JP2020093355A - 砥石車表面状態取得装置及び砥石車表面状態取得方法 - Google Patents

砥石車表面状態取得装置及び砥石車表面状態取得方法 Download PDF

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康匡 桜井
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Abstract

【課題】砥石車の表面に配置された砥粒の高さの分布を定量的に出力することが可能な砥石車表面状態取得装置及び砥石車表面状態取得方法を提供することを目的とする。【解決手段】砥石車表面状態取得装置10は、アクチュエータ12によって接触子13を所定の前進量だけ前進させた状態でテーブル11によって接触子13を表面に沿って相対移動させる接触子移動制御部と、接触子13と接触した砥粒3の砥石車1の表面における相対的な高さを接触子13の前進量を用いて解析し、砥石車1の表面における砥粒3の高さの分布の状態を出力する分布解析出力部と、を備える。【選択図】図1

Description

本発明は、砥石車表面状態取得装置及び砥石車表面状態取得方法に関する。
研削加工においては、加工により劣化した砥石車を定期的に或いは使用頻度や加工の状況に応じて、砥石車の切れ味を回復させるためにドレッシングが行われる。ドレッシングは、時期や回数が作業者によって決定されて実施される場合が多く、その結果、必要以上にドレッシングが行われたり、無駄なコストや作業時間が生じたりする虞がある。そこで、従来から、下記特許文献1、下記特許文献2及び下記特許文献3に開示されているように、ドレッシングの要否を判断する際に砥石車の表面の状態を評価することができる砥石車表面状態取得装置及び砥石車表面状態取得方法が複数提案されている。
特開平5−123966号公報 特許第2831343号公報 特開2008−122273号公報
ところで、砥石車の切れ味は砥石車の表面の全体に配置された砥粒の高さに依存する。このため、ドレッシングの要否を判断する際には、砥石車の表面の全体における砥粒の高さの分布が定量的に把握できることが好ましい。これに関し、上記従来の砥石車表面状態取得装置及び砥石車表面状態取得方法においては、線状或いは二次元的に砥石車の表面の状態を取得することに留まる。従って、上記従来の砥石車表面状態取得装置及び砥石車表面状態取得方法においては、砥石車の表面の全体における砥粒の高さの分布を定量的に得ることが困難である。
本発明は、上記課題を解決するためのなされたものであり、その目的は、砥石車の表面に配置された砥粒の高さの分布を定量的に出力することが可能な砥石車表面状態取得装置及び砥石車表面状態取得方法を提供することにある。
本発明に係る砥石車表面状態取得装置は、砥石車の表面に配置された砥粒に接触可能な接触子と、接触子を砥石車の表面に向けて相対的に前進又は後退させる第一アクチュエータと、砥石車を回転させる第二アクチュエータと、接触子を砥石車に対して砥石車の軸線方向に相対移動させる第三アクチュエータと、接触子と砥石車の表面に配置された砥粒との接触を検出可能なセンサと、第一アクチュエータによって接触子を砥石車に対して相対的に所定の前進量だけ前進させた位置に停止させた状態で、第二アクチュエータによって砥石車を回転させると共に、第三アクチュエータによって接触子を砥石車に対して砥石車の軸線方向に相対移動させる制御部と、接触子と接触した砥粒の砥石車の表面における相対的な高さを接触子の前進量を用いて解析し、砥石車の表面における砥粒の高さの分布の状態を出力する分布解析出力部と、を備える。
又、本発明に係る砥石車表面状態取得方法は、砥石車の表面に設けられた砥粒に接触可能な接触子と、接触子を砥石車の表面に向けて相対的に前進又は後退させる第一アクチュエータと、砥石車を回転させる第二アクチュエータと、接触子を砥石車に対して砥石車の軸線方向に相対移動させる第三アクチュエータと、接触子と砥石車の表面に配置された砥粒との接触を検出するセンサと、を備えた装置を用いて、砥石車の表面の状態を取得する砥石車表面状態取得方法であって、第一アクチュエータによって接触子を砥石車に対して相対的に所定の前進量だけ前進させた位置に停止させた状態で、砥石車を回転させると共に、接触子を砥石車に対して砥石車の軸線方向に相対移動させる制御工程と、接触子と接触した砥粒の砥石車の表面における相対的な高さを接触子の前進量を用いて解析し、砥石車の表面における砥粒の高さの分布の状態を出力する分布解析出力工程と、を備える。
