JPH0642167Y2 - 歯当り測定装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本考案は、塗料が塗布された歯車の歯面が他の歯車との
噛み合わせ回転後に変化する濃淡状態を画像解析するこ
とにより、歯当りの良否を判定する歯当り測定装置に関
する。

［従来の技術］ 加工工程を完了した製品歯車が装置に組み込まれたとき
の噛合状態を知るためのシミュレーションとして歯車の
歯当り測定が製品の完成段階における重要な試験として
広く実行されている。

歯車の歯当りは、組み込まれた装置の作動時における振
動や騒音の発生に深く関与し、また当該歯車の磨耗や損
傷にも著しく大きな影響を及ぼす。

こうした歯車の歯当りの測定手法として、歯車の歯面に
塗料を付着させ、これと他の歯車とを噛み合わせ回転さ
せた時に生じる塗料の剥離や、転写の度合いを検出測定
する装置が開発されている。

例えば、特開昭60−82905号公報には、テレビカメラに
よって塗料の剥離状態を撮像し、このデータをコンピュ
ータ処理することにより歯車の歯当りを測定する方法が
開示されている。

この装置は、影像された歯面の画像データであるビデオ
信号をデジタル信号に変換し、コンピュータ内でその濃
淡に基づき塗料剥離の状態を判定した後、画像情報とし
てモニタ出力するという構成をとる。

この方法によれば、作業者の目視などに頼ることなく理
論的に精度良く歯当り測定作業を遂行することが可能で
ある。

［考案が解決しようとする課題］ しかしながら、上記従来装置の方法では、次のような不
都合を回避できないという問題があった。

（１）塗料剥離を用いた歯当り測定では、歯当り部から
歯当りのない部分への境界部は、濃淡が徐々に変化して
ゆく。このため、濃淡状態の撮影に際しては、歯面全体
に均一な強さの光が照射されていなければならない。も
し、歯面に対する光の照射強度にムラがあると、実際の
歯面に生じている濃淡状態が撮影画像に正しく反映され
なくなってしまう。例えば、こうした照射強度のムラに
よって歯当りのない部分が歯当り部と等強度でテレビカ
メラに受光されてしまうと、そのすべてが歯当り面と見
なされることを意味し、歯当り形状の誤認識を招き、正
しい測定は不能となる。

また、照明装置用電源電圧が変動したり、劣化等によっ
て照射強度が変動すると、歯当り部も含め、歯面全体の
受ける光量変動を被る。歯当り部の認識は、所定濃淡レ
ベルをしきい値として行われるから、同じ歯車について
の同じ歯当りでも照射強度の変動に応じて認識される大
きさがずれ、歯当り形状を正確に認識できなくなる。

（２）いうまでもなく、歯車性能は歯の前進面および後
退面双方の歯当りから成立する。ところが、上記従来装
置では、一度の計測動作によって、いずれか片面だけし
か認知することができない。このため、反対面の計測に
は、テレビカメラと照明の設定位置変更を要していた。
この位置設定の精密度が測定結果に大きな影響を及ぼす
ため、この設定作業に多大な工数を費やさざるを得ない
のが実情である。

（３）外乱光の遮断や大気中の粉塵対策がまったくじら
れていない。これが撮像画像の精度低下を引き起こし、
正確な歯当り測定を不能にする。

（４）平歯車のみを測定対象としているので、曲面に対
する均一な照明を行えず、この種の歯車、例えばハイポ
イドギア等には適用できない。

以上のような問題点を解決し、歯車の前進および後退両
面の歯当りを正確に測定できる装置が先に本出願人によ
り提案されている。（特願昭63−61667号）。

この装置では、ハイポイドギアなどの曲面を形成する歯
面に塗料を塗布し、この歯車の凹面および凸面双方それ
ぞれに専用の照明装置にて光の照射が行われる。凸面に
は、照明装置からの光を反射する反射板からの光も導か
れるため、凸面全体に均一な強度で光が照射される。

したがって、歯面が曲面を形成する歯車における歯当り
をその凸面凹面両者に対して同時に測定可能であり、該
両歯面からの反射光を歯車の歯当り状態に正確に対応し
たものとしてテレビカメラによって受光され、この受光
強度に基づき歯車の歯当りが高精度で測定される。

また、装置全体は所定の部材にて被覆されると共に、扉
の近傍にはエアカーテンを設けているので、外乱光およ
び粉塵の影響を除去して精度良く歯当り測定を遂行可能
である。

