DE102018219347A1 - Rundheitsmessvorrichtung - Google Patents

Abstract

Eine Rundheitsmessvorrichtung umfasst einen ringförmigen Ring und eine Vielzahl von Wegsensoren (Vergleichslängen-Messvorrichtungen), die auf dem Ring in vorbestimmten Intervallen vorgesehen sind. Die Wegsensoren sind so angeordnet, dass sich Linien, entlang welcher sich die Messachsen der Wegsensoren erstrecken, an einem einzigen Punkt schneiden.

Description

• QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
• Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der am 13. November 2017 eingereichten Japanischen Patentanmeldung Nr. 2017-217998 , deren Offenbarung durch Bezugnahme hierin ausdrücklich in ihrer Gesamtheit aufgenommen wird.
• HINTERGRUND DER ERFINDUNG
• Gebiet der Erfindung
• Die vorliegende Erfindung betrifft eine einfache Rundheitsmessvorrichtung, die komfortabel verwendet werden kann, wie beispielsweise eine kompaktes Messvorrichtung.
• Beschreibung des Standes der Technik
• Eine Rundheitsmessvorrichtung ist ein Beispiel für eine Messvorrichtung, die die Rundheit einer kreisförmigen Säule, eines zylindrischen Rohres und dergleichen misst ( Japanische Patent-Auslegeschriften Nr. 2016-166766 und 2016-151292 ). Die Rundheitsmessvorrichtung ist mit einem Rundtisch und einer Koordinatenmessvorrichtung ausgestattet. Der Drehtisch ist mit einem Ablagetisch, auf dem ein Messobjekt (messbares Objekt) abgelegt wird, und einem Drehantrieb, der den Ablagetisch dreht, versehen. Die Koordinatenmessvorrichtung ist mit einem Taster, der eine Oberfläche des Messobjekts detektiert und einem Verschiebemechanismus, der den Taster zwei- oder dreidimensional verschiebt, ausgestattet. Außerdem ist der Verschiebemechanismus mit einer Vielzahl von Messgebern versehen, die einen Betrag oder einen Winkel der Verschiebung detektieren.
• Eine Rundheitsmessvorrichtung ist selbstverständlich notwendig, um Feinmessungen der Rundheit eines Messobjekts vorzunehmen, wobei jedoch solche Vorrichtungen zwangsläufig groß dimensioniert werden und die Aufstellorte, an denen die Vorrichtungen installiert werden können, begrenzt sind. Um eine Rundheitsmessvorrichtung einsetzen zu können, muss das Messobjekt daher an einen Ort gebracht werden, an dem sich eine Rundheitsmessvorrichtung befindet. Außerdem erfordert der Einsatz einer Rundheitsmessvorrichtung vorab recht aufwändige Vorbereitungen. So erfordert beispielsweise die Verwendung eines Drehtisches das Einstellen von Luftlagern oder das Einstellen einer Neigung und/oder Position eines Ablagetisches (Zentrierung). Darüber hinaus dreht sich der Drehtisch während der Messung, so dass es keine andere Alternative gibt, als zu warten, bis der Drehtisch mindestens eine Umdrehung abgeschlossen hat. Es kann ferner der Wunsch bestehen, die Rundheit gelegentlich auf einfache Weise während der Bearbeitung eines Werkstücks W zu überprüfen, wobei jedoch die Verwendung einer Rundheitsmessvorrichtung für jede gewünschte Prüfung einen erheblichen Zeit- und Arbeitsverlust mit sich bringt.
• KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
• Die vorliegende Erfindung stellt eine einfache Rundheitsmessvorrichtung bereit, das komfortabel zu bedienen ist, wie beispielsweise eine kompakte Messvorrichtung.
• Eine Rundheitsmessvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst einen ringförmigen Ringabschnitt und eine Vielzahl von Wegsensoren, die an dem Ringabschnitt in vorbestimmten Intervallen vorgesehen werden. Die Wegsensoren sind so angeordnet, dass sich Linien, entlang derer sich Messachsen der Wegsensoren erstrecken, an einem einzigen Punkt schneiden.
• In der vorliegenden Erfindung sind vorzugsweise mindestens acht der Wegsensoren vorhanden.
• In der vorliegenden Erfindung umfasst der Wegsensor vorzugsweise eine Spindel mit einem Taststiftkopf an einem distalen Ende, wobei die Spindel so vorgesehen ist, dass sie sich in einer Achsrichtung vor und zurück bewegen kann. Der Wegsensor ist vorzugsweise so konfiguriert, dass er die Verschiebung der Spindel detektiert und die Verschiebung als Messdaten ausgibt. Der Wegsensor ist vorzugsweise so angeordnet, dass eine Auskragrichtung der Spindel in Richtung auf ein Inneres des Ringabschnitts ausgerichtet ist.
• Eine Zylindrizitätsmessvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wird konfiguriert, indem eine Vielzahl der übereinander zu stapelnden Rundheitsmessvorrichtungen in vertikaler Richtung angeordnet wird.
• Ein Rundheitsmessverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Rundheitsmessverfahren unter Verwendung der obigen Rundheitsmessvorrichtung und umfasst: eine Kalibrierung, bei der die Wegsensoren mit einem Einstellmeister, der ein perfekter Kreis ist und als Referenz dient, auf Null gesetzt werden; eine Messung, bei der ein Messobjekt von den Wegsensoren gemessen wird; eine Exzentrizitätsberechnung, bei der der Versatz zwischen einer Position des Einstellmeisters während der Kalibrierung und einer Position des Messobjekts während der Messung als Exzentrizität berechnet wird; und eine Rundheitsberechnung, bei der die bei der Exzentrizitätsberechnung erhaltene Exzentrizität von bei der Messung erhaltenen Messwerten der Wegsensoren subtrahiert wird und der Versatz des Messobjekts von einem perfekten Kreis berechnet wird.
• In der vorliegenden Erfindung, vorzugsweise in der Exzentrizitätsberechnung, wenn die Exzentrizität in eine X-Achskomponente und eine Y-Achskomponente aufgeteilt und durch (ΔCx, ΔCy) ausgedrückt wird, wird die Exzentrizität (ΔCx, ΔCy) ermittelt durch $$\mathrm{\Delta }\text{Cx}=2\times \left({\displaystyle {\sum }_{\text{i}=1}{}^{\text{i}=\text{n}}}\left\{\text{di}\cdot \text{cos}\mathrm{\theta }\text{i}\right\}\right)/\text{n}$$

