特許 7171633 ワークピースの３次元表面の３次元データを取得する方法及び装置

(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】

(24)【登録日】2022-11-07

(45)【発行日】2022-11-15

(54)【発明の名称】ワークピースの３次元表面の３次元データを取得する方法及び装置

(51)【国際特許分類】

   G01B 11/24 20060101AFI20221108BHJP

   G01B 11/25 20060101ALI20221108BHJP

【ＦＩ】

G01B11/24 A

G01B11/25 H

【請求項の数】 19

(21)【出願番号】P 2019572446

(86)(22)【出願日】2018-06-28

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2020-09-10

(86)【国際出願番号】 DE2018100597

(87)【国際公開番号】W WO2019007460

(87)【国際公開日】2019-01-10

【審査請求日】2021-03-25

(31)【優先権主張番号】102017114873.6

(32)【優先日】2017-07-04

(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE

(73)【特許権者】

【識別番号】511040469

【氏名又は名称】シェンク ロテック ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング

(74)【代理人】

【識別番号】100094569

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 伸一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100103610

【弁理士】

【氏名又は名称】▲吉▼田 和彦

(74)【代理人】

【識別番号】100109070

【弁理士】

【氏名又は名称】須田 洋之

(74)【代理人】

【識別番号】100095898

【弁理士】

【氏名又は名称】松下 満

(74)【代理人】

【識別番号】100098475

【弁理士】

【氏名又は名称】倉澤 伊知郎

(74)【代理人】

【識別番号】100130937

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 泰史

(74)【代理人】

【識別番号】100123607

【弁理士】

【氏名又は名称】渡邊 徹

(72)【発明者】

【氏名】ロガラ マルティン

【審査官】櫻井 仁

(56)【参考文献】

【文献】特表２０１８－５２３８３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１７／００５２０２４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２００８－０３９７０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１６－５１３２４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－０６６１１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０９－２４３５７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－０５９７１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０５１４８２３２（ＵＳ，Ａ）

【文献】独国特許出願公開第１１２０１６００３８０５（ＤＥ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｂ １１／００－１１／３０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転軸線を中心に回転可能であり且つ同軸の支持面を含む両端部を有するワークピースの３次元表面の３次元データを取得する方法であって、
ワークピースの同軸の支持面を、上向きに開口した支持要素（１８、２０）に受入れて、ワークピースを、その自重だけによって、水平方向の回転軸線を有する心出し位置に保持することと、
レーザ光断面法に従って作動し且つワークピースから或る半径方向距離のところに２つのセンサ（３８、４０）を有する光測定装置（３７）を、前記光測定装置（３７）のレーザ光平面がワークピースに向けられるように配置することと、前記２つのセンサ（３８、４０）を、前記２つのセンサの間に位置し且つ前記回転軸線に対して半径方向にある前記レーザ光平面の一方の側と他方の側のデータをそれぞれのセンサ（３８、４０）が取得するように配置することと、
前記光測定装置（３７）を、静止しているワークピースの周りで移動させることと、ワークピースの少なくとも一部分の３次元表面の複数の点の３次元位置を、前記光測定装置（３７）を移動させた複数の位置から測定することと、を含む方法。

【請求項2】

前記光測定装置（３７）のレーザ光平面は、前記回転軸線と平行である、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記光測定装置（３７）の移動は、円形軌道に沿って行われる、請求項１又は２に記載の方法。

【請求項4】

前記円形軌道に沿う前記光測定装置（３７）の移動に加えて、前記円形軌道に対する接線方向の軌道に沿う前記光測定装置（３７）の移動が行われる、請求項３に記載の方法。

【請求項5】

前記円形軌道に沿う前記光測定装置（３７）の移動に加えて、前記円形軌道の軸線と平行な軸線に沿う前記光測定装置（３７）の移動が行われる、請求項３に記載の方法。

【請求項6】

前記円形軌道に沿う前記光測定装置（３７）の移動は、最大３８０°の中心角度に限定される、請求項３～５のいずれか１項に記載の方法。

【請求項7】

前記光測定装置（３７）を、ワークピースの長手方向の複数のセクションごとに移動させ、長手方向の移動の各セクションにおいて、前記光測定装置（３７）の移動は、静止しているワークピースの周りで行われる、請求項１～６のいずれか１項に記載の方法。

