齿轮的啮合角度检测方法及装置 |
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| 申请号 | CN200710167997.X | 申请日 | 2007-10-31 | 公开(公告)号 | CN101173864B | 公开(公告)日 | 2011-03-02 |
| 申请人 | 三菱重工业株式会社; | 发明人 | 菊池寿真; 石井浩; | ||||
| 摘要 | 提供一种 齿轮 的 啮合 角 度检测方法及装置，其可检测出可消除左右两个 齿面 的累积齿距误差、防止左右两个齿面的任意一个产生磨削残留、并可尽量减少左右两个齿面的磨削量的最佳啮合角度，而且可在短时间内进行全部齿的检测及其 信号 处理以求得所述啮合角度，其中，根据最易产生磨削残留的、具有最大累积齿距误差ALmax(右转方向为正向时)的左齿面(28)、及具有最小累积齿距误差ARmin(右转方向为正向时)的右齿面(29)，求得用于消除这些累积齿距误差、抑制磨削后的累积齿距误差的校正值δθ，并通过利用该校正值δθ校正基准 齿槽 角度θo，求得工作齿轮(14)的啮合角度θ，此外，利用位移 传感器 和高速啮合专用 电路 基板 (24)，实现短时间内的全部齿检测及 信号处理 。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种齿轮的啮合角度检测方法，检测安装在工作旋转轴上的工作齿轮的啮合角度，其特征在于，具有以下处理： |
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| 说明书全文 | 齿轮的啮合角度检测方法及装置技术领域[0001] 本发明涉及到一种齿轮的啮合角度检测方法及装置。 背景技术[0002] 通过滚齿机床等切齿机床被切齿加工出的齿轮进一步通过齿轮磨床等齿轮精加工机械被精加工。 [0004] 并且，在该啮合工序中，需要求得安装在工作台轴上的工作齿轮的啮合角度，作为求得该啮合角度的方法，在现有技术中包括以下方法：通过作为接触式传感器的接触探针、或作为非接触式传感器的接近传感器，检测出工作齿轮的齿(顶底)的位置，根据该检测信号通过NC装置求得啮合角度。 [0005] 例如在使用接近传感器时，如图15所示，在将作为接近传感器的检测部的接近传感头4配置在工作台轴1上所安装的工作齿轮2的齿3的附近后，通过未图示的电机，如箭头A所示，使工作齿轮2与工作台轴1同时旋转，并通过接近传感头4检测出工作齿轮2的左右两个齿面6、7，将该检测信号通过作为接近传感器的信号处理部的接近传感放大器5输出到NC装置。 [0006] 此外，作为与齿轮的啮合相关的现有技术文献还包括以下： [0008] 专利文献2：特许第3132740号公报 [0009] 专利文献3：特开2000-326141号公报 [0010] 近些年来，为了实现汽车用传动齿轮等的低噪音化、低振动化，对齿轮的加工精度的要求越来越高，为了满足该要求，需要进行高精度的齿轮的精加工。并且，为了进行这种高精度的精加工，要求在啮合工序中进行最佳啮合角度的检测，即要求可消除左右两个齿面的累积齿距误差、且防止左右两个齿面的任意一个产生磨削残留、并可尽量减少左右两个齿面的磨削量的最佳啮合角度的检测方法。 [0011] 并且，淬火的齿轮中产生热应变，该热应变体现在齿轮精度中的累积齿距误差、及齿槽的偏差这样的数值上，当该值较大时，易于产生齿轮噪音等问题。因此，为了进一步实现高精度化，并可去除上述热应变，希望对淬火后的齿轮进行精加工。这种情况下，为了减小累积齿距误差，不仅需要检测出工作齿轮的有限个数的齿，而且检测出全齿(整周)的左右两个齿面的位置(角度)，根据该检测值求得上述最佳啮合角度。并且为了提高生产效率，最好尽量使该与实际加工没有直接关系的“啮合”时间缩短。 [0012] 与之相对，在接触探针等接触式传感器中，检测需要时间，因此难于满足短时间内进行全部齿检测，高精度地求得啮合角度的要求。并且，在使用接近传感器时，还由于以下原因，求得啮合角度较为消耗时间，因此难于满足上述要求。 [0013] (1)因接近传感器响应速度慢，无法使工作齿轮2高速旋转。因此左右两个齿面6、7的检测耗时。 [0014] (2)在接近传感器中，由于响应差的影响，只能使用靠近一侧的信号。因此，仅通过一个方向的旋转无法检测出工作齿轮2的左右两个齿面6、7，需要如图16(a)的箭头A1所示，正向旋转工作齿轮2进行左齿面6的检测后，如图16(b)的箭头A2所示，反向旋转工作齿轮2，进行右齿面7的检测。因此左右两个齿面6、7的检测消耗时间。 [0015] (3)通过NC装置处理来自传感器等的外部信号时，在NC装置中信号间隔(输入时间)存在限制，因此无法进行高速处理。 发明内容[0016] 因此，本发明正是鉴于以上问题而产生的，其目的在于提供一种齿轮的啮合角度检测方法及装置，其可检测出可消除左右两个齿面的累积齿距误差、防止左右两个齿面的任意一个产生磨削残留、并可尽量减少左右两个齿面的磨削量的最佳啮合角度，进而可在短时间内进行全部齿的检测以求得上述啮合角度。 [0017] 用于解决上述课题的第一发明的齿轮的啮合角度检测方法中，检测安装在工作旋转轴上的工作齿轮的啮合角度，其特征在于具有以下处理： [0018] 第1处理，对上述工作齿轮的全部齿求得从上述工作旋转轴的原点开始的左齿面角度和右齿面角度； [0019] 第2处理，根据上述左齿面角度和上述右齿面角度，求得相对于全部齿的左齿面累积齿距误差和右齿面累积齿距误差； [0020] 第3处理，以上述工作齿轮的右转方向为正向，根据上述左齿面累积齿距误差和上述右齿面累积齿距误差，求得左齿面最大累积齿距误差和右齿面最小累积齿距误差； [0021] 第4处理，根据上述左齿面角度和上述右齿面角度，求得基准齿槽的角度； [0022] 第5处理，将上述左齿面最大累积齿距误差和上述右齿面最小累积齿距误差平均化，求得上述基准齿槽的角度校正值；和 [0023] 第6处理，以上述校正值校正上述基准齿槽角度，求得啮合角度。 [0024] 并且，第二发明的齿轮的啮合角度检测方法的特征是，在第一发明的齿轮的啮合角度检测方法中，使用： [0025] 增量式的旋转编码器，与上述工作旋转轴一起向一个方向旋转，输出Z相脉冲、A相脉冲及B相脉冲；和 [0026] 位移传感器，使上述工作齿轮与上述工作旋转轴一起向上述一个方向旋转时，检测上述工作齿轮的全部齿的左齿面及右齿面的位置，输出左齿面位置检测信号和右齿面位置检测信号， [0027] 在上述第1处理中，以上述旋转编码器的Z相为上述工作旋转轴的原点，从上述旋转编码器输出上述Z相脉冲后，计数从上述旋转编码器输出的上述A相脉冲及上述B相脉冲的脉冲数，将该计数值由上述位移传感器的上述左齿面位置检测信号及上述右齿面位置检测信号闩锁，从而求得从上述工作旋转轴的原点开始的上述左齿面角度和上述右齿面角度。 [0028] 并且，第三发明的齿轮的啮合角度检测方法的特征是，在第一发明的齿轮的啮合角度检测方法中，使用： [0029] 原点检测单元，使上述工作旋转轴向一个方向旋转时，检测出上述工作旋转轴的原点，输出原点检测信号； [0030] 时钟，输出时钟脉冲；和 [0031] 位移传感器，使上述工作齿轮与上述工作旋转轴一起向上述一个方向旋转时，检测上述工作齿轮的全部齿的左齿面及右齿面的位置，输出左齿面位置检测信号和右齿面位置检测信号， [0032] 在上述第1处理中，从上述原点检测单元输出上述原点检测信号后，计数从上述时钟输出的上述时钟脉冲的脉冲数，将该计数值由上述位移传感器的上述左齿面位置检测信号及上述右齿面位置检测信号闩锁，从而求得从上述工作旋转轴的原点开始的上述左齿面角度和上述右齿面角度。 [0033] 并且，第四发明的齿轮的啮合角度检测装置中，检测安装在工作旋转轴上的工作齿轮的啮合角度，其特征在于具有以下单元： [0034] 第1单元，对上述工作齿轮的全部齿求得从上述工作旋转轴的原点开始的左齿面角度和右齿面角度； [0035] 第2单元，根据上述左齿面角度和上述右齿面角度，求得相对于全部齿的左齿面累积齿距误差和右齿面累积齿距误差； [0036] 第3单元，以上述工作齿轮的右转方向为正向，根据上述左齿面累积齿距误差和上述右齿面累积齿距误差，求得左齿面最大累积齿距误差和右齿面最小累积齿距误差； [0037] 第4单元，根据上述左齿面角度和上述右齿面角度，求得基准齿槽的角度； [0038] 第5单元，将上述左齿面最大累积齿距误差和上述右齿面最小累积齿距误差平均化，求得上述基准齿槽的角度校正值；和 [0039] 第6单元，以上述校正值校正上述基准齿槽角度，求得啮合角度。 [0040] 并且，第五发明的齿轮的啮合角度检测装置的特征在于，在第四发明的齿轮的啮合角度检测装置中，具有： [0041] 增量式的旋转编码器，与上述工作旋转轴一起向一个方向旋转，输出Z相脉冲、A相脉冲及B相脉冲；和 [0042] 位移传感器，使上述工作齿轮与上述工作旋转轴一起向上述一个方向旋转时，检测上述工作齿轮的全部齿的左齿面及右齿面的位置，输出左齿面位置检测信号和右齿面位置检测信号， [0043] 在上述第1单元中，以上述旋转编码器的Z相为上述工作旋转轴的原点，从上述旋转编码器输出上述Z相脉冲后，计数从上述旋转编码器输出的上述A相脉冲及上述B相脉冲的脉冲数，将该计数值由上述位移传感器的上述左齿面位置检测信号及上述右齿面位置检测信号闩锁，从而求得从上述工作旋转轴的原点开始的上述左齿面角度和上述右齿面角度。 [0044] 并且，第六发明的齿轮的啮合角度检测装置的特征在于，在第四发明的齿轮的啮合角度检测装置中，具有： [0045] 原点检测单元，使上述工作旋转轴向一个方向旋转时，检测出上述工作旋转轴的原点，输出原点检测信号； [0046] 时钟，输出时钟脉冲；和 [0047] 位移传感器，使上述工作齿轮与上述工作旋转轴一起向上述一个方向旋转时，检测上述工作齿轮的全部齿的左齿面及右齿面的位置，输出左齿面位置检测信号和右齿面位置检测信号， [0048] 在上述第1单元中，从上述原点检测单元输出上述原点检测信号后，计数从上述时钟输出的上述时钟脉冲的脉冲数，将该计数值由上述位移传感器的上述左齿面位置检测信号及上述右齿面位置检测信号闩锁，从而求得从上述工作旋转轴的原点开始的上述左齿面角度和上述右齿面角度。 [0049] 并且，第七发明的齿轮的啮合角度检测装置的特征在于，在第五或第六发明的齿轮的啮合角度检测装置中， [0051] 上述第1单元、上述第2单元、上述第3单元、上述第4单元、上述第5单元及上述第6单元是由搭载于上述啮合专用电路基板的处理器执行的计算处理程序，且在上述啮合专用电路基板上搭载时钟频率可与上述位移传感器的响应速度对应的时钟。 [0052] 发明效果 [0053] 根据第一发明的齿轮的啮合角度检测方法或第四发明的齿轮的啮合角度检测装置，其特征在于具有：第1处理(单元)，对上述工作齿轮的全部齿求得从上述工作旋转轴的原点开始的左齿面角度和右齿面角度；第2处理(单元)，根据上述左齿面角度和上述右齿面角度，求得相对于全部齿的左齿面累积齿距误差和右齿面累积齿距误差；第3处理(单元)，以上述工作齿轮的右转方向为正向，根据上述左齿面累积齿距误差和上述右齿面累积齿距误差，求得左齿面最大累积齿距误差和右齿面最小累积齿距误差；第4处理(单元)，根据上述左齿面角度和上述右齿面角度，求得基准齿槽的角度；第5处理(单元)，将上述左齿面最大累积齿距误差和上述右齿面最小累积齿距误差平均化，求得上述基准齿槽的角度校正值；和第6处理(单元)，以上述校正值校正上述基准齿槽角度，求得啮合角度。即，根据最易产生磨削残留的、具有最大累积齿距误差(右转方向为正向时)的左齿面、及具有最小累积齿距误差(右转方向为正向时)的右齿面，求得校正值，通过该校正值校正基准齿槽角度，由此求得工作齿轮的啮合角度，因此可以求得可消除左右两个齿面的累积齿距误差、且防止左右两个齿面的任意一个产生磨削残留、还可尽量减少左右两个齿面的磨削量的最佳啮合角度。 [0054] 并且，根据第二发明的齿轮的啮合角度检测方法或第五发明的齿轮啮合角度检测装置，其特征在于，在上述第1处理(单元)中，以上述旋转编码器的Z相为上述工作旋转轴的原点，从上述旋转编码器输出上述Z相脉冲后，计数从上述旋转编码器输出的上述A相脉冲及上述B相脉冲的脉冲数，将该计数值由上述位移传感器的上述左齿面位置检测信号及上述右齿面位置检测信号闩锁，从而求得从上述工作旋转轴的原点开始的上述左齿面角和上述右齿面角度。因此可高精度且高速地检测出全部齿的左齿面角度和右齿面角度。 [0055] 并且，根据第三发明的齿轮的啮合角度检测方法或第六发明的齿轮的啮合角度检测装置，其特征在于，在上述第1处理(单元)中，从上述原点检测单元输出上述原点检测信号后，计数从上述时钟输出的上述时钟脉冲的脉冲数，将该计数值由上述位移传感器的上述左齿面位置检测信号及上述右齿面位置检测信号闩锁，从而求得从上述工作旋转轴的原点开始的上述左齿面角度和上述右齿面角度，因此可高精度且高速地检测出全部齿的左齿面角度和右齿面角度。 [0056] 并且，根据第七发明的齿轮的啮合角度检测装置，其特征在于，上述第1单元、上述第2单元、上述第3单元、上述第4单元、上述第5单元及上述第6单元是由搭载于上述啮合专用电路基板的处理器执行的计算处理程序，且在上述啮合专用电路基板上搭载时钟频率可与上述位移传感器的响应速度对应的时钟。因此，可最大限度地利用位移传感器的良好的响应速度(采样速度)非常高速地检测全部齿的左齿面角度和右齿面角度。附图说明 [0057] 图1是表示搭载了本发明的实施例涉及的齿轮的啮合角度检测装置的齿轮磨床等齿轮精加工机械的主要部分的构造的透视图。 [0058] 图2是表示上述啮合角度检测装置的构造的框图。 [0059] 图3(a)是可通过NC装置处理的信号间隔(输入时间)的说明图，(b)是位移传感放大器的响应速度(采样速度)的说明图。 [0060] 图4是表示位移传感头的检测信号和位移传感放大器的信号处理的概要的说明图。 [0061] 图5是表示啮合角度检测处理流程的流程图。 [0062] 图6是表示啮合角度检测处理流程的流程图。 [0063] 图7是对旋转编码器的脉冲信号和位移传感器的ON-OFF信号的关系进行示例的说明图。 [0064] 图8是和左齿面的角度求出方法相关的说明图。 [0065] 图9是和右齿面的角度求出方法相关的说明图。 [0066] 图10是和基准齿槽的角度求出方法相关的说明图。 [0067] 图11是和基准齿槽角度的校正方法相关的说明图。 [0068] 图12(a)表示利用时钟脉冲求得左右两个齿面的角度时的齿轮的啮合角度检测装置的构造的框图，(b)是对原点检测传感器的原点检测信号和时钟脉冲及位移传感器的ON-OFF信号的关系的进行示例的说明图。 [0069] 图13是表示高速啮合专用电路基板的电路构造的概要的框图。 [0070] 图14是表示上述高速啮合专用电路基板的状态变化的概要的图。 [0071] 图15是表示使用接近传感器时的现有例的图。 [0072] 图16是表示使用接近传感器时的现有例的图。 具体实施方式[0073] 以下根据附图详细说明本发明的实施例。 [0074] (构造) [0075] 图1是表示搭载了本发明的实施例涉及的齿轮的啮合角度检测装置的齿轮磨床等齿轮精加工机械的主要部分的构造的透视图，图2是表示上述啮合角度检测装置的构造的框图。并且，图3(a)是可通过NC装置处理的信号间隔(输入时间)的说明图，图3(b)是位移传感放大器的响应速度(采样速度)的说明图，图4是表示位移传感头的检测信号和位移传感放大器的信号处理的概要的说明图。图5及图6是表示啮合角度检测处理流程的流程图。图7是对旋转编码器的脉冲信号和位移传感器的ON-OFF信号的关系进行示例的说明图，图8是和左齿面的角度求出方法相关的说明图，图9是和右齿面的角度求出方法相关的说明图，图10是和基准齿槽的角度求出方法相关的说明图，图11是和基准齿槽角度的校正方法相关的说明图。 [0076] 图12(a)表示利用时钟脉冲求得左右两个齿面的角度时的齿轮的啮合角度检测装置的构造的框图，图12(b)是对原点检测传感器的原点检测信号和时钟脉冲及位移传感器的ON-OFF信号的关系的进行示例的说明图。