JP2019032308A - 光学式センサ備える座標測定装置及びその方法 - Google Patents

Abstract

【課題】歯車部品を光学的に計測する光学式センサを備える座標測定装置を提供する。【解決手段】座標測定装置（１０）は、制御軸（Ａ１，Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）を備え、回転軸（Ａ１）として使用される軸の周りを回転可能に駆動可能な、測定される歯車部品（１１）のためにレセプタクル（１３，１４）を備え、角度センサ（１６）を備え、測定アセンブリ（１７）を備える。座標測定装置は、制御軸によって歯車部品に対して測定アセンブリの動作を行うように構成される。測定アセンブリは光学式で非接触式に動作するセンサ（２０）を備える。センサは、測定センサとして構成され、また測定アセンブリに配置され、歯車部品の方向に光（ＬＳ）を発することができる。角度センサが、回転軸に対するレセプタクルの回転位置に応じて、回転角度特定信号（ｓＡ１）を与えるように構成され、測定センサが、作動状態で、回転角度特定信号によって動作可能である。【選択図】図２

Description

本発明は、歯車部品を光学的に計測する光学式センサを備える座標測定装置及びその方法に関する。

多くの技術分野では、部品の正確な測定は非常に重要である。

例えば、表面の性状及びプロファイルを接触式に得る様々な測定装置が存在する。機械的走査では、走査先端が、測定される表面上で一般的に案内される。結果は、走査の移動によって得られる信号である。信号は表面プロファイルについての報告を可能にする。

そのような測定を生産工程の範囲でできるだけ速く正確に行う要求がある。上述の機械的走査は非常に正確であるが、残念ながら極めて遅い。従って、機械的測定は、生産過程へ統合する多くの場面に適さない。先行技術では、機械的走査測定が、例えば、ずれを生じたときに、稼働している生産工程における補正方法に関与し得るように、例として一連の生産からそれぞれの部品を検査するために使用される。

一見すると、光学式測定は機械的測定の代替となり得る。光学式の測定センサの使用は測定において理想的である。しかし、光学式の測定センサは歯の測定についての要求への適合を様々な理由でただ制限するのみであることが示される。歯の測定に当てはまる特別な要求又は基準は、
好ましくない走査角度、
例えば歯の側面の光沢面、
隣接した歯による影、
測定精度についての高い要求（０．１〜０．５μｍ）、
（例えば油による）汚れの問題、
測定される部品の歯と衝突するときのセンサの破壊の危険性、
及び例えば狭い歯の隙間における多重反射による屈折又は反射効果への干渉である。

公知の光学式に動作する干渉センサは、非常に正確で、非常に高い分解能を有する。しかし、この種のセンサでは、表面までの距離は小さくなければならない。また、受光角は非常に小さくなければならない。これは、これらのセンサを使用し得るために、センサ端は歯の隙間に向けて突出していなければならないことを示す。しかし、センサは、歯の隙間の外側に配置されていれば、高速な測定に有利である。さらに、そのような干渉センサは非常に高価である。

レーザ三角測量センサの原理に従って動作するセンサは、高い測定周波数と大きな受光角を有する。センサは、異なる測定範囲、作動距離、及び分解能を含み得る。従って、歯の隙間の外側にセンサを配置することが可能である。歯の隙間の外側にセンサを配置することは高速な測定に必要である。しかし、残念ながら、測定範囲が小さく（２〜５ｍｍ）、また測定距離が小さい（１０〜５０ｍｍ）とき、レーザ三角測量センサは歯の測定にただ実質的に正確なだけである。

共焦点色度光学式センサは、上述の条件を満足させたいとき、高い分解能を有するが、大きな口径を要求する。従って、広い光円錐が生じる。残念ながら、急勾配の走査角度が、光円錐の影が隣接した歯にかかることを避けたいとき、歯の測定のときに生じる。しかし、センサは、急勾配の走査角度で反射された使用可能な光信号を受け取らない。

例えば、歯車部品の生産の範囲で、理想的には、生産のとき、又は生産後すぐに、それぞれの歯車部品を検査することができるように、歯の高速な測定を行うことができる必要がある。

高速で正確な測定が歯車部品に行われ得る装置及びその方法を提供することが本発明の目的である。

特に、測定のタスクは、長い測定時間を有し、非常に頻繁に歯に行われる。測定のタスクは、本発明の装置及び方法によってさらに高速で行われることになる。

そのような測定のタスクは、例えば、インデックス測定である。歯の側面から歯の側面までの距離がインデックス測定で定められる。

本発明の目的は、請求項１に記載の座標測定装置によって、及び請求項１２に記載の方法によって達成される。

本発明に記載の座標測定装置は、少なくとも１つの（ＮＣ）制御軸、測定される歯車部品の回転可能に駆動可能なレセプタクル、及び測定アセンブリを備える。座標測定装置は、歯車部品に対する測定アセンブリの相対的な動作（送り込み動作、及び、又は測定動作）を行うように構成される。本発明に記載の座標測定装置はさらに角度センサを備える。また、座標測定装置は、
測定アセンブリが光学式で非接触式に動作するセンサを備え、
センサは、測定センサとして構成され、測定アセンブリに配置され、そのため、この歯車部品がレセプタクルに配置されているとき、歯車部品の対象面の方向に光軸に沿って光を発することができ、
角度センサが、回転軸として使用される軸の周りでのレセプタクルの回転位置に応じて、回転角度特定信号を与えるように構成され、
及び測定センサが回転角度特定信号によって作動状態に切り替えられることを特徴とする。

