特許 6676730 ねじ山のゲージレス測定のための方法およびシステム

(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】6676730

(24)【登録日】2020年3月16日

(45)【発行日】2020年4月8日

(54)【発明の名称】ねじ山のゲージレス測定のための方法およびシステム

(51)【国際特許分類】

   G01B 21/20 20060101AFI20200330BHJP

   G01B 5/20 20060101ALI20200330BHJP

   G01B 5/08 20060101ALI20200330BHJP

   G01B 11/24 20060101ALI20200330BHJP

   G01B 11/08 20060101ALI20200330BHJP

【ＦＩ】

   G01B21/20 102S

   G01B5/20 C

   G01B5/08

   G01B11/24 A

   G01B11/08 Z

【請求項の数】15

【外国語出願】

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2018-209848(P2018-209848)

(22)【出願日】2018年11月7日

(65)【公開番号】特開2019-86520(P2019-86520A)

(43)【公開日】2019年6月6日

【審査請求日】2018年11月16日

(31)【優先権主張番号】10 2017 126 198.2

(32)【優先日】2017年11月9日

(33)【優先権主張国】DE

(73)【特許権者】

【識別番号】504267828

【氏名又は名称】カール・ツアイス・インダストリーエレ・メステクニク・ゲーエムベーハー

(74)【代理人】

【識別番号】100147485

【弁理士】

【氏名又は名称】杉村 憲司

(74)【代理人】

【識別番号】230118913

【弁護士】

【氏名又は名称】杉村 光嗣

(74)【代理人】

【識別番号】100205833

【弁理士】

【氏名又は名称】宮谷 昂佑

(72)【発明者】

【氏名】グリム トーマス

(72)【発明者】

【氏名】ヘルマン−ケスラー クラウス−ディーター

【審査官】 川村 大輔

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１４−０７７７２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６０−１８８８０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−０８４１８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１６／００１８２１４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 独国特許出願公開第１０２０１５１０６７３８（ＤＥ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｂ ２１／００−２１／３２

Ｇ０１Ｂ ５／００− ５／３０

Ｇ０１Ｂ １１／００−１１／３０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

測定対象、特にボールねじスピンドル上のねじ山のゲージレス測定のための方法であって、
− ねじ溝の繰り返しのまたは連続的なプローブ検査を含む、第１のねじ山セクションにおける部分的な移動量偏差を検出するステップと、
− 前記ねじ溝の繰り返しのまたは連続的なプローブ検査を含む、少なくとも１つの第２のねじ山セクションにおける部分的な移動量偏差を検出するステップと、
− 前記検出された部分的な移動量偏差に基づいて総合的な移動量偏差を決定するステップと
を有し、
前記ねじ山セクションにおける前記部分的な移動量偏差は、それぞれ局所参照座標系に関して検出され、
前記局所参照座標系は、前記ねじ山セクション間でオフセットされる、方法。

【請求項2】

前記総合的な移動量偏差は、前記部分的な移動量偏差を前記測定対象の曲がりとは無関係にまたは実質的に無関係に組み合わせることによって決定される、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記ねじ山セクションの前記局所参照座標系は、それぞれ、前記局所参照座標系の縦方向の座標軸が前記測定対象のそれぞれの前記ねじ山セクションでの縦軸の実際のコースに位置合わせされ、好ましくはそれと一致するように向けられる、請求項１または２に記載の方法。

【請求項4】

前記局所参照座標系の前記縦方向の座標軸は、前記総合的な移動量偏差を決定するために直線的にまたは位置合わせされて向けられる、請求項３に記載の方法。

【請求項5】

前記ねじ山セクションは、少なくとも一回の周回、好ましくは複数回の周回であって、それに沿って前記部分的な移動量偏差が決定される、少なくとも一回の周回、好ましくは複数回の周回を含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。

【請求項6】

個々のねじ山セクションの結果として生じる部分的な偏差は、理想的な構成のゲージナットの概念上の寸法を考慮しながら決定される、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。

【請求項7】

隣接するねじ山セクションは、少なくとも部分的に重なり合う、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。

【請求項8】

前記ねじ山セクションの少なくともいくつかは、異なる長さを有する、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。

【請求項9】

前記測定対象は、測定中に周期的または連続的に回転され、前記測定対象は、好ましくは、ターンテーブルに取り付けられる、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。

【請求項10】

好ましくは触覚的または光学的であるプローブ検査は、座標測定機を使用して実施される、請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。

【請求項11】

測定は、直径値、位置公差、形状公差、表面特性および溝プロファイル形状データを含む群から選択される少なくとも１つのさらなる特性値を決定することもさらに含む、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法。

【請求項12】

測定システム、特に座標測定機であって、
− ねじ山が設けられた測定対象を受け入れるためのレセプタクルと、
− 測定用プローブを受け入れるための少なくとも１つの測定用ヘッドと、
− 少なくとも２つの空間軸上で前記測定用プローブを移動させるための駆動ユニットと、
− 前記測定用ヘッドおよび前記駆動ユニットに結合される制御装置と
を有し、
前記制御装置は、前記測定システムが、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の方法を実施することを可能にする、測定システム、特に座標測定機。

【請求項13】

ターンテーブルであって、その上に前記測定対象のための前記レセプタクルが取り付けられる、ターンテーブルをさらに有し、前記制御装置は、前記ねじ山を測定するために、前記測定用ヘッドおよび前記測定対象の連結された移動を生じるように設計される、請求項１２に記載の測定システム。

