JP2019035710A - 転がり軸受直角度測定装置および転がり軸受の直角度測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】転がり軸受の内径の軸線に対する内輪側面の直角度を作業者のスキルに依存せず精度良く測定する装置を提供する。
【解決手段】転がり軸受直角度測定装置１００は、転がり軸受１の内径の軸線に対する内輪１１の側面の直角度を測定する装置である。転がり軸受直角度測定装置１００は、軸受１の内輪１１の側面を当接させた状態で固定する回転テーブル３と、変位センサ５とを備える。変位センサ５は、回転テーブル３を回転しながら、軸受１の内輪１１の内径面の回転テーブル３の回転軸Ｏ_１に直交する方向の変位を測定する。また、変位センサ５は、電動アクチュエータ８によって上下方向にスライド可能に構成されており、高さを変えて測定することができる。
【選択図】図１

Description

この発明は、転がり軸受の内径の軸線（内輪の回転軸）に対する内輪側面の直角度を測定する装置および転がり軸受の直角度測定方法に関する。

一般に、基準面に対する直角度を測定する場合、テーブルの載置面に測定対象物の基準面を当接させた状態で置き、測定対象物の直角度測定面に接触式変位センサなどの指示計器の測定子を当て、テーブルに対して垂直方向に測定子を測定面に沿ってスライドさせる。この時の、指示計器の最大最小値を読み取ることによって直角度の測定を行う。

また転がり軸受の内径の軸線に対する内輪側面の直角度測定方法については、日本工業規格（JIS B 1515-2）に規定されている。日本工業規格には方法Ａと方法Ｂの２通りの測定手法が規定されている。

方法Ａではテーパアーバに軸受を取り付け、アーバを両センタで支持する。アーバ中心から、内輪側面に指示計器の測定子を当てて、内輪を１回転させた時の指示計器の最大指示値−最小指示値を直角度とする。

方法Ｂでは、テーブルに内輪の側面を置き、内輪の回転中心が得られるよう９０°に配置した２個の固定式支持を、内輪内径面に当てる。１個の固定支持の真上に指示計器の測定子を当て、内輪を回転させながら指示計器の最大指示値−最小指示値を読み、定められた算出式によって得られた値を直角度に換算する。

他に円筒物の直角度を測定する例として、特開２０１３−１３４１６０号公報（特許文献１）には、鋼管の管端直角度測定装置が開示されている。この装置は、２個のレーザ距離計と光切断型レーザセンサを用いて、測定データを座標変換し直角度を測定する。

特開２０１３−１３４１６０号公報

指示計器の測定子をスライドさせることによる直角度測定の場合、テーブルに対するスライド部の直角度およびスライド部の走り平行度が誤差として現れるため、直角度を高精度に測定することが困難となる。

上記方法Ａではテーパアーバへの取り付け時の軸受の姿勢が測定結果に大きく影響するため、取り付け後に打撃調整による姿勢矯正が必要となる。打撃調整は人手による作業のため、作業者間で測定結果に差が生じる恐れがある。

また上記方法Ｂでは内輪内径面をテーブルおよび２個の固定支持に押し当てながら内輪のみを回転させる必要がある。そのため２方向の加圧を行いながら内輪を回転させるため、人手による回転では、テーブルからの浮きや固定支持からの離れが起こり、測定計器の測定子に針飛びが発生する恐れがある。

さらに方法Ａ、方法Ｂともに直角度測定は作業者のスキルに依存し、自動化が困難である。

一方、特開２０１３−１３４１６０に開示された測定方法は、作業者のスキルに依存しない自動化に適した方法であるが、転がり軸受のように肉厚の厚い円筒物を精度よく測定することは難しい。また、転がり軸受の多くが角部にＲがついているため、これも上記方式では測定誤差となりやすい。さらに、装置に関しては回転軸の振れ成分が測定結果に影響するため、転がり軸受のように数μｍレベルの高精度な測定を要求される場合、自動化が困難である。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、転がり軸受の内径の軸線（内輪の回転軸）に対する内輪側面の直角度を作業者のスキルに依存せず精度良く測定する装置を提供することである。

本発明は、転がり軸受の内径の軸線に対する内輪の側面の直角度を測定する装置に関する。転がり軸受直角度測定装置は、測定対象軸受の内輪の側面を当接させた状態で固定する回転テーブルと、回転テーブルを回転させた状態で、回転テーブルからの第１距離および第１距離とは異なる第２距離における測定対象軸受の内輪の内径面の回転テーブルの回転軸に直交する方向の変位を測定する変位センサとを備える。

好ましくは、転がり軸受直角度測定装置は、第１距離における変位と第２距離における変位との差分に基づいて、内径の軸線に対する内輪の側面の直角度を算出する演算装置をさらに備える。