［考案が解決しようとする課題］ 上記先願考案によれば、それ以前に採用されていた手法
に比し、光学的な歯面の撮像技術が大幅に高精度化およ
び安定化され、著しく信頼性の向上した歯当り測定を実
現し得る。

しかしながら、上記先願発明は、歯車単体としての歯当
り測定を対象としており、組み込まれる装置内で実際に
協働する相手側の歯車と組み合わされた状態における動
的な歯当りについては考慮されていなかった。該先願発
明においても、もちろん固定された製品歯車に対して他
の歯車が噛み合わせ回転に供されるわけであるが、実際
に装置内で製品歯車と組み合わされて稼働するものでは
なく、いわば製品歯車単体の加工精度検出手段であると
いえる。

ところが、現実問題としては第５図に示すようにハイポ
イドギア10と装置内で噛み合わせ回転するドライブピニ
オン12とケース14内に収納された形のアセンブリ状態に
おける実際の歯当りを知る必要がある場合が少なくな
い。

ここで、第５図に示すディフェレンシャル・アセンブリ
（以下DEF組立体という）16の歯当りを測定したいとす
る。この場合でも、歯面に塗料が塗布されて撮像対象と
なるのはハイポイドギア10であるのは変わりはない。し
かし、こうしたDEF組立体は構造上測定対象であるハイ
ポイドギア10をモータなどで直接回転させることはでき
ないので、ドライブピニオン12をモータ駆動することに
よって間接的に回転させざるを得ない。

ところがこの様な間接駆動の形態を採れば当然の事なが
らハイポイドギア10とドライブピニオン12との間にバッ
クラッシ、いわゆるガタが介在する。この結果、塗料を
塗布して噛合わせ回転させた後の歯面を撮影するために
ハイポイドギア10を停止させようとしても、所望の位置
に精度良く停止させることは難しい。

こうした不都合の対応策としては、回転中の歯面を撮像
することが考えられる。すなわち、前述した歯車のガタ
というのは、回転駆動方向を切替える際に生じるもので
あるから、歯車は常に同一方向に回転させておけばその
方向にはガタのない状態を保持することができる。した
がって、この回転中瞬間的に歯面の画像を取込めば、上
述したようなガタの影響による位置ずれを招くことな
く、高精度で撮像することができる。

回転中の歯面撮像を行う場合、回転速度が大きければ大
きいほど測定時間が短縮されるため、極力高速回転駆動
することが望ましい。しかし、前記特開昭60−82905号
公報及び先願発明に係る装置えは、そのために適した照
明機構が装備されていない。

すなわち、静止状態の歯面を撮影するのであれば、上記
先願発明で用いられているハロゲン照明装置のような連
続光で所望の画像を得ることができるのであるが、回転
移動中の画像に対しては、この画像撮影に用いられるCC
Dカメラの特性上取込み画像が流れてしまうという不都
合が避けられない。

なお、前記特開昭60−82905号公報には、照明装置につ
いては何ら言及されていない。

またこの種の歯当り測定に際しては、測定対象が全歯面
であることも、抽出選択された任意の複数枚で済む場合
もある。それぞれの場合に応じて測定対象とする歯面に
のみ塗料が塗布されることになる。

そして、任意の複数枚のみが測定対象となっているとき
には、当然これらの歯面のみを撮影すれば済む。

ところが、前記上記装置では、測定歯面の検知用として
単一の近接センサのみが用いられているにすぎず、この
センサ自体によって塗料の塗布された測定歯面のみを検
出するということができない。後処理段階で前記近接セ
ンサの信号を何らかの手段で間引いて測定歯面に係る信
号だけを得るという手法も考えられるが、この方法では
例えば毎回測定したい歯面が変わったり、或いは歯面の
数が変わったりしたような場合など、後処理部の構成も
当然それに対応して変更しなければならず、到底実用的
ではない。

本考案は、上記従来の課題に鑑みなされたものであり、
その目的は組込まれる装置内で実際に協働する歯車の任
意の歯面のみを正確かつ高精度で撮像して回転中の歯当
りの良否を判定しうる歯当り測定装置を提供することに
ある。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために本考案は、歯面に塗料が塗布
された製品歯車と他の歯車との噛合わせ回転により生じ
た塗料の剥離等から生じる濃淡状態を検出して歯当りの
良否を判定する歯当り測定装置において、前記製品歯車
近傍に配設され該製品歯車の任意の歯面に塗布された塗
料を感知する色センサと、前記製品歯車近傍に配設され
該製品歯車の全ての歯面を感知する歯面センサと、前記
色センサ及び歯面センサからの両入力信号に応答してト
リガ信号を出力するアンド回路と、噛合わせ回転中の製
品歯車の歯面に対し光を瞬間照射する高速照明装置及び
この歯面から反射した光を受光するTVカメラと、前記ア
ンド回路からのトリガ信号に基づき前記各テレビカメラ
と高速照明装置との動作タイミングを同期させる手段と
を備えたことを特徴とする。

