齒輪跨銷徑的簡易量測方法

齒輪是傳遞動力不可或缺的機械元件之一，透過齒輪的嚙合來傳達旋轉運動。此外，藉由改變齒輪的大小，還能改變驅動側與從動側的轉速，應用範圍廣泛，在我們生活中常見的自行車、機車，以及引擎、渦輪機、馬達、時鐘、工具及工具機等各種地方都能見到其身影。

此外，齒輪為了能順暢作動，不僅要求高精度，作為傳遞驅動力的零件，還必須具備不可或缺的耐用性，以及小型化、輕量化等各種要素。特別是齒輪會因使用而產生磨耗或變形，因此將這些因素納入考量的設計便至關重要。其中一個關鍵要素即為『齒厚』，而其量測方法之一就是『跨銷法』。

在此，我們將介紹齒輪各部位名稱及種類等基礎知識，以及跨銷法等量測方法，同時也會解說使用跨銷法量測時的課題，以及透過KEYENCE的3D掃描型三次元量測儀『VL 系列』的解決方案。

關於齒輪的種類
關於齒輪各部位的名稱
關於齒厚的量測方法
透過跨銷法量測齒厚的課題
透過遊標卡尺、齒輪分厘卡、三次元量測儀的課題
關於跨銷徑的簡易量測方法
- 優點1：能以非接觸方式360°完整掃描齒輪形狀
- 優點2：不論形狀皆可量測，比較等作業也變得很簡單
讓齒輪跨銷徑的量測變得輕鬆簡易

關於齒輪的種類

齒輪有最普遍的『正齒輪』，以及『螺旋齒輪』、『人字齒輪』、『內齒輪』等各種種類。在此，作為基礎知識，我們將簡單介紹齒輪的種類。

正齒輪 (Spur Gear): 齒線相對於軸為直角的齒輪，是最普遍的種類。其特徵是構造單純且易於製造。正齒輪也稱為『Spur Gear』。
螺旋齒輪 (Helical Gear): 將正齒輪的齒線扭轉成螺旋狀的齒輪，稱為『螺旋齒輪』。與正齒輪相比，一次嚙合的齒數較多，因此強度更高，且振動及噪音較少是其特徵。螺旋齒輪也稱為『Helical Gear』。
人字齒輪 (Double Helical Gear): 將兩個螺旋齒輪疊合成的形狀，稱為『人字齒輪』。透過組合齒線傾斜方向相反的齒輪，可以抵銷螺旋齒輪產生的軸向力。人字齒輪也稱為『Double Helical Gear』。
內齒輪 (Internal Gear): 在內側有齒的正齒輪。一般的正齒輪組合，兩個齒輪會朝反方向旋轉，但內齒輪的兩個齒輪會朝相同方向旋轉，這是其最大的不同點。內齒輪也稱為『Internal Gear』。
齒條與齒輪 (Rack & Pinion): 齒條是指板狀或棒狀的齒輪（B零件），而小齒輪則是指小型的圓筒狀齒輪（A零件）。將齒條與小齒輪組合而成的齒輪組，稱為『齒條與齒輪』。能將旋轉運動轉換為直線運動，被應用於汽車的轉向機構、輸送裝置及工具機等。
直齒傘形齒輪 (Straight Bevel Gear): 傘形齒輪是圓錐台狀的齒輪，因形狀類似傘而得名。其中，齒線為直線的傘形齒輪稱為『直齒傘形齒輪』。是相交軸齒輪的一種，用於改變旋轉運動的方向。直齒傘形齒輪也稱為『Straight Bevel Gear』。
螺旋傘形齒輪 (Spiral Bevel Gear): 在圓錐台狀的基座上，齒呈螺旋狀排列的齒輪，稱為『螺旋傘形齒輪』。螺旋傘形齒輪也稱為『Spiral Bevel Gear』，是改變旋轉運動方向的相交軸齒輪的一種。
斜齒傘形齒輪: 是一種與螺旋傘形齒輪（Spiral Bevel Gear）相似的傘形齒輪，但不同之處在於螺旋傘形齒輪的齒線為曲線，而斜齒傘形齒輪的齒線為直線，因此嚙合率等特性也不同。斜齒傘形齒輪也稱為『Helical Bevel Gear』。
蝸輪蝸桿 (Worm Gear): 由帶有螺紋的軸『蝸桿』（A零件）與其對應的蝸輪（B零件）所構成的齒輪組，稱為『蝸輪蝸桿』。蝸輪蝸桿被分類為交錯軸齒輪，多數的交叉角度為90°。此外，由於減速比大，因此在需要轉換旋轉方向，同時又需要大減速比時使用。
戟齒輪 (Hypoid Gear): 是螺旋傘形齒輪（Spiral Bevel Gear）的一種，但最大的不同點在於驅動齒輪與從動齒輪的軸不相交，屬於『交錯軸齒輪』。一般應用於汽車的傳動系統、工具機或機器人的減速機等承受大扭矩之處。

