JP2023008718A - 被削材観測装置とその研削制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 研削砥石を主体とした切削工具を含めた加工具による被研削材の発熱状態の温度測定、被研削材の研削面精度・研削量や仕上げ状態を非接触にてインプロセスで計測する被削材観測装置である。【解決手段】 被削材観測装置１００において、センサー本体２の大径筒２Ａには、略円筒状の放射温度計Ｓ１とレーザー変位計Ｓ２とハイスピード・マイクロカメラＳ３とを１２０°間隔に３分割配置し、この電源と前記放射温度計とレーザー変位計とマイクロスコープとからの検出信号を外部受信機器に無線送信する発信器Ｆとを備えた被削材観測装置である。【選択図】図１

Description

本発明は、研削砥石を主体とした切削工具を含めた加工具による被研削材の発熱状態の温度測定、被研削材の研削面精度・研削量や仕上げ状態を非接触でインプロセス計測する新規技術に関する被削材観測装置とその研削制御方法及び切削制御方法を提供するものである。

従来、研削加工や切削加工を湿式で行った場合は、研削・切削による加熱とクーラント液による冷却との相互作用が複雑に絡み合う状況になっている。この湿式研削・湿式切削における被削材の表面温度や加工具の消耗量や研削面・加工面の形状精度をインプロセスする計測技術の実施例や具体的な装置を特許情報や業界情報から多くを知る事が出来ない。

研削砥石に限定して説明すれば、研削砥石による被削材（ワーク）の研削点や砥石の熱発生の温度測定技術には、その代表的な技術手段として、研削砥石内に熱電対を埋め込んで砥石温度の上昇から、概略的にワークの研削点の温度を擬似的に検出する検出方法に留まっている。

上記現状に鑑みて、本願発明者は、砥石外周面やワークの研削点から発する赤外線の温度を非接触式の放射温度計で検出し、また、レーザー変位計により加工面・研削面の高低差で表面粗さを計測し且つ外径の真円度を計測し、更に、ハイスピード・マイクロカメラで、研削面撮像をこの濃淡、模様、光沢、ツールマークとして抽出することで正常値と比較し、粗さの推定、官能、見た目の測定を行う技術手段が試験的に試みた被研削材観測装置の研究開発を推進している。この概要構成は、下記の如くである。

上記被削材観測装置は、放射温度計と、レーザー変位計と、ハイスピード・マイクロカメラとを個別の検出目的とした複合検出手段としたものである。即ち、複合検出手段による上記被削材観測装置において、砥石表面温度を検出する手段の１つは、回転駆動軸に取付けた環状砥石にこの中心部を直交方向に通る貫通孔を設け、上記環状砥石の反被削材側には、上記貫通孔を通過する被削材からの放射する赤外線を感知する放射温度計を配置させ、上記放射温度計は貫通孔を通過する被削材からの赤外線を研削面温度として検出する。しかして、上記環状砥石の表面からの赤外線を感知時には、砥石表面温度を検出可能とした。

また、上記環状砥石の反被削材側に配置した放射温度計に替えて、上記貫通孔を通過するレーザー光線を発射するとともにこの反射するレーザー光線を受信するレーザー変位計を、回転駆動軸を支持する主軸ヘットと分離して固定配置させ、上記レーザー変位計は貫通孔に向けて発光させたレーザー光線が被削材表面から反射するレーザー光線の時間を計測検出する。これで、上記被削材の研削量の増加により反射するレーザー光線の時間差で生じる寸法距離の微増減を研削量として計測感知を可能とした。

更に、上記環状砥石の反被削材側に配置した放射温度計に替えて、マイクロスコープを固定配置させ、上記マイクロスコープは上記被削材からの光線に含まれる映像信号により研削面形状を拡大計測する他、上記環状砥石の表面からの反射光線に含まれる映像信号により砥石表面形状を拡大計測することを可能とした（特許文献１参照。）

実用新案登録第３２３１４８０号公報

上記実用新案登録第３２３１４８０号公報は、本願発明者による先行実用新案であり、研削砥石又は切削工具からなる加工具による金属材となる被削材及び加工具の発熱状態の温度測定の他に、被削材の研削量・加工量や仕上げ面の面状態を非接触で観測すべくインプロセス計測する新技術の被削材観測装置を提供するものである。

