歯車の歯当たり検査方法および検査装置
【課題】高精度な、歯車の歯当たり検査方法および検査装置を提供する。
【解決手段】一対の歯車部品１００ａ、１００ｂの少なくとも一方の歯面にコーティング材を塗布する塗布工程（Ｓ６００）と、一対の歯車部品を互いに噛み合わせて回転させる回転工程（Ｓ６０１）と、コーティング材を塗布した歯面に近赤外線を照射し、近赤外線の反射光を撮像する撮像工程（Ｓ６０４、Ｓ６０５）と、撮像した画像により歯車部品の噛み合い歯当たりを検査する検査工程（Ｓ６０８）と、を含む。
【解決手段】一対の歯車部品１００ａ、１００ｂの少なくとも一方の歯面にコーティング材を塗布する塗布工程（Ｓ６００）と、一対の歯車部品を互いに噛み合わせて回転させる回転工程（Ｓ６０１）と、コーティング材を塗布した歯面に近赤外線を照射し、近赤外線の反射光を撮像する撮像工程（Ｓ６０４、Ｓ６０５）と、撮像した画像により歯車部品の噛み合い歯当たりを検査する検査工程（Ｓ６０８）と、を含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、歯車の歯当たり検査方法および検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両の差動装置（以下、「ディファレンシャルギア」と称する）には、通常、リングギアやドライブピニオンなどの歯車部品が含まれ、これらの歯車部品の良否を判定するために、歯当たり検査が行われている。
【０００３】
歯当たり検査とは、一方の歯車部品、たとえば、リングギアにコーティング材を塗布した後、ドライブピニオンと噛み合わせて回転させ、コーティング材の剥がれを調べて、噛み合わせの良否を判定する検査である。
【０００４】
従来は、歯車部品の歯面に可視光照明を照射してモノクロカメラで撮像し、撮像画像を２値化処理して歯当たり検査をしている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平４−３６６３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上記従来技術は、噛み合った部分と噛み合わなかった部分とを２値化閾値の調整により区別することで歯当たり検査をする。このような従来技術による検査では、噛み合った部分と噛み合わなかった部分との境界の弱い噛み合い領域（以下、「境界領域」と称する）の評価ができない。したがって、従来技術では、歯当たり検査の十分な精度を確保することができないという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明に係る歯車の歯当たり検査方法は、塗布工程と、回転工程と、撮像工程と、検査工程と、を有してなる。塗布工程は、一対の歯車部品のうち少なくとも一方の歯面にコーティング材を塗布する。回転工程は、一対の歯車部品を互いに噛み合わせて回転させる。撮像工程は、コーティング材を塗布した歯面に近赤外線を照射し、近赤外線の反射光を撮像する。検査工程は、撮像した画像により歯車部品の噛み合い歯当たりを検査する。
【０００８】
また、本発明に係る歯車の歯当たり検査装置は、塗布手段と、回転手段と、撮像手段と、検査手段と、を有してなる。塗布手段は、一対の歯車部品のうち少なくとも一方の歯面にコーティング材を塗布する。回転手段は、一対の歯車部品を互いに噛み合わせて回転させる。撮像手段は、コーティング材を塗布した歯面に近赤外線を照射し、近赤外線の反射光を撮像する。検査手段は、撮像した画像により歯車部品の噛み合い歯当たりを検査する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る歯車の歯当たり検査方法および検査装置によれば、透過率が高く、散乱が起こりにくい近赤外線を歯面に照射し、歯面のコーティング材に近赤外線を透過させ、コーティング材の厚さによって透過量が変化した近赤外線を反射光として検出する。これにより、境界領域についての詳細な歯当たり情報を取得することができるため、境界領域の評価ができるようになり、歯当たり検査の十分な精度を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態に係る歯当たり検査装置の正面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る歯当たり検査装置の上面図である。
【図３】ディファレンシャルギアの構造を示す断面図である。
【図４】リングギアの形状を簡略化して示す説明図である。
【図５】本発明の実施形態に係る歯当たり検査方法のフローチャートを示す図である。
【図６】歯当たり検査のサブルーチンフローチャートを示す図である。
【図７】３画素×３画素の縦方向への一方向微分フィルタのフィルタ係数の例を示す図である。
【図８】微分処理を行う前のリングギアの歯面の近赤外線による撮像画像を示す図である。
【図９】図８の撮像画像に一方向微分処理を行った画像を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明に係る歯当たり検査方法および検査装置の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。
【００１２】
図１および図２は、それぞれ、本発明の実施形態に係る歯当たり検査装置の正面図および上面図であり、被検査対象であるディファレンシャルギア２０が設置された状態を示す。
【００１３】
図１および図２に示すように、歯当たり検査装置１０は、モータ（回転手段）１２０と、一組の近赤外線カメラ（撮像手段）１３０ａ、１３０ｂと、一組の近赤外線照明装置（撮像手段）１４０ａ、１４０ｂと、製品位置センサ１５０と、歯位置センサ１６０と、ボルト位置センサ１７０と、制御装置（検査手段）１８０と、を有してなる。
【００１４】
歯当たり検査装置１０は、車両の組立ラインの一部として設置する。組立ラインにおいてリングギア（歯車部品）１００ａやドライブピニオン（歯車部品）１００ｂが組み付けられたディファレンシャルギア２０は、歯当たり検査装置１０が設置された工程まで流れ、歯当たり検査が行われる。歯当たり検査とは、リングギア１００ａおよびドライブピニオン１００ｂの歯が適切に形成されているか、および、リングギア１００ａおよびドライブピニオン１００ｂの相対位置が適切であるかどうかを調べる検査である。すなわち、これらのギア相互の歯の当たり具合が適切かどうかを調べる検査である。なお、ディファレンシャルギア２０は、搬送装置１１０により、ギアキャリア１９０が保持された状態で組立ラインを流れる。ディファレンシャルギア２０は、歯当たり検査工程に搬入される際には、まだギアキャリア１９０全体の組立が終わっておらず、図１、図２に示すように、リングギア１００ａがケース１９０の上方から露出している。
【００１５】
モータ１２０は、ドライブピニオン１００ｂと脱着可能な回転軸１２１とを有する。モータ１２０は、図示しないシリンダ機構により、図中上下に移動可能である。ディファレンシャルギアが歯当たり検査工程に至ったときに、モータ１２０をドライブピニオン１００ｂ側に移動させ、ドライブピニオン１００ｂとモータ１２０の回転軸とを接続させる。モータ１２０によりドライブピニオン１００ｂを回転させ、連動して、リングギア１００ａを１回転分以上回転させる。これにより、リングギア１００ａのすべての歯とドライブピニオン１００ｂの歯とを噛み合わせることができる。リングギア１００ａの歯面には、あらかじめコーティング材を塗布しておく。上記噛み合わせによって、塗布したコーティング材の一部または全部が剥がれることにより、リングギア１００ａの歯面に噛み合い痕を残すことができる。コーティング材としては、一般的な光明丹や潤滑油を使用することができる。
【００１６】
一組の近赤外線照明装置１４０ａ、１４０ｂは、それぞれ近赤外線をリングギア１００ａの歯面に照射する。ここで、近赤外線とは、一般的には、波長の短い赤外線をいう。本実施形態においては、波長が０．７μｍ〜１．５μｍの近赤外線を使用することができる。近赤外線照明装置としては、たとえば、近赤外線ハロゲンランプを使用することができる。
【００１７】
