JP2589132B2

JP2589132B2 - 歯車の歯当たり測定装置

Info

Publication number: JP2589132B2
Application number: JP63061667A
Authority: JP
Inventors: 整石黒; 恵弘葉山
Original assignee: Koyo Seiko Co Ltd; Toyota Motor Corp
Current assignee: Koyo Seiko Co Ltd; Toyota Motor Corp
Priority date: 1988-03-14
Filing date: 1988-03-14
Publication date: 1997-03-12
Anticipated expiration: 2012-03-12
Also published as: JPH01233306A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］この発明は歯車の歯当たり測定装置、特に歯面が曲面
を形成するハイポイドギア等の前進面に当たる凸面の歯
当たり測定に関する。

［従来の技術］従来から、実際装置における歯車の噛み合い状態等を
知るために、歯車の歯当たりの測定が行われている。

即ち、歯当たりの良否は振動や騒音の発生に深く関係
し、歯の損傷にも大きく影響を及ぼすからである。

そして、このような歯車の歯当たりに測定方法とし
て、歯車の歯面に塗料を塗布し、歯車を噛み合わせ回転
させ、この歯車の噛み合わせ回転に伴う塗料の剥離、転
写の度合をみるものが知れれている。そして、測定方法
においては剥離等の度合を人間の目視によって行ってい
た。

更に、特開昭60−82905〜７号公報には、TVカメラに
よって塗料の剥離状態を撮像し、このTVカメラで得られ
たデータをコンピュータで処理し、歯車の歯当たりを測
定する方法について提案されている。即ち、これら公報
に記載された方法によれば、歯面をTVカメラによって撮
影する。そしてこのTVカメラで得られたビデオ信号をデ
ジタル信号に変換し、これをコンピュータに入力する。
そして、このコンピュータにおいては入力されたデータ
の濃淡によって塗料剥離の状態を判定し、これを画像情
報としてモニタ等に出力している。

また、塗料として蛍光塗料を用い、光源として赤外線
ランプを用いること、画像情報のデータを演算処理して
歯車精度の合否又は等級判断を行うことも提案されてい
る。

［発明が解決しようとする課題］従来の人間の目視による歯当たりの測定は、その測定
に熟練を要し、また測定者によってその結果が異なるこ
とから、客観的な評価を行うことが難しかった。また、
前述の特開昭60−82905〜７号公報に記載された方法に
おいても次のような問題点があった。

（イ）歯車の歯当たりの場合、歯当たり部から歯当たり
のない部分の境界部は濃淡が徐々に変わるようになって
いる。このため、TVカメラから見て歯の面全体に等しい
強さで光が照射されていなければならない。即ち、VTカ
メラはその視野内の濃淡を検出するものであるから、視
野内は本来あるべき状態の濃淡になっていなければなら
ないのである。例えば、歯面における光の照射強度にむ
らがあって、歯当たりのない部分が歯当たり部と等強度
でTVカメラに受光されてしまうと、その両方が歯当たり
面と見なされ、歯当たり形状を誤って認識してしまい、
正しい測定が行えない。

また、照明装置の電源電圧の変動や劣化により照射強
度が変動すると、歯当たり部も含め歯面全体の照射強度
が変動してしまう。ここで歯当たり部の認識はある濃淡
レベルを境界値として行っているため、同一の歯車の同
一歯当たりでも照射強度の変動に合わせて認識される大
きさが変動することになる。このため、歯当り形状の認
識を正しく行えない。

（ロ）更に、歯面が曲面で構成されているものに対する
対策がなされていない。このため、曲面に対する照明が
均一に行えず、このような歯車の当たりを正確に測定す
ることができない。

尚、このような歯面が曲面で形成されている歯車とし
ては、例えば第６図に示すようなハイポイドギア10があ
る。

この発明は、このような従来の問題点に鑑みて為され
ていたものであって、歯車の歯当たりを正確に測定する
ことがえきる歯車の歯当たり測定装置を提供することを
課題とする。

［課題を解決するための手段］この発明に係る歯車の歯当り測定装置は、前記凸曲面
に光を直接照射する凸曲面用照明装置と、他の歯面に光
を直接照射する他面用照明装置と、前記照明装置からの
光を反射する反射手段であって、反射光を前記凸曲面に
導き前記凸曲面用照明装置からの光を補完する反射手段
と、を有することを特徴とする。

［作用］この発明における歯車の歯当たり測定にあっては、最
初に歯面が曲面を形成するハイポイドギア等の歯車の塗
料を塗布し、他の歯車との噛合わせ回転によって歯当た
り部に剥離等の生じた被測定歯車を作成する。