これらによれば、所定の前進量だけ砥石車の表面に向けて前進した接触子が砥石車の表面全体にわたって相対移動することにより、前進した接触子と接触する砥粒の分布を取得することができる。この場合、前進量が少ない場合に接触子と接触する砥粒は砥石車の表面において高さ(突出量)が相対的に大きく、前進量が多くなる程、接触子と接触する砥粒は砥石車の表面において高さ(突出量)が相対的に小さい。従って、接触子を所定の前進量だけ前進させた位置で停止させた状態で砥石車に対して砥石車の軸線方向に相対移動させることにより、砥石車の表面の状態、即ち、表面に配置された砥粒の状態であって定量的な砥粒の高さの分布を取得することができる。
そして、定量的な砥粒の高さの分布を取得することにより、客観的に砥石車の表面における目つぶれや目こぼれ、偏摩耗等の発生を確認することができて、砥石車の修正時期やドレッシングの要否、加工条件の変更を的確に判断することができる。従って、砥石車の表面を理想的な状態に保つことができ、所望の加工品質、加工コスト及び加工時間を実現するための最適な加工条件を設定することが可能となる。
砥石車表面状態取得装置の構成を示す図である。 図1の砥石車の構成を示す断面である。 図1の制御装置の構成を示すブロック図である。 砥粒の高さの検出を説明するための図である。 制御装置から出力される三次元的な砥粒の分布を説明するための図である。 砥石車表面状態取得方法を示すフローチャートである。 変形例に係り、砥粒が鋭利な状態であるときに制御装置から出力されるヒストグラムを説明するための図である。 変形例に係り、砥粒の摩耗が進んだ状態であるときに制御装置から出力されるヒストグラムを説明するための図である。
(1.砥石車表面状態取得装置10の構成)
砥石車表面状態取得装置10の構成について図面を参照しながら説明する。砥石車表面状態取得装置10は、砥石車1の表面の微細な三次元形状を取得し、砥石車1の状態(例えば、目つぶれや目こぼれ等)を推定し、ドレッシングや加工条件の変更の必要性を評価する装置である。このため、砥石車表面状態取得装置10は、図1に示すように、テーブル11と、テーブル11に固定されたアクチュエータ12と、アクチュエータ12に固定された接触子13と、テーブル11に固定されたセンサ14と、制御装置15と、を備えている。
砥石車1は、図1に示すように、母材(図示省略)の表面に形成された砥粒層2を有している。砥粒層2は、図2に示すように、砥粒3(ダイヤモンド、CBN(キュービックボロンナイトライド)等)とニッケル合金等のバインダ層4とを含む複合層である。この複合層は、電気メッキ又は無電解メッキによって形成されている。砥粒3のバインダ層4からの突出高さは、数マイクロメートルから数十マイクロメートル程度である。
砥石車1は、図1に示すように、第二アクチュエータとしてのモータMにより回転駆動されて被加工物(図示省略)に接触させた状態で回転運動し、砥石車1の表面にある砥粒3によって被加工物を所望の形状に研削する。ここで、本実施形態においては、砥石車表面状態取得装置10は、回転運動する砥石車1の表面の状態を評価するものとする。このため、砥石車1の支持部分には、砥石車1の回転角を検出して出力するエンコーダ5が設けられている。
尚、砥石車1の回転角の検出に関しては、エンコーダ5に限定されるものではなく、砥石車1の回転角を検出できるものであれば如何なるものであっても良い。例えば、回転中の砥石車1の基準位置にて信号を検出した時刻を基準時刻として砥石車1の回転数と基準時刻からの経過時間により比例配分される位置を回転角として検出することも可能である。
テーブル11は、砥石車1の回転軸方向即ち砥石車1の幅方向に沿って数十マイクロメートルの分解能を有して変位可能とされている。ここで、砥石車1の幅方向の位置が、接触子13の砥石車1の表面(周表面)に対するスキャン位置Sに対応する。テーブル11は、図1に示すように、第三アクチュエータとして、例えば、モータとボールねじとから構成されるボールねじ機構11aによって駆動されるようになっている。尚、第三アクチュエータとしては、周知のリニアモータを用いることも可能である。
第一アクチュエータとしてのアクチュエータ12は、例えば、圧電アクチュエータであり、接触子13を砥石車1の表面に向けて1マイクロメートル以下の分解能を有して前進又は後退させるものである。そして、アクチュエータ12は、接触子13を砥石車1の周表面に向けて数マイクロメートルから数十マイクロメートル程度前進させる。尚、アクチュエータ12による接触子13の前進量については、接触子13が塑性変形しない範囲で設定することが望ましい。
接触子13は、先端部分における径が数マイクロメートル程度とされた棒状の部材である。接触子13は、砥粒3に接触した際に砥粒3の状態(形状)に変化を生じさせないように、弾性変形領域で接触することが可能な材質から形成される。
