JP7611288B2 - 加工中における砥石目詰まり非接触検知装置及び検知方法 - Google Patents

Description

本発明は、加工中において砥石の目詰まりや目つぶれの有無を非接触で検知する検知装置及び検知方法に関する。より詳細には、研削盤、ダイサーなどの研削加工機における砥石の目詰まり（砥粒の周囲や砥粒の脱落穴に、被加工物の削りカス等が詰まった状態）や目つぶれ（砥粒の尖端が磨滅、欠損した状態）［双方を含めて、本願において単に「目詰まり」とも言う。］の進行レベルを、加工中の砥石の回転状態において砥石と非接触状態でリアルタイムで監視するために好適な検知装置及び検知方法に関する。

研削加工機の砥石に目詰まりが発生すると、良好な加工ができなくなる。そのため定期的にドレス等を実施して砥石の目立てを行い、砥石を回復させて加工を行う。しかし、頻繁なドレスは効率化の面から考えて望ましくない。従って、効率的なドレスを実施するために加工中の砥石の目詰まりを監視する必要性は高い。

加工中の砥石目詰まり監視のために、従来は、例えば、下記特許文献１に記載されている如く、砥石にかかる負荷を、砥石回転用モータの電流量でモニタリングしている。しかし、特にダイサーなど元々の加工負荷が小さい加工機では、目詰まりによる負荷の変化は極僅かであるため、電流量でのモニタリングは不可能に近い。

また、下記特許文献２には、研削砥石の表面状態を測定する装置が開示されており、その装置においては、回転する砥石の表面に接触子を接触させ、接触子に伝わる振動を振動センサによって検出して、砥石の表面状態を測定するようにしている。この接触子は、砥石の表面に接触、開離可能なように設けられ、その接触、開離動作を、ヒータからの加熱によって変形する形状記憶合金により行わせるようになっている。

しかしながら、このような機械的手段では、研削液や加工屑で汚染されやすい加工領域において動作不良を起こしやすく、砥石の表面に接触、開離を繰り返す接触子は損耗、破損を生じやすい。

また、下記特許文献３には、研削砥石の損耗の有無を、ワークの支持部に取り付けたＡＥセンサ（超音波検出器）によって研削音を採取して電気信号化し、これを波高レベル解析回路及び／又は周波数解析回路を通じて砥石損耗度判定回路に入力し、研削砥石の損耗状態を判定する装置が記載されている。

しかしながら、このような音声信号に基づく砥石の損耗の有無の判定は、環境ノイズや、砥石の材質等の影響を受けやすく、また、周波数解析等に高度の演算が必要となり、損耗状態を加工中にリアルタイムで判定するには困難があった。

さらにまた、下記特許文献４には、本発明のような研削用の砥石ではないが、光の反射を利用して圧延用ロールの表面欠陥の有無を検出する装置等が記載されている。しかしながら、特許文献４の検出装置は、圧延用ロールによる圧延の加工中ではなく、その停止後又は補修後に圧延用ロールの表面検査を行うためのものである。さらに、特許文献４の検出装置等においては、反射光中に含まれる正反射成分や乱反射成分とは無関係に、一律に表面の正常部分と欠陥部分の前記反射光の強さの違いのみに基づいて解析を行い、また、解析のために、複雑な演算処理を行って判定を行うため、加工中にリアルタイムで判定結果を獲得して利用するということは困難であった。

特開平６－３０４８６５号公報 特開２００３－３３４７５６号公報 特開２００６－２８１４０２号公報 特開２００６－２０８３４７号公報

以上の如く、従来技術において、砥石表面の目詰まり状態を加工中に直接的にリアルタイムで的確に測定することは実現されていない。

従って、本発明の目的は、上記従来技術の課題を解決すること、即ち、砥石表面の目詰まり状態を加工中に直接的にリアルタイムで的確に測定できる砥石目詰まり検知装置及び検知方法を提供することにある。

その場合において、加工中の砥石に対して接触測定を実施すると、接触子の損耗や破損を招くため、非接触測定が望ましい。また、砥石自体は金属やレジンなど、多様な材質から構成されているため、電気的な手法での非接触測定は難しい。さらにまた、検知装置の設置位置があまりに砥石の近傍であると接触の危険があるため、砥石と距離をおいて測定することができる手段であることが望ましい。これらの観点から、本発明の測定手段としては光を用いるのが望ましい。

