JP5814111B2 - 研削盤の測定異常機能付き加工径測定装置 - Google Patents

Description

この発明は、研削盤で円筒状や軸状の工作物の内周または外周面を研削する加工中に、被加工面の径を測定する加工径測定装置に関し、特に、定寸装置の触子と工作物との間に異物が噛み込まれる等の異常が生じたことの検出が行える研削盤の測定異常機能付き加工径測定装置に関する。

研削盤による研削加工では、工作物を粗加工する粗研削工程、工作物を精加工する精研削工程、砥石等の変形分を残圧力で仕上加工するスパークアウト研削工程の３工程に大別され、その他、砥石等の磨耗を修正するドレス工程がある。このような研削盤では一般的に定寸装置を備えており、それにより加工完了品の寸法誤差を少なくし、仕上寸法精度を向上させる仕組みが組み入れられている。

しかしながら、加工中に研削屑や砥石の砥屑等の異物が定寸装置の触子と工作物との間に噛み込まれる事により、仕上寸法に寸法誤差を生み、寸法誤差が大きい場合には不良品や手直し品が発生する。これを防止するためには、測定異常を検出する方法と、測定異常を解除する方法が必要となる。従来から知られているものとして、特許文献１、特許文献２に開示された方法がある。

特開２００７−３０１０３号公報 特開２００２−２３９８７６号公報

特許文献１では、定寸装置の径寸法の測定値が急激に増加したときに異物が噛み込んだと判別している。しかし、加工途中にドレス工程を設定する場合や、スパークアウト時には、砥石の押付け圧力が開放されることにより、工作物の変形が開放され、あるいは工作物が移動する。そのため定寸装置の測定値が急激に変化して、測定異常であると誤検出してしまう。このように急激な速度変化に対しても測定異常であると誤検出するため、閾値を大きく取らざるを得ず、噛み込んだ異物が微細な場合は確実に判別できず、仕上寸法に誤差を生んでしまうことがある。

特許文献２には、定寸装置の測定異常の検出時に、触子を被加工面から一旦離すことで異物の噛み込みを解除することが提案されている。しかし、異常判定については、特許文献１と同じく、定寸装置の径寸法の測定値の急激な増加で異物が噛み込んだと判別している。そのため、上記と同様に、ドレス工程やスパークアウト時の急激な測定値変化で誤検出することがあり、閾値を大きく取らざるを得ない。

この発明は、加工中の工作物の被加工面の径寸法を測定するにつき、異物噛み込み等の異常による定寸装置の出力変動と、ドレス時等の出力変動とを区別して異常検出できて、微細な異物噛み込み等による測定異常であっても検出することができる研削盤の測定異常機能付き加工径測定装置を提供することである。

前提構成となる研削盤の測定異常機能付き加工径測定装置は、断面円形の工作物を支持して中心軸回りに回転させる工作物支持機構と、前記工作物の内周面または外周面となる被加工面を砥石によって研削する砥石駆動機構と、前記工作物支持機構および砥石駆動機構を制御する制御装置とを備えた研削盤において、加工中に、前記工作物の前記被加工面の径を測定する装置であって、
前記工作物の被加工面における直径方向に離れた２か所を少なくとも含む円周方向複数箇所にそれぞれ接して接触箇所の径方向位置をそれぞれ検出する複数の測定ヘッドを有する定寸装置と、
この定寸装置の前記複数の測定ヘッドの測定値から前記被加工面の径を演算する寸法演算手段３２と、
前記被加工面における直径方向に離れた２か所の位置を測定する２つの測定ヘッドの測定値の差を求め、この測定値差が設定許容範囲から外れると測定異常と判定する測定異常判定手段３４とを備える。
なお、測定異常判定手段３４による測定異常の判定は、加工中における定められた期間に連続して行うようにしても良く、また工作物の１個の加工中に１回または複数回、非連続で行うようにしても良い。前記工作物は、例えば円筒状素材、または軸状素材、またはリング状素材である。

この構成によると、被加工面の径は、寸法演算手段３２により、定寸装置の複数の測定ヘッドの測定値から演算する。例えば、直径方向に離れた２か所の測定ヘッドの出力を加算することで、被加工面の直径を計算する。
異常検出については、２か所の測定ヘッドの出力の加算値ではなく、２つの測定ヘッドの測定値の差により判定する。すなわち、測定異常判定手段３４により、直径方向に離れた２か所の位置をそれぞれ測定する２つの測定ヘッドの測定値の差を求め、この測定値差が設定許容範囲から外れると測定異常と判定する。
測定ヘッドと被加工面との間に異物（研削屑や砥石の砥屑等）が噛み込んだ場合は、その噛み込みが生じた片方の測定ヘッドの測定値のみが大きくなり、２つの測定ヘッドの測定値の差が大きくなる。これに対し、ドレス時やスパークアウト時は、２つの測定ヘッドの測定値が同様に変化し、２つの測定ヘッドの測定値差は、変化しない。そのため、測定値差により異常判定を行うと、ドレスやスパークアウトによる誤検知が生じず、したがって異常判定の設定許容範囲、つまり閾値を小さく設定することができる。このため、微細な異物噛み込み等による測定異常であっても検出することができ、異常検出の精度を高めることができる。
これにより、従来では測定異常発生時に加工していた工作物の廃棄が少なくなり、誤検出による手直し無駄が少なくなる。

