダ工具である。

特に、精密加工工具の場合、回転工具の外形、高精度の同心性又は軸ぶれを高精度に達成することが重要である。この回転工具には数マイクロメータの加工精度が要求されるので、回転工具の摩耗や精密さを欠く製造は、許容される公差からの逸脱につながり得るため、受け入れがたい。特に、砥粒が極めて硬質の材料から構成されている場合、又は極めて硬質の外側耐摩耗層を含む場合、例えば、立方晶系窒化ホウ素、ダイヤモンド、多結晶（ＰＣＤ）、又はＣＶＤ工程（化学蒸着法）で除去されるダイヤモンド層などの材料を用いると、回転工具の正確な製造又は加工が困難となる。このような砥粒は高価なものであり、できるだけ少ない砥粒の材料を用いて回転工具の加工を行おうとすると、その加工は時間とコストを要する。しかし、他方では、回転工具の目標寸法を達成する必要がある。

特許文献１は、回転工具を加工するために、工具の外面に対して垂直に方向付けられた電子ビーム又はレーザビームを用いることを提案している。回転工具の外輪郭を定める特定の目標包囲領域から突き出た砥粒の結晶先端は切り落とされる。このために回転工具は回転する一方、レーザビームは横断面輪郭に沿って動き、回転工具は最終的に所望の輪郭が得られる。

しかし、レーザビームは特定の一点のみにしか焦点を合わせることができないため、回転中の回転工具に向かうレーザビームの接線方向の焦点合わせは、その加工にとって適さないことが判明している。このように工具の輪郭全体に沿わせてレーザビームを動かす必要があるため、この方法は、さらに長い時間を要する。さらに、回転工具は、その輪郭に関してのみ加工される。さらに、目標包囲領域から突き出た砥粒の先端を切り落とすことにより、比較的広い垂直面を生み出すため、回転工具の切削効果は減少する。

研削に用いられる回転工具の既知となっている可能な加工として、いわゆる「破砕」がある。破砕に際し、砥粒に与えられた加工面は、実際の包絡面が目標包絡領域に適合するように工具を用いて二次元的に加工される。それにより、加工面領域において、破砕工具により、砥粒は結合材から分断される。しかし、この方法は、破砕工具の精度に限界があり、加工すべき全ての種類の回転工具に適したものではない。さらに、砥粒が破砕できるためには、破砕には多孔性の又は粗い結合材が必要となる。従ってこの方法は、多くの場合用いることはできない。

これらの回転工具を研ぐ又は仕上げるための既知の研磨方法は、砥粒の鋭利な先端及び刃が失われ、それにより、回転工具の切削効果が悪影響を受けるという欠点もある。

独国特許第３２０２６９７号明細書

本発明の目的は、材料を節約できる効率的な加工方法と、その方法を実施するための装置とを提供することである。本発明の装置は、外側輪郭を目標輪郭に適合させる際、少なくとも１つの工具刃の切削特性又は係合特性に悪影響を与えることを回避できる。

この目的は、特許請求項１の特徴を有する方法と、特許請求項１４の特徴を有する装置とにより達成される。

現在用いられている方法とは対照的に、この回転工具の加工は、計測工程により特定された個々の砥粒において系統的に行われるが、回転工具の表面全体において行われるのではなく、砥粒全体ではなく、指定された許容範囲を超えた位置又は形状を有するその一部分である。

本発明によれば、回転工具の回転工具の回転軸を中心とした目標包絡領域を最初に特定する。この目標包絡領域は，例えば，内側目標包絡面と外側目標包絡面とにより定義することができ，加工対象物の加工に応じて加工対象物と接触する砥粒の作用中の刃が位置すべき、工具軸の周りの領域を記述する。目標包絡領域は、回転工具の回転軸に対して回転対称である。目標包絡領域の外側へ突き出たこれらの砥粒は、加工又は除去すべき第１砥粒を表している。

目標包絡領域に加え、回転工具の切削特性を決定する少なくとも1つの別の目標変数を定める。この少なくとも1つの別の目標変数は、個々の砥粒及び／又は砥粒の集合の特性を表すが、ここで、砥粒の集合は全ての砥粒を含むこともできる。この少なくとも1つの目標変数は、回転工具の切削特性を特徴付けるものであり、例えば、
−砥粒、又は砥粒の集合の各々の形状、及び／又は
−砥粒、又は砥粒の集合の砥粒の刃の相対位置
を特徴付けるものであり、ここで目標変数は統計変数でもありうる。

目標包絡領域は、回転工具の巨視的特性を定めるものであるが、少なくとも１つの目標変数は砥粒により形成される工具刃の微視的特性を定義する。例えば、以下のパラメータのうち１つ又は複数のものを目標変数として用いることができる。

（１）回転工具の使用に際し加工対象物に割り当てられ、特に切削工具に当接した状態となる砥粒の接触面の寸法。砥粒の接触面がより小さいほど、砥粒はより鋭利となり、回転工具の使用に際し、砥粒は加工対象物の材料により深く係合する。

（２）目標包絡領域に係る、隣接する２つの砥粒又はその刃との間の距離。隣接する砥粒又は刃の間の最小距離、及び砥粒の集合又は砥粒刃の間の平均距離は、目標変数として定めることができる。

（３）目標包絡領域に係る砥粒刃の数。この数は、特定の表面ユニットに基づくものとすることもでき、これにより、刃の概ねの密度を表すことができ、例えば、ミリメートル平方当たりの刃数を表すことができる。

（４）砥粒の刃の長さ又は砥粒の集合に基づく刃の長さの統計値。

（５）砥粒の集合の全接触面。ここで、全接触面とは、対象となる砥粒の接触面の総和である。砥粒の表面は、回転工具の使用に際し、加工対象物に当接された状態になるが、これは接触面であると考えられる。全接触面が広くなるほど、回転工具の鋭利さは減少する。

