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ワークの表面状態検出方法及び表面状態検出装置 コモンズ 新技術説明会 外国出願あり

国内特許コード P110005322
掲載日 2011年8月18日
出願番号 特願2006-535212
登録番号 特許第4882069号
出願日 平成17年9月9日(2005.9.9)
登録日 平成23年12月16日(2011.12.16)
国際出願番号 JP2005017089
国際公開番号 WO2006028295
国際出願日 平成17年9月9日(2005.9.9)
国際公開日 平成18年3月16日(2006.3.16)
優先権データ
  • 特願2004-298203 (2004.9.10) JP
発明者
  • 大橋 一仁
  • 塚本 眞也
出願人
  • 国立大学法人 岡山大学
発明の名称 ワークの表面状態検出方法及び表面状態検出装置 コモンズ 新技術説明会 外国出願あり
発明の概要

可動テーブル22に取り付けたワーク1を回転状態にし、送りモータで砥石23の切り込み量を調整しながら円筒研削を行う。この円筒研削中に熱電対42を一定の圧力でワーク1の回転研削面1aを押しつけて接触させることにより、熱電対42による熱起電力測定が行われる。その測定から得られた熱起電力データと、既知の基準面に対してあらかじめ求めて記憶している熱起電力と表面粗さの相関関係に基づき、測定熱起電力に対応する表面粗さデータを表示部に出力し表示する。したがって、円筒研削などの機械加工を行いながらワーク1に対するインプロセス表面状態の測定を行うことができる。

従来技術、競合技術の概要

従来の表面粗さ測定は、触針式では主にスタイラスを被測定面に接触させてトレースする方式、また非触針式ではレーザ光等を集光して被測定面に照射し走査させた場合の反射光を検出する方式が用いられている。いずれの方式においても被測定面の断面形状を求め、それに基づいて表面粗さを決定している。


ところで、マシニングセンタや旋盤等の工作機械により加工されたワークの表面粗さの測定に際して、一旦加工を停止させワークを機械から取り外して触針式表面粗さ計に設置して行うか、あるいはワークの加工を一旦停止させて機械に取り付けたまま行われている。非触針方式による測定においても加工液を使用する環境下においてリアルタイムで表面粗さを測定することはできなかった。したがって、従来の測定方法では、ワークの加工中にリアルタイムで表面粗さ測定を実施するのが困難であり、あるいは不可能であるために、測定プロセスを機械加工を中断して実施することになり、生産能率や品質の向上を妨げる要因となっていた。


そこで、より効率よく加工精度や性能を向上させるためには、被測定物(ワーク)が駆動状態や被加工状態にあるときに動的な状態のまま、つまりインプロセスで表面粗さを把握する技術の確立が重要課題となっている。すなわち、表面粗さ測定をインプロセスで行うことにより、工作機械の切削加工中に切削面の精度監視が可能になるため、工作機械の無人化ないし自動運転の円滑な稼働を促進して生産能率及び品質向上に大きく貢献できるようになる。


また、表面粗さをポストプロセスで測定する場合でも、触針式でスタイラス先端が挿入できないあるいは光学式で反射光を検出できない細穴などの物理的制約のある峡間部分の表面粗さ測定は、被測定物を切断して測定対象部を露出させたうえで行われており、測定対象物を切断や破壊することなく峡間部分の表面粗さを能率よく測定する技術の確立が重要な課題となっている。


従来の表面粗さ測定方法の主なものを下記特許文献1~7に示す。これらは測定原理別に、ワークの性質に依拠するもの(特許文献1、3)、光学式測定によるもの(特許文献2、5、7)、触針法によるもの(特許文献4)及び超音波によるもの(特許文献6)に分類できる。



【特許文献1】特開2003-130606
【特許文献2】特開平11-148812
【特許文献3】特開昭57-30308
【特許文献4】特開平10-138095
【特許文献5】特開平6-258060
【特許文献6】特開平5-1775125
【特許文献7】特開平6-99336

