JP5547948B2 - 研削加工ワークの補正研削加工方法 - Google Patents

研削加工ワークの補正研削加工方法 Download PDF

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Description

本発明は、機上画像計測システムを備えたNC研削装置を用いて研削加工されたワークの寸法を測定し、その研削加工ワークの寸法が予め定められた寸法公差内であるときは研削加工を終了とし、寸法公差外であるときは補正プログラムを作成し、研削加工ワークの補正研削加工を再開して寸法公差内の研削加工ワークに仕上げる、研削加工ワークの補正研削加工方法に関する。
機上画像計測システムを備えたNC研削装置を用いて研削加工されたワークの寸法を測定し、その研削加工ワークの寸法(3次元座標位置)を機上画像計測システムで測定し、予め定められた寸法内であるときは研削加工を終了とし、寸法外であるときは研削加工ワークの補正研削加工を再開して所望の寸法内の研削加工ワークに仕上げることは実施されている。
例えば、特開2006−110661公報(特許文献1)は、株式会社ミツトヨの画像ユニットデータ処理ソフトQSPAK(商品名)を搭載したNC研削装置に撮像装置を備えさせたNC研削装置であって、その撮像装置として、左右方向(X軸方向)に移動可能なワークテーブル上に載置されたワークと、前後方向(Y軸方向)に移動可能で、かつ、上下方向(Z軸方向)に昇降可能に備えられた砥石頭に保持された砥石車の相対的な移動によりワークを削加工する研削装置の砥石頭近傍にCCDカメラに結合するテレセントリック系光学レンズを内在させる筒を支持体に回動自在に据え付けたワークの撮像装置であって、該撮像装置は、撮像素子を備えるCCDカメラに第2アダプタを介して顕微鏡レンズ筒、ボアスコープまたはファイバースコープを結合し、該顕微鏡レンズ筒、ボアスコープまたはファイバースコープに内在させるテレセントリック系光学レンズの光軸に沿う光を照射する照明機器および、前記顕微鏡レンズ筒、ボアスコープまたはファイバースコープの前部にプリズムを内部に固定する筒状アダプタを取り外し自在に備え、前記CCDカメラの撮像素子に結像された映像信号を画像処理装置を介して結合されたコンピュータの映像情報に変換する処理部に送信し、この処理部からの情報を映し出す表示器を備える研削装置用ワークの撮像装置を提案されている。この撮像装置を用い、測定された3次元寸法をワークの研削加工中にEXCEL表にして表示器画面に表示可能である。
また、特開2005−144600号公報(特許文献2)は、加工機の加工手段の側部に、前後動することにより計測位置と退避位置に移動自在とし、計測位置で上下動自在として設けられた被加工物(W)の被加工部(Wa)の計測装置であって、前記被加工部(Wa)の撮影手段(8)と同一軸上に取り付けられる拡大手段(9)を、一方は下方にプリズム(10)を備えて被加工物Wの上下方向の被加工部(Wa)を拡大するものとし、他方は被加工物(W)の水平方向の被加工部(Wa)を拡大するものとしたことを特徴とする機上計測装置を提案する。
さらに、インターネット検索のユアサテクノ株式会社ホームページ(非特許文献1)には、機上計測装置MOM−1(商品名)と搭載したNCプロファイル研削装置を紹介しており、プロファイル研削加工されたワークを測定し、次いで、補正加工できると記載している。この機上計測装置は、画面内(視野内)での計測のみでなく、プロファイル研削盤のテーブル(X・Y移動テーブル)のカウンター値を計測ソフトに取り込み移動範囲全域の計測ができる。画像測定機用の計測ソフト(QSPAK)は、あらゆる測定・幾何公差に対応可能であり、自動エッジ検出ツールにより、計測の個人誤差を軽減できる。豊富なマクロアイコンで簡単計測でき、画像保存機能を有し、測定演算結果の公差照合や項目ごとの各種統計処理が可能である。十字・円・矩形・角度のテンプレートを用意しており、投影機の比較測定のイメージで使用できる。ワーク設計時に作成したCADデータ(DXF、IGESフォーマット)を前記計測ソフト(QSPAK)にインポートすることで大幅な操作性の向上とパートプログラム作成の短縮が可能となるとともに、グラフィックデータを指定のCAD形式で出力できる。更に、QSPAKの測定結果をCADデータとして変換することも可能である。