【請求項8】

静止しているワークピースの周りの前記光測定装置の移動は、長手方向の移動の連続するセクションにおいて、両方向で行われる、請求項７に記載の方法。

【請求項9】

前記支持要素（１８、２０）に受入れられたワークピースを、制御可能な整列装置（４４）によって、所定の軸線方向位置及び所定の回転角度位置に整列させた後、ワークピースの３次元表面の３次元的データを取得する、請求項１～８のいずれか１項に記載の方法。

【請求項10】

回転軸線を中心に回転可能であり且つ同軸の支持面を含む両端部を有するワークピースの３次元表面の３次元データを取得するための装置（１）であって、
フレーム（２）と、
前記フレーム（２）に配置され且つ上向きに開口した２つの支持要素（１８、２０）と、を有し、前記支持要素は、水平方向の支持軸線と同軸に配置され、ワークピースの同軸の支持面を前記支持軸線上の心出し位置に受入れるように形成され、ワークピースは、自重だけによって前記心出し心位置に且つ前記支持要素内に保持され、
更に、レーザ光断面法に従って作動する光測定装置（３７）を有し、前記光測定装置（３７）は、前記支持軸線から或る半径方向距離のところに且つホルダ（３６）に、前記光測定装置（３７）のレーザ光平面がワークピースに差し向けられるように配置され、前記光測定装置（３７）は、少なくとも２つのセンサ（３８、４０）を有し、前記２つのセンサ（３８、４０）の各々は、前記２つのセンサ（３８、４０）の間に位置し且つ前記回転軸線に対して半径方向にある平面の異なる側のデータ取得するように配置され、
更に、前記支持軸線と同軸に前記フレーム（２）に配置された中空スピンドル（２８）を有し、前記光測定装置（３７）は、前記ホルダ（３６）と一緒に前記中空スピンドル（２８）に取付けられ、且つ、前記支持軸線周りの円形軌道に沿って前記中空スピンドル（２８）の中を案内され、
更に、前記中空スピンドル（２８）を両方の回転方向に駆動するように制御可能な回転ドライブ（３０）と、
前記回転ドライブ（３０）を制御するための電気制御デバイスと、
コンピュータと、を有し、前記コンピュータは、前記光測定装置によって測定された位置データを記憶して評価するデータメモリ及び評価デバイスを含む、装置（１）。

【請求項11】

前記中空スピンドル（２８）、前記ホルダ（３６）、及び前記光測定装置（３７）は、第１の制御可能なリニアドライブ（２４）によって、前記フレーム（２）に対して前記支持軸線の方向に一緒に移動可能である、請求項１０に記載の装置。

【請求項12】

前記光測定装置（３７）は、第２の制御可能なリニアドライブ（３４）によって、前記支持軸線に対する接線方向に移動可能であり、前記第２の制御可能なリニアドライブ（３４）は、前記中空スピンドル（２８）に配置され且つ前記光測定装置（３７）を支持する、請求項１０又は１１に記載の装置。

【請求項13】

前記光測定装置（３７）は、制御可能な前記回転ドライブ（３０）によって、前記支持軸線を中心に回転可能である、請求項１０～１２のいずれか１項に記載の装置。

【請求項14】

更に、前記フレーム（２）に対する前記光測定装置（３７）の位置及び／又は経路を測定するように構成された独立した経路測定システムを有する、請求項１０～１３のいずれか１項に記載の装置。

【請求項15】

前記中空スピンドル（２８）及び前記回転ドライブ（３０）は、第１の台（２２）に取付けられた支持用直立部（２６）に配置され、前記支持用直立部（２６）は、前記第１の台（２２）によって、前記フレーム（２）のガイドレール（４）上を前記支持軸線の方向に移動可能に案内される、請求項１０～１４のいずれか１項に記載の装置。

【請求項16】

更に、前記支持要素（１８、２０）に受入れられたワークピースを軸線方向位置及び角度方向位置に整列させるように構成され且つ制御可能である整列装置（４４）を有する、請求項１０～１５のいずれか１項に記載の装置。

