特許 7563253 測定システム、取得装置、取得方法、変換情報取得方法、製造方法及びコンピュータプログラム

(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】2024-09-30

(45)【発行日】2024-10-08

(54)【発明の名称】測定システム、取得装置、取得方法、変換情報取得方法、製造方法及びコンピュータプログラム

(51)【国際特許分類】

   G01M 13/04 20190101AFI20241001BHJP

【ＦＩ】

G01M13/04

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2021039698

(22)【出願日】2021-03-11

(65)【公開番号】P2022139359

(43)【公開日】2022-09-26

【審査請求日】2024-02-09

(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】110000280

【氏名又は名称】弁理士法人サンクレスト国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】青木 佑輔

(72)【発明者】

【氏名】渡邉 肇

【審査官】川野 汐音

(56)【参考文献】

【文献】特開２００５－２４９５９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－１８１１５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１４５９９８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｍ １３／００－１３／０４５

Ｇ０１Ｍ ９９／００

Ｆ１６Ｃ １９／００－１９／５６

Ｆ１６Ｃ ３３／３０－３３／６６

Ｆ１６Ｃ ４１／００－４１／０４

Ｇ０１Ｌ ５／００－ ５／２８

Ｂ２３Ｃ １／００－ ９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

主軸を支持する転がり軸受の軌道輪に設けられたセンサと、
前記主軸の回転軸と異なる位置に重心を有する状態で、前記主軸に固定された治具と、
前記センサから第１の検出信号及び第２の検出信号を取得する制御部と、
を備え、
前記第１の検出信号は、前記主軸を第１の回転速度で回転させ、前記治具の遠心力により前記主軸に第１の荷重が加えられている状態で、前記センサから取得され、
前記第２の検出信号は、前記主軸を前記第１の回転速度とは異なる第２の回転速度で回転させ、前記治具の遠心力により前記主軸に第２の荷重が加えられている状態で、前記センサから取得される、測定システム。

【請求項2】

前記制御部は、前記センサの検出信号を前記主軸に加えられる荷重の値に変換するための変換情報を、前記センサから取得される前記第１の検出信号及び前記第２の検出信号と、前記第１の荷重及び前記第２の荷重と、に基づいて算出する、
請求項１に記載の測定システム。

【請求項3】

前記制御部は、
前記第１の回転速度と、前記回転軸から前記重心までの距離とに基づいて、前記第１の荷重を算出し、
前記第２の回転速度と、前記距離とに基づいて、前記第２の荷重を算出する、
請求項２に記載の測定システム。

【請求項4】

前記変換情報を記憶する記憶部を備え、
前記制御部は、前記主軸の段取り替えを行った際、又は前記変換情報を算出してから所定時間が経過した際に、新たに前記変換情報を算出し、前記記憶部に記憶されている前記変換情報を更新する、
請求項２又は請求項３に記載の測定システム。

【請求項5】

前記制御部は、前記主軸に設けられた工具が対象物を加工する際に前記センサから取得される検出信号と、前記変換情報と、に基づいて、前記主軸に加えられる荷重の値を算出する、
請求項２から請求項４のいずれか１項に記載の測定システム。

【請求項6】

前記主軸は、軸方向の一方側端部に加工用の工具を有し、
前記治具は、前記工具に着脱可能な状態で設けられている、
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の測定システム。

【請求項7】

主軸を支持する転がり軸受の軌道輪に設けられたセンサの検出信号を取得する制御部を備え、
前記制御部は、前記主軸に前記主軸の回転軸と異なる位置に重心を有する治具を固定した状態で、前記センサから第１の検出信号及び第２の検出信号を取得し、
前記第１の検出信号は、前記主軸を第１の回転速度で回転させ、前記治具の遠心力により前記主軸に第１の荷重が加えられている状態で、前記センサから取得され、
前記第２の検出信号は、前記主軸を前記第１の回転速度とは異なる第２の回転速度で回転させ、前記治具の遠心力により前記主軸に第２の荷重が加えられている状態で、前記センサから取得される、取得装置。

【請求項8】

主軸を支持する転がり軸受の軌道輪に設けられたセンサの検出信号を取得する方法であって、
前記主軸に前記主軸の回転軸と異なる位置に重心を有する治具を固定した状態で、前記主軸を第１の回転速度で回転させ、前記治具の遠心力により前記主軸に第１の荷重を加える第１回転工程と、
前記第１回転工程の間に、前記センサから第１の検出信号を取得する第１検出信号取得工程と、
前記主軸に前記治具を固定した状態で、前記主軸を前記第１の回転速度とは異なる第２の回転速度で回転させ、前記治具の遠心力により前記主軸に第２の荷重を加える第２回転工程と、
前記第２回転工程の間に、前記センサから第２の検出信号を取得する第２検出信号取得工程と、
を備える、取得方法。

【請求項9】

請求項８の取得方法により取得された前記第１の検出信号及び前記第２の検出信号と、前記第１の荷重及び前記第２の荷重と、に基づいて、前記センサの検出信号を前記主軸に加えられる荷重の値に変換するための変換情報を算出する、変換情報取得方法。

【請求項10】

前記主軸に設けられた工具が対象物を加工する加工工程を備え、
前記加工工程は、前記工具が前記対象物の加工を行う際に前記センサから取得される検出信号と、請求項９に記載の変換情報取得方法により取得された前記変換情報とに基づいて、前記主軸に加えられる荷重の値を算出する荷重取得工程を含む、
対象物の製造方法。

【請求項11】

主軸を支持する転がり軸受の軌道輪に設けられたセンサの検出信号を取得するためのコンピュータプログラムであって、
前記主軸に前記主軸の回転軸と異なる位置に重心を有する治具を固定した状態で、前記主軸を第１の回転速度で回転させ、前記治具の遠心力により前記主軸に第１の荷重を加える第１回転工程と、
前記第１回転工程の間に、前記センサから第１の検出信号を取得する第１検出信号取得工程と、
前記主軸に前記治具を固定した状態で、前記主軸を前記第１の回転速度とは異なる第２の回転速度で回転させ、前記治具の遠心力により前記主軸に第２の荷重を加える第２回転工程と、
前記第２回転工程の間に、前記センサから第２の検出信号を取得する第２検出信号取得工程と、
をコンピュータに実行させる、コンピュータプログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、測定システム、取得装置、取得方法、変換情報取得方法、製造方法及びコンピュータプログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

転がり軸受に加わる荷重を測定する技術が知られている。例えば、特許文献１には、軸受の外輪に設けられた歪みゲージの検出信号に基づいて、軸受に加わる荷重を算出する。特許文献１において、外輪は、測定作業時に転動体から加わるラジアル荷重により弾性変形する。そして、歪みゲージがこの弾性変形量を検出し、演算器が弾性変形量に基づいて荷重を算出する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開平９－６１２６８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

図１３は、本発明の課題を説明する図である。図１３（ａ）は、工作機械９０の工具９２（例えば、エンドミル）を含むヘッド部分を拡大して示す断面図である。転がり軸受９３は、工作機械９０の主軸９１Ａを受けるために、主軸９１Ａとハウジング９１Ｂの間に設けられる。これにより、主軸９１Ａ及び工具９２は回転軸Ｃ９まわりに回転することができる。工具９２を回転させながら、工作機械９０のヘッド部分を回転軸Ｃ９と直交する方向に移動させることで、工具９２は切削等の加工を行うことができる。

【0005】

工作機械９０において、加工時に工具９２に加えられる荷重を知ることができれば、工具９２の摩耗予測による設備保全（故障予知、寿命予測等）や、加工条件のフィードバック等に役立てることができる。このため、荷重の測定精度をより高くすることや、荷重の測定のためのコストを低減させることが求められている。

