(57)【要約】【課題】１回転内の位相ズレの補正が出来る回転精度測定方法の提供。【解決手段】軸を中心として回転する回転体の半径方向又は軸方向の変位を示す所定周期の標本化値からなる時系列データを、回転体の回転周期毎に分割しブロック化して複数のデータブロックを作成し、作成した複数のデータブロックの回転周期毎の位相のズレを補正し、位相のズレを補正した複数のデータブロックに基づき、回転体の回転精度を示す指標を算出する回転精度測定方法。データブロックの回転体の回転周期内の位相のズレを、標本化値の極大点及び／又は極小点の位相に基づき検出し（Ｓ２，４，６）、検出したズレをデータブロックの極大点及び／又は極小点前後の所定範囲の標本化値に配分し（Ｓ８）、配分したズレに基づき、標本化値毎の位相のズレを補正する（Ｓ１０）。【選択図】        図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸を中心として回転する回転体の半径方向又は軸方向の変位を示す所定周期の標本化値からなる時系列データを、前記回転体の回転周期毎に分割しブロック化して複数のデータブロックを作成し、作成した複数のデータブロックの前記回転周期毎の位相のズレを補正し、該位相のズレを補正した複数のデータブロックに基づき、前記回転体の回転精度を示す指標を算出する回転精度測定方法であって、
前記データブロックの前記回転体の回転周期内の位相のズレを、前記標本化値の極大点及び／又は極小点の位相に基づき検出し、検出したズレを前記データブロックの前記極大点及び／又は極小点前後の所定範囲の標本化値に配分し、配分したズレに基づき、前記標本化値毎の位相のズレを補正することを特徴とする回転精度測定方法。
【請求項２】
軸を中心として回転する回転体の半径方向又は軸方向の変位を示す所定周期の標本化値からなる時系列データを取得する手段と、該手段が取得した時系列データを、前記回転体の回転周期毎に分割しブロック化して複数のデータブロックを作成する手段と、該手段が作成した複数のデータブロックの前記回転周期毎の位相のズレを補正する手段と、該手段がズレを補正した複数のデータブロックに基づき、前記回転体の回転精度を示す指標を算出する手段とを備える回転精度測定装置であって、
前記データブロックの前記回転体の回転周期内の位相のズレを、前記標本化値の極大点及び／又は極小点の位相に基づき検出する検出手段と、該検出手段が検出したズレを前記データブロックの前記極大点及び／又は極小点前後の所定範囲の標本化値に配分する配分手段と、該配分手段が配分したズレに基づき、前記標本化値毎の位相のズレを補正する手段とを備えることを特徴とする回転精度測定装置。
【請求項３】
前記配分手段は、前記標本化値の前記データブロック内の順番に基づき、前記検出手段が検出したズレを前記所定範囲の標本化値に配分すべくなしてある請求項２記載の回転精度測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、軸を中心として回転する回転体の回転精度を測定する回転精度測定方法及び回転精度測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
転がり軸受又は流体軸受等に支持されて回転する回転体（例えばモータによって回転するスピンドル等）の回転精度を測定する回転精度測定装置では、従来、回転体の変位を示す時系列データを、回転体の回転とは無関係に採取して大量の変位データを収集し、その大量の変位データに対して一括してデータ処理を行っていた。このデータ処理では、例えば、時系列的に得られた変位データ（以下「採取データ」と記述）に対して高速フーリエ変換（以下「ＦＦＴ」と記述）を施すことにより、周波数スペクトルを示すデータ（以下「スペクトルデータ」と記述）を算出する。次に、そのスペクトルデータにおいて同期振れ誤差（ＲＲＯ；Ｒｅｐｅａｔａｂｌｅ  Ｒｕｎ  Ｏｕｔ）を除去することにより、１回転毎に繰り返されない回転体の変位に相当する非同期振れ誤差（ＮＲＲＯ；Ｎｏｎ  Ｒｅｐｅａｔａｂｌｅ  Ｒｕｎ  Ｏｕｔ）を求めている。
【０００３】
特許文献１には、簡単な操作により玉軸受単品のＮＲＲＯが測定できる玉軸受の回転精度検査方法及び検査装置が開示されている。また、特許文献２には、ラジアル転がり軸受の回転非同期振れと動トルクとを、互いに関連付けて、正確に測定自在とするラジアル転がり軸受用回転精度及び動トルク測定装置が開示されている。また、特許文献３には、転がり軸受のラジアル、アキシアル両方向の回転非同期振れと動トルクとを、互いに関連付けて、正確に測定自在とする転がり軸受用回転精度及び動トルク測定装置が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−３１１５８８号公報
