JP2015197412A

JP2015197412A - 真円度測定方法

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Publication number: JP2015197412A
Application number: JP2014076844A
Authority: JP
Inventors: 隆之清水; Takayuki Shimizu
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2014-04-03
Filing date: 2014-04-03
Publication date: 2015-11-09

Abstract

【課題】真円度を高速かつ高精度に測定できる真円度測定方法を提供することにある。
【解決手段】本発明に係る真円度測定方法は、ステータコアの周方向に沿ってティース端面の変位を連続的に測定する測定工程（ａ）と、ｍ値以上の範囲の変位測定値に基づくフィッティング関数ｆ（θ）を算出する算出工程（ｂ）と、ｍ値よりも小さい変位測定値を、フィッティング関数ｆ（θ）を適用して求まる補正値に補正する補正工程（ｃ）とを含む。本発明の真円度測定方法によれば、ティース端面の変位を連続的に測定するため、測定を高速で行うことができる。また、スロットで測定された変位測定値を、当該スロットに隣接するティース端面で測定された変位測定値に合わせて、適切な補正値に補正することができる。このため、正確な真円度を高速で測定することができる。
【選択図】図８

Description

本発明は、ワークの真円度測定方法に関する。

従来、工業製品の品質を保証するために、その真円度を正確に測定することが重要である。特に、回転電機の固定子鉄心であるステータコアでは、ティース端面を連続させて周面と見たときの真円度がモータの性能に大きな影響を与える。このようなステータコアの真円度を測定するためには、プローブをティース端面に押し当ててその変位を測定する接触式の測定方法や、レーザセンサを走査させてティース端面の変位を測定する非接触式の測定方法（例えば特許文献１）等が存在する。

特開２００９−９２５９６号公報

しかしながら、近年、モータのトルク向上のためにステータコアのスロット数が増加しており、従来技術には次の問題点がある。まず、プローブを用いた接触式の測定方法では、プローブを押し当てながら移動させるときプローブがスロットにひっかかり、ジャンピングが生じることにより、変位測定されないティースが生じる。このため、測定される真円度の精度が低下する。

また、特許文献１のレーザセンサを用いた非接触式の測定方法では、センサを予め定めた角度ずつ回転させることによってレーザを各ティース端面に走査させている。このため、スロット数の多い、すなわち、ティース数の多いステータコアの測定を行う場合、全体的な測定時間が長くなる。また、センサを一定角度ずつ回転させるうちに、レーザの照射位置とティース端面とがずれてくる可能性がある。また、全てではなく、任意のティース端面のみを測定する方法も考えられるが、この場合、測定される真円度の精度が低下する。

本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、ステータコアのように周面に凹凸が存在するワークであっても、真円度を高速かつ高精度に測定できる真円度測定方法を提供することにある。

本発明の真円度測定方法は、ワークの真円度を非接触式の測定手段によって測定する方法であって、以下の測定工程、算出工程、および補正工程を含む。
測定工程では、測定手段によって、ワークの周方向に沿って、ワークの軸心に対する壁部の変位を連続的に測定する。
算出工程では、測定工程で測定された変位測定値のうち、所定範囲内の変位測定値と、当該変位測定値を測定した測定位置とに基づくフィッティング関数を算出する。
補正工程では、測定工程で測定された変位のうち、所定範囲外の変位を、フィッティング関数に当該変位の測定位置を適用して求まる補正値に補正する。

本発明の真円度測定方法では、非接触式の測定手段を用いて測定工程を行うため、壁部の形状に関わらずジャンピング等が発生せず、測定が容易である。また、測定工程では、壁部の変位を連続的に測定するため、測定を高速で行うことができる。
また、算出工程および補正工程では、ワークの周方向に凹凸が存在する場合を想定した上で、凹凸部分で測定された変位測定値を除外するように所定の測定範囲を設定可能である。よって、算出工程によれば、所定の測定範囲の変位測定値に基づいてフィッティング関数を算出できる。また、補正工程によれば、フィッティング関数を利用して、所定の測定範囲外の変位測定値を適切な補正値に補正することができる。
したがって、本発明の真円度測定方法によれば、周面に凹凸が存在するワークであっても正確な真円度を高速で測定することができる。

