(57)【要約】【課題】砥石表面の切れ刃分布の定量的な評価を可能とする砥粒切れ刃分布測定装置及び方法を提供する。【解決手段】回転軸心周りに回転して外周の作業面１１ａで工作物を研削するための砥石１１の切れ刃分布を測定する砥粒切れ刃分布測定装置１であって、長手方向中間部に作業面１１ａを回転状態で接触させるセンサ本体３と、作業面１１ａの切れ刃が接触するセンサ本体３の接触点から入力された接触信号がセンサ本体３の両端部３ａ，３ｂに伝播された伝播信号を検出する第１、第２センサ５，７と、センサ本体３の接触点から両端部３ａ，３ｂに到達する両伝播信号の時間差とセンサ本体３の既知の信号伝播速度Ｖとにより接触点からセンサ本体３の両端部３ａ，３ｂまでの距離を演算して作業面１１ａの切れ刃分布を求める演算部９とを備えたことを特徴とする。【選択図】図１
2013113811.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸心周りに回転して外周の作業面で工作物を研削するための砥石の切れ刃分布を測定する砥粒切れ刃分布測定装置であって、
長手方向中間部に前記作業面を回転状態で接触させるセンサ本体と、
前記作業面の切れ刃が接触する前記センサ本体の接触点から入力された接触信号が前記センサ本体の両端部に伝播された伝播信号を検出する第１、第２センサと、
前記センサ本体の接触点から両端部に到達する両伝播信号の時間差と前記センサ本体の既知の信号伝播速度とにより前記接触点から前記センサ本体の両端部までの距離を演算して前記作業面の切れ刃分布を求める演算部と、
を備えたことを特徴とする砥粒切れ刃分布測定装置。
【請求項２】
請求項１記載の砥粒切れ刃分布測定装置であって、
前記砥石の回転角を検出する回転角検出センサを備え、
前記演算部は、前記距離に前記回転角検出センサが検出する砥石の回転角を加えて前記作業面の切れ刃分布を求める、
ことを特徴とする砥粒切れ刃分布測定装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の砥粒切れ刃分布測定装置であって、
前記第１、第２センサは、ＡＥセンサで構成された、
ことを特徴とする砥粒切れ刃分布測定装置。
【請求項４】
回転軸心周りに回転して外周の作業面で工作物を研削するための砥石の切れ刃分布を測定する砥粒切れ刃分布測定方法であって、
センサ本体の長手方向中間部に前記作業面を回転状態で接触させ、
前記作業面の切れ刃が接触する前記センサ本体の接触点から入力された接触信号が前記センサ本体の両端部に伝播された両伝播信号の時間差と前記センサ本体の既知の信号伝播速度とにより前記接触点から前記センサ本体の両端部までの距離を演算して前記作業面の切れ刃分布を求める、
ことを特徴とする砥粒切れ刃分布測定方法。
【請求項５】
請求項４記載の砥粒切れ刃分布測定方法であって、
前記距離に前記砥石の回転角を加えて前記作業面の切れ刃分布を求める、
ことを特徴とする砥粒切れ刃分布測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、研削加工用の砥石の作業面の切れ刃分布を測定する砥粒切れ刃分布の測定装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
研削加工は、図５に示すような砥石１０１を回転させて工作物に当て、工作物の平面、円筒外面、円筒内面等の主に仕上げ加工を担当する加工法である。かかる研削加工により仕上げ加工を行う場合、研削砥石の切れ味の良さやその幾何学的な形状は工作物の仕上げ面に大きな影響を及ぼす。このため、加工の前に行う砥石作業面のドレッシング作業は最大の注意を持って行われている。
【０００３】
最近ではナノメートル領域の表面粗さの研削加工も求められるようになり、砥粒の粒度も細かく、また金属系の結合剤を用いた結合度の高い砥石が製造されるようになったため、ドレッシング技術がより難しくなっている。
【０００４】
これに伴ってドレッシング後の砥石表面の幾何学的な形状の評価も難しくなり、砥石表面の切れ味の定量的な評価方法の提案も求められている。
【０００５】
これに対し、砥石作業面形状の測定方法および装置が、特許文献１として提案されている。この測定方法は、次のようにして行われている。
【０００６】
すなわち、回転している砥石作業面に対し、測定子ガイド手段を経て漸次に送り可能に保持された線状測定子を当接させ、該線状測定子と砥石作業面の被測定点との当接によって生じた接触信号の発生をアコーステックエミッション検知器（ＡＥセンサ）等から成る接触検知手段によって検知する。このとき、線状測定子と砥石作業面との接触位置の二次元座標における座標値を検出し、この座標値に基づいて砥石の回転軸心を含み、砥石の作業面形状を求め得る平面内で直交二次元座標系における砥石作業面の形状を測定するようにしたものである。
【０００７】
