転がり軸受の表面検査装置
【課題】軌道輪表面の仕上がりの良否を簡易にかつ自動的に判断可能であり、製造コストが安価であると共に検査処理が簡単でありしかも精度の高い検査が可能な転がり軸受の表面検査装置を提供する。
【解決手段】検査表面に対しレーザ光を照射し、表面で反射したレーザ光を受光するレーザ光送受手段と、受光した光強度に対応する電気信号を出力する光電変換手段と、レーザ光照射部を軌道輪の軸と同軸で回転させる周方向走査手段と、レーザ光送受手段を軌道輪の軸に沿って移動する軸方向走査手段と、周方向走査の各位置において、光電変換手段から出力される電気信号出力の、軸方向における最大値を取得する最大値取得手段と、取得した最大値のうち、ハレーション状態に対応する最大値の個数を計数するハレーション個数計数手段と、ハレーション個数計数手段により計数されたハレーション個数に応じ、軌道輪の良否を判断する判断手段とを備える。
【解決手段】検査表面に対しレーザ光を照射し、表面で反射したレーザ光を受光するレーザ光送受手段と、受光した光強度に対応する電気信号を出力する光電変換手段と、レーザ光照射部を軌道輪の軸と同軸で回転させる周方向走査手段と、レーザ光送受手段を軌道輪の軸に沿って移動する軸方向走査手段と、周方向走査の各位置において、光電変換手段から出力される電気信号出力の、軸方向における最大値を取得する最大値取得手段と、取得した最大値のうち、ハレーション状態に対応する最大値の個数を計数するハレーション個数計数手段と、ハレーション個数計数手段により計数されたハレーション個数に応じ、軌道輪の良否を判断する判断手段とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、転がり軸受における軌道輪の研磨仕上がりを検査する表面検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
転がり軸受における外輪及び内輪等の軌道輪の表面研磨仕上がりが不十分であり欠陥等が存在すると、軸受を組み付けて回転させた際に異音や振動が発生する。このような不良品の軸受を稼働させると、短時間で摩耗が生じたり、壊れたりする可能性が高い。通常、軌道輪に転動体を組み付けた後であっても、最終的に検品が行われるので、このような軸受が出荷されるおそれはないが、軸受として組み付けた後に不良品であることが判明すると、全ての部品が無駄になってしまう。このため、組み付ける前の単体部品の状態で不良品をはじくことが望まれる。
【０００３】
従来より行われていた、転がり軸受における外輪及び内輪等の単体部品の検査方法は、接触式のセンサを、回転する外輪の内側表面又は内輪の外側表面に当接させてその微少な凹凸を検出するものであった。
【０００４】
このような接触式の検査方法によると、部品の表面に傷が付き易く、また、逆に傷の付かない柔軟な接触面を有するセンサによると、センサ側の接触部の摩耗が早くなり、センサの接触部交換を頻繁に行う必要があるため、メンテナンスに多大な手間がかかってしまう。しかも、表面全体に渡って走査しつつ検査することが難しいため、欠陥を見落とす可能性もあった。
【０００５】
上述した不都合を解消できる非接触式の表面状態検査方法として、特許文献１及び２には、超音波探傷装置を用いて軸受の軌道輪の表面を検査する技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−３３７５３０号公報
【特許文献２】特開２００２−３１７８２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１及び２に記載されているごとき超音波エコーを用いた検査技術によれば、軌道輪の表面全体の欠陥を検出することが可能であるが、超音波を使用するため、装置構成が複雑かつ大がかりとなり、水中で検査する必要があるなど、検査処理が簡易化できないのみならず、装置の製造コストが非常に高価になるという問題点がある。
【０００８】
また、特許文献１及び２に記載された検査技術を含む従来技術によると、軌道輪表面の仕上がりの良否を簡易にかつ自動的に判断することができなかった。
【０００９】
従って本発明の目的は、軌道輪表面の仕上がりの良否を簡易にかつ自動的に判断可能な、転がり軸受の表面検査装置を提供することにある。
【００１０】
本発明の他の目的は、製造コストが安価であると共に検査処理が簡単であり、しかも精度の高い検査が可能である、転がり軸受の表面検査装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明によれば、転がり軸受の検査すべき軌道輪の表面に対してレーザ光を照射し、軌道輪の表面で反射したレーザ光を受光するレーザ光送受手段と、レーザ光送受手段が受光した反射レーザ光の強度に対応する電気信号を出力する光電変換手段と、レーザ光送受手段の少なくともレーザ光照射部を軌道輪の軸と同軸で回転させる周方向走査を行う周方向走査手段と、レーザ光送受手段を軌道輪の軸に沿って移動する軸方向走査を行う軸方向走査手段と、周方向走査を行った際の周方向の各位置において、光電変換手段から出力される電気信号の信号出力の、軸方向における最大値を取得する最大値取得手段と、取得した最大値のうち、ハレーション（光輝部分）状態に対応する最大値の個数を計数するハレーション個数計数手段と、ハレーション個数計数手段によって計数されたハレーション個数に応じて、軌道輪の良否を判断する判断手段とを備えた転がり軸受の表面検査装置が提供される。
【００１２】
転がり軸受の軌道輪の表面で反射されたレーザ光は、受光されて光電変換されることにより、電気信号となる。その際、レーザ光照射部を軌道輪の軸と同軸で回転させる周方向走査を行うと共に、レーザ光送受手段を軌道輪の軸に沿って移動する軸方向走査を行う。周方向走査を行った際の周方向の各位置において、信号出力の、軸方向における最大値を取得し、その最大値のうち、ハレーション状態に対応する最大値の個数が計数される。この計数されたハレーション個数に応じて、軌道輪の良否が判断される。このように、周方向走査及び軸方向走査を行いつつ、レーザ光の照射及び反射光の受光を行っているため、軌道輪の表面全体について、簡単かつ高精度に仕上がりの良否を判断することができる。しかも、このようなレーザ光を走査する構成によれば、検査装置の製造コストを安価とすることができる。特に、本発明によれば、周方向の多くの領域に渡ってハレーション状態の部分があるか否かを、ハレーション状態に対応する最大値の個数で判別して良否を判断しているため、軌道輪表面の仕上がりの良否を精度良く、簡易にかつ自動的に判断することが可能となる。
【００１３】
判断手段は、ハレーション個数の、周方向位置の数に対する比率から軌道輪の良否を判断する手段であることが好ましい。この場合、判断手段は、比率があらかじめ定めた閾値以上の場合に、軌道輪が良品であると判断する手段であることがより好ましい。
【００１４】
レーザ光送受手段のレーザ光照射部が、軌道輪の表面に略垂直にレーザ光を照射するように構成されていることも好ましい。
【００１５】
軌道輪が外輪であり、レーザ光送受手段が、外輪の軸を中心として外輪の内側を回転することにより外輪の内周面にレーザ光を照射するレーザ光照射部と、この内周面で反射したレーザ光を受光するレーザ光受光部とを備えていることも好ましい。
【００１６】
軌道輪が内輪であり、レーザ光送受手段が、内輪の軸を中心として内輪の外側を回転することにより内輪の外周面にレーザ光を照射するレーザ光照射部と、この外周面で反射したレーザ光を受光するレーザ光受光部とを備えていることも好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、軌道輪の表面全体について、簡単かつ高精度に仕上がりの良否を判断することができる。しかも、検査装置の製造コストを安価とすることができる。さらに、軌道輪表面の仕上がりの良否を精度良く、簡易にかつ自動的に判断することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明における転がり軸受の表面検査装置の一実施形態の構成を概略的に示す構成図である。
【図２】図１の表面検査装置における本体の構成を概略的に示す断面図である。
【図３】図１の表面検査装置における処理制御装置の電気的構成を概略的に示すブロック図である。
【図４】図３の処理制御装置の制御処理内容を説明するフローチャートである。
【図５】図１の表面検査装置によって検査される外輪の検査範囲を説明する図である。
【図６】図１の表面検査装置によって検査された外輪の検査画像を表す図であり、（Ａ）は良品の検査画像、（Ｂ）は不良品の検査画像をそれぞれ示している。
【図７】図１の表面検査装置によって検査される外輪におけるレーザ光の反射状況を説明する図であり、（Ａ）は良品の場合、（Ｂ）は不良品の場合をそれぞれ示している。
【図８】図１の表面検査装置において、各周方向位置における反射光強度データの最大値を表す図であり、（Ａ）は良品について横軸に周方向位置を表した場合、（Ｂ）は（Ａ）のデータを最大値の小さい順から並び替えて表した場合、（Ｃ）は不良品について横軸に周方向位置を表した場合、（Ｄ）は（Ｃ）のデータを最大値の小さい順から並び替えて表した場合をそれぞれ示している。
