JP2694019B2 - ワークの溝幅の中心位置検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は、ワークの溝の面取りを自動的に行うため、
その溝幅の中心位置を検出する検出装置に関する。

「従来の技術」 パワーステアリングの部品として用いられるロータリ
バルブに形成される溝の面取りを行うためには、溝の位
置を正確に割出す必要があるが、従来は、基準となる溝
を定めて研削盤に取り付け、作業者が図面寸法に基づい
て他の溝の位置を割り出していた。

「発明が解決しようとする課題」 前記のように、溝の位置を割り出しながら加工を行う
ため、作業者が必要となり自動化の妨げとなるばかりで
なく、各溝の加工時の位置割出し誤差のバラツキに対
し、溝幅の絶対中心を検出することができないため、溝
の面取り加工において面取り量が異なる虞れがあった。

本発明は、この問題点を解決することを目的としてな
されたもので、ワークに形成された溝の溝幅の中心位置
を自動的に検出できる装置を構成することを、解決すべ
き課題とするものである。

「課題を解決するための手段」 前記課題を解決するための具体的手段は、ワークの溝
の有無により検出出力を変化する非接触センサと、ワー
クの回転軸に連結したロータリエンコーダと、該エンコ
ーダから出力されるパルスをカウントするカウンタと、
前記非接触センサの検出出力を一定のしきい値と比較し
２値化して出力するコンパレータと、２値化信号の変化
のタイミングをトリガ信号として求められる前記カウン
タのカウンタ値を入力して溝幅の中心位置を演算する演
算処理回路とから構成されることを特徴とするものであ
る。

「作用」 前記具体的手段によれば、ワークの溝の有無により、
検出出力を変化する非接触センサの２値化信号の変化の
タイミングをトリガ信号として、ロータリエンコーダの
パルスを積算するカウンタのカウント値を求め、溝有り
検出時と溝無し検出時のカウント値を演算処理回路に入
力して平均を求めることにより、順次検出される溝の溝
幅の中心位置を積算開始位置からの絶対位置として求め
ることができる。

「実施例」 （第１実施例） 本発明の第１実施例を添付図面第１〜４図に基づいて
説明する。

第１実施例装置の概略のブロック図を第１図に示す。

ワーク１の円周は、第２図に示すように一定角間隔置
きに溝２とランド３とを交互に形成して、ワーク１の中
心軸を中心として回転できるように両端を支持する。４
はワーク１の回転軸５に直結したロータリエンコーダで
あって、そのパルス出力をカウンタ６に出力する。ワー
ク１の溝２の有無を検出するための非接触センサ７は、
公知の渦電流式変位計を用いワーク１の回転軸５に直交
させて配置する。非接触センサ７の出力は、ワーク１の
溝部とランド部に対した場合とで、出力電圧を変化する
ことにより溝２の有無を検出でき、そのアナログ出力を
コンパレータ８に入力する。コンパレータ８では、一定
のしきい値であるコンパレータ電圧により、前記非接触
センサ７のアナログ出力をTTLレベルの［１］，［０］
に２値化して、その２値化信号の［１］から［０］及び
［０］から［１］の変化のタイミングをトリガ信号とし
てバッファ９に出力し、前記カウンタ６からバッファ９
に出力される積算カウンタ値を読み取って、演算処理回
路10に出力する。演算処理回路10は、加算回路，割算回
路及びメモリ等から構成され、入力される積算カウンタ
値の平均を演算算出し、その平均値に基づいて溝２の幅
の中心位置の絶対位置を角度情報θとして出力する。

第３図は、前記装置のタイミングチャートを示し、ワ
ークの円周に形成された溝２とランド３に非接触センサ
７が順次に対応すると、その出力電圧は同図（ｂ）のよ
うに変化し、コンパレート電圧をしきい値として２値化
すれば、コンパレータ８の出力はTTLレベルの方形波と
なる（同図（ｃ））。その方形波の［０］から［１］と
［１］から［０］の変化のタイミングをトリガ信号とし
てカウンタ６の積算カウンタ値を読み取る（同図
（ｄ））。前記のタイミングで読み取ったカウンタ値の
平均を演算処理回路10で求め、溝幅の中心位置の絶対位
置を角度情報として出力する（同図（ｅ））。