上記目的を達成するための本発明の構成は以下のとおりである。

［１］ 回転させた状態で被加工物と接触させ、これを加工する砥石の目詰まりを非接触で検知する非接触検知装置であって、上記砥石の研削面に投射光を発する投光ユニットと、上記研削面からの反射光を受光する受光センサと、上記受光センサにより検出される正反射成分及び乱反射成分それぞれの受光強度分布に基づいて、上記研削面の目詰まり状態を判別する判別回路と、を備える砥石目詰まり非接触検知装置。
［２］ 上記受光強度分布は、上記正反射成分及び上記乱反射成分によって、上記受光センサ上に形成される反射パターンにより検出される［１］に記載の非接触検知装置。
［３］ 上記砥石と、［１］又は［２］に記載の非接触検知装置と、を備える、加工装置。
［４］ 回転させた状態で被加工物と接触させ、これを加工する砥石の目詰まりを非接触で検知する、非接触検知方法であって、上記砥石の研削面に向けて投光ユニットから投射光を発することと、上記研削面から反射されてくる反射光を受光センサによって受光することと、上記受光センサにより検出される正反射成分及び乱反射成分それぞれの受光強度分布に基づいて、判別回路によって上記研削面の目詰まり状態を判別することと、を含む非接触検知方法。
［５］ 上記受光強度分布は、上記正反射成分及び上記乱反射成分によって、上記受光センサ上に形成される反射パターンにより検出される、［４］に記載の非接触検知方法。

また、本発明の他の構成は、加工中における砥石目詰まり非接触検知装置において、投光用光源を有し、回転する砥石の周辺近くに配置され、加工時において回転中の砥石の研削面のうち被加工物との当接箇所以外の所定位置に向けて投射光を発する投光ユニットと、受光センサを有し、前記回転する砥石の周辺近くで、前記投射光が前記回転中の砥石の前記研削面から反射されてくる反射光を受光し得る位置に配置される受光ユニットと、前記回転中の砥石の前記研削面からの前記反射光を構成する正反射成分及び乱反射成分によって前記受光センサ上に形成される反射パターンに基づいて、前記回転中の砥石の前記研削面の目詰まり状態を判別する判別回路と、を備えたことを特徴とするものである。

上記投光用光源及び受光用センサは、１次元、２次元を問わない。投光用光源は集光効率や強度を考えるとレーザが望ましいが、ＬＥＤなどを用いても良い。また、投光用光源は指向性を有するものであればよく、単色光である必要はない。受光用センサとしては、ＣＣＤ等が好適に用いられるが、これに限定されるものではない。

投光ユニットにより、回転中の砥石の研削面へ投射された光は、当該研削面から反射し、受光センサ上に反射パターンを形成する。その際、目立ち状態（正常状態）と目詰まり状態とでは反射パターンが異なるため、その反射パターンを受光センサにより検知することによってリアルタイムで現在の目詰まり状態を測定することができる。

即ち、目が立っている正常状態では、砥石表面に砥粒がむき出しになっており、微細な凹凸状態を有するため、乱反射する成分が多く、また、加工中は砥石が回転しているため、反射光は受光センサの特定の箇所だけではなく、さまざまな方向へ分散して、なだらかで平均的に広がった範囲を有する反射パターンがＣＣＤ等の受光センサ上に投影される。

他方、目詰まり・目つぶれ状態では、砥石の研削面が比較的に平らで平滑な状態になっているため乱反射成分が少なく、正反射成分が多くなって、比較的狭い範囲に反射光が集まった反射パターンとなる。そのため、反射パターンをモニタリングすることで、目の状態の良否の検知が可能となる。

このように、本発明では、回転中の砥石の前記研削面に向けて投光ユニットから投光し、その回転中の砥石の前記研削面からの反射光の反射パターンによって砥石の目詰まり状態を判別するようにしたので、砥石表面の目詰まり状態を加工中に直接的にリアルタイムで的確に測定することが可能となるものである。

また、この検知動作を、上記のような光学的手段によって砥石とは非接触方式で行うため、接触子を用いた装置のように接触子が破損するということもなく、金属やレジンなど多様な材質から成る砥石に対しても安定した測定を実現できる。

また、前記判別回路の設定値を変更することにより、各種異なった性状の砥石への対応が容易に可能である。

さらに、本発明は、上記のものにおいて、前記判別回路による前記反射パターンの判別基準が、前記受光センサ上への前記反射光の集中度であることを特徴とする。

砥石の研削面における目詰まり部分の増加に伴う平滑面の増加によって、反射光における正反射成分が増加すると共に、乱反射成分が減少し、これにより反射パターンの集中度が高まるため、当該集中度が高いほど目詰まり・目つぶれが多いと判断し得るからである。

さらに、上記のものにおいて、前記反射光の集中度のバロメータを、前記受光センサ上に形成される前記反射パターンの受光強度におけるピーク強度値及び／又は半値幅とすることが推奨される。複雑な演算等を必要とすることなく、簡便で確実性の高いバロメータとなり得るからである。

