JP3930378B2 - 歯車歯形の非接触測定方法および非接触測定装置 - Google Patents
歯車歯形の非接触測定方法および非接触測定装置 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザーホログラフィ測距装置を用いた歯車歯形の非接触測定方法および非接触測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、歯形誤差、歯すじ誤差、ピッチ誤差など、歯車の歯形に係る誤差は、触針方式の歯車歯形測定装置によって測定するのが一般的であった。
【０００３】
しかし、この触針方式の歯車歯形測定装置の場合は、プローブの直径に限界があり、微細な歯車に対して適用しようとすると、測定端子の支持部分の強度が不足して誤差が大きくなるといった問題があった。また、なによりも触針式の歯車歯形測定装置の場合は、プローブの接触圧力により、歯面にキズを付けたり、歯を撓ませたりするという問題があった。
【０００４】
そこで、これらの問題を解決すべく、従来、レーザーホログラフィを応用した種々の非接触測定方法および非接触測定装置が開発されている。
【０００５】
例えば、特開平６−１０９４４４号公報には、自由曲面形状測定装置に取り付けた被測定歯車が適切な位置に自動的に回転設定されるようにし、また測定機構を適正な位置に移動、設定し、高密度のＣＣＤカメラを利用して直接歯面の干渉縞像をコンピュータに取り込み、歯面形状の測定データを解析、演算により得る構成にした歯面形状の非接触測定方法の技術が開示されている。
【０００６】
また、特開平９−１４９３７号公報には、コンピュータによるシミュレーション干渉縞像または実際のマスタ歯面の干渉縞像と被測定歯面の干渉縞像との比較差を逆光線追跡および光線追跡することにより理論値またはマスタ値との差を収斂させ、最終的に歯面誤差を得るようにした歯面形状の非接触測定方法の技術が開示されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の公報に開示された歯車歯形の非接触測定方法では、いずれも被測定歯面にレーザーホログラフィによる干渉縞像を生成させ、その像をＣＣＤカメラなどでコンピュータに取り込み、画像解析により歯面の形状を測定していたので、装置が複雑になり、高価なものにならざるを得なかった。
【０００８】
また、レーザーホログラフィによる干渉縞像による画像解析システムは、精度を上げれば上げる程、測距有効範囲が狭くなるため、高低差のある歯面を解析する場合は、歯車の測定点が測距有効範囲から外れてしまう結果、その都度測距有効範囲内に入るように、歯車とレーザーホログラフィ測距装置本体の相対位置を変更しなければならなかった。そのため歯車形状の測定に係る全体の時間が長くなってしまい、歯車製造に係る効率を悪化させる結果、実用化が困難になるという問題があった。
【０００９】
本発明は上記不具合に鑑みてなされたものであり、装置を簡素化して製造に係るコストを低減することができるだけでなく、歯車とレーザーホログラフィ測距装置との相対位置を変更する頻度を低減して歯車歯形の測定に係る時間を短縮することができる歯車歯形の非接触測定方法及び歯車歯形の非接触測定装置を提供することを課題としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明は、レーザーホログラフィ測距装置により歯車の歯形を非接触で測定する歯車歯形の非接触測定方法であって、レーザーホログラフィ測距装置本体と歯車との相対位置を変更することにより、レーザーホログラフィ測距装置の測定光軸が、歯車の一の位相にある点を通るようにする光軸調整工程と、この歯車の一の位相の点がレーザーホログラフィ測距装置の測定光軸上において測距有効範囲内に入るようにレーザーホログラフィ測距装置本体と歯車との相対位置を変更する焦点調整工程と、レーザーホログラフィ測距装置本体と歯車との相対位置が一定に保たれた状態で歯車の回転軸を中心にして歯車を回動させることにより、歯車のそれぞれの歯においてこの一の位相と共通の位相にある各点を離散的に順次測定する離散的測定工程とを含み、一の離散的測定工程により一の位相と共通の位相にある各測定点を離散的に測定した後、歯車の種々の位相にある点について光軸調整工程と、焦点調整工程と、離散的測定工程とを行うことを繰返すことにより、歯車の種々の位相にある各点を順次離散的に測定し、これらの測定データを集計して歯形を求めることを特徴とする歯車歯形の非接触測定方法である（請求項１）。
【００１１】
本発明によれば、それぞれの歯の一の位相にある各点を離散的に順次測定する間は、歯車の測定点がレーザーホログラフィ測距装置の測定光軸上において測距有効範囲内に入るようにレーザーホログラフィ測距装置本体と歯車との相対位置を変更するための焦点調整工程の必要がないので、全体の測定時間を大幅に短縮することができる。
【００１２】
また、本発明の好ましい態様は、レーザーホログラフィ測距装置本体と歯車との相対位置が一定に保たれた状態で歯車の回転軸を中心にして歯車を回動させることにより、上記歯車の一の位相の点と同じ測定光軸上において上記一の位相の点と同じ測距有効範囲内の各点を順次測定する有効範囲内測定工程を含むことを特徴とする請求項１記載の歯車歯形の非接触測定方法である（請求項２）。
【００１３】
この好ましい態様によれば、レーザーホログラフィ測距装置本体と歯車との相対位置が一定に保たれた状態で歯車の回転軸を中心にして歯車を回動させることにより、上記歯車の一の位相の点と同じ測定光軸上において上記一の位相の点と同じ測距有効範囲内の各点が順次測定されるので、新たな焦点調整工程を行うことなく歯車の歯形に関するさらに多くのデータを採取することができる。
【００１４】
また、本発明の好ましい態様は、レーザーホログラフィ測距装置の測定光軸が、歯車の他の部分によって遮られないように、レーザーホログラフィ測距装置本体と歯車との相対位置を変更する光軸変更工程を含むことを特徴とする請求項２記載の歯車歯形の非接触測定方法である（請求項３）。
【００１５】
この好ましい態様によれば、例えば、レーザーホログラフィ測距装置の測定光軸が歯車の山部分によって遮られて歯車の歯溝の位相にある点の測定ができなくなるような場合などでも、レーザーホログラフィ測距装置本体と歯車との相対位置を変更する光軸変更工程により、これら死角となる点を測定することができるようになる。
【００１６】
また、本発明の好ましい態様は、歯車の回転軸から一方の側を測定光軸が通るようにして各歯の一方の面を測定する工程と、歯車の回転軸から他方の側を測定光軸が通るように上記光軸変更工程を行なう工程と、この歯車の回転軸から他方の側を測定光軸が通るようにして各歯の他方の面を測定する工程とを含むことを特徴とする請求項３記載の歯車歯形の非接触測定方法である（請求項４）。
【００１７】
この好ましい態様によれば、歯車の回転軸から一方の側を測定光軸が通るようにすることにより、各歯の一方の面を測定光軸が遮られない状態で測定することができるとともに、歯車の回転軸から他方の側を測定光軸が通るようにすることにより、各歯の他方の面を同様に測定光軸が遮られない状態で測定することができる。
【００１８】
また、本発明の好ましい態様は、上記レーザーホログラフィ測距装置の測定光軸は、歯車の回転軸と直交する方向に沿うように設定されるとともに、上記レーザーホログラフィ測距装置と歯車との相対位置は、歯車の回転軸の方向と、測定光軸の方向と、歯車の回転軸および測定光軸それぞれに直交する方向とのそれぞれの方向にレーザーホログラフィ測距装置本体を相対的に移動することにより変更されることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の歯車歯形の非接触測定方法である（請求項５）。
【００１９】
この好ましい態様によれば、構造が簡単であるとともに、測定に係る距離の演算が容易であり、歯車歯形の測定システムを構成しやすい。
【００２０】
また、本発明の別の態様は、レーザーホログラフィ測距装置により歯車の歯形を非接触で測定する歯車歯形の非接触測定装置であって、歯車の回転軸を中心にして歯車の回動姿勢を変更可能な回動姿勢変更手段と、レーザーホログラフィ測距装置本体と歯車との相対位置を変更可能な相対位置変更手段と、歯車歯形に関する設計データを格納する記憶手段と、記憶手段に格納された設計データに基づいて、歯車の測定点がレーザーホログラフィ測距装置の測定光軸上にあるように回動姿勢変更手段と相対位置変更手段とをそれぞれ制御するとともに、測定光軸上にある歯車の測定点を測定するようにレーザーホログラフィ測距装置を制御する制御手段とを備え、上記制御手段は、レーザーホログラフィ測距装置本体と歯車との相対位置を変更してレーザーホログラフィ測距装置の測定光軸が、歯車の一の位相にある点を通るように相対位置変更手段を制御する光軸調整と、この歯車の一の位相の点がレーザーホログラフィ測距装置の測定光軸上において測距有効範囲内に入るようにレーザーホログラフィ測距装置本体と歯車との相対位置を変更するように相対位置変更手段を制御する焦点調整と、レーザーホログラフィ測距装置本体と歯車との相対位置が一定に保たれた状態で、歯車の回転軸を中心にして歯車のピッチずつ歯車を順次回動させて、歯車のそれぞれの歯においてこの一の位相と共通の位相にある各点を離散的に順次測定するように回動姿勢変更手段とレーザーホログラフィ測距装置とを制御する離散的測定と、一の離散的測定により一の位相と共通の位相にある各測定点を離散的に測定した後、歯車の種々の位相にある点について光軸調整と、焦点調整と、離散的測定とを行うことを繰返すことにより、歯車の種々の位相にある各点を順次離散的に測定する処理とを行なうとともに、これらの測定データを集計して歯形を求めるものであることを特徴とする歯車歯形の非接触測定装置（請求項６）。
【００２１】
この態様によれば、それぞれの歯の一の位相にある各点を離散的に順次測定する間は焦点調整工程の必要がないので、全体の測定時間を大幅に短縮することができる。
【００２２】
また、本発明の好ましい態様は、上記制御手段は、レーザーホログラフィ測距装置本体と歯車との相対位置が一定に保たれた状態で、歯車の回転軸を中心にして歯車を回動させることにより、上記歯車の一の位相の点と同じ測定光軸上において上記一の位相の点と同じ測距有効範囲内の各点を順次測定する有効範囲内測定を行うように、回動姿勢変更手段とレーザーホログラフィ測距装置とを制御するものであることを特徴とする請求項６記載の歯車歯形の非接触測定装置である（請求項７）。
【００２３】
この好ましい態様によれば、レーザーホログラフィ測距装置本体と歯車との相対位置が一定に保たれた状態で上記一の位相の点と同じ測距有効範囲内の各点が順次測定されるので、新たな焦点調整工程を行うことなく歯車の歯形に関するさらに多くのデータを採取することができる。
【００２４】
また、本発明の好ましい態様は、上記制御手段は、レーザーホログラフィ測距装置の測定光軸が、歯車の他の部分によって遮られないように、レーザーホログラフィ測距装置本体と歯車との相対位置を変更する光軸変更を行うように、相対位置変更手段を制御するものであることを特徴とする請求項７記載の歯車歯形の非接触測定装置である（請求項８）。
