机床的自我诊断方法和机床的机床精度的修正方法

摘要

本发明提供机床的自我诊断方法和机床的机床精度的修正方法，获得了用于预防在机床内部具备照相机的机床的变形和部件的磨损等导致的故障的自我诊断方法和对利用该诊断检测出的变形和松动所导致的加工精度降低进行修正的方法。在机床的运转时间或工件加工数达到所登记的间隔时，将旋转台或进给台与设于机床内部的照相机移动到测量位置，取得图像，根据图像检测出检测对象部位的位置，检测出自其本来应在的位置的偏移。通过多次重复这些操作，求出多个偏移量，计算出工作台和进给台的各控制轴方向上的修正值，并在控制器中更新设定的修正值。当检测或计算出的多个偏移量彼此的差或修正值彼此的差超过阈值时发出警告，使机床停止。

说明书

技术领域

本发明涉及用于预防由机床的变形或部件的磨损等引起的故障的自我诊断方法、 和对通过该诊断检测出的变形或磨损所导致的加工精度的降低进行修正的方法，特别 涉及在机床内部具备照相机的机床的上述方法。

背景技术

在机床中，出于检测被搬入到机床的坯料的姿势并监视机床动作的目的，实际应 用了在机床内部具备对坯料和加工部进行拍摄的照相机的机床。

图7和图8是示意地示出具备检测坯料的搬入姿势的照相机的玻璃板的周缘加工 装置的例子的图。图7是在电视显像器的显示面板使用的大型的玻璃基板的周缘加工 装置的例子，图8是在便携终端的显示面板使用的小型及中型的玻璃基板的周缘磨削 装置的例子。

图7示出的装置是一边使固定在工作台12上的玻璃基板w沿图中Y方向移动一 边利用配置在工作台12两侧的磨具3、3进行工件的Y方向的两侧边e、e的加工的 装置。在该周缘加工装置中，利用设置于装置的2台照相机5、5读取标在工件w的 角或角部附近的标记m1、m2、m3，检测工件w在工作台12上的位置和角度的偏移 (偏差)，基于检测出的偏移量，修正工作台12的旋转角和刀具3的切入方向(图中 X方向)的位置指令。各侧的磨具3和照相机5搭载于设于各侧的X方向进给台21、 21，利用照相机5检测出的X方向的偏移量就这样成为磨具3的X方向的位置的修 正值。

图8所示的装置是这样的装置：通过将固定有工件w的工作台12的绕铅直轴P 的旋转角θ、和刀具3沿图中X方向朝向工作台中心P接近和离开的移动量x相关联 地进行控制(以下称为“轮廓加工方式”)，来对工件w进行自由的形状的周缘加工。 在该周缘加工装置中，通过使工作台旋转或使照相机5沿垂直于图的纸面的方向移 动，从而利用在使刀具3沿X方向移动的横向进给台21搭载的1个照相机5来检测 置于工作台12上的工件w的多个部位的角，由此检测工件w在工作台12上的位置 和角度的偏移，基于检测出的偏移量，修正工作台12的旋转角和刀具3的X轴方向 的位置指令。

并且，在车床等金属加工机床中，也提出了下述装置：通过在设备内设置照相机 并在控制板的显示器显示由该照相机拍摄到的图像，从而使以手动操作进行试加工时 等的操作员容易确认机床的动作。

机床因伴随着运转的发热、环境温度的变化而发生热变形。在机床中，因机床的 局部的热变形或工件与机床的热变形的差而产生加工误差。并且，机床因常年的使用， 由于滑动部的磨损或轴承的损伤等而产生松动(ガタ)。该松动还使机床的加工精度 降低，成为产生不合格件的原因。当产生不合格件时，为了追究其原因而进行机床精 度的测定。并且，为了将这样的不合格件的产生防患于未然，需要定期进行机床精度 的测定。

