JP2015510841A - ばね巻きによって螺旋ばねを製造するための方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ばね巻きによって螺旋ばねを製造するための方法および装置を提供する。【解決手段】数値制御されたばね巻き機によるばね巻きにより螺旋ばねを製造するための方法において、ワイヤが、ＮＣ制御プログラムによる制御下で供給装置によってばね巻き機の成形装置に供給され、成形装置の工具を用いて螺旋ばねに成形され、次に、完成した螺旋ばねが切断装置によって、供給されたワイヤから分離される。成形動作中に螺旋ばねで少なくとも１つの測定時間に、測定が行われる。本方法は、ワイヤが成形装置に連続的に供給され、ワイヤが供給されたときに螺旋ばねで測定が行われ、完成した螺旋ばねがフライング回転切断によって、供給されたワイヤから分離されることを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、数値制御されたばね巻き機によるばね巻きによって螺旋ばねを製造するための方法に関し、さらに、本方法を実行するのに適切なばね巻き機に関する。

螺旋ばねは、多数の応用分野で大量におよび種々の構成に必要とされる機械要素である。巻かれたねじりばねとも呼ばれる螺旋ばねは、通常、ばねワイヤから製造され、使用中に生じる負荷に応じた引張ばねまたは圧縮ばねの形態である。圧縮ばね、特に軸受ばねは例えば自動車製造で大量に必要とされる。円筒状の螺旋ばねの場合、ばね径はばねの長さにわたって一定であるが、例えば円錐状またはバレル状の螺旋ばねの場合、ばね径は長さにわたって変化することも可能である。さらに、（負荷を受けていない）ばねの全長は種々の用途のために大きく変化してもよい。

現在、螺旋ばねは、通常、数値制御されたばね巻き機を用いたばね巻きによって製造される。この場合、ワイヤ（ばねワイヤ）は、ＮＣ制御プログラムによる制御下で供給装置によってばね巻き機の成形装置に供給され、螺旋ばねを形成するために成形装置の工具を用いて成形される。工具は、一般に、ばね巻きの直径を定めるために、場合によってはそれを変更するために位置を調整することができる１つ以上の巻きピンと、製造工程の各段階でばね巻きの局所的なピッチを制御する１つ以上のピッチ工具とを含む。成形動作に続いて、完成した螺旋ばねは、ＮＣ制御プログラムによる制御下で切断装置によって、供給されたワイヤから分離される。

ばね巻き機は、一般に、非常に狭い公差内の特定のばね形状（目標形状）を有する大量のばねを製造するように意図される。機能的に重要な形状パラメータは、とりわけ、負荷を受けていない状態の完成した螺旋ばねの全長を含む。「全長」は、とりわけ、ばねの全寸およびばね力を含む。

特に高い量を得るべきである場合、ワイヤが中断なしに連続的に供給され、回転ブレードを有する切断装置が使用されるように、ばね巻き機を構成することができる。その時、切断のためにワイヤ供給を中断する必要もない。

例えば自動車分野における厳しい品質要求に従うために、ばねの完成後のいくつかのばね形状データ、例えば、ばねの直径、長さおよび／またはピッチまたはピッチプロファイルを測定すること、および測定結果に応じて、完成したばねを満足な部分（公差内のばね形状）と不満足な部分（公差外のばね形状）とに、場合によっては別のカテゴリに自動的に分類することが通常の慣行である。この手順は、分類誤差を回避するために測定結果が正確であることを前提とする。

製造中に適切な測定手段によって、ばねの直径、長さおよびピッチをチェックすること、および公差限界外の不一致がある場合に、ばね形状が公差内に留まるように製造パラメータを変更することが既に提案されている。

特許文献１は、ばねの成形が開始するばね巻き機の当該領域に向けられるビデオカメラを有する一体化された測定システムを有するばね巻き機を開示している。ビデオカメラに接続されかつ適切な評価アルゴリズムを有する画像処理システムは、製造中にばねの直径、長さおよびピッチをチェックすることを可能にするように意図され、モータによって調整することができる処理ツールへのフィードバックにより、これらのばね形状パラメータを製造中に変更することが可能であるように意図される。完成後に、完成したばねは垂直切断によってワイヤから分離される。

本出願人の特許文献２は、この目的のために適切な調節ばね巻き方法およびばね巻き機を記載している。この方法では、螺旋ばねの所望の目標形状、および目標形状を生成するのに適切なＮＣ制御プログラムが最初に規定される。螺旋ばねの製造の開始後および終了前の少なくとも１つの測定時間において、好ましくは機械固定された基準要素に対する螺旋ばねの選択された構造要素の現在位置が測定領域で測定され、前記測定領域は成形装置から螺旋ばねの長手方向への有限距離を有する。距離は、完成した螺旋ばねの全長よりも短い。測定時間における現在位置と目標位置との差を表す現在位置の差を決定するために、測定された現在位置が測定時間に関する構造要素の目標位置と比較される。成形装置のピッチ工具は位置の差に従って制御される。ばねの完成に続いて、このばねが垂直切断によってワイヤから分離される。とりわけ、一連の長い螺旋ばねは、全長の非常に低い可変性を有する方法によって製造することができる。

