JP2008290203A - 研削加工監視システム及び研削加工監視方法 - Google Patents

Abstract

【課題】研削加工対象のワークが加熱されて焼戻し軟化により硬度が低下する現象（研削焼け）を生じたことや、研削加工で用いられる砥石が劣化したことを加工中に検出することが出来る研削加工監視システム及び研削加工監視方法の提供の提供。
【解決手段】振動検出装置（３、６）と、振動検出装置で検出された振動を電圧波形に変換して増幅する増幅装置（７）と、増幅装置からの電圧波形を周波数分解するフーリエ変換装置（８）と、制御装置（パソコン１０）とを備え、制御装置（１０）は、周波数分解により得られた特定の周波数における振動レベルをしきい値と比較して、当該振動レベルがしきい値よりも大きい場合に不都合であると判定する制御を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、研削加工の監視システムに関し、より詳細には、ギヤの研削加工時の研削焼けを監視する監視システム及びその加工監視方法に関する。

ギヤを研削加工する際に、研削加工の対象物であるワークが加熱されて焼戻し軟化により硬度が低下する現象（研削焼け）が生じることがある。係る研削焼けは、ギヤの品質を低下するので、ギヤの研削加工においては、迅速に且つ精度良く、研削焼けの発生を検出する必要がある。

従来技術においては、ギヤの研削焼けの検出は、加工後に薬液（エタノール、硝酸、塩酸）によって腐食確認を行うことによって、実施されている。
しかし、係る検出技術では、リアルタイムで研削焼けを検出してはいないので、研削焼けが生じたか否かを確認するまで多大な時間を要するという問題が存在する。
仮に、研削焼けを生じたか否かが確認されるまで、ギヤの研削加工ラインの作業を停止したならば、確認完了までには設備稼働ロスが生じてしまう。

また、上述した従来の研削焼けの検出技術では、薬液（エタノール、硝酸、塩酸）使用後に、中和処理を必要とする。そして、係る中和処理により、工数が増大して、加工コストを押し上げてしまう。
さらに上述した従来の研削焼けの検出技術では、一定数の加工を完了する度に砥石を交換している。そのため、砥石を限界まで（寿命まで）使用せずに交換することとなり、非常に不経済である。

その他の従来技術として、例えば、表面硬さＨｖ７００以上の中間加工品にＮｉＰメッキを施して熱処理を行うことにより、優れた転がり疲れ強度を有する自動車用変速機の歯車を加工する方法が提案されている（特許文献１参照）。
しかし、係る加工方法（特許文献１の技術）は、いわゆる「研削焼け」や砥石の劣化を検出するためのものではない。そのため、上述した問題を解消することは出来ない。
特開２０００−２３９７４７号公報

本発明は、上述した従来技術の問題点を解消するべく提案されたものであり、歯車等の研削加工に際して、研削焼けが生じたことや、研削加工で用いられる砥石が劣化したことを検出することが出来る研削加工監視システム及び研削加工監視方法の提供を目的としている。

本発明者は、種々研究の結果、歯車の研削加工時で、ワークが加熱されて焼戻し軟化により硬度が低下する現象（研削焼け）を生じた場合や、砥石が劣化した場合には、ワーク及び研削用砥石に特定の周波数域において、高レベルの機械振動が発生することを見出した。
本発明の研削加工監視システムは係る知見により創造されたものであり、砥石（１）の回転軸（２）に設けられたセンサ（加速度ピックアップ３）及び研削加工対象物（ワーク４）を回転する回転軸（５）に設けられたセンサ（加速度ピックアップ６）により機械振動を検出する振動検出装置（３、６）と、振動検出装置（３、６）で検出された振動を電圧波形に変換して増幅する増幅装置（アンプ：振動計７）と、増幅装置からの電圧波形を周波数分解するフーリエ変換装置（ＦＴＴ８）と、制御装置（パソコン１０）とを備え、制御装置（１０）は、周波数分解により得られた特定の周波数における振動レベルをしきい値と比較して、当該振動レベルがしきい値よりも大きい場合に不都合であると判定する制御を行う様に構成されている（請求項１）。

本発明において、前記制御装置（１０）が判定する不都合は、砥石（１）の劣化であり、当該砥石の劣化を表示する表示装置（ディスプレイ（パソコンの表示部）１０Ｍ）を備えている（請求項２）。

