JP3002534B2 - 素材切除部分の振り分け方法および装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明はギヤ仕上げ工作機械にて製造されるギヤ形状
の被加工材の素材切除部分の振り分け（stock divdin
g）方法および装置に関する。

背 景 例えば自動車および航空機の駆動列のような比較的高
速で回転する駆動列に使用されるギヤは極めて精密に製
造されなければならない。このような精密さは通常多工
程製造方法を必要とし、その際ギヤは最初に切断されて
所望の最終的形状に極めて近い歯を作り、次にこれらの
歯の表現を硬化させ、然る後に仕上げ切削または研削機
械に装填されて硬化された歯の所望の正確な形状に形成
し、すなわち適当な曲率およびそれぞれの対の歯の間の
間隔がギヤの廻りで均一になされるのである。

熱処理工程はギヤ被加工材の本体および歯が歪曲され
るようにし、歯対歯の変形を生じさせ、これが仕上げ工
程の間に除去されなければならない。また、被加工材ス
ピンドルに対する被加工材の取付けおよび位置決めは機
械から機械に移るに従って変化するだけでなく、また同
じ機械にそれぞれ取付ける間にも変化するのである。こ
れらの位置決めおよび取付けにおける変化は被加工材ス
ピンドルの軸線からのギヤ被加工材の軸線の半径方向お
よび／または軸線方向の移動を生じさせ、ギヤの歯が仕
上げ工程に対して相対的にギヤの廻りで測定される時に
ギヤの歯のフランク対フランクの間隔の被対称的な変化
を生じさせる。このような非対称的な間隔の変化は「ラ
ンアウト」と称されている。精密なギヤを製造するため
には、仕上げ工具はこのような熱処理による歪みおよび
ランアウトによる変形を総て除去できなければならな
い。従って被加工材のそれぞれのフランクが仕上げ工程
の間に工具に接触して附形加工されるように一部分処理
されたギヤが仕上げ工具（例えば研削輪）に対して相対
的に位置決めされることが重要である。

勿論、何れの仕上げ加工の前にも、ギヤ形状の被加工
材は適当に「素材切除部分の振り分け」（stock divid
ed）が行われ、すなわち一部分仕上げられたギヤの歯の
仕上げ加工サイクルの開始前に工具に対して相対的に正
しく位置決めされなければならないのである。伝統的
に、このような素材切除部分の振り分けは当業者により
手によって行われ、または時には球形のプローブを被加
工材ギヤの歯の間隔内に挿入してこれを研削輪に対して
相対的に適当な位置に回転させることによって自動的に
行われていた。さらに近年になって、複雑精巧な電子的
装置の発展とともに、素子切除部分の振り分けは甚だ受
感性の大なる接触または近接（非接触）プローブの助け
によって行われ、このプローブが粗く切削されたギヤの
歯のフランクの相対的な位置を正確に測定するようにな
されて来たが、その際このような測定値が適当な電子的
コンピューター装置に与えられ、これに記憶され、処理
されて機械加工作業を開始する前に工具および被加工材
の相対的な位置を自動的に設定する制御信号を発生する
ようになされるのである。

測定装置はさらに複雑精巧になり、正確になって来た
から、素材切削部分の振り分け工程も同じように正確に
なって来た。１つの公知の方法においては、被加工材ギ
ヤを工作機械に取付けた後で、また仕上げ研削加工を開
始する前に、機械に取付けられた接触プローブが被加工
材ギヤの隣接する２つの歯の間の空間内に動かされるよ
うになっている。次いで被加工材ギヤは隣接する歯の内
の一方の歯のフランクがプローブ作動させるまで一方向
に回転され、被加工材ギヤの角度位置がコンピューター
に記憶されるのである。次に、隣接する歯のフランクが
プローブを作動させるまでギヤが反対方向に回転され、
ギヤの角度位置がコンピュータに記憶されるのである。
次いでこれらの２つの角度位置の間の差が計算され、ギ
ヤがコンピューターの制御によって最初に測定されたフ
ランクに向う半分の距離だけ戻されるように回転され
る。この点にてプローブの位置が歯溝の中心を正確に示
すのである。これにより研削輪がこの情報に基づいて被
加工材ギヤに対して相対的に位置決めされるのである。

しかし、上述で示した通り、熱処理によって生じた歪
みは均一ではなく、またそのためにさらに精密は素材切
除部分の振り分けを行うために上述の従来技術は被加工
材ギヤの廻りに位置する多数の歯溝に対して繰返し行わ
れ、引続く測定値が組合されて平均値を計算し、これが
ギヤに対して相対的な研削輪の最初の位置を決定するの
に使用されるのである。

このような従来技術の素材切除部分の振り分け方法の
精度はプローブによる歯の間隔の測定回数とともに直接
に変化し、最も高い精度は総ての歯の間隔が測定されて
最終的な計算で平均化される時に得られるのである。勿
論、さらに多くの数の歯の間隔がプローブにより測定さ
れる程、このような素材切除部分の振り分けを完了する
までにさらに長い時間を要し、従って製造費用を低減す
るために、測定される歯の間隔の数を最少限にすること
が望まれるのである。しかし、被加工材の歯のフランク
は熱処理による歪みのために甚だ不規則な誤差を有する
から、測定のために任意に選択された特定のフランクが
「最悪の場合」の歯の間隔を含んでいない場合には、仕
上げられた部分の精度は著しく悪影響を受けるのであ
る。

