JP3561902B2

JP3561902B2 - Tooth contact detection device and its detection method

Info

Publication number: JP3561902B2
Application number: JP25092995A
Authority: JP
Inventors: 幸博井手元; 善太戸川
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1995-09-28
Filing date: 1995-09-28
Publication date: 2004-09-08
Anticipated expiration: 2015-09-28
Also published as: JPH0989723A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、歯車装置の歯当り状態を検出する歯当り検出装置及びその検出方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、歯車装置の歯当りの状態の確認は、作業者の目視により行われていた。このため客観的な歯当り状態の把握は困難であったが、近年では画像処理技術を応用した検出方法が提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来例において、歯車装置の歯当りの検出は無負荷で行われていたため、厳密には実際の使用における歯当りの検出とはなっていなかった。
【０００４】
そこで本発明は、歯車装置の負荷時の歯当り状態の検出が可能な歯当り検出装置及びその検出方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明の歯当り検出装置は以下の特徴を有する。
即ち、噛合する歯車を有する歯車装置の歯当り状態を検出する歯当り検出装置において、
前記歯車の一方の軸を回転駆動する駆動手段と、
前記駆動手段が前記歯車の一方の軸を駆動する回転速度よりも高速で前記歯車の他方の軸を回転させて回転負荷を与えるモータと、その回転負荷の大きさを連続的に変更するブレーキとからなる負荷印加手段と、
前記歯車が回転して噛合する前に、前記歯車の歯の部分にコンパウンドを塗布するコンパウンド供給手段と、
前記歯車が噛合したあとの前記歯車の歯の部分を撮像する画像処理手段と、
前記駆動手段、前記負荷印加手段、前記コンパウンド供給手段、並びに前記画像処理手段を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする。
これにより、歯車に負荷が印加されたことによる歯当りの変化を検出する。
【０００７】
また、前記負荷印加手段は、前記歯車に負荷を与えるモータ及びブレーキからなることにより、実際の使用状況に即した歯当り状態を検出する。
【０００８】
更に、前記モータは、前記駆動手段が前記歯車の一方の軸を駆動する回転速度よりも高速で前記歯車の他方の軸を回転させることができることにより、例えば自動車におけるエンジンブレーキの状態を再現する。
【０００９】
更に、前記歯車が回転して噛合する前に、前記歯車の歯の部分にコンパウンドを塗布するコンパウンド供給手段を備え、前記画像処理手段は前記歯車が噛合したあとの前記歯車の歯の部分を撮像することにより、コンパウンドがはげ落ちた部分の形を歯車の歯当りの形状として捉える。
【００１０】
同目的を達成するため、本発明の歯当り検出装置の歯当り検出方法は以下の特徴を有する。
【００１１】
即ち、噛合する歯車を有する歯車装置の歯当り状態を検出する歯当り検出装置の歯当り検出方法において、
前記歯車の一方の軸を回転駆動する駆動工程と、
モータにより前記駆動工程における前記歯車の一方の軸を駆動する回転速度よりも高速で前記歯車の他方の軸を回転させて回転負荷を与えると共に、ブレーキによりその回転負荷の大きさを連続的に変更する負荷印加工程と、
前記歯車が回転して噛合する前に、前記歯車の歯の部分にコンパウンドを塗布するコンパウンド供給工程と、
前記歯車が噛合したあとの前記歯車の歯の部分を撮像する画像処理工程とを備えたことを特徴とする。
これにより、歯車に負荷が印加されたことによる歯当りの変化を検出する。
【００１３】
更に、前記歯車が回転して噛合する前に、前記歯車の歯の部分にコンパウンドを塗布するコンパウンド供給工程を備え、前記画像処理工程は前記歯車が噛合したあとの前記歯車の歯の部分を撮像することにより、コンパウンドがはげ落ちた部分の形を歯車の歯当りの形状として捉える。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態として歯車装置の一種であるディファレンシャルギヤに本発明を適用した歯当り検出装置を図面を参照して詳細に説明する。
【００１５】
図１は、本発明の一実施形態としての歯当り検出装置の構成図である。
【００１６】
図中、１はプログラムに従って画像処理装置５の制御や駆動ユニット２０、負荷ユニット３０及び４０を制御するＣＰＵである。２は、ＣＲＴ等のモニタ、３は、前述のプログラムや検査データ等を記憶するハードディスク等の記憶装置である。尚、使用されるプログラムは不図示のＲＯＭ等のメモリを利用して記憶してもよい。４は、検査データの一覧や歯当り状態の印刷を行なうプリンタである。５は、画像処理装置、６は、画像処理装置５用のモニタ、７は、歯当り状態を撮像するストロボ光源とシャッター機構を備えたＣＣＤカメラ、８は、ギヤにコンパウンドを塗布するコンパウンド塗布機である。９は、各検出部からの入力データを入力する負荷入力ユニット、１０は、各駆動部にＣＰＵ１からの指令を出力する駆動負荷コントローラ、１１は、歯当りの状態を検出されるディファレンシャルギヤである。２４は、歯当り装置の非常停止、回転軸の固定を行なうハンドブレーキである。
駆動ユニット２０は、ディファレンシャルギヤ１１の駆動側の軸、即ち実際の使用時にエンジンなどの駆動源により駆動される軸に接続されており、２１のモータがギヤボックス２２を介して備えられている。また、駆動側の軸の回転を検出するためのエンコーダ２３が備えられている。
負荷ユニット３０は、ディファレンシャルギヤ１１の従動側の軸、即ち実際の使用時に車輪等が取り付けられる軸に接続されており、３１のモータがギヤボックス３２、ディスクブレーキ３３を介して備えられている。また、従動側の軸のトルクを検出する平均トルク計３４、変動トルク計３５と従動側の軸のトルクを検出するためのエンコーダ３６が備えられている。