【図９】本発明における転がり軸受の表面検査装置の他の実施形態の構成を概略的に示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１は本発明における転がり軸受の表面検査装置の一実施形態の構成を概略的に示しており、図２は図１の表面検査装置の本体の構成を概略的に示している。なお、本実施形態は、転がり軸受の軌道輪のうちの外輪の内側表面の仕上がり状態を検査する表面検査装置に関するものである。また、以下の記載において、「上下方向」とは検査すべき外輪が装着された際にその外輪の軸方向を意味しており、これは中空回転部材の軸方向でもある。「下方向、下方」とはこの軸方向において中空回転部材の先端方向（図１及び図２にて下方向）を意味し、「上方向、上方」とはこの軸方向において中空回転部材の先端とは反対方向（図１及び図２にて上方向）を意味する。また、「水平方向」とはこの軸方向に垂直な方向を意味する。
【００２０】
これらの図において、１０は表面検査装置の本体であり、１１は本表面検査装置の基盤である台座、１２は台座１１に下方の一端が固着されておりこの台座１１から上方に垂直に起立している支柱、１３は支柱１２に沿って上下方向に直線的に摺動駆動可能な昇降装置、１４はこの昇降装置１３から水平方向に伸長するアーム、１５はこのアーム１４の先端に本体１０を固着するための取り付け部材をそれぞれ示している。
【００２１】
表面検査装置の本体１０は、光源部１６と、取り付け部材１５を介してこの光源部１６に連結されているモータ１７と、本実施形態ではモータ１７の回転軸である中空回転部材１８とを備えている。中空回転部材１８は、モータ１７が駆動されると高速回転（１２０００ｒｐｍ以上、例えば、１５０００ｒｐｍで回転）し、その先端部からレーザ光を被検査体である外輪１９の内側表面に照射できるように構成されている。
【００２２】
表面検査装置には、さらに、外輪１９の内側表面で反射された反射レーザ光を光電変換して電気信号を出力する光電変換器２０と、この光電変換器２０からの電気信号から外輪１９の内側表面の表面仕上がり状態を判断すると共に、モータ１７、昇降装置１３及びレーザ光源の動作を制御する処理制御装置２１が設けられている。
【００２３】
以下、表面検査装置の本体１０の構成について、詳細に説明する。
【００２４】
図２にも拡大して示されているように、光源部１６には、図示しないレーザ光源から発生したレーザ光を集光するレンズ２２が中空回転部材１８と同軸に設けられている。このレンズ２２の下方には、中空の管材２３が中空回転部材１８と同軸に設けられている。この管材２３内には、レンズ２２によって集光されたレーザ光（レーザビーム）を下方に導く中空路である第１の照射光用導光路２３ａが形成されている。さらに、この管材２３の下方には、ギャップ２４を介してモータ１７の中空回転部材１８が設けられており、この中空回転部材１８内には、第１の照射光用導光路２３ａを介して導かれたレーザ光をギャップ２４を介して受け取り、下方に導く中空路である第２の照射光用導光路１８ａが形成されている。
【００２５】
中空回転部材１８の先端部はその周面の一部が切除されており、この切除された部分には第２の照射光用導光路１８ａを介して導かれたレーザ光を水平方向に反射する平面ミラー２５が設けられている。この平面ミラー２５は反射面が軸方向に対して４５°の角度をなすように取り付けられており、中空回転部材１８と共に高速回転するように構成されている。これにより、平面ミラー２５で反射されたレーザ光は、中空回転部材１８と同軸に装着された外輪１９の内側表面に垂直に入射可能となっている。平面ミラー２５が外輪１９の軸を中心として高速回転することにより、周方向の走査が実行されることとなる。
【００２６】
中空回転部材１８内には、第２の照射光用導光路１８ａの回りに複数の光ファイバが設けられており、これらの光ファイバは、外輪１９の内側表面で反射され、平面ミラー２５で反射された反射レーザ光を導く第１の反射光用導光路１８ｂを構成している。第１の反射光用導光路１８ｂを構成するこれら複数の光ファイバは、中空回転部材１８の内壁に沿って同心円状かつ多層状に配置され接着材で固着されている。
【００２７】
管材２３の回りには複数の光ファイバが設けられており、これらの複数の光ファイバは第１の反射光用導光路１８ｂを構成する複数の光ファイバからの反射レーザ光をギャップ２４を介して受け取る第２の反射光用導光路２３ｂを構成している。第２の反射光用導光路２３ｂを構成するこれら複数の光ファイバは、下方では管材２３の回りに同心円状かつ全体として筒状に配置され接着材で固着されており、その上方では管状にまとめられて光ファイバ束２６を構成している。この光ファイバ束２６は、本体１０から外部に引き出され、その端部は光電変換器２０（図１）に接続されている。これにより、外輪１９の内側表面で反射されたレーザ光は、平面ミラー２５で反射され、第１の反射光用導光路１８ｂ、第２の反射光用導光路２３ｂ及び光ファイバ束２６によって導かれて光電変換器２０に入射される。光電変換器２０は、入射された反射レーザ光の光強度に応じたアナログ電気信号を出力する。
【００２８】
昇降装置１３を駆動制御して、本体１０を一定の速度で上方向又は下方向に直線的に移動させることにより、軸方向の走査が実行される。
【００２９】
図３は本実施形態の表面検査装置における処理制御装置２１の電気的構成を概略的に示しており、図４はこの処理制御装置２１の制御処理内容を説明しており、図５は本実施形態の表面検査装置によって検査される外輪１９の検査範囲を説明している。
【００３０】
図３に示すように、処理制御装置２１は、光電変換器２０から出力されるアナログ電気信号を設定されたサンプリング周波数（例えば、〜８００ｋＨｚ）でデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部２１ａと、Ａ／Ｄ変換部２１ａに接続されたデジタルコンピュータによる処理部２１ｂと、処理部２１ｂに接続された記憶部２１ｃと、処理部２１ｂに接続された表示部２１ｄと、処理部２１ｂに接続された出力ポート２１ｅと、出力ポート２１ｅに接続された、昇降装置１３用の駆動回路２１ｆと、出力ポート２１ｅに接続された、モータ１７用の駆動回路２１ｇと、出力ポート２１ｅに接続された、光源部１６用の駆動回路２１ｈとを備えている。
【００３１】
次に、表面検査処理について詳細に説明する。
【００３２】
図４に示すように、まず、検査のためのパラメータを設定する（ステップＳ１）。このパラメータとしては、（１）図５に示すように外輪１９の内側表面における軸方向の検査範囲の設定、（２）周方向の走査におけるデータ数の設定、（３）軸方向の走査におけるデータ数の設定、（４）ハレーション（光輝部分）であると認識する閾値の設定、（５）良品及び不良品に関するハレーション率ＨＲの判定閾値の設定等である。
【００３３】
次いで、光源部１６をオン駆動してレーザ光の照射を開始すると共に、モータ１７を駆動して中空回転部材１８を高速回転させ、さらに、昇降装置１３を駆動して本体１０を上方向又は下方向に連続的又は断続的に移動する（ステップＳ２）。
【００３４】
これにより、集光されたレーザ光は、中空回転部材１８内の第１の照射光用導光路２３ａ及び第２の照射光用導光路１８ａを通って平面ミラー２５で反射され、外輪１９の内側表面に垂直に入射する。この外輪１９の内側表面で正反射されたレーザ光は、平面ミラー２５で反射され、第１の反射光用導光路１８ｂ、第２の反射光用導光路２３ｂ及び光ファイバ束２６によって導かれて光電変換器２０に入射される。その際、モータ１７によって中空回転部材１８と共に平面ミラー２５が外輪１９の軸を中心として高速回転することにより周方向の走査が行われ、昇降装置１３によって本体１０が一定速度で連続的に又は断続的に上方向又は下方向に直線的に移動することにより軸方向の走査が行われる。
【００３５】
光電変換器２０から得られる電気信号をＡ／Ｄ変換部２１ａを介して取り込むことにより、周方向及び軸方向の走査における反射レーザ光の光強度に応じたデジタルの反射光強度データを取得する（ステップＳ３）。この場合のサンプリング周波数は、パラメータとして設定された周方向のデータ数及び軸方向のデータ数に応じた値が選ばれる。例えば、周方向の設定データ数を９４０とした場合、１回転に対して９４０回のサンプリングがなされる周波数に設定され、１回転で９４０個の反射光強度データが取得される。また、軸方向のデータ数を１００とした場合、検査領域を移動する間に１００回のサンプリングがなされる周波数に設定され、１回の軸方向走査で１００個の反射光強度データが取得される。従って、上述のごとくデータ数を設定した場合、１回の走査処理により、１００×９４０個の反射光強度データが取得されることとなる。
【００３６】