【請求項17】

前記整列装置（４４）は、第２の台（４６）に配置され、前記第２の台（４６）と一緒に、前記フレーム（２）内の静止位置から整列位置に移動可能であり、前記静止位置は、前記光測定装置（３７）の移動範囲の外側に位置し、前記整列位置は、前記支持軸線の下に位置する、請求項１６に記載の装置。

【請求項18】

前記整列装置（４４）は、前記支持軸線まで移動可能である整列ヘッド（５０）と、ワークピースを把持してワークピースを整列させる空気圧作動式の把持器（５２）を含む、請求項１６又は１７に記載の装置。

【請求項19】

前記整列装置（４４）を静止位置から整列位置まで移動させるように制御可能な第３のリニアドライブ（４８）が前記フレーム（２）に配置される、請求項１６～１８のいずれか１項に記載の装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、同軸の支持面を含む両端部を有し且つ回転軸線を中心に回転可能であるワークピースの３次元表面の３次元データを取得する方法、及び、かかる方法を実施する装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１により知られている方法では、回転可能なワークピースブランクの機械加工軸線を決定するために、基準ワークピースとワークピースブランクを、測定装置の支持要素に受入れてクランプ留めする。ワークピースを、測定装置用ドライブによって、支持軸線を中心に回転させる間、基準ワークピースの表面領域及びワークピースブランクの表面領域を、レーザ光断面法に従って作動する光センサデバイスによって測定し、光センサデバイスを、それぞれのワークピースの上で直線ガイドに沿って移動させる。基準ワークピース及びワークピースブランクの表面領域で測定された３次元位置データを、コンピュータにより、基準部分面及びブランク面としてデータメモリに記憶させる。記憶させした２つの表面を互いに比較して決定された偏差は、不均衡効果と、そこから重心慣性主軸及びワークピースブランクの機械加工軸の位置とを計算するのに使用される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】ＤＥ １０ ２０１３ １００ ８９９ Ａ１

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明の目的は、回転軸線を中心に回転可能なワークピースの３次元表面の３次元データを取得する新しい方法を提供することにあり、かかる方法は、簡易且つ経済的な作動によって特徴付けられる。更に、かかる方法を実施する新しい装置が創造され、かかる装置を安価に製造することができる。

【課題を解決するための手段】

【0005】

この目的は、請求項１に記載された特徴を有する方法によって、及び、請求項１の特徴を有する装置によって達成される。かかる方法及び装置の有利な実施形態は、従属請求項において特定される。

【0006】

本発明によれば、回転軸線を中心に回転可能であり且つ同軸の支持面を含む両端部を有するワークピースの３次元表面の３次元データを取得する方法は、ワークピースを、上向きに開口した支持要素の同軸の支持面の上に受入れて、ワークピースを、その自重だけによって、水平方向の回転軸線を有する心出し位置に保持することと、レーザ光断面法に従って作動し且つワークピースから或る半径方向に距離のところに２つのセンサを有する光測定装置を、光測定装置のレーザ光平面がワークピースに差し向けられ且つ回転軸線と平行であるように配置することと、２つのセンサを、２つのセンサの間に位置しかつ回転軸線に対して半径方向にある平面の異なる側のデータを取得するように配置することと、光測定装置を、静止しているワークピースの周りで移動させることと、ワークピースの少なくとも一部分の３次元表面の複数の点の３次元位置を、光測定装置を移動させた複数の位置から測定することと、を含む。

【0007】

本発明による方法では、ワークピースは、測定処理中、静止したままであり、光測定装置を、静止しているワークピースの周りで円形に移動させる。本方法は、光測定装置の受け部へのワークピースの組込みが簡単であり、ワークピースの回転方向の固定用クランプを省略することができるという利点を有する。光測定装置の受け部は、クランプ手段を必要とせず、ワークピースを組込むとき、光測定装置の受け部の軸線方向移動は不要である。本方法はまた、ワークピースの受け部の回転可能な取付けを必要とせず、また、測定処理中にワークピースを回転させるように制御可能な回転ドライブも必要としない。光測定装置をワークピースの周りで移動させるためのドライブは必要であるけれども、このことは、特に重いワークピースの回転受け部に必要な軸受及びドライブと比較して、コスト効率的である。ワークピースの静止している受け部及びそれと関連したクランプ手段の省略により、光測定装置内へのワークピースの挿入及び測定後のワークピースの取出しを、大量生産用に設置されたプラントで通常利用可能である従来の搬送及び給送デバイスを用いて行うことができるという更なる利点を有し、その結果、給送のための特別なデバイスを必要としない。したがって、本方法に従って作動する光測定装置の既存生産ラインへの統合は、簡単である。

