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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-11-13
(45)【発行日】2023-11-21
(54)【発明の名称】びびり評価システム
(51)【国際特許分類】
   B24B 49/10 20060101AFI20231114BHJP
   B24B 49/02 20060101ALI20231114BHJP
   B24B 5/04 20060101ALI20231114BHJP
   B23Q 17/20 20060101ALI20231114BHJP
   B23Q 17/12 20060101ALI20231114BHJP
   B23Q 15/12 20060101ALI20231114BHJP
   G05B 19/404 20060101ALI20231114BHJP
   G01H 17/00 20060101ALI20231114BHJP
【FI】
B24B49/10
B24B49/02 A
B24B5/04
B23Q17/20 A
B23Q17/12
B23Q15/12 A
G05B19/404 K
G01H17/00 A
【請求項の数】 16
(21)【出願番号】P 2019208311
(22)【出願日】2019-11-18
(65)【公開番号】P2021079479
(43)【公開日】2021-05-27
【審査請求日】2022-10-13
(73)【特許権者】
【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
(74)【代理人】
【識別番号】110000604
【氏名又は名称】弁理士法人 共立特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】増田 祐生
(72)【発明者】
【氏名】河原 徹
(72)【発明者】
【氏名】村上 慎二
(72)【発明者】
【氏名】齋藤 明
【審査官】マキロイ 寛済
(56)【参考文献】
【文献】特開2001-179620(JP,A)
【文献】特開2005-246494(JP,A)
【文献】特開2018-111149(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
B24B 49/10
B24B 49/02
B24B 5/04
B23Q 17/20
B23Q 17/12
B23Q 15/12
G05B 19/404
G01H 17/00
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
研削装置にて砥石車により研削した工作物の外径を測定する定寸装置と、
前記定寸装置に設けられ、前記定寸装置を回転中の前記工作物に接触させた状態で、前記定寸装置に発生する振動の加速度データを検出するセンサと、
前記センサにより検出された加速度データに基づいてびびり量を評価するびびり量評価演算装置と、
を備え、
前記びびり量評価演算装置は、
前記センサにより検出された加速度に関する時系列データである基礎データを取得する基礎データ取得部と、
前記基礎データに基づいてFFT解析を行い、FFTデータを生成するFFT解析部と、
前記FFTデータに基づいて、前記砥石車の回転数に対応する回転数周波数成分である第一特定周波数成分を抽出し、第一抽出FFTデータを生成する第一抽出部と、
前記第一抽出FFTデータに基づいて逆FFT解析を行い、第一逆FFTデータを生成する第一逆FFT解析部と、
加速度に関する前記基礎データ、前記FFTデータ、前記第一抽出FFTデータ、前記第一逆FFTデータのいずれかを、変位に関する前記基礎データ、前記FFTデータ、前記第一抽出FFTデータ、前記第一逆FFTデータのいずれかの対応するデータに変換する第一変位変換部と、
変位に関する前記第一逆FFTデータに基づいて第一びびり量を評価するびびり量評価部と、
を備える、びびり評価システム。
【請求項2】
前記びびり量評価演算装置は、さらに、
前記FFTデータに基づいて、前記回転数周波数成分とは異なる第二特定周波数成分を抽出し、第二抽出FFTデータを生成する第二抽出部と、
前記第二抽出FFTデータに基づいて逆FFT解析を行い、第二逆FFTデータを生成する第二逆FFT解析部と、
を備え、
加速度に関する前記基礎データ、前記FFTデータ、前記第二抽出FFTデータ、前記第二逆FFTデータのいずれかを、変位に関する前記基礎データ、前記FFTデータ、前記第二抽出FFTデータ、前記第二逆FFTデータのいずれかの対応するデータに変換する第二変位変換部と、
前記びびり量評価部は、変位に関する前記第二逆FFTデータに基づいて第二びびり量を評価する、請求項1に記載のびびり評価システム。
【請求項3】
研削装置にて砥石車により研削した工作物の外径を測定する定寸装置と、
回転中の前記工作物に接触させた状態で、前記工作物表面の変位データを検出するセンサと、
前記センサにより検出された変位データに基づいてびびり量を評価するびびり量評価演算装置と、
を備え、
前記びびり量評価演算装置は、
前記センサにより検出された変位に関する時系列データである基礎データを取得する基礎データ取得部と、
前記基礎データに基づいてFFT解析を行い、FFTデータを生成するFFT解析部と、
前記FFTデータに基づいて、前記砥石車の回転数に対応する回転数周波数成分である
第一特定周波数成分を抽出し、第一抽出FFTデータを生成する第一抽出部と、
前記第一抽出FFTデータに基づいて逆FFT解析を行い、第一逆FFTデータを生成する第一逆FFT解析部と、
前記第一抽出部で用いられる前記FFTデータ、又は、前記第一逆FFT解析部で用いられる前記第一抽出FFTデータに対して、周波数毎に信号強度の補償を行うゲイン補償部と、
変位に関する前記第一逆FFTデータに基づいて第一びびり量を評価するびびり量評価部と、
を備える、びびり評価システム。
【請求項4】
前記びびり量評価演算装置は、さらに、
前記FFTデータに基づいて、前記回転数周波数成分とは異なる第二特定周波数成分を抽出し、第二抽出FFTデータを生成する第二抽出部と、
前記第二抽出FFTデータに基づいて逆FFT解析を行い、第二逆FFTデータを生成する第二逆FFT解析部と、
を備え、
前記びびり量評価部は、変位に関する前記第二逆FFTデータに基づいて第二びびり量を評価する、請求項3に記載のびびり評価システム。
【請求項5】
