特開 2022-56024 加工装置および加工装置の自動補正方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022056024

(43)【公開日】2022-04-08

(54)【発明の名称】加工装置および加工装置の自動補正方法

(51)【国際特許分類】

   B23Q 15/02 20060101AFI20220401BHJP

   G05B 19/404 20060101ALI20220401BHJP

   B23Q 17/12 20060101ALI20220401BHJP

【ＦＩ】

B23Q15/02

G05B19/404 K

B23Q17/12

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020163794

(22)【出願日】2020-09-29

(71)【出願人】

【識別番号】000166948

【氏名又は名称】シチズンファインデバイス株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】000001960

【氏名又は名称】シチズン時計株式会社

(72)【発明者】

【氏名】寺村 優

【テーマコード（参考）】

3C001

3C269

【Ｆターム（参考）】

3C001KB01

3C001TA02

3C001TB08

3C001TC02

3C269AB02

3C269BB03

3C269EF10

3C269MN24

(57)【要約】

【課題】本発明は、センサを取付けても加工スペースを十分に確保でき、自動で寸法補正を行うことを目的とする。
【解決手段】被加工材２を回転可能に把持するチャック５と、チャック５を保持するチャック保持部６と、工具３と工具３を保持する工具保持部４と、主要構造部７に取り付けられた振動センサ１１と、解析変換部１２と、制御部１３を有する加工装置１。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

被加工材と工具を相対的に移動または回転させることで外形状または内形状を加工する加工装置であって、
前記被加工材を保持するためのチャックと、
前記チャックに保持された前記被加工材を加工するための前記工具を少なくとも1つは保持する工具保持部と、
振動を検出するための振動センサと、
前記振動センサにより得た振動データを解析し、補正値に置き換え出力する解析変換部と、
前記解析変換部からの前記補正値を用いて補正する制御部と、
を有する事を特徴とする加工装置。

【請求項2】

前記振動センサを取り付ける位置は、前記工具保持部、または前記チャックを保持しているチャック保持部などの加工装置本体の主要構造部である事を特徴とする請求項１に記載の加工装置。

【請求項3】

前記制御部は、前記工具保持部および前記被加工材の少なくとも一方の移動をコンピュータにより数値制御し、あらかじめプログラムされた軌道に前記解析変換部から出力された前記補正値を用いて補正した加工軌道に従って、加工を行う事を特徴とする請求項１または２に記載の加工装置。

【請求項4】

前記解析変換部は、前記被加工材と前記工具が接触する前にデータ収集を開始するデータ起点から前記被加工材と前記工具の接触により振動の波形が変動するデータ変動点までの間隔をもとに前記補正値を算出する事を特徴とする請求項１から３に記載の加工装置。

【請求項5】

前記振動センサは、１つにつき、複数個または複数種の前記工具の振動を検出する事を特徴とする請求項１から４に記載の加工装置。

【請求項6】

前記補正値は、前記被加工材の加工寸法を補正するための寸法値または、前記加工軌跡のずれを補正するための機械上の座標値であることを特徴とする請求項１から５に記載の加工装置。

【請求項7】

被加工材と工具を相対的に移動または回転させることで外形状または内形状を加工する加工装置の自動補正方法であって、
前記加工装置の主要構造部に取り付けられた振動センサによって、対象の前記工具について振動データを検出し、解析変換部に出力する処理と、
前記解析変換部によって、前記振動データをもとにデータ起点、データ変動点を検出し、前記データ起点、前記データ変動点より、測定データ間隔を算出し、前記測定データ間隔と基準データ間隔とを比較し変動点差異を算出し、前記変動点差異をもとに補正値を算出すし、制御部に出力する処理と、
前記制御部によって、前記補正値をもとに自動で補正を行う処理と、
を有することを特徴とする加工装置の自動補正方法。

【請求項8】

前記データ起点は、対象の前記工具の前記加工軌跡上で決められた箇所から前記振動データの検出が開始された点であることを特徴とする請求項７に記載の加工装置の加工装置の自動補正方法。

【請求項9】

前記データ起点は、対象の前記工具の加工プログラムによって決められたタイミングで前記振動データの検出が開始された点であることを特徴とする請求項７に記載の加工装置の自動補正方法。

【請求項10】

前記補正値は、前記被加工材の加工寸法を補正するための寸法値または、前記加工軌跡のずれを補正するための機械上の座標値であることを特徴とする請求項７から９に記載の加工装置の自動補正方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、加工後の寸法を制御する加工装置および自動補正方法に関する。

