JP2022105813A - 工具位置測定装置、工具位置測定方法、溝加工装置、および溝加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】回転工具に関する位置の測定精度を向上させる。【解決手段】工具位置測定装置１００は、被加工物に接触させる接触球部１０１ａを含み、測定対象の回転工具１０における刃部１０ａの先端側の位置で当該接触球部１０１ａが測定対象の回転工具１０における柄部１０ｂに対して同軸で回転するように取付け可能である導電性の測定子１０１と、測定子１０１における接触球部１０１ａが被加工物に接触したか否かを検出する接触検出部１１１と、回転工具１０が回転している間における接触検出部１１１の検出結果に基づいて、接触検出部１１１が被加工物に接触した接触時間と、接触部が被加工物に接触しなかった非接触時間との合計時間に対する当該接触時間の比を演算する接触時間比演算部１１２とを備える。【選択図】図６

Description

本開示は、工具位置測定装置、工具位置測定方法、溝加工装置、および溝加工方法に関する。

回転工具においては、モータ等の駆動源の回転軸に回転工具の軸部が取り付けられ、当該軸部の回転にしたがって回転する加工部が、被加工物を加工する。回転工具により被加工物を加工する場合には、被加工物の加工精度を高めるために、回転工具に関する位置を正確に測定することが必要とされる。

従来の工具位置測定装置としては、特許第６５７４４８７号公報（特許文献１）に開示されたように、回転工具と被加工物との接触により電圧の変化が発生した瞬間に、回転工具の機械軸の位置が検出され、これによって工作台の上の被加工物の位置が決定されるものがあった。

特許第６５７４４８７号公報（段落００５５、図２）

しかし、回転工具においては、モータのような駆動源の回転軸と回転工具の軸部との取り付け面が摩耗したり、当該取り付け面に加工粉が噛み込まれたりすること等の原因により、駆動源の回転軸に対して、回転工具の軸部の取り付け位置に偏位が生じる場合がある。特許文献１に記載されたような従来の工具位置測定装置では、モータ等の駆動源の回転軸に対する回転工具の軸部の偏位を測定できなかったので、被加工物に対する回転工具に関する位置の測定精度が低下するという問題があった。

本開示は、上記課題を解決するものであり、回転工具に関する位置の測定精度を向上させることを目的とする。

本開示は、駆動源の回転軸に取付けられる軸部と当該軸部の回転に従って回転する加工部とを備える回転工具に関する位置を測定する工具位置測定装置に関する。工具位置測定装置は、被加工物に接触させる接触部を含み、測定対象の回転工具における加工部の先端側の位置で当該接触部が測定対象の回転工具における軸部に対して同軸で回転するように取り付け可能である導電性の測定子と、測定子における接触部が被加工物に接触したか否かを検出する検出部と、回転工具が回転している間における検出部の検出結果に基づいて、接触部が被加工物に接触した接触時間と、接触部が被加工物に接触しなかった非接触時間との合計時間に対する当該接触時間の比を演算する演算部とを備える。

本開示によれば、導電性の測定子における接触部が被加工物に接触したか否かを検出部によって検出し、回転工具が回転している間における検出部の検出結果に基づいて、接触部が被加工物に接触した接触時間と、接触部が被加工物に接触しなかった非接触時間との合計時間に対する当該接触時間の比を演算部によって演算することにより、駆動源における回転軸に対する回転工具における軸部の偏位量を演算することができる。これにより、回転工具の位置に関する測定精度を向上させることができる。

エレベータのロープの溝を加工するロープ溝加工装置７を取り付けた状態を示すエレベータ装置の概略構成図である。 ロープ溝加工装置７を、駆動綱車４およびそらせ車６のような被加工物２０に対して取り付けた状態を示す図である。 測定子１０１を取り付けたロープ溝加工装置７の側面図である。 ロープ溝加工装置７の背面図である。 ロープ溝２０ｈの再生加工時における回転工具１０、ロープ溝２０ｈ、および、回転軸１６の位置関係を表す正面図である。 測定子１０１を取り付けたロープ溝加工装置７、および、工具位置測定装置１００の構成を示す模式図である。 偏位量Ｆがあるときにおける接触球部１０１ａの回転動作を示す図である。 測定子１０１の接触球部１０１ａが被加工物２０に接触した場合における接触球部１０１ａと被加工物２０との間の電気的な導通状態を示すタイミングチャートである。 接触時間比、偏位量、および、加工開始位置を説明するための図である。 工具位置測定装置１００により工具位置を測定する処理およびロープ溝加工装置７により被加工物２０を加工する処理を示すフローチャートである。

以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。以下では、実施の形態について複数の変形例を含めて説明するが、以下に説明する構成を適宜組み合わせることは出願当初から予定されている。なお、図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

［ロープ溝加工装置７の構成］
図１は、エレベータのロープの溝を加工するロープ溝加工装置７を取り付けた状態を示すエレベータ装置の概略構成図である。

図１を参照して、エレベータのかご１は、主ロープ２により懸架される。主ロープ２は、一端がかご１に固定され、他端が釣合い重り３に固定される。機械室等に設置された巻上機（図示省略）の駆動綱車４には、主ロープ２が巻き掛けられる。固定体５は、駆動綱車４および巻上機の駆動機を固定するものであり、機械室等に設けられている。そらせ車６は、主ロープ２が巻き掛けられ、かご１と釣合い重り３との懸架位置を合わせるために用いられる。そらせ車６は、エレベータの固定体５に固定される。駆動綱車４およびそらせ車６は、どちらも導電性を有する金属製の車よりなる。

駆動綱車４には、複数のロープ溝が形成されている。複数のロープ溝には、主ロープ２が巻き掛けられる。そらせ車６には、駆動綱車４と同様に、複数のロープ溝が形成されている。駆動綱車４における複数のロープ溝は、主ロープ２を案内するために用いられる。このような複数のロープ溝は、ロープ溝加工装置７により再生加工される。