【0008】

本発明によれば、ワークピースの周りの光測定装置の移動は、円形軌道に沿って、連続的に行われてもよいし、いくつかの移動ステップで行われてもよい。円形軌道に沿う移動に加えられる光測定装置の重ね合わせ移動の１つは、円形軌道に対する接線方向の軌道に沿って、連続的に行われてもよいし、いくつかの移動ステップで行われてもよい。このようにして、ワークピースの切込みのデータを良好に取得することができ、個々の領域が影になることによる３次元表面の不完全な測定を回避することができる。好ましくは、光測定装置の移動は、円形軌道及びそれに重ね合わせられる接線方向に沿って行われ、光測定装置の流れるような高速且つ滑らかな移動により、センサの振動が回避され、また、その逆でもあり、ワークピース表面の位置測定は、両方の移動ステップで行われる。

【0009】

接線方向の軌道に沿う移動に対する変形例として、切り込み又は隠れた領域のデータをより良好に取得するために、円形軌道に沿う移動に、円形軌道の軸線と平行な軸線の周りの光測定装置の移動を重ね合わせてもよい。

【0010】

円形軌道に沿う光測定装置の移動は、本発明の更なる提案により、最大３８０°の中心角度に制限される。従って、光測定装置へのエネルギ供給及びコンピュータへの測定データの送信は、ケーブルによって行うことができ、ケーブルの過剰な変形のおそれもない。

【0011】

比較的長いワークピースを測定するために、本発明の方法によれば、光測定装置をワークピースの長手方向のセクションごとに移動させ、光測定装置を移動させた軸線方向の各セクションにおいて、軸線方向移動を停止させ、光測定装置を静止しているワークピースの周りで移動させる。この場合、光測定装置を移動させる軸線方向の連続するセクションにおいて、静止しているワークピースの周りの光測定装置の移動が両方向であるという点で更に有利である。このように、光測定装置の使用されない戻り移動及びこのために必要とされる時間が回避される。したがって、測定処理を、次の軸線方向部セクションに到達した直後に開始することができる。

【0012】

本発明によれば、回転軸線を中心に回転可能であり且つ同軸の支持面を含む両端部を有するワークピースの３次元表面の３次元データを取得するための有利な装置は、フレームと、フレームに配置され且つ上向きに開口した２つの支持要素と、を有し、支持要素は、水平方向の支持軸線と同軸に配置され、ワークピースを同軸の支持面上の心出し位置に受入れるように形成され、ワークピースは、自重だけによって心出し位置に且つ支持要素内に保持され、更に、レーザ光断面法に従って作動する光測定装置を有し、光測定装置は、支持軸線から或る半径方向距離のところに且つホルダに、光測定装置のレーザ光平面がワークピースに差し向けられるように配置され、光測定装置は、少なくとも２つのセンサを有し、２つのセンサの各々は、２つのセンサの間に位置し且つ回転軸線に対して半径方向にある平面の異なる側のデータを取得するように配置され、更に、回転軸線と同軸にフレームに配置された中空スピンドルを有し、光測定装置は、ホルダと一緒に中空スピンドルに取付けられ、且つ、支持軸線の周りの円形軌道に沿って中空スピンドルの中を案内され、更に、中空スピンドルを両方の回転方向に駆動するように制御可能な回転ドライブと、回転ドライブを制御するための電気制御デバイスと、コンピュータと、を有し、コンピュータは、光測定装置によって測定された位置データを記憶して評価するデータメモリ及び評価デバイスとを含む。

