JP2022114895A - 機上測定システム - Google Patents

Abstract

【課題】研削加工のインプロセスにおいて、安価且つ短時間で研削における加工品質を取得することができる機上測定システムを提供すること。【解決手段】機上測定システムＨは、機上測定装置２０と出力装置３０とを備える。機上測定装置２０は、研削装置１０に設けられている定寸装置を含むと共に高周波成分測定装置２５を備える。そして、機上測定装置２０は、工作物Ｗの表面を周方向及び軸方向にて螺旋状に測定すると共に、軸方向の同一位置にて測定し、低周波成分及び高周波成分を含む測定データを出力する。出力装置３０は、機上測定装置２０から出力された測定データの低周波成分及び高周波成分を用いて、研削装置１０によって研削された工作物Ｗの加工品質に関連する複数の解析を行い、複数の解析結果を出力する。【選択図】図１

Description

本発明は、機上測定システムに関する。

従来から、例えば、特許文献１に開示された自動寸法計測装置が知られている。この自動寸法計測装置は、真円度解析処理を行う制御部を備える。そして、制御部は、定寸装置で測定した測定データに基づいて工作物を定寸加工するように研削装置を制御すると共に、定寸装置の測定データに基づいて工作物の真円度を解析するようになっている。

特開２００６－１５３８９７号公報

ところで、従来の自動寸法計測装置は、定寸装置による測定データを用いて、真円度を解析するのみである。工作物を研削する場合、工作物の形状、研削された表面状態、研削装置の作動状態等を測定し、研削装置によって研削された工作物の加工品質が把握できることが望ましい。このため、通常においては、工作物の形状、研削された表面状態、研削装置の作動状態等の各々を測定するための複数の装置が設けられる場合がある。その結果、研削装置を含むシステム全体が複雑化して高価になると共に、加工品質を取得するまでに時間を要する場合がある。

本発明は、研削加工のインプロセスにおいて、安価且つ短時間で研削における加工品質を取得することができる機上測定システムを提供することを目的とする。

機上測定システムは、研削装置に設けられて、研削装置にて砥石車により研削した工作物の表面状態を測定し、工作物の表面状態を表す測定データを出力する機上測定装置と、機上測定装置が工作物の表面における測定位置を少なくとも周方向に工作物に対して相対移動させることによって測定した測定データを取得し、測定データの周波数成分のうちの低周波成分と、測定データの周波数成分のうちの低周波成分よりも高周波領域の高周波成分と、測定データの周波数成分のうちの低周波数成分及び高周波成分と、のうちの何れかを用いて、研削装置によって研削された工作物の加工品質に関連する複数の解析を行い、複数の解析結果を出力する出力装置と、を備える。

機上測定システムによれば、研削装置に設けられた機上測定装置が工作物の表面状態を測定し、出力装置が機上測定装置から取得した測定データの低周波成分と、高周波成分と、低周波成分及び高周波成分との何れかの測定データを用いて工作物の加工品質に関連する複数の解析を行うことができる。そして、出力装置は、解析によって得られた複数の解析結果を出力することができる。

これにより、機上測定システムにおいては、例えば、測定データの低周波成分のみ、測定データの高周波成分のみ、或いは、測定データの低周波成分及び高周波成分の両方を用いて複数の解析結果を出力することができる。又、機上測定システムにおいては、例えば、測定データの第一の低周波成分及び第二の低周波成分、測定データの第一の高周波成分及び第二の高周波成分、測定データの第一の低周波成分及び第二の高周波成分、或いは、測定データの第二の低周波成分及び第一の高周波成分等、低周波成分及び高周波成分を適宜組み合わせて用い、複数の解析結果を出力することもできる。

従って、機上測定システムによれば、工作物の表面状態を測定する簡素な構成の機上測定装置を用いることができるため、システムの構成を簡素化して安価にすることができる。又、機上測定システムによれば、機上測定装置によって測定された測定データの低周波成分及び高周波成分を適宜組み合わせて用いることにより、複数の測定装置から各々の測定データを集めて解析する場合に比べて、解析結果を得るまでの時間を短縮することができる。

研削装置の構成を示す平面図である。 機上測定装置を説明するための図である。 研削装置の研削工程を示すフローチャートである。 工作物の表面性状を説明するための図である。 砥石起因による表面性状を説明するための図である。 砥石起因による表面性状を説明するための図である。 心間相対振動起因による表面性状を説明するための図である。 機上測定システムの構成を示すブロック図である。 第一測定データの測定を説明するための図である。 第二測定データの測定を説明するための図である。 出力装置の第一データ解析処理部の構成を示すブロック図である。 出力装置の第二データ解析処理部の構成を示すブロック図である。 出力装置の出力処理部の構成を示すブロック図である。 出力処理部による工作物の形状に関する解析結果を説明するための図である。 出力処理部による機械状態に関する解析結果を説明するための図である。 出力処理部による加工品質に関する解析結果（マップ）を説明するための図である。 出力処理部による加工品質に関する解析結果（マップ）を説明するための図である。 出力処理部による加工品質に関する解析結果（マップ）を説明するための図である。 出力処理部による加工品質に関する解析結果（マップ）を説明するための図である。 出力処理部による加工品質に関する解析結果（マップ）を説明するための図である。

以下、機上測定システムＨについて図面を参照しながら説明する。機上測定システムＨは、図１に示すように、研削装置１０、機上測定装置２０、出力装置３０を備える。又、本例の機上測定システムＨは、画像出力装置４０を備える。

本例の機上測定システムＨは、研削装置１０によって研削中或いは研削された後の工作物Ｗの表面（研削面）を機上測定装置２０が測定し、出力装置３０が機上測定装置２０によって測定された測定データに基づいて各種データ解析処理を行って工作物Ｗの加工品質に関連する複数の解析結果を出力する。そして、本例の画像出力装置４０は、出力装置３０から出力された複数の解析結果を画像として出力する。

