JP2007003507A - Gear inspection device - Google Patents

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Haruo Hojo
春夫 北條
Shigeki Matsumura
茂樹 松村
Chanat Ratanasumawong
ラタナスマウォン チャナット
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Tokyo Institute of Technology NUC
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a gear inspection device capable of inspecting a gear easily in a short time. <P>SOLUTION: The gear inspection device 10 for inspecting an inspected gear 30 comprises a reference gear 20 rotatably engaging with the inspected gear, a driving means 53 for driving one of the reference gear and the inspected gear, a vibration acceleration detecting means 51 for detecting a vibration acceleration generated by the reference gear and the inspected gear during rotation of the reference gear and the inspected gear, a rotation trigger signal detecting means 54 for detecting a rotation trigger signal of each rotation shaft of the reference gear and the inspected gear, and an inspection means 40 for inspecting the inspected gear based on the vibration acceleration detected by the vibration acceleration detecting means and the rotation trigger signal detected by the rotation trigger signal detecting means. The number of teeth of the reference gear and that of the inspected gear are mutually prime, and the greatest common divisor of them is significantly small. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、製造された歯車を検査する歯車検査装置に関する。   The present invention relates to a gear inspection device for inspecting a manufactured gear.

従来技術において歯車を検査する検査装置は歯車の形状が設計通りに製造されたか否かを確認する一種の座標測定器である(例えば、特許文献1および特許文献2参照)。例えばインボリュート歯車については、歯車軸の回転角と歯面に接触させたスタイラス(測定子)の直線運動との関係に基づいて歯車の外形検査が行われている。   An inspection apparatus for inspecting a gear in the prior art is a kind of coordinate measuring device that confirms whether or not the shape of the gear is manufactured as designed (see, for example, Patent Document 1 and Patent Document 2). For example, with respect to involute gears, the outer shape of gears is inspected based on the relationship between the rotation angle of the gear shaft and the linear motion of a stylus (measurement element) in contact with the tooth surface.

ISO(国際標準化機構)等の規格においては、歯車の複数の歯部のうちの三つの歯を計測するか、もしくは複数の歯部のうちの一つの歯部における三箇所または四箇所の歯形を計測することが推奨されている。
特開平08−029157号公報 特開平08−029156号公報
In standards such as ISO (International Organization for Standardization), three teeth of a plurality of tooth parts of a gear are measured, or three or four tooth forms in one tooth part of a plurality of tooth parts are used. It is recommended to measure.
Japanese Patent Laid-Open No. 08-029157 Japanese Patent Laid-Open No. 08-029156

しかしながら、歯面の形状は歯車の歯部ごとにバラついているので、特許文献1および特許文献2に開示される検査装置によって歯車を検査した場合には、複数の歯部のうちの一部の歯部の形状が適正であったとしても、他の歯部が適正であるか否かまでは判断しきれない。   However, since the shape of the tooth surface varies for each tooth portion of the gear, when the gear is inspected by the inspection device disclosed in Patent Literature 1 and Patent Literature 2, some of the plurality of tooth portions are used. Even if the shape of the tooth part is appropriate, it cannot be determined whether or not the other tooth part is appropriate.

さらに近年では、歯車を低振動で駆動させることが要求されている。歯部の形状特性のうちの一部、例えば表面のうねりは歯車の駆動時に振動を生じさせる原因となる場合もある。例えば表面のうねりが0.1マイクロメートル程度であったとしても、周波数によっては、歯車の駆動時に振動を生じさせうる。歯車を低振動で駆動可能かを判断するためには、全ての歯部が適正であることを確認する必要があり、このような場合には検査作業が繁雑になると共に検査時間も遅延するという問題が生じていた。   In recent years, it has been required to drive gears with low vibration. Some of the shape characteristics of the teeth, for example, surface waviness, may cause vibration when the gear is driven. For example, even if the surface waviness is about 0.1 micrometer, depending on the frequency, vibration can be generated when the gear is driven. In order to determine whether the gear can be driven with low vibration, it is necessary to confirm that all the teeth are appropriate. In such a case, the inspection work becomes complicated and the inspection time is also delayed. There was a problem.

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、歯車検査を簡易かつ短時間で行うことのできる歯車検査装置を提供することを目的とする。   This invention is made | formed in view of such a situation, and it aims at providing the gear inspection apparatus which can perform a gear inspection simply and in a short time.

前述した目的を達成するために1番目の発明によれば、検査歯車を検査する歯車検査装置において、前記検査歯車に回転可能に係合する基準歯車を具備し、該基準歯車の歯数と前記検査歯車の歯数とは互いに素になっており、さらに、前記基準歯車および前記検査歯車のうちの一方を駆動しつつ前記基準歯車および前記検査歯車のうちの他方に負荷を与える駆動手段と、前記基準歯車および前記検査歯車の回転時に、前記基準歯車および前記検査歯車により形成される振動加速度を検出する振動加速度検出手段と、前記基準歯車および前記検査歯車のそれぞれの回転軸の回転トリガ信号を検出する回転トリガ信号検出手段と、前記振動加速度検出手段により検出された前記振動加速度と前記回転トリガ信号検出手段により検出された前記回転トリガ信号とに基づいて、前記検査歯車を検査する検査手段とを具備する歯車検査装置が提供される。   In order to achieve the above-described object, according to a first invention, a gear inspection device for inspecting an inspection gear includes a reference gear rotatably engaged with the inspection gear, the number of teeth of the reference gear and the number of teeth The number of teeth of the inspection gear is relatively prime, and further, driving means for applying a load to the other of the reference gear and the inspection gear while driving one of the reference gear and the inspection gear; Vibration acceleration detecting means for detecting vibration acceleration formed by the reference gear and the inspection gear when the reference gear and the inspection gear are rotated, and rotation trigger signals of the respective rotation shafts of the reference gear and the inspection gear; Rotation trigger signal detection means for detecting, the vibration acceleration detected by the vibration acceleration detection means, and the rotation detected by the rotation trigger signal detection means Based on the trigger signal, the gear inspection apparatus is provided comprising an inspection means for inspecting the test gear.

すなわち1番目の発明においては、振動加速度と回転トリガ信号とに基づいて検査歯車を検査するようにしているので、測定子を用いる従来技術の検査装置よりも簡易かつ短時間で検査歯車の検査を行うことが可能となる。   That is, in the first invention, since the inspection gear is inspected based on the vibration acceleration and the rotation trigger signal, the inspection gear can be inspected more easily and in a shorter time than the conventional inspection device using the measuring element. Can be done.

2番目の発明によれば、検査歯車を検査する歯車検査装置において、前記検査歯車に回転可能に係合する基準歯車を具備し、該基準歯車の歯数と前記検査歯車の歯数との間の最大公約数がこれら歯数よりも大幅に小さくなっており、さらに、前記基準歯車および前記検査歯車のうちの一方を駆動しつつ前記基準歯車および前記検査歯車のうちの他方に負荷を与える駆動手段と、前記基準歯車および前記検査歯車の回転時に、前記基準歯車および前記検査歯車により形成される振動加速度を検出する振動加速度検出手段と、前記基準歯車および前記検査歯車のそれぞれの回転軸の回転トリガ信号を検出する回転トリガ信号検出手段と、前記振動加速度検出手段により検出された前記振動加速度と前記回転トリガ信号検出手段により検出された前記回転トリガ信号とに基づいて、前記検査歯車を検査する検査手段とを具備する歯車検査装置が提供される。   According to a second aspect of the present invention, in the gear inspection apparatus for inspecting the inspection gear, the inspection gear includes a reference gear that is rotatably engaged with the inspection gear, and the interval between the number of teeth of the reference gear and the number of teeth of the inspection gear. The greatest common divisor of the motor is significantly smaller than the number of teeth, and further, the drive that applies a load to the other of the reference gear and the inspection gear while driving one of the reference gear and the inspection gear. Means, vibration acceleration detecting means for detecting vibration acceleration formed by the reference gear and the inspection gear when the reference gear and the inspection gear are rotated, and rotation of the respective rotation shafts of the reference gear and the inspection gear Rotation trigger signal detection means for detecting a trigger signal, the vibration acceleration detected by the vibration acceleration detection means, and the detection before the rotation trigger signal detection means Based on the rotational trigger signal, gear inspection apparatus comprising an inspection means for inspecting the test gear is provided.

すなわち2番目の発明においては、振動加速度と回転トリガ信号とに基づいて検査歯車を検査するようにしているので、測定子を用いる従来技術の検査装置よりも簡易かつ短時間で検査歯車の検査を行うことが可能となる。好ましい態様においては、前記最大公約数は2,3または5である。   That is, in the second invention, since the inspection gear is inspected based on the vibration acceleration and the rotation trigger signal, the inspection gear can be inspected more easily and in a shorter time than the conventional inspection device using the measuring element. Can be done. In a preferred embodiment, the greatest common divisor is 2, 3 or 5.

3番目の発明によれば、1番目または2番目の発明において、前記検査手段は、前記振動加速度を前記回転トリガ信号によって同期平均することにより、前記検査歯車の振動特性と前記基準歯車の振動特性とを分離する分離手段と、前記基準歯車および前記検査歯車に関する周波数応答関数を算出して定量化する周波数応答関数算出手段と、前記分離手段によって分離された前記検査歯車の振動特性と、前記周波数応答関数算出手段により算出された定量化された周波数応答関数とから前記検査歯車の歯面形状を求める歯面形状算出手段とを含む。
すなわち3番目の発明においては、基準歯車および検査歯車の歯数が互いに素であるかまたはその最大公約数がかなり小さいようになっているので、検査歯車の一つの歯部は基準歯車の全てまたは一周にわたって分布するほぼ全ての歯部とかみあう。従って、分離手段によって同期平均することにより、基準歯車は概ね平均的な歯面形状を持つ検査歯車と係合するものとみなすことができる。また、周波数応答関数算出手段を用いているので、振動数が高い場合にはわずかな振幅の振動でも容易に検出することが可能となる。
According to a third aspect, in the first or second aspect, the inspection means synchronously averages the vibration acceleration with the rotation trigger signal, thereby obtaining a vibration characteristic of the inspection gear and a vibration characteristic of the reference gear. Separating means for separating, frequency response function calculating means for calculating and quantifying a frequency response function relating to the reference gear and the inspection gear, vibration characteristics of the inspection gear separated by the separation means, and the frequency Tooth surface shape calculating means for determining the tooth surface shape of the inspection gear from the quantified frequency response function calculated by the response function calculating means.
That is, in the third aspect of the invention, the number of teeth of the reference gear and the inspection gear are relatively prime or the greatest common divisor is considerably small. It meshes with almost all the teeth distributed around the circumference. Therefore, by performing the synchronous averaging by the separating means, the reference gear can be regarded as engaging with the inspection gear having a substantially average tooth surface shape. Further, since the frequency response function calculating means is used, even a vibration with a slight amplitude can be easily detected when the frequency is high.

4番目の発明によれば、3番目の発明において、前記検査手段は、さらに、前記検査歯車のための複数の歯面形状パターンを記憶する記憶手段と、前記歯面形状算出手段により算出された前記検査歯車の歯面形状と前記記憶手段に記憶された歯面形状パターンとを比較する比較手段とを具備する。
すなわち4番目の発明においては、歯面形状に関する比較結果に基づいて、検査歯車を製造した歯車製造装置固有の問題点を明確にすると共に、低振動で駆動することのできる検査歯車の組み合わせを適切に選択することも可能となる。
According to a fourth invention, in the third invention, the inspection means is further calculated by a storage means for storing a plurality of tooth surface shape patterns for the inspection gear and the tooth surface shape calculation means. Comparing means for comparing the tooth surface shape of the inspection gear with the tooth surface shape pattern stored in the storage means.
That is, in the fourth invention, based on the comparison result regarding the tooth surface shape, the problem specific to the gear manufacturing apparatus that manufactured the inspection gear is clarified, and the combination of the inspection gear that can be driven with low vibration is appropriately selected. It is also possible to select.

5番目の発明によれば、4番目の発明において、前記検査手段は、さらに、前記分離手段によって分離された前記検査歯車の振動特性に基づいて前記検査歯車の振動波形を算出する波形算出手段と、前記検査歯車のための複数の振動波形パターンを記憶する記憶手段と、前記波形算出手段により算出された前記検査歯車の振動波形と前記記憶手段に記憶された振動波形パターンとを比較する比較手段とを具備する。
すなわち5番目の発明においては、振動波形に関する比較結果に基づいて、検査歯車を製造した歯車製造装置固有の問題点を明確にすると共に、低振動で駆動することのできる検査歯車の組み合わせを適切に選択することも可能となる。
According to a fifth aspect, in the fourth aspect, the inspection means further includes a waveform calculation means for calculating a vibration waveform of the inspection gear based on a vibration characteristic of the inspection gear separated by the separation means. Storage means for storing a plurality of vibration waveform patterns for the inspection gear; and comparison means for comparing the vibration waveform of the inspection gear calculated by the waveform calculation means with the vibration waveform pattern stored in the storage means It comprises.
That is, in the fifth invention, based on the comparison result regarding the vibration waveform, the problems unique to the gear manufacturing apparatus that manufactured the inspection gear are clarified, and the combination of the inspection gear that can be driven with low vibration is appropriately selected. It is also possible to select.