負荷ユニット４０は、ディファレンシャルギヤ１１のもう一方の従動側の軸に備えられており、構成は負荷ユニット３０と同様なので説明を省略する。
【００１７】
上述の歯当り検出装置の構成においてディファレンシャルギヤ１１を駆動ユニット２０のモータ２１により駆動し、負荷ユニット３０及び４０のモータ３１及び４１、ディスクブレーキ３３及び４３を制御することによって負荷を連続的に変化させる。また、逆に負荷ユニット３０及び４０のモータ３１及び４１の回転に対して、駆動ユニット２０のモータ２１を制御することによって負荷を連続的に変化させることも可能である。これは実際の使用におけるエンジンブレーキの再現にあたる。
【００１８】
次に、歯当り検出装置の構造を図２及び図３を参照して説明する。
【００１９】
図２は、本発明の一実施形態としての歯当り検出装置のディファレンシャルギヤ１１の斜視図である。
【００２０】
図中、ディファレンシャルギヤ１１は、台座１６に固定されている。ＣＣＤカメラ７とコンパウンド塗布機８は、支柱１５に固定されており、ディファレンシャルギヤ１１のケースの背面の一部が図２に示すようにカットされているのでリングギヤ１３に向かって位置している。ここでカット部分は、ディファレンシャルギヤ１１のケースの剛性に影響を与えない位置及び形とすることは言うまでもない。
【００２１】
図３は、本発明の一実施形態としての歯当り検出装置の概略構造を示す図である。
【００２２】
図中、ディファレンシャルギヤ１１は一部を断面で示している。１２はドライブピニオン、１３はリングギヤである。ＣＣＤカメラ７は、リングギヤ１３の歯を撮像する。また、コンパウンド塗布機８は、リングギヤ１３の歯のうちＣＣＤカメラ７が撮像している部分とは位置が異なる部分にコンパウンドを塗布する。
【００２３】
リングギヤ１３に塗布されたコンパウンドは、ドライブピニオン１２が有する歯と噛み合うことにより歯が当たる部分のみが削り取られる。この削り取られた部分を、ＣＣＤカメラ７で撮像する。ここでコンパウンド塗布機８によるコンパウンドの塗布及びＣＣＤカメラ７の画像の取り込みは、ＣＰＵ１によりタイミングを制御されている。
【００２４】
図４は、本発明の一実施形態としての歯当り状態を示す図であり、ＣＣＤカメラ７により撮像された画像である。図中の黒く塗りつぶされた部分が歯の当たる部分を示しており、この塗りつぶし部分に一般的な画像処理を施し、負荷変動による大きさ（例えば、縦横の長さ）の変化を記録することにより歯当りの変化を検出する。
【００２５】
図５は、本発明の一実施形態としての歯当り検出装置の処理を示すフローチャートである。
【００２６】
図中、ステップＳ１においてＣＣＤカメラ７のシャッタースピードやコンパウンド塗布機８のコンパウンドの塗布量等の初期設定を行ない、ステップＳ２で駆動負荷ユニット９を介して駆動ユニット２０を駆動することにより、ディファレンシャルギヤ１１の無負荷運転を開始する。次に、エンコーダ２３，３６，４６から得られる各軸の回転状況に基づいてコンパウンドの塗布とＣＣＤカメラ７の撮像とを制御する（ステップＳ２〜Ｓ３）。次に、撮像した画像データから歯当り形状の抽出を行い、その抽出した画像から歯の当たる状態を客観的に表わす形状値（例えば、縦横の長さ）を算出する（ステップＳ５〜Ｓ６）。ステップＳ７では所定の回数撮像したかを判断し、所定の回数になるまでステップＳ３に戻る。所定の回数の撮像を終了した場合、ステップＳ８において負荷運転を行なうか、または負荷運転中であれば負荷の変更を行なうかを判断する。そしてステップＳ９で駆動ユニット２０、負荷ユニット３０及び４０を制御し、予め作成して記憶装置３に記憶してある実際の使用状況に即した負荷データに基づいてディファレンシャルギヤ１１に負荷を加え、ステップＳ３以降の処理を行なう。以上の処理を行なうことにより連続的に負荷変動による歯当りの状態変化が検出できる。尚、３つのモータの正転／逆転により実車における前進／後進も再現できることは言うまでもない。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、歯車装置の負荷時の歯当り状態の検出が可能な歯当り検出装置及びその検出方法の提供が実現する。実際の使用状況に即した状況で歯車装置の歯当りの検出が行なえることにより、歯車装置の振動の防止、剛性の解析が短時間で行なえるようになり、設計工数の削減も可能となる。
【００２８】
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の一実施形態としての歯当り検出装置の構成図である。
【図２】図２は、本発明の一実施形態としての歯当り検出装置のディファレンシャルギヤ１１の斜視図である。
【図３】本発明の一実施形態としての歯当り検出装置の概略構造を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態としての歯当り状態を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態としての歯当り検出装置の処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１ＣＰＵ
２モニタ
３記憶装置
４プリンタ
５画像処理装置
６モニタ
７ＣＣＤカメラ
８コンパウンド塗布機
９負荷入力ユニット
１０駆動負荷コントローラ
１１ディファレンシャルギヤ
１２ドライブピニオン
１３リングギア
１５支柱
１６台座
２０駆動ユニット
２１モータ
２２ギヤボックス
２３エンコーダ
２４ハンドブレーキ
３０，４０負荷ユニット
３１，４１モータ
３２，４２ギヤボックス
３３，４３ディスクブレーキ
３４，４４平均トルク計
３５，４５変動トルク計
３６，４６エンコーダ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a tooth contact detection device for detecting a tooth contact state of a gear device and a detection method thereof.
[0002]
[Prior art]
