特開 2024-2285 表面性状推定装置及び研削盤

(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】P2024002285

(43)【公開日】2024-01-11

(54)【発明の名称】表面性状推定装置及び研削盤

(51)【国際特許分類】

   B24B 49/04 20060101AFI20231228BHJP

   B24B 49/10 20060101ALI20231228BHJP

   B24B 49/18 20060101ALI20231228BHJP

   B24B 5/04 20060101ALI20231228BHJP

   B24B 53/00 20060101ALI20231228BHJP

   B23Q 17/12 20060101ALN20231228BHJP

【ＦＩ】

B24B49/04 A

B24B49/10

B24B49/18

B24B5/04

B24B53/00 A

B23Q17/12

【審査請求】未請求

【請求項の数】12

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022101387

(22)【出願日】2022-06-23

(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】110000648

【氏名又は名称】弁理士法人あいち国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】長谷川 慶太

(72)【発明者】

【氏名】野々山 眞

(72)【発明者】

【氏名】岸本 稜平

(72)【発明者】

【氏名】増田 祐生

【テーマコード（参考）】

3C034

3C043

3C047

【Ｆターム（参考）】

3C034AA01

3C034BB74

3C034BB92

3C034CA02

3C034CA24

3C034CB12

3C034CB13

3C034CB14

3C034DD01

3C034DD05

3C034DD07

3C043AA01

3C043CC03

3C043DD02

3C043DD03

3C043DD04

3C043DD05

3C043DD06

3C043EE03

3C043EE04

3C047AA02

(57)【要約】

【課題】固有振動特性のゲイン不安定周波数帯によるノイズの影響を緩和して、表面性状の推定精度を向上させる表面性状推定装置を提供する。
【解決手段】表面性状推定装置２の演算処理装置２０は、定寸装置３の加速度センサ３２の第１スパイラルデータＤ１を取得する信号データ取得部２１と、加速度センサ３２の固有振動特性Ｋにおいて、ゲイン安定周波数帯Ｋ０とゲイン不安定周波数帯Ｋ１とが設定された評価情報Ｉを格納する評価情報格納部２３と、砥石車１２の加工時回転速度Ｖｔ１と工作物Ｗの加工時回転速度Ｖｗ１との関係に基づいて、工作物Ｗの測定時回転速度Ｖｗ２を設定する回転速度設定部２５と、測定時において工作物Ｗを測定時回転速度Ｖｗ２にて回転させたときに信号データ取得部２１により取得された第１スパイラルデータＤ１に基づいて、工作物Ｗの研削周面Ｗ１の凹凸面状態を表面性状Ｓとして推定する表面性状推定部２２と、を備える。
【選択図】図６

【特許請求の範囲】

【請求項1】

研削盤にて砥石車により研削加工された工作物の研削周面の表面性状を推定する表面性状推定装置であって、
前記研削盤に設けられ、前記工作物を回転させながら研削加工している最中において前記研削周面の径を測定する定寸装置と、
前記工作物の研削加工後の測定時において前記定寸装置に設けられたセンサから出力される信号データに基づいて、前記砥石車の凹凸表面が転写された砥石車起因による前記工作物の前記研削周面の凹凸面状態を前記表面性状として推定する演算処理装置と、
を備え、
前記演算処理装置は、
前記工作物を回転させながら前記定寸装置と前記工作物とを前記工作物の軸方向に相対移動させるときの前記信号データを、前記研削周面の前記凹凸面状態に対応して取得する信号データ取得部と、
前記定寸装置に周波数を変化させた振動を入力として与えたときに、前記センサから出力される出力データの周波数応答特性としての固有振動特性において、前記固有振動特性のゲインのばらつきが所定値内に含まれるゲイン安定周波数帯と、前記ゲイン安定周波数帯よりも周波数が低く、かつ前記固有振動特性の前記ゲインのばらつきが前記所定値を超えるゲイン不安定周波数帯とが設定された評価情報を格納する評価情報格納部と、
前記砥石車による前記工作物の研削加工時における、前記砥石車の加工時回転速度Ｖｔ１及び前記工作物の加工時回転速度Ｖｗ１を取得する加工条件取得部と、
前記砥石車の加工時回転速度Ｖｔ１と前記工作物の加工時回転速度Ｖｗ１との関係に基づいて、前記測定時における前記工作物の測定時回転速度Ｖｗ２を想定したときに、前記信号データに含まれることになる基本周波数成分、及び前記基本周波数成分の高調波成分のうちの少なくとも２つの選択周波数が前記ゲイン安定周波数帯に含まれるように、前記工作物の測定時回転速度Ｖｗ２を設定する回転速度設定部と、
前記測定時において前記工作物を前記測定時回転速度Ｖｗ２にて回転させたときに前記信号データ取得部により取得された前記信号データに基づいて、前記研削周面の前記凹凸面状態を前記表面性状として推定する表面性状推定部と、
を備える、表面性状推定装置。

【請求項2】

前記回転速度設定部は、
少なくとも２つの前記選択周波数が前記ゲイン安定周波数帯に含まれるように、想定する前記工作物の測定時回転速度Ｖｗ２を変更して繰り返し演算を行って、前記工作物の測定時回転速度Ｖｗ２を決定する、請求項１に記載の表面性状推定装置。

【請求項3】

前記表面性状推定部は、
前記測定時において前記工作物を前記測定時回転速度Ｖｗ２にて回転させたときに前記信号データ取得部により取得された前記信号データに基づいて、前記選択周波数を個別に含む複数個の所定範囲の演算用周波数を抽出し、前記演算用周波数の振幅に基づいて、前記研削周面の前記凹凸面状態を前記表面性状として推定する、請求項１又は２に記載の表面性状推定装置。

【請求項4】

前記回転速度設定部は、
前記工作物の加工時回転速度Ｖｗ１に対する前記砥石車の加工時回転速度Ｖｔ１の比である回転速度比Ｖｒに、前記工作物の測定時回転速度Ｖｗ２を乗算することに基づいて、前記基本周波数成分を求める、請求項１又は２に記載の表面性状推定装置。

【請求項5】

前記評価情報格納部の前記評価情報には、
前記ゲイン安定周波数帯及び前記ゲイン不安定周波数帯の他に、前記ゲイン安定周波数帯よりも周波数が高く、かつ反共振特性により前記固有振動特性の前記ゲインが上下に振れるゲイン補償不可能な反共振周波数帯が設定されており、
前記回転速度設定部は、
少なくとも２つの前記選択周波数が、前記ゲイン不安定周波数帯及び前記反共振周波数帯を除き、かつ前記ゲイン安定周波数帯に含まれるように、前記工作物の測定時回転速度Ｖｗ２を設定する、請求項１又は２に記載の表面性状推定装置。

【請求項6】

前記評価情報格納部の前記評価情報の前記ゲイン安定周波数帯には、
共振特性により前記固有振動特性の前記ゲインが上下に振れるゲイン補償可能な共振周波数帯が含まれており、
前記回転速度設定部は、
少なくとも２つの前記選択周波数が、前記ゲイン不安定周波数帯を除き、かつ前記共振周波数帯を除く前記ゲイン安定周波数帯に含まれるように、前記工作物の測定時回転速度Ｖｗ２を設定する、請求項１又は２に記載の表面性状推定装置。

【請求項7】

前記回転速度設定部は、
１次成分としての前記基本周波数成分、及び２次成分から５次成分までとしての前記基本周波数成分の２～５倍の高調波成分、のうちの少なくとも２つの前記選択周波数が前記ゲイン安定周波数帯に含まれるように、前記工作物の測定時回転速度Ｖｗ２を設定する、請求項１又は２に記載の表面性状推定装置。

【請求項8】

前記回転速度設定部は、
２次成分から５次成分までとしての前記基本周波数成分の２～５倍の高調波成分である４つの前記選択周波数が前記ゲイン安定周波数帯に含まれるように、前記工作物の測定時回転速度Ｖｗ２を設定する、請求項１又は２に記載の表面性状推定装置。

【請求項9】

前記信号データ取得部は、
前記ゲイン安定周波数帯よりも高い周波数にカットオフ周波数が設定されたローパスフィルタを介して前記信号データを取得するとともに、前記カットオフ周波数の２倍以上のサンプリング周波数によって前記信号データを取得する、請求項１又は２に記載の表面性状推定装置。