自動調節ばね巻き方法は、完成したばねの所望の品質を達成するために測定結果が正確であることを前提とする。

独国特許出願公開第１０３４５４４５Ｂ４号明細書 独国特許出願公開第１０２０１００１４３８５Ａ１号明細書

本発明によって取り組まれる課題は、測定により補助されるばね巻き工程において、高品質および低品質の可変性のばねを高い量で製造することができるように、一般的な種類の方法および装置を最適化することである。これらの利点は最小のエネルギー消費と共に実行されるべきである。

これらの課題は、請求項１の特徴を有するばね巻きにより、さらには、請求項７の特徴を有するばね巻き機により螺旋ばねを製造するための方法によって解決される。

有利な発展形態は従属請求項に示されている。すべての請求項の用語が参照により本説明の内容に組み込まれる。

本方法では、ワイヤが成形装置に連続的に供給され、ワイヤが供給されたときに螺旋ばねで測定が行われる。それ故にワイヤ供給は測定のために中断されず、したがってワイヤは測定中に移動している。成形動作の終了後に、完成した螺旋ばねはフライング回転切断によって、供給されたワイヤから分離される。この場合、「フライング回転切断」という用語は、切断工具が切断中に回転運動を実行すること、およびワイヤが切断中に移動していること、またはワイヤ供給が切断のために中断されないことを意味する。したがって、この種類の切断では、切断のためにワイヤ供給を中断することが不要である。

それ故に、本方法を実行するように構成されるばね巻き機では、螺旋ばねで測定を行うための測定装置が設けられ、さらに、切断装置は切断工具を有し、この切断工具は回転駆動されることができ、成形動作の終了時に、完成した螺旋ばねをフライング回転切断によって、供給されたワイヤから分離することができる。

切断のために中断する必要もない連続ワイヤ供給により、非常に高い量が必要に応じて可能であり、したがって、多数の完成した螺旋ばねを必要に応じて単位時間当たりに製造することができる。ワイヤ送給またはワイヤ供給は連続するので、ばね巻き機に供給されかつ例えばリールで格納することができるワイヤ格納部は、一定に加速または制動される必要がなく、とりわけ停止される必要もない。同じことが、成形工程に関連する機械軸の駆動装置にも当てはまる。したがって、ばね毎のエネルギー要求が減少する。さらに、すべての移動可能な構成要素のより根本的な移動経路により、ばねの品質を向上させることができるが、その理由は、後方移動および関連の滑り等を回避することができるからである。これらの利点は、成形動作中に螺旋ばねで１つ以上の測定を行い、測定によって決定された測定装置の測定信号を処理することによってばね巻き機の装置を制御する可能性と組み合わされる。一例として、下流の分類装置を測定結果に基づいて正確に制御して、公差外の不満足な部分を拒絶することができる。適切ならば、成形工程において測定に基づき制御介入を実行することができる。

ワイヤは一定の供給速度で供給されることが好ましい。ゼロに低減することなく、より高い値とより低い値との間で供給速度を連続的に変更することも可能である。

本方法を実行するために、製造されるべき螺旋ばねの所望の目標形状、およびこの目標形状を生成するのに適切な対応するＮＣ制御プログラムが、名目上同一の一連の螺旋ばねの製造開始前に最初に規定される。したがって、ばねの製造中に実行されるべきばね巻き機の機械軸の協調加工運動の順序が決定される。次に、ばね巻き機の動作中に、協調加工運動が周期的に繰り返される。このために、本発明によるばね巻き機の実施形態の制御装置は、デジタル式にプログラムすることができるプログラム可能なロジックコントローラ（ＰＬＣ）を有する。永続的な協調加工運動を発生させるために、このコントローラはサイクル指向的である。プログラム可能なロジックコントローラは、入力、出力、およびファームウェアとも呼ばれるオペレーティングシステムを有する。入力カードが入力に接続され、前記入力カードを介して、例えば機械の状態に関するセンサ信号を読み取ることができる。コントローラの出力のアクチュエータは機械を制御する。インタフェースを介してユーザプログラムをロードすることができる。ユーザプログラムは特定の時間単位サイクル後に、入力に応じて出力の接続を周期的に決定する。この場合、オペレーティングシステムは、変換器、例えばセンサの現在位置をユーザプログラムに再び周期的に知らせる。このようにして、プログラムされた機能シーケンスが設けられるように、ユーザプログラムが出力を接続する。

