JPH0957617A - 加工予測制御方法及び加工予測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 加工状態の測定が間欠的に行われる場合の予
測制御方法を、途中で加工条件が変化する加工方法に適
用した場合にも、常に正確な加工が行われるようにする
ことを目的とする。 【解決手段】 直前及びその前の測定値を記憶する第１
の記憶手段31と第２の記憶手段32と、記憶された測定値
の差から加工速度を算出する加工速度算出手段33と、各
加工条件での総加工量を算出する加工総量算出部34と、
加工速度と総加工量から加工条件を変更するタイミング
を算出する切り換え予測時間算出部35とを備え、測定値
に従って加工条件を変更しながら加工を行う加工予測装
置において、加工条件を変更する時に、直前の２回の測
定値の差が、変更される加工条件での総加工量に対し
て、所定の割合以上であるかを判定する比較部36を備
え、所定の割合以上である場合には、測定値をリセット
して新たに加工状況を予測する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、加工途中で被加工
物の加工状況を時間間隔をおいて測定し、次の測定まで
の間はそれまでの測定値から加工状況を予測して予測値
を算出し、その予測値に基づいて制御信号を発生する加
工予測制御方法及び加工予測装置に関し、特に加工途中
に加工条件を変更した場合にもより適切な予測が可能な
加工予測制御方法及び加工予測装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】研削加工においては、加工精度向上のた
め加工中の被加工物を測定し、測定した加工状況に基づ
いて加工の制御が行われることがある。このような加工
方法を行う代表的な例がインプロセス自動定寸装置であ
り、被加工物の研削加工を行うと同時に、その被加工物
の寸法変化を連続して測定し、その結果に応じて加工条
件の変更及び加工停止等の動作の制御を自動的に行って
いる。

【０００３】研削等の加工においては、加工時間と加工
精度、及び加工面の状態が問題であり、加工時間が短
く、良好な加工精度と加工面が得られることが望まし
い。そこで、通常は加工の初めの段階で仕上げ状態は良
好ではないが加工速度が大きい粗研を行い、ある程度目
標値に近づいた時点で、仕上げ状態は良好であるが加工
速度は小さい精研を行い、更にスパークアウトと呼ばれ
るより仕上げ状態は良好であるが加工速度は小さい加工
を行うことで、高い加工効率と良好な加工精度及び仕上
げ具合を実現している。このような途中で加工条件を変
更する加工方法は研削に限らず広く行われている。

【０００４】従って、研削加工のインプロセス自動定寸
装置においては、測定結果に応じて粗研、精研、スパー
クアウト、加工停止等の研削動作の制御を自動的に行っ
ている。ところが小さな被加工物の内面を研削するよう
な場合には、内部に研削砥石を入れた状態で内径測定装
置の測定子をその内面に挿入することはできない。そこ
でこのような被加工物に対しては、被加工物内面に研削
砥石と内径測定装置の測定子を交互に挿入し、その間欠
的な測定結果に基づいて加工を制御することが行われ
る。ところがこのような自動定寸加工の制御方法におい
ては、測定と測定の間、つまり研削途中においてその被
加工物の寸法が定寸に達しても次の測定までは定寸信号
は発せられずに研削が続行されるため、被加工物の仕上
がり寸法に誤差を生じることになる。

【０００５】このような誤差を低減するため、従来よ
り、種々の予測制御方法が考えられているが、基本的に
は、直前の測定値における変化から次の測定値も同様に
変化するものと予測する方法である。本発明は、このよ
うなそれまでの測定値から次の加工における加工状況の
予測値を求め、この予測値に従って加工を行う加工予測
制御方法及び加工状況予測装置を対象とする。なお、加
工予測制御方法は上記のような内径測定を行う場合だけ
でなく、処理能力等の関係で測定が連続的に行えない場
合にも有効である。

