JPH0716871B2 - 定寸装置付きグラインダ− - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、超音波を利用した定寸装置によりワークの仕
上げ厚さを制御するようにした定寸装置付きグラインダ
ーに関するものである。

［従来の技術］ グラインダーの自動化のために定寸装置を付加すること
は不可欠とされており、これまでに、電気マイクロメー
タやうず電流を利用した定寸装置が試みられてきた。

しかしながら、前者は接触式であるためワークに傷を付
け易く、また後者は、上下のリング砥石を有するグライ
ンダーの特徴であるリング砥石の早い摩耗に追従でき
ず、測定値が不正確であり、いずれも、不良率を抑えて
高精度の定寸を行うものとしては満足できるものではな
かった。

また、非接触で直接ワークの厚さを測定し、それを定寸
に利用する方法として、超音波探触子を使った水浸法が
考えられる。この方法は、探触子から超音波伝播媒体と
しての水を介してワークに超音波を投射し、ワークから
のエコーによって該ワークの厚さを測定するものであっ
て、静止状態では非常に有効な方法であるが、グライン
ダーに応用した場合には、回転するリング砥石に取付け
られた探触子とワークとが相対速度をもって断続的に遭
遇するため、それらの遭遇開始部分や離間開始部分、即
ちワークの端部においては、該ワークとワークでない部
分との高さの違いや、材質の違い、探触子とワーク及び
水との相対運動等により外乱が発生し、正確な測定が不
可能となる。これを図面により詳細に説明する。

まず、水浸法によるワークの厚さ測定原理について説明
する。第６図に示すように、厚さ計における超音波探触
子１が送信パルスＴ（第４図）を一定の時間間隔で連続
的に出力しながらワーク２上を移動すると、ワーク２か
らは、第４図に示すように、各送信パルス毎に、その表
面で反射された表面エコーＳと、底面で最初に反射され
た第１底面エコーB₁と、再びワーク中を１往復して底面
で反射された第２底面エコーB₂とが受信され、これらの
エコーは制御装置３に入力される。

この制御装置３においては、上記の如く探触子１がワー
ク２と遭遇することによって基準値Ｖ以上のエコーが３
つ受信されたときに、第５図（ａ）に示すように検出パ
ルスP₁が発せられるようになっており、この検出パルス
P₁が発せられている間（探触子がワーク上にある間）、
上記第１底面エコーB₁と第２底面エコーB₂との到達時間
差ｔからワーク２の厚さが測定され、その厚さに応じた
パルス幅の測定パルスP₂（第５図（ｂ））が発せられ
る。

この測定パルスP₂は、上記各送信パルスＴ毎に発せられ
るから、１つの検出パルスP₁が発せられている間に得ら
れるこれらの測定パルスP₂群の中のｎ個の測定パルスを
平均し、それを真の測定値として設定値と比較し、それ
らの偏差が零になったときに機械を停止させるようにす
れば、精度の良い定寸を行うことができる ところが実際の測定に際しては、次のような種々の問題
があるため、簡単に真の測定値を得ることはできない。

即ち、まず、探触子１とワーク２が第６図〜のよう
な位置関係をとりながら移動するため、下リング砥石４
やキャリヤ５からのエコーも受信されることになり、従
って、それらのエコーの中からワークの厚さ測定に必要
なものだけを選別しなければならない。

その方法として、例えば、探触子１がの位置にあって
下リング砥石４からのエコーを受信しているときは、厚
さ計の測定可能厚さ範囲を下リング砥石４の厚さよりも
薄く設定しておくことによって３つのエコーが有効に受
信されないようにしておけばよく、これによって該厚さ
計が動作しないようにすることができ、また、探触子１
がの位置にあってキャリヤ５からのエコーを受信して
いる場合には、第４図における基準値Ｖや測定可能厚さ
範囲等の設定を変えたり、キャリヤの材質の違いによる
音速の違いを利用すればよく、これによって厚さ計を動
作させないようにすることができる。

次に、実験により明らかとなったことであるが、探触子
１がワーク２と遭遇を開始する際に得られる厚さ情報が
原因で、測定値に誤差を生じることがある。即ち、探触
子１が第６図におけるの位置にあるとき、第５図に示
すように、１つの検出パルスP₁に対する測定パルスP₂群
のはじめの１〜３個位にパルス幅が極端に異なる測定パ
ルスP₂₁が現れ、これが上記平均されるｎ個の測定パル
スP₂中に含まれたときに測定値に誤差を生じるものであ
る。

上述したようなパルス幅の極端に異なる測定パルスP₂₁
が発生する原因として、ワーク２の端部においては、該
ワークからの表面エコーとキャリヤ５からの表面エコ
ー、及び下リング砥石４からの表面エコーが受信される
ため、これら３つのエコーによって厚さ計が動作し、そ
れらの２番目と３番目のエコーの到達時間差からキャリ
ヤ５の厚さか、またはキャリヤ厚さに相当する伝播媒体
（水）の距離が測定されてそれに相当する測定パルスP
₂₁が出力されるためと推測される。そして、このことは
計算からも裏付けられる。即ち、ワークの材質をアルミ
ニウム、キャリヤの材質をエポキシ樹脂、超音波伝播媒
体を水、ワーク厚さを2mm、キャリヤ厚さを1.5mmとする
と、ワーク、キャリヤ、水の20℃における音速はそれぞ
れ約6000m/s、約3000m/s、約1500m/sと考えることがで
きるから、それらの比は4:2:1となる。また、ワークの
厚さとキャリヤの厚さの比が4:3であるから、このとき
の測定値は（3/4）×４＝３となり、ワークの約３倍の
厚さ情報をもった測定パルスP₂₁が出力されることにな
り、このような誤測定値が装置の誤動作の原因となるの
である。

ここで、上記測定パルスP₂群の中から平均すべきｎ個の
測定パルスを抽出する動作は次のようにして行われる。

即ち、厚さ計をスタートさせたときを起点として、ｎ個
分の測定パルスP₂をピックアップできる動作時間幅を持
つメモリーリセット機構が一定の時間間隔で働き、その
動作時間内にあるｎ個の測定パルスP₂がピックアップさ
れて平均される。そして、１つの検出パルスP₁に対して
は、ｎ個の測定パルスP₂についての最初の平均値だけが
唯一測定値として取り出される。ところが、上記動作時
間の開始と検出パルスP₁の立ち上がり時間との間には相
関関係がないため、１つの検出パルスP₁に対応する測定
パルスP₂群の中のどこからｎ個の測定パルスP₂を数え始
めるかは一定しておらず、この中に測定パルスP₂₁が含
まれたときに測定値に誤差が生じることになる。

そこで、平均されたｎ個の測定パルスP₂の中に測定パル
スP₂₁が含まれているときには、その測定値を定寸の対
象から除外することが必要である。

また、実験からは、探触子とワークとが離間を開始する
場合に上記誤動作がほとんど生じないというデータが得
られているが、これは次のように考えることができる。

即ち、仮に、遭遇開始部分と同様の誤った情報をもつ測
定パルスが発生したとしても、それらがｎ個の中からは
ずれているか、あるいは探触子とワークとの遭遇時間が
短い場合には、１つの検出パルスに対する測定パルスの
数がｎ個未満となり、１つのデータとならずに切捨てら
れているというケースであり、このために、誤測定の頻
度が、遭遇開始部分に比べて離間開始部分ではほとんど
生じないという結果になったものと考えられる。

従って、上記ｎの設定の仕方により離間開始部分からの
厚さ情報に基づく誤測定は防止することができる。

結局、上述したように、ｎ個の測定パルスP₂を平均して
得られる測定値のうち、探触子とワークとの遭遇開始時
の厚さ情報を含む測定値を設定値との比較対象から外す
ことが、グラインダーにおける超音波を利用した定寸で
は非常に大きな意味をもち、且つ必要不可欠な条件とな
る。

［発明が解決しようとする問題点］ 本発明の課題は、超音波を利用した水浸法による定寸を
行う場合に、ワークと探触子との遭遇開始時の厚さ情報
を含む測定値を設定値との比較対象から外すことによ
り、高精度の定寸を行うことができるようにした定寸装
置付きグラインダーを提供することにある。

［問題点を解決するための手段］ 上記課題を解決するため、本発明は、回転自在の上下の
リング砥石と、太陽歯車及び内歯歯車を備え、両歯車で
遊星歯車状に駆動されるキャリヤに保持させたワークを
これらのリング砥石に挟持させて研削加工するようにし
たものにおいて、上リング砥石におけるワークとの対向
位置に超音波探触子を取付けると共に、該探触子とワー
クとの間に超音波伝播媒体として水を充填し、上記探触
子を、ワークからの超音波エコーにより得られる複数の
厚さ情報の平均値を測定値として求め、この測定値と設
定値との比較結果に基づいて駆動を制御する制御装置に
接続し、この制御装置に、上記比較動作を遅延させるこ
とによって探触子とワークとの遭遇開始時に得られる厚
さ情報を含む測定値を比較の対象から除外する遅延機構
を設けたことを特徴とするものである。

［作 用］ ワークの加工時に、回転する上リング砥石に取付けられ
た超音波探触子から水を介して超音波が投射されると、
その超音波は、ワークが探触子の位置を通過する時に該
ワークにおいてそれぞれ反射され、これらのエコーが探
触子によって受信される。そして、制御装置において、
これらの超音波エコーにより得られる複数の厚さ情報の
平均値が測定値として求められ、この測定値と設定値と
の比較結果に基づいてグラインダーの駆動が制御され
る。

このとき、制御装置においては、遅延機構で上記比較動
作が一定時間遅延されることにより、その遅延時間中に
送られてくる探触子とワークとの遭遇開始時の厚さ情報
を含む測定値が比較の対象から除外され、遅延時間経過
後に送られてくる厚さ情報から求められた真の測定値の
みが設定値と比較されるため、高精度の定寸が行われる
ことになる。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を図面を参照しながら詳述する。

第１図に示すグライダーは、回転自在に配設された上下
のリング砥石11,12、太陽歯車13、及び内歯歯車14を備
え、両歯車13,14で遊星歯車状に駆動されるキャリヤ15
に保持させたワーク16を、上下のリング砥石11,12で研
削加工するものである。

上記各リング砥石11,12及び歯車13,14の駆動は、同軸状
に配設された駆動軸17〜20を介して図示しない駆動源に
より行われ、このうち上リング砥石11は、機枠10に取付
けられた昇降用シリンダ21により支軸22を介して昇降自
在に吊設され、該昇降用シリンダ21の伸長により下降し
たときに、取付板23に設けた爪24が駆動軸17上端のドラ
イバ25に係合し、その状態で該ドライバ25により駆動さ
れるようになっている。

上記上リング砥石11には、第２図に具体的に示すよう
に、ワーク16との対向位置に取付部材29を介して超音波
探触子28が取付けられ、該探触子28とワーク16との間に
形成された空間30内に超音波伝播媒体としての水が供給
充填されるようになっている。上記探触子28は、上リン
グ砥石11の支軸22上に取付けられているブラシとスリッ
プリングとからなるロータリジョイント32を介してケー
ブル37により制御装置26に電気的に接続され、また、上
記空間30は、同様に支軸22上に取付けられているロータ
リジョイント33を介してチューブ34により給水源35に接
続されている。

上記制御装置26は、ワーク16からの超音波エコーにより
得られる複数の厚さ情報の平均値を測定値として求め、
この測定値と設定値との比較結果に基づいてグラインダ
ーの駆動を制御するもので、この制御装置は、上記比較
動作の遅延によって探触子28とワーク16との遭遇開始時
に得られる厚さ情報を含む測定値を比較の対象から除外
する遅延機構を備えている。

第３図は上記制御装置26の具体例を示すもので、この制
御装置26は、探触子28を介して超音波パルスを送信する
送信部を備えており、同期部でタイミングコントロール
されるこの送信部により探触子28を介して超音波送信パ
ルスが一定の時間間隔で連続的に投射されると、各送信
パルスは、下リング砥石12やキャリヤ15及びワーク16の
上下面においてそれぞれ反射され、それらのエコーが受
信部に受信される。

上記受信部は、第４図に示すように、１つの送信パルス
Ｔについて一定の基準値Ｖ以上の少なくとも３つのエコ
ーが現われたとき、即ちワーク16の表面で反射された表
面エコーＳと、ワーク16の底面で最初に反射された第１
底面エコーB₁と、再びワーク16中を１往復して該ワーク
16の底面で反射された第２底面エコーB₂とが現われたと
きに、第５図（ａ）に示すようなワーク検出パルスP₁を
発生し、このワーク検出パルスP₁が発生している間、即
ち、探触子28がワーク16上を通過している間、各送信パ
ルスＴにおいてその２番目と３番目のエコー、即ち、第
１底面エコーB₁と第２底面エコーB₂との受信時間差につ
いての情報をクロック発振器を介して計数部に出力する
ように構成されている。

そして、上記計数部においては、第１底面エコーB₁と第
２底面エコーB₂との受信時間差ｔが、クロック発振器か
ら一定の時間間隔で出力されているクロックパルスをカ
ウントすることにより求められると共に、この時間差ｔ
からワーク16の厚さが算出され、その厚さに相当する幅
をもつ測定パルスP₂（第５図（ｂ）参照）が出力され
る。この測定パルスP₂は、上記ワーク検出パルスP₁が発
生している間各送信パルスＴ毎に出力される。

上記各測定パルスP₂は、比較遅延部を介して比較演算部
に入力され、この比較演算部でｎ個の測定パルスP₂の平
均値がワーク16の厚さの測定値ｈとして求められる。即
ち、ｎ個分の測定パルスP₂をピックアップできる動作時
間幅を持つメモリーリセット機構が一定の時間間隔で動
作することにより、その動作時間内にあるｎ個の測定パ
ルスP₂がピックアップされて平均される。

そして、この測定値ｈが予め入力されている仕上げ寸法
の設定値h₀と比較されるが、上記測定値には、測定パル
スP₂₁のような誤情報を含むものもあるため、このよう
なものを除外しなければならない。そこで、上記比較遅
延部から第５図（ｃ）に示すような遅延パルスP₃が比較
演算部に出力され、該比較演算部の動作がそのパルス幅
に相当する時間だけ遅延せしめられる。その結果、上記
測定値のうち、その遅延時間内に送られてくる探触子28
とワーク16との遭遇開始時の厚さ情報（測定パルス
P₂₁）を含む測定値が比較の対象から除外され、遅延時
間経過後に送られてくる厚さ情報により求められた真の
測定値ｈのみが設定値h₀と比較される。

そして、上記測定値ｈと設定値h₀とが等しくなったと
き、比較演算部から制御部に信号が出力され、この制御
部からの制御信号によってグラインダーが停止される。

一方、上記計数部からの測定パルスP₂は、表示部に出力
され、適宜の方法で表示される。

なお、上記制御装置は、ワーク16の表面エコーＳと第１
底面エコーB₁とを使用して厚さ測定を行うように構成す
ることもできる。

また、上記実施例では、探触子28と制御装置26との接続
を、ブラシとスリップリングとからなるロータリジョイ
ント32を介して行っているが、該上リング砥石11と一体
的に回転する吊板36などの部材上に太陽電池を取付け、
この太陽電池から探触子28へ給電すると共に、探触子28
と制御装置26との間の信号の授受は無線を利用して行う
ようにすることにより、探触子28と制御装置26とを非接
触で接続することもできる。

［発明の効果］ このように本発明によれば、測定値と設定値との比較動
作を遅延機構により一定時間遅延させるようにしたの
で、その遅延時間中に送られてくる探触子とワークとの
遭遇開始時の厚さ情報を含む測定値を比較の対象から除
外し、遅延時間経過後に送られてくる厚さ情報から求め
られた真の測定値のみを設定値と比較することができ、
これによって高精度の定寸を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す要部断面図、第２図は
その要部拡大図、第３図は制御装置の構成例を示すブロ
ック図、第４図及び第５図（ａ）〜（ｃ）は信号波形の
説明図、第６図は超音波水浸法の原理説明図である。 11……上リング砥石、12……下リング砥石、 16……ワーク、26……制御装置、 28……探触子。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】回転自在の上下のリング砥石と、太陽歯車
   及び内歯歯車を備え、両歯車で遊星歯車状に駆動される
   キャリヤに保持させたワークをこれらのリング砥石に挟
   持させて研削加工するようにしたものにおいて、上リン
   グ砥石におけるワークとの対向位置に超音波探触子を取
   付けると共に、該探触子とワークとの間に超音波伝播媒
   体として水を充填し、上記探触子を、ワークからの超音
   波エコーにより得られる複数の厚さ情報の平均値を測定
   値として求め、この測定値と設定値との比較結果に基づ
   いて駆動を制御する制御装置に接続し、この制御装置
   に、上記比較動作を遅延させることによって探触子とワ
   ークとの遭遇開始時に得られる厚さ情報を含む測定値を
   比較の対象から除外する遅延機構を設けたことを特徴と
   する定寸装置付きグラインダー。