特開 2023-179328 研削砥石の上すべり検出方法および装置

(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】P2023179328

(43)【公開日】2023-12-19

(54)【発明の名称】研削砥石の上すべり検出方法および装置

(51)【国際特許分類】

   B24B 49/10 20060101AFI20231212BHJP

   B24B 5/00 20060101ALI20231212BHJP

【ＦＩ】

B24B49/10

B24B5/00 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022092599

(22)【出願日】2022-06-07

(71)【出願人】

【識別番号】000004293

【氏名又は名称】株式会社ノリタケカンパニーリミテド

(74)【代理人】

【識別番号】100085361

【弁理士】

【氏名又は名称】池田 治幸

(74)【代理人】

【識別番号】100147669

【弁理士】

【氏名又は名称】池田 光治郎

(72)【発明者】

【氏名】岩本 和也

(72)【発明者】

【氏名】五十君 智

【テーマコード（参考）】

3C034

3C043

【Ｆターム（参考）】

3C034AA01

3C034BB92

3C034CA30

3C034DD18

3C043CC03

3C043DD01

3C043DD03

3C043DD06

(57)【要約】

【課題】研削加工中の砥粒やビトリファイドボンドの破砕に起因して発生する振動であるＡＥ信号を用いて、研削砥石の上すべりの発生を正確に検出できる、研削砥石の上すべり検出方法および装置を提供する。
【解決手段】研削ホイール２０からの被削材１２に対する研削時に発生するＡＥ信号ＳＡＥを周波数解析する周波数解析部５０と、周波数解析工程５０により周波数解析された周波数スペクトルの信号強度のうちの所定周波数帯の信号強度の、被削材１２の回転に同期する周期的変化量の大きさに基づいて研削ホイール２０の上すべりを検出する上すべり検出部５６とが、含まれている。これにより、ＡＥ信号ＳＡＥを周波数解析することにより得られた所定周波数帯の信号強度ＳＰの被削材１２の回転に同期する周期的変化量の大きさに基づいて、研削ホイール２０の上すべりの発生を正確に検出できる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

被削材の外周面を研削する研削砥石の上すべりを検出する研削砥石の上すべり検出方法であって、
前記研削砥石から前記被削材に対する研削時に発生するＡＥ信号を周波数解析する周波数解析工程と、
前記周波数解析工程により周波数解析された周波数スペクトルの信号強度のうちの所定周波数帯の信号強度積分値の前記被削材の回転に同期する周期的変化量の大きさに基づいて前記研削砥石の上すべりを検出する上すべり検出工程とを、含む
ことを特徴とする研削砥石の上すべり検出方法。

【請求項2】

前記上すべり検出工程は、前記信号強度積分値の前記被削材の回転に同期する周期的変化量の大きさを、前記被削材の１回転周期を超える移動区間内に得られた複数個の前記信号強度積分値の移動標準偏差値により表わす
ことを特徴とする請求項１の研削砥石の上すべり検出方法。

【請求項3】

前記移動標準偏差値が予め設定された判定閾値を超えたことに基づいて、前記研削砥石の上すべりを判定する上すべり判定工程を、さらに含む
ことを特徴とする請求項２の研削砥石の上すべり検出方法。

【請求項4】

前記上すべり判定工程により前記研削砥石の上すべりが判定された場合には、前記研削砥石の回転速度を所定値低下させる回転速度低下制御工程を、さらに含む
ことを特徴とする請求項３の研削砥石のすべり検出方法。

【請求項5】

被削材の外周面を研削する研削砥石の上すべりを検出する研削砥石の上すべり検出装置であって、
前記研削砥石から前記被削材に対する研削時に発生するＡＥ信号を周波数解析する周波数解析部と、
前記周波数解析部により周波数解析された周波数スペクトルの信号強度のうちの所定周波数帯の信号強度積分値の前記被削材の回転に同期する周期的変化量の大きさに基づいて前記研削砥石の上すべりを検出する上すべり検出部とを、含む
ことを特徴とする研削砥石の上すべり検出装置。

【請求項6】

前記上すべり検出部は、前記信号強度積分値の前記被削材の回転に同期する周期的変化量の大きさを、前記被削材の１回転周期を超える移動区間内に得られた複数個の前記信号強度積分値の移動標準偏差値により表わす
ことを特徴とする請求項５の研削砥石の上すべり検出装置。

【請求項7】

前記移動標準偏差値が予め設定された判定閾値を超えたことに基づいて、前記研削砥石の上すべりを判定する上すべり判定部を、さらに含む
ことを特徴とする請求項６の研削砥石の上すべり検出装置。

【請求項8】

前記上すべり判定部により前記研削砥石の上すべりが判定された場合には、前記研削砥石の回転速度を所定値低下させる回転速度低下制御部を、さらに含む
ことを特徴とする請求項７の研削砥石の上すべり検出装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、被削材の外周面を研削する研削加工中に得られたＡＥ信号から、研削砥石の上すべりを検出する、研削砥石の上すべり検出方法および装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

例えば、円筒状の被削材の外周面を研削砥石を用いて研削する過程で、研削砥石の砥粒が被削材を削らず被削材の表面を上すべりする現象がある。たとえばチタン合金のような熱がこもり易い難削材の研削に際して、高硬度の研削砥石を用いて切れ込み量が微小な低研磨能率で研削する場合に、そのような研削砥石の上すべり現象が発生し易い。上すべりが発生すると、研削面のうちの上すべりの箇所に、被削材の表面の金属組織変化を示す模様が観察される。