【背景技術】

【0002】

自動旋盤などの加工装置で、被加工材を複数個または複数種の工具で加工し、１つの製品を連続加工で生産する場合において、連続で加工される製品の加工後の寸法を管理することは一般的であり、所定の個数を加工した後に加工された製品を取出し、各寸法を計測し、目的の寸法からの差異を補正するために機械に補正値を入力するという管理方法を行っていた。

【0003】

特許文献１には、刃先と加工部の位置関係を把握するために、刃先が加工部に当たったことを接触検知センサで関知し、刃合わせを行う製造装置が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１０－１８８４８４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１に記載の製造装置を用いて刃先と加工部の位置関係を検知し、加工のずれを補正しようとすると、刃物が取り付けられている加工ヘッド（刃物ホルダ、工具ホルダ）内にセンサを設置するスペースを確保するために加工ヘッドを大きくしなければならないという問題があった。

【0006】

さらに、通常の自動旋盤などでは、１つの製品を加工するために複数の種類の工具を使用し加工する為、特許文献１の製造装置では１つの刃物に対し、１つのセンサが必要になることから、工具数に応じたセンサの数が必要になり、限られた加工スペース内には設置することが困難であった。また、補正自体も手動で行わなければならない。

【0007】

本発明は、センサを取付けても加工スペースを十分に確保でき、自動で寸法補正を行うことを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

被加工材と工具を相対的に移動または回転させることで外形状または内形状を加工する加工装置であって、被加工材を保持するためのチャックと、チャックに保持された被加工材を加工するための工具を少なくとも１つは保持する工具保持部と、振動を検出するための振動センサと、振動センサにより得た振動データを解析し、補正値に置き換え出力する解析変換部と、解析変換部からの補正値を用いて補正する制御部と、を有する事を特徴とする加工装置である。

【0009】

より好ましくは、振動センサを取り付ける位置は、工具保持部、またはチャックを保持しているチャック保持部などの加工装置本体の主要構造部である。

【0010】

より好ましくは、制御部は、工具保持部および被加工材の少なくとも一方の移動をコンピュータにより数値制御し、あらかじめプログラムされた軌道に、解析変換部から出力された補正値を用いて補正した加工軌道に従って加工を行う。

【0011】

より好ましくは、解析変換部は、被加工材と工具が接触する前にデータ収集を開始するデータ起点から被加工材と工具の接触により振動の波形が変動するデータ変動点までの間隔をもとに補正値を算出する。

【0012】

より好ましくは、振動センサは、１つにつき、複数個または複数種の前記工具の振動を検出する。

【0013】

また、被加工材と工具を相対的に移動または回転させることで外形状または内形状を加工する加工装置の自動補正方法であって、加工装置の主要構造部に取り付けられた振動センサによって、対象の工具について振動データを検出し、解析変換部に出力する処理と、解析変換部によって、振動データをもとにデータ起点、データ変動点を検出し、データ起点、データ変動点より、測定データ間隔を算出し、測定データ間隔と基準データ間隔とを比較し変動点差異を算出し、変動点差異をもとに補正値を算出し、制御部に出力する処理と、制御部によって、補正値をもとに自動で補正を行う処理と、を有することを特徴とする加工装置の自動補正方法である。

【0014】

より好ましくは、データ起点は、対象の工具の加工軌跡上で決められた箇所から振動データの検出が開始された点である。

【0015】

より好ましくは、データ起点は、対象の工具の加工プログラムによって決められたタイミングで振動データの検出が開始された点である。

【0016】

より好ましくは、補正値は、被加工材の加工寸法を補正するための寸法値または、加工軌跡のずれを補正するための機械上の座標値である。

【発明の効果】

【0017】

本発明によれば、振動センサの取り付け位置は加工装置本体の主要構造部であればよいため、加工ヘッドが大きくなることはなく、１つの刃物に対して１つのセンサではなく、複数の刃物を１つのセンサで検出する事が可能になることで、センサを取付けても加工スペースを十分に確保でき、自動で寸法補正を行うことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本実施形態の加工装置１の全体を表した斜視図である。

【図2】本実施形態の加工装置１の加工部側から見た正面図である。

【図3】振動センサ１１から得た振動データの波形について表した図で、（ａ）は所定の寸法で加工した場合の基準データ波形２０ａを表し、（ｂ）は所定の寸法からずれた状態で加工した場合の測定データ波形２０ｂを表した図である。