この種類の典型的なコントローラのサイクル時間は、現在、１００分の１秒の範囲に、すなわち数ミリ秒の範囲にある。本発明者の観察によれば、一般に、測定のためのトリガ信号とコントローラのこのサイクルとを同期させるだけでは十分でない。この場合、具体的には、実際の測定時間が、測定を実際に行うべきプログラム時間から多かれ少なかれずれることがある。したがって、好ましい実施形態では、測定時間は、ばね巻き機のコントローラのサイクル時間よりも高い時間精度によって、ばね巻き機の装置のＮＣ制御された移動と同期される。測定時間の決定の時間精度は１０μｓ未満であることが好ましい。精度は１μｓの範囲にあってもよい。測定時間の決定の時間精度は、サイクル時間よりも正確に、少なくとも１桁、好ましくは少なくとも２桁であってもよい。１μｓの範囲の精度は、下にあるコントローラの数ミリ秒のサイクル時間よりも正確に４桁以上である（１０００の係数よりも大きい）。したがって、プログラム可能なロジックコントローラのサイクルの間のほぼ任意の点に非常に正確に存在し得る測定時間に、測定装置用のトリガ信号を生成することが可能である。

いくつかの実施形態では、測定時間が、コントローラのサイクル制限と測定時間との間の時間間隔にわたるタイムスタンプ方法（各測定時間のために個々に決定されるかまたは決定可能な）により、コントローラのサイクル制限またはサイクルを起点として予め規定されることによって、測定装置の時間的に正確なこの作動が達成される。このようにして例えば、コントローラは、測定装置用のトリガ信号またはトリガが生成される前に、下にあるコントローラのあるサイクルの開始に続いて、サイクル時間よりも小さいある時間間隔も経過するような指示を含んでもよい。したがって、測定時間の規定の時間精度は、下にあるコントローラのサイクル時間に依存しない。

この手順は、測定と、供給されたワイヤからの完成したばねの分離との時間調整によって特に有利である。このようにして例えば、完成したばねの全長を測定すべきである場合に、測定があまりにも早く行われたならば、ばねが測定時間に未だ完成していないという、したがって、完成したばねが、測定結果によって定められるよりもはるかに大きい全長を有するという危険性がある。対照的に、測定時間があまりにも遅い場合、例えば切断が既に開始された時間には、ちょうど分離されたばねの変位が既に行われている可能性があり、したがって、必要な精度を有する測定を行うことがもはや不可能であり得る。

連続回転運動（通常は回転速度が変化する）を実行する切断工具では、測定装置用のトリガ信号は切断工具とワイヤとの係合直前の測定時間に生成されることが好ましい。ワイヤとそのワイヤに向かって移動される切断工具との間の形状距離は、例えばワイヤ径の１〜３倍の範囲にあってもよい。測定時間と、ワイヤと切断工具との第１の接触点との間の時間距離は、好ましくは数ミリ秒の範囲に、例えば１０μｓ以下であるべきである。再現可能なばね形状を得るために、時間距離は各切断工程に対してできるだけ同一であるべきである。

測定は接触せずに、特に光学測定手段によって実行されることが好ましい。この場合、例えばレーザー測定システムを使用してもよい。２次元の画像領域（視野、捕捉領域）を有するカメラは好ましくは測定のために使用され、測定領域はカメラの画像領域に配置される。効率的な画像処理ハードウェアおよびソフトウェアを有するカメラベースの測定システムが商業的に入手可能であり、上記目的のために使用されることができる。

正確な測定時間を決定するための作動の適切な変更と共に上記目的のために使用することができるカメラベースの測定システムの構造的な構成要素は、本出願人名義で特許文献２に記載されている。これに関連するこの文献の開示の内容は参照により本説明の内容に組み込まれる。

本方法では、製造されるべき螺旋ばねの所望の目標形状、およびこの目標形状を生成するのに適切な対応するＮＣ制御プログラムが最初に決定される。したがって、ばねの製造と共に実行されるべきばね巻き機の機械軸の協調加工運動の順序が決定される。少なくとも１つの測定時間の時間位置は、加工運動の段階に対してまたはこのように定められたプログラム時間関数に対して決定される。

この場合、「プログラム時間関数」という用語は、ＮＣ制御プログラム内の特定の点を指す関数を意味する。特定のＮＣブロックに達したときに、このＮＣブロックが特定のプログラム時間またはプログラムシーケンス内の時間に対応する。これに関連して、プログラム時間はプログラム実行中のプログラムステップの一連の進行におけるシーケンス位置に対応する。例えば、画像の記録をカメラによって作動させるためのトリガ信号（トリガ）がプログラム実行の特定の段階で必要とされる場合、対応する点に存在するプログラムラインによって、上記トリガ信号をトリガすることができる。次に、この信号がＰＬＣによって出力される。この場合、測定誤差が発生される可能性がある。本出願は、どのようにしてこのような測定誤差を回避できるかまたは許容可能な程度に低減できるかについて教示する。トリガ信号は、プログラムにおいて、機械軸の特定の位置と、例えばワイヤ送給の機械軸とおよび／またはピッチ工具の位置のための機械軸と直接リンクされる。

