(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
砥石にドレッサを接触させてドレッシングを行う間に前記砥石と前記ドレッサとの間の砥石成形状態を判定する砥石成形状態判定装置であって、
前記砥石と前記ドレッサとを砥石成形させたときに生じる弾性波を検出するＡＥセンサと、
基準の砥石と基準のドレッサとを接触させながら所定の相対運動をさせてドレッシングしたときに前記ＡＥセンサから出力された信号波形をマスタ信号波形として記憶する記憶部と、
砥石成形状態を判定する対象の対象砥石及び対象ドレッサを前記所定の相対運動と同じ運動をさせながらドレッシングしたときに前記ＡＥセンサから出力された測定信号波形と予め記憶された前記マスタ信号波形との間の信号強度差の大きさが、所定の閾値範囲にあるか否かを判定することにより、前記対象砥石及び前記対象ドレッサの間の砥石成形状態を判定する判定部と、
を備え、
前記判定部は、前記信号強度差の大きさが第１の閾値よりも小さい場合にドレッシングが完了したと判断し、前記信号強度差の大きさが第２の閾値よりも大きい場合に前記対象砥石の形状が異常であるか前記対象ドレッサが摩耗していると判断することを特徴とする砥石成形状態判定装置。
【請求項２】
砥石にドレッサを接触させてドレッシングを行う間に前記砥石と前記ドレッサとの間の砥石成形状態を判定する砥石成形状態判定方法であって、
基準の砥石と基準のドレッサとを砥石成形させながら所定の相対運動をさせてドレッシングしたときに生じる弾性波をＡＥセンサで検出する第１の検出ステップと、
前記第１の検出ステップにて前記ＡＥセンサから出力される信号波形をマスタ信号波形として記憶する記憶ステップと、
砥石成形状態を判定する対象の対象砥石及び対象ドレッサを前記所定の相対運動と同じ運動をさせながらドレッシングしたときに生じる弾性波を前記ＡＥセンサで検出する第２の検出ステップと、
前記第２の検出ステップにおいて前記ＡＥセンサから出力された測定信号波形と、予め記憶された前記マスタ信号波形と間の信号強度差の大きさの差が、所定の閾値範囲にあるか否かを判定することにより、前記対象砥石及び前記対象ドレッサの間の砥石成形状態を判定する判定ステップと、を含み、
前記判定ステップにおいて、前記信号強度差の大きさが第１の閾値よりも小さい場合にドレッシングが完了したと判断し、前記信号強度差の大きさが第２の閾値よりも大きい場合に前記対象砥石の形状が異常であるか前記対象ドレッサが摩耗していると判断することを特徴とする砥石成形状態判定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、砥石にドレッサを接触させてドレッシングを行うツールドレッサにおいて、ドレッシング中の砥石とドレッサの砥石成形状態を判定して、砥石のドレッシング状態やドレッサの状態を判定する砥石成形状態判定装置及び砥石成形状態判定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
砥石にドレッサを接触させてドレッシングを行うツールドレッサでは、砥石とドレッサとの接触検出やドレッシングの完了検出等のために、ＡＥ(Acoustic Emission)センサが使用される。ＡＥセンサは、対象とする周波数などに応じて各種の方式があるが、研削盤などの加工装置やドレッシング装置で使用するＡＥセンサは、数十ｋＨｚ〜数百ＭＨｚの超音波領域を対象とし圧電素子などで構成される。
【０００３】
ＡＥセンサについては、ＮＤＩＳのＮｏ．２１０６−７９、２１０６−９１などに、ＡＥセンサを使用した研削盤については、特許文献１などに記載されているように、広く知られているので、ここではＡＥセンサ及びドレッシング装置の詳しい説明は省略し、本発明に直接関係する部分についてのみ説明する。
【０００４】
【特許文献１】特開平６−１１４６９２号公報
【特許文献２】特開平７−１６４３１９号公報
【特許文献３】特開平９−２１６１５８号公報