【請求項14】

請求項１〜１１のいずれか一項に記載の方法を実施するための、請求項１２または１３に記載の測定システムの使用。

【請求項15】

コンピュータプログラムであって、請求項１２または１３に記載の測定システム、特に座標測定機が、前記コンピュータプログラムが前記測定システムの制御装置で実行されると、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の方法を実施することを可能にするプログラムコードを有するコンピュータプログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、測定対象上のねじ山のゲージレス測定方法に関する。特に、本開示は、ボールねじスピンドル、またはより一般的に、対応するねじ山が設けられたボールねじスピンドルの構成要素のゲージレス測定のための方法に関する。本開示は、ローラねじおよびそれが設けられたスピンドルまたは駆動部にも適用され得ることが自明である。

【背景技術】

【0002】

本開示の本質的な態様および実施形態がボールねじスピンドルを参照して説明される。しかしながら、これは、限定であると理解されるべきではない。例えば、ボールねじナットと一緒に使用することも考えられる。さらに、高い精密性および特に移動量／送り込みの高い精度、または周回とそれに関連する移動距離との間の可能な限り一定な比が重要である、任意のねじ付き構成要素との使用が考えられる。

【0003】

（特許文献１）には、例えば、印刷機での直線性測定のための方法が開示されており、ここで、循環式ボールスピンドルの形態のねじスピンドルが使用されている。（特許文献２）には、ロボットの場合の位置決定のためのねじスピンドルの使用が示されている。

【0004】

車両のステアリング装置における対応するねじ付きナットを備える再循環式ボールスピンドルの使用は、例えば、（特許文献３）に説明されている。

【0005】

測定技術は、研究開発のみならず、特に品質保証の側面で製品の個別の製造または連続的な製造でも非常に重要である。従って、製品開発の初期段階でも、例えば、機能寸法などが設計に照らして決定された許容差範囲内となることを保証するために、サンプル部品の構成を決定することが必要であり得る。そのような寸法を決定または検出すること、または適切な場合にはそれらを制御することは、製品開発プロセスでのフィードバックを可能にする。従って、製品の準備状態の度合いを改善するために必要とされ得る変更または適応は、サンプル部品の特性または挙動によって管理され得る。

【0006】

開発プロセスに付随する測定タスクに加えて、測定技術は、多くの場合、連続的な製造の計画、セットアップおよび実施において必須の補助および品質管理要素でもある。

【0007】

測定対象の幾何学的形状を測定するためだけでなく、他の特徴、例えば表面特性、位置公差、形状公差などを検出するためにも座標測定技術が特に好適である。この場合、測定対象は、使用される測定装置の構成によって予め決定され得る座標系でプローブ検査される。ここで、空間点、空間曲線または空間経路および表面要素を検出することが可能である。この場合、検出された値は、座標空間における測定対象の実像であると理解され得る。

【0008】

座標測定機は、一般的に、特定の座標空間内でいくつかの空間軸に沿って測定用ピックアップを移動させ、適切な場合にはさらに少なくとも１つの空間軸の周りで枢動させることを可能にする構造を有する。このために必要な駆動は、原理上、手動でまたは代わりにモータによって達成され得る。多くの座標測定機は、例えば、それらの基本構成においてＣＮＣ多軸フライス盤に類似している。

【0009】

ねじ駆動部、特にボールねじは、様々な適用例に使用される。これは、一方では工作機械、測定機および同様の機器の駆動要素、特に横行駆動部に関係し得る。さらに、この種のねじ駆動部は、ピッチと、周回と、関連の送り込みとの関係が公知である場合、測定タスクの基準としても使用され得る。

【0010】

さらに、ねじ山が設けられたスピンドルは、車両工学、特に「再循環式ボールステアリング装置」またはねじスピンドルステアリング装置でも使用される。

【0011】

ボールねじ駆動部は、極めて移動させやすいという利点を有する。使用される転動体（ボール）のために、スピンドルとそれに配置されるナットとの間の摩擦損失が著しく低下され得る。

【0012】

しかしながら、ボールねじスピンドルを備えるボールねじ駆動部を使用することは、移動の精度、すなわちスピンドルとナットとの回転運動と相対的な軸方向運動との転換率、およびこのプロセス中に発生する任意の移動量偏差に依存する。

【0013】

ボールねじ駆動部の従来の構成は、所望の精度および機能信頼性を保証できるようにするために標準化される。ボールねじ駆動部の基本的な構成に関して、例として、国際標準ＩＳＯ ３４０８−１；２００６−Ｂａｌｌｓｃｒｅｗｓ：Ｖｏｃａｂｕｌａｒｙ ａｎｄ Ｄｅｓｉｇｎａｔｉｏｎが注目される。これは、通常、必然的に所望の品質を保証するためにそのような構成要素のチェックに関する対応する規格も伴う。補足情報として、これに照らしてある種類のボールねじアセンブリの要件および試験条件を規定する国際標準ＩＳＯ ３４０８−３：２００６−Ｂａｌｌｓｃｒｅｗｓ：Ａｃｃｅｐｔａｎｃｅ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ａｎｄ Ａｃｃｅｐｔａｎｃｅ Ｔｅｓｔｓが注目される。

【0014】

発生する移動量偏差の決定は、特にかなりの支出に関連付けられる。ボールねじスピンドルに取り付けられるゲージナットの形態のゲージが、通常、このために使用される。その後、ゲージナットとスピンドルとの間に相対的回転が生じ、その後、生じる移動距離が決定される。

【0015】

そうであったとしても、かなりの費用をかけてのみこの種の測定動作を自動化または少なくとも部分的に自動化することが可能である。そのような測定は、最良でも開発または製造中の品質保証に関連するランダムチェックにのみ好適である。