上記被削材観測装置は、何れかのセンサーとなる非接触式の放射温度計やレーザー変位計やハイスピード・マイクロカメラは、その文献の図１～図１２に観るごとく、工具ホルダーの先端に突出する回転駆動軸に取付けた研削砥石において、その各種センサーは、被切削材に対して孔あき砥石を介在させた反対側に主軸頭に固定配置することを必須構成となり、この各種センサーの取付けスペースが加工領域を狭めてしまい、砥石工具の着脱を煩雑とし、使用勝手と広範囲に適用できる汎用性に劣る。この観点から、今回開発したのは、工具ホルダー内に各センサーを内蔵させた被削材観測装置である。この被削材観測装置は、特に下記の問題点と改良点を考慮して開発した。

・金属の工具と異なり、特にビトリファイド砥石「長石の粉を焼成したもの（茶碗、お皿と同じ）」は、薄いと割れやすく高速回転するので極めて危険である。
・研削砥石は、センサーを砥石に内蔵すると、其のスペース分が肉薄となって強度が危険になる宿命がある。
・然し、内蔵が出来ない場合は、センサーが砥石の外部に取り付けとなるので工作機械、被削材との干渉また自動工具交換装置に収まりきらない問題で量産工法として現実的ではない。
・金属製の切削工具は砥石の様な割れやすい危険性は低いが、回転中心にセンサー内蔵のスペースが必要となると小径の設計が困難となる。
・各種センサーは１００ｍｍ程度の長さがあり、砥石の回転中心にΦ１００ｍｍの空間が必要になる。従って、砥石内部やその側面外部に配置することは、好ましくない、
・既存の各センサーの長手方向を回転駆動軸の方向にすれば、内蔵スペースがΦ１００ｍｍからΦ３０ｍｍ程度になるので危険なく工具ホルダーの筒体部内に内蔵可能になる事に着目した。
・センサーには温度を計測する放射温度計の他に加工表面の高低差を計測するレーザー変位計、同じく加工表面の模様（縞、まだら）を計測するハイスピード・マイクロカメラが有るが何れも回転軸方向に揃えればΦ６０ｍｍ程度には収まるので、同時に３種類の計測できる。
・しかし、各種センサーで計測を行う被削材の加工面は、工具ホルダーの回転駆動軸と直交するので、光線方向が一致する同軸にしなければ計測が不可能である。
・そこで、プリズム又はグラスファイバーで光軸を９０度曲げて加工面と直交していても計測できるようにした。
・回転工具「研削砥石、切削工具」は。ホルダーの先端回転部に取り付けられ、更に工作機械の回転主軸のテーパー穴に、そのテーパー部を挿入して取付けているので中心部分には一定の長さスペースの余裕がある。ここに円筒形の各種センサーを内蔵可能である。
・工具ホルダーの筒体部には、センサーの他に必要な電池、発信機類を細長い形状に設計すれば、長さに余裕のある回転主軸の軸芯方向にセンサーと一体化して内蔵することとした。
・センサー内蔵工具ホルダーとした標準工具ホルダーに纏めると、センサーと電池、発信機を備えたカートリッジ内蔵の工具ホルダーは工具取付軸の寸法を標準化し様々な工具（研削砥石や切削工具）との共用が可能となり高い経済性を発揮させることである。
・更に、追記すれば、工具ホルダーの回転軸中心には、センタスルーのクーラント孔穴が有り、冷却液または冷風は、工具内のセンサーヘッド（検出面）の除塵と加工点・研削点へ確実に供給され、冷却作用と清掃作用を行い、検出精度を高め・精度保証する機構となっている。
・その他、検出精度や耐久性、汎用性を高め、保証する事を盛り込んだ。
・更には、工具ホルダーのΦ６０ｍｍ程度の円筒空間内には、温度を計測する放射温度計と加工表面の高低差を計測するレーザー変位計と同じく加工表面の模様（縞、まだら）を計測するハイスピード・マイクロカメラとを備えて同時計測データから、予め求める研削精度他を人工知能に備えた各種情報との照合制御により完全自動化の被削材観測が目指せる。