さらに本発明は、上記目的を達成するため、加工中における砥石目詰まり非接触検知装置において、投光用光源を有し、回転する砥石の周辺近くに配置され、加工時において回転中の砥石の研削面のうち被加工物との当接箇所以外の所定位置に向けて投射光を発する投光ユニットと、受光センサを有し、前記回転する砥石の周辺近くで、前記投射光が前記回転中の砥石の前記研削面から反射されてくる反射光を受光し得る位置に配置される受光ユニットと、前記回転中の砥石の前記研削面からの前記反射光の特性と、前記研削面が正常状態にあるときの同様に回転中の反射光の当該特性との相関係数に基づいて、前記回転中の砥石の前記研削面の目詰まり状態を判別する判別回路と、を備えたことを特徴とするものである。

これにより、相関係数を求めるべき反射光の特性として、さまざまな種類の特性を採用できるため、各種の観点から目詰まり状態の検知を行い得るという利点が得られる。

上記装置において、前記相関係数を求めるべき前記反射光の特性として、スペクトルを採用することが推奨される。

スペクトルであれば、前記受光センサにおいて検知される３原色の出力データに基づいて所定の波長成分の光量等を直接検知して判別でき、特別の部品を追加する必要がないという利点がある。

さらに、上記のものにおいて、前記判別回路が所定値以上のレベルの目詰まりを検出したとき、その出力信号に基づいて加工停止信号及び／又は警報発令信号を発生する警報回路を更に備えることが推奨される。

これにより、目詰まりした砥石を使用し続けることによる不良製品の発生を効果的に防止できる。

さらに、上記のものにおいて、前記投光ユニットが、前記投光用光源からの光線を集光し平行光として前記投射光を形成する光学要素を備えることが望ましい。

これにより、砥石の前記研削面への投光量を高め、前記研削面からの正反射及び乱反射の形成を適正化できるためである。

さらに、上記のものにおいて、前記受光ユニットが、前記回転中の砥石の前記研削面からの前記反射光を集光し、前記受光センサ上に結像させるための集光要素を備えることが望ましい。

これにより、前記受光センサ上に適正な反射パターンが形成され、検知精度を向上させ得るためである。

さらに本発明は、前記目的を達成するため、加工中における砥石目詰まり非接触検知方法において、加工時において回転中の砥石の研削面のうち被加工物との当接箇所以外の所定位置に向けて投光ユニットから投射光を発し、前記回転する砥石の周辺近くで、前記投射光が前記回転中の砥石の前記研削面から反射されてくる反射光を受光する受光センサを有する受光ユニットによって受光し、前記反射光を構成する正反射成分及び乱反射成分によって前記受光センサ上に形成される反射パターンに基づいて、判別回路によって前記回転中の砥石の前記研削面の目詰まり状態を判別することを特徴とするものである。

これにより、前記非接触検知装置の場合と同様に、前記投光ユニットから回転中の砥石の研削面へ投射された光は、当該研削面で反射され、受光センサ上に反射パターンを形成し、その際、正常状態と目詰まり状態とでは反射パターンが異なるため、その反射パターンを受光センサで検知することによって、現在の目詰まり状態の程度や有無をリアルタイムで測定することができる。

さらに、本発明は、上記のものにおいて、前記判別回路による前記反射パターンの判別基準が、前記受光センサ上への前記反射光の集中度であることを特徴とする。

前記の如く、目詰まり部分の増加に伴う平滑面の増加によって、反射パターンの集中度が高まるため、集中度が高いほど目詰まりが多いと判断できるからである。

さらに、上記のものにおいて、前記反射光の集中度のバロメータが、前記受光センサ上に形成される前記反射パターンの受光強度におけるピーク強度値及び／又は半値幅であることを特徴とする。

前記の如く、複雑な演算等を必要とせず、簡便で確実性の高いバロメータとなり得るからである。

さらに本発明は、前記目的を達成するため、加工中における砥石目詰まり非接触検知方法において、加工時において回転中の砥石の研削面のうち被加工物との当接箇所以外の所定位置に向けて投光ユニットから投射光を発し、前記回転する砥石の周辺近くで、前記投射光が前記回転中の砥石の前記研削面から反射されてくる反射光を受光する受光センサを有する受光ユニットによって受光し、前記回転中の砥石の前記研削面からの前記反射光の特性と、前記研削面が正常状態にあるときの同様に回転中の反射光の当該特性との相関係数に基づいて、判別回路によって前記回転中の砥石の前記研削面の目詰まり状態を判別することを特徴とする。

これにより、前記の如く、相関係数を求めるべき反射光の特性として、さまざまな種類の特性を採用できるため、各種の観点から目詰まり状態の検知を行い得るという利点が得られる。