【００２５】
この好ましい態様によれば、例えば、レーザーホログラフィ測距装置の測定光軸が歯車の山部分によって遮られて歯車の歯溝の位相にある点の測定ができなくなるような場合などでも、レーザーホログラフィ測距装置本体と歯車との相対位置を変更する光軸変更工程により、これら死角となる点を測定することができるようになる。
【００２６】
また、本発明の好ましい態様は、上記制御手段は、歯車の回転軸から一方の側を測定光軸が通る状態で各歯の一方の面を測定するように相対位置変更手段を制御する処理と、歯車の回転軸から他方の側を測定光軸が通るように相対位置変更手段を制御して上記光軸変更を行う処理と、この歯車の回転軸から他方の側を測定光軸が通る状態で各歯の他方の面を測定するように相対位置変更手段を制御する処理とを行うものであることを特徴とする請求項８記載の歯車歯形の非接触測定装置である（請求項９）。
【００２７】
この好ましい態様によれば、歯車の回転軸から一方の側を測定光軸が通るようにすることにより、各歯の一方の面を測定光軸が遮られない状態で測定することができるとともに、歯車の回転軸から他方の側を測定光軸が通るようにすることにより、各歯の他方の面を同様に測定光軸が遮られない状態で測定することができる。
【００２８】
また、本発明の好ましい態様は、上記レーザーホログラフィ測距装置の測定光軸は、歯車の回転軸と直交する方向に沿うように設定されるとともに、上記相対位置変更手段は、歯車の回転軸の方向と、測定光軸の方向と、歯車の回転軸および測定光軸それぞれに直交する方向とのそれぞれの方向にレーザーホログラフィ測距装置本体を相対的に移動することによりレーザーホログラフィ測距装置と歯車との相対位置を変更するものであることを特徴とする請求項６乃至請求項９のいずれかに記載の歯車歯形の非接触測定装置である（請求項１０）。
【００２９】
この好ましい態様によれば、構造が簡単であるとともに、測定に係る距離の演算が容易であり、歯車歯形の測定システムを構成しやすい。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら本発明の好ましい実施の一形態について詳述する。図１は本発明の実施の形態に係る歯車歯形の非接触測定装置１０の構成を示す斜視図であり、図２は本発明の実施の形態に係る歯車歯形の非接触測定装置１０の概略の構成を示すブロック図である。
【００３１】
図１と図２とを参照して、図示の本発明の実施の形態に係る歯車歯形の非接触測定装置１０は、レーザーホログラフィ測距装置２により歯車１の歯形を非接触で測定するものであって、歯車１の回転軸１ａを中心にして歯車１の回動姿勢を変更可能な回動姿勢変更手段３と、レーザーホログラフィ測距装置本体２ａと歯車１との相対位置を変更可能な相対位置変更手段４と、歯車歯形に関する設計データを格納する記憶手段５（図２）と、記憶手段５に格納された設計データに基づいて、歯車１の測定点Ｐがレーザーホログラフィ測距装置２の測定光軸２ｃ上にあるように回動姿勢変更手段３および相対位置変更手段４とをそれぞれ制御するとともに、測定光軸２ｃ上にある歯車１の測定点Ｐを測定するようにレーザーホログラフィ測距装置２を制御する制御手段６（図２）とを備えている。
【００３２】
上記レーザーホログラフィ測距装置２は、本実施形態では、一般に市場に流通している、いわゆるコノスコピック・ホログラフィ方式の測距装置を採用しており、レーザーホログラフィ測距装置本体２ａと、測距制御ユニット２ｂ（図２）とを備えている。
【００３３】
レーザーホログラフィ測距装置本体２ａは、物体からの反射光が、光学結晶内部で直交する二軸の偏光に分割されるとともに、この分割された二つの偏光が光学結晶を出るときに再び出会うことにより、物体までの距離情報を含んだ同心円状の多数の縞模様が形成されるというコノスコープの原理を応用した非接触式の測距装置である。本実施形態では、６８５ｎｍの波長のレーザー光を用い、測定装置の対物レンズ２ｄから約４０ｍｍの距離で測定有効範囲が約２ｍｍ内にある物体において、物体までの距離を２．５μｍ以下の測定精度で測定することが可能なものを採用している。また、このレーザーホログラフィ測距装置本体２ａは、対物レンズの交換により、例えば対物レンズ２ｄから約１４ｍｍの距離で測定有効範囲が約０．６ｍｍ内にある物体において、物体までの距離を１μｍ以下の測定精度で測定することが可能となるなど、対象とする歯車の大きさ、許容測定誤差など種々の条件に対応可能になっている。
【００３４】
このレーザーホログラフィ測距装置本体２ａの測定光軸２ｃは、歯車歯形の非接触測定装置１０の構造を簡単にするとともに、測定に係る距離の演算を容易にして、システムを構成しやすくするために、略水平に設けられた歯車１の回転軸１ａと直交するように、鉛直方向に設定されている。
【００３５】
また、測距制御ユニット２ｂ（図２）は、制御手段６から入力される測定の指示のためのディジタル制御信号を受け取ることにより、図略のコノスコープで得られる物体までの距離情報を含んだ同心円状の多数の縞模様を解析して、レーザーホログラフィ測距装置本体２ａの対物レンズ２ｄから歯車１の測定点Ｐまでの距離を演算するとともに、その歯車１の測定点Ｐまでの距離をディジタル信号に変換して、制御手段６に送る。
【００３６】
上記回動姿勢変更手段３は、水平に設けられた歯車１の回転軸１ａを中心にして歯車１の回動姿勢を変更可能にするためのものであり、歯車１の回転角度の検出と制御が可能なように、歯車１の回転軸１ａを中心にして回転する回動用ステッピングモーター３ａと、回動用ステッピングモーター３ａを制御する回動用モーター制御ユニット３ｂ（図２）とを備えている。
【００３７】
そして回動姿勢変更手段３の回動用モーター制御ユニット３ｂは、歯車１の回転角度データすなわち、歯車１の歯車軸（Ｃ軸）についての回転角度データをディジタル信号の形で制御手段６に送るとともに、制御手段６から歯車１の移動データすなわち、Ｃ軸についての回転角度データの増減分もしくは移動後の回転角度データをディジタル信号の形で受け取り、これらのデータに基づいて、回動用ステッピングモーター３ａをパルス制御により駆動する。
【００３８】
上記相対位置変更手段４は、レーザーホログラフィ測距装置本体２ａを移動させてレーザーホログラフィ測距装置本体２ａと歯車１との相対位置を変更するためのものであり、水平に設けられた歯車１の回転軸１ａの方向（Ｙ軸）にレーザーホログラフィ測距装置本体２ａを移動させるＹ軸移動手段４２と、鉛直に設けられた測定光軸２ｃの方向（Ｚ軸）にレーザーホログラフィ測距装置本体２ａを移動させるＺ軸移動手段４３と、歯車１の回転軸１ａおよび測定光軸２ｃそれぞれに直交する水平の方向（Ｘ軸）にレーザーホログラフィ測距装置本体２ａを移動させるＸ軸移動手段４１とを有している。
【００３９】
そして各移動手段４１、４２、４３は、それぞれの軸におけるレーザーホログラフィ測距装置本体２ａの位置の検出と制御が可能なように、それぞれ１つの移動用ステッピングモータ４ａ（図２）と、移動用ステッピングモータ４ａを制御する移動用モーター制御ユニット４ｂ（図２）とを備えている。
【００４０】
これら移動用モーター制御ユニット４ｂは、レーザーホログラフィ測距装置本体２ａの位置データすなわち、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、それぞれについての位置データをディジタル信号の形で制御手段６に送るとともに、制御手段６からは、レーザーホログラフィ測距装置本体２ａの移動データすなわち、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸についての位置データの増減分もしくは移動後の位置データをディジタル信号の形で受け取って、これらのデータに基づき、各移動用ステッピングモータ４ａをパルス制御により駆動する。
【００４１】
上記記憶手段５は、歯車歯形に関する設計データを格納するためのものであり、本実施形態では、後述する制御手段６のコンピュータ本体６１に含まれるハードディスク６１ｂにおいて歯車歯形に関する設計データを格納するための記憶領域がこれに相当する。
【００４２】
上記制御手段６は、記憶手段５に格納された設計データに基づいて、歯車１の各測定点がレーザーホログラフィ測距装置２の測定光軸２ｃ上にあるように回動姿勢変更手段３と相対位置変更手段４とをそれぞれ制御するとともに、測定光軸２ｃ上にある歯車１の測定点Ｐを測定するようにレーザーホログラフィ測距装置２を制御するものであり、本実施形態では、コンピュータ本体６１と、コンピュータ本体６１に設計データを入力するとともにコンピュータ本体６１に工程に関する指示を与えるための入力装置６２と、コンピュータ本体６１における処理結果を表示する表示装置６３とを備えている。
【００４３】
コンピュータ本体６１は、情報処理を司るコンピュータ集積回路６１ａと、ハードディスク６１ｂと、信号を授受するための入出力アダプター６１ｃと、これらを接続するバス回路６１ｄ、その他の電気回路とを備えたいわゆるパーソナルコンピュータが採用されている。
【００４４】
コンピュータ集積回路６１ａは、中央で演算処理を行ういわゆるＣＰＵを含んだ集積回路で構成され、コンピュータ本体６１の他の回路や装置とバス回路６１ｄその他の配線で電気的に接続され、これらとディジタル信号の形式で情報データの授受を行なうことにより各装置を統括制御している。
【００４５】
ハードディスク６１ｂは、前述のように記憶手段５として歯車歯形に関する設計データを設計データを格納するための記憶領域に格納するだけでなく、本実施形態では、制御手段６において歯車歯形の非接触測定装置１０を制御する測定プログラムを格納するためにも用いられる。また、測定した歯形の形状データや、解析結果を格納するためにも用いられる。
【００４６】
入出力アダプター６１ｃは、コンピュータ集積回路６１ａが、レーザーホログラフィ測距装置本体２ａの測距制御ユニット２ｂ、回動姿勢変更手段３の回動用モーター制御ユニット３ｂ、および相対位置変更手段４の移動用モーター制御ユニット４ｂとディジタル信号を授受するために設けられた補助的回路であり、相互に信号形式を変換することにより、コンピュータ集積回路６１ａが各制御ユニット２ｂ、３ｂ、４ｂを制御することが可能になっている。
【００４７】
コンピュータの入力装置６２は、本実施形態では、いわゆるキーボード６２ａとマウス６２ｂが採用されている。これら入力装置６２は、コンピュータ本体６１に対してプログラムをロードして実行するための指示に関するデータ、処理工程に必要なデータ、処理工程の選択に関するデータなどの入力を行うためのものである。
【００４８】
コンピュータの表示装置６３は、本実施形態では、いわゆるＣＲＴディスプレーあるいは液晶ディスプレーと呼ばれる表示手段が採用され、測定結果、解析結果が表示される。
【００４９】