【0003】

このような上すべりの検出としては、例えば、研削砥石を回転駆動する電動機の消費電力値の変化や動力計による研削抵抗値の変化を用いて推定することが、行なわれているが、上すべりの発生タイミングや大きさの程度を精度よく捉えることができないという問題があった。

【0004】

これに対して、特許文献１には、研削加工中に切込み台の移動量を求める切込み台移動量検出手段と、ワークの研削残量を検出するインプロセスゲージの変化量を求めるインプロセスゲージ変化量検出手段と、得られた切込み台移動量およびインプロセスゲージの変化量に基づいてかつぎ量を求めるかつぎ量算出手段とを備え、インプロセスゲージによって検出されたワークの１回転に伴う変動量が加工初期段階での値に比べて所定値以上小さくなったときに、切込み台移動量およびインプロセスゲージ変化量をゼロにリセットし、かつぎ量（＝切込み台移動量－インプロセスゲージ変化量）を求めるかつぎ量計測装置が、提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００８－１１９８０３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、このような特許文献１に記載のかつぎ量計測装置により求められた研削残量の変化量では、工具の切れ味の影響と区別できず、研削砥石の上すべりを正確に検出することができないという、問題があった。

【0007】

本発明は、以上の事情を背景として為されたものであり、その目的とするところは、研削加工中の砥粒やビトリファイドボンドの破砕に起因して発生する振動であるＡＥ信号を用いて、研削砥石の上すべりの発生を正確に検出できる、研削砥石の上すべり検出方法および装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明者等は、以上の事情を背景として、円筒プランジ研削により被削材を研削加工する過程で得られたＡＥ信号を周波数解析して検討を重ねるうち、被削材の回転周期よりも十分に短いサンプリング周期でＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器を用いてデジタル化したＡＥ信号を周波数解析すると、周波数解析された周波数スペクトルにおいて、破砕の発生に由来すると推定される第１の信号強度の山に続く、所定の周波数帯たとえば４５～７５ｋＨｚの周波数帯の第２の信号強度の山が観察され、その第２の信号強度の山を構成する信号強度積分値の時間変化を波形で表わすと、局所的に低くなる谷形波形が周期的に複数個含まれており、その複数の谷形波形は被削材の回転周期に対応していること、研削砥石を回転駆動する電動機の消費電力値を示す時間経過波形にはそのような谷型波形が存在していないこと、さらに、研削砥石の回転速度を低下させると、その谷形波形の深さが小さくなることに気付いた。そして、これらの３つの事実を検討すると、上記谷形波形の大きさは、研削砥石の上すべり現象の程度を示しているという結論に至った。本発明は、斯かる知見に基づいて為されたものである。

【0009】

すなわち、第１発明の要旨とするところは、（ａ）被削材の外周面を研削する研削砥石の上すべりを検出する研削砥石の上すべり検出方法であって、（ｂ）前記研削砥石から前記被削材に対する研削時に発生するＡＥ信号を周波数解析する周波数解析工程と、（ｃ）前記周波数解析工程により周波数解析された周波数スペクトルの信号強度のうちの所定周波数帯の信号強度積分値の前記被削材の回転に同期する周期的変化量の大きさに基づいて前記研削砥石の上すべりを検出する上すべり検出工程とを、含むことにある。

【0010】

第２発明の要旨とするところは、第１発明において、前記上すべり検出工程は、前記信号強度積分値の前記被削材の回転に同期する周期的変化量の大きさを、前記被削材の１回転周期を超える移動区間内に得られた複数個の前記信号強度積分値の移動標準偏差値により表わすことにある。

【0011】

第３発明の要旨とするところは、第２発明において、前記移動標準偏差値が予め設定された判定閾値を超えたことに基づいて前記研削砥石の上すべりを判定する上すべり判定工程を、さらに含むことにある。

【0012】

第４発明の要旨とするところは、第３発明において、前記上すべり判定工程により前記研削砥石の上すべりが判定された場合には、前記研削砥石の回転速度を所定値低下させる回転速度低下制御工程を、さらに含むことにある。

【0013】

第５発明の要旨とするところは、（ａ）被削材の外周面を研削する研削砥石の上すべりを検出する研削砥石の上すべり検出装置であって、（ｂ）前記研削砥石から前記被削材に対する研削時に発生するＡＥ信号を周波数解析する周波数解析部と、（ｃ）前記周波数解析部により周波数解析された周波数スペクトルの信号強度のうちの所定周波数帯の信号強度積分値の前記被削材の回転に同期する周期的変化量の大きさに基づいて前記研削砥石の上すべりを検出する上すべり検出部とを、含むことにある。

【0014】

第６発明の要旨とするところは、第５発明において、前記上すべり検出部は、前記信号強度積分値の前記被削材の回転に同期する周期的変化量の大きさを、前記被削材の１回転周期を超える移動区間内に得られた複数個の前記信号強度積分値の移動標準偏差値により表わすことにある。

【0015】

第７発明の要旨とするところは、第６発明において、前記移動標準偏差値が予め設定された判定閾値を超えたことに基づいて、前記研削砥石の上すべりを判定する上すべり判定部を、さらに含むことにある。

【0016】

第８発明の用紙とするところは、第７発明において、前記上すべり判定部により前記研削砥石の上すべりが判定された場合には、前記研削砥石の回転速度を所定値低下させる回転速度低下制御部を、さらに含むことにある。

