JP2751600B2 - 噛合式歯車誤差検出方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、互に噛合する２つの歯車を噛合回転させ、
それら歯車の噛合状況を表す噛合状況量を検出するとと
もに、その検出結果から歯車の誤差（例えば、歯車の各
歯の進み，遅れ角）を取得する噛合式歯車誤差検出方法
に関するものであり、特にそれら歯車について個々に誤
差を取得する技術に関するものである。

従来の技術 噛合式歯車誤差検出方法として２歯面噛合式と１歯面
噛合式とが既に知られている。これらは例えば、『＜歯
車の設計・製作＞歯車の精度と性能（株式会社大河出
版 昭和54年２月26日発行）の第55頁〜第63頁に記載さ
れている。２歯面噛合式は、中心距離変化方式とも言わ
れていて、互に噛合する２つの歯車を両回転軸線の相対
位置関係（例えば、２つの歯車が各々の回転軸線が互に
平行な状態で噛合する場合には、２つの歯車の中心距離
である）が可変な状態で回転させてそれら歯車の噛合状
況量（例えば、２つの歯車が各々の回転軸線が互に平行
な状態で噛合する場合には、それら歯車の一方の回転角
とそれら歯車の中心距離とである）を検出するものであ
り、一方、１歯面噛合式は、中心距離固定方式とも言わ
れていて、２つの歯車を両回転軸線の相対位置関係が不
変な状態で回転させてそれら歯車の噛合状況量（例え
ば、２つの歯車が各々の回転軸線が互に平行な状態で噛
合する場合には、それら歯車の一方の回転角と他方の回
転角とである）を検出するものである。

発明が解決しようとする課題 噛合式歯車誤差検出においては、２つの歯車のいずれ
もが現実的に加工され、かつ、それらの少なくとも一方
が検出歯車とされる場合がある。しかし、この場合に
は、一方の歯車の個別誤差と他方の歯車の個別誤差とが
重なり合って検出されるため、従来の噛合式歯車誤差検
出方法では検出歯車の個別誤差を取得し得ないという問
題があった。

本発明はこの問題を解決することを課題として為され
たものである。

課題を解決するための手段 そして、本発明の要旨は、互に噛合する大小２つの歯
車であって大歯車の歯数が小歯車の歯数の整数倍でない
ものを噛合回転させ、それら歯車の噛合状況を表す噛合
状況量を検出するとともに、その検出結果から、それら
歯車の少なくとも一方である検出歯車の個別誤差を取得
する噛合式歯車誤差検出方法であって、（ａ）２つの歯
車が複数回回転する間、噛合状況量を検出し、その検出
結果から、各歯車の個別誤差の和である全体誤差を検出
歯車の複数周期分取得する全体誤差取得工程と、（ｂ）
その複数周期分の全体誤差の、検出歯車の各位相毎の平
均値をその検出歯車の個別誤差として取得する個別誤差
取得工程とを含むものを提供することにある。

作用 本発明に係る噛合式歯車誤差検出方法において用いら
れる大小２つの歯車は、大歯車の歯数が小歯車の歯数の
整数倍でないものとされている。また、各歯車の個別誤
差はその歯車が１回転する毎に１周期の変化をするのが
一般的である。これらの事情から、検出歯車の複数周期
分の全体誤差の和をその検出歯車の各位相毎に求めれ
ば、検出歯車でない非検出歯車の、複数周期分の個別誤
差が互に位相がそれの１周期より短い大きさで異なる状
態で重ね合わされて非検出歯車の個別誤差が相殺され、
その結果、上記和には非検出歯車の個別誤差が含まれな
いことになる。そして、その和の、検出歯車の各位相毎
の平均値を求めれば検出歯車の１周期分の個別誤差が取
得される。

発明の効果 このように、本発明に従えば、噛合式でありながら検
出歯車の個別誤差を取得し得ることとなって、歯車の検
査等を比較的短時間にかつ正確に行い得るという効果が
得られる。

