JPH04265812A - 歯車の歯当り品質判定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は噛合すべき一対の歯車の
歯当りを適正にするため、これら歯車の歯当り位置を定
量化して歯当り品質を短時間かつ高精度で判定する方法
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】歯車の歯当りについての判定を行う従来
の方法としては、例えば特開昭６０−８２９０５号公報
に記載されたものがある。この従来方法は、噛合する一
対の歯車の一方の歯車の歯面に塗布した塗料の、噛合駆
動後の剥離状態または転写状態をビデオカメラ等により
撮像し、得られた画像を画像処理して所定の評価パラメ
ータを求め、この評価パラメータに基づき歯当りの良否
や品質等級を判定するものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】一般に歯車の歯当り品
質を判定するに際し、ＪＩＳ　Ｂ　１７４１に示されて
いるように、歯すじ方向および歯たけ方向の歯当りの割
合が重要な評価項目となるのは勿論であるが、歯すじ方
向および歯たけ方向の歯当り位置（以下、夫々「歯当り
ポジション」、「歯当りの浮き沈み」と称す）も極めて
重要な評価項目となる。すなわち、上記歯当りの割合が
必要なだけ確保された場合であっても、実際の歯当り位
置が図５（ａ）　に示す正常な歯当り状態にならずに、
歯面に対して極端に偏心している場合（同図（ｂ）　の
「浮き」、同図（ｃ）　の「沈み」）には総合的な歯当
り品質は良好にならない。しかしながら上述した従来方
法では、上記歯当りのポジションおよび浮き沈みについ
て直接評価しておらず、歯面画像中の歯当りに相当する
部分の図形（以下歯当り図形と称す）の図心偏差および
この歯当り図形の歯すじ方向寸法および歯たけ方向寸法
である歯当り長さを評価パラメータとして間接的に評価
しているに過ぎず、歯当り位置の定量化は達成されてい
ない。このため歯当り図形の形状が熱処理変形等によっ
てばらつく場合には基準とすべき歯当り位置が変動して
しまい、歯当り品質判定精度に悪影響を招く。

【０００４】また上記従来方法にあっては、歯当り品質
の判定に用いる評価パラメータを得るため、対象とする
歯車の歯の全てについて歯面画像を撮像し、得られた全
歯面画像を画像処理しているため、歯車の歯当り品質判
定に多大な処理時間を要してしまう。なお、撮像対象と
する歯を無作為に一定数だけ抽出し、処理時間を短縮す
る手法も考えられるが、その場合必ずしも歯当りに問題
の生じる可能性のある歯が抽出されるとは限らず、かえ
って歯当り品質判定の信頼性が低下してしまう。

【０００５】本発明は歯当り位置を所定パラメータによ
り定量化する際に、撮像対象とする歯を一対の歯車の一
方を駆動したときの被駆動軸の振動加速度に基づき選定
することにより、上述した問題を解決することを目的と
する。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この目的のため、本発明
の歯車の歯当り品質判定方法は、噛合する一対の歯車の
噛合状態を表わす歯面画像を撮像手段により撮像し、得
られた歯面画像を画像処理して歯当り評価パラメータを
求め、得られた歯当りパラメータに基づき前記一対の歯
車の歯当り品質を判定するに際し、前記一対の歯車の一
方の歯車を駆動したときの回転角度および被駆動軸の振
動加速度を夫々回転角度検出手段および振動検出手段に
より検出し、得られた振動加速度データおよび回転角度
データに基づき前記撮像手段による撮像の対象とする歯
を選定することを特徴とするものである。