前記ゲイン補償部は、周波数と信号強度との関係を記憶するゲイン記憶部と、周波数と信号強度との関係に基づいてゲイン補償を行う調整部と、を備える請求項3又は4に記載のびびり評価システム。
【請求項6】
前記びびり量評価部は、変位に関する前記第一逆FFTデータにおける最大値と最小値との差を前記第一びびり量として算出する、請求項1-5のいずれか1項に記載のびびり評価システム。
【請求項7】
前記びびり量評価部は、変位に関する前記第二逆FFTデータにおける最大値と最小値との差を前記第二びびり量として算出する、請求項2又は4に記載のびびり評価システム。
【請求項8】
前記びびり量評価部は、変位に関する前記第一逆FFTデータ及び前記第二逆FFTデータを合成し、最大値と最小値との差を総合びびり量として算出する、請求項2又は4に記載のびびり評価システム。
【請求項9】
前記センサは、スパークアウト工程のデータ、又は、スパークアウト工程の後のデータを検出する、請求項1-8の何れか1項に記載のびびり評価システム。
【請求項10】
前記びびり評価システムは、さらに、
前記びびり量評価部による評価結果を表示する表示装置を備える、請求項1-9の何れか1項に記載のびびり評価システム。
【請求項11】
前記びびり量評価部は、評価結果に基づいて前記工作物の廃棄又は選別を行う、請求項1-10の何れか1項に記載のびびり評価システム。
【請求項12】
前記びびり評価システムは、さらに、砥石車アンバランス評価演算装置を備え、
前記砥石車アンバランス評価演算装置は、
前記工作物の非加工時に前記砥石車を空転させている時に、前記砥石車を前記工作物に対して接近離間させる駆動軸を駆動するモータの電流又は前記駆動軸にかかる軸力である駆動軸関係値を取得する取得部と、
前記駆動軸関係値に関する時系列データに基づいてFFT解析を行い、第三FFTデータを生成する第三FFT解析部と、
前記第三FFTデータに基づいて前記砥石車の回転数に対応する回転数周波数成分を抽出し、第三抽出データを生成する第三抽出部と、
前記第三抽出データの振幅に相当する空転時の実砥石車関係値を算出する算出部と、
前記実砥石車関係値の基準値であって、空転時の基準砥石車関係値を記憶する記憶部と、
前記実砥石車関係値と前記基準砥石車関係値との差分に基づいて、前記砥石車のアンバランス状態を評価するアンバランス評価部と、
を備える請求項1-11の何れか1項に記載のびびり評価システム。
【請求項13】
前記びびり評価システムは、さらに、びびり原因評価演算装置を備え、
前記びびり原因評価演算装置は、
前記工作物の研削における第一の期間の前記基礎データである第一期間基礎データ、及び、前記第一の期間よりも砥石送り速度が遅い第二の期間の前記基礎データである第二期間基礎データを取得する原因基礎データ取得部と、
前記第一期間基礎データに基づいてFFT解析を行い、第一期間FFTデータを生成する第一期間FFT解析部と、
前記第一期間FFTデータに基づいて、前記砥石車の回転数に対応する前記回転数周波数成分である第一特定周波数成分を抽出し、第一期間抽出FFTデータを生成する第一期間抽出部と、
前記第二期間基礎データに基づいてFFT解析を行い、第二期間FFTデータを生成する第二期間FFT解析部と、
前記第二期間FFTデータに基づいて、前記砥石車の回転数に対応する前記回転数周波数成分である第一特定周波数成分を抽出し、第二期間抽出FFTデータを生成する第二期間抽出部と、
前記第一期間抽出FFTデータの振幅と前記第二期間抽出FFTデータの振幅との比に基づいて、前記砥石車と前記工作物との回転数比を評価する回転数評価部と、
を備える、請求項1-12の何れか1項に記載のびびり評価システム。
【請求項14】
前記第一の期間は、粗研工程であり、
前記第二の期間は、スパークアウト工程である、請求項13に記載のびびり評価システム。
【請求項15】
前記びびり原因評価演算装置は、さらに、
前記びびり量評価部によりびびりが有ると評価された場合であって、前記回転数評価部により、前記第一期間抽出FFTデータの振幅(A1)と前記第二期間抽出FFTデータの振幅(A2)との比(A2/A1)が大きいと評価された場合に、前記回転数評価部の評価結果に基づいて、前記工作物又は前記砥石車の回転数を調節する回転数調節部を備える、請求項13又は14に記載のびびり評価システム。
【請求項16】
前記びびり原因評価演算装置は、さらに、
前記びびり量評価部によりびびりが有ると評価された場合であって、前記回転数評価部により、前記第一期間抽出FFTデータの振幅(A1)と前記第二期間抽出FFTデータの振幅(A2)との比(A2/A1)が小さいと評価された場合に、前記砥石車のツルーイングを実行するツルーイング実行部を備える、請求項13-15の何れか1項に記載のびびり評価システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、びびり評価システムに関する。
【背景技術】
【0002】
研削加工は、例えば、高速に回転する工具と、回転する工作物とを接触させて行われる。工具を回転させて工作物を加工する場合に、びびり振動が発生すると、加工面精度が低下したり、工具に過大な負荷が作用することがある。従来、研削加工後の工作物の表面状態を確認することにより、加工時のびびり振動の発生を検出する手法が用いられてきた。工作物の表面状態は、研削加工終了後に、真円度測定器により測定される。研削装置と表面状態測定器とが切り離されているため、工作物表面にびびり振動の発生が認められた場合にも、これを加工条件等にフィードバックするのに時間差ができてしまう問題があった。
【0003】
これに対して、特許文献1のように、びびり振動発生の検出をインプロセスで行う方法も提案されている。びびり振動検出器は、例えば、研削装置、もしくは被加工物の振動加速度、振動変位等を測定し、所定の閾値を越えた振動が検出されたときにびびり振動が発生したと判定している。びびり振動の発生を研削装置上で行うことで、びびり振動が検出された場合に、加工条件を変更してびびり振動を抑制することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開2000-233368号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、特許文献1のような方法では、外的要因による振動等によって、びびり振動が発生していないにも関わらずびびり振動と判定される場合や、微小なびびり振動が見落とされる場合があった。
