| 【発明の名称】 |
歯車測定機 |
| 【発明者】 |
【氏名】關 亮
【住所又は居所】静岡県浜松市葵東１−１３−１ 本田技研工業株式会社浜松製作所内
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| 【要約】 |
【課題】諸元の異なる多種類のワークギヤの歯厚測定を行う場合であっても、コスト増を抑えることができる歯車測定機の提供。
【解決手段】レーザ測長機２２と、回転可能にワークギヤＷを支持する支持台部２１と、該支持台部２１によりワークギヤＷを回転させながらレーザ測長機２２でワークギヤＷを検出させ、支持台部２１の回転データとレーザ測長機２２の検出データとからワークギヤＷの歯厚を演算する演算部２４とを有する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 レーザ測長機と、回転可能にワークギヤを支持する支持台部と、該支持台部によりワークギヤを回転させながら前記レーザ測長機で前記ワークギヤを検出させ、前記支持台部の回転データと前記レーザ測長機の検出データとから前記ワークギヤの歯厚を演算する演算部とを有することを特徴とする歯車測定機。
【請求項２】 前記ワークギヤの温度を検出する温度センサを有し、前記演算部は前記温度センサの検出データに基づいて前記歯厚を補正することを特徴とする請求項１記載の歯車測定機。
【請求項３】 前記演算部は、前記歯厚としてオーバーボール径を算出することを特徴とする請求項１または２記載の歯車測定機。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ワークギヤの歯厚を測定する歯車測定機に関する。
【０００２】
【従来の技術】ホブ盤やギヤシェーパによる歯切り加工、シェービング盤によるシェービング加工、歯車研削盤による歯研加工等、歯車を加工する全ての加工工程において、必要な精度のワークギヤを安定的に製造するためには、当然のことながら、ワークギヤの加工精度を測定し、測定結果を以後のワークギヤの加工にフィードバックすることが重要となっている。
【０００３】このようなワーク歯車の加工精度の一例として例えば歯厚がある。歯車加工では、ワークギヤの歯厚を測定し測定値をフィードバックして、例えば歯厚が厚ければ以降の取り代を大きくするように切り込み量を変更する一方、歯厚が薄ければ以降の取り代を小さくするように切り込み量を変更する等のフィードバックを行っている。
【０００４】ワークギヤの歯厚を測定する従来の歯車測定機としては、歯車の歯厚に応じてこの歯車とこれに隙間なく噛み合う歯車との間の軸間距離が変化することを利用し、マスターギヤをワークギヤに隙間なく噛み合わせるとともにこのマスターギヤのワークギヤに対する位置をマグネスケール等で検出することでワークギヤの歯厚を測定する歯車測定機がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のようなマスターギヤをワークギヤに隙間なく噛み合わせるとともにこのマスターギヤの位置を検出することでワークギヤの歯厚を測定する歯車測定機では、当然のことながら、諸元の異なるワークギヤ毎にマスターギヤを製作しなければならず、多種類のワークギヤの歯厚測定を行うためにはコストがかかってしまうという問題があった。
【０００６】したがって、本発明は、諸元の異なる多種類のワークギヤの歯厚測定を行う場合であっても、コスト増を抑えることができる歯車測定機の提供を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するために、本発明の請求項１記載の歯車測定機は、レーザ測長機（例えば実施形態におけるレーザ測長機２２）と、回転可能にワークギヤ（例えば実施形態におけるワークギヤＷ）を支持する支持台部（例えば実施形態における支持台部２１）と、該支持台部によりワークギヤを回転させながら前記レーザ測長機で前記ワークギヤを検出させ、前記支持台部の回転データと前記レーザ測長機の検出データとから前記ワークギヤの歯厚を演算する演算部（例えば実施形態における中央制御装置２４）とを有することを特徴としている。
