JP2002168619A5 - - Google Patents

Description

【００１５】
以下、具体例をもとに説明すると、たとえば、夫々の歯車の歯数をＺ１＝１５、Ｚ２＝１２０、Ｚ３＝３０とし、ロータリーエンコーダ４には１０２４パルス／回転のものを、ロータリーエンコーダ５には３２４，０００パルス／回転のものを使用した装置では、小歯車１と小歯車３の回転角速度比は２：１となる。さらに試験歯車２が一回転するためには、小歯車１と小歯車３はそれぞれ８回転と４回転を要することになる。さらにロータリーエンコーダ４（１０２４パルス／回転）を分周器で１／８に分周すると、小歯車１が１回転する間にトリガパルスは１２８回発生する。伝達誤差がない場合、１回のトリガパルスの間に小歯車３は１８０°／１２８＝１．４０６２５°回転することになる。またロータリーエンコーダ５には一回転当たり３２４，０００パルスの出力が得られるものを用いたので、小歯車３の回転角度測定分解能は２πｒａｄ／３２４，０００＝１．９３９×１０-5ｒａｄ＝０．０１９３９ｍｒａｄとなる。さらにロータリーエンコーダ４からは、一回転に１パルスのＺパルスが出力されるのを利用して、このタイミングで測定を開始すれば、毎回決まった回転角度から測定を開始できる。ただしＦＦＴ（高速フーリエ変換）を用いて周波数解析を行うために、測定点数は２n 個とする必要がある。

【００１６】
以上の装置により、試験歯車２が一回転する間測定した回転伝達誤差を図３に示す。縦軸は回転伝達誤差を小歯車３の回転角度にて表してある（単位：ｍｒａｄ）。横軸は試験歯車２の回転角度で表した（単位：°）。図から試験歯車２が一回転する間に回転伝達誤差に１山成分が現れていることがわかる。この回転伝達誤差をＦＦＴを用いて周波数分析を行い、成分毎に振幅を表したものを図４に示す。縦軸は各山成分の振幅（単位：ｍｒａｄ）を、横軸は山数を表している。この図から、この回転伝達誤差は１山成分が顕著であり、他に４山成分と８山成分が観察されることがわかる。

【００１７】
ここで、一般に図５のような偏心をもつ歯車列における小歯車１に対する小歯車３の回転伝達誤差Δθは幾何学的に次の式で近似できる。
【数１】

ここで、Ｅ１、Ｅ２およびＥ３は各山成分の振幅、φ１、φ２およびφ３は各山成分の位相である。θ１は小歯車の回転角度、Ｃは定数である。また、測定中は試験歯車２が１回転、小歯車１は８回転する（θ１＝８〜２πｒａｄ）ことから、上式の右辺第１項目はＺ１／Ｚ２＝１／８なので１山成分、第２項目はＺ１／Ｚ３＝１／２なので４山成分、第３項目は８山成分をそれぞれ表している。この回転伝達誤差の１山成分は試験歯車２の偏心に起因するものである。さらに、４山成分は小歯車３の偏心に、また、８山成分は小歯車１の偏心に起因していると考えられるが、ここで注意したいのは、図３および図４で見られる４山成分の原因は、小歯車３の偏心のみならず、小歯車３にとりつけらているロータリーエンコーダ５の取付時の偏心誤差およびロータリーエンコーダ５の誤差にも起因していること、８山成分は小歯車１の偏心だけでなく、ロータリーエンコーダ４の取付偏心誤差および器差にも起因していることである。

【００１９】
以上のように、小歯車１に対する小歯車３の回転伝達誤差曲線が求められれば、そのＦＦＴ解析結果により求められる１山成分の振幅と位相から試験歯車２の偏心量とその位相つまり偏心している方向が求められる。以上の式は試験歯車２とそれにかみあわされる小歯車１と小歯車３が図１のように１直線上に配置された場合について表してあるが、図６に示す実施例のように、１直線上ではない配置においても本発明は有効である。しかし回転伝達誤差検出の感度は、図１のような配置のとき最大となるため、できるかぎり図１のように１直線上に配置することが望ましい。もちろん、この設置の角度誤差が測定結果に及ぼす影響は非常に小さい。さらに図７のように小歯車１と小歯車３が重なった場合は、回転伝達誤差の検出が不可能となるため、このような配置は不可となる。

