JP4828072B2 - 研削箇所におけるクランクピンの寸法、形状の偏りを計測するための装置及び方法 - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、クランクピンが動作される数値制御された研削機械の主回転軸に関して軌道回転している間に、クランクシャフトのクランクピンの寸法及び形状の偏りの検査のための装置に関する。研削機械は、研削ホイールを有する研削ホイールスライドと、主回転軸を規定するワークテーブルとを有する。検査のための装置は、検査されるクランクピンに係合するように適合されたＶ字状形状の参照デバイス、検査されるクランクピンの表面に接触するように適合されたフィーラー、及び、Ｖ字状形状の参照デバイスに関するフィーラーの位置を示す信号を供給するように適合されたトランスデューサー、を有する計測ヘッドと、計測ヘッドを移動可能に支持する相互に可動な連結要素を有する支持デバイスと、静止位置から検査位置まで、及び、検査位置から静止位置まで、の計測ヘッドの自動的な移動を制御するための制御デバイスと、トランスデューサーによって供給される前記信号を受け取って処理するように適合された計測ヘッドに接続された処理及び表示デバイスと、を備えている。
【０００２】
また、発明は、幾何学的に対称な軸を規定するピンの形状の偏りを検査するための方法に関する。当該ピンは、対称な軸に対して平行であり且つ離間して設けられた主回転軸に関して、軌道移動するようになっている。
【０００３】
No. WO-A-9712724で公開されている国際特許出願において、上述の特徴を有する装置の関連事項が示されている。
【０００４】
当該国際特許出願において説明されている実施の形態では、優れた度量衡の結果と、小さな慣性力と、これらの特徴を有する装置の性能の標準化と、が保証され、特許出願を出願している会社によって製造されており、装置の並外れたクオリティー及び信頼性が確認されている。
【０００５】
クランクピンを動作させるために従来作られてきた多くの数値制御研削機械において、動作される各断片は、ワークテーブル上に配置されると共に、その主回転軸（すなわち、ジャーナルベアリング（ジャーナル軸受）によって規定される軸）に関して回転させられる。そして、回転している間、ジャーナルベアリングとクランクピンとの両者は、研削される。クランクピンに関する限り、適切な動作には、数値補間（numerical interpolation）の結果である適切な動作プログラムに基づく機械の数値制御（ＮＣ）の制御下において、シャフトの回転動作に同調した、研削ホイールスライドとワークテーブルとの間における非常に正確な並進動作が必要とされる。その機械の機構部の寸法或いは形状の偏りに関する不可避な不完全部は、研削された加工中の製品の円筒形表面において、円形の、或いは、丸みの偏りをもたらす。そのような偏りを補正するために（そして、車輌に採用されているクランクシャフトに必要とされるこの種の偏りの許容値としては、２−３μｍは典型的な値である、ということを考慮して）、動作させられるクランクピンの丸みは検査されなければならない。このため、そのＣＮの動作プログラムは補正されなければならない。クランクピンの丸みの検査は、従来、非常に正確な回転動作を行う回転テーブルを有する適切な度量衡装置によって行われている。当該回転テーブルでは、検査されるクランクピンが回転軸に関して略中央に配置されることによって、クランクシャフトが調べられる共に固定されるようになっている。半径計測用軸を有する計器は、少なくともピン表面の横断面に対応する変化を検知する。なお、当該ピン表面は、適切なサンプリング周波数によって、回転テーブルの３６０°の回転の間に調べられるようになっている。最良適合の境界、すなわち検知される変化の値に対応するポイントの位置に最も近接している境界、が得られるように、検知される変化の値が処理される。検査される表面の丸みの異常を明確にするために、最良適合の境界値に関する検知された値の偏りは、広く知られている周知技術に基づいて計算される。
【０００６】
従来使用されてきた手段によれば、丸みを検査するために、特定の、高価な、そしてかさばった装置が必要である。また、以下の操作を連続的に実行することが必要である。すなわち、研削機械の研削箇所から検査されるべきクランクシャフトを移動させて、回転テーブル上に適切に配置及び固定することに関して注意深い操作が必要とされる特定の装置上にクランクシャフトを配置し、検査処理を実行し、結果を解析し、そして当該結果に基づいてＣＮの研削プログラムを手動で補正する、という操作を連続的に実行することが必要である。結果として、検査及び補正を実行するためには、適切に指導された操作者の関与が必要とされる。更に、上述の操作を実行することは、動作処理に対して消極的に影響し、無視できない邪魔が伴う。これは、製造プロセスの連続的且つ適時な検査に対する要求が更に増加しているのとは対照的であるように思われる。
【０００７】
本発明の目的は、クランクピンが動作する研削機械上に静かに配置されたクランクピンであってクランクシャフトを有するクランクピンの丸み或いは円形の検査を、正確且つ適時に実行することができる検査装置及び検査方法を得ることである。本発明の他の目的は、研削機械上でクランクピンが動作する間に、軌道回転しているクランクピンの両直径寸法とクランクピンの丸さとを検査することができる検査装置及び検査方法を得ることである。これらの目的及び利点と他の目的及び利点とは、それぞれ、請求項１及び１３に基づく検査装置及び検査方法によって達成される。
