JP4463832B2 - 軌道運動により回転するクランクピンの直径を点検するための装置 - Google Patents

Description

本発明は、幾何学的な軸を規定するワークテーブルと研磨ホイールスライド部とを有する数値制御研磨機械の研磨行程中において、幾何学的な軸の回りで軌道運動により回転するクランクピンの直径を点検するための装置であって、研磨ホイールスライド部は、点検されるクランクピンと協働するための参照装置と、参照装置とともに可動の計測装置と、参照装置と計測装置とを支持する支持装置とを有しており、支持装置は、支持部材と、前記幾何学的な軸に平行な第１の回転軸の回りで回転するように支持部材に結合された第１結合部材と、参照装置を保持するとともに第１結合部材に可動に結合された第２結合部材とを有している、ような装置に関している。

米国特許出願公開４６３７１４４号は、研磨機械の研磨行程中に、幾何学的な軸の回りで軌道運動するクランクピンの直径を点検するための装置を開示している。この装置は、研磨機械のワークテーブルに固定された支持台によって、あるいは研磨機械の土台に取付けられた支持台によって、あるいはワークテーブルに配置された縦方向のスライド部によって、支持されている。

この装置は、点検されるべきクランクピンと協働するためのＶ字型のあるいは別のタイプの参照装置と、参照装置に固定され、クランクピンの正反対の点と接触するためのフィーラ（触部）を保持する２つの可動アームを有する計測ヘッドと、シリンダピストン装置と、シリンダと装置の支持部との間の結合装置と、を有している。参照装置はピストンロッドによって支持されており、シリンダの幾何学的な軸に沿って可動である。さらには、参照装置は、結合装置によって規定されクランクピンがそれについて回転する幾何学的な軸に平行な回転軸に対して、シリンダによって回転可能である。シリンダピストン装置は、ピストンを作動させ参照装置を点検されるべきクランクピンに向かって駆動するためのバネと、バネの力に対抗してピストンを停止位置に向かって移動するための水圧または空気圧の作動装置とを有している。点検運転の過程において、この装置はワークピースに対して、研磨ホイールが設置された側と略逆側に配置されている。

前述の特許に記載されたこの装置と、その研磨機械への応用は、レイアウトの大きさが特に横方向にかなり大きく、慣性力も大きく、ピース（クランク軸）が回転している間に参照装置を停止位置から計測位置へ自動的に移動することが不可能である、という不都合な点がある。これらの不都合は、装置の構造自体と、その装置の機械への応用との双方に起因している。前述の特許に記載された全ての応用は、測定の過程において、参照装置はクランクピンの軌道運動に基本的に対応して軌道を描くことを伴っている。

米国特許出願公開４３５１１１５号は、クランク軸の主要な幾何学的な軸に対する軌道運動の過程において複数のクランクピンを点検するための複数の装置を有するクランク軸の寸法点検機械を開示している。これらの点検装置の各々は、軌道運動の幾何学的な軸に平行な２つの回転軸の回りで相互に骨組みに対して回転する２つのアームによって機械の骨組みに支持された案内参照装置を有している。この機械と、これに結合された点検装置とは、特に以下の理由によって研磨運転中に点検することには好適でない。その理由とは、案内参照装置が結合されたクランクピンの軌道運動に本質的に対応する軌道を描くという事実により、その軌道運動の速度がクランクピン研磨機械の研磨中に発生する速度に対してかなり小さいということであり、また点検装置の停止位置から運転位置への移動が、クランク軸が回転していない時に起こるということである。

米国特許出願公開第３３８６１７８号は、研磨機械の研磨行程中に幾何学的な軸の回りで回転する円筒状のワークピースの直径を点検するための装置を開示している。この装置は、相互に、研磨ホイールのスライド部に対して回転する２つのアームを有している。アームの一方は、回転するワークピースの表面と接触するための２つの参照部材あるいは（そのアームに対して）固定されたフィーラと、ワークピースと接触するためのフィーラとクロック比較器の可動部材と協働する逆方向端とを有する可動ステムと、を支持している。この装置は停止位置から測定位置へ、あるいはその逆へ、手動で移動される。研磨機械は、軌道運動により回転するワークピースを研磨するこはできないし、計測装置も、同様のタイプの応用に好適ではない。