前記は溝幅についての実施例であったが、ランド幅に
ついても適用できることはいうまでもない。

本実施例装置は、主に第４図に示すようにロータリー
バルブの溝の面取り加工機に用いられる。

面取り加工機は、研削盤ベッド11上でテーブル12と砥
石台13とが送りねじ14,15により互いに直交する方向に
摺動するように案内される。送りねじ14,15は、サーボ
モータ16,17により回転駆動される。前記テーブル12上
にはワーク１であるロータリーバルブの両端を支持する
主軸台18と心押台19が載置され、主軸台18にはワーク駆
動金具20を設けてワーク１の一端に作用させる。21は主
軸台18の回転を制御するサーボモータ、22はそのサーボ
モータ21の回転角を検出するエンコーダである。また砥
石台13のといし軸には、面取り加工用の研削砥石23を嵌
着する。

テーブル12と砥石台13との相対運動は、数値制御装置
30にインターフェイス33を介して接続される駆動回路3
5,36からの指令パルスによりサーボモータ16,17を制御
して行い、ワーク１の回転は同様に駆動回路37からの指
令パルスによりサーボモータ21を制御することにより行
うものであって、サーボモータ21の回転角θはエンコー
ダ22により前記インターフェイス33にフィードバックさ
れる。数値制御装置30は、CPU31,メモリ32,インターフ
ェイス33,34等により構成され、データ入力用のキーボ
ード38がインターフェイス34を介して接続される。

溝幅の中心位置検出装置40は、前記したインターフェ
イス34を介して数値制御装置30に接続されるもので、非
接触センサ７をワーク１に対応させ、その検出信号が入
力される。

第１実施例装置の構成及び作用は前記した通りであっ
て、ワーク１の一回転により溝幅の中心位置の絶対位置
が順次検出され角度情報として、インターフェイス34を
介してCPU31に入力される。面取り加工は、入力される
各種データ及び前記角度情報等とメモリ32から呼び出さ
れる面取り加工用プログラムに従い実行されるもので、
溝幅の中心位置を基準にして砥石23をワーク１に臨ませ
ることができるから、溝位置の割り出し誤差に関係なく
溝の面取り量を一致させることができる。

（第２実施例） 第２実施例を添付図面第５〜７図に基づいて説明す
る。

第５図は、第２実施例の概略のブロック図である。

前記第１実施例と同様に、円周上に一定角間隔置きに
溝２とランド３とを交互に形成したワーク１が、中心軸
を中心として回転できるように両端を支持される。ワー
ク１の回転軸５にはロータリエンコーダ４を直結する。
非接触センサ７は第１実施例で説明したように公知の渦
電流式変位計を用いるもので、ワーク１の回転軸５に直
交させて配置し、ワーク１の溝２の有無を検出する。

前記ロータリエンコーダ４の出力である位相パルス
は、３個のカウンタ6a,6b,6cにそれぞれ入力する。さら
にカウンタ6aには、ロータリエンコーダ４の１回転につ
き一パルス出力されるＺ相パルスが、リセット信号とし
て入力される。

また、前記非接触式センサ７の溝検出出力は、コンパ
レータ８に入力され、一定のしきい値であるコンパレー
タ電圧により、TTLレベルの［１］，［０］に２値化し
て前記カウンタ6b,6cにリセット信号として入力される
が、カウンタ6bにはインバータ回路によりコンパレータ
８の出力の反転出力がリセット信号として入力される。
前記カウンタリセット信号はパルス信号の立ち上がりで
リセットするように設定する。さらに前記各カウンタ6
a,6b,6cのカウント信号は、信号処理コンピュータCPUに
入力され、所定の溝幅の中心位置演算用プログラムによ
り、ワーク１の各溝２の溝幅の中心位置が任意に設定し
た原点からの角度として演算され出力される。

以下に、第２実施例の作動について説明する。

第６図は、溝幅の中心位置の検出原理を示したタイミ
ングチャートである。

非接触センサ７のセンサ出力は、コンパレータ８に入
力されコンパレート電圧と比較して、ワーク１の溝２に
対応するTTLレベルの［１］とランド３に対応するTTLレ
ベルの［０］との２値化信号に変換されてコンパレータ
８から出力される（第６図（ａ），（ｂ））。

