JP2019181629A - エアシール構造の検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】主軸の芯ずれを検出する。【解決手段】軸線まわりに回転する主軸と、前記主軸を収容するケースと、を備え、前記主軸と前記ケースとの間に形成された隙間からエアを噴出する主軸装置のエアシール構造の検査方法であって、前記主軸の先端部に前記ケースの直径よりも大きな直径を有する円形の膜を設置する工程と、前記エアを噴出させた状態で、前記主軸装置の先端部を複数方向からカメラで撮像し、前記複数方向の各方向において前記先端部の色面積を取得する工程と、前記各方向において、前記色面積と前記各方向に対して設定された閾値との比較結果に基づいて、前記主軸の芯ずれを判定する工程と、を含む。【選択図】図４

Description

本発明は、エアシール構造の検査方法に関する。

工作機械の主軸装置において、主軸とケースとの間からエアを噴出することによって、クーラントが主軸の軸受まで浸入することを防ぐことが提案されている（例えば、特許文献１）。

特開２０１６−１３７５５８号公報

しかしながら、主軸に芯ずれが生じていると、エアが十分に噴出されない箇所が生じ、当該箇所からクーラントが浸入してしまう恐れがある。

そこで、本明細書開示のエアシール構造の検査方法は、主軸の芯ずれを検出することを課題とする。

かかる課題を解決するために、本明細書に開示されたエアシール構造の検査方法は、軸線まわりに回転する主軸と、前記主軸を収容するケースと、を備え、前記主軸と前記ケースとの間に形成された隙間からエアを噴出する主軸装置のエアシール構造の検査方法であって、前記主軸の先端部に前記ケースの直径よりも大きな直径を有する円形の膜を設置する工程と、前記エアを噴出させた状態で、前記主軸装置の先端部を複数方向からカメラで撮像し、前記複数方向の各方向において前記先端部の色面積を取得する工程と、前記各方向において、前記色面積と前記各方向に対して設定された閾値との比較結果に基づいて、前記主軸の芯ずれを判定する工程と、を含む。

本明細書開示のエアシール構造の検査方法によれば、主軸の芯ずれを検出することができる。

図１（Ａ）は、主軸装置の側面図であり、図１（Ｂ）は、主軸装置の上面図であり、図１（Ｃ）は、図１（Ｂ）のＡ−Ａ断面図であり、図１（Ｄ）は主軸に芯ずれが生じている状態を示す上面図である。 図２（Ａ）及び図２（Ｂ）はそれぞれ、本実施形態に係る検査方法を説明する側面図および上面図である。 図３（Ａ）は、膜の上面図、図３（Ｂ）は、膜を固定するために使用するリングの上面図及び側面図、及び図３（Ｃ）は、膜、リング、及び主軸装置の関係を示す図である。 図４は、本実施形態に係る検査方法のフローチャートである。 図５（Ａ）〜図５（Ｃ）は、図４のフローチャートを説明するための図である。

以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。ただし、図面中、各部の寸法、比率等は、実際のものと完全に一致するようには図示されていない場合がある。また、図面によっては細部が省略されて描かれている場合もある。

まず、図１（Ａ）〜図１（Ｃ）を参照し、本発明の一実施形態に係るエアシール構造の検査方法(以後、単に検査方法と記載する)を適用する主軸装置１００について説明する。図１（Ａ）は、主軸装置１００の側面図であり、図１（Ｂ）は、主軸装置１００の上面図であり、図１（Ｃ）は、図１（Ｂ）のＡ−Ａ断面図である。

主軸装置１００は、ケース１０と、主軸２０と、を備えている。主軸２０は、ケース１０の内部で軸線Ｌ１まわりに回転可能に支持されている。主軸２０の先端には、加工用刃具またはワークを取り付けるための取付部３０が形成されている。

図１（Ｂ）及び図１（Ｃ）に示すように、ケース１０と主軸２０との間には、隙間Ｇが設けられており、図１（Ｃ）に矢印で示すように、当該隙間Ｇからエアを噴出することにより、クーラントが主軸装置１００内に浸入することを抑制している。

ここで、主軸２０の芯が加工精度に影響しない程度に偏っている場合、すなわち、主軸２０に芯ずれが生じている場合、図１（Ｄ）に示すように、隙間Ｇが閉塞してしまう箇所Ｐ１が生じる。当該箇所Ｐ１では、エアが噴出されないため、クーラントが主軸装置１００内に浸入するおそれがある。したがって、エアが主軸２０の全周にわたって偏りなく噴出されているか否かを検知することが望ましい。しかし、エアは微風（例えば、約３ｍ／ｓ）であるため、隙間Ｇから噴出されるエアを風速計等の計測機器を用いて計測し、主軸２０の芯ずれを検知することは難しい。また、主軸装置１００内には流量計を設置するスペースがないため、流量計を用いることも難しい。

