JP5711015B2 - 定寸装置 - Google Patents

Description

本発明は、定寸装置に係り、特に、ワーク等を加工する研削盤などの加工機に装着し加工物の寸法を測定するとともに、その加工状況を検出するためのＡＥセンサを取り付けた定寸装置に関するものである。

従来より、研削盤には加工精度の向上や、自動化による生産性の向上を図るため、加工中のワーク寸法を測定する定寸装置が用いられている。また、加工物の加工状況を監視するためにＡＥセンサ（アコースティックエミッションセンサ）を定寸装置あるいは研削盤に取り付けることが行われている。

例えば、特許文献１には、基台上に立設されたコラムに、一対のレールを介して昇降可能に支持された主軸ヘッドに取り付けられた回転用モータの回転軸に一体回転可能に回転砥石が固定され、コラムの正面側にワークと対向する位置に回転砥石の研削能力が低下したことを検出する検出装置としてのＡＥセンサが配設された研削盤が記載されている。

また、特許文献２には、基台部分を構成するベッドと、このベッド上にＸ軸方向に移動自在に搭載された刃具としての砥石車を支持する砥石台と、ベッド上にＺ軸方向に移動自在に搭載されたワークテーブルとを備え、ワークと刃具とが接触する際のアコースティックエミッション（ＡＥ）を検出するＡＥセンサが、砥石台の砥石軸の内部に取り付けられた円筒研削盤が記載されている。

特開２００２−１１３６５９号公報 特開２００５−２６２３８５号公報

しかしながら、上記従来の研削盤においては、いずれも砥石がワーク等を加工する加工点から離れた場所にＡＥセンサが設置されているため、加工点で発生するＡＥ波がＡＥセンサで検出されるまでに減衰して不明瞭になってしまう虞があるという問題があった。

また、上記従来のＡＥセンサは、いずれもＡＥ波が発生する加工点から遠いというだけでなく、いくつもの介在物を介してＡＥ波を検出しているため、信号が減衰するとともにＳ／Ｎ比が悪化するという問題もある。またさらに、ＡＥセンサを設置する際の効果的な設置場所の選定位置決めに手間がかかるという問題もあった。

本発明はこのような問題に鑑みて成されたものであり、ＡＥセンサをなるべく加工点の近くに設置し、加工中にＳ／Ｎ比の良い明瞭なＡＥ信号を検出することにより加工物の表面粗さの推定及び砥石のドレスタイミングの検出を可能とするとともに、ＡＥセンサの取り付けを容易にした定寸装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明の定寸装置は、研削加工中の加工物に接触してその寸法変化を検出しこれを電気信号として出力する測定ヘッドと、前記測定ヘッドのフィンガー部に取り付けられた接触子と、前記接触子からの電気信号に基づいて前記加工物の寸法を検出し、前記加工物が所定の寸法に加工されるように前記加工物を加工する工作機械を制御する定寸制御手段と、前記測定ヘッドに取り付けられ、アコースティックエミッションを検出するＡＥセンサと、前記ＡＥセンサの検出信号に基づいて前記加工物の加工状況を検出するＡＥセンサ制御手段と、を備えたことを特徴とする。

これにより、ＡＥセンサを測定ヘッドに取り付けることでＡＥセンサを加工点の近くに設置することができ、また介在物をいくつも介することなくＡＥ波を検出することができるので、加工中にＳ／Ｎ比の良い明瞭なＡＥ信号を検出することができ、加工物の表面粗さの推定や加工具の状況の検出も可能となる。

また、一つの実施態様として、前記ＡＥセンサは、前記接触子の直近の前記フィンガー部に設置されたことが好ましい。

これにより、ＡＥセンサを加工物に直接接触する部位に取り付けることで加工中にＳ／Ｎ比の良い明瞭なＡＥ信号を検出することが可能となる。

また、一つの実施態様として、前記フィンガー部は、前記ＡＥセンサを設置したまま交換可能であることが好ましい。

これにより、加工機に定寸装置が付いている場合には、ＡＥセンサの取り付けられているフィンガー部のみを交換するだけで、ＡＥセンサの位置決めも不要となり、ＡＥセンサを設置する手間が省け、簡単にＡＥセンサを設置することができる。

また、一つの実施態様として、前記ＡＥセンサ制御手段は、予め実験により得られた前記ＡＥセンサの検出信号の波形と前記加工物の表面粗さとの相関関係に基づいて、前記研削加工中の加工物の表面粗さを推定することが好ましい。

これにより、加工中の加工物の表面粗さの推定が可能となる。

また、一つの実施態様として、前記定寸制御手段は、前記ＡＥセンサ制御手段の機能を内蔵し、前記定寸制御手段と前記ＡＥセンサ制御手段とが一体化されていることが好ましい。