Heretofore, the state of the gear device in contact with the teeth has been visually checked by an operator. For this reason, it has been difficult to grasp the state of tooth contact objectively, but in recent years, a detection method using an image processing technique has been proposed.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above-mentioned conventional example, the detection of the tooth contact of the gear device was performed without load, and thus, strictly, the detection of the tooth contact in actual use was not performed.
[0004]
Therefore, an object of the present invention is to provide a tooth contact detection device capable of detecting a tooth contact state when a load is applied to a gear device and a detection method thereof.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the tooth contact detection device of the present invention has the following features.
That is, in a tooth contact detection device that detects a tooth contact state of a gear device having a meshing gear,
Driving means for rotationally driving one shaft of the gear,
A motor that applies a rotational load by rotating the other shaft of the gear at a higher speed than the rotational speed at which the driving unit drives one shaft of the gear; and a brake that continuously changes the magnitude of the rotational load. Load applying means comprising:
Before the gear rotates and meshes, compound supply means for applying a compound to the tooth portion of the gear,
Image processing means for imaging a tooth portion of the gear after the gear meshes,
The image processing apparatus further includes a driving unit, the load application unit, the compound supply unit, and a control unit that controls the image processing unit .
As a result, a change in tooth contact due to the application of a load to the gear is detected.
[0007]
Further, the load applying means includes a motor and a brake for applying a load to the gear, thereby detecting a tooth contact state according to an actual use situation.
[0008]
Further, the motor can rotate the other axis of the gear at a higher speed than the driving means drives the one axis of the gear, thereby reproducing , for example, a state of an engine brake in an automobile. .
[0009]
Further, before the gear rotates and meshes, the gear further includes a compound supply unit for applying a compound to a tooth portion of the gear, and the image processing unit captures an image of the tooth portion of the gear after the gear meshes. By doing so, the shape of the part where the compound has fallen off is grasped as the shape of the tooth contact of the gear.
[0010]
In order to achieve the above object, a tooth contact detection method of the tooth contact detection device of the present invention has the following features.