一方、エンコーダ４から出力される位相パルスは、各
カウンタ6a,6b,6cに入力されてカウントされる。カウン
タ6bには、前記コンパレータ８の出力を反転したリセッ
ト信号が入力される。リセット信号はその立ち上がりで
リセットするようにしているから、カウンタ6bでは、２
値化信号の［１］から［０］に変化するタイミング（溝
検出の終わりに相当する）毎にカウント値がリセットさ
れる（第６図（ｄ））。また、カウンタ6cには、前記コ
ンパレータ８の出力がリセット信号として入力されるの
で、２値化信号の［０］から［１］に変化するタイミン
グ（溝検出の開始に相当する）毎にカウント値がリセッ
トされる（第６図（ｅ））。

ここで、カウンタ6bのカウント値が最初にリセットさ
れる前又はリセットされた後、次にリセットされる間
に、任意に設定した原点からカウントを開始するカウン
タ6aのカウント値から、カウンタ6bのカウント値を減算
した値は、０又はそれぞれコンパレータ出力の［１］か
ら［０］に変化するタイミングに相当するカウンタ6aの
カウント値b₁,b₂,…b_nである。同様に、カウンタ6cのカ
ウント値が最初にリセットされる前又はリセットされた
後、次にリセットされる間に、前記原点からカウントを
開始するカウンタ6aのカウント値から、カウンタ6cのカ
ウント値を減算した値は、０又はそれぞれコンパレータ
出力の［０］から［１］に変化するタイミングに相当す
るカウンタ6aのカウント値c₁,c₂,…c_nである。これら各
カウント値からT₁＝（b₁＋c₁）/2,T₂＝（b₂＋c₂）/2,…
T_n＝（b_n＋c_n）/2を演算すれば、溝検出の開始に相当す
るカウンタ値と、溝検出の終わりに相当するカウンタ値
の平均を演算することになり、T₁は原点からカウントを
開始するカウンタ6aの最初の溝の溝幅の中心位置に相当
するカウンタ値である。従って、ロータリエンコーダ４
の分解能（角度／パルス）から、溝幅の中心位置が原点
からの角度として求められる。T₂…T_nの場合も同様であ
る。

但し、カウンタ6bがカウンタ6cよりも早くリセットさ
れるように原点位置を設定すると、前記各カウンタ値の
平均はワーク１のランド３の幅の中心位置に相当するカ
ウンタ値となって、各ランド３の幅の中心位置が検出さ
れる。

第７図は、前記検出原理に基づく溝幅の中心位置演算
用プログラムのフローチャートである。

ステップ100で、カウンタ6a,6b,6cのカウント値X,Y,Z
を読み込む。続くステップ102では、BW＝Ｘ−Ｙ及びAW
＝Ｘ−Ｚを演算する。BW,AWは計算用の変数である。続
いてステップ104では、Ａ（Ｉ）＝AWを判断しNOであれ
ば、ステップ106でＡ（Ｉ）＝AWとしステップ108へ進ん
でパラメータ変数Ｉをインクリメントして、ステップ11
0へ進む。前記ステップ104でYESのＡ（Ｉ）＝AWであれ
ば、カウント開始後でカウンタ6cがリセットされる前、
又はリセットされた後次のリセット前の状態であるの
で、そのままステップ110へ進む。ここでＡ（Ｉ）はコ
ンパレータ出力が［０］から［１］に変化するタイミン
グに相当するカウンタ6aのカウント値Ｘ＝c₁,c₂,…c_nを
CPUのレジスタ（不図示）にストアする変数である。

ステップ110では、Ｂ（Ｊ）＝BWを判断しNOであれ
ば、ステップ112でＢ（Ｊ）＝BWとし、続くステップ114
でパラメータ変数Ｊをインクリメントしてステップ116
へ進む。ここでＢ（Ｊ）はコンパレータ出力が［１］か
ら［０］に変化するタイミングに相当するカウンタ6aの
カウント値Ｘ＝b₁,b₂,…b_nをCPUのレジスタ（不図示）
にストアする変数である。前記ステップ110でYESのＢ
（Ｊ）＝BWであれば、カウント開始後でカウンタ6bがリ
セットされる前、又はリセットされた後次のリセット前
の状態であるので、そのままステップ116へ進む。

