JPH0712685A - 歯車形状の測定方法 - Google Patents

歯車形状の測定方法

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JPH0712685A
JPH0712685A JP15583893A JP15583893A JPH0712685A JP H0712685 A JPH0712685 A JP H0712685A JP 15583893 A JP15583893 A JP 15583893A JP 15583893 A JP15583893 A JP 15583893A JP H0712685 A JPH0712685 A JP H0712685A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 歯車形状の測定方法において、総形マスター
ギアとワークにかかる不必要な外力を排除し歯車形状の
測定を正確に行うことのできる歯車形状の測定方法を提
供することを目的とする。また、ワークの歯筋方向の所
望の部分の歯車形状の測定を正確に行うことのできる歯
車形状の測定方法を提供することを目的とする。 【構成】 ワーク8の自転速度を回転位置・回転速度検
出部14で監視しながらワーク回転用サーボモータ15
で総形マスターギア3aの自転速度に追従させ、総形マ
スターギアとワークにかかる不必要な外力を排除し、総
形マスターギア3aのずれ量とワーク8の自転の修正制
御量とによって歯車形状の誤差測定を行う。また、総形
マスターギア3aを上下に移動させながら測定を行うこ
とによって歯筋方向のて歯車形状の誤差測定を行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は歯車形状の測定方法、特
にワークと歯形測定用の総形マスターギアとを相対的に
噛み合わせながらワークの形状誤差を検出する歯車形状
の測定方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】歯車は、つぎつぎに噛み合う歯によって
運動を伝達する機械の重要な構成要素である。特に、正
確な速比の回転運動と、大きな動力をきわめて小さな構
造で効率よく伝達することができることから、計器や時
計等の小形歯車から中形の自動車の変速機のギア、大形
のものでは数万馬力の舶用タービン減速歯車に至るまで
きわめて広い分野で使用されている。
【0003】一般に歯車は、加工精度の善し悪しによっ
て振動や騒音の大きさが左右されるため、加工精度の向
上が切望されている。特に最近、居住性が重要視される
自動車の分野では、振動・騒音の発生原因を排除するた
めに歯車の加工精度向上が求められている。
【0004】歯車の形成は、歯切盤による機械加工法、
鍛造法、放電加工法等があるが、生産性を考慮すると比
較的容易に低コストで大量生産することのできる鍛造法
(押出し鍛造法や焼結鍛造法)が採用されている。鍛造
の場合、鍛造用の金型の精度の善し悪しがそのまま歯車
の精度に影響を与えるため、高精度の金型を得ることが
重要である。この金型の加工には金型材料となる物質の
機械的強度に関係なく加工を行うことが可能であり、高
精度の加工が可能な放電加工が利用されている。そし
て、放電加工によって形成された金型は研削加工やラッ
プ加工の加工工程を経た後に、所望の寸法精度に加工さ
れているか確認するために、歯車形状の測定が行われて
いる。
【0005】従来の歯車形状の測定方法は片歯面噛合い
試験や両歯面噛合い試験等によって行われてる。
【0006】前記片歯面噛合い試験は、一対の歯車に所
定のバックラッシを与え駆動側歯車を低速回転させたと
きの被動側歯車回転角の進み・遅れ(角度伝達誤差)を
測定する。また、両歯面噛合い試験は、マスターギアと
測定歯車、または測定歯車同志を、ノーバックラッシで
噛み合わせて回転させたときの中心距離の変化を測定す
る。これらから歯溝の振れ・歯厚・キズ等の歯車形状の
測定を行うものである。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の歯車形
状の測定方法では、歯車の噛合い部全面に対する最大値
誤差しか検出することができなかった。従って、金型の