（６）砥粒の高さ、又は砥粒の集合の高さの統計値。砥粒の高さは、砥粒を取り囲む結合材を基準に計測する。この結合材は砥粒同士を互いに結合させる。結合材を基準に最外部砥粒の位置まで計測するが、回転軸から最も離れた位置まで、すなわち砥粒の半径方向の最外部の位置まで計測する。

（７）切削特性を決定する砥粒の幾何学的パラメータ。例えば、基準線又は基準面に対する切削刃の角度、切削刃の半径、切削刃の長さなどがある。

砥粒及び／又は砥粒の集合の割り当てられた実際の変数は、各々の指定された目標変数に関して個々に計測され及び／又は決定される。特に、装置の光学計測装置は、この目的を果たすものである。その後、指定された目標変数と、それに対応した実際の変数との間の偏差を決定する。

指定された目標変数と、割り当てられた実際の変数との間の偏差が、定められた許容値を上回る場合には、偏差を減少させるために加工又は除去される第２砥粒が特定され選択される。第１砥粒に加えて、第２砥粒も続けて加工及び／又は除去される。

このように、個々の第１砥粒及び第２砥粒が特定され、系統的に加工又は除去される。これにより、回転工具の実際の包絡面は、指定された目標包絡領域内に収まる。同時に、加工の際の目標回転工具の切削効果にも好影響を及ぼすことができる。適用可能な場合、個々の第１砥粒及び第２砥粒を系統的に選択し、これら第１砥粒又は第２砥粒のみを、各々、加工又は除去する。所望の形状と所望の特性を達成するよう回転工具を比較的短時間で加工できることは確実である。さらに、回転工具の材料はごく少量のみが削除される。従って、全体として、本発明による加工はきわめて経済的である。

砥粒の加工又は除去は、各々、レーザビームを用いて行うことが好ましい。レーザビームは、好ましくは４５°未満の鋭角で、特に回転工具の回転軸と、回転工具の加工面上の加工位置とを通る径方向平面に対して３０°未満の鋭角で方向付けられ、加工面に向かってレーザビームの焦点が合わせられる。このようなレーザビームの方向付けにより、加工の際に回転工具の効果を鈍らせる、広い接触面が砥粒に生じることを確実に防ぐ。

回転工具が所望の特性を有するまで、工具の実際の包絡面及び／又は少なくとも１つの実変数の値を決定し、さらにその後の個々の砥粒の加工及び／又は除去を周期的に行う。特に、レーザビームを用いる際には、レーザビームパルスに応じて、砥粒又は結合材の各々から材料がどれだけ除去されるかを正確に予測することはできないため、この周期的な加工は有効である。これは、周期的な工程で加工結果を再度確認することができることの他に、また適用可能な場合、個々の砥粒に対して前もって定められた系統的な加工又は除去をさらに行うことが有効であることが理由となっている。

実際の包絡面と、少なくとも１つの実変数とを計測するために、非接触計測装置を用いることが好ましい。非接触計測装置は、光学計測装置として実装することができる。好ましい実施例の場合、非接触計測装置は入力光計測装置を含む。これに加え、又はこれに代わるものとして、送信機と、その送信機に対して設けられた受信機とを含み、特に、実際の包絡面を迅速に決定できる透過光計測装置を設けることも可能である。特に、入力光計測装置と、透過光計測装置は、回転工具の同一の計測位置に焦点を合わせられる。有利な態様では、レーザビームの焦点を合わせる加工位置は、計測位置から離れている。すなわち、この構成により、空間的にオフセットされた計測と加工がもたらされる。

この変形として、計測位置と加工位置が一致するように、レーザビームの焦点を計測位置に合わせることも可能である。このような配置の場合、操作は時間間隔をおいて行われる。計測を最初に行い、その後、１つ又は複数のレーザビームパルスを生成する。次に、レーザビーム照射を停止し、再計測等を行う。

実際の包絡面を検出するための透過光計測装置は、透過光発光センサ又は他の好適な光センサ（例えば、いわゆる「位置センサ装置」）を含むレーザスキャナと、ラインスキャンカメラ又はマトリックスカメラとを含むことができる。

入射光計測装置は、ラインスキャンカメラ又はマトリックスカメラを有し、好ましくは拡散入射光及び／又は実質的に単色の入射光を用いることができる。他の好適なセンサ及び方法としては、必要に応じて、例えば、ストライプ投光センサ、又はレーザ三角測量センサなどの距離センサを用いることができる。

本発明の有効な実施例は、従属特許請求項と明細書とから明らかになる。明細書は、本発明の顕著な特徴やその他の条件に限定される。図面はこれらを補足するために用いられる。

回転工具を加工するための装置の第１の実施例をブロック図表現で示した図である。 回転工具を加工するための装置の第２の実施例をブロック図表現で示した図である。 回転工具を加工するための本発明による方法の実施例のフローチャートである。 実包絡面と、回転工具の横断平面の目標包絡領域を示す図である。 回転工具の刃領域の一例としての径方向断面での詳細を示す図である。 波状の加工面を含む回転工具の刃領域のさらに他の一例を径方向断面で示した詳細を示す図である。 図１に示した回転工具の切断面Ｃ１による径方向断面図である。 図１に示した回転工具の切断面Ｃ２による径方向断面図である。 深さ方向における、回転工具の砥粒の刃数と、全接触面の関係を示す図である。 深さ方向における、回転工具の砥粒の刃数と、全接触面の関係を示す図である。 深さ方向における、回転工具の砥粒の刃数と、全接触面の関係を示す図である。 加工前の複数の砥粒を含む、回転工具の加工面の断面を上部から見た概略図である。 加工された砥粒を矢印で示した図７ａの加工後の概略図である。 レーザビームによる砥粒の加工の一例を単に例示的に示した概略図である。 加工前の不規則に分散した複数の砥粒を含む回転工具の加工面の断面を上部から見た概略図である。 図９ａの状態から、砥粒の一部分が除去され砥粒の他の部分が加工された状態において、加工された砥粒を矢印で示した概略図である。 特定のパタンに従い、回転工具の砥粒を他の配置とする可能性を示す図である。 冷却材の排出を改善するために砥粒間に凹部が設けられた、回転工具の外側領域の部分断面の詳細を示す概略図である。 砥粒の他の実施例において、例示的に特定された形状パラメータについて示した、回転工具の断面の部分的な断面の詳細を示す概略図である。 別の例示的に特定された形状パラメータについて示した、図１２に示した実施例の回転工具の回転軸に対して半径方向に向かう図１２の矢印ＸＩＩＩの方向に見た上面図である。 図１３の切断線ＸＩＶ−ＸＩＶによる径方向断面で示した、図１２及び図１３の回転工具の断面の概略図である。

