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▶ イェノプティク・インダストリアル・メトロロジー・ジャーマニー・ゲゼルシャフト・ミト・ベシュレンクテル・ハフツングの特許一覧
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】5873470
(24)【登録日】2016年1月22日
(45)【発行日】2016年3月1日
(54)【発明の名称】計測装置
(51)【国際特許分類】
B24B 49/04 20060101AFI20160216BHJP
G01B 5/00 20060101ALI20160216BHJP
B23Q 17/20 20060101ALI20160216BHJP
【ＦＩ】
B24B49/04 A
G01B5/00 P
B23Q17/20 A
【請求項の数】12
【全頁数】22
(21)【出願番号】特願2013-192646(P2013-192646)
(22)【出願日】2013年9月18日
(65)【公開番号】特開2014-61590(P2014-61590A)
(43)【公開日】2014年4月10日
【審査請求日】2014年11月5日
(31)【優先権主張番号】10 2012 018 580.4
(32)【優先日】2012年9月20日
(33)【優先権主張国】DE
(73)【特許権者】
【識別番号】513235603
【氏名又は名称】イェノプティク・インダストリアル・メトロロジー・ジャーマニー・ゲゼルシャフト・ミト・ベシュレンクテル・ハフツング
(74)【代理人】
【識別番号】100069556
【弁理士】
【氏名又は名称】江崎 光史
(74)【代理人】
【識別番号】100111486
【弁理士】
【氏名又は名称】鍛冶澤 實
(74)【代理人】
【識別番号】100157440
【弁理士】
【氏名又は名称】今村 良太
(74)【代理人】
【識別番号】100173521
【弁理士】
【氏名又は名称】篠原 淳司
(74)【代理人】
【識別番号】100153419
【弁理士】
【氏名又は名称】清田 栄章
(72)【発明者】
【氏名】イェルク・ゼーヴィヒ
【審査官】
亀田 貴志
(56)【参考文献】
【文献】
特表２００３−５２５７５８（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００４−３１７１５９（ＪＰ，Ａ）
【文献】
米国特許出願公開第２０１２／００４３９６１（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｂ２４Ｂ ４９／０４
Ｂ２３Ｑ １７／２０
Ｇ０１Ｂ ５／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
加工機械での加工工程中における試験片についてのインプロセス計測のための計測装置であって、
本体部と、
中立位置と計測位置の間で移動可能であり、計測ヘッドが前記計測位置において前記試験片の回転軸周りの周回運動に追従するよう形成されつつ設けられた連接棒を介して前記本体部に結合された計測ヘッドと、
計測工程の制御のための制御装置と
を備え、前記計測ヘッドが、計測工程中に計測値を記録するための、線形の軸に沿って振出可能な計測探触子を備えている、前記計測装置において、
前記制御装置（８０）が、当該計測装置（２）がキャリブレーションモードにおいてキャリブレーションされるよう形成され、かつ、設けられていること、前記計測ヘッド（１２）が、開口角度α（第１の角度）及び対称軸（１００）を有する計測用プリズム（３８）を備えていること、前記計測探触子（３６）の前記線形の軸（９２）の向きが、前記計測用プリズムの前記対称軸に対して第２の角度βをなしていること、並びにキャリブレーションが、前記第１の角度α及び／又は前記第２の角度βに関して行われることを特徴とする計測装置。
本体部と、
中立位置と計測位置の間で移動可能であり、計測ヘッドが前記計測位置において前記試験片の回転軸周りの周回運動に追従するよう形成されつつ設けられた連接棒を介して前記本体部に結合された計測ヘッドと、
計測工程の制御のための制御装置と
を備え、前記計測ヘッドが、計測工程中に計測値を記録するための、線形の軸に沿って振出可能な計測探触子を備えている、前記計測装置において、
前記制御装置（８０）が、当該計測装置（２）がキャリブレーションモードにおいてキャリブレーションされるよう形成され、かつ、設けられていること、前記計測ヘッド（１２）が、開口角度α（第１の角度）及び対称軸（１００）を有する計測用プリズム（３８）を備えていること、前記計測探触子（３６）の前記線形の軸（９２）の向きが、前記計測用プリズムの前記対称軸に対して第２の角度βをなしていること、並びにキャリブレーションが、前記第１の角度α及び／又は前記第２の角度βに関して行われることを特徴とする計測装置。
【請求項2】
