特開 2023-182240 振動測定装置

(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】P2023182240

(43)【公開日】2023-12-26

(54)【発明の名称】振動測定装置

(51)【国際特許分類】

   G01H 17/00 20060101AFI20231219BHJP

【ＦＩ】

G01H17/00 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022095730

(22)【出願日】2022-06-14

(71)【出願人】

【識別番号】000001247

【氏名又は名称】株式会社ジェイテクト

(74)【代理人】

【識別番号】110000028

【氏名又は名称】弁理士法人明成国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】松尾 優大

(72)【発明者】

【氏名】酒井 隼樹

(72)【発明者】

【氏名】佐々木 雄二

【テーマコード（参考）】

2G064

【Ｆターム（参考）】

2G064AA13

2G064AB02

2G064BA02

2G064BA08

2G064BA21

2G064CC13

2G064CC30

(57)【要約】

【課題】振動測定装置において、被測定物の絶対振動の測定精度の低下を抑制する。
【解決手段】振動測定装置は、移動を伴う回転体を被測定物とする振動測定装置であって、被測定物の移動に追従して移動可能に取り付けられて、被測定物の相対振動を非接触で測定する非接触センサと、非接触センサの絶対振動を測定する接触センサと、非接触センサにより測定された第１測定データと、接触センサにより測定された第２測定データと、を利用して被測定物の絶対振動の振動データを算出する振動算出部と、を備え、振動算出部は、第１測定データと、第２測定データとを取得するデータ取得部と、第１測定データの単位と第２測定データの単位とが一致するように単位換算を行う単位換算部と、それぞれの単位が一致した、第１測定データと第２測定データとを足し合わせた結果を振動データとして出力するデータ加算部と、を備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

移動を伴う回転体を被測定物とする振動測定装置であって、
前記被測定物の移動に追従して移動可能に取り付けられて、前記被測定物の相対振動を非接触で測定する非接触センサと、
前記非接触センサの絶対振動を測定する接触センサと、
前記非接触センサにより測定された第１測定データと、前記接触センサにより測定された第２測定データと、を利用して前記被測定物の絶対振動の振動データを算出する振動算出部と、
を備え、
前記振動算出部は、
前記第１測定データと、前記第２測定データとを取得するデータ取得部と、
前記第１測定データの単位と前記第２測定データの単位とが一致するように単位換算を行う単位換算部と、
それぞれの単位が一致した、前記第１測定データと前記第２測定データとを足し合わせた結果を前記振動データとして出力するデータ加算部と、
を備える、
振動測定装置。

【請求項2】

請求項１に記載の振動測定装置であって、
前記非接触センサは、変位センサである、
振動測定装置。

【請求項3】

請求項１または請求項２に記載の振動測定装置であって、
前記単位換算部において一致させる単位は、変位と、速度と、加速度と、のうちのいずれかひとつである、
振動測定装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、振動測定装置に関する。

【背景技術】

【0002】

工作機械における機械加工において、例えば被加工物の加工面品位を予測するために、加工中の工具または被加工物の振動を把握することが好ましい。しかしながら、センサを直接被測定物に取り付けると、センサ自体の重さにより被測定物の固有振動数が変化し、被測定物の振動を正確に把握できない。特許文献１に記載の振動測定装置は、工作機械の非回転部に治具を介して固定された非接触式の変位センサを用いて、回転する工具の振動を測定する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１３－１３２７３２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、特許文献１に記載の振動測定装置により得られる振動データには、工具の振動に加えてセンサ自体の振動による変位が付加されている。すなわち、得られる振動データは工具とセンサとの間の相対振動となり、工具の絶対振動を精度よく測定できないという問題がある。また、この問題は、機械加工における振動測定に限らず、直接振動を測定できない回転体、特に、回転動作に加えて移動動作も行う回転体を対象とする振動測定において共通の問題である。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示は、以下の形態として実現することが可能である。