【0013】

本発明による装置は、その構成要素が低コストであること、したがって、低い生産コストであることによって特徴付けられる。ワークピースを支持面上にクランプ留めするクランプデバイスを必要とせず、クランプデバイスを支持し且つ測定処理中のワークピースの回転を可能にする任意の回転駆動式スピンドルも必要としない。本発明による装置は、光測定装置が比較的小さい質量のものであるので、コンパクト且つ安価に構成された光測定装置を移動させるように制御可能なドライブしか有していない。このため、コントローラによって定められた位置調節を実行することができるサーボドライブが、好ましくは適切である。制御可能な回転ドライブは、中空スピンドルを回転させ、光測定装置を支持軸線を中心とする円形軌道に沿って移動させる。第１の制御可能なリニアドライブは、中空スピンドル及び光測定装置を支持軸線の方向に移動させるのに使用され、第２の制御可能なリニアドライブは、光測定装置を支持軸線に対する接線方向に移動させるのに使用される。第２のリニアドライブの変形例として、光測定装置はまた、支持軸線と平行な軸線を中心に第２の制御可能な回転ドライブによって回転可能であってもよい。

【0014】

本発明の更なる提案によれば、装置は、フレーム及び／又は中空スピンドルに対する光測定装置の位置及び移動を測定する少なくとも１つの独立した経路測定システムを有する。経路測定システムは、フレームに対する支持軸線の方向の移動を測定する軸線方向測定システム、フレームに対する中空スピンドルの回転移動を測定する角度方向測定システム、中空スピンドルに対する光測定装置の接線方向移動を測定するリニア測定システム、中空スピンドルに対する光測定装置の回転角度位置を測定する角度測定システムを含む。独立した経路測定システムは、ワークピースの３次元表面の３次元データを取得する光測定装置の精度を高め、ドライブの遊びによる運動の逆転が生じて測定の精度が低下することを回避する。

【0015】

装置の好ましい実施形態では、中空スピンドル及び中空スピンドルを駆動する回転ドライブは、第１の台に取付けられた支持用直立部に配置され、支持用直立部は、第１の台によって、フレームのガイドレール上を支持軸線の方向に移動可能に案内される。本発明によりワークピースを受入れる支持要素も、フレームにしっかりと連結された直立部に配置され、フレームに対する少なくとも１つの直立部の取付けは、支持軸線の方向に調節可能である。

【0016】

再現可能な測定値に関して、支持要素に受入れられたワークピースは、フレームに対する軸線方向位置及び回転角度位置に正確に位置決めされなければならない。この目的のために、装置は、支持要素に受入れられたワークピースを軸線方向位置及び回転角度位置に配置するように設計された制御可能な整列装置を有する。整列装置は、第２の台に配置され、第２の台と一緒にフレーム内で移動可能であり、光測定装置の移動範囲の外側に位置する静止位置から支持軸線の下方の整列位置に移動可能である。装置は、更に、ワークピースを整列させるために支持軸線まで移動可能である整列ヘッドを更に有し、整列ヘッドは、空気圧作動式の把持器をし、それにより、ワークピースは、所定の整列位置内において移動可能である。

【0017】

図面に示す本発明の実施形態を参照して、本発明を以下により詳細に解説する。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本発明による装置の斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

図１に示す装置１は、直方体フレーム２を有し、直方体フレーム２は、その上面に、フレーム２の長手方向に延びるガイドレール４が設けられる。ガイドレール４の両端部に、２つの直立部６、８が、鏡像をなすように配列される。直立部６、８はそれぞれ、ベースプレート１０、１２を有し、ベースプレート１０、１２は、その下面に設けられたガイド要素を有し、長手方向に移動可能にガイドレール４上に取付けられる。直立部６、８のベースプレート１０、１２は、締結手段（図示せず）を用いてフレーム２に締結されてもよい。直立部６、８の少なくとも一方の締結手段は、直立部６、８の間の距離を調節することができるように解除可能である。

【0020】

直立部６、８はそれぞれ、ベースプレート１０、１２から上向きにテーパする形状を有し、上端部を有し、ベースプレート１０、１２と平行であるアーム１４、１６が上端部に設けられる。アーム１４、１６は、互いに向かって延び、対向する自由端部のところに支持要素１８、２０を有する。支持要素１８、２０は、上面が開口した半円筒形状を有し、その前側に心出しプリズムを形成する壁を有する。この設計の結果、円筒形の支持面を有するワークピースは、上方から支持要素１８、２０に挿入され、ワークピースの円筒形の支持面は、支持軸線上の心出し位置に支持要素１８、２０によって配置され、ワークピース重量により心出し位置に保持される。

