JP5328215B2 - 加工完了判定装置、加工装置及び加工完了判定方法 - Google Patents

Description

本発明は、砥石などのツールを被加工物と接触させて被加工物の加工を行う加工装置や、ツールを被加工物としてツールのドレッシングをおこなうツールドレッサ、並びに、これらの装置において加工工程の完了を検出する加工完了判定装置及び方法に関する。特に、これらの装置が種類が異なる複数の加工工程を実施できる場合において、これら加工工程の種類が異なっても、これら工程の完了を判定できる技術に関する。

砥石などのツールと被加工物（ワーク）とを接触させて加工を行う加工装置、特に回転する砥石を回転するワークに接触させて研削する研削盤では、ツールとワークとの接触検出や、ドレッシングツール（ドレッサ）とツール（砥石）との接触検出、ツールが所定の基準ピンと接触することを検出することによるツールの位置決め、及びツールと加工装置のほかの部分との衝突の検出などのために、ＡＥ(Acoustic Emission)センサが使用される。
ＡＥセンサは、対象とする周波数などに応じて各種の方式があるが、研削盤などの加工装置で使用するＡＥセンサは、数十ｋＨｚ〜数百ＭＨｚの超音波領域を対象とし、圧電素子などで構成される。

以下、研削盤において、砥石でワークを研削する場合を例として説明するが、本発明はこれに限定されるものではなく、ツールをワークに接触させて加工を行う加工装置であればどのようなものにも適用可能である。また、ここでは、砥石がワーク又はドレッサに接触したことを検出する場合を例として説明するが、本発明はこれに限らず、砥石をワーク又はドレッサに接触させて加工またはドレッシングを行っている場合にも効果がある。

ＡＥセンサについては、ＮＤＩＳのＮｏ．２１０６−７９、２１０６−９１などに、ＡＥセンサを使用した研削盤については、特許文献１などに記載されているように、広く知られているので、ここではＡＥセンサ及び研削盤の詳しい説明は省略し、本発明に直接関係する部分についてのみ説明する。

特開平６−１１４６９２号公報

上述の加工装置の筐体にＡＥセンサを取り付けて加工工程の間にＡＥセンサからＡＥ信号を発生させると、加工の初めと加工が完了した時点とでは加工負荷の相違によりＡＥ信号の強度が異なる。したがって、このようなＡＥ信号の変化を検出することによって加工が十分行われたか否かを判定することが可能となる。

ＡＥセンサが設けられた加工装置が、ツールの種類や、ワークとツールの間の送り速度、ワークとツールの間の相対角度、ワークの種類などを変えて、異なる種類の加工工程を実施する場合には、工程の種類によって加工負荷が大きく異なるため、これら工程間でＡＥ信号の強度が大きく異なる。
このため、加工装置による複数の工程のいずれにおいても完了判定を行うためには、ＡＥ信号の信号強度が後段の回路の入力許容範囲内に収まるように、ＡＥ信号の強度を工程の度に調整するか、または、それぞれの工程に応じて信号強度が調整されたＡＥセンサを複数設ける必要がある。
上記問題点に鑑み、本発明は、異なる種類の加工工程を実施できる加工装置において加工工程の完了を判定する際に生じていた上記の問題を解決することを目的とする。

上記目的を解決するために、本発明では、所定の加工装置が行う種類が異なる複数の加工工程のそれぞれの種類毎に予め定めた調整値を所定の記憶回路に記憶し、加工装置を制御する制御装置から加工装置が行う加工工程の種類を示す工程種類信号を出力させ、加工装置が加工工程を行う際に加工装置に設けられたＡＥセンサによりＡＥ信号を生成させ、工程種類信号が示す加工工程について記憶回路に記憶される調整値によって前記ＡＥ信号の強度を調整し、調整されたＡＥ信号に基づいて加工工程が完了したか否かを判定する。

複数種類の加工工程を行うことができる加工装置において、加工工程の種類に応じてＡＥ信号の強度を自動的に調節できる。これにより工程毎にＡＥ信号の強度を調整する手間が省ける。または、それぞれの工程に応じて調整された複数のＡＥセンサを設ける必要がなくなる。
また、１つのワークに対して粗加工から精密研磨までの複数の加工工程を連続して実行する場合には、各工程に応じてＡＥセンサの強度を自動的に設定されるので、加工装置のスループットが向上する。