【図4】本実施形態の加工装置１の上方から見た図で、被加工物２及びチャック５のみを抜き出した図であり、（ａ）は、所定の寸法を加工した場合の加工軌跡３１を表し、（ｂ）は、加工軌跡３１からずれた場合の補正前加工軌跡３２と補正前加工軌跡３２を補正した後の補正後加工軌跡３３を表した図である。

【図5】本発明の別の実施形態の加工装置５１の全体を表した斜視図である。

【図6】本発明の別の実施形態の加工装置１０１の全体を表した斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。各図面における装置の図は、説明に必要な部位を誇張してあるもので、実際の寸法や大小関係と異なるものとする。

【0020】

図１は、本実施形態の加工装置１の全体を表した斜視図であり、図２は、加工装置１を加工部側から見た正面図である。加工部側とは、被加工材２や工具３があり、実際に加工がおこなわれる側の事である。

【0021】

加工装置１は、被加工材２を回転可能に把持するためのチャック５と、チャック５を保持するためのチャック保持部６と、被加工材２を加工するための工具３を保持する工具保持部４を有する。また、工具保持部４とチャック保持部６は基台８に搭載されており、それぞれがＸＹＺ軸方向に相対的に移動可能となっている。主要構造部７は、チャック保持部６、工具保持部４、基台８からなる。また、加工装置１は被加工材２を連続加工し、製品を作るもので、被加工材２は、加工が終わると取り除かれ、別の被加工材２の加工が始まる。

【0022】

工具保持部４は、工具３を取付ける為の工具取付部４ａと、工具取付部４ａを移動可能に保持する工具取付基部４ｂを有する。工具取付部４ａには、振動センサ１１が取り付けられており、振動センサ１１は、解析変換部１２と配線１４で繋がっており、振動センサ１１で得られたデータを解析変換部１２に出力する。また、解析変換部１２は、制御部１３と配線１４で繋がっており、振動センサ１１から入力されたデータをもとに補正値に変換し、制御部１３に出力する。

【0023】

制御部１３は、解析変換部１２から入力された補正値をもとに補正を行い、被加工材２を所定の寸法範囲で加工する。また、制御部１３は、チャック保持部６および工具保持部４の少なくとも一方を相対的に移動するよう制御する。

【0024】

図３は、振動センサ１１から得た振動データの波形について表した図で、（ａ）は所定の寸法で加工した場合の基準データ波形２０ａを表し、（ｂ）は所定の寸法からずれた状態で加工した場合の測定データ波形２０ｂを表した図である。図４は、本実施形態の加工装置１の上方から見た図で、被加工物２及びチャック５のみを抜き出した図であり、（ａ）は、所定の寸法を加工した場合の加工軌跡３１を表し、（ｂ）は、加工軌跡３１からずれた場合の補正前加工軌跡３２と補正前加工軌跡３２を補正した後の補正後加工軌跡３３を表した図である。また、図４（ｂ）では補正前加工軌跡３２と補正後加工軌跡３３を見やすくする為に補正後加工軌跡３３をＺ方向に少しずらして図示している。

【0025】

振動センサ１１は、常に振動データを検出しているが、工具３の加工軌跡３１上の決められた点または、加工プログラムによって決められたタイミングの少なくともどちらか一方をデータ起点２１とし、振動データの波形が大きく変動する点をデータ変動点２２ａ、２２ｂとして検出する。

【0026】

図３（ａ）は、所定の寸法を加工した場合の基準データ波形２０ａを表しており、波形が大きく変動する点をデータ変動点２２ａとし、データ起点２１からデータ変動点２２ａの間を基準データ間隔２４としている。図３（ｂ）は、所定の寸法からずれた状態で加工した場合の測定データ波形２０ｂを表しており、波形が大きく変動する点をデータ変動点２２ｂとし、データ起点２１からデータ変動点２２ｂの間を測定データ間隔２５としている。

【0027】

基準データ波形２０ａは、被加工材２を目標とする所定の寸法で加工した場合の基準データとなる波形であり、加工する箇所や使用する工具３毎に値および波形が異なるものであり、図３（ａ）はその一例である。測定データ波形２０ｂは、実際の連続加工時の内の１つの被加工材２を１つの工具３で加工した場合の波形であり、使用する工具３毎にそれぞれ波形を検出するものであり、図３（ｂ）はその一例である。

【0028】

基準データ間隔２４は、連続加工がおこなわれる前に被加工材２を加工し、予め取得したものを用いても良く、連続加工がおこなわれた直後の１個で取得したものまたは複数個から取得したものの平均値を用いても良い。