[0011]
That is, in a tooth contact detection method of a tooth contact detection device that detects a tooth contact state of a gear device having a meshing gear,
A driving step of rotationally driving one shaft of the gear;
A rotating load is applied by rotating the other shaft of the gear at a higher speed than a rotating speed at which one shaft of the gear is driven by the motor in the driving step, and the magnitude of the rotating load is continuously changed by a brake. A load applying step,
Before the gear rotates and meshes, a compound supplying step of applying a compound to a tooth portion of the gear,
An image processing step of imaging a tooth portion of the gear after the gear has meshed .
As a result, a change in tooth contact due to the application of a load to the gear is detected.
[0013]
Furthermore, before the gear rotates and meshes, the compound includes a compound supplying step of applying a compound to a tooth portion of the gear, and the image processing step captures an image of the tooth portion of the gear after the gear meshes. By doing so, the shape of the part where the compound has fallen off is grasped as the shape of the tooth contact of the gear.
[0014]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, as one embodiment of the present invention, a tooth contact detecting device in which the present invention is applied to a differential gear which is a kind of a gear device will be described in detail with reference to the drawings.
[0015]
FIG. 1 is a configuration diagram of a tooth contact detection device as one embodiment of the present invention.
[0016]
In the figure, reference numeral 1 denotes a CPU that controls the image processing apparatus 5 and controls the drive unit 20 and the load units 30 and 40 according to a program. Reference numeral 2 denotes a monitor such as a CRT or the like, and reference numeral 3 denotes a storage device such as a hard disk for storing the above-described programs, test data, and the like. The program used may be stored using a memory such as a ROM (not shown). Reference numeral 4 denotes a printer that prints a list of inspection data and a state of tooth contact. 5 is an image processing device, 6 is a monitor for the image processing device 5, 7 is a CCD camera equipped with a strobe light source and a shutter mechanism for capturing the state of tooth contact, and 8 is a compound coating machine that applies a compound to gears. It is. 9 is a load input unit for inputting input data from each detection unit, 10 is a drive load controller that outputs a command from the CPU 1 to each drive unit, and 11 is a differential gear for detecting the state of tooth contact. . Reference numeral 24 denotes a hand brake for performing an emergency stop of the tooth contact device and fixing the rotating shaft.
The drive unit 20 is connected to a shaft on the drive side of the differential gear 11, that is, a shaft that is driven by a drive source such as an engine in actual use. A motor 21 is provided via a gear box 22. Further, an encoder 23 for detecting the rotation of the drive-side shaft is provided.
The load unit 30 is connected to a shaft on the driven side of the differential gear 11, that is, a shaft to which wheels and the like are attached in actual use, and a motor 31 is provided via a gear box 32 and a disc brake 33. Further, there are provided an average torque meter 34 for detecting the torque of the driven shaft, a fluctuation torque meter 35, and an encoder 36 for detecting the torque of the driven shaft.
The load unit 40 is provided on the other driven shaft of the differential gear 11, and the configuration is the same as that of the load unit 30;
[0017]
In the configuration of the above-described tooth contact detection device, the differential gear 11 is driven by the motor 21 of the drive unit 20, and the loads 31 are continuously changed by controlling the motors 31 and 41 of the load units 30 and 40 and the disc brakes 33 and 43. Let it. Conversely, the load can be continuously changed by controlling the motor 21 of the drive unit 20 with respect to the rotation of the motors 31 and 41 of the load units 30 and 40. This is a reproduction of the engine brake in actual use.
[0018]
Next, the structure of the tooth contact detection device will be described with reference to FIGS.
[0019]
FIG. 2 is a perspective view of the differential gear 11 of the tooth contact detection device as one embodiment of the present invention.
[0020]
In the figure, a differential gear 11 is fixed to a base 16. The CCD camera 7 and the compound applicator 8 are fixed to the column 15, and are located toward the ring gear 13 because a part of the rear surface of the case of the differential gear 11 is cut as shown in FIG. Here, it goes without saying that the cut portion has a position and a shape that do not affect the rigidity of the case of the differential gear 11.
[0021]
FIG. 3 is a diagram showing a schematic structure of a tooth contact detection device as one embodiment of the present invention.
[0022]
In the figure, the differential gear 11 is partially shown in cross section. Reference numeral 12 denotes a drive pinion, and reference numeral 13 denotes a ring gear. The CCD camera 7 images the teeth of the ring gear 13. Further, the compound applying machine 8 applies the compound to a portion of the teeth of the ring gear 13 which is different in position from the portion where the CCD camera 7 takes an image.
[0023]
The compound applied to the ring gear 13 meshes with the teeth of the drive pinion 12 so that only the portions where the teeth contact are scraped off. The cut-off portion is imaged by the CCD camera 7. Here, the timing of the application of the compound by the compound applying machine 8 and the capture of the image of the CCD camera 7 is controlled by the CPU 1.
[0024]
FIG. 4 is a diagram illustrating a tooth contact state according to an embodiment of the present invention, and is an image captured by the CCD camera 7. The black-filled portions in the figure indicate the portions where the teeth touch, and the general-purpose image processing is applied to the filled portions, and the change in the size (for example, the length and width) due to the load change is recorded. Detect changes in tooth contact.
[0025]
FIG. 5 is a flowchart illustrating a process of the tooth contact detection device according to the embodiment of the present invention.
[0026]
In the figure, initial settings such as the shutter speed of the CCD camera 7 and the amount of compound applied by the compound coating machine 8 are performed in step S1, and the driving unit 20 is driven via the driving load unit 9 in step S2, whereby the differential gear is set. 11 starts the no-load operation. Next, the application of the compound and the imaging by the CCD camera 7 are controlled based on the rotation state of each axis obtained from the encoders 23, 36, 46 (steps S2 to S3). Next, a tooth contact shape is extracted from the captured image data, and a shape value (e.g., length and width) that objectively represents the state of contact with the tooth is calculated from the extracted image (steps S5 to S6). In step S7, it is determined whether the image has been captured a predetermined number of times, and the process returns to step S3 until the predetermined number of times is reached. When the predetermined number of times of imaging has been completed, it is determined in step S8 whether to perform the load operation or, if the load operation is being performed, to change the load. In step S9, the drive unit 20 and the load units 30 and 40 are controlled, and a load is applied to the differential gear 11 based on the load data created in advance and stored in the storage device 3 according to the actual use condition. The processing after S3 is performed. By performing the above processing, a change in the state of contact with the tooth due to a load change can be continuously detected. Needless to say, forward / reverse of the actual vehicle can be reproduced by forward / reverse rotation of the three motors.
[0027]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to provide a tooth contact detection device capable of detecting a tooth contact state when a load is applied to a gear device and a method for detecting the same. Being able to detect the gear contact of the gear unit in a situation that matches the actual use situation enables prevention of vibration of the gear unit, analysis of rigidity in a short time, and reduction in design man-hours .
[0028]
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of a tooth contact detection device as one embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view of a differential gear 11 of the tooth contact detection device as one embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing a schematic structure of a tooth contact detection device as one embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram illustrating a tooth contact state as one embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a flowchart showing a process of the tooth contact detection device as one embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 CPU
2 monitor 3 storage device 4 printer 5 image processing device 6 monitor 7 CCD camera 8 compound coating machine 9 load input unit 10 drive load controller 11 differential gear 12 drive pinion 13 ring gear 15 support 16 pedestal 20 drive unit 21 motor 22 gear box 23 Encoder 24 Hand brake 30, 40 Load unit 31, 41 Motor 32, 42 Gear box 33, 43 Disc brake 34, 44 Average torque meter 35, 45 Fluctuating torque meter 36, 46 Encoder

Claims

In a tooth contact detection device that detects a tooth contact state of a gear device having a meshing gear,
Driving means for rotationally driving one shaft of the gear,
A motor that applies a rotational load by rotating the other shaft of the gear at a higher speed than the rotational speed at which the driving unit drives one shaft of the gear; and a brake that continuously changes the magnitude of the rotational load. Load applying means comprising:
Before the gear rotates and meshes, compound supply means for applying a compound to the tooth portion of the gear,
Image processing means for imaging a tooth portion of the gear after the gear meshes,
A tooth contact detecting device comprising: the driving unit; the load applying unit; the compound supplying unit; and a control unit that controls the image processing unit .

In a tooth contact detection method of a tooth contact detection device that detects a tooth contact state of a gear device having a meshing gear,
A driving step of rotationally driving one shaft of the gear;
A rotating load is applied by rotating the other shaft of the gear at a higher speed than a rotating speed at which one shaft of the gear is driven by the motor in the driving step, and the magnitude of the rotating load is continuously changed by a brake. A load applying step,
Before the gear rotates and meshes, a compound supplying step of applying a compound to a tooth portion of the gear,
An image processing step of imaging a tooth portion of the gear after the gear meshes with the gear .