(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
カムピースの基準位相位置検出方法であって、
前記カムピースの回転中心からカム面までの距離であるリフト量を測定する実測ステップと、
測定したリフト量をカムピースの所定単位回転角度毎のリフト変化率に変換する変換ステップと、
前記リフト変化率のプラスの変化率とマイナスの変化率が切り替わる切替ポイントを抽出する抽出ステップと、
抽出した切替ポイントのうちいずれか一つをカムピースの基準位相位置とする基準決定ステップと、
を含むことを特徴とするカムピースの基準位相位置検出方法。
【請求項２】
請求項１記載の方法において、
前記基準決定ステップは、カムピースのリフト量が最大となる頂点位置を基準位相位置とすることを特徴とするカムピースの基準位相位置検出方法。
【請求項３】
カムピースの位相比較方法であって、
前記カムピースの回転中心からカム面までの距離であるリフト量を測定する実測ステップと、
測定したリフト量をカムピースの所定単位回転角度毎のリフト変化率に変換する変換ステップと、
前記リフト変化率のプラスの変化率とマイナスの変化率が切り替わる位置をカムピースの頂点位置として抽出する抽出ステップと、
抽出した頂点位置とカムピースの中心点を結ぶ基準線を設定する基準線設定ステップと、
カムピースの設計値におけるリフト頂点位置とカムピースの中心点を結ぶ設計基準線と前記基準線とを重畳し、実測したカムピースと設計値のカムプロフィールの位相毎の比較を行う比較ステップと、
比較結果を提示する提示ステップと、
を含むことを特徴とするカムピースの位相比較方法。
【請求項４】
カムピースの基準位相位置検出装置であって、
前記カムピースの回転中心からカム面までの距離であるリフト量を測定する実測手段と、
測定したリフト量をカムピースの所定単位回転角度毎のリフト変化率に変換する変換手段と、
前記リフト変化率のプラスの変化率とマイナスの変化率が切り替わる切替ポイントを抽出する抽出手段と、
抽出した切替ポイントのうちいずれか一つをカムピースの基準位相位置とする基準決定手段と、
を含むことを特徴とするカムピースの基準位相位置検出装置。
【請求項５】
カムピースの位相比較装置であって、
前記カムピースの回転中心からカム面までの距離であるリフト量を測定する実測手段と、
測定したリフト量をカムピースの所定単位回転角度毎のリフト変化率に変換する変換手段と、
前記リフト変化率のプラスの変化率とマイナスの変化率が切り替わる位置をカムピースの頂点位置として抽出する抽出部と、
抽出した頂点位置とカムピースの中心点を結ぶ基準線を設定し、カムピースの設計値におけるリフト頂点位置とカムピースの中心点を結ぶ設計基準線と前記基準線とを重畳し、実測したカムピースと設計値のカムプロフィールの位相毎の比較を行う比較部と、
比較結果を提示する提示部と、
を含むことを特徴とするカムピースの位相比較装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、カムピースの基準位相位置検出方法、カムピースの位相比較方法及びカムピースの基準位相位置検出装置、カムピースの位相比較装置、特に、カムピースの基準位相位置、例えば頂点位置の検出、及び基準位相位置（例えば頂点位置）を用いカムピースの位相比較の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から機械装置の駆動伝達部品の一つとしてカムが使用されている。このカムの性能は、実際のカムのカムプロフィールをどれだけ所望の値、例えば設計値に基づくカムプロフィールに近づけることができるかに左右される。一般には、カムプロフィールは微妙な曲線を有しているため、設計値や基準品と複数回比較することにより作り込みを行う必要がある。また、量産品カムや使用中のカムに関しても、性能判定や修正加工を施すために、正確な形状把握が必要になるので、設計値や基準品に基づくカムプロフィールとの比較が必要になる。更に、カムピースの作り込みを行うために、修正（追加工）を行う場合、修正前後でどの様に形状が変化したかを正確に把握する必要もある。
