JPS63109977A - 数値制御研削盤における自動砥石寸法測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、数値制御研削盤において砥石の径や長さ等を
自動的に測定する寸法測定装置に関する。

〔従来の技術〕

数値制御研削盤において、工作物の研削や自動トルーイ
ング、あるいは自動ドレッシング等により小さくなった
砥石の径や長さを測定し直す必要がある場合、従来にお
いては、その砥石（工具）を数値制御研削盤の主軸から
取り外して行っていた。しかしこの方法は、測定対象と
なる被測定工具を、数値制御研削盤の主軸かられざわざ
取り外し、研削盤外（ど運んで実測する関係上、時間が
掛かるほか、自動運転を中断する必要があるため、研削
作業の能率が低下するとと乙に、砥石の寸法を頻繁に測
定できないため、研削精度が低下するという問題点があ
る。

このため本発明の発明者らは、砥石を￥ｆする工具を装
着した主軸を回転させながら起点から基準プレートに向
かって移動させ、基錦プレートに対する砥石の接触を検
出して、その移動距離を計測し、予め寸法が知られた基
孕工具と彼ｆｌ＋定工具の移動量の差から被測定工具の
寸法を算出する方法を開発した（昭和６１年１０月７日
特許出願）。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところが、測定対象寸法が狭い範囲に集中している場合
はよいが、工具が大小様々で寸法が広範囲にわたってい
るような場合、小さい砥石を測定するときに長時間を要
するという問題がある。すなわち、砥石は少なからず偏
心しており、そのため砥石寸法としては、回転軸に対し
て最も離れた砥石外周部が採用される。したがって、こ
れを測定するために、砥石を回転させて測定する必要が
あり、また高精度に測定するためには、１回転当たりの
送り量は必要とされる分解能以下でなければならない。

この理由から測定スピードは非常に遅いものとなる。一
方、測定のために、起点から測定基準位置まで移動させ
るとき、最短でも対象寸法の寸法範囲内では測定スピー
ドになっていてどの時点で基準位置に到達しても良いよ
うにしておく必要がある。そして、対象寸法の小さいも
の程、長い距離を低速のスピードで移動しなければなら
ず、多数の測定対象工具がある場合には、総じて測定時
間が非常に長いものとなる。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、砥石を有する工具が装着される主軸を備え、
かつ該主軸はＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸の少なくとも一方
向に駆動モータによって動かされるように構成された数
値制御研削盤において、工具の砥石を接触させる接触部
材と、この接触部材に対する砥石の接触を検出する接触
検知手段と、接触部材から一定距離離れた位置に砥石が
到達したことを検出して上記駆動モータによる主軸の送
り速度を遅（する位置検出手段と、接触部材に対して砥
石が接触した際の主軸の位置から砥石の寸法を算出する
演算手段とを具備することにより、上記従来の問題点を
解決したものである。

〔作用〕

被測定工具の寸法を測定する必要が生じた場合には、寸
法が予め知られている砥石を有する基準工具を数値制御
研削盤の主軸に装着して該主軸を回転し、その基準工具
を起点から数値制御研削盤に付設された接触部材に向け
て早い送り速度で主軸により移動させる。基準工具の砥
石が接触部材から一定距離離れた位置に到達すると、位
置検出手段がこれを検出して駆動モータによる基準工具
の送り速度を低速にする。このようにして送り速度が低
下せしめられた基準工具が接触部材に接触すると、接触
信号が生じるので、その接触信号を検出することによっ
て接触部材に対する基準工具の接触位置を知る。

また、主軸に被測定工具を装着して該主軸を回転し、上
記同様にして被測定工具を起点から接触部材に向けて早
い送り速度で移動させ、基準工具の砥石が接触部材から
一定距離離れた位置に到達したことを位置検出手段によ
り検出して送り速度を低速にし、接触部材に被測定工具
の砥石を接触させてその時の主軸の位置を知る。上記基
準工具と、被測定工具の、接触部材に対する接触位置を
演算して被測定工具の寸法を測定する。

被測定工具を測定毎に接触部材の新しい部分に接触させ
て何回か寸法を測定し、接触部材に被測定工具の未接触
部分かなくなったら、新しい接触部材に付は換える。

〔実施例〕

以下本発明を図面に基づいて説明する。

第１図ないし第３図は、砥石の径を測定する場合の本発
明の自動砥石寸法測定装置の一例を示すもので、図中Ａ
は自動工具交換装置（図示せず）を有する数値制御研削
盤（以下、ＮＧ研削盤と称する）である。このＮＣ研削
盤Ａは、いわゆる、グラインディングセンターと同様の
基本構造を有するしのであり、砥石１ａを有する工具［
が図示しない工具マガジンから取り出されて主軸２に装
着されるとともに、ＮＯ制御装置３により、Ｘ軸、Ｙ軸
、Ｚ軸の各駆動モータ４，５．６がそれぞれ制御される
ようになっている。