【請求項10】

前記定寸装置は、前記工作物の前記研削周面に接触して、前記研削周面の前記凹凸面状態に倣って変位する接触部材と、前記接触部材に配置された前記センサとしての加速度センサとを有する、請求項１又は２に記載の表面性状推定装置。

【請求項11】

請求項１又は２に記載の表面性状推定装置を備える研削盤。

【請求項12】

前記表面性状推定装置が推定した前記表面性状に基づいて、前記工作物の研削加工の良否判定、次回以降に加工する前記工作物の加工条件の調整の必要性の判定、及び前記砥石車の修正タイミングの調整の必要性の判定のうちの少なくとも１つを実行する判定部を備える、請求項１１に記載の研削盤。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、表面性状推定装置及び研削盤に関する。

【背景技術】

【0002】

表面性状推定装置は、研削盤に回転可能に支持された工作物の表面における凹凸等の表面性状を推定（測定）するために用いられる。研削盤の砥石車の砥石表面には、多数の砥粒による凹凸が形成されており、研削加工時には、この砥粒による凹凸が工作物の表面に反映される。そして、研削盤における、砥石車の砥粒の状態、砥石車の回転速度、工作物の回転速度等の加工条件、及び工作物の形状などに応じて、工作物の表面に形成される表面性状が変化する。表面性状推定装置においては、センサを有する定寸装置等を用いて、工作物の表面の、周方向及び軸方向に生じた凹凸を測定し、この凹凸の測定結果を利用して工作物の表面の表面性状を推定している。

【0003】

例えば、特許文献１の表面性状推定システムにおいては、工作物の表面における測定位置を周方向及び軸方向に螺旋状に移動させたときに、センサによって工作物の表面における凹凸を検出し、この検出に関する時系列データに基づいて工作物の表面の表面性状を生成することが記載されている。時系列データは、工作物の回転軸に対する所定角度毎の螺旋状の位置に対応して取得され、時系列データに基づいて、工作物の異なる角度かつ工作物の異なる軸方向位置のそれぞれにおける周方向びびりが生成される。そして、周方向びびりが、工作物の同一角度における複数の周方向びびりとみなされて、複数の周方向びびりを軸方向に並列させた面状びびりが生成される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０２１－７９５３４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

定寸装置等を構成するセンサは、研削盤の各部に生じる振動等の影響を受けて、周波数応答特性としての固有振動特性を有する。この固有振動特性は、定寸装置等による工作物の表面の凹凸の測定にノイズとして影響を与え、工作物の表面の表面性状の推定における誤差要因となる。特許文献１の表面性状推定システムにおいても、この固有振動特性を考慮しておらず、表面性状の生成（推定）に誤差が生じるおそれがある。そのため、表面性状推定装置による工作物の表面の表面性状の推定精度を向上させるためには、更なる工夫が必要とされる。

【0006】

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたもので、固有振動特性のゲイン不安定周波数帯によるノイズの影響を緩和して、表面性状の推定精度を向上させることができる表面性状推定装置及び研削盤を提供しようとするものである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の一態様は、
研削盤にて砥石車により研削加工された工作物の研削周面の表面性状を推定する表面性状推定装置であって、
前記研削盤に設けられ、前記工作物を回転させながら研削加工している最中において前記研削周面の径を測定する定寸装置と、
前記工作物の研削加工後の測定時において前記定寸装置に設けられたセンサから出力される信号データに基づいて、前記砥石車の凹凸表面が転写された砥石車起因による前記工作物の前記研削周面の凹凸面状態を前記表面性状として推定する演算処理装置と、
を備え、
前記演算処理装置は、
前記工作物を回転させながら前記定寸装置と前記工作物とを前記工作物の軸方向に相対移動させるときの前記信号データを、前記研削周面の前記凹凸面状態に対応して取得する信号データ取得部と、
前記定寸装置に周波数を変化させた振動を入力として与えたときに、前記センサから出力される出力データの周波数応答特性としての固有振動特性において、前記固有振動特性のゲインのばらつきが所定値内に含まれるゲイン安定周波数帯と、前記ゲイン安定周波数帯よりも周波数が低く、かつ前記固有振動特性の前記ゲインのばらつきが前記所定値を超えるゲイン不安定周波数帯とが設定された評価情報を格納する評価情報格納部と、
前記砥石車による前記工作物の研削加工時における、前記砥石車の加工時回転速度Ｖｔ１及び前記工作物の加工時回転速度Ｖｗ１を取得する加工条件取得部と、
前記砥石車の加工時回転速度Ｖｔ１と前記工作物の加工時回転速度Ｖｗ１との関係に基づいて、前記測定時における前記工作物の測定時回転速度Ｖｗ２を想定したときに、前記信号データに含まれることになる基本周波数成分、及び前記基本周波数成分の高調波成分のうちの少なくとも２つの選択周波数が前記ゲイン安定周波数帯に含まれるように、前記工作物の測定時回転速度Ｖｗ２を設定する回転速度設定部と、
前記測定時において前記工作物を前記測定時回転速度Ｖｗ２にて回転させたときに前記信号データ取得部により取得された前記信号データに基づいて、前記研削周面の前記凹凸面状態を前記表面性状として推定する表面性状推定部と、
を備える、表面性状推定装置にある。

【0008】

本発明の他の態様は、上述の一態様の表面性状推定装置を備える研削盤にある。

【発明の効果】

【0009】

前記一態様の表面性状推定装置においては、センサによる固有振動特性の評価情報を格納し、固有振動特性を考慮して、工作物の加工時回転速度（回転数）Ｖｗ１に対して工作物の測定時回転速度（回転数）Ｖｗ２を意図的に変更することによって、固有振動特性が表面性状の推定に及ぼす影響を緩和する。具体的には、評価情報格納部の評価情報においては、固有振動特性についてのゲイン安定周波数帯とゲイン不安定周波数帯とが設定されている。

【0010】

そして、回転速度設定部においては、砥石車の加工時回転速度Ｖｔ１と工作物の加工時回転速度Ｖｗ１との関係に基づいて、測定時における工作物の測定時回転速度Ｖｗ２を想定したときに、信号データ取得部の信号データに含まれることになる基本周波数成分及び高調波成分のうちの少なくとも２つの選択周波数がゲイン安定周波数帯に含まれるように、工作物の測定時回転速度Ｖｗ２を設定する。

【0011】

このように工作物の測定時回転速度Ｖｗ２を設定することにより、測定時において、信号データ取得部によって取得される信号データに、固有振動特性のゲイン不安定周波数帯によるノイズの影響が生じないようにすることができる。そして、誤差要因が小さくなることによって、表面性状推定部による表面性状の推定精度を向上させることができる。

【0012】

それ故、前記一態様の表面性状推定装置によれば、固有振動特性のゲイン不安定周波数帯によるノイズの影響を除外して、表面性状の推定精度を向上させることができる。

【0013】

前記他の態様の研削盤によれば、上述した一態様の表面性状推定装置による効果と同様の効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】実施形態にかかる、表面性状推定装置を含む研削盤を示す説明図。

【図2】実施形態にかかる、工作物の研削加工後の測定時における表面性状推定装置を示す説明図。

【図3】実施形態にかかる、工作物の研削加工時における表面性状推定装置を示す説明図。

【図4】実施形態にかかる、研削盤の研削工程を示すフローチャート。

【図5】実施形態にかかる、研削盤によって研削された工作物の研削周面の表面性状を示す説明図。

【図6】実施形態にかかる、表面性状推定装置の構成を示す説明図。

【図7】実施形態にかかる、加速度センサによる第１スパイラルデータの分割データを示す説明図。

【図8】実施形態にかかる、加速度センサによる第１スパイラルデータの位相合わせデータを示す説明図。

【図9】実施形態にかかる、加速度センサによる第１スパイラルデータに基づくびびりマップを示す説明図。

【図10】実施形態にかかる、変位センサによる第２スパイラルデータ及び回転データに基づく半径マップを示す説明図。

【図11】実施形態にかかる、びびりマップと半径マップとが合成された表面性状マップを示す説明図。

【図12】実施形態にかかる、加速度センサの固有振動特性を示すグラフ。

【図13】実施形態にかかる、加速度センサによる第１スパイラルデータについての高速フーリエ変換後のフーリエ変換データを示すグラフ。

【図14】実施形態にかかる、加速度センサによる第１スパイラルデータについての高速フーリエ変換後のフーリエ変換データを示すグラフ。

【発明を実施するための形態】

【0015】

前述した表面性状推定装置及び表面性状推定装置を備える研削盤にかかる好ましい実施形態について、図面を参照して説明する。
（実施形態）

【0016】

１．研削盤１の構成
研削盤１の構成について説明する。図１に示すように、研削盤１は、表面性状推定装置２を備える。表面性状推定装置２は、研削盤１における研削状態の解析装置として使用される。特に、表面性状推定装置２は、研削盤１にて砥石車１２により研削加工された工作物Ｗの研削周面Ｗ１の表面性状Ｓを推定するものである。研削盤１は、表面性状推定装置２によって推定された工作物Ｗの研削周面Ｗ１の表面性状Ｓを、マップ化された画像としての表面性状マップＭによって出力する画像出力装置４を備える。

