(57)【要約】【課題】本発明は、光学部品のガラスや半導体シリコンウエハのようなワークを超精密に研削加工する研削装置の加工シミュレーションシステム及びそのシミュレーション方法に関し、ワークの最適な加工条件を作業者の熟練度に依存することなく、研削加工するワークの枚数を低減して、短時間で容易に求めることを目的とする。【解決手段】ワーク４２の研削量を求めるためのパラメータα，ｎを、研削抵抗の時間変化と、切り込み速度と研削抵抗の関係との２つの実加工データに基づいて演算処理により求める。ワーク４２をセル９５に分割し、研削動作面３４ａ，３４ｂと接触したセル９５についてのみ研削量を演算手段により求めて、研削量からワーク４２の研削加工面の状態をシミュレーションする。【選択図】      図５
2004186498.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
研削抵抗の時間変化と、切り込み速度と研削抵抗との関係とに基づき、ワークの研削加工面の状態を演算する演算手段を有することを特徴とする研削装置の加工シミュレーションシステム。
【請求項２】
前記研削抵抗の時間変化は、前記ワークを研削加工した実加工データに基づき求めることを特徴とする請求項１に記載の研削装置の加工シミュレーションシステム。
【請求項３】
前記切り込み速度と研削抵抗との関係は、前記ワークを研削加工した実加工データに基づき求めることを特徴とする請求項１に記載の研削装置の加工シミュレーションシステム。
【請求項４】
請求項１乃至３に記載の研削装置の加工シミュレーションシステムであって、
前記研削装置で生成される前記研削抵抗の時間変化に関するデータを受信する通信手段を設けたことを特徴とする研削装置の加工シミュレーションシステム。
【請求項５】
前記ワークの研削加工面を複数のセルに分割し、各々のセルに対して砥石と接触したか否かの接触判定を行い、
前記接触判定において、接触したと判定されたセルに関して、該セルの研削加工面の状態を演算することを特徴とする研削装置の加工シミュレーションシステム。
【請求項６】
前記接触判定は、前記砥石の位置と、前記セルの位置とに基づき判定することを特徴とする請求項５に記載の研削装置の加工シミュレーションシステム。
【請求項７】
研削抵抗の時間変化である第１のデータを取得する工程と、
切り込み速度と研削抵抗との関係である第２のデータを取得する工程と、
前記第１のデータ及び第２のデータとに基づいて前記ワークの研削加工面の状態を演算により求める工程とを含むことを特徴とする研削装置の加工シミュレーション方法。
【請求項８】
前記第１のデータは、前記ワークを研削加工した実加工データに基づいて求められることを特徴とする請求項７に記載の研削装置の加工シミュレーション方法。
【請求項９】
前記第２のデータは、前記ワークを研削加工した実加工データに基づいて求められることを特徴とする請求項７に記載の研削装置の加工シミュレーション方法。
【請求項１０】
前記ワークの研削加工面を複数のセルに分割する工程と、
各々のセルに対して砥石と接触したか否かの接触判定を行う工程と、
前記接触判定において、接触したと判定されたセルに関して、該セルの研削加工面の状態を演算する工程とを含むことを特徴とする研削装置の加工シミュレーション方法。
【請求項１１】
コンピュータに、
研削抵抗の時間変化である第１のデータと、
切り込み速度と研削抵抗との関係である第２のデータとに基づいてワークの研削加工面の状態を演算させるための研削装置の加工シミュレーションプログラム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は研削装置の加工シミュレーションシステム、研削装置の加工シミュレーション方法及び研削装置の加工シミュレーションプログラムに係り、特に光学部品のガラスや半導体シリコンウエハのようなワークを超精密に研削加工する研削装置の加工シミュレーションシステム、研削装置の加工シミュレーション方法及び研削装置の加工シミュレーションプログラムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、研削装置の内の両頭研削装置においては、砥石を同じ型の新しい砥石に交換した場合や形状の違う砥石に交換した場合には、砥石径、研削動作面の幅（砥石のワークを研削加工する部分）、砥石のヤング率等の物性、砥粒の大きさ、研削主軸のワークの研削加工面に対する傾き、研削主軸に対する砥石の傾き、砥石の回転数及び砥石の切り込み速度等の影響によりワークの研削加工面の状態が変わる。そのため、両頭研削装置では砥石交換後にワークを精密加工するために、研削主軸のワークの研削加工面に対する傾き、研削主軸に対する砥石の傾き、砥石の回転数、砥石の切り込み速度等の研削条件を最適化する必要がある。
【０００３】
従来の両頭研削装置においては、熟練した作業者が自らの勘と経験に基づいて研削条件を決めて、数十枚程度のワークを使用して、ワークの研削及び研削後の研削加工面の評価を繰り返し行っていた。
【０００４】
なお、研磨により段差を平坦化するＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）装置においては、研磨後の形状をシミュレーションにより予測する技術がある。（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１−１２６７６５号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のように従来の両頭研削装置においては、砥石交換後の研削条件の最適化を作業者の勘と経験に基づいて行っていたため、作業者の熟練度が低い場合には、研削条件の最適化が十分に行うことができず、研削されたワークの研削加工面の状態は悪くなり、ワークの加工精度が作業者の熟練度に依存してしまうという問題があった。
【０００７】
さらに、作業者の勘と経験による方法では、数多くのワークを研削加工して評価する必要があり、研削条件が最適化されるまでに多くの時間を要するという問題があった。
【０００８】
また、ワークの両面を同時研磨する両頭研削装置は、ＣＭＰ装置と基本構成が異なるため単純にＣＭＰ装置のシミュレーション技術を両頭研削装置のシミュレーションに転用することはできない。