また本発明において、前記制御装置（１０）が判定する不都合は、研削加工対象物（ワーク）が研削の際に加熱されて焼戻し軟化により硬度が低下する現象（研削焼け）であり、当該現象（研削焼け）を表示する表示装置（ディスプレイ１０Ｍ）を備えている（請求項３）。

本発明の研削加工監視方法は、砥石（１）の回転軸（２）に設けられたセンサ（加速度ピックアップ３）及び研削加工対象物（ワーク４）を回転する回転軸（５）に設けられたセンサ（加速度ピックアップ６）により機械振動を検出する振動検出工程（Ｓ２）と、検出された機械振動を増幅装置（アンプ：振動計７）によって電圧波形に変換して増幅する振動／電圧波形変換工程（Ｓ３）と、増幅装置（７）からの電圧波形をフーリエ変換装置（ＦＴＴ８）により周波数分解する周波数分解工程（Ｓ４）と、周波数分解により得られた特定の周波数における振動レベルをしきい値と比較する比較工程（Ｓ１０）と、当該振動レベルがしきい値よりも大きい場合に不都合であると判定する判定工程（Ｓ１４）とを有する（請求項４）。

本発明において、判定工程（Ｓ１４）で判定する不都合は砥石（１）の劣化であるのが好ましい（請求項５）。
或いは、本発明において、前記制御装置（１０）が判定する不都合は、研削加工対象物（ワーク４）が研削の際に加熱されて焼戻し軟化により硬度が低下する現象（研削焼け）であるのが好ましい（請求項６）。

また、本発明の研削加工監視方法は、同一の研削加工対象物（ワーク４）が加熱されて焼戻し軟化により硬度が低下する現象（研削焼け）を生じる様に研削加工を行い、係る研削加工における機械振動及び対応する電圧波形のデータから、特定の周波数及びしきい値を決定する工程（図３のＳ２〜Ｓ５）を有するのが好ましい（請求項７）。

さらに、本発明の研削加工監視方法は、監視の対象とは異なる研削加工対象物が加熱されて焼戻し軟化により硬度が低下する現象（研削焼け）を生じた結果として決定された特定の周波数及びしきい値を用いて、監視の対象である研削加工対象物４における特定の周波数及びしきい値を決定する工程（図４のフロー）を備えているのが好ましい（請求項８）。

上述する構成を具備する本発明によれば、砥石（１）の回転軸（２）、及び研削加工対象物（ワーク４）を回転する回転軸（５）に設けられたセンサ（加速度ピックアップ３、６）により機械振動を検出し、検出された振動を増幅装置（アンプ：振動計７）で電圧波形に変換して増幅し、さらに増幅装置（７）からの電圧波形をフーリエ変換装置（ＦＴＴ８）で周波数分解し、周波数分解により得られた特定の周波数における振動レベルをしきい値と比較して、当該振動レベルがしきい値よりも大きい場合に不都合（研削焼けが生じている、或は、砥石が劣化している）であると判定しているので、研削焼けの発生及び／又は砥石の劣化を、研削加工中に、リアルタイムで検知することができる。
そのため、研削加工ラインの作業を停止することなく、研削焼けの発生及び／又は砥石の劣化を確認することが出来る。そして、研削加工ラインの作業を停止する必要が無いので、設備稼働ロスが生じてしまうことも無い。

また、本発明によれば、周波数分解により得られた特定の周波数における振動レベルをしきい値と比較することにより、不都合（研削焼け及び／又は砥石の劣化）の有無を判断しており、薬液（エタノール、硝酸、塩酸）を必要としない。従って、判定した後に、中和処理を必要とすることもない。

さらにリアルタイムで砥石の劣化を検出できる本発明によれば、未だに使用可能な砥石を、一定数の加工を完了したという理由で交換する必要が無く、研削加工品（例えばギヤ）の品質を低下させること無く、砥石を寿命一杯まで使用することが出来る。そのため、従来技術に比較して、砥石を効率的に使用することが出来て、経済的である。

また、本発明の研削加工監視方法では、同一の研削加工対象物（ワーク４）が研削焼けを生じる様に研削加工を行い、係る研削加工における機械振動及び対応する電圧波形のデータから、特定の周波数及びしきい値を決定するので（Ｓ２〜Ｓ５）、新たな研削加工対象のロットに対しても、周波数及びしきい値を正確に決定して、加工品質の高い製品を提供することが出来る。