本発明は、回転工具２１を加工するための装置２０、及びそれを加工するための方法２２に関する。回転工具２１は加工のための工具である。回転工具２１は回転軸Ｒを中心に回転するように駆動され得る。回転工具２１はその周上に加工面２３を有し、そこには少なくとも１つの工具刃が備えられ、工具刃は回転軸Ｒを中心に回転するように駆動できる。一例によると、いずれの場合でも、複数の砥粒２４が１つ又は複数の砥粒刃４３を含み、幾何学的には不定な切削領域を形成する。砥粒２４は、回転工具２１の加工面２３の領域に統計的に分散するように配置することができる。それに代えて、図１０又は図１２乃至図１４に示すように、砥粒２４を正確に指定した位置に配置することも可能である。砥粒２４の係合の態様は、回転工具２１の回転に応じて、互いに重なり合う、又は干渉し合うものであり、それにより工具の輪郭が定まる。これを砥粒２４の実施例として図１４に示すが、この砥粒は定められた様式で配置されている。砥粒２４は、砥粒２４が互いに異なるように、結晶の切片により形成されることが好ましい。しかし、図１２及び図１３に例として示すように、各々の砥粒２４には所望の形状をもたせることも可能である。

ここで示した好適な実施例に代わるものとして、砥粒２４は、回転工具２１上に１つ又は複数の幾何学的に定義された刃を形成することもできる。

砥粒は、硬く強固な素材から構成されているか、又はこのような硬い素材から作られた耐磨耗層を少なくとも含んでいる。例えば、この素材としては、立方晶系窒化ホウ素、ダイヤモンド、又は多結晶ダイヤモンド（ＰＣＤ）を用いることができる。耐磨耗層には、例えば、ＣＶＤ工程（化学蒸着法）を適用することができ、ダイヤモンドから構成することができる。

砥粒２４は、支持材又は結合材２５により回転工具２１に固定されている。例えば、結合材を合成樹脂により構成することができる。また、砥粒２４と結合材２５を焼結により互いに接合することもでき、例えば、結合材２５としては金属圧粉が用いられる。さらに、砥粒２４は、例えば、結合材２５としてニッケル化合物を介して電気的に互いに接合させることもできる。

回転工具２１は、砥石工具又はドレッシング工具であることが好ましい。回転工具２１の使用に応じて、加工対象物に対して所望の加工精度を最終的に得るために、これらの種類の工具では形状について特に高い精度が求められる。回転工具２１の同心性又は軸ぶれの偏差は、各々、極めて狭い許容範囲にのみ許されている。本発明による加工方法又は本発明による装置２０は、各々回転工具２１の所望の精度を確立するために用いることができる。さらに、本発明は、回転工具２１を仕上げること、又は摩耗を除去することに、各々用いることができ、さらに工具に求められる鋭利さ又は切削特性を再び回復させるために用いることができる。本発明は、材料を節約し効率的に回転工具２１を加工することに用いることができ、その結果高い経済性をもって加工を行うことができる。

図１に示す第１実施例の場合、装置２０は計測装置２９を包含し、計測装置２９は、透過光カメラ３１と入射光計測装置３２を含む透過光計測装置３０を含んでいる。計測装置２９又は計測装置３０、３２は、各々制御装置３３により制御される。計測装置２９は回転工具２１の計測の目的に適う。

また、装置２０は加工装置３４も含んでおり、この加工装置は、本実施例の場合、レーザ装置３５により形成されている。加工装置３４及びレーザ装置３５は、例えば、加工面２３の位置において、回転工具２１を加工するためのものだが、この加工面は、加工面２３又は砥粒２４の所望の形状に対する偏差及び／又は特性に対する偏差を除去するように、計測装置２９により正確に定められている。このために、レーザ装置３５は、レーザビームＬを発生するが、このレーザビームは、パルス駆動され、加工位置３６に対して焦点を合わせたものであることが好ましい。あらかじめ特定された個々の砥粒２４は、この加工位置３６において系統的に加工される。さらに砥粒２４間の結合材２５を加工することができる。

レーザ装置３５の加工位置３６は、レーザ装置３５の光軸Ｏ１上に配置されている。このレーザ装置３５の光軸Ｏ１は、径方向平面ＥＲと鋭角をなし、特に４５°未満、本実施例では３０°未満の鋭角をなしており、回転工具２１の回転軸Ｒと、加工位置３６とを通っている。この角度は、一定であるか、又は加工中に変化することができる。図１及び図２によれば、レーザ装置３５の光軸Ｏ１は、回転軸Ｒに向かう径方向に方向付けられており、従って、径方向平面ＥＲ内に収まっている。