【0029】

解析変換部１２は、基準データ間隔２４と測定データ間隔２５との差異の間隔を変動点差異２３とし、変動点差異２３から補正値を算出し、制御部１３に出力することで補正を行う。補正値は、被加工材２の寸法を補正するための寸法値と、工具３の加工軌跡３１を補正するための加工装置１における座標値の少なくとも一方が選択され、制御部１３に出力されることにより自動で補正が行われる。

【0030】

図４（ａ）は、被加工材２を所定の寸法で加工するために工具３を相対的に動かすための加工軌跡３１を表している。

【0031】

図４（ｂ）の補正前加工軌跡３２は、工具の摩耗や装置の熱変位などが原因で、加工軌跡３１からずれてしまった状態を表している。補正前加工軌跡３２の状態で加工を行うと、振動センサ１１が図３（ｂ）のような波形を出力し、上述した補正方法によって加工軌跡３１に近づける補正を行い補正後加工軌跡３３で加工されるようになる。

【0032】

上述した補正方法は、補正前加工軌跡３２を加工軌跡３１に近づけるための補正であるが、これに限定されず、被加工材２毎に得られる変動点差異２３が一定値を超えた場合にあらかじめ定められた補正値を解析変換部１２から制御部１３に出力し、自動補正を行う方法でも良い。

【0033】

また、上述した補正方法で補正されるタイミングは実際に測定データ波形２０ｂを検出した被加工材２に反映させるために被加工材２の加工途中でも良く、実際に測定データ波形２０ｂを検出した被加工材２の次に加工される別の被加工材２に反映されるタイミングでも良い。

【0034】

図５、図６はそれぞれ、本発明の別の実施形態の加工装置５１、１０１の全体を表した斜視図である。

【0035】

図５は、図１と同系統の加工装置５１であり、振動センサ１１がチャック保持部６に取り付けてあること以外は図１と同じ構成となっている。また、振動センサ１１の取付位置が異なっていても図１の構成の場合と同様に振動データ波形を検出する事が可能であり、図１の構成の場合と同様の処理によって寸法の自動補正が可能であり、同様の効果を得ることが出来る。

【0036】

図６は、被加工材２が長い棒状のバー材を加工するための加工装置１０１であり、被加工材２の加工が終わると、加工された部分が切り落とされ、新しく未加工部分が現れることで、その未加工部分が新たな被加工材２の加工対象部分となる。加工装置１０１は、加工部側にブッシュ４０があり、ブッシュ４０はブッシュ保持部４１に保持されている。加工部側に対してＺ方向で反対側には、被加工材２を回転可能に把持するチャック５と、チャック５を保持するためのチャック保持部６を有している。

【0037】

主要構造部７は、チャック保持部６、工具保持部４、ブッシュ保持部４１、基台８からなる。また、チャック保持部６はＺ方向、工具保持部４はＸ方向とＹ方向に移動可能となっている。また、振動センサ１１の取付位置が異なっていても図１の構成の場合と同様に振動データ波形を検出する事が可能であり、図１の構成の場合と同様の処理によって寸法の自動補正が可能であり、同様の効果を得ることが出来る。

【0038】

図５、図６の構成の加工装置５１、１０１の場合でも、図１の構成の加工装置１と同様の方法で、振動を検知し同様の処理によって自動補正を行う。

【0039】

なお、本実施形態における加工装置１、５１、１０１は、自動旋盤の構成となっており、加工装置１、５１は一般的なチャッカ―機、加工装置１０１は一般的な主軸移動型旋盤を用いて説明していたが、工具３と被加工材２の加工時における振動を検知できるものであれば、装置自体の系統は限定されない。一例として、フライス盤、研削盤などの装置でも同様の効果が得られる。その他、本発明の技術思想の範囲から逸脱しない様々な変更や構成の代替は、本発明に含まれる。

【符号の説明】

【0040】

１ 加工装置
２ 被加工材
３ 工具
４ 工具保持部
４ａ 工具取付部
４ｂ 工具取付基部
５ チャック
６ チャック保持部
７ 主要構造部
８ 基台
１１ 振動センサ
１２ 解析変換部
１３ 制御部
１４ 配線
２０ａ 基準データ波形
２０ｂ 測定データ波形
２１ データ起点
２２ａ、２２ｂ データ変動点
２３ 変動点差異
２４ 基準データ間隔
２５ 測定データ間隔
３１ 加工軌跡
３２ 補正前加工軌跡
３３ 補正後加工軌跡
４０ ブッシュ
４１ ブッシュ保持部
５１ 加工装置
１０１ 加工装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】