(57)【要約】【課題】高精度な温度分布データを得る。【解決手段】被研削物２にその径方向に沿って熱電対の一方を埋設し、その埋設部分を砥石８で研削加工する。ＰＣ１８は、磁石１２と磁気センサ１４を有する位相検出機による熱電対１０の埋設位置の検出タイミングで、受信機２０により受信される熱電対測定の温度と、定寸装置１６が計測した加工径データとを収集し、対応付けして保存する。被研削物２への更なる切り込みにより砥石８の研削点と熱電対１０の熱接点とが一致し、熱接点が削られることで測定温度の異常値が検出されると、ＰＣ１８は、研削加工を終了させる。そして、研削点と熱接点とが一致した点を、温度分布座標における距離を表す座標軸の原点とし、その温度分布座標上に収集したデータをプロットし、温度分布曲線（温度分布データ）を得る。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱電対を用いて被研削物への研削加工時における被研削物の温度分布を解析する方法において、
被研削物を研削する研削手段が被研削物と当接する研削点から、研削手段から離れる方向に沿って熱電対の一方が埋設された被研削物への研削加工を開始するステップと、
被研削物内に埋設された熱電対の一端側にある熱接点が研削手段により研削され、熱接点と研削点とが一致したことが検出されるときまで、被研削物への研削加工時における被研削物の温度及び研削手段による加工量を測定し、保持するステップと、
熱電対の熱接点と研削点とが一致する点を、距離を表す座標軸の原点として被研削物の温度分布を求めるステップと、
を含むことを特徴とする被研削物温度分布解析方法。
【請求項２】
熱電対を用いて研削加工時における被研削物の温度分布を解析する被研削物温度分布解析装置において、
被研削物を研削する研削手段が被研削物と当接する研削点から、研削手段から離れる方向に沿って熱電対の一方を被研削物に埋設して、研削加工時における被研削物の温度を測定する温度測定手段と、
研削加工時における研削手段の移動距離を測定する距離測定手段と、
研削加工を開始してからの研削手段による加工量と被研削物の測定温度とを対応付けして記憶する測定データ記憶手段と、
熱電対の一端側にある熱接点と研削点とが一致する点を、距離を表す座標軸の原点として被研削物の温度分布を求める温度分布解析処理手段と、
を有することを特徴とする被研削物温度分布解析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被研削物温度分布測定方法、特に求める温度分布データの精度向上に関する。
【背景技術】
【０００２】
研削装置により研削される工作物の温度は、研削砥石の表面性状と密接な関係があり、目つぶれ、目こぼれ等の研削異常の重要な判断項目となる。この研削異常を早期発見できなければ、研削加工の精度劣化等の品質上の問題のみならず研削割れ等の発生によるコスト上の問題にも発展しうる。
【０００３】
従来から工作物温度を測定する一手法として、テスト用の被研削物を用意し、その被研削物に熱電対を埋設し、金属間の熱起電力を測定して検出する方法がある。この従来の測定方法を説明するための概念図を図７に示す。
【０００４】
被研削物５０の内部には、図７に示すように複数の熱電対５２がそれぞれ砥石５４側端から予め決められた位置に埋め込まれている。そして、砥石５４を回転させて被研削物５０を実際に研削させる。この研削加工時における被研削物５０の内部の温度を、各熱電対５２を用いて測定する。この測定、収集した温度と既知である各熱電対５２の埋設位置との各データを解析することによって被研削物内部の温度分布データを得ることができる。
【０００５】
【非特許文献１】「プランジカット研削法の研究」、精密機械、１９５９年、Ｖｏｌ．２５、Ｎｏ．５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来において高精度な温度分布データを得るためには、熱電対をそれぞれ決められた位置に精度良く埋設する必要があった。すなわち、測定温度は、砥石の研削点と熱電対の測定点との距離と密接な関係にあるため、求める温度分布データの精度は、熱電対を埋設する穴開け加工の精度に依存することになってしまう。換言すると、温度分布データの精度を向上させるためには、被研削物に対する高精度な穴開け加工が必要になってくる。