より好ましくは、変位センサは、測定対象軸受を載置していない回転テーブルを回転させた状態で、回転テーブルの載置面の内輪の側面を載置する載置位置の変位を計測することが可能に構成される。演算装置は、回転テーブルの第１の回転角の載置位置の変位に基づいて第１の回転角に対応する差分を補正する。

本発明の転がり軸受の直角度測定方法は、転がり軸受の内径の軸線に対する内輪の側面の直角度を測定する方法であって、回転テーブルに測定対象軸受の内輪の側面を当接させた状態で固定するステップと、回転テーブルを回転させた状態で、回転テーブルからの第１距離および第１距離とは異なる第２距離における測定対象軸受の内輪の内径面の回転テーブルの回転軸に直交する方向の変位を測定するステップと、第１距離における変位と第２距離における変位との差分に基づいて、内径の軸線に対する内輪の側面の直角度を算出するステップとを備える。

本発明によれば、従来手法と比較して、転がり軸受の内径軸線に対する内輪側面の直角度を作業者のスキルに依存せずに高精度に測定することが可能となり、自動機への適用も可能となる。

本実施の形態の転がり軸受直角度測定装置の構成を示す図である。 変位センサの動作を説明するための図である。 内径軸線に直交する面に対して内輪側面が角θ傾いた軸受の内輪断面の模式図である。 本実施の形態に係る転がり軸受の直角度測定方法の処理を説明するためのフローチャートである。 回転テーブルの載置面の振れ波形の測定方法を説明するための図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。

図１は、本実施の形態の転がり軸受直角度測定装置の構成を示す図である。図１を参照して、転がり軸受直角度測定装置１００は、転がり軸受１の内径の軸線に対する内輪１１の側面の直角度を測定する装置である。転がり軸受直角度測定装置１００は、測定対象軸受１の内輪１１の側面を載置面に当接させた状態で固定する回転テーブル３と、変位センサ５とを備える。

測定対象となる軸受１の内輪側面を静圧スピンドル２（非繰り返し回転精度が良好なため静圧スピンドルを選択する）上の回転テーブル３（基準面）にセットする。軸受１の反対側の内輪側面を開閉可能なチャック４により押圧し、静圧スピンドル上のテーブル３に軸受１の内輪１１を固定する。そして、変位センサ５の測定子１５を内輪１１の内径面に接触させる。

図２は、変位センサの動作を説明するための図である。図２を参照して、変位センサ５は、回転テーブル３を回転しながら、回転テーブル３からの第１距離ｂ_１における、回転テーブル３の回転軸Ｏ_１に直交する方向Ｒの内輪１１の内径面の変位を測定する。

また、変位センサ５は、電動アクチュエータ８によって上下方向にスライド可能に構成されている。測定位置を位置Ｐ_１から位置Ｐ_２に変えることによって、回転テーブル３からの第２距離ｂ_２における、回転軸Ｏ_１に直交する方向Ｒの内輪１１の内径面の変位を測定することも可能である。すなわち、変位センサ５は、回転テーブル３からの高さを変えることが可能であり、第１距離ｂ_１と第２距離ｂ_２で内輪１１の内径面の振れを測定可能である。

再び図１を参照して、制御装置２０は、モータ６によって、静圧スピンドル２を回転させ、１回転分のエンコーダ７の位相とそれに対応する変位センサ５の測定結果とを内径面の振れ波形としてメモリ２４に保存する。制御装置２０は、次に変位センサ５を電動アクチュエータ８によって上方向に移動させ、測定位置の回転テーブル３からの高さを第１距離ｂ_１から第２距離ｂ_２に変えて（図２参照）同様に測定を行ない、内径の振れ波形をメモリ２４に保存する。すなわち、高さを変えた内輪１１の２つの断面における内径側表面の形状（内径断面）が測定される。この時、初めに測定した内径断面を第１測定断面、次に測定した内径断面を第２測定断面とする。

各エンコーダ位相において第２測定断面の内径の振れ波形から第１測定断面の内径の振れ波形を引いたものを差分振れ波形とし、算出式を用いて、差分振れ波形を内径軸線に対する内輪側面の振れ波形に換算する。この内輪側面の振れ波形の最大値−最小値の１／２が内径軸線に対する内輪測面の直角度を示す。この値が０に近いほど直角度は直角に近い。

好ましくは、転がり軸受直角度測定装置１００は、第１距離ｂ_１における測定子１５の変位と第２距離ｂ_２における測定子１５の変位との差分に基づいて、内径の軸線に対する内輪１１の側面の直角度を算出する演算部２２をさらに備える。