【特許文献２】
特開２０００−１５５０７３号公報
【特許文献３】
特開２００１−１９４２７０号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の回転精度測定装置では、回転体を回転させるモータ等の回転ムラが測定に大きな影響を与えていた。また、上記の採取データは、回転体の回転とは無関係に採取された時系列データであるので、上記データ処理においてＦＦＴが施される際には、採取データが所定区間外で滑らかに０になるように、予め窓関数によって採取データに対して適当な重み付けがなされていた。一般に窓関数が使用されると、ＦＦＴによって得られるスペクトルが拡散するので、この関数の使用も、従来の回転精度測定装置による測定に大きな影響を与えることになる。このように、従来の測定装置では、モータの回転ムラや窓関数の影響が大きい為、回転精度についての高度な測定、即ちＲＲＯ，ＮＲＲＯ及び真円度等の正確な算出は困難であった。
【０００６】
本願出願人は、上述したような事情に鑑みて、上記の時系列データを回転体の回転周期毎に分割してブロック化することにより、複数のデータブロックからなるブロック化データを作成し、作成したブロック化データに基づき、回転体の回転精度を示す指標を算出し、モータの回転ムラ等の影響及び上記窓関数の影響を小さく出来る回転精度測定装置を、特願２００２−０１８４０２、特願２００２−０３６７７７において提案している。
【０００７】
この回転精度測定装置では、モータの回転ムラによる１回転毎の位相ズレの補正は可能であるが、１回転内の位相ズレの補正が出来ないという問題がある。
本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであり、１回転内の位相ズレの補正が出来る回転精度測定方法及び回転精度測定装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
第１発明に係る回転精度測定方法は、軸を中心として回転する回転体の半径方向又は軸方向の変位を示す所定周期の標本化値からなる時系列データを、前記回転体の回転周期毎に分割しブロック化して複数のデータブロックを作成し、作成した複数のデータブロックの前記回転周期毎の位相のズレを補正し、該位相のズレを補正した複数のデータブロックに基づき、前記回転体の回転精度を示す指標を算出する回転精度測定方法であって、前記データブロックの前記回転体の回転周期内の位相のズレを、前記標本化値の極大点及び／又は極小点の位相に基づき検出し、検出したズレを前記データブロックの前記極大点及び／又は極小点前後の所定範囲の標本化値に配分し、配分したズレに基づき、前記標本化値毎の位相のズレを補正することを特徴とする。
【０００９】
第２発明に係る回転精度測定装置は、軸を中心として回転する回転体の半径方向又は軸方向の変位を示す所定周期の標本化値からなる時系列データを取得する手段と、該手段が取得した時系列データを、前記回転体の回転周期毎に分割しブロック化して複数のデータブロックを作成する手段と、該手段が作成した複数のデータブロックの前記回転周期毎の位相のズレを補正する手段と、該手段がズレを補正した複数のデータブロックに基づき、前記回転体の回転精度を示す指標を算出する手段とを備える回転精度測定装置であって、前記データブロックの前記回転体の回転周期内の位相のズレを、前記標本化値の極大点及び／又は極小点の位相に基づき検出する検出手段と、該検出手段が検出したズレを前記データブロックの前記極大点及び／又は極小点前後の所定範囲の標本化値に配分する配分手段と、該配分手段が配分したズレに基づき、前記標本化値毎の位相のズレを補正する手段とを備えることを特徴とする。
【００１０】
第１発明に係る回転精度測定方法及び第２発明に係る回転精度測定装置では、取得手段が、回転する回転体の半径方向又は軸方向の変位を示す所定周期の標本化値からなる時系列データを取得し、作成する手段が、その取得した時系列データを、回転体の回転周期毎に分割しブロック化して複数のデータブロックを作成する。補正する手段が、その作成した複数のデータブロックの回転周期毎の位相のズレを補正し、算出する手段が、その補正した複数のデータブロックに基づき、回転体の回転精度を示す指標を算出する。
【００１１】