産業上の利用分野

この発明は、表面加工(切削,研削等の機械加工)ないし表面処理(圧延,スキンパス,コーティング等の物理的,化学的処理)を施したワーク表面の表面粗さ及び/又は表面温度の変化量を検出するためのワークの表面状態検出方法及びこれを実施するためのワークの表面状態検出装置に関するものであり、特に金属等の導電性材で構成されるワークの表面状態をインプロセス又はポストプロセスで好適に検出しうる方法及び装置に関するものである。

特許請求の範囲 【請求項1】 異種の熱電対である第1及び第2の測定用熱電対をワークの被測定面に対してこれに接触させた状態で相対運動させることにより発生する当該熱電対の熱起電力の変化量を測定し、両熱電対の前記熱起電力の変化量から、第1及び第2の測定用熱電対とそれぞれ同一又は同種の第1及び第2のデータ採取用熱電対を当該被測定面に対する場合と同一の接触条件及び相対運動条件で表面粗さ及び表面温度の変化量が既知の基準面に接触させた状態で相対運動させることによって予め求めた熱起電力の変化量前記基準面の表面粗さ及び前記相対運動開始時から測定時までの表面温度の変化量との第1及び第2の相関関係データに基づいて、被測定面の表面粗さ及び前記相対運動開始時から測定時までの表面温度の変化量を求めるようにしたことを特徴とするワークの表面状態検出方法。
【請求項2】 同種の熱電対である第1及び第2の測定用熱電対をワークの被測定面に対してこれに接触させ、接触条件もしくは相対運動条件をそれぞれの熱電対で異ならせた状態で相対運動させることにより発生する当該熱電対の熱起電力の変化量を測定し、両熱電対の前記熱起電力の変化量から、第1及び第2の測定用熱電対とそれぞれ同一又は同種の第1及び第2のデータ採取用熱電対を当該被測定面に対する場合と同一の接触条件及び相対運動条件で表面粗さ及び表面温度の変化量が既知の基準面に接触させた状態で相対運動させることによって予め求めた熱起電力の変化量と前記基準面の表面粗さ及び前記相対運動開始時から測定時までの表面温度の変化量との第1及び第2の相関関係データに基づいて、被測定面の表面粗さ及び前記相対運動開始時から測定時までの表面温度の変化量を求めるようにしたことを特徴とするワークの表面状態検出方法。
【請求項3】 前記相関関係データが、ΔE=α・ΔT+β・Ry(ΔEは前記相対運動開始時から測定時までの熱起電力の変化量であり、ΔTは前記相対運動開始時から測定時までの表面温度の変化量であり、Ryは表面粗さであり、αは使用する熱電対に固有の温度係数であり、βは熱電対の接触条件及び相対運動条件に応じて熱起電力と表面粗さとの関係から導かれる粗さ係数である)で表されるものであることを特徴とする、請求項1又は請求項2に記載するワークの表面状態検出方法。
【請求項4】 測定用熱電対を、被測定面との接触点において相対速度が生じる接触状態で、相対運動させるようにしたことを特徴とする請求項1乃至請求項3の何れかに記載するワークの表面状態検出方法。
【請求項5】 被測定面が導電性を有する場合において、測定用熱電対を構成する第1及び第2熱電対線の先端部を相互に離間させた状態で被測定面に接触させることにより熱起電力を測定するようにしたことを特徴とする、請求項に記載するワークの表面状態検出方法。
【請求項6】 第1及び第2熱電対線の先端部間を耐摩耗性部材で連結して、この耐摩耗性部材を被測定面に接触させることにより熱起電力を測定するようにしたことを特徴とする、請求項に記載するワークの表面状態検出方法。
【請求項7】 被測定面を含むワーク全体が導電性材で一体構成されている場合において、測定用熱電対を構成する第1及び第2熱電対線のうち、一方の熱電対線の先端部を被測定面に接触させると共に他方の熱電対線の先端部をワークにおける被測定面以外の部分に連結させることにより熱起電力を測定するようにしたことを特徴とする、請求項に記載するワークの表面状態検出方法。
