JP2023045902A - Screw shaft glossiness degree evaluation device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ボールねじにおけるねじ軸の光沢度を評価するねじ軸光沢度評価用装置に関するものである。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a screw shaft glossiness evaluation device for evaluating the glossiness of a screw shaft in a ball screw.
ボールねじにおけるねじ軸の製造工程における完成検査項目の一つにねじ溝面の光沢度がある。 One of the completion inspection items in the manufacturing process of the screw shaft of the ball screw is the glossiness of the screw groove surface.
従来、このねじ軸におけるねじ溝面の光沢度を評価する方法としては、例えば、熟練の検査員の経験と感覚を頼りに目視で良否を判断したり、予め光沢度が良好であると判断されたサンプルと見比べて良否を判断するなど、人の目視による評価が行われていたが、前述した検査員の目視による評価方法では、ねじ軸の光沢度合いを定量的に評価することはできず、検査員によって評価結果の相違が生じたり、同じ検査員であっても評価結果がばらつく可能性があるなど、正確な評価を継続的に行うことができないという問題点があった。 Conventionally, as a method for evaluating the glossiness of the thread groove surface of the screw shaft, for example, a skilled inspector visually judges the quality based on the experience and feeling, or the glossiness is judged to be good in advance. Visual evaluation by human beings has been carried out, such as judging the quality by comparing it with a sample that has been prepared. There is a problem that the evaluation results may differ depending on the inspector, and the evaluation results may vary even by the same inspector.
ところで、従来においても、例えば特許文献1に開示されるような照射したレーザー光の反射光の光の量から光沢度を測定する光沢度測定装置(以下、従来例)が提案されているが、この従来例は、レーザー光を照射する測定部位が平面であることを前提したものであり、よって、ねじ軸のねじ溝面は3次元的に湾曲した複雑な形状をしていることから光沢度を良好に評価することができない。
By the way, conventionally, there has been proposed a glossiness measuring device (hereinafter referred to as a conventional example) for measuring glossiness from the amount of reflected light of irradiated laser light as disclosed in
本発明は、前述したような問題点に鑑みなされたもので、従来にない実用的なねじ軸光沢度評価用装置を提供する。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-described problems, and provides a practical apparatus for evaluating the glossiness of screw shafts that has never existed before.
添付図面を参照して本発明の要旨を説明する。 The gist of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
ボールねじにおけるねじ軸30の光沢度を評価するための装置であって、評価対象となるねじ軸30のねじ溝面30aにレーザー光を照射する照射部1と、この照射部1から照射されたレーザー光の前記ねじ溝面30aでの反射光を受光する受光部2と、この受光部2で受光した前記反射光の光の量と前記評価対象となるねじ軸30のねじ溝面30aにおけるねじ溝幅方向凹湾曲縁の曲率半径及びねじ溝螺旋方向凸湾曲縁の曲率半径を基に設定される基準となる反射光の光の量とから反射率を算出する反射率算出部とを備えたことを特徴とするねじ軸光沢度評価用装置に係るものである。
An apparatus for evaluating the glossiness of a
また、請求項1記載のねじ軸光沢度評価用装置において、前記基準となる反射光の光の量は、前記評価対象のねじ軸30のねじ溝面30aが鏡面であると仮定して該ねじ溝面30aにおけるねじ溝幅方向凹湾曲縁の曲率半径とねじ溝螺旋方向凸湾曲縁の曲率半径とを基に設定されることを特徴とするねじ軸光沢度評価用装置に係るものである。
Further, in the apparatus for evaluating screw shaft glossiness according to
また、請求項1,2いずれか1項に記載のねじ軸光沢度評価用装置において、前記照射部1及び前記受光部2が設けられるベース部3と、このベース部3に対設され前記ねじ軸30を支承するねじ軸支承部4とを備え、前記ベース部3に設けられた前記照射部1及び前記受光部2と前記ねじ軸支承部4で支承された前記ねじ軸30の相対位置を調整可能に構成されていることを特徴とするねじ軸光沢度評価用装置に係るものである。