ここで、機上測定装置２０が検出する測定データとしては、例えば、工作物Ｗの表面状態（表面性状）に対応して発生する振動の加速度や、振動の変位（振幅）等を例示することができる。又、機上測定装置２０は、工作物Ｗに直接的又は間接的に接触して測定データを測定することが可能であると共に、工作物Ｗに接触することなく（非接触により）測定データを測定することが可能である。尚、本例においては、機上測定装置２０が工作物Ｗの表面における変位及び変位に関連する加速度を測定する場合を例示して説明する。

（１．研削装置１０の構成）
図１及び図２に示すように、研削装置１０は、ベッド１１、砥石車１２、砥石台１３、主軸台１４、心押台１５、主軸テーブル１６、及び、制御器１７を備えると共に、機上測定装置２０を備える。工作物Ｗは、回転軸方向の両端を、主軸台１４及び心押台１５に支持され、回転する。尚、本例においては、工作物Ｗが円柱状又は円筒状である場合を例示する。研削装置１０は、回転する工作物Ｗの表面（外周面）に砥石車１２を当接させ、研削することにより工作物Ｗの形状を形成する。

砥石車１２は、Ｚ軸に平行な軸線回りに回転可能に砥石台１３に支持される。ベッド１１上には、砥石台案内部１１ａが固定され、砥石台１３は、Ｘ軸方向に移動可能に砥石台案内部１１ａに支持される。砥石車１２には、制御器１７によって制御される砥石回転モータ１２ａから回転駆動力が付与され、砥石車１２が回転軸回りに回転する。砥石車１２は、砥石台１３がＸ軸方向に移動することにより、Ｘ軸方向に離間して設置された工作物Ｗに接近し、工作物Ｗを研削する。

ベッド１１上において、砥石台案内部１１ａからＸ軸方向に離間した位置に、主軸テーブル案内部１１ｂが固定される。主軸テーブル案内部１１ｂは、主軸テーブル１６をＺ軸方向に移動可能に支持する。主軸テーブル１６の上には、主軸台１４及び心押台１５が対向配置される。工作物Ｗは、その両端が主軸台１４及び心押台１５に回転可能に支持されており、制御器１７によって制御される主軸回転モータ１４ａから回転駆動力が付与され、回転する。

（２．機上測定装置２０の構成）
本例の機上測定装置２０は、所謂、定寸装置を含んで形成される。機上測定装置２０は、図１及び図２に示すように、工作物Ｗの表面に接触する接触部である一対の測定子２１と、測定子２１を支持する一対のフィンガー２２を備える。測定子２１は、図２に示すように、工作物Ｗの回転中心Ｏを挟んだ２点において工作物Ｗの表面に当接するように設けられる。一対のフィンガー２２は、先端部分に測定子２１を備え、基端部分を脱着することによって交換可能とされている。そして、機上測定装置２０は、軸方向移動装置２３に支持され、工作物Ｗの軸方向、即ち、Ｚ軸方向に移動可能である。機上測定装置２０のＺ軸方向の移動は、軸方向移動制御部２４によって制御される。尚、Ｚ軸方向への移動は、軸方向移動装置２３によるものに限定されず、例えば、研削装置１０の主軸及び心押軸のシフト機能を用いることも可能である。

機上測定装置２０は、測定子２１の機械的変位を変位及び加速度に関連した電気信号に変換することにより、工作物Ｗの表面状態としての工作物Ｗの外周の凹凸を測定する。ここで、機上測定装置２０は、例えば、６０Ｈｚ未満の周波数領域で工作物Ｗの外径即ち工作物Ｗの表面状態を測定する。即ち、機上測定装置２０は、工作物Ｗの表面状態の周波数特性うち、低周波成分を測定することができる。

又、機上測定装置２０は、一対のフィンガー２２のうちの少なくとも一方に組み付けられた高周波成分測定装置２５を有する。本例の高周波成分測定装置２５は、フィンガー２２に組み付けられることによって追加された加速度センサを主に備え、工作物Ｗの表面状態の周波数特性のうち、例えば、６０Ｈｚ以上の周波数領域で、工作物Ｗの表面状態における変位値に関連する加速度を測定する。即ち、高周波成分測定装置２５は、測定子２１が工作物Ｗの表面に接触した状態で工作物Ｗに対して相対移動した際にフィンガー２２に発生する変位（振動）に伴う加速度を、工作物Ｗの表面状態の周波数特性うちの低周波成分よりも高周波領域である高周波成分として測定する。

ここで、本例においては、高周波成分測定装置２５として加速度センサを、フィンガー２２に組み付けて（追加して）用いる場合を例示する。但し、高周波成分測定装置２５としては、加速度センサを追加することに限られるものではなく、例えば、ローパスフィルタを省略したアナログ出力アンプや、高周波デジタル出力アンプ等の定寸装置に設けられているものを用いることができる。この場合は、機上測定装置２０は、加速度ではなく変位を測定するため、後述する加速度から変位に変換する処理が不要になる。

（３．研削装置１０による工作物Ｗの研削工程）
研削装置１０は、図３に示す複数の工程を経て工作物Ｗを研削する。研削工程は、砥石送り速度の違いによって分けられ、粗研工程Ｓｔ１、精研工程Ｓｔ２、微研工程Ｓｔ３、スパークアウト工程Ｓｔ４の順で行われる。各工程の砥石送り速度は、粗研工程Ｓｔ１＞精研工程Ｓｔ２＞微研工程Ｓｔ３＞スパークアウト工程Ｓｔ４となる。粗研工程Ｓｔ１では、工作物Ｗの大まかな形状を形成する。続く精研工程Ｓｔ２及び微研工程Ｓｔ３では、砥石送り速度を小さくしながら、工作物Ｗの表面形状を整える。最後のスパークアウト工程Ｓｔ４では、工作物Ｗの表面の仕上げを行い、工作物Ｗを完成させる。