計測が行われる計測モードとキャリブレーションが行われるキャリブレーションモードの間での当該計測装置（２）の切換のために前記制御装置（８０）が形成され、かつ、設けられていることを特徴とする請求項１記載の計測装置。
【請求項3】
前記制御装置（８０）が記憶装置（８６）を備えており、該記憶装置内には、キャリブレーション過程中に得られるキャリブレーションデータがメモリされており、前記記憶装置（８６）は、計測過程中に得られる計測データの解析時にキャリブレーションデータを解析 するために、解析装置（８２）にデータ伝達可能に接続されているか、又は接続可能であることを特徴とする請求項１又は２記載の計測装置。
【請求項4】
キャリブレーションが真円度基準の使用下で行われることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の計測装置。
【請求項5】
キャリブレーションが、周方向における少なくとも１つの箇所において所定の変形部を有する平坦部を備えた円筒の使用下で行われることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の計測装置。
【請求項6】
キャリブレーションが、精密円筒（８８）の使用下で行われることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の計測装置。
【請求項7】
加工機械での加工工程中における試験片についてのインプロセス計測のための計測装置の動作のための方法であって、前記計測装置が、
−本体部と、
−中立位置と計測位置の間で移動可能であり、計測ヘッドが前記計測位置において前記試験片の回転軸周りの周回運動に追従するよう形成されつつ設けられた連接棒を介して前記本体部に結合された計測ヘッドと、
計測工程の制御のための制御装置と
を備え、前記計測ヘッドが、計測工程中に計測値を記録するための、線形の軸に沿って振出可能な計測探触子を備えている、前記方法において、
前記計測装置が、前記制御装置によってキャリブレーションモードへ移行されるとともにキャリブレーションされること、開口角度α（第１の角度）及び対称軸を有する計測用プリズム（３８）を備えた前記計測ヘッドが用いられ、前記計測探触子の前記線形の軸の向きが、前記計測用プリズムの前記対称軸に対して第２の角度βをなしており、キャリブレーションが、前記第１の角度α及び／又は前記第２の角度βに関して行われることを特徴とする方法。
−本体部と、
−中立位置と計測位置の間で移動可能であり、計測ヘッドが前記計測位置において前記試験片の回転軸周りの周回運動に追従するよう形成されつつ設けられた連接棒を介して前記本体部に結合された計測ヘッドと、
計測工程の制御のための制御装置と
を備え、前記計測ヘッドが、計測工程中に計測値を記録するための、線形の軸に沿って振出可能な計測探触子を備えている、前記方法において、
前記計測装置が、前記制御装置によってキャリブレーションモードへ移行されるとともにキャリブレーションされること、開口角度α（第１の角度）及び対称軸を有する計測用プリズム（３８）を備えた前記計測ヘッドが用いられ、前記計測探触子の前記線形の軸の向きが、前記計測用プリズムの前記対称軸に対して第２の角度βをなしており、キャリブレーションが、前記第１の角度α及び／又は前記第２の角度βに関して行われることを特徴とする方法。
【請求項8】
前記計測装置が、前記制御装置によって、計測が行われる計測モードからキャリブレーションが行われるキャリブレーションモードへ切り換えられることを特徴とする請求項７記載の方法。
【請求項9】
キャリブレーション過程中に得られるキャリブレーションデータが前記制御装置の記憶装置内にメモリされ、前記記憶装置が、データ伝達可能に解析装置に接続され、キャリブレーションデータが、計測過程中に得られる計測データの解析時に使用されることを特徴とする請求項７又は８記載の方法。
【請求項10】
前記計測装置のキャリブレーション時に真円度基準が使用されることを特徴とする請求項７〜９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項11】
前記計測装置のキャリブレーション時に、周方向における少なくとも１つの箇所において所定の変形部を有する平坦部を備えた円筒が使用されることを特徴とする請求項７〜１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項12】
前記計測装置のキャリブレーション時に、精密円筒が使用されることを特徴とする請求項７〜１１のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、請求項１の前提部分において記載された様式の、加工機械、特に研削盤での加工工程中における試験片についてのインプロセス計測のための計測装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
