KR20150046030A

KR20150046030A - 베어링 트랙홈 측정 장치 및 베어링 트랙홈 측정 방법

Info

Publication number: KR20150046030A
Application number: KR20157003835A
Authority: KR
Inventors: 유이치 핫토리
Original assignee: 엔티엔 가부시키가이샤
Priority date: 2012-08-30
Filing date: 2013-07-30
Publication date: 2015-04-29
Also published as: CN104583716A; CN104583716B; JP5985311B2; WO2014034362A1; EP2891866A1; EP2891866B1; KR102046834B1; JP2014048105A; EP2891866A4

Abstract

고정밀도의 측정이 가능하고 또한 워크가 대형인 베어링의 내륜이나 외륜이라도 파괴 검사를 행하지 않고 측정이 가능한 베어링 트랙홈 측정 장치 및 베어링 트랙홈 측정 방법을 제공한다. 변위 센서에 의해 베어링 트랙홈의 횡단면에 있어서의 홈 중심을 중심으로 해서 선회하고 그 선회 중심으로부터의 홈 저면까지의 치수인 반경값을 검출한다. 선회 각도 검출 수단에 의해 변위 센서의 선회 각도를 검출한다. 산출 수단에 의해, 변위 센서에 의해 검출된 반경값과 선회 각도 검출 수단에 의해 검출된 반경값에 있어서의 선회 각도에 의거해서 베어링 트랙홈의 형상 파형을 산출한다.

Description

베어링 트랙홈 측정 장치 및 베어링 트랙홈 측정 방법{BEARING TRACK GROOVE MEASUREMENT DEVICE AND BEARING TRACK GROOVE MEASUREMENT METHOD}

본 발명은 베어링 트랙홈 측정 장치 및 베어링 트랙홈 측정 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 베어링은 외경면에 내측 궤도면(베어링 트랙홈)이 형성된 내륜과, 내경면에 외측 궤도면(베어링 트랙홈)이 형성된 외륜과, 내륜의 내측 궤도면과 외륜의 외측 궤도면 사이에 전동(轉動) 가능하게 개재된 복수의 볼과, 내륜과 외륜 사이에 배치되고 각 볼을 원주 방향 등간격으로 유지하는 유지기로 주요부가 구성되어 있다.

이 때문에, 볼이 전동하는 베어링 트랙홈으로서는 고정밀도로 가공되어 있을 필요가 있다. 그래서, 베어링 트랙홈의 단면 형상을 측정할 필요가 있다. 베어링 트랙홈의 단면 형상을 측정할 경우, 예를 들면 특허문헌 1에 나타내어지는 것과 같은 형상 측정기를 이용할 수 있다.

이 특허문헌 1에 기재된 형상 측정기는 X축 방향 및 Z축 방향으로 이동 가능하게 지지한 촉침을 피측정물의 표면을 따라 이동시키는 것이다.

일본 특허 2992625 호 공보

그러나, 베어링 트랙홈과 같이 저면이 R 곡면인 형상의 것에 X축 및 Z축의 2축 방향을 따라 촉침을 이동시키는 측정 방법에서는 촉침에 큰 부하가 걸리게 되어 고정밀도의 측정을 행할 수 없었다. 또한, 피측정 부재(워크)가 대형 베어링의 내륜이나 외륜일 경우 측정 스트로크가 커져 측정 장치의 대형화 및 고비용화로 된다. 또한, 워크를 측정 장치에 설치할 수 없는 더욱 대형의 것에서는 워크를 절단하는 파괴 검사를 행할 필요가 발생한다.

그래서, 본 발명은 고정밀도의 측정이 가능하고 또한 워크가 대형인 베어링의 내륜이나 외륜이라도 파괴 검사를 행하지 않고 측정이 가능한 베어링 트랙홈 측정 장치 및 베어링 트랙홈 측정 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 베어링 트랙홈 측정 장치는 베어링 트랙홈의 횡단면에 있어서의 홈 중심을 중심으로 해서 선회하고 그 선회 중심에서의 홈 저면까지의 치수인 반경값을 검출하는 변위 센서와, 상기 변위 센서의 선회 각도를 검출하는 선회 각도 검출 수단과, 상기 변위 센서에 의해 검출된 반경값과 선회 각도 검출 수단에 의해 검출된 반경값에 있어서의 선회 각도에 의거해서 베어링 트랙홈의 형상 파형을 산출하는 산출 수단을 구비한 것이다.

본 발명의 베어링 트랙홈 측정 방법은 베어링 트랙홈의 횡단면 형상을 측정하는 베어링 트랙홈 측정 방법이며, 베어링 트랙홈의 횡단면에 있어서의 홈 중심을 중심으로 해서 선회하는 변위 센서에 의해 그 선회 중심에서의 홈 저면까지의 치수인 반경값을 검출하는 반경 검출 공정과, 상기 변위 센서에 의해 검출된 반경값에 있어서의 선회 각도를 검출하는 선회 각도 검출 공정과, 상기 변위 센서에 의해 검출된 반경값과 선회 각도 검출 수단에 의해 검출된 반경값에 있어서의 선회 각도에 의거해서 베어링 트랙홈의 형상 파형을 산출하는 산출 공정을 구비한 것이다.