ロープ溝加工装置７は、第１ロープ溝加工装置７ａと第２ロープ溝加工装置７ｂとを含む。第１ロープ溝加工装置７ａと第２ロープ溝加工装置７ｂとは、同様に構成されている。第１ロープ溝加工装置７ａは、固定体５の上面において、被加工物２０の１つである駆動綱車４のロープ溝を再生加工可能な状態で取り付けられている。第２ロープ溝加工装置７ｂは、固定体５の下面において、被加工物２０の１つであるそらせ車６のロープ溝を再生加工可能な状態で取り付けられている。ロープ溝加工装置７は、第１ロープ溝加工装置７ａのみで構成されてもよく、または、第２ロープ溝加工装置７ｂのみで構成されてもよい。

［ロープ溝加工装置７および工具位置測定装置１００の構成］
以下においては、第１ロープ溝加工装置７ａと第２ロープ溝加工装置７ｂとの代表例として、１つのロープ溝加工装置７および工具位置測定装置１００を説明する。

図２は、ロープ溝加工装置７を、駆動綱車４、および、そらせ車６のような被加工物２０に対して取り付けた状態を示す図である。図３は、測定子１０１を取り付けたロープ溝加工装置７の側面図である。図４は、ロープ溝加工装置７の背面図である。図２～図４を参照して、ロープ溝加工装置７は、取付部８、加工機器部９、および、可動支持部１３を含む。

取付部８は、ロープ溝加工装置７の基部をなす。取付部８は、エレベータの固定体５にロープ溝加工装置７を着脱自在に固定する。可動支持部１３は、一端が取付部８に取り付けられ、他端に加工機器部９を取り付ける。加工機器部９は、被加工物２０におけるロープ溝のような加工対象を加工する。加工機器部９は、回転工具１０、モータ１１、および、モータ取付板１２を含む。

回転工具１０は、刃部１０ａおよび柄部１０ｂを含む。刃部１０ａは、ロープ溝に当接してロープ溝を除去加工する加工部であり、柄部１０ｂの軸長方向の先端部に取り付けられている。柄部１０ｂは、回転工具１０の回転軸となる軸部であり、軸長方向の末端部がモータ１１の駆動軸（図示省略）に対して同軸的に取り付けられる。刃部１０ａは、表面に加工用の凹凸が形成された略球形の加工部であり、柄部１０ｂの回転に従って回転することにより、接触した被加工物２０を削る加工をする。

モータ１１は、ロープ溝加工装置７の駆動源であり、駆動軸の回転に従って回転工具１０の柄部１０ｂを回転させることにより刃部１０ａが回転する態様で回転工具１０を回転させる。モータ取付板１２は、モータ１１を把持する。回転工具１０は、コレットチャックまたはテーパシャンク方法等の予め定められた取り付け態様で、柄部１０ｂの基部がモータ１１の回転軸に取り付けられる。

ロープ溝加工装置７において、工具位置測定装置１００を用いて回転工具１０の位置を測定する場合には、導電性を有する測定子１０１が回転工具１０の柄部１０ｂに取り付けられる。測定子１０１は、ロープ溝加工装置７における回転工具１０の位置を測定する場合に用いられる。測定子１０１は、加工中は取り外す。

可動支持部１３は、ロープ溝加工装置７の取付部８と加工機器部９との間に設けられる。可動支持部１３は、ソレノイドやサーボモータ等の駆動源により駆動される。可動支持部１３は、加工機器部９を被加工物２０の回転軸方向（ｘ方向＝図２の紙面に垂直の方向）、および、被加工物２０の半径方向（ｚ方向＝図２の紙面の上下方向）に移動自在に支持する。可動支持部１３は、ｘ方向可動器１４と、ｚ方向可動器１５とから構成されている。図３および図４においては、可動支持部１３が、被加工物２０の回転軸方向（ｘ方向）および半径方向（ｚ方向）に伸びた状態が示されている。

ｘ方向可動器１４は、固定端と可動端とを有し、加工機器部９を被加工物２０の回転軸方向（ｘ方向）に移動させることが可能である。ｘ方向可動器１４は、ソレノイド等の駆動源により駆動される。ｘ方向可動器１４は、取付部８に固定端が固定されており、ｘ方向可動器１５が可動端に固定されている。

ｚ方向可動器１５は、固定端と可動端とを有し、加工機器部９を被加工物２０の半径方向（ｚ方向＝図２の紙面の上下方向）に移動させることが可能である。ｚ方向可動器１５は、ソレノイド等の駆動源により駆動される。ｚ方向可動器１５の可動端にはモータ取付板１２が固定されている。ｘ方向可動器１４は、伸縮することによって、ロープ溝のような加工対象の選択と加工位置の微調整とを行う。

例えば被加工物２０に形成されたロープ溝の再生加工は、測定子１０１を取り外した状態で行われる。ロープ溝の再生加工は、主に回転工具１０をｚ方向へ一定の送り速度で送ることによって実施する。つまり、ロープ溝の再生加工は、ｚ方向可動器１５を定速で伸ばすことによって実行する。まず、巻上機における駆動機の回転によって主ロープ２が巻き掛けられた状態のまま被加工物２０が回転し、ロープ溝が移動する。そして、モータ１１により回転工具１０を回転させる。次に、ｚ方向可動器１５を一定速度で伸ばし、回転工具１０の刃部１０ａをロープ溝２０ｈに接触させる。これにより、回転工具１０において、回転する刃部１０ａがロープ溝２０ｈを削ることにより、刃部１０ａによってロープ溝が再生加工される。

［回転工具１０の柄部１０ｂの回転軸１７の偏位量Ｆ］
図５は、ロープ溝２０ｈの再生加工時における回転工具１０、ロープ溝２０ｈ、および、回転軸１６の位置関係を表す正面図である。

回転工具の製作時に、回転工具１０において、刃部１０ａと柄部１０ｂとは、高精度に同軸に製作される。しかし、この柄部１０ｂをモータ１１に取り付ける際に、回転工具１０の柄部１０ｂとモータ１１との取り付け面が摩耗したり、加工粉を噛み込んだりすることにより、モータの回転軸１６の軸心の位置に対して、回転工具１０における柄部１０ｂの回転軸１７の軸心の位置が偏位するおそれがある。このような偏位の偏位量Ｆは、回転工具１０を図中の矢印の方向に回転させるときに、モータ１１の回転軸１６の位置に対して柄部１０ｂの径方向に柄部１０ｂおよび刃部１０ａが振れる量であり、振れ量ともいうことができる。