この発明における第１の発明の研削盤の測定異常機能付き加工径測定装置は、前記前提構成において、前記制御装置は、前記被加工面の研削の開始から完了までの間に、一時的に前記砥石の切り込み方向につき、砥石を被加工面から離すか、または砥石の被加工面に対する押し付け力を弱める動作を行わせる離反・緩め過程を行い、前記測定異常判定手段は、前記離反・緩め過程の間は、測定異常の判定を行わず、
前記工作物支持機構が、前記工作物の一端面を磁力によって求心作用が生じるように吸着して回転するマグネットチャックと、砥石による工作物の押し付けによって工作物の周面の半周以内の２か所にそれぞれ接触して工作物をマグネットチャックの回転中心から僅かに偏心させて支持する２つのシューとを有する場合に、前記測定異常判定手段３４が測定異常の判定を行わない前記離反・緩め過程が、砥石の切り込みの進行を止めて砥石支持具に生じている弾性変形の弾性復元力で加工するスパークアウト工程である。
円筒状の工作物の周面の研削加工では、上記のようなマグネットチャックとシューとを用いて支持することが一般的である。しかし、この支持方法では、工作物がシュー側に押し付けられるように、僅かではあるが偏心して支持される。スパークアウト工程では、砥石による押し付けが緩むことによって、その偏心が戻ることになる。そのため、直径方向に離れた２つの測定ヘッドの触子は互いに同じ方向に移動することになって、この移動による各測定ヘッドの測定値の変動は、差を取った場合に加算されることになる。したがって、スパークアウト時に測定値の差が急激に大きくなり、誤検出が生じ易くなる。このため、スパークアウト時も、前記差で判定する測定異常判定手段３４による測定異常の判定は、行わないことが好ましい場合がある。

この発明において、加工中における定められた基準演算用測定期間に取得した前記２つの測定ヘッドの測定値の差につき、定められた統計的処理を行って基準値を求め、この基準値を基に前記設定許容範囲の限界値である閾値を演算する閾値演算手段３３を設け、前記測定異常判定手段３４は、前記閾値の演算よりも後の加工時に測定異常の判定を行うようにしても良い。
適切な設定許容範囲の閾値を求める方法としては、模範を用いて測定し、その模範の測定値を用いて定めても、または設計上の計算で求めても良い。しかし、多数の工作物を順次研削するについて、研削盤の電源オン時から経過時間に応じて加工熱等による熱変位が生じる。このような場合、異常判定を行うには、熱変位が生じた状態の測定値を用いることで、より適切な閾値が定められる。また、複数回の測定値を統計的処理することで、個々の測定値の間でばらつきが生じていても、安定した適切な閾値が定められる。これにより、閾値をより小さな値としても、誤検出されることがなくなり、より一層信頼性の高い異常検出が行える。

この発明における第２の発明の研削盤の測定異常機能付き加工径測定装置は、前記前提構成において、加工中における定められた基準演算用測定期間に取得した前記２つの測定ヘッドの測定値の差につき、定められた統計的処理を行って基準値を求め、この基準値を基に前記設定許容範囲の限界値である閾値を演算する閾値演算手段を設け、前記測定異常判定手段は、前記閾値の演算よりも後の加工時に測定異常の判定を行うものであり、前記閾値演算手段３３で行う前記統計的処理は、前記定められた基準演算用測定期間に取得した前記２つの測定ヘッドの測定値の差の平均値を求める処理である。平均値によると、簡単な演算で適切な基準値を求めることができる。

上記のように統計的処理を行う場合に、前記制御装置は、工作物を粗加工する粗研削工程と、この粗研削工程よりも砥石の切り込み速度を遅くして工作物を精加工する精研削工程とを行わせ、前記基準演算用測定期間は、前記粗研削工程の終了直前の期間とするのが良い。
この発明における第３の発明の研削盤の測定異常機能付き加工径測定装置は、前記前提構成において、加工中における定められた基準演算用測定期間に取得した前記２つの測定ヘッドの測定値の差につき、定められた統計的処理を行って基準値を求め、この基準値を基に前記設定許容範囲の限界値である閾値を演算する閾値演算手段を設け、前記測定異常判定手段は、前記閾値の演算よりも後の加工時に測定異常の判定を行うものであり、前記制御装置は、工作物を粗加工する粗研削工程と、この粗研削工程よりも砥石の切り込み速度を遅くして工作物を精加工する精研削工程とを行わせ、前記基準演算用測定期間は、前記粗研削工程の終了直前の期間とする。
研削加工する工作物は、前工程として熱処理されて黒皮が生じている場合があり、また黒皮がない場合でも、表面が粗い。また、粗研削工程では異物噛み込みの異常検出を行う必要性が低い。そのため、粗研削工程の終了直前の期間を基準演算用測定期間とするのが、最も適切となる。

この発明において、前記制御装置が、工作物を粗加工する粗研削工程と、この粗研削工程よりも砥石の切り込み速度を遅くして工作物を精加工する精研削工程と、砥石の切り込みの進行を止めて砥石支持具に生じている弾性変形の弾性復元力で加工するスパークアウト工程とを行わせる場合に、前記測定異常判定手段３４が測定異常の判定を行う期間が、精研削工程、または精研削工程およびスパークアウトの両工程であっても良い。
異物噛み込み等の測定異常が問題となるのは、精研削工程およびスパークアウトの工程であるため、このときに測定異常の判定を行うことが好ましい。

この発明における第４の発明の研削盤の測定異常機能付き加工径測定装置は、前記前提構成において、前記制御装置は、工作物を粗加工する粗研削工程と、この粗研削工程よりも砥石の切り込み速度を遅くして工作物を精加工する精研削工程と、砥石の切り込みの進行を止めて砥石支持具に生じている弾性変形の弾性復元力で加工するスパークアウト工程とを行わせ、前記測定異常判定手段が測定異常の判定を行う期間が、精研削工程、または精研削工程およびスパークアウトの両工程であり、前記工作物支持機構が、前記工作物の一端面を磁力によって求心作用が生じるように吸着して回転するマグネットチャックと、工作物の周面の半周以内の２か所にそれぞれ接触して工作物をマグネットチャックの回転中心から僅かに偏心させて支持する２つのシューとを有し、前記制御装置は、前記粗研削工程と精研削工程との間に、砥石をドレス装置へ移動させてドレスし、この後、ドレス前の位置へ砥石を戻す動作を行わせる過程を行わせ、
加工中における定められた基準演算用測定期間に取得した前記２つの測定ヘッドの測定値の差につき、定められた統計的処理を行って閾値を演算する閾値演算手段３３を設け、前記定められた基準演算用測定期間を前記粗研削工程の終了直前の期間とし、かつ前記統計的処理が前記定められた基準演算用測定期間に取得した前記２つの測定ヘッドの測定値の差の平均値を求める処理である。
この構成の場合、上記の統計的処理による適切な閾値を求め、かつ適切な期間に測定値異常が判定できる。

この発明において、前記制御装置は、測定異常判定手段３４で測定異常と判定されると、前記測定ヘッドを前記被加工面から離した後に再度接触させ、この再度接触させた後の２つの測定ヘッドの測定値の差が、前記閾値未満または閾値以下であると加工を続行させるようにしても良い。
測定異常と判定されたときに、測定ヘッドを被加工面から一旦離すことで、異物の噛み込みが解消される場合がある。そのため、再度接触させた後の２つの測定ヘッドの測定値の差が異常でない場合は、加工を続行させることで、無駄に加工を停止させることなく、また測定異常の問題を生じることなく、研削加工が行える。

この発明における第１の発明の研削盤の測定異常機能付き加工径測定装置は、断面円形の工作物を支持して中心軸回りに回転させる工作物支持機構と、前記工作物の内周面または外周面となる被加工面を砥石によって研削する砥石駆動機構と、前記工作物支持機構および砥石駆動機構を制御する制御装置とを備えた研削盤において、加工中に、前記工作物の前記被加工面の径を測定する装置であって、前記工作物の被加工面における直径方向に離れた２か所を少なくとも含む円周方向複数箇所にそれぞれ接して接触箇所の径方向位置をそれぞれ測定する複数の測定ヘッドを有する定寸装置と、この定寸装置の前記複数の測定ヘッドの測定値から前記被加工面の径を演算する寸法演算手段と、前記被加工面における直径方向に離れた２か所の位置を測定する２つの測定ヘッドの測定値の差を求め、この測定値差が設定許容範囲から外れると測定異常と判定する測定異常判定手段とを備え、前記制御装置は、前記被加工面の研削の開始から完了までの間に、一時的に前記砥石の切り込み方向につき、砥石を被加工面から離すか、または砥石の被加工面に対する押し付け力を弱める動作を行わせる離反・緩め過程を行い、前記測定異常判定手段は、前記離反・緩め過程の間は、測定異常の判定を行わず、前記工作物支持機構が、前記工作物の一端面を磁力によって求心作用が生じるように吸着して回転するマグネットチャックと、工作物の周面の半周以内の２か所にそれぞれ接触して工作物をマグネットチャックの回転中心から僅かに偏心させて支持する２つのシューとを有し、前記測定異常判定手段が測定異常の判定を行わない前記離反・緩め過程が、砥石の切り込みの進行を止めて砥石支持具に生じている弾性変形の弾性復元力で加工するスパークアウト工程であるため、従来技術では防げなかったドレス工程等への移行時により発生する、加工途中に定寸装置の測定値が急激に変化することによる誤検出が防止できて、異常判定の閾値を小さな値として、より的確に異物噛み込み等の異常を検出できる。そのため、測定異常発生時に加工していた工作物の廃棄が少なくなり、誤検出による手直し無駄が少なくなる。
この発明における第２の発明の研削盤の測定異常機能付き加工径測定装置は、前記前提構成において、加工中における定められた基準演算用測定期間に取得した前記２つの測定ヘッドの測定値の差につき、定められた統計的処理を行って基準値を求め、この基準値を基に前記設定許容範囲の限界値である閾値を演算する閾値演算手段を設け、前記測定異常判定手段は、前記閾値の演算よりも後の加工時に測定異常の判定を行うものであり、前記閾値演算手段で行う前記統計的処理が、前記定められた基準演算用測定期間に取得した前記２つの測定ヘッドの測定値の差の平均値を求める処理であるため、加工中の工作物の被加工面の径寸法を測定するにつき、異物噛み込み等の異常による定寸装置の出力変動と、ドレス時等の出力変動とを区別して異常検出できて、微細な異物噛み込み等による測定異常であっても検出することができる。
この発明における第３の発明の研削盤の測定異常機能付き加工径測定装置は、前記前提構成において、加工中における定められた基準演算用測定期間に取得した前記２つの測定ヘッドの測定値の差につき、定められた統計的処理を行って基準値を求め、この基準値を基に前記設定許容範囲の限界値である閾値を演算する閾値演算手段を設け、前記測定異常判定手段は、前記閾値の演算よりも後の加工時に測定異常の判定を行うものであり、前記制御装置は、工作物を粗加工する粗研削工程と、この粗研削工程よりも砥石の切り込み速度を遅くして工作物を精加工する精研削工程とを行わせ、前記基準演算用測定期間は、前記粗研削工程の終了直前の期間とするため、加工中の工作物の被加工面の径寸法を測定するにつき、異物噛み込み等の異常による定寸装置の出力変動と、ドレス時等の出力変動とを区別して異常検出できて、微細な異物噛み込み等による測定異常であっても検出することができる。
この発明における第４の発明の研削盤の測定異常機能付き加工径測定装置は、前記前提構成において、前記制御装置は、工作物を粗加工する粗研削工程と、この粗研削工程よりも砥石の切り込み速度を遅くして工作物を精加工する精研削工程と、砥石の切り込みの進行を止めて砥石支持具に生じている弾性変形の弾性復元力で加工するスパークアウト工程とを行わせ、前記測定異常判定手段が測定異常の判定を行う期間が、精研削工程、または精研削工程およびスパークアウトの両工程であり、前記工作物支持機構が、前記工作物の一端面を磁力によって求心作用が生じるように吸着して回転するマグネットチャックと、工作物の周面の半周以内の２か所にそれぞれ接触して工作物をマグネットチャックの回転中心から僅かに偏心させて支持する２つのシューとを有し、前記制御装置は、前記粗研削工程と精研削工程との間に、砥石をドレス装置へ移動させてドレスし、この後、ドレス前の位置へ砥石を戻す動作を行わせる過程を行わせ、加工中における定められた基準演算用測定期間に取得した前記２つの測定ヘッドの測定値の差につき、定められた統計的処理を行って閾値を演算する閾値演算手段を設け、前記定められた基準演算用測定期間を前記粗研削工程の終了直前の期間とし、かつ前記統計的処理が前記定められた基準演算用測定期間に取得した前記２つの測定ヘッドの測定値の差の平均値を求める処理であるため、加工中の工作物の被加工面の径寸法を測定するにつき、異物噛み込み等の異常による定寸装置の出力変動と、ドレス時等の出力変動とを区別して異常検出できて、微細な異物噛み込み等による測定異常であっても検出することができる。

この発明の一実施形態における研削盤の測定異常機能付き加工径測定装置の定寸装置の平面図と制御系の概念構成のブロック図とを組み合わせた説明図である。 同研削盤の破断正面図である。 同定寸装置の概念構成の説明図である。 同測定異常機能付き加工径測定装置の動作の流れ図である。 同装置の測定ヘッドの出力例のグラフである。 同装置の測定ヘッドの測定値差分の例を示すグラフである。

この発明の一実施形態を図面と共に説明する。この実施形態は内面研削盤に適用した例を示す。この研削盤の測定異常機能付き加工径測定装置は、研削盤１に定寸装置２を設けると共に、研削盤１の制御装置３に測定異常判定手段３４等を設けたものである。

研削盤１は、断面円形の工作物Ｗを支持して中心軸回りに回転させる工作物支持機構４と、工作物Ｗの内周面となる被加工面Ｗａを砥石５によって研削する砥石駆動機構６と、これら工作物支持機構４および砥石駆動機構６を制御する前記制御装置３とを備える。定寸装置２は定寸装置移動機構７によって移動させられる。制御装置３は、定寸装置移動機構７を制御する機能を備える。工作物Ｗは、円筒状ないしリング状の素材、例えば転がり軸受の軌道輪となる素材である。図示の例では、工作物Ｗは軸受内輪となる円筒状の素材であり、その円筒面からなる内周面が被加工面Ｗａとなる。

図２は研削盤１の破断正面図を示す。工作物支持機構４は、マグネットチャック８と、このマグネットチャック８を回転させる主軸モータ９と、シュー機構１０とでなる。主軸モータ９は、そのモータ出力軸が上向きとなる姿勢で、ボルト等の固定具１１によりベッド１２に設置されており、マグネットチャック８は主軸モータ９のモータ出力軸の上端に取付けられている。マグネットチャック８は、永久磁石または電磁石からなるチャック本体８ａと上向きの円形のバッキングプレート８ｂとでなり、円筒状の工作物Ｗの下向きとされた一端面を、磁力によって求心作用が生じるように吸着し、工作物Ｗと共に回転する。

シュー機構１０は、ベッド１２上に支持部材１３を介して、図１のようにフロント側のシュー１４およびリア側のシュー１５を設けてなる。これら２個のシュー１４，１５は、マグネットチャック８の中心軸Ｏ回りに互いに９０°離れて設けられ、工作物Ｗの外周面をそれぞれ摺接させる。工作物Ｗがマグネットチャック８の中心Ｏを回転軸として時計回りに回転する場合には、工作物Ｗの中心軸をマグネットチャック８の中心Ｏより微小な距離だけ偏芯させる。偏芯させる方向は、マグネットチャック８の中心Ｏを中心として、フロントシュー１４から反時計回りに４５度の方向とする。

図２に示すように、砥石駆動機構６は、砥石５を移動させるＺ軸スライド１６およびＸ軸スライド１７と、砥石５を回転させる砥石軸モータ１８とを備える。Ｚ軸スライド１６は、ベッド１２上に上下方向（Ｚ軸方向）に案内機構（図示せず）を介して昇降自在に設置され、Ｚ軸サーボモータ１９により、ボールねじ等の回転・直線移動変換機構（図示せず）を介して昇降させられる。Ｘ軸スライド１７は、Ｚ軸スライド１６上に案内機構（図示せず）を介して切込み方向となる水平方向（Ｘ軸方向）に進退自在に設置され、Ｘ軸サーボモータ２０により、ボールねじ等の回転・直線移動変換機構（図示せず）を介して進退させられる。砥石軸モータ１８は、Ｘ軸スライド１７にボルト等の固定具２１で下向きに設置され、そのモータ軸は、回転砥石からなる円筒状の砥石５の砥石軸５ａに直結されている。

上記フロントシュー１４の上方に位置して、固定ダイヤ２２ａを有するドレス装置２２が前記支持部材１３上に設置され、砥石５は、砥石駆動機構６により固定ダイヤ２２ａに接してドレスされる位置に移動可能である。カバー２３は、研削盤１のベッド１２上の各機構を覆う。

定寸装置２は、図２に示すように、工作物Ｗの被加工面Ｗａにおける直径方向に離れた２か所にそれぞれ接して接触箇所の径方向位置をそれぞれ検出する複数の測定ヘッド２Ｘ，２Ｙを有する。定寸装置２は、これら測定ヘッド２Ｘ，２Ｙの他に、被加工面Ｗａの他の円周方向箇所に接してその接触箇所の径方向位置を検出する測定ヘッド（図示せず）を有していても良いが、この例では２つの測定ヘッド２Ｘ，２Ｙを設けた場合につき説明する。これら測定ヘッド２Ｘ，２Ｙは、共通の測定ヘッド支持台２７に設置されている。

各測定ヘッド２Ｘ，２Ｙは、ヘッド本体２５から延びる測定アーム２６の先端に、被加工面Ｗａに接する触子Ｘａ，Ｙａをそれぞれ設けたものである。各触子Ｘａ，Ｙａは測定アーム２６と共に、測定ヘッド本体２５内または測定ヘッド支持台２７内に設けられた押し付け機構（図示せず）により、エア圧によって被加工面Ｗａに押し付け側へ付勢され、エア圧の解除によって被加工面Ｗａから離れる。また、測定ヘッド２Ｘ，２Ｙおよびマグネットチャック８のいずれか一方は、工作物Ｗをマグネットチャック８に対して着脱するときに工作物Ｗと干渉しないように、退避機構（図示せず）によって退避可能とされる。

図３は、定寸装置２の概念構成を示すブロック図である。各測定ヘッド２Ｘ，２Ｙは、これら各測定ヘッド２Ｘ，２Ｙに設けられた前記押し付け機構（図示せず）に空気源２８から圧縮エアが送られ、排気チューブ２９から排気する。各測定ヘッド２Ｘ，２Ｙは、中継ケーブル３１を介して、電子回路で構成される管制部３０へ測定値の信号を送る。管制部３０は、各測定ヘッド２Ｘ，２Ｙの測定値Ｇ１，Ｇ２を、アナログ信号として出力する。測定値Ｇ１，Ｇ２は、例えば、マグネットチャック８の中心軸Ｏからの距離である。

図１において、制御系を説明する。制御装置３は、プログラマブルコントーラ（いわゆるＰＬＣ）およびモーションコントローラと、これに実行されるラダー形式等の内部プログラム（図示せず）とでなり、これらよって次の基本加工制御手段３１、寸法演算手段３２、閾値演算手段３３、測定異常判定手段３４、および異常時処理手段３５が構成される。閾値演算手段３３、測定異常判定手段３４、および異常時処理手段３５が、測定異常の検出およびその対処のために付加された手段である。

基本加工制御手段３１は、工作物支持機構４、砥石駆動機構６、および定寸装置移動機構７に、工作物Ｗに対して研削加工を行う定められた動作を行わせる手段である。寸法演算手段３２は、前記定寸装置２から出力される各測定ヘッド２Ｘ，２Ｙの測定値Ｇ１，Ｇ２を加算し、工作物Ｗの被加工面Ｗａの測定時現在の直径を演算する手段である。基本加工制御手段３１は、寸法演算手段３２で演算された被加工面Ｗａの現在の直径に応じて加工形式（粗研削、精密研削、スパークアウト等）の切換を行う。なお、制御装置３は、Ａ／Ｄ変換ユニット（図示せず）を有していて、定寸装置２の管制部３０から出力されたアナログ信号の測定値Ｇ１，Ｇ２を、ディジタル信号の測定値Ｇ１，Ｇ２に変換し、以後はディジタル値として取り扱う。Ａ／Ｄ変換ユニットは、制御装置３の外部に設けられたものであっても良い。なお、スパークアウトは、砥石５の切り込みの進行を止めて砥石支持具となる砥石軸５ａ等に生じている弾性変形の弾性復元力で行う加工である。

異常判定手段３４は、制御装置３に取り込まれた２つの測定ヘッド２Ｘ，２Ｙの測定値Ｇ１，Ｇ２の差分Δαを連続的に演算し、差分Δαの絶対値を設定許容範囲の限界値である閾値ａと比較し、閾値ａを超える場合に測定異常と判定する。閾値ａは、この実施形態では閾値演算手段３３で演算した値を用いるが、模範等の測定によって定めても良く、また試験、シミュレーション、設計等によって適宜の閾値を定めても良い。

閾値演算手段３３は、加工中における定められた基準演算用測定期間Ｔ（図６）に取得した２つの測定ヘッド２Ｘ，２Ｙの測定値Ｇ１，Ｇ２の差につき、定められた統計的処理を行って基準値Δα０を求め、この基準値Δα０を中心としてプラス側およびマイナス側の定められた範囲となる限界値を閾値ａとする。この統計的処理として、この実施形態では、前記定められた基準演算用測定期間に取得した２つの測定ヘッド２Ｘ，２Ｙの測定値Ｇ１，Ｇ２の差の算術平均による平均値Ａｖを求め、この平均値Ａｖを基準値Δα０とする。閾値演算手段３３は、前記統計的処理による基準値Δα０の演算を、幾何学平均や、移動平均、あるいは標準偏差等によって定めても良い。基準演算用測定期間Ｔは、この例では、工作物Ｗの粗研削工程と精研削工程とスパークアウト工程で研削する場合に、粗研削工程の終了直前の期間としている。

図１において、異常時処理手段３５は、異常判定手段３４で測定異常と判定された場合に、定められた動作を研削盤１等に行わせる手段である。異常時処理手段３５は、測定異常と判定されると、例えば、警報信号を出力し、制御装置３によってアラーム音の発生、アラームランプの点灯、表示装置の表示画面へのアラームの表示等を行う他に、研削盤１を早戻し停止させるようにしても良い。早戻し停止は、砥石５の切り込みを即座に戻して機械停止させる動作である。異常時処理手段３５は、上記処理の他に、測定異常と判定されると、測定ヘッド２Ｘ，２Ｙを被加工面Ｗａから離した後に再度接触させ、この再度接触させた後の２つの測定ヘッド２Ｘ，２Ｙの測定値Ｇ１，Ｇ２の差が、前記閾値ａ以下であると、加工を続行させるようにしても良い。測定ヘッド２Ｘ，２Ｙの被加工面Ｗａに対する離し動作と接触動作は複数回繰り返して行い、その後に測定値Ｇ１，Ｇ２の差を閾値ａと比較しても良い。異常時処理手段３５は、この他に、異常検出後に任意の加工動作を加工完了後動作を行うように設定されたものとしても良い。

次に、上記構成による加工および測定の動作を、図４のフロー図、図１，図５，図６のグラフを用いて説明する。
図１のように、工作物Ｗの研削時は、Ｘ軸スライド１７を図１のＢ方向に移動させ、回転している砥石５を加工物Ｗに接触させ加工物を研削加工する。研削加工では、定寸装置２を用いて、工作物Ｗの仕上寸法を管理しており、管制部３０からの触子１本毎のアナログ信号による測定値Ｇ１，Ｇ２を制御装置３に取り込み、仕上寸法になると加工を終了する。

図５（Ａ）は、研削加工中の管制部３０からの制御装置３へ取り込まれ、制御装置３の寸法演算手段３２で、Ｋ１×Ｇ１＋Ｋ２×Ｇ２として演算した数値を定寸信号としてグラフ化したものである。Ｋ１，Ｋ２は、補正係数である。時間の経過とともに、粗研削、ドレス、精研削、スパークアウトの順にＸ軸スライド１７の移動速度等の研削条件を変化させていき、仕上寸法に到達したときに研削加工が完了する。粗研削と精研削とは、同じ砥石５を用い、移動速度（切り込み速度）を互いに異ならせる加工である。

制御フローを図４に示す。工作物Ｗの位置決め（Ｓ１０）、定寸装置２の前進（Ｓ２０）、研削加工の開始（Ｓ３０）の後、ステップＳ４０では、測定ヘッド２Ｘの測定値Ｇ１と、測定ヘッド２Ｙの測定値Ｇ２の差分Δαを連続的に取得し、粗研削終了直前の定められた時間（例えば３秒間）の平均Ａｖを演算する。この平均Ａｖを基準値Δα０として、プラス側およびマイナス側の設定範囲の限界値を閾値ａとする。この演算は、図１の閾値演算手段３３が行う。

ステップＳ５０では、ドレス工程が完了し、精研削及びスパークアウト工程である間、定められた閾値ａと、〔（Ｇ１−Ｇ２）−Ａｖ〕の絶対値を連続的に比較し、〔（Ｇ１−Ｇ２）−Ａｖ〕の絶対値が閾値を超えた場合に、異常時処理手段３５により警報信号を出力し、研削盤１を早戻し停止する。

この構成の研削盤の測定異常機能付き加工径測定装置によると、異常検出については、２か所の測定ヘッド２Ｘ，２Ｙの出力Ｇ１，Ｇ２の加算値ではなく、その差（Ｇ１−Ｇ２）により判定する。測定ヘッド２Ｘ，２Ｙと被加工面Ｗａとの間に異物（研削屑や砥石の砥屑等）が噛み込んだ場合は、その噛み込みが生じた片方の測定ヘッド２Ｘ，２Ｙの測定値のみが大きくなり、２つの測定ヘッド２Ｘ，２Ｙの測定値Ｇ１，Ｇ２の差が大きくなる。これに対し、ドレス時やスパークアウト時は、２つの測定ヘッド２Ｘ，２Ｙの測定値Ｇ１，Ｇ２が同様に変化し、２つの測定ヘッド２Ｘ，２Ｙの測定値差は、変化しない。そのため、測定値差（Ｇ１−Ｇ２）により異常判定を行うと、ドレスやスパークアウトによる誤検知が生じず、したがって異常判定の設定許容範囲、つまり閾値を小さく設定することができる。このため、微細な異物噛み込み等による測定異常であっても検出することができ、異常検出の精度を高めることができる。これにより、従来では測定異常発生時に加工していた工作物の廃棄が少なくなり、誤検出による手直し無駄が少なくなる。

測定異常判定手段３４により異常の判定を行う期間は、異物が噛み込む可能性のある工程であって、図４の流れ図では精研削およびスパークアウトの期間である。スパークアウト工程では、異物の噛み込みの観点からは、異常判定を行うことが好ましいが、研削盤１の機種，構成によっては、誤検知の観点から、異常判定を行わないようにしても良く、異常の判定を行う期間は精研削の間だけとしても良い。
ドレス工程やスパークアウト工程等のように、研削の開始から完了までの間に、一時的に砥石５の切り込み方向につき、砥石５を被加工面Ｗａから離すか、または砥石５の被加工面Ｗａに対する押し付け力を弱める動作を行わせる離反・緩め過程、特にドレス工程では、測定ヘッド２Ｘ，２Ｙの出力する測定値Ｇ１，Ｇ２は意味を生じない値となる。そのため、このときは異常判定を行わないようにすることが好ましい。

スパークアウト時には次のような問題がある。工作物支持機構４が、工作物Ｗを求心作用が生じるように吸着して回転するマグネットチャック８と、シュー１４，１５とでなる場合、工作物Ｗがシュー１４，１５側に押し付けられるように、僅かではあるが偏心して支持される。スパークアウト工程では、砥石５による押し付けが緩むことによって、その偏心が戻ることになる。そのため、直径方向に離れた２つの測定ヘッド２Ｘ，２Ｙの触子Ｘａ，Ｙａは互いに同じ方向に移動することになって、この移動による各測定ヘッド２Ｘ，２Ｙの測定値Ｇ１，Ｇ２の変動は、差を取った場合に加算されることになる。したがって、スパークアウト時に測定値の差が急激に大きくなり、誤検出が生じ易くなる。このため、スパークアウト時も、前記差で判定する測定異常判定手段３４による測定異常の判定は、行わないことが好ましい場合がある。スパークアウト時は精研削時よりも大きな閾値を用いて測定異常の判定を行うようにしても良い。

また、この実施形態では、加工中における定められた基準演算用測定期間に取得した２つの測定ヘッド２Ｘ，２Ｙの測定値Ｇ１，Ｇ２の差につき、定められた統計的処理を行って基準値Δα０を求め、この基準値Δα０を基に前記設定許容範囲の限界値である閾値ａを定めている。そのため、より一層、信頼性の高い異常検出が行える。
すなわち、適切な設定許容範囲の閾値ａを求める方法としては、模範を用いて測定し、その模範の測定値を用いて定めても、または設計上の計算で求めても良い。しかし、多数の工作物を順次研削するについて、研削盤１の電源オン時から経過時間に応じて加工熱等による熱変位が生じる。このような場合、異常判定を行うには、熱変位が生じた状態の測定値を用いることで、より適切な閾値が定められる。また、複数回の測定値を統計的処理することで、個々の測定値の間でばらつきが生じていても、適切な基準値Δα０が求められる。この基準値Δα０を基に閾値ａを定めることで、閾値ａをより小さな値としても、誤検出されることがなくなり、信頼性の高い異常検出が行える。

前記閾値演算手段３３で行う前記統計的処理は、この例では、２つの測定ヘッド２Ｘ，２Ｙの測定値Ｇ１，Ｇ２の差の平均値で求めているが平均値によると、簡単な演算で適切な閾値を求めることができる。

また、この実施形態では、前記基準演算用測定期間は、粗研削工程の終了直前の期間としているため、適切な基準値が得られる。研削加工する工作物Ｗは、前工程として熱処理されて黒皮が生じている場合があり、また黒皮がない場合でも、表面が粗い。また、粗研削工程では異物噛み込みの異常検出を行う必要性が低い。そのため、粗研削工程の終了直前の期間を基準演算用測定期間とするのが、最も適切となる。

前記異常時処理手段３５が、前述のように、測定異常判定手段３４で測定異常と判定されると、測定ヘッド２Ｘ，２Ｙを被加工面Ｗａから離した後に再度接触させ、この再度接触させた後の２つの測定ヘッド２Ｘ，２Ｙの測定値Ｇ１，Ｇ２の差が、前記設定許容範囲内である場合は、前述のように加工を続行させるのが良い。
測定異常と判定されたときに、測定ヘッド２Ｘ，２Ｙを被加工面Ｗａから一旦離すことで、異物の噛み込みが解消される場合がある。そのため、再度接触させた後の２つの測定ヘッド２Ｘ，２Ｙの測定値Ｇ１，Ｇ２の差が異常でない場合は、加工を続行させることで、無駄に加工を停止させることなく、また測定異常の問題を生じることなく、研削加工を行うことができる。

なお、上記実施形態では、定寸装置２は、２本の測定ヘッド２Ｘ，２Ｙを有するものとしたが、定寸装置２は、それぞれが独立して定寸装置となるものを２台用いて、一つの定寸装置２として機能させるようにしても良い。
また、上記実施形態では、内周研削の場合につき説明したが、この発明は外周研削の場合にも適用することができる。その場合、測定ヘッドは外周面とする被加工面に接触させる。
さらに、上記実施形態では、制御装置３をプログラマブルコントローラとモーションコントローラとで構成したが、他の種々の演算処理装置を前記制御装置３として用いることができる。

１…研削盤
２…定寸装置
３…制御装置
４…工作物支持機構
５…砥石
５ａ…砥石軸（砥石支持具）
６…砥石駆動機構
７…定寸装置移動機構
８…マグネットチャック
８ｂ…バッキングプレート
９…主軸モータ
１０…シュー機構
１４，１５…シュー
１６…Ｚ軸スライド
１７…Ｘ軸スライド
１８…砥石軸モータ
２２ａ…固定ダイヤ
２２…ドレス装置
３１…基本加工制御手段
３２…寸法演算手段
３３…閾値演算手段
３４…測定異常判定手段
３５…異常時処理手段
Ｇ１，Ｇ２…測定値
Ｏ…中心軸
Ｗ…工作物
Ｗａ…被加工面
２Ｘ，２Ｙ…測定ヘッド
Ｘａ，Ｙａ…触子

Claims (8)

