JP5149060B2

JP5149060B2 - 両歯面噛合式歯車検査装置

Info

Publication number: JP5149060B2
Application number: JP2008103312A
Authority: JP
Inventors: 光規池谷
Original assignee: Univance Corp
Current assignee: Univance Corp
Priority date: 2008-04-11
Filing date: 2008-04-11
Publication date: 2013-02-20
Anticipated expiration: 2028-04-11
Also published as: JP2009250954A

Description

本発明は、被検査歯車の１ピッチ噛み合い誤差、歯溝の振れ、打痕を短時間でかつ高精度に計測し、被検査歯車の良否の判定が迅速かつ正確に行なえる両歯面噛合式歯車検査装置に関するものである。

従来の技術として特許文献１があった。即ち、ＯＢＤ（オーバーボールダイヤメータ）、振れが基準値に形成されたマスタ歯車を設け、該マスタ歯車を被検査歯車に押圧付勢して噛み合わせ、前記マスタ歯車の被検査歯車に対する軸間変動量を検出する軸間変動検出センサと、マスタ歯車の回転を検出する回転位置検出センサとを設ける。そして、前記マスタ歯車をブレーキ付きのモータにより回転させ、軸間変動検出センサにより被検査歯車の振れを計測する。

また、前記軸間変動検出センサから得た波形を周波数フィルタにより整理して突出した振れのみをクローズアップし、設定レベルよりも大きい振れを打痕とみなし、該打痕の場所を前記回転位置検出センサから割り出すようにしたものがあった。

前記従来のものは、マスタ歯車に振れがないものとして被検査歯車の振れを計測するようにしていたので、被検査歯車の振れを高精度に計測することができないものであった。また、打痕の判定は、被検査歯車の波形の中心線（ピッチ円）に対する振れを求めて行なうようにしていたので、打痕が歯丈の中心部にあるものと、歯先部にあるものとでは、同じ大きさの打痕であっても打痕による振れの量が異なり、打痕の判定が不正確になるものであった。
特許第３６２０２１８号公報

本発明は、マスタ歯車の精度、被検査歯車に発生した打痕の位置に左右されることなく、被検査歯車の１ピッチ噛み合い誤差、歯溝の振れ、打痕等の判定が迅速かつ正確に行なえる両歯面噛合式歯車検査装置を得ることを目的とする。

本発明は、前記目的を達成するために以下の如く構成したものである。即ち、請求項１に係る発明は、異なる歯数のマスタ歯車と被検査歯車とを接近方向に押圧付勢して互いに噛合させ、前記マスタ歯車又は被検査歯車をパルスモータによって回転させ、前記マスタ歯車と被検査歯車との軸間変動量を検出する検出器を設け、被検査歯車の規定整数回転における前記検出器から入力するサンプリング数を一定とし、前記検出器で検出したマスタ歯車と被検査歯車との時間軸間変動原波形をフーリエ変換して周波数軸パワースペクトルに分解することにより、マスタ歯車１回転周期のパワースペクトル、被検査歯車１回転周期のパワースペクトル、及び被検査歯車歯数周期のパワースペクトルを周波数別に生成し、前記マスタ歯車１回転周期のパワースペクトルの振幅をマスタ歯車の歯溝の振れ、前記被検査歯車１回転周期のパワースペクトルの振幅を被検査歯車の歯溝の振れ、前記被検査歯車歯数周期のパワースペクトルの振幅を被検査歯車の１ピッチ噛み合い誤差とする構成にしたものである。
請求項２に係る発明は、前記フーリエ変換された周波数軸パワースペクトルから、マスタ歯車１回転周期のパワースペクトル、被検査歯車１回転周期のパワースペクトル、及び被検査歯車歯数周期パワースペクトルのみを抽出して二次周波数軸パワースペクトルを生成し、該二次周波数軸パワースペクトルを逆フーリエ変換してマスタ歯車と被検査歯車との時間軸間変動二次波形を生成し、検出器で検出した時間軸間変動原波形から前記時間軸間変動二次波形を減算して時間軸間変動三次波形を生成し、該時間軸間変動三次波形から被検査歯車の打痕値を求めるようにしたものである。
請求項３に係る発明は、前記時間軸間変動三次波形から被検査歯車の打痕部のパルス列を求め、パルスモータに所定の駆動パルスを発して前記打痕部がマーキング位置となるように被検査歯車を回転させるようにしたものである。

