JP2006506619A - ねじの許容差検査のための方法およびシステム - Google Patents

Abstract

ねじ製品を測定し、予め規定された仕様と製品との整合性を判断する方法およびシステムが提供されている。測定システムは、電気的にコンピュータベースの構成要素に結合された測定装置を含む。測定装置はねじ製品の幅の情報を検出し、検出された幅の情報に関して回転の情報と長さの情報とを検出する。コンピュータベースの構成要素は検出された情報を受信し、検出された情報と予め規定された製品の品質仕様情報とを比較し、その比較に基づいて製品が仕様情報の不確定要素の範囲内にあるかどうかを測定する。

Description

発明の分野
この発明は一般にファスナに関するものであり、より具体的にはファスナの品質に関するものである。

発明の背景
長い間、アメリカ政府はさまざまな製造業界に対してファスナの品質ガイドラインを提供してきた。これらのガイドラインの厳守に関する最近の検査では、特定の分野においてファスナの品質に改善の余地があることが強調されてきた。たとえば、連邦航空局（ＦＡＡ）の文書番号ＡＳ９１００の中で、商業航空機業界に対してスクリュー、ボルトおよびその他のファスナの品質ガイドラインが提示されている。

スクリューおよびボルトの品質は現在ゲージで測定されている。ねじの特徴などのスクリューおよびボルトの品質を測定するための現在のゲージにはグリーンスレード（Greenslade）、サザン（Southern）およびジョンソン（Johnson）によって製造されたものなどがあるが、現在のゲージではＡＳ９１００で述べられている計測上の不確定要素の範囲を満たすことができない。さらに、これらのゲージは、ファスナに関してゲージが収集する情報のトレーサビリティを提供しない。

したがって、計測上の不確定要素の範囲を満たすゲージに対するニーズについてはまだ対処されていないのである。

発明の概要
この発明は、ねじ製品の直接的な差動測定および、予め規定された仕様と製品との整合性を判断するための方法ならびにシステムを提供するものである。

測定システムは、電気的にコンピュータベースの構成要素に結合された測定装置を含む。測定装置はねじ製品の幅の情報を検出し、検出された幅の情報に関して回転の情報と長さの情報とを検出する。コンピュータベースの構成要素は、検出された情報を受信し、検出された情報と予め規定された製品の品質仕様情報とを比較し、その比較に基づいて製品が仕様情報の不確定要素の範囲内にあるかどうかを判断する。

この発明のある局面において、測定装置は好適には、幅の情報を検出する２つのコンタクトプローブ、製品に関してプローブの長さの情報を検出する２つのスケール、および製品を保持し、製品に関してプローブの回転の情報を検出するスピンドルを含む。

この発明の別の局面において、プローブは好適には空気活性プローブであり、スケールは好適には空気軸受スケールであり、スピンドルは好適には空気軸受スピンドルである。

この発明のさらに別の局面において、コンピュータベースの構成要素は、好適には、検出された情報の一部に基づいて同心度誤差の値を判断し、検出された情報の一部に基づいて角度誤差の値を判断する。コンピュータベースの構成要素は同心度誤差の値と角度誤差の値を使用し、その物体が仕様情報の不確定要素の範囲内にあるかどうかを判断する。

この発明の好ましい、および代替的な実施例は、添付の図を参照し以下に詳細に説明される。

発明の詳細な説明
図１は測定システム２０のブロック図を示しており、測定システム２０はスクリュー、ボルト、ねじ切りされたロッドなどのファスナにあるねじの形状が予め規定された品質仕様の計測上の不確定要素の範囲内にあるかどうかを判断するシステムである。測定システム２０は測定装置２４を含み、測定装置２４は電気的にコントローラ２６に結合されている。測定装置２４は、プローブとスケール３０とスピンドル３２とを使用し、ファスナのさまざまな測定情報を発生させる。コントローラ２６はプロセッサ４０を含み、プロセッサ４０はユーザインターフェイス４２とメモリ４４とに結合されている。

ファスナが測定装置２４によって分析される前に、ユーザはユーザインターフェイス４２を使用し、ファスナの仕様をコントローラ２６に入力する。ユーザインターフェイス４２はキーボード、ディスプレイ、マウスまたは他の任意のインターフェイスデバイスの中の１つを含み、それによりユーザは情報を入力し、プロセッサ４０と情報交換することが可能になる。ファスナが測定装置２４に挿入された後、プローブおよびスケール３０ならびにスピンドル３２は、ファスナとファスナ上のねじとについての特定のデジタル測定値および位置情報を提供するために、ユーザによって操作される。プローブおよびスケール３０ならびにスピンドル３２によって提供されたデジタル情報はコントローラ２６に供給される。プロセッサ４０は、測定装置２４から受信した情報をメモリ４４に保存する。プロセッサ４０は比較プログラムを実行し、測定装置２４から入ってくる情報とユーザによって入力された仕様情報とを比較して、保存された情報が仕様情報の許容範囲内にあるかどうかを判断する。

１つの実施例において、プロセッサ４０は、プローブおよびスケール３０ならびにスピンドル３２によって提供される情報に基づいて、ファスナのねじのピッチ円直径、フランク角、外径および内径を含む測定情報を途切れることなく発生させる。プロセッサ４０は、プローブの先端の大きさなどのプローブ情報に基づいたねじの測定情報および入力された仕様情報を幾何学的に計算する。

図２は測定装置１００の非限定的な例を図示しており、測定装置１００はコントローラ２６が使用する情報を発生させる。測定装置１００は、第１の土台部分１０２と第２の土台部分１０４とを含む。第１の土台部分１０２は実質的に第２の土台部分１０４に直交する形で装着されており、その結果１０２と１０４との２つの部分がＬ字型の構造になっている。第１の土台部分１０２と第２の土台部分１０４は、限定的でない花崗岩のような熱膨張に対して実質的に抵抗力のある物質から好適に作られている。スピンドル１１０は第１の土台部分１０２の上面に好適に装着されている。スピンドル１１０の非限定的な例は精密空気軸受スピンドルであり、これは０．００１アークセカンドより良い分解能と３アークセカンドより良い精度を持つ。このレベルの分解能と精度を持つスピンドルはネルソン・エアー・コーポレイション（Nelson Air Corporation）によって製造されている。スピンドル１１０は高精度のデジタル回転情報を発生させる。ボルトまたはスクリュー１１４などのファスナは、ボルト１１４を然るべき位置にしっかりと保持するようサイズ決めされた取付板１１６を使用し、スピンドル１１０に装着されている。取付板１１６はスピンドル１１０のスピニング面に取付けられている。スピンドル１１０は電気的にコントローラ２６と接続するデジタルデータポートを含む。さらに、スピンドル１１０はボルト１１４の位置を調整するために２つの手動バーニヤ調整装置１２０を含む。

装着されたスピンドル１１０に面する第２の土台部分１０４の面は、第１の垂直軌道と第２の垂直軌道１２６と１２８とを含む。幾何学的基準を提供するため、Ｘ軸はスピンドル１１０のスピニング面とスピンドル１１０に面する第２の土台部分１０４の表面とに対して実質的に平行である。Ｚ軸は第２の土台部分１０４の表面に対して実質的に平行であり、スピンドル１１０の装着面に対して実質的に垂直である。第１の垂直軌道と第２の垂直軌道１２６と１２８とは、Ｚ軸に実質的に平行なスピンドル１１０の中心線からＸ軸方向に沿って実質的に等距離である。第１の垂直軌道と第２の垂直軌道１２６と１２８とはそれぞれ、摺動可能に第１のスケールと第２のスケール１３０と１３２とを受ける。スケール１３０と１３２との非限定的な例は０．２マイクロインチより良い分解能を持つ空気軸受スケールである。ネルソン・エアー・コーポレイションはこのレベルの分解能を持つ空気軸受スケールを製造している。スケール１３０と１３２とは垂直軌道１２６および１２８上のスケールの位置に基づき、Ｚ軸の次元の情報を発生させる。発生したＺ軸の情報はコントローラ２６に送信される。

図３に示されているように、第１のプローブと第２のプローブ１４０と１４２とはそれぞれ、第１のスケールと第２のスケール１３０と１３２とに装着されている。プローブ１４０と１４２とはプローブシャフト１４６と１４８とを含み、プローブシャフト１４６と１４８とはそれぞれのプローブチップ１５０と１５２とに連結している。プローブ１４０と１４２とはスケール１３０と１３２とに装着されており、その構成はプローブシャフト１４６と１４８とが互いに対面し、スピンドル１１０の中心線から実質的に等距離であるような構成である。プローブ１４０と１４２との非限定的な例は０．２マイクロインチより良い分解能を持つ空気活性プローブである。ハイデンハイン・コーポレイション（Heidenhain Corporation）がこのレベルの分解能を持つプローブを製造している。

１つの実施例において、プローブチップ１５０と１５２とは、プローブシャフト１４６と１４８とに好適に接続されたスイベル装置（図には示されていない）に装着されている。スイベル装置によりプローブチップ１５０と１５２とは、プローブシャフト１４６と１４８との中心線に対するねじ山のオフセット角度に一致することが可能となる。プローブチップ１５０と１５２とは、さらに、プローブシャフト１４６と１４８とに旋回するように装着されることも可能である。

この発明の１つの実施例において、図２に示されているように、測定装置１００は第１の土台部分１０２に位置するように位置決めされる。垂直軌道１２６と１２８とは垂直の方向を向くことになる。この位置で、プローブ１４０と１４２が取付けられたスケール１３０と１３２とは釣り合っており、ほとんど重量のない状態である。スケール１３０と１３２とが釣り合っていることにより、スケール１３０と１３２とが垂直軌道１２６と１２８とを上または下に動くことが可能になる。これは、プローブ１４０と１４２とが測定されているファスナのねじに対して与える圧力から、プローブチップ１５０と１５２とが受ける上または下方向の力に基づくものである。第１の釣り合い錘と第２の釣り合い錘１６０と１６２とは、第１の滑車と第２の滑車１７０と１７２とをそれぞれ通る第１のケーブルと第２のケーブル１６４と１６６とを介して、第１のスケールと第２のスケール１３０と１３２とにそれぞれ好適に結合されている。第１の滑車と第２の滑車１７０と１７２とは、第２の土台部分１０４の、スピンドル１１０に面する第２の土台部分１０４の面に実質的に直交する両側面に好適に取付けられている。

他の実施例において、測定装置１００は好適には第２の土台部分１０４に位置する。測定装置１００が第２の土台部分１０４に位置し、スケール１３０と１３２とが釣り合い錘を必要としなくなることは有利である。

図４は、図２と図３とに示されている測定システム１００によって実行される非限定的
な例示のプロセス２００を図示している。ブロック２０４で、システム１００のユーザは、測定されるべきスクリューまたはボルトなどのファスナのねじについて予め規定された品質仕様を入力する。仕様はピッチ円直径、フランク角、外径および内径の値を好適に含む。仕様はさらに、歯すじの方向誤差、真円度誤差、逓減、振れ、捩れ角および歯すじ経路などの形状誤差を含んでもよい。ブロック２０６で、ボルトまたはスクリューが測定装置２０の中に置かれ、置かれたボルトまたはスクリューのねじの測定情報が発生する。ブロック２０６は後に図５でより詳細に説明される。ブロック２１０で、プロセッサ４０は発生したファスナの測定値と入力された仕様とを比較する。ブロック２１２でプロセッサ４０はその比較に基づき計測上の不確定要素の値を発生させる。

図５は、ブロック２０６（図４）で測定情報を発生させるためのプロセス２５０を図示したものである。ブロック２６０で、プローブチップ１５０と１５２とはファスナ１１４のねじのないシャンクと接触する形で、ねじのないシャンクの対向する側に置かれる。プローブチップ１５０と１５２とはできる限りファスナの頭部に近い位置に置かれるが、スピンドル１１０はまだプローブ１４０と１４２と干渉することなく回転することができる。ブロック２６４で、ファスナが回転し、プローブ１４０と１４２、スケール１３０と１３２およびスピンドル１１０によって生み出されるデジタル情報がメモリ４４での保存のためにコントローラ２６に送信される。ブロック２７０で、プローブチップ１５０と１５２とはファスナのねじに近い位置に、ファスナのシャンクと接触する形で置かれる。ブロック２７２で、ファスナが回転し、プローブ１４０と１４２、スケール１３０と１３２およびスピンドル１１０によって生み出される情報が発生し、コントローラ２６に送信される。

ブロック２８０で、プローブの先端が、ねじの先端または末端のどちらかに接触するように、ファスナ近くに置かれる。ブロック２８２で、ファスナが回転し、その結果、ねじにかかる圧力により、強制されて、プローブチップがファスナを上または下に移動する。プローブチップ１５０と１５２とがファスナを上または下に移動してゆくと、プローブ１４０と１４２およびスケール１３０と１３２が軌道に沿って移動する。プローブチップ１５０と１５２とがファスナを上または下に移動すると、プローブ１４０と１４２、スケール１３０と１３２およびスピンドル１１０は情報を発生させる。ブロック２８８で、プローブ１４０と１４２、スケール１３０と１３２およびスピンドル１１０によって発生した情報はすべて分析のためにコントローラ２６に送信される。

プロセッサ４０はブロック２６４で保存されたデジタル情報を使用し、置かれたファスナの同心度誤差の値を判断する。同心度誤差の値は好適には、スピンドル１１０の中心線に対するファスナの縦軸の位置である。

プロセッサ４０はブロック２７２で保存された保存デジタル情報を使用し、角度誤差の値を判断する。角度誤差の値は好適には、スピンドルの中心線と置かれたファスナの中心線との間の角度の差である。

１つの実施例において、測定装置１００は同心度誤差の値と角度誤差の値とを最少にするよう調節される。スピンドル１１０は５自由度の調整を可能にする調整構成要素を含む。プローブ１４０および１４２とスケール１３０および１３２との間の接続は３自由度の調整を可能にする調整構成要素を含む。

他の実施例において、プロセッサ４０は同心度誤差の値と角度誤差の値を用いて、ブロック２８２で保存されたねじの測定情報を数学的に調整する。

この発明の好ましい実施例は上記のとおり例示され、記載されてきたが、発明の精神と
範囲を逸脱することなく多くの修正が行なわれ得る。したがって、この発明の範囲は好ましい実施例の開示によって限定されるものではなく、この発明は特許請求の範囲を参照して専ら決定されるべきである。

この発明に従って形成された測定システムのブロック図の非限定的な例を図示する。 この発明に従って形成された測定装置の非限定的な例の斜視図である。 この発明に従って形成された測定装置の非限定的な例の斜視図である。 図１に示されたシステムによって実行されるプロセスの例を図示する。 図１に示されたシステムによって実行されるプロセスの例を図示する。

Claims (20)

1. 物体の幅の情報を検出し、検出された幅の情報に関する回転の情報と長さの情報とを検出する測定装置と、
   検出された情報を受信し、検出された情報と予め規定された物体の品質仕様情報とを比較し、その比較に基づいて物体が仕様情報の不確定要素の範囲内にあるかどうかを測定するコンピュータベースの構成要素とを含む測定システム。
2. 物体はファスナを含む、請求項１に記載のシステム。
3. ファスナはスクリューまたはボルトの少なくとも１つを含む、請求項２に記載のシステム。
4. 測定装置は、
   物体の幅の情報を検出するための少なくとも２つのコンタクトプローブと、
   それぞれのプローブに結合され、物体に関してプローブの長さの情報を検出するための少なくとも２つのスケールと、
   物体を保持するよう構成され、物体に関してプローブの回転の情報を検出するためのスピンドルとを含む、請求項３に記載のシステム。
5. プローブは空気活性プローブを含む、請求項４に記載のシステム。
6. スケールは空気軸受スケールを含む、請求項４に記載のシステム。
7. スピンドルは空気軸受スピンドルを含む、請求項４に記載のシステム。
8. コンピュータベースの構成要素は検出された情報の第１の部分に基づき同心度誤差の値を判断する、請求項４に記載のシステム。
9. コンピュータベースの構成要素は検出された情報の第２の部分に基づき角度誤差の値を判断する、請求項８に記載のシステム。
10. コンピュータベースの構成要素は同心度誤差の値と角度誤差の値とを使用して、物体が仕様情報の不確定要素の範囲内にあるかどうかを判断する、請求項９に記載のシステム。
11. 物体の測定方法であって、
    物体の品質仕様を入力することと、
    物体を回転させることと、
    回転する物体の幅の情報と、それに対応する長さの情報および角度の情報とを検出することと、
    検出された情報と入力された仕様情報とを比較することと、
    物体が仕様情報の不確定要素の範囲内にあるかどうかを判断することとを含む方法。
12. 物体はファスナを含む、請求項１１に記載の方法。
13. ファスナはスクリューまたはボルトの少なくとも１つを含む、請求項１２に記載の方法。
14. 検出することは、
    少なくとも２つのコンタクトプローブを用いて物体の幅の情報を検出することと、
    それぞれのプローブに結合された少なくとも２つのスケールを用いて、物体に関してプローブの長さの情報を検出することと、
    物体を保持するよう構成されたスピンドルを用いて、物体に関してプローブの回転の情報を検出することとを含む、請求項１３に記載の方法。
15. プローブは空気活性プローブを含む、請求項１４に記載の方法。
16. スケールは空気軸受スケールを含む、請求項１４に記載の方法。
17. スピンドルは空気軸受スピンドルを含む、請求項１４に記載の方法。
18. 検出された情報の第１の部分に基づき同心度誤差の値を判断することをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
19. 検出された情報の第２の部分に基づき角度誤差の値を判断することをさらに含む、請求項１８に記載の方法。
20. 物体が仕様情報の不確定要素の範囲内にあるかどうかを判断することは判断された同心度誤差の値と角度誤差の値とにさらに基づく、請求項１９に記載の方法。

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