Further, in the apparatus for evaluating screw shaft glossiness according to any one of
また、請求項3記載のねじ軸光沢度評価用装置において、前記ベース部3には、前記ねじ軸支承部4で支承した前記ねじ軸30に対する平行移動方向としての第一直線方向Xと、この第一直線方向Xと直交し前記ねじ軸支承部4で支承した前記ねじ軸30に対する切離移動方向としての第二直線方向Yと、前記第一直線方向X及び前記第二直線方向Yと直交し昇降移動方向としての第三直線方向Zへの移動を可能にして、前記照射部1及び前記受光部2と前記ねじ軸支承部4で支承された前記ねじ軸30の相対位置を調整可能にする可動部5が設けられていることを特徴とするねじ軸光沢度評価用装置に係るものである。
Further, in the apparatus for evaluating screw shaft glossiness according to
また、請求項4記載のねじ軸光沢度評価用装置において、前記可動部5は、前記ベース部3を鉛直回動させるように構成されていることを特徴とするねじ軸光沢度評価用装置に係るものである。
Further, in the apparatus for evaluating screw shaft glossiness according to
また、請求項3~5いずれか1項に記載のねじ軸光沢度評価用装置において、前記ねじ軸支承部4は、前記ねじ軸30を水平状態に支承するように構成されており、更に、支承した前記ねじ軸30を鉛直回動させる鉛直回動機構と、支承した前記ねじ軸30を水平回動させる水平回動機構とを備えたことを特徴とするねじ軸光沢度評価用装置に係るものである。
Further, in the screw shaft glossiness evaluation device according to any one of
本発明は上述のように構成したから、ねじ軸の光沢度を定量的に評価することができるなど、従来にない実用的なねじ軸光沢度評価用装置となる。 Since the present invention is configured as described above, it is possible to quantitatively evaluate the glossiness of a screw shaft, thereby providing a practical screw shaft glossiness evaluation apparatus that has never existed before.
好適と考える本発明の実施形態を、図面に基づいて本発明の作用を示して簡単に説明する。 A preferred embodiment of the present invention will be briefly described with reference to the drawings showing the operation of the present invention.
本発明者は、ねじ軸30の製造時にねじ溝面30aに設定される2つの曲率半径(ねじ溝幅方向凹湾曲縁の曲率半径及びねじ溝螺旋方向凸湾曲縁の曲率半径)に着目し、本発明を完成させた。
The present inventor paid attention to the two curvature radii (curvature radius of the concave curved edge in the width direction of the thread groove and curvature radius of the convex curved edge in the spiral direction of the thread groove) set on the
即ち、ねじ軸30におけるねじ溝面30aの測定点に向けて照射部1からレーザー光を照射し、このレーザー光がねじ溝面30aで反射した反射光を受光部2で受光すると、この受光部2で受光した反射光の光の量と評価対象となるねじ軸30のねじ溝面30aにおけるねじ溝幅方向凹湾曲縁の曲率半径及びねじ溝螺旋方向凸湾曲縁の曲率半径を基に設定される基準となる反射光の光の量とから反射率が反射率算出部で算出され、この反射率により当該ねじ溝面30aの光沢度を評価する。
That is, when a laser beam is irradiated from the
従って、例えばロット生産されるねじ軸30に対して要求される光沢度であるか否かを定量的に評価することができる。
Therefore, for example, it is possible to quantitatively evaluate whether or not the glossiness is required for the
本発明の具体的な実施例について図面に基づいて説明する。 A specific embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
本実施例は、内周面にボール転動溝(無限循環路を構成するねじ溝)が螺旋状に形成された筒状のボールねじナットと、外周面にボール転動溝(ねじ溝30’)が螺旋状に形成されたねじ軸30と、ボールねじナットとねじ軸30との間に設けられる複数のボールとで構成されるボールねじにおけるねじ軸30の光沢度を評価するための装置であって、評価対象となるねじ軸30のねじ溝面30a(転動面)にレーザー光を照射する照射部1と、この照射部1から照射されたレーザー光のねじ溝面30aの反射光を受光する受光部2と、この受光部2で受光した反射光の光の量と評価対象となるねじ軸30のねじ溝面30aにおけるねじ溝幅方向凹湾曲縁の曲率半径及びねじ溝螺旋方向凸湾曲縁の曲率半径を基に設定される基準となる反射光の光の量とから反射率を算出する反射率算出部とを備えたものである。