請求項１

被削材観測装置は、研削盤の回転駆動軸のテーパー穴にプルスタットを介してテーパー嵌合部を着脱させる研削砥石や切削工具の工具ホルダーであって、上記工具ホルダーの先端面に円筒基部を嵌着させこの先端側中心に開口部を有する円筒体と、上記円筒体内には大径筒部を上記円筒体内に嵌入させるとともに先端小径筒部は上記開口部から工具ホルダーの先端方向に突出させ先端の側面には小孔が外径方向に開けたセンサー本体からなり、上記センサー本体の大径筒部内には略円筒状の放射温度計とこの電源部と前記放射温度計が計測した温度値を外部受信機器に無線送信する発信器とを備え、上記センサー本体の先端小径筒部の底部とこれに直交する小孔の交差部に、外径方向に通孔を開けた研削砥石をその通孔を上記小孔に連通させて着脱可能に嵌着させ、研削加工を施す被削材から放射される赤外線を先端小径筒部の外径方向の小孔位置で上記放射温度計方向へ屈曲させるプリズムが配置され、更に、上記回転駆動軸側からのセンタースルークーラントは、上記センター本体と上記円筒体との適所に形成されたクーラント流路を介して砥石外周面及び前記砥石の通孔に繋がれて成り、上記放射温度計からの赤外線は砥石の通孔を介して測定する被削材から発射された赤外線を前記放射温度計にプリズムで偏向させて被削材表面の研削面温度として温度計測可能とし、該研削面温度値を測定発信器から外部機器に送信することを特徴とする。

請求項２

上記請求項１の被削材観測装置において、上記放射温度計に替えて外観が略同型のレーザー変位計となし、上記レーザー変位計は被削材に向けて発光させたレーザー光線が被削材表面から反射するレーザー光線との往復時間を計測検出し、上記被削材の研削量の増加により反射するレーザー光線の時間差で生じる寸法距離の微増減を研削砥石の摩耗量として計測感知することを特徴とする。

請求項３

上記請求項１の被削材観測装置において、上記放射温度計に替えて外観が略同型のハイスピード・マイクロカメラとなし、上記ハイスピード・マイクロカメラは上記被削材からの光線に含まれる映像信号により被削材の研削面形状を計測した映像信号として観測することを特徴とする。

請求項４

上記請求項１の被削材観測装置において、上記センサー本体の大径筒部内には、略円筒状の放射温度計とレーザー変位計とハイスピード・マイクロカメラとを１２０°間隔方向に３分割して外径方向に向けて配置し、この電源と前記放射温度計とレーザー変位計とハイスピード・マイクロカメラとからの検出信を外部受信機器に無線送信する発信器とを備え、上記センサー本体の先端小径筒部の底部とこれに直交する１２０°間隔で研削砥石と円筒壁面に開けた小孔の交差部に被削材から発する観測信号を上記センサー本体の軸芯方向に９０°屈曲させる３組のプリズムが配置され、上記先端小径筒部の小孔を閉塞する嵌合位置に研削砥石が嵌着されるとともに該研削砥石の３箇所の外径方向に開けた通孔が小孔と連通され、上記被削材表面から放射される赤外線や表面形状や変位量等の複数情報を観測可能としたことを特徴とする。

請求項５

上記請求項４の被削材観測装置において、上記センサー本体の大径筒部内には、放射温度計とレーザー変位計、又は放射温度計とハイスピード・マイクロカメラ又は、レーザー変位計とハイスピード・マイクロカメラとの１対を任意角度間隔に２分割配置したことを特徴とする。

請求項６

上記請求項１～５の被削材観測装置において、研削砥石の他、環状工具であるサイドカッター，ショルダーカッター等の切削工具にも適用可能であることを特徴とする。

請求項７

上記請求項１～６の被削材観測装置において、上記プリズムに替えて湾曲可能なグラスファイバーとしたことを特徴とする。

請求項８

上記請求項１～７の被削材観測装置において、工具ホルダーに替えて研削盤の回転駆動軸の先端面の支持穴にセンサー本体を装着させ、上記センサー本体の先端小径筒部には、研削砥石又は切削工具をこのフランジ部で着脱交換する主軸内蔵体としたことを特徴とする。

請求項９

上記請求項１～８の被削材観測装置による研削制御方法は、各被削材に対して所定の研削値とすべく面精度、研削量、研削温度管理等の入力値、研削加工に必須の各種研削情報を予め記憶・教示する人工知能化（ＡＩ）のコンピュータを備え、研削時は各被削材の面精度、研削量、研削温度の各計測データを得て、適正制御状態で研削運転させ、予め設定した所定の研削値に到達した時点で研削良品として搬出し、所定の研削値に到達しなければ研削不良品として排出することを特徴とする。