本発明の自動砥石寸法測定装置は、このＮＣ＠削盤Ａに
付設されるもので、主軸２によりＹ軸方向に移動せしめ
られる上記工具ｌの砥石１ａが測定のための定点より一
定距ｔｌｌｉ離れた位置に到達したことを検出する位置
検出手段２０と、砥石１ａが定点である基準プレート（
接触部材）１０に接触したことを検知する接触検知手段
２２と、この接触検知手段２２で得られた検知信号に基
づき後述の所定の演算を行って工具ｌの砥石１ａの径を
求める演算手段８とから構成されている。

上記位置検出手段２０として、本実施例では、接触式の
センサでは回転する砥石によってその接触部が損傷を受
けることから、非接触式のセンサを使用している。具体
的には、光電スイッチであり、第２図において、基準プ
レートｌＯを挟んで投光器２０ａと受光器２０ｂとが対
峙して配設されている。また、この光電スイッチ２０は
、その検出領域が、スリット２０ｃの形状に見られるよ
うに長形状のものである。これによって砥石１ａのＺ軸
方向のどの個所の外周部がこの検出領域を遮っても検出
できるものである。また、光電スイッチ２０から出力さ
れた信号は、信号処理部２１へ入力され、受光量が設定
値以下になったとき、信号処理部２１から接点信号が出
力されるものである。

また、上記接触検知手段２２としては、工具ｌの砥石１
ａが基準プレートＩＯに接触したときに発生する検知信
号（アコースティック・エミッション信号、以下ＡＥ倍
信号いう）を利用している。

すなわち、この接触によって発生したＡＥ倍信号、基準
プレートｌＯを固定している治具１１を経てこの治具１
１に固定されている接触検知手段（ＡＥセンサ）２２で
検出される。接触検知手段２２で検出された検知信号は
、信号処理部２３で接点信号に変換されてＮＣ制御装置
３へ導かれる構成とされている。信号処理部２３は第４
図のように、ＡＥ倍信号、ローパスフィルタおよびバイ
パスフィルタで特定周波数成分のみ抽出すると同時に増
幅し、検波処理部で処理後、比較器で設定されたしきい
値と比較して検波信号レベルがしきい値以上であれば、
接点をＯＮさせるものである。

なお、上記ＡＥ倍信号、物質が完全に破壊する前に、徐
々に進行するクラック等から発生するもので、−ｉの弾
性波である。

また、演算手段８は、上記ＮＣ制御装置３の内部に設け
られているもので、フィードパルスｆを伝送するアンド
ゲート８１と、このアンドゲート８ａからのフィードパ
ルスｆにより上記ＹＩｌｉｌｆｆｉ動モータ５のサーボ
装置を制御するための出カバターンを発生する補間器８
ｂと、上記位置検出手段２０または接触検知手段２２か
らのＡＥ倍信号人力により、捕間器８ｂの内部のカウン
タから工具１の砥石１ａが基準プレート１０より一定距
離離れた位置に到達したとき、または砥石１ａが基準プ
レートｌＯに接触した時の工具１の位置Ｙ（Ｙ軸上の座
標値）を取り込むとともに、上記アンドゲート８ａをＯ
ＦＦ状態として主軸２つまり工具ｌのＹ軸方向の移動を
停止させ、また後述の原理に基づき工具ｌの砥石径を演
算するＣＰＵ（中央演算処理装置）８ｃと、このＣＰＵ
８ｃに接続された記憶装置８ｄとから成る。この記憶装
置８ｄには、ＮＣ制御装置３および砥石の寸法測定をな
す前記装置の制御を行う制御プログラムが登録されてい
る。なお、第１図において９はＮＣテープである。

次に、本発明のＮＣ研削盤における自動砥石寸法測定装
置の作用を説明する。

第５図と第６図は、砥石１ａの径を測定する場合の、本
発明の詳細な説明するもので、第６図において、主軸２
が起点にあるとき、主軸２と基準プレート１０との距離
（以下、基準距離という）をＬｏとすると、工具１の砥
石１ａの径ｄは、次式％式％ ここで、ａは被測定工具ｌの砥石１ａの移動距離を示す
。すなわち、起点に有るときの位置をＹｏ、また砥石１
ａが基準プレート１０に接触したときの主軸２の位置を
Ｙとすると、 ユ＝ｌｙ−Ｙｏｌ　　・・・・・・・・・・・・（２）
により求められる。この動作を、第１図ないし第３図を
参照して説明する。