【0016】

ゲージに基づく測定に固有の別の欠点は、スピンドルの変形、特に撓みが測定結果、すなわち移動距離または移動量偏差に入り込むことに起因することである。これは、関与する原理に起因し、および使用されるナットがスピンドル上において隙間がないかまたはほとんどない状態で可能な限り遠くに載置され、かつある程度までスピンドルによって案内される（スピンドルの縦方向において）という事実から回避され得ない。

【0017】

さらに、ゲージナットも、多くの場合、結果的に測定結果および決定された移動量偏差に反映される構成における偏差および他の欠陥を示す。

【0018】

別の課題として、ＩＳＯ ３４０８−３：２００６は、例えば、スピンドルの縦軸に対して平行なまたはスピンドルに沿った移動距離に対して平行な縦方向の移動量偏差が決定される必要があることを規定している。しかしながら、スピンドルは、例えば、撓みに起因する曲がりを有するため、この規定は、実際にはもはや満たされ得ない。

【0019】

さらに、移動量偏差（縦方向のエラー）を決定するためにゲージナットを使用するとき、他の測定タスクは、例えば、直径、ねじ山の形状および位置ならびにねじ山の形状公差の決定に関するものなどの異なる測定手段によって実施される必要がある。

【0020】

これは、この種のスピンドルおよびナットの場合、測定および品質保証全体を時間および費用がかかるものにする。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0021】

【特許文献1】独国特許出願公開第１９９ ２０ １６９ Ａ１号明細書

【特許文献2】欧州特許出願公開第０ ３３３ ９２８ Ａ２号明細書

【特許文献3】独国特許第１０２ ３４ ５９６ Ｂ３号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0022】

この背景の状況を前提として、本開示の基礎となる目的は、ゲージレス式に、すなわちゲージを使用せずに実施され得る、測定対象上のねじ山を測定する方法を特定することである。方法は、好ましくは、座標ベースの測定のための測定システム、特に座標測定機を使用して実施され得る。

【課題を解決するための手段】

【0023】

特に、さらなるセットアップ作業などを必要とせずに、単一のクランプ（取り付け）セットアップにおいて可能な限り完璧に測定対象を測定およびチェックできるようにすることが意図される。方法は、好ましくは、自動化されたまたは少なくとも部分的に自動化された実装に好適である。

【0024】

さらに、方法は、ゲージナットの使用に起因するいずれのエラーも最小限にすること、または可能な限り回避することが意図される。さらに、方法は、測定対象のいずれの変形／撓みとも可能な限り無関係に、測定対象のねじ山によって移動量偏差を決定できるようにすることが意図される。さらに、方法は、測定対象の（全体的な）縦方向範囲に対して可能な限り平行に移動量偏差を決定できるようにすることが意図される。

【0025】

最後に、方法を実施するのに好適な測定システム、特に座標測定機を特定することが意図される。さらに、測定システム、特に座標測定機の有利な使用を特定することが意図される。最後に、方法を実施するコンピュータプログラムを特定することが意図される。

【0026】

本発明のこの目的は、測定対象、特にボールねじスピンドルのねじ山をゲージレス測定のための方法であって、
− ねじ溝の繰り返しのまたは連続的なプローブ検査を含む、第１のねじ山セクションにおける部分的な移動量偏差を検出するステップと、
− ねじ溝の繰り返しのまたは連続的なプローブ検査を含む、少なくとも１つの第２のねじ山セクションにおける部分的な移動量偏差を検出するステップと、
− 検出された部分的な移動量偏差に基づいて総合的な移動量偏差を決定するステップと
を有し、
これらのねじ山セクションにおける移動量偏差は、それぞれの場合に局所参照座標系に関して検出され、
参照座標系は、ねじ山セクション間でオフセットされる、方法によって達成される。

【0027】

このようにして、本発明の目的は十分に達成される。

【0028】

本発明によれば、測定対象のねじ山は、すなわちいくつかのセクションまたはセグメントに分割され、その後、これらセクションは、セクションに関連して部分的な移動量偏差を決定するために別々に測定される。最後に、部分的な移動量偏差は、ねじ山に関する総合的な移動量偏差を決定するために組み合わされ得る。これは、例えば、ねじ山の作業移動量に関する。

【0029】

この構成の１つの利点は、いわばねじ山が「スライスで」測定されるため、測定対象の撓みまたは何らかの他の曲がりが最大でも測定結果に対してわずかな効果を有するにすぎないことである。そのため、それぞれのセクションにおけるねじ山の適応は、− 十分に小さく選択されたサイズの − セクションの曲がりが考慮されたと仮定して実行され得る。

【0030】

用語「ゲージレス測定」は、特に座標ベースの測定を意味すると理解されるべきであり、ここで、適切な適応によって空間点を決定できるようにする測定システムが使用される。これに基づき、複数のまたは多数の検出された空間点を使用して、縦方向におけるねじ山の範囲および従って移動量偏差が決定され得る。

【0031】

例えば、移動量偏差は、規定された整定値の位置からの、ねじスピンドル上のナットの実際の位置の偏差を説明する。整定値の位置は、通常、所与のピッチおよび（整数回または非整数回）の周回から得られる。換言すると、整定値の位置は、理想的な平均ピッチに基づき得る。これに関連して、既に上記で述べた国際標準ＩＳＯ ３４０８−３：２００６が再度注目され、これは、適切な特徴変数およびそれらの決定に関する詳細な情報を与える。

【0032】

本開示による方法により、少なくとも、それぞれのねじ山セクションおよび最終的にねじ山全体またはねじ山の適切な大きさの動作範囲にわたるねじ山のピッチまたはねじ山の縦方向範囲を決定することが意図される。