回転工具１０の半径（以下、工具径という）をｒとする。その工具径ｒは、具体的に、刃部１０ａの半径が柄部１０ｂの半径よりも大きいので、刃部１０ａの半径に相当する。モータの回転によって回転工具１０が回転する最外部は、ｒ＋Ｆの半径の回転円周上にある。つまり、回転工具１０によって加工される被加工物２０のロープ溝２０ｈの半径は、工具径のｒではなく、偏位量Ｆを含む半径（ｒ＋Ｆ）となるように加工される。また、このような偏位量Ｆにより、ロープ溝２０ｈが加工された場合の溝の深さは、工具径ｒよりも偏位量Ｆ分だけ深くなるおそれがある。さらに、溝の幅も、工具径ｒよりも偏位量Ｆ分だけずれるおそれがある。

そこで、このような偏位量Ｆを測定することにより、回転工具１０に関する位置の測定精度を向上させる必要がある。このような偏位量Ｆは、測定子１０１を回転工具１０の先端に取り付けて、測定子１０１を被加工物２０のロープ溝２０ｈに接触させ、測定子１０１により測定された測定子１０１の接触状態のデータに基づき、予め設定された演算式により算出される。

［偏位量Ｆを測定可能な工具位置測定装置１００］
次に、偏位量Ｆを測定可能な工具位置測定装置１００を説明する。図６は、測定子１０１を取り付けたロープ溝加工装置７、および、工具位置測定装置１００の構成を示す模式図である。

測定子１０１は、導電性の金属よりなり、接触球部１０１ａ、接触球軸部１０１ｂ、および、ホルダ部１０１ｃを含む。ホルダ部１０１ｃは、四角形の枠形状の枠部よりなり、枠部内に回転工具１０の刃部１０ａが位置するように、基部が回転工具１０の柄部１０ｂに取り付けられる。測定子１０１におけるホルダ部１０１ｃは、回転工具１０に関する位置の測定時において、他の部品等との干渉を抑制するために、サイズが小さい方が好ましい。

ホルダ部１０１ｃにおける基部に対する反対側の端部には、当該基部が回転工具１０の柄部１０ｂに取り付けられた状態において、回転工具１０の柄部１０ｂと同軸上に位置するような態様で、接触球軸部１０１ｂが形成されている。接触球軸部１０１ｂの先端部には、接触球部１０１ａが取り付けられている。

接触球部１０１ａは、球形状の導電性の金属により形成され、回転工具１０に関する位置の測定時において、被加工物２０に接触させられる。接触球部１０１ａは、回転工具１０の刃部１０ａのような凹凸が形成されていない球形をなしており、表面に、耐摩耗性皮膜、または、表面の焼き入れ硬質化等の耐摩耗性処理が施されている。これにより、接触球部１０１ａは、回転工具１０に関する位置の測定時において、被加工物２０との接触による摩耗が少なくなる。よって、接触球部１０１ａは、回転工具１０に関する位置の測定を繰り返しても、耐摩耗性処理が施されていない場合と比べて、測定結果の再現性を高くすることができる。

測定子１０１は、偏位量Ｆを正確に測定するために、被加工物２０に接触した場合に、変形することが可能となるように弾性を有している（図７参照）。具体的には、接触球軸部１０１ｂが、被加工物２０に接触した場合に変形することが可能となるように弾性を有している。接触球軸部１０１ｂは、弾性を有しているため、被加工物２０に接触した場合に変形するが、被加工物２０に接触しなくなれば、弾性力により元の形状に戻る。

測定子１０１は、例えば中心角度が１２０度毎の３点支持形式のねじ止め構造により、柄部１０ｂの軸長方向に離れた２箇所で、回転工具１０の柄部１０ｂに取り付けられる。測定子１０１は、このような３点のねじ止め位置での各ねじのねじ込み量の調整により、柄部１０ｂの回転軸と接触球軸部１０１ｂとが、高精度で同軸的に取り付けられる。

測定子１０１は、接触球部１０１ａ、接触球軸部１０１ｂ、および、ホルダ部１０１ｃが、別々に形成された部品よりなり、これらの部品が取り付けられて構成されたものでもよい。また、測定子１０１は、接触球部１０１ａ、接触球軸部１０１ｂ、および、ホルダ部１０１ｃが一体的に形成されたものであってもよい。接触球部１０１ａと接触球軸部１０１ｂとは、別々に形成された部品が取り付けられて構成されたものでもよく、一体的に形成されたものであってもよい。接触球軸部１０１ｂとホルダ部１０１ｃとは、別々に形成された部品が取り付けられて構成されたものでもよく、一体的に形成されたものであってもよい。

工具位置測定装置１００は、接触検出部１１１、接触時間比演算部１１２、偏位量演算部１１３、および、接触位置演算部１１４を含む。

接触検出部１１１は、測定子１０１と被加工物２０とに電位差を与え、測定子１０１の接触状態、具体的には接触球部１０１ａの接触状態を電流信号に変換することにより、測定子１０１と被加工物２０との接触状態を検出する。接触時間比演算部１１２は、接触検出部１１１からの検出信号を受ける。

接触時間比演算部１１２は、接触検出部１１１からの検出信号に基づいて、測定子１０１と被加工物である被加工物２０とが接触したと判断されたときにタイマーを起動し、接触時間と非接触時間とを計測する。接触時間比演算部１１２は、下記の（式１）を用いて、接触時間および非接触時間の計測中において、モータ１１の回転軸の回転の１周期の時間中に測定子１０１が被加工物２０に接触した時間が、接触時間および非接触時間の合計時間に対する比である接触時間比Ｒ１，Ｒ２を演算する。

制御装置１２１は、ロープ溝加工装置７が備える制御部であり、ロープ溝加工装置７における可動支持部１３、ｘ方向可動器１４、および、ｚ方向可動器１５のそれぞれの駆動源を制御することにより、ｘ方向可動器１４、および、ｚ方向可動器１５による回転工具１０の位置制御を実行する。制御装置１２１は、モータ１１を制御することにより、回転工具１０の動作制御を実行する。

