特開 2023-110896 方法及び座標測定機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023110896

(43)【公開日】2023-08-09

(54)【発明の名称】方法及び座標測定機

(51)【国際特許分類】

   G01B 21/20 20060101AFI20230802BHJP

   G01B 5/20 20060101ALI20230802BHJP

【ＦＩ】

G01B21/20 102Z

G01B5/20 C

【審査請求】未請求

【請求項の数】15

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2023010186

(22)【出願日】2023-01-26

(31)【優先権主張番号】22153944

(32)【優先日】2022-01-28

(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP

(71)【出願人】

【識別番号】504269327

【氏名又は名称】クリンゲルンベルク・ゲゼルシャフト・ミット・ベシュレンクテル・ハフツング

【氏名又は名称原語表記】Ｋｌｉｎｇｅｌｎｂｅｒｇ ＧｍｂＨ

(74)【代理人】

【識別番号】100145403

【弁理士】

【氏名又は名称】山尾 憲人

(74)【代理人】

【識別番号】100184343

【弁理士】

【氏名又は名称】川崎 茂雄

(72)【発明者】

【氏名】フィンケルダイ，マルクス

(72)【発明者】

【氏名】メルケルト，ヤン

【テーマコード（参考）】

2F062

2F069

【Ｆターム（参考）】

2F062AA51

2F062BC71

2F062CC27

2F062EE01

2F062EE09

2F062FF02

2F062FF17

2F062GG17

2F062GG71

2F062HH01

2F062MM02

2F069AA66

2F069BB40

2F069DD19

2F069GG01

2F069GG04

2F069GG07

2F069HH01

2F069HH30

2F069JJ04

2F069JJ17

2F069TT03

2F069TT05

2F069TT13

(57)【要約】      （修正有）

【課題】歯付部品のより効率的な測定を可能にする方法および座標測定機を提供する。
【解決手段】方法は、座標測定機２は歯付部品１０の幾何学的特徴を測定する第１センサ４と歯付部品１０の幾何学的特徴を測定する第２センサ６と歯付部品１０上で測定値を取得する測定動作を実行する動作軸を有し；歯ピッチ、歯面のフランクライン、歯面の輪郭線等の歯付部品１０の幾何学的特徴を第１及び／又は第２センサ４，６により第１測定し、第１相対測定動作が第１測定パスに沿って移動するように実行され、１つ又は複数の測定値が幾何学的特徴を決定するために取得され；歯ピッチ、歯面のフランクライン、歯面の輪郭線等の歯付部品１０の幾何学的特徴を第１及び／又は第２センサ４，６により第２測定し、第２相対測定動作が第２測定パスに沿って移動するように実行され；を有し、第２測定の評価が第１測定から知られる軸位置を考慮して行われる。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

歯付部品（１０）を座標測定機（２）上に提供すること、ここで、前記座標測定機（２）は、前記歯付部品（１０）の幾何学的特徴を測定するための第１センサ（４）を有し、前記歯付部品（１０）の幾何学的特徴を測定するための第２センサ（６）を有し、且つ前記歯付部品（１０）に関する測定値を取得するための測定動作を実行するための動作軸を有しており、
前記第１センサ（４）及び／又は前記第２センサ（６）によって、歯ピッチ、歯面のフランクライン、歯面の輪郭線等の前記歯付部品（１０）の幾何学的特徴を第１測定すること、ここで第１相対測定動作が第１測定パス（１２，１４）に沿って移動するように実行され、１つ又は複数の第１測定値が前記幾何学的特徴を決定するために取得され、
前記第１センサ（４）及び／又は前記第２センサ（６）によって、歯ピッチ、歯面のフランクライン、歯面の輪郭線等の前記歯付部品（１０）の幾何学的特徴を第２測定すること、ここで第２相対測定動作が第２測定パス（１６）に沿って移動するように実行され、第２測定値が前記幾何学的特徴を決定するように取得され、
を有しており、
前記第２測定の評価が前記第１測定から知られる軸位置を考慮して行われる、方法。

