TW201444648A - 機床的自我診斷方法和機床的機床精度的修正方法 - Google Patents

Abstract

本發明提供機床的自我診斷方法和機床的機床精度的修正方法，獲得了用於預防在機床內部具備照相機的機床的變形和部件的磨損等導致的故障的自我診斷方法和對利用該診斷檢測出的變形和鬆動所導致的加工精度降低進行修正的方法。在機床的運轉時間或工件加工數達到所登記的間隔時，將旋轉台或進給台與設於機床內部的照相機移動到測量位置，取得圖像，根據圖像檢測出檢測物件部位的位置，檢測出自其本來應在的位置的偏移。通過多次重複這些操作，求出多個偏移量，計算出工作台和進給台的各控制軸方向上的修正值，並在控制器中更新設定的修正值。當檢測或計算出的多個偏移量彼此的差或修正值彼此的差超過閾值時發出警告，使機床停止。

Description

機床的自我診斷方法和機床的機床精度的修正方法

本發明涉及用於預防由機床的變形或部件的磨損等引起的故障的自我診斷方法、和對通過該診斷檢測出的變形或磨損所導致的加工精度的降低進行修正的方法，特別涉及在機床內部具備照相機的機床的上述方法。

在機床中，出於檢測被搬入到機床的坯料的姿勢並監視機床動作的目的，實際應用了在機床內部具備對坯料和加工部進行拍攝的照相機的機床。

圖7和圖8是示意地示出具備檢測坯料的搬入姿勢的照相機的玻璃板的周緣加工裝置的例子的圖。圖7是在電視顯像器的顯示面板使用的大型的玻璃基板的周緣加工裝置的例子，圖8是在便攜終端的顯示面板使用的小型及中型的玻璃基板的周緣磨削裝置的例子。

圖7示出的裝置是一邊使固定在工作台12上的玻璃基板w沿圖中Y方向移動一邊利用配置在工作台12兩側的磨具3、3進行工件的Y方向的兩側邊e、e的加工的裝置。在該周緣加工裝置中，利用設置於裝置的2台照相機5、5讀取標在工件w的角或角部附近的標記m1、m2、m3，檢測工件w在工作台12上的位置和角度的偏移（偏差），基於檢測出的偏移量，修正工作台12的旋轉角和刀具3的切入方向（圖中X方向）的位置指令。各側的磨具3和照相機5搭載于設於各側的X方向進給台21、21，利用照相機5檢測出的X方向的偏移量就這樣成為磨具3的X方向的位置的修正值。

圖8所示的裝置是這樣的裝置：通過將固定有工件w的工作台12的繞鉛直軸P的旋轉角θ、和刀具3沿圖中X方向朝向工作台中心P接近和離開的移動量x相關聯地進行控制（以下稱為“輪廓加工方式”），來對工件w進行自由的形狀的周緣加工。在該周緣加工裝置中，通過使工作台旋轉或使照相機5沿垂直於圖的紙面的方向移動，從而利用在使刀具3沿X方向移動的橫向進給台21搭載的1個照相機5來檢測置於工作台12上的工件w的多個部位的角，由此檢測工件w在工作台12上的位置和角度的偏移，基於檢測出的偏移量，修正工作台12的旋轉角和刀具3的X軸方向的位置指令。

並且，在車床等金屬加工機床中，也提出了下述裝置：通過在設備內設置照相機並在控制板的顯示器顯示由該照相機拍攝到的圖像，從而使以手動操作進行試加工時等的操作員容易確認機床的動作。

機床因伴隨著運轉的發熱、環境溫度的變化而發生熱變形。在機床中，因機床的局部的熱變形或工件與機床的熱變形的差而產生加工誤差。並且，機床因常年的使用，由於滑動部的磨损或軸承的損傷等而產生鬆動（ガタ）。該鬆動還使機床的加工精度降低，成為產生不合格件的原因。當產生不合格件時，為了追究其原因而進行機床精度的測定。並且，為了將這樣的不合格件的產生防患未然，需要定期進行機床精度的測定。

刀架等直線移動部件的定位精度降低、和主軸及旋轉工作台等旋轉部件的旋轉定位精度降低是部件磨損等導致的機床的加工精度降低的主要原因。如圖9所示，通過用千分錶或接觸感測器52檢測定位於規定位置的直線移動部件51的實際的位置來進行直線移動部件的精度的測量，並且如圖10所示，在旋轉部件53安裝多面鏡54，根據各反射面55朝向自准直儀56等光學測定器時的投射光和反射光的偏差來測量旋轉部件的旋轉角的精度。

