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モデルベースのスキャニング多距離計測アプローチを用いた歯車形状パラメータ計測
Gear Shape Parameter Measurement Using a Model-Based Scanning Multi-Distance Measurement Approach.
PMID: 32674308 DOI: 10.3390/s20143910.
抄録
駆動系の不良による風力発電機の故障を減らすためには、大型歯車（直径"Sm_2273" 1m）の形状の偏差を一桁マイクロメートルの不確かさで広範囲に測定する必要があります。固定された測定体積は、大型歯車測定のための座標測定器や歯車測定器のような標準的な測定方法を制限しています。そのため、歯車形状パラメータのためのモデルベースの走査型多距離測定アプローチが提示されています。この測定アプローチはスケーラブルな設計となっており，コンフォーカルクロマチックセンサ，走査ユニットとしてのロータリーテーブル，モデルベースの信号処理から構成されている．中型平歯車を対象とした予備研究では，モデルベースの走査型多点距離測定法の一般的な実現可能性を実証した．その結果、基本的な歯車形状パラメータとしての平均基底円半径が5μm以下の不確かさで決定された。センサ配置のキャリブレーションと調整は、既知のキャリブレーションギアを用いて行った。この論文では、スケーラビリティは実験的には検証されていない。しかし、シミュレーションでは、最初のステップで測定アプローチのスケーラビリティを検証しています。直径1mで歯面形状が変化する歯車の場合、平均基底円半径の推定達成可能な不確かさはまだ5μm未満である。したがって、モデルベースのスキャニング多距離測定アプローチは、歯車検査のための有望な代替手段となります。
To reduce wind turbine failures by defective drive trains, deviations in the geometry of large gears (diameter ≳ 1 m) must be extensively determined with single-digit micrometer uncertainties. Fixed measuring volumes limit standard measuring methods like coordinate and gear measuring instruments for large gear measurements. Therefore, a model-based scanning multi-distance measurement approach for gear shape parameters is presented. The measurement approach has a scalable design and consists of a confocal-chromatic sensor, rotary table as a scanning unit and model-based signal processing. A preliminary study on a midsize spur gear demonstrates the general feasibility of the model-based scanning multi-distance measurement approach. As a result, the mean base circle radius as the fundamental gear shape parameter is determined with an uncertainty of <5 μm. The calibration and adjustment of the sensor arrangement were performed with a known calibration gear. Scalability is not experimentally validated in this article. However, simulations verify the scalability of the measurement approach in a first step. For gears with 1 m in diameter and varying tooth flank geometries, the estimated achievable uncertainty of the mean base circle radius is still <5 μm. Therefore, the model-based scanning multi-distance measurement approach is a promising alternative for gear inspection.