特許 7168469 研削盤及びそのプロービング装置の運用方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-10-31

(45)【発行日】2022-11-09

(54)【発明の名称】研削盤及びそのプロービング装置の運用方法

(51)【国際特許分類】

   B24B 45/00 20060101AFI20221101BHJP

   B24B 49/10 20060101ALI20221101BHJP

   B23Q 11/00 20060101ALI20221101BHJP

   B23Q 17/12 20060101ALI20221101BHJP

   G01M 1/18 20060101ALI20221101BHJP

【ＦＩ】

B24B45/00 B

B24B49/10

B23Q11/00 B

B23Q17/12

G01M1/18

【請求項の数】 1

(21)【出願番号】P 2019011763

(22)【出願日】2019-01-27

(65)【公開番号】P2020116714

(43)【公開日】2020-08-06

【審査請求日】2022-01-10

(73)【特許権者】

【識別番号】000174987

【氏名又は名称】三井精機工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100098279

【弁理士】

【氏名又は名称】栗原 聖

(72)【発明者】

【氏名】浅井 岳見

【審査官】山村 和人

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１６－１７５１６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１６１７１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－１８１５３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－１７０８６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平８－２１９９２７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２４Ｂ ４５／００

Ｂ２４Ｂ ４９／１０

Ｂ２３Ｑ １１／００

Ｂ２３Ｑ １７／１２

Ｇ０１Ｍ １／１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

砥石軸を含む少なくともいずれかの回転軸に自動釣り合わせ装置を搭載すると共に、機上での測定用にプロービング装置を搭載した研削盤であって、且つ前記プロービング装置が信号のレベルをデジタル変換により２値ではなく多段階に数値変換する機構を備えた研削盤において、 測定の際に、前記回転軸を回転させ、 前記自動釣り合わせ装置を意図的に振動を残して釣り合わせを終了させ、もしくは振動を大きめの状態で釣り合わせを終了させ、前記プロービング装置のプロービング中に、前記回転軸の回転を持続させて該プロービング装置の出力に前記振動の成分を重畳させ、デジタル変換された後の信号をローパスフィルタまたはバンドパスフィルタで濾波することにより、得たい信号周波数成分の量子化雑音を低減させることを特徴とする研削盤におけるプロービング装置の運用方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、研削盤及びそのプロービング装置の運用方法に関し、特に、自動釣り合わせ装置とプロービング装置を搭載した研削盤及びそのプロービング装置の運用方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、工作機械にプロービング等の測定装置を搭載し、その測定装置を運用して加工した形状の寸法・軸送り精度等を機上測定するようにしている。例えば、特許文献１に記載のアナログ測定用プローブは、工作機械と共に用いられ、被加工物の表面に接触するためのスタイラスを備え、このスタイラスは、プローブ本体部から突出し、プローブ本体部に移動可能に接続される。測定用プローブは、プローブ本体部に対するスタイラスの移動を測定するためのセンサを更に備える。アナログ測定用プローブのスタイラスは、物体の形状をもしくは位置に関する情報を取得され得るように、物体に接触させ得る。アナログプローブでは、スタイラスが被加工物の表面にそって移動されるとき、スタイラスの振れの大きさ（および、随意に方向）が、連続的に検知され、振れデータをプローブの位置を表すデータと組み合わせて被加工物の詳細な測定結果を取得できる。

【0003】

近年、研削盤の高速・高精度化に対応して、そのプロービング等の測定装置に対しても高速且つ高精度な測定を可能とすることが求められており、そのための様々な提案もなされている。例えば、特許文献２記載の従来例では、加工されたワークの所定位置の座標と基準座標との差、または工作機械の所定位置の座標と基準座標との差を、あらかじめ決められたタイミングでタッチプローブにより測定した値を順次メモリに記憶し、このメモリに記憶された測定値の履歴を基準座標および許容値とともに表示するようにし、この履歴により、工作機械の熱変形による加工誤差の状況を把握する。このようなシステムにおいて扱う値は高分解能化が要求されつつある。しかしながら、高分解能な測定を実現するためには、測定装置の運用のための複雑な制御が必要となったり、精密且つ高価な測定機器を別途製作したりしなければならず、研削盤全体のコストの増加を招いてしまう。

