JP3943032B2 - 研削機での機械加工中に機械部片の偏心部分の直径を検査する装置 - Google Patents

Description

本発明は、幾何学的軸線を画成する機械部片の実質的に円筒形の偏心部分の直径を、幾何学的軸線を中心とした部分の偏心回転中に検査する装置であって、検査されるべき偏心部分と協働するように構成された、実質的にＶ字形の基準デバイスと、基準デバイスとともに移動可能な計測デバイスと、基準デバイス及び計測デバイスを支持する支持デバイスとを含み、この支持デバイスは、支持要素と、幾何学的軸線と平行な回転軸線を中心として回転するように支持要素に連結された第１回転連結要素と、幾何学的軸線及び回転軸線と平行な追加の回転軸線を中心として第１回転連結要素に対して回転するように第１回転連結要素に連結された、基準デバイス及び計測デバイスを支持する第２回転連結要素と、第１回転連結要素及び第２回転連結要素の回転を制限するとともに、偏心回転中の実質的に円筒形の部分に従う基準デバイスの変位と干渉することなく装置の休止状態を規定する制限基準デバイスとを含む、装置に関する。

研削機での機械加工中に軌道移動を伴いながら回転するピンを検査するための、これらの特徴を備えた既知の装置がある。例えば、本特許出願と同じ出願人が出願した国際特許出願第ＷＯ−Ａ−９７１２７２４号は、ベッド、工作台、研削ホイールスライド、及びこの研削ホイールスライドに連結された研削ホイールを含む研削機におけるクランクシャフトの機械加工中に軌道移動するクランクピンの直径の検査を行うための装置を開示する。この装置は、研削ホイールスライドに連結されており、部片と接触し、部片の軌道移動中、装置の大きな質量に加わる重力によって部片に追従する。装置は、自動車のエンジン用のクランクシャフトを検査するのに特に適しており、適当な質量及びレイアウト寸法を有する。

レイアウトの寸法がかなり大きいため、この種の装置は、図１に示す部片（８）等のコンプレッサー用のシャフト、更に詳細にはその関連した偏心ピン８′を機械加工するのに使用される小型研削機の研削ホイールスライドに連結できない。これらのシャフトの寸法は、クランクシャフトよりも遙かに小さく、コンプレッサー用のシャフトは、代表的には長さが１５０ｍｍ乃至２００ｍｍであり、偏心ピンは直径が約１２ｍｍ乃至４０ｍｍであるのに対し、クランクシャフトは長さが少なくとも５０ｍｍ乃至１００ｍｍであり、クランクピンの直径は例えば４０ｍｍ乃至９０ｍｍの範囲内にある。これらの偏心ピンの機械加工中に直径の検査を行うため、現在使用されている実用的な装置は、イタリア国特許第１２５８１５４号に示されており且つ説明されたものと実質的に同じである。これらの実用的な装置（一例を図２に簡単な形態で示す）は、機械ベッドＢ即ち工作台に連結された二つの定置のゲージングヘッド又は計測ヘッドＨ１及びＨ２を含む。これらのヘッドには、ピンの偏心回転中にピンの軌跡Ｔの直径方向反対側の箇所Ｐ１及びＰ２のところだけでピンと接触するための接触子が設けられている。ピンの直径は、軌跡の前記二つの箇所の位置に関する情報を評価し、検査された部片の寸法を考慮して適切な処理を実施することによって計算される。

この種の検査装置の使用は簡単であるけれども、計測学的な性能を保証することができない。これは、とりわけ、ピンの直径が、部片の二つの反対側の構成で表面の同じ点に接触することによって行われた検査に基づいて「演繹」されるためである。

二つのヘッドのいずれかが検出した何らかの変化が、直径の変化によるのか、形状及び／又は偏心誤差によるのか、又はこれらのファクタの組み合わせによるのかを決定することはできない。更に、二つのヘッドの検出を組み合わせた計測は、更に、ヘッド間に存在する相互の構成によって、及び前記構成の何らかの変化によって悪影響を受ける。更に、検出作業及び加工作業が緩慢であり、検査を受ける部片の公称直径寸法が変化すると必ず、実用的な装置を手動で再設定することが必要になり、従って、このことは、機械の停止時間及びかなりの時間の浪費を意味する。