【０００７】
また、従来における熱電対の埋設向きでは、熱電対の埋設間隔は、熱電対径に依存してしまうため、熱電対径より細かい間隔での温度測定ができないという問題があった。
【０００８】
本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、高精度な温度分布データを得ることのできる被研削物温度分布解析方法及び装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
以上のような目的を達成するために、本発明に係る被研削物温度分布解析方法は、熱電対を用いて被研削物への研削加工時における被研削物の温度分布を解析する方法において、被研削物を研削する研削手段が被研削物と当接する研削点から、研削手段から離れる方向に沿って熱電対の一方が埋設された被研削物への研削加工を開始するステップと、被研削物内に埋設された熱電対の一端側にある熱接点が研削手段により研削され、熱接点と研削点とが一致したことが検出されるときまで、被研削物への研削加工時における被研削物の温度及び研削手段による加工量を測定し、保持するステップと、熱電対の熱接点と研削点とが一致する点を、距離を表す座標軸の原点として被研削物の温度分布を求めるステップとを含むことを特徴とする。
【００１０】
本発明に係る被研削物温度分布解析装置は、熱電対を用いて研削加工時における被研削物の温度分布を解析する被研削物温度分布解析装置において、被研削物を研削する研削手段が被研削物と当接する研削点から、研削手段から離れる方向に沿って熱電対の一方を被研削物に埋設して、研削加工時における被研削物の温度を測定する温度測定手段と、研削加工時における研削手段の移動距離を測定する距離測定手段と、研削加工を開始してからの研削手段による加工量と被研削物の測定温度とを対応付けして記憶する測定データ記憶手段と、熱電対の一端側にある熱接点と研削点とが一致する点を、距離を表す座標軸の原点として被研削物の温度分布を求める温度分布解析処理手段とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、研削加工時において研削手段における研削点と熱電対の熱接点とが一致した点を検出することによって、温度分布座標の距離を表す座標軸の原点を正確に求めることができる。また、正しい値の長さ（距離）を表すデータを温度データに対応付けることができる。これにより、研削加工時に収集したデータを温度分布座標上に正確にプロットすることができるので、高精度な温度分布データを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面に基づいて、本発明の好適な実施の形態について説明する。
【００１３】
図１は、本発明に係る被研削物温度分布解析装置の一実施の形態を示した概略的な全体構成図である。図１において、略円柱形状の被研削物２は、略円柱形状の取付具４に固定される。被研削物２は、取付具４と共に１対の治具６によって回転可能に支持され、研削手段である砥石８によって研削加工される。図２は、図１から被研削物２と砥石８とを抜き出して側面から見たときの図である。図２における矢印は、被研削物２及び砥石８それぞれの回転方向を示している。被研削物２には、温度を測定するために用いられる熱電対が埋設されるが、熱電対の一方は、砥石８により研削される位置に、他方は取付具４の配設位置近傍に、それぞれ配設される。研削位置にある熱電対１０は、被研削物２の中心点と砥石８が被研削物２と当接して研削する点（以下、「研削点」）に沿って、すなわち円柱形状である被研削物２の径方向に沿って被研削物２の内部に埋設される。熱電対１０の一端側にある熱接点は、研削前では被研削物２の表面に現れていない。なお、図に示したように、研削位置には４本の熱電対１０が示されているが、これは、４組の熱電対が被研削物２に埋設されていることを意味している。本実施の形態では、４本の熱電対１０をπ／２の等間隔で埋設した。そして、各熱電対１０の埋め込み位置を検出するために位相検出機を配設した。本実施の形態では、位相検出機を取付具４に配設した磁石１２と、磁界を検知する磁気センサ１４とで実現するようにした。