そして、この制御手段６は、コンピュータ本体６１のハードディスク６１ｂに格納されたプログラムが図略のＣＰＵを含むコンピュータ集積回路６１ａにロードされて実行されることにより、レーザーホログラフィ測距装置２と、回動姿勢変更手段３と、相対位置変更手段４とをそれぞれ制御することにより、本発明の実施の形態に係る歯車歯形の非接触測定方法を実行するように構成されている。
【００５０】
次に、図３〜図７を参照して、この本発明の実施の形態に係る歯車歯形の非接触測定装置１０において、上記制御手段６が実行する歯車歯形の非接触測定方法の詳細について説明する。
【００５１】
図３は本発明の実施の形態に係る歯車歯形の非接触測定方法の前半を示すフロー図であり、図４は本発明の実施の形態に係る歯車歯形の非接触測定方法の後半を示すフロー図である。また、図５は本発明の実施の形態に係る歯車歯形の非接触測定方法のＸ軸に係る光軸調整工程と、焦点調整工程と、離散的測定工程と、光軸変更工程の概要を示す説明図である。また、図６は本発明の実施の形態に係る歯車歯形の非接触測定方法の有効範囲内測定工程の概要を示す説明図であり、図７は、本発明の実施の形態に係る歯車歯形の非接触測定方法のＹ軸に係る光軸調整工程の概要を示す説明図である。
【００５２】
図３を参照して、本発明の実施の形態に係る歯車歯形の非接触測定装置１０の測定方法の前半は、まず、ステップＳ１において、測定プログラムを起動することにより、測定をスタートさせる。
【００５３】
次に、ステップＳ２において、記憶手段５に格納された設計データの有無を確認し、ＮＯの場合はステップＳ３に進む。また、ＹＥＳの場合はステップＳ４に進む。
【００５４】
ステップＳ３においては、入力装置６２から、歯車諸元を入力することにより、歯車１の設計データを記憶手段５に格納する。
【００５５】
また、ステップＳ４においては、既に記憶手段５に格納してある歯車歯形の設計データを記憶手段５からコンピュータ集積回路６１ａの記憶領域に読み込む。
【００５６】
次に、ステップＳ５において、ステップＳ３あるいはステップＳ４でコンピュータ集積回路６１ａの記憶領域に読み込んだ設計データから、歯車１の理論歯形を計算する。
【００５７】
ステップＳ６において、相対位置変更手段４を制御してレーザーホログラフィ測距装置２をＸ軸の中心に移動させる（図５参照）。
【００５８】
ステップＳ７において、最初の焦点調整工程を行う。この焦点調整工程は、相対位置変更手段４を制御して、Ｘ軸の中心に位置する歯車１の頂点がレーザーホログラフィ測距装置２の測距有効範囲内に入るように、レーザーホログラフィ測距装置本体２ａと歯車１との相対位置を変更するものである（図５参照）。
【００５９】
ステップＳ８において、レーザパワーの調整を行う。
【００６０】
次に図４を参照して、本発明の実施の形態に係る歯車歯形の非接触測定装置１０の測定方法の後半は、まず、ステップＳ９において、光軸調整工程を行う。この光軸調整工程は、相対位置変更手段４を制御して、レーザーホログラフィ測距装置本体２ａと歯車１との相対位置を変更することにより、レーザーホログラフィ測距装置２の測定光軸２ｃが、歯車１の一の位相にある点を通るようにするものであり、歯車１の測定位置にＹ軸に沿って移動するステップＳ９ｙと、歯形測定の位置までＸ軸方向に沿って移動するステップＳ９ｘの少なくとも一方の工程を含んでいる。本実施形態においては、各歯の一方の面１ｊ（図５参照）を測定光軸２ｃが遮られない状態で測定することができるようにするために、最初の光軸調整工程は、歯車１の回転軸１ａから一方の側（図５において右側）を測定光軸２ｃが通るようにして行われる。
【００６１】
次に、ステップＳ１０において、測定前の焦点調整工程を行う。この焦点調整工程は、相対位置変更手段４を制御して、歯車１の一の位相の点がレーザーホログラフィ測距装置２の測定光軸２ｃ上において測距有効範囲内に入るようにレーザーホログラフィ測距装置本体２ａと歯車１との相対位置を変更するものである。
【００６２】
そして、その後、ステップＳ１１において、有効範囲内測定工程を行う。この有効範囲内測定工程は、図６にも示すように、レーザーホログラフィ測距装置本体２ａと歯車１との相対位置が一定に保たれた状態で、回動姿勢変更手段３を制御して、歯車１の回転軸１ａを中心にして歯車１を回動させることにより、歯車１の一の位相の点と同じ測定光軸２ｃ上において一の位相の点Ｐ１と同じ測距有効範囲内の各点を順次測定するものである。本実施形態においては、例えば歯１ｂがＡからＢの位置に回動する間に、同じ測定光軸２ｃ上において測距有効範囲内の各点Ｐ１〜Ｐ５が順次測定される。
【００６３】
ステップＳ１２において、同じ測距有効範囲内の各点が測定されたかどうかを判断し、ＹＥＳの場合はステップＳ１３に進む。また、ＮＯの場合はステップＳ１１を繰返す。
【００６４】
ステップＳ１３において、離散的測定工程を行う。この離散的測定工程は、レーザーホログラフィ測距装置本体２ａと歯車１との相対位置が一定に保たれた状態で、回動姿勢変更手段３を制御して歯車１の回転軸１ａを中心にして歯車１を回動させることにより、歯車１のそれぞれの歯においてこの一の位相と共通の位相にある各点を離散的に順次測定するものである。このことを図６を参照して説明すると、次の歯１ｃがＣの位置からＡの位置にまで回動した時に、ステップ１１で測定したＰ１と同じ位相にある点Ｐ６が測定されることを示している。
【００６５】
次に、ステップＳ１４において、図６に示すように、各歯の一方の面１ｊの歯先１ｍから歯底１ｎまで測定したかどうかを判断する。
【００６６】
ＮＯの場合はステップＳ９ｘに進んで、Ｓ９ｘ〜１４の工程すなわち、Ｓ９ｘのＸ軸に係る光軸調整工程と、Ｓ１０の焦点調整工程と、Ｓ１１の有効範囲内測定工程と、ステップＳ１２の判断と、ステップＳ１３の離散的測定工程と、ステップＳ１４の判断とを繰返すことにより、歯車１の一方の面１ｊを歯先１ｍから歯底１ｎにかけて測定する（図５参照）。
【００６７】
また、ＹＥＳの場合は、各歯の一方の面１ｊの歯先１ｍから歯底１ｎまでの測定が完了したと判断してステップＳ１５に進む。
【００６８】
このように、各歯の一方の面１ｊを測定光軸２ｃが遮られない状態で測定することができるようにするために、歯車１の回転軸１ａから一方の側（図５において右側）を測定光軸２ｃが通るようにしてステップＳ９ｘ〜１４を行うことにより、各歯の一方の面１ｊが測定される。
【００６９】
ステップＳ１５において、光軸変更工程を行う。この光軸変更工程は、例えば、レーザーホログラフィ測距装置２の測定光軸２ｃが歯車１の山部分によって遮られて歯車１の歯溝の位相にある点の測定ができなくなるような場合などでも、これら死角となる点を測定することができるようにするものであり、本実施形態では、歯車１の回転軸１ａから他方の側（図５において左側）を測定光軸２ｃが通るように上記光軸変更工程が行なわれる（図５参照）。
【００７０】
ステップＳ１６において、各歯の他方の面１ｋの歯先１ｑから歯底１ｒまで測定したかどうかを判断し、ＮＯの場合はステップＳ９ｙに進んで、Ｓ９ｘ〜１４の工程を繰返すことにより、歯車１の他方の面１ｋを歯先１ｑから歯底１ｒにかけて測定する（図５参照）。また、ＹＥＳの場合はステップＳ１７に進む。
【００７１】
このように、各歯の他方の面１ｋを測定光軸２ｃが遮られない状態で測定することができるようにするために、歯車１の回転軸１ａから他方の側（図５において左側）を測定光軸２ｃが通るようにしてステップＳ９ｘ〜１４を行うことにより、各歯の他方の面１ｋが測定される（図５参照）。
【００７２】
次に、ステップＳ１７において、設定した歯車１の軸方向（Ｙ軸方向）の分割数だけ測定したかどうかを判断し、ＮＯの場合はステップＳ９ｙに進んで図７に示すように歯車１の軸方向（Ｙ軸方向）の次の層の測定に移行する。また、ＹＥＳの場合は歯車歯形の測定を終了するとともに測定データを解析して、後述するように解析結果を表示装置６３に出力する。
【００７３】
このように、本発明の実施の形態に係る歯車歯形の非接触測定方法は、離散的測定工程により一の位相と共通の位相にある各測定点を離散的に測定した後、歯車１の種々の位相にある点について光軸調整工程と、焦点調整工程と、離散的測定工程とを行うことを繰返すことにより、歯車１の他の位相にある各点を順次離散的に測定していくことを特徴とする歯車歯形の非接触測定方法であり、それぞれの歯の一の位相にある各点を離散的に順次測定する間は焦点調整工程の必要がない結果、全体の測定時間を大幅に短縮することができるものである。
【００７４】
また、有効範囲内測定工程により、歯車１を回動させるだけで、歯車１の一の位相の点と同じ測距有効範囲内の各点が順次測定されるので、新たな焦点調整工程を行うことなく歯車１の歯形に関するさらに多くのデータを採取することができるものである。
【００７５】
次に図８を参照して、本発明の実施の形態に係る歯車歯形の非接触測定方法および非接触測定装置１０の作用について説明する。
【００７６】
図８は歯車歯形の測定に係る各距離の関係を示す概念図であり、図９は本発明の実施の形態に係る歯車歯形の非接触測定方法および非接触測定装置１０による測定結果の一例を示す歯形のレンダリング図２０である。
【００７７】
図８を参照して、図示のように、歯車１の歯形がインボリュート歯面の場合は、αをいわゆる歯車歯形の圧力角（ｒａｄ）として次の関係がある。
α＝ｃｏｓ-1（ｄｂ／ｄｘ） （ｒａｄ） ▲１▼
ｉｎｖα＝ｔａｎα−α （ｒａｄ） ▲２▼
ここで、ｄｂは、歯車の基礎円直径（ｍｍ）、ｄｘは、歯面上の任意の点Ｐにおける直径（ｍｍ）を表し、また、ｉｎｖαは、歯車１の歯において歯形上の直径がｄｘとなる角度を示している。
【００７８】
一方、角度θ（ｒａｄ）だけずらした歯車１の歯１ｂ上の任意の点Ｐの座標を（Ｅｘ、Ｅｚ）とすると、Ｅｘ（ｍｍ）、Ｅｚ（ｍｍ）は、次の式で表される。
Ｅｘ＝ｄｘ・ｓｉｎ（θ＋ｉｎｖα）／２ ▲３▼
Ｅｚ＝ｄｘ・ｃｏｓ（θ＋ｉｎｖα）／２ ▲４▼
このことから、角度θ（ｒａｄ）だけずらした歯において、直径ｄｘの歯上の任意の点Ｐの理論座標（Ｅｘ、Ｅｚ）は、▲１▼〜▲４▼の式を用いて、ｄｘと既知の値ｄｂおよびθだけで算出することができることがわかる。
【００７９】
このように、本発明の実施の形態に係る歯車歯形の非接触測定方法および非接触測定装置１０においては、この角度θ（ｒａｄ）だけずらした歯１ｂにおける理論座標（Ｅｘ、Ｅｚ）の点を通るようにレーザーホログラフィ測距装置２の測定光軸２ｃを定めるとともに、対物レンズ２ｄと測定点Ｐの距離Ｌを測定することにより、対物レンズ２ｄの高さから距離Ｌを除算して、理論値Ｅｚに対する実際の座標を測定することができるものである。
【００８０】
図９は、本発明の実施の形態に係る歯車歯形の非接触測定方法および非接触測定装置で得られた歯車歯形の測定データを基にして行う歯車の解析の手順を示すフロー図である。
【００８１】
図９を参照して、本発明の実施の形態に係る歯車歯形の非接触測定方法で得られた歯車歯形の測定データは、ステップＳ２１において、図１０に示すような実歯形のレンダリング図２０を作成する他、ステップＳ２２において、ＪＩＳの精度評価に係る検査グラフあるいは検査表を作成する。ここでＪＩＳの評価項目は、(1)単一ピッチ誤差、(2)部分累積ピッチ誤差、(3)累積ピッチ誤差、(4)全歯形誤差、(5)全歯すじ誤差、(6)片歯面１ピッチかみあい誤差、(7)片歯面全かみあい誤差、(8)歯形形状誤差、(9)歯形こう配誤差、(10)歯すじ形状誤差、(11)歯すじ傾斜誤差の１１項目である。
