(57)【要約】【課題】放電痕が線状に集合してなる微細スジの定量的な評価を可能とする加工面評価方法及び加工面評価装置を得ること。【解決手段】ワイヤ放電加工による放電痕が線状に集合してなる微細スジを評価の対象とする加工面評価方法であって、加工面の位置ごとの高さを計測することにより、加工面の高さデータを取得する高さデータ取得工程と、高さデータのフィルタ処理により、加工面の微細スジを抽出する微細スジ抽出工程と、微細スジが抽出された画像から、ワイヤ放電加工の加工方向についての面粗さと、ワイヤ放電加工におけるワイヤ電極の走行方向についての面粗さとを算出する面粗さ算出工程と、加工方向についての面粗さと走行方向についての面粗さとの比である面粗さ比を算出する面粗さ比算出工程と、を含み、面粗さ比算出工程において算出された面粗さ比を微細スジの評価値とする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワイヤ放電加工による放電痕が線状に集合してなる微細スジを評価の対象とする加工面評価方法であって、
加工面の位置ごとの高さを計測することにより、前記加工面の高さデータを取得する高さデータ取得工程と、
前記高さデータ取得工程で取得された前記高さデータのフィルタ処理により、前記加工面の前記微細スジを抽出する微細スジ抽出工程と、
前記微細スジ抽出工程により前記微細スジが抽出された画像から、前記ワイヤ放電加工の加工方向についての面粗さと、前記ワイヤ放電加工におけるワイヤ電極の走行方向についての面粗さとを算出する面粗さ算出工程と、
前記加工方向についての面粗さと前記走行方向についての面粗さとの比である面粗さ比を算出する面粗さ比算出工程と、を含み、
前記面粗さ比算出工程において算出された前記面粗さ比を前記微細スジの評価値とすることを特徴とする加工面評価方法。
【請求項２】
前記高さデータ取得工程において、共焦点顕微鏡を用いた計測により前記高さデータを取得することを特徴とする請求項１に記載の加工面評価方法。
【請求項３】
前記微細スジ抽出工程において、高周波除去フィルタにより高周波成分を除去することで前記微細スジを抽出することを特徴とする請求項１又は２に記載の加工面評価方法。
【請求項４】
前記高周波除去フィルタのカットオフ周波数を、予め確認された前記微細スジの間隔に応じて設定することを特徴とする請求項３に記載の加工面評価方法。
【請求項５】
前記高周波除去フィルタのカットオフ周波数を複数に変更するごとの前記面粗さ比を算出し、前記面粗さ比が最大となるときの前記画像を選択することを特徴とする請求項３に記載の加工面評価方法。
【請求項６】
前記カットオフ周波数を第１の値と設定して算出された前記面粗さ比と、前記カットオフ周波数を前記第１の値の次に設定された第２の値として算出された前記面粗さ比との差分が一定の比率に収まる場合に、前記カットオフ周波数を前記第２の値とするときの前記面粗さ比が最大であると判断し、前記差分が一定の比率に収まらない場合に前記カットオフ周波数を再設定することを特徴とする請求項５に記載の加工面評価方法。
【請求項７】
前記面粗さ算出工程において算出する前記加工方向についての面粗さ及び前記走行方向についての面粗さとして、積分平均粗さを用いることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の加工面評価方法。
【請求項８】
前記微細スジ抽出工程において、前記高さデータから前記加工面の傾きを除去することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の加工面評価方法。
【請求項９】
ワイヤ放電加工による放電痕が線状に集合してなる微細スジを評価の対象とする加工面評価装置であって、
加工面の位置ごとの高さを計測することにより取得された前記加工面の高さデータをフィルタ処理し、前記加工面の前記微細スジを抽出する微細スジ抽出手段と、
前記微細スジ抽出手段において前記微細スジが抽出された画像から、前記ワイヤ放電加工の加工方向についての面粗さと、前記ワイヤ放電加工におけるワイヤ電極の走行方向についての面粗さとを算出する面粗さ算出手段と、
前記加工方向についての面粗さと前記走行方向についての面粗さとの比である面粗さ比を算出する面粗さ比算出手段と、を有し、