【０００６】図４はこのような間欠的な測定結果に基づ
いて加工を制御する従来例の構成を示す図である。図４
において、参照番号１００は円筒状の穴１０１が加工さ
れる被加工物である。１は内面研削盤の定寸加工装置で
あり、２は被加工物１００の穴１０１の内面を研削する
砥石であり、３は砥石２を移動させる砥石制御機構であ
り、４は切り込み制御機構である。１１は、非加工物１
００の穴１０１の内径を測定する測定器であり、ここで
は電気マイクロメータの例を示した。測定ヘッド１１
は、砥石２の動作に同期して穴１０１の内部への挿入と
退避が繰り返される。１２は測定ヘッド１１の検出信号
を増幅するアンプであり、１３はアンプ１２の出力を整
流するオシレーション検出回路であり、１４はオシレー
ション検出回路１３の出力を積分して標本化する積分サ
ンプリング回路であり、１５は積分サンプリング回路１
４の出力をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器であ
り、１６はオシレーション検出回路１３の出力からオシ
レーション間隔を検出する検出タイマであり、１７は加
工条件の変更タイミングの予測時間を計数する予測タイ
マであり、１８は予測タイマ１７からの信号で割り込み
信号を発生する割り込みコントローラであり、１９は加
工状況の予測を行うＣＰＵであり、２０はＣＰＵ１９の
出力する加工条件の変更タイミングに従って、切り込み
制御機構４に信号点信号を出力する信号点制御回路であ
る。オシレーション間隔検出タイマ１６は、オシレーシ
ョン検出回路１３の出力から測定器１１の出力が有効で
ある期間示す信号を生成し、ＣＰＵ１９はこの信号に従
ってＡ／Ｄ変換器１５の出力するディジタル信号を読み
取る。ＣＰＵ１９は、Ａ／Ｄ変換器１５の出力及びあら
かじめ分かっているか又は定寸加工装置１から得られる
加工条件に従って加工条件を変更するタイミングを予測
して、予測タイマ１７にタイマ値を設定する。予測タイ
マ１７が設定された時間を計数すると、これを受けて割
り込みコントローラ１８がＣＰＵ１９に割り込み信号を
発生させ、ＣＰＵ１９は信号点制御回路２０に加工条件
を切り換えるタイミングであることを示す信号を出力
し、これが信号点制御回路２０から切り込み制御機構４
に印加され、加工条件が変更される。

【０００７】電気マイクロメータ等の接触型の検出器の
替わりに、エアマイクロメータ等を用いても基本的な構
成は同じである。図５はこのような途中で加工条件を変
更する加工方法に、上記の加工予測制御方法を適用した
場合の加工状態の変化を説明する図である。図５に示す
ように、加工は粗研・精研・スパークアウト・加工停止
の順で行われ、測定値があらかじめ設定された精研切り
換え点Ｘ・スパークアウト切り換え点Ｙ・最終寸法（定
寸点）Ｚになった時点で加工条件の変更が行われる。加
工部分の寸法の測定、すなわちサンプリングは一定周期
で行われる。触針の挿入中には少なくとも測定中の面に
ついては加工は行われないので、ほぼ一定の測定値が得
られる。触針の接触位置による差や雑音の影響を除くた
め、測定値は積分サンプリング回路１４でサンプリング
期間の間積分され、その積分値が測定結果をして出力さ
れる。上記のように、加工と測定が交互に行われるた
め、測定値が出力される間には加工は行われておらず、
得られる測定値は直前の加工が終了した状態の測定値と
言える。加工中の状態をそれまでの測定で得られた測定
値から予測するが、この予測は、通常外挿法で予測す
る。例えば、あるサンプリング点の測定値と前のサンプ
リング点での測定値の差が得られた場合、次のサンプリ
ング点までは測定値がその割合で変化するものと予測す
る。例えば、精研工程におけるサンプリング点ＣとＤか
ら次のサンプリング点Ｅが予測される。この場合、精研
工程における単位時間当たりの加工量はほぼ一定である
からサンプリング点Ｅにおける測定値はかなりの高精度
で予測することが可能である。そして、予測した次の測
定値まで一定に変化するとして、その間に加工条件を変
更する切り換え点になる場合には、その点までの時間を
比例計算して予測タイマ１７にその時間を設定してい
た。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、加工条件を変
更した場合には、それまでの単位時間当たりの加工量が
変化することになるため、それまでの測定値から次の測
定値を予測すると誤差が大きくなる。これまでは、加工
条件の変更に伴う単位時間当たりの加工量の変化があま
り大きくなく、加工条件を変更した時にたとえ誤差が大
きくても加工条件の変更後に２回のサンプリングが行わ
れた時点で誤差が小さくなることを前提としており、直
前の２回の測定値から次の測定値を予測する方法でもあ
まり問題はなかった。

