JP2002517729A - 一体化したターニング・センタを有する非接触検査システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 非接触検査システム（１１０）は、制動表面を指す非接触センサ（１１２−１、１１２−２）の１つ以上の対及びディスクの外径を指す非接触センサを有する。非接触センサは、誘導性センサ、容量性プローブ及び／又はレーザ・センサである。コントローラ（１１８）は、信号処理及び測定出力に対して各センサに接続する。システム（１００）は、制動表面（１０２、１０４）厚さ変動、横振れ、平坦さ、平行性及び直径等の種々の特徴及び特性を測定する。ディスクが指定速度で回転する間に又はディスクが停止している間に測定を行う。非接触センサ（１１２−１、１１２−２）の対は、センサ又は校正された表面から、その指した表面までの距離を連続的に測定する。それによって、振れ及び厚さ変動を異なった半径での測定から計算することができる。同じ制動表面について、それらの測定を組み合わせることによって、平坦さ及び平行性を計算することができる。他の２つのセンサ（１１５及び／又は１１７）は、センサ又は校正された表面から、その指した面までの距離を連続的に測定する。直径は、ディスクの中心を知って計算することができる。横振れ、厚さ変動、平坦さ及び平行性は、最終検査及び／又は統計的プロセス制御のためにターニング・センタで各ブレーキ・ディスクについて測定することができる。直径測定及びその振れは、ツール摩耗を監視かつ補償するためにターニング・センタへフィード・バックすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 （発明の分野） 本発明は、ロータを機械加工すること、特に回転可能なブレーキ・ロータを機
械加工するためにターニング・センタと一体化した非接触検査システムに関する
。

【０００２】 （発明の背景） 自動車は、制動を容易にするために種々の機構を有する。これらの制動機構の
うちで周知であるのは、自動車のホイールに連結したディスク・ロータの組合わ
せである。自動車を停止又は減速させるために、（例えば、いわゆるディスク・
ブレーキを使用して）圧力をブレーキ・キャリパ・クランピング・ブレーキ・パ
ッドによってディスク・ロータの１つ以上の外面に印加し、それによってホイー
ルの回転を減速又は停止させる。

【０００３】 ロータは、脈付き（ｖｅｉｎｄ）構成を有する。典型的脈付きロータ１００を
図１及び２に示し、ここで図１は、ロータ１００の前面を示し、図２は、側面を
示す。（線ＩとＩＩとの間の）ロータ１００の部分は、ロータの内部の脈付き構
造を示すために切り取ってある。脈付きロータは、いくつかの脈によって連結さ
れ、分離した２つのディスクプレートで本質的に作られている。脈は、直線状又
は曲線状であってよく、脈の数は、１つのロータから他のロータと変動する。例
えば、図３及び４は、曲線状脈を備える未加工脈付きロータの例である。ロータ
１００は、２つの外面１０２、１０４を有し、これらの面は、ロータを含む２つ
のディスクの外面によって与えられる。ロータ１００に連結したホイール・ドラ
イブの回転を減速又は停止させるために圧力を（例えば、ブレーキ・パッド（図
示してない）によって）印加するのは、これら２つの表面１０２、１０４に対し
てである。理想的には、ロータ１００は、完全に円形であり、これらの表面１０
２、１０４は、互いに平行である。

【０００４】 典型的ロータ１００は、プレキャスト・ロータを機械加工することによって製
作される。キャスト下加工ロータ１０６を図５及び６に示すが、これらの図は、
それぞれプレキャスト未加工ロータ１００の前面図及び側面図である。図１及び
２に示したロータ１００は、キャスト・ロータ１０６を適当に機械加工すること
によって生産される。

【０００５】 現存するロータには、いくつかの問題又は欠陥が存在することがあり、これら
の問題又は欠陥は、ロータを機械加工した方法へと追跡することができる。例え
ば、上記ように、ロータ表面の一様でない摩耗及び発熱を防止し又は回避するた
めに、２つの表面１０２、１０４は、理想的には平行である。先行の機械加工シ
ステムでは、これら２つの表面の平行性は、機械加工に先立って決定されなかっ
た。更に、機械加工後、各ロータの厚さ変動（ＴＶ）及び横振れ（ＬＲＯ）を最
小限にするばかりでなく、対称ロータを得ることが望ましい。これらの問題の要
約は、「自動車ブレーキ構成要素試験における容量性プローブの使用」、スティ
ーブ・ムルドゥーン及びリック・サンドベルグ、テスト・エンジニアリング・ア
ンド・マネージメント、８月／９月号、１９９７年」（以下、「ムルドゥーン」
）に見ることができる。ムルドゥーンは、ここに引例として挙げることによって
、その内容を全面的に本明細書に組み入れる。ムルドゥーンは、生産後ブレーキ
試験における非接触容量性プローブの使用を示す。