そして、この歯車の凹面及び凸面に光を照射する。こ
の光の照射は、凹面用の照明装置及び凸面用の照明装置
によって行うが、凸面には照明装置からの光を反射する
反射手段からの光も導かれる。このため、凸面全体に均
一な強度で光が照射される。

そこで、凸面及び凹面からの反射光は歯車の歯当たり
状態に正確に対応したものとして受光手段によって受光
され、その受光強度によって歯車の歯当たりが測定され
る。

このため、歯車の歯当たりを効率的に高精度で測定す
ることができる。

［実施例］次に、この発明に係る歯車の歯当たり測定装置につい
て、図面に基づいて説明する。第１図において、測定対
象であるハイポイドギヤ10は回転テーブル12に着脱自在
にセットされる。ここで、このハイポイドギヤ10は自動
車のディファレンシャルギヤのリングギヤ等に広く利用
されている。そして、回転テーブル12はサーボモータ14
によって、所定の回転が行われるよう制御される。受光
手段としてのTVカメラ20はハイポイドギヤ10の前進面、
すなわち凸状面用のものである。また、TVカメラ22はハ
イポイドギヤ10の後退面、すなわち凹面用のものであ
る。そして、この実施例においては、両TVカメラ20,22
としてCCDカメラ（Charge Coupled Device）が用いられ
ている。このCCDカメラは、その受光面に縦横二次元的
に配置された所定数の光学素子を有しており、その幅方
向、深さ方向の場所の受光強度に応じた信号を出力す
る。このため、歯車の歯面全体をカメラの視野に入れる
と歯面全体の反射光強度を一度に検出することができ
る。

尚、歯車性能にとっては、歯の前進面及び後退面の両
方の歯当たりが重要である。従来例の装置では、一度の
計測動作によっていずれ片面した見ることができなかっ
た。このため、反対の面を計測する場合、TVカメラと照
明の設置位置を変更することが必要である。この位置変
更は、測定において重要であり、これに多大な工数を必
要とした。そのため、ハイポイドギヤ10の前進面と後退
面とにそれぞれ独立してTVカメラ20,22を設置した。

また、照明装置24,26はそれぞれ主にハイポイドギヤ1
0の前進面と後退面を照らすものであり、両者からの光
全体によって、前進面と後進面が照らされている。この
実施例の場合、これら照明装置24,26としてハロゲンラ
ンプを用いている。これはハロゲンランプが劣化に対し
照度低下が少なく、寿命に達した場合には急激に照度低
下を起こすという特性をもつからである。これによって
照度の変化による測定誤差を減少することができる。

さらに、この照明装置24,26の駆動用電源としては、
ドロッパ方式の直流低電圧源を用いている。このため、
駆動電圧の変動が小さく照度の変化を最少限とすること
ができる。また、これら照明装置24,26の前面には、す
りガラス24a,26aが配置されている。このため、照明装
置24,26から照射されれ光線はすりガラス24a,26aによっ
て乱反射され、空間への照射むらを減少することができ
る。

一方、TVカメラ20は多関節アーム28で、TVカメラ22は
多関節アーム30で架台32に移動調整自在に固定されてい
る。

すなわち、これら多関節アーム28,30はTVカメラ20,22
の３次元移動を可能としている。また、照明装置24,26
もそれぞれ移動調整可能な支持装置34,36によって架台3
2に支持されている。そして、これらTVカメラ20,22及び
照明装置24,26を所定の方向に向けることよって、被測
定物であるハイポイドギヤ10の前進面及び後退面の両方
を均一に照射することができる。

更に、この実施例の装置においては、回転テーブル12
の近傍位置に反射手段としての反射板34が配置されてい
る。この反射板34は照明装置24,26から受けた光を反射
し、これをハイポイドギヤ10の前面に導くものである。
ハイポイドギヤ10はその歯面が曲面状となっており、前
面側が凸面後退側が凹面となっている。このため、凹面
側全体に光を均一に照射するのは容易であるが、凸面側
全体に光を均一に照射するのは難しい。そこで、反射板
34からの光によって照明装置24からの光を補完し、ハイ
ポイドギヤ10の前面全体に光を均一に照射することがで
きる。