【0017】

研削盤１は、工作物Ｗ及び砥石車１２を回転させながら、工作物Ｗと砥石車１２とを相対移動させることにより、工作物Ｗの研削周面Ｗ１の研削加工を行う。研削盤１は、工作物Ｗをトラバースさせるテーブルトラバース型研削盤に適用することもできるし、砥石車１２を支持する砥石台１３をトラバースさせる砥石台トラバース型研削盤に適用することもできる。以下には、研削盤１の例として、テーブルトラバース型研削盤について説明する。

【0018】

研削盤１は、ベッド１１、砥石車１２、砥石台１３、主軸台１４、心押台１５、主軸テーブル１６、制御装置１０及び表面性状推定装置２を備える。工作物Ｗは、その軸線方向の両端が主軸台１４及び心押台１５に支持され、主軸台１４によって駆動されて回転する。工作物Ｗの形状は、特に限定されず、円柱状、円筒状等の形状とすればよい。図２に示すように、工作物Ｗの研削周面Ｗ１は、円柱状又は円筒状の工作物Ｗの外周面だけでなく、円筒状の工作物Ｗの内周面としてもよい。

【0019】

本実施形態においては、工作物Ｗが円柱状である場合を例示する。研削盤１は、回転する工作物Ｗの研削周面Ｗ１としての外周面に砥石車１２を当接させ、砥石車１２によって工作物Ｗの外周面を研削する。

【0020】

ここで、主軸台１４及び心押台１５に支持された工作物Ｗの軸線方向に平行な方向をＺ軸方向といい、Ｚ軸方向に直交して、工作物Ｗに対して砥石車１２が接近する方向をＸ軸方向という。各図においては、Ｚ軸方向を符号Ｚによって示し、Ｘ軸方向を符号Ｘによって示す。砥石車１２は、Ｚ軸方向に平行な軸線回りに回転可能な状態で砥石台１３に支持されている。ベッド１１上には、砥石台案内部１１ａが設けられており、砥石台１３は、Ｘ軸方向に移動可能に砥石台案内部１１ａに支持されており、制御装置１０によって制御される駆動源（図示略）によってＸ軸方向に移動する。

【0021】

砥石車１２は、制御装置１０によって制御される、砥石台１３の砥石回転モータ１２ａによって駆動されて回転する。砥石車１２は、砥石台１３がＸ軸方向に移動することにより、工作物Ｗの研削周面Ｗ１に接近し、工作物Ｗの研削周面Ｗ１を研削する。

【0022】

主軸テーブル１６は、ベッド１１上に設けられた主軸テーブル案内部１１ｂによって、Ｚ軸方向に移動可能に支持されており、制御装置１０によって制御される駆動源（図示略）によってＺ軸方向に移動する。主軸台１４及び心押台１５は、主軸テーブル１６上に対向配置されている。工作物Ｗは、制御装置１０によって制御される、主軸台１４の主軸回転モータ１４ａによって駆動されて回転する。

【0023】

２．表面性状推定装置２の概要
表面性状推定装置２の概要について説明する。図２は、工作物Ｗの研削加工後の測定時における表面性状推定装置２を示し、図３は、工作物Ｗの研削加工時（単に加工時ということがある。）における表面性状推定装置２を示す。図２及び図３に示すように、表面性状推定装置２は、研削盤１にて砥石車１２により研削加工された工作物Ｗの研削周面Ｗ１の表面性状Ｓを推定するものである。

【0024】

表面性状推定装置２は、センサとしての加速度センサ３２が設けられた定寸装置３と、演算処理装置２０とを備える。定寸装置３は、研削盤１に設けられており、工作物Ｗを回転させながら研削加工している最中において工作物Ｗの研削周面Ｗ１の径を測定するものである。演算処理装置２０は、工作物Ｗの研削加工後の測定時において、定寸装置３の加速度センサ３２から出力される信号データに基づいて、砥石車１２の凹凸表面が転写された砥石車１２に起因する工作物Ｗの研削周面Ｗ１の凹凸面状態を表面性状Ｓとして推定するものである。

【0025】

３．表面性状推定装置２の定寸装置３の構成
次に、定寸装置３について説明する。本実施形態においては、図２に示すように、円柱状の工作物Ｗの研削周面Ｗ１としての外周面が研削され、定寸装置３は、外径測定装置として工作物Ｗの外周面の外径を測定する。定寸装置３は、工作物Ｗの研削周面Ｗ１としての内周面の内径を測定するものとしてもよい。定寸装置３によって測定された工作物Ｗの研削周面Ｗ１の径は、研削工程の切替のために用いられる。ただし、本実施形態においては、定寸装置３は、表面性状推定装置２による工作物Ｗの研削周面Ｗ１の表面性状Ｓの推定のためにも用いられる。

【0026】

定寸装置３は、工作物Ｗの研削周面Ｗ１に接触して、研削周面Ｗ１の凹凸面状態に倣って変位する一対の接触部材３１と、接触部材３１の一方に配置された加速度センサ３２とを有する。加速度センサ３２を用いることにより、工作物Ｗの研削周面Ｗ１における高周波成分の凹凸面の測定が容易になる。

【0027】

一対の接触部材３１の先端部には、工作物Ｗの研削周面Ｗ１に接触する接触子３３が設けられている。接触子３３は、工作物Ｗの回転中心Ｏを挟んだ２点において工作物Ｗの研削周面Ｗ１に当接し、研削周面Ｗ１に形成された凹凸面に倣って変位する。接触子３３の変位は、変位センサ３４によって測定される。変位センサ３４には、例えば、機械的な直線運動を変位量として電気信号に変換する差動トランス等が用いられる。

【0028】

定寸装置３は、変位センサ３４の機械的変位を電気信号である信号データに変換することにより工作物Ｗの研削周面Ｗ１の外径を測定し、かつ加速度センサ３２によって検出される加速度を変位に変換するとともに電気信号である信号データに変換することにより、工作物Ｗの研削周面Ｗ１の凹凸面状態を測定する。図１に示すように、定寸装置３は、制御装置１０によって制御される軸方向移動装置３５により、工作物Ｗの中心軸線に平行なＺ軸方向に移動可能である。

【0029】

工作物Ｗの研削周面Ｗ１の凹凸面状態は、研削後の工作物Ｗを回転させて工作物Ｗの研削周面Ｗ１の凹凸面状態を測定する測定時において、変位センサ３４の信号データに基づいて検知される低周波数成分の凹凸面と、加速度センサ３２の信号データに基づいて検知される高周波成分の凹凸面として測定される。変位センサ３４の信号データに基づいて検知される低周波数成分は、例えば、１０Ｈｚ以下の周波数として検知され、加速度センサ３２の信号データに基づいて検知される高周波成分は、例えば、１０Ｈｚ超過２５００Ｈｚ以下の周波数として検知される。

【0030】

４．研削盤１の研削工程
次に、研削盤の研削工程について説明する。図４に示すように、研削工程は、砥石車１２のＸ軸方向への送り速度の違いによって分けられ、粗研削工程Ｓｔ１、精研削工程Ｓｔ２、微研削工程Ｓｔ３及びスパークアウト工程Ｓｔ４の順で行われる。各工程の砥石車１２の送り速度は、粗研削工程Ｓｔ１＞精研削工程Ｓｔ２＞微研削工程Ｓｔ３＞スパークアウト工程Ｓｔ４となる。粗研削工程Ｓｔ１では、工作物Ｗの大まかな形状を形成する。続く精研削工程Ｓｔ２及び微研削工程Ｓｔ３では、砥石車１２の送り速度を小さくしながら、工作物Ｗの表面形状を整える。最後のスパークアウト工程Ｓｔ４では、工作物Ｗの表面の仕上げを行い、工作物Ｗを完成させる。