【0021】

フレーム２のガイドレール４の上を長手方向に移動可能である第１の台２２が、直立部６と直立部８の間に取付けられる。第１の台２２は、第１の制御可能なリニアドライブ２４に接続され、それにより、第１の台２２を、フレーム２の上を長手方向に移動させることができる。第１の台２２は、支持用直立部２６を支持し、支持用直立部２６は、支持用開口を含む上端部に有し、中空スピンドル２８が、回転可能に且つ支持要素１８、２０によって決定される支持軸線と同軸に、支持用開口内に取付けられる。中空スピンドル２８は、回転ドライブ３０によって歯付きベルト２９を介して回転可能であり、回転ドライブ３０も、支持用直立部２６に取付けられる。回転ドライブ３０によって、中空スピンドル２８を、３８０°の回転角度だけ、時計回りに又は反時計回りに回転させることができる。

【0022】

支持要素１８、２０は、それらの位置を垂直方向に調節することができるようにアーム１４、１６の端部に取付けられる。このように、支持要素の垂直方向位置を、支持要素に受入れられるワークピースの支持面の様々な直径に適応させることができ、従って、支持軸線が中空スピンドル２８の回転軸線と実質的に同軸であること、及び、異なるワークピースであっても支持軸線が機械ベッドから常に同じ距離にあることを達成することができる。

【0023】

中空スピンドル２８は、それを貫通する中心開口３２を有し、中心開口の内径は、支持要素１８、２０、支持要素１８、２０が受入れるワークピース（例えば、クランクシャフト）、及びアーム１４、１６が中心開口３２の中を自由に通行することができる大きい寸法を有する。従って、中空スピンドル２８及び支持用直立部２６を台２２と一緒に直立部６の近くに移動させて、アーム１４を中空スピンドル２８の中心開口３２から突出させ、支持要素１８を、支持用直立部２６の直立部６から遠い方の側において、中空スピンドル２８の外側に配置することができる。支持用直立部２６がかかる位置にあれば、ワークピースを支持要素１８、２０に挿入したりそれから取出したりすることができるように、両方の支持要素１８、２０に上方から自由にアクセス可能である。かくして、直立部６に近接するように移動させた支持用直立部２６のかかる位置は、ワークピースを装置１に載せたりおろしたりすることを意図している。

【0024】

中空スピンドル２８の直立部８に面する側において、駆動部材３５を有する第２のリニアドライブ３４が、中空スピンドル２８に取付けられ、駆動部材３５は、支持軸線に対して垂直な平面内で支持軸線に対する接線方向に移動可能であり、ホルダ３６を支持する。測定装置３７が、ホルダ３６に取付けられ、レーザ光断面法に従って作動する２つのセンサ３８、４０を有する。第２のリニアドライブ３４及び測定装置３７にエネルギを供給するために、及び、測定データをコンピュータに送信するために、巻き取り可能な可撓性ケーブルハーネス３３が、中空スピンドル２８上に配置され、可撓性ケーブルハーネス３３の一方の端部は、支持用直立部２６に取付けられ、そこで連続ケーブルハーネスに接続される。

【0025】

センサ３８、４０は、支持軸線に差し向けられ、センサ３８、４０のレーザ光平面は、支持軸線に対して平行である。センサ３９とセンサ４０の中心測定軸線は、支持軸線に対して傾斜し、その結果、各センサ３８、４０は、センサ３８とセンサの４０間に位置し且つ回転軸線に対して半径方向に位置する平面における異なる側をデータ取得する。透明な面３９、４１は、図１に示す測定装置３７の位置におけるセンサ３８、４０の平面測定領域の位置を示す。センサ３８、４０の平面測定領域は、同じ平面内にあってもよいし、２つの平行な平面内にあってもよい。

