JP7380119B2

JP7380119B2 - びびり評価システム

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Publication number: JP7380119B2
Application number: JP2019208312A
Authority: JP
Inventors: 祐生増田; 徹河原; 慎二村上; 明齋藤
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2019-11-18
Filing date: 2019-11-18
Publication date: 2023-11-15
Anticipated expiration: 2039-11-18
Also published as: JP2021079480A

Description

本発明は、びびり評価システムに関する。

研削加工は、例えば、高速に回転する工具と、回転する工作物とを接触させて行われる。工具を回転させて工作物を加工する場合に、びびり振動が発生すると、加工面精度が低下したり、工具に過大な負荷が作用することがある。従来、研削加工後の工作物の表面状態を確認することにより、加工時のびびり振動の発生を検出する手法が用いられてきた。工作物の表面状態は、研削加工終了後に、真円度測定器により測定される。研削装置と表面状態測定器とが切り離されているため、工作物表面にびびり振動の発生が認められた場合にも、これを加工条件等にフィードバックするのに時間差ができてしまう問題があった。

これに対して、特許文献１のように、びびり振動発生の検出をインプロセスで行う方法も提案されている。びびり振動検出器は、例えば、研削装置、もしくは被加工物の振動加速度、振動変位等を測定し、所定の閾値を越えた振動が検出されたときにびびり振動が発生したと判定している。びびり振動の発生を研削装置上で行うことで、びびり振動が検出された場合に、加工条件を変更してびびり振動を抑制することができる。

特開２０００－２３３３６８号公報

しかしながら、特許文献１のような方法では、外的要因による振動等によって、びびり振動が発生していないにも関わらずびびり振動と判定される場合や、微小なびびり振動が見落とされる場合があった。

本発明は、上記問題に鑑み、研削加工のインプロセスにおいて、工作物表面のびびり量を精度よく評価するびびり評価システムを提供することを課題とする。

本発明のびびり評価システムは、研削装置にて砥石車により研削した工作物の外径を測定する定寸装置と、前記定寸装置に設けられ、前記定寸装置を回転中の前記工作物に接触させた状態で、前記定寸装置に発生する振動の加速度データを検出するセンサと、前記センサと前記工作物との相対位置を前記工作物の軸方向に移動させる軸方向移動装置と、前記工作物の複数の軸方向位置において前記センサにより検出された加速度データに基づいて、前記工作物の複数の軸方向位置における周方向びびり量を評価するびびり量評価演算装置と、を備える。前記びびり量評価演算装置は、前記工作物の各々の軸方向位置において前記センサにより検出された加速度に関する時系列データである複数の基礎データを取得する基礎データ取得部と、複数の前記基礎データのそれぞれに基づいてＦＦＴ解析を行い、複数のＦＦＴデータを生成するＦＦＴ解析部と、複数の前記ＦＦＴデータのそれぞれに基づいて、前記砥石車の回転数に対応する回転数周波数成分である特定周波数成分を抽出し、複数の抽出ＦＦＴデータを生成する抽出部と、複数の前記抽出ＦＦＴデータのそれぞれに基づいて逆ＦＦＴ解析を行い、複数の逆ＦＦＴデータを生成する逆ＦＦＴ解析部と、加速度に関する前記基礎データ、前記ＦＦＴデータ、前記抽出ＦＦＴデータ、前記逆ＦＦＴデータのいずれかを、変位に関する前記基礎データ、前記ＦＦＴデータ、前記抽出ＦＦＴデータ、前記逆ＦＦＴデータのいずれかの対応するデータに変換する変位変換部と、前記工作物の各々の軸方向位置における変位に関する複数の前記逆ＦＦＴデータに基づいて、前記工作物の軸方向位置に対する周方向びびり量を評価するびびり量評価部と、を備える。

本発明のびびり評価システムは、研削加工のインプロセスにおいて、工作物表面のびびり量を精度よく評価することが可能である。

研削装置１００の構成を示す平面図である。研削装置１００の定寸装置１４付近を示す断面図である。研削装置１００の研削工程を示すフローチャート図である。本発明のびびり評価システム１の構成を示すブロック図である。工作物Ｗにおける第一例の定寸装置１４の接触箇所を示す概念図である。加速度基礎データＤ１１の一例を示すグラフである。加速度ＦＦＴデータＤ２１の一例を示すグラフである。工作物Ｗ表面の凹凸形状の形成過程を示す概念図である。加速度逆ＦＦＴデータＤ４１の一例を示すグラフである。変位逆ＦＦＴデータＤ４２の一例を示すグラフである。評価例１の変位逆ＦＦＴデータＤ４２を示すグラフである。参考例の変位逆ＦＦＴデータＤ４２を示すグラフである。参考例と評価例１を比較するグラフである。変形例の構成を示すブロック図である。工作物Ｗにおける第二例の定寸装置１４の接触箇所を示す概念図である。第二例の研削初期の評価結果を示すグラフである。第二例の研削後期の評価結果を示すグラフである。研削装置１０１の定寸装置１４付近を示す断面図である。本発明のびびり評価システム３の構成を示すブロック図である。ゲイン補償部の構成を示すブロック図である。