第１実施例の場合、加工位置３６は、計測位置３７に対してオフセットした位置にある。回転工具２１の加工面２３のこの計測位置において、計測装置２９により計測が行われる。透過光計測装置３０と入射光計測装置３２は、加工面２３の同一の計測位置３７に対して方向付けられているが、これの変形として、計測装置３０、３２は、間隔を設けて離して置かれた計測位置を含むこともできる。図１に示した第１実施例の場合、入射光計測装置３２の光軸Ｏ２は、回転工具２１の回転軸Ｒに向けて径方向に方向付けられている。透過光計測装置３０の光軸Ｏ３が、加工面２３に対して概ね垂直に通るように、透過光計測装置３０の光軸Ｏ３は、入射光計測装置３２の光軸Ｏ２に対し実質的に直角をなすように方向付けられている。透過光カメラ３１は、透過光計測装置３０の光軸Ｏ３に沿って片側に配置され、光源はその反対側に配置されている。

装置２０は、さらに駆動装置３８を包含し、その駆動装置は制御ユニット３３により制御される。駆動装置３８の目的は、加工中に、回転軸Ｒを中心として回転工具２１を回転させ、及び／又は回転軸に沿って回転工具を移動させる、ことである。この計測装置２９により、例えば、回転軸Ｒに対して平行に見た場合、特定の計測区間のみを検出することができ、この計測区間は数ミリメータの範囲内に収めることができる。例えば、透過光カメラ３１としてのマトリックスカメラは、概ね３ｍｍから６ｍｍの範囲を検出できるが、この範囲は透過光カメラ３１の分解能に依存したものでもある。計測装置２９に平行な加工面２３の延長方向が計測装置２９の計測領域を超えた際には、複数の計測が、実質的に互いに関連付けることができるように、又は計測装置２９及び／又は制御装置３３で評価されうるように、複数の計測が回転軸Ｒに平行に軸方向にオフセットして行われる。

図１及び図２に示すように、本実施例によれば、制御装置３３は、加工装置３４及びレーザ装置３５を制御する目的も果たす。計測装置２９を用いて計測することにより、加工又は除去すべき砥粒２４各々が特定される。制御装置３３は、しかるべく加工又は除去すべきものと各々特定された砥粒２４を、各々加工又は除去するように、駆動装置３８及び加工装置３４、又はレーザ装置３５を制御する。レーザ装置３５は、パルス駆動されたレーザビームＬを発生することが好ましい。このレーザ装置は、レーザ装置３５の光軸Ｏ１と、さらに加工位置３６とを、レーザ装置３５の光学的手段により動かすことができるよう、レーザビームＬを焦点合わせするため、及び／又は方向付けするための光学的手段を包含することができる。

図１に示す第１実施例とは対照的に、図２に示す第２実施例の場合透過光計測装置３０は設けられていない。計測装置２９は、入射光計測装置３２のみを含んでいる。その光軸Ｏ２は、回転軸Ｒと交叉することはない。入射光計測装置３２の光軸Ｏ２は、計測位置３６への接線に対して斜め方向に、また計測位置３７と回転軸Ｒを通る径方向平面に対して斜め方向に、向いている。加工面２３に配置された砥粒２４により定義される回転工具２１の実包絡面ＨＦと、砥粒２４の形状特性あるいは砥粒２４の集合の形状特性は、各々、この方向により定めることができる。図１に示す第１実施例の例では、透過光計測装置３０が回転工具２１の実包絡面ＨＦを検出するために設けられているが、個々の砥粒２４、又は砥粒２４の集合の形状特性の決定は、入射光計測装置３２により行われる。

図２に示す実施例の場合、計測位置３７は加工位置３６に対応している。この実施例の場合、入射レーザビームＬにより発生する高光度とプラズマ雲が、計測装置２９による光計測と干渉するため、計測と加工を同時に行うことはできない。従って、計測は時間間隔をおいて行い、材料をレーザビームＬにより加工する。図１に示す第１実施例の場合、計測位置３７が加工位置３６から離れているので、計測は計測位置３７において行ない、同時に、回転工具２１の加工は加工位置３６において行う、ことができる。

図１及び図２に示した２つの実施例の組み合わせが可能であることは言うまでもない。例えば、第１実施例における入射光計測装置３２の光軸Ｏ２は、計測位置３７と回転軸Ｒを通る径方向平面に対して斜め方向に向くことができる。さらに、第１実施例において、加工位置３６と計測位置３７は同一とすることもできる。

図３は工程の流れの一例をフローチャートで示したものである。方法２２を、フローチャートを用いて、また図４乃至図１３を引用して、以下詳細に説明する。

方法２２の開始ＳＲＴの後、方法の第１ステップＳ１において目標包絡領域ＨＲを特定する。目標包絡領域ＨＲは、回転対称領域すなわち回転工具２１の回転軸Ｒを中心とした領域である。一例によると、目標包絡領域ＨＲは、図４に概略的に示すように、回転対称の内側包絡面ＨＩ及び回転対称の外側包絡面ＨＡにより定義される。包絡面ＨＦが、そのいずれの箇所においても、目標包絡領域ＨＲ内に収まる場合は、回転工具２１すなわち加工面２３各々の、外形すなわち輪郭の各々は、仕様に対応する。図４に示した例の場合、実包絡面ＨＦは、その複数の箇所において、目標包絡領域ＨＲの外にはみ出していることがわかる。従って、回転工具２１の幾何学中心Ｚは回転軸Ｒには対応せず、その結果、中心軸の偏差が生じることにもなる。これらの偏差は、続けて、本発明の方法２２により、装置２０を用いて除去される。

図５、図５ａ、図５ｂ及び図５ｃに示すように、回転工具２１の加工面２３は、径方向断面から見ると、複数の形状すなわち輪郭を、各々含み得る。回転軸Ｒに対して平行に見ると、包絡領域ＨＲは、例えば曲線を描くことができ（図５）、また例えば波状のコース（図５ａ）又は屈曲及び／又は段差を含むコース（図５ｂ、図５ｃ）を含み得る。これは回転工具の種類及びその目的に依る。目標包絡領域ＨＲからの実包絡面ＨＦの偏差は、回転工具２１の円周方向又は回転方向の各々に見られ、及び／又は回転軸Ｒに平行な方向に見られ得る。