さらに、本発明の研削加工監視方法において、監視の対象とは異なる研削加工対象物が研削焼けを生じた結果として決定された特定の周波数及びしきい値を用いて、監視の対象である研削加工対象物（４）における特定の周波数及びしきい値を決定するように構成すれば（請求項８）、最初のワークに意図的に研削焼けを生じさせて、特定の周波数及びしきい値を決定することなく、当該特定の周波数としきい値を高精度で求めることができる。そのため、最初のワークを意図的に研削焼けを生じさせる必要がなくなり、その分、製品歩留まりが向上する。

以下、添付した図１〜図４を参照して、本発明の実施形態について説明する。
図1において、全体を符号１００で示す研削加工監視システムは、２つの振動検出装置３、６と、振動計（例えばアンプ）７と、フーリエ変換装置８と、制御装置であるパソコン（パーソナルコンピュータ）１０とを備えている。
ここで、制御装置１０はパソコンに限定される訳ではなく、情報処理能力を有する機器であれば、制御装置１０として適用可能である。

２つの振動検出装置３、６は、例えば加速度ピックアップで構成されている。図示の実施形態の説明では、振動検出装置３、６を加速度ピックアップと記載する。
加速度ピックアップ３は、研削用砥石１（図２参照）の回転中の振動を検出するために、砥石回転軸２に設けられている。
加速度ピックアップ６は、加工対象であるワーク４（図２参照）の回転中の振動を検出するために、ワーク回転軸５に設けている。

図２において、研削用砥石１として、粗砥石１Ａと仕上げ砥石１Ｂとを有している。粗砥石１Ａと仕上げ砥石１Ｂとは、共に１本の砥石回転軸２に取り付けられている。ここで、砥石１Ａ、１Ｂは、回転軸２に対して、相対回転をしないように取り付けられている。
砥石回転軸２は、図２では水平方向（図２のＹ軸方向）に配置されている。そして、加速度ピックアップ３は、砥石回転軸２の端部に取り付けられている。

加工対象であるワーク４は、ワーク回転軸５に取り付けられている。
図２において、ワーク回転軸５は垂直方向（図２のＺ軸方向）へ延在している。そしてワーク４は、ワーク回転軸５に対して、相対回転をしないように取り付けられている。
加速度ピックアップ６は、ワーク回転軸５の上方の端部近傍に取り付けられている。

砥石軸２に取り付けられた加速度ピックアップ３は、ラインＬ１により、アンプ７及びフーリエ変換装置８を経由して、パソコン１０に接続されている。
ワーク４に取り付けられた加速度ピックアップ６は、ラインＬ２により、アンプ７及びフーリエ変換装置８を経由して、パソコン１０に接続されている。

図示の実施形態に係る研削加工監視システム１００では、砥石の回転軸２に設けられた加速度ピックアップ３と、ワーク回転軸５に設けられた加速度ピックアップ６により、機械振動を検出する。
加速度ピックアップ３、６により検出された振動は、アンプ７によって電圧波形に変換して増幅される。アンプ７で増幅された電圧波形は、フーリエ変換装置８によって周波数分解される。フーリエ変換装置８における周波数分解の態様については、従来の公知の態様と同様であるため、説明は省略する。
パソコン１０は、周波数分解により得られた特定の周波数における振動レベルをしきい値と比較する。そして、当該振動レベルがしきい値よりも大きい場合には、不都合であると判定する。

ここで、上述した「不都合」の内容は、砥石１の劣化と、ワーク４の研削焼けである。砥石１の劣化及び／又はワーク４の研削焼けであると判定された場合には、その事実がパソコン１０の表示部１０Ｍに表示される。

次に主として図３を参照して、図１及び図２の研削加工監視システム１００における制御、或いは、図示の実施形態に係る研削加工監視方法について説明する。
図３のステップＳ１では、特定の部品番号における最初のワーク（例えば、変速機用ギヤ）４を、研削機械にセットする。そして、意図的に研削焼けが生じるように研削か高を行う。その様な研削加工を進めながら、砥石軸２及びワーク軸５の機械振動を、砥石軸２に取り付けた加速度ピックアップ３と、ワーク軸５に取り付けた加速度ピックアップ６によって検出する（ステップＳ２）。