【０００８】このように、演算部が、支持台部によりワークギヤを回転させながらレーザ測長機でワークギヤを検出させ、支持台部の回転データとレーザ測長機の検出データとからワークギヤの歯厚を演算するため、マスターギヤが不要となる。
【０００９】本発明の請求項２記載の歯車測定機は、請求項１記載のものに関し、前記ワークギヤの温度を検出する温度センサ（例えば実施形態における温度センサ２３）を有し、前記演算部は前記温度センサの検出データに基づいて前記歯厚を補正することを特徴としている。
【００１０】このように、演算部が、演算したワークギヤの歯厚を温度センサの検出データに基づいて補正するため、温度変化の影響を排除できる。
【００１１】本発明の請求項３記載の歯車測定機は、請求項１または２記載のものに関し、前記演算部は、前記歯厚としてオーバーボール径を算出することを特徴としている。
【００１２】このように、演算部が、歯厚としてオーバーボール径を算出するため、作業者にとって歯厚の精度管理が容易となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】本発明の一実施形態について図面を参照して以下に説明する。
【００１４】図１は、歯車加工システムの全体構成を示すもので、図１中、符号１１はワークに対し歯車加工を行う歯車加工機を、符号１２は歯車加工機１１に対しワークギアＷの搬入・搬出を行う搬入・搬出ロボットを、符号１３は搬入・搬出ロボット１２で搬出されたワークギヤＷを測定する歯車測定機を、それぞれ示している。
【００１５】歯車加工機１１は、切削油を使用しないいわゆるドライ加工を行うホブ盤であり、ホブカッタおよびワークを保持するとともにホブカッタの回転、送りおよび切り込みの駆動とワークの回転駆動とを行う加工機本体１５と、この加工機本体１５の駆動を制御する加工機コントローラ１６とを有している。
【００１６】搬入・搬出ロボット１２は、歯車加工機１１に対しワークギヤＷの取り付けおよび取り外しを行うとともに、歯車測定機１３に対しワークギヤＷの取り付けおよび取り外しを行うロボット本体１８と、このロボット本体１８の駆動を制御するロボットコントローラ１９とを有している。
【００１７】歯車測定機１３は、搬入・搬出ロボット１２で取り付けられたワークギヤＷを回転可能に支持する支持台部２１と、支持台部２１に支持されたワークギヤＷにレーザを照射して照射位置までの距離を検出するレーザ測長機２２と、支持台部２１に支持されたワークギヤＷの温度を検出する温度センサ２３と、支持台部２１とレーザ測長機２２とを制御するパソコン等の中央制御装置（演算部、制御部）２４とを有している。
【００１８】支持台部２１は、ワークギヤＷを水平状態でクランプ可能な回転軸２６と、この回転軸２６を駆動するサーボモータ２７と、サーボモータ２７の回転を所定の減速比で減速させるギヤボックス２８と、サーボモータ２７をその回転位置データ等に基づいて制御するサーボコントローラ２９とを有している。
【００１９】レーザ測長機２２は、図２に示すようにワークギヤＷにレーザを照射して照射位置までの距離である測長データを検出するレーザセンサヘッド３１と、レーザセンサヘッド３１の測長データを増幅するアンプユニット３２と、サーボコントローラ２９によるサーボモータ２７の回転データに基づいて、アンプユニット３２で増幅された測長データの低次の成分のみを取り出すローパスフィルタ３３と、ローパスフィルタ３３で取り出された検出データの低次の成分からワークギヤＷの歯振れを測定し、歯振れが問題ないレベルにあるか否かをしきい値と比較することにより判定して判定結果を表示するとともに判定結果のＯＫ／ＮＧデータを中央制御装置２４に出力する歯振れ判定結果表示出力部３４と、サーボコントローラ２９によるサーボモータ２７の回転データとアンプユニット３２で増幅された測長データとに基づいて歯厚測定・解析用の形状データを中央制御装置２４に出力する歯厚測定・解析用データ出力部３５とを有している。