（第一例）
以下、本発明のびびり評価システムについて図１～図１４を参照して説明する。第一例のびびり評価システム１は、工作物Ｗ及び砥石車１２を回転させながら工作物Ｗを研削する研削装置１００において、工作物表面のびびり量を評価する。びびり評価システム１は、研削装置１００に設けられた定寸装置１４及び加速度センサ１５と、びびり量評価演算装置２００からなる。

（１．研削装置の構成）
図１、図２に示すように、研削装置１００は、ベッド１１と、砥石車１２と、砥石台１２１と、主軸台１３１と、心押台１３２と、主軸テーブル１３３と、定寸装置１４とを備える。工作物Ｗは、回転軸方向の両端を、主軸台１３１及び心押台１３２に支持され、回転する。研削装置１００は、回転する工作物Ｗの外周に砥石車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１２１に支持される。ベッド１１上には、砥石台案内部１２２が固定され、砥石台１２１は、Ｘ軸方向に移動可能に砥石台案内部１２２に支持される。砥石車１２には、砥石回転モータ１２３から回転駆動力が付与され、砥石車１２が回転軸周りに回転する。砥石車１２は、砥石台１２１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１２２からＸ軸方向に離間した位置に、主軸テーブル案内部１３４が固定される。主軸テーブル案内部１３４は、主軸テーブル１３３をＺ軸方向に移動可能に支持する。主軸テーブル１３３の上には、主軸台１３１及び心押台１３２が対向配置される。工作物Ｗは、その両端が主軸台１３１及び心押台１３２に回転可能に支持されており、主軸回転モータ１３５から回転駆動力が付与され、回転する。

定寸装置１４は、工作物Ｗの表面に接触する接触部である一対の測定子１４１と、測定子１４１を支持する一対のアーム１４２を備える。測定子１４１は、工作物Ｗの回転中心を挟んだ２点において工作物Ｗ表面に当接するように設けられる。定寸装置１４は、測定子１４１の機械的変位を電気信号に変換することにより工作物の外径が検出する。定寸装置１４は、軸方向移動装置１４３に支持され、工作物Ｗの軸方向、すなわち、Ｚ軸方向に移動可能である。定寸装置１４のＺ軸方向の移動は、軸方向移動制御部１４４によって制御される。

研削装置１００は、図３に示す工程により工作物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Ｓ１、精研工程Ｓ２、微研工程Ｓ３、スパークアウト工程Ｓ４の順で行われる。各工程の砥石送り速度は、粗研工程Ｓ１＞精研工程Ｓ２＞微研工程Ｓ３＞スパークアウト工程Ｓ４となる。粗研工程Ｓ１では、工作物Ｗの大まかな形状を形成する。続く精研工程Ｓ２、微研工程Ｓ３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Ｓ４では、工作物Ｗ表面の仕上げを行い、工作物Ｗを完成させる。

本発明のびびり評価システム１は、研削が完了するスパークアウト工程Ｓ４後の工作物表面のびびり量を評価することが好ましい。なお、本発明はインプロセスにおいて、工作物表面Ｗのびびり量を評価するものであるが、インプロセスとは、工作物Ｗが研削装置１００から取り外されるまでの期間をいい、スパークアウト工程Ｓ４後も含む。びびり評価システム１は工作物Ｗの研削完了後に工作物Ｗの研削時の回転を維持した状態において工作物表面Ｗのびびり量を評価することが好ましい。

（２．びびり量評価演算装置の構成）
図４にびびり量評価演算装置２００を含む、びびり評価システム１の構成を示す。びびり量評価演算装置２００は、基礎データ取得部２１と、ＦＦＴ解析部２２と、抽出部２３と、逆ＦＦＴ解析部２４と、変位変換部２５と、びびり量評価部２６と、を備える。第一例のびびり量評価演算装置２００は、まず、工作物Ｗの複数の異なる軸方向位置において、加速度に関する基礎データである加速度基礎データＤ１１を取得する。その後、ＦＦＴ解析部２２、抽出部２３、逆ＦＦＴ解析部２４、及び、変位変換部２５を経て、各々の加速度基礎データＤ１１に対応する変位に関する逆ＦＦＴデータである変位逆ＦＦＴデータＤ４２を生成する。生成された複数の変位逆ＦＦＴデータＤ４２に基づいて、びびり量評価部２６により各軸方向位置における周方向びびり量を評価する。

（２－１．基礎データ取得部）
基礎データＤ１とは、加速度又は変位に関する時系列データである。加速度に関する基礎データＤ１を加速度基礎データＤ１１、変位に関する基礎データＤ１を変位基礎データＤ１２と呼ぶ。基礎データＤ１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よい。

基礎データ取得部２１は、工作物Ｗの軸方向について、複数の異なる軸方向位置において基礎データＤ１を取得する。複数の異なる軸方向位置とは、例えば、図５に示す複数の軸方向位置である。図５は、工作物Ｗの側面を表し、図中太線で示した線に沿って加速度基礎データを取得する。第一例では、定寸装置１４と工作物Ｗとの接触位置を軸方向に固定した状態で、接触位置が工作物Ｗの外周を円状に移動するように外周１周分の検出データを取得する。工作物Ｗの外周１周分の検出データを取得した後、軸方向位置に移動し、そこで再び、工作物Ｗの外周を円状に移動するようにデータの取得を行う。この動作を複数の軸方向位置にて行う時に、複数の軸方向位置の各々における円状動作の検出データを、工作物Ｗの各々の軸方向位置における基礎データＤ１として取得する。