検出手段が、データブロックの回転体の回転周期内の位相のズレを、標本化値の極大点及び／又は極小点（極大点及び極小点の両方又は何れか）の位相に基づき検出し、配分手段が、その検出したズレをデータブロックのその極大点及び／又は極小点前後の所定範囲の標本化値に配分する。補正する手段は、配分手段が配分したズレに基づき、標本化値毎の位相のズレを補正する。
これにより、１回転内の位相ズレの補正を行うことが出来ると共に、１回転内の位相ズレの補正を、標本化値が急激に変動する部分を避けて行うことが出来、位相ズレの補正精度が向上する回転精度測定方法及び回転精度測定装置を実現することが出来る。
【００１２】
第３発明に係る回転精度測定装置は、前記配分手段は、前記標本化値の前記データブロック内の順番に基づき、前記検出手段が検出したズレを前記所定範囲の標本化値に配分すべくなしてあることを特徴とする。
【００１３】
この回転精度測定装置では、配分手段は、標本化値のデータブロック内の順番に基づき、検出手段が検出したズレを所定範囲の標本化値に配分するので、１回転内の位相ズレの補正を行うことが出来ると共に、１回転内の位相ズレの補正を、標本化値が急激に変動する部分を避けて、また、標本化値毎のズレの大きさに応じて行うことが出来、位相ズレの補正精度が向上する回転精度測定方法及び回転精度測定装置を実現することが出来る。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明を、その実施の形態を示す図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明に係る回転精度測定装置の実施の形態の構成を模式的に示す説明図であり、図２は、この回転精度測定装置が回転体を測定するときの状態を示す平面図である。回転精度測定装置は、軸受により支持され、所定の回転軸１１を中心としてモータ（図示せず）により回転する回転体１０の回転精度を測定する測定装置であり、回転体１０の半径方向の変位を検出する非接触式の変位センサ２０と、変位センサ２０の検出信号Ｓｄに基づき回転体１０の半径方向の変位を示す標本化値からなる時系列データを収集し、その時系列データである採取データを処理するデータ収集処理装置３０とを備えている。
【００１５】
変位センサ２０は、回転体１０の外周面近傍に配置され、その外周面と変位センサ２０との距離を検出し、その検出結果を回転体１０の半径方向の変位を示す検出信号Ｓｄとして出力する。尚、回転体１０の軸方向の変位を検出し、軸方向の変位についての回転精度を測定する場合には、図１において破線で示すように、回転体１０の上面近傍に回転体１０の軸方向の変位を検出する非接触式の変位センサ２１を配置し、その変位センサ２１から出力される信号、即ち回転体１０の上面と変位センサ２１との距離を示す信号を検出信号Ｓｄとして使用すれば良い。
【００１６】
データ収集処理装置３０は、中央処理装置としてのＣＰＵ３１、入力インタフェース部３２、メモリ３３及び表示制御部３４をバスで接続した構成となっており、表示制御部３４には表示部３６が接続されている。変位センサ２０からの検出信号Ｓｄは、入力インタフェース部３２に入力される。入力インタフェース部３２はＡ／Ｄ変換器を有し、検出信号Ｓｄは、これにより標本化されたディジタルデータとしてメモリ３３に一時的に格納される（以下、このディジタルデータを「原データ」と記述）。入力インタフェース部３２は、変位センサ２０と共に、回転体１０の変位を表す時系列データを取得する手段を構成する。
【００１７】
ＣＰＵ３１は、予めメモリ３３に格納された所定プログラムを実行することにより、原データに対し、後述するＤＣカット処理、周期分割処理、位相補正、レート変換及びＦＦＴ等のデータ処理を順次施す。これにより、データ収集処理装置３０は、図３に示すような、ＤＣカット部１１１（時系列データを取得する手段）、周期分割部１１２（複数のデータブロックを作成する手段）、位相補正部１１３（位相のズレを補正する手段）、レート変換部１１４及び信号処理部１１５（指標を算出する手段）を備える装置として作動する。
【００１８】
ＤＣカット部１１１は、変位センサ２０から出力された検出信号Ｓｄから直流成分を除去するものであり、具体的には、検出信号Ｓｄを表すディジタルデータである原データに対する信号処理により、検出信号Ｓｄから直流成分を除去した信号を表すディジタルデータを採取データＤａとして作成する（この信号処理を「ＤＣカット処理」という）。尚、ＤＣカット部１１１は、ソフトウェア的に実現されているが、入力インタフェース部３２に直流成分遮断回路を設け、これにより検出信号Ｓｄから直流成分を除去した後に、Ａ／Ｄ変換器により採取データＤａを作成するようにしても良い。この場合、ＤＣカット部１１１は、ハードウェアとして実現されることになり、入力インタフェース部３２の一部を構成する。