これにより、一つの手段で定寸測定とＡＥ波の検出及び検出に基づく制御を行うことができ、装置構成を簡略化することができる。

以上説明したように、本発明によれば、ＡＥセンサを加工物に直接接触する部位に取り付けることでＡＥセンサを加工点の近くに設置することができ、また介在物をいくつも介することなくＡＥ波を検出することができるので、加工中にＳ／Ｎ比の良い明瞭なＡＥ信号を検出することができ、加工物の表面粗さの推定や加工具の状況の検出も可能となる。

本発明に係る定寸装置の一実施形態の概略を示す構成図である。 フィンガー部の先端部の拡大図である。 定寸装置の使用状態を示す概略斜視図である。

以下、添付図面を参照して、本発明に係る定寸装置について詳細に説明する。

図１は、本発明に係る定寸装置の一実施形態の概略を示す構成図である。

図１に示すように、定寸装置１は、研削盤（研削盤自体の図示は省略）の砥石Ｔによって加工されるワークＷの径を測定する測定ヘッド１０と測定ヘッド１０によって検出されたデータを処理し、研削盤側へフィードバックする定寸管制部２０を備えている。

測定ヘッド１０は、研削加工中のワークＷの直径の変化を測定するものであり、接触子２を有するフィンガー部４が、ワークＷを挟むように対向して設けられている。

測定ヘッド１０の構成についての詳しい説明は省略するが、測定ヘッド１０は、Ｌ字形板バネを用いた公知の２点接触式の測定ヘッドであり、内部には電気マイクロメータ検出器が設けられている。測定ヘッド１０は、図示を省略した研削盤テーブルに取り付けられ、研削加工中のワークＷの外径寸法に応じて生じる機械的な変位量を電気信号に変換して出力する。この電気信号は定寸管制部２０に送られる。

定寸管制部２０は、各種のデータ処理が可能な電気マイクロメータ管制部であり、測定ヘッド１０を介してワークＷの外径寸法をワークＷの加工中に検出し、その結果を所定の表示手段に表示するとともに、ワークＷの外径が予め設定された寸法に達した時に信号を発生するようになっている。

研削盤は、この定寸管制部２０からの信号に基づいて、粗研から精研、精研からスパークアウト等の高速加工から低速加工への加工速度の切替えを行ったり、加工の停止や砥石Ｔの後退等の制御を行う。

また、図１に示すように、本実施形態の測定ヘッド１０は、フィンガー部４の先端部にワークＷの加工状況を検出するためのＡＥセンサ１２を備えている。このＡＥセンサ１２は特に限定されるものではないが、フィンガー部４の先端部に取り付け可能な小型のものである。

図２に、フィンガー部４の先端部を拡大して示す。

図２に示すように、ＡＥセンサ１２は、フィンガー部４の先端部の接触子２が取り付けられている場所のすぐ横に設置される。接触子２は、加工時に実際に加工されているワークＷに直接接触するものであり、その接触子２のすぐそばにＡＥセンサ１２を取り付けることで、減衰のないＳ／Ｎ比の良いＡＥ波の検出が可能となる。

ＡＥセンサ１２が検出したＡＥ波は、電気信号に変換されてコード１４によって送出される。

また、図１に示すように、定寸装置１は、ＡＥセンサ管制部３０を備えている。ＡＥセンサ管制部３０は、コード１４を介してＡＥセンサ１２の検出したＡＥ波を電気信号で受け取り、データ処理を行うものである。

ＡＥセンサ管制部３０は、そのＡＥ信号を演算処理し、例えば加工前のワークＷについて前工程での加工残りの有無や表面粗さのチェック等を行ったり、加工中におけるワークＷの加工状況をチェックし、ワークＷの表面粗さの推定や砥石Ｔのドレスタイミングの判断等を行う。

なお、本実施形態においては、図１に示すように、ＡＥセンサ管制部３０を定寸管制部２０とは別個のものとして説明したが、定寸管制部２０の内部にＡＥセンサ管制部３０の機能を組み込むようにして、定寸管制部２０とＡＥセンサ管制部３０とを一体化するようにしてもよい。このように定寸管制部２０の内部にＡＥセンサ管制部３０の機能を組み込むことによって定寸装置１の装置構成を簡略化することができる。

図３に、定寸装置１の使用状態を概略斜視図で示す。

図３に示すように、ワークＷを砥石Ｔで加工する際、定寸装置１の互いに対向するように設けられたフィンガー部４の接触子２でワークＷを挟んでワークＷの外径を測定するとともに、フィンガー部４の先端部に設けられたＡＥセンサ１２によってワークＷの加工状況を監視する。

すなわち、ワークＷの加工にあたり、まず図示しない駆動ユニットによって測定ヘッド１０が図中右方向に前進し、上下の接触子２がワークＷの最大径となる位置に接するように配置される。

次に、図示を省略した回転機構によりワークＷを回転する。するとワークＷの回転に伴い、ワークＷの表面の状態に応じた信号がＡＥセンサ１２から出力される。ＡＥセンサ１２からの出力信号（ＡＥ信号）は、コード１４を介してＡＥセンサ管制部３０（図１参照）に送られる。