クランクシャフトの製造時には、クランクシャフトのクランクピンを研削盤上である程度研削する必要がある。所望の量に到達したらすぐに研削工程が終了されるのを確実にするために、加工工程中にインプロセス計測方法の範囲内でクランクピンを特にその直径及び真円度について連続的にチェックする必要がある。これに対応する計測装置が特許文献１に開示されている。
【0003】
また、特許文献２には、研削盤における研削工程中にクランクピンのインプロセス計測に利用される計測装置が開示されている。この公知の計測装置は計測ヘッドを備えており、この計測ヘッドは、連接棒を介して、第１の旋回軸周りに観点可能に計測装置の本体部に結合されている。さらに、この公知の計測装置は、計測ヘッドを計測位置へ内側へ旋回させ、及び計測ヘッドを計測位置から外側へ旋回させる手段を備えている。クランクピンにおいてインプロセス計測を行うために、計測ヘッドは、このために設けられた手段によって計測位置へ内側へ旋回される。この計測位置においては、計測ヘッドは、例えば計測用プリズムによって、計測されるべきクランクピンに当接する。研削工程中には、クランクピンは、クランクシャフトの回転軸周りに周回運動を行う。このとき、研削ディスクは、クランクピンとの接触が維持され、このために、クランクシャフトの回転軸に対して径方向へ可動に支持されている。研削工程全体においてクランクピンについての計測が行われ得るのを確実にするために、計測ヘッドは、クランクピンの動きに追従する。このために、計測装置の本体部は研削盤の本体部に結合されており、計測装置は、研削工程中に、クランクシャフトの径方向において研削盤の研削ディスクと同期して移動する。類似の計測装置は、特許文献３及び特許文献４にも開示されている。
【0004】
特許文献５には研削盤での加工工程中における試験片についてのインプロセス計測のための該当する形態の計測装置が開示されており、この計測装置は、本体部と、中立位置と計測位置の間で移動可能であり、当該計測ヘッドが前記計測位置において前記試験片の回転軸周りの周回運動に追従するよう形成されつつ設けられた連接棒を介して前記本体部に結合された計測ヘッドとを備え、前記計測ヘッドが、計測工程中に計測値を記録するための、線形の軸に沿って振出可能な計測探触子を備えている。また、この文献に開示された計測装置は、計測工程の制御のための制御装置を更に備えており、研削盤における加工工程中におけるクランクシャフトのクランクピンの直径計測及び真円度計測を行うよう設定されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】欧州特許出願公開第０８５９６８９号明細書
【特許文献2】欧州特許出願公開第１３７０３９１号明細書
【特許文献3】独国特許出願公開第２００９／０５２２５４号明細書
【特許文献4】独国特許出願公開第２０１００１３０６９号明細書
【特許文献5】欧州特許第１２６３５４７号明細書
【特許文献6】独国特許出願公開第１０２００９０３２３５３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
本発明の目的とするところは、計測精度及び信頼性を向上させた、請求項１の前提部分に記載された種類の計測装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記目的は、請求項１に記載された発明によって達成される。
【0008】
公知の計測装置においては、例えばクランクピンである試験片の計測ヘッドに対する相対回転中に測定値が記録され、この計測値に基づき、部材輪郭が計算によって再構成される。この再構成は、特許文献６において公知のように、反復法によって行われる。しかし、この再構築を特許文献５において公知のように、フーリエ解析に基づいて行ってもよい。それぞれ応用される再構築手法にかかわらず、計測装置の幾何形状的な関係は、例えば及び特に、計測ヘッドの計測用プリズム及び試験片に対する計測ヘッドの配置に関して再構築へ帰することになる。公知の計測装置あるいはこのような計測装置の動作のための公知の方法においては、計測装置の幾何形状的な関係は、使用される部材の公差の正確性によって与えられているものとみなされる。
【0009】
本発明は、実際の幾何形状的な関係の想定される幾何形状的な関係との差異は、計測装置の計測精度に大きく影響するという認識に基づいている。これにより、本発明は、部材の公差及び計測装置の部材の摩耗により生じ得る幾何形状的な関係のこのような差異を解析時あるいは再構成時に考慮するという考えに基づいている。
【0010】
これについて、本発明は、制御装置が、計測装置がキャリブレーションモードにおいてキャリブレーションされるよう形成され、かつ、設けられていることを特徴としている。本発明によれば、計測装置の幾何形状的な関係は、もはや与えられているものとはみなされず、実際の幾何形状的な関係は、解析時あるいは部材輪郭の再構成時における計測装置のキャリブレーションによって考慮されるものとなっている。想定される幾何形状的な関係の実際の幾何形状的な関係との差異が計測精度に大きな影響を与え、計測誤差を生じさせるものとなるため、本発明においては、本発明による計測装置の計測精度が向上している。