1. 断面円形の工作物を支持して中心軸回りに回転させる工作物支持機構と、前記工作物の内周面または外周面となる被加工面を砥石によって研削する砥石駆動機構と、前記工作物支持機構および砥石駆動機構を制御する制御装置とを備えた研削盤において、加工中に、前記工作物の前記被加工面の径を測定する装置であって、
   前記工作物の被加工面における直径方向に離れた２か所を少なくとも含む円周方向複数箇所にそれぞれ接して接触箇所の径方向位置をそれぞれ測定する複数の測定ヘッドを有する定寸装置と、
   この定寸装置の前記複数の測定ヘッドの測定値から前記被加工面の径を演算する寸法演算手段と、
   前記被加工面における直径方向に離れた２か所の位置を測定する２つの測定ヘッドの測定値の差を求め、この測定値差が設定許容範囲から外れると測定異常と判定する測定異常判定手段とを備え、
   前記制御装置は、前記被加工面の研削の開始から完了までの間に、一時的に前記砥石の切り込み方向につき、砥石を被加工面から離すか、または砥石の被加工面に対する押し付け力を弱める動作を行わせる離反・緩め過程を行い、前記測定異常判定手段は、前記離反・緩め過程の間は、測定異常の判定を行わず、
   前記工作物支持機構が、前記工作物の一端面を磁力によって求心作用が生じるように吸着して回転するマグネットチャックと、工作物の周面の半周以内の２か所にそれぞれ接触して工作物をマグネットチャックの回転中心から僅かに偏心させて支持する２つのシューとを有し、前記測定異常判定手段が測定異常の判定を行わない前記離反・緩め過程が、砥石の切り込みの進行を止めて砥石支持具に生じている弾性変形の弾性復元力で加工するスパークアウト工程である研削盤の測定異常機能付き加工径測定装置。
2. 請求項１において、加工中における定められた基準演算用測定期間に取得した前記２つの測定ヘッドの測定値の差につき、定められた統計的処理を行って基準値を求め、この基準値を基に前記設定許容範囲の限界値である閾値を演算する閾値演算手段を設け、前記測定異常判定手段は、前記閾値の演算よりも後の加工時に測定異常の判定を行う研削盤の測定異常機能付き加工径測定装置。
3. 断面円形の工作物を支持して中心軸回りに回転させる工作物支持機構と、前記工作物の内周面または外周面となる被加工面を砥石によって研削する砥石駆動機構と、前記工作物支持機構および砥石駆動機構を制御する制御装置とを備えた研削盤において、加工中に、前記工作物の前記被加工面の径を測定する装置であって、
   前記工作物の被加工面における直径方向に離れた２か所を少なくとも含む円周方向複数箇所にそれぞれ接して接触箇所の径方向位置をそれぞれ測定する複数の測定ヘッドを有する定寸装置と、
   この定寸装置の前記複数の測定ヘッドの測定値から前記被加工面の径を演算する寸法演算手段と、
   前記被加工面における直径方向に離れた２か所の位置を測定する２つの測定ヘッドの測定値の差を求め、この測定値差が設定許容範囲から外れると測定異常と判定する測定異常判定手段とを備え、
   加工中における定められた基準演算用測定期間に取得した前記２つの測定ヘッドの測定値の差につき、定められた統計的処理を行って基準値を求め、この基準値を基に前記設定許容範囲の限界値である閾値を演算する閾値演算手段を設け、前記測定異常判定手段は、前記閾値の演算よりも後の加工時に測定異常の判定を行うものであり、前記閾値演算手段で行う前記統計的処理が、前記定められた基準演算用測定期間に取得した前記２つの測定ヘッドの測定値の差の平均値を求める処理である研削盤の測定異常機能付き加工径測定装置。
4. 請求項２または請求項３において、前記制御装置は、工作物を粗加工する粗研削工程と、この粗研削工程よりも砥石の切り込み速度を遅くして工作物を精加工する精研削工程とを行わせ、前記基準演算用測定期間は、前記粗研削工程の終了直前の期間とする研削盤の測定異常機能付き加工径測定装置。
5. 断面円形の工作物を支持して中心軸回りに回転させる工作物支持機構と、前記工作物の内周面または外周面となる被加工面を砥石によって研削する砥石駆動機構と、前記工作物支持機構および砥石駆動機構を制御する制御装置とを備えた研削盤において、加工中に、前記工作物の前記被加工面の径を測定する装置であって、
   前記工作物の被加工面における直径方向に離れた２か所を少なくとも含む円周方向複数箇所にそれぞれ接して接触箇所の径方向位置をそれぞれ測定する複数の測定ヘッドを有する定寸装置と、
   この定寸装置の前記複数の測定ヘッドの測定値から前記被加工面の径を演算する寸法演算手段と、
   前記被加工面における直径方向に離れた２か所の位置を測定する２つの測定ヘッドの測定値の差を求め、この測定値差が設定許容範囲から外れると測定異常と判定する測定異常判定手段とを備え、
   加工中における定められた基準演算用測定期間に取得した前記２つの測定ヘッドの測定値の差につき、定められた統計的処理を行って基準値を求め、この基準値を基に前記設定許容範囲の限界値である閾値を演算する閾値演算手段を設け、前記測定異常判定手段は、前記閾値の演算よりも後の加工時に測定異常の判定を行うものであり、前記制御装置は、工作物を粗加工する粗研削工程と、この粗研削工程よりも砥石の切り込み速度を遅くして工作物を精加工する精研削工程とを行わせ、前記基準演算用測定期間は、前記粗研削工程の終了直前の期間とする研削盤の測定異常機能付き加工径測定装置。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれか１項において、前記制御装置は、工作物を粗加工する粗研削工程と、この粗研削工程よりも砥石の切り込み速度を遅くして工作物を精加工する精研削工程と、砥石の切り込みの進行を止めて砥石支持具に生じている弾性変形の弾性復元力で加工するスパークアウト工程とを行わせ、前記測定異常判定手段が測定異常の判定を行う期間が、精研削工程、または精研削工程およびスパークアウトの両工程である研削盤の測定異常機能付き加工径測定装置。
7. 断面円形の工作物を支持して中心軸回りに回転させる工作物支持機構と、前記工作物の内周面または外周面となる被加工面を砥石によって研削する砥石駆動機構と、前記工作物支持機構および砥石駆動機構を制御する制御装置とを備えた研削盤において、加工中に、前記工作物の前記被加工面の径を測定する装置であって、
   前記工作物の被加工面における直径方向に離れた２か所を少なくとも含む円周方向複数箇所にそれぞれ接して接触箇所の径方向位置をそれぞれ測定する複数の測定ヘッドを有する定寸装置と、
   この定寸装置の前記複数の測定ヘッドの測定値から前記被加工面の径を演算する寸法演算手段と、
   前記被加工面における直径方向に離れた２か所の位置を測定する２つの測定ヘッドの測定値の差を求め、この測定値差が設定許容範囲から外れると測定異常と判定する測定異常判定手段とを備え、
   前記制御装置は、工作物を粗加工する粗研削工程と、この粗研削工程よりも砥石の切り込み速度を遅くして工作物を精加工する精研削工程と、砥石の切り込みの進行を止めて砥石支持具に生じている弾性変形の弾性復元力で加工するスパークアウト工程とを行わせ、前記測定異常判定手段が測定異常の判定を行う期間が、精研削工程、または精研削工程およびスパークアウトの両工程であり、前記工作物支持機構が、前記工作物の一端面を磁力によって求心作用が生じるように吸着して回転するマグネットチャックと、工作物の周面の半周以内の２か所にそれぞれ接触して工作物をマグネットチャックの回転中心から僅かに偏心させて支持する２つのシューとを有し、前記制御装置は、前記粗研削工程と精研削工程との間に、砥石をドレス装置へ移動させてドレスし、この後、ドレス前の位置へ砥石を戻す動作を行わせる過程を行わせ、
   加工中における定められた基準演算用測定期間に取得した前記２つの測定ヘッドの測定値の差につき、定められた統計的処理を行って閾値を演算する閾値演算手段を設け、前記定められた基準演算用測定期間を前記粗研削工程の終了直前の期間とし、かつ前記統計的処理が前記定められた基準演算用測定期間に取得した前記２つの測定ヘッドの測定値の差の平均値を求める処理である研削盤の測定異常機能付き加工径測定装置。
8. 請求項１ないし請求項７のいずれか１項において、前記制御装置は、測定異常判定手段で測定異常と判定されると、前記測定ヘッドを前記被加工面から離した後に再度接触させ、この再度接触させた後の２つの測定ヘッドの測定値の差が、前記設定許容範囲内であると加工を続行させる研削盤の測定異常機能付き加工径測定装置。

Images