したがって、プログラム時間関数の時間は１つ以上の機械軸の移動曲線の配置に対応する。ばね製造の進行と同期するＮＣプログラム内の時間（プログラム時間）はプログラム時間関数から定められる。この点について、プログラム時間関数は機械軸の移動に対する経路関数でもある。特に、プログラム時間関数はワイヤ送給の経路関数にも対応する。

本発明はまた、特に本方法を実行するように構成される数値制御されたばね巻き機に関する。前記機械は、ワイヤを成形装置に供給するための供給装置と、予め規定可能な位置で螺旋ばねの直径を基本的に決定する少なくとも１つの巻き工具を備える成形装置と、少なくとも１つのピッチ工具と展開する螺旋ばねとの係合が螺旋ばねの局所的なピッチを決定する少なくとも１つのピッチ工具とを有する。さらに、成形動作の終了後に完成した螺旋ばねを供給されたワイヤから分離するための切断装置、成形動作中に螺旋ばねで測定を行うための測定装置、およびＮＣ制御プログラムに基づいて供給装置、成形装置、測定装置および切断装置を制御するための制御装置が提供される。

ワイヤが測定のために成形装置に連続的に、すなわち中断なしに供給され、ワイヤが供給されたときに螺旋ばねで測定を行うことができるように、供給装置がワイヤの連続供給のために構成される。さらには切断のために、供給移動を中断する必要がない。このために、切断装置は、回転駆動することができる切断工具を有し、ばね巻き機は、完成した螺旋ばねをフライング回転切断によって、供給されたワイヤから分離することができるように構成される。

測定装置用のトリガ信号が切断工具とワイヤとの係合直前の測定時間に生成されるように、制御装置が構成されることが好ましい。したがって、特に、測定されたばね長さに関して正確な測定結果が可能である。

測定時間がサイクル時間にのみリンクされた場合に可能であろう精度よりもはるかに高い時間精度によって、測定時間が予め規定されることが好ましい。一例として、測定時間の決定の時間精度は１０μｓ未満であり、および／またはサイクル時間よりも正確に少なくとも１桁であってもよい。

これらおよび別の特徴は、請求項から、さらには明細書および図面から明らかであり、この場合、個々の特徴は、本発明の実施形態のサブコンビネーションの形でおよび他の分野で、単独でまたは一緒に実現することができ、それら自体で特許を受けることもできる有利な実施形態を表すことができる。

供給装置のおよび成形装置の部分を有するばね巻き機の実施形態の概略図である。 図１に示したばね巻き機用のアタッチメント群の斜視図である。 完成したばねが回転切断によってワイヤから分離される段階の図である。 動作の種類の基本原理、すなわち、フライング回転切断による連続ワイヤ送給の概略図である。 測定誤差の原因を説明するための送給／時間の概略グラフである。 上図がワイヤ供給部の送給率の速度／時間グラフであり、下図が切断工具の移動率および測定時間の時間位置の関連の速度／時間グラフである。

図１の概略図は、本発明の実施例によるＣＮＣばね巻き機１００のいくつかの構造要素を示している。図２は、図１に示していないアタッチメント群の詳細図を示している。このアタッチメント群は、上方に開いて曲げられた金属板２２１を有すると共により長いばねを支持することができるオプションのばねガイド装置２１０を含む。

ばね巻き機１００は、供給ローラ１１２が装備された供給装置１１０を有し、ワイヤ供給部から来て方向付けユニットを通過するワイヤ１１５の連続ワイヤセクションを、数値制御された送給率プロファイルによって成形装置１２０の領域内に供給することができる。ワイヤはワイヤガイド１１６を通して出口側に案内される。供給装置を取り込み装置と呼ぶことも可能であり、それに応じて、ワイヤ送給をワイヤ取り込みと呼ぶこともでき、送給率を取り込み率と呼ぶこともできる。

螺旋ばねを形成するために、成形装置の数値制御された工具を用いてワイヤが成形される。工具は、９０°の角度だけずらして配置された２つの巻きピン１２２、１２４を含み、これらの巻きピンは中心軸１１８に対して半径方向または所望のばね軸の位置に配向され、螺旋ばねの直径を決定する。設定工程中、ばね径の基本調整のために、巻きピンの位置を、一点破線で示した移動ラインに沿っておよび水平方向に（取り込み装置１１０の送給方向に対して平行に）変更して、種々のばね径のための機械を設定することができる。これらの移動は数値コントローラの制御下で適切な電気駆動装置を用いて実行することもできる。