【0011】
本発明により行われるキャリブレーションは、部材の公差に起因する計測装置の所望の幾何形状との差異のみではなく、摩耗によって生じる差異も考慮に入れられる。したがって、このことは、このような計測装置においては例えば計測ヘッドの計測用プリズムが中立位置から計測位置へ大きな力によって試験片上に載置され、摩耗があらかじめプログラムされているため、特に大きな意味を持つ。計測ヘッドを本体部に結合する連接棒の、摩耗により変化した運動により生じる所望の幾何形状との差異も本発明によるキャリブレーションによって把握されるとともに、これにより計測精度がもはや損なわれることがない。このキャリブレーションは、本発明により、あらかじめ設定された所定の時間的な間隔又はあらかじめ設定された所定の数の試験片の計測の後に行われる。しかしながら、本発明によれば、キャリブレーションを必要な場合にのみ行うか、又は各計測の前若しくは後に行うことも可能である。
【0012】
本発明の好ましい実施形態は、計測が行われる計測モードとキャリブレーションが行われるキャリブレーションモードの間での当該計測装置の切換のために前記制御装置が形成され、かつ、設けられていることを特徴としている。このとき、計測モードとキャリブレーションモードの間の切換は、例えば操作者によって作動されて半自動的に行われるか、又は例えば試験片の加工の前に全自動で行われる。
【0013】
本発明による特に好ましい実施形態は、前記計測ヘッドが、開口角度α（第１の角度）及び対称軸を有する計測用プリズムを備えていること、前記計測探触子の前記線形の軸の向きが、前記計測用プリズムの前記対称軸に対して第２の角度βをなしていること、及びキャリブレーションが、前記第１の角度α及び／又は前記第２の角度βに関して行われることを特徴としている。摩耗によっても生じる幾何形状的な差異のような部材の公差を第１の角度及び第２の角度に関するキャリブレーションによって把握することができるため、第１の角度及び／又は第２の角度に関する計測装置のキャリブレーションによって、計測装置の想定された幾何形状的な関係の実際の幾何形状的な関係との差異によって生じる計測誤差のリスクを低減することができる。摩耗に起因するプリズムの開口角度の変化が中心を占める場合には、本発明により、第１の角度αに関するキャリブレーションを行うのみで十分である。これに対して、部材の公差又は摩耗による、計測ヘッドを本体部に結合する連接棒の運動の変化が中心を占める場合には、本発明による、角度βに関するキャリブレーションのみで十分である。しかしながら、第１の角度α及び第２の角度βに関してキャリブレーションを行うのが理想的である。
【0014】
本発明の他の実施形態は、前記制御装置が記憶装置を備えており、該記憶装置内には、キャリブレーション過程中に得られるキャリブレーションデータがメモリされており、前記記憶装置は、計測過程中に得られる計測データの解析時にキャリブレーションデータを考慮するために、解析装置にデータ伝達可能に接続されているか、又は接続可能であることを特徴としている。この実施形態においては、キャリブレーション時に得られるキャリブレーションデータが記憶装置にメモリされるため、このキャリブレーションデータを、特に直径及び真円度に関する計測の解析時及びこれに関連した部材輪郭の再構成時に利用することが可能である。
【0015】
このとき、真円度基準は、本発明に基づき、特に第１の角度α及び第２の角度βに関するキャリブレーションが実行され得るように変更され得る。このために、本発明の好ましい実施形態は、キャリブレーションが、周方向における少なくとも１つの箇所において所定の変形部を有する平坦部を備えた円筒の使用下で行われることを特徴としている。
【0016】
特に簡易なキャリブレーションは、本発明の他の好ましい実施形態においてなされるように、精密円筒の使用下で行われる場合に得られる。精密円筒は（その円形輪郭について可能な限り理想的な）円筒で構成されており、この円筒は、周方向における１つの箇所において所定の変形部を有する平坦部を備えている。
【0017】
本発明による、加工機械、特に研削盤での加工工程中における試験片についてのインプロセス計測のための計測装置の動作のための方法は、請求項７に記載されている。本発明による方法においては、前記計測装置が、前記制御装置によってキャリブレーションモードへ移行されるとともにキャリブレーションされるようになっている。これにより、本発明による計測装置におけるものと同様の利点が得られる。これは、請求項７〜１２に記載された、本発明による方法の好ましく、かつ、目的に沿った形態においても同様にあてはまる。また、本発明による方法は、特に請求項１〜６のいずれかに記載の計測装置の動作に寄与するものである。
