JP2020093358A - 切り粉検出方法及び切り粉検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 加工前（ワークを主軸チャックに取り付ける前）に、切り粉を検出することが可能な切り粉検出方法等を提供する。【解決手段】 切り粉噛み検知部１８は、ワークに切り粉が付着しているか否かを判定する。切り粉巻き検知部１８は、複数の爪部４１，４３と、測長部４５と、判定部４７を備える。複数の爪部４１，４３は、ワーク３の加工面に対して、それぞれ異なる向きに移動して接触する。測長部４５は、移動後の爪部４１，４３の間の距離を測定する。判定部４７は、測長部４５が測定した距離を用いて、ワーク３に切り粉が付着しているか否かを判定する。【選択図】 図１

Description

本発明は、切り粉検出方法及び切り粉検出装置に関し、特に、ワークに切り粉が付着しているか否かを判定する切り粉検出方法等に関する。

切削加工用工作機械における自動化運転において、ワーク（加工対象）への切り粉巻きは、次工程加工の精度や連続運転稼働率に影響する。そのため、特許文献１乃至４にあるように、種々の方法で、確認や対策が行われている。

特許文献１には、ワークの密着度を流体で確認しつつ加工を行うことにより、着座面に対するワークの着座不良を防止することが記載されている。特許文献２には、主軸を回転させたときの相対的な位置関係の変化（取付物の振れ）を検出することが記載されている。特許文献３には、清掃後のワークに対して画像処理により切り粉を検出することが記載されている。特許文献４には、リングセンサに接触する切り粉を検出することが記載されている。

特開２００７−０９８５２５号公報 特開２００７−２６０８８５号公報 特開２０１７−０１３１８２号公報 特開２００６−２１２７３７号公報

しかしながら、特許文献１及び特許文献２は、加工を行うときに切り粉を検出するものである。ワークを主軸チャックに取り付けた状態を必要とし、かつ、端面部の切り粉を対象にする。特に、ワークとチャックのクリアランスが小さい場合には、ワークをチャックに取り付けることがキズなどの原因となる。

さらに、特許文献３は、切削油や切り粉などがある環境で、切り粉を検出できるとは限らない。また、特許文献４は、シャフト状のワークのみを対象とする。さらに、特許文献３及び特許文献４は、加工後に、清掃して切り粉巻きを検出するものである。

よって、本発明は、加工前（ワークを主軸チャックに取り付ける前）に、切り粉を検出することが可能な切り粉検出方法等を提供することを目的とする。

本願発明の第１の観点は、ワークに切り粉が付着しているか否かを判定する切り粉検出方法であって、複数の爪部が、前記ワークの外面及び内面の少なくとも一方の一部又は全部に対して、それぞれ、異なる向きに移動して接触する爪部移動ステップと、測長部が、移動後の前記爪部の間の距離を測定する測定ステップと、判定部が、前記測長部が測定した前記距離を用いて、前記ワークに切り粉が付着しているか否かを判定する判定ステップを含む。

本願発明の第２の観点は、第１の観点の切り粉検出方法であって、前記各爪部は、接触部を備え、前記接触部は、前記ワークの外面及び内面の少なくとも一方の一部又は全部である被接触面とは逆の凹凸をもち、前記爪部移動ステップにおいて、前記各爪部の接触部が、対応する形状の前記ワークの前記被接触面に向かって移動する。

本願発明の第３の観点は、第１又は第２の観点の切り粉検出方法であって、前記判定ステップにおいて、前記判定部は、前記爪部が近づいてワークに接触する場合には、前記距離が、基準距離よりも遠いならば、切り粉が付着していると判定し、前記距離が、基準距離よりも近いならば、切り粉が付着していないと判定し、前記爪部が離れてワークに接触する場合には、前記距離が、基準距離よりも近いならば、切り粉が付着していると判定し、前記距離が、基準距離よりも遠いならば、切り粉が付着していないと判定する。

本願発明の第４の観点は、第３の観点の切り粉検出方法であって、前記各爪部が接触する被接触面は、切削加工がなされたものであり、前記基準距離は、前記ワークを加工する加工用工作機械の加工精度を用いて定められる。

本願発明の第５の観点は、第１から第４のいずれかの観点の切り粉検出方法であって、前記ワークが、前記ワークを移動させるためにローダーチャックに存在する状態で、前記ワークに切り粉が付着しているか否かを判定する。