【0031】

研削工程の切替には、定寸装置３によって測定された工作物Ｗの研削周面Ｗ１の径が用いられる。研削盤１の制御装置１０においては、粗研削工程Ｓｔ１と精研削工程Ｓｔ２との切替時の工作物Ｗの径、精研削工程Ｓｔ２と微研削工程Ｓｔ３との切替時の工作物Ｗの径、及び微研削工程Ｓｔ３とスパークアウト工程Ｓｔ４との切替時の工作物Ｗの径が設定されている。研削加工中において、定寸装置３によって測定される工作物Ｗの径が設定された径に到達した際には、研削盤１の制御装置１０によって研削工程が切り替えられる。

【0032】

ここで、表面性状推定装置２においては、研削が完了するスパークアウト工程Ｓｔ４後の工作物Ｗの表面性状Ｓを推定することが好ましい。表面性状推定装置２は、インプロセスにおいて、工作物Ｗの表面性状Ｓを推定するものである。インプロセスとは、工作物Ｗが、研削加工された後、研削盤１から取り外されるまでの期間であって、スパークアウト工程Ｓｔ４後も含む。本形態の表面性状推定装置２は、工作物Ｗの研削完了後に工作物Ｗの研削加工時の回転状態を維持するとともに、工作物Ｗの測定時回転速度Ｖｗ２として適宜回転速度を速くして、工作物Ｗの表面性状Ｓを推定する。

【0033】

５．工作物Ｗの研削周面Ｗ１の表面性状Ｓ
次に、工作物Ｗの研削周面Ｗ１の表面性状Ｓについて説明する。図５に示すように、研削盤１によって研削された工作物Ｗの研削周面Ｗ１の表面性状Ｓは、種々の要因に起因して形成される。本実施形態においては、表面性状Ｓは、砥石車１２の研削外周面の表面状態としての凹凸表面が転写された、砥石車１２に起因するものを示すこととする。

【0034】

砥石車１２に起因する研削周面Ｗ１の表面性状Ｓは、砥石車１２の凹凸表面が転写された表面性状Ｓ１と、工作物Ｗの周方向Ｃにおける基準半径のばらつきによる表面性状Ｓ２とに分離される。表面性状Ｓは、表面性状Ｓ１，Ｓ２を合成する（加算する）ことによって生成される。工作物Ｗの周方向Ｃにおける基準半径のばらつきは、真円度等として表され、主に、研削加工時における砥石車１２の中心と工作物Ｗの中心との間の距離がずれることによって生じると考えられる。

【0035】

６．表面性状推定装置２の演算処理装置２０の構成
次に、表面性状推定装置２の演算処理装置２０について説明する。図６に示すように、演算処理装置２０は、信号データ取得部２１、評価情報格納部２３、加工条件取得部２４、回転速度設定部２５、工作物主軸駆動部２６及び表面性状推定部２２を備える。

【0036】

信号データ取得部２１は、工作物Ｗを回転させながら定寸装置３と工作物Ｗとを工作物ＷのＺ軸方向に相対移動させるときに、換言すれば定寸装置３の接触子３３が工作物Ｗに接触する位置をＺ軸方向に螺旋状に相対移動させるときに、定寸装置３の加速度センサ３２による信号データと、定寸装置３の変位センサ３４による信号データとを、研削周面Ｗ１の凹凸面状態に対応して取得する。加速度センサ３２による信号データは、高周波成分の第１スパイラルデータＤ１として取得され、変位センサ３４による信号データは、低周波成分の第２スパイラルデータＤ２として取得される。また、信号データ取得部２１は、定寸装置３と工作物ＷとのＺ軸方向の相対位置を固定して工作物Ｗを回転させる際に、変位センサ３４による信号データを、回転データＤ３として取得する。

【0037】

図５においては、定寸装置３によって第１スパイラルデータＤ１及び第２スパイラルデータＤ２が測定される状態と、定寸装置３によって回転データＤ３が測定される状態とを破線によって示す。第１スパイラルデータＤ１及び第２スパイラルデータＤ２は、工作物Ｗの研削周面Ｗ１のＺ軸方向の一部及び周方向Ｃの一部のデータとして、同時に取得される。第１スパイラルデータＤ１の周方向Ｃの一部は、工作物Ｗの研削周面Ｗ１に対して砥石車１２の砥石表面１２１が複数回転写される範囲として抽出される。この研削周面Ｗ１の周方向Ｃの一部の範囲内には、砥石車１２の各砥粒による研削痕が繰り返し出現する。加速度センサ３２による第１スパイラルデータＤ１は、工作物Ｗの研削周面Ｗ１の凹凸面状態を測定するために用いられる。

【0038】

変位センサ３４による第２スパイラルデータＤ２は、工作物ＷのＺ軸方向における半径の違いを測定するために用いられる。工作物ＷのＺ軸方向における半径の違いは、本来は、定寸装置３を工作物ＷのＺ軸方向に相対移動させれば測定できる。ただし、第２スパイラルデータＤ２は、接触子３３が、加速度センサ３２と同時に周方向Ｃ及びＺ軸方向に螺旋状に相対移動するときに取得される。そのため、第２スパイラルデータＤ２による工作物Ｗの研削周面Ｗ１のＺ軸方向における半径の変化及び工作物Ｗの研削周面Ｗ１の周方向Ｃにおける半径の変化から、回転データＤ３による工作物Ｗの研削周面Ｗ１の周方向Ｃにおける半径の変化を除外することにより、工作物Ｗの研削周面Ｗ１のＺ軸方向における半径の変化を取得する。

【0039】

回転データＤ３は、第１スパイラルデータＤ１及び第２スパイラルデータＤ２のＺ軸方向の一部の範囲と重なるＺ軸方向の同一位置において、周方向Ｃの全周分のデータとして取得される。真円度等によって示される、工作物Ｗの研削周面Ｗ１の周方向Ｃにおける半径の変化は、Ｚ軸方向において同様の状態が維持されていると考えられる。そのため、回転データＤ３は、Ｚ軸方向の１箇所の位置において取得すればよい。ただし、精度を向上させるために、第１スパイラルデータＤ１及び第２スパイラルデータＤ２のＺ軸方向の範囲において、回転データＤ３をＺ軸方向の複数位置について取得してもよい。

【0040】

図６に示すように、表面性状推定部２２は、測定時において工作物Ｗを測定時回転速度Ｖｗ２にて回転させたときに信号データ取得部２１により取得された信号データに基づいて、研削周面Ｗ１の凹凸面状態を表面性状Ｓとして推定する。表面性状推定部２２は、第１スパイラルデータＤ１、第２スパイラルデータＤ２及び回転データＤ３について信号処理を行って、工作物Ｗの研削周面Ｗ１の表面性状Ｓを推定し、表面性状Ｓを色の違いによって視覚的に表現する表面性状マップＭを作成する。表面性状マップＭは、砥石車１２の凹凸表面に起因する研削周面Ｗ１の表面性状Ｓ１を示すびびりマップＭ１と、研削周面Ｗ１の真円度、半径等の誤差に起因する研削周面Ｗ１の表面性状Ｓ２を示す半径マップＭ２とを合成することによって作成される。

【0041】

びびりマップＭ１は、加速度センサ３２による信号データである第１スパイラルデータＤ１について、信号処理が行われて作成される。この信号処理は、ゲイン補正処理２２１ａ、分割処理２２２、高周波成分解析２２３ａ及び位相合わせ処理２２４の各工程によって行われる。ゲイン補正処理２２１ａにおいては、加速度センサ３２が、特定の周波数を超える入力信号に対する出力信号を減衰させる入出力特性を有することが考慮され、加速度センサ３２の出力信号のばらつきが小さくなるように、周波数ごとの出力信号が補正される。