7番目の発明によれば、1番目または2番目の発明において、前記検査手段は、前記振動加速度を前記回転トリガ信号によって同期平均することにより、前記検査歯車の振動特性と前記基準歯車の振動特性とを分離する分離手段と、該分離手段により分離された前記検査歯車の振動特性からかみ合い振動成分を抽出するかみ合い振動成分抽出手段と、前記検査歯車に関する周波数応答関数を算出して定量化する周波数応答関数算出手段と、前記かみ合い振動成分抽出手段により抽出された前記検査歯車のかみ合い振動成分と前記周波数応答関数算出手段により算出された前記検査歯車に関する周波数応答関数とを用いて、前記検査歯車の歯面形状に対応した励振力を算出する励振力算出手段とを含む。
すなわち7番目の発明においては、算出された励振力は歯車の回転速度の影響および歯車検査装置の振動系としての特性の影響を含んでいない。従って、7番目の発明においては、励振力を用いることにより、検査歯車の歯面形状に代表される幾何学的特徴を普遍的に示すことが可能となる。このため、この励振力を予め求めた他の励振力と比較すれば、検査歯車を検査することができる。
According to a seventh invention, in the first or second invention, the inspection means synchronously averages the vibration acceleration with the rotation trigger signal, whereby the vibration characteristics of the inspection gear and the vibration characteristics of the reference gear are obtained. Separating means for separating the gears, meshing vibration component extracting means for extracting meshing vibration components from the vibration characteristics of the inspection gear separated by the separating means, and frequency for calculating and quantifying a frequency response function relating to the inspection gear Using the response function calculation means, the meshing vibration component of the inspection gear extracted by the meshing vibration component extraction means, and the frequency response function related to the inspection gear calculated by the frequency response function calculation means, Excitation force calculating means for calculating an excitation force corresponding to the tooth surface shape.
That is, in the seventh invention, the calculated excitation force does not include the influence of the rotation speed of the gear and the influence of the characteristics as the vibration system of the gear inspection device. Therefore, in the seventh aspect, by using the excitation force, it is possible to universally show the geometric characteristics represented by the tooth surface shape of the inspection gear. Therefore, the inspection gear can be inspected by comparing this excitation force with another excitation force obtained in advance.

8番目の発明によれば、7番目の発明において、前記かみ合い振動成分抽出手段は、前記検査歯車の振動特性から抽出されたかみ合い周波数およびその高調波成分のそれぞれの振幅および位相のスペクトルを複素平面上で表すことによりかみ合い振動成分を取得するようになっている。
すなわち8番目の発明においては、かみ合い振動成分の振幅および位相を同一の複素平面上に示すことができるので、歯面形状を正確に判断することができる。
According to an eighth aspect, in the seventh aspect, the meshing vibration component extracting means calculates the mesh frequency and the amplitude and phase spectra of the harmonic components extracted from the vibration characteristics of the inspection gear in a complex plane. The meshing vibration component is acquired by expressing above.
That is, in the eighth aspect, the amplitude and phase of the meshing vibration component can be shown on the same complex plane, so that the tooth surface shape can be accurately determined.

9番目の発明によれば、8番目の発明において、前記複素平面においては、かみ合い一次成分の位相を零にするようにした。
すなわち9番目の発明においては、かみ合い一次成分の位相を零にすることにより、かみ合い一次成分が基準時間軸として機能し、それにより、同じ波形の場合には同一のパターンを複素平面上に描くことができる。
According to the ninth aspect, in the eighth aspect, the phase of the meshing primary component is made zero in the complex plane.
That is, in the ninth aspect, the phase of the meshing primary component is made zero, so that the meshing primary component functions as a reference time axis, thereby drawing the same pattern on the complex plane in the case of the same waveform. Can do.

10番目の発明によれば、7番目から9番目のいずれかの発明において、前記周波数応答関数算出手段は、前記検査歯車の振動特性から抽出されたかみ合い周波数およびその高調波成分のそれぞれの振幅のスペクトルを連結すると共に、前記かみ合い周波数およびその高調波成分のそれぞれの位相のスペクトルを連結することにより前記周波数応答関数を取得するようになっている。
すなわち10番目の発明においては、実験的手法により周波数応答関数を取得することができる。なお、10番目の発明において使用される検査歯車の振動特性は、トルクを一定にした状態で回転数を変化させつつ同期平均処理を行うことにより得られる。
According to a tenth invention, in any of the seventh to ninth inventions, the frequency response function calculating means calculates the meshing frequency extracted from the vibration characteristic of the inspection gear and the amplitude of each of its harmonic components. The frequency response function is obtained by concatenating the spectrum and concatenating the spectrum of each phase of the meshing frequency and its harmonic component.
That is, in the tenth invention, the frequency response function can be obtained by an experimental method. Note that the vibration characteristics of the inspection gear used in the tenth invention can be obtained by performing a synchronous averaging process while changing the rotational speed while keeping the torque constant.

11番目の発明によれば、7番目から10番目のいずれかの発明において、前記検査手段は、さらに、前記検査歯車のための複数の歯面情報を記憶する記憶手段と、前記励振力算出手段により算出された前記検査歯車の前記励振力と前記記憶手段に記憶された前記歯面情報とを複素平面上で比較する比較手段とを含む。
すなわち11番目の発明においては、複素平面上での比較により、検査歯車の歯面形状を把握でき、歯車の製造へのフィードバックが容易になる。
According to an eleventh aspect, in any one of the seventh to tenth aspects, the inspection means further includes storage means for storing a plurality of tooth surface information for the inspection gear, and the excitation force calculation means. Comparing means for comparing the excitation force of the inspection gear calculated by the above and the tooth surface information stored in the storage means on a complex plane.
That is, in the eleventh aspect, the tooth surface shape of the inspection gear can be grasped by comparison on the complex plane, and feedback to the manufacture of the gear is facilitated.

12番目の発明によれば、11番目の発明において、前記歯面情報が他の複数の歯車に対して予め求められた複数の励振力である。
すなわち12番目の発明においては、比較的簡易な手法により検査歯車の歯面形状の比較を正確に行うことができる。
According to a twelfth aspect, in the eleventh aspect, the tooth surface information is a plurality of excitation forces determined in advance for a plurality of other gears.
That is, in the twelfth aspect, the tooth surface shapes of the inspection gear can be accurately compared by a relatively simple method.

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の図面において同一の部材には同一の参照符号が付けられている。理解を容易にするために、これら図面は縮尺を適宜変更している。
図1は、本発明に基づく歯車検査装置の概略図である。歯車検査装置10は歯車箱11に内包される基準歯車20を含んでいる。図示されるように基準歯車20の回転軸部21は軸受25a、25bを介して歯車箱11に回転可能に支持されている。基準歯車20は後述する検査歯車30を検査するために歯車検査装置10に当初から備えられている。このため、基準歯車20は高精度インボリュート歯車であるのが好ましいが、基準歯車20は通常の代表的な歯車であってもよい。いずれの場合であっても、基準歯車20の全ての歯面は周知の歯車測定器などにより計測されていて、基準歯車20の特性、特に幾何学的形状は明確であるものとする。通常の代表的歯車、すなわち検査歯車にかみあわせて用いる歯車から選んだ代表的歯車においては、その幾何学的形状は計測されていなくてもよい。この場合には既知の検査歯車があることが望ましい。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. In the following drawings, the same members are denoted by the same reference numerals. In order to facilitate understanding, the scales of these drawings are appropriately changed.
FIG. 1 is a schematic view of a gear inspection apparatus according to the present invention. The gear inspection device 10 includes a reference gear 20 included in a gear box 11. As shown in the drawing, the rotating shaft portion 21 of the reference gear 20 is rotatably supported by the gear box 11 via bearings 25a and 25b. The reference gear 20 is provided in the gear inspection device 10 from the beginning in order to inspect the inspection gear 30 described later. For this reason, the reference gear 20 is preferably a high-precision involute gear, but the reference gear 20 may be an ordinary typical gear. In any case, it is assumed that all the tooth surfaces of the reference gear 20 are measured by a known gear measuring device or the like, and the characteristics, particularly the geometric shape, of the reference gear 20 are clear. In a typical representative gear, that is, a representative gear selected from gears used in mesh with an inspection gear, the geometric shape may not be measured. In this case, it is desirable to have a known inspection gear.

一方、歯車検査装置10によって検査される検査歯車30は検査時に歯車検査装置10に搭載される。図1においては、検査歯車30の回転軸部31が軸受35a、35bを介して歯車箱11に回転可能に支持される検査歯車30は基準歯車20に係合している。   On the other hand, the inspection gear 30 to be inspected by the gear inspection device 10 is mounted on the gear inspection device 10 at the time of inspection. In FIG. 1, the inspection gear 30 in which the rotating shaft portion 31 of the inspection gear 30 is rotatably supported by the gear box 11 via bearings 35 a and 35 b is engaged with the reference gear 20.

検査歯車30の回転軸部31は、図示しないVベルト等を介してモータ53に接続されている。このモータ53は後述する検査手段40からの指令により検査歯車30を回転させるように駆動する。また、モータ53は基準歯車20に負荷を与える役目も果たす。なお、モータ53が基準歯車20の回転軸部21に接続されていて、モータ53によって基準歯車20が回転駆動する構成であってもよい。   The rotating shaft 31 of the inspection gear 30 is connected to the motor 53 via a V belt or the like (not shown). The motor 53 is driven to rotate the inspection gear 30 according to a command from the inspection means 40 described later. The motor 53 also plays a role of applying a load to the reference gear 20. Note that the motor 53 may be connected to the rotation shaft portion 21 of the reference gear 20 and the reference gear 20 may be rotationally driven by the motor 53.

本発明の一つの実施形態においては、検査歯車30の歯数と基準歯車20の歯数とが「互いに素」の関係にある。歯数が様々に異なる検査歯車30を検査できるようにするために、基準歯車20の歯数は比較的大きな素数であるのが好ましい。或る実施形態においては、基準歯車20の歯数は「53」であり、検査歯車30の歯数は「30」である。なお、検査歯車30の歯数が異なる場合には検査歯車30の直径が異なりうるので、軸受35a、35b等の位置を歯車箱11に沿って変更することにより、検査歯車30を基準歯車20に係合可能に配置することができるものとする。   In one embodiment of the present invention, the number of teeth of the inspection gear 30 and the number of teeth of the reference gear 20 are in a “prime” relationship. In order to be able to inspect the inspection gear 30 having different numbers of teeth, the number of teeth of the reference gear 20 is preferably a relatively large prime number. In an embodiment, the number of teeth of the reference gear 20 is “53”, and the number of teeth of the inspection gear 30 is “30”. When the number of teeth of the inspection gear 30 is different, the diameter of the inspection gear 30 may be different. Therefore, the inspection gear 30 is changed to the reference gear 20 by changing the positions of the bearings 35a, 35b and the like along the gear box 11. It shall be possible to arrange so that it can be engaged.

ところで、図1に示されるように基準歯車20の一方の端面には二つの加速度ピックアップ29が直径方向に対向して設けられている。これら加速度ピックアップ29によって基準歯車20および検査歯車30の回転方向の振動が検出される。この歯車の回転方向と密接に関わる振動は、スリップリングまたはテレメータ51(以下、「テレメータ51」と略す)を通じて検査手段40に入力される。なお、基準歯車20の端面に設けられた加速度ピックアップ29の代わりに、歯車箱11に設けられた加速度ピックアップ29'によって回転方向の振動を求めるようにしてもよい。また、加速度ピックアップ29を軸受35a、35bに取り付けて、歯車の回転方向と密接に関わる振動を求めるようにしてもよい。この場合にはテレメータ51を用いる必要がない。   Incidentally, as shown in FIG. 1, two acceleration pickups 29 are provided on one end face of the reference gear 20 so as to face each other in the diametrical direction. These acceleration pickups 29 detect vibrations in the rotation direction of the reference gear 20 and the inspection gear 30. The vibration closely related to the rotation direction of the gear is input to the inspection means 40 through a slip ring or a telemeter 51 (hereinafter abbreviated as “telemeter 51”). Instead of the acceleration pickup 29 provided on the end face of the reference gear 20, the vibration in the rotational direction may be obtained by an acceleration pickup 29 'provided in the gear box 11. Further, the acceleration pickup 29 may be attached to the bearings 35a and 35b to obtain vibrations closely related to the rotation direction of the gear. In this case, it is not necessary to use the telemeter 51.

さらに、基準歯車20の回転軸部21の軸出力を検出する動力計52も検査手段40に接続されている。基準歯車20を駆動する場合には動力計52は回転軸部31に接続される。また、図示されるように、回転軸部21および回転軸部31のそれぞれに設けられた回転検出器54、54'により、回転軸部21および回転軸部31の一回転につき一回のそれぞれの回転トリガ信号も検査手段40に入力される。   Further, a dynamometer 52 that detects the shaft output of the rotary shaft portion 21 of the reference gear 20 is also connected to the inspection means 40. When driving the reference gear 20, the dynamometer 52 is connected to the rotary shaft portion 31. Further, as shown in the drawing, rotation detectors 54 and 54 ′ provided in the rotary shaft portion 21 and the rotary shaft portion 31 respectively make one rotation per rotation of the rotary shaft portion 21 and the rotary shaft portion 31. A rotation trigger signal is also input to the inspection means 40.

図2は、図1に示される歯車検査装置の検査手段40を示す機能ブロック図である。検査手段40は一般的にデジタルコンピュータから構成される。検査手段40は、振動加速度を回転トリガ信号によって同期平均することにより、検査歯車30の振動特性と基準歯車20の振動特性とを分離する分離手段41と、基準歯車20および検査歯車30に関する周波数応答関数を算出して定量化する周波数応答関数算出手段42と、分離手段41によって分離された検査歯車30の振動特性と、周波数応答関数算出手段42により算出された定量化された周波数応答関数とから検査歯車30の歯面形状を求める歯面形状算出手段43とを含んでいる。さらに、検査手段40は、検査歯車30のための複数の歯面形状パターンを記憶するデータベース50と、歯面形状算出手段43により算出された検査歯車30の歯面形状とデータベース50に記憶された歯面形状パターンとを比較する比較手段45とを含んでいる。図示されるように、比較手段45において得られた比較結果および歯面形状算出手段43において得られた歯面形状は、検査歯車30の検査結果として、歯車検査装置10の出力手段60、例えばモニタ、プリンタ等に出力することができる。   FIG. 2 is a functional block diagram showing the inspection means 40 of the gear inspection apparatus shown in FIG. The inspection means 40 is generally composed of a digital computer. The inspection unit 40 performs a synchronous averaging of the vibration acceleration with the rotation trigger signal, thereby separating the vibration characteristic of the inspection gear 30 and the vibration characteristic of the reference gear 20, and the frequency response regarding the reference gear 20 and the inspection gear 30. From the frequency response function calculation means 42 for calculating and quantifying the function, the vibration characteristics of the inspection gear 30 separated by the separation means 41, and the quantified frequency response function calculated by the frequency response function calculation means 42 Tooth surface shape calculating means 43 for determining the tooth surface shape of the inspection gear 30 is included. Further, the inspection means 40 is stored in the database 50 that stores a plurality of tooth surface shape patterns for the inspection gear 30 and the tooth surface shape of the inspection gear 30 calculated by the tooth surface shape calculation means 43. Comparing means 45 for comparing the tooth surface shape pattern is included. As shown in the figure, the comparison result obtained by the comparison means 45 and the tooth surface shape obtained by the tooth surface shape calculation means 43 are output as an inspection result of the inspection gear 30 by the output means 60 of the gear inspection device 10, for example, a monitor. Can be output to a printer or the like.

