(57)【要約】【課題】新たなセンサを増設することなくグラインダ出力軸の回転数を検出できるようにしたグラインダの回転数検出装置を提供する。【解決手段】研磨工具４の回転する出力軸４１に生じる横力を検出する力センサ１と、当該力センサ１の検出波形を高速フーリエ変換して周波数特性曲線を得て、当該周波数特性曲線が極大値を示す周波数に基づいて出力軸４１の回転数を算出する演算手段５とを備える。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
研磨用工具の回転する出力軸に生じる横力を力センサで検出し、検出波形を高速フーリエ変換して周波数特性曲線を得、周波数特性曲線が極大値を示す周波数に基づいて前記出力軸の回転数を検出する研磨用工具の回転数検出方法。
【請求項２】
研磨用工具の回転する出力軸に生じる横力を検出する力センサと、当該力センサの検出波形を高速フーリエ変換して周波数特性曲線を得て、当該周波数特性曲線が極大値を示す周波数に基づいて前記出力軸の回転数を算出する演算手段とを備える研磨用工具の回転数検出装置。
【請求項３】
前記研磨用工具は、テーパ状の周面を有した円柱形の金型の上端面を研磨加工するものである請求項１に記載の研磨用工具の回転数検出方法。
【請求項４】
前記力センサは、前記研磨加工において前記研磨用工具の出力軸に対し直交する面内での作用力を検出する請求項１又は３に記載の研磨用工具の回転数検出方法。
【請求項５】
前記研磨用工具は、出力軸の先端に研磨用の金ブラシを備え、当該金ブラシが前記金型の上端面に垂直方向に所定の押付け力で押し付けられている請求項１、３又は４に記載の研磨用工具の回転数検出方法。
【請求項６】
前記押付け力は１〜１０Ｎ（kg・m/s2）である請求項５に記載の研磨用工具の回転数検出方法。
【請求項７】
前記押付け力は３〜７Ｎ（kg・m/s2）である請求項５に記載の研磨用工具の回転数検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は研磨用工具の回転数検出方法および回転数検出装置に関し、特にワークに対する研磨用工具の押付け力等を制御するために力センサを付設した研磨用工具において、その出力軸の回転数を検出する回転数検出方法および検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１においては、ロボットのアーム先端に研磨用工具を装着して、研磨用工具の押付け力を最適に制御しながら金ブラシ等を取り付けた出力軸を回転させつつ研磨加工を行うものが示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平６−３１２３４６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで近年においては、さらに良好な研磨を行うために押付け力に加えて研磨用工具出力軸の回転数を監視しあるいはこれを最適に制御することが求められている。しかしこの場合、出力軸の回転数を検出するためにさらなるセンサを増設することはスペースやコストアップの問題を生じる。
【０００５】
そこで、本発明はこのような課題を解決するもので、特に新たなセンサを増設することなく研磨用工具出力軸の回転数を検出できるようにした研磨用工具の回転数検出方法および検出装置を提供することを目的とする。  
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本第１発明の研磨用工具の回転数検出方法では、研磨用工具（４）の回転する出力軸（４１）に生じる横力を力センサ（１）で検出し、検出波形を高速フーリエ変換して周波数特性曲線を得、周波数特性曲線が極大値を示す周波数に基づいて前記出力軸（４１）の回転数を検出する。
【０００７】
本第１発明によれば、研磨用工具（すなわちその出力軸）の押付け力を検出するために設ける市販の力センサは一般に三軸方向の作用力を測定できるようになっているから、出力軸方向の押付け力に加えて出力軸に生じる横力も測定することができる。したがって、押付け力検出用の力センサを利用して、他に特別なセンサを設けることなく出力軸の回転数を演出することができる。
【０００８】
本第２発明に係る研磨用工具の回転数検出装置では、研磨用工具（４）の回転する出力軸（４１）に生じる横力を検出する力センサ（１）と、当該力センサ（１）の検出波形を高速フーリエ変換して周波数特性曲線を得て、当該周波数特性曲線が極大値を示す周波数に基づいて前記出力軸（４１）の回転数を算出する演算手段（５）とを備える。本第２発明においても、本第１発明と同様の効果が得られる。