【0004】

一方、研削盤においては、砥石フランジに設けた修正面に錘を取り付けることで、砥石の回転の不釣り合い（アンバランス）を修正することが行われており、そのための自動釣り合わせ装置も開発されている（例えば、特許文献３参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特表２０１４－５１７２５２号公報

【文献】特開２００７－００７８２２号公報

【文献】特開平８－２１９９２７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

上述したように、研削盤及びそのプロービング装置の運用方法に関し、研削盤全体のコストの増加を招くこと無く、研削盤の高速・高精度化に対応した高分解能な測定を可能とするプロービング装置の開発が望まれている。

【0007】

本発明は上述のような事情から為されたものであり、その目的は、研削盤全体のコストの増加を招くこと無く、研削盤の高速・高精度化に対応した高分解能な測定を可能とするプロービング装置の運用方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明者は、上述した研削盤全体のコストの増加を招くこと無く高分解能な測定を可能とするプロービング装置の運用方法について、様々な観点からアプローチを試み、鋭意研究した結果、そのような研削盤の構成と、そのプロービング装置の運用方法に関する新規且つ有用な着想を得るに至った。

【0009】

即ち、本発明の研削盤におけるプロービング装置の運用方法では、砥石軸を含む少なくともいずれかの回転軸に自動釣り合わせ装置を搭載すると共に、機上での測定用にプロービング装置を搭載した研削盤であって、且つ前記プロービング装置が信号のレベルをデジタル変換により２値ではなく多段階に数値変換する機構を備えた研削盤において、 測定の際に、前記回転軸を回転させ、 前記自動釣り合わせ装置を意図的に振動を残して釣り合わせを終了させ、もしくは振動を大きめの状態で釣り合わせを終了させ、前記プロービング装置のプロービング中に、前記回転軸の回転を持続させて該プロービング装置の出力に前記振動の成分を重畳させ、デジタル変換された後の信号をローパスフィルタまたはバンドパスフィルタで濾波することにより、得たい信号周波数成分の量子化雑音を低減させることを特徴とする。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、研削盤全体のコストの増加を招くこと無く、研削盤の高速・高精度化に対応した高分解能な測定を可能とするプロービング装置の運用方法を提供することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の実施形態に係る研削盤の機能ブロック図である。

【図2】本発明の実施形態に係る研削盤の要部の基本構成を示す図であり、砥石によるワークの研削を行うために、プロービング装置が後退した状態を示す。

【図3】本発明の実施形態に係る研削盤の要部の基本構成を示す図であり、機上測定を行うために、プロービング装置がセットされ、スタイラスがワークに接触した状態を示す。

【図4】本発明の研削盤における自動釣り合わせ装置（オートバランサ）と加速度センサの取付（搭載）構成の一例を示す図である。

【図5】本発明の研削盤におけるプロービング装置の運用方法を説明するためのフローチャートである。

【図6】本発明の研削盤における自動釣り合わせ装置（オートバランサ）で意図的に残す振動を表す波形図として、振動を大きめの状態で釣り合わせを終了させた波形図であり、（A）は、釣り合わせる前の振動を表す波形、(B)は、振動を大きめで残して釣り合わせを終了させた波形である。

【図7】本発明の研削盤における自動釣り合わせ装置（オートバランサ）で限界まで釣り合わせを行った上で、錘を移動させることにより不釣り合いを創出した波形図であり、（A）は、釣り合わせる前の振動を表す波形、(B)は、装置（オートバランサ）の限界まで釣り合わせた（小さな振動が残っただけの）波形、(C)は、そこから錘を移動させることにより不釣り合いを創出した波形図である。

【図8】本発明の比較例として、ステップ測定時の（アナログ信号）の例を１μｍで量子化できるAD変換機でデジタル変換された後の信号をローパスフィルタで濾波した波形図であり、（A）は、ステップ測定時の（アナログ信号）の例、(B)は、１μｍで量子化できるAD変換機でデジタル変換された後の信号の例、(C)は、それをローパスフィルタで濾波した信号の例である。