【０００３】
通常、２次元カム（平カム等）等では、カムピース単体ではなく、カムシャフト等に接続された状態で存在するので、シャフト上の特定位置、例えば、スプラインの歯位置やノックピン用の穴位置等を基準位置、すなわち、カムの回転角０°（位相角０°）として、現実のカムピースのカムプロフィールと設計値等に基づくカムプロフィールとの比較を行うことができた。同様に、修正前後の形状比較を行う場合も歯位置や穴位置等は変化しないので、歯位置や穴位置を基準に両者を比較することにより容易にカムプロフィールの比較を行うことができた。
【０００４】
一方、製造過程等でカムピース単体でプロフィール比較を行わなければならない場合、例えば、カム面が回転軸方向に対して連続的に変化するような３次元カム等では、カムピース上で特徴となる基準位置を定める必要がある。カムピース上で定めた基準位置とカムピースの設計値上で定めた基準位置とを一致させることにより、両者のカムプロフィール比較を行うことができる。通常、カムピース上で基準位置を定める場合、リフト量が最大となる頂点位置を利用する。もちろん、２次元カムにおいてもカムピース以外の部分で基準位置を定めることができない場合やカムピース単体でカムプロフィールの比較が必要な場合が存在する。このような場合は、上述と同様に頂点位置を用いていた。
【０００５】
ところで、カムピースの頂点位置の決定は、前述したように、リフト量の最大値と定義することができるが、実際には、頂点付近でカムピースを回転させてもリフト量があまり変化しない。その結果、従来のカムプロフィール測定用のカムテスターでリフト量を検出しただけでは、正確な頂点位置を決定することができなかった。
【０００６】
そこで、従来は、図８に示すようなカムピースの頂点位置推定方法が用いられていた。つまり、図８（ａ）に示すように、カムピース設計値において、カムピース１００の回転中心Ｏと設計値上の頂点Ｔ0を含む中心線Ｌを挟んで所定角度θ（＝∠Ａ0ＯＴ0＝∠Ｂ0ＯＴ0：例えば２０°）となるような点Ａ0，Ｂ0を定める。続いて、点Ａ0におけるリフト量ａと、点Ｂ0におけるリフト量ｂを求める。続いて、図８（ｂ）に示すように、現実のカムピース１０２の全周リフト量の中から、リフト量ａとなる点Ａ及びリフト量ｂとなる点Ｂを検出し、∠ＡＯＴ＝∠ＢＯＴとなるような、点Ｔを検出する。この点Ｔを現実のカムピース１０２の頂点位置と推定して定める。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述のような方法で現実のカムピース１０２の頂点を決定している場合、カムプロフィールの一部の形状が設計値から大きく離れている場合、頂点算出時に設計値との差異部分の影響を受けて、頂点位置が真の位置、すなわちリフト量最大の位置からずれてしまうという現象が生じる。つまり、点Ａや点Ｂが一部の形状に応じて移動してしまうので、∠ＡＯＴ＝∠ＢＯＴの値が変わり、点Ｔに頂点位置が変化する。つまり、比較の基準となるべき頂点位置が定まらないという問題がある。同様に、設計値等との比較に基づき、カムピースに対し修正加工を施した場合、修正の前後での形状変化が推定する頂点位置を真の位置からずらす結果になり、修正前後の比較が現実的にできないという問題がある。また、現実のカムピース１０２のカムプロフィールを図９（ａ）に示すように、部分αで変更すると、前述したように、図９（ｂ）に示すように、部分αの修正により頂点位置Ｔが修正前の頂点位置Ｔ0から移動してしまう。この状態で、修正前の図９（ａ）の形状と修正後の図９（ｂ）の形状とを頂点位置を重畳することで重ね合わせ比較すると、図９（ｃ）に示すように、実際は、修正を施していない部分βもあたかも修正したようになり、修正前後のカムプロフィールの比較ができないばかりでなく、修正作業にも混乱を招いてしまうという問題を有する。