【００８２】
また、ステップＳ２３において、得られた歯形の形状データは、同様にして得られた他の歯車の測定データと組み合わせることにより、他の歯車とのかみあいシミュレーションを行うのに用いられる。そして、このかみあいシミュレーションの過程において、▲１▼回転伝達誤差解析、▲２▼回転むら（回転変動率）解析、▲３▼周波数解析等を行う。
【００８３】
なお、これらの測定データ、解析データは、ネットワークを介して各部門が利用できるようにすることにより、例えば製造部門と設計部門との間の情報伝達において時間差をなくすなど、工期を短縮して、歯車製造に係るコストをさらに低減することが可能となる。
【００８４】
以上説明したように、本発明の実施の形態に係る歯車歯形の非接触測定方法および非接触測定装置１０によれば、それぞれの歯の一の位相にある各点を離散的に順次測定する間は、歯車１の測定点Ｐがレーザーホログラフィ測距装置の測定光軸２ｃ上において測距有効範囲内に入るようにレーザーホログラフィ測距装置本体２ａと歯車との相対位置を変更するための焦点調整工程の必要がないので、全体の測定時間を大幅に短縮することができる。
【００８５】
また、レーザーホログラフィ測距装置本体２ａと歯車１との相対位置が一定に保たれた状態で歯車１の回転軸１ａを中心にして歯車１を回動させることにより、上記歯車１の一の位相の点と同じ測定光軸２ｃ上において上記一の位相の点と同じ測距有効範囲内の各点が順次測定されるので、新たな焦点調整工程を行うことなく歯車１の歯形に関するさらに多くのデータを採取することができる。
【００８６】
また、例えば、レーザーホログラフィ測距装置２の測定光軸２ｃが歯車１の山部分によって遮られて歯車１の歯溝の位相にある点の測定ができなくなるような場合などでも、レーザーホログラフィ測距装置本体２ａと歯車１との相対位置を変更する光軸変更工程により、これら死角となる点を測定することができるようになる。
【００８７】
また、歯車１の回転軸１ａから一方の側（図５において右側）を測定光軸２ｃが通るようにすることにより、各歯の一方の面１ｊを測定光軸２ｃが遮られない状態で測定することができるとともに、歯車１の回転軸１ａから他方の側（図５において左側）を測定光軸２ｃが通るようにすることにより、各歯の他方の面１ｋを同様に測定光軸２ｃが遮られない状態で測定することができる。
【００８８】
これは、従来の技術においては、歯車の歯溝の面は、測定光を歯車のインボリュート面に合わせた場合など、測定光が歯車の山部分に遮られて死角となるため、測定できなくなるという不具合があったが、このような死角となるような部分でも歯形を測定することができるという効果を奏するものである。これにより、インボリュート面だけでなく、歯元部分を含めた全歯形を測定することが可能となる。この歯元部分を含めた全歯形の測定は、歯車１の歯形測定の分野では今まで実施されていない事柄である。
【００８９】
また、本発明の実施の形態に係る歯車歯形の非接触測定方法および非接触測定装置１０によれば、構造が簡単であるとともに、測定に係る距離の演算が容易であり、歯車歯形の測定システムを構成しやすい。
【００９０】
上述した実施の形態は本発明の好ましい具体例を例示したものに過ぎず、本発明は上述した実施の形態に限定されない。
【００９１】
例えば、レーザーホログラフィ測距装置２は、本実施形態では、一般に市場に流通している、いわゆるコノスコピック・ホログラフィ方式の測距装置を採用しているが、必ずしもコノスコピック・ホログラフィ方式の測距装置に限定されない。レーザーホログラフィを応用した非接触式の測距装置であれば、その他の方式の測距装置を採用することも可能である。
【００９２】
また、レーザーホログラフィ測距装置２において、レーザー光の波長、対物レンズ２ｄの仕様、測定距離、測定有効範囲、測定精度などの諸元は種々の設計変更が可能である。
【００９３】
さらに、レーザーホログラフィ測距装置本体２ａの測定光軸２ｃは、略水平に設けられた歯車１の回転軸１ａと直交するように、鉛直方向に設定されているが、必ずしも図示のように鉛直方向に限定されない。水平方向など、その他の方向に測定光軸２ｃを設定することが可能である。
【００９４】
回動姿勢変更手段３は、必ずしも図示の形状、仕様に限定されない。水平に設けられた歯車１の回転軸１ａを中心にして歯車１の回動姿勢を変更可能なものであれば、種々の設計変更が可能である。
【００９５】
また、相対位置変更手段４も、必ずしも図示の形状、仕様に限定されない。レーザーホログラフィ測距装置本体２ａと歯車１との相対位置を変更可能なものであれば、種々の設計変更が可能である。
【００９６】
記憶手段５も、必ずしもコンピュータ本体６１に含まれるハードディスク６１ｂに限定されない。光学的コンパクトディスク（ＣＤ）やフレキシブルディスク（ＦＤ）など、その他の記憶媒体が採用可能である。
【００９７】
また、本発明の実施の形態に係る歯車歯形の非接触測定方法において、光軸調整工程と、焦点調整工程と、光軸変更工程とは、必ずしも図示のような相対位置変更手段４によって実行されることは必須ではなく、他の手段を採用することも可能である。
【００９８】
また、有効範囲内測定工程と、離散的測定工程とも、必ずしも図示のような回動姿勢変更手段３によって実行されることは必須ではなく、他の手段を採用することも可能である。
【００９９】
また、実歯形のレンダリング図２０、歯形検査表、回転伝達誤差解析、回転むら（回転変動率）の評価、周波数解析など、測定で得られた歯形座標を基にした解析の内容についても、必ずしも本発明を限定するものではない。これら以外にも歯車１の歯形の形状データから導き出されるものを結果として出力することは差し支えない。
【０１００】
その他、本発明の特許請求の範囲内で種々の設計変更が可能であることはいうまでもない。
【０１０１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る歯車歯形の非接触測定方法および歯車歯形の非接触測定装置によれば、装置を簡素化して製造に係るコストを低減することができるだけでなく、歯車とレーザーホログラフィ測距装置との相対位置を変更する頻度を低減して歯車歯形の測定に係る時間を短縮するとともに、例えば歯車の歯溝の面など、測定光が歯車の山部分に遮られて死角となるような部分でも歯形を測定することができるという顕著な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態に係る歯車歯形の非接触測定装置の構成を示す斜視図である。
【図２】 本発明の実施の形態に係る歯車歯形の非接触測定装置の概略の構成を示すブロック図である。
【図３】 本発明の実施の形態に係る歯車歯形の非接触測定方法の前半を示すフロー図である。
【図４】 本発明の実施の形態に係る歯車歯形の非接触測定方法の後半を示すフロー図である。
【図５】 Ｘ軸に係る光軸調整工程と、焦点調整工程と、離散的測定工程と、光軸変更工程の概要を示す説明図である。
【図６】 有効範囲内測定工程の概要を示す説明図である。
【図７】 Ｙ軸に係る光軸調整工程の概要を示す説明図である。
【図８】 歯車歯形形の測定に係る各距離の関係を示す概念図である。
【図９】 本発明の実施の形態に係る歯車歯形の非接触測定方法および非接触測定装置で得られた歯車歯形の測定データを基にして行う歯車の解析の手順を示すフロー図である。
【図１０】 本発明の実施の形態に係る歯車歯形の非接触測定方法および非接触測定装置による測定結果の一例を示す歯形のレンダリング図である。
【符号の説明】
１０ 歯車歯形の非接触測定装置
１ 歯車
１ａ 回転軸
２ レーザーホログラフィ測距装置
２ａ レーザーホログラフィ測距装置本体
２ｃ 測定光軸
３ 回動姿勢変更手段
４ 相対位置変更手段
５ 記憶手段
６ 制御手段
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザーホログラフィ測距装置を用いた歯車歯形の非接触測定方法および非接触測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、歯形誤差、歯すじ誤差、ピッチ誤差など、歯車の歯形に係る誤差は、触針方式の歯車歯形測定装置によって測定するのが一般的であった。
【０００３】
しかし、この触針方式の歯車歯形測定装置の場合は、プローブの直径に限界があり、微細な歯車に対して適用しようとすると、測定端子の支持部分の強度が不足して誤差が大きくなるといった問題があった。また、なによりも触針式の歯車歯形測定装置の場合は、プローブの接触圧力により、歯面にキズを付けたり、歯を撓ませたりするという問題があった。
【０００４】
そこで、これらの問題を解決すべく、従来、レーザーホログラフィを応用した種々の非接触測定方法および非接触測定装置が開発されている。
【０００５】
例えば、特開平６−１０９４４４号公報には、自由曲面形状測定装置に取り付けた被測定歯車が適切な位置に自動的に回転設定されるようにし、また測定機構を適正な位置に移動、設定し、高密度のＣＣＤカメラを利用して直接歯面の干渉縞像をコンピュータに取り込み、歯面形状の測定データを解析、演算により得る構成にした歯面形状の非接触測定方法の技術が開示されている。
【０００６】
また、特開平９−１４９３７号公報には、コンピュータによるシミュレーション干渉縞像または実際のマスタ歯面の干渉縞像と被測定歯面の干渉縞像との比較差を逆光線追跡および光線追跡することにより理論値またはマスタ値との差を収斂させ、最終的に歯面誤差を得るようにした歯面形状の非接触測定方法の技術が開示されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の公報に開示された歯車歯形の非接触測定方法では、いずれも被測定歯面にレーザーホログラフィによる干渉縞像を生成させ、その像をＣＣＤカメラなどでコンピュータに取り込み、画像解析により歯面の形状を測定していたので、装置が複雑になり、高価なものにならざるを得なかった。
【０００８】
また、レーザーホログラフィによる干渉縞像による画像解析システムは、精度を上げれば上げる程、測距有効範囲が狭くなるため、高低差のある歯面を解析する場合は、歯車の測定点が測距有効範囲から外れてしまう結果、その都度測距有効範囲内に入るように、歯車とレーザーホログラフィ測距装置本体の相対位置を変更しなければならなかった。そのため歯車形状の測定に係る全体の時間が長くなってしまい、歯車製造に係る効率を悪化させる結果、実用化が困難になるという問題があった。
【０００９】
