JP2010169670A

JP2010169670A - 真円度保証器

Info

Publication number: JP2010169670A
Application number: JP2009285863A
Authority: JP
Inventors: Hiromichi Matsumura; 弘道松村; Jinichi Oishi; 仁一大石
Original assignee: OISHI SOKKI KK; SHIMOMURA TOKUSHU KAKO KK
Current assignee: OISHI SOKKI KK; SHIMOMURA TOKUSHU KAKO KK
Priority date: 2008-12-25
Filing date: 2009-12-17
Publication date: 2010-08-05

Abstract

【課題】
等径ひずみ円に加工されている場合や、丸棒が回転、振動、移動等した場合であっても真円度の演算が可能であり、研削加工において正確な真円度の判定が可能な真円度保証器を提供することにある。
【解決手段】
回転する丸棒の同一円周上の異なる位置を計測する３つのセンサと、３つのセンサのデータから真円度を算出する真円度演算手段と、真円度演算手段により得られた真円度が、所定の値の範囲内か否かを判定する真円度判定手段とを備えることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、研削加工における丸棒の真円度を判定する真円度保証器に関する。

従来より、センターレス研削等で加工された丸棒の真円度を測定し、所定の真円度の範囲以内に加工されているか否かを測定する装置がある。例えば、特許文献１に示された外形形状測定装置がある。特許文献１に示された外形形状測定装置は、丸棒をその軸回りに回転させるか又は外形形状を検出する外形検出部を丸棒の周りで回転させ、外形検出部により丸棒の断面の外形形状を検出し、丸棒又は外形検出部を丸棒の軸方向へ移動させて丸棒の全体の外形形状測定を行うにあたり、丸棒の回転軸を検出するための複数の円板を丸棒と同心的に設けておき、円板の外形形状を検出し、この検出結果から得られる回転軸の値に基づいて外形検出部による丸棒の検出値を較正するものである。すなわち、特許文献１の外形形状測定装置は、丸棒の正しい回転中心を求める機構を設け、その中心に測定中心を合致させ、その差異を求めて形状を測定するものである。

特開平６−８２２４７号公報

しかしながら、従来の外形形状測定装置では、２つのセンサ値から回転中心を求める方式のため、等径ひずみ円の検出ができず、また丸棒が回転、振動、移動等した場合に、正確な測定ができないという問題点がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、等径ひずみ円に加工されている場合や、丸棒が回転、振動、移動等した場合であっても真円度の演算が可能であり、研削加工において正確な真円度の判定が可能な真円度保証器を提供することにある。

請求項１記載の真円度保証器は、回転する丸棒の同一円周上の異なる位置を計測する３つのセンサと、３つのセンサのデータから真円度を算出する真円度演算手段と、真円度演算手段により得られた真円度が、所定の値の範囲内か否かを判定する真円度判定手段とを備えることを特徴とする。

請求項２記載の真円度保証器は、丸棒の同一円周上の異なる位置を計測する３つのセンサと、丸棒の円周方向に移動する３つのセンサのデータから真円度を算出する真円度演算手段と、真円度演算手段により得られた真円度が、所定の値の範囲内か否かを判定する真円度判定手段とを備えることを特徴とする。

請求項３記載の真円度保証器は、真円度演算手段が、３つのセンサのデータから、丸棒の相対的座標値を測定し、相対的座標値のうち２つのセンサの座標値より、仮想円の中心を算出し、残りのセンサの座標値と仮想円の中心との距離を所定間隔で計算し、距離の最大値と最小値との差により、真円度を計算することを特徴とする。

請求項４記載の真円度保証器は、センサが投光式で、それぞれのセンサが丸棒の外周の異なる位置に光を照射し、光が丸棒に接する直線を検出し、３本の直線に内接する円の半径を算出し、所定間隔で算出した半径の最大値と最小値との差により、擬似的または近似的な真円度を計算することを特徴とする。

請求項５記載の真円度保証器は、３つのセンサが、同時に計測を行うことを特徴とする。

請求項１及び請求項２の発明によれば、３つのセンサのデータから、真円度を算出する真円度演算手段を備えることから、等径ひずみ円に加工されている場合や、丸棒が回転、振動、移動等した場合であっても真円度の演算が可能であり、研削加工において正確な真円度の判定が可能である。

請求項３の発明によれば、真円度演算手段が、３つのセンサのデータから、丸棒の相対的座標値を測定し、相対的座標値のうち２つのセンサの座標値より、仮想円の中心を算出し、残りのセンサの座標値と仮想円の中心との距離を所定間隔で計算し、距離の最大値と最小値との差により、真円度を計算することから、断面形状が３角形状等の等径ひずみ円であっても、正確な真円度の判定が可能である。