本願発明の第６の観点は、ワークに切り粉が付着しているか否かを判定する切り粉検出装置であって、複数の爪部と、測長部と、判定部を備え、前記複数の爪部は、前記ワークの外面及び内面の少なくとも一方に対して、それぞれ異なる向きに移動して接触し、前記測長部は、移動後の前記爪部の間の距離を測定し、判定部は、前記測長部が測定した前記距離を用いて、前記ワークに切り粉が付着しているか否かを判定する。

本願発明の各観点によれば、複数の爪部を利用して切り粉巻きを検出するための装置を、加工部とは別に、専用に取り付けたり、搬送用チャックを利用したりして実現することができる。そのため、加工前（ワークをチャックに取り付ける前）に切り粉を確認でき、加工処理と同時進行に確認する工程とすることができる。さらに、切り粉巻きなどを確認するときに、ワーク形状や大きさ、切り粉のサイズなどの影響を受けにくい。さらに、切り粉が巻きやすい場所を狙って検出することが可能である。

本願発明の実施の形態に係る加工用工作機械の（ａ）構成の一例を示すブロック図と、（ｂ）動作の一例を示すフロー図である。 図１（ｂ）のステップＳＴ３、ＳＴ４、ＳＴ５及びＳＴ６の処理を具体的に説明するための図である。 （ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、それぞれ、図１（ａ）における第１加工ローダー部、第２加工ローダー部、及び、全体の具体的な構成の一例を示し、（ｄ）は、切り粉噛み検知部が内面を測定する場合の一例を示す図である。

以下、図面を参照して、本願発明の実施例について述べる。なお、本願発明の実施の形態は、以下の実施例に限定されるものではない。

図１は、本願発明の実施の形態に係る加工用工作機械の（ａ）構成の一例を示すブロック図と、（ｂ）動作の一例を示すフロー図である。

図１の加工用工作機械１は、加工前ワーク供給部２が供給するワーク３を切削加工し、加工後のワーク３を加工ワーク保管部５に保管する。図１は、２頭の場合であるが、本願発明は、加工前に、ワーク３に付着する切り粉を検出するものであり、１頭でもよく、３頭など、さらに多い頭数でもよい。

図１（ａ）を参照して、加工用工作機械１は、第１加工部１１と、第１加工ローダー部１３と、反転移載部１５と、第２加工ローダー部１７と、切り粉噛み検知部１８（本願請求項の「切り粉検出装置」の一例）と、第２加工部１９と、ＮＧ回収部２１とを備える。第１加工部１１は、第１主軸チャック３１を備える。第２加工部１９は、第２主軸チャック３９を備える。

第１加工ローダー部１３は、第１加工ローダー用チャック３２と、第１加工アンローダー用チャック３３を備える。第２加工ローダー部１７は、第２加工ローダー用チャック３５（本願請求項の「ローダー用チャック」の一例）と第２加工アンローダー用チャック３７を備える。第２加工部１９は、第２主軸チャック３９を備える。各チャックは、ワーク３を固定する工具である。

切り粉噛み検知部１８は、第１爪部４１及び第２爪部４３（第１爪部及び第２爪部が、本願発明の「複数の爪部」の一例）と、測長部４５（本願発明の「測長部」の一例）と、判定部４７（本願発明の「判定部」の一例）を備える。

図１（ｂ）を参照して、第１加工ローダー部１３は、加工前ワーク供給部２のワーク３（加工前のワーク３）を、第１加工ローダー用チャック３２に固定して移動し、第１加工部１１の第１主軸チャック３１に固定する（ステップＳＴ１）。第１加工部１１は、第１主軸チャック３１に固定されたワーク３に対して切削加工を行う（ステップＳＴ２）。第１加工ローダー部１３は、第１加工アンローダー用チャック３３により第１切削加工されたワーク３を固定し、第１主軸チャック３１は、ワーク３を解放する。

第１加工ローダー部１３は、ワーク３を、反転移載部１５に移動し、第１加工アンローダー用チャック３３はワーク３を解放する。反転移載部１５は、ワーク３を反転移載する（ステップＳＴ３）。第２加工ローダー部１７は、反転移載後のワーク３を、第２加工ローダー用チャック３５により固定して移動する（ステップＳＴ４）。第２加工ローダー用チャック３５に固定されたワーク３は、反転移載されたものである。そのため、第２加工ローダー用チャック３５は、第１切削加工された面を外側にして、ワーク３を固定している。