【００１９】
周期分割部１１２は、ＤＣカット部１１１により作成された採取データＤａを回転体１０の回転周期毎に分割してブロック化することにより、複数のデータブロックからなるブロック化データＤｂを作成する（この処理を「周期分割処理」という）。具体的には、検出信号Ｓｄを表すディジタルデータである採取データＤａから、Ｓｄ＝０に相当する時点であるゼロ点を求め、このゼロ点に基づき、採取データＤａを回転周期毎に分割してブロック化データＤｂを得る。例えば、検出信号Ｓｄの内、図４に示すような区間に相当する採取データＤａがＤＣカット部１１１から得られた場合には、この採取データＤａから検出されたゼロ点に基づき、図５に示すような４個のデータブロックＤｂ１，Ｄｂ２，Ｄｂ３，Ｄｂ４からなるブロック化データＤｂを得る。
【００２０】
これら４個のデータブロックＤｂ１，Ｄｂ２，Ｄｂ３，Ｄｂ４のそれぞれを構成するディジタル信号値（回転体１０の変位を示す標本化値）の個数（以下「データ数」と記述、１回転周期のサンプリング点数に相当）は、モータの回転ムラ等の為、通常、全て等しくはならず、例えば、図６に示すように、データブロックＤｂ１，Ｄｂ２，Ｄｂ３，Ｄｂ４のデータ数は、それぞれｎ１個、ｎ２個、ｎ３個、ｎ４個となる。尚、回転体１０を回転させるモータを含む駆動部（図示せず）から回転周期に同期した信号（例えば１回転毎に１個パルスが現れる信号）がインデックスパルスＳｉｐとして出力される場合には、上述したゼロ点検出に代えて、そのインデックスパルスＳｉｐに基づき周期分割処理を行うようにしても良い。
【００２１】
位相補正部１１３は、周期分割部１１２により分割されてブロック化されたブロック化データＤｂの各データブロックＤｂ１，Ｄｂ２，Ｄｂ３，Ｄｂ４毎の位相のずれを補正すると共に、各データブロックＤｂ１，Ｄｂ２，Ｄｂ３，Ｄｂ４内の位相のズレ（サンプリング点毎の位相のズレ）を補正し、補正したブロック化データＤｃを出力する。サンプリング点毎の位相のズレの補正の詳細については後述する。
【００２２】
レート変換部１１４は、上述したようにデータ数がばらつく複数のデータブロックからなるブロック化データＤｃに対して補間処理（再サンプリング、再標本化）を行うことにより、各データブロックのデータ数を同一にする。即ち、レート変換により各データブロックのサンプリング点数を同一にする。
このとき、信号処理部１１５で実行されるＦＦＴ（高速フーリエ変換）を考慮して、各データブロックのデータ数を２のべき乗とする。例えば、図６に示すようなブロック化データＤｂ（Ｄｃ）に対してレート変換を施すことにより、データ数が全て２ｍ  であるデータブロックからなるブロック化データＤｄが得られる。
【００２３】
信号処理部１１５は、回転精度を示す指標を算出する手段であって、レート変換後のブロック化データＤｄに対して、窓関数を使用することなくＦＦＴを施すことにより、スペクトルデータを算出する。そして、算出したスペクトルデータに基づき、従来と同様の手法により、ＲＲＯ，ＮＲＲＯ及び真円度等を求める。
このようにして得られたＲＲＯ，ＮＲＲＯ及び真円度等、回転体１０の回転精度を示す指標は、測定結果としてメモリ３３に格納されると共に、他の所定プログラムに基づき、表示制御部３４に送られ、表示制御部３４により表示部３６に表示される。
【００２４】
以下に、このような回転精度測定装置の位相補正部１１３におけるデータブロック内（回転体１０の回転周期内）の位相のズレ（サンプリング点毎の位相のズレ）を補正する動作を、それを示す図７のフローチャートを参照しながら説明する。
位相補正部１１３は、先ず、各データブロック内の標本化値の極大点及び極小点を検出し、図８に例示するような、各データブロック内の先頭から極小点迄のサンプリング点数Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３，Ｅ４、及び極大点迄のサンプリング点数Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４、を求めて（Ｓ２）、その平均値を算出し、これにより各極大点及び各極小点の各平均位相を算出する（Ｓ４）。
【００２５】