次に、安価かつ確実に主軸２０の芯ずれを検知できる本実施形態に係る検査方法について説明する。

まず、本実施形態に係る検査方法の概略について説明する。図２（Ａ）及び図２（Ｂ）はそれぞれ、本実施形態に係る検査方法を説明する側面図および上面図である。

本実施形態に係る検査方法では、図２（Ａ）に示すように、主軸装置１００の先端部に隙間Ｇを覆う膜Ｆ１を設置した状態でエアを噴出させる。そして、当該主軸装置１００の先端部を、例えば画像センサ２００が備えるカメラ２０１で撮像し、色面積を取得する。当該取得した色面積を、予め設定しておいた色面積と比較することにより、主軸２０に芯ずれが生じているか否かを検査する。なお、本実施形態では、図２（Ｂ）に示すように４方向から主軸装置１００をカメラ２０１で撮像し、各方向において取得した色面積を各方向に対して設定された色面積と比較することにより、主軸２０に芯ずれが生じているか否かを検査する。

次に、本実施形態に係る検査方法で使用する膜Ｆ１と、膜Ｆ１の主軸装置１００への設置について説明する。図３（Ａ）は、膜Ｆ１の上面図、図３（Ｂ）は、膜Ｆ１を固定するために使用するリング５０の上面図及び側面図、及び図３（Ｃ）は、膜Ｆ１、リング５０、及び主軸装置１００の関係を示す図である。

膜Ｆ１は、例えば円形の和紙であり、図３（Ａ）に示すように、その中央部に取付部３０を貫通させる孔Ｈ２が形成されている。膜Ｆ１の直径Ｄ１は、ケース１０の直径Ｄ２よりも大きく、隙間Ｇからエアの噴出がない状態で膜Ｆ１が隙間Ｇ（図１（Ｃ）参照）を覆うように設定されている。

リング５０は、例えば鉄製の錘である。図３（Ｂ）に示すように、リング５０には、その中央部に取付部３０に嵌合する孔Ｈ１が形成されている。

実施形態に係る検査方法では、図３（Ｃ）に示すように、まず、取付部３０を膜Ｆ１の孔Ｈ２に通すことで膜Ｆ１を主軸２０の先端部にセットし、次に、取付部３０をリング５０の孔Ｈ１に通して、リング５０を膜Ｆ１を固定する錘として膜Ｆ１の上に設置する。

次に、検査方法で使用するカメラ２０１について説明する。カメラ２０１は、例えば、画像センサ２００が備えるカメラである。画像センサ２００は、図２（Ａ）に示すように、カメラ２０１と、コントローラ２０２とを備える。コントローラ２０２は、例えばタッチパネルディスプレイを備え、作業者（検査者）は、当該タッチパネルディスプレイによって、色面積の設定（ティーチング）や、判定結果の確認を行うことができる。

次に、図４のフローチャートとその他の図面を参照して、本実施形態の検査方法について説明する。図４は、本実施形態に係る検査方法のフローチャートである。図４の処理は、主軸装置１００を出荷前に調整する場合や、主軸装置１００をオーバーホールする場合に実行される。

まず、図５（Ａ）に示すように、作業者がカメラ２０１を主軸装置１００の先端部側面が撮像できる位置に設置する（ステップＳ１１）。

次に、作業者は、主軸２０の先端に膜Ｆ１及びリング５０を設置していない状態で、主軸装置１００の先端部側面をカメラ２０１で撮像し、コントローラ２０２を用いて色面積を検出する領域、及び、色面積を設定する（ステップＳ１３）。例えば、作業者は、図５（Ａ）において、斜線で示す領域Ｒ１を色面積を検出する領域として設定し、当該領域Ｒ１の色面積を設定する。

次に、作業者は、主軸２０の先端に膜Ｆ１をセットし、その上にリング５０を設置する（ステップＳ１５）。

次に、作業者は、エアを隙間Ｇから噴出させる（ステップＳ１７）。

主軸２０に芯ずれが生じておらず、エアが主軸２０の全周にわたって偏りなく噴出されている場合には、図５（Ｂ）に示すように膜Ｆ１が浮きあがり、カメラ２０１は、ステップＳ１３で設定された領域Ｒ１の全領域を撮像できる。このため、カメラ２０１で取得される色面積が、ステップＳ１３で設定された色面積と等しくなる。

一方、主軸２０に芯ずれが生じており、図１（Ｄ）で例示したようなエアが噴出されない箇所Ｐ１が存在する場合には、図５（Ｃ）に示すように、ステップＳ１３で設定された領域Ｒ１の一部が撮像されないため、カメラ２０１で取得される色面積が、ステップＳ１３で設定された色面積よりも小さくなる。

そこで、作業者は、コントローラ２０２のディスプレイを確認し、色面積が設定値と等しいか否かを判断する（ステップＳ１９）。

色面積が設定値と等しくない場合（ステップＳ１９／ＮＯ）、作業者は、膜Ｆ１が全体的に浮いているか否かを判断する（ステップＳ３１）。膜Ｆ１が全体的に浮いているが、色面積が設定値と等しくないということは、エア供給量が不足していると考えられる。したがって、膜Ｆ１が全体的に浮いている場合（ステップＳ３１／ＹＥＳ）、作業者は、エア供給量を上げ（ステップＳ３３）、ステップＳ１９に戻る。