請求項１に係る発明は、歯数の異なる被検査歯車とマスタ歯車とをパルスモータにより回転させ、被検査歯車の規定整数回転における検出器から入力するサンプリング数を一定とし、前記検出器で検出したマスタ歯車と被検査歯車との時間軸間変動原波形をフーリエ変換して周波数軸パワースペクトルに分解するようにしたので、マスタ歯車１回転周期のパワースペクトル、被検査歯車１回転周期のパワースペクトル、及び被検査歯車歯数周期のパワースペクトルが周波数軸上に個別に生成されるとともに、各パワースペクトルの振幅がマスタ歯車の歯溝の振れ、被検査歯車の歯溝の振れ、被検査歯車の１ピッチ噛み合い誤差の値となり、被検査歯車の良否の判定が迅速かつ正確に行なえることになる。
請求項２に係る発明は、時間軸間変動原波形からマスタ歯車の歯溝の振れ、被検査歯車の歯溝の振れ、被検査歯車の１ピッチ噛み合い誤差の波形を取り除くようにしたので、被検査歯車の打痕値を正確に求めることができる。
請求項３に係る発明は、被検査歯車に発生している打痕部のパルス列を求め、パルスモータに所定の駆動パルスを発するようにしたので、前記打痕部をマーキング位置に正確に位置決めすることができる。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。図面において、図１は本発明の概要構造を示す断面図、図２はマスタ歯車と被検査歯車との時間軸間変動原波形図、図３は時間軸間変動原波形をフーリエ変換した周波数軸パワースペクトル図、図４は周波数軸パワースペクトルから抽出した二次周波数軸パワースペクトル図、図５は二次周波数軸パワースペクトルを逆フーリエ変換した時間軸間変動二次波形図、図６は時間軸間変動原波形から時間軸間変動二次波形を減算した時間軸間変動三次波形図、図７は時間軸間変動原波形を要素波形毎に分解した説明用分解波形図、図８は制御部のフローチャートである。

図１において、１は両歯面噛合式歯車検査装置、２はそのフレームである。フレーム２の左部にマスタ歯車１６が取り付けられるスピンドル３を回転自在に起立支持し、該スピンドル３をパルスモータ４により減速機５を介して回転させる。

前記フレーム２の右部にスライダ７を左右（Ｘ軸）方向に移動可能に取り付け、該スライダ７に被検査歯車１７が取り付けられる支持軸８を回転自在に起立支持する。スライダ７は、フレーム２の右部に取り付けたシリンダ９によりばね１０を介して左右方向に移動されるようになっている。

前記フレーム２に、前記スライダ７の進行側の面（左面）に対面させて噛合検出器１２、及び軸間距離検出器１３を取り付ける。噛合検出器１２は被検査歯車１７がマスタ歯車１６に噛合したか否かを検出し、軸間距離検出器１３は前記マスタ歯車１６と被検査歯車１７との軸間距離を検出するものである。１４はマーキング装置であり、被検査歯車１７の打痕部の歯の側部にマーキングを付すようになっている。

本例では、前記パルスモータ４を１回転させる駆動パルス数Ｐは５００、減速機５の減速比iは２０、マスタ歯車１６の歯数Ｚｍは５０個、検査歯車１７の歯数Ｚｈは２５個とし、また、被検査歯車１７の測定回転数Ｒは４回転、該測定回転数Ｒにおけるサンプリングデータ数Ｎは２０４８（又は１０２４）となっている。

図１において、２０は制御部であり、サンプリング数・駆動パルス数設定部２１、時間軸間変動波形生成部２２、シリンダ駆動部２３、モータ制御部２４、周波数軸パワースペクトル生成部２５、種類別振幅演算部２６、判定部２７、判定値設定部２８、打痕位置演算部２９、マーキング作動部３０等を有する。

サンプリング数・パルス設定部２１は、モータ駆動パルス列を基にしたサンプリング周期で規定の測定整数回転におけるサンプリングデータ数を設定するものであり、被検査歯車１７が４回転する際の軸間距離検出器１３からのサンプリングデータ数Ｎを設定したり、パルスモータ４の１回転当たりの駆動パルス数Ｐを設定したりする。