【発明の効果】

【0017】

第１発明の研削砥石の上すべり検出方法によれば、前記研削砥石から前記被削材に対する研削時に発生するＡＥ信号を周波数解析する周波数解析工程と、前記周波数解析工程により周波数解析された周波数スペクトルの信号強度のうちの所定周波数帯の信号強度の前記被削材の回転に同期する周期的変化量の大きさに基づいて前記研削砥石の上すべりを検出する上すべり検出工程とが、含まれている。これにより、ＡＥ信号を周波数解析することにより得られた所定周波数帯の信号強度の前記被削材の回転に同期する周期的変化量の大きさに基づいて、研削砥石の上すべりの発生を正確に検出できる。

【0018】

第２発明の研削砥石の上すべり検出方法によれば、前記上すべり検出工程は、前記信号強度の前記被削材の回転に同期する周期的変化量の大きさを、前記被削材の１回転周期を超える移動区間内に得られた複数個の前記信号強度値の移動標準偏差値により表わすので、移動標準偏差値の大きさに基づいて、研削砥石の上すべりの発生を正確に且つ定量的に検出できる。

【0019】

第３発明の研削砥石の上すべり検出方法によれば、前記移動標準偏差値が予め設定された判定閾値を超えたことに基づいて前記研削砥石の上すべりを判定する上すべり判定工程が、さらに含まれるので、上すべり判定工程により、研削砥石の上すべりの発生が正確に判定される。

【0020】

第４発明の研削砥石の上すべり検出方法によれば、前記すべり判定工程により前記研削砥石の上すべりが判定された場合には、前記研削砥石の回転速度を所定値低下させる回転速度低下制御工程が、さらに含まれるので、研削砥石の上すべりが判定された場合には研削砥石の回転速度が低下させられて、自動的に上すべりが解消される。

【0021】

第５発明の研削砥石の上すべり検出装置によれば、前記研削砥石から前記被削材に対する研削時に発生するＡＥ信号を周波数解析する周波数解析部と、前記周波数解析工程により周波数解析された周波数スペクトルの信号強度のうちの所定周波数帯の信号強度の前記被削材の回転に同期する周期的変化量の大きさに基づいて前記研削砥石の上すべりを検出する上すべり検出部とが、含まれている。これにより、ＡＥ信号を周波数解析することにより得られた所定周波数帯の信号強度の前記被削材の回転に同期する周期的変化量の大きさに基づいて、研削砥石の上すべりの発生を正確に検出できる。

【0022】

第６発明の研削砥石の上すべり検出装置によれば、前記上すべり検出部は、前記信号強度の前記被削材の回転に同期する周期的変化量の大きさを、前記被削材の１回転周期を超える移動区間内に得られた複数個の前記信号強度値の移動標準偏差値により表わすので、移動標準偏差値の大きさに基づいて、研削砥石の上すべりの発生を正確に且つ定量的に検出できる。

【0023】

第７発明の研削砥石の上すべり検出装置によれば、前記移動標準偏差値が予め設定された判定閾値を超えたことに基づいて前記研削砥石の上すべりを判定する上すべり判定部が、さらに含まれるので、上すべり判定部により、研削砥石の上すべりの発生が正確に判定される。

【0024】

第８発明の研削砥石の上すべり検出装置によれば、前記上すべり判定部により前記研削砥石の上すべりが判定された場合には、前記研削砥石の回転速度を所定値低下させる回転速度低下制御部が、さらに含まれるので、研削砥石の上すべりが判定された場合には研削砥石の回転速度が低下させられて、自動的に上すべりが解消される。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【図1】本発明の一実施例の、研削加工中に研削砥石の上すべりを検出する研削砥石上すべり検出装置を備えた研削加工装置の構成を説明する図である。

【図2】図１の研削加工装置による研削加工中に、研削砥石の研削点から発生するＡＥ信号の発生メカニズムを説明する図である。

【図3】図１のＡＥセンサにより検出されたＡＥ信号ＳＡＥを周波数解析部により周波数解析して得られた周波数スペクトルの一例を示す図である。

【図4】図１の研削加工装置において、研削砥石を回転駆動する電動機の消費電力値の時間変化の一例を示す図である。

【図5】図３の周波数スペクトルのうちの所定の周波数帯Ｂ２内の信号強度（積分）値ＳＰＩを示す波形の一例を示す図である。

【図6】図５の所定周波数帯Ｂ２内の信号強度（積分）値ＳＰＩの時間変化を示す波形に複数個連続して含まれる山形波形および谷形波形を、時間軸を拡大して示す図である。

【図7】図６の波形に含まれる山形波形間の周期を説明する図である。

【図8】図１の研削加工装置において、研削砥石の回転速度を図６の場合よりも低下させた場合に得られた信号強度（積分）値ＳＰＩの波形を、図６よりも時間軸を拡大して示す図６に相当する図である。

【図9】図１の研削加工装置において、研削砥石の回転速度を図８の場合よりもさらに低下させた場合に得られた信号強度（積分）値ＳＰＩの波形を、図８と同じ時間軸上に示す図６に相当する図である。

【図10】図６に示す所定周波数帯Ｂ２内の信号強度（積分）値ＳＰＩの移動標準偏差値ＭＳＤの時間的変化を示す波形を示す図である。

【図11】図８に示す信号強度（積分）値ＳＰＩの移動標準偏差値ＭＳＤの時間的変化を示す波形を示す図である。

【図12】図９に示す信号強度（積分）値ＳＰＩの移動標準偏差値ＭＳＤの時間的変化を示す波形を示す図である。

【図13】図１０の移動標準偏差値ＭＳＤの時間的変化を示す波形上に、上すべり判定閾値として用いた異常レベル１および異常レベル２を重ねて示すとともに、異常レベル２が検知された場合に研削砥石の回転速度を低下させた場合の、それ以後の移動標準偏差値ＭＳＤの時間的変化を示す波形を示す図である。