相対送り込み動作は、すべての実施形態の動作であり得る。送り込み動作は、例えば、
回転軸として使用される制御軸の周りでレセプタクルを適切な開始角度位置に回転可能に駆動させることで（例えば軸Ａ１の回転によって）歯車部品を回転させ、
歯車部品又は歯車部品の対象面と（例えば軸Ｙ１の直線動作による）測定センサとの間の相対距離をそれぞれ設定し、
測定センサに対して歯車部品を適切な垂直位置に（例えば軸Ｚ１の直線動作によって）動かし、
測定センサに対して歯車部品を適切な水平位置に（例えば軸Ｘ１の直線動作によって）動かすために要求される。

また、すべての実施形態では、例として上述の２つ以上の送り込み動作が、測定される歯車部品の対象面に対して測定センサを開始位置に動かすために行われ得る。

また、測定方法に応じて、測定動作は所定の実施形態で任意に行われる。測定動作は、
例えば、測定センサが使用されるとき、測定センサに対して歯車部品を（例えば、軸Ａ１の周りでの回転によって）回転させ、
測定センサが使用されるとき、測定センサに対して歯車部品を動かすために要求される。

また、すべての実施形態では、例として上述の２つ以上の測定動作が行われ得る。

本発明の装置は、好ましくは少なくとも１つの（ＮＣ）制御軸を備える。例えば、制御軸は、測定センサに対して歯車部品を回転可能に駆動させる回転軸であり得る。

本発明は、少なくとも１つの光学式測定センサの使用に基づく。本発明は、歯車部品が、測定センサに対する予め定められた角度位置に達するとき、それぞれの場面で測定信号を与えるだけで、すなわち回転角度特定信号によって始動させられるこのセンサ又はダウンストリーム回路によって、高精度で高速な距離確認を可能とする。

測定センサは、少なくとも一部の実施形態では、歯車部品の角度位置に応じて好ましくはオンとオフを切り替えられる。オンに切り替えられた状態では、測定センサは作動する。すなわち、この状態では、測定センサは、歯車部品を測定するために対象面から反射された光学的な信号を得る。すなわち、測定センサは、走査するときに動作する光学式の測定センサとして使用される。

測定センサは、好ましくは少なくとも一部の実施形態で構成される、又は設けられる。そのため、測定センサは、対象面が適切な測定距離に配置されている場合、測定信号を与える。測定信号は測定センサと対象面との間の現在の距離に比例する。

測定センサは少なくとも一部の実施形態で構成され得る、又は設けられ得る。そのため、測定センサは、測定信号を与えるために、作動状態にある対象面の方向に光を発し、この光の反射された成分を受け取るように、回転角度特定信号によって直接的に又は間接的に作動する。

一方、測定センサは少なくとも一部の実施形態でも構成され得る、又は設けられ得る。そのため、測定センサは、測定信号を与えるために、作動状態にある光の反射された成分を受け取るように、回転角度特定信号によって直接的に又は間接的に作動する。このとき、測定センサは、光の反射された成分の受光、及び、又は処理が測定センサの作動状態で行われるだけである場合、永続的に光を発する。このとき、光は、受光、及び、又は処理がオンとオフを切り替えられる場合、半永続的に発せられる。

例えば、測定センサの公称距離は少なくとも一部の実施形態で５〜５０ｍｍの範囲となり得る。

例えば、測定センサの測定範囲は少なくとも一部の実施形態で±０．３ｍｍの範囲となり得る。

本発明の座標測定装置は少なくとも回転軸の高精度な位置決めを可能とする。（座標測定装置の回転軸又は複数の軸がＮＣ制御される。）

光学式測定センサが作動しているとき、測定センサは、即座に、又は処理の遅れを伴って測定信号を与えるように反射光を得る。

測定センサと対象面との間の現在の距離、及び、又は対象面の現在の角度位置は、すべての実施形態で測定信号から定量的に任意で定められ得る。

測定センサと対象面との間の現在の距離、及び、又は対象面の現在の角度位置は、すべての実施形態で測定信号から定性的に任意で定められ得る。

本発明の実施形態は、測定方法が、歯車部品の１周以上の回転と組み合わされた小さな相対送り込み、及び、又は測定動作のみを有利に備える点で、好ましい。そのような実施形態は、走査するときに動作する光学式測定センサの高い速さを利用する。

本発明の実施形態は、測定方法が、回転可能に駆動している歯車部品に基づく点で、特に好ましい。光学式測定センサは特定の角度位置又は角度範囲で測定を行うだけである。

測定センサは、それぞれの場面で、測定位置ごとに、相対送り込み動作によって適切な公称距離に好ましくは移動される必要がない。むしろ、公称距離は、測定工程全体の間、保持される。

歯車部品の接触式のインデックス測定は、従来、歯の側面ごとに数秒かかる。そのため、数分の測定時間が歯車部品全体で生じ得る。本発明の座標測定装置は、光学式の測定センサと、ハードウェア、及び、又はソフトウェアの形式の制御系を備える。例えば、本発明の座標測定装置を使用することで、インデックス測定が１分よりも著しく小さい数秒以内に同じ歯車部品のすべての歯の側面で行われ得る。

本発明に記載の歯面測定の方法は、センサを移動させることによるセンサから表面までの距離の変化を利用せず、むしろ歯車の一連の回転、及び当業者の歯車の表面に対するセンサの配置による、センサから表面までの距離の変化を利用する。従って、本発明によれば、歯車の特性は、すなわちセンサの光に歯の側面を周期的に繰り返し近づけることで、連続的な回転の間に利用される。センサは、歯車部品が特定の角度位置に達している場合、常に作動される。