  

  $$\mathrm{\Delta }\text{Cy}=2\times \left({\displaystyle {\sum }_{\text{i}=1}{}^{\text{i}=\text{n}}}\left\{\text{di}\cdot \text{sin}\mathrm{\theta }\text{i}\right\}\right)/\text{n}$$

  

  Hier ist di ein Messwert für jeden der Wegsensoren. Außerdem wird die X-Achse als Referenzlinie behandelt, und ein Winkel, der durch die X-Achse und die Messachse jedes Wegsensors gebildet wird, wird durch θi dargestellt.
• Figurenliste
• Die vorliegende Erfindung wird in der folgenden ausführlichen Beschreibung mit Bezug auf die erwähnte Vielzahl von Zeichnungen durch nicht einschränkende Beispiele für Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung weiter beschrieben, wobei gleichartige Bezugsziffern gleichartige Teile in den verschiedenen Ansichten der Zeichnungen darstellen, und wobei:
• 1 eine Außenansicht einer Rundheitsmessvorrichtung ist;
• 2 eine Ansicht von direkt über einem Messgerät ist;
• 3 ist ein Flussdiagramm ist, das einen Messvorgang der Rundheitsmessvorrichtung beschreibt;
• 4 ein Beispiel für die Nulleinstellung mit einem Einstellmeister MW darstellt;
• 5 ein Beispiel für das Messen eines Werkstücks W ist;
• 6 ein Diagramm ist, das schematisch die Exzentrizität beschreibt;
• 7A und 7B Diagramme sind, die ein Verfahren zum Ermitteln der Exzentrizität beschreiben;
• 8 eine beispielhafte Messvorrichtung darstellt, die als Modifikation die Zylindrizität (Koaxialitätsgrad) misst; und
• 9 ist ein erläuterndes Diagramm einer Modifikation ist.
• AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
• Die hierin gezeigten Einzelheiten dienen nur als Beispiel und zum Zwecke anschaulichen Erörterung der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung und dienen dazu, die als am hilfreichsten und am leichtesten verständlich angenommene Beschreibung der Grundsätze und konzeptionellen Aspekte der vorliegenden Erfindung darzulegen. In diesem Zusammenhang wird nicht versucht, strukturelle Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ausführlicher darzustellen, als es für das grundlegende Verständnis der vorliegenden Erfindung notwendig ist, wobei die Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen den Fachleuten verdeutlicht, wie die Formen der vorliegenden Erfindung in der Praxis ausgeführt werden können.
• Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird mit Bezug auf die den einzelnen Bauteilen in den Zeichnungen zugeordneten Bezugszeichen beschrieben.
• Erste Ausführungsform
• 1 ist eine Außenansicht einer Rundheitsmessvorrichtung (Rundheitsmesssensor) 100. Dieses Beispiel stellt die Rundheitsmessvorrichtung 100 dar, das die Rundheit eines Außendurchmessers eines Messobjekts (messbares Objekt) misst. Die Rundheitsmessvorrichtung 100 umfasst ein Messgerät 200 und einen Rechner 300.
• Das Messgerät 200 umfasst einen ringförmigen Ringabschnitt 210 und elektrische Mikrometer (Wegsensoren) 231 bis 238, die am Ringabschnitt 210 in vorgegebenen Winkelintervallen vorgesehen sind.
• Der Ringabschnitt (Ring) 210 ist ein Ring mit einem Durchmesser, der eine Größe größer als das Messobjekt ist. Der Ringabschnitt 210 kann im Wesentlichen kreisförmig sein und muss kein absolut perfekter Kreis sein. Außerdem kann der Ringabschnitt 210 eine eckige Form aufweisen anstatt kreisförmig sein, und könnte beispielsweise achteckig sein. Ferner kann in einem Abschnitt des Ringabschnitts 210 ein Schlitz ausgebildet sein, und der Ringabschnitt 210 kann sich öffnen und schließen oder trennen lassen.
• Die elektrischen Mikrometer 231 bis 238 umfassen jeweils eine Spindel 222, die sich durch das Innere eines rohrförmigen Schaftes 221 in Achsrichtung vorwärts und rückwärts bewegt. Ein Taststiftkopf 223 ist an einem distalen Ende der Spindel 222 vorgesehen. Die elektrischen Mikrometer 231 bis 238 detektieren die Verschiebung der sich durch das Innere der Schäfte 221 in Achsrichtung vorwärts und rückwärts bewegenden Spindeln 222 und geben die Verschiebung als Messdaten aus.
• 2 ist eine Ansicht von direkt über dem Messgerät 200. Acht elektrische Mikrometer 231 bis 238 sind in 45°-Intervallen an dem Ringabschnitt 210 angeordnet. Hierzu werden in 2 acht elektrische Mikrometer als ein erstes elektrisches Mikrometer 231 bis achtes elektrisches Mikrometer 238 bezeichnet. Eine Auskragrichtung der Spindel 222 von jedem der elektrischen Mikrometer 231 bis 238 ist auf das Innere des Ringabschnitts 210 ausgerichtet. Insbesondere sind die Auskragrichtungen aller Spindeln 222 auf die Mitte des Ringabschnitts 210 ausgerichtet, und wenn eine Messachse (Verschiebungsrichtung der Spindel 222) von jedem der elektrischen Mikrometer 231 bis 238 verlängert werden würde, würden sich die Achsen in der Mitte schneiden. In Fällen, in denen der Ringabschnitt 210 kein perfekter Kreis ist oder in denen der Ringabschnitt 210 eine eckige Form aufweist, muss die Mitte des Ringabschnitts 210 definiert werden. Der Mittelpunkt eines Innenkreises oder Umfangskreises des Ringabschnitts 210 kann jedoch als der Mittelpunkt des Ringabschnitts 210 angesehen werden. Grundsätzlich sollten die elektrischen Mikrometer 231 bis 238 so angeordnet sein, dass sich die Messachsenlinien (Linie, entlang der sich die Messachse erstreckt) aller elektrischen Mikrometer (in diesem Beispiel acht) 231 bis 238 an einem einzigen Punkt schneiden. Der Punkt, an dem sich alle Messachsenlinien schneiden, wird als der Mittelpunkt des Ringabschnitts 210 bezeichnet.
• Eine X-Achse verläuft von rechts nach links in 2. Die X-Achse verläuft durch die Mitte, verbindet die Messachse des ersten elektrischen Mikrometers 231 und die Messachse des fünften elektrischen Mikrometers 235 und entspricht deren verlängerten Linien. Eine Y-Achse verläuft von oben nach unten in 2. Die Y-Achse verläuft durch die Mitte, verbindet die Messachse des dritten elektrischen Mikrometers 233 mit der Messachse des siebten elektrischen Mikrometers 237 und entspricht deren verlängerten Linien. Ferner wird die X-Achse als Referenzlinie behandelt, und ein Winkel, der durch die X-Achse und die Messachse jedes elektrischen Mikrometers gebildet wird, wird durch θ1 bis θ8 dargestellt. In 2 ist nur θ2 beispielhaft dargestellt. θ1 bis θ8 werden als die „Winkel der elektrischen Mikrometer“ bezeichnet. Die Auslegungswerte für die Winkel der elektrischen Mikrometer sind wie folgt:
• θ1 = 0°
• θ2 = 45°
• θ3 = 90°
• θ4 = 135°
• θ5 = 180°
• θ6 = 225°
• θ7 = 270°
• θ8 = 315°
• Bei der Bauform sind die elektrischen Mikrometer 231 bis 238 in 45°-Intervallen angeordnet, wobei jedoch ein tatsächliches Produkt nicht unbedingt genaue 45°-Schritte erreichen muss. In einem Fall, in dem die Winkel θ1 bis θ8 der elektrischen Mikrometer 231 bis 238 des eigentlichen Produkts von den Auslegungswerten abweichen, wird vorzugsweise der Winkel tatsächlich gemessen, um θ1 bis θ8 genau zu ermitteln.
• Der Messwert von jedem der elektrischen Mikrometer 231 bis 238 wird drahtgebunden oder drahtlos an den Rechner 300 gesendet, und die Berechnung wird durch den Rechner 300 ausgeführt. Der Rechner 300 ist beispielsweise ein Personalcomputer (insbesondere CPU und Speicher) und berechnet die Rundheit des Messobjekts durch Ausführen eines Rundheitsberechnungsprogramms. (Solange eine Vorrichtung in der Lage ist, das Rundheitsberechnungsprogramm auszuführen, kann natürlich auch ein Smartphone oder Tablett den Personalcomputer ersetzen.) Als Nächstes wird ein Verfahren zur Verwendung einer Rundheitsmessvorrichtung beschrieben, einschließlich eines spezifischen Verarbeitungsprotokolls, das von dem Rechner 300 (Rundheitsberechnungsprogramm) durchgeführt wird.
• Messvorgang
• 3 ist ein Flussdiagramm, das einen Messvorgang der Rundheitsmessvorrichtung 100 beschreibt. Zunächst wird in ST111 eine Nulleinstellung durchgeführt. Ein Einstellmeister MW (siehe 4), der ein perfekter Kreis ist und als Referenz dient, wird vorab vorbereitet. Der Einstellmeister MW sollte ein perfekter Kreis sein und kann einen anderen Durchmesser und eine andere Größe als das Messobjekt (Werkstück W) aufweisen. Danach wird der Einstellmeister MW mit dem Messgerät 200 gemessen. Der Einstellmeister MW kann aufgenommen und in das Innere des Ringabschnitts 210 eingesetzt werden, oder das Messgerät 200 kann aufgenommen und von oben um den Einstellmeister MW herum abgesenkt werden.
• An dieser Stelle befindet sich der Einstellmeister MW vorzugsweise in der genauen Mitte des Ringabschnitts 210, aber es gibt selbst dann kein Problem, wenn der Einstellmeister MW von der genauen Mitte versetzt ist. Mit anderen Worten, die Position des Einstellmeisters MW zum Zeitpunkt der Nulleinstellung kann eine beliebige Position sein. 4 stellt ein Beispiel für die Nulleinstellung mit dem Einstellmeister MW dar, und der Einstellmeister MW wird bewusst als leicht versetzt von der genauen Mitte dargestellt (etwas nach rechts und oben versetzt). Anschließend wird der Taststiftkopf 223 von jedem der elektrischen Mikrometer 231 bis 238 als in Kontakt mit einer Seitenfläche des Einstellmeisters MW befindlich bestätigt, und in diesem Zustand wird der Messwert von jedem der elektrischen Mikrometer 231 bis 238 auf Null eingestellt.
• Der Messwert für jeden der elektrischen Mikrometer 231 bis 238 wird durch Di ausgedrückt, wobei i eine ganze Zahl von 1 bis 8 ist. Insbesondere wird der Messwert des ersten elektrischen Mikrometers 231 durch D1 ausgedrückt, der Messwert des zweiten elektrischen Mikrometers 232 durch D2 ausgedrückt, und so weiter. Wenn auf Null eingestellt, sind die Werte wie folgt:
• D1 = 0.00
• D2 = 0.00
• D3 = 0.00
• D4 = 0.00
• D5 = 0.00
• D6 = 0.00
• D7 = 0.00
• D8 = 0.00
• Diese Nulleinstellungs-Kalibrierung wird vorzugsweise jedes Mal durchgeführt, aber es ist nicht notwendig, jedes Mal eine Nulleinstellungs-Kalibrierung durchzuführen, solange die Werte im Speicher gespeichert werden.
• Als Nächstes wird der Einstellmeister MW entfernt und das Messobjekt (Werkstück) W im Messgerät 200 (ST112) eingestellt. 5 stellt ein Beispiel für die Messung des Werkstücks W dar. An dieser Stelle befindet sich das Werkstück W ebenfalls vorzugsweise in der genauen Mitte des Ringabschnitts 210, aber es gibt selbst dann kein Problem, wenn das Werkstück W, wie in 5, von der genauen Mitte versetzt ist. Mit anderen Worten, die Position des Werkstücks W zum Zeitpunkt der Messung kann eine beliebige Position sein.
• Danach wird der Taststiftkopf 223 von jedem der elektrischen Mikrometer 231 bis 238 als mit einer Seitenfläche des Werkstücks W in Kontakt befindlich bestätigt, und es wird ein Messwert von jedem der elektrischen Mikrometer 231 bis 238 erfasst (ST113). Die Messwerte des ersten elektrischen Mikrometers 231 bis achten elektrischen Mikrometers 238 werden als d1 bis d8 bezeichnet.
• D1 = d1
• D2 = d2
• D3 = d3
• D4 = d4
• D5 = d5
• D6 = d6
• D7 = d7
• D8 = d8
Die Messwerte d1 bis d8 werden in den Rechner 300 importiert.
• Als Nächstes wird die „Exzentrizität“ zwischen dem Einstellmeister MW und dem Werkstück W zum Zeitpunkt der Messung ermittelt (ST114). Wie in 4 und 5 dargestellt, ist die Position des Einstellmeisters MW während des Nulleinstellens (ST111) nicht identisch mit der Position des Werkstücks W während der Messung (ST113). Vor diesem Hintergrund wird zunächst der Versatz zwischen der Position des Einstellmeisters MW und der Position des Werkstücks W ermittelt. Der Versatz zwischen der Position des Einstellmeisters MW und der Position des Werkstücks W wird als „Exzentrizität“ behandelt und mit der folgenden Formel ermittelt. Eine Exzentrizität ΔC wird in eine X-Achsenkomponente und eine Y-Achsenkomponente aufgeteilt und durch (ΔCx, ΔCy) ausgedrückt (siehe 6). An dieser Stelle wird die Exzentrizität ΔC (ΔCx, ΔCy) wie folgt ermittelt.
  $$\mathrm{\Delta }\text{Cx}=2\times \left({\displaystyle {\sum }_{\text{i}=1}{}^{\text{i}=8}}\left\{\text{di}\cdot \text{cos}\mathrm{\theta }\text{i}\right\}\right)/8$$