刀架等直线移动部件的定位精度降低、和主轴及旋转工作台等旋转部件的旋转定 位精度降低是部件磨损等导致的机床的加工精度降低的主要原因。如图9所示，通过 用千分表或接触传感器52检测定位于规定位置的直线移动部件51的实际的位置来进 行直线移动部件的精度的测量，并且如图10所示，在旋转部件53安装多面镜54， 根据各反射面55朝向自准直仪56等光学测定器时的投射光和反射光的偏差来测量旋 转部件的旋转角的精度。

即，对于机床的各部件的移动轴和旋转轴，将测量它们的精度所需的测定器安装 在规定的部位，根据部件应在的位置与实际的位置的偏移量的测定值来求出用于对向 该部件的驱动源(伺服马达等)发送的指令值进行修正的修正值(修正参数)而在控 制器进行设定，由此维持期望的加工精度。

专利文献1：日本特开2013-035089号公报

若在未识别出机床的精度降低的状态下继续使用机床而产生不合格件，则会导致 巨大的损失，因此，通过定期测定机床精度而设定与机床的精度降低和热变形对应的 修正值来实现加工精度的维持是极其重要的。

但是，若要可靠地防止不合格件的产生，则不得不频繁地进行机床精度的确认(测 定)，在以往的机床精度的测定方法中需要长时间停止机床来进行测定，并且用于测 定的作业负担也大。即，为了测定，需要停止机床，并针对机床所具备的多个移动部 件和旋转部件，在其每个移动方向上安装抽样检测仪(pick tester)或自准直仪等测 定器来进行测量，除了需要昂贵的测定器之外，也需要高超的测定技术和大量的作业 时间。而且，在该测定期间，工件的加工作业停止，因此存在生产率也降低等经济负 担和测量作业者的作业负担大这样的问题。

发明内容

本发明的课题为取得如下机床：在工件的连续加工中，能够对进行该加工的机床 的移动部件和旋转部件、特别是有可能对加工精度产生大的影响的移动部件和旋转部 件的定位精度进行测量，并一边根据需要变更登记在控制器中的修正值一边继续连续 加工，而且还能够预知支承这些部件的轴承和驱动系统的损伤所导致的故障的发生。

本发明提供机床的自我诊断方法和修正值的自动设定方法来解决上述课题，其 中，机床具备取得机床内部的图像的照相机，控制器用设定的修正值对按照加工程序 生成的指令值进行修正来使各驱动装置动作，由此来进行工件的连续加工，所述机床 的自我诊断方法的特征在于，用所述照相机定期拍摄移动台或旋转台的同一部位并根 据取得的图像测定机床的偏移量的变化，所述修正值的自动设定方法的特征在于，根 据该诊断结果对该移动台或旋转台的动作指令的修正值进行设定或更新。

控制器具备自我诊断程序和下述构件：将照相机定位在成为拍摄对象的移动台或 旋转台的规定部位的定位构件；取得图像的图像取得构件；根据取得图像检测规定部 位的实际位置的位置检测构件；以及对该检测出的位置与登记或存储于控制器的本来 位置的偏移进行计算的计算构件，控制器还具备：根据计算出的偏移计算出工作台和 进给台的各控制轴方向上的修正值的修正值计算构件；以及将计算出的修正值存储到 控制器的规定的存储区域的修正值设定构件。

在机床的运转时间和工件加工数达到预先登记于控制器中的自我诊断间隔之后 的加工动作结束时，调用自我诊断程序。自我诊断程序利用所述定位构件将工作台或 其他旋转台、进给台和照相机移动到测量位置，利用图像取得构件在该位置取得照相 机的图像，利用位置检测构件从该图像中检测出检测对象部位的位置，利用偏移计算 构件检测出检测对象部位自本来应在的位置的偏移。通过多次重复这些操作，求出多 个偏移量。然后，根据这些偏移量计算出工作台和进给台的各控制轴方向上的修正值， 将在控制器中设定的修正值更新成新计算出的修正值。