以下、添付する図面を参照して本発明の実施例を説明する。図１は、本発明の実施例による加工システムの全体構成を示す図である。加工システム１は、研削盤１０と、研削盤１０の動作を制御する、例えば数値制御（ＮＣ:Numerical Control）装置などである、加工機制御装置１２を備えている。研削盤１０は、ワークＷを保持して回転させる機構と、砥石などであるツール１１を回転させる機構とを有しており、加工機制御装置１２による制御にしたがって、回転するツール１１とワークＷ同士を接触させることによりワークの加工を行う。

なお、砥石などであるツール１１は、新しいものに交換した時やある程度の時間使用した時に、ツール１１の表面を研削に適した状態にするため、ドレッシング処理と呼ばれる処理を行う。この処理では、回転するツール１１に、ドレッサを接触させてツール１１の表面処理を行う。以上の部分は通常の研削盤１０を含む加工システムと同じである。

ツール１１を回転する機構の筐体にはＡＥ(Acoustic Emission)センサ２１が取り付けられ、ツール１１で発生するＡＥ波が筐体を通してＡＥセンサ２１に伝達され、ＡＥセンサ２１はＡＥ信号を発生する。加工完了判定装置２０は、ＡＥ信号を処理してツール１１とワークＷとの接触による加工工程が完了したか否かを判定して、工程が完了している場合には加工機制御装置１２に通知する。

図２は、本発明の実施例による加工完了判定装置２０の概略構成を示すブロック図である。図示するように、加工完了判定装置２０は、入力したＡＥ信号を所定の強度に増幅する増幅器２２と、増幅器２２から出力されたアナログ信号をデジタルＡＥ信号に変換するＡ／Ｄ変換器２３と、デジタルＡＥ信号に基づいて所定の判定処理にしたがって、加工工程が完了した否かを判定する判定部２４と、を備える。判定部２４は様々な判定方法によって加工工程の完了を判定することができる。例えば判定部２４は、デジタルＡＥ信号を所定の閾値強度と比較することにより、または、デジタルＡＥ信号を既知のマスタ信号と比較することによって加工工程の完了を判定することができる。

ＡＥセンサ２１から加工完了判定装置２０に入力されるＡＥ信号は、上述の通り研削盤１０により行われる加工工程の種類に応じて大きく相違する。ここで、加工工程の種類を規定する要因として、例えば、ツールの種類の相違や、ワークとツールの間の送り速度の相違、ワークとツールの間の相対角度の相違、ワークの種類の相違などが存在する。

Ａ／Ｄ変換器２３に入力されるＡＥ信号が過大である場合には、入力強度がＡ／Ｄ変換器２３のダイナミックレンジを超えてしまい、出力されるデジタルＡＥ信号が信号変化を再現できない。一方で、Ａ／Ｄ変換器２３に入力されるＡＥ信号が過小である場合には、出力されるデジタルＡＥ信号のビット幅が狭くなってしまい、精度よく完了判定を行うことが困難になる。
このため、加工完了判定装置２０は、研削盤１０により行われる加工工程の種類に応じて増幅器２２のゲインを調整することにより、ＡＥ信号の強度を調整する強度調整部２５と、加工工程の種類にそれぞれ応じたゲインの設定値を記憶するメモリ２６を備える。

研削盤１０が、所定のワークとツールとを所定の送り速度及び相対角度で接触させて加工を行う場合に、オペレータは、図示しない加工機制御装置１２の操作部により、予め設定されている加工工程の種類のメニューの中から、所望のワークとツールの種類、送り速度及び相対角度が設定された種類を選択する。加工機制御装置１２は選択された加工工程の種類に応じて、研削盤１０の動作を制御する。
このとき加工機制御装置１２は、予め設定されている加工工程の種類のメニュー中の各種類同士を識別する工程種類ＩＤを含む工程種類信号を加工完了判定装置２０へ出力する。

一方で、メモリ２６には、工程種類信号に含まれる工程種類ＩＤにそれぞれ対応する、増幅器２２のゲイン設定値がそれぞれ格納されたテーブルを記憶している。図４に、各工程種類信号に対応するそれぞれのゲイン設定値を記憶するテーブルの例を示す。図示の例では、工程種類ＩＤ＝１に対してゲイン設定値Ｇ１が記憶され、工程種類ＩＤ＝２に対してゲイン設定値Ｇ２が記憶され、工程種類ＩＤ＝３に対してゲイン設定値Ｇ３が記憶され、工程種類ＩＤ＝４に対してゲイン設定値Ｇ４が記憶され、以下、同様に工程種類ＩＤ＝ｎまでゲイン設定値が設定されている。