【請求項2】

前記第２測定の前に、前記第１測定から知られる測定値に基づく前記歯付部品（１０）に対する前記第２センサの事前配置が行われない、
請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記第２測定の前記評価のための前記第２測定値のシーケンスが前記軸位置に基づいて決定され、
及び／又は
前記第測定値のうちある測定値が前記軸位置に基づいて前記第２測定の前記評価の開始点として定義され、
及び／又は
前記第２測定値のうちのいくつかの測定値は、前記第２測定に応じて幾何学的特徴を決定するのに要求されないことを、前記評価において前記軸位置に基づいて確認され、
及び／又は
前記第２測定の前記測定値の前記歯付部品（１０）に対する関係への仮想設定が、前記評価において行われる、
請求項１又は２に記載の方法。

【請求項4】

前記第２測定パス（１６）は、前記第２測定によって決定されるべき幾何学的特徴を決定するのに最低限要求される長さよりも大きな長さを有しており、
前記第２測定パス（１６）は、第１パス部分と第２パス部分とを有しており、さらなる測定値が前記第１パス部分に沿って取得され、これは前記第２測定によって決定されるべき前記歯付部品（１０）の前記幾何学的特徴を決定するのに要求されず、前記第２パス部分に沿って、前記歯付部品（１０）の前記幾何学的特徴を決定するために要求されるこれらの第２測定値が取得される、
請求項１～３のいずれか１つに記載の方法。

【請求項5】

角度増分及び／又はパス増分は、前記軸位置から決定され、評価開始として適切な前記歯付部品（１０）の幾何学的基準に関連して前記第２測定に使用される前記センサ（４，６）の距離を定義する、
請求項１～４のいずれか１つに記載の方法。

【請求項6】

前記角度増分及び／又はパス増分は、前記第２測定パス（１６）を定義するため、前記第２測定によって決定される前記歯付部品（１０）の前記幾何学的特徴を取得するのに最低限要求される測定パスに追加される、
請求項５に記載の方法。

【請求項7】

前記角度増分及び／又はパス増分は、前記第２測定によって決定される前記歯付部品の前記幾何学的特徴を決定するのに最低限要求される測定パス（１６）に予め固定されている、
請求項６に記載の方法。

【請求項8】

前記角度増分及び／又は前記パス増分に沿って取得された第２測定値は、前記評価の開始点として定義されず、及び／又は前記第２測定の前記幾何学的特徴を決定するために評価されない、
請求項５～７のいずれか１つに記載の方法。

【請求項9】

前記軸位置は、前記第２測定を実行する前記第１又は第２センサ（４，６）に関連した前記歯車の相対的な位置及び／又は向きに関する情報の項目を有する、
請求項１～８のいずれか１つに記載の方法。

【請求項10】

前記第２センサ（６）は光センサ（６）である、
請求項１～９のいずれか１つに記載の方法。

【請求項11】

前記軸位置は、歯頭、歯元、刃先、フランクライン、輪郭線、歯頭の中央、歯元の中央、歯面の中央等の、前記歯付部品の基準点、基準線又は基準面に関連した、前記第２センサ（６）の光軸（２２）の相対的な角度位置に関する情報の項目を含む、
請求項９又は１０に記載の方法。

【請求項12】

前記第１センサ（４）はボール先端等を有する測定プローブ等の触覚センサ（４）である、
請求項１～１１のいずれか１つに記載の方法。

【請求項13】

前記第１測定は前記触覚センサ（４）によって触覚的に実行され、前記第２測定は前記光センサ（６）によって光学的に実行される、
請求項１２に記載される、請求項１０又は１１に記載の方法。

【請求項14】

前記第２測定パス（１６）に沿った前記移動は、前記第２測定を実行する前記センサ（４，６）に対する前記歯付部品（１０）の自軸を中心とした３６０度を超える回転を含む、
請求項１～１３のいずれか１つに記載の方法。