偏位量演算部１１３は、接触時間比演算部１１２で演算された接触時間比Ｒ１，Ｒ２のデータを接触時間比演算部１１２から収集するとともに、ロープ溝加工装置７が備える制御装置１２１での制御情報に基づく接触位置Ｘ１，Ｘ２のデータを制御装置１２１から収集する。偏位量演算部１１３は、収集した接触時間比Ｒ１，Ｒ２と接触位置Ｘ１，Ｘ２とに基づいて、下記の（式６）を用いて偏位量Ｆを演算する。

接触位置演算部１１４は、偏位量演算部１１３で演算された偏位量Ｆと、予め設定された接触球部１０１ａの半径ｓｒとに基づき、モータ１１の回転軸１６の軸心の位置を基準とした被加工物２０の位置「ｓｒ＋Ｆ」を算出する。接触位置演算部１１４は、偏位量演算部１１３で演算された偏位量Ｆと、予め設定された刃部１０ａの半径ｒとに基づき、回転工具１０に関する位置として、モータ１１の回転軸１６の軸心の位置を基準とした刃部１０ａの位置、すなわち、刃部１０ａによる被加工物２０の加工開始位置「ｒ＋Ｆ」を算出する。

接触位置演算部１１４において演算されたモータ１１の回転軸１６の軸心の位置を基準とした被加工物２０の位置「ｓｒ＋Ｆ」のデータ、および、接触位置演算部１１４において演算されたモータ１１の回転軸１６の軸心の位置を基準とした刃部１０ａによる被加工物２０の加工開始位置「ｒ＋Ｆ」のデータは、制御装置１２１に入力される。

制御装置１２１は、接触位置演算部１１４で演算されたモータ１１の回転軸１６の軸心の位置を基準とした被加工物２０の位置「ｓｒ＋Ｆ」、および、モータ１１の回転軸１６の軸心の位置を基準とした刃部１０ａの位置の情報、すなわち、被加工物２０の加工開始位置「ｒ＋Ｆ」の情報で、加工制御に用いるデータを調整し、加工制御を実行する。

［偏位量Ｆを測定する方法］
次に、偏位量Ｆを測定する方法について具体的に説明する。図７は、偏位量Ｆがあるときにおける触球部１０１ａの回転動作を示す図である。図７においては、偏位量Ｆの説明を容易化するために、被加工物２０が平板のような形状で示されている。図７においては、接触球部１０１ａの回転動作の方向が矢印で示されている。図７においては、基準時間ごとの接触球部１０１ａの存在位置が示されている。

図７（ａ）には、接触球部１０１ａが被加工物２０に接触しない状態での接触球部１０１ａの回転動作が示されている。図７（ｂ）には、接触球部１０１ａが接触位置Ｘ１で被加工物２０に接触している状態での接触球部１０１ａの回転動作が示されている。図７（ｃ）には、接触球部１０１ａが接触位置Ｘ２で被加工物２０に接触している状態での接触球部１０１ａの回転動作が示されている。

図７（ａ）のように、接触球部１０１ａが被加工物２０に接触しない場合には、回転工具１０の柄部１０ｂの回転軸１７の軸心を円の中心とし、偏位量Ｆを半径とした円形の軌道で接触球部１０１ａが回転する。

図７（ｂ）のように、図７（ａ）よりも回転工具１０の柄部１０ｂの回転軸１７が被加工物２０に近づいて、接触球部１０１ａが被加工物２０に対して接触位置Ｘ１のような位置で被加工物２０に接触した場合には、前述したように接触球軸部１０１ｂが変形するので、接触球部１０１ａの回転の軌道が円形とはならない。この場合は、時間経過に従って、接触球部１０１ａが図中の経過時間「Ａ」，「Ｂ」，「Ｃ」のような軌道で被加工物２０に接触する。

図７（ｃ）のように、図７（ｂ）よりも回転工具１０の柄部１０ｂの回転軸１７が被加工物２０に近づいて、接触球部１０１ａが被加工物２０に対して接触位置Ｘ２のような位置で被加工物２０に接触した場合には、前述したように接触球軸部１０１ｂが変形するので、接触球部１０１ａの回転の軌道が円形とはならない。この場合は、時間経過に従って、接触球部１０１ａが図中の経過時間「Ｋ」，「Ｌ」，「Ｍ」のような軌道で、図７（ａ）の場合よりも長時間に亘り被加工物２０に接触する。

次に、接触検出部１１１により、導電性を有する測定子１０１と、導電性を有する被加工物２０とに電位差を与えた状態で接触球部１０１ａが被加工物２０に接触した場合に流れる電流について説明する。

図８は、測定子１０１の接触球部１０１ａが被加工物２０に接触した場合における接触球部１０１ａと被加工物２０との間の電気的な導通状態を示すタイミングチャートである。

図８（ａ）においては、図７（ｂ）のような接触位置Ｘ１で接触球部１０１ａが被加工物２０に接触をした場合の導通状態が示されている。図８（ｂ）においては、図７（ｂ）のような接触位置Ｘ２で接触球部１０１ａが被加工物２０に接触をした場合の導通状態が示されている。図８（ａ）および図８（ｂ）においては、接触検出部１１１により検出される電流値が縦軸に示され、経過時間が横軸に示されている。

図８（ａ）では、図７（ｂ）の経過時間「Ａ」，「Ｂ」，「Ｃ」に対応するタイミングが「Ａ」，「Ｂ」，「Ｃ」で示されている。図８（ｂ）では、図７（ｃ）の経過時間「Ｋ」，「Ｌ」，「Ｍ」に対応するタイミングが「Ｋ」，「Ｌ」，「Ｍ」で示されている。

図８に示されるように、接触球部１０１ａが被加工物２０に接触した瞬間に電流が流れ、接触球部１０１ａが被加工物２０から離れた瞬間に電流が流れなくなる。しがって、接触検出部１１１により検出される電流値に基づいて接触時間を測定する場合には、接触時間の測定の精度を向上させることができる。

次に、接触時間比演算部１１２により演算される接触時間比、偏位量演算部１１３により演算される偏位量、および、接触位置演算部１１４により演算される加工開始位置について説明する。