本実施形態の真円度測定方法を実施する変位センサと測定対象としてのステータコイルとを示す上面図である。図１の変位センサとステータコイルとを示す断面図である。図２の部分ＩＩＩを拡大して示す部分拡大図である。測定位置算出処理を説明するフローチャートである。測定位置算出処理における処理データの例を示すグラフである。真円度測定処理を説明するフローチャートである。図６の真円度測定処理の続きを説明するフローチャートである。真円度測定処理における処理データの例を示すグラフであり、（ａ）は測定データを示し、（ｂ）はフィッティング関数を示し、（ｃ）は真円度判定データを示している。

以下、本発明の実施形態による真円度測定方法を図面に基づいて説明する。以下では、ステータコアの内周の真円度を測定する場合について説明する。

まず、被測定物であるステータコア１について、図１〜図３を参照して簡単に説明する。
図１および図２に示すように、ステータコア１は、ティース形状がプレスされた積層シート１０が螺旋状に積層されることにより構成された円筒状の積層体であり、径方向内側に向かって延びる複数（本実施形態では６４個）のティース１１を有している。周方向に隣り合うティース１１の間には、コイルを挿通させるためのスロット１３が存在する。本実施形態では、ステータコア１の内側に面するティース１１の端面（以下、ティース端面１２と称する）がステータコア１の円周状の壁部を形成しており、ステータコア１の内周の真円度とは、ティース端面１２を連続させることによって描かれる仮想円の真円度を意味する。

ステータコア１は、積層シート１０が重ね合わせられた後、軸方向の押し圧を受けて固定されている。このため、図３に示すように、ステータコア１の軸方向断面を拡大して見ると、ティース１１の端部形状は径方向内側が細くなっている。よって、軸方向に隣り合うティース端面１２の間には、径方向内側に凹む凹部１４が存在する。

本実施形態の真円度測定方法に用いられる測定装置は、例えば、測定対象であるステータコア１を載置するための回転台と、回転軸ｃを中心にして回転台を回転させるサーボモータと、ティース端面１２の変位を測定する非接触式の変位センサ２と、変位センサ２を軸方向に沿って移動させる移動機構と、測定結果を記憶及び演算する演算手段とを備えている。変位センサ２は、例えばレーザ式である。

真円度測定を開始する事前準備として、ステータコア１は測定装置の載置台にセットされる。このとき、ステータコア１の軸心が回転軸ｃに一致するように位置決めされる。また、変位センサ２は、ステータコア１のティース端面１２近傍の所定位置に配置され、ステーアコア１が規定半径を有する場合の変位測定値がゼロになるように設定される。図１および図２は、ステータコア１が測定装置にセットされている状態を示している。

次に、本実施形態の真円度測定方法について、さらに図４〜図７を参照しながら説明する。フローチャートの説明において記号「Ｓ」はステップを示す。

まず、真円度測定装置は、図４に示す測定位置算出フローを実施する。
Ｓ１１では、変位センサ２が、測定開始点Ｐｓから測定終了点Ｐｅまで軸方向に所定範囲ｒを移動しながら、ティース端面１２の軸方向の変位を連続的に測定する（図３参照）。このとき、所定範囲ｒは、軸方向において少なくともティース端面１２とそれを挟む２つの凹部１４とを含むように設定されている。

Ｓ１１による測定結果の例を図５に示す。図５では、測定開始点Ｐｓから測定点までの距離（μｍ）を測定位置（μｍ）として横軸に示し、変位センサ２により測定された変位（μｍ）を縦軸に示している。

その後のＳ１２〜Ｓ１６は、測定結果を記憶した演算手段が処理を行う。
Ｓ１２では、測定位置Ｘ_n、Ｘ_n+1について、測定位置Ｘ_nで測定された変位Ｙ_nと、測定位置Ｘ_n+1で測定された変位Ｙ_n+1とが、以下の式（１）を満たすか否かを判断する。
Ｙ_n+1−Ｙ_n＞Ｋ・・・式（１）
なお、初期設定はｎ＝０、Ｘ₀＝０μｍ（測定開始点Ｐｓ）である。また、測定位置Ｘ_nと測定位置Ｘ_n+1との差分ΔＸは、凹部１４の軸方向の幅ｗ（図３参照）よりも十分小さい値である。また、所定値Ｋは、凹部１４の径方向の深さｄ（図３参照）に基づいて、変位Ｙ_nが凹部１４の測定データであることが判別可能な値である。