【0006】

本開示の一形態によれば、振動測定装置が提供される。この振動測定装置は、移動を伴う回転体を被測定物とする振動測定装置であって、前記被測定物の移動に追従して移動可能に取り付けられて、前記被測定物の相対振動を非接触で測定する非接触センサと、前記非接触センサの絶対振動を測定する接触センサと、前記非接触センサにより測定された第１測定データと、前記接触センサにより測定された第２測定データと、を利用して前記被測定物の絶対振動の振動データを算出する振動算出部と、を備え、前記振動算出部は、前記第１測定データと、前記第２測定データとを取得するデータ取得部と、前記第１測定データの単位と前記第２測定データの単位とが一致するように単位換算を行う単位換算部と、それぞれの単位が一致した、前記第１測定データと前記第２測定データとを足し合わせた結果を前記振動データとして出力するデータ加算部と、を備える。
この形態の振動測定装置によれば、非接触センサにより測定された被測定物の相対振動を示す第１測定データと、加速度センサにより測定された非接触センサの絶対振動を示す第２測定データとを足し合わせることにより、第１測定データに含まれる、非接触センサ自体の振動の影響を抑制でき、被測定物の絶対振動の測定精度の低下を抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】本実施形態の振動測定装置を備える工作機械の概略構成を示す説明図である。

【図2】本実施形態の振動算出部の概略構成を示すブロック図である。

【図3】本実施形態の振動測定処理の手順を示すフローチャートである。

【図4】振動測定処理のステップＳ４０における処理の一例を示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

Ａ．実施形態：
Ａ－１．装置構成：
図１は、本実施形態の振動測定装置５０を備える工作機械１００の概略構成を示す説明図である。工作機械１００は、ベッド１０と、コラム２０と、主軸ハウジング３０と、回転工具４０と、振動測定装置５０とを備える。本実施形態では、工作機械１００は、立型マシニングセンタとして構成されている。なお、工作機械１００は、立型マシニングセンタに限定されず、横型マシニングセンタ、研削盤、フライス盤等でもよい。

【0009】

ベッド１０は、床面に固定されている。ベッド１０には、コラム２０が設置されている。

【0010】

コラム２０は、鉛直方向に沿って延びる一対のガイドレール２１を備え、ガイドレール２１を介して主軸ハウジング３０が設置されている。主軸ハウジング３０は、図示しないリニアモータやボールネジ機構により、ガイドレール２１に沿って鉛直方向に移動可能に構成されている。

【0011】

主軸ハウジング３０は、主軸装置３１の少なくとも一部を収容している。主軸装置３１は、主軸ハウジング３０に対して回転可能に保持されている。主軸装置３１は、回転工具４０を着脱可能に保持する。

【0012】

回転工具４０は、例えば、フライスカッタ、エンドミル、ドリル等である。本実施形態の回転工具４０は、円柱部４１と、加工部４２とからなる。円柱部４１は円柱形状を有し、回転工具４０は、円柱部４１の端部において主軸装置３１と接続され、主軸装置３１と一体的に回転する。加工部４２は、回転しながら図示しない加工対象物と接触することにより、加工対象物を加工する。工作機械１００は、ガイドレール２１に沿った主軸ハウジング３０の鉛直移動を制御することにより、回転工具４０と加工対象物との相対位置を制御し、加工対象物を所望の形状に加工する。このように、工作機械１００による加工対象物の加工中、回転工具４０は移動を伴って回転する。

【0013】

振動測定装置５０は、変位センサ５１と、加速度センサ５２と、固定治具５３と、振動算出部５４とを備える。本実施形態では、振動測定装置５０は、回転工具４０を被測定物として、回転工具４０の振動を測定する。なお、回転工具４０は、本開示における「移動を伴う回転体」に相当する。

【0014】

変位センサ５１は、主軸ハウジング３０の外面に固定された固定治具５３を介して、円柱部４１に対して予め定められた間隔を空けて設置されており、主軸ハウジング３０の移動に追従して移動可能である。本実施形態では、固定治具５３は鉄を主材として形成されている。変位センサ５１は、変位センサ５１を基準とした円柱部４１の外周面までの距離を予め設定されたサンプリング周期ごとに測定する。言い換えれば、変位センサ５１は、変位センサ５１に対する回転工具４０の相対振動を非接触で測定する。変位センサ５１は、かかる相対振動を示す測定データ（以下の説明において、「第１測定データ」とも呼ぶ）を振動算出部５４へ送信する。なお、変位センサ５１は、本開示における「非接触センサ」に相当する。非接触センサは、変位センサに限定されず、速度センサでもよい。変位センサには、渦電流式、静電容量式、超音波式、レーザ式等、速度センサにはレーザ式等が挙げられる。

