特開 2022-146290 ツールホルダ装着状態検出方法及び装置、並びに工作機械

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022146290

(43)【公開日】2022-10-05

(54)【発明の名称】ツールホルダ装着状態検出方法及び装置、並びに工作機械

(51)【国際特許分類】

   B23Q 17/00 20060101AFI20220928BHJP

   B23Q 3/155 20060101ALI20220928BHJP

【ＦＩ】

B23Q17/00 B

B23Q3/155 F

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021047175

(22)【出願日】2021-03-22

(71)【出願人】

【識別番号】000151494

【氏名又は名称】株式会社東京精密

(74)【代理人】

【識別番号】100163533

【弁理士】

【氏名又は名称】金山 義信

(72)【発明者】

【氏名】杉本 桂太郎

(72)【発明者】

【氏名】島田 夏希

【テーマコード（参考）】

3C002

3C029

【Ｆターム（参考）】

3C002HH06

3C002KK04

3C002LL01

3C029EE05

(57)【要約】

【課題】ツールホルダのフランジ部の切欠き及び精度に係らず、正常状態形状データ（マスタデータ）と、実稼働形状データ（測定データ）との位相を高精度に合わせる。
【解決手段】ツールホルダ装着状態検出装置において、フランジ部１１Ｂの形状を測定するセンサ１と、予め正常装着状態で測定した正常状態形状データに基づくマスタデータ３１と測定データ３２とをそれぞれ離散フーリエ変換して位相成分のみを抽出し、得られた位相差信号を逆離散フーリエ変換することで位相限定相関関数を算出する位相限定相関関数算出手段３０と、位相限定相関関数より、マスタデータ３１と測定データ３２との位相ずれ量を求める波形位置検出手段３６と、位相ずれ量に基づいて、マスタデータ３１と測定データ３２との位相合わせを行う波形位置合わせ手段３７と、位相合わせを行った後に装着異常の判定を行う装着異常の判定手段３８とを備える。
【選択図】図６

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ツールホルダが主軸に正常に装着されたかを示す装着異常の判定を行うツールホルダ装着状態検出方法であって、
前記ツールホルダのフランジ部における外周面の形状を測定するセンサを設け、予め正常装着状態で測定した正常状態形状データに基づくマスタデータと、実際に測定された実稼働形状データである測定データと、をそれぞれ離散フーリエ変換して位相成分のみを抽出し、得られた位相差信号を逆離散フーリエ変換することで位相限定相関関数を算出し、
算出された前記位相限定相関関数より、前記マスタデータと前記測定データとの位相ずれ量を求め、
前記位相ずれ量に基づいて、前記マスタデータと前記測定データとの位相合わせを行い、前記位相合わせを行った前記マスタデータと前記測定データとに基づいて装着異常の判定を行うことを特徴とするツールホルダ装着状態検出方法。

【請求項2】

前記フランジ部に切欠きがある場合は、前記切欠きを補間した前記マスタデータと前記測定データとを前記離散フーリエ変換することを特徴とする請求項１に記載のツールホルダ装着状態検出方法。

【請求項3】

前記マスタデータは、
予め正常装着状態で前記ツールホルダを装着し、１周分の前記測定データを回転角度に対応させた前記正常状態形状データとすることを特徴とする請求項１又は２に記載のツールホルダ装着状態検出方法。

【請求項4】

前記マスタデータは、
前記ツールホルダを用いて、前記フランジ部の外周面を前記センサで測定したデータを複数得て、それに基づいて統計的に修正等を行い作成したことを特徴とする請求項１又は２に記載のツールホルダ装着状態検出方法。

【請求項5】

前記位相合わせを行った前記マスタデータと前記測定データに対して、離散フーリエ変換を行い、装着異常の判定は、それぞれの１山成分の振幅と位相を算出して行うことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のツールホルダ装着状態検出方法。