【０００８】
発明は、添付された図面が参照されて更に詳細に記述されており、例図として非限定的な好ましい実施の形状が示されている。
【０００９】
図１は、クランクシャフトのための研削機械の研削ホイールスライドに取り付けられた計測装置の側面図であって、研削されたクランクシャフトの検査の間の操作状況が示されている。
【００１０】
図２は、研削装置の研削ホイールスライド上に取り付けられた図１の装置の正面図である。
【００１１】
図３は、図１及び図２の装置における計測デバイスの部分的な断面図である。
【００１２】
図４は、研削されているクランクシャフトの検査の間における、発明に基づく装置の概略側面図である。但し、図４に示された装置の寸法及び比率は、必ずしも図１のものに対応していない。
【００１３】
図５ａ、５ｂ、５ｃ及び５ｄは、明白な形状誤差を有するピンの断面と、他の装置によって検知されたピンの特徴をグラフで示したものを概略的に示している。
【００１４】
図６は、クランクピンの寸法及び形状の偏りの検査に関する、本発明に基づく方法のステップ順序を示すフローチャートである。
【００１５】
図７は、本発明の装置における計測デバイスの図であり、図３に示されたものとは異なる実施の形態に基づくものである。
【００１６】
図１及び図２に示されているように、クランクシャフト３４を研削するための研削装置であってコンピュータ数値制御（”ＣＮＣ”）されている研削装置において、研削ホイールスライド（といし車スライド）１は、研削ホイール（といし車）４の回転軸Ｍを規定するスピンドル２を支持している。研削ホイールスライド１は、スピンドル２の上方において、検査装置の支持デバイスを有している。当該支持デバイスは、支持要素５と、第１回転連結要素（９）と、第２回転連結要素（１２）と、を含んで構成されている。支持要素５は、回転ピン６によって第１回転連結要素９を支持している。ピン６は、研削ホイール４の回転軸Ｍと平行であってクランクシャフト３４の主回転軸Ｏと平行に、第１回転軸Ｆを規定している。そして、回転ピン１０は、回転軸Ｍ及びＯと平行な第２回転軸Ｓを規定しており、連結要素９は、当該回転ピン１０によって第２連結要素１２を支持している。連結要素１２の自由端部には、連結された案内ケーシング１５が設けられている。この案内ケーシング１５では、伝達ロッド１６（図３参照）を、軸方向へ並進移動させることができるようになっている。当該伝達ロッド１６は、図１で示されているように、検査されるべきピン１８、とりわけクランクシャフト３４のクランクピン、の表面に接触させるフィーラー(触知器)１７を有している。動作させられているクランクピン１８に関する幾何学的に対称な軸は、図において参照Ｃで示されている。案内ケーシング１５、伝達ロッド１６、及びフィーラー１７は、支持ブロック１９を含んで構成されている測定或いは計量に関するヘッド３９の構成要素である。支持ブロック１９は、案内ケーシング１５の下方端部において固定されると共に、ピン６及びピン１０によって許容された回転の効果によって、検査されるクランクピン１８の表面に係合するように適合されたＶ字状形状の参照デバイス２０を支持している。伝達ロッド１６は、Ｖ字状形状の参照デバイス２０の二分線に沿って移動可能となっている。
【００１７】
支持ブロック１９は、案内デバイス２１を更に支持している。当該案内デバイス２１は、上述した国際特許出願の公開番号WO-A-9712724の説明に基づくものである。当該案内デバイス２１は、クランクピン１８との係合およびクランクピン１８との接触を維持するために、参照デバイス２０を案内するのに役立つ。その一方で、ピン６及び１０によって規定される回転軸Ｆ,Ｓに関する第１連結要素９及び第２連結要素１２の回転を制限するために、参照デバイス２０は、クランクピンから離れるように移動するようになっている。
【００１８】
基準位置に関する伝達ロッド１６の軸方向への移動は、計測トランスデューサーによって検知される。当該計測トランスデューサーは、管状のケーシング１５に対して固定されている。そして当該計測トランスデューサーは、例えば、（それ自体は周知である）LVDTタイプやHBTタイプのトランスデューサー４１であって、伝達ロッド１６と共に移動可能な移動可能要素すなわちロッド４２に連結された固定巻線４０や強磁性芯４３を有している（図３参照）。伝達ロッド１６の軸方向への移動は、ケーシング１５とロッド１６との間に配置された二つの軸受け筒４４及び４５によって案内される。そして、圧縮スプリング４９は、検知されるべきクランクピン１８の表面に向かって、或いはフィーラー１７の静止位置を規定する内部接触面（図示せず）に向かって、ロッド１６及びフィーラー１７を推進させるようになっている。金属製ベローズ(bellows)４６は、ねじり力に関して堅固であって、ロッド１６及びケーシング１５（若しくは支持ブロック１９）のそれぞれに対して固定された両端を有している。そして、ベローズ４６は、ロッド１６がケーシング１５に関して回転することを防止する（従って、フィーラー１７が不適切な位置に着手してしまうことを防止する）と共に、ロッド１６がケーシング１５の下方端を塞いでしまうことを防止する、という二重の機能を果たすようになっている。