センサ14は、接触子13と砥粒3とが接触したことを検出可能なものであり、例えば、接触子13と砥粒3とが接触することにより発生したテーブル11の振動を検出するAE(Acoustic Emission)センサを用いることができる。尚、センサ14については、AEセンサの他、例えば、接触子13の弾性変形に起因して生じる物理量の変化を直接的又は間接的に検出できるものであれば、如何なるものを用いても良い。
制御装置15は、CPU、ROM、RAM、インターフェース等を主要構成部品とするマイクロコンピュータであり、砥石車表面状態取得装置10の作動を統括して制御するものである。制御装置15は、図3に示すように、位置決定部としての回転角取得部15aと、制御部としてのテーブル作動制御部15b及びアクチュエータ作動制御部15cと、分布解析出力部としての砥粒高さ算出部15d及び砥粒分布出力部15eと、から構成されている。
位置決定部としての回転角取得部15aは、エンコーダ5から出力される回転角を所定のサンプリングレートにより取得し、砥粒3の高さの分布を評価するための位置であるサンプリング点P(図5にて白抜きの丸で示す)を決定する。ここで、回転角取得部15aは、スキャン位置Sごとにサンプリング点Pを決定することにより、砥石車1の周表面の全体にサンプリング点Pを決定する。
制御部としてのテーブル作動制御部15bは、テーブル11即ちテーブル11にアクチュエータ12を介して組み付けられた接触子13を、砥石車1の幅方向に沿って所定の分解能により移動させる。これにより、テーブル作動制御部15bは、図1にて破線により示すように、接触子13が砥石車1の周方向に沿って砥粒3の高さを検出(評価)する位置であるスキャン位置Sに接触子13を移動させることができる。制御部としてのアクチュエータ作動制御部15cは、アクチュエータ12を作動させて、接触子13を砥石車1の周表面即ち砥粒3に向けて所定の前進量により段階的に前進させる。
分布解析出力部としての砥粒高さ算出部15dは、アクチュエータ作動制御部15cによって接触子13が段階的に前進した状態で、接触子13と砥粒3との接触により生じるセンサ14から出力された信号を取得し、取得した信号に基づいて砥石車1の周表面における砥粒3の高さの分布を解析する。
ここで、センサ14としてAEセンサを用いる場合、AEセンサは接触子13と砥粒3との接触によって発生した振動を信号として砥粒高さ算出部15dに出力する。この場合、発生した振動は時間の経過とともに減衰するため、例えば、振動が減衰しているときに接触子13が他の砥粒3と接触すると新たに振動が入力されることになり、個々の砥粒3と接触子13との接触を区別することが困難になる場合がある。このため、砥粒高さ算出部15dは、砥石車1の周速度に応じて設定される数MHz程度のサンプリング周波数(サンプリングレート)により、センサ14からの信号を入力する。尚、サンプリング周波数(サンプリングレート)を高く設定する程、砥粒3と接触子13との接触はより正確に検出される。
又、砥粒高さ算出部15dは、センサ14から信号を取得した場合には、後述するように、段階的に前進した接触子13に対応して決定される砥粒3の高さと、回転角取得部15aによって決定されたサンプリング点とを対応付けて高さ情報として記憶する。
分布解析出力部としての砥粒分布出力部15eは、砥粒高さ算出部15dに記憶された砥粒3の高さ情報を三次元的な砥石車1の表面の状態として外部に出力する。ここで、外部とは、作業者が砥石車1の砥粒3の分布を確認することができるモニタ等であり、例えば、砥石車1を備えた研削装置に設けられたモニタ等を利用することができる。
(2.砥粒3の高さの検出)
次に、接触子13による砥粒3の高さの検出について説明する。テーブル作動制御部15bは、砥石車1の幅方向にて一端側を原位置とし、この原位置から他端側の終点に向けて十数マイクロメートルごとに段階的にテーブル11を移動させて接触子13をスキャン位置Sに移動させる。尚、テーブル作動制御部15bは、接触子13のスキャン位置Sを回転する砥石車1に対して螺旋状に移動させる。
アクチュエータ作動制御部15cは、例えば、砥石車1の回転軸を基準として砥石車1の径方向に沿って予め設定されているスタート位置から接触子13が段階的に前進させた位置に停止するように、アクチュエータ12を作動させる。この場合、アクチュエータ作動制御部15cは、数マイクロメートル程度に設定された一回当たりの前進量により、接触子13を前進させる。ここで、アクチュエータ作動制御部15cは、テーブル作動制御部15bが原位置から終点までスキャン位置Sを移動させる間においては接触子13を前進させず、テーブル作動制御部15bがスキャン位置Sを原位置に戻したときに接触子13を一回当たりの前進量により前進させる。