基礎データ取得部２１は、加速度センサ１５からの加速度データの信号に基づき、加速度基礎データＤ１１を取得する。加速度センサ１５は、一対の定寸装置１４の一方に取り付けられ、定寸装置１４を回転中の工作物Ｗに接触させた状態で、定寸装置１４に発生する振動の加速度データを取得する。加速度センサ１５は、定寸装置１４が、軸方向移動装置１４３上を移動するのに伴い、工作物Ｗの軸方向に移動可能である。基礎データ取得部２１により取得された加速度基礎データＤ１１は、図６に示すように、縦軸を加速度、横軸を時間とする時系列データである。基礎データ取得部２１により取得した複数の加速度基礎データを第１～第ｎ加速度基礎データＤ１１１～Ｄ１１ｎとする。

（２－２．ＦＦＴ解析部）
ＦＦＴデータＤ２とは、基礎データＤ１に基づいてＦＦＴ解析されたデータである。加速度基礎データＤ１１からは図７に示すような、横軸を周波数、縦軸を加速度とする加速度ＦＦＴデータＤ２１が生成される。一方、変位基礎データＤ１２からは、横軸を周波数、縦軸を変位とする変位ＦＦＴデータＤ２２が生成される。第一例のＦＦＴ解析部２２は、第１～第ｎ加速度基礎データＤ１１１～Ｄ１１ｎのそれぞれに基づいてＦＦＴ解析を行い、第１～第ｎ加速度ＦＦＴデータＤ２１１～Ｄ２１ｎを生成する。

（２－３．抽出部）
抽出部２３は、ＦＦＴデータＤ２から、砥石車１２の回転数に対応する回転数周波数成分である特定周波数成分を抽出する。抽出部２３によって抽出された抽出ＦＦＴデータＤ３は、ＦＦＴデータＤ２と同様に、横軸を周波数、縦軸を加速度又は変位とするが、特定周波数以外の数値が除かれる。ここでは、第１～第ｎ加速度ＦＦＴデータＤ２１１～Ｄ２１ｎのそれぞれから、特定周波数成分が抽出された第１～第ｎ加速度抽出ＦＦＴデータＤ３１１～Ｄ３１ｎが生成される。特定周波数成分は、砥石車１２の回転数及びその整数倍の周波数成分である。研削装置１００は、砥石車１２を回転させながら工作物Ｗを研削する。そのため、砥石車１２の表面形状が、砥石車１２の回転数毎に工作物Ｗの表面に現れる。例えば、図８に示すように、砥石車１２表面に、大きく突出した砥粒ａがある場合、工作物Ｗ表面において、砥粒ａと当接する箇所には大きく削り取られた凹部が形成される。凹部は、回転方向に等間隔で形成され、凹部間の間隔は、砥石車１２の回転周期と一致する。抽出部２３において、特定周波数成分を抽出することにより、砥石車１２の表面状態又はアンバランス状態に起因するびびり振動を抽出することができる。

（２－４．逆ＦＦＴ解析部）
逆ＦＦＴ解析部２４は、抽出部２３によって生成された抽出ＦＦＴデータＤ３に基づいて逆ＦＦＴ解析を行い、逆ＦＦＴデータＤ４を生成する。逆ＦＦＴ解析部２４は第１～第ｎ加速度抽出ＦＦＴデータＤ３１１～Ｄ３１ｎのそれぞれに基づいて第１～第ｎ加速度逆ＦＦＴデータＤ４１１～Ｄ４１ｎを生成する。図９に加速度逆ＦＦＴデータ４１の一例を示す。加速度逆ＦＦＴデータＤ４１は、縦軸を加速度、横軸を時系列とするデータである。

（２－５．変位変換部）
変位変換部２５は、加速度に関する基礎データＤ１、ＦＦＴデータＤ２、抽出ＦＦＴデータＤ３、逆ＦＦＴデータＤ４のいずれかを、変位に関する基礎データＤ１、ＦＦＴデータＤ２、抽出ＦＦＴデータＤ３、逆ＦＦＴデータＤ４のいずれかの対応するデータに変換する。第一例の変位変換部２５は、逆ＦＦＴ解析部２４において生成された第１～第ｎ加速度逆ＦＦＴデータＤ４１１～Ｄ４１ｎを、第１～第ｎ変位逆ＦＦＴデータＤ４２１～Ｄ４２ｎに変換する。変位変換部２５では、加速度に関するデータを二回積分することにより、変位に関するデータに変換することができる。図１０に変位逆ＦＦＴデータ４２の一例を示す。変位逆ＦＦＴデータＤ４２は、縦軸を変位、横軸を時系列とするデータである。