他の従来技術の素材切除部分の振り分け装置は被加工
材のフランクを測定するための種々の異なる装置を利用
するものである。いくつかの装置は、被加工材を、正し
く寸法決めされた参照部品、すなわち工作機械に最初に
取付けられた「マスター」ギヤと比較し、それぞれの歯
の間隔がプローブによって、または、ある装置では、マ
スターギヤと相互に噛合わされかつマスターギヤを回転
させるか、あるいはこれによって回転されるギヤ輪によ
って測定されるのである。これらのマスターギヤによる
測定値（例えば、プローブによって測定されるようなマ
スターギヤの連続する歯の間の間隔、またはギヤ付き測
定輪がマスターギヤとともに回転する時にギヤ付き測定
輪によって発生されるパルス）は、コンピューターに記
憶され、然る後にそれぞれの被加工材によって行われた
同様の測定値と比較され、被加工材に対する相対的な研
削輪の最初の位置がマスターギヤの情報および被加工材
について測定された情報の間の差によって選択されるよ
うになされるのである。

ギヤ形被加工材の素材切除部分の振り分けをに行うた
めに多くの従来技術の装置があるが、それでも、これの
改良、すなわち被加工材が正しく正確に仕上げられるよ
うに被加工材を位置決めするだけでなく、またこの目的
を比較的迅速に、従ってさらに安価な方法で行い得る装
置に対する決定的な要望があるのである。

発明の要約 ここに説明される素材切削部分の振り分け装置は興味
のある事実の特別の認識によるものである。すなわち熱
処理されたギヤ被加工材の歯のフランクを測定した経験
から、一般にランアウト誤差が時によって熱処理により
生じる歪み誤差よりも数倍も大きい値を有することが注
目されたのである。従って、本発明の素材切除部分の振
り分け装置は被加工材の位置をランアウト誤差に基づい
て是正するものであって、この調節は他の歪み誤差も同
様に包含し、調節を行うのである。

本発明の望ましい装置は被加工材のフランクを測定す
るのに非接触型プローブを使用している。このようなプ
ローブは公知であって、被加工材のフランクがプローブ
から或る予め定められた距離以外を通過する時に何時で
も起動信号を発生するための電場または磁場、空気ジェ
ットまたは光線束を利用するのである。機械の被加工材
スピンドルは相対的測定単位として角度位置を指示する
ように符号化され、例えばそれぞれのスピンドルの１回
転毎に36,000の等間隔の信号を与えるようになってい
る。被加工材が被加工材スピンドル上に取付けられた時
に、プローブは歯の頂部に近接するように動かされ、ス
ピンドルが被加工材のフランクを順次プローブの傍を通
過するように動かすように回転される。それぞれのフラ
ンクがプローブから予め定められた距離以内を通過する
時にプローブは起動信号を発生して、この信号がまたエ
ンコーダーによって指示される通りのスピンドルの瞬間
的な位置をコンピュータのメモリーに記憶させるように
なす。このようにして被加工材の歯のそれぞれの先導側
および追従側のフランクの位置が決定されるのである。
総て歯のフランクのプローブによる測定を行うことが望
ましいけれども、それぞれの組のフランクが互いに角度
的に近似的に等間隔になされる最小限３つの先導側のフ
ランクの組および３つの追従側のフランクの組が、本発
明の方法を行うのに必要である。これらの瞬間的な位置
信号は、既にコンピューターにて論理的に計算され、ま
たはマスターギヤによって測定されフランク対フランク
の間隔と比較され、測定された誤差が被加工材のそれぞ
れの比較されたフランクに対して計算されるのである。

上述にて注目されるように、ランアウト誤差は通常被
加工材の歯の歪み誤差よりも著しく大きく、従って殆ど
総ての場合に測定された誤差値は被加工材の円周の廻り
の基本的な基礎正弦波状の変形を示す。勿論、このラン
アウト変形は他の歯の形状および間隔誤差に重畳される
のである。これらの測定された誤差値は次にマイクロプ
ロセッサーにて解析され、フーリエ変換が利用されて測
定された誤差値の一次ハーモニックを作るようになされ
る。この一次ハーモニックは被加工材のランアウト誤差
を指示するものである。

次にコンピューターはこの一次ハーモニックに対応す
るそれぞれの歯のフランクに対する１組の修正された誤
差値を作る。すなわち、得られた修正された誤差値はラ
ンアウト変形だけを示し、これらの誤差値は歪曲および
その他のギヤの処理誤差によって生じたそれぞれの測定
された誤差値の部分を含んでいないのである。これらの
修正された値は被加工材の仕上げを開始する前に被加工
材スピンドルの相対的な素材位置を調節するための修正
信号を発生するのに利用される。このようにして被加工
材は著しいランアウト誤差によるだけの素材切除部分の
振り分けが行われるようになり、この調節はそれ程著し
くない任意に発生する変歪誤差によって歪曲されること
はない。

勿論、若干の場合には歪み誤差が特別に注意を要する
程大きくなることがある。従って、ここに説明される装
置は次のようにしてこのような可能性を見越すようにな
っている。すなわち上述の修正信号を発生する前に、コ
ンピューターは先ず最初に修正された誤差値（ランアウ
トに対応する）を測定された誤差値（それぞれの歯のフ
ランクの測定された誤差）から差引いて１組の調節され
た誤差値を作り、これが予め定められた限界値と比較さ
れるようになされる。もし何れかの特定のフランクに存
在する非ランアウト誤差がそれぞれ予め定められた上限
および下限よりも大きいか、または小さいことをこの調
節された誤差値が示した場合には、このことは被加工材
が正しく仕上げられ得ないことを示し、従ってコンピュ
ーターは特別の信号を発生する。もし、フランクが仕上
げ工具に接触せず、正しく附形されない程寸法が小さい
ことをこの調節された誤差が示した場合には、失敗信号
が発生される。他方において、もし歯のフランクの寸法
が著しく大きい場合には、このことは歯を正しく仕上げ
るために１回の加工パス以上の多い加工パスが必要にな
ることを示し、従って特別の仕上げ信号が発生されるの
である。或る場合には、調節された誤差信号が著しく大
きく、チップまたはばりを示すことがあり、このような
場合には失敗信号が与えられるのである。