【００１９】
支持ブロック１９は、溝４８を通るスクリュー４７のペアによって、案内ケーシング１５に対して固定されている。また、支持ブロック１９は、参照デバイス２０を支持している。当該参照デバイス２０は、傾斜表面を有する二つの要素３１を有しており、要素３１の傾斜表面に対して二つのバー３２が固定されている。
【００２０】
フィーラー１７の静止位置は、スクリュー４７と溝４８とによって調整されうるようになっている。
【００２１】
ヘッド３９のトランスデューサー４１は、処理及び表示デバイス２２に接続されており、処理及び表示デバイス２２は、研削機械の数値制御部（ＮＣ）３３に接続されたそのターン上に位置している。
【００２２】
連結要素９及び１２は、基本的には直線状に延びるアームであって、クランクシャフトの回転軸Ｏと研削ホイール４の回転軸Mとに関する横断面に横たわる幾何学的な軸を有するアームである。しかしながら、図２に概略的に示されているように、研削装置の要素やデバイスのあらゆる干渉を回避するために、連結要素９及び１２は、長手方向へ延びる部分と、異なる横断面にオフセットされた部分と、を有している。
【００２３】
制御デバイスは、例えば油圧タイプの、複動シリンダ２８を有している。シリンダ２８は、研削ホイールスライド１によって支持されている。また、シリンダ２８は、シリンダ２８のピストンに連結された移動可能要素、とりわけロッド２９を具備している。当該移動可能要素（ロッド２９）は、自由端部においてキャップ３０を有している。アーム１４は、一端において要素９に対して固定されており、他端においてアイドルホイール２６を有するアバットメント部(an abutment)が設けられている。ピストン及びロッド２９を右方に向かって（図１に関して右方へ）移動させるためにシリンダ２８が駆動されると、参照デバイス２０がクランクピンの表面から離れて配置される。これにより、キャップ３０は、アイドルホイール２６に接触し、静止位置に対する検査装置の移動をもたらすようになっている。オーバーハング部１３は、支持要素５に対してしっかりと固定され、コイル伸縮スプリング２７は、オーバーハング部１３及びアーム１４に接合されている。
【００２４】
検査状態への装置の移動を許容するために、ロッド２９が引っ込められて、アバットメント部すなわちアイドルホイール２６、からキャップ３０が解放されると、概ね上記の国際特許出願公開番号WO-A-9712724で詳説されているように、連結要素９、１２の回転を介して支持ブロック１９がクランクピン１８に近接し、装置は、検査状態に達して、当該検査状態を維持するようになっている。
【００２５】
クランクピン１８と参照デバイス２０との協働は、重力によりもたらされる構成要素の変位によって、維持される。コイルスプリング２７の作用、支持ブロック１９の低下と共に増加するコイルスプリング２７の引き伸ばし、は、クランクピン１８の変位による影響を受けた検査装置の可動部の慣性のために、部分的に及び動的に力が釣り合うようになっている。そのようなやり方において、例えば、参照デバイス２０とクランクピン１８との間における過度の圧力を回避することが可能となり、対応する下方位置（図１において参照番号１８’で示されている）において、参照デバイス２０のＶ字状形状の変形をもたらす傾向を有しうる。他のサイドでは、装置の上昇動作（図１においてクランクピン１８が示されている箇所である上方位置に向かう動作であって、クランクピンの回転に起因する上昇動作）の間、スプリング２７の引き抜き動作は減少する。このため、対応する上方位置において、Ｖ字状形状の参照デバイス２０とクランクピン１８との間における係合の解放に寄与する慣性力は、適切に釣り合いが取られうることとなる。後者の場合には、スプリング２７によるその引き抜き動作の減少を介して釣り合い動作が得られる、ということが指摘されている。すなわち、コイルスプリング２７は、参照デバイス２０とクランクピン１８との間においていかなる圧力ももたらさず、参照デバイス２０及びクランクピン１８は、重力の作用のみによって、上述のように相互に協働することとなる。
【００２６】
検査されるべきクランクシャフト３４は、図２に概略的に示されるように、スピンドル３６を有する駆動装置と心押し台３７との間において、ワークテーブル（作業台）２３上に配置されると共に、クランクシャフトの主幾何学軸に一致する主回転軸Ｏを規定するようになっている。結果として、クランクピン１８は、軸Ｏに関して軌道動作を行う。角度検知ユニットは、図２において参照番号３５で概略的に示された回転トランスデューサーを有しており、例えば回折格子干渉計を含んで構成されている。回転トランスデューサー３５は、クランクシャフト３４の角度位置θを検知すると共に、研削装置のＮＣ３３に接続されており、ＮＣ３３を介して処理及び表示デバイス２２に接続されている。研削ホイールスライド１とワークテーブル２３との間における相互の並進移動を検知するための線形トランスデューサーは、図１において参照番号３８によって概略的に示されており、研削装置のＮＣ３３に接続されている。機械の各部の移動を適切に制御するために、回転トランスデューサー３５及び線形トランスデューサー３８によって出力された信号は、クランクピン１８を研削する間、ＮＣ３３によって用いられうるようになっている。