そして、図4に示すように、スタート位置からN回目に前進したときに接触子13が砥粒3と接触した場合、砥粒高さ算出部15dはセンサ14から信号を取得する。これにより、砥粒高さ算出部15dは、スタート位置からの接触子13の総前進量(=一回当たりの前進量×N)を算出し、算出した総前進量を砥石車1の回転軸とスタート位置との距離から減ずることにより、砥石車1の周表面における砥粒3の相対的な高さを検出(算出)する。同様に、砥粒高さ算出部15dは、N+1回目、N+2回目、N+3回目に前進したときに接触子13が砥粒3と接触した場合には、それぞれについて、砥石車1の周表面における砥粒3の相対的な高さを検出(算出)する。
(3.砥石車表面状態取得方法)
砥石車表面状態取得方法において、制御装置15は、図5に示すように、上述したように検出した砥石車1の周表面おける砥粒3の相対的な高さとサンプリング点Pとを対応付けた高さ情報に基づいて、砥石車1の周表面における砥粒3の三次元的な高さ分布を取得する。これにより、制御装置15が取得した三次元的な砥粒3の高さ分布を出力することにより、外部においては砥石車1の表面の状態に基づいてドレッシングの要否や加工条件の変更を評価することができる。ここで、砥石車表面状態取得方法は、非加工時(砥石車1の修正時やドレッシング時を含む)において行われる。以下、砥石車表面状態取得方法を具体的に説明する。
制御装置15(より詳しくは、CPU)は、図6に示す砥石車評価プログラムの実行をステップS10にて開始する。尚、砥石車評価プログラムの実行開始時においては、テーブル11を作動させることによって接触子13が砥石車1に対する原位置に対応するスキャン位置Sにセットされる。
制御装置15(アクチュエータ作動制御部15c)は、続くステップS11にてアクチュエータ12を作動させて接触子13を予め設定された前進量(例えば、数マイクロメートル)だけ砥石車1に向けて前進させる(制御工程)。ここで、砥石車評価プログラムにおいては、接触子13を所定回数となるまで複数回前進させる。そして、制御装置15は、ステップS12に進む。
ステップS12においては、制御装置15(テーブル作動制御部15b)は、予め設定された移動速度によりボールねじ機構11aを作動させて、テーブル11即ち接触子13を原位置から砥石車1の他端側である終点に向けて移動させる(制御工程)。これにより、接触子13は、回転する砥石車1の周表面に対して、螺旋状に相対移動する。ここで、テーブル11即ち接触子13の移動速度を遅くするほど螺旋間隔が狭くなり砥粒3の高さ分布の精度を高めることができる。制御装置15(テーブル作動制御部15b)は、テーブル11の移動を開始すると、ステップS13に進む。
ステップS13においては、制御装置15(回転角取得部15a)は、所定のサンプリングレート(サンプリング周波数)によりエンコーダ5から砥石車1の回転角(絶対位置)を取得してサンプリング点Pを決定する。そして、制御装置15は、サンプリング点Pを決定すると、ステップS14に進む。
ステップS14においては、制御装置15(砥粒高さ算出部15d)は、前記ステップS12にて取得したサンプリング点Pにおいて、上述したように検出された砥石車1における砥粒3の相対的な高さを検出する。そして、砥粒高さ算出部15dは、サンプリング点Pと高さとを対応付けて高さ情報を記憶する(分布解析出力工程)。
具体的に、砥粒高さ算出部15dは、前記ステップS11にて前進した接触子13と砥粒3とが接触したときにセンサ14(具体的には、AEセンサ)から出力される信号を取得した場合に、接触子13と砥粒3とが接触したことを検出する。そして、砥粒高さ算出部15dは、上述したように算出された砥粒3の高さと現在のサンプリング点Pとを対応付けて高さ情報を記憶する。このように、制御装置15は、砥粒3の高さ情報を記憶すると、ステップS15に進む。
尚、制御装置15は、所定の前進量だけ前進している接触子13と砥石車1の砥粒3とが接触せずセンサ14から信号を取得していなければ、現在のサンプリング点Pにおいて接触子13の前進量に対応する高さの砥粒3が存在していない。従って、この場合には、制御装置15は、砥粒3の高さ情報を記憶することなくステップS15に進む。
ステップS15においては、制御装置15(テーブル作動制御部15b)は、テーブル11即ち接触子13が砥石車1の幅方向にて終点まで移動したか否かを判定する。即ち、制御装置15は、テーブル11即ち接触子13が終点まで移動していれば、「Yes」と判定してステップS16に進む。一方、制御装置15は、テーブル11即ち接触子13が未だ終点まで移動していなければ、「No」と判定して前記ステップS12以降の各ステップ処理を繰り返し実行する。
