JPH07328892A - 加工予測制御方法及び加工予測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 途中で加工条件が変化する加工方法に予測制
御方法を適用した場合にも、常に正確な加工が行われる
ようにすることを目的とする。 【構成】 直前及びその前の測定値を記憶する第１の記
憶手段１３と第２の記憶手段１４、第１及び第２の記憶
手段に記憶された測定値の差から加工速度量を算出する
加工速度算出手段１６と、加工速度量と直前の測定値か
ら次の測定での予測測定値を算出する予測値算出手段１
９、２０とを備え、それまでの測定値から次の測定まで
の加工における加工状況を予測する加工予測装置におい
て、外部から入力される加工途中で加工条件が変更にな
った場合の加工速度量を記憶する変更量記憶手段１７
と、加工条件の変更を示す信号を受けた時に、加工速度
変更量記憶手段に記憶された加工速度量が予測値算出手
段へ加工速度量として供給されるように切り換える切り
換え手段１８とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、加工途中で被加工物の
加工状況を時間間隔をおいて測定し、次の測定までの間
はそれまでの測定値から加工状況を予測して予測値を算
出し、その予測値に基づいて制御信号を発生する加工予
測制御方法及び加工予測装置に関し、特に加工途中に加
工条件を変更した場合にもより適切な予測が可能な加工
予測制御方法及び加工予測装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】加工精度向上のため加工中の被加工物を
測定し、測定した加工状況に基づいて加工の制御が行わ
れることがある。このような加工方法を行う代表的な例
がインプロセス自動定寸装置であり、被加工物の研削加
工を行うと同時に、その被加工物の寸法変化を連続して
測定し、その結果に応じて粗研、精研、スパークアウ
ト、加工停止等の研削動作の制御を自動的に行ってい
る。ところが小さな被加工物の内面を研削するような場
合には、内部に研削砥石を入れた状態で内径測定装置の
測定子をその内面に挿入することはできない。そこでこ
のような被加工物に対しては、被加工物内面に研削砥石
と内径測定装置の測定子を交互に挿入し、その間欠的な
測定結果に基づいて加工を制御することが行われる。

【０００３】図６はこのような間欠的な測定結果に基づ
いて加工を制御する従来例の構成を示す図である。図６
において、参照番号１００は円筒状の穴１０１が加工さ
れる被加工物である。１は砥石であり、２は研削加工機
の本体部であり、３は研削加工機の制御部である。５は
エアマイクロメータのヘッド部であり、空気を吹き出す
ジェット６が設けられている。７はエアマイクロメータ
の本体部であり、８は空気流量を電気信号に変換するＡ
−Ｅ変換部である。９はＡ−Ｅ変換部８の出力する内径
の検出値に従って研削加工機の制御部３に出力する信号
を生成する自動定寸装置であり、例えば、内径が目標値
に達した時にスパークアウト信号を出力し、制御部３は
このスパークアウト信号を受けると直ちに加工を停止す
る。

【０００４】図示のように、砥石１とエアマイクロメー
タのヘッド部５を同時に穴１０１内に入れることはでき
ないから、砥石１で穴１０１の内面を加工中にはエアマ
イクロメータのヘッド部５を穴１０１の外に退避させ、
測定時には砥石１を退避させた上でヘッド部５を穴１０
１の内部に挿入して内径を測定するという動作を繰り返
し行わせ、その間欠的な測定値をもって自動定寸加工を
行っていた。

【０００５】エアマイクロメータの替わりに接触型の検
出器等をもちいても基本的な構成は同じである。図７は
加工と測定を交互に繰り返す上記の自動定寸加工におけ
る動作を説明する図であり、図示のように加工と測定が
交互に繰り返される。ところがこのような自動定寸加工
の制御方法においては、測定と測定の間、つまり研削途
中においてその被加工物の寸法が定寸に達しても次の測
定までは定寸信号は発せられずに研削が続行されるた
め、被加工物の仕上がり寸法にバラツキを生じることに
なる。

【０００６】そこで、本出願人は、特開昭６１─２５７
７２号公報で、自動定寸加工の制御方法において、それ
までの測定値から次の加工における加工状況の予測値を
求め、この予測値に従って加工を行うことにより、上記
のような問題を解決する方法を開示している。本発明
は、このようなそれまでの測定値から次の加工における
加工状況の予測値を求め、この予測値に従って加工を行
う加工予測制御方法及び加工状況予測装置を対象とす
る。なお、加工予測制御方法は上記のように加工を一時
中断して測定を行う場合だけでなく、処理能力等の関係
で測定が連続的に行えない場合にも有効である。

【０００７】研削等の加工においては、加工時間と加工
精度、及び加工面の状態が問題であり、加工時間が短
く、良好な加工精度と加工面が得られることが望まし
い。そこで、通常は加工の初めの段階で仕上げ状態は良
好ではないが加工速度が大きい粗研を行い、ある程度目
標値に近づいた時点で、仕上げ状態は良好であるが加工
速度は小さい精研を行うことで、高い加工効率と良好な
加工精度及び仕上げ具合を実現している。このような途
中で加工条件を変更する加工方法は研削に限らず広く行
われている。

【０００８】図８はこのような途中で加工条件を変更す
る加工方法に、上記の加工予測制御方法を適用した場合
の加工状態の変化を説明する図である。図８では、図７
における測定時間の分を省略して示してある。図８に示
すように、加工部分の寸法の測定、すなわちサンプリン
グは一定周期で行われ、次のサンプリングの測定値をそ
れまでの測定値から予測する。すなわち、外挿法で予測
する。例えば、サンプリング２が行われた時点では、サ
ンプリング１と２での測定値の差Ａ１が得られ、これを
サンプリング２の測定値に加えることにより、次のサン
プリング３の測定値を予測する。サンプリング２と３の
間はサンプリング２の測定値からサンプリング３の予測
値へ一定の割合で変化すると予測し、一定の割合で変化
する予測信号を出力する。

【０００９】ここでは測定値及び予測値に基づいて、粗
研から精研への切り換え信号及び所定の寸法に達したの
で加工を停止させるスパークアウト信号を生成し、加工
機の制御部分へ出力する。従って、サンプリング２と３
の間では上記の予測信号が粗研から精研へ切り換える寸
法に達することはないので、そのまま粗研が行われる。
サンプリング３と４の間でも同様の予測が行われるが、
この間でも予測信号が粗研から精研へ切り換える寸法に
達することはないので、そのまま粗研が行われる。サン
プリング４と５の間でも同様の予測が行われるが、この
間では予測信号が粗研から精研へ切り換える寸法に達す
るので、予測信号がこの寸法に達した時点で精研切換信
号を発生させる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】図８において、サンプ
リング５の時点で次のサンプリング６の寸法を予測する
が、この場合もそれまでと同様に、サンプリング４と５
の測定値の差Ｂをサンプリング５の測定値から差し引く
ことによってサンプリング６の寸法を予測し、その間は
一定の割合で変化するとして予測信号を生成すると、図
示のような予測信号ｂになる。しかし実際には精研へ切
り換わっているため実線で示したような寸法変化をする
ことになる。

【００１１】図８に示すように、予測信号ｂは次のサン
プリング６の前にスパークアウト信号を発生する寸法に
達するため、その時点でスパークアウト信号が出力さ
れ、加工が停止されることになる。しかし、上記のよう
に、実際の寸法はスパークアウト信号を発生する寸法に
は達しておらず、この時点で加工を停止しては、所望の
寸法が得られないことになる。

【００１２】本発明はこのような問題点に鑑みてなされ
たものであり、途中で加工条件が変化する加工方法に予
測制御方法を適用した場合にも、常に正確な加工が行わ
れるようにすることを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明の加工予測制御方
法は、研削加工を行っている被加工物の加工状況を時間
間隔をおいて測定する工程と、それまでの測定値から次
の測定までの加工における加工状況を予測する工程と、
この予測値に基づいて加工を制御する工程とを備える加
工予測制御方法であって、上記目的を達成するため、加
工途中で加工条件が変更になった場合の加工量を予測す
るための設定値を加工開始前に設定する工程を備え、加
工条件が変更になった時に、加工状況を予測する工程に
おける加工状況の予測をこの設定値に基づいて行うよう
に変更することを特徴とする。

【００１４】また、本発明の加工予測装置は、直前及び
その前の測定値を記憶する第１の記憶手段と第２の記憶
手段、第１及び第２の記憶手段に記憶された測定値の差
から加工速度量を算出する加工速度検出手段と、加工速
度量と直前の測定値から次の測定での予測測定値を算出
する予測値算出手段とを備え、それまでの測定値から次
の測定までの加工における加工状況を予測する装置であ
って、加工途中で加工条件が変更になった場合の加工速
度量を記憶する変更量記憶手段と、加工条件が変更にな
った次の測定からその次の測定までは、前記加工速度変
更量記憶手段に記憶された加工速度量が予測値算出手段
へ加工速度量として供給されるように切り換える切り換
え手段とを備えることを特徴とする。

【００１５】

【作用】図１は本発明における加工量の予測を説明する
図であり、図２は加工速度が変化する付近での予測をよ
り詳細に示す図である。図１に示すように、加工速度の
切り換えが行われない場合は、従来通りの予測が行われ
る。しかし、加工速度の切り換えが行われた場合には、
あらかじめユーザが設定した加工速度量に従って予測を
行う。図２を参照して詳しく説明する。

【００１６】サンプリング３の時点では、サンプリング
３での測定値にサンプリング２と３の間の差Ａ２（ここ
では負の値）を加えることによりサンプリング３での寸
法を予測する。サンプリング３と４の間はそれまでと同
様の粗研が行われるため、サンプリング３の時点で予測
した値とサンプリング４での実測値はかなり一致する。

【００１７】サンプリング４の時点でも同様にサンプリ
ング５の寸法を予測する。この場合は、次のサンプリン
グ４と５の間に粗研から精研へ切り換える寸法に達する
ため、予測信号が切換寸法に達した時点で粗研から精研
へ切り換えられる。従って、サンプリング４の時点での
予測値とサンプリング５での実際の測定値の差は大きく
なる。

【００１８】サンプリング５の時点でのサンプリング６
の予測値はサンプリング５の実際の測定値にあらかじめ
ユーザが設定した加工速度量Ｃを加えることにより得ら
れる。サンプリング４と５の間では加工速度の変更が行
われており、図８を参照して説明したように、サンプリ
ング４と５の寸法変化に基づいて予測したのでは誤差が
おおきくなるが、本発明のように、ユーザが設定した加
工速度量Ｃに従って予測すれば誤差を低減できる。もち
ろん、ユーザが設定した値はそれまでの経験等に基づい
て設定された値であり、その時の実際の条件で行われた
加工量を測定したのに比べて予測精度は十分とはいえな
い。そのため、次のサンプリング７では、このユーザが
設定した加工速度量Ｃは使用せず、サンプリング６と７
の実際の測定値の差Ｄ１をサンプリング７での測定値に
加えることによりサンプリング８での寸法を予測してい
る。図１では、このサンプリング７からサンプリング８
の間に予測信号がスパークアウト値に達するため、加工
を停止する。

【００１９】上記の例では、次のサンプリングの予測値
を出力したが、単位時間当りの加工予測量にサンプリン
グからその時点までの経過時間を乗じて、ある時点の加
工量を時々刻々変化する形で予測する場合もある。その
ような場合は、粗研から精研へ切り換った時点で、ユー
ザが設定した単位時間当りの加工予測量を使用するよう
にし、次の２回のサンプリングまでは、このユーザが設
定した単位時間当りの加工予測量を使用して予測を行な
う。

【００２０】

【実施例】本発明の実施例は、図６に示したような構成
を有する加工機であり、加工部分の寸法を一定周期で測
定し、その測定結果を自動定寸装置で処理して、粗研信
号、精研信号及びスパークアウト信号を加工機の制御部
に出力する構成を有する。本発明の予測装置は、図６の
自動定寸装置に設けられる。

【００２１】通常自動定寸装置における処理装置は、マ
イクロコンピュータ等を利用してソフトウエアで実現さ
れるのが一般的であり、第１実施例の加工予測装置もソ
フトウエアで実現される。使用されるコンピュータシス
テムは通常のコンピュータと同様の構成を有するので、
ここでは説明を省略する。図３及び図４は、第１実施例
における予測処理を示すフローチャートである。測定値
の読み取りは別に設けられたカウンタ等を利用して加工
機の動作に連動して周期的に行われるものとする。

【００２２】ステップ２０１では、精研から粗研への切
り換え信号を発生する寸法、スパークアウト信号を発生
する寸法等の制御に必要な寸法が入力される。ステップ
２０２では、更に精研から粗研への切り換えた場合に予
測を行うための補正値を入力する。ステップ２０３で測
定値の読み取り、すなわち寸法の検出を行い、ステップ
２０４でその測定値をレジスタに記憶する。そしてステ
ップ２０５で、その検出値であれば、粗研の範囲である
かを判定する。通常は、粗研の範囲であるはずである
が、加工代の小さなワークであれば、既に精研の範囲で
あることも起こり得るので、その場合には、ステップ２
１５に進む。

【００２３】ステップ２０６で粗研信号を出力する。こ
れにより、粗研が行われる。ステップ２０７では、次の
測定値の読み出しタイミングになるまで待機し、ステッ
プ２０８で測定値の読み出しを行う。ステップ２０９で
この測定値とレジスタに記憶した前回のサンプリングに
おける測定値との差を算出する。そして、ステップ２１
０で、レジスタに記憶する測定値を新たな測定値に変更
する。ステップ２１１で、新たな測定値に算出した差を
加えて予測値を算出する。ステップ２１２では、次のサ
ンプリング時点での予測値が粗研の寸法範囲であるかを
判定する。もし予測値が粗研の寸法範囲であれば、ステ
ップ２０７に戻る。

【００２４】次の予測値が精研の寸法範囲に入るなら
ば、次のサンプリングまでの間に精研への切り換え信号
を出力する必要があり、ステップ２１３で、精研への切
り換えタイミングを算出し、ステップ２１４で切り換え
タイミングになるまで待機し、切り換えタイミングにな
るとステップ２１５で精研への切り換え信号を出力す
る。これに応じて、精研加工へ切り換えられる ステップ２１６と２１７では次の測定値の読み出しタイ
ミングまで待機して読み出しを行い、ステップ２１８で
レジスタに記憶する。

【００２５】ステップ２１９で、開始時に記憶した補正
値を読み出し、ステップ２２０で予測値を算出する。ス
テップ２２１では、補正値に従って生成した予測値がス
パークアウトする値を越えるかを判定し、越えない場合
はステップ２２２に進み、越える場合には、ステップ２
２８に進む。

【００２６】ステップ２２２から２２７は、予測値がス
パークアウトする値を越えるまで検出と予測を繰り返す
ための処理であり、ステップ２０７から２１２と類似の
処理を行う。ステップ２２８と２２９は、ステップ２１
３と２１４と類似の処理が行われ、スパークアウトのタ
イミングになるまで待機し、ステップ２３０でスパーク
アウト信号を出力する。これに応じて、加工が停止され
る。

【００２７】第１実施例では、予測演算はソフトウエア
によって実現されたが、ハードウエアによって実現する
こともできる。第２実施例は予測演算をハードウエアで
行う例である。図５は第２実施例の加工予測装置を示す
回路ブロック図である。図５において、参照番号１１は
測定部であり、ここでは接触型の寸法測定機を使用して
いる。１２は平均値回路であり、１回のサンプリング中
に測定部１１の出力を複数回読み取り、平均化すること
により、測定誤差を低減する。

【００２８】１３は第１サンプルホールド部であり、サ
ンプリング毎に平均値回路の出力する測定値を１回記憶
する。１４は第２サンプルホールド部であり、第１サン
プルホールド部１３に新しい測定値が記憶される時にそ
れまで第１サンプルホールド部１３に記憶されていた測
定値を記憶する。すなわち、第１サンプルホールド部１
３には最新の測定値が記憶され、第２サンプルホールド
部１４にはその１回前の測定値が記憶されることにな
る。

【００２９】１５は制御部であり、第１及び第２サンプ
ルホールド部１３、１４のラッチ信号を発生する。１６
は差演算回路であり、第１及び第２サンプルホールド部
１３、１４に記憶された測定値の差、すなわち、サンプ
リングの間の加工量を算出する。１７は加工速度を変更
した場合に予測値を算出するための加工量を記憶する設
定値ホールド部であり、この加工量はユーザにより設定
される。

【００３０】１８はセレクタであり、通常は差演算器１
６の出力を選択するが、精研への切り換えが行われた次
のサンプリング期間に制御部１５から出力される切り換
え信号に従って設定値ホールド部１７に記憶された値を
出力する。１９は乗算器であり、セレクタ１８から出力
される値に、制御部１５から出力されるサンプリングの
間の時間を乗して出力する。２０は加算器であり、第１
サンプルホールド部１３に記憶された値と乗算器１９の
出力を加算して出力する。これが予測信号になる。すな
わち、加工中で測定が行えない間は、サンプリングの時
間間隔を１として、その時点のサンプリング間隔内での
時間を制御部１５は出力する。この時間をサンプリング
間での加工量に乗ずれば、そのサンプリング間隔内で加
工されたと予測される加工量が算出されるので、これを
前回の測定値に加えれば、その時点の加工予測量が算出
できる。本発明では、加工速度が変更になつた次のサン
プリング間隔では、ユーザが設定した加工量が使用さ
れ、それ以外の時にはそれまでの２回の測定値から予測
される加工量が使用される。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば加
工状態の測定が間欠的に行われ、測定できない間はそれ
までの測定値に基づいて予測値を算出し、その予測値に
従って制御が行われる場合に、たとえ途中で加工速度の
変更が行われてもより的確な予測が行えるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理を説明するための図である。

【図２】本発明の原理を説明するための図であり、図１
の要部を拡大して示した図である。

【図３】本発明の実施例における加工機の予測制御処理
を示すフローチャートの一部である。

【図４】本発明の実施例における加工機の予測制御処理
を示すフローチャートの一部である。

【図５】本発明の第２実施例における予測信号生成回路
のブロック図である。

【図６】測定を間欠的に行う自動定寸装置を有する加工
機の基本構成を示す図である。

【図７】加工と測定を交互に行う場合の寸法変化を示す
図である。

【図８】途中で加工速度が変更になる場合の従来の予測
処理を示す図である。

【符号の説明】

１１…測定部 １２…平均値回路 １３…第１サンプルホールド部 １４…第２サンプルホールド部 １５…制御部 １６…差演算器 １７…設定値ホールド部 １８…セレクタ １００…被加工物

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 研削加工を行っている被加工物の加工状
   況を時間間隔をおいて測定する工程と、 それまでの測定値から次の測定までの加工における加工
   状況を予測する工程と、 該予測値に基づいて加工を制御する工程とを備える加工
   予測制御方法において、 加工途中で加工条件が変更になった場合の加工量を予測
   するための設定値を加工開始前に設定する工程を備え、 加工条件が変更になった時に、前記加工状況を予測する
   工程における加工状況の予測を前記設定値に基づいて行
   うように変更することを特徴とする加工予測制御方法。
2. 【請求項２】 直前及びその前の測定値を記憶する第１
   の記憶手段（１３）と第２の記憶手段（１４）、 該第１及び第２の記憶手段に記憶された測定値の差から
   加工速度量を算出する加工速度算出手段（１６）と、 前記加工速度量と前記直前の測定値から次の測定までの
   予測測定値を算出する予測値算出手段（１９、２０）と
   を備え、それまでの測定値から次の測定までの加工にお
   ける加工状況を予測する加工予測装置において、 外部から入力される加工途中で加工条件が変更になった
   場合の加工速度量を記憶する変更量記憶手段（１７）
   と、 加工条件が変更された時の次の測定からその次の測定ま
   では、前記加工速度変更量記憶手段に記憶された加工速
   度量が前記予測値算出手段へ加工速度量として供給され
   るように切り換える切り換え手段（１８）とを備えるこ
   とを特徴とする加工予測装置。