［作用］ 以上の如く構成される本考案装置によれば、まず測定対
象である歯面の検出は、塗料が塗布された歯面だけを感
知する色センサと、全歯面を感知する歯面センサからの
両出力のアンドをとることによって行われる。

これにより、「塗料」と「歯面」という２つの条件が揃
ったときにだけ当該測定対象として判定され、従って測
定対象である歯面の数あるいは位置にかかわらず、いか
なる場合でも確実に測定すべき歯面のみを抽出すること
ができる。

そして、回転中の製品歯車組立体の前記抽出された歯面
に対し、ストロボ等からなる高速照明装置から瞬間的に
光が照射され、これによって歯面から反射した光をテレ
ビカメラが受光し、画像信号として後段の処理回路に出
力する。

以上のアンド出力、高速照明装置からの光の照射及びテ
レビカメラによる撮像の動作は所定の同期手段によって
タイミング調整が図られる。

したがって、本考案によれば、前記一対のセンサの組み
合わせによって、測定対象となる歯面のみをその枚数及
び位置にかかわらず、いかなる場合でも確実に抽出する
ことができ、また、高速照明装置により、歯車組立体を
大きな回転速度で駆動している中でも画像が流されるこ
となく所望の歯面のみを確実に撮像でき、測定作業の大
幅な効率化を図ることが可能である。

［実施例］ 以下図面に基づき本考案の好適な実施例を説明する。

第１図に本考案装置の全体構成を示す。図において、測
定対象であるハイポイドギア10及びこれと噛み合うドラ
イブピニオン12がケース14内に組み込まれたDEF組立体1
6が不図示の自動搬出入装置により所定の被測定場所に
位置決め固定される。ドライブピニオン12は、モータ18
などに自動結合され、所定の回転作用を受ける。

ハイポイドギア10の歯面に向かって色センサ104が、ま
た、歯の真上方向から歯面センサ106がそれぞれ治具108
にて配設されている。第２図にこの部分を拡大斜視図で
示す。治具108は前後、左右、上下の３方向それぞれを
軸として回転可能であり、また任意の位置に移動固定す
ることができる。ここで、色センサ104は、塗料が塗布
された歯面だけを感知し、また歯面センサ106はすべて
の歯面を感知するように感度が調整されている。

テレビカメラ20は、ハイポイドギア10の全歯面すなわち
凸状面の撮影に供され、また、テレビカメラ22は、後退
面すなわち凹面用として用いられる。そして、本実施例
においては、両テレビカメラ20,22としてCCDカメラ（Ch
arge Coupled Device）が用いられている。

CCDカメラは、その受光面に縦横２次元的に配置された
所定数の光学素子を有し、その幅及び深さ方向の場所の
受光強度に応じた信号を出力する。したがって、歯車の
歯面全体をカメラの視野にいれることによって歯面全体
の反射光強度を一度で検出可能である。

高速照明装置100,102はハイポイドギア10の前進面と後
退面をそれぞれ照らす。前進面用高速照明装置100と、
前進面用テレビカメラ20、及び後退面用高速照明装置10
2と後退面用テレビカメラ22は、後述する所定のプログ
ラムにて互いに同期がとられる。そして、本実施例にお
いてこれらの高速照明装置100,102としてストロボ照明
が用いられ、回転中のハイポイドギア10の歯面に対して
瞬間発光し、高速回転駆動を受けている歯面に対しても
テレビカメラによる撮像画像を流れることなく鮮明に得
ることを可能としている。

前記照明装置100,102の駆動用電源としては、ドロッパ
方式の直流低電圧電源が好適であり、駆動電圧の変動を
小さく抑制して照度の変化を最小限にとどめることがで
きる。