発明の効果

本発明の請求項１の被削材観測装置によると、工具ホルダー内に備えた放射温度計によりダイレクトに被削材の表面から発散する赤外線を受光するから、被削材の研削点温度がインプロセスに検出でき、外部機器に伝送できるから各研削砥石や各加工具による研削時／切削時に検出された各温度検出値に基づき、最適な研削条件や切削条件が各研削砥石や各加工具に対し確立制御される。これにより、最適な研削条件での研削作業・切削作業ができる。しかして、予め設定した最高条件の研削面・切削面が効率良く得られる。

本発明の請求項２となる被削材観測装置は、上記請求項１の被削材観測装置において、上記放射温度計に替えて外観が略同型のレーザー変位計としたから、上記レーザー変位計は被削材に向けて発光させたレーザー光線が被削材表面から反射するレーザー光線の時間をダイレクトに検出でき、上記被削材の研削量の増加により砥石径が減少して反射するレーザー光線Ｌ２の時間差が生じるから、この時間差から寸法距離の微増減を研削砥石の摩耗量としてインプロセスに計測感知できる。しかして、最適な研削量と切削量に設定した作業が行なえ、最高条件の研削量の制御により研削面・切削面が効率良く得られる。

本発明の請求項３となる研削時の被削材観測装置は、上記請求項１の被削材観測装置において、上記放射温度計に替えて外観が略同型のハイスピード・マイクロカメラとなし、上記ハイスピード・マイクロカメラは上記被削材からの光線に含まれる映像信号により被削材の研削面形状を計測した映像信号として計測するから、上記ハイスピード・マイクロカメラは上記被削材からの光線に含まれる映像信号により研削面形状を拡大計測する他、上記環状砥石の表面からの反射光線に含まれる映像信号により砥石表面形状をインプロセスに拡大計測できる。これにより、最終的に仕上げるべき研削面の面精度が完璧に把握して仕上げできる。

本発明の請求項４となる被削材観測装置は、上記請求項１の被削材観測装置において、上記センサー本体の大径筒部内には、略円筒状の放射温度計とレーザー変位計とハイスピード・マイクロカメラとを１２０°間隔に３分割配置し、この電源と前記放射温度計とレーザー変位計とマイクロスコープとからの検出信を外部受信機器に無線送信する発信器とを備えたから、被削材の研削面に対して、３つの放射温度計とレーザー変位計とハイスピード・マイクロカメラから、砥石１回転毎に研削面温度検出と研削量検出と研削面形状検出が研削加工と同時にインプロセス計測でき、この複数の検出情報は外部受信機器により、研削制御条件がマルチプルに的確にでき、初期設定した研削面精度、研削面形状、研削面外径寸法等が完璧に把握して仕上げできる。

本発明の請求項５となる被削材観測装置は、上記請求項４の被削材観測装置において、上記センサー本体の大径筒部内には、放射温度計とレーザー変位計、又は放射温度計とハイスピード・マイクロカメラ又は、レーザー変位計とハイスピード・マイクロカメラとの１対を任意角度間隔に２分割配置したから、研削作業に対応した３つの放射温度計とレーザー変位計とハイスピード・マイクロカメラについて、任意な一対の組み合わせができ、必要に応じた２種類の研削状態の情報計測値が得られるから、初期設定した研削面精度、研削面形状、研削面外径寸法等が分割して把握して仕上げできる。

本発明の請求項６となる被削材観測装置は、上記請求項１～５の被削材観測装置において、研削砥石の他、環状工具であるサイドカッター，ショルダーカッター等の切削工具にも広範囲にわたり適用可能できる。

本発明の請求項７となる被削材観測装置は、上記プリズムに替えて湾曲可能なグラスファイバーとしたから、色々な外乱を受け難く、研削面の観測情報を的確に各検出機器に伝播できる。

本発明の請求項８となる被削材観測装置は、上記請求項１～７の被削材観測装置において、工具ホルダーに替えて研削盤の回転駆動軸の先端面の支持穴にセンサー本体を装着させ、上記センサー本体の先端小径筒部には、研削砥石又は切削工具をこのフランジ部で着脱交換する主軸内蔵体としたから、工具ホルダーレスにて、研削作業と研削面の各種計測ができる。

本発明の請求項９となる被削材観測装置による研削制御方法は、各被削材に対して所定の研削値とすべく面精度、研削量、研削温度管理等の入力値、研削加工に必須の各種研削情報を予め記憶・教示する人工知能化（ＡＩ）のコンピュータを備えたから、研削時
は各被削材の面精度、研削量、研削温度の各計測データを得て、このインプロセス情報により、適正制御状態で研削運転でき、予め設定した所定の研削値に到達した時点で研削良品として搬出でき、所定の研削値に到達しなければ研削不良品として排出できる。