  

  $$\mathrm{\Delta }\text{Cy}=2\times \left({\displaystyle {\sum }_{\text{i}=1}{}^{\text{i}=8}}\left\{\text{di}\cdot \text{sin}\mathrm{\theta }\text{i}\right\}\right)/8$$

  
• Wenn dann die Exzentrizität vom Messwert di von jedem der elektrischen Mikrometer 231 bis 238 subtrahiert wird, wird ein Formunterschied zwischen dem Werkstück W und dem Einstellmeister MW extrahiert. Insbesondere wird die Rundheit des Werkstücks W ermittelt (ST115). Hierzu wird der Formunterschied zwischen dem Werkstück W und dem Einstellmeister MW an der Position des ersten elektrischen Mikrometers 231 als ΔR1 ausgedrückt. Ebenso wird der Formunterschied zwischen dem Werkstück W und dem Einstellmeister MW an der Position des i-ten elektrischen Mikrometers 231 bis 238 als ΔRi ausgedrückt, wobei i 1 bis 8 ist.
  $$\mathrm{\Delta }\text{R1}=\text{d1}-\left(\mathrm{\Delta }\text{Cx}\cdot \text{cos}\mathrm{\theta 1}+\mathrm{\Delta }\text{Cy}\cdot \text{sin}\mathrm{\theta 1}\right)$$