【0033】

参照座標系は、例えば、座標系または部分的な移動量偏差を検出しかつ表すのに好適な同様の基準であり得る。

【0034】

参照座標系は、例えば、測定対象の縦軸と一致するゼロ点を有し得る。ゼロ点から始まって、同様に縦軸と一致する縦方向を規定することがさらに可能である。測定対象が湾曲しているかまたは何らかの他の方法で変形している場合、縦方向は、その縦軸において少なくとも近似され得る。参照座標系は、現在の周回数および／または現在の周回角度ならびに結果的に生じる位置のシフトについての情報をさらに提供し得る。所与の整定値のピッチにおいて、測定対象の縦軸に沿った実際の位置と整定値の位置との間の偏差を決定することが可能である。

【0035】

新しいねじ山セクションが測定されるとき、参照座標系が再決定される必要があることは必須である。従って、理想化された参照座標系は、異なるセクションが測定されるときに測定対象にわたって「移動する」。換言すると、ねじ山は、いくつかのスライスに分割され、これは、互いに対してわずかにオフセットされて（横方向にまたは角度の点で）測定対象の曲がりを再現し得る。評価中、これらのスライスは、再度同軸上に位置合わせされかつ組み合わせられて、総合的な移動量偏差の判断を行うことを可能にする。これは、好ましくは、測定対象のいずれの変形からも特に妨害する効果なしに実行される。

【0036】

方法の上述の実施形態は、それぞれの場合に現在のねじ山セクションの測定対象の実際の構成を考慮しながら、結果として生じる総合的な移動量偏差の検出および決定を可能にする。参照座標系の位置合わせおよび組み合わせは、総合的な移動量偏差を精密に示す一方、測定対象のいずれの撓みも悪影響を有しない。

【0037】

図に関して、この手法は、湾曲した構成に配置されたチェーンの全長の決定と比較され得、個々のチェーンリンクは、対応する参照座標系を使用して個別に考慮される。対応する長さの偏差を組み合わせることを可能にするため、チェーンは、理論上、直線に引かれ、従って、参照座標系は、対応する方法でそれら自体を軸方向に位置合わせする。

【0038】

換言すると、局所コンポーネント軸が使用されて、ねじ山セクションのそれぞれに対して参照座標系を形成しかつ向ける。これは、測定対象の縦軸に対して平行な縦方向において起こり得る移動量偏差が、様々な局所コンポーネント軸間での対応する同軸上の位置合わせが行われるときに全体として合計され得るという利点を有する。

【0039】

全体として、これは、総合的な移動量偏差の低エラーの決定を可能にし、これは、ねじ山またはそれが設けられるねじ駆動部の精度に関する重要なパラメータを表す。

【0040】

方法の実施形態の例では、総合的な移動量偏差は、部分的な移動量偏差を組み合わせることによって決定される。これは、好ましくは、測定対象の曲がりとは無関係にまたは実質的に無関係に行われる。このようにして、総合的な移動量偏差は、存在し得るいずれの撓みとも無関係に決定され得る。

【0041】

従って、総合的な移動量偏差は、測定対象の実際の向きとは無関係にかなりの精度で決定され得る。

【0042】

方法の別の実施形態の例によれば、ねじ山セクションの参照座標系は、それぞれの場合に、縦方向の座標軸が測定対象の瞬間縦軸と位置合わせされるように、好ましくはそれと一致するように位置合わせされる。少なくとも座標軸が理想的な方法で直線であるとき、位置合わせは、接線方向の向きまたは他の近似方向の向きを含み得ることが自明である。

【0043】

方法がもっぱら雄ねじに制限されないことは自明である。方法は、雌ねじ、例えば対応するナットにも同様の方法で使用され得る。

【0044】

方法の別の実施形態の例によれば、局所参照座標系の縦方向の座標軸は、総合的な移動量偏差を決定するために直線的にまたは位置合わせされて（概念上またはコンピュータ的に）向けられる。そのため、部分的な移動量偏差は、単純に合計され得る。

【0045】

方法の別の実施形態の例によれば、ねじ山セクションは、少なくとも一回の周回、好ましくは複数回の周回であって、それに沿って部分的な移動量偏差が決定される、少なくとも一回の周回、好ましくは複数回の周回を含む。整数倍または小数値がそれにより含まれ得ることが自明である。しかしながら、少なくとも１つのねじ山セクションにおける周回数は、ねじ山の動作範囲における総周回数を下回る必要がある。

【0046】

従って、ねじ山セクションは、螺旋に沿ったｎ＊２＊π ｒａｄ（パイｒａｄ）の周回または対応する円周角／回転角度にわたって延在し得、ここで、ｎは、整数または非整数であり得る。従って、ｎは、例えば、スピンドルの全範囲に依存して１〜１０の値を取り得る。より大きい値が考えられる。例えば、ｎは、４．５であり得るため、この実施形態の例では、４．５回の周回（１６２０°（度）の回転角度に対応する）が、対応するセクションにおいて考慮され得る。

【0047】

整定値のピッチまたは整定値のねじ山の高さの知識を前提として、ここで、規定された回転の整定値の移動量が決定され得る。測定により、実際の移動量がそれとの比較で得られる。絶対値の観点では、移動量偏差は、整定値の移動量と実際の移動量との差に対応する。

【0048】

方法の別の実施形態の例によれば、個々の測定セクションの結果として生じる部分的な偏差は、理想的な構成のゲージナットの概念上の寸法を考慮しながら決定される。通常、そのようなゲージナットは、数回の周回の範囲に及ぶ。従って、ゲージベースの測定の場合、ゲージナットの構成は、縦方向におけるゲージナットの決定された位置に対して、従ってそれぞれの部分的な移動量偏差の決定に対しても影響を有する。