【請求項6】

ツールホルダが主軸に正常に装着されたかを示す装着異常の判定を行うツールホルダ装着状態検出装置において、
前記ツールホルダのフランジ部における外周面の形状を測定するセンサと、
予め正常装着状態で測定した正常状態形状データに基づくマスタデータと、実際に測定された実稼働形状データである測定データと、をそれぞれ離散フーリエ変換して位相成分のみを抽出し、得られた位相差信号を逆離散フーリエ変換することで位相限定相関関数を算出する位相限定相関関数算出手段と、
算出された前記位相限定相関関数より、前記マスタデータと前記測定データとの位相ずれ量を求める波形位置検出手段と、
前記位相ずれ量に基づいて、前記マスタデータと前記測定データとの位相合わせを行う波形位置合わせ手段と、
前記位相合わせを行った前記マスタデータと前記測定データとに基づいて装着異常の判定を行う装着異常の判定手段と、
を備えたことを特徴とするツールホルダ装着状態検出装置。

【請求項7】

前記フランジ部に切欠きがある場合、前記位相限定相関関数算出手段は、前記切欠きを補間した前記マスタデータと前記測定データとを前記離散フーリエ変換することを特徴とする請求項６に記載のツールホルダ装着状態検出装置。

【請求項8】

ツールホルダが主軸に正常に装着されたかを示す装着異常の判定を行うツールホルダ装着状態検出装置が組み込まれた工作機械において、
前記ツールホルダのフランジ部における外周面の形状を測定するセンサと、
前記センサで測定された形状データに基づき、前記ツールホルダの装着状態を検出するデータ処理装置と、を備え、
前記データ処理装置は、
予め正常装着状態で測定した正常状態形状データに基づくマスタデータと、実際に測定された実稼働形状データである測定データと、をそれぞれ離散フーリエ変換して位相成分のみを抽出し、得られた位相差信号を逆離散フーリエ変換することで位相限定相関関数を算出する位相限定相関関数算出手段と、
算出された前記位相限定相関関数より、前記マスタデータと前記測定データとの位相ずれ量を求める波形位置検出手段と、
前記位相ずれ量に基づいて、前記マスタデータと前記測定データとの位相合わせを行う波形位置合わせ手段と、
前記位相合わせを行った前記マスタデータと前記測定データとに基づいて装着異常の判定を行う装着異常の判定手段と、
を備えたことを特徴とする工作機械。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ＮＣ（数値制御）加工機やマシニングセンタをはじめとするワーク（加工対象物、測定対象物）の加工を行う工作機械に係り、特に、工具を適宜選択して着脱する自動工具交換（ＡＴＣ）装置を備え、工具が取り付けられるツールホルダが主軸に正常に装着されたかを示す装着異常の判定を行うツールホルダ装着状態検出方法及び装置、並びに工作機械に関する。

【背景技術】

【0002】

マシニングセンタ（ＭＣ）は、加工工程に従って各種工具を自動的に選択し、主軸に自動で装着して多種類の加工を行う装置である。このＭＣにおいて、工具の交換は自動工具
交換（ＡＴＣ：オートツールホルダチェンジ）装置で行われ、ＡＴＣ装置は工具が取り付けられたツールホルダを工具マガジンから自動で取り出し、主軸に自動で装着する。工具が取り付けられたツールホルダは、円錐状の嵌合部を有しており、この嵌合部を主軸に形成された円錐状の被嵌合部に嵌合させて装着されるが、この嵌合する部分に切り屑などが付着すると、軸が曲がって装着される。そして、この状態で加工を行うと、工具に振れが発生し、ワークの加工精度が著しく低下する。

【0003】

マシニングセンタは、工作テーブルを高速で回転させ、主軸にバイトを取り付けて旋削ができるものや、工具の代わりに寸法計測用のプローブを搭載する機種も登場してきている。加工対象物の加工途中や一応の加工処理が終了した時点で、自動測定するには寸法計測用のプローブを搭載することが望ましい。特に、ワークの加工誤差を加工処理に反映できるようにするため、測定用の光を出力する光源及び検出を行う光検出手段を有する光学式測定器を、マシニングセンタの工具主軸位置に装着、脱着が可能にすることが知られている。