本発明の実施形態で、被削材観測装置の正面外観図と断面図である。 本発明の実施形態で、被削材観測装置となる工具ホルダーの展開図である。 本発明の実施形態で、各センサーと加工面との信号系の関係図である。 本発明の実施形態で、各センサーの配置を示す断面図である。 本発明の実施形態で、各被削材観測装置の正面図と断面図である。 本発明の実施形態で、各センサーの出力波形図である。 本発明の実施形態で、被削材観測装置とこの検出系ブロック図である。

以下、図１乃至図７を参照して本発明の主に研削時の被削材観測装置を順次説明する。

本発明の第１実施形態となる研削時の被削材観測装置１００は、その全体構成を図１と図２で説明する。先ず、被削材観測装置１００は、研削盤の回転駆動軸のテーパー穴に（ともに図示なし）、プルスタットＰを介して工具ホルダーＨのテーパー嵌合部Ｅを主軸ヘッドの回転駆動軸（ともに図示なし）に着脱させる研削砥石Ｇや切削工具Ｔの工具ホルダーである。上記工具ホルダーＨには、センタースルークーラント経路Ｃが形成され、先端の砥石や工具にクーラント（液体又は気体）Ｃ１を供給している。そして、上記工具ホルダーＨの先端面Ｈ１には、円筒縁１Ａを嵌着させこの先端側中心に開口部１Ｂを有する円筒体（カバー）１と、上記円筒体内には大径筒部２Ａを上記円筒体１内に嵌入させるとともに先端小径筒部２Ｂは上記開口部１Ｂから工具ホルダーＨの先端方向に突出させ、この先端の側面には小孔ｈ１が外径方向に開けたセンサー本体２からなる。上記センサー本体２の大径筒部２Ａ内には略円筒状の放射温度計Ｓ１とレーザー変位計Ｓ２とハイスピード・マイクロカメラＳ３、これらの電源部Ｅ０と、前記放射温度計Ｓ１他が計測した温度値Ｔ他を外部受信機器（ＮＣ制御装置内に装備する、図示無）、無線送信する発信器Ｆとを備えている。上記センサー本体２の先端小径筒部２Ｂの底部とこれに直交する小孔ｈ１の交差部に、外径方向に通孔ｈ２を開けた研削砥石Ｇを、その通孔ｈ２を上記小孔ｈ１に連通させて着脱可能に嵌着させている。更に、研削加工を施す被削材Ｗの研削面Ｗ１から放射される赤外線Ｌ１を先端小径筒部２Ｂの外径方向の小孔位置ｈ２で上記放射温度計方向へ屈曲させるプリズム４が配置され、更に、上記回転駆動軸側からのセンタースルークーラントＣは、上記センサー本体２と上記円筒体１との適所に形成されたクーラント流路Ｃ１を介して砥石外周面及び前記砥石の通孔ｈ２に繋がれて成り、上記放射温度計Ｓ１からのＬ１は砥石Ｇの通孔ｈ２を介して測定する被削材Ｗから発射された赤外線を前記放射温度計Ｓ１にプリズム４で直角に偏向させて被削材表面Ｗ１の研削面温度Ｔとして温度計測可能となり、該研削面温度値を測定発信器Ｆから外部機器（図示なし）に送信する構成をなしている。
尚、上記砥石Ｇは、中心穴ｈ３をセンサー本体の先端小径筒部２Ｂに挿入し、調整板ＪとナットＮにより取り付けられ、この時に小孔ｈ１と通孔ｈ２は、図１と図３に見るように一致されている。

しかして、図３に図示の如く、工具ホルダーＨ内に備えた放射温度計Ｓ１によりダイレクトに被削材Ｗの表面Ｗ１から発散する赤外線Ｌ１を受光するから、被削材の研削点温度がインプロセスに検出される。この具体的な測定波形は、図６の▲１▼のように、３００℃であることが計測される。
これにより、計測した温度値Ｔは発信器Ｆにより外部受信機器（ＮＣ制御装置内に装備する、図示無し）に、無線送信して伝送されている。
しかして、研削砥石Ｇや加工具Ｔによる研削時／切削時に検出された各温度検出値Ｔに基づき、最適な研削条件や切削条件が各研削砥石や各加工具に対し確立制御される。かくして、最適な研削条件での研削作業・切削作業ができる。かくして、予め設定した最高条件の研削面・切削面が効率良く得られる。