【0006】
本発明は、上記問題に鑑み、研削加工のインプロセスにおいて、工作物表面のびびり量を精度よく評価するびびり評価システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明のびびり評価システムは、
研削装置にて砥石車により研削した工作物の外径を測定する定寸装置と、前記定寸装置に設けられ、前記定寸装置を回転中の前記工作物に接触させた状態で、前記定寸装置に発生する振動の加速度データを検出するセンサと、前記センサにより検出された加速度データに基づいてびびり量を評価するびびり量評価演算装置と、を備える。前記びびり量評価演算装置は、前記センサにより検出された加速度に関する時系列データである基礎データを取得する基礎データ取得部と、前記基礎データに基づいてFFT解析を行い、FFTデータを生成するFFT解析部と、前記FFTデータに基づいて、前記砥石車の回転数に対応する回転数周波数成分である第一特定周波数成分を抽出し、第一抽出FFTデータを生成する第一抽出部と、前記第一抽出FFTデータに基づいて逆FFT解析を行い、第一逆FFTデータを生成する第一逆FFT解析部と、加速度に関する前記基礎データ、前記FFTデータ、前記第一抽出FFTデータ、前記第一逆FFTデータのいずれかを、変位に関する前記基礎データ、前記FFTデータ、前記第一抽出FFTデータ、前記第一逆FFTデータのいずれかの対応するデータに変換する第一変位変換部と、変位に関する前記第一逆FFTデータに基づいて第一びびり量を評価するびびり量評価部と、を備える。
【0008】
本発明のびびり評価システムは、研削加工のインプロセスにおいて、工作物表面のびびり量を精度よく評価することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【0009】
図1】研削装置100の構成を示す平面図である。
図2】研削装置100の定寸装置14付近を示す断面図である。
図3】研削装置100の研削工程を示すフローチャート図である。
図4】本発明のびびり評価システム1の構成を示すブロック図である。
図5】加速度基礎データD11の一例を示すグラフである。
図6】加速度FFTデータD21の一例を示すグラフである。
図7】工作物W表面の凹凸形状の形成過程を示す概念図である。
図8】加速度逆FFTデータD41の一例を示すグラフである。
図9】変位逆FFTデータD42の一例を示すグラフである。
図10】評価例1の変位逆FFTデータD42を示すグラフである。
図11】参考例の変位逆FFTデータD42を示すグラフである。
図12】参考例と評価例1を比較するグラフである。
図13】変形例の構成を示すブロック図である。
図14】研削装置101の定寸装置14付近を示す断面図である。
図15A】本発明のびびり評価システム2の構成を示すブロック図である。
図15B】第一ゲイン補償部の構成を示すブロック図である。
図16】本発明のびびり評価システム3の構成を示すブロック図である。
図17】砥石車アンバランス評価演算装置40の評価例を示すグラフである。
図18】本発明のびびり評価システム4の構成を示すブロック図である。
図19】工作物W表面の凹凸形状の形成過程を示す概念図である。
図20】工作物W表面の凹凸形状の形成過程を示す概念図である。
図21】びびり原因評価演算装置50の評価例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0010】
(第一例)
以下、本発明のびびり評価システムについて図1図13を参照して説明する。第一例のびびり評価システム1は、工作物W及び砥石車12を回転させながら工作物Wを研削する研削装置100において、工作物表面のびびり量を評価する。びびり評価システム1は、研削装置100に設けられた定寸装置14及び加速度センサ15と、びびり量評価演算装置200からなる。
【0011】
(1.研削装置の構成)
図1図2に示すように、研削装置100は、ベッド11と、砥石車12と、砥石台121と、主軸台131と、心押台132と、主軸テーブル133と、定寸装置14とを備える。工作物Wは、回転軸方向の両端を、主軸台131及び心押台132に支持され、回転する。研削装置100は、回転する工作物Wの外周に砥石車12を当接させ、研削することにより工作物Wの形状を形成する。
【0012】
砥石車12は、Z軸に平行な軸線回りに回転可能に砥石台121に支持される。ベッド11上には、砥石台案内部122が固定され、砥石台121は、X軸方向に移動可能に砥石台案内部122に支持される。砥石台案内部122には、砥石台121をX軸方向に移動させる駆動軸123及び駆動軸123を駆動する駆動モータ124が設けられる。砥石車12には、砥石回転モータ125から回転駆動力が付与され、砥石車12が回転軸周りに回転する。砥石車12は、砥石台121がX軸方向に移動することにより、X軸方向に離間して設置された工作物Wに接近し、工作物Wを研削する。
【0013】
ベッド11上において、砥石台案内部122からX軸方向に離間した位置に、主軸テーブル案内部134が固定される。主軸テーブル案内部134は、主軸テーブル133をZ軸方向に移動可能に支持する。主軸テーブル133の上には、主軸台131及び心押台132が対向配置される。工作物Wは、その両端が主軸台131及び心押台132に回転可能に支持されており、主軸回転モータ135から回転駆動力が付与され、回転する。
【0014】
定寸装置14は、工作物W表面に接触する一対の測定子141と、測定子141を支持する一対のアーム142を備える。測定子141は、工作物Wの回転中心を挟んだ2点において工作物W表面に当接するように設けられる。定寸装置14は、測定子141の機械的変位を電気信号に変換することにより工作物の外径が検出する。
【0015】
研削装置100は、図3に示す工程により工作物Wを研削する。研削工程は、砥石送り速度の違いによって分けられ、粗研工程S1、精研工程S2、微研工程S3、スパークアウト工程S4の順で行われる。各工程の砥石送り速度は、粗研工程S1>精研工程S2>微研工程S3>スパークアウト工程S4となる。粗研工程S1では、工作物Wの大まかな形状を形成する。続く精研工程S2、微研工程S3では、砥石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S4では、工作物W表面の仕上げを行い、工作物Wを完成させる。
【0016】