【0049】

従って、一方では、ゲージナットは、平滑作用を有し、かつ瞬間的な移動量偏差（例えば、一回の周回以内）を補償し得る。しかしながら、原理上、ゲージナットはそれ自体もエラーを受けやすいため、ねじ山の構成に起因しないまたは直接起因しない追加的なエラーが結果に入り得る。

【0050】

ねじ山の構成を説明する決定された空間点の評価では、ねじ山構成およびねじ山の範囲に基づいて生じる移動距離および移動量変動または移動量偏差をコンピュータ的に決定するために、対応する測定システムは、理想的な構成のゲージナットに基づき得る。

【0051】

方法の別の実施形態の例によれば、隣接するねじ山セクションは、少なくとも部分的に重なり合う。このようにして、いわば「スライド」測定が可能である。全体として、従って、さらに高い精度で総合的な移動量偏差を決定することが可能である。

【0052】

方法の別の実施形態の例によれば、ねじ山セクションの少なくともいくつかは、異なる長さを有する。それにより、一方では、ねじ山の異なるセクションが異なる曲がりを有することを考慮することが可能である。他方では、それにより、範囲依存精度要件に応答することが可能である。さらに、少なくとも部分的に重なり合う異なる長さのねじ山セクションも、結果を検証するために使用され得る。

【0053】

例えば、ボールねじスピンドルのためのねじ山は、ねじ山入り口、ねじ山出口、およびねじ山入り口とねじ山出口との間の有効長に分割され得る。

【0054】

方法の別の実施形態の例によれば、測定対象は、測定中に周期的または連続的に回転される。これにより、測定が単純化および加速される。なぜなら、測定対象自体が回転される場合、ねじ山の輪郭をプローブ検査するための少なくとも１つのプローブを備えるプローブヘッドの一部では、あまり複雑な移動が必要とされないためである。

【0055】

さらに、測定対象の移動は、例えば、動作の忠実度、同心度、丸み、シリンダー形状などの特定の位置公差または形状公差の決定を単純にする。これは、ねじ山の特定の溝形状、すなわち、ねじ溝またはねじ山のフライトの断面の検出にも当てはまる。さらに、このようにして、プローブヘッド自体の構成に伴う出費を最小限にすることが可能である。

【0056】

方法の別の実施形態の例によれば、測定対象は、ターンテーブルに取り付けられる。ターンテーブルは、例えば、チャックまたは測定対象を保持するのに好適な何らかの他のマウントを担持し得る。

【0057】

原理上、測定対象は、縦方向範囲／縦軸が垂直方向に向けられて配置され得る。従って、測定対象は、ターンテーブル上に立たせられるか、または上に取り付けられたターンテーブルから下げられる。

【0058】

しかしながら、これは、縦方向範囲／縦軸が水平に向けられた測定対象を配置することを除外しない。この場合、しかしながら、明白な撓み／曲がりが必然的に予期され得る。

【0059】

方法の別の実施形態の例によれば、プローブ検査は、座標測定機を使用して実施される。プローブ検査は、触覚または光学手段によって実施され得る。一般的な観点では、接触プローブおよび近接プローブが知られている。プローブは、測定用ヘッドに配置され、測定用ヘッドは、通常、座標測定機のフレームに対して可動である。

【0060】

方法の別の実施形態の例によれば、測定は、直径値、位置公差、形状公差、表面特性および溝プロファイル形状データを含む群から選択される少なくとも１つのさらなる特性値を決定することもさらに含む。

【0061】

別の態様によれば、本開示は、測定システム、特に座標測定機であって、
− ねじ山が設けられた測定対象を受け入れるためのレセプタクルと、
− 測定用プローブを受け入れるための少なくとも１つの測定用ヘッドと、
− 少なくとも２つの空間軸上で測定用プローブを移動させるための駆動ユニットと、
− 測定用ヘッドおよび駆動ユニットに結合される制御装置と
を有し、
制御装置は、測定システムが、本明細書で説明した実施形態の１つによる方法を実行することを可能にする。

【0062】

これは、一般的に、測定用プローブの移動のための制御コマンドを出力し、かつ例えば測定対象との接触を示す測定用プローブからの信号を受信するために、駆動ユニットおよびそれに取り付けられた測定用ヘッドまたは測定用プローブと通信する制御装置を含む。

【0063】

制御装置は、決定された空間座標を処理および評価して、方法に従ってねじ山の総合的な移動量偏差を決定することを可能にするようにさらに設計され得る。

【0064】

制御／評価の部分的なタスクまたは部分的な態様が、データを交換するために少なくとも一時的に測定システムに結合される空間的に分離された制御ユニットにより、例えば別個のコンピュータにより実行され得ることが自明である。

【0065】

従って、測定システムは、データ交換および制御コマンド交換のためにインターフェースも備え得る。

【0066】

測定システムの実施形態の例によれば、前記システムは、ターンテーブルであって、その上に測定対象のためのレセプタクルが取り付けられる、ターンテーブルをさらに有し、制御装置は、ねじ山を測定するために、測定用ヘッドおよび測定対象の連結された移動を生じるように設計される。

【0067】

連結された移動は、測定用ヘッドおよび測定対象の少なくとも一時的な時間並行運動を含み得る。しかしながら、時間的に直接重ならずに測定対象および測定用ヘッドを移動させることも考えられる。