加工完了判定装置２０の強度調整部２５は、加工機制御装置１２から入力した工程種類信号に含まれる工程種類ＩＤに応じて記憶されたゲイン設定値をメモリ２６から読み出し、読み出されたゲイン設定値に増幅器２２のゲインを設定する。

また、加工完了判定装置２０は、加工工程の種類に応じたゲイン設定値を決定してメモリ２６に記憶する調整値決定部２７を備える。調整値決定部２７による処理内容は図５を参照して後述する。
さらに加工完了判定装置２０は、判定部２４による加工工程の完了判定が行われる「判定モード」で加工完了判定装置２０が動作するのか、それとも、調整値決定部２７によりゲイン設定値の決定が行われる「設定モード」で加工完了判定装置２０が動作するのかを決定する動作モード決定部２８を備える。動作モード決定部２８は、例えばオペレータが操作可能な加工完了判定装置２０に設けられたスイッチの状態にしたがって加工完了判定装置２０の動作モードを決定してよく、または加工機制御装置１２からの制御にしたがって加工完了判定装置２０の動作モードを決定してもよい。

図４は、本発明の実施例による加工完了方法のフローチャートである。
ステップＳ１において、図２に示す調整値決定部２７は、研削盤１０が行う加工工程の各種類に応じた増幅器２２のゲインの設定値を決定する。オペレータからの操作や加工機制御装置１２からの制御により、加工完了判定装置２０の動作モードが「設定モード」に指定されると、動作モード決定部２８は、現在の動作モードが「設定モード」である旨を示すモード設定信号を判定部２４及び調整値決定部２７へ出力する。
このモード設定信号を受信した判定部２４は、ＡＥ信号に基づく加工工程の完了判定処理を停止する。またこのモード設定信号を受信した調整値決定部２７は、後述のようにＡＥセンサ２１から入力されたＡＥ信号を所定の強度に調整するための増幅器２２のゲインの設定値の決定処理を実行するようになる。

図５は、図４に示す調整値を設定するステップＳ１の処理を示すフローチャートである。ステップＳ１０〜Ｓ１４は、ゲイン設定値の決定が行われる加工工程の種類の数と同じ回数を反復して実行される。
ステップＳ１０では、ゲイン設定値の決定を行う対象となる加工工程（以下「設定対象工程」と示す）を既に完了した加工済みワークＷを研削盤１０に装着する。
ステップＳ１１では、設定対象工程の種類に対応した工程種類ＩＤを含む工程種類信号を加工機制御装置１２から発生させ、調整値決定部２７へ入力する。
ステップＳ１２では、研削盤１０によって設定対象工程でワークに行われる処理と同じ処理を加工済みワークＷに施し、そのときに発生するＡＥ信号をＡＥセンサ２１から発生させる。

ステップＳ１３では、調整値決定部２７がＡＥ信号を受信し、受信したＡＥ信号の強度に基づいて、増幅器２２に設定すべきゲイン設定値を決定する。このとき例えば、調整値決定部２７は、ＡＥ信号を監視してその間の最大値を決定し、この最大値を有する信号を増幅器２２に入力したときにその出力値が所定値となるように、ゲイン設定値を決定してよい。
ステップＳ１４では、調整値決定部２７は、ステップＳ１１にて受信した工程種類ＩＤと、ステップＳ１３で決定したゲイン設定値とが、互いに対応付けられるように、メモリ２６に記憶されたテーブル内に格納する。

そして、オペレータからの操作や加工機制御装置１２からの制御により、加工完了判定装置２０の動作モードが「判定モード」に指定されると、動作モード決定部２８は、現在の動作モードが「判定モード」である旨を示すモード設定信号を判定部２４及び調整値決定部２７へ出力する。
このモード設定信号を受信した判定部２４は、ＡＥ信号に基づく加工工程の完了判定処理を再開する。またこのモード設定信号を受信した調整値決定部２７は、増幅器２２のゲインの設定値の決定処理を停止する。

図４に示すステップＳ２〜Ｓ６は、図１に示す研削盤１０が複数の種類の加工工程を連続して実行する際に、実行される加工工程の数と同じ回数を反復して実行される。
ステップＳ２では、実行される工程の種類に対応した工程種類ＩＤを含む工程種類信号を加工機制御装置１２から発生させ加工完了判定装置２０の強度調整部２５へ入力する。