【請求項15】

請求項１～１４のいずれか１つに記載の方法を実行するように構成された、座標測定機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の主題は、部品を測定する方法とそのような方法を実行する座標測定機である。

【背景技術】

【0002】

歯車は、多くの場合、座標測定機上で触覚的つまり機械的な走査によって測定される。触覚測定法は非常に正確であるが、測定時間が長いという欠点がある。歯車を走査する測定プローブは、そのため、歯車の歯の各隙間にねじ込まれて走査される歯面と接触し、歯面の走査後に再び隙間から後退しなければならない。測定プローブは続いて次に測定される歯の隙間にねじ込まれて、この手順が繰り返される。

【0003】

歯車の歯のジオメトリを測定するために、光学的にのみすなわち非接触で測定するセンサの性能は、近年大幅に改善してきた。歯車の歯を測定するための座標測定機は、したがって、触覚測定プローブの代わりに又は追加で使用される光センサを有することが増えている。計測学的方法に関して光センサの例としては、カメラ、レーザ三角測量システム、干渉システム、共焦点システム又は共焦点クロマティックシステム、線状光投影システム、又は焦点変動がある。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

歯付部品の幾何学的特徴がセンサによって既に決定されている場合、さらなるセンサが測定を開始する前に、既知の測定データに基づいてさらなるセンサをさらなる測定のために事前配置することができる。この場合に、実際の測定が機械軸の更新される開始とそのため更新される加速とによって実行される前に、事前配置がさらなるセンサ及び／又は歯付部品の加速及び減速を必要とすることが、不利益となる。

【0005】

この背景に対して、本発明は、歯付部品のより効率的な測定を可能にする方法および座標測定機を特定するという技術課題に基づいている。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記の技術課題は、いずれの場合も独立請求項によって達成される。本発明のさらなる実施形態は、従属請求項および以下の説明から生じる。

【0007】

第１の態様によれば、本発明は：座標測定機上に歯付部品を提供する方法ステップと、ここで座標測定機は歯付部品の幾何学的特徴を測定する第１センサと歯付部品の幾何学的特徴を測定する第２センサと歯付部品の測定値を取得する測定動作を実行する動作軸とを有しており；第１センサ及び／又は第２センサによって、歯ピッチ、歯面のフランクライン、歯面の輪郭線等の歯付部品の幾何学的特徴を第１測定する方法ステップと、ここで第１相対測定動作が第１測定パスに沿って移動するように実行されて１つ又は複数の第１測定値が幾何学的特徴を決定するように取得され；第１センサ及び／又は第２センサによって、歯ピッチ、歯面のフランクライン、歯面の輪郭線等の歯付部品の幾何学的特徴を第２測定する方法ステップと、ここで第２相対測定動作が第２測定パスに沿って移動するように実行されて第２測定値が幾何学的特徴を決定するように取得されること、を有する方法に関する。本方法は、第２測定の評価が第１測定から知られた軸位置を考慮して実行される点で区別される。

【0008】

本評価の文脈における軸位置の考慮により、測定値を比較可能な測定の開始を使用して常に評価でき、例えばそれにより例えば測定値の評価が測定される歯付部品の歯頭において常に開始することを確かにできるので、結果の数値的に安定且つ反復可能な評価が行われることが可能となる。

【0009】

本願で軸位置を参照するとき、これはこの場合に歯付部品で取得された測定値ではなく、むしろ座標測定機の機械軸の位置である。

【0010】

本願で測定値を参照するとき、この場合に、これは歯付部品で測定された測定値であり、これは第１又は第２センサのセンサ値から及び座標測定機の機械軸の軸位置から計算される。このようなセンサ値は、例えば、測定プローブが歯付部品の表面に接触した結果として経験する、触覚測定プローブの測定された撓みであってもよい。このようなセンサ値は、例えば、光センサが歯付部品の表面上の焦点に対して有する、光センサの測定距離であってもよい。