本発明の一つの目的は、小径のシャフトの偏心ピンを、研削機での機械加工中にピンが偏心回転しているときに検査するための、周知の装置の欠点を解決し、良好な計測学的な性能及び高水準の信頼性及び柔軟性を提供する装置を提供することである。

この目的及び他の目的は、請求項１に記載の装置によって得られる。

本発明による方法は、以下に開示するように、制限された質量とばねの牽引力とによって、高速（毎分数１００回転程度）で偏心回転している部片に追従することができるという利点を提供する。

次に、本発明を、非限定的な一例としての添付図面を参照して以下に詳細に説明する。

図３を参照すると、コンピュータ数値制御（「ＣＮＣ」）研削機１は、スピンドル４を支持するための研削ホイールスライド３が連結されたベッド２を含む。スピンドル４は研削ホイール６の回転軸線５を画成する。研削ホイールスライド３は、図３に矢印Ｆで示すように、ベッド２に対して既知の方法で変位させることができる。

検査されるべき部片、例えば少なくとも一つの円筒形の偏心部分即ちピン８′を有するコンプレッサー用のシャフト８を支持する工作台７は、スピンドルと、心押台（図示せず）との間でベッド２に連結されており、部片８の幾何学的主軸線と一致する回転軸線９を画成している。従って、部片８の回転中、クランクピン８′は軸線９を中心として偏心移動を行う。

ベッド２には、部片８のピン８′の直径方向の寸法及び／又は形状誤差を機械加工中に検査するための装置１０（図４及び図５にも示してある）が連結されている。この装置１０は、シリンダ１４及びピストン１５を含む液圧アクチュエータ１３によって作動される、横方向に変位することができるスライド１２に連結されている。液圧アクチュエータ１３のシリンダ１４は支持体１１によってベッド２に連結されており、ピストン１５はスライド１２を支持する。装置１０はスライド１２に連結された支持要素１６を含み、この支持要素１６は、研削ホイール６の回転軸線５及び部片８の回転軸線９と平行な第１回転軸線１８を画成する回転ピン１７によって第１回転連結要素１９を支持する。この回転連結要素１９は、研削ホイール６の回転軸線５及び部片８の回転軸線９と平行な第２回転軸線２１を画成する回転ピン２０によって第２回転連結要素２２を支持する。

計測デバイスは、張出し部分３１が連結要素２２にねじで連結されたチューブ状案内ケーシング２４を含む。このチューブ状案内ケーシング２４内には、図６に示すような軸線方向に並進することができるトランスミッションロッド２５が設けられている。このトランスミッションロッド２５は、検査されるべき部片８のピン８′の表面と接触するための接触子２６を支持する。

チューブ状案内ケーシング２４の自由端は、検査されるべき部片８のピン８′の表面と係合するためのＶ字形の基準デバイス２８を支持するための支持ブロック２７に、ピン１７及び２０により可能な回転によって連結されている。トランスミッションロッド２５は、Ｖ字形の基準デバイス２８を二分する線に沿って移動自在である。

図３及び特に図４に示す制限基準デバイスは、第１及び第２の衝合面対を含む。第１の衝合面対は、回転連結要素１９の表面２９と、対応する衝合要素の表面、更に詳細には支持要素１６と一体のスタンション２３に調節自在に連結されただぼ３０を含む。第２の衝合面対は、第２回転連結要素２２に連結されたブロック２９″の表面２９′と、対応する衝合要素の表面、更に詳細には支持要素１６と一体のプレート２３′に調節自在に連結されただぼ３０′を含む。回転軸線１８を中心とした回転連結要素１９の回転は、時計廻り方向（図３及び図４参照）では、衝合面２９とだぼ３０との間の接触によって制限されるのに対し、回転連結要素２２の回転は、時計廻り方向（図３及び図４参照）では、衝合面２９′とだぼ３０′との間の接触によって制限される。だぼ３０及び３０′の位置は、上述したように、第１回転連結要素１９及び第２回転連結要素２２の回転量を変化させる目的で調節することができる。