本発明の目的は、研磨運転中に、あるいは同様の運転中に、軌道運動により回転するクランクピンの寸法を良好な寸法性能、高い信頼性、低い慣性力で点検する装置を提供することである。この問題は、上述のタイプの計測装置であって、第２結合部材が第１結合部材に、前記幾何学的な軸に平行な第２回転軸の回りで第１結合部材に対して回転するように結合されており、支持部材が研磨ホイールスライド部に固定されており、参照装置と結合する案内装置が軌道運動の過程でクランクピン上の参照装置の配置を案内するように設けられており、制御装置が装置を自動的に停止位置から点検位置へあるいはその逆へ移動させるように設けられている計測装置によって解決される。

好ましくは、停止位置においては、参照装置は研磨中に点検されるべきクランクピンの幾何学的な軸によって占められる位置の実質的に上方に配置され、運転状態への移動の過程においては、それは略垂直な方向成分をもつ軌道を描いて案内装置に案内されたクランクピンと結合するようになる。

好ましくは、参照装置は実質的にＶ字型の装置である。

好ましくは、案内装置は参照装置の表面と提携するような形状の案内面を規定している。

他の特徴によれば、制御装置は、例えば水圧タイプの二重動作シリンダによって有利に達成され得る。

さらに他の特徴によれば、装置は、運転状態においては、参照装置が実質的に重力によってクランクピン上にとどまり、その重力の値は好ましい配置と構成部材の全体の重量とによって適切に与えられるように製造されている。

さらに本発明の他の特徴は、とりわけ、クランクピン内の潤滑穴との干渉を回避しつつクランクピンの直径を点検することを可能にし、かなり異なっている名目上の寸法を有するクランク軸を点検するための製造上の特徴にあり、また衝突や望まないあるいは危険は運動を妨げるための安全装置にある。

本装置および研磨機械におけるその応用の特徴は、優れた機能と相対的に低いコストとを兼ね備えることを可能にするとともに、クランク軸の搭載やその解除を容易にしたり、研磨機械のより重要な部材やワークピースの搭載／解除装置のような付属装置を取巻く領域のレイアウトの大きさを制限するような装置の配置を得ることを可能にする。

本発明の最良の実施の形態

図１に示すように、クランク軸を研磨するためのコンピュータ数値制御（ＣＮＣ）研磨機械の研磨ホイールスライド部１は、研磨ホイール４の回転軸３を規定するスピンドル２を支持している。スピンドル２の上方で研磨ホイールスライド部１は支持部材５を有する支持装置を支持している。支持部材５は、図示されない予圧ベアリングと回転ピン６によって、研磨ホイール４の回転軸３とクランク軸の回転軸８とに平行な第１回転軸７を規定するとともに、第１回転結合要素９を支持している。回転軸７は、研磨ホイール４の回転軸３が存在する鉛直面内であって、研磨ホイール４の回転軸３の上方で研磨ホイールの最上の外周縁の下方にある。次に、結合要素９は、図示されない予圧ベアリングと回転ピン１０によって、研磨ホイール４の回転軸３とクランク軸の回転軸８とに平行な第２回転軸１１を規定するとともに、第２回転結合要素１２を支持している。結合要素１２の自由端側には、連結係止／係止解除ノブと連結結合部１３によって、管状案内ケース １５が固定的にあるいは図示されているように調整可能に連結されている。このため、点検されるクランクピン１８の表面と接触するためのフィーラ１７を保持する伝動ロッド１６が軸方向に移動することができる。ロッド１６の移動は、以下に記述されるように計測部によって検出される。管状案内ケース１５の下方端には、ピン６および１０によって許される回転のおかげで点検されるクランクピン１８の表面と係合するように適合されたＶ字型の参照装置２０を支持する支持ブロック１９が固定されている。伝動ロッド１６はＶ字型の参照装置２０の二等分線に沿って移動可能である。