ように歯型修正が部分的に行われている場合には歯形の
加工誤差なのか修正形状なのかの判断が困難であった。
【0008】また、従来の噛み合わせを利用した歯車形
状の測定方法では、一方の歯車の回転力によって他方の
歯車を従動させる(一般的には駆動側が被測定物である
ワークで、従動側が測定用のマスターギアである)こと
によって測定を行っている。この場合、ワークとマスタ
ーギアとの間に働く力は、マスターギアがワークの微妙
な誤差を検出するためにワークを径方向に付勢する付勢
力と、ワークがマスターギアを従動回転させるためにマ
スターギアを円周方向に押圧する押圧力である。前記付
勢力は正確な歯車形状の測定を行うために必要な力であ
るが、前記押圧力はマスターギアの微妙な変位を阻害す
る力として働く。従って、従来の測定方法では正確な歯
車形状の測定ができないという問題があった。
【0009】そこで本発明は、歯車形状の測定方法にお
いて、マスターギアにかかる不必要な外力を排除し歯車
形状の測定を正確に行うことのできる歯車形状の測定方
法を提供することを目的とする。
【0010】また、ワークの歯筋方向の所望の部分の歯
車形状の測定を正確に行うことのできる歯車形状の測定
方法を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明は、前記問題点を
解決するため、第1として、自転可能に軸支された歯車
形状のワークと歯形測定用の総形マスターギアとを理想
噛合い軌跡で噛合い運動させたときに、前記理想噛合い
軌跡に対する総形マスターギアとワークとの変位量を検
出部によって検出して、ワークと総形マスターギアの形
状誤差を測定することを特徴とするものである。
【0012】また、第2として、第1において前記理想
噛合い軌跡に対する総形マスターギアとワークとの変位
量が、歯車形状のワークの径方向の変位量であることを
特徴とするものであり、第3として、第1において前記
理想噛合い軌跡に対する総形マスターギアとワークとの
変位量が、歯車形状のワークの回転方向の変位量である
ことを特徴とするものである。
【0013】さらに、第4として、自転可能に軸支され
た歯車形状のワークと歯筋方向が薄い歯形測定用の総形
マスターギアとを理想噛合い軌跡で噛合い運動させると
共に、前記総形マスターギアを前記ワークの歯筋方向に
移動させたときに、前記理想噛合い軌跡に対する総形マ
スターギアとワークの変位量を検出部によって検出し
て、ワークと総形マスターギアとの形状誤差を測定する
ことを特徴とするものである。
【0014】
【作用】本発明の歯車形状の測定方法においては、歯形
測定用の総形マスターギアとワークとを理想噛合い軌跡
で噛合い運動させるので、総形マスターギアとワークの
間に働く円周方向の押圧力を排除することができる。従
って、ワーク形状の変化による総形マスターギアの微妙
な変位を検出部によって正確に検出することが可能にな
る。
【0015】また、歯筋方向が薄い総形マスターギアを
ワークとワークとを理想噛合い軌跡で噛合い運動させる
と共に、前記総形マスターギアを前記ワークの歯筋方向
に移動させながら前記理想噛合い軌跡に対する総形マス
ターギアとワークとの変位量を検出部によって検出す
る。従って、歯車形状の形状精度と共に歯筋精度を検出
することが可能となる。
【0016】
【実施例】本発明の実施例を図面を利用して説明する。
【0017】図1に本発明に係る歯車形状の測定方法を
実施する測定装置の概略図を示す。図1に示す測定装置
1は、ロボットアーム2aを有する治具自動交換装置2
によって供給される治具3(所望の歯車形状に応じた測
定治具)は、割出位置決装置を有する割出回転装置4と
連動するホルダ5に保持されている。また、ホルダ5と
割出回転装置4はコラム6に沿って上下する回転ヘッド
部7に内蔵されている。被測定品であるワーク8は複数
の爪9aを有しサーボモータ等の回転機構(不図示)に
よって回転自在なチャック9によって固定されている。
このチャック9はチャック回転機構を内蔵するベース1
0に回転自在に取付けられ、さらに、このベース10は
X軸、Y軸方向へ移動可能な駆動機構を有するサドルテ
ーブル11に保持されている。また、このサドルテーブ