（２－６．びびり量評価部）
びびり量評価部２６は、工作物Ｗの各々の軸方向位置における第１～第ｎ変位逆ＦＦＴデータＤ４２１～Ｄ４２ｎに基づいて工作物Ｗのびびり量を評価する。びびり量評価部２６は、まず、第１～第ｎ変位逆ＦＦＴデータＤ４２１～Ｄ４２ｎから、工作物Ｗの各々の軸方向位置における周方向びびり量を評価する。周方向びびり量の評価方法としては、例えば、変位逆ＦＦＴデータＤ５２の最大値と最小値との差を算出することにより、定量的に数値化することができる。次に、びびり量評価部２６は、工作物Ｗの各々の軸方向位置における周方向びびり量の平均値又はばらつきに基づいて、工作物Ｗ全体の周方向びびり量を評価する。びびり量評価部２６は、周方向びびり量の平均値が大きい場合や周方向びびり量のばらつきが大きい場合に、工作物Ｗの廃棄を判定したり、工作物Ｗの出来栄えを段階的に選別する構成とすることができる。工作物Ｗの廃棄や選別の基準として、あらかじめ記憶した所定の閾値に基づいて判定してもよいし、研削初期の周方向びびり量の数値と比較して判定してもよい。

また、びびり量評価部２６は、工作物Ｗの各々の軸方向位置における周方向びびり量の平均値又はばらつきに基づいて、砥石車１２のツルーイングの必要性を判断することもできる。研削加工により、砥石車１２の表面が劣化すると、工作物Ｗの軸方向の全領域において、周方向びびり量が増大する。したがって、工作物Ｗの各々の軸方向位置における周方向びびり量の平均値が増大した場合、砥石車１２の表面が劣化が発生している可能性が高い。あらかじめ記憶した所定の閾値や研削初期の周方向びびり量の平均値に基づいて、周方向びびり量の平均値の増大を判定し、砥石車１２のツルーイングを行う等の判断をすることができる。また、砥石車１２は、その幅方向において、すなわち、工作物Ｗの軸方向において、一部のみが劣化する場合もある。これは、砥粒の脱落等によるもので、その劣化具合は砥石車１２の幅方向にばらつきを有する。この場合、周方向びびり量の平均値の増大は少ない場合があるが、工作物Ｗの各々の軸方向位置における周方向びびり量のばらつきが増大する。周方向びびり量のばらつきが増大した場合にも、砥石車１２の表面が劣化が発生している可能性が高い。周方向びびり量のばらつきは、工作物Ｗの各々の軸方向位置における周方向びびり量の最大値と最小値との差分又は標準偏差から評価することができる。

（３．表示装置）
びびり評価システム１は、びびり量評価部２６による評価結果を表示する表示装置３０を備えることが好ましい。表示装置３０としては、モニタや表示ランプ等が挙げられる。表示装置３０には、例えば、変位逆ＦＦＴデータＤ４２の波形や、各々の周方向びびり量を工作物Ｗの軸方向位置に対してプロットした波形、びびり量評価部２６により評価したツルーイングの必要性の判定等を表示することが好ましい。

（４．ツルーイング実行部）
びびり評価システム１は、さらに、びびり量評価部２６による評価結果に基づいて、砥石車１２のツルーイングを実行するツルーイング実行部４０を備えることが好ましい。ツルーイング実行部４０は、びびり量評価演算装置２００のびびり量評価部２６にツルーイングが必要であると評価された場合に、砥石車１２のツルーイングを実行する。ツルーイングが必要であると評価される場合とは、工作物Ｗの各々の軸方向位置における周方向びびり量の平均値が増大した場合や、工作物Ｗの各々の軸方向位置における周方向びびり量のばらつきが増大した場合である。このような場合には、上記のように、砥石車１２の表面状態が劣化したことが考えられる。ツルーイング実行部４０により、砥石車１２のツルーイングを実行することにより、びびりを解消できる可能性がある。

（評価例）
第一例のびびり評価システム１を用いて、工作物Ｗの外周１周分について検出データを取得し、工作物Ｗの外周１周分の周方向びびり量を評価した。図１１に変位変換した変位逆ＦＦＴデータＤ４２の波形を示す。図１２に、工作物Ｗの表面形状を真円度測定器により測定した波形を示す。図１１、図１２から、びびり評価システム１により評価された表面形状は、従来の真円度測定器による評価と概ね一致することがわかる。図１３は、図１１及び図１２から算出した変位の平均値及び最大値、最小値である。図１３からも、びびり評価システム１による評価結果の信頼性が高いことがわかる。

（変形例）
第一例では、変位変換部２５を、逆ＦＦＴ解析部２４の後に配置し、基礎データ取得部２１、ＦＦＴ解析部２２、抽出部２３、逆ＦＦＴ解析部２４、変位変換部２５の順でデータの処理を行った。すなわち、逆ＦＦＴ解析部２４において第１～第ｎ加速度逆ＦＦＴデータＤ４１１～Ｄ４１ｎを生成した後、第１～第ｎ変位逆ＦＦＴデータＤ４２１～Ｄ４２ｎに変換した。びびり量評価演算装置２００において、変位変換部２５は、基礎データ取得部２１によるデータ処理後からびびり量評価部２６にデータが送られるまでの間に、加速度に関するデータを変位に関するデータに変換すればよい。すなわち、変位変換部２５は、基礎データ取得部２１－ＦＦＴ解析部２２間、ＦＦＴ解析部２２－抽出部２３間、抽出部２３－逆ＦＦＴ解析部２４間、逆ＦＦＴ解析部２４－びびり量評価部２６間のいずれかに配置することができる。その一例として、基礎データ取得部２１とＦＦＴ解析部２２との間に変位変換部２５を配置した例を図１４に示す。