まず、被測定工具１の起点における位置Ｙｏを記憶装置
８ｄ内に記憶させておき、次に、被測定工具ｌをＹ軸に
沿って移動させると、被測定工具Ｉの砥石１ａが基準プ
レート１０に接触し、そのときの位置ＹがＣＰＵ８ｃに
取り込まれ、同時に、軸移動を停止する。このＣＰＵ８
　ｃは、これら検出位置Ｙｏ、Ｙから上記被測定工具１
の移動距離ａを算出する。

また、（１）式における基準圧ＩＬｏは、次式によって
求められる。

Ｌｏ＝ｄｏ／２＋ａｏ　　＋＋＋・−・＋＋＋＋＋＋（
：３）ここで、ｄｏは、基準工具１２の砥石１２ａの既
知の径であり、ａＯは、基準工具１２を被測定工具ｌの
代わりに主軸２に装着し、かつ被測定工具ｌと同様に移
動させて得られる基準工具Ｉ２の移動距離で、移動距離
ａと同様にして求められる。

このように、径寸法が知られた砥石１２ａを有する基準
工具１２を用いて基準距離Ｌｏを予め測定しておき、そ
の後、被測定工具ｌを主軸２に装着して、工具移動距離
ａを求め、（１）式に従って砥石径ｄを演算する。

上記原理に基づいて前記記憶装置３内の制御プログラム
により、砥石径ｄの測定をなす際の装置の作動を第７図
のフローチャートに従って説明する。

まず、主軸２を起点位置Ｙｏに戻した状態で、自動工具
交換装置を作動して図示しない工具マガジンから既知の
径ｄ。の砥石１２２Ｌを有する基準工具１２を取り出し
主軸２に装着するとともに、基準工具１２の起点におけ
る位置Ｙ０を演算手段８の記憶装置８ｄに記憶させてお
く（ステップＳｔ）。

次いで、主軸２を回転させる（ステップＳ２）。そして
主軸２をＹ軸方向に移動させ、基準工具１２を第１図に
おいて下方に早い送り速度で移動させる（ステップＳ３
）。すると、演算手段８のアンドゲート８ａのゲート信
号がＯＮ状態となり、フィードパルスｆがこのアンドゲ
ート８ａを通って補間器８ｂに入る。補間器８ｂはこの
フィードパルスｆによってＹ軸駆動モータ５の制御信号
を出力し、Ｙ軸駆動モータ５は作動を続ける。そして、
基準工具１２の砥石１２ａが光電スイッチ２０の検出領
域に侵入すると、光電スイッチ２０は受光量の減少を検
出し、その信号は信号処理部２１で接点信号に変換出力
され（ステップＳ４）、演算手段８のＣＰＵ’８ｃに入
る。

ＣＰＵ８　ｃは、この検出信号が入力されると、アンド
ゲート８ａのゲート信号をＯＦＦ状態にしてフィードパ
ルスｆの補間器８ｂへの入力を止め、Ｙ軸駆動モータ５
を停止させる。その後、再びＹ軸駆動モータ５が作動し
遅い送り速度で主軸２をＹ軸方向へ移動させる（ステッ
プＳ５）。そして基準工具１２の砥石１２ａが基準プレ
ートｌＯに接触すると、接触検知手段２２はＡＥ倍信号
出力し、その信号は信号処理部２３で検出され（ステッ
プＳ６）、演算手段８のＣＰＵ８　ｃに入る。

ＣＰＵ８　ｃは、この接触信号が入力されると、補間器
８ｂの内部のカウンタからフィードパルスｆのパルス数
を基準工具１２の位置Ｙとして取り込み、記憶装置８ｄ
内に登録するとともに（ステップＳ７）、アンドゲート
８ａのゲート信号をＯＦＦ状態にしてフィードパルスｆ
の捕間器８ｂへの入力を止め、Ｙ軸駆動モータ５を停止
させ、また、基準工具１２を起点へ復帰させる（ステッ
プＳ８）。