実施例 以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明す
る。

第１図〜第３図に、本発明の一実施例方法を実現する
のに好適な噛合式歯車誤差検出システム（以下、単に検
出システムという）10を示す。この検出シムテム10は、
互に噛合するピニオン12とギヤ14とから成るハイポイド
ギヤについて誤差を検出するものである。ピニオン12の
歯車Z_Pはギヤ14の歯車Z_Gより少なく、かつ、ギヤ14の歯
車Z_Gはピニオン12の歯車Z_Pの整数倍ではないようになっ
ている。検出システム10は本体部16と信号処理部18とを
備えており、第１図には本体部16の平面図と信号処理部
18のブロック図とがそれぞれ示され、第２図には本体部
16の正面図が示され、第３図には第１図におけるＩ−Ｉ
断面図が示されている。

本体部16は、上面が水平であるベッド20を備えてい
て、そのベッド20上に２つのベース22,24が載置されて
いる。一方のベース22には、ピニオン12をそれの軸線回
りに回転可能に保持する保持装置30が取り付けられてい
る。保持装置30は中空円筒状のハウジング32を備えてお
り、そのハウジング32内にピニオン12と同軸に、かつピ
ニオン12と一体的に回転する回転軸34が載置されてい
る。ハウジング32の外面には、ピニオン12を駆動側歯
車、ギヤ14を従動側歯車として噛合回転させるためのモ
ータ36が取り付けられている。モータ36はカップリング
38により回転軸34と連結されている。

これに対して、他方のベース24には、ギヤ14をそれの
軸線回りに回転可能に保持する保持装置44が取り付けら
れている。保持装置44は中空円筒状のハウジング46を備
えており、そのハウジング46内にギヤ14と同軸に、かつ
ギヤ14と一体的に回転する回転軸48が配置されている。
ハウジング46の外面には、回転軸48と同軸にモータ50が
固定されている。モータ50はギヤ14の回転を抑制するこ
とにより、互に接触するピニオン12の歯車とギヤ14の歯
車とに適当な面圧を付与するためのものである。モータ
50はカップリング52により回転軸48と連結されている。

なお、ベース22はベッド20の上面に沿って、ピニオン
12の軸方向（第１図においてP₁で示す）に関する取付位
置が調節可能となっている。また、保持装置30のハウジ
ング32はベース22への取付面に沿って、ピニオン12の軸
方向とベッド20の上面に平行な方向との双方に直角な方
向（第２図においてP₂で示す）に関する取付位置が調節
可能となっている。また、ベース24はベッド20への取付
面に沿って、ベース24とベッド20とを連結するピン56の
回り（第１図においてG₂で示す）に関する取付位置が調
整可能となっている。また、保持装置44のハウジング46
はベース24への取付面に沿って、ギヤ14の軸方向（第１
図においてG₁で示す）に関する取付位置が調節可能とな
っている。

ハウジング32の内周面には、第３図に示すように、前
記回転軸34がベアリング62を介して回転可能かつ軸方向
に離脱不能に取り付けられている。回転軸34の一端には
前記ピニオン12、他端には前記カップリング38（第１図
参照）がそれぞれ固定されている。また、ハウジング32
の外周面の特定位置にはレーザユニット64が取り付けら
れている。レーザユニット64は回転軸34の外周面のうち
ピニオン12にそれの軸方向に関してできる限り近い特定
外周面66に対向させられている。レーザユニット64はそ
の特定外周面66に向かってレーザ光を発する受光部と、
そこから反射した散乱レーザ光を受ける受光部とを備え
ている。なお、ピニオン12と特定外周面66とのピニオン
12の軸方向に関する距離ができる限り短くされているた
め、ピニオン12等の回転時にピニオン12と特定外周面66
との間に予定外の相対回転がほとんど発生しない。

前記保持装置44は上述した保持装置30に準じて構成さ
れており、前記回転軸48の一端には前記ギヤ14、他端に
はカップリング52がそれぞれ固定されるとともに、回転
軸48（第１図参照）の外周面にレーザユニット70（同図
参照）が対向させられている。

各レーザユニット64,70は第１図に示すように、信号
処理部74を経てコンピュータ80に接続されている。コン
ピュータ80はCPU82,ROM84,RAM86,バス88,入力ポート90
および出力ポート92を含んでいて、入力ポート90に信号
処理器74が接続されている。入力ポート90にはさらに、
キーボード96とピニオン回転信号発生器98とギヤ回転信
号発生器100とが接続されている。キーボード96はコン
ピュータ80にデータを入力するものであり、ピニオン回
転信号発生器98およびギヤ回転信号発生器100はそれぞ
れ、ピニオン12およびギヤ14が１回転する毎にピニオン
回転信号およびギヤ回転信号を発生するものである。一
方、出力ポート92には、CRT102とプリンタ104とが接続
されている。CRT102はコンピュータ80の処理結果を画面
上に、プリンタ104は記録紙上に出力するものである。
また、ROM84には第４図にフローチャートで表される歯
車誤差検出ルーチンが記憶されている。