即，對於機床的各部件的移動軸和旋轉軸，將測量它們的精度所需的測定器安裝在規定的部位，根據部件應在的位置與實際的位置的偏移量的測定值來求出用於對向該部件的驅動源（伺服馬達等）發送的指令值進行修正的修正值（修正參數）而在控制器進行設定，由此維持期望的加工精度。

專利文獻1：日本特開2013-035089號公報

若在未識別出機床的精度降低的狀態下繼續使用機床而產生不合格件，則會導致巨大的損失，因此，通過定期測定機床精度而設定與機床的精度降低和熱變形對應的修正值來實現加工精度的維持是極其重要的。

但是，若要可靠地防止不合格件的產生，則不得不頻繁地進行機床精度的確認（測定），在以往的機床精度的測定方法中需要長時間停止機床來進行測定，並且用於測定的作業負擔也大。即，為了測定，需要停止機床，並針對機床所具備的多個移動部件和旋轉部件，在其每個移動方向上安裝抽樣檢測儀（pick tester）或自准直儀等測定器來進行測量，除了需要昂貴的測定器之外，也需要高超的測定技術和大量的作業時間。而且，在該測定期間，工件的加工作業停止，因此存在生產率也降低等經濟負擔和測量作業者的作業負擔大這樣的問題。

本發明的課題為取得如下機床：在工件的連續加工中，能夠對進行該加工的機床的移動部件和旋轉部件、特別是有可能對加工精度產生大的影響的移動部件和旋轉部件的定位精度進行測量，並一邊根據需要變更登記在控制器中的修正值一邊繼續連續加工，而且還能夠預知支承這些部件的軸承和驅動系統的損傷所導致的故障的發生。

本發明提供機床的自我診斷方法和修正值的自動設定方法來解決上述課題，其中，機床具備取得機床內部的圖像的照相機，控制器用設定的修正值對按照加工程式生成的指令值進行修正來使各驅動裝置動作，由此來進行工件的連續加工，所述機床的自我診斷方法的特徵在於，用所述照相機定期拍攝移動台或旋轉台的同一部位並根據取得的圖像測定機床的偏移量的變化，所述修正值的自動設定方法的特徵在於，根據該診斷結果對該移動台或旋轉台的動作指令的修正值進行設定或更新。

控制器具備自我診斷程式和下述構件：將照相機定位在成為拍攝對象的移動台或旋轉台的規定部位的定位構件；取得圖像的圖像取得構件；根據取得圖像檢測規定部位的實際位置的位置檢測構件；以及對該檢測出的位置與登記或存儲於控制器的本來位置的偏移進行計算的計算構件，控制器還具備：根據計算出的偏移計算出工作台和進給台的各控制軸方向上的修正值的修正值計算構件；以及將計算出的修正值存儲到控制器的規定的存儲區域的修正值設定構件。

在機床的運轉時間和工件加工數達到預先登記於控制器中的自我診斷間隔之後的加工動作結束時，調用自我診斷程式。自我診斷程式利用所述定位構件將工作台或其他旋轉台、進給台和照相機移動到測量位置，利用圖像取得構件在該位置取得照相機的圖像，利用位置檢測構件從該圖像中檢測出檢測物件部位的位置，利用偏移計算構件檢測出檢測物件部位自本來應在的位置的偏移。通過多次重複這些操作，求出多個偏移量。然後，根據這些偏移量計算出工作台和進給台的各控制軸方向上的修正值，將在控制器中設定的修正值更新成新計算出的修正值。

在上述工序中，當檢測或計算出的多個偏移量彼此的差或修正值彼此的差超過預先登記的閾值時發出警告，並在必要的情況下結束連續加工而停止機床。

根據本發明的自我診斷方法，完全不需要操作員的管理和作業，能夠在事前檢測到機床精度降低所引起的不合格件的產生的可能性，因此能夠將不合格件的產生防患於未然。而且，通過在檢測到有可能與機床故障關聯的機床的鬆動和變形時發出警告，能夠在事前防止機床故障。

並且，使用設於機床內部的照相機，並通過程式動作來進行診斷的時刻和測量動作、甚至測量結果的判定，因此不需要操作員熟練，任何人都可以把握當前的機床精度。

並且，不需要準備用於測定機床的偏移的昂貴的測定器，測量中使用的照相機能夠兼用作工件的定位確認和加工精度測量用的照相機，不會為了測量作業而使機床長時間停止，因此可以大幅減少測量所需的費用和機床運轉的損失。

並且，根據本發明的修正值的自動設定方法，除了發揮上述自我診斷方法的效果之外，還具有如下效果：能夠防止修正值的計算錯誤和輸入錯誤等人為錯誤，能夠自動變更修正值而繼續連續運轉，因此能夠維持高的加工精度，同時能夠實現由機床運轉率的提高帶來的生產率的提高和操作員的作業負擔的減輕。

以下，以輪廓加工方式的周緣加工裝置為例，對本發明的實施方式進行說明。圖是示出這種周緣加工裝置的一個例子的圖，是在專利文獻1中提出的裝置，圖1是側視圖，圖2是示出主要部分的器具配置的俯視圖。

在圖中，標號1是工件軸。工件軸1是鉛直方向的中空的旋轉軸，在上端設有工作台12，被加工的工件（玻璃板）w以水準姿勢保持在工作台12的上表面。通過工件軸1的中空孔向工作台12的上表面供給負壓，工件w以下表面被真空吸附的方式固定於工作台12。在工件軸1的下端連結有主軸馬達（伺服馬達）15，該主軸馬達15經由伺服放大器41與控制器4連接，根據控制器4的指令控制工件軸1的旋轉角。

在工件軸1的上方設有橫向進給台21。橫向進給台21被未圖示的水準方向的橫向導向件引導成能夠自如移動，並螺合於由橫向進給馬達（伺服馬達）23旋轉驅動的橫向進給絲桿24。橫向進給馬達23與控制器4連接，橫向進給台21的移動位置由控制器4控制。

在橫向進給台21設有縱向進給台25。縱向進給台25能夠自如移動地安裝在固定於橫向進給台21的鉛直方向的縱向導向件上，並螺合於由縱向進給馬達26旋轉驅動的縱向進給絲桿27。

在縱向進給台25軸支承有鉛直方向的磨具軸31，在該磨具軸的下端安裝有磨具3。磨具軸31的上端經由齒形帶33與磨具驅動馬達34連接。在圖的裝置中，磨具軸為1根，但也多使用設置有多根磨具軸而能夠安裝直徑或形狀不同的多種磨具的裝置。

工件軸1的軸心及磨具軸31的軸心位於與橫向進給台21的移動方向平行的同一鉛直面s上。如圖3所示，在輪廓加工方式中，通過利用控制器4將橫向進給台21的移動量（即磨具3的移動量）x和工件軸1的旋轉角θ相關聯地進行控制，從而進行期望的平面形狀的周緣加工。

在橫向進給台21的固定位置設有用於取得被搬入到工作台12上的工件的圖像的照相機5。如圖2所示，該照相機5設於其光軸通過所述鉛直面s的位置。

在工作台12的角部A、B的上表面分別刻設有標記a、b。由於已知該標記a、b在工作台12上的位置，所以能夠通過計算求出在使工作台12旋轉而使標記a、b位於所述鉛直面s時的工件軸1的從原點角度旋轉的旋轉角、和使照相機5的光軸與位於鉛直面s上的標記一致時的橫向進給台的移動位置。

因此，利用控制器4使橫向進給馬達23和主軸馬達15旋轉，將標記a定位於照相機5的光軸的位置，並用照相機5取得角部A的圖像。圖4是示出照相機所取得的圖像的例子的圖。能夠根據取得的圖像檢測出標記a的自圖像中心的位置。接下來，將工作台12旋轉180度，需要的話移動橫向進給台21，將標記b定位於照相機5的光軸的位置，並用照相機取得角部B的圖像。

通過測量這樣取得的圖像上的標記a、b從照相機光軸的偏移，能夠測量出工作台12的旋轉角的誤差（自初始位置的偏差）和橫向進給台21的定位誤差。並且，通過從相反方向旋轉和移動工作台12和橫向進給台21，使標記a、b與照相機5的光軸一致而進行同樣的測量，從而根據從相反方向測量時的誤差與最初測量時的誤差的差，能夠測量出因磨損等產生的機床的鬆動。

