(57)【要約】【課題】ベアリングローラの円筒部とテーパとの間の接続部ゾーンの外形が検査されることを可能にする方法を提案する。【解決手段】表面外形は、ローラのテーパに対応する第１のゾーンと、円筒部とテーパとの間の接続部に対応する第２のゾーンと、ローラの円筒部に対応する第３のゾーンとにより、幾何学的に画定される。この方法は、ローラの表面外形を測定すること１００と、測定された外形の１次微分の計算２００に基づいて、ローラの幾何学的なゾーン毎に、測定された外形の１次微分をモデル化する線分を計算すること３００と、線分を１次微分することによりローラの表面外形の曲率半径を計算すること４００と、計算された曲率半径の連続性を検証するため、計算された曲率半径を所定のしきい値と比較すること５００とを含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターボ機械ローラベアリングのローラ（１０）の円筒部とテーパとの間の接続部ゾーンの外形を検査する方法であって、前記ローラの表面外形が、ローラのテーパに対応する少なくとも一つの第１のゾーン（Ｚ１、Ｚ５）と、前記ローラの円筒部とテーパとの間の接続部に対応する少なくとも一つの第２のゾーン（Ｚ２、Ｚ４）と、前記ローラの円筒部に対応する第３のゾーン（Ｚ３）とによって幾何学的に画定され、
ローラの表面外形を測定するステップ（１００）と、
測定された外形の１次微分の計算（２００）に基づいて、ローラの前記幾何学的なゾーン毎に、測定された外形に重畳される外乱をフィルタで除去するために、測定された外形の１次微分をモデル化する線分を計算するステップ（３００）と、
線分を１次微分することにより、ローラの表面外形の曲率半径を計算するステップ（４００）と、
計算された曲率半径の連続性を検証するため、計算された曲率半径を所定のしきい値と比較するステップ（５００）とを含むことを特徴とする、方法。
【請求項２】
線分を計算するステップ（３００）が、
ローラの理論的な表面外形を選択するステップと、
ローラの前記幾何学的なゾーン毎に理論的な線分を取得するために、理論的な外形の１次微分を計算するステップと、
測定された外形の１次微分と理論的な線分との間の距離を計算するステップと、
測定された外形の１次微分と理論的な線分との間の距離を最小化することにより、各線分の勾配及び縦軸上の切片を計算するステップとを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
測定された外形の１次微分と理論的な線分との間の距離を最小化するステップが、最小自乗法によって実行される、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
ローラ（１０）の第１の幾何学的なゾーン（Ｚ１、Ｚ５）の理論的な表面外形が、円弧であり、ローラの第２の幾何学的なゾーン（Ｚ２、Ｚ４）の理論的な表面外形が、別の円弧であり、ローラの第３の幾何学的なゾーン（Ｚ３）の理論的な表面外形が、直線的である、請求項２または３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ターボ機械のローラベアリングで使用される円筒ローラの外形の品質管理検査の一般分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転ベアリングは、航空分野で一般的に利用される。ターボ機械において、回転ベアリングは、特に、第１のシャフトに関して同軸である第２のシャフトと相対的に回転するように、第１のシャフトを支持するため使用される。このようなベアリングは、外輪及び内輪に形成された軌道内に保持されたボールまたは円筒ローラによって、基本的に構成される。一般に、ターボ機械において、ボールベアリングは、軸方向の荷重を維持するため使用され、ローラベアリングは、径方向の荷重を維持するため使用される。
【０００３】