【0042】

図７に示すように、分割処理２２２においては、工作物Ｗの研削周面Ｗ１についての螺旋状の第１スパイラルデータＤ１が、Ｚ軸方向に所定間隔で設定されたＺ軸方向の各位置についての、周方向Ｃに所定間隔で設定された周方向Ｃの各位置のデータとしての複数の分割データＤ１１に分割される。高周波成分解析２２３ａにおいては、各分割データＤ１１について高速フーリエ変換（ＦＦＴ）が行われる。そして、砥石車１２の各砥粒による砥粒痕が繰り返し形成された研削周面Ｗ１の凹凸面状態について、各砥粒痕の形成状態が、周波数（又は周期）及び振幅によって表される高周波成分のフーリエ変換データとして抽出される。

【0043】

その後、高周波成分のフーリエ変換データにおけるノイズ成分を除去するように特定の高周波成分を抽出し、抽出した高周波成分について逆高速フーリエ変換（逆ＦＦＴ）が行われる。これにより、各分割データＤ１１におけるノイズ成分が除去される。ノイズ成分には、機械振動等によるノイズが含まれる。

【0044】

本実施形態においては、後述するように、工作物Ｗの測定時回転速度Ｖｗ２が増加方向に調整されることにより、研削周面Ｗ１における各砥粒痕の繰り返し出現数が増加され、高周波成分解析２２３ａにおいて第１スパイラルデータＤ１がフーリエ変換されたときの周波数が増加方向に調整される。

【0045】

図８に示すように、位相合わせ処理２２４においては、Ｚ軸方向の各位置であって周方向Ｃの各位置にずれて設定されたノイズ成分除去後の分割データＤ１１が、周方向Ｃの同じ部位に位置するように位相合わせが行われ、位相合わせデータＤ１２が作成される。この位相合わせが行われるときには、位相合わせデータＤ１２における研削周面Ｗ１の凹凸面状態が、Ｚ軸方向において断続的にならないように周方向Ｃの位相が微調整される。こうして、図９に示すように、加速度センサ３２による第１スパイラルデータＤ１についてのびびりマップＭ１が作成される。

【0046】

半径マップＭ２は、定寸装置３の変位センサ３４による信号データである第２スパイラルデータＤ２及び回転データＤ３について、信号処理が行われて作成される。この信号処理は、第２スパイラルデータＤ２についてのゲイン補正処理２２１ｂ及び低周波成分解析２２３ｂの各工程と、回転データＤ３についてのゲイン補正処理２２１ｃ及び真円度解析２２５の各工程とに分けて行われ、その後、真円度分除去処理２２６として、低周波成分解析２２３ｂが行われた後の第２スパイラルデータＤ２と、真円度解析２２５が行われた後の回転データＤ３とが用いられて、工作物Ｗの研削周面Ｗ１におけるＺ軸方向の半径の変化が取得される。

【0047】

第２スパイラルデータＤ２及び回転データＤ３のゲイン補正処理２２１ｂ，２２１ｃにおいては、変位センサ３４が、特定の周波数を超える入力信号に対する出力信号を減衰させる入出力特性を有することが考慮され、変位センサ３４の出力信号のばらつきが小さくなるように、周波数ごとの出力信号が補正される。

【0048】

第２スパイラルデータＤ２の低周波成分解析２２３ｂにおいては、第２スパイラルデータＤ２について高速フーリエ変換（ＦＦＴ）が行われる。そして、工作物Ｗの研削周面Ｗ１のＺ軸方向及び周方向Ｃにおける半径の変化が、周波数（又は周期）及び振幅によって表される低周波成分のフーリエ変換データとして抽出される。

【0049】

その後、低周波成分のフーリエ変換データにおけるノイズ成分を除去するように特定の低周波成分を抽出し、抽出した低周波成分について逆高速フーリエ変換（逆ＦＦＴ）が行われる。これにより、第２スパイラルデータＤ２におけるノイズ成分が除去される。ノイズ成分には、機械振動等によるノイズが含まれる。第２スパイラルデータＤ２においては、工作物Ｗの研削周面Ｗ１のＺ軸方向における半径の変化も含まれている。

【0050】

回転データＤ３の真円度解析２２５においては、工作物Ｗの研削周面Ｗ１の凹凸面状態に、真円度の誤差による凹凸がどれだけ生じているかを解析する。そして、真円度分除去処理２２６においては、低周波成分解析２２３ｂが行われた後の第２スパイラルデータＤ２に真円度解析２２５が行われた後の回転データＤ３が照合され、第２スパイラルデータＤ２から、周方向Ｃ及びＺ軸方向における凹凸の影響、及び真円度の誤差による凹凸の影響が除外される。そして、Ｚ軸方向の各位置についての半径の違いを示す半径データが取得され、図１０に示すように、半径データに基づいて半径マップＭ２が作成される。

【0051】

その後、図１１に示すように、びびりマップＭ１と半径マップＭ２とが合成されて表面性状マップＭが作成される。表面性状マップＭにおいては、Ｚ軸方向の各位置における半径の違いが反映された、工作物Ｗの研削周面Ｗ１の凹凸面状態が、色分け等によって可視化される。図１１においては、工作物Ｗの研削周面Ｗ１の周方向Ｃにおいて、砥石車１２の１回転分が転写された幅を示す。

【0052】

７．工作物Ｗの測定時回転速度Ｖｗ２の調整
次に、工作物Ｗの測定時回転速度Ｖｗ２の調整について説明する。本実施形態の表面性状推定部２２は、加速度センサ３２が有する固有振動特性Ｋを考慮して、工作物Ｗの測定時回転速度Ｖｗ２を調整し、加速度センサ３２による第１スパイラルデータＤ１についての高周波成分解析２２３ａを行う。具体的には、図６に示すように、表面性状推定装置２の評価情報格納部２３、加工条件取得部２４、回転速度設定部２５及び工作物主軸駆動部２６によって、工作物Ｗの研削周面Ｗ１の凹凸面状態の測定時における工作物Ｗの測定時回転速度Ｖｗ２を調整して、加速度センサ３２の固有振動特性Ｋによるノイズが表面性状Ｓの推定に与える影響を小さくする。

【0053】

図１２に示すように、評価情報格納部２３は、定寸装置３の加速度センサ３２に周波数を変化させた振動を入力として与えたときに、加速度センサ３２から出力される出力データの周波数応答特性としての固有振動特性Ｋにおいて、固有振動特性ＫのゲインＧのばらつきΔＧが所定値内に含まれるゲイン安定周波数帯Ｋ０と、ゲイン安定周波数帯Ｋ０よりも周波数が低く、かつ固有振動特性ＫのゲインＧのばらつきΔＧが所定値を超えるゲイン不安定周波数帯Ｋ１とが設定された評価情報Ｉを格納する。

【0054】

ゲイン不安定周波数帯Ｋ１においては、加速度センサ３２の入出力比を示すゲインＧが１よりも大幅に大きいだけでなく、ゲインＧのばらつきΔＧが大きい。表面性状推定部２２の高周波成分解析２２３ａにおいては、ゲイン不安定周波数帯Ｋ１に含まれる周波数の第１スパイラルデータＤ１を使用しないようにした方がよい。

【0055】

また、本実施形態においては、評価情報格納部２３の評価情報Ｉには、ゲイン安定周波数帯Ｋ０及びゲイン不安定周波数帯Ｋ１の他に、ゲイン安定周波数帯Ｋ０よりも周波数が高く、かつ加速度センサ３２の反共振特性により固有振動特性ＫのゲインＧが上下に振れるゲイン補償不可能な反共振周波数帯Ｋ２が設定されている。ゲインＧが上下に振れるとは、周波数が変化するときに、ゲインＧが１よりも大きく振れる場合とゲインＧが１よりも小さく振れる場合とが続けて出現する状態のことをいう。ゲイン補償不可能とは、加速度センサ３２の入出力比としてのゲインＧが１に近くなるように補正することが難しい状態のことをいう。表面性状推定部２２の高周波成分解析２２３ａにおいては、反共振周波数帯Ｋ２に含まれる周波数の第１スパイラルデータＤ１を使用しないようにした方がよい。

【0056】

加速度センサ３２の固有振動特性Ｋを取得するに当たっては、表面性状推定装置２及び研削盤１の稼働前において、図２に示す加振装置５によって定寸装置３の接触部材３１に周波数を変化させた振動が与えられ、加速度センサ３２による出力の変化が測定される。そして、加振装置５による加速度センサ３２への振動入力の振幅に対する、加速度センサ３２の出力の振幅の増減度が、加速度センサ３２のゲインＧについての周波数応答特性として得られる。固有振動特性Ｋは、このゲインＧについての周波数応答特性において、周波数ごとのゲインＧのばらつき（変動）ΔＧの大きさに着目して、周波数が低い側から順に、ゲイン不安定周波数帯Ｋ１、ゲイン安定周波数帯Ｋ０及び反共振周波数帯Ｋ２が設定されている。