次いで、取得した反射光強度データを、周方向走査における周方向位置及び軸方向走査における軸方向位置と対応させて、記憶部２１ｃに記憶する（ステップＳ４）。上述の例では、９４０個の周方向位置毎に、軸方向走査で得られた１００個の反射光強度データが記憶部２１ｃに記憶される。周方向位置は、モータ１７の回転基準位置をあらかじめ設定しその回転角度から現在位置を求めるようにしても良いし、エンコーダ等の回転角センサを用いて検出するようにしても良い。軸方向位置は、昇降装置１３の移動基準位置をあらかじめ設定してその移動距離から現在位置を求めるようにしても良いし、位置センサを用いて検出するようにしても良い。
【００３７】
次いで、９４０個の周方向位置毎に、軸方向の走査で得られた全ての反射光強度データを記憶部２１ｃから読み出し、その読み出した反射光強度データの最大値を算出する。９４０個の周方向位置毎に算出することによって得られた９４０個の反射光強度データの最大値をこれら周方向位置毎に記憶部２１ｃに記憶する（ステップＳ５）。
【００３８】
次いで、この記憶した周方向位置毎の反射光強度データの最大値を記憶部２１ｃから読み出し、読み出した反射光強度データの最大値と、設定されたハレーションであると認識する閾値（ハレーション状態であると本実施形態で規定した「２５５」より低い値、例えば、「２５０」）とを比較して、閾値以上であった反射光強度データの最大値の個数を計数する（ステップＳ６）。
【００３９】
このように計数した、ハレーションであると認識する閾値以上である反射光強度データの最大値の個数を用いて、ハレーション率ＨＲを、ＨＲ＝（周方向における閾値以上である反射光強度データの最大値の個数）／（周方向における反射光強度データの最大値の個数）＝（周方向における閾値以上である反射光強度データの最大値の個数）／９４０から算出する（ステップＳ７）。
【００４０】
次いで、算出したハレーション率ＨＲを、設定されているその判別閾値、例えば５０％と比較し、ハレーション率ＨＲがこの判別閾値を越えたかどうか判別する（ステップＳ８）。越えている場合（ＹＥＳの場合）はこの外輪１９が良品であると判別すると共にその旨を表示部２１ｄに表示する（ステップＳ９）。越えていない場合（ＮＯの場合）はこの外輪１９が不良品であると判別すると共にその旨を表示部２１ｄに表示する（ステップＳ１０）。
【００４１】
図６は本実施形態の表面検査装置によって検査された外輪の検査画像を表している。同図において横方向は周方向に対応しており、縦方向は軸方向に対応している。各周方向位置及び軸方向位置における反射光強度信号が明暗で表されている（明るいものほど反射光強度が高い）。また、同図（Ａ）は良品の検査画像、同図（Ｂ）は不良品の検査画像をそれぞれ示している。
【００４２】
同図（Ａ）のごとく、良品の外輪１９の場合は、周方向の全域に渡って、検査範囲の中央（軸方向中央）が際だって明るくなっており、この明るさはほとんど途切れていない。即ち、良品の場合は周方向の全域に渡って検査範囲の中央がハレーション状態となっている。一方、同図（Ｂ）のごとく、不良品の外輪１９′の場合は、検査範囲の中央（軸方向中央）は良品の場合に比して周方向の一部で暗くなっており周方向の全域が明るくなっていない。即ち、不良品の場合は周方向の一部のみにしかハレーション状態の部分が存在しない。
【００４３】
この差異は、外輪研磨における以下の特性に起因している。図７は本実施形態の表面検査装置によって検査される外輪におけるレーザ光の反射状況を説明している。同図（Ａ）のごとく良品の外輪１９の場合、内側表面の研磨が非常に精巧に行われているため、外輪の軸と垂直に照射されたレーザ光は軌道表面の曲面で精密に正反射されるので、反射レーザ光は照射部と同じ位置にある受光部には、ほとんど戻ってこない。このため、軌道表面のほとんどの部分で反射レーザ光が戻らないことから暗くなる。しかしながら、軌道表面の軸方向の中央では、照射レーザ光が正反射されるので照射光のほとんどが照射部と同じ位置にある受光部へ戻ることとなり、ハレーション状態を起こす。このハレーション状態は、周方向の全域に渡って連続的に途切れることなく生じる。これに対して、同図（Ｂ）のごとく不良品の外輪１９′の場合、研磨仕上がりが十分でないため、軌道表面がざらついており、軌道表面のどの部分に照射した場合にも、ある程度の反射光が受光部へ戻るのみである。このため、周方向の一部でのみしかハレーション状態が生じない。
【００４４】
本実施形態では、外輪研磨における以上の特性を利用して外輪の内側表面の研磨仕上がり良否を判断しているのである。
【００４５】
図８は本実施形態の表面検査装置において、各周方向位置における反射光強度データの最大値を表す図である。同図において、（Ａ）は良品について横軸に周方向位置、縦軸に軸方向における反射光強度データの最大値を表した場合、（Ｂ）は（Ａ）のデータを最大値の小さい順から並び替え、横軸に周方向のデータ数、縦軸に軸方向における反射光強度データの最大値を表した場合、（Ｃ）は不良品について横軸に周方向位置、縦軸に軸方向における反射光強度データの最大値を表した場合、（Ｄ）は（Ｃ）のデータを最大値の小さい順から並び替え、横軸に周方向のデータ数、縦軸に軸方向における反射光強度データの最大値を表した場合をそれぞれ示している。
【００４６】
同図（Ａ）に示すように、良品の場合、軸方向における反射光強度データの最大値は、周方向のほぼ全ての位置において、ハレーション状態であると規定した「２５５」となっており、同図（Ｂ）に示すように、その数は例えば７８０以上となっている。このため、ハレーション率ＨＲはＨＲ≧７８０／９４０≒８２．９％となる。一方、同図（Ｃ）に示すように、不良品の場合、軸方向における反射光強度データの最大値は、周方向のほとんどの位置において、ハレーション状態である「２５５」未満であり、同図（Ｄ）に示すように、その数は例えば９０以下である。このため、ハレーション率ＨＲはＨＲ≦９０／９４０≒９．６％となる。その結果、ハレーション率ＨＲの良品及び不良品の閾値を５０％とすれば、良品及び不良品の識別を確実に行うことができる。因みに、本実施形態によって良品及び不良品の判定を行った場合の正答率は、単なる一例であるが、良品については９５％、不良品については８３％であり、全体では８９％であった。
【００４７】
このように、本実施形態では、軸方向における反射光強度データの最大値のうち、周方向において、ハレーション状態であると認識されるものの個数を計数し、その計数した個数からハレーション率ＨＲを求め、このハレーション率ＨＲを閾値と比較することにより良否を判断しているため、外輪内側表面の仕上がりの良否を精度良く、簡易にかつ自動的に判断することが可能となる。また、周方向走査及び軸方向走査を行いつつ、レーザ光の照射及び反射光の受光を行っているため、外輪の内側表面全体について、簡単かつ高精度に仕上がりの良否を判断することができる。しかも、このようなレーザ光を走査する構成によれば、検査装置の製造コストを安価とすることができる。
【００４８】
図９は本発明における転がり軸受の表面検査装置の他の実施形態の構成を概略的に示している。本実施形態は、転がり軸受の軌道輪のうちの内輪の外側表面の仕上がり状態を検査する表面検査装置に関するものである。また、以下の記載において、「上下方向」とは検査すべき内輪が装着された際にその内輪の軸方向を意味しており、これは中空回転部材の軸方向でもある。「下方向、下方」とはこの軸方向において中空回転部材の先端方向（図９にて下方向）を意味し、「上方向、上方」とはこの軸方向において中空回転部材の先端とは反対方向（図９にて上方向）を意味する。また、「水平方向」とは軸方向に垂直な方向を意味する。
【００４９】
同図において、９０は表面検査装置の本体であり、９１は本表面検査装置の基盤である台座、９２は台座９１に下方の一端が固着されておりこの台座９１から上方に垂直に起立している支柱、９３は支柱９２に沿って上下方向に直線的に摺動駆動可能な昇降装置、９４はこの昇降装置９３から水平方向に伸長するアーム、９５はこのアーム９４の先端に本体９０を固着するための取り付け部材をそれぞれ示している。
【００５０】
表面検査装置の本体９０は、レーザ光源９６ａ及び集光レンズ９６ｂを有する光源部９６と、取り付け部材９５上に設けられており、光源部９６と連結されているモータ９７と、本実施形態ではモータ９７の回転軸である中空回転部材９８とを備えている。中空回転部材９８は、モータ９７が駆動されると高速回転（１２０００ｒｐｍ以上、例えば、１５０００ｒｐｍで回転）し、その先端部からレーザ光を被検査体である内輪９９の外側表面に照射できるように構成されている。
【００５１】
表面検査装置には、さらに、内輪９９の外側表面で反射された反射レーザ光を光電変換して電気信号を出力する光電変換器１００と、この光電変換器１００からの電気信号から内輪９９の外側表面の表面仕上がり状態を判断すると共に、モータ９７、昇降装置９３及びレーザ光源９６ａの動作を制御する処理制御装置１０１が設けられている。
【００５２】
以下、表面検査装置の本体９０の構成について、詳細に説明する。
【００５３】