關於齒輪各部位的名稱

接著以正齒輪為例，介紹齒輪各部位的名稱。各部位的名稱及其意義如下所示。

【A】齒槽寬：在節圓上量測的單一齒與相鄰齒之間的間隙，稱為『齒槽寬』。
【B】齒厚：在節圓上量測的單一齒的厚度（圓弧齒厚），稱為『齒厚』。
【C】齒冠高：齒頂圓半徑與節圓半徑之差，稱為『齒冠高』。
【D】齒根高：節圓半徑與齒根圓半徑之差，稱為『齒根高』。
【E】全齒高：齒冠高與齒根高之和，稱為『全齒高』。
【F】齒寬：齒輪軸向的齒長，稱為『齒寬』。
【G】齒根圓直徑：連接齒根的圓的直徑，稱為『齒根圓直徑』。
【H】基圓直徑：繪製漸開線時的圓柱直徑，稱為『基圓直徑』。
【I】節圓直徑：連接節點的圓的直徑（基準圓直徑），稱為『節圓直徑』。
【J】齒頂圓直徑：連接齒頂的圓的直徑，稱為『齒頂圓直徑』。
【K】周節：齒與齒之間的間隔，稱為『周節』。

關於齒厚的量測方法

接下來，我們將說明本次的主題『齒厚』及其量測方法。首先，所謂的齒厚，是指在節圓上單一齒的厚度。圖示為正齒輪的齒厚。此外，齒厚的量測方法有『弦齒厚法』、『跨齒厚法』、『跨銷（球）法』等。

弦齒厚法: 弦齒厚是指在節圓上，兩側齒面相對稱兩點的弦長。在弦齒厚法中，會使用齒厚遊標卡尺、齒厚分厘卡或齒形卡尺來量測相當於齒高（H）部分的厚度。這雖是自古以來便使用的方法，但結果會因測頭的接觸狀況而異，不易確保高精度。
跨齒厚法: 使用齒厚分厘卡等工具，量測橫跨固定齒數的長度。此時所夾住的齒數稱為『跨齒數』，因為是根據此齒數來量測齒厚，故稱為『跨齒厚法』。由於是根據齒數來量測，因此無須設定基準面，但與弦齒厚法同樣，量測結果會因測頭的接觸狀況而異，若左右齒的壓力角不同，也會成為誤差的來源。此外，還會受到節距及齒形的影響，因此必須分次量測齒輪的整個圓周。
跨銷（球）法: 跨銷（球）法是將銷或球置於齒槽中，量測正齒輪或螺旋齒輪的銷外側尺寸，或量測內齒輪的銷內側尺寸，藉此得知齒厚的方法。由於使用銷或球，因此也稱為『跨銷法』、『跨球法』或『球法』。透過此方法得到的尺寸，在外齒輪的情況下稱為『跨銷尺寸』或『跨銷徑』，在內齒輪的情況下則稱為『銷間徑』。

此外，偶數齒的情況是將銷或球置於相對的齒槽中，奇數齒的情況則是將銷或球置於偏離180/Z（°）的齒槽中進行量測。關於所使用的銷或球的直徑，若是標準齒輪，理想上是與基準節圓直徑相切；若是轉位齒輪，則是與『｛基準節圓直徑+（模數×轉位係數×2）｝』的直徑相切。然而，經計算得出的銷或球的尺寸多為特殊數值，因此一般會使用市售標準品中直徑相近的規格。

