JP3209908B2 - 定寸装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、加工中に被加工物
（ワーク）の加工部分の寸法を測定し、寸法が所定の加
工寸法に達した時に定寸信号と呼ばれる測定信号を出力
する定寸装置、加工部分の寸法を示す測定信号から加工
における異常発生を検出する加工異常検出装置、及びこ
のような装置を使用した加工システムに関し、特にマグ
ネットシューのようなチャックを使用しているためにワ
ークが一時的に停止する恐れのある工作機械と組み合わ
せて使用される定寸装置、加工異常検出装置、及びこの
ような工作機械と定寸装置で構成される加工システムに
関する。

【０００２】

【従来の技術】ワークの加工部分の寸法を加工中に測定
して加工精度を向上させることが行われている。例え
ば、あらかじめ目標寸法を設定し、測定した寸法がこの
目標寸法に達した時又は達する直前に加工停止信号を出
力して、加工を停止すれば高精度の加工が可能である。
このような加工中に加工部分の寸法を測定して、加工動
作を制御する信号を出力する装置を定寸装置と呼んでい
る。

【０００３】例えば、研削加工では、単位時間当たりの
加工量、すなわち、ワークに対して砥石を移動させる速
度により表面の仕上がり具合が異なる。そのため、研削
加工では、目標寸法より所定量大きな寸法までは高速に
加工し、それ以後は仕上がり具合を良好にするようにゆ
っくり加工することにより、高速で且つ正確で良好な仕
上がり具合になるようにしている。実際には、加工速度
の大きな粗研工程、加工速度の小さな精研工程、ほとん
ど加工は行われず仕上がり具合を良好にするために行わ
れるスパークアウト工程の順で加工を行うのが一般的で
ある。定寸装置には、あらかじめ粗研から精研、精研か
らスパークアウト、加工停止の寸法が設定されており、
設定された寸法に達すると定寸信号を出力するように構
成されている。

【０００４】研削加工では、回転するワークに回転する
砥石を接触させることにより加工を行うため、一般にワ
ークの外径寸法が重要であり、定寸装置も外径寸法を測
定して定寸信号を出力する。このような 定寸装置に使
用されるワークの寸法を測定する測定ヘッドは、基本的
には加工中にも加工部分の外径寸法が測定できるもので
あればどのようなものであってもかまわないが、ここで
はもっとも一般的に使用されている測子が測定する部分
に接触し、測子の変位を検出する方式の測定ヘッドを使
用した定寸装置を例として説明する。

【０００５】ワークが円筒状の回転体でその外径を測定
する場合には、外径部に接触する触針等の測定器の測子
を、回転体の回転軸に対して対称な位置にセットしてワ
ークを回転させながら測定を行う。外径の値は、２つの
測子の出力和から算出していた。図５は定寸装置を使用
した従来の加工システムの基本的な構成を示す図であ
る。

【０００６】図５に示すように、工作機械（ここでは研
削装置）１１０は、高速で回転する砥石１１１でワーク
１００を研削する。制御部１１３は研削装置１１０の加
工動作を制御する。ワーク１００はチャック１１２に取
り付けられて回転する。加工中のワーク１００の外径部
分には、測定ヘッド１３から延びる測子１１と１２が接
触され、その変位を測定ヘッド１３内の差動トランスで
検出し、２つの測子の変位を加算した値、すなわち、ワ
ーク１００の外径を示す測定信号が出力される。信号処
理・変換部３１は、測定ヘッド１３からの測定信号をア
ナログ処理した上でディジタル信号に変換する。データ
処理部３２は、このディジタル化された測定信号に基づ
いて、あらかじめ定められた、粗研から精研、精研から
スパークアウト、加工停止の寸法値に達したかを判定
し、そのような寸法に達した時に定寸信号を出力する。
制御部１１３は、定寸信号に基づいて砥石１１１の送り
込み量を変更するなどの制御を行う。通常は、信号処理
・変換部３１とデータ処理部３２を合わせて定寸装置と
呼んでいるが、測定ヘッド１３を含めて定寸装置と呼ぶ
場合もある。ここでは、測定ヘッド１３を含めて定寸装
置とするが、これに限られるものではない。歯車の加工
の場合には、測定信号は常時得られず間欠的にしか得ら
れない。そのため、このような加工の場合には、測定信
号が得られない間の測定信号の値を予測するなどの機能
が必要であるが、本発明には直接関係しないので、ここ
では円筒状の外径を研削する場合を例として説明するこ
ととする。