【0006】

転がり軸受９３は、外輪９３ａと、内輪９３ｂと、外輪９３ａ及び内輪９３ｂの間に設けられている複数の転動体９３ｃとを有する。外輪９３ａの外周には溝が設けられ、当該溝の内部に歪みゲージ９４が設けられている。内輪９３ｂは、主軸９１Ａとともに回転し、内輪９３ｂが回転する際に、複数の転動体９３ｃは外輪９３ａと内輪９３ｂとの間を転動する。工具９２にラジアル荷重（例えば、矢印ＡＲ９方向の荷重）が加えられると、内輪９３ｂ及び転動体９３ｃを介して、外輪９３ａにもラジアル荷重が加わる。当該ラジアル荷重によって外輪９３ａが弾性変形し、歪みゲージ９４が当該弾性変形を歪電圧として検出する。

【0007】

歪みゲージ９４が検出した歪電圧に基づいて荷重を算出する場合、当該歪電圧を荷重に変換するための変換情報Ｌ９が必要となる。また、転動体９３ｃから外輪９３ａに加わるラジアル荷重は、転がり軸受９３の使用温度等の条件によって変化するため、変換情報Ｌ９の精度を向上させるには工作機械９０の初期化（例えば、電源投入、段取り替え等）を行う都度、変換情報Ｌ９の更新（すなわち、変換情報Ｌ９の校正）をする必要がある。

【0008】

図１３（ｂ）は、変換情報Ｌ９を取得するための測定装置９５を説明する図である。測定装置９５は、工具９２に装着される転がり軸受９６と、転がり軸受９６の外輪９６ａの外周面を押圧することで、転がり軸受９６を介して工具９２にラジアル荷重を加える押圧具９７と、押圧具９７が外輪９６ａに加える荷重を測定するプッシュプルゲージ９８とを備える。

【0009】

変換情報Ｌ９を取得するには、まず、工具９２を回転させている状態で、押圧具９７が外輪９６ａに荷重Ｆ９１を加え、歪みゲージ９４により歪電圧Ｐ９１を取得する。そして、図１３（ｃ）に示すように、横軸を荷重とし、縦軸を歪電圧としたグラフに、荷重Ｆ９１及び歪電圧Ｐ９１とする点をプロットする。同様に、押圧具９７は、種々の荷重Ｆ９２，Ｆ９３を加え、歪みゲージ９４により歪電圧Ｐ９２，Ｐ９３を取得して、図１３（ｃ）のグラフに各点をプロットする。これにより、荷重と歪電圧との関係を示すグラフ線Ｌ９（すなわち、変換情報Ｌ９）が取得される。

【0010】

以上のように、変換情報Ｌ９を算出するためには、主軸に種々の荷重を加え、当該種々の荷重に対応するセンサの歪電圧を取得する必要がある。従来、このような歪電圧の取得のためには、転がり軸受９３を含む工作機械９０に測定装置９５を取り付けたうえで、種々の荷重を工作機械９０に加える必要がある。回転する工具９２にラジアル荷重を加えるために、測定装置９５には工具９２に装着するための転がり軸受９６が必要であったり、種々の荷重を加えるための押圧具９７が必要であったりするなど、測定装置９５は大掛かりな装置となっていた。また、変換情報Ｌ９の取得の際には、このような測定装置９５を工具９２に取り付けて種々の荷重を加える必要があり、作業工数が掛かっていた。

【0011】

このため、従来は工作機械９０の初期化を行う都度、変換情報Ｌ９を取得することは現実的ではなく、実際には、工作機械９０の導入時等に取得した変換情報Ｌ９をほとんど校正することなく延々と使い続けていた。

【0012】

そこで、本発明は、種々の荷重に対応するセンサの検出信号をより容易に取得することができる測定システム、取得装置、取得方法、変換情報取得方法、製造方法及びコンピュータプログラムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0013】

本発明の測定システムは、主軸を支持する転がり軸受の軌道輪に設けられたセンサと、前記主軸の回転軸と異なる位置に重心を有する状態で、前記主軸に固定された治具と、前記センサから第１の検出信号及び第２の検出信号を取得する制御部と、を備え、前記第１の検出信号は、前記主軸を第１の回転速度で回転させ、前記治具の遠心力により前記主軸に第１の荷重が加えられている状態で、前記センサから取得され、前記第２の検出信号は、前記主軸を前記第１の回転速度とは異なる第２の回転速度で回転させ、前記治具の遠心力により前記主軸に第２の荷重が加えられている状態で、前記センサから取得される、測定システムである。

【0014】

本開示の取得装置は、主軸を支持する転がり軸受の軌道輪に設けられたセンサの検出信号を取得する制御部を備え、前記制御部は、前記主軸に前記主軸の回転軸と異なる位置に重心を有する治具を固定した状態で、前記センサから第１の検出信号及び第２の検出信号を取得し、前記第１の検出信号は、前記主軸を第１の回転速度で回転させ、前記治具の遠心力により前記主軸に第１の荷重が加えられている状態で、前記センサから取得され、前記第２の検出信号は、前記主軸を前記第１の回転速度とは異なる第２の回転速度で回転させ、前記治具の遠心力により前記主軸に第２の荷重が加えられている状態で、前記センサから取得される、取得装置である。

【0015】

本開示の取得方法は、主軸を支持する転がり軸受の軌道輪に設けられたセンサの検出信号を取得する方法であって、前記主軸に前記主軸の回転軸と異なる位置に重心を有する治具を固定した状態で、前記主軸を第１の回転速度で回転させ、前記治具の遠心力により前記主軸に第１の荷重を加える第１回転工程と、前記第１回転工程の間に、前記センサから第１の検出信号を取得する第１検出信号取得工程と、前記主軸に前記治具を固定した状態で、前記主軸を前記第１の回転速度とは異なる第２の回転速度で回転させ、前記治具の遠心力により前記主軸に第２の荷重を加える第２回転工程と、前記第２回転工程の間に、前記センサから第２の検出信号を取得する第２検出信号取得工程と、を備える、取得方法である。

【0016】

本開示のコンピュータプログラムは、主軸を支持する転がり軸受の軌道輪に設けられたセンサの検出信号を取得するためのコンピュータプログラムであって、前記主軸に前記主軸の回転軸と異なる位置に重心を有する治具を固定した状態で、前記主軸を第１の回転速度で回転させ、前記治具の遠心力により前記主軸に第１の荷重を加える第１回転工程と、前記第１回転工程の間に、前記センサから第１の検出信号を取得する第１検出信号取得工程と、前記主軸に前記治具を固定した状態で、前記主軸を前記第１の回転速度とは異なる第２の回転速度で回転させ、前記治具の遠心力により前記主軸に第２の荷重を加える第２回転工程と、前記第２回転工程の間に、前記センサから第２の検出信号を取得する第２検出信号取得工程と、をコンピュータに実行させる、コンピュータプログラムである。

【発明の効果】

【0017】

本発明によれば、種々の荷重に対応するセンサの検出信号をより容易に取得することができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】実施形態に係る測定システムを説明する図である。