【0015】

加速度センサ５２は、固定治具５３のうち、変位センサ５１を保持している部分に設置されて、加速度センサ５２の振動によって生じる加速度を予め設定されたサンプリング周期ごとに測定する。言い換えれば、加速度センサ５２は、変位センサ５１の絶対振動を測定する。加速度センサ５２は、かかる絶対振動を示す測定データ（以下の説明において、「第２測定データ」とも呼ぶ）を振動算出部５４へ送信する。なお、加速度センサ５２は、本開示における「接触センサ」に相当する。接触センサは、加速度センサに限定されず、速度センサでもよい。加速度センサには圧電式等、速度センサには動電式等が挙げられる。

【0016】

図２は、振動算出部５４の概略構成を示すブロック図である。振動算出部５４は、ＣＰＵ５４１と、メモリ５４２と、通信部５４３とを備えるコンピュータとして構成されている。ＣＰＵ５４１は、データ取得部５４４と、単位換算部５４５と、データ加算部５４６とを備える。本実施形態では、データ取得部５４４と、単位換算部５４５と、データ加算部５４６とはそれぞれ、ＣＰＵ５４１がプログラムを実行することによって実現される機能部である。

【0017】

データ取得部５４４は、第１測定データおよび第２測定データを取得し、メモリ５４２に保持する。単位換算部５４５は、第１測定データの単位と第２測定データの単位とが一致するように、単位換算を行う。データ加算部５４６は、第１測定データと第２測定データとを利用して回転工具４０の絶対振動を示す振動データを生成し、通信部５４３を介して回転工具４０の振動データを外部機器へ出力する。

【0018】

Ａ－２．振動測定処理：
図３は、本実施形態の振動測定処理の手順を示すフローチャートである。本実施形態では、振動測定処理は、工作機械１００による加工終了後に自動的に実行されるように、予めプログラムに組み込まれている。

【0019】

ステップＳ１０において、データ取得部５４４は、メモリ５４２に保持していた第１測定データを読み出す。また、ステップＳ２０において、データ取得部５４４は、メモリ５４２に保持していた第２測定データを読み出す。

【0020】

上述のように、第１測定データと第２測定データとは異なる単位のデータであるので、ステップＳ３０において、単位換算部５４５は、第１測定データの単位と第２測定データの単位とが一致するように、単位換算を行う。本実施形態では、単位換算部５４５は、第２測定データを時間について２階積分することにより、第２測定データの単位を第１測定データの単位に一致させる。

【0021】

ステップＳ４０において、データ加算部５４６は、第１測定データと第２測定データとを足し合わせて、回転工具４０の振動データを生成する。図４は、振動測定処理のステップＳ４０における処理の一例を示す説明図である。

【0022】

図３のステップＳ５０において、データ加算部５４６は、通信部５４３を介して、生成した振動データを外部機器へ出力する。本ステップの終了後、振動測定装置５０は、振動測定処理を終了する。本実施形態では、工作機械１００は、出力された回転工具４０の振動データを受信して、例えば、加工状態の異常検知や回転工具４０の振動を抑制可能な加工条件の設定を行う。

【0023】

上述のように第１測定データは変位センサ５１に対する回転工具４０の相対振動を示すデータであるが、変位センサ５１は主軸ハウジング３０に固定された固定治具５３に設置されているため、第１測定データには、主軸ハウジング３０の振動や固定治具５３自体の振動による変位が付加されている。そこで、上述の振動測定処理を実行し、変位センサ５１の絶対振動を加速度センサ５２により測定したデータである第２測定データを第１測定データに足し合わせることにより、第１測定データに含まれる変位センサ５１自体の振動の影響を抑制でき、回転工具４０の絶対振動の測定精度の低下を抑制できる。