【0068】

別の態様によれば、本開示は、本明細書で説明する実施形態の例の１つによるねじ山測定のための方法を実施するための、本明細書で説明する実施形態の例の１つによる測定システムの使用に関する。

【0069】

最後に、本開示は、コンピュータプログラムであって、本明細書で説明する実施形態の例の１つによる測定システム、特に座標測定機が、コンピュータプログラムが測定システムの制御装置で実行されると、本明細書で説明する実施形態の例の１つによるねじ山測定のための方法を実施することを可能にするプログラムコードを有するコンピュータプログラムにさらに関する。

【0070】

本発明の範囲から逸脱することなく、本発明の上述の特徴および下記の依然として説明されていない特徴は、それぞれの場合に特定された組み合わせのみならず、他の組み合わせまたはそれら自体でも使用され得ることは言うまでもない。

【0071】

本発明のさらなる特徴および利点は、図面を参照して、複数の好ましい実施形態の例の以下の説明から明らかになる。

【図面の簡単な説明】

【0072】

【図1】座標測定機の形態の測定システムの実施形態の斜視図を示す。

【図2】ボールねじスピンドルおよびボールねじナットを有するボールねじ駆動部の斜視部分断面部分図を示す。

【図3】車両のステアリング装置において使用するための、ボールねじを備えるロッドの斜視図を示す。

【図4】ねじ付きロッドの部分図を示す。

【図5】湾曲した状態にある、図４によるねじ付きロッドの別の図を示す。

【図6】測定対象上のねじ山を測定するための、特に総合的な移動量偏差を決定するための方法の実施形態を説明するための単純化されたブロック図を示す。

【発明を実施するための形態】

【0073】

図１は、測定装置１０と、後者を制御するためのデータ処理装置４２とを含む測定システムを示す。測定システムには全体的に６６を付す。

【0074】

この場合、測定装置１０は、ポータル構成の座標測定機として設計されるが、原理上、カラムタイプの構成、片持ち梁構成などでもあり得る。

【0075】

測定装置１０のベースとして機能を果たすのは測定台１２であり、ここには、測定される測定対象５２が配置されるレセプタクル１４がある。図１に示す例示的な実施形態の例では、レセプタクル１４は、ターンテーブル１６上に配置される。ターンテーブル１６は、測定対象５２が取り付けられたレセプタクル１４の制御された回転を可能にする。

【0076】

ポータル１８は、測定台１２に取り付けられ、かつ測定台に対して制御して移動され得る。ポータル１８には、スライド２０が取り付けられ、これは、次に前記ポータルに対して制御して移動され得る。最後に、スライド２０は、それに取り付けられかつスライド２０に対して制御して移動され得るスリーブ２２のマウントおよびガイドの機能を果たす。スリーブ２２の測定台端部には、測定用ピックアップ２４が配置され、これは、例として、図１ではプローブシャフト２６およびその端部におけるプローブヘッド２８を有する。

【0077】

従って、互いに対しておよび測定台１２に対して移動され得る３つのサブアセンブリ、すなわちポータル１８、スライド２０およびスリーブ２２は、プローブヘッド２８を備える測定用ピックアップ２４が３つの空間軸３０ａ、３０ｂ、３０ｃに沿って移動されることを可能にする。プローブヘッド２８の位置を決定するために、従って測定対象５２上のプローブ検査される実体部の位置を決定するために、測定装置は、３２ａ、３２ｂ、３２ｃで示された基準を有し、それにより３つの空間軸３０ａ、３０ｂ、３０ｃのそれぞれに対するプローブヘッド２８の実際の位置が決定され得る。

【0078】

さらに、測定装置は、測定用ピックアップ２４または少なくともプローブヘッド２８を備えるプローブシャフト２６が空間軸３０ａ、３０ｂ、３０ｃの少なくとも１つの周りで回転または枢動されることを可能にするための「回転−枢動機能」も有し得る。得られる回転自由度は、図１において３４ａ、３４ｂ、３４ｃで示されている。ターンテーブル１６も空間軸３０ｃの周りで回転でき、従って３４ｂと同様の回転自由度をもたらす。

【0079】

単純にするために、測定装置１０は、「３軸機能」または代わりに例えば５軸機能を有し得るＣＮＣ複合工作機械と比較され得る。

【0080】

原理上、測定装置１０の制御は、この場合には方向制御装置３８および切り替え要素４０を有する制御要素３６によって単純な方法で実施され得る。この場合、方向制御装置３８は、例えば、制御レバーまたはジョイスティックとして設計され得る。いくつかの空間方向における制御では、任意選択的に、様々な空間軸の周りでの測定用ピックアップ２４の枢動または回転のために複数の方向制御装置３８を設けることも可能である。プローブ検査される幾何学的要素の測定を可能にする信号が生成され得る切り替え要素４０が制御要素３６にさらに設けられる。

【0081】

手動の制御または制御要素３６による部分的な自動制御は別として、測定装置１０は、測定装置１０の制御装置６０（全体）の一部を形成するデータ処理装置４２による制御のためにも設計される。データ処理装置４２は、例えば、測定コンピュータとしてまたは代わりに中央のメインコンピュータのクライアントとして設計され得る。結合されたデータ処理装置４２に加えて、さらに、制御装置６０は、測定装置１０に組み込まれるアセンブリおよびコンポーネントも有し得る。

【0082】

データ処理装置４２は、入力要素４６ａ、４６ｂ、例えばキーボード、キーパッド、マウス、タッチスクリーン、トラックボール、３次元入力要素などの情報を出力するためのディスプレイ４４を有する。従って、原理上、オペレータは、出力情報を受信しかつ入力情報およびコマンドを入力し得る。