【０００７】図６は、加工に伴う測定信号の変化を示す
図である。定寸装置は測定信号を監視して、粗研から精
研に切り換える寸法Ｓ１、精研からスパークアウトに切
り換える寸法Ｓ２、加工を停止する寸法Ｓ３になる時を
それぞれ検出し、そのような寸法になったことを検出し
た時に、砥石１１１の送り込み量を変更する等の加工条
件の変更を行う。加工は粗研、精研、スパークアウトの
順で行われるが、それに応じて測定信号の値が図のよう
に変化する。粗研時は砥石１１１の送り込み量が大きい
ので、測定信号の値の変化は大きく、精研時は砥石１１
１の送り込み量が減少されるので、測定信号の値の変化
は小さくなり、スパークアウト時は砥石１１１の送り込
み量はほとんどゼロになるので、測定信号の値はほとん
ど変化しなくなる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】研削装置や旋盤等で
は、ワークの回転軸への保持は、機械的に行われるのが
一般的であるが、作業の簡単なマグネットシュー型と呼
ばれるチャックも広く用いられる。このマグネットシュ
ー型チャックは、鉄製等の磁石で吸着可能なワークを対
象とするもので、装置の回転軸に電磁石を設け、ワーク
をセットした上で電磁石を起動してワークを回転軸に固
定するものである。

【０００９】このようなマグネットシュー型チャックを
使用した研削装置では、ワーク加工中にチャックの着磁
状態によりワークの回転が停止することがある。そのま
ま停止していれば、定寸信号が出力されないため、研削
装置での時間管理等で加工に異常が発生したことを検出
でき、それに応じた処置が行える。しかし、一度停止し
たワークが再度回転を開始し、そのまま加工を終了する
ことがある。このような場合には、停止した時に砥石が
接触していた部分に溝が形成される。この溝が深かった
り、一時的なワークの停止が加工の終り近くで発生する
と、たとえ加工が最後まで行われても図７に示すような
数μｍのキズができる。このようなキズを加工後の自動
測定で発見するのは容易でなく、目視検査によらなけれ
ば発見が難しい。そのため、加工済のワークを全数目視
検査していた。しかし、全数目視検査するのは大変で、
コストアップするだけでなく、見落としのために不良品
が出荷されるという問題が発生している。

【００１０】本発明は、上記問題点に鑑みてなされたも
のであり、これまで目視検査に頼ってきた微小なキズの
発生を、その発生原因を加工段階で検出することにより
キズの発生を予測可能にした定寸装置、加工異常検出装
置、及びこのような装置を有する加工システムを実現す
ることを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の定寸装置は、上
記問題点を解決するため、正常な加工であれば、加工に
伴う単位時間当たりの測定信号の変化はほぼ一定である
ことに着目し、単位時間当たりの測定信号の変化が所定
の閾値以下の時には、加工に異常が発生したと判断す
る。

【００１２】すなわち、本発明の定寸装置は、被加工物
の加工部分の寸法を示す測定信号を出力する測定ヘッド
と、測定ヘッドの出力する測定信号を処理し、加工部分
の寸法があらかじめ設定された目標寸法に達した時に加
工条件を変化させるための定寸信号を出力する処理手段
とを備えた定寸装置において、測定信号の単位時間当た
りの変化量が、あらかじめ定められた閾値以下であるか
を判定し、測定信号の単位時間当たりの変化量が閾値以
下の時には加工異常信号を出力する加工異常検出手段を
備え、加工異常検出手段は、複数の加工条件に応じた複
数の閾値を記憶する閾値記憶手段と、閾値記憶手段に記
憶された加工条件に対応する閾値と測定信号の単位時間
当たりの変化量を比較する判定手段とを備えることを特
徴とする。

【００１３】閾値記憶手段に記憶される閾値は、外部か
ら設定できることが望ましく、そのためには外部から閾
値を入力する閾値入力手段を備える。

【００１４】キズの発生原因であるワークの一時停止が
発生すると、測定信号は変化しなくなるので単位時間当
たりの測定信号の変化が通常の値より非常に小さくなっ
た場合には、ワークの一時停止が発生したと判断でき
る。本発明では、加工異常検出手段が単位時間当たりの
測定信号の変化が所定の閾値以下であるかを判定し、閾
値以下の時には加工異常信号を発生するので、キズの発
生する可能性が高いワークを知ることができる。ワーク
の一時停止したとしても、かならずキズが発生するとは
限らないが、加工異常信号が発生されたワークについて
詳細に目視検査を行うようにすることも可能であり、生
産性ははるかに向上する。