支持ブロック１９はさらに案内装置２１を支持している。案内装置２１は、以下に詳述されるように、クランクピン１８と係合する参照装置２０を案内してクランクピンとの接触を維持させたり、参照装置２０をクランクピンから離したりする。このため、ピン６および１０によって規定された回転軸７，１１の回りでの第１結合部材９および第２結合部材１２の回転は制限されている。案内装置２１は、クランクピン１８と協働することができる案内部分を有するために、好適には折り曲げられた金属ロッド２２からなっている。

点検されるクランク軸は、スピンドルと心押し台との間で、ワークテーブル２３上に配置されている。スピンドルと心押し台とは、図示されていないが、クランクシャフトの主要な幾何学的な軸と調和する回転軸８を規定している。結果として、クランクピン１８は軸８の回りでの軌道運動を行う。参照符号１８′は、クランクピンが到達する最高の位置を示しており、参照符号１８″は、クランクピンの最低の位置を示している。図１および図２は、それぞれ、クランクピンが最高の位置１８′に達している時と最低の位置１８″に達している時の計測装置の位置状態を示している。クランクピン１８は環状の軌道を描いて軸８の回りで偏心的に回転するが、研磨ホイールスライド部１に対するピンの軌道は、実質的に参照符号２５で示された破線による円弧によって表され得る。従って、参照装置２０は同様の軌道を描き、クランクピン１８の軌道運動と等しい１分あたり数十回転という頻度で上から下へあるいはその逆方向に往復運動する。

このことは、点検装置が研磨ホイールスライド部１に支持されているという事実の結果である。研磨ホイールスライド部１は、最新の数値制御研磨機械において、クランクピンを研磨する。研磨ホイールと研磨されるべき表面との接触状態を維持するためにピンを“追跡する”ことによって、それらは軌道運動により回転する。明らかに、標準的な除去のための供給運動が、横方向の“追跡”運動に付加される。このため、点検装置を形成する部材の移動は、相対的に小さな慣性力となる結果、寸法性能や限られた研磨や装置の信頼性に利点がある。

知られているように、最新の研磨機械は、様々な変数や情報を検出する複数のセンサが設けられており、それらのセンサのために機械の数値制御が好適に作動するようになっている。緊急の場合には、数値制御によって研磨ホイールはワークピースからすぐに引込むように制御される。図３は、緊急の理由のために研磨ホイールスライド部１の引込み位置の点検装置を示している。緊急の引込み時に、参照装置２０はクランクピン１８から外れて、クランクピン１８は案内装置２１と接触するようになり、その接触は研磨ホイールスライド部１の引込み終了まで維持される。このように、回転軸７，１１に対する結合要素９，１２の回転は制限され、点検装置が危険な位置をとることが防止される。

図１乃至図５に示す点検装置は、結合部材９に結合された逆おもり２７と、例えば油圧タイプの二重作動シリンダ２８を有する制御装置とを有している。逆おもり２７はピン６に対して結合部材９の逆側に配置されている。

シリンダ２８は、研磨ホイールスライド部１によって支持されており、シリンダのピストン部に結合されたロッド２９を有している。ロッド２９の自由端側にはキャップ３０が設けられている。シリンダ２８が作動してピストン部とロッド２９とが図１の右側方向へ移動すると、キャップ３０は逆おもり２７に固定された当接部に当接し、点検装置を図４に示す停止位置に移動させる。このため、参照装置２０は、幾何学的な軸８とクランクピンの最高の位置１８′の上方に、Ｖ字の二等分線が略垂直方向となるように配置される。この移動の間に、結合部材１２に固定された当接面が結合部材９に固定された凸状のストッパ部材３２と当接し、２つの結合部材９と１２との間に形成される角度の最小値を規定する。このため研磨機械の装置類との干渉を防ぐことができるとともに、点検装置を最良の行程で作動点検位置まで移動させることが可能な停止位置を規定することができる。点検装置の停止位置への引込みは、点検装置の計測信号に基づいて、クランクピン１８が要求される（直径）寸法位置に達したことが検出される時に、通常研磨機械の数値制御部によって制御される。その後、クランク軸の他部の研磨が行われ、あるいはクランク軸の研磨が達成された場合はそのピースが手動または自動で取外され、新しいピースがワークテーブル２３に取付けられる。

