JPH0679586A - 加工装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 保持治具から被加工物を外すことなく被加工
物の加工中に加工誤差を補正することができる加工装置
の提供を目的とする。 【構成】 放電加工機105 に、被加工物203 を撮像する
撮像装置206 を設け、この撮像装置206 でとらえた画像
を画像評価装置211 に送り、予め入力された出来上がり
形状との比較を行う。この比較結果は制御装置210 を介
して放電加工機105 からの加工パラメータが修正，変更
される。被加工物203 の加工中に加工形状が検出される
ので、加工形状に関して閉ループ制御が達成され、保持
治具204 から被加工物203 を外すことなく加工誤差を補
正することができる。また、特に数ミリ以下の微細な機
械部品の高精度加工に適する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は被加工物の位置や姿勢
を、被加工物を保持する治具や加工治具を数値的に制御
しながら、被加工物を所望の形状に加工するための加工
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】機械部品の小形化や高精度化に伴い、こ
れを加工する工作機械にもそれなりの能力が要求されて
いる。特に数ミリ以下の微細な機械部品の加工には、い
わゆる放電加工機が使用されることが多い。このような
放電加工機にあっては被加工物が保持される位置決めテ
ーブルと、この被加工物を加工する電極の間に電位差を
与え、この電位差により放電状態を実現することで被加
工物の形状加工を行う。被加工物と電極の間には放電の
ための空隙（放電ギャップ）を設ける必要があるので、
通常はこの放電ギャップを考慮した数値データをこの工
作機械の制御装置にＮＣデータとして入力し、位置決め
テーブルや放電電極の位置および姿勢を制御して所望の
形状を得るようにしている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上述した
ような方法では、放電ギャップの寸法など実際の加工形
状は計測されていない。つまり、加工形状に関しては開
ループ制御がなされていた。そのため、入力したＮＣデ
ータと出来上がり形状が相違する場合がある。このよう
な従来方法では、被加工物が比較的大きく、加工時の誤
差が要求される加工精度以下の場合には問題ないが、被
加工物の寸法が小さい場合には加工誤差が要求寸法を上
回ってしまい要求仕様を満たさなくなる可能性がある。

【０００４】一般には、テストカットを何度か行って入
力する数値を補正したり、あるいは加工を一旦中断して
被加工物の形状を公知の計測装置で測定して加工条件を
変更するなどの手段が採られている。しかし、前者の場
合には抽出した補正値は加工前に入力するのみで、その
効果は全加工が終了した後の形状計測で確認し、もし不
適当であれば別の加工条件を入力して再度加工するとい
うものであり、非常に手間がかかる。また後者の場合に
は被加工物を一旦保持治具から外すため再度保持治具に
戻す際に設置誤差が累積するという問題があった。特
に、被加工物が数ミリ以下の微細なものである場合、一
旦保持治具から外すと元に戻せなくなる場合も多い。

【０００５】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、保持治具から被加工物を外すことなく被
加工物の加工中に加工誤差を補正することができる加工
装置の提供を目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を解決するた
めに本発明においては、設計データに基づいて被加工物
の加工パラメータを生成する加工パラメータ生成部と、
前記加工パラメータ生成部からの加工パラメータに基づ
いて被加工物を加工する加工部と、加工時の被加工物の
加工形状を検出する形状検出部と、前記形状検出部によ
る検出結果と被加工物の目標形状とを比較し、この比較
結果を用いて前記加工パラメータ生成部で生成される加
工パラメータを修正するための信号を発生する比較部と
を具備した加工装置を構成した。

【０００７】形状検出部および比較部は、画像的な入力
手段とこれを画像処理的に評価する手段で構成された
り、あるいは微細な接触子とこの接触子の位置，姿勢を
計測する手段で構成されたりすることが可能である。

【０００８】

【作用】以上のように構成された本発明の加工装置によ
れば、加工を行なっている最中に、この加工を中断する
ことなく加工形状が計測評価され、この結果が加工パラ
メータを逐次変更するため、従来加工形状に関して開ル
ープ制御であった機械加工を閉ループ制御で行うことが
できる。したがって、保持治具から被加工物を外すこと
なく被加工物の加工中に加工誤差を補正することができ
る。また、従来困難であった微小加工対象の高精度加工
の高効率化にも寄与する。

【０００９】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。

【００１０】図１は、本発明の加工装置を用いて被加工
物を設計し加工するまでの加工方法を示したシステムの
構成図である。なお、本実施例では加工部として放電加
工機を利用した例について記載してあるが、他の加工機
器を用いたものであってももちろん構わない。

