JP3028395B2

JP3028395B2 - 軸の撓み量検出装置

Info

Publication number: JP3028395B2
Application number: JP6033942A
Authority: JP
Inventors: 沖和桑原; 秀樹大森
Original assignee: セイコー精機株式会社
Priority date: 1994-03-03
Filing date: 1994-03-03
Publication date: 2000-04-04
Anticipated expiration: 2015-04-04
Also published as: JPH07159148A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は軸の撓み量検出装置に関
し、例えば、研削用の軸を有する研削装置に取り付けた
軸の撓み量検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】被加工物の研削には、例えば粗研削、精
研削、仕上研削等の加工工程があり、これらの各加工工
程では、被加工物毎に最適な研削抵抗で加工されてい
る。そして、各被加工物が各加工工程に応じた最適な研
削抵抗で加工されているか否かを判断する場合に、軸の
撓み量を検出する方法がある。この場合、軸の撓み量の
検出値を基にして被加工物を研削している。

【０００３】従来の撓み量検出装置としては、互いに直
列接続され、軸に対向して配置された第１及び第２のコ
イルと、高周波発生装置と、撓み量検出部とで主に構成
されている。この従来の撓み量検出装置では、第１及び
第２のコイル間に高周波電圧が印加された状態で軸が撓
むと、両コイルの直列接続点からは、軸の撓み量に対応
した絶対値の出力信号（変位信号）が出力され、この変
位信号を交流増幅器で増幅すると共に、検波、直流化す
ることで、実際の軸の撓み量を検出している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の撓み量検出装置
では、変位信号を交流増幅器で増幅しているため、第１
及び第２のコイルの直列接続点からの変位信号が大きく
なると、交流増幅器の増幅可能な範囲を越える場合があ
る。

【０００５】ところが、図８の交流増幅器出力特性に示
すように、交流増幅器は、ある基準値Ｖｃよりも大きな
入力に対して出力が飽和してしまい、直線性が悪くな
る。このため、図９（ａ）に示すように、軸の変位が大
きくなり、第１及び第２のコイルの直列接続点からの変
位信号が基準値Ｖｃを越えると、（ｂ）に示すように交
流増幅器の出力が飽和によってカットされてしまう。そ
の結果、変位が大きくなった場合に、軸の実際の変位量
を直線的に検出することができなかった。

【０００６】このような大きな変位信号の発生は、各加
工工程で研削抵抗に対応して規定されている最大撓み量
に加えて、第１及び第２のコイルの機械加工精度のバラ
ツキや、第１及び第２のコイルの取付け位置のバラツキ
等によって主として発生する。しかし、コイルの機械加
工精度、コイル組付位置のバラツキ等を少なくすること
は製作上困難であり、また、部品の分解、組み立ての度
に、調整を行う必要があった。

【０００７】そこで、本発明の目的は、被加工物を研削
する前のコイルの取り付け位置の偏心調整や軸の交換時
における調整を自動的に行う軸の撓み量検出装置を提供
することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明で
は、軸の変位を検出し変位信号を出力する変位検出手段
と、この変位検出手段から出力される変位信号のピーク
電圧から所定の基準値を引いた値をピ−ク電圧とし、前
記変位信号と同位相の補正信号を出力する補正信号出力
手段と、前記変位検出信号から前記補正信号を引いた後
の変位信号を増幅する増幅手段と、この増幅手段で増幅
後の変位信号から軸の撓み量を検出する撓み量検出手
段、とを軸の撓み量検出装置に具備させて、前記目的を
達成する。

【０００９】請求項２記載の発明では、請求項１記載の
軸の撓み量検出装置において、前記変位検出手段から出
力される変位信号のピ−ク電圧が所定の基準値よりも大
きい場合に、補正信号出力手段が補正信号を出力する。

【００１０】

【作用】請求項１記載の軸の撓み量検出装置では、変位
検出手段から出力される変位信号のピーク電圧から所定
の基準値を引いた値をピ−ク電圧とし、前記変位信号と
同位相の補正信号を補正信号出力手段で作成する。そし
て、変位検出信号から前記補正信号を引いた後の変位信
号を増幅し、増幅後の変位信号から軸の撓み量を検出す
る。