さらに、ＣＰＵ８ｃは、記憶装置８ｄに登録されている
制御プログラムに基づき移動距離を算定しくステップＳ
９）、主軸２に挿着されている工具が基準工具であるこ
とを確認するとともに（ステップ５ＩＯ）、記憶装置８
ｄ内に登録されている基準工具１２の砥石径ｄｏと制御
プログラムによって基準圧ＭＬｏを算出しくステップ５
ｌｌ）、これを記憶装置８ｄに登録する（ステップ５１
２）。　そして、次に自動工具交換装置を作動して主軸
２の基準工具１２を被測定工具ｌと交換し、上記基準工
具１２の場合とほぼ同様な手順により、被測定工具１の
砥石径を測定する。すなわち、被測定工具１の起点にお
ける位置Ｙｏを記憶装置８ｄ内に記憶さけておく（ステ
ップＳｌ）。次いで、主軸２を回転させる（ステップＳ
２）。そして主軸２を作動して上記被測定工具１を回転
させるとともに、第１図において下方に早い送り速度で
移動させる（ステップＳ３）。このとき、フィードパル
スｆはアンドゲート８ａを通って補間器８ｂに入り、補
間器８ｂからＹ軸駆動モータ５の制御信号が出力される
。被測定工具１の砥石１ａが光電スイッチ２０の検出領
域に侵入すると、光電スイッチ２０によりその光量の減
少を信号処理部２１が検出しＣＰ１Ｊ８ｃに接点信号を
送る（ステップＳ４）。

ＣＰＵ８ｃは、この検出信号が入力されると、アンドゲ
ート８１のゲート信号をＯＦＦ状懇にしてフィードパル
スｆの補間器８ｂへの入力を止め、Ｙ軸駆動モータ５を
停止させる。その後、再びＹ軸駆動モータ５が作動し遅
い送り速度で主軸２をＹ軸方向へ移動させる（ステップ
Ｓ５）。そして基準工具１２の砥石が基準プレートＩＯ
に接触すると、接触検知手段２２はＡＥ倍信号出力し、
その信号は信号処理部２３で検出され（ステップＳＳ）
、演算手段８のＣＰＬ７８ｃに入る。ＣＰＵ８　ｃは、
この接触信号が入力されると、記憶装置８ｄの内部のカ
ウンタからフィードパルスｆのパルス数を被測定工具１
の位置Ｙとして取り込み、記憶装置８ｄ内に登録すると
ともに（ステップＳ７）、アンドゲート８ａをＯＦＦに
してフィードパルスｆの補間器８ｂへの入力を止め、Ｙ
軸駆動モータ５を停止させ被測定工具ｌを起点へ復帰さ
せる（ステップＳ８）。また、ＣＰＵ８ｃは、記憶装置
８ｄ内の制御プログラムによ・り移動距離を算定して主
軸２に挿着されている工具が被測定工具であることを確
認するととらに（ステップＳ９，５ＩＯ）、記憶装置８
ｄ内に記憶されている基準距１ｆｌＬｏと制御プログラ
ムによって被測定工具ｌの砥石径ｄを算出しくステップ
５１３）、その算出値を測定した砥石径ｄとして記憶装
置８ｄ内に登録して終了する（ステップＳ　１４）。

上記において、砥石の移動が位置検出手段２０により検
出されてから、砥石が基準プレートＩＯに接触するまで
の間の、主軸２の送り速度は、４［ＩＲＩＩｌ／ｍｉｎ
］、回転数は、４０００［ｒｐｍ］、に設定され、主軸
２の１回転当たりの送り量は、１μｍとなっているが、
このように、主軸２を回転させて砥石を基準プレート１
０に接触させるため、砥石が偏心していても、その影響
が完全に取り除かれる。なお、測定時における主軸２の
１回転当たりの送り量は、必要とする精度から導かれる
分解能以下となるように定められる。また、起点から砥
石の移動が位置検出手段２０によって検出されるまでの
主軸２の送り速度は、１５　［ｍ／ｍｉｎ］に設定され
ている。

対象工具の寸法が、半径にして、３０［ｍｍ］の範囲に
わたっているとき、４　［＋＋ｖ／ｍｉｎ］の送り速度
で基準プレートＩＯに向けて移動させた場合、最も小さ
い砥石が、基準プレートＩＯに接する時間Ｔ、は、 Ｔ　　Ｉ＝　　３　０　　［ｍｍ］　÷　４　　［ｍｍ
／ｍｉｎコ　×６０＝４５０　［ｓｅｃ］ となる。