【図14】図１の電子制御装置の制御作動の要部を説明するフローチャートである。

【図15】図１４の他の例の電子制御装置の制御作動を説明するフローチャートの要部を説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0026】

以下、本発明の一実施例を、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下の実施例において図は適宜簡略化或いは変形されており、各部の寸法比及び形状等は必ずしも正確に描かれていない。

【実施例0027】

図１は、本発明の一実施例の被削材１２の上すべり検出装置１０を備えた研削加工装置１４の構成を説明する図である。研削加工装置１４は、研削ホイール２０を用いて、例えばチタン合金等の難削材から成る被削材１２を研削加工する。被削材１２は、例えばチタン合金（Ｔｉ－６Ａｌ－４Ｖ）等の難削材から成る円筒状或いは軸状の金属部品である。また、研削ホイール２０は、たとえば溶融アルミナ系砥粒、炭化珪素系砥粒、セラミックス砥粒などの一般砥粒や、ＣＢＮ砥粒、ダイヤモンド砥粒などの超砥粒などが、無機質、有機質、或いは金属等の結合材によって結合されたビトリファイド砥石等の複数のセグメント状砥石片である砥石部２０ｂが、本体（台金）２０ａの外周面に貼り付けられることで構成された研削砥石である。

【0028】

図１において、研削加工装置１４は、研削ホイール２０と、研削ホイール２０を研削ホイール２０の回転中心線Ｃ１まわりに回転可能に支持する回転主軸を回転駆動する主軸駆動モータ６２と、研削ホイール２０を円柱状の被削材１２の外周面に押し当てるために被削材１２を径方向に移動させて取り代を変更する被削材移動モータ６６と、被削材１２を研削ホイール２０の回転中心線Ｃ１に平行な回転中心軸Ｃ２まわりに回転駆動する被削材回転駆動モータ６８と、主軸駆動モータ６２、被削材移動モータ６６、および被削材回転駆動モータ６８等を制御する研削制御装置７２と、を備えている。

【0029】

研削ホイール２０は、円筒状或いはドラム状の金属コア（台金）すなわち本体２０ａと、本体２０ａの外周面に接着等により固定された複数個のセグメント状の砥石部２０ｂとを有しており、主軸駆動モータ６２により研削ホイール２０の回転中心線Ｃ１まわりに回転駆動される図示しない回転主軸の軸端に装着される。

【0030】

本体２０ａ内には、ＡＥセンサ２２、プリアンプ２４、プリアンプ２４により増幅されたＡＥ信号ＳＡＥを所定の搬送波を用いて変調し、送信する送信回路２６、及び、それらの電源として機能する蓄電池４４とが、設けられている。また、送信回路２６から送信されたＡＥ信号ＳＡＥを受信するためのアンテナ２８を有する受信回路３０、バンドパスフィルタ３２、復調回路３３、Ａ／Ｄ変換器３４、及び電子制御装置３６が、研削加工装置１４に位置固定に設けられている。上記のＡＥセンサ２２、送信回路２６、受信回路３０、バンドパスフィルタ３２、復調回路３３、Ａ／Ｄ変換器３４、及び電子制御装置３６の一部等が、上すべり検出装置１０を構成している。

【0031】

ＡＥセンサ２２は、砥石部２０ｂに含まれる砥粒の破砕時に発生し且つ砥石部２０ｂ内を伝播する例えば２０ｋＨｚ以上の超音波領域である極めて周波数の高い破砕振動（ａｃｏｕｓｔｉｃ ｅｍｉｓｓｉｏｎ）を砥石部２０ｂの内周面から検出し、その破砕振動を表すアナログ信号であるＡＥ信号ＳＡＥを出力する。プリアンプ２４は、ＡＥセンサ２２から出力されたＡＥ信号ＳＡＥを増幅する。バンドパスフィルタ３２は、受信回路３０により受信された搬送波を専ら通過させる所定の通過周波数帯を備える。復調回路３３は、搬送波から復調されたＡＥ信号ＳＡＥを出力し、Ａ／Ｄ変換器３４は、ＡＥ信号ＳＡＥをデジタル信号に変換する。

【0032】

Ａ／Ｄ変換器３４は、例えば被削材１２の回転周期の１／１０以下のサンプリング周期、たとえば６５ｍｓのサンプリング周期で、ＡＥ信号ＳＡＥをデジタル信号に変換する。Ａ／Ｄ変換器３４のサンプリング周期は、被削材１２の回転周期よりも短くなるほど（高速となるほど）、ＡＥ信号ＳＡＥの周波数解析で得られる周波数スペクトルの波形が明確となり、研削ホイール２０の被削材１２に対する上すべりの検出精度が得られる。

【0033】

研削ホイール２０の砥石部２０ｂは、例えば図２に示すように、砥粒３８と、それら砥粒３８を結合する無機結合材（ビトリファイドボンド）４０と、気孔４２とから成るよく知られたビトリファイド砥石組織から構成されている。この研削ホイール２０の砥石部２０ｂと被削材（ワーク）１２との摺接によって、砥粒３８自体のクラックＣａすなわち破砕の発生に由来すると推定される振動や、砥粒３８と被削材１２との接触すなわち擦れＣｂによって発生する摩擦振動或いは弾性振動に由来すると推定される振動が発生し、それらの振動を含む研削振動すなわちＡＥ波が、ＡＥセンサ２２によって検出される。