さらに、検査手段40は、分離手段41によって分離された検査歯車30の振動特性に基づいて検査歯車30の振動波形を算出する波形算出手段44を含んでおり、データベース50には検査歯車30の複数の振動波形パターンも記憶されている。そして、比較手段45は、波形算出手段44によって算出された検査歯車30の振動波形とデータベース50に記憶された振動波形パターンとを比較することもできる。比較手段45において得られた比較結果および波形算出手段44において得られた振動波形は、同様に出力手段60に出力されるようになっている。なお、波形算出手段44においては、分離手段41によって分離された検査歯車30の振動特性と歯面形状算出手段において得られた歯面形状とに基づいて検査歯車の振動波形が算出されるようにしてもよい。   Further, the inspection means 40 includes waveform calculation means 44 that calculates a vibration waveform of the inspection gear 30 based on the vibration characteristics of the inspection gear 30 separated by the separation means 41, and the database 50 includes a plurality of inspection gears 30. The vibration waveform pattern is also stored. Then, the comparison unit 45 can also compare the vibration waveform of the inspection gear 30 calculated by the waveform calculation unit 44 with the vibration waveform pattern stored in the database 50. The comparison result obtained by the comparison means 45 and the vibration waveform obtained by the waveform calculation means 44 are output to the output means 60 in the same manner. The waveform calculating means 44 calculates the vibration waveform of the inspection gear based on the vibration characteristics of the inspection gear 30 separated by the separating means 41 and the tooth surface shape obtained by the tooth surface shape calculating means. May be.

以下、歯車検査装置10による検査歯車30の検査手法について具体的に説明する。なお、以下の手法は歯車検査装置10の検査手段40において行われるものとする。   Hereinafter, the inspection method of the inspection gear 30 by the gear inspection device 10 will be specifically described. In addition, the following method shall be performed in the inspection means 40 of the gear inspection apparatus 10.

図1に示されるように検査歯車30を基準歯車20に係合するように取り付けた後、検査手段40からの指令によりモータ53を通電し、検査歯車30を所定の回転数およびトルクで回転させる。一つの実施形態においては、検査歯車30の回転数が約1800rpmである。また、検査歯車30の駆動時に基準歯車20に掛かるトルクは約245Nmである。   As shown in FIG. 1, after the inspection gear 30 is attached so as to be engaged with the reference gear 20, the motor 53 is energized by a command from the inspection means 40, and the inspection gear 30 is rotated at a predetermined rotational speed and torque. . In one embodiment, the number of rotations of the inspection gear 30 is about 1800 rpm. The torque applied to the reference gear 20 when the inspection gear 30 is driven is about 245 Nm.

検査歯車30が回転することによって基準歯車20は反対方向に回転し、回転時における基準歯車20の回転方向振動が加速度ピックアップ29により検出されてテレメータ51を通じて検査手段40に入力される。この回転方向振動は基準歯車20および検査歯車30のそれぞれの歯車の特性、つまり歯面形状に基づく振動特性を重ね合わせたものである。従って、検査手段40の分離手段41によって、基準歯車20および検査歯車30のそれぞれの振動特性を分離する。   As the inspection gear 30 rotates, the reference gear 20 rotates in the opposite direction, and the rotation direction vibration of the reference gear 20 at the time of rotation is detected by the acceleration pickup 29 and input to the inspection means 40 through the telemeter 51. This rotational vibration is a superposition of the gear characteristics of the reference gear 20 and the inspection gear 30, that is, vibration characteristics based on the tooth surface shape. Therefore, the separating means 41 of the inspection means 40 separates the vibration characteristics of the reference gear 20 and the inspection gear 30.

図2に示されるように、分離手段41には、テレメータ51からの回転方向振動が入力される。さらに、回転軸部21、31の一回転当たり一回のそれぞれの回転トリガ信号は回転検出器54、54'を通じて検査手段40の分離手段41に入力される。   As shown in FIG. 2, rotational vibration from the telemeter 51 is input to the separating unit 41. Further, each rotation trigger signal per rotation of the rotary shaft portions 21 and 31 is input to the separation means 41 of the inspection means 40 through the rotation detectors 54 and 54 ′.

分離手段41においては、回転方向振動の振動波形に対して、回転トリガ信号によって同期平均処理を行うことにより、基準歯車20の回転軸部21および検査歯車30の回転軸部31のそれぞれに同期した振動成分のみが抽出される。振動の計測結果は歯面ごとの誤差、または組立誤差によって変動しうるので、同期平均処理を行うことによって、信頼性の高い波形を得ることが可能となる。   In the separation means 41, synchronization with the rotation shaft portion 21 of the reference gear 20 and the rotation shaft portion 31 of the inspection gear 30 is performed by performing a synchronous averaging process on the vibration waveform of the rotation direction vibration using a rotation trigger signal. Only vibration components are extracted. Since the vibration measurement result may vary depending on the error for each tooth surface or an assembly error, it is possible to obtain a highly reliable waveform by performing the synchronous averaging process.

同期平均の具体的手法は既に公知であるので詳細には説明しないが、同期平均の具体的手法については、Ratanasumawong C.,Houjoh H.,Matsumura S.,Saitoh M., and Ueda Y.,による「Utilization of synchronous averaging of vibration for diagnosis of gear system to estimate tooth error. Proc. of DETC'03, Chicago USA Sep 2−6 2003」を参照されたい。   Although the specific method of the synchronous average is already known and will not be described in detail, the specific method of the synchronous average is described in Ratanasumong C.I. Houjoh H .; , Matsumura S .; , Saitoh M. et al. , And Ueda Y. et al. , "Utilization of synchronous averaging of visualization for diagnosis of gear system to estimate to error. Proc. Of DETC'03, ChicAus.

本発明においては基準歯車20の歯数と検査歯車30の歯数とが互いに素の関係にあるので、検査歯車30の一つの歯部は基準歯車20の全ての歯部とかみあうことになる。そして、各歯部に関する振動を同期平均により平均化するので、基準歯車20は平均的な歯面形状を持つ検査歯車30と係合するものとみなされると共に、検査歯車30は平均的な歯面形状を持つ基準歯車20と係合するものとみなすことができる。   In the present invention, since the number of teeth of the reference gear 20 and the number of teeth of the inspection gear 30 are relatively prime to each other, one tooth portion of the inspection gear 30 meshes with all the tooth portions of the reference gear 20. And since the vibration regarding each tooth | gear part is averaged by a synchronous average, while the reference | standard gear 20 is regarded as engaging with the test | inspection gear 30 with an average tooth surface shape, the test | inspection gear 30 is average tooth surface. It can be regarded as engaging the reference gear 20 having a shape.

さらに本発明においては、同期平均の回数は比較的少ない回数で足りる。例えば基準歯車20の歯数が「53」であり、検査歯車30の歯数が「30」である場合には、基準歯車20が30回転(検査歯車30の歯数に相当する)すれば、検査歯車30の全ての歯部に関するデータが得られることになる。すなわち、回転開始時に基準歯車20と係合していた検査歯車30の特定の歯部は、基準歯車20が30回転することにより、基準歯車20と再び係合するようになる。   Furthermore, in the present invention, a relatively small number of synchronization averages is sufficient. For example, when the number of teeth of the reference gear 20 is “53” and the number of teeth of the inspection gear 30 is “30”, if the reference gear 20 rotates 30 times (corresponding to the number of teeth of the inspection gear 30), Data regarding all the tooth portions of the inspection gear 30 is obtained. That is, the specific tooth portion of the inspection gear 30 that has been engaged with the reference gear 20 at the start of rotation is re-engaged with the reference gear 20 when the reference gear 20 rotates 30 times.

ただし、基準歯車20の振動特性と検査歯車30の振動特性とを完全に分離するために、同期平均の平均回数は十分に大きいことが好ましく、或る実施形態においては、同期平均の平均回数は256回以上である。   However, in order to completely separate the vibration characteristics of the reference gear 20 and the vibration characteristics of the inspection gear 30, the average number of synchronous averages is preferably sufficiently large. In an embodiment, the average number of synchronous averages is 256 times or more.

図3(a)は回転軸部31の回転トリガ信号に基づいて算出された検査歯車30の波形を示す図である。図3(a)においては横軸は時間を示しており、横軸の長さは回転軸部31の回転周期に合わせている。なお、図3(a)における縦軸は振動加速度を示す。   FIG. 3A is a diagram illustrating a waveform of the inspection gear 30 calculated based on the rotation trigger signal of the rotating shaft portion 31. In FIG. 3A, the horizontal axis indicates time, and the length of the horizontal axis matches the rotation cycle of the rotary shaft portion 31. In addition, the vertical axis | shaft in Fig.3 (a) shows vibration acceleration.

図3(a)に示されるような同期平均後の信号は厳密に一回転の周期を持つので、回転周期をウィンドウ幅としてDFT(Discrete Fourier Transform)処理を行うと、ハニングウィンドウによる重み付けが不要となる。DFT処理によって、図3(b)に示されるように回転一次を基本周波数とするラインスペクトルが得られる。図3(b)において参照符号fzは検査歯車30の基準歯車20に対するかみあいの基本周波数を示し、その整数倍に相当する参照符号2fz、3fzは基本周波数fzの高調波成分を示している。なお、これら基本周波数fzおよび高調波成分2fz、3fzをまとめて「かみあい成分」と適宜呼ぶこととする。   Since the signal after synchronous averaging as shown in FIG. 3 (a) has a period of exactly one rotation, if DFT (Discrete Fourier Transform) processing is performed with the rotation period as the window width, weighting by the Hanning window is unnecessary. Become. As shown in FIG. 3B, a line spectrum whose primary frequency is the rotation primary is obtained by the DFT processing. In FIG. 3B, reference numeral fz indicates the fundamental frequency of the meshing of the inspection gear 30 with respect to the reference gear 20, and reference numerals 2fz and 3fz corresponding to integral multiples thereof indicate harmonic components of the fundamental frequency fz. The fundamental frequency fz and the harmonic components 2fz and 3fz are collectively referred to as “meshing components” as appropriate.

このように信号を処理する場合には、検査歯車30の振動特性を重複または取りこぼしなく獲得することができる。   When the signal is processed in this way, the vibration characteristics of the inspection gear 30 can be obtained without duplication or omission.

なお、任意のデータ長さでDFT処理を行うようにしてもよい。図3(c)は回転軸部31の回転周期よりも長いウィンドウ幅について求めた図3(b)と同様な図である。この場合、周波数漏れのために一般にハニングウィンドウを用いる必要がある。図3(c)においては、図3(b)に示されるラインスペクトルと比較してレベルが小さくなり、スペクトルが広がりを持っているのが分かる。このことは、振動特性の一部分が捨てられていることを意味する。   Note that the DFT processing may be performed with an arbitrary data length. FIG. 3C is a view similar to FIG. 3B obtained for a window width longer than the rotation period of the rotating shaft portion 31. In this case, it is generally necessary to use a Hanning window due to frequency leakage. In FIG. 3 (c), it can be seen that the level is lower than the line spectrum shown in FIG. 3 (b), and the spectrum is broadened. This means that a part of the vibration characteristic is discarded.

一方、図4(a)は回転軸部21の回転トリガ信号に基づいて算出された基準歯車20の波形を示す図3(a)と同様の図である。同様に、図4(b)および図4(c)は、基準歯車20について求められた図3(b)および図3(c)とそれぞれ同様の図である。   On the other hand, FIG. 4A is a view similar to FIG. 3A showing the waveform of the reference gear 20 calculated based on the rotation trigger signal of the rotating shaft portion 21. Similarly, FIGS. 4B and 4C are views similar to FIGS. 3B and 3C obtained for the reference gear 20, respectively.

特に、図3(b)と図4(b)とを比較して分かるように、これら図面におけるそれぞれのかみあい成分fz、2fz、3fzは互いに等しい。そして、図3(b)における非整数次成分fa、fb等は基準歯車20の同様な位置の非整数次成分(図4(b)を参照されたい)とは異なる。   In particular, as can be seen by comparing FIG. 3B and FIG. 4B, the respective meshing components fz, 2fz, and 3fz in these drawings are equal to each other. The non-integer order components fa, fb, etc. in FIG. 3B are different from the non-integer order components at the same position of the reference gear 20 (see FIG. 4B).