切り粉噛み検知部１８は、第２加工ローダー用チャック３５に固定されたワーク３の第１切削加工された加工面（本願発明の「被接触面」の一例）に対して、第１爪部４１及び第２爪部４３を、それぞれ、反対方向から、ワーク３やその切り粉巻きなどに接触するまで移動する（ステップＳＴ５）。測長部４５は、第１爪部４１と第２爪部４３との間の距離を測定する（ステップＳＴ６）。

判定部４７は、測長部４５が測定した距離と基準距離とを用いて、切り粉が存在するか否かを判定する（ステップＳＴ７）。例えば、第１爪部４１と第２爪部４３がワーク３の外側から近づいてワーク３に接触する場合には、測定した距離が基準距離よりも遠い（測定した距離が基準距離よりも大きい）ならば切り粉が付着していると判定し、測定した距離が基準距離よりも近い（測定した距離が基準距離よりも小さい）ならば切り粉が付着していないと判定する。例えば、第１爪部４１と第２爪部４３がワーク３の内側から遠のいてワーク３に接触する場合には、測定した距離が基準距離よりも近いならば切り粉が付着していると判定し、測定した距離が基準距離よりも遠いならば切り粉が付着していないと判定する。

基準距離は、ワーク３に対して第１切削加工が設計どおりになされ、かつ、切り粉巻きなどが無い状態を想定して、加工精度を加味して決定する。すなわち、第１爪部４１と第２爪部４３との間の距離が、切り粉巻きが存在しない場合には基準距離未満となり、切り粉巻きが存在する場合には基準距離以上となるように決定する。

判定部４７が、基準距離未満と判定した場合には、第２加工ローダー部１７は、ワーク３を、第２加工部１９に移動して第２主軸チャックに固定する。第２主軸チャック３９がワーク３を固定して、第２加工ローダー用チャック３５はワーク３を解放し、第２加工部１９は、第２切削加工を行う（ステップＳＴ８）。第２加工ローダー部１７は、第２加工アンローダー用チャック３７により第２切削加工されたワーク３を固定し、第２主軸チャック３９は、ワーク３を解放する。第２加工ローダー部１７は、第２加工部１９から加工後のワーク３を取り出し、加工ワーク保管部５に移動する（ステップＳＴ９）。

判定部４７が基準距離以上と判定した場合には、第２加工ローダー部１７は、ワーク３をＮＧ回収部２１に移動する（ステップＳＴ１０）。

図２を参照して、図１（ｂ）のステップＳＴ３、ＳＴ４、ＳＴ５及びＳＴ６の処理を具体的に説明する。

図２（ａ）を参照して、ワーク３は、反転移載部１５により反転移載された状態である。第１切削加工された部分は、図の下側である。図２（ｂ）を参照して、第２加工ローダー用チャック３５は、第１切削加工された部分を外側にして、ワーク３を固定する。

図２（ｃ）を参照して、第１爪部４１は、第１爪部基部５１と、第１爪部接触部５３と、第１爪部変位特定部５５を備える。第２爪部４３は、第２爪部基部５７と、第２爪部接触部５９と、第２爪部変位特定部６１を備える。第１爪部４１と第２爪部４３とは、ワーク３を基準に反対側に、ワーク３から離れて位置する。図２（ｃ）では、第１爪部４１はワーク３の左側に位置し、第２爪部４３はワーク３の右側に位置する。第１爪部接触部５３及び第２爪部接触部５９の先端は、ワーク３の第１切削加工された面の一部である被接触面とは逆の凹凸をもつ。この実施例では、ワーク３において、球状加工の部分と円錐台状加工の部分とによる、くびれ（すなわち、下側が大きな形状の部分）が生じている部分において、切り粉巻きが存在する可能性が高いとして、この部分の面に対して接触することとし、この部分の凹凸とは逆の凹凸を持つとする。なお、被接触面の凹凸と、第１爪部接触部５３及び第２爪部接触部５９の先端の凹凸とは、切り粉巻き６３が検出できる範囲で、対応すればよい。例えば、切り粉巻き６３が検出できるのであれば、球状加工の部分についても、接触部は、最も上部に接し、それよりも下の部分については、円錐台状のものであってもよい。また、他の部分に接触するようにしてもよく、例えば、加工面全体に接触するものであってもよい。