前記面粗さ比算出手段により算出された前記面粗さ比を前記微細スジの評価値とすることを特徴とする加工面評価装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加工が施された加工面を評価する加工面評価方法及び加工面評価装置、特に、ワイヤ放電加工による加工面を評価する加工面評価方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ワイヤ放電加工が施された加工面は、例えば面粗さを指標として評価されている。例えば、特許文献１には、個々の加工例に対する最適な加工条件を自動的に設定するために、加工プロセス中に加工面粗さを計測し、加工面粗さに応じて加工条件を変更する技術が提案されている。面粗さを計測するための計測装置としては、被加工物に当接させる触針をセンサとする装置や、光学式センサを用いる装置が用いられている。
【０００３】
【特許文献１】特開昭６２−７４５２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年のワイヤ放電加工装置による加工面は、目視ではスジを確認できない状態まで加工面性状が向上している。このような加工面性状の向上の一方で、加工面を研磨したときに現れる微細スジが問題視されるようになっている。この微細スジは、放電痕が数百μｍピッチで線状に集合することにより生じる。微細スジは、研磨前の加工面では光学式顕微鏡を用いても確認できず、加工面を研磨することによって確認することが可能となる。触針をセンサとする計測装置を用いる場合、触針の走査方向が一次元方向であることから、線状の放電痕の上を触針が通過するか否かが分かりにくく、微細スジの評価にばらつきが生じ易くなる。光学式センサを用いる計測装置を用いる場合、研磨前の加工面では微細スジを確認できないため、加工面の研磨により微細スジを確認できる状態として計測することとなる。加工面を研磨してからの計測とする場合、研磨により微細スジの一部が除去されてしまう上、その除去量を一定とすることも難しいため、加工によって生じた微細スジの定量的な評価が困難であるという問題が生じる。
【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、放電痕が線状に集合してなる微細スジの定量的な評価を可能とする加工面評価方法及び加工面評価装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、ワイヤ放電加工による放電痕が線状に集合してなる微細スジを評価の対象とする加工面評価方法であって、加工面の位置ごとの高さを計測することにより、加工面の高さデータを取得する高さデータ取得工程と、高さデータ取得工程で取得された高さデータのフィルタ処理により、加工面の微細スジを抽出する微細スジ抽出工程と、微細スジ抽出工程により微細スジが抽出された画像から、ワイヤ放電加工の加工方向についての面粗さと、ワイヤ放電加工におけるワイヤ電極の走行方向についての面粗さとを算出する面粗さ算出工程と、加工方向についての面粗さと走行方向についての面粗さとの比である面粗さ比を算出する面粗さ比算出工程と、を含み、面粗さ比算出工程において算出された面粗さ比を微細スジの評価値とすることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、研磨前の加工面から微細スジを抽出し、画像による微細スジの確認を可能とする。また、微細スジが抽出された画像を用いて面粗さ比を算出することにより、微細スジの大小の定量化が可能となる。これにより、微細スジの定量的な評価が可能となるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下に、この発明に係る加工面評価方法及び加工面評価装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【０００９】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る加工面評価方法により加工面を評価するためのブロック構成を示す。ワイヤ放電加工は、ワイヤ電極と被加工物（ワーク）との間の加工間隙にパルス放電を発生させながら、ワイヤ電極と被加工物とを相対移動させることにより、被加工物を所望の形状にする加工である。加工面評価装置１は、ワイヤ放電加工による加工面の微細スジを評価する。計測装置２は、加工面の二次元方向における位置ごとの、当該二次元方向に垂直な方向を高さ方向とする加工面の高さを計測する。高さデータとは、加工面の位置と計測された高さとをデータ化したものとする。計測装置２としては、例えば、光学式顕微鏡のひとつである共焦点顕微鏡を用いる。
【００１０】