【００２７】
検査段階の間に、計測ヘッド３９のトランスデューサー４１は、処理および表示デバイス２２に信号を送る。当該信号の値はフィーラー１７の位置を示す。そのような信号の値は、例えばデバイス２２に保存された補正値或いは補正係数に基づいて、処理されると共に補正されうるようになっている。これにより、研削されるクランクピン１８の直径寸法を示す信号の値を有する計測信号が得られるようになっている。計測信号は、所定の直径寸法に達した時にクランクピン１８の動作を止めるために、ＮＣ３３によって用いられる。
【００２８】
その後、クランクピンの表面の丸みに関しての検査が行われる。丸み検査段階において、研削機械の各部（研削ホイールスライド、ワークテーブル）の補間動作は、クランクピン１８の軌道動作の間に、クランクピン表面からの極めて僅かな距離を維持するために研削ホイール４の表面が動くように、制御されている。
【００２９】
丸み検査段階において、クランクシャフト３４は３６０°の回転を受ける。当該回転の過程では、トランスデューサー４１によって出力される信号の値が検知され、（その後、上述のように補正することが可能であり、）保存される。当該値は、回転トランスデューサー３５の制御下で、θ＝０，１，・・・，３５９において連続した”概略”値ｒｇ（θ）を得るために、所定の間隔があけられた角度位置において検知され、例えば全ての角度で検知される。トランスデューサー４１の信号は、他の適切な方法によって検知されることが可能となっており、例えば、クランクシャフト４３の一定の回転スピードにおいてタイムスキャニング(a time scanning)することによって可能である。概略値ｒｇ（θ）は、クランクピン１８の所定の角度位置θにおける当該クランクピン１８の半径寸法に関連すると共に、検知装置のいくつかの特徴に起因する偏りを含んでいる。特に、クランクピン１８の軌道移動の間における計測ヘッド３９の相互ダイナミック振動（相互動的振動）(reciprocal dynamical oscillations)と、参照デバイス２０とクランクピン１８の表面との間における接触に起因するクランクピン１８の表面形状の偏りの相互変調と、によって、概略値ｒｇ（θ）は影響される。実際のクランクピンの外形、すなわち幾何学的対称軸Ｃに関する角度位置の関数としてのクランクピン１８の半径寸法の変化、を示す外形値ｒ（ψ）を得るために、概略値ｒｇ（θ）は、以下で詳細に述べられるように処理されるためにＮＣ３３へ伝えられる。外形値ｒ（ψ）は、丸みの誤差を検知するために、そしてそれによって動作操作を制御するプログラムを補正するために、直接的にＮＣ３３によって用いられうる。なお、丸みの誤差の検知は、従来技術で用いられている特定の丸みの検査装置によって行われることが可能である。
【００３０】
図４は、クランクピン１８の丸み検査の間における、装置のいくつかの各部を概略的に示している。更に、図４は、回転及び幾何学的な軸の位置と、いくつかの特別なポイント（例えば、フィーラー１７とクランクピンの表面との間における接触ポイントP）と、例えば距離や角度のような幾何学的な細目であって定められた配置を有する特定の応用例において一定値を有する幾何学的な細目と、を表示している。
【００３１】
・α：参照デバイス２０のＶ字状形状の各サイドと、Ｖ字状形状の二分線と、の間における角度
・ｃ：クランクピン１８の離心率（或いは到達距離）ＯＣ
・ｒ：クランクピン１８の半径の公称値
・ｍ：研削ホイール４の半径
・ｂ：回転軸ＭとＦとの間の距離
・γ：距離ｂが存在する直線の角度配置、すなわち、当該直線と研削ホイールスライド１の並進方向との間における角度
・Ｉ：回転軸ＦとＳとの間の距離
・ａ：クランクピン１８の回転軸Ｓと幾何学的な軸Ｃとの間の距離
・β：Ｖ字状形状の参照デバイス２０の二分線に関する直線ＳＣの角度配置（すなわち角度ＳＣＰ）
また、図４は以下の可変細目についても表示している。
【００３２】
・θ：回転トランスデューサー３５によって検知されるクランクシャフト３４の角度配置
・ε：研削ホイールの軸Ｍ及びクランクピン１８の軸Ｃを通る直線と、研削ホイールスライド１の並進方向と、の間の角度
・ｘ（θ）：（研削ホイール４の）軸Ｍと（クランクシャフト３４の）軸Ｏと間の距離
・ｚ：クランクピン１８の幾何学的な軸Ｃと回転軸Ｆとの間の距離
・ψ：Ｖ字状形状の参照デバイス２０の二分線に対する、クランクシャフト３４の軸Ｏ及びクランクピン１８の軸Ｃを通る直線の角度配置
前述のように、概略値ｒｇ（θ）は、クランクピンの表面上における計測ヘッド３９の相互ダイナミック振動を原因とする誤差によって、影響される。実際、クランクピン１８は、それ自身の幾何学的な対称軸（Ｃ）から離心率ｃの間隙を介した回転軸（Ｏ）に関して回転するので、（研削ホイール４とクランクピン１８の表面との間に保持された極めて小さな距離に基づく）前述の制御された補間動作の間、対称軸Ｃは、研削ホイール４の軸Ｍに関する半径ＭＣの弧を追随するように、研削ホイール４に関して振動変位する。支持デバイス及びヘッド３９の運動学的な特徴及び幾何学的な特徴のために、明確な四角形ＭＦＳＣを規定することによって、Ｖ字状形状の参照デバイス２０は、概括的な言葉で、クランクピンの軌道回転の間に変化する角度配置を担うクランクピン１８に係合する。
【００３３】
