JP2014030880A - 歯車研削システム及び歯車研削システムのセンサに基づく状態判別方法 - Google Patents

Abstract

【課題】検出センサの動作状態を確認するとともに、ワークの把持状態の判別を行う。
【解決手段】歯車研削システム１０は、ワークＷを支持する回転軸部３２を有するスピンドルユニット２８と、ワークＷに当接することにより回転軸部３２と協働して把持する当接部６８を有するテールストック３８と、テールストック３８を移動させるテールストック移動機構６４と、当接部６８の近傍位置に設けられ、当接部６８がワークＷに当接した際に生じる音を検出するＡＥセンサ７０と、ＡＥセンサ７０からの検出信号に基づき、ＡＥセンサ７０の動作状態を確認するとともに、ワークＷの把持状態を判別する当接判別部９２とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えば、研削工具により研削される歯車、又は研削工具を形成するツルーイング工具等のワークが他の部材と当接したことを検出するための検出センサを備えた歯車研削システム及び歯車研削システムのセンサに基づく状態判別方法に関する。

従来、歯車の加工においては、歯車研削システムを用いて、熱処理後の歯車の歯面を研削工具で研削することにより、歯車を効率良く仕上げ加工している（例えば、特許文献１及び２参照）。

特許文献１に開示されている歯車研削システム（歯車加工機）は、歯車を研削するねじ状砥石と、ねじ状砥石と歯車の位相を検出する検出センサ（ＡＥフルイッドセンサ）を備える。仕上げ加工では、ねじ状砥石の歯と歯車の歯との噛み合わせを検出センサにより検出して、ねじ状砥石と歯車を同期回転させる。その結果、ねじ状砥石の歯にて歯車が研削される。

ところで、歯車研削システムに設けられる検出センサは、歯車等の加工精度を維持するために動作状態を定期的に確認することが求められる。例えば、特許文献２に開示されている歯車研削システム（センサ付研削装置）では、検出センサが動作するか否かについて、振動発生器から検出用振動を発生させて、その検出用振動を検出センサにて検出することで動作確認を行っている。

特開２０１１−２０１８０号公報 特開平０７−２６６１９７号公報

しかしながら、特許文献２に開示されている歯車研削システムのように、センサの動作状態を確認するために振動発生器を余計に設けることは、歯車研削システムの構造の複雑化を招き、またコストが増加することになる。さらに、装置内で振動を発生させるという検査工程を研削前に余計に実施することで、作業効率が低下するという不都合も生じる。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、簡単な構成によって、検出センサの動作状態を確認することができ、さらに、これと同時にワークの把持状態の判別を行うことで、作業効率を向上することが可能な歯車研削システム及び歯車研削システムのセンサに基づく状態判別方法を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明に係る歯車研削システムは、ワークを支持する支持部を有する支持機構と、前記支持機構の対向位置に設けられ、前記ワークに当接することにより前記支持部と協働して把持する当接部を有する把持装置と、前記ワークに前記当接部が当接するように前記支持機構又は前記把持装置を移動させる移動機構と、前記当接部の近傍位置に設けられ、前記当接部が前記ワークに当接した際に生じる音を検出する検出センサと、前記検出センサからの検出信号に基づき、前記検出センサの動作状態を確認するとともに、前記ワークの把持状態を判別する判別手段とを備えることを特徴とする。

上記によれば、検出センサが当接部の近傍位置に設けられているので、当接部とワークが当接した際に生じる音（当接音）を精度良く検出することができる。そして、検出センサにより当接音を検出すると、判別手段は、その検出信号に基づき、ワークの把持状態や検出センサの動作状態を簡単に判別することができる。例えば、判別手段は、所定の閾値を設定しておいて、当接音に基づく検出信号がその閾値を超えるか否かを監視する。ワークが正常な状態で当接部に当接した場合は、検出信号が閾値を超えるため、検出センサが正常であり、且つワークが支持機構と把持装置により把持されたことを簡単に判別することができる。ここで、従来、ワークを把持する際に生じる音については特に利用していなかった。これに対し、本発明では、当接音を有効に利用することにより検出センサの動作状態の確認とワークの把持状態の判別を同時に行うことができる。これにより、研削作業や研磨作業の効率化を図ることが可能となる。

この場合、前記ワークは、円盤状に形成され中央部分に平坦状の被把持面を有しており、前記当接部は、前記被把持面に当接可能な環状の端面を有することが好ましい。

このように、当接部が環状の端面を有していることで、この環状の端面にワークの押圧力（当接力）を集中させることができ、ワークが把持しやすくなるとともに、当接音を検出し易くなる。

また、前記当接部は、有底円筒状の部材として形成され、内部空間の開口部を囲う前記環状の端面を前記被把持面に対向させており、前記検出センサは、前記有底円筒状の部材の底部の周方向に沿う環状に形成され、前記底部の近傍位置に配置されているとよい。

このように、当接部が有底円筒状に形成されていることで、当接部とワークの当接音を大きく減衰することなく、底部まで伝えることができ、底部の近傍位置に配置されている環状の検出センサにおいて当接音を一層良好に検知することができる。