続いて、第２実施例は、上記放射温度計Ｓ１に替えて外観が略同型のレーザー変位計Ｓ２となしたものたである。その構成は、図１と図２と図３において、レーザー変位計Ｓ２と成したものである。
これにより、図３に示す如く、上記レーザー変位計Ｓ２は、被削材Ｗに向けて発光させたレーザー光線Ｌ２が被削材表面Ｗ１から反射するレーザー光線との往復時間を計測検出し、上記被削材Ｗの研削量の増加により反射するレーザー光線の時間差で生じる寸法距離の微増減を研削砥石Ｇの摩耗量として計測感知する。この具体的な測定波形は、図６の▲２▼のように、振動波として計測される。
更には、上記被削材Ｗの研削量の増加により砥石径が減少して反射するレーザー光線Ｌ２の時間差が生じるから、この時間差から寸法距離の微増減を研削砥石の摩耗量としてインプロセスに計測感知できる。かくして、最適な研削量（又は切削量）に設定した研削作業が行なえ、最高条件の研削量の制御により研削面・切削面が効率良く得られる。

続いて、第３実施例は図３に見るように、上記被削材観測装置１００において、上記放射温度計Ｓ１に替えて外観が略同型のハイスピード・マイクロカメラＳ３となし、上記ハイスピード・マイクロカメラＳ３は上記被削材Ｗからの光線Ｌ３に含まれる映像信号であって、被削材Ｗの研削面形状を映像信号Ｖとして観測する。

しかして、図３に示す如く、上記ハイスピード・マイクロカメラＳ３は、被削材Ｗの表面Ｗ１から反射するレーザー光線Ｌ３が描く研磨状態を画像として計測検出される。この具体的な映像は、図６の▲３▼のように、外部機器のモニターに、研削前の画像（２５μｍＲｚ）と、研削研磨後の画像（０．８μｍＲｚ）のように表示される。この画面評価により、研磨状況が評価される。
しかして、上記ハイスピード・マイクロカメラは、上記被削材からの光線に含まれる映像信号により研削面形状を拡大計測する他、上記環状砥石の表面からの反射光線に含まれる映像信号により砥石表面形状をインプロセスに拡大計測できる。これにより、最終的に仕上げるべき研削面の面精度が完璧に把握されて仕上げできる。

続いて、上記被削材観測装置１００において、第４実施例は図２～図４の断面図に見るように、上記センサー本体の大径筒部内には放射温度計とレーザー変位計とハイスピード・マイクロカメラとを１２０°間隔方向に３分割して外径方向に向けて配置し、この電源と前記放射温度計とレーザー変位計とハイスピード・マイクロカメラとからの検出信を外部受信機器に無線送信する発信器とを備える。更に、上記センサー本体の先端小径筒部の底部とこれに直交する１２０°間隔で研削砥石と円筒壁面に開けた小孔の交差部に被削材から発する観測信号を上記センサー本体の軸芯方向に９０°屈曲させる３組のプリズム４が配置され、上記先端小径筒部の小孔を閉塞する嵌合位置に研削砥石が嵌着されるとともに該研削砥石の３箇所の外径方向に開けた通孔が小孔と連通され、上記被削材表面から放射される赤外線や表面形状や変位量等の複数情報を観測可能としたものである。

しかして、第４実施例は、被削材Ｗの研削面Ｗ１に対して、３つの放射温度計Ｓ１とレーザー変位計Ｓ２とハイスピード・マイクロカメラＳ３からなり、砥石Ｇの１回転毎に研削面温度検出と研削量検出と研削面形状検出が研削加工と同時にインプロセス計測でき、この複数の検出情報は外部受信機器（図示なし）により、研削制御条件がマルチプルに的確にでき、初期設定した研削面精度、研削面形状、研削面外径寸法等が完璧に把握して仕上げできる。

続いて、上記被削材観測装置１００において、第５実施例は、センサー本体２の大径筒部２Ａ内には、放射温度計Ｓ１とレーザー変位計Ｓ２、又は放射温度計Ｓ１とハイスピード・マイクロカメラＳ３、又はレーザー変位計Ｓ２とハイスピード・マイクロカメラＳ３との各１対だけを任意角度間隔に２分割配置することができる。