본 발명에 의하면, 변위 센서를 베어링 트랙홈의 횡단면에 있어서의 홈 중심을 중심으로 해서 선회시키면서 선회 중심으로부터의 홈 저면까지의 치수인 반경값을 검출할 수 있다. 이것에 의해, 베어링 트랙홈의 횡단면형 전체의 반경값을 구할 수 있다. 또한, 각 반경값에서의 선회 각도를 검출할 수 있다. 이 때문에, 반경값과 선회 각도로 베어링 트랙홈의 형상 파형을 산출할 수 있다. 또한, 2축 방향을 따라 촉침을 이동시킬 필요가 없으므로 변위 센서로의 부하를 작게 억제할 수 있다.

베어링 트랙홈을 갖는 워크를 고정하는 고정 수단을 구비한 베어링 트랙홈 측정 장치이며, 상기 고정 수단은 상기 워크를 소정 설치 위치에 고정한 채 클램프 폭을 조정해서 클램핑하는 클램프 기구를 갖는 것이라도 좋다. 이와 같은 클램프 기구를 갖는 것에서는 워크를 측정 장치 내에 세팅할 필요가 없고 워크에 대하여 클램프 기구의 클램프 폭을 조정함으로써 이 측정 장치를 장착할 수 있다. 즉, 워크 자체를 이동시킬 필요가 없으므로 이동시키는 것이 곤란한 대형 워크이라도 베어링 트랙홈의 형상 파형을 산출할 수 있다.

또한, 변위 센서의 위치 결정을 행하는 위치 결정 수단을 구비한 베어링 트랙홈 측정 장치이며, 위치 결정 수단은 베어링 트랙홈에 감합되는 홈 감합체를 갖는 것이라도 좋다. 상기 홈 감합체의 상하 방향의 변위를 가능하게 하는 플로팅 구조를 갖는 것이라도 좋다.

플로팅 구조로서 스프링 부재로 구성하거나 액츄에이터 기구로 구성하거나 할 수 있다. 여기서, 액츄에이터란 입력된 에너지를 물리적 운동으로 변환하는 것이며 기계·전기 회로를 구성하는 기계 요소이다. 능동적으로 작동 또는 구동하는 것이다. 또한, 액츄에이터는 물체를 움직이는 구동 장치와 그 동작에 의해 제어를 행하는 기계적 또는 유공압적 장치이다. 액츄에이터의 종류로서는 동력 실린더(유압 실린더·공압 실린더·전동 실린더), 리니어 액츄에이터(리니어 모터에 의한 왕복 구동 장치), 러버 액츄에이터(고무 튜브로의 가감압에 의한 변형을 이용한 왕복 구동 장치) 등이 있다.

홈 감합체를 강구로 구성할 수 있다. 이와 같이 강구을 이용하면 베어링 트랙홈에 안정적으로 감합시킬 수 있다.

트랙홈을 갖는 워크는 트랙홈이 내경면에 형성되고 홈 감합체는 워크 내경측으로부터 트랙홈에 감합되는 것이라도, 트랙홈이 외경면에 형성되고 홈 감합체는 워크 외경측으로부터 트랙홈에 감합되는 것이라도 좋다.

베어링 트랙홈의 횡단면 형상이 단일원 형상이라도, 고딕원 형상이라도, 복곡률원 형상이라도 좋다.

산출 수단은 베어링 트랙홈의 횡단면 형상에 대해서 최소 제곱법을 이용해서 원근사로서 홈의 반경값과 홈 중심 좌표를 산출할 수 있다. 또한, 베어링 트랙홈의 반경값과 홈 중심 좌표의 산출값에 의거해서 고딕원과 2점에서 접촉하는 가상원을 작도하는 것도 가능해진다. 또한, 고딕원과 가상원의 접촉점 각도를 산출하거나 고딕원과 가상원의 접촉점 거리를 산출하거나 할 수 있다.

선회 중심과 변위 센서의 검출값의 관계 교정 수단을 구비한 것으로 할 수 있고, 이때 관계 교정 수단에 홈형상 모범을 이용하거나 평면 모범을 이용하거나 할 수 있다.

상기 변위 센서에 전기 마이크로미터를 이용하거나 레이저 변위 센서를 이용하거나 할 수 있다. 전기 마이크로미터는 접촉식 측정자를 갖는 검출기를 이용해서 미소 변위를 전기적 양으로 변환해서 측정하는 비교 측장기이다. 전기적 임피던스인 전기 저항, 전기 용량, 전자 유도 등의 회로 요소를 변위에 의해 변화하도록 접속하여 그 회로에 발생하는 전류, 전압의 변화를 이용한다. 레이저 변위 센서는 발광 소자와 수광 소자의 조합으로 구성되는 것이며, 발광 소자에는 반도체 레이저가 이용된다. 반도체 레이저의 광은 투광 렌즈를 통과해서 집광되고 측정 대상물에 조사된다. 그리고, 대상물로부터 확산 반사된 광선의 일부는 수광 렌즈를 통과해서 수광 소자 상에 스팟을 결상한다. 그 대상물이 이동할 때마다 스팟도 이동하므로 그 스팟의 위치를 검출함으로써 대상물까지의 변위량을 알 수 있다.

