(57)【要約】【課題】  転がり軸受の表面の微小な凹凸キズを高速、高感度で検出する方法および装置を提供する。【解決手段】  一定速度で回転する回転テーブル２に転がり軸受１を保持し、スキャン装置３の触子５を外輪１１の端面に接触させながらラジアル方向に移動させてスキャンを行ない、表面の凹凸に対応した信号を振動センサ６で検出する。検出した信号は、信号処理部４において信号処理され、予め設定した閾値を超えた際にパルス信号を生成し、これを計数する。所定期間における計数値が所定値を越えた場合に、キズ有りと判定する。【選択図】        図１
2005055353.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
転がり軸受の表面のキズの有無を検査する表面キズ検査方法であって、
振動センサと一体化された触子を前記転がり軸受の検査対象の表面に接触してスキャンするステップと、
前記検査対象の表面の凹凸に応じて生ずる触子の速度または加速度を振動センサにより電気信号に変換し、該電気信号を処理して前記検査対象の表面の凹凸に対応した信号を生成するステップと、
前記検査対象の表面の凹凸に対応した信号を予め設定した第１の閾値と比較し、該第１の閾値を超えた場合に所定の信号を生成するステップと、
該所定の信号を計数し、所定の期間における計数値が予め設定した第２の閾値を超えた場合に、前記検査対象の表面にキズがあると判定するステップと、
を有することを特徴とする転がり軸受の表面キズ検査方法。
【請求項２】
前記第１の閾値を超えた場合に生成される所定の信号は、パルス信号であることを特徴とする請求項１に記載の転がり軸受の表面キズ検査方法。
【請求項３】
前記転がり軸受は、製造工程における組立後、または機器に組み込む前のものであり、
前記検査対象の表面は、前記転がり軸受の内輪と外輪の各端面および外表面であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の転がり軸受の表面キズ検査方法。
【請求項４】
転がり軸受の表面のキズの有無を検査する表面キズ検査装置であって、
前記転がり軸受を保持して回転する転がり軸受保持手段と、
前記転がり軸受の検査対象の表面に接触する触子と、該触子と一体化されて触子の速度または加速度を電気信号に変換する振動センサとを有し、前記触子によって検査対象の表面をスキャンするスキャン手段と、
前記振動センサからの電気信号を処理して前記検査対象の表面の凹凸に対応した信号を生成する信号処理手段と、
前記検査対象の表面の凹凸に対応した信号を予め設定した第１の閾値と比較し、該第１の閾値を超えた場合に所定の信号を生成する比較手段と、
該所定の信号を計数し、所定の期間における計数値が予め設定した第２の閾値を超えた場合に、前記検査対象の表面にキズがあると判定するキズ判定手段と、
を備えることを特徴とする転がり軸受の表面キズ検査装置。
【請求項５】
前記第１の閾値を超えた場合に生成される所定の信号は、パルス信号であることを特徴とする請求項４に記載の転がり軸受の表面キズ検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、転がり軸受の表面のキズの有無を検査する表面キズ検査方法および表面キズ検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、ビデオテープレコーダ、ハードディスクドライブ、レーザビームプリンタ、等に用いられるスピンドルモータ、ロータリアクチュエータ、ロータリエンコーダ、等に使用される精密機器用転がり軸受は、その表面にキズ等の微小な欠陥があると、精密機器の寿命に致命的な影響を及ぼす可能性がある。従って、転がり軸受の製造工程、または転がり軸受を機器に組み込む前に、表面キズ等の欠陥の有無を確実に検査することが要求される。
【０００３】
従来から、転がり軸受の表面キズを検査する方法として、部材表面をカメラで撮影し、１次元または２次元映像の画像処理を行なって表面キズの有無を検査する外観検査による方法がある（例えば、特許文献１〜３参照）。
【０００４】
また、検査プローブを用いて被検査体の表面を非接触でスキャンすることにより、表面のキズを検出する方法がある（例えば、特許文献４参照）。
【特許文献１】特開平１１−９４５２８号公報（段落［００１６］−［００４６］、    図１）
【特許文献２】特開平９−３０４２８７号公報（段落［００１７］−［００２５］、    図１）
【特許文献３】特開平７−３３３１６０号公報（段落［００１２］−［００２１］、    図２）
【特許文献４】特開２００１−１７４４４１号公報（段落［００２１］−[００２３］、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の外観検査によってキズを検出する方法では、高さの情報が得られないために、凹凸の判定が困難である。