以上のように構成された検出システム10においては、
ピニオン12とギヤ14とが適当な相対位置関係を有して本
体部16にセットされた後、モータ36の電源が投入されて
ピニオン12とギヤ14とがそれぞれ回転させられる。な
お、この状態では、ピニオン12とギヤ14とのそれぞれの
回転軸線の相対位置関係は不変であるため、それらピニ
オン12とギヤ14とは１歯面噛合状態で回転することにな
る。

この状態でキーボード96を介してコンピュータ80に誤
差検出開始指令が出されれば、CPU82は第４図の歯車誤
差検出ルーチンが実行する。本ルーチンにおいねは、ま
ず、ステップS1（以下、単にS1で表す。他のステップに
ついても同じ）において、各レーザユニット64,70の出
力信号が一定微小時間が経過する毎に信号処理器74を経
てコンピュータ80に取り込まれる。それら出力信号が、
ピニオン回転信号発生器98が発したピニオン回転信号と
ギヤ回転信号発生器100が発したギヤ回転信号と共に取
り込まれる。その取り込まれた信号は出力信号データと
してRAM86に記憶される。以上の信号取込みは、ピニオ
ン12が予め設定されている回数（例えば10〜100回）回
転する間継続される。

その後、S2において、それら各出力信号データに基づ
いて、レーザドップラ方式を用いてピニオン12およびギ
ヤ14のそれぞれの回転速度が演算され、各回転速度が積
分されて各回転角（これが本発明における噛合状況量の
一態様である）が演算され、それの回転角データがRAM8
6に記憶される。なお、レーザドップラ方式を用いた回
転速度検出手法については、『センサ技術 1988年３月
号Vol.8.No.3（情報調査会発行）』の第63頁〜第66頁に
記憶されているため、ここでは説明は省略する。さら
に、本ステップにおいては、その回転角データに基づい
て、ピニオン12が一定微小角度回転する毎に、ギヤ14の
実回転角の、それらピニオン12とギヤ14との減速比によ
って決まる正規の値からの進み量または遅れ量である誤
差回転量が全体誤差として演算され、それの全体誤差デ
ータがRAM86に記憶される。全体誤差の一例を第５図に
グラフで表す。なお、図において黒い三角形はギヤ回転
信号の発生時期、白い三角形はピニオン回転信号の発生
時期をそれぞれ示している。

その後、S3において、ピニオン12とギヤ14とのうちオ
ペレータが個別誤差検出を希望するものがキーボード96
により選択される。以下、ギヤ14が選択されたと仮定し
て説明する。

この場合、S4において、RAM86に記憶されている全体
誤差データのうちギヤ14の位相が同じ複数の同位相デー
タが選び出されるとともに、それら同位相データが表す
複数の誤差回転量の平均値がギヤ14の各位相毎に演算さ
れる。ギヤ14の位相は、複数のギヤ回転信号発生時期の
うち互に隣接した２つのものの間に存在する時間をギヤ
14の歯車Z_Gで分割することにより求められる。各位相に
おける全体誤差はギヤ14の個別誤差とピニオン12の個別
誤差との和であると考えることができ、また、ギヤ14の
歯車Z_Gはピニオン12の歯車Z_Pの整数倍ではない。そのた
め、ギヤ14が複数回回転する間に得られた複数周期分の
全体誤差の各位相における和を求めると、ピニオン12に
ついては、複数周期分の個別誤差が位相が互に１周期よ
り短い大きさだけ異なる状態で重ね合わされて全体誤差
の和においてはピニオン12の個別誤差が相殺され、その
結果、全体誤差の和は複数周期分のギヤ14の個別誤差が
同位相毎に重ね合わされたものとなる。したがって、そ
の全体誤差の和の各位相毎の平均値を求めれば、ギヤ14
の個別誤差が各位相毎に求められることになる。本ステ
ップにおいてはさらに、それら各平均値を表す複数の個
別誤差データが作成され、その個別誤差データがRAM86
に記憶される。個別誤差は１周期の変化をする曲線のグ
ラフで表すことができ、これらの一例を第６図に示す。
しかし、個別誤差データは、それぞれ各位相に対応する
誤差回転量を表す多数の単位データの集合であるから、
この事実に基づいて個別誤差をグラフで表せば第７図に
示すものが取得される。