[발명의 효과]

본 발명에 의하면, 반경값과 선회 각도로 베어링 트랙홈의 형상 파형을 산출할 수 있고, 또한 변위 센서로의 부하를 작게 억제할 수 있다. 이 때문에, 고정밀도의 베어링 트랙홈의 형상 측정이 가능해진다.

클램프 기구를 갖는 고정 수단을 구비한 것에서는 워크를 소정 설치 위치에 고정한 채 클램프 폭을 조정해서 클램핑할 수 있어 워크측의 이동이 불필요해서 이동이 곤란한 대형 워크에 대해서도 베어링 트랙홈의 안정적이고 고정밀도의 형상 측정이 가능해진다.

상기 고정 수단으로서 홈 감합체를 갖는 것에서는 홈 감합체를 베어링 트랙홈에 감합하면 센서의 안정적인 위치 결정이 가능해져 보다 고정밀도의 측정이 가능해진다.

홈 감합체의 상하 방향의 변위를 가능하게 하는 플로팅 구조를 갖는 것에서는 홈 감합체의 베어링 트랙홈에 감합이 안정적이다. 플로팅 구조를 스프링 부재로 구성하거나 액츄에이터 기구로 구성하거나 할 수 있으므로 장치의 설계 자유도가 커져서 설계하기 쉬운 장치로 된다.

홈 감합체를 강구로 구성하면 베어링 트랙홈에 안정적으로 감합시킬 수 있어 보다 고정밀도의 위치 결정을 행할 수 있다. 또한, 강도적으로도 강성적으로도 뛰어나 장기 사용이 가능해서 비용 저감을 도모할 수 있다.

워크로서 내경면에 트랙홈이 형성된 외륜이라도 외경면에 트랙홈이 형성된 내륜이여도 좋고, 또한 트랙홈으로서도 단일원 형상이라도, 고딕원 형상이라도, 복곡률원 형상이라도 좋다. 이와 같이, 다양한 워크에 대응할 수 있다.

관계 교정 수단을 구비한 것에서는 보다 고정밀도의 측정이 가능해진다. 또한, 관계 교정 수단에 홈형상 모범을 이용하거나 평면 모범을 이용하거나 할 수 있어 범용성이 뛰어나다.

전기 마이크로미터는 기계적인 미소 변위를 전기적으로 확대하는 방식이므로, 검출 센서로서 전기 마이크로미터를 이용하면 응답성이 뛰어난 정밀 측정이 가능해지고, 비용 저감도 도모할 수 있다. 또한, 레이저 변위 센서는 비접촉식 센서이기 때문에 검출 센서로서 레이저 변위 센서를 이용하면 측정시에 있어서의 워크로의 손상을 유효하게 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시형태를 나타내는 베어링 트랙홈 측정 장치의 간략 블록도이다.
도 2는 상기 도 1에 나타내는 베어링 트랙홈 측정 장치의 요부 간략 단면도이다.
도 3은 상기 도 1에 나타내는 베어링 트랙홈 측정 장치의 요부 간략 측면도이다.
도 4는 상기 도 1에 나타내는 베어링 트랙홈 측정 장치의 변위 센서와 트랙홈의 관계를 나타내는 간략도이다.
도 5는 사용 강구의 가상원을 나타내는 간략도이다.
도 6은 베어링 트랙홈의 홈바닥의 지름 방향 위치와 선회 각도의 관계를 나타내는 그래프도이다.
도 7은 베어링 트랙홈의 형상 파형도이다.
도 8은 고딕량과 접촉점과 접촉 각도의 설명도이다.
도 9는 고딕량과 접촉점과 접촉 각도의 설명도이다.
도 10은 홈형상 모범을 나타내는 사시도이다.
도 11은 본 발명의 실시형태를 나타내는 베어링 트랙홈 측정 장치를 이용해서 측정한 내륜과 외륜을 사용한 베어링의 단면도이다.
도 12는 상기 도 1 등에 나타내는 베어링 트랙홈 측정 장치에 의해 홈 측정이 이루어진 베어링의 간략 단면도이다.

이하, 본 발명의 실시형태를 도면에 따라 설명한다.

도 11은 본 발명에 의한 베어링 트랙홈 측정 장치에 의해 홈 측정된 베어링(볼 베어링)을 나타낸다. 베어링은 내경면에 외측 궤도면(트랙홈)(1a)이 형성된 외륜(1)과, 외경면에 내측 궤도면(2a, 2a)이 형성된 내륜(2)과, 내륜(2)의 내측 궤도면(2a)과 외륜(1)의 외측 궤도면(1a) 사이에 전동 가능하게 개재된 복수의 전동체인 볼(4)과, 내륜(2)과 외륜(1) 사이에 배치되고 각 볼(4)을 원주 방향 등간격으로 유지하는 유지기(5)로 주요부가 구성되어 있다.