ステップＳ３では、加速度ピックアップ３、６で検出した信号を、振動計（アンプ）７により、電圧信号に変換して増幅する。そして増幅した電圧信号をフーリエ変換機８に伝送し、電圧波形の周波数分解を行う（ステップＳ４）。
上述した通り、フーリエ変換機８による電圧波形の周波数分解は、従来技術と同様に行われる。

次のステップＳ５では、フーリエ変換機８による周波数分解の結果から、研削焼けが生じた場合に高い振動レベルが発生する特定周波数を探し出す。係る特定周波数を探し出したならば記録して、その特定周波数時の振動レベルを、しきい値として決定する。
上述したステップＳ１〜Ｓ５は、同一加工ロット中の最初のワークを、加工結果の合否の判断基準（しきい値）を得るためののみ使用している。

ステップＳ６では、当該部品番号における２番目以降のワーク４を、研削機械にセットする。そして、２番目以降のワーク４の研削加工を行いながら、砥石軸２に取り付けた加速度ピックアップ３と、ワーク軸５に取り付けた加速度ピックアップ６により、砥石軸２及びワーク軸５の機械振動を検出する（ステップＳ７）。

ステップＳ８では、加速度ピックアップ３、６で検出した信号を、振動計（アンプ）７により、電圧信号に変換して増幅する。
振動計（アンプ）７により増幅された電圧信号は、フーリエ変換機８に伝送され、電圧波形の周波数分解が行われる（ステップＳ９）。

ステップＳ９において周波数分解されたデータは、パソコン１０に伝送され、当該周波数分解されたデータが、ステップＳ５で決定したしきい値（ステップＳ５で決定された周波数域における振動レベル）以下であるか否かが判断される。
ステップＳ９で得た振動レベルがしきい値以下であれば（ステップＳ１０がＹＥＳ）、ステップＳ１１に進む。
一方、ステップＳ９で得た振動レベルがしきい値を超えていれば（ステップＳ１０がＮＯ）、ステップＳ１４に進む。

ステップＳ９で得た振動レベルがしきい値以下の場合には（ステップＳ１０がＹＥＳ）、砥石１の劣化はないと判断され（ステップＳ１１）、ステップＳ１２に進む。
一方、ステップＳ９で得た振動レベルがしきい値を超えていれば（ステップＳ１０がＮＯ）、パソコン１０は砥石の劣化又は研削焼けが生じていると判断して（ステップＳ１４）、必要な処置（例えば、不良となったワークを片付ける等）を実行し（ステップＳ１５）、ステップＳ１２に進む。

ステップＳ１２では、直前に加工したワーク４が最後のワークであるか否かを判断する。
直前に加工したワーク４が最後のワークであれば（ステップＳ１２がＹＥＳ）、研削加工監視に関する制御を終了する。
直前に加工したワーク４が最後のワーク４でなければ（ステップＳ１２がＮＯ）、次のワーク４（ワークＮｏが「ｎ＋１」のワーク）を選び、当該「次のワーク４（ワークＮｏが「ｎ＋１」のワーク）」について、ステップＳ７以降を繰り返す。

図１〜図３の実施形態に係る研削加工監視システムは、加速度ピックアップ３、６により砥石の回転軸２及びワーク回転軸５における機械振動を検出し、検出された振動をアンプ７で電圧波形に変換して増幅し、増幅された電圧波形をフーリエ変換装置８で周波数分解し、周波数分解により得られた特定の周波数における振動レベルをしきい値と比較し、当該振動レベルがしきい値よりも大きい場合に研削焼けが生じているか、或は、砥石が劣化していると判定する。そのため研削焼けの発生及び／又は砥石の劣化を、研削加工中にリアルタイムで検知することができる。

また、図１〜図３の実施形態に係る研削加工監視方法は、最初の一つ目のワーク４が研削焼けする様に研削加工を行い、その研削加工における機械振動及び対応する電圧波形のデータから、特定の周波数及びしきい値を決定する。そのため、新たな研削加工対象のロットに対しても、特定の周波数及びしきい値を正確に決定することが出来る。