図９は、接触時間比、偏位量、および、加工開始位置を説明するための図である。図９（ａ）には、接触球部１０１ａが接触位置Ｘ１で被加工物２０に接触する場合の偏位量Ｆと、接触位置Ｘ１との関係が示される。図９（ｂ）には、接触球部１０１ａが接触位置Ｘ２で被加工物２０に接触する場合の偏位量Ｆと、接触位置Ｘ２との関係が示される。

接触時間比Ｒは、モータ１１の回転軸の回転の１周期の時間中において接触球部１０１ａが被加工物２０に接触した時間の割合である。接触時間比Ｒは、下記（式１）のように定義される。下記（式１）において「接触時間＋非接触時間」は、回転の周期に相当する。下記（式１）において「接触時間＋非接触時間」は回転の１周期に相当する。

「接触時間比Ｒ」＝「接触時間」／「接触時間＋非接触時間」…（式１）
接触時間比演算部１１２では、接触位置Ｘ１の接触時間比が、前記（式１）により接触時間比Ｒ１として演算される。接触時間比演算部１１２では、接触位置Ｘ２の接触時間比は、前記（式１）により接触時間比Ｒ２として演算される。

図９（ａ）に示されるように、接触位置Ｘ１において、接触球部１０１ａが被加工物２０への接触を開始する位置Ａから接触球部１０１ａが被加工物２０への接触を終了する位置Ｃに至るまでにモータ１１の回転軸が回転する角度Φ１は、下記（式２）の角度Φ（ラジアン角度Φ）のように定義される。図９（ｂ）に示されるように、接触位置Ｘ２において、接触球部１０１ａが被加工物２０への接触を開始する位置Ｋから接触球部１０１ａが被加工物２０への接触を終了する位置Ｍに至るまでにモータ１１の回転軸が回転する角度Φ２は、下記（式２）の（ラジアン単位の角度Φ）ように定義される。

Φ＝２πＲ…（式２）
前記（式２）は、角度Φが、２π（＝３６０度）に接触時間比Ｒを乗じて得られる角度であることを示している。接触位置Ｘ１についての角度Φ１は、「Φ１＝２π×Ｒ１」で演算される。接触位置Ｘ２についての角度Φ２は、「Φ２＝２π×Ｒ２」で演算される。

図９（ａ）に示すように、接触前の時点での偏位量Ｆは、接触位置Ｘ１での接触球部１０１ａの最大変形状態で最小偏位量Ｈ１まで減少する。図９（ｂ）に示すように、接触前の時点での偏位量Ｆは、接触位置Ｘ２での接触球部１０１ａの最大変形状態で最小偏位量Ｈ２まで減少する。よって、図９（ａ）の接触位置Ｘ１での最小偏位量Ｈ１は三角関数に基づいて下記（式３）で定義される。図９（ｂ）の接触位置Ｘ２での最小偏位量Ｈ２は三角関数に基づいて下記（式４）で定義される。

Ｈ１＝Ｆ×ＣＯＳ（２π×Ｒ１／２）…（式３）
Ｈ２＝Ｆ×ＣＯＳ（２π×Ｒ２／２）…（式４）
図９（ａ），（ｂ）に示すように、最小偏位量Ｈ１，Ｈ２と、接触位置Ｘ１，Ｘ２との関係は、下記（式５）で定義される。

Ｘ１－Ｘ２＝Ｈ１－Ｈ２…（式５）
前記（式５）を前記（式３）および前記（式４）に代入し、前記（式３）および前記（式４）の関係に基づけば、接触位置Ｘ１および接触時間比Ｒ１と、接触位置Ｘ２および接触時間比Ｒ２とから偏位量Ｆを演算する下記（式６）が導き出せる。

Ｆ＝（Ｘ１－Ｘ２）／［ＣＯＳ（π×Ｒ１）－ＣＯＳ（π×Ｒ２）］…（式６）
偏位量演算部１１３では、前記（式６）を用いて、接触位置Ｘ１および接触時間比Ｒ１と、接触位置Ｘ２および接触時間比Ｒ２とから偏位量Ｆが演算される。

［回転工具１０に関する位置を測定する処理およびロープ溝を加工する処理］
次に、工具位置測定装置１００により回転工具１０に関する位置を測定する処理、および、ロープ溝加工装置７により工具位置測定装置１００による回転工具１０に関する位置の測定結果に基づいて被加工物２０を加工する処理を説明する。

図１０は、工具位置測定装置１００により回転工具１０に関する位置を測定する処理およびロープ溝加工装置７により被加工物２０を加工する処理を示すフローチャートである。図１０のフローチャートに示す処理は、例えば制御装置１２１により実行される。また、図１０においては、作業者により実行されるステップが破線により記載されている。

まず、作業者が回転工具１０の柄部１０ｂに測定子１０１のホルダ部１０１ｃを固定することにより、測定子１０１が回転工具１０に取り付けられる（ステップＳ０）。測定子１０１は、測定子１０１における接触球軸部１０１ｂの回転軸が、回転工具１０における柄部１０ｂの回転軸１７と同軸となるように回転工具１０に取り付けられる。

ステップＳ１においては、制御装置１２１により、モータ１１を回転させることに応じて、回転工具１０に取り付けられた測定子１０１を回転させる処理を行う。これにより、前述のような偏位量Ｆが存在する場合には、回転工具１０における柄部１０ｂの回転軸１７が、モータ１１の回転軸１６に対して偏位量Ｆで偏位した状態で回転する。

ステップＳ２においては、制御装置１２１により、可動支持部１３を駆動して、測定子１０１の接触球部１０１ａを移動させて被加工物２０にわずかに接触させる処理を行う。例えば、図７（ｂ）の接触位置Ｘ１のような位置となるように接触球部１０１ａを移動させる。測定子１０１は、偏位量Ｆがあると、接触球部１０１ａが１回転の周期中に被加工物２０に対して接触と非接触とを繰り返す。