光源部９６には、レーザ光源９６ａから発生したレーザ光を集光するレンズ９６ｂが中空回転部材９８と同軸に設けられている。中空回転部材９８内には、レンズ９６ｂによって集光されたレーザ光を受け取り、下方に導く中空路である照射光用導光路９８ａが形成されている。
【００５４】
中空回転部材９８の先端部はその周面の一部が切除されており、この切除された部分には照射光用導光路９８ａを介して導かれたレーザ光を水平方向に反射する第１の平面ミラー１０５が設けられている。また、中空回転部材９８の先端部には、円板部材１０７がこの中空回転部材９８と同軸に取り付けられている。円板部材１０７の外周部には、第１の平面ミラー１０５と同期して回転する第２の平面ミラー１０８が設けられている。この第２の平面ミラー１０８の下方の固定位置には、円錐台ミラー１０９が中空回転部材９８と同軸に配置されている。
【００５５】
本実施形態においては、モータ９７自体が、回転軸として、高速回転可能な中空回転部材９８を有しており、光源部９６からの光ビームが中空回転部材９８を通過することができる。なお、独立した中空回転部材を別個に配置されたモータによって回転駆動させるように構成しても良い。
【００５６】
円板部材１０７は、一定の半径を有し、中空回転部材９８の端部にこの中空回転部材９８と同軸に固着されている。
【００５７】
第１の平面ミラー１０５は、中空回転部材９８の軸方向に対して４５°の傾きでこの軸から離れる方向に向いた平坦な鏡面を有しており、中空回転部材９８の端部の中心軸上に設置されている。従って、この第１の平面ミラー１０５は、中空回転部材９８の軸方向の入射光を、この軸に対して垂直な放射方向に進む反射光を生成する。
【００５８】
第２の平面ミラー１０８は、中空回転部材９８の軸方向に対して４５°の傾きでこの軸に近づく方向に向いた平坦な鏡面を有しており、中空回転部材９８の軸に垂直な水平平面からなる円板部材１０７の外周部に配置され固着されている。この第２の平面ミラー１０８及び第１の平面ミラー１０５は、互いの鏡面が対向するように固定された位置関係を有しており、従って、第２の平面ミラー１０８は、第１の平面ミラー１０５と同期して回転する。その結果、第１の平面ミラー１０５から反射された水平方向の光ビームが第２の平面ミラー１０８に入射し、中空回転部材９８の軸方向と平行な方向に反射されて第１の平面ミラー１０５とは反対側の位置、即ち図にて下方に設けられた円錐台ミラー１０９に入射する。
【００５９】
円錐台ミラー１０９は、中空回転部材９８と同軸に配置されており、回転する第２の平面ミラー１０８からの光ビームを内輪９９の外側表面に反射するためのものである。この円錐台ミラー１０９の光入射面である円錐面（斜面）と水平面（底面）との間の角度は４５°に近いか大きい角度に設定されている。円錐台ミラー１０９を用いることで、互いに同期して回転する第１の平面ミラー１０５及び第２の平面ミラー１０８を介して入射される光が反射され、内輪９９の外側表面の周囲を周方向に移動しながらこの外側表面に水平に近い入射角度で照射される。
【００６０】
第１の平面ミラー１０５、円板部材１０７及び第２の平面ミラー１０８は、中空回転部材９８と共に高速回転するように構成されている。これにより、周方向の走査が実行されることとなる。
【００６１】
円錐台ミラー１０９に対して第２の平面ミラー１０８とは反対側の位置、即ち下方には、複数の光ファイバ１０６ａの受光端部がリング状に配置されている。複数の光ファイバ１０６ａはそれぞれの先端部をヘッド部１１０の開口部において環状に揃えて受光部を形成する。ここで、反射光を捉えやすくするために、光ファイバ１０６ａの受光端の端面が反射光に向かうように設置されている。また、複数の光ファイバ１０６ａが束にまとまった状態で光ファイバ導出部１０６より外部へ導出され、その他端は光電変換器１００に接続されている。これにより、内輪９９の外側表面で反射されたレーザ光は、光ファイバ１０６ａ及び光ファイバ束１０６によって導かれて光電変換器１００に入射される。
【００６２】
上述した受光手段は、ヘッド部１１０と共に円錐台ミラー１０９に対して軸方向（上下方向）に移動可能とされる。ヘッド部１１０のこの軸方向移動手段は、図示されていないが、手動又は自動の移動機構を用いることが考えられる。
【００６３】
昇降装置９３を駆動制御して、本体９０を一定の速度で上方向又は下方向に直線的に移動させることにより、軸方向の走査が実行される。なお、変更態様として、台座９１に上下方向に移動する昇降装置を設け、内輪９９を昇降させて軸方向の走査を実行するように構成しても良い。
【００６４】
本実施形態における光電変換器１００及び処理制御装置１０１の構成、動作及び作用効果は図１及び２の実施形態における光電変換器２０及び処理制御装置２１の構成、動作及び作用効果と全く同様であるため、説明は省略する。
【００６５】
なお、上述した図１及び図９の実施形態においては、各周方向位置において軸方向の反射光強度データにおける最大値を求め、ハレーションであると認識する閾値以上の最大値の個数を計数し、計数した個数からハレーション率ＨＲを算出し、算出したハレーション率ＨＲが判別閾値を越えたかどうかにより、良品、不良品の判断を行っている。しかしながら、本発明では、ハレーション率ＨＲを算出したり、ハレーション率ＨＲが判別閾値を越えたかどうか判別したりせずとも、ハレーションであると認識した最大値の個数から、何らかの方法で良品、不良品の判断を行うように処理制御装置を構成することも可能である。
【００６６】
以上述べた実施形態は、転がり軸受のうちの玉軸受の表面検査装置に関するものであるが、本発明は、その他の転がり軸受の表面検査装置、例えば円筒ころ軸受の表面検査装置にも適用できることはもちろんである。
【００６７】
以上述べた実施形態は全て本発明を例示的に示すものであって限定的に示すものではなく、本発明は他の種々の変形態様及び変更態様で実施することができる。従って本発明の範囲は特許請求の範囲及びその均等範囲によってのみ規定されるものである。
【符号の説明】
【００６８】
１０、９０ 本体
１１、９１ 台座
１２、９２ 支柱
１３、９３ 昇降装置
１４、９４ アーム
１５、９５ 取り付け部材
１６、９６ 光源部
１７、９７ モータ
１８、９８ 中空回転部材
１８ａ 第２の照射光用導光路
１８ｂ 第１の反射光用導光路
１９、１９′ 外輪
２０、１００ 光電変換器
２１、１０１ 処理制御装置
２１ａ Ａ／Ｄ変換部
２１ｂ 処理部
２１ｃ 記憶部
２１ｄ 表示部
２１ｅ 出力ポート
２１ｆ、２１ｇ、２１ｈ 駆動回路
２２、９６ｂ レンズ
２３ 管材
２３ａ 第１の照射光用導光路
２３ｂ 第２の反射光用導光路
２４ ギャップ
２５ 平面ミラー
２６ 光ファイバ束
９６ａ レーザ光源
９８ａ 照射光用導光路
９９ 内輪
１０５ 第１の平面ミラー
１０６ 光ファイバ束
１０６ａ 光ファイバ
１０７ 円板部材
１０８ 第２の平面ミラー
１０９ 円錐台ミラー
１１０ ヘッド部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、転がり軸受における軌道輪の研磨仕上がりを検査する表面検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
転がり軸受における外輪及び内輪等の軌道輪の表面研磨仕上がりが不十分であり欠陥等が存在すると、軸受を組み付けて回転させた際に異音や振動が発生する。このような不良品の軸受を稼働させると、短時間で摩耗が生じたり、壊れたりする可能性が高い。通常、軌道輪に転動体を組み付けた後であっても、最終的に検品が行われるので、このような軸受が出荷されるおそれはないが、軸受として組み付けた後に不良品であることが判明すると、全ての部品が無駄になってしまう。このため、組み付ける前の単体部品の状態で不良品をはじくことが望まれる。
【０００３】
従来より行われていた、転がり軸受における外輪及び内輪等の単体部品の検査方法は、接触式のセンサを、回転する外輪の内側表面又は内輪の外側表面に当接させてその微少な凹凸を検出するものであった。
【０００４】
このような接触式の検査方法によると、部品の表面に傷が付き易く、また、逆に傷の付かない柔軟な接触面を有するセンサによると、センサ側の接触部の摩耗が早くなり、センサの接触部交換を頻繁に行う必要があるため、メンテナンスに多大な手間がかかってしまう。しかも、表面全体に渡って走査しつつ検査することが難しいため、欠陥を見落とす可能性もあった。
【０００５】
上述した不都合を解消できる非接触式の表面状態検査方法として、特許文献１及び２には、超音波探傷装置を用いて軸受の軌道輪の表面を検査する技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−３３７５３０号公報
【特許文献２】特開２００２−３１７８２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１及び２に記載されているごとき超音波エコーを用いた検査技術によれば、軌道輪の表面全体の欠陥を検出することが可能であるが、超音波を使用するため、装置構成が複雑かつ大がかりとなり、水中で検査する必要があるなど、検査処理が簡易化できないのみならず、装置の製造コストが非常に高価になるという問題点がある。