さらに、前記検出センサは、前記底部に連結されて所定の周波数の音に共振可能な共振部を備えるとよい。

このように、共振部を備えることで、検出センサの検出感度を高めることができ、当接部とワークの当接音をさらに精度よく検出することが可能となる。

またさらに、前記判別手段は、前記支持機構又は前記把持装置の移動情報を取得する取得手段を有し、前記取得手段が取得した移動情報と、前記検出センサからの検出信号とに基づき、前記検出センサの動作状態を確認するとともに、前記ワークの把持状態を判別するとよい。

このように、取得手段により支持機構又は把持装置の移動情報を取得し、この移動情報と検出信号を利用することで、ワーク把持状態を容易に判別することができる。例えば、当接部とワークが当接する予定位置よりも前に当接音を検出した場合は、ワークが支持部に傾いているため当接部とワークが当接したと判断でき、ワークの把持状態の異常を報知することができる。

前記の目的を達成するために、本発明は、ワークを支持する支持部を有する支持機構と、前記支持機構の対向位置に設けられ、前記ワークに当接することにより前記支持部と協働して把持する当接部を有する把持装置と、前記当接部の近傍位置に設けられ、前記当接部が前記ワークに当接した際に生じる音を検出する検出センサとを備える歯車研削システムのセンサに基づく状態判別方法であって、前記ワークに前記当接部が当接するように前記支持機構又は前記把持装置を移動機構により移動させる移動工程と、前記移動工程中に、前記当接部が前記ワークに当接した際に生じる音を前記検出センサにより検出する検出工程と、前記検出センサからの検出信号に基づき、判別手段により前記検出センサの動作状態を確認するとともに、前記ワークの把持状態を判別する判別工程とを有することを特徴とする。

本発明によれば、簡単な構成によって、検出センサの動作状態を確認することができ、さらに、これと同時にワークの把持状態の判別を行うことで、作業効率を向上することが可能となる。

本実施形態に係る歯車研削システムの全体構成を示す斜視図である。 図１の第１機構の一部を断面として示すとともに制御部の機能ブロックを示す説明図である。 図３Ａは、図２の回転軸部に支持されたワークが当接部に正常に当接した状態を示す一部拡大側面図であり、図３Ｂは、図２の回転軸部にワークが傾いて支持され当接部に当接した状態を示す一部拡大側面図である。 ＡＥセンサの検出信号を例示したグラフである。 歯車研削システムにおいてワーク把持時の処理の一例を示すフローチャートである。 歯車研削システムにおいてワーク把持時の処理の変形例を示すフローチャートである。

以下、本発明に係る歯車研削システムについて、センサに基づく状態判別方法との関係で好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。

本発明の一実施形態に係る歯車研削システムは、研削工具により歯車を研削し、またツルーイング工具（加工歯車）により研削工具を形成するシステムである。歯車とツルーイング工具は、歯車研削システム内の同一の構成（ワーク移動機構）に把持される。本発明は、歯車及びツルーイング工具の両方に適用可能であり、以下、特に指示のない限りまとめて「ワーク」と称する。

歯車研削システムは、このワークを把持する際、所定の部材（当接部）とワークが当接して高い周波数を含む音（以下、当接音という）を生じる。この当接音については、従来特に着目（利用）されていなかった。本発明は、当接音を有効に利用して、ワークの把持状態や検出センサの動作状態を同時に判別するように構成したものである。

図１は、本実施形態に係る歯車研削システム１０の全体構成を示す斜視図である。歯車研削システム１０は、研削を行う各種構成が上面に搭載されたベッド１２と、ベッド１２の上面の中央部分から一端側にわたって設けられた第１機構１４（ワーク移動機構）と、ベッド１２の上面の他端側に設けられた第２機構１６（研削工具移動機構）と、第２機構１６側の近傍位置に設けられた制御部１８とを備える。この歯車研削システム１０では、ワークＷが第１機構１４に取り付けられ、研削工具Ｔが第２機構１６に取り付けられる。

第１機構１４は、ワークＷを回転自在に把持（軸支）するとともに、このワークＷを変位させる機能を有する。第１機構１４は、ワークＷの回転軸線と直交する方向（矢印Ａ方向）に進退可能な状態でベッド１２上に設けられた切込テーブル２０と、切込テーブル２０を矢印Ａ方向に進退させる切込モータ２２と、ワークＷの回転軸線方向（矢印Ｂ方向）に移動可能な状態で切込テーブル２０上に設けられたトラバーステーブル２４と、トラバーステーブル２４を矢印Ｂ方向に移動させるトラバースモータ２６とを有する。

トラバーステーブル２４の上面には、ワークＷの回転支持機構であるスピンドルユニット２８が設けられる。スピンドルユニット２８は、トラバーステーブル２４に固定される減速機構３０と、減速機構３０から矢印Ｂ１方向に延出する回転軸部３２（支持部）と、減速機構３０を挟んで回転軸部３２と反対（矢印Ｂ２方向）側に設けられる第１回転モータ３４とを有する。

減速機構３０は、複数のギアを内部に有し、第１回転モータ３４の回転量を適切に変換して回転軸部３２を回転させる。回転軸部３２は、ワークＷが延出端部３２ａ（図２参照）に取り付けられ該ワークＷを回転自在に支持する。第１回転モータ３４は、制御部１８の制御に基づき回転軸部３２を正逆両方向に回転させる。また、第１回転モータ３４には、ワークＷの回転角度に対応した信号（パルス信号）を出力する第１エンコーダ３６が取り付けられる。