【特許文献４】特開平１１−２３５６６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ドレッシング作業中に発生させたＡＥ信号を監視することによって砥石形状の適否を判定することができる。回転する砥石をドレッサに接触させると、ドレッサとの接触する砥石の部分の断面直径が大きいほど接触箇所の周速度が大きくなる。このため、砥石の断面直径が大きい部分にドレッサが接触しているときはＡＥ信号が強くなり、砥石の断面直径が小さい部分にドレッサが接触しているときはＡＥ信号が弱くなる。したがって、ドレッサを砥石の周面形状に沿って砥石の回転軸方向に移動させながらＡＥ信号を検出すると、ＡＥ信号の強弱は砥石の断面直径に応じて変化することになる。
【０００６】
従来のドレッシング作業では、ＡＥセンサから出力されたＡＥ信号をモニタに表示し、モニタに現れるＡＥ信号から判断される砥石形状を人間が監視することにより、ドレッシング完了判定やドレッサの異常の有無の判定を行っていた。このため、ドレッシング作業には熟練を要し、また作業者の違いにより砥石のドレッシング精度にバラツキが生じ、その結果、砥石を使って加工された製品の品質低下を招く恐れがあった。
上記事情に鑑みて、本発明は、被熟練者にも砥石の適正なドレッシングを可能にすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために本発明では、基準の砥石を基準のドレッサを用いて所定の相対運動をさせてドレッシングしたときに生じる弾性波をＡＥセンサで検出して、このときＡＥセンサから出力される信号波形をマスタ信号波形として記憶する。次に、砥石成形状態を判定する対象の対象砥石及び対象ドレッサを上記の所定の相対運動と同じ運動をさせながらドレッシングしたときに生じる弾性波をＡＥセンサで検出した測定信号波形を取得する。そして測定信号波形と予め記憶されたマスタ信号波形との差が、所定の閾値範囲にあるか否かを判定することにより、対象砥石の砥石成形状態を判定する。
【０００８】
測定信号波形とマスタ信号波形との差を閾値範囲と比較するときに、複数の閾値範囲にあるか否かを比較することにより複数の砥石成形状態を検出することとしてもよい。
【発明の効果】
【０００９】
予め記憶したマスタ信号と測定信号波形との差を閾値範囲と比較することによって、砥石の断面直径の違いによってＡＥ信号の強度が変化するときでも、砥石成形状態の判定を容易に行うことができる。
複数の閾値範囲と比較することによって、例えば、ドレッシングの完了判定とドレッサの摩耗検出を同時に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、添付する図面を参照して本発明の実施例を説明する。図１は、本発明の実施例によるドレッシング装置の全体構成を示す図である。ドレッシング装置１は、軸Ａ１を回転軸として砥石１０を回転させる砥石回転部１１と、軸Ａ２を回転軸としてドレッサ１２を回転させるドレッサ回転部１３と、ドレッサ１２を砥石１０に対して相対移動させるドレッサ移動部１４を備えている。
【００１１】
図２は、図１における砥石１０及びドレッサ１２の部分の拡大図である。図２に例示する砥石１０は、被ドレッシング面１０ａが円錐形状を有している。ドレッシングを行う際には、ドレッサ１２が砥石１０に接触しながら、図１に示したドレッサ移動部１４によって被ドレッシング面１０ａに沿って、砥石の回転軸Ａ１方向に移動する。
なお、本発明による砥石とドレッサとの間の砥石成形状態の判定は様々な形状の砥石１０に適用可能であり、特定の形状の砥石１０に特定されない。しかし本明細書では、簡単のため、被ドレッシング面１０ａが円錐形状を有する砥石１０を例示して以下の説明を行う。
【００１２】
ドレッシング装置１は、また、砥石回転部１１、ドレッサ回転部１３及びドレッサ移動部１４の動作を制御する制御部１５を備える。制御部１５は、例えば数値制御（ＮＣ:Numerical Control）装置などであってよい。
ドレッサ回転部１３の筐体にはＡＥ(Acoustic Emission)センサ２１が取り付けられ、砥石１０とドレッサ１２との砥石成形により発生するＡＥ波が筐体を通してＡＥセンサ２１に伝達され、ＡＥセンサ２１はＡＥ信号を発生する。ドレッシング装置１は、ＡＥ信号を処理して砥石１０のドレッシングの完了判定や、ドレッサ１２の状態の良否判定を行う砥石成形状態判定部２０を備える。
表示部１６は、制御部１５の操作のための操作画面や、ドレッシング装置１の装置状態、砥石１０のドレッシング状態の良否を表示するために使用される。
【００１３】