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、カムピースの基準位相位置、例えば頂点位置を正確かつ容易に定めることのできるカムピースの基準位相位置検出方法、カムピースの位相比較方法及びカムピースの基準位相位置検出装置、カムピースの位相比較装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記のような目的を達成するために、本発明は、カムピースの基準位相位置検出方法であって、前記カムピースの回転中心からカム面までの距離であるリフト量を測定する実測ステップと、測定したリフト量をカムピースの所定単位回転角度毎のリフト変化率に変換する変換ステップと、前記リフト変化率のプラスの変化率とマイナスの変化率が切り替わる切替ポイントを抽出する抽出ステップと、抽出した切替ポイントのうちいずれか一つをカムピースの基準位相位置とする基準決定ステップと、を含むことを特徴とする。
【００１０】
また、上記のような目的を達成するために、本発明は、カムピースの基準位相位置検出装置であって、前記カムピースの回転中心からカム面までの距離であるリフト量を測定する実測手段と、測定したリフト量をカムピースの所定単位回転角度毎のリフト変化率に変換する変換手段と、前記リフト変化率のプラスの変化率とマイナスの変化率が切り替わる切替ポイントを抽出する抽出手段と、抽出した切替ポイントのうちいずれか一つをカムピースの基準位相位置とする基準決定手段と、を含むことを特徴とする。
【００１１】
ここで、基準位相位置とは、カムピースのカムプロフィールを検討する上で基準となる位置であり、好適には、カムピースのリフト量頂点位置である。
【００１２】
この構成によれば、切替ポイントは、当該切替ポイント以外のカムピースの形状の変化に影響されることなく常に一定に定まる。すなわち、実測したリフト量に基づき定めた切替ポイントを基準位相位置、例えば頂点位置とすれば、カムピース上の点を比較の基準とすることができる。
【００１３】
また、上記のような目的を達成するために、本発明は、カムピースの位相比較方法であって、前記カムピースの回転中心からカム面までの距離であるリフト量を測定する実測ステップと、測定したリフト量をカムピースの所定単位回転角度毎のリフト変化率に変換する変換ステップと、前記リフト変化率のプラスの変化率とマイナスの変化率が切り替わる位置をカムピースの頂点位置として抽出する抽出ステップと、抽出した頂点位置とカムピースの中心点を結ぶ基準線を設定する基準線設定ステップと、カムピースの設計値におけるリフト頂点位置とカムピースの中心点を結ぶ設計基準線と前記基準線とを重畳し、実測したカムピースと設計値のカムプロフィールの位相毎の比較を行う比較ステップと、比較結果を提示する提示ステップと、を含むことを特徴とする。
【００１４】
また、上記のような目的を達成するために、本発明は、カムピースの位相比較装置であって、前記カムピースの回転中心からカム面までの距離であるリフト量を測定する実測手段と、測定したリフト量をカムピースの所定単位回転角度毎のリフト変化率に変換する変換手段と、前記リフト変化率のプラスの変化率とマイナスの変化率が切り替わる位置をカムピースの頂点位置として抽出する抽出部と、抽出した頂点位置とカムピースの中心点を結ぶ基準線を設定し、カムピースの設計値におけるリフト頂点位置とカムピースの中心点を結ぶ設計基準線と前記基準線とを重畳し、実測したカムピースと設計値のカムプロフィールの位相毎の比較を行う比較部と、比較結果を提示する提示部と、を含むことを特徴とする。
【００１５】
この構成によれば、設計値のカムピースのプロフィールと現実のカムピースのカムプロフィールとの比較を容易かつ正確に行うことができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態（以下、実施形態という）を図面に基づき説明する。
【００１７】