另外，即使在工作台12未刻設有標記a、b的情況下，也能夠根據圖像上的工作台的周緣的線的交點檢測出工作台12的角。在該情況下，利用將光軸Co定位在工作台12的作為對象的角A、B應在的位置的照相機5，取得工作台的角部A的圖像，接下來將工作台12旋轉180度而取得角部B的圖像。作為工作台的邊緣的影像的垂直的2條線段映在取得的圖像上，因此能夠取得這2條線段的交點在圖像上的座標。

通過比較以上述方式取得的標記a、b或角A、B的頂點的位置，能夠進行如下內容的機床狀態的自我診斷和基於該測量結果的修正處理。

（1）在開始使用機床時及之後，按照預先登記於控制器的機床運轉時間或按照加工個數，對工作台的X及Y方向的偏差量進行比較，確認熱偏移的狀況。並且，根據偏差量，在控制器自動設定用於修正熱偏移的偏差的修正值。

（2）在停止工作台和橫向進給台的狀態下對同一部位拍攝多次，並比較這些圖像中的標記a、b或角A、B的頂點的位置，由此能夠確認機床振動的狀態。當比較出的位置的波動大於預先登記的閾值時，認為例如在橫向進給台的驅動系統產生的游隙增大等，因此發出警告提醒操作人員注意。

（3）將工作台重複定位在相同的角度而拍攝同一部位，比較這些圖像中的標記a、b或角A、B的頂點的位置，由此能夠檢測出支承工作台的主軸軸承等工作台支承系統和主軸馬達等驅動系統的異常，並在判定為異常時發出警告。

接下來參照圖5及圖6，說明上述裝置中的本發明的自我診斷和機床精度的修正方法。首先，在開始連續加工之前，在控制器4設置對運轉時間進行計時的計時器，並預先設定實施自我診斷的時間間隔和允許的鬆動（游隙）的允許值。

在示出連續加工工序的圖5中，在開始加工後，控制器4等待來自搬入搬出裝置的工件搬入結束信號。工件被搬入之後，檢測以例如專利文獻1所述的工序被搬入到工作台12上的工件w的位置偏差，根據該檢測出的位置偏差針對每個工件算出基於該工件的位置偏差的修正值，並在控制器中進行設定。然後，進行工作台上的1個工件的加工，加工結束後將結束信號送至搬入搬出裝置而等待工件w從工作台12上的搬出。工件被搬出之後，執行圖6中說明的自我診斷程式，恢復控制後若有下一個工件則回到最初並等待下一個工件的搬入。若沒有下一個工件則結束連續加工工序。

圖6是自我診斷程式的工序。在該工序中，包括機床精度的修正工序。在開始執行該工序後，首先，判斷利用設於控制器4的運轉時間計時器計時的運轉時間是否達到執行自我診斷的時間間隔（步驟61），如果沒有達到則立即結束並返回到連續加工工序。在達到自我診斷的時間間隔的情況下，使工作台12旋轉到預先登記的角度，並將橫向供給台21移動到預先登記的位置而使第1標記a位於照相機5的光軸上（步驟62）。然後，取得照相機5的圖像（步驟63），根據取得的圖像檢測標記a，來檢測出自其本來的位置（光軸中心）的偏移（步驟64）。接下來將工作台旋轉180度，並通過取得照相機的圖像來檢測標記b，以檢測出自其應在位置的偏移（步驟65～68）。能夠根據這2個標記a、b的偏移計算出工作台的旋轉角的偏移、和工作台中心與橫向進給台21在X方向（橫向進給台的進給方向）及與X方向正交的Y方向上的偏移，但由於Y方向的偏移對加工精度的影響小，所以求出用於修正工作台角度與橫向進給台的位置偏移的第1修正值並進行存儲（步驟69）。

接下來，從相反方向移動工作台12和橫向進給台21並通過同樣的操作取得標記a和b的圖像，與前述同樣地計算出第2修正值（步驟70～77）。而且，當第1和第2修正值的差大於登記的游隙的允許值時，通過對控制器設定修正值難以將其消除，因此發出警告以停止運轉。如果第1和第2修正值的差在允許值以下，則將它們的修正值的平均值設定為當前修正值（步驟78），重置運轉時間計時器而返回連續加工工序。

上述實施例示出的裝置和工序是通過工作台的旋轉和刀具的只在X方向上的移動來進行工件的加工的，但在沿X、Y方向移動刀具來進行加工的裝置中，根據利用照相機對設定在工作台上的一個部位進行拍攝而取得的圖像來檢測X、Y兩方向上的偏移，由此檢測出經時變化和熱偏差所導致的刀具與工作台的相對位置關係的變化，自動地將用於修正這些偏移的修正值設定到控制器中。