【０００９】しかし、近年の研削盤は、サーボ技術の向
上に伴い、研削時間を短くするために、粗研での切り込
み量が大きくなる傾向にあり、更には、精研での切り込
み量もスパークアウトでの切り込み量に対して相対的に
大きくなる傾向にある。そのため、加工条件の変更に伴
い単位時間当たりの加工量が大きく変化することにな
る。上記のように、従来の予測方法は、加工条件の変更
に伴う単位時間当たりの加工量の変化が小さいことを前
提としており、加工条件の変更に伴い単位時間当たりの
加工量が大きく変化すると、それまでの測定値の変化が
大きいため、加工が高速に進んでいると判断して次の加
工条件の変更を行う寸法に達したと判定するオーバプレ
ディクションと呼ばれる問題が発生する。特に、仕上が
り寸法（定寸点）近くで、研削工程を、図５のような精
研及びスパークアウト工程だけでなく、仕上げ切り込み
工程、仕上げオーバカット工程、スパークアウト工程、
オーバフィード工程等に細かく分ける場合には、オーバ
プレディクションにより実際の加工状態より早く切り換
え信号あるいは定寸信号が出力されるという問題が生じ
ていた。

【００１０】例えば、図５においては、サンプリング点
ＢとＣの間に精研への切り換え点が存在し、サンプリン
グ点ＥとＦの間に精研への切り換え点が存在する。サン
プリング点Ｄは、サンプリング点ＢとＣの測定値から予
測されるため、Ｐであると予測され、実際のサンプリン
グ点Ｄとは大きな誤差を有することになる。しかし、Ｐ
であると予測されても、Ｐではスパークアウト切り換え
点には達していないため、サンプリング点Ｄで測定が行
われ、サンプリング点ＣとＤの測定値からサンプリング
点Ｅ、更にはスパークアウト切り換え点Ｙが正確に予測
される。しかし、図５におけるスパークアウトへの切り
換え後、サンプリング点Ｆでの測定が行われ、その測定
値とサンプリング点Ｅでの測定値からＱが予測される
が、Ｑは定寸点を越えているため、この予測に従えばそ
の途中で加工が停止され、目標とする定寸点になる前に
終了することになる。

【００１１】本発明はこのような問題点に鑑みてなされ
たものであり、途中で加工条件が変化する加工方法に予
測制御方法を適用した場合にも、常に正確な加工が行わ
れるようにすることを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を実現するた
め、本発明の加工予測制御方法においては、被加工物の
加工状況を時間間隔をおいて測定する工程と、それまで
の測定値から次の測定までの加工における加工状況を予
測する工程と、予測値に基づいて加工を制御する工程と
を備える加工予測制御方法において、加工条件を変更す
る時に、直前の２回の測定値から予測される加工状況の
変化量が、この時に変更される加工条件での総加工量に
対して、所定の割合以上である場合には、加工状況の予
測値及びそれまでの測定値をリセットして各工程を開始
し、直前の２回の測定値から予測される加工状況の変化
量が、この時に変更される加工条件での総加工量に対し
て、所定の割合以下である場合には、そのまま各工程を
続行することを特徴とする。