ターボ機械において使用される回転ベアリング、特に、円筒ローラを有する回転ベアリングは、多数の機械的応力を受ける。観察される故障の数は非常に少ないかもしれないが、それにもかかわらず、特に、このようなローラの外形を点検することにより、回転ベアリングの信頼性を改良することが必要になっている。信頼性のため円筒ベアリングローラを検査することは、特に、ローラの全体的な外形を解析することを伴う。このような解析は、たとえば、ダイヤモンドまたはレーザを使用する誘導センサが取り付けられた粗さ測定機械のような、形状及び領域を測定する標準的な器具を使用して実行され得る。
【０００４】
実際には、円筒ベアリングローラは、過剰な縁応力を回避するために、端にテーパが付けられる。ローラの二つのテーパと円筒部との間の接続部ゾーンは、ローラ信頼性の点で許容できない接触応力の原因となり得る。残念ながら、標準的な測定機器は、これらの接続部ゾーンを検査することが可能ではない。殆どのこのような機器は、簡単かつ単一である外形（面、円、球、または円筒のような外形）の測定に限定され、ローラのテーパと円筒部との間の接続部ゾーンに関連する種類の簡単な外形の組み合わせを含む、外形を処理する信頼できる方法を提供しない。よって、信頼性のための円筒ベアリングローラの点検は、このような接続部ゾーンに関する要件を全く含まない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の主な目的は、ベアリングローラの円筒部とテーパとの間の接続部ゾーンの外形が検査されることを可能にする方法を提案することにより、上記の欠点を緩和することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
ターボ機械のベアリングローラの表面外形は、ローラのテーパに対応する少なくとも一つの第１のゾーンと、ローラの円筒部とテーパとの間の接続部に対応する少なくとも一つの第２のゾーンと、ローラの円筒部に対応する第３のゾーンとにより、対称的に画定される。本発明によれば、ローラの円筒部とテーパとの間の接続部ゾーンの外形を検査する方法は、ローラの表面外形を測定するステップと、測定された外形の１次微分の計算に基づいて、ローラの前記幾何学的なゾーン毎に、測定された外形に重畳される外乱をフィルタで除去するために、測定された外形の１次微分をモデル化する線分を計算するステップと、線分を１次微分することによりローラの表面外形の曲率半径を計算するステップと、計算された曲率半径の連続性を検証するため、計算された曲率半径を所定のしきい値と比較するステップとを含む。
【０００７】
本発明の方法は、簡単な方法で測定された外形の点を処理することにより、ローラの外形を特徴付けることを可能にする。したがって、ローラの外形に関して信頼できる品質管理、特に、ローラのテーパと円筒部との間の接続部ゾーンにおける品質管理を実行することが可能である。
【０００８】
本発明の有利な性質によれば、線分を計算するステップは、ローラの理論的な表面外形を選択するステップと、ローラの前記幾何学的なゾーン毎に理論的な線分を取得するために、理論的な外形の１次微分を計算するステップと、測定された外形の１次微分と理論的な線分との間の距離を計算するステップと、測定された外形の１次微分と理論的な線分との間の距離を最小化することにより、各線分の勾配及び縦軸上の切片を計算するステップとを含む。
【０００９】
このような状況下で、測定された外形の１次微分と理論的な線分との間の距離を最小化するステップは、好ましくは、最小自乗法によって実行される。ローラの第１の幾何学的なゾーンの表面の理論的な外形は、円弧であってよく、ローラの第２の幾何学的なゾーンの表面の理論的な外形は、別の円弧であってよく、ローラの第３の幾何学的なゾーンの表面の理論的な外形は、直線的であってよい。
【００１０】
本発明の他の特徴及び利点は、特徴を制限することなく実施を示す添付図面を参照して行われる、以下の説明から明らかである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下の説明中、検査される表面外形は、ターボ機械ベアリングの円筒ベアリングローラの表面外形であると仮定する。それにもかかわらず、本発明は、精密な外形が不可欠とされる、たとえば、ブレード根元部のようなローラ以外のターボ機械部品の表面外形の検査に適用可能である。
【００１２】
表面外形を検査する方法