ＡＥセンサ管制部３０では、そのＡＥ信号を演算処理し、加工前のワークＷのチェック等を行う。すなわち、ワークＷの前工程における加工残りの有無や、面粗さのチェック等が行われる。

次に、砥石Ｔが図中左方向に前進し、砥石ＴとワークＷとが接触し、ワークＷの加工が開始される。ワークＷと砥石Ｔとが接触するとＡＥ波が発生する。このＡＥ波をＡＥセンサ１２で検出する。

また、ワークＷを砥石Ｔで加工する際、熱が発生するため、加工部に対して吹出部１６から冷却及び潤滑のための油剤が注がれるようになっている。

このように加工が開始されると、その加工状況に応じたＡＥ信号がＡＥセンサ１２からＡＥセンサ管制部３０に対して出力される。ＡＥセンサ管制部３０では、必要なデータ処理を施し、ワークＷの表面粗さの推定を行ったり、砥石Ｔのドレスタイミングの判断等を行い、加工機（研削盤）ＮＣ装置に対して制御信号を出力する。

ここで、ＡＥ波の波形とワークＷの表面粗さの間には相関関係があり、予め、様々なワーク及び砥石毎に実験を行い、その結果から、どのような表面粗さの場合には、どのようなＡＥ波の波形が出るかを示す相関関係のデータが用意されているものとする。

ＡＥセンサ管制部３０は、この波形と表面粗さの相関関係を示すデータを参照して、検出されたＡＥ信号の波形からワークＷの表面粗さを推定する。

また、定寸管制部２０では、測定ヘッド１０の出力によりワークＷの外径を検出し、予め設定された外径となるまで研削加工を行うように研削盤を制御する。

そして、所定の寸法が得られた時点で定寸管制部２０からの制御信号により、砥石Ｔが加工位置から後退して研削加工が終了する。

このように本実施形態においては、フィンガー部４の先端部にＡＥセンサ１２を設けたことにより、加工点の十分近くで、しかも実際に加工物に接触している接触子２のすぐそばに設置されたＡＥセンサ１２で、従来のようにいくつもの介在物を介することなく、ＡＥ波を検出することができるため、減衰のない、またＳ／Ｎ比の良い明瞭な検出信号を得ることができる。

また、インライン（加工中）においてＡＥ波を検出するため、加工状況を監視することが可能であり、砥石Ｔの欠けや不良品の判別等を行うことができる。また、加工状況を監視することにより、砥石Ｔのドレス時期を検知することが可能となる。

このようにインラインでワークＷの表面粗さを推定することが可能であるため、オフラインでのワークＷの表面粗さ測定を行う必要がなくなり、一つの工程を削減することが可能となる。

また、定寸装置（測定ヘッド）が取り付けられている研削盤に対して、定寸ヘッドのフィンガー部にＡＥセンサを取り付ける場合には、ＡＥセンサが取り付けられたフィンガー部をそのまま交換可能に構成しておけば、ＡＥセンサの組み込まれたフィンガー部に交換するだけでＡＥセンサを簡単に設置することができる。これにより、ＡＥセンサを取り付ける際の位置決め等の手間が不要となり、ＡＥセンサの設置が非常に容易となる。

以上、本発明の定寸装置について詳細に説明したが、本発明は、以上の例には限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってもよいのはもちろんである。

１…定寸装置、２…接触子、４…フィンガー部、１０…測定ヘッド、１２…ＡＥセンサ、１４…コード、１６…吹出部、２０…定寸管制部、３０…ＡＥセンサ管制部

Claims (5)

1. 研削加工中の加工物に接触してその寸法変化を検出しこれを電気信号として出力する測定ヘッドと、前記測定ヘッドのフィンガー部に取り付けられた接触子と、
   前記接触子からの電気信号に基づいて前記加工物の寸法を検出し、前記加工物が所定の寸法に加工されるように前記加工物を加工する工作機械を制御する定寸制御手段と、
   前記測定ヘッドに取り付けられ、アコースティックエミッションを検出するＡＥセンサと、
   前記ＡＥセンサの検出信号に基づいて前記加工物の加工状況を検出するＡＥセンサ制御手段と、
   を備えたことを特徴とする定寸装置。
2. 前記ＡＥセンサは、前記接触子の直近の前記フィンガー部に設置されたことを特徴とする請求項１に記載の定寸装置。
3. 前記フィンガー部は、前記ＡＥセンサを設置したまま交換可能であることを特徴とする請求項２に記載の定寸装置。
4. 前記ＡＥセンサ制御手段は、予め実験により得られた前記ＡＥセンサの検出信号の波形と前記加工物の表面粗さとの相関関係に基づいて、前記研削加工中の加工物の表面粗さを推定することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の定寸装置。
5. 前記定寸制御手段は、前記ＡＥセンサ制御手段の機能を内蔵し、前記定寸制御手段と前記ＡＥセンサ制御手段とが一体化されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の定寸装置。

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