(57)【要約】【課題】本発明の目的は、加工中でもレーザを用いる非接触式センサによるワークのたわみ量の測定を行うことができるたわみ量測定方法を提供することである。【解決手段】クーラントを供給して研削加工するときのワークのたわみ量を測定するたわみ量測定方法において、研削対象であるワーク１にクーラントを間欠供給し、レーザを用いる非接触式センサ２１ａ、２２ａによりワーク１のたわみ量を測定する。非接触式センサ２１ａ、２２ａの光軸２５がクーラントによって遮られない時間をつくることができるため、加工中でもワーク１のたわみ量の測定を行うことができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
クーラントを供給して研削加工するときのワークのたわみ量を測定するたわみ量測定方法であって、
研削対象であるワークにクーラントを間欠供給し、レーザを用いる非接触式センサにより前記ワークのたわみ量を測定することを特徴とするたわみ量測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は研削対象のたわみ量を測定する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、工作物の研削部位のたわみを研削中に測定する方法を開示している。この方法に用いられる測定装置は、１８０度対向して配置された二つの接触子で構成される工作物径測定装置と、研削作用位置に対し１８０度対向した工作物の表面位置を非接触で測定する静電容量型の表面位置測定装置とを備える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−７１２０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ワークのたわみ量の測定装置にレーザを用いる非接触式センサを用いることで、測定装置の小型化を図ることができる。しかし、加工中のワークのたわみ量を測定する場合、ワークに供給されるクーラントにより非接触式センサの光軸が遮られると、ワークのたわみ量を測定することが難しい。
【０００５】
本発明はこのような問題を解決するためになされたものであり、加工中でもレーザを用いる非接触式センサによるワークのたわみ量の測定を行うことができるたわみ量測定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によるたわみ量測定方法は、クーラントを供給して研削加工するときのワークのたわみ量を測定するたわみ量測定方法であって、研削対象であるワークにクーラントを間欠供給し、レーザを用いる非接触式センサにより前記ワークのたわみ量を測定することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、非接触式センサの光軸がクーラントによって遮られない時間をつくることができるため、加工中でもワークのたわみ量の測定を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施の形態１にかかる研削盤の上面図である。
【図２】実施の形態１にかかる研削盤において、ワーク、砥石、クーラント間欠供給装置、及び測定装置の配置を示す概略図である。
【図３】加工前におけるワーク位置の測定方法を示す概念図である。
【図４】加工前におけるワーク位置の測定結果を示すグラフである。
【図５】加工中におけるワーク位置の測定方法を示す概念図である。
【図６】加工中におけるワーク位置の測定結果を示すグラフである。
【図７】ワーク径の測定方法を示す概念図である。
【図８】クーラント間欠供給装置が備える遮蔽板の正面図である。
【図９】クーラント間欠供給装置の他の例を示す概略図である。
【図１０】クーラント間欠供給装置の更に他の例を示す概略図である。
【図１１】実施の形態１にかかる研削方法のサイクル線図である。
【図１２】加工開始前のワークの状態を示す概念図である。
【図１３】砥石前進時のワークの状態を示す概念図である。
【図１４】砥石後退後のクーラント流量切替時のワークの状態を示す概念図である。
【図１５】実施の形態１にかかる砥石位置測定方法のフローチャートである。
【図１６】実施の形態１にかかる研削方法において実行される干渉確認方法のフローチャートである。