【０００７】

【作用】本発明方法によれば、撮像手段が撮像した、噛
合する一対の歯車の噛合状態を表わす歯面画像を処理し
て得られる歯当り評価パラメータに基づき、前記一対の
歯車の歯当り品質を判定する際には、所定の手法によっ
て歯当り位置の定量化を実現するから、極めて精度良く
歯当り品質を判定することができる。またその際、前記
一対の歯車の一方を駆動したときの、その歯車の回転角
度および被駆動軸の振動加速度を夫々回転角度検出手段
および振動検出手段が検出するから、得られた振動加速
度データおよび回転角度データに基づき撮像手段による
撮像の対象とする歯を選定することができ、歯当り品質
判定時間の大幅な短縮が可能になる。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づき詳細に
説明する。図１は本発明方法の実施に用いる歯当り品質
判定システムの第１実施例の構成を示する線図であり、
図中１０は評価対象としての歯車を示し、本例ではハイ
ポイド歯車を用いている。歯車１０としては、一対の歯
車１０，　１１の一方の歯車１０を用いるものとし、歯
車１１の歯面には以下の画像処理の容易化のため、図示
しない塗料を塗布し、歯車１０，　１１を噛合状態にし
てから、駆動装置１２により歯車１０を回転駆動する。 したがって歯車１０の歯面１０ａ　には転写により塗料
が付着する。歯車１０はターンテーブル状の駆動装置１
２上に回動可能に位置決め載置される。駆動装置１２は
回転角度検出装置１３を内蔵しており、回転角度検出装
置１３は駆動装置１２が歯車１０を毎回所定角度（３６
０゜／歯数Ｎ）ずつ回転させるとき原点位置からの回転
角度θを検出してこの回転角度θによって歯車１１と噛
合する歯を特定し、回転角度検出手段として機能する。

【０００９】歯車１０の回転によって駆動される歯車１
１の回転軸（つまり被駆動軸）１１ａ　には、振動加速
度αを検出する、振動検出手段としての加速度センサ１
４を設置する。加速度センサ１４は、歯車１０の全ての
歯について歯車１１との噛合状態を表わすデータを得る
ため、駆動装置１２により歯車１０を上記所定角度ずつ
回転させたときの各歯に対応するデータを歯車１０の１
回転分読込む（このデータは後述するようにして制御装
置１８において上記回転角度θと関連付ける）　。

【００１０】歯車１０の歯面１０ａ　を照明装置１５に
より照明する。この照明装置１５としては、ハロゲンラ
ンプ等可視光線を発するものを用いる。なお周囲環境を
暗室化する必要はないが、暗室化した場合一層好適であ
る。照明装置１５により照明された歯面１０ａ　を撮像
手段としてのテレビカメラ１６により撮像する。この撮
像は駆動装置１２の回転を回転角度検出装置１３によっ
て監視する制御装置１８からの指令に基づき、撮像対象
として選定した歯面１０ａ　を常に同一条件で撮像でき
るようなタイミングで行い、また歯面１０ａ　とテレビ
カメラ１６とは所定の角度を成すものとする。なおテレ
ビカメラ１６は図示のように１台あればよいが、歯面を
ドライブ側、コースト側から同時に撮像できるように所
定角度に２台配置すれば一層好ましい。 テレビカメラ１６からの画像データを画像処理装置１７
に入力する。画像処理装置１７を制御装置１８に接続し
、制御装置１８にはさらに歯車の該当車種設定、計測開
始等のマニュアル操作および判定結果表示を行う操作表
示盤１９、加速度センサ１４からの信号αを波形分析す
る波形分析装置２０を接続する。

【００１１】制御装置１８は、駆動装置１２、回転角度
検出装置１３、画像処理装置１７、操作表示盤１８およ
び波形分析装置２０からの入力情報に基づき図２の制御
プログラムを実行して本システム全体の制御を行い、画
像処理装置１７はテレビカメラ１６および制御装置１８
からの入力情報に基づき図３の制御プログラムを実行し
て歯面画像の画像処理を行う。