上述の実施形態の監視方法では、特定の部品番号における最初のワーク４（例えば、変速機用ギヤ）のデータから、合否判断のしきい値を決定している。それに対して、図４の制御フロー（実施形態の変形例）では、部品番号が異なっており、同じ加工ロットではない過去の類似品（監視の対象とは異なるワーク）から、合否基準であるしきい値を決定する様に構成されている。
以下、図４に基づいて、図示の実施形態の変形例に係る監視制御方法について説明する。

図４のステップＳ１Ａにおいて、他の部品番号における研削焼けに関するデータ（研削焼けを生じたワークにおける周波数及びしきい値）を探し出す。
そして、そのデータ（研削焼けを生じたワークにおける周波数及びしきい値）から、監視するべき部品番号における周波数としきい値を決定する（ステップＳ２Ａ）。その後、図３のステップＳ６へ進み、Ｓ６以降を実行する。

図４に係る変形例の監視制御方法では、監視の対象とは異なるワーク４（部品番号が異なっており、同じ加工ロットではない過去の類似品）から、研削焼けを生じた結果として決定された特定の周波数及びしきい値を決定している。そのため、最初のワークに意図的に研削焼けを生じさせて、不良品とする必要がない。
図４の変形例におけるその他の構成や作用効果については、図１〜図３の実施形態と同様である。

図示の実施形態はあくまでも例示であり、本発明の技術的範囲を限定する趣旨の記載ではないことを付記する。

本発明の実施形態を示すブロック図。 図１で示す研削加工監視システムを立体的に示すブロック図。 図１、図２で示す実施形態の制御を示すフローチャート。 実施形態の変形例を示すフローチャート。

符号の説明

１・・・砥石
２・・・回転軸
３・・・センサ
４・・・研削加工対象物／ワーク
５・・・回転軸
６・・・センサ
７・・・増幅装置／アンプ
８・・・フーリエ変換装置
１０・・・パソコン
１０Ｍ・・・表示部
１００・・・研削加工監視システム

Claims (8)

1. 砥石の回転軸に設けられたセンサ及び研削加工対象物を回転する回転軸に設けられたセンサにより機械振動を検出する振動検出装置と、振動検出装置で検出された振動を電圧波形に変換して増幅する増幅装置と、増幅装置からの電圧波形を周波数分解するフーリエ変換装置と、制御装置とを備え、制御装置は、周波数分解により得られた特定の周波数における振動レベルをしきい値と比較して、当該振動レベルがしきい値よりも大きい場合に不都合であると判定する制御を行う様に構成されていることを特徴とする研削加工監視システム。
2. 前記制御装置が判定する不都合は砥石の劣化であり、当該砥石の劣化を表示する表示装置を備えた請求項１の研削加工監視システム。
3. 前記制御装置が判定する不都合は、研削加工対象物が研削の際に加熱されて焼戻し軟化により硬度が低下する現象であり、当該現象を表示する表示装置を備えた請求項１の研削加工監視システム。
4. 砥石の回転軸に設けられたセンサ及び研削加工対象物を回転する回転軸に設けられたセンサにより機械振動を検出する振動検出工程と、検出された機械振動を増幅装置によって電圧波形に変換して増幅する振動／電圧波形変換工程と、増幅装置からの電圧波形をフーリエ変換装置により周波数分解する周波数分解工程と、周波数分解により得られた特定の周波数における振動レベルをしきい値と比較する比較工程と、当該振動レベルがしきい値よりも大きい場合に不都合であると判定する判定工程とを有することを特徴とする研削加工監視方法。
5. 判定工程で判定する不都合は砥石の劣化である請求項４の研削加工監視方法。
6. 前記制御装置が判定する不都合は、研削加工対象物が研削の際に加熱されて焼戻し軟化により硬度が低下する現象（所謂「研削焼け」）である請求項４の研削加工監視方法。
7. 同一の研削加工対象物が加熱されて焼戻し軟化により硬度が低下する現象（研削焼け）を生じる様に研削加工を行い、係る研削加工における機械振動及び対応する電圧波形のデータから、特定の周波数及びしきい値を決定する工程を有する請求項４〜６の何れか１項の研削加工監視方法。
8. 監視の対象とは異なる研削加工対象物が加熱されて焼戻し軟化により硬度が低下する現象を生じた結果として決定された特定の周波数及びしきい値を用いて、監視の対象である研削加工対象物における特定の周波数及びしきい値を決定する工程を備える請求項４〜６の何れか１項の研削加工監視方法。

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