【0057】

ゲインＧは、入力の振幅に対する出力の振幅が同じである場合を１とし、出力の振幅が大きくなるときには１よりも大きな数値となり、出力の振幅が小さくなるときには１よりも小さな数値となる。ゲインＧのばらつきΔＧは、周波数の所定幅の範囲内におけるゲインＧの変動の幅を示す。

【0058】

ゲイン不安定周波数帯Ｋ１は、ゲインＧが１００付近の大きな値から１に近づく周波数の範囲であって、ばらつきΔＧが所定値を超える周波数の範囲として設定される。ゲイン安定周波数帯Ｋ０は、ゲインＧが１に近い周波数の範囲であって、ばらつきΔＧが所定値内に収まる周波数の範囲として設定される。反共振周波数帯Ｋ２は、ゲインＧが１よりも大きい側と１よりも小さい側とに大きく振れる周波数の範囲として設定される。ばらつきΔＧの所定値は、周波数の所定幅の範囲内におけるゲインＧの変動の許容幅に着目して決定する。ゲインＧの変動の許容幅は、例えば、ゲインＧの変動が±１．２倍等の数値の幅として設定される。

【0059】

本形態においては、評価情報格納部２３の評価情報Ｉのゲイン安定周波数帯Ｋ０には、加速度センサ３２の共振特性により固有振動特性ＫのゲインＧが上下に振れるゲイン補償可能な共振周波数帯Ｋ３が設定されている。共振周波数帯Ｋ３は、ゲインＧが上下に振れる一方、ゲインＧのばらつきΔＧは所定値内にある。共振周波数帯Ｋ３は、加速度センサ３２の入出力比としてのゲインＧが１に近くなるように補正することが可能な周波数帯であり、共振周波数帯Ｋ３に含まれる周波数の第１スパイラルデータＤ１は、表面性状推定部２２の高周波成分解析２２３ａに使用してもよい。ただし、共振周波数帯Ｋ３に含まれる周波数の第１スパイラルデータＤ１は、ゲインＧの補正を簡単にするためには、使用しなくてもよい。

【0060】

図６に示すように、加工条件取得部２４は、砥石車１２による工作物Ｗの研削加工時における、砥石車１２の加工時回転速度Ｖｔ１及び工作物Ｗの加工時回転速度Ｖｗ１を取得する。砥石車１２の回転速度は工作物Ｗの回転速度よりも速く、砥石車１２の加工時回転速度Ｖｔ１は、工作物Ｗの加工時回転速度Ｖｗ１よりも大きくなる。

【0061】

図６及び図１２に示すように、回転速度設定部２５は、加工条件取得部２４によって取得される砥石車１２の加工時回転速度Ｖｔ１と工作物Ｗの加工時回転速度Ｖｗ１との関係に基づいて、測定時における工作物Ｗの測定時回転速度Ｖｗ２を想定したときに、加速度センサ３２の信号データである第１スパイラルデータＤ１に含まれることになる基本周波数成分Ｆ１、及び基本周波数成分Ｆ１の高調波成分Ｆ２のうちの少なくとも２つの選択周波数Ｆｓがゲイン安定周波数帯Ｋ０に含まれるように、工作物Ｗの測定時回転速度Ｖｗ２を設定する。

【0062】

基本周波数成分Ｆ１は、工作物Ｗの研削周面Ｗ１において、砥石車１２の多数の砥粒による研削痕としての凹凸が、工作物Ｗを測定時回転速度Ｖｗ２で回転させるときに、定寸装置３の加速度センサ３２によって繰り返し検知される周波数を表す。高調波成分Ｆ２は、基本周波数成分Ｆ１の整数倍の成分として、基本周波数成分Ｆ１を１次成分としたとき、２次成分以上の周波数として表される。高調波成分Ｆ２は、加速度センサ３２が有する特性によって生じる。

【0063】

表面性状推定部２２の高周波成分解析２２３ａは、定寸装置３によって工作物Ｗの研削周面Ｗ１の凹凸面状態を測定する測定時において、工作物Ｗの測定時回転速度Ｖｗ２を、工作物Ｗの加工時回転速度Ｖｗ１よりも速くする。工作物Ｗの測定時回転速度Ｖｗ２を速くすることにより、高周波成分解析２２３ａに使用される、加速度センサ３２による第１スパイラルデータＤ１の分割データＤ１１における周波数成分の周波数が高い方へシフトする。換言すれば、工作物Ｗの測定時回転速度Ｖｗ２を速くすることにより、加速度センサ３２によって工作物Ｗの研削周面Ｗ１の凹凸面状態を測定するときに、砥石車１２の多数の砥粒による砥粒痕の凹凸が繰り返し測定される周期が短くなる。

【0064】

また、本実施形態においては、回転速度設定部２５は、少なくとも２つの選択周波数Ｆｓが、ゲイン不安定周波数帯Ｋ１及び反共振周波数帯Ｋ２を除き、かつゲイン安定周波数帯Ｋ０に含まれるように、工作物Ｗの測定時回転速度Ｖｗ２を設定する。この構成により、少なくとも２つの選択周波数Ｆｓが反共振周波数帯Ｋ２からも除かれ、高周波成分解析２２３ａの精度が向上する。

【0065】

図１３には、表面性状推定部２２の高周波成分解析２２３ａにおいて、第１スパイラルデータＤ１に高速ラプラス変換が行われて取得された、周波数と振幅の関係によって表される高周波成分のフーリエ変換データを示す。図１３には、４つの選択周波数Ｆｓである、２次成分としての高調波成分Ｆ２１、３次成分としての高調波成分Ｆ２２、４次成分としての高調波成分Ｆ２３及び５次成分としての高調波成分Ｆ２４が、共振周波数帯Ｋ３を含めたゲイン安定周波数帯Ｋ０に含まれる状態を示す。選択周波数Ｆｓが、共振周波数帯Ｋ３に含まれてもよいとする場合には、選択周波数Ｆｓの選択が比較的容易である。

【0066】

さらに、本実施形態においては、回転速度設定部２５は、少なくとも２つの選択周波数Ｆｓが、ゲイン不安定周波数帯Ｋ１及び反共振周波数帯Ｋ２を除き、かつ共振周波数帯Ｋ３を除くゲイン安定周波数帯Ｋ０に含まれるように、工作物Ｗの測定時回転速度Ｖｗ２を設定する。この構成により、少なくとも２つの選択周波数Ｆｓが共振周波数帯Ｋ３からも除かれ、高周波成分解析２２３ａの精度がさらに向上する。

【0067】

図１４には、図１３と同様に、表面性状推定部２２の高周波成分解析２２３ａにおいて、第１スパイラルデータＤ１に高速ラプラス変換が行われて取得された、周波数と振幅の関係によって表される高周波成分のフーリエ変換データを示す。図１４には、３つの選択周波数Ｆｓである、２次成分としての高調波成分Ｆ２１、３次成分としての高調波成分Ｆ２２及び５次成分としての高調波成分Ｆ２４が、共振周波数帯Ｋ３を除いたゲイン安定周波数帯Ｋ０に含まれる状態を示す。

【0068】

表面性状推定部２２の高周波成分解析２２３ａは、測定時において工作物Ｗを測定時回転速度Ｖｗ２にて回転させたときに信号データ取得部２１により取得された、加速度センサ３２による信号データである第１スパイラルデータＤ１に基づいて、選択周波数Ｆｓを個別に含む複数個の所定範囲の演算用周波数Ｆｃを抽出し、複数個の演算用周波数Ｆｃの振幅に基づいて、研削周面Ｗ１の凹凸面状態を表面性状Ｓとして推定する。