すなわち、テレメータ51から入力された同一の回転方向振動を用いた場合であっても、使用される回転トリガ信号に応じて同期平均処理の結果は異なり、検査歯車30および基準歯車20についての特性が分離できたことになる。また、非整数次成分fa、fbは検査歯車30の歯面形状に基づく特性を表している。これら非整数次成分fa、fbのうちの非整数次成分faは、かみあい成分fz、2fz、3fzの両側に生ずる側帯波であり、歯部の平均的形状からのわずかなずれが各歯部ごとに存在することを示している。このようなずれは、ピッチ誤差および/または圧力角誤差のばらつきに関するものである。また、非整数次成分fbは、検査歯車製造時に歯車製造機械が個別に有する癖および/または個性によって歯面に転写されるわずかなうねりの成分である。   That is, even when the same rotation direction vibration input from the telemeter 51 is used, the result of the synchronous averaging process differs depending on the rotation trigger signal used, and the characteristics of the inspection gear 30 and the reference gear 20 are different. It was possible to separate. Further, the non-integer order components fa and fb represent characteristics based on the tooth surface shape of the inspection gear 30. Of the non-integer order components fa and fb, the non-integer order component fa is a sideband generated on both sides of the meshing components fz, 2fz, and 3fz, and a slight deviation from the average shape of the tooth portion is present for each tooth portion. Is present. Such deviation is related to variations in pitch error and / or pressure angle error. Further, the non-integer order component fb is a component of slight undulation that is transferred to the tooth surface by the wrinkles and / or individuality that the gear manufacturing machine individually has when the inspection gear is manufactured.

図5は、基準歯車20および検査歯車30からなる歯車対の振動加速度のスペクトルを回転数の順に並べたカスケード線図を示している。図5は、同期平均しないスペクトルを並べたものである。図5においては三角印で示される複数の固有振動数が存在し、3600Hzと4000Hz近辺の固有振動数の影響が図3(b)と図4(b)において高調波成分2fz、3fzの間に出現する。このことは、図3(b)と図4(b)のスペクトルが歯面の凹凸の大きさを直接表している訳ではないことを意味している。歯面の凹凸を検出するためには、歯面の凹凸と観測されたかみあい非整数次成分fa、fb等の関係が必要とされる。   FIG. 5 shows a cascade diagram in which the spectrum of vibration acceleration of the gear pair including the reference gear 20 and the inspection gear 30 is arranged in the order of the rotation speed. FIG. 5 shows a list of spectra that are not subjected to synchronous averaging. In FIG. 5, there are a plurality of natural frequencies indicated by triangles, and the influence of the natural frequencies around 3600 Hz and 4000 Hz is between the harmonic components 2fz and 3fz in FIGS. 3 (b) and 4 (b). Appear. This means that the spectra in FIGS. 3B and 4B do not directly represent the size of the tooth surface irregularities. In order to detect the tooth surface unevenness, the relationship between the tooth surface unevenness and the observed non-integer order components fa and fb is required.

かみあい非整数次成分fa、fb等は歯面形状による系の変位加振と系の応答関数の積として式(1)で表され、共振などによって振動の大きさが変化する。
A(ω)=H(ω)×E(ω) (1)
The meshing non-integer order components fa, fb, etc. are expressed by the equation (1) as the product of the displacement excitation of the system due to the tooth surface shape and the response function of the system, and the magnitude of vibration changes due to resonance or the like.
A (ω) = H (ω) × E (ω) (1)

式(1)において、A(ω)はかみあい非整数次振動成分を示し、H(ω)は系の周波数応答関数を示し、E(ω)は歯面の凹凸の情報を示している。従って、振動系の周波数応答関数H(ω)を知ることにより、振動計測結果(A(ω))から歯面の凹凸情報E(ω)が分かる。   In equation (1), A (ω) represents the meshing non-integer order vibration component, H (ω) represents the frequency response function of the system, and E (ω) represents the tooth surface irregularity information. Therefore, by knowing the frequency response function H (ω) of the vibration system, the tooth surface unevenness information E (ω) can be obtained from the vibration measurement result (A (ω)).

歯面の凹凸情報E(ω)は検査手段40の周波数応答関数算出手段42によって以下の手順で推定される。   The tooth surface unevenness information E (ω) is estimated by the frequency response function calculation means 42 of the inspection means 40 in the following procedure.

(1)周波数応答関数形状の推定
歯面の凹凸は変位加振として作用するので、加振されたかみあい非整数次成分の振幅はトルクの影響を受けない。このため、基準歯車20および検査歯車30等からなる系の周波数応答関数の形状は、かみあい非整数次成分の応答により求めることができる。図6(a)は回転次数解析により、複数の顕著な回転次数の応答を求めた図である。これらを平均すると、図6(b)に示されるように基準歯車20および検査歯車30からなる歯車対の周波数応答関数の形状とみなすことができる。
(1) Estimation of frequency response function shape Since the tooth surface unevenness acts as displacement excitation, the amplitude of the excited non-integer order component is not affected by torque. For this reason, the shape of the frequency response function of the system including the reference gear 20 and the inspection gear 30 can be obtained from the response of the meshing non-integer order component. FIG. 6A is a diagram in which a plurality of remarkable rotational order responses are obtained by rotational order analysis. When these are averaged, it can be regarded as the shape of the frequency response function of the gear pair composed of the reference gear 20 and the inspection gear 30 as shown in FIG.

(2)周波数応答関数の定量化
図6(b)においては、周波数応答関数の形状のみが求められている。本発明においては、基準歯車20の歯面の歯面形状、すなわち凹凸の振幅が既知であるので、このことを用いて周波数応答関数を定量化することができる。校正を正確に行うためには、参照する次数の振動の振幅と凹凸の大きさの両方が大きいことが好ましい。例えば、図4(b)における26次の成分を用いるのが好ましい。
(2) Quantification of frequency response function In FIG. 6B, only the shape of the frequency response function is obtained. In the present invention, since the tooth surface shape of the tooth surface of the reference gear 20, that is, the amplitude of the unevenness is known, this can be used to quantify the frequency response function. In order to perform calibration accurately, it is preferable that both the amplitude of the vibration of the order of reference and the size of the unevenness are large. For example, it is preferable to use a 26th-order component in FIG.

(3)歯面形状の逆推定
検査歯車30の特性が基準歯車20の特性に対して独立しているので、単一の周波数応答関数から検査歯車30の歯面情報を逆算できる。この周波数応答関数と同期平均された振動加速度を式(1)に適用すると、検査歯車30の歯面形状の情報が分かる。なお、かみあい成分fz、2fz、3fzと回転一次の側帯波は歯面の凹凸以外の振動源から発生することが分かっているので、取り扱っていない。
(3) Inverse estimation of tooth surface shape Since the characteristics of the inspection gear 30 are independent of the characteristics of the reference gear 20, the tooth surface information of the inspection gear 30 can be calculated backward from a single frequency response function. When the vibration acceleration synchronously averaged with this frequency response function is applied to the equation (1), information on the tooth surface shape of the inspection gear 30 can be obtained. It is known that the meshing components fz, 2fz, 3fz and rotational primary sidebands are generated from vibration sources other than the tooth surface irregularities, and are not handled.

上記手法によって、本発明の歯車検査装置10から得られた検査歯車30の歯面形状の特徴を図7(a)に示す。一方、図7(b)は従来技術の手法、すなわち測定子を用いた歯面測定から得られた検査歯車の歯面形状の特徴を示す図である。これら図面から分かるように、本発明の歯車検査装置10から得られた検査歯車30の歯面形状は、従来技術の手法で得られた歯面形状とほぼ等しく、また、本発明の歯車検査装置10によって0.1マイクロメートル程度の凹凸まで正確に検出可能であることが分かる。また、周知であるように加速度は周波数の二乗に比例するので、本発明のように周波数応答関数算出手段42を用いることにより、振動数が高い場合にはわずかな振幅の振動でも容易に検出することが可能となっている。   FIG. 7A shows the characteristics of the tooth surface shape of the inspection gear 30 obtained from the gear inspection device 10 of the present invention by the above method. On the other hand, FIG. 7B is a diagram showing the characteristics of the tooth surface shape of the inspection gear obtained by the conventional technique, that is, the tooth surface measurement using the measuring element. As can be seen from these drawings, the tooth surface shape of the inspection gear 30 obtained from the gear inspection device 10 of the present invention is substantially equal to the tooth surface shape obtained by the conventional technique, and the gear inspection device of the present invention. 10 indicates that it is possible to accurately detect irregularities of about 0.1 micrometers. As is well known, since acceleration is proportional to the square of frequency, the frequency response function calculating means 42 as in the present invention can be used to easily detect even slight amplitude vibration when the frequency is high. It is possible.

なお、図7(a)に示される特徴は検査歯車30の各歯部において歯形を接触線方向に平均し、一回転分連結したものと考えられる。また、歯すじ方向に同期している歯面の凹凸は振動に影響を与えないと考えられ、上記手法においては平均化により無視される。従来技術においてはこのような凹凸の量の検出は極めて手間を要するものであったが、本発明の歯車検査装置10においては従来技術の手間を要することなしに、上記手法により極めて簡易に歯面形状を得ることができる。   7A is considered to be obtained by averaging the tooth forms in the contact line direction in each tooth portion of the inspection gear 30 and connecting them for one rotation. Further, it is considered that the unevenness of the tooth surface synchronized with the direction of the tooth trace does not affect the vibration, and is ignored by averaging in the above method. In the prior art, the detection of the amount of such unevenness is extremely time-consuming, but the gear inspection device 10 of the present invention can be used with the above technique without the need for the prior art. Shape can be obtained.

本発明の歯車検査装置10においては、実験等により求められた検査歯車30のための複数の歯面形状が、図8に示されるように比較用の歯面形状パターンとしてデータベース50に予め組み入れられている。そして、歯面形状算出手段43により算出された歯面形状は比較手段45によってデータベース50の歯面形状パターンと比較され、その比較結果に基づいて検査歯車30の歯面形状が評価される。次いで、評価結果が検査歯車30の検査結果として出力手段60から出力される(図2を参照されたい)。なお、周波数応答関数算出手段42で得られた検査歯車30の歯面形状も出力手段60に出力される。   In the gear inspection device 10 of the present invention, a plurality of tooth surface shapes for the inspection gear 30 obtained by experiments or the like are incorporated in the database 50 in advance as a tooth surface shape pattern for comparison as shown in FIG. ing. Then, the tooth surface shape calculated by the tooth surface shape calculating unit 43 is compared with the tooth surface shape pattern in the database 50 by the comparing unit 45, and the tooth surface shape of the inspection gear 30 is evaluated based on the comparison result. Next, the evaluation result is output from the output means 60 as the inspection result of the inspection gear 30 (see FIG. 2). The tooth surface shape of the inspection gear 30 obtained by the frequency response function calculating unit 42 is also output to the output unit 60.

このように、本発明においては、基準歯車20および検査歯車30の計測された振動に基づいて、検査歯車30の歯面形状を検査するようにしているので従来技術の検査装置よりも簡易かつ短時間で検査歯車30の検査を行うことができる。例えば、基準歯車20の歯数が53であり、検査歯車30の歯数が30であると共に検査歯車30が1800rpmで回転する場合には、約1秒程度で検査歯車30についてのデータ取得が完了し、従来技術の場合と比較して極めて短時間で検査歯車30の検査が可能となる。このように本発明いおいては、検査歯車30の全ての歯部を検査することも可能となる。   Thus, in the present invention, since the tooth surface shape of the inspection gear 30 is inspected based on the measured vibrations of the reference gear 20 and the inspection gear 30, it is simpler and shorter than the conventional inspection device. The inspection gear 30 can be inspected in time. For example, when the number of teeth of the reference gear 20 is 53, the number of teeth of the inspection gear 30 is 30, and the inspection gear 30 rotates at 1800 rpm, data acquisition for the inspection gear 30 is completed in about 1 second. In addition, the inspection gear 30 can be inspected in an extremely short time compared to the case of the prior art. Thus, in the present invention, it is possible to inspect all the tooth portions of the inspection gear 30.

同一条件で製造される複数の検査歯車30を歯車検査装置10により検査する場合には、歯面形状および/または振動波形の比較結果を検討することにより、検査歯車30の製造上の問題点、つまり歯車製造装置固有の問題点を明確にすることが可能となる。また、本発明においては、複数の検査歯車30のそれぞれについての歯面形状および/または振動波形の比較結果に基づいて、低振動で駆動することのできる検査歯車30の組み合わせを適切に選択することもできる。これにより、高精度化された歯車対の場合には低振動での駆動をさらに改善できると共に、歯車の精度が比較的限定されている場合には制限された条件下での低振動での駆動を可能な限り実現することが可能となる。   When a plurality of inspection gears 30 manufactured under the same conditions are inspected by the gear inspection device 10, problems in manufacturing the inspection gear 30 are obtained by examining the comparison results of the tooth surface shape and / or the vibration waveform. That is, it becomes possible to clarify the problems unique to the gear manufacturing apparatus. Further, in the present invention, a combination of the inspection gears 30 that can be driven with low vibration is appropriately selected based on the comparison result of the tooth surface shape and / or the vibration waveform for each of the plurality of inspection gears 30. You can also. This further improves the drive at low vibration in the case of a highly accurate gear pair, and drives at low vibration under limited conditions when the accuracy of the gear is relatively limited. Can be realized as much as possible.

さらに、本発明の歯車検査装置10においては、波形算出手段44によって検査歯車30の振動波形、具体的にはかみあい振動成分の波形を求めるようにしてもよい。分離手段41において求められたラインスペクトル(図3(b)を参照されたい)のかみあい成分fz、2fz、3fzを抽出し、これらかみあい成分を逆変換することにより検査歯車30に関するかみあい振動成分の波形を算出することができる。図9においては、検査歯車30に関するかみあい振動成分の波形が示されている。   Further, in the gear inspection device 10 of the present invention, the waveform calculation means 44 may obtain the vibration waveform of the inspection gear 30, specifically, the waveform of the meshing vibration component. The meshing components fz, 2fz, and 3fz of the line spectrum (see FIG. 3B) obtained in the separating means 41 are extracted, and the waveforms of the meshing vibration components relating to the inspection gear 30 are obtained by inversely transforming these meshing components. Can be calculated. In FIG. 9, the waveform of the meshing vibration component relating to the inspection gear 30 is shown.