【0034】

ＡＥセンサ２２によって検出されたＡＥ信号ＳＡＥを周波数解析することにより得た周波数スペクトルには、図３に示すように、砥粒３８自体のクラックＣａすなわち破砕の発生に由来すると推定される信号強度の山を示す２５～４０ｋＨｚの第１の山Ｐ１と、砥粒３８の被削材１２に対する上すべりに敏感に反応する信号強度が含まれる４５～７５ｋＨｚの周波数帯Ｂ２内の第２の山Ｐ２とが含まれる。上すべりの検出は、その４５～７５ｋＨｚの周波数帯Ｂ２内の一部の信号強度を用いることで可能となるので、必ずしも４５～７５ｋＨｚの周波数帯Ｂ２内の信号強度でなくてもよい。たとえば、５５～６０ｋＨｚの中心周波数帯Ｂ１は、周波数帯Ｂ２内の第２の山Ｐ２のうちの中央部の信号強度が最大となる領域に対応しているので、好適には、その中心周波数領域Ｂ１の少なくとも一部を含む予め設定された所定周波数領域内の信号強度が、上すべりの検出に用いられ得る。

【0035】

ここで、研削ホイール２０の被削材１２に対する上すべり現象と、上記ＡＥ信号ＳＡＥの周波数スペクトルにおける所定周波数内の信号強度積分値ＳＰＩとの関係を確認するために、本発明者等が行なった確認試験を、以下に説明する。先ず、本発明者等は、以下に示す研削試験条件にて研削試験を行い、研削砥石を回転駆動する主軸駆動モータ６２の消費電力値を採取するとともに、Ａ／Ｄ変換されたＡＥ信号ＳＡＥの周波数解析を行い、所定周波数帯（４５～７５ｋＨｚ）の信号強度積分値ＳＰＩを算出した。図４は、研削中の上記主軸駆動モータ６２の消費電力値の変化を示している。図５は、上記信号強度積分値ＳＰＩの変化を示している。なお、この研削試験では、研削砥石の周速と被削材の周速との比率は一定（約２００対１）に設定されている。

【0036】

（研削試験条件）
ＦＦＴ解析データ長：６５ｍｓ
積分解析ピッチΔｔ：６５ｍｓ
積分周波数範囲：４５－７５ｋＨｚ
加工機：円筒研削盤
研削砥石：ＧＣ １５０ Ｈ １２ Ｖ９９
研削砥石の外径：４０５ｍｍφ
研削砥石の周速：４２ｍ／秒、３７ｍ／秒、３３ｍ／秒
被削材の外径：５８ｍｍφ
被削材の周速：０．２１ｍ／秒、０．１８ｍ／秒、０．１６ｍ／秒
切込み速度：０．１３ｍｍ／分
スパークアウト：１０ｒｅｖ．
研削油：ＳＥＣ－１５００Ｐ（希釈倍率５０倍）
被削材：チタン合金（Ｔｉ－６Ａｌ－４Ｖ）
研磨能率Ｚ’：０．２

【0037】

本発明者等は、研削砥石の周速が４２ｍ／秒且つ被削材の周速が０．２１ｍ／秒とした研削において、研削加工初期の消費電力値からは、図４に示されるように、目立った周期的脈動を見出すことができなかったが、図４と同じ時間軸を用いた図５、および図４と同じ時間軸を用いた図６の研削加工初期の信号強度積分値ＳＰＩにおいて、山形波形と谷形波形との脈動波形が連続的に生じていることを見出した。この谷形波形は、初期値まで低下している。この図５および図６に示す脈動波形を拡大すると、図７に示すように信号強度積分値ＳＰＩの脈動の周期は、０．８８ｓｅｃであり、被削材１２の回転周期０．８６ｓｅｃに相当する値であった。

【0038】

次いで、本発明者等は、研削砥石の周速を、４２ｍ／秒（被削材の周速０．２１ｍ／秒）から３７ｍ／秒（被削材の周速０．１８ｍ／秒）および３３ｍ／秒（被削材の周速０．１６ｍ／秒）へ低下させて、研削初期の信号強度積分値ＳＰＩの変化波形をそれぞれ観測すると、図８および図９に示すように、脈動波形は図６と同じであるが、研削砥石の周速の低下に伴って谷形波形の落ち込みが小さくなり脈動波形の振幅が低くなるとを見出した。研削砥石の周速の低下に伴って信号強度積分値ＳＰＩの脈動波形の振幅が低くなる点は、研削砥石の周速が低下すると、砥粒の切込み深さが大きくなり、研削砥石の１回転当たりの切込み量が増加したことで、研削加工初期における砥粒の上すべりが軽減されたためと考えられる。

【0039】

これらの事実から、切込み速度が０．１３ｍｍ／分であり且つ研磨能率Ｚ’が０．２という一般的な研削に比較して低能率である難削材の研削において、図６に示す信号強度積分値ＳＰＩの脈動波形のうちの谷形波形は、被削材の回転に同期して、研削砥石が上すべりを現象が発生したことを示していると、推定された。

【0040】

図１に戻って、電子制御装置３６は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、インターフェースなどを含む所謂マイクロコンピュータであって、ＣＰＵはＲＡＭの一時記憶機能を利用しつつ予めＲＯＭに記憶されたプログラムに従って入力信号を処理することにより、ＡＥ信号ＳＡＥを周波数解析することで周波数スペクトルを生成し、その周波数スペクトルのうちたとえば５５－６０ｋＨｚを含む所定波長帯内の信号強度積分値（積算値）ＳＰＩを算出し、その信号強度積分ＳＰＩの移動標準偏差値ＭＳＤを表示装置４６に表示させるとともに、その移動標準偏差値ＭＳＤが予め設定された上すべり判定閾値ＨＳを超えたか否かを判定し、その判定結果を表示装置４６に表示させる。その信号強度積分値ＳＰＩが予め設定された上すべり判定閾値ＨＳを超えた場合には、判定結果を研削制御装置７２へ送信し、上すべりを抑制するために研削ホイール２０の回転速度を所定値低下させる。