【0018】
本発明は、以下において、非常に簡略化した添付の図面に基づいて詳細に説明され、これら図面には、本発明による計測装置の実施例が示されている。ここで、記載され、図に示され、請求項において請求される全ての特徴は、請求項におけるまとめ及びその引用関係並びに図面における記載及び図示にかかわらず、個々に、及び互いに組み合わせられて本発明の対象を形成している。
【発明の効果】
【0019】
本発明によれば、計測精度及び信頼性を向上させた計測装置を提供することが可能である。
【発明を実施するための形態】
【0021】
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【0022】
図１には本発明による計測装置２の一実施例が示されており、この計測装置２は、研削盤４における加工工程中における試験片についてのインプロセス計測を行うためのものである。簡易化の観点から単に部分的にのみ示された研削盤４は機械に固定された回転軸６周りに回転可能な研削ディスク８を備えており、この研削ディスクは、本実施例においてはクランクシャフトのクランクピン１０によって形成された試験片の加工をするためのものとなっている。
【0023】
計測装置２は計測ヘッド１２を備えており、この計測ヘッドは、連接棒１４を介して、第１の旋回軸１６周りに旋回可能に計測装置２の本体部１８に結合されている。
【0024】
計測装置２は、計測位置へ計測ヘッド１２を内側に旋回させ、及び計測位置から計測ヘッド１２を外側へ旋回させる手段を更に備えている。なお、この手段については、後述する。
【0025】
まず、図２Ａに基づいて連接棒１４の構造について説明する。図２Ａ〜図２Ｅでは、見易さの観点から計測ヘッド１２の、計測位置へ計測ヘッド１２を内側に旋回させ、及び計測位置から計測ヘッド１２を外側へ旋回させる手段は省略されている。連接棒１４は、第１の連接棒要素２０及び第２の連接棒要素２２を備えており、これら連接棒要素は、第１の旋回軸１６周りに旋回可能に配置されている。第１の旋回軸１６とは反対側における第２の連接棒要素２２の端部には第２の旋回軸２４周りに旋回可能な第３の連接棒要素２６が結合されており、この第３の連接棒要素における第２の旋回軸２４とは反対側の端部には、第３の旋回軸２８周りに旋回可能な第４の連接棒要素が結合されている。この第４の連接棒要素は、第３の旋回軸２８から離間して第４の旋回軸周りに旋回可能に第１の連接棒要素２０に結合されている。
【0026】
図示の実施例においては、第１の連接棒要素２０及び第３の連接棒要素２６が互いに非平行に配置されており、第１の旋回軸１６と第２の旋回軸２４の間の間隔が第３の旋回軸２８と第４の旋回軸３２の間の間隔よりも小さくなっている。
【0027】
図示の実施例においては、レバーアーム３４が連接棒２２と共に双腕式の折曲レバーを形成するよう、第２の連接棒要素２２がレバーアーム３４を備えている。なお、折曲レバーの機能については後述する。
【0028】
本実施例において、計測ヘッド１２は保持アーム３５に配置されており、この保持アーム３５は、第４の旋回軸３２を超えて延在する第４の連接棒要素３０に結合されている。図示の実施例においては、保持アーム３５と第４の連接棒要素３０の間の結合が不動に構成されている。図２Ａに示すように、図示の実施例においては、保持アーム３５における計測ヘッド１２を保持する自由端が第１の旋回軸１６へ向けて曲げられており、第４の連接棒要素３０に結合された保持アーム３５の一部が、第４の連接棒要素３０と共に９０°より大きな角度を形成している。
【0029】
図示の実施例においては、計測ヘッド１２が線状の軸に沿って線形に振出可能な計測探触子３６を備えており、この計測探触子は、図２Ａにおいて破線で示唆されている。図示の実施例において、計測ヘッド１２は、更に計測用プリズム３８を備えている。線形に振出可能な計測探触子３６及び計測用プリズム３８から成る装置を用いてどのように試験片である特にクランクシャフトのクランクピン又は他の円筒状の部材について真円度計測及び／又は寸法計測を行うかは、当業者にとって一般に知られているため、ここでは詳細に説明しない。
【0030】
計測装置２は、計測ヘッド１２を中立位置から計測位置へ移動させる手段を備えており、この手段は、本実施例においては、連接棒１４に係合するとともに図１に基づいて詳細に説明した、計測ヘッド１２の内側への旋回及び外側への旋回のための手段を備えている。図示の実施例においては、計測ヘッド１２の内側への旋回及び外側への旋回のための手段は、内方旋回装置４０及び分離された外方旋回装置４２を備えている。
【0031】