図２（ｄ）を参照して、切り粉噛み検知部１８は、第１爪部４１を、図の右へ、ワーク３やその切り粉巻きなどに接触するまで移動する。同様に、第２爪部４３を、図の左へ、ワーク３やその切り粉巻きなどに接触するまで移動する。図２（ｄ）は、切り粉巻きが存在しない場合であり、この場合、第１爪部接触部５３及び第２爪部接触部５９が、共に、ワーク３に接触して、第１爪部変位特定部５５及び第２爪部変位特定部６１は、最も近くなる。測長部４５は、第１爪部変位特定部５５の先端（最も右側の部分）と第２爪部変位特定部６１の先端（最も左側の部分）との間の距離を測定する。基準距離は、図２（ｄ）の場合には、測定した距離が基準距離未満となるようにする。

図２（ｅ）及び図２（ｆ）を参照して、切り粉巻き６３が存在する場合について説明する。図２（ｅ）を参照して、第１爪部４１及び第２爪部４３は、ともに、切り粉巻き６３よりも離れた位置にある。切り粉噛み検知部１８は、第１爪部４１を図の右へ、第２爪部４３を図の左へ、移動する。図２（ｆ）にあるように、切り粉巻き６３が存在する場合には、第１爪部接触部５３と第２爪部接触部５９の少なくとも一方が、切り粉巻き６３に接触して、第１爪部変位特定部５５及び第２爪部変位特定部６１は、図２（ｄ）よりも離れた状態になる。測長部４５は、第１爪部変位特定部５５の先端（最も右側の部分）と第２爪部変位特定部６１の先端（最も左側の部分）との間の距離を測定する。基準距離は、図２（ｆ）の場合には、測定した距離が基準距離以上となるようにする。

このように、切り粉巻き６３が存在する場合には、第１爪部４１と第２爪部４３が離れた状態になることを利用して、切り粉巻き６３が存在するか否かを判定することができる。ワーク３における切り粉巻き６３などは、加工用工作機械１における自動化運転において、次工程加工の精度や連続運転稼働率に影響を与える。本願発明によれば、爪部の間の距離を測定するというシンプルな処理によって、この切り粉を検出し、切り粉があれば加工ラインから自動的に外して次工程には投入しないために、自動化運転の性能を向上させることができる。

図３の（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、図１（ａ）における第１加工ローダー部１３、及び、第２加工ローダー部１７の具体的な構成の一例を示す。

図３（ａ）を参照して、第１加工ローダー部１３は、第１加工ローダー用チャック３２と第１加工アンローダー用チャック３３を備える。第１加工ローダー用チャック３２は、加工前のワーク３を第１主軸チャック３１に取り付けるためのものである。第１加工アンローダー用チャック３３は、加工後のワーク３を第１主軸チャック３１から取り出すためのものである。

図３（ｂ）を参照して、第２加工ローダー部１７は、第２加工ローダー用チャック３５と第２加工アンローダー用チャック３７を備える。第２加工ローダー用チャック３５は、加工前のワーク３を第２主軸チャック３９に取り付けるためのものである。第２加工アンローダー用チャック３７は、加工後のワーク３を第２主軸チャック３９から取り出すためのものである。

図３（ｃ）は、それぞれ、図１（ａ）の全体の具体的な構成の一例を示す。従来の加工装置を利用して実現することができる。

図３（ｄ）は、切り粉噛み検知部１８が内面を測定する場合の一例を示す図である。第１爪部接触部７１及び第２爪部接触部７３は、ワーク３の内面の形状に合わせたものである。切り粉噛み検知部１８は、第１爪部４１及び第２爪部４３がワーク３の内側にある状態で、第１爪部４１を図の左へ、ワーク３やその切り粉巻きなどに接触するまで移動する。同様に、第２爪部４３を、図の右へ、ワーク３やその切り粉巻きなどに接触するまで移動する。

このように、図２にあるように爪部がワークの外側から近づいて外面に接触することにより切り粉を検出してもよく、図３（ｄ）にあるように爪部がワークの内側から広がって内面に接触することにより切り粉を検出してもよい。

なお、測長部４５は、例えば、非接触の渦電流式センサを利用して精密な測定を行うことにより、現時点では、ほとんどの切り粉巻きを検出することができている。爪への組み込みが可能であれば、他の種類の測長センサを利用してもよい。