ル11上面には、測定環境を均一化するためや作業者の
安全を確保するために、ワーク8、チャック9、ベース
10等を囲む開閉自在なカバー12を備えている。さら
に、測定装置1の上部には測定結果表示部13aを含む
集中コントロール処理装置13を有し、この他に、測定
装置1を駆動する駆動制御装置等を備えている。
【0018】以上のような構成を有する測定装置1によ
る内歯車形状の測定方法を図2、図3を用いて説明す
る。
【0019】本発明の特徴とするところは、自転可能に
軸支された歯車形状のワーク8と歯形測定用の総形マス
ターギア3aとを理想噛合い軌跡で噛合い運動させるこ
とによって、両者に加わる無駄な外力を排除し、この
時、前記理想噛合い軌跡で噛合い運動させるために総形
マスターギア3aとワーク8に対して行われる修正制御
量や総形マスターギア3aずれ量を変位量として検出部
によって検出して、ワーク8と総形マスターギア3aと
の形状誤差を測定するところにある。
【0020】それぞれの駆動源によって自転するワーク
8と総形マスターギア3aは、遊星歯車機構のプラネッ
ト・ピニオンギアと、インターナルギアとが噛み合いな
がら運動するがごとく同期運動を行う。つまり、測定装
置1の機械中心にあるホルダ5に取り付けられて所定の
歯車形状を有する総形マスターギア3aは、図3に示す
ようにチャック9の複数の爪9aに保持されたワーク8
の内周部を図中矢印L1 方向に自転する。この時、総形
マスターギア3aはワーク8の微妙な形状誤差を検出す
るためにワーク8を径方向に一定の付勢力で付勢するよ
うに配置される。一方、ワーク8は、サドルテーブル1
1に保持されたベース10に回転自在に取り付けられ、
前記総形マスターギア3aと共に図3中矢印L2 方向に
回転する。この時、ワーク8を保持するチャック9はベ
ース10内部に設けられたチャック回転位置・回転速度
検出部14によってワーク8が総形マスターギア3aの
自転速度に追従するように監視されながら、フィードバ
ック制御可能なワーク回転用サーボモータ15によって
回転駆動する。
【0021】従って、ワーク8が総形マスターギア3a
に追従するように別々の駆動源によって制御されながら
自転するので、通常、総形マスターギア3aとワーク8
との間に働く力は、総形マスターギア3aがワーク8の
微妙な形状誤差を検出するためにワーク8を径方向に付
勢(図2では外側に向かって付勢)する付勢力だけとな
り、ワーク8が総形マスターギア3aの要求する形状に
加工されている場合、総形マスターギア3aとワーク8
との間にはお互いの歯面を押圧する押圧力は働かず、ワ
ーク8の自転速度を修正制御することなく、また総形マ
スターギア3aの回転軸や回転速度にずれを生じること
なくい理想噛合い軌跡に沿って噛合い運動を行う。
【0022】また、ワーク8が総形マスターギア3aの
要求する形状に加工されていない場合、つまりワーク8
が加工誤差を有する場合、ワーク8は自の自転速度を総
形マスターギア3aの自転速度に合わせるように修正制
御を行うと共に、噛合い運動中に総形マスターギア3a
の回転軸や回転速度にずれを生じさせる。このワーク8
の自転速度の修正制御や総形マスターギア3aの微妙な
ずれ量を検出部によって検出してワーク8と総形マスタ
ーギア3aとの形状誤差を算出する。
【0023】図4〜図7を用いて前記総形マスターギア
3aを有する測定治具3のずれ量検出部の構造例を示
す。
【0024】図4は測定治具3の縦断面図を示したもの
で、測定治具3と一体か、または組み付け接合されたケ
ース30と、その蓋31が空間32を形成している。こ
の空間32に内蔵され、ケース30に固定されたオルダ
ム継手33に、一方向にのみスライドするオルダム継手
34が配置されている。このオルダム継手34は円周上
に茶筅状に繋がった板バネ35によって常に中心方向に
復帰するように付勢されている。さらに前記オルダム継
手34に対して直角方向の一方向にのみスライドするオ
ルダム継手36が配置されている。該オルダム継手36
も前記オルダム継手34と同様に円周上に茶筅状に繋が
った板バネ37によって常に中心方向に復帰するように
付勢されている。これらのオルダム継手の組み合わせに