それ故に、回転トランスデューサー３５によって検知されるようなクランクシャフト３４の角度配置θの増分値と、結果として生じる対称軸Ｃに関する接触ポイントＰの位置を示す角度ψの増分値と、は十分には一致しない。クランクピン１８上のヘッド３９の検知の結果は、実際の外形値に対する概略値ｒｇ（θ）の変動或いは偏りである。当該偏りは、丸みの検査段階の様々な段階において、概略値ｒｇ（θ）に対して様々な影響を及ぼす。本発明に基づく方法は概略値ｒｇ（θ）の第１処理を含む。当該第１処理は、クランクピンの表面上における計測ヘッド３９の相互ダイナミック振動に起因する上述した偏りを除去するためのものである。
【００３４】
この目的を達成するために、以下の操作が、０°と３５９°との間における角度θの各値に関して行われる。
【００３５】
・二つの脚部（ＯＣ，ＣＭ）及び一つの角度（ＣＯＭ＝θ）が既知の値である三角形COMとの関連において、広く知られた簡単な三角方程式によって、角度εの値が計算される。
【００３６】
・角度ＣＭＦの値（「１８０°−ε−γ」に等しい値）が計算された後に、三角形ＣＭＦの二つの脚部（ＣＭ，ＭＦ）が既知の長さなので、広く知られた簡単な三角方程式によって、ＣＦ＝ｚの値及び角度ＭＣＦ＝Ψの値が得られる。
【００３７】
・三角形ＣＦＳの全三つの脚部の長さが認識されることにより、角度ＦＣＳ＝ωの値が簡単に得られる。
・最後に、角度ψの値を、ψ＝β＋ω＋Ψ−θ−ε、として得ることができる。
【００３８】
θの３６０の値の各々に関して上述の操作を繰り返すことにより、広く知られた数値補間技術によって、概略値の結果ｒｇ（θ）を補正する（或いは”同位相の状態におかれる”）ことができる相関関数ψ＝ψ（θ）を得ることが可能となり、角度的に補正された連続した値ｒｆ（ψ）を得ることが可能となる。
【００３９】
検査されるクランクピン１８の公称寸法、或いは、装置（支持デバイス及びヘッド）の幾何学的特徴、が変化した場合には、相関ψ＝ψ（θ）を得るための操作は一度のみで行われなければならない、ということが指摘されうる。
【００４０】
現在の記述において既に述べたように、V字状形状のデバイス２０を参照することによりフィーラー１７の位置が検知される結果として生じるクランクピン１８の形状の偏りの相互変調のために、角度的に補正された連続した値ｒｆ（ψ）は、更なる変化によってなお影響され、フィーラー１７は、クランクピン１８の検査のためにその表面に触れるようになっている。
【００４１】
実際には、周知の丸み計測装置によるクランクピン１８の計測の時に、基準軸に関して正確に回転するターンテーブルに対してクランクピンが固定されている箇所（回転動作の精度が製造許容誤差の約１０倍良好である箇所）で起こっていることとは対照的に、ヘッド３９は、形状の偏りの誤差によって影響されるクランクピン１８の表面を部分的（図４において点Ａ及びＢによって示されている部分）に支持するＶ字状形状要素の面を有する参照デバイス２０を含んで構成されている。これは、トランスデューサー４１によって供給される計測信号における、接触点Ａ，Ｂ及びＰにおける形状の偏りの誤差に関してより複雑な変調をもたらすようになっており、それは、Ｖ字状形状の側面とフィーラー１７が沿って移動するような直線との間における角度の値αと、誤差に関する調波のオーダーと、によって左右される。図５ａから図５ｄまでは、局部的に形状誤差を有しているピン１８Ａ（図５ａ参照）を示すことによって、上述の特徴を概略的に図示したものである。従来技術の丸み計測装置は適切に誤差を検知することができ、それは、３６０°の回転において一度の計測によって明らかにされるようになっている。その出力信号は、概ね図５ｂに示されるような傾向を有している。ヘッド３９によって検査された同じピン１８Ａ（図５ｃ参照）は、３６０°の回転において３度の変則を示す更に複雑な出力信号（図５ｄ参照）を生じさせる。実際、後者の場合において、フィーラー１７（点Ｐ）が対応する表面範囲に接触した場合だけでなく、反対の意味を示すそのような範囲がＶ字状形状のデバイス２０の側面の点Ａ及びＢに接触した場合にも、（信号）誤差は”検知”されてしまう。
【００４２】
本発明の方法によれば、クランクピン１８の表面形状の偏りの誤差の相互変調による上述のマイナス効果は、角度的に補正された値ｒｆ（ψ）のハーモニック・アナリシス(調和解析)を行うことによって、補正される。
【００４３】
例えば本発明に基づくピンの形状の検知のような、あらゆる周期関数は、フーリエ級数（Fourier series)として表されうる。
【００４４】
【数１】

係数Ａ_ｉ，Ｂ_ｉは、振幅Ｃ_ｉ及び位相Φ_ｉを有するｉ^ｔｈ高調波のデカルト投射Ｘ，Ｙを表す。
【００４５】
【数２】

クランクピン１８の外形を十分な近似によって説明するために、最初の１０／１５の調波を計算することで十分となりうる。なぜならば、更なる調波は、表面の小さな不完全さを変えることに関する情報を与える可能性があり、それは、丸み誤差として規定されることはできないが、丸さに関する手がかりを与えうる。ハーモニック・アナリシスは、形状の誤差に関する個々の異なる高調波を維持するということに、注意される。このような形状の誤差、例えばひずみ度誤差(ovality error)（第２の調波）は、その投射Ａ_２，Ｂ_２においてのみ明らかにされ、他のいかなるオーダーの調波もない。ヘッド３９のＶ字状形状の参照デバイス２０によってもたらされる調和変調(harmonic modulation)を補正するために、ハーモニック・アナリシスのこの特徴を用いることができる。実際、各高調波は、Ｖ字状形状の側面とフィーラー１７が沿って動作する直線との間における角度の値、及び調波のオーダー、のみによって左右される振幅の変調や位相変位の影響を受けやすい。例として、８０°の対称的な角度（α＝４０°）を規定するＶ字状形状に関連するハーモニック・アナリシスは、以下の表に記載されている補正係数を生じさせる。