In this embodiment, a cylindrical ball screw nut having spirally formed ball rolling grooves (screw grooves forming an endless circulation path) on the inner peripheral surface, and a ball rolling groove (screw groove 30') on the outer peripheral surface. ) is a device for evaluating the glossiness of the
尚、本実施例は、ねじ軸30のねじ溝面30aとして二つの円弧を重ね合わせた形状(通称:ゴシックアーチ形状)のねじ溝面30aを採用しているが、単一円弧のねじ溝面30aでも良いなど、本実施例の特性を発揮するものであれば適宜採用するものである。
In this embodiment, as the
具体的には、本実施例は、図1,2に図示したように照射部1及び受光部2は方形板状のベース部3の上部に設けられ、後述するねじ軸支承部4の対向位置に設けられており、このベース部3に設けられた照射部1及び受光部2とねじ軸支承部4で支承されたねじ軸30の相対位置を調整可能に構成されている。
Specifically, in this embodiment, as shown in FIGS. 1 and 2, the
この照射部1の光軸と受光部2の光軸は、図3に示すように測定軸lcと同一平面内に設けられている。
The optical axis of the
また、それぞれの光軸は、測定軸lcに対して角度ε(入射角と反射角)だけ傾きかつ焦点Oを起点とする直線ltまたはlsに一致する。 Each optical axis is aligned with a straight line lt or ls which is inclined by an angle ε (angle of incidence and angle of reflection) with respect to the measurement axis lc and whose origin is the focal point O. FIG.
また、この照射部1及び受光部2が設けられるベース部3は、装置本体10の上部に可動部5を介して設けられている。
Also, the
この可動部5は、ねじ軸支承部4で支承したねじ軸30に対する平行移動方向としての第一直線方向X(左右方向)と、この第一直線方向Xと直交しねじ軸支承部4で支承したねじ軸30に対する切離移動方向としての第二直線方向Y(前後方向)と、第一直線方向X及び第二直線方向Yと直交し昇降移動方向としての第三直線方向Z(鉛直方向)への移動を可能にして、照射部1及び受光部2とねじ軸支承部4で支承されたねじ軸30の相対位置を調整可能にするように構成されている。
The
図14,15は別実施例であり、可動部5は、ベース部3を左右に傾く鉛直回動(ねじ軸30の軸心と直交する水平軸を中心に鉛直面内を回動)させるように構成され、更に、照射部1及び受光部2も適宜な位置(ねじ軸30の軸心に対して測定軸が45度となる位置)に設けられている。
FIGS. 14 and 15 show another embodiment, in which the
ねじ軸支承部4は、図1,2に図示したようにねじ軸30を軸心が水平となる水平状態に支承するように構成されており、更に、支承したねじ軸30を鉛直回動(軸心と直交する水平軸を中心に鉛直面内を回動)させる鉛直回動機構と、支承したねじ軸30を水平回動(軸心と直交する鉛直軸を中心に水平面内を回動)させる水平回動機構とを備えている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the screw
具体的には、装置本体10の上部にしてベース部3(照射部1及び受光部2)の対向位置に支持台部材4bが水平回動自在に設けられて支承したねじ軸30を水平回動させる水平回動機構として構成され、この支持台部材4bの上部左右位置にねじ軸30を架設状態に載置支承する一対の支承部材4aが設けられ、支承したねじ軸30を鉛直回動させる鉛直回動機構として構成されている。
Specifically, a
また、支承部材4aの上部にはねじ軸30を篏合係止する逆三角形状の凹部4a’が設けられており、ねじ軸30を安定的に支承するように構成されている。
An inverted triangular
従って、ねじ軸支承部4は、ねじ軸30の測定点Mにおける法線lnが、測定軸lcと同じ方向で、且つねじ溝幅方向がX方向、ねじ溝螺旋方向がZ方向となるようにねじ軸30を保持できる構造となっている。
Therefore, the screw
このため、ねじ溝30’の底部(最も低い部位)における光沢を測定する場合は、図4~8に示すようにねじ軸支承部4はねじ軸30を測定点M上のリード角βbだけ傾けた状態で保持する。一方、ねじ溝30’のボール接触部における光沢を測定する場合は、図9~13に示すようにねじ軸支承部4を測定点M上のリード角βcだけ傾け、さらに接触角αだけ回転した状態で保持する。
Therefore, when measuring the gloss at the bottom (lowest part) of the screw groove 30', the screw shaft support 4 tilts the
また、本実施例は、前述したように受光部2で受光した反射光の光の量と評価対象となるねじ軸30のねじ溝面30aにおける互いに直交する2方向の曲率半径(ねじ溝幅方向凹湾曲縁の曲率半径及びねじ溝螺旋方向凸湾曲縁の曲率半径)を基に設定される基準となる反射光の光の量とから反射率γを算出する反射率算出部(図示省略のコンピュータシステム)を備えている。
In addition, as described above, the present embodiment is based on the amount of reflected light received by the