ここで、機上測定システムＨにおいては、機上測定装置２０が、工作物Ｗの研削中である粗研工程Ｓｔ１からスパークアウト工程Ｓｔ４までの間、或いは、研削が完了するスパークアウト工程Ｓｔ４後に工作物Ｗの表面状態を測定することが好ましい。尚、機上測定システムＨは、インプロセスにおいて、後述する加工品質に関連する複数の解析結果を出力するものであるが、インプロセスとは、工作物Ｗが研削装置１０から取り外されるまでの期間であって、スパークアウト工程Ｓｔ４後も含む。

（４．出力装置３０の概要）
次に、出力装置３０の概要について説明する。図４に示すように、研削装置１０によって研削された工作物Ｗの加工品質の１つである表面性状Ｓは、種々の要因に起因して決定される。即ち、工作物Ｗの表面性状Ｓは、図４にて実線及び二点鎖線により示すように、砥石車１２の研削面の表面状態が転写される砥石起因による表面性状Ｓ１と、図４にて破線により示すように、砥石車１２と工作物Ｗとの間つまり心間の相対的な変動により発生する振動が転写される心間相対振動起因による表面性状Ｓ２とが合成されたものである。

そして、表面性状Ｓ、即ち、表面性状Ｓ１及び表面性状Ｓ２は、機上測定装置２０によって測定データとして測定される。ここで、機上測定装置２０によって測定される測定データは、測定子２１によって測定される低周波成分と、高周波成分測定装置２５によって測定される高周波成分とを含む。従って、表面性状Ｓは、低周波成分と高周波成分とが合成されて決定されるとも言える。

砥石起因による表面性状Ｓ１は、工作物Ｗの周方向及び軸方向における表面性状であり、図５及び図６に示すように、砥石表面凹凸が転写された高周波成分の表面性状Ｓ１１と、低周波成分を含んで静的な工作物基準半径の表面性状Ｓ１２とが合成されている。ここで、表面性状Ｓ１１は、例えば、工作物Ｗの１断面の周方向における砥石起因の凹凸であるびびり振動（以下、「びびり度」と称呼する。）や、工作物Ｗの軸方向におけるびびり度のばらつきの程度（以下、「うろこ度」と称呼する。）等の加工精度を反映する。

又、心間相対振動起因による表面性状Ｓ２は、工作物Ｗの１断面の周方向における表面性状であり、図７に示すように、低周波成分と高周波成分とが合成されている。即ち、表面性状Ｓ２は、高周波成分である表面性状Ｓ２１と、低周波成分である表面性状Ｓ２２とが合成されている。ここで、表面性状Ｓ２は、例えば、真円度や研削加工面の振れ量、同軸度等の加工精度に依存する工作物Ｗの形状と、研削装置１０の振動や、加工時の自励振動、スパークアウト効果等の機械状態及び機械加工状態とを反映する。

そこで、本例の出力装置３０は、機上測定装置２０によって測定された測定データから低周波成分と高周波成分とを抽出する。そして、出力装置３０は、抽出した（取得した）低周波成分及び高周波成分について各種データ解析処理を行い、各種データ解析処理を用いた複数の解析結果を出力する。

（４－１．出力装置３０の構成）
出力装置３０は、図８に示すように、基礎データ取得部３１と、第一データ解析処理部３２と、第二データ解析処理部３３と、出力処理部３４と、を備える。

（４－２．基礎データ取得部３１）
基礎データ取得部３１は、研削中或いは研削した後に機上測定装置２０によって検出された測定データ（変位及び加速度）を取得する。具体的に、基礎データ取得部３１は、図８に示すように、機上測定装置２０から出力された第一測定データＫ１を第一基礎データＤ１として取得すると共に、第二測定データＫ２を第二基礎データＤ２として取得する。

ここで、機上測定装置２０は、先ず、図９に示すように、工作物Ｗの表面状態に応じた変位及び加速度を測定する測定位置を工作物Ｗに対して周方向及び軸方向にて相対的に螺旋状に移動させた場合の第一測定データＫ１を検出し、基礎データ取得部３１に出力する。即ち、第一基礎データＤ１を取得する場合、工作物Ｗを回転させた状態で、機上測定装置２０の測定子２１を工作物Ｗの表面に接触させ、軸方向移動装置２３により、機上測定装置２０を工作物Ｗの軸方向に連続的に移動させる。ここで、本例の測定位置は、機上測定装置２０の測定子２１が工作物Ｗの表面に接触する位置である。又、第一測定データＫ１には、低周波成分の測定データ（変位）と高周波成分測定装置２５によって測定された高周波成分の測定データ（加速度）とが含まれる。

又、機上測定装置２０は、図１０に示すように、測定位置を螺旋状に移動させることなく、測定位置を軸方向にて同一の位置（軸方向の同一位置）又は軸方向にて離間的に移動させた場合の工作物Ｗの外周面１周分の第二測定データＫ２を検出し、基礎データ取得部３１に出力する。即ち、工作物Ｗを回転させた状態で、機上測定装置２０の測定子２１を工作物Ｗの表面に接触させ、軸方向移動装置２３により、機上測定装置２０を工作物Ｗの軸方向の同一位置にて停止させる。ここで、第二測定データＫ２には、低周波成分の測定データ（変位）と高周波成分測定装置２５によって測定された高周波成分の測定データ（加速度）とが含まれる。

基礎データ取得部３１は、螺旋状に検出された第一測定データＫ１を第一基礎データＤ１として取得する。又、基礎データ取得部３１は、軸方向同一位置で取得された１周分の第二測定データＫ２を第二基礎データＤ２として取得する。そして、基礎データ取得部３１は、第一基礎データＤ１及び第二基礎データＤ２を、第一データ解析処理部３２及び第二データ解析処理部３３の各々に出力する。

ここで、第一基礎データＤ１及び第二基礎データＤ２は、変位及び加速度に関する時系列データである。尚、第一基礎データＤ１及び第二基礎データＤ２は、一般的には、時間軸を基準とするデータとして取得されるが、時間及び工作物Ｗの回転速度から、工作物Ｗの回転角度を基準とするデータに変換されても良い。