修正された誤差値（ランアウトだけに対応する）は所
望の修正値を得るために平均化され、または他の方法が
利用されることができるが、本発明の望ましい実施例は
測定された誤差値をそれぞれ被加工材の先導側および追
従側の歯のフランクに対応する２つの群に分割するもの
である。これらの群のそれぞれのものはフーリエ変換を
利用して解析され、一次ハーモニックおよびそれぞれの
フランクの群に対する修正された誤差値のそれぞの組み
作るようになされる。各フランクの群から最も小さい修
正された誤差値が選択され、そしてこれらの２つの選択
された誤差値が実際に被加工材の２つの連続する歯の対
向するフランクに相当するものと数学的に仮定されるの
である。その際、これらの２つの有効な連続する歯の間
の相対的な間隔が決定される。すなわち、この相対的な
間隔値は、研削輪によって適当に接触されかつ附形加工
されなければならない最も広い有効な歯の間隔を示すも
のである。この間隔を仕上げられるギヤ製品の理論的に
正しいフランク対フランク間隔と比較することによっ
て、工具および被加工材の相対的位置を調節するための
修正値が被加工材スピンドルのエンコーダーユニットに
発生され、被加工材の総ての歯が適当に接触されて附形
されることが保証されるのである。

上述で示された修正された誤差間隔が理論的に正しい
フランク対フランク間隔と比較される時に、修正された
誤差値にもとづき計算された間隔と理論的な間隔との間
の差によって示される過剰の素材は「最も広い」被加工
材の溝のそれぞれの側部に対して等しく振り分けられる
ことは必ずしも必要がない。コンピューターがそれぞれ
のフランクの群に対する最大の修正誤差値を選択するよ
うにし、これらの２つの値が実際に被加工材の２つの他
の引続く歯の対向するフランクに対応するものと数学的
に仮定し、これらの有効な対向する表面の間の相対的な
間隔について決定がなされるようにするのが望ましい。
このような測定は「最も狭い」有効な被加工材の溝、す
なわちそれぞれの最も寸法の大きいフランクから除去さ
れるために残されている素材の部分の最大量を示してい
て、この情報が素材切除部分の振り分け位置を選択する
ために利用され、この位置においては、上述のように要
約される方法により最初に決定されたような最も広い有
効な歯の間隔寸法によって設定された最小の限界内にお
いて可能な範囲で、仕上げ工具に対する負荷が最良の状
態で平衡化される。

本発明は、被加工材のそれぞれのフランクが正しく工
具に接触されて附形されるのを保証するだけでなく、著
しく短時間内で行われるのを保証する素材切除部分の振
り分けを行う事実に特に注目しなければならない。すな
わち、この装置は非接触プローブを使用でき、これによ
ってプローブを通過するように被加工材を回転させるた
めにスピンドルに要求される数秒以内の時間で最初の誤
差の測定を行い得るようになし、その後で所望の修正の
調節が１秒の何分の１か以内にコンピューターによって
計算されるのである。

本発明は非接触プローブの使用だけに制限されるもの
ではないことは明らかに理解されなければならない。接
触トリガー型のような接触型プローブも被加工材のフラ
ンクの位置を指示するために使用できるのである。接触
プローブによる測定速度は若干遅いけれども、計算は変
りなく行われ、所望の修正調節が非接触プローブによる
と同様の方法で行われるのである。

図 面 第１図は本発明の装置を示す概略図な構成図であり、 第２図は仕上げられたギヤの理想的な論理的な歯の間
隔を示す図解的な図面で、この間隔が被加工材スピンド
ルのエンコーダー単位にて測定されるようになされてい
る図面であり、 第3a図は20個の歯の被加工材の第１、第５、第10、第
15および第20番目の歯を示す概略的説明図で、それぞれ
の歯のフランクの図面の陰影部分が理論的に正しい表面
を残すために除去されなければならない部分を示すよう
になされている図面であり、 第3b図は第3a図に示された歯がプローブの傍を通過す
る時の非接触プローブの整形された出力を示す図解的な
説明図で、それぞれの歯の立上りおよび立下り信号が相
対的な（蓄積的とは異なる）被加工材スピンドル位置単
位にて測定されるようになされている説明図であり、 第3c図および第3d図は第3b図に示されたそれぞれの立
上りおよび立下り信号が第3a図に示されたような理論的
に正しい歯の先導側および追従側のフランクに対する理
想的な間隔から外れている、スピンドル単位の数を示す
図面であり、 第４図は第3a図に部分的に示されている同じ20個の歯
のギヤ被加工材のそれぞれの20個の歯の追従側および先
導側のフランクに対する測定された誤差値を示す線図で
あり、 第５図は第４図の右側部分に示された（異なる配向状
態で）と同じ線図であるようになされた、被加工材のそ
れぞれの先導側のフランクに対する測定された誤差値の
線図であり、 第６図はフーリエ変換を利用した第５図に示される誤
差の解析に続いて被加工材の先導側のフランクに対する
修正された誤差値を示す線図で、これらの修正された値
がそれぞれのフランクのランアウト変形のみを指示する
ようになされている線図であり、 第７図は第６図の修正された誤差を差引くことによっ
て調節された第５図に示された測定誤差の線図であり、 第８図は第４図に示されたものと同様であるが、それ
ぞれ誤差の組の一次ハーモニックに対応する修正された
誤差のみを使用するようになされている線図であり、 第９図はフランクが理論的に理想的な歯の間隔の上に
重ね合わされて示された、第８図に示されたそれぞれの
追従側および先導側の最大および最少誤差値に対応する
フランクの相対的位置を示す線図であって、また総ての
フランクが正しく接触されて附形されるのを保証すると
ともに仕上げ工具によって除去されなければならない素
材の最良の残量が得られるようになすのに必要な相対的
な被加工材スピンドルの修正のための調節を示す線図で
ある。