本発明は、適切な全体の配置に基づく。この配置では、歯車の表面とセンサとの間の相対距離は周期的に変化する。特定の角度位置に達すると、始動信号がそれぞれの場面で生じる。また、瞬間的な距離の値が、例えば、アナログ計測信号、及び、又はデジタル計測信号の形式で、さらなる処理に向けて得られる。本発明の測定方法が現実に行われる場合、測定方法は、センサの直線状の変位に基づかず、むしろ歯車部品の連続な回転に基づく。

本発明の方法はインデックス測定に特に適する。歯車部品の高速で連続的な回転がインデックス測定の間に行われる。このとき、センサは歯車部品の回転軸に対して（少なくとも時々）動かない。従って、高速で測定された値を得ることが可能である。

インデックス測定についての本発明に記載の方法の利点の１つは、小さな測定範囲を有するセンサが使用され得ることである。測定範囲は、目標の位置から歯の側面の位置までの予想されるずれよりも多少大きければ、十分である。また、センサはこの小さな測定範囲で正確な測定値を与えるだけでよい。これは様々なセンサを使用して可能である。

測定が歯底円と歯先円との間のおよそ中間で（例えば直接的にピッチ円で）行われ得るようにすることは本発明に記載の方法のさらなる利点である。従って、隣接する歯による影が実質的に避けられ得る。また、反射光の干渉が起こらない。

小さな測定範囲を有するだけで、この範囲で高い精度を有するセンサが使用され得ることは本発明に記載の方法のさらなる利点である。

一部の実施形態のさらなる利点は、インデックス測定の測定位置が（歯底から歯先までとみなされる）歯の側面の中間に配置されることである。従って、大きすぎる平面走査角度が生じない。

一部の実施形態のさらなる利点は、走査条件は常に同じということである。従って、信号の変化が起こらない。

一部の実施形態のさらなる利点は、センサが始動パルスの間に測定信号を与えるだけでよいことである。従って、非常に連続的な走査周波数を保証するセンサは全く必要でない。

本発明に記載の装置及び本発明の方法は、センサを追うこと、又は歯の隙間に向けてセンサを突出させることが必要でなく、連続で高速な回転が使用可能にされるため、歯の高速な測定を可能にする。

本発明に記載の座標測定装置及び方法の有利な実施形態は、従属請求項から考えられ得る。

本発明は、歯車の１次元、２次元、及び３次元表面測定と併せて使用され得る。

本発明の代表的な実施形態は、図を参照してより詳細に後述される。
本発明に記載の光学式測定センサを備える座標測定装置の斜視図である。 本発明の光学式測定センサを備える座標測定装置の一部の拡大斜視図である。 本発明に記載の光学式測定センサを備えるさらなる座標測定装置の斜視図である。 本発明の基本的な原理を説明するために使用される、最上段の線には歯の数ｎが示され、角度Ｗの下方の線には（ここでは歯のラックとして示される）歯車部品の歯のプロファイルが示され、歯のプロファイルの下には回転角度特定信号ｓＡ１が示され、下から２番目の線には測定信号が示され、最下段の線にはインデックス誤差τが示される概略図である。 本発明のさらなる実施形態の第１のスナップショットの概略図である。 図５Ａの実施形態の第２のスナップショットの概略図である。 本発明のさらなる実施形態の概略図である。

関連する文献及び特許でも使用される用語が本明細書と併せて使用される。しかし、これらの用語の使用は、より良い解釈をもたらすだけであることを特筆される必要がある。本特許の請求項の発明の概念および保護の範囲は用語の特定の選択による解釈に限定されない。本発明は、他の用語のシステム、及び、又は技術分野に容易に移されることができる。用語が他の技術分野では適切に準用される必要がある。

図１に示される本発明の第１の実施形態は、自動式でＮＣ制御の歯測定センタ１０に関する。歯測定センタ１０は座標測定装置１０として本発明で一般に参照される。座標測定装置１０は、少数の可能な用途のみを列挙すると、平歯車の歯、カッターホイール、シェービングカッターホイール、ウォームとウォームホイール、ホブカッター、及びかさ歯車、さらに回転対称の加工対象物の全体寸法、形状、及び位置のずれを検査する原理と、曲線とカムシャフトの測定又はロータ測定の原理に適している。

しかし、本発明の範囲では、座標測定装置１０は、平歯車、かさ歯車、キー溝、滑り歯車、クラッチ要素、ロータのような歯車部品１１の高速で信頼性のある測定に関する。

すべての実施形態では、光学式センサ２０が使用される。光学式センサ２０は測定センサとして使用される。すべての実施形態の範囲で必要に応じて使用され得る後述する２つの方法は区別される。光学式センサ２０が、光学式の測定を行うために測定作動状態へ短時間で移される、または、光学式センサ２０が、より長い時間周期で作動するかのいずれかである。また、光学式センサ２０の出力信号の解析、及び、又は処理が短時間で作動される。これは回転角度特定信号ｓＡ１によって両方の場面で行われる。回転角度特定信号ｓＡ１は光学式センサ２０又はダウンストリーム回路に直接的又は間接的に作用される。

光学式センサ２０の作動、及び出力信号の解析又は処理は本明細書では作動状態として記載される。

図示される例では、座標測定装置１０は、ＮＣコントローラ１２によって駆動可能な（ターン）テーブル１３、及び任意で共回転センタリング手段１４を備える。（ターン）テーブル１３と共回転センタリング手段１４は、図１の平歯車１１に基づいて示されるように、測定される部品１１が（ターン）テーブル１３とセンタリング手段１４との間で同軸に掴まれ得るように配置される。図１、図２、及び図３では、平歯車１１の歯は、概略的にのみ示される。