  

  $$\mathrm{\Delta }\text{R2}=\text{d2}-\left(\mathrm{\Delta }\text{Cx}\cdot \text{cos}\mathrm{\theta 2}+\mathrm{\Delta }\text{Cy}\cdot \text{sin}\mathrm{\theta 2}\right)$$

  

  $$\mathrm{\Delta }\text{R3}=\text{d3}-\left(\mathrm{\Delta }\text{Cx}\cdot \text{cos}\mathrm{\theta 3}+\mathrm{\Delta }\text{Cy}\cdot \text{sin}\mathrm{\theta 3}\right)$$

  

  $$\mathrm{\Delta }\text{R4}=\text{d4}-\left(\mathrm{\Delta }\text{Cx}\cdot \text{cos}\mathrm{\theta 4}+\mathrm{\Delta }\text{Cy}\cdot \text{sin}\mathrm{\theta 4}\right)$$

  

  $$\mathrm{\Delta }\text{R5}=\text{d5}-\left(\mathrm{\Delta }\text{Cx}\cdot \text{cos}\mathrm{\theta 5}+\mathrm{\Delta }\text{Cy}\cdot \text{sin}\mathrm{\theta 5}\right)$$

  

  $$\mathrm{\Delta }\text{R6}=\text{d6}-\left(\mathrm{\Delta }\text{Cx}\cdot \text{cos}\mathrm{\theta 6}+\mathrm{\Delta }\text{Cy}\cdot \text{sin}\mathrm{\theta 6}\right)$$

  

  $$\mathrm{\Delta }\text{R7}=\text{d7}-\left(\mathrm{\Delta }\text{Cx}\cdot \text{cos}\mathrm{\theta 7}+\mathrm{\Delta }\text{Cy}\cdot \text{sin}\mathrm{\theta 7}\right)$$

  

  $$\mathrm{\Delta }\text{R8}=\text{d8}-\left(\mathrm{\Delta }\text{Cx}\cdot \text{cos}\mathrm{\theta 8}+\mathrm{\Delta }\text{Cy}\cdot \text{sin}\mathrm{\theta 8}\right)$$

  
• Aus ΔR1 bis ΔR8, die auf diese Weise ermittelt werden, wird der Maximalwert als Rmax und der Minimalwert als Rmin bezeichnet. $$\text{Rmax}=\text{MAX}\left\{\mathrm{\Delta }\text{R1},\mathrm{\Delta }\text{R2},\mathrm{\Delta }\text{R3},\mathrm{\Delta }\text{R4},\mathrm{\Delta }\text{R5},\mathrm{\Delta }\text{R6},\mathrm{\Delta }\text{R7},\mathrm{\Delta }\text{R8}\right\}$$

  

  $$\text{Rmin}=\text{MIN}\left\{\mathrm{\Delta }\text{R1},\mathrm{\Delta }\text{R2},\mathrm{\Delta }\text{R3},\mathrm{\Delta }\text{R4},\mathrm{\Delta }\text{R5},\mathrm{\Delta }\text{R6},\mathrm{\Delta }\text{R7},\mathrm{\Delta }\text{R8}\right\}$$

  
• Dann wird die Rundheit als die Differenz zwischen Rmax und Rmin ermittelt. $$\text{Rundheit}=\text{Rmax}-\text{Rmin}$$

  
• Es gibt auch andere Wege, die Rundheit zu definieren. Auch in solchen Fällen wird die geometrische Abweichung des Werkstücks W gegenüber einem perfekten Kreis unter Verwendung von ΔR1 bis ΔR8 ermittelt, und daher kann eine korrekte Berechnung gemäß der Definition der Rundheit durchgeführt werden kann.
• Ergänzende Beschreibung
• In der vorstehenden Beschreibung ist die Position des Einstellmeisters MW während der Nulleinstellung ebenso beliebig wie die Position des Werkstücks W während der Werkstückvermessung. Dieser Verzicht auf jegliche Notwendigkeit einer Ausrichtaufgabe knüpft an den Komfort der Rundheitsmessvorrichtung 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform an. Der theoretische Punkt, der solch eine einfache Rundheitsmessung ermöglicht, liegt darin, dass eine Abweichung des Werkstücks W von einem perfekten Kreis extrahiert werden kann, indem die Exzentrizität ΔC (ΔCx, ΔCy) zwischen dem Einstellmeister MW zum Zeitpunkt der Nulleinstellung und dem Werkstück W zum Zeitpunkt der Messung ermittelt und die Exzentrizität ΔC (ΔCx, ΔCy) vom Messwert di subtrahiert wird. Eine ergänzende Beschreibung dieses Punktes wird nachfolgend gegeben.
• In 7A wird eine Profilform des Werkstücks W durch D(θ) ausgedrückt. Wenn 7A bei θ = 0 geschnitten und erweitert wird, ist 7B das Ergebnis. In diesem Beispiel kann D(θ) mit einer Fourier-Reihe wie folgt ausgedrückt werden.
  $$\begin{array}{l}\text{D}\left(\mathrm{\theta }\right)=\text{a0}+\text{a1}\cdot \text{cos}\mathrm{\theta }+\text{a2}\cdot \text{cos2}\mathrm{\theta }+\text{a3}\cdot \text{cos3}\mathrm{\theta +}\dots \\ \mathrm{+}\text{b1}\cdot \text{sin}\mathrm{\theta }+\text{b2}\cdot \text{sin2}\mathrm{\theta }+\text{b3}\cdot \text{sin3}\mathrm{\theta }+\dots \\ =\text{a0}+\left({\displaystyle {\sum }_{\text{k}=1}{}^{\text{k}=\infty }}\left\{\text{ak}\cdot \text{cos}\left(\text{k}\mathrm{\theta }\right)\right\}\right)+\left({\displaystyle {\sum }_{\text{k}=1}{}^{\text{k}=\infty }}\left\{\text{bk}\cdot \text{sin}\left(\text{k}\mathrm{\theta }\right)\right\}\right)\end{array}$$