望ましい実施例の詳細な説明 第１図は硬質仕上げベベルおよびハイポイドギヤに対
する表面ミリング型工作機械に応用された本発明の装置
を示している。本発明がスパーおよびヘリカル（平行な
軸線の）ギヤおよびベベルおよびハイポイド（交差した
軸線の）ギヤの両者を製造するための表面ホッピング型
工作機械にも同様に適用可能であることが認められる。
しかし、このような他の装置は説明および図示がさらに
面倒であり、本発明の例示的な説明を表面ミリング型機
械に制限することは何れにしても当業者には本発明の素
材切除部分の振り分け装置の完全な理解に悪影響を与え
るものではない。

予め切断されたベベルギヤ被加工材10のモーター14に
よって駆動される被加工材スピンドル12上に取付けられ
る。工具16は工具スピンドル18上に取付けられたコップ
状の研削輪であり、これがまたモーター20によって駆動
されるようになっている。

被加工材10の角度位置を示すために、被加工材スピン
ドルエンコーダー22がモーター14の軸上に取付けられて
いて、もし被加工材スピンドル12がモーター14によって
直接には駆動されないで、ギヤ列を経て間接的に駆動さ
れる場合には、さらに他の被加工材スピンドルエンコー
ダー24がスピンドル12の位置を監視するようになされる
のである。（第１図に破線によって示されるように、表
面ホッピング型工作機械がモーター20、工具スピンドル
18および工具16の角度位置を決定するために設けられた
同様のエンコーダ装置21、23を有するようになされるこ
とが理解される。しかし、研削輪16の角度位置は図示の
望ましい実施例には関係がない。） 被加工材10および工具16はそれぞれのスピンドル上に
取付けられた時に、位置を設定され、この技術分野で公
知のように互いに相対的に垂直軸線Ｙ−Ｙ、水平軸線Ｘ
−ＸおよびＺ−Ｚに沿い、また矢印Ｐで示されるように
これらの軸線の交差点を通る垂直軸線の廻りに動かされ
るのである。これらの軸線の１つまたはそれ以上のもの
に沿う相対的な運動が被加工材10の表面の正しい仕上げ
形状を作るのに必要で、またこの仕上げ処理の開始時
に、これらの総ての軸線に沿う被加工材スピンドル12お
よび工具スピンドル18に対する予め定められた相対的な
「素材切除部分の振り分け」位置があるが、これがコッ
プ状の研削輪16の作業面が、仕上げられる時の被加工材
10の正しく寸法決めされた歯の間隔と共役関係になるの
を保証することが理解される。

非接触プローブ26は被加工材10の歯の頂部に隣接して
配置され、既述のように、被加工材のそれぞれの引続く
先導側および追従側の歯のフランクがプローブ26から予
め定められた距離以内を通過する時にプローブ26が起動
信号を発生するのである。起動信号が近接プローブ26に
より記憶装置28に送られる時には常に電子的記憶装置28
がエンコーダー22（またはエンコーダー24）から位置情
報を受取り、これらのそれぞれの瞬間的な位置の値が一
時的に記憶されるのである。

記憶装置28はまた正しく寸法決めされたギヤ被加工材
の理論的に正しいフランク対フランクの間隔に対応する
情報を受取って記憶する。この正しい間隔の測定値は数
学的にギヤの形状を規定する公式によって決定される
か、または被加工材10の機械に取付ける前に「マスタ
ー」ギヤが先ずスピンドル12上に取付けられ、この参照
ギアのそれぞれの先導側および追従側のフランクの位置
が記憶装置28によって受取られてこれに記憶されるよう
になされるのである。

次いで被加工材10の引続く歯のそれぞれの先導側およ
び追従側のフランクの予め選択された点に対応する被加
工材スピンドル12の記憶された瞬間的な位置信号はマイ
クロプロセッサー型の、以下に説明されるような方法で
所望の修正信号を計算するコンピューター30により記憶
されている正しいフランク対フランクの間隔と比較され
るのである。この修正信号が増幅器32を経てモーター14
に送られて、コップ形の切削輪16の作業面に対して相対
的な被加工材スピンドル12および被加工材10の角度位置
を調節するようになされる。

以下の説明の目的のために、エンコーダー24が被加工
材スピンドル12のそれぞれの１回転毎に36,000の等間隔
の信号を発生し、またギヤ形の被加工材10が20個の歯を
有するものと仮定する。また、被加工材10の歯の正しく
仕上げられた、理論的に正しい間隔が第２図に示されて
いると仮定する。すなわち、１つの正しく寸法決めされ
た歯の追従側のフランク34から次の引続く正しい寸法決
めされた歯の追従側のフランク36までの距離が正確に1,
800スピンドル単位（36,000の1/20）になされるのであ
る。ここでまた簡単化のために、それぞれの正しいフラ
ンク対フランクの歯の間隔の幅38が900スピンドル単位
であると仮定する。勿論、歯のフランクは曲面であっ
て、従ってこれらの測定値は歯の頂部から下方の曲面上
の予め定められた点にて行われるのである。正しく寸法
決めされたギヤ被加工材の歯の間隔に対応するこの情報
は記憶装置28に予め記憶されるのである。