かかる測定方法および装置では、砥石の作業面の形状は測定できるが、砥石表面の切れ刃分布の定量的な評価はできなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平１０―２４４４６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
解決しようとする問題点は、砥石表面の切れ刃分布の定量的な評価ができなかった点である。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、砥石表面の切れ刃分布の定量的な評価を可能とするために、回転軸心周りに回転して外周の作業面で工作物を研削するための砥石の切れ刃分布を測定する砥粒切れ刃分布測定装置であって、長手方向中間部に前記作業面を回転状態で接触させるセンサ本体と、前記作業面の切れ刃が接触する前記センサ本体の接触点から入力された接触信号が前記センサ本体の両端部に伝播された伝播信号を検出する第１、第２センサと、前記センサ本体の接触点から両端部に到達する両伝播信号の時間差と前記センサ本体の既知の信号伝播速度とにより前記接触点から前記センサ本体の両端部までの距離を演算して前記作業面の切れ刃分布を求める演算部とを備えたことを砥粒切れ刃分布測定装置の特徴とする。
【００１１】
また、回転軸心周りに回転して外周の作業面で工作物を研削するための砥石の切れ刃分布を測定する砥粒切れ刃分布測定方法であって、センサ本体の長手方向中間部に前記作業面を回転状態で接触させ、前記作業面の切れ刃が接触する前記センサ本体の接触点から入力された接触信号が前記センサ本体の両端部に伝播された両伝播信号の時間差と前記センサ本体の既知の信号伝播速度とにより前記接触点から前記センサ本体の両端部までの距離を演算して前記作業面の切れ刃分布を求めることを砥粒切れ刃分布測定方法の特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の砥粒切れ刃分布測定装置及び方法は、上記構成であるから、砥石の作業面の切れ刃分布を求めることができ、この切れ刃分布により砥石表面の切れ味の定量的な評価を可能とする。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】砥粒切れ刃分布測定装置の概略図である。（実施例１）
【図２】砥粒切れ刃分布測定方法を示す説明図である。（実施例１）
【図３】砥粒切れ刃分布測定方法の説明図である。（実施例１）
【図４】砥石の切れ刃分布を示す概念図である。（実施例１）
【図５】砥石の概念斜視図である。（実施例１）
【発明を実施するための形態】
【００１４】
砥石表面の切れ刃分布の定量的な評価を可能にするという目的を、センサ本体と第１、第２センサと演算部とにより実現した。
【実施例１】
【００１５】
［砥粒切れ刃分布測定装置］
図１は、砥粒切れ刃分布測定装置の概略図である。
【００１６】
図１のように、砥粒切れ刃分布測定装置１は、センサ本体３と第１、第２センサ５，７と演算部９とを備え、砥石１１の砥粒切れ刃分布を測定する。
【００１７】
センサ本体３は、センサ支持台（図示せず。）等に固定され、長手方向中間部に砥石１１の作業面１１ａを回転状態で接触させるものである。このセンサ本体３は、本実施例において金属製であり、長手方向に均一な断面円形の棒状に形成され、砥石１１が円筒研削盤用のものとしている。円筒研削としては、外面研削加工、内面研削加工の何れにも適用できる。
【００１８】
但し、砥石１１が平面研削盤用であれば、センサ本体３を断面矩形として作業面１１ａを平面に対して接触させる構成にすることもできる。また、接触信号の伝播が可能である限り、樹脂、或いは両端部のみ樹脂で形成し、中間部を金属で一体的に形成することも可能である。さらに、砥石１１の作業面１１ａの形状に合わせて中間部を凹状に形成することもできる。例えば、作業面１１ａの形状が、半円弧状の曲面であるときは、センサ本体３の接触面を作業面の曲率とほぼ同一の曲率の凹状に形成する。
【００１９】
なお、センサ本体３の中間部を凹状に形成しても両端部３ａ，３ｂへの接触信号であるＡＥ信号（アコーステックエミッション信号、弾性波）の伝播への影響はない。センサ本体３で捉えたＡＥ信号は、物体内を直線的に進むと考えられ、後述の演算に用いるＡＥ信号は、最初の信号、すなわち直線的に伝播してきた信号だからである。
【００２０】
ＡＥ信号は、物体表面で反射するが、反射した信号は直進してきた最初の信号よりも両端部３ａ，３ｂへ到達するのが遅く、後述の測定方法上、問題はない。
【００２１】
第１、第２センサ５，７は、ＡＥセンサ（アコーステックエミッションセンサ）で構成されている。この第１、第２センサ５，７は、センサ本体３の両端部３ａ，３ｂに接着などにより取り付けられている。
【００２２】
センサ本体３の長手方向中間部に砥石１１の回転により切れ刃が接触すると、その接触点から接触により入力されたＡＥ信号がセンサ本体３の両端部３ａ，３ｂに伝播され、この伝播信号を第１、第２センサ５，７が検出して演算部９へ入力する。