【０００６】 （発明の要約） 優れた品質のものであって、先行システムの欠点に悩まないブレーキ・ロータ
を生産することが望ましい。したがって、ブレーキ・ターニング・センタのダイ
ナミック試験をし、適当なときに、センタへの命令を変更するように、センタに
非接触検査システムを組み込むことが望ましい。このようにして、潜在的問題を
機械加工の後にではなく、むしろ機械加工中に捕らえる。

【０００７】 したがって、本発明は、一態様では、ターニング・センタに組み込んだシステ
ムを提供することによって、そのシステムが制動表面を指す非接触センサの複数
対及びディスクの外径及び／又は内径を指す非接触センサを有することによって
、上記及び他の問題を解決する。非接触サンサは、誘導性センサ、容量性プロー
ブ及び／又はレーザ・センサである。信号処理及び測定出力に対してコントロー
ラが各センサに接続される。各サンサは、ゲージ・ブロック又はマスタ部品によ
って又はいずれか適当な方法で校正することができる。このシステムは、制動表
面厚さ変動、横振れ及び半径振れ、平坦さ、平行性、直径及び他の適当かつ有効
な特徴を、しかし、これらに限定されない種々の特徴及び特性を測定することが
できる。

【０００８】 ディスクが指定された、既知の速度で回転している又は停止している間に測定
を行う。非接触センサの１つ以上の対は、センサ又は校正された外面から、その
指した表面までの距離を連続的に測定する。したがって、横振れ及び／又は半径
振れ及び厚さ変動を多数の（好適には３つの）異なった半径での測定から計算す
ることができる。同じ制動表面についての測定を組み合わせることによって、平
坦さ及び平行性を計算することができる。他の２つのセンサは、センサ又は校正
された表面から、その指した表面までの距離を連続的に測定する。直径は、ディ
スクの中心を知って計算することができる。

【０００９】 横振れ及び／又は半径振れ、厚さ変動、平坦さ及び平行性は、最終検査のため
に及び／又は統計的プロセス制御のためにターニング・センタで各ブレーキ・デ
ィスクについて測定することができる。直径測定及びその振れは、ツール摩耗を
監視し、補償するためにターニング・センタへフィード・バックすることができ
る。

【００１０】 他の態様では、本発明は、コンピュータ制御ターニング・システムのチャック
に取り付けた部品を機械加工する方法である。この方法は、部品を指すように複
数の非接触センサを位置決めすること、センサから測定を達成すること、測定に
基づいて部品の属性を計算すること、計算した属性に基づいて部品へのチャック
の締付け力を動的に調節することを含む。部品をターニング・システムに取り付
けている間に又は部品をシステムから取り外している間にセンサから測定を達成
することができる。

【００１１】 好適実施の形態では、部品は、ディスク・ブレーキ・ロータであり、属性は、
ディスクの制動表面厚さ変動、ディスクの横振れ及び／又は半径振れ、ディスク
の平坦さおよび前記ディスクの平行性の少なくともいくつかを含む。

【００１２】 好適には、非接触センサは、誘導性センサ、容量性プローブおよびレーザ・セ
ンサから選択される。

【００１３】 一実施の形態では、機械加工センタ自体の他の態様を測定する。例えば、本方
法は、（ａ）ロータのたわみ、（ｂ）スピンドル運動及び／又はスピンドル振れ
、（ｃ）チャック運動及び／又はチャック振れ、（ｄ）ツール運動の少なくとも
いくつかをターニング中に測定することを含むことができる。これらの測定は、
測定した属性に基づいて部品へのチャックの締付け力を調節するために使用する
ことができる。

【００１４】 本発明の上記及び他の目的並びに利点は、添付図面と関連して行う次の詳細な
説明を考察するならば明らかになる。これらの図面を通して参照符号は、同様の
部品を示す。