請求項４の発明によれば、センサが投光式で、それぞれのセンサが丸棒の外周の異なる位置に光を照射し、光が丸棒に接する直線を検出し、３本の直線に内接する円の半径を算出し、所定間隔で算出した半径の最大値と最小値との差により、擬似的または近似的な真円度を計算することで、請求項３の発明と同様に等径ひずみ円であっても、正確な真円度の判定が可能である。

請求項５の発明によれば、３つのセンサが、同時に計測を行うことから、より正確な真円度の判定が可能である。

本発明に係る真円度保証器の一例を示す構成図である。同真円度保証器の外観を示す説明図である。同真円度保証器の動作を示す説明図である。同真円度保証器の操作画面の一例を示す説明図である。同真円度保証器の丸棒のガイドの様子を示す説明図である。

以下、本発明の形態について図面を参照しながら具体的に説明する。図１は、本発明に係る真円度保証器の一例を示す構成図である。図２は、同真円度保証器の外観を示す説明図である。図３は、同真円度保証器の動作を示す説明図である。図４は、同真円度保証器の操作画面の一例を示す説明図である。図５は、同真円度保証器の丸棒のガイドの様子を示す説明図である。図１における真円度保証器１は、丸棒Ｗの研削加工工程における丸棒Ｗの真円度を計測し検査するものである。尚、真円度保証器１は、研削加工工程において、加工中（インライン）でも加工後の検査工程（オフライン）でも用いることができる。また、丸棒Ｗの加工方法としては、切削加工や引抜き加工であっても構わない。

真円度保証器１は、操作盤１２、取り付け台２０、取り付け台２０の上部に設けられたセンサ取付板３０、センサ取付板３０に設けられたＵセンサ３２，Ｌセンサ３４，Ｒセンサ３６、丸棒Ｗの流れを保持するガイドローラ２８、丸棒Ｗの流れを検知する検出センサ２４，２６等から構成されている。取り付け台２０の内部には、Ｕセンサ３２，Ｌセンサ３４，Ｒセンサ３６と制御部１０の電源をまかなう電源部２２と制御部１０が設けられている。また、操作盤１２には、図示しない各種演算処理を行う演算装置やタッチパネル１４等が設けられ、取り付け台２０の制御部１０とはネットケーブル１８で接続されている。また、操作盤１２には、制御部１０での判定を出力する出力端（ＯＵＴ）１２ａと制御部１０に情報を入力する入力端（ＩＮ）１２ｂが設けられている。

センサ取付板３０は、図２に示すように、垂直に起立した板状のもので、中央に、丸棒Ｗが通過可能な通過孔３０ａが穿設されている。そして、その孔の周囲に、Ｕセンサ３２，Ｌセンサ３４，Ｒセンサ３６が所定間隔で放射状に配置されている。Ｕセンサ３２，Ｌセンサ３４，Ｒセンサ３６は、透過型光センサで、投光側と受光側とで一対を成し、通過孔３０ａを挟んで設けられている。Ｕセンサ３２は、光軸が、丸棒Ｗの通過する通過孔３０ａの水平軸に対し５度〜３０度反時計回りに傾くように、センサ取付板３０に設けられている。Ｌセンサ３４は、光軸が、丸棒Ｗの通過する通過孔３０ａの垂直軸に対し２０度〜６０度反時計回りに傾くように、センサ取付板３０に設けられている。Ｒセンサ３６は、光軸が、丸棒Ｗの通過する通過孔３０ａの垂直軸に対し２０度〜６０度時計回りに傾くように、センサ取付板３０に設けられている。尚、Ｌセンサ３４とＲセンサ３６とが通過孔３０ａの垂直軸に対し傾く角度は、同じ角度とする。このように、Ｕセンサ３２，Ｌセンサ３４，Ｒセンサ３６を、丸棒Ｗの同一円周上の異なる位置を計測するように配置している。尚、Ｕセンサ３２，Ｌセンサ３４，Ｒセンサ３６は、制御部１０に接続されて、センサ測定値がシリアル情報として操作盤１２に送られる。尚、Ｕセンサ３２，Ｌセンサ３４，Ｒセンサ３６は、反射型光センサであってもかまわない。

以上のように構成された真円度保証器１は、丸棒Ｗを回転させながら通過孔３０ａを通過させ、その真円度を評価判定する。尚、丸棒Ｗは例えば、太さが３φ〜４φで、回転数が最大１０，０００ｒｐｍで、移動速度が最大で６ｍ／ｍｉｎである。また、本実施の形態の説明においては、丸棒Ｗを回転させながら通過孔３０ａを通過させる構成であるが、丸棒Ｗを回転させてもさせなくても、Ｕセンサ３２，Ｌセンサ３４，Ｒセンサ３６側を丸棒Ｗの外周で周方向に移動（回転）させるようにしてもよい。