図示の実施例においては、内方旋回装置４０がばね手段を備えており、このばね手段は、本実施例においては圧縮ばねとして形成されたばね４４を備えている。このばねは、連接棒１４を介して、図１において矢印４６で示された内側への旋回方向へ計測ヘッド１２へ負荷を与えるものである。本実施例において、ばね４４は、圧縮ばねとして形成されているとともに、その一端において計測装置２の本体部１８で支持され、他端においてレバーアーム３４で支持されている。したがって、ばね４４は、図１におけるレバーアーム３４を反時計回りに、すなわち内方への旋回方向４６において連接棒１４によって計測ヘッド１２に負荷を与え、これを移動させようとするものである。
【0032】
本実施例において、外方旋回装置４２は油圧シリンダ４８を備えており、この油圧シリンダのピストンは、その一自由端において計測装置２の本体部１８に結合されている。本実施例においてはトグルレバーとして形成されたレバー装置４２が油圧シリンダ４８のピストン５０に結合されており、このレバー装置におけるピストンロッド５０とは反対側の端部は、第１の旋回軸１６に対して離心して単腕式のレバー５４に結合されている。なお、このレバーは、旋回軸１６に対して同軸に支持されている。このレバー５４は、その一自由端において、紙面に対して入り込むように延在するピン５６を備えており、このピンは、第１の連接棒要素２０に対して軽く負荷を与えるものとなっている。したがって、レバー５４は、図面において時計回りに相当する外側への旋回方向において移動する際に、第１の連接棒要素２０のための連行部材として機能する。
【0033】
計測ヘッド１２の各位置を検出するために複数のセンサ手段が設けられており、これらセンサ手段は、内方旋回装置４０及び外方旋回装置４２の制御のための制御手段に作用結合されている。
【0034】
計測過程中に計測探触子３６によって記録された計測値の解析は、解析装置によって行われる。適当な計測値がどのように解析されるかは、当業者にとって一般に知られているため、ここでは詳細に説明しない。
【0035】
本発明による計測装置２の機能は、計測モードにおいて以下のとおりである。
【0036】
図１及び図２Ａに示された中立位置では、計測装置１２はクランクピン１０から係合解除されている。この中立位置においては、油圧シリンダ４９が非動作の状態にあり、ばね４４に作用しようとする図１において反時計回りのレバーアーム３４の移動がロックされている。
【0037】
内側への旋回方向４６へ計測ヘッド１２を内側へ旋回させるために、ピストンロッド５０が図１において右方へ移動するよう油圧シリンダ４８が操作される。ピストンロッド５０の移動時には、ばね４４がレバーアーム３４を押圧し、図２におけるレバーアーム３４が反時計回りに旋回される。レバーアーム３４が相対回転不能に第２の連接棒要素２２に結合されているため、ここでは、第２の連接棒要素２２及びこれに伴う連接棒１４全体が図２において反時計回りに旋回される。
【0038】
図２Ｂには、中立位置と計測位置の間の位置における計測ヘッド１２が示されている。
【0039】
図２Ｃに示されたあらかじめ設定された角度位置に到達すると、レバーアーム３４がストッパ５７へ至る。このとき、レバーアーム３４のストッパ５７への当接すると、これにより油圧シリンダ４８が非作動状態となる。図２Ｃにおいては、計測ヘッド１２は、これがまだクランクピン１０に接触しない探査位置にある。
【0040】
図２Ｄには、計測ヘッドがクランクピン１０に接触する計測位置における計測ヘッド１２が示されている。
【0042】
図３には計測ヘッド１２の短載置における計測装置２が示されており、この探査位置は、図２Ｃにも示されている。図１と図３を比べるとわかるように、レバー５４は、図１における油圧シリンダ４８のピストンロッド５０の動出時にレバー装置４２を用いて、レバー５４の図３に示す角度位置に到達するまで半時計周りに旋回される。図３に示すように、この角度位置において、ピン５６は、第１の旋回軸１６の周方向において第１の連接棒要素２０に対して離間している。そのため、第１の連接棒要素２０及びこれに伴う連接棒１４全体は、保持アーム３５を含む計測ヘッド１２の重力及びばね４４によって作用する押圧力の作用下で自由に移動可能となっている。計測位置（図２Ｄ参照）においては計測ヘッド１２がクランクピン１０に当接しており、計測ヘッドは、研削過程中におけるクランクピン１０のクランクシャフト周りの周回運動に追従する。これに対して、計測装置２の本体部１８は、変位しないよう研削ディスク８のホルダに結合されている。そのため、計測装置２は、回転軸６の径方向における研削ディスク８の直線運動に追従する。
【0043】
計測ヘッド１２のクランクピン１０への接触中には、計測探触子３６が計測値を記録し、この計測値に基づいて、計測探触子３６に後続配置された解析コンピュータにおいてクランク便の真円度及び／又は直径が判断され得るようになっている。例えば、直径の所定の値が達成されると、研削ディスク８のクランクピン１０との係合が解除される。
【0044】