ピッチ工具１３０は、ばね軸に対してほぼ直角に配向された先端を有し、巻きと並んで展開ばねに係合する。ピッチ工具は、対応する機械軸の数値制御された調整駆動装置を用いて、展開ばねの軸１１８に対して平行に（すなわち図面の平面に対して直角に）移動させることができる。ばね製造中に前方に送給されるワイヤは、ピッチ工具によってピッチ工具の位置に従ってばね軸に対して平行方向に押圧され、この場合、対応するセクションのばねの局所的なピッチはピッチ工具の位置によって決定される。ピッチ変更は、ばね製造中にピッチ工具を軸方向に平行に移動させることによって行われる。

成形装置は別のピッチ工具１４０を有し、このピッチ工具は、下から垂直に供給されることができ、このピッチ工具が使用されているときに隣接する巻きの間に挿入されたくさび状の工具先端を有する。このピッチ工具の調整移動は軸１１８に対して直角に実行される。このピッチ工具は、図示した製造工程では使用されない。

切断工具１５２を有する数値制御可能な切断装置１５０は、ばね軸の上方に装着され、成形動作の終了後に回転加工運動によって、製造された螺旋ばねを、供給されたワイヤ格納部から切断する。

マンドレル１５５（切断マンドレル）は切断工具用の接合要素として働き、展開ばねの内部に配置され、分離中に切断工具と協働する傾斜した切断縁１５６を有する。

高い量を可能にするために、ばね巻き機は、フライング回転切断と関連して連続的なワイヤ送給またはワイヤ取り込みと連動する。この目的のために、切断装置は回転加工運動を実行するように移動され、ばね軸１１８に対して直角な平面に延びかつ図１および図３の周辺の矢印で示した回転機械軸を介して駆動される。構成に応じて、回転は例えば円形または楕円形であってもよい。回転方向（時計回りまたは反時計回り方向）は巻き方向に依存する。巻きを右側または左側に実行することもできる。本実施例の場合、切断工具は時計回り方向に回転する。回転速度は通常均一ではない。

図３に示したように、切断工具１５２は、その工具が回転加工運動の下方転換点に接近したときにワイヤ１１５を切断する。切断工程中、切断装置のマンドレル１５５の上側は、移動された切断工具用の接合要素として働き、傾斜した切断縁を提供し、この切断縁は、切断工具の相応して形成された切断輪郭と共に、連続的に移動されたワイヤのきれいな切断を可能にする。

この動作の種類の基本原理（フライング回転切断による連続ワイヤ送給）は、再び同じ参照番号を付与しつつ図４に概略的に示されている。ワイヤ１１５は、一定のまたは変化する有限送給率Ｖ_Zによって連続的に送給されるかまたは取り込まれるかまたは供給される。このようにして、多くの連続ばねの製造中にワイヤ供給部が停止しない。したがって出力量が増加する。ワイヤ送給が常に実行されるかまたは供給装置が常に作動されるとき、例えばリールに格納されるワイヤ格納部１５７は加速および制動される必要がない。同じことが供給装置のおよび工具の駆動装置にも当てはまる。したがって、ばね毎のエネルギー要求は、切断工程のためにワイヤ送給を停止しなければならない静止切断による方法と比較して減少する。さらに、ワイヤが後方に引っ張られず、スティックスリップ効果が存在しないことによって、静止切断による方法と比較して、製造されたばねの品質を著しく向上させることができる。

例えば自動車分野における高い品質要求に鑑みて、ばね巻き機は、製造後のばねの直径および／または長さ等のばねデータを測定するように、および測定結果に応じて、完成したばねを満足な部分（公差内のばね形状）と不満足な部分（公差外のばね形状）とに、選択的に、別のカテゴリに自動的に分類するように設計される。この目的のために、このような可能性を提供する従来のばね巻き機では、切断直前のばね巻き直後に、ばねが測定される。このために、十分に正確な測定を可能にするように機械が一時的に停止される。従来、停止されたワイヤは、直線状に移動可能な切断工具による垂直切断によって切断される。

対照的に、本実施例のばね巻き機では、測定のための製造工程の中断を省略するが、連続ワイヤ送給でも、十分な精度を有するばねの測定を行うことが可能である。この目的のために行われた測定について以下に詳細に説明する。

ばね巻き機には、現在製造されているばねの形状に関するデータを非接触でリアルタイム測定するためのカメラベースの光学測定システムが装備される。測定システムはＣＣＤビデオカメラ２５０を有し、このＣＣＤビデオカメラは、６４０×４８０ピクセル（画素）の解像度のこの実施例の場合、インタフェースを介して最大で毎秒９０枚の画像（毎秒９０枚のフレーム）を、接続された画像処理システムに送信することができる。