【００１１】機械加工を含む加工装置によって機械シス
テムを製作，試作する場合には、まずシステム設計部10
1 により全体的なシステム設計を行う。次に、システム
設計部101 により設計されたシステムに関し、機構設計
部102 によりシステムを構成する機構（mechanism ）に
ついて機構設計を行う。さらにこの機構設計部102 によ
り設計された機構に関し、要素部品設計部103 により機
構を構成する要素部品（parts ）について要素部品設計
を要素部品毎に行う。

【００１２】なお、システム設計部101 ，機構設計部10
2 ，要素部品設計部103 はＣＡＤ（Computer Aided Des
ign ）111 を利用することにより行われる。

【００１３】そして、要素部品設計部103 により部品形
状が設計されると、この部品形状に対応するＮＣデータ
がＮＣデータ作成部（加工パラメータ生成部）104 に送
られ、部品を製作するためのワイヤ送り手順，送り量，
送り速度などの加工パラメータが作成される。そしてこ
の加工パラメータによって放電加工機（加工部）105の
コントローラが制御される。このようにして要素部品
（歯車などの被加工物）の機械加工が行われる。

【００１４】放電加工機105 によって被加工物の機械加
工が行われている最中、つまり加工途上において、被加
工物は加工状態検出部106 によりモニタされている。加
工状態検出部106 には例えばＣＣＤ（Charge Coupled D
evice ）などの撮像装置が含まれている。加工状態検出
部106 から得られた検出結果は比較器107 に送られ、予
め入力されていた加工状態などの加工状態データ（後述
する）との比較が行われる。検出結果が加工状態データ
と同じかあるいは許容範囲以内であれば放電加工機105
による加工が継続されるが、許容範囲を外れるような場
合にはＮＣデータ作成部104 で作成される加工パラメー
タの修正が行われる。具体的には、要素部品設計部103
に修正信号を与え、要素部品設計部103 からＮＣデータ
作成部104 に出力される設計データを修正，変更する方
法や、あるいはＮＣデータ作成部104 に直接修正信号を
与え、放電加工機105 に送られる加工パラメータを修
正，変更する方法が採用される。これらの修正，変更に
より、加工誤差が許容範囲以内まで小さくなる。

【００１５】なお、比較器107 に入力されている加工状
態データとしては、加工速度や加工誤差，加工により発
生するバリや切削屑の様子，被加工物の温度，などがあ
り、さらに放電加工機105 の放電パルス数や放電エネル
ギ量，あるいは放電ワイヤの張力や放電ワイヤと被加工
物との相対的な姿勢などを比較対象としておくことも可
能である。これらの測定には、撮像装置を用いて入力し
た画像をもとに判定したり、あるいは各種センサを用い
て所定の検出値を適宜判定することができる。

【００１６】また、加工時の被加工物の状態をモニタす
るのに加えて、加工が終了した後の出来上がりの形状を
出来上がり形状検出部（形状検出部）108 にて検出す
る。出来上がり形状検出部108 として利用される装置は
特別に用意された装置でも構わないが、前述の加工状態
検出部106 の中の寸法計測を行う機能を兼用してもよ
い。出来上がり形状検出部108 から得られた検出結果は
比較器109 に送られ、要素部品（parts ）が予め入力さ
れていた出来上がり形状データ（後述する）との比較が
行われる。検出結果が出来上がり形状データと同じかあ
るいは許容範囲以内であれば、次の被加工物の加工が継
続して行われるが、許容範囲を外れるような場合にはＮ
Ｃデータ作成部104 で作成される加工パラメータの修正
が行われる。具体的には、システム設計部101 に修正信
号を与え、システム設計部101 から機構設計部102 に送
られる設計データを修正，変更する方法や、あるいは機
構設計部102 に修正信号を与え、機構設計部102 から要
素部品設計部103 に送られる設計データを修正，変更す
る方法が採用される。これらの修正，変更により、加工
誤差が許容範囲以内まで小さくなる。

【００１７】なお、比較器109 に入力されている出来上
がり形状データとしては、歯車加工を例にとれば、代表
ピッチ円径，歯形形状，垂直度，歯欠けなどの歯車形状
に関するものや、表面粗さ，うねりなどの表面状態に関
するものなどがある。これらの測定方法については、撮
像装置を用いて画像的に判定する方法や、あるいは微細
ウィスカ等の探触子を用いて表面起伏を測定する方法を
採用することができる。

【００１８】またさらに、加工を終えた機構要素を組合
わせて１つの機構（mechanism ）を構成した際、機構と
しての運動状態を運動状態検出部110 にて検出する。運
動状態検出部110 から得られた検出結果は比較器111 に
送られ、要素部品の集合体としての機構が、期待してい
た機構どおりに機能するかどうかが、実際の運動状態の
様子や、あるいは機構要素を組合わせた際の各部の寸法
（隙間の寸法など）を比較することにより行われる。検
出結果が期待どおりのものかあるいは許容範囲以内であ
れば、次の被加工物の加工が継続して行われるが、許容
範囲を外れるような場合には設計データの修正が行われ
て次の被加工物からの加工パラメータが変更される。具
体的には、システム設計部101 に修正信号を与え、シス
テム設計部101 から機構設計部102 に送られる設計デー
タを、運動状態または寸法が許容範囲以内まで小さくな
るように修正，変更する。

【００１９】図２は本発明に係る工作装置の実際の機器
構成の概略を示した図である。なお、図１のシステム構
成図に示したものと同一の構成要素については同一の符
号を付してある。また加工装置としては図１と同様に放
電加工機を例に挙げている。

【００２０】放電加工機105 には電極架台201 を介して
放電電極202 が取着されており、一方この放電電極202
に対向して被加工物203 が保持治具204 に保持されてい
る。上記電極架台201 および保持治具204 には、位置お
よび姿勢を変化させることができるように例えば直動３
軸，回転３軸の計６軸の位置決めテーブルが具備されて
おり、これらを協調的に制御することで被加工物203 と
放電電極202 の相対位置を任意に修正，変更することが
可能である。これらの相対位置は制御装置210によって
制御されるようになっており、放電加工機105 との間に
敷設された信号ライン212 を介して、制御装置210 にあ
らかじめ入力されたＮＣデータや設定された加工パラメ
ータに従って制御が行われる。

【００２１】さらに電極架台201 には雲台205 が取付け
られ、ここに加工状態検出部106 の一部をなす撮像装置
206 が固定されている。撮像装置206 による撮影方向
は、雲台205 を移動することによって任意に変更できる
ようになっている。撮像装置206 は被加工物203 を画像
としてとらえ、その情報を雲台205 の位置・角度情報な
どと共に信号ライン213 を通じて画像評価装置211 に伝
送する。この画像評価装置211 は、被加工物203 の加工
状態を公知の画像処理手法で評価したり、あるいは加工
形状の仕上がり具合を評価する。この評価結果は制御装
置210 に取込まれ、設計データを変更することにより放
電加工機105 の加工パラメータの修正，変更を行う。

【００２２】なお、画像評価装置211 は前記加工状態検
出部106 ，出来上がり形状検出部108 を含むものであ
る。また、制御装置210 は前記システム設計部101 ，機
構設計部102 ，要素部品設計部103 ，およびＮＣデータ
作成部104 を含むものであり、前述のＣＡＤ（図示せ
ず）と接続されている。

【００２３】なお、本図では、制御装置210 と画像評価
装置211 とは一つの筐体に収納されているが、別々の筐
体であってももちろんよい。

【００２４】また被加工物の色や光の状態、あるいは加
工形状の程度によっては、被加工物をそのまま撮影して
も画像評価が困難な場合がある。そこで本発明において
は、撮像装置206 の撮影方向に略一致するように、即ち
被加工物203 に対して点や点群、あるいは線や線群や格
子模様などのパターンを照射する基準パターン照射装置
207 が、照射装置用雲台208 に固定されて用意されてい
る。この基準パターン照射装置207 からの基準パターン
情報や照射装置用雲台208 の情報は、信号ライン214 に
よって画像評価装置211 に送られる。つまり、基準パタ
ーンを含んだ画像が撮像装置206 でとらえられて画像評
価装置211 に伝送されれば、より高精度な公知の画像的
な評価手法の適用が可能である。

【００２５】また、基準パターン情報として前記探触子
の経路を照射し、この経路に沿って探触子をなぞりなが
ら表面起伏を検出することもできる。

【００２６】撮像装置206 は、加工中の被加工物の形状
のみならず、放電電極202 を被加工物から離間させた状
態で加工が終了した後の仕上がり状態の観察にも使用さ
れる。画像評価装置211 内には前述した比較器107,109
が含まれ、予め入力されていた比較情報と検出結果との
比較を行う。ただし、必要に応じて仕上がり品評価装置
215 を用い、画面を見ながら作業員によって評価を行っ
てもよい。画像評価装置211 と仕上がり品評価装置215
とは信号ライン216 によって接続されており、仕上がり
品評価装置215 を用いて評価した結果を基に更に加工を
継続することができるように、信号ライン216 は双方向
の信号伝送形態を採用している。