【0004】

特許文献１は、プローブが装着されたツールホルダのフランジ部における外周面の形状を測定するセンサを設け、予め正常装着状態で測定した形状データである正常状態形状データと、実稼働中の測定において測定した実稼働形状データとの差に基づいて、装着異常と判定することを記載している。

【0005】

また、特許文献２は、正常状態形状データ及び実稼働形状データに対してＦＦＴ解析を行い、それぞれの１山成分の振幅と位相を算出して、真の偏心量を求め、それに基づいて装着異常の判定を行うことを記載している。

【0006】

さらに、特許文献３は、ツールホルダのフランジ部に２つの切欠きがある場合、センサが所定周期で検出したフランジ外周面の表面位置の検出データを補間処理して、所定周期より短い補間周期での補間検出データを算出した上で、データ無効期間を決定することが記載されている。

【0007】

さらに、特許文献４は、位相限定相関（ＰＯＣ：Phase-Only Correlation）法を用いた波形位置合わせ方法として、入力波形信号と参照波形信号を離散フーリエ変換し、振幅成分と位相成分に分離した上で位相成分のみを抽出し、位相差信号を逆離散フーリエ変換し位相限定相関関数を算出することが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特開２０１８－８９７３８号公報

【特許文献2】特開２００２－２００５４２号公報

【特許文献3】特開２００８－９３７５０号公報

【特許文献4】特開２００７－２４０１７０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

上記従来技術において、特許文献１及び２に記載のものは、ツールホルダのフランジ部に切欠きがある場合、プローブを主軸位置に装着する際に生じる装着エラーによる振れを高精度に測定することが困難となる。

【0010】

また、特許文献１及び２に記載のものに、特許文献３の記載を適用しても、補完データによって、フランジ部に切欠きの影響による振れ測定の誤差を小さくできるが、実稼働形状データを検出するときのサンプリング開始位置のずれや回転速度のムラがあると、正常状態形状データと、実稼働形状データとの位相を合わせることが困難となり、装着エラーを高精度に測定することができない。

【0011】

さらに、単に、特許文献４に記載のものを適用しても、例えば、切粉の噛み込み等により振れが発生した場合、切欠きが２つありサンプリング開始位置が大きくずれた場合、ノイズが多い場合等では、位相限定相関関数に相関ピークモデルを当てはめる、スペクトル重み付け関数を適用した位相限定相関関数とする、周波数帯域を制限した帯域制限位相限定相関関数とする等の複雑な処理を必要とし、簡単に、かつ正しく位相を合わせて装着エラーを正確に判定できない。

【0012】

本発明の目的は、上記従来技術の課題を解決し、ツールホルダのフランジ部の切欠き、フランジ部の精度に係らず、正常状態形状データ（マスタデータ）と、実稼働形状データ（測定データ）との位相を簡単、かつ高精度に合わせることを可能とし、ツールホルダの主軸への装着異常（チャックミス)の検出精度を向上することにある。

【課題を解決するための手段】

【0013】

上記目的を達成するため、本発明は、ツールホルダが主軸に正常に装着されたかを示す装着異常の判定を行うツールホルダ装着状態検出方法であって、前記ツールホルダのフランジ部における外周面の形状を測定するセンサを設け、予め正常装着状態で測定した正常状態形状データに基づくマスタデータと、実際に測定された実稼働形状データである測定データと、をそれぞれ離散フーリエ変換して位相成分のみを抽出し、得られた位相差信号を逆離散フーリエ変換することで位相限定相関関数を算出し、算出された前記位相限定相関関数より、前記マスタデータと前記測定データとの位相ずれ量を求め、前記位相ずれ量に基づいて、前記マスタデータと前記測定データとの位相合わせを行い、位相合わせを行った前記マスタデータと前記測定データとに基づいて装着異常の判定を行う。