【０００６】
また、検査プローブを用いて被検査体に非接触でキズを検出する方法では、広がりを有するスポット状範囲の平均的な表面形状を検出するので、幅が狭いキズの検出は困難である。特に、検査プローブにレーザを用いる場合は、表面粗さの影響を受け易い。
【０００７】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、転がり軸受表面の微小な凹凸キズを高速且つ高感度で検出する方法および装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前述した目的を達成するため、本発明に係る転がり軸受の表面キズ検査方法は、下記（１）〜（３）を特徴としている。
【０００９】
（１）  転がり軸受の表面のキズの有無を検査する表面キズ検査方法であって、
振動センサと一体化された触子を前記転がり軸受の検査対象の表面に接触してスキャンするステップと、
前記検査対象の表面の凹凸に応じて生ずる触子の速度または加速度を振動センサにより電気信号に変換し、該電気信号を処理して前記検査対象の表面の凹凸に対応した信号を生成するステップと、
前記検査対象の表面の凹凸に対応した信号を予め設定した第１の閾値と比較し、該第１の閾値を超えた場合に所定の信号を生成するステップと、
該所定の信号を計数し、所定の期間における計数値が予め設定した第２の閾値を超えた場合に、前記検査対象の表面にキズがあると判定するステップと、
を有すること。
（２）  上記（１）記載の転がり軸受の表面キズ検査方法において、
前記第１の閾値を超えた場合に生成される所定の信号は、パルス信号であること。
（３）  上記（１）または（２）記載の転がり軸受の表面キズ検査方法において、
前記転がり軸受は、製造工程における組立後、または機器に組み込む前のものであり、
前記検査対象の表面は、前記転がり軸受の内輪と外輪の各端面および外表面であること。
【００１０】
上記（１）記載の方法によれば、振動センサの触子が転がり軸受の表面の凹凸と衝突して発生する振動によりキズを検出することができる。また、スキャンを高速に行なうことにより、触子に生起する振動が大きくなるので、微小な凹凸キズであっても高感度で検出することが可能となる。
【００１１】
上記（２）記載の方法によれば、転がり軸受表面の微小な凹凸キズを検出することができる。
【００１２】
上記（３）記載の方法によれば、キズのある転がり軸受が出荷されたり、または機器に組み込まれることを未然に防止することができ、製品の信頼性が向上する。
【００１３】
また、前述した目的を達成するため、本発明に係る転がり軸受の表面キズ検査装置は、下記（４）〜（５）を特徴としている。
【００１４】
（４）  転がり軸受の表面のキズの有無を検査する表面キズ検査装置であって、
前記転がり軸受を保持して回転する転がり軸受保持手段と、
前記転がり軸受の検査対象の表面に接触する触子と、該触子と一体化されて触子の速度または加速度を電気信号に変換する振動センサとを有し、前記触子によって検査対象の表面をスキャンするスキャン手段と、
前記振動センサからの電気信号を処理して前記検査対象の表面の凹凸に対応した信号を生成する信号処理手段と、
前記検査対象の表面の凹凸に対応した信号を予め設定した第１の閾値と比較し、該第１の閾値を超えた場合に所定の信号を生成する比較手段と、
該所定の信号を計数し、所定の期間における計数値が予め設定した第２の閾値を超えた場合に、前記検査対象の表面にキズがあると判定するキズ判定手段と、
を備えること。
（５）  上記（４）記載の転がり軸受の表面キズ検査装置において、
前記第１の閾値を超えた場合に生成される所定の信号は、パルス信号であること。
【００１５】
上記（４）記載の装置によれば、転がり軸受表面の微小な凹凸キズを高速、高感度で検出することができる。
【００１６】
上記（５）記載の装置によれば、転がり軸受表面の微小な凹凸キズを検出することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、振動センサと一体化した触子を介して被検査物である転がり軸受の表面に接触させてスキャンすることにより、高速かつ高感度でキズの有無を検査することができる。
【００１８】
また、振動センサからの検出信号を信号処理して得られた凹凸に対応する信号が所定の閾値以上の場合にパルス信号を生成し、所定期間におけるパルス信号を計数することにより、キズの有無を高精度で検査できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明に係る好適な実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２０】
図１は、本発明に係る転がり軸受の表面キズ検査装置の一実施形態の構成を示す図であり、転がり軸受の外輪端面における凹凸キズの有無を検査する例を示している。