図１には、本実施形態のカムピースの基準位相位置検出装置として、また、カムピースの位相比較装置として、使用可能なカムテスタ一体型装置１０の概略構成図が示されている。このカムテスタ一体型装置１０は、ベッド１２上にカムピース（例えば、カム面が回転軸方向に対して連続的に変化するような３次元カム）１４をアーバー１６等の支持材を用いて支持している。また、ベッド１２上には、アーバー１６を支持すると共に、アーバー１６を介してカムピース１４を回転させるヘッド部１８と、前記アーバー１６の他端を支持すると共に、ヘッド部１８側に押圧するテール部２０が配置されている。また、ヘッド部１８は、モータやギア等で構成される駆動機構部２２（詳細構造は不図示）によって回転自在であり、アーバー１６すなわちカムピース１４を所定速度で回転制御している。さらに、ベッド１２の略中央位置には、アーバー１６に支持されたカムピース１４のカム面１４ａと接触しカムプロフィールの測定を行う測定子２４ａを有する測定ヘッド部２４が配置されている。前記測定子２４ａは、接触するカム面１４ａの形状に応じて進退（図１においては上下方向に進退）して、カムピース１４の回転中心からカム面１４ａまでの距離を所定回転角度（例えば０．１°毎）に測定している。この測定子２４ａの進退量がカムピース１４のリフト量となる。もちろん、リフト量は、連続的に測定してもよい。
【００１８】
また、カムテスタ一体型装置１０の任意の位置、例えば、駆動機構部２２の上には、測定したリフト量や各種演算結果等を表示する提示部として、ディスプレイ２６が配置されている。一方、ベッド１２の下方位置には、カムテスタ一体型装置１０の全体制御や後述する各種演算処理を行う制御部２８が配置されている。
【００１９】
本実施形態の特徴的事項は、測定したカムピース１４のリフト量からリフト変化率を算出し、そのリフト変化率に基づき測定対象のカムピースのカムプロフィールの基準となる位置、すなわち基準位相位置を決定しているところである。また、この基準位相位置を用いて、測定対象のカムピース１４とその設計値との比較等を行うところである。
【００２０】
前記制御部２８は、前述したように、カムテスタ一体型装置１０の全体制御、例えば駆動機構部２２の制御を行う機構制御部、測定したデータの演算部等とを有している。この演算部の概略構成を図２に示す。演算部３０は、測定ヘッド部２４（実測手段）が測定したリフト量実測データをカムピースの所定単位回転角度毎のリフト変化率に変換するリフト変化率変換部（変換手段）３２、リフト変化率のプラスの変化率とマイナスの変化率が切り替わる切替ポイントを抽出し、基準位相位置、具体的には頂点位置を計算する頂点位置計算部（抽出手段、基準決定手段）３４、決定した基準位相位置（頂点位置）を基準にした測定対象のカムピース１４のカムプロフィールと予め与えられる設計値に基づくカムプロフィールとの比較を行う比較部（比較手段）３６等を含んでいる。なお、リフト変化率やプロフィールの比較を行うために必要なカムピースの回転角実測データは、前記駆動機構部２２のモータの回転量や実際のカムピース１４の回転量を各種センサ等を用いて測定し取得することができる。
【００２１】
なお、上記のように構成される制御部２８は、一例であり、従来のカムプロフィールのみを測定するカムテスタに付加的に演算部を有する処理装置３８を接続し、前述した制御部２８と同等の機能を持たせるようにしてもよい。
【００２２】
このように構成されるカムテスタ一体型装置１０の基準位相位置（頂点位置）決定手順を以下に説明する。なお、本実施形態においては、説明のため各種測定値や変換値をグラフ化して示しているが、現実の演算部３０では、必ずしもグラフ化の必要はなく、操作者が要求する場合や解析データとして使用する場合に選択的に作成及びディスプレイ２６に表示するようにしてもよい。
【００２３】
カムテスタ一体型装置１０は、まず、測定ヘッド部２４により従来通りアーバー１６にセットされたカムピース１４において、測定対象になっているカムピース１４のカム端面から所定量オフセットされた位置（図１において、カムピース１４の例えば右端面から所定量左方向に離れた位置）のカムプロフィールを測定子２４ａを用いて、例えば図３に示すようなカム回転角度毎のリフト量を測定する（実測ステップ）。図１の場合、カムピース１４を１回転させて、例えばカム回転角度０．１°毎にリフト量を測定しグラフ化したものである。
【００２４】