本発明は上記不具合に鑑みてなされたものであり、装置を簡素化して製造に係るコストを低減することができるだけでなく、歯車とレーザーホログラフィ測距装置との相対位置を変更する頻度を低減して歯車歯形の測定に係る時間を短縮することができる歯車歯形の非接触測定方法及び歯車歯形の非接触測定装置を提供することを課題としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明は、レーザーホログラフィ測距装置により歯車の歯形を非接触で測定する歯車歯形の非接触測定方法であって、レーザーホログラフィ測距装置本体と歯車との相対位置を変更することにより、レーザーホログラフィ測距装置の測定光軸が、歯車の一の位相にある点を通るようにする光軸調整工程と、この歯車の一の位相の点がレーザーホログラフィ測距装置の測定光軸上において測距有効範囲内に入るようにレーザーホログラフィ測距装置本体と歯車との相対位置を変更する焦点調整工程と、レーザーホログラフィ測距装置本体と歯車との相対位置が一定に保たれた状態で歯車の回転軸を中心にして歯車を回動させることにより、歯車のそれぞれの歯においてこの一の位相と共通の位相にある各点を離散的に順次測定する離散的測定工程とを含み、一の離散的測定工程により一の位相と共通の位相にある各測定点を離散的に測定した後、歯車の種々の位相にある点について光軸調整工程と、焦点調整工程と、離散的測定工程とを行うことを繰返すことにより、歯車の種々の位相にある各点を順次離散的に測定し、これらの測定データを集計して歯形を求めることを特徴とする歯車歯形の非接触測定方法である（請求項１）。
【００１１】
本発明によれば、それぞれの歯の一の位相にある各点を離散的に順次測定する間は、歯車の測定点がレーザーホログラフィ測距装置の測定光軸上において測距有効範囲内に入るようにレーザーホログラフィ測距装置本体と歯車との相対位置を変更するための焦点調整工程の必要がないので、全体の測定時間を大幅に短縮することができる。
【００１２】
また、本発明の好ましい態様は、レーザーホログラフィ測距装置本体と歯車との相対位置が一定に保たれた状態で歯車の回転軸を中心にして歯車を回動させることにより、上記歯車の一の位相の点と同じ測定光軸上において上記一の位相の点と同じ測距有効範囲内の各点を順次測定する有効範囲内測定工程を含むことを特徴とする請求項１記載の歯車歯形の非接触測定方法である（請求項２）。
【００１３】
この好ましい態様によれば、レーザーホログラフィ測距装置本体と歯車との相対位置が一定に保たれた状態で歯車の回転軸を中心にして歯車を回動させることにより、上記歯車の一の位相の点と同じ測定光軸上において上記一の位相の点と同じ測距有効範囲内の各点が順次測定されるので、新たな焦点調整工程を行うことなく歯車の歯形に関するさらに多くのデータを採取することができる。
【００１４】
また、本発明の好ましい態様は、レーザーホログラフィ測距装置の測定光軸が、歯車の他の部分によって遮られないように、レーザーホログラフィ測距装置本体と歯車との相対位置を変更する光軸変更工程を含むことを特徴とする請求項２記載の歯車歯形の非接触測定方法である（請求項３）。
【００１５】
この好ましい態様によれば、例えば、レーザーホログラフィ測距装置の測定光軸が歯車の山部分によって遮られて歯車の歯溝の位相にある点の測定ができなくなるような場合などでも、レーザーホログラフィ測距装置本体と歯車との相対位置を変更する光軸変更工程により、これら死角となる点を測定することができるようになる。
【００１６】
また、本発明の好ましい態様は、歯車の回転軸から一方の側を測定光軸が通るようにして各歯の一方の面を測定する工程と、歯車の回転軸から他方の側を測定光軸が通るように上記光軸変更工程を行なう工程と、この歯車の回転軸から他方の側を測定光軸が通るようにして各歯の他方の面を測定する工程とを含むことを特徴とする請求項３記載の歯車歯形の非接触測定方法である（請求項４）。
【００１７】
この好ましい態様によれば、歯車の回転軸から一方の側を測定光軸が通るようにすることにより、各歯の一方の面を測定光軸が遮られない状態で測定することができるとともに、歯車の回転軸から他方の側を測定光軸が通るようにすることにより、各歯の他方の面を同様に測定光軸が遮られない状態で測定することができる。
【００１８】
また、本発明の好ましい態様は、上記レーザーホログラフィ測距装置の測定光軸は、歯車の回転軸と直交する方向に沿うように設定されるとともに、上記レーザーホログラフィ測距装置と歯車との相対位置は、歯車の回転軸の方向と、測定光軸の方向と、歯車の回転軸および測定光軸それぞれに直交する方向とのそれぞれの方向にレーザーホログラフィ測距装置本体を相対的に移動することにより変更されることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の歯車歯形の非接触測定方法である（請求項５）。
【００１９】
この好ましい態様によれば、構造が簡単であるとともに、測定に係る距離の演算が容易であり、歯車歯形の測定システムを構成しやすい。
【００２０】
また、本発明の別の態様は、レーザーホログラフィ測距装置により歯車の歯形を非接触で測定する歯車歯形の非接触測定装置であって、歯車の回転軸を中心にして歯車の回動姿勢を変更可能な回動姿勢変更手段と、レーザーホログラフィ測距装置本体と歯車との相対位置を変更可能な相対位置変更手段と、歯車歯形に関する設計データを格納する記憶手段と、記憶手段に格納された設計データに基づいて、歯車の測定点がレーザーホログラフィ測距装置の測定光軸上にあるように回動姿勢変更手段と相対位置変更手段とをそれぞれ制御するとともに、測定光軸上にある歯車の測定点を測定するようにレーザーホログラフィ測距装置を制御する制御手段とを備え、上記制御手段は、レーザーホログラフィ測距装置本体と歯車との相対位置を変更してレーザーホログラフィ測距装置の測定光軸が、歯車の一の位相にある点を通るように相対位置変更手段を制御する光軸調整と、この歯車の一の位相の点がレーザーホログラフィ測距装置の測定光軸上において測距有効範囲内に入るようにレーザーホログラフィ測距装置本体と歯車との相対位置を変更するように相対位置変更手段を制御する焦点調整と、レーザーホログラフィ測距装置本体と歯車との相対位置が一定に保たれた状態で、歯車の回転軸を中心にして歯車のピッチずつ歯車を順次回動させて、歯車のそれぞれの歯においてこの一の位相と共通の位相にある各点を離散的に順次測定するように回動姿勢変更手段とレーザーホログラフィ測距装置とを制御する離散的測定と、一の離散的測定により一の位相と共通の位相にある各測定点を離散的に測定した後、歯車の種々の位相にある点について光軸調整と、焦点調整と、離散的測定とを行うことを繰返すことにより、歯車の種々の位相にある各点を順次離散的に測定する処理とを行なうとともに、これらの測定データを集計して歯形を求めるものであることを特徴とする歯車歯形の非接触測定装置（請求項６）。
【００２１】
この態様によれば、それぞれの歯の一の位相にある各点を離散的に順次測定する間は焦点調整工程の必要がないので、全体の測定時間を大幅に短縮することができる。
【００２２】
また、本発明の好ましい態様は、上記制御手段は、レーザーホログラフィ測距装置本体と歯車との相対位置が一定に保たれた状態で、歯車の回転軸を中心にして歯車を回動させることにより、上記歯車の一の位相の点と同じ測定光軸上において上記一の位相の点と同じ測距有効範囲内の各点を順次測定する有効範囲内測定を行うように、回動姿勢変更手段とレーザーホログラフィ測距装置とを制御するものであることを特徴とする請求項６記載の歯車歯形の非接触測定装置である（請求項７）。
【００２３】
この好ましい態様によれば、レーザーホログラフィ測距装置本体と歯車との相対位置が一定に保たれた状態で上記一の位相の点と同じ測距有効範囲内の各点が順次測定されるので、新たな焦点調整工程を行うことなく歯車の歯形に関するさらに多くのデータを採取することができる。
【００２４】
また、本発明の好ましい態様は、上記制御手段は、レーザーホログラフィ測距装置の測定光軸が、歯車の他の部分によって遮られないように、レーザーホログラフィ測距装置本体と歯車との相対位置を変更する光軸変更を行うように、相対位置変更手段を制御するものであることを特徴とする請求項７記載の歯車歯形の非接触測定装置である（請求項８）。
【００２５】
この好ましい態様によれば、例えば、レーザーホログラフィ測距装置の測定光軸が歯車の山部分によって遮られて歯車の歯溝の位相にある点の測定ができなくなるような場合などでも、レーザーホログラフィ測距装置本体と歯車との相対位置を変更する光軸変更工程により、これら死角となる点を測定することができるようになる。
【００２６】
また、本発明の好ましい態様は、上記制御手段は、歯車の回転軸から一方の側を測定光軸が通る状態で各歯の一方の面を測定するように相対位置変更手段を制御する処理と、歯車の回転軸から他方の側を測定光軸が通るように相対位置変更手段を制御して上記光軸変更を行う処理と、この歯車の回転軸から他方の側を測定光軸が通る状態で各歯の他方の面を測定するように相対位置変更手段を制御する処理とを行うものであることを特徴とする請求項８記載の歯車歯形の非接触測定装置である（請求項９）。
【００２７】
この好ましい態様によれば、歯車の回転軸から一方の側を測定光軸が通るようにすることにより、各歯の一方の面を測定光軸が遮られない状態で測定することができるとともに、歯車の回転軸から他方の側を測定光軸が通るようにすることにより、各歯の他方の面を同様に測定光軸が遮られない状態で測定することができる。
【００２８】
また、本発明の好ましい態様は、上記レーザーホログラフィ測距装置の測定光軸は、歯車の回転軸と直交する方向に沿うように設定されるとともに、上記相対位置変更手段は、歯車の回転軸の方向と、測定光軸の方向と、歯車の回転軸および測定光軸それぞれに直交する方向とのそれぞれの方向にレーザーホログラフィ測距装置本体を相対的に移動することによりレーザーホログラフィ測距装置と歯車との相対位置を変更するものであることを特徴とする請求項６乃至請求項９のいずれかに記載の歯車歯形の非接触測定装置である（請求項１０）。
【００２９】
この好ましい態様によれば、構造が簡単であるとともに、測定に係る距離の演算が容易であり、歯車歯形の測定システムを構成しやすい。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら本発明の好ましい実施の一形態について詳述する。図１は本発明の実施の形態に係る歯車歯形の非接触測定装置１０の構成を示す斜視図であり、図２は本発明の実施の形態に係る歯車歯形の非接触測定装置１０の概略の構成を示すブロック図である。
【００３１】
図１と図２とを参照して、図示の本発明の実施の形態に係る歯車歯形の非接触測定装置１０は、レーザーホログラフィ測距装置２により歯車１の歯形を非接触で測定するものであって、歯車１の回転軸１ａを中心にして歯車１の回動姿勢を変更可能な回動姿勢変更手段３と、レーザーホログラフィ測距装置本体２ａと歯車１との相対位置を変更可能な相対位置変更手段４と、歯車歯形に関する設計データを格納する記憶手段５（図２）と、記憶手段５に格納された設計データに基づいて、歯車１の測定点Ｐがレーザーホログラフィ測距装置２の測定光軸２ｃ上にあるように回動姿勢変更手段３および相対位置変更手段４とをそれぞれ制御するとともに、測定光軸２ｃ上にある歯車１の測定点Ｐを測定するようにレーザーホログラフィ測距装置２を制御する制御手段６（図２）とを備えている。