【0041】

信号強度積分ＳＰＩは、被削材１２の回転周期Ｔ（０．８７秒＝５８×π／２１０）に対して、その１／１３．４である６５ｍｓｅｃの積分解析ピッチΔｔで算出されており、その積分解析ピッチΔｔは、図６の信号強度積分値ＳＰＩの脈動周期０．８８ｓｅｃよりも十分に小さい。また、移動標準偏差値ＭＳＤは、次の数式１から算出される。数式１において、ｎは移動区間内の解析データ数（整数）、ｘ_ｉはｉ番目の信号強度積分値ＳＰＩ、ｘ_ａｖは移動区間内の信号強度積分値ＳＰＩの平均値、Ｔは被削材回転周期（秒）、Δｔは解析データ長（ｍｓ）である。

【数1】

【0042】

移動標準偏差値ＭＳＤは、解析データ数をｎ個含む移動区間は、被削材１２の回転周期Ｔと同等であるので、信号強度積分値ＳＰＩの脈動波形の振幅が大きいほど大きい値となる。すなわち、移動標準偏差値ＭＳＤは、信号強度積分値ＳＰＩの脈動波形の周期的変化量（振幅）の大きさに対応する値を示す。この点において、信号強度積分値ＳＰＩの脈動波形の振幅すなわち周期的変化量の大きさを示す振幅評価値として、信号強度積分値ＳＰＩの脈動波形の振幅値、その脈動波形の振幅値の移動平均値、谷形波形の深さ値或いは面積値、その谷形波形の深さ或いは面積値の移動平均値等が、移動標準偏差値ＭＳＤに代えて用いられてもよい。

【0043】

電子制御装置３６は、周波数解析部５０、信号強度積分値算出部５２、移動標準偏差算出部５４、および、上すべり判定部５８を有する上すべり検出部５６を、機能的に備えている。

【0044】

周波数解析部５０は、研削ホイール２０による被削材１２の研削加工中において、Ａ／Ｄ変換器３４から出力されたＡＥ信号ＳＡＥの周波数解析（ＦＦＴ解析）を所定の解析周期毎に繰り返し連続的に行なって、信号強度積分値ＳＰＩ（パワー）を示す縦軸と、解析周波数を示す横軸との二次元座標において、ＡＥ信号ＳＡＥの周波数成分の大きさを示す周波数スペクトルを、たとえば図３に示すように生成する。

【0045】

信号強度積分値算出部５２は、周波数解析部５０により周波数解析された周波数スペクトル中のうち、研削ホイール２０の被削材１２に対する上すべりに比較的敏感に強度変化する小領域である特定の周波数帯Ｂ２たとえば４５～７０ｋＨｚ内に含まれる信号強度値ＳＰを積分演算（積算）することにより、信号強度積分値ＳＰＩを、被削材１２の回転周期よりも十分に短い周期たとえば１／１０以下の周期で、好適には周波数解析部５０による周波数解析周期と同じ周期で逐次算出する。たとえば図６、図７、および図８は、研削ホイール２０の周速が４２ｍ／秒、３７ｍ／秒、および３３ｍ／秒であるときの、信号強度積分値ＳＰＩの時間変化波形を示している。

【0046】

移動標準偏差算出部５４は、信号強度積分値算出部５２により逐次算出された信号強度積分値ＳＰＩの解析データ数をｎ個含む移動区間内の移動標準偏差値ＭＳＤを、数式１に従って、信号強度積分値ＳＰＩの算出周期毎に繰り返し算出する。たとえば図１０、図１１、図１２は、研削ホイール２０の周速が４２ｍ／秒、３７ｍ／秒、および３３ｍ／秒であるときの、移動標準偏差値ＭＳＤの時間変化波形を示している。

【0047】

上すべり検出部５６は、前記周波数解析部５０により周波数解析された周波数スペクトルの信号強度のうちの所定周波数帯たとえば４５～７５ｋＨｚ帯の信号強度積分値ＳＰＩの被削材１２の回転に同期する周期的変化量の大きさに基づいて、研削ホイール２０の上すべりを検出する。具体的には、上すべり検出部５６は、信号強度積分値ＳＰＩの被削材１２の回転に同期する周期的変化量の大きさを、被削材１２の１回転周期を含む移動区間内に得られた複数のｎ個の信号強度積分値ＳＰＩの移動標準偏差値ＭＳＤを用いて表わす。そして、上すべり検出部５６は、移動標準偏差値ＭＳＤが予め実験的に設定された第１上すべり判定閾値Ｍ１および第２上すべり判定閾値Ｍ２のいずれかを超えたことに基づいて、研削ホイール２０の上すべりを判定する上すべり判定部５８を、さらに含む。

【0048】

上すべり判定部５８は、移動標準偏差値ＭＳＤ、および移動標準偏差値ＭＳＤが予め実験的に設定された第１上すべり判定閾値Ｍ１および第２上すべり判定閾域Ｍ２のいずれかを超えたことを、表示装置４８に表示させる。移動標準偏差値ＭＳＤの数値が表示されるだけでも、上すべり現象の発生を知らせることができる。

