JP4342103B2 - コンピュータビジョンベースロータ加工システムおよび方法 - Google Patents

Description

【０００１】
（発明の分野）
本発明はロータの加工に関する。特に、本発明は新しい、改良され容易にされた方法で回転可能なデイスクブレーキロータを加工する装置および方法に関する。
【０００２】
（発明の背景）
モータ車（又は乗り物）はブレーキを容易にするためのさまざまな機構を使用する。これらのブレーキ機構の中でよく知られているのは車両のホイールに接続されるディスクロータの組合せである。車両を停止もしくは減速させるために、ブレーキパッドを押圧するブレーキキャリパーによりディスクロータの１つ以上の外面に対して圧力が加えられ（例えば、いわゆるディスクブレーキを使用して）、ロータが接続される軸の回転を減速もしくは停止させ、同時にホイールの回転を減速もしくは停止させる。
【０００３】
いくつかのロータは筋入り（veined）構造を有する。典型的な筋入りロータ１００は図１および図２に示されており、図１はロータ１００の前面を示し図２は側面を示す。ロータ１００の内側筋入り構造を示すために、ロータの一部（線ＩおよびＩＩ間）は切り取られている。筋入りロータは本質的にいくつかの筋により分離かつ接続される２つのディスクプレートにより構成される。筋はまっすぐであったり曲がっていることがあり、その数はロータごとに変動する。たとえば、図３および図４は湾曲筋を有する未加工筋入りロータの例を示す。ロータ１００は2つの外部ブレーキ面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り提供される。ロータ１００は筋と共にロータの内部筋入り構造を形成する２つの内部非ブレーキ面１０１，１０５も有する。ロータ１００に接続されたホイールドライブの回転を減速もしくは停止させるために圧力が加えられる（例えば、ブレーキパッド（図示せず）により）のは2つのブレーキ面１０２，１０４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外部ブレーキ面１０２，１０４は、内部非ブレーキ面１０１，１０５と同様に、互いに平行で平坦である。
【０００４】
典型的なロータ１００はプリキャストロータを加工して製作される。キャスト、プリキャストロータ１０６を図５および図６に示し、それぞれ、プリキャスト、未加工ロータ１００の前面および側面を示している。図１および図２に示すロータ１００はキャストロータ１０６を適切に加工して作られる。
【０００５】
既存のロータにはいくつかの問題点および欠点が存在することがあり、それらのいくつかはロータが加工された方法に由来することがある。例えば、前記したように、ロータ表面の不均一加熱、不均一質量および不均一温度および熱歪を防止もしくは回避するために、表面１０１，１０２，１０４，１０５は理想的には平行、対称的かつ平坦である。従来の加工システムでは、加工する前にこれらの表面の平行性、平面度、中心もしくは対称性は確認されず、加工後にこれらの特徴のいずれかが保証されることもなかった。
【０００６】
（発明の概要）
本発明は予加工(pre-machined)ロータの中心面を決定してロータを正確に加工位置決めすることができるコンピュータビジョンベース加工システムを提供することにより前記問題およびその他の問題を解決する。特に、本発明はロータの2つの表面、好ましくはロータの2つの加工不能な内部非ブレーキ面、間の中心面を決定することによりこれらの問題を解決する。
【０００７】
したがって、一態様において、本発明はロータの2つの表面の中心面を決定し、決定した中心面に基づいてロータを位置決めし、次に位置決めしたロータを加工することによりロータを加工する方法を提供する。ロータの中心面はロータの少なくとも１つのイメージを使用して決定される。いくつかの好ましい実施例では、中心面はロータの一連の連続するイメージを使用して決定される。
【０００８】
好ましくは、中心面はロータの2つの内部非ブレーキ面の測度（メジャー）に基づいて決定される。
【０００９】