本発明のびびり評価システムは、研削加工のいずれの工程において使用されてもよいが、工作物Wの表面形状が概ね完成するスパークアウト工程S4中、又は、スパークアウト工程S4後の工作物表面のびびり量を評価することが好ましい。なお、本発明はインプロセスにおいて、工作物表面のびびり量を評価するものであるが、インプロセスとは、工作物Wが研削装置100から取り外されるまでの期間をいい、スパークアウト工程S4後も含む。
【0017】
(2.びびり量評価演算装置の構成)
図4にびびり量評価演算装置200を含む、びびり評価システム1の構成を示す。びびり量評価演算装置200は、基礎データ取得部21と、FFT解析部22と、抽出部23と、逆FFT解析部24と、変位変換部25と、びびり量評価部26と、を備える。第一例のびびり量評価演算装置200は、まず、加速度に関する基礎データである加速度基礎データD11を取得する。その後、FFT解析部22、抽出部23、逆FFT解析部24、及び、変位変換部25を経て、変位に関する逆FFTデータである変位逆FFTデータD42を生成する。生成された変位逆FFTデータD42に基づいて、びびり量評価部26によりびびり量を評価する。
【0018】
(2-1.基礎データ取得部)
基礎データD1とは、加速度又は変位に関する時系列データである。加速度に関する基礎データD1を加速度基礎データD11、変位に関する基礎データD1を変位基礎データD12と呼ぶ。基礎データD1は、一般的には、時間軸を基準とするデータとして取得されるが、時間及び工作物Wの回転速度から、工作物Wの回転角度を基準とするデータに変換されてもよい。
【0019】
基礎データ取得部21は、加速度センサ15からの加速度データの信号に基づき、加速度基礎データD11を取得する。加速度センサ15は、一対の定寸装置14の一方に取り付けられ、定寸装置14を回転中の工作物Wに接触させた状態で、定寸装置14に発生する振動の加速度データを取得する。基礎データ取得部21により取得された加速度基礎データD11は、図5に示すように、縦軸を加速度、横軸を時間とする時系列データである。
【0020】
(2-2.FFT解析部)
FFTデータD2とは、基礎データD1に基づいてFFT解析されたデータである。加速度基礎データD11からは図6に示すような、横軸を周波数、縦軸を加速度とする加速度FFTデータD21が生成される。一方、変位基礎データD12からは、横軸を周波数、縦軸を変位とする変位FFTデータD22が生成される。第一例のFFT解析部22は、加速度基礎データD11に基づいてFFT解析を行い、加速度FFTデータD21を生成する。
【0021】
(2-3.抽出部)
抽出部23は、FFT解析部によって生成されたFFTデータD2から、第一特定周波数成分を抽出する第一抽出部231と、第二特定周波数成分を抽出する第二抽出部232と、を備える。抽出部23によって抽出された抽出FFTデータD3は、FFTデータD2と同様に、横軸を周波数、縦軸を加速度又は変位とするが、特定周波数以外の数値が除かれる。
【0022】
(2-3-1.第一抽出部)
第一抽出部231は、FFTデータD2から、砥石車12の回転数に対応する回転数周波数成分である第一特定周波数成分を抽出する。ここでは、加速度FFTデータD21から、第一特定周波数成分が抽出された加速度第一抽出FFTデータD311が生成される。第一特定周波数成分とは、砥石車12の回転数及びその整数倍の周波数成分である。研削装置100は、砥石車12を回転させながら工作物Wを研削する。そのため、砥石車12の表面形状が、砥石車12の回転数毎に工作物Wの表面に現れる。例えば、図7に示すように、砥石車12表面に、大きく突出した砥粒aがある場合、工作物W表面において、砥粒aと当接する箇所には大きく削り取られた凹部が形成される。凹部は、回転方向に等間隔で形成され、凹部間の間隔は、砥石車12の回転周期と一致する。第一抽出部231において、第一特定周波数成分を抽出することにより、砥石車12の表面状態又はアンバランス状態に起因するびびり振動を抽出することができる。
【0023】
(2-3-2.第二抽出部)
第二抽出部232では、FFTデータD2から、回転数周波数成分とは異なる第二特定周波数成分を抽出する。ここでは、加速度FFTデータD21から、第二特定周波数成分が抽出された加速度第二抽出FFTデータD312が生成される。砥石車12の回転数以外にびびり振動に関与する成分としては、例えば、主軸回転モータ135の回転、砥石台121や主軸テーブル133の移動を制御するサーボモータの回転、外部から加えられる振動、工作物Wの形状による自励びびりなどが挙げられる。第二特定周波数成分は、例えば、主軸の回転数、サーボモータの回転数等に基づいて抽出してもよいし、所定の閾値を超える成分を第二特定周波数成分として抽出してもよい。
【0024】
(2-4.逆FFT解析部)
逆FFT解析部24は、抽出部23によって生成された抽出FFTデータD3に基づいて逆FFT解析を行い、逆FFTデータD4を生成する。第一逆FFT解析部241は、加速度第一抽出FFTデータD311に基づいて加速度第一逆FFTデータD411を生成する。第二逆FFT解析部242は、加速度第二抽出FFTデータD312に基づいて加速度第二逆FFTデータD412を生成する。第一逆FFT解析部241及び第二逆FFT解析部242は、同様の処理を行うものであり、同一の構成を用いることができる。図8に加速度第一逆FFTデータ411の一例を示す。加速度第一逆FFTデータD411は、縦軸を加速度、横軸を時系列とするデータである。
【0025】
(2-5.変位変換部)
変位変換部25は、加速度に関する基礎データD1、FFTデータD2、抽出FFTデータD3、逆FFTデータD4のいずれかを、変位に関する基礎データD1、FFTデータD2、抽出FFTデータD3、逆FFTデータD4のいずれかの対応するデータに変換する。第一例の変位変換部25は、第一逆FFT解析部241及び第二逆FFT解析部242において生成された加速度第一逆FFTデータD411及び加速度第二逆FFTデータD412を、変位第一逆FFTデータD421及び変位第二逆FFTデータD422に変換する。加速度第一逆FFTデータD411を、変位第一逆FFTデータD421に変換する変位変換部25を第一変位変換部251とする。加速度第二逆FFTデータD412を、変位第二逆FFTデータD422に変換する変位変換部25を第二変位変換部252とする。第一変位変換部251及び第二変位変換部252は、同様の処理を行うものであり、同一の構成を用いることができる。変位変換部25では、加速度に関するデータを二回積分することにより、変位に関するデータに変換することができる。図9に変位第一逆FFTデータ421の一例を示す。変位第一逆FFTデータD421は、縦軸を変位、横軸を時系列とするデータである。