さらに、検査手段40のデータベース50には、実験等により求められた検査歯車30のための複数の波形が、図10に示されるように比較用の振動波形パターンとしてまたはその特徴情報としてデータベース50に予め組み入れられている。そして、波形算出手段44により算出された振動波形は比較手段45によってデータベース50の振動波形パターンまたは特徴情報と比較し、その比較結果に基づいて検査歯車30の振動波形が評価される。次いで、前述した場合と同様に、この評価結果が検査歯車30の検査結果として出力手段60から出力される(図2を参照されたい)。このような場合にも、前述したのと同様な効果が得られるのは明らかである。なお、検査歯車30の歯面形状の場合と同様に、この波形を出力手段60から出力するようにしてもよい。   Further, in the database 50 of the inspection means 40, a plurality of waveforms for the inspection gear 30 obtained by experiments or the like are stored in the database 50 as vibration waveform patterns for comparison or as feature information thereof as shown in FIG. Pre-installed. The vibration waveform calculated by the waveform calculation means 44 is compared with the vibration waveform pattern or feature information in the database 50 by the comparison means 45, and the vibration waveform of the inspection gear 30 is evaluated based on the comparison result. Next, as in the case described above, this evaluation result is output from the output means 60 as the inspection result of the inspection gear 30 (see FIG. 2). In such a case, it is obvious that the same effect as described above can be obtained. Note that this waveform may be output from the output means 60 as in the case of the tooth surface shape of the inspection gear 30.

図面を参照して説明した実施形態においては基準歯車20の歯数と検査歯車30の歯数とが互いに素である場合について説明したが、基準歯車20の歯数と検査歯車30の歯数との間の最大公約数がこれら歯数よりも大幅に小さくなっている場合、例えば最大公約数が2または3である場合であっても、本発明の歯車検査装置10を適用することができる。   In the embodiment described with reference to the drawings, the case where the number of teeth of the reference gear 20 and the number of teeth of the inspection gear 30 are relatively prime has been described, but the number of teeth of the reference gear 20 and the number of teeth of the inspection gear 30 are The gear inspection apparatus 10 of the present invention can be applied even when the greatest common divisor between the two is significantly smaller than the number of teeth, for example, even when the greatest common divisor is 2 or 3.

最大公約数が2である場合には、検査歯車30の回転時に検査歯車30のうちの一つの歯部は基準歯車20の歯部に一つおきに係合することになる。つまり、検査歯車30の一つの歯部は基準歯車20の全ての歯部と係合するわけではない。しかしながら、検査歯車30の特性は検査歯車30全体にわたって概ね均等であると考えられるので、全ての歯部が係合しない場合であっても検査歯車30の特性を概ね正確に導き出すことが可能である。なお、基準歯車20の歯数と検査歯車30の歯数との間の最大公約数が3または5である場合も概ね同様の効果が得られるのは明らかである。   When the greatest common divisor is 2, every tooth portion of the inspection gear 30 is engaged with every other tooth portion of the reference gear 20 when the inspection gear 30 rotates. That is, one tooth portion of the inspection gear 30 does not engage with all the tooth portions of the reference gear 20. However, since the characteristics of the inspection gear 30 are considered to be substantially uniform over the entire inspection gear 30, it is possible to derive the characteristics of the inspection gear 30 almost accurately even when all the teeth are not engaged. . It is apparent that the same effect can be obtained when the greatest common divisor between the number of teeth of the reference gear 20 and the number of teeth of the inspection gear 30 is 3 or 5.

図11は本発明の他の実施形態に基づく歯車検査装置の検査手段を示す機能ブロック図である。図11においては、検査手段40はさらに、分離手段41により分離された検査歯車30の振動特性からかみ合い振動成分を抽出するかみ合い振動成分抽出手段62を含んでいる。そして、検査手段40の励振力算出手段63は、かみ合い振動成分抽出手段62により抽出された検査歯車のかみ合い振動成分と周波数応答関数算出手段42により算出された検査歯車30に関する周波数応答関数とを用いて、検査歯車30の歯面形状に対応した励振力を算出する。   FIG. 11 is a functional block diagram showing inspection means of a gear inspection device according to another embodiment of the present invention. In FIG. 11, the inspection unit 40 further includes a meshing vibration component extraction unit 62 that extracts a meshing vibration component from the vibration characteristics of the inspection gear 30 separated by the separation unit 41. The excitation force calculation means 63 of the inspection means 40 uses the meshing vibration component of the inspection gear extracted by the meshing vibration component extraction means 62 and the frequency response function related to the inspection gear 30 calculated by the frequency response function calculation means 42. Thus, the excitation force corresponding to the tooth surface shape of the inspection gear 30 is calculated.

ここで、かみ合い振動成分抽出手段62は、検査歯車30の振動特性から抽出されたかみ合い周波数およびその高調波成分のそれぞれの振幅および位相のスペクトルを複素平面上で表すことによりかみ合い振動成分を取得する。   Here, the meshing vibration component extracting means 62 obtains the meshing vibration component by expressing the meshing frequency extracted from the vibration characteristics of the inspection gear 30 and the spectrum of the amplitude and phase of each of its harmonic components on a complex plane. .

また、周波数応答関数算出手段42は、検査歯車30の振動特性から抽出されたかみ合い周波数およびその高調波成分のそれぞれの振幅のスペクトルを連結すると共に、前記かみ合い周波数およびその高調波成分のそれぞれの位相のスペクトルを連結することにより前記周波数応答関数を取得する。   Further, the frequency response function calculating means 42 connects the mesh frequency extracted from the vibration characteristic of the inspection gear 30 and the spectrum of the amplitude of each of its harmonic components, and also the phase of each of the mesh frequency and its harmonic components. The frequency response function is obtained by concatenating the spectra.

さらに、図示されるように、検査手段40は、励振力算出手段63により算出された検査歯車30の励振力とデータベース50に記憶された歯面情報とを複素平面上で比較する比較手段64を含んでいる。本実施形態においては、データベース50に記憶される歯面情報は、検査歯車30以外の他の複数の歯車に対して予め求められた複数の励振力を含んでいる。   Further, as shown in the figure, the inspection unit 40 includes a comparison unit 64 that compares the excitation force of the inspection gear 30 calculated by the excitation force calculation unit 63 with the tooth surface information stored in the database 50 on a complex plane. Contains. In the present embodiment, the tooth surface information stored in the database 50 includes a plurality of excitation forces obtained in advance for a plurality of gears other than the inspection gear 30.

以下、データベース50に記憶される複数の励振力の算出手法について説明する。
はじめに、図12に示されるように、歯面形状が互いに異なる複数の歯車を準備する。図12には、例として九種類の歯車が示されているが、さらに種々の形状をもつ多数種類の歯車を準備するようにしてもよい。
Hereinafter, a method for calculating a plurality of excitation forces stored in the database 50 will be described.
First, as shown in FIG. 12, a plurality of gears having different tooth surface shapes are prepared. Although nine types of gears are shown in FIG. 12 as an example, many types of gears having various shapes may be prepared.

図12における縦欄の「crn」はリード・クラウニング(lead crowning)、つまり歯すじの丸みを意味しており、適宜「クラウニング」と称する。横欄の「cvx」はコンベックス・プロフィル(convex profile)、つまり歯形の丸みを意味しており、適宜「コンベックス」と称する。   In the column of FIG. 12, “crn” means lead crowning, that is, roundness of the tooth trace, and is appropriately referred to as “crowning”. “Cvx” in the horizontal column means a convex profile, that is, roundness of the tooth profile, and is appropriately referred to as “convex”.

また、横欄における「pp」はプレッシャ・アングル・エラー・プラス(pressure angle error plus)、つまりプラス方向の圧力角誤差を意味している。さらに、横欄における「pm」はプレッシャ・アングル・エラー・マイナス(pressure angle error minus)、つまりマイナス方向の圧力角誤差を意味している。なお、図12に示される数値の単位はマイクロメートルであり、例えば「crn5」はクラウニングが5マイクロメートルであることを意味するものとする。   “Pp” in the horizontal column means pressure angle error plus, that is, a pressure angle error in the positive direction. Further, “pm” in the horizontal column means a pressure angle error minus, that is, a pressure angle error in the minus direction. The unit of the numerical values shown in FIG. 12 is micrometers, and for example, “crn5” means that the crowning is 5 micrometers.

図12に示されるこれら歯車を検査歯車30の代わりに歯車検査装置10に取付ける。次いで、回転数1800rpmにおいてトルクを変化させつつ、それぞれの歯車について振動加速度およびトリガ信号を計測して、前述したのと同様な同期平均処理を行う。   These gears shown in FIG. 12 are attached to the gear inspection device 10 instead of the inspection gear 30. Next, while changing the torque at the rotation speed of 1800 rpm, the vibration acceleration and the trigger signal are measured for each gear, and the same synchronous averaging process as described above is performed.

図13から図16は同期平均処理の結果を示す図であり、図13から図16のそれぞれにおける(a)〜(c)は振幅とトルクとの関係を示しており、(d)〜(f)は位相とトルクとの関係を示している。さらに、図13から図16のそれぞれにおける(a)および(d)はかみ合い周波数(かみ合い一次成分)fzの場合を示しており、(b)および(e)はかみ合い周波数fzの2倍の高調波成分(かみ合い二次成分)2fzの場合を示すと共に、(c)および(f)はかみ合い周波数fzの3倍の高調波成分(かみ合い三次成分)3fzの場合を示している。   FIGS. 13 to 16 are diagrams showing the results of the synchronous averaging process, and (a) to (c) in FIGS. 13 to 16 show the relationship between the amplitude and the torque, and (d) to (f) ) Indicates the relationship between phase and torque. Further, (a) and (d) in each of FIGS. 13 to 16 show the case of the meshing frequency (meshing primary component) fz, and (b) and (e) are harmonics twice the meshing frequency fz. The case of the component (interlocking secondary component) 2 fz is shown, and (c) and (f) show the case of a harmonic component (meshing tertiary component) 3 fz that is three times the meshing frequency fz.

さらに、図13および図14はそれぞれ、クラウニングを5マイクロメートルおよび13マイクロメートルにおいて一定に維持した状態で、コンベックスを変化させた場合を示している。図15は、コンベックスを6マイクロメートルにおいて維持した状態で、クラウニングを変化させた場合を示している。図16は、コンベックスおよびクラウニングを維持した状態で圧力角誤差を変化させた場合を示している。   Further, FIGS. 13 and 14 show cases where the convex is changed while the crowning is kept constant at 5 micrometers and 13 micrometers, respectively. FIG. 15 shows a case where the crowning is changed while the convex is maintained at 6 micrometers. FIG. 16 shows a case where the pressure angle error is changed while maintaining the convex and the crowning.

図13における(a)および(d)において「crn5cvx3」に着目すると、トルクが73.5Nm付近において振動が最も小さくなっている。図13の(b)および(d)においてはこの最適トルクの値は異なっており、(b)および(e)における最適トルクは147Nmである。図13の(e)から分かるように最適トルクにおいては位相が180°変化する。また、図13から分かるように、この最適トルクはコンベックス量によっても変化する。   Focusing on “crn5cvx3” in (a) and (d) in FIG. 13, the vibration is the smallest when the torque is around 73.5 Nm. In FIGS. 13B and 13D, the optimum torque values are different, and the optimum torque in FIGS. 13B and 13E is 147 Nm. As can be seen from FIG. 13E, the phase changes by 180 ° at the optimum torque. Further, as can be seen from FIG. 13, this optimum torque also changes depending on the amount of convex.

詳細には説明しないが、図15においても同様な最適トルクが存在すると共に、この最適トルクがクラウニングの量に応じて変化するのが分かるであろう。また、図16においても同様な最適トルクが存在する。ただし、図16においては、圧力角誤差が変化しても最適トルクはほとんど変化しない。   Although not described in detail, it will be understood that a similar optimum torque exists in FIG. 15 and that this optimum torque varies with the amount of crowning. Also in FIG. 16, a similar optimum torque exists. However, in FIG. 16, even if the pressure angle error changes, the optimum torque hardly changes.

図13から図16においては振幅((a)〜(c))と位相((d)〜(f))とを別個に示している。しかしながら、かみ合い成分毎の振幅および位相の両方は振動波形を構成する主要な要素であるので、振幅((a)〜(c))と位相((d)〜(f))とを見比べて歯面形状を判断するのは不便である。このため、振幅および位相を包括的に表現することにより歯面形状を判断することが望ましい。   In FIGS. 13 to 16, the amplitude ((a) to (c)) and the phase ((d) to (f)) are separately shown. However, since both the amplitude and phase for each meshing component are the main elements constituting the vibration waveform, the amplitude ((a) to (c)) and the phase ((d) to (f)) are compared with each other. It is inconvenient to determine the surface shape. For this reason, it is desirable to determine the tooth surface shape by comprehensively expressing the amplitude and phase.

図17(a)〜図17(c)は振幅および位相を包括的に表現する手法を説明するための図である。はじめに、図17(a)に示されるように、かみ合い振動成分の振幅(A1、A2、A3)および位相(θ1、θ2、θ3)を収集する。なお、図17(a)において横軸は周波数、縦軸は時間を示している。図17(a)においては、これらかみ合い振動成分は以下の式(2)〜式(4)により表される。

Figure 2007003507
FIG. 17A to FIG. 17C are diagrams for explaining a method for comprehensively expressing the amplitude and the phase. First , as shown in FIG. 17A, the amplitude (A 1 , A 2 , A 3 ) and phase (θ 1 , θ 2 , θ 3 ) of the meshing vibration component are collected. In FIG. 17A, the horizontal axis represents frequency and the vertical axis represents time. In FIG. 17A, these meshing vibration components are represented by the following formulas (2) to (4).
Figure 2007003507

次いで、これらかみ合い振動成分を複素平面上において連結する。図17(b)から分かるように、一次成分の終点が二次成分の始点に相当し、二次成分の終点が三次成分の始点に相当している。以下、本願明細書においては、このように振幅および位相を複素平面上で示したものを「ポーラプロット(Polar Plot)」と呼ぶ。ポーラプロット上においては、図17(b)に示されるように振幅(A1、A2、A3)は線分の長さ、位相(θ1、θ2、θ3)はx軸と線分との間の角度で表される。 Next, these meshing vibration components are connected on the complex plane. As can be seen from FIG. 17B, the end point of the primary component corresponds to the start point of the secondary component, and the end point of the secondary component corresponds to the start point of the tertiary component. Hereinafter, in the present specification, the amplitude and phase shown on the complex plane in this way are referred to as “Polar Plot”. On the polar plot, the amplitude (A 1 , A 2 , A 3 ) is the length of the line segment, and the phase (θ 1 , θ 2 , θ 3 ) is the x-axis and the line as shown in FIG. Expressed in angle between minutes.