具体的には、基準となる反射光の光の量は、評価対象のねじ軸30のねじ溝面30aが鏡面であると仮定して該ねじ溝面30aにおけるねじ溝幅方向凹湾曲縁の曲率半径とねじ溝螺旋方向凸湾曲縁の曲率半径とを基に設定されており、よって、測定点Mにおける反射率γは、(受光部2で受光した反射光の光の量)/(基準となる反射光の光の量)×100%で算出される。
Specifically, assuming that the
符号6はアンプ部、7はオシロスコープである。 Reference numeral 6 is an amplifier section, and 7 is an oscilloscope.
以上の構成から成る本実施例に係るねじ軸光沢度評価用装置の有用性について説明する。 The usefulness of the screw shaft glossiness evaluation apparatus according to the present embodiment having the above configuration will be described.
ねじ軸支承部4でねじ軸30を支承した状態で、図16に示すように受光部2と焦点Oの間のY方向の距離Lcと、受光部2とねじ軸30のねじ溝面30a上の測定点Mまでの距離LMが等しくなるように、ベース部3のY方向の位置を可動部5を可動させて調整する。
With the
続いて、ねじ軸30の測定点M付近にレーザー光が照射されるように、ベース部3のXとZの2方向の位置を可動部5を可動させておおまかに調整したうえで、測定点Mの法線lnと測定軸lcが一致するまで、ベース板のXとZの2方向に位置を微調整する。
Subsequently, the position of the
図17に示すように、測定点Mの法線lnと測定軸lcがずれている場合は、反射光の向きがずれて受光部2の受光量の値が低くなるが、法線lnと測定軸lcが一致すると受光量はピークとなるため、オシロスコープ7などで受光量の値を確認しながらベース部3のXとZの2方向の位置を調整することで、ピークの受光量の値を測定することができる。
As shown in FIG. 17, when the normal line ln of the measurement point M is deviated from the measurement axis lc, the direction of the reflected light is shifted and the amount of light received by the
照射部1から照射されたレーザー光は、図18のような光量分布の形状となり、中心からの距離rの位置における光量Iは次式(1)で表される。
The laser light emitted from the
ここで、I0はレーザー光のビーム中央の光量、ω0は、Iの値がI0の0.135倍になるときのrの値を表す。I0及びω0の値は、レーザー光の分布波形を測定することで求めることができる。 Here, I0 represents the light intensity at the center of the laser beam, and ω0 represents the value of r when the value of I is 0.135 times I0 . The values of I 0 and ω 0 can be obtained by measuring the distribution waveform of laser light.
また、図18中の面積A0は次式(2)で表される。 Also, the area A0 in FIG. 18 is represented by the following equation (2).
ここで、r0は受光部2の中にある集光レンズの半径を表し、これが受光部2の光量検出範囲となる。
Here, r 0 represents the radius of the condensing lens in the
よって、照射されたレーザー光全体の光量V0は、次式(3)で表され、この値は平面ミラーにレーザー光を照射したときの受光部2の受光量と等しくなる。
Therefore, the total light quantity V0 of the irradiated laser light is represented by the following equation (3), and this value is equal to the light receiving quantity of the
この照射されたレーザー光は、直交する2方向の曲率半径(ねじ溝幅方向凹湾曲縁の曲率半径及びねじ溝螺旋方向凸湾曲縁の曲率半径)を持った測定点Mで反射することによりねじ溝幅方向及びねじ溝螺旋方向では、図19,20のように広がり、受光部2の位置では長軸a、短軸bの楕円となる。
The irradiated laser beam is reflected at a measurement point M having two orthogonal curvature radii (curvature radius of concave curved edge in the width direction of the thread groove and curvature radius of convex curved edge in the spiral direction of the thread groove), thereby forming a screw. 19 and 20, and becomes an ellipse with a major axis a and a minor axis b at the position of the
ここで、a,bの長さは、測定点Mにおける曲率半径ra,rsの値によって定まる。 Here, the lengths of a and b are determined by the values of the curvature radii r a and r s at the measurement point M, respectively.