図示される例では、平歯車１１はシャフト１１．１を有する。シャフト１１．１は上方と下方に向けて伸びる。ＮＣコントローラ１２は、ドライブユニット又は座標測定装置１０の様々な軸のモータに接続される。ドライブユニット及びモータの要素はパネルの裏側に配置されるため、これらの詳細は図１には示されない。

（図示されない）ドライバは、好ましくは（ターン）テーブル１３に連結される。ドライバは回転駆動によって第１回転軸Ａ１の周りを回転可能であり、ＮＣコントローラ１２によって制御される。随意センタリング手段１４は（例えば）アーム１４．１に取り付けられ得る。アーム１４．１は、二方向矢印１４．２によって示されるように、垂直に移動され得る。共回転センタリング手段１４は、共回転センタリング手段１４が垂直軸の周りを回転し得るようにアーム１４．１に配置される。この垂直軸は回転軸Ａ１に合致する。また、共回転センタリング手段１４は歯車部品１１を掴んでいる間の復元力に反して上方に移動され得る。

本発明の座標測定装置１０は共回転センタリング手段１４又はカウンターホルダを備える必要はない。センタリング手段のない本発明の座標測定装置１０の例は図１に示される。（ターン）テーブル１３の構造と歯車部品１１の（ターン）テーブル１３への固定は必要に応じて別々に実施される。

図２及び図３では、本発明のさらなる実施形態が示される。図１についての記載は図２及び図３にも転用される。

本発明に記載の座標測定装置１０では、角度測定システム（角度エンコーダ又は角度センサ）１６は好ましくはターンテーブル１３に関連する。角度測定システム１６は信号ｓＡ１を与える。信号ｓＡ１は、ドライバ又は（ターン）テーブル１３それぞれの駆動側角度位置についての正確な報告を可能にする。角度測定システム１６は、例えばテーブル１３の下方に配置されて、図１では図示されない。そのような角度測定システム１６は、黒のポインタ１６．１を有する角度スケールによって概略的に図２の右端に示される。ポインタ１６．１は、信号ｓＡ１を与え、信号ｓＡ１をセンサ２０に送信する。そのような角度測定システム１６は図３にも示される。信号ｓＡ１は、本明細書では回転角度特定信号として記載される。

例えば、回転角度特定信号ｓＡ１はすべての実施形態で単純なインデックス信号となり得る。インデックス信号は、ｎ個の歯を有する歯車部品の場合にｎ個のパルスを出力する。このパルスは歯車部品の目標の角度位置に正確に同期される。

本発明の態様は図４と併せて記載される。図４は非常に概略的な図である。この例は、合計で６歯を有する、すなわち歯の数ｎが６の歯車部品１０に関する。図４では、歯車部品１０は展開された形状で示される。この展開された形状では、歯車部品１０は歯のラック１５に類似している。また、歯のラック１５は数ｎが６の歯を有する。関連した角度Ｗは歯のラック１５の図の上方に示される。図４の最上段の線では、歯は、数ｎが１から６までである連続した番号付けがされる。

歯車部品１０の歯の側面の目標の位置は（例えば設計データから）既知であるため、図４の歯のラック１５の下方に直接示されるように、装置１０の角度センサ１６は回転角度特定信号ｓＡ１を生じ得る。例を用いて示される回転角度特定信号ｓＡ１は短いパルスを備えるだけである。これらのパルスはインデックス測定の測定位置をそれぞれ定める。

（図４には図示されない）測定センサ２０は（角度Ｗの関数として図４に示された）回転角度特定信号ｓＡ１によって始動される。一方、測定センサ２０は歯車部品１０に対して配置される。そのため、光ＬＳはそれぞれの歯の右側面に入射される。光はそれぞれの右側面から測定センサ２０に戻って反射される。反射された光は、処理され、例えばアナログ測定信号Ｍｓを生じる。図示された例は、数学的に正確に定められた目標の歯車部品のモデルに関するため、歯車部品１０のすべての歯の側面は、予め定められた位置に正確に取り付けられる。従って、この理論的な場面では、測定センサ２０はそれぞれの側面で所定の測定信号Ｍｓを生じる。図示される例では、測定信号Ｍｓは５Ｖの振幅を有する。

測定信号Ｍｓは、すべての実施形態で例えばハードウェア、及び、又はソフトウェアによって解析され得る。図示される場面では、５Ｖの信号の振幅は０°のインデックス誤差τに合致する。従って、インデックス誤差τが歯のラック１５のそれぞれの歯の右側面の角度の値として０°であることが図４の最下段の線に示される。

さらなる態様が図５Ａ及び図５Ｂに基づいて後述される。歯車部品１０の３個の歯１．１、１．２、及び１．３のみが、それぞれの２つの図に示される。図５Ａ及び図５Ｂでは、光学式センサ２０は概略的に示されるだけである。光学式センサ２０は測定センサとして使用される。光学式センサ２０は歯車部品１０の歯の側面の方向に光円錐ＬＳを発する。反射された光の成分、及び光学式センサ２０の検出器は個別に図示されない。光学式センサ２０は、ピッチ円ＴＫに配置される第１の歯１．１の右側面２．１の測定位置から測定距離ＭＡに配置される。

（図５Ａ及び図５Ｂに図示されない）角度測定システム１６は回転角度特定信号ｓＡ１を与える。センサ２０は、この回転角度特定信号ｓＡ１が例えばセンサ２０を作動させるたびに、測定信号Ｍｓの形式、及び、又は、デジタル測定された値Ｍｗの形式で、測定された現在の歯の側面までの距離を与える。このため、センサ２０は、図５Ａ及び図５Ｂに示されるように、少なくとも一部の実施形態で出力２１を有し得る。現在の測定された距離は測定信号Ｍｓ又は測定値から特定され得る。