加工面評価装置１は、微細スジ抽出手段３及び微細スジ評価値算出手段４を有する。微細スジ抽出手段３は、計測装置２で取得された高さデータのフィルタ処理により、加工面の微細スジを抽出する。微細スジ抽出手段３は、傾き除去手段１１、ノイズ除去フィルタ１２、高周波除去フィルタ１３を有する。傾き除去手段１１は、高さデータから加工面の傾きを除去する。ノイズ除去フィルタ１２は、高さデータからノイズを除去する。高周波除去フィルタ１３は、高さデータから高周波成分を除去することにより、微細スジを抽出する。高周波除去フィルタ１３としては、例えばスプラインフィルタを用いる。
【００１１】
微細スジ評価値算出手段４は、面粗さ算出手段１４及び面粗さ比算出手段１５を有する。面粗さ算出手段１４は、ワイヤ放電加工の加工方向についての面粗さと、ワイヤ放電加工におけるワイヤ電極の走行方向についての面粗さとを算出する。ここで、加工方向とは、被加工物に対してワイヤ電極を移動させる方向であるとする。走行方向とは、ワイヤガイドに案内されてワイヤ電極が走行する方向であるとする。面粗さ比算出手段１５は、面粗さ比を算出する。面粗さ比は、加工方向についての面粗さと走行方向についての面粗さとの比とする。微細スジ評価値算出手段４は、面粗さ比算出手段１５において算出された面粗さ比を微細スジの評価値とする。加工面評価装置１は、各構成の処理をハードウェア構成により実現するもの、プロセッサ上で動作させるソフトウェアを用いて実現するもののいずれであっても良い。
【００１２】
図２は、ワイヤ放電加工による加工面の研磨前における拡大画像である。図３は、研磨後の加工面の拡大画像である。図２に示す画像は、共焦点顕微鏡を用いて測定したものである。研磨前の加工面の拡大画像からは、無数の微細なクレータが確認され、微細スジは確認されない。図３に示すように、研磨後の加工面からは、微細スジＬが間隔をおいて確認される。微細スジＬは、図３に示す画像では、縦方向の線形状をなしている。このように、光学式顕微鏡による計測の場合、微細スジＬは、加工面を研磨することによって初めて確認することが可能となる。
【００１３】
図４は、本実施の形態において加工面を評価する手順を説明するフローチャートである。高さデータ取得工程であるステップＳ１では、計測装置２を用いて加工面の高さデータを取得する。ここでは、研磨前の加工面を計測対象とする。共焦点顕微鏡は、加工面の二次元方向についての計測分解能、高さ方向についての計測分解能、計測視野のいずれも、微細スジを抽出する上で適していることが、発明者らにより確認されている。なお、計測装置２は、加工面の高さデータを取得可能であれば良く、共焦点顕微鏡を用いる場合に限られない。計測装置２としては、共焦点顕微鏡の他、例えば、斜入射干渉計、原子間力顕微鏡（Atomic  Force  Microscope；ＡＦＭ）、走査型電子顕微鏡（Scanning  Electron  Microscope；ＳＥＭ）等を用いても良い。
【００１４】
ステップＳ２〜ステップＳ４は、ステップＳ１で取得された高さデータの処理により、加工面の微細スジを抽出する微細スジ抽出工程である。ステップＳ２では、ステップＳ１により取得された高さデータから、傾き除去手段１１を用いて加工面の傾きを除去する。ステップＳ２における傾きの除去は、例えば、触針式の計測装置を用いる場合になされる従来の傾き除去の処理と同様とする。高さデータから加工面の傾きを除去することで、微細スジを抽出する際に微細スジが加工面の傾きに埋もれて確認し難くなることを回避できる。
【００１５】
ステップＳ３では、ステップＳ２により傾きが除去された高さデータから、ノイズ除去フィルタ１２を用いてノイズを除去する。高さデータからノイズを除去することで、微細スジを抽出する際に微細スジがノイズによって確認し難くなることを回避できる。ステップＳ４では、ステップＳ３によりノイズが除去された高さデータから、高周波除去フィルタ１３を用いて高周波成分を除去し、微細スジを抽出する。高周波除去フィルタ１３のカットオフ周波数は、研磨後の加工面の計測により予め微細スジの間隔を確認し、微細スジの間隔に応じて適切な値を設定することが望ましい。これにより、微細スジの高精度な抽出が可能となる。微細スジを抽出する上では、高周波除去フィルタ１３としてスプラインフィルタが適していることが、発明者らにより確認されている。なお、高周波除去フィルタ１３は、高周波成分を除去可能であれば良く、スプラインフィルタ以外のフィルタを用いても良い。
【００１６】