【００１３】また、本発明の加工予測装置は、直前及び
その前の測定値を記憶する第１の記憶手段と第２の記憶
手段と、第１及び第２の記憶手段に記憶された測定値の
差から加工速度を算出する加工速度算出手段と、各加工
条件での総加工量を算出する加工総量算出部と、加工速
度と総加工量から加工条件を変更するタイミングを算出
する切り換え予測時間算出部とを備え、それまでの測定
値に従って加工条件を変更しながら加工を行う加工予測
装置において、加工条件を変更する時に、加工速度算出
手段の算出した加工条件変更の直前の２回の測定値の差
が、加工総量算出部の算出した変更される加工条件での
総加工量に対して、所定の割合以上であるかを判定する
比較部を備え、加工条件変更の直前の２回の測定値の差
が、所定の割合以上である場合には、加工状況の予測値
と第１及び第２の記憶手段に記憶された測定値をリセッ
トして加工条件の変更後の測定値に従って新たに加工状
況を予測することを特徴とする。

【００１４】変更される加工条件での総加工量に対し
て、直前の２回の測定値から予測される加工状況の変化
量が大きい場合には、オーバプレディクションの起きる
可能性が大きい。そこで、このような場合には、それま
での測定値に基づく予測自体を止めることにより、オー
バプレディクションは起きなくなる。直前の２回の測定
値から予測される加工状況の変化量が小さい場合にはオ
ーバプレディクションは生じないので、それまでの測定
値に基づく予測を行えばよい。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明の実施例は、図４に示した
ような構成を有する研削用定寸装置であり、ＣＰＵ１９
内に形成される加工予測装置に特徴を有する。そのた
め、ここでは、ＣＰＵ１９内に形成される加工予測装置
の構成についてのみ説明する。図１はＣＰＵ１９内に実
現される機能を示すブロック構成図であり、これらの機
能はソフトウエアにより実現される。

【００１６】図１において、参照番号３１は図４のオシ
レーション間隔検出タイマ１６からの検出タイミング信
号に従って、Ａ／Ｄ変換器１５からの測定値が入力され
記憶される第１レジスタであり、３２は第１レジスタ３
１に記憶された測定値を上記の検出タイミング信号に従
って取り込み記憶する第２レジスタである。これによ
り、第１レジスタ３１に直前のサンプリングの測定値が
記憶され、第２レジスタ３２にその前のサンプリングの
測定値が記憶される。３３は第１レジスタ３１と第２レ
ジスタ３２に記憶された測定値の差を算出し、サンプリ
ング間隔の間の加工量を算出する加工速度算出部であ
る。３４は操作者によって外部から入力されるか定寸加
工装置１から送信された、切り換え点や定寸値等の加工
条件からその加工条件での加工量の総量を算出する加工
総量算出部ある。３５は第１レジスタ３１に記憶された
直前の測定値、加工速度算出部３３で算出されたサンプ
リング間隔の間の加工量、及び加工総量算出部３４で算
出されたその加工条件での加工量の総量から、加工条件
を変更する切り換え予測時間を算出する切り換え予測時
間算出部であり、ここで算出された切り換え予測時間ま
での時間が図４の予測タイマ１７に設定される。３６は
比較部であり、加工速度算出部３３で算出されたサンプ
リング間隔の間の加工量と加工総量算出部３４で算出さ
れたその加工条件での加工量の総量とを比較して、その
加工条件での加工量の総量がサンプリング間隔の間の加
工量に比べて十分に大きいかを判定する。