計測の終了後に計測ヘッド１２を内側への旋回方向４６とは反対に外側へ旋回するために、制御装置は、図３におけるピストンロッド５０が左方へ移動するよう油圧ピストン４８を制御する。このとき、レバー５４は、図３におけるレバー装置４２を用いてと径方向へ旋回される。ローラ５６が第１の旋回軸１６の周方向へ第１の連接棒要素２０に対して離間している限り、計測ヘッド１２は、当面計測位置に維持される。ローラ５６が図３におけるレバー５４の旋回軸１６周りの時計回りである更なる旋回時に第１の連接棒２０へ当接すると、レバー５４は、時計回りへの更なる旋回時に連行部材として機能するとともに、第１の連接棒要素２０及びこれに伴う連接棒１４全体を時計回りに連行する。したがって、計測ヘッドは、図１に示す中立位置へ至るまで、内側への旋回方向４６とは反対に外側へ旋回される。
【0045】
計測過程中に、計測ヘッドは、クランクピン１０の周方向において、図示の実施例においては−７°〜＋５°すなわち１２°である角度ストロークをもって移動する。
【0046】
以下に、どのように本発明による計測装置がキャリブレーションモードにおいて本発明による方法を用いて動作され、これによりキャリブレーションされるかを図面に基づいて詳細に説明する。
【0047】
図４には本発明による計測装置２のブロック回路状の構成要素が示されており、これら構成要素は、キャリブレーション時に使用されるものである。
【0048】
本発明による計測装置２は制御装置８０を備えており、この制御装置は、計測装置２が計測過程を実行可能な計測モードとキャリブレーションを行うことが可能なキャリブレーションモードの間で切り換えられるよう形成されているとともに設けられている。さらに、制御装置８０は、計測装置がキャリブレーションモードにおいてキャリブレーション可能であるよう形成されているとともに設けられている。
【0049】
計測過程中には、計測探触子は連続して計測値を記録し、この計測値は、解析装置８２へ供給される。この解析装置は、計測値に基づき、試験片の形状を再構成する。この再構成は、特に特許文献６に基づく反復法を用いて行うことができる。しかし、特許文献５に基づくフーリエ解析によっても再構築可能である。
【0050】
計測装置２を本発明に基づきキャリブレーションするために、制御装置８０は、計測装置２を計測モードからキャリブレーションモードへと切り換える。キャリブレーションモードにおいては、図示の実施例では精密円筒を用いて計測装置２のキャリブレーションが行われる。なお、これについては図５を参照して後述する。キャリブレーションモードにおいては、まず、精密円筒が、回転駆動部８４に割り当てて設けられた適当な締付装置によって締め付けられる。そのため、精密円筒は、計測ヘッド１２に対して相対的に回転可能となっている。
【0051】
さらに、計測ヘッド１２が内側へ旋回され、計測用プリズム３８及び計測探触子３６が精密円筒に接触するよう、制御装置８０が内方旋回装置４０を制御する。これにつづいて、精密円筒が計測探触子３６に対して相対的に回転するよう、制御装置８０が精密円筒の回転駆動部８４を制御する。
【0052】
精密円筒の計測探触子３６に対する回転中に、この計測探触子３６は、精密円筒を探触する。このとき得られる計測値がキャリブレーションデータを形成し、このキャリブレーションデータに基づき、後述のように計測装置のキャリブレーションが実行される。キャリブレーションデータは制御装置８０の記憶装置８６にメモリされ、この記憶装置は、解析装置８２とデータ交換可能に接続されている。キャリブレーションデータの取得後、制御装置８０は、計測装置２を計測モードへ復帰するよう切り換える。これについて、計測ヘッド１２を計測位置から中立位置へ復帰させるように移動する外方旋回装置４２が制御される。そのほか、回転駆動部８４は非動作状態にされるため、精密円筒は、締付解除され、計測過程の実行のために、試験片において当該試験片が緊張され得る。
【0053】
解析装置８２において使用可能なキャリブレーションデータは、後続の計測過程において計測装置のキャリブレーションのために考慮に入れられる。計測装置２のキャリブレーションは、必要であれば、及び／又はあらかじめ設定した所定の計測過程回数後に、及び／又は計測装置２のあらかじめ定めた所定の動作時間後に行われ得る。
【0054】
以下に、キャリブレーションについて図５に基づき説明する。
【0055】
図５には、非常に簡略化された計測用プリズム３８が精密円筒８８と共に示されている。
【0056】
精密円筒８８は、当業者に一般に知られているように、その輪郭の円形状について理想的な円筒であって、外周部９０において所定の変形部（深さ）Ｐｔを有する平坦部を有するものである。図５は、計測用プリズム３８が精密円筒８８に当接する場合に生じる幾何学的な関係を明確にするためのものであり、この図５における計測探触子３６の線形の軸は、符号９２で示されている。
【0057】