スラストデバイスは戻しばね３３を含む。この戻しばね３３の一端は、ねじのヘッド３２によって第１クランプ要素１９にクランプ止めされ且つ軸線１８を中心として一緒に一体に回転する第１支持要素３４に連結されており、他端は、支持要素１６に固定された第２支持要素３４′にねじ込んだねじ３５の端部に連結されている。

以上に言及した戻しばね３３は休止状態を保ち、連結要素１９の衝合面２９をだぼ３０と衝合させ、検査中、基準デバイス２８を部片８のピン８′の表面に押し付け、接触子２６がピン８′のこのような表面と接触した状態に保持する。ねじ３５を締めたり緩めたりすることによってばね３３の牽引力を増減させることができる。この場合、ねじ３５を所要の位置に係合するため、ナット３５′を操作する。

休止位置では、換言すると、検査されるべき部片８が工作台７にない場合には、連結要素１９及び２２の位置は、ばね３３のスラストで互いに押し付けられた表面２９とだぼ３０との間の衝合、及び表面２９′とだぼ３０′との間の接触によって決定される。表面２９′とだぼ３０′との間の接触は、要素２２及びこれに連結された計測デバイスに作用する重力で決まる。このような休止位置では、液圧アクチュエータ１３は、スライド１２を引き下げられた位置に維持する。これにより、Ｖ字形基準デバイス２８が工作台７から離れる。

次いで、部片８を工作台７上でスピンドルと心押台との間に位置決めする。従って、ピン８′は軸線９を中心として偏心回転する。図３では、破線は、偏心回転中の軸線９′（図１参照）の軌跡３６を示す。部片８が回転を開始する前に、液圧アクチュエータ１３が、基準デバイス２８の表面がピン８′の表面と接触する検査位置にスライド１２を変位させる。

部片８の回転中に基準デバイス２８を部片８に向かって変位させることができるということは理解されるべきである。部片が静止しているか或いは動いているのかに拘わらず、ピン８′と基準デバイス２８との間を迅速に正しく協働させることができる。

部片８の移動中、基準デバイス２８はばね３３によりピン８′と接触した状態を維持し、かくしてその偏心回転に倣う。

Ｖ字形の基準デバイス２８をピン８′に対して配置した後、表面２９及び２９′はそれらの関連しただぼ３０、３０′から外れ、これらのだぼ３０、３０′及びスライド１２による適切な位置により、制限基準手段は、ピン８′に従った基準デバイス２８の変位と干渉しない。

液圧アクチュエータ１３によって行われる、休止位置への検査装置１０の戻しは、ピン８′が必要な（直径）寸法に達したことが検査装置によって検出され且つ伝達された計測信号に基づいて検出されたとき、通常は、研削機を数値制御することによって制御される。この戻しは、液圧アクチュエータ１３のピストン１５を延ばし、基準デバイス２８をピン８′の表面から遠ざかるように移動させ、表面２９及び２９′をこれらの表面と関連しただぼ３０及び３０′と再度接触させることによって行われる。次いで、別のピン８′の機械加工を行うか、或いは、部片８の機械加工が終了している場合には、部片８を手動又は自動で取り外し、別の部片８を工作台７に装填する。

部片が図１に示すものと異なり複数の偏心ピンを備えており、新たなピン８′を機械加工する必要がある場合には、研削ホイール６の前で代表的には工作台７を変位させ（研削ホイールを一つしか備えていない研削機の場合）、検査装置１０を作動位置に移動させることによってこれを行う。

図６は、装置１０の計測デバイスの幾つかの要素を更に詳細に示す。

トランスミッションロッド２５の基準位置に対する軸線方向の変位は、チューブ状案内ケーシング２４に連結された既知の種類の計測トランスデューサー３７及びトランスミッションロッド２５にねじ込んだステム３８に連結された磁気コアによって検出される。

トランスミッションロッド２５の軸線方向の変位は、ケーシング２４とロッド２５との間に配置された二つのブッシュ４０、４０′によって案内される。捩じり力に関して剛性であり、端部がロッド２５及びケーシング２４の夫々に固定された金属製ベローズ４１により、ロッド２５がケーシング２４に関して回転しないようにする（かくして接触子２６が不適正な位置をとらないようにする）機能及びケーシング２４の下端をシールする機能の二つの機能を果たす。