在上述工序中，当检测或计算出的多个偏移量彼此的差或修正值彼此的差超过预 先登记的阈值时发出警告，并在必要的情况下结束连续加工而停止机床。

根据本发明的自我诊断方法，完全不需要操作员的管理和作业，能够在事前检测 到机床精度降低所引起的不合格件的产生的可能性，因此能够将不合格件的产生防患 于未然。而且，通过在检测到有可能与机床故障关联的机床的松动和变形时发出警告， 能够在事前防止机床故障。

并且，使用设于机床内部的照相机，并通过程序动作来进行诊断的时刻和测量动 作、甚至测量结果的判定，因此不需要操作员熟练，任何人都可以把握当前的机床精 度。

并且，不需要准备用于测定机床的偏移的昂贵的测定器，测量中使用的照相机能 够兼用作工件的定位确认和加工精度测量用的照相机，不会为了测量作业而使机床长 时间停止，因此可以大幅减少测量所需的费用和机床运转的损失。

并且，根据本发明的修正值的自动设定方法，除了发挥上述自我诊断方法的效果 之外，还具有如下效果：能够防止修正值的计算错误和输入错误等人为错误，能够自 动变更修正值而继续连续运转，因此能够维持高的加工精度，同时能够实现由机床运 转率的提高带来的生产率的提高和操作员的作业负担的减轻。

附图说明

图1是周缘加工装置的侧视图。

图2是示出图1的装置的主要的器具配置的俯视图。

图3是示出轮廓加工方式的加工的说明图。

图4是示出取得的照相机的图像的例子的图。

图5是示出连续加工工序的流程图。

图6是示出自我诊断和修正值的设定工序的流程图。

图7是示出大型玻璃板的周缘加工装置的例子的示意性的立体图。

图8是示出小型和中型玻璃板的周缘加工装置的例子的示意性的立体图。

图9是示出移动台的位置测量的现有例的示意图。

图10是示出旋转台的旋转角测量的现有例的示意图。

标号说明

1： 工件轴；

3： 磨具；

4： 控制器；

5： 照相机；

12： 工作台(旋转台)；

15： 主轴马达；

21： 横向进给台(移动台)；

23： 进给装置(横向进给马达)；

A、B： 工作台的角部；

a、b： 刻设于角部的标记；

P： 工作台的中心；

w： 工件。

具体实施方式

以下，以轮廓加工方式的周缘加工装置为例，对本发明的实施方式进行说明。图 是示出这种周缘加工装置的一个例子的图，是在专利文献1中提出的装置，图1是侧 视图，图2是示出主要部分的器具配置的俯视图。

在图中，标号1是工件轴。工件轴1是铅直方向的中空的旋转轴，在上端设有工 作台12，被加工的工件(玻璃板)w以水平姿势保持在工作台12的上表面。通过工 件轴1的中空孔向工作台12的上表面供给负压，工件w以下表面被真空吸附的方式 固定于工作台12。在工件轴1的下端连结有主轴马达(伺服马达)15，该主轴马达 15经由伺服放大器41与控制器4连接，根据控制器4的指令控制工件轴1的旋转角。

在工件轴1的上方设有横向进给台21。横向进给台21被未图示的水平方向的横 向导向件引导成能够自如移动，并螺合于由横向进给马达(伺服马达)23旋转驱动 的横向进给丝杠24。横向进给马达23与控制器4连接，横向进给台21的移动位置 由控制器4控制。

在横向进给台21设有纵向进给台25。纵向进给台25能够自如移动地安装在固 定于横向进给台21的铅直方向的纵向导向件上，并螺合于由纵向进给马达26旋转驱 动的纵向进给丝杠27。

在纵向进给台25轴支承有铅直方向的磨具轴31，在该磨具轴的下端安装有磨具 3。磨具轴31的上端经由齿形带33与磨具驱动马达34连接。在图的装置中，磨具轴 为1根，但也多使用设置有多根磨具轴而能够安装直径或形状不同的多种磨具的装 置。