続いて、リフト変化率変換部３２は、測定ヘッド部２４が測定したリフト量をカムピース１４の所定単位回転角度毎（例えば０．１°毎）のリフト変化率に変換する（変換ステップ）。リフト量をリフトに変換したものを図４に示す。ここで、注目すべき点は。カムピースの場合、カム面１４ａに接するカムフォロアを所定位置までリフトするために数カ所の頂部を有し、その頂部の前後では、リフト変化率は、プラスの変化率とマイナスの変化率とが相互に切り替わるということである。本実施形態を示す図３、図４の例では、リフト量が最大になる位置、すなわちカムピース１４の頂点位置が１つ存在し、カム角度０°付近に存在することが示されている。このプラスの変化率とマイナスの変化率とが相互に切り替わる切替ポイントは、グラフを用いた場合、横軸とグラフの交点より容易に求めることができる。また、計算上では、リフト変化率“０”の位置を探すことで容易に求めることができる。なお、０°から１８０°回転した位置でもプラスの変化率とマイナスの変化率とが相互に切り替わる切替ポイントは存在するが、本実施形態では前後の変化が大きく頂点位置が明らかであるカム角度０°付近に着目する。なお、本実施形態では、リフト量の検出を例えば０．１°毎に行う例を示したが、この角度は任意であり、検出精度に応じて適宜選択することができる。同様に、リフト変化率を求める場合、所定単位回転角度として例えば０．１°毎であることを示したが、この角度は任意であり、検出精度に応じて適宜選択することができる。リフト量やリフトが不連続的なプロットデータとして得られる場合、前記角度をあまり広くすることは好ましくないが、最小自乗法等を用いることにより、測定したリフト量に基づくリフト変換量の精度を向上することができる。
【００２５】
図５には、カム角度０°付近のプラスの変化率とマイナスの変化率とが相互に切り替わる部分近傍を更に拡大したものが示されている。そして、頂点位置計算部３４は、プラスの変化率とマイナスの変化率とが相互に切り替わる切替ポイントを抽出する（抽出ステップ）。図５の例では、切替ポイントは、カム角度０°から０．４°ほど左にオフセットされた位置に存在する。つまり、実測したカムピース１４の頂点位置がカムテスタ一体型装置１０の認識している位置より０．４°ほどずれていることを意味する。従って、頂点位置計算部３４は、このオフセットされた位置を基準位相位置と認識し、カム角度０°をこの位置に修正する（基準決定ステップ）。
【００２６】
この場合、頂点位置そのものの修正加工を行わない限り、プラスの変化率とマイナスの変化率が切り替わる位置は変化しない。つまり、カムピース１４の頂点位置以外の部分の形状に修正を加えても従来のように、その修正加工の影響を受け頂点位置が変化してしまうということが発生しない。その結果、前述の切替ポイントをカムピース１４の基準位相位置と一度定めれば、その点を常にカムピース１４の基準位置として、設計値や修正加工の前後の比較基準とすることができる。
【００２７】
なお、参考のため、図６には、カムピース１４の設計値に基づくカム角度とリフト量の関係をグラフ化したものを示している。通常、カムピースの設計においては、頂点位置を位相位置０°としているので、図７に示すように、リフト量に対して、リフト変化率に変換したグラフは、プラスの変化率とマイナスの変化率が切り替わる切替ポイントは正確にカム角度０°となっている。なお、図６の場合、カム面１４ａが回転軸方向に対して連続的に変化するような３次元カムのリフト量を示しているので、複数のプロフィールに基づくリフト曲線が現れている。また、図７には、図６の任意のリフト曲線に着目し、リフト変化率に変換したグラフが示されている。
【００２８】
上述の説明では、カムテスタ一体型装置１０をカムピースの基準位相位置検出装置として使用する場合を説明しているが、カムテスタ一体型装置１０をカムピースの位相比較装置として使用する場合、さらに、演算部３０内の比較部３６は、決定した頂点位置とカムピースの中心点を結ぶ基準線を設定すると共に（基準線設定ステップ）、上位のシステム等から取得可能なカムピース１４の設計値より、リフト頂点位置とカムピース１４の中心点を結ぶ設計基準線を取得し、基準線と設計基準線とを重畳し、実測値及び設計値に基づくプロフィールを重ね合わせ、位相毎のプロフィール比較を行う（比較ステップ）。
【００２９】