【０００８】
また、特許文献１及び２に記載された検査技術を含む従来技術によると、軌道輪表面の仕上がりの良否を簡易にかつ自動的に判断することができなかった。
【０００９】
従って本発明の目的は、軌道輪表面の仕上がりの良否を簡易にかつ自動的に判断可能な、転がり軸受の表面検査装置を提供することにある。
【００１０】
本発明の他の目的は、製造コストが安価であると共に検査処理が簡単であり、しかも精度の高い検査が可能である、転がり軸受の表面検査装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明によれば、転がり軸受の検査すべき軌道輪の表面に対してレーザ光を照射し、軌道輪の表面で反射したレーザ光を受光するレーザ光送受手段と、レーザ光送受手段が受光した反射レーザ光の強度に対応する電気信号を出力する光電変換手段と、レーザ光送受手段の少なくともレーザ光照射部を軌道輪の軸と同軸で回転させる周方向走査を行う周方向走査手段と、レーザ光送受手段を軌道輪の軸に沿って移動する軸方向走査を行う軸方向走査手段と、周方向走査を行った際の周方向の各位置において、光電変換手段から出力される電気信号の信号出力の、軸方向における最大値を取得する最大値取得手段と、取得した最大値のうち、ハレーション（光輝部分）状態に対応する最大値の個数を計数するハレーション個数計数手段と、ハレーション個数計数手段によって計数されたハレーション個数に応じて、軌道輪の良否を判断する判断手段とを備えた転がり軸受の表面検査装置が提供される。
【００１２】
転がり軸受の軌道輪の表面で反射されたレーザ光は、受光されて光電変換されることにより、電気信号となる。その際、レーザ光照射部を軌道輪の軸と同軸で回転させる周方向走査を行うと共に、レーザ光送受手段を軌道輪の軸に沿って移動する軸方向走査を行う。周方向走査を行った際の周方向の各位置において、信号出力の、軸方向における最大値を取得し、その最大値のうち、ハレーション状態に対応する最大値の個数が計数される。この計数されたハレーション個数に応じて、軌道輪の良否が判断される。このように、周方向走査及び軸方向走査を行いつつ、レーザ光の照射及び反射光の受光を行っているため、軌道輪の表面全体について、簡単かつ高精度に仕上がりの良否を判断することができる。しかも、このようなレーザ光を走査する構成によれば、検査装置の製造コストを安価とすることができる。特に、本発明によれば、周方向の多くの領域に渡ってハレーション状態の部分があるか否かを、ハレーション状態に対応する最大値の個数で判別して良否を判断しているため、軌道輪表面の仕上がりの良否を精度良く、簡易にかつ自動的に判断することが可能となる。
【００１３】
判断手段は、ハレーション個数の、周方向位置の数に対する比率から軌道輪の良否を判断する手段であることが好ましい。この場合、判断手段は、比率があらかじめ定めた閾値以上の場合に、軌道輪が良品であると判断する手段であることがより好ましい。
【００１４】
レーザ光送受手段のレーザ光照射部が、軌道輪の表面に略垂直にレーザ光を照射するように構成されていることも好ましい。
【００１５】
軌道輪が外輪であり、レーザ光送受手段が、外輪の軸を中心として外輪の内側を回転することにより外輪の内周面にレーザ光を照射するレーザ光照射部と、この内周面で反射したレーザ光を受光するレーザ光受光部とを備えていることも好ましい。
【００１６】
軌道輪が内輪であり、レーザ光送受手段が、内輪の軸を中心として内輪の外側を回転することにより内輪の外周面にレーザ光を照射するレーザ光照射部と、この外周面で反射したレーザ光を受光するレーザ光受光部とを備えていることも好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、軌道輪の表面全体について、簡単かつ高精度に仕上がりの良否を判断することができる。しかも、検査装置の製造コストを安価とすることができる。さらに、軌道輪表面の仕上がりの良否を精度良く、簡易にかつ自動的に判断することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明における転がり軸受の表面検査装置の一実施形態の構成を概略的に示す構成図である。
【図２】図１の表面検査装置における本体の構成を概略的に示す断面図である。
【図３】図１の表面検査装置における処理制御装置の電気的構成を概略的に示すブロック図である。
【図４】図３の処理制御装置の制御処理内容を説明するフローチャートである。
【図５】図１の表面検査装置によって検査される外輪の検査範囲を説明する図である。
【図６】図１の表面検査装置によって検査された外輪の検査画像を表す図であり、（Ａ）は良品の検査画像、（Ｂ）は不良品の検査画像をそれぞれ示している。
【図７】図１の表面検査装置によって検査される外輪におけるレーザ光の反射状況を説明する図であり、（Ａ）は良品の場合、（Ｂ）は不良品の場合をそれぞれ示している。
【図８】図１の表面検査装置において、各周方向位置における反射光強度データの最大値を表す図であり、（Ａ）は良品について横軸に周方向位置を表した場合、（Ｂ）は（Ａ）のデータを最大値の小さい順から並び替えて表した場合、（Ｃ）は不良品について横軸に周方向位置を表した場合、（Ｄ）は（Ｃ）のデータを最大値の小さい順から並び替えて表した場合をそれぞれ示している。
【図９】本発明における転がり軸受の表面検査装置の他の実施形態の構成を概略的に示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１は本発明における転がり軸受の表面検査装置の一実施形態の構成を概略的に示しており、図２は図１の表面検査装置の本体の構成を概略的に示している。なお、本実施形態は、転がり軸受の軌道輪のうちの外輪の内側表面の仕上がり状態を検査する表面検査装置に関するものである。また、以下の記載において、「上下方向」とは検査すべき外輪が装着された際にその外輪の軸方向を意味しており、これは中空回転部材の軸方向でもある。「下方向、下方」とはこの軸方向において中空回転部材の先端方向（図１及び図２にて下方向）を意味し、「上方向、上方」とはこの軸方向において中空回転部材の先端とは反対方向（図１及び図２にて上方向）を意味する。また、「水平方向」とはこの軸方向に垂直な方向を意味する。
【００２０】
これらの図において、１０は表面検査装置の本体であり、１１は本表面検査装置の基盤である台座、１２は台座１１に下方の一端が固着されておりこの台座１１から上方に垂直に起立している支柱、１３は支柱１２に沿って上下方向に直線的に摺動駆動可能な昇降装置、１４はこの昇降装置１３から水平方向に伸長するアーム、１５はこのアーム１４の先端に本体１０を固着するための取り付け部材をそれぞれ示している。
【００２１】
表面検査装置の本体１０は、光源部１６と、取り付け部材１５を介してこの光源部１６に連結されているモータ１７と、本実施形態ではモータ１７の回転軸である中空回転部材１８とを備えている。中空回転部材１８は、モータ１７が駆動されると高速回転（１２０００ｒｐｍ以上、例えば、１５０００ｒｐｍで回転）し、その先端部からレーザ光を被検査体である外輪１９の内側表面に照射できるように構成されている。
【００２２】
表面検査装置には、さらに、外輪１９の内側表面で反射された反射レーザ光を光電変換して電気信号を出力する光電変換器２０と、この光電変換器２０からの電気信号から外輪１９の内側表面の表面仕上がり状態を判断すると共に、モータ１７、昇降装置１３及びレーザ光源の動作を制御する処理制御装置２１が設けられている。
【００２３】
以下、表面検査装置の本体１０の構成について、詳細に説明する。
【００２４】
図２にも拡大して示されているように、光源部１６には、図示しないレーザ光源から発生したレーザ光を集光するレンズ２２が中空回転部材１８と同軸に設けられている。このレンズ２２の下方には、中空の管材２３が中空回転部材１８と同軸に設けられている。この管材２３内には、レンズ２２によって集光されたレーザ光（レーザビーム）を下方に導く中空路である第１の照射光用導光路２３ａが形成されている。さらに、この管材２３の下方には、ギャップ２４を介してモータ１７の中空回転部材１８が設けられており、この中空回転部材１８内には、第１の照射光用導光路２３ａを介して導かれたレーザ光をギャップ２４を介して受け取り、下方に導く中空路である第２の照射光用導光路１８ａが形成されている。
【００２５】
中空回転部材１８の先端部はその周面の一部が切除されており、この切除された部分には第２の照射光用導光路１８ａを介して導かれたレーザ光を水平方向に反射する平面ミラー２５が設けられている。この平面ミラー２５は反射面が軸方向に対して４５°の角度をなすように取り付けられており、中空回転部材１８と共に高速回転するように構成されている。これにより、平面ミラー２５で反射されたレーザ光は、中空回転部材１８と同軸に装着された外輪１９の内側表面に垂直に入射可能となっている。平面ミラー２５が外輪１９の軸を中心として高速回転することにより、周方向の走査が実行されることとなる。