ステップＳ３においては、接触検出部１１１により、測定子１０１と被加工物２０とに電位差を与え、接触状態を電流信号に変換する処理を行うことにより、被加工物２０への測定子１０１の接触を検出する処理を行う。ステップＳ４においては、接触時間比演算部１１２により、接触検出部１１１からの信号によってタイマーを起動して接触時間と非接触時間とを計測し、前記（式１）を用いて、接触時間比Ｒ１を算出する演算をする処理を行う。

ステップＳ５においては、偏位量演算部１１３により、接触時間比演算部１１２で演算された接触時間比Ｒ１のデータを接触時間比演算部１１２から収集するとともに、制御装置１２１での制御情報に基づく接触位置Ｘ１のデータを制御装置１２１から収集する処理を行う。ステップＳ６においては、制御装置１２１により、可動支持部１３を駆動して測定子１０１を被加工物２０に向けて移動させる。具体的には、測定子１０１の接触球部１０１ａを被加工物２０に対して微少量だけ近づける。この微少量は想定される偏位量Ｆの半分程度が好ましい。

ステップＳ７においては、接触検出部１１１により、測定子１０１と被加工物２０とに電位差を与え、接触状態を電流信号に変換する処理を行うことにより、被加工物２０への測定子１０１の接触を検出する処理を行う。ステップＳ８においては、接触時間比演算部１１２により、接触検出部１１１からの信号によってタイマーを起動して接触時間と非接触時間とを計測し、前記（式１）を用いて、接触時間比Ｒ２を算出する演算をする処理を行う。

ステップＳ９においては、偏位量演算部１１３により、接触時間比演算部１１２で演算された接触時間比Ｒ２のデータを接触時間比演算部１１２から収集するとともに、制御装置１２１での制御情報に基づく接触位置Ｘ２のデータを制御装置１２１から収集する処理を行う。

ステップＳ１０においては、偏位量演算部１１３により、前記（式６）を用いて、接触位置Ｘ１および接触時間比Ｒ１と、接触位置Ｘ２および接触時間比Ｒ２とから偏位量Ｆを算出する演算をする処理を行う。

ステップＳ１１においては、接触位置演算部１１４により、偏位量演算部１１３で演算された偏位量Ｆと、予め設定された接触球部１０１ａの半径ｓｒとに基づいて、モータ１１の回転軸１６の位置を基準とした被加工物２０の位置「ｓｒ＋Ｆ」を算出する演算をする処理を行う。ステップＳ１２においては、接触位置演算部１１４により、偏位量演算部１１３で演算された偏位量Ｆと、予め設定された刃部１０ａの半径ｒとに基づいて、モータ１１の回転軸１６の位置を基準とした刃部１０ａの位置、すなわち、被加工物２０の加工開始位置「ｒ＋Ｆ」を算出する演算をする処理を行う。

ステップＳ１１において演算されたモータ１１の回転軸１６の位置を基準とした被加工物２０の位置「ｓｒ＋Ｆ」のデータ、および、ステップＳ１２において演算されたモータ１１の回転軸１６の位置を基準とした刃部１０ａの位置、すなわち、被加工物２０の加工開始位置「ｒ＋Ｆ」のデータは、制御装置１２１に入力される。

その後、作業者が回転工具１０の柄部１０ｂから測定子１０１のホルダ部１０１ｃを取り外すことにより、測定子１０１が回転工具１０から取り外される（ステップＳＡ０）。

ステップＳＡ１においては、制御装置１２１により、モータ１１を駆動して回転工具１０を回転させ、ステップＳ１２において演算されたモータ１１の回転軸１６の位置を基準とした刃部１０ａの位置、すなわち、被加工物２０の加工開始位置「ｒ＋Ｆ」のデータに基づいて、加工開始位置「ｒ＋Ｆ」から被加工物２０に対する加工の実行を開始させる処理を行う。

以上に説明したような回転工具１０に関する位置を測定する処理は、基本的に、制御装置１２１により実行が管理されてよい。また、以上に説明したような回転工具１０に関する位置を測定する処理は、工具位置測定装置１００に制御部を設け、当該制御部により実行が管理されてもよい。

［実施の形態の変形例］
なお、工具位置測定装置１００は、ロープ溝加工装置７と一体的に設けられてもよく、別体で設けられてもよい。工具位置測定装置１００は、ロープ溝加工装置７に組み込まれた装置として備えられてもよく、ロープ溝加工装置７とは別の装置として備えられ、回転工具１０に関する位置を測定する場合にロープ溝加工装置７に接続されるものであってもよい。

また、測定子１０１の取り付け、および、取り外しは、作業者が手動により行うものではなく、ロープ溝加工装置７において、測定子１０１の取り付け動作、および、取り外し動作を実行するアクチュエータを備え、制御装置１２１によって、測定子１０１を取り付ける動作を実行する制御と、測定子１０１を取り外す動作を実行する制御とが自動的に実行されるようにしてもよい。

また、工具位置測定装置１００による回転工具に関する位置の測定対象となる加工装置は、ロープ溝を加工する装置に限らず、その他の加工装置であってもよい。被加工物は、駆動綱車４およびそらせ車６以外の被加工物であってもよい。

また、回転工具１０が導電性を有する場合は、測定子１０１を用いなくても、測定子１０１の代わりに回転工具１０の刃部１０ａを用いて前述のような測定方法により回転工具１０に関する位置の測定をすることが可能である。しかし、回転工具１０の刃部１０ａは、表面に加工用の凹凸が形成されており、真の球形とは見なせない。これに対し、球形の接触球部１０１ａを含む測定子１０１を用いて回転工具１０に関する位置の測定をする場合は、接触球部１０１ａが工具として用られないので、接触球部１０１ａを真の球形とすることができる。そのようにした場合は、導電性の回転工具１０を用いて回転工具１０の位置測定をする場合と比べて、回転工具１０に関する位置の測定精度を高くすることができる。接触球部１０１ａは、真球性の精度が高い程、測定精度を高くすることができる。接触球部１０１ａは、面粗度が低い程、測定精度を高くすることができる。

また、前述したような測定子１０１および被加工物への通電は、既存の方法で容易に実現される。例えば、測定子１０１にスリップリングを使用することにより通電する方法、または、モータ取付板１２を絶縁化することによりモータ１１を介して測定子１０１に通電する方法等、種々の方法で通電すればよい。