位相補正部１１３は、次に、注目するデータブロック内の極大点とその平均位相（Ｓ４）との位相のズレ、及び極小点とその平均位相（Ｓ４）との位相のズレを算出し（Ｓ６）、次いで、それらの位相のズレを各標本化値（の位相）に配分する（Ｓ８）。
位相補正部１１３は、位相のズレを各標本化値に配分するに際して（Ｓ８）、図９に示すように、極小点の位相のズレは、極小点の前後夫々Ｓｐ／４（Ｓｐは１データブロック内のサンプリング点数（標本化値数））の範囲の各標本化値に配分し、極大点の位相のズレは、極大点の前後夫々Ｓｐ／４の範囲の各標本化値に配分する。また、その配分では、標本化値のそのデータブロックの先頭からの順番Ｎ（１，２，‥‥Ｓｐ）に応じた重み付けを行う。
【００２６】
例えば、注目するデータブロック内の極小点の位相のズレＺｓを配分する場合、サンプリング点Ｎ（＝Ｓｐ／８〜３Ｓｐ／８）に配分するズレＺＮは、
ＺＮ＝４Ｎ×Ｚｓ／Ｓｐとする。
同様に、注目するデータブロック内の極大点の位相のズレＺｄを配分する場合、サンプリング点Ｎ（＝５Ｓｐ／８〜７Ｓｐ／８）に配分するズレＺＮは、
ＺＮ＝４Ｎ×Ｚｄ／Ｓｐとする。
【００２７】
位相補正部１１３は、次に、各サンプリング点に配分した位相のズレ（Ｓ８）を、各サンプリング点の位相から差し引いて、各サンプリング点の位相を補正する（Ｓ１０）。
次いで、位相補正部１１３は、次に各サンプリング点の位相を補正すべきデータブロックが有れば（Ｓ１２）、そのデータブロック内の極大点とその平均位相（Ｓ４）との位相のズレ、及び極小点とその平均位相（Ｓ４）との位相のズレを算出し（Ｓ６）、次いで、それらの位相のズレを各標本化値（の位相）に配分する（Ｓ８）。位相を補正すべきデータブロックが無ければ（Ｓ１２）リターンする。
尚、上述した実施の形態では、極大点及び極小点の各位相のズレに基づき補正しているが、極大点又は極小点の何れかの位相のズレに基づき補正しても良い。
【００２８】
【発明の効果】
第１発明に係る回転精度測定方法及び第２発明に係る回転精度測定装置によれば、１回転内の位相ズレの補正を行うことが出来ると共に、１回転内の位相ズレの補正を、標本化値が急激に変動する部分を避けて行うことが出来、位相ズレの補正精度が向上する回転精度測定方法及び回転精度測定装置を実現することが出来る。また、標本化値が急激に変動する部分の変位のばらつきが減少する。
【００２９】
第３発明に係る回転精度測定装置によれば、１回転内の位相ズレの補正を行うことが出来ると共に、１回転内の位相ズレの補正を、標本化値が急激に変動する部分を避けて、また、標本化値毎のズレの大きさに応じて行うことが出来、位相ズレの補正精度が向上する回転精度測定方法及び回転精度測定装置を実現することが出来る。また、標本化値が急激に変動する部分の変位のばらつきが減少する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る回転精度測定装置の実施の形態の構成を模式的に示す説明図である。
【図２】本発明に係る回転精度測定装置が回転体を測定するときの状態を示す平面図である。
【図３】本発明に係る回転精度測定装置のデータ収集処理装置の構成例を示すブロック図である。
【図４】本発明に係る回転精度測定装置の採取データの例を示す説明図である。
【図５】本発明に係る回転精度測定装置の動作を示す説明図である。
【図６】本発明に係る回転精度測定装置の動作を示す説明図である。
【図７】本発明に係る回転精度測定装置の動作を示すフローチャートである。
【図８】本発明に係る回転精度測定装置の動作を示す説明図である。
【図９】本発明に係る回転精度測定装置の動作を示す説明図である。
【符号の説明】
１０  回転体
１１  回転軸
２０，２１  変位センサ
３０  データ収集処理装置
３１  ＣＰＵ
３２  入力インタフェース部
３３  メモリ
３６  表示部
１１１  ＤＣカット部（時系列データを取得する手段）
１１２  周期分割部
１１３  位相補正部（位相のズレを補正する手段）
１１４  レート変換部
１１５  信号処理部（指標を算出する手段）
【図１】
2004279130.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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【図８】
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【図９】
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