（４－３．第一データ解析処理部３２）
第一データ解析処理部３２は、第一基礎データＤ１及び第二基礎データＤ２の周波数特性のうち、低周波成分を抽出し、抽出した低周波成分について後述する各種データ解析処理を行うことにより、複数の第一解析結果を算出する。このため、第一データ解析処理部３２は、図１１に示すように、低周波成分抽出部３２１、スパイラル低周波波形生成部３２２、低周波心間相対振動波形生成部３２３、工作物基準半径算出部３２４を主に備える。

低周波成分抽出部３２１は、基礎データ取得部３１から取得した第一基礎データＤ１について高速フーリエ変換（以下、「ＦＦＴ」と称呼する。）を行い、第一基礎データＤ１の周波数特性のうち、低周波成分Ｄ１１を抽出する。又、低周波成分抽出部３２１は、基礎データ取得部３１から取得した第二基礎データＤ２についてＦＴＴを行い、第二基礎データＤ２の周波数特性のうち、第一解析結果である低周波成分Ｄ２１を抽出する。ここで、低周波成分抽出部３２１は、低周波成分として、例えば、６０Ｈｚ未満（波形として１５～５０山程度）の周波数範囲となる第一基礎データＤ１及び第二基礎データＤ２の低周波成分を抽出する。

スパイラル低周波波形生成部３２２は、低周波成分抽出部３２１によって抽出された第一基礎データＤ１の低周波成分Ｄ１１について逆高速フーリエ変換（以下、「逆ＦＦＴ」と称呼する。）を行う。ここで、第一基礎データＤ１は、機上測定装置２０によって工作物Ｗの外周面（表面）に沿って螺旋状に検出された第一測定データＫ１（変位）である。これにより、スパイラル低周波波形生成部３２２は、工作物Ｗの螺線方向における変位変動即ち振動の低周波成分Ｄ１１の波形を表すスパイラル低周波波形ＳＬＷを第一解析結果として算出する。

低周波心間相対振動波形生成部３２３は、低周波成分抽出部３２１によって抽出された第二基礎データＤ２の低周波成分Ｄ２１について逆ＦＦＴを行う。ここで、第二基礎データＤ２は、機上測定装置２０によって工作物Ｗの軸方向の同一位置にて検出された第二測定データＫ２（変位）である。これにより、第二基礎データＤ２の低周波成分Ｄ２１について逆ＦＦＴを行うと、工作物Ｗの周方向（１周）における変位変動即ち振動の低周波成分Ｄ２１を表す１断面低周波波形が得られる。

ところで、１断面低周波波形は、例えば、研削装置１０におけるポンプ脈動や工作物Ｗのセット精度等、１つの工作物Ｗの研削中に大きく変化しない砥石車１２と工作物Ｗとの相対位置即ち心間距離の変化に起因して発生する相対振動（低周波心間相対振動）を表し、１つの工作物Ｗについて工作物Ｗの軸方向に沿って同一とみなすことができる。従って、低周波心間相対振動波形生成部３２３は、逆ＦＦＴを行うことによって得られる１断面低周波波形を、第一解析結果である低周波心間相対振動波形ＬＤＶとして算出する。

工作物基準半径算出部３２４は、スパイラル低周波波形生成部３２２によって生成されたスパイラル低周波波形ＳＬＷと、低周波心間相対振動波形生成部３２３によって生成された低周波心間相対振動波形ＬＤＶと、を用いて、研削された工作物Ｗの表面において砥石車１２の研削面の表面状態が転写されることに起因する工作物基準半径Ｒを算出する。具体的に、工作物基準半径算出部３２４は、スパイラル低周波波形ＳＬＷから低周波心間相対振動波形ＬＤＶを減算することにより、工作物基準半径Ｒを第一解析結果として算出する。

ここで、低周波心間相対振動波形ＬＤＶは、上述したように、工作物Ｗの軸方向にて同一とみなした１断面低周波波形である。このため、工作物基準半径算出部３２４は、下記式１に従い、スパイラル低周波波形ＳＬＷの螺旋回数Ｃに一致する数だけ低周波心間相対振動波形ＬＤＶを加算し（複写し）、スパイラル低周波波形ＳＬＷから減算することにより、工作物基準半径Ｒを算出する。
Ｒ＝ＳＬＷ－Ｃ×ＬＤＶ …式１

（４－４．第二データ解析処理部３３）
第二データ解析処理部３３は、第一基礎データＤ１及び第二基礎データＤ２の周波数特性のうち、高周波成分を抽出し、抽出した高周波成分について後述する各種データ処理を行うことにより、複数の第二解析結果を算出する。このため、第二データ解析処理部３３は、図１２に示すように、スパイラル高周波成分抽出部３３１、１断面高周波成分抽出部３３２、スパイラル高周波波形生成部３３３、高周波心間相対振動波形生成部３３４、砥石表面凹凸算出部３３５を主に備える。

スパイラル高周波成分抽出部３３１は、基礎データ取得部３１から取得した第一基礎データＤ１についてＦＦＴを行い、更に加速度データを変位データに変換することにより、第一基礎データＤ１の周波数特性のうち、高周波成分をスパイラル高周波成分Ｄ１２として抽出する。ここで、第一基礎データＤ１は、機上測定装置２０によって工作物Ｗの外周面に沿って螺旋状に検出された第一測定データＫ１（加速度）である。又、スパイラル高周波成分抽出部３３１は、高周波成分として、例えば、６０Ｈｚ以上且つ機上測定装置２０による検出上限の周波数以下（波形として５０～５００山程度）の周波数範囲の周波数特性を、スパイラル高周波成分Ｄ１２として抽出する。

１断面高周波成分抽出部３３２は、基礎データ取得部３１から取得した第二基礎データＤ２についてＦＦＴを行い、更に加速度データを変位データに変換することにより、第二基礎データＤ２の周波数特性のうち、高周波成分Ｄ２２を抽出する。更に、１断面高周波成分抽出部３３２は、抽出した高周波成分Ｄ２２から砥石車１２の回転数に対応する砥石回転周波数成分ｆｇ及びその高調波を除外した高周波成分を、１断面高周波成分Ｄ２２１として抽出する。