  
• In diesem Beispiel drückt der Koeffizient k = 1 die Exzentrizität aus. Nachdem jeder Sensor mit dem Einstellmeister MW auf Null eingestellt worden ist, wird bei der Messung des Werkstücks W der Messwert jedes Sensors als d1 bis d8 erfasst. In Anbetracht dessen kann die Verwendung diskreter Abtastdaten (d1 bis d8) in der Fourier-Reihe für D(θ) als eine diskrete Fourier-Transformation betrachtet werden. Diese Anwendung ergibt die Exzentrizität wie folgt.
  $$\text{a}\mathrm{1}=\mathrm{\Delta }\text{Cx}={\displaystyle \int \left(\text{D}\left(\mathrm{\theta }\right)\cdot \text{cos}\mathrm{\theta }\right)\text{d}\mathrm{\theta }}$$

  

  Und bei Diskretisieren: $$\text{a}\mathrm{1}=\mathrm{\Delta }\text{Cx}=2\times \left({\displaystyle {\sum }_{\text{i}=1}{}^{\text{i}=8}}\left\{\text{di}\cdot \text{cos}\mathrm{\theta }\text{i}\right\}\right)/8$$

  
• In ähnlicher Weise, $$\text{b}\mathrm{1}=\mathrm{\Delta }\text{Cy}={\displaystyle \int \left(\text{D}\left(\mathrm{\theta }\right)\cdot \text{sin}\mathrm{\theta }\right)\text{d}\mathrm{\theta }}$$

  

  Und bei Diskretisieren: $$\text{b}\mathrm{1}=\mathrm{\Delta }\text{Cy}=2\times \left({\displaystyle {\sum }_{\text{i}=1}{}^{\text{i}=8}}\left\{\text{di}\cdot \text{sin}\mathrm{\theta }\text{i}\right\}\right)/8$$