よりあらゆる方向に移動可能なオルダム継手になる。ま
た、前記オルダム継手36には、総形マスターギア3a
を保持する保持軸38が一体または組み付け接合され、
該保持軸38には位置決めキー39を介してワッシャ4
0およびボルト41によって総形マスターギア3aが固
定されている。
【0025】前記オルダム継手34,36の外周部分に
は図5に示すように電気、磁気、光等を利用した微小変
位量検出センサ42,43が設けられている。図から明
らかなように、微小変位量検出センサ42,43は摺動
可能なセンサヘッド42a,43aを有し、オルダム継
手34,36が変位していない状態を基準としてセンサ
ヘッドのずれ量を検出して出力する。図5においては、
オルダム継手34が+Y方向に移動し中心がO0 からO
1 に変位した状態を微小変位量検出センサ42で検出し
ている状態を示し、オルダム継手36が−X方向に移動
し中心がO0 からO2 に変位した状態を微小変位量検出
センサ43で検出している状態を示している。この実施
例では夫々のオルダム継手の片側に微小変位量検出セン
サを配置して例を示したが、両側に設けて、対向する両
者の検出量を比較演算することによって、より正確な測
定を行うことができる。
【0026】図6は測定治具3の総形マスターギア3a
がワーク8の形状によって変位する状態を示す模式図で
ある。
【0027】ワーク8が所望の加工精度内で仕上げられ
ている場合、ワーク8と総形マスターギア3aとが噛合
い運動した時、総形マスターギア3aはO0 を中心とし
た理想噛合い軌跡に沿って噛合い運動を行う。しかし、
ワーク8が所望の加工精度外で仕上げられている場合に
は、測定治具3に内蔵されたオルダム継手が前述したよ
うに変位し、総形マスターギア3aが理想噛合い運動か
らずれ、Δx、ΔyずれたO1 やO2 を中心とした噛合
い運動を行う。前記微小変位量検出センサ42,43は
この現実噛合い運動と理想噛合い運動とのずれを検出
し、演算することにより歯車形状の測定を行うことが可
能となる。なお、図6においてはワーク8の半径方向の
形状誤差を正確に検出するために、総形マスターギア3
aの歯先部分に凸部3bが形成され、ワーク8の歯底部
分8aに完全に当たるようになっている。
【0028】また、図7は総形マスターギア3aの歯先
部分を切除して、ワーク8の歯底部分8aに総形マスタ
ーギア3aの歯先部分が当たらないようにして、ワーク
8の円周方向の形状誤差を正確に検出するようになって
いる。また、このように総形マスターギア3aが変位し
た場合でもワーク8は総形マスターギア3aの自転速度
に対応して自らの自転速度を修正するので、ワーク8と
総形マスターギア3aの間に不必要な外力は働かず、総
形マスターギア3aの変位による形状誤差の検出は正確
に行われる。なお、この時の歯車形状の形状誤差は総形
マスターギア3aの変位によって検出された形状誤差と
ワーク8の自転速度の修正制御によって算出された形状
誤差によって示される。
【0029】総形のマスターギア3aの歯筋方向の厚み
は適宜選択することによって、必要に応じたワーク8の
歯車形状の測定を行うことができる。つまり、歯筋方向
の厚みを厚くすれば、ワーク8の細部の形状誤差を検出
することはできないが、歯車の使用状態における歯車形
状の全体バランスについて測定することができる。
【0030】また、図8に示すように、総形のマスター
ギア3aの歯筋方向の厚みを薄くして、ワークの歯筋方
向のごく狭い領域の噛合わせ運動による測定を行い、必
要な要求精度にあった任意のピッチだけ総形のマスター
ギア3aの歯筋方向へ送りを順次実施することによっ
て、ワーク全体の細部の形状誤差を検出するすることが
できる。従って、歯車の金型のように歯型修正が部分的
に行われている場合でも歯形の加工誤差なのか修正形状
なのかの判断を容易に行うことができる。なお、総形の
マスターギア3aの形状は強度・剛性の点から図8
(a),(b),(c)のような形状が考えられるが、
必要に応じて形状を変えても同様の効果を得ることがで
きる。
【0031】図9に測定治具3の他の実施例を示す。
【0032】測定治具3の上部オルダム継手部、つまり
ケース30と、その蓋31とで形成する空間32の内部