一組の近赤外線カメラ１３０ａ、１３０ｂは、リングギア１００ａの歯面に照射した近赤外線の反射光を検知することで歯面を撮像する。近赤外線カメラ１３０ａ、１３０ｂとしては、たとえば、ＣＣＤカメラや、ＣＭＯＳカメラを使用することができる。２つの近赤外線カメラを使用することにより、リングギア１００ａの各歯が有する２つの歯面を、被検査対象であるディファレンシャルギア２０を移動させることなく、それぞれの近赤外線カメラで歯面を撮像することができる。ただし、例えば、一方の歯面のみを撮像する場合は、近赤外線カメラは１つでもよい。近赤外線カメラ１３０ａ、１３０ｂは、被検査対象であるリングギア１００ａの各歯面が見やすい位置および距離に配置する。また、近赤外線カメラ１３０ａ、１３０ｂが検知する近赤外線の反射光が最大または適度な強度になうように近赤外線照明装置１４０ａ、１４０ｂの位置を調整する。近赤外線カメラ１３０ａ、１３０ｂは、上下左右可動式のステージに取り付けられており、適宜、位置および姿勢を変更することができる。
【００１８】
照射光として近赤外線を用いるのは、近赤外線は透過率が高く、散乱が起こりにくいため、歯面のコーティング材に近赤外線を透過させることができるからである。これにより、コーティング材の厚さによって透過量が変化した近赤外線を反射光として検出し、境界領域を含め詳細な歯当たり情報を取得することができ、歯当たり検査の精度を向上させることができる。
【００１９】
また、照射光として透過性のよい近赤外線を、撮像に近赤外線カメラ１３０ａ、１３０ｂを用いることで、蛍光灯、白熱灯、ＬＥＤといった一般的な可視光照明による外乱に影響されることなく、検査したい歯面に照射した近赤外線の反射光のみを撮像することができる。このため、外乱光の影響を除去することで、高精度な歯当たり検査を実現することができる。
【００２０】
さらに、近赤外線カメラ１３０ａ、１３０ｂの感度の高い波長領域に、バンドパスフィルタを使用して近赤外線照明および近赤外線カメラ１３０ａ、１３０ｂの波長を絞り込むことで、より鮮明な撮像画像が得られ、より高精度な歯当たり検査が実現可能となる。
【００２１】
製品位置検出センサ１５０は、検査工程に搬入されたディファレンシャルギア２０の上方に位置し、ディファレンシャルギア２０の位置を検出する。ディファレンシャルギア２０の位置は、ディファレンシャルギア２０の形状の特徴点、たとえば、ノックピン穴などの位置に基づいて検出する。製品位置検出センサ１５０としては、たとえば、レーザ変位計や画像を撮影するカメラを使用することができる。
【００２２】
歯位置検出センサ１６０は、リングギア１００ａの歯面が見えるように、ディファレンシャルギア２０の上方に配置し、リングギア１００ａの歯を検出する。歯位置検出センサ１６０としては、たとえば、光電管、レーザ変位計、接触式センサを使用することができる。これらのセンサにより、回転するリングギア１００ａの歯の有無を、アナログ信号のＯＮ/ＯＦＦにより判断することができ、検出した時間と関連付けて歯の位置を特定することができる。歯の位置の情報は、制御装置１８０に送信し、記憶する。
【００２３】
ボルト位置検出センサ１７０は、リングギア１００ａを歯面の反対側から締結するボルトの位置またはボルト穴の位置（以下、単に「ボルトの位置」と称する）を検出するセンサである。ボルト位置検出センサ１７０は、回転するリングギア１００ａに合わせてボルトの位置を検出する。ボルトの位置の情報は、制御装置１８０に送信し、記録する。配置検出センサ１６０により検出した歯の位置と、ボルト位置検出センサ１７０によって検出したボルトの位置とによって、リングギア１００ａにおけるボルト締結位置を認識することができる。
【００２４】
ボルト位置検出センサ１７０としては、光電管、レーザ変位計、カメラを使用することができる。光電管やレーザ変位計を使用する場合、ボルトの通過によるアナログ信号のＯＮ／ＯＦＦを検出する。カメラを使用する場合、撮像した画像を解析して、ボルトの位置を特定する。
【００２５】
制御装置１８０は、上記各構成要素と接続し、歯当たり検査装置１０全体を制御する。また、近赤外線カメラ１３０ａ、１３０ｂから撮像画像を受信し、画像処理（例えば、微分処理）を行い、撮像画像に基づいてリングギア１００ａとドライブピニオン１００ｂとの噛み合い歯当たりの良否を判断する。制御装置１８０には、一般的なコンピュータを使用することができる。制御装置１８０には、ディスプレイを接続し、歯当たり状態の良否判定結果などを表示してもよい。制御装置１８０は、組立ラインの他の制御装置とともにネットワークに接続し、搬送されてきたディファレンシャルギア２０の製品情報を入力したり、工程の進行具合を出力したりすることができる。
【００２６】
図３は、ディファレンシャルギア２０の構造を示す断面図である。図４は、リングギア１００ａの形状を簡略化して示す説明図である。
【００２７】
ディファレンシャルギア２０は、車両が旋回する際に内輪と外輪に生じる回転差を吸収する装置である。図３に示すように、ギアキャリア１９０内に２方向の軸を含む。ディファレンシャルギア２０を車両に搭載する際には、一方の軸は左右の車輪のドライブシャフトに接続し、他方の軸はプロペラシャフトに接続する。
【００２８】
これらの軸は、それぞれ、リングギア１００ａおよびドライブピニオン１００ｂにより相互に接続され、連動して回転することができる。リングギア１００ａおよびドライブピニオン１００ｂは、いずれも傘歯車状であり、略直角に噛み合っている。
【００２９】
リングギア１００ａは、図４のＡに示すように、リング状の歯車であり、表面には複数の歯１０１ａを有する。また、裏面には、ボルト締結用の複数のネジ穴を有する。図４のＢは、図４のＡの点線で囲んだ部分を示す斜視図である。リングギア１００ａの歯１０１ａは、通常は、図４のＢに示すように曲線形状を有する（図４のＡでは、図の単純化のため直線形状で示した）。リングギア１００ａの歯１０１ａは、それぞれ二つの歯面１０２ａ、１０３ａを有し、歯当たり検査では、歯面１０２ａ、１０３ａに着目して、ギアセット１００の噛み合い歯当たりを検査する。
【００３０】
リングギア１００ａは、図３に示すように、ボルト３００を介してデフケース２００に固定する。なお、図３においては、リングギア１００ａおよびドライブピニオン１００ｂから延びるシャフトは、図示を省略しているが、いずれもベアリングなどにより回転自在に保持する。
【００３１】
次に、本発明の実施形態に係る歯当たり検査方法について説明する。本実施形態に係る歯当たり検査方法は、前述した本実施形態に係る歯当たり検査装置を使用して実施することができる。
【００３２】
図５は、本発明の実施形態に係る歯当たり検査方法のフローチャートを示す図である。
【００３３】
制御装置１８０は、組立ラインを流れるディファレンシャルギアの製品情報を取得する（ステップＳ５００）。製品情報には、例えば、ディファレンシャルギア２０が適用されている車種情報がある。
【００３４】
制御装置１８０は、取得した製品情報に基づいて、近赤外線カメラ１３０ａ、１３０ｂを適当な位置および姿勢に制御する（ステップＳ５０１）。これにより、製品によって異なるリングギア１００ａの歯面の位置や向きに合わせて近赤外線カメラ１３０ａ、１３０ｂの位置を調整することができ、リングギア１００ａの歯面を確実に撮像することができる。ここで、製品情報と、近赤外線カメラ１３０ａ、１３０ｂの最適な位置および姿勢とは、あらかじめ対応づけて制御装置１８０に記憶させておいてもよい。
【００３５】
製品位置検出センサ１５０は、ディファレンシャルギア２０の特徴点の位置を検出し、これにより、ディファレンシャルギア２０の位置を検出する（ステップＳ５０２）。
【００３６】
制御装置１８０は、ディファレンシャルギア２０の位置に基づいて、近赤外線カメラ１３０ａ、１３０ｂの位置および姿勢を補正する（ステップＳ５０３）。これにより、搬送装置１１０の搬送バラツキによらず、近赤外線カメラ１３０ａ、１３０ｂを最適な位置に配置し、リングギア１００ａの歯面を確実に撮影することができる。
【００３７】
制御装置１８０は、モータ１２０の回転軸を、ディファレンシャルギア２０のドライブピニオン１００ｂに装着させる（ステップＳ５０４）。
【００３８】