続いて、S5において、ギヤ14の個別誤差データを構成
する多数の単位データのうち第７図のグラフにおいて山
で表される部分（ギヤ14の各歯に対応する部分）に属す
る複数の単位データが各歯毎に選び出され、それら単位
データのうち最も誤差回転量が進み側に大きい頂点デー
タが各歯毎に選び出される。続いて、S6において、第８
図に示すように、その頂点データを中心としてそれの両
側に同じ数の単位データが近傍データとして選び出さ
れ、S7において、それら頂点データと近傍データとの平
均値が位相と誤差回転量とについてそれぞれ、かつ、各
歯毎に演算される。それら平均値を順にプロットすれば
第９図に示すグラフが得られる。その後、S8において、
そのグラフ上の複数の点のうち互に隣接する２つの点
の、誤差回転量に関する差が各歯毎に単一ピッチ誤差と
して演算され、S9において、それら複数の点のうち最大
点と最小点との、誤差回転量に関する差が累積ピッチ誤
差として演算される。

続いて、S10において、ギヤ14の個別誤差データがFFT
処理（高速フーリエ変換処理）されることにより個別誤
差の回転次数毎の特性すなわち周波数特性を表すデータ
が作成される。それの一例を第10図にグラフで表す。こ
のグラフにおいては、１次,2次,3次といった低い回転次
数の振幅は主に歯の振れに関するものであり、一方、Z_G
次（Z_G:ギヤ14の歯数）,2Z_G次といった高い回転次数の
振幅は主にギヤ14の各歯の回転誤差に関するものであ
る。

その後、S11において、以上のようにして取得された
単一ピッチ誤差，累積ピッチ誤差および周波数特性が前
記CRT102およびプリンタ104のうちオペレータにより選
択されたものに出力され、続いて、S12において、本ル
ーチンの実行を終了させるべきか否かが判定される。オ
ペレータがキーボード96を介してその継続を希望する指
令を出した場合には、判定の結果がNOとなり、S3に戻る
が、その終了を希望する指令を出した場合には、判定の
結果がYESとなり、本ルーチンの一回の実行が終了す
る。

なお、検出システム10においては、ギヤ14の個別誤差
を求めるべく全体誤差からピニオン12の個別誤差を精度
よく取り除くのに必要なピニオン12の回転数が10〜100
の間で自由に設定可能となっている。その回転数はピニ
オン12の精度如何によって変えることが望ましいからで
ある。

以上、本ルーチンの実行においてギヤ14が個別誤差検
出対象として選択された場合を説明したが、ピニオン12
が選択された場合はそれに準じた処理が行われるため、
その場合については説明を省略する。なお、ピニオン12
の個別誤差の一例を第11図にグラフで表す。

したがって、本実施例方法を用いれば、噛合式であり
ながら一方の歯車の個別誤差を他方の歯車の個別誤差を
影響を受けることなく単独で検出することが可能とな
る。また、本実施例方法を用いれば、同一の出力信号デ
ータから単一ピッチ誤差と累積ピッチ誤差との双方を検
出することが可能となり、それら単一ピッチ誤差と累積
ピッチ誤差とを別々に検出する場合に比べて所要時間が
短くて済む。さらに、それら単一ピッチ誤差等はピニオ
ン12およびギヤ14が実際に使用される状況と同じ状況の
下で検出されるから、使用状況とは無関係に歯車単独で
検出する場合より検出結果の信頼性が高い。

以上の説明から明らかなように、本実施例において
は、第４図のS2が全体誤差取得工程に相当し、同図のS4
が個別誤差取得工程に相当する。

なお、上記実施例においては、ピニオン回転信号発生
器98および回転信号発生器100が設けられていて、検出
歯車の位相がそれらピニオン回転信号発生器98等からの
ギヤ回転信号またはピニオン回転信号を用いて求められ
たが、検出歯車の位相決定のためにピニオン回転信号発
生器98等を設けることは不可欠ではなく、例えば、各レ
ーザユニット64,70からの出力信号を用いて求めてもよ
い。