并且，图13是表示高速啮合专用电路基板的电路构造的概要的框图，图14是表示上述高速啮合专用电路基板的状态变化的概要的图。 [0077] 如图1所示，齿轮磨床等齿轮精加工机械具有主轴11、作为工作旋转轴的工作台轴12(称为C轴)。主轴11上安装有磨削工具(在图示示例中为螺纹状磨石)13，在工作台轴12上，安装被滚齿机床等切齿机床切齿并淬火后的作为工件的齿轮14。磨削工具13如箭头A3所示，通过主轴用电机15与主轴11一起被旋转驱动，工作齿轮14如箭头A4所示，通过工作台轴用电机16与工作台轴12一起被旋转驱动。 [0078] 并且，虽然省略了图示，但齿轮精加工机械上还设置：用于将磨削工具13如箭头A5所示进行轴向传送的Z轴驱动部；用于将磨削工具13如箭头A6所示进行移位传送的Y轴驱动部；用于使磨削工具13如箭头A7所示接近/离开工作齿轮14的X轴驱动部等。工作齿轮14的精加工(磨削)通过各个轴的驱动部的动作，在使磨削工具13的齿17(顶底)和工作齿轮14的齿18(顶底)啮合的状态，通过使磨削工具13及工作齿轮14旋转而实施。 [0079] 并且，在开始这种实际的精加工前，存在“啮合”工序，用于使磨削工具13的齿17(顶底)和工作齿轮14的齿18(顶底)变为可啮合的旋转相位关系，在该啮合工序中，需要检测安装在工作台轴12的工作齿轮14的啮合角度。根据图2说明该啮合角度检测装置的构造。 [0080] 如图2所示，本实施例的啮合角度检测装置具有涡电流式位移传感器(位移传感头21、位移传感放大器22)、增量式的旋转编码器23、高速啮合专用电路基板24。 [0081] 如图1及图2所示，旋转编码器23通过工作台轴用电机16的旋转轴25连接到工作台轴12，与工作台轴12(工作齿轮14)一起旋转，输出Z相、A相及B相的脉冲信号。如图7所示，Z相脉冲旋转1次输出1个脉冲，A相脉冲及B相脉冲彼此具有90度的相位差，旋转1次输出预定的脉冲数。 [0082] 如图2所示，位移传感器(间隙传感器)由检测部的位移传感头21、及信号处理部的位移传感放大器22构成。位移传感器和现有的接近传感器相比，具有较好的采样速度、重复精度，因此可高速且高精度地检测出工作齿轮14的左右两个齿面位置，并且由于没有响应差的影响，因此可仅通过一个方向的旋转同时检测出工作齿轮14的左右两个齿面位置。 [0083] 位移传感头21例如安装在未图示的旋转机构等移动机构上，在检测啮合角度时，通过上述移动机构，如图2所示，向工作台轴12上安装的工作齿轮14的齿18的附近移动(靠近)而与齿18相对配置，而当啮合角度检测结束后，通过上述移动机构向不会妨碍磨削工具13的精加工的回避位置移动。位移传感放大器22使用可同时处理从位移传感头21输出的模拟信号(间隙值)和数字信号(对阈值的高-低判断输出)的传感器。 [0084] 位移传感器的检测信号不像以往那样输出到NC装置26，而是输出到高速啮合专用电路基板24，通过该高速啮合专用电路基板24求得的啮合角度输出到NC装置26。NC装置26用于进行主轴11、工作台轴12等各个轴的数值控制等。 [0085] 如图3(a)所例示，NC装置的连续高速跳跃功能中，对来自外部的输入信号进行ON→OFF或OFF→ON的信号更新例如需要24msec以上。另一方面，如图3(b)所例示，从位移传感器最短可以25μsec的间隔(采样速度)进行ON→OFF信号的输出。因此，在位移传感器和NC装置的组合中，在NC装置一侧可处理的信号间隔(输入时间)有限制，所以需要降低工作齿轮的旋转速度来进行左右两个齿面位置的检测，结果无法最大限度地利用位移传感器良好的响应速度(采样速度)。 [0086] 因此，在本实施例中，开发、制造了可高速地处理检测信号并计算啮合角度的啮合专用电路基板24，将位移传感器的检测信号(ON/OFF信号)输出到该高速啮合专用电路基板24。在该高速啮合专用电路基板24中，对应于位移传感器的25μsec的响应速度(采样速度)，搭载时钟频率为40kHz以上的时钟(参照图13的时钟部57)，通过使高速啮合专用电路基板24上搭载的处理器(参照图13的处理器部49)的计算速度高速化，来最大限度地利用位移传感器一侧的能力。 [0087] 在此根据图4说明位移传感头21的检测信号和位移传感放大器22的信号处理。图4(a)中图示了将工作齿轮14的齿18及齿槽27的一部分展开的图。与之相对，如图2的箭头A4所示，通过工作台轴用电机16使工作台轴12(工作齿轮14)以规定的旋转速度旋转时，从位移传感头21输出如图4(b)所示的和工作齿轮14的齿18及齿槽27的形状对应的检测信号。即，位移传感头21检测出从位移传感头21开始到齿18及齿槽27为止的距离(间隙)。位移传感头21的检测信号(间隙值)例如是-5～+5V的模拟信号。当该检测信号(模拟信号)从位移传感头21输出到位移传感放大器22时，在位移传感放大器 22中，如图4(b)所示，比较上述检测信号和预先设定的触发电平(阈值)，当上述检测信号越过上述触发电平时，输出高或低的ON-OFF信号。 [0088] 在图示例的位移传感放大器22中，设定如下：当上述检测信号从比上述触发电平小的状态向比较大的状态越过上述触发电平时，输出0V的OFF信号(低信号)，当上述检测信号从比上述触发电平大的状态向比较小的状态越过上述触发电平时，输出5V的ON信号(高信号)。