さらに、上記のものにおいて、前記相関係数を求めるべき前記反射光の特性がスペクトルであることを特徴とする。

反射光のスペクトルには、反射体の性状が反映され、また、スペクトルであれば、前記の如く、前記受光センサにおいて検知される３原色の出力データに基づいて所定の波長成分の光量等を直接検知して判別でき、特別の部品等を追加する必要がないという利点がある。

本発明によれば、実際の研削加工時に回転中の砥石の研削面に向けて投光ユニットから投光し、その回転中の砥石の前記研削面からの反射光の反射パターンによって砥石の目詰まり状態を判別するようにしたので、砥石表面の目詰まり状態を加工中に直接的にリアルタイムで的確に測定することが可能となる。これにより、目詰まりした砥石を使用し続けることによる不良製品の発生を効果的に防止できる。また、上記検知動作を、上記のような光学的手段によって砥石とは非接触方式で行うため、接触子を用いた装置のように接触子が破損するということもなく、金属やレジンなど多様な材質から成る砥石に対しても安定した測定を実現できる。さらに、本発明装置は構成要素が少ないため、コンパクトに構成でき、研削盤等の加工機への設置位置の自由度が高く、故障原因も少ない。また、前記判別回路の設定値を変更することにより、各種異なった性状の砥石への対応が容易に可能である。

本発明の一実施形態に係わる砥石目詰まり非接触検知装置の構成イメージ図 正常状態の砥石の研削面の拡大断面イメージ図 目詰まり・目つぶれ状態の砥石の研削面の拡大断面イメージ図 正常状態の砥石の研削面の反射状態を示す拡大断面イメージ図 正常状態の砥石の研削面の正反射する箇所を示す拡大断面イメージ図 目詰まり・目つぶれ状態の砥石の研削面の反射状態を示す拡大断面イメージ図 目詰まり・目つぶれ状態の砥石の研削面の正反射する箇所を示す拡大断面イメージ図 砥石の研削面が正常状態の場合に受光センサ上に形成される反射パターンのイメージ図 砥石の研削面が目詰まり・目つぶれ状態の場合に受光センサ上に形成される反射パターンのイメージ図 新品の砥石の正常状態における研削面の拡大写真 使用後の砥石の目詰まり・目つぶれ状態における研削面の拡大写真

以下、本発明に係る砥石目詰まり非接触検知装置の好適な実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、本発明は、図示した実施形態に限定されず、特許請求の範囲に記載の範囲内における各種の変更実施形態を包摂するものである。

図１には、例えば半導体ウエハ等の被加工物８を研削加工する際に、回転中の砥石７の研削面７ａ（図示の実施形態の場合、砥石７の外周面）の目詰まり状態を、本発明に係る非接触検知装置１によってリアルタイムでモニタリングする状態を示している。図示する如く、本発明の非接触検知装置１は、回転する砥石７の周辺近くに、砥石７とは非接触状態で配置される投光ユニット２及び受光ユニット３と、判別回路４と、警報回路５とを有する。

砥石７は、図示した状態において砥石回転軸７ｅを中心に時計方向に回転し、その研削面７ａの一部の被加工物８との当接箇所７ｂにおいて被加工物８と当接し、被加工物８の被加工部８ａを研削加工するようになっている。上記研削面７ａのうち被加工物８との当接箇所７ｂ以外の所定位置を投射部７ｃとして、前記投光ユニット２からの投射光２ｆが投射される。被加工物８を研削加工する砥石７の研削面７ａは、図示例のように砥石７の外周面である以外に、加工目的や加工対象に応じて砥石７の平坦な側面やエッジ部である場合もある。

投光ユニット２は、レーザ、ＬＥＤ等の投光用光源２ａと、集光レンズ２ｃやスリット板２ｄ、２ｄ等から成る光学要素２ｂと、ケーシング２ｅ等とから構成され、前記の如く、砥石７の周辺近くに、砥石７とは非接触状態で設けられる。投光用光源２ａは必ずしも単色光である必要はなく、１次元、２次元も問わない。投光用光源２ａからの光は集光レンズ２ｃにより集光され、平行光線とされたのち、スリット板２ｄ、２ｄを通じて指向性を有する所定径の投射光２ｆとなって、前記の如く、砥石７の研削面７ａ上の一点である投射部７ｃに投射される。投射光２ｆの光束径や放射方向は一定に保持されているが、その投射部７ｃは、砥石７の回転により前記研削面７ａ上を周方向にスキャン若しくはトレースして行くことになる。光学要素２ｂは図示したものに限定されず、各種公知の手段を用いることができ、投光用光源２ａ自体が指向性を有する一定径の光束を発するものである場合は、光学要素２ｂを設けなくてもよい。

投射光２ｆの投射位置、即ち、投射部７ｃの前記研削面７ａ上での位置は、加工時に研削面７ａが被加工物８と当接する当接箇所７ｂ（そこに研削液を流す場合は、当接箇所７ｂの直近領域を含む）以外であれば、任意の位置でよく、研削面７ａが研削液で濡れていても特に支障はない。