第3a図は被加工材10の５つの選択された歯を概略的に
示しているが、それぞれの図示された歯の陰影を付され
た部分は、仕上がった時に正しい歯の間隔を残すために
歯のそれぞれのフランクから除去されなければならない
素材の部分を示している。第3a図において、被加工材10
の歯が被接触プローブ26を通過して矢印42の方向に回転
されるものと仮定されている。第3b図はプローブ26の整
形された出力を概略的に示していて、この出力は実際上
被加工材のフランクが第3a図に破線44により示されてい
る予め定められた距離以内を通過する度毎に方向を変化
するのである。また第3b図にはプローブ26からの起動信
号が図示された素材の歯のフランクの通過を示した場合
におけるエンコーダー24から受取られる瞬間的な位置が
示されている。実際の位置の値は第3a図に示されるよう
に０から36,000まで連続的に蓄積される被加工材スピン
ドルのエンコーダーの計数であるが、しかし明瞭化のた
めの残余の図面においてはエンコーダーの計数が素材の
歯に対して０から出発して1,800までしか進まず、次い
で次の引続く歯に対して計数が開始されることが繰返さ
れるものと仮定されている。

第3c図および第3d図は仕上げ工程に続くそれぞれの監
視されているフランクの瞬間的に感知された位置および
それのそれぞれの理想的な位置の間のスピンドル単位に
て示した差を示し、これらの値が正しく仕上げられたギ
ヤを作るためにそれぞれの歯のフランクから除去されな
ければならない素材部分を示すのである。因みに、本発
明の説明を容易にするために図面においてはさらに簡単
化が行われていることに注意しなければならない。実際
のスピンドルの値が修正されている。すなわち、スピン
ドルの「０」位置は任意に理論的に正しい追従側のフラ
ンクに整合しているように示されている。当業者にはエ
ンコーダーの計数が実際上被加工材の歯の実際の過大な
寸法の表面を示す最初の立下り信号にて開始され、素材
の続く実際の読みが単に最初に感知された表面に対して
変化するものであることが認められる。しかし、これら
の実際の読みを利用することは例示的なエンコーダーの
読みを不必要に複雑にし、相対的に調節された位置の値
は何等計算の有効性および以下に説明される得られた修
正を変化させるものではない。すなわち、相対的な歯対
歯の測定値、線図等は総て、もし実際のコンピューター
で計算された位置の値が使用される場合には正確にその
儘に残されるのである。

第3a図は唯被加工材10の第１、第５、第10、第15およ
び第20の歯だけしか示していないが、非接触プローブ26
は被加工材10の素材の引続くフランクに対する起動信号
を与え、瞬間的な位置信号が素材のフランクに対して記
録され、第3c図および第3d図に示されたものと同様の測
定された誤差値が被加工材の20個の先導側および追従側
のそれぞれのフランクに対して発生されるのである。こ
れらの測定誤差信号の組は第４図にプロットされて示さ
れている。この線図の中心はそれぞれの正しく寸法決め
された歯の理論的中心を示すとともに２つの点線は正し
く寸法決めされた歯の追従側および先導側の縁部（第２
図参照）を示していて、それぞれのこのような歯に対す
るスピンドルユニットによる相対的なエンコーダーの計
数が括孤で示されている。

それぞれのこれらの測定誤差信号の組に対するプロッ
トが一般的に正弦波状で、本発明によりコンピューター
30がそれぞれのこれらの曲線をフーリエ変換を利用して
解析してそれぞれの曲線の一次ハーモニックを作ること
が判る。

総ての歯の先導側および追従側のフランクを試験する
のが望ましいけれども、最少３つの先導側のフランクの
組および３つの追従側のフランクの組が試験されるので
ある。何故ならば最少３つのデータ点が先導側および追
従側のフランクのそれぞれの測定誤差信号の一次ハーモ
ニックを作るのに必要であるからである。しかし、本発
明の精度が、総ての歯のフランクが試験される時に増加
されることは注目されなければならない。何故ならばこ
のことが一次ハーモニックが作られるためのさらに多く
のデータ点を与え、これがまたさらに良好な被加工材に
おけるランアウトの精度を与えるからである。３つの先
導側のフランクは３つの追従側のフランクと同様に互い
に近似的に角度的に等間隔である。３つの角度的に等間
隔の歯の先導側のフランクが試験されて先導側のフラン
クの位置の組を与えることができ、３つの他の角度的に
等間隔の歯の追従側のフランクが試験されて追従側のフ
ランクの位置の組を与えることができることが理解され
るけれども、３つの近似的に角度的に等間隔の歯だけが
試験されるのが望ましい。