個々の画像の画像捕捉はコントローラのトリガ信号（トリガ）を介して各々の場合にトリガされる。したがって測定時間が決定される。画像処理用のソフトウェアは、ばね巻き機の制御装置１８０と協働するかまたはそれに一体化されるプログラムモジュールに格納される。

取付レールの長手方向軸が機械軸１１８に対して平行に延びるように、カメラが、供給装置のガイドローラの領域の供給装置に隣接して、耐ねじれ性でありかつ側面においてばね巻き機の機械フレームに締結される取付レール２５５に締結される。測定カメラは取付レールの長手方向に移動されることができ、任意の所望の選択可能な長手方向位置に固定されることができる。連続調整は垂直にも可能である。

カメラレンズの光軸は、この実施例の場合、螺旋ばねのほぼ中心軸の高さに（すなわち軸１１８の高さに）配置され、この軸に対して直角に延びる。

ばね自由端が螺旋ばねの製造の最終段階で第２のカメラの捕捉領域に延びるように、第２のカメラ２６０がばね自由端２０４を捕捉するように意図され、したがって取付レールに位置決めされる。１つのみのカメラを有する実施形態もある。

照明装置は、カメラの正反対側の軸１１８の高さに装着され、コントローラのトリガ信号（トリガ）に応答して、コントローラによって予め規定された測定時間にフラッシュ照明を行い、透過光測定を可能にする。測定に関わるばねの細部の視認性を向上させるために、入射光装置をカメラの側面に設けることができる。

工具に属するＣＮＣ機の機械軸は、とりわけ機械軸の加工運動のためのＮＣ制御プログラムを含む制御ソフトウェアが存在するメモリ装置を有するコンピュータ数値制御装置１８０によって制御される。この制御装置は測定システムの構成要素も制御する。

ばね巻き機の設定時に、成形工具はそれらのそれぞれの基本位置に移動させられる。さらに、ＮＣ制御プログラムが作成またはロードされ、製造工程中に工具の調整移動を制御する。ばね巻き機のための形状入力は、制御装置１８０に接続されるディスプレイおよび制御ユニット１７０のオペレータによって行われる。

プログラム可能なロジックコントローラ（ＰＬＣ）は制御装置に設けられ、サイクル指向的に動作する。機械軸の駆動位置はＣＮＣコントローラによってここで予め計算される。プログラム可能なロジックコントローラは出力および入力を担い、決定された時間帯に従ってまたは固定サイクルに従って動作する。典型的なサイクル時間は多くの場合１００分の１秒の範囲にある。本実施例の場合、コントローラのサイクル時間は８ｍｓ（ミリ秒）である。

本発明者らは、測定のためのトリガ信号（トリガ）がＰＬＣのサイクル時間に直接結合される場合に、著しい測定誤差が生じ得ることを見出した。図５に基づいて、特定された問題についてより詳細に説明する。このグラフでは、同一期間の一連のサイクル（例えば８ｍｓのサイクル時間Δｔ_Z）を有するＰＬＣの決定された時間帯が、時間軸（ｘ軸）にプロットされている。ｙ軸は、供給装置によって搬送されたワイヤの送給経路Ｖを示している。一定の供給率における連続ワイヤ供給では、傾斜した直線ＺＵが定められる。

所望のばね形状に応じて、予め規定されたワイヤ送給率と共にいくつかの時間（切断時間）が定められ、これらのいくつかの時間において、完成したばねを、連続的に搬送されたワイヤから分離するように切断を実行しなければならない。新しいばねが完成するこれらの時間は、グラフのＦ１（第１のばねに関する）、Ｆ２（第２のばねに関する）、．．．Ｆ６で示されている。制御プログラムの対応する時間は、機械の設定中またはＣＮＣ制御プログラムの作成中に予め計算される。

一般に、切断時間はＰＬＣのサイクル時間と一致しない。特に、ばねの製造のために必要とされる製造時間Δｔ_Fはサイクル時間Δｔ_Zの整数倍数ではない。このことは測定に関する問題を生じさせる。切断工具がワイヤと既に係合されているかまたはばねがちょうど既に切断されているときに測定がトリガされた場合、確実な測定は不可能である。したがって、測定時間は時系列的に切断時間前であるべきである。しかし、測定時間が切断時間よりもはるかに前すぎる場合、それ故に、ばねは未だ完成しておらず、したがって、例えばばねの長さまたはばね端部の位置に関する間違った値の形態の測定誤差が生じることになる。本実施例の場合、第１のばねＦ１の測定による測定誤差ＭＦ１が特に大きいが、その理由は、ＰＬＣのサイクル時間（直角な破線）と一致するできるだけ最後の測定時間が、切断時間前のほぼ１つの完全なサイクル時間にあるからである。比較のために、第６のばねＦ６の場合、測定誤差ＭＦ６がはるかに小さいが、その理由は、切断時間がサイクル時間のほぼ半分であるか、または直前のサイクル時間（直角な破線）後の数ミリ秒（例えば３〜４ｍｓ）であるに過ぎないからである。