投射ユニット２から発せられた投射光２ｆは、砥石７上の前記投射部７ｃに投射され、当該投射部７ｃにおいて反射されて、反射光２ｇ、２ｈ、２ｉを形成する。その際、投射部７ｃの表面状態に応じて、正反射と乱反射を生じる。即ち、図示した例において、投射部７ｃが平滑面である場合には、投射光２ｆは、投射部７ｃにおける法線７ｄに対する入射角αと等しい反射角αをもって正反射する反射光２ｇ（図中、実線で示す）、即ち、正反射成分としての反射光２ｇとなって出射する。他方、投射部７ｃが粗面である場合には、投射光２ｆは、投射部７ｃの粗面においてさまざまな方向へ乱反射する反射光２ｈ、２ｉ（図中、破線で示す）、即ち、乱反射成分としての反射光２ｈ、２ｉとなって出射する。

図２～図７を参照して後述するように、砥石７の研削面７ａが正常な場合には、当該研削面には砥粒が目立っていて、目詰まりや目つぶれがなく、その表面は粗面であって、平滑な部分は少なく、したがって、前記投射光２ｆは乱反射成分の反射光２ｈ、２ｉとして出射する割合が多く、正反射成分は少ない。一方、研削加工を続けて、研削面７ａが磨滅等することにより目詰まり、目つぶれを生じた場合には、当該研削面７ａは平滑化して、粗面ではなくなり、したがって、前記投射光２ｆが乱反射成分の反射光２ｈ、２ｉ（図中、破線で示す）として出射する割合が減少し、正反射成分としての反射光２ｇ（図中、実線で示す）の割合が増加する。

そこで、本発明の図示した実施形態においては、上記正反射成分としての反射光２ｇや、上記乱反射成分としての反射光２ｈ、２ｉを受光できる位置に、それらを受光可能なサイズの受光センサ３ａを有する受光ユニット３を配置し、これらの反射光によって形成される反射パターンに基づいて、回転中の砥石７の目詰まり状態を、判別回路４により判別するように構成する。

即ち、ＣＣＤ等から成る受光センサ３ａ上に形成される前記反射光２ｇ、２ｈ、２ｉ等による反射パターンは、図１中に参照用反射パターングラフ６として例示するような受光強度の曲線６２を呈する。即ち、この曲線６２は、図８及び図９を参照して後述するように、受光センサ３ａ上における正反射成分の受光位置を中心原点とする受光強度の曲線であり、反射光が中央領域に集中している程、反射光中での正反射成分が増加し乱反射成分が減少していること、即ち、砥石の表面の目詰まり状態が進行、悪化していることを示している。そこで、この反射パターンの中央領域への集中度を判別回路４によって判別することにより、砥石の表面の目詰まりのレベルを検知できるものである。例えば、ラインセンサ型の受光センサ３ａの出力データから受光センサ上の座標ごとの受光強度を検知し、その中心原点におけるピーク強度値が、予め設定したレベルに達しているか否かを判別回路４において判別し、そのレベルを超えているときは反射光中での正反射成分が所定レベルを超え、目詰まりが所定レベルを超えていると判別し得るものである。判別基準は、反射パターンの受光強度における上記ピーク強度値ｈ（図８、図９参照）に限らず、後述する半値幅ｗ等であってもよい。また、受光センサ３ａは、ラインセンサ型（１次元）に限らず、２次元のものでもよい。

なお、受光センサ３ａの前部には、前記反射光２ｇ、２ｈ、２ｉを集光し、前記受光センサ３ａ上に結像させるための集光要素３ｂを設けることが推奨される。

さらにまた、図１に示す如く、判別回路４の出力信号に基づいて作動する警報回路５を設け、判別回路４が砥石７の目詰まりを検出したとき、その出力信号に基づいて加工停止信号及び／又は警報発令信号を発生する警報回路５を設けることが推奨される。当該加工停止信号を加工機の制御装置に送って自動的に加工を停止し、研削不良品等の発生を防止すると共に、砥石の自動交換を行ったり、上記警報発令信号に基づいて警報を発して、オペレーターの注意を喚起するためである。