第５図は被加工材10の先導側のフランクに対する測定
された誤差信号のプロットを示している。このものは第
４図に示されたものと同じプロットであるが、異なる配
向状態になされている。第６図はそれぞれの先導側のフ
ランクの誤差値が修正されてコンピューターによって発
生される一次ハーモニックに合致するようになされた後
の第５図のプロットを示している。実際上、第６図は被
加工材10の先導側のフランクに存在するランアウトに対
応している。次いでコンピューター30は第６図の修正さ
れた誤差値を第５図に示された測定誤差値から差引いて
第７図にプロットされている調節された誤差値の組を作
るのである。これらの調節された誤差値は歯のフランク
に存在する歪曲およびその他の誤差を示し、これらの調
節された誤差がコンピューター30によって予め定められ
た上限および下限と比較されて、被加工材が正しく仕上
げられ得るのを保証するのである。例えば第10および第
11の歯の先導側のフランクがランアウトに関係のない異
常に大きい誤差を有することが判る。もしこれらの誤差
が充分に大きい場合には、これらの誤差は特別の仕上げ
の問題を発生させる恐れのあるチップ、ばりまたは刻み
目のあることを示すのである。このような場合には、失
敗信号が発生されて仕上げ工程を中断させ、作業者に注
意を喚起し、または全自動工程においては被加工材を取
外してこれを廃棄容器に投入するのである。

もし調節誤差信号を調べても失敗信号を発生しない場
合には、先導側および追従側のフランクの両方に対する
修正された（一次ハーモニック）値を利用して本発明の
素材切除部分の振り分け工程が続けられるのである。第
８図は第４図と同様であるが、修正された（すなわちラ
ンアウト）誤差信号が測定された誤差信号の代りにプロ
ットされている線図である。これらの修正された信号を
使用して、何れの先導側のフランクからも除去されなけ
ればならない素材の最大量および何れの追従側のフラン
クからも除去されなければならない素材の最大量につい
て決定がなされるのである。これらの値は素材M_Lおよび
M_Tとして示されている。同様の決定が除去されなければ
ならない素材の最少量を有する先導側および追従側のフ
ランクに関して行われ、これらの値がそれぞれE_Lおよび
E_Tによって示されている。これらの値E_TおよびE_Lは負の
調節された値（第７図）と比較されて、充分な素材が仕
上げ工具に接触されるようにそれぞれのフランクに残さ
れて、このようにしてそれぞれのフランクが「処理」さ
れる（cleaned up）（すなわち仕上げ工程の間に附形さ
れる）のを保証するようになすのである。

もしこれらの値M_L、M_T、E_LおよびE_Tが理想的に寸法決
めされた歯溝に重ね合わされる場合（第２図）には、こ
れらの値が仕上げ工具によって処理されなければならな
い理論的に最大および最小の歯溝を示すのである。この
数学的に重ね合せは第９図に図解的に示されていて、こ
の図面において短い破線はそれぞれ正しく寸法決めされ
た溝の中心線46およびフランク48および50を示し、これ
らの位置は相対的にスピンドルエンコーダー単位（第２
図におけると同様に）にて測定されている。除去される
べき素材の最大値を有する２つの対向するフランクはH_T
およびH_Lとして示され、また除去されるべき素材の最少
量を有する２つの対向するフランクが素材L_TおよびL_Lに
よって示されている。

仕上げ工程の間の工具の摩耗および被加工材の表面の
過熱の可能性を最少にするために、研削輪および被加工
材に対する負荷を平衡化し、すなわち先導側および追従
側の歯のフランクから実質的に等しい量の素材を除去す
るのが望ましい。しかし、もし工具16が理論的に正しい
歯溝の中心46に位置決めされる場合には、総ての先導側
のフランクの正しい附形を保証するために、最大19単位
までの素材（900−881）が除去されるであろうが、一方
最大15単位までの素材が追従側のフランクから除去され
なければならないことが判る（第８図）。両方の側部か
ら除去されなければならない素材の34単位の最大分布全
量があるのであるから、コンピューター30はこの全量を
最初に平均化して（34/2＝17）、負荷を一方の側部当り
17単位までに等しく平衡化するようにプログラムされる
のである。このような平衡化は被加工材10の相対的角度
位置を左方に２スピンドル単位だけ回転して素材切除部
分の振り分け位置の中心を450単位でなく、448単位に置
くことによって達成されるのである。

しかし、このような平衡化の調節には明らかに限界が
ある。明らかなように、もし平均化の計算によって求め
られる調節が理論的に歯溝のフランク対フランクの間隔
の半分よりも大きい場合には、正しく寸法決めされた歯
を完了するのは不可能で、従ってもし調節の計算がこの
制限を超過する場合には、素材切除部分の振り分けは失
敗に終るのである。歯溝の中心のこのような調節に対す
る他の制限はそれ程極端ではなく、値E_TおよびE_Lによっ
て決定されるのである。すなわち、上述にて示したよう
に、被加工材のそれぞれのフランクが正しく処理される
のを保証するために、若干の素材部分が素材のフランク
から除去されなければならない。例えば、上述した例に
おいて、平衡化調節は溝の中心として448単位の位置を
利用して最初に２スピンドル単位であるように決定され
たのである。しかしもしこの調節が正しい溝幅が900ス
ピンドルエンコーダー単位である時に行われる場合は、
最初に素材切除部分を振り分けられた溝の追従側のフラ
ンクの側部は−２スピンドルエンコーダー単位（第９図
に示されたエンコーダー単位の計数に対して相対的な）
になるとともに、先導側のフランクの側部は898単位に
なるようになされる。しかし、仕上げられていない被加
工材の最少の先導側のフランクを示す線L_Lは既にスピン
ドル位置898にあり、工具16は仕上げ工程の間に必ずし
もこの表面に接触せず、従ってこの最少のフランクを正
しく処理しないようになるのである。