【図2】図１の矢印Ａにより示す切断線から見た治具を示す図である。

【図3】実施形態に係るセンサの位置と検出信号を説明する図である。

【図4】実施形態に係る変換情報取得方法の手順を示すフローチャートである。

【図5】実施形態に係る主軸の回転速度及びセンサが検出する歪電圧を説明するグラフである。

【図6】実施形態に係る変換情報を説明するグラフである。

【図7】実施形態に係る工作機械が加工を行う様子を示す図である。

【図8】実施形態に係る荷重測定方法の手順を示すフローチャートである。

【図9】変換情報に基づいて荷重を取得する様子を示す図である。

【図10】実施形態に係る製造方法の手順を示すフローチャートである。

【図11】変形例に係るセンサの配置を示す図である。

【図12】変形例に係る治具を示す図である。

【図13】本発明の課題を説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

＜実施形態の要旨＞
（１）本発明の測定システムは、主軸を支持する転がり軸受の軌道輪に設けられたセンサと、前記主軸の回転軸と異なる位置に重心を有する状態で、前記主軸に固定された治具と、前記センサから第１の検出信号及び第２の検出信号を取得する制御部と、を備え、前記第１の検出信号は、前記主軸を第１の回転速度で回転させ、前記治具の遠心力により前記主軸に第１の荷重が加えられている状態で、前記センサから取得され、前記第２の検出信号は、前記主軸を前記第１の回転速度とは異なる第２の回転速度で回転させ、前記治具の遠心力により前記主軸に第２の荷重が加えられている状態で、前記センサから取得される、測定システムである。

【0020】

本発明の測定システムは、主軸の回転軸と異なる位置に重心を有する状態で、主軸に固定された治具を備える。このため、主軸が回転すると、主軸には治具からの遠心力に起因する荷重が加えられる。荷重は、主軸の回転速度に応じて変化するため、主軸の回転速度を調整するだけで、主軸に加えられる荷重を複数の値に振ることができる。この結果、種々の荷重に対応するセンサの検出信号をより容易に取得することができる。

【0021】

（２）好ましくは、前記制御部は、前記センサの検出信号を前記主軸に加えられる荷重の値に変換するための変換情報を、前記センサから取得される第１の検出信号及び第２の検出信号と、前記第１の荷重及び前記第２の荷重と、に基づいて算出する。前記制御部によれば、より容易に種々の荷重に対応するセンサの検出信号を取得した後、これらの値に基づいて変換情報を算出できるため、変換情報をより容易に取得することができる。

【0022】

（３）好ましくは、前記制御部は、前記第１の回転速度と、前記回転軸から前記重心までの距離とに基づいて、前記第１の荷重を算出し、前記第２の回転速度と、前記距離とに基づいて、前記第２の荷重を算出する。このように構成することで、種々の荷重をより容易に算出することができる。

【0023】

（４）好ましくは、前記変換情報を記憶する記憶部を備え、前記制御部は、前記主軸の段取り替えを行った際、又は前記変換情報を算出してから所定時間が経過した際に、新たに前記変換情報を算出し、前記記憶部に記憶されている前記変換情報を更新する。このような構成によれば、より精度の高い変換情報を維持することができる。

【0024】

（５）好ましくは、前記制御部は、前記主軸に設けられた工具が対象物を加工する際に前記センサから取得される検出信号と、前記変換情報と、に基づいて、前記主軸に加えられる荷重の値を算出する。変換情報は制御部によって、従来よりも容易に取得されるため、変換情報の取得を含め、荷重測定に掛かるコストを従来よりも削減することができる。

【0025】

（６）好ましくは、前記主軸は、軸方向の一方側端部に加工用の工具を有し、前記治具は、前記工具に着脱可能な状態で設けられている。このように構成することで、治具を設ける以外は、実際に加工に用いる工具等の条件を揃えた状態で、種々の荷重に対応する検出信号を取得することができる。

【0026】

（７）本開示の取得装置は、主軸を支持する転がり軸受の軌道輪に設けられたセンサの検出信号を取得する制御部を備え、前記制御部は、前記主軸に前記主軸の回転軸と異なる位置に重心を有する治具を固定した状態で、前記センサから第１の検出信号及び第２の検出信号を取得し、前記第１の検出信号は、前記主軸を第１の回転速度で回転させ、前記治具の遠心力により前記主軸に第１の荷重が加えられている状態で、前記センサから取得され、前記第２の検出信号は、前記主軸を前記第１の回転速度とは異なる第２の回転速度で回転させ、前記治具の遠心力により前記主軸に第２の荷重が加えられている状態で、前記センサから取得される、取得装置である。

【0027】

（８）本開示の取得方法は、主軸を支持する転がり軸受の軌道輪に設けられたセンサの検出信号を取得する方法であって、前記主軸に前記主軸の回転軸と異なる位置に重心を有する治具を固定した状態で、前記主軸を第１の回転速度で回転させ、前記治具の遠心力により前記主軸に第１の荷重を加える第１回転工程と、前記第１回転工程の間に、前記センサから第１の検出信号を取得する第１検出信号取得工程と、前記主軸に前記治具を固定した状態で、前記主軸を前記第１の回転速度とは異なる第２の回転速度で回転させ、前記治具の遠心力により前記主軸に第２の荷重を加える第２回転工程と、前記第２回転工程の間に、前記センサから第２の検出信号を取得する第２検出信号取得工程と、を備える、取得方法である。

【0028】

（９）本発明の変換情報取得方法は、上記（８）の取得方法により取得された前記第１の検出信号及び前記第２の検出信号と、前記第１の荷重及び前記第２の荷重と、に基づいて、前記センサの検出信号を前記主軸に加えられる荷重の値に変換するための変換情報を算出する、変換情報取得方法である。

【0029】

（１０）本発明の製造方法は、前記主軸に設けられた工具が対象物を加工する加工工程を備え、前記加工工程は、前記工具が前記対象物の加工を行う際に前記センサから取得される検出信号と、上記（９）に記載の変換情報取得方法により取得された前記変換情報とに基づいて、前記主軸に加えられる荷重の値を算出する荷重取得工程を含む、対象物の製造方法である。

【0030】

（１１）本開示のコンピュータプログラムは、主軸を支持する転がり軸受の軌道輪に設けられたセンサの検出信号を取得するためのコンピュータプログラムであって、前記主軸に前記主軸の回転軸と異なる位置に重心を有する治具を固定した状態で、前記主軸を第１の回転速度で回転させ、前記治具の遠心力により前記主軸に第１の荷重を加える第１回転工程と、前記第１回転工程の間に、前記センサから第１の検出信号を取得する第１検出信号取得工程と、前記主軸に前記治具を固定した状態で、前記主軸を前記第１の回転速度とは異なる第２の回転速度で回転させ、前記治具の遠心力により前記主軸に第２の荷重を加える第２回転工程と、前記第２回転工程の間に、前記センサから第２の検出信号を取得する第２検出信号取得工程と、をコンピュータに実行させる、コンピュータプログラムである。

【0031】

＜実施形態の詳細＞
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。

【0032】

＜測定システムの全体構成＞
図１は、実施形態に係る測定システム１０を説明する図である。図１において、断面として示す部分にはハッチングを付している。測定システム１０は、工作機械２０と、変換情報取得装置３０と、を備える。

【0033】

工作機械２０は、回転により対象物Ｗ１（図７）に加工（例えば、切削、研磨）を行うための機械である。本実施形態では、工作機械２０がフライス盤である例を挙げて説明するが、工作機械２０はその他の機械であってもよい。工作機械２０は、例えば旋盤、歯切り盤、円筒研削盤、内面研削盤であってもよい。

【0034】

＜工作機械の構成＞
工作機械２０は、主軸４０と、治具５０と、転がり軸受６０Ａ，６０Ｂと、センサ６５と、ハウジング７０と、を有する。主軸４０は、主軸本体４１と、工具４２と、固定具４３と、モータ４４と、を有する。主軸本体４１は、ハウジング７０の内部において転がり軸受６０Ａ，６０Ｂにより回転軸Ｃ１まわりに回転可能な状態で支持されている。以下、回転軸Ｃ１が延びる方向を、「軸方向」と称し、軸方向と直交する方向を「径方向」と称する。回転軸Ｃ１に近づく側が径方向内側であり、回転軸Ｃ１から離れる側が径方向外側である。また、回転軸Ｃ１まわりに主軸４０が回転する方向を「周方向」と称する。