【0024】

以上説明した振動測定装置５０によれば、変位センサ５１により測定された被測定物の振動を示す第１測定データと、加速度センサ５２により測定された変位センサ５１の絶対振動を示す第２測定データとを足し合わせることにより、第１測定データに含まれる、変位センサ５１自体の振動の影響を抑制でき、回転工具４０の絶対振動の測定精度の低下を抑制できる。

【0025】

Ｂ．他の実施形態：
（Ｂ１）上記実施形態において、固定治具５３は鉄を主材として形成されているが、本開示はこれに限定されない。固定治具５３は、樹脂を主材として形成されてもよい。かかる形態によれば、主軸ハウジング３０の周辺の機器配置等に応じて、複雑な形状に固定治具５３を形成できるので、変位センサ５１の配置自由度の低下を抑制できる。また、樹脂は鉄よりも軽いので、振動測定装置５０の重量の増大を抑制でき、振動測定装置５０自体の振動が回転工具４０に及ぼす影響を小さくすることができる。

【0026】

（Ｂ２）上記実施形態において、振動測定装置５０は、回転工具４０を被測定物としているが、本開示はこれに限定されない。振動測定装置５０は、加工対象物を被測定物としてもよい。かかる場合において、例えば加工対象物を載置する移動テーブルに対して、固定治具５３を介して変位センサ５１を設置して振動測定処理を実行することにより、加工対象物の絶対振動の測定精度の低下を抑制できる。

【0027】

（Ｂ３）上記実施形態において、変位センサ５１は、固定治具５３を介して主軸ハウジング３０の外面に固定されているが、本開示はこれに限定されない。変位センサ５１は、固定治具５３を介してコラム２０に固定されてもよい。コラム２０に固定することで固定位置が加工点から遠くなり、振動測定装置５０自体の振動が回転工具４０に及ぼす影響を小さくすることができる。

【0028】

（Ｂ４）上記実施形態において、加速度センサ５２は、固定治具５３のうち、変位センサ５１を保持している部分に設置されているが、本開示はこれに限定されない。加速度センサ５２は、変位センサ５１の絶対振動と同等の振動が生じている箇所に設置されていればよく、例えば、変位センサ５１に直接取り付けられてもよい。

【0029】

（Ｂ５）上記実施形態において、振動測定装置５０は、工作機械１００による加工終了後に振動測定処理を実行するが、本開示はこれに限定されない。例えば、振動測定装置５０は、予め設定された時間分のデータを取得するたびに振動測定処理を実行するようにプログラムに組み込まれていてもよい。

【0030】

（Ｂ６）上記実施形態において、振動算出部５４は、第２測定データを時間について２階積分することにより、第２測定データの単位を第１測定データの単位に一致させるが、本開示はこれに限定されない。振動算出部５４は、第１測定データを時間について２階微分することにより、第１測定データの単位を第２測定データの単位に一致させてもよい。かかる形態においても、上記実施形態と同様の効果を奏する。

【0031】

（Ｂ７）上記実施形態において、振動測定処理において、振動算出部５４は、ステップＳ４０において生成した回転工具４０の振動データをそのまま出力するが、本開示はこれに限定されない。振動算出部５４は、回転工具４０の振動データに対して、予め実験等により特定した振動測定点と加工点との振動伝達特性を考慮した係数を掛けることにより、加工点における振動の推定データを算出し、かかるデータを出力してもよい。かかる形態によれば、回転工具４０の絶対振動の測定精度の低下をより抑制できる。

【0032】

本開示は、上述の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した形態中の技術的特徴に対応する各実施形態中の技術的特徴は、上述の課題の一部または全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部または全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

【符号の説明】

【0033】

１０…ベッド、２０…コラム、２１…ガイドレール、３０…主軸ハウジング、３１…主軸装置、４０…回転工具、４１…円柱部、４２…加工部、５０…振動測定装置、５１…変位センサ、５２…加速度センサ、５３…固定治具、５４…振動算出部、１００…工作機械、５４１…ＣＰＵ、５４２…メモリ、５４３…通信部、５４４…データ取得部、５４５…単位換算部、５４６…データ加算部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】