【００２０】中央制御装置２４は、加工機コントローラ１６から出力される加工機本体１５の作動状態データに基づいて、ロボットコントローラ１９を介してロボット本体１８を制御する。すなわち、加工機本体１５によるワークギヤＷの歯切り加工が完了したことが加工機コントローラ１６から出力されると、ロボット本体１８によりこのワークギヤＷを取り外して次のワークを加工機本体１５に取り付けさせるとともに支持台部２１に取り付けられ歯車測定が完了していたワークギヤＷを取り外して加工が完了した直後のワークギヤＷを支持台部２１に取り付けさせるようにロボットコントローラ１９を制御する。
【００２１】また、中央制御装置２４は、ロボットコントローラ１９から受けるロボット本体１８の作動状態データに基づいて、サーボコントローラ２９によりサーボモータ２７の作動を制御する。すなわち、ロボット本体１８が歯車加工直後のワークギヤＷを加工機本体１５から取り外し、支持台部２１に取り付けたことがロボットコントローラ１９からの作動状態データで確認されると、中央制御装置２４は、支持台部２１のワークギヤＷの測定を開始させるようにサーボコントローラ２９を介してサーボモータ２７を駆動する。
【００２２】さらに、中央制御装置２４は、ロボットコントローラ１９から受けるロボット本体１８の作動状態データに基づいて、加工機コントローラ１６により加工機本体１５の作動を制御する。すなわち、ロボット本体１８が次のワークを加工機本体１５に取り付けたことがロボットコントローラ１９からの作動状態データで確認されると、中央制御装置２４は、加工機コントローラ１６を介して加工機本体１５の歯車加工を開始させる。
【００２３】加えて、中央制御装置２４は、ロボットコントローラ１９を制御することで、ロボット本体１８の作動／停止を制御する。すなわち、例えば、歯車測定機１３の歯振れ判定結果表示出力部３４からワークギヤＷの歯振れが問題あるレベルにあると判定された判定結果のＯＫ／ＮＧデータが出力された場合には、加工機本体１５に何らかの機械的調整が必要となるため、それ以上のワークギヤＷの加工を行わないように次のワークの搬入を規制すべくロボット本体１８を停止させるのである。
【００２４】加えて、中央制御装置２４は、歯厚測定・解析用データ出力部３５から出力される歯厚測定・解析用の形状データからワークギヤＷの歯厚を演算するとともに、この演算結果に基づいて、歯車加工機１１の加工機コントローラ１６を制御してホブカッタの切り込み量をフィードバック制御する。すなわち、加工後測定を行った歯車の歯厚が、基準となる所定値よりも厚ければ、次のワークギヤＷについては所定値から厚い分だけ多く削れるように切り込み量（ホブカッタとワークギヤとの軸間距離）を変更する一方、歯厚が基準となる所定値よりも薄ければ、所定値から薄い分だけ削り量が少なくなるように切り込み量を変更する。このとき、中央制御装置２４は、温度センサ２３の出力データから上記切り込み量、すなわちフィードバック制御の制御量を補正する。
【００２５】温度センサ２３は、ワークギヤＷの温度を検出するセンサ本体３７と、このセンサ本体３７の検出データを増幅するアンプ３６と、このアンプ３６で増幅された検出データを電圧に変換して中央制御装置２４に出力する変換器３８とを有している。ここで、センサ本体３７は、非接触でワークギヤＷの温度を検出する非接触熱電対を有している。
【００２６】次に、レーザ測長機２２を用いて非接触でワークギヤＷの歯厚を測定する測定原理について説明する。