時間軸間変動波形生成部２２は、シリンダ駆動部２３及びモータ制御部２４に駆動信号を発し、被検査歯車１７をマスタ歯車１６に噛み合わせた後、マスタ歯車１６を介して被検査歯車１７を測定に要する回転、本例では４回転させ、該回転時における軸間距離検出器１３からのサンプリングデータ数Ｎ（２０４８）に基づいて図２に示すような時間軸間変動原波形Ａ１を生成する。また、後述する二次周波数軸パワースペクトルＢ２（図４）を逆フーリエ変換して図５に示すような時間軸間変動二次波形Ａ２、あるいは時間軸間変動原波形Ａ１から時間軸間変動二次波形Ａ２を減算して時間軸変動三次波形Ａ３（図６）を生成する。

周波数軸パワースペクトル生成部２５は、時間軸間変動波形生成部２２で生成された時間軸間変動原波形Ａ１（図２）をフーリエ変換して図３に示すような周波数軸パワースペクトルＢ１を生成する。また、前記周波数軸パワースペクトルＢ１からマスタ歯車１回転周期のパワースペクトルＢ１−１、被検査歯車１回転周期のパワースペクトルＢ１−２、及び被検査歯車歯数周期パワースペクトルＢ１−３のみを抽出して図４に示すような、二次周波数軸パワースペクトルＢ２を生成する。

種類別振幅演算部２６は、周波数軸パワースペクトル生成部２５で生成されたマスタ歯車１回転周期のパワースペクトルＢ１−１、被検査歯車１回転周期のパワースペクトルＢ１−２、及び被検査歯車歯数周期のパワースペクトルＢ１−３の振幅値から、マスタ歯車１６の歯溝の振れ、被検査歯車１７の歯溝の振れ、及び被検査歯車１７の１ピッチ噛み合い誤差を演算する。また、時間軸間変動波形生成部２２で減算処理された時間軸変動三次波形Ａ３から打痕部の振幅値（高さ）を演算する。

判定部２７は、前記種類別振幅演算部２６で演算された値と、判定値設定部２８で設定された値と対比し、被検査歯車１７の歯溝の振れ、被検査歯車１７の１ピッチ噛み合い誤差の良否、及び打痕の有無を判定する。

打痕位置演算部２９は、前記時間軸間変動波形生成部２２で処理された時間軸変動三次波形Ａ３から被検査歯車１７に発生している打痕部の位置を演算し、モータ制御部２４、及びマーキング作動部３０に駆動信号を発し、モータ制御部２４からパルスモータ４に所定の駆動パルスを発して被検査歯車１７を規定量回転させ、前記打痕部をマーキング装置１４位置に移動させた後、マーキング装置１４を作動させて打痕が位置する被検査歯車１７の歯の側部にマークを付す。作業者はこのマークを基に被検査歯車１７に発生している打痕を除去（修正）する。

次に、制御部２０の動作を図８、図１により説明する。なお、図８において、Ｓ１〜Ｓ１９はフローチャートの各ステップである。測定開始のスイッチがオンされると、Ｓ１で測定開始となり、時間軸間変動波形生成部２２からモータ制御部２４及びシリンダ駆動部２３に駆動信号が発せられ、パルスモータ４が回転し、減速機５、スピンドル３を介してマスタ歯車１６を回転（Ｓ２）させ、同時にシリンダ９を伸長作動させてばね１０を介してスライダ７をスピンドル方向に押圧付勢し、被検査歯車１７を前記マスタ歯車１６に噛合させる（Ｓ３）。

噛合検出器１２によってマスタ歯車１６と被検査歯車１７との噛合が確認されると、この時点からパルスモータ４に発する駆動パルスがカウントされるとともに、マスタ歯車１６と被検査歯車１７との軸間距離の変動が軸間距離変動検出器１３によって順次計測され、時間軸間変動波形生成部２２に入力される。時間軸間変動波形生成部２２は、被検査歯車１７が４回転する間に２０４８個のデータをサンプリングし、該データ数で図２に示すような時間軸間変動原波形Ａ１を生成する（Ｓ４）。