次に、図２～図９を参照しつつ、砥石の研削面７ａの正常状態と目詰まり・目つぶれ状態の比較と、反射パターンの変化について説明する。

図２は、正常状態（目立ち状態）の砥石の研削面７ａの拡大断面イメージ図である。砥石７は、レジン、金属等からなるバインダー７ｆ中に、ダイヤモンド粒子、アルミナ粒子等から成る砥粒７ｇ、７ｇを混入、固定させて成り、砥石７の研削面７ａの表面には多数の砥粒７ｇ、７ｇの尖端が突出して目立ち状態にあると共に、砥粒脱落穴７ｈ、７ｈも多数存在している。また、砥粒７ｇ、７ｇの尖端や砥粒脱落穴７ｈ、７ｈの中間には、バインダー７ｆの頂部の平滑面７１、７１も露出している。このような正常状態（目立ち状態）における研削面７ａは全体的に表面粗さの粗い粗面状態にあり、砥石７の回転によって砥石７が図２中の矢符Ａ方向に連続移動するとき、砥石７の研削面７ａが前記被加工物８と当接する当接箇所７ｂ（図１参照）においては、被加工物８が効率良く研削加工されるものである。

図３は、目詰まり・目つぶれ状態の研削面７ａの拡大断面イメージ図である。この状態において、砥石７の研削面７ａは、前記被加工物を加工したことにより、図１中のＢ－Ｂ線で示す位置まで摩耗して、表面に突出していた砥粒７ｇ、７ｇの尖端は削れたり、磨滅、欠損した状態（目つぶれ状態）になり、砥粒７ｇ、７ｇの頂部には平滑面７３、７３が形成されている。また、前記砥粒脱落穴７ｈ、７ｈ内や砥粒の横には削りカスなどが詰まっている状態（目詰まり状態）になって、目詰まり部７ｉ、７ｉが発生している。その状態で、バインダー７ｆの頂部には平滑面７２、７２が形成され、また、目詰まり部７ｉ、７ｉの頂部にも平滑面７４、７４が形成されている。これにより、砥石７は、加工を継続するには不適で、交換又はドレスが必要な状態となっている。

図４には、前記図２で示した砥石７の研削面７ａの正常状態における反射状態を示す。このような目詰まりや目つぶれのない正常状態において、前記投光ユニット２から発せられた投射光２ｆが、矢符Ａの方向へ連続移動する砥石７の研削面７ａに投射されたとき、砥石の移動に伴って、投射光２ｆは前記バインダー頂部の平滑面７１、７１においては正反射して、実線で示す正反射成分としての反射光２ｇとなって前記受光ユニット３へ向かうが、それ以外の箇所へ投射された投射光２ｆは、破線で示す乱反射成分としての反射光２ｈ、２ｉ等となって前記受光ユニット３へ向かう（図１を併せて参照）。

このような砥石７の目詰まりや目つぶれのない正常状態における研削面７ａの正反射発生箇所を、分かりやすく破線による指標７５、７５で示したのが図５である。即ち、図５における指標７５、７５は、図２及び図４のような研削面７ａの正常状態において正反射を生じるバインダー頂部の平滑面７１、７１に対応する位置に破線を引いて示したものである。このように、砥石の正常状態においては、表面粗さが粗いため乱反射成分が多い状態になる。

一方、図６には、前記図３で示した砥石７の目詰まり・目つぶれ状態の反射状態を示す。このような目詰まりや目つぶれ状態において、前記投光ユニット２から発せられた投射光２ｆが、矢符Ａの方向へ連続移動する砥石７の研削面７ａに投射されたとき、砥石の移動に伴って、投射光２ｆは前記バインダー頂部の平滑面７２、７２、砥粒頂部の平滑面７３、７３、目詰まり頂部の平滑面７４、７４においては正反射して、正反射成分としての反射光２ｇとなって前記受光ユニット３へ向かい、それ以外の箇所へ投射された投射光２ｆは、乱反射成分としての反射光２ｈ等となって前記受光ユニット３へ向かう（図１を併せて参照）。

このような図６に示した砥石７の目詰まり・目つぶれ状態における研削面７ａの正反射発生箇所を、分かりやすく破線による指標７６、７６で示したのが図７である。即ち、図７における指標７６、７６は、図３及び図６のような研削面７ａの目詰まり・目つぶれ状態において正反射を生じるバインダー頂部の平滑面７２、７２、砥粒頂部の平滑面７３、７３、目詰まり頂部の平滑面７４、７４に対応する位置に破線を引いて示したものある。このように、砥石の目詰まり・目つぶれ状態においては、表面が平滑な部分が多いため正反射成分が多い状態になる。

図５の砥石が正常状態の場合の正反射発生部の指標７５、７５の合計長さは全体の約５２％であるのに対して、図７の砥石が目詰まり・目つぶれ状態の場合の正反射発生部の指標７６、７６の合計長さは全体の約９２％であり、砥石が正常状態の場合に比べて、目詰まり・目つぶれ状態の場合の方が、反射光中の正反射成分の割合が高いことが理解できる。

このような砥石７の研削面７ａからの反射光における正反射成分と乱反射成分の割合の違いに基づいて受光センサ３ａで得られる反射パターンが変化することを示したのが、図８と図９である。