【００１７】図２は実施例における予測動作を示すフロ
ーチャートである。以下、図１の各部の動作を図２のフ
ローチャートに従って説明する。ステップ２０１ではレ
ジスタｉ（図示せず）にゼロを記憶させてリセットす
る。ステップ２０２では、オシレーション間隔検出タイ
マ１６からの測定値が出力されていることを示す信号に
基づいて第１レジスタ３１にＡ／Ｄ変換器１５の出力す
る測定値を記憶させる。ステップ２０３では、加工総量
算出部３４が次の加工条件での加工量の総量を算出す
る。ステップ２０４では、第１レジスタ３１にＡ／Ｄ変
換器１５の出力する測定値を記憶させると共に、第２レ
ジスタ３２に第１レジスタ３１に記憶されていた前の測
定値を記憶させる。ステップ２０５では、加工速度算出
部３３が第１レジスタ３１と第２レジスタ３２に記憶さ
れた測定値の差を算出し、サンプリング間隔の間の加工
量を算出する。ステップ２０６では、比較器３６がその
加工条件での加工量の総量がサンプリング間隔の間の加
工量に比べて十分に大きいかを判定する。ここでは、加
工速度算出部３３で算出されたサンプリング間隔の間の
加工量が、加工総量算出部３４で算出されたその加工条
件での加工量の総量の１／３より大きい場合に、オーバ
プレディクションの可能性があると判断してステップ２
０８でレジスタｉに１を記憶させ、小さい場合にはオー
バプレディクションの可能性がないとしてステップ２０
８でレジスタｉに０を記憶させる。ステップ２０９では
次に加工条件を変更するまでの時間Ｔｅを算出する。ス
テップ２１０ではＴｅを予測タイマ１７に設定する。

【００１８】Ｔｅがサンプリング間隔より長い場合に
は、予測タイマ１７が設定された時間を計数して割り込
みがかかる前に、再びオシレーション間隔検出タイマ１
６から測定値が出力されていることを示す信号が出るの
で、ステップ２０４からの動作が繰り返され、レジスタ
ｉの値は直前の測定値に従って更新される。Ｔｅがサン
プリング間隔より短い場合には、次にステップ２０４の
動作が行われる前に、予測タイマ１７が設定された時間
を計数して割り込みコントローラ１８から割り込みがか
かる。

【００１９】割り込みがかかると、ステップ２２１で、
信号点制御回路２０に切り換え信号を発生するこれによ
り、定寸装置で次の加工条件への変更が行われる。ステ
ップ２２２ではレジスタｉが０であるかが判定される。
レジスタｉの値は、直前の測定値からその加工条件での
加工量の総量がサンプリング間隔の間の加工量に比べて
十分に大きい場合に１が記憶され、小さい場合には０が
記憶された。従って、レジスタｉが０の場合には、オー
バプレディクションの可能性はないので、ステップ２０
４に戻る。レジスタｉが１の場合には、オーバプレディ
クションの可能性があるので、ステッム２２３に進んで
Ｔｅをクリアし、ステップ２０１へ進む。これにより、
レジスタｉがクリアされ、新たに第１及び第２レジスタ
への測定値の記憶が行われるため、変更された加工条件
で２回の測定が行われるまで予測は行われないことにな
る。従って、オーバプレディクションの可能性はない。

【００２０】ここで、Ｔｅの算出方法について説明す
る。ｊ番目のサンプリングにおける測定値をＤｇ
（ｊ）、その前のｊ−１番目のサンプリングにおける測
定値をＤｇ（ｊ−１）、次の加工条件の変更を行う寸法
をＤｋとし、サンプリング間隔をＴｖ、積分サンプリン
グ回路１４における最後の積分終了から計算に要した時
間をＴｖｃとすると、ＴｅはＴｖ（Ｄｇ（ｊ−１）−Ｄ
ｋ）／（Ｄｇ（ｊ−１）−Ｄｇ（ｊ））−Ｔｖｃで表さ
れる。

【００２１】また、次の加工条件での加工が終了して更
に別の加工条件への変更を行う寸法をＤｌとすると、次
の加工条件での総加工量はＤｋ−Ｄｌであり、ステップ
２０６での判定条件は、Ｄｇ（ｊ−１）−Ｄｇ（ｊ）＞
（Ｄｇ（ｊ−１）−Ｄｌ）／３で表される。ここではこ
のような判定条件を用いたが、この判定条件は、加工条
件に応じてオーバプレディクションの発生の可能性がな
いように適当に定めることができる。

