JP4066180B2 - Rolling bearing surface scratch inspection method and rolling bearing surface scratch inspection apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、転がり軸受の表面のキズの有無を検査する表面キズ検査方法および表面キズ検査装置に関する。 The present invention relates to a surface flaw inspection method and a surface flaw inspection apparatus for inspecting the presence or absence of a flaw on the surface of a rolling bearing.
例えば、ビデオテープレコーダ、ハードディスクドライブ、レーザビームプリンタ、等に用いられるスピンドルモータ、ロータリアクチュエータ、ロータリエンコーダ、等に使用される精密機器用転がり軸受は、その表面にキズ等の微小な欠陥があると、精密機器の寿命に致命的な影響を及ぼす可能性がある。従って、転がり軸受の製造工程、または転がり軸受を機器に組み込む前に、表面キズ等の欠陥の有無を確実に検査することが要求される。 For example, rolling bearings for precision equipment used in spindle motors, rotary actuators, rotary encoders, etc. used in video tape recorders, hard disk drives, laser beam printers, etc., have minute defects such as scratches on their surfaces. May have a fatal effect on the life of precision instruments. Therefore, it is required to reliably inspect for defects such as surface flaws before the rolling bearing manufacturing process or the rolling bearing is incorporated into equipment.
従来から、転がり軸受の表面キズを検査する方法として、部材表面をカメラで撮影し、1次元または2次元映像の画像処理を行なって表面キズの有無を検査する外観検査による方法がある(例えば、特許文献1〜3参照)。
Conventionally, as a method for inspecting the surface flaw of a rolling bearing, there is a method by an appearance inspection in which the surface of a member is photographed with a camera, and one-dimensional or two-dimensional image processing is performed to inspect for the presence of surface flaws (for example,
また、検査プローブを用いて被検査体の表面を非接触でスキャンすることにより、表面のキズを検出する方法がある(例えば、特許文献4参照)。
しかしながら、従来の外観検査によってキズを検出する方法では、高さの情報が得られないために、凹凸の判定が困難である。 However, in the conventional method of detecting scratches by visual inspection, it is difficult to determine unevenness because height information cannot be obtained.
また、検査プローブを用いて被検査体に非接触でキズを検出する方法では、広がりを有するスポット状範囲の平均的な表面形状を検出するので、幅が狭いキズの検出は困難である。特に、検査プローブにレーザを用いる場合は、表面粗さの影響を受け易い。 In addition, in the method of detecting scratches without contact with the object to be inspected using the inspection probe, it is difficult to detect scratches with a narrow width because the average surface shape of the spread spot-like range is detected. In particular, when a laser is used for the inspection probe, it is easily affected by surface roughness.
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、転がり軸受表面の微小な凹凸キズを高速且つ高感度で検出する方法および装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object of the present invention is to provide a method and apparatus for detecting minute irregularities on a rolling bearing surface at high speed and with high sensitivity.
前述した目的を達成するため、本発明に係る転がり軸受の表面キズ検査方法は、下記(1)〜(3)を特徴としている。 In order to achieve the above-described object, a surface scratch inspection method for a rolling bearing according to the present invention is characterized by the following (1) to (3).