【０００９】
本第３発明では、前記研磨用工具（４）は、テーパ状の周面を有した円柱形の金型（３）の上端面を研磨加工するものである。
本第４発明では、前記力センサ（１）は、前記研磨加工において前記研磨用工具（４）の出力軸（４１）に対し直交する面内での作用力を検出する。
本第５発明では、前記研磨用工具（４）は、出力軸（４１）の先端に研磨用の金ブラシを備え、当該金ブラシ（４２）が前記金型（３）の上端面に垂直方向に所定の押付け力で押し付けられている。
本第６発明では、前記押付け力は１〜１０Ｎ（kg・m/s2）である。
本第７発明では、前記押付け力は３〜７Ｎ（kg・m/s2）である。
ここで、上記カッコ内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を参考的に示すものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、特に新たなセンサを増設することなく研磨用工具出力軸の回転数を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】回転数検出装置を付設した研磨装置の斜視図である。
【図２】力センサの検出波形を示す図である。
【図３】検出波形の周波数特性を示す図である。
【図４】回転数の検出値と実測値の誤差を示すグラフである。
【図５】金型の一例を示す側面図である。
【図６】金型上の試料を樹脂に埋め込んだ状態の側面図である。
【図７】観察用試料の製作工程を示す図である。
【図８】金型把持装置の側面図である。
【図９】把持具の平面図である。
【図１０】把持具作動時の金型把持装置の側面図である。
【図１１】ロボットアームに保持された研磨工具の側面図である。
【図１２】金型上端面の付着樹脂を除去している研磨工具の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
なお、以下に説明する実施形態はあくまで一例であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が行う種々の設計的改良も本発明の範囲に含まれる。
【００１３】
図1には本発明の回転数検出装置を付設した研磨装置の外観を示す。図１において、公知の力センサ１上にエアチャック２が設けられて、エアチャック２に円柱状の金型３がその周面を挟持されて垂直姿勢で保持されている。力センサ１としては例えばレプトリノ社のＰＦＳ０５５ＹＡが使用できる。この力センサ１は水平面内のｘ軸方向とy軸方向、さらにこれらに直交するｚ軸方向で作用力を検出することができる。
【００１４】
ここで、金型３の詳細について以下に説明する。本発明における金型３は、試料埋込用金型である。試料埋込用金型は顕微鏡観察用の試料をアクリルやエポキシ等の樹脂に埋込む際に使用される。図５には試料埋込用金型３の一例を示す。当該金型３は試料埋込機６１（図７）への装着を容易にするように下方へ縮径した円柱テーパ形状としてあり、上端面３１は一定量凹陥している。そして、図６に示すように、凹陥した上端面３１上に試料Ｓを載置し、試料埋込機にて試料Ｓを覆うように金型上端面３１と同径の円柱状に樹脂Ｒを射出して、樹脂Ｒ中に試料Ｓを埋め込む。  その後、樹脂Ｒ中に埋め込まれた試料Ｓと金型３は分離され、金型３はその上端面３１に付着した樹脂が除去されて再使用される。  
【００１５】
図７には観察用試料の製作工程を示す。図７において、試料Ｓは円柱形の試料埋込用金型３の上端面上に載置されて試料埋込機６１内へ供給される。試料埋込機６１内で公知の構造によって金型３上の試料Ｓが当該金型３と同径の円柱状樹脂Ｒで覆われてこれに埋め込まれる。試料埋込機６１から取り出された試料（埋込試料）Ｓと一体となった金型３から、埋込試料Ｓが分離されて後段の研磨機６２に供給され、その底面が研磨されて埋込試料Ｓの端面樹脂Ｒから露出させられる。一方、分離された金型３は、付着した樹脂を除去するために以下に説明する保持手段としての金型把持装置２（図８）へ供給される。以上の工程および後述する工程における供給・取出しの搬送作業は制御装置５に接続されたロボットアーム６４で行われる。
【００１６】