【請求項8】 第1及び第2測定用熱電対を一組として、複数組の測定用熱電対を被測定面の複数箇所において接触させることにより、被測定面の複数箇所における表面粗さ及び前記相対運動開始時から測定時までの表面温度の変化量を同時に求めるようにしたことを特徴とする、請求項7に記載するワークの表面状態検出方法。
【請求項9】 第1及び第2測定用熱電対を、被測定面に対する接触点における相対速度が同一となる相対運動条件で、被測定面に接触させるようにすることを特徴とする、請求項1乃至請求項8の何れかに記載する表面状態検出方法。
【請求項10】 第1及び第2測定用熱電対を、被測定面に対する接触点における相対速度が異なる相対運動条件で、被測定面に接触させるようにすることを特徴とする、請求項1乃至請求項3の何れかに記載する表面状態検出方法。
【請求項11】 第1及び第2測定用熱電対の一方を、被測定面に対する接触点における相対速度が0となる相対運動条件で、被測定面に接触させるようにすることを特徴とする、請求項10に記載する表面状態検出方法。
【請求項12】 被測定面が二次元又は三次元の曲面形状をなすことを特徴とする、請求項1乃至請求項11の何れかに記載するワークの表面状態検出方法。
【請求項13】 被測定面が回転面形状をなすことを特徴とする、請求項12に記載するワークの表面状態検出方法。
【請求項14】 被測定面が平面形状をなすことを特徴とする、請求項1乃至請求項11の何れかに記載するワークの表面状態検出方法。
【請求項15】 被測定面が凹凸面形状をなすことを特徴とする、請求項1乃至請求項1の何れかに記載するワークの表面状態検出方法。
【請求項16】 ワークが回転運動又は直線運動する場合において、被測定面の移動経路上の一定位置において測定用熱電対を被測定面に一定圧で接触させるようにしたことを特徴とする、請求項12乃至請求項15の何れかに記載するワークの表面状態検出方法。
【請求項17】 ワークが静止状態にある場合において、測定用熱電対を、被測定面上をこれに一定圧で接触させた状態で移動させるようにしたことを特徴とする、請求項12乃至請求項15の何れかに記載するワークの表面状態検出方法。
【請求項18】 測定用熱電対と被測定面との接触点が相対運動方向に交差する方向に変位する場合において、測定用熱電対を当該交差方向に往復動可能とすることによって被測定面との接触圧を一定に保持するようにしたことを特徴とする、請求項16又は請求項17記載するワークの表面状態検出方法。
【請求項19】 ワークが表面加工ないし表面処理されたものであり、被測定面が当該表面加工ないし表面処理を施された面であることを特徴とする、請求項1乃至請求項18の何れかに記載するワークの表面状態検出方法。
【請求項20】 測定用熱電対による熱起電力の測定を、ワークの表面加工ないし表面処理と並行して行なうようにすることを特徴とする、請求項19に記載するワークの表面状態検出方法。
【請求項21】 異種の熱電対である第1及び第2の測定用熱電対をワークの被測定面に対してこれに接触させた状態で相対運動させることにより発生する当該熱電対の熱起電力の変化量を測定する測定手段と、第1及び第2の測定用熱電対とそれぞれ同一又は同種の第1及び第2のデータ採取用熱電対を当該被測定面に対する場合と同一の接触条件及び相対運動条件で表面粗さ及び表面温度の変化量が既知の基準面に接触させた状態で相対運動させることによって予め求めた熱起電力の変化量前記基準面の表面粗さ及び前記相対運動開始時から測定時までの表面温度の変化量との第1及び第2の相関関係データを記憶する記憶部と、測定手段により測定された熱起電力の変化量から相関関係データに基づいて、被測定面の表面粗さ及び前記相対運動開始時から測定時までの表面温度の変化量を求める演算部と、演算部により求められた被測定面の表面粗さ及び前記相対運動開始時から測定時までの表面温度の変化量に関する情報を出力する情報出力部と、を具備することを特徴とするワークの表面状態検出装置。