従って、上述の平衡化計算に続いてコンピューターは
また得られた値をE_TおよびE_Lによって作られた限界と比
較するのである。図示の例においては、プロセッサーは
平衡化計算を１スピンドルエンコーダー単位だけ減少さ
せて調節値を１スピンドルエンコーダー単位だけ左方に
設定し、素材切除部分の振り分け位置に対する最終的修
正値が−１になされる。このことは工具16に対して相対
的なスピンドル12の回転を生じさせ、第１の溝の中心を
449スピンドルエンコーダー単位だけ示される相対的な
角度位置に移動させるのである。この修正された素材切
除部分の振り分けにて得られた歯溝が第９図に調節され
た溝中心52および調節されたフランク54および56を示す
長い破線によって示されている。この位置は素材の除去
の負荷を正確には平衡化しないが、負荷の平衡化を改善
するとともになお総ての溝が良好に処理されるのを保証
するのである。

上述の素材切除部分の振り分け工程が被加工材10に対
して相対的な工具16に起動位置を調節するだけであるこ
とは注意しなければならない。450単位の位置ではなく
て449単位のスピンドル位置への溝の中心の最初の調節
の後で、機械に正常な割出し作動を行う。すなわち最初
の修正された設定に続いて、被加工材10は正確に1,800
スピンドルエンコーダー単位だけそれぞれの先行する中
心位置から回転され、次の引続く歯溝の仕上げ加工を行
うのである。

もし被加工材10の数個の歯溝のみが素材切除部分の振
り分けの目的で監視される場合、またもし数個の監視さ
れた溝だけが第６および第７の間の歯または第10および
第11の歯の間の溝を含んでいる場合には、これらの歯の
非ランアウト誤差は計算された素材切除部分の振り分け
位置に妨害を与えて若干の歯のフランクが研削輪に接触
せずに残される恐れがある。これに反して上述の本発明
は実際に測定されたフランクの何等のピーク値またはそ
の平均値をも利用しないのである。その代りに本発明は
フーリエ解析によって決定される著しいランアウト誤差
だけを使用して、自動的な素材切除部分の振り分け位置
を制御し、これによって機械の過負荷または被加工材の
良好な処理を行わない可能性を最少にするのである。さ
らに、非接触プローブを使用することによって、ここに
説明された素材切除部分の振り分け装置は甚だ短時間で
処理を行うのである。