図５Ａ及び図５Ｂでは、代替の解決法が示される。上述されたように、センサ２０は直接的又は間接的のいずれかで作動状態に切り替えられる。この場面では、信号ｓＡ１が、図５Ａ及び図５Ｂに示されるように例えばセンサ２０に作用される。一方、信号ｓＡ１を使用して所定の回路に影響を及ぼすことも可能である。所定の回路はセンサ２０のダウンストリームである。図５Ａ及び図５Ｂでは、回路４０はダウンストリーム回路として使用される。回路４０は信号ｓＡ１によって切り替えられる。（この代替の解決法は図５Ａ及び図５Ｂの破線の矢印によって示される。破線の矢印は、符号ｓＡ１を記載され、ブロック４０を指し示す。）この場面では、出力信号Ｍｓ若しくは出力値Ｍｗの解析又は処理は作動状態とされる。

すべての実施形態では、所定の距離は、変換又は再計算を行う（図５Ａ及び図５Ｂでは解析装置４０とされる）ハードウェア、及び、又はソフトウェアによって定められ得る。解析装置４０は、例えば（バッファ）メモリ１８（図２参照）との接続２２によって、（相対値又は絶対値として）所定の距離を移し得る。この値は、すべての実施形態の（バッファ）メモリ１８において、（図５Ａに示される例では数ｎが１の歯で、）好ましくはそれぞれの歯に関連する。

歯車部品１０が（図１、図２、及び図３の回転軸Ａ１の周りを）連続して回転することは、図５Ａの曲がり矢印ω１によって示される。

図５Ｂは次の時点でのスナップショットを示す。このとき、歯車部品１０は所定のインデックスτによってさらに回転する。（図５Ｂでは、歯車部品１０は時計回りに回転する。）すなわち、図５Ｂは、回転角度特定信号ｓＡ１の次のパルスが再びセンサ２０を作動させるときを示す。まさにこのとき、回転角度特定信号ｓＡ１はセンサ２０に達する。また、センサ２０は歯１．２の側面２．２までの現在の距離を測定する。図５Ｂでは、歯１．２の右側面２．２の位置は目標の位置からわずかにずれることが示される。目標の位置は破線によって示される。回転角度特定信号ｓＡ１が与えられるとすぐに、図示されたセンサ２０は所定の距離を測定する。この距離は、図５Ａの歯１．１で測定された距離よりも少し大きい。これは、歯１．２の右側面２．２が、歯車部品１０が時計回りに回転すると、少しずれるためである。図５Ｂに示す例では、有効な測定された距離は測定距離ＭＡよりも少し大きい。また、この図示の例では、歯の隙間３は目標の幅よりも広いことを記載し得る。

図５Ｂでは、歯の側面の位置が、（すなわち、図示されるピッチ円ＴＫでの）インデックス測定の間に走査され得ることが示され得る。図示されるセンサ２０の「光円錐」でも、一般的な共焦点色度センサのように、遮られない。また、走査角度は過度に平坦でない。

図４の数値例に戻り、座標測定装置１０は、図５Ａの状況で、右側面２．１が正確に目標の位置にあることを認める。測定信号Ｍｓは正確に５Ｖである。（５Ｖは、この例では、目標位置に対する０°のずれに相当する。）

図５Ｂの場面では、例えば、測定信号Ｍｓは、側面２．２までの距離が図５Ａのときよりも少し大きいため、５．０３Ｖである。例えば、５．０３Ｖの電圧は１’の角度（１分の角度）のずれに相当する。

これらの数値例は、説明のために単に使用され、限定するものとして解釈されない。

本発明と併せて、測定距離Ｍａは光学式センサ２０と対象面ＯＥとの間の理想距離を定める。多くの場面では、歯車部品１０の歯の側面は歯の測定の間で対象面ＯＥとして使用される。また、対象面ＯＥは本発明のすべての実施形態で歯車部品１０のもう一つの位置に配置され得る。

測定距離Ｍａは、本発明のすべての実施形態で好ましくは５〜１００ｍｍの間である。１０〜５０ｍｍの間の範囲の測定距離Ｍａを有し、この測定距離Ｍａで０．１μｍの精度を有するセンサ２０は特に適切である。

すべての実施形態で、光学式センサ２０、すなわち直線状の測定信号Ｍｓを測定範囲内で与える光学式センサ２０の出力信号が好ましくは使用される。そのような直線状の測定信号Ｍｓは、（例えば、解析装置４０を使用することで）特に走査値、及び、又は角度値にのみ変換され得る。

すべての実施形態で、対象面ＯＥ上の光点として光ＬＳを投射する光学式センサ２０が好ましくは使用される。一方、対象面ＯＥ上に線、面（例えば、平面の縞模様）、３次元パターン（例えば、ホログラム）を投射する光学式センサ２０もすべての実施形態で使用され得る。