【0026】

再現可能な測定値を取得するために、支持要素１８、２０によって受入れられるワークピースを軸線方向位置及び角度方向位置に正確に位置決めすることが必要である。この機能は、第２の台４６上に配置された制御可能な整列装置４４によって行われ、整列装置４４は、第２の台４６と一緒に、フレーム２内において、アーム１６の下方に位置する静止位置から、支持要素１８と２０の間に且つ支持軸線の下方に位置する整列位置に移動可能である。整列装置４４を移動させるために、制御可能な第３のリニアドライブ４８が、フレーム２に配置される。整列装置４４は、整列ヘッド５０を有し、整列ヘッドは、支持要素１８、２０に受入れられたワークピースまで上方に移動可能であり、空気圧作動式把持器５２を備え、ワークピースは、空気圧作動式把持器５２の中に把持され、ワークピースを、軸線方向移動及び回転によって、定められた軸線方向位置及び回転方向位置に移動させる。整列後、整列ヘッド５０を下降させ、整列装置４４を、アーム１６の下の静止位置に移動させて戻す。整列させたワークピースは、測定処理中、その自重及び支持面と支持要素１８、２０との間の摩擦によって整列位置に保持される。

【0027】

正確で再現可能な測定値を取得するために、整列させたワークピースに対する光測定装置３７の位置の正確な知識を有することも必要である。これを達成するために、装置１は、複数の独立した経路測定システムを有し、かかる経路測定システムにより、測定装置３７の位置及び経路を測定することができる。

【0028】

この目的のために、第１の台２２及び第２の台４６と協働する軸線方向測定システム５４が、ガイドレール４上に配置され、軸線方向測定システム５４により、フレーム２に対する支持用直立部２６及び整列装置４４の軸線方向位置及び経路を測定することができる。中空スピンドル２８と協働する回転角度測定システムが、支持用直立部２６に設けられ、支持用直立部２６に対する、かくして、フレーム２に対する中空スピンドル２８の回転角度位置及び回転経路を測定する機能を有する。更に、リニア測定システムが、第３のリニアドライブ４８に設けられ、中空スピンドル２８に対する接線方向のホルダ３６の位置及び経路を測定する。実際、リニアドライブ２４、３４、４８及び回転ドライブ３０は、それら自体の位置測定システムを有し、それらを制御するのに使用される。しかしながら、本発明により提供され且つリニアドライブ及び回転ドライブから独立した経路測定システムは、特に正確であり、リニアドライブ及び回転ドライブの遊び又は他の影響は、測定精度に影響を及ぼさない。

【0029】

上述した装置１は、回転軸線を中心に回転するワークピース、特にクランクシャフトの３次元表面の３次元データを取得することを意図していることが好ましく、例えば、ワークピースを機械加工するための機械加工軸線を測定値から計算することができ、機械加工軸線により、機械加工後のワークピースは、あるとしても最も少ないアンバランスしか有しない。測定を行うために、測定すべきワークピースを、ワークピースの両端部の同軸の支持面が支持要素１８、２０によって受入れられるようにデバイス１の中に挿入し、ワークピースを、支持要素１８、２０の支持軸線上の心出し位置に配置する。このために、支持用直立部２６を、図１に示す状態よりも直立部６に近づけ、測定装置３７を、支持要素１８、２０内へのワークピースの挿入が中空スピンドル２８及び測定装置３７によって妨げられないように位置決めする。

【0030】

次いで、支持要素１８、２０内に受入れられ且つ図１に部分的にのみ示されているワークピースＷを、その軸線方向位置及び角度方向位置に整列装置４４によって正確に位置決めする。この目的のために、整列装置４４を、ワークピースの下に第３のリニアドライブ４８によって移動させる。その後、整列ヘッドを上昇させ、ワークピースを、空気圧把持器５２によって特定の角度方向位置及び軸線方向位置にし、かかる角度方向位置及び軸線方向位置において、ワークピースは、その自重によって摩擦で保持される。次いで、整列装置４４を、直立部８上のアーム１６の下の静止位置に戻す。