【0035】

工具４２は、主軸本体４１の軸方向一方側の端部に、固定具４３によりハウジング７０の外側に突出した状態で固定されている。工具４２は、例えばエンドミルであり、軸方向に棒状に延び、軸方向に対して回転対称となる形状を有する。固定具４３は、工具４２を固定具４３とともに主軸本体４１に取り付けるための部材であり、例えばネジを含む。固定具４３を主軸本体４１から取り外すことで、工具４２も主軸本体４１から取り外すことができる。モータ４４は、例えば主軸本体４１の軸方向他方側の端部に設けられ、主軸本体４１を回転軸Ｃ１まわりに回転させる。工具４２及び固定具４３は、主軸本体４１とともに回転軸Ｃ１まわりに回転する。

【0036】

転がり軸受６０Ａ，６０Ｂは、主軸本体４１の軸方向一方側及び他方側をそれぞれ支持する。転がり軸受６０Ａは、軸受鋼により形成され、外輪６１と、内輪６２と、複数の転動体６３と、を有する。外輪６１及び内輪６２の中心軸は、主軸４１の回転軸Ｃ１と一致している。

【0037】

外輪６１は固定輪であり、外輪６１の外周面６１ａはハウジング７０に固定されている。外周面６１ａの軸方向中央部分には、径方向内側に凹む凹溝６４が形成されている。凹溝６４の底面には、センサ６５が設けられている。外輪６１の内周面には、外輪軌道面が形成されている。

【0038】

内輪６２は回転輪であり、内輪６２の内周面は主軸本体４１に固定されている。内輪６２の外周面には、内輪軌道面が形成されている。転動体６３は、外輪軌道面と内輪軌道面との間に設けられている。主軸本体４１がモータ４４により回転軸Ｃ１まわりに回転されると、内輪６２は主軸本体４１とともに回転し、転動体６３は外輪軌道面及び内輪軌道面の間で周方向に転動する。

【0039】

転がり軸受６０Ｂは、転がり軸受６０Ａと同様に、外輪６１と、内輪６２と、複数の転動体６３と、を有する。転がり軸受６０Ｂは、凹溝６４を有さず、センサ６５が設けられていない点で、転がり軸受６０Ａと相違する。

【0040】

図２は、図１の矢印Ａにより示す切断線から見た治具５０を示す図である。図２において、工具４２は断面として示している。治具５０は、主軸４０の回転軸Ｃ１と異なる位置に重心Ｇ１を有する状態で、主軸４０に固定されている。治具５０は、軸部５１と、錘部５２と、留め具５３と、を有する。

【0041】

軸部５１は、径方向に延びる金属製の棒材である。軸部５１の径方向外側の端部には、錘部５２が設けられている。軸部５１の径方向内側の端部には、工具４２の外周形状と対応する形状の内周面５１ａと、内周面５１ａと軸部５１の径方向内側の端とを繋げる溝５１ｂとが形成されている。工具４２の外周形状が円形状の場合、内周面５１ａは工具４２よりもわずかに大きい円形状となる。

【0042】

錘部５２は、例えば金属製の球であり、治具５０の重心Ｇ１を回転軸Ｃ１からより離すために（すなわち、重心Ｇ１をより径方向外側へ位置させるために）設けられる。錘部５２は、軸部５１と同じ種類の金属であってもよいし、軸部５１よりも比重の重い金属を含んでいてもよい。本実施形態において、治具５０の重心Ｇ１は、錘部５２のうち、錘部５２の中心よりもやや径方向内側に位置する。以下、回転軸Ｃ１から重心Ｇ１までの径方向の距離を距離ｒ１と称する。なお、重心Ｇ１は、軸部５１内に位置してもよい。

【0043】

錘部５２の形状は球に限られず、例えば直方体であってもよい。また、錘部５２を設けず、軸部５１のみによって治具５０の重心Ｇ１を回転軸Ｃ１から離してもよい。錘部５２は、軸部５１にネジ等によって着脱可能な状態で取り付けられてもよいし、軸部５１と継ぎ目なく一体的に形成されていてもよい。

【0044】

留め具５３は、軸部５１を工具４２に取り付けるための部材であり、例えばボルトである。留め具５３は、軸部５１の内周面５１ａ内に工具４２を収容した状態で、溝５１ｂの隙間を狭めるように、軸部５１の径方向内側の端部に締結される。これにより、内周面５１ａが狭まり、工具４２の外周面と内周面５１ａが密着することで、軸部５１が工具４２に取り付けられる。また、留め具５３の軸部５１への締結を緩めることで、内周面５１ａが広がり、工具４２から軸部５１を取り外すことができる。

【0045】

図３は、センサ６５の位置と検出信号を説明する図である。図３（ａ）は、図１の矢印Ｂにより示す切断線により切断した転がり軸受６０Ａ及びセンサ６５を示す断面図である。本実施形態において、凹溝６４は、外輪６１の外周面６１ａの全周にわたって設けられている。なお、凹溝６４は、外周面６１ａの全周にわたって設けられていなくてもよく、例えばセンサ６５が設けられている部分にのみ設けられていてもよい。

【0046】

センサ６５は、例えば歪みゲージであり、外輪６１の変形を歪電圧として検出する。センサ６５は、凹溝６４の底面のうち周方向の位置Ｘ１に設けられている。位置Ｘ１は、例えば工作機械２０の送り方向（矢印ＡＲ１方向、図７）の反対側の位置である。主軸４０に回転軸Ｃ１から位置Ｘ１に向かう方向の荷重（ラジアル荷重）が加わると、内輪６２及び転動体６３を介して、外輪６１に荷重が加えられる。外輪６１は、当該荷重により、弾性変形する。

【0047】

図３（ｂ）は、センサ６５の検出信号（歪電圧）を示すグラフである。図３（ｂ）において、横軸は時間であり、縦軸は歪電圧［Ｖ］である。転動体６３が位置Ｘ１を通過する際に、外輪６１の変形量が大きくなり、センサ６５が検出する歪電圧も大きくなる。このため、図３（ｂ）に示すように、歪電圧のグラフは転動体６３が通過する周期Ｔ１０の波形となる。

【0048】

より具体的には、時刻ｔ１１において、転動体６３Ａ（図３（ａ））が位置Ｘ１を通過する際、歪電圧は極大ピーク値となる。そして、時刻ｔ１２において、転動体６３Ａに隣接する転動体６３Ｂが位置Ｘ１を通過する際にも、歪電圧は極大ピーク値となる。歪電圧の極小ピーク値は、時刻ｔ１１と時刻ｔ１２の間の時刻に位置する。当該時刻において、位置Ｘ１には転動体６３は位置していない。

【0049】

歪電圧の絶対値は、例えばセンサ６５の温度等の環境によって変化するため、本実施形態では環境によって変化しにくい（すなわち、信頼性の高い）歪電圧のピークツーピーク値（Ｐｅａｋ－ｔｏ－ｐｅａｋ値：ＰＰ値）を検出信号の代表値Ｐ１０として用いる。なお、歪電圧の絶対値を検出信号の代表値として用いてもよい。

【0050】

本実施形態のセンサ６５は外輪６１に設けられているが、本発明の実施に関してはこれに限られず、例えば内輪６２に設けられていてもよい。すなわち、センサ６５は転がり軸受６０Ａの軌道輪（外輪６１又は内輪６２）に設けられていればよい。また、本実施形態のセンサ６５は歪みゲージであるが、センサ６５は転がり軸受６０Ａに加えられる荷重を何らかの形で検出するセンサであればよく、歪みゲージに限られない。