【００１２】すなわちまず図２のステップ１０１　でワ
ークである歯車の対応車種の設定を行う（このステップ
１０１　は例えば操作表示盤１９の操作による）　。次
のステップ１０２　ではワーク着座の有無の判定を行い
（この判定は例えば駆動装置１２に設けた図示しない着
座センサにより行う）、ワーク着座無の場合にはステッ
プ１０２　で待機状態を続け、ワーク着座有りで歯車１
０，　１１の噛合駆動が可能な状態になった場合にはス
テップ１０３　で振動加速度αおよび回転角度θの計測
開始指令を例えば操作表示盤１９の操作により行い、ス
テップ１０４　で駆動装置１２によって歯車１０，　１
１を噛合駆動する。次のステップ１０５　では加速度セ
ンサ１４より歯車１０，　１１の噛合駆動時の軸１１ａ
　の振動加速度αのサンプリングを行い、ステップ１０
６　ではそのときの歯車１０の回転角度θ　（回転開始
時を原点とする）　を回転角度検出装置１３より読込む
　（αとθとは制御装置１８において関連付けられるた
め、計測した振動加速度がどの歯に該当するかを特定す
ることができる）　。このようなα，　θのサンプリン
グは歯車１０の全ての歯について完了するまで繰返され
、全ての歯についてのα，　θのサンプリングが完了し
てステップ１０７　の判別が　Ｙｅｓになったら、ステ
ップ１０８　でテレビカメラ１６による撮像の対象とす
る歯を選定する。この撮像対象とする歯の選定は、例え
ば最も大きい振動加速度を示した歯を基準にして、振動
加速度の大きい順に一定数ｎ（このｎは歯車１０の全歯
数Ｎに対して充分小さい値とする）だけの歯を選定する
ものとする（なお上記ｎを、検出した振動加速度が所定
値を越える歯の歯数に応じて変更してもよい）。

【００１３】次のステップ１０９　では画像処理開始指
令を例えば操作表示盤１９の操作により行い、この画像
処理開始指令によって駆動装置１２を作動させて、上記
ステップ１０８　で求めた撮像対象の歯の何れか１つが
テレビカメラ１６により歯面画像を撮像し得る位置　（
撮像位置）　に来るようにし、ステップ１１０　で後述
する図３のサブルーチンにより当該撮像位置における歯
面画像の画像処理を行う。このような画像処理は駆動装
置１２の作動によって順次撮像対象の歯が撮像位置に来
るように位置決めしてから行い、全ての撮像対象の歯の
歯面についての画像処理が完了してステップ１１１　の
判別が　Ｙｅｓになったら、ステップ１１２　で、画像
処理装置１７から送信されて来る判定結果信号に基づき
一対の歯車１０，１１に対する総合判定を行う。この総
合判定において、判定結果信号が無い場合（例えば送信
エラーの場合）には、制御をステップ１０９　に戻して
前記画像処理を再度行い、ＯＫ信号を受信したらステッ
プ１１３　で操作表示盤１９の「ＯＫ」判定結果表示灯
を点灯し、ＮＧ信号または判定エラー信号を受信したら
ステップ１１４　で「ＮＧ」判定結果表示灯を点灯する
。 なおこの場合、ステップ１１５　でこの表示をリセット
するものとし　（このリセットは例えば作業者が表示確
認後、操作表示盤１９を操作して行う）、このリセット
操作を行わないとワーク着座中はステップ１１６−１１
５−１１６　のループを繰り返して待機状態となり、リ
セットせずにワークを駆動装置１２から取り外すとステ
ップ１１７　で警報出力がなされる。この警報は、ステ
ップ１１８　で前記ＮＧ、判定エラー信号をリセットし
た後に、ステップ１１９　でリセットするものとする。 なお上記総合判定は画像処理装置１７からの判定結果信
号のみを用いているが、この判定に波形分析装置２０か
らの振動加速度αに関する信号を加えるようにしてもよ
い。