【００１５】

【発明の実施の形態】図１は本発明の実施例の加工シス
テムの全体構成を示すブロック図である。図１におい
て、参照番号１００はワークを、１１０は研削装置を、
１１１は砥石を、１１２はマグネトシュー型チャック
を、１１３は制御部を、１１と１２は測子を、１３は測
定ヘッドを、２０は測定ヘッドからの信号を処理して定
寸信号を発生する処理部を、４０は加工異常発生検出部
を示す。処理部２０は、測定ヘッド１３からの測定信号
をアナログ処理した上でディジタル信号に変換する信号
処理・変換部３１と、このディジタル化された測定信号
に基づいて、あらかじめ定められた、粗研から精研、精
研からスパークアウト、加工停止の寸法値に達したかを
判定し、そのような寸法に達した時に定寸信号を出力す
るデータ処理部３２とで構成される。

【００１６】図５と比較して明らかなように、本実施例
では測定信号の変化から加工異常の発生を検出する加工
異常発生検出部４０が新たに設けられている点が従来例
と異なる。加工異常発生検出部４０は、閾値を記憶する
閾値記憶部４２と、閾値記憶部４２に記憶された閾値と
測定信号の単位時間当たりの変化量を比較する判定部４
１と、閾値を外部から入力する閾値入力部４３を有す
る。閾値記憶部４２は複数の閾値を記憶可能であり、加
工条件に応じた複数の閾値が閾値入力部４３を介して外
部から設定されて記憶される。判定部４１は、閾値記憶
部４２から加工条件に対応した閾値を読み出し、測定信
号の単位時間当たりの変化量と比較する。加工異常発生
検出部４０は、実際にはコンピュータシステムで実現さ
れる。処理部２０のデータ処理部３２もコンピュータシ
ステムで実現されるので、これと共通化して、加工異常
の発生を検出する機能を有する定寸装置として実現する
ことも可能である。また、既存の定寸装置からディジタ
ル化した測定信号が出力されるようにして、加工異常発
生検出部４０を加工異常発生検出装置として、既存の定
寸装置に付加した形で実現することも可能である。

【００１７】図２は、測定ヘッド１３、処理部２０、加
工異常発生検出部４０の部分のハードウエア構成を示す
図である。ここでは、データ処理部３２と加工異常発生
検出部４０は共通のコンピュータシステムで実現してい
る。しかし、データ処理部３２の機能部分については、
従来の定寸装置と同じであるので、説明からは除くもの
とする。

【００１８】図２において、参照番号１１と１２は測子
であり、１４と１５は測定ヘッドに設けられた第１及び
と第２差動トランス１４、１５を、１６と１７は差動ト
ランス１４、１５の出力を整流して直流成分を出力する
第１及び第２整流回路を、２５は第１及び第２整流回路
の検出信号を加算する加算回路を、２６はマスタの測定
値がゼロになるように補正値を減算するオートゼロ回路
を、２８はオートゼロ回路２６の出力をディジタル信号
に変換するＡ／Ｄ変換器を示す。参照番号５１から５８
はコンピュータシステムを構成する部分であり、ＣＰＵ
５１、ＲＯＭ５２、ＲＡＭ５３、Ｉ／Ｏポート５４、表
示インターフェース５５、入力キーインターフェース、
表示装置５７、入力キーボード５８で構成される。

【００１９】ＲＡＭ５３内には、図１の閾値記憶部４２
に相当する閾値レジスタが設けられており、精研時、粗
研時、スパークアウト時のそれぞれの閾値が記憶されて
いる。また、このような閾値の組が、複数種類のワーク
について記憶されている。これらの閾値は、操作者が表
示装置５７を見ながら入力キーボード５８を使用して入
力する。

【００２０】図３は本実施例における、加工に伴う測定
信号の値の変化を示す図である。測定信号の値の変化は
基本的には図６と同じである。ワークが停止したと判定
する閾値を、粗研時には５０μｍ／５００ｍｓとし、精
研時には１０μｍ／２００ｍｓとし、スパークアウト時
にはワークの停止を検出しないこととする。従って、粗
研時には５００ｍｓの間に測定信号の値が５０μｍ変化
しないとワークが停止したと判定され、精研時には２０
０ｍｓの間に測定信号の値が１０μｍ変化しないとワー
クが停止したと判定される。ここで、粗研時のサンプリ
ング間隔が精研時に比べて長いのは、加工速度が速いた
め、誤差が大きいためである。但し、これはあくまで例
であり、加工条件に応じて各種設定することが可能であ
る。