【0051】

＜変換情報取得装置の構成＞
図１を参照する。
変換情報取得装置３０は、制御部３１と、記憶部３２と、入力部３３と、表示部３４と、を有する。変換情報取得装置３０は、コンピュータであり、制御部３１は、例えばＣＰＵ、ＧＰＵ等の演算処理部と、ＲＡＭ等の主記憶部とにより実現される。また、記憶部３２は、例えばＨＤＤ、ＳＳＤ等の補助記憶部により実現される。入力部３３は、例えばキーボード及びマウスであり、オペレータの入力を受け付ける。表示部３４は、例えばディスプレイ及びスピーカーであり、オペレータに各種の情報を表示する。

【0052】

変換情報取得装置３０は、記録媒体３６に記録されたコンピュータプログラム３５を、読込装置（図示省略）によって読み込むことができる。読み込まれたコンピュータプログラム３５は、記憶部３２に記憶される。また、記憶部３２には、歪電圧を荷重に変換するための変換情報Ｌ１と、各種のパラメータ情報（例えば、治具５０の質量ｍ１、距離ｒ１）が記憶されている。

【0053】

制御部３１は、記憶部３２に記憶されているコンピュータプログラム３５を読み出すことで、各種の演算及び制御を実行する。制御部３１は、モータ４４及びセンサ６５と電気的に接続している。制御部３１は、モータ４４へ制御信号を出力することで、モータ４４を所定の回転速度により回転させる。制御部３１は、センサ６５から入力される検出信号（歪電圧）とモータ４４の回転速度に基づいて、変換情報Ｌ１を算出する。また、制御部３１は、センサ６５から入力される検出信号（歪電圧）と変換情報Ｌ１とに基づいて、主軸４１に加えられる荷重を算出する。制御部３１の演算及び制御については、後述する。

【0054】

＜変換情報取得方法＞
図４は、測定システム１０が実行する変換情報取得方法の手順の一例を示すフローチャートである。測定システム１０は、例えばオペレータが入力部３３に変換情報Ｌ１の取得指示を入力した際に、以下の各工程を実行する。以下の各工程は、コンピュータプログラム３５に基づいて制御部３１が各部に動作指令を行うことで実現される。

【0055】

はじめに、制御部３１は、モータ４４に制御信号を出力し、主軸４０を第１の回転速度ｎ１で回転させる（第１回転工程ＳＴ１１）。治具５０は回転軸Ｃ１から距離ｒ１の位置に重心Ｇ１を有するため、主軸４０が回転すると、治具５０の遠心力ＣＦ１により主軸４０には第１の荷重Ｆ１が加えられる。

【0056】

制御部３１は、第１回転工程ＳＴ１１の間に（すなわち、主軸４０に第１の荷重Ｆ１が加えられている間に）、センサ６５から第１の検出信号ＳＧ１を取得する（第１検出信号取得工程ＳＴ１２）。

【0057】

続いて、制御部３１は、モータ４４に制御信号を出力し、主軸４０を第１の回転速度ｎ１とは異なる第２の回転速度ｎ２で回転させる（第２回転工程ＳＴ１３）。第２の回転速度ｎ２は、例えば、第１の回転速度ｎ１よりも所定値ｂ１だけ速い速度である（ｎ２＝ｎ１＋ｂ１）。主軸４０が回転すると、治具５０の遠心力ＣＦ２により主軸４０には第２の荷重Ｆ２が加えられる。第２の回転速度ｎ２が第１の回転速度ｎ１とは異なるため、遠心力ＣＦ２も遠心力ＣＦ１とは異なる値となり、第２の荷重Ｆ２も第１の荷重Ｆ１とは異なる値となる。

【0058】

そして、制御部３１は、第２回転工程ＳＴ１３の間に（すなわち、主軸４０に第２の荷重Ｆ２が加えられている間に）、センサ６５から第２の検出信号ＳＧ２を取得する（第２検出信号取得工程ＳＴ１４）。

【0059】

以降、制御部３１は、上記のように、主軸４０の回転速度をｎ３，ｎ４，…，ｎｘと順次変更し（第ｘ回転工程ＳＴ１５）、各回転速度においてセンサ６５から検出信号ＳＧ３，ＳＧ４，…ＳＧｘを取得する（第ｘ検出信号取得工程ＳＴ１６）。回転速度は、例えば第１の回転速度ｎ１から所定値ｂ１ずつ速度が速くなるように制御される。回転工程を行う回数ｘ（すなわち、回転速度を変更する段階ｘ）は、２回以上であれば特に限定されない。所定値ｂ１及び回数ｘは、コンピュータプログラム３５により予め規定されていてもよいし、オペレータによって入力部３３に入力されてもよい。

【0060】

最後に、制御部３１は、第１の検出信号ＳＧ１及び第２の検出信号ＳＧ２を含む複数の検出信号ＳＧｘに基づいて、変換情報Ｌ１を取得する（変換情報取得工程ＳＴ１７）。取得された変換情報Ｌ１は、記憶部３２に記憶される。以下、図５及び図６を参照して、変換情報Ｌ１を取得するための各工程の具体的な内容について説明する。

【0061】

変換情報取得工程ＳＴ１７において、制御部３１は、回転速度ｎｘに基づいて、主軸４０に加えられる荷重Ｆｘを算出する（荷重算出工程）。例えば、制御部３１は、第１の回転速度ｎ１から第１の荷重Ｆ１を算出し、第２の回転速度ｎ２から第２の荷重Ｆ２を算出する。また、制御部３１は、センサ６５の検出信号ＳＧｘに基づいて、代表値Ｐｘを算出する（代表値算出工程）。例えば、制御部３１は、第１の検出信号ＳＧ１から第１の代表値Ｐ１を算出し、第２の検出信号ＳＧ２から第２の代表値Ｐ２を算出する。その後、制御部３１は、各荷重Ｆ１，Ｆ２，…Ｆｎと、各代表値Ｐ１，Ｐ２，…Ｐｎと、に基づいて、変換情報Ｌ１を算出する（変換情報算出工程）。

【0062】

荷重算出工程について説明する。主軸４０に加えられる荷重Ｆｘは、治具５０の遠心力ＣＦｘに重力等の影響αを加味した値であり、例えば以下の式（１）により算出される。また、遠心力ＣＦｘは、遠心力の公式に基づいて式（２）により算出される。

【0063】

Ｆｘ＝ＣＦｘ＋α ・・・（１）

【0064】

ＣＦｘ＝（ｍ１・ｖｘ＾２）／ｒ１
＝｛ｍ１・（２π・ｒ１・ｎｘ）＾２｝／ｒ１
＝（２π）＾２・ｍ１・ｒ１・ｎｘ＾２ ・・・（２）

【0065】

ｖｘ［ｍ／ｓ］は治具５０の重心Ｇ１の周速度であり、主軸４０の回転速度ｎｘ［ｒ／ｓ］及び距離ｒ１［ｍ］によりｖｘ＝２π・ｒ１・ｎｘとして表すことができる。また、ｍ１［ｋｇ］は治具５０の質量である。

【0066】

質量ｍ１及び距離ｒ１は、治具５０により決まる値であり、例えばオペレータが入力部３３に当該値を入力することで、記憶部３２に予め記憶されている。また、主軸４０の回転速度ｎｘは、例えばコンピュータプログラム３５において予め決められた値であり、記憶部３２に予め記憶されている。なお、回転速度ｎｘは、例えばモータ４４に設けられているエンコーダ（図示省略）から取得することで、記憶部３２に記憶されてもよい。