さらに、トラバーステーブル２４の上面には、スピンドルユニット２８と協働してワークＷを把持するテールストック３８（把持装置）が設けられる。テールストック３８は、スピンドルユニット２８に支持されたワークＷの回転軸線の延長線上で、スピンドルユニット２８と対向するように配置される。このテールストック３８の構造については後に詳述する。

一方、第２機構１６は、研削工具Ｔを回転自在に支持するとともに、この研削工具Ｔを変位させる機能を有する。第２機構１６は、ベッド１２の上面に立設されたコラム４０と、コラム４０の第１機構１４を臨む一側面に設けられ矢印Ｃ方向に旋回可能な旋回テーブル４２と、旋回テーブル４２を旋回させる旋回モータ４４と、研削工具Ｔの回転軸線方向（矢印Ｄ方向）に移動可能な状態で旋回テーブル４２に設けられたシフトテーブル４６と、シフトテーブル４６を矢印Ｄ方向に移動させるシフトモータ４８とを有する。

また、シフトテーブル４６の第１機構１４を臨む側面には、研削工具Ｔを回転自在に支持する工具支持部５０が設けられている。研削工具Ｔは、工具支持部５０の下方側において傾斜した状態で軸支される。工具支持部５０を挟んだ研削工具Ｔの反対側には、この研削工具Ｔを回転駆動する第２回転モータ５２が設けられている。さらに、第２回転モータ５２には、研削工具Ｔの回転角度に対応した信号（パルス信号）を出力する第２エンコーダ５４が取り付けられている。歯車研削システム１０は、第２機構１６に支持された研削工具Ｔに対し、ワークＷが噛み合わされる。

図２は、図１の第１機構１４の一部を断面として示すとともに制御部１８の機能ブロックを示す説明図である。歯車やツルーイング工具等のワークＷは、中央部分の肉厚が薄く外側の周縁部分の肉厚が厚い円盤状に形成され、複数の歯が外周面に沿って設けられている。また、円盤状の中央部分の両平面（表面及び裏面）は、平坦状の被把持面５６に形成されており、さらに、その中心部には表面及び裏面を貫通する孔部５８が設けられている。第１機構１４は、このワークＷに対し、スピンドルユニット２８とテールストック３８とを用いて把持する動作を行う。

スピンドルユニット２８は、ワークＷの一方の被把持面５６側に回転軸部３２の延出端部３２ａが当接可能となっており、且つこの延出端部３２ａに設けられたチャック機構６０によりワークＷを固定する機能を有している。チャック機構６０は、ワークＷの孔部５８に挿入される複数の挿入部６０ａを備え、孔部５８内で挿入部６０ａを押しつけることにより、ワークＷを回転自在に支持する。

一方、テールストック３８は、トラバーステーブル２４上に設けられた本体部６２と、本体部６２を移動させるテールストック移動機構６４と、本体部６２に軸支され矢印Ｂ方向に延在する従動軸部６６と、従動軸部６６の矢印Ｂ１方向の延出端部に連結される当接部６８と、当接部６８の本体（基端）側に設けられるＡＥ（Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ）センサ７０とを有する。

本体部６２は、トラバーステーブル２４と相対的に矢印Ｂ方向に沿って移動可能な筐体として構成され、この移動を実現するテールストック移動機構６４が内部に設けられている。また、本体部６２の内部の所定の高さ位置には、従動軸部６６を軸支する軸受６２ａが設けられている。

テールストック移動機構６４は、第３回転モータ７２と、図示しないギアとを含み、第３回転モータ７２の回転をギアにより直動動作に変換して本体部６２を進退移動させる。このテールストック移動機構６４により、当接部６８はワークＷに向かって近接又は離間移動する。また、第３回転モータ７２には、その回転角度に対応した信号（パルス信号）を制御部１８に送信する第３エンコーダ７４が接続されている。制御部１８は、第３エンコーダ７４の信号に基づいて、本体部６２（すなわち当接部６８）の移動状態（位置情報や移動量）を検出し、当接部６８の移動制御を高精度に行うことができる。

従動軸部６６は、上述したように軸受６２ａに軸支されて矢印Ｂ方向に延在し、当接部６８から伝達される回転力に追従して回転するように構成されている。また、従動軸部６６の矢印Ｂ２方向（先端側）の延出端部には、当接部６８を取り付けるための挟持部材７６が連結されている。従動軸部６６の内部には、ワークＷにエアを吹き付けるエア供給路７７が設けられ、このエア供給路７７内には、エア圧を測定するセンサ（図示せず）が設けられている。

当接部６８は、テールストック３８の矢印Ｂ１方向の移動にともない、ワークＷの被把持面５６に当接する部材である。この当接部６８は、所定の周波数帯域の音（振動）を円滑に伝達可能な材料からなり、ワークＷを臨む内部空間６８ａを有する有底円筒状に形成されている。具体的には、当接部６８は、内部空間６８ａを囲ってワークＷの回転軸線方向に延在する円筒状の側部６８ｂと、側部６８ｂに連設され従動軸部６６に取り付けられる略平坦状の底部６８ｃとを有している。