即ち、図８に、砥石の研削面７ａが正常状態の場合に前記受光センサ３ａで得られる反射パターン６１のイメージを示す。これは受光センサ上の座標を横軸に、受光強度を縦軸にしたグラフである。座標中心は正反射位置としている。前記の如く研削面７ａが正常状態では乱反射成分が多いため反射パターン６１のピーク強度値ｈは低く、半値幅ｗ（所定の受光強度０．１における半値幅ｗ）は広いパターンとなる。また、砥石が回転している状態で得られる受光強度であるため特定箇所に強い成分が存在することはなく、平均的な滑らかな分布となる。

一方、図９には、砥石の研削面７ａが目詰まり・目つぶれ状態の場合に前記受光センサ３ａで得られる反射パターン６２のイメージを示す。座標などは図8と同一である。研削面７ａが目詰まり・目つぶれ状態では、前記の如く正反射成分が多いため反射パターン６２のピーク強度値ｈは高く、半値幅ｗ（所定の受光強度０．１における半値幅ｗ）は狭いパターンとなる。砥石が回転している状態で得られる受光強度であるため平均的な滑らかな分布となる。

そこで、前記のように、この反射パターン６１や６２の中央領域（正反射成分量を示す領域）への集中度を判別回路４によって判別することにより、砥石の表面の目詰まりのレベルを検知できるものである。即ち、前記の如く、例えばＣＣＤ等の受光センサ３ａの出力データから受光センサ上の座標ごとの受光強度を検知し、その中心原点における前記ピーク強度値ｈが、予め設定したレベルに達しているか否かを判別回路４において判別し、そのレベルを超えているときは反射光中での正反射成分が所定レベルを超え、目詰まりが所定レベルを超えていると判別し得るものである。判別基準は、上記ピーク強度値ｈに限らず、前記半値幅ｗであってもよい。或いはまた、前記ピーク強度値ｈと半値幅ｗとの双方としたり、若しくは双方の比率であっても良い。即ち、前記反射光の集中度のバロメータとして、前記反射パターンの受光強度におけるピーク強度値及び／又は半値幅を用いることができる。このように本発明では、特に演算等を行うことなく、受光センサ３ａで得られる反射パターン６１や６２のピーク強度値ｈや半値幅ｗを読み取り、それらが所定レベルに達しているか否かを判別回路４で判別するだけで、目詰まりのレベルを判定できるものである。

図１０は、新品の砥石の研削面７ａの正常状態における拡大写真であり、バインダー部分の目詰まりや、砥粒の目つぶれは存在しないことが理解できる。これに対して、図１１は、使用後の砥石の研削面７ａの目詰まり・目つぶれ状態における表面の拡大写真であり、バインダー部分の目詰まり（長い直線状の条痕部分）や、砥粒の目つぶれ（点状に白く光った部分）が生じていることが理解できる。本発明では、このような目詰まり部分や、目つぶれ部分から正反射成分を多く含む反射光が生じることを利用して、上記の如く、研削面７ａの目詰まり・目つぶれ状態を加工中に非接触でリアルタイムに検知することが可能となる。

上記のように、正常状態の砥石と、目詰まり等を生じた砥石とでは、表面性状の違いにより反射パターンに違いが出るため、反射パターンにおける前記ピーク強度値ｈあるいは半値幅ｗなどを読み取ることにより目詰まり状態の監視を行うことができる。その場合、砥石が静止しているとスポット的な反射が存在し、測定の妨げとなるため、上記の如く回転中での測定が望ましい。そして上記のような構成であれば、複雑な演算等を必要とすることなく、簡便な光学手段及び回路手段により、加工のため砥石を回転させたままで、非接触でリアルタイムに目詰まり等のモニタリングをすることができる。
また、装置全体としても構成要素が少ないため、加工装置への取付位置の自由度が高く、例えば加工面の反対側などに設置することも容易であり、故障原因も低減する。

さらに、本発明は、上記のように正反射成分と乱反射成分とから成る反射光の上記の如きピーク強度や半値幅などにより目詰まり状態のレベルを判別するという構成のみに限定されるものではない。

即ち、本発明の上記とは別の形態においては、上記の場合と同様に、投光ユニット２及び受光ユニット３を設けるが、上記とは異なり、判別回路４において、回転中の砥石の研削面７ａからの反射光の特性と、研削面が正常状態にあるときの同様に回転中の反射光の当該特性との相関係数に基づいて、前記回転中の砥石の目詰まり状態を判別するように構成するものである。前記相関係数を求めるべき前記反射光の特性としては、反射光のスペクトルを採用することが望ましい。そのような相関係数を用いることにより、正常状態のスペクトルに対して、加工中の回転砥石からの反射光のスペクトルの測定結果がどの程度一致するかを数値的に解析でき、これにより、砥石の目詰まり状態を非接触で判別することが可能である。反射光のスペクトルには、反射体の性状が反映されるためである。