【0067】

以上のように、式（２）に含まれる質量ｍ１、距離ｒ１及び回転速度ｎｘは、それぞれ既知の値であり、記憶部３２に記憶されている。また、影響αは、例えば鉛直方向に対する回転軸Ｃ１の角度等によって決まる既知の補正値であり、影響αも記憶部３２に記憶されている。このため、制御部３１は、式（１）及び式（２）により、荷重Ｆｘを既知の値として算出することができる。式（２）のうち、主軸４０の回転速度ｎｘは可変の値であるため、回転速度ｎｘを調整することで、主軸４０に加えられる荷重Ｆｘを任意の値に調整することができる。

【0068】

例えば、第１の荷重Ｆ１は、第１の回転速度ｎ１に基づいて、Ｆ１＝ＣＦ１＋α＝（２π）＾２・ｍ１・ｒ１・ｎ１＾２＋αと算出される。また、第２の荷重Ｆ２は、第２の回転速度ｎ２に基づいて、Ｆ２＝ＣＦ２＋α＝（２π）＾２・ｍ１・ｒ１・ｎ２＾２＋αと算出される。

【0069】

次に、代表値算出工程について説明する。
図５は、主軸４０の回転速度ｎｘと、センサ６５の検出信号（歪電圧）ＳＧｘとを説明するグラフである。図５（ａ）及び（ｂ）の横軸は時間である。図５（ａ）の縦軸は回転速度［ｒ／ｓ］であり、図５（ｂ）の縦軸は歪電圧［Ｖ］である。

【0070】

図５（ａ）に示すように、第１回転工程ＳＴ１１は時刻ｔ１に開始され、時刻ｔ２まで主軸４０は第１の回転速度ｎ１で回転される。また、第２回転工程ＳＴ１３は時刻ｔ２に開始され、時刻ｔ３まで主軸４０は第２の回転速度ｎ２で回転される。このため、時刻ｔ１から時刻ｔ２までにセンサ６５から取得される歪電圧が第１の検出信号ＳＧ１であり、時刻ｔ２から時刻ｔ３までにセンサ６５から取得される歪電圧が第２の検出信号ＳＧ２である。

【0071】

治具５０の遠心力ＣＦ１，ＣＦ２は、振れ回りの荷重として主軸４０に加えられるため、図５（ｂ）に示すように、センサ６５の歪電圧の振幅は変動し、振幅変調波のような形状となる。図５（ｂ）では、センサ６５から取得される各検出信号ＳＧ１，ＳＧ２を実線により示し、各検出信号ＳＧ１，ＳＧ２の包絡線Ｅ１，Ｅ２を破線により示している。

【0072】

本実施形態では、包絡線Ｅ１のピークにおける第１の検出信号ＳＧ１のＰＰ値（最大ＰＰ値）を、第１の代表値Ｐ１として用いる。図５（ｂ）に示すように、第１回転工程ＳＴ１１（時刻ｔ１から時刻ｔ２まで）の間に包絡線Ｅ１に複数のピークが存在する場合には、包絡線Ｅ１のそれぞれのピークにおける第１の検出信号ＳＧ１のＰＰ値Ｐ１１，Ｐ１２の平均を、第１の代表値Ｐ１とする（Ｐ１＝（Ｐ１１＋Ｐ１２）／２）。

【0073】

なお、第１の代表値Ｐ１は、複数のＰＰ値Ｐ１１，Ｐ１２の平均ではなく、複数のＰＰ値Ｐ１１，Ｐ１２のいずれか１つの値であってもよい。この場合、主軸４０の回転速度は、速度を変更してから所定時間が経過した後に安定する傾向があるため、２つ目以降のＰＰ値（図５（ｂ）の場合は、ＰＰ値Ｐ１２）を第１の代表値Ｐ１とすることがより好適である。

【0074】

第２の代表値Ｐ２も、第１の代表値Ｐ１と同様に算出される。すなわち、包絡線Ｅ２のそれぞれのピークにおける第２の検出信号ＳＧ２のＰＰ値Ｐ２１，Ｐ２２の平均を、第２の代表値Ｐ２とする（Ｐ２＝（Ｐ２１＋Ｐ２２）／２）。以上のように、制御部３１は、センサ６５の検出信号ＳＧ１，ＳＧ２，…，ＳＧｘに基づいて、代表値Ｐ１，Ｐ２，…，Ｐｘを算出する。

【0075】

次に、変換情報算出工程を説明する。
図６は、実施形態に係る変換情報Ｌ１の一例を説明するグラフである。図６の横軸は荷重［Ｎ］であり、縦軸は歪電圧［Ｖ］である。図６において、複数のプロットＰＬ１，ＰＬ２，ＰＬ３，…，ＰＬｘは、上記の荷重算出工程において算出した各荷重Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，…Ｆｘと、代表値算出工程において算出した各代表値Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，…Ｐｘと、により示されるプロットである。

【0076】

制御部３１は、複数のプロットＰＬ１，ＰＬ２，…，ＰＬｘについての回帰直線Ｐｘ＝Ａ１・Ｆｘ＋Ｂ１を算出する。そして、制御部３１は、回帰直線の傾きＡ１及び切片Ｂ１を、変換情報Ｌ１として記憶部３２に記憶させる。
以上により、変換情報取得工程ＳＴ１７が終了する。

【0077】

なお、変換情報Ｌ１は、センサ６５の検出信号ＳＧｘを主軸４０に加えられる荷重Ｆｘの値に変換するための情報であればよく、その内容としては回帰直線に限られない。例えば、変換情報Ｌ１は、複数のプロットＰＬ１，ＰＬ２，…，ＰＬｘのうち任意の２点間を通る１次関数であってもよいし、複数のプロットＰＬ１，ＰＬ２，…，ＰＬｘの移動平均線であってもよい。また、変換情報Ｌ１は、各荷重Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，…Ｆｘと、各代表値Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，…Ｐｘとの関係を示すテーブルデータであってもよい。

【0078】

本実施形態において、変換情報取得工程ＳＴ１７は、制御部３１が実行する。しかしながら、変換情報取得工程ＳＴ１７は制御部３１以外の装置によって実行されてもよいし、オペレータが手計算によって実行してもよい。変換情報取得工程ＳＴ１７までの各工程ＳＴ１１～ＳＴ１６により、各荷重Ｆ１，Ｆ２，…，Ｆｘにそれぞれ対応する各検出信号ＳＧ１，ＳＧ２，…，ＳＧｘが取得されている。このため、例えばオペレータは、制御部３１により取得されたこれらの情報に基づいて、上記の荷重算出工程、代表値算出工程及び変換情報算出工程を、手計算によって行ってもよい。

【0079】

本実施形態の測定システム１０は、主軸４０の回転軸Ｃ１と異なる位置に重心Ｇ１を有する状態で、主軸４０に固定された治具５０を備える。このため、主軸４０が回転すると、主軸４０には治具５０からの遠心力ＣＦｘに起因する荷重Ｆｘが加えられる。荷重Ｆｘは、主軸４０の回転速度ｎｘに応じて変化するため、主軸４０の回転速度ｎｘを調整するだけで、主軸４０に加えられる荷重Ｆｘを複数の値に振ることができる。この結果、押圧具９７（図１３）により測定用の転がり軸受９６を介して主軸９１Ａに荷重を加え、プッシュプルゲージ９８により当該荷重を測定するような従来例と比べ、種々の荷重Ｆｘに対応するセンサ６５の検出信号ＳＧｘをより容易に取得することができる。

【0080】

また、制御部３１は、センサ６５の検出信号ＳＧｘを主軸４０に加えられる荷重Ｆｘの値に変換するための変換情報Ｌ１を、センサ６５から取得される第１の検出信号ＳＧ１及び第２の検出信号ＳＧ２と、第１の荷重Ｆ１及び第２の荷重Ｆ２と、に基づいて算出する。制御部３１によれば、より容易に種々の荷重Ｆｘに対応するセンサ６５の検出信号ＳＧｘを取得した後、これらの値に基づいて変換情報Ｌ１を算出できるため、変換情報Ｌ１をより容易に取得することができる。