側部６８ｂは、円筒状をなしていることで、ワークＷとの対向面が環状且つ平坦状の端面６８ｄを呈しており、この環状の端面６８ｄがワークＷの被把持面５６に当接する。一方、底部６８ｃは、内部空間６８ａと基端面とを貫通する中心部の連結孔６８ｅと、この連結孔６８ｅを囲い基端面から矢印Ｂ１方向に突出する突起部６８ｆとを有する。当接部６８は、従動軸部６６の先端凸部６６ａが連結孔６８ｅに挿入嵌合され、さらに突起部６８ｆが従動軸部６６と挟持部材７６の間に挟持されることで、従動軸部６６に連結固定される。この連結状態では、内部空間６８ａにエア供給路７７が連通される。

ＡＥセンサ７０は、音（主に超音波）を連続的に監視する検出センサであり、ワークＷと研削工具Ｔの当接やギャップ等を検出可能となっている。このＡＥセンサ７０は、ワークＷを把持する当接部６８の底部６８ｃの基端面に配設されることで、ワークＷから伝達される音を高感度に検出する。

また、本実施形態に係るＡＥセンサ７０は、リング状に形成されており、当接部６８及び挟持部材７６に密着されるロータ７８（共振部）と、ロータ７８の近傍位置で面状に対向するように取り付けられるステータ８０とを備えている。ロータ７８は、当接部６８の底部６８ｃに連結されるとともに、挟持部材７６の径方向外側に拡径するように配設されており、当接部６８とともに一体回転する。ロータ７８の寸法（外径、内径及び幅）は、所定の周波数の音に共振しやすいように適宜設計されることが望ましい。これにより、ロータ７８は、対向するステータ８０に当接部６８からの所定の音を精度よく伝達することが可能となる。

当接部６８の内部を通して伝達される音（振動）は、このロータ７８と、ロータ７８とステータ８０の間隙８２（図３Ａ参照）とを介してステータ８０に伝達される。間隙８２は、例えば、０．５ｍｍ〜１．５ｍｍ程度に設定されるとよい。これにより、音の減衰を充分に低減することができる。

ステータ８０は、本体部６２から先端側に延出する筒状の固定端部６２ｂに連結されており、ロータ７８に対応した寸法（外径、内径及び幅）に形成されている。このステータ８０は、間隙８２を介して伝達された音を検知し、電気的な信号（電圧値）に変換して出力する。ステータ８０が検出した信号は、伝達ケーブル８０ａを介して制御部１８に伝達される。なお、ＡＥセンサ７０は、本実施形態のようにロータ７８とステータ８０からなる非接触方式の構成に限定されるものでなく、種々の方式（例えば、接触方式）を適用してよいことは勿論である。

制御部１８は、演算処理部、記憶部、表示部、及び操作部等（共に図示せず）を有する制御コンピュータとして構築され、ワークＷ及び研削工具Ｔの動作を総合的に制御する機能を有している。また、本実施形態に係る制御部１８は、ワークＷが生じる音を検出し、その検出信号を用いて種々の制御を実施するように構成されている。具体的には、制御部１８は、ワークＷの変位を制御するワーク移動制御部８４と、研削工具Ｔの変位を制御する研削工具移動制御部８６と、ワークＷ及び研削工具Ｔの回転を制御するコントローラ８８と、テールストック３８の変位を制御するテールストック移動制御部９０と、ワークＷと研削工具Ｔの当接状態を主に判別する当接判別部９２（判別手段）とを有する。

ワーク移動制御部８４は、サーボアンプ９４ａを介して切込モータ２２を制御して、切込テーブル２０を矢印Ａ方向に進退させ、サーボアンプ９４ｂを介してトラバースモータ２６を制御して、トラバーステーブル２４を矢印Ｂ方向に移動させる機能を有している。これにより、トラバーステーブル２４上で第１機構１４に把持されたワークＷは、ベッド１２の上面に沿って２次元的に変位する。

研削工具移動制御部８６は、図示しないサーボアンプを介して旋回モータ４４及びシフトモータ４８（図１参照）を制御し、旋回テーブル４２を矢印Ｃ方向に回転させ、且つシフトテーブル４６を矢印Ｄ方向に移動させる。これにより、シフトテーブル４６上で工具支持部５０に取り付けられた研削工具Ｔは、コラム４０の一側面に沿って２次元的に変位する。

コントローラ８８は、サーボアンプ９４ｃを介して第１回転モータ３４の回転を制御するとともに、サーボアンプ９４ｄを介して第２回転モータ５２の回転を制御する。このコントローラ８８は、制御部１８により設定された回転速度で、ワークＷと研削工具Ｔを個別に回転、又は一体的に回転（同期回転）させることが可能である。さらに、コントローラ８８には、第１及び第２エンコーダ３６、５４の各々の出力信号がフィードバックされる。これにより、コントローラ８８は、ワークＷと研削工具Ｔを高精度に駆動制御することができる。

テールストック移動制御部９０は、サーボアンプ９４ｅを介してテールストック移動機構６４（第３回転モータ７２の回転）を制御し、テールストック３８をワークＷに対して進退移動させる。そして、テールストック３８の進出移動により、回転軸部３２に支持されているワークＷに当接部６８が当接し、回転軸部３２と協働してワークＷを把持する。また、テールストック移動制御部９０は、第３エンコーダ７４の出力信号を受けてフィードバック制御を実施し、テールストック３８の進退移動を高精度に制御している。