図１４を参照して、変位変換部２５を基礎データ取得部２１－ＦＦＴ解析部２２間に配置する場合について説明する。基礎データ取得部２１は、加速度センサ１５からの信号に基づき、第１～第ｎ加速度基礎データＤ１１１～Ｄ１１ｎを取得する。その後、変位変換部２５によって、第１～第ｎ加速度基礎データＤ１１１～Ｄ１１ｎが第１～第ｎ変位基礎データＤ１２１～Ｄ１２ｎに変換される。ＦＦＴ解析部２２は、第１～第ｎ変位基礎データＤ１２１～Ｄ１２ｎに基づいて、第１～第ｎ変位ＦＦＴデータＤ２２１～Ｄ２２ｎを生成する。抽出部２３は、第１～第ｎ変位ＦＦＴデータＤ２２１～Ｄ２２ｎから、第１～第ｎ変位抽出ＦＦＴデータＤ３２１～Ｄ３２ｎを生成する。逆ＦＦＴ解析部２４は、第１～第ｎ変位抽出ＦＦＴデータＤ３２１～Ｄ３２ｎに基づいて第１～第ｎ変位逆ＦＦＴデータＤ４２１～Ｄ４２ｎを生成し、びびり量評価部２６に送る。

次に、変位変換部２５をＦＦＴ解析部２２－抽出部２３間に配置する場合について説明する。基礎データ取得部２１は、加速度センサ１５からの信号に基づき、第１～第ｎ加速度基礎データＤ１１１～Ｄ１１ｎを取得する。ＦＦＴ解析部２２は、第１～第ｎ加速度基礎データＤ１１１～Ｄ１１ｎに基づいて、第１～第ｎ加速度ＦＦＴデータＤ２１１～Ｄ２１ｎを生成する。その後、変位変換部２５によって、第１～第ｎ加速度ＦＦＴデータＤ２１１～Ｄ２１ｎが第１～第ｎ変位ＦＦＴデータＤ２２１～Ｄ２２ｎに変換される。抽出部２３は、第１～第ｎ変位ＦＦＴデータＤ２２１～Ｄ２２ｎから、第１～第ｎ変位抽出ＦＦＴデータＤ３２１～Ｄ３２ｎを生成する。逆ＦＦＴ解析部２４は、第１～第ｎ変位抽出ＦＦＴデータＤ３２１～Ｄ３２ｎに基づいて第１～第ｎ変位逆ＦＦＴデータＤ４２１～Ｄ４２ｎを生成し、びびり量評価部２６に送る。

次に、変位変換部２５を抽出部２３－逆ＦＦＴ解析部２４間に配置する場合について説明する。基礎データ取得部２１は、加速度センサ１５からの信号に基づき、第１～第ｎ加速度基礎データＤ１１１～Ｄ１１ｎを取得する。ＦＦＴ解析部２２は、第１～第ｎ加速度基礎データＤ１１１～Ｄ１１ｎに基づいて、第１～第ｎ加速度ＦＦＴデータＤ２１１～Ｄ２１ｎを生成する。抽出部２３は、第１～第ｎ加速度ＦＦＴデータＤ２１１～Ｄ２１ｎから、第１～第ｎ加速度抽出ＦＦＴデータＤ３１１～Ｄ３１ｎを生成する。その後、変位変換部２５によって、第１～第ｎ加速度抽出ＦＦＴデータＤ３１１～Ｄ３１ｎが第１～第ｎ変位抽出ＦＦＴデータＤ３２１～Ｄ３２ｎに変換される。逆ＦＦＴ解析部２４は、第１～第ｎ変位抽出ＦＦＴデータＤ３２１～Ｄ３２ｎに基づいて第１～第ｎ変位逆ＦＦＴデータＤ４２１～Ｄ４２ｎを生成し、びびり量評価部２６に送る。

（第二例）
第二例のびびり評価システム２について図１５～図１８を参照して説明する。びびり評価システム２は、第一例の研削装置１００及びびびり量評価演算装置２００を備える。第一例のびびり評価システム１では、定寸装置１４と工作物Ｗとの接触位置を軸方向に固定した状態で、接触位置が工作物Ｗの外周を円状に移動するように外周１周分の検出データを取得した。これに対し、第二例のびびり評価システム２では、図１５に示すように、定寸装置１４による工作物Ｗの表面上の接触位置を螺旋状に移動させて検出データを取得する。