ここで、第二基礎データＤ２は、機上測定装置２０によって工作物Ｗの軸方向の同一位置にて検出された第二測定データＫ２（加速度）である。これにより、第二基礎データＤ２から抽出された高周波成分は、工作物Ｗの周方向にて１周分、即ち、工作物Ｗの１断面に対応するものである。又、１断面高周波成分抽出部３３２も、高周波成分として、例えば、６０Ｈｚ以上且つ機上測定装置２０による検出上限の周波数以下（波形として５０～５００山程度）の周波数範囲を、高周波成分Ｄ２２として抽出する。

スパイラル高周波波形生成部３３３は、スパイラル高周波成分抽出部３３１によって抽出された第一基礎データＤ１のスパイラル高周波成分Ｄ１２について逆ＦＦＴを行う。これにより、スパイラル高周波波形生成部３３３は、工作物Ｗの螺線方向における変位変動即ち振動のスパイラル高周波成分Ｄ１２の波形を表すスパイラル高周波波形ＳＨＷを第二解析結果として算出する。

高周波心間相対振動波形生成部３３４は、１断面高周波成分抽出部３３２によって抽出された第二基礎データＤ２の１断面高周波成分Ｄ２２１について逆ＦＦＴを行う。これにより、第二基礎データＤ２の高周波成分から砥石回転周波数成分ｆｇ及びその高調波を除外した１断面高周波成分Ｄ２２１について逆ＦＦＴを行うと、工作物Ｗの周方向（１周）における変位変動即ち振動の１断面高周波成分Ｄ２２１を表す１断面高周波波形が得られる。

ところで、１断面高周波成分Ｄ２２１は、砥石車１２の回転数に対応する砥石回転周波数成分ｆｇ及びその高調波を含まない。従って、１断面高周波波形は、砥石車１２の回転数に対応する砥石回転周波数成分ｆｇ及びその高調波以外の、工作物Ｗの表面性状Ｓ（より詳しくは、心間相対振動起因による表面性状Ｓ２における表面性状Ｓ２２）に影響を与える振動を表す。ここで、工作物Ｗの表面性状Ｓ２２に影響を与える振動としては、例えば、砥石台１３や主軸テーブル１６の移動を制御するサーボモータの回転、外部から加えられる振動、自励びびり等を挙げることができる。

このため、１断面高周波波形は、砥石車１２と工作物Ｗとの相対位置即ち心間距離の高周波領域における変化に起因して発生する相対振動（高周波心間相対振動）を表し、１断面低周波波形と同様に、１つの工作物Ｗについて工作物Ｗの軸方向に沿って同一とみなすことができる。従って、高周波心間相対振動波形生成部３３４は、逆ＦＦＴを行うことによって得られる１断面高周波波形を、第二解析結果である高周波心間相対振動波形ＨＤＶとして算出する。

砥石表面凹凸算出部３３５は、スパイラル高周波波形生成部３３３によって生成されたスパイラル高周波波形ＳＨＷと、高周波心間相対振動波形生成部３３４によって生成された高周波心間相対振動波形ＨＤＶと、を用いて、研削された工作物Ｗの外周面において砥石車１２の研削面の表面状態が転写されることに起因する砥石表面凹凸Ｐを算出する。具体的に、砥石表面凹凸算出部３３５は、スパイラル高周波波形ＳＨＷから高周波心間相対振動波形ＨＤＶを減算することにより、砥石表面凹凸Ｐを第二解析結果として算出する。

ここで、高周波心間相対振動波形ＨＤＶは、上述したように、工作物Ｗの軸方向にて同一とみなした１断面高周波波形である。このため、砥石表面凹凸算出部３３５は、下記式２に従い、スパイラル高周波波形ＳＨＷの螺旋回数Ｃに一致する数だけ高周波心間相対振動波形ＨＤＶを加算し（複写し）、スパイラル高周波波形ＳＨＷから減算することにより、砥石表面凹凸Ｐを算出する。
Ｐ＝ＳＨＷ－Ｃ×ＨＤＶ …式２

（４－５．出力処理部３４）
出力処理部３４は、第一データ解析処理部３２によって算出された複数の第一算出結果及び第二データ解析処理部３３によって算出された複数の第二算出結果を用いて、複数の解析結果を処理して出力することが可能である。以下、出力される複数の解析結果を例示して説明する。

出力処理部３４が出力する複数の解析結果は、研削装置１０によって研削された工作物Ｗの加工品質に関連するものである。加工品質としては、上述した表面性状Ｓ２に関連する工作物Ｗの真円度や、研削加工面の振れ量、工作物Ｗの同軸度等の工作物Ｗの形状（加工精度）を例示することができる。又、加工品質に関連して、研削装置１０の加工状態及び研削装置１０の機械状態を挙げることができる。加工状態は、加工精度に含まれ、スパークアウトの状態や砥石車１２の切れ味状態を挙げることができる。機械状態としては、研削装置１０の振動（機械振動）を挙げることができる。

そして、これらの加工品質、加工状態及び機械状態については、機上測定装置２０が工作物Ｗの研削中において軸方向の同一位置にて測定された第二測定データＫ２（第二基礎データＤ２）を用いて得られる解析結果である。このため、これらの解析結果は、研削装置１０が工作物Ｗを研削する加工毎即ち全数の工作物Ｗについて出力される。

又、加工品質としては、加工精度に含まれる工作物Ｗの表面性状Ｓ（表面性状Ｓ１）や線粗さ等を例示することができる。そして、これらの加工品質（加工精度）については、工作物Ｗが研削された後、機上測定装置２０が工作物Ｗの周方向及び軸方向にて測定された第一測定データＫ１（第一基礎データＤ１）と、軸方向の同一位置にて測定された第二測定データＫ２（第二基礎データＤ２）を用いて得られる解析結果である。従って、これらの解析結果は、必要に応じて、例えば、工作物Ｗの研削後に適宜出力される。