図５には、計測用プリズム３８の開口角度α（第１の角度）が示されている。さらに、精密円筒８８が２つの接触点９４，９６において計測用プリズム３８に接触している一方、計測探触子３６は、精密円筒８８の周方向においてその間に位置する接触点において精密円筒８８に接触している。計測用プリズム３８の対称軸は、図５において、破線１００によって示されているとともに、後述の考察のために、右手式のデカルト座標系のｙ軸を形成している。計測探触子３６の線形の軸は、角度β（第２の角度）で前記座標系のｘ軸に対して延びている。結果的に、図５に示された状況においては、精密円筒８８と計測装置２の間に３つの接触点９４，９６，９８が生じることになる。
【0058】
部材輪郭は、後述の考察のために、部材座標系において極座標φ及びＲ（φ）によって記載されている。計測探触子３６は、計測用プリズム３８における部材の回転角度φに依存して間隔Ａ（φ）を検出する。これに対応して、特徴的な離間関数（計測探触子３６の振出）Ａ（φ）に対する真円度の差が得られる。そして、角度に依存した部材輪郭Ｒ（φ）と離間関数Ａ（φ）の間の以下の関係が数学的に得られる。
【0059】
【数1】
【0060】
計測モードにおいて、解析装置８２において行われた解析あるいは再構成の目的は、部材輪郭Ｒ（φ）を離間関数Ａ（φ）から計算によって再構成することにある。公知の再構築方法においては、再構築のために角度α及びβが分かっている必要がある点で共通している。実際の角度α及びβの想定されたこれらの角度の値との差により、計測誤差が生じてしまい、この計測誤差は、本発明により行われるキャリブレーションにより回避される。
【0061】
精密円筒８８が、その輪郭が円形状に画成された範囲において半径Ｒ０を有していれば、最も小さな半径は、Ｒ０−Ｐｔであり、角度φ０で生じる。ここで、精密円筒の平坦部は、常に計測装置２のみと接触点を有していることが前提となっている。しかしながら、このことは、平坦部９０を適当に寸法設定することで容易に保障することが可能である。
【0062】
精密円筒が３６０°回転されると、図６に示す関数変化が生じる。上記方程式に基づく変換規則は、図６におけるピークが同様の形状を有するものの異なる増幅を有することを保障するものである。明らかとなっていない角度は、局所的な極限が同定されるか、又はフーリエ変換を用いて離間関数の積分解析を行うことで算出され得る。
【0063】
フーリエ変換により、離間関数の積分解析は以下のように行われることができる。
【0064】
上述のように、計測は、精密円筒の使用の下で行われる。この計測関数の結果は、離間関数Ａ（φ）である。このことから、離間関数の中央値が算出され得るとともに、非周期的な関数ΔＡ（φ）が算出され得る。この非周期的な関数は、数学的に３つの部分関数に分解され、各部分関数は、各接触点に対する相対運動の経過を表している。
【0065】
そして、これら３つの部分関数はフーリエ変換されることが可能であり、フーリエ変換された３つの部分関数が生じる。このことから、右側のプリズム接触と左側のプリズム接触を表す両離間関数が、複雑に結合されつつフーリエ変換されたまさに探触子との接触を表す離間関数と乗算されることで、形状偏差ΔＲ（φ）及び計測が開始される角度φ０が消去される。結果は複数の線形位相の関数であり、これら関数の位相周期は、明らかとなっていない角度α及びβのみを含んでいる。また、位相周期は位相スペクトルにおいてそれぞれ１つの直線を生じ、この直線は、原点を通って延びている。明らかとなっていない直線の傾きは最良適合直線によって算出することが可能であり、この最良適合直線も原点を通って延びている。これにより、明らかとなっていない角度α及びβが算出される。
【0066】
そして、これにより算出された第１の角度α及び第２の角度βの実際の値は、部材輪郭の再構成に際して、上記方程式に合わせて考慮され、これにより、計測装置２がキャリブレーションされる。
【0067】
これにより、計測装置２の実際の幾何学的な関係の想定された幾何学的な関係からの差に関する計測誤差が、従来技術に比して信頼性をもって回避される。これにより、本発明は、従来技術に基づく計測装置に比して比較的少ないコストでより良好な計測精度を提供するものである。
【符号の説明】
【0069】
２ 計測装置４ 研削盤
６ 回転軸
８ 研削ディスク
１０，１０’ クランクピン
１２ 計測ヘッド
１４ 連接棒
１６ 第１の旋回軸
１８ 本体部
２０ 第１の連接棒要素
２２ 第２の連接棒要素
２４ 第２の旋回軸
２６ 第３の連接棒要素
２８ 第３の旋回軸
３０ 第４の連接棒要素
３２ 第４の旋回軸
３４ レバーアーム
３５ 保持アーム
３６ 計測探触子
３８ 計測用プリズム
４０ 内方旋回装置
４２ 外方旋回装置
４４ ばね
４６ 内方旋回方向
４８ 油圧シリンダ
５０ ピストンロッド
５４ レバー
５６ ピン
５７ ストッパ
８０ 制御装置
８２ 解析装置
８４ 回転駆動部
８６ 記憶装置
８８ 精密円筒
９０ 外周部
９２ 計測探触子の線形の軸
９４，９６，９８ 接触点
１００ 破線
Ｒ０ 半径
α 第１の角度
β 第２の角度
φ 回転角度