並且，在上述自我診斷工序中的步驟63和66中，在使機床停止的狀態下多次拍攝同一部位，來檢測出這些圖像彼此的偏移，由此能夠進行機床振動的確認，當該多次拍攝的圖像中的物件物的圖像的位置存在超過已設定的允許值的波動時，能夠發出發生某種異常的警告。

並且，重複上述自我診斷工序中的步驟62～67而取得多幅圖像，能夠確認該圖像彼此的物件物的位置的波動。當該波動大時，認為例如在包括主軸馬達15的主軸的驅動系統、軸支承主軸的軸承、或橫向進給台21的驅動系統發生異常，因此即使在這樣的情況下，也能夠在該波動的量超過預先設定的允許值時，發出警告來催促機床的檢查。

在上述實施例中說明的機床是基於輪廓加工方式的玻璃板的周緣加工裝置，但在二維平面上移動圖7所示的裝置和刀具來進行加工的加工中心這樣的機床中也可以採用本發明的方法。特別是在將照相機搭載在沿刀具的切入方向進給的進給台的機床中，照相機與刀具的相對位置關係不發生變化，可以將檢測出的偏移量直接作為該方向上的修正值，因此本發明的方法特別有效。

如上所述，根據本發明的方法，具有如下效果：不必在已有的裝置追加設置檢測器或測量器，僅通過向控制器登記自我診斷程式和各種允許值，並在連續加工中適時調用自我診斷程式，就能夠設定與機床精度的診斷和各個時刻的機床的熱偏移等對應的修正值，而且在自我診斷程式中取得多幅圖像並對它們進行相互比較，由此能夠發現機床的異常和故障，不僅能夠防止不合格件的產生，還能夠在初期階段發現機床的磨損和故障。

1．．．工件軸

3．．．磨具

4．．．控制器

5．．．照相機

12．．．工作台(旋轉台)

15．．．主軸馬達

21．．．橫向進給台(移動台)

23．．．進給裝置(橫向進給馬達)

24．．．橫向進給絲桿

25．．．縱向進給台

26．．．縱向進給馬達

27．．．緃向進給絲桿

31．．．磨具軸

33．．．齒形帶

34．．．磨具驅動馬達

41．．．伺服放大器

A、B．．．工作台的角部

a、b．．．刻設於角部的標記

p．．．工作台的中心

s．．．鉛直面

x．．．移動量

w．．．工件

圖1是周緣加工裝置的側視圖。 圖2是示出圖1的裝置的主要的器具配置的俯視圖。 圖3是示出輪廓加工方式的加工的說明圖。 圖4是示出取得的照相機的圖像的例子的圖。 圖5是示出連續加工工序的流程圖。 圖6是示出自我診斷和修正值的設定工序的流程圖。 圖7是示出大型玻璃板的周緣加工裝置的例子的示意性的立體圖。 圖8是示出小型和中型玻璃板的周緣加工裝置的例子的示意性的立體圖。 圖9是示出移動台的位置測量的現有例的示意圖。 圖10是示出旋轉台的旋轉角測量的現有例的示意圖。

（無）

Claims (4)

1. 一種機床的自我診斷方法，其為機床的機床精度的自我診斷方法，所述機床具備取得機床內部的圖像的照相機，控制器用設定的修正值對按照加工程式生成的指令值進行修正來使加工中使用的移動台或旋轉台的各驅動裝置動作，由此來進行工件的連續加工， 所述機床的自我診斷方法的特徵在於， 用所述照相機定期拍攝所述移動台或旋轉台的同一部位並根據取得的圖像檢測機床的偏移量的變化，當超過在控制器中設定的閾值時發出警告。
2. 如請求項1所述的機床的自我診斷方法，其特徵在於， 用所述照相機多次拍攝所述移動台或旋轉台的同一部位並根據取得的多幅圖像分別檢測機床的偏移量，當檢測出的多個偏移量的波動超過在控制器中設定的閾值時發出警告。
3. 如請求項2所述的機床的自我診斷方法，其特徵在於， 在使所述移動台或旋轉台停止的狀態下取得所述多幅圖像。
4. 一種機床的機床精度的修正方法，其特徵在於，在利用請求項1所述的方法檢測出的偏移量未超過所述閾值的條件下，根據該偏移量的變化對所述移動台或旋轉台的動作指令的修正值進行設定或更新。