外形を検査する発明の方法の特定の実施におけるいくつかのステップを示す、図１を最初に参照する。
【００１３】
一般に、外形を検査する本発明の方法は、特に、デジタルデータ処理用のソフトウェアが搭載され、３次元部品の表面外形を測定する機器に接続された、コンピュータワークステーションのようなコンピュータシステムを用いて実施され得る。
【００１４】
円筒ベアリングローラの表面外形は、ローラのテーパに対応する少なくとも一つの第１のゾーンと、前記ローラの円筒部とテーパとの間の接続部に対応する少なくとも一つの第２のゾーンと、ローラの円筒部に対応する第３のゾーンとによって、幾何学的に画定され得ることが、最初に仮定される。
【００１５】
本方法の第１のステップ（１００）において、オペレータは、検査中の円筒ローラの表面外形を測定する。この測定は、たとえば、ダイヤモンドまたはレーザと協働する誘導センサを有する測定機器のような、標準的な粗さ測定機械を使用して達成され得る。このような機器では、センサは、センサが検査中のローラの表面外形を追跡するような方法で動くことが可能な、可動支持アームに固定される。
【００１６】
測定された表面外形は、センサがローラの表面に沿って移動する時に、センサの位置を与える信号の形式で提供される。これらの信号は、検査中のローラの表面の幾何学的外形を表す幾何学的点Ｎｉの複数の座標を獲得するため、信号がデジタル的に処理されるようにセンサに接続されたコンピュータワークステーションへ送信される。点Ｎｉは、一定の整数個の測定ステップによって均等に離され、それらは全部でｎ個（例えば、約８０００個）である。
【００１７】
このようにして獲得された幾何学的点から始めて、その後に続くステップ（２００）は、測定された表面外形、すなわち、外形を構成するｎ個の幾何学的点Ｎｉの１次微分を行うことからなる。このステップは、計算ソフトウェアを搭載するコンピュータワークステーションを使用して実行されることができ、ｎ個の点に対する幾何学的な座標Ｎ’ｉを獲得するために役立つ。
【００１８】
以下でより詳細に説明されるこの方法の別のステップ（３００）の間に、上記のローラの幾何学的なゾーン毎に、測定された外形の１次微分をモデル化する線分が計算される。この計算は、計算ソフトウェアを搭載するコンピュータワークステーションを使用して実行されることができ、系統的であろうと、ランダムであろうと、測定された外形に重畳される任意の高周波外乱をフィルタで除去するために役立つ。
【００１９】
計算ソフトウェアを搭載するコンピュータワークステーションをさらに使用して、検査中のローラの表面外形の曲率半径が、前のステップの間に計算されるような線分を１次微分することにより計算される（ステップ４００）。
【００２０】
最終的に、検査方法の最後のステップ（５００）において、このようにして計算されるような曲率半径、特に、ローラの円筒部とテーパとの間の接続部ゾーンの曲率半径が、所定のしきい値と比較される。この比較中に獲得された結果に応じて、オペレータは、ターボ機械ローラベアリングで使用するためローラを維持するかどうかを決定することができる。しきい値は、実験によって予め決められる。しきい値は、ターボ機械内のベアリングの位置、その幾何学的特徴、その材料、及び、特に、最も重い荷重を受けるローラと軌道との間の接触圧力の観点から、ベアリングに加えられる外部の機械的応力に応じて選択される。
【００２１】
一例として、これらのしきい値は、ローラの円筒部と各テーパとの間の接続部に対応するゾーンの最小曲率半径の形式で表されてよい。この最小曲率半径より下では、円筒ローラは不合格となる。このような最小曲率半径は、実験によって定められる。一例として、約１４ミリメートル（ｍｍ）の軸方向長さを有する円筒ローラでは、最小曲率半径は約１００ｍｍであってよい。
【００２２】
選択のため使用されることができ、かつ前述の技術に加えて使用可能である別の技術は、ローラの円筒部とテーパとの間の二つの接続部ゾーンの曲率半径を比較する。これらの二つの曲率半径の間の差が非常に大きくなるのは、ローラが非対称であることの結果であり、そのローラは不合格となる。
【００２３】
測定された外形の１次微分のモデル化