真円度保証器１の基本動作は、まず、丸棒Ｗの円周方向に相対的に移動する３つのＵセンサ３２，Ｌセンサ３４，Ｒセンサ３６のデータ（センサ測定値）から、真円度を算出（真円度演算手段）し、求められた真円度が、所定の値の範囲内か否かを判定（真円度判定手段）することになる。

Ｕセンサ３２，Ｌセンサ３４，Ｒセンサ３６によるサンプリングは、３つのセンサで同時に行われ、サンプリング周期は、１０μｓｅｃ〜それ以上の高速サンプリングとする。また、センサ測定値に含まれるノイズ成分を除去するために、フィルタ演算を制御部１０で行い、フィルタ演算されたセンサ測定値が操作盤１２に送られる。このフィルタ演算の方法は、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）を使用し、丸棒Ｗの回転によるノイズを除去しつつ、丸棒Ｗの回転成分のみのセンサ測定値を抽出するものである。フィルタ演算によりバンドパスさせる帯域は、丸棒Ｗの回転に相応する範囲で、予め定めても良いし、入力設定可能にしておいても良い。このようなフィルタ演算により、より正確な真円度の判定のための高い精度のセンサ測定値が得られる。フィルタ演算としては、ローパスフィルタ、ハイパスフィルタ等を併用するようにしても良い。尚、Ｕセンサ３２，Ｌセンサ３４，Ｒセンサ３６によるサンプリングは、丸棒Ｗの全長或いは必要周期毎に行う。尚、フィルタ演算は、操作盤１２側で行うようにしてもよい。

操作盤１２では、まず、Ｕセンサ３２，Ｌセンサ３４，Ｒセンサ３６でサンプリングされたセンサ測定値である各受光面積の変化から、丸棒Ｗの相対的座標値を測定し、相対的座標値のうち２つのセンサであるＬセンサ３４及びＲセンサ３６の座標値より、仮想円の中心を算出し、残りのＵセンサ３２の座標値と仮想円の中心との距離を所定間隔で計算する。その距離をサンプリング回数分記憶し、記憶した距離の値の最大値と最小値との差から、丸棒Ｗの真円度を計算する。

そして、操作盤１２では、図４に示すタッチパネル１４の操作画面１４ａで入力された判定閾値と、計算された真円度とを比較し、合否の判定を行い、その結果を操作画面１４ａ上に表示すると共に、出力端１２ａからその結果を出力する。例えば、出力端１２ａが研削加工装置に接続されており、判定結果がＮＧの場合に、研削加工を止めるように活用される。

このように構成され動作する真円度保証器１によれば、丸棒Ｗの円周方向に相対的に移動する３つのＵセンサ３２，Ｌセンサ３４，Ｒセンサ３６のデータから、真円度を算出することから、丸棒Ｗが回転、振動、移動等した場合であっても真円度の演算が可能であり、研削加工において正確な真円度の判定が可能である。

また、真円度演算が、３つのＵセンサ３２，Ｌセンサ３４，Ｒセンサ３６のデータから、丸棒Ｗの相対的座標値を測定し、測定値から仮想円の中心を算出し、中心の情報から丸棒の半径を計算し、所定間隔で計算した半径の最大値と最小値との差により、真円度を計算することから、断面形状が３角形状等の等径ひずみ円であっても、正確な真円度の判定が可能である。

さらに、３つのＵセンサ３２，Ｌセンサ３４，Ｒセンサ３６が、同時に計測を行うことから、より正確な真円度の判定が可能である。

さらに、３つのＵセンサ３２，Ｌセンサ３４，Ｒセンサ３６を、透過型光センサにすることで、丸棒Ｗとは非接触で丸棒Ｗを傷つけず、また、透過型なので丸棒Ｗの表面の反射の影響を受けにくく正確な真円度の判定が可能である。

さらに、３つのＵセンサ３２，Ｌセンサ３４，Ｒセンサ３６を丸棒Ｗの円周方向に移動させるセンサ回動手段を設けることで、長軸の丸棒Ｗの測定が容易となる。

尚、真円度演算手段としては、上述の方法の他、投光式のセンサであるＵセンサ３２，Ｌセンサ３４，Ｒセンサ３６が、丸棒Ｗの外周の異なる位置に光を照射し、光が丸棒Ｗに接する直線を検出し、３本の直線に内接する円の半径を算出し、所定間隔で算出した半径の最大値と最小値との差により、擬似的または近似的な真円度を計算するようにしてもよい。より具体的には、Ｕセンサ３２，Ｌセンサ３４，Ｒセンサ３６でサンプリングされたセンサ測定値である各受光幅の変化から、各センサから光が遮られた丸棒Ｗの外周の位置に伸びる直線を検出している（図３のＵ１，Ｌ１，Ｒ１参照）。そして、Ｕセンサ３２，Ｌセンサ３４，Ｒセンサ３６により検出される３本の直線に内接する円の半径を算出する。このように、３本の直線に内接する円の半径を算出し、所定間隔で算出した半径の最大値と最小値との差により、擬似的または近似的な真円度を計算することで、等径ひずみ円であっても、正確な真円度の判定が可能である。