【0069】

図１３及び図１４に示すように、本実施形態の高周波成分解析２２３ａにおいては、高速フーリエ変換が行われた第１スパイラルデータＤ１の分割データＤ１１について、複数個の所定範囲の演算用周波数Ｆｃが抽出される。演算用周波数Ｆｃは、基本周波数成分Ｆ１、及び基本周波数成分Ｆ１の整数倍の成分である高調波成分Ｆ２のうちの少なくとも２つの選択周波数Ｆｓについて、所定幅を有する周波数の範囲として抽出される。演算用周波数Ｆｃは、例えば、基本周波数成分Ｆ１又は高調波成分Ｆ２の周波数を中心として、周波数が高い側と低い側とに所定幅を設定して抽出してもよい。

【0070】

なお、所定幅を有する周波数の範囲としての演算用周波数Ｆｃの一部は、共振周波数帯Ｋ３に含まれていてもよい。また、所定幅を有する周波数の範囲としての演算用周波数Ｆｃの全体が、共振周波数帯Ｋ３に含まれないようにしてもよい。また、ゲイン不安定周波数帯Ｋ１及び反共振周波数帯Ｋ２には、演算用周波数Ｆｃの一部でも含まれないようにした方がよい。

【0071】

高周波成分解析２２３ａにおいては、高速フーリエ変換が行われた第１スパイラルデータＤ１の分割データＤ１１のうち、複数個の演算用周波数Ｆｃとして抽出された周波数の範囲について逆高速フーリエ変換が行われる。これにより、表面性状推定部２２によって作成されるびびりマップＭ１に、ノイズ成分を除いて、工作物Ｗの研削周面Ｗ１に現れた、多数の砥粒による砥粒痕としての凹凸が、より高精度に現れるようにすることができる。

【0072】

本実施形態においては、回転速度設定部２５は、１次成分としての基本周波数成分Ｆ１、及び２次成分から５次成分までとしての基本周波数成分Ｆ１の２～５倍の高調波成分Ｆ２（Ｆ２１，Ｆ２２，Ｆ２３，Ｆ２４）、のうちの少なくとも２つの選択周波数Ｆｓが、共振周波数帯Ｋ３を除くゲイン安定周波数帯Ｋ０に含まれるように、工作物Ｗの測定時回転速度Ｖｗ２を設定する。高調波成分Ｆ２は５次成分までとすることにより、表面性状マップＭを作成する精度を維持することができる。

【0073】

また、回転速度設定部２５は、２次成分から５次成分までとしての基本周波数成分Ｆ１の２～５倍の高調波成分Ｆ２（Ｆ２１，Ｆ２２，Ｆ２３，Ｆ２４）である４つの選択周波数Ｆｓが共振周波数帯Ｋ３を除くゲイン安定周波数帯Ｋ０に含まれるように、工作物Ｗの測定時回転速度Ｖｗ２を設定することが好ましい。

【0074】

実験において、１次成分としての基本周波数成分Ｆ１がゲイン安定周波数帯Ｋ０に含むように、工作物Ｗの測定時回転速度Ｖｗ２を工作物Ｗの加工時回転速度Ｖｗ１よりも大幅に高速化した場合には、研削盤１の構成要素に振動が生じることにより表面性状Ｓを高精度に推定できないことがあった。表面性状Ｓを高精度に推定するためには、１次成分としての基本周波数成分Ｆ１はゲイン不安定周波数帯Ｋ１に含まれるように、工作物Ｗの測定時回転速度Ｖｗ２を設定した方がよい場合があることが判明している。そのため、２次成分から５次成分までの高調波成分Ｆ２に基づいて表面性状マップＭを作成することにより、表面性状マップＭの精度を容易に維持することができる。

【0075】

例えば、２次成分から５次成分までの高調波成分Ｆ２（Ｆ２１，Ｆ２２，Ｆ２３，Ｆ２４）である３つ又は４つの選択周波数Ｆｓが、ゲイン不安定周波数帯Ｋ１、反共振周波数帯Ｋ２及び共振周波数帯Ｋ３を除いて、ゲイン安定周波数帯Ｋ０に含まれるようにすることは容易ではない場合も想定される。このような場合を考慮して、回転速度設定部２５は、少なくとも２つの選択周波数Ｆｓがゲイン安定周波数帯Ｋ０に含まれるように、想定する工作物Ｗの測定時回転速度Ｖｗ２を変更して繰り返し演算を行って、工作物Ｗの測定時回転速度Ｖｗ２を決定してもよい。例えば、２次成分から５次成分までの高調波成分Ｆ２（Ｆ２１，Ｆ２２，Ｆ２３，Ｆ２４）である４つの選択周波数Ｆｓが、共振周波数帯Ｋ３を除くゲイン安定周波数帯Ｋ０に含まれるように、想定する工作物Ｗの測定時回転速度Ｖｗ２を変更して繰り返し演算を行うことが好ましい。

【0076】

図６に示すように、工作物主軸駆動部２６は、定寸装置３による工作物Ｗの研削周面Ｗ１の凹凸面状態の測定時において、工作物Ｗの回転速度を測定時回転速度Ｖｗ２に維持する。工作物主軸駆動部２６は、制御装置１０内に構成されており、回転速度設定部２５から、工作物Ｗの測定時回転速度Ｖｗ２の情報を取得して、主軸台１４の主軸回転モータ１４ａを測定時回転速度Ｖｗ２にて回転させる。

【0077】

評価情報格納部２３、加工条件取得部２４、回転速度設定部２５及び工作物主軸駆動部２６による工作物Ｗの測定時回転速度Ｖｗ２の調整は、砥石車１２の加工時回転速度Ｖｔ１及び工作物Ｗの加工時回転速度Ｖｗ１の少なくとも一方の加工条件が変更されるときに行えばよい。工作物Ｗの加工時回転速度Ｖｗ１が一旦設定された後には、砥石車１２の加工時回転速度Ｖｔ１及び工作物Ｗの加工時回転速度Ｖｗ１の少なくとも一方の加工条件が変更されるまでは、工作物Ｗの測定時回転速度Ｖｗ２の調整は行わなくてもよい。

【0078】

８．砥石車１２と工作物Ｗの研削周面Ｗ１における凹凸状表面との関係
次に、砥石車１２と工作物Ｗの研削周面Ｗ１における凹凸状表面との関係について説明する。砥石車１２は、多数の砥粒、砥粒同士を結合する結合剤、及び気孔によって構成されている。砥石車１２の砥石表面（外周面）１２１には、多数の砥粒による凹凸表面が形成されている。砥石車１２の外周面によって研削される工作物Ｗの研削周面Ｗ１には、多数の砥粒による凹凸表面が転写された凹凸面状態が形成される。

【0079】

図３に示すように、砥石車１２の外径は、工作物Ｗの研削周面Ｗ１の外径に比べて大きい。また、砥石車１２の加工時回転速度Ｖｔ１は、工作物Ｗの加工時回転速度Ｖｗ１に比べて大きい。加工時において、工作物Ｗが１回転する間に、砥石車１２は複数回回転する。そして、工作物Ｗが１回転する間において、工作物Ｗの研削周面Ｗ１には、砥石車１２の外周面における多数の砥粒のそれぞれが衝突するときに生じる凹凸が繰り返し形成される。

【0080】

図３においては、砥石車１２と工作物Ｗとが、これらの接触位置において互いに同じ方向に回転する場合を示す。砥石車１２と工作物Ｗとは、これらの接触位置において互いに逆方向に回転してもよい。

【0081】

加工時において、砥石車１２の加工時回転速度（回転数）Ｖｔ１［ｒｐｓ］、及び工作物Ｗの加工時回転速度（回転数）Ｖｗ１［ｒｐｓ］を用いたとき、工作物Ｗが１回転する間には、工作物Ｗの研削周面Ｗ１には、Ｖｔ１／Ｖｗ１に基づいて求められる回数分だけ砥石車１２の砥粒のそれぞれが衝突する。工作物Ｗの加工時回転速度Ｖｗ１は、工作物Ｗの加工終了時の回転速度とした方がよい。工作物Ｗの研削周面Ｗ１には、この砥粒の衝突の回数分の砥石表面情報が転写され、特定の周波数の振動として、定寸装置３の加速度センサ３２によって測定されることになる。

【0082】

一方、測定時において、工作物Ｗの測定時回転速度Ｖｗ２が工作物Ｗの加工時回転速度Ｖｗ１から変更された場合には、Ｖｔ１／Ｖｗ１×Ｖｗ２に基づいて求められる周波数の振動が定寸装置３の加速度センサ３２によって測定されることになる。表面性状推定装置２においては、この周波数の振動が、基本周波数成分Ｆ１として測定される。工作物Ｗの測定時回転速度Ｖｗ２は、工作物Ｗの加工時回転速度Ｖｗ１よりも大きく変更される場合があるだけでなく、工作物Ｗの加工時回転速度Ｖｗ１よりも小さく変更される場合があってもよい。