【０００９】
そこで本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、ワークの最適な研削条件を作業者の熟練度に依存することなく、少ない枚数のワークを用いて、短時間で容易に求めることのできる、研削装置の加工シミュレーションシステム、研削装置の加工シミュレーション方法及び研削装置の加工シミュレーションプログラムを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明では、次に述べる各手段を講じたことを特徴とするものである。
【００１１】
請求項１記載の発明では、研削抵抗の時間変化と、切り込み速度と研削抵抗との関係とに基づき、ワークの研削加工面の状態を演算する演算手段を有することを特徴とする研削装置の加工シミュレーションシステムにより、解決できる。
【００１２】
ここで、演算によりワークの研削加工面の状態を求めるために必要なワークの研削量を求める式について説明する。
【００１３】
ｄｕ＝ασｎｄｈ・・・・・（１）
上記式はワークの研削量を求めるための式である。上記式に示したｄｕはワークの研削量を、σはワークと砥石が接触することにより発生する研削抵抗を、ｄｈは砥石がワークの研削加工面上を移動した距離を、α，ｎは砥石の研削能力を示すパラメータをそれぞれ示している。
【００１４】
上記発明では、研削量を求めるために必要な上記式に示したα，ｎを、研削抵抗の時間変化からαを求め、切り込み速度と研削抵抗との関係からｎを求めている。このようにαとｎの２つの加工データに基づき、演算手段により研削量を演算することで、ワークを実際に研削加工すること無く、容易にワークの研削加工面の状態を求めることができる。したがって、作業者の熟練度に依存することなく、短時間でワークの評価及び研削条件の最適化を行なうことができる。
【００１５】
請求項２記載の発明では、前記研削抵抗の時間変化は、前記ワークを研削加工した実加工データに基づき求めることを特徴とする請求項１に記載の研削装置の加工シミュレーションシステムにより、解決できる。
【００１６】
上記発明によれば、研削抵抗の時間変化は、ワークを研削加工した実加工データに基づいて求められる。したがって、ワークの研削加工面の状態の演算には、実加工データから求められた研削抵抗の時間変化が用いられる。その結果、演算により求められるワークの研削加工面の状態の精度を向上させることができる。
【００１７】
請求項３記載の発明では、前記切り込み速度と研削抵抗との関係は、前記ワークを研削加工した実加工データに基づき求めることを特徴とする請求項１に記載の研削装置の加工シミュレーションシステムにより、解決できる。
【００１８】
上記発明によれば、切り込み速度と研削抵抗との関係は、ワークを研削加工した実加工データに基づいて求められる。したがって、ワークの研削加工面の状態の演算には、実加工データから求められた切り込み速度と研削抵抗との関係が用いられる。その結果、演算により求められるワークの研削加工面の状態の精度を向上させることができる。
【００１９】
請求項４記載の発明では、請求項１乃至３に記載の研削装置の加工シミュレーションシステムであって、前記研削装置で生成される前記研削抵抗の時間変化に関するデータを受信する通信手段を設けたことを特徴とする研削装置の加工シミュレーションシステムにより、解決できる。
【００２０】
上記発明によれば、通信手段により、研削装置から送信される研削抵抗の時間変化に関するデータを受信できるため、研削抵抗の時間変化に関するデータの更新を行うことが可能となる。その結果、時間と共に変化する研削装置の状態が研削抵抗の時間変化に関するデータに反映され、演算により求められるワークの研削加工面の状態の精度を向上させることができる。
【００２１】
請求項５記載の発明では、前記ワークの研削加工面を複数のセルに分割し、各々のセルに対して砥石と接触したか否かの接触判定を行い、前記接触判定において、接触したと判定されたセルに関して、該セルの研削加工面の状態を演算することを特徴とする研削装置の加工シミュレーションシステムにより、解決できる。
【００２２】
上記発明によれば、複数に分割されたセルの内、砥石と接触したと判定されたセルに関してのみ、即ち研削加工が行われるセルに関してのみ、セルの研削加工面の状態を演算する。したがって、全てのセルに関して演算を行なう必要が無いため、演算に要する時間が短縮できる。
【００２３】
請求項６記載の発明では、前記接触判定は、前記砥石の位置と、前記セルの位置とに基づき判定することを特徴とする請求項５に記載の研削装置の加工シミュレーションシステムにより、解決できる。
【００２４】
上記発明によれば、砥石の位置とセルの位置との位置が一致しているかどうかの判断を行うことにより、各々のセルが砥石と接触したか否かが分かる。したがって、セルと砥石の接触判定を行うことができる。
【００２５】
請求項７記載の発明では、研削抵抗の時間変化である第１のデータを取得する工程と、切り込み速度と研削抵抗との関係である第２のデータを取得する工程と、前記第１のデータ及び第２のデータとに基づいて前記ワークの研削加工面の状態を演算により求める工程とを含むことを特徴とする研削装置の加工シミュレーション方法により、解決できる。
【００２６】
上記発明によれば、上記した研削量を求めるために必要な（１）式に示したα，ｎを、研削抵抗の時間変化である第１のデータからαを求め、切り込み速度と研削抵抗との関係である第２のデータからｎを求めている。このようにαとｎの２つのデータに基づき、演算手段により研削量を演算することで、ワークを実際に研削加工すること無く、容易にワークの研削加工面の状態を求めることができる。したがって、作業者の熟練度に依存することなく、短時間でワークの評価及び研削条件の最適化を行なうことができる。
【００２７】
請求項８記載の発明では、前記第１のデータは、前記ワークを研削加工した実加工データに基づいて求められることを特徴とする請求項７に記載の研削装置の加工シミュレーション方法により、解決できる。
【００２８】