【００４６】
【表１】

角度αは、少なくとも実際には注意を引きつけるオーダーの調波が伴う限りにおいては、倍率係数Ｋ_ｉが１よりも過度に小さくならないように（特に倍率係数Ｋ_ｉをゼロにすべきではないように）、選択されるべきである。
【００４７】
所定の角度αの全てに関して一度、上記の表の値を計算した後に、クランクピン１８の”実際の”外形、すなわち上述した従来技術の丸さ検査装置によって得られうる外形、を獲得するために、補正された値を使用することが可能である。
【００４８】
そのようにするために、ハーモニック・アナリシスの振幅値Ｃ_ｉは、対応する倍率係数Ｋ_ｉによって分けられなければならず、位相の差角σ_ｉは、位相Φ_ｉに加えられなければならない。
【００４９】
実質的には、クランクピン１８の外形の決定に関する方法は、その丸さを検査するために、以下の段階を含んでいる。
【００５０】
・クランクシャフト３４の３６０°の回転の間に、トランスデューサー４１によって出力された信号に基づいて、概略値の結果ｒｇ（θ）を取得する
・相関ψ＝ψ（θ）を計算する
・クランクピンの表面における計測ヘッド３９の相互ダイナミック振動に起因する誤差を補正するために、相関ψ＝ψ（θ）に基づいて概略値ｒｇ（θ）の補正を探索する
・参照デバイス２０のＶ字状形状のサイドと、フィーラー１７が沿って動く直線と、の間の角度αに依存するオーダー１−ｎ（例えば１−１５）の調波に関連した、感度係数及び位相の差角の表を準備する
・”見かけ上の”外形のハーモニック・アナリシス（角度的に補正された値ｒｆ（ψ））、及び、ｎ調波の振幅及び位相の値、を計算する
・倍率係数Ｋ_ｉによる振幅の値を補正する
・値σ_ｉによる各調波の位相調整を行う
・フーリエの公式によるｎ調波の合成を介した、”実際上の”外形ｒ（ψ）の獲得する
装置の幾何学及びクランクピン１８の公称寸法が変化しない場合には、上述の段階の一部は繰り返されてはいけない、ということが指摘される。
【００５１】
結果として、クランクピン１８の”実際上の”外形ｒ（ψ）が、獲得される共に、更に処理されて図式的に表され（プロットされ）、或いは他の周知の方法が使用されうることとなる。
【００５２】
図６のフローチャートは、本発明の方法に基づく、製造過程の寸法検査と軌道移動するクランクピン１８の形状検査とを含む作業サイクルのステップを伝える。フローチャートのブロックは、以下のような意味を有している。
【００５３】
６０−スタート
６１−クランクシャフト３４が、配置され、ワークテーブル２３に接続され、軸Oに関して回転させられる。そしてＮＣ３３が研削ホイールスライド１の動作を制御する。
【００５４】
６２−ＮＣ３３の制御の下で、複動シリンダー２８は駆動され、ヘッド３９を検査状態に至らせる。すなわち、後者の軌道動作（公転運動）の間に、Ｖ字状形状の参照デバイス２０を、クランクピン１８の表面と係合するような状態に至らせる。
【００５５】
６３−クランクピン１８の動作は、クランクピン１８の直径の寸法に関する適切な計測信号がトランスデューサー４１によって供給されると共にＮＣ３３によって検知される時までに、行われる。
【００５６】
６４−丸み検査が要求されない場合には、サイクルは終了する（ブロック７３）６５−クランクピン１８の更なる軌道回転の間に、概略値ｒｇ（θ）が記憶される。６６−例えば、未だに計算されていない場合、或いは、研削機および検査装置の幾何学的な特徴及び／又はクランクピンの公称寸法が変化する場合、のように、新しい相関関数ψ＝ψ（θ）が計算されなければならないか否かが検査される。
【００５７】
６７−（新しい）相関関数ψ＝ψ（θ）が計算される。
【００５８】
６８−クランクピン１８の”見かけ上の”形状ｒｆ（ψ）に関連する角度的に補正された値ｒｆ（ψ）を得るために、概略値ｒｇ（θ）は、相関関数ψ＝ψ（θ）に基づいて補正される。
【００５９】
６９−”見かけ上の”形状ｒｆ（ψ）のハーモニック・アナリシスが行われ、ｎ調波の振幅（Ｃ_ｉ）及び位相（Φ_ｉ）の値が計算される。
【００６０】
７０−特定のＶ字状形状のデバイス２０に関連する感度係数及び位相の差角、及び、関連する角度α、の適切な表を利用することができるか否かが検査される。
【００６１】
７１−感度係数及び位相の差角の（新しい）表が得られる。
【００６２】
７２−ｎ調波の振幅及び位相の値が、表の内容に基づいて補正され、クランクピン１８の実際上の外形値ｒ（ψ）が得られる。
【００６３】
７３−サイクルが終了する
丸み検査の段階の間にそれらが検知されるように、クランクピン１８の表面に影響を及ぼす誤差に基づく、ＮＣ３３に記憶されている動作プログラムの補正に関するその後の段階を、図６のフローチャートが含まない、ということが指摘される。当該補正は、他の周知の方法においても、実行されうる。