(1) 転がり軸受の表面のキズの有無を検査する表面キズ検査方法であって、
振動センサと一体化された触子を前記転がり軸受の検査対象の表面に接触してスキャンするステップと、
前記検査対象の表面の凹凸に応じて生ずる触子の速度または加速度を振動センサにより電気信号に変換し、該電気信号を処理して前記検査対象の表面の凹凸に対応した信号を生成するステップと、
前記検査対象の表面の凹凸に対応した信号を予め設定した第1の閾値と比較し、該第1の閾値を超えた場合に所定の信号を生成するステップと、
該所定の信号を計数し、所定の期間における計数値が予め設定した第2の閾値を超えた場合に、前記検査対象の表面にキズがあると判定するステップと、
を有すること。
(2) 上記(1)記載の転がり軸受の表面キズ検査方法において、
前記第1の閾値を超えた場合に生成される所定の信号は、パルス信号であること。
(3) 上記(1)または(2)記載の転がり軸受の表面キズ検査方法において、
前記転がり軸受は、製造工程における組立後、または機器に組み込む前のものであり、
前記検査対象の表面は、前記転がり軸受の内輪と外輪の各端面および外表面であること。
(1) A surface flaw inspection method for inspecting the surface of a rolling bearing for flaws,
Scanning a contactor integrated with a vibration sensor in contact with the surface to be inspected of the rolling bearing; and
Converting the velocity or acceleration of the touch generated according to the unevenness of the surface of the inspection object into an electrical signal by a vibration sensor, and processing the electrical signal to generate a signal corresponding to the unevenness of the surface of the inspection object; ,
Comparing a signal corresponding to the unevenness of the surface to be inspected with a preset first threshold value, and generating a predetermined signal when the first threshold value is exceeded;
Counting the predetermined signal, and determining that the surface of the inspection target is scratched when a count value in a predetermined period exceeds a preset second threshold;
Having
(2) In the surface scratch inspection method for a rolling bearing according to (1) above,
The predetermined signal generated when the first threshold is exceeded is a pulse signal.
(3) In the surface scratch inspection method for a rolling bearing according to (1) or (2) above,
The rolling bearing is after assembly in the manufacturing process or before being incorporated into equipment,
The surface to be inspected is the end surfaces and outer surfaces of the inner and outer rings of the rolling bearing.
上記(1)記載の方法によれば、振動センサの触子が転がり軸受の表面の凹凸と衝突して発生する振動によりキズを検出することができる。また、スキャンを高速に行なうことにより、触子に生起する振動が大きくなるので、微小な凹凸キズであっても高感度で検出することが可能となる。 According to the method described in (1) above, it is possible to detect a flaw by vibration generated when the contact of the vibration sensor collides with the irregularities on the surface of the rolling bearing. In addition, since the vibration generated in the touch element is increased by performing the scanning at a high speed, even a minute uneven scratch can be detected with high sensitivity.
上記(2)記載の方法によれば、転がり軸受表面の微小な凹凸キズを検出することができる。 According to the method described in (2) above, it is possible to detect minute irregularities on the surface of the rolling bearing.
上記(3)記載の方法によれば、キズのある転がり軸受が出荷されたり、または機器に組み込まれることを未然に防止することができ、製品の信頼性が向上する。 According to the method described in (3) above, it is possible to prevent a scratched rolling bearing from being shipped or incorporated into a device, and the reliability of the product is improved.
また、前述した目的を達成するため、本発明に係る転がり軸受の表面キズ検査装置は、下記(4)〜(5)を特徴としている。 In order to achieve the above-mentioned object, the surface scratch inspection apparatus for a rolling bearing according to the present invention is characterized by the following (4) to (5).
(4) 転がり軸受の表面のキズの有無を検査する表面キズ検査装置であって、
前記転がり軸受を保持して回転する転がり軸受保持手段と、
前記転がり軸受の検査対象の表面に接触する触子と、該触子と一体化されて触子の速度または加速度を電気信号に変換する振動センサとを有し、前記触子によって検査対象の表面をスキャンするスキャン手段と、
前記振動センサからの電気信号を処理して前記検査対象の表面の凹凸に対応した信号を生成する信号処理手段と、
前記検査対象の表面の凹凸に対応した信号を予め設定した第1の閾値と比較し、該第1の閾値を超えた場合に所定の信号を生成する比較手段と、
該所定の信号を計数し、所定の期間における計数値が予め設定した第2の閾値を超えた場合に、前記検査対象の表面にキズがあると判定するキズ判定手段と、
を備えること。
(5) 上記(4)記載の転がり軸受の表面キズ検査装置において、
前記第1の閾値を超えた場合に生成される所定の信号は、パルス信号であること。
(4) A surface flaw inspection device for inspecting the surface of a rolling bearing for flaws,
Rolling bearing holding means that holds and rotates the rolling bearing;
A contact that contacts the surface of the rolling bearing to be inspected, and a vibration sensor that is integrated with the contact and converts the speed or acceleration of the touch to an electric signal, and the surface of the inspection target by the contact Scanning means for scanning,
Signal processing means for processing the electrical signal from the vibration sensor to generate a signal corresponding to the surface irregularities of the inspection object;
Comparison means for comparing a signal corresponding to the unevenness of the surface to be inspected with a preset first threshold, and generating a predetermined signal when the first threshold is exceeded,
Scratch determining means that counts the predetermined signal and determines that the surface of the inspection target has a scratch when a count value in a predetermined period exceeds a preset second threshold;
Be provided.