テレビカメラ20及び22は、多関節アーム28,30にてそれ
ぞれ架台32上に移動調整自在に固定されている。

多関節アーム28,30は、テレビカメラ20,22の３次元移動
を可能としている。また、照明装置100,102もそれぞれ
移動調整可能な支持装置30及び36により架台32上に支持
されている。そして、これらテレビカメラ20,22及び照
明装置100,102を所定の方向に向けることによって被測
定物であるハイポイドギア10の全歯面及び後退面の両方
を均一に照射可能である。

図示例において、DEF組立体16近傍位置に反射板35が配
設されており、これは照明装置100,102から受けた光を
反射してハイポイドギア10の全面に導く作用を果たす。
ハイポイドギア10は、その前面が曲面状を呈し、前進側
が凸面そして後退側が凹面上である。このため、凹面側
全体に光を均一に照射するのは容易に行いうるが、凸面
側全体に均一に照射するのは難しくなる。そこで、反射
板35からの光によって、照明装置100からの光を補完す
ることによってこの問題を解決している。

なお、照明装置100,102もテレビカメラ20,22と同様に支
持装置34及び36を含む多関節アームで支持している。こ
れにより、テレビカメラ20,22及び照明装置100,102は、
それぞれの多関節アームによって前後、左右及び上下の
３方向をそれぞれ任意に軸として回転可能である。

また、すべての関節にはクランプ装置が装着されている
ため、テレビカメラ20,22及び照明装置100,102は任意の
位置に移動してその位置に固定されうる。

この結果、何らかの理由によって、テレビカメラ20,22
及び照明装置100,102が動いてしまうなどの位置ずれが
生じても元の位置に戻すなど必要な調整を容易に実行す
ることができる。

なお、通常の歯当り測定時には、前記各テレビカメラ2
0,22及び照明装置100,102は、固定された状態に置かれ
ている。

架台30は、密閉枠状に形成されており、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
によって外乱光の侵入を防止する。扉15が上方に移動し
て開いているときには、エア噴出パイプ40から垂直下方
に向けてエアが噴射され、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。

第３図に検出信号の処理部を含めた本考案の全体構成を
ブロック図で示す。

DEF組立体16内のハイポイドギア10は、ピニオン12を介
して回転を受ける。ここで、色センサ104は、回転中の
ハイポイドギア10の歯面の色の変化、すなわち歯当りを
測定するために歯面に塗布された塗料を感知すると共
に、タイミング信号を処理回路110へ出力する。他方、
歯面センサ106は、回転中の全歯面一つ一つを感知し、
タイミング信号を処理回路110に出力している。

処理回路100は、前記色センサ104、歯面106からの入力
信号のアンドをとる。すなわち、色が変化した歯面を感
知したときにトリガ信号を画像処理コンピュータ50に出
力する。

画像処理コンピュータ50へ処理回路110からのトリガ信
号が入力されると、画像処理コンピュータ50内のプログ
ラム120にしたがって照明装置100,102とテレビカメラ2
0,22の同期がとられ、照明装置100,102の発光と同時に
テレビカメラ20,22によって回転中の歯車の歯当り画像
が取り込まれることとなる。

そして、画像処理コンピュータ50は、歯当り部の抽出お
よび歯当り画像の幾何形状計算、さらには、計算結果に
基づく歯当りの良否判定を行う。

また、計算結果および良否判定結果をホストコンピュー
タ50に出力すると共に、計算結果および良否判定結果、
テレビカメラ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
との間でテレビカメラ20,22からのビデオ信号をサンプ
リングタイミングについての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または固定ディスク58b、あ
るいはバブルカセットやICカード60等の外部記憶装置58
へ出力できるようになっている。また、必要に応じてプ
リンタバッファ62を介しプリンタ64に出力したり、モニ
タ66に表示することも可能である。

さらに、画像処理コンピュータ50を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も行う。

プログラマブルコントローラ56は本考案装置全体のシー
ケンスを管理し、NC68や各種周辺装置70とのやりとりを
実行する。

測定室44内のすべての物の表面には艶消しの黒の塗装を
施し、照明装置100,102から照射される光が反射して、
テレビカメラ20,22へ直接入射するのを防止する。

副操作盤72はハイポイドギア10とこれに噛合い駆動され
るドライブピニオン12との端数の比であるギア比を選定
するためのものである。すなわち、この副操作盤70によ
り、複数のギア比のハイポイドギア10に対応した計測が
可能である。