新しいクランクピンが研磨されなければならない時、研磨ホイール４の前方部に、通常ワークテーブル２３（単一の研磨ホイールを有する研磨機械の場合）を移動することによって新しいクランクピンはセットされ、点検装置は計測位置に移動する。これは、研磨機械の数値制御部によって、ロッド２９が引込められるようにシリンダ２８を制御することによって行われる。この時、キャップ３０は逆おもり２７の当接部から外れ、最初は回転軸６の回りでのみの、その後はさらに回転軸１１の回りでの結合部材９，１２の回転により、点検装置の構成部材の特有の重量のために、支持ブロック１９は、略垂直な方向に軌跡を描いてクランクピン１８に到達する。クランクピン１８はその間環状の軌跡に従って移動する。クランクピン１８の瞬間的な位置に依存して、最初の接触は案内装置２１によって、あるいは直接的に参照装置２０によって生じ得る。どちらの場合も、クランクピン１８と参照装置２０との間の正確な協働がすばやく達成される。この協働は、点検装置の各部材に作用する重力とこの重力に逆らって作用するクランクピン１８の推力とによって引起こされる結合部材９，１２の移動による点検段階の間ずっと維持される。装置の構造は、参照装置２０のＶ字の各側部がクランクピン１８に約１Ｋｇ重の力を与えるようになっている。

ある場合には、ロッド２９の引込みは、支持ブロック１９のアプローチ運動が軌道２５に近くクランクピン１８の最高の位置１８′からわずかに離れている位置で一時停止するように制御され得る。クランクピン１８がその最高の位置１８′に達しようとする時、ロッド２９の完全な引込みは数値制御によって制御され、これによってクランクピン１８は動的に略最高の位置１８′にある案内装置２１と係合する。この工程により、互いに係合する部材（案内装置２１とクランクピン １８）間の非常に低い相対速度が許容され、それらの間の非常に柔かい衝突が実現される。結合部材９と１２は、クランク軸の回転軸８と研磨ホイール４の回転軸３とを横断する面内に存在する幾何学的な軸を有する基本的に直線状のアームである。しかしながら、クランクシャフト３４が示された図５に示すように、研磨機械の各部材および各装置、特にチューブ３５、との干渉を避けるために、結合部材９と１２は長手方向に延びる部分３６と３７と、別の横断面内の段違い部分とを有している。なお、チューブ３５は、図５には図示されないが、ノズルによって冷却材を研磨される表面に向けて注ぐ。

図６および図７は、装置の計測装置の詳細を示している。図６では、中央部に通常のように潤滑穴３８を特徴として有するクランクピン１８が示されている。潤滑穴３８との干渉を避けるために、フィーラ１７は、伝達ロッド１６の横断部４０によって、ピン１８の中間断面に対してずれている。

参照位置に対する伝達ロッド１６の軸移動は、管状ケース１５に固定された測定変換器、例えば伝達ロッド１６の第２横断部４３に形成された当接面と接触するフィーラ４２を有する“カートリッジ”ヘッド４１によって検出される。