【図１７】測定装置の検出部の構成を示す概略図である。
【図１８】ワークのジャーナル幅と砥石幅の関係を示す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
（実施の形態１）
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１は、実施の形態１にかかる研削盤の上面図である。研削盤は、エンジンの回転体部品であるクランクシャフト１のジャーナル部２を仕上げるための研削加工を行う。研削盤は、主軸１１と、心押し台１２と、砥石１３と、測定装置２０とを備える。砥石１３は、図示されない砥石台によって支持される。互いに直交するＸ方向、Ｙ方向、及びＺ方向が定義されている。主軸１１及び心押し台１２は、ワークであるクランクシャフト１の長手方向がＺ方向に平行になるようにクランクシャフト１を支持する。砥石１３（砥石台）は、Ｘ方向に平行に前進後退可能である。
【００１０】
図２を参照して、測定装置２０は、Ｙ方向に離れて配置された検出部２１及び２２を備える。検出部２１及び２２は、径・たわみ量測定センサ２１ａ及び２２ａをそれぞれ備える。径・たわみ量測定センサ２１ａ及び２２ａは、測定時に、ジャーナル部２を挟んでＹ方向に向かい合う。径・たわみ量測定センサ２１ａ及び２２ａは、ジャーナル部２の径及びジャーナル部２におけるクランクシャフト１のたわみ量を測定するために用いられる非接触式センサである。径・たわみ量測定センサ２１ａ及び２２ａは、測定にレーザを用いる。レーザを用いる非接触式センサを採用することで、測定分解能力がメカ接触式センサの場合の１／１０に向上する。また、レーザを用いる非接触式センサはメカ接触式センサに比べて小型であるため、測定装置２０が小型化される。
【００１１】
次に、図３〜６を参照して、径・たわみ量測定センサ２１ａ及び２２ａによりジャーナル部２におけるクランクシャフト１のたわみ量を測定する方法を説明する。具体的には、加工前のジャーナル部２の位置を測定し、加工中のジャーナル部２の位置を測定し、加工前の位置及び加工中の位置からたわみ量を求める。ジャーナル部２は、たわみ量測定部位と称される場合がある。
【００１２】
図３を参照して、径・たわみ量測定センサ２１ａはＹ方向に平行な複数（Ｎ個）の光軸２５を有し、これらの光軸２５はＸ方向に配列されている。径・たわみ量測定センサ２２ａはＹ方向に平行な複数（Ｎ個）の光軸２５を有し、これらの光軸２５はＸ方向に配列されている。図３に示す例ではＮ＝７であるが、Ｎは７に限定されない。径・たわみ量測定センサ２１ａのｋ番目（ｋは１以上Ｎ以下の任意の整数）の光軸２５のＸ方向位置は、径・たわみ量測定センサ２２ａのｋ番目の光軸２５のＸ方向位置に一致している。
【００１３】
加工前は、砥石１３がジャーナル部２に接触しておらず、クランクシャフト１はたわんでいない。加工前のクランクシャフト１がたわんでいない状態において、強度が最も高い光軸２５のＸ方向位置をジャーナル部２のＸ方向位置、すなわちジャーナル部２におけるクランクシャフト中心軸ＯのＸ方向位置として検出する。ジャーナル部２におけるクランクシャフト中心軸Ｏの加工前のＸ方向位置は、ワーク原点と称される場合がある。図３に示す例では、４番目の光軸２５の位置においてジャーナル部２と径・たわみ量測定センサ２１ａ及び２２ａの間の距離が最も短く、４番目の光軸２５の強度が最も高い。
【００１４】
図４は、図３に示された測定の結果を示すグラフである。横軸は光軸２５のＸ方向位置、縦軸は光軸２５の強度である。４番目の光軸２５の強度が最も高いので、４番目の光軸２５のＸ方向位置をワーク原点として検出する。
【００１５】
図５を参照して、加工中は前進した砥石１３によってクランクシャフト１がたわみ、ジャーナル部２におけるクランクシャフト中心軸ＯのＸ方向位置がワーク原点から変位する。この変位量がジャーナル部２におけるクランクシャフト１のたわみ量Ｄである。加工中のクランクシャフト１がたわんだ状態において、強度が最も高い光軸２５のＸ方向位置をジャーナル部２におけるクランクシャフト中心軸ＯのＸ方向位置として検出する。図５に示す例では、３番目の光軸２５の位置においてジャーナル部２と径・たわみ量測定センサ２１ａ及び２２ａの間の距離が最も短く、３番目の光軸２５の強度が最も高い。