即，在图示例(参照图2、图4)中，ON信号(高信号)是工作齿轮14的左齿面28的位置检测信号，OFF信号(低)信号是工作齿轮14的右齿面29的位置检测信号。 [0089] 此外，上述触发电平在上述检测信号的最大值和最小值的范围内时，可以设定为任意的值。并且，与此相反，也可使左齿面28的位置检测信号为OFF信号(低信号)，使左齿面29的位置检测信号为ON信号(高信号)。 [0090] 并且，从位移传感放大器22输出的ON-OFF信号输入到高速啮合专用电路基板24，在高速啮合专用电路基板24中，根据该ON-OFF信号等求得工作齿轮14的啮合角度。 [0091] 参照图5及图6的流程图说明高速啮合专用电路基板24及NC装置的啮合角度检* *测处理的流程。图5记载的(A)与图6记载的(A)接续。此外，对高速啮合专用电路基板 24的电路构造的概要及状态变换的概要稍后论述(参照图13、图14)。 [0092] 如图5所示，通过NC装置26对上述移动机构的控制，使位移传感头21靠近工作齿轮14而变为如图2所示的状态，进行对高速啮合专用电路基板24的电源供给等，完成啮合角度检测处理的准备时，开始啮合角度检测处理(步骤S1)，通过NC装置26使工作台轴用电机16开始动作，从而开始工作台轴12(工作齿轮14)的旋转(步骤S2)。 [0093] 在旋转开始附近、旋转停止附近，由于工作台轴12(工作齿轮14)的旋转速度不是一定的，因此工作台轴12(工作齿轮14)旋转超过360度。例如使工作台轴12(工作齿轮14)的旋转量如下所示为360±50度(步骤S3)。 [0094] →-50度(工作台轴旋转开始) [0095] →0度(检测开始) [0096] →360度(检测结束) [0097] →410度(工作台轴旋转结束) [0098] 此外，切断电源并再度接通电源时，NC装置26不清楚工作台轴12的原点位置(旋转编码器23的Z相位置)，因此在进行用于检测齿面位置的工作台轴旋转(步骤S2)前，进行用于恢复原点的工作台轴旋转。进行用于恢复原点的工作台轴旋转时，通过由旋转编码器23输出的Z相脉冲(原点信号)，确认旋转编码器23的Z相位置、即工作台轴12的原点位置。在NC装置26中，如果掌握工作台轴12的原点位置，则可在工作台轴12开始旋转50度的时刻(0度时刻)或到达其附近的时刻，从旋转编码器23输出Z相脉冲，其结果是，在工作台轴12的旋转速度稳定的范围(上述0度～360度的范围)内，可切实进行齿面位置检测。 [0099] 并且，在高速啮合专用电路基板24中，开始用于NC装置26的齿面位置检测的工作台轴旋转(步骤S2、S3)，如图7所示，当从旋转编码器23输出Z相脉冲时，以该Z相脉冲(原点信号)为基准，求得左右两个齿面28、29的角度(C1、C2、C3、C4、...、C2Z-1、C2Z)(步骤S4)。 [0100] 即，从Z相脉冲(原点信号)输出开始、到输出位移传感器(位移传感放大器22)的ON信号(左齿面位置检测信号)及OFF信号(右齿面位置检测信号)为止的期间内，计数从旋转编码器23输出的A相脉冲及B相脉冲的脉冲数。并且，将该计数值根据预定的旋转编码器23的脉冲数和旋转角度的关系，变换为左右两个齿面28、29的角度，从而求得图8所示的从Z相(原点)开始的全部齿18的左齿面28的角度(C1、C3、...、C2Z-1)、及图9所示的从Z相(原点)开始的全部齿18的右齿面29的角度(C2、C4、...、C2Z)(步骤S4)。即，在本实施例中，步骤S4是第1处理(单元)。即，使旋转编码器23的Z相为工作台轴12(工作旋转轴)的原点，从旋转编码器23输出Z相脉冲后，计数从旋转编码器23输出的A相脉冲及B相脉冲的脉冲数，将该计数值由位移传感器(位移传感头21、位移传感放大器22)的ON-OFF信号(左齿面位置检测信号及右齿面位置检测信号)闩锁(保持)，求得从工作台轴12(工作旋转轴)的原点开始的左齿面角度及右齿面角度。此外，A相脉冲及B相脉冲的脉冲数的计数方法例如可使用4倍乘法(4逓倍法)(参照图7的“测定齿距”)等。 [0101] 并且，存储在此求得的全部齿18的左右两个齿面角度(C1、C2、C3、C4、...、C2Z-1、C2Z)，并输入工作齿轮14的齿数Z(例如操作者通过未图示的输入装置输入)，设定全部右齿面29的累积齿距误差ARi的最小值ARmin的初始值(0)、及全部左齿面28的累积齿距误差ALi的最大值ALmax的初始值(0)(步骤S4)。 [0102] 接着，对于作为用于求得累积齿距误差的基准的齿面角度，设左齿面28为C1、右齿面29为C2，分别通过下式求出第i(i＝2，3，4，...，Z)个齿18的左齿面28的累积齿距误差ALi、及右齿面29的累积齿距误差ARi。在下式中，(C2i-1-C1)如图8所示是左齿面28的累积齿距(实测值)，(C2i-C2)如图9所示是右齿面29的累积齿距(实测值)，(360/Z)(i-1)是理想的(没有误差)累积齿距。并且，根据该计算结果，求得全部左齿面28的累积齿距误差ALi中的最大值ALmax、及全部右齿面29的累积齿距误差ARi中的最小值ARmin。 [0103] ALi＝(C2i-1-C1)-(360/Z)(i-1) (i＝2，3，4，...，Z) [0104] ARi＝(C2i-C2)-(360/Z)(i-1) (i＝2，3，4，...，Z) [0105] 即，根据图6的流程图进行说明的话，首先，设i为2(步骤S5)。接着，对左齿面28比较C2i-1的值和C1的值(步骤S6)，当C2i-1的值大于C1的值时，将该C2i-1的值原样设定为C2i-1的值(步骤S7)，当C2i-1的值小于等于C1的值时，将(C2i-1+360)的值设定为C2i-1的值(步骤S8)。 [0106] 并且，根据C1的值和在步骤S7或S8中设定的C2i-1的值，通过上述ALi的计算公式计算出左齿面28的累积齿距ALi(步骤S9)。 [0107] 接着，比较步骤S9求得的ALi的值和ALmax的值(步骤S10)，如果ALi的值小于ALmax的值时，ALmax的值不变(步骤S12)，如果ALi的值大于等于ALmax的值，则将该ALi的值设定为ALmax的值(步骤S11)。 [0108] 对右齿面29比较C2i的值和C2的值(步骤S13)，当C2i的值大于C2的值时，将该C2i的值原样设定为C2i的值(步骤S14)，当C2i的值小于等于C2的值时，将(C2i+360)的值设定为C2i的值(步骤S15)。 [0109] 并且，根据C2的值和在步骤S14或S15中设定的C2i的值，通过上述ARi的计算公式计算出左齿面28的累积齿距ARi(步骤S16)。 [0110] 此外，考虑到累积齿距误差，(C2i-1-C1)及(C2i-C2)的值必须是正值(参照图8、图9)。因此，如果左齿面角度C2i-1-C1或C2i的值超过360度成为从0度开始的值时，(C2i-1-C1)或(C2i-C2)的值变为负的，因此在步骤S6中，当判断C2i-1的值小于等于C1的值时、及在步骤S13中判断C2i的值小于等于C2的值时，通过进行步骤S8、S15的处理，在步骤S9、S16中使(C2i-1-C1)、(C2i-C2)的值一定为正值。 [0111] 接着，比较在步骤S16中求得的ARi的值和ARmin的值(步骤S17)，当ARi的值大于等于ARmin的值时，使ALmax的值原样不变(步骤S18)，如果ARi的值小于ARmin的值，则将该ARi的值设定为ARmin的值(步骤S19)。 [0112] 接着，使i的值为(i+1)(步骤S20)，直到i的值达到齿数Z的值为止(步骤S21)，重复上述步骤S6～S12及步骤S13～S19的处理。从而求得全部左齿面28的累积齿距误差的最大值ALmax、及全部右齿面29的累积齿距误差的最小值ARmin。在本实施例中，步骤S5～步骤S21是第2处理(单元)及第3处理(单元)。 [0113] 接着，通过下式求得图8及图9所示的基准齿槽27的位置(角度)θo(步骤S22)。在本实施例中，步骤S22是第4处理(单元)。如图10所示，从齿18的顶点(宽度方向的中央部)到邻近的齿18的顶点(宽度方向的中央部)为止的角度通过使360度除以齿数Z来求得，进一步其1/2成为相邻的二个齿18的顶点和顶点之间位置、即基准齿槽27的位置(从齿18的顶点到基准齿槽27的角度)。并且，从Z相(原点)到齿18的顶点为止的角度可通过(C1+C2)/2求得。因此，通过下式可求得从Z相(原点)到基准齿槽27的角度θ0。 [0114] θ0＝(C1+C2)/2+(360/Z)/2 [0115] 接着，通过下式计算基准齿槽角度θ0的校正值δθ(步骤S23)。在本实施例中，步骤S23是第5处理(单元)。 [0116] δθ＝(ARmin+ALmax)/2 [0117] 为了消除左右两个齿面28、29的累积齿距误差、且防止左右两个齿面28、29的磨削残留、尽量减少左右两个齿面28、29的磨削量，需要校正基准齿槽角度θ0。 [0118] 满足这一要求的校正量δθ可通过以下方法求得：如图11所示，以箭头A10的方向、即工作齿轮14的右转(在各齿18中右齿面29先行的旋转方向)方向为正向时，通过上式使左齿面28的最大累积齿距误差ALmax(正向上最大的误差)、及右齿面29的最小累积齿距误差ARmin(和箭头A10相反的负向上最大的误差：绝对值最大)平均化，并使这些累积齿距误差ALmax、ARmin左右均等。 [0119] 在图11中，虚线表示假设是没有累积齿距误差的理想状态下的基准齿槽27的左右两侧的齿面28、29，实线表示将全部齿面28、29中的具有最大累积齿距误差ALmax的左齿面28、及具有最小累积齿距误差ARmin的右齿面29假想地与上述虚线的齿面28、29重合的情况，在该虚拟状态下，左右两个齿面28、29成为离开最大的状态。之所以根据具有最大累积齿距误差ALmax的左齿面28、及具有最小累积齿距误差ARmin的右齿面29求得校正量δθ，是因为考虑到在这些左齿面28或右齿面29中最易于产生磨削残留。 [0120] 并且，最终要求得的最佳啮合角度θ通过下式进行计算(步骤S24)，并将该啮合角度θ输出到NC装置26(步骤S25)，结束处理(步骤S26)。在本实施例中，步骤S24是第5处理(单元)。 [0121] θ＝θ0+δθ [0122] 并且，在NC装置26中，根据来自旋转编码器23的检测信号(脉冲信号)控制工作台轴用电机16的旋转，使彼此同步旋转的磨削工具13(主轴11)和工作齿轮14(工作台轴12)的旋转相位如图11所示，以校正量δθ校正。从而使磨削工具13(主轴11)和工作齿轮14(工作台轴12)的旋转相位变为最佳，在该状态下对工作齿轮14的齿18(顶底)，和现有技术同样地控制各轴驱动部，从而与磨削工具13的齿(顶底)啮合。