図３は、図１に示す砥石成形状態判定部２０の概略構成を示すブロック図である。砥石成形状態判定部２０は、ＡＥセンサ２１から入力したＡＥ信号を所定の強度に増幅する増幅器２２と、増幅器２２から出力されたアナログ信号をディジタルＡＥ信号に変換するＡ／Ｄ変換器２３と、Ａ／Ｄ変換器２３によりディジタル化された信号波形をマスタ信号波形として記憶するための記憶部２５と、実際のドレッシング時に検出したＡＥ信号波形である測定信号波形と予め記憶部２５に記憶されたマスタ信号波形とを比較する波形比較部２６と、波形比較部２６による比較結果に応じて砥石１０とドレッサ１２との間の砥石成形状態を判定してその結果を示す判定結果指示信号を制御部１５へ出力する判定部２７を有する。
【００１４】
さらに砥石成形状態判定部２０は、判定部２７による砥石成形状態の判定が行われる「判定モード」で砥石成形状態判定部２０が動作するのか、それともメモリ２５にマスタ信号波形を記憶する「マスタ記憶モード」で砥石成形状態判定部２０が動作するのかを決定するモード決定部２８を備える。モード決定部２８は、例えば砥石成形状態判定部２０に設けられたスイッチの状態にしたがって動作モードを決定してよく、または制御部１５からの制御にしたがっての動作モードを決定してもよい。
【００１５】
砥石成形状態判定部２０は、モード決定部２８により決定された動作モードに従ってＡ／Ｄ変換器２３から出力されるディジタルＡＥ信号を、メモリ２５及び波形比較部２６のどちらに出力するかを制御する信号処理部２４を備える。信号処理部２４は、「マスタ記憶モード」の時はディジタルＡＥ信号をメモリ２５に記憶し、「判定モード」の時にはディジタルＡＥ信号を波形比較部２６へ出力する。
【００１６】
図４は、円錐形状を有する砥石のドレッシングの説明図である。ドレッシングの際には、始めにドレッサ１２をある程度まで砥石１０の被ドレッシング面１０ａに接近させた後、点ａから点ｂまで、点ｂから点ｃまで、点ｃから点ｄまで、点ｄから点ａまでドレッサ１２を移動させるサイクルを繰り返す。
【００１７】
まず点ａから点ｂへの方向へ、すなわちドレッシング面１０ａと直交し砥石１０のドレッシング面１０ａへ接近する方向へ、所定量だけドレッサ１２を送る。次にドレッシング面１０ａに沿う点ｂから点ｃへの方向へ砥石の先端から基端に向かって一定速度でドレッサ１２を送り、砥石１０の基端に達すると、点ａから点ｂへの方向と反対の点ｃから点ｄへの方向にドレッサ１２を送り、点ｂから点ｃへの方向と反対の点ｄから点ａへの方向へ送る。
ここで点ａから点ｂへのドレッサの送り量を点ｃから点ｄへの送り量よりも所定長Δｄだけ長く設定することにより、１回のサイクル（ドレッシングサイクル）で所定長Δｄずつ砥石１０の被ドレッシング１０ａをドレッシングする。
【００１８】
図５は、図４に示す１サイクルのドレッシングの際に出力されるＡＥ信号の波形を示す図である。時刻ｔａ１において図４に示す点ａにあったドレッサ１２が、時刻ｔｂ１において点ｂに達すると、ドレッサ１２と砥石１０とが接触するためＡＥ信号が発生する。その後、点ｂから点ｃへの方向へ砥石の先端から基端に向かってドレッサ１２を送るにつれて、ドレッサ１２と砥石１０の接触部分における砥石１０の断面直径が大きくなるのでＡＥ信号も増大する。
時刻ｔｃ１においてドレッサ１２が点ｃに達すると、ドレッサ１２と砥石１０とが離間するためＡＥ信号の発生が停止する。その後、時刻ｔｄ１においてドレッサ１２が点ｄに達し、時刻ｔａ２においてドレッサ１２が点ａに達する。したがって時刻ｔａ１〜ｔａ２がドレッシングの１サイクルに相当する。
【００１９】
各サイクルの間においてドレッサ１２を送る速度が同じであれば、１つサイクルに要する時間ΔＴｃは各サイクルにおいて等しい。したがって、制御部１５がドレッサ移動部１４を制御して点ａｂｃｄａを通過する経路上をドレッサ１２に移動させるときに、この経路上の同じ点にドレッサ１２が到達する時刻ｔｒに、制御部１５がタイミング信号を出力すると、タイミング信号の出力時刻ｔｒとＡＥ信号の立ち上がり時刻ｔｂ１との間の間隔ΔＴは常に等しくなる。
【００２０】
制御部１５から出力される上記タイミング信号によって、図３に示す信号処理部２４は、メモリ２５に記憶したマスタ信号波形と、ドレッシング中に測定されたＡＥ信号波形との同期を行うことができる。