目標包絡領域ＨＲに加え、方法の第２ステップＳ２において、少なくとも１つの別の目標変数ＧＳを定義する。目標包絡領域ＨＲは、回転工具２１すなわち加工面２３の各々の巨視的形状を定めるが、この少なくとも１つの別の目標変数ＧＳは、加工面２３の微視的構成を特徴付けるものである。この少なくとも１つの別の目標変数ＧＳは、特に、加工面に沿って分散するように配置された砥粒２４の切削特性を表すものである。この好適な実施例の場合、少なくとも１つの目標変数ＧＳとしては、以下に示す１つ又は複数の変数を用いる。

ａ）砥粒２４の隣接する２つの砥粒刃４３の間の最小距離ｘを、第１目標変数ＧＳ１として用いることができ、ここでは、例えば、目標包絡領域ＨＲ内に完全に又は部分的に収まるような砥粒刃４３のみを考慮する。従って、最小距離ｘは、目標包絡領域ＨＲ内の２つの砥粒刃４３が有し得る、互いの間の最小の距離である。その値以下になることができない（図５）しきい値は、最小距離ｘについての第１目標変数ＧＳ１として定めることができる。その理由としては、隣接する２つの砥粒刃４３の間の最小距離ｘが極めて短い場合、材料の変位と切り屑の除去が妨げられるため、加工すべき加工対象物との係合に応じて個々の砥粒刃４３が十分に食い込めなくなることがあげられる。

ｂ）砥粒２４の接触面ＫＦの寸法は、第２目標変数ＧＳ２として目的を果たすことができる。接触面ＫＦは、回転軸Ｒを中心とする包絡面Ｅ上の砥粒２４の横断面であり、加工対象物の加工に応じて、砥粒２４の摩耗に依存して、加工対象物に対して各々、接触した状態すなわち当接した状態となり得る。一般的に、接触面ＫＦは、包絡面Ｅの現在の摩耗状態とは独立して計測されるものであり、その摩耗状態に依存するものである。包絡面Ｅは、回転軸Ｒを中心とした回転対称な面であり、その形状は、内側包絡領域ＨＩ及び外側包絡領域ＨＡに対応しており、回転軸Ｒまでの距離は変化し得る。この包絡面は、目標包絡領域内に収まることもあり得るし、又は目標包絡領域外にはみ出すこともあり得る。回転軸Ｒから包絡面への距離は、例えば、奥行Ｔとして表される。包絡面Ｅから回転軸Ｒまでの距離が短いほど、奥行Ｔは長くなる（図６ａ）。従って、接触面ＫＦは、奥行Ｔの関数として定義される。砥粒２４の断面積は、径方向の外側に向けられた砥粒刃又は先端を基点として増加するという事実から、奥行Ｔの増加にともない接触面ＫＦもまた増加する。接触面ＫＦが広いほど、砥粒２４は鋭利さが減少する。奥行Ｔの増加にともなう接触面ＫＦの増加について、砥粒の１つに関して図６ａに概略的に示すが、ここでは、接触面ＫＦは、第１表面積ＫＦ１から第２表面積ＫＦ２を経て第３表面積ＫＦ３まで増加する。第２目標変数ＧＳ２として、１つ又は複数の奥行Ｔに対する接触面寸法について、１つの値又は１つの値域を定めることができる。また、第２目標値ＧＳ２である奥行Ｔの関数として、砥粒２４の接触面ＫＦの寸法の関数を定めることも可能である。

ｃ）第３目標変数ＧＳ３として、砥粒２４の砥粒刃４３の長さｙを、１つ又は複数の奥行の値として、又は奥行Ｔの関数として、定める（図６ａ）。ここでは、目標包絡領域ＨＲ内にある１つの砥粒刃４３の区画のみを考慮することが好ましい。

ｄ）図６ｂに概略的に示すように、第４目標変数ＧＳ４として、砥粒刃４３の数Ｎを、複数の特定の奥行の値Ｔに関して、又は奥行Ｔの関数として、定めることができる。第４目標変数ＧＳ４は、例えば、下限しきい値（図６ｂの実線）及び／又は上限しきい値（図６ｂの破線）を含むことができる。

ｅ）第５目標変数として、複数の砥粒２４又は全ての砥粒を含む砥粒の集合の全接触面ＧＦの大きさを、１つ又は複数の特定の奥行の値Ｔに関して、又は奥行Ｔに依存した関数として、定めることができる。全接触面ＧＦは、包絡面Ｅ上の、特定の奥行Ｔに収まる各接触面ＫＦの総和となる。全接触面ＧＦを考える場合、個々の砥粒２４を考慮するではなく、全接触面ＧＦは、加工面２３において、考慮する砥粒２４の集合すなわち全ての砥粒２４に対して、各々、割り当てられる。第５目標変数ＧＳ５は、下限しきい値（図６ｃの実線）及び／又は上限しきい値（図６ｃの破線）を含み得る。

ｆ）砥粒２４の高さＨは、第６目標変数ＧＳ６として用いることができる。高さＨは、例えば、砥粒２４を取り囲む結合材２５を起点とし、回転軸Ｒから最も離れた地点までを計測したものとすることができる（図６ａ）。高さＨは、回転工具２１を使用した際、砥粒２４が加工対象物の表面と係合する最大深さを表すものである。高さＨとしては、最小値及び／又は最大値を、例えば、６番目の目標変数ＧＳ６として定めることができる。

ｇ）砥粒２４の少なくとも１つの幾何学的パラメータは、目標変数としても用いることができ、これを図１２乃至１４により一例として示す。
−基準線又は基準面に対する砥粒刃４３の角度α、β
−砥粒刃４３の半径ｒａｄ１、ｒａｄ２
−砥粒刃４３及び／又は砥粒２４の面の幅ｗ又は長さｖ