ステップS16においては、制御装置15(テーブル作動制御部15b)は、終点まで移動したテーブル11即ち接触子13を原位置に戻す。尚、この場合、砥石車1が回転している状態においては、一時的に接触子13を後退させた状態でテーブル11を原位置に戻す。制御装置15は、テーブル11即ち接触子13を原位置に戻すと、ステップS17に進む。
ステップS17においては、制御装置15(アクチュエータ作動制御部15c)は、接触子13を所定回数となるまで前進させたか否かを判定する。即ち、制御装置15は、接触子13を前進させた回数が所定回数未満であれば、「No」と判定して前記ステップS11に戻り、前記ステップS11以降の各ステップ処理を実行する。一方、制御装置15は、接触子13を前進させた回数が所定回数であれば、「Yes」と判定してステップS18に進む。そして、制御装置15は、ステップS18にて砥石車評価プログラムの実行を終了する。
上述した砥石車評価プログラムの実行により、制御装置15(砥粒高さ算出部15d)が記憶した高さ情報は、砥粒分布出力部15eによって外部に出力される。この場合、砥粒分布出力部15eは、高さ情報に基づいて、図5に示すように、例えば、外部のモニタ等に砥石車1の周表面における砥粒3の高さ分布を三次元的に且つ定量的に表示することができる。これにより、ユーザは、砥石車1の周表面の状態として、例えば、目つぶれや目こぼれ、偏摩耗の発生等を推定することが可能となり、研削びびり等の異常判定を行ったり、ドレッシングや加工条件の変更の必要性等を評価したりすることができる。
又、砥粒分布出力部15eは、砥粒高さ算出部15dが記憶している高さ情報を用いて、例えば、特定のサンプリング点Pや特定のスキャン位置Sにおける砥粒3の経時変化、具体的には砥粒3の高さが減少する傾向を統計的に推定することができる。そして、砥粒分布出力部15eから出力された砥粒3の経時変化を用いることにより、例えば、研削装置側にて、予め設定された条件に応じて、自動的に砥石車1の修正条件や頻度を調整したり、アラームを出力したりすることができる。
以上の説明からも理解できるように、上記実施形態における砥石車表面状態取得装置10は、砥石車1の周表面に配置された砥粒3に接触可能な接触子13と、接触子13を砥石車1の周表面に向けて前進又は後退させる第一アクチュエータとしてのアクチュエータ12と、砥石車1を回転させる第二アクチュエータとしてのモータMと、接触子13を砥石車1に対して砥石車1の軸線方向に相対移動させる第三アクチュエータとしてのボールねじ機構11aと、接触子13と砥石車1の周表面に配置された砥粒3との接触を検出可能なセンサ14と、アクチュエータ12によって接触子13を砥石車1に対して相対的に所定の前進量だけ前進させた位置に停止させた状態でモータMによって砥石車1を回転させると共にボールねじ機構11aによって接触子13を砥石車1に対して砥石車1の軸線方向に相対移動させる制御部としてのアクチュエータ作動制御部15c及びテーブル作動制御部15bと、接触子13と接触した砥粒3の砥石車1の表面における相対的な高さを接触子13の前進量を用いて解析し、砥石車1の表面における砥粒3の高さの分布の状態を出力する分布解析出力部としての砥粒高さ算出部15d及び砥粒分布出力部15eと、を備える。
又、上記実施形態における砥石車表面状態取得方法としての砥石車評価プログラムは、砥石車1の周表面に配置された砥粒3に接触可能な接触子13と、接触子13を砥石車1の周表面に向けて前進又は後退させる第一アクチュエータとしてのアクチュエータ12と、砥石車1を回転させる第二アクチュエータとしてのモータMと、接触子13を砥石車1に対して砥石車1の軸線方向に相対移動させる第三アクチュエータとしてのボールねじ機構11aと、接触子13と砥石車1の周表面に配置された砥粒3との接触を検出可能なセンサ14と、を備えた装置(砥石車表面状態取得装置10)を用いて、砥石車1の表面に配置された砥粒3の状態を評価する砥石車表面状態取得方法であって、アクチュエータ12によって接触子13を砥石車1に対して相対的に所定の前進量だけ前進させた位置に停止させた状態で、砥石車1を回転させると共に、接触子13を砥石車1に対して砥石車1の軸線方向に相対移動させる制御工程としてのステップS11及びステップS12と、接触子13と接触した砥粒3の砥石車1の表面における相対的な高さを接触子13の前進量を用いて解析し、砥石車1の表面における砥粒3の高さの分布の状態を出力する分布解析出力工程としてのステップS14と、を備える。