このようにして、フィーラ１７とフィーラ４２を伴う測定ヘッド４１とは、測定軸上に一直線上に維持される。また図７に示すように、伝達ロッド１６の軸移動は、ケース１５とロッド１６との間に設けられた２つのブシュ４４と４５によって案内される。ねじれ力に強く両端をそれぞれロッド１６とケース１５とに固定された金属ベローズ４６は、ロッド１６がケース１５に対して回転することを防止する（フィーラ１７が不適当な位置をとることを防止する）機能と、ケース１５の下方端を密封する機能との両方の機能を達成する。ケース１５の下方端にはチューブ３５のノズルによって冷却材が供給され注入される。

支持ブロック１９は、スロット５１を通過するネジ５０によって案内ケース １５に固定されており、傾斜面を有する２つの部材５２，５３からなる参照装置２０を支持している。その傾斜面には、２つのバー５４，５５が固定されている。領域５７では、管状案内ケース１５が、例えば図７には示されない上述した連結結合部１３によって、結合部材１２の自由端に固定されている。連結結合部１３は、２つのバー５４，５５とフィーラ１７とがクランクピン１８に接触することを確実にするために、バー５４，５５によって規定されるＶ字の二等分線の方向での、大まかな軸方向の調整を可能にする。フィーラ１７の停止位置は、ネジ５０とスロット５１によって調整され得る。

参照装置２０と図７には示されない関連の案内装置２１とは、所定の計測範囲をカバーしている。計測範囲を変化させるためには、支持ブロック１９が、適当な参照装置２０と案内装置２１とを保持する別のブロック１９と交換される。

図５に図式的に示されたように、研磨位置にクランク軸３４が存在することを検知するために適応された近接センサ６０が設けられている。センサ６０は、研磨機械のコンピュータ数値制御部６１に接続されている。ワークピースの存在を監視する信号がない場合、数値制御部６１はシリンダ２８のロッド２９を引込みを防げるため、点検装置は停止位置から移動することができない。

図２および図４に示すように、数値制御部６１にはまた、他の近接センサ６２，６３が接続されている。これらの近接センサ６２，６３は、キャップ３０の位置によって、装置の停止位置（図４）と計測位置（図２）とをそれぞれ検知する。 図８は、逆おもり２７を有さないが、図１乃至図７を参照して説明した全ての特徴を有する点検装置を示している。

さらに、図８の点検装置は支持部材５に硬く固定された突出部７０と、部材９に一端を接続されたアーム７１と、アーム７１の自由端に結合された遊びホイール７２を有する当接部と、突出部７０とアーム７１とを結合するコイル戻りバネ７３とを有している。この場合、シリンダ２８が作動してピストンとロッド２９を図中の右方に移動させる時、キャップ３０が遊びホイール７２を押して、点検装置を停止位置（図４に示す位置に略対応する）へと移動させる。

バネ７３は、その接続のために、実質的に支持部材５と第１結合部材９との間に配置され、図１乃至図５の逆おもり２７の効果と同様に、静的な釣り合い効果を有している。このため、Ｖ字の参照装置２０と点検されるべきクランクピン １８との間の適当な係合力が確立される。

装置の点検状態への移動を許すためにロッド２９が引込められ、キャップ３０が当接部あるいは遊びホイール７２から外れると、支持ブロック１９は結合部材９，１２の回転によってクランクピン１８にまで達し、装置は図１乃至図５を参照して説明したように作動する。クランクピン１８と参照装置２０との間の協働は、重力によって引起こされる構成部材の移動のために、前述のように維持される。

コイルバネ７３の作動については、支持ブロック１９の低下とともに増大する伸張が、クランクピン１８の移動に伴う点検装置の移動部材の慣性による力と部分的にかつ動的に釣合う。

この場合、例えば最低の位置１８″に対応して、参照装置２０と参照装置２０のＶ字の側部から離れる傾向があるクランクピン１８との間の過圧力を避けることが可能である。他方、（最高の位置１８′へ向かうクランクピンの回転による）装置の上昇運動の間、バネ７３の引張り作用が減少するので、上方位置１８′に対応して、Ｖ字参照装置２０とクランクピン１８との間の係合を解除する傾向がある慣性力が、適当に釣合わされ得る。後者の場合、バネ７３の引張作用の減少によって釣合い作用が得られることが指摘される。言い換えれば、コイルバネ７３は、重力によって前述のように相互に協働する参照装置２０とクランクピン１８との間のいかなる圧力も引起こさない。