びびり評価システム２では、基礎データ取得部２１は、定寸装置１４による工作物Ｗの表面上の接触位置を螺旋状に移動させた時に、螺旋状の検出データを取得する。すなわち、工作物Ｗを回転させた状態で、定寸装置１４の測定子１４１を工作物Ｗの表面に接触させ、定寸装置１４を軸方向移動装置１４３により、工作物Ｗの軸方向に移動させる。こうすることで、定寸装置１４と工作物Ｗとの接触位置は、工作物Ｗの表面上を螺旋状の軌跡を描いて移動する。定寸装置１４の工作物Ｗの軸方向への移動速度は、工作物Ｗの１回転当たり１ｍｍ程度とすることが好ましい。定寸装置１４の移動速度は、軸方向移動制御部１４４により制御することができる。

検出データを螺旋状に取得する場合、基礎データ取得部２１は、定寸装置１４を軸方向に移動させながら連続でデータを取得する。このとき、軸方向移動制御部１４４は、データの取得に必要な工作物Ｗの軸方向長さを算出し、工作物Ｗにおいて定寸装置１４との接触位置の螺旋状の移動における軸方向移動量を確保できる位置に、定寸装置１４と工作物Ｗとの相対位置を動作させることが好ましい。

螺旋状に取得した検出データは、工作物Ｗの回転軸に対する角度が所定角度毎となるように分割し、工作物Ｗの各々の軸方向位置における基礎データＤ１として取得される。螺旋状の検出データを周方向に分割することにより、工作物Ｗの軸方向に一定の幅を持った複数のデータとすることができる。検出データを分割する所定角度としては、９０度以下が好ましく、４５度以下がより好ましく、３０度以下がさらに好ましい。所定角度の下限は特に限定しないが、工作物Ｗの表面において、砥石車１２の回転数周期が検出できる程度の周方向長さを有する区間に分割することが好ましい。また、分割された各区間において、２００～３００ポイントのデータを取得することが好ましい。

分割された各区間の検出データは、螺旋形状の一部であることから、周方向長さと軸方向長さとを有する。しかしながら、軸方向長さは、周方向長さに比べ十分に小さいため、同一円周上の点としてみなすことができる。また、工作物Ｗの周方向のびびり振動は、砥石車１２の回転に起因するものが多く、砥石車１２の回転数周期毎に工作物Ｗの表面に繰り返し見られる。そのため、検出データを周方向に分割したとしても、周方向全周のびびり量を概算で評価することができる。

本例のように、検出データを螺旋状に取得すると、工作物Ｗの各々の軸方向位置が密に連続した複数の領域について、周方向びびり量を評価することが可能である。そのため、砥石車１２の表面状態の幅方向のばらつきを検出する際に、特に優れる。また、工作物Ｗの研削完了後にインプロセスでびびり量評価を行う場合、次の工作物Ｗの研削加工に入るまでの間隔をできるだけ短くしたい要望がある。検出データを螺旋状に取得すると、工作物Ｗの軸方向に幅のあるデータを素早く取得できる。一方、第一例のように、工作物Ｗの外周１周分毎に軸方向位置をずらしてデータを取得した場合、同一円周上で取得できるデータ数が増え、びびり量の評価精度に優れる。

（評価例）
びびり評価システム２を用いて、工作物Ｗのびびり量評価を行った。定寸装置１４の工作物Ｗの軸方向への移動速度を、工作物Ｗの１回転当たり１ｍｍとし、４ｍｍ間のデータを取得した。取得したデータを工作物Ｗの回転軸に対する角度が２２．５度毎の６４の領域に分割し、各々の軸方向位置に対するデータを取得し、これを処理した。各々の軸方向位置に対する第１～第６４変位逆ＦＦＴデータをから、最大値と最小値との差分を算出し各々の軸方向位置に対する周方向びびり量とした。複数の工作物Ｗに対して連続で研削加工を行ったときの研削初期の工作物Ｗに対する評価結果を図１６に示す。砥石車１２の劣化がみられる研削後期の工作物Ｗに対する評価結果を図１７に示す。図１６から、研削初期は、各々の軸方向位置に対する周方向びびり量のばらつきが小さく、周方向びびり量の平均値も小さい。一方、図１７から、砥石車１２が劣化した研削後期は、各々の軸方向位置に対する周方向びびり量のばらつきが大きく、周方向びびり量の平均値も増大していることがわかる。このように、工作物Ｗの軸方向に異なる複数の軸方向位置について周方向びびり量を評価しすることにより、砥石車１２の劣化具合を可視化することが可能である。

（第三例）
第三例のびびり評価システム３について、図１８～図２０を参照して説明する。第三例のびびり評価システム３は、図１８に示すように、加速度センサ１５に代えて、変位センサを備える。