【００１４】
取付具４の内部には、熱電対１０によって測定された温度データ（アナログデータ）をデジタルデータに変換するＡＤ変換器と、デジタルデータを増幅するアンプと、増幅された温度データを発信する発信機とが組み込まれている。また、定寸装置１６は、研削点における被研削物２の半径を正確に計測する。
【００１５】
パーソナルコンピュータ（ＰＣ）１８には、前述した磁気センサ１４と定寸装置１６に加えて、取付具４に組み込まれた発信機からの温度データを受信する受信機２０と、砥石８を駆動する駆動機構２２とが接続されている。なお、被研削物２を回転させる駆動機構は図から省略した。ＰＣ１８は、砥石８と被研削物２の各駆動機構を駆動しながら被研削物２に対して研削加工を行い、この研削加工時に熱電対１０により測定される被研削物２の内部の温度を収集し、最終的にその収集した温度データを解析して温度分布データを得るために用いられる情報処理装置である。そして、図示しない表示手段に温度分布データを可視化可能に表示する。
【００１６】
図３は、図１に示したＰＣ１８の機能ブロック構成図である。ＰＣ１８は、データ収集部２４、駆動制御部２６、表示処理部２８及び測定制御部３０を有している。データ収集部２４は、磁気センサ１４からの信号により熱電対１０が検出されるタイミングで受信機２０により受信された温度データ、定寸装置１６により計測された被研削物２の半径（加工径）を収集し、収集した各データを対応付けして収集データ保存部３２に蓄積していく。この検出タイミングは、後述する所定時間間隔ｔに相当する。駆動制御部２６は、測定制御部３０による指示に従い駆動機構２２を作動させて研削加工を実施する。表示処理部２８は、温度分布データ記憶部３４に記憶されている温度分布データを図示しない表示手段に表示する。そして、測定制御部３０は、被研削物２の温度測定全体の制御を行い、また収集データ保存部３２に蓄積されたデータを解析することによって温度分布データを求め、温度分布データ記憶部３４に書き込む。
【００１７】
データ収集部２４、駆動制御部２６、表示処理部２８及び測定制御部３０は、ＰＣ１８のハードウェア資源と各処理機能を実現するソフトウェアプログラムとの協働動作により実現される。また、収集データ保存部３２及び温度分布データ記憶部３４は、ハードディスクドライブ等をはじめとする外部記憶装置、あるいはＲＡＭ等の記憶手段により実現される。
【００１８】
本実施の形態において特徴的なことは、熱電対１０を被研削物２の径方向に沿って埋設するようにしたので、高精度な温度分布データを得ることができるようにしたことである。以下、本実施の形態における温度分布データの解析方法について図４に示したフローチャートを用いて説明する。
【００１９】
駆動制御部２６は、測定制御部３０からの指示に従い駆動機構２２を作動させ被研削物２への研削加工を開始する（ステップ１０１）。研削加工の開始に伴い、砥石８は、高速回転しながら一定の速度で被研削物２に近づくように動作制御される。一方、被研削物２は、等速回転を開始し、砥石８によって研削加工の終了指示があるまで徐々に切り込みが入れられることになる。なお、本実施の形態では、４組の熱電対を埋設しているが、ここでは１組の熱電対に着目して説明する。前述したように、熱電対１０の向きは、位置検出機によって検出できるため、砥石８の研削点と熱電対１０の熱接点とが対向したときのタイミングを得ることができ、このタイミングで温度を収集すればよいことになる。
【００２０】
図５は、研削加工時により測定される温度と加工径の各データを示した図である。図５には、１つの熱電対１０における測定温度の時系列データ４０と定寸装置１６が計測した被研削物２の半径の時系列的な遷移データ４２とが示されている。まず、温度データ４０が上下しているのは、砥石８の研削点と熱電対１０の熱接点との距離が被研削物２の回転により近づいたり遠のいたりするためである。温度分布を得るために必要なデータは、温度データ４０の各頂部のデータである。温度データ４０の各頂部は、砥石８の研削点と熱電対１０の熱接点とが対向した時点であるが、この時点は位置検出機によって検出される。本実施の形態では、被研削物２を等速回転させるため、被研削物２が１回転する所定時間間隔ｔ毎に、また一定の切り込み量ｑ毎に測定温度を収集することになる。