また、この実施の形態では、測定子１０１は、偏位量Ｆを正確に測定するために、被加工物２０に接触した場合に、変形することが可能となるように弾性を有している。測定子１０１が弾性により変形する部分は、前述したような接触球軸部１０１ｂであってもよく、ホルダ部１０１ｃでもよい。また、測定子１０１が弾性により変形する部分は、前述したような接触球軸部１０１ｂおよびホルダ部１０１ｃの両方であってもよい。

また、測定子１０１の剛性は、「１０ｇｆ／偏位量Ｆ」程度の大きさが適当である。このような剛性であれば、被加工物２０および工具位置測定装置１００におけるその他の部品の変形量は０．００１ｍｍ以下に設計することが可能である。測定子１０１の剛性をこのような剛性に設定すれば、測定子１０１の剛性が偏位量Ｆ測定に悪影響を及ぼさないようにすることができる。

［実施の形態のまとめ］
以上説明した実施の形態について、再び図面を参照して説明する。

本開示のある局面に従うと、本開示は、駆動源であるモータ１１の回転軸に取り付けられる軸部としての柄部１０ｂと当該柄部１０ｂの回転に従って回転する加工部としての刃部１０ａとを備える回転工具１０に関する位置を測定する工具位置測定装置１００に関する。工具位置測定装置１００は、被加工物２０に接触させる接触部としての接触球部１０１ａを含み、測定対象の回転工具１０における刃部１０ａの先端側の位置で当該接触球部１０１ａが測定対象の回転工具１０における柄部１０ｂに対して同軸で回転するように取付け可能である導電性の測定子１０１と、測定子１０１における接触球部１０１ａが被加工物２０に接触したか否かを検出する検出部としての接触検出部１１１と、回転工具１０が回転している間の接触検出部１１１の検出結果に基づいて、接触球部１０１ａが被加工物２０に接触した接触時間と、接触球部１０１ａが被加工物２０に接触しなかった非接触時間との合計時間に対する当該接触時間の比である接触時間比Ｒ１，Ｒ２を演算する演算部である接触時間比演算部１１２を備える。

このような構成とすることによって、導電性の測定子１０１における接触球部１０１ａが被加工物２０に接触したか否かを接触検出部１１１によって検出し、回転工具１０が回転している間の接触検出部１１１の検出結果に基づいて、接触球部１０１ａが被加工物２０に接触した接触時間と、接触球部１０１ａが被加工物２０に接触しなかった非接触時間との合計時間に対する当該接触時間の比である接触時間比Ｒ１，Ｒ２を接触時間比演算部１１２によって演算することにより、モータ１１における回転軸１６の軸心に対する回転工具１０における柄部１０ｂの偏位量を演算することができる。これにより、回転工具１０に関する位置の測定精度を向上させることができる。また、このような構成とすることによって、導電性の測定子１０１における接触球部１０１ａが被加工物２０に接触したか否かを検出することに基づいて、モータ１１における回転軸１６の軸心に対する回転工具１０における柄部１０ｂの軸心の偏位量を演算することができるので、砥石工具のような導電性がない回転工具についても、回転工具に関する位置の測定精度を向上させることができる。

好ましくは、測定子１０１における接触球部１０１ａは、球形状であり、耐摩耗性処理が施されている。このような構成とすることによって、接触球部１０１ａは、回転工具１０に関する位置の測定時において、被加工物２０との接触による摩耗が少なくなる。これにより、接触球部１０１ａは、回転工具１０に関する位置の測定を繰り返しても、耐摩耗性処理が施されていない場合と比べて、測定結果の再現性が高くなるようにすることができる。

より好ましくは、接触検出部１１１は、接触球部１０１ａと被加工物２０とが接触した場合の通電を検出することに基づいて接触検出部１１１が被加工物２０に接触したことを検出する。このような構成とすることによって、接触球部１０１ａが被加工物２０に接触した瞬間に電流が流れ、接触球部１０１ａが被加工物２０から離れた瞬間に電流が流れなくなる。しがって、接触検出部１１１により検出される電流値に基づいて接触時間を測定する場合には、接触時間の測定の精度を向上させることができる。

本開示の他の局面に従うと、本開示は、駆動源であるモータ１１の回転軸に取付けられる軸部としての柄部１０ｂと当該軸部の回転に従って回転する加工部としての刃部１０ａとを備える回転工具１０を測定対象として、被加工物２０に接触させる接触部としての接触球部１０１ａを含み測定対象の回転工具１０における刃部１０ａの先端側の位置で当該刃部１０ａが測定対象の回転工具１０における柄部１０ｂに対して同軸で回転するように導電性の測定子１０１を取り付け、接触球部１０１ａが被加工物２０に接触したか否かを検出部としての接触検出部１１１により検出することに基づき、当該回転工具１０に関する位置を測定する工具位置測定方法に関する。工具位置測定方法は、回転工具を回転させるステップＳ１と、第１移動位置である接触位置Ｘ１における回転工具１０について、接触検出部１１１の検出結果に基づいて、接触球部１０１ａが被加工物２０に接触した接触時間と、接触球部１０１ａが被加工物２０に接触しなかった非接触時間との合計時間に対する当該接触時間の比である接触時間比Ｒ１を演算するステップＳ４と、第２移動位置である接触位置Ｘ２における回転工具１０について、接触検出部１１１の検出結果に基づいて、接触球部１０１ａが被加工物２０に接触した接触時間と、接触球部１０１ａが被加工物に接触しなかった非接触時間との合計時間に対する当該接触時間の比である接触時間比Ｒ２を演算するステップＳ８と、接触位置Ｘ１および接触位置Ｘ２と、接触位置Ｘ１での回転工具１０について演算された接触時間比Ｒ１、および、接触位置Ｘ２での回転工具１０について演算された接触時間比Ｒ２とに基づいて、モータ１１の回転軸の軸心に対する柄部１０ｂの軸心の偏位量を演算するステップＳ１０とを備える。