【0014】

また、上記のツールホルダ装着状態検出方法において、前記フランジ部に切欠きがある場合は、前記切欠きを補間した前記マスタデータと前記測定データとを前記離散フーリエ変換することが望ましい。

【0015】

さらに、上記のツールホルダ装着状態検出方法において、前記マスタデータは、予め正常装着状態で前記ツールホルダを装着し、１周分の測定データを回転角度に対応させた前記正常状態形状データとすることが望ましい。

【0016】

さらに、上記のツールホルダ装着状態検出方法において、前記マスタデータは、前記ツールホルダを用いて、前記フランジ部の外周面を前記センサで測定したデータを複数得て、それに基づいて統計的に修正等を行い作成したことが望ましい。

【0017】

さらに、上記のツールホルダ装着状態検出方法において、前記位相合わせを行った前記マスタデータと前記測定データに対して、離散フーリエ変換を行い、装着異常の判定は、それぞれの１山成分の振幅と位相を算出して行うことが望ましい。

【0018】

また、本発明は、ツールホルダが主軸に正常に装着されたかを示す装着異常の判定を行うツールホルダ装着状態検出装置において、前記ツールホルダのフランジ部における外周面の形状を測定するセンサと、予め正常装着状態で測定した正常状態形状データに基づくマスタデータと、実際に測定された実稼働形状データである測定データと、をそれぞれ離散フーリエ変換して位相成分のみを抽出し、得られた位相差信号を逆離散フーリエ変換することで位相限定相関関数を算出する位相限定相関関数算出手段と、算出された前記位相限定相関関数より、前記マスタデータと前記測定データとの位相ずれ量を求める波形位置検出手段と、前記位相ずれ量に基づいて、前記マスタデータと前記測定データとの位相合わせを行う波形位置合わせ手段と、位相合わせを行った前記マスタデータと前記測定データとに基づいて装着異常の判定を行う装着異常の判定手段と、を備えたものである。

【0019】

さらに、上記のツールホルダ装着状態検出装置において、前記フランジ部に切欠きがある場合、前記位相限定相関関数算出手段は、前記切欠きを補間した前記マスタデータと前記測定データとを前記離散フーリエ変換することが望ましい。

【0020】

また、本発明は、ツールホルダが主軸に正常に装着されたかを示す装着異常の判定を行うツールホルダ装着状態検出装置が組み込まれた工作機械において、前記ツールホルダのフランジ部における外周面の形状を測定するセンサと、前記センサで測定された形状データに基づき、前記ツールホルダの装着状態を検出するデータ処理装置と、を備え、前記データ処理装置は、予め正常装着状態で測定した正常状態形状データに基づくマスタデータと、実際に測定された実稼働形状データである測定データと、をそれぞれ離散フーリエ変換して位相成分のみを抽出し、得られた位相差信号を逆離散フーリエ変換することで位相限定相関関数を算出する位相限定相関関数算出手段と、算出された前記位相限定相関関数より、前記マスタデータと前記測定データとの位相ずれ量を求める波形位置検出手段と、前記位相ずれ量に基づいて、前記マスタデータと前記測定データとの位相合わせを行う波形位置合わせ手段と、位相合わせを行った前記マスタデータと前記測定データとに基づいて装着異常の判定を行う装着異常の判定手段と、を備えたものである。

【発明の効果】

【0021】

本発明によれば、ツールホルダ装着状態検出方法において、予め正常装着状態で測定した正常状態形状データに基づくマスタデータと、実際に測定された実稼働形状データである測定データと、をそれぞれ離散フーリエ変換して位相成分のみを抽出し、得られた位相差信号を逆離散フーリエ変換することで位相限定相関関数を算出し、算出された位相限定相関関数より、マスタデータと測定データとの位相ずれ量を求めるので、ツールホルダのフランジ部の切欠き、フランジ部の精度に係らず、正常状態形状データ（マスタデータ）と、実稼働形状データ（測定データ）との位相を簡単、かつ高精度に合わせることを可能とし、ツールホルダの主軸への装着異常（チャックミス)の検出精度を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】本発明の一実施形態に係るツールホルダ装着状態検出装置のブロック図

