JP7112883B2

JP7112883B2 - ウォーム歯車の検査方法

Info

Publication number: JP7112883B2
Application number: JP2018099058A
Authority: JP
Inventors: キミネロ，ルッジェーロ
Original assignee: Torneria Ferraro SpA
Current assignee: Torneria Ferraro SpA
Priority date: 2017-06-21
Filing date: 2018-05-23
Publication date: 2022-08-04
Anticipated expiration: 2038-05-23
Also published as: CN109099876A; CA3006225A1; EP3418676B1; HUE049142T2; US10816315B2; CN109099876B; EP3418676A1; JP2019007947A; IT201700068751A1; US20180372472A1

Description

産業発明に対する本特許出願はウォーム歯車の検査方法に関連する。

ウォーム歯車の咬合の不良を判断するための検査方法として複数の公知の方法がある。先行技術による方法は組立体にねじを装着し、組立体の性能及び雑音レベルを従来の器機により分析する。

先行技術の検査方法はねじを組立ラインにおいて装着し、ねじが試験に合格するか確認する必要があるため時間を要し、煩雑及び複雑であることは明らかである。その後、ねじを組立ラインから取外し、製造部に搬送するか又は試験結果によって不良と判断する。

更に、上述したような種類の検査は信頼性が低く、ねじの品質を保証するものではない。

本発明の目的は、使用に際して実用的且つ効率的で、汎用性及び信頼性が高く、安価で単純なウォーム歯車の検査方法を開示することにより、先行技術における問題を解決することである。

上記の目的は独立請求項１の特徴を備える本発明により達成される。

本発明の実施の形態の効果は従属請求項により明らかである。

本発明の方法によれば、歯車の表面特性を分析し、使用者が予設定する公差限界値に準拠しているか検査することにより性能を最大限にし、歯車に発生する雑音を最小限にすることが可能となる。

本発明の方法によれば、組立ラインにおいて挿入する前にねじを選択するため、生産周期を最適化し、確実に品質を向上させることが可能となる。

ねじの表面分析に用いるデータは試験対象のねじの伸開線の外形及び螺旋の外形に接触する感触器により走査する電子測定システムにより得られ、ウォーム歯車の実外形に対する測定精度及び高い忠実度を得るために適切にフィルタ及び処理されるデカルト形式で外形表面の一連の点を提供する。

本発明の更なる特徴を、添付の図に記載の単に説明のみを目的として制限を意図しない実施の形態を参照して、以下の詳細な説明において明示する。

ガウス低域フィルタにより得られる伸開線の一次外形を示す。図１に示す伸開線の一次外形上で計算される正中線を示す。ガウス低域フィルタにより得られる螺旋の一次外形を示す。図２に示す螺旋の一次外形上で計算される正中線を示す。ガウス高域フィルタにより得られる伸開線の表面分析外形を示す。ガウス高域フィルタにより得られる螺旋の表面分析外形を示す。ウォーム群７つに対して行われた実験的測定の表である。本発明による方法の概略ブロック図である。

図６を参照して、本発明の方法はウォーム（ｗｏｒｍｓｃｒｅｗ）（１）の４種類の異なる外形を分析する。分析する外形は：実外形（ＰＲ）、測定外形（ＰＭ）、一次外形（ＰＰ）、表面分析外形（ＳＡ）である。

実外形：実外形（ＰＲ）は、歯車（１）の軸を含包する面を考慮して計測機（２）により特定する。実外形（ＰＲ）は歯車の外側面と前記歯車の軸を含包する面との交差部により得られる。

測定外形：前記実外形（ＰＲ）を決定した後、感触器（３）により前記実外形（ＰＲ）を走査して測定外形（ＰＭ）を得る。したがって、前記実外形（ＰＲ）は前記感触器の径に基づいて機械的にフィルタされる。前記測定外形（ＰＭ）は理論外形との偏差を表す。

例として、前記測定外形（ＰＭ）は直径が０．５ｍｍの切削工具を備える感触器と、伸開線上及びねじの螺旋部上の最大３０００個の点を収集する測定ソフトウェアにより、ＭＤＭ伸開線を備えるウォーム歯車（１）から得る。

本発明による方法の入力データ、すなわち前記測定外形（ＰＭ）は完全な仮想形状（本具体例においては円の伸開線及び螺旋）ではなく、ウォーム歯車の構造データに基づき運動学的軌道に沿って移動する前記感触器のセンサにより得られる、完全な仮想形状との偏差である。

一次外形：一次外形（ＰＰ）は、下限界波長λ_Ｓに反比例する遮断周波数（ｆｓ）の低域フィルタ（４）により前記測定外形（ＰＭ）をフィルタすることにより得られる。したがって、前記低域フィルタは前記遮断周波数（ｆｓ）より低い周波数を通過させ、前記下限界波長λ_Ｓより低い波長を関連性が無いとして除去する。

前記一次外形は、前記測定外形（ＰＭ）の走査長全長に対して計算される。

前記低域フィルタ（４）はガウス・フィルタであってもよい。ガウス・フィルタにおいて、空間領域（ｘ）における重みの定義は以下の数式により得られる。

式中、以下の通りである。

また、λはフィルタの遮断周波数に反比例する波長である。

例として、低域フィルタに下限界波長λ＝λ_Ｓ＝７を選択する。

図１は、下限界波長λ＝λ_Ｓ＝７のガウス低域フィルタにより得られる伸開線の一次外形を示す。図１Ａは、図１に示す伸開線の一次外形上で計算される正中線を示す。

図２は、ガウス低域フィルタにより得られる螺旋の一次外形を示す。図２Ａは、図２に示す螺旋の一次外形上で計算される正中線を示す。

表面分析外形：表面分析外形（ＳＡ）は、上限界波長λ_Ｃに反比例する遮断周波数（ｆｃ）の高域フィルタ（５）により前記一次外形（ＰＰ）をフィルタすることにより得られる。

したがって、高域フィルタは前記遮断周波数（ｆｃ）より高い周波数を通過させ、前記上限界波長λ_Ｃより高い波長を関連性が無いとして除去する。

前記表面分析外形（ＳＡ）は、前記測定外形の走査長の約８０％の長さに対して計算される。

前記高域フィルタ（５）は低域フィルタと同様にガウス・フィルタであってもよい。

前記高域フィルタ（５）の場合、前記上限界波長λ_Ｃは使用者が設定してもよい。

望ましくは、前記上限界波長λ_Ｃは前記感触器が走査した点の数を１０で除算、すなわち以下の数式により得られる。

望ましくは、走査点の数は２０００個より多く；本具体例の場合、走査点の数が３０００個の場合、上限界波長はλ_Ｃ＝３００となる。

図３及び図４はそれぞれ、上限界波長λ＝λ_Ｃ＝３００のガウス高域フィルタにより得られる伸開線及び螺旋の前記表面分析外形（ＳＡ）を示し、計算機（６）を用いて公知の方法で計算される正中線（ＬＭ）を示す。

前記表面分析外形（ＳＡ）は、第１の誤差二次平均パラメータ（ＳＡ_ａ）；第２の２次誤差パラメータ（ＳＡ_ｑ）、及び第３のピーク平均パラメータ（ＳＡ_ｐ）の計算に用いられる。

前記誤差二次平均（ＳＡ_ａ）は以下の数式により得られる：

式中、ｘ_ｉは前記（ＳＡ）外形の点と前記ＳＡ外形の正中線との絶対偏差であり；ｎ_ｐは評価分析において考慮される点の数である。

通常、前記（ＳＡ）外形において考慮される点の数は走査点の数の約８０％である。したがって、本具体例において走査点が３０００個の場合、ｎ_ｐ＝２４００である。

前記２次誤差（ＳＡ_ｑ）は以下の数式により得られる。

前記ピーク平均（ＳＡ_ｐ）は以下の数式により得られる。

式中、ｐ_ｉは前記ＳＡ外形の正中線からの距離が少なくとも４個の隣接点の距離より大きいピーク点である。

前記３個のパラメータ（ＳＡ_ａ；ＳＡ_ｑ；ＳＡ_ｐ）は前記計算機（６）により計算される。前記パラメータ（ＳＡ_ａ；ＳＡ_ｑ；ＳＡ_ｐ）を計算した後、前記パラメータの各々を、使用者が予め設定した対応する閾値（ＴＳａ；ＴＳｑ；ＴＳｐ）と比較する。当該比較は比較器（７）により行う。

前記パラメータ（ＳＡ_ａ；ＳＡ_ｑ；ＳＡ_ｐ）の１つがその閾値（ＴＳａ；ＴＳｑ；ＴＳｐ）より大きい場合、前記ウォーム歯車（１）は不良と判断する。

前記閾値（ＴＳａ；ＴＳｑ；ＴＳｐ）は、分析するウォーム歯車の種類に合わせた実験的試験に基づき使用者が計算する。

図５は７つのウォーム歯車群（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｆ、Ｄ、Ｅ、Ｇ）に対する試験結果を示す。