方法の第３ステップＳ３において、光学計測装置２９と、例えば透過光計測装置３０とを用いて実包絡面ＨＦを決定する。このために、駆動装置３８は、加工面２３全体が検出されるまで、回転軸Ｒを中心として、また可能な場合には回転軸Ｒに平行な方向にも回転工具２１を動かす。計測装置２９又は制御装置３３の各々において、実包絡面ＨＦは、全ての砥粒２４の位置及び場所により決定されるが、計測位置３７における個々の計測により後で形成することができる。

方法の第４ステップＳ４において、次に、個々の砥粒２４の形状又は構成の各々を、光学計測装置２９により検出するが、そのために本例では入射光計測装置３２を用いる。それにより、１つ又は複数の実変数ＧＩの値を決定する。実値は、それに対する目標変数ＧＳが定められており、実変数ＧＩの値として記録する。実包絡面ＨＦと、少なくとも１つの実変数ＧＩの検出は、逐次的に行うことができる。それに代えて、実際の包絡面ＨＦの検出の際に、少なくとも１つの実変数ＧＩの値を同時に決定することも可能である。

実際の包絡面ＨＦと少なくとも１つの実変数ＧＩの値の決定に続き、加工又は除去すべき砥粒２４を、方法の第５ステップＳ５において特定する。

これらの砥粒２４は、外側目標包絡面ＨＦから突き出ており、第１砥粒２４ａとして特定する（図５）。

これらの砥粒２４は、指定した目標変数ＧＳとそれに対応した実変数ＧＩとの間の偏差Ｄを減少させるように加工又は除去する必要があり、目標変数ＧＳに割り当てられた許容範囲ＴＢよりも偏差Ｄが大きいと判定された際には、これらの砥粒２４を第２砥粒２４ｂとして特定する。

目標変数ＧＳとそれに対応する実変数ＧＩとの間の偏差Ｄが、第１砥粒２４ａの加工及び／又は除去されたことによる影響を受けるおそれがあることは言うまでもない。これは、さらに別の第２砥粒２４ｂの決定に際して考慮する。

これらの第２砥粒２４ｂは、偏差を減少させるように、例えば全接触面ＧＦを減少させるように加工又は除去する必要があり、この状況を極めて概略的かつ例示的に図７ａ及び図９ａに示す。ここでは、特定数の砥粒２４が、比較的広い接触面ＫＦを有する第２砥粒２４ｂとして特定された状況を、図７ａ及び図９ａにおいて破線で示す。例えば、接触面ＫＦの面積が指定された基準値を上回っている砥粒２４は、本例では、第２砥粒２４ｂとして選択され得る。

図７ｂにおいて、第２砥粒２４ｂは全接触面ＧＦを減少させるために加工され、矢印で示されている。第１又は第２砥粒２４ｂの加工については、図８に概略的に拡大して示す。砥粒の定められた位置にレーザビームＬをパルス状に照射することにより、本例によれば、砥粒の一部は除去され蒸発する。このように、目標包絡領域ＨＲから突き出た部分を除去することができ、その接触面ＫＦの大きさを減少させることができる。

例えば、砥粒が摩耗により極めて過度に消耗した場合、あるいは隣接する砥粒刃４３間の距離ｘが長い場合や、砥粒刃４３の密度が高い場合には、砥粒２４を完全に除去することも可能である。この方法を、図９ａ及び図９ｂに概略的に示す。図９ｂにおいて破線で示した砥粒２４は除去されている。矢印で示した砥粒２４は、例えば、その接触面ＫＦを減少させるように加工されたものである。第１砥粒２４ａを加工及び除去することができる。

第１砥粒２４ａと第２砥粒２４ｂの加工は、方法の第６ステップＳ６で行われる。この、第１砥粒２４ａ及び第２砥粒２４ｂの加工又は除去は、実際の包絡面ＨＦが目標包絡領域ＨＲの外に位置している場合、あるいは指定された目標変数ＧＳと割り当てられた実変数ＧＩとの間の偏差Ｄが許容範囲ＴＢを超えた場合のいずれかにおいて行われる（方法の第５ステップＳ５からの分岐ＰＯＳ）。方法の第６ステップＳ６での加工の後、本方法の処理はステップＳ３、Ｓ４に戻り継続し、実包絡面又は少なくとも１つの実変数ＧＩの値の各々を決定する。これが必要な理由は、加工面２３のレーザ加工に応じて、加工面２３へのレーザビームパルスＬの焦点合わせの影響を正確に予測することが不可能であるためである。例えば、砥粒２４の吸収特性が、結合材２５の吸収特性と完全に異なるため、この予測は困難となる。別の砥粒２４を、結合材の表面下の内部位置（例えば、図５参照）に直接配置することができることにより、生成されたクレータがどの程度深いかを正確に予測したり、さらに、例えば、砥粒２４間の結合材に対してレーザビームの焦点を合わせた際に、結合材２５を除去することにより砥粒２４を解きほぐし除去することが果たして可能なのかを正確に予測することはできない。

全ての特定した目標変数ＧＳと、各々割り当てられた全ての実変数ＧＩの間の偏差Ｄが、各々割り当てられた許容範囲ＴＢ内に収まるまで、方法のステップＳ３からＳ６を繰り返し、その時点で実包絡面ＨＦがさらに目標包絡領域ＨＲ内に収まる。そして、この方法はＥＮＤ（方法の第５ステップＳ５からの分岐ＮＥＧ）で終了する。