【図2】図１のツールホルダとデータ処理装置との関係を示す平面図

【図3】一実施形態における１周分の測定データを示すグラフ

【図4】一実施形態における位相限定相関関数算出手段を示すブロック図

【図5】位相限定相関関数が算出される例を示すグラフ

【図6】一実施形態におけるツールホルダ装着状態検出方法を示すフローチャート

【発明を実施するための形態】

【0023】

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
マシニングセンタは、ワークの取り付けを変えずに、フライス・穴あけ・中ぐり・ねじ立てなど種々の加工を行う数値制御工作機械である。工具マガジンは、多数の切削工具を格納し、コンピュータ数値制御の指令によって工具を自動的に交換して加工を行う。従って、加工を主目的としているため、マシニングセンタの設置された環境は、微粒子であるオイルミスト、粉塵があり、さらに、ワーク及びスピンドル周辺にはゴミ、切粉が存在する。

【0024】

図１は、本発明に係る工作機械に組み込まれたツールホルダ装着状態検出装置５０の一実施形態を示すブロック図であり、ツールホルダ１１は側面図を表している。ツールホルダ装着状態検出装置５０は、ＡＴＣ装置で主軸ヘッド２６に装着されたツールホルダ１１のチャックエラー（装着状態異常）を自動で検出する装置であり、主として測定手段であるセンサ１と装着状態判定手段であるデータ処理装置３とで構成されている。

【0025】

ワークの寸法を測定可能にされたプローブ９は、制御装置２２がプログラムを実行することによって、ＡＴＣ装置により自動で主軸ヘッド２６に着脱できるように構成されている。つまり、測定部であるプローブ９は、ツールホルダ１１に一体的に装着可能とされる。つまり、ツールホルダ１１の嵌合部１１Ａは、主軸ヘッド２６の円錐状の被嵌合部２６Ａに押し付けられる。これにより、嵌合部１１Ａが被嵌合部２６Ａと密着して装着（チャッキング)がなされる。

【0026】

ワークの測定は、制御装置２２により加工対象物の加工途中や一応の加工処理が終了した時点で行われ、加工が適正に行われたかを確認する。ＡＴＣ装置は、制御装置２２によって、ワークの形状等を自動的に測定するとき、寸法計測用の測定器であるプローブ９を装着したツールホルダ１１を装着するように制御される。

【0027】

センサ１は、主軸ヘッド２６にブラケット１０を介して取り付けられている。このセンサ１は渦電流センサであり、主軸ヘッド２６に装着されたツールホルダ１１のフランジ部１１Ｂの外周面までの距離ｄを変位の電気信号として検出する。また、センサ１として渦電流センサを用いているが、センサ１は、ある特定の測定点からツールホルダ１１の外周面までの距離ｄを測定できるセンサ１であれば渦電流センサに限らず、他のセンサを用いてもよい。この場合、センサ１は、渦電流センサのような非接触式のセンサに限らず、接触式のセンサを用いてもよい。

【0028】

データ処理装置３は、センサ１で測定された形状データに基づき、ツールホルダ１１の装着状態を検出するもので、Ａ／Ｄコンバータ４、ＣＰＵ６、メモリ５、入出力回路７等を備えている。Ａ／Ｄコンバータ４は、センサ１から出力された距離ｄを示す電気信号を、ディジタル信号に変換してＣＰＵ６に出力する。ＣＰＵ６は、このディジタル信号に変換されたセンサ１の形状データに基づいて、ツールホルダ１１の装着異常の判定、プローブ９の測定値に対する補正値を算出する。

【0029】

装着異常の判定及び補正値を算出するため、ＣＰＵ６は、予め正常装着状態でツールホルダ１１を装着し、距離ｄの１周分の測定データ３２をツールホルダ１１の回転角度に対応させてメモリ５に記憶する（このデータを正常状態形状データと称する）。記憶された形状データ（正常状態形状データ）は、フランジ部１１Ｂの外周面の形状誤差等も含まれる。実稼働中の測定において、プローブ９が取り付けられたツールホルダ１１を装着直後にフランジ部１１Ｂの外周面をセンサ１で同様に測定して回転角度に対応させてメモリ５に記憶する（このデータを実稼働形状データと称する）。