这样一来，啮合完成，开始实际的精加工。 [0123] 此外，以上说明了使工作齿轮14正向旋转(图2、图8、图9所示的箭头A4方向的旋转)以检测出啮合角度的情况，当然，使工作齿轮14反向旋转时，省略其具体说明，但也可通过和上述所示的处理，求得将基准齿槽角度θ0以校正值δθ校正的最佳啮合角度θ。 [0124] 并且，以上根据旋转编码器23的脉冲信号求得左右两个齿面角度(C1、C2、C3、C4、...、C2Z-1、C2Z)，但不限于此，也可根据从高速啮合专用电路基板24上装备的内部时钟发送的时钟脉冲，求得左右两个齿面角度(C1、C2、C3、C4、...、C2Z-1、C2Z)。这种情况下，需要原点检测单元，用以输出原点信号而取代旋转编码器23的Z相脉冲。 [0125] 作为这种情况下的原点检测单元，只要是可检测出工作台轴12(工作旋转轴)的原点的装置即可，例如可以是图12所示的构造。如图12(a)所示，在工作台轴12的外周面的一处设置表示工作台轴12的原点的原点突起31，通过接近传感器、位移传感器等适当的原点检测传感器32检测出该原点突起31。在原点检测传感器32中，将原点突起31的检测信号转出到高速啮合专用电路基板24。即，原点检测传感器32的原点检测信号取代旋转编码器23的Z相脉冲。此外，原点突起31如图示例所示，不限于直接设置在工作台轴12上，也可设置在与工作台轴连接的其他旋转轴上。即，当设置了连接到工作台轴12并与工作台轴12一起旋转的其他旋转轴时，也可在该其他旋转轴的外周面的一处设置表示工作台轴12的原点的原点突起31。 [0126] 在高速啮合专用电路基板24中，如图12(b)所示，当原点检测信号从原点检测传感器32输出(旋转1次输出1次)时，以该原点检测信号为基准，求得左右两个齿面28、29的角度(C1、C2、C3、C4、...、C2Z-1、C2Z)。 [0127] 即，在原点检测信号输出开始到输出了位移传感器(位移传感放大器22)的ON信号、OFF信号为止的期间内，计数从上述时钟输出的时钟脉冲的脉冲数。并且，使该计数值根据上述时钟脉冲的脉冲数和旋转角度的关系(时钟频率和工作台轴12的旋转速度的关系)，变换为左右两个齿面28、29的角度，从而与图8同样求得从原点开始的全部齿18的左齿面28的角度(C1、C3、...、C2Z-1)，与图9同样求得从原点开始的全部齿18的右齿面29的角度(C2、C4、...、C2Z)。即，以工作齿轮14的旋转速度一定为前提，从原点检测传感器32等原点检测单元输出原点检测信号后，计数从内部时钟输出的时钟脉冲(基准脉冲)的脉冲数，将该计数值用位移传感器22的ON-OFF信号(左齿面位置检测信号及右齿面位置检测信号)闩锁(保持)，求得始自工作台轴12(工作旋转轴)的原点的左齿面角度和右齿面角度。此外，使用时钟脉冲时，可使工作台轴12(工作齿轮14)的旋转速度的设定例如在低速模式和高速模式之间切换，低速模式是使工作齿轮14以低速的一定旋转速度旋转的模式，高速模式是使工作齿轮14以高速的一定旋转速度旋转的模式。 [0128] 其之后的求得啮合角度θ的处理内容和使用上述旋转编码器23时的处理相同(参照图6)，因此省略其说明。 [0129] 在此根据图13说明高速啮合专用电路基板24的电路构造的概要。 [0130] 如图13所示，高速啮合专用电路基板24具有：由连接器等构成的输入连接部41、42、43、44；由动作输入晶体管、电阻、电容等构成的编码器信号输入IF电路部45；由光电耦合器、晶体管、电阻、电容等构成的NC/原点检测信号输入IF电路部46；由光电耦合器、晶体管、电阻、电容等构成的位移传感器输入IF电路部47；由ROMIC、电阻、电容等构成的ROM部48；由微处理器、电容等构成的处理器部49；由DCDC变换器、电容等构成的DCDC变换部 50；由D电源、电容等构成的电源24V部51；由端子台等构成的电源输入端子台部52；由开关等构成的复位开关部53；由开关、电阻等构成的DIPSW部54；由LED等构成的LED显示部 55；由晶体管、电阻、电容等构成的LED驱动部56；由时钟IC等构成的时钟部57；由SRAM等构成的SRAM部58；由光电耦合器、晶体管、电阻、电容等构成的输出IF部59；由连接器等构成的输出连接部60。 [0131] 对各部分进行概要说明，外部输入配线连接到输入连接部41、42、43、44。在编码信号输入IF电路部45中，将来自旋转编码器23的输入信号的电平变换为处理器输入用的信号电平(从5V变换为3.3V)。在NC/原点检测信号输入IF电路部46中，将来自NC装置26或原点检测传感器32的输入信号的电平变换为处理器输入用信号电平(从5V变换为3.3V)。在位移传感器输入IF电路部47中，将来自位移传感放大器22的输入信号的电平变换为处理器输入用信号电平(从5V变换为3.3V)。在ROM部48中，存储程序(啮合角度的计算程序等)，将该程序下载到处理器中。在处理器部49中，根据上述程序进行图14所示的处理。在DCDC变换部50中，向3.3V类的晶体管提供3.3V的电源。 [0132] 在电源24V部51中，接受24V电压，将5V电压提供到5V类晶体管。在电源输入端子台部52中，进行外部电源(DC24V)的布线连接。在复位开关53中，进行处理器的复位。DIPSW部54用于设定处理器。