【００１４】次に画像処理について図３および図４を用
いて説明する。まず図３のステップ１３１　で歯面画像
を取込み、ステップ１３２　でこの画像を２値化する。 このとき取込んだ画像は図４（ａ）　のようになり（な
おここでは塗料を塗布した歯車および、それと対をなす
塗料を塗布しない歯車の一方について説明するが、他方
については白黒反転を行えば同様に処理することができ
る）、この画像を２値化すると同図（ｂ）　に示すよう
に歯面内に歯当り図形Ｐが現れる。次のステップ１３３
　では、図２のステップ１０１　の車種設定に基づく、
予め教示された歯面の輪郭形状（本例では六角形である
）によってマスク処理を行い、同図（ｃ）　に示すよう
に、対象となる歯面以外の部分を除外する。次にステッ
プ１３４　でノイズ除去処理を行う。これは同図（ｄ）
　に示すように、前記マスク内にある面積最大の部分で
ある歯当り図形Ｐの外部の孤立部分を除去するものであ
り、歯当り図形Ｐの内部に穴があっても影響を受けない
。得られた歯当り図形Ｐにはステップ１３５　で接線探
査を行う。すなわち同図（ｅ）　に示すように、歯当り
図形Ｐを包囲するように前記マスクの各辺と平行な６本
の接線を描く。次にステップ１３６　で同図（ｆ）　に
示すように、上記各接線により歯すじ方向に区画される
３つの部分の長さの比率ａ：ｂ：ｃを求める。なおここ
では歯面の左右下端点を結ぶ線分上において歯たけ方向
の接線との交点を求めることにより上記比率を求めてい
るが、他の線分、例えば中心線上において平均値を求め
るようにしてもよい。この比率に基づき次のステップ１
３７　で歯当りポジションの判定を行う。この判定は、
例えば前記比率ａ：ｂ：ｃより求まる歯当りの割合およ
び歯当りの偏差｜ａ−ｃ｜に基づき歯すじ方向の歯当り
位置を定量化して第１の歯当り位置データを得、このデ
ータによって歯当り品質を等級付けし、この等級が基準
を上回るか否かによりＯＫまたはＮＧと判定するもので
ある。

【００１５】同様に次のステップ１３８　では同図（ｇ
）　に示すように、上記各接線により歯たけ方向に区画
される３つの部分の長さの比率ｄ：ｅ：ｆを求める（こ
こでは歯面の左端点ＭとＮとを結ぶ線分上において求め
ている）。次いでステップ１３９　で同図（ｈ）　に示
すように、歯当り図形Ｐの上端部、中央部および下端部
の図形　Ｐ１，　Ｐ２，Ｐ３　のみを抽出するため、歯
当り図形Ｐのそれ以外の部分をマスク処理し、ステップ
１４０　で同図（ｉ）　に示すように、前記ステップ１
３５　と同様にして図形　Ｐ１，　Ｐ２，Ｐ３　に対し
歯たけ方向の接線探査を行う。なおステップ１３９　の
マスク処理の代わりに、前記図形　Ｐ１，　Ｐ２，　Ｐ
３　に相当する領域について夫々歯すじ方向の直線によ
り走査を行い、この直線上の画素濃淡度から前記図形　
Ｐ１，Ｐ２，　Ｐ３　の輪郭線を抽出するようにしても
よい。次のステップ１４１　では同図（ｊ）　に示すよ
うに、得られた各接線により夫々歯すじ方向に区画され
る３つの部分の長さの比率、すなわち図形Ｐ１のｇ：ｈ
：ｉ、図形Ｐ２のｊ：ｋ：ｌ、図形Ｐ３のｍ：ｎ：ｏを
ステップ１３６　と同様にして求める。この３通りの比
率を用いてステップ１４２　で歯当りの浮き沈みの判定
を行う。ここでこの判定は、例えば歯当りの割合 歯当りの偏差｜ｇ−ｉ｜，｜ｊ−ｌ｜，｜ｍ−ｏ｜に基
づき歯たけ方向の歯当り位置を定量化して第２の歯当り
位置データを得、このデータによって所定判定基準の下
で歯当り品質を等級付けし、この等級が基準を上回るか
否かによりＯＫまたはＮＧと判定するものであり、図６
に例示する種々の歯当り図形（Ｄ−１〜Ｄ−１０はドラ
イブ側、　Ｃ−１〜Ｃ−１０はコースト側）　の中で識
別し難い　Ｄ−１とＤ−９，　Ｄ−８と　Ｄ−１０，　
Ｃ−６と　Ｃ−９，　Ｃ−７　と　Ｃ−１０　を正確に
識別して判定することができる。なおこのステップ１４
２　の判定にステップ１３８　で求めた歯たけ方向の長
さ比率ｄ：ｅ：ｆをも用いれば、特に歯当り図形が複雑
な形状の場合に、歯当り品質判定精度を向上させること
ができ、またこの比率をステップ１４２　の判定に用い
ない場合にはステップ１３８　を省略してもよい。次の
ステップ１４３　ではステップ１３７，　１４２の判定
結果に基づきこのワークの歯当り品質の総合判定を行い
、判定結果信号を出力する。この判定結果信号はＯＫ信
号またはＮＧ信号とし、判定が得られないときは判定エ
ラー信号とするものとする。