この方法では、一般にばねからばねにさらに変化する著しい測定誤差を引き起こし得ることが明らかである。時間のずれにより、切断までのばねの長さが連続ワイヤ送給のために連続的に増加するという事実の結果として引き起こされる測定誤差が生じる。このように生じた測定誤差は、一般に、分類誤差が生じる可能性があり、確実な調節がもはや不可能である程度に重大である。概略的に示したように、ジッタは数ミリ秒であり得る。

連続ワイヤ送給およびフライング回転切断によっても正確な測定を可能にするために、コントローラのトリガ信号によって決定された測定システムの測定時間は、本実施形態において、ばね巻き機のコントローラのサイクル時間Δｔ_Zよりも著しく高い時間精度によって、ばね巻き機の機械軸の数値制御された移動と同期される。特に、トリガ信号は、プログラム可能なロジックコントローラのサイクル制限の間またはサイクルの間に、すなわちサイクル内にある測定時間に、測定システムのために生成することができる。このことを達成し、ずれまたは測定誤差をできるだけ低く保持するために、プログラム可能なロジックコントローラには特別な出力カードが装着され、この出力カードは、ＰＬＣサイクルの間でさえも、タイムスタンプを用いてカメラのトリガ信号用の出力を作動させることができる。適切な出力カードが商業的に入手可能である。一例として、約１μｓの精度を有するレーザー技術の分野からの出力カードを使用することができる。

ＰＬＣのタイムスタンプ方法を用いることにより、サイクルの間にＰＬＣの出力を設定することもできる。ばね巻き機の設定時にばねプログラム用のＣＮＣコードを生成することにより、プログラムされたばね形状に基づいてトリガ信号用の必要な制御コマンドを受け入れることができる。次に、使用されるカメラシステムに応じて、これらの制御コマンドを自動的に適合させることができる。したがって、切断ブレードをワイヤに当てる直前に画像を捕捉することができるように、ばね製造の進行中にトリガ信号または測定時間を正確に位置決めすることが可能である。選択的なフィードバックによって、工具位置を調節することもできる。

図３および図６に基づいて、フライング回転切断直前の測定工程の典型的な進行についてより詳細に説明する。回転駆動された切断工具１５２が、切断介入の直前およびその間の時間の３つの連続する瞬間において、図３に拡大して詳細に示されている。時点ｔ₁において、切断工具は、連続的に移動しているワイヤ１１５に加速移動して接近する。次の時点ｔ₂において、切断工具はちょうどワイヤに当てられ、すなわち切断工程が開始する。時点ｔ₃において、切断工具はワイヤを完全に切断しており、前記切断工具の丸い移動経路にわたる下方転換点に達している。

図６の上図は、ワイヤ供給部の送給率または取り込み率Ｖ_Zの速度／時間グラフを示している。初期の加速段階後、ワイヤ供給率は複数の連続ばねの製造中に一定のままであり、一連のばねの完成後にのみ再び低減される。速度／時間グラフの下図は、連続ワイヤ供給中の切断工具の移動率Ｖ_Sを示している。この場合、各々の場合の直角な破線は、切断工具がワイヤに当てられて切断が開始する時点ｔ₂を定めている。切断工具が均一に回転せず、加速段階および遅延段階と共に周期的な移動を実行し、この場合、切断工具が切断前にワイヤの方向に加速し、切断後に再び遅くなって、非常に低い移動率になることが明らかである。個々の切断の間の移動率が非常に遅いとしても、切断工具は通常一定で移動している。結果として、比較的低いエネルギー消費による衝撃なしの動作が達成される。

タイムスタンプ方法または関連の狭い時間窓を用いて決定された測定時間ｔ_Mは、切断工具とワイヤとの係合直前の、例えば図３のｔ₁〜ｔ₂の間のものである。この時点において、完成したばねの全長が実際に達成され、それ故に、これに関連する測定誤差が最小に低減される。したがって、測定されたばね長さは測定精度の範囲内の完成したばねの実際のばね長さに一致する。例えば、ばね長さの基準に鑑みてばねの非常に確実な分類がこのように可能である。

本発明を使用することにより、静止切断による従来のシステムと比較して、いくつかのばねによる出力をいくつかの機械の種類で約二倍にすることができる。この場合、ばね毎のエネルギー消費が４０％まで低減し、ばねの品質が向上する。別の利点は、メカニクスに対するはるかに低いストレス、したがって、より高い耐用年数を含む。