にケース30に固定されたオルダム継手33と、茶筅状
に繋がった板バネ35,37によって付勢されるオルダ
ム継手34,36等の構成は図4に示した測定治具3と
同様である。本実施例では、総形マスターギア3aの微
小な回転方向の変位を検出するために、トーションバー
50を設けている。トーションバー50を設けることに
伴って剛性が低下したトーションバー50の曲げ変形を
押さえるために、下部オルダム継手51,52,53お
よび下部ケース54を設けている。前記オルダム継手5
2,53は上部オルダム継手34,36と同様に円周上
に茶筅状に繋がった板バネ55,56によって常に中心
方向に復帰するように付勢されている。さらに、本実施
例の測定治具3には総形マスターギア3aの微小な回転
変位量を検出するためにロータリーエンコーダが配設さ
れている。このロータリーエンコーダは、例えば半導体
レーザ等から成り、受発光部57aを有するセンサヘッ
ド57がオルダム継手53の下部に設けられ、受発光部
57aの間を移動角度を読み取るためのスリットが刻ま
れたディスク58が回転可能な間隔を有して配置されて
いる。そのディスク58は、取り付け台59を介して、
総形マスターギア3aを回転させる保持軸38に固定さ
れると共に、総形マスターギア3aでワーク8を測定す
る時、曲げ変形による誤差をなくすために、分割して取
り付けられるリテーナ60と協力して保持軸38の回転
を阻害しないように構成されている。この測定治具3に
よれば、回転方向の微小変位を検出し出力する装置のみ
を動作させて、累積ピッチ誤差や隣接ピッチ誤差も測定
可能である。
【0033】図10は本発明の歯車形状の測定方法を実
現する構成の一例を示した概略図である。測定治具3
(不図示の総形マスターギアの微小変位検出機構を含
む)はホルダ5に取り付けられ、回転位置・速度検出部
70を有する測定治具回転用サーボモータ71を含む回
転ヘッド部7に保持されている。この回転ヘッド部7は
Z方向送り機構によって上下方向に駆動する。Z方向送
り機構が例えばボールネジ72から成る場合、雌ネジ部
73に固定された回転ヘッド部7は、コラム6に係合し
回転ヘッド回転位置・速度検出部74を有する回転ヘッ
ド駆動用サーボモータ75によって回転ヘッド部7をZ
方向(図中上下方向)に高精度に駆動する。一方、ワー
ク8は、ベース10に回転自在に取り付けられ複数の爪
9aを有するチャック9に保持され、チャック回転速度
検出部14を有し、チャック8の自転速度を監視しなが
らフィードバック制御可能なワーク回転用サーボモータ
15によって前記測定治具3の回転と同期しながら所定
の速度で自転する。
【0034】さらに、チャック9を搭載するベース10
は、X方向送り機構によって左右方向に駆動する。X方
向送り機構が例えばボールネジ76から成る場合、雌ネ
ジ部77に固定されたベース10は、ベッド78に係合
しベース回転位置・速度検出部79を有するベース駆動
用サーボモータ80によってベース10をX方向(図中
左右方向)に高精度に駆動する。また、ベース10を搭
載するサドルテーブル11は、Y方向送り機構によって
前後方向に駆動する。Y方向送り機構が例えばボールネ
ジから成る場合、雌ネジ部81に固定されたサドルテー
ブル11は、サドルテーブル回転位置・速度検出部82
を有するサドルテーブル駆動用サーボモータ83によっ
てサドルテーブル11をY方向(図中前後方向)に高精
度に駆動する。そして、X方向、Y方向の駆動を組み合
わせることによって、ワーク8の回転運動の位置を自由
に変えることができる。
【0035】また、前記各サーボモータ15、71、8
0、83等は、NCコントローラ84によって関連する
サーボモータ同志が所定の動作をするように制御され
る。特に測定時にはNCコントローラ84で総形マスタ
ーギア3aを駆動する測定治具回転用サーボモータ71
の回転速度を精密に保と共に、追従動作となるワーク回
転用サーボモータ15はワーク8の回転位置・回転速度
を常に検出しフィードバックして比較演算しながら制御
する位置・速度制御部85により回転速度を制御され、
NCコントローラ84、位置・速度制御部85の信号に
連動しながら回転位相差演算や測定治具の半径方向の変
位検出演算を行う歯形誤差検出部86によって歯車形状