Claims (14)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ギヤ形被加工材の歯のフランクを仕上げる
   ための機械にして、工具スピンドルに回転を行うように
   取付けられる工具および前記ギヤ形被加工材を受入れて
   回転させる被加工材スピンドルを有する機械とともに使
   用するようになされた、素材切除部分の振り分け方法に
   おいて、 理論的に正しく寸法決めされたギヤ形被加工材のそれぞ
   れの歯の、これらの歯の頂部から予め定められた距離に
   位置する予め選択された点の間のフランク対フランクの
   間隔を計算し、 前記論理的なフランク対フランクの間隔を記憶させ、 前記工具が前記正しく寸法決めされた仕上げられたギヤ
   形被加工材の歯の間隔に対して共役に位置決めされた時
   の前記工具および前記被加工材スピンドルに対する相対
   的な素材切除部分の振り分け位置を決定し、 ギヤ形の被加工材を前記被加工材スピンドルに取付け、 前記被加工材のフランクに対して相対的な予め定められ
   た位置に位置決めされた時には何時でも起動信号を発生
   するように作動されるプローブを設け、 前記被加工材スピンドルを回転して前記被加工材の歯の
   フランクを前記プローブに対して相対的に動かし、前記
   被加工材の歯のフランクの前記プローブに対して相対的
   な位置が起動信号を発生する時には何時でも前記被加工
   材スピンドルの瞬間的な位置を示す出力信号を発生する
   ようになし、 前記被加工材の歯のフランクの前記瞬間的な位置を記憶
   させ、 前記被加工材の歯の多数のフランクの記憶された位置を
   前記記憶された理論的なギヤの歯のフランクの位置と比
   較して、前記被加工材の素材の比較されるフランクに対
   する測定誤差を発生させるようになし、 フーリエ変換を利用して前記測定された誤差値を解析し
   て、（ａ）前記測定誤差値の一次ハーモニックおよび
   （ｂ）前記一次ハーモニックに対応する修正された誤差
   値の組を発生させ、 前記修正された誤差値を前記論理的なフランク対フラン
   クの間隔と比較して修正値を発生させ、 前記工具および被加工材スピンドルの前記相対的な素材
   切除部分の振り分け位置を前記修正値に従って調節し、 被加工材の仕上げを開始させる、 諸工程を含んでいる素材切除部分の振り分け方法。
2. 【請求項２】前記修正された誤差値を前記測定誤差値か
   ら差引いて、調節された誤差値の組を作り、 前記調節された誤差値の組を予め定められた間隔の誤差
   の限界と比較し、 もし何れかの調節された誤差値が前記間隔の誤差の限界
   を超過している場合に失敗信号を発生させる、 さらに他の諸工程を含んでいる請求の範囲第１項に記載
   された方法。
3. 【請求項３】複数の被加工物の歯のフランクの記憶され
   た位置を前記記憶された理論的ギヤ歯のフランク位置と
   比較する工程の間に前記測定された誤差値が前記被加工
   材のそれぞれのギヤ歯のフランクに対して発生されるよ
   うになされている請求の範囲第１項に記載された方法。
4. 【請求項４】前記測定された誤差値が少なくとも３つの
   先導側および３つの追従側の歯のフランクに対して発生
   され、前記比較されるフランクが互いに近似的に角度的
   に等間隔になされている請求の範囲第１項に記載された
   方法。
5. 【請求項５】前記修正値を前記理論的なフランク対フラ
   ンクの間隔の半分よりも大きくない値を示す予め定めら
   れた修正限界と比較し、 もし前記修正信号が前記修正限界よりも大きい場合に失
   敗信号を発生する、さらに他の諸工程を含んでいる請求
   の範囲第１項に記載された方法。
6. 【請求項６】前記被加工材スピンドルが相対的測定単位
   にてその角度位置を示すように符号化されていて、また
   前記理論的なフランク対フランクの間隔の測定、前記瞬
   間的なスピンドル位置、前記測定された誤差値、前記修
   正された誤差値、および前記修正値が総て前記被加工材
   スピンドルの測定単位として表現されている請求の範囲
   第１項に記載された方法。
7. 【請求項７】前記プローブが非接触センサー装置を含
   み、前記回転させる工程が前記被加工材スピンドルを回
   転させて前記被加工材の表面が前記非接触センサー装置
   を通過するように動いて、前記被加工材の歯のフランク
   が前記予め定められた位置にて前記センサー装置の傍を
   通過する時には何時でも被加工材スピンドル単位にて前
   記被加工材スピンドルの瞬間的位置を示す出力信号を発
   生するようになされている請求の範囲第６項に記載され
   た方法。
8. 【請求項８】前記解析工程に続いて、前記方法が、 前記修正された誤差値を平均化して、平均化された修正
   された誤差値を発生させ、 前記平均化された修正された誤差値を前記論理的なフラ
   ンク対フランクの間隔と比較して修正値を発生させ、 前記工具および前記被加工材スピンドルの前記相対的な
   素材切除部分の振り分け位置を前記修正値に従って調節
   し、 前記被加工材の仕上げを開始させる、 さらに他の諸工程を含んでいる請求の範囲第７項に記載
   された方法。
9. 【請求項９】前記修正された誤差値を前記測定された誤
   差値から差引いて調節された誤差値の組を作り、 前記調節された誤差値の組の予め定められた間隔の誤差
   の限界と比較し、 もし何れかの調節された誤差値が前記間隔の誤差の限界
   を超過している場合に失敗信号を発生させる、 さらに他の諸工程を含んでいる請求の範囲第８項に記載
   された方法。
10. 【請求項１０】前記測定された誤差値が、前記複数の被
    加工物歯のフランクの記憶された位置を記憶された理論
    ギヤ歯のフランクの位置とを比較する工程の間に前記被
    加工材のそれぞれのギヤの歯のフランクに対して発生さ
    れるようになされている請求の範囲第８項に記載された
    方法。
11. 【請求項１１】前記測定された誤差値が少なくとも３つ
    の先導側および３つの追従側の歯のフランクに対して発
    生され、前記比較されるフランクが互いに近似的に角度
    的に等間隔になされている請求の範囲第８項に記載され
    た方法。
12. 【請求項１２】ギヤ形の被加工材の歯のフランクを仕上
    げる機械の素材切除部分の振り分け装置であって、前記
    機械が工具スピンドルに回転するように取付けられた工
    具、前記被加工材を正しく仕上げるために、前記被加工
    材を受入れて回転させる被加工材スピンドル、およびそ
    れぞれの理論的に予め定められた相対的な素材切除部分
    の振り分け位置に前記被加工材スピンドルを動かす装置
    を有することからなる素材切除部分の振り分け装置にお
    いて、 前記被加工材のフランクに対して相対的な予め定められ
    た位置に配置された時には何時でも起動信号を発生する
    プローブと、 前記被加工物スピンドルの角度位置を示す値の信号を発
    生する前記被加工材スピンドルに対するエンコーダー
    と、 前記被加工材に対して相対的に前記プローブの前記予め
    選択された位置に関連する予め定められた点と点の間で
    測定された正しく寸法決めされたギヤ被加工材の歯のフ
    ランク対フランクの間隔を示す予め定められた理論的な
    値であって、前記フランク対フランクの間隔の測定信号
    が被加工材スピンドル単位に変換可能になされている前
    記予め定められた理論的な値と、起動信号が前記プロー
    ブによって発生される時には何時でも得られる前記エン
    コーダーからの瞬間的な位置の値と、を受取って記憶す
    る記憶装置と、 前記理論的な値および前記瞬間的な値の間の差を示す前
    記歯のフランクに対する測定された誤差値を発生し、フ
    ーリエ変換を利用して前記測定された誤差値を解析し
    て、（ａ）前記測定された誤差値の一次ハーモニックを
    決定して、（ｂ）前記一次ハーモニックに対応する修正
    された誤差値の組を発生させ、前記修正された誤差値を
    前記論理的なフランク対フランクの間隔と比較して被加
    工材スピンドル単位にて修正値を発生させる、ようにプ
    ログラム可能のマイクロプロセッサーと、を含み、 前記被加工材スピンドルを動かす装置が前記修正値に応
    答して前記修正値に従って前記被加工材スピンドルの前
    記相対的な素材切除部分の振り分け位置を調節するよう
    になされている、素材切除部分の振り分け装置。
13. 【請求項１３】前記プローブが前記被加工材に対して相
    対的な予め選択された位置で、かつ前記被加工材の歯の
    近辺に配置された非接触センサーであって、前記歯のフ
    ランクの１つが予め定められた距離にてプローブを通過
    して回転される時には何時でも示すためのものである請
    求の範囲第12項に記載された素材切除部分振り分け装
    置。
14. 【請求項１４】前記マイクロプロセッサーがさらに、 前記修正された誤差値を平均化して、平均化された修正
    された誤差値を発生し、 前記平均化された修正された誤差値を前記理論的にフラ
    ンク対フランクの間隔と比較して被加工材スピンドル単
    位にて前記修正値を発生させる、ようにプログラム可能
    になされている請求の範囲第12項に記載された素材切除
    部分振り分け装置。