上記第５実施例によると、研削作業に対応した３つの放射温度計とレーザー変位計とハイスピード・マイクロカメラについて、任意な一対の組み合わせができ、必要に応じた２種類の研削状態の情報計測値が得られるから、初期設定した研削面精度、研削面形状、研削面外径寸法等が適宜適切に、分割・把握して研削加工が高次元に仕上げできる。

続いて、上記被削材観測装置１００において、第６実施例は、上記実施例１～５の被削材観測装置において、研削砥石Ｇの他、環状工具であるサイドカッター，ショルダーカッター等の切削工具Ｔにも広範囲にわたり適用可能できること、もちろんである。

続いて、上記被削材観測装置１００において、第７実施例は、上記プリズム４に替えて湾曲可能なグラスファイバーＧＦに変更可能である。このグラスファイバーＧＦによると、ケーブルの途中で、色々な外乱を受け難く、研削面Ｗ１の観測情報を的確に各検出機器Ｓ１～Ｓ３に正確に伝播できる。

続いて、上記被削材観測装置１００において、第８実施例は、図５（ｂ）に示す如く、上記各被削材観測装置１００において、主軸ヘッドＳＨの駆動軸に装着するホルダー内蔵タイプの工具ホルダーＨに替えて、回転駆動軸Ｈ０１の先端面の支持穴Ｈ０２にセンサー本体２を装着させ、上記センサー本体の先端小径筒部２Ｂには、研削砥石Ｇ又は切削工具Ｔをこのフランジ穴部Ｆ１で着脱交換する主軸内蔵形式としても良い。尚、上記研削砥石Ｇに替えて、図５（ａ）に示す、薄肉電着砥石も、実施可能である。

上記第８実施例の被削材観測装置１００によると、工具ホルダーレスにて、研削作業と研削面の各種計測ができる。

続いて、上記被削材観測装置１００において、図７に示す第９実施例は、上記請求項１～８の各実施例による研削制御方法であって、被削材に対して所定の研削値とすべく面精度、研削量、研削温度管理等の入力値、研削加工に必須の各種研削情報を予め記憶・教示する人工知能化（ＡＩ）のコンピュータを備え、研削時は各被削材の面精度、研削量、研削温度の各計測データを得て、適正制御状態で研削運転させ、予め設定した所定の研削値に到達した時点で研削良品として搬出し、所定の研削値に到達しなければ研削不良品として排出する自動制御の研削制御方法である。

上記第９実施例によると、各被削材に対して所定の研削値とすべく面精度、研削量、研削温度管理等の入力値、研削加工に必須の各種研削情報を予め記憶・教示する人工知能化（ＡＩ）のコンピュータを備えたから、研削時は各被削材の面精度、研削量、研削温度の各計測データを得て、このインプロセス情報により、適正制御状態で研削運転でき、予め設定した所定の研削値に到達した時点で研削良品として搬出でき、所定の研削値に到達しなければ研削不良品として排出できる作用効果が得られる、

本発明の研削時の被削材観測装置は、上記研削砥石Ｇに限定されず、工作機械におけるフライスカッターの他の各種工具Ｔ、例えば、旋盤におけるバイト等の温度検出やこれで切削加工される被削材の温度検出他にも適用実施が展開される。更に、その実施範囲は各分野への拡大展開が可能である。

１００ 被削材観測装置
１ カバー体
１Ｂ 開口部
２ センサー本体
２Ａ 大径筒
２Ｂ 小径筒部
４ プリズム
Ｃ クーラント流路
Ｅ０ バッテリー
Ｆ 発信機
Ｆ１ フランジ穴部
Ｈ 工具ホルダー、
Ｈ０１ 回転駆動軸
Ｈ０２ 支持穴
ＧＦ グラスファイバー
Ｇ，Ｔ 研削砥石（切削工具）
Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３ 赤外線、レーザー光線、光線
Ｓ１ 放射温度計
Ｓ２ レーザー変位計
Ｓ３ ハイスピード・マイクロカメラ
ｈ１，ｈ２，ｈ３ 孔
Ｊ 調整板
Ｗ 被削材
Ｗ１ 研削面

Claims (9)