【請求項22】 同種の熱電対である第1及び第2の測定用熱電対をワークの被測定面に対してこれに接触させ、接触条件もしくは相対運動条件をそれぞれの熱電対で異ならせた状態で相対運動させることにより発生する当該熱電対の熱起電力の変化量を測定する測定手段と、第1及び第2の測定用熱電対とそれぞれ同一又は同種の第1及び第2のデータ採取用熱電対を当該被測定面に対する場合と同一の接触条件及び相対運動条件で表面粗さ及び表面温度の変化量が既知の基準面に接触させた状態で相対運動させることによって予め求めた熱起電力の変化量と前記基準面の表面粗さ及び前記相対運動開始時から測定時までの表面温度の変化量との第1及び第2の相関関係データを記憶する記憶部と、測定手段により測定された熱起電力の変化量から相関関係データに基づいて、被測定面の表面粗さ及び前記相対運動開始時から測定時までの表面温度の変化量を求める演算部と、演算部により求められた被測定面の表面粗さ及び前記相対運動開始時から測定時までの表面温度の変化量に関する情報を出力する情報出力部と、を具備することを特徴とするワークの表面状態検出装置。
【請求項23】 記憶部に記憶される相関関係データが、ΔE=α・ΔT+β・Ry(ΔEは前記相対運動開始時から測定時までの熱起電力の変化量であり、ΔTは前記相対運動開始時から測定時までの表面温度の変化量であり、Ryは表面粗さであり、αは熱電対に固有の温度係数であり、βは熱電対の接触条件及び相対運動条件に応じて熱起電力と表面粗さとの関係から導かれる粗さ係数である)で示されるものであることを特徴とする、請求項21又は請求項22に記載するワークの表面状態検出装置。
【請求項24】 測定手段が第1測定用熱電対による熱起電力の変化量ΔE1と第2測定用熱電対による熱起電力の変化量ΔE2とを各別に測定するものであり、記憶部が、第1測定用熱電対と同一又は同種の第1データ採取用熱電対を使用して求めた第1の相関関係データΔE1=α1・ΔT+β1・Ry及び第2測定用熱電対と同一又は同種の第2データ採取用熱電対を使用して求めた第2の相関関係データΔE2=α2・ΔT+β2・Ryを記憶するものであり、演算部が、第1及び第2の相関関係データに基づいて被測定面の表面粗さRy=(α2・ΔE1-α1・ΔE2)/(α2・β1-α1・β2)及び前記相対運動開始時から測定時までの表面温度の変化量ΔT=(β2・ΔE1-β1・ΔE2)/(α1・β2-α2・β1)(α1は第1測定用熱電対及び第1データ採取用熱電対に固有の温度係数であり、α2は第2測定用熱電対及び第2データ採取用熱電対に固有の温度係数であり、β1は第1測定用熱電対及び第1データ採取用熱電対の接触条件及び相対運動条件に応じて熱起電力と表面粗さとの関係から導かれる粗さ係数であり、β2は第2測定用熱電対及び第2データ採取用熱電対の接触条件及び相対運動条件に応じて熱起電力と表面粗さとの関係から導かれる粗さ係数である)を演算するものであることを特徴とする、請求項23に記載するワークの表面状態検出装置。
【請求項25】 測定手段が、第1測定用熱電対を被測定面との接触点における相対速度が生じる接触状態で相対運動させることにより熱起電力の変化量ΔE1を測定すると共に第2測定用熱電対を被測定面との接触点における相対速度が生じない接触状態で相対運動させることにより熱起電力の変化量ΔE2を測定するものであり、記憶部が、第1データ採取用熱電対を使用して求めた第1の相関関係データΔE1=α1・ΔT+β1・Ry及び第2データ採取用熱電対を使用して求めた第2の相関関係データΔE2=α2・ΔTを記憶するものであり、演算部が、ΔE1=α1・ΔT+β1・RyとΔE2=α2・ΔTとから被測定面の表面粗さRy=(α2・ΔE1-α1・ΔE2)/(α2・β1)及び前記相対運動開始時から測定時までの表面温度の変化量ΔT=ΔE2/α2を演算するものであることを特徴とする、請求項24に記載するワークの表面状態検出装置。