【００１６】このようにして歯当りポジションおよび歯
当りの浮き沈みを定量化することができるから、得られ
た第１および第２の歯当り位置データの一方または双方
（本例では双方）を用いて、極めて高精度の歯当り品質
判定を行うことができる。またその際、歯車１０の各歯
に対応する、噛合駆動時の振動加速度の検出値に基づき
、テレビカメラ１６による歯面画像の撮像の対象とする
歯を選定するから、撮像対象とする歯数が減少しても歯
当りに問題の生じる可能性のある歯については必ず歯当
り品質判定がなされることになり、歯当り品質判定時間
を大幅に短縮することができる。

【００１７】図７は本発明方法の実施に用いる歯当り品
質判定システムの第２実施例の構成を示す線図であり、
第１実施例と同一の部分には同一符号を付してある。こ
の第２実施例の第１実施例との相違点は、歯車１１の代
わりに、歯当り品質判定の対象とする歯車の表面　（歯
面１０ａ）に密着して回転するローラ２１を設け、ロー
ラ２１の回転軸　（つまり被駆動軸）２１ａに振動加速
度αを検出する加速度センサ１４を設置したことである
。制御装置１８は、図８の制御プログラムを実行して本
システム全体の制御を行う。

【００１８】すなわちまず図８のステップ１５１　でワ
ークとしての歯車１０の原点設定を行い、ステップ１５
２　で駆動装置１２のモータの駆動を開始し、ステップ
１５３　で加速度センサ１４からの振動加速度αおよび
それと対応するワーク回転角度θをサンプリングする。 次のステップ１５４　で、得られた振動加速度データに
基づきキズの有無の判定を行う。この判定は例えば、波
形分析装置２０において、振動波形の有効成分だけを抽
出するため図９（ａ）　に示す振動加速度データを低周
波除去フィルタに通し、得られたデータの中に、同図（
ｂ）　に示すように所定の閾値を上回るピーク値が現れ
た場合にキズ有りと判定することにより行い、キズ有り
の場合にはステップ１５５　で歯車１０の回転角度θで
表わされるキズ位置をメモリに書込んでおく。このよう
なキズの有無の判定を歯車１０が１回転してステップ１
５６　の判別が　Ｙｅｓになるまで行い、完了したらス
テップ１５７　でモータを停止する。次にキズ有りの場
合にそのキズの形状等を詳細に調べてそのキズがＯＫか
ＮＧかを総合的に判定するため、ステップ１５８　では
前記ステップ１５５　でメモリに書込んだデータに基づ
きキズ有りか否かの判別を行い、キズ有りの場合にはス
テップ１５９　で駆動装置１２によってキズ位置をテレ
ビカメラ１６の撮像位置に移動し、ステップ１６０　で
画像処理装置１７において画像処理による判定を行う　
（この判定は公知の手法により行う）　。この判定にお
いてそのキズがＯＫと判定されたら制御をステップ１６
１　のＮｏ−ステップ１５９　と進めて次のキズ位置に
ついての判定を行い、そのキズがＮＧと判定されたらス
テップ１６２　で画像処理装置１７より制御装置１８に
ＮＧ信号を出力する。ステップ１６１　の判別が　Ｙｅ
ｓになったら、つまり全てのキズについての判定がＯＫ
であったら、ステップ１６３　でＯＫ信号を出力する。