基準デバイス２８は二つの要素４５及び４６を含み、これらの要素の傾斜した側面には二つのバー４７及び４８が固定されている。

支持ブロック２７及び基準デバイス２８は、スロット４４を横切るねじ４３によって連結されており、二つのバー４７及び４８及び接触子２６が部片８のピン８′と接触するようにバー４７及び４８が画成するＶ字形を二分する線の方向に沿って互いに軸線方向に調節することができる。

各基準デバイス２８は特定の寸法及び形状（例えばＶ字形）をなしており、特定の計測範囲をカバーすることができる。計測範囲が変化したとき、簡単で且つ迅速な作業を行うことによって基準デバイス２８をレイアウトが異なる別の装置と交換することができる。

各接触子２６は、特定の用途によって交換が必要である場合にはいつでも、同様に迅速で且つ簡単な方法により交換することができる。

図７に示す装置は、図３乃至図６に示す装置と実質的に同じであり、軸線９を中心としたピン８′の角度位置を検出するための検出デバイス５０を提供する。この検出デバイス５０は、線型ゲージ、例えばいわゆる「カートリッジヘッド」５１を含む。このカートリッジヘッド５１は、軸線方向に移動自在の接触子５２と、この接触子５２の変位を示す信号を提供するトランスデューサー（既知であり、図示してない）とを含む。突出要素即ちスタッド５３が第１回転連結要素１９に一体に連結されており、軸線１８を中心とした円弧を実質的に辿って前記要素１９とともに移動する。ヘッド５１は、スライド１２及び従って支持要素１６に適正な位置で（例えば図７に示すようにブラケットによって）連結されており、偏心回転ピン８′の検査中に接触子５２及びスタッド５３が互いに断続的に接触できるようにする。特定的には、接触子５２とスタッド５３との間の接触は、ほぼ図７に示す位置でのピン８′の角度位置で起こる。ヘッド５１が提供する信号により、支持要素１６に関する第１回転連結要素１９の配置を示し、ピン８′が図７の位置をとったとき（これは、例えば、ヘッド５１の信号が最大値又は最小値に達したときに起こる）にこれを検出することができる。このような方法では、軸線９を中心とした偏心回転中にピン８′の角度位置を検出することができる。

図示していない変形例によれば、検出デバイス５０は、図７に示されているのと異なる構成の線型ゲージ５１を備えていてもよい。例えば、線型ゲージ５１は垂直方向に配置することができ、ピン８′の検査サイクル中、常にスタッド５３と接触した状態を保持し、スタッド５３が辿る円弧に関して横方向に沿って移動するバー状の接触子を含む。この場合も、ゲージ５１が提供する信号を監視することによって、回転軸線９を中心としたピン８′の角度配置を検出することができる。

この装置は、機械部片の偏心回転する円筒形部分の直径の検査に特に適しているが、一般的には、回転対称な部片の直径を偏心回転時に又はそれらの幾何学的軸線を中心とした回転時に検査するのに使用することができる。適当な基準デバイス２８、及び添付図面に示すのと異なる適当な接触面（例えば平らな面）を持つ接触子２６を選択することによって、溝を備えた表面を持つ回転部品の均等な回転を検査することができる。

本発明による装置により、偏心的に回転する部品についての既知の実用的な装置におけるのと異なる顕著な計測学的な性能を得ることができ（図２参照）、部片の検査は全ての幾何学的な工程中に行われる。更に、これによって、ピン８′の寸法を瞬間毎に遅延なく検出することができ、かくして幾つかの幾何学的なパラメータを調節することによって機械加工サイクルを更新することができる。

最後に、本発明による装置は、公称寸法が特定の範囲（代表的には２５ｍｍ）内にない部片の直径を、構成部品の交換又は移動を必要とせずに検査することができる。この方法では、機械を停止することなく、同じ種類に属するけれども公称寸法が異なる部片の機械加工及び検査を行うことができる。