【0031】

ワークピースの３次元表面を測定するために、次の段階において、測定装置３７を、測定を開始するのに適した初期位置に移動させる。初期位置において、支持用直立部２６が直立部６の位置に移動させたときに測定装置３７のセンサ３８、４０がワークピースの端部分をホルダ３６の突出形状により測定範囲内にすでに捕らえているならば、支持用直立部２６を直立部６まで移動させる。そうでなければ、支持用直立部２６を初期位置に到達させるために、最初、支持用直立部２６を直立部６上の静止位置からワークピースに向かって移動されなければならない。初期位置は、更に、中空スピンドル２８の特定の角度位置を含み、かかる特定の角度位置は、この位置から中空スピンドル２８の１回転を１つの回転方向で実行することができるように選択されることが好ましい。

【0032】

更に、第２のリニアドライブ３４の駆動部材３５の一定の接線方向位置を初期位置に設定する。これは、例えば、センサ３８、４０の光断面平面が支持軸線から離れた距離のところにあるときの駆動部材３５の位置である。

【0033】

これらの初期位置から開始して、次に、測定装置３７がアクティブであるとき、中空スピンドル２８を時計回りに回転させる。回転移動は、一様であってもよいし、回転速度を変化させてもよい。回転移動の開始と同時に又は回転移動の開始から遅らせて第２のリニアドライブ３４を作動させることによって、測定装置３７を、接線方向である第１の方向に移動させ、それにより、測定値のデータを取得しながら、両方の移動を重ね合わせる。中空スピンドル２８の、例えば約９０度の、回転の後、第２のリニアドライブ３４の接線方向移動は、一方の端に到達し、次いで、中空スピンドルを同じ方向に更に回転させながら、第２のリニアドライブ３４を逆転させて、反対方向のがたつきなしに戻す。中空スピンドル２８の、例えば２７０度の、回転の後、第２のリニアドライブ３４を再び逆転させて、第１の方向に且つ接線方向に再び移動させ、中空スピンドル２８が１回転したとき、測定装置３７は、その初期位置に到達する。いったん測定装置３７を、上述した処理においてワークピースの周りに移動させ、測定装置３７のセンサ３８、４０によってデータが取得されたワークピースの部分は、同時に起る測定装置３７の接線方向移動により、多くの異なる視野方向からデータが取得されており、それにより、取得した測定値は、データが取得されたワークピースの部分の完全な３次元モデルの計算を可能にする。

【0034】

ワークピースが、測定装置の１回転でデータを取得すべき部分よりも長ければ、ワークピースの次の隣接したセクションのデータを取得するのに対応する量だけ、支持用直立部２６を、第１のリニアドライブ２４を制御することによって支持用直立部８に向かって移動させる。中空スピンドル２８及び第２のリニアドライブ３４は、この処理では、前の測定移動の終端に到達した位置のままであり、かかる位置は、次いで、軸線方向に移動させた支持用直立部２６と共に次の測定移動のための初期位置になる。その後、上述したように、中空スピンドル２８を反時計回りに回転させることにより、測定装置３７を、交互に接線方向に移動させる。第２の測定移動の終端のところにおいて、中空スピンドル２８及び第２のリニアドライブ３４は、再び、第１の測定移動の前にあった初期位置にある。

【0035】

ワークピースの長さに応じて、上述した測定移動の後、更に軸線方向に移動させた支持用直立部２６によって更に多くの測定移動を実施してもよい。

【0036】

測定移動の上述した形態は、本発明によるデバイスを用いた様々な有利に実施可能な選択肢の１つに過ぎない。支持軸線に対して半径方向に見て、ワークピースの３次元形状のデータを完全に取得すべきであれば、測定装置の接線方向移動を省略して、ワークピースを中心とする測定装置の連続する回転で測定を行ってもよい。更に、正確なデータ取得は、ワークピースの１つ又は２つの側での測定装置の接線方向移動を必要とし、従って、測定装置の接線方向移動による補完的なデータの取得が行われる時だけ、測定装置が回転時にこれらの側に向いている。他の場合、測定装置の連続回転中に同時に、測定装置の回転移動及び接線方向移動が重なるように、測定装置が接線方向に前後に１回又は数回追加で移動される場合も有利であると考えられる。回転移動及び接線方向移動の定められた組合せも、ここでは有利である。少ない数の達成可能な測定値は、途切れない連続的な測定移動の時間利得によって相殺される。

【図1】