ステップ116では、ロータリエンコーダ４から出力さ
れるＺ相パルスによりワーク１が１回転したか否かが判
断され、１回転するまでは前記各ステップを実行するル
ーチンが繰り返される。１回転した後はステップ118へ
進み、CPUのレジスタにストアされたＡ（Ｉ）,B（Ｊ）
を呼び出して（Ａ（Ｉ）＋Ｂ（Ｊ））/2をそれぞれ演算
して、ワーク１に形成された各溝２の溝幅の中心位置を
任意に設定された原点からの角度で割出すことができ
る。

前記構成及び作用の第２実施例装置も、第１実施例装
置40と同様に、ロータリバルブの溝の面取り加工機に用
いるが、数値制御装置30に接続することなく単独で用い
ることができる。

（第３実施例） 第８図は、第３実施例の概略のブロック図である。

本実施例はワーク１の回転を正逆転モータ51により行
うものであって、例えば比較的感度の低いセンサを用い
たり、検出信号の処理時間が遅れるような場合であって
も、ワーク１に形成された溝２の溝幅の中心位置を正確
に検出することを目的とするものである。

本実施例は、前記第１実施例の構成及び作用と基本的
に同一であるのでその説明は省略し、測定原理のみ説明
する。

前記の様に、検出信号の処理時間等の遅れにより、第
９図に示すようにワーク１に形成された溝２の中心位置
と検出位置とは、回転方向で一定の偏差Ｄを生じる。ま
た逆回転方向では、同様に一定の偏差Ｄ′を生じる。

従って、正逆の二方向の回転により検出される検出値
に基づくカウンタ値を、回転方向を考慮して、即ち偏差
D,D′のプラス，マイナスを考慮して、演算処理回路に
より平均することで、偏差D,D′が相殺され溝幅の中心
位置が正確に検出できる。

本実施例では、比較的感度の低い非接触センサを使用
することができるので、装置の製作においてコストの低
減を図ることができる。

尚、本実施例を前記第２実施例に適用することは、勿
論可能である。

「発明の効果」 本発明は、前記具体的手段及び作用の説明で明らかに
したように、ワークの溝の有無により、検出出力を変化
する非接触センサの２値化信号の変化のタイミングをト
リガ信号として、ロータリエンコーダのパルスを積算す
るカウンタのカウント値を求め、溝有り検出時と溝無し
検出時のカウント値を演算処理回路に入力して平均を求
めることにより、順次検出される溝の溝幅の中心位置を
積算開始位置からの絶対位置として求めることができる
ので、溝の面取り加工を行う場合には、その絶対位置を
基準として加工を施して、面取り量が不均一とならない
精度の高い製品加工を自動的に行うことができ、その他
歯車の研削加工に於いても直ちに応用が可能となる等の
優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

添付図面第１〜第４図は本発明の第１実施例を示し、第
１図は概略ブロック図、第２図はワーク１の断面図、第
３図（ａ）〜（ｅ）はタイミングチャート、第４図は本
発明装置を適用した面取り加工機の構成図、第５〜第７
図は第２実施例を示し、第５図は概略ブロック図、第６
図はタイミングチャート、第７図はフローチャート、第
8,第９図は第３実施例を示し、第８図は概略ブロック
図、第９図は測定原理を説明した説明図である。 １……ワーク、２……溝、３……ランド、４……ロータ
リエンコーダ、6,6a,6b,6c……カウンタ、７……非接触
センサ、８……コンパレータ、10……演算処理回路。

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭50−22416（ＪＰ，Ａ) 特開 昭48−35506（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−167804（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−108702（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−100602（ＪＰ，Ａ) 実開 昭63−105807（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ワークの溝の有無により検出出力を変化す
   る非接触センサと、ワークの回転軸に連結したロータリ
   エンコーダと、該エンコーダから出力されるパルスをカ
   ウントするカウンタと、前記非接触センサの検出出力を
   一定のしきい値と比較し２値化して出力するコンパレー
   タと、２値化信号の変化のタイミングをトリガ信号とし
   て求められる前記カウンタのカウンタ値を入力して溝幅
   の中心位置を演算する演算処理回路とから構成されるこ
   とを特徴とするワークの溝幅の中心位置検出装置。