【００１１】

【実施例】以下、本発明に係る軸の撓み量検出装置の好
適な実施例について、図１から図６を用いて詳細に説明
する。なお、この実施例の軸の撓み量検出装置は、軸の
先端に砥石を取り付けた研削装置に適用した場合の例に
ついて説明する。

【００１２】図１は本実施例の軸の撓み量検出装置を軸
に取り付けた実施例の断面を表したものであり、図２は
図１中の線分Ａ１−Ａ１での断面を表したものである。
本実施例の軸の撓み量検出装置は、図１及び図２に示す
ように、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の軸の撓み量を検出す
る。

【００１３】軸の撓み量検出装置が適用された研削装置
は、ベアリング５１、５１で保持される軸５０を備えて
おり、この軸５０は、両ベアリング５１、５１間に配置
されたモータ５５によって回転される。軸の先端には、
砥石５３が取付けられ、モータ５５の回転によって被加
工物５４を研削するようになっている。

【００１４】この研削装置の内部で、砥石５３とベアリ
ング５１との間には、軸の撓み量検出装置における変位
検出手段として機能する第１から第４のコイル１、２、
１ａ、２ａが配置されている。第１から第４のコイル
１、２、１ａ、２ａは、軸５０の外周面に配置された、
図示しない積層電磁鋼板で構成されたターゲット近傍に
配置されている。

【００１５】すなわち、第１及び第２のコイル１、２は
軸５０のターゲット外周面側に互いに対向配置されてお
り、図２に示すように、Ｙ軸方向の変位を検出するよう
になっている。一方、第３及び第４のコイル１ａ、２ａ
は、Ｙ軸に対して９０度のＸ軸上に、軸５０のターゲッ
ト外周面側に対向配置され、Ｘ軸方向の変位を検出する
ようになっている。

【００１６】第１から第４のコイル１、２、１ａ、２ａ
は、同一の材料で構成され、軸５０の軸心Ｏから略同一
な距離に配置されている。図３は本実施例の軸の撓み量
検出装置の回路構成を表したものである。図３に示すよ
うに、軸５０の変位を検出する第１のコイル１と第２の
コイル１２、及び第３のコイル１ａと第４のコイル２ａ
は、互いに直列に接続されている。この直列に接続され
た第１及び第２のコイル１、２と第３及び第４のコイル
とは、互いに並列に接続されると共に、直流成分をカッ
トするためのコンデンサＣ１、Ｃ２を介して高周波発生
装置３、３ａと接続されている。

【００１７】第１及び第２のコイル１、２に高周波発生
装置３、３ａからの高周波電圧が印加された状態で軸５
０が撓むと、一方のコイルに接近し他方のコイルから離
れるためにインダクタンスが変化し、両コイル１、２の
直列接続点Ａからは、軸５０の変位に応じた差動出力、
すなわち変位信号Ｈ０が得られる。この変位信号Ｈ０
は、高周波発生装置３、３ａの高周波成分を有してい
る。

【００１８】ここで、第１のコイル１の巻数は第２のコ
イルの巻数よりも多くなるように設定されており、両者
のインダクタンスに差が設けられている。これは、両コ
イルの巻数を同一にすると、ヒステリシス損や励磁用高
周波電圧による渦電流損等によりコイルの残留電圧が発
生し、軸５０の撓み量が極微小範囲にある場合に直列接
続点Ａから得られる変位信号Ｈ０の直線性がなくなるた
めである。本実施例では、両コイル１、２の巻数を変え
ることで、変位信号Ｈ０の特性を一方にオフセットする
ことで、軸５０の撓み量が極微小の範囲であっても、変
位信号Ｈ０には常に一定の直線性が得られるように構成
されている。

【００１９】軸の撓み量検出装置は、第１及び第２のコ
イル１、２の直列接続点Ａからの変位信号Ｈ０から補正
信号Ｈ４を出力する交流増幅補正器４、変位信号Ｈ０か
らこの補正信号Ｈ４を差し引いて増幅する交流増幅器
５、高周波発生装置３の高周波電圧から同期信号を作成
する同期検波用信号発生器６、および、交流増幅器５に
よる補正と増幅後の補正増幅信号Ｈ１から撓み量を検出
する軸の撓み量検出回路７を備えている。