の高精度の測定を行う。また、前記歯形誤差検出部86
で演算された数値や位置を示す情報は、測定結果表示部
13aに表示される。
【0036】
【発明の効果】本発明に基づく歯車形状の測定方法によ
れば、歯形測定用の総形マスターギアとワークとを理想
噛合い軌跡で噛合い運動させるので、総形マスターギア
とワークの間に働く円周方向の押圧力を排除することが
できる。従って、ワーク形状の変化による総形マスター
ギアの微妙な変位を検出部によって正確に検出すること
が可能になり、安定した歯車形状の測定を行うことがで
きる。
【0037】また、歯筋方向が薄い総形マスターギアを
ワークとワークとを理想噛合い軌跡で噛合い運動させる
と共に、前記総形マスターギアを前記ワークの歯筋方向
に移動させながら前記理想噛合い軌跡に対する総形マス
ターギアとワークとの変位量を検出部によって検出す
る。従って、歯車形状の形状精度と共に歯筋精度を検出
することが可能となり、高精度の歯車形状を得ることが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に基づく歯車形状の測定方法を実施する
測定装置の概略図である。
【図2】本発明に基づく歯車形状の測定方法のワークと
総形マスターギアの位置関係を説明する側断面図であ
る。
【図3】本発明に基づく歯車形状の加工方法のワークと
総形マスターギアの位置関係を説明する説明図である。
【図4】本発明に基づく歯車形状の測定方法の測定治具
の断面図である。
【図5】本発明に基づく歯車形状の測定方法の測定治具
の微小変位量検出センサの取り付け状態を説明する説明
図である。
【図6】本発明に基づく歯車形状の測定方法のワークと
総形マスターギアの噛合い状態を説明する説明図であ
る。
【図7】本発明に基づく歯車形状の測定方法のワークと
他の形状の総形マスターギアの噛合い状態を説明する説
明図である。
【図8】本発明に基づく歯車形状の測定方法の総形マス
ターギアの歯先形状を示す説明図である。
【図9】本発明に基づく歯車形状の測定方法の他の測定
治具の断面図である。
【図10】本発明に基づく歯車形状の測定方法の理想噛
合い軌跡に沿った噛合い運動を実現する構成を説明する
説明図である。
【符号の説明】
3 測定治具 3a 総形マスターギア 5 ホルダ 8 ワーク 9 チャック 10 ベース 11 サドルテーブル 14 回転位置・回転速度検出部 15 ワーク回転用サーボモータ

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 自転可能に軸支された歯車形状のワーク
    と歯形測定用の総形マスターギアとを理想噛合い軌跡で
    噛合い運動させたときに、前記理想噛合い軌跡に対する
    総形マスターギアとワークの変位量を検出部によって検
    出して、ワークと総形マスターギアとの形状誤差を測定
    することを特徴とする歯車形状の測定方法。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の歯車形状の測定方法にお
    いて、 前記理想噛合い軌跡に対する総形マスターギアとワーク
    との変位量が、歯車形状のワークの径方向の変位量であ
    ることを特徴とする歯車形状の測定方法。
  3. 【請求項3】 請求項1記載の歯車形状の測定方法にお
    いて、 前記理想噛合い軌跡に対する総形マスターギアとワーク
    との変位量が、歯車形状のワークの回転方向の変位量で
    あることを特徴とする歯車形状の測定方法。
  4. 【請求項4】 自転可能に軸支された歯車形状のワーク
    と歯筋方向が薄い歯形測定用の総形マスターギアとを理
    想噛合い軌跡で噛合い運動させると共に、前記総形マス
    ターギアを前記ワークの歯筋方向に移動させたときに、
    前記理想噛合い軌跡に対する総形マスターギアとワーク
    の変位量を検出部によって検出して、ワークと総形マス
    ターギアとの形状誤差を測定することを特徴とする歯車
    形状の測定方法。
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