【0011】

第２測定の前に、歯付部品に対する第２センサの事前配置が第１測定から知られている測定値に基づいて行われないようにしてもよい。このようにして、事前配置および更新された開始が測定のために行われず、むしろ測定開始時の加速手順と測定終了時の減速手順とを有する測定動作のみが行われるので、第２測定に要求される加速手順の数を減らすことができる。事前配置の加減及び減速をしたがって省略できる。測定手順ごとに要求される軸の加速が少なくなるため、この方法で測定手順を短縮でき、座標測定機の損耗を軽減できる。

【0012】

本方法の一実施形態によれば、第２測定の評価のために、第２測定値のシーケンスが軸位置に基づいて決定されるようにしてもよい。例えば、座標測定機の回転軸の回転角度及び／又は直線軸の軸位置を各測定値に割り当ててもよく、評価のシーケンスを例えば割り当てられた回転角度の上昇値又は下降値に応じて及び／又は割り当てられた軸位置の上昇値又は下降値に応じて行うことができる。

【0013】

代替的または追加的に、第２測定値のうちのある測定値が、軸位置に基づいて第２測定の評価の開始点として定義されるようにしてもよい。特に、例えば、第２測定値のうちのある測定値を、この測定値が歯付部品の歯頭上にある第１測定から軸位置に基づいて知られるものから開始点として選択してもよい。

【0014】

代替的または追加的に、軸位置に基づく評価において、第２測定値のうちのいくつかの測定値が第２測定に応じて幾何学的特徴を決定するために要求されないと確認されてもよい。このように、例えば、第２測定の測定開始の測定値は、評価の開始点として、評価されないか、破棄されるか、使用されなくてもよい。特に、例えば、第２測定のうちの測定開始のいくつかの測定値は、歯付部品の歯頭にない評価の開始点として、評価しないか、破棄するか、使用しなくてもよいので、評価が、歯付部品の歯頭の測定値から開始することを確かにできる。

【0015】

評価において、歯付部品に対する第２測定の測定値の関係への仮想設定が、評価のための適切な開始点を決定するように行われるようにしてもよい。関係への仮想設定が、評価の開始点における測定の座標系のシフト及び／又は回転と第２測定値のフィルタリングとに対応するようにしてもよい。

【0016】

特に、評価において実行される歯付部品に対する第２測定の測定値の関係への仮想設定が、評価において例えば第２測定値のうちの１つが歯付部品の歯頭にある第２測定の評価の開始点として定義され、該評価が例えば割り当てられた回転角度の上昇値に応じてつまり所定の回転方向で行われるようにしてもよい。関係への仮想設定は、したがって、第２測定の測定値の評価が正確に反復可能かつ再現可能な方法で実施されることを可能にし、特に、評価の数値的安定性を確かにすることを可能にする。

【0017】

第２測定パスは、第２測定によって決定される幾何学的特徴を決定するために最低限要求される長さよりも大きな長さを有するようにしてもよい。例えば、３６０度の部品回転が要求される場合、又は測定値が決定されるべき幾何学的特徴を測定するために３６０度の角度にわたって取得される必要がある場合、第２測定パスが３６０度を超える部品回転を有してもよく、又は測定値が３６０度を超える角度範囲にわたって取得されてもよい。特に、このようにして、評価に適した開始点までに取得される測定値は、取得されるが評価の開始点としては使用されないという点で、関係への仮想設定が本評価の文脈において可能とされてもよい。

【0018】

代替的または付加的に、第２測定パスが第１パス部分及び第２パス部分を有し、第２測定によって決定されるべき歯付部品の幾何学的特徴を決定するために要求されない追加の測定値が第１パス部分に沿って取得され、第２パス部分に沿って歯付部品の幾何学的特徴を決定するために要求される第２測定値が取得されるようにしてもよい。