【００６４】
以下の事項が指摘される。図４を参照して、ａ＝ｂ及びｌ＝（ｍ＋ｒ）となるように、研削機、検査装置、及びクランクシャフトに関して、寸法と相互配置とが選択される場合、結果として生じる支持デバイスの連結要素９及び１２についての”平行四辺形状”の動作は、クランクピン１８の表面における計測ヘッド３９の相互ダイナミック振動をもたらさない。結果として、図６に基づく方法のステップ６６から６８までは、省略されうる。しかしながら、上述の構成に関する、クランクピン１８の公称直径寸法のほんの僅かな変化によって、相互ダイナミック振動がもたらされ、結果としてヘッド３９によって検知される値にも変化がもたらされる、ということに留意されるべきである。結果として、ステップ６６から６８までを行うことは、一般的に重要であって有利な点を有している。
【００６５】
本発明に基づく検査装置は、フィーラー１７の並進方向に関して非対称のＶ字状形状の表面を有するＶ字状形状の参照デバイス２０’を具備しうる。そのデバイス２０’を有する計測ヘッド３９’は、図７に示されている。図７において参照Ａ，Ｂ，Ｃ及びＰは、図４及び５ｃで言及されているものと同じポイントを示す。図７に関連する実施の形態において、デバイス２０’のＶ字状形状面の両サイドの間を含む全体的な角度は、対称性を有するデバイス２０の角度２α＝８０°に等しい。しかしながら、Ｖ字状形状の表面は、フィーラー１７の並進方向に関して７°回転させられている。換言すれば、Ｖ字状形状の二分線は、前記並進方向に関して角度をもって配置されている。これにより、Ｖ字状形状の各側面間における角度ＡＰＣ及びＢＰＣ、及びそのような並進方向が、もはや相互に等しい（α＝４０°）わけではなく、異なった値を有しており、特にＡＰＣ＝α１＝４７°及びＢＰＣ＝α２＝３３°となる。
【００６６】
非対称デバイス２０’を用いることにより、計測ヘッド３９によってカバーされうる範囲よりも広いオーダー範囲における調波に対応する誤差に対して装置の感度係数が上昇し、これによって、丸み検査の精度を向上させることが可能である。実際、参照デバイス２０’に対応する補正表は以下のようになっている。
【００６７】
【表２】

参照デバイス２０及び２０’に関連する表の内容を比較すると、倍率係数(magnification coefficients)Ｋ_ｉは、後者の場合（参照デバイス２０’の場合）のほうがはるかに良好である、ということが明らかにされる。実際、２−１５のオーダー範囲に関連する限りは、後者の場合には、１４つの係数の中からたった３つだけが１よりも小さい値を有している（前者の場合には、８つの係数がそのような値に達している）。更に、非対称のデバイス２０’を有するＫ_ｉの下位値は、１からそれほど離れておらず（すなわち、０，８０７）、対称のデバイス２０に関連する１４つの係数のうちからの６つよりも大きい（”対称な場合”には、低級の値は０，１９２である）。
【００６８】
十分に動作サイクルをシミュレートする研削ホイールスライド及びワークテーブルの相互動作を伴う（しかし、研削ホイールと検査されるクランクピンとの間で生じる接触はない）特定の丸み検査サイクルは、特に好ましい、ということに留意されるべきである。実際、そのようなサイクルにおいて、支持デバイスは、制限された変位を受け、そのような方法においてクランクピンの表面における計測ヘッド３９（或いは３９’）の相互ダイナミック振動が制限される。このように、そのような振動によって概略値ｒｇ（θ）にもたらされる偏りは減少され、本発明に基づく方法によってそのような偏りを補正することが更に簡単になる、という結果がもたらされる。更に、同じ支持デバイスのレイアウトは、コンパクトにされうる。なぜならば、クランクピン１８を追従するために、計測ヘッド３９（或いは３９’の）は幅広い動作が要求されないからである。
【００６９】
発明に基づく検査装置及び方法によって、高価な度量衡のデバイスを更に必要とすることなしに、シンプル且つ素早い特定の方法によって、同じクランクピン１８に関する丸み検査とクランクピン１８の製造過程における寸法検査とを精度良く行うことが可能である。
【００７０】
本発明に基づく装置は、上述された図に示されたものとは異なる特徴を有しうる。例えば、支持デバイスの構成要素は、他の形状及び／又は配置を有しうる。そして、支持デバイスの構成要素のうちの少なくとも一つは、並進可能とされ、回転可能とはされないこととしうる。他の可能な差異は、案内デバイス２１を伴いうる。案内デバイス２１は、クランクピン１８の表面に接触する代わりに接続要素（９或いは１２）の一部若しくは装置の他の部分に接触する案内面を有する。そして、当該案内デバイス２１は、省略され、或いは他のデバイスによって交換可能とされうる。
【００７１】
更に、支持デバイスは、研削機の異なる部分に接続されうるようになっており、例えば、研削ホイールスライドに関する基部或いは他の固定部分に接続されるようになっている。
【００７２】
概略値ｒｇ（θ）の取得段階におけるサンプリング周波数は、上述されたものとは異なるものとされうる。そして、処理及び表示デバイス２２の作動は、適切な特徴を有するあらゆる処理方法によって行われうるようになっており、例えば市販のパーソナルコンピュータを利用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 クランクシャフトのための研削機械の研削ホイールスライドに取り付けられた計測装置の側面図であって、研削されたクランクシャフトの検査の間の操作状況が示されている。