図５は、微細スジ抽出工程により微細スジが抽出された画像を模式的に表したものである。ここでは、微細スジ抽出工程において処理された高さデータをＸＹＺ座標としてプロットし、Ｚ方向を高さ方向として表している。画像中、微細スジＬは、周囲に比べて深い凹部が並列した部分として確認することができる。このように、微細スジ抽出工程では、傾き除去、ノイズ除去、高周波成分除去の処理を経て、研磨前の加工面から微細スジを抽出する。
【００１７】
なお、微細スジに対して加工面の傾きが無視可能な程度である場合、傾き除去手段１１による傾き除去工程を省略しても良い。また、除去の対象となる高周波成分の波長がノイズの波長よりも長いことから、高周波除去フィルタ１３がノイズ除去フィルタ１２の機能を兼ねることとしても良い。
【００１８】
ステップＳ５及びステップＳ６では、微細スジ抽出工程により抽出された微細スジの評価値を微細スジ評価値算出手段４により算出する。面粗さ算出工程であるステップＳ５では、微細スジ抽出工程により微細スジが抽出された画像を面粗さ測定面として、ワイヤ放電加工の加工方向についての面粗さと、ワイヤ放電加工におけるワイヤ電極の走行方向についての面粗さとを面粗さ算出手段１４により算出する。
【００１９】
ステップＳ５において算出する面粗さとしては、例えば積分平均粗さ（算術平均粗さ）を用いる。各種面粗さパラメータの中で、積分平均粗さは、同じ加工面において計測視野を変更して複数回面粗さを計算した結果のばらつきが最も小さいことが発明者らによって確認されている。また、積分平均粗さは、加工面に付着物等の異常点が存在する場合であっても異常点の影響が小さいこと、演算時間の短縮のために面粗さを計算する間引き率を高くした場合の影響も小さいことも確認されている。このような理由から、面粗さ算出工程では積分平均粗さを用いることが望ましい。なお、面粗さ算出工程において算出する面粗さは、積分平均粗さである場合に限られず、いずれの面粗さパラメータであっても良い。
【００２０】
次に、面粗さ比算出工程であるステップＳ６では、面粗さ比算出手段１５により面粗さ比を算出する。微細スジ評価値算出手段４は、ステップＳ６において算出された面粗さ比を、微細スジの大小を表す指標である評価値とする。微細スジ評価値算出手段４は、このようにして、微細スジが抽出された画像から、微細スジの定量的な評価値を算出する。以下に、微細スジの評価値の算出に用いる計算式を示す。次式によると、加工面に微細スジが全く存在しない場合の評価値は１．０となり、微細スジが大きくなるほど評価値は大きくなる。
評価値＝加工方向についての面粗さ／ワイヤ電極の走行方向についての面粗さ
【００２１】
図６、図７及び図８は、加工面性状の異なる加工面について、微細スジが抽出された画像を比較するものである。ここでは、加工面の高低を濃淡によって表すこととし、濃淡が濃いほど低い部分であるとする。濃淡が濃い部分が並列して現れる微細スジは、図６、図７、図８の順で明瞭に示されている。これらの画像を用いて微細スジの評価値を算出すると、図６に示す場合は１．０７２、図７に示す場合は１．２３６、図８に示す場合は１．５７５となる。このように、微細スジの評価値は、画像における微細スジの見え方との相関が良く取れていることが確認できる。
【００２２】
本実施の形態に係る評価方法によれば、研磨前の加工面から微細スジを抽出し、画像による微細スジの確認を可能とする。また、微細スジが抽出された画像を用いて面粗さ比を算出することにより、微細スジの大小の定量化が可能となる。これにより、微細スジの定量的な評価が可能となる。さらには、微細スジの定量的な評価に基づいて、微細スジを抑制するための技術の開発も可能となる。
【００２３】
実施の形態２．
図９は、本発明の実施の形態２に係る加工面評価方法による手順を説明するフローチャートである。本実施の形態は、高周波除去フィルタ１３のカットオフ周波数を複数に変更して、面粗さ比が最大となる画像を選択することを特徴とする。ステップＳ１１では、高周波除去フィルタ１３のカットオフ周波数を複数設定する。複数のカットオフ周波数は、固定値として予め設定されたもの、測定者により入力されたもののいずれであっても良い。ステップＳ１２では、ステップＳ１１で設定された各カットオフ周波数の高周波フィルタ１３を用いて、微細スジを抽出する。
【００２４】
ステップＳ１３では、ステップＳ１２において微細スジが抽出された各画像について面粗さ比を算出する。ステップＳ１４では、ステップＳ１３において算出された面粗さ比が最大となる画像を選択する。このようにして画像を選択してから、上記実施の形態１と同様にして微細スジの評価値を算出する。本実施の形態では、微細スジが最も明瞭となるカットオフ周波数を自動的に設定でき、カットオフ周波数の決定のために予め微細スジの間隔を確認する作業が不要となる。