【００２１】
なお、本実施の形態では、温度分布データの解析に必要なデータ（温度データ４０の各頂部のデータ）のみをＰＣ１８に送信し、蓄積させるようにするが、測定温度の時系列データ４０全てをＰＣ１８に送信し、ＰＣ１８側で位置検出機からの信号に応じて必要な温度データを抽出させるようにしてもよい。
【００２２】
一方、定寸装置１６は、図５に示したように研削加工に伴い徐々に小さくなる研削点における被研削物２の半径（加工径）を高精度に計測し、ＰＣ１８へ送る。温度データと同様に、本実施の形態では、温度分布データの解析に必要な研削点と熱接点とが対応する時点でのデータのみをＰＣ１８に送信し、蓄積させるようにするが、加工径の遷移データ４２全てをＰＣ１８に送信し、ＰＣ１８側で位置検出機からの信号に応じて必要な加工径データを抽出させるようにしてもよい。
【００２３】
ＰＣ１８において、データ収集部２４は、所定時間間隔ｔ毎にそれぞれ送られてくる温度データと加工径データとを収集し（ステップ１０２）、各データを対応付けして収集データ保存部３２に保存する（ステップ１０３）。なお、各データが時系列データの場合には、時系列データの中から位相検出機による検出タイミングに該当するデータが判別できるフラグ等を、保存するデータに付加する。
【００２４】
以上のようにして被研削物２への研削加工時における処理は、継続して繰り返し行われるが、砥石８は、被研削物２に徐々に切り込みを入れていくことで、いずれ熱電対１０まで被研削物２と共に研削してしまうことになる。つまり、砥石８の研削点と熱電対１０の熱接点とが一致することになる。熱電対１０は、熱接点が削られると断線異常値を示す特性を有している。従って、図５に示したように、この研削点と熱接点とが一致する時点ａにおける温度データは、図５に示したように異常値（０度）となる。本実施の形態では、この異常値が検出されるまで研削加工を継続して温度データと加工径データを収集する。
【００２５】
測定制御部３０は、温度データの異常値を検出すると（ステップ１０４）、研削加工を終了し（ステップ１０５）、蓄積されたデータから温度分布データの生成処理を開始する。ここで、図５に示した温度データと加工径データとの関係について確認する。
【００２６】
研削加工を行う時間の経過に伴い、砥石８の研削点と熱電対１０の熱接点とが近づくため、測定温度は、研削点と熱接点との距離に反比例に上昇していく。図５では、研削点と熱接点とが被研削物２の径ｄ０ほど離れているときの測定温度はＴ０で、研削点と熱接点とが一致する直前（時点ａ−１）の測定温度はＴ１であることを示している。また、熱電対１０の熱接点が削られた時点ａにおける加工径はｄ１なので、被研削物２に埋設された熱電対１０の熱接点は、被研削物２の中心からｄ１の距離に配設されたことがわかる。
【００２７】
すなわち、従来においては、被研削物内部における熱電対の熱接点位置を予め決めて、その位置に熱電対の熱接点が配設されるように穴開け加工をしていたので、穴開け加工精度いかんでは、研削点から熱接点までの距離が必ずしも正確に得ることができなかった。これに対し、本実施の形態では、熱電対１０の熱接点が削られたタイミングを検出するように構成することで砥石８の研削点と熱電対１０の熱接点との一致を把握できるようにしたので、温度データと距離（長さ）を表す加工径データとの対応付けを正確に行うことができ、また、研削点と熱接点との位置関係（距離）の基準となる原点を正確かつ確実に把握することができる。
【００２８】
本実施の形態において求めた温度分布データを図６に示すが、測定制御部３０は、研削点と熱接点とが一致した図５における時点ａの位置ｄ１、すなわち被研削物２の内部における熱接点の配設位置を、距離を表す座標軸（図６では研削点と熱接点との距離）の原点とし、そこから研削加工時に収集、蓄積したデータを逆に読み出して図６に示した座標上にプロットしていく（ステップ１０６）。なお、図６において距離を表す座標軸の刻みの間隔は、前述した所定時間間隔ｔの間に切り込まれる一定の切り込み量ｑに等しい。