当接判別部９２は、伝達ケーブル８０ａを介して送られたＡＥセンサ７０の検出信号に基づき、ワークＷと研削工具Ｔの当接やギャップ等を判別する機能を有している。また、本実施形態に係る当接判別部９２は、第１機構１４によるワークＷの把持時にその把持状態を判別するとともに、ＡＥセンサ７０の動作確認を行う機能を有しており、これを実現する構成として、閾値記憶部９６、位置情報取得部９８、判別処理部１００及びエア制御判別部１０２を備えている。

閾値記憶部９６には、ＡＥセンサ７０の検出信号に対応した閾値を記憶しており、この閾値は、歯車研削システム１０の動作モードに応じて複数記憶されている。例えば、複数の閾値としては、ワークＷと研削工具Ｔの当接時の音を判別するための閾値、又は当接部６８とワークＷの当接音を判別するための閾値（以下、当接音判別用閾値という：図４参照）等が挙げられる。複数の閾値は、判別処理部１００により処理フローに応じて個別に読み出される。

位置情報取得部９８は、第３エンコーダ７４に接続され、第３エンコーダ７４の出力信号に基づき、テールストック３８の移動時における当接部６８の位置情報を算出する。

判別処理部１００は、ワークＷが当接部６８の当接時に生じる当接音の大きさを判別する機能を有している。具体的には、閾値記憶部９６から当接音判別用閾値を読み出すとともに、ＡＥセンサ７０の検出信号を監視し、検出信号が当接音判別用閾値を超えるか否かを判別する。当接音判別用閾値を超える場合は、ワークＷが当接部６８に当接したと判別することができる。以下、ＡＥセンサ７０による当接部６８とワークＷの当接音の検出について具体的に説明していく。

図３Ａは、図２の回転軸部３２に支持されたワークＷが当接部６８に正常に当接した状態を示す一部拡大側面図であり、図３Ｂは、図２の回転軸部３２にワークＷが傾いて支持され当接部６８に当接した状態を示す一部拡大側面図である。歯車研削システム１０は、テールストック３８の進出移動にともない当接部６８がワークＷに当接することにより、回転軸部３２と当接部６８の間でワークＷを把持する。テールストック３８の進出移動時に当接部６８とワークＷが当接すると当接音が生じ、この当接音の一部は、当接部６８（側部６８ｂ及び底部６８ｃ）内を矢印Ｂ１方向（基端）側に伝わりＡＥセンサ７０のロータ７８に達する。さらに、当接音は、ＡＥセンサ７０のロータ７８内部及び間隙８２を通ってステータ８０に至り、ステータ８０において当接音に連動した検出信号として出力される。

なお、本実施形態に係る当接部６８は、有底円筒状に形成されており、当接部６８内を伝達する当接音が横方向に広がることなくＡＥセンサ７０に伝達される。このため、ＡＥセンサ７０は、減衰が抑制された当接音の振動を受けることができ、当接音を精度よく検出することができる。

ＡＥセンサ７０は、当接部６８とワークＷが正常に当接したとき（図３Ａ参照）、すなわちワークＷが回転軸部３２の回転軸線に直交した姿勢で回転軸部３２と当接部６８に把持されたときの当接音を検出するように設定されている。

図４は、このＡＥセンサ７０の検出信号を例示したグラフである。ＡＥセンサ７０の検出信号は、当接音（所定の周波数帯域の音）を検出していない通常状態では比較的低い値となっており、当接音を検出すると急激に上昇する顕著な変動を示す（図４の実線参照）。また、当接部６８とワークＷの当接後は、当接部６８の振動がしばらくの間持続するため、その振動期間では検出信号が通常状態よりもやや高い値を示し、当接部６８の振動が収まると通常状態の値に戻る。

判別処理部１００は、上記のような検出信号の変動に対し、当接部６８とワークＷの当接した際の当接音判別用閾値を閾値記憶部９６から読み出す。この当接音判別用閾値は、当接部６８の振動期間の検出信号の値よりも低い値に設定されている。これにより、判別処理部１００は、検出信号が当接音判別用閾値を超えたか否かを判別するとともに、この超えた状態を所定期間維持しているかを判別することができる。その結果、判別処理部１００は、ＡＥセンサ７０の瞬間的な変動（ノイズ）を除去して、当接部６８とワークＷの当接をより確実に判別することが可能となる。

なお、ＡＥセンサ７０が故障等により反応しない場合は、検出信号が当接音判別用閾値を超えない。このため、当接部６８とワークＷの当接時の検出信号の変化を監視することにより、ＡＥセンサ７０の動作状態を確認することができる。

図３Ｂに示すように、ワークＷは、回転軸部３２との取付において、若干傾いた状態で支持される場合がある。この状態でテールストック３８を移動して、当接部６８と回転軸部３２によりワークＷを把持すると、ワークＷが傾いた状態のまま把持されるため、研削作業や研磨作業に支障を及ぼすことになる。

ところで、当接部６８が傾いた状態のワークＷに当接すると、当接部６８内を伝わる当接音は、当接部６８とワークＷが正常に当接したときの周波数と異なる周波数を示す。このため、正常な状態の周波数の当接音は相当に小さくなり、例えば、ＡＥセンサ７０が検出する検出信号は、図４の破線に示すように当接音判別用閾値以下となる。従って、判別処理部１００は、検出信号が閾値以下であることに基づき、ワークＷの把持状態（傾き）の異常を検出することができる。