式（１）を満たすと判断した場合（Ｓ１２：ＹＥＳ）、Ｓ１３に移行する。一方、式（１）を満たさないと判断した場合（Ｓ１２：ＮＯ）、ｎをインクリメントし、Ｓ１２を繰り返す。

Ｓ１３では、式（１）を満たした変位Ｙ_nの測定位置Ｘ_nを第１凹部位置Ｘａ（ｎ＝ａ）として記憶する。
Ｓ１４では、引き続き、測定位置Ｘ_n、Ｘ_n+1について、測定位置Ｘ_nで測定された変位Ｙ_nと、測定位置Ｘ_n+1で測定された変位Ｙ_n+1とが、以下の式（２）を満たすか否かを判断する。なお、１回目のＳ１４では、ｎ＝ａ＋１である。
Ｙ_n−Ｙ_n+1＞Ｋ・・・式（２）

式（２）を満たすと判断した場合（Ｓ１２：ＹＥＳ）、Ｓ１５に移行する。一方、式（２）を満たさないと判断した場合（Ｓ１２：ＮＯ）、ｎをインクリメントし、Ｓ１４に戻る。

Ｓ１５では、式（２）を満たした変位Ｙ_n+1の測定位置Ｘ_n+1を第２凹部位置Ｘｂ（ｎ＋１＝ｂ）として記憶する。
Ｓ１６では、以下の式（３）によって、以降の真円度測定フローの測定位置Ｘｃを算出し、記憶する。
（Ｘｂ−Ｘａ）／２＝Ｘｃ・・・式（３）
以上により、測定位置算出フローが実施される。その後、変位センサ２は、算出された測定位置Ｘｃに移動する。

次に、真円度測定装置は、図６に示す真円度測定フローを実施する。
Ｓ２１では、サーボモータがステータコア１を３８０度回転させる。このステータコア１の回転中、変位センサ２はティース端面１２の周方向の変位を連続的に測定する。

その後のＳ２２〜Ｓ２８は、測定結果を記憶した演算手段が処理を行う。Ｓ２２では、ステータコア１が定速回転している間のデータを取得するために、１０度から３７０度までの回転角度における測定データを抽出する。以下では、１０度から３７０度までの回転角度を、０度から３６０度までの角度θとして扱う。角度θは、ステータコア１の周方向における測定位置に相当する。

Ｓ２２により抽出された測定データの例を図８（ａ）に示す。なお、図８（ａ）〜（ｃ）では、ステータコア１の角度θ（度）を横軸に示し、変位センサ２に測定された変位（μｍ）を縦軸に示している。

Ｓ２３では、ステータコア１の角度θについて、今回処理対象の角度をθ_n、前回処理対象の角度をθ_n-1とし、角度θ_nを式（３）により算出する。
θ_n＝θ_n-1＋Δθ ・・・（３）
なお、ｎは１からＮまでの整数であり、初期設定はｎ＝１、θ₀＝０度である。Δθは、特に限定されないが、例えば０．１度など、１つのティース端面１２が占める角度よりも小さいことが好ましい。

Ｓ２４では、角度θ_nで測定された変位Ｙ_nが、所定の測定範囲外であるか否かを判断する。本実施形態では、所定の測定範囲を、所定値ｍ以上の範囲に設定しており（図８（ａ）参照）、変位Ｙ_nが所定値ｍよりも小さいか否かによって、スロット１３で測定されたデータであるか、または、ティース端面１２で測定されたデータであるかを判定している。なお、所定の測定範囲は、測定対象（本実施形態ではティース端面１２）の変位の想定値に基づいて設定することができる。

変位Ｙ_nが所定の測定範囲外であると判断した場合（Ｓ２４：ＹＥＳ）に移行するＳ２５では、変位Ｙ_nがスロット１３の測定データであると判定し、以下の式（４）により変位Ｙ_nを補正する。そして、補正後の変位Ｙ_nをフィッティング用データとして記憶する。これにより、スロット１３の測定データは除外される。
Ｙ_n＝Ｙ_n-1 ・・・（４）

変位Ｙ_nが所定の測定範囲外ではない、すなわち所定の測定範囲内であると判断した場合（Ｓ２４：ＮＯ）に移行するＳ２６では、変位Ｙ_nがティース端面１２の測定データであると判定し、以下の式（５）により得られる値、すなわち、測定された変位Ｙ_nそのままの値をフィッティング用データとして記憶する。
Ｙ_n＝Ｙ_n ・・・（５）