【００２１】
図１に示すように、本実施形態の転がり軸受の表面キズ検査装置は、エアスピンドルを内蔵し、転がり軸受１を中央部に保持して回転する軸受保持手段として回転テーブル２と、転がり軸受１の外輪１１の端面に接触しながら、スライドテーブル等により回転テーブル２の半径方向に移動して、外輪１１端面の凹凸を検出するスキャン手段としてスキャン装置３と、スキャン装置３による検出信号に基づいて表面キズの有無を判定する信号処理部４（即ち、信号処理手段、比較手段、キズ判定手段）を有して構成される。
【００２２】
スキャン装置３は、転がり軸受１の外輪１１の端面に接触する先端が微小Ｒに形成された触子５と、触子５と一体化され、外輪１１端面の凹凸に応じて振動する触子５の振動速度または加速度を電気信号に変換する振動センサ６と、振動センサ６を支持するゴム等からなる弾性体７と、振動センサ６の出力を信号処理部４に送出する接続ケーブル８を備えて構成される。
【００２３】
振動センサ６には、圧電型の加速度センサまたは可動コイル型の速度センサが好適に用いられる。図２は、可動コイル型の速度センサを用いたスキャン装置の例を示すものであり、加速度センサ６０は、永久磁石６１と、触子５に連結されて上下方向に変位可能な可動コイル６２から構成されており、触子５の振動に伴って可動コイル６２が切る磁束の変化により電圧が誘起されることを利用している。
【００２４】
振動センサ６は、弾性体７により胴部の全周を支持されているので外部振動の影響を受けにくく、減衰効果によって共振点近傍でもフラットな周波数特性が得られる。従って、触子５により軸受外輪１１の表面を高速で摺動しても、表面粗さの影響を受けにくく、安定して検出信号を得ることができる。
【００２５】
触子５は、被検査物の表面を高速で摺動するので、その先端は被検査物より硬く、耐熱・耐摩耗性に優れた材料を用いて形成される。例えば、転がり軸受１の材質が軸受鋼である場合、ダイヤモンドやＣＢＮ焼結体、超硬合金等が使用される。また、触子５の先端は微小Ｒに形成されており、Ｒの大きさは凹凸の長さまたは幅に対する感度を向上させるために小さい方が好ましいが、過度に小さくすると表面粗さに敏感に反応してＳ／Ｎが低下するので、被検査物に応じて適宜選択する必要がある。
【００２６】
図３は、信号処理手段、比較手段およびキズ判定手段を含む信号処理部４の構成を示すブロック図である。信号処理部４は、振動センサ６の圧電素子から出力される電荷を電圧に変換して増幅する信号処理手段としてチャージアンプ４１と、被検査物の回転による低周波成分と不要な高周波成分を除去するための信号処理手段としてバンドパスフィルタ４２と、信号を整流して正極性の信号を取り出す信号処理手段として整流器４３と、整流器４３の出力信号を閾値設定部４５によって設定される第１の閾値と比較することにより、一定以上のレベルを有する凹凸信号の場合にパルス信号を生成する比較手段としてコンパレータ４４と、コンパレータ４４から出力されるパルス信号を計数し、計数値に応じてキズの有無を表す信号を出力するキズ判定手段として判定カウンタ４６と、を備えて構成される。
【００２７】
判定カウンタ４６は、キズと判定する凹凸の長さに応じて定められる所定周期のリセット信号によって初期化されるカウンタから構成され、リセット信号の周期内にコンパレータ４４から出力されるパルス信号を計数して、計数値が予め設定した第２の閾値を超えるか否かに応じて、キズ有りまたはキズ無しの各信号を出力する。
【００２８】
次に、以上のように構成された転がり軸受の表面キズ検査装置の動作について、図４に示すフローチャートを用いて説明する。
【００２９】
まず、被検査物である転がり軸受１を回転テーブル２に載置して固定し、外輪１１の端面にスキャン装置３の触子５を所定の接触圧力で接触させる。そして、回転テーブル２を所定の回転数で回転させ、スキャン装置３を転がり軸受１のラジアル方向に所定の速度で移動させながら、転がり軸受１の外輪１１の端面を触子５でスキャンする（即ち、ステップＳ３１）。
【００３０】
表面の凹凸による触子５の振動が振動センサ６により検出され、得られた信号を図３に示す信号処理部４のチャージアンプ４１で増幅する。増幅された検出信号はバンドパスフィルタ４２によって軸受１の回転による低周波成分とノイズ等の不要な高周波成分が除去された後、整流器４３により信号の負極性部分がカットされ、転がり軸受１の外輪１１端面の凹凸レベルに対応した信号が生成される（即ち、ステップＳ３２）。
【００３１】
ここで、転がり軸受１の外輪１１端面における凹凸キズの検出例を示す。図５（ａ）および図５（ｂ）は、バンドパスフィルタ４２の出力波形であって、回転テーブル２の回転数を６００ｒｐｍに設定し、２０ＨｚＨＰＦを使用して検出したもので、図５（ａ）は幅５０μｍ、凹凸１．４μｍＰ−Ｖのキズがある場合、そして図５（ｂ）はキズのない良品の場合をそれぞれ示している。図５（ａ）において、回転テーブル２の１回転に相当する時間１００ｍｓの周期で、凹凸キズによる大きなパルスが発生していることが分かる。