このため、受光部2の位置における反射光の光量分布は、図18の分布から図21のような楕円状に広がった分布形状に変化し、角度位置θで中心からの距離rの位置における光量Iは、測定点Mが反射率100%(鏡面)と仮定すると、次式(4)で表される。
Therefore, the light amount distribution of the reflected light at the position of the
ここで、I1はレーザー光のビーム中央の光量を、ω(θ)は角度位置θにおいてIの値がI1の0.135倍になるときのrの値を表す。I1,ω(θ)の値は、前記の式(1)とa,bの値から算出することができる。 Here, I1 represents the amount of light at the center of the laser beam, and ω(θ) represents the value of r when the value of I is 0.135 times I1 at the angular position θ. The values of I 1 and ω(θ) can be calculated from the above equation (1) and the values of a and b.
また、図21中の面積A1は次式(5)で表される。 Also, the area A1 in FIG. 21 is represented by the following equation (5).
よって、受光部2の集光レンズに入る反射光の光量V1は次式(6)で表され、この値は測定点Mが反射率100%(鏡面)の場合の受光部2の受光量と等しくなる。
Therefore, the light amount V1 of the reflected light entering the condenser lens of the
よって、測定点Mにおける反射率γは、(実際の反射光の光の量VP)/(鏡面の場合の反射光の光の量V1)×100%となり、次式(7)によって算出することができる。 Therefore, the reflectance γ at the measurement point M is (actual reflected light amount V P )/(reflected light amount V 1 in the case of a mirror surface)×100%, and is calculated by the following equation (7). can do.
図22は、本実施例に係る照射部1と受光部2を用いて測定したテストピース(ステンレス製の平板)の反射率(受光量/照射光量×100%)と、このテストピースを汎用の光沢計(日本電色工業(株)製のPG-1M)で測定したときの光沢度の測定値を比較したものである。この図から、レーザー光により測定した反射率は、テストピースの表面性状や光源の入射角/反射角によらず、汎用の光沢計で測定した光沢度の測定値と相関が高いことがわかる。よって、表面の光沢の度合いは、光沢計で測定した場合と同様にレーザー光の反射率によって評価することができるものと考えられる。
FIG. 22 shows the reflectance (amount of received light/amount of irradiated light x 100%) of a test piece (flat plate made of stainless steel) measured using the
本実施例は上述のように構成したから、ねじ軸30のねじ溝面30aの測定点に向けて照射部1からレーザー光を照射し、このレーザー光がねじ溝面30aで反射した反射光を受光部2で受光すると、この受光部2で受光した反射光の光の量と評価対象となるねじ軸30のねじ溝面30aにおけるねじ溝幅方向凹湾曲縁の曲率半径及びねじ溝螺旋方向凸湾曲縁の曲率半径を基に設定される基準となる反射光の光の量とから反射率が反射率算出部で算出され、この反射率を評価基準として用いる。
Since the present embodiment is constructed as described above, the
よって、本実施例によれば、例えばロット生産されるねじ軸30に対して要求される光沢度であるか否かを定量的に評価することができる。
Therefore, according to the present embodiment, it is possible to quantitatively evaluate whether or not the glossiness is required for the
尚、本発明は、本実施例に限られるものではなく、各構成要件の具体的構成は適宜設計し得るものである。 It should be noted that the present invention is not limited to this embodiment, and the specific configuration of each component can be appropriately designed.
X 第一直線方向
Y 第二直線方向
Z 第三直線方向
1 照射部
2 受光部
3 ベース部
4 ねじ軸支承部
5 可動部
30 ねじ軸
30a ねじ溝面
X First linear direction Y Second linear direction Z Third
30 screw shaft
30a thread groove surface
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