【図9】本発明の研削盤におけるプロービング装置の運用方法の一例として、重畳波形のシミュレーションを示す図であり、ステップ測定時の（アナログ信号）の例を１μｍで量子化できるAD変換機でデジタル変換された後の信号をローパスフィルタで濾波した波形図あり、（A）は、意図的に振動を重畳させたアナログ信号の例、(B)は、１μｍで量子化できるAD変換機でデジタル変換された後の信号の例、(C)は、それをローパスフィルタで濾波した信号の例である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

まず、図１乃至図３を参照して、本発明の実施形態に係る研削盤について説明する。図１は、本実施形態に係る研削盤の機能ブロック図である。図１に示すように、本実施形態に係る研削盤は、制御装置１００を有し、この制御装置１００は、軸制御器１００ａと、プログラマブルコントローラ１００ｂを含んでいる。尚、制御装置１００の中は、軸制御器１００ａ、プログラマブルコントローラ１００ｂに分かれていなくても良い。また、軸制御器１００ａ、プログラマブルコントローラ１００ｂ等がソフトウエアとして実装されていても良い。また、本実施形態に係る研削盤は、制御装置１００のプログラマブルコントローラ１００ｂとの間で信号を送受信する入出力器１０２を有し、入出力器１０２には、ドライバ（アンプ）１０４ａを介するアクチュエータ１０４ｂと、本発明の要部であるオートバランサ制御器１０６が接続されている。更に、制御装置１００の軸制御器１００ａには、ドライバ（アンプ）１０８ａ、１０８ｂ、・・・、１０８ｃ等を介して、それぞれサーボモータ（１）１１０ａ、サーボモータ（２）１１０ｂ、・・・、砥石（回転）モータ１１０ｃが接続されている。尚、ドライバとアクチュエータやモータは、外見上一体になっている場合もある。

【0013】

図２は、本実施形態に係る研削盤の要部の基本構成を示す図であり、砥石によるワークの研削を行うために、プロービング装置が後退した状態を示す。図３は、本実施形態に係る研削盤の要部において、機上測定を行うために、プロービング装置がセットされ、スタイラスがワークに接触した状態を示す。ここで、本発明に係る研削盤の特徴的な構成は、砥石軸を含む少なくともいずれかの回転軸に自動釣り合わせ装置（オートバランサ）を搭載すると共に、機上での測定用にプロービング装置を搭載した研削盤である点にある。即ち、本実施形態に係る研削盤では、図２及び図３に示すように、コラム２００上に、砥石台２０２と、この砥石台２０２に保持された砥石回転モータ２０４と、砥石回転モータ２０４の回転軸に取り付けられた砥石２０６と、例えば、砥石回転モータ２０４の筐体後部に回動可能なへ字状部材２０８aを介して取り付けられたプロービング装置２０８を有し、このプロービング装置２０８は、接触子であるスタイラス２０８bを備えている。また、本実施形態に係る研削盤は、ワーク台２１０を有し、図示X方向にコラム２００が移動することにより、ワーク台２１０上に載置されたワーク２１２を、回転する砥石２０６によりX方向に切り込むと共に、ワーク台２１０が図示Y方向に移動することでワーク２１２を研削するようになっている。また、本実施形態に係る研削盤では、図２に示すように、へ字状部材２０８aが回動することで砥石２０６によるワーク２１２の研削を行うために、プロービング装置２０８が後退した状態とすることが可能である。一方、図３に示すように、へ字状部材２０８aが反対方向に回動することで、機上測定を行うために、プロービング装置２０８がセットされ、スタイラス２０８bがワーク２１２に接触した状態とすることも可能である。

【0014】

次に、図４を参照して、本実施形態に係る研削盤における自動釣り合わせ装置（オートバランサ）と加速度センサの取付（搭載）構成について説明する。図４は、本実施形態に係る研削盤における自動釣り合わせ装置（オートバランサ）と加速度センサの取付（搭載）構成の一例を示す図である。上述したように、本発明に係る研削盤の特徴的な構成は、砥石軸を含む少なくともいずれかの回転軸に自動釣り合わせ装置（オートバランサ）を搭載する点にもある。即ち、本実施形態に係る研削盤では、図４に示すように、砥石軸である回転軸４０２（の回転軸筒４０２Ａ）に自動釣り合わせ装置（オートバランサ）４０４を搭載している。また、本実施形態に係る研削盤では、図４に示すように、砥石２０６の径方向と同方向に感度を有する加速度センサ４０６が設置されている。オートバランサ４０４、加速度センサ４０６は、それぞれ上述したオートバランサ制御器１０６に接続されており、加速度センサ４０６の検出値の信号等やオートバランサ制御器１０６の状態信号等がオートバランサ制御器１０６に送出される。