【００１５】 （現在好適な例証実施の形態の詳細な説明） 図７で、機械加工されるブレーキ・ロータ１００は、ターニング・センタ１１
０のチャック１１６に取り付けてある。ロータ１００は、ハットロータ、一体ハ
ブ付きロータ、ロータのこれらの型式の組合わせを含むが、これらに限定されな
い、機械加工したロータのいずれもの型式である。本発明の現在の好適な実施の
形態に従うシステム１１０は、三対の非接触センサ１１２−１、１１２−２、１
１３−１、１１３−２、１１４−１、１１４−２を含み、これらは、それぞれチ
ャック１１６に取り付けたロータ１００の制動表面１０２及び１０４を垂直に指
す。他の実施の形態では、もっと少ない又は多いセンサを使用することができる
。他の非接触センサ１１５（及び／又は１１７）は、取り付けたロータ１００の
外径を指す。更に他の非接触センサ１１９は、ロータ１００の内径を測定するた
めに、その内径の縁を指す。

【００１６】 非接触センサは、誘導性センサ、容量性プローブ及び／又はレーザ・センサで
ある。各非接触センサは、信号処理及びセンサの出力の測定に対するコントロー
ラ１１８に接続する。各センサは、ゲージ・ブロック又はマスタ部品によって又
はいずれかの他の適当な方法で校正することができる。

【００１７】 システム１１０は、ロータ１００の種々の特徴及び特性を動的に測定するため
に適合している。これらの特徴は、制動表面厚さ変動（ＴＶ）、横振れ（ＬＲＯ
）、半径振れ（ＲＲＯ）、平坦さ、平行性、内径及び外径を含むが、しかし、こ
れらに限定されない。ハット・ロータの場合、ハットの直径及び他の特徴を測定
することができる。種々の特徴の測定は、本質的に既知の方法で、特に各センサ
から、それが指す表面までの距離を決定することによって行われる。これらの測
定を既知の方法で組み合わせることによって、種々の特徴及び特性、例えば、制
動表面厚さ変動、横振れ及び／又は半径振れ、平坦さ、平行性、直径及び他の適
当かつ有効な特徴をＣＮＣターニング・センタがロータ１００の機械加工を制御
するために使用することができる。

【００１８】 ディスク１００が指定速度で回転する間に又はディスクが停止している間に種
々の特徴の測定を行う。ディスクが回転している間に測定を行うならば、ディス
クは、好適には指定速度で回転してる。三対の非接触センサ１１２−１、１１２
−２、１１３−１、１１３−２、１１４−１、１１４−２は、それぞれ各センサ
から又は校正された外面から、それらのセンサがそれぞれ指している表面までの
距離を連続的かつ動的に測定する。

【００１９】 したがって、三対のセンサを有する好適実施の形態では、横振れ及び／又は半
径振れ及び厚さ変動ばかりでなく、他の特徴を３つの異なった半径での測定から
計算することができる。同じ制動表面ついて、これらの測定を組み合わせること
によって、平坦さ及び平行性を計算することができる。他の２つのセンサ１１５
、１１７は、センサ又は校正された外面から、それらのセンサがそれぞれ指す表
面、すなわち、ディスク１００の外径の表面までの距離を連続的に測定する。デ
ィスク１００の中心を知って、（外径についての）これらの測定は、ディスク１
００の直径の計算を行う。同様に、センサ１１９は、このセンサからディスク１
００の内径までの距離を連続的に測定し、それによってディスクの内径の計算を
行う。

【００２０】 動作中、横振れ及び／又は半径振れ、厚さ変動、平坦さ及び平行性を最終検査
のために及び／又は統計的プロセス制御のためにターニング・センタで各ブレー
キ・ディスクについて測定する。直径測定及びその振れをツール摩耗を監視かつ
補償するためにターニング・センタへ選択的ににフィード・バックする。

【００２１】 それゆえ、図８に示すように、本発明の方法は、ディスクの外面を指す複数の
非接触センサを位置決めすること（Ｓ１００）を含む。次いで、測定をセンサか
ら達成する（Ｓ１０２）。ディスクの属性をこれらの測定に基づいて計算し（Ｓ
１０４）、計算した属性をディスクの機械加工の制御のためにターニング・セン
タへ供給する（Ｓ１０６）。ディスクの機械加工中プロセス（Ｓ１０２、Ｓ１０
４、Ｓ１０６）を繰り返す。

【００２２】 本発明の他の態様では、非接触センサは、機械加工装置自体の種々の特徴を測
定するために使用される。例えば、センサを次のいくつか又は全てを測定するた
めに位置決めすることができる。すなわち、 １．ターニング中の部品（ロータ）のたわみ、 ２．ターニング中のスピンドル運動及び／又はスピンドル振れ、 ３．ターニング中のチャック運動及び／又はチャック振れ、 ４．ターニング中のツール運動及びツール保持運動、 ５．ツール又は機械加工される部品の他の特徴及び特性。