図17(b)に示されるポーラプロットにおいては、特定の時間におけるかみ合い振動成分の関係が示される。このため、図17(b)において時間t1および時間t2で示されるように基準の時刻が異なる場合には、同じ波形であってもポーラプロットのパターンが変化(回転)する。   In the polar plot shown in FIG. 17B, the relationship between the meshing vibration components at a specific time is shown. For this reason, when the reference times are different as shown by time t1 and time t2 in FIG. 17B, the polar plot pattern changes (rotates) even if the waveform is the same.

このような問題を解消するために、本発明においては、かみ合い一次成分の位相が零になるようにかみ合い一次成分をシフトする(式(5)を参照されたい)。これにより、かみ合い一次成分が基準時間軸を決定するために機能し、二次成分および三次成分は一次成分の位相の二倍および三倍だけそれぞれシフトされる(式(6)および式(7)を参照されたい)。このようにシフトされた場合には、同じ波形を同一のパターンとして複素平面上に描くことができる。

Figure 2007003507
In order to solve such a problem, in the present invention, the meshing primary component is shifted so that the phase of the meshing primary component becomes zero (see Equation (5)). As a result, the meshing primary component functions to determine the reference time axis, and the secondary component and the tertiary component are shifted by twice and three times the phase of the primary component, respectively (Equation (6) and Equation (7)). See). When shifted in this way, the same waveform can be drawn on the complex plane as the same pattern.
Figure 2007003507

さらに、異なる条件における比較を可能とするために、全ての成分の振幅を一次成分の振幅によって正規化する(式(8)〜式(10)を参照されたい)。正規化後のポーラプロットを図17(c)に示す。これにより、種々の運転条件での比較を同一のポーラプロット上で行うことができる。

Figure 2007003507
Furthermore, in order to enable comparison under different conditions, the amplitudes of all the components are normalized by the amplitudes of the primary components (see equations (8) to (10)). A polar plot after normalization is shown in FIG. Thereby, the comparison in various driving | running conditions can be performed on the same polar plot.
Figure 2007003507

このようなポーラプロットの作成は検査手段40のかみ合い振動成分抽出手段62によって行われる。図18から図20は、図12に示される歯車を回転数1800rpmにて使用した場合のポーラプロットを示す図である。これらポーラプロットは複素平面に表されるので、図18から図20の横軸は実数(real number、real)を示しており、縦軸は虚数(imaginary number、Img.)を示している。なお、ポーラプロットにおける原点と、(実数、虚数)=(1、0)である点との間の線分はかみ合い周波数の一次成分に相当する(図17(c)を参照されたい)。後述する他のポーラプロットも同様である。   Such a polar plot is created by the meshing vibration component extraction means 62 of the inspection means 40. 18 to 20 are diagrams showing polar plots when the gear shown in FIG. 12 is used at a rotational speed of 1800 rpm. Since these polar plots are represented in a complex plane, the horizontal axis in FIGS. 18 to 20 represents a real number (real number, real), and the vertical axis represents an imaginary number (imaginary number, Img.). A line segment between the origin in the polar plot and a point where (real number, imaginary number) = (1, 0) corresponds to the primary component of the meshing frequency (see FIG. 17C). The same applies to other polar plots described later.

図18(a)から図18(c)および図19(a)から図19(c)は、それぞれクラウニングを5マイクロメートルおよび13マイクロメートルにおいて一定に維持した状態で、コンベックスを変化させた場合を示している。図18および図19から分かるように、「crn5cvx3」と「crn13cvx6」とを除けば、かみ合い二次成分の位相は概ね等しい傾向を示す。特に、これら図面においてトルクが(最適トルク)147Nm以下である場合には、かみ合い二次成分の位相は概ね等しくなっている。そして、最適トルクを越えると、位相が大幅に変化するのが分かる。   18 (a) to 18 (c) and FIG. 19 (a) to FIG. 19 (c) show the cases where the convex is changed with the crowning kept constant at 5 micrometers and 13 micrometers, respectively. Show. As can be seen from FIGS. 18 and 19, except for “crn5cvx3” and “crn13cvx6”, the phases of the meshing secondary components tend to be approximately equal. In particular, in these drawings, when the torque is (optimum torque) 147 Nm or less, the phase of the meshing secondary component is substantially equal. It can be seen that when the optimum torque is exceeded, the phase changes significantly.

さらに、図20(a)から図20(c)はコンベックスおよびクラウニングを維持した状態で圧力角誤差を変化させた場合を示している。図示されるように、圧力角誤差が存在する場合(図20(a)のプラス側および図20(c)のマイナス側)には、トルクが増えると、かみ合い二次成分の位相が回転するのが分かる。   Furthermore, FIG. 20A to FIG. 20C show a case where the pressure angle error is changed while maintaining the convex and the crowning. As shown in the figure, when there is a pressure angle error (the positive side in FIG. 20A and the negative side in FIG. 20C), the phase of the meshing secondary component rotates as the torque increases. I understand.

なお、コンベックスを維持、例えばコンベックスを6マイクロメートルにおいて維持した状態でクラウニングを変化させた場合については、図18(b)、図19(b)および図20(b)を参照すれば足りる。この場合には、図18(a)〜図18(c)に示されるようなクラウニングを維持した場合に類似した傾向を示している。   For the case where the crowning is changed while maintaining the convex, for example, with the convex maintained at 6 micrometers, it is sufficient to refer to FIGS. 18B, 19B and 20B. In this case, a tendency similar to that in the case where the crowning as shown in FIGS. 18A to 18C is maintained is shown.

ところで、図18から図20に示されるポーラプロットは歯車の回転速度の影響および歯車検査装置10の振動系としての動特性の影響を含んでいる。このため、歯車検査装置10の振動系としての動特性の影響を排除して、歯車の歯面形状の特徴を抽出することが望まれる。   Incidentally, the polar plots shown in FIGS. 18 to 20 include the influence of the rotational speed of the gear and the influence of the dynamic characteristics of the gear inspection apparatus 10 as the vibration system. For this reason, it is desired to extract the characteristics of the tooth surface shape of the gear while eliminating the influence of the dynamic characteristics of the gear inspection device 10 as the vibration system.

以下、歯車検査装置10の振動系としての動特性のみを取得する手法について説明する。以下に述べる手法は検査手段40の周波数応答関数算出手段42によって行われるものとする。図21は出現する周波数成分の振幅と回転数との関係を示すカスケード線図である。図21のカスケード線図は、トルク245Nmにおいて回転数をわずかに変化させながら前述した同期平均処理を行うことにより得られる。図示される回転数の間隔は、後述する周波数応答特性を表現するのに必要かつ十分であるものとする。このようにして得られた図21には、三つのかみ合い周波数成分、つまり一次成分fz、二次成分2fzおよび三次成分3fzの線が表されている。   Hereinafter, a method for acquiring only the dynamic characteristics as the vibration system of the gear inspection apparatus 10 will be described. The method described below is performed by the frequency response function calculating unit 42 of the inspection unit 40. FIG. 21 is a cascade diagram showing the relationship between the amplitude of the appearing frequency component and the rotation speed. The cascade diagram of FIG. 21 is obtained by performing the above-described synchronous averaging process while slightly changing the rotational speed at a torque of 245 Nm. It is assumed that the illustrated rotation speed interval is necessary and sufficient to express a frequency response characteristic described later. FIG. 21 obtained in this way shows lines of three meshing frequency components, that is, a primary component fz, a secondary component 2fz, and a tertiary component 3fz.

図21から分かるように、一次成分fzの線は周波数が約0.5kHzから約2kHzまでの範囲のみをカバーしており、二次成分2fzの線は周波数が約1kHzから約4kHzまでの範囲のみをカバーしており、三次成分3fzの線は周波数が約1.5kHzから約5kHzまでの範囲のみをカバーしている。すなわち、これら三つの線単独では、横軸の全ての周波数範囲をカバーできない。   As can be seen from FIG. 21, the line of the primary component fz covers only the frequency range from about 0.5 kHz to about 2 kHz, and the line of the secondary component 2fz only has a frequency range of about 1 kHz to about 4 kHz. The line of the third order component 3fz covers only the frequency range from about 1.5 kHz to about 5 kHz. That is, these three lines alone cannot cover the entire frequency range on the horizontal axis.

それゆえ、図22に示されるような模式図を用いて、注目したい全ての周波数範囲をカバーするようにする。なお、このとき、本発明に基づく歯車検査装置のモデル図である図23を参照して説明される式(11)および式(12)の関係が満たされるものとする。

Figure 2007003507
Therefore, a schematic diagram as shown in FIG. 22 is used to cover all frequency ranges to be noticed. At this time, it is assumed that the relationship of Expression (11) and Expression (12) described with reference to FIG. 23 which is a model diagram of the gear inspection device based on the present invention is satisfied.
Figure 2007003507

すなわち、図23に示されるように、基準歯車20と検査歯車30とがかみ合うときに、これら歯車の間には、減衰係数Cのダンパおよびバネ定数Kのバネが作用するものとする。なお、図23から分かるように、Mは等価慣性質量、xは相対変位、Δxは歯車対のたわみにより生ずる遅れ量を示している。これら等価慣性質量M、相対変位xを表すのに用いられる符号J1、J2はそれぞれ検査歯車30、基準歯車20の慣性モーメント、符号rb1、rb2はそれぞれ検査歯車30、基準歯車20の基準半径、および符号θ1、θ2はそれぞれ検査歯車30、基準歯車20の回転角を示している。また、符号e1は歯車対のかみ合い誤差であり、ΔKはバネ定数Kの変化量である。 That is, as shown in FIG. 23, when the reference gear 20 and the inspection gear 30 are engaged, a damper having a damping coefficient C and a spring having a spring constant K act between these gears. As can be seen from FIG. 23, M is the equivalent inertial mass, x is the relative displacement, and Δx is the amount of delay caused by the deflection of the gear pair. Symbols J 1 and J 2 used to represent the equivalent inertia mass M and relative displacement x are the inertia moments of the inspection gear 30 and the reference gear 20, respectively, and symbols r b1 and r b2 are the inspection gear 30 and the reference gear 20, respectively. The reference radius and the symbols θ 1 and θ 2 indicate the rotation angles of the inspection gear 30 and the reference gear 20, respectively. Further, symbol e 1 is a gear pair meshing error, and ΔK is a change amount of the spring constant K.

再び図22を参照すると、図22の上方には、図21に対応する模式図が示されており、各回転数における一次成分fz〜三次成分3fzのそれぞれに対する振幅(Amplitude)および位相(Phase)を図22の上方の図から抽出する。その結果は、図22の下方に示されており、振幅および位相のそれぞれについて、一次成分fz〜三次成分3fzに関する線が表されている。これら線は部分的にほぼ完全に重なり合いうるのが分かるであろう。   Referring again to FIG. 22, a schematic diagram corresponding to FIG. 21 is shown in the upper part of FIG. 22. The amplitude (Amplitude) and phase (Phase) for each of the primary component fz to the tertiary component 3 fz at each rotation speed are shown. Is extracted from the upper diagram of FIG. The result is shown in the lower part of FIG. 22, and lines relating to the primary component fz to the tertiary component 3fz are shown for each of the amplitude and the phase. It will be appreciated that these lines can partially overlap almost completely.

次いで、互いに重なり合うようにこれら線を平行移動して連結し、図22の最下方に示されるように振幅および位相のそれぞれに対する線が得られる。これらをまとめて周波数応答関数G(ω)と呼ぶ。なお、振幅についてはデシベルスケールで示されている。また、図22において線の連結時に線が重ならない箇所が存在する場合には、両方の線の平均値を適宜採用する。   These lines are then translated and joined so that they overlap each other, resulting in lines for each of amplitude and phase as shown at the bottom of FIG. These are collectively referred to as a frequency response function G (ω). The amplitude is shown in a decibel scale. In addition, in FIG. 22, when there is a portion where the lines do not overlap when the lines are connected, the average value of both lines is appropriately adopted.

図24は、このようにして得られた周波数応答関数G(ω)(振幅・位相)を示す図であり、図24に示される周波数応答関数G(ω)は歯車検査装置10の振動系としての動特性を表している。このような操作によって得られる周波数応答関数は全ての周波数範囲をカバーできており、またその精度も高まっている。通常は歯車に対して衝撃試験を行うことなどにより周波数応答関数G(ω)を求めているが、本発明においては、衝撃試験を行うことなしに、歯車検査装置10を用いて検査歯車30の周波数応答関数G(ω)の形状を求めることができる。   FIG. 24 is a diagram showing the frequency response function G (ω) (amplitude / phase) thus obtained. The frequency response function G (ω) shown in FIG. 24 is a vibration system of the gear inspection device 10. Represents the dynamic characteristics of The frequency response function obtained by such an operation can cover the entire frequency range, and its accuracy is also increased. Normally, the frequency response function G (ω) is obtained by performing an impact test on the gear, but in the present invention, the gear inspection device 10 is used for the inspection gear 30 without performing the impact test. The shape of the frequency response function G (ω) can be obtained.