歯当たり検査を実行する（ステップＳ５０５）。歯当たり検査の詳細については、図６を参照して説明する。図６は、歯当たり検査のサブルーチンフローチャートを示す図である。
【００３９】
制御装置１８０は、コーティング材をディファレンシャルギア２０のリングギア１００ａの歯面に塗布する（ステップＳ６００、塗布工程）。塗布は、たとえば、霧吹き等による噴射によってもよく、筆等による直接塗りによってもよい。
【００４０】
制御装置１８０は、モータ１２０を回転させる（ステップＳ６０１、回転工程）。モータ１２０の回転により、ドライブピニオン１００ｂが回転し、連動して、リングギア１００ａも回転する。モータ１２０の回転数、負荷トルクは、検査条件に基づいて任意に設定してよい。リングギア１００ａとドライブピニオン１００ｂが噛み合って回転することで、リングギア１００ａの歯面表面においてドライブピニオン１００ｂが歯当たりした部分のコーティング材が剥離し、歯当たりが付く。このとき、リングギア１００ａの歯面表面におけるコーティング材の状態は、コーティング材が剥がれて存在しない領域と、コーティング材が剥がれているが残っている領域（すなわち、境界領域）と、コーティング材が剥がれずに残っている領域と、が混在した状態となる。噛み合わせ回数は、歯当たりが観察しやすい任意の回数に設定してよい。
【００４１】
歯位置検出センサ１６０は、リングギア１００ａの歯の位置を検出し（ステップＳ６０２）、ボルト位置検出センサ１７０は、リングギア１００ａを締結するボルトの位置を検出する（ステップＳ６０３）。検出したリングギア１００ａの歯の位置およびボルトの位置の情報は、制御装置１８０へ送信する。これらの情報に基づいて、制御装置１８０は、リングギア１００ａにおけるボルトの締結位置、または、ボルト穴の位置を認識する。
【００４２】
近赤外線照明装置１４０ａ、１４０ｂにより、リングギア１００ａの歯面を近赤外線で照射する（ステップＳ６０４、撮像工程）。近赤外線でリングギア１００ａの歯面を照射すると、該歯面に噛み合い痕として残存したコーティング材を近赤外線が透過する。コーティング材を介して該歯面から反射する近赤外線の強度は、コーティング材に対する透過量に応じて変化する。近赤外線の透過量は残存したコーティング材の厚さに依存するため、該歯面からの近赤外線の反射光は、コーティング材の厚さの情報を含有することとなる。
【００４３】
近赤外線カメラ１３０ａ、１３０ｂは、近赤外線照明装置１４０ａ、１４０ｂにより照射したリングギア１００ａの歯面からの近赤外線の反射光を撮像し、制御装置１８０に送信する（ステップＳ６０５、撮像工程）。
【００４４】
制御装置１８０は、リングギア１００ａの歯面の近赤外線の反射光による画像から、ステップＳ６２０において受信したボルトの位置に対応する部分を除外して、歯当たり画像として認識する（ステップＳ６０６）。ここで、ボルトの位置に対応する部分とは、ボルトを固定している部分と反対面の歯面上の部分である。
【００４５】
上述したように、リングギア１００ａとドライブピニオン１００ｂとを噛み合わせて回転させた後のリングギア１００ａの歯面表面におけるコーティング材の状態は、コーティング材が剥がれて存在しない領域と、コーティング材が剥がれているが残っている領域と、コーティング材が剥がれずに残っている領域と、の３つの領域が混在している。これらの３つの領域におけるコーティング材の厚さは、歯当たりにおける歯の相対的な移動に伴う浮き沈みを連続的に表現している。特に、コーティング材が剥がれているが残っている領域の方向、形状、大きさを観察することで、歯当たりにおける歯の相対的な移動方向の傾向をつかむことが可能である。そのため、リングギア１００ａとドライブピニオン１００ｂと歯当たりにおける相対位置の最適化を容易かつ効率的に行うことができるとともに、歯当たり検査の精度を向上させることができる。
【００４６】
制御装置１８０は、近赤外線カメラ１３０ａ、１３０ｂが撮像した歯当たり画像に対し、リングギア１００ａとドライブピニオン１００ｂとが噛み合う際に互いにすべる方向（以下、「すべり方向」と称する）と直角方向に微分処理を施す（ステップＳ６０７、検査工程）。すべり方向は、ディファレンシャルギア２０の形式で決まるため、あらかじめすべり方向のデータを制御装置１８０に記憶しておき、記憶したすべり方向と直角方向に微分処理を施してもよい。
【００４７】
境界領域は、互いに接近したリングギア１００ａの歯面とドライブピニオン１００ｂの歯面とが接触にまでは至らずに相対的に移動したことで発生する。このとき、リングギア１００ａとドライブピニオン１００ｂの歯面同士が塗布した塗料（コーティング材）の厚さ以下の極めて近い距離ですべるという現象が発生するため、コーティング材が引っ張られることですべり方向にスジ模様が発生する。そこで、このスジ模様の方向性に着目し、スジの方向と直角方向に微分処理を施すことで、スジ模様が発生した領域、すなわち、境界領域のみを抽出する。すなわち、スジのエッジを強調する微分フィルタを使用した画像処理を行うことで、スジを際立たせる。このとき、スジの方向と直角方向に微分すればよりスジのエッジの強調の度合いを強くすることができる。これにより、歯当たり画像から弱い歯当たりの領域のみを抽出することが可能となるため、容易にすべり方向及び境界領域を特定することができる。このため、リングギア１００ａとドライブピニオン１００ｂと歯当たりにおける相対位置の最適化をより容易かつ効率的に行うことができるとともに、歯当たり検査の精度をより向上させることができる。
【００４８】
また、上記微分処理は、一方向に微分処理を行う一方向微分処理であることが望ましい。歯当たり画像におけるスジ模様のスジと直角方向に一方向微分処理を施すことにより、該スジのエッジをより強調することができ、より高精度にすべり方向及び境界領域を特定することができる。このため、リングギア１００ａとドライブピニオン１００ｂと歯当たりにおける相対位置の最適化をさらに容易かつ効率的に行うことができるとともに、歯当たり検査の精度をさらに向上させることができる。
【００４９】
微分フィルタは、一般的な画像処理ソフトに含まれている微分フィルタであってよい。例えば、ソーベルフィルタやメディアンフィルタを使用することができる。また、フィルタサイズは、上記スジ模様のスジの長さおよび大きさに応じて、適宜選択し得る。例えば、フィルタサイズを３画素×３画素、または、５画素×５画素とすることができる。図７は３画素×３画素の縦方向への一方向微分フィルタのフィルタ係数の例を示す図である。
【００５０】
図８は、微分処理を行う前のリングギア１００ａの歯面の近赤外線による撮像画像を示す図である。図に示すように、歯面には、コーティング材が剥がれて存在しない領域（図８の７−１）、コーティング材が剥がれているが残っている領域（境界領域、図８の７−２）、コーティング材が剥がれずに残っている領域（図８の７−３）、の３つの領域、が存在する。コーティング材が剥がれて存在しない領域は、コーティング剤が残っていないため黒く撮像されており、コーティング材が剥がれずに残っている領域は、歯車部品の歯同士が噛み合っていないため、コーティング剤の塗布による塗布痕が残っている。境界領域には、上述したスジ模様が確認できる。
【００５１】
図９は、図８の撮像画像に一方向微分処理を行った画像を示す図である。図９に示すように、微分フィルタを使用してスジの方向、すなわち、歯車部品のすべり方向と直角方向に、一方向微分処理を行うことで、前記境界領域を抽出することができる（図９の８−２）。図９の白い部分が抽出した境界部分である。なお、該抽出を適切に行うために、膨張収縮といったフィルタ処理を適宜組み合わせてもよい。また、コーティング剤の塗布痕を除去するために縦方向微分フィルタによる画像処理を行ってもよい。さらに、ある面積以上の固体を抽出することで境界領域のみを抽出することができる。
【００５２】