ステップＳ３では、強度調整部２５は、加工機制御装置１２から入力した工程種類信号に含まれる工程種類ＩＤに応じて記憶されたゲイン設定値をメモリ２６から読み出し、読み出されたゲイン設定値に増幅器２２のゲインを設定する。
ステップＳ４では、研削盤１０がワークＷとツール１１とを接触させることにより、ＡＥセンサ２１がＡＥ信号が発生する。

ステップＳ５では、ＡＥセンサ２１から加工完了判定装置２０に入力されたＡＥ信号は、強度調整部２５によりゲインが調整された増幅器２２によって、当該工程において最適な強度に調整される。増幅器２２によって強度が調整されたＡＥ信号は、Ａ／Ｄ変換器２３によりデジタルＡＥ信号に変換された後に判定部２４に入力される。ステップＳ６では、判定部２４は入力されたデジタルＡＥ信号に基づいて加工工程が完了した否かを判定する。工程が完了していると判定した場合には完了判定信号を加工機制御装置１２に通知する。

本実施例による加工システム１は、１つのワークＷに対して粗加工から精密研磨までの複数の加工工程を連続して実行する。各工程に応じてＡＥセンサ２１の強度を調整する増幅器２２のゲインが設定されるので、設置するＡＥセンサ２１の数を、加工システム１が実行する工程の種類の数よりも少なくしても、工程完了毎に人手で増幅器２２のゲインを調整する必要がなく、複数の加工工程を連続して実行できるので加工装置のスループットが向上する。

本発明は、砥石などのツールを被加工物と接触させて被加工物の加工を行う加工装置や、ツールを被加工物としてツールのドレッシングをおこなうツールドレッサ、に適用可能である。

本発明の実施例による加工システムの全体構成を示す図である。 本発明の実施例による加工完了判定装置の概略構成を示すブロック図である。 各工程種類信号に対応するそれぞれの調整値を記憶するテーブルを示す図である。 本発明の実施例による加工完了方法のフローチャートである。 図４に示す調整値を設定するステップの処理を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 加工システム
１０ 研削盤
１１ ツール
２１ ＡＥセンサ
Ｗ ワーク

Claims (3)

1. ツールと被加工物とを接触させて該被加工物を加工する加工工程の際に工程の完了を判定する加工完了判定装置であって、
   種類が異なる複数の前記加工工程を行う加工装置に設けられるＡＥセンサと、
   前記加工工程の種類毎に予め定めた調整値を記憶する記憶部と、
   前記加工装置を制御する制御装置から前記加工装置が行う加工工程の種類を示す工程種類信号を受信し、工程種類信号が示す加工工程について前記記憶部に記憶される前記調整値によって前記ＡＥセンサから出力されるＡＥ信号の強度を調整する強度調整部と、
   調整されたＡＥ信号に基づいて加工工程が完了したか否かを判定する判定部と、
   前記調整されたＡＥ信号の信号強度が、該調整されたＡＥ信号を前記ＡＥセンサより後段で受信する後段回路の入力許容範囲内に収まるように、前記記憶部に記憶される前記調整値を決定する調整量決定部と、
   を備える加工完了判定装置。
2. 請求項１に記載の加工完了判定装置を備える前記加工装置であって、
   該加工装置は、種類が異なる複数の前記加工工程のそれぞれの完了を該加工判定装置により判定する加工装置。
3. ツールと被加工物とを接触させて該被加工物を加工する加工工程の際に工程の完了を判定する加工完了判定方法であって、
   所定の加工装置が行う種類が異なる複数の前記加工工程のそれぞれの種類毎に、予め定めた調整値を所定の記憶回路に記憶し、
   前記加工装置を制御する制御装置から前記加工装置が行う加工工程の種類を示す工程種類信号を出力させ、
   前記加工装置が加工工程を行う際に、前記加工装置に設けられたＡＥセンサによりＡＥ信号を生成させ、
   工程種類信号が示す加工工程について前記記憶回路に記憶される前記調整値によって前記ＡＥ信号の強度を調整し、
   調整されたＡＥ信号に基づいて加工工程が完了したか否かを判定し、
   前記調整されたＡＥ信号の信号強度が、該調整されたＡＥ信号を前記ＡＥセンサより後段で受信する後段回路の入力許容範囲内に収まるように、前記記憶回路に記憶される前記調整値を決定する、ことを特徴とする加工完了判定方法。

Images