工件轴1的轴心及磨具轴31的轴心位于与横向进给台21的移动方向平行的同一 铅直面s上。如图3所示，在轮廓加工方式中，通过利用控制器4将横向进给台21 的移动量(即磨具3的移动量)x和工件轴1的旋转角θ相关联地进行控制，从而进 行期望的平面形状的周缘加工。

在横向进给台21的固定位置设有用于取得被搬入到工作台12上的工件的图像的 照相机5。如图2所示，该照相机5设于其光轴通过所述铅直面s的位置。

在工作台12的角部A、B的上表面分别刻设有标记a、b。由于已知该标记a、b 在工作台12上的位置，所以能够通过计算求出在使工作台12旋转而使标记a、b位 于所述铅直面s时的工件轴1的从原点角度旋转的旋转角、和使照相机5的光轴与位 于铅直面s上的标记一致时的横向进给台的移动位置。

因此，利用控制器4使横向进给马达23和主轴马达15旋转，将标记a定位于照 相机5的光轴的位置，并用照相机5取得角部A的图像。图4是示出照相机所取得 的图像的例子的图。能够根据取得的图像检测出标记a的自图像中心的位置。接下来， 将工作台12旋转180度，需要的话移动横向进给台21，将标记b定位于照相机5的 光轴的位置，并用照相机取得角部B的图像。

通过测量这样取得的图像上的标记a、b从照相机光轴的偏移，能够测量出工作 台12的旋转角的误差(自初始位置的偏差)和横向进给台21的定位误差。并且，通 过从相反方向旋转和移动工作台12和横向进给台21，使标记a、b与照相机5的光 轴一致而进行同样的测量，从而根据从相反方向测量时的误差与最初测量时的误差的 差，能够测量出因磨损等产生的机床的松动。

另外，即使在工作台12未刻设有标记a、b的情况下，也能够根据图像上的工作 台的周缘的线的交点检测出工作台12的角。在该情况下，利用将光轴Co定位在工 作台12的作为对象的角A、B应在的位置的照相机5，取得工作台的角部A的图像， 接下来将工作台12旋转180度而取得角部B的图像。作为工作台的边缘的影像的垂 直的2条线段映在取得的图像上，因此能够取得这2条线段的交点在图像上的坐标。

通过比较以上述方式取得的标记a、b或角A、B的顶点的位置，能够进行如下 内容的机床状态的自我诊断和基于该测量结果的修正处理。

(1)在开始使用机床时及之后，按照预先登记于控制器的机床运转时间或按照 加工个数，对工作台的X及Y方向的偏差量进行比较，确认热偏移的状况。并且， 根据偏差量，在控制器自动设定用于修正热偏移的偏差的修正值。

(2)在停止工作台和横向进给台的状态下对同一部位拍摄多次，并比较这些图 像中的标记a、b或角A、B的顶点的位置，由此能够确认机床振动的状态。当比较 出的位置的波动大于预先登记的阈值时，认为例如在横向进给台的驱动系统产生的游 隙增大等，因此发出警告提醒操作人员注意。

(3)将工作台重复定位在相同的角度而拍摄同一部位，比较这些图像中的标记 a、b或角A、B的顶点的位置，由此能够检测出支承工作台的主轴轴承等工作台支承 系统和主轴马达等驱动系统的异常，并在判定为异常时发出警告。

接下来参照图5及图6，说明上述装置中的本发明的自我诊断和机床精度的修正 方法。首先，在开始连续加工之前，在控制器4设置对运转时间进行计时的计时器， 并预先设定实施自我诊断的时间间隔和允许的松动(游隙)的允许值。

在示出连续加工工序的图5中，在开始加工后，控制器4等待来自搬入搬出装置 的工件搬入结束信号。工件被搬入之后，检测以例如专利文献1所述的工序被搬入到 工作台12上的工件w的位置偏差，根据该检测出的位置偏差针对每个工件算出基于 该工件的位置偏差的修正值，并在控制器中进行设定。然后，进行工作台上的1个工 件的加工，加工结束后将结束信号送至搬入搬出装置而等待工件w从工作台12上的 搬出。工件被搬出之后，执行图6中说明的自我诊断程序，恢复控制后若有下一个工 件则回到最初并等待下一个工件的搬入。若没有下一个工件则结束连续加工工序。