ここで、前記時間軸間変動原波形Ａ１は、図７に示すように、マスタ歯車の歯溝振れ波形Ａ１−１、被検査歯車１７の歯溝振れ波形Ａ１−２、被検査歯車１７の１ピッチ噛み合い誤差波形Ａ１−３が混合した波形となっている。

前記時間軸間変動原波形Ａ１を、周波数軸パワースペクトル生成部２５でフーリエ変換（Ｓ５）して図３に示すような周波数軸パワースペクトルＢ１に分解する。該周波数軸パワースペクトルＢ１は、被検査歯車１７の歯数（２５個）がマスタ歯車１６の歯数（５０個）の１／２となっているので、マスタ歯車１６が１／２回転すると被検査歯車１７の初期噛合歯が再びマスタ歯車１６に噛合し、マスタ歯車１６が１回転すると該マスタ歯車１６の初期噛合歯が再び被検査歯車１７に噛合することになる。

これにより、周波数軸パワースペクトルＢ１上の０．５サイクル目にマスタ歯車１６の振れ、即ち、マスタ歯車１回転周期のパワースペクトルＢ１−１が、１サイクル目に被検査歯車１７の歯溝の振れ、即ち、被検査歯車１回転周期のパワースペクトルＢ１−２が現れることになる。また、周波数軸パワースペクトルＢ１上の２５サイクル目に被検査歯車１７の歯（２５歯）の歯溝の振れ、即ち、被検査歯車歯数周期パワースペクトルＢ１−３が現れることになる。

前記マスタ歯車１回転周期のパワースペクトルＢ１−１、被検査歯車１回転周期のパワースペクトルＢ１−２、及び被検査歯車歯数周期パワースペクトルＢ１−３は、種類別振幅演算部２６で演算され（Ｓ７）、被検査歯車の歯溝の振れ、１ピッチ噛み合い誤差、及びマスタ歯車１６の歯溝の振れが計測される。

前記被検査歯車の歯溝の振れ、及び１ピッチ噛み合い誤差は判定部２７で判定（Ｓ８）され、この判定がＮＧの場合は、廃却され、ＯＫの場合は、周波数パワースペクトル生成部２５で前記周波数軸パワースペクトルＢ１からマスタ歯車１回転周期のパワースペクトルＢ１−１、被検査歯車１回転周期のパワースペクトルＢ１−２、及び被検査歯車歯数周期パワースペクトルＢ１−３のみを抽出（Ｓ９）して図４に示すような、二次周波数軸パワースペクトルＢ２を生成する。

前記二次周波数軸パワースペクトルＢ２を時間軸変動波形生成部２２で逆フーリエ変換（Ｓ１０）し、図５に示すような時間軸間変動二次波形Ａ２を生成（Ｓ１１）する。そして、前記時間軸間変動原波形Ａ１から前記該時間軸間変動二次波形Ａ２を減算して図６に示すような打痕部を主体とした時間軸変動三次波形Ａ３を生成（Ｓ１３）し、種類別振幅値演算部２６で打痕値を求め（Ｓ１４）、該打痕値を判定部２７で判定（Ｓ１５）する。

打痕値が設定値以下の場合は、判定部２７でＯＫと判定し、Ｓ１６で検査を終了する。前記打痕値が設定値以上の場合は、判定部２７でＮＧと判定し、打痕位置演算部２９で打痕位置までの駆動パルスを演算（Ｓ１７）し、モータ制御部２４に所定の駆動パルスを発してパルスモータ４を回転、従って被検査歯車１７を所定角度回転させ、前記打痕部をマーキング装置１４部位に移動（Ｓ１８）させた後、マーキング作動部３０に駆動信号を発して打痕の位置する被検査歯車１７の歯側部にマーキング、又は、位置決めされた箇所で作業者が打痕を修正（Ｓ１９）する。