これらによれば、所定の前進量だけ砥石車1の表面に向けて前進した接触子13が砥石車1の周表面全体にわたって相対移動することにより、前進した接触子13と接触する砥粒3の分布を取得することができる。この場合、前進量が少ない場合に接触子13と接触する砥粒3は砥石車1の周表面において高さ(突出量)が相対的に大きく、前進量が多くなる程、接触子13と接触する砥粒3は砥石車1の周表面において高さ(突出量)が相対的に小さい。従って、接触子13を所定の前進量だけ前進させた状態で砥石車1に対して砥石車1の軸線方向に(即ち、砥石車1の周表面に沿って)相対移動させることにより、砥石車1の周表面の状態、即ち、表面に配置された砥粒3の状態であって定量的な砥粒3の高さの分布を取得することができる。
そして、定量的な砥粒3の高さの分布を取得することにより、客観的に砥石車1の表面における目つぶれや目こぼれ、偏摩耗等の発生を確認することができて、砥石車1の修正時期やドレッシングの要否、ドレッシングの前後における砥粒3の変化、加工条件の変更を的確に判断することができる。従って、砥石車1の表面を理想的な状態に保つことができ、所望の加工品質、加工コスト及び加工時間を実現するための最適な加工条件を設定することが可能となる。
又、砥石車表面状態取得装置10を用いた場合には、接触子13が砥石車1の周表面に対して相対的に移動できるため、例えば、表面(即ち、砥粒3)の状態を確認するために砥石車1を研削装置から取り外す必要がない。これにより、極めて簡便に砥石車1の周表面の状態を取得することができる。
この場合、接触子移動制御部を構成するアクチュエータ作動制御部15cは、接触子13を砥石車1に対して相対的に前進量ずつ複数回前進させてそれぞれの位置に停止させた状態で、砥石車1を回転させると共に、接触子13を砥石車1に対して砥石車1の軸線方向に相対移動させることができる。
これによれば、異なる前進量により前進した接触子13が砥石車1の周表面全体にわたって相対移動することにより、異なる高さ(突出量)を有する砥粒3の分布を取得することができる。これにより、定量的な砥粒3の高さのより詳細な分布を取得することができ、より客観的に砥石車1の表面の状態を確認することができる。
又、これらの場合、アクチュエータ12は、モータM及びボールねじ機構11aと比べて微小量の位置決めを可能とするアクチュエータである。この場合、アクチュエータ12は、圧電アクチュエータである。これらによれば、砥粒3における微小な高さの相対量を検出することができる。
又、これらの場合、分布解析出力部を構成する砥粒高さ算出部15dは、接触子13の前進量を用いて砥粒3の高さを算出し、算出した高さを含む高さ情報を記憶し、分布解析出力部を構成する砥粒分布出力部15eは、砥粒高さ算出部15dに記憶された高さ情報に基づいて、砥石車1の表面における砥粒3の高さの分布の状態を出力する。
これによれば、砥粒高さ算出部15dが接触子13の前進量(複数回前進する場合には、それぞれの回数に対応する前進量)を用いて砥粒3の高さを算出することができる。従って、砥粒3の高さ分布をより容易に且つより正確に定量化することができる。
この場合、砥石車1の表面における位置としてのサンプリング点Pを決定する位置決定部としての回転角取得部15aを有し、砥粒高さ算出部15dが、回転角取得部15aによって決定されたサンプリング点Pと、サンプリング点Pにおける砥粒3の高さと、を対応付けた高さ情報を記憶し、砥粒分布出力部15eが、砥粒高さ算出部15dに記憶された高さ情報によって表される高さとサンプリング点とを用いて、砥石車1の表面における砥粒3の高さの分布の状態を出力する。
これによれば、回転角取得部15aによって砥石車1の表面上にサンプリング点Pが決定され、サンプリング点Pと、砥粒高さ算出部15dによって算出された砥粒3の高さと、を対応付けて高さ情報として記憶することができる。そして、この高さ情報を用いて、砥石車1の表面における砥粒3の高さの分布を出力する場合、位置(サンプリング点P)と砥粒3の高さとからなる三次元的、且つ、定量的な砥粒3の高さの分布を出力することができる。
これにより、例えば、砥石車1の表面における特定の位置について、客観的に砥石車1の表面における目つぶれや目こぼれ、偏摩耗等の発生を容易に確認することができる。これにより、砥石車1の修正時期やドレッシングの要否、ドレッシングの前後における砥粒3の変化、加工条件の変更をより客観的に判断することができる。従って、砥石車1の表面を理想的な状態に保つことができ、所望の加工品質、加工コスト及び加工時間を実現するための最適な加工条件を設定することが可能となる。
(4.変形例)
上記実施形態においては、砥石車表面状態取得装置10が所定のサンプリングレートによりエンコーダ5から砥石車1の回転角(絶対位置)を取得することにより、制御装置15の回転角取得部15aが正確にサンプリング点Pを決定するようにした。そして、正確に決定されたサンプリング点Pと砥粒3の高さとを対応付けた高さ情報を用いることにより、砥石車1の周表面における砥粒3の高さ分布を三次元的に且つ定量的に取得して評価できるようにした。