以下、内径軸線に対する内輪側面の振れ波形の算出式の導出について説明する。
図３は、内径軸線に直交する面に対して内輪側面が角θ傾いた軸受の内輪断面の模式図である。図３では、内径軸線Ｏ_２に直交する面に対して内輪側面ＳＳ１が角θ傾いた軸受を、回転軸Ｏ_１に対して内径軸線Ｏ_２が基準面上で距離Ｏ−Ｏ’だけずれた位置にセットした場合が示される。なお、理解の容易のために、側面ＳＳ２よりも側面ＳＳ１の傾きを強調した角θが大きい例が示されている。

第１測定断面と第２測定断面における変位センサ５の測定子１５の接触部をそれぞれ点Ａ_１、点Ａ_２とする。点Ａ_１と点Ａ_２から測定回転軸Ｏ_１に対して下した垂線と測定回転軸Ｏ_１との交点をそれぞれ点Ｂ_１、点Ｂ_２とする。線分Ａ_１Ｂ_１および線分Ａ_２Ｂ_２と内径軸線との交点をそれぞれ点Ｃ_１、点Ｃ_２とする。点Ｃ_１から線分Ａ_２Ｂ_２に下した垂線の交点を点Ｄとする。

第２測定断面の測定値（点Ａ_２の水平方向位置に相当）から第１測定断面の測定値（点Ａ_１の水平方向位置に相当）を引いた値をＳ_ｄｒとすると、線分Ｃ_２Ｄの長さはＳ_ｄｒと等しい。そのため、以下の式（１）が成り立つ。

Ｃ_２Ｄ＝Ｓ_ｄｒ …（１）
第１測定断面と第２測定断面のテーブルの載置面からの距離をｂ_１、ｂ_２とすると、以下の式（２）が成り立つ。

ＤＣ_１＝ｂ_２−ｂ_１ …（２）
角Ｃ_２Ｃ_１Ｄは傾き角θと等しいことから、三角形Ｃ_２Ｃ_１Ｄには以下の式（３）が成り立つ。

ｔａｎθ＝Ｃ_２Ｄ／ＤＣ_１ …（３）
式（１）、式（２）、式（３）より、以下の式（４）が成り立つ。

ｔａｎθ＝Ｓ_ｄｒ／（ｂ_２−ｂ_１） …（４）
また、この時の内径軸線Ｏ_２の方向に沿った内輪側面ＳＳ１の変位量をＳ_ｄとすると、Ｓ_ｄは呼び軸受内径ｄに対する傾き角θの三角関数で表すことができることから、以下の式（５）が成り立つ。

ｔａｎθ＝Ｓ_ｄ／ｄ …（５）
式（４）、式（５）から、以下の式（６）が成り立つ。

Ｓ_ｄ＝ｄ・Ｓ_ｄｒ／（ｂ_２−ｂ_１） …（６）
式（６）のＳ_ｄｒが差分振れ波形を示すとすると、Ｓ_ｄは内輪側面の振れ波形を示す。そのため式（６）を用いて差動振れ波形を内輪側面ＳＳ１の振れ波形に換算することができる。

また、直角度を示す傾き角θは、式（４）から、以下の式（７）で表される。なお、ここでのＳ_ｄｒは、回転テーブルを１回転させた場合の差分の最大値である。

θ＝ｔａｎ^−１（Ｓ_ｄｒ／（ｂ_２−ｂ_１）） …（７）
図４は、本実施の形態に係る転がり軸受の直角度測定方法の処理を説明するためのフローチャートである。図１、図４を参照して、本実施の形態の転がり軸受の直角度測定方法は、転がり軸受の内径の軸線に対する内輪の側面の直角度を測定する方法であって、ステップＳ１，Ｓ２，Ｓ３を含む。

ステップＳ１では、回転テーブル３の載置面に軸受１の内輪１１の側面を当接させた状態でチャック４を閉じて回転テーブル３に軸受１を固定する。

ステップＳ２では、回転テーブル３を回転させながら、回転テーブル３の載置面からの距離ｂ_１、ｂ_２における、回転テーブル３の回転軸Ｏ_１に直交する方向の内輪１１の内径面の変位を測定する。ステップＳ２は、ステップＳ２Ａ，Ｓ２Ｂ，Ｓ２Ｃ，Ｓ２Ｄを含む。

ステップＳ２Ａでは、制御装置２０は、第１距離ｂ_１に変位センサ５の測定子１５をセットする。ステップＳ２Ｂでは、制御装置２０は、回転テーブル３を回転させて、第１変位データを取得し、メモリ２４に記憶する。