【００３２】
上記レーザーホログラフィ測距装置２は、本実施形態では、一般に市場に流通している、いわゆるコノスコピック・ホログラフィ方式の測距装置を採用しており、レーザーホログラフィ測距装置本体２ａと、測距制御ユニット２ｂ（図２）とを備えている。
【００３３】
レーザーホログラフィ測距装置本体２ａは、物体からの反射光が、光学結晶内部で直交する二軸の偏光に分割されるとともに、この分割された二つの偏光が光学結晶を出るときに再び出会うことにより、物体までの距離情報を含んだ同心円状の多数の縞模様が形成されるというコノスコープの原理を応用した非接触式の測距装置である。本実施形態では、６８５ｎｍの波長のレーザー光を用い、測定装置の対物レンズ２ｄから約４０ｍｍの距離で測定有効範囲が約２ｍｍ内にある物体において、物体までの距離を２．５μｍ以下の測定精度で測定することが可能なものを採用している。また、このレーザーホログラフィ測距装置本体２ａは、対物レンズの交換により、例えば対物レンズ２ｄから約１４ｍｍの距離で測定有効範囲が約０．６ｍｍ内にある物体において、物体までの距離を１μｍ以下の測定精度で測定することが可能となるなど、対象とする歯車の大きさ、許容測定誤差など種々の条件に対応可能になっている。
【００３４】
このレーザーホログラフィ測距装置本体２ａの測定光軸２ｃは、歯車歯形の非接触測定装置１０の構造を簡単にするとともに、測定に係る距離の演算を容易にして、システムを構成しやすくするために、略水平に設けられた歯車１の回転軸１ａと直交するように、鉛直方向に設定されている。
【００３５】
また、測距制御ユニット２ｂ（図２）は、制御手段６から入力される測定の指示のためのディジタル制御信号を受け取ることにより、図略のコノスコープで得られる物体までの距離情報を含んだ同心円状の多数の縞模様を解析して、レーザーホログラフィ測距装置本体２ａの対物レンズ２ｄから歯車１の測定点Ｐまでの距離を演算するとともに、その歯車１の測定点Ｐまでの距離をディジタル信号に変換して、制御手段６に送る。
【００３６】
上記回動姿勢変更手段３は、水平に設けられた歯車１の回転軸１ａを中心にして歯車１の回動姿勢を変更可能にするためのものであり、歯車１の回転角度の検出と制御が可能なように、歯車１の回転軸１ａを中心にして回転する回動用ステッピングモーター３ａと、回動用ステッピングモーター３ａを制御する回動用モーター制御ユニット３ｂ（図２）とを備えている。
【００３７】
そして回動姿勢変更手段３の回動用モーター制御ユニット３ｂは、歯車１の回転角度データすなわち、歯車１の歯車軸（Ｃ軸）についての回転角度データをディジタル信号の形で制御手段６に送るとともに、制御手段６から歯車１の移動データすなわち、Ｃ軸についての回転角度データの増減分もしくは移動後の回転角度データをディジタル信号の形で受け取り、これらのデータに基づいて、回動用ステッピングモーター３ａをパルス制御により駆動する。
【００３８】
上記相対位置変更手段４は、レーザーホログラフィ測距装置本体２ａを移動させてレーザーホログラフィ測距装置本体２ａと歯車１との相対位置を変更するためのものであり、水平に設けられた歯車１の回転軸１ａの方向（Ｙ軸）にレーザーホログラフィ測距装置本体２ａを移動させるＹ軸移動手段４２と、鉛直に設けられた測定光軸２ｃの方向（Ｚ軸）にレーザーホログラフィ測距装置本体２ａを移動させるＺ軸移動手段４３と、歯車１の回転軸１ａおよび測定光軸２ｃそれぞれに直交する水平の方向（Ｘ軸）にレーザーホログラフィ測距装置本体２ａを移動させるＸ軸移動手段４１とを有している。
【００３９】
そして各移動手段４１、４２、４３は、それぞれの軸におけるレーザーホログラフィ測距装置本体２ａの位置の検出と制御が可能なように、それぞれ１つの移動用ステッピングモータ４ａ（図２）と、移動用ステッピングモータ４ａを制御する移動用モーター制御ユニット４ｂ（図２）とを備えている。
【００４０】
これら移動用モーター制御ユニット４ｂは、レーザーホログラフィ測距装置本体２ａの位置データすなわち、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、それぞれについての位置データをディジタル信号の形で制御手段６に送るとともに、制御手段６からは、レーザーホログラフィ測距装置本体２ａの移動データすなわち、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸についての位置データの増減分もしくは移動後の位置データをディジタル信号の形で受け取って、これらのデータに基づき、各移動用ステッピングモータ４ａをパルス制御により駆動する。
【００４１】
上記記憶手段５は、歯車歯形に関する設計データを格納するためのものであり、本実施形態では、後述する制御手段６のコンピュータ本体６１に含まれるハードディスク６１ｂにおいて歯車歯形に関する設計データを格納するための記憶領域がこれに相当する。
【００４２】
上記制御手段６は、記憶手段５に格納された設計データに基づいて、歯車１の各測定点がレーザーホログラフィ測距装置２の測定光軸２ｃ上にあるように回動姿勢変更手段３と相対位置変更手段４とをそれぞれ制御するとともに、測定光軸２ｃ上にある歯車１の測定点Ｐを測定するようにレーザーホログラフィ測距装置２を制御するものであり、本実施形態では、コンピュータ本体６１と、コンピュータ本体６１に設計データを入力するとともにコンピュータ本体６１に工程に関する指示を与えるための入力装置６２と、コンピュータ本体６１における処理結果を表示する表示装置６３とを備えている。
【００４３】
コンピュータ本体６１は、情報処理を司るコンピュータ集積回路６１ａと、ハードディスク６１ｂと、信号を授受するための入出力アダプター６１ｃと、これらを接続するバス回路６１ｄ、その他の電気回路とを備えたいわゆるパーソナルコンピュータが採用されている。
【００４４】
コンピュータ集積回路６１ａは、中央で演算処理を行ういわゆるＣＰＵを含んだ集積回路で構成され、コンピュータ本体６１の他の回路や装置とバス回路６１ｄその他の配線で電気的に接続され、これらとディジタル信号の形式で情報データの授受を行なうことにより各装置を統括制御している。
【００４５】
ハードディスク６１ｂは、前述のように記憶手段５として歯車歯形に関する設計データを設計データを格納するための記憶領域に格納するだけでなく、本実施形態では、制御手段６において歯車歯形の非接触測定装置１０を制御する測定プログラムを格納するためにも用いられる。また、測定した歯形の形状データや、解析結果を格納するためにも用いられる。
【００４６】
入出力アダプター６１ｃは、コンピュータ集積回路６１ａが、レーザーホログラフィ測距装置本体２ａの測距制御ユニット２ｂ、回動姿勢変更手段３の回動用モーター制御ユニット３ｂ、および相対位置変更手段４の移動用モーター制御ユニット４ｂとディジタル信号を授受するために設けられた補助的回路であり、相互に信号形式を変換することにより、コンピュータ集積回路６１ａが各制御ユニット２ｂ、３ｂ、４ｂを制御することが可能になっている。
【００４７】
コンピュータの入力装置６２は、本実施形態では、いわゆるキーボード６２ａとマウス６２ｂが採用されている。これら入力装置６２は、コンピュータ本体６１に対してプログラムをロードして実行するための指示に関するデータ、処理工程に必要なデータ、処理工程の選択に関するデータなどの入力を行うためのものである。
【００４８】
コンピュータの表示装置６３は、本実施形態では、いわゆるＣＲＴディスプレーあるいは液晶ディスプレーと呼ばれる表示手段が採用され、測定結果、解析結果が表示される。
【００４９】
そして、この制御手段６は、コンピュータ本体６１のハードディスク６１ｂに格納されたプログラムが図略のＣＰＵを含むコンピュータ集積回路６１ａにロードされて実行されることにより、レーザーホログラフィ測距装置２と、回動姿勢変更手段３と、相対位置変更手段４とをそれぞれ制御することにより、本発明の実施の形態に係る歯車歯形の非接触測定方法を実行するように構成されている。
【００５０】
次に、図３〜図７を参照して、この本発明の実施の形態に係る歯車歯形の非接触測定装置１０において、上記制御手段６が実行する歯車歯形の非接触測定方法の詳細について説明する。
【００５１】
図３は本発明の実施の形態に係る歯車歯形の非接触測定方法の前半を示すフロー図であり、図４は本発明の実施の形態に係る歯車歯形の非接触測定方法の後半を示すフロー図である。また、図５は本発明の実施の形態に係る歯車歯形の非接触測定方法のＸ軸に係る光軸調整工程と、焦点調整工程と、離散的測定工程と、光軸変更工程の概要を示す説明図である。また、図６は本発明の実施の形態に係る歯車歯形の非接触測定方法の有効範囲内測定工程の概要を示す説明図であり、図７は、本発明の実施の形態に係る歯車歯形の非接触測定方法のＹ軸に係る光軸調整工程の概要を示す説明図である。
【００５２】
図３を参照して、本発明の実施の形態に係る歯車歯形の非接触測定装置１０の測定方法の前半は、まず、ステップＳ１において、測定プログラムを起動することにより、測定をスタートさせる。
【００５３】
次に、ステップＳ２において、記憶手段５に格納された設計データの有無を確認し、ＮＯの場合はステップＳ３に進む。また、ＹＥＳの場合はステップＳ４に進む。
【００５４】
ステップＳ３においては、入力装置６２から、歯車諸元を入力することにより、歯車１の設計データを記憶手段５に格納する。
【００５５】
また、ステップＳ４においては、既に記憶手段５に格納してある歯車歯形の設計データを記憶手段５からコンピュータ集積回路６１ａの記憶領域に読み込む。
【００５６】
次に、ステップＳ５において、ステップＳ３あるいはステップＳ４でコンピュータ集積回路６１ａの記憶領域に読み込んだ設計データから、歯車１の理論歯形を計算する。
【００５７】
ステップＳ６において、相対位置変更手段４を制御してレーザーホログラフィ測距装置２をＸ軸の中心に移動させる（図５参照）。
【００５８】
ステップＳ７において、最初の焦点調整工程を行う。この焦点調整工程は、相対位置変更手段４を制御して、Ｘ軸の中心に位置する歯車１の頂点がレーザーホログラフィ測距装置２の測距有効範囲内に入るように、レーザーホログラフィ測距装置本体２ａと歯車１との相対位置を変更するものである（図５参照）。
【００５９】
ステップＳ８において、レーザパワーの調整を行う。
【００６０】
次に図４を参照して、本発明の実施の形態に係る歯車歯形の非接触測定装置１０の測定方法の後半は、まず、ステップＳ９において、光軸調整工程を行う。この光軸調整工程は、相対位置変更手段４を制御して、レーザーホログラフィ測距装置本体２ａと歯車１との相対位置を変更することにより、レーザーホログラフィ測距装置２の測定光軸２ｃが、歯車１の一の位相にある点を通るようにするものであり、歯車１の測定位置にＹ軸に沿って移動するステップＳ９ｙと、歯形測定の位置までＸ軸方向に沿って移動するステップＳ９ｘの少なくとも一方の工程を含んでいる。本実施形態においては、各歯の一方の面１ｊ（図５参照）を測定光軸２ｃが遮られない状態で測定することができるようにするために、最初の光軸調整工程は、歯車１の回転軸１ａから一方の側（図５において右側）を測定光軸２ｃが通るようにして行われる。