本発明の概要構造を示す断面図である。マスタ歯車と被検査歯車との時間軸間変動原波形図である。時間軸間変動原波形をフーリエ変換した周波数軸パワースペクトル図である。周波数軸パワースペクトルから抽出した二次周波数軸パワースペクトル図である。二次周波数軸パワースペクトルを逆フーリエ変換した時間軸間変動二次波形図である。時間軸間変動原波形から時間軸間変動二次波形を減算した時間軸間変動三次波形図である。時間軸間変動原波形を要素波形毎に分解した説明用分解波形図である。制御部のフローチャートである。

符号の説明

１両歯面噛合式歯車検査装置
２フレーム
３スピンドル
４パルスモータ
５減速機
７スライダ
８支持軸
９シリンダ
１０ばね
１２噛合検出器
１３軸間距離検出器
１６マスタ歯車
１７被検査歯車
２０制御部
２１サンプリング数・駆動パルス数設定部
２２時間軸間変動波形生成部
２３シリンダ駆動部
２４モータ制御部
２５周波数軸パワースペクトル生成部
２６種類別振幅演算部
２７判定部
２８判定値設定部
２９打痕位置演算部
３０マーキング作動部
Ａ１時間軸間変動原波形
Ａ１−１マスタ歯車の歯溝振れ波形
Ａ１−２被検査歯車の歯溝振れ波形
Ａ１−３被検査歯車の１ピッチ噛み合い誤差波形
Ｂ１周波数軸パワースペクトル
Ｂ１−１マスタ歯車１回転周期のパワースペクトル
Ｂ１−２被検査歯車１回転周期のパワースペクトル
Ｂ１−３被検査歯車歯数周期パワースペクトル
Ｂ２二次周波数軸パワースペクトル

Claims

異なる歯数のマスタ歯車（１６）と被検査歯車（１７）とを接近方向に押圧付勢して互いに噛合させ、前記マスタ歯車（１６）又は被検査歯車（１７）をパルスモータ（４）によって回転させ、前記マスタ歯車（１６）と被検査歯車（１７）との軸間変動量を検出する検出器（１３）を設け、被検査歯車（１７）の規定整数回転における前記検出器（１３）から入力するサンプリング数を一定とし、前記検出器（１３）で検出したマスタ歯車（１６）と被検査歯車（１７）との時間軸間変動原波形（Ａ１）をフーリエ変換して周波数軸パワースペクトル（Ｂ１）に分解することにより、マスタ歯車１回転周期のパワースペクトル（Ｂ１−１）、被検査歯車１回転周期のパワースペクトル（Ｂ１−２）、及び被検査歯車歯数周期のパワースペクトル（Ｂ１−３）を周波数別に生成し、前記マスタ歯車１回転周期のパワースペクトル（Ｂ１−１）の振幅をマスタ歯車（１６）の歯溝の振れ、前記被検査歯車１回転周期のパワースペクトル（Ｂ１−２）の振幅を被検査歯車（１７）の歯溝の振れ、前記被検査歯車歯数周期のパワースペクトル（Ｂ１−３）の振幅を被検査歯車（１７）の１ピッチ噛み合い誤差としたことを特徴とする両歯面噛合式歯車検査装置。
フーリエ変換された周波数軸パワースペクトル（Ｂ１）から、マスタ歯車１回転周期のパワースペクトル（Ｂ１−１）、被検査歯車１回転周期のパワースペクトル（Ｂ１−２）、及び被検査歯車歯数周期のパワースペクトル（Ｂ１−３）のみを抽出して二次周波数軸パワースペクトル（Ｂ２）を生成し、該二次周波数軸パワースペクトル（Ｂ２）を逆フーリエ変換してマスタ歯車（１６）と被検査歯車（１７）との時間軸間変動二次波形（Ａ２）を生成し、検出器（１３）で検出した時間軸間変動原波形（Ａ１）から前記時間軸間変動二次波形（Ａ２）を減算して時間軸間変動三次波形（Ａ３）を生成し、該時間軸間変動三次波形（Ａ３）から被検査歯車（１７）の打痕値を求めたことを特徴とする請求項１記載の両歯面噛合式歯車検査装置。
時間軸間変動三次波形（Ａ３）から被検査歯車（１７）の打痕部のパルス列を求め、パルスモータ（４）に所定の駆動パルスを発して前記打痕部がマーキング位置となるように被検査歯車（１７）を回転させたことを特徴とする請求項２記載の両歯面噛合式歯車検査装置。