【0015】

尚、図４の詳細な構成について説明すれば、砥石（回転）モータ１１０ｃの回転軸（砥石軸）４０２に砥石２０６が取り付けられており、この回転軸（砥石軸）４０２（の回転軸筒４０２Ａ）が砥石軸モータ（ステータ）４０８、砥石軸モータ（ロータ）４１０、軸受４１２a、４１２b、スリップリング４１４を介して高速回転される。また、オートバランサ４０４は、回転軸（砥石軸）４０２の回転軸筒４０２Ａ内に、それぞれ錘１モータ４１６、錘２モータ４１８により駆動されることで図４（B）に示す矢印方向に可動する錘１と錘２を有している。錘１モータ４１６、錘２モータ４１８は、それぞれオートバランサ制御器１０６により駆動制御される。

【0016】

次に、
図５乃至図９を参照して、本実施形態に係る研削盤におけるプロービング装置の運用方法を説明する。図５は、本実施形態に係る研削盤におけるプロービング装置の運用方法を説明するためのフローチャートである。図５に示すのは、フィルタリングがリアルタイムでない場合である。本実施形態に係る研削盤におけるプロービング装置の運用方法が開始されると（Ｓ５０１）、まず、砥石回転し、プローブが応答する回転数を選定する（Ｓ５０２）。そして、自動釣り合わせが行われる（Ｓ５０３）。次に、錘１と錘２の位置が修正され（意図的にずらす）（Ｓ５０４）た上で、プロービング装置２０８による測定が行われる（重畳信号が取得される）（Ｓ５０５）。得られた信号波形をフィルタリングし（Ｓ５０６）し、測定結果を取得・評価する（Ｓ５０７）ことで、フローが終了する（Ｓ５０８）。尚、フィルタリングは測定結果の取得の前に入れば良いので、リアルタイムでなくても良い。

【0017】

図６は、本発明の研削盤における自動釣り合わせ装置（オートバランサ）４０４で意図的に残す振動を表す波形図として、振動を大きめの状態で釣り合わせを終了させた波形図であり、（A）は、釣り合わせる前の振動を表す波形、(B)は、振動を大きめで残して釣り合わせを終了させた波形である。即ち、本実施形態に係る研削盤におけるプロービング装置の運用方法では、図６（A）に示すように、釣り合わせる前の振動を表す波形が得られると、図６(B) に示すように、振動を大きめで残して釣り合わせを終了させた波形を得るようにする。

【0018】

図７は、本発明の研削盤における自動釣り合わせ装置（オートバランサ）４０４で限界まで釣り合わせを行った上で、錘１及び/又は錘２を移動させることにより不釣り合いを創出した波形図であり、（A）は、釣り合わせる前の振動を表す波形、(B)は、装置（オートバランサ）４０４の限界まで釣り合わせた（小さな振動が残っただけの）波形、(C)は、そこから錘１及び/又は錘２を移動させることにより不釣り合いを創出した波形図である。即ち、本実施形態に係る研削盤におけるプロービング装置の運用方法では、図７（A）に示すように、釣り合わせる前の振動を表す波形が得られると、図７(B) に示すように、装置（オートバランサ）４０４の限界まで釣り合わせ、小さな振動が残っただけの波形を得ても良い。そして、この後、そこから錘１及び/又は錘２を移動させることにより不釣り合いを創出し、図７(C) に示すように、釣り合わせを終了させた波形を得るようにすることもできる