1. 研削盤の回転駆動軸のテーパー穴にプルスタットを介してテーパー嵌合部を着脱させる研削砥石や切削工具の工具ホルダーであって、上記工具ホルダーの先端面に円筒基部を嵌着させこの先端側中心に開口部を有する円筒体と、上記円筒体内には大径筒部を上記円筒体内に嵌入させるとともに先端小径筒部は上記開口部から工具ホルダーの先端方向に突出させ先端の側面には小孔が外径方向に開けたセンサー本体からなり、上記センサー本体の大径筒部内には略円筒状の放射温度計とこの電源部と前記放射温度計が計測した温度値を外部受信機器に無線送信する発信器とを備え、上記センサー本体の先端小径筒部の底部とこれに直交する小孔の交差部に、外径方向に通孔を開けた研削砥石をその通孔を上記小孔に連通させて着脱可能に嵌着させ、研削加工を施す被削材から放射される赤外線を先端小径筒部の外径方向の小孔位置で上記放射温度計方向へ屈曲させるプリズムが配置され、更に、上記回転駆動軸側からのセンタースルークーラントは、上記センター本体と上記円筒体との適所に形成されたクーラント流路を介して砥石外周面及び前記砥石の通孔に繋がれて成り、上記放射温度計からの赤外線は砥石の通孔を介して測定する被削材から発射された赤外線を前記放射温度計にプリズムで偏向させて被削材表面の研削面温度として温度計測可能とし、該研削面温度値を測定発信器から外部機器に送信することを特徴とする被削材観測装置。
2. 上記請求項１の被削材観測装置において、上記放射温度計に替えて外観が略同型のレーザー変位計となし、上記レーザー変位計は被削材に向けて発光させたレーザー光線が被削材表面から反射するレーザー光線との往復時間を計測検出し、上記被削材の研削量の増加により反射するレーザー光線の時間差で生じる寸法距離の微増減を研削砥石の摩耗量として計測感知することを特徴とする被削材観測装置。
3. 上記請求項１の被削材観測装置において、上記放射温度計に替えて外観が略同型のハイスピード・マイクロカメラとなし、上記ハイスピード・マイクロカメラは上記被削材からの光線に含まれる映像信号により被削材の研削面形状を計測した映像信号として観測することを特徴とする被削材観測装置。
4. 上記請求項１の被削材観測装置において、上記センサー本体の大径筒部内には、略円筒状の放射温度計とレーザー変位計とハイスピード・マイクロカメラとを１２０°間隔方向に３分割して外径方向に向けて配置し、この電源と前記放射温度計とレーザー変位計とハイスピード・マイクロカメラとからの検出信を外部受信機器に無線送信する発信器とを備え、上記センサー本体の先端小径筒部の底部とこれに直交する１２０°間隔で研削砥石と円筒壁面に開けた小孔の交差部に被削材から発する観測信号を上記センサー本体の軸芯方向に９０°屈曲させる３組のプリズムが配置され、上記先端小径筒部の小孔を閉塞する嵌合位置に研削砥石が嵌着されるとともに該研削砥石の３箇所の外径方向に開けた通孔が小孔と連通され、上記被削材表面から放射される赤外線や表面形状や変位量等の複数情報を観測可能としたことを特徴とする被削材観測装置。
5. 上記請求項４の被削材観測装置において、上記センサー本体の大径筒部内には、放射温度計とレーザー変位計、又は放射温度計とハイスピード・マイクロカメラ又は、レーザー変位計とハイスピード・マイクロカメラとの１対を任意角度間隔に２分割配置したことを特徴とする被削材観測装置。
6. 上記請求項１～５の被削材観測装置において、研削砥石の他、環状工具であるサイドカッター，ショルダーカッター等の切削工具にも適用可能であることを特徴とする被削材観測装置。
7. 上記請求項１～６の被削材観測装置において、上記プリズムに替えて湾曲可能なグラスファイバーとしたことを特徴とする被削材観測装置。
8. 上記請求項１～７の被削材観測装置において、工具ホルダーに替えて研削盤の回転駆動軸の先端面の支持穴にセンサー本体を装着させ、上記センサー本体の先端小径筒部には、研削砥石又は切削工具をこのフランジ部で着脱交換する主軸内蔵体としたことを特徴とする被削材観測装置。
9. 上記請求項１～８の被削材観測装置にいて、各被削材に対して所定の研削値とすべく面精度、研削量、研削温度管理等の入力値、研削加工に必須の各種研削情報を予め入力して人工知能化（ＡＩ）したコンピュータを備え、研削時は被削材の面精度、研削量、研削温度の各データを計測して適正制御状態で研削運転させ、予め設定した所定の研削値に到達した時点で研削良品として搬出し、所定の研削値に到達しなければ研削不良品として排出することを特徴とする研削制御方法。

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