【００２７】まず、レーザ測長機２２で歯数がＺ枚のワークギヤＷの全ての歯に対し測長を行い、その測長データをローパスフィルタ３３に入力してワークギヤＷの歯振れである回転１次成分を取り出し、歯振れを歯振れ判定結果表示出力部３４で判定する。その一方で、歯厚測定・解析用データ出力部３５では、サーボコントローラ２９によるサーボモータ２９の回転データとレーザ測長機２２の測長データとから、ワークギヤＷの歯振れである回転１次成分の誤差量をキャンセルした図３に示すような歯形データを生成する。
【００２８】次に、歯厚測定・解析用データ出力部３５では、上記歯形データから、レーザセンサヘッド３１から所定の距離Ｌ１の位置におけるワークギヤＷの全歯分の谷部幅測定位置ａ１’，ｂ１’，ａ２’，ｂ２’，…，ａＺ’，ｂＺ’を測定する。ここで、Ｌ１＝Ｌ０−（ｄ０＋２＊Ｘｎ＊Ｍｎ）／２である。ただし、Ｌ０はレーザセンサヘッド３１からワークギヤＷの中心までの距離、ｄ０はワークギヤＷのピッチ円直径、ＸｎはワークギヤＷの転移係数、ＭｎはワークギヤＷのモジュールである。
【００２９】そして、歯厚測定・解析用データ出力部３５では、各谷部幅ｈ１，ｈ２，…，ｈＺを以下にしたがって算出して、中央制御装置２４に形状データとして出力する。
ｈ１＝ａ１’−ｂ１’ｈ２＝ａ２’−ｂ２’以下同様にしてｈＺ＝ａＺ’−ｂＺ’【００３０】次に、中央制御装置２４では、歯厚測定・解析用データ出力部３５から出力された形状データｈ１，ｈ２，…，ｈＺから、測定値の平均値ｈａｖｅを以下にしたがって算出する。
ｈａｖｅ＝（ｈ１＋ｈ２＋ｈ３＋…＋ｈＺ）／Ｚ【００３１】次に、中央制御装置２４では、オーバーボール径を図るためのボールマイクロの理論ボールの中心を通る上記測定値における圧力角φｖａｖｅを上記測定値の平均値ｈａｖｅに基づき以下にしたがって算出する。
φｖａｖｅ＝ｈａｖｅ／（ｄ０＋２＊Ｘｎ＊Ｍｎ）
【００３２】一方、オーバーボール径を図るためのボールマイクロのボールの理論ボール径ｄｐａは、以下にしたがって算出される。
ｄｐａ＝Ｚｖａ＊Ｍｎ＊ｃｏｓαｎ＊（ｉｎｖφｖａ＋Ψａ／２）
【００３３】ただし、Ｚｖａは相当平歯車歯数であり、ワークギヤＷのねじれ角をβ０としたときに、Ｚｖａ＝Ｚ／（ｃｏｓ（β０））＾３となる。また、Ψａ／２は基礎円上歯溝角の半分の値であり、圧力角をαｎとしたときに、Ψａ／２＝π／（２＊Ｚｖａ）−ｉｎｖαｎ−（２＊Ｘｎ＊ｔａｎαｎ）／Ｚｖａである。さらに、φｖａは理論ボールの中心を通る圧力角であり、φｖａ＝ｔａｎαｖａ＋Ψａ／２である。ただし、αｖａは理論ボールとワークギヤＷの接点の圧力角であり、αｖａ＝ｃｏｓ−１｛（Ｚｖａ＊ｃｏｓαｎ）／（Ｚｖａ＋２＊Ｘｎ）｝で算出される。
【００３４】そして、測長データに基づく実測値であるオーバーボール径ｄｍａｖｅは、正面圧力角をαｓとしたときに、以下のようになる。すなわち、歯数が偶数の場合、ｄｍａｖｅ＝Ｚ＊Ｍｎ＊ｃｏｓαｓ／（ｃｏｓβ０＊ｃｏｓφｖａｖｅ）＋ｄｐａとなり、一方、歯数が奇数の場合、ｄｍａｖｅ＝Ｚ＊Ｍｎ＊ｃｏｓαｓ／（ｃｏｓβ０＊ｃｏｓφｖａｖｅ）＊ｃｏｓ（π／Ｚ）＋ｄｐａとなる。
【００３５】このようにして算出された歯厚としてのオーバーボール径ｄｍａｖｅから、中央制御装置２４では、切り込みのオフセット量δを以下にしたがって算出する。
δ＝（ｄｍａｖｅ−ｄｍａ）＊２ｔａｎαｎただし、ｄｍａは、理論オーバーボール径であり、歯数が偶数の場合、ｄｍａ＝Ｚ＊Ｍｎ＊ｃｏｓαｓ／（ｃｏｓβ０＊ｃｏｓφｖａ）＋ｄｐａとなり、一方、歯数が奇数の場合、ｄｍａ＝Ｚ＊Ｍｎ＊ｃｏｓαｓ／（ｃｏｓβ０＊ｃｏｓφｖａ）＊ｃｏｓ（π／Ｚ）＋ｄｐａとなる。