【００２３】
演算部９は、両伝播信号によりセンサ本体３の接触点から両端部３ａ，３ｂに到達する時間差を演算し、この時間差とセンサ本体３の既知の信号伝播速度とから前記接触点の前記センサ本体３の両端部３ａ，３ｂからの距離を演算する。この距離に基づいて砥石１１の作業面１１ａの切れ刃分布を求める。この分布は、作業面１１ａ上の回転軸心方向での分布として得ることができる。
【００２４】
本実施例では、さらに回転角検出センサ１３を備えている。回転角検出センサ１３は、ロータリーエンコーダで構成され、砥石１１の回転角を検出して演算部９に入力する。演算部９は、接触点のセンサ本体３の両端部３ａ，３ｂからの距離に回転角検出センサ１３が検出する砥石１１の回転角を加えて作業面１１ａの切れ刃分布を求める。この分布は、作業面１１ａ上の回転軸心方向及び周方向双方での分布として得ることができる。演算部９の出力をディスプレイに画像表示させ、或いは結果を印刷出力などさせることが可能である。
【００２５】
［砥粒切れ刃分布測定方法］
図２は、砥粒切れ刃分布測定方法を示す説明図、図３は、砥粒切れ刃分布測定方法の説明図、図４は、砥石の切れ刃分布を示す概念図である。
【００２６】
図２のように、本実施例の砥粒切れ刃分布測定方法は、回転軸心周りに回転して外周の作業面１１ａで工作物を研削するための砥石１１の切れ刃分布を測定する。
【００２７】
すなわち、センサ本体３の長手方向中間部に作業面１１ａを回転状態で接触させ、作業面１１ａの切れ刃１１ｂが接触するセンサ本体３の接触点３ｃから入力された接触信号（ＡＥ信号）がセンサ本体３の両端部３ａ，３ｂに伝播された両伝播信号の時間差とセンサ本体３の既知の信号伝播速度Ｖとにより接触点３ｃからセンサ本体３の両端部３ａ，３ｂまでの距離Ｌ１，Ｌ２を演算して作業面１１ａの切れ刃分布を求める、
また、距離Ｌ１，Ｌ２に砥石１１の回転角を加えて作業面１１ａの切れ刃１１ｂの分布を求める。
【００２８】
すなわち、センサ本体３に砥石１１を回転状態で接近させると砥石１１表面１１ａの切れ刃１１ｂがセンサ本体３に接触する。このため、この接触点３ｃでＡＥ波が出力される。このＡＥ波は、センサ本体３内を左右両方に伝播して両端部３ａ、３ｂに到達する。
【００２９】
両端部３ａ、３ｂに到達したＡＥ波は、第１、第２センサ５，７でそれぞれ検出される。接触点３ｃから両端部３ａ、３ｂまでの距離を同図に示すようにＬ１，Ｌ２とし、それぞれの距離をＡＥ波が伝播する時間をｔ１，ｔ２とすると、
Ｌ１＝Ｖ・ｔ１
Ｌ２＝Ｖ・ｔ２
と表現することができる。Ｖは、センサ本体３内のＡＥ波の伝播速度である。この伝播速度Ｖは、センサ本体３の材質等により決まるもので、既知の値となる。
【００３０】
この時に検出されるＡＥ信号は図３のようになる。図３の横軸は時間、縦軸はＡＥセンサから出力される電圧信号である。図２のように切れ刃１１ｂがセンサ本体３に接触すると、ＡＥ信号が発生し、この信号はセンサ本体３内を伝播して二つの第１、第２センサ５，７に到達する。この時第１センサ５の出力と第２センサ７の出力はＬ１，Ｌ２の距離の差があるため時間的に差が生じる。
【００３１】
図３に示すように、出力信号に適当な値のしきい値を設け、出力がこの値となったときの時間差Δｔを測定すれば、センサ本体３を構成する材料に特有の既知のＡＥ波の伝播速度Ｖを用いて、図２に示した距離Ｌ１，Ｌ２を定量的に求めることができる。
【００３２】
この作業を連続的に行えば、砥石１１の作業面１１ａに存在する複数の切れ刃１１ｂの各センサ５，７からの距離Ｌ１，Ｌ２をそれぞれ明らかにすることができる。
【００３３】
この距離Ｌ１，Ｌ２のみによっても、作業面１１ａ上の回転軸心方向での切れ刃１１ｂの分布を得ることができる。 
【００３４】
さらに、図１に示すように砥石１１の回転軸の回転角を回転角検出センサ１３で検出し、各切れ刃１１ｂの回転角を考慮することで、図４のように、砥石１１の円周上のどの位置に切れ刃１１ｂが存在するのかを特定することができる。
【００３５】
このため、砥石１１の作業面１１ａ全体にわたって切れ刃１１ｂ分布を定量的に示すことができ、ドレッシングの効果の評価もできる。さらには切れ刃１１ｂ分布の粗密等から切れ味の良し悪しの評価も可能である。
【符号の説明】
【００３６】
１  砥粒切れ刃分布測定装置
３  センサ本体
３ａ、３ｂ  端部
５  第１センサ（ＡＥセンサ）
７  第２センサ（ＡＥセンサ）
９  演算部
１１  砥石
１１ａ  作業面
１１ｂ  切れ刃
１３  回転角検出センサ（ロータリーエンコーダ）
Ｌ１，Ｌ２    接触点の各センサからの距離
【図１】
2013113811.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2013113811.tif 000006
【図５】
2013113811.tif 000007