次に、制御装置１８０は、歯当たり画像に現れたコーティング材の状態に基づいて歯当たりの良否を判定する（ステップＳ６０８、検査工程）。このとき、コーティング材が剥がれて存在しない領域、コーティング材が剥がれているが残っている領域、コーティング材が剥がれずに残っている領域、の３つの領域を区別する。そして、これらの領域分布と、あらかじめ制御装置１８０に記憶させた噛み合わせが良好な場合の領域分布と、を比較する。この比較の結果、被検査対象であるディファレンシャルギア２０のすべてのリングギア１００ａの該領域分布があらかじめ定めた閾値範囲内にあるかどうかにより、ディファレンシャルギア２０の歯当たり検査の良否を判定することができる。
【００５３】
さらに、上述したように、被検査対象であるディファレンシャルギア２０の境界領域を特定し、あらかじめ制御装置１８０に記憶させた噛み合わせが良好な場合の境界領域と、を比較する。この比較の結果に基づき、被検査対象であるディファレンシャルギア２０のすべてのリングギア１００ａの境界領域の形状が、噛み合わせが良好な場合の境界領域の形状から上下左右にはみ出す量（すなわち、歯当たりのずれ）について判定する。これにより、ディファレンシャルギア２０の歯当たり検査の良否をより高精度に判定することができる。
【００５４】
歯当たり検査を実行した後、図５に示すメインのフローチャートに戻り、制御装置１８０は、図６のサブルーチンにおける歯当たり検査の結果に基づき、歯当たり検査の結果がＯＫかＮＧかを判断する（ステップＳ５０６）。ＯＫの場合、制御装置１８０のディスプレイに良品である旨を表示する（ステップＳ５０７）。ＮＧである場合は、制御装置１８０のディスプレイに不良品である旨を表示する（ステップＳ５０８）。良否判定の結果は、作業者にわかりやすいように、ランプの点灯により示してもよい。判定結果は、制御装置１８０に記憶させる（ステップＳ５０９）。
【００５５】
制御装置１８０は、組立ラインの停止スイッチが押されたかどうかを判断し（ステップＳ５１０）、停止スイッチが押されていない場合は、次の製品であるディファレンシャルギア２０に対して、ステップＳ５００からの処理を繰り返す。停止スイッチが押された場合は、歯当たり検査工程を終了する。
【００５６】
本実施形態に係る歯当たり検査方法は、上述したように、本実施形態に係る歯当たり検査装置により実施することができるがこれに限定されない。たとえば、制御装置が行う制御の一部または全部を手動で行ってもよい。
【００５７】
また、上述した実施形態の説明では、歯車部品を含む製品としてディファレンシャルギアを例示して説明している。しかし、歯当たりを検査する製品であれば、いかなる製品にも本実施形態を適用することができる。
【００５８】
また、上述した実施形態の説明では、リングギアにコーティング材を塗布して、歯当たり検査をしている。しかし、ドライブピニオンにコーティング材を塗布して、ドライブピニオンの歯面の撮像画像により歯当たり検査をしてもよい。また、リングギアおよびドライブピニオンの双方にコーティング材を塗布して歯当たり検査をしてもよい。
【００５９】
また、上述した実施形態の説明では、車両の組立ラインの一部として歯当たり検査装置を説明しているが、歯当たり検査装置は、ディファレンシャルギア単体での歯当たり検査に使用してもよいことは勿論である。
【００６０】
以上、本発明の実施形態に係る歯車の歯当たり検査方法および検査装置ついて詳細に説明したが、本実施形態は以下の効果を奏する。
・歯面上のコーティング材の厚さによって透過量が変化した近赤外線を反射光として検出することで、境界領域についても詳細な歯当たり情報を取得することができるため、境界領域の評価ができるようになり、歯当たり検査の十分な精度を確保することができる。
・境界領域における歯当たり情報から、歯車部品相互の歯当たりの移動方向が推定できるため、歯車部品相互の歯当たりの最適化を効率的に行うことができる。
・撮像画像に現れたコーティング材の状態を、コーティング材が剥がれて存在しない領域、コーティング材が剥がれているが残っている領域、コーティング材が剥がれずに残っている領域、の３つの領域に区別する。これにより、歯当たりにおける歯の相対的な移動方向の傾向をつかむことができるため、歯車部品間の相対位置の最適化を容易かつ効率的に行うことができるとともに、歯当たり検査の精度を向上させることができる。
・境界領域に生じたスジ模様のスジの方向と直角方向に微分処理を施すことで、境界領域のみを抽出しすべり方向及び境界領域を特定する。これにより、歯車部品間の相対位置の最適化をより容易かつ効率的に行うことができるとともに、歯当たり検査の精度をより向上させることができる。
・該微分処理を一方向微分処理とすることで、該スジのエッジをより強調することができ、より高精度にすべり方向及び境界領域を特定することができる。これにより、歯車部品間の相対位置の最適化をさらに容易かつ効率的に行うことができるとともに、歯当たり検査の精度をさらに向上させることができる。
【符号の説明】
【００６１】
１０ 歯当たり検査装置、
２０ ディファレンシャルギア、
１００ ギアセット、
１００ａ リングギア（歯車部品）、
１００ｂ ドライブピニオン（歯車部品）、
１０１ａ 歯、
１０２ａ、１０３ａ 歯面、
１２０ モータ（回転手段）、
１２１ 回転軸、
１３０ａ、１３０ｂ 近赤外線カメラ（撮像手段）、
１４０ａ、１４０ｂ 近赤外線照明装置（撮像手段）、
１５０ 製品位置センサ、
１６０ 歯位置センサ、
１７０ ボルト位置センサ、
１８０ 制御装置（検査手段）、
１９０ ギアキャリア、
２００ デフケース。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、歯車の歯当たり検査方法および検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両の差動装置（以下、「ディファレンシャルギア」と称する）には、通常、リングギアやドライブピニオンなどの歯車部品が含まれ、これらの歯車部品の良否を判定するために、歯当たり検査が行われている。
【０００３】
歯当たり検査とは、一方の歯車部品、たとえば、リングギアにコーティング材を塗布した後、ドライブピニオンと噛み合わせて回転させ、コーティング材の剥がれを調べて、噛み合わせの良否を判定する検査である。
【０００４】
従来は、歯車部品の歯面に可視光照明を照射してモノクロカメラで撮像し、撮像画像を２値化処理して歯当たり検査をしている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平４−３６６３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上記従来技術は、噛み合った部分と噛み合わなかった部分とを２値化閾値の調整により区別することで歯当たり検査をする。このような従来技術による検査では、噛み合った部分と噛み合わなかった部分との境界の弱い噛み合い領域（以下、「境界領域」と称する）の評価ができない。したがって、従来技術では、歯当たり検査の十分な精度を確保することができないという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明に係る歯車の歯当たり検査方法は、塗布工程と、回転工程と、撮像工程と、検査工程と、を有してなる。塗布工程は、一対の歯車部品のうち少なくとも一方の歯面にコーティング材を塗布する。回転工程は、一対の歯車部品を互いに噛み合わせて回転させる。撮像工程は、コーティング材を塗布した歯面に近赤外線を照射し、近赤外線の反射光を撮像する。検査工程は、撮像した画像により歯車部品の噛み合い歯当たりを検査する。
【０００８】
また、本発明に係る歯車の歯当たり検査装置は、塗布手段と、回転手段と、撮像手段と、検査手段と、を有してなる。塗布手段は、一対の歯車部品のうち少なくとも一方の歯面にコーティング材を塗布する。回転手段は、一対の歯車部品を互いに噛み合わせて回転させる。撮像手段は、コーティング材を塗布した歯面に近赤外線を照射し、近赤外線の反射光を撮像する。検査手段は、撮像した画像により歯車部品の噛み合い歯当たりを検査する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る歯車の歯当たり検査方法および検査装置によれば、透過率が高く、散乱が起こりにくい近赤外線を歯面に照射し、歯面のコーティング材に近赤外線を透過させ、コーティング材の厚さによって透過量が変化した近赤外線を反射光として検出する。これにより、境界領域についての詳細な歯当たり情報を取得することができるため、境界領域の評価ができるようになり、歯当たり検査の十分な精度を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態に係る歯当たり検査装置の正面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る歯当たり検査装置の上面図である。