베어링 트랙홈 측정 장치는 도 1에 나타내는 바와 같이 워크(S)인 외륜(1)의 베어링 트랙홈(1a)의 횡단면에 있어서의 홈 중심을 중심으로 해서 선회하고 그 선회 중심으로부터의 홈 저면까지의 치수인 반경값을 검출하는 변위 센서(11)와, 변위 센서(11)에 의해 검출된 반경값에 있어서의 선회 각도[변위 센서(11)의 선회 각도]를 검출하는 선회 각도 검출 수단(12)과, 상기 변위 센서에 의해 검출된 반경값과 선회 각도 검출 수단(12)에 의해 검출된 반경값에 있어서의 선회 각도에 의거하여 베어링 트랙홈의 형상 파형을 산출하는 산출 수단(13)을 구비한다.

변위 센서(11)는, 예를 들면 3개의 코일과 가동 철심을 구비한 차동 트랜스를 이용한 전기 마이크로미터로 구성할 수 있다. 즉, 이 변위 센서(11)는 도 4에 나타내는 바와 같이 차동 트랜스가 수용되는 검출기 본체(15)와, 이 검출기 본체(15)로부터 돌출되는 검출 스핀들(16)을 구비한 것이다. 차동 트랜스는 1차 코일을 교류(일정 주파수 전압)로 여자하면 피측정 물체(워크)의 트랙홈(1a)에 측정자(16a)가 접촉하고 있는 검출 스핀들(16)에 연동해서 움직이는 가동 철심에 의해 2차 코일에 유기 전압이 발생한다. 이것을 차동 결합해서 전압차로서 인출하고, 변위 출력하게 된다.

그런데, 이 베어링 트랙홈 측정 장치는 외륜(1)의 베어링 트랙홈(1a)의 형상을 측정하는 것이다. 이 때문에, 워크(S)[외륜(1)]를 고정하는 고정 수단(20)(도 2 참조)과 변위 센서(11)의 위치 결정을 행하는 위치 결정 수단(21)(도 3 참조)을 구비한다.

고정 수단(20)은 워크(S)[외륜(1)]를 소정 설치 위치에 고정한 채 클램프 폭(W)을 조정해서 클램핑하는 클램프 기구(22)를 갖는다. 즉, 클램프 기구(22)는 기판(25)과 기판(25)의 하면에 부설되는 클램프체(26)를 갖는다. 클램프체(26)는 한 쌍의 협지편(26a, 26b)을 갖고, 한쪽의 협지편(26a)이 기판(25)에 고정되며, 다른쪽의 협지편(26b)이 한쪽의 협지편(26a)에 대하여 도시하지 않은 구동 기구를 통해 접근·이간되도록 기판(25)에 유지된다. 또한, 협지편(26b)의 구동 기구로서는 실린더 기구, 볼트 너트 기구, 리니어 가이드 기구 등의 다양한 왕복동 기구를 이용할 수 있다.

이 경우, 도 2에 나타내는 바와 같이 적재대(T) 상에 적재 고정된 워크(S)[외륜(1)]에 대하여 기판(25)이 적재된 상태에서 다른쪽의 협지편(26b)이 한쪽의 협지편(26a)에 대해 접근해서 외륜(1)을 클램핑할 수 있다.

또한, 위치 결정 수단(21)은 외륜(1)의 트랙홈(1a)에 감합되는 한 쌍의 감합체(30, 30)를 갖는다. 이 경우, 홈 감합체(30)에 강구(31)가 이용되고 이 강구(31)가 상하 방향의 변위를 가능하게 하는 플로팅 구조(33)(도 2 참조)를 통해 기판(25)으로부터 수하된다.

플로팅 구조(33)는 강구(31)를 지지하는 지지체 부재(35)를 유지하는 스프링 부재(36)를 구비한다. 지지체 부재(35)는 도 3에 나타내는 바와 같이 기판부(37)와 이 기판부(37)로부터 돌출시키는 강구 지지부(38)로 이루어진다.

또한, 지지체 부재(35)에는 변위 센서(11)를 지지하는 지지 수단(40)이 설치되어 있다. 지지 수단(40)은 회전축(41)과 이 회전축(41)을 회전 가능하게 지지하는 피봇 기구(42)를 구비한다. 피봇 기구(42)는 지지체 부재(35)의 기판부(37)로부터 돌출되는 한 쌍의 다리부(43)를 구비하고, 각 다리부(43, 43)에 베어링(44, 44)이 설치되며, 이 베어링(44, 44)에 의해 회전축(41)의 단부(41a, 41b)는 피봇된다. 이 때문에, 회전축(41)은 그 축심 둘레로 회전한다.