【0030】

ＣＰＵ６は、正常装着状態でメモリ５に記憶された正常状態形状データと実稼働形状データを比較して、装着状態の異常を判定する。ＣＰＵ６による演算処理は、入出力回路７を介して制御装置２２から測定開始の指令を受けて行われる。この測定は、ツールホルダ１１を１周又は精度を向上させるために複数周回転させて平均しても良い。

【0031】

センサ１は、渦電流センサであり、主軸ヘッド２６に装着された状態でフランジ部１１Ｂの外周面までの距離ｄを電気信号として検出する。ツールホルダ１１の形状は、嵌合部１１Ａのみならず、フランジ部１１Ｂの外周形状も規格されて、同一化されている。従って、フランジ部１１Ｂの外周形状を測定することにより、測定器の装着状態が分かる。外周形状は、ツールホルダ１１を１回転させて距離ｄを測定することにより求められる。

【0032】

図２は、図１のツールホルダ１１とデータ処理装置３との関係を平面図で示したものである。一般的に、ツールホルダ１１のフランジ部１１Ｂは、図２に示されるようにチャックのための切欠き１１Ｃが２つ形成されていることが多い。

【0033】

図３は、１周分の測定データ３２を示すグラフであり、横軸は位相（θ）、縦軸は変位（ｄ）を示している。ツールホルダ１１のフランジ部１１Ｂに切欠き１１Ｃが２箇所ある場合、１周分の測定データ３２は、グラフ表示すると、例えば図３（ａ）に示されるようになる。同図に示されるように、測定データ３２は２つの切欠き１１Ｃの部分で急激に変化する。

【0034】

図３（ｂ）は、切欠き１１Ｃの部分をＣＰＵ６における切欠き補正手段３３（図６参照）によって直線補完した後の測定データ３２をグラフ表示したものである。なお、測定データ３２の補完は、スプライン補間、ラグランジュ補間、多項式補間、ニュートン補間、ネヴィル補間、連分数補間などの補間方法に基づいて算出しても良い。

【0035】

装着異常の判定手段３８（図６参照）の（ａ)は、特許文献２に記載のように、補完された正常状態形状データ及び実稼働形状データに対してＦＦＴ解析を行い、それぞれの１山成分の振幅と位相を算出して行う。また、正常状態形状データより得られた振幅は、基本偏心量、位相は基本偏心方向とする基本偏心ベクトルとして、実稼働形状データより得られた振幅を測定偏心量、位相を測定偏心方向とする測定偏心ベクトルとする。そして、測定偏心ベクトルと基本偏心ベクトルとの差は、真の偏心ベクトルとして算出する。さらに、真の偏心ベクトルの大きさは、真の偏心量とし、それに基づいて装着異常の判定を行う。

【0036】

あるいは、装着異常の判定手段３８（図６参照）の（ｂ)は、特許文献１に記載のように、記憶された正常状態形状データと実稼働形状データを比較する。そして、装着異常の判定手段３８は、正常状態形状データの重心位置Ｇ１と実稼働形状データの重心位置Ｇ２とを求め、Ｇ１とＧ２との距離と角度を実稼働形状データを補正するための補正値として求める。さらに、補正した実稼働形状データが全周で閾値以上の場合は、データ処理装置３により装着異常と判定する。そして、装着異常の場合は、入出力回路７を介して制御装置２２へ装着のやり直し、あるいは要確認を指示する。