【図３】ディファレンシャルギアの構造を示す断面図である。
【図４】リングギアの形状を簡略化して示す説明図である。
【図５】本発明の実施形態に係る歯当たり検査方法のフローチャートを示す図である。
【図６】歯当たり検査のサブルーチンフローチャートを示す図である。
【図７】３画素×３画素の縦方向への一方向微分フィルタのフィルタ係数の例を示す図である。
【図８】微分処理を行う前のリングギアの歯面の近赤外線による撮像画像を示す図である。
【図９】図８の撮像画像に一方向微分処理を行った画像を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明に係る歯当たり検査方法および検査装置の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。
【００１２】
図１および図２は、それぞれ、本発明の実施形態に係る歯当たり検査装置の正面図および上面図であり、被検査対象であるディファレンシャルギア２０が設置された状態を示す。
【００１３】
図１および図２に示すように、歯当たり検査装置１０は、モータ（回転手段）１２０と、一組の近赤外線カメラ（撮像手段）１３０ａ、１３０ｂと、一組の近赤外線照明装置（撮像手段）１４０ａ、１４０ｂと、製品位置センサ１５０と、歯位置センサ１６０と、ボルト位置センサ１７０と、制御装置（検査手段）１８０と、を有してなる。
【００１４】
歯当たり検査装置１０は、車両の組立ラインの一部として設置する。組立ラインにおいてリングギア（歯車部品）１００ａやドライブピニオン（歯車部品）１００ｂが組み付けられたディファレンシャルギア２０は、歯当たり検査装置１０が設置された工程まで流れ、歯当たり検査が行われる。歯当たり検査とは、リングギア１００ａおよびドライブピニオン１００ｂの歯が適切に形成されているか、および、リングギア１００ａおよびドライブピニオン１００ｂの相対位置が適切であるかどうかを調べる検査である。すなわち、これらのギア相互の歯の当たり具合が適切かどうかを調べる検査である。なお、ディファレンシャルギア２０は、搬送装置１１０により、ギアキャリア１９０が保持された状態で組立ラインを流れる。ディファレンシャルギア２０は、歯当たり検査工程に搬入される際には、まだギアキャリア１９０全体の組立が終わっておらず、図１、図２に示すように、リングギア１００ａがケース１９０の上方から露出している。
【００１５】
モータ１２０は、ドライブピニオン１００ｂと脱着可能な回転軸１２１とを有する。モータ１２０は、図示しないシリンダ機構により、図中上下に移動可能である。ディファレンシャルギアが歯当たり検査工程に至ったときに、モータ１２０をドライブピニオン１００ｂ側に移動させ、ドライブピニオン１００ｂとモータ１２０の回転軸とを接続させる。モータ１２０によりドライブピニオン１００ｂを回転させ、連動して、リングギア１００ａを１回転分以上回転させる。これにより、リングギア１００ａのすべての歯とドライブピニオン１００ｂの歯とを噛み合わせることができる。リングギア１００ａの歯面には、あらかじめコーティング材を塗布しておく。上記噛み合わせによって、塗布したコーティング材の一部または全部が剥がれることにより、リングギア１００ａの歯面に噛み合い痕を残すことができる。コーティング材としては、一般的な光明丹や潤滑油を使用することができる。
【００１６】
一組の近赤外線照明装置１４０ａ、１４０ｂは、それぞれ近赤外線をリングギア１００ａの歯面に照射する。ここで、近赤外線とは、一般的には、波長の短い赤外線をいう。本実施形態においては、波長が０．７μｍ〜１．５μｍの近赤外線を使用することができる。近赤外線照明装置としては、たとえば、近赤外線ハロゲンランプを使用することができる。
【００１７】
一組の近赤外線カメラ１３０ａ、１３０ｂは、リングギア１００ａの歯面に照射した近赤外線の反射光を検知することで歯面を撮像する。近赤外線カメラ１３０ａ、１３０ｂとしては、たとえば、ＣＣＤカメラや、ＣＭＯＳカメラを使用することができる。２つの近赤外線カメラを使用することにより、リングギア１００ａの各歯が有する２つの歯面を、被検査対象であるディファレンシャルギア２０を移動させることなく、それぞれの近赤外線カメラで歯面を撮像することができる。ただし、例えば、一方の歯面のみを撮像する場合は、近赤外線カメラは１つでもよい。近赤外線カメラ１３０ａ、１３０ｂは、被検査対象であるリングギア１００ａの各歯面が見やすい位置および距離に配置する。また、近赤外線カメラ１３０ａ、１３０ｂが検知する近赤外線の反射光が最大または適度な強度になうように近赤外線照明装置１４０ａ、１４０ｂの位置を調整する。近赤外線カメラ１３０ａ、１３０ｂは、上下左右可動式のステージに取り付けられており、適宜、位置および姿勢を変更することができる。
【００１８】
照射光として近赤外線を用いるのは、近赤外線は透過率が高く、散乱が起こりにくいため、歯面のコーティング材に近赤外線を透過させることができるからである。これにより、コーティング材の厚さによって透過量が変化した近赤外線を反射光として検出し、境界領域を含め詳細な歯当たり情報を取得することができ、歯当たり検査の精度を向上させることができる。
【００１９】
また、照射光として透過性のよい近赤外線を、撮像に近赤外線カメラ１３０ａ、１３０ｂを用いることで、蛍光灯、白熱灯、ＬＥＤといった一般的な可視光照明による外乱に影響されることなく、検査したい歯面に照射した近赤外線の反射光のみを撮像することができる。このため、外乱光の影響を除去することで、高精度な歯当たり検査を実現することができる。
【００２０】
さらに、近赤外線カメラ１３０ａ、１３０ｂの感度の高い波長領域に、バンドパスフィルタを使用して近赤外線照明および近赤外線カメラ１３０ａ、１３０ｂの波長を絞り込むことで、より鮮明な撮像画像が得られ、より高精度な歯当たり検査が実現可能となる。
【００２１】
製品位置検出センサ１５０は、検査工程に搬入されたディファレンシャルギア２０の上方に位置し、ディファレンシャルギア２０の位置を検出する。ディファレンシャルギア２０の位置は、ディファレンシャルギア２０の形状の特徴点、たとえば、ノックピン穴などの位置に基づいて検出する。製品位置検出センサ１５０としては、たとえば、レーザ変位計や画像を撮影するカメラを使用することができる。
【００２２】
歯位置検出センサ１６０は、リングギア１００ａの歯面が見えるように、ディファレンシャルギア２０の上方に配置し、リングギア１００ａの歯を検出する。歯位置検出センサ１６０としては、たとえば、光電管、レーザ変位計、接触式センサを使用することができる。これらのセンサにより、回転するリングギア１００ａの歯の有無を、アナログ信号のＯＮ/ＯＦＦにより判断することができ、検出した時間と関連付けて歯の位置を特定することができる。歯の位置の情報は、制御装置１８０に送信し、記憶する。
【００２３】
ボルト位置検出センサ１７０は、リングギア１００ａを歯面の反対側から締結するボルトの位置またはボルト穴の位置（以下、単に「ボルトの位置」と称する）を検出するセンサである。ボルト位置検出センサ１７０は、回転するリングギア１００ａに合わせてボルトの位置を検出する。ボルトの位置の情報は、制御装置１８０に送信し、記録する。配置検出センサ１６０により検出した歯の位置と、ボルト位置検出センサ１７０によって検出したボルトの位置とによって、リングギア１００ａにおけるボルト締結位置を認識することができる。
【００２４】
ボルト位置検出センサ１７０としては、光電管、レーザ変位計、カメラを使用することができる。光電管やレーザ変位計を使用する場合、ボルトの通過によるアナログ信号のＯＮ／ＯＦＦを検出する。カメラを使用する場合、撮像した画像を解析して、ボルトの位置を特定する。