若是正齒輪或螺旋齒輪，可使用兩根銷（或球）與分厘卡等工具來量測齒厚。若是內齒輪，則可使用兩根銷（或球）與塊規等工具來量測。

透過跨銷法量測齒厚的課題

跨銷法一般是使用遊標卡尺、齒輪分厘卡或三次元量測儀等來量測齒厚。然而，各種量測方法也各自存在課題。在此，我們將說明傳統齒厚量測所面臨的課題。

遊標卡尺、齒輪分厘卡: 最普遍的方法是使用遊標卡尺，或是專用的齒輪分厘卡進行量測。使用遊標卡尺或齒輪分厘卡等手持量具來量測跨銷徑時，由於是將測頭直接接觸對象物並讀取數值，因此容易因量測人員不同而產生差異或誤差。此外，若要量測整個圓周，必須多次將測頭接觸對象物，相當耗費時間與工夫。
三次元量測儀: 三次元量測儀是將測頭接觸平台上的對象物，從長、寬、高取得三次元座標，藉此高精度地量測對象物的尺寸、位置關係、輪廓形狀、幾何公差等的裝置。然而，若要取得像齒厚這樣複雜寬度或形狀的三次元資訊，由於是點量測，因此需要大量的點，存在著量測時間過長的課題。此外，若要以掃描量測來取得掃描線，對於齒輪這樣複雜的形狀，則要求量測人員具備高超的技術。

透過遊標卡尺、齒輪分厘卡、三次元量測儀的課題

使用遊標卡尺或齒輪分厘卡等手持量具的量測方法，雖然能輕鬆且低成本地量測齒厚，但另一方面，也存在著會因量測人員產生誤差，且耗費時間的課題。而使用三次元量測儀時，雖然能高精度地量測齒厚，但卻有需要固定治具、校正水平，以及要求操作人員具備三次元量測儀的操作經驗與技術等課題。此外，為了獲得更高精度的量測結果，必須增加量測點，導致量測時間拉長。

關於跨銷徑的簡易量測方法

傳統的量測方法存在許多課題。能解決這些課題，並輕鬆簡易地進行跨銷徑量測的，就是KEYENCE的3D掃描型三次元量測儀『VL 系列』。

『VL 系列』能以非接觸方式，用“面”而非點或線來捕捉對象物的3D形狀。平台上的對象物，單次掃描最快僅需8秒，還能排除因量測人員造成的差異或誤差。在此，我們將介紹使用KEYENCE的3D掃描型三次元量測儀『VL 系列』來量測齒輪跨銷徑的優點。

優點1：能以非接觸方式360°完整掃描齒輪形狀

KEYENCE的3D掃描型三次元量測儀『VL 系列』能以非接觸方式完整掃描齒輪形狀，並利用從數據上切出的剖面圖，輕鬆簡易地量測跨銷徑。能一鍵捕捉整體形狀，單次掃描最快僅需8秒，可大幅削減齒厚量測的工時。由於是以“面”而非傳統的點或線來捕捉對象物，因此即使是齒輪這樣複雜的對象物也能準確量測。

此外，傳統的量測儀需要配合工件尺寸進行調整，但『VL 系列』能自動辨識樣品尺寸，從小型到大型物件都能全自動掃描。不會像遊標卡尺、齒輪分厘卡那樣產生差異，也無須像三次元量測儀那樣要求操作人員具備經驗。無論由誰量測，都能零差異地實現準確的齒厚量測。

優點2：不論形狀皆可量測，比較等作業也變得很簡單

不僅是正齒輪或螺旋齒輪，就連內齒輪等，無論任何形狀的齒輪，其跨銷徑都能透過KEYENCE的3D掃描型三次元量測儀『VL 系列』進行量測。單次掃描即可快速掃描齒輪的所有位置，並立即得知跨銷徑。

此外，收集到的多筆量測數據，不僅能以列表顯示，還能將相同的分析內容一次性地應用於所有數據。藉此，便能對多個對象物的形狀進行量測，並驗證數據間的差異。利用此功能，還能與OK品比較，定量分析與NG品的差異，或是根據量測結果篩選出NG品等作業，都能在短時間內完成。

讓齒輪跨銷徑的量測變得輕鬆簡易

使用KEYENCE的3D掃描型三次元量測儀『VL 系列』，以往困難的齒輪跨銷徑量測將變得輕鬆簡易。

無須定位或準備治具。只需放置在平台上進行掃描，即可量測齒厚。
以非接觸方式，單次掃D描最快僅需8秒即可完成。能在短時間內收集到準確的跨銷徑數據。
360°完整掃描複雜的齒輪形狀，能輕易地量測跨銷徑。
由於是非接觸量測，能大幅減少因量測人員造成的差異或誤差，獲得穩定的結果。
能輕易地對多筆量測數據進行定量比較與分析，OK/NG的判斷也變得很簡單。

以往的齒厚量測作業繁瑣、且難以獲得準確數據，現在只要使用KEYENCE的3D掃描型三次元量測儀『VL 系列』，無論是正齒輪、螺旋齒輪，甚至是人字齒輪、內齒輪、齒條與齒輪、直齒傘形齒輪等複雜的齒輪形狀，都能進行量測。

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