【0081】

また、制御部３１は、第１の回転速度ｎ１と、回転軸Ｃ１から重心Ｇ１までの距離ｒ１とに基づいて、第１の荷重Ｆ１を算出し、第２の回転速度ｎ２と、距離ｒ１とに基づいて、第２の荷重Ｆ２を算出する。このように構成することで、種々の荷重Ｆｘをより容易に算出することができる。

【0082】

また、主軸４０は、軸方向の一方側端部に加工用の工具４２を有し、治具５０は、工具４２に着脱可能な状態で設けられている。治具５０を設ける以外は、実際に加工に用いる工具４２等の条件を揃えた状態で、種々の荷重に対応する検出信号を取得することができる。このため、より実際の加工時に近い検出信号を取得でき、その後に算出される変換情報Ｌ１の精度を高めることができる。

【0083】

＜荷重測定方法＞
図７は、実施形態に係る工作機械２０が加工を行う様子を示す図である。
測定システム１０の制御部３１は、工作機械２０が対象物Ｗ１（例えば、金属材料）を加工する際、センサ６５から取得される検出信号ＳＧｘ１と、記憶部３２に記憶されている変換情報Ｌ１と、に基づいて、主軸４０に加えられる荷重Ｆｘ１の値を算出する。

【0084】

図８は、実施形態に係る荷重測定方法の手順を示すフローチャートである。測定システム１０は、例えばオペレータが入力部３３に加工を行う旨を入力した際に、以下の各工程を実行する。以下の各工程は、コンピュータプログラム３５に基づいて制御部３１が各部に動作指令を行うことで実現される。

【0085】

工作機械２０が加工を行う際には、治具５０（図１）を工具４２から取り外す。
はじめに、制御部３１は、モータ４４及び送り機構（図示省略）に制御信号を出力し、主軸４０を所定の回転速度ｎｘ１で回転させながら、工具４２を矢印ＡＲ１方向（径方向）に移動させる（送り工程ＳＴ２１）。工具４２は、対象物Ｗ１に当接した状態で回転しながら矢印ＡＲ１方向に移動することで、対象物Ｗ１を切削する。これにより、対象物Ｗ１には、溝ＧＲ１が形成される。

【0086】

工具４２が対象物Ｗ１を切削する間、主軸４０は対象物Ｗ１から反力として矢印ＡＲ１とは反対方向に荷重Ｆｘ１を受ける。この荷重Ｆｘ１に起因して、転がり軸受６０Ａの外輪６１が変形し、センサ６５が検出信号ＳＧｘ１（歪電圧）を制御部３１へ出力する。そして、制御部３１は、この検出信号ＳＧｘ１を取得する（検出信号取得工程ＳＴ２２）。

【0087】

最後に、制御部３１は、検出信号ＳＧｘ１から算出した代表値Ｐｘ１と、記憶部３２に記憶されている変換情報Ｌ１とに基づいて、荷重Ｆｘ１を算出する（荷重取得工程ＳＴ２３）。算出された荷重Ｆｘ１は、記憶部３２に記憶される。

【0088】

図９は、代表値Ｐｘ１及び変換情報Ｌ１に基づいて荷重Ｆｘ１を取得する様子を示す図である。図６と同様に、図９の横軸は荷重［Ｎ］であり、縦軸は歪電圧［Ｖ］である。代表値Ｐｘ１は、上記の代表値算出工程と同様の手法により、検出信号ＳＧｘ１から算出される。上記の変換情報取得工程ＳＴ１７により、変換情報Ｌ１は荷重と代表値との回帰直線として取得されたため、制御部３１は、当該回帰直線に代表値Ｐｘ１を代入して、荷重Ｆｘ１を算出する。

【0089】

上記のように、本実施形態の変換情報取得装置３０は、工作機械２０が加工を行う際には、工作機械２０の主軸４０に加えられる荷重を測定する荷重測定装置としても機能する。変換情報Ｌ１は変換情報取得装置３０によって、より容易に取得されるため、変換情報の取得を含め、荷重測定に掛かるコストを従来よりも削減することができる。

【0090】

なお、変換情報取得装置３０と別の装置が荷重を測定するように構成してもよい。この場合、変換情報取得装置３０が取得した変換情報Ｌ１を当該別の装置に送信するように構成してもよい。

【0091】

＜対象物の製造方法＞
図１０は、実施形態に係る製造方法の手順を示すフローチャートである。変換情報Ｌ１は、例えば工作機械２０の初期化を行う都度、変換情報取得装置３０によって更新される。工作機械２０の初期化は、例えば、工作機械２０の電源投入の時、主軸４０の段取り替え（工具４２の付け替え等）の時に、実行される。

【0092】

測定システム１０は、例えば電源が投入された際に、以下の各工程を実行する。以下の各工程は、コンピュータプログラム３５に基づいて制御部３１が各部に動作指令を行うことで実現される。

【0093】

はじめに、測定システム１０は、校正工程ＳＴ１を行う。校正工程ＳＴ１が開始されると、制御部３１は、例えば、表示部３４において、オペレータが工具４２に治具５０を装着したか否かを確認する表示を行う。例えば、ディスプレイに「工具４２に治具５０を装着しましたか？」というテキストと、「はい／いいえ」というボタンとを表示する。オペレータは、当該表示を確認して、工具４２に治具５０を装着した後、入力部３３により「はい」ボタンをクリックする。

【0094】

制御部３１は、オペレータから入力を受けた後、上記の変換情報取得方法（図４）の各工程ＳＴ１１～ＳＴ１７を実行する。制御部３１は、新たに変換情報Ｌ１を算出すると、記憶部３２に記憶されている古い方の変換情報Ｌ１を、新たに算出した変換情報Ｌ１に更新する。具体的には、記憶部３２において、古い方の変換情報Ｌ１を新たに算出した変換情報Ｌ１により上書きする。これにより、変換情報Ｌ１の校正が行われる。以上により、校正工程ＳＴ１が終了する。

【0095】

なお、記憶部３２において、変換情報Ｌ１を上書きするのではなく、古い方の変換情報Ｌ１を記憶したまま、荷重取得工程ＳＴ２３（図８）において参照する変換情報Ｌ１を新たな変換情報Ｌ１に変更してもよい。この場合、古い方の変換情報Ｌ１を記憶部３２に蓄積することができ、主軸４０に異常が生じた際に、変換情報Ｌ１の履歴を確認することで、異常原因の特定に役立てることができる。

【0096】

次に、測定システム１０は、加工工程ＳＴ２を行う。加工工程ＳＴ２が開始されると、制御部３１は、例えば、表示部３４において、オペレータが工具４２から治具５０を取り外したか否かを確認する表示を行う。例えば、ディスプレイに「工具４２から治具５０を取り外しましたか？」というテキストと、「はい／いいえ」というボタンとを表示する。オペレータは、当該表示を確認して、工具４２から治具５０を取り外した後、入力部３３により「はい」ボタンをクリックする。

【0097】

制御部３１は、オペレータから入力を受けた後、上記の荷重測定方法（図８）の各工程ＳＴ２１～ＳＴ２３を実行する。これにより、対象物Ｗ１が工具４２により加工され、加工の際に主軸４０に加えられた荷重Ｆｘ１が制御部３１により算出される。算出された荷重Ｆｘ１は、記憶部３２に記憶される。以上により、加工工程ＳＴ２が終了する。

【0098】

加工工程ＳＴ２の後、制御部３１は、変換情報Ｌ１の校正の要否を判定する（判定工程ＳＴ３）。例えば、工作機械２０の初期化が行われた場合、変換情報Ｌ１が前回に校正した値から変化している可能性が高いため、制御部３１は校正が必要と判定し、校正工程ＳＴ１を実行する（ＳＴ３の「ＹＥＳ」のルート）。また、前回の校正工程ＳＴ１の実行後、所定時間（例えば、４８時間）が経過している場合、工作機械２０の初期化が行われていなくとも変換情報Ｌ１が前回に校正した値から変化している可能性が高いため、制御部３１は校正が必要と判定し、校正工程ＳＴ１を実行する。また、オペレータが入力部３３により校正を行う旨の入力をした場合にも、制御部３１は校正工程ＳＴ１を実行する。制御部３１において、校正が必要であるとの判定がなされない場合、測定システム１０は、引き続き加工工程ＳＴ２を行う（ＳＴ３の「ＮＯ」のルート）。

【0099】

本実施形態に係る製造方法では、所定条件（例えば、工作機械２０の初期化、所定時間の経過、オペレータによる校正指示）が満たされる都度、変換情報Ｌ１を更新する。このため、より精度の高い変換情報Ｌ１を維持することができる。また、このように精度の高い変換情報Ｌ１により加工工程ＳＴ２中の荷重Ｆｘ１を取得するため、荷重Ｆｘ１の精度を高めることができる。

【0100】

例えば、荷重Ｆｘ１は、加工中の工具４２のフィードバック制御に用いられる。このため、荷重Ｆｘ１の精度を高くすることで、対象物Ｗ１の加工精度を向上させることができる。また、例えば、荷重Ｆｘ１は、工具４２の交換時期の管理に用いられる。このため、荷重Ｆｘ１の精度を高くすることで、工具４２を適切な時期に交換することができる。

【0101】

＜変形例＞
以上、本発明の実施形態を説明した。しかしながら、本発明の実施に関してはこれに限られず、種々の変形を行うことができる。以下、本発明の実施形態に係る変形例について、説明する。なお、以下の説明において、実施形態から変更のない部分については同じ符号を付し、説明を省略する。

【0102】

＜センサの配置の変形例＞
図１１は、変形例に係るセンサの配置を示す図である。図１１は、図３（ａ）と同様に、変形例に係る転がり軸受６０Ａの断面を示している。上記の実施形態では、１つの転がり軸受６０Ａに１つのセンサ６５を設けている。しかしながら、１つの転がり軸受６０Ａに複数のセンサ６５を設けてもよい。例えば、転がり軸受６０Ａの凹溝６４の底面に、周方向に９０度ずつ離した状態で、４つのセンサ６５Ａ，６５Ｂ，６５Ｃ，６５Ｄを設けてもよい。

【0103】

上記の実施形態のセンサ６５は、工具４２が対象物Ｗ１に対して矢印ＡＲ１方向（図７）に移動する際に、主軸４０に加えられる荷重を歪電圧として検出する。例えば、工具４２によりポケット加工等を行う場合、工具４２の送り方向は、矢印ＡＲ１方向に限られず、回転軸Ｃ１と直交する平面上の任意の方向となる。図１１に示すように、周方向の複数の位置にセンサ６５Ａ，６５Ｂ，６５Ｃ，６５Ｄを設けることで、複数の方向からそれぞれ主軸４０に加えられる荷重を測定することができる。

【0104】

＜治具の変形例＞
図１２は、変形例に係る治具を示す図である。上記の実施形態では、工具４２に治具５０を取り付ける。しかしながら、図１２（ａ）に示すように、治具５０Ａそのものを主軸本体４１に固定具４３により取り付けてもよい。治具５０Ａは、錘部５２と、軸方向に延びる第１腕部５４ａと、径方向に延びて第１腕部５４ａと錘部５２とを接続する第２腕部５４ｂとを有する。第１腕部５４ａの第２腕部５４ｂと反対側の端部が、固定具４３により主軸本体４１に取り付けられる。

【0105】

また、図１２（ｂ）に示すように、治具５０Ｂは軸部５１を有さず、工具４２の外周面に錘部５２を直接取り付けてもよい。治具５０Ｂは、錘部５２と、錘部５２を工具４２に取り付けるための接着部５５とを有する。接着部５５は、例えば接着テープである。錘部５２と工具４２の外周に接着部５５を複数周、巻きつけることで、錘部５２が工具４２に取り付けられる。

【0106】

＜測定システムの変形例＞
上記の実施形態の変換情報取得装置３０（荷重測定装置）は、工作機械２０の主軸４０が受ける荷重についての情報を取得する。しかしながら、変換情報取得装置３０が荷重についての情報を取得する対象は、工作機械２０に限られない。

【0107】

例えば、変換情報取得装置３０は、車輪又はタービンの主軸が受ける荷重についての情報を取得してもよい。この場合、測定システム１０は、車輪又はタービンと、変換情報取得装置３０とを備える。車輪は、工作機械２０と同様に、主軸４０と、主軸４０を支持する転がり軸受６０Ａと、転がり軸受６０Ａの軌道輪（外輪６１又は内輪６２）に設けられたセンサ６５と、を有する。また、変換情報Ｌ１を取得する際、主軸４０には、主軸４０の回転軸Ｃ１と異なる位置に重心Ｇ１を有する状態で、治具５０が固定される。

【0108】

＜その他＞
以上のとおり開示した実施形態及び変形例はすべての点で例示であって制限的なものではない。つまり、本発明は、図示する形態に限られず、本発明の範囲内において他の形態であってもよい。

【符号の説明】

【0109】

１０ 測定システム
２０ 工作機械
３０ 変換情報取得装置
３１ 制御部
３２ 記憶部
３３ 入力部
３４ 表示部
３５ コンピュータプログラム
３６ 記録媒体
４０ 主軸
４１ 主軸本体
４２ 工具
４３ 固定具
４４ モータ
５０ 治具
５０Ａ 治具
５０Ｂ 治具
５１ 軸部
５１ａ 内周面
５１ｂ 溝
５２ 錘部
５３ 留め具
５４ａ 第１腕部
５４ｂ 第２腕部
５５ 接着部
６０Ａ，６０Ｂ 転がり軸受
６１ 外輪
６１ａ 外周面
６２ 内輪
６３ 転動体
６３Ａ 転動体
６３Ｂ 転動体
６４ 凹溝
６５ センサ
６５Ａ，６５Ｂ，６５Ｃ，６５Ｄ センサ
７０ ハウジング
９０ 工作機械
９１Ａ 主軸
９１Ｂ ハウジング
９２ 工具
９３ 転がり軸受
９３ａ 外輪
９３ｂ 内輪
９３ｃ 転動体
９４ 歪みゲージ
９５ 測定装置
９６ 転がり軸受
９６ａ 外輪
９７ 押圧具
９８ プッシュプルゲージ
ｒ１ 距離
Ｇ１ 重心
Ｃ１ 回転軸
Ｃ９ 回転軸
ｍ１ 質量
Ｌ１ 変換情報
Ｌ９ 変換情報
Ｗ１ 対象物
ＧＲ１ 溝
ｎｘ，ｎｘ１ 回転速度
ｎ１ 第１の回転速度
ｎ２ 第２の回転速度
ＣＦ１ 遠心力
ＣＦ２ 遠心力
Ｆｘ，Ｆｘ１ 荷重
Ｆ１ 第１の荷重
Ｆ２ 第２の荷重
ＳＧｘ，ＳＧｘ１ 検出信号
ＳＧ１ 第１の検出信号
ＳＧ２ 第２の検出信号
Ｅ１ 包絡線
Ｅ２ 包絡線
Ｐｘ，Ｐｘ１ 代表値
Ｐ１ 第１の代表値
Ｐ２ 第２の代表値
ＰＬ１ プロット
Ａ１ 傾き
Ｂ１ 切片

【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】