【００１９】ステップ１６２，　１６３から制御を図２
のステップ１０８以降へ進め、以下第１実施例と同様に
して歯当り品質判定を行う。その際、ステップ１０８　
における撮像対象とする歯として例えば上記ＮＧ信号に
該当する歯を選定する。このようにした場合、歯当りの
不具合が生じ易いと予測される、キズ有りの歯について
は必ず歯当り品質判定がなされることになり、歯当り品
質判定の信頼性が向上する。

【００２０】なおこの第２実施例ではワークとして歯車
１０を用いているが、代わりにワークとして曲面で構成
される回転体　（例えばプーリ）　をセットし、図８の
ステップ１５１　〜１６３　を実行することにより、極
めて少ない検査時間で、該回転体表面に存在するキズを
精度良く検査することができ、さらにその手法は上記回
転体のみならず、平面　（例えば板状）　のワークに対
しても適用可能であることは言うまでもない。

【００２１】

【発明の効果】かくして本発明の歯車の歯当り品質判定
方法は上述の如く、歯当り位置を所定パラメータにより
定量化する際に、撮像対象とする歯を一対の歯車の一方
を駆動したときの被駆動軸の振動加速度に基づき選定す
るから、極めて精度良い歯当り品質判定および、それに
要する歯当り品質判定時間の大幅な短縮が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法の実施に用いる歯当り品質判定シス
テムの第１実施例の構成を示す線図である。

【図２】同例における制御装置の制御プログラムを示す
フローチャートである。

【図３】同例における画像処理装置の制御プログラムを
示すフローチャートである。

【図４】（ａ）　〜（ｊ）　は夫々図３の制御プログラ
ムと対応する画像処理状況を例示する図である。

【図５】（ａ）〜（ｃ）　は同例において歯当り状態を
説明するための図である。

【図６】同例において画像処理後の歯当りに相当する部
分の図形の種々の実例を模式的に示す図である。

【図７】本発明方法の実施に用いる歯当り品質判定シス
テムの第２実施例の構成を示す線図である。

【図８】同例における制御装置の制御プログラムを示す
フローチャートである。

【図９】（ａ）　および（ｂ）　は同例における波形分
析装置によるキズの判定を説明するための図である。

【符号の説明】

１０　　歯車 １０ａ　　　歯面 １２　　駆動装置 １３　　回転角度検出装置（回転角度検出手段）１４　
　加速度センサ（振動検出手段）１５　　照明装置 １６　　テレビカメラ（撮像手段） １７　　画像処理装置 １８　　制御装置 １９　　操作表示盤 ２０　　波形分析装置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　噛合する一対の歯車の噛合状態を表わ
   す歯面画像を撮像手段により撮像し、得られた歯面画像
   を画像処理して歯当り評価パラメータを求め、得られた
   歯当りパラメータに基づき前記一対の歯車の歯当り品質
   を判定するに際し、前記一対の歯車の一方の歯車を駆動
   したときの回転角度および被駆動軸の振動加速度を夫々
   回転角度検出手段および振動検出手段により検出し、得
   られた振動加速度データおよび回転角度データに基づき
   前記撮像手段による撮像の対象とする歯を選定すること
   を特徴とする、歯車の歯当り品質判定方法。