後述するセンサは光学式センサ２０として上述の内容に適する。
測定工程で動作するレーザ三角測量センサは、レーザを備え、光ＬＳを発し、ＰＳＤ、ＣＣＤ、又はＣＭＯＳ検出器を備える。（ＰＳＤは位置敏感型検出器を表し、ＣＣＤは電荷結合素子を表し、さらにＣＭＯＳは相補型金属酸化膜半導体を表す。）そのようなセンサ２０は、少なくともすべての実施形態の一部でレーザダイオードを好ましくは備える。レーザダイオードは、反射光の成分の像を検出器の光学的な活性領域に写すために、ＰＳＤ又はＣＣＤ線検出器の前方で光源としてのレーザシステムとさらなるレーザシステムを備える。小型の半導体構造は、特にＰＳＤ、ＣＣＤ、及びＣＭＯＳ線検出器として適する。反射光の成分は、光学式センサ２０と対象面ＯＥとの間の距離に応じて、検出器の光学的な活性領域に対して動く。この距離は検出器の光学的な活性領域から定められ得る。
測定工程で動作する共焦点色度センサは、光源を備え、光ＬＳとして白光、又は複数の波長成分を有する光を発する。これらのセンサ２０は、様々な波長成分を様々な距離で焦点を合わせるためにレンズアセンブリを光ＬＳの光路で備える。反射光の成分は、色成分を解析するために、（好ましくは光ファイバーを通って）分光器に伝達される。最大値と分析された波長は対象面ＯＥまでの距離を疑似コード化する。光ＬＳが、例えば青、緑、及び赤の波長成分を備えるとき、分光器での緑の波長の最大値は目標距離を示す。反射光の成分の最大値が青の範囲であれば、例えば、短い測定距離が検出される。反射光の成分の最大値が赤の範囲であれば、例えば、長い測定距離が検出される。
測定工程で動作するコノスコープセンサはホログラフィの原理に基づく。そのようなコノスコープセンサは、すべての実施形態で単色の光源として機能するレーザを好ましくは備える。光ＬＳは対象面ＯＥの方向に投射される。反射光の成分は、対象レンズ及び多重反射結晶によって検出領域で像を写される。この方法で生じた干渉パターンは、コノスコープセンサから対象面ＯＥまでの距離を確認するために解析される。

対象面ＯＥとして使用される歯車部品１０の領域が非常に小さな表面粗さを有するため、乱反射が光ＬＳの入射で部分的に起こる。

隣接する歯による影の問題が歯車部品１０に起こり得るため、レーザ三角測量センサを使用するすべての同様の実施形態で、三角測量の三角形の調整は歯の隙間の方向に適合される。

図６は所定の光学式センサ２０を概略的に示す。この光学式センサ２０はコノスコープセンサの原理に応じて動作する。光学式センサ２０は光源、すなわち好ましくはレーザダイオードＬＤを備える。レーザダイオードＬＤは光ＬＳを発する。光ＬＳは、例えば対象面ＯＥ（図６では歯の側面２．１）の方向のビームスプリッタ２３で偏向される。光ＬＳは光点ＬＰを生じる。距離測定はこの光点ＬＰで行われる。距離測定における乱反射された光の成分は光軸の方向に返る。光学式センサ２０はレンズ群又は撮像光学装置２４を好ましくは備える。図６では、レンズ群又は撮像光学装置２４は単なる１つのレンズで示される。レンズ群又は撮像光学装置２４は、検出器２６の活性検出領域２５の複屈折結晶を通して（図６では破線で示される）光の成分の像を写す目的で使用される。この特有な構造を用いて、所定の距離の情報を有する干渉パターンが検出器に生じる。この干渉パターンは、所定の距離の測定信号Ｍｓ、及び、又は測定値Ｍｗを得るために電気回路又はコンピュータによって解析される。測定信号Ｍｓ、及び、又は測定値Ｍｗは、例えば出力２１によって与えられ得る。

図６に示されるように、光学式センサ２０のすべて又は一部の要素は機能ユニットに組み合わされ得る。信号ｓＡ１は、上述したようにセンサ２０を始動させるために使用される。

この原理に応じて動作する光学式センサ２０は利点を有する。この利点は、光ＬＳが、案内される、又は結合されることである。そのため、光ＬＳは反射光の成分と同軸に伸びる。従って、検出領域は光ＬＳと同軸に配置され得る。すなわち、光ＬＳの光軸は反射光の成分の光軸に一致する。従って、歯の隙間とのセンサの調整は、三角測量センサの場合のように必要ではない。

すべての実施形態では、解析装置４０の一部又は解析装置４０の全体は、光学式センサ２０に、例えばセンサ２０の筐体に統合され得る。この場面では、センサは測定データ又は測定値Ｍｗを接続２２によってデジタル形式で与える。

すべての実施形態では、不調判定機能が後述するように与えられ得る。例えば、反射された光の成分の残りの強度が感度の閾値よりも低いため、光学式センサ２０が、どんな構造であっても、信頼性のある信号を確認できないとき、このセンサ２０は、出力２１又はもう一つの出力で警告信号を発し得る。この警告信号が与えられるとすぐに、解析装置４０、及び、又は座標測定装置１０は、距離の値が対応する対象面ＯＥで確かめられないことを把握する。この場面では、測定工程は中断され、例えば再開され得る。

上述のように、角度測定システム又は角度センサ１６は、信号ｓＡ１を与えるために構成される。信号ｓＡ１は、（ターン）テーブル１３と、それに伴って部品１１の瞬間の駆動側角度位置についての報告を可能にする。図２では、この信号の供給は、符号ｓＡ１を有する破線矢印によって示される。図４では、代表的な信号ｓＡ１が回転角度Ｗの関数として示される。図５Ａ、図５Ｂ、及び図６では、信号ｓＡ１は、光学式センサ２０で信号を切り替える、又は始動するように作用される。

本発明によれば、座標測定装置１０は複数のＮＣ制御軸を備え得る。図１に示される代表的な実施形態では、例えば、ＮＣ制御軸は３本の直線軸Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１及び上述の回転軸Ａ１である。これらの軸Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１、Ａ１は、部品１１に対して取り付けられた光学式センサ２０を含む測定構造１７の相対送り込み動作、及び、又は相対測定動作を行うために構成される。

図１、図２、及び図３に示されるＮＣ制御軸Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１、Ａ１の配置は例として認められる。ＮＣ制御軸も異なって配置され得る。また、例えば、ＮＣ制御軸の数は、図１、図２、及び図３で示されるよりも少なくてもよい。

実際の相対測定動作は回転軸Ａ１の周りでの歯車部品１１の回転駆動によって起こる。従って、実際の相対測定動作は、座標測定装置１０が制御軸として回転軸Ａ１を持つだけであれば、原則として十分である。例えば、軸Ｙ１でのセンサの直線状の送り込みによる距離の変化は、実際の測定の間に起こらない。

回転角度特定信号ｓＡ１は、回転角度特定信号ｓＡ１の設定に応じて、例えばゲートのイネーブル入力に作用され得る。切り替え信号ｓＡ１が論理値「０」から論理値「１」に切り替わるとき、イネーブル入力は、例えば、光学式センサ２０の作動を生じる。

光学式センサ２０は、アクティブ測定状態からパッシブ測定状態への自動的な変化のために、好ましくはすべての実施形態で構成される。

本発明によれば、少なくとも一部の実施形態では、光ＬＳの入射角は、光ＬＳが金属の歯車部品１１の測定に関するのであれば、すべての実施形態で好ましくは±０°と±６０°の間の角度範囲である。

少なくとも一部の実施形態での特に好ましい入射角は、０°と±４５°の間の角度範囲である。（これらの角度の諸元は、表面に垂直に入射する光ＬＳは角度０°に相当するという前提に基づく。）

座標測定装置１０は、少なくとも一部の実施形態で、ハードウェア、及び、又はソフトウェアから構成される一種の制御系を好ましくは備える。この制御系の意図及び目的は、光学式センサ２２の歯車部品１１への送り込みの間の相対動作の制御、及び、又は、実際の測定を行うときの相対測定動作の実行である。

図１及び図３は、それぞれのコントローラ１２の一部としてソフトウェアモジュールＳＭを例によって示す。コントローラ１２は好ましくは上述の制御系の一部又は主要部である。ソフトウェアモジュールＳＭ、及び、又は、制御系は、（信号ｓＡ１によって示される）目標の角度位置と、測定信号Ｍｓ、及び、又は測定値Ｍｗから、歯車１１の対象面ＯＥの少なくとも１つの幾何学的諸元（例えば、回転軸Ａ１に対する歯の側面の角度位置）を確認するために構成される。

平歯車の測定は説明が簡単であるため、上述の例は主に平歯車１１に関する。一方、本発明は、かさ歯車１１、ウォームギア、歯切り工具、及び他の歯車部品１１の測定に使用される。

１．１，１．２，１．３：歯
２．１，２．２：歯の側面
３：歯の隙間
１０：測定装置、座標測定装置
１１：歯車部品
１１．１：シャフト
１２：ＮＣコントローラ
１３：（ターン）テーブル
１４：センタリング手段
１４．１：アーム
１４．２：移動可能性
１５：歯のラック
１６：角度測定システム、角度センサ、角度デコーダ
１６．１：ポインタ
１７：測定構造、測定配置
１８：メモリ
２０：光学式センサ、測定センサ
２１：出力
２２：接続
２３：ビームスプリッタ
２４：レンズ群、撮像光学装置
２５：検出領域
２６：検出器
４０：解析装置
Ａ１：回転軸
ＬＤ：レーザダイオード
ＬＰ：光点
ＬＳ：光
ＭＡ：測定距離
Ｍｓ：測定信号
Ｍｗ：測定値
ｎ：歯の数
ＯＥ：対象面
ｓＡ１：信号
ＳＭ：ソフトウェアモジュール
ＴＫ：ピッチ円
τ：インデックス誤差
ｘ，ｙ，ｚ：座標
Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１：直線軸
Ｘ１：ｘ軸に平行な相対動作
Ｙ１：ｙ軸に平行な相対動作
Ｗ：（回転）角度
Ｚ１：ｚ軸に平行な相対動作
ω１：回転動作

Claims (14)

1. 少なくとも１つの制御軸（Ａ１，Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）を備える座標測定装置（１０）であって、
   前記複数の軸の１つであって、回転軸（Ａ１）として使用される１つの軸の周りを回転可能に駆動可能な、測定される歯車部品（１１）のためにレセプタクル（１３，１４）を備え、
   角度センサ（１６）を備え、
   測定アセンブリ（１７）を備える座標測定装置（１０）であって、
   座標測定装置（１０）は、少なくとも１つの前記制御軸（Ａ１，Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）によって前記歯車部品（１１）に対する前記測定アセンブリ（１７）の動作を行うように構成され、
   前記測定アセンブリ（１７）が光学式で非接触式に動作するセンサ（２０）を備え、
   前記センサ（２０）は、測定センサとして構成され、前記測定アセンブリ（１７）に配置され、そのため、前記歯車部品（１１）が前記レセプタクル（１３，１４）に配置されているとき、前記歯車部品（１１）の対象面（ＯＥ）の方向に光軸に沿って光（ＬＳ）を発することができ、
   前記角度センサ（１６）が、前記回転軸（Ａ１）に対する前記レセプタクル（１３，１４）の回転位置に応じて、回転角度特定信号（ｓＡ１）を与えるように構成され、
   及び前記測定センサが、作動状態で、前記回転角度特定信号（ｓＡ１）によって動作可能であることを特徴とする座標測定装置（１０）。
2. 前記作動状態が前記センサ（２０）のアクティブ測定状態であって、
   前記測定センサが、アクティブ測定状態からパッシブ測定状態へ変更するように構成されることを特徴とする、請求項１に記載の座標測定装置（１０）。
3. 前記作動状態が前記センサ（２０）のアクティブ測定状態であって、
   座標測定装置（１０）が、前記回転角度特定信号（ｓＡ１）に基づいて前記測定センサを前記アクティブ測定状態に直接的に切り替えるように構成されることを特徴とする、請求項１又は２に記載の座標測定装置（１０）。
4. 前記作動状態が前記センサ（２０）のアクティブ測定状態であって、
   座標測定装置（１０）が、前記測定センサを前記アクティブ測定状態に間接的に切り替えるために、前記回転角度特定信号（ｓＡ１）を予め定められた角度の値と共に処理するように構成されることを特徴とする、請求項１又は２に記載の座標測定装置（１０）。
5. 座標測定装置（１０）が、前記測定センサ又はダウンストリーム回路（４０）を切替信号によって前記作動状態に切り替えるために、前記回転角度特定信号（ｓＡ１）に基づいて前記切替信号を発するように構成されることを特徴とする、請求項１に記載の座標測定装置（１０）。
6. 座標測定装置（１０）は回路（４０）を備え、
   前記回路（４０）は前記センサ（２０）の外側に配置され、
   座標測定装置（１０）は、前記回転角度特定信号（ｓＡ１）に基づいて前記回路（４０）を前記作動状態に切り替えるように構成されることを特徴とする、請求項１に記載の座標測定装置（１０）。
7. 前記測定センサは前記歯車部品（１１）の前記対象面（ＯＥ）と対角線上に設置され、
   前記対象面（ＯＥ）に対する前記光（ＬＳ）の角度は好ましくは±０°から±６０°までの範囲であることを特徴とする、請求項１から６までのいずれか１つに記載の座標測定装置（１０）。
8. 前記測定センサはレーザスポットセンサであって、
   前記レーザスポットセンサは、前記光（ＬＳ）を発するためのレーザ、好ましくはレーザダイオード（ＬＤ）を備えることを特徴とする、請求項１から７までのいずれか１つに記載の座標測定装置（１０）。
9. 座標測定装置（１０）がメモリ（１８）を追加で備え、
   前記メモリ（１８）は、前記角度センサ（１６）が前記回転角度特定信号（ｓＡ１）を与えると、前記角度センサ（１６）のデータ、及び、又は前記光学式センサ（２０）の測定値（Ｍｗ）を蓄積するように構成されることを特徴とする、請求項１から８までのいずれか１つに記載の座標測定装置（１０）。
10. 座標測定装置（１０）がソフトウェアモジュール（ＳＭ）を追加で備え、
    前記ソフトウェアモジュール（ＳＭ）は、前記角度センサ（１６）が前記回転角度特定信号（ｓＡ１）を与えると、前記光学式センサ（２０）の測定値（Ｍｗ）を処理するように構成されることを特徴とする、請求項１から８までのいずれか１つに記載の座標測定装置（１０）。
11. 前記歯車部品（１１）の前記対象面（ＯＥ）の少なくとも１つの幾何学的諸元、好ましくは位置の諸元が前記光学式センサ（２０）の測定値（Ｍｗ）からソフトウェアモジュール（ＳＭ）に基づいて確定されることができ、
    前記ソフトウェアモジュール（ＳＭ）は好ましくは制御系の一部であることを特徴とする、請求項１、２、又は３に記載の座標測定装置（１０）。
12. 自動的に実行する測定手順は、ソフトウェアモジュール（ＳＭ）に基づいて前記歯車部品（１１）のインデックス測定のために、座標測定装置（１０）で行われることができ、
    前記ソフトウェアモジュール（ＳＭ）は好ましくは制御系の一部であることを特徴とする、請求項１から８までのいずれか１つに記載の座標測定装置（１０）。
13. 座標測定装置（１０）において歯車部品（１１）の光学式で非接触式の測定を行う方法は以下のステップを備え、
    前記歯車部品（１１）を前記座標測定装置（１０）に取り込むステップと、
    測定される前記歯車部品（１１）の対象面（ＯＥ）に対する開始位置に非接触式に動作する光学式センサ（２０）を移すように前記座標測定装置（１０）を構成するのであって、前記光学式センサ（２０）は測定センサとして構成されるステップと、
    以下の部分的なステップを有する、前記光学式センサ（２０）を用いて前記歯車部品（１１）の光学式測定を行うステップを備える方法であって、
    座標測定装置（１０）の回転軸（Ａ１）の周りで前記歯車部品（１１）を回転可能に駆動させるステップと、
    前記回転軸（Ａ１）の周りでの前記歯車部品（１１）の現在の回転位置に応じて、角度センサ（１６）によって回転角度特定信号（ｓＡ１）を与えるステップと、
    前記回転角度特定信号（ｓＡ１）が、前記歯車部品（１１）の予め定められた回転位置に到達したことを示すと、前記光学式センサ（２０）又は回路（４０）を作動状態に切り替えるステップであって、前記回路（４０）は前記光学式センサ（２０）のダウンストリームであるステップと、
    前記作動状態におけるそれぞれの状況での前記光学式センサ（２０）の測定値（Ｍｗ）又は測定信号（Ｍｓ）を得るステップを有する方法。
14. 前記歯車部品（１１）のインデックス測定を行うことを特徴とする、請求項１３に記載の方法。

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