上記発明によれば、第１のデータは、ワークを研削加工した実加工データに基づいて求められる。したがって、ワークの研削加工面の状態の演算には、実加工データから求められた第１のデータが用いられる。その結果、演算により求められるワークの研削加工面の状態の精度を向上させることができる。
【００２９】
請求項９記載の発明では、前記第２のデータは、前記ワークを研削加工した実加工データに基づいて求められることを特徴とする請求項７に記載の研削装置の加工シミュレーション方法により、解決できる。
【００３０】
上記発明によれば、第２のデータは、ワークを研削加工した実加工データに基づいて求められる。したがって、ワークの研削加工面の状態の演算には、実加工データから求められた第２のデータが用いられる。その結果、演算により求められるワークの研削加工面の状態の精度を向上させることができる。
【００３１】
請求項１０記載の発明では、前記ワークの研削加工面を複数のセルに分割する工程と、各々のセルに対して砥石と接触したか否かの接触判定を行う工程と、前記接触判定において、接触したと判定されたセルに関して、該セルの研削加工面の状態を演算する工程とを含むことを特徴とする研削装置の加工シミュレーション方法により、解決できる。
【００３２】
上記発明によれば、ワークの研削加工面を複数のセルに分割して、砥石と接触したと判定されたセルに関してのみ、セルの研削加工面の状態の演算を行う。したがって、全てのセルに関して演算を行なう必要が無いため、演算に要する時間が短縮できる。
【００３３】
請求項１１記載の発明では、コンピュータに、研削抵抗の時間変化である第１のデータと、切り込み速度と研削抵抗との関係である第２のデータとに基づいてワークの研削加工面の状態を演算させるための研削装置の加工シミュレーションプログラムにより、解決できる。
【００３４】
上記発明によれば、上記した研削量を求めるために必要な（１）式に示したα，ｎを、研削抵抗の時間変化である第１のデータからαを求め、切り込み速度と研削抵抗との関係である第２のデータからｎを求めている。このようにαとｎの２つのデータに基づき、演算手段により研削量を演算することで、ワークを実際に研削加工すること無く、容易にワークの研削加工面の状態を求めることができる。したがって、作業者の熟練度に依存することなく、短時間でワークの評価及び研削条件の最適化を行なうことができる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
次に、図面に基づいて本発明の実施例について説明する。
【００３６】
（第１実施例）
本実施例では、研削装置の一例として、両頭研削装置について説明する。
【００３７】
図１は、本発明の第１実施例である加工シミュレーションシステムのシステム構成図である。本実施例では、後に詳述するように、両頭研削装置２０から得られる実加工データに基づき加工シミュレーションを行うものである。
【００３８】
両頭研削装置２０の加工シミュレーションシステムはコンピュータ１０（図１参照）を用いて実施される。この両頭研削装置２０の加工シミュレーションシステムは、あらかじめ両頭研削装置２０で生成されたデータに基づき実施される。
【００３９】
以下の説明では、先ず両頭研削装置２０の構成について説明し、次にシミュレーションシステムの構成の説明をするものとする。
【００４０】
図２は、一般的な両頭研削装置を示した図である。同図に示すように、両頭研削装置２０は、大略すると研削加工装置４０ａ，４０ｂとワーク保持装置４１とにより構成されている。
【００４１】
研削加工装置４０ａ，４０ｂは、ワーク４２の研削位置を挟んで同一構成のものが対向するよう２台配設されている。このようにワーク４２の研削位置を挟んで配設される研削加工装置４０ａ，４０ｂは同一構成であるため、図２に関しては、図中上部に位置する研削加工装置には符号ａを添記し、図中下部に位置する研削加工装置には符号ｂを添記して説明する。なお、以下において符号ａを添記した側をマスター側、符号ｂを添記した側をスレイブ側と称す。
【００４２】
研削加工装置４０ａ，４０ｂは、砥石３５ａ，３５ｂ、研削主軸３６ａ，３６ｂ、駆動装置３８ａ，３８ｂ及び移動装置３７ａ，３７ｂを有する。砥石３５ａ，３５ｂは環状砥石となるものであり、カップ状（ワーク４２と対峙する部分）に砥石を固着した構成とされている。この砥石３５ａ，３５ｂは、カップ状の開放側の端面（砥粒が固着された面）に平坦な研削動作面３４ａ，３４ｂが形成されている。
【００４３】
上記構成とされた砥石３５ａ，３５ｂは、研削主軸３６ａ，３６ｂの一方の端部に一体的に配設されている。また、研削主軸３６ａ，３６ｂの他方の端部には、駆動装置３８ａ，３８ｂが配設されている。この駆動装置３８ａ，３８ｂは研削主軸３６ａ，３６ｂを回転駆動するためのものである。よって、砥石３５ａ，３５ｂは研削主軸３６ａ，３６ｂを介して駆動装置３８ａ，３８ｂにより回転される。
【００４４】
また、駆動装置３８ａ，３８ｂは、移動装置３７ａ，３７ｂにより移動される構成となっている。この移動装置３７ａ，３７ｂは、駆動装置３８ａ，３８ｂを同図中矢印Ｙ１，Ｙ２方向に移動させるものである。よって、移動装置３７ａ，３７ｂが駆動装置３８ａ，３８ｂを研削位置から離間させるよう移動させることにより、図２に示されるように、砥石３５ａ，３５ｂは離間した状態となる。逆に、移動装置３７ａ，３７ｂが駆動装置３８ａ，３８ｂを図２に示す位置から前記研削位置に向け近接するよう移動させることにより、図１の図中右側に示した両頭研削装置２０のように砥石３５ａ，３５ｂはワーク４２を挟持した状態となる。
【００４５】
次に、ワーク保持装置４１について説明する。ワーク保持装置４１は、大略するとワーク保持器フレーム３１、クランプアーム４３、アーム開閉用回転軸４４、Ｖ溝付きローラ３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃ及び駆動モータ３０等により構成されている。
【００４６】