変位センサとしては、例えば、リニアゲージ１６や定寸装置１４を用いることもできる。研削装置に設けられた定寸装置１４を変位センサとして用いる場合、リニアゲージ１６等の他の変位センサを設ける必要はない。リニアゲージ１６は、工作物Ｗに接触する接触部である測定子１６１と、測定子１６１を支持するアーム１６２を備える。リニアゲージ１６は、測定子１６１を回転中の工作物Ｗに接触させた状態で、工作物Ｗ表面の変位データを検出する。リニアゲージ１６は、軸方向移動装置１６３に支持され、工作物Ｗの軸方向、すなわち、Ｚ軸方向に移動可能である。リニアゲージ１６のＺ軸方向の移動は、軸方向移動制御部１６４によって制御される。基礎データ取得部２１は、リニアゲージ１６からの変位データの信号に基づき、変位基礎データＤ１２を取得する。ＦＦＴ解析部２２は、変位基礎データＤ１２に基づいて、変位ＦＦＴデータＤ２２を生成する。抽出部２３は、変位ＦＦＴデータＤ２２から、変位抽出ＦＦＴデータＤ３２を生成する。逆ＦＦＴ解析部２４は、変位抽出ＦＦＴデータＤ３２に基づいて変位逆ＦＦＴデータＤ４２を生成し、びびり量評価部２６に送る。

第三例のびびり量評価演算装置２０１は、ゲイン補償部２７を備えることが好ましい。変位センサにより検出される変位データの信号は、特定の周波数を超えると信号強度が減衰する傾向にある。ゲイン補償部２７は、あらかじめ記憶された周波数と信号強度との関係から、周波数毎に信号強度を補償し、出力レベルを一定とする。本例では、ゲイン補償部２７は、抽出部２３により生成された変位抽出ＦＦＴデータＤ３２に対してゲイン補償を行う。びびりゲイン補償部２７は、抽出部２３よりも上流側に配置されてもよい。すなわち、ＦＦＴ解析部２２により生成された変位ＦＦＴデータＤ２２に対してゲイン補償を行ってもよい。

図２０に、図１９におけるゲイン補償部２７の前後の詳細を示す。ゲイン補償部２７は、周波数と信号強度との関係を記憶するゲイン記憶部２７ａと、周波数と信号強度との関係に基づいてゲイン補償を行う調整部２７ｂと、を備える。ゲイン記憶部２７ａには、あらかじめ、周波数と信号強度との関係が記憶されている。調整部２７ｂに変位抽出ＦＦＴデータＤ３２が入力されると、ゲイン記憶部２７ａから、周波数と信号強度との関係を呼び出す。調整部２７ｂは、当該周波数と信号強度との関係に基づいて変位抽出ＦＦＴデータＤ３２に対してゲイン補償を行い、出力する。

第三例のびびり量評価演算装置２０１は、リニアゲージ１６により、変位に関する基礎データＤ１を取得することができる。そのため、加速度に関する各種データを変位に関する各種データに変換する変位変換部２５を必要としない。第一例のように加速度センサ１５を用いると、時間当たりの変位が大きい場合に、表面の形状変換に素早く反応でき、びびりの検出精度に優れる。一方、第三例のように変位センサを用いると、時間当たりの変位が小さい場合に、びびりの検出精度に優れる。変位センサを用いた場合でも、ゲイン補償を行うことにより、時間当たりの変位が大きい場合にも精度よくびびりを検出することができる。

１、２、３：びびり評価システム、１００、１０１：研削装置、１１：ベッド、１２：砥石車、１２１：砥石台、１２２：砥石台案内部、１２３：砥石回転モータ、１３１：主軸台、１３２：心押台、１３３：主軸テーブル、１３４：主軸テーブル案内部、１３５：主軸回転モータ、１４：定寸装置、１４１：測定子、１４２：アーム、１４３：軸方向移動装置、１４４：軸方向移動制御部、１５：加速度センサ、１６：リニアゲージ、１６１：測定子、１６２：アーム、１６３：軸方向移動装置、１６４：軸方向移動制御部、１７：制御部、２００、２０１：びびり量評価演算装置、２１：基礎データ取得部、２２：ＦＦＴ解析部、２３：抽出部、２４：逆ＦＦＴ解析部、２５：変位変換部、２６：びびり量評価部、２７：ゲイン補施法部、２７ａ：ゲイン記憶部、２７ｂ：調整部、３０：表示装置、４０：ツルーイング実行部、Ｓ１：粗研工程、Ｓ２：精研工程、Ｓ３：微研工程、Ｓ４：スパークアウト工程、Ｗ：工作物