【請求項26】 被測定面が導電性を有する場合において、測定手段が、測定用熱電対を構成する第1及び第2熱電対線の先端部を相互に離間させた状態で被測定面に接触させることにより熱起電力を測定するように構成されたものであることを特徴とする、請求項21乃至請求項25の何れかに記載するワークの表面状態検出装置。
【請求項27】 測定手段が、第1及び第2熱電対線の先端部間を耐摩耗性部材で連結して、この耐摩耗性部材を被測定面に接触させることにより熱起電力を測定するように構成されたものであることを特徴とする、請求項21乃至請求項26の何れかに記載するワークの表面状態検出装置。
【請求項28】 被測定面を含むワーク全体が導電性材で一体構成されている場合において、測定手段が、測定用熱電対を構成する第1及び第2熱電対線のうち、一方の熱電対線の先端部を被測定面に接触させると共に他方の熱電対線の先端部をワークにおける被測定面以外の部分に連結させることにより熱起電力を測定するように構成されたものであることを特徴とする、請求項21乃至請求項25の何れかに記載するワークの表面状態検出装置。
【請求項29】 測定用熱電対を構成する第1及び第2熱電対線の少なくとも一方の先端部を、被測定面に点接触する回転自在な円盤状の測定子で構成してあることを特徴とする、請求項21乃至請求項28の何れかに記載するワークの表面状態検出装置。
【請求項30】 測定手段が、円盤状の測定子を被測定面への接触点において相対速度が生じるように強制回転させるように、構成されていることを特徴とする、請求項29に記載するワークの表面状態検出装置。
【請求項31】 測定手段が、円盤状の測定子を被測定面への接触点において相対速度が生じないように自由回転させるように、構成されていることを特徴とする、請求項29に記載するワークの表面状態検出装置。
【請求項32】 測定用熱電対を構成する第1及び第2熱電対線の少なくとも一方の先端部を、当該熱電対線自体が被測定面に接触する測定子に構成してあることを特徴とする、請求項21乃至請求項28の何れかに記載するワークの表面状態検出装置。
【請求項33】 測定用熱電対を構成する第1及び第2熱電対線の少なくとも一方の先端部を、被測定面との接触圧を一定に保持すべく、被測定面に対する相対運動方向に交差する方向に往復動可能に構成してあることを特徴とする、請求項21乃至請求項32の何れかに記載するワークの表面状態検出装置。
【請求項34】 測定手段が、少なくとも1組の第1及び第2測定用熱電対を具備するものである場合において、第1測定用熱電対を構成する第1及び第2熱電対線の一方と第2測定用熱電対を構成する第1及び第2熱電対線の一方とを共通の熱電対線で兼用していることを特徴とする、請求項21乃至請求項33の何れかに記載するワークの表面状態検出装置。
【請求項35】 ワークが表面加工ないし表面処理されたものであり、被測定面が当該表面加工ないし表面処理を施された面である場合において、測定手段を当該表面加工ないし表面処理のライン上に設置しておくことを特徴とする、請求項21乃至請求項34の何れかに記載するワークの表面状態検出装置。
産業区分
  • 測定
  • 切削
国際特許分類(IPC)
Fターム
出願権利状態 権利存続中
特許内容に関しての問い合せ窓口は岡山大学連携機構知的財産部門です。

技術移転に関しては岡山TLOが窓口になります。


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