【0049】

上すべり判定部５８では、図１３に示すように、第１上すべり判定閾値Ｍ１は、上すべり異常なしか否かを判定するための値であり、たとえば「５０」に設定されている。移動標準偏差値ＭＳＤが第１上すべり判定閾値Ｍ１以下である場合は、異常なしと判定されるが、移動標準偏差値ＭＳＤが第１上すべり判定閾値Ｍ１を超えると異常レベル１と判定される。第２上すべり判定閾値Ｍ２は、上すべり異常か発生したか否かを判定するための値であり、たとえば「２００」に設定されている。移動標準偏差値ＭＳＤが第２上すべり判定閾値Ｍ２以下である場合は、異常レベル１と判定されるが、移動標準偏差値ＭＳＤが第２上すべり閾値Ｍ２を超えると、上すべり異常の修正が必要な異常レベル２と判定される。

【0050】

上すべり検出部５６は、上すべり判定部５８により研削ホイール２０の上すべりの異常レベル２が判定された場合には、その判定結果を研削制御装置７２の回転速度低下制御部７４へ出力し、研削制御装置７２に研削ホイール２０の回転速度を所定値低下させる。

【0051】

研削制御装置７２は、回転速度低下制御部７４を機能的に備える電子制御装置であって、主軸駆動モータ６２、被削材移動モータ６６、被削材回転駆動モータ６８等を制御する。研削制御装置７２は、研削開始指令信号を受けると、予め設定された動作で研削ホイール２０及び被削材１２をそれぞれ回転駆動しつつ予め設定された切込み速度で切れ込みを行ない、被削材１２の研削が完了すると研削ホイール２０及び被削材１２の回転を停止させるとともに原位置へ戻す。研削制御装置７２は、電子制御装置３６の上すべり検出部５６から、研削ホイール２０の上すべりの異常レベル２が送信された場合は、研削ホイール２０の回転速度を、上すべりが減少するように低下させる。

【0052】

図１４は、電子制御装置３６の制御作動の要部を説明するフローチャートである。図１４のステップＳ１（以下、ステップを省略する）では、研削加工に先立って、たとえば前述の研削試験条件に示すような研削加工条件が入力される。次に、Ｓ２において、第１上すべり判定閾値Ｍ１および第２上すべり判定閾値Ｍ２が設定された後、Ｓ３において、研削加工装置１４の被削材１２に対する研削加工が開始され、研削ホイール２０がたとえば４２ｍ／秒の周速で回転させられる。

【0053】

Ｓ４では、研削加工中においてＡＥセンサ２２から出力され且つＡ／Ｄ変換器３４によりＡ／Ｄ変換されたＡＥ信号ＳＡＥが逐次読み込まれる。次いで、周波数解析部５０の機能或いは周波数解析工程に対応するＳ５において、たとえば６５ｍｓのデータ長毎の周波数解析（ＦＦＴ）が行なわれ、たとえば図３に示す周波数スペクトルが生成される。

【0054】

次に、信号強度積分値算出部５２の機能或いは信号強度積分値算出工程に対応するＳ６では、Ｓ５で周波数解析された周波数スペクトル中のうちの特定の周波数帯Ｂ２たとえば４５～７０ｋＨｚ内に含まれる信号強度値ＳＰを積分演算（積算）することにより、被削材１２の回転周期よりも十分に短い周期たとえば１／１０以下の周期、たとえばＳ５の周波数解析周期と同じ周期で、信号強度積分値ＳＰＩが逐次算出される。

【0055】

次いて、移動標準偏差算出部５４の機能或いは移動標準偏差算出工程に対応するＳ７では、Ｓ６において逐次算出された信号強度積分値ＳＰＩの解析データ数をｎ個含む移動区間内の移動標準偏差値ＭＳＤが、数式１に従って、たとえば図１０に示すように、信号強度積分値ＳＰＩの算出周期毎に繰り返し算出される。

【0056】

次に、上すべり判定部５８の機能或いは上すべり判工程に対応するＳ８では、Ｓ７で算出された移動標準偏差値ＭＳＤが第１上すべり判定閾値Ｍ１或いは第２上すべり判定閾値Ｍ２を上まわるか否かに基づいて閾値判定が行なわれる。次いで、上すべり検出部５６の機能或いは上すべり検出工程に対応するＳ９において、Ｓ８の判定結果が表示装置４８は出力される。たとえば、移動標準偏差値ＭＳＤが第１上すべり判定閾値Ｍ１以下である場合は、異常なしと出力されるが、移動標準偏差値ＭＳＤが第１上すべり判定閾値Ｍ１を超えると異常レベル１が出力され、移動標準偏差値ＭＳＤが第２上すべり判定閾値Ｍ２を超えると、上すべり異常の修正が必要な異常レベル２が出力される。

【0057】

そして、Ｓ１０において、被削材１２に対する研削加工が終了したか否かが判断される。このＳ１０の判断が否定される場合は、Ｓ１１において閾値判定が更新された後、Ｓ４以下が繰り返し実行されるが、Ｓ１０の判断が肯定される場合は、本制御ルーチンが終了させられる。

【0058】

上述のように、本実施例の上すべり検出装置１０或いは上すべり検出方法によれば、研削ホイール２０からの被削材１２に対する研削時に発生するＡＥ信号ＳＡＥを周波数解析する周波数解析部５０と、周波数解析工程５０により周波数解析された周波数スペクトルの信号強度のうちの所定周波数帯の信号強度の、被削材１２の回転に同期する周期的変化量の大きさに基づいて研削ホイール２０の上すべりを検出する上すべり検出部５６とが、含まれている。これにより、ＡＥ信号ＳＡＥを周波数解析することにより得られた所定周波数帯の信号強度ＳＰの被削材１２の回転に同期する周期的変化量の大きさに基づいて、研削ホイール２０の上すべりの発生を正確に検出できる。