【0026】
(2-6.びびり量評価部)
びびり量評価部26は、変位逆FFTデータD42に基づいて工作物Wのびびり量を評価する。びびり量は、変位第一逆FFTデータD421及び変位第二逆FFTデータD422から、それぞれ、第一びびり量及び第二びびり量として評価してもよいし、変位第一逆FFTデータD421及び変位第二逆FFTデータD422を合成し、総合びびり量として評価してもよい。びびり量の評価方法としては、例えば、変位逆FFTデータD52の最大値と最小値との差を算出することにより、定量的に数値化することができる。びびり量評価部26は、あらかじめ記憶した所定の閾値に基づいて、びびり量が閾値を超える工作物Wの廃棄を判定したり、工作物Wの出来栄えを段階的に選別する構成としてもよい。
【0027】
(3.表示装置)
びびり評価システム1は、びびり量評価部26による評価結果を表示する表示装置30を備えることが好ましい。表示装置30としては、モニタや表示ランプ等が挙げられる。表示装置30には、例えば、変位逆FFTデータD42の波形や、びびり量評価部26により評価した数値、廃棄判定、選別結果等を表示することが好ましい。
【0028】
(評価例)
第一例のびびり評価システム1を用いて、工作物Wのびびり量を評価した。図10に変位変換した変位第一逆FFTデータD421の波形を示す。図11に、工作物Wの表面形状を真円度測定器により測定した波形を示す。図10図11から、びびり評価システム1により評価された表面形状は、従来の真円度測定器による評価と概ね一致することがわかる。図12は、図10及び図11から算出した変位の平均値及び最大値、最小値である。図12からも、びびり評価システム1による評価結果の信頼性が高いことがわかる。
【0029】
(変形例)
第一例では、変位変換部25を、逆FFT解析部24の後に配置し、基礎データ取得部21、FFT解析部22、抽出部23、逆FFT解析部24、変位変換部25の順でデータの処理を行った。すなわち、第一逆FFT解析部241及び第二逆FFT解析部242において、加速度第一逆FFTデータD411及び加速度第二逆FFTデータD412を生成した後、第一変位変換部251及び第二変位変換部において、変位第一逆FFTデータD421及び変位第二逆FFTデータD422を生成した。びびり量評価演算装置200において、変位変換部25は、基礎データ取得部21によるデータ処理後からびびり量評価部26にデータが送られるまでの間に、加速度に関するデータを変位に関するデータに変換すればよい。すなわち、変位変換部25は、基礎データ取得部21-FFT解析部22間、FFT解析部22-抽出部23間、抽出部23-逆FFT解析部24間、逆FFT解析部24-びびり量評価部26間のいずれかに配置することができる。その一例として、基礎データ取得部21とFFT解析部22との間に変位変換部25を配置した例を図13に示す。
【0030】
図13を参照して、変位変換部25を基礎データ取得部21-FFT解析部22間に配置する場合について説明する。基礎データ取得部21は、加速度センサ15からの信号に基づき、加速度基礎データD11を生成する。その後、変位変換部25によって、加速度基礎データD11が変位基礎データD12に変換される。FFT解析部22は、変位基礎データD12に基づいて、変位FFTデータD22を生成する。第一抽出部231及び第二抽出部232は、変位FFTデータD22から、変位第一抽出FFTデータD321及び変位第二抽出FFTデータD322を生成する。第一逆FFT解析部241及び第二逆FFT解析部242は、変位第一抽出FFTデータD321及び変位第二抽出FFTデータD322に基づいて変位第一逆FFTデータD421及び変位第二逆FFTデータD422を生成し、びびり量評価部26に送る。なお、本例では、変位変換部25が、抽出部23よりも上流側に配置されるため、第一変位変換部251及び第二変位変換部252を区別することなく、同一の処理を行う。
【0031】
次に、変位変換部25をFFT解析部22-抽出部23間に配置する場合について説明する。基礎データ取得部21は、加速度センサ15からの信号に基づき、加速度基礎データD11を取得する。FFT解析部22は、加速度基礎データD11に基づいて、加速度FFTデータD21を生成する。その後、変位変換部25によって、加速度FFTデータD21が変位FFTデータD22に変換される。第一抽出部231及び第二抽出部232は、変位FFTデータD22から、変位第一抽出FFTデータD321及び変位第二抽出FFTデータD322を生成する。第一逆FFT解析部241及び第二逆FFT解析部242は、変位第一抽出FFTデータD321及び変位第二抽出FFTデータD322に基づいて変位第一逆FFTデータD421及び変位第二逆FFTデータD422を生成し、びびり量評価部26に送る。なお、本例においても、変位変換部25が、抽出部23よりも上流側に配置されるため、第一変位変換部251及び第二変位変換部252を区別することなく、同一の処理を行う。
【0032】
次に、変位変換部25を抽出部23-逆FFT解析部24間に配置する場合について説明する。基礎データ取得部21は、加速度センサ15からの信号に基づき、加速度基礎データD11を取得する。FFT解析部22は、加速度基礎データD11に基づいて、加速度FFTデータD21を生成する。第一抽出部231及び第二抽出部232は、加速度FFTデータD21から、加速度第一抽出FFTデータD311及び加速度第二抽出FFTデータD312を生成する。その後、第一変位変換部251及び第二変位変換部252によって、加速度第一抽出FFTデータD311及び加速度第二抽出FFTデータD312が変位第一抽出FFTデータD321及び変位第二抽出FFTデータD322に変換される。第一逆FFT解析部241及び第二逆FFT解析部242は、変位第一抽出FFTデータD321及び変位第二抽出FFTデータD322に基づいて変位第一逆FFTデータD421及び変位第二逆FFTデータD422を生成し、びびり量評価部26に送る。
【0033】
(第二例)
第二例のびびり評価システム2について、図14図15Bを参照して説明する。第二例のびびり評価システム2は、図14に示すように、加速度センサに代えて、変位センサを備える。
【0034】