ワーク保持器フレーム３１には、クランプアーム４３、アーム開閉用回転軸４４、Ｖ溝付きローラ３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃ及び駆動モータ３０が配設されている。ワーク保持器フレーム３１の同図中上方の一方の端部には、クランプアーム４３が、アーム閉開用回転軸４４を中心とし、同図中矢印Ｘ１，Ｘ２方向に揺動可能な状態で配設されている。クランプアーム４３には、ワーク４２を回転保持するためのＶ溝付きローラ３３Ｃが一体的に配設されている。ワーク４２を装着脱する際には、図２に示したクランプアーム４３が閉じた状態から、クランプアーム４３が同図中矢印Ｘ１，Ｘ２方向に移動して開いた状態（図示せず）となり、ワーク４２の装着脱が可能となる。また、クランプアーム４３は、ワーク４２の装着脱後には同図中矢印Ｘ１，Ｘ２方向に移動して図２に示すように閉じた状態となり、Ｖ溝付きローラ３３Ｃはワーク４２に接触し、ワーク４２はＶ溝付きローラ３３Ｃ及びＶ溝付きローラ３３Ａ，３３Ｂにより回転可能に保持される。
【００４７】
ワーク保持器フレーム３１の同図中上方の左側位置には、駆動モータ３０が配設されており、駆動モータ３０の下方にはＶ溝付きローラ３３Ａが配設されている。同図中に示したＶ溝付きローラ３３ＡとＶ溝付きローラ３３Ｃとの間のワーク保持器フレーム３１には、Ｖ溝付きローラ３３Ｂが配設されている。
【００４８】
上記説明したような両頭研削装置２０において、実加工する際には以下に示すような研削条件の入力が必要である。
【００４９】
次に、図３を参照して、両頭研削装置２０の加工シミュレーションに用いる研削条件について説明する。図３は、両頭研削装置の加工シミュレーションに用いる研削条件を示した図である。
【００５０】
ワークの研削加工面の形状及び厚さ分布の加工シミュレーションに用いる研削条件には、砥石の切り込み速度と、ワークに対する研削主軸の傾きと、研削主軸に対する砥石の傾きと、ワークの回転数と、ワーク径と、砥石の回転数と、砥石径と、砥石の研削動作面の幅と、砥石のヤング率と、砥石の回転方向と、ワークの回転方向と、研削時間と、スパークアウト時間と、外力とがある（以下の説明では、上記に示した研削条件を纏めて研削条件５０と称する。）。
【００５１】
図３に示すように、砥石の切り込み速度は、ワーク４２に向かってＹ１，Ｙ２方向へ移動する砥石３５ａ，３５ｂの移動速度である。ワーク４２に対する研削主軸の傾きとは、ワーク４２のＹ１，Ｙ２方向の中心線４８と、研削主軸３６ａのＹ１，Ｙ２方向の中心線４９とにより形成される傾きθ１である。
【００５２】
研削主軸に対する砥石の傾きとは、研削主軸３６ｂのＹ１，Ｙ２方向の中心線５３と、砥石３５ｂのＹ１，Ｙ２方向の中心線５２とにより形成される傾きθ２である。この傾きθ２が大きい状態で研削加工を行った場合には、研削主軸３６ｂと砥石３５ｂが共に振れまわった状態で回転するため、ワーク４２の研削加工面に影響を与える。なお、研削主軸に対する砥石の傾きは、砥石３５ｂの振れまわりを表す一例として挙げた。
【００５３】
ワークの回転数は、ワーク４２が回転する速度のことである。砥石の回転数は、砥石３５ａ，３５ｂが回転する速度である。砥石径は同図中に示した直径５５であり、砥石の研削動作面の幅は同図中に示したＬである。
【００５４】
スパークアウト時間は、ワーク４２の研削加工の最後に、砥石とワークを回転させた状態で砥石の切り込み速度を停止させ、この状態でワークを研削加工する時間のことである。外力は、上記研削条件以外でワーク４２の研削加工に影響を及ぼす力のことである。
【００５５】
以上説明したような、研削に関する情報を有する研削条件５０を用いてシミュレーションを行うことで、実際にワーク４２を研削加工して求めたワーク４２の研削加工面の形状と、シミュレーションから求めたワーク４２の研削加工面の形状との差が小さくなり、精度の高いシミュレーションを行うことができる。なお、上記シミュレーションを行うことで、ワーク４２の研削加工面の形状の他に、ワーク４２の厚みを求めることができる。
【００５６】
次に、図４を参照して、両頭研削装置の加工シミュレーションを行うコンピュータ１０の構成について説明する。図４は、図１に示したコンピュータ内部の構成を示した図である。
【００５７】
コンピュータ１０は、ＣＰＵ６０と、入力装置６１と、ＲＯＭ６２と、ＲＡＭ６３と、ＣＬＫ６４と、第１のデータベース６５と、第２のデータベース６６と、出力装置６７とから構成されている。
【００５８】
ＣＰＵ６０は、ＲＡＭ６３に格納されている加工シミュレーションソフトを読み出して、後述する加工シミュレーション処理を実行する。入力装置６１は、具体的にはキーボード等であり、本実施例ではフロッピー（登録商標）ディスク装置（ＦＤＤ）も入力装置として用いている。この入力装置６１は、コンピュータ１０に外部からのデータを入力するためのものである。
【００５９】
ＲＯＭ６２には所定のＯＳが格納されており、またＲＡＭ６３には、ワーク４２の研削加工面の形状や厚さ分布を求めるための加工シミュレーションソフトが格納されている。ＣＬＫ６４は、ＣＰＵ６０、ＲＯＭ６２及びＲＡＭ６３の動作のタイミングを制御するものである。
【００６０】
第１のデータベース６５は、入力装置６１から入力された研削抵抗の時間変化データと、砥石の切り込み速度に対する研削抵抗のデータとを記憶するためのものである。第２のデータベース６６は、ＣＰＵ６０により演算されたワーク４２の表面形状や厚さ分布のデータを記憶するためのものである。
【００６１】
出力装置６７は、ＣＲＴやプリンター等であり、ＣＰＵ６０により演算された結果を表示するためのものである。
【００６２】
次に、図５を参照して、本実施例におけるワーク４２の研削加工面の形状を求めるための加工シミュレーション処理について説明する。図５は、ワークの研削加工面の形状を求めるための加工シミュレーション処理を示したフローチャートである。
【００６３】
なお、研削量を求めるために必要な研削抵抗には、主分力や背分応力等を用いることができるが、本実施例では研削抵抗に背分応力を用いた例の加工シミュレーションについて以下の説明を行う。
【００６４】
始めに、加工シミュレーションの具体的な処理説明に先立ち、ワークの研削加工面の状態の加工シミュレーションを行う上で必要な後述するセル９５の研削量の演算処理について下記式を用いて説明する。なお、セル９５とは、後述するようにワーク４２の研削加工面を複数にセル分割した１領域のセルのことである。