在LED显示部55中，以7区LED显示高速啮合专用电路基板 24的动作状态。在LED驱动部56中，驱动来自处理器的显示信号以用于LED。在时钟部57中，产生处理器的基准时钟脉冲。该时钟脉冲如上所述，也用于求得左右两个齿面28、29的角度。在SRAM部58中，存储测定数据。在输出IF部中，将处理器的输出信号电平从3.3V变换为24V。将外部输出布线连接到输出连接部60。 [0133] 接着，根据图14概要说明高速啮合专用电路基板24的状态转换。 [0134] 在图14中，在电源ON61中，从外部电源供电，对NC装置26进行READY输出。在初始化62清除内部变量。在空转状态63下，等待来自NC装置26的指令，转换为与来自NC装置26的指令对应的状态。在数据设定64中，识别设定数据的种类，设定和种类对应的数据(齿数Z等)，并且对于部分数据(齿数Z等)检查是否为规格范围内，如果超过规格范围，则输出错误。在对NC装置的数据输出65中，根据NC装置26的要求，将累积齿距误差的最大值及最小值、高速啮合专用电路基板24的时钟频率等输出到NC装置26，并且检查要求数据的种类是否为规格范围内，如果是规格范围外则输出错误。在计算处理66中，进行如图5及图6所示的计算处理等，并且检查累积齿距误差是否过大，如果过大则进行错误输出。在错误输出67中，向NC装置26进行错误信息通知。在基准脉冲计数值取得68中，当选择了编码器模式时，计数旋转编码器23的A相脉冲及B相脉冲，当选择了低速/高速模式时，计数时钟脉冲。在显示69中，根据高速啮合专用电路基板24的DIPSW，显示各数据、错误信息。 [0135] (作用效果) [0136] 如上所述，根据本实施例的齿轮啮合角度检测装置，其特征在于具有：第1单元，对工作齿轮14的全部齿18求得从工作台轴12的原点开始的左齿面角度(C1、C3、...、C2Z-1)和右齿面角度(C2、C4、...、C2Z)；第2单元，根据左齿面角度(C1、C3、...、C2Z-1)和右齿面角度(C2、C4、...、C2Z)，求得相对于全部齿18的左齿面累积齿距误差ALi和右齿面累积齿距误差ARi；第3单元，以工作齿轮14的右转方向为正向，根据左齿面累积齿距误差ALi和右齿面累积齿距误差ARi，求得左齿面最大累积齿距误差ALmax和右齿面最小累积齿距误差ARmin；第4单元，根据左齿面角度(C1、C3、...、C2Z-1)和右齿面角度(C2、C4、...、C2Z)，求得基准齿槽27的角度θ0；第5单元，将左齿面最大累积齿距误差ALmax和右齿面最小累积齿距误差ARmin平均化，求得基准齿槽角度θ0的校正值δθ；第6单元，以校正值δθ校正基准齿槽角度θ0，求得啮合角度θ。即，根据最易产生磨削残留的、具有最大累积齿距误差ALmax(右转为正向时)的左齿面28、及具有最小累积齿距误差ARmin(右转为正向时)的右齿面29，求得校正值δθ，由该校正值δθ校正基准齿槽角度θ0，从而求得工作齿轮14的啮合角度θ，因此求得可消除左右两个齿面28、29的累积齿距误差、且防止左右两个齿面28、29的任意一个产生磨削残留、进而可尽量减少左右两个齿面28、29的磨削量的最佳啮合角度θ。 [0137] 并且，根据本实施例的齿轮的啮合角度检测装置，其特征在于，在第1处理(单元)中，以旋转编码器23的Z相为工作台轴12(工作旋转轴)的原点，从旋转编码器23输出Z相脉冲后，计数从旋转编码器输出的A相脉冲及B相脉冲的脉冲数，将该计数值由位移传感器(位移传感头21、位移传感放大器22)的ON-OFF信号(左齿面位置检测信号及右齿面位置检测信号)闩锁(保持)，求得从工作台轴12(工作旋转轴)的原点开始的左齿面角度(C1、C3、...、C2Z-1)和右齿面角度(C2、C4、...、C2Z)。因此可高精度且高速地检测出全部齿18的左右两个齿面角度(C1、C2、C3、C4、...、C2Z-1、C2Z)。 [0138] 并且，根据本实施例的齿轮的啮合角度检测装置，其特征在于，在第1处理(单元)中，从原点传感器32等原点检测单元输出原点检测信号后，计数从内部时钟输出的时钟脉冲(基准脉冲)的脉冲数，将该计数值由位移传感器22的ON-OFF信号(左齿面位置检测信号及右齿面位置检测信号)闩锁(保持)，从而求得从工作台轴12(工作旋转轴)的原点开始的左齿面角度(C1、C3、...、C2Z-1)和右齿面角度(C2、C4、...、C2Z)。因此可高精度且高速地检测出全部齿18的左右两个齿面角度(C1、C2、C3、C4、...、C2Z-1、C2Z)。 [0139] 并且，根据本实施例的齿轮的啮合角度检测装置，其特征在于，上述第1单元、第2单元、第3单元、第4单元、第5单元及第6单元是由搭载于高速啮合专用电路基板24的处理器(处理器部49)执行的计算处理程序，且在高速啮合专用电路基板24上搭载时钟频率可与位移传感器的响应速度对应的时钟(时钟部57)。因此，可最大限度地利用位移传感器的良好的响应速度(采样速度)来非常高速地检测全部齿18左右两个齿面角度(C1、C2、C3、C4、...、C2Z-1、C2Z)。 [0140] 本发明涉及到齿轮的啮合角度检测方法及装置，例如适用于齿轮磨床等齿轮精加工机械中高速且高精度地进行啮合并进行高精度的齿轮精加工的情况。 |
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