【0083】

さらに、データ処理装置４２は、処理モジュール４８と記憶モジュール５０とをさらに有し、これらは、少なくとも１つのインターフェース５１を介して接続され得る。処理モジュール４８は、例えば、プロセッサユニットとして供され、かつプログラムコマンドを実行するように設計され得る。記憶モジュール５０は、データベースの機能を果たし得るか、または代わりに中央データベース、例えば中央製品データ管理システムに接続可能であり得る。

【0084】

データ処理装置４２は、測定装置１０を制御するように、すなわち、例えばターンテーブル１６の回転ならびにスライド２０、スリーブ２２およびポータル１８の移動をもたらすことができるようにさらに設計される。反対に、データ処理装置４２は、測定装置１０によって検出された位置値を受信して処理する。存在する場合、要素１６、１８、２０、２２は、駆動ユニット５４内に組み合わせられる。

【0085】

測定対象５２は、少なくともあるセクションまたは複数のセクションにねじ山を有する。特に、ねじ山は「ボールねじ」である。

【0086】

図２は、ねじスピンドル７２およびナット７４を含むボールねじ駆動部７０の例示的な実施形態を示すために斜視部分断面図を使用する。ボール７６の形態の転動体がねじスピンドル７２とナット７４との間に配置される。転動体７６は、ナット７４とねじスピンドル７２との間の相対運動での摩擦を最適にすることを保証する。相対運動は、ボールねじ駆動部７０の縦軸の周りでの相対的回転およびボールねじ駆動部７０の縦軸に沿った相対的な平行移動を含む。

【0087】

図３は、例えば、車両のステアリング装置において使用され得るシャフト部品８０を示すために斜視図を使用する。シャフト部品８０は、かじ取棒とも呼ばれ得る。シャフト部品８０は、ボールねじセクション８２およびラックセクション８４を含む。例えば、ステアリングコラムは、歯により、ラックセクション８４を介してシャフト部品８０に作用し得る。サーボステアリング装置は、ボールねじセクション８２を介してシャフト部品に作用して、例えば、ステアリングコマンドを簡単にし得る。

【0088】

図２および図３を参照すると、例として説明する実施形態は、ねじ付きセクション、特にボールねじセクションを備えるスピンドルまたはシャフト部品の多くの他の考えられる実施形態を表す。

【0089】

図４および図５は、ねじスピンドルとして構成される測定対象１００を示す。図４は、測定対象１００の理想的な状態を示す。図５は、測定対象１００の部分的に変形された（曲げられた）状態を示す。図５の変形の図が、明確にするために誇張されていることは自明である。

【0090】

測定対象１００は、ボールねじとして構成されるねじ山１０２を有する。測定対象１００の縦軸は１０４で示されている。図５による説明では、測定対象１００は、少なくともあるセクションまたは複数のセクションで特に撓みに起因して変形されている。従って、縦軸１０４は、ねじ山１０２の領域内で湾曲している。

【0091】

既に上記で説明したように、ねじ山１０２を複数のセクション１１０、１１２、１１４に分割して、所与の変形／曲がりとは可能な限り無関係に総合的な移動量偏差を決定することが有利である。

【0092】

このために、セクション１１０、１１２、１１４のそれぞれのために参照座標系または座標系を規定することが提案される。この場合、それぞれの参照座標系１２０、１２２、１２４またはその縦軸１３０、１３２、１３４は、それぞれの場合にそれぞれのセクション１１０、１１２、１１４での縦軸１０４の実際のコースと位置合わせされる。ねじ山１０２は、ここで、部分的な移動量偏差を決定するために複数のセクションにおいてプローブ検査され得、ここで、軸１０４の所与の曲がりは、それぞれのセクション１１０、１１２、１１４において少なくとも部分的に考慮される。これは、軸１０４の曲がりが、ねじ山１０２に沿ったそれぞれの移動量においてランダムな変化を生じないという利点を有する。

【0093】

総合的な移動量偏差を検出するために、セクション１１０、１１２、１１４の部分的な移動量偏差が合計され、その結果、全体的により精密な測定が得られ、より良好に実際の条件に対応する。

【0094】

原理上、セクション間に重なり部分（縦方向に）を生じるために、セクション１１０、１１２、１１４が少なくとも部分的に重なり合うことが考えられる。しかしながら、重なり部分のないセクション１１０、１１２、１１４を規定することも考えられる。

【0095】

さらに、ねじ山１０２の様々なセクションを適切な方法で考慮するために、セクション１１０、１１２、１１４の長さを変更することが考えられる。セクション１１０、１１２、１１４のそれぞれは、好ましくは、ねじ山１０２の二回以上の周回を含む。このようにして、所与のピッチに基づき、結果として生じる移動量は、現在の回転角度に応じて決定され得る。そのため、実際値と整定値との比較によってそれぞれの移動量偏差を与える。

【0096】

図５では、「仮想」ナットを１４０で示す。これは、セクション１１０、１１２、１１４の測定中に得られたデータの評価を促進する。この手法の背景は、特にねじ山１０２の結果として生じる移動量偏差を決定するために「ゲージナット」が使用されることが多いことである。これらのゲージナットは、数回の周回の範囲に及ぶことが多く、従って、結果として得られる移動量偏差は、いわば数回の周回を「平均した」ものである。

【0097】

ここで、この種のゲージナットの使用をシミュレーションすることが提案され、この利点は、理想的な構成のゲージナットが測定結果の評価の基準として採用され得ることである。従って、評価するために、１４０で示すブロックは、そこに存在するねじ溝、および存在する場合にはいずれかの転動体に関する理想的な寸法に関連付けられており、その結果、実際のゲージナットに関連付けられ得るいずれのエラーも、決定された移動量偏差に全く影響を有しない。