図２に戻り、エア制御判別部１０２は、図示しないエア供給源からエア供給路７７を介してワークＷにエアを吹きつけ、そのエア圧をセンサにより検出する。すなわち、当接部６８とワークＷが当接して密着した状態では、当接部６８の内部空間６８ａが閉塞されるため、検出されるエア圧が上昇する。従って、エア制御判別部１０２は、エア圧が所定値（エア圧用閾値）を超えるか否かを判別することで、当接部６８とワークＷの密着状態を判別することができる。

当接判別部９２（判別処理部１００）は、ＡＥセンサ７０の検出信号の判別結果、エア制御判別部１０２による当接部６８とワークＷの密着状態の判別結果、及び位置情報取得部９８が算出した当接部６８の位置情報に基づき、より高精度に、ワークＷの把持状態が正常であるかを判別し、さらにＡＥセンサ７０が正常に動作するか否かを判別（確認）する。

本実施形態に係る歯車研削システム１０は、基本的には以上のように構成されており、次にこの歯車研削システム１０のセンサに基づく状態判別方法について、図５を参照して具体的に説明する。なお、センサに基づく状態判別方法は、上述したように、歯車研削システム１０の第１機構１４においてワークＷを支持する動作に連動して行われる。このため、以下の説明では、ワークＷの支持動作とともにその処理フローを述べていく。

ワークＷを支持する場合、先ず、ユーザによって回転軸部３２のチャック機構６０にワークＷを取り付け、スピンドルユニット２８にワークＷを一旦支持させる（ステップＳ１）。この際、スピンドルユニット２８とテールストック３８は互いに離間した位置に配置されている。

ワークＷの支持後は、ユーザの操作指示に基づき、テールストック移動制御部９０が第３回転モータ７２を回転駆動し、スピンドルユニット２８に向けてテールストック３８を進出移動させる（ステップＳ２）。テールストック３８の移動においては、第３エンコーダ７４からの信号が位置情報取得部９８に送られ、位置情報取得部９８により当接部６８の位置情報が取得される。

ワークＷの進出移動中において、判別処理部１００は、位置情報取得部９８による当接部６８の位置情報を受けて、当接部６８とワークＷが当接する予定の位置（以下、予定位置という）に当接部６８が到達したか否かを判別する（ステップＳ３）。そして、当接部６８が到達した場合は、ステップＳ４に進み、当接部６８が当接位置に到達していない場合はステップＳ２を継続する。なお、当接部６８が回転軸部３２との間でワークＷを確実に把持する把持力を付与するため、予定位置は、当接部６８とワークＷが実際に当接する当接点を基準（Ｖ＝０ｍｍ）とした場合、この当接点より矢印Ｂ２方向にさらに移動した位置（例えば、Ｖ＝−３ｍｍ程度）に設定してもよい。

また、ワークＷが予定位置に移動する間に、判別処理部１００は、ＡＥセンサ７０の検出信号（音）を監視して、当接部６８とワークＷの当接音が当接音判別用閾値を超えるか否かを検出する（ステップＳ４）。すなわち、ワークＷが予定位置に移動する間に、当接音が当接音判別用閾値を超えた場合は、当接部６８とワークＷが正常に当接し、またＡＥセンサ７０が正常に動作していることになる（図３Ａに示す状態）。この場合は、テールストック３８の進出移動を停止して、ステップＳ５に進む。一方、検出信号が当接音判別用閾値を超えていない場合は、当接部６８とワークＷが正常に当接していない（ワークＷが傾いた状態）、又はＡＥセンサ７０が正常に動作していないというエラーを検出したことになる。この場合は、予定位置に到達した段階でテールストック３８の進出移動を停止して、ステップＳ８に進む。

ステップＳ５では、エア制御判別部１０２によりワークＷに対するエア圧を検出し、当接部６８とワークＷの密着状態を判別する。エア圧が所定値以上である場合は、当接部６８とワークＷが正常に当接することにより、当接部６８とワークＷの密着状態が形成されていることになる。このため、判別処理部１００は、ワークＷが正常な姿勢で当接部６８と回転軸部３２に把持されており、且つＡＥセンサ７０が正常に動作していると確認できたと判別し、ステップＳ６に進む。

ステップＳ６では、後の工程でワークＷが研削工具Ｔに当接した際のＡＥセンサ７０の検出信号が最適な値となるように、検出した当接音の検出信号に基づき、検出信号を監視するための基準レベル（例えばＡＥレベルの中心位置）の補正を実施する。この補正は、ユーザにより手動で実施してもよく、制御部１８により自動的に実施されてもよい。

その後、歯車研削システム１０は、ワーク移動制御部８４により第１機構１４を動作して、ワークＷを研削工具Ｔに向けて進出移動し、所定位置で研削工具Ｔとの噛み合わせ動作（ワークＷの歯面と研削工具Ｔの研削面の当接）を実施する（ステップＳ７）。この噛み合わせ動作においては、例えば、ワークＷを正転させて右歯面に研削工具Ｔの右研削面を当接させ、さらにワークＷを逆転させて左歯面に左研削面を当接させてワークＷの振れ量を測定することで、研削条件や研磨条件を補正し高精度な歯合せを行うことができる。この際、ステップＳ５及びＳ６の実施により、ＡＥセンサ７０の正常な動作が保証されているので、ワークＷの歯面と研削工具Ｔの研削面の当接を良好に検出することができる。ステップＳ７の実施後、状態判別方法の処理フローが終了され、歯車研削システム１０は研削作業や研磨作業等の工程に移行する。