【００２０】
図３および図４の測定結果から、試験歯車２の偏心量ε２と位相Φ２を求めた結果、ε２＝２６２μｍおよびΦ２＝−１２２°が得られた。この結果に基づいて試験歯車２の偏心を調整した後、再度回転伝達誤差を測定した結果を図８に、そのＦＦＴ解析結果を図９に示す。調整により、試験歯車２の偏心に起因する１山成分が著しく減少していること、その他の４山および８山成分は変化がないことがわかる。これは前述したように、４山成分は小歯車３の偏心とロータリーエンコーダ５の取付時の偏心誤差およびロータリーエンコーダ５の器差に起因するものであり、８山成分は小歯車１の偏心とロータリーエンコーダ４の取付時の偏心誤差およびロータリーエンコーダ４の器差に起因するものであるから、試験歯車２の偏心調整により減ずることはない。調整後、歯車２の偏心ε２は約１０μｍまで減少した。

【００２２】
図１０は他の実施例を示している。ここでは試験歯車２に対して、小歯車１と小歯車３をかみ合わせている点および小歯車３に回転角度を測定するロータリーエンコーダ５を接続する点は図１の実施例と同様である。図１０では小歯車１の一定角度毎の信号検出をロータリーエンコーダではなく、フォトセンサ（フォトインタラプタ）１０などのセンサで行っている。小歯車１の歯数Ｚ１は試験歯車２の歯数Ｚ２に対して少ないから、試験歯車２が１回転する間に小歯車１は複数回転（Ｚ２／Ｚ１回転）する。例えば、Ｚ１＝１５、Ｚ２＝１２０ならば小歯車１は８回転する。このとき、試験歯車２が１回転する間に、小歯車３の回転角度を８回測定することが可能である。この測定された角度から小歯車１に対する小歯車３の回転伝達誤差を求め、ＦＦＴ解析を行えば、試験歯車２の偏心誤差等を前述と同様に求めることができる。ただし、ＦＦＴを用いて周波数解析を行うためには、測定点数は２n 個とする必要がある。以上のように、小歯車１の一定回転角度の検出はロータリーエンコーダを用いずにも適当なセンサを用いて行うことが可能である。

【００２４】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によれば、試験歯車に二つの小歯車をかみ合わせ、一方の小歯車の回転角度に対する他方の小歯車の回転角度を測定して得られる回転伝達誤差を周波数解析することにより、試験歯車の偏心誤差を含む低次の誤差を演算することができる。この測定は、連続回転中の歯車に対しても行うことができ、歯車の軸受や軸のたわみを含んだ回転誤差の機上計測が可能である。また、本発明では、試験歯車に対して、小歯車を２個かみ合わせるのみであるから、試験歯車に対して、一切の追加工や調整など、例えば試験歯車にロータリーエンコーダやセンサ等の特別な測定器を精密に取り付けることなどが不要である。また、二つの小歯車の誤差やロータリーエンコーダの器差および小歯車とロータリーエンコーダを接続するカップリング等の誤差は回転伝達誤差の高次の成分に影響するだけであるため、比較的低廉な低精度の歯車やロータリーエンコーダを用いた場合においても、目的とする試験歯車の偏心誤差を含む低次の誤差測定は高精度に行うことができる。等の優れた効果を奏することができる。

【図面の簡単な説明】
【図１】運転中の歯車列中の任意の被測定歯車（試験歯車）に対して、ロータリーエンコーダが同軸に取付られた小歯車が噛み合っている様子を示す斜視図である。
【図２】本装置のブロック図である。
【図３】偏心調整前の回転伝達誤差を示す図である。
【図４】偏心調整前の回転伝達誤差のＦＦＴ解析結果を示す図である。
【図５】偏心を持つ３歯車列の図である。
【図６】歯車が一直線上にない例を示す図である。
【図７】測定不可能な歯車の配置を説明する図である。
【図８】偏心調整後の回転伝達誤差を示す図である。
【図９】偏心調整後の回転伝達誤差のＦＦＴ解析結果を示す図である。
【図１０】フォトセンサを用いた他の実施例を示す図である。
【図１１】歯溝の振れ測定を説明する図である。
【図１２】両歯面のかみあい精度試験機の概略構成図である。
【図１３】片歯面のかみあい精度試験機の概略構成図である。
【図１４】歯数１６の歯溝の振れの測定結果を示す図である。
【図１５】ロータリーエンコーダによる回転伝達誤差の測定図である。
【符号の説明】
１ 小歯車
２ 被測定歯車（試験歯車）
３ 小歯車
４、５ 回転角度検出器
６ アップダウンカウンタ
７ 分周器
８ ラッチ回路
９ 演算手段（パーソナルコンピュータ）
１０ フォトセンサ