一方、膜Ｆ１の一部のみが浮いていない場合、すなわち、膜Ｆ１の一部が主軸装置１００を覆っている場合、エアが噴出されていない箇所があると考えられる。したがって、膜Ｆ１の一部のみが浮いていない場合（ステップＳ３１／ＮＯ）、作業者は、主軸２０の芯合わせを行い（ステップＳ３５）、ステップＳ１９に戻る。

色面積が設定値と等しい場合（ステップＳ１９／ＹＥＳ）、作業者は、エア供給量を下げる（ステップＳ２１）。そして、作業者は、エア供給量を下げることにより、色面積が設定値よりも小さくなったか否かを判断する（ステップＳ２３）。

エア供給量を下げても、色面積が設定値よりも小さくならない場合（ステップＳ２３／ＮＯ）、ステップＳ２１に戻り、更にエア供給量を下げる。

一方、エア供給量を下げることにより、色面積が設定値よりも小さくなった場合（ステップＳ２３／ＹＥＳ）、エア供給量を下げる前のエア供給量が適正量であると考えられる。したがって、ステップＳ２３の判断がＹＥＳの場合、作業者は、エア供給量を変更前の供給量に戻す（ステップＳ２５）。これにより、エア供給量を適切な量に調整できる。

次に、作業者は、全ての検査位置（本実施形態では４か所）において芯ずれの検知を行ったか否かを判定する（ステップＳ２７）。

芯ずれの検知を行っていない位置が存在する場合（ステップＳ２７／ＮＯ）、作業者は、カメラ２０１を次の位置に移動させ（ステップＳ２９）、ステップＳ１３からの処理を再度実行する。例えば、４か所で芯ずれの検知を行う場合、作業者は、カメラ２０１を９０度移動させる。

一方、全ての検査位置において芯ずれの検知を行った場合（ステップＳ２７／ＹＥＳ）、図４の処理を終了する。

以上、詳細に説明したように、本実施形態に係るエアシール構造の検査方法は、軸線Ｌ１まわりに回転する主軸２０と、主軸２０を収容するケース１０と、を備え、主軸２０とケース１０との間に形成された隙間Ｇからエアを噴出する主軸装置１００のエアシール構造の検査方法であって、主軸２０の先端部にケース１０の直径よりも大きな直径を有する円形の膜Ｆ１を設置する工程と、エアを噴出させた状態で、主軸装置１００の先端部を複数方向からカメラで撮像し、複数方向の各方向において先端部の色面積を取得する工程と、各方向において、色面積と各方向に対して設定された閾値（設定値）との比較結果に基づいて、主軸２０の芯ずれを判定する工程と、を含む。主軸２０の芯ずれによってエアが噴出されない箇所では、膜Ｆ１が垂れて主軸装置１００の先端部が覆われるため、色面積が小さくなるので、色面積を設定値と比較することにより、主軸２０の芯ずれを検査することができる。これにより、芯ずれによってエアが噴出されない箇所からクーラントが浸入し、主軸装置１００が故障することを防止できる。また、流量計やセンサ類が不要であるため、安価に検査を実施できる。

なお、上記実施形態では、カメラ２０１で主軸装置１００を撮像する位置を４か所としたが、カメラ２０１の撮像可能範囲に応じて、撮像箇所数は変更することができる。例えば、カメラ２０１を１２０度移動させて、主軸装置１００を３か所で撮像して主軸２０の芯ずれを検知してもよいし、カメラ２０１を１８０度移動させて、主軸装置１００を２箇所で撮像して、主軸２０の芯ずれを検知してもよい。

また、上記実施形態では、画像センサ２００が備えるカメラ２０１とコントローラ２０２とは別体となっていたが、カメラ２０１とコントローラ２０２とは一体化されていてもよい。また、画像センサ２００の代わりに、カメラ２０１と、カメラ２０１に接続されたパーソナルコンピュータ等の情報処理装置とを用いて、色面積を取得してもよい。

上記実施形態は本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、これらの実施例を種々変形することは本発明の範囲内であり、更に本発明の範囲内において、他の様々な実施例が可能であることは上記記載から自明である。

１０ ケース
２０ 主軸
１００ 主軸装置
２０１ カメラ
Ｆ１ 円形の膜
Ｇ 隙間

Claims (1)

1. 軸線まわりに回転する主軸と、前記主軸を収容するケースと、を備え、前記主軸と前記ケースとの間に形成された隙間からエアを噴出する主軸装置のエアシール構造の検査方法であって、
   前記主軸の先端部に前記ケースの直径よりも大きな直径を有する円形の膜を設置する工程と、
   前記エアを噴出させた状態で、前記主軸装置の先端部を複数方向からカメラで撮像し、前記複数方向の各方向において前記先端部の色面積を取得する工程と、
   前記各方向において、前記色面積と前記各方向に対して設定された閾値との比較結果に基づいて、前記主軸の芯ずれを判定する工程と、
   を含むエアシール構造の検査方法。

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