(5) In the surface scratch inspection apparatus for a rolling bearing according to (4) above,
The predetermined signal generated when the first threshold is exceeded is a pulse signal.
上記(4)記載の装置によれば、転がり軸受表面の微小な凹凸キズを高速、高感度で検出することができる。 According to the apparatus as described in said (4), the fine uneven | corrugated damage | wound on the surface of a rolling bearing can be detected with high speed and high sensitivity.
上記(5)記載の装置によれば、転がり軸受表面の微小な凹凸キズを検出することができる。 According to the device described in the above (5), it is possible to detect minute irregularities on the surface of the rolling bearing.
本発明によれば、振動センサと一体化した触子を介して被検査物である転がり軸受の表面に接触させてスキャンすることにより、高速かつ高感度でキズの有無を検査することができる。 According to the present invention, the presence or absence of scratches can be inspected at high speed and with high sensitivity by scanning while contacting the surface of a rolling bearing that is an object to be inspected via a contactor integrated with a vibration sensor.
また、振動センサからの検出信号を信号処理して得られた凹凸に対応する信号が所定の閾値以上の場合にパルス信号を生成し、所定期間におけるパルス信号を計数することにより、キズの有無を高精度で検査できる。 In addition, when the signal corresponding to the unevenness obtained by performing signal processing on the detection signal from the vibration sensor is greater than or equal to a predetermined threshold value, a pulse signal is generated, and the presence or absence of scratches is determined by counting the pulse signal in a predetermined period. Highly accurate inspection
以下、本発明に係る好適な実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。 DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明に係る転がり軸受の表面キズ検査装置の一実施形態の構成を示す図であり、転がり軸受の外輪端面における凹凸キズの有無を検査する例を示している。 FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an embodiment of a surface scratch inspection apparatus for a rolling bearing according to the present invention, and shows an example in which presence / absence of uneven scratches on an outer ring end face of a rolling bearing is inspected.
図1に示すように、本実施形態の転がり軸受の表面キズ検査装置は、エアスピンドルを内蔵し、転がり軸受1を中央部に保持して回転する軸受保持手段として回転テーブル2と、転がり軸受1の外輪11の端面に接触しながら、スライドテーブル等により回転テーブル2の半径方向に移動して、外輪11端面の凹凸を検出するスキャン手段としてスキャン装置3と、スキャン装置3による検出信号に基づいて表面キズの有無を判定する信号処理部4(即ち、信号処理手段、比較手段、キズ判定手段)を有して構成される。