上述した実施の形態に関する変形例が可能であり、更に詳細には、追加の接触子、関連したトランスミッションロッド、及び機械加工されるピン８′の追加の直径及び他の寸法及び／又は幾何学的特徴又は形状的特徴を検出するための計測トランスデューサーを検査装置に設けることができる。複数のピン８′を同時に機械加工するためのマルチホイール研削機では、同数の検査装置１０を設けることが考えられる。

本発明による装置は、以上に説明したように機械加工中に検査を実施すること以外に、機械加工の前又は後に部片の検査を行うのにも使用することができる。

本発明による装置では、特定の種類の検査（粗さ検査）を行う場合に装置の感度を向上させるため、接触子２６を基準デバイス２８のＶ字形を二分する線に関して僅かに傾斜した方向に沿って並進させることができる。機械のレイアウト寸法のため、計測デバイスを添付図面に示す好ましい形態に従って水平方向に変位するように装置に連結することができない場合には、休止位置において、表面２９′が重力により又は追加のばねの作用によりだぼ３０′に載止することを保証する他の形態に従って、水平方向と異なる方向に沿って計測デバイス自体が配置されるように装置を機械に連結することができる。

コンプレッサー用のシャフトを示す図である。 コンプレッサー用のシャフトの偏心ピンの直径を研削機での機械加工中に検査するための既知の計測装置の概略側面図である。 コンプレッサー用のシャフトの偏心ピンを研削するための研削機ベッドに取り付けられた、本発明による計測装置の側面図である。 図３に示す装置の別の作動位置での拡大部分断面図である。 図４に示す計測装置を異なる縮尺で図４のＶ−Ｖ線に沿った別の平面で示す断面図である。 図４に示す装置の計測デバイスの構成部品を異なる縮尺で示す図である。 本発明の別の実施の形態による計測装置の側面図である。

Claims (15)