【図２】 研削装置の研削ホイールスライド上に取り付けられた図１の装置の正面図である。
【図３】 図１及び図２の装置における計測デバイスの部分的な断面図である。
【図４】 研削されているクランクシャフトの検査の間における、発明に基づく装置の概略側面図である。但し、図４に示された装置の寸法及び比率は、必ずしも図１のものに対応していない。
【図５】 図５ａ、５ｂ、５ｃ及び５ｄは、明白な形状誤差を有するピンの断面と、他の装置によって検知されたピンの特徴をグラフで示したものを概略的に示している。
【図６】 クランクピンの寸法及び形状の偏りの検査に関する、本発明に基づく方法のステップ順序を示すフローチャートである。
【図７】 本発明の装置における計測デバイスの図であり、図３に示されたものとは異なる実施の形態に基づくものである。

Claims (18)

1. 研削ホイール（４）を有する研削ホイールスライド（１）と主回転軸（Ｏ）を規定するワークテーブル（２３）とを有する研削機械であってそれが動作される数値制御された研削機械の前記主回転軸（Ｏ）に関して軌道回転している間に、クランクシャフト（３４）のクランクピン（１８）の寸法及び形状の偏りの検査のための装置であって、
   検査されるクランクピン（１８）に係合するように適合されたＶ字状形状の参照デバイス（２０，２０’）、検査されるクランクピン（１８）の表面に接触するように適合されたフィーラー（１７）、及び、Ｖ字状形状の参照デバイス（２０，２０’）に関するフィーラー（１７）の位置を示す信号を供給するように適合されたトランスデューサー（４１）、を有する計測ヘッド（３９，３９’）と、
   計測ヘッド（３９，３９’）を移動可能に支持する相互に可動な連結要素（９，１２）を有する支持デバイス（５，９，１２）と、
   静止位置から検査位置まで、及び、検査位置から静止位置まで、の計測ヘッド（３９，３９’）の自動的な移動を制御するための制御デバイス（２８）と、
   トランスデューサー（４１）によって供給される前記信号を受け取って処理するように適合された計測ヘッド（３９，３９’）に接続された処理及び表示デバイス（２２，２３）と、を備え、
   処理および表示デバイス（２２，２３）は、トランスデューサー（４１）によって供給される前記信号（ｒｇ（θ））の処理を実行して、検査されるクランクピン（１８）の外形を示す値（ｒ（ψ））を得るように適合されており、
   検査状態におけるクランクピン（１８）の軌道回転の間における連結要素（９，１２）及び計測ヘッド（３９，３９’）の動作によって、及び、Ｖ字状形状の参照デバイス（２０，２０’）と検査されるクランクピン（１８）の表面との間における接触（Ａ，Ｂ）によって、もたらされる変化のために、トランスデューサー（４１）によって供給される信号の値（ｒｇ（θ））を補正するように、前記処理（６６−７２）は適合され、
   計測ヘッド（３９，３９’）は、支持デバイス（５，９，１２）に対して固定された案内ケーシング（１５）と、案内ケーシング（１５）の範囲内において軸方向へ可動な伝達ロッド（１６）と、を有し、
   フィーラー（１７）は、前記伝達ロッド（１６）の一端に対して固定されており、
   トランスデューサー（４１）は、伝達ロッド（１６）の反対端に接続された可動要素（４３）を有する
   ことを特徴とする装置。
2. 前記支持デバイスは、
   支持要素（５）と、
   前記主回転軸（Ｏ）に対して平行な回転軸（Ｆ）に関して回転可能に支持要素に連結された第１連結要素（９）と、
   計測ヘッド（３９，３９’）を有すると共に、前記主回転軸（Ｏ）に対して平行な更なる回転軸（Ｓ）に関して回転可能に第１連結要素に連結された第２連結要素（１２）と、
   を有することを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 支持デバイス（５，９，１２）は、研削ホイールスライド（１）に連結されている
   ことを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載の装置。
4. ヘッド（３９，３９’）の前記検査状態において、Ｖ字状形状の参照デバイス（２０，２０’）は、実質的には重力の影響によって、検査されるクランクピン（１８）との接触を維持するように適合されている
   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。
5. クランクピンの軌道動作の間に、クランクピン（１８）におけるＶ字状形状の参照デバイス（２０，２０’）の配置を案内するための案内デバイス（２１）を更に備えている
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の装置。
6. ワークテーブル（２３）は、クランクシャフト（３４）の角度位置を検知するための角度検知ユニット（３５）を有し、
   当該ワークテーブル（２３）上に配置されたクランクシャフト（３４）を検査するために、
   処理および表示デバイス（２２，２３）は、角度検知ユニット（３５）に接続されると共に、クