KR20050083738A - 얇은 원판형상 공작물의 양면 연삭방법 및 양면 연삭장치 - Google Patents

얇은 원판형상 공작물의 양면 연삭방법 및 양면 연삭장치 Download PDF

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Abstract

연삭가공 후의 공작물 변형량으로부터, 회전숫돌의 자세의 변형을 검출하여, 회전숫돌을 올바른 자세로 조정함으로써, 평행도 및 평탄도가 우수한 공작물을 얻을 수 있는 양면 연삭기술을 제공한다. 회전숫돌(1,2)의 커팅완료시에, 에어 게이지 센서(Sa,Sb,Sc)를 이용하여, 정압 패드(20,21)와 공작물(W)의 표리 양면의 거리를 3개소에서 측정하고, 이들 3개소의 측정결과로부터, 공작물(W)의 변형량을 검출함과 아울러, 이 산출한 변형량이 소정값을 초과한 경우에, 그 변형량에 기초하여, 회전숫돌(1,2)의 커팅완료시의 공작물(W)은 변형이 생기지 않고 평탄하게 되도록, 회전숫돌(1,2)을 이동 조정한다.

Description

얇은 원판형상 공작물의 양면 연삭방법 및 양면 연삭장치{BOTH SIDE GRINDING METHOD AND BOTH SIDE GRINDER OF THIN DISC-LIKE WORK}
본 발명은, 얇은 원판형상 공작물의 양면 연삭방법 및 양면 연삭장치에 관한 것으로서, 또한 상세하게는, 예컨대 반도체 웨이퍼 등과 같은 얇은 원판형상 공작물의 표리 양면을 1쌍의 회전숫돌로 동시에 연삭하는 연삭 기술에 관한 것이다.
종래, 이러한 종류의 얇은 원판형상 공작물(이하, 공작물이라고 칭함)의 표리 양면을 연삭하는 양면 연삭방법으로서는, 일본 특허공개 평11-198009호에 기재되는 것이 있다.
이 연삭방법에 있어서는, 고속회전하는 1쌍의 컵형 회전숫돌 간에 있어서, 공작물을, 공작물 외주와 상기 회전숫돌의 연삭면 외주가 교차하고 또한 공작물의 중심이 상기 회전숫돌의 환상 연삭면 내에 위치하도록 배치하여, 이 공작물의 상기 연삭면 외주로부터 지름방향 외부로 돌출되어 있는 부분을 회전 지지함과 아울러, 고속회전하는 상기 1쌍의 회전숫돌을 그 숫돌 축방향으로 커팅하여, 이들 양 회전숫돌의 환상 연삭면에 의해 상기 공작물의 표리 양면을 사이에 둔 상태에서 동시에 연삭가공하도록 하고 있다.
그리고, 연삭가공후의 공작물의 직경방향으로 거리센서를 이동시켜서, 이 공작물의 두께를 측정하고, 이 측정결과에 기초하여 회전숫돌의 경사를 조정함으로써 공작물의 평행도가 높아지도록 하고 있다.
이와 같은 방법은, 두께의 일정한 공작물을 얻음으로써 가공면의 평행도가 높은 공작물을 얻고자 하는 것이다.
그런데, 상기 1쌍의 회전숫돌이 연삭가공을 반복하는 동안에, 각 회전숫돌의 연삭면은 경시적으로 마모하는 바, 양 회전숫돌의 연삭면의 마모량은 연삭조건의 미소한 차이 등 때문에 상대적으로 차가 생기고, 이 결과, 이들 연삭면의 위치가 서서히 미리 설정된 소기의 상태로부터 어긋나 버리게 된다.
그리고, 상술한 종래의 연삭방법과 같이, 1쌍의 회전숫돌의 사이로부터 지름방향 외부로 돌출되어 있는 공작물의 부분을 회전 지지하여, 지지되어 있지 않은 공작물의 부분을 상기 양 회전숫돌로 사이에 두고 연삭하는 경우에는, 연삭면의 위치가 원하는 위치로부터 어긋난 상태에서 연삭을 행하면, 어느 한쪽의 회전숫돌이 먼저 공작물에 닿아 버리고, 공작물은 구부러진 상태에서 연삭을 실시되게 된다. 이 결과, 연삭가공후의 공작물에 구부러짐이 생겨서, 그 평탄도의 저하 등을 초래할 우려가 있었다.
또한, 장치의 기계 각 부의 경년변화나, 열변위 등의 외적요인에 의해서, 회전숫돌의 숫돌축의 경사에 변형이 생긴 경우에도, 연삭가공중에 공작물이 구부러져 버려, 상기와 마찬가지의 문제가 생긴다.
그러나, 상술의 연삭방법에서는, 숫돌축의 경사에 변형이 생겼는지의 여부를 검지할 수 있지 않고, 이것 때문에, 이 원인에 기인하는 공작물의 구부러짐의 문제에 대해서도 대응하여 해결할 수 없었다.
본 발명은, 이러한 종래의 문제점을 감안하여 이루어진 것으로서, 그 목적은, 연삭가공후의 공작물의 변형량으로부터, 회전숫돌의 연삭면의 마모나 숫돌축의 경사의 변형 등에 의한 회전숫돌의 자세의 변형을 검출하여, 회전숫돌을 올바른 자세(올바른 축방향위치 및 경사)로 조정함으로써, 구부러짐이 없고 평행도 및 평탄도가 우수한 공작물을 얻을 수 있는 양면 연삭방법을 제공하는 것에 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 상기 양면 연삭방법을 실시할 수 있는 구성을 구비한 양면 연삭장치를 제공하는 것에 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예인 대향 2축 평면연삭반을 나타내는 정면도이다.
도 2는 동 평면연삭반의 회전숫돌과 공작물 회전지지장치를 나타내는 정면도이다.
도 3은 동일하게 동 회전숫돌과 공작물 회전지지장치를 나타내는 측면도이다.
도 4는 에어 게이지 센서의 에어노즐의 배치 구성을 공작물의 표리면에 대향해 바라본 개략도이다.
도 5는 도 1에 있어서의 우측의 숫돌 틸트장치를 나타내는 사시도이다.
도 6은 동일하게 동 숫돌 틸트장치를 나타내는 우측면도이다.
도 7은 동 평면연삭반에 있어서의 공작물 측정장치와 숫돌자세 제어장치의 제어 구성을 나타내는 블록도이다.
도 8은 동 평면연삭반에 있어서의 정압 패드에 지지된 공작물과 회전숫돌과의 위치관계를 나타내는 모식도이며, 초기상태를 나타내고 있다.
도 9는 동일하게 동 평면연삭반에 있어서의 정압 패드에 지지된 공작물과 회전숫돌의 위치관계를 나타내는 모식도이며, 회전숫돌이 마모되고 있는 상태를 나타내고 있다.
도 10은 동일하게 동 평면연삭반에 있어서의 정압 패드에 지지된 공작물과 회전숫돌의 위치관계를 나타내는 모식도이며, 회전숫돌이 상하방향으로 경사져 있는 상태를 나타내고 있다.
도 11은 동일하게 동 평면연삭반에 있어서의 정압 패드에 지지된 공작물과 회전숫돌의 위치관계를 나타내는 모식도이며, 회전숫돌이 수평방향으로 경사져 있는 상태를 나타내고 있고, 도 11(a)은 정면도, 도 11(b)은 일부 단면평면도이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 연삭방법은, 얇은 원판형상 공작물을 회전 지지함과 아울러, 고속회전하는 1쌍의 회전숫돌을 그 숫돌축방향으로 커팅하여, 이들 양 회전숫돌 끝면의 연삭면에 의해 상기 공작물의 표리 양면을 동시에 연삭가공하는 방법으로서, 상기 회전숫돌의 커팅 완료시에, 비접촉형 거리센서를 이용하여, 소정의 기준위치와 상기 공작물의 표리 양면의 거리를 3개소 이상에서 각각 측정하는 단계와, 이들 3개소 이상의 측정결과로부터, 상기 공작물의 변형량을 검출하는 스텝과, 이 산출한 변형량이 소정치를 초과한 경우에, 그 변형량에 기초하여 상기 회전숫돌의 커팅 완료시의 공작물이 변형되는 일없이 평탄하게 되도록, 상기 회전숫돌을 이동조정하는 스텝을 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시형태로서, 상기 공작물의 회전 지지는, 상기 공작물의 표리면에 대향해 바라봐서, 공작물이, 공작물 외주와 상기 회전숫돌의 연삭면 외주가 교차해서 위치하도록 배치된 상태에 있어서, 공작물 회전지지수단에 의해, 이 공작물의 상기 연삭면 외주로부터 지름방향 외부로 돌출되어 있는 표리 양면의 부분을 회전 지지한다.
또한, 본 발명의 연삭장치는, 상기 연삭방법을 실시함으로써, 얇은 원판형상 공작물을 회전 지지함과 아울러, 고속회전하는 1쌍의 회전숫돌을 그 숫돌축방향으로 커팅하여, 이들 양 회전숫돌 끝면의 연삭면에 의해 상기 공작물의 표리 양면을 동시에 연삭가공하는 장치로서, 끝면의 연삭면끼리가 대향하도록 배치된 1쌍의 회전숫돌과, 상기 공작물을, 상기 1쌍의 회전숫돌의 연삭면 간에 있어서 공작물의 표리 양면이 이들 양 연삭면에 대향하는 상태에서, 회전 지지하는 공작물 회전지지수단과, 상기 회전숫돌의 자세를 조정하는 숫돌자세 조정수단과, 상기 회전숫돌의 커팅 완료시에 있어서, 소정의 기준위치와 상기 공작물 회전지지수단에 회전 지지된 공작물의 표리 양면의 거리를 3개소 이상에서 측정하여, 이들 3개소의 측정결과로부터, 상기 공작물의 회전지지상태에 있어서의 변형량을 산출하는 공작물 측정수단과, 이 공작물 측정수단의 측정결과에 따라서 상기 숫돌자세 조정수단을 제어하는 숫돌자세 제어수단을 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시형태로서, 상기 공작물 회전지지수단은, 상기 공작물의 표리면에 대향해 바라봐서, 공작물이, 공작물 외주와 상기 회전숫돌의 연삭면 외주가 교차해서 위치하도록 배치된 상태에 있어서, 이 공작물의 상기 연삭면 외주로부터 지름방향 외부로 돌출되어 있는 표리 양면의 부분을 회전 지지하는 구성으로 되어 있고, 바람직하게는, 상기 공작물 회전지지수단은, 상기 공작물의 표리 양면을 정압유체에 의해 비접촉 지지하는 정압 지지수단을 구비하고 있다.
또한, 상기 공작물 측정수단은, 소정의 기준위치와 상기 공작물의 표리 양면의 거리를 측정하는 3쌍 이상의 비접촉형 거리센서와, 이들 3쌍의 거리센서의 검출결과로부터, 상기 공작물의 변형량을 산출하는 공작물 변형량 산출수단을 구비하여 이루어진다.
또한, 상기 숫돌자세 조정수단은, 상기 회전숫돌의 축방향위치를 이동조정하는 축방향 조정수단과, 상기 회전숫돌을 수평축선을 중심으로 하여 상하방향으로 경사이동 조정하는 상하방향 조정수단과, 상기 회전숫돌을 연직축선을 중심으로 하여 수평방향으로 경사이동 조정하는 수평방향 조정수단을 구비하여 이루어지고, 상기 숫돌자세 제어수단은, 상기 공작물 측정수단에 의해 측정된 상기 공작물의 변형량이 소정치를 초과한 경우에, 그 변형량에 기초하여 상기 회전숫돌의 커팅 완료시의 공작물이 변형되는 일없이 평탄하게 되도록, 상기 숫돌자세 조정수단의 축방향 조정수단, 상하방향 조정수단 및 수평방향 조정수단을 구동 제어하도록 구성되어 있다.
본 발명에 있어서는, 공작물을 회전 지지함과 아울러, 고속회전하는 1쌍의 회전숫돌을 그 숫돌축방향으로 커팅하여, 이들 양 회전숫돌 끝면의 연삭면에 의해 상기 공작물의 표리 양면을 동시에 연삭가공한다.
이 경우, 상기 회전숫돌의 커팅 완료시에, 비접촉형 거리센서를 이용하여, 소정의 기준위치와 상기 공작물의 표리 양면의 거리를 3개소 이상에서 각각 측정하고, 이들 3개소 이상의 측정결과로부터, 상기 공작물의 변형량을 검출함과 아울러, 이 산출한 변형량이 소정치를 초과한 경우에, 그 변형량에 기초하여 상기 회전숫돌의 커팅 완료시의 공작물이 변형되는 일없이 평탄하게 되도록, 상기 회전숫돌을 이동조정함으로써, 회전숫돌을 올바른 자세(올바른 축방향위치 및 경사)를 유지할 수 있고, 구부러짐이 없고 평행도 및 평탄도가 우수한 공작물을 얻는다.
이하, 본 발명에 따른 실시예를 도면에 기초하여 설명한다.
본 발명에 따른 연삭장치가 도 1~도 11에 나타내어져 있고, 이 연삭장치는 구체적으로는, 공작물(W)인 반도체 웨이퍼의 표리 양면을 동시 연삭하므로, 1쌍의 회전숫돌(1,2)의 숫돌축(3,4)이 수평으로 대향해서 회전 지지되는 가로형의 대향 2축 평면연삭반이다.
이 연삭반은, 도 1에 나타내는 바와 같이, 연삭 가공부의 주요구성부인 좌우 1쌍의 회전숫돌(1,2) 및 공작물 회전지지장치(5) 등의 기본구성을 구비함과 아울러, 회전숫돌(1,2)을 올바른 자세로 조정 유지하기 위한 숫돌 틸트장치(6), 공작물 측정장치(공작물 측정수단)(7) 및 숫돌자세 제어장치(숫돌자세 제어수단)(8)를 구비하여 이루어지고, 이들은 고정부분을 구성하는 수평한 베드(9) 상에 설치되어 있다.
회전숫돌(1,2)은 구체적으로는 컵형 회전숫돌로서, 그 둘레 가장자리부 선단면(1a,2a)이 둥근 환상의 연삭면으로 되어 있다. 이들 회전숫돌(1,2)은, 그 연삭면(1a,2a)끼리가 거의 평행한 상태에서 대향하도록 배치되어서, 이들 양 연삭면(1a,2a) 사이의 연삭위치에 있어서, 후술하는 바와 같이, 공작물(W)이 공작물 회전지지장치(5)에 의해 회전 지지되는 구성으로 되어 있다.
구체적으로는, 회전숫돌(1,2)은, 숫돌대(10,11)에 회전가능하게 축지지된 숫돌축(3,4)의 선단부에, 떼어내기 가능하게 설치 고정되어 있다. 이들 숫돌축(3,4)은, 숫돌대(10,11)의 내부에 설치된 구동모터 등의 회전 구동원(12)에 구동 연결됨과 아울러, 동일하게 숫돌대(10,11)의 내부에 설치된 숫돌 커팅장치(13)에 의해, 그 축선방향 즉 커팅방향(X,Y)으로 각각 커팅 동작되는 구조로 되어 있다.
숫돌 커팅장치(13)는, 회전숫돌(1,2)을 커팅 동작시키는 본래적 기능 외에, 후술하는 바와 같이, 숫돌 틸트장치(6)와 함께 회전숫돌(1,2)의 자세를 조정하는 숫돌자세 조정수단을 구성하고, 구체적으로는, 회전숫돌(1,2)의 축방향위치를 이동조정하는 축방향 조정수단으로서 기능한다.
숫돌 커팅장치(13)의 구체적인 구조는 도시하지 않지만, 예컨대 볼나사 기구와 이것을 회전 구동하는 스테핑 모터(13a)를 주요부로 하여 구비하고, 이 스테핑 모터(13a)의 출력축에는, 후술하는 숫돌 틸트장치(6)의 스테핑 모터(67,77)와 마찬가지로, 절대치형 엔코더(13b)가 연결되어 있다.
상기 좌우의 숫돌대(10,11)는, 베드(9)의 상면에 경사이동 가능하게 설치되어 있다.
즉, 상세한 도시는 생략하였지만, 숫돌대(10,11)는, 그 전방측 부위(15)가 도시하지 않은 연직 지지축 및 수평 지지축을 통해서 각각 베드(9)에 피벗되어 있고, 이것에 의해, 숫돌대(10,11)는, 상기 연직 지지축(연직축)을 중심으로 하여 수평방향(도 1의 지면에 대해서 수직인 방향) 및 상기 수평 지지축(수평축)을 중심으로 하여 상하방향(도 1의 지면에 평행한 방향)으로 각각 경사이동 가능하게 되어 있다. 또한, 숫돌대(10,11)의 후방측 부위는, 상기 숫돌 틸트장치(6,6)를 통해서 각각 베드(9)에 연결 지지되어 있다. 이 숫돌 틸트장치(6)는, 상기 숫돌 커팅장치(13)와 함께 회전숫돌(1,2)의 자세를 조정하는 숫돌자세 조정수단을 구성하는 것이므로, 그 구체적 구조에 대해서는 후술한다.
공작물 회전지지장치(5)는, 공작물(W)을 회전 지지하는 공작물 회전지지수단으로서 기능하는 것이므로, 1쌍의 회전숫돌(1,2)의 연삭면(1a,2a) 사이에 있어서, 공작물(W)을, 그 표리 양면(Wa,Wb)이 상기 양 연삭면(1a,2a)에 대향하는 연직상태에서 회전 지지하는 구성으로 되어 있다.
구체적으로는, 공작물 회전지지장치(5)는, 도 2 및 도 3에 나타나 있는 바와 같이, 공작물(W)의 외주와 회전숫돌(1,2)의 연삭면(1a,2a)의 외주가 교차하고 또한 공작물(W)의 중심(Pw)이 상기 연삭면(1a,2a) 내에 위치하도록 배치된 상태에 있어서, 상기 연삭면(1a,2a)의 외주로부터 지름방향 외부로 돌출되어 있는 공작물(W)의 표리 양면(Wa,Wb)의 부분을 회전 지지하는 구조로 되어 있다.
이 공작물 회전지지장치(5)는, 공작물(W)을 축방향으로 위치결정하여 지지하는 축방향 지지수단과, 공작물(W)을 지름방향으로 위치결정함과 아울러 회전 지지하는 지름방향 지지수단을 구비하여 이루어지고, 공작물(W)은, 그 외주 가장자리가 지지 캐리어(16)의 지지구멍(16a)에 끼워맞춰져 지지된 상태에서, 공작물 회전지지장치(5)에 회전 지지된다.
상기 축방향 지지수단은, 공작물(W)의 표리 양면(Wa,Wb)을 정압유체에 의해 비접촉상태로 지지하는 정압 지지장치(정압 지지수단)(17)로 이루어지고, 그 주요부로서, 대향 형상으로 설치된 좌우 1쌍의 정압 패드(20,21)를 구비하고 있다.
이들 정압 패드(20,21)는, 구체적으로는, 회전숫돌(1,2)과의 간섭을 피하기 위한 노치부(20a,21a)를 구비하는 연직의 두꺼운 판형상의 것이므로, 노치부(20a,21a)는, 도 3에 나타나 있는 바와 같이, 회전숫돌(1,2)의 외경보다 약간 큰 지름 치수를 갖는 원호상의 내경 윤곽을 갖움과 아울러, 그 대향 지지면에 정압 홈(20b,21b)이 각각 형성되어 있다.
이 정압홈(20b,21b)은, 유체공급구멍(25)을 통해서 도시하지 않은 유체공급원에 접속되어 있고, 이 유체공급원으로부터 공급되는 물 등의 압력유체가 상기 정압홈(20b,21b)으로부터 분출되어서, 회전숫돌(1,2)의 연삭면(1a,2a) 사이로부터 외부에 나오고 있는 공작물(W)의 표리 양면(Wa,Wb)을, 양 회전숫돌(1,2)의 연삭면(1a,2a) 사이의 거의 축방향 중심위치에 비접촉상태로 정압 유지하는 구성으로 되어 있다.
또한, 정압 패드(20,21)의 상기 대향 지지면에 있어서, 회전숫돌(1,2)의 근방위치에는, 상기 공작물 측정장치(7)의 3개의 에어노즐(30A,30B,30C)이 각각 형성되어서, 후술하는 거리센서부를 구성하고 있다.
상기 공작물 회전지지장치(5)의 지름방향 지지수단은, 구체적으로는 도시하지 않지만, 공지의 회전구동장치가 채용되어 있다. 이 회전구동장치는, 예컨대, 공작물(W)을 지지하는 상기 지지 캐리어(16)의 외주 가장자리를 접촉 지지하는 복수의 지지롤러와, 이들 지지롤러의 일부 또는 전부를 회전 구동하는 구동모터 등의 회전 구동원으로 이루어지고, 공작물(W)을 지름방향으로 위치결정하여 지지한 상태에서 회전시킨다. 도시예에 있어서는, 도 3에 나타내는 바와 같이, 공작물(W)의 중심과 양 회전숫돌(1,2)의 연삭면(1a,2a)의 중심이 동일 연직선 상에 위치하도록, 공작물(W)이 위치결정되어 회전 지지된다.
숫돌 틸트장치(6)는, 상술한 바와 같이, 축방향 조정수단으로서의 숫돌 커팅장치(13)와 함께, 회전숫돌(1,2)의 자세를 조정하는 숫돌자세 조정수단을 구성하는 것이다. 숫돌 틸트장치(6)는 구체적으로는, 회전숫돌(1,2)을 수평축선을 중심으로 여 상하방향으로 경사이동 조정하는 상하방향 조정부(상하방향 조정수단)(40)와, 회전숫돌(1,2)을, 연직축선을 중심으로 하여 수평방향으로 경사이동 조정하는 수평방향 조정부(수평방향 조정수단)(41)를 구비하여 이루어지다. 이하, 우측의 숫돌대(11)용의 숫돌 틸트장치(6)를 예로 들어서 설명한다.
도면에 나타내는 숫돌 틸트장치(6)는, 구체적으로는 도 5 및 도 6에 나타나 있는 바와 같이, 고정측인 베드(9)에 고정 설치된 구동측 본체(45)에, 상기 상하방향 조정부(40) 및 수평방향 조정부(41)가 설치됨과 아울러, 경사이동측인 숫돌대(10,11)에, 이들 양 조정부(40,41)에 의해 조정 동작되는 종동체(46)가 고정 설치되어 있다.
구동측 본체(45)는, 베드(9)의 측부 끝면에 설치해 고정됨과 아울러, 그 베드(9)보다 상방에 돌출해 상부에, 단면 직사각형상의 수용공간(50)이 좌우 수평방향으로 관통하여 설치되어 있다. 이 수용공간(50) 내에는, 상기 상하방향 조정부(40)의 조정나사부재(60) 및 수평방향 조정부(41)의 조정나사부재(61)가 각각 돌입하는 형상으로 면하고 있다.
종동체(46)는, 숫돌대(11)의 측부 끝면에 설치해 고정됨과 아울러, 그 수평방향으로 연장되는 종동부(47)가, 상기 구동측 본체(45)의 수용공간(50) 내에 돌입하여, 양 조정부(40,41)의 조정나사부재(60,61)와 접촉 결합하고 있다.
즉, 상기 종동부(47)는 도 6에 나타내는 바와 같은 단면 직사각형상으로 이루어지고, 상하방향의 이동조정에 관해서, 그 수평 하면(47b)에, 상하방향 조정부(40)의 조정나사부재(60)의 선단 결합부(60a)가 접촉함과 아울러, 그 수평 상면(47a)에, 구동측 본체(45)에 설치된 탄발부재(63)의 선단 결합부(63a)가 탄발적으로 접촉하고 있다. 이것에 의해, 상기 조정나사부재(60)와 종동부(47)는 항상 상하방향으로 접촉 결합하는 구조로 되어 있다.
한편, 수평방향의 이동조정에 관해서, 종동부(47)의 한쪽의 연직면(47c)에, 수평방향 조정부(41)의 조정나사부재(61)의 선단 결합부(61a)가 접촉 결합함과 아울러, 그 다른쪽의 연직면(47d)에, 구동측 본체(45)에 상기 조정나사부재(61)에 대향해서 설치된, 접시용수철 등으로 이루어지는 탄발부재(64)의 선단 결합부(64a)가 탄발적으로 접촉하고 있다. 이것에 의해, 상기 조정나사부재(61)와 종동부(47)는 항상 수평방향으로 접촉 결합하는 구조로 되어 있다.
상하방향 조정부(40)의 조정나사부재(60)는, 도 6에 나타내는 바와 같이, 구동측 본체(45)의 암 나사부(65)에 상하방향으로 나선 진퇴가능하게 설치되어 있고, 그 선단부가 상기 선단 결합부(60a)로 됨과 아울러, 그 기단부(60b)가 웜기어(66)를 통해서 스테핑 모터(67)에 구동 연결되어 있다.
그리고, 스테핑 모터(67)의 출력축의 회전은, 웜기어(66)를 통해서 조정나사부재(60)에 전달되고, 이것에 의해, 조정나사부재(60)가 상하방향으로 나선 진퇴함으로써, 종동체(46)가 이 조정나사부재(60)의 나선 진퇴에 추종해서 상하방향으로 이동하고, 그 결과, 숫돌대(11)가 상기 수평축을 중심으로 상하방향으로 경사이동하여, 회전숫돌(2)의 경사가 조정된다.
그리고, 스테핑 모터(67)가 정지하면, 조정나사부재(60)가 정지하여, 종동체(46)가 조정나사부재(60)와 가압부재(32)에 끼워진 상태로 정지하고, 숫돌대(11)가 상하방향의 소정의 자세로 위치결정되어 고정된다. 또한, 엔코더(71)에 의해, 항상, 스테핑 모터(67)의 회전위치의 절대치가 검출된다.
수평방향 조정부(41)의 조정나사부재(61)는, 도 6에 나타나 있는 바와 같이, 구동측 본체(45)에 수평방향으로 나선 진퇴가능하게 설치되어 있고, 그 선단부가 상기 선단 결합부(61a)로 됨과 아울러, 그 기단부(61b)가 웜기어(76)를 통해서 스테핑 모터(77)에 구동 연결되어 있다.
그리고, 스테핑 모터(77)의 출력축의 회전은, 웜기어(76)를 통해서 조정나사부재(61)에 전달되고, 이것에 의해, 조정나사부재(61)가 수평방향으로 나선 진퇴함으로써, 종동체(46)가 이 조정나사부재(61)의 나선 진퇴에 추종해서 수평방향으로 이동하고, 그 결과, 숫돌대(11)가 상기 연직축을 중심으로 수평방향으로 경사이동하여, 회전숫돌(2)의 수평방향의 경사가 조정된다.
그리고, 스테핑 모터(77)가 정지하면, 조정나사부재(61)가 정지하여, 종동체(46)가 조정나사부재(61)와 가압부재(64)에 끼워진 상태로 정지하고, 숫돌대(11)가 수평방향의 소정의 자세로 위치결정되어 고정된다. 또한, 엔코더(81)에 의해, 항상, 스테핑 모터(77)의 회전위치의 절대치가 검출된다.
또한, 회전숫돌(2)의 경사의 조정을 행하지 않을 때에는, 상하방향 및 수평방향 조정부(40,41)의 스테핑 모터(67,77)에의 통전이 정지되고, 이들 스테핑 모터(67,77)의 출력축을 자유로운 상태로 해 둔다. 이와 같이 각 스테핑 모터(67,77)가 정지하고 있을 때에는, 상기와 같이, 조정나사부재(60,61)도 정지하고 있고, 종동체(47)가 조정나사부재(60,61)와 탄발부재(63,64)에 끼워져서, 구동측 본체(45)에 대하여 고정되어 있다. 이 때문에, 숫돌대(11)가 베드(9)에 대하여 소정의 자세로 고정되어 있다.
공작물 측정장치(공작물 측정수단)(7)는, 연삭가공시의 공작물(W)의 변형량을 측정하는 것이고, 구체적으로는, 회전숫돌(1,2)의 커팅 완료시에 있어서, 소정의 기준위치와 상기 공작물 회전지지장치(5)에 회전 지지된 공작물(W)의 표리 양면(Wa,Wb)과의 거리를 3개소 이상에서 측정하여, 이들 3개소의 측정결과로부터, 상기 공작물(W)의 변형량을 산출하는 구성으로 되고, 복수(도시예의 경우에는 3개)의 에어 게이지 센서(Sa,Sb,Sc)와 공작물 변형량 산출부(공작물 변형량 산출수단)(80)를 주요부로서 구비한다.
거리센서(Sa,Sb,Sc)는 비접촉형이므로, 도시의 실시예에 있어서는, 계측 매체로서 공기압을 이용하는 에어 게이지 센서가 사용되고 있다. 이들 에어 게이지 센서(Sa,Sb,Sc)는, 에어노즐(30A,30B,30C)을 구비하여 이루어지고, 이들 에어노즐(30A,30B,30C)은, 상술한 바와 같이, 공작물 회전지지장치(5)의 정압 패드(20,21)의 상기 대향 지지면에 면해서 배치되어 있다.
즉, 이들 에어 게이지 센서(Sa,Sb,Sc)의 에어노즐(30A,30B,30C)은, 도 2 및 도 3에 나타내는 바와 같이, 상기 공작물(W)을 사이에 두고 정압 패드(20,21)의 대향 지지면의 서로 대향하는 위치에 각각 1쌍 합 6개가 배치되어 있다.
이들 1쌍의 에어노즐[(30A1과 30A2),(30B1과 30B2),(30C1과 30C2)]의 조(3조)는, 도 3 및 도 4에 나타내는 바와 같이, 공작물(W)의 표리 양면(Wa,Wb)에 대향해 바라봐서, 상기 회전숫돌(1,2)의 연삭면(1a,2a) 외주 근방에 있어서, 가능한 한 연삭면(1a,2a) 외주에 가까운 위치에 배치되어 있다.
구체적으로는, 도 4(a)에 나타내는 바와 같이, 상기 에어 게이지 센서의 에어노즐의 조의 하나, 즉, 에어노즐(30B1,30B2)의 조가 공작물(W)[및 회전숫돌(1,2)]의 일직경선인 연직방향의 중심선 상에 위치하도록 배치됨과 아울러, 나머지의 에어노즐의 조, 즉 에어노즐(30A1,30A2)의 조와 에어노즐(30C1,30C2)의 조가, 상기 연직방향의 중심선에 대해서 대칭위치에 각각 배치되고, 및 이들 에어노즐의 조는, 회전숫돌(1,2)의 연삭면(1a,2a)의 원주방향으로 등간격[각 에어노즐과 회전숫돌(1,2)의 중심이 이루는 각(중심각)이 균등]으로 배치되어 있다.
또한, 공간적으로 가능하면, 상기 에어노즐(30A1,30A2)의 조와 에어노즐(30C1,30C2)의 조는, 도 4(b)에 나타내는 바와 같이, 상기 조건에 더해서, 공작물(W)의 외주 가장자리의 근처에 위치하도록 각각 배치되어 있는 것이 바람직하다.
그리고, 이들 에어노즐[(30A1과 30A2),(30B1과 30B2),(30C1과 30C2)]은, A/E변환기(에어압/전기신호변환기)(90)를 통해서 공기공급원(91)에 접속되어 있다. 또한, A/E변환기(90)는, 상기 공작물 변형량 산출부(80)에 접속되어 있다.
도 2에 있어서, 좌측 정압 패드(20)의 각 에어노즐(30A1,30B1,30C1)은, 공작물 회전지지장치(5)에 유지된 공작물(W)의 좌측 표면과 기준위치가 되는 상기 좌측 정압 패드(20)의 지지면과의 거리(La1,Lb1,Lc1)를 측정하기 위한 것이고, 우측 정압 패드(20)의 각 에어노즐(30A2,30B2,30C2)은, 공작물 회전지지장치(5)에 유지된 공작물(W)의 우측 이면과 기준위치가 되는 상기 우측 정압 패드(21)의 지지면과의 거리(La2,Lb2,Lc2)를 측정하기 위한 것이다. 즉, 각 에어노즐의 출구부의 압력은 상기 거리와 일정한 관계가 있다.
각 에어노즐[30A(30A1,30A2), 30B(30B1,30B2), 30C(30C1,30C2)]의 출구부의 압력은, A/E변환기(90)에 의해 전기신호로 변환되어 공작물 변형량 산출부(80)에 보내진다.
이 공작물 변형량 산출부(80)는, 3조의 에어 게이지 센서[(Sa1과 Sa2),(Sb1과 Sb2),(Sc1과 Sc2)]의 검출결과로부터, 공작물(W)의 변형량을 산출하는 것이므로, 상기 에어노즐[30A(30A1,30A2), 30B(30B1,30B2), 30C(30C1,30C2)]의 출구부의 공기압에 기초하여, 정압 패드(20,21)의 대향 지지면과 공작물(W)의 거리[La(La1,La2), Lb(Lb1,Lb2), Lc(Lc1,Lc2)]가 각각 측정됨과 아울러, 이들 3점의 거리로부터 공작물(W)의 변형량이 산출되고, 그 결과는 숫돌자세 제어장치(8)에 보내진다.
또한, 숫돌자세 제어장치(8)에 있어서의 에어 게이지 센서[Sa(Sa1,Sa2),Sb(Sb1,Sb2),Sc(Sc1,Sc2)]의 검출결과에 기초하는 제어는, 각 에어 게이지 센서의 조의 측정치의 차이를 2로 나눈 값, 즉 거리값 La=(La1-La2)/2, 거리값 Lb=(Lb1-Lb2)/2 및 거리값 Lc=(Lc1-Lc2)/2를 변형량으로 하여 처리된다.
숫돌자세 제어장치(8)는, 상기 공작물 측정장치(7)의 측정결과를 따라서 상기 숫돌자세 조정장치, 즉 상하 및 수평방향 조정수단으로서의 상기 숫돌 틸트장치(6)와, 축방향 조정수단으로서의 상기 숫돌 커팅장치(13)를 제어하는 것이므로, 도 7에 나타내는 바와 같이, 비교부(8a), 보정 연산부(8b), 및 축방향 제어부(8c), 상하방향 제어부(8d) 및 수평방향 제어부(8e)로 구성되어 있다.
비교부(8a)는, 상기 공작물 측정장치(7)에 의해 측정된 공작물(W)의 변형량(거리값)(La,Lb,Lc)을 소정의 허용값(역치)(Ls)과 비교해서 이 역치(Ls)를 초과했는지의 여부를 판정하고, 판정 결과를 보정 연산부(8b)에 보낸다. 보정 연산부(8b)는, 비교부(8a)의 판정 결과에 기초하여, 공작물(W)의 변형량(La,Lb,Lc)이 역치(Ls)를 초과한 경우에, 그 변형량(La,Lb,Lc)에 기초하여 회전숫돌(1,2)의 상하 수평방향 및 축방향의 자세보정량(조정방향과 조정량)을 연산하고, 그 연산결과를 축방향 제어부(8c), 상하방향 제어부(8d) 및 수평방향 제어부(8e)에 보낸다. 이들 제어부(8c~8e)는, 보정 연산부(8b)의 연산결과를 따라서, 숫돌 틸트장치(6)의 스테핑 모터(67,77)와 숫돌 커팅장치(13)의 스테핑 모터(13a)의 회전방향과 회전량을 결정하여, 엔코더(13b,71,81)의 출력을 피드백하면서, 상기 스테핑 모터(13a,67,77)를 결정된 방향으로 결정된 양만큼 회전 구동시킨다. 이것에 의해, 숫돌대(10,11)에 있어서의 숫돌축(3,4)의 축방향위치와, 숫돌대(10,11)의 상하 수평방향의 경사가 조정되어서, 회전숫돌(1,2)을 올바른 자세, 즉 회전숫돌(1,2)의 커팅 완료시의 공작물(W)이 변형되는 일없이 평탄하게 되도록, 회전숫돌(1,2)의 자세가 이동조정된다.
계속해서, 본 실시예의 연삭장치에 있어서의 구체적인 회전숫돌(1,2)의 자세조정에 대해서, 도 8~도 11을 참조해서 설명한다. 또한, 도 8~도 11은, 이해를 용이하게 하는 것을 목적으로 하여, 모식적으로 또한 회전숫돌(1,2) 및 공작물(W)의 변형량을 대폭 확대해서 나타내고 있지만, 실제로는, 이들 변형량은 눈으로 봐서 확인할 수 없을 만큼 미소한 것이다.
A. 회전숫돌(1,2)의 커팅 동작:
본 실시예에서는, 연삭가공에 있어서의 기본동작인 회전숫돌(1,2)의 커팅 동작은, 도면 외의 공지의 주제어장치에 의해, 이하와 같이 회전숫돌(1,2)의 커팅 완료위치가 제어되어서, 공작물(W)의 변형량이 소정량 이하로 되도록 제어된다.
즉, 1쌍의 회전숫돌(1,2)은, 숫돌 커팅장치(13)에 의해, 소정의 대기위치(커팅 개시위치)로부터 미리 설정된 커팅량(일정량)만 커팅되어 정지하고(이 정지위치가 커팅 완료위치), 스파크 아웃 후에 상기 대기위치로 후퇴 복귀된다. 이 연삭 사이클 공정에 의해, 1장의 공작물(W)이 소정의 두께 치수로 연삭 가공되고, 이 연삭 사이클이 연속해서 순차 공급되는 공작물마다 반복된다. 또한, 상기 커팅 완료위치는, 도시하지 않은 인프로세스(in-process)의 치수장치를 이용하여, 그 검출 데이터를 상기 숫돌 커팅장치(13)에 피드백해서 제어하고 있다.
B. 초기상태의 조정:
이러한 연삭 사이클을 실행하는 본 실시예의 연삭장치에 있어서, 우선, 회전숫돌(1,2), 정압 패드(20,21) 및 공작물(W)이 평행하고 코어가 가지런한 상태, 즉 도 8에 나타내는 초기상태로 조정한다. 이 초기상태에 있어서는, 좌우 1쌍의 회전숫돌(1,2)의 연삭면(1a,2a)이 평행하고, 좌우 1쌍의 정압 패드(20,21)의 지지면이 평행하며, 또한 공작물(W)이 소정의 정밀도(평행도, 평탄도)로 연삭가능한 상태에 있다. 이 상태에서는, 공작물(W)과 정압 패드(20,21)의 상기 거리값 La=Lb=Lc로 된다. 이 초기상태에서의 값을 이상거리값(L0)으로 한다.
구체적으로는, 숫돌커팅 완료시에 공작물(W)의 변형량이 0이 되는 회전숫돌(1,2)의 연삭면(1a,2a)의 위치(커팅 완료위치)가 최적위치로서 결정된다. 그리고, 이 최적위치와 연삭완료시의 각 공작물(W)의 변형량에 기초하여, 회전숫돌(1,2)의 대기위치(숫돌 커팅개시위치)가 조정되고, 회전숫돌(1,2)의 연삭면(1a,2a)의 커팅 완료위치가 상기 최적치로부터 소정량이상 벗어나지 않도록 조정된다.
상기 최적위치는, 이하와 같이 결정된다. 복수장의 공작물(W)을 준비한다. 이어서, 각 공작물(W)을 시험적으로 연삭하여, 에어 게이지 센서[Sa(Sa1,Sa2),Sb(Sb1,Sb2),Sc(Sc1,Sc2)]에 의해, 각 공작물(W)의 표리면과 정압 패드(20,21)의 거리를 측정한다. 그리고, 연삭이 종료한 공작물(W)을 연삭장치로부터 취출하여, 공작물(W)의 변형량 및 두께를 적절한 측정장치로 측정한다. 이 측정결과에 기초하여, 공작물(W)의 변형량(구부러짐)이 0이 되도록 대기위치(커팅 개시위치)를 변경하여, 다음 공작물(W)을 연삭한다. 이것을 몇 번 반복하고, 변형량(구부러짐)이 거의 0이며, 두께가 소정의 값이 되는 공작물(W)을 얻는다. 이것을 이상 공작물(W0)이라고 칭한다. 이상 공작물(W0)이 얻어졌을 때의 이 공작물(W0)과 정압 패드(20,21)의 거리를 이상거리(L0)라고 칭한다. 이렇게 연삭완료시에 공작물(W)과 정압 패드(20,21)의 거리가 이상거리(L0)로 되는 커팅 완료위치가 최적위치로 된다. 이 이상거리(L0)가 숫돌자세 제어장치(8)의 비교부(8a)에 기억된다.
C. 회전숫돌(1,2)의 자세조정:
최적위치가 결정된 후, 1장째의 공작물(W)을 연삭하기 전에는, 각 회전숫돌(1,2)은, 상기 최적치로부터 소정 거리만큼 축방향으로 후퇴 이동한 최적대기위치(최적커팅 개시위치)에 위치하고, 이 상태로부터 공작물(W)의 연삭이 개시된다.
공작물(W)의 연삭을 행하고, 매회 스파크 아웃시에, 공작물 측정장치(7)에 의해서, 정압 패드(20,21)의 대향 지지면과 공작물(W)의 거리가 상기 3점에서 측정되고, 숫돌자세 제어장치(8)에서는, 이들 측정거리로부터 얻어지는 거리값(La,Lb,Lc)에 기초하여 회전숫돌(1,2)의 경사 등을 이동조정한다. 이 이동조정은, 공작물(W)의 연삭완료후, 즉, 회전숫돌(1,2)이 스파크 아웃후에 상기 대기위치로 후퇴 복귀한 상태에서 행해진다.
초기의 상태에 있어서는, 회전숫돌(1,2)의 마모는 극히 적고, 또한, 장치의 기계 각 부의 경년변화나, 열변위 등의 외적요인에 의한 회전숫돌(1,2)의 숫돌축의 경사의 변형도 거의 없고, 실제의 커팅 완료위치와 상기 최적위치의 어긋남은 없거나, 또는 극히 작다. 따라서, 공작물(W)과 정압 패드(20,21)의 거리값(La,Lb,Lc)은 이상거리값(L0)에 거의 같고, 공작물(W)의 변형(구부러짐)은 소정량(Ls)이하이며, 평행도, 평탄도 모두가 높다.
(a) 회전숫돌(1,2)의 축방향조정:
연삭을 계속하면, 거리값(Lb)은 Lb=L0인 채로, 거리값(La와 Lc)은, La=Lc=L1,L2,L3,…로 서서히 변화하여 간다. 이것에 따라서 연삭완료후의 공작물(W)의 평탄도도 서서히 악화되어 간다. 이 변화의 원인은, 주로 회전숫돌(1,2)의 편마모에 의해, 회전숫돌(1,2)의 커팅 완료위치가 상기 최적위치로부터 어긋나서 이동하기 때문이다. 이것은 거리값이 La=Lc≠Lb인 경우로, 도 9에 나타내는 상태이다.
그리고, 거리값(La,Lc)이 역치(Ls)를 초과한 경우에는, 숫돌자세 제어장치(8)는, 회전숫돌(1,2)의 커팅 완료위치의 설정을 축방향으로 (Lb-Lc)만큼 수정 이동시키도록, 축방향 조정수단으로서의 숫돌 커팅장치(13)의 스테핑 모터(13a)를 회전 구동한다.
일례로서, 예컨대, 이상거리(L0)가 0.05㎜이고, 도 8에 나타내는 초기상태에 있어서의 측정거리가 La1=La2=Lb1=Lb2=Lc1=Lc2=0.05㎜로 한 경우에, 거리값 La{(La1-La2)/2}=Lb{(Lb1-Lb2)/2}=Lc{(Lc1-Lc2)/2}=0
이 초기상태로부터, 측정거리가 이상거리(L0)=0.05㎜로부터 어긋나서, 예컨대, La1=Lc1=0.056㎜로 되고, La2=Lc2=0.044㎜로 되었다라고 하면, 거리값 La{(La1-La2)/2}=Lc{(Lc1-Lc2)/2}=0.006㎜로 되고, 도 9에 나타내는 상태로 된다.
그리고, 이들 거리값(La,Lc)이 역치(Ls)(예컨대,0.005㎜)를 초과한 경우에는, 숫돌자세 제어장치(8)는, 회전숫돌(1,2)의 커팅 완료위치의 설정을 축방향으로 (Lb-Lc)=-0.006㎜[즉 숫돌축(3,4)을 좌측방향으로 0.006㎜]만큼 수정 이동시키도록, 축방향 조정수단으로서의 숫돌 커팅장치(13)의 스테핑 모터(13a)를 회전 구동한다.
이 수정으로, 공작물의 마무리 정밀도(평탄도, 평행도)는 개선된다.
또한 연삭을 계속하면, 또한 서서히 거리값(La,Lc)이 이상거리(L0)로부터 떨어진 값을 가지므로, 역치(Ls)를 초과할 때마다, 상기와 마찬가지로, 회전숫돌(1,2)을 커팅 완료위치의 설정을 축방향으로 (Lb-Lc)만큼 수정 이동한다.
(b) 회전숫돌(1,2)의 경사 조정:
몇 번인가 (a)의 수정[회전숫돌(1,2)의 축방향조정]을 반복하는 동안에, 이 수정 동작을 하여도, 거리값(La,Lc)이 역치(Ls) 이하가 안 된다.
이것은, 열변위가 주원인인 것으로 생각된다. 즉, 열변위 등에 의해 숫돌축(3,4)에 경사가 생겼기 때문에, 이것은 도 10 또는 도 11에 나타내는 2종류의 패턴이 있다.
따라서, 숫돌자세 제어장치(8)는, 이들 2종류의 회전숫돌(1,2)의 경사를 기본 패턴으로 하여 측정되는 거리값(La,Lb,Lc)에 기초하여, 다음과 같은 조정 제어를 행한다.
(b-1) 회전숫돌(1,2)의 상하방향의 경사 조정:
우선, 거리값이 La=Lc≠Lb인 경우에는, 도 10에 나타내는 패턴이다. 즉, 이 경우에는, 숫돌축(3,4)의 상하방향의 경사에 의해, 회전숫돌(1,2)이 본래의 축선방향에 대해서 상하방향으로 각도 α만큼 경사져 있는 상태이다.
숫돌자세 제어장치(8)는, 숫돌축(3,4)을 거리값(La,Lb,Lc)으로부터 산출되는 공작물(W)의 상하방향의 경사(구부러짐)각도(α)가 0°로 되도록 조정량을 산출하고, 숫돌 틸트장치(6,6)에 있어서의 상하방향 조정부(40)의 스테핑 모터(67)를 회전 구동한다. 이것에 의해, 숫돌대(10,11) 또는 회전숫돌(1,2)을 상하방향으로 경사이동시켜서, 거리값 La=Lc=Lb=L0으로 하고, 도 8에 나타내는 상태로 한다.
(b-2) 회전숫돌(1,2)의 수평방향 또는 수평 상하방향의 경사 조정:
다음에, 거리값이 La≠Lc인 경우에는, 도 11에 나타내는 패턴이, 혹은 도 11에 나타내는 패턴과 도 10에 나타내는 패턴이 복합된 상태이다. 즉, 이 경우에는, 숫돌축(3,4)의 수평방향의 경사에 의해, 회전숫돌(1,2)이 본래의 축선방향에 대해서 수평방향으로 각도 β만큼 경사져 있는 상태, 또는, 숫돌축(3,4)의 상하와 수평방향 쌍방의 경사에 의해, 회전숫돌(1,2)이 본래의 축선방향에 대해서 수평방향으로 각도 β만큼 경사짐과 아울러, 상하방향으로도 각도 α만큼 경사져 있는 상태이다.
숫돌자세 제어장치(8)는, 우선, 숫돌축(3,4)을 거리값(La,Lb,Lc)으로부터 산출되는 공작물(W)의 수평방향의 경사(구부러짐)각도(β)가 0°이 되도록 조정량을 산출하고, 숫돌 틸트장치(6,6)에 있어서의 수평방향 조정부(41)의 스테핑 모터(77)를 회전 구동한다. 이것에 의해, 숫돌대(10,11) 또는 회전숫돌(1,2)을 수평방향으로 경사이동시킨다.
이 수정에 의해, 다음에 연삭되는 공작물(W)에서는, 거리값이 La=Lc로 되고, 또한 La=Lb=Lc=L0이면 도 8에 나타내는 상태로 수정되어 있게 된다.
한편, 만약, La=Lc≠Lb이면, 상술한 도 10에 나타내는 상태인 것 때문에, 또한 상기 (b-1)의 수정[회전숫돌(1,2)의 상하방향의 경사 조정]을 하여, 도 8의 상태로 한다.
그러나, 이상과 같이 구성된 양면 연삭장치에 있어서는, 주제어장치에 의해, 공작물 회전지지장치(5)가, 공작물(W)을 연삭위치에 회전 지지함과 아울러, 고속회전하는 1쌍의 회전숫돌(1,2)이 소정의 대기위치로부터 그 숫돌축(3,4)방향으로 미리 설정된 커팅량만큼 각각 커팅되어서, 이들 양 회전숫돌(1,2)의 끝면의 연삭면(1a,2a)에 의해 상기 공작물(W)의 표리 양면(Wa,Wb)이 동시에 연삭 가공된다. 회전숫돌(1,2)은, 스파크 아웃후에 상기 대기위치로 후퇴 복귀되고, 이 사이에 공작물(W)이 공작물 회전지지장치(3)로부터 취출된다. 이후, 이 순서가 반복되어서, 복수의 공작물(W,W,…)이 1장씩 또한 연속해서 연삭된다.
이 경우, 공작물 측정장치(7)는, 회전숫돌(1,2)의 스파크 아웃시에, 에어 게이지 센서(Sa,Sb,Sc)를 이용하여, 기준위치인 정압 패드(20,21)의 대향 지지면과 공작물(W)의 표리 양면의 거리를 3개소에서 각각 측정함과 아울러, 공작물 변형량 산출부(80)가, 이들 3개소의 측정결과[거리(La1,Lb1,Lc1),(La2,Lb2,Lc2)]로부터, 공작물(W)의 변형량(축방향으로의 변형, 상하방향의 구부러짐, 수평방향의 구부러짐)을 검출한다.
그리고, 숫돌자세 제어장치(8)는, 상술한 바와 같이, 이 산출한 변형량[거리값(La,Lb,Lc)]이 소정치(역치)(Ls)를 초과한 경우에, 그 변형량(La,Lb,Lc)에 기초하여, 회전숫돌(1,2)의 커팅 완료시의 공작물(W)이 변형되는 일없이 평탄하게 되도록, 숫돌 틸트장치(6,6)와 숫돌 커팅장치(13,13)를 구동 제어하여, 회전숫돌(1,2)을 이동조정한다. 이것에 의해, 회전숫돌(1,2)은 항상 올바른 자세(올바른 축방향위치 및 경사)를 유지할 수 있고, 구부러짐이 없고 평행도 및 평탄도가 우수한 공작물을 얻을 수 있다.
[실시예2]
실시예1에 있어서는, 회전숫돌(1,2)의 이동조정이 공작물(W)의 연삭완료 후에 행해지는 구성이었지만, 본 실시예에 있어서의 회전숫돌(1,2)의 이동조정은, 이하와 같이 공작물(W)의 연삭 중에 있어서 행해진다.
즉, 본 실시예에서는, 실시예1의 경우와 마찬가지로, 초기상태에서의 거리값(La,Lb,Lc)의 이상거리값(L0)을 기억시켜서, 회전숫돌(1,2)의 스파크 아웃시에, 각 거리값(La,Lb,Lc)을 감시하면서, 이들 거리값(La,Lb,Lc)에 기초하여 회전숫돌(1,2)의 경사를 이동 수정한다.
즉, 거리값이 La≠Lc인 경우에는, 숫돌자세 제어장치(8)는, 우선 거리값이 La=Lc로 될 때까지 숫돌축(3,4)의 수평방향의 경사를 이동 수정한다(당초부터 La=Lc이면, 이 이동 수정은 불필요하다).
다음에, 거리값이 La=Lb=Lc=L0으로 될 때까지, 숫돌축(3,4)의 상하방향의 경사를 이동 수정해서 도 8의 상태로 한다.
또한, 이 숫돌축(3,4)의 수평방향의 경사를 수정해도 효과가 없는 경우에는, 도 9에 나타내는 상태이므로, 숫돌축(3,4)을 축방향으로 이동 조정하여, 거리값이 La=Lb=Lc=L0으로 해서, 도 8의 상태로 한다.
그 밖의 구성 및 작용은 실시예1과 마찬가지이다.
또한, 상술한 실시예는, 어디까지나 본 발명의 바람직한 실시형태를 나타내는 것으로서, 본 발명은 이것에 한정되는 일없이, 그 범위 내에 있어서 각종 설계변경이 가능이다. 예컨대, 이하에 열거하는 바와 같은 개선 및 변경이 가능하다.
(1) 도시의 실시예에 있어서는, 3개의 에어 게이지 센서(Sa,Sb,Sc)가 정압 패드(20,21)의 지지면에 각각 배치되어서, 즉 1쌍의 에어 게이지 센서의 조가 3개소에 배치되어서, 공작물(W)의 표리 양면(Wa,Wb)과의 거리를 3개소에서 측정하는 구성으로 되어 있지만, 1쌍의 에어 게이지 센서의 배치수는, 3개소 이상이면 되고, 적절하게 증설 가능하다. 이 경우, 1쌍의 에어 게이지 센서의 조의 하나는, 공작물(W)의 연직방향의 중심선 상에 배치됨과 아울러, 나머지 조가 이 중심선에 대하여 양측 대칭위치에 배치되는 것이 바람직하므로, 그 배치수는 5개소 이상의 홀수개소가 바람직하다.
예컨대, 5개의 에어 게이지 센서(Sa,Sb,Sc,Sd,Se)가 정압 패드(20,21)의 지지면에 각각 배치되는 경우에는, 도 4(c)에 나타내는 바와 같이,
이들 에어 게이지 센서(Sa~Se)의 에어노즐(30A~30E)의 조의 하나, 즉, 1쌍의 에어노즐(30C1,30C2)의 조가 공작물(W)[및 회전숫돌(1,2)]의 일직경선인 연직방향의 중심선 상에 위치하도록 배치됨과 아울러, 나머지 에어노즐의 조, 즉 에어노즐(30A1,30A2)의 조, 에어노즐(30B1,30B2)의 조, 에어노즐(30D1,30D2)의 조 및 에어노즐(30E1,30E2)의 조가, 상기 연직방향의 중심선에 대하여 대칭위치에 각각 배치되어 있다. 또한, 이들 1쌍의 에어노즐의 조는, 상기 회전숫돌(1,2)의 원주방향으로 등간격으로 배치된다[각 에어노즐과 회전숫돌(1,2)의 중심(O)이 이루는 각(중심각)이 균등).
(2) 도시예의 공작물 회전지지장치(5)는, 공작물(W)을 축방향으로 위치결정 지지하는 축방향 지지수단으로서, 좌우 1쌍의 정압 패드(20,21)에 의해 공작물(W)을 비접촉상태로 지지하는 정압 지지장치(17)를 채용하고 있지만, 예컨대, 일본 특허공개 평10-128646호 공보 또는 일본 특허공개 평10-175144호 공보에 개시되는 바와 같은, 종래 공지의 지지롤러 등으로 지지하는 롤러 지지수단도 채용가능하다.
(3) 거리센서(Sa,Sb,Sc)는, 도시예와 같은 에어 게이지 센서 외에, 정전용량형의 센서나 레이저장치 등, 다른 비접촉형의 센서도 채용가능하다.
(4) 도시예에 있어서는, 숫돌자세 제어장치(8)에 의해, 거리값(La,Lb,Lc)이 역치(Ls)를 초과했을 때, 자동적으로 회전숫돌(1,2)의 자세수정을 하지만, 숫돌자세 제어장치(8) 대신에, 또는 이것과의 병용으로 수동조작으로 자세 수정할 수도 있다.
이 수동조작에 의한 경우에는, 경고 경보 등으로 이상신호를 내고, 이것에 따라서, 작업자가 기계를 정지시키고, 수동으로 도 8에 나타내는 초기상태로 회전숫돌(1,2)을 조정 복귀시켜서 운전 재개한다.
구체적으로는, 숫돌 틸트장치(6)의 경우, 상기 스테핑 모터(67,77)에의 통전을 정지하여, 출력축(67a,77a)을 자유롭게 하고 있는 상태에 있어서, 각이 진 기둥부(66e,77e)에 스패너 등의 수동공구를 결합시켜서, 웜기어(66,76)를 회전 구동시킴으로써, 수동조작으로, 숫돌대(10,11)의 경사를 조정할 수도 있다.
(5) 도시의 실시예에 있어서는, 회전숫돌(1,2)의 커팅동작이, 숫돌 커팅장치(13)에 의해, 소정의 대기위치(커팅 개시위치)로부터 미리 설정된 일정한 커팅량만큼 커팅되어 정지하고(이 정지위치가 커팅 완료위치), 스파크 아웃후에 상기 대기위치로 후퇴 복귀되도록 되어서, 회전숫돌(1,2)의 축방향 조정에 있어서는, 상기 대기위치가 이동조정되는 구성, 즉, 상기 커팅량이 일정하고, 상기 대기위치가 가변인 구성으로 되어 있다.
이에 대하여 상기 커팅량이 가변이고, 상기 대기위치가 일정하게 되어서, 회전숫돌(1,2)의 축방향 조정에 있어서는, 상기 커팅량이 변경 조정되는 구성으로 해도 좋다.
(6) 또한, 도시예의 양면 연삭장치는 가로형의 대향 2축 평면연삭반이지만, 본 발명은 다른 연삭반에도 물론 적용가능하다.
(7) 또한, 도시의 실시예는, 연삭 대상인 원판형상 공작물이 원형상인 것이지만, 본 발명은, 중앙부에 원형상의 구멍을 갖는 둥근 환형상의 공작물, 소위 도넛형상 공작물도 연삭 대상으로 할 수 있다.
이 경우, 공작물(W)의 지지형태는, 그 외주와 회전숫돌(1,2)의 연삭면(1a,2a)의 외주가 교차하고 또한 공작물(W)의 상기 중앙구멍의 일부가 상기 연삭면(1a,2a) 내에 위치하도록 배치된 상태에 있어서, 상기 연삭면(1a,2a)의 외주로부터 지름방향 외부로 돌출되어 있는 공작물(W)의 표리 양면(Wa,Wb)의 부분이, 공작물 회전지지장치(5)에 의해 회전 지지되게 된다.
이상에서 상세하게 서술한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 공작물을 회전 지지함과 아울러, 고속회전하는 1쌍의 회전숫돌을 그 숫돌축방향으로 커팅하여, 이들 양 회전숫돌 끝면의 연삭면에 의해 상기 공작물의 표리 양면을 동시에 연삭가공하는 것에 있어서, 상기 회전숫돌의 커팅 완료시에, 비접촉형 거리센서를 이용하여, 소정의 기준위치와 상기 공작물의 표리 양면의 거리를 3개소 이상에서 각각 측정하고, 이들 3개소 이상의 측정결과로부터, 상기 공작물의 변형량을 검출함과 아울러, 이 산출한 변형량이 소정치를 초과한 경우에, 그 변형량에 기초하여, 상기 회전숫돌의 커팅 완료시의 공작물이 변형되는 일없이 평탄하게 되도록, 상기 회전숫돌을 이동조정하는 구성으로 되어 있기 때문에, 이하에 열거하는 바와 같은 효과가 발휘되어서, 구부러짐이 없고 평행도 및 평탄도가 우수한 공작물을 얻을 수 있다.
(1) 상기 소정의 기준위치와 공작물의 표리 양면의 거리를 3점 이상에서 측정함으로써, 공작물의 자세의 좌우 수평방향의 구부러짐이나 상하방향의 구부러짐을 검지할 수 있다.
(2) 숫돌축을 틸트 제어함으로써, 보다 적절한 회전숫돌의 자세제어를 할 수 있어, NG공작물이 없게 된다.
(3) 자동으로 회전숫돌을 적절한 위치 및 자세로 하여 공작물을 연삭할 수 있어, 평탄도의 정밀도 유지를 할 수 있다.

Claims (17)

  1. 얇은 원판형상 공작물을 회전 지지함과 아울러, 고속회전하는 1쌍의 회전숫돌을 그 숫돌축방향으로 커팅하여, 이들 양 회전숫돌 끝면의 연삭면에 의해 상기 공작물의 표리 양면을 동시에 연삭가공하는 방법으로서,
    상기 회전숫돌의 커팅 완료시에, 비접촉형 거리센서를 이용하여, 소정의 기준위치와 상기 공작물의 표리 양면의 거리를 3개소 이상에서 각각 측정하는 스텝;
    이들 3개소 이상의 측정결과로부터, 상기 공작물의 변형량을 검출하는 스텝; 및
    이 산출한 변형량이 소정치를 초과한 경우에, 그 변형량에 기초하여, 상기 회전숫돌의 커팅 완료시의 공작물이 변형되는 일없이 평탄하게 되도록, 상기 회전숫돌을 이동조정하는 스텝을 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 얇은 원판형상 공작물의 양면 연삭방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 공작물의 표리 양면에 대향해 바라봐서, 상기 공작물이, 공작물 외주와 상기 회전숫돌의 연삭면 외주가 교차해서 위치하도록 배치된 상태에 있어서, 공작물 회전지지수단에 의해, 이 공작물의 상기 연삭면 외주로부터 지름방향 외부로 돌출되어 있는 표리 양면의 부분을 회전 지지하는 것을 특징으로 하는 얇은 원판형상 공작물의 양면 연삭방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 거리센서는, 상기 공작물을 사이에 두고 서로 대향하는 위치에 1쌍 배치됨과 아울러, 이들 1쌍의 거리센서의 조가 상기 회전숫돌의 연삭면 외주 근방위치에 3개소 이상의 홀수 개소에 배치되고,
    상기 공작물의 표리 양면에 대향해 바라봐서, 상기 거리센서의 조의 1개가 공작물의 일직경선 상에 위치하도록 배치되고, 나머지 거리센서의 조가 상기 일직경선에 대하여 대칭위치에 각각 배치되고, 및 이들 거리센서의 조는, 상기 회전숫돌의 원주방향으로 등간격으로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 얇은 원판형상 공작물의 양면 연삭방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 거리센서에 의한 상기 거리측정을, 상기 회전숫돌의 스파크 아웃시에 행하는 것을 특징으로 하는 얇은 원판형상 공작물의 양면 연삭방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 회전숫돌의 이동조정을 상기 공작물의 연삭완료 후에 행하는 것을 특징으로 하는 얇은 원판형상 공작물의 양면 연삭방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 회전숫돌의 이동조정을 상기 공작물의 연삭 중에 행하는 것을 특징으로 하는 얇은 원판형상 공작물의 양면 연삭방법.
  7. 얇은 원판형상 공작물을 회전 지지함과 아울러, 고속회전하는 1쌍의 회전숫돌을 그 숫돌축방향으로 커팅하여, 이들 양 회전숫돌 끝면의 연삭면에 의해 상기 공작물의 표리 양면을 동시에 연삭가공하는 장치로서,
    끝면의 연삭면끼리가 대향하도록 배치된 1쌍의 회전숫돌;
    상기 공작물을, 상기 1쌍의 회전숫돌의 연삭면간에 있어서 공작물의 표리 양면이 이들 양 연삭면에 대향하는 상태에서, 회전 지지하는 공작물 회전지지수단;
    상기 회전숫돌의 자세를 조정하는 숫돌자세 조정수단;
    상기 회전숫돌의 커팅 완료시에 있어서, 소정의 기준위치와 상기 공작물 회전지지수단에 회전 지지된 공작물의 표리 양면의 거리를 3개소 이상에서 측정하여, 이들 3개소의 측정결과로부터, 상기 공작물의 회전지지상태에 있어서의 변형량을 산출하는 공작물 측정수단;
    이 공작물 측정수단의 측정결과에 따라서 상기 숫돌자세 조정수단을 제어하는 숫돌자세 제어수단을 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 얇은 원판형상 공작물의 양면 연삭장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 공작물 회전지지수단은, 상기 공작물의 표리 양면에 대향해 바라봐서, 상기 공작물이, 공작물 외주와 상기 회전숫돌의 연삭면 외주가 교차해서 위치하도록 배치된 상태에 있어서, 이 공작물의 상기 연삭면 외주로부터 지름방향 외부로 돌출되어 있는 표리 양면의 부분을 회전 지지하는 구성으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 얇은 원판형상 공작물의 양면 연삭장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 공작물 회전지지수단은, 상기 공작물의 표리 양면을 정압유체에 의해 비접촉 지지하는 정압 지지수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 얇은 원판형상 공작물의 양면 연삭장치.
  10. 제7항에 있어서, 상기 공작물 측정수단은, 소정의 기준위치와 상기 공작물의 표리 양면의 거리를 측정하는 3개이상의 비접촉형 거리센서와, 이들 3개의 거리센서의 검출결과로부터, 상기 공작물의 변형량을 산출하는 공작물 변형량 산출수단을 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 얇은 원판형상 공작물의 양면 연삭장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 거리센서는, 상기 공작물을 사이에 두고 서로 대향하는 위치에 1쌍 배치됨과 아울러, 이들 1쌍의 거리센서의 조가 상기 회전숫돌의 연삭면 외주 근방위치에 3개소 이상의 홀수 개소에 배치되고,
    상기 공작물의 표리 양면에 대향해 바라봐서, 상기 거리센서의 조의 1개가 공작물의 일직경선 상에 위치하도록 배치되고, 나머지 거리센서의 조가 상기 일직경선에 대하여 대칭위치에 각각 배치되고, 및 상기 거리센서의 조는, 상기 회전숫돌의 원주방향으로 등간격으로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 얇은 원판형상 공작물의 양면 연삭장치.
  12. 제10항에 있어서, 상기 공작물 회전지지수단이 상기 공작물의 표리 양면을 정압유체에 의해 비접촉 지지하는 정압 지지수단을 구비함과 아울러, 이 정압 지지수단의 정압 패드에 상기 공작물 측정수단의 거리센서가 배치되어 이루어지고,
    이 거리센서는, 상기 정압 패드를 상기 기준위치로 하여 상기 공작물의 표리 양면과의 거리를 측정하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 얇은 원판형상 공작물의 양면 연삭장치.
  13. 제7항에 있어서, 상기 숫돌자세 조정수단은, 상기 회전숫돌의 축방향위치를 이동조정하는 축방향 조정수단과, 상기 회전숫돌을 수평축선을 중심으로 하여 상하방향으로 경사이동 조정하는 상하방향 조정수단과, 상기 회전숫돌을 연직축선을 중심으로 하여 수평방향으로 경사이동 조정하는 수평방향 조정수단을 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 얇은 원판형상 공작물의 양면 연삭장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 숫돌자세 제어수단은, 상기 공작물 측정수단에 의해 측정된 상기 공작물의 변형량이 소정치를 초과한 경우에, 그 변형량에 기초하여, 상기 회전숫돌의 커팅 완료시의 공작물이 변형되는 일없이 평탄하게 되도록, 상기 숫돌자세 조정수단의 축방향 조정수단, 상하방향 조정수단 및 수평방향 조정수단을 구동 제어하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 얇은 원판형상 공작물의 양면 연삭장치.
  15. 제7항에 있어서, 상기 회전숫돌의 이동조정을 상기 공작물의 연삭완료 후에 행하는 것을 특징으로 하는 얇은 원판형상 공작물의 양면 연삭장치.
  16. 제7항에 있어서, 상기 공작물 측정수단에 의한 상기 거리측정을, 상기 회전숫돌의 스파크 아웃시에 행하는 것을 특징으로 하는 얇은 원판형상 공작물의 양면 연삭장치.
  17. 제7항에 있어서, 상기 숫돌자세 조정수단에 의한 상기 회전숫돌의 자세조정이 상기 공작물의 연삭중에 행해지는 것을 특징으로 하는 얇은 원판형상 공작물의 양면 연삭장치.
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