さらに、本願発明は、第２加工ローダー用チャック３５に固定されたワーク３に対して行うことができるため、切り粉噛み検知部１８を第２加工ローダー部１７に搭載するようにしてもよい。さらに、第２加工ローダー用チャック３５を切り粉噛み検知部１８として、第１爪部４１及び第２爪部４３で固定して移動することも可能である。すなわち、切り粉噛み検知部１８は、専用に取り付けてもよく、搬送用チャックとして実現してもよい。

さらに、第１爪部４１と第２爪部４３の爪形状を変更することで、種々のワーク（形状・場所・大きさ）に対応することもでき、また、確認位置を変更することも容易である。爪は、親子爪形式で、子爪の交換で容易に段替えをすることもできる。さらに、加工用工作機械１において、必要に応じて、加工前後で、ワーク３や各チャックなどへのエアブローやクーラントなどで清掃を行うことで、さらに連続運転稼働率を上げることができる。

１ 加工用工作機械、２ 加工前ワーク供給部、３ ワーク、５ 加工ワーク保管部、１１ 第１加工部、１３ 第１加工ローダー部、１５ 反転移載部、１７ 第２加工ローダー部、１８ 切り粉噛み検知部、１９ 第２加工部、２１ ＮＧ回収部、３１ 第１主軸チャック、３２ 第１加工ローダー用チャック、３３ 第１加工アンローダー用チャック、３５ 第２加工ローダー用チャック、３７ 第２加工アンローダー用チャック、３９ 第２主軸チャック、４１ 第１爪部、４３ 第２爪部、４５ 測長部、４７ 判定部、５１ 第１爪部基部、５３，７１ 第１爪部接触部、５５ 第１爪部変位特定部、５７ 第２爪部基部、５９，７３ 第２爪部変位特定部、６１ 第２爪部変位特定部、６３ 切り粉巻き

Claims (6)

1. ワークに切り粉が付着しているか否かを判定する切り粉検出方法であって、
   複数の爪部が、前記ワークの外面及び内面の少なくとも一方の一部又は全部に対して、それぞれ、異なる向きに移動して接触する爪部移動ステップと、
   測長部が、移動後の前記爪部の間の距離を測定する測定ステップと、
   判定部が、前記測長部が測定した前記距離を用いて、前記ワークに切り粉が付着しているか否かを判定する判定ステップを含む切り粉検出方法。
2. 前記各爪部は、接触部を備え、
   前記接触部は、前記ワークの外面及び内面の少なくとも一方の一部又は全部である被接触面とは逆の凹凸をもち、
   前記爪部移動ステップにおいて、前記各爪部の接触部が、対応する形状の前記ワークの前記被接触面に向かって移動する、請求項１記載の切り粉検出方法。
3. 前記判定ステップにおいて、前記判定部は、
   前記爪部が近づいてワークに接触する場合には、
   前記距離が、基準距離よりも遠いならば、切り粉が付着していると判定し、
   前記距離が、基準距離よりも近いならば、切り粉が付着していないと判定し、
   前記爪部が離れてワークに接触する場合には、
   前記距離が、基準距離よりも近いならば、切り粉が付着していると判定し、
   前記距離が、基準距離よりも遠いならば、切り粉が付着していないと判定する、
   請求項１又は２に記載の切り粉検出方法。
4. 前記各爪部が接触する被接触面は、切削加工がなされたものであり、
   前記基準距離は、前記ワークを加工する加工用工作機械の加工精度を用いて定められる、請求項３記載の切り粉検出方法。
5. 前記ワークが、前記ワークを移動させるためにローダーチャックに存在する状態で、前記ワークに切り粉が付着しているか否かを判定する、請求項１から４のいずれかに記載の切り粉検出方法。
6. ワークに切り粉が付着しているか否かを判定する切り粉検出装置であって、
   複数の爪部と、測長部と、判定部を備え、
   前記複数の爪部は、前記ワークの外面及び内面の少なくとも一方に対して、それぞれ異なる向きに移動して接触し、
   前記測長部は、移動後の前記爪部の間の距離を測定し、
   判定部は、前記測長部が測定した前記距離を用いて、前記ワークに切り粉が付着しているか否かを判定する、切り粉検出装置。

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