【００２６】
中空回転部材１８内には、第２の照射光用導光路１８ａの回りに複数の光ファイバが設けられており、これらの光ファイバは、外輪１９の内側表面で反射され、平面ミラー２５で反射された反射レーザ光を導く第１の反射光用導光路１８ｂを構成している。第１の反射光用導光路１８ｂを構成するこれら複数の光ファイバは、中空回転部材１８の内壁に沿って同心円状かつ多層状に配置され接着材で固着されている。
【００２７】
管材２３の回りには複数の光ファイバが設けられており、これらの複数の光ファイバは第１の反射光用導光路１８ｂを構成する複数の光ファイバからの反射レーザ光をギャップ２４を介して受け取る第２の反射光用導光路２３ｂを構成している。第２の反射光用導光路２３ｂを構成するこれら複数の光ファイバは、下方では管材２３の回りに同心円状かつ全体として筒状に配置され接着材で固着されており、その上方では管状にまとめられて光ファイバ束２６を構成している。この光ファイバ束２６は、本体１０から外部に引き出され、その端部は光電変換器２０（図１）に接続されている。これにより、外輪１９の内側表面で反射されたレーザ光は、平面ミラー２５で反射され、第１の反射光用導光路１８ｂ、第２の反射光用導光路２３ｂ及び光ファイバ束２６によって導かれて光電変換器２０に入射される。光電変換器２０は、入射された反射レーザ光の光強度に応じたアナログ電気信号を出力する。
【００２８】
昇降装置１３を駆動制御して、本体１０を一定の速度で上方向又は下方向に直線的に移動させることにより、軸方向の走査が実行される。
【００２９】
図３は本実施形態の表面検査装置における処理制御装置２１の電気的構成を概略的に示しており、図４はこの処理制御装置２１の制御処理内容を説明しており、図５は本実施形態の表面検査装置によって検査される外輪１９の検査範囲を説明している。
【００３０】
図３に示すように、処理制御装置２１は、光電変換器２０から出力されるアナログ電気信号を設定されたサンプリング周波数（例えば、〜８００ｋＨｚ）でデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部２１ａと、Ａ／Ｄ変換部２１ａに接続されたデジタルコンピュータによる処理部２１ｂと、処理部２１ｂに接続された記憶部２１ｃと、処理部２１ｂに接続された表示部２１ｄと、処理部２１ｂに接続された出力ポート２１ｅと、出力ポート２１ｅに接続された、昇降装置１３用の駆動回路２１ｆと、出力ポート２１ｅに接続された、モータ１７用の駆動回路２１ｇと、出力ポート２１ｅに接続された、光源部１６用の駆動回路２１ｈとを備えている。
【００３１】
次に、表面検査処理について詳細に説明する。
【００３２】
図４に示すように、まず、検査のためのパラメータを設定する（ステップＳ１）。このパラメータとしては、（１）図５に示すように外輪１９の内側表面における軸方向の検査範囲の設定、（２）周方向の走査におけるデータ数の設定、（３）軸方向の走査におけるデータ数の設定、（４）ハレーション（光輝部分）であると認識する閾値の設定、（５）良品及び不良品に関するハレーション率ＨＲの判定閾値の設定等である。
【００３３】
次いで、光源部１６をオン駆動してレーザ光の照射を開始すると共に、モータ１７を駆動して中空回転部材１８を高速回転させ、さらに、昇降装置１３を駆動して本体１０を上方向又は下方向に連続的又は断続的に移動する（ステップＳ２）。
【００３４】
これにより、集光されたレーザ光は、中空回転部材１８内の第１の照射光用導光路２３ａ及び第２の照射光用導光路１８ａを通って平面ミラー２５で反射され、外輪１９の内側表面に垂直に入射する。この外輪１９の内側表面で正反射されたレーザ光は、平面ミラー２５で反射され、第１の反射光用導光路１８ｂ、第２の反射光用導光路２３ｂ及び光ファイバ束２６によって導かれて光電変換器２０に入射される。その際、モータ１７によって中空回転部材１８と共に平面ミラー２５が外輪１９の軸を中心として高速回転することにより周方向の走査が行われ、昇降装置１３によって本体１０が一定速度で連続的に又は断続的に上方向又は下方向に直線的に移動することにより軸方向の走査が行われる。
【００３５】
光電変換器２０から得られる電気信号をＡ／Ｄ変換部２１ａを介して取り込むことにより、周方向及び軸方向の走査における反射レーザ光の光強度に応じたデジタルの反射光強度データを取得する（ステップＳ３）。この場合のサンプリング周波数は、パラメータとして設定された周方向のデータ数及び軸方向のデータ数に応じた値が選ばれる。例えば、周方向の設定データ数を９４０とした場合、１回転に対して９４０回のサンプリングがなされる周波数に設定され、１回転で９４０個の反射光強度データが取得される。また、軸方向のデータ数を１００とした場合、検査領域を移動する間に１００回のサンプリングがなされる周波数に設定され、１回の軸方向走査で１００個の反射光強度データが取得される。従って、上述のごとくデータ数を設定した場合、１回の走査処理により、１００×９４０個の反射光強度データが取得されることとなる。
【００３６】
次いで、取得した反射光強度データを、周方向走査における周方向位置及び軸方向走査における軸方向位置と対応させて、記憶部２１ｃに記憶する（ステップＳ４）。上述の例では、９４０個の周方向位置毎に、軸方向走査で得られた１００個の反射光強度データが記憶部２１ｃに記憶される。周方向位置は、モータ１７の回転基準位置をあらかじめ設定しその回転角度から現在位置を求めるようにしても良いし、エンコーダ等の回転角センサを用いて検出するようにしても良い。軸方向位置は、昇降装置１３の移動基準位置をあらかじめ設定してその移動距離から現在位置を求めるようにしても良いし、位置センサを用いて検出するようにしても良い。
【００３７】
次いで、９４０個の周方向位置毎に、軸方向の走査で得られた全ての反射光強度データを記憶部２１ｃから読み出し、その読み出した反射光強度データの最大値を算出する。９４０個の周方向位置毎に算出することによって得られた９４０個の反射光強度データの最大値をこれら周方向位置毎に記憶部２１ｃに記憶する（ステップＳ５）。
【００３８】
次いで、この記憶した周方向位置毎の反射光強度データの最大値を記憶部２１ｃから読み出し、読み出した反射光強度データの最大値と、設定されたハレーションであると認識する閾値（ハレーション状態であると本実施形態で規定した「２５５」より低い値、例えば、「２５０」）とを比較して、閾値以上であった反射光強度データの最大値の個数を計数する（ステップＳ６）。
【００３９】
このように計数した、ハレーションであると認識する閾値以上である反射光強度データの最大値の個数を用いて、ハレーション率ＨＲを、ＨＲ＝（周方向における閾値以上である反射光強度データの最大値の個数）／（周方向における反射光強度データの最大値の個数）＝（周方向における閾値以上である反射光強度データの最大値の個数）／９４０から算出する（ステップＳ７）。
【００４０】
次いで、算出したハレーション率ＨＲを、設定されているその判別閾値、例えば５０％と比較し、ハレーション率ＨＲがこの判別閾値を越えたかどうか判別する（ステップＳ８）。越えている場合（ＹＥＳの場合）はこの外輪１９が良品であると判別すると共にその旨を表示部２１ｄに表示する（ステップＳ９）。越えていない場合（ＮＯの場合）はこの外輪１９が不良品であると判別すると共にその旨を表示部２１ｄに表示する（ステップＳ１０）。
【００４１】
図６は本実施形態の表面検査装置によって検査された外輪の検査画像を表している。同図において横方向は周方向に対応しており、縦方向は軸方向に対応している。各周方向位置及び軸方向位置における反射光強度信号が明暗で表されている（明るいものほど反射光強度が高い）。また、同図（Ａ）は良品の検査画像、同図（Ｂ）は不良品の検査画像をそれぞれ示している。
【００４２】
同図（Ａ）のごとく、良品の外輪１９の場合は、周方向の全域に渡って、検査範囲の中央（軸方向中央）が際だって明るくなっており、この明るさはほとんど途切れていない。即ち、良品の場合は周方向の全域に渡って検査範囲の中央がハレーション状態となっている。一方、同図（Ｂ）のごとく、不良品の外輪１９′の場合は、検査範囲の中央（軸方向中央）は良品の場合に比して周方向の一部で暗くなっており周方向の全域が明るくなっていない。即ち、不良品の場合は周方向の一部のみにしかハレーション状態の部分が存在しない。
【００４３】
この差異は、外輪研磨における以下の特性に起因している。図７は本実施形態の表面検査装置によって検査される外輪におけるレーザ光の反射状況を説明している。同図（Ａ）のごとく良品の外輪１９の場合、内側表面の研磨が非常に精巧に行われているため、外輪の軸と垂直に照射されたレーザ光は軌道表面の曲面で精密に正反射されるので、反射レーザ光は照射部と同じ位置にある受光部には、ほとんど戻ってこない。このため、軌道表面のほとんどの部分で反射レーザ光が戻らないことから暗くなる。しかしながら、軌道表面の軸方向の中央では、照射レーザ光が正反射されるので照射光のほとんどが照射部と同じ位置にある受光部へ戻ることとなり、ハレーション状態を起こす。このハレーション状態は、周方向の全域に渡って連続的に途切れることなく生じる。これに対して、同図（Ｂ）のごとく不良品の外輪１９′の場合、研磨仕上がりが十分でないため、軌道表面がざらついており、軌道表面のどの部分に照射した場合にも、ある程度の反射光が受光部へ戻るのみである。このため、周方向の一部でのみしかハレーション状態が生じない。
【００４４】
本実施形態では、外輪研磨における以上の特性を利用して外輪の内側表面の研磨仕上がり良否を判断しているのである。
【００４５】
図８は本実施形態の表面検査装置において、各周方向位置における反射光強度データの最大値を表す図である。同図において、（Ａ）は良品について横軸に周方向位置、縦軸に軸方向における反射光強度データの最大値を表した場合、（Ｂ）は（Ａ）のデータを最大値の小さい順から並び替え、横軸に周方向のデータ数、縦軸に軸方向における反射光強度データの最大値を表した場合、（Ｃ）は不良品について横軸に周方向位置、縦軸に軸方向における反射光強度データの最大値を表した場合、（Ｄ）は（Ｃ）のデータを最大値の小さい順から並び替え、横軸に周方向のデータ数、縦軸に軸方向における反射光強度データの最大値を表した場合をそれぞれ示している。
【００４６】
同図（Ａ）に示すように、良品の場合、軸方向における反射光強度データの最大値は、周方向のほぼ全ての位置において、ハレーション状態であると規定した「２５５」となっており、同図（Ｂ）に示すように、その数は例えば７８０以上となっている。このため、ハレーション率ＨＲはＨＲ≧７８０／９４０≒８２．９％となる。一方、同図（Ｃ）に示すように、不良品の場合、軸方向における反射光強度データの最大値は、周方向のほとんどの位置において、ハレーション状態である「２５５」未満であり、同図（Ｄ）に示すように、その数は例えば９０以下である。このため、ハレーション率ＨＲはＨＲ≦９０／９４０≒９．６％となる。その結果、ハレーション率ＨＲの良品及び不良品の閾値を５０％とすれば、良品及び不良品の識別を確実に行うことができる。因みに、本実施形態によって良品及び不良品の判定を行った場合の正答率は、単なる一例であるが、良品については９５％、不良品については８３％であり、全体では８９％であった。
【００４７】
このように、本実施形態では、軸方向における反射光強度データの最大値のうち、周方向において、ハレーション状態であると認識されるものの個数を計数し、その計数した個数からハレーション率ＨＲを求め、このハレーション率ＨＲを閾値と比較することにより良否を判断しているため、外輪内側表面の仕上がりの良否を精度良く、簡易にかつ自動的に判断することが可能となる。また、周方向走査及び軸方向走査を行いつつ、レーザ光の照射及び反射光の受光を行っているため、外輪の内側表面全体について、簡単かつ高精度に仕上がりの良否を判断することができる。しかも、このようなレーザ光を走査する構成によれば、検査装置の製造コストを安価とすることができる。
【００４８】
図９は本発明における転がり軸受の表面検査装置の他の実施形態の構成を概略的に示している。本実施形態は、転がり軸受の軌道輪のうちの内輪の外側表面の仕上がり状態を検査する表面検査装置に関するものである。また、以下の記載において、「上下方向」とは検査すべき内輪が装着された際にその内輪の軸方向を意味しており、これは中空回転部材の軸方向でもある。「下方向、下方」とはこの軸方向において中空回転部材の先端方向（図９にて下方向）を意味し、「上方向、上方」とはこの軸方向において中空回転部材の先端とは反対方向（図９にて上方向）を意味する。また、「水平方向」とは軸方向に垂直な方向を意味する。
【００４９】
同図において、９０は表面検査装置の本体であり、９１は本表面検査装置の基盤である台座、９２は台座９１に下方の一端が固着されておりこの台座９１から上方に垂直に起立している支柱、９３は支柱９２に沿って上下方向に直線的に摺動駆動可能な昇降装置、９４はこの昇降装置９３から水平方向に伸長するアーム、９５はこのアーム９４の先端に本体９０を固着するための取り付け部材をそれぞれ示している。
【００５０】
表面検査装置の本体９０は、レーザ光源９６ａ及び集光レンズ９６ｂを有する光源部９６と、取り付け部材９５上に設けられており、光源部９６と連結されているモータ９７と、本実施形態ではモータ９７の回転軸である中空回転部材９８とを備えている。中空回転部材９８は、モータ９７が駆動されると高速回転（１２０００ｒｐｍ以上、例えば、１５０００ｒｐｍで回転）し、その先端部からレーザ光を被検査体である内輪９９の外側表面に照射できるように構成されている。
【００５１】
表面検査装置には、さらに、内輪９９の外側表面で反射された反射レーザ光を光電変換して電気信号を出力する光電変換器１００と、この光電変換器１００からの電気信号から内輪９９の外側表面の表面仕上がり状態を判断すると共に、モータ９７、昇降装置９３及びレーザ光源９６ａの動作を制御する処理制御装置１０１が設けられている。
【００５２】
以下、表面検査装置の本体９０の構成について、詳細に説明する。
【００５３】
光源部９６には、レーザ光源９６ａから発生したレーザ光を集光するレンズ９６ｂが中空回転部材９８と同軸に設けられている。中空回転部材９８内には、レンズ９６ｂによって集光されたレーザ光を受け取り、下方に導く中空路である照射光用導光路９８ａが形成されている。
【００５４】
中空回転部材９８の先端部はその周面の一部が切除されており、この切除された部分には照射光用導光路９８ａを介して導かれたレーザ光を水平方向に反射する第１の平面ミラー１０５が設けられている。また、中空回転部材９８の先端部には、円板部材１０７がこの中空回転部材９８と同軸に取り付けられている。円板部材１０７の外周部には、第１の平面ミラー１０５と同期して回転する第２の平面ミラー１０８が設けられている。この第２の平面ミラー１０８の下方の固定位置には、円錐台ミラー１０９が中空回転部材９８と同軸に配置されている。
【００５５】
本実施形態においては、モータ９７自体が、回転軸として、高速回転可能な中空回転部材９８を有しており、光源部９６からの光ビームが中空回転部材９８を通過することができる。なお、独立した中空回転部材を別個に配置されたモータによって回転駆動させるように構成しても良い。
【００５６】
円板部材１０７は、一定の半径を有し、中空回転部材９８の端部にこの中空回転部材９８と同軸に固着されている。
【００５７】
第１の平面ミラー１０５は、中空回転部材９８の軸方向に対して４５°の傾きでこの軸から離れる方向に向いた平坦な鏡面を有しており、中空回転部材９８の端部の中心軸上に設置されている。従って、この第１の平面ミラー１０５は、中空回転部材９８の軸方向の入射光を、この軸に対して垂直な放射方向に進む反射光を生成する。
【００５８】
第２の平面ミラー１０８は、中空回転部材９８の軸方向に対して４５°の傾きでこの軸に近づく方向に向いた平坦な鏡面を有しており、中空回転部材９８の軸に垂直な水平平面からなる円板部材１０７の外周部に配置され固着されている。この第２の平面ミラー１０８及び第１の平面ミラー１０５は、互いの鏡面が対向するように固定された位置関係を有しており、従って、第２の平面ミラー１０８は、第１の平面ミラー１０５と同期して回転する。その結果、第１の平面ミラー１０５から反射された水平方向の光ビームが第２の平面ミラー１０８に入射し、中空回転部材９８の軸方向と平行な方向に反射されて第１の平面ミラー１０５とは反対側の位置、即ち図にて下方に設けられた円錐台ミラー１０９に入射する。
【００５９】
円錐台ミラー１０９は、中空回転部材９８と同軸に配置されており、回転する第２の平面ミラー１０８からの光ビームを内輪９９の外側表面に反射するためのものである。この円錐台ミラー１０９の光入射面である円錐面（斜面）と水平面（底面）との間の角度は４５°に近いか大きい角度に設定されている。円錐台ミラー１０９を用いることで、互いに同期して回転する第１の平面ミラー１０５及び第２の平面ミラー１０８を介して入射される光が反射され、内輪９９の外側表面の周囲を周方向に移動しながらこの外側表面に水平に近い入射角度で照射される。
【００６０】
第１の平面ミラー１０５、円板部材１０７及び第２の平面ミラー１０８は、中空回転部材９８と共に高速回転するように構成されている。これにより、周方向の走査が実行されることとなる。
【００６１】
円錐台ミラー１０９に対して第２の平面ミラー１０８とは反対側の位置、即ち下方には、複数の光ファイバ１０６ａの受光端部がリング状に配置されている。複数の光ファイバ１０６ａはそれぞれの先端部をヘッド部１１０の開口部において環状に揃えて受光部を形成する。ここで、反射光を捉えやすくするために、光ファイバ１０６ａの受光端の端面が反射光に向かうように設置されている。また、複数の光ファイバ１０６ａが束にまとまった状態で光ファイバ導出部１０６より外部へ導出され、その他端は光電変換器１００に接続されている。これにより、内輪９９の外側表面で反射されたレーザ光は、光ファイバ１０６ａ及び光ファイバ束１０６によって導かれて光電変換器１００に入射される。
【００６２】