本例の出力処理部３４は、図１３に示すように、加工品質に関連する解析結果を出力する形状解析出力部３４１、加工状態に関連する解析結果を出力する加工状態出力部３４２、機械状態に関連する解析結果を出力する機械状態出力部３４３、及び、加工品質に関連する解析結果を出力するマップ生成出力部３４４を備える。

ここで、形状解析出力部３４１、加工状態出力部３４２、及び、機械状態出力部３４３は、機上測定装置２０が工作物の軸方向の同一位置にて測定した第二測定データＫ２（第二基礎データＤ２）の低周波成分及び高周波成分を用いる。一方、マップ生成出力部３４４は、機上測定装置２０が工作物Ｗの周方向及び軸方向にて測定した第一測定データＫ１（第一基礎データＤ１）の低周波成分及び高周波成分及び工作物の軸方向の同一位置にて測定した第二測定データＫ２（第二基礎データＤ２）の低周波成分及び高周波成分を用いる。

形状解析出力部３４１は、第一データ解析処理部３２（低周波心間相対振動波形生成部３２３）から第一解析結果である低周波心間相対振動波形ＬＤＶを取得すると共に、第二データ解析処理部３３（高周波心間相対振動波形生成部３３４）から第二解析結果である高周波心間相対振動波形ＨＤＶを取得する。そして、形状解析出力部３４１は、低周波心間相対振動波形ＬＤＶと高周波心間相対振動波形ＨＤＶとを合成する（加算する）ことにより、図１４に示すように、工作物Ｗの１断面における真円度、研削加工面の振れ量を解析結果Ａ１として出力する。尚、例えば、工作物Ｗの軸方向において複数の真円度及び振れ量が解析された場合には、工作物Ｗの同軸度を出力することもできる。

加工状態出力部３４２は、図３に示した研削の工程の各々の研削効果を評価するため、砥石車１２及び工作物Ｗの各々の回転数の比を表す回転数比の状態を解析結果Ａ２として出力する。このため、加工状態出力部３４２は、研削の各々の工程について、第二データ解析処理部３３（１断面高周波成分抽出部３３２）から第二解析結果として第二基礎データＤ２の高周波成分Ｄ２２を取得する。

例えば、スパークアウト工程Ｓｔ４の研削効果を評価する場合、加工状態出力部３４２は、図３に示した粗研工程Ｓｔ１における砥石回転周波数成分ｆｇ１に対するスパークアウト工程Ｓｔ４における砥石回転周波数成分ｆｇ２の比（ｆｇ２／ｆｇ１）を解析結果Ａ２として出力する。この場合、出力される解析結果Ａ２（ｆｇ２／ｆｇ１）が「０」に近い程スパークアウト工程Ｓｔ４の研削効果が高く、「１」に近い程スパークアウト工程Ｓｔ４の研削効果が低いと評価することができる。

機械状態出力部３４３は、第一データ解析処理部３２（低周波成分抽出部３２１）から第一解析結果として第二基礎データＤ２の低周波成分Ｄ２１を取得し、第二データ解析処理部３３（１断面高周波成分抽出部３３２）から第二解析結果として第二基礎データＤ２の高周波成分Ｄ２２を取得する。そして、機械状態出力部３４３は、図１５に示すように、周波数変化と振幅との関係を解析結果Ａ３として出力する。ここで、図１５に示すグラフにおいて、黒塗りの四角を付して示す振幅及び同振幅に対応する周波数は砥石起因の振動状態を示し、それ以外の振幅及び同振幅に対応する周波数は機械振動を示す。

マップ生成出力部３４４は、工作物Ｗの周方向及び軸方向における表面性状Ｓ（表面性状Ｓ１）を表すマップを生成して出力する。このため、マップ生成出力部３４４は、第二データ解析処理部３３（砥石表面凹凸算出部３３５）から第二解析結果である砥石表面凹凸Ｐを取得する。そして、マップ生成出力部３４４は、図１６に示すように、砥石起因である砥石表面凹凸Ｐによる表面性状Ｓ１１を表すマップＭ１を生成し、解析結果Ａ４として出力する。

又、マップ生成出力部３４４は、第一データ解析処理部３２（工作物基準半径算出部３２４）から第一解析結果である工作物基準半径Ｒを取得する。そして、マップ生成出力部３４４は、図１７に示すように、砥石起因である工作物基準半径Ｒによる表面性状Ｓ１２を表すマップＭ２を生成し、解析結果Ａ４として出力する。

更に、マップ生成出力部３４４は、マップＭ１及びマップＭ２を合成（加算）する。これにより、マップ生成出力部３４４は、図１８に示すように、砥石起因の表面性状Ｓ１を表すマップＭ３を生成し、解析結果Ａ４として出力する。

ここで、本例においては、表面性状Ｓ１１を表すマップＭ１及び表面性状Ｓ１２を表すマップＭ２を合成することにより、砥石起因の表面性状Ｓ１を表すマップＭ３を生成する。しかしながら、マップ生成出力部３４４は、生成したマップＭ３に対して、心間相対振動起因の表面性状Ｓ２を更に合成して工作物Ｗの表面性状Ｓを表すマップを生成することも可能である。

この場合、マップ生成出力部３４４は、第二データ解析処理部３３（高周波心間相対振動波形生成部３３４）から高周波心間相対振動波形ＨＤＶを取得し、図１９に示すように、心間相対振動起因である高周波心間相対振動波形ＨＤＶによる表面性状Ｓ２１を表すマップＭ４を生成する。又、マップ生成出力部３４４は、第一データ解析処理部３２（低周波心間相対振動波形生成部３２３）から低周波心間相対振動波形ＬＤＶを取得し、図２０に示すように、心間相対振動起因である低周波心間相対振動波形ＬＤＶによる表面性状Ｓ２２を表すマップＭ５を生成する。そして、マップ生成出力部３４４は、砥石起因の表面性状Ｓ１を表すマップＭ３に対して、心間相対振動起因の表面性状Ｓ２を表すマップＭ４及びマップＭ５を更に合成（加算）することにより、最終的に工作物Ｗの表面性状Ｓを表すマップを生成することができる。

尚、マップ生成出力部３４４は、生成したマップＭ１－Ｍ３（更には、生成したマップＭ４，Ｍ５）を解析結果Ａ４として出力することに限らず、生成したマップＭ１－Ｍ５に基づいてその他の解析結果Ａ４を出力することも可能である。例えば、マップ生成出力部３４４は、表面性状Ｓ１１を表すマップＭ１に基づいて、びびり度やうろこ度等によって表される加工精度を解析結果Ａ４として出力することが可能である。

そして、出力処理部３４は、複数の解析結果を画像出力装置４０に出力する。これにより、画像出力装置４０は、取得した複数の解析結果の各々を、例えば、ディスプレイ上に表示する。

以上の説明からも理解できるように、機上測定システムＨによれば、研削装置１０に設けられている定寸装置と定寸装置に組み付けられた高周波成分測定装置２５とを用いて形成される機上測定装置２０が工作物Ｗの表面状態を測定し、出力装置３０が機上測定装置２０から取得した第一測定データＫ１（第一基礎データＤ１）の低周波成分及び高周波成分と、第二測定データＫ２（第二基礎データＤ２）の低周波成分及び高周波成分を用いて工作物Ｗの加工品質に関連する複数の解析を行うことができる。

そして、出力装置３０は、解析によって得られた複数の解析結果Ａ１－Ａ４を出力することができる。これにより、機上測定システムＨによれば、工作物Ｗの表面状態を測定する簡素な構成の機上測定装置２０を用いることができるため、システムの構成を簡素化して安価にすることができる。又、機上測定システムＨによれば、機上測定装置２０によって測定された第一測定データＫ１（第一基礎データＤ１）及び第二測定データＫ２（第二基礎データＤ２）を用いることにより、例えば、複数の測定装置から各々の測定データを集めて解析する場合に比べて、解析結果Ａ１－Ａ４を得るまでの時間を短縮することができる。

より詳しく、出力装置３０は、螺旋状に検出された第一基礎データＤ１（第一測定データＫ１）の周波数成分のうちの低周波成分Ｄ１１及び高周波成分であるスパイラル高周波成分Ｄ１２と、軸方向同一位置にて検出された第二基礎データＤ２（第二測定データＫ２）の周波数成分のうちの低周波成分Ｄ２１と高周波成分Ｄ２２とを用いて複数の解析を行うことができる。そして、出力装置３０は、加工品質に関連する複数の解析結果として、工作物Ｗの形状に関連する解析結果Ａ１、加工状態に関連する解析結果Ａ２、機械状態に関連する解析結果Ａ３を、工作物Ｗの研削時に出力することができる。又、出力装置３０は、研削の後において、必要に応じて、加工品質に関連する工作物Ｗの表面性状をマップ化して解析結果Ａ４として出力することもできる。

これにより、解析結果Ａ１－Ａ４を活用することにより、例えば、解析結果Ａ１－Ａ３をモニタすることにより、研削装置１０のごみ噛み等によって突発的に発生した工作物Ｗの不良品が流出することを防止することができる。又、解析結果Ａ１－Ａ４を活用することにより、研削装置１０に発生した異常を早期に発見して要因を解析し、異常の対策を早期に施すことができる。更に、解析結果Ａ１－Ａ４を活用することにより、研削装置１０メンテナンス、例えば、ツルーイングインターバルの最適化が可能となり、ひいては、工作物Ｗの製造コストを低減することも可能となる。

（５．その他の別例）
上述した本例においては、機上測定装置２０が研削装置１０に設けられた定寸装置を用いるようにした。これに代えて、機上測定装置２０がリニアゲージを用いることも可能である。この場合においても、上述した本例と同様の効果が得られる。

又、上述した本例においては、機上測定装置２０の高周波成分測定装置２５が加速度センサを主に備えて、第一測定データ及び第二測定データとして加速度を検出する場合を例示した。高周波成分測定装置２５は、加速度センサを主に備えることに限定されず、工作物Ｗの表面の凹凸に起因する変位を検出する変位センサを主に備えることも可能である。

高周波成分測定装置２５が備える変位センサとしては、例えば、接触型の定寸装置やリニアゲージ、或いは、非接触型のレーザ式センサ、光学式センサ、渦電流型センサ等を例示することができる。接触型の定寸装置やリニアゲージは、工作物Ｗの表面に接触する測定子２１等の接触部材を有し、工作物Ｗの回転に伴い生じる接触部材の振動の変位を検出する。非接触型のレーザ式センサ、光学式センサ、渦電流型センサは、工作物Ｗの表面に対して非接触となるように配置され、工作物Ｗの回転に伴い生じる基準位置から工作物Ｗの表面までの変位を検出する。

接触型のセンサにより検出される接触部材の振動の変位、及び、非接触型のセンサにより検出される変位は、何れも、工作物の表面の凹凸の変位を示す測定データ（時系列データ）である。従って、この場合においても、機上測定装置２０から出力される測定データ（変位）は時系列データであり、基礎データ取得部３１は、機上測定装置２０から出力された第一測定データＫ１及び第二測定データＫ２を、各々、第一基礎データＤ１及び第二基礎データＤ２として取得する。

尚、リニアゲージは、工作物Ｗに接触する測定子と、測定子を支持するアームを備え、測定子を回転中の工作物Ｗに接触させた状態で工作物Ｗの表面の変位を検出するものである。又、リニアゲージは、定寸装置と同様に、軸方向移動装置に支持されており、工作物Ｗの軸方向、即ち、Ｚ方向に移動可能とされる。