このような構成とすることによって、導電性の測定子１０１における接触球部１０１ａが被加工物２０に接触したか否かを検出する接触検出部１１１の検出結果に基づいて、接触位置Ｘ１における接触時間比Ｒ１を演算するとともに、接触位置Ｘ２における接触時間比Ｒ２を演算し、接触位置Ｘ１および接触位置Ｘ２と、接触時間比Ｒ１および接触時間比Ｒ２とに基づいて、モータ１１の回転軸の軸心に対する柄部１０ｂの軸心の偏位量が演算されるので、回転工具１０に関する位置の測定精度を向上させることができる。

より好ましくは、回転工具１０における柄部１０ｂに測定子１０１を取付けた後、回転工具１０を回転させるステップＳ１を実行する。このような構成とすることによって、砥石工具のような導電性がない回転工具についても、モータ１１における回転軸１６の軸心に対する回転工具１０における柄部１０ｂの偏位量、および、被加工物２０に対する回転工具に関する位置の測定精度を向上させることができる。

より好ましくは、モータ１１の回転軸の軸心に対する柄部１０ｂの軸心の偏位量を演算するステップＳ１０は、接触位置Ｘ１での接触時間比Ｒ１と、接触位置Ｘ２での接触時間比Ｒ２とに基づいて、柄部１０ｂの軸心の偏位量Ｆを以下の演算式により演算する。

Ｆ＝（Ｘ１－Ｘ２）／［ＣＯＳ（π×Ｒ１）－ＣＯＳ（π×Ｒ２）］
このような構成とすることによって、モータ１１における回転軸１６の軸心に対する回転工具１０における柄部１０ｂの偏位量の測定精度を向上させることができる。

本開示の他の局面に従うと、本開示は、前述の接触検出部１１１の検出結果に基づいて得られる回転工具１０に関する測定位置に基づいて、ステップＳＡ１により、被加工物２０に形成された溝を加工する。このような構成とすることによって被加工物２０を加工する溝形状精度を向上させることができる。

本開示の他の局面に従うと、本開示は、前述のステップＳ１０において演算された偏位量の演算結果に基づいて得られる回転工具１０に関する測定位置に基づいて、被加工物に形成された溝を加工するステップＳＡ１を備えた。このような構成とすることによって被加工物２０を加工する溝形状精度を向上させることができる。

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１００ 工具位置測定装置、１１ モータ、１６ 回転軸、１０ｂ 柄部、１０ａ 刃部、１０ 回転工具、２０ 被加工物、４ 駆動綱車、６ そらせ車、２０ｈ ロープ溝、１０１ａ 接触球部［接触部］、１０１ 測定子、１１１ 接触検出部［検出部］、１１２ 接触時間比演算部［検出部］。

Claims (8)

1. 駆動源の回転軸に取り付けられる軸部と当該軸部の回転に従って回転する加工部とを備える回転工具に関する位置を測定する工具位置測定装置であって、
   被加工物に接触させる接触部を含み、測定対象の回転工具における前記加工部の先端側の位置で当該接触部が測定対象の回転工具における前記軸部に対して同軸で回転するように取付け可能である導電性の測定子と、
   前記測定子における前記接触部が前記被加工物に接触したか否かを検出する検出部と、
   前記回転工具が回転している間における前記検出部の検出結果に基づいて、前記接触部が前記被加工物に接触した接触時間と、前記接触部が前記被加工物に接触しなかった非接触時間との合計時間に対する当該接触時間の比を演算する演算部とを備える、工具位置測定装置。
2. 前記測定子における前記接触部は、球形状であり、耐摩耗性処理が施されている、請求項１に記載の工具位置測定装置。
3. 前記検出部は、前記接触部と前記被加工物とが接触した場合の通電を検出することに基づいて前記接触部が前記被加工物に接触したことを検出する、請求項１または請求項２に記載の工具位置測定装置。
4. 駆動源の回転軸に取付けられる軸部と当該軸部の回転に従って回転する加工部とを備える回転工具を測定対象として、被加工物に接触させる接触部を含み測定対象の回転工具における前記加工部の先端側の位置で当該接触部が測定対象の回転工具における前記軸部に対して同軸で回転するように導電性の測定子を取り付け、前記接触部が前記被加工物に接触したか否かを検出部により検出することに基づき、当該回転工具に関する位置を測定する工具位置測定方法であって、
   前記回転工具を回転させるステップと、
   第１移動位置における前記回転工具について、前記検出部の検出結果に基づいて、前記接触部が前記被加工物に接触した接触時間と、前記接触部が前記被加工物に接触しなかった非接触時間との合計時間に対する当該接触時間の比を演算するステップと、
   第２移動位置における前記回転工具について、前記検出部の検出結果に基づいて、前記接触部が前記被加工物に接触した接触時間と、前記接触部が前記被加工物に接触しなかった非接触時間との合計時間に対する当該接触時間の比を演算するステップと、
   前記第１移動位置および前記第２移動位置と、前記第１移動位置での前記回転工具について演算された前記接触時間の比、および、前記第２移動位置での前記回転工具について演算された前記接触時間の比とに基づいて、前記回転軸の位置に対する前記軸部の位置の偏位量を演算するステップとを備える、工具位置測定方法。
5. 前記回転工具における前記軸部に前記測定子を取付けた後、前記回転工具を回転させるステップを実行する、請求項４に記載の工具位置測定方法。
6. 前記回転軸の軸心に対する前記軸部の軸心の偏位量を演算するステップは、前記第１移動位置Ｘ１での前記接触時間の比Ｒ１と、前記第２移動位置Ｘ２での前記接触時間の比Ｒ２とに基づいて、前記軸部の軸心の偏位量Ｆを以下の演算式により演算する、請求項４または請求項５に記載の工具位置測定方法。
   Ｆ＝（Ｘ１－Ｘ２）／［ＣＯＳ（π×Ｒ１）－ＣＯＳ（π×Ｒ２）］
7. 請求項１～３のいずれか１項に記載の工具位置測定装置を備え、前記検出部の検出結果に基づいて得られる前記回転工具に関する位置に基づいて、前記被加工物に形成された溝を加工する、溝加工装置。
8. 請求項４または５に記載の工具位置測定方法において演算された前記偏位量の演算結果に基づいて得られる前記回転工具に関する位置に基づいて、前記被加工物に形成された溝を加工するステップとを備えた、溝加工方法。
   

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