【0037】

装着異常の判定手段３８（ａ）、（ｂ）いずれの場合も、正常状態形状データと実稼働形状データの位相は、正確に合わせる必要がある。また、ツールホルダ１１に切欠き１１Ｃがある場合は、２つある切欠き１１Ｃのうちいずれが０度に位置するかを決定する必要がある。しかし、センサ１による測定は、ゆらぎやタイミングのずれが生じる虞があり、必ずしも位相が正確に合うとは限らない。例えば、正常状態形状データに対して、実稼働形状データを測定開始する位相（角度）が９０度から２７０度の範囲でずれた場合は、２つある切欠き１１Ｃのうち反対側の切欠き１１Ｃに合ってしまう可能性がある。

【0038】

図４は、一実施形態によるＣＰＵ６における位相限定相関関数算出手段３０を示すブロック図である。図４は、正常状態形状データをマスタデータ３１、実稼働形状データを測定データ３２としている。正常状態形状データは、予め正常装着状態での距離ｄの測定データ３２として説明したが、マスタデータ３１は、これに限ることがない。マスタデータ３１は、例えば、代表的なツールホルダ１１を用いて、フランジ部１１Ｂの外周面をセンサ１で測定したデータを複数得て、それに基づいて統計的に処理、修正等を行う。そして、マスタデータ３１は、あるべき理想的な正常状態形状データとして作成し、メモリ５に記憶する。図４の測定データ３２は、マスタデータ３１と区別され、実際に測定された実稼働形状データである。マスタデータ３１と測定データ３２との位相ずれは、位相限定相関法(ＰＯＣ:Phase Only Correlation)により求める。

【0039】

位相限定相関法は、フーリエ変換された信号の位相成分のみに着目した相関法である。位相限定相関関数算出手段３０は、マスタデータ３１と測定データ３２の取得領域を指定した上で、それぞれ離散フーリエ変換(ＤＦＴ：Discrete Fourier Transform)して位相成分３１―２、３２―２のみを抽出し、得られた位相差信号３４を逆離散フーリエ変換(ＩＤＦＴ：Inverse Discrete Fourier Transform)することで位相限定相関関数３５を算出する。

【0040】

ツールホルダ１１のフランジ部１１Ｂに切欠き１１Ｃが２箇所ある場合、マスタデータ３１は、切欠き１１Ｃを補間したデータを用いる。測定データ３２は、実際に測定された実稼働形状データであるので、同様に切欠き１１Ｃを補間したデータが得られる。サンプリングされたＮ点のマスタデータ３１の信号波形はｆ（ｎ）、同じく測定データ３２の信号波形はｇ（ｎ）とする。信号波形ｆ（ｎ）の離散フーリエ変換はＦ（ｋ）、信号波形ｇ（ｎ）の離散フーリエ変換はＧ（ｋ）とすると式（１）及び（２）となる。

【数1】

但し、Ｗ_Ｎは、

【数2】

であり、Ａ_Ｆ（ｋ）は、マスタデータ３１の振幅成分３１―１、Ａ_Ｇ（ｋ）は、測定データ３２の振幅成分３２―１である。

【0041】

【数3】

は、マスタデータ３１の位相成分３１―２である。

【数4】

は、測定データ３２の位相成分３２―２である。

【0042】

マスタデータ３１の位相成分３１―２と測定データ３２の位相成分３２―２との位相差信号３４は、式（３）として算出される。

【数5】

Ｒ_ＦＧ（ｋ）はマスタデータ３１の信号波形ｆ（ｎ）の離散フーリエ変換Ｆ（ｋ）、測定データ３２の信号波形ｇ（ｎ）の離散フーリエ変換Ｇ（ｋ）の位相差信号３４を表す。

【数6】

は、Ｇ（ｋ）の複素共役であり、θ_ＦＧ＝θ_Ｆ（ｋ）－θ_Ｇ（ｋ）である。

【0043】

位相限定相関関数３５は、ｒ_ｆｇ（ｎ）としてＲ_ＦＧ（ｋ）の逆離散フーリエ変換（ＩＤＦＴ）として、式（４）ように取得できる。

【数7】

【0044】

図５は、位相限定相関関数３５が算出される例を示すグラフであり、横軸は、サンプルポイントで、１周分の測定データ３２に相当する。縦軸は、図５（ａ）で変位、図５（ｂ）で算出された位相限定相関関数３５を示している。なお、図５は、位相限定相関関数３５の算出例を示すものであり、図示したマスタデータ３１と測定データ３２は実際のデータではなく、図５（ａ）は、マスタデータ３１と測定データ３２を同一波形とし測定データ３２の位相のみずらした波形である。