また、前記実施例方法は第12図や第13図にそれぞれ示
す検出システムで採用することも可能である。第12図の
検出システムは前記検出システム10と同様に、互に噛合
するピニオン120とギヤ122とについて歯車誤差を検出す
るものである。この検出システムにおいては、ピニオン
120は駆動用のモータ124、ギヤ122は面圧調節用のモー
タ126にそれぞれ連結されるとともに、ピニオン軸130と
ギヤ軸132とにそれぞれロータリエンコーダ134,136が設
けられている。各ロータリエンコーダ134,136は信号処
理器138を経てコンピュータ140に接続され、このコンピ
ュータ140にはキーボード142,CRT144およびプリンタ146
が接続されている。一方、第13図の検出システムは自動
車に用いられる差動装置160を構成する歯車の誤差を検
出するものである。差動装置160は、キャリア162,図示
しないドライブピニオンと一体的に回転するドライブシ
ャフト164,ドライブピニオンと噛合するリングギヤ166,
そのリングギヤ166と一体的に回転するケース168,その
ケース168内に収容された一対のピニオン170と一対のサ
イドギヤ172,そのピニオン170の回転軸であるピニオン
シャフト174,各サイドギヤ172と一体的に回転する一対
の駆動輪車輪176等から成っている。また、この検出シ
ステムにおいては、一対の駆動輪車軸176の一方に、駆
動用モータ180の回転がエンドレスのＶベルト182を介し
て伝達され、他方の駆動輪車軸176はフレキシブルカッ
プリング184を介してロータリエンコーダ186に連結さ
れ、また、ドライブシャフト164はフレキシブルカップ
リング188を介してロータリエンコーダ190に連結されて
いる。図において192はベアリングである。各ロータリ
エンコーダ186,190は信号処理器194を経てコンピュータ
196に接続され、このコンピュータ196にはキーボード19
8,CRT200およびプリンタ202が接続されている。

以上詳記した実施例方法においてはいずれも、互に噛
合する２つの歯車の相対位置関係が固定されていたが、
例えば、常にそれら歯車が２歯面において噛合するよう
にその相対位置関係を可変とすることができる。

以上、本発明のいくつかの実施例を図面に基づいて詳
細に説明したが、これらの他にも当業者の知識に基づい
て種々の変形，改良を施した態様で本発明を実施するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例方法を実現するための噛合式
歯車誤差検出システムを示す図、第２図は第１図におけ
る本体部を示す正面図、第３図は第１図におけるＩ−Ｉ
断面図である。第４図は第１図のROMに記憶されている
プログラムのうち本発明に関連の深い部分を取り出して
示すフローチャートである。第５図は上記実施例方法を
用いて得られる全体誤差の一例を示すグラフである。第
６図および第７図はそれぞれ、第１図におけるギヤの個
別誤差の一例を示すグラフ、第８図は第７図におけるグ
ラフを部分的に拡大して示す図、第９図はそのギヤの歯
振れの一例を示すグラフ、第10図はそのギヤの個別誤差
の周波数特性の一例を示すグラフである。第11図は第１
図におけるピニオンの個別誤差の一例を示すグラフであ
る。第12図は別の噛合式歯車誤差検出システムを示す図
である。第13図はさらに別の噛合式歯車誤差検出システ
ムを示す図である。 10:噛合式歯車誤差検出システム 12:ピニオン、14:ギヤ 64,70:レーザユニット 80:コンピュータ 98:ピニオン回転信号発生器 100:ギヤ回転信号発生器

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】互に噛合する大小２つの歯車であって大歯
   車の歯数が小歯車の歯数の整数倍でないものを噛合回転
   させ、それら歯車の噛合状況を表す噛合状況量を検出す
   るとともに、その検出結果から、それら歯車の少なくと
   も一方である検出歯車の個別誤差を取得する噛合式歯車
   誤差検出方法であって、 前記２つの歯車が複数回回転する間、前記噛合状況量を
   検出し、その検出結果から、各歯車の個別誤差の和であ
   る全体誤差を前記検出歯車の複数周期分取得する全体誤
   差取得工程と、 その複数周期分の全体誤差の、前記検出歯車の各位相毎
   の平均値をその検出歯車の個別誤差として取得する個別
   誤差取得工程と を含むことを特徴とする噛合式歯車誤差検出方法。