【００３６】さらに、中央制御装置２４では、温度センサ２３で検出された温度データＴａｖｅからオフセット量δを以下にしたがって温度補正のあるオフセット量δｔａｖｅに補正する。すなわち、常温と判定できる所定の設定温度をｔとし、ワークギヤＷの線膨張率ωと、歯先円径Ｄｋとを用いて、δｔａｖｅ＝δ＋（Ｔａｖｅ−ｔ）＊ω＊Ｄｋ／２【００３７】そして、中央制御装置２４は、このように算出された温度補正のあるオフセット量δｔａｖｅを加工機コントローラ１６に出力し、加工機コントローラ１６では、このオフセット量δｔａｖｅだけ加工機本体１５のホブカッタの切り込み量をオフセットさせて、歯車加工機１１において以降のワークギヤＷを歯切加工させる。
【００３８】以上に述べた本実施形態によれば、歯車測定機１３の中央制御装置２４が、支持台部２１によりワークギヤＷを回転させながらレーザ測長機２２でワークギヤＷを検出させ、支持台部２１の回転データとレーザ測長機２２の検出データとからワークギヤＷの歯厚を演算するため、マスターギヤが不要となる。
【００３９】したがって、諸元の異なる多種類のワークギヤの歯厚測定を行う場合であっても、コスト増を抑えることができる。
【００４０】また、中央制御装置２４が、制御量を温度センサ２３の検出データに基づいて補正するため、温度変化の影響を排除できる。
【００４１】加えて、中央制御装置２４が、歯厚としてオーバーボール径を算出するため、作業者にとって歯厚の精度管理が容易となる。
【００４２】なお、以上の実施形態において、中央制御装置２４は、温度センサ２３で検出されたワークギヤＷの温度に基づいて歯車加工機１１の切り込みのオフセット量を直接補正する場合を例にとり説明したが、勿論、検出した歯厚を温度に基づいて補正するようにしてもよい。
【００４３】また、以上の実施形態においては、歯車加工機１１としてホブ盤を例にとり説明したが、ギヤシェーパやシェービング盤、さらには歯研盤等、他の種々の歯車加工機にも勿論適用可能である。
【００４４】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明の請求項１記載の歯車測定機によれば、演算部が、支持台部によりワークギヤを回転させながらレーザ測長機でワークギヤを検出させ、支持台部の回転データとレーザ測長機の検出データとからワークギヤの歯厚を演算するため、マスターギヤが不要となる。
【００４５】したがって、諸元の異なる多種類のワークギヤの歯厚測定を行う場合であっても、コスト増を抑えることができる。
【００４６】また、本発明の請求項２記載の歯車測定機によれば、演算部が、演算したワークギヤの歯厚を温度センサの検出データに基づいて補正するため、温度変化の影響を排除できる。
【００４７】本発明の請求項３記載の歯車測定機によれば、演算部が、歯厚としてオーバーボール径を算出するため、作業者にとって歯厚の精度管理が容易となる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００５３２６
【氏名又は名称】本田技研工業株式会社
【住所又は居所】東京都港区南青山二丁目１番１号
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| 【出願日】 |
平成１４年２月２２日（２００２．２．２２） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００６４９０８
【弁理士】
【氏名又は名称】志賀 正武 （外５名）
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| 【公開番号】 |
特開２００３−２４７８１３（Ｐ２００３−２４７８１３Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１５年９月５日（２００３．９．５） |
| 【出願番号】 |
特願２００２−４７０３３（Ｐ２００２−４７０３３） |
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