このように、カムテスタ一体型装置１０は、測定対象である現実のカムピース１４の頂点位置（基準位相位置）を正確に認識することができると共に、その頂点位置を基準に設計値との比較を容易に行うことができる。比較の結果、例えば、現実のカムピース１４の形状をより設計値に近づけるには、頂点位置（カム角度０°）から何度の部分を修正すればよいかを明確に示すことができる。このような、設計値と実測値との比較の結果は、カム角度毎にディスプレイ２６に数値やグラフとして表示することが可能である。この比較結果は、例えば、カムピースの設計値に対する形状良否判定に使用することができる。また、カムピースの摩耗データとして、データベースを構築したり、カムピースの設計変更の基礎データとして利用することもできる。
【００３０】
また、比較の結果、頂点位置から５°プラス位置を修正加工しても、次回算出される頂点位置は前回と同じ位置で認識することができるので、設計値との再度比較も容易に行うことができる。更に、修正前後の形状も頂点位置を基準として比較することができるので、修正前後の形状変化の把握や修正の要否に関しても容易に把握することができる。
【００３１】
なお、本実施形態で説明した図１や図２の構成は、一例であり、カムピースのリフト量を測定し、そのリフト量に基づきリフト変化率を算出し、切替ポイントを得ることにより、基準位相位置（好ましくは頂点位置）を算出し、設計値や修正前後の形状との比較に使用する構成であれば適宜変更可能であり、本実施形態と同様な効果を得ることができる。
【００３２】
上述した実施形態においては、３次元カムを例にとって説明しているが、２次元カム（平カム等）においても、カムピース以外の部分で基準点を定めることができない場合やカムピース単体で、プロフィール測定を行う必要がある場合、本実施形態と同様に、リフト変化率を利用してカムピース上の位置に基準位相位置（例えば、頂点位置）を定めることが可能であり、本実施形態と同様な効果を得ることができる。
【００３３】
【発明の効果】
本発明によれば、切替ポイントは、当該切替ポイント以外のカムピースの形状の変化に影響されることなく常に一定に定まる。すなわち、切替ポイントを基準位相位置、例えば頂点位置とすれば、カムピース上の点を比較の基準とすることができるので、設計値や修正前後の形状との比較を容易かつ正確に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施形態に係るカムテスタ一体型装置の概念構成を説明する説明図である。
【図２】  本発明の実施形態に係るカムテスタ一体型装置の演算部の構成を説明するブロック図である。
【図３】  本発明の実施形態に係るカムテスタ一体型装置で使用するカム角度毎のリフト量をグラフ化した説明図である。
【図４】  本発明の実施形態に係るカムテスタ一体型装置で使用するカム角度毎のリフト変化率をグラフ化した説明図である。
【図５】  図４のグラフのカム角度０°付近を拡大した拡大図である。
【図６】  カムピースの設計値に基づくカム角度毎のリフト量をグラフ化した説明図である。
【図７】  カムピースの設計値に基づくカム角度毎のリフト変化率をグラフ化した説明図である。
【図８】  従来のカムピースの頂点位置推定方法を説明する説明図である。
【図９】  図８の方法により推定した頂点位置が原因となる誤認識を説明する説明図である。
【符号の説明】
１０  カムテスタ一体型装置、１２  ベッド、１４  カムピース、１４ａ  カム面、１６  アーバー、１８  ヘッド部、２０  テール部、２２  駆動機構部、２４  測定ヘッド部、２４ａ  測定子、２６  ディスプレイ、２８  制御部、３０  演算部、３２  リフト変化率変換部、３４  頂点位置計算部、３６  比較部。
【図１】
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【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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