【００２３】 これらの特徴は、ターニング・センタを動的に制御かつ調節するために、単独
で又は機械加工した実部品の測定と一緒に使用することができる。特に、これら
の特徴は、機械加工される部品の潜在的欠陥を最少限にするためにターニング速
度及び切削深さを動的に調節するように使用することができる。本発明のなお他
の態様では、それらの測定値は、チャック締付け力を制御するために使用するこ
とができ、それによって最少限の締付け力を使用し、ロータのロービング（ｌｏ
ｂｉｎｇ）を減少させ又は防止する。

【００２４】 好適実施の形態をディスク・ブレーキ・ロータの機械加工について説明したが
、他の部品の機械加工も本発明は、構想する。

【００２５】 このようにして、一体化したターニング・センタを有する非接触検査システム
が提供される。当業者が承知するように、本発明は、例示目的のためであって、
限定の目的のためにでなく提示され説明した実施の形態以外によっても実行する
ことができ、本発明は、前掲の特許請求の範囲によってのみ限定される。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に従って生産された典型的ロータの前面図である。

【図２】 本発明に従って生産された典型的ロータの側面図である。

【図３】 本発明に従うロータを生産するために使用される鋳物の前面図である。

【図４】 本発明に従うロータを生産するために使用される鋳物の側面図である。

【図５】 本発明に従うロータを生産するために使用される鋳物の前面図である。

【図６】 本発明に従うロータを生産するために使用される鋳物の側面図である。

【図７】 本発明に従う機械加工システムのブロック図である。

【図８】 本発明の態様の流れ図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 バーグーン、ドナルド、リー アメリカ合衆国 ノースカロライナ、ガス トニア、 ヒーザーロッチ ドライブ 1300 Ｆターム(参考） 2F069 AA17 AA39 AA40 AA47 AA54 AA58 BB01 BB17 CC03 CC07 DD12 GG04 GG06 GG07 GG58 HH09 JJ17 PP01 【要約の続き】 ことができる。横振れ、厚さ変動、平坦さ及び平行性 は、最終検査及び／又は統計的プロセス制御のためにタ ーニング・センタで各ブレーキ・ディスクについて測定 することができる。直径測定及びその振れは、ツール摩 耗を監視かつ補償するためにターニング・センタへフィ ード・バックすることができる。