図８に金型把持装置２の側面図を示す。金型把持装置２は回転テーブル２１を備えており、回転テーブル２１上に力センサー１が設けられている。力センサー１は圧縮型で上方からの押付力を検出するものである。力センサー１上には把持機構２３が設けられている。把持機構２３はエアシリンダを内設した厚肉平板状の駆動部２４と、駆動部２４の上面に水平移動可能に設けられた一対の把持具２５Ａ，２５Ｂとから構成されており、把持具２５Ａ，２５Ｂは図８およびその平面視である図９に示す互いに離間した開放状態から、駆動部２４によって後述のように互いに接近する方向へ移動させられるようになっている。
【００１７】
把持具２５Ａ，２５Ｂは、回転テーブル２１の中心Ｃに対して対称位置に対称形に配された側面視でＬ字形の基台２５１を備え、基台２５１の立壁の内側面にそれぞれ把持片２５２を備えている。把持片２５２は前面（対向面）中央に上下方向へ延びる三角溝２５３（図８）が形成された板状体で、その後面は上下方向の中央がリンクアーム２５４によって基台２５１の立壁に連結されるとともに、上下位置はそれぞれバネ部材２５５，２５６によって上記立壁に連結されている。
【００１８】
このような構造の金型把持装置２において、開放状態の把持具２５Ａ，２５Ｂの間にロボットアーム６４によって試料埋込用金型３を位置させる（図８の鎖線）。金型３は円柱状で、試料埋込機６１内への設置を容易にするために下方へ漸次小径となったテーパ形状をしている。このような金型３の樹脂が付着している部分は上端面３１であり、この部分に対して後述するような樹脂除去工程を行う。
【００１９】
駆動部２４によって把持具２５Ａ，２５Ｂを互いに接近方向へ移動させると、図１０に示すように、両把持具２５Ａ，２５Ｂの把持片２５２によって金型３は周面が両側から挟持され把持される。この際、把持片２５２は金型１周面の傾斜に応じて背後のリンクアーム２５４が適度に上方へ回動するとともに上下のバネ部材２５５，２５６がそれぞれ適度に伸長ないし収縮して、金型３周面の傾斜に沿った角度姿勢となり、金型３周面に密接する。
【００２０】
金型把持装置２に保持された金型３に対してその上端面３１（図１０）の樹脂を除去する場合には、ロボットアーム６４に垂直姿勢で研磨用工具４（図１１）を装着してこれを回転させ、研磨用工具４の先端に設けた研磨用ブラシである金属ブラシ４２を図１２示すように金型３の上端面３１の中心（回転テーブルの中心Ｃ）に当接させる。そして、当該中心Ｃから内外の軌跡の幅が金属ブラシ４２の半径よりも小さくなるように下式（１）、（２）で示すようにＸ座標，Ｙ座標が変化する螺旋形Ｌを描きつつ（同図）研磨工具４を外周方向へ移動させて上端面３２全面の樹脂を除去する。
Ｘ＝α・θ・ｓｉｎθ…（１）
Ｙ＝α・θ・ｃｏｓθ…（２）
ここで、αは定数、θは上端面の中心Ｃ周りの角度である。
【００２１】
上述したように、図１において、金型３の上方には研磨用工具４が位置している。研磨用工具４は図略のロボットアームの先端に保持されて、その出力軸４１が下方へ突出している。出力軸４１の先端には研磨用の金ブラシ４２が装着されて、金ブラシ４２が金型３の上端面３１に所定の力で押し付けられている。研磨用工具４の内蔵モータによって出力軸４１先端の金ブラシ４２が回転させられることにより、金型３の上端面３１が研磨加工される。そして、本実施形態では、力センサ１のｙ軸信号Fyとｚ軸信号Fzが演算手段を兼ねる上記制御装置５に入力されている。
【００２２】
ｙ軸信号Fyは研磨用工具４の出力軸４１に対しほぼ直交する面内での作用力に比例してこれを検出しており、以下に述べるように、このｙ軸信号Fyに基づいて制御装置５内で出力軸４１の回転数が算出される。また、ｚ軸信号Fzは出力軸４１（したがって金ブラシ４２）の金型上端面３１に対する押付け力Ｎ（kg・m/s2）に比例してこれを検出している。
【００２３】
このような構成で研磨用工具４の出力軸４１を回転させて研磨作業を行うと、出力軸４１に対しほぼ直交する面内での作用力に比例した力センサ１のｙ軸信号Fyは図２に示すような振動波形となる。ここで、図2は、横軸を、時間[s]として、1秒毎のFY[N]のデータを連続プロットし、縦軸をFy[N]としている。なお、[1]の領域では、研磨用工具４の出力軸４１のみを回転させた状態である。よって、縦軸において、Fy[N]の振動波形の振幅は比較的低い状態である。次に、[2]の領域では、研磨用工具４の出力軸４１の回転に加え、金型３の上端面３１に金ブラシ４２を押し付けた状態である。具体的には、押し付け力７Ｎ(kg・m/s2)にて押し付けた状態である。
【００２４】
よって、縦軸において、Fy[N]の振動波形の振幅は、押し付け開始時に非常に大きく変動し、その後、一定の振幅に推移している。しかし、押し付け終了時には、縦軸において、Fy[N]の振動波形は、再度、非常に大きく変動している。そして、[3]の領域では、金型３の上端面３１への金ブラシ４２の押し付けを終了させた状態である。