【0083】

本実施形態の回転速度設定部２５は、工作物Ｗの加工時回転速度Ｖｗ１に対する砥石車１２の加工時回転速度Ｖｔ１の比である回転速度比Ｖｒ（Ｖｔ１／Ｖｗ１）に、工作物Ｗの測定時回転速度（回転数）Ｖｗ２［ｒｐｓ］を乗算することに基づいて、基本周波数成分Ｆ１を求める。基本周波数成分Ｆ１は、Ｖｒ×Ｖｗ２に基づいて求められる。

【0084】

９．その他の構成
信号データ取得部２１は、定寸装置３による工作物Ｗの研削周面Ｗ１の凹凸面状態の測定時において、サンプリング周波数の１／２以上の周波数帯が、折り返し雑音として表面性状推定部２２の高周波成分解析２２３ａの結果に影響することを防止する構成を有している。そこで、表面性状推定装置２は、ローパスフィルタ２１１をさらに備えるようにするとよい。

【0085】

具体的には、図６に示すように、信号データ取得部２１は、ゲイン安定周波数帯Ｋ０よりも高い周波数にカットオフ周波数が設定されたローパスフィルタ２１１を介して信号データを取得する。カットオフ周波数は、評価情報格納部２３に格納された固有振動特性Ｋの上限の周波数に設定すればよい。本実施形態の評価情報格納部２３においては、２５００Ｈｚまでの周波数の固有振動特性Ｋが格納されている。そして、ローパスフィルタ２１１のカットオフ周波数は、２５００Ｈｚを超える周波数成分を十分に減衰させるものとすればよい。

【0086】

また、信号データ取得部２１は、カットオフ周波数の２倍以上のサンプリング周波数によって信号データを取得する。本実施形態においては、信号データ取得部２１のサンプリング周波数は、評価情報格納部２３に格納された固有振動特性Ｋの上限の周波数の２倍以上として、５０００Ｈｚ以上に設定されている。

【0087】

図１に示すように、研削盤１は、表面性状推定装置２が推定して作成された表面性状マップＭを利用して種々の判定を行う判定部１０１を有していてもよい。判定部１０１は、表面性状マップＭに基づいて、工作物Ｗの研削加工の良否判定を行ってもよい。表面性状推定装置２は、工作物Ｗに対して良好な研削加工が行われた場合についての基準となる基準表面性状マップを記憶し、判定部１０１は、研削盤１において工作物Ｗの研削加工を１回又は所定回行うごとに作成される表面性状マップＭを基準表面性状マップと照合する。そして、判定部１０１は、基準表面性状マップにおける表面性状と比較して、研削加工を行った工作物Ｗの研削周面Ｗ１の表面性状Ｓが悪化したときには、研削加工が不良であることを判定してもよい。

【0088】

判定部１０１は、表面性状マップＭに基づいて、次回以降に加工する工作物Ｗの加工条件の調整の必要性の判定を行ってもよい。工作物Ｗの加工条件には、砥石車１２の加工時回転速度Ｖｔ１及び工作物Ｗの加工時回転速度Ｖｗ１の他に、砥石車１２のＸ軸方向への送り速度（切り込み量）等がある。この場合にも、表面性状推定装置２は、基準表面性状マップを記憶し、判定部１０１は、研削盤１において工作物Ｗの研削加工を１回又は所定回行うごとに作成される表面性状マップＭを基準表面性状マップと照合する。そして、判定部１０１は、基準表面性状マップにおける表面性状と比較して、研削加工を行った工作物Ｗの研削周面Ｗ１の表面性状Ｓが悪化したときには、加工条件の調整の必要性があることを判定してもよい。

【0089】

判定部１０１は、表面性状マップＭに基づいて、砥石車１２の修正タイミングの調整の必要性の判定を行ってもよい。砥石車１２の修正タイミングは、砥石車１２の修正を行う頻度を示す。砥石車１２の修正には、砥石車１２の振れ、形状等の修正としてのツルーイング（形直し）、砥粒の突き出し量、砥粒の切れ刃の創生等の修正としてのドレッシング（目直し）などがある。この場合にも、表面性状推定装置２は、基準表面性状マップを記憶し、判定部１０１は、研削盤１において工作物Ｗの研削加工を１回又は所定回行うごとに作成される表面性状マップＭを基準表面性状マップと照合する。そして、判定部１０１は、基準表面性状マップにおける表面性状と比較して、研削加工を行った工作物Ｗの研削周面Ｗ１の表面性状Ｓが悪化したときには、砥石車１２を修正する頻度を短くする必要性があることを判定してもよい。

【0090】

１０．作用効果
本実施形態の表面性状推定装置２においては、加速度センサ３２による固有振動特性Ｋの評価情報Ｉを格納し、固有振動特性Ｋを考慮して、工作物Ｗの加工時回転速度Ｖｗ１に対して工作物Ｗの測定時回転速度Ｖｗ２を意図的に変更することによって、固有振動特性Ｋが表面性状Ｓの推定に及ぼす影響を緩和する。具体的には、評価情報格納部２３の評価情報Ｉにおいては、固有振動特性Ｋについてのゲイン安定周波数帯Ｋ０、ゲイン不安定周波数帯Ｋ１、反共振周波数帯Ｋ２及び共振周波数帯Ｋ３が設定されている。

【0091】

そして、回転速度設定部２５においては、砥石車１２の加工時回転速度Ｖｔ１と工作物Ｗの加工時回転速度Ｖｗ１との関係に基づいて、測定時における工作物Ｗの測定時回転速度Ｖｗ２を想定したときに、信号データ取得部２１の第１スパイラルデータＤ１に含まれることになる２次成分から５次成分までの高調波成分Ｆ２のうちの少なくとも２つの選択周波数Ｆｓが、共振周波数帯Ｋ３を除くゲイン安定周波数帯Ｋ０に含まれるように、工作物Ｗの測定時回転速度Ｖｗ２を設定する。

【0092】

このように工作物Ｗの測定時回転速度Ｖｗ２を設定することにより、測定時において、信号データ取得部２１によって取得される第１スパイラルデータＤ１に、固有振動特性Ｋのゲイン不安定周波数帯Ｋ１、反共振周波数帯Ｋ２及び共振周波数帯Ｋ３によるノイズの影響が生じないようにすることができる。そして、誤差要因が小さくなることによって、表面性状推定部２２による表面性状Ｓの推定精度を向上させ、表面性状マップＭの精度を向上させることができる。

【0093】

それ故、本実施形態の表面性状推定装置２によれば、固有振動特性Ｋのゲイン不安定周波数帯Ｋ１によるノイズの影響を除外して、表面性状マップＭの精度を向上させることができる。

【0094】

本発明は、実施形態のみに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲においてさらに異なる実施形態を構成することが可能である。また、本発明は、様々な変形例、均等範囲内の変形例等を含む。さらに、本発明から想定される様々な構成要素の組み合わせ、形態等も本発明の技術思想に含まれる。

【符号の説明】

【0095】

１ 研削盤
１２ 砥石車
２ 表面性状推定装置
２０ 演算処理装置
２１ 信号データ取得部
２２ 表面性状推定部
２３ 評価情報格納部
２４ 加工条件取得部
２５ 回転速度設定部
３ 定寸装置
３２ 加速度センサ
３４ 変位センサ
Ｗ 工作物
Ｗ１ 研削周面
Ｓ 表面性状
Ｆ１ 基本周波数成分
Ｆ２ 高調波成分
Ｆｓ 選択周波数
Ｆｃ 演算用周波数
Ｍ 表面性状マップ
Ｇ ゲイン
ΔＧ ばらつき
Ｋ 固有振動特性
Ｉ 評価情報
Ｋ０ ゲイン安定周波数帯
Ｋ１ ゲイン不安定周波数帯
Ｋ２ 反共振周波数帯
Ｋ３ 共振周波数帯
Ｖｔ１ 砥石車の加工時回転速度
Ｖｗ１ 工作物の加工時回転速度
Ｖｗ２ 工作物の測定時回転速度

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】