【0019】

図８は、本発明の比較例として、ステップ測定時の（アナログ信号）の例を１μｍで量子化できるAD変換機でデジタル変換された後の信号をローパスフィルタで濾波した波形図であり、（A）は、ステップ測定時の（アナログ信号）の例、(B)は、１μｍで量子化できるAD変換機でデジタル変換された後の信号の例、(C)は、それをローパスフィルタで濾波した信号の例である。即ち、例えば、従来のる研削盤におけるプロービング装置の運用方法では、ステップ測定時の（アナログ信号）の例では、図８（A）に示すように、釣り合わせる前の振動を表す信号が得られると、図８(B) に示すように、例えば、１μｍで量子化できるAD変換機を用いてデジタル変換された後の信号は、波形変化の無い信号になってしまい、図８(C) に示すように、それをローパスフィルタで濾波した信号も、波形変化の無い信号になってしまい、意味をなさなくなる。

【0020】

これに対して、本発明の研削盤におけるプロービング装置の運用方法では、以下のような作用効果が得られる。図９は、本発明の研削盤におけるプロービング装置の運用方法の一例として、重畳波形のシミュレーションを示す図であり、ステップ測定時の（アナログ信号）の例を１μｍで量子化できるAD変換機でデジタル変換された後の信号をローパスフィルタで濾波した波形図あり、（A）は、意図的に振動を重畳させたアナログ信号の例、(B)は、１μｍで量子化できるAD変換機でデジタル変換された後の信号の例、(C)は、それをローパスフィルタで濾波した信号の例である。即ち、本実施形態に係る研削盤におけるプロービング装置の運用方法では、自動釣り合わせ装置（オートバランサ）４０４を却って不釣り合いを残す形で駆動（バランス）制御することで、図９（A）に示すように、釣り合わせる前の振動に不釣り合いにより創出された信号が（回転により周期的に）重畳される。これを、図９(B) に示すように、例えば、１μｍで量子化できるAD変換機を用いてデジタル変換しても、変換後の信号は、明確な波形変化のある信号になるので、図９(C) に示すように、それをローパスフィルタで濾波した信号も、波形変化のある信号になる。但し、この変化は、AD変換機の量子化精度である１μｍ未満の変化となる。尚、図９の実施形態では、ローパスフィルタで濾波したが、砥石の回転により周期的な振動が得られるので、バンドパスフィルタを用いることもできる。

【0021】

以上に述べたように、本発明では、砥石軸を含む少なくともいずれかの回転軸に自動釣り合わせ装置を搭載すると共に、機上での測定用にプロービング装置を搭載した研削盤であって、且つ前記プロービング装置が信号のレベルをデジタル変換により２値ではなく多段階に数値変換する機構を備えた研削盤において、測定の際に、前記回転軸を回転させ、前記自動釣り合わせ装置を意図的に振動を残して釣り合わせを終了させ、もしくは振動を大きめの状態で釣り合わせを終了させ、前記プロービング装置のプロービング中に、前記回転軸の回転を持続させて該プロービング装置の出力に前記振動の成分を重畳させ、デジタル変換された後の信号をローパスフィルタまたはバンドパスフィルタで濾波することにより、得たい信号周波数成分の量子化雑音を低減させる。

【0022】

以上に述べた実施形態では、本発明のプロービング装置の運用方法を研削盤に適用したが、工具を交換可能な（従って、工具毎にバランス調整の可能且つ必要な）工作機械であって、オートバランサを使用するものであれば、他の工作機械に適用できるのは、勿論である。

【産業上の利用可能性】

【0023】

本発明は、いずれかの回転軸に自動釣り合わせ装置を搭載すると共に、機上での測定用にプロービング装置を搭載した工作機械であって、且つ前記プロービング装置が信号のレベルをデジタル変換により２値ではなく多段階に数値変換する機構を備えた工作機械に広く適用することができる。

【符号の説明】

【0024】

１００ 制御装置、１００ａ 軸制御器、１００ｂ プログラマブルコントローラ、１０２ 入出力器、１０４ａ ドライバ（アンプ）、 １０４ｂ アクチュエータ、１０６ オートバランサ制御器、１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃ ドライバ（アンプ）、１１０ａ サーボモータ（１）、１１０ｂ サーボモータ（２）、１１０ｃ 砥石（回転）モータ、２００ コラム、２０２ 砥石台、２０４ 砥石回転モータ、２０６ 砥石、２０８a へ字状部材、２０８ プロービング装置、２０８b スタイラス、２１０ ワーク台、２１２ ワーク、 X 方向、 Y 方向

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】