組立体に装着したねじのびびりマーク（ｃｈａｔｔｅｒｍａｒｋ）を従来の器械により測定した。更に、ねじ山の各側において、誤差算術平均（ＳＡ_ａ）、２次誤差（ＳＡ_ｑ）及びピーク平均（ＳＡ_ｐ）のパラメータを計算した。

図５に示すように、Ｃ群及びＦ群のねじのびびりマーク値は許容不可であり、Ｂ群のねじのびびりマーク値は境界上である；Ａ群、Ｄ群、Ｅ群及びＧ群のねじのびびりマーク値は非常に低く、完全に許容範囲内である。この結果は本発明の方法により計算されるパラメータ値（ＳＡ_ａ；ＳＡ_ｑ；ＳＡ_ｐ）に完全に反映されいる。

したがって、上記実験結果により、前記３個のパラメータ（ＳＡ_ａ；ＳＡ_ｑ；ＳＡ_ｐ）の前記閾値（ＴＳａ；ＴＳｑ；ＴＳｐ）を決定できる。

例示のみを目的として、図５に示すねじ群に対して行われた実験的試験に基づき計算された前記閾値（ＴＳａ；ＴＳｑ；ＴＳｐ）の表を以下に示す。

本発明の本実施の形態に、当業者が利用可能で特許請求の範囲に開示の本発明の範囲に属する様々の等価な変形及び変更を加えても良いものとする。

Claims

ウォーム歯車の検査方法であって：
検査対象の歯車（１）の実外形（ＰＲ）を、前記歯車の軸を含包する面を考慮して、前記歯車の外側面と前記歯車の軸を含包する前記面との交差部により特定する工程と、
前記実外形（ＰＲ）を感触器（３）により走査して測定外形（ＰＭ）を得る工程と、
前記測定外形（ＰＭ）を、予設定する遮断周波数（ｆｓ）の低域フィルタ（４）によりフィルタして一次外形（ＰＰ）を得る工程と、
前記一次外形（ＰＰ）を、予設定する遮断周波数（ｆｃ）の高域フィルタ（５）によりフィルタして表面分析外形（ＳＡ）を得る工程と、
前記表面分析外形（ＳＡ）の正中線を計算する工程と、
第１の誤差二次平均パラメータ（ＳＡａ）を以下の数式により計算する工程と

（式中、ｘｉは前記表面分析外形における点と前記表面分析外形の前記正中線との絶対偏差であり；ｎｐは評価分析において考慮される点の数である）；
第２の２次誤差パラメータ（ＳＡｑ）を以下の数式により計算する工程と；

第３のピーク平均パラメータ（ＳＡｐ）を以下の数式により計算する工程と

（式中、ｐｉは前記表面分析外形の前記正中線からの距離が少なくとも４個の隣接点の距離より大きいピーク点である）；
前記第１、第２及び第３のパラメータ（ＳＡａ；ＳＡｑ；ＳＡｐ）が対応する予設定する閾値（ＴＳａ；ＴＳｑ；ＴＳｐ）と比較し、前記パラメータの少なくとも１個が前記対応する閾値を超える場合、前記歯車を不良と判断する工程と、を備える方法。
請求項１に記載の方法であって、前記低域フィルタ（４）及び／又は前記高域フィルタ（５）はガウス・フィルタである、方法。
請求項２に記載の方法であって、前記低域フィルタの前記遮断周波数（ｆｓ）は下限界波長値（λｓ）に反比例する、方法。
請求項２に記載の方法であって、前記高域フィルタの前記遮断周波数（ｆｃ）は上限界波長値（λｃ）に反比例し、前記感触器（３）により走査される点の数に比例する、方法。
請求項４に記載の方法であって、前記上限界波長値（λｃ）は前記感触器により走査される点の数を１０で乗算したものである、方法。
上記請求項１から５いずれか一項に記載の方法であって、前記評価分析において考慮される点の数（ｎｐ）は前記感触器（３）により走査される点の数の約８０％である、方法。
上記請求項１から６いずれか一項に記載の方法であって、前記感触器（３）は２０００
個より多い数の点に対して走査を行う、方法。
上記請求項１から７いずれか一項に記載の方法であって、前記閾値（ＴＳａ；ＴＳｑ；ＴＳｐ）は以下の表に示す値である、方法。