JP6898631B2

JP6898631B2 - Ｎｃ研削装置

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Publication number: JP6898631B2
Application number: JP2016217907A
Authority: JP
Inventors: 山本　優; 山本　　優
Original assignee: SHIGIYA MACHINERY WORKS Ltd
Current assignee: SHIGIYA MACHINERY WORKS Ltd
Priority date: 2016-11-08
Filing date: 2016-11-08
Publication date: 2021-07-07
Anticipated expiration: 2036-11-08
Also published as: JP2018075651A

Description

本発明は、砥石を用いてワークを研削加工するためのＮＣ研削装置に関する。

砥石を用いてワークを研削加工するＮＣ研削装置において、高い精度でワークを仕上げるためには、砥石の研削面の位置を正確に把握することが重要である。このため、これまでには、砥石の研削面の位置を検出するための各種の方法が提案されている。これらの方法は、接触式センサを用いたものと、非接触式センサを用いたものとに大別されるが、接触式センサを用いた場合には、接触式センサの接触子が傷つくことや破損することを防ぐため、砥石の回転を止めてから接触式センサを砥石に接触させて検出を行わなければならず、ワーク研削作業を長時間中断しなければならないという欠点があった。

この点、非接触式センサを用いた場合には、砥石の回転を止めることなく砥石の研削面の位置を検出することができる。しかし、この場合にも、砥石が乾いた状態のときには砥石の研削面を精度よく検出することができたとしても、ワーク研削作業の途中で砥石の研削面位置の検出を行う場合など、砥石に研削液が付着しているときには、付着した研削液の表面が砥石の研削面として検出されてしまい、正確な検出を行うことが難しいという問題があった。

このような問題を解決するための方法として、特許文献１の図１などには、水切り用エアノズル３から噴出されるエアによって、砥石１に付着したクーラント（研削液）を吹き飛ばして除去することで、エアマイクロメーター５による砥石の研削面位置の検出精度を向上させる方法が開示されている。同文献に記載の方法を用いた場合には、同文献の図３や段落００１３などに示されるように、砥石の回転による遠心力のみで研削液を飛散させた場合に比べて、短い時間（約２分）で砥石から研削液を除去することができる。

特開平１１−０００８６２号公報

しかし、特許文献１に記載された方法においても、砥石に付着した研削液を除去するためには依然として少なくとも約２分間の時間を要しており、砥石の研削面の位置の検出を行うたびにワーク研削作業を２分間以上も停止しなくてはならないという問題があった。加えて、ＮＣ研削装置においては、通常、研削液を循環させて使用するところ、特許文献１に記載の方法のように、砥石に付着した研削液をエアによって吹き飛ばすようにすると、装置内に研削液が飛散してしまい、研削液の回収率が悪くなるばかりか、使用後の研削液に含まれる切粉が装置内のあちこちに付着してしまい、不具合を引き起こす虞もあった。

本発明は、上記課題を解決するために為されたものであり、砥石の表面に研削液が付着したままの状態であっても、砥石の研削面の位置を短時間で検出することができるＮＣ研削装置を提供するものである。

上記課題は、
ワークを研削加工するための砥石と、
砥石を、ワークの研削加工を行う研削位置と、砥石の研削面の位置を確認するための基準退避位置との間で移動させる砥石移動手段と、
研削位置にある砥石の研削面に研削液を供給するための研削液供給手段と、
基準退避位置にある砥石の研削面を検出するための非接触式センサと
を備えたＮＣ研削装置であって、
研削液供給手段による研削液の供給が停止されてから、基準退避位置に移動した砥石の研削面に付着する研削液の表面を非接触式センサが検出するまでの経過時間ｔ_ａを測定する経過時間測定手段と、
経過時間測定手段によって測定された経過時間ｔ_ａ、及び研削液供給手段による研削液の供給が停止されてからの経過時間ｔと、砥石の研削面に残留している研削液の膜厚Ｔｒとの予め求めた関係に基づいて、非接触式センサによる検出時の砥石の研削面に残留している研削液の膜厚を推定して、その推定値Ｔ_ａを出力する膜厚推定手段と、
膜厚推定手段によって出力された推定値Ｔ_ａを用いて、非接触式センサによる検出時の砥石の研削面の位置を、膜厚の推定値Ｔ _ａだけ砥石側に後退させた位置に補正することで、実際の砥石の研削面の位置を検出する研削面位置補正手段と
をさらに備えたことを特徴とするＮＣ研削装置
を提供することによって解決される。

本発明のＮＣ研削装置は、経過時間ｔ_ａに基づいて、非接触式センサが砥石の研削面に付着する研削液の表面を検出した時点における研削液の膜厚を推定することができ、得られた膜厚の推定値Ｔ_ａを用いて非接触式センサによる検出時の砥石の研削面の位置を補正することができるため、砥石から研削液を完全に除去する必要がなく、砥石の表面に研削液が付着した状態のまま、砥石の研削面の位置を短時間で検出することができるものとなっている。具体的には、後述するように、研削液の供給が停止されてから長くとも数十秒程度で砥石の研削面位置の検出を完了することができるようになっている。また、本発明のＮＣ研削装置においては、砥石の研削面の位置を検出する際にエアなどで吹き飛ばされる研削液を少なく抑えることができるため、研削液の回収率を高めることができるだけでなく、研削液に含まれる切粉が装置内のあちこちに付着しにくいようにすることもできる。

本発明のＮＣ研削装置においては、膜厚推定手段が、経過時間ｔ_ａに基づいて研削液の膜厚を推定する方法については、特に限定しない。しかし、本発明のＮＣ研削装置を、
研削液供給手段による研削液の供給が停止されてからの経過時間ｔと、砥石の研削面に残留している研削液の膜厚Ｔｒとの関係を、実際の測定に基づいて求めるための時間膜厚関係決定手段と、
時間膜厚関係決定手段で求められた経過時間ｔと膜厚Ｔｒとの関係を記憶するための時間膜厚関係記憶手段と
をさらに備えたものとし、
膜厚推定手段が、時間膜厚関係記憶手段に記憶された経過時間ｔと膜厚Ｔｒとの関係に基づき、経過時間測定手段から入力された経過時間ｔ_ａに応じた膜厚の推定値Ｔ_ａを出力するものとされ、
前記実際の測定は、前記経過時間ｔと、接触式センサと砥石の研削面との間の距離の測定であり、
砥石の研削面に研削液が殆ど残留していない状態における前記距離の測定値を初期距離Ｌｏとすると、
前記膜厚Ｔｒは、研削液を供給した後、砥石を後退させ、研削液の膜厚が安定する時間が経過し、かつ研削液の供給を停止したときに、前記距離が前記初期距離Ｌｏに達したときの研削液の膜厚が前記砥石を後退させたときの後退量であることにより求めると好ましい。これにより、実際にワーク研削作業を行う際と同様の条件下で測定された経過時間ｔと膜厚Ｔｒとの関係に基づいて膜厚の推定値Ｔ_ａを推定することができるため、非接触式センサによる検出時の砥石の研削面の位置を、より高い精度で補正することができる。

本発明のＮＣ研削装置において、上記のように、時間膜厚関係決定手段と、時間膜厚関係記憶手段とを備える場合には、時間膜厚関係決定手段を、特定の経過時間ｔにおいてのみ（ｔ＝ｔ_ｓのときにのみ）測定を実行するものとし、研削液供給手段による研削液の供給が停止されてから、基準退避位置に移動した砥石の研削面に付着する研削液の表面を非接触式センサが検出するまでの経過時間ｔ_ａを、時間膜厚関係決定手段が測定を行った時間ｔ_ｓに一致させるようにしてもよい。しかし、この場合には、何らかの原因で経過時間ｔ_ａが時間ｔ_ｓからずれた場合（特に、ｔ_ａ＞ｔ_ｓとなった場合）に対応することができなくなる。このため、経過時間ｔと膜厚Ｔｒとの関係は、経過時間ｔを連続的な変数として扱える状態で求めることが好ましいが、このような関係を測定によって直接的に求めることは難しい。そこで、時間膜厚関係決定手段を、経過時間ｔ又は膜厚Ｔｒを離散的に変化させながら行った複数回の測定において得られた測定結果の近似関数を求めることによって、経過時間ｔと膜厚Ｔｒとの関係を求めるものとすると好ましい。これにより、時間膜厚関係決定手段による測定を非常に多数回行わなくとも、離散的な測定結果に基づいて、経過時間ｔを連続的な変数として扱える状態で経過時間ｔと膜厚Ｔｒとの関係を求めることができる。

上記のように、経過時間ｔと膜厚Ｔｒとの関係を、複数回の測定で得られた測定結果の近似関数として求める場合には、時間膜厚関係決定手段を、経過時間ｔと膜厚Ｔｒとの関係を求める際に、前記測定結果を、経過時間ｔがｔ軸座標、膜厚ＴｒがＴｒ座標となる平面にプロットしたときに、前記平面上の測定結果が不連続にならないように、経過時間ｔが所定値以上となる測定結果のみを用いて近似関数を求めるものとすると好ましい。換言すると、経過時間ｔが所定値未満である測定結果は、近似関数を求める際に使用しないようにすると好ましい。というのも、後述するように、経過時間ｔに対する膜厚Ｔｒの曲線は、経過時間ｔが所定値未満の領域（研削液供給手段による研削液の供給が停止されてから所定時間までの領域）と、経過時間ｔが所定値以上の領域（研削液供給手段による研削液の供給が停止されてから所定時間以上経過後の領域）とで不連続になる傾向があることに加えて、経過時間ｔが所定値未満の領域では、膜厚Ｔｒが、研削液の供給を停止する直前の供給速度などに影響されやすく、不安定になる傾向があるからである。

本発明のＮＣ研削装置においては、時間膜厚関係決定手段が、経過時間ｔと膜厚Ｔｒとの関係を求めるための測定を、所定のタイミングにおいて自動的に実行するようにし、時間膜厚関係決定手段が測定を実行する度に、時間膜厚関係記憶手段に記憶された経過時間ｔと膜厚Ｔｒとの関係が更新されるようにすると好ましい。ここで、「所定のタイミング」は、特に限定されないが、例えば装置の始動時や、砥石のドレス完了時などとすることができる。これにより、砥石に経時的な変化が生じた場合や、使用する砥石や研削液を取り替えた場合であっても、砥石の研削面の位置の補正を高い精度で行うことが可能になる。

以上のように、本発明によって、砥石の表面に研削液が付着したままの状態であっても、砥石の研削面の位置を短時間で検出することができるＮＣ研削装置を提供することが可能になる。

砥石が研削位置にあるときのＮＣ研削装置の平面図である。図１のα−α面における断面図である。砥石が基準退避位置にあるときのＮＣ研削装置の平面図である。図３のβ−β面における断面図である。ＮＣ研削装置のブロック図である。時間膜厚関係決定モードにおいて膜厚測定を行う際の手順を説明する図である。時間膜厚関係決定モードにおいて膜厚測定を行う際の手順を示すフローチャートである。時間膜厚関係決定モードにおける膜厚測定で得られた測定データをグラフ上にプロットした様子を示す図である。

以下、本発明のＮＣ研削装置の好適な実施態様について、図面を用いてより具体的に説明する。

１．ＮＣ研削装置
図１は、砥石３０が研削位置にあるときのＮＣ研削装置１０の平面図である。図２は、図１のα−α面における断面図である。図３は、砥石３０が基準退避位置にあるときのＮＣ研削装置１０の平面図である。図４は、図３のβ−β面における断面図である。図５は、ＮＣ研削装置１０のブロック図である。図１及び図３においては、後述する研削液供給手段９０を省略して表示している。

本実施態様のＮＣ研削装置１０は、図１に示すように、装置の土台を為すベッド１１上に、ワークＷを保持するためのワーク保持手段２１と、ワークＷを研削加工するための砥石３０と、砥石３０を回転可能に支持するための砥石台４０と、砥石台４０をベッド１１に対して移動させるためのボールねじ（砥石移動手段）５０と、ボールねじ５０を回転させるための駆動手段５１と、各部の制御を行うための制御装置６０（図１では図示省略。図５を参照。）とを備えたものとなっている。制御装置６０としては、通常、プログラマブルコントローラー等が用いられる。

砥石３０を支持する砥石台４０は、駆動手段５１によってボールねじ５０を回転させることにより、図１における矢印Ａの方向（砥石３０をワークＷの被加工面Ｗ_ｓに向かって進退させる方向。図１においては、ｘ軸方向。）に移動させることが可能となっている。駆動手段５１は、通常、ロータリーエンコーダを備えたモータとされる。本実施態様のＮＣ研削装置１０においては、駆動手段５１として、アブソリュートエンコーダを備えたサーボモータを用いている。一方、ワークＷを保持するワーク保持手段２１は、図１における矢印Ｂの方向（ワークＷの被加工面Ｗ_ｓに沿った方向。図１においては、ｚ軸方向。）に移動可能なテーブル２０に設けられている。このテーブル２０には、砥石３０をドレスするためのドレッサ７１を備えたドレスツールホルダ７０も設けられている。ドレスツールホルダ７０には、砥石３０の研削面３１（本実施態様においては、円盤状の砥石３０の外周面）の位置を非接触で検出するための非接触式センサ８０も設けられている。

図１においては省略しているが、砥石３０の上方（ｙ軸方向正側）には、図２に示すように、研削液ＣＬを供給する研削液供給手段９０のノズル９１が設けられている。研削液供給手段９０は、後述する研削モードにおいてワークＷの研削を行う際や、時間膜厚関係決定モードにおいて後述する膜厚測定を行う際に、ノズル９１を通して砥石３０の研削面３１に研削液ＣＬを供給する。このノズル９１は、砥石３０が移動する際には、砥石３０との位置関係が変わらない状態で砥石３０と共に移動するようになっている。

制御装置６０は、図５に示すように、経過時間測定手段６１と、膜厚推定手段６２と、研削面位置補正手段６３と、駆動制御手段６４と、時間膜厚関係決定手段６５と、時間膜厚関係記憶手段６６とを備えている。駆動制御手段６４は、駆動手段５１に制御信号Ｓ_１０を出力して駆動手段５１（サーボモータ）の回転方向及び回転数を制御することにより、ボールねじ５０を適切な回転数だけ回転させて、砥石３０を所望の位置に移動させるための手段である。経過時間測定手段６１、膜厚推定手段６２、研削面位置補正手段６３、時間膜厚関係決定手段６５及び時間膜厚関係記憶手段６６については、後述する。

本実施態様のＮＣ研削装置１０は、研削モードと、砥石位置検出モードと、時間膜厚関係決定モードとを有している。研削モードは、ワークＷの研削を行うためのモードである。研削モードが実行される際には、砥石３０は図１に示す研削位置に配される。砥石位置検出モードは、非接触式センサ８０を用いて砥石３０の研削面３１の位置を検出するためのモードである。砥石位置検出モードは、実行されるタイミングを特に限定されないが、通常、砥石３０をドレスした後や一定時間以上連続してワーク研削作業を行った後などに自動的に実行されるか、オペレーターによるボタン操作などが為された任意のタイミングなどに実行される。砥石位置検出モードが実行される際には、砥石３０は図３に示す基準退避位置に配される。時間膜厚関係決定モードは、後述するｔ−Ｔｒ関数を実測に基づいて求めるためのモードである。時間膜厚関係決定モードは、実行されるタイミングを特に限定されないが、通常、装置の始動時や砥石３０をドレスした後などに自動的に実行されるか、オペレーターによるボタン操作などが為された任意のタイミングなどに実行される。時間膜厚関係決定モードが実行される際には、砥石３０は後掲の図６に示すように、エアノズル８１に対向する位置に配される。

上記の砥石位置検出モードにおいて、砥石３０の研削面３１の位置を検出する理由は以下の通りである。すなわち、研削モードにおいてワークＷを研削する際に、ワークＷの仕上げ精度を高く保つためには、砥石３０の研削面３１の位置を正確に把握する必要がある。特に、ドレッサ７１によって砥石３０をドレスしたことにより砥石３０の表面が摩耗した場合や、一定時間以上連続してワーク研削作業を行ったことにより砥石３０の支持部材などに熱変位が生じている場合などには、砥石３０の研削面３１の位置が当初の位置からずれるため、砥石３０のドレス後や一定時間以上のワーク研削作業後には砥石３０の研削面３１の位置を改めて検出する必要がある。この点、本実施態様のＮＣ研削装置１０では、砥石位置検出モードを実行することにより、砥石３０の研削面３１の位置を改めて検出し、その後実行される研削モードにおいて、その改めて検出された位置情報に基づいて砥石３０の移動を制御することができるようにしている。以下、砥石位置検出モードにおいて砥石３０の研削面３１の位置を検出する手順について説明する。

２．砥石位置検出モード
砥石位置検出モードにおいては、砥石３０が図３に示す基準退避位置に移動され、非接触式センサ８０によって砥石３０の研削面３１が検出される。非接触式センサ８０は、砥石３０の研削面３１を非接触で検出可能なものであれば、その種類を特に限定されず、光電センサなどとしてもよいが、本実施態様においては、非接触式センサ８０を、エアノズル８１（図４）と、エアセンサ８２（図５）とを備えたものとしており、エアノズル８１の噴出口８１ａから砥石３０の研削面３１に向かって噴出されるエア（図４における矢印Ｃを参照）の圧力をエアセンサ８２で測定することで、砥石３０の研削面３１の位置を検出するようにしている。

具体的には、エアノズル８１から噴出されるエアの圧力が所定値となったことをエアセンサ８２が検出したときに、エアノズル８１の噴出口８１ａと砥石３０の研削面３１との距離が所定距離となったと判断して、エアセンサ８２から制御装置６０に検出信号Ｓ_２０（図５）が出力されるようにしている。検出信号Ｓ_２０を受けた制御装置６０は、検出信号Ｓ_２０が入力された時点の砥石３０の位置（厳密には、サーボモータ（駆動手段５１）のエンコーダーから出力される信号）を記憶し、以後この位置を基準として砥石３０の移動を制御する。このように、砥石３０の研削面３１そのものの位置を検出し、その位置に基づいて砥石３０の移動を制御することにより、研削モードにおいてワークＷを研削する際に、ワークＷの仕上げ精度を高く保つことができるようになっている。なお、エアノズル８１から噴出される「エア」は、空気に限定されるものではなく、窒素ガスなどの各種の気体であってもよい。

しかし、研削モードの直後に砥石位置検出モードを行う場合など、砥石３０の研削面３１に研削液ＣＬが付着したままの状態となっている場合には、砥石３０の研削面３１の位置を正確に検出することができない虞がある。というのも、エアノズル８１の噴出口８１ａから検出対象までの距離がＬ_ａとなったときに検出信号Ｓ_２０が出力されるようにした場合において、図４に示すように、砥石３０の研削面３１に研削液ＣＬが付着していると、砥石３０の研削面３１と噴出口８１ａとの間が距離Ｌ_ａとなったときではなく、研削液ＣＬの膜表面と噴出口８１ａとの間が距離Ｌ_ａとなったときにエアセンサ８２が検出信号Ｓ_２０を出力してしまうからである。このとき、砥石３０の研削面３１と噴出口８１ａとの間の距離は、所定距離Ｌ_ａよりも研削液ＣＬの膜厚分だけ長いＬ_ｂとなっている。すなわち、砥石３０の研削面３１の位置が、研削液ＣＬの膜厚分だけずれて認識されてしまう。

この点、本実施態様のＮＣ研削装置１０は、砥石３０の研削面３１に研削液ＣＬが付着したままであっても、砥石３０の研削面３１の位置を短時間で精度よく検出することができるようになっている。具体的には、砥石３０の研削面３１に付着した研削液ＣＬの膜厚が、研削液ＣＬの供給が停止されてからの時間の経過とともに減少していくことを利用して、砥石３０の研削面３１に残留している膜厚の推定値Ｔ_ａを推定し、これを用いて砥石３０の研削面３１の位置を補正することができるようになっている。膜厚の推定値Ｔ_ａを推定する方法は特に限定されないが、本実施態様においては、研削液ＣＬの供給が停止されてからの経過時間ｔと、砥石３０の研削面３１に残留している研削液ＣＬの膜厚Ｔｒとの関係を表すｔ−Ｔｒ関数を用いて膜厚の推定値Ｔ_ａを推定している。以下においては、研削モードの直後に砥石位置検出モードを行う場合を例に挙げて、砥石３０の研削面３１の位置を補正する手順について図５を参照しながら説明する。

研削モードが終了し、砥石位置検出モードが開始されると、それまで研削液供給手段９０から供給されていた研削液ＣＬの供給が停止される。このとき、研削液ＣＬの供給停止と同時に、研削液供給手段９０から制御装置６０に停止信号Ｓ_３０が出力される。研削液ＣＬの供給が停止されると、砥石３０を基準退避位置に移動させるべく、駆動制御手段６４が駆動手段５１に制御信号Ｓ_１０を出力する。砥石３０が基準退避位置に移動し、図４に示すように、エアノズル８１の噴出口８１ａと砥石３０の研削面３１との間（実際には、研削液ＣＬの膜表面との間）の距離がＬ_ａとなったことをエアセンサ８２が検出すると、エアセンサ８２から制御装置６０に検出信号Ｓ_２０が出力される。経過時間測定手段６１は、研削液供給手段９０の停止信号Ｓ_３０が制御装置６０に入力されてから、エアセンサ８２の検出信号Ｓ_２０が制御装置６０に入力されるまでの経過時間ｔ_ａを測定する。すなわち、研削液ＣＬの供給が停止されてから、基準退避位置に移動した砥石３０の研削面に付着している研削液ＣＬの膜表面が非接触式センサ８０によって検出されるまでの経過時間ｔ_ａを測定する。測定された経過時間ｔ_ａは、膜厚推定手段６２へ出力される。

膜厚推定手段６２は、経過時間測定手段６１から入力された経過時間ｔ_ａに基づいて、非接触式センサ８０による検出時に砥石３０の研削面３１に残留していた研削液ＣＬの膜厚の推定値Ｔ_ａを推定する。膜厚推定手段６２が、経過時間ｔ_ａから推定値Ｔ_ａを推定する方法は特に限定されず、予め定められた理論式や推定表などに基づいて推定するようにしてもよい。しかし、この場合には、装置の温度や研削液ＣＬの種類などの条件が変わった場合に、推定値Ｔ_ａを精度よく推定することができなくなる虞がある。このため、本実施態様においては、ワーク研削作業を行う際と同様の条件下で行った実際の測定に基づいて求めたｔ−Ｔｒ関数を用いて推定値Ｔ_ａを推定するようにしている。ｔ−Ｔｒ関数は、後述する時間膜厚関係決定モードにおける、時間膜厚関係決定手段６５による実測に基づいて決定され、時間膜厚関係記憶手段６６に記憶されるようになっている。本実施態様のＮＣ研削装置１０において、膜厚推定手段６２は、このｔ−Ｔｒ関数の時間ｔに経過時間測定手段６１が測定した経過時間ｔ_ａを代入することにより、膜厚の推定値Ｔ_ａを得るようにしている。膜厚推定手段６２で推定された膜厚の推定値Ｔ_ａは、研削面位置補正手段６３へ出力される。

研削面位置補正手段６３は、膜厚推定手段６２で推定された膜厚の推定値Ｔ_ａに基づく補正信号を制御装置６０に出力して、制御装置６０が把握している砥石３０の研削面３１の位置を補正する。すなわち、エアセンサ８２から制御装置６０に検出信号Ｓ_２０が入力された際に制御装置６０が認識した砥石３０の研削面３１の位置は、実際には研削液ＣＬの膜表面の位置（図４において、エアノズル８１の噴出口８１ａとの距離がＬ_ａである位置）であったところ、これを膜厚の推定値Ｔ_ａだけ後退させた位置に補正することで、実際の砥石３０の研削面３１の位置（図４において、エアノズル８１の噴出口８１ａとの距離がＬ_ｂである位置）と略同じになるようにする。これにより、制御装置６０は、より正確に砥石３０の研削面３１の位置を把握することができるようになり、研削モードにおいてワークＷを研削する際に、砥石３０をより精度よく所望の位置へ移動させることができるようになる。以上で、砥石位置検出モードが終了する。

このように、本実施態様のＮＣ研削装置１０においては、経過時間ｔ_ａに基づいて推定した膜厚の推定値Ｔ_ａを用いて砥石３０の研削面３１の位置を補正することによって、砥石３０の研削面３１に付着した研削液ＣＬを除去せずとも、砥石３０の研削面３１の位置を短時間で精度よく検出することができるようになっている。砥石位置検出モードが開始されてから終了するまでの所要時間は、装置のその他の構成や条件などによっても異なるが、概ね数十秒以内となっている。

ところで、本実施態様においては、ｔ−Ｔｒ関数を時間膜厚関係決定モードで求めることについては、既に述べたとおりである。以下、時間膜厚関係決定モードにおいてｔ−Ｔｒ関数を求める手順について説明する。

３．時間膜厚関係決定モード
図６は、時間膜厚関係決定モードにおいて膜厚測定を行う際の手順を説明する図である。図７は、時間膜厚関係決定モードにおいて膜厚測定を行う際の手順を示すフローチャートである。図８は、時間膜厚関係決定モードにおける膜厚測定で得られた測定データをグラフ上にプロットした様子を示す図である。本実施態様の時間膜厚関係決定モードにおいては、時間膜厚関係決定手段６５（図５）が実際に測定を行うことにより、研削液ＣＬの供給が停止されてからの経過時間ｔと、砥石３０の研削面３１に残留している研削液ＣＬの膜厚Ｔｒとの関係を示すｔ−Ｔｒ関数が求められる。時間膜厚関係決定手段６５は、図５に示すように、経過時間ｔと膜厚Ｔｒとの関係を求めるための実測（以下、この実測を「膜厚測定」と表現することがある。）を行う膜厚測定実行手段６５ａと、膜厚測定実行手段６５ａによって得られた測定データに基づいてｔ−Ｔｒ関数を求める関数決定手段６５ｂとで構成されている。

既に述べたように、時間膜厚関係決定モードは、通常、ＮＣ研削装置１０の起動時や砥石３０のドレス完了時などに自動的に実行されるか、オペレーターによるボタン操作などが為された任意のタイミングに手動で実行される。時間膜厚関係決定モードが実行され、時間膜厚関係決定手段６５によってｔ−Ｔｒ関数が求められると、求められたｔ−Ｔｒ関数は時間膜厚関係記憶手段６６に記憶される。時間膜厚関係記憶手段６６には、前回の時間膜厚関係決定モードにおいて求められたｔ−Ｔｒ関数が記憶されているが、新たに時間膜厚関係決定モードが実行されると、時間膜厚関係記憶手段６６に記憶されていたｔ−Ｔｒ関数が、時間膜厚関係決定手段６５によって新たに求められたｔ−Ｔｒ関数に更新されるようになっている。

時間膜厚関係決定モードが開始されると、まず、膜厚測定実行手段６５ａによって膜厚測定が行われる。膜厚測定実行手段６５ａによる膜厚測定は、図６（i）に示すように、砥石位置検出モードと同様、砥石３０の研削面３１を、非接触式センサ８０のエアノズル８１に対向する位置に移動させることで行われる。この膜厚測定は、砥石３０に研削液ＣＬが付着していない状態、又は、研削液ＣＬの供給が停止されてから十分な時間が経過しており砥石３０の研削面３１に研削液ＣＬが殆ど残留していない状態から開始される。

膜厚測定が開始されると、砥石３０が図６（i）に示す初期位置（エアノズル８１の噴出口８１ａと砥石３０の研削面３１との距離（以下、「Ｌ」とする。）が初期距離Ｌ_０となる位置）に配置される。砥石３０が初期位置に配置されたことは、エアノズル８１から噴出されるエアの圧力をエアセンサ８２（図５）で測定することにより検出される。砥石３０が初期位置に配されると、膜厚測定実行手段６５ａは、研削液供給手段９０に制御信号Ｓ_４０を出力して、研削液ＣＬの供給を開始させる。

研削液ＣＬの供給が開始されると、膜厚測定実行手段６５ａは、砥石３０をＸ_１だけ後退させるよう、駆動制御手段６４に指令を出し、砥石３０は、図６（ii）に示すように、エアノズル８１の噴出口８１ａと砥石３０の研削面３１との距離ＬがＬ_０＋Ｘ_１となる第１測定位置に移動される。砥石３０の移動中、砥石３０は回転し続けており、研削液ＣＬも供給され続けているが、砥石３０の研削面３１に付着した研削液ＣＬの膜厚Ｔｒは、研削液ＣＬの供給が開始されてから一定時間以上経過すると、特定の厚さＴ_ｍａｘ付近で安定するようになる。研削モードにおいて砥石３０を研削する際の研削液ＣＬの膜厚も、このＴ_ｍａｘ付近で安定する。砥石３０の第１測定位置への移動が完了するとともに、膜厚ＴｒがＴ_ｍａｘに達する程度に研削液ＣＬの供給が開始されてからの時間が経過すると、膜厚測定実行手段６５ａは、研削液供給手段９０に制御信号Ｓ_４０を出力して、研削液ＣＬの供給を停止させる。研削液供給手段９０は、研削液ＣＬの供給停止と同時に、停止信号Ｓ_３０（図５）を制御装置６０へ出力する。研削液供給手段９０の停止信号Ｓ_３０が制御装置６０に入力されると、膜厚測定実行手段６５ａは、停止信号Ｓ_３０が入力されてからの経過時間の測定を開始する。

研削液ＣＬの供給が停止されると、Ｔ_ｍａｘを維持していた研削液ＣＬの膜厚Ｔｒが時間の経過とともに減少していき、研削液ＣＬの膜表面はエアノズル８１の噴出口８１ａから遠ざかる方向（図６（ii）における矢印Ｄ_１を参照。）に後退していく。研削液ＣＬの膜表面が後退し続け、図６（ii）において破線で示すように、研削液ＣＬの膜表面と噴出口８１ａとの距離が初期距離Ｌ_０に達すると、エアセンサ８２から制御装置６０に検出信号Ｓ_２１（図５）が出力される。エアセンサ８２から検出信号Ｓ_２１が制御装置６０に入力されると、膜厚測定実行手段６５ａは上記の経過時間の測定を停止し、研削液供給手段９０の停止信号Ｓ_３０が制御装置６０に入力されてから、エアセンサ８２の検出信号Ｓ_２１が制御装置６０に入力されるまでの経過時間ｔ_１を取得する。このときの研削液ＣＬの膜厚Ｔｒは、図６（ii）から明らかなように、Ｘ_１となっている。このことから、研削液ＣＬの供給を停止してから時間ｔ_１が経過すると、研削液ＣＬの膜厚ＴｒがＸ_１となることが分かる。換言すると、研削液ＣＬの供給が停止されてからの経過時間ｔと、砥石３０の研削面３１に残留している研削液ＣＬの膜厚Ｔｒとの関係を示す１組目の測定データ（ｔ_１，Ｘ_１）が得られる。

１組目の測定データ（ｔ_１，Ｘ_１）が得られると、膜厚測定実行手段６５ａは、再び研削液ＣＬの供給を開始するように研削液供給手段９０に制御信号Ｓ_４０を出力するとともに、駆動制御手段６４に指令を出して、砥石３０を、図６（iii）に示すように、エアノズル８１の噴出口８１ａと砥石３０の研削面３１との距離ＬがＬ_０＋Ｘ_２（Ｘ_１≠Ｘ_２）となる第２測定位置に移動させる。続いて、膜厚測定実行手段６５ａは、上記と同様にして、研削液ＣＬの供給が停止されてから研削液ＣＬの膜厚がＸ_２となるまでの経過時間ｔ_２を測定する。以降同様に、膜厚測定実行手段６５ａは、エアノズル８１の噴出口８１ａと砥石３０の研削面３１との距離ＬがＬ_０＋Ｘ_ｉ（ｉ＝１，２，…，ｎ）となる第ｉ測定位置に砥石３０を移動させていき、その都度経過時間ｔ_ｉを測定していく。それぞれのＸ_ｉの値は、Ｔ_ｍａｘ未満であり、互いに異なっていれば、特に限定されない。本実施態様においては、Ｘ_ｉを、Ｘ_１から順に大きくなるように設定している。得られた測定データ（ｔ_ｉ，Ｘ_ｉ）は、関数決定手段６５ｂ（図５）に順次出力される。所定のデータ組数であるｎ組の測定データが得られると（ｉ＝ｎにおける測定データ（ｔ_ｎ，Ｘ_ｎ）の取得が完了すると）、膜厚測定が終了する。参考までに、上記の手順をフローチャートに表すと、図７に示すようになる。

所定のｎ組の測定データ（ｔ_１，Ｘ_１），（ｔ_２，Ｘ_２），…，（ｔ_ｎ，Ｘ_ｎ）が得られると、関数決定手段６５ｂは、これらの測定データの近似関数であるｔ−Ｔｒ関数を求める。関数決定手段６５ｂが、どのようなアルゴリズムを用いてｔ−Ｔｒ関数を求めるのかについては、特に限定されない。本実施態様においては、最小二乗法を用いてｔ−Ｔｒ関数を求めている。具体的には、「Ｔｒ＝Ａ・ｔ^Ｂ」という式における定数Ａ，Ｂを最小二乗法で決定することにより、ｔ−Ｔｒ関数を求めるようにしている。

図８に、時間膜厚関係決定モードにおける膜厚測定で得られた測定データの例を示す。図８においては、それぞれの測定データ（ｔ_ｉ，Ｘ_ｉ）を、ｔ_ｉがｔ軸座標、Ｘ_ｉがＴｒ軸座標となるようにｔ−Ｔｒ平面にプロットしている。図８（ａ）は、膜厚測定の際の研削液ＣＬの供給速度を２４Ｌ／ｍｉｎとした場合の測定データ例であり、図８（ｂ）は、図８（ａ）と同様の条件下において、膜厚測定の際の研削液ＣＬの供給速度を１４Ｌ／ｍｉｎとした場合の測定データ例である。

本実施態様においては、上述したように、Ｘ_ｉを、Ｘ_１から順に大きくなるように設定して膜厚測定を行ったため、測定データは経過時間ｔが大きい（図８のグラフ中で右側にある）ものから順に取得される。測定データを取得するに際して、経過時間ｔの範囲は特に限定されず、ｔ＝０に近い範囲までデータを取得するようにしてもよい。しかし、図８（ａ）及び図８（ｂ）に示すように、ｔ＝０付近の測定データ（図８において白抜き丸で示されるデータ）は、ｔが大きい範囲の測定データ（図８において黒丸で示されるデータ）と不連続になる傾向があるため、ｔ−Ｔｒ関数を求める際にｔ＝０付近の測定データも含めて近似を行うと、近似精度が低下する虞がある。このため、ｔが所定値未満となる範囲は、ｔ−Ｔｒ関数を求める際の近似に使用しない方が好ましく、そもそも、ｔが所定値未満となる範囲においては、膜厚測定実行手段６５ａによって測定データを取得する必要も特にない。このため、本実施態様においては、経過時間ｔに閾値ｔ_ｔを定め、ｔがその閾値ｔ_ｔ以上となる測定データのみを用いてｔ−Ｔｒ関数を求めるようにしている。

上記の閾値ｔ_ｔは、研削液ＣＬの種類や砥石３０の回転速度などに応じて適当な値が異なり、特に限定されない。しかし、閾値ｔ_ｔが小さすぎると、ｔ−Ｔｒ関数を求める際に、不連続な部分が含まれやすくなる。このため、閾値ｔ_ｔは、通常、０．５秒以上とされる。閾値ｔ_ｔは、１秒以上であると好ましく、１．５秒以上であるとより好ましい。一方、得られたｔ−Ｔｒ関数における、経過時間ｔが閾値ｔ_ｔよりも小さい範囲は信頼性の低い部分となるため、上記の砥石位置検出モードにおける経過時間ｔ_ａは閾値ｔ_ｔよりも大きくなるようにする必要があるところ、閾値ｔ_ｔが大きすぎると、経過時間ｔ_ａを長く設定する必要が生じる。すなわち、砥石３０の研削面３１の位置を検出するのに時間がかかるようになる。このため、閾値ｔ_ｔは、通常、６０秒以下とされる。閾値ｔ_ｔは、３０秒以下であると好ましく、１０秒以下であるとより好ましい。

例えば、図８においては、図８（ａ）及び図８（ｂ）で共に閾値ｔ_ｔを２秒としている。経過時間ｔが２秒以上である測定データのみを用いて近似を行った結果、図８（ａ）に示される測定データの近似関数はＴｒ＝０．０９５９ｔ^{−１．４０９}となり、図８（ｂ）において示される測定データの近似関数はＴｒ＝０．０８４５ｔ^{−１．２４６}となった。以上のようにして求められたｔ−Ｔｒ関数が、時間膜厚関係記憶手段６６に出力されると、時間膜厚関係決定モードが終了する。

時間膜厚関係決定モードにおいて、ｔ−Ｔｒ関数を求める際の近似に用いる測定データの組数は、特に限定されないが、近似に用いる測定データの組数を少なくしすぎると、ｔ−Ｔｒ関数の近似精度が低下してしまう虞がある。このため、近似に用いる測定データの組数は、３以上とすると好ましく、４以上とするとより好ましく、５以上とするとさらに好ましい。一方、近似に用いる測定データの組数を多くしすぎると、膜厚測定に長い時間を要してしまう。このため、近似に用いる測定データの組数は、３０以下とすると好ましく、２０以下とするとより好ましく、１０以下とするとさらに好ましい。

１０ＮＣ研削装置
１１ベッド
２０テーブル
２１ワーク保持手段
３０砥石
３１研削面
４０砥石台
５０ボールねじ（砥石移動手段）
５１駆動手段
６０制御装置
６１経過時間測定手段
６２膜厚推定手段
６３研削面位置補正手段
６４駆動制御手段
６５時間膜厚関係決定手段
６５ａ膜厚測定実行手段
６５ｂ関数決定手段
６６時間膜厚関係記憶手段
７０ドレスツールホルダ
７１ドレッサ
８０非接触式センサ
８１エアノズル
８１ａ噴出口
８２エアセンサ
９０研削液供給手段
９１ノズル
Ｗワーク

Claims

ワークを研削加工するための砥石と、
砥石を、ワークの研削加工を行う研削位置と、砥石の研削面の位置を確認するための基準退避位置との間で移動させる砥石移動手段と、
研削位置にある砥石の研削面に研削液を供給するための研削液供給手段と、
基準退避位置にある砥石の研削面を検出するための非接触式センサと
を備えたＮＣ研削装置であって、
研削液供給手段による研削液の供給が停止されてから、基準退避位置に移動した砥石の研削面に付着する研削液の表面を非接触式センサが検出するまでの経過時間ｔ_ａを測定する経過時間測定手段と、
経過時間測定手段によって測定された経過時間ｔ_ａ、及び研削液供給手段による研削液の供給が停止されてからの経過時間ｔと、砥石の研削面に残留している研削液の膜厚Ｔｒとの予め求めた関係に基づいて、非接触式センサによる検出時の砥石の研削面に残留している研削液の膜厚を推定して、その推定値Ｔ_ａを出力する膜厚推定手段と、
膜厚推定手段によって出力された推定値Ｔ_ａを用いて、非接触式センサによる検出時の砥石の研削面の位置を、膜厚の推定値Ｔ _ａだけ砥石側に後退させた位置に補正することで、実際の砥石の研削面の位置を検出する研削面位置補正手段と
をさらに備えたことを特徴とするＮＣ研削装置。
研削液供給手段による研削液の供給が停止されてからの経過時間ｔと、砥石の研削面に残留している研削液の膜厚Ｔｒとの関係を、実際の測定に基づいて求めるための時間膜厚関係決定手段と、
時間膜厚関係決定手段で求められた経過時間ｔと膜厚Ｔｒとの関係を記憶するための時間膜厚関係記憶手段と
をさらに備え、
膜厚推定手段が、時間膜厚関係記憶手段に記憶された経過時間ｔと膜厚Ｔｒとの関係に基づき、経過時間測定手段から入力された経過時間ｔ_ａに応じた膜厚の推定値Ｔ_ａを出力するものとされ、
前記実際の測定は、前記経過時間ｔと、接触式センサと砥石の研削面との間の距離の測定であり、
砥石の研削面に研削液が殆ど残留していない状態における前記距離の測定値を初期距離Ｌｏとすると、
前記膜厚Ｔｒは、研削液を供給した後、砥石を後退させ、研削液の膜厚が安定する時間が経過し、かつ研削液の供給を停止したときに、前記距離が前記初期距離Ｌｏに達したときの研削液の膜厚が前記砥石を後退させたときの後退量であることにより求める請求項１に記載のＮＣ研削装置。
時間膜厚関係決定手段が、経過時間ｔ又は膜厚Ｔｒを離散的に変化させながら行った複数回の測定において得られた測定結果の近似関数を求めることによって、経過時間ｔと膜厚Ｔｒとの関係を求めるものとされた請求項２に記載のＮＣ研削装置。
時間膜厚関係決定手段が、経過時間ｔと膜厚Ｔｒとの関係を求める際に、前記測定結果を、経過時間ｔがｔ軸座標、膜厚ＴｒがＴｒ座標となる平面にプロットしたときに、前記平面上の測定結果が不連続にならないように、経過時間ｔが所定値以上となる測定結果のみを用いて近似関数を求めるものとされた請求項３に記載のＮＣ研削装置。
時間膜厚関係決定手段が、経過時間ｔと膜厚Ｔｒとの関係を求めるための測定を、ＮＣ研削装置の起動時又は砥石のドレス完了時のタイミングにおいて自動的に実行するものとされ、時間膜厚関係決定手段が測定を実行する度に、時間膜厚関係記憶手段に記憶された経過時間ｔと膜厚Ｔｒとの関係が更新されるようにした請求項２〜４いずれかに記載のＮＣ研削装置。