图6是自我诊断程序的工序。在该工序中，包括机床精度的修正工序。在开始执 行该工序后，首先，判断利用设于控制器4的运转时间计时器计时的运转时间是否达 到执行自我诊断的时间间隔(步骤61)，如果没有达到则立即结束并返回到连续加工 工序。在达到自我诊断的时间间隔的情况下，使工作台12旋转到预先登记的角度， 并将横向供给台21移动到预先登记的位置而使第1标记a位于照相机5的光轴上(步 骤62)。然后，取得照相机5的图像(步骤63)，根据取得的图像检测标记a，来检 测出自其本来的位置(光轴中心)的偏移(步骤64)。接下来将工作台旋转180度， 并通过取得照相机的图像来检测标记b，以检测出自其应在位置的偏移(步骤65～ 68)。能够根据这2个标记a、b的偏移计算出工作台的旋转角的偏移、和工作台中心 与横向进给台21在X方向(横向进给台的进给方向)及与X方向正交的Y方向上 的偏移，但由于Y方向的偏移对加工精度的影响小，所以求出用于修正工作台角度 与横向进给台的位置偏移的第1修正值并进行存储(步骤69)。

接下来，从相反方向移动工作台12和横向进给台21并通过同样的操作取得标记 a和b的图像，与前述同样地计算出第2修正值(步骤70～77)。而且，当第1和第 2修正值的差大于登记的游隙的允许值时，通过对控制器设定修正值难以将其消除， 因此发出警告以停止运转。如果第1和第2修正值的差在允许值以下，则将它们的修 正值的平均值设定为当前修正值(步骤78)，重置运转时间计时器而返回连续加工工 序。

上述实施例示出的装置和工序是通过工作台的旋转和刀具的只在X方向上的移 动来进行工件的加工的，但在沿X、Y方向移动刀具来进行加工的装置中，根据利用 照相机对设定在工作台上的一个部位进行拍摄而取得的图像来检测X、Y两方向上的 偏移，由此检测出经时变化和热偏差所导致的刀具与工作台的相对位置关系的变化， 自动地将用于修正这些偏移的修正值设定到控制器中。

并且，在上述自我诊断工序中的步骤63和66中，在使机床停止的状态下多次拍 摄同一部位，来检测出这些图像彼此的偏移，由此能够进行机床振动的确认，当该多 次拍摄的图像中的对象物的图像的位置存在超过已设定的允许值的波动时，能够发出 发生某种异常的警告。

并且，重复上述自我诊断工序中的步骤62～67而取得多幅图像，能够确认该图 像彼此的对象物的位置的波动。当该波动大时，认为例如在包括主轴马达15的主轴 的驱动系统、轴支承主轴的轴承、或横向进给台21的驱动系统发生异常，因此即使 在这样的情况下，也能够在该波动的量超过预先设定的允许值时，发出警告来催促机 床的检查。

在上述实施例中说明的机床是基于轮廓加工方式的玻璃板的周缘加工装置，但在 二维平面上移动图7所示的装置和刀具来进行加工的加工中心这样的机床中也可以 采用本发明的方法。特别是在将照相机搭载在沿刀具的切入方向进给的进给台的机床 中，照相机与刀具的相对位置关系不发生变化，可以将检测出的偏移量直接作为该方 向上的修正值，因此本发明的方法特别有效。

如上所述，根据本发明的方法，具有如下效果：不必在已有的装置追加设置检测 器或测量器，仅通过向控制器登记自我诊断程序和各种允许值，并在连续加工中适时 调用自我诊断程序，就能够设定与机床精度的诊断和各个时刻的机床的热偏移等对应 的修正值，而且在自我诊断程序中取得多幅图像并对它们进行相互比较，由此能够发 现机床的异常和故障，不仅能够防止不合格件的产生，还能够在初期阶段发现机床的 磨损和故障。