変位センサとしては、例えば、リニアゲージ16や定寸装置14を用いることもできる。研削装置に設けられた定寸装置14を変位センサとして用いる場合、リニアゲージ16等の他の変位センサを設ける必要はない。リニアゲージ16は、回転中の工作物Wに接触した状態で、工作物W表面の変位データを検出する。基礎データ取得部21は、リニアゲージ16からの変位データの信号に基づき、変位基礎データD12を取得する。FFT解析部22は、変位基礎データD12に基づいて、変位FFTデータD22を生成する。第一抽出部231及び第二抽出部232は、変位FFTデータD22から、変位第一抽出FFTデータD321及び変位第二抽出FFTデータD322を生成する。第一逆FFT解析部241及び第二逆FFT解析部242は、変位第一抽出FFTデータD321及び変位第二抽出FFTデータD322に基づいて変位第一逆FFTデータD421及び変位第二逆FFTデータD422を生成し、びびり量評価部26に送る。
【0035】
第二例のびびり量評価演算装置201は、ゲイン補償部27を備えることが好ましい。変位センサにより検出される変位データの信号は、特定の周波数を超えると信号強度が減衰する傾向にある。ゲイン補償部27は、あらかじめ記憶された周波数と信号強度との関係から、周波数毎に信号強度を補償し、出力レベルを一定とする。本例では、ゲイン補償部27は、第一抽出部231及び第二抽出部232により生成された変位第一抽出FFTデータD321及び変位第二抽出FFTデータD322に対してゲイン補償を行う第一ゲイン補償部271及び第二ゲイン補償部272を備える。ゲイン補償部27は、抽出部23よりも上流側に配置されてもよい。すなわち、FFT解析部22により生成された変位FFTデータD22に対してゲイン補償を行ってもよい。
【0036】
図15Bに、図15Aにおける第一ゲイン補償部271の前後の詳細を示す。なお、第二原因補償部272は、第一ゲイン補償部271と同様の構成である。第一ゲイン補償部271は、周波数と信号強度との関係を記憶するゲイン記憶部273と、周波数と信号強度との関係に基づいてゲイン補償を行う調整部274と、を備える。ゲイン記憶部273には、あらかじめ、周波数と信号強度との関係が記憶されている。調整部274に変位第一抽出FFTデータD321が入力されると、ゲイン記憶部273から、周波数と信号強度との関係を呼び出す。調整部274は、当該周波数と信号強度との関係に基づいて変位第一抽出FFTデータD321に対してゲイン補償を行い、出力する。
【0037】
第二例のびびり量評価演算装置201は、リニアゲージ16により、変位に関する基礎データD1を取得することができる。そのため、加速度に関する各種データを変位に関する各種データに変換する変位変換部25を必要としない。第一例のように加速度センサ15を用いると、時間当たりの変位が大きい場合に、表面の形状変換に素早く反応でき、びびりの検出精度に優れる。一方、第二例のように変位センサを用いると、時間当たりの変位が小さい場合に、びびりの検出精度に優れる。変位センサを用いた場合でも、ゲイン補償部27を備えることにより、時間当たりの変位が大きい場合にも精度よくびびりを検出することができる。
【0038】
(第三例)
第三例のびびり評価システム3について、図16を参照して説明する。びびり評価システム3は、第一例のびびり量評価演算装置200に加え、砥石車アンバランス評価演算装置40を備える。
【0039】
(4.砥石車アンバランス評価演算装置の構成)
砥石車アンバランス評価演算装置40は、まず、取得部41により、駆動軸関係値を取得する。その後、第三FFT解析部42、第三抽出部43、算出部44により、データを処理し、実砥石車関係値D81を算出する。あらかじめ記憶部45に記憶された基準砥石車関係値D80と実砥石車関係値D81との差分から、アンバランス評価部46により、砥石車12のアンバランス状態を評価する。
【0040】
砥石車12は、製造時のばらつきや摩耗の進行具合によって、偏心している場合が多く、研削装置100に砥石車12をバランスよく取り付けるには、作業者の熟練度が必要である。砥石車12がアンバランス状態であると、工作物Wにびびり振動が発生する原因となる。そのため、砥石車12の取り付けのアンバランス状態を評価することは、びびり振動が発生した場合の原因追求の助けになる。また、加工前に砥石車12のアンバランス状態を評価することで、そのアンバランス状態を解消し、工作物Wの加工精度を向上させることができる。
【0041】
(4-1.取得部)
取得部41は、工作物Wの非加工時に砥石車12を空転させている時に、駆動軸関係値に関する時系列データD51を取得する。駆動軸関係値は、砥石車12を工作物Wに対して接近離間させる駆動軸123を駆動する駆動モータ124の電流又は駆動軸123にかかる軸力である。砥石車12をアンバランス状態で空転させると、砥石台121が振動し、駆動軸123及び駆動モータ124に負荷がかかる。駆動モータ124の電流又は駆動軸123にかかる軸力を駆動軸関係値として取得することにより、砥石車12のアンバランス状態を評価することができる。研削装置100において、駆動モータ124への電力供給を調節する制御部17より得られる電流値から駆動軸関係値を取得することができる。取得部31は、続く第三FFT解析部32において、FFT解析できる程度に駆動軸関係値を取得する。
【0042】
(4-2.第三FFT解析部)
第三FFT解析部42は、駆動軸関係値に関する時系列データD51に基づいてFFT解析を行い、第三FFTデータD61を生成する。第三FFTデータD61は、横軸を周波数、縦軸を駆動軸関係値とする。
【0043】
(4-3.第三抽出部)
第三抽出部43は、第三FFTデータD62に基づいて砥石車12の回転数に対応する第三特定周波数成分を抽出し、第三抽出データD71を生成する。第三特定周波数成分とは、砥石車12の回転数に相当する周波数成分である。砥石車12がアンバランス状態である場合、砥石車12の重心が回転軸からずれ、回転軸にかかる負荷が砥石車12の回転周期毎に変動する。一方で、回転軸にかかる負荷は、外部からの振動等によっても変動し、第三FFTデータD62は、第三特定周波数成分以外の振動も含む。第三抽出部43において第三特定周波数成分を抽出することにより、外部振動等を除外し、砥石車12のアンバランス状態に起因する駆動軸関係値の変動を抽出することができる。
【0044】
(4-4.算出部)