本発明は種々の測定システムと共におよび種々の測定方法のために実施することができる。適切な方法は本出願人名義の特許文献２に記載されている。測定時間は、本願の出願書類で説明したように適切な方法で決定することができる。

１００・・・ＣＮＣばね巻き機
１１０・・・供給装置
１１０・・・取り込み装置
１１２・・・供給ローラ
１１５・・・ワイヤ
１１６・・・ワイヤガイド
１１８・・・中心軸
１１８・・・ばね軸
１１８・・・機械軸
１２０・・・成形装置
１２２・・・巻きピン
１２４・・・巻きピン
１３０・・・ピッチ工具
１４０・・・別のピッチ工具
１５０・・・切断装置
１５２・・・切断工具
１５５・・・マンドレル
１５６・・・切断縁
１５７・・・ワイヤ格納部
１７０・・・ディスプレイおよび制御ユニット
１８０・・・コンピュータ数値制御装置
２０４・・・ばね自由端
２１０・・・ばねガイド装置
２２１・・・金属板
２５０・・・ＣＣＤビデオカメラ
２５５・・・取付レール
２６０・・・第２のカメラ
Ｆ１・・・第１のばね
Ｆ６・・・第６のばね
ＭＦ１・・・測定誤差
ＭＦ６・・・測定誤差
ｔ₁・・・時点
ｔ₂・・・時点
ｔ₃・・・時点
ｔ_M・・・測定時間
Ｖ・・・ワイヤの送給経路
Ｖ_S・・・移動率
Ｖ_Z・・・有限送給率
Ｖ_Z・・・送給率または取り込み率
ＺＵ・・・傾斜した直線
Δｔ_F・・・製造時間
Δｔ_Z・・・サイクル時間

Claims (9)

1. 数値制御されたばね巻き機によるばね巻きにより螺旋ばねを製造するための方法であって、前記方法において、ワイヤが、ＮＣ制御プログラムによる制御下で供給装置によって前記ばね巻き機の成形装置に供給され、前記成形装置の工具を用いて螺旋ばねに成形され、次に、完成した螺旋ばねが切断装置によって前記供給されたワイヤから分離され、
   成形動作中に前記螺旋ばねで少なくとも１つの測定時間に、測定が行われる方法において、
   前記ワイヤが前記成形装置に連続的に供給され、前記ワイヤが供給されたときに前記螺旋ばねで測定が行われ、前記完成した螺旋ばねがフライング回転切断によって前記供給されたワイヤから分離されることを特徴とする方法。
2. 前記測定時間が、前記ばね巻き機のコントローラのサイクル時間よりも高い時間精度によって、前記ばね巻き機の装置の数値制御された移動と同期されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記測定時間の決定の前記時間精度が１０μｓ未満であること、および／または前記測定時間の前記決定の前記時間精度が、前記サイクル時間よりも正確に、少なくとも１桁、好ましくは少なくとも２桁であることを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. 前記測定装置用のトリガ信号が、前記コントローラのサイクルの間にある測定時間に生成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記測定時間が、前記コントローラのサイクルと前記測定時間との間の各測定時間のために個々に決定可能である時間間隔にわたるタイムスタンプ方法により、前記コントローラのサイクルを起点として予め規定されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
6. 前記切断工具が連続回転運動を実行し、前記測定装置用のトリガ信号が、前記切断工具と前記ワイヤとの係合直前の測定時間に生成されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
7. ばね巻きによって螺旋ねじ（２００）を製造するためのばね巻き機（１００）であって、
   ワイヤ（１１５）を成形装置（１２０）に供給するための供給装置（１１０）であって、
   前記成形装置が少なくとも１つの巻き工具（１２２、１２４）と少なくとも１つのピッチ工具（１３０）とを有する供給装置（１１０）と、
   成形動作の終了後に、完成した螺旋ばねを前記供給されたワイヤから分離するための切断装置（１５０）と、
   前記成形動作中に前記螺旋ばねで測定を実行するための測定装置と、
   ＮＣ制御プログラムに基づいて前記供給装置、前記成形装置、前記測定装置および前記切断装置を制御するための制御装置（１８０）と、
   を備えるばね巻き機（１００）において、
   前記供給装置が前記ワイヤの連続供給のために構成され、前記切断装置（１５０）が、回転駆動することができる切断工具（１５２）を有し、前記完成した螺旋ばねがフライング回転切断によって前記供給されたワイヤから分離されるように、前記ばね巻き機が構成されることを特徴とするばね巻き機。
8. トリガ信号が、前記切断工具と前記ワイヤとの係合直前の測定時間に前記測定装置のために生成されるように、前記制御装置が構成されることを特徴とする請求項７に記載のばね巻き機。
9. 前記ばね巻き機が、請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法を実行するように構成されることを特徴とする請求項７または８に記載のばね巻き機。

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