【００２５】
制御装置１８０は、上記各構成要素と接続し、歯当たり検査装置１０全体を制御する。また、近赤外線カメラ１３０ａ、１３０ｂから撮像画像を受信し、画像処理（例えば、微分処理）を行い、撮像画像に基づいてリングギア１００ａとドライブピニオン１００ｂとの噛み合い歯当たりの良否を判断する。制御装置１８０には、一般的なコンピュータを使用することができる。制御装置１８０には、ディスプレイを接続し、歯当たり状態の良否判定結果などを表示してもよい。制御装置１８０は、組立ラインの他の制御装置とともにネットワークに接続し、搬送されてきたディファレンシャルギア２０の製品情報を入力したり、工程の進行具合を出力したりすることができる。
【００２６】
図３は、ディファレンシャルギア２０の構造を示す断面図である。図４は、リングギア１００ａの形状を簡略化して示す説明図である。
【００２７】
ディファレンシャルギア２０は、車両が旋回する際に内輪と外輪に生じる回転差を吸収する装置である。図３に示すように、ギアキャリア１９０内に２方向の軸を含む。ディファレンシャルギア２０を車両に搭載する際には、一方の軸は左右の車輪のドライブシャフトに接続し、他方の軸はプロペラシャフトに接続する。
【００２８】
これらの軸は、それぞれ、リングギア１００ａおよびドライブピニオン１００ｂにより相互に接続され、連動して回転することができる。リングギア１００ａおよびドライブピニオン１００ｂは、いずれも傘歯車状であり、略直角に噛み合っている。
【００２９】
リングギア１００ａは、図４のＡに示すように、リング状の歯車であり、表面には複数の歯１０１ａを有する。また、裏面には、ボルト締結用の複数のネジ穴を有する。図４のＢは、図４のＡの点線で囲んだ部分を示す斜視図である。リングギア１００ａの歯１０１ａは、通常は、図４のＢに示すように曲線形状を有する（図４のＡでは、図の単純化のため直線形状で示した）。リングギア１００ａの歯１０１ａは、それぞれ二つの歯面１０２ａ、１０３ａを有し、歯当たり検査では、歯面１０２ａ、１０３ａに着目して、ギアセット１００の噛み合い歯当たりを検査する。
【００３０】
リングギア１００ａは、図３に示すように、ボルト３００を介してデフケース２００に固定する。なお、図３においては、リングギア１００ａおよびドライブピニオン１００ｂから延びるシャフトは、図示を省略しているが、いずれもベアリングなどにより回転自在に保持する。
【００３１】
次に、本発明の実施形態に係る歯当たり検査方法について説明する。本実施形態に係る歯当たり検査方法は、前述した本実施形態に係る歯当たり検査装置を使用して実施することができる。
【００３２】
図５は、本発明の実施形態に係る歯当たり検査方法のフローチャートを示す図である。
【００３３】
制御装置１８０は、組立ラインを流れるディファレンシャルギアの製品情報を取得する（ステップＳ５００）。製品情報には、例えば、ディファレンシャルギア２０が適用されている車種情報がある。
【００３４】
制御装置１８０は、取得した製品情報に基づいて、近赤外線カメラ１３０ａ、１３０ｂを適当な位置および姿勢に制御する（ステップＳ５０１）。これにより、製品によって異なるリングギア１００ａの歯面の位置や向きに合わせて近赤外線カメラ１３０ａ、１３０ｂの位置を調整することができ、リングギア１００ａの歯面を確実に撮像することができる。ここで、製品情報と、近赤外線カメラ１３０ａ、１３０ｂの最適な位置および姿勢とは、あらかじめ対応づけて制御装置１８０に記憶させておいてもよい。
【００３５】
製品位置検出センサ１５０は、ディファレンシャルギア２０の特徴点の位置を検出し、これにより、ディファレンシャルギア２０の位置を検出する（ステップＳ５０２）。
【００３６】
制御装置１８０は、ディファレンシャルギア２０の位置に基づいて、近赤外線カメラ１３０ａ、１３０ｂの位置および姿勢を補正する（ステップＳ５０３）。これにより、搬送装置１１０の搬送バラツキによらず、近赤外線カメラ１３０ａ、１３０ｂを最適な位置に配置し、リングギア１００ａの歯面を確実に撮影することができる。
【００３７】
制御装置１８０は、モータ１２０の回転軸を、ディファレンシャルギア２０のドライブピニオン１００ｂに装着させる（ステップＳ５０４）。
【００３８】
歯当たり検査を実行する（ステップＳ５０５）。歯当たり検査の詳細については、図６を参照して説明する。図６は、歯当たり検査のサブルーチンフローチャートを示す図である。
【００３９】
制御装置１８０は、コーティング材をディファレンシャルギア２０のリングギア１００ａの歯面に塗布する（ステップＳ６００、塗布工程）。塗布は、たとえば、霧吹き等による噴射によってもよく、筆等による直接塗りによってもよい。
【００４０】
制御装置１８０は、モータ１２０を回転させる（ステップＳ６０１、回転工程）。モータ１２０の回転により、ドライブピニオン１００ｂが回転し、連動して、リングギア１００ａも回転する。モータ１２０の回転数、負荷トルクは、検査条件に基づいて任意に設定してよい。リングギア１００ａとドライブピニオン１００ｂが噛み合って回転することで、リングギア１００ａの歯面表面においてドライブピニオン１００ｂが歯当たりした部分のコーティング材が剥離し、歯当たりが付く。このとき、リングギア１００ａの歯面表面におけるコーティング材の状態は、コーティング材が剥がれて存在しない領域と、コーティング材が剥がれているが残っている領域（すなわち、境界領域）と、コーティング材が剥がれずに残っている領域と、が混在した状態となる。噛み合わせ回数は、歯当たりが観察しやすい任意の回数に設定してよい。
【００４１】
歯位置検出センサ１６０は、リングギア１００ａの歯の位置を検出し（ステップＳ６０２）、ボルト位置検出センサ１７０は、リングギア１００ａを締結するボルトの位置を検出する（ステップＳ６０３）。検出したリングギア１００ａの歯の位置およびボルトの位置の情報は、制御装置１８０へ送信する。これらの情報に基づいて、制御装置１８０は、リングギア１００ａにおけるボルトの締結位置、または、ボルト穴の位置を認識する。
【００４２】
近赤外線照明装置１４０ａ、１４０ｂにより、リングギア１００ａの歯面を近赤外線で照射する（ステップＳ６０４、撮像工程）。近赤外線でリングギア１００ａの歯面を照射すると、該歯面に噛み合い痕として残存したコーティング材を近赤外線が透過する。コーティング材を介して該歯面から反射する近赤外線の強度は、コーティング材に対する透過量に応じて変化する。近赤外線の透過量は残存したコーティング材の厚さに依存するため、該歯面からの近赤外線の反射光は、コーティング材の厚さの情報を含有することとなる。
【００４３】
近赤外線カメラ１３０ａ、１３０ｂは、近赤外線照明装置１４０ａ、１４０ｂにより照射したリングギア１００ａの歯面からの近赤外線の反射光を撮像し、制御装置１８０に送信する（ステップＳ６０５、撮像工程）。
【００４４】
制御装置１８０は、リングギア１００ａの歯面の近赤外線の反射光による画像から、ステップＳ６２０において受信したボルトの位置に対応する部分を除外して、歯当たり画像として認識する（ステップＳ６０６）。ここで、ボルトの位置に対応する部分とは、ボルトを固定している部分と反対面の歯面上の部分である。
【００４５】
上述したように、リングギア１００ａとドライブピニオン１００ｂとを噛み合わせて回転させた後のリングギア１００ａの歯面表面におけるコーティング材の状態は、コーティング材が剥がれて存在しない領域と、コーティング材が剥がれているが残っている領域と、コーティング材が剥がれずに残っている領域と、の３つの領域が混在している。これらの３つの領域におけるコーティング材の厚さは、歯当たりにおける歯の相対的な移動に伴う浮き沈みを連続的に表現している。特に、コーティング材が剥がれているが残っている領域の方向、形状、大きさを観察することで、歯当たりにおける歯の相対的な移動方向の傾向をつかむことが可能である。そのため、リングギア１００ａとドライブピニオン１００ｂと歯当たりにおける相対位置の最適化を容易かつ効率的に行うことができるとともに、歯当たり検査の精度を向上させることができる。
【００４６】