一方、ステップＳ５において、エア圧が所定値以下である場合は、ＡＥセンサ７０の動作異常、或いは傾いた状態のワークＷに当接部６８が当接し、その当接音をＡＥセンサ７０が検出した検出エラーであることが想定される。いずれにしても、ワークＷの把持状態又はＡＥセンサ７０に異常があると認められるため、ステップＳ８に進む。

ステップＳ８では、ワークＷの把持状態又はＡＥセンサ７０に異常がある旨のエラーを、例えば制御部１８の表示部に表示してユーザに報知する。これにより、ユーザは、ワークＷ又はＡＥセンサ７０の状態に不具合があることを認識することができる。

また、エラーの報知にともない、センサに基づく状態判別方法を再度行うようにユーザに促してもよい。すなわち、エラーを検出した場合に、第１機構１４によるワークＷの支持動作を再度行うことで、ワークＷを正常に把持することができ、或いは不具合を具体的に特定することができる。例えば、再度の支持動作において、検出信号が当接音判別用閾値を再び超えなかった場合は、ＡＥセンサ７０に動作不良が発生していると判別可能であり、制御部１８はその旨を報知するとよい。

なお、上記の処理フローのステップＳ４で、当接音が当接音判別用閾値を超えていなかった場合、さらにエア制御判別部１０２によりワークＷに対するエア圧を検出し、当接部６８とワークＷの密着状態を判別してもよい（ステップＳ９）。エア制御判別部１０２により、当接部６８とワークＷの密着状態が検出された場合は、当接音を検出しなかったＡＥセンサ７０の動作不良と判別することができるので、ＡＥセンサ７０のエラーを報知する（ステップＳ１０）。また、当接部６８とワークＷの密着状態が検出されなかった場合は、ワークＷの把持状態の異常、又はＡＥセンサ７０の動作不良であることを一層確実に判別することができる。

〔変形例〕
また、歯車研削システム１０は、ＡＥセンサ７０が検出する音の周波数帯域を広げることで、ワークＷが傾いた状態で当接部６８が当接したとき（図３Ｂ参照）でも、その当接音をＡＥセンサ７０により検出する構成とすることができる。このように構成しても、検出した当接音を利用することにより、ワークＷの把持状態及びＡＥセンサ７０の動作状態を確認することができる。以下、センサに基づく状態判別方法の変形例について図６を参照して具体的に説明する。

変形例に係る状態判別方法では、上記のステップＳ１〜Ｓ３と同様に、回転軸部３２にワークＷが支持された後（ステップＳ１１）、テールストック３８の進出移動を行い（ステップＳ１２）、この進出移動にともない当接部６８の位置情報を取得する（ステップＳ１３）。

そして、ステップＳ１４では、広い周波数帯域の音を検出するＡＥセンサ７０の検出信号に基づき、当接音が当接音判別用閾値を超えたか否かを判別する。すなわち、ワークＷが回転軸部３２に傾いて取り付けられていても、当接部６８がワークＷの一部に当接すると、その当接音がＡＥセンサ７０に伝わり検出信号が当接音判別用閾値を超える。従って、判別処理部１００は、当接部６８とワークＷの当接タイミングを精度良く検出することができる。ステップＳ１４において、当接部６８が予定位置に到達した段階でも当接音が当接音判別用閾値を超えない場合は、ステップＳ１５に進み、当接音が当接音判別用閾値を超えた場合は、ステップＳ１６に進む。

ステップＳ１５において、判別処理部１００は、当接音が当接音判別用閾値を超えなかったことから、ＡＥセンサ７０の動作不良と判別し、ＡＥセンサ７０のエラーを報知する。つまり、変形例に係るＡＥセンサ７０は、周波数帯域が広く設定されていることから基本的に当接音を検知することになり、当接音が検知されない場合は、そのままＡＥセンサ７０の反応異常とみなすことができる。よって、ステップＳ１５によりエラーが報知されると、ユーザは、ＡＥセンサ７０の修理や交換、或いは感度校正等の対応をスムーズにとることができる。

一方、判別処理部１００は、ステップＳ１４において当接音が当接音判別用閾値を超えたと判別すると、位置情報取得部９８を介して当接部６８とワークＷの当接タイミングにおける当接部６８の位置情報を取得する（ステップＳ１６）。

さらに、判別処理部１００は、予め設定されている当接部６８とワークＷの予定位置（Ｖ＝０ｍｍ）と、ステップＳ１６により取得した当接部６８の位置情報を比較し、当接部６８と回転軸部３２に挟まれたワークＷの傾きを判別する（ステップＳ１７）。

すなわち、図３Ｂに示すように、ワークＷが回転軸部３２に対して傾いている場合は、当接部６８が実際にワークＷに当接する位置（当接音を生じる位置）が予定位置よりも手前（Ｖ＞０ｍｍ）となる。従って、取得した当接部６８の位置情報が所定量以上ずれている場合は、ワークＷが傾いて把持されていると判別することができる。そのため、ステップＳ１７において、当接部６８の位置情報が予定位置の許容誤差範囲内にある場合はステップＳ１８に進み、当接部６８の位置情報が予定位置の許容誤差範囲外にある場合はステップＳ１９に進む。