【００３２】
続いて、外輪１１端面の凹凸レベルに対応し、整流器４３により正極性とされた信号はコンパレータ４４に入力され、第１の閾値と比較される。その結果、信号波形に第１の閾値を超えて電圧の高い部分があれば、その部分に相当するパルス信号を出力する（即ち、ステップＳ３３）。第１の閾値は、例えばキズのない転がり軸受１をスキャンした際に得られる信号レベルの平均値を基準にして、その５倍のレベルを図２の閾値設定部４５で設定することにより得られる。
【００３３】
コンパレータ４４から出力されたパルス信号は、判定カウンタ４６においてリセット信号の周期で定められる期間計数され（即ち、ステップＳ３４）、計数値が第２の閾値を越えたか否かを判定する（即ち、ステップＳ３５）。その結果、計数値が第２の閾値を越えた場合は、検出した凹凸信号はキズであると断定して、キズ有り信号を出力する（即ち、ステップＳ３６）。一方、計数値が第２の閾値を越えなかった場合は、キズ無しと判定してキズ無し信号を出力する（即ち、ステップＳ３７）。
【００３４】
なお、パルス信号の計数値が第２の閾値を越えない場合に、キズ無しと判定するのは、被検査物である転がり軸受１の外輪１１端面にごみ等の微小な異物が存在した場合に、この影響を排除するためのものである。コンパレータ４４からランダムなパルス信号が少なく出力されたときは、キズによるものではないと判断して、キズ本来の検出精度を向上させている。
【００３５】
図１に示した本発明の転がり軸受の表面キズ検査装置は、上記の動作を繰り返しながら、転がり軸受１の外輪１１端面のキズの有無を検査し、キズ有りと判定された時点で当該転がり軸受１の検査を終了する。
【００３６】
以上説明したように、本発明の転がり軸受の表面キズ検査装置によれば、回転テーブル２と、スキャン装置３と、信号処理部４とを備え、転がり軸受１の外輪１１の端面をスキャン装置３の触子５により高速でスキャンする。
【００３７】
スキャン装置３は、触子５と一体化された振動センサ６を備えて構成され、触子５が検査対象の外輪１１端面の凹凸と衝突して発生する振動を検出する。この際、スキャン装置３によるスキャン速度を高速にすることにより、表面の凹凸と衝突する触子５の加速度が増して振動レベルが大きくなり、振動センサ６の検出感度が向上する。従って、微小な凹凸を高速、高感度で検出できる。
【００３８】
信号処理部４は、チャージアンプ４１と、バンドパスフィルタ４２と、整流器４３と、コンパレータ４４と、判定カウンタ４６を備えて構成され、整流器４３で生成された表面の凹凸レベルに対応した信号をコンパレータ４４で第１の閾値と比較し、これを超えた場合にパルス信号を生成する。このパルス信号を判定カウンタ４６によりリセット信号の周期で定められる期間計数し、計数値が第２の閾値を越えたか否かにより、キズ有り信号またはキズ無し信号を出力する。
【００３９】
これにより、ごみ等の微小な異物によって突発的に発生した大きなレベルの信号と、本来のキズによる信号とを明確に区別することができるので、キズの検出を高精度で行なうことが可能となる。
【００４０】
なお、本実施形態では、検査対象の転がり軸受１を一定速度で回転する回転テーブル２に保持し、スキャン装置３をラジアル方向に移動させてスキャンを行なうようにしたが、逆に、静置した転がり軸受に対してスキャン装置３をヘリカル状に回転させることによりスキャンを行なうようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施形態における転がり軸受の表面キズ検査装置の構成を示す図である。
【図２】振動センサに可動コイル型の速度センサを用いた転がり軸受の表面キズ検査装置の構成を示す図である。
【図３】実施形態の信号処理部の構成を示すブロック図である。
【図４】実施形態の転がり軸受の表面キズ検査装置の動作手順を示すフロー図である。
【図５】実施形態の転がり軸受の表面キズ検査装置によるキズ検出波形の例であり、（ａ）はキズがある場合、（ｂ）はキズがない場合を示している。
【符号の説明】
【００４２】
１    転がり軸受
２    回転テーブル
３    スキャン装置
４    信号処理部
５    触子
６    振動センサ
７    弾性体
８    接続ケーブル
１１  外輪
１２  内輪
４１  チャージアンプ
４２  バンドパスフィルタ
４３  整流器
４４  コンパレータ
４５  閾値設定部
４６  判定カウンタ
６０  可動コイル型加速度センサ
６１  永久磁石
６２  可動コイル
【図１】
2005055353.tif 000003
【図２】
2005055353.tif 000004
【図３】
2005055353.tif 000005
【図４】
2005055353.tif 000006
【図５】
2005055353.tif 000007