制御装置１８０は、近赤外線カメラ１３０ａ、１３０ｂが撮像した歯当たり画像に対し、リングギア１００ａとドライブピニオン１００ｂとが噛み合う際に互いにすべる方向（以下、「すべり方向」と称する）と直角方向に微分処理を施す（ステップＳ６０７、検査工程）。すべり方向は、ディファレンシャルギア２０の形式で決まるため、あらかじめすべり方向のデータを制御装置１８０に記憶しておき、記憶したすべり方向と直角方向に微分処理を施してもよい。
【００４７】
境界領域は、互いに接近したリングギア１００ａの歯面とドライブピニオン１００ｂの歯面とが接触にまでは至らずに相対的に移動したことで発生する。このとき、リングギア１００ａとドライブピニオン１００ｂの歯面同士が塗布した塗料（コーティング材）の厚さ以下の極めて近い距離ですべるという現象が発生するため、コーティング材が引っ張られることですべり方向にスジ模様が発生する。そこで、このスジ模様の方向性に着目し、スジの方向と直角方向に微分処理を施すことで、スジ模様が発生した領域、すなわち、境界領域のみを抽出する。すなわち、スジのエッジを強調する微分フィルタを使用した画像処理を行うことで、スジを際立たせる。このとき、スジの方向と直角方向に微分すればよりスジのエッジの強調の度合いを強くすることができる。これにより、歯当たり画像から弱い歯当たりの領域のみを抽出することが可能となるため、容易にすべり方向及び境界領域を特定することができる。このため、リングギア１００ａとドライブピニオン１００ｂと歯当たりにおける相対位置の最適化をより容易かつ効率的に行うことができるとともに、歯当たり検査の精度をより向上させることができる。
【００４８】
また、上記微分処理は、一方向に微分処理を行う一方向微分処理であることが望ましい。歯当たり画像におけるスジ模様のスジと直角方向に一方向微分処理を施すことにより、該スジのエッジをより強調することができ、より高精度にすべり方向及び境界領域を特定することができる。このため、リングギア１００ａとドライブピニオン１００ｂと歯当たりにおける相対位置の最適化をさらに容易かつ効率的に行うことができるとともに、歯当たり検査の精度をさらに向上させることができる。
【００４９】
微分フィルタは、一般的な画像処理ソフトに含まれている微分フィルタであってよい。例えば、ソーベルフィルタやメディアンフィルタを使用することができる。また、フィルタサイズは、上記スジ模様のスジの長さおよび大きさに応じて、適宜選択し得る。例えば、フィルタサイズを３画素×３画素、または、５画素×５画素とすることができる。図７は３画素×３画素の縦方向への一方向微分フィルタのフィルタ係数の例を示す図である。
【００５０】
図８は、微分処理を行う前のリングギア１００ａの歯面の近赤外線による撮像画像を示す図である。図に示すように、歯面には、コーティング材が剥がれて存在しない領域（図８の７−１）、コーティング材が剥がれているが残っている領域（境界領域、図８の７−２）、コーティング材が剥がれずに残っている領域（図８の７−３）、の３つの領域、が存在する。コーティング材が剥がれて存在しない領域は、コーティング剤が残っていないため黒く撮像されており、コーティング材が剥がれずに残っている領域は、歯車部品の歯同士が噛み合っていないため、コーティング剤の塗布による塗布痕が残っている。境界領域には、上述したスジ模様が確認できる。
【００５１】
図９は、図８の撮像画像に一方向微分処理を行った画像を示す図である。図９に示すように、微分フィルタを使用してスジの方向、すなわち、歯車部品のすべり方向と直角方向に、一方向微分処理を行うことで、前記境界領域を抽出することができる（図９の８−２）。図９の白い部分が抽出した境界部分である。なお、該抽出を適切に行うために、膨張収縮といったフィルタ処理を適宜組み合わせてもよい。また、コーティング剤の塗布痕を除去するために縦方向微分フィルタによる画像処理を行ってもよい。さらに、ある面積以上の固体を抽出することで境界領域のみを抽出することができる。
【００５２】
次に、制御装置１８０は、歯当たり画像に現れたコーティング材の状態に基づいて歯当たりの良否を判定する（ステップＳ６０８、検査工程）。このとき、コーティング材が剥がれて存在しない領域、コーティング材が剥がれているが残っている領域、コーティング材が剥がれずに残っている領域、の３つの領域を区別する。そして、これらの領域分布と、あらかじめ制御装置１８０に記憶させた噛み合わせが良好な場合の領域分布と、を比較する。この比較の結果、被検査対象であるディファレンシャルギア２０のすべてのリングギア１００ａの該領域分布があらかじめ定めた閾値範囲内にあるかどうかにより、ディファレンシャルギア２０の歯当たり検査の良否を判定することができる。
【００５３】
さらに、上述したように、被検査対象であるディファレンシャルギア２０の境界領域を特定し、あらかじめ制御装置１８０に記憶させた噛み合わせが良好な場合の境界領域と、を比較する。この比較の結果に基づき、被検査対象であるディファレンシャルギア２０のすべてのリングギア１００ａの境界領域の形状が、噛み合わせが良好な場合の境界領域の形状から上下左右にはみ出す量（すなわち、歯当たりのずれ）について判定する。これにより、ディファレンシャルギア２０の歯当たり検査の良否をより高精度に判定することができる。
【００５４】
歯当たり検査を実行した後、図５に示すメインのフローチャートに戻り、制御装置１８０は、図６のサブルーチンにおける歯当たり検査の結果に基づき、歯当たり検査の結果がＯＫかＮＧかを判断する（ステップＳ５０６）。ＯＫの場合、制御装置１８０のディスプレイに良品である旨を表示する（ステップＳ５０７）。ＮＧである場合は、制御装置１８０のディスプレイに不良品である旨を表示する（ステップＳ５０８）。良否判定の結果は、作業者にわかりやすいように、ランプの点灯により示してもよい。判定結果は、制御装置１８０に記憶させる（ステップＳ５０９）。
【００５５】
制御装置１８０は、組立ラインの停止スイッチが押されたかどうかを判断し（ステップＳ５１０）、停止スイッチが押されていない場合は、次の製品であるディファレンシャルギア２０に対して、ステップＳ５００からの処理を繰り返す。停止スイッチが押された場合は、歯当たり検査工程を終了する。
【００５６】
本実施形態に係る歯当たり検査方法は、上述したように、本実施形態に係る歯当たり検査装置により実施することができるがこれに限定されない。たとえば、制御装置が行う制御の一部または全部を手動で行ってもよい。
【００５７】
また、上述した実施形態の説明では、歯車部品を含む製品としてディファレンシャルギアを例示して説明している。しかし、歯当たりを検査する製品であれば、いかなる製品にも本実施形態を適用することができる。
【００５８】
また、上述した実施形態の説明では、リングギアにコーティング材を塗布して、歯当たり検査をしている。しかし、ドライブピニオンにコーティング材を塗布して、ドライブピニオンの歯面の撮像画像により歯当たり検査をしてもよい。また、リングギアおよびドライブピニオンの双方にコーティング材を塗布して歯当たり検査をしてもよい。
【００５９】
また、上述した実施形態の説明では、車両の組立ラインの一部として歯当たり検査装置を説明しているが、歯当たり検査装置は、ディファレンシャルギア単体での歯当たり検査に使用してもよいことは勿論である。
【００６０】
以上、本発明の実施形態に係る歯車の歯当たり検査方法および検査装置ついて詳細に説明したが、本実施形態は以下の効果を奏する。
・歯面上のコーティング材の厚さによって透過量が変化した近赤外線を反射光として検出することで、境界領域についても詳細な歯当たり情報を取得することができるため、境界領域の評価ができるようになり、歯当たり検査の十分な精度を確保することができる。
・境界領域における歯当たり情報から、歯車部品相互の歯当たりの移動方向が推定できるため、歯車部品相互の歯当たりの最適化を効率的に行うことができる。
・撮像画像に現れたコーティング材の状態を、コーティング材が剥がれて存在しない領域、コーティング材が剥がれているが残っている領域、コーティング材が剥がれずに残っている領域、の３つの領域に区別する。これにより、歯当たりにおける歯の相対的な移動方向の傾向をつかむことができるため、歯車部品間の相対位置の最適化を容易かつ効率的に行うことができるとともに、歯当たり検査の精度を向上させることができる。