ところで、例えば、エンコーダ5を備えておらず正確にサンプリング点Pを決定することが困難である場合であっても、砥石車表面状態取得装置10は、統計的に解析することによって砥石車1の表面の状態をより正確に推定することが可能である。以下、この変形例を説明する。
サンプリング点Pが正確に決定することが困難な場合、制御装置15の砥粒高さ算出部15dは、例えば、接触子13をN回目に前進させた際に砥粒3と接触することによってセンサ14から信号が入力された合計時間或いは信号の入力回数(接触回数)を記憶する。同様に、砥粒高さ算出部15dは、N+1回目、N+2回目、N+3回目における合計時間や入力回数についても記憶する。
そして、砥粒分布出力部15eは、図7及び図8に示すように、記憶した合計時間や入力回数のうち予め設定された時間閾値や回数閾値を超えた頻度についてヒストグラムを作成して出力する。尚、センサ14として、AEセンサを用いた場合には、上述したように信号(振動)の減衰時間が生じるため、ヒストグラムを作成する際には、時間閾値や回数閾値を設定することが好ましい。
ここで、図7は、砥粒3の先端が鋭利な状態におけるヒストグラムを示し、接触子13の前進回数に対して頻度の変化が大きい。一方、図8は、砥粒3の摩耗が進んだ状態におけるヒストグラムを示し、接触子13の前進回数に対して頻度の変化が小さい。このように、砥石車表面状態取得装置10を任意の時間間隔で作動させてヒストグラムを複数作成し、複数のヒストグラムにおける頻度の差分を算出することにより、時間経過に伴う砥石車1における砥粒3の高さ変化の傾向即ち砥粒3の摩耗が進んでいるか否かを正確に把握することができる。
以上の説明からも理解できるように、この変形例によれば、砥粒分布出力部15eは、砥粒高さ算出部15dに記憶された高さ情報に含まれる砥粒3の高さを所定の閾値である時間閾値や回数閾値を用いて算出した頻度として表し、砥石車1の表面における砥粒3の高さの分布の状態を出力することができる。
これにより、サンプリング点Pが正確に決定できない場合であっても、砥粒3の高さを頻度として表すことにより、砥石車1の周表面における砥粒3の状態即ち高さ分布を統計的に推定することが可能となる。従って、この変形例においても、上記実施形態と同様の効果が期待できる。
本発明の実施にあたっては、上記実施形態及び上記変形例に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。
例えば、上記実施形態及び上記変形例においては、砥石車表面状態取得装置10が円筒研削盤に設けられた回転する円筒状の砥石車1における砥粒3の状態を評価するようにした。これに代えて、砥石車表面状態取得装置10が普通砥石車における砥粒の状態を評価することも可能である。
又、上記実施形態及び上記変形例においては、砥石車表面状態取得装置10が専用の接触子13を有するようにした。これに代えて、接触子13を、例えば、砥石車1のドレッシングで用いるポイントドレッサと共用したり、他の機構のピン等と共用したりするようにしても良い。又、接触子13を、例えば、ロータリドレッサに設けるようにしても良い。
又、上記実施形態及び上記変形例においては、制御装置15のテーブル作動制御部15bは、回転する砥石車1に対して接触子13を連続的に終点まで移動させるように、即ち、接触子13が回転する砥石車1に対して螺旋状に終点まで移動させるようにした。これに代えて、テーブル作動制御部15bは、砥石車1が一回転する毎にスキャン位置Sを終点に向けて移動させるようにしても良い。
更に、上記実施形態及び上記変形例においては、接触子13が砥石車1の軸線方向に相対移動するようにした。これに代えて、砥石車1が接触子13に対して相対移動(スライド移動)するように構成することも可能である。
1…砥石車、2…砥粒層、3…砥粒、4…バインダ層、5…エンコーダ、10…砥石車表面状態取得装置、11…テーブル、11a…ボールねじ機構(第三アクチュエータ)、12…アクチュエータ(第一アクチュエータ)、13…接触子、14…センサ、15…制御装置、15a…回転角取得部(位置決定部)、15b…テーブル作動制御部(制御部)、15c…アクチュエータ作動制御部(制御部)、15d…砥粒高さ算出部(分布解析出力部)、15e…砥粒分布出力部(分布解析出力部)、M…モータ(第二アクチュエータ)、P…サンプリング点(位置)、S…スキャン位置

Claims (10)

  1. 砥石車の表面に配置された砥粒に接触可能な接触子と、
    前記接触子を前記砥石車の前記表面に向けて相対的に前進又は後退させる第一アクチュエータと、
    前記砥石車を回転させる第二アクチュエータと、