なお、操作盤80は装置全体の電力供給用各種部材の状態
表示、指令入力等を行うためのものである。

以下、第４図のフローチャートを参照しつつ、本考案装
置の歯当り測定手順について説明する。

DEF組立体16がモータ18にセットされた状態で不図示の
起動ボタンを押すと（401）、扉40が閉止して、測定室4
4が密閉状態に置かれる（402）。

そして、モータ18を回転駆動してDEF組立体16が回転を
開始し（403）、その後ハイポイドギア10の前進面撮影
用のテレビカメラ20および対応する高速照明装置100が
選択される（404）。

こうしてDEF組立体16の回転が始まると、基本的に歯当
り測定がすべて完了するまで、この回転が継続する。そ
して、DEF組立体16近傍に配置されている色センサ104お
よび歯面センサ106からの両出力が前記処理回路110に供
給、すなわち処理回路110からのトリガ信号の送信があ
ったか否かを判定し（405）、NOであれば再度同じ判定
を繰り返す。YESであれば測定対象とすべき歯面が検出
されたことを意味するから、同期回路114を介して前述
の高速照明装置100を発光させると共に、テレビカメラ2
0にて塗料の剥離した歯面画像を取り込む（406）。

そして、この画像信号を抽出して（407）、画像処理コ
ンピュータ50内で幾何形状計算、重心位置計算等に基づ
き、歯当りの良否判定が行われることとなる（408）。

そして、ステップ409に移り、歯面数が２であるか否
か、すなわち、前進側歯面および後退側歯面双方の測定
が行われたか否かを判定し、NOであれば後退面用のテレ
ビカメラ22およびストロボ102を選択し（410）、ステッ
プ405に戻り、同様の処理を繰り返す。他方YESであれ
ば、測定すべき全歯面数に到達しているか否かを判定し
（411）、NOであれば再びステップ404から同様の処理を
繰り返す。全歯面が終了しているならばDEF組立体16の
回転駆動を終了させ（412）、測定結果の出力を行った
後（413）、扉を解放して（414）、終了する（415）。

この様に、本考案によれば、色センサおよび歯面センサ
の２つのセンサのアンドをとることによって、測定すべ
き歯面をいかなる状況のもとでも確実に捕捉し得る。そ
して、装置内で噛合い協働する歯車組立体を回転状態に
おいたままで塗料の剥離歯面を高速照明装置から瞬時に
光を照射することにより、確実に撮影して、実際に稼働
中の歯車の歯当りを調べることができる。

［考案の効果］ 以上説明したように、本考案によれば、測定すべき歯面
の抽出を２つのセンサのアンドをとることによって行う
と共に、回転駆動を受けている歯車の歯面に対して、高
速照明装置より瞬間的に光を照射してこれをテレビカメ
ラで撮影し、また、これら各手段の動作を同期させるこ
とによって、歯面の検出、光の照射及び撮影を瞬時にか
つ迅速確実に行えるように構成したので、実際の装置内
で機能する場合と同様の状態のもとにおける製品歯車の
歯当りを高精度かつ高速度で測定することが可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本考案装置の全体構成図、 第２図は、第１図における歯面感知部の拡大斜視図、 第３図は、本考案装置の処理部を含む全体構成図、 第４図は本考案装置における歯当り測定手順のフローチ
ャート図、 第５図は、DEF組立体の斜視図である。 10……ハイポイドギア 12……ドライブピニオン 14……ケース 16……DEF組立体 20,22……テレビカメラ 50……画像処理コンピュータ 104……色センサ 106……歯面センサ 100,102……高速照明装置 110……処理回路 114……同期回路

フロントページの続き (72)考案者 福井 茂 大阪府八尾市南植松町２丁目34番地 光洋 機械工業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭60−82905（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】歯面に塗料が塗布された製品歯車と他の歯
   車との噛合わせ回転により生じた塗料の剥離等から生じ
   る濃淡状態を検出して歯当りの良否を判定する歯当り測
   定装置において、 前記製品歯車近傍に配設され該製品歯車の任意の歯面に
   塗布された塗料を感知する色センサと、 前記製品歯車近傍に配設され該製品歯車の全ての歯面を
   感知する歯面センサと、 前記色センサ及び歯面センサからの両入力信号に応答し
   てトリガ信号を出力するアンド回路と、 噛合わせ回転中の製品歯車の歯面に対し光を瞬間照射す
   る高速照明装置及びこの歯面から反射した光を受光する
   TVカメラと、 前記アンド回路からのトリガ信号に基づき前記各テレビ
   カメラと各高速照明装置との動作タイミングを同期させ
   る手段と、を備えたことを特徴とする歯当り測定装置。