【００６１】
次に、ステップＳ１０において、測定前の焦点調整工程を行う。この焦点調整工程は、相対位置変更手段４を制御して、歯車１の一の位相の点がレーザーホログラフィ測距装置２の測定光軸２ｃ上において測距有効範囲内に入るようにレーザーホログラフィ測距装置本体２ａと歯車１との相対位置を変更するものである。
【００６２】
そして、その後、ステップＳ１１において、有効範囲内測定工程を行う。この有効範囲内測定工程は、図６にも示すように、レーザーホログラフィ測距装置本体２ａと歯車１との相対位置が一定に保たれた状態で、回動姿勢変更手段３を制御して、歯車１の回転軸１ａを中心にして歯車１を回動させることにより、歯車１の一の位相の点と同じ測定光軸２ｃ上において一の位相の点Ｐ１と同じ測距有効範囲内の各点を順次測定するものである。本実施形態においては、例えば歯１ｂがＡからＢの位置に回動する間に、同じ測定光軸２ｃ上において測距有効範囲内の各点Ｐ１〜Ｐ５が順次測定される。
【００６３】
ステップＳ１２において、同じ測距有効範囲内の各点が測定されたかどうかを判断し、ＹＥＳの場合はステップＳ１３に進む。また、ＮＯの場合はステップＳ１１を繰返す。
【００６４】
ステップＳ１３において、離散的測定工程を行う。この離散的測定工程は、レーザーホログラフィ測距装置本体２ａと歯車１との相対位置が一定に保たれた状態で、回動姿勢変更手段３を制御して歯車１の回転軸１ａを中心にして歯車１を回動させることにより、歯車１のそれぞれの歯においてこの一の位相と共通の位相にある各点を離散的に順次測定するものである。このことを図６を参照して説明すると、次の歯１ｃがＣの位置からＡの位置にまで回動した時に、ステップ１１で測定したＰ１と同じ位相にある点Ｐ６が測定されることを示している。
【００６５】
次に、ステップＳ１４において、図６に示すように、各歯の一方の面１ｊの歯先１ｍから歯底１ｎまで測定したかどうかを判断する。
【００６６】
ＮＯの場合はステップＳ９ｘに進んで、Ｓ９ｘ〜１４の工程すなわち、Ｓ９ｘのＸ軸に係る光軸調整工程と、Ｓ１０の焦点調整工程と、Ｓ１１の有効範囲内測定工程と、ステップＳ１２の判断と、ステップＳ１３の離散的測定工程と、ステップＳ１４の判断とを繰返すことにより、歯車１の一方の面１ｊを歯先１ｍから歯底１ｎにかけて測定する（図５参照）。
【００６７】
また、ＹＥＳの場合は、各歯の一方の面１ｊの歯先１ｍから歯底１ｎまでの測定が完了したと判断してステップＳ１５に進む。
【００６８】
このように、各歯の一方の面１ｊを測定光軸２ｃが遮られない状態で測定することができるようにするために、歯車１の回転軸１ａから一方の側（図５において右側）を測定光軸２ｃが通るようにしてステップＳ９ｘ〜１４を行うことにより、各歯の一方の面１ｊが測定される。
【００６９】
ステップＳ１５において、光軸変更工程を行う。この光軸変更工程は、例えば、レーザーホログラフィ測距装置２の測定光軸２ｃが歯車１の山部分によって遮られて歯車１の歯溝の位相にある点の測定ができなくなるような場合などでも、これら死角となる点を測定することができるようにするものであり、本実施形態では、歯車１の回転軸１ａから他方の側（図５において左側）を測定光軸２ｃが通るように上記光軸変更工程が行なわれる（図５参照）。
【００７０】
ステップＳ１６において、各歯の他方の面１ｋの歯先１ｑから歯底１ｒまで測定したかどうかを判断し、ＮＯの場合はステップＳ９ｙに進んで、Ｓ９ｘ〜１４の工程を繰返すことにより、歯車１の他方の面１ｋを歯先１ｑから歯底１ｒにかけて測定する（図５参照）。また、ＹＥＳの場合はステップＳ１７に進む。
【００７１】
このように、各歯の他方の面１ｋを測定光軸２ｃが遮られない状態で測定することができるようにするために、歯車１の回転軸１ａから他方の側（図５において左側）を測定光軸２ｃが通るようにしてステップＳ９ｘ〜１４を行うことにより、各歯の他方の面１ｋが測定される（図５参照）。
【００７２】
次に、ステップＳ１７において、設定した歯車１の軸方向（Ｙ軸方向）の分割数だけ測定したかどうかを判断し、ＮＯの場合はステップＳ９ｙに進んで図７に示すように歯車１の軸方向（Ｙ軸方向）の次の層の測定に移行する。また、ＹＥＳの場合は歯車歯形の測定を終了するとともに測定データを解析して、後述するように解析結果を表示装置６３に出力する。
【００７３】
このように、本発明の実施の形態に係る歯車歯形の非接触測定方法は、離散的測定工程により一の位相と共通の位相にある各測定点を離散的に測定した後、歯車１の種々の位相にある点について光軸調整工程と、焦点調整工程と、離散的測定工程とを行うことを繰返すことにより、歯車１の他の位相にある各点を順次離散的に測定していくことを特徴とする歯車歯形の非接触測定方法であり、それぞれの歯の一の位相にある各点を離散的に順次測定する間は焦点調整工程の必要がない結果、全体の測定時間を大幅に短縮することができるものである。
【００７４】
また、有効範囲内測定工程により、歯車１を回動させるだけで、歯車１の一の位相の点と同じ測距有効範囲内の各点が順次測定されるので、新たな焦点調整工程を行うことなく歯車１の歯形に関するさらに多くのデータを採取することができるものである。
【００７５】
次に図８を参照して、本発明の実施の形態に係る歯車歯形の非接触測定方法および非接触測定装置１０の作用について説明する。
【００７６】
図８は歯車歯形の測定に係る各距離の関係を示す概念図であり、図９は本発明の実施の形態に係る歯車歯形の非接触測定方法および非接触測定装置１０による測定結果の一例を示す歯形のレンダリング図２０である。
【００７７】
図８を参照して、図示のように、歯車１の歯形がインボリュート歯面の場合は、αをいわゆる歯車歯形の圧力角（ｒａｄ）として次の関係がある。
α＝ｃｏｓ-1（ｄｂ／ｄｘ） （ｒａｄ） ▲１▼
ｉｎｖα＝ｔａｎα−α （ｒａｄ） ▲２▼
ここで、ｄｂは、歯車の基礎円直径（ｍｍ）、ｄｘは、歯面上の任意の点Ｐにおける直径（ｍｍ）を表し、また、ｉｎｖαは、歯車１の歯において歯形上の直径がｄｘとなる角度を示している。
【００７８】
一方、角度θ（ｒａｄ）だけずらした歯車１の歯１ｂ上の任意の点Ｐの座標を（Ｅｘ、Ｅｚ）とすると、Ｅｘ（ｍｍ）、Ｅｚ（ｍｍ）は、次の式で表される。
Ｅｘ＝ｄｘ・ｓｉｎ（θ＋ｉｎｖα）／２ ▲３▼
Ｅｚ＝ｄｘ・ｃｏｓ（θ＋ｉｎｖα）／２ ▲４▼
このことから、角度θ（ｒａｄ）だけずらした歯において、直径ｄｘの歯上の任意の点Ｐの理論座標（Ｅｘ、Ｅｚ）は、▲１▼〜▲４▼の式を用いて、ｄｘと既知の値ｄｂおよびθだけで算出することができることがわかる。
【００７９】
このように、本発明の実施の形態に係る歯車歯形の非接触測定方法および非接触測定装置１０においては、この角度θ（ｒａｄ）だけずらした歯１ｂにおける理論座標（Ｅｘ、Ｅｚ）の点を通るようにレーザーホログラフィ測距装置２の測定光軸２ｃを定めるとともに、対物レンズ２ｄと測定点Ｐの距離Ｌを測定することにより、対物レンズ２ｄの高さから距離Ｌを除算して、理論値Ｅｚに対する実際の座標を測定することができるものである。
【００８０】
図９は、本発明の実施の形態に係る歯車歯形の非接触測定方法および非接触測定装置で得られた歯車歯形の測定データを基にして行う歯車の解析の手順を示すフロー図である。
【００８１】
図９を参照して、本発明の実施の形態に係る歯車歯形の非接触測定方法で得られた歯車歯形の測定データは、ステップＳ２１において、図１０に示すような実歯形のレンダリング図２０を作成する他、ステップＳ２２において、ＪＩＳの精度評価に係る検査グラフあるいは検査表を作成する。ここでＪＩＳの評価項目は、(1)単一ピッチ誤差、(2)部分累積ピッチ誤差、(3)累積ピッチ誤差、(4)全歯形誤差、(5)全歯すじ誤差、(6)片歯面１ピッチかみあい誤差、(7)片歯面全かみあい誤差、(8)歯形形状誤差、(9)歯形こう配誤差、(10)歯すじ形状誤差、(11)歯すじ傾斜誤差の１１項目である。
【００８２】
また、ステップＳ２３において、得られた歯形の形状データは、同様にして得られた他の歯車の測定データと組み合わせることにより、他の歯車とのかみあいシミュレーションを行うのに用いられる。そして、このかみあいシミュレーションの過程において、▲１▼回転伝達誤差解析、▲２▼回転むら（回転変動率）解析、▲３▼周波数解析等を行う。
【００８３】
なお、これらの測定データ、解析データは、ネットワークを介して各部門が利用できるようにすることにより、例えば製造部門と設計部門との間の情報伝達において時間差をなくすなど、工期を短縮して、歯車製造に係るコストをさらに低減することが可能となる。
【００８４】
以上説明したように、本発明の実施の形態に係る歯車歯形の非接触測定方法および非接触測定装置１０によれば、それぞれの歯の一の位相にある各点を離散的に順次測定する間は、歯車１の測定点Ｐがレーザーホログラフィ測距装置の測定光軸２ｃ上において測距有効範囲内に入るようにレーザーホログラフィ測距装置本体２ａと歯車との相対位置を変更するための焦点調整工程の必要がないので、全体の測定時間を大幅に短縮することができる。
【００８５】
また、レーザーホログラフィ測距装置本体２ａと歯車１との相対位置が一定に保たれた状態で歯車１の回転軸１ａを中心にして歯車１を回動させることにより、上記歯車１の一の位相の点と同じ測定光軸２ｃ上において上記一の位相の点と同じ測距有効範囲内の各点が順次測定されるので、新たな焦点調整工程を行うことなく歯車１の歯形に関するさらに多くのデータを採取することができる。
【００８６】
また、例えば、レーザーホログラフィ測距装置２の測定光軸２ｃが歯車１の山部分によって遮られて歯車１の歯溝の位相にある点の測定ができなくなるような場合などでも、レーザーホログラフィ測距装置本体２ａと歯車１との相対位置を変更する光軸変更工程により、これら死角となる点を測定することができるようになる。
【００８７】
また、歯車１の回転軸１ａから一方の側（図５において右側）を測定光軸２ｃが通るようにすることにより、各歯の一方の面１ｊを測定光軸２ｃが遮られない状態で測定することができるとともに、歯車１の回転軸１ａから他方の側（図５において左側）を測定光軸２ｃが通るようにすることにより、各歯の他方の面１ｋを同様に測定光軸２ｃが遮られない状態で測定することができる。
【００８８】
これは、従来の技術においては、歯車の歯溝の面は、測定光を歯車のインボリュート面に合わせた場合など、測定光が歯車の山部分に遮られて死角となるため、測定できなくなるという不具合があったが、このような死角となるような部分でも歯形を測定することができるという効果を奏するものである。これにより、インボリュート面だけでなく、歯元部分を含めた全歯形を測定することが可能となる。この歯元部分を含めた全歯形の測定は、歯車１の歯形測定の分野では今まで実施されていない事柄である。
【００８９】
また、本発明の実施の形態に係る歯車歯形の非接触測定方法および非接触測定装置１０によれば、構造が簡単であるとともに、測定に係る距離の演算が容易であり、歯車歯形の測定システムを構成しやすい。