更に、上述した本例においては、第一データ解析処理部３２の低周波成分抽出部３２１がＦＦＴを行い、スパイラル低周波波形生成部３２２及び低周波心間相対振動波形生成部３２３が逆ＦＦＴを行うようにした。又、第二データ解析処理部３３のスパイラル高周波成分抽出部３３１及び１断面高周波成分抽出部３３２がＦＦＴを行い、スパイラル高周波波形生成部３３３及び高周波心間相対振動波形生成部３３４が逆ＦＦＴを行うようにした。

このように、ＦＦＴ又は逆ＦＦＴを行うことを省略するために、上記各部に所望の周波数成分を抽出可能なフィルタを設けることも可能である。フィルタとしては、例えば、ローパスフィルタ、ハイパスフィルタ、バンドパスフィルタ、或いは、ガウシアンフィルタ等を例示することができる。

１０…研削装置、１１…ベッド、１１ａ…砥石台案内部、１１ｂ…主軸テーブル案内部、１２…砥石車、１２ａ…砥石回転モータ、１３…砥石台、１４…主軸台、１４ａ…主軸回転モータ、１５…心押台、１６…主軸テーブル、１７…制御器、２０…機上測定装置、２１…測定子、２２…フィンガー、２３…軸方向移動装置、２４…軸方向移動制御部、２５…高周波成分測定装置、３０…出力装置、３１…基礎データ取得部、３２…第一データ解析処理部、３２１…低周波成分抽出部、３２２…スパイラル低周波波形生成部、３２３…低周波心間相対振動波形生成部、３２４…工作物基準半径算出部、３３…第二データ解析処理部、３３１…スパイラル高周波成分抽出部、３３２…１断面高周波成分抽出部、３３３…スパイラル高周波波形生成部、３３４…高周波心間相対振動波形生成部、３３５…砥石表面凹凸算出部、３４…出力処理部、３４１…形状解析出力部、３４２…加工状態出力部、３４３…機械状態出力部、３４４…マップ生成出力部、４０…画像出力装置、Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４…解析結果、Ｃ…螺旋回数、Ｋ１…第一測定データ、Ｋ２…第二測定データ、Ｄ１…第一基礎データ、Ｄ１１…低周波成分、Ｄ１２…スパイラル高周波成分、Ｄ２…第二基礎データ、Ｄ２１…低周波成分（第一解析結果）、Ｄ２２…高周波成分（第二解析結果）、Ｄ２２１…１断面高周波成分、ＬＤＶ…低周波心間相対振動波形（第一解析結果）、ＨＤＶ…高周波心間相対振動波形（第二解析結果）、ＳＬＷ…スパイラル低周波波形（第一解析結果）、ＳＨＷ…スパイラル高周波波形（第二解析結果）、Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４，Ｍ５…マップ、Ｏ…回転中心、Ｒ…工作物基準半径（第一解析結果）、Ｐ…砥石表面凹凸（第二解析結果）、Ｓ…表面性状、Ｓ１…（砥石起因の）表面性状、Ｓ２…（心間相対振動起因の）表面性状、Ｓ１１，Ｓ１２，Ｓ２１，Ｓ２２…表面性状、Ｈ…機上測定システム、Ｗ…工作物

Claims (9)

1. 研削装置に設けられて、前記研削装置にて砥石車により研削した工作物の表面状態を測定し、前記工作物の前記表面状態を表す測定データを出力する機上測定装置と、
   前記機上測定装置が前記工作物の表面における測定位置を少なくとも周方向に前記工作物に対して相対移動させることによって測定した前記測定データを取得し、前記測定データの周波数成分のうちの低周波成分と、前記測定データの前記周波数成分のうちの前記低周波成分よりも高周波領域の高周波成分と、前記測定データの前記周波数成分のうちの前記低周波数成分及び前記高周波成分と、のうちの何れかを用いて、前記研削装置によって研削された前記工作物の加工品質に関連する複数の解析を行い、複数の解析結果を出力する出力装置と、
   を備えた、機上測定システム。
2. 前記出力装置は、
   前記測定データの前記低周波成分を用いた解析処理によって複数の第一解析結果を算出する第一データ解析処理部と、
   前記測定データの前記高周波成分を用いた解析処理によって複数の第二解析結果を算出する第二データ解析処理部と、
   前記第一解析結果及び前記第二解析結果のうちの少なくとも一方を用いて、複数の前記解析結果を出力する出力処理部と、を有する、請求項１に記載の機上測定システム。
3. 複数の前記解析結果は、
   前記研削装置による前記工作物の研削に関する加工精度、及び、前記研削装置の研削に関する機械状態を含む、請求項１又は２に記載の機上測定システム。
4. 前記機上測定装置は、
   前記工作物の表面における前記測定位置を前記工作物の軸方向の同一位置にて周方向に移動させることによって前記工作物の前記表面状態を測定し、前記測定データを出力する、請求項１－３の何れか一項に記載の機上測定システム。
5. 前記機上測定装置は、前記研削装置による前記工作物の研削加工ごとに、前記測定データを出力する、請求項４に記載の機上測定システム。
6. 前記機上測定装置は、更に、
   前記測定位置を前記工作物の周方向及び軸方向にて螺旋状に移動させることによって前記工作物の前記表面状態を測定し、前記測定データを出力する、請求項４に記載の機上測定システム。
7. 前記機上測定装置は、
   前記測定データを時系列データとして出力する、請求項１－６の何れか一項に記載の機上測定システム。
8. 前記機上測定装置は、
   前記研削装置において前記工作物の外径を測定する定寸装置を含んで形成される、請求項１－７の何れか一項に記載の機上測定システム。
9. 前記機上測定装置は、
   前記定寸装置と、前記定寸装置に組み付けられて前記工作物の前記表面状態の周波数成分のうちの前記高周波成分を測定する高周波成分測定装置と、を有し、
   前記定寸装置を用いて前記工作物の前記表面状態の周波数成分のうちの前記低周波成分を測定し、
   前記高周波成分測定装置を用いて前記工作物の前記表面状態の周波数成分のうちの前記高周波成分を測定する、請求項８に記載の機上測定システム。
   

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