【００１６】
図６は、図５に示された測定の結果を実線で示し、図３に示された測定の結果を破線で示すグラフである。横軸は光軸２５のＸ方向位置、縦軸は光軸２５の強度である。実線で示された測定結果では３番目の光軸２５の強度が最も高いので、３番目の光軸２５のＸ方向位置をジャーナル部２におけるクランクシャフト中心軸Ｏの加工中のＸ方向位置として検出する。更に、ジャーナル部２におけるクランクシャフト中心軸Ｏの加工中のＸ方向位置とワーク原点との差分をたわみ量Ｄとして検出する。
【００１７】
次に、図７を参照して、径・たわみ量測定センサ２１ａ及び２２ａによりジャーナル部２の加工径ΦＤを測定する方法を説明する。径・たわみ量測定センサ２１ａは、強度が最も高い光軸２５に基づいてジャーナル部２までのＹ方向の距離Ｂを測定する。径・たわみ量測定センサ２２ａは、強度が最も高い光軸２５に基づいてジャーナル部２までのＹ方向の距離Ｃを測定する。径・たわみ量測定センサ２１ａと径・たわみ量測定センサ２２ａのＹ方向の距離Ａが既知であるので、下記式からジャーナル部２の加工径ΦＤを求めることができる。
ΦＤ＝Ａ−（Ｂ＋Ｃ）
【００１８】
図２を参照して、実施の形態１にかかる研削盤は、ジャーナル部２（より具体的には加工点）にクーラントを間欠供給するクーラント間欠供給装置３０Ａを備える。クーラントを間欠的に供給することで、径・たわみ量測定センサ２１ａ及び２２ａの光軸２５がクーラントによって遮られない時間をつくることができる。光軸２５がクーラントによって遮られないため、乱反射や遮光が防止される。そのため、加工中でもクランクシャフト１のたわみ量Ｄ及び加工径ΦＤを測定することができる。
【００１９】
クーラント間欠供給装置３０Ａは、ノズル３１と、遮蔽板３２とを備える。ノズル３１は、ジャーナル部２（加工点）に向かってクーラントを吹き出す。遮蔽板３２は、ノズル３１とジャーナル部２（加工点）の間のクーラント経路を間欠的に遮るように遮蔽板回転軸Ｒまわりに回転する。例えば、加工点の直前で遮蔽板３２を回転させる。遮蔽板３２の厚みは、遮蔽板厚みｔで表される。
【００２０】
図８を参照して、遮蔽板３２は、三日月形状に形成されている。遮蔽板３２の形状は、例えば、大円に対応する円板から大円に内接する小円に対応する円板が除去されたものである。ここで、大円の中心が遮蔽板回転軸Ｒ上に配置される。三日月形状に形成された遮蔽板３２の回転によりクーラントを間欠供給することで、クーラントの流量を連続的に変化させることができる。そのため、クーラントの乱流を防止し、ジャーナル部２（加工点）に供給されるクーラントの流量を滑らかに制御することができる。更に、遮蔽板厚みｔ、遮蔽板３２の回転数ｎ、及び遮蔽板３２の面積ｓを設定することで、間欠時間、クーラント流量、及びクーラント流速について最適制御が可能である。
【００２１】
図９を参照して、クーラント間欠供給装置３０Ａのかわりにクーラント間欠供給装置３０Ｂを用いてもよい。クーラント間欠供給装置３０Ｂは、ノズル３１と、仕切り板３３と、シリンダー３４とを備える。シリンダー３４は仕切り板３３を前進及び後退させてノズル３１とジャーナル部２（加工点）の間のクーラント経路を間欠的に遮る。尚、クーラント間欠供給装置３０Ｂを用いた場合にはクーラントの乱流や跳飛が発生するため、クーラント間欠供給装置３０Ａを用いることが好ましい。
【００２２】
図１０を参照して、クーラント間欠供給装置３０Ａのかわりにクーラント間欠供給装置３０Ｃを用いてもよい。クーラント間欠供給装置３０Ｃは、ノズル３１と、ノズル３１にクーラントを供給する配管３５と、配管３５に設けられたバルブ３６を備える。バルブ３６は、ノズル３１へのクーラントの供給をオンオフする。尚、クーラント間欠供給装置３０Ｃを用いた場合にはバルブ３６の耐久性や配管３５内のクーラント残りの問題があるため、クーラント間欠供給装置３０Ａを用いることが好ましい。
【００２３】
次に、実施の形態１にかかる研削方法を説明する。以下、クーラント間欠供給装置３０Ａを用いる場合を説明するが、クーラント間欠供給装置３０Ｂ又は３０Ｃを用いてもよい。
【００２４】