【0098】

ねじ山１０２をセクション１１０、１１２、１１４に分割する別の利点は、いわば「シミュレーションした」ゲージナット１４０がそれぞれのセクション１１０、１１２、１１４において縦軸１０４の曲がりに従うことである。これは、移動量偏差の検出の精度をさらに高める。

【0099】

ねじ山１０２またはねじ山１０２を形成するねじ溝１０６のコースは、スピンドルタイプの測定対象１００の回転中にねじ山１０２に沿って得られた実際の移動量を決定するために連続的または断続的にプローブ検査される。これにより、座標測定機として構成されるかまたは座標測定機を使用する測定システムの使用を可能にする。座標測定機の構成に依存して、追加的な寸法、パラメータ、形状誤差、構成の誤差などが決定され得る。

【0100】

全体として、従って、ゲージナットの使用により、労力のかかる、結果として得られる移動量偏差に対する別個の測定動作を回避することが可能である。

【0101】

測定対象１００の実際の曲がりに従う２つ以上のセクション１１０、１１２、１１４にねじ山１０２を分割することによって測定の精度が増す。

【0102】

図６を参照して説明すると、測定対象のねじ山を測定するための方法の例示的な実施形態がブロック図によって示されている。

【0103】

方法は、座標測定機を使用する測定システムの提供を含むステップＳ１０を含む。従って、測定対象の輪郭を反映する対応する空間座標を検出するために、測定対象をプローブ検査することが可能である。

【0104】

これに、座標測定機内のターンテーブル上への測定対象の取り付けを含むステップＳ１２が続く。測定対象は、特にシャフト部品またはスピンドルであり、これは、ねじ付きセクションを備える。測定対象は、ターンテーブルが測定対象をその縦軸の周りで規定された方法で回転させることができるように取り付けられるかまたはクランプされる。

【0105】

それに続くステップＳ１４では、ねじ山の移動量特性（ピッチ×周回と均等である）を決定するために、第１のねじ山セクションのねじ山経路の複数回のまたは連続的なプローブ検査が実施される。これは、整定値移動量からの移動量偏差の決定をさらに含む。ステップＳ１６は、さらなるねじ山セクションと同様のまたは同じ種類の測定動作を含む。ステップＳ１４およびＳ１６におけるセクション毎の測定は、それぞれ測定対象の実際の曲がりに従う参照座標系（座標系）に基づく。これにより、特に測定対象の撓みの場合に測定の精度が増す。

【0106】

ステップＳ１４およびＳ１６における測定は、好ましくは、それぞれの場合にねじ山の複数回の周回が検出されるように行われる。ステップＳ１４およびＳ１６は、連続して測定された２つ以上のセクションの代表例である。

【0107】

測定ステップＳ１４およびＳ１６には、評価ステップＳ１８が続く。評価ステップＳ１８では、ステップＳ１４およびＳ１６において決定された座標は、ねじ山の総合的な移動量偏差を決定するために評価される。これは、それぞれのセクションの局所参照座標系を考慮して行われる。これにより、総合的な移動量偏差の決定の全体的な精度が増す。

【0108】

さらに、例示的な実施形態によれば、ステップＳ１８は、理想寸法で構成される「仮想」ゲージナットを考慮することを含む。そのようなナットは、ねじ山の数回の周回の範囲に及ぶ縦方向範囲を有し得る。これは、例えば、一回の周回から次の周回までに検出された構成の偏差の平滑化または平均をもたらし得る。ステップＳ１８における評価は、主にコンピュータ計算によって行われるため、少なくとも、ねじ山全体は、理想的な製造品の同一のゲージナットにより、様々なセクション経由で確実に「仮想的に」横断されるようにすることが可能である。

【0109】

これにより、少なくとも、「実際の」ゲージナットにおけるいずれかの欠陥の、検出される総合的な移動量偏差への入力を除外する。

【0110】

これに続くステップＳ２０では、測定結果が出力または伝達される。これに基づき、ねじ山の寸法の精度および品質を決定することが可能である。決定されたデータがさらに処理され得る。決定されたデータに基づき、チェックされたねじ山またはそれが設けられたスピンドルが要件または所望の品質分類を満たすか否かを決定することが可能である。

【符号の説明】

【0111】

１０ 測定装置
１２ 測定台
１４ レセプタクル
１６ ターンテーブル
１８ ポータル
２０ スライド
２２ スリーブ
２４ 測定用ピックアップ
２６ プローブシャフト
２８ プローブヘッド
３０ａ、３０ｂ、３０ｃ 空間軸
３２ａ、３２ｂ、３２ｃ 基準
３４ａ、３４ｂ、３４ｃ 回転自由度
３６ 制御要素
３８ 方向制御装置
４０ 切り替え要素
４２ データ処理装置
４４ ディスプレイ
４６ａ、４６ｂ 入力要素
４８ 処理モジュール
５０ 記憶モジュール
５１ インターフェース
５２ 測定対象
５４ 駆動ユニット
６０ 制御装置
６６ 測定システム
７０ ボールねじ駆動部
７２ ねじスピンドル
７４ ナット
７６ ボール
８０ シャフト部品
８２ ボールねじセクション
８４ ラックセクション
１００ 測定対象
１０２ ねじ山
１０４ 測定対象１００の縦軸
１０６ ねじ溝
１１０、１１２、１１４ ねじ山セクション
１２０、１２２、１２４ 局所参照座標系
１３０、１３２、１３４ 参照座標系の縦軸
１４０ 仮想ナット

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】