ステップＳ１８において、判別処理部１００は、ワークＷが正常な姿勢で当接部６８と回転軸部３２に把持されており、且つＡＥセンサ７０が正常に動作していると確認できたと判別し、以降は状態判別方法の終了処理フロー（例えば、ステップＳ６及びＳ７）を実施する。

一方、ステップＳ１９において、判別処理部１００は、ワークＷが傾いた姿勢で当接部６８と回転軸部３２に把持されていると判別し、ワークＷの把持エラーをユーザに報知する。この把持エラーが報知されると、ユーザは、ワークＷを回転軸部３２に取付け直して、ワークＷの支持動作を再度実施することができる。

このように、変形例に係るセンサに基づく状態判別方法によれば、ワークＷの把持エラーと、ＡＥセンサ７０の動作不良を容易に特定することができる。なお、変形例において、エア制御判別部１０２により当接部６８とワークＷの密着状態の判別をさらに実施することで、より確実性の高い判別を行うことも可能である。

以上のように、本実施形態に係る歯車研削システム１０及びセンサに基づく状態判別方法によれば、当接部６８の近傍位置に設けられているＡＥセンサ７０によって、ワークＷの把持にともない、当接部６８とワークＷが当接した際に生じる音（当接音）を精度よく検出することができる。そして、ＡＥセンサ７０により当接音を検出すると、当接判別部９２は、その検出信号に基づき、ＡＥセンサ７０の動作状態やワークＷの把持状態を簡単に判別することができる。すなわち、これまでは、ワークＷを把持する際の当接音を利用していなかったが、本実施形態に係る歯車研削システム１０は、この当接音を有効に利用することにより、簡単な構成によって、ワークＷの把持状態の判別とＡＥセンサ７０の動作状態の確認を同時に行うことができる。これにより、ＡＥセンサ７０の動作確認を行う工程やワークＷの把持状態を判別する工程を別に行う必要がなくなるため、歯車研削システム１０の作業効率を向上することができる。

また、当接部６８が環状の端面６８ｄを有していることで、この環状の端面６８ｄにワークＷの押圧力（当接力）を集中させることができ、ワークＷが把持しやすくなるとともに、当接音を検出し易くなる。

上記において、本発明について好適な実施形態を挙げて説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改変が可能なことは言うまでもない。

１０…歯車研削システム １４…第１機構
１６…第２機構 １８…制御部
２８…スピンドルユニット ３２…回転軸部
３８…テールストック ５６…被把持面
６４…テールストック移動機構 ６８…当接部
６８ｂ…側部 ６８ｃ…底部
６８ｄ…端面 ７０…ＡＥセンサ
７８…ロータ ８０…ステータ
９２…当接判別部 ９８…位置情報取得部
１００…判別処理部 Ｗ…ワーク

Claims (6)

1. ワークを支持する支持部を有する支持機構と、
   前記支持機構の対向位置に設けられ、前記ワークに当接することにより前記支持部と協働して把持する当接部を有する把持装置と、
   前記ワークに前記当接部が当接するように前記支持機構又は前記把持装置を移動させる移動機構と、
   前記当接部の近傍位置に設けられ、前記当接部が前記ワークに当接した際に生じる音を検出する検出センサと、
   前記検出センサからの検出信号に基づき、前記検出センサの動作状態を確認するとともに、前記ワークの把持状態を判別する判別手段とを備える
   ことを特徴とする歯車研削システム。
2. 請求項１記載の歯車研削システムにおいて、
   前記ワークは、円盤状に形成され中央部分に平坦状の被把持面を有しており、
   前記当接部は、前記被把持面に当接可能な環状の端面を有する
   ことを特徴とする歯車研削システム。
3. 請求項２記載の歯車研削システムにおいて、
   前記当接部は、有底円筒状の部材として形成され、内部空間の開口部を囲う前記環状の端面を前記被把持面に対向させており、
   前記検出センサは、前記有底円筒状の部材の底部の周方向に沿う環状に形成され、前記底部の近傍位置に配置されている
   ことを特徴とする歯車研削システム。
4. 請求項３記載の歯車研削システムにおいて、
   前記検出センサは、前記底部に連結されて所定の周波数の音に共振可能な共振部を備える
   ことを特徴とする歯車研削システム。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の歯車研削システムにおいて、
   前記判別手段は、前記支持機構又は前記把持装置の移動情報を取得する取得手段を有し、
   前記取得手段が取得した移動情報と、前記検出センサからの検出信号とに基づき、前記検出センサの動作状態を確認するとともに、前記ワークの把持状態を判別する
   ことを特徴とする歯車研削システム。
6. ワークを支持する支持部を有する支持機構と、前記支持機構の対向位置に設けられ、前記ワークに当接することにより前記支持部と協働して把持する当接部を有する把持装置と、前記当接部の近傍位置に設けられ、前記当接部が前記ワークに当接した際に生じる音を検出する検出センサとを備える歯車研削システムのセンサに基づく状態判別方法であって、
   前記ワークに前記当接部が当接するように前記支持機構又は前記把持装置を移動機構により移動させる移動工程と、
   前記移動工程中に、前記当接部が前記ワークに当接した際に生じる音を前記検出センサにより検出する検出工程と、
   前記検出センサからの検出信号に基づき、判別手段により前記検出センサの動作状態を確認するとともに、前記ワークの把持状態を判別する判別工程とを有する
   ことを特徴とするセンサに基づく状態判別方法。

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