図１１は、研削方法のサイクル線図である。研削方法は、粗研、バックオフ、砥石台再前進、精研、及び微研の各工程を含んでいる。粗研において、砥石１３（砥石台）を前進させながらジャーナル部２を研削する。バックオフにおいて、砥石１３（砥石台）を後退する。砥石台再前進において、砥石１３（砥石台）を再前進する。精研及び微研において砥石１３（砥石台）を粗研のときよりもゆっくり前進させながらジャーナル部２を研削する。粗研から微研までの間、クーラント間欠供給装置３０Ａは、研削対象部位であるジャーナル部２（加工点）にクーラントを間欠的に供給する。初めはクーラントの流量を大流量に設定し、バックオフ後にクーラントの流量を小流量に切り替える。ジャーナル部２の研削において、品質慢性不具合である研削割れ及び研削焼けを防止することが重要である。
【００２５】
図１２〜１４を参照して、研削割れ及び研削焼けの発生メカニズムを説明する。図１２は、加工開始前（粗研開始前）のクランクシャフト１の状態を示している。図１３に示すように、粗研中は、砥石１３（砥石台）前進により砥石１３とジャーナル部２が接触してクランクシャフト１がたわんだ状態（クランクシャフト中心軸Ｏが曲がった状態）で加工を行う。図１４に示すように、バックオフを行って砥石１３（砥石台）を後退した後、クーラント流量を小流量に切り替えると、クーラントの動圧変化による引込力のためにクランクシャフト１のたわみが戻る位置は原点を超えて砥石１３側へオーバーランする。ここで、砥石１３（砥石台）の後退量が不十分なために砥石１３とジャーナル部２の距離が不足すると、砥石台再前進時に砥石１３とジャーナル部２が干渉して研削熱が発生する。これにより、研削割れ及び研削焼けが発生する。
【００２６】
バックオフにおける砥石１３（砥石台）の後退（バックオフ）量を大きい値に固定すれば、砥石台再前進時に砥石１３とジャーナル部２が干渉することを防ぐことができる。しかし、砥石１３（砥石台）の後退量を大きい値に固定するとサイクルタイムが長くなってしまう。また、ジャーナル部２がクランクシャフト１の長手方向の端部の近くにあるか又は中央部の近くにあるかによってジャーナル部２におけるたわみ量が異なる。したがって、サイクルタイムが最小になるように、加工中のジャーナル部２の各々のたわみ量に対応して砥石１３（砥石台）の後退量を干渉防止に必要最小な値に制御することが重要である。
【００２７】
次に、砥石１３（砥石台）の後退量を制御する方法について説明する。砥石１３（砥石台）の後退量を制御するため、砥石１３の位置を用いる。砥石１３の位置は、例えば、砥石１３を交換した際に取得しておく。
【００２８】
図１５を参照して、砥石位置測定方法を説明する。砥石１３を交換（ステップＳ１１）した後、砥石１３の径を測定し、砥石１３の径を砥石１３の位置を表すデータとして記憶する（ステップＳ１２）。設備（研削盤）へ砥石１３の径の値をフィードバックする（ステップＳ１３）。
【００２９】
図１６を参照して、研削方法において実行される干渉確認方法を説明する。ステップＳ２１〜Ｓ２２は、粗研開始前に実行する。はじめに、クランクシャフト１の位置を測定する（ステップＳ２１）。例えば、ジャーナル部２におけるクランクシャフト中心軸ＯのＸ方向位置（ワーク原点）を測定する。その後、原点との整合チェックを実行する（ステップＳ２２）。例えば、ステップＳ２１の測定結果とステップＳ１３においてフィードバックされた砥石１３の径に基づいて、クランクシャフト１と砥石１３が当たっていないか、クランクシャフト１がたわんでいないかチェックする。
【００３０】
その後、クーラントの間欠供給を開始し、粗研においてステップＳ２３〜Ｓ２５を実行する。具体的には、砥石１３（砥石台）を前進してジャーナル部２の加工を開始する（ステップＳ２３）。ジャーナル部２の加工径ΦＤを測定し（ステップＳ２４）、加工径ΦＤに基づいて加工が完了したか判定する（ステップＳ２５）。加工が完了していないと判定した場合（ステップＳ２５においてＮＯ）、ステップＳ２３に戻り砥石１３（砥石台）を更に前進する。加工が完了したと判定した場合（ステップＳ２５においてＹＥＳ）、ステップＳ２６に進む。
【００３１】