ここで、V(ω)をかみ合い振動成分のそれぞれとすると、対応するかみ合い成分の励振力X(ω)、すなわち式(11)の右辺のフーリエ変換は以下の式(13)で表される。
X(ω)=V(ω)/G(ω) (13)
Here, when V (ω) is each of the meshing vibration components, the excitation force X (ω) of the corresponding meshing component, that is, the Fourier transform of the right side of the formula (11) is expressed by the following formula (13).
X (ω) = V (ω) / G (ω) (13)

ここで、かみ合い振動成分V(ω)は、図18〜図20に示されるポーラプロット上に既に表されている。一方、図24において得られた周波数応答関数G(ω)は歯車検査装置10の振動系としての動特性を表している。従って、このかみ合い振動成分V(ω)を周波数応答関数G(ω)で除算することによって、かみ合い周波数成分で基準化した各成分の振幅および位相がかみ合い成分の励振力X(ω)の形で算出される。それゆえ、このようにして算出される励振力X(ω)は、歯車検査装置10の振動系としての動特性を含んでいない。言い換えれば、励振力X(ω)は、検査歯車30の歯面形状に代表される幾何学的形状のみを普遍的に表しており、前述の1800rpmの回転数で計測を行っても良いことを意味する。   Here, the meshing vibration component V (ω) has already been represented on the polar plots shown in FIGS. On the other hand, the frequency response function G (ω) obtained in FIG. 24 represents the dynamic characteristics of the gear inspection apparatus 10 as a vibration system. Therefore, by dividing this meshing vibration component V (ω) by the frequency response function G (ω), the amplitude and phase of each component normalized by the meshing frequency component are in the form of the excitation force X (ω) of the meshing component. Calculated. Therefore, the excitation force X (ω) calculated in this way does not include dynamic characteristics as the vibration system of the gear inspection device 10. In other words, the excitation force X (ω) universally represents only the geometric shape typified by the tooth surface shape of the inspection gear 30 and may be measured at the aforementioned rotational speed of 1800 rpm. means.

図25から図27は、このようにして算出された励振力X(ω)を描いたポーラプロットを示す図である。さらに、図25の(a)〜(c)は、クラウニングを5マイクロメートルにおいて一定に維持した状態で、コンベックスを変化させた場合を示している。図26の(a)〜(c)は、コンベックスとクラウニングを適宜変化させた場合を示している。図27の(a)〜(b)は、コンベックスおよびクラウニングを維持した状態で圧力角誤差を変化させた場合を示している。   25 to 27 are diagrams illustrating polar plots depicting the excitation force X (ω) calculated in this way. Further, (a) to (c) of FIG. 25 show a case where the convex is changed in a state where the crowning is kept constant at 5 micrometers. (A)-(c) of FIG. 26 has shown the case where convex and crowning are changed suitably. FIGS. 27A and 27B show a case where the pressure angle error is changed while maintaining the convex and the crowning.

図25(a)に示される「crn5cvx3」の場合には、二次成分の位相角は100°から120°の範囲に集中している。そして、トルクが増加すると、二次成分の振幅も増加する。   In the case of “crn5cvx3” shown in FIG. 25A, the phase angle of the secondary component is concentrated in the range of 100 ° to 120 °. When the torque increases, the secondary component amplitude also increases.

また、図25(b)、図25(c)および図26(a)〜(c)から分かるように「crn5cvx3」以外の全ての場合には、二次成分の位相角は−25°から−35°の範囲に集中しており、トルクによってほとんど変化しない。ただし、図26(b)における振幅は、トルクが増える際には、減少する。   In addition, as can be seen from FIGS. 25B, 25C, and 26A to 26C, in all cases other than “crn5cvx3”, the phase angle of the secondary component is −25 ° to − It is concentrated in the range of 35 ° and hardly changes with torque. However, the amplitude in FIG. 26B decreases when the torque increases.

図28は、図25から図27に示される全ての励振力X(ω)の二次成分のみを改めてプロットしたものである。このため、図28においては、歯車の種類に応じた複数のプロットが存在している。図28における正方形プロットは「crn5cvx3」の歯車を示しており、丸形プロットは「crn5cvx6」の歯車を示しており、菱形プロットは「crn5cvx9」の歯車を示しており、上向三角形プロットは「crn9cvx6」の歯車を示しており、下向三角形プロットは「crn13cvx3」の歯車を示しており、十字型プロットは「crn13cvx9」の歯車を示しており、上向五角形プロットは「crn9cvx6pp6」の歯車を示しており、さらに、下向五角形プロットは「crn9cvx6pm6」の歯車を示している。   FIG. 28 is a plot of only the secondary components of all the excitation forces X (ω) shown in FIGS. 25 to 27. For this reason, in FIG. 28, there are a plurality of plots corresponding to the types of gears. The square plot in FIG. 28 shows the gear of “crn5cvx3”, the round plot shows the gear of “crn5cvx6”, the diamond plot shows the gear of “crn5cvx9”, and the upward triangle plot is “crn9cvx6” ”, The downward triangle plot indicates the gear“ crn13cvx3 ”, the cross-shaped plot indicates the gear“ crn13cvx9 ”, and the upward pentagonal plot indicates the gear“ crn9cvx6pp6 ” In addition, the downward pentagonal plot shows a gear of “crn9cvx6pm6”.

また、これらプロットに付された数字はトルク量を示している。具体的には、数値1はトルク147Nmを示しており、数値2はトルク196Nmを示しており、数値3はトルク220.5Nmを示しており、さらに数値4はトルク245Nmを示している。   The numbers attached to these plots indicate the torque amount. Specifically, numerical value 1 indicates torque 147 Nm, numerical value 2 indicates torque 196 Nm, numerical value 3 indicates torque 220.5 Nm, and numerical value 4 indicates torque 245 Nm.

図28においては、プロット位置と原点との間の距離が振幅を示しており、プロット位置と原点とを結ぶ線分とX軸とがなす角は位相を示している。なお、歯車の種類を示すために図28で用いられるプロットの形状は図25から図27において使用したプロットの形状と必ずしも一致しないことに注意されたい。   In FIG. 28, the distance between the plot position and the origin indicates the amplitude, and the angle formed by the line segment connecting the plot position and the origin and the X axis indicates the phase. Note that the shape of the plot used in FIG. 28 to indicate the type of gear does not necessarily match the shape of the plot used in FIGS.

図示されるように、図28に示される複数のプロットは四つの領域Z1〜Z4に主に分類することができる。領域Z1においてはクラウニングおよび/またはコンベックスの異なる多数のプロットが含まれている。図示されるように、領域Z1のプロットにより形成される直線Lの傾きは約マイナス45°である。また、この直線Lがx軸となす交点を交点L0と呼ぶ。例えばクラウニングおよび/またはコンベックスの量が増大する場合には、プロット位置は、直線L上において交点L0から離れるようにシフトするのが分かる。   As shown in the drawing, the plurality of plots shown in FIG. 28 can be mainly classified into four regions Z1 to Z4. In the region Z1, a large number of plots having different crowning and / or convex are included. As shown in the figure, the slope of the straight line L formed by the plot of the region Z1 is about minus 45 °. An intersection point of the straight line L with the x axis is called an intersection point L0. For example, when the amount of crowning and / or convex increases, the plot position is seen to shift away from the intersection L0 on the straight line L.

また、領域Z2はクラウニングおよびコンベックスの両方が最も小さい場合のプロットを含んでいる。そして、領域Z2においては励振の向きが約180°回転しているために、領域Z2は概ね第二象限に含まれている。   Region Z2 also includes a plot when both crowning and convex are the smallest. In the region Z2, since the direction of excitation is rotated by about 180 °, the region Z2 is substantially included in the second quadrant.

さらに、領域Z3は圧力角誤差がプラスになるプロットを含んでおり、領域Z4は圧力角誤差がマイナスになるプロットを含んでいる。これら領域Z3、Z4は、領域Z1とはかなり異なる場所に位置している。   Further, the region Z3 includes a plot in which the pressure angle error is positive, and the region Z4 includes a plot in which the pressure angle error is negative. These regions Z3 and Z4 are located at locations quite different from the region Z1.

一方、トルクについては、領域Z1においては負荷トルクが増えると、プロット位置は交点L0に向かって直線L上にシフトするのが分かる。また、領域Z3および領域Z4から分かるように、トルクが増えると、プロット位置は直線Lに接近するようにシフトする。   On the other hand, regarding the torque, it can be seen that in the region Z1, as the load torque increases, the plot position shifts on the straight line L toward the intersection L0. Further, as can be seen from the regions Z3 and Z4, the plot position shifts so as to approach the straight line L as the torque increases.

このように、図28の励振力は歯車の歯面情報に概ね対応している。従って、図28に示される複数の励振力のプロット情報を本発明のデータベース50として使用することができる。   Thus, the excitation force in FIG. 28 generally corresponds to the tooth surface information of the gear. Accordingly, a plurality of excitation force plot information shown in FIG. 28 can be used as the database 50 of the present invention.

すなわち、歯面形状を求めたい検査歯車30を準備し、本発明の歯車検査装置10を用いて検査歯車30のかみ合い成分の励振力X(ω)を前述したように算出する。次いで、算出された励振力X(ω)を図28に示されるようなデータベース50と比較する。具体的には、検査歯車30の励振力X(ω)を図28上にプロットして、他のプロットと比較すれば足りる。このとき、検査歯車30の励振力X(ω)がプロットされている図28を出力手段60より出力してもよい。本発明においては、このような比較から得られる検査歯車30の歯面情報を通じて、検査歯車30を検査することが可能である。   That is, the inspection gear 30 for which the tooth surface shape is desired is prepared, and the excitation force X (ω) of the meshing component of the inspection gear 30 is calculated as described above using the gear inspection device 10 of the present invention. Next, the calculated excitation force X (ω) is compared with a database 50 as shown in FIG. Specifically, it is sufficient to plot the excitation force X (ω) of the inspection gear 30 on FIG. 28 and compare it with other plots. At this time, the output unit 60 may output FIG. 28 in which the excitation force X (ω) of the inspection gear 30 is plotted. In the present invention, the inspection gear 30 can be inspected through the tooth surface information of the inspection gear 30 obtained from such comparison.

例えば、算出された検査歯車30の励振力X(ω)が領域Z3に含まれる場合には、検査歯車30の圧力角誤差がプラス側に在る、ということが分かる。そして、その結果を検査歯車30の製造にフィードバックすれば、検査歯車30をより適正に製造できるようになる。検査精度を高めるためには、さらに多数種類の歯車の励振力を求めてデータベース50に蓄積すればよいのは明らかであろう。   For example, when the calculated excitation force X (ω) of the inspection gear 30 is included in the region Z3, it can be seen that the pressure angle error of the inspection gear 30 is on the plus side. Then, if the result is fed back to the manufacture of the inspection gear 30, the inspection gear 30 can be manufactured more appropriately. It will be clear that in order to increase the inspection accuracy, the excitation force of more types of gears may be obtained and stored in the database 50.

典型的な実施形態を用いて本発明を説明したが、当業者であれば、本発明の範囲および精神から逸脱することなしに、前述した変更および種々の他の変更、省略、追加を行うことができるのを理解できるであろう。   While the invention has been described in terms of exemplary embodiments, those skilled in the art will make the above described changes and various other changes, omissions, additions without departing from the scope and spirit of the invention. You will understand that you can.

本発明に基づく歯車検査装置の概略図である。It is the schematic of the gear inspection apparatus based on this invention. 図1に示される歯車検査装置の検査手段を示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram which shows the test | inspection means of the gear test | inspection apparatus shown by FIG. (a)回転軸部の回転トリガ信号に基づいて算出された検査歯車の波形を示す図である。(b)検査歯車のラインスペクトルを示す図である。(c)データ長さが異なる場合における図3(b)と同様の図である。(A) It is a figure which shows the waveform of the test | inspection gear calculated based on the rotation trigger signal of a rotating shaft part. (B) It is a figure which shows the line spectrum of an inspection gear. (C) It is a figure similar to FIG.3 (b) in case data length differs. (a)回転軸部の回転トリガ信号に基づいて算出された基準歯車の波形を示す図3(a)と同様の図である。(b)基準歯車のラインスペクトルを示す図である。(c)データ長さが異なる場合における図4(b)と同様の図である。(A) It is a figure similar to Fig.3 (a) which shows the waveform of the reference | standard gear calculated based on the rotation trigger signal of a rotating shaft part. (B) It is a figure which shows the line spectrum of a reference | standard gearwheel. (C) It is a figure similar to FIG.4 (b) in case data length differs. 歯車対のカスケード線図である。It is a cascade diagram of a gear pair. (a)回転次数解析により、複数の顕著な回転次数の応答を求めた図である(b)図6(a)を平均した図である。(A) It is the figure which calculated | required the response of the several remarkable rotation order by the rotation order analysis, (b) It is the figure which averaged Fig.6 (a). (a)本発明の歯車検査装置から得られた検査歯車の歯面形状の特徴を示す図である。(b)従来技術の歯形検査から得られた検査歯車の歯面形状の特徴を示す図である。(A) It is a figure which shows the characteristic of the tooth surface shape of the test | inspection gear obtained from the gear test | inspection apparatus of this invention. (B) It is a figure which shows the characteristic of the tooth surface shape of the test | inspection gear obtained from the tooth profile test | inspection of the prior art. データベース中の複数の歯面形状パターンを示す図である。It is a figure which shows the several tooth surface shape pattern in a database. かみあい振動成分の波形を示す図である。It is a figure which shows the waveform of a meshing vibration component. データベース中の複数の振動波形パターンを示す図である。It is a figure which shows the some vibration waveform pattern in a database. 本発明の他の実施形態に基づく歯車検査装置の検査手段を示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram which shows the inspection means of the gear inspection apparatus based on other embodiment of this invention. 歯面形状が互いに異なる複数の歯車を示す図である。It is a figure which shows the several gearwheel from which a tooth-surface shape mutually differs. (a)〜(c)コンベックスの影響を確認するための振幅とトルクとの関係を示す図である。 (d)〜(f)コンベックスの影響を確認するための位相とトルクとの関係を示す図である。(A)-(c) It is a figure which shows the relationship between the amplitude and torque for confirming the influence of a convex. (D)-(f) It is a figure which shows the relationship between the phase and torque for confirming the influence of a convex. (a)〜(c)コンベックスの影響を確認するための振幅とトルクとの関係を示す他の図である。 (d)〜(f)コンベックスの影響を確認するための位相とトルクとの関係を示す他の図である。(A)-(c) It is another figure which shows the relationship between the amplitude and torque for confirming the influence of a convex. (D)-(f) It is another figure which shows the relationship between the phase and torque for confirming the influence of a convex. (a)〜(c)クラウニングの影響を確認するための振幅とトルクとの関係を示す図である。 (d)〜(f)クラウニングの影響を確認するための位相とトルクとの関係を示す図である。(A)-(c) It is a figure which shows the relationship between the amplitude and torque for confirming the influence of crowning. (D)-(f) It is a figure which shows the relationship between the phase and torque for confirming the influence of crowning. (a)〜(c)圧力角誤差の影響を確認するための振幅とトルクとの関係を示す図である。 (d)〜(f)圧力角誤差の影響を確認するための位相とトルクとの関係を示す図である。(A)-(c) It is a figure which shows the relationship between the amplitude and torque for confirming the influence of a pressure angle error. (D)-(f) It is a figure which shows the relationship between the phase and torque for confirming the influence of a pressure angle error. (a)〜(c)振幅および位相を包括的に表現する手法を説明するための図である。(A)-(c) It is a figure for demonstrating the method of expressing an amplitude and a phase comprehensively. (a)〜(c)コンベックスを変化させた場合のポーラプロットを示す図である。(A)-(c) It is a figure which shows a polar plot at the time of changing a convex. (a)〜(c)コンベックスを変化させた場合のポーラプロットを示す他の図である。(A)-(c) It is another figure which shows a polar plot at the time of changing a convex. (a)〜(c)圧力角誤差を変化させた場合のポーラプロットを示す図である。(A)-(c) It is a figure which shows the polar plot at the time of changing a pressure angle error. 出現する周波数成分の振幅と回転数との関係を示すカスケード線図である。It is a cascade diagram which shows the relationship between the amplitude of the frequency component which appears, and rotation speed. 振幅および位相についての周波数応答特性を取得することを説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining acquiring the frequency response characteristic about an amplitude and a phase. 本発明に基づく歯車検査装置のモデル図である。It is a model figure of the gear inspection apparatus based on this invention. 周波数応答関数を示す図である。It is a figure which shows a frequency response function. (a)〜(c)コンベックスを変化させた場合の励振力のポーラプロットを示す図である。(A)-(c) It is a figure which shows the polar plot of the excitation force at the time of changing a convex. (a)〜(c)クラウニングを変化させた場合の励振力のポーラプロットを示す図である。(A)-(c) It is a figure which shows the polar plot of the excitation force at the time of changing crowning. (a)〜(c)圧力角誤差を変化させた場合の励振力のポーラプロットを示す図である。(A)-(c) It is a figure which shows the polar plot of the excitation force at the time of changing a pressure angle error. 図25から図28のポーラプロットにおけるかみ合い周波数の二次成分をプロットした図である。It is the figure which plotted the secondary component of the meshing frequency in the polar plot of FIGS.