As shown in FIG. 1, the surface scratch inspection apparatus for a rolling bearing according to the present embodiment has a built-in air spindle, a rotary table 2 as a bearing holding means that rotates while holding the rolling
スキャン装置3は、転がり軸受1の外輪11の端面に接触する先端が微小Rに形成された触子5と、触子5と一体化され、外輪11端面の凹凸に応じて振動する触子5の振動速度または加速度を電気信号に変換する振動センサ6と、振動センサ6を支持するゴム等からなる弾性体7と、振動センサ6の出力を信号処理部4に送出する接続ケーブル8を備えて構成される。
The
振動センサ6には、圧電型の加速度センサまたは可動コイル型の速度センサが好適に用いられる。図2は、可動コイル型の速度センサを用いたスキャン装置の例を示すものであり、加速度センサ60は、永久磁石61と、触子5に連結されて上下方向に変位可能な可動コイル62から構成されており、触子5の振動に伴って可動コイル62が切る磁束の変化により電圧が誘起されることを利用している。
As the
振動センサ6は、弾性体7により胴部の全周を支持されているので外部振動の影響を受けにくく、減衰効果によって共振点近傍でもフラットな周波数特性が得られる。従って、触子5により軸受外輪11の表面を高速で摺動しても、表面粗さの影響を受けにくく、安定して検出信号を得ることができる。
Since the
触子5は、被検査物の表面を高速で摺動するので、その先端は被検査物より硬く、耐熱・耐摩耗性に優れた材料を用いて形成される。例えば、転がり軸受1の材質が軸受鋼である場合、ダイヤモンドやCBN焼結体、超硬合金等が使用される。また、触子5の先端は微小Rに形成されており、Rの大きさは凹凸の長さまたは幅に対する感度を向上させるために小さい方が好ましいが、過度に小さくすると表面粗さに敏感に反応してS/Nが低下するので、被検査物に応じて適宜選択する必要がある。
Since the
図3は、信号処理手段、比較手段およびキズ判定手段を含む信号処理部4の構成を示すブロック図である。信号処理部4は、振動センサ6の圧電素子から出力される電荷を電圧に変換して増幅する信号処理手段としてチャージアンプ41と、被検査物の回転による低周波成分と不要な高周波成分を除去するための信号処理手段としてバンドパスフィルタ42と、信号を整流して正極性の信号を取り出す信号処理手段として整流器43と、整流器43の出力信号を閾値設定部45によって設定される第1の閾値と比較することにより、一定以上のレベルを有する凹凸信号の場合にパルス信号を生成する比較手段としてコンパレータ44と、コンパレータ44から出力されるパルス信号を計数し、計数値に応じてキズの有無を表す信号を出力するキズ判定手段として判定カウンタ46と、を備えて構成される。
FIG. 3 is a block diagram illustrating a configuration of the
判定カウンタ46は、キズと判定する凹凸の長さに応じて定められる所定周期のリセット信号によって初期化されるカウンタから構成され、リセット信号の周期内にコンパレータ44から出力されるパルス信号を計数して、計数値が予め設定した第2の閾値を超えるか否かに応じて、キズ有りまたはキズ無しの各信号を出力する。
The
次に、以上のように構成された転がり軸受の表面キズ検査装置の動作について、図4に示すフローチャートを用いて説明する。 Next, the operation of the surface flaw inspection apparatus for a rolling bearing configured as described above will be described with reference to the flowchart shown in FIG.
まず、被検査物である転がり軸受1を回転テーブル2に載置して固定し、外輪11の端面にスキャン装置3の触子5を所定の接触圧力で接触させる。そして、回転テーブル2を所定の回転数で回転させ、スキャン装置3を転がり軸受1のラジアル方向に所定の速度で移動させながら、転がり軸受1の外輪11の端面を触子5でスキャンする(即ち、ステップS31)。
First, the rolling
表面の凹凸による触子5の振動が振動センサ6により検出され、得られた信号を図3に示す信号処理部4のチャージアンプ41で増幅する。増幅された検出信号はバンドパスフィルタ42によって軸受1の回転による低周波成分とノイズ等の不要な高周波成分が除去された後、整流器43により信号の負極性部分がカットされ、転がり軸受1の外輪11端面の凹凸レベルに対応した信号が生成される(即ち、ステップS32)。
The
ここで、転がり軸受1の外輪11端面における凹凸キズの検出例を示す。図5(a)および図5(b)は、バンドパスフィルタ42の出力波形であって、回転テーブル2の回転数を600rpmに設定し、20HzHPFを使用して検出したもので、図5(a)は幅50μm、凹凸1.4μmP−Vのキズがある場合、そして図5(b)はキズのない良品の場合をそれぞれ示している。図5(a)において、回転テーブル2の1回転に相当する時間100msの周期で、凹凸キズによる大きなパルスが発生していることが分かる。