【００９０】
上述した実施の形態は本発明の好ましい具体例を例示したものに過ぎず、本発明は上述した実施の形態に限定されない。
【００９１】
例えば、レーザーホログラフィ測距装置２は、本実施形態では、一般に市場に流通している、いわゆるコノスコピック・ホログラフィ方式の測距装置を採用しているが、必ずしもコノスコピック・ホログラフィ方式の測距装置に限定されない。レーザーホログラフィを応用した非接触式の測距装置であれば、その他の方式の測距装置を採用することも可能である。
【００９２】
また、レーザーホログラフィ測距装置２において、レーザー光の波長、対物レンズ２ｄの仕様、測定距離、測定有効範囲、測定精度などの諸元は種々の設計変更が可能である。
【００９３】
さらに、レーザーホログラフィ測距装置本体２ａの測定光軸２ｃは、略水平に設けられた歯車１の回転軸１ａと直交するように、鉛直方向に設定されているが、必ずしも図示のように鉛直方向に限定されない。水平方向など、その他の方向に測定光軸２ｃを設定することが可能である。
【００９４】
回動姿勢変更手段３は、必ずしも図示の形状、仕様に限定されない。水平に設けられた歯車１の回転軸１ａを中心にして歯車１の回動姿勢を変更可能なものであれば、種々の設計変更が可能である。
【００９５】
また、相対位置変更手段４も、必ずしも図示の形状、仕様に限定されない。レーザーホログラフィ測距装置本体２ａと歯車１との相対位置を変更可能なものであれば、種々の設計変更が可能である。
【００９６】
記憶手段５も、必ずしもコンピュータ本体６１に含まれるハードディスク６１ｂに限定されない。光学的コンパクトディスク（ＣＤ）やフレキシブルディスク（ＦＤ）など、その他の記憶媒体が採用可能である。
【００９７】
また、本発明の実施の形態に係る歯車歯形の非接触測定方法において、光軸調整工程と、焦点調整工程と、光軸変更工程とは、必ずしも図示のような相対位置変更手段４によって実行されることは必須ではなく、他の手段を採用することも可能である。
【００９８】
また、有効範囲内測定工程と、離散的測定工程とも、必ずしも図示のような回動姿勢変更手段３によって実行されることは必須ではなく、他の手段を採用することも可能である。
【００９９】
また、実歯形のレンダリング図２０、歯形検査表、回転伝達誤差解析、回転むら（回転変動率）の評価、周波数解析など、測定で得られた歯形座標を基にした解析の内容についても、必ずしも本発明を限定するものではない。これら以外にも歯車１の歯形の形状データから導き出されるものを結果として出力することは差し支えない。
【０１００】
その他、本発明の特許請求の範囲内で種々の設計変更が可能であることはいうまでもない。
【０１０１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る歯車歯形の非接触測定方法および歯車歯形の非接触測定装置によれば、装置を簡素化して製造に係るコストを低減することができるだけでなく、歯車とレーザーホログラフィ測距装置との相対位置を変更する頻度を低減して歯車歯形の測定に係る時間を短縮するとともに、例えば歯車の歯溝の面など、測定光が歯車の山部分に遮られて死角となるような部分でも歯形を測定することができるという顕著な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態に係る歯車歯形の非接触測定装置の構成を示す斜視図である。
【図２】 本発明の実施の形態に係る歯車歯形の非接触測定装置の概略の構成を示すブロック図である。
【図３】 本発明の実施の形態に係る歯車歯形の非接触測定方法の前半を示すフロー図である。
【図４】 本発明の実施の形態に係る歯車歯形の非接触測定方法の後半を示すフロー図である。
【図５】 Ｘ軸に係る光軸調整工程と、焦点調整工程と、離散的測定工程と、光軸変更工程の概要を示す説明図である。
【図６】 有効範囲内測定工程の概要を示す説明図である。
【図７】 Ｙ軸に係る光軸調整工程の概要を示す説明図である。
【図８】 歯車歯形形の測定に係る各距離の関係を示す概念図である。
【図９】 本発明の実施の形態に係る歯車歯形の非接触測定方法および非接触測定装置で得られた歯車歯形の測定データを基にして行う歯車の解析の手順を示すフロー図である。
【図１０】 本発明の実施の形態に係る歯車歯形の非接触測定方法および非接触測定装置による測定結果の一例を示す歯形のレンダリング図である。
【符号の説明】
１０ 歯車歯形の非接触測定装置
１ 歯車
１ａ 回転軸
２ レーザーホログラフィ測距装置
２ａ レーザーホログラフィ測距装置本体
２ｃ 測定光軸
３ 回動姿勢変更手段
４ 相対位置変更手段
５ 記憶手段
６ 制御手段
Claims (10)
- レーザーホログラフィ測距装置により歯車の歯形を非接触で測定する歯車歯形の非接触測定方法であって、
レーザーホログラフィ測距装置本体と歯車との相対位置を変更することにより、レーザーホログラフィ測距装置の測定光軸が、歯車の一の位相にある点を通るようにする光軸調整工程と、
この歯車の一の位相の点がレーザーホログラフィ測距装置の測定光軸上において測距有効範囲内に入るようにレーザーホログラフィ測距装置本体と歯車との相対位置を変更する焦点調整工程と、
レーザーホログラフィ測距装置本体と歯車との相対位置が一定に保たれた状態で歯車の回転軸を中心にして歯車を回動させることにより、歯車のそれぞれの歯においてこの一の位相と共通の位相にある各点を離散的に順次測定する離散的測定工程とを含み、
一の離散的測定工程により一の位相と共通の位相にある各測定点を離散的に測定した後、歯車の種々の位相にある点について光軸調整工程と、焦点調整工程と、離散的測定工程とを行うことを繰返すことにより、歯車の種々の位相にある各点を順次離散的に測定し、これらの測定データを集計して歯形を求めることを特徴とする歯車歯形の非接触測定方法。 - レーザーホログラフィ測距装置本体と歯車との相対位置が一定に保たれた状態で歯車の回転軸を中心にして歯車を回動させることにより、上記歯車の一の位相の点と同じ測定光軸上において上記一の位相の点と同じ測距有効範囲内の各点を順次測定する有効範囲内測定工程を含むことを特徴とする請求項１記載の歯車歯形の非接触測定方法。
- レーザーホログラフィ測距装置の測定光軸が、歯車の他の部分によって遮られないように、レーザーホログラフィ測距装置本体と歯車との相対位置を変更する光軸変更工程を含むことを特徴とする請求項１ないし請求項２記載の歯車歯形の非接触測定方法。
- 歯車の回転軸から一方の側を測定光軸が通るようにして各歯の一方の面を測定する工程と、歯車の回転軸から他方の側を測定光軸が通るように上記光軸変更工程を行なう工程と、
この歯車の回転軸から他方の側を測定光軸が通るようにして各歯の他方の面を測定する工程とを含むことを特徴とする請求項３記載の歯車歯形の非接触測定方法。 - 上記レーザーホログラフィ測距装置の測定光軸は、歯車の回転軸と直交する方向に沿うように設定されるとともに、
上記レーザーホログラフィ測距装置と歯車との相対位置は、歯車の回転軸の方向と、測定光軸の方向と、歯車の回転軸および測定光軸それぞれに直交する方向とのそれぞれの方向にレーザーホログラフィ測距装置本体を相対的に移動することにより変更されることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の歯車歯形の非接触測定方法。 - レーザーホログラフィ測距装置により歯車の歯形を非接触で測定する歯車歯形の非接触測定装置であって、
歯車の回転軸を中心にして歯車の回動姿勢を変更可能な回動姿勢変更手段と、
レーザーホログラフィ測距装置本体と歯車との相対位置を変更可能な相対位置変更手段と、
歯車歯形に関する設計データを格納する記憶手段と、
記憶手段に格納された設計データに基づいて、歯車の測定点がレーザーホログラフィ測距装置の測定光軸上にあるように回動姿勢変更手段と相対位置変更手段とをそれぞれ制御するとともに、測定光軸上にある歯車の測定点を測定するようにレーザーホログラフィ測距装置を制御する制御手段とを備え、
上記制御手段は、レーザーホログラフィ測距装置本体と歯車との相対位置を変更してレーザーホログラフィ測距装置の測定光軸が、歯車の一の位相にある点を通るように相対位置変更手段を制御する光軸調整と、
この歯車の一の位相の点がレーザーホログラフィ測距装置の測定光軸上において測距有効範囲内に入るようにレーザーホログラフィ測距装置本体と歯車との相対位置を変更するように相対位置変更手段を制御する焦点調整と、
レーザーホログラフィ測距装置本体と歯車との相対位置が一定に保たれた状態で、歯車の回転軸を中心にして歯車のピッチずつ歯車を順次回動させて、歯車のそれぞれの歯においてこの一の位相と共通の位相にある各点を離散的に順次測定するように回動姿勢変更手段とレーザーホログラフィ測距装置とを制御する離散的測定と、
一の離散的測定により一の位相と共通の位相にある各測定点を離散的に測定した後、歯車の種々の位相にある点について光軸調整と、焦点調整と、離散的測定とを行うことを繰返すことにより、歯車の種々の位相にある各点を順次離散的に測定する処理とを行なうとともに、
これらの測定データを集計して歯形を求めるものであることを特徴とする歯車歯形の非接触測定装置。 - 上記制御手段は、レーザーホログラフィ測距装置本体と歯車との相対位置が一定に保たれた状態で、歯車の回転軸を中心にして歯車を回動させることにより、上記歯車の一の位相の点と同じ測定光軸上において上記一の位相の点と同じ測距有効範囲内の各点を順次測定する有効範囲内測定を行うように、回動姿勢変更手段とレーザーホログラフィ測距装置とを制御するものであることを特徴とする請求項６記載の歯車歯形の非接触測定装置。
- 上記制御手段は、レーザーホログラフィ測距装置の測定光軸が、歯車の他の部分によって遮られないように、レーザーホログラフィ測距装置本体と歯車との相対位置を変更する光軸変更を行うように、相対位置変更手段を制御するものであることを特徴とする請求項７記載の歯車歯形の非接触測定装置。
- 上記制御手段は、歯車の回転軸から一方の側を測定光軸が通る状態で各歯の一方の面を測定するように相対位置変更手段を制御する処理と、
歯車の回転軸から他方の側を測定光軸が通るように相対位置変更手段を制御して上記光軸変更を行う処理と、
この歯車の回転軸から他方の側を測定光軸が通る状態で各歯の他方の面を測定するように相対位置変更手段を制御する処理とを行うものであることを特徴とする請求項８記載の歯車歯形の非接触測定装置。 - 上記レーザーホログラフィ測距装置の測定光軸は、歯車の回転軸と直交する方向に沿うように設定されるとともに、
上記相対位置変更手段は、歯車の回転軸の方向と、測定光軸の方向と、歯車の回転軸および測定光軸それぞれに直交する方向とのそれぞれの方向にレーザーホログラフィ測距装置本体を相対的に移動することによりレーザーホログラフィ測距装置と歯車との相対位置を変更するものであることを特徴とする請求項６乃至請求項９のいずれかに記載の歯車歯形の非接触測定装置。
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