図２Ａ、図２Ｂ、及び図２Ｃを参照して、測定された表面外形の１次微分をモデル化するステップ（３００）の特定の実施の説明が後に続く。上記のように、このステップは、計算ソフトウェアを搭載するコンピュータワークステーションを使用して実行される。
【００２４】
このモデル化の第１のステップは、検査中の円筒ローラの理論的な表面外形を選択することにある。ローラの理論的な外形は、検査中のローラの寸法に応じて選択される。
【００２５】
図２Ａは、一例として、ターボ機械回転ベアリングの円筒ローラ１０の理論的な表面外形の一部を示す図である。このような円筒ローラは、第一に主軸Ｘ−Ｘに関して、第二に主軸Ｘ−Ｘと垂直である中央軸Ｙ−Ｙに関して、対称性がある。
【００２６】
ローラの表面外形１０は、ローラの二つのテーパに対応する２個の第１のゾーンＺ１及びＺ５と、ローラの円筒部とテーパのそれぞれ一つとの間の接続部にそれぞれ対応する２個の第２のゾーンＺ２及びＺ４と、ローラの円筒部に対応する第３のゾーンＺ３とによって、対称的に画定される。第１のゾーンＺ１及びＺ５と第２のゾーンＺ２及びＺ４は、ローラの中央軸Ｙ−Ｙに関して対称性がある。
【００２７】
一例として、約１４ｍｍの長さを有するローラでは、幾何学的なゾーンＺ１からＺ５は、以下の通り選択される。
【００２８】
対称的な第１のゾーンＺ１及びＺ５は、約５００ｍｍの曲率半径Ｒｄをもつ円形である理論的な外形を有する。
【００２９】
対称的な第２のゾーンＺ２及びＺ４は、同様に、およそ１００ｍｍから２００ｍｍの範囲に入る半径Ｒｒをもつ円形である理論的な外形を有する。各第２のゾーンの軸方向長さは、０．７ｍｍから２．１ｍｍの範囲に入る。
【００３０】
第３のゾーンＺ３は、直線状である理論的な外形を有し、その最終的な軸方向長さは、テーパと円筒部との間の接線である接続半径の値に応じる。およそ１００ｍから２００ｍｍの範囲に入るＲｒの値を有するように丸みを付けることにより、接続半径を作成した後、最終的な直線状部は、丸みを付ける前の、５．６ｍｍから８．２ｍｍの範囲に入る初期長さに対して、４．３ｍｍから７．３ｍｍの範囲に入る軸方向長さをもつ。本発明の検査方法は、したがって、ローラの鋭い角が接続半径を作成することにより除去される前に、ローラの初期軸方向円筒長さを再計算することが可能である。
【００３１】
後に続くステップは、ローラの幾何学的なゾーンＺ１からＺ５毎に、それぞれの理論的な線分を獲得するため、理論的な外形の１次微分を計算することにある。
【００３２】
図２Ｂは、このような計算の結果を表す。境界点Ｐ１からＰ６によって画定された５個の線分Ｄ１からＤ５は、それぞれの幾何学的なゾーンＺ１からＺ５の１次微分を表す。
【００３３】
各境界点Ｐ１からＰ６の幾何学的な横座標は、それぞれの幾何学的なゾーンＺ１からＺ５の所定の軸方向長さから決定される。幾何学的な縦座標については、それぞれのゾーンＺ１からＺ５の理論的な外形（ゾーンＺ３のための線分、及びその他のゾーンのための円弧）を表す幾何学的な式から計算される。
【００３４】
各線分Ｄ１からＤ５は、
式（Ｄｉ）：ｙ’ｉ＝ａｉｘ＋ｂｉ
によって表される（式中、ｉは、範囲１から５に亘って変化する）。各線分Ｄｉの勾配ａｉ及び縦軸上の切片ｂｉは、前に計算された境界点Ｐ１からＰ６の幾何学的な座標を使用して計算される。
【００３５】
後に続くモデル化ステップは、理論的な外形の幾何学的なゾーンＺ１からＺ５毎に、前のステップ（２００）の間に測定された外形の１次微分を構成するｎ個の幾何学的な点Ｎ’ｉと、理論的な線分Ｄ１からＤ５との間の全体的な距離εを計算することにある（図２Ｃ）。
【００３６】
点ＰｉとＰｉ＋１との間に画定されたゾーンＺｉを考慮するならば、そのゾーンは、測定された外形を構成する［ｎｉ＋１−ｎｉ＋１］個の点を所有する。これらの点と線分（Ｄｉ）との間の距離εｉは、したがって、
【数１】
2007017436.tif 000003
を呈する。
【００３７】
測定された外形の１次微分を構成するｎ個の幾何学的な点Ｎｉと、理論的な線分Ｄ１からＤ５との間の全体的な距離εを計算することは、したがって、以下の式、
【数２】