Here, an example of detection of uneven scratches on the end face of the
続いて、外輪11端面の凹凸レベルに対応し、整流器43により正極性とされた信号はコンパレータ44に入力され、第1の閾値と比較される。その結果、信号波形に第1の閾値を超えて電圧の高い部分があれば、その部分に相当するパルス信号を出力する(即ち、ステップS33)。第1の閾値は、例えばキズのない転がり軸受1をスキャンした際に得られる信号レベルの平均値を基準にして、その5倍のレベルを図2の閾値設定部45で設定することにより得られる。
Subsequently, a signal corresponding to the unevenness level of the end face of the
コンパレータ44から出力されたパルス信号は、判定カウンタ46においてリセット信号の周期で定められる期間計数され(即ち、ステップS34)、計数値が第2の閾値を越えたか否かを判定する(即ち、ステップS35)。その結果、計数値が第2の閾値を越えた場合は、検出した凹凸信号はキズであると断定して、キズ有り信号を出力する(即ち、ステップS36)。一方、計数値が第2の閾値を越えなかった場合は、キズ無しと判定してキズ無し信号を出力する(即ち、ステップS37)。
The pulse signal output from the
なお、パルス信号の計数値が第2の閾値を越えない場合に、キズ無しと判定するのは、被検査物である転がり軸受1の外輪11端面にごみ等の微小な異物が存在した場合に、この影響を排除するためのものである。コンパレータ44からランダムなパルス信号が少なく出力されたときは、キズによるものではないと判断して、キズ本来の検出精度を向上させている。
When the count value of the pulse signal does not exceed the second threshold value, it is determined that there is no scratch when there is a minute foreign matter such as dust on the end face of the
図1に示した本発明の転がり軸受の表面キズ検査装置は、上記の動作を繰り返しながら、転がり軸受1の外輪11端面のキズの有無を検査し、キズ有りと判定された時点で当該転がり軸受1の検査を終了する。
The surface scratch inspection apparatus for a rolling bearing according to the present invention shown in FIG. 1 checks the presence or absence of scratches on the end face of the
以上説明したように、本発明の転がり軸受の表面キズ検査装置によれば、回転テーブル2と、スキャン装置3と、信号処理部4とを備え、転がり軸受1の外輪11の端面をスキャン装置3の触子5により高速でスキャンする。
As described above, according to the surface scratch inspection apparatus for a rolling bearing of the present invention, the scanning table 3 includes the rotary table 2, the
スキャン装置3は、触子5と一体化された振動センサ6を備えて構成され、触子5が検査対象の外輪11端面の凹凸と衝突して発生する振動を検出する。この際、スキャン装置3によるスキャン速度を高速にすることにより、表面の凹凸と衝突する触子5の加速度が増して振動レベルが大きくなり、振動センサ6の検出感度が向上する。従って、微小な凹凸を高速、高感度で検出できる。
The
信号処理部4は、チャージアンプ41と、バンドパスフィルタ42と、整流器43と、コンパレータ44と、判定カウンタ46を備えて構成され、整流器43で生成された表面の凹凸レベルに対応した信号をコンパレータ44で第1の閾値と比較し、これを超えた場合にパルス信号を生成する。このパルス信号を判定カウンタ46によりリセット信号の周期で定められる期間計数し、計数値が第2の閾値を越えたか否かにより、キズ有り信号またはキズ無し信号を出力する。
The
これにより、ごみ等の微小な異物によって突発的に発生した大きなレベルの信号と、本来のキズによる信号とを明確に区別することができるので、キズの検出を高精度で行なうことが可能となる。 As a result, it is possible to clearly distinguish a large level signal suddenly generated by a minute foreign matter such as dust and a signal due to an original scratch, so that it is possible to detect the scratch with high accuracy. .