尚、照明装置24,26もTVカメラ20,22と同様に支持装置
34,36を含多関節アームで支持している。そこで、TVカ
メラ20,22及び照明装置24,26はそれぞれの多関節アーム
によって前後、左右、上下と３つの方向を軸として回転
ができる。また、全ての関節にはクランプ装置が付けら
れているので、TVカメラ20,22及び照明装置24,26は任意
の位置に移動し、その位置で固定することができる。こ
れによって何らかの理由によりTVカメラ20,22及び照明
装置24,26が動いてしまった時の元の位置へ戻すなど必
要な調整が行える。このように、TVカメラ20,22及び照
明装置24,26によって、歯車の凸面及び凹面の歯当たり
測定をTVカメラ及び照明装置の設置位置を変更すること
無く行うことができる。また、もし設置位置の変更の必
要が生じた場合でも容易に位置変更及び固定を行うこと
ができる。

尚、通常の計測時には、これらTVカメラ20,22及び照
明装置24,26は固定された状態になっている。

ハイポイドギヤ10は回転テーブル12の上にセットされ
るが、これを回転させる場合原点位置が決定されない。
このため、計測の開始前に一度だけ歯面を正確にTVカメ
ラ20,22の視野に入れる必要がある。そこで、所定の割
り出し位置検出装置（図示せず）を設けハイポイドギヤ
10のピッチ端数原点位置を決定し、これに応じて回転テ
ーブル12の回転を制御する。すなわち、サーボモータ14
をNC38からの信号により駆動させてハイポイドギヤ10に
所定の回転を行わせている。また、NC38は計測したい歯
面をカメラ視野内の決められた位置に順次位置決めする
制御も行う。

架台30には、密閉箱状のものでその前面に扉40を有し
ている。そして、測定時にこの扉40を閉じることによ
り、外乱光の侵入を防止している。また、扉15が上方に
移動し、開いているときにはエア噴出パイプ42から真下
へ向かってエアを噴射し架台32と扉40によって形成され
た測定室44内に大気中の粉塵が侵入するのを防止してい
る。この結果、外乱光や粉塵等の影響を受けること無く
TVカメラによって得られた画像によって、正確な歯当た
りの測定ができる。

次に、第２図に基づいて画像処理及び回転テーブル12
の回転制御について説明する。画像処理コンピュータ50
は、TVカメラ20,22からのビデオ信号をA/D変換して得ら
れるデジタル信号を基に、歯当たりの抽出などを行うも
のである。

すなわち、歯当たり部の抽出及び歯当たりの各種幾何
形状計算、さらには計算結果に基づく歯当たりの良否判
定を行う。また、計算結果及び良否判定結果をホストコ
ンピュータ52に出力するとともに、計算結果良否判定結
果、TVカメラ20,22の生画像、さらには、処理画像のモ
ニタ画面をビデオプリンタ54へ出力する。また、この画
像処理コンピュータ50はプログラマブルコントローラ56
との間でTVカメラ20,22からのビデオ信号のサンプリン
グタイミングについてのい情報交換を行っている。

ホストコンピュータ52は画像処理コンピュータ50から
の情報をフロッピーディスク58a又は固定ディスク58bま
たはバブルカセットやICカード60等の外部記憶装置へ出
力できるようになっている。また、必要に応じてプリタ
バッファ62を介しプリンタ64に出力したり、モニタ66に
表示したりすることもできる。更に、画像処理コンピュ
ータ50が取り扱う各種画像処理条件の設定や記憶並びに
これらの転送を行う。

プログラマブルコントローラ56は本装置全体のシーケ
ンスを管理するこのであって、NC68や各種周辺装置70と
のやりとりを行っている。

測定室44内の全てのものの表面には艶消しの黒の塗装
を施し、照明装置24,26から照射される光が反射してTV
カメラ20,22に直接入射するのを防止する。

副操作盤72は、ハイポイドギヤ10とこれに噛み合わせ
駆動されるドライブピニオン（図示せず）との端数の比
である（ギヤ比）を選定するためのものである。すなわ
ち、この副操作盤72により割り出し角度などの違う複数
のギヤ比のハイポイドギヤ10に対応した計測が行える。