  
• In diesem Zusammenhang gilt a0 = 2 × (∑_i=1 ⁱ⁼⁸{di})/8, was die Größendifferenz zwischen dem Einstellmeister und dem Werkstück ausdrückt.
• Wenn dann die Exzentrizität vom Messwert di eines jeden der elektrischen Mikrometer 231 bis 238 subtrahiert wird, wird die Formdifferenz zwischen dem Werkstück W und dem Einstellmeister MW extrahiert. Insbesondere wird die Rundheit des Werkstücks W ermittelt (ST115).
• Eine Formmessvorrichtung mit ringförmig angeordneten Messvorrichtungen ist in der Japanischen Patent-Auslegeschrift Nr. S62-191709 und den geprüften Japanischen Gebrauchsmuster Nrn. S57-037406 und S58-189909 beschrieben, und oberflächlich gesehen erscheinen diese Vorrichtungen strukturell ähnlich wie die vorliegende Ausführungsform. Keines dieser Dokumente bietet jedoch irgendeine Offenbarung einer Nulleinstellung, dem Verfahren zum Erfassen der Exzentrizität, der Berechnung der Form des Werkstücks durch Subtrahieren der Exzentrizität oder der Rundheitsberechnung basierend auf diesen Prinzipien gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
• Erste Modifikation
• In der obenstehenden Ausführungsform wird ein Beispiel für die Rundheitsmessvorrichtung 100 mit acht elektrischen Mikrometern (Wegsensoren), die in einem Kreis in 45°-Intervallen angeordnet sind, beschrieben. Mit acht elektrischen Mikrometern (Wegsensoren) in 45°-Intervallen kann theoretisch eine elliptische Komponente des Werkstücks W ermittelt werden, was für eine einfache Beurteilung der Rundheit ausreichen sollte. Die Anzahl der Wegsensoren kann jedoch natürlich weiter erhöht werden.
• Zweite Modifikation
• In der oben beschriebenen Ausführungsform wird ein Beispiel für die Rundheitsmessvorrichtung 100 gegeben, in der die Rundheit des Außendurchmessers des Werkstücks W gemessen wird. Die Umkehrung der Auskragrichtung der Spindeln 222 der elektrischen Mikrometer ergibt jedoch eine Rundheitsmessvorrichtung, die die Rundheit eines Innendurchmessers eines zylindrischen Rohres misst. (Eine Ausführungsform gemäß der zweiten Modifikation wird als Innenrundheitsmessvorrichtung bezeichnet. Eine Ausführungsform der Rundheitsmessvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform wird als Außenrundheitsmessvorrichtung bezeichnet.) Wenn die elektrischen Mikrometer so konfiguriert sind, dass sie sowohl eine Messung in Einwärtsrichtung des Ringabschnitts als auch in Auswärtsrichtung ermöglichen, könnte die Rundheit sowohl des Außendurchmessers als auch des Innendurchmessers gemessen werden. Dies könnte durch Vorsehen von zwei Spindeln für jedes elektrische Mikrometer, mit einer für die Auskragung nach innen und einer für die Auskragung nach außen, übernommen werden.
• Dritte Modifikation
• Darüber hinaus können die Messgeräte 200, wenn sie in einer vertikalen Richtung verbunden sind, wie in 8 dargestellt, als eine Messvorrichtung (Zylindrizitätsmessvorrichtung) zur Messung der Zylindrizität (Koaxialitätsgrad) verwendet werden. In dem Beispiel von 8 sind die elektrischen Mikrometer dazu konfiguriert, ein zylindrisches Werkstück von außen zu berühren. Jede Rundheitsmessvorrichtung misst einen Außenkreis des Zylinders an einer Vielzahl von Positionen (drei Positionen in 8) entlang einer Mittellinie des zylindrischen Werkstücks, und ein Maß, um das der Außenkreis abweicht, ist leicht erkennbar. Eine Ausführungsform gemäß 8 wird als Außenzylindrizitätsmessvorrichtung bezeichnet.
• Eine Vielzahl von Innenrundheitsmessvorrichtungen, bei denen die Auskragrichtung der Spindeln 222 der elektrischen Mikrometer umgekehrt wurde, wie bei der zweiten Modifikation, können auch übereinander gestapelt werden. In einem solchen Fall ist das Maß, um das der Innenkreis abweicht, leicht erkennbar. Eine Ausführungsform gemäß diesem Beispiel wird als Innenzylindrizitätsmessvorrichtung bezeichnet.
• Natürlich ist auch eine Konfiguration möglich, bei der eine Innenzylindrizitätsmessvorrichtung innerhalb des Rings einer Außenzylindrizitätsmessvorrichtung angeordnet ist. Dies ermöglicht eine einfache Zylindrizitätsmessvorrichtung, die die Zylindrizität (Koaxialitätsgrad) des zylindrischen Werkstücks durch gleichzeitige Messung von Innen- und Außenseite des zylindrischen Werkstücks misst.
• Vierte Modifikation
• Wie in 9 dargestellt, sollten die elektrischen Mikrometer so vorgesehen sein, dass sie sich in einer Messachsenrichtung oder in einer Umfangsrichtung des Ringabschnitts verschieben können. Der Hub der Spindel der elektrischen Mikrometer ist nicht besonders groß, und daher sollte das elektrische Mikrometer in Messachsenrichtung verschiebbar sein, um Werkstücke unterschiedlicher Größe aufnehmen zu können. Ferner sollten die elektrischen Mikrometer so vorgesehen werden, dass sie in Umfangsrichtung des Ringabschnitts verschiebbar sind, um eine Feineinstellung des Winkels (θ1 bis θ8) des elektrischen Mikrometers zu ermöglichen. Um die elektrischen Mikrometer feinverschiebbar zu machen, kann eine Anschlagschraube oder dergleichen verwendet werden.
• Außerdem wird die Rundheitsmessvorrichtung vorzugsweise in einem horizontalen Zustand eingesetzt. Daher kann eine Nivelliereinrichtung (eine einfache Wasserwaage ist ausreichend) hinzugefügt werden. Beispielsweise können der Ringabschnitt sowohl mit X-Richtungs- als auch Y-Richtungsnivelliereinrichtungen versehen werden.
• Darüber hinaus ist die vorliegende Erfindung nicht auf die oben beschriebene Ausführungsform beschränkt und kann bei Bedarf geändert werden, ohne vom Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform ist als Beispiel für einen Wegsensor ein elektrisches Mikrometer mit einer Linearantriebsspindel angegeben. Das elektrische Mikrometer kann jedoch durch ein Fühlhebelmessgerät oder auch durch einen Laser-Entfernungsmesser (berührungsloser Sensor) ersetzt werden. Die oben beschriebene erste Ausführungsform und die ersten bis vierten Modifikationen können natürlich in geeigneter Weise kombiniert werden.
• Es wird angemerkt, dass die vorgenannten Beispiele lediglich zum Zwecke der Erläuterung angegeben wurden und keineswegs als Einschränkung der vorliegenden Erfindung zu verstehen sind. Obwohl die vorliegende Erfindung mit Bezug auf Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, versteht es sich, dass die hierin verwendeten Wörter vielmehr Worte der Beschreibung und Erläuterung als Worte der Einschränkung sind. Änderungen können im Rahmen des Geltungsbereichs der beigefügten Patentansprüche in der jeweils gültigen Fassung vorgenommen werden, ohne vom Umfang und Grundgedanken der vorliegenden Erfindung in ihren Aspekten abzuweichen. Obwohl die vorliegende Erfindung hierin mit Bezug auf bestimmte Strukturen, Materialien und Ausführungsformen beschrieben wurde, soll sich die vorliegende Erfindung nicht auf die hierin offenbarten Einzelheiten beschränken; vielmehr erstreckt sich die vorliegende Erfindung auf alle funktional gleichwertigen Strukturen, Methoden und Verwendungen, wie sie im Schutzumfang der beigefügten Ansprüche liegen.
• Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, und es können verschiedene Abänderungen und Modifikationen möglich sein, ohne vom Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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• Zitierte Patentliteratur
• JP 2017217998 [0001]
• JP 2016166766 [0003]
• JP 2016151292 [0003]
• JP S62191709 [0040]
• JP S57037406 [0040]
• JP S58189909 [0040]

Claims (10)