これに対して、位置検出手段２０を基準プレートＩＯの
前方、１ｍｍの位置に設けた本発明の場合であると、起
点から砥石が基準プレートＩＯにより検出されるまでに
かかる時間ｔａは、ｔ　　ａ　　＝　　２　９　　［ｍ
ｍ］　＋　　（１５［ｍ／ｍｉｎコ　ＸＩＯ３）Ｘ６０
＝Ｑ　　、ｌ　　ｌ　　６　　［ｓｅｃコまた、砥石の
移動が位置検出手段２０により検出されてから、砥石が
基準プレートＩＯに接触するまでの時間ｔｂは、 し　ｂ　　＝　　Ｉ　　［ｍｍｉ＋４　　［ｍｍ／ｍｉ
ｎ］Ｘ　　６　０　　＝　　１　５　　［ｓｅｃ］とな
る。結局、それらの合計時間Ｔ、は、Ｔｚ＝１　５＋０
．１　１６＝１　５．１　１　６　　［ｓｅｃ］となり
、測定時間が大幅に減少することになる。

２回目の測定に際しては、基準プレートＩＯを、Ｘ軸方
向、若しくはＩ１１方向に移動させ、被測定工具の砥石
が基準プレート１０の未接触部分に接触するようにする
。さらに測定が繰り返されて基“準プレートｌＯの測定
面が上記各砥石で研磨され、未接触部分が無くなったと
きは、別の砥石で該測定面自動研磨を行い、再度基準プ
レートｌＯを使用し得るようにする。

なお、上記では、工具をＹ軸方向に移動させて砥石の径
を測定する場合について説明したが、工具をＸ軸方向（
第１図で紙面に垂直な方向）に動かして砥石の径を測定
することら、また、工具をＺＩ［１１方向（第１図で左
右方向）に移動させて砥石の長さを測定することもでき
る。この場合は、基準プレート１０と位置検出手段２ｏ
が、工具の移動方向に配置替えされることは言うまでも
ない。

また、実験によれば、砥石が基準プレート１０に分解能
程度（１μｍ）のごくわずかな１だけ接触しても、検出
されるＡＥ倍信号レベルは高く、速い応答速度が得られ
たが、本発明において、接触信号はＡＥ倍信号限定する
ものではない。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明は、砥石を有する工具が装
着される主軸を備え、かつ該主軸はＸ軸、Ｙ軸、および
Ｚ軸の少なくとも一方向に駆動モータによって動かされ
るように構成された数値制御研削盤において、工具の砥
石を接触させる接触部材と、この接触部材に対する砥石
の接触を検出する接触検知手段と、接触部材から一定距
離離れた位置に砥石が到達したことを検出して上記駆動
モータによる主軸の送り速度を遅くする位置検出手段と
、接触部材に対して砥石が接触した際の主軸の位置から
砥石の寸法を算出する演算手段とを具備し、位置検出手
段により砥石の移動を検出して、砥石の送り速度を高速
から低速に切り替えて接触部材に接触させる構成とされ
ているので、測定対象寸法の範囲は広いような場合でも
、砥石の寸法測定を迅速になすことができる。また、Ｎ
Ｃ研削盤においてＮＣ研削盤の機能を有効に活用して砥
石寸法を測定し得るので、ＮＣ研削盤の自動運転を中断
することなく、迅速に測定することができる。従って、
高精度な研削作業を能率よくなすことができる。その上
、面積が広く新しい接触部分を何回分でも自由に取るこ
とができる基準プレートを使用した場合、工具を回転さ
せてその偏心を無くした状態で正確に、かつ何回でも測
定することができる長所がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の装置を実施するための装置の一例を
示す概略図、第２図は第１図のＷ矢視図、第３図は本装
置のブロック図、第４図は信号処理部の一例を示すブロ
ック図、第５図と第６図は寸法の測定原理を説明するた
めの図、第７図は本発明のフローチャートである。 ｌ・・・被測定工具、１ａ・・・砥石、２・・・主軸、
８・・・演算手段、ＩＯ・・・接触部材（基準プレート
）、１２・・・括準工具、１２ａ・・・砥石、２０・・
・位置検出手段（光電スイッチ）、２２・・・接触検知
手段（ＡＥセンサ）。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 砥石を有する工具が装着される主軸を備え、かつ該主軸
   はＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸の少なくとも一方向に駆動モ
   ータによって動かされるように構成された数値制御研削
   盤において、工具の砥石を接触させる接触部材と、この
   接触部材に対する砥石の接触を検出する接触検知手段と
   、接触部材から一定距離離れた位置に砥石が到達したこ
   とを検出して上記駆動モータによる主軸の送り速度を遅
   くする位置検出手段と、接触部材に対して砥石が接触し
   た際の主軸の位置から砥石の寸法を算出する演算手段と
   を具備したことを特徴とする数値制御研削盤における自
   動砥石寸法測定装置。