【００６５】
ｄｕＭ＝αＭσＭｎＭｄｈβ（ｔ）・・・・・（２）
上記（２）式は、セル９５の研削量ｄｕを求めるための式であり、Ｍはマスター側の研削加工装置４０ａであることを示しており、スレイブ側の研削加工装置４０ｂの場合には上記式のＭの部分がＳに変わる。セル９５の研削量ｄｕを求めるための演算処理は、上記式を用いてマスター側の研削加工装置４０ａとスレイブ側の研削加工装置４０ｂのそれぞれについて行う。
【００６６】
上記（２）式に示したσは後述するセル９５と研削動作面３４ａ，３４ｂが接触することにより発生する背分応力を、ｄｈは研削動作面３４ａ，３４ｂが後述するセル９５の研削加工面上を移動した距離を、β（ｔ）は研削動作面３４ａ，３４ｂとセル９５との接触の有無を、α，ｎは砥石の研削能力を示すパラメータをそれぞれ示している。なお、砥石の研削能力を示すパラメータα，ｎは、マスター側の研削加工装置４０ａとスレイブ側の研削加工装置４０ｂの両方についてそれぞれ実加工に基づき求める。また、研削動作面３４ａ，３４ｂとセル９５が接触している場合にはβ（ｔ）＝１であり、接触していない場合にはβ（ｔ）＝０である。なお、σには外力ｆが含まれている。
【００６７】
研削量ｄｕは、パラメータα，ｎと、β（ｔ）＝１と、研削動作面３４ａ，３４ｂが後述するセル９５の研削加工面を移動した距離ｄｈと、背分応力σとに基づき、演算処理を行うことで求めることができる。
【００６８】
次に、図５を参照して、加工シミュレーション処理について説明する。
【００６９】
図５に示す処理が起動すると、先ずＳＴ７０の処理により、コンピュータ１０に前記した研削条件５０が入力される。この入力処理は、コンピュータ１０の操作者により行われる。続く、ＳＴ７１では研削条件５０に基づき、砥石の研削能力を示すパラメータα，ｎが演算処理により求められる。本実施例では、ワーク４２の研削加工面の形状の加工シミュレーションを行うために必要なワーク４２の研削量を、パラメータα，ｎを用いて求める。なお、このパラメータα，ｎは、砥石３５ａ，３５ｂを交換後に少なくとも一度取得すれば、ワーク４２の研削加工面の状態の加工シミュレーションを行うことができる。
【００７０】
ここで、パラメータα，ｎの求め方について説明する。パラメータαは、ワーク４２の研削加工を行い、研削抵抗の時間変化の実加工データを取得して、スパークアウト時間内での研削抵抗の変化を示す曲線の傾きから求められる。また、パラメータｎは、砥石３５ａ，３５ｂの切り込み速度と研削抵抗との関係のデータを取得して、フィッテング曲線を作成することにより求められる。
【００７１】
次に、図６を参照して、砥石の研削能力を示すパラメータαの取得方法について説明する。図６に示した処理については、加工シミュレーションを行う前に、あらかじめ実加工データの取得を行い、加工シミュレーションを実行する毎に実加工データの取得を行うものでは無い。図６は、背分応力の時間変化の実加工データの取得方法を示したフローチャートである。
【００７２】
同図に示した処理が開始されると、先ずＳＴ８４の処理では、両頭研削装置２０側のコンピュータに、ワーク４２を実加工するための研削条件５０が入力される。続くＳＴ８５では、複数（本実施例は１つの砥石に対して３枚）のワーク４２が研削加工される。
【００７３】
ＳＴ８６では、背分応力の時間変化の実加工データが取得される。ＳＴ８７では、コンピュータ１０の第１のデータベース６５に背分応力の時間変化の実加工データが入力されて、全ての処理は終了する。なお、図６を用いて説明した、背分応力の時間変化の実加工データの取得は、両頭研削装置２０のマスター側の研削加工装置３０ａとスレイブ側の研削加工装置３０ｂのそれぞれについて行う。
【００７４】
図７は、背分応力の時間変化の推移を示した図である。同図中のＡ〜Ｃは、研削加工した３枚のワーク４２の背分応力の時間変化の実加工データを示しており、Ｄは求めたαを用いて計算した結果である。
【００７５】
図中に示した範囲Ｅは、砥石３５ａ，３５ｂを一定の切り込み速度でワーク４２に向かって移動させ、砥石３５ａ，３５ｂとワーク４２を回転させた状態で研削加工する時間を示している。範囲Ｆは、スパークアウト時間を示している。スパークアウト時間とは、砥石３５ａ，３５ｂとワーク４２は回転させた状態で、砥石３５ａ，３５ｂの移動を停止させて、研削加工する時間のことである。パラメータαは、同図の範囲ＦのＤをＡ，Ｂ，Ｃにフィッティングさせることにより求められる。
【００７６】
次に、砥石の研削能力を示すパラメータｎの取得方法について、図８に示したフローチャートを用いて説明する。図８に示した処理については、加工シミュレーションを行う前に、あらかじめ実加工データの取得を行い、加工シミュレーションを実行する毎に実加工データの取得を行うものでは無い。図８は、砥石の切り込み速度と背分応力の関係の実加工データの取得方法を示したフローチャートである。
【００７７】
同図に示した処理が開始されると、先ずＳＴ８８の処理では、両頭研削装置２０側のコンピュータ１３に、ワーク４２を実加工するための研削条件５０が入力される。続くＳＴ８９では、砥石３５ａ，３５ｂの切り込み速度を変えた条件で複数（本実施例は１つの砥石に対して３回）のワーク４２が研削加工される。
【００７８】
ＳＴ９０では、それぞれの砥石３５ａ，３５ｂの切り込み速度に対する背分応力の実加工データが取得される。ＳＴ９１では、砥石３５ａ，３５ｂの切り込み速度に対する背分応力の実加工データが、コンピュータ１０の第１のデータベース６５に入力されて、全ての処理が終了する。
【００７９】
なお、図８を用いて説明した、砥石の切り込み速度と背分応力の関係の実加工データの取得は、両頭研削装置２０のマスター側の砥石３５ａとスレイブ側の砥石３５ｂのそれぞれについて行う。
【００８０】
図９は、砥石の切り込み速度と背分応力の関係を示した図である。同図に示したＧは、研削加工した３回のワーク４２の砥石の切り込み速度と背分応力の関係を示した実加工データである。同図中に示したＨは、Ｇの実加工データを基に作成したフィッティング曲線であり、パラメータｎはＨの傾きから求められる。
【００８１】