【００２５】
そこで、縦軸のFy[N]の振動波形の振幅が比較的低い状態にて安定している [2]の領域において、y軸信号の定常状態である、中央部の範囲において、1000[s]分の振動波形部Aを特定する。そして、特定した振動波形部Aを制御装置５内で高速フーリエ変換(FFT変換)し、振動波形部Aの1000[s]分の各波形データの力センサ1により検出された研磨用工具４の回転出力軸４１に生じる横力Fy[N]において、横軸を研磨用工具の出力軸(rps)，縦軸を振幅として変換した。
【００２６】
図3は、当変換後の図である。当図では、上記の振動波形部Aの1000[s]分の各々の波形データを変換する事によって、研磨用工具の出力軸(rps)が重複した箇所(鋭い極大値)を周波数fxとして示している。即ち、３４２(Hz)が極大値(fx)として示されている。そして、この極大値が現れる周波数fxは、以下に述べるように出力軸４１の回転数(rps)にほぼ等しくなる。
【００２７】
（実施例）  
表1に示すように、押付け力３Ｎ(kg・m/s2)の時に上記方法で検出した研磨用工具出力軸４１の回転数（検出値）は４６８ｒｐｓであった。一方、出力軸４１の実際の回転数（実測値）は４７０ｒｐｓであった。実測値は、例えば以下のように測定した。すなわち、出力軸４１の軸周方向の一か所を黒塗りし、出力軸４１にレーザ光を照射して、回転する出力軸４１からの反射光を検出する。黒塗り部分からはレーザ光が反射しないから無反射の周期より出力軸４１の回転数を算出する。押付け力が３N(kg・m/s2)では検出値と実測値の誤差は２ｒｐｓであり、誤差割合は０．４％であった。
【００２８】
同様に、表１に示すように、押付け力７Ｎ(kg・m/s2)の時の４回の出力軸４１の回転数の検出値とその時の実測値は１回目が３３８ｒｐｓと３３３ｒｐｓ、２回目が３３６ｒｐｓと３３３ｒｐｓ、３回目が３４２ｒｐｓと３４７ｒｐｓ、４回目が３４７ｒｐｓと３４７ｒｐｓとなり、それぞれの検出値と実測値の誤差は−５ｒｐｓ、−３ｒｐｓ、５ｒｐｓ、０ｒｐｓであり、この時の誤差割合はそれぞれ−１．５％、−０．９％。１．４％、０．０％であった。
【００２９】
【表１】
2019058965.tif 000003
【００３０】
さらに押付け力が１０Ｎ(kg・m/s2)の時の検出値が２７８ｒｐｓであるのに対して実測値は２８５ｒｐｓとなって、検出値と実測値の誤差は７ｒｐｓ、誤差割合は２．５％であった。なお、押付け力Ｎ(kg・m/s2)は、１〜１０Ｎ(kg・m/s2)の各押し付け力の設定により正確な回転数(rps)を算出し得るが、最適な押し付け力Ｎ(kg・m/s2)の範囲は、３〜１０Ｎ(kg・m/s2)であり、より最適な押し付け力Ｎ(kg・m/s2)の範囲は、3〜7Ｎ(kg・m/s2)の範囲で適用し得る。
【００３１】
以上をグラフで示したのが図４である。これによれば、本発明の回転数検出方法を使用すると、研磨用工具４１の押付け力等を検知するために設けた力センサ１を利用して、専用のセンサを別途設けることなく、実用上十分な精度で研磨用工具４の出力軸４１の回転数を検出することができる。
【００３２】
上記実施形態において、力センサのｙ軸信号に代えてｘ軸信号を使用しても良い。また、周波数特性曲線が極大値を示す周波数と研磨用工具出力軸の回転数の関係を予めマップとして準備しておき、当該マップから回転数を検出するようにしても良い。
【符号の説明】
【００３３】
１…力センサ、２…エアチャック、３…金型、３１…上端面、４…研磨工具、４１…出力軸、５…制御装置（演算手段）。
【図１】
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【図２】
2019058965.tif 000005
【図３】
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【図４】
2019058965.tif 000007
【図５】
2019058965.tif 000008
【図６】
2019058965.tif 000009
【図７】
2019058965.tif 000010
【図８】
2019058965.tif 000011
【図９】
2019058965.tif 000012
【図１０】
2019058965.tif 000013
【図１１】
2019058965.tif 000014
【図１２】
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