【００２２】図３は、本実施例における精研からスパー
クアウトへの加工条件の変更時の予測の例を説明する図
である。図３に示すように、サンプリング点Ｅの直前で
予測される測定値がスパークアウト切り換え点になると
する。従って、サンプリング点Ｅではスパークアウト工
程で短時間加工された測定値が出力されるとする。前回
の測定値はサンプリング点Ｄの値であるから、従来の方
法では、サンプリング点Ｅの後の約１／２のサンプリン
グ間隔の時点で定寸点になると予測される。従って、こ
の時点で加工が停止されることになるが、それでは目標
寸法である定寸点になっていないことは明らかである。
本実施例では、この場合スパークアウトへの加工条件の
変更時に上記の条件が成立し、オーバプレディクション
の発生の可能性があると判定されるので、スパークアウ
トへの加工条件の変更時に予測が停止され、サンプリン
グ点ＥとＦの測定値に基づいて新たな予測が行われるた
め、オーバプレディクションは発生しない。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば加
工状態の測定が間欠的に行われ、測定できない間はそれ
までの測定値に基づいて予測値を算出し、その予測値に
従って制御が行われる場合に、たとえ途中で加工速度の
変更が行われてもより的確な予測が行えるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例における、加工予測装置の構成
を示す図である。

【図２】実施例における予測動作を示すフローチャート
である。

【図３】実施例における動作を説明する図である。

【図４】間欠的に測定値が得られる定寸加工装置の構成
を示す図である。

【図５】間欠的に測定値が得られる定寸加工装置での従
来の制御の例を示す図である。

【符号の説明】

１…定寸加工装置 ２…砥石 １１…測定器 １２…アンプ １３…オシレーション検出回路 １４…積分サンプリング回路 １５…Ａ／Ｄ変換器 １６…オシレーション間隔検出タイマ １７…予測タイマ １９…ＣＰＵ ３１…第１レジスタ ３２…第２レジスタ ３３…加工速度算出部 ３４…加工総量算出部 ３５…切り換え予測時間算出部 ３６…比較部 １００…被加工物

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被加工物の加工状況を時間間隔をおいて
   測定する測定工程と、 それまでの測定値から次の測定までの加工における加工
   状況を予測する予測工程と、 該予測値に基づいて加工を制御する制御工程とを備える
   加工予測制御方法において、 加工条件を変更する時に、 直前の２回の測定値から予測される加工状況の変化量
   が、この時に変更される加工条件での総加工量に対し
   て、所定の割合以上である場合には、加工状況の予測値
   及びそれまでの測定値をリセットして、上記各工程を開
   始し、 直前の２回の測定値から予測される加工状況の変化量
   が、この時に変更される加工条件での総加工量に対し
   て、前記所定の割合以下である場合には、そのまま上記
   各工程を続行することを特徴とする加工予測制御方法。
2. 【請求項２】 直前及びその前の測定値を記憶する第１
   の記憶手段（３１）と第２の記憶手段（３２）と、 該第１及び第２の記憶手段に記憶された測定値の差から
   加工速度を算出する加工速度算出手段（３３）と、 各加工条件での総加工量を算出する加工総量算出部（３
   ４）と、 前記加工速度と前記総加工量から加工条件を変更するタ
   イミングを算出する切り換え予測時間算出部（３５）と
   を備え、それまでの測定値に従って加工条件を変更しな
   がら加工を行う加工予測装置において、 加工条件を変更する時に、前記加工速度算出手段（３
   ３）の算出した加工条件変更の直前の２回の測定値の差
   が、前記加工総量算出部の算出した変更される加工条件
   での総加工量に対して、所定の割合以上であるかを判定
   する比較部（３６）を備え、加工条件変更の直前の２回
   の測定値の差が、所定の割合以上である場合には、加工
   状況の予測値と前記第１及び第２の記憶手段（３１，３
   ２）に記憶された測定値をリセットして加工条件の変更
   後の測定値に従って新たに加工状況を予測することを特
   徴とする加工予測装置。