例えば信号処理部２４は、タイミング信号を基準にして、マスタ信号波形の採取のために砥石１０をドレッシングする１サイクル内におけるマスタ信号波形の採取期間と、砥石１０の実際のドレッシング作業における各サイクル内における測定信号波形の採取期間とを一致させることによって、波形比較部２６において比較されるマスタ信号波形と測定信号波形との間の同期を行うことができる。
【００２１】
または信号処理部２４は、制御部１５からドレッサ移動部１４へ指示するドレッサ１２の送り量を示す送り量信号を制御部１５から入力して、メモリ２５に記憶したマスタ信号波形と、波形比較部２６において比較されるマスタ信号波形と比較される測定信号波形との間の同期を行ってもよい。
または信号処理部２４は、一定長の期間の測定信号波形を入力してから、この期間の測定信号波形とマスタ信号波形とのパターンマッチングを行うことにより、波形比較部２６において比較されるマスタ信号波形と測定信号波形との間の同期を行ってもよい。
【００２２】
図６は、本発明の実施例によるドレッシング完了判定方法の第１例を示すフローチャートである。ステップＳ１において、図３に示す信号処理部２４は、ＡＥセンサ２１から出力されたＡＥ信号のマスタ信号波形をメモリ２５に記憶する。
オペレータからの操作や制御部１５からの制御により、砥石成形状態判定部２０の動作モードが「マスタ記憶モード」に指定されると、モード決定部２８は、現在の動作モードが「マスタ記憶モード」である旨を示すモード設定信号を信号処理部２４へ出力する。このモード設定信号を受信した信号処理部２４は、Ａ／Ｄ変換器２３から入力したディジタル化されたＡＥ信号波形をメモリ２５に記憶する。
【００２３】
このとき砥石回転部１１には、基準となる砥石として、既にドレッシングを完了して所望の形状を有する砥石１０を装着する。またドレッサ回転部１３にも基準となるドレッサとして、望ましい状態のドレッサ１２を装着する。そして、基準となる砥石１０に対して基準となるドレッサ１２を用いてドレッシングと同様の処理を行い、このとき発生するＡＥ信号をメモリ２５に記憶する。図７の（Ａ）にマスタ信号波形の例を示す。
【００２４】
そして、オペレータからの操作や加工機制御装置１２からの制御により、砥石成形状態判定部２０の動作モードが「判定モード」に指定されると、モード決定部２８は、現在の動作モードが「判定モード」である旨を示すモード設定信号を信号処理部２４へ出力する。またこのモード設定信号を受信した後は、信号処理部２４は、Ａ／Ｄ変換器２３から入力したディジタル化されたＡＥ信号波形を波形比較部２６へ出力する。
【００２５】
図６のステップＳ２では、砥石１０に対してドレッサ１２を用いて実際のドレッシング工程を行い、そのとき発生する弾性波をＡＥセンサ２１で検出してＡＥ信号を生成し、このＡＥ信号をＡ／Ｄ変換器２３によりディジタル化した測定信号波形を取得する。取得された測定信号波形は信号処理部２４から波形比較部２６に出力される。図７の（Ｂ）に測定信号波形の例を示す。
【００２６】
ステップＳ３において、波形比較部２６は、ステップＳ１にて記憶したマスタ信号波形をメモリ２５から読み出して、信号処理部２４から入力した測定信号波形との差信号を生成する。信号処理部２４から波形比較部２６へ出力される測定信号波形は、信号処理部２４による上述の方法に従って、メモリ２５から波形比較部２６へ読み出されるマスタ信号波形との間で同期がとられている。図７の（Ｃ）に図７の（Ａ）と図７の（Ｂ）との間の差信号を示す。
【００２７】
ステップＳ４では、マスタ信号波形と測定信号波形の差信号が、所定の閾値範囲Ｒ１（Ｔ１ｌ≦ｘ≦Ｔ１ｈ）内に収まっているか否かを判断する。差信号の値が閾値範囲Ｒ１内にない場合には、ステップＳ５において、砥石１０とドレッサ１２との砥石成形状態が異常であり、ドレッサ１２の摩耗や、砥石の形状異常、ドレッシング装置１等の何らかの異常があると判定して、異常状態を示す判定結果指示信号を制御部１５に出力する。
【００２８】
ステップＳ６では、差信号が、閾値範囲Ｒ１内のＲ１より狭い所定の閾値範囲Ｒ２（Ｔ２ｌ≦ｘ≦Ｔ２ｈ）内に収まっているか否かを判断する。１つのドレッシングサイクル内にて算出された差信号の値がすべて閾値範囲Ｒ２内にあるときには、ステップＳ７において、砥石１０とドレッサ１２との砥石成形状態が良好であり砥石１０のドレッシングが完了したと判定して、ドレッシング完了を示す判定結果指示信号を制御部１５に出力する。差信号の値が閾値範囲Ｒ２内に収まらないときには、砥石１０のドレッシングが完了していないと判定して、処理をステップＳ２に戻す。