【００２５】
実施の形態３．
図１０は、本発明の実施の形態３に係る加工面評価方法による手順を説明するフローチャートである。本実施の形態は、面粗さ比が最大であるか否かを、面粗さ比の差分が一定の比率に収まるか否かにより判断することを特徴とする。ステップＳ２１では、高周波除去フィルタ１３のカットオフ周波数の初期値を設定する。初期値は、固定値として予め設定されたもの、測定者により入力されたもののいずれであっても良い。ステップＳ２２では、ステップＳ２１で設定されたカットオフ周波数の高周波フィルタ１３を用いて、微細スジを抽出する。
【００２６】
ステップＳ２３では、ステップＳ２２において微細スジが抽出された画像について面粗さ比を算出する。ステップＳ２４では、面粗さ比が最大であるか否かを判断する。面粗さ比が最大であるか否かは、面粗さ比の差分が一定の比率に収まるか否かにより判断する。カットオフ周波数が初期値である場合は面粗さ比の差分が求められないため（ステップＳ２４、Ｎｏ）、ステップＳ２５においてカットオフ周波数が再設定される。
【００２７】
ステップＳ２５においてカットオフ周波数が再設定されると、ステップＳ２２へ戻り、同様の手順を繰り返す。カットオフ周波数を第１の値と設定して算出された面粗さ比と、カットオフ周波数を第１の値の次に設定された第２の値として算出された面粗さ比との差分が一定の比率に収まる場合、カットオフ周波数を第２の値とするときの面粗さ比が最大であると判断し（ステップＳ２４、Ｙｅｓ）、ステップＳ２６において面粗さ比が最大となる画像を選択する。このようにして画像を選択してから、上記実施の形態１と同様にして微細スジの評価値を算出する。
【００２８】
カットオフ周波数を第１の値と設定して算出された面粗さ比と、第２の値と設定して算出された面粗さ比との差分が一定の比率に収まらない場合、カットオフ周波数を第２の値とするときの面粗さ比は最大ではないと判断し（ステップＳ２４、Ｎｏ）、ステップＳ２５においてカットオフ周波数が再設定され、同様の手順を繰り返す。従って、ステップＳ２５におけるカットオフの再設定は少なくとも１回、ステップＳ２３における面粗さ比の算出は少なくとも２回、それぞれ実施されることになる。
【００２９】
本実施の形態も、上記の実施の形態２と同様に、微細スジが最も明瞭となるカットオフ周波数を自動的に設定でき、カットオフ周波数の決定のために予め微細スジの間隔を確認する作業が不要となる。ステップＳ２５におけるカットオフ周波数の再設定は、前回算出された面粗さ比と今回算出された面粗さ比とを比較して、面粗さ比が大きくなるように設定されることが望ましい。ステップＳ２５におけるカットオフ周波数の再設定では、最適化アルゴリズムを適宜用いることにより、面粗さ比が最大となるカットオフ周波数を少ない反復動作によって見出すことも可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
以上のように、本発明に係る加工面評価方法及び加工面評価装置は、ワイヤ放電加工による加工面の評価に適している。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】実施の形態１に係る加工面評価方法により加工面を評価するためのブロック構成を示す図である。
【図２】ワイヤ放電加工による加工面の研磨前における拡大画像を示す図である。
【図３】研磨後の加工面の拡大画像を示す図である。
【図４】加工面を評価する手順を説明するフローチャートである。
【図５】微細スジが抽出された画像を模式的に表した図である。
【図６】微細スジが抽出された画像を示す図である。
【図７】微細スジが抽出された画像を示す図である。
【図８】微細スジが抽出された画像を示す図である。
【図９】実施の形態２に係る加工面評価方法による手順を説明するフローチャートである。
【図１０】実施の形態３に係る加工面評価方法による手順を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
【００３２】
１  加工面評価装置
３  微細スジ抽出手段
４  微細スジ評価値算出手段
１３  高周波除去フィルタ
１４  面粗さ算出手段
１５  面粗さ比算出手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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