算出部44は、第三抽出データD71の振幅に相当する空転時の実砥石車関係値D81を算出する。第三抽出データD71は、横軸を周波数、縦軸を駆動軸関係値となっており、抽出された第三特定周波数成分に対応する駆動軸関係値を実砥石車関係値D81として算出する。
【0045】
(4-5.記憶部)
記憶部45は、実砥石車関係値D81の基準値であって、空転時の基準砥石車関係値D80を記憶する。基準砥石車関係値D80とは、砥石車12がバランスよく研削装置100に取り付けられた状態の実砥石車関係値D81である。基準砥石車関係値D80は、あらかじめ、熟練者等によって取り付けられた砥石車12を用い、基準取得部410、基準第三FFT解析部420、基準第三抽出部430、基準算出部440によって得ることができる。各構成は、上記の取得部41、第三FFT解析部42、第三抽出部43、算出部44と同一のものを用いることができる。
【0046】
(4-6.アンバランス評価部)
アンバランス評価部46は、実砥石車関係値D81と基準砥石車関係値80との差分に基づいて、砥石車12のアンバランス状態を評価する。アンバランス評価部46により評価された評価結果は、表示装置30により表示される。アンバランス評価部46は、実砥石車関係値D81と基準砥石車関係値80との差分のみ算出してもよいし、所定の閾値を設け、アンバランス状態を段階的に選別してもよい。
【0047】
砥石車アンバランス評価演算装置40の第三FFT解析部42、第三抽出部43は、びびり量評価演算装置200のFFT解析部22、第一抽出部231及び第二抽出部232と同一の構成とすることができる。びびり評価システム3は、砥石車アンバランス評価演算装置40を備えることにより、びびり振動が発生した場合の原因追求が容易になる。また、加工前に砥石車12のアンバランス状態を評価することで、そのアンバランス状態を解消し、工作物Wの加工精度を向上させることができる。
【0048】
(評価例)
あらかじめアンバランス量のわかっている砥石車12を用いて測定した、アンバランス量と実砥石車関係値D81との関係を図17に示す。なお、アンバランス量が0のときの実砥石車関係値D81とは基準砥石車関係値80のことである。図17より、アンバランス量と実砥石車関係値D81は、比例関係にあることがわかる。砥石車アンバランス評価演算装置40は、実砥石車関係値D81と基準砥石車関係値D80との差分を用いることにより、基準状態からのずれを定量化することができる。
【0049】
(第四例)
第四例のびびり評価システム4について、図18図21を参照して説明する。びびり評価システム4は、第一例のびびり量評価演算装置200と、第三例の砥石車アンバランス評価演算装置40と、びびり原因評価演算装置50と、を備える。
【0050】
(5.びびり原因評価演算装置)
びびり原因評価演算装置50は、砥石車12の回転数と工作物Wの回転数との比が適切な値であるかを評価する。具体的には、砥石車12の回転数が工作物Wの回転数の整数倍であるか、整数倍から一定程度乖離しているかを評価する。例えば、砥石車12表面に、大きく突出した砥粒aがある場合、工作物W表面において、砥粒aと当接する箇所には大きく削り取られた凹部が形成される。
【0051】
砥石車12の回転数が工作物Wの回転数の整数倍から一定程度乖離している場合と砥石車12の回転数が工作物Wの回転数の整数倍である場合の、工作物W表面の凹凸形状の形成過程を図19図20に示す。図中、砥粒aは下に凸の線で示し、複数回工作物Wに接触した状態である。工作物Wの上面の太線部分が研削後の工作物Wの表面形状である。図19のように、砥石車12の回転数が工作物Wの回転数の整数倍から一定程度乖離していると、砥粒aは、凹部と凹部の間を研削し、工作物Wの表面に最初に形成された凹凸形状が、研削が進むにつれて解消される。一方、図20のように、砥石車12の回転数が工作物Wの回転数の整数倍であると、砥粒aは、凹部が形成された箇所に当接し続ける。そうすると、工作物Wの表面の凹凸形状が解消されずに、砥石車12の表面形状が工作物Wに残った状態となる。
【0052】
びびり原因評価演算装置50は、砥石送り速度の異なる第一の期間及び第二の期間において、加速度に関する時系列データである基礎データD1を取得する原因基礎データ取得部51を備える。さらに、各期間の基礎データD1に基づいてFFT解析を行うFFT解析部52、第一特定周波数成分を抽出する抽出部53、によりデータを処理し、回転数評価部54により、砥石車12と工作物Wとの回転数比を評価する。さらに、回転数評価部54の評価結果に基づいて、砥石車12又は工作物Wの回転数を調節する回転数調節部55と、砥石車12のツルーイングを実行するツルーイング実行部56と、を備える。
【0053】
(5-1.原因基礎データ取得部)
原因基礎データ取得部51は、砥石送り速度の異なる第一の期間及び第二の期間において、加速度センサ15からの信号に基づき、基礎データD1を取得する。第一の期間及び第二の期間は、研削工程の内、粗研工程S1、精研工程S2、微研工程S3、スパークアウト工程S4から2工程を選択すればよい。砥石送り速度の異なる2期間の内、砥石送り速度の速い方を第一の期間とし、第一の期間より砥石送り速度の遅い方を第二の期間とする。第一の期間としては、粗研工程S1、第二の期間としては、スパークアウト工程S4がそれぞれ好ましい。第一の期間に取得された基礎データD1を第一期間基礎データD1001とする。第二の期間に取得された基礎データD1を第二期間基礎データD1002とする。ここでは、加速度に関する加速度基礎データD11であり、より具体的には、第一期間加速度基礎データD1101及び第二期間加速度基礎データD1102である。以下、びびり原因評価演算装置50の説明において、加速度に関するデータである記載を省略する。
【0054】
(5-2.FFT解析部)
FFT解析部52は、第一期間FFT解析部521と第二期間FFT解析部522を備える。第一期間FFT解析部521は、第一期間基礎データD1001に基づいて第一期間FFTデータD2001を生成する。第二期間FFT解析部522は、第二期間基礎データD1002に基づいて第二期間FFTデータD2002を生成する。第一期間FFT解析部521及び第二期間FFT解析部522は、びびり量評価演算装置200のFFT解析部22と同様の処理を行うものであり、同一の構成を用いることができる。
【0055】
(5-3.抽出部)