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を使用して実行される。
【００３８】
モデル化の後に続くステップは、最小自乗法によって、測定された外形の１次微分と理論的な線分との間の距離εを最小化することにある。この目的のため、距離εが、係数ａｉ及びｂｉの関数であると考えられるならば（ここで、ｉは１から５の範囲に入る）、その距離の値は、１から５の範囲に入るｉについて、
【数３】
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かつ
【数４】
2007017436.tif 000006
となるような係数値Ａｉ及びＢｉに対して最小値を有する。
【００３９】
上記の１０個の式を、１０個の未知数に関して解くことにより、幾何学的なゾーンＺ１からＺ５のそれぞれに亘って距離εｉの最小化を表す、係数Ａｉ及びＢｉの値を獲得することが可能である。これらの新しい係数Ａｉ及びＢｉは、測定された外形の１次微分を構成するｎ個の幾何学的な点Ｎ’ｉまでの距離が最小値となる、新しい線分Ｄ’ｉに対する新しい勾配Ａｉ及び縦軸上の切片Ｂｉである（ここで、ｉは１から５の範囲に入る）。
【００４０】
線分Ｄ’ｉ毎のこれらの新しい係数Ａｉ及びＢｉから、後に続くステップは、新しい線分Ｄ’ｉを画定する新しい境界点Ｐ’１からＰ’６の座標を計算することにある。
【００４１】
新しい境界点Ｐ’１及びＰ’６の座標を決定するため、計算は、新しい線分Ｄ’１及びＤ’６と、式ｘ＝Ｘ１（ここで、Ｘ１は境界点Ｐ１の横座標である）、及びｘ＝Ｘ６（ここで、Ｘ６は境界点Ｐ６の横座標である）を有する線との間で、それぞれの切片を決定することにある。
【００４２】
他の新しい境界点Ｐ’２からＰ’６の座標を決定するために、２から５の範囲に入るｉについて、以下の座標を獲得するために、直線Ｄ’ｉ−１とＤ’ｉとの間の切片が考慮される。
【数５】
2007017436.tif 000007
かつ
【数６】
2007017436.tif 000008
式中、Ｘ’ｉ及びＹ’ｉは、新しい境界点Ｐ’２からＰ’６の座標である。
【００４３】
後に続くステップは、したがって、測定された外形の１次微分と理論的な線分との間で計算された距離εを、収束距離εｃｏｎｖと比較することにある。計算された距離εが、収束距離εｃｏｎｖより大きいならば、この方法は、測定された外形の１次微分と新しい線分Ｄ’１及びＤ’６との間の距離εを最小化するステップから再開する。このループは、計算された距離εが収束距離εｃｏｎｖより大きい状態が続く間、必要に応じて何度も繰り返される。
【００４４】
計算された距離εが、収束距離εｃｏｎｖより小さくなるとき、本発明の検査方法は、ステップ４００（図１）から継続し、各新しい線分Ｄ’１及びＤ’６の勾配Ａｉは、そのときの円筒ローラの外形の幾何学的な各ゾーンの曲率半径を表す。
【００４５】
収束距離εｃｏｎｖを定める値は、本質的に検査中の円筒ローラの表面の粗さに基づいて選択される。上記の反復計算は、距離εが減少する限り継続する。あるしきい値を超えると、収束εの計算が、測定された外形の１次微分を表すｎ個の幾何学的点Ｎ’ｉだけで実行されるという事実によってもたらされる、εの値の小さな増加が認められる。この増加が認められるεの値（εｍｉｎ）が、記録される。後続の反復では、収束計算は、たとえば、距離εがｅｃｏｎｖ＝１．００１×εｍｉｎより小さくなると停止される。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の方法において実施される種々のステップを示す図である。
【図２Ａ】本発明の方法の典型的な適用における種々のステップを表す図である。
【図２Ｂ】本発明の方法の典型的な適用における種々のステップを表す図である。
【図２Ｃ】本発明の方法の典型的な適用における種々のステップを表す図である。
【符号の説明】
【００４７】
１０  円筒ローラ
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【外国語明細書】
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