そのような構成であると、相関係数を求めるべき反射光の特性として、さまざまな種類の特性を採用対象とできるため、各種観点から目詰まり状態の検知を行い得るという利点がある。また、反射光のスペクトルは、前記受光センサにおいて検知される３原色の出力データとして入手できるので、特別の部品を追加する必要がないという利点がある。必要に応じて、前記集光要素３ｂ中に分光手段やフィルタ等を含ませるようにしてもよい。

本発明は上記構成を有することにより、次のような多くの産業上の利用可能性を有する。即ち、砥石の研削面の目詰まり状態を加工中に直接的にリアルタイムで的確に測定することが可能となる。これにより、目詰まりした砥石を使い続けることによる不良製品の発生を効果的に防止できる。また、前記検知動作を、前記のような光学的手段によって砥石とは非接触方式で行うため、接触子を用いた装置のように接触子が破損したり損耗したりするということもなく、金属やレジンなど多様な材質から成る砥石に対しても安定した測定を実現できる。更にまた、構成要素が少ないため、コンパクトに構成でき、研削盤等の加工機への設置位置の自由度が高く、故障原因も少ない。また、前記判別回路の設定値を変更することにより、各種異なった性状の砥石への対応が容易に可能である。

１ 非接触検知装置
２ 投光ユニット
２ａ 投光用光源
２ｂ 光学要素
２ｃ 集光レンズ
２ｄ、２ｄ スリット板
２ｅ ケーシング
２ｆ 投射光
２ｇ 正反射成分としての反射光
２ｈ、２ｉ 乱反射成分としての反射光
３ 受光ユニット
３ａ 受光センサ
３ｂ 集光要素
４ 判別回路
５ 警報回路
６ 参照用反射パターングラフ
６１、６２ 反射パターン
７ 砥石
７ａ 研削面
７ｂ 被加工物との当接箇所
７ｃ 投射部
７ｄ 法線
７ｅ 砥石回転軸
７ｆ バインダー
７ｇ 砥粒
７ｈ 砥粒脱落穴
７ｉ 目詰まり部
７１ 砥石の正常状態におけるバインダー頂部の平滑面
７２ 砥石の目詰まり状態におけるバインダー頂部の平滑面
７３ 砥石の目つぶれ状態における砥粒頂部の平滑面
７４ 砥石の目詰まり状態における目詰まり頂部の平滑面
７５ 砥石の正常状態における正反射発生箇所を示す指標
７６ 砥石の目詰まり状態における正反射発生箇所を示す指標
８ 被加工物
８ａ 被加工部
ｈ ピーク強度値
ｗ 半値幅

Claims (3)

1. 回転させた状態で被加工物と接触させ、これを加工する砥石の目詰まりを非接触で検知する非接触検知装置であって、
   前記砥石の研削面に投射光を発する投光ユニットと、
   前記研削面からの反射光を受光する受光センサと、
   前記受光センサにより検出される正反射成分の中央領域への集中度及び／又は乱反射成分の受光強度分布に基づいて、前記研削面の目詰まり状態を判別する判別回路と、を備え、
   前記正反射成分の中央領域への集中度及び／又は前記乱反射成分の受光強度分布は、前記受光センサ上に形成される反射パターンにより検出され、
   前記判別回路は、前記反射パターンにおける正反射成分の受光位置である中心原点におけるピークのピーク強度値が所定のレベルを超える場合に、前記目詰まり状態と判別するか、及び／又は、前記ピークの半値幅が所定のレベルに満たない場合に、前記目詰まり状態と判別する、砥石目詰まり非接触検知装置。
2. 前記砥石と、
   請求項１に記載の非接触検知装置と、を備える、加工装置。
3. 回転させた状態で被加工物と接触させ、これを加工する砥石の目詰まりを非接触で検知する、非接触検知方法であって、
   前記砥石の研削面に向けて投光ユニットから投射光を発することと、
   前記研削面から反射されてくる反射光を受光センサによって受光することと、
   前記受光センサにより検出される正反射成分の中央領域への集中度及び／又は乱反射成分の受光強度分布に基づいて、判別回路によって前記研削面の目詰まり状態を判別することと、を含み、
   前記正反射成分の中央領域への集中度及び／又は前記乱反射成分の受光強度分布は、前記受光センサ上に形成される反射パターンにより検出され、
   前記反射パターンにおける正反射成分の受光位置である中心原点におけるピークのピーク強度値が所定のレベルを超える場合、及び／又は、前記ピークの半値幅が所定のレベルに満たない場合に、前記目詰まり状態と判別される、非接触検知方法。