方法の第６ステップＳ６において、レーザビームパルスＬは、各々、加工又は除去すべきものとなる第１砥粒２４ａ又は第２砥粒２４ｂに対してのみに直接焦点を合わせることはできない。高さＨに影響を及ぼすため、あるいは砥粒２４ａ、２４ｂを除去するために、例えば、砥粒間の結合材２５に対してレーザビームパルスＬを照射することも可能である。砥粒２４の加工及び／又は除去に加え、作業面２３に凹部５０を導入することも可能である。このような凹部５０は、加工面２３の領域での冷却材の排出と切り屑の除去を改善することができる。このような凹部５０の断面輪郭は、任意に選ぶことができる。例えば、一例として図１１に概略的に示したように、面取りされた凹部５０を作業面２３に導入することが可能である。加工装置３４は、レーザ装置３５により形成されており、この目的のために用いることができる。このような凹部５０は、完全に作業面２３に侵入した溝を形成することができ、さらに、回転軸Ｒを中心とした回転方向に対して横切る方向、すなわち直角方向に、又は対角方向に延ばすことができる。

本発明は、複数の砥粒２４を包含する回転工具２１の加工面２３を加工するための装置２０及び方法２２に関するものである。回転工具２１は、回転軸Ｒを中心に駆動され得る。砥粒２４は、領域が定まった又は領域が不定な工具刃を形成することができる。これらの工具刃は、加工面２３に統計的に分散するように配置すること、又は幾何学的に定まった位置に配置することができる。加工面２３の実包絡面ＨＦは、光学計測装置２９により決定する。さらに、作業面２３の微視的パラメータを表す少なくとも１つの別の目標変数ＧＳを検出することができる。特定された各目標変数ＧＳに関して、対応する実変数ＧＩを計測装置２９により検出し、目標変数ＧＳと実変数ＧＩとの間の偏差を決定する。実包絡面ＨＦが、特定した目標包絡領域ＨＲの外に位置する場合、又は実変数ＧＩと、それに対応する目標変数ＧＳとの間の偏差が許容できないほど大きい場合には、レーザ装置３５により選択した第１砥粒２４ａ及び第２砥粒２４ｂを加工及び／又は除去する。この方法は、回転工具２１が全ての仕様を満足するまで繰り返し行う。

２０ 装置
２１ 回転工具
２２ 方法
２３ 加工面
２４ 砥粒
２５ 結合材
２９ 計測装置
３０ 透過光計測装置
３１ 透過光カメラ
３２ 入射光計測装置
３３ 制御装置
３４ 加工装置
３５ レーザ装置
３６ 加工位置
３７ 計測位置
３８ 駆動装置
４３ 砥粒刃
５０ 凹部
Ｅ 包絡面
ＥＮＤ 方法の終了
ＥＲ 径方向平面
ＧＩ 実変数
ＧＳ 目標変数
ＧＳ１ 第１目標変数
ＧＳ２ 第２目標変数
ＧＳ３ 第３目標変数
ＧＳ４ 第４目標変数
ＧＳ５ 第５目標変数
ＧＳ６ 第６目標変数
ＧＦ 全接触面
Ｈ 高さ
ＨＡ 外側目標包絡面
ＫＦ 接触面
ＫＦ１ 接触面の第１値
ＫＦ２ 接触面の第２値
ＫＦ３ 接触面の第３値
Ｌ レーザビーム
Ｏ１ レーザ装置の光軸
Ｏ２ 入射光計測装置の光軸
Ｏ３ 透過光計測装置の光軸
Ｒ 回転軸
ｒａｄ 半径
Ｓ１ 方法の第１ステップ
Ｓ２ 方法の第２ステップ
Ｓ３ 方法の第３ステップ
Ｓ４ 方法の第４ステップ
Ｓ５ 方法の第５ステップ
ＳＲＴ 方法の開始
Ｔ 奥行
ｖ 長さ
ｗ 幅
ｘ 最小距離
ｙ 長さ
Ｚ 中心

Claims (19)