또한, 회전축(41)은 회전 구동 기구(45)를 통해 그 축심 둘레로 회전하게 된다. 회전 구동 기구(45)는 구동원으로서의 모터(서보 모터)(46)를 구비하고, 이 모터(46)의 출력축(46a)과 상기 회전축(41)의 한쪽 단부(41a)가 연동 기구(47)에 의해 연결되어 있다. 연동 기구(47)로서 예를 들면 이 도시예에 나타낸 바와 같은 벨트 기구가 이용된다.

이 경우, 도 2나 도 3 등에 나타내는 바와 같이 강구(31)가 트랙홈(1a)에 감합된 상태에서 회전 구동 기구(45)의 모터(46)를 구동하면, 도 4에 나타내는 바와 같이 센서(11)가 트랙홈(1a)의 횡단면에 있어서의 중심(O)을 중심으로 해서 선회한다. 그리고, 이 선회 각도가 상기 선회 각도 검출 수단(12)에 의해 검출된다. 여기서, 선회 각도 검출 수단(12)은 인코더를 이용할 수 있다. 또한, 인코더에는 인크리멘탈 인코더와 앱솔루트 인코더 등이 있고, 선회 각도 검출 수단(12)에 있어서는 어느 인코더라도 좋다.

산출 수단(13)은, 예를 들면 CPU(Central Processing Unit)를 중심으로 해서 ROM(Read Only Memory)이나 RAM(Random Access Memory) 등이 버스를 통해 서로 접속된 마이크로 컴퓨터 등으로 구성할 수 있다.

이어서, 상술한 바와 같이 구성한 장치를 이용한 트랙홈 형상 측정 방향을 설명한다. 우선, 도 2와 도 3에 나타내는 바와 같이 적재대(T) 상에 적재 고정된 외륜(1)에 이 장치를 장착한다. 즉, 도 2의 가상선으로 나타내는 바와 같이 클램프 기구(22)의 클램프체(26)의 협지편(26a, 26b)의 간격을 넓힌 상태로 해서 기판(25)을 외륜(1)에 적재한다.

그 후, 클램프 폭(W)을 좁힌다. 즉, 협지편(26b)을 협지편(26a)에 화살표와 같이 접근시킨다. 이것에 의해, 이 클램프 기구(22)에 의해 외륜(1)을 클램핑한다. 이때, 위치 결정용 강구(31)가 트랙홈(1a)에 감합된다. 그리고, 이 상태에서는 센서(11)는 도 4에 나타내는 바와 같이 트랙홈(1a)의 중심(O)을 중심으로 선회한다.

이 선회에 의해, 센서(11)(전기 마이크로미터)에 의해 횡단면에 있어서의 트랙홈(1a)의 선회 중심으로부터의 홈 저면까지의 치수인 반경값을 검출할 수 있다. 이때, 센서(11)의 선회 각도도 선회 각도 검출 수단(12)인 인코더에 의해 검출된다.

즉, 전기 마이크로미터값과 인코더값을 도 6에 나타내는 바와 같이 구할 수 있다. 이 도 6에서는 A 파형은 도 4에 있어서의 X축에 대하여 시계 회전 방향의 범위(H2)의 단면 파형이며, B 파형은 도 4에 있어서의 X축에 대하여 반시계 회전 방향의 범위(H1)의 단면 파형이다. 이 도 6에 나타내어지는 파형을 X-Z 직교 좌표계로 변환함으로써 도 7에 나타내는 바와 같은 고딕홈 윤곽 형상 파형이 얻어진다. X좌표값은 다음의 식 1로 표현되고, Z좌표값은 다음의 식 2로 표현된다.

[식 1]

[식 2]

식 1 및 식 2에 있어서, α는 교정값을 나타내고, R은 전기 마이크로미터값을 나타내며, θ는 인코더값이다. 이 얻어진 고딕홈 윤곽 형상 파형에 대해서 최소 제곱법에 의해 고딕원의 각각의 반경, 중심 좌표를 산출할 수 있다. 그리고, 이들 값으로부터 도 5에 나타내는 바와 같이 사용 강구의 가상원(50)을 작도할 수 있다. 이것에 의해, 고딕량, 접점폭(TW), 접점 각도(Tθ) 등을 산출할 수 있다.

즉, 도 8에 나타내는 바와 같이 제 1 홈(A)의 중심 좌표를 (X1, Z1)으로 하고, 제 2 홈(B)의 중심 좌표를 (X2, Z3)으로 하고, 제 1 홈(A)의 반경을 R1으로 하고, 제 2 홈(B)의 반경을 R2으로 하고, 강구의 중심 좌표를 (X0, Z0)으로 하고, 강구 반경을 R0으로 했을 때에, (X0, Z0)으로부터 제 1 홈(A)의 중심 좌표를 (X1, Z1)까지의 치수(A1)는 다음의 식 3으로 나타내어지고, (X0, Z0)으로부터 제 2 홈(B)의 중심 좌표를 (X2, Z2)까지의 치수(A2)는 다음의 식 4로 나타내어진다.