・境界領域に生じたスジ模様のスジの方向と直角方向に微分処理を施すことで、境界領域のみを抽出しすべり方向及び境界領域を特定する。これにより、歯車部品間の相対位置の最適化をより容易かつ効率的に行うことができるとともに、歯当たり検査の精度をより向上させることができる。
・該微分処理を一方向微分処理とすることで、該スジのエッジをより強調することができ、より高精度にすべり方向及び境界領域を特定することができる。これにより、歯車部品間の相対位置の最適化をさらに容易かつ効率的に行うことができるとともに、歯当たり検査の精度をさらに向上させることができる。
【符号の説明】
【００６１】
１０ 歯当たり検査装置、
２０ ディファレンシャルギア、
１００ ギアセット、
１００ａ リングギア（歯車部品）、
１００ｂ ドライブピニオン（歯車部品）、
１０１ａ 歯、
１０２ａ、１０３ａ 歯面、
１２０ モータ（回転手段）、
１２１ 回転軸、
１３０ａ、１３０ｂ 近赤外線カメラ（撮像手段）、
１４０ａ、１４０ｂ 近赤外線照明装置（撮像手段）、
１５０ 製品位置センサ、
１６０ 歯位置センサ、
１７０ ボルト位置センサ、
１８０ 制御装置（検査手段）、
１９０ ギアキャリア、
２００ デフケース。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の歯車部品のうち少なくとも一方の歯面にコーティング材を塗布する塗布工程と、
前記一対の歯車部品を互いに噛み合わせて回転させる回転工程と、
前記コーティング材を塗布した前記歯面に近赤外線を照射し、前記近赤外線の反射光を撮像する撮像工程と、
前記撮像した画像により前記歯車部品の噛み合い歯当たりを検査する検査工程と、
を含むことを特徴とする歯車の歯当たり検査方法。
【請求項２】
前記検査工程は、前記撮像した画像に現れた前記コーティング材の状態を、コーティング材が剥がれて存在しない領域、コーティング材が剥がれているが残っている領域、コーティング材が剥がれずに残っている領域、の少なくとも３つの領域を区別して前記歯車部品の噛み合い歯当たりを検査することを特徴とする請求項１に記載の歯車の歯当たり検査方法。
【請求項３】
前記検査工程は、前記撮像した画像に現れたコーティング材の状態の少なくとも前記コーティング材が剥がれているが残っている領域について、前記回転工程において歯車の噛み合い時に発生する歯車間のすべり方向と直角方向に微分処理を施して前記歯車部品の噛み合い歯当たりを検査することを特徴とする請求項２に記載の歯車の歯当たり検査方法。
【請求項４】
前記微分処理は一方向微分処理であることを特徴とする請求項３に記載の歯車の歯当たり検査方法。
【請求項５】
一対の歯車部品のうち少なくとも一方の歯面にコーティング材を塗布する塗布手段と、
前記一対の歯車部品を互いに噛み合わせて回転させる回転手段と、
前記コーティング材を塗布した前記歯面に近赤外線を照射し、前記近赤外線の反射光を撮像する撮像手段と、
前記撮像した画像により前記歯車部品の噛み合い歯当たりを検査する検査手段と、
を含むことを特徴とする歯車の歯当たり検査装置。
【請求項６】
前記検査手段は、前記撮像した画像に現れた前記コーティング材の状態を、コーティング材が剥がれて存在しない領域、コーティング材が剥がれているが残っている領域、コーティング材が剥がれずに残っている領域、の少なくとも３つの領域を区別して前記歯車部品の噛み合い歯当たりを検査することを特徴とする請求項５に記載の歯車の歯当たり検査装置。
【請求項７】
前記検査手段は、前記撮像した画像に現れたコーティング材の状態の少なくとも前記コーティング材が剥がれているが残っている領域について、前記回転手段による回転において歯車の噛み合い時に発生する歯車間のすべり方向と直角方向に微分処理を施して前記歯車部品の噛み合い歯当たりを検査することを特徴とする請求項６に記載の歯車の歯当たり検査装置。
【請求項８】
前記微分処理は一方向微分処理であることを特徴とする請求項７に記載の歯車の歯当たり検査装置。
【請求項１】
一対の歯車部品のうち少なくとも一方の歯面にコーティング材を塗布する塗布工程と、
前記一対の歯車部品を互いに噛み合わせて回転させる回転工程と、
前記コーティング材を塗布した前記歯面に近赤外線を照射し、前記近赤外線の反射光を撮像する撮像工程と、
前記撮像した画像により前記歯車部品の噛み合い歯当たりを検査する検査工程と、
を含むことを特徴とする歯車の歯当たり検査方法。
【請求項２】
前記検査工程は、前記撮像した画像に現れた前記コーティング材の状態を、コーティング材が剥がれて存在しない領域、コーティング材が剥がれているが残っている領域、コーティング材が剥がれずに残っている領域、の少なくとも３つの領域を区別して前記歯車部品の噛み合い歯当たりを検査することを特徴とする請求項１に記載の歯車の歯当たり検査方法。
【請求項３】
前記検査工程は、前記撮像した画像に現れたコーティング材の状態の少なくとも前記コーティング材が剥がれているが残っている領域について、前記回転工程において歯車の噛み合い時に発生する歯車間のすべり方向と直角方向に微分処理を施して前記歯車部品の噛み合い歯当たりを検査することを特徴とする請求項２に記載の歯車の歯当たり検査方法。
【請求項４】
前記微分処理は一方向微分処理であることを特徴とする請求項３に記載の歯車の歯当たり検査方法。
【請求項５】
一対の歯車部品のうち少なくとも一方の歯面にコーティング材を塗布する塗布手段と、
前記一対の歯車部品を互いに噛み合わせて回転させる回転手段と、
前記コーティング材を塗布した前記歯面に近赤外線を照射し、前記近赤外線の反射光を撮像する撮像手段と、
前記撮像した画像により前記歯車部品の噛み合い歯当たりを検査する検査手段と、
を含むことを特徴とする歯車の歯当たり検査装置。
【請求項６】
前記検査手段は、前記撮像した画像に現れた前記コーティング材の状態を、コーティング材が剥がれて存在しない領域、コーティング材が剥がれているが残っている領域、コーティング材が剥がれずに残っている領域、の少なくとも３つの領域を区別して前記歯車部品の噛み合い歯当たりを検査することを特徴とする請求項５に記載の歯車の歯当たり検査装置。
【請求項７】
前記検査手段は、前記撮像した画像に現れたコーティング材の状態の少なくとも前記コーティング材が剥がれているが残っている領域について、前記回転手段による回転において歯車の噛み合い時に発生する歯車間のすべり方向と直角方向に微分処理を施して前記歯車部品の噛み合い歯当たりを検査することを特徴とする請求項６に記載の歯車の歯当たり検査装置。
【請求項８】
前記微分処理は一方向微分処理であることを特徴とする請求項７に記載の歯車の歯当たり検査装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１０−２６６２４４（Ｐ２０１０−２６６２４４Ａ）
【公開日】平成２２年１１月２５日（２０１０．１１．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１１５８３０（Ｐ２００９−１１５８３０）
【出願日】平成２１年５月１２日（２００９．５．１２）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【出願人】（０００２３１３５０）ジヤトコ株式会社 (899)
【出願人】（５０３０２７９３１）学校法人同志社 (346)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１１月２５日（２０１０．１１．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年５月１２日（２００９．５．１２）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【出願人】（０００２３１３５０）ジヤトコ株式会社 (899)
【出願人】（５０３０２７９３１）学校法人同志社 (346)
【Ｆターム（参考）】
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