【００２１】図４は、本実施例におけるワーク停止判定
処理を示すフローチャートである。図４を参照しなが
ら、ワーク停止判定処理を説明する。ステップ５０１で
はその時点の加工モードを検出する。加工モードに関す
る情報は、定寸装置から得られる。ステップ５０２で
は、加工モードを判定し、粗研であれば、ステップ５０
３に進んで粗研時の閾値を読み出してレジスタに記憶
し、精研であれば、ステップ５０４に進んで精研時の閾
値を読み出してレジスタに記憶し、スパークアウトであ
ればステップ５０５に進む。スパークアウト時はワーク
停止判定を行わないので、次のワークを加工するまで、
ワーク停止判定処理を行わず待機する。

【００２２】ステップ５０６ではステップ５０３と５０
４で読み出したサンプリング間隔で測定信号の値を読み
取り、記憶する。測定信号の値の読み取りは、定寸信号
を発生するためにもサンプリングされており、それがス
テップ５０３と５０４で読み出したサンプリング間隔と
一致するとは限らない。通常は、定寸信号を発生するた
めのサンプリングの方が頻繁に行われるので、その幾つ
かを無視することで、サンプリング間隔を合わせる。ス
テップ５０７でも、同様にサンプリングしてその測定値
を記憶する。

【００２３】ステップ５０８では、前回のサンプリング
時の測定値との差を算出し、ステップ５０９でステップ
５０３と５０４で読み出した閾値より小さいかを判定す
る。小さければ、ワーク停止と判断されるので、ステッ
プ５１０に進んで異常が発生したことを知らせる。閾値
より大きければ、正常であるから、ステップ５１１で加
工モードに変更があったかを検出して、なければステッ
プ５０７に戻り、変更があれば、ステップ５０２に戻
る。

【００２４】以上の処理で明らかなように、加工モード
に変更があった場合には、測定信号の値の変化量も異な
ることになるので、前回記憶した測定値は無視し、新た
に記憶した値から判定を開始する。また、上記の処理で
は、加工モードに変更があったかはサンプリング毎に判
定するが、これでは加工モードに変更があってから次に
サンプリングするまでの時間が長くなる可能性があるの
で、加工モードに変更があった時には割り込み処理を行
うようにしてもよい。

【００２５】以上のように、本実施例では、ワーク停止
の判定が可能になる。しかも、このワーク停止判定処理
は、元々の定寸装置に設けられているコンピュータにプ
ログラムを追加するだけで実現でき、ハードウエアを追
加する必要がないので、非常に低コストで実現できる。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
目視検査を必要としたキズの発生原因であるワークの停
止が検出されるので、目視検査を廃止又は大幅に簡略化
することが可能になり、製造コストが低減できるだけで
なく、不良品を見落とす恐れが低減される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の加工システムの構成を示す図
である。

【図２】実施例における測定信号の処理部分のハードウ
エア構成を示す図である。

【図３】実施例における、加工に伴う測定信号の値の変
化を示す図である。

【図４】本実施例におけるワーク停止判定処理を示すフ
ローチャートである。

【図５】従来の定寸装置を利用した加工システムの構成
を示す図である。

【図６】従来例における、加工に伴う測定信号の値の変
化を示す図である。

【図７】ワークの回転停止に伴い生じるキズの例を示す
図である。

【符号の説明】

１１，１２…測子 １３…測定ヘッド １８，１９…オートゼロ回路 ２０…処理部 ３１…信号処理・変換部 ３２…データ処理部 ４０…加工異常検出部 ４１…判定部 ４２…閾値記憶部 ４３…閾値入力部 １００…被加工物（ワーク） １１０…工作機械（研削装置） １１１…砥石 １１２…チャック １１３…制御部

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被加工物（１００）の加工部分の寸法を
   示す測定信号を出力する測定ヘッド（１３）と、 該測定ヘッド（１３）の出力する測定信号を処理し、加
   工部分の寸法があらかじめ設定された目標寸法に達した
   時に加工条件を変化させるための定寸信号を出力する処
   理手段（２０）とを備えた定寸装置において、 前記測定信号の単位時間当たりの変化量が、あらかじめ
   定められた閾値以下であるかを判定し、前記測定信号の
   単位時間当たりの変化量が前記閾値以下の時には加工異
   常信号を出力する加工異常検出手段（４０）を備え、 前記加工異常検出手段（４０）は、複数の加工条件に応
   じた複数の前記閾値を記憶する閾値記憶手段（４２）
   と、該閾値記憶手段（４２）に記憶された加工条件に対
   応する閾値と前記測定信号の単位時間当たりの変化量を
   比較する判定手段（４１）とを備える ことを特徴とする
   定寸装置。
2. 【請求項２】 前記閾値記憶手段（４２）に記憶される
   閾値を外部から入力する閾値入力手段（４３）を備える
   請求項１に記載の定寸装置。