抽出部53は、FFT解析部52によって生成されたFFTデータD2から、第四特定周波数成分を抽出する。抽出部53は、第一期間抽出部531と第二期間抽出部532を備える。第一期間抽出部531は、第一期間FFTデータD2001から、第一期間抽出FFTデータD3001を生成する。第二期間抽出部532は、第二期間FFTデータD2002から、第二期間抽出FFTデータD3002を生成する。第四特定周波数成分とは、砥石車12の回転数に相当する周波数成分である。抽出部53において、第四特定周波数成分を抽出することにより、砥石車12の回転数周期毎に現れる凹凸のみを抽出する。第一期間抽出部531及び第二期間抽出部532は、びびり量評価演算装置200の第一抽出部231において回転数に相当する周波数成分のみを抽出することで代用でき、同一の構成を用いることができる。
【0056】
(5-4.回転数評価部)
回転数評価部54は、第一期間抽出FFTデータD3001の振幅(A1)と第二期間抽出FFTデータD3002の振幅(A2)との比に基づいて、砥石車12と工作物Wの回転数比を評価する。A2/A1の値が小さい程、初期の形成された工作物W表面の凹凸が解消されていることを意味する。粗研工程S1時を第一の期間とし、スパークアウト工程S4時を第一の期間とした場合、A2/A1の値は0.3以下となることが好ましく、0.15以下となることがより好ましい。
【0057】
図21は、びびり原因評価演算装置50による評価例を示すグラフである。評価例4は、砥石車12と工作物Wとの回転数比を79.5:1とした場合であり、評価例5は、砥石車12と工作物Wとの回転数比を80:1とした場合である。粗研工程S1時を第一の期間とし、スパークアウト工程S4時を第一の期間とし、A2/A1の値を図21に示す。評価例4では、粗研工程S1時に形成された工作物Wの表面の凹凸形状が、スパークアウト工程S4までの間に十分に解消され、A2/A1の値は、0.11であった。一方、評価例5では、粗研工程S1時に形成された工作物Wの表面の凹凸形状が、スパークアウト工程S4までの間に十分に解消されておらず、A2/A1の値は、0.72であった。
【0058】
(5-5.回転数調節部)
回転数調節部55は、びびり量評価演算装置200のびびり量評価部26によりびびりがあると評価された場合であって、回転数評価部54によりA2/A1の値が大きいと評価された場合に、砥石車12又は工作物Wの回転数を調節する。回転数評価部54によりA2/A1の値が大きいと評価された場合、砥石車12と工作物Wとの回転数比が適切でない可能性が高い。砥石車12と工作物Wとの回転数比が適切でないことにより、びびりが発生したものと考えられるため、砥石車12又は工作物Wの回転数を調節することでびびりを解消できる可能性がある。
【0059】
(5-6.ツルーイング実行部)
ツルーイング実行部56は、びびり量評価演算装置200のびびり量評価部26によりびびりがあると評価された場合であって、回転数評価部54によりA2/A1の値が小さいと評価された場合に、砥石車12のツルーイングを実行する。回転数評価部54によりA2/A1の値が小さいと評価された場合、砥石車12と工作物Wとの回転数比は適切である。それでもびびりがあると評価されている場合、砥石車12と工作物Wとの回転数比以外のびびり発生要因を検討する必要がある。その一つとして、摩耗等により、砥石車12の表面状態が劣化したことが考えられる。ツルーイング実行部56により、砥石車12のツルーイングを実行することにより、びびりを解消できる可能性がある。
【0060】
びびり評価システム4がびびり原因評価演算装置50を備えると、びびり量の評価を行うと同時に、びびりの原因を特定することが容易となる。そのため、びびりが発生した際に、迅速に対応でき、不良品の発生を抑制することができる。さらに、びびり原因評価演算装置50におけるFFT解析部52、抽出部53は、びびり量評価演算装置200に用いられる構成を転用、共用することが可能である。また、びびり原因評価演算装置50における第二期間基礎データは、びびり量評価演算装置200における基礎データと同じデータを使用することができ、その後のデータ処理も概ね同様である。このことから、構成の追加を最小限に抑えつつ、びびり量の評価と、原因と特定をすることが可能である。
【0061】
(変形例)
第四例のびびり評価システム4では、加速度センサ15により取得したデータを、変位に変換することなくそのまま用いた。びびり量評価演算装置200の変位変換部25と同様の構成を設け、加速度に関するデータを変位に関するデータに変換してもよい。また、第二例のように、加速度センサ15に代えて、リニアゲージ16等の変位センサを用いてもよい。
【符号の説明】
【0062】
1、2、3、4:びびり評価システム、 100、101:研削装置、 11:ベッド、 12:砥石車、 121:砥石台、 122:砥石台案内部、 123:駆動軸、 124:駆動モータ、 125:砥石回転モータ、 131:主軸台、 132:心押台、 133:主軸テーブル、 134:主軸テーブル案内部、 135:主軸回転モータ、 14:定寸装置、 141:測定子、 142:アーム、 15:加速度センサ、 16:リニアゲージ、 17:制御部、 200、201:びびり量評価演算装置、 21:基礎データ取得部、 22:FFT解析部、 23:抽出部、 231:第一抽出部、 232:第二抽出部、 24:逆FFT解析部、 241:第一逆FFT解析部、 242:第二逆FFT解析部、 25:変位変換部、 251:第一変位変換部、 252:第二変位変換部、 26:びびり量評価部、 27:ゲイン補償部、 271:第一ゲイン補償部、 272:第二ゲイン補償部、 273:ゲイン記憶部、 274:調整部、 30:表示装置、 40:砥石車アンバランス評価演算装置、 41:取得部、 42:第三FFT解析部、 43:第三抽出部、 44:算出部、 45:記憶部、 46:アンバランス評価部、 410:基準取得部、 420:基準第三FFT解析部、 430:基準第三抽出部、 440:基準算出部、 50:びびり原因評価演算装置、 51:原因基礎データ取得部、 52:FFT解析部、 521:第一期間FFT解析部、 522:第二期間FFT解析部、 53:抽出部、 531:第一期間抽出部、 532:第二期間抽出部、 54:回転数評価部、 55:回転数調節部、 56:ツルーイング実行部、 S1:粗研工程、 S2:精研工程、 S3:微研工程、 S4:スパークアウト工程、 W:工作物


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
図15A
図15B
図16
図17
図18
図19
図20
図21