【００２９】
例えば、図５においてデータ収集終了直前の時点ａ−１の温度データＴ１に相当するデータは、原点からｑだけ離れ、かつ温度Ｔ１に対応する位置ｐ１にプロットされる。また同様に、データ収集開始時点ａ−８の温度データＴ０に相当するデータは、原点から８ｑだけ離れ、かつ温度Ｔ０に対応する位置ｐ０にプロットされる。
【００３０】
測定制御部３０は、このように収集、蓄積したデータを逆に読み出して座標上にプロットする。そして、プロットした温度データに基づき所定の解析方法で温度分布曲線（温度分布データ）４４を得る（ステップ１０７）。
【００３１】
本実施の形態によれば、以上のように温度データと加工径データとの対応付けを正確に行え、また図６に示した温度分布座標の原点を正確に求めることができるので、温度分布データを高精度に求めることができる。
【００３２】
ところで、本実施の形態では、４組の熱電対をπ／２の等間隔で被研削物２に埋設した。従って、上記説明では、１組の熱電対に着目したため、一定の切り込み量ｑの間隔でプロットした温度データに基づき温度分布データを求めたが、４組の熱電対から収集した温度データを用いることでｑ／４の間隔で温度データを座標上にプロットできるため、温度分布データをより高精度に求めることができる。もちろん、被研削物２に埋設する熱電対の数は４組に限定する必要はなく、この数を増やすことで更に精度を向上させることができる。
【００３３】
また、本実施の形態では、温度分布データを得る際に温度データを関連付ける距離を表すデータとして定寸装置１６を設けて被研削物２の径を計測するようにした。しかしながら、距離を表すデータとして、加工径に限定する必要はなく、例えば砥石８の移動量や被研削物２の加工量など距離（長さ）を表す他の指標データを用いることができる。これは、どこを始点に距離を計測しようとも、本実施の形態では、砥石８の研削点と熱電対１０の熱接点とが一致した点を、温度分布データ座標における距離を表す座標軸の原点とし、その点から逆にさかのぼって距離を計算するようにしたからである。
【００３４】
また、砥石８の研削点と熱電対１０の熱接点とが一致した点を得るために熱電対１０の熱接点を砥石８に削らせる必要がある。このため、本実施の形態では、被研削物２が円柱形状なので、被研削物２の径に沿って熱電対１０を埋設するようにした。仮に、被研削物２が角柱形状であれば、砥石８の進行方向に平行に埋設することになる。要するに、熱電対１０の熱接点を砥石８に削らせるために、砥石８の研削点からその砥石８から離れる方向に沿って熱電対１０を埋設すればよく、被研削物２を必ずしも円柱形状とする必要はない。もちろん、円柱形状でない場合は、被研削物の回転、熱電対の埋設数等に関して円柱形状と異なる制約は生じてくる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明に係る被研削物温度分布解析装置の一実施の形態を示した概略的な全体構成図である。
【図２】図１から被研削物と砥石とを抜き出して側面から見たときの図である。
【図３】図１に示したＰＣの機能ブロック構成図である。
【図４】本実施の形態における温度分布データの解析方法を示したフローチャートである。
【図５】本実施の形態において研削加工時に測定される温度と加工径の各データを示した図である。
【図６】本実施の形態において解析により得られる温度分布データを示した図である。
【図７】従来の被研削物の温度分布解析方法を説明するために用いる被研削物と砥石とを示した概略図である。
【符号の説明】
【００３６】
２  被研削物、４  取付具、６  治具、８  砥石、１０  熱電対、１２  磁石、１４  磁気センサ、１６  定寸装置、１８  パーソナルコンピュータ（ＰＣ）、２０  受信機、２２  駆動機構、２４  データ収集部、２６  駆動制御部、２８  表示処理部、３０  測定制御部、３２  収集データ保存部、３４  温度分布データ記憶部。
【図１】
2006231438.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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