前述の点検装置の１つは、さらなるフィーラや、連結された伝動ロッドや、研磨されるクランクピンのさらなる直径や他の寸法や幾何的なあるいは形状の特性を検出するための測定変換器を有することが可能である。Ｖ字型の参照装置２０は、異なるタイプの参照装置と置換され得る。

回転軸７はまた、各図に示されて前述された位置と異なる位置、すなわち異なる鉛直面上の異なる鉛直位置に配置されることが可能である。

複数のクランクピンを同時に研磨する多ホイール研磨機械においては、多数の点検装置が設けられ得ることは明らかである。

本発明は同封の図面を参照しつつ、好ましい実施例の図示によってより詳細に説明される。好ましい実施例は本発明を限定するものではない。前記図面については：
クランク軸のための研磨機械の研磨ホイールスライド部に取付けられた計測装置の側面図であって、この装置が、クランク軸の主軸の回りで軌道運動により回転するクランクピンの研磨中に到達する最高位置の状態を示す側面図である。 図１と同様の計測装置の側面図であって、この装置がクランクピンの研磨中に到達する最低位置の状態を示す側面図である。 研磨機械の数値制御が緊急の理由のために研磨ホイールの撤回を命令した状態の図１および図２に示された装置の側面図である。 停止位置での図１乃至図３の装置の側面図である。 研磨機械の研磨ホイールスライド部に取付けられた装置の部分正面図である。 クランクピンの潤滑穴との干渉を避けるためにクランクピンの直径の比較測定を行うための装置の計測装置の詳細を示している。 装置の計測システムの部分断面図である。 図１に示されたのと同じ位置状態での、図１乃至図５の装置にいくつかの修正を施した計測装置の側面図である。

Claims (4)

1. 幾何学的な軸（８）を規定するワークテーブル（２３）と横方向に可動の研磨ホイールスライド部（１）とを有する数値制御研磨機械の研磨行程中において、幾何学的な軸の回りで軌道運動により回転するクランクピン（１８）の直径を点検するための装置であって、
   研磨ホイールスライド部は、点検されるクランクピンと協働するための参照装置（２０）と、参照装置とともに可動の計測装置（１６、１７、４０−４５）と、参照装置と計測装置とを支持する支持装置とを有しており、
   支持装置は、支持部材（５）と、前記幾何学的な軸（８）に平行な第１の回転軸（７）の回りで回転するように支持部材に結合された第１結合部材（９）と、参照装置（２０）を保持するとともに第１結合部材（９）に可動に結合された第２結合部材（１２）とを有している、
   ような装置において、
   第２結合部材（１２）は第１結合部材（９）に、前記幾何学的な軸（８）に平行な第２回転軸（１１）の回りで第１結合部材に対して回転するように結合されており、
   支持部材（５）が研磨ホイールスライド部（１）に固定されており、
   制御装置（２８−３０）が装置を自動的に停止位置から点検位置へあるいはその逆へ移動させるように設けられており、
   点検位置において点検されるべきワークピース（３４）の存在を検出する検出装置（６０）を更に備え、制御装置（２８−３０）は、検出装置によって、ワークピースが不在の場合に装置が停止位置から移動することを妨げるように制御される
   ことを特徴とする装置。
2. 第２結合部材（１２）と第１結合部材（９）との間の結合は、第２結合部材の第１結合部材に対する回転移動を制限する制限部材（３２）を有する
   ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記第１結合部材（９）と第２結合部材（１２）のうち少なくとも一つは、研磨機械の部材との干渉を避けるため、実質的に直線状の段違い部分（３６、３７）を有する
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の装置。
4. 前記軌道運動の過程でクランクピン（１８）上の参照装置の配置を案内する案内装置
   を更に備えたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の装置。

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