その後、Ｓ２７では、角度θ_nが３６０度であるか否かを判断し、３６０度である場合（Ｓ２７：ＹＥＳ）には、ｎを初期化してＳ２８に移行する。一方、角度θ_nが３６０度ではない場合（Ｓ２７：ＮＯ）には、ｎをインクリメントしてＳ２３に戻る。

Ｓ２８では、Ｓ２５およびＳ２６で得られたフィッティング用データに基づいて、フィッティング関数ｆ（θ）を算出する。算出されたフィッティング関数ｆ（θ）の例を図８（ｂ）に示す。

Ｓ２９では、ステータコア１の回転角度θについて、今回処理対象の角度をθ_n、前回処理対象の角度をθ_n-1とし、角度θ_nを式（６）により算出する。
θ_n＝θ_n-1＋Δθ ・・・（６）

Ｓ３０では、角度θ_nで測定された変位Ｙ_nが、所定の測定範囲外であるか否かを判断する。所定の測定範囲は、上述のＳ２４のものと同様である。
変位Ｙ_nが測定範囲外であると判断した場合（Ｓ３０：ＹＥＳ）に移行するＳ３１では、変位Ｙ_nがスロット１３の測定データであると判定し、以下の式（７）により変位Ｙ_nを補正する。そして、補正後の変位Ｙ_nを判定データとして記憶する。これにより、スロット１３の測定データは補正される。
Ｙ_n＝ｆ（θ_n）・・・（７）

変位Ｙ_nが所定の測定範囲外ではない、すなわち測定範囲内であると判断した場合（Ｓ３０：ＮＯ）に移行するＳ３２では、変位Ｙ_nがティース端面１２の測定データであると判断し、以下の式（８）により得られる値、すなわち、測定された変位Ｙ_nそのままの値を判定データとして記憶する。
Ｙ_n＝Ｙ_n ・・・（８）

その後、Ｓ３３では、角度θ_nが３６０度であるか否かを判断し、３６０度である場合（Ｓ３３：ＹＥＳ）には、Ｓ３４に移行する。一方、角度θ_nが３６０度ではない場合（Ｓ３３：ＮＯ）には、ｎをインクリメントしてＳ２９に戻る。

Ｓ３１およびＳ３２で得られた全ての判定データＹ₀〜Ｙ_Nの例を図８（ｃ）に示す。Ｓ３４では、全ての判定データＹ₀〜Ｙ_Nについて、所定の閾値内であるか否かを判断する。ここで、所定の閾値とは、真円度についての良否を判定するための任意の値である。

全ての判定データがＹ₀〜Ｙ_N所定の閾値内であると判断した場合（Ｓ３４：ＹＥＳ）、ステータコア１の真円度が良好であると判定し、処理を終了する。一方、所定の閾値外の判定データＹ_nが存在すると判断した場合（Ｙｅｓ：ＮＯ）、ステータコア１の真円度が不良であると判定し、処理を終了する。
以上により、真円度の測定処理を終了する。

（効果）
（１）本実施形態の真円度測定方法では、Ｓ２１において非接触式の変位センサ２によって変位測定を行っている。このため、スロット１３によるジャンピング等は発生せず、複数のティース端面１２の変位を周方向に測定することが容易である。また、Ｓ２１では、ステータコア１を回転させながら連続的に変位を測定しているため、測定を高速に行うことができる。
Ｓ２４およびＳ３０では、ステータコア１のスロット１３で測定された変位を除外し、ティース端面１２で測定された変位測定値を含むように、所定の測定範囲が設定されている。このため、Ｓ２８では、ティース端面１２で測定された変位測定値を用いて、適切なフィッティング関数を算出できる。また、Ｓ３４では、スロット１３で測定された変位測定値を、当該スロット１３に隣接するティース端面１２の変位測定値に合わせて、適切な補正値に補正することができる。
したがって、本実施形態の真円度測定方法によれば、多数のスロット１３を有するステータコア１であっても、その内周の真円度を高速かつ高精度に測定することができる。

（２）また、本実施形態の真円度測定方法では、上述の測定位置算出処理を行っている。具体的には、ステータコア１の軸方向に沿ってティース端面１２の変位を連続的に測定し、変位測定値に基づいて、隣り合う凹部１４の位置である第１凹部位置Ｘａと第２凹部位置Ｘｂとを検出し、それらの中間位置を算出して、軸方向における真円度測定位置Ｘｃに設定している。
このような測定位置算出処理を行うことにより、続いて行う真円度測定処理では、凹部１４ではなく、ティース端面１２を確実に測定することができる。これにより、真円度をより高精度に測定することができる。

（３）また、本実施形態で検出する第１凹部位置Ｘａと第２凹部位置Ｘｂは、変位の増減が切り替わる凹部１４の底部分である。これらの中間位置を真円度測定位置Ｘｃに設定しているため、真円度測定位置Ｘｃは軸方向におけるティース端面１２の真ん中になる。ステータコア１は、積層シート１０が螺旋状に積層されているため、ステータコア１が回転する間に軸方向におけるティース端面１２の位置が多少ずれるが、このような場合にも、本実施形態の真円度測定処理ではティース端面１２を確実に測定することができる。

（その他）
上述ではシートを螺旋状に積層したステータコア１の内周の真円度を測定する場合について説明しているが、本発明は、環状の薄板を複数枚積層して形成された積層ステータコアを測定する場合にも好適に適用できる。

本発明の真円度計測方法を実施する測定対象は、ステータコアに限定されず、外壁または内壁の少なくとも一方に円周状の壁部を有するワークであればよい。また、本発明の真円度計測方法は、ワークの内周の真円度を測定する場合に限られず、ワークの外周の真円度を測定する場合に適用させてもよい。
例えば、本発明の真円度計測方法は、ワークとして円筒形状の軸部材の真円度を測定することもできる。この場合、本実施形態の変位センサ２を軸部材の径方向外側に配置し、サーボモータが軸部材を回転させている間、変位センサ２が軸部材の外周面の変位を連続的に測定してもよい。このような場合にも、高速かつ高精度に真円度を測定することができる。

また、本実施形態で説明した真円度測定装置では、変位センサ２を固定してワークであるステータコア１を回転させているが、これに限られず、ワークを固定して変位センサ２を軸中心に回転させてもよい。

以上、本発明はこのような実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の形態で実施することができる。

１・・・ステータコア（ワーク）
１１・・・ティース
１２・・・ティース端面（壁部）
１３・・・スロット
１４・・・凹部
２・・・変位センサ（測定手段）

Claims

外壁または内壁の少なくとも一方に円周状の壁部を有するワーク（１）の真円度を非接触式の測定手段（２）によって測定する方法であって、
前記測定手段によって、前記ワークの周方向に沿って、前記ワークの軸心に対する前記壁部（１２）の変位を連続的に測定する測定工程（Ｓ２１）と、
前記測定工程で測定された変位測定値（Ｙ_n）のうちの所定の測定範囲に収まる内の変位測定値と、当該変位測定値を測定した測定位置（θ_n）とに基づいて、フィッティング関数（ｆ（θ））を算出する算出工程（Ｓ２３〜Ｓ２８）と、
前記測定工程で測定された変位測定値のうちの前記測定範囲を外れる変位測定値を、当該変位測定値の測定位置に前記フィッティング関数を適用して得られる補正値（ｆ（θ_n））に補正する補正工程（Ｓ２９〜Ｓ３３）と、
を含むことを特徴とする真円度測定方法。
前記ワークは軸方向に複数の凹部（１４）を有しており、
前記測定手段によって、前記ワークの軸方向に沿って、前記ワークの軸心に対する前記壁部の変位を連続的に測定する軸方向測定工程（Ｓ１１）と、
前記軸方向測定工程で測定された変位測定値に基づいて、隣り合う前記凹部の位置（Ｘａ、Ｘｂ）の間の中間位置を算出し、軸方向における真円度測定位置（Ｘｃ）とする測定位置算出工程（Ｓ１２〜Ｓ１６）と、
をさらに含み、
前記測定工程は、前記真円度測定位置において行われること
を特徴とする請求項１に記載の真円度測定方法。
前記ワークはステータコアであり、当該ステータコアの内径の真円度を測定することを特徴とする請求項１または２に記載の真円度測定方法。
前記ステータコアは、環状の板を複数枚積層され、又は、シートが螺旋状に積層されて形成された積層ステータコアであることを特徴とする請求項３に記載の真円度測定方法。