このように、実加工データから求めたパラメータα，ｎに基づいて演算処理を行うため、演算処理により求められるワーク４２の研削加工面の形状と研削加工したワークの研削加工面の形状との差が小さくなり、精度の高いシミュレーションを行うことができる。
【００８２】
以上、図６〜図９を用いて説明した方法により、パラメータα，ｎは求められ、図６に示したステップ７１は終了して、次のＳＴ７２へと進む。
【００８３】
ＳＴ７２では、ワーク４２の研削加工面のセル分割が行われる。
【００８４】
ここで、図１０を参照して、ワーク４２の研削加工面のセル分割について説明する。図１０は、セル分割されたワークの研削加工面を示した図である。
【００８５】
同図中に示すように、ワーク４２は、Ｘ方向の幅がＩ，Ｙ方向の幅がＪの大きさのセル９５に分割される。同図中に示した括弧内の数字は、各々のセル９５の番地であり、例えば（１，２）は、Ｘ方向の番地が１、Ｙ方向の番地が２であることを示している。なお、ＩとＪの大きさは、シミュレーションの用途や目的に応じて適宜に決めることができる。
【００８６】
ワーク４２の研削加工面のセル分割が終了すると、ＳＴ７２からＳＴ７３へと進む。
【００８７】
ＳＴ７３では、加工シミュレーションによりセル９５と研削動作面３４ａ，３４ｂとが接触したか否かの判定が行われる。研削動作面３４ａと接触したと判定されたセルは、加工シミュレーションにより研削加工が行われたと判断されたセル９５である。
【００８８】
ここで、マスター側の研削動作面３４ａのみ開示して、マスター側の研削動作面３４ａとセル９５との接触判定について説明する。図１１は、セル分割されたワークにマスター側の研削動作面が接触した状態を示した図である。
【００８９】
接触判定は、各セル９５の座標データと研削動作面３４ａの座標データとに基づいて行われ、各セル９５の座標データと研削動作面３４ａの座標データが一致している場合には、セル９５と研削動作面３４ａとが接触したと判定される。同図中に示したＫは研削動作面３４ａと接触していないと判定されたセル９５であり、Ｌは研削動作面３４ａと接触したと判定されたセル９５である。
【００９０】
また、先に説明した接触判定の結果を示すβ（ｔ）は、接触したと判定された場合はβ（ｔ）＝１であり、接触していない場合はβ（ｔ）＝０である。ＳＴ７３において、接触したと判定されると処理はＳＴ７４に進み、接触していないと判定されると処理はＳＴ７３に戻る。ＳＴ７４では、セル９５と研削動作面３４ａが接触することにより発生する背分応力の演算処理が行われる。
【００９１】
ここで、図１２乃至１３を参照して、セル９５と研削動作面３４ａが接触することで発生する背分応力の求め方について説明する。図１２は、研削加工状態におけるセルと研削動作面の接触部分を示した図であり、図１３は、研削加工状態をモデル化した図である。
【００９２】
図１２に示すように、研削動作面３４ａには、結合剤９７により砥粒９６が一体に配設されている。同図中に示した矢印は、砥粒９６の移動方向を示している。セル９５と砥粒９６の接触部９８では背分応力が発生し、砥粒９６が背分応力により押圧されつつ図中矢印方向へ移動することにより、セル９５は研削加工される。
【００９３】
図１３に示すように、本実施例では、図１２に示した結合剤９７をバネ９９に置き換えて研削加工状態のモデル化を行った。セル９５の背分応力は、バネ９９の縮み量から求めることができる。バネ９９の縮み量は、研削条件５０に基づいて演算処理を行うことで求められる。
【００９４】
ＳＴ７４において、セル９５の背分応力が演算処理により求められると、ＳＴ７５とＳＴ７７に進む。ＳＴ７５では、ＳＴ７４で求められた背分応力が、コンピュータ１０の第１のデータベース６５に記憶されて、ＳＴ７６に進む。ＳＴ７６では、コンピュータ１０のＣＰＵ６０が、第１のデータベース６５に記憶された背分応力の実加工データに基づいて演算処理を行い、出力装置６７により図７に示すような背分応力の時間変化のデータが出力される。
【００９５】
ＳＴ７７では、先に説明した研削量を求めるための上記（２）式により、セル９５の研削量が求められ、セル９５の研削量に基づいて演算処理が行われ、セル９５の研削加工面の形状や厚さ分布が求められる
研削量ｄｕは、上記式にＳＴ７１で求めたパラメータα，ｎと、ＳＴ７３で求められるβ（ｔ）＝１と、研削動作面３４ａがセル９５の研削加工面を移動した距離ｄｈと、ＳＴ７４で求めた背分応力σＭとに基づき、演算処理を行うことで求められる。なお、研削量ｄｕを求めるための演算処理は、ＳＴ７３において接触したと判定された全てのセル９５について行われる。このようにして求められたセル９５の研削量ｄｕに基づき、演算処理を行うことで、セル９５の研削加工面の形状や厚さ分布が求められる。
【００９６】
このように、本実施例では、ワーク４２の研削加工面を複数のセル９５に分割し、研削加工されたと判定されたセル９５に関してのみ、研削加工面の状態の演算処理をするため、全てのセルに関して演算処理をする必要が無く、演算処理に要する時間を短縮することができる。また、背分応力を出力表示することでワーク４２が正常に研削加工されているか否かの判断ができ、ワーク４２と両頭研削装置２０の破損を防止することができる。
【００９７】
ＳＴ７７において、セル９５の研削加工面の形状や厚さ分布の演算処理が終了すると、ＳＴ７８とＳＴ８０に進む。ＳＴ７８では、ＳＴ７７で求められたセル９５の研削加工面の形状や厚さ分布に関するデータが、コンピュータ１０の第２のデータベース６６に記憶されて、ＳＴ７９に進む。
【００９８】
ＳＴ７９では、コンピュータ１０のＣＰＵ６０が、第２のデータベース６６に記憶されたデータに基づいて演算処理を行い、演算処理の結果である図１４に示すような３次元鳥瞰図が出力装置６７により出力される。図１４は、ワークの研削加工面の３次元鳥瞰図を示した図である。
【００９９】
このように、３次元鳥瞰図を出力することで、ワーク４２の研削加工面の形状が認識し易くなる。また、繰り返し研削条件を変えて加工シミュレーションを行うことで、研削条件のどのパラメータを変えれば良いかが分かり、研削条件の最適化が容易にできる。また、研削加工時に３次元鳥瞰図が出力することで、ワーク４２の研削加工面の状態が立体的に、かつ直接的に分かる。
【０１００】