【００２７】また、仕上がり品の観察は、加工が終了し
た被加工物を、別に用意した仕上がり品観察装置218 に
移してから行ってもよい。仕上がり品観察装置218 は撮
像装置や位置決めテーブルなどの一連の観察機能を有す
る構造となっている。仕上がり品観察装置218 からの情
報は信号ライン217 を介して仕上がり品評価装置211に
伝送され、再び加工を続行する場合や別の被加工物を加
工する際のデータに変換されて上述した各種の装置に出
力される。

【００２８】さらに、機構要素を組合せてなる機構（me
chanism ）、あるいはシステム的な運動状態の評価を行
う際には、仕上がり品観察装置218 を用いる。この時、
評価方法としては画像処理を主体とした上述の手法が適
用できるが、他の手法が必要な場合にも本発明のシステ
ムでとらえた画像データを用いることができるため、装
置のハードウェアとしての大幅な改造は不要であり、ソ
フトウェアの変更のみで対処することが可能である。

【００２９】なお、機構としての運動状態を検出するた
めに、前述の探触子を用いることができる。具体的に
は、機構が運動する際の各部の微小振動を探触子を用い
て検出し、基準データとの比較をすることにより行われ
る。また、探触子の位置や姿勢を設定する手段として
は、上述した各種の位置決め装置の機能を利用すること
ができる。

【００３０】このように構成された本発明によれば、被
加工物を保持治具204 から外すことなく被加工物の形状
が撮像装置206 （形状検出部の一部）により検出され
る。そして、比較部109 にて検出結果が出来上がり形状
データと比較され、加工誤差が所定値以上の場合にはシ
ステム設計部101 または機構設計部102 に修正信号を発
生する。この修正信号に応じてＮＣデータ作成部104 か
ら放電加工機105 に送られる加工パラメータが修正，変
更される。したがって、テストカットを何度か行って加
工パラメータを補正をしたり、あるいは加工を一旦中断
して被加工物の形状を測定するなどの必要がなくなり、
加工形状に関する閉ループ制御が実現する。

【００３１】また、本発明によれば、従来困難であった
数ミリ以下の微細な加工対象を高精度に加工することも
容易になる。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、加
工を行なっている最中に、この加工を中断することなく
加工形状が計測評価され、この結果が加工パラメータを
変更するため、従来加工形状に関して開ループ制御であ
った機械加工を閉ループ制御で行うことができる。した
がって、保持治具から被加工物を外すことなく被加工物
の加工中に加工誤差を補正することができる。また、従
来困難であった微小加工対象の高精度加工の高効率化に
も寄与する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の加工装置による加工方法を示すシステ
ムの構成図。

【図２】本発明の加工装置の機器構成の概略を示した
図。

【符号の説明】

101 …システム設計部 102 …機構設計部 103 …要素部品設計部 104 …ＮＣデータ作成部（加工データ生成部） 105 …放電加工機（加工部） 106 …加工状態検出部（形状検出部） 107 …比較器 108 …出来上がり形状検出部 109 …比較器 110 …運動状態検出部 111 …比較器 201 …電極架台 202 …放電電極 203 …被加工物 204 …保持治具 205 …雲台 206 …撮像装置 207 …基準パターン照射装置 208 …照射装置用雲台 210 …制御装置 211 …画像評価装置 212 …信号ライン 215 …仕上がり品評価装置 216 …信号ライン 217 …信号ライン 218 …仕上がり品観察装置

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】設計データに基づいて被加工物の加工パラ
   メータを生成する加工パラメータ生成部と、 前記加工パラメータ生成部からの加工パラメータに基づ
   いて被加工物を加工する加工部と、 加工時の被加工物の加工形状を検出する形状検出部と、 前記形状検出部による検出結果と被加工物の目標形状と
   を比較し、この比較結果を用いて前記加工パラメータ生
   成部で生成される加工パラメータを修正するための信号
   を発生する比較部と、 を具備してなることを特徴とする加工装置。
2. 【請求項２】前記形状検出部は画像入力手段を含むこと
   を特徴とする請求項１記載の加工装置。