輪郭形状のインプロセス計測系を組込んだ総形切削工具成形用NC輪郭研削装置の開発

1992 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 03650116
• Research Institution: Nagaoka National College of Technology
• Principal Investigator: 山田 隆一 長岡工業高等専門学校, 機械工学科, 助教授 (40110142)
• Keywords: 輪郭研削 / 総形切削工具 / 輪郭制御 / 光応用計測 / レーザビーム / 回折理論 / エッジ検出

Research Abstract

切刃の輪郭が任意形状を有する総形切削工具を高精度かつ低廉価に研削成形するために、輪郭形状の光学式インプロセス計測系を組み込んだ同時3軸NC輪郭研削装置を開発した。この装置はX-Yクロススライドによる直線運動と回転テーブルによる回転運動とを組み合わせた簡単な構成のもので、パーソナルコンピュータを用いて数値制御を行い、切刃の輪郭を研削成形する。成形後、輪郭形状をレーザ光を用いて非接触オンマシン計測し、即時に修正研削を行うことができる。これまでに行なった研究の内容と結果をまとめると以下のようになる。(1)小径のガウス形レーザビームを用いた透過光方式によるエッジ位置検出法を考案した。この方法で円弧形状エッジを検出した結果、エッジ曲率半径が異なるとビームさえぎり面積が等しくても透過光パワーは異なること、エッジ曲率半径が小さいほど回折の影響は小さいことなどがわかった。そこで透過光パワーをある一定の比率に保って検出したところ、エッジ曲率半径には関係なくほぼ一定のエッジ先端位置が得られた。(2)前述のエッジ位置検出法を適用した、工具輪郭形状の自動計測システムを開発した。光源には可視光半導体レーザを用い、エッジ位置はリニアスケールで読み取る。しかしレーザ出力が時間的に不安定であったため、レーザ発振器に温度コントローラを接続した。その結果、±1umの検出精度が得られた。(3)ステッピングモータとコントロールボードを高性能タイプに一新した。この結果、加減速可能な高速安定型輪郭制御を行えることになり、±1um以内の位置決め精度が得られた。(4)研削成形実験の結果得られた工具輪郭形状精度は、現時点では残念ながらインプロセス計測を行わないときと比較してほぼ同程度であった。精度が向上しない理由はいくつか考えられるので、今後それらの原因を究明してシステムを改良し、早期に研削装置を完成させたいと考えている。

Research Products

• [Publications] 山田 隆一: "任意の曲線輪郭を有する切削工具成形用NC輪郭研削装置の開発" 精密工学会誌. 55. 1023-1028 (1989)
• [Publications] 山田 隆一: "ガウス形レーザビームの平行走査による透過光型エッジ位置検出法" 日本機械学会論文集C. 57. 118-123 (1991)
• [Publications] 山田 隆一: "ガウス形レーザビームの平行走査による透過光型エッジ位置検出法(第2報)" 日本機械学会論文集C. 58. 439-444 (1992)
• [Publications] 山田 隆一: "ガウス形レーザビームの平行走査による透過光型エッジ位置検出法(第3報)" 日本機械学会第68期通常総会講演論文集C. 329-331 (1991)
• [Publications] 山田 隆一: "ガウス形レーザビームの平行走査による透過光型エッジ位置検出法(第4報)" 日本機械学会第69期全国大会講演論文集C. 375-377 (1991)
• [Publications] 山田 隆一: "小径レーザビームの透過光方式による真円度の評価" 精密工学会1992年秋季講演論文集・1分冊. 283-284 (1992)