ＳＴ８０では、研削動作面３４ａと接触した全てのセル９５の演算処理が終了したか否かの判定が行われる。判定がＮｏの場合にはＳＴ７３に戻る。判定がＹｅｓの場合にはＳＴ８１に進む。ＳＴ８１では、研削加工時間がΔｔ進められる。これにより、砥石３４ａの研削位置の座標が変更される。
【０１０１】
続くＳＴ８２では、ＳＴ７０で入力した研削処理時間が経過したか否かの判定が行われる。判定がＮｏの場合には、ＳＴ７３に戻る。判定がＹｅｓの場合には、ＳＴ８３に進む。ＳＴ８３では、研削加工処理が完了したワーク４２の研削加工面の形状や厚さ分布の出力表示が行われ、ワーク４２の研削加工面の状態の加工シミュレーション処理は終了する。
【０１０２】
このような両頭研削加工装置２０の加工シミュレーション方法を適用することで、ワーク４２を研削加工して求めた研削抵抗の時間変化及び切り込み速度と研削抵抗との関係の２つのデータに基づいて演算することで、加工シミュレーションにより研削加工面の状態を求めることができる。したがって、作業者はワークを研削加工すること無く、所望の研削条件を両頭研削装置２０に入力して加工シミュレーション処理を開始するだけで研削加工後のワーク４２の研削加工面の状態を知ることができる。よって、作業者の熟練度に依存することなく、短時間で研削条件の最適化を行うことができる。
【０１０３】
また、ワーク４２の研削加工面を複数のセル９５に分割し、研削動作面３４ａ，３４ｂと接触したと判定されたセル９５に関してのみ、研削加工面の状態の演算処理がされるので、全てのセル９５に関して演算処理を行なう必要が無く、演算処理に要する時間を短縮することができる。さらに、背分応力を出力表示することでワーク４２が正常に研削加工されているか否かの判断ができ、ワーク４２と両頭研削装置２０の破損を防止することができる。
【０１０４】
（第２実施例）
第２実施例は、第１実施例に示したコンピュータ１０と両頭研削装置用コンピュータ１３とを接続したものである。よって、第１実施例と同一構成のものには同一の符号を付し、第１実施例に示した両頭研削装置の加工シミュレーション処理との相違点のみ説明する。
【０１０５】
図１５は、第２実施例の加工シミュレーションシステムのシステム構成図である。本実施例も第１実施例と同様に、両頭研削装置２０から得られる実加工データに基づき加工シミュレーションを行うものである。同図に示すように、コンピュータ１０は両頭研削装置２０に設けられた両頭研削装置用コンピュータ１３とオンラインで接続されており、この両頭研削装置用コンピュータ１３からのデータを受信可能な構成とされている。
【０１０６】
次に、図１６を参照して、両頭研削装置用コンピュータ１３が実施する研削抵抗の時間変化の実加工データの取得処理について説明する。図１６は、研削抵抗の時間変化の実加工データの取得処理のフローチャートを示した図である。
【０１０７】
図１６に示す処理が起動されると、ＳＴ１０１ではワーク４２の研削加工処理毎に背分応力の時間変化の実加工データが取得される。続くＳＴ１０２では、ＳＴ１０１で取得された背分応力の時間変化の実加工データが両頭研削装置用コンピュータ１３に記憶されて、ＳＴ１０３に進む。ＳＴ１０３では、背分応力の時間変化の実加工データの記憶がｍ回行われたかどうかの判定が行われる。実加工データの記憶がｍ回行われていないと判定された場合は、ＳＴ１０１に戻る。
【０１０８】
また、実加工データの記憶がｍ回行われたと判定されるとＳＴ１０４に進む。なお、実加工データの記憶回数であるｍは、研削加工するワーク４２の目的に応じて適宜に決めることができる。ＳＴ１０４では、加工シミュレーション用のコンピュータ１０に背分応力の時間変化のデータが転送され、図１６に示した全ての処理は終了する。
【０１０９】
このように、研削加工されたワーク４２の背分応力の時間変化の実加工データを取得することで、時間と共に変化する両頭研削装置２０の装置状態が含まれた多くの実加工データを蓄積することができる。
【０１１０】
次に、図１７を参照して、図１５で取得した研削抵抗の時間変化の実加工データがコンピュータ１０に転送された後のコンピュータ１０での処理について説明する。図１７は、コンピュータ１０に実加工データが転送された後のコンピュータ１０の処理を示したフローチャートである。
【０１１１】
シミュレーション用のコンピュータ１０は、両頭研削装置２０用のコンピュータ１３からコンピュータ１０に背分応力と時間変化の実加工データの転送があったか否かの判定を常時行っている。そして、両頭研削装置２０用のコンピュータ１３から実加工データが転送されたと、即ちＹｅｓと判定された場合には、ステップ１０６に進む。
【０１１２】
ステップ１０６では、第１のデータベース６５に記憶されていた背分応力の時間変化の実加工データが更新される。なお、パラメータαを求めるための演算処理は、先に第１実施例において説明した方法と同様な方法により行われる。
【０１１３】
このように、背分応力と時間変化の実加工データを更新することで、時間と共に変化する両頭研削装置２０の装置状態が含まれたパラメータαが求められ、より精度の高いワークの研削加工面の状態の加工シミュレーションを行うことができる。
【０１１４】
以上、本発明の好ましい実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【０１１５】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、研削抵抗の時間変化と、切り込み速度と研削抵抗の関係の２つのデータに基づき、演算手段により演算することで、ワークを研削加工すること無く、容易にワークの研削加工面の状態を求めることができる。したがって、作業者の熟練度に依存することなく、短時間でワークの評価及び研削条件の最適化を行なうことができる。
【０１１６】
請求項２記載の発明によれば、研削抵抗の時間変化は、ワークを研削加工した実加工データに基づいて求められる。したがって、ワークの研削加工面の状態の演算には、実加工データから求められた研削抵抗の時間変化が用いられる。その結果、演算により求められるワークの研削加工面の状態の精度を向上させることができる。
【０１１７】