上述した受光手段は、ヘッド部１１０と共に円錐台ミラー１０９に対して軸方向（上下方向）に移動可能とされる。ヘッド部１１０のこの軸方向移動手段は、図示されていないが、手動又は自動の移動機構を用いることが考えられる。
【００６３】
昇降装置９３を駆動制御して、本体９０を一定の速度で上方向又は下方向に直線的に移動させることにより、軸方向の走査が実行される。なお、変更態様として、台座９１に上下方向に移動する昇降装置を設け、内輪９９を昇降させて軸方向の走査を実行するように構成しても良い。
【００６４】
本実施形態における光電変換器１００及び処理制御装置１０１の構成、動作及び作用効果は図１及び２の実施形態における光電変換器２０及び処理制御装置２１の構成、動作及び作用効果と全く同様であるため、説明は省略する。
【００６５】
なお、上述した図１及び図９の実施形態においては、各周方向位置において軸方向の反射光強度データにおける最大値を求め、ハレーションであると認識する閾値以上の最大値の個数を計数し、計数した個数からハレーション率ＨＲを算出し、算出したハレーション率ＨＲが判別閾値を越えたかどうかにより、良品、不良品の判断を行っている。しかしながら、本発明では、ハレーション率ＨＲを算出したり、ハレーション率ＨＲが判別閾値を越えたかどうか判別したりせずとも、ハレーションであると認識した最大値の個数から、何らかの方法で良品、不良品の判断を行うように処理制御装置を構成することも可能である。
【００６６】
以上述べた実施形態は、転がり軸受のうちの玉軸受の表面検査装置に関するものであるが、本発明は、その他の転がり軸受の表面検査装置、例えば円筒ころ軸受の表面検査装置にも適用できることはもちろんである。
【００６７】
以上述べた実施形態は全て本発明を例示的に示すものであって限定的に示すものではなく、本発明は他の種々の変形態様及び変更態様で実施することができる。従って本発明の範囲は特許請求の範囲及びその均等範囲によってのみ規定されるものである。
【符号の説明】
【００６８】
１０、９０ 本体
１１、９１ 台座
１２、９２ 支柱
１３、９３ 昇降装置
１４、９４ アーム
１５、９５ 取り付け部材
１６、９６ 光源部
１７、９７ モータ
１８、９８ 中空回転部材
１８ａ 第２の照射光用導光路
１８ｂ 第１の反射光用導光路
１９、１９′ 外輪
２０、１００ 光電変換器
２１、１０１ 処理制御装置
２１ａ Ａ／Ｄ変換部
２１ｂ 処理部
２１ｃ 記憶部
２１ｄ 表示部
２１ｅ 出力ポート
２１ｆ、２１ｇ、２１ｈ 駆動回路
２２、９６ｂ レンズ
２３ 管材
２３ａ 第１の照射光用導光路
２３ｂ 第２の反射光用導光路
２４ ギャップ
２５ 平面ミラー
２６ 光ファイバ束
９６ａ レーザ光源
９８ａ 照射光用導光路
９９ 内輪
１０５ 第１の平面ミラー
１０６ 光ファイバ束
１０６ａ 光ファイバ
１０７ 円板部材
１０８ 第２の平面ミラー
１０９ 円錐台ミラー
１１０ ヘッド部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
転がり軸受の検査すべき軌道輪の表面に対してレーザ光を照射し、該軌道輪の表面で反射したレーザ光を受光するレーザ光送受手段と、該レーザ光送受手段が受光した反射レーザ光の強度に対応する電気信号を出力する光電変換手段と、前記レーザ光送受手段の少なくともレーザ光照射部を前記軌道輪の軸と同軸で回転させる周方向走査を行う周方向走査手段と、前記レーザ光送受手段を前記軌道輪の前記軸に沿って移動する軸方向走査を行う軸方向走査手段と、前記周方向走査を行った際の周方向の各位置において、前記光電変換手段から出力される電気信号の信号出力の、軸方向における最大値を取得する最大値取得手段と、該取得した最大値のうち、ハレーション状態に対応する最大値の個数を計数するハレーション個数計数手段と、該ハレーション個数計数手段によって計数されたハレーション個数に応じて、前記軌道輪の良否を判断する判断手段とを備えたことを特徴とする転がり軸受の表面検査装置。
【請求項２】
前記判断手段は、前記ハレーション個数の、周方向位置の数に対する比率から前記軌道輪の良否を判断する手段であることを特徴とする請求項１に記載の表面検査装置。
【請求項３】
前記判断手段は、前記比率があらかじめ定めた閾値以上の場合に、前記軌道輪が良品であると判断する手段であることを特徴とする請求項２に記載の表面検査装置。
【請求項４】
前記比率レーザ光送受手段の前記レーザ光照射部は、前記軌道輪の表面に略垂直にレーザ光を照射するように構成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の表面検査装置。
【請求項５】
前記軌道輪が外輪であり、前記レーザ光送受手段が、該外輪の軸を中心として該外輪の内側を回転することにより該外輪の内周面にレーザ光を照射するレーザ光照射部と、前記内周面で反射したレーザ光を受光するレーザ光受光部とを備えていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の表面検査装置。
【請求項６】
前記軌道輪が内輪であり、前記レーザ光送受手段が、該内輪の軸を中心として該内輪の外側を回転することにより該内輪の外周面にレーザ光を照射するレーザ光照射部と、前記外周面で反射したレーザ光を受光するレーザ光受光部とを備えていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の表面検査装置。
【請求項１】
転がり軸受の検査すべき軌道輪の表面に対してレーザ光を照射し、該軌道輪の表面で反射したレーザ光を受光するレーザ光送受手段と、該レーザ光送受手段が受光した反射レーザ光の強度に対応する電気信号を出力する光電変換手段と、前記レーザ光送受手段の少なくともレーザ光照射部を前記軌道輪の軸と同軸で回転させる周方向走査を行う周方向走査手段と、前記レーザ光送受手段を前記軌道輪の前記軸に沿って移動する軸方向走査を行う軸方向走査手段と、前記周方向走査を行った際の周方向の各位置において、前記光電変換手段から出力される電気信号の信号出力の、軸方向における最大値を取得する最大値取得手段と、該取得した最大値のうち、ハレーション状態に対応する最大値の個数を計数するハレーション個数計数手段と、該ハレーション個数計数手段によって計数されたハレーション個数に応じて、前記軌道輪の良否を判断する判断手段とを備えたことを特徴とする転がり軸受の表面検査装置。
【請求項２】
前記判断手段は、前記ハレーション個数の、周方向位置の数に対する比率から前記軌道輪の良否を判断する手段であることを特徴とする請求項１に記載の表面検査装置。
【請求項３】
前記判断手段は、前記比率があらかじめ定めた閾値以上の場合に、前記軌道輪が良品であると判断する手段であることを特徴とする請求項２に記載の表面検査装置。
【請求項４】
前記比率レーザ光送受手段の前記レーザ光照射部は、前記軌道輪の表面に略垂直にレーザ光を照射するように構成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の表面検査装置。
【請求項５】
前記軌道輪が外輪であり、前記レーザ光送受手段が、該外輪の軸を中心として該外輪の内側を回転することにより該外輪の内周面にレーザ光を照射するレーザ光照射部と、前記内周面で反射したレーザ光を受光するレーザ光受光部とを備えていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の表面検査装置。
【請求項６】
前記軌道輪が内輪であり、前記レーザ光送受手段が、該内輪の軸を中心として該内輪の外側を回転することにより該内輪の外周面にレーザ光を照射するレーザ光照射部と、前記外周面で反射したレーザ光を受光するレーザ光受光部とを備えていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の表面検査装置。
【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２０１２−１５４６３９（Ｐ２０１２−１５４６３９Ａ）
【公開日】平成２４年８月１６日（２０１２．８．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１１２３９（Ｐ２０１１−１１２３９）
【出願日】平成２３年１月２１日（２０１１．１．２１）
【出願人】（０００００１２４７）株式会社ジェイテクト (7,053)
【出願人】（５９１２２４７４４）シグマ株式会社 (22)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月１６日（２０１２．８．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月２１日（２０１１．１．２１）
【出願人】（０００００１２４７）株式会社ジェイテクト (7,053)
【出願人】（５９１２２４７４４）シグマ株式会社 (22)
【Ｆターム（参考）】
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