なお、本実施形態では、検査対象の転がり軸受1を一定速度で回転する回転テーブル2に保持し、スキャン装置3をラジアル方向に移動させてスキャンを行なうようにしたが、逆に、静置した転がり軸受に対してスキャン装置3をヘリカル状に回転させることによりスキャンを行なうようにしてもよい。
In the present embodiment, the rolling
1 転がり軸受
2 回転テーブル
3 スキャン装置
4 信号処理部
5 触子
6 振動センサ
7 弾性体
8 接続ケーブル
11 外輪
12 内輪
41 チャージアンプ
42 バンドパスフィルタ
43 整流器
44 コンパレータ
45 閾値設定部
46 判定カウンタ
60 可動コイル型加速度センサ
61 永久磁石
62 可動コイル
DESCRIPTION OF
Claims (5)
振動センサと一体化された触子を前記転がり軸受の検査対象の表面に接触してスキャンするステップと、
前記検査対象の表面の凹凸に応じて生ずる触子の速度または加速度を振動センサにより電気信号に変換し、該電気信号を処理して前記検査対象の表面の凹凸に対応した信号を生成するステップと、
前記検査対象の表面の凹凸に対応した信号を予め設定した第1の閾値と比較し、該第1の閾値を超えた場合に所定の信号を生成するステップと、
該所定の信号を計数し、所定の期間における計数値が予め設定した第2の閾値を超えた場合に、前記検査対象の表面にキズがあると判定するステップと、
を有することを特徴とする転がり軸受の表面キズ検査方法。 A surface scratch inspection method for inspecting the surface of a rolling bearing for scratches,
Scanning a contactor integrated with a vibration sensor in contact with the surface to be inspected of the rolling bearing; and
Converting the velocity or acceleration of the touch generated according to the unevenness of the surface of the inspection object into an electrical signal by a vibration sensor, and processing the electrical signal to generate a signal corresponding to the unevenness of the surface of the inspection object; ,
Comparing a signal corresponding to the unevenness of the surface to be inspected with a preset first threshold value, and generating a predetermined signal when the first threshold value is exceeded;
Counting the predetermined signal, and determining that the surface of the inspection target is scratched when a count value in a predetermined period exceeds a preset second threshold;
A method for inspecting surface scratches of a rolling bearing, characterized by comprising:
前記検査対象の表面は、前記転がり軸受の内輪と外輪の各端面および外表面であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の転がり軸受の表面キズ検査方法。 The rolling bearing is after assembly in the manufacturing process or before being incorporated into equipment,
The method for inspecting a surface scratch on a rolling bearing according to claim 1 or 2, wherein the surface to be inspected is an end surface and an outer surface of an inner ring and an outer ring of the rolling bearing.
前記転がり軸受を保持して回転する転がり軸受保持手段と、
前記転がり軸受の検査対象の表面に接触する触子と、該触子と一体化されて触子の速度または加速度を電気信号に変換する振動センサとを有し、前記触子によって検査対象の表面をスキャンするスキャン手段と、
前記振動センサからの電気信号を処理して前記検査対象の表面の凹凸に対応した信号を生成する信号処理手段と、
前記検査対象の表面の凹凸に対応した信号を予め設定した第1の閾値と比較し、該第1の閾値を超えた場合に所定の信号を生成する比較手段と、
該所定の信号を計数し、所定の期間における計数値が予め設定した第2の閾値を超えた場合に、前記検査対象の表面にキズがあると判定するキズ判定手段と、
を備えることを特徴とする転がり軸受の表面キズ検査装置。 A surface flaw inspection device for inspecting the surface of a rolling bearing for flaws,
Rolling bearing holding means that holds and rotates the rolling bearing;
A contact that contacts the surface of the rolling bearing to be inspected, and a vibration sensor that is integrated with the contact and converts the speed or acceleration of the touch to an electric signal, and the surface of the inspection target by the contact Scanning means for scanning,
Signal processing means for processing the electrical signal from the vibration sensor to generate a signal corresponding to the irregularities on the surface of the inspection object;
Comparison means for comparing a signal corresponding to the unevenness of the surface to be inspected with a preset first threshold, and generating a predetermined signal when the first threshold is exceeded,
Scratch determining means that counts the predetermined signal and determines that the surface of the inspection object has a scratch when a count value in a predetermined period exceeds a preset second threshold;
A surface scratch inspection device for a rolling bearing, comprising:
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