    前記接触子を前記砥石車に対して前記砥石車の軸線方向に相対移動させる第三アクチュエータと、
    前記接触子と前記砥石車の前記表面に配置された前記砥粒との接触を検出可能なセンサと、
    前記第一アクチュエータによって前記接触子を前記砥石車に対して相対的に所定の前進量だけ前進させた位置に停止させた状態で、前記第二アクチュエータによって前記砥石車を回転させると共に、前記第三アクチュエータによって前記接触子を前記砥石車に対して前記砥石車の前記軸線方向に相対移動させる制御部と、
    前記接触子と接触した前記砥粒の前記砥石車の前記表面における相対的な高さを前記接触子の前記前進量を用いて解析し、前記砥石車の前記表面における前記砥粒の前記高さの分布の状態を出力する分布解析出力部と、
    を備えた砥石車表面状態取得装置。
  2. 前記制御部は、前記接触子を前記砥石車に対して相対的に前記前進量ずつ複数回前進させてそれぞれの位置に停止させた状態で、前記砥石車を回転させると共に、前記接触子を前記砥石車に対して前記砥石車の前記軸線方向に相対移動させる、請求項1に記載の砥石車表面状態取得装置。
  3. 前記第一アクチュエータは、前記第二アクチュエータ及び前記第三アクチュエータと比べて微小量の位置決めを可能とするアクチュエータである、請求項1又は請求項2に記載の砥石車表面状態取得装置。
  4. 前記第一アクチュエータは、圧電アクチュエータである、請求項3に記載の砥石車表面状態取得装置。
  5. 前記分布解析出力部は、
    前記接触子の前記前進量を用いて前記砥粒の前記高さを算出し、算出した前記高さ含む高さ情報を記憶する砥粒高さ算出部と、
    前記砥粒高さ算出部に記憶された前記高さ情報に基づいて、前記砥石車の前記表面における前記砥粒の前記高さの分布の状態を出力する砥粒分布出力部と、
    で構成される、請求項1乃至請求項4のうちの何れか一項に記載の砥石車表面状態取得装置。
  6. 前記砥石車の前記表面における位置を決定する位置決定部を有し、
    前記砥粒高さ算出部が、前記位置決定部によって決定された前記位置と、前記位置における前記砥粒の前記高さと、を対応付けた前記高さ情報を記憶し、
    前記砥粒分布出力部が、前記砥粒高さ算出部に記憶された前記高さ情報によって表される前記高さと前記位置とを用いて、前記砥石車の前記表面における前記砥粒の前記高さの分布の状態を出力する、請求項5に記載の砥石車表面状態取得装置。
  7. 前記砥粒分布出力部は、
    前記砥粒高さ算出部に記憶された前記高さ情報に含まれる前記砥粒の前記高さを所定の閾値を用いて算出した頻度として表し、前記砥石車の前記表面における前記砥粒の前記高さの分布の状態を出力する、請求項5に記載の砥石車表面状態取得装置。
  8. 前記制御部は、前記第二アクチュエータによって前記砥石車を回転させると同時に、前記第三アクチュエータによって前記接触子を前記砥石車に対して前記砥石車の前記軸線方向に相対移動させることにより、前記接触子を前記砥石車に対して相対的に螺旋状に移動させる、請求項1乃至請求項7のうちの何れか一項に記載の砥石車表面状態取得装置。
  9. 前記接触子は、前記砥粒に接触する際に弾性変形領域で変形することが可能な材質により形成され、
    前記センサは、前記接触子の弾性変形に起因して生じる物理量の変化を検出可能である、請求項1乃至請求項8のうちの何れか一項に記載の砥石車表面状態取得装置。
  10. 砥石車の表面に設けられた砥粒に接触可能な接触子と、
    前記接触子を前記砥石車の前記表面に向けて相対的に前進又は後退させる第一アクチュエータと、
    前記砥石車を回転させる第二アクチュエータと、
    前記接触子を前記砥石車に対して前記砥石車の軸線方向に相対移動させる第三アクチュエータと、
    前記接触子と前記砥石車の前記表面に配置された前記砥粒との接触を検出するセンサと、
    を備えた装置を用いて、
    前記砥石車の前記表面の状態を取得する砥石車表面状態取得方法であって、
    前記第一アクチュエータによって前記接触子を前記砥石車に対して相対的に所定の前進量だけ前進させた位置に停止させた状態で、前記砥石車を回転させると共に、前記接触子を前記砥石車に対して前記砥石車の前記軸線方向に相対移動させる制御工程と、
    前記接触子と接触した前記砥粒の前記砥石車の前記表面における相対的な高さを前記接触子の前記前進量を用いて解析し、前記砥石車の前記表面における前記砥粒の前記高さの分布の状態を出力する分布解析出力工程と、
    を備えた砥石車表面状態取得方法。
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