【0019】

この方法の一実施形態によれば、角度増分及び／又はパス増分が軸位置から決定され、これらが上述した歯頭等の評価開始として適した部品の幾何学的基準変数に対する第２測定に使用されるセンサの距離を定義するようにしてもよい。

【0020】

第２測定パスを定義するために、角度増分および／またはパス増分が、第２測定によって決定されるべき歯付部品の幾何学的特徴を取得するために最低限要求される測定パスに追加さてもよい。第２測定によって決定されるべき歯付部品の幾何学的特徴を取得するために最低限要求される測定パスは、したがって、第２測定の測定値の歯付部品に対する関係への仮想設定を本評価の文脈において可能とするように特に角度増分及び／又はパス増分によって補足され又は拡張される。

【0021】

本方法の一実施形態によれば、第２測定の測定値の歯付部品に対する関係への仮想設定を本評価の文脈において可能とするように、角度増分及び／又はパス増分が、第２測定によって決定されるべき歯付部品の幾何学的特徴を決定するために最低限要求される測定パスに予め固定されるようにしてもよい。

【0022】

角度増分及び／又はパス増分に沿って取得された第２測定値が、評価の開始点として定義されず及び／又は第２測定の幾何学的特徴を決定するために評価されないようにしてもよい。

【0023】

本方法の一実施形態によれば、軸位置が、第２測定に使用されるセンサに関連する歯車の相対的な位置及び／又は向きに関する情報の項目を有するようにしてもよい。

【0024】

第２センサが光センサであるようにしてもよい。

【0025】

本方法の一実施形態によれば、軸位置が、歯頭、歯元、歯先、フランクライン、輪郭線、歯頭の中間部、歯元の中間部、歯面の中間部等、歯付部品の、基準点、基準線、又は基準面に対する第２センサの光軸の相対的角度位置に関する情報の項目を有するようにしてもよい。

【0026】

第１センサがボール先端等を有する測定プローブ等の触覚センサであってもよい。触覚センサはスイッチングまたは走査測定プローブであってもよい。

【0027】

本方法の一実施形態によれば、第１測定は触覚センサによって触覚的に実行され、第２測定は光センサによって光学的に実行されるようにしてもよい。

【0028】

第２測定パスに沿った移動は、第２測定に使用されるセンサに対する歯付部品の自軸周りの３６０度を超える回転を含むようにしてもよい。

【0029】

座標測定機の機械軸による第２測定パスに沿った移動は、光センサの前の部品の部品回転のみから構成されており、光センサは測定中に静止しており、測定中に移動しないようにしてもよい。

【0030】

座標測定機の機械軸による第２測定パスに沿った移動は、光センサの前の部品の部品回転を含んでおり、光センサが測定中に並進的に移動するようにしてもよい。

【0031】

第２の態様によれば、本発明は、本発明による方法を実行するように構成された座標測定機に関する。座標測定機は、測定タスクのみに提供され且つ適している、測定装置のみであってもよい。座標測定機は、歯付部品の切削加工用に構成された工作機械の一体となっている部分であってもよい。

【図面の簡単な説明】

【0032】

本発明は、例示的な実施形態を示す図面に基づいて、以下により詳細に説明される。

【図1】図１は本発明に係る座標測定機を示す。

【図2】図２は歯車を触覚測定システムと共に示す。

【図3】図３は図２の歯車を光学測定システムと共に示す。

【図4】図４は本発明に係る方法のフローチャートを示す。

【発明を実施するための形態】

【0033】

図１は、本発明に係る方法を実行するように構成された、本発明に係る座標測定機２を示している。座標測定機２は、第１センサ４を有しており、これはギヤの歯を測定するための触覚センサ４であり、本件ではボール先端５を有する測定プローブである。座標測定機２は、歯車の歯を測定するための光センサである第２センサ６を有している。本件では、光センサ６は共焦点クロマティック距離センサである。