【００２０】ここで、交流増幅補正器４は、交流増幅器
５で飽和することなく増幅可能な入力電圧値として、基
準値Ｖｃを有している。そして、交流増幅補正器４は、
図７（ａ）、（ｂ）に示すように、変位信号Ｈ０のピー
ク電圧Ｖ０から基準値Ｖｃを引いた電圧値Ｖ４＝Ｖ０−
Ｖｃをピーク電圧とし、変位信号Ｈ０と同一位相の信号
を補正信号Ｈ４として出力するようになっている。

【００２１】また、交流増幅補正器４は、変位信号Ｈ０
のピーク電圧の上限値Ｖａおよび下限値Ｖｂを有してお
り、この範囲内で変位信号Ｈ０に対する補正信号Ｈ４を
出力する。そして、交流増幅補正器４は、この変位信号
Ｈ０のピーク電圧が上限値Ｖａを越え、また、下限値Ｖ
ｂ未満の場合、組付不良であることを示す組付不良信号
Ｈ７を出力するようになっている。

【００２２】一方、撓み量検出回路７は、同期検波用信
号発生器６からの同期信号Ｈ５に基づいて、交流増幅器
５からの補正増幅信号Ｈ１を検波する同期検波器７１
と、同期検波器７１から出力される検波信号Ｈ２から高
周波成分を取り除いて撓み量検出信号Ｈ３を出力するロ
−パスフィルタ７２と、撓み量検出信号Ｈ３の出力レベ
ルを調整するオフセット調整器７３とを備えている。

【００２３】このようにＹ軸方向について構成されてい
るが、Ｘ軸方向についても、同様に、第３および第４の
コイル１ａ、２ａ、交流増幅補正器４、交流増幅器５
ａ、撓み量検出回路７ａから構成されている。次に、本
実施例に係る軸の撓み量検出装置の動作について説明す
る。

【００２４】なお、本実施例の軸の撓み量検出装置は、
軸５０の変位をＸ軸方向とＹ軸方向を同時に検出する
が、両軸方向の検出動作は同一なので、説明を簡単にす
るため、Ｙ軸方向の動作について説明する。まず、初期
処理として、加工工程開始前に、研削抵抗が砥石５３に
加えられていない状態で、図示しない加工制御装置から
補正開始信号Ｈ６を出力する。

【００２５】そして交流増幅補正器４は、補正開始信号
Ｈ６を受けると、軸５０が撓んでいない状態、つまり、
コイルの取付け位置の偏心量に対応する変位信号Ｈ０の
ピーク電圧Ｖ０から基準値Ｖｃを引いた電圧値Ｖ４＝Ｖ
０−Ｖｃを演算する。この値Ｖ４をピーク電圧とし、変
位信号Ｈ０と同一位相の信号を補正信号Ｈ４として出力
する。交流増幅補正器４は、再び補正開始信号Ｈ６を受
けるまで、所定の補正信号Ｈ４を出力する。

【００２６】図４は交流増幅補正器４による補正信号Ｈ
４作成処理を表したものである。交流増幅補正器４は、
補正開始信号Ｈ６を受けると、直列接続点Ａから供給さ
れる変位信号Ｈ０のピーク電圧Ｖ０を測定する（ステッ
プ１）。そして、測定したピーク電圧Ｖ０が補正限界で
ある上限値Ｖａより大きいか否かを判断する（ステップ
２）。

【００２７】ピーク電圧Ｖ０が上限値Ｖａより大きけれ
ば（ステップ２；Ｙ）、交流増幅補正器４は、例えば図
示しない赤色の組付不良表示ランプを点灯させて（ステ
ップ３）、第１及び第２のコイル１、２の精度のバラツ
キ、第１及び第２のコイル１、２の軸５０に対する位置
のバラツキ等が大きくて、補正信号Ｈ４が出力不能であ
ることを示す。

【００２８】一方、ピーク電圧Ｖ０が上限値Ｖａ以下の
場合（ステップ２；Ｎ）、交流増幅補正器４は、変位信
号Ｈ０のピーク電圧Ｖ０が下限値Ｖｂより小さいか否か
を判断する（ステップ４）。変位信号Ｈ０のピーク電圧
Ｖ０が下限値Ｖｂより小さければ（ステップ４；Ｙ）、
例えば図示しない黄色の組付不良表示ランプを点灯させ
て（ステップ５）、断線等により変位信号Ｈ０が出力さ
れていないことを示す。