尚、丸棒Ｗが、振動等によりセンサ応答性能より速く急激な変化をすると、各センサが追従できず測定精度が低下する可能性がある。このため、センサ取付板３０の前方のガイドローラ２８に加え、センサ取付板３０の後方にも丸棒Ｗのガイドを設けるようにしても良い。センサ取付板３０を保持する基台部４０の前後に、ガイドを設けた例を図５に示す。図５の例では、基台部４０の前方に上下に設けたローラを当接させて丸棒Ｗの振動等を抑える入口ガイドローラ２８ａと、基台部４０の後方に上下に設けたローラを当接させて丸棒Ｗの振動を抑える出口ガイドローラ２８ｄとを備えている。また、入口ガイドローラ２８ａ及び出口ガイドローラ２８ｄを双方又は片方設けない場合には、基台部４０の丸棒Ｗの入口側と出口側に設けた通過孔３０ａを有する出口ガイド２８ｃや入口ガイド２８ｂの孔径を、拡縮することにより丸棒Ｗの振動等を抑えるようにしてもよい。

尚、図５の例では、丸棒Ｗにキズが付かないような機構としてローラを用いているが、丸棒Ｗの振動等を抑えることができれば形状により制限されるものではない。さらに、ガイドローラ２８等がガイドする径を、丸棒Ｗを加工する加工機の特性や丸棒Ｗの寸法に応じたクリアランスを考慮した寸法とすることで、振動等の急激な変化を抑制し、測定精度の低下を抑えるようにする。尚、このガイド幅のクリアランスは、実際の加工機で確認したところ、丸棒Ｗ寸法がφ３ｍｍの場合は、＋０．４０φｍｍが最適であった。

以上のように、本発明によれば、等径ひずみ円に加工されている場合や、丸棒が回転、振動、移動等した場合であっても真円度の演算が可能であり、研削加工において正確な真円度の判定が可能な真円度保証器を提供することができる。

１・・・・・真円度保証器
１０・・・・制御部
１２・・・・操作盤
１２ａ・・・出力端
１２ｂ・・・入力端
１４・・・・タッチパネル
１４ａ・・・操作画面
１６・・・・電源ケーブル
１８・・・・ネットケーブル
２０・・・・取り付け台
２２・・・・電源部
２４・・・・検出センサ
２６・・・・検出センサ
２８・・・・ガイドローラ
２８ａ・・・入口ガイドローラ
２８ｂ・・・入口ガイド
２８ｃ・・・出口ガイド
２８ｄ・・・出口ガイドローラ
３０・・・・センサ取付板
３０ａ・・・通過孔
３２・・・・Ｕセンサ
３４・・・・Ｌセンサ
３６・・・・Ｒセンサ
４０・・・・基台部

Claims

丸棒の研削加工工程における該丸棒の真円度を計測し検査する真円度保証器において、
回転する該丸棒の同一円周上の異なる位置を計測する３つのセンサと、
該３つのセンサのデータから真円度を算出する真円度演算手段と、
該真円度演算手段により得られた真円度が、所定の値の範囲内か否かを判定する真円度判定手段とを備えることを特徴とする真円度保証器。
丸棒の研削加工工程における該丸棒の真円度を計測し検査する真円度保証器において、
該丸棒の同一円周上の異なる位置を計測する３つのセンサと、
該丸棒の円周方向に移動する該３つのセンサのデータから真円度を算出する真円度演算手段と、
該真円度演算手段により得られた真円度が、所定の値の範囲内か否かを判定する真円度判定手段とを備えることを特徴とする真円度保証器。
前記真円度演算手段が、
前記３つのセンサのデータから、前記丸棒の相対的座標値を測定し、
該相対的座標値のうち２つの該センサの座標値より、仮想円の中心を算出し、
残りの該センサの座標値と該仮想円の中心との距離を所定間隔で計算し、該距離の最大値と最小値との差により、真円度を計算することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の真円度保証器。
前記センサが投光式で、それぞれの該センサが前記丸棒の外周の異なる位置に光を照射し、該光が該丸棒に接する直線を検出し、
３本の該直線に内接する円の半径を算出し、所定間隔で算出した該半径の最大値と最小値との差により、擬似的または近似的な真円度を計算することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の真円度保証器。
前記３つのセンサが、同時に計測を行うことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の真円度保証器。