符号の説明Explanation of symbols

10 歯車検査装置
11 歯車箱
20 基準歯車
21、31 回転軸部
25a、25b 軸受
29、29' 加速度ピックアップ
30 検査歯車
35a、35b 軸受
40 検査手段
41 分離手段
42 周波数応答関数算出手段
43 歯面形状算出手段
44 波形算出手段
45 比較手段
50 データベース
51 スリップリングまたはテレメータ
52 動力計
53 モータ
54、54' 回転検出器
60 出力手段
62 かみ合い振動成分抽出手段
63 励振力算出手段
64 比較手段
fa、fb 非整数次成分
fz、2fz、3fz かみあい成分
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Gear inspection apparatus 11 Gear box 20 Reference gear 21, 31 Rotating shaft part 25a, 25b Bearing 29, 29 'Acceleration pick-up 30 Inspection gear 35a, 35b Bearing 40 Inspection means 41 Separation means 42 Frequency response function calculation means 43 Tooth surface shape calculation Means 44 Waveform calculation means 45 Comparison means 50 Database 51 Slip ring or telemeter 52 Dynamometer 53 Motor 54, 54 'Rotation detector 60 Output means 62 Meshing vibration component extraction means 63 Excitation force calculation means 64 Comparison means fa, fb Non-integer order Component fz, 2fz, 3fz Meshing component

Claims (12)

検査歯車を検査する歯車検査装置において、
前記検査歯車に回転可能に係合する基準歯車を具備し、
該基準歯車の歯数と前記検査歯車の歯数とは互いに素になっており、
さらに、
前記基準歯車および前記検査歯車のうちの一方を駆動しつつ前記基準歯車および前記検査歯車のうちの他方に負荷を与える駆動手段と、
前記基準歯車および前記検査歯車の回転時に、前記基準歯車および前記検査歯車により形成される振動加速度を検出する振動加速度検出手段と、
前記基準歯車および前記検査歯車のそれぞれの回転軸の回転トリガ信号を検出する回転トリガ信号検出手段と、
前記振動加速度検出手段により検出された前記振動加速度と前記回転トリガ信号検出手段により検出された前記回転トリガ信号とに基づいて、前記検査歯車を検査する検査手段とを具備する歯車検査装置。
In the gear inspection device that inspects the inspection gear,
Comprising a reference gear rotatably engaged with the inspection gear;
The number of teeth of the reference gear and the number of teeth of the inspection gear are relatively prime,
further,
Driving means for applying a load to the other of the reference gear and the inspection gear while driving one of the reference gear and the inspection gear;
Vibration acceleration detecting means for detecting vibration acceleration formed by the reference gear and the inspection gear during rotation of the reference gear and the inspection gear;
A rotation trigger signal detecting means for detecting a rotation trigger signal of the respective rotation shafts of the reference gear and the inspection gear;
A gear inspection apparatus comprising: inspection means for inspecting the inspection gear based on the vibration acceleration detected by the vibration acceleration detection means and the rotation trigger signal detected by the rotation trigger signal detection means.
検査歯車を検査する歯車検査装置において、
前記検査歯車に回転可能に係合する基準歯車を具備し、
該基準歯車の歯数と前記検査歯車の歯数との間の最大公約数がこれら歯数よりも大幅に小さくなっており、
さらに、
前記基準歯車および前記検査歯車のうちの一方を駆動しつつ前記基準歯車および前記検査歯車のうちの他方に負荷を与える駆動手段と、
前記基準歯車および前記検査歯車の回転時に、前記基準歯車および前記検査歯車により形成される振動加速度を検出する振動加速度検出手段と、
前記基準歯車および前記検査歯車のそれぞれの回転軸の回転トリガ信号を検出する回転トリガ信号検出手段と、
前記振動加速度検出手段により検出された前記振動加速度と前記回転トリガ信号検出手段により検出された前記回転トリガ信号とに基づいて、前記検査歯車を検査する検査手段とを具備する歯車検査装置。
In the gear inspection device that inspects the inspection gear,
Comprising a reference gear rotatably engaged with the inspection gear;
The greatest common divisor between the number of teeth of the reference gear and the number of teeth of the inspection gear is significantly smaller than the number of teeth;
further,
Driving means for applying a load to the other of the reference gear and the inspection gear while driving one of the reference gear and the inspection gear;
Vibration acceleration detecting means for detecting vibration acceleration formed by the reference gear and the inspection gear during rotation of the reference gear and the inspection gear;
A rotation trigger signal detecting means for detecting a rotation trigger signal of the respective rotation shafts of the reference gear and the inspection gear;
A gear inspection apparatus comprising: inspection means for inspecting the inspection gear based on the vibration acceleration detected by the vibration acceleration detection means and the rotation trigger signal detected by the rotation trigger signal detection means.
前記検査手段は、
前記振動加速度を前記回転トリガ信号によって同期平均することにより、前記検査歯車の振動特性と前記基準歯車の振動特性とを分離する分離手段と、
前記基準歯車および前記検査歯車に関する周波数応答関数を算出して定量化する周波数応答関数算出手段と、
前記分離手段によって分離された前記検査歯車の振動特性と、前記周波数応答関数算出手段により算出された定量化された周波数応答関数とから前記検査歯車の歯面形状を求める歯面形状算出手段とを含む請求項1または2に記載の歯車検査装置。
The inspection means includes
Separating means for separating the vibration characteristic of the inspection gear and the vibration characteristic of the reference gear by synchronously averaging the vibration acceleration with the rotation trigger signal;
A frequency response function calculating means for calculating and quantifying a frequency response function related to the reference gear and the inspection gear;
Tooth surface shape calculation means for determining the tooth surface shape of the inspection gear from the vibration characteristics of the inspection gear separated by the separation means and the quantified frequency response function calculated by the frequency response function calculation means. The gear inspection device according to claim 1 or 2 including.
前記検査手段は、さらに、
前記検査歯車のための複数の歯面形状パターンを記憶する記憶手段と、
前記歯面形状算出手段により算出された前記検査歯車の歯面形状と前記記憶手段に記憶された歯面形状パターンとを比較する比較手段とを具備する請求項3に記載の歯車検査装置。
The inspection means further includes
Storage means for storing a plurality of tooth surface shape patterns for the inspection gear;
The gear inspection apparatus according to claim 3, further comprising a comparison unit that compares the tooth surface shape of the inspection gear calculated by the tooth surface shape calculation unit with the tooth surface shape pattern stored in the storage unit.
前記検査手段は、さらに、
前記分離手段によって分離された前記検査歯車の振動特性に基づいて前記検査歯車の振動波形を算出する波形算出手段と、
前記検査歯車のための複数の振動波形パターンを記憶する記憶手段と、
前記波形算出手段により算出された前記検査歯車の振動波形と前記記憶手段に記憶された振動波形パターンとを比較する比較手段とを具備する請求項4に記載の歯車検査装置。
The inspection means further includes
Waveform calculating means for calculating a vibration waveform of the inspection gear based on vibration characteristics of the inspection gear separated by the separation means;
Storage means for storing a plurality of vibration waveform patterns for the inspection gear;
The gear inspection device according to claim 4, further comprising a comparison unit that compares the vibration waveform of the inspection gear calculated by the waveform calculation unit with the vibration waveform pattern stored in the storage unit.
前記最大公約数が2、3または5であるようにした請求項2から5のいずれか一項に記載の歯車検査装置。   The gear inspection apparatus according to any one of claims 2 to 5, wherein the greatest common divisor is 2, 3 or 5. 前記検査手段は、
前記振動加速度を前記回転トリガ信号によって同期平均することにより、前記検査歯車の振動特性と前記基準歯車の振動特性とを分離する分離手段と、
該分離手段により分離された前記検査歯車の振動特性からかみ合い振動成分を抽出するかみ合い振動成分抽出手段と、
前記検査歯車に関する周波数応答関数を算出して定量化する周波数応答関数算出手段と、
前記かみ合い振動成分抽出手段により抽出された前記検査歯車のかみ合い振動成分と前記周波数応答関数算出手段により算出された前記検査歯車に関する周波数応答関数とを用いて、前記検査歯車の歯面形状に対応した励振力を算出する励振力算出手段と、を含む請求項1または2に記載の歯車検査装置。
The inspection means includes
Separating means for separating the vibration characteristic of the inspection gear and the vibration characteristic of the reference gear by synchronously averaging the vibration acceleration with the rotation trigger signal;
Meshing vibration component extracting means for extracting meshing vibration components from the vibration characteristics of the inspection gear separated by the separating means;
A frequency response function calculating means for calculating and quantifying a frequency response function related to the inspection gear;
Using the meshing vibration component of the inspection gear extracted by the meshing vibration component extraction means and the frequency response function related to the inspection gear calculated by the frequency response function calculation means, the tooth surface shape of the inspection gear was supported. The gear inspection device according to claim 1, further comprising: an excitation force calculating unit that calculates an excitation force.
前記かみ合い振動成分抽出手段は、
前記検査歯車の振動特性から抽出されたかみ合い周波数およびその高調波成分のそれぞれの振幅および位相のスペクトルを複素平面上で表すことによりかみ合い振動成分を取得するようになっている請求項7に記載の歯車検査装置。
The meshing vibration component extracting means includes
8. The meshing vibration component is obtained by representing on the complex plane the amplitude and phase spectra of the meshing frequency extracted from the vibration characteristics of the inspection gear and its harmonic components. Gear inspection device.
前記複素平面においては、かみ合い一次成分の位相を零にするようにした請求項8に記載の歯車検査装置。   The gear inspection device according to claim 8, wherein the phase of the meshing primary component is made zero in the complex plane. 前記周波数応答関数算出手段は、
前記検査歯車の振動特性から抽出されたかみ合い周波数およびその高調波成分のそれぞれの振幅のスペクトルを連結すると共に、前記かみ合い周波数およびその高調波成分のそれぞれの位相のスペクトルを連結することにより前記周波数応答関数を取得するようになっている請求項7から9のいずれか一項に記載の歯車検査装置。
The frequency response function calculating means includes
The frequency response is obtained by concatenating the spectrum of the meshing frequency extracted from the vibration characteristics of the inspection gear and the amplitude of each of its harmonic components, and by concatenating the spectrum of each meshing frequency and each of the harmonic components thereof. The gear inspection device according to any one of claims 7 to 9, wherein a function is acquired.
前記検査手段は、さらに、
前記検査歯車のための複数の歯面情報を記憶する記憶手段と、
前記励振力算出手段により算出された前記検査歯車の前記励振力と前記記憶手段に記憶された前記歯面情報とを複素平面上で比較する比較手段とを含む請求項7から10のいずれか一項に記載の歯車検査装置。
The inspection means further includes
Storage means for storing a plurality of tooth surface information for the inspection gear;
The comparison means for comparing the excitation force of the inspection gear calculated by the excitation force calculation means with the tooth surface information stored in the storage means on a complex plane. The gear inspection device according to item.
前記歯面情報が他の複数の歯車に対して予め求められた複数の励振力である請求項11に記載の歯車検査装置。   The gear inspection apparatus according to claim 11, wherein the tooth surface information is a plurality of excitation forces obtained in advance for a plurality of other gears.
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