【００２９】
図８は、本発明の実施例によるドレッシング完了判定方法の第２例を示すフローチャートである。ステップＳ１では、図６に示すステップＳ１と同様にマスタ信号波形をメモリ２５に記憶する。図９の（Ａ）にマスタ信号波形の例を示す。
ステップＳ１０では、図４に示す経路ａｂｃｄａ上に沿ってドレッサ１２を移動させるサイクルを所定回数繰り返して砥石１０のドレッシングを行う。ここで所定回数は、すなわちドレッシングを行うサイクルの回数は、例えば、普段、砥石１０が通常の頻度でドレッシングされるときに、砥石１０のドレッシングの完了に要すると見込まれるドレッシングのサイクル数であってよい。
ステップＳ２では、図６に示すステップＳ２と同様に測定信号波形を取得する。図９の（Ｂ）に測定信号波形の例を示す。
【００３０】
ステップＳ３において波形比較部２６は、図６に示すステップＳ２と同様に、ステップＳ１にて記憶したマスタ信号波形をメモリ２５から読み出して、信号処理部２４から入力した測定信号波形との差信号を生成する。図９の（Ｃ）に図９の（Ａ）と図９の（Ｂ）との間の差信号を示す。
ステップＳ４では、マスタ信号波形と測定信号波形の差信号が、所定の閾値範囲Ｒ１内に収まっているか否かを判断する。差信号の値が閾値範囲Ｒ１内にない場合には、図６に示すステップＳ５と同様に、砥石１０とドレッサ１２との何らかの異常があると判定して、異常状態を示す判定結果指示信号を制御部１５に出力する。
【００３１】
ステップＳ６では、差信号が、閾値範囲Ｒ１内のＲ１より狭い所定の閾値範囲Ｒ２内に収まっているか否かを判断する。１つのドレッシングサイクル内にて算出された差信号の値がすべて閾値範囲Ｒ２内にあるときには、図６に示すステップＳ７と同様に砥石１０のドレッシングが完了したと判定して、ドレッシング完了を示す判定結果指示信号を制御部１５に出力する。差信号の値が閾値範囲Ｒ２内に収まらないときには、砥石１０は規定どおりの形状にドレッシングされているが、ドレッサ１２が摩耗していると判定し、ドレッサ１２の交換時期であることを示す判定結果指示信号を制御部１５に出力する。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明は、砥石にドレッサを接触させてドレッシングを行うツールドレッサに利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施例によるドレッシング装置の全体構成を示す図である。
【図２】図１における砥石及びドレッサの部分の拡大図である。
【図３】図１に示す砥石成形状態判定部の概略構成を示すブロック図である。
【図４】円錐形状を有する砥石のドレッシングの説明図である。
【図５】図４に示す１サイクルのドレッシングの際に出力されるＡＥ信号の波形を示す図である。
【図６】本発明の実施例によるドレッシング完了判定方法の第１例を示すフローチャートである。
【図７】（Ａ）はマスタ信号波形の例を示す波形図であり、（Ｂ）は測定信号波形の例を示す波形図であり、（Ｃ）は図６に示す判定方法における（Ａ）と（Ｂ）との間の差信号と閾値範囲との比較を説明する図である。
【図８】本発明の実施例によるドレッシング完了判定方法の第２例を示すフローチャートである。
【図９】（Ａ）はマスタ信号波形の例を示す波形図であり、（Ｂ）は測定信号波形の例を示す波形図であり、（Ｃ）は図８に示す判定方法における（Ａ）と（Ｂ）との間の差信号と閾値範囲との比較を説明する図である。
【符号の説明】
【００３４】
１    ドレッシング装置
１０    砥石
１０ａ    被ドレッシング面
１１    砥石回転部
１２    ドレッサ
１３    ドレッサ回転部
１４    ドレッサ移動部
２１    ＡＥセンサ
【図１】
0005219600.tif 000002
【図２】
0005219600.tif 000003
【図３】
0005219600.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0005219600.tif 000008
【図８】
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【図９】
0005219600.tif 000010