【0059】

本実施例の上すべり検出装置１０或いは上すべり検出方法によれば、上すべり検出部５６は、信号強度ＳＰの被削材１２の回転に同期する周期的変化量の大きさを、被削材１２の１回転周期Ｔを超える移動区間内に得られた複数個の信号強度積分値ＳＰＩの移動標準偏差値ＭＳＤにより表わすので、移動標準偏差値ＭＳＤの大きさに基づいて、研削ホイール２０の上すべりの発生を正確に且つ定量的に検出できる。

【0060】

本実施例の上すべり検出装置１０或いは上すべり検出方法によれば、移動標準偏差値ＭＳＤが予め設定された上すべり判定閾値Ｍ（第１上すべり判定閾値Ｍ１および第２上すべり判定閾値Ｍ２）を超えたことに基づいて研削ホイール２０の上すべりを判定する上すべり判定部５８が、さらに含まれるので、上すべり判定部５８により、研削砥石の上すべりの発生が正確に判定される。

【0061】

本実施例の上すべり検出装置１０或いは上すべり検出方法によれば、上すべり判定部により前記研削砥石の上すべりが判定された場合には、前記研削砥石の回転速度を所定値低下させる回転速度低下制御部が、さらに含まれるので、研削砥石の上すべりが判定された場合には研削砥石の回転速度が低下させられて、自動的に上すべりが解消される。

【実施例0062】

次に、本発明の他の実施例を説明する。なお、以下の説明において前述の実施例と共通する部分には同一の符号を付して説明を省略する。

【0063】

図１５は、電子制御装置３６の制御作動の要部を説明するフローチャートのうちの、図１４と相違する点を主に示している。

【0064】

図１５において、Ｓ８において、移動標準偏差値ＭＳＤが第１上すべり判定閾値Ｍ１或いは第２上すべり判定閾値Ｍ２を上まわるか否かに基づいて閾値判定が行なわれると、上すべり検出部に対応するＳ９１、Ｓ９２、Ｓ９３において、Ｓ９１では、移動標準偏差値ＭＳＤが第１上すべり判定閾値Ｍ１以下である場合は、異常なしと出力される。Ｓ９２では、移動標準偏差値ＭＳＤが第１上すべり判定閾値Ｍ１を超えると異常レベル１が出力される。Ｓ９３では、移動標準偏差値ＭＳＤが第２上すべり判定閾値Ｍ２を超えると、上すべり異常の修正が必要な異常レベル２が出力される。そして、そのＳ９３に続くＳ９４では、上すべり異常の修正のための研削ホイール２０の周速を低下させる信号が、回転速度制御部７４へ出力され、回転速度制御部７４において研削ホイール２０の周速がたとえば５ｍ／秒低下させられる。これにより、研削ホイール２０の周速がたとえば４２ｍ／秒から３７ｍ／秒へ低下させられると、図１３に示すように、移動標準偏差値ＭＳＤが「２００」から「０」へ向かって低下させられる。

【0065】

本実施例の上すべり検出装置１０或いは上すべり検出方法によれば、上すべり判定部５８により研削ホイール２０の上すべりが判定された場合には、研削ホイール２０の回転速度を所定値低下させる回転速度低下制御部７４が、さらに含まれるので、研削ホイール２０の上すべりが判定された場合には研削ホイール２０の回転速度が低下させられて、自動的に上すべりが解消される。

【0066】

以上、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、本発明はその他の態様においても適用される。

【0067】

例えば、前述の実施例において、ＡＥセンサ２２は、研削ホイール２０の砥石部２０ｂが貼り着けられた本体（台金）２０ａ内に設けられていたが、本体（台金）２０ａを用いない円板状の研削砥石を用いる場合には、その研削砥石を挟んで回転主軸に固定するフランジや、被削材１２が固定されるテーブル内に設けられていてもよい。

【0068】

また、前述の実施例では、上すべり判定部５８では、移動標準偏差値ＭＳＤが予め実験的に設定された第１上すべり判定閾値Ｍ１および第２上すべり判定閾値Ｍ２のいずれかを超えたことを判定しているが、上すべり判定部５８は、単一の上すべり判定閾値たとえば第２上すべり判定閾値Ｍ２を用いるものであってもよい。

【0069】

また、前述の実施例の上すべり検出部５６は、上すべり判定部５８を備えたものであったが、上すべり判定部５８を備えていたが、必ずしも備えていなくてもよい。上すべり検出部５６は、信号強度積分値ＳＰＩの被削材１２の回転に同期する周期的変化量の大きさを表す移動標準偏差値ＭＳＤの最大値を表示装置４８に数値表示させたり、たとえば図１０或いは図１３に示すように、移動標準偏差値ＭＳＤの変化波形を表示装置４８に数値表示させるものであってもよい。

【0070】

また、前述の実施例の上すべり検出部５６は、移動標準偏差値ＭＳＤが予め実験的に設定された第１上すべり判定閾値Ｍ１および第２上すべり判定閾値Ｍ２のいずれかを超えたことに基づいて、研削ホイール２０の上すべりを判定するものであったが、第１上すべり判定閾値Ｍ１および第２上すべり判定閾値Ｍ２のいずれか一方を用いるものであってもよい。

【0071】

尚、上述したのはあくまでも一実施形態であり、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を加えた態様で実施することができる。