【0045】

図６は、ツールホルダ装着状態検出方法を示すフローチャートである。
切欠き補正手段３３は、図３で説明したように、フランジ部１１Ｂにおける外周面の変位を測定したデータに対し、２つの切欠き１１Ｃのデータ無効期間を補間したデータを生成する。

【0046】

マスタデータ３１と測定データ３２は、元々フランジ部１１Ｂの外周面をセンサ１で測定したデータに基づいていることより、元々、近似した波形である。従って、位相限定相関関数３５は、図５（ａ）で図示したマスタデータ３１に対して図示した測定データ３２のように位相がずれていた場合、それ以上複雑な処理をすることなく、図５（ｂ）のように相関が強い箇所に一箇所のみ鋭いピークを持つ。

【0047】

このピークは、位相ずれの箇所となり、ＣＰＵ６（図１参照）における波形位置検出手段３６により、簡単な処理で位相ずれ量Ｍとして検出できる。つまり、波形位置検出手段３６は、位相限定相関関数算出手段３０により得られる位相限定相関関数３５のピーク位置を検出するだけでマスタデータ３１と測定データ３２とのの位相ずれの量Ｍを求めることができる。

【0048】

マスタデータ３１と測定データ３２を実際のデータとした場合の位相限定相関関数３５の算出は、嵌合部１１Ａと被嵌合部２６Ａ（図１参照）に切粉等が噛み込み、振れが発生したとしても、正確な位相ずれ量Ｍとなる。測定データ３２は、振れが発生するとフーリエ変換した基本波周波数成分（1次成分）が大きく変化する。しかし、位相限定相関関数３５の算出は、振幅情報を使用しないため振れ量による影響は受けないので正確な位相ずれ量Ｍを検出できる。

【0049】

ＣＰＵ６における波形位置合わせ手段３７は、波形位置検出手段３６により検出された位相ずれ量Ｍに基づいて、マスタデータ３１と測定データ３２との位相合わせを高精度に行うことができる。装着異常の判定手段３８は、位相合わせを行ったマスタデータ３１と測定データ３２に基づいて装着異常の判定を行う。既に述べたように、具体的には、装着異常の判定手段３８は、（ａ)として、位相合わせを行ったマスタデータ３１と測定データ３２に対して、離散フーリエ変換（ＦＦＴ解析）を行う。そして、装着状態の判定は、それぞれの１山成分の振幅と位相を算出し、測定データ３２の真の偏心ベクトルを求め、その大きさを真の偏心量とする。そして、装着異常の判定は、真の偏心量に基づいて、あるいは（ｂ）として、位相合わせを行ったマスタデータ３１と測定データ３２を比較し、それに基づいて装着異常の判定を行う。

【符号の説明】

【0050】

１…センサ
３…データ処理装置
４…Ａ／Ｄコンバータ
５…メモリ
６…ＣＰＵ
７…入出力回路
９…プローブ
１０…ブラケット
１１…ツールホルダ
１１Ａ…嵌合部
１１Ｂ…フランジ部
１１Ｃ…切欠き
２２…制御装置
２６…主軸ヘッド
２６Ａ…被嵌合部
３０…位相限定相関関数算出手段
３１…マスタデータ
３１―１…振幅成分、３１―２…位相成分
３２…測定データ
３２―１…振幅成分、３２―２…位相成分
３３…切欠き補正手段
３４…位相差信号
３５…位相限定相関関数
３６…波形位置検出手段
３７…波形位置合わせ手段
３８…装着異常の判定手段
５０…ツールホルダ装着状態検出装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】