1. 少なくとも１つの工具刃又は切削領域を形成する複数の砥粒（２４）を含む回転駆動可能な回転工具（２１）を加工するための方法であって、
   当該回転工具（２１）の回転軸（Ｒ）を中心とした、当該回転工具（２１）の目標包絡領域（ＨＲ）を特定するステップと、
   位置又は形状が、定められた許容範囲の外にある、加工及び／又は除去すべき第１砥粒（２４ａ）を決定するステップと、
   前記第１砥粒（２４ａ）及び第２砥粒（２４ｂ）を系統的に加工及び／又は除去するステップと
   を含む方法。
2. 前記回転工具（２１）の切削特性を決定し、個々の砥粒（２４）及び／又は前記砥粒（２４）の集合を特徴付ける少なくとも１つの別の目標変数（ＧＳ）を特定するステップと、
   個々の当該砥粒（２４）及び／又は当該砥粒（２４）の集合の特定された各当該目標変数（ＧＩ）に対する実変数（ＧＩ）の値を決定するステップと、
   各当該実変数（ＧＩ）とそれに対応する当該目標変数（ＧＳ）とを比較し、当該実変数（ＧＩ）と当該目標変数（ＧＳ）の間の偏差（Ｄ）を決定するステップと、
   当該実変数（ＧＩ）と当該目標変数（ＧＳ）の間の当該偏差（Ｄ）が受け入れ可能な許容範囲（ＴＢ）の外にある場合に、当該偏差（Ｄ）を減少させるように、加工及び／又は除去すべき前記第２砥粒（２４ｂ）を決定するステップと、
   前記第２砥粒（２４ｂ）を系統的に加工及び／又は除去するステップと
   をさらに含む請求項１に記載の方法。
3. 周期的な工程フローを設定し、
   加工すべき前記第１及び／又は前記第２砥粒（２４ａ、２４ｂ）が存在するか否かを決定するステップと、
   前記第１砥粒（２４ａ）及び前記第２砥粒（２４ｂ）を加工及び／又は除去するステップと
   を周期的に繰り返すことを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記第１砥粒（２４ａ）及び前記第２砥粒（２４ｂ）の加工及び／又は除去は、レーザビーム（Ｌ）により行い、当該レーザビーム（Ｌ）は加工すべき前記回転工具（２１）の加工面（２３）の位置（３６）に向けて方向付けられ及び／又は焦点が合わされている、ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記レーザビーム（Ｌ）の光軸（Ｏ１）が径方向平面（ＥＲ）に対して鋭角を描き、前記レーザビーム（Ｌ）は、前記回転工具（２１）の前記回転軸（Ｒ）と、加工すべき前記位置（３６）とを通る、ことを特徴とする請求項４に記載の方法。
6. 統計変数が、前記砥粒の集合（２４）に割り当てられ、前記目標変数（ＧＳ）として用いられる、ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の方法。
7. 前記回転軸（Ｒ）を中心に、奥行（Ｔ）で表した前記回転軸（Ｒ）からの可変な距離を含む回転対称包絡面（Ｅ）を定め、定められた前記目標変数（ＧＳ）の少なくとも１つを当該奥行（Ｔ）の関数として定める、ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の方法。
8. 前記回転工具（２１）の使用に際し加工対象物と当接した状態となることができる前記砥粒（２４）の接触面（ＫＦ）の寸法を、前記目標変数（ＧＳ２）として用いる、ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の方法。
9. 隣接する２つの前記砥粒（２４）の刃（４３）の間の距離（ｘ）を、前記目標変数（ＧＳ１）として用いる、ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の方法。
10. 前記砥粒（２４）の数（Ｎ）、又は前記砥粒（２４）の前記刃（４３）の数（Ｎ）を、前記目標変数（ＧＳ４）として用いる、ことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の方法。
11. 前記砥粒（２４）の前記刃（４３）の長さ（ｙ）、又は前記砥粒（２４）の集合の前記刃（４３）の長さ値を、前記目標変数（ＧＳ３）として用いる、ことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の方法。
12. 前記砥粒（２４）の集合の全接触面（ＧＦ）を前記目標変数（ＧＳ６）として用い、当該全接触面（ＧＦ）は、前記砥粒（２４）の集合の前記接触面（ＫＦ）の総和であり、前記砥粒（２４）の前記接触面（ＫＦ）は、前記回転工具（２１）の使用の際加工対象物と当接した状態となることができる面である、ことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の方法。
13. 切削特性を決定する前記砥粒（２４）の幾何学的パラメータを前記目標変数（ＧＳ）として用いる、ことを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の方法。
14. 前記砥粒（２４）の高さ（Ｈ）、又は前記砥粒（２４）の集合の高さ値を、前記目標変数（ＧＳ６）として用い、当該高さ（Ｈ）は、各前記砥粒（２４）を囲み、前記砥粒（２４）を支える前記回転工具（２１）の結合材（２５）の外側面から、前記回転軸（Ｒ）から最も離れた各前記砥粒（２４）の位置までを計測して求める、ことを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の方法。
15. 前記砥粒（２４）を支える前記回転工具（２１）の前記結合材（２５）に、少なくとも１つの凹部（５１）を設ける、ことを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の方法。
16. 少なくとも１つの工具刃又は切削領域を形成する複数の砥粒（２４）を有する回転駆動可能な回転工具（２１）を加工するための装置であって、
    当該回転工具（２１）の回転軸（Ｒ）を中心とした当該記回転工具（２１）の目標包絡領域（ＨＲ）を定めるように設定した制御装置（３３）と、
    当該回転工具（２１）の実包絡面（ＨＦ）を計測するための計測装置（２９）であって、当該計測装置（２９）及び／又は当該制御ユニット（３３）により加工及び／又は除去すべき、当該目標包絡領域（ＨＲ）を通って係合し、当該目標包絡領域（ＨＲ）から突き出る第１砥粒（２４ａ）を決定する当該計測装置（２９）と、
    当該第１砥粒（２４ａ）及び第２砥粒（２４ｂ）を系統的に加工及び／又は除去する加工装置（３４）と
    を含む装置。
17. 前記制御装置（３３）は、前記回転工具（２１）の切削特性を表し、個々の前記砥粒（２４）及び／又は前記砥粒の集合（２４）を特徴付ける少なくとも１つの別の目標変数（ＧＳ）を定めるようにさらに設定され、
    前記計測装置（２９）は、各々の場合で、定められた当該各目標変数（ＧＳ）について個々の前記砥粒（２４）及び／又は前記砥粒の集合（２４）の割り当てられた実変数（ＧＩ）の値を決定するようにさらに設定され、少なくとも１つの計測された当該実変数（ＧＩ）と各々割り当てられた当該目標変数（ＧＳ）とを、前記計測装置（２９）及び／又は前記制御ユニット（３３）により比較し、当該実変数（ＧＩ）と当該目標変数（ＧＳ）の間の偏差（Ｄ）を決定し、当該偏差（Ｄ）が受け入れ可能な許容範囲（ＴＢ）を超える際には、当該偏差（Ｄ）を減少させるように、加工すべき前記第２砥粒（２４）を計測装置（２９）及び／又は制御ユニット（３３）により決定し、
    前記加工装置（３４）が前記第２砥粒（２４ｂ）を系統的に加工及び／又は除去する、
    ことを特徴とする請求項１６に記載の装置。
18. 前記加工装置（３４）は、前記第１砥粒（２４ａ）及び前記第２砥粒（２４ｂ）を系統的に加工及び／又は除去するように、レーザビーム（Ｌ）を発生するレーザ装置（３５）として設計されている、こと特徴とする請求項１６又は１７に記載の方法。
19. 前記計測装置（２９）は、光学計測装置（３０、３２）、特に、入射光計測装置（３２）及び／又は透過光計測装置（３０）を含む、ことを特徴とする請求項１６乃至１８のいずれか１項に記載の方法。
    
    

Images