1. Rundheitsmessvorrichtung, umfassend: einen ringförmigen Ring; und eine Vielzahl von Wegsensoren, die an dem Ring in vorbestimmten Intervallen vorgesehen sind, wobei die Vielzahl von Wegsensoren so angeordnet ist, dass sich eine jeweilige Linie, entlang der sich eine Messachse eines jeden Wegsensors der Vielzahl von Wegsensoren erstreckt, an einem einzigen Punkt schneidet.
2. Rundheitsmessvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Vielzahl von Wegsensoren mindestens acht Wegsensoren umfasst.
3. Rundheitsmessvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei: jeder Wegsensor der Vielzahl von Wegsensoren eine Spindel umfasst, die an einem distalen Ende derselben einen Taststiftkopf aufweist, wobei die Spindel in der Lage ist, sich in einer Achsrichtung vorwärts und rückwärts zu bewegen, jeder Wegsensor der Vielzahl von Wegsensoren dazu konfiguriert ist, eine Verschiebung der Spindel zu detektieren und die Verschiebung als Messdaten auszugeben, und jeder Wegsensor der Vielzahl von Wegsensoren so angeordnet ist, dass eine Auskragrichtung jeder der jeweiligen Spindeln zu einem Inneren des Rings hin ausgerichtet ist.
4. Zylindrizitätsmessvorrichtung, umfassend: eine Vielzahl der Rundheitsmesssensoren, die in einer vertikaler Richtung übereinander gestapelt sind, wobei jeder Rundheitsmesssensor der Vielzahl von Rundheitsmesssensoren umfasst: einen ringförmigen Ring; und eine Vielzahl von Wegsensoren, die an dem Ring in vorbestimmten Intervallen vorgesehen sind, wobei die Vielzahl von Wegsensoren so angeordnet ist, dass sich eine jeweilige Linie, entlang der sich eine Messachse eines jeden Wegsensors der Vielzahl von Wegsensoren erstreckt, an einem einzigen Punkt schneidet.
5. Zylindrizitätsmessvorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Vielzahl von Wegsensoren mindestens acht Wegsensoren umfasst.
6. Zylindrizitätsmessvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, wobei jeder Wegsensor der Vielzahl von Wegsensoren eine Spindel umfasst, die an einem distalen Ende derselben einen Taststiftkopf aufweist, wobei die Spindel in der Lage ist, sich in einer Achsrichtung vorwärts und rückwärts zu bewegen, jeder Wegsensor der Vielzahl von Wegsensoren dazu konfiguriert ist, eine Verschiebung der Spindel zu detektieren und die Verschiebung als Messdaten auszugeben, und jeder Wegsensor der Vielzahl von Wegsensoren so angeordnet ist, dass eine Auskragrichtung jeder der jeweiligen Spindeln zu einem Inneren des Rings hin ausgerichtet ist.
7. Rundheitsmessverfahren unter Verwendung einer Rundheitsmessvorrichtung mit einem ringförmigen Ring und einer Vielzahl von Wegsensoren, die an dem Ring in vorbestimmten Intervallen vorgesehen sind, wobei die Vielzahl von Wegsensoren so angeordnet ist, dass sich eine jeweilige Linie, entlang der sich eine Messachse eines jeden Wegsensors der Vielzahl von Wegsensoren erstreckt, an einem einzigen Punkt schneidet, das Verfahren umfassend: Einstellen der Wegsensoren auf Null mit einem Einstellmeister, der ein perfekter Kreis ist und als Referenz dient; Messen eines messbaren Objekts durch die Wegsensoren; Berechnen, als Exzentrizität, des Versatzes zwischen einer Position des Einstellmeister während der Kalibrierung und einer Position des Messobjekts während der Messung; und Subtrahieren der bei der Exzentrizitätsberechnung erhaltenen Exzentrizität von bei der Messung der Wegsensoren erhaltenen Messwerten und Berechnen des Versatzes des Messobjekts von einem perfekten Kreis.
8. Rundheitsmessverfahren nach Anspruch 7, wobei die Vielzahl von Wegsensoren mindestens acht Wegsensoren umfasst.
9. Rundheitsmessverfahren nach Anspruch 7 oder 8, wobei: jeder Wegsensor der Vielzahl von Wegsensoren eine Spindel umfasst, die an einem distalen Ende derselben einen Taststiftkopf aufweist, wobei die Spindel in der Lage ist, sich in einer Achsrichtung vorwärts und rückwärts zu bewegen, jeder Wegsensor der Vielzahl von Wegsensoren dazu konfiguriert ist, eine Verschiebung der Spindel zu detektieren und die Verschiebung als Messdaten auszugeben, und jeder Wegsensor der Vielzahl von Wegsensoren so angeordnet ist, dass eine Auskragrichtung jeder der jeweiligen Spindeln zu einem Inneren des Rings hin ausgerichtet ist.
10. Rundheitsmessverfahren nach Anspruch 7, wobei bei der Exzentrizitätsberechnung, wenn die Exzentrizität in eine X-Achskomponente und eine Y-Achskomponente aufgeteilt und durch (ΔCx, ΔCy) ausgedrückt wird, die Exzentrizität (ΔCx, ΔCy) ermittelt wird durch $$\mathrm{\Delta }\text{Cx}=2\times \left({\displaystyle {\sum }_{\text{i}=1}{}^{\text{i}=\text{n}}}\left\{\text{di}\cdot \text{cos}\mathrm{\theta }\text{i}\right\}\right)/\text{n}$$

    

    $$\mathrm{\Delta }\text{Cy}=2\times \left({\displaystyle {\sum }_{\text{i}=1}{}^{\text{i}=\text{n}}}\left\{\text{di}\cdot \text{sin}\mathrm{\theta }\text{i}\right\}\right)/\text{n}.$$

    

    wobei: di ein Messwert für jeden Wegsensor der Vielzahl von Wegsensoren ist; die X-Achse eine Referenzlinie ist; und ein Winkel, der durch die X-Achse und die Messachse von jedem Wegsensor aus der Vielzahl von Wegsensoren gebildet wird, durch θi dargestellt wird.

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