なお、操作盤80は、装置全体の電力供給各種部材の状
態表示、指令入力などを行うものである。

第３図にTVカメラ20,22のセット状態を示す。

すなわち、画像の歪みを極力小さくするためには、次
の２つの条件を満足することが必要である。

（イ）歯形方向については、隣りの歯が邪魔にならない
ぎりぎりの位置にTVカメラ20,22を配置すること。

（ロ）歯すじ方向については、歯面中央付近でTVカメラ
20,22の配置方向が歯すじ方向に対しほぼ直角になるこ
と。

そこで、第３図のような歯すじに直角で角度αがなる
べく大きくなる位置にTVカメラ20,22を配置している。

また、歯の前進面と後退面とが等倍率になることが必
要であり、また精度向上のために作業性を損なわない範
囲で曲率倍率が大きくなる位置にセットする必要があ
る。

そこで、歯面からの距離が等しく、周辺機器との関係
を考慮した中で、なるべく近い位置にTVカメラ20,22を
設置している。

次に、第４図に照明装置のセット条件を示す。２つの
照明装置24,26を同時に付けた状態において、前述した
セット位置にあるTVカメラ20,22で前後歯面について等
反射率の歯車の歯面をみた場合、その反射光強度が全て
等しくならなければならない。そこで、照明装置24,26
の位置を調整して反射光強度が前進面で等しくなるよう
な位置にセットする。しかし、歯面がハイポイド曲面で
あるため、照明装置24,26のみでは前進面で反射光強度
を等しくすることはできない。しかしながら、本実施例
によれば、反射板34を有しているため、この反射板の調
整によって前進面における反射光強度を正確に等しくす
ることができる。

すなわち、第４図（Ｂ）に示すように歯面の高さ方向
の所定の位置における反射光強度A1,A2,…Anがその幅方
向で等しいこと及びA1,A2,…An相互間での大きさも等し
いことが達成できる。

次に第５図に基づいて本装置における歯面の歯当たり
測定の手順について説明する。

まず、ハイポイドギヤ10を回転テーブル12にセットす
る。そして、起動ボタン（図示せず）を押すと扉40が閉
口し、測定室44が密閉される。また、歯車の割り出し位
置決めにより、TVカメラ20,22の視野に最初に計測する
歯が入れられる。

次に、ハイポイドギヤ10の前進面用のTVカメラ20が選
択される。そして、このTVカメラ20によって得られる画
像を画像処理用コンピュータ50に供給する。画像処理用
コンピュータ50は供給されたハイポイドギヤ10の前進面
の画像のデータを取り込み、歯当たりを抽出する。そし
て、歯当たりの幾何形状計算及びその計算結果に基づく
OK/NGの判定を行う。ここで、歯当たり形状の認識とし
ては、割れ、凹凸、重心位置、傾き、大きさなどの定量
的な認識が行われる。次に、歯面数の認識によって後退
面用のTVカメラ22を選択し、同様の画像取り込み及び画
像処理を行う。

このようにして１つの歯についての計測が終わると、
計測したい歯面を順次割り出しながらNC68によってサー
ボモータ14を駆動し、それぞれの歯について順次計測を
行う。そして、全ての歯面を計測し終わると、計測結果
の数値データ、処理結果映像、判定結果を各種周辺装置
に出力する。そして、原点復帰後扉40を開き一連の動作
を終了する。尚、これらの動作は全自動で行われる。

［発明の効果］以上説明したように、この発明にかかる歯車の歯当た
り測定装置によれば、歯面が曲面を形成する歯車におけ
る歯当たりをその凸面及び凹面両者の測定を同時に行う
ことができる。

また、反射手段を有するため、凸面に対する光の照射
を均一なものとでき歯車の歯当たり測定の精度を高める
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明にかかる歯車の歯当たりの測定装置の
一実施例を示す構成図、第２図は同実施例におけるデータ処理機構を示すブロッ
ク図、第３図はTVカメラ20,22の配置を示す説明図、第４図は歯面での反射光強度を示す特性図、第５図は同実施例における動作を説明するためのフロー
チャート図、第６図はハイポイドギヤ10の一例を示す外観図である。 10……ハイポイドギヤ 20,22……TVカメラ 24,26……照明装置 32……架台（覆い部材） 34……反射板 40……扉 42エア噴出パイプ（エアカーテン手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭60−82907（ＪＰ，Ａ) 実開昭58−165605（ＪＰ，Ｕ) 実開昭61−51976（ＪＰ，Ｕ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも一方面に凸曲面を有する歯車と
他の歯車の噛み合わせにより生じる歯面の濃淡状態の変
化をTVカメラで認識して、歯車の歯当たり状態を測定す
る歯車の歯当たり測定装置において、前記凸曲面に光を直接照射する凸曲面用照明装置と、他の歯面に光を直接照射する他面用照明装置と、前記照明装置からの光を反射する反射手段であって、反
射光を前記凸曲面に導き前記凸曲面用照明装置からの光
を補完する反射手段と、を有することを特徴とする歯車の歯当り測定装置。