【0034】

座標測定機２は、センサ４，６と測定対象の歯付部品１０との間の相対的な測定動作を制御するように構成された制御及び評価ユニット８を有している。歯付部品１０は本件では歯車である。さらに、制御及び評価ユニット８は、センサ４，６によって取得された測定値を評価するのに使用される。

【0035】

座標測定機２は、ターンテーブル１１を有しており、歯車１０をターンテーブル１１によって軸Ｃを中心に回転させることができる。座標測定機２は、センサ４，６をデカルト座標ｘ，ｙ，ｚの軸に沿って並進移動させると共に、歯車１０に対する相対的な測定動作を実行する、線形駆動装置をさらに有している。

【0036】

本発明に係る方法の方法ステップ（Ａ）では、歯車１０の座標測定機２への提供が行われる。

【0037】

方法ステップ（Ｂ）では、図２に例として示されるように、第１センサ４による歯車１０の幾何学的特徴の第１測定が続いて行われる。ここでは、例えば歯車１０の幾何学的特徴として、測定パス１２に沿った輪郭線が測定され、及び／又は測定パス１４に沿ったフランクラインが測定される。歯車１０のジオメトリの測定値は、空間における３次元の測定値であるが、第１センサ４のセンサ値及び座標測定機２の軸位置から計算されるので、光センサ６に対する歯車１０の位置及び向きは第１測定によって知られる。

【0038】

方法ステップ（Ｃ）では、第２センサ６による歯付部品１０の幾何学的特徴の第２測定がその後に行われ、第２相対測定動作が第２測定パス１６に沿って移動するように実行され、第２測定値は幾何学的特徴を決定するのに要求される。

【0039】

第２測定パス１６は歯車１０の３６０度の回転と追加で角度増分１８とを含んでおり、角度増分１８は、３６０度の回転に対する、３６０度の回転の補足として予め固定されている。

【0040】

方法ステップ（Ｄ）では、第１測定から知られる軸位置を考慮した第２測定の評価が行われる。

【0041】

本件では、第２測定中に角度増分１８に沿って取得された測定値は、第２測定によって取得される歯車２の幾何学的特徴を評価するのに使用されない。

【0042】

第２測定の前に、第１測定からの測定値に基づく歯付部品１０に対する第２センサ６の事前配置は行われず、第２測定の測定値の歯付部品１０に対する関係への仮想設定が評価において実行され、該評価では、角度増分１８に沿って測定された測定値が第２測定の評価の開始点として定義されず、むしろ角度増分１８におけるこれらの測定値に続く第２測定値のうちの第１測定値が第２測定の評価の開始点として定義される。

【0043】

角度増分１８に沿って測定された測定値が第２測定の評価の開始点として定義されず、むしろ角度増分１８のこれらの測定値に続く第２測定値のうちの第１の測定値が第２測定の評価の開始点として定義される点で、第２測定の測定値の歯付部品１０に対する関係への仮想設定が評価において実行される。

【0044】

特に、評価が、測定値に割り当てられたＣ軸の軸位置の角度に応じて上昇するこの開始値から開始して行われてもよい。

【0045】

このようにして、各歯付部品１０に対する第２測定の評価が例えば常に歯頭２０で開始することを確かにすることができる。軸位置は、このために、関係への仮想設定を可能とし又は角度増分１８を計算するために、例えば、歯頭２０の中心２４に対する第２センサ６の光軸２２の相対角度位置に関する情報の項目を有している。

【0046】

第２測定パス１６は、したがって、第２センサ６の事前配置が省略されているので、第２測定によって決定される幾何学的特徴を決定するのに最低限要求される長さよりも大きな長さを有している。

【符号の説明】

【0047】

２ 座標測定機
４ 触覚センサ
５ ボール先端
６ 光センサ
８ 制御及び評価ユニット
１０ 歯車
１１ ターンテーブル
１２ 測定パス
１４ 測定パス
１６ 測定パス
１８ 角度増分
２０ 歯頭
２２ 光軸
２４ 歯頭の中央

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【外国語明細書】