ステップＳ２６において砥石１３（砥石台）の後退（バックオフ）を行った後、クーラントの流量を小流量に切り替える。その後、クランクシャフト１の位置（たわみ戻り量）を測定する（ステップＳ２７）。例えば、クーラント流量切替によりクランクシャフト１のたわみが戻った後のジャーナル部２におけるクランクシャフト中心軸ＯのＸ方向位置を測定する。ステップＳ２７の測定結果と、ステップＳ１１においてフィードバックされた砥石１３の径とに基づいて、砥石１３の径（位置）とクランクシャフト１の位置を比較する（ステップＳ２８）。ステップＳ２８の比較結果に基づいて、このまま砥石台再前進を行うと砥石１３とジャーナル部２が干渉するかどうか判定する（ステップＳ２９）。干渉すると判定した場合（ステップＳ２９においてＹＥＳ）、設備（研削盤）を停止し、砥石１３（砥石台）の後退（バックオフ）量を増やすためにステップＳ２６に戻る。干渉しないと判定した場合（ステップＳ２９においてＮＯ）、干渉確認方法を終了し、砥石台再前進を実行する。
【００３２】
このように、クランクシャフト１のたわみ量（絶対値）を視ながら加工を行うことで、品質慢性不具合である研削割れ及び研削焼けの発生を防止し、且つ、最小のサイクルタイムでの加工が可能である。
【００３３】
また、加工開始前にクランクシャフト１の長手方向位置（Ｚ方向位置）を測定するセンサにレーザを用いる非接触式センサを採用することで、以下の利点がある。
【００３４】
図１７に示すように、クランクシャフト１の長手方向位置（Ｚ方向位置）を測定する長手位置測定センサ２１ｂを検出部２１に配置することができる。レーザを用いる非接触式センサである長手位置測定センサ２１ｂは、メカ接触式センサに比べて小型である。そのため、検出部２１に長手位置測定センサ２１ｂを設けても、測定装置２０がクランクシャフト１のショルダー部３と干渉することが防止される。ジャーナル部２の加工径ΦＤを測定する機能、ジャーナル部２のＸ方向位置を測定する機能、ジャーナル部２におけるクランクシャフト１のたわみ量Ｄを測定する機能、及びクランクシャフト１の長手方向位置（Ｚ方向位置）を測定する機能を測定装置２０に集約することで、投資額低減及び装置集約化の効果がある。
【００３５】
更に、レーザを用いる非接触式センサである長手位置測定センサ２１ｂを用いることで、クランクシャフト１の長手方向位置（Ｚ方向位置）の測定分解能力が向上する。そのため、クランクシャフト１と砥石１３のＺ方向の相対位置を精密に制御することができる。その結果、図１８に示すように、ジャーナル部２加工時に砥石１３とショルダー部３が干渉することを防止するための隙間Ｇを小さくすることができる。ここで、ジャーナル部２の幅Ｗ２は、下記式のように砥石１３の幅Ｗ１３と隙間Ｇで表される。
Ｗ２＝Ｇ＋Ｗ１３＋Ｇ
隙間Ｇを小さくすることができれば、ジャーナル部２の幅Ｗ２を小さくすることができる。そのため、クランクシャフト１の全長を短縮でき、軽量化による燃費向上となる。
【００３６】
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
【符号の説明】
【００３７】
１  クランクシャフト
２  ジャーナル部
３  ショルダー部
１１  主軸
１２  心押し台
１３  砥石
２０  測定装置
２１、２２  検出部
２１ａ、２２ａ  径・たわみ量測定センサ
２１ｂ  長手位置測定センサ
２５  光軸
３０Ａ〜３０Ｃ  クーラント間欠供給装置
３１  ノズル
３２  遮蔽版
３３  仕切り板
３４  シリンダー
３５  配管
３６  バルブ
【図１】
2015100912.tif 000003
【図２】
2015100912.tif 000004
【図３】
2015100912.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2015100912.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
2015100912.tif 000012
【図１１】
2015100912.tif 000013
【図１２】
2015100912.tif 000014
【図１３】
2015100912.tif 000015
【図１４】
2015100912.tif 000016
【図１５】
2015100912.tif 000017
【図１６】
2015100912.tif 000018
【図１７】
2015100912.tif 000019
【図１８】
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