Claims (22)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 コンピュータ制御ターニング・センタを含み、そのチャック
   に取り付けたディスクを機械加工するシステムであって、 前記ディスクの外面を指すように位置決めした複数の非接触センサと、 前記センサに接続し、前記センサから測定を動的に達成するコントローラと、 前記コントローラが達成した前記測定に基づいて前記ディスクの属性を計算し
   、前記ディスクの機械加工の制御のために前記ターニング・センタに前記計算し
   た属性を供給するコンピュータ・システムと、 を含む前記システム。
2. 【請求項２】 請求項１記載のシステムであって、 前記ディスクの外径を指すように位置決めした少なくとも１つの非接触センサ
   を更に含むシステム。
3. 【請求項３】 請求項１記載のシステムにおいて、非接触センサの少なくと
   も三対を具備するシステム。
4. 【請求項４】 請求項１記載のシステムにおいて、前記属性は、前記ディス
   クの制動表面厚さ変動、前記ディスクの横振れ、前記ディスクの半径振れ、前記
   ディスクの平坦さ、前記ディスクの平行性、前記ディスクの内径、前記ディスク
   の外径、前記ディスクのハットの内径、前記ディスクのハットの外径、前記ディ
   スクのハブの内径および前記ディスクのハブの外径の少なくともいくつかを含む
   システム。
5. 【請求項５】 請求項２記載のシステムにおいて、前記属性は、前記ディス
   クの制動表面厚さ変動、前記ディスクの横振れ、前記ディスクの半径振れ、前記
   ディスクの平坦さ、前記ディスクの平行性、前記ディスクの内径、前記ディスク
   の外径、前記ディスクのハットの内径、前記ディスクのハットの外径、前記ディ
   スクのハブの内径、前記ディスクのハブの外径およびベアリング・ライスの少な
   くともいくつかを含むシステム。
6. 【請求項６】 請求項１から４のいずれかに記載のシステムにおいて、前記
   非接触センサは、誘導性センサ、容量性プローブおよびレーザ・センサから選択
   されるシステム。
7. 【請求項７】 請求項５記載のシステムにおいて、前記非接触センサは、誘
   導性センサ、容量性プローブおよびレーザ・センサから選択されるシステム。
8. 【請求項８】 コンピュータ制御ターニング・システムに取り付けたディス
   クを機械加工する方法であって、 前記ディスクの外面を指すように複数の非接触センサを位置決めすること、 前記センサから測定を達成すること、 前記測定に基づいて前記ディスクの属性を計算すること、 前記ディスクの機械加工の制御のために前記ターニング・センタに前記計算し
   た属性を供給すること、 を含む方法。
9. 【請求項９】 請求項８記載の方法において、前記ディスクを前記ターニン
   グ・システムに取り付けている間に前記測定を前記センサから達成する方法。
10. 【請求項１０】 請求項８記載の方法であって、 前記ディスクの外径を指すように少なくとも１つの非接触センサを位置決めす
    ることを更に含む方法。
11. 【請求項１１】 請求項８記載の方法において、前記属性は、前記ディスク
    の制動表面厚さ変動、前記ディスクの横振れ、前記ディスクの半径振れ、前記デ
    ィスクの平坦さ、前記ディスクの平行性、前記ディスクの内径、前記ディスクの
    外径、前記ディスクのハットの内径、前記ディスクのハットの外径、前記ディス
    クのハブの内径、前記ディスクのハブの外径およびベアリング・ライスの少なく
    ともいくつかを含む方法。
12. 【請求項１２】 請求項７記載の方法において、前記属性は、前記ディスク
    の制動表面厚さ変動、前記ディスクの横振れ、前記ディスクの半径振れ、前記デ
    ィスクの平坦さ、前記ディスクの平行性、前記ディスクの内径、前記ディスクの
    外径、前記ディスクのハットの内径、前記ディスクのハットの外径、前記ディス
    クのハブの内径、前記ディスクのハブの外径およびベアリング・ライスの少なく
    ともいくつかを含む方法。
13. 【請求項１３】 請求項８から１１のいずれかに記載の方法において、前記
    非接触センサは、誘導性センサ、容量性プローブおよびレーザ・センサとから選
    択される方法。
14. 【請求項１４】 請求項１２記載の方法において、前記非接触センサは、誘
    導性センサ、容量性プローブおよびレーザ・センサとから選択される方法。
15. 【請求項１５】 請求項８記載の方法であって、 （ａ） ロータのたわみ、 （ｂ） スピンドル運動、 （ｃ） スピンドル振れ、 （ｄ） チャック運動、 （ｅ） チャック振れ、 （ｆ） ツール運動 の少なくともいくつかをターニングの間に測定することを更に含む方法。
16. 【請求項１６】 請求項１５記載の方法であって、 前記ディスクの機械加工のダイナミック制御のために前記ターニング・センタ
    に測定した値を供給することを更に含む方法。
17. 【請求項１７】 コンピュータ制御ターニング・システムのチャックに取り
    付けた部品を機械加工する方法であって、 前記部品を指すように複数の非接触センサを位置決めすること、 前記センサから測定を達成すること、 前記測定に基づいて前記部品の属性を計算すること、 前記計算した属性に基づいて前記部品への前記チャックの締付け力を調節する
    こと、 を含む前記方法。
18. 【請求項１８】 請求項１７記載の方法において、前記部品を前記ターニン
    グ・システムに取り付けている間に前記測定を前記センサから達成する方法。
19. 【請求項１９】 請求項１７記載の方法において、前記部品は、ディスク・ブ
    レーキ・ロータであり、前記属性は、前記ディスクの制動表面厚さ変動、前記デ
    ィスクの横振れ、前記ディスクの半径振れ、前記ディスクの平坦さおよび前記デ
    ィスクの平行性の少なくともいくつかを含む方法。
20. 【請求項２０】 請求項１７から１９のいずれかに記載の方法において、前
    記非接触センサは、誘導性センサ、容量性プローブおよびレーザ・センサから選
    択される方法。
21. 【請求項２１】 請求項１７記載の方法であって、 （ａ） 前記ロータのたわみ、 （ｂ） スピンドル運動、 （ｃ） スピンドル振れ、 （ｄ） チャック運動、 （ｅ） チャック振れ、 （ｆ） ツール運動 の少なくともいくつかをターニングの間に測定することを更に含む方法。
22. 【請求項２２】 請求項２１記載の方法であって、 前記測定した属性に基づいて前記部品への前記チャックの締付け力を調節する
    ことを更に含む方法。