ステップＳ２Ｃでは、制御装置２０は、第２距離ｂ_２に変位センサ５の測定子１５をセットする。ステップＳ２Ｄでは、制御装置２０は、回転テーブル３を回転させて、第２変位データを取得し、メモリ２４に記憶する。

ステップＳ３では、制御装置２０は、演算部２２において、第１距離ｂ_１における変位と第２距離ｂ_２における変位との差分に基づいて、内径の軸線に対する内輪の側面の直角度を算出する。直角度の算出には、上記の式（１）〜（６）を使用することができる。

本実施の形態では、回転テーブル３の載置面に軸受の内輪側面ＳＳ１を固定し、軸受内径面を変位センサ５により２断面分測定し、軸受内径面の振れを２断面の差分によって求め、算出式により直角度に換算する。２断面の差分を用いることで、軸受内径面の真円度の影響と回転中心と軸受内径面の芯ズレの影響を除去することができる。

但し、式（６）により求められた内輪側面の振れ波形には回転テーブル３の載置面の振れ成分が付加されている。そのため回転テーブル３の載置面の振れ波形を測定し、これを内輪側面の振れ波形から除去することが望ましい。

図５は、回転テーブルの載置面の振れ波形の測定方法を説明するための図である。図５を参照して、測定対象の軸受１をセットしない状態で、スピンドル２上のテーブル３の載置面上の内輪１１の側面ＳＳ１（図３参照）を載置する載置位置に変位センサ５の測定子１５を当てる。制御装置２０は、モータ６によって静圧スピンドル２を回転させ、１回転分のエンコーダ７の位相とそれに対応する変位センサ５の測定結果を回転テーブル３の載置面の振れ波形としてメモリ２４に記憶保存する。

ある回転角における回転テーブルの載置面の変位に基づいて、その回転角において測定された内輪側面の差分を補正する。制御装置２０は、演算部２２において保存した回転テーブル３の載置面の振れ波形を、式（６）によって求められた内輪側面の振れ波形から引き算することによって、回転テーブルの載置面の振れ成分を除去することができる。

以上説明したように、変位センサ５は、測定対象軸受１を載置しない状態で回転テーブル３を回転しながら、回転テーブル３の載置面の内輪の側面を載置する載置位置の変位を計測することが可能に構成される。演算部２２は、差分から対応する回転角（エンコーダ７の位相）の載置位置の変位を引くことによって差分を補正する。

変位センサ５により回転テーブル３の載置面の振れを測定し、軸受の直角度測定結果から引くことで、回転中心に対する回転テーブルの載置面の振れ成分を除去することができ、一層精度を高めることができる。

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 軸受、２ 静圧スピンドル、３ 回転テーブル、４ チャック、５ 変位センサ、６ モータ、７ エンコーダ、８ 電動アクチュエータ、１１ 軸受内輪、１２ 軸受外輪、１３ 転動体、１５ 測定子、２０ 制御装置、２２ 演算部、２４ メモリ、１００ 直角度測定装置。

Claims (4)

1. 転がり軸受の内径の軸線に対する内輪の側面の直角度を測定する装置であって、
   前記内輪の側面を載置面に当接させた状態で固定する回転テーブルと、
   前記回転テーブルを回転させた状態で、前記回転テーブルの載置面からの第１距離および前記第１距離とは異なる第２距離における、前記回転テーブルの回転軸に直交する方向の前記内輪の内径面の変位を測定する変位センサとを備える、転がり軸受直角度測定装置。
2. 前記第１距離における変位と前記第２距離における変位との差分に基づいて、前記内径の軸線に対する前記内輪の側面の直角度を算出する演算装置をさらに備える、請求項１に記載の転がり軸受直角度測定装置。
3. 前記変位センサは、前記転がり軸受を載置していない前記回転テーブルを回転させた状態で、前記回転テーブルの載置面の前記内輪の側面を載置する載置位置の変位を計測することが可能に構成され、
   前記演算装置は、前記回転テーブルの第１の回転角の前記載置位置の変位に基づいて前記第１の回転角に対応する前記差分を補正する、請求項２に記載の転がり軸受直角度測定装置。
4. 転がり軸受の内径の軸線に対する内輪の側面の直角度を測定する方法であって、
   回転テーブルの載置面に前記内輪の側面を当接させた状態で固定するステップと、
   前記回転テーブルを回転させた状態で、前記回転テーブルの載置面からの第１距離および前記第１距離とは異なる第２距離における、前記回転テーブルの回転軸に直交する方向の前記内輪の内径面の変位を測定するステップと、
   前記第１距離における変位と前記第２距離における変位との差分に基づいて、前記内径の軸線に対する前記内輪の側面の直角度を算出するステップとを備える、転がり軸受の直角度測定方法。

Images