JP7359713B2

JP7359713B2 - 加工装置

Info

Publication number: JP7359713B2
Application number: JP2020021390A
Authority: JP
Inventors: 陽平望月
Original assignee: Disco Corp
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2020-02-12
Filing date: 2020-02-12
Publication date: 2023-10-11
Anticipated expiration: 2040-02-12
Also published as: JP2021126715A

Description

本発明は、加工装置に関する。

研削装置は、特許文献１、２に開示のように、研削砥石を備えた研削手段を用いて保持面に保持された被加工物を所定の厚みに研削している。研削手段は、研削砥石を基台に環状に配置した研削ホイールをマウントに装着して研削ホイールの中心を軸に回転させている。そして、研削手段を保持面に対して垂直な方向に移動させて、研削砥石を被加工物に押し付けながら研削している。
研削手段を保持面に垂直な方向に移動させるために、研削手段を移動させる移動手段は、保持面に垂直な方向に延在するボールネジと、ボールネジを回転させるサーボモータとを備え、ボールネジを回転させてボールネジに螺合するナットを連結した研削手段を移動させている。そのため、ボールネジには研削手段の重さがかかる。

ボールネジのねじ山の下面とナットのねじ山の上面とを接触させて、がたつきが無い状態で研削手段を上下移動させたい。そのため、特許文献３に開示のように、研削手段を上方向に持ち上げておくためのバランスシリンダ（カウンタバランス）を備えている。

特開２００７－１９４４７１号公報特開２００６－３０３１６１号公報特開２００５－００１０４７号公報

被加工物を所定の厚みに研削した後、研削砥石を被加工物から離間させる。そのため、研削手段を下降させる際に回転させていた回転方向とは逆方向にボールネジを回転させ研削手段を上昇させる。ボールネジを逆回転させた際に、ボールネジのねじ山の下面とナットのねじ山の上面との間に隙間ができ、被加工物から研削砥石を離間させるタイミングが遅れて、所定の厚みより薄く研削して被加工物を所定の厚みにすることができなくなるという問題がある。
従って、研削装置のようにバランスシリンダを必要とする加工装置は、バランスシリンダの劣化または故障を認識するという解決すべき課題がある。

本発明は、保持面によって被加工物を保持する保持手段と、該保持手段に保持された被加工物を加工する加工具を装着した加工手段と、該加工手段を保持面に垂直な上下方向に移動させる移動手段と、エアシリンダにエアを供給し該加工手段を上昇させるカウンタバランスとを備える加工装置であって、該移動手段は、該上下方向に延在するボールネジと、該ボールネジを回転させるサーボモータと、該加工手段を所定の高さ位置で停止させ続けるために該サーボモータに供給する電力の少なくとも電流値を制御する制御手段と、を備え、該加工手段の位置を認識する位置認識部と、該制御手段によって該位置認識部が認識する所定の高さ位置に該加工手段を停止させ続けるために、該カウンタバランスにより該加工手段を上昇させる力に対抗して該加工手段を下降させようとして該サーボモータに供給される電流値が、予め設定した閾値を下回ったら該カウンタバランスが故障していると判断する判断部と、を備える加工装置である。

本加工装置においては、制御手段を用いたサーボモータのフィードバック制御により変化するサーボモータへの供給電圧の値を監視して、電流値が閾値を下回った場合にカウンタバランスが故障していると判断することができる。
そして、研削砥石が被加工物を所定の厚みに研削した後、研削砥石を被加工物から離間させるときに遅延することがないので、被加工物を所定の厚みに研削することができる。

加工装置全体を表す斜視図である。カウンタバランスが取り除かれた状態の加工装置のうち、特に研削手段及び移動手段を示す部分拡大図である。サーボモータに供給する電流値を表すグラフである。

１加工装置の構成
図１に示す加工装置１は、研削砥石３１０を用いて保持面２００に保持された被加工物１２を加工する加工装置である。以下、加工装置１の構成について説明する。

図１に示すように、加工装置１は、Ｙ軸方向に延設されたベース１０と、ベース１０の上における＋Ｙ方向側に立設されたコラム１１とを備えている。
ベース１０の上には、回転可能な円板状のテーブルである保持手段２が配設されている。吸引部２０の上面は、被加工物１２を保持する保持面２００となっている。枠体２１の上面２１０は保持面２００に面一に形成されている。

保持手段２の周囲にはカバー２７が配設されており、カバー２７には蛇腹２８がＹ軸方向に伸縮自在に連結されている。例えば、図示しない水平移動手段等により駆動されて保持手段２がＹ軸方向に移動すると、これに伴ってカバー２７が保持手段２と一体的にＹ軸方向に移動して、蛇腹２８が伸縮することとなる。

コラム１１の－Ｙ方向側には、加工手段３が配設されている。
加工手段３は、Ｚ軸方向の回転軸３５を軸にして回転するスピンドル３０と、スピンドル３０を回転可能に支持するハウジング３３と、回転軸３５を軸にしてスピンドル３０を回転駆動するモータ３２と、スピンドル３０の下端に接続された円環状のマウント３４と、マウント３４の下面に着脱可能に装着された加工具３１とを備えている。加工具３１は、例えば、ホイール基台３１２と、ホイール基台３１２の下面に環状に配列された略直方体形状を有する複数の研削砥石３１０とを備えており、研削砥石３１０の下面は被加工物１２を研削する研削面３１１となっている。
モータ３２を用いて回転軸３５を軸にスピンドル３０を回転させることにより、研削砥石３１０が回転軸３５を軸に回転することとなる。

コラム１１の－Ｙ方向側の側面には、加工手段３を昇降可能に支持する移動手段４が配設されている。図２においては、カウンタバランス５が取り除かれた状態の加工装置１の一部が示されている。移動手段４は、Ｚ軸方向の軸心を有するボールネジ４２と、ボールネジ４２に対して平行に配設された一対のガイドレール４１と、ボールネジ４２の上端に連結され、ボールネジ４２を回動させるサーボモータ４４と、内部のナットがボールネジ４０に螺合し側部がガイドレール４１に摺接する昇降板４３と、昇降板４３に連結されスピンドル３０を支持するホルダ４５とを備えている。
サーボモータ４４には、図示しないモータドライバと電源とが接続されている。
また、サーボモータ４４に接続されるモータドライバには、サーボモータ４４の回転数を測定し、加工手段３の高さ位置を認識するエンコーダ等を有する位置認識部４４０が接続されている。なお、位置認識部４４０は、スケールユニット等を有するものであってもよい。

加工装置１は、カウンタバランス５を備えている。カウンタバランス５は、例えば、コラム１１に配設された２つの支持板５４と、支持板５４に吊持された有底筒状のエアシリンダ５０を備えている。支持板５４は、例えばＸ軸方向から見て略凹状を有しており、コラム１１の上面に連結されている。
エアシリンダ５０には、Ｚ軸方向に延びるピストン５１が収容されている。ピストン５１の一部は、例えばエアシリンダ５０の－Ｚ方向側に形成されている開口から突出しており、ピストン５１の－Ｚ方向側の端部は、連結部５２を介してホルダ４５の側面に連結されている。

エアシリンダ５０は、エア供給源８に接続されている。エアシリンダ５０とエア供給源８との間には、エア供給源８からエアシリンダ５０に供給されるエアの圧力を計測する圧力計５３と、エア供給源８とエアシリンダ５０との連通状態を切り替えるバルブ８０とが配設されている。

バルブ８０が開いている状態で、エア供給源８からエアシリンダ５０にエアを供給することにより、ピストン５１が＋Ｚ方向に上昇して、ピストン５１のエアシリンダ５０から突出している部分がエアシリンダ５０の内部に収容されていき、ピストン５１に連結されているホルダ４５及びホルダ４５に支持されている加工手段３を上方向（＋Ｚ方向）に持ち上げることができる。
エア供給源８から供給されるエアの圧力の値は、圧力計５３により測定されている。

該モータドライバからサーボモータ４４に電力を供給して、ボールネジ４０を駆動させることにより、ボールネジ４０が回転すると、これに伴って、昇降板４３がガイドレール４１に案内されてＺ軸方向に昇降移動するとともにホルダ４５に支持されている加工手段３がＺ軸方向に移動する構成となっている。

加工装置１は、加工装置１の各種の機構を制御する制御手段９を備えている。
制御手段９は、カウンタバランス５から＋Ｚ方向への力を受けて上昇しようとする加工手段３を、所定の高さ位置に停止させ続けるために、移動手段４のサーボモータ４４に供給される電流値を制御する機能を有している。
なお、サーボモータがＡＣサーボモータであったら、制御手段９は、周波数を制御して回転速度を調整し、電流の方向を換え回転軸の回転方向を切り換える制御をする機能を備える。
また、サーボモータがＤＣサーボモータであったら、制御手段９は、電圧を制御して回転速度を調整し、電流の方向を換え回転軸の回転方向を切り換える制御をする機能を備える。

本実施形態におけるサーボモータ４４の制御は、制御手段９によりサーボモータ４４に供給される電流値が制御されて、サーボモータ４４に一方の方向の所定の電流（３．０Ａ）が供給されると、加工手段３は上昇していき、他方の方向の所定の電流が供給されると、加工手段３は下降していくという構成となっている。

位置認識部４４０には、判断部９０が接続されている。判断部９０は、ＣＰＵ、メモリ等を有しており、予め設定された電流の閾値７０が記憶されている。
判断部９０は、サーボモータ４４に供給される電流値が伝達されており、記憶している閾値７０と伝達されたサーボモータ４４に供給される電流値とに基づいて、カウンタバランス５が故障しているかどうかを判断することができる。

２加工装置の動作
（カウンタバランスの故障判断）
以下、正常に作動していたカウンタバランス５が故障したときに、判断部９０によりカウンタバランス５が故障していると判断する際の加工装置１の動作について、図３に示すサーボモータ４４に供給される電流６９の電流値のグラフを参照しながら説明する。

予め閾値７０を例えば１Ａに設定して、判断部９０に記憶しておく。

加工手段３の重量よりカウンタバランス５が加工手段３を上昇させる力が大きい状態では、加工手段３を上昇させる力に抗する下向きの力が移動手段４により加工手段３に加えられている。このとき、サーボモータ４４に供給されている電流６９の電流値は、例えば３．０Ａとする（図３における平常時６７）。

いま、カウンタバランス５が加工手段３を上昇させる力の方が加工手段３の重量よりも大きい状態から、カウンタバランス５が加工手段３を上昇させる力が加工手段３の重量より小さくなるという状態に変化し、異常時６８に移行したとする。
すると、制御手段９により、サーボモータ４４に供給する電流を少なくする制御が行われる。
これにより、サーボモータ４４に３．０Ａの電流が供給されていた状態から、図３に示すように、サーボモータ４４の電流値が閾値７０を下回る（図３における異常時６８）。これを受けて、判断部９０は、カウンタバランス５が故障していると判断する。

従来、カウンタバランス５の故障を判断することができなかった。
これに対して、本加工装置では、制御手段９を用いたサーボモータ４４へのフィードバック制御により変化する電流値を監視して、電流値が閾値７０を下回った場合にカウンタバランス５が故障していると判断するため、上記のような場合にもカウンタバランス５が故障していると判断することができる。

（被加工物の研削加工）
カウンタバランス５が正常に作動しており、カウンタバランス５が故障していないと判断された場合には、その後、加工装置１による被加工物１２の研削加工が行われる。
加工装置１を用いて被加工物１２の研削加工を行う際には、まず、図１に示した保持手段２の保持面２００に被加工物１２を保持する。そして、図示しない水平移動手段等を用いて保持手段２を＋Ｙ方向に移動させて、被加工物１２を加工手段３の下方に位置付ける。

次いで、図示しない回転手段等を用いて保持手段２を回転させて、保持面２００に保持されている被加工物１２を回転させるとともに、モータ３２を用いて回転軸３５を軸にして研削砥石３１０を回転させる。

保持面２００に保持されている被加工物１２が回転しており、かつ、研削砥石３１０が回転軸３５を軸にして回転している状態で、移動手段４を用いて研削砥石３１０を－Ｚ方向に下降させる。
これにより、研削砥石３１０の研削面３１１が被加工物１２の上面１２０に接触する。研削砥石３１０の研削面３１１が被加工物１２の上面１２０に接触している状態で、さらに研削砥石３１０を－Ｚ方向に下降させることにより、被加工物１２が研削加工される。

本加工装置は、加工手段３を下降させる前にカウンタバランス５が正常か否かを確認しているため、加工手段３を適切に作動させることができる。従って、研削砥石３１０が被加工物１２を所定の厚みに研削した後、研削砥石３１０を被加工物１２から離間させるときに遅延することがなく、被加工物１２を所定の厚みに研削できる。

１：加工装置１０：ベース１１：コラム
２：保持手段２０：吸引部２００：保持面２１：枠体２１０：上面
２７：カバー２８：蛇腹
３：加工手段３０：スピンドル３１：加工具３１０：研削砥石
３１１：研削面３１２：ホイール基台３２：モータ３３：ハウジング
３４：マウント３５：回転軸
４：移動手段４０：ボールネジ４１：ガイドレール４２：ボールネジ
４３：昇降板４４：サーボモータ４４０：位置認識部４５：ホルダ
５：カウンタバランス５０：エアシリンダ５１：ピストン
５２：連結部５３：圧力計５４：支持板
７：オペレーションパネル８：エア供給源８０：バルブ
９：制御手段９０：判断部
６７～６９：制御６１：第１ステップ６２：第２ステップ
７０：閾値７２：電圧７３：電圧１２：被加工物１２０：被加工物の上面

Claims

保持面によって被加工物を保持する保持手段と、該保持手段に保持された被加工物を加工する加工具を装着した加工手段と、該加工手段を保持面に垂直な上下方向に移動させる移動手段と、エアシリンダにエアを供給し該加工手段を上昇させるカウンタバランスとを備える加工装置であって、
該移動手段は、該上下方向に延在するボールネジと、
該ボールネジを回転させるサーボモータと、
該加工手段を所定の高さ位置で停止させ続けるために該サーボモータに供給する電力の少なくとも電流値を制御する制御手段と、を備え、
該加工手段の位置を認識する位置認識部と、
該制御手段によって該加工手段を所定の高さ位置に位置させ続けるために、該カウンタバランスにより該加工手段を上昇させる力に対抗して該加工手段を下降させようとして該サーボモータに供給される電流値が、予め設定した閾値を下回ったら該カウンタバランスが故障していると判断する判断部と、を備える加工装置。