[식 3]

[식 4]

또한, 좌표(X1, Z1)와 좌표(X2, Z2) 사이의 치수를 L이라고 하면 L은 다음의 식 5로 나타내어진다. 좌표(X1, Z1)를 중심으로 좌표(X0, Z0)를 지나는 원(51)과 좌표(X2, Z2)를 중심으로 좌표(X0, Z0)를 지나는 원(52)을 그렸을 경우, 원(51)과 원(52)의 교점(O1)과 좌표(X1, Z1)를 연결하는 선분(L1)과, 상기 선분(L0)이 이루는 각도(α), 즉 상기 선분(L)과 좌표(X1, Z1)와 좌표(X0, Z0)를 연결하는 선분(L2)이 이루는 각도는 다음의 식 6으로 나타내어진다.

[식 5]

[식 6]

좌표(X1, Z1)를 지나는 Z축에 평행한 직선(L5)과 선분(L)이 이루는 각도를 θ라고 하면 이 θ는 다음의 식 7로 나타내어진다.

[식 7]

이 때문에, 좌표(X0, Z0)에 있어서의 X좌표(X0)는 다음의 식 8로 나타내어지고, Y좌표(Y0)는 다음의 식 9로 나타내어진다.

[식 8]

[식 9]

도 9에 나타내는 바와 같이, 좌표(X1, Z1)와 좌표(X0, Z0)를 통과하는 선분(L2)과 X축이 이루는 각도를 β라고 했을 때에, β는 다음의 식 10으로 나타내어진다. 또한, 좌표(X2, Z2)와 좌표(X0, Z0)를 통과하는 선분(L3)과 X축이 이루는 각도를 γ라고 했을 때, γ는 다음의 식 11로 나타내어진다.

[식 10]

[식 11]

제 1 홈(A)의 접점 좌표(TX1)[선분(L2)의 제 1 홈(A)의 교점의 X좌표값]는 다음의 식 12로 나타내어지고, 제 1 홈(A)의 접점 좌표(TZ1)[선분(L2)의 제 1 홈(A)의 교점의 Z좌표값]는 다음의 식 13으로 나타내어진다.

[식 12]

[식 13]

제 2 홈(A)의 접점 좌표(TX2)[선분(L3)의 제 2 홈(B)의 교점의 X좌표값]는 다음의 식 14로 나타내어지고, 제 2 홈(A)의 접점 좌표(TZ2)[선분(L3)의 제 2 홈(B)의 교점의 Z좌표값]는 다음의 식 15로 나타내어진다.

[식 14]

[식 15]

이것에 의해, 접점폭(TW)을 다음의 식 16으로 나타내는 바와 같이 구할 수 있고, 접점 각도(Tθ)를 다음의 식 17로 나타내는 바와 같이 구할 수 있다.

[식 16]

[식 17]

또한, 전기 마이크로미터의 교정값(α)은 선회 중심으로부터의 거리(선회 반경)에 따라서 정할 필요가 있다. 이 때문에, 선회 중심과 변위 센서(11)의 검출값의 관계 교정 수단(54)을 구비하는 것이 바람직하다. 이 경우, 관계 교정 수단(54)으로서 도 10에 나타내는 바와 같은 오목홈(55a)을 갖는 모범(55)을 형성하고 이 모범(55)을 이용해서 교정하게 된다. 또한, 관계 교정 수단(54)으로서 평면 모범을 이용해도 좋다.

본 발명에 의하면, 변위 센서(11)를 베어링 트랙홈(1a)의 횡단면에 있어서의 홈 중심(O)을 중심으로 해서 선회시키면서 선회 중심(O)으로부터의 홈 저면까지의 치수인 반경값을 검출할 수 있다. 이것에 의해, 베어링 트랙홈(1a)의 횡단면형 전체의 반경값을 구할 수 있다. 또한, 각 반경값에서의 변위 센서(11)의 선회 각도를 검출할 수 있다. 이 때문에, 반경값과 선회 각도로 베어링 트랙홈(1a)의 형상 파형을 산출할 수 있다. 또한, 변위 센서(11)로의 부하를 작게 억제할 수 있다. 이 때문에, 반경값과 선회 각도로 베어링 트랙홈(1a)의 형상 파형을 산출할 수 있고, 또한 변위 센서(11)로의 부하를 작게 억제할 수 있게 되어 고정밀도의 베어링 트랙홈(1a)의 형상 측정이 가능해진다.

클램프 기구(22)를 갖는 고정 수단(20)을 구비한 것에서는 워크(S)를 소정 설치 위치에 고정한 채 클램프 폭을 조정해서 클램핑할 수 있어 워크(S)측의 이동을 필요로 하지 않아 이동이 곤란한 대형 워크(S)에 대해서도 베어링 트랙홈(1a)의 안정적이고 고정밀도의 형상 측정이 가능해진다.

상기 고정 수단(20)으로서 홈 감합체(30)를 갖는 것에서는 홈 감합체(30)를 베어링 트랙홈(1a)에 감합시키면 센서(11)의 안정적인 위치 결정이 가능해져 보다 고정밀도의 측정이 가능해진다.