Claims

研削装置にて砥石車により研削した工作物の外径を測定する定寸装置と、
前記定寸装置に設けられ、前記定寸装置を回転中の前記工作物に接触させた状態で、前記定寸装置に発生する振動の加速度データを検出するセンサと、
前記センサと前記工作物との相対位置を前記工作物の軸方向に移動させる軸方向移動装置と、
前記工作物の複数の軸方向位置において前記センサにより検出された加速度データに基づいて、前記工作物の複数の軸方向位置における周方向びびり量を評価するびびり量評価演算装置と、
を備え、
前記びびり量評価演算装置は、
前記工作物の各々の軸方向位置において前記センサにより検出された加速度に関する時系列データである複数の基礎データを取得する基礎データ取得部と、
複数の前記基礎データのそれぞれに基づいてＦＦＴ解析を行い、複数のＦＦＴデータを生成するＦＦＴ解析部と、
複数の前記ＦＦＴデータのそれぞれに基づいて、前記砥石車の回転数に対応する回転数周波数成分である特定周波数成分を抽出し、複数の抽出ＦＦＴデータを生成する抽出部と、
複数の前記抽出ＦＦＴデータのそれぞれに基づいて逆ＦＦＴ解析を行い、複数の逆ＦＦＴデータを生成する逆ＦＦＴ解析部と、
加速度に関する前記基礎データ、前記ＦＦＴデータ、前記抽出ＦＦＴデータ、前記逆ＦＦＴデータのいずれかを、変位に関する前記基礎データ、前記ＦＦＴデータ、前記抽出ＦＦＴデータ、前記逆ＦＦＴデータのいずれかの対応するデータに変換する変位変換部と、
前記工作物の各々の軸方向位置における変位に関する複数の前記逆ＦＦＴデータに基づいて、前記工作物の軸方向位置に対する周方向びびり量を評価するびびり量評価部と、
を備える、びびり評価システム。
研削装置にて砥石車により研削した工作物の外径を測定する定寸装置と、
回転中の前記工作物に接触させた状態で、前記工作物表面の変位データを検出するセンサと、
前記センサと前記工作物との相対位置を前記工作物の軸方向に移動させる軸方向移動装置と、
前記工作物の複数の軸方向位置において前記センサにより検出された変位データに基づいて、前記工作物の複数の軸方向位置における周方向びびり量を評価するびびり量評価演算装置と、
を備え、
前記びびり量評価演算装置は、
前記工作物の各々の軸方向位置において前記センサにより検出された変位に関する時系列データである複数の基礎データを取得する基礎データ取得部と、
複数の前記基礎データのそれぞれに基づいてＦＦＴ解析を行い、複数のＦＦＴデータを生成するＦＦＴ解析部と、
複数の前記ＦＦＴデータのそれぞれに基づいて、前記砥石車の回転数に対応する回転数周波数成分である特定周波数成分を抽出し、複数の抽出ＦＦＴデータを生成する抽出部と、
複数の前記抽出ＦＦＴデータのそれぞれに基づいて逆ＦＦＴ解析を行い、複数の逆ＦＦＴデータを生成する逆ＦＦＴ解析部と、
前記工作物の各々の軸方向位置における変位に関する複数の前記逆ＦＦＴデータに基づいて、前記工作物の軸方向位置に対する周方向びびり量を評価するびびり量評価部と、
前記抽出部で用いられる前記ＦＦＴデータ、又は、前記逆ＦＦＴ解析部で用いられる前
記抽出ＦＦＴデータに対して、周波数毎に信号強度の補償を行うゲイン補償部と、
を備える、びびり評価システム。
前記ゲイン補償部は、周波数と信号強度の関係を記憶するゲイン記憶部と、周波数と信号強度の関係に基づいてゲイン補償を行う調整部と、を備える請求項２に記載のびびり評価システム。
前記びびり量評価部は、前記工作物の複数の軸方向位置における周方向びびり量の平均値に基づいて、前記工作物のびびり量を評価する、請求項１－３のいずれか１項に記載のびびり評価システム。
前記びびり量評価部は、異なる前記工作物についての前記周方向びびり量の平均値を比較することにより、前記工作物のびびり量を評価する、請求項４に記載のびびり評価システム。
前記びびり評価システムは、前記工作物の複数の軸方向位置における前記周方向びびり量のばらつきに基づいて、前記工作物のびびり量を評価する、請求項１－５の何れか１項に記載のびびり評価システム。
前記基礎データ取得部は、前記定寸装置による前記工作物の表面上の接触位置を螺旋状に移動させた時に、前記工作物の回転軸を中心とする周方向の角度が所定角度毎の螺旋状の検出データを、前記工作物の各々の軸方向位置における前記基礎データとして取得する、請求項１－６の何れか１項に記載のびびり評価システム。
前記所定角度は、９０°以下である、請求項７に記載のびびり評価システム。
前記基礎データ取得部は、前記軸方向移動装置により、前記工作物において前記接触位置の螺旋状の移動における軸方向移動量を確保できる位置に、前記定寸装置と前記工作物との相対位置を動作させた後に、前記基礎データを取得する、請求項７又は８に記載のびびり評価システム。
前記基礎データ取得部は、前記定寸装置による前記工作物の表面上の接触位置を軸方向位置を固定した状態で円状に移動する動作を複数の軸方向位置にて行う時に、複数の軸方向位置の各々における円状動作の検出データを、前記工作物の各々の軸方向位置における前記基礎データとして取得する、請求項１－６の何れか１項に記載のびびり評価システム。
前記びびり量評価部は、変位に関する複数の前記逆ＦＦＴデータのそれぞれにおける最大値と最小値との差を前記周方向びびり量として算出する、請求項１－１０の何れか１項に記載のびびり評価システム。
前記基礎データ取得部は、前記工作物の研削完了後に前記工作物の研削時の回転を維持した状態において、複数の前記基礎データを取得する、請求項１－１１の何れか１項に記載のびびり評価システム。
前記びびり評価システムは、さらに、
前記びびり量評価部による評価結果に基づいて、前記砥石車のツルーイングを実行するツルーイング実行部を備える請求項１－１２の何れか１項に記載のびびり評価システム。
前記びびり量評価部は、評価結果に基づいて前記工作物の廃棄又は選別を行う、請求項１－１３の何れか１項に記載のびびり評価システム。