【００２９】このように、赤、又は黄色等の組付不良表
示ランプを点灯させるために、交流増幅補正器４は組付
不良信号Ｈ７を出力する。ステップ４において、変位信
号Ｈ０のピーク電圧Ｖ０が下限値Ｖｂより大きければ
（Ｎ）、交流増幅補正器４は、変位信号Ｈ０のピーク電
圧Ｖ０から基準値Ｖｃを差し引いた値Ｖ０−Ｖｃをピー
ク電圧とし、変位信号Ｈ０と同一位相の補正信号Ｈ４を
交流増幅器５に出力する（ステップ６）。以後、再び補
正開始信号Ｈ６を受けるまで、交流増幅補正器４は、こ
の補正信号Ｈ４の出力を交流増幅器５に出力し続ける。

【００３０】加工において、被加工物５４の加工工程に
応じた研削抵抗が砥石５３に加えられ、軸５０が撓む
と、第１および第２のコイル１、２の直列接続点Ａから
軸５０の撓み量に対応するピーク電圧Ｖ０′の変位信号
Ｈ０′が交流増幅器５に出力される。

【００３１】続いて、交流増幅器５は、図７（ｃ）に示
すように、変位信号Ｈ０′のピーク電圧Ｖ０′から補正
信号Ｈ４のピーク電圧Ｖ４を引いた値Ｖ０′−Ｖ４をピ
ーク電圧とする補正変位信号Ｈ０″を増幅して、補正増
幅信号Ｈ１を軸の撓み量検出回路７に供給する。

【００３２】撓み量検出回路７では、同期検波器７１が
同期信号Ｈ５に基づいて補正増幅信号Ｈ１を検波した検
波信号Ｈ２を出力し、ローパスフィルタ７２が検波信号
Ｈ２から高周波成分を取り除いた撓み量検出信号Ｈ３を
出力する。図５は撓み量と撓み量検出信号値との関係を
表したものである。

【００３３】この撓み量検出信号Ｈ３は、図５に示すよ
うに、横軸に撓み量、縦軸に撓み量検出信号値（電圧）
を取ったときに、原点０を通る軌跡を有する曲線Ｒ３と
なる。ここで、曲線Ｒ３が原点０を通るのは、前に述べ
たように、オフセット調整器７３により、軸５０の撓み
量が０の場合に、撓み量検出信号Ｈ３の出力値を０にな
るように予め設定したためである。また、撓み量検出信
号値を示す曲線Ｒ３が撓み量０近傍でも直線性を有する
のは、第１及び第２のコイル１、２を異なる巻数とする
ことでインダクタンス差を発生させ、直線性を有しない
部分Ｐを原点０からずらしたためである。

【００３４】以上説明したように本実施例によれば、コ
イルのバラツキ等により基準値Ｖｃより大きい変位信号
Ｈ０が出力した場合、交流増幅補正器４からの補正信号
Ｈ４を交流増幅器５に出力して、交流増幅器５が増幅で
きる限界を超えないようにしたので、撓み量検出回路７
から出力される撓み量検出信号Ｈ３を飽和しないように
することができる。

【００３５】また、第１のコイル１と第２のコイル２と
でコイルの巻数を異ならせ、インダクタンス差を設けた
ので、撓み量検出信号Ｈ３を表す曲線Ｒ３の直線性を有
しない部分Ｐを原点からずらすことができる。このた
め、軸５０の撓み量が微小な範囲にあっても軸５０の撓
み量を正確に測定することができる。

【００３６】次に第２の実施例について説明する。上述
した第１の実施例における交流増幅補正器４では、変位
信号Ｈ０のピーク電圧Ｖ０が上限値Ｖａ、下限値Ｖｂの
範囲内であれば、Ｖ０＜Ｖｃであっても補正信号Ｈ４を
出力するようになっているのに対し、この第２の実施例
では、変位信号Ｈ０のピーク電圧Ｖ０が基準値Ｖｃより
大きくなった場合に補正信号Ｈ４を出力するものであ
る。