홈 감합체(30)의 상하 방향의 변위를 가능하게 하는 플로팅 구조(33)를 갖는 것에서는 홈 감합체(30)의 베어링 트랙홈(1a)에 감합이 안정적이다. 플로팅 구조(33)로서 도시예에서는 스프링 부재(36)를 이용했지만, 이와 같은 스프링 부재(36)를 이용하지 않고 액츄에이터 기구를 이용해도 좋다. 여기서, 액츄에이터란 입력된 에너지를 물리적 운동으로 변환하는 것이며, 기계·전기 회로를 구성하는 기계 요소이다. 능동적으로 작동 또는 구동하는 것이다. 또한, 액츄에이터는 물체를 움직이는 구동 장치와 그 동작에 의해 제어를 행하는 기계적 또는 유공압적 장치이다. 액츄에이터의 종류로서는 동력 실린더(유압 실린더·공압 실린더·전동 실린더), 리니어 액츄에이터(리니어 모터에 의한 왕복 구동 장치), 러버 액츄에이터(고무 튜브로의 가감압에 의한 변형을 이용한 왕복 구동 장치) 등이 있다.

플로팅 구조(33)를 스프링 부재(36)로 구성하거나 액츄에이터 기구로 구성하거나 할 수 있으므로, 장치의 설계 자유도가 커져서 설계하기 쉬운 장치로 된다.

홈 감합체(30)를 강구(31)로 구성하면 베어링 트랙홈(1a)에 안정적으로 감합시킬 수 있다. 보다 고정밀도의 위치 결정을 행할 수 있다. 또한, 강도적으로도 강성적으로도 뛰어나 장기 사용이 가능해서 비용 저감을 도모할 수 있다.

이어서, 도 12는 내륜(2)의 트랙홈(2a)의 횡단면 형상을 측정하는 상태를 나타낸다. 이 경우, 지지체 부재(35)의 강구 지지부(38)의 돌출량을 도 3에 나타내는 외륜(1)의 트랙홈(1a)의 횡단면 형상을 측정하고 있는 장치에 대하여 늘린 것이다. 따라서, 강구 지지부(38)로서 신축 가능 구조로 하거나 길이가 상위한 강구 지지부(38)를 구비하고, 측정할 워크[외륜(1)이나 내륜(2)] 등에 따라 교환하도록 하면 좋다.

이 도 12에 나타내는 바와 같이, 홈 감합체인 강구를 내륜(2)의 트랙홈(2a)에 감합시켜서 이 장치를 내륜(2)에 세팅하면 외륜(1)의 경우와 마찬가지로 베어링 트랙홈의 횡단면형 전체의 반경값을 구할 수 있다. 또한, 각 반경값에서의 변위 센서의 선회 각도를 검출할 수 있다. 이 때문에, 반경값과 선회 각도로 베어링 트랙홈의 형상 파형을 산출할 수 있다.

그런데, 상기 실시형태에서는 트랙홈이 고딕원 형상이었지만 단일원 형상이라도, 복곡률원 형상이라도 베어링 트랙홈의 횡단면형 전체의 반경값을 구할 수 있고, 각 반경값에서의 변위 센서의 선회 각도를 검출할 수 있으며, 반경값과 선회 각도로 베어링 트랙홈의 형상 파형을 산출할 수 있다.

상기 실시형태에서는 변위 센서(11)로서 전기 마이크로미터를 이용했지만 다른 센서, 예를 들면 레이저 변위 센서를 이용해도 좋다. 여기서, 레이저 변위 센서는 발광 소자와 수광 소자의 조합으로 구성되는 것이며, 발광 소자에는 반도체 레이저가 이용된다. 반도체 레이저의 광은 투광 렌즈를 통과해서 집광되고 측정 대상물에 조사된다. 그리고, 대상물로부터 확산 반사된 광선의 일부는 수광 렌즈를 통과해서 수광 소자 상에 스팟을 결상한다. 그 대상물이 이동할 때마다 스팟도 이동하므로 그 스팟의 위치를 검출함으로써 대상물까지의 변위량을 알 수 있다.

전기 마이크로미터는 기계적인 미소 변이를 전기적으로 확대하는 방식이므로, 검출 센서로서 전기 마이크로미터를 이용하면 응답성이 뛰어난 정밀 측정이 가능하고, 비용 저감도 도모할 수 있다. 또한, 레이저 변위 센서는 비접촉식 센서이기 때문에, 검출 센서로서 전기 마이크로미터를 이용하면 측정시에 있어서의 워크로의 손상을 유효하게 방지할 수 있다.

이상, 본 발명의 실시형태에 대해서 설명했지만 본 발명은 상기 실시형태에 한정되지 않고 다양한 변형이 가능하며, 측정하는 워크로서 상기 실시형태에서는 단열 베어링의 외륜이나 내륜이었지만, 복열의 외륜이나 내륜이라도 좋다. 또한, 변위 센서로서 과전류식 변위 센서나 초음파식 변위 센서 등을 이용해도 좋다.

[산업상의 이용 가능성]

변위 센서에 의해 검출된 반경값과 선회 각도 검출 수단에 의해 검출된 반경값에 있어서의 선회 각도에 의거해서 베어링 트랙홈의 형상 파형을 산출한다. 이것에 의해, 고정밀도의 베어링 트랙홈의 형상 측정을 가능하게 한다. 베어링 트랙홈으로서 횡단면 형상이 단일원 형상이라도, 고딕원 형상이라도, 복곡률원 형상이라도 좋다.

1a : 트랙홈(외측 궤도면) 1 : 외륜
2a : 트랙홈(내측 궤도면) 2 : 내륜
11 : 변위 센서 12 : 선회 각도 검출 수단
13 : 산출 수단 20 : 고정 수단
21 : 위치 결정 수단 22 : 클램프 기구
30 : 홈 감합체 31 : 강구
33 : 플로팅 구조 36 : 스프링 부재
37 : 기판부 54 : 관계 교정 수단
55 : 모범 S : 워크

Claims

베어링 트랙홈의 횡단면 형상을 측정하는 베어링 트랙홈 측정 장치로서,
베어링 트랙홈의 횡단면에 있어서의 홈 중심을 중심으로 해서 선회하고 그 선회 중심에서의 홈 저면까지의 치수인 반경값을 검출하는 변위 센서와,
상기 변위 센서에 의해 검출된 반경값에 있어서의 선회 각도를 검출하는 선회 각도 검출 수단과,
상기 변위 센서에 의해 검출된 반경값과 선회 각도 검출 수단에 의해 검출된 선회 각도에 의거해서 베어링 트랙홈의 형상 파형을 산출하는 산출 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 베어링 트랙홈 측정 장치.
제 1 항에 있어서,
베어링 트랙홈을 갖는 워크를 고정하는 고정 수단을 구비한 베어링 트랙홈 측정 장치이며,
상기 고정 수단은 상기 워크를 소정 설치 위치에 고정한 채 클램프 폭을 조정해서 클램핑하는 클램프 기구를 갖는 것을 특징으로 하는 베어링 트랙홈 측정 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 변위 센서의 위치 결정을 행하는 위치 결정 수단을 구비한 베어링 트랙홈 측정 장치이며,
상기 위치 결정 수단은 베어링 트랙홈에 감합되는 홈 감합체를 갖는 것을 특징으로 하는 베어링 트랙홈 측정 장치.
제 3 항에 있어서,
상기 홈 감합체의 상하 방향의 변위를 가능하게 하는 플로팅 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 베어링 트랙홈 측정 장치.
제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
홈 감합체를 강구로 구성한 것을 특징으로 하는 베어링 트랙홈 측정 장치.
제 2 항에 있어서,
트랙홈을 갖는 워크는 트랙홈이 내경면에 형성되고, 상기 홈 감합체는 워크 내경측으로부터 트랙홈에 감합되는 것을 특징으로 하는 베어링 트랙홈 측정 장치.
제 2 항에 있어서,
트랙홈을 갖는 워크는 트랙홈이 외경면에 형성되고, 상기 홈 감합체는 워크 외경측으로부터 트랙홈에 감합되는 것을 특징으로 하는 베어링 트랙홈 측정 장치.
제 5 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 산출 수단은 베어링 트랙홈의 횡단면 형상에 대해서 최소 제곱법을 이용하여 원근사로서 홈의 반경값과 홈 중심 좌표를 산출하는 것을 특징으로 하는 베어링 트랙홈 측정 장치.
제 8 항에 있어서,
베어링 트랙홈의 반경값과 홈 중심 좌표의 산출값에 의거해서 고딕원과 2점에서 접촉하는 가상원을 작도하는 것을 특징으로 하는 베어링 트랙홈 측정 장치.
제 9 항에 있어서,
고딕원과 가상원의 접촉점 각도를 산출하는 것을 특징으로 하는 베어링 트랙홈 측정 장치.
제 9 항에 있어서,
고딕원과 가상원의 접촉점 거리를 산출하는 것을 특징으로 하는 베어링 트랙홈 측정 장치.
제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
선회 중심과 변위 센서 검출값의 관계 교정 수단을 구비하고, 이 관계 교정 수단에 홈형상 모범을 이용하는 것을 특징으로 하는 베어링 트랙홈 측정 장치.
베어링 트랙홈의 횡단면 형상을 측정하는 베어링 트랙홈 측정 방법으로서,
베어링 트랙홈의 횡단면에 있어서의 홈 중심을 중심으로 해서 선회하는 변위 센서에 의해 그 선회 중심으로부터의 홈 저면까지의 치수인 반경값을 검출하는 반경 검출 공정과,
상기 변위 센서에 의해 검출된 반경값에 있어서의 선회 각도를 검출하는 선회 각도 검출 공정과,
상기 변위 센서에 의해 검출된 반경값과 선회 각도 검출 수단에 의해 검출된 반경값에 있어서의 선회 각도에 의거해서 베어링 트랙홈의 형상 파형을 산출하는 산출 공정을 구비한 것을 특징으로 하는 베어링 트랙홈 측정 방법.