ロータは加工後に、加工したロータの外面（ブレーキ面）と内面に基づいて予め決定された中心面間の平行性を求めることにより検査することができる。ロータは加工される前に内部非ブレーキ面の平面度および／もしくは平行性について検査することができる。平行性および平面度の測度に基づいて、これらの表面が仕様に従わない場合には、加工する前にロータを除外することができる。
【００１０】
別の態様において、本発明はコンピュータ制御ターニングセンターのチャック上に未加工ロータを位置決めし、ロータの中心面を決定し、ブレーキロータの決定された中心面に基づいてターニングセンター内のロータの位置を調節し、ブレーキロータを加工することによるブレーキロータ加工方法である。
【００１１】
さらに別の態様において、本発明はロータの加工システムを提供する。このシステムはその上にロータを搭載し1つの内部非ブレーキ面上にロータを位置決めするチャックを有するターニングセンター、ロータのイメージを得るイメージフレームグラバー、ターニングセンターに接続されイメージから得られる情報に基づいてターニングセンターに制御情報を提供するようにプログラムされたコンピュータシステムを含み、コンピュータシステムはイメージフレームグラバーにより得られるロータのイメージに基づいてロータの中心面を決定するようにプログラムされる。フレームグラバーはチャック上に搭載されている間あるいは他の位置、例えば、コンベアシステム上にある時のロータのイメージを得ることができる。
【００１２】
ある実施例では、コンピュータシステムはさらにロータの一連のイメージに基づいてロータの中心面を決定するようにプログラムされる。コンピュータシステムはロータの2つの非ブレーキ内面の測度に基づいて中心面を決定するようにプログラムすることもできる。
【００１３】
前記したように、本発明は既存のロータのいくつかの問題点および欠点を克服する。例えば、本発明を使用してロータ表面の不均一加熱、不均一質量および不均一温度および熱歪を防止しもしくは最小限に抑えて、比較的均一な質量分布を有し実質的に平行で、対称的で平坦な表面を有するロータが提供される。
【００１４】
（現在好ましい典型的な実施例の詳細な説明）
図７について、本発明に従った加工システム１１０はイメージフレームグラバー１１４に接続された１台以上のカメラ１１２を含んでいる。イメージフレームグラバー１１４はコンピュータイメージシステム１１６に接続されており、それはコンピュータ数値制御（ＣＮＣ）ターニングセンター１１８に接続されていてそこに情報を提供する。１つ以上の能動もしくは受動光源１２０がカメラ１１２に対する位置に配置されている。光源１２０はカメラ１１２の前面もしくは背面照明を行うように配置することができる。光源１２０は任意の照明もしくは明確な構造の(structured)レーザ光システムとすることができる。２台以上のカメラが使用される場合には、前面および背面照明の両方を使用することができる。カメラ１１２は各カメラのレンズもしくは入力システムがターニングセンター１１８のチャック１２２上に搭載されたロータ１０６の側景を有するように加工システム１１０の座標空間に対して配置される。各カメラの位置はターニングセンター１１８の座標空間内で既知でなければならない。
【００１５】
前記したように、システム１１０はチャック１２２上に搭載されたロータ１０６の下記の特徴の少なくともいくつかを測定するのに使用される。
（ａ）コア厚、すなわち、ロータの内部非ブレーキ面１０１，１０５間の距離、
（ｂ）位置決め面として働くロータの内部非ブレーキ面１０１の平面度、
（ｃ）ロータ2つの内部非ブレーキ面１０１，１０５の平行性。
【００１６】
これらの測度の全てもしくはいくつかが、システム１１０により、ロータ１０６の中心面１２６を見つけて抽出し（内部非ブレーキ面１０１，１０５に基づいて）ロータ１０６を加工する前に精密に位置決めするのに使用される。加工モードにおいて、中心面１２６はロータ１００の内部非ブレーキ面１０１，１０５に基づいて決定される。
【００１７】
加工モードにおいて、ロータ１０６を搭載したチャック１２２は比較的低速、例えば、３０−５０ｒ．ｐ．ｍ．で回転され、ロータ１０６の側景の連続的イメージがイメージフレームグラバー１１４により取り込まれ、コンピュータイメージシステム１１６により処理される。このようなイメージの例を図８に示す。図８に示す典型的なイメージは、好ましくは、ロータの内部（非ブレーキ）面１０１，１０５およびロータの１つもしくは2つの筋１０３−１，１０３−２を含む。イメージは既知の連続位置において、ロータの回転速度だけでなくフレームグラバー１１４およびコンピュータシステム１１６の処理速度によって決まる速度で、取り込むことができる。好ましくは、ロータ１０６の外面全体の正確な測定値を得るのに十分なイメージが取り込まれる。
【００１８】
ある好ましい実施例では、特に筋入りロータが加工される場合、システム１１０は通過する筋(vanes)を感知しフレームグラバー１１４をトリガーして2つの垂直筋および内部ブレーキ面により形成されるウィンドウイメージ（例えば、図８に示す）を捕捉するホトアイ１２４を含んでいる。
【００１９】
コンピュータシステム１１６はフレームグラバーから受信するイメージを次々に処理し、ロータ１０６を加工するための適切な制御情報をＣＮＣターニングセンター１１８に与える。特に、コンピュータシステム１１６はロータ１０６の中心面１２６に関する情報をターニングセンター１１８に与える。次に、ターニングセンターは、この中心面情報に基づいて、加工する前にロータ１０６の垂直位置を調節する。
【００２０】
この好ましい実施例では、コンピュータイメージシステム１１６はＰＣベースシステムであり、イメージフレームグラバー１１４はイメージ情報を捕捉してコンピュータシステム１１６へ転送することができる電子装置であり、ＣＮＣターニングセンターはコンピュータシステム１１６から入力を取り込むようにされた標準ターニングセンターである。典型的に、イメージフレームグラバー１１４は毎秒４０−６０フレームを捕獲することができる。この構成により、システム１１０はロータ１０６を測定してその中心面をおよそ２秒以内に見つけることができる。
【００２１】
カメラ１１２はエリアスキャンもしくはラインスキャンＣＣＤカメラとすることができる。カメラの解像度が低いほど、得られる測定値の精度は低くなる。好ましい実施例では、６４０×４８０ピクセルの解像度を有する１台のカメラが使用される。もう１つの好ましい実施例では、１，０２４×１，０２４ピクセルを有する１台のカメラ（あるいは解像度の高い任意タイプのＣＣＤカメラ）が使用される。更に別の実施例では、例えば、４，０９６×１ピクセルのいわゆるラインスキャンカメラが使用される。後者のケースでは、コンピュータイメージシステムは最初にいくつかの連続するシングルラインイメージをより大きいイメージへと結合して1つのより大きいイメージとして処理する。前記したように、２台以上のカメラを使用することができ、その場合には、異なるカメラが異なる解像度を有することができる。
【００２２】
システム１１０の目標は加工する前にロータ１０６の中心面１２６を決定することであることを思い出していただきたい。この中心面１２６はロータ１００の非ブレーキ内面に基づいて決定され、次のように計算される。
【００２３】
イメージフレームグラバー１１４により捕獲される各イメージＩに対して、コンピュータシステム１１６が3つの値を決定する（図８参照）。
（ａ）内部非ブレーキ面１０５の上縁のＹ座標（Ｙ₁₁で示す）、
（ｂ）内部非ブレーキ面１０１の下縁のＹ座標（Ｙ₁₂で示す）、および、
（ｃ）コア厚（ｄ_Iでしめす）。
【００２４】
好ましくは、Ｙ₁₁は内部非ブレーキ面１０５の上縁の最良適合の中心のＹ座標である。ある実施例では、Ｙ₁₁は表面１０５の上縁に沿った任意の点とすることができる。同様に、好ましくはＹ₁₂は内部非ブレーキ面１０１の下縁の最良適合の中心のＹ座標であるが、ある実施例では、Ｙ₁₂は内面の下縁に沿った任意の点とすることができる。ある実施例では、Ｙ₁₁および／もしくはＹ₁₂点はそれぞれ上縁および下縁上に定められた２つ以上の点の平均に基づいて決定することができる。例えば、Ｙ₁₁は上縁上の3もしくは5点の平均として決定することができる。Ｙ₁₁および／もしくはＹ₁₂の値を求めるのにより少ない点が使用されると、平面度および平行性の全体精度はそれに応じて減少する。ある実施例では、各縁上に１点が定められ対応するＹ座標として使用できることがお判りであろう。
【００２５】
この説明のために、Ｎイメージが捕獲されて処理されるものとする。捕獲されたＮイメージの各々に対してこれら3つの値（Ｙ₁₁，Ｙ₁₂およびｄ_I）が与えられると、コンピュータシステム１１６は下記のものを求める。
平均コア厚

下部内面（位置決め面）の平面度
ｍａｘ（Ｙ₁₂）−ｍｉｎ（Ｙ₁₂），ｉ＝１．．．Ｎ
内部ブレーキ面間の平行性
ｍａｘ（Ｙ₁₁）−ｍｉｎ（Ｙ₁₁），ｉ＝１．．．Ｎ
【００２６】
次に、平均コア厚はターニングセンターへ与えられ、平均コア厚の５０％を位置決め面、通常は内部ブレーキ面の１つ、からオフセットすることにより２つの内面の対称面が確立される。次に、ブレーキ面上にカットをいれて対称性および均一なブレーキ厚を達成することができる。したがって中心面１２６が定められると、前記したように、ロータの加工が開始する前にチャック１２２は垂直（Ｙ）面内を適切に移動される。
【００２７】
前記工程は非ブレーキ内面に関して説明されてきたが、ある実施例では、平面度および平行性は外部（ブレーキ）面を使用して決定される。これらの実施例は単独であるいは内面を使用するものと共に使用することができる。
【００２８】
ロータの加工が完了したら、システム１１０を検査モードで使用してロータ１０６が仕様および必要条件に従って加工されたかどうかを確認することができる。仕様および必要条件に従っていない場合には、ターニングシステム１１８はロータの処理を継続して検査により検出された問題点を修正することができる。検査はロータがまだチャック１２２上にある時に行われるため、ロータをターニングセンター１１８上に再搭載しなければならないことによる位置精度の損失がない。このようにして、検査／帰還ループが達成される。
【００２９】
検査モードにおいて、加工した外面１０２，１０４に基づいて中心面１２６が計算され、次に新たに計算された面が最初に計算された面と比較される。すなわち、外部加工ブレーキ面１０２，１０４に基づいて計算された面が内部非ブレーキ面１０１，１０５に基づいて計算された面と比較される。２つの面が同じでなければ（ある規定公差内）、システムはロータを除外するかあるいは再加工することができる。
【００３０】
このようにして、コンピュータビジョンベース加工システム、装置および方法が提供される。当業者ならば、例示するために公開され制約的意味合いはない、前記した実施例以外により本発明を実施できることがお判りであると思われ、本発明は特許請求の範囲によってのみ制限される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に従って作られる典型的なロータを示す図である。
【図２】 本発明に従って作られる典型的なロータを示す図である。
【図３】 本発明に従ってロータを作るのに使用されるキャスティングを示す図である。
【図４】 本発明に従ってロータを作るのに使用されるキャスティングを示す図である。
【図５】 本発明に従ってロータを作るのに使用されるキャスティングを示す図である。
【図６】 本発明に従ってロータを作るのに使用されるキャスティングを示す図である。
【図７】 本発明に従った加工システムを示す図である。
【図８】 本発明のシステムにより使用される典型的なイメージを示す図である。

Claims (21)

1. ロータの加工方法であって、
   ロータの２つの表面に基づいてロータの中心面を決定するステップであって、前記２つの表面の少なくとも一方は前記ロータの内面である、前記決定するステップと、
   決定された中心面に基づいてロータを位置決めするステップと、
   位置決めされたロータを加工するステップと、
   を含むロータの加工方法。
2. 請求項１記載の方法であって、ロータの中心面はロータの少なくとも１つのイメージを使用して決定される方法。
3. 請求項１記載の方法であって、ロータの中心面はロータの一連の連続イメージを使用して決定される方法。
4. 請求項３記載の方法であって、中心面はロータの2つの表面の位置情報および2つの表面の性質の測度に基づいて決定される方法。
5. 請求項４記載の方法であって、前記性質は2つの表面の平行性である方法。
6. 請求項１記載の方法であって、さらに、ロータが加工された後で、
   ロータの2つの外面に基づいて加工されたロータの中心面を決定することによりロータを検査するステップを含む方法。
7. 請求項６記載の方法であって、さらに、
   外部ブレーキ面から決定された中心面を内部非ブレーキ面から決定された中心面と比較するステップを含む方法。
8. 請求項１記載の方法であって、さらに、
   ロータの内部非ブレーキ面を検査するステップを含む方法。
9. 請求項８記載の方法であって、検査は加工の前に行われ、ロータが検査に失敗したら加工は行われない方法。
10. 請求項８記載の方法であって、表面の検査は（ａ）表面の平面度および（ｂ）表面の平行性の少なくとも一方を考慮する方法。
11. 請求項１−７のいずれか１項記載の方法であって、前記２つの表面の両方が前記ロータの内面である方法。
12. ブレーキロータの加工方法であって、
    コンピュータ制御ターニングセンターのチャック上に未加工ロータを位置決めするステップと、
    ロータの少なくとも２つの表面に基づいてロータの中心面を決定するステップであって、前記２つの表面の少なくとも一方は前記ロータの内面である、前記決定するステップと、
    ブレーキロータの決定された中心面に基づいてターニングセンター内のロータの位置を調節するステップと、
    ブレーキロータを加工するステップと、
    を含むブレーキロータの加工方法。
13. 請求項１２記載の方法であって、前記２つの表面の両方が前記ロータの内面である方法。
14. ロータの加工システムであって、
    その上にロータを搭載するチャックを有するターニングセンターと、
    ロータのイメージを得るイメージフレームグラバーと、
    ターニングセンターに接続されイメージから得られた情報に基づいてターニングセンターに制御情報を与えるようにプログラムされたコンピュータシステムとを含み、コンピュータシステムはイメージフレームグラバーにより得られるロータのイメージに基づいてロータの中心面を決定するようにプログラムされ、前記中心面の決定は、前記ロータの少なくとも１つの内面に基づいている、ロータの加工システム。
15. 請求項１４記載のシステムであって、イメージフレームグラバーはロータがチャック上に搭載されている間にロータのイメージを得るシステム。
16. 請求項１４記載のシステムであって、コンピュータシステムはさらにロータの一連のイメージに基づいてロータの中心面を決定するようにプログラムされるシステム。
17. 請求項１５記載のシステムであって、コンピュータシステムはさらにロータの2つの表面の位置情報および2つの表面の性質の測度に基づいて中心面を決定するようにプログラムされるシステム。
18. 請求項１７記載のシステムであって、前記性質は、
    （ａ）ロータの2つの内面の平行性、および、
    （ｂ）ロータの2つの外部ブレーキ面の平行性、
    から選択されるシステム。
19. 請求項１４記載のシステムであって、ロータは筋入りロータであり、該システムはさらにロータの筋の検出に基づいてイメージフレームグラバーをトリガーするホトアイを含むシステム。
20. ブレーキロータを加工するコンピュータ制御ターニングセンターであって、
    ターニングセンターに情報を提供するように構成かつ適応されたコンピュータイメージシステムと、
    コンピュータイメージシステムに作動的に接続されてそこへイメージを提供するイメージフレームグラバーと、
    イメージフレームグラバーに接続され、ターニングセンターのチャック上に搭載されたロータのイメージを得るように配置されたカメラと、を含み、
    コンピュータイメージシステムはカメラにより取り込まれるロータのイメージを解析することによりターニングセンター上に搭載されたロータの中心面を決定するようにプログラムされ、前記中心面の決定は、前記ロータの少なくとも１つの内面に基づいている、コンピュータ制御ターニングセンター。
21. 請求項２０記載のターニングセンターであって、コンピュータシステムはさらに決定されたロータの中心面に基づいてロータの所望位置に関するデータをターニングセンターに供給するするようにプログラムされるターニングセンター。

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