請求項３記載の発明によれば、切り込み速度と研削抵抗との関係は、ワークを研削加工した実加工データに基づいて求められる。したがって、ワークの研削加工面の状態の演算には、実加工データから求められた切り込み速度と研削抵抗との関係が用いられる。その結果、演算により求められるワークの研削加工面の状態の精度を向上させることができる。
【０１１８】
請求項４記載の発明によれば、通信手段により、研削装置から送信される研削抵抗の時間変化に関するデータを受信できるため、研削抵抗の時間変化に関するデータの更新を行うことが可能となる。その結果、時間と共に変化する研削装置の状態が研削抵抗の時間変化に関するデータに反映され、演算により求められるワークの研削加工面の状態の精度を向上させることができる。
【０１１９】
請求項５記載の発明によれば、複数に分割されたセルの内、砥石と接触したと判定されたセルに関してのみ、即ち研削加工が行われるセルに関してのみ、セルの研削加工面の状態を演算する。したがって、全てのセルに関して演算を行なう必要が無いため、演算に要する時間が短縮できる。
【０１２０】
請求項６記載の発明によれば、砥石の位置とセルの位置とが一致しているかどうかの判断を行うことにより、各々のセルが砥石と接触したか否かが分かる。したがって、セルと砥石の接触判定を行うことができる。
【０１２１】
請求項７記載の発明によれば、研削抵抗の時間変化である第１のデータと、切り込み速度と研削抵抗との関係である第２のデータとに基づき、演算手段により演算することで、ワークを研削加工すること無く、容易にワークの研削加工面の状態を求めることができる。したがって、作業者の熟練度に依存することなく、短時間でワークの評価及び研削条件の最適化を行なうことができる。
【０１２２】
請求項８記載の発明によれば、第１のデータは、ワークを研削加工した実加工データに基づいて求められる。したがって、ワークの研削加工面の状態の演算には、実加工データから求められた第１のデータが用いられる。その結果、演算により求められるワークの研削加工面の状態の精度を向上させることができる。
【０１２３】
請求項９記載の発明によれば、第２のデータは、ワークを研削加工した実加工データに基づいて求められる。したがって、ワークの研削加工面の状態の演算には、実加工データから求められた第２のデータが用いられる。その結果、演算により求められるワークの研削加工面の状態の精度を向上させることができる。
【０１２４】
請求項１０記載の発明によれば、ワークの研削加工面を複数のセルに分割して、砥石と接触したと判定されたセルに関してのみ、セルの研削加工面の状態の演算を行う。したがって、全てのセルに関して演算を行なう必要が無いため、演算に要する時間が短縮できる。
【０１２５】
請求項１１記載の発明によれば、研削抵抗の時間変化と、切り込み速度と研削抵抗の関係の２つのデータに基づき、演算手段により演算することで、ワークを研削加工すること無く、容易にワークの研削加工面の状態を求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例である加工シミュレーションシステムのシステム構成図である。
【図２】一般的な両頭研削装置を示した図である。
【図３】両頭研削装置の加工シミュレーションに用いる研削条件を示した図である。
【図４】図１に示したコンピュータ内部の構成を示した図である。
【図５】ワークの研削加工面の形状を求めるための加工シミュレーション処理を示したフローチャートである。
【図６】背分応力の時間変化の実加工データの取得方法を示したフローチャートである。
【図７】背分応力の時間変化の推移を示した図である。
【図８】砥石の切り込み速度と背分応力の関係のデータの取得方法を示したフローチャートである。
【図９】砥石の切り込み速度と背分応力の関係を示した図である。
【図１０】セル分割されたワークの研削加工面を示した図である。
【図１１】セル分割されたワークにマスター側の研削動作面が接触した状態を示した図である。
【図１２】研削加工状態におけるセルと研削動作面の接触部分を示した図である。
【図１３】研削加工状態をモデル化した図である。
【図１４】ワークの研削加工面の３次元鳥瞰図を示した図である。
【図１５】第２実施例の加工シミュレーションシステムのシステム構成図である。
【図１６】研削抵抗の時間変化の実加工データの取得処理のフローチャートを示した図である。
【図１７】コンピュータ１０に実加工データが転送された後のコンピュータ１０の処理を示したフローチャートである。
【符号の説明】
１０  コンピュータ
１３  両頭研削装置用コンピュータ
２０  両頭研削装置
３０  駆動源
３１  ワーク保持器フレーム
３２  静圧パッド
３３Ａ、３３Ｂ、３３Ｃ  Ｖ溝付きローラ
３４ａ、３４ｂ  研削動作面
３５ａ、３５ｂ  砥石
３６ａ、３６ｂ  研削主軸
３７ａ、３７ｂ  移動装置
３８ａ、３８ｂ  駆動装置
４０ａ、４０ｂ  研削加工装置
４１  ワーク保持装置
４２  ワーク
４８、４９、５２、５３  中心線
５５  直径
６０  ＣＰＵ
６１  入力装置
６２  ＲＯＭ
６３  ＲＡＭ
６４  ＣＬＫ
６５  第１のデータベース
６６  第２のデータベース
６７  出力装置
９５  セル
９６  砥粒
９７  結合剤
９８  接触部
９９  バネ
【図１】
2004186498.tif 000003
【図２】
2004186498.tif 000004
【図３】
2004186498.tif 000005
【図４】
2004186498.tif 000006
【図５】
2004186498.tif 000007
【図６】
2004186498.tif 000008
【図７】
2004186498.tif 000009
【図８】
2004186498.tif 000010
【図９】
2004186498.tif 000011
【図１０】
2004186498.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
2004186498.tif 000015
【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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