【００３７】図６は交流増幅補正器４における、第２の
実施例の処理を表したものである。交流増幅補正器４
は、補正開始信号Ｈ６を受けると、直列接続点Ａから変
位信号Ｈ０を受け、この変位信号Ｈ０のピーク電圧Ｖ０
を測定し（ステップ１ａ）、基準値Ｖｃより大きいか否
かを判断する（ステップ２ａ）。

【００３８】ピーク電圧Ｖ０が所定の基準値Ｖｃより大
きければ（ステップ；２ａ）、続いて、ピーク電圧Ｖ０
が補正信号Ｈ４として出力可能な最大値である上限値Ｖ
ａより大きいか否かを判断する（ステップ３ａ）。ピー
ク電圧Ｖ０が上限値Ｖａより大きければ（ステップ３
ａ；Ｙ）、例えば図示しない赤色の組付不良表示ランプ
を点灯させて（ステップ４ａ）、処理を終了する。

【００３９】ピーク電圧Ｖ０が上限値Ｖａより大きくな
ければ（ステップ３ａ；Ｎ）、ピーク電圧Ｖ０から基準
値Ｖｃを差し引いた値Ｖ４＝Ｖ０−Ｖｃをピーク電圧と
し、変位信号Ｈ０と同一位相の補正信号Ｈ４を、再び補
正開始信号Ｈ６を受けるまで、交流増幅器５に出力して
（ステップ５ａ）、処理を終了する。

【００４０】ステップ２において、ピーク電圧Ｖ０が所
定の基準値Ｖｃ以下の場合（；Ｎ）、ピーク電圧Ｖ０が
下限値Ｖｂより小さいか否かを判断する（ステップ６
ａ）。ピーク電圧Ｖ０が下限値Ｖｂより小さければ（ス
テップ６ａ；Ｙ）、例えば図示しない黄色の組付不良表
示ランプを点灯させる（ステップ７ａ）。

【００４１】一方、ピーク電圧Ｖ０が下限値Ｖｂ以上で
ある場合（ステップ６ａ；Ｎ）、処理を終了する。

【００４２】

【発明の効果】以上のように、本発明の軸の撓み量検出
装置では、コイルの精度のバラツキ、コイルの軸に対す
る位置バラツキ等が多少存在したとしても、検出すべき
最大研削抵抗に対応する軸の最大撓み量を再設定するこ
とで、従来行っていた被加工物を研削する前のコイルの
取り付け位置の偏心調整や軸の交換時における調整を自
動的に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における軸の撓み量検出装置
が適用された研削装置の断面図である。

【図２】図１の線分Ａ１−Ａ１での断面図である。

【図３】本実施例の軸の撓み量検出装置の構成を表した
ブロック図である。

【図４】交流増幅補正器の処理を示すフローチャートで
ある。

【図５】撓み量と撓み量検出信号値との関係を表した図
である。

【図６】第２の実施例における交流増幅補正器の処理を
示すフローチャートである。

【図７】軸の撓み量検出装置の各部における信号を示す
説明図である。

【図８】交流増幅器の増幅特性図である。

【図９】基準値を越えた変位信号に対する交流増幅の状
態を示す説明図である。

【符号の説明】

１第１のコイル２第２のコイル１ａ第３のコイル２ａ第４のコイル３、３ａ高周波発生装置４、４ａ交流増幅補正器５、５ａ交流増幅器６同期検波用信号発生器７、７ａ撓み量検出回路５０軸５１ベアリング５３砥石５４被加工物７１、７１ａ同期検波器７２、７２ａローパスフィルタ７３、７３ａオフセット調整器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01B 21/00 - 21/32 G01B 7/00 - 7/34

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】軸の変位を検出し変位信号を出力する変
位検出手段と、この変位検出手段から出力される変位信号のピーク電圧
から所定の基準値を引いた値をピ−ク電圧とし、前記変
位信号と同位相の補正信号を出力する補正信号出力手段
と、前記変位検出信号から前記補正信号を引いた後の変位信
号を増幅する増幅手段と、この増幅手段で増幅後の変位信号から軸の撓み量を検出
する撓み量検出手段とを具備することを特徴とする軸の
撓み量検出装置。
【請求項２】補正信号出力手段は、前記変位検出手段
から出力される変位信号のピ−ク電圧が所定の基準値よ
りも大きい場合に、補正信号を出力することを特徴とす
る請求項１記載の軸の撓み量検出装置。