1. 幾何学的軸線（９）を画成する機械部片（８）の実質的に円筒形の偏心部分（８′）の直径を、前記幾何学的軸線（９）を中心とした前記偏心部分（８′）の偏心回転中に検査する装置であって、
   検査されるべき前記偏心部分（８′）と協働するように構成された、実質的にＶ字形の基準デバイス（２８）と、
   前記基準デバイス（２８）とともに移動可能な計測デバイス（２５、２６、３７、３８）と、
   前記基準デバイス（２８）及び前記計測デバイス（２５、２６、３７、３８）を支持する支持デバイスとを含み、
   この支持デバイスは、
   支持要素（１６）と、
   前記幾何学的軸線（９）と平行な回転軸線（１８）を中心として回転するように前記支持要素（１６）に連結された第１回転連結要素（１９）と、
   前記幾何学的軸線（９）及び前記回転軸線（１８）と平行な追加の回転軸線（２１）を中心として前記第１回転連結要素（１９）に対して回転するように前記第１回転連結要素（１９）に連結された、前記基準デバイス（２８）及び前記計測デバイス（２５、２６、３７、３８）を支持する第２回転連結要素（２２）と、
   前記第１回転連結要素（１９）及び前記第２回転連結要素（２２）の回転を制限するとともに、前記偏心回転中の前記実質的に円筒形の偏心部分（８′）に従う前記基準デバイス（２８）の変位と干渉することなく装置の休止状態を規定する制限基準デバイス（２９、２９′、３０、３０′）とを含む、装置において、
   検査されるべき前記円筒形の偏心部分（８′）に前記基準デバイス（２８）を押し付けるためのスラストデバイス（３３）を含み、このスラストデバイス（３３）は、前記支持要素（１６）と、前記第１回転連結要素（１９）及び前記第２回転連結要素（２２）のうちの一方との間に配置されることを特徴とする装置。
2. 前記制限基準デバイスは、前記スラストデバイスのスラストによって互いに協働するように押圧された第１の衝合面対（２９、３０）と、重力によって互いに協働するように押圧された第２の衝合面対（２９′、３０′）とを含む、請求項１に記載の装置。
3. 前記第１の衝合面対は支持要素（１６）及び前記第１回転連結要素（１９）と一体の表面（２９、３０）を含み、前記第２の衝合面対は前記支持要素（１６）及び前記第２回転連結要素（２２）と一体の表面（２９′、３０′）を含み、前記第２の衝合面対（２９′、３０′）は、前記第２回転連結要素（２２）、前記基準デバイス（２８）及び前記計測デバイス（２５、２６、３７、３８）に加えられた重力によって互いに協働するように押圧されている、請求項２に記載の装置。
4. 前記制限基準デバイスは、前記第１及び第２の衝合面対の表面を画成するだぼ（３０、３０′）を含み、これらのだぼは、前記支持要素（１６）に連結されたスタンション（２３）及びプレート（２３′）の夫々に調節自在に連結されている、請求項３に記載の装置。
5. 前記スラストデバイスは、前記第１回転連結要素（１９）と前記支持要素（１６）との間に連結された戻しばね（３３）を含む、請求項１乃至４のうちのいずれか一項に記載の装置。
6. ベッド（２）と、前記幾何学的軸線（９）を画成するための工作台（７）と、前記幾何学的軸線に関して横方向の方向（Ｆ）に沿って移動自在の研削ホイールスライド（３）とを有する数値制御式研削機（１）での機械加工中に前記幾何学的軸線（９）を中心として偏心して回転する前記実質的に円筒形の偏心部分（８′）の直径を検査する装置であって、前記支持要素（１６）は前記ベッド（２）に関して前記幾何学的軸線（９）に対して横方向の方向に沿って移動自在である、請求項１乃至５のうちのいずれか一項に記載の装置。
7. 前記支持要素（１６）は、シリンダ（１４）及びピストン（１５）を含む液圧アクチュエータによって前記ベッド（２）に関して移動自在にスライド（１２）に連結されており、前記ピストン（１５）は前記スライド（１２）に連結されており、前記シリンダ（１４）は前記ベッド（２）に連結されている、請求項６に記載の装置。
8. 前記計測デバイスは、トランスミッションロッド（２５）と、このトランスミッションロッド（２５）に連結された、前記実質的に円筒形の偏心部分（８′）と接触するように構成された接触子（２６）とを含み、前記トランスミッションロッド（２５）は、前記実質的に円筒形の偏心部分（８′）の直径方向の寸法に応じて前記機械部片（８）の幾何学的軸線（９）に関して横方向に変位するように構成されている、請求項１乃至７のうちのいずれか一項に記載の装置。
9. 前記計測デバイスは、前記トランスミッションロッド（２５）の横方向の変位量を検出するための計測トランスデューサー（３７）を含む、請求項８に記載の装置。
10. 前記第２回転連結要素（２２）に連結された、移動自在のトランスミッションロッド（２５）を内部に収容したチューブ状案内ケーシング（２４）を含む、請求項９に記載の装置。
11. 前記チューブ状案内ケーシング（２４）に関する前記トランスミッションロッド（２５）の変位を案内するための案内手段（４０、４０′）と、前記トランスミッションロッド（２５）が前記チューブ状案内ケーシング（２４）に関して回転しないようにするための抗回転デバイス（４１）とを含む、請求項１０に記載の装置。
12. 前記基準デバイス（２８）は、実質的に前記Ｖ字形の二分線の方向に対して相互に調節自在となる位置にて前記第２回転連結要素（２２）に連結されている、請求項１乃至１１のうちのいずれか一項に記載の装置。
13. 前記計測デバイスの計測範囲を変化させるため、前記基準デバイス（２８）を交換することができる、請求項１乃至１２のうちのいずれか一項に記載の装置。
14. 検査されるべき前記実質的に円筒形の偏心部分（８′）の前記幾何学的軸線（９）を中心とした角度位置を検出するように構成された検出デバイス（５０）を更に含み、この検出デバイスは、前記支持要素（１６）に関する前記第１回転連結要素（１９）の位置を示す信号を提供する線型ゲージ（５１）を含む、請求項６又は７に記載の装置。
15. 前記検出デバイス（５０）は前記第１回転連結要素（１９）と一体の突出要素（５３）を含み、前記ゲージ（５１）は前記支持要素（１６）に関して固定されており、突出要素（５２）と接触するように構成された接触子（５２）を有する、請求項１４に記載の装置。
    

Images