特開2008−269501号公報(特許文献3)は、NC加工機により被加工物を素材から製品形状に加工するための支援を行う加工支援システムを提供するもので、その加工支援システムは、 複数のCAMアプリケーションツールを組み込んだCAMサーバと、クライアント端末から初期入力される初期実行指令に従って前記CAMアプリケーションツールを実行且つ管理する統合サーバとを備え、 前記CAMアプリケーションツールは、前記素材および前記製品形状の形状情報に基づいて、加工領域における加工順序、工具種類および加工条件を含む加工工程を設計する加工工程設計ツールと、前記形状情報および前記加工工程に基づいて加工用NCデータを生成する加工用NCデータ生成ツールと、前記加工工程に応じて前記加工用NCデータを編集する加工用NCデータ編集ツールとを含み、 前記統合サーバは、前記クライアント端末から前記形状情報および前記初期実行指令からなる初期入力指令を入力する入力部と、前記NC加工機および前記工具を含む設備情報を記憶する設備情報記憶部と、前記CAMアプリケーションツールにより生成または編集された前記加工用NCデータを記憶するNCデータ記憶部と、前記初期実行指令と、既に前記CAMアプリケーションツールが実行されている場合の当該CAMアプリケーションツールによる実行後情報とに基づいて、実行させる前記CAMアプリケーションツールを順次決定する実行ツール決定部と、前記実行ツール決定部により決定された前記CAMアプリケーションツールに順次実行させる指令信号に加えて、前記形状情報、前記初期実行指令、前記設備情報、既に前記CAMアプリケーションツールが実行されている場合の前記実行後情報、および、前記NCデータ、の中から選択された1つ以上の実行用情報を前記CAMサーバに出力し、順次実行させた各前記CAMアプリケーションツールによる前記実行後情報を前記CAMサーバから取得する指令部と備える。
特開平4−93150号公報(特許文献4)は、数値制御により高精度加工を行う工作機械であって、工作機械の工具部と同期して移動し非接触でワークの形状位置関係を自動認識計測する計測手段と、計測手段により自動計測を行う位置の基準寸法を指定する手段と、計測手段により得られる計測値と指定された基準寸法との差を算出する手段と、この算出結果に基づいて補正加工すべき方法および量を算出して自動的補正加工を行わせる手段を備えたNC工作機械を提案する。
さらに、特表2005−521127号公報(特許文献5)は、工作機械の各制御機の機能水準の要求条件を反映する制御モジュールと、データインターフェース水準の要求条件を反映するSFP/TPGモジュールと、前記制御モジュールと前記SFP/TPGモジュールにより生成、更新及び検索されるデータを格納する共通DBモジュールとを含む知能型STEP-NCであって、前記制御モジュールは、素材が前記工作機械に載せられると、前記素材と治具の形状情報を利用して接触式プローブを動かしてセットアップ基準位置を検索するセットアップ管理器と、異常状況処理器、モニタ及び検査器のそれぞれから提供される診断結果、モニタリング結果及び検査結果に基づいてワーキングステップの順序を決定する意思決定器と、意思決定器から伝送される作業を命令に変換して、変換された命令をNCK/PLCに伝達し、適応制御のためにNCK/PLCにより実行された命令を格納する実行器と、前記実行器から提供される命令のうち、工具経路命令を解析し、サーボメカニズムを作動させて前記工具経路命令を実行するNCKと、前記実行器から提供される命令のうち、工作機械装置命令を行うPCLと、センサから提供される信号を利用して加工状況全体をモニタリングし続けてモニタリング結果を異常状況処理器や意思決定器に伝送するモニタと、前記モニタから報告される異常状況を診断し、その診断結果を前記意思決定器に送る異常状況処理器と、加工中及び加工後の検査を機上測定システム(OMM)を利用して、前記工作機械上で実行して検査結果を前記意思決定器に伝達する検査器と、前記検査器から受信された加工中の検査結果を分析して分析された情報を前記共通DBモジュールに格納する学習器と、外部装置との相互作用を担当する通信器とを含む知能型STEP-NCを提案する。
特開2006−110661号公報 特開2005−144600号公報 特開2008−269501号公報 特開平4−93150号公報 特表2005−521127号公報 "ユアサテクノ株式会社/最新情報/ピックアップ製品情報−機上画像計測システムMOM−P"、{平成21年9月3日検索}、インターネット<URL:>http://www.yuasa-techno.com/news/news_products/details51.html
これら先行技術文献に開示される機上画像計測システムを備えたNC研削装置を用いて研削加工されたワークの寸法を測定し、その研削加工ワークの寸法が予め定められた寸法内であるときは研削加工を終了とし、寸法外であるときは正常の寸法となるまで補正研削加工を行う方法ならびにその画像測定機用の計測ソフト(QSPAKなど)は、研削加工されるワークの測定上の基準位置(座標位置)をティチングするとDXFファイルから読み込まれたデータを元にして測定位置が自動的に作成できるゆえワークによっては研削加工途中で測定基準がなくなってしまう形状のワークであってもNC研削装置からワークを取り外さない限り有効に補正の研削加工を行うことができる利点がある。また、CADテンプレートより研削加工されるワークの測定上の位置をティチングできる。よって、接触式測定用プローブを用いる必要がない利点を有する。
また、ワーク形状のDXFデータを用いて1箇所の測定位置をティチングすることにより測定位置および測定項目のNCプログラムを自動作成できる利点を有する。また、ワークにとって最重要な部位のみの測定位置を任意に選択することによって、不要な測定と補正機械加工を省略でき、成形時間を短くできる利点を有する。
しかし、3次元CCDカメラなどの光学的測定機器を用いるので、機械加工されたワーク表面に付着したゴミや加工屑、研削液(例えば水滴)などが測定精度を悪化させるおそれがある。測定精度の悪化のため、機械加工ワーク表面よりゴミや加工屑、研削液(例えば水滴)を取り除いた実際の寸法は所望する寸法公差(しきい値)内であるにも拘らずCRT画面表示された寸法は公差(しきい値)を超えた寸法であるがゆえ補正機械加工を開始して公差外の寸法までのワークに過大機械加工してしまうことがある。
本発明は、前記特許文献1、特許文献2、特許文献3、特許文献4および非特許文献1に記載される機上画像計測システムを備えたNC工作機械装置を用いて機械加工(研削も含む)されたワークの寸法を測定し、その機械加工ワークの寸法が予め定められた寸法内であるときは機械加工を終了とし、寸法外であるときは正常の寸法となるまで補正機械加工を行う方法において、NC研削装置に加工ワーク洗浄用のエアブロー機器を付加するとともに計測ソフトに加工ワーク洗浄用のエアブロー機器のON/OFFならびにエアブロー位置決めのフローなどを追加したNC研削装置とすることにより、測定精度を向上させ、測定された加工ワークの寸法が公差内であるときは、補正研削加工を開始し、完了させ、修復不能な公差外であるときは補正研削加工を行わずに研削加工を完了とする研削加工ワークの補正研削加工方法の提供を目的とする。
請求項1の発明は、CCDカメラ(7)のレンズに対向してCCD光源(8)を設けた機上画像計測システムおよびエアブロー機器(6)を備えたNC研削装置(1)であって、前記機上画像計測システムはワークテーブル(31)上に載置するワーク(W)と砥石車(3)との接触画像を映し出すものであり、前記エアブロー機器(6)のエアブローノズルは削液を供給する研削液供給ノズル(5)のCCDカメラ(7)側後方の位置であって前記作業面に空気を吹き付けることが可能な位置に設けられたNC研削装置(1)を用いて、ワークの測定基準位置と公差を数値制御装置(40)に入力した後に砥石車(3)によるワーク(W)の研削加工を始し、ついで、研削加工を終了させて得られた研削加工ワークの補正研削加工を次の1)から10)記載の加工フローで行って所望寸法の研削加工ワークを製造することを特徴とする、研削加工ワークの補正研削加工方法提供にある。
1).機上画像計測システムの自動測定が有効に作動している(ON)か、いない(OFF)か確認する。
2).機上画像計測システムの自動測定が有効に作動(ON)していることを確認後にエアブロー位置を指定する。
3).エアブロー機器(6)を稼動させて研削加工ワークの測定個所にエアブロー機器(6)のエアブローノズルから空気吹き付けを開始する。
4).研削加工されたワーク部位の測定位置を決める。
5). 機上画像計測システムにより研削加工ワーク部位の測定を行う。
6).研削加工ワーク部位の測定データが前記公差内の寸法に入っているか否かを比較判定する。
7).公差内であるときは、補正研削加工は不要と判断し、操作完了する。公差外であるときは、補正プログラムを作成する。
8).前記補正プログラムを、数値制御装置(40)のメモリーに転送する。
9).前記補正プログラムに従って研削加工ワークの補正研削加工を開始する。
10).補正研削加工を終了した後、前記2)工程に戻り、エアブローの位置決めを行い、その後は、前記3)工程乃至前記9)工程に至る操作を行う。
なお、前記7)工程で公差内であると判定されたときは、補正研削加工は不要であるので操作を完了させる。
機上画像計測システムにより研削加工ワークを測定する前に、エアブローして研削加工ワーク表面に付着した水滴、研削屑、研削砥粒残滓を取り除くので精度の高い測定寸法の値が得られる。よって、測定寸法の値が公差外を示すときは補正研削加工不要と判断されるので、過大研削加工されるワークが少なくなる。また、その過大研削加工に要するであろう研削液や電気などの用役が削減されたこととなるとともに、補正研削加工に要したであろう時間も削減できる。
図1はNC研削装置の要部を示す正面図である。 図2はNC研削装置の数値制御装置のブロック図である。 図3はワークの研削加工のフロー図である。
以下、図を用いて本発明をさらに詳細に説明する。図1に示すNC研削装置1は、NCプロファイル成形研削装置である。図1において、砥石頭2は、ツールテーブル上から起立して設けたコラムの前面に設けた砥石軸固定板に備えた砥石軸(図示されていない)にフランジで固定された砥石車3を備え、この砥石軸は駆動手段により上下(Y軸方向)移動および前後(Z軸方向)に移動可能になっている。この砥石車3の半径方向には、砥石保護カバー4右側面側に設けた研削液供給ノズル5があり、ワークwと砥石車が接触する作業点に向けて研削液がポンプ駆動により供給される。その研削液供給ノズル5右側後方にはエアブロー機器6の空気供給ノズル設けられ、前記機上画像計測システムにより測定されるワークwの測定個所に向けて空気が吹き付けられる構造となっている。このエアブロー機器6の空気供給ノズル機上画像計測システムのCCDカメラ7を下方に備える固定台9の左側面方向に設置されている。前記CCDカメラ7のレンズに対向してCCD光源8が設けられている。
ワークステージ30は、左右方向に往復移動可能なワークテーブル31上にL字型止め具32で固定されたワークチャックテーブル(電磁チャックや永磁チャック)33を備え、ワークwは、このワークチャックテーブル33上に固定できる。35は3方向砥石車ドレッサである。
機上画像計測システムのCCDカメラ7により撮像された画像は、砥石車3とワークwとの接触画像を画像として数値制御装置40の画像表示板(ディスプレイ)CRTに映し出す。また、画像測定機用の計測ソフト(QSPAK)により画像保存機能を有し、測定演算結果の公差照合や項目ごとの各種統計処理を行ってCRT表示器にそのイメージ画像を表示可能であり、また、研削加工部位置における公差をCRT表示器にEXCEL画面表示できる。
前記ワークテーブル33の左右移動およびツールテーブルの前後移動および砥石軸の上下移動の駆動手段としてはリニアモータ駆動、サーボモータを利用するボールネジ駆動を利用することができる。ツールテーブル反転機構であってもよい。ツールテーブルの昇降機構および前後移動機構も同様の機構に変更してもよい。
図2に示す数値制御装置40は、システムプログラムメモリ、研削加工プログラムメモリ、測定プログラムメモリ、補正研削加工プログラムメモリ、ワーク形状のDXFデータメモリ、公差メモリ、入力判定部、砥石軸回転制御部、砥石軸上下移動制御装置、ツールテーブル前後移動制御装置、ワークテーブル左右移動駆動制御部、ドレッシング制御部、エアブロー制御部、機上画像計測管理部、画像検出部、研削加工プログラム終了判定部、公差(しきい値)管理部、画像処理制御部、CADシステム、キーボードおよびCRT表示器などを有する。
図1に示されていないX(左右)軸リニアスケールセンサ、Y(上下)軸リニアスケールセンサ、Z(前後)軸リニアスケールセンサ、または変位センサより電気信号で送付されてきたワークの座標軸値は、研削加工されたワークの厚み演算に利用され、公差メモリに記憶されていた公差値内であると判定されたら研削加工完了の指令が数値制御装置の出力部から発信され、研削加工は停止され、終了する。
本発明の研削加工ワークの補正研削加工方法は、最大限に効果のあるNCプロファイル研削装置は勿論、NC平面研削装置、NC円筒研削装置、NC内面研削装置、NC歯車研削装置等を用いてワークを研削加工する際にも利用できる。研削加工ステップは、プランジ研削加工、シフトプランジ研削加工、トラバース研削加工、コンタリング成形加工、クリープ成形加工、一方向ストローク研削加工などを用いることができる。
図1および図2に示すNC研削装置1を用い、ワークテーブル31上の永磁チャック33上面に被研削材を載置する。数値制御装置40のディスプレイCRT画面に表示される加工ソフト選択画面より目的の加工ソフト番号をキィーボード操作で選択する。ついで、ディスプレイCRT画面に表示される研削加工条件、例えば、砥石、ストローク幅、砥石速度、チルト角度、公差などをキィーボード操作で選択または入力する。ついでドレッシング条件画面を選択し、ドレッシング条件をキィーボード操作で選択または入力する。さらに、測定プログラミング画面でワークの測定上の基準測定位置等をCADデータもしくはDXFファイルデータからマウスのクリック操作もしくはキィーボード操作で選択または入力する。
ついで、ワークwの研削加工を開始し、研削加工が終了した研削加工ワークを補正研削加工し、研削加工が完了したか否かの判定をする方法は、図3に示すフローに従って行われる。
ワークの測定上の基準測定位置をティチングするとDXFファイルから読み込まれたデータを元にしてエアブローや測定位置が自動的に作成される。公差は許容量で、ワークの最終形状寸法プラス/マイナス公差の値が研削加工されたワークの希望する形状寸法となるようプログラムを組む。
1).機上画像計測システムの自動測定が有効に作動している(ON)か、いない(OFF)か確認する。
2).機上画像計測システムの自動測定が有効に作動している(ON)ことを確認後にエアブロー(空気吹き付け)位置を指定する。ワークの測定上の基準測定位置をティチングするとDXFファイルから読み込まれたデータを元にしてエアブローや測定位置が自動的に作成される。作動していない(OFF)ときは、手動測定にするか、機上画像計測システムの電源をONとする。
3).エアブロー機器を稼動させて研削加工ワーク(W)の測定個所にエアブロー機器(6)の空気供給ノズルより空気吹き付け(エアブロー)を開始し、エアブローにより加工ワークに付着している研削屑、砥粒、水滴を除去する。
4).研削加工されたワーク部位の測定位置を決める。前記2)工程でDXFファイルを利用したときは、このDXFファイルから読み込まれたデータを元にしてワーク部位の測定位置が作成されているので、この4)工程は省略してよい。また、CADテンプレートのワーク外形図面上のワーク外線部位を順にクリックしてワーク部位の測定位置および測定順序を決めてもよい。
5). 機上画像計測システムにより研削加工ワーク部位の測定を行う。DXFファイルで作成されたワーク部位の測定位置、またはCADテンプレートを用いて定められた測定位置を測定順序に従って測定していく。
6).研削加工ワーク部位の測定データが前記公差内の値に入っているか否かを比較判定する。
7).公差内であるときは、補正研削加工は不要と判断し、操作完了する。公差外であるときは、補正プログラムを作成する。補正プログラムは、補正する加工量および補正加工順序を定め定める。よって、ワークの外形状重要なポイント(部位)のみ測定し、外形寸法に影響のない部位(補正研削加工が不要な部位)については補正加工を省略することができる。補正取り代は、図形対話マクロと連動させて補正研削加工時の砥石車によるワークの切り込み量を設定することもできる。測定結果から最大誤差量の絶対値を算出し、補正研削加工時の切り込み量は図形対話ソフトの設定値に従う。また、図形対話ソフト上から測定回数(i=1からn)、補正研削加工回数(j=1からm)を設定できる。また、補正研削加工する項目の順番を、例えば、ワークの上下方向を補正研削加工してから前後方向を補正研削加工する、前後方向の補正研削加工を行ってから円弧を補正研削加工する等、
補正項目を選択し、順番を指定できる。
8).前記補正プログラムを、数値制御装置のメモリー(記憶部)に転送する。
9).前記補正プログラムに従って研削加工ワークの補正研削加工を開始する。
10).研削加工ワークの補正研削加工を終了した後、前記2)工程に戻り、エアブローの位置決めを行い、その後は、前記3)工程乃至前記9)工程に至る操作を行う。
なお、前記7)工程で公差内であると判定されたときは、補正研削加工はもはや不要であるので操作を完了させる。
本発明の研削加工ワークの補正研削加工方法は、加工ワークの寸法精度のよいワークを与える。また、ワークの測定箇所を全部でなく、重要な部分を選択して決めたときは補正研削加工時間を短縮できる。
1 NCプロファイル研削装置
2 砥石頭
3 砥石車
4 砥石保護カバー
5 研削液供給ノズル
6 エアブロー機器
7 CDDカメラ
8 光源
30 ワークステージ
31 ワークテーブル
33 電磁チャック
w ワーク
40 数値制御装置

Claims (1)

  1. CCDカメラ(7)のレンズに対向してCCD光源(8)を設けた機上画像計測システムおよびエアブロー機器(6)を備えたNC研削装置(1)であって、前記機上画像計測システムはワークテーブル(31)上に載置するワーク(W)と砥石車(3)との接触画像を映し出すものであり、前記エアブロー機器(6)のエアブローノズルは削液を供給する研削液供給ノズル(5)のCCDカメラ(7)側後方の位置であって前記作業面に空気を吹き付けることが可能な位置に設けられたNC研削装置(1)を用いて、ワークの測定基準位置と公差を数値制御装置(40)に入力した後に砥石車(3)によるワーク(W)の研削加工を始し、ついで、研削加工を終了させて得られた研削加工ワークの補正研削加工を次の1)から10)記載の加工フローで行って所望寸法の研削加工ワークを製造することを特徴とする、研削加工ワークの補正研削加工方法。
    1).機上画像計測システムの自動測定が有効に作動している(ON)か、いない(OFF)か確認する。
    2).機上画像計測システムの自動測定が有効に作動(ON)していることを確認後にエアブロー位置を指定する。
    3).エアブロー機器(6)を稼動させて研削加工ワークの測定個所にエアブロー機器(6)のエアブローノズルから空気吹き付けを開始する。
    4).研削加工されたワーク部位の測定位置を決める。
    5). 機上画像計測システムにより研削加工ワーク部位の測定を行う。
    6).研削加工ワーク部位の測定データが前記公差内の寸法に入っているか否かを比較判定する。
    7).公差内であるときは、補正研削加工は不要と判断し、操作完了する。公差外であるときは、補正プログラムを作成する。
    8).前記補正プログラムを、数値制御装置(40)のメモリーに転送する。
    9).前記補正プログラムに従って研削加工ワークの補正研削加工を開始する。
    10).補正研削加工を終了した後、前記2)工程に戻り、エアブローの位置決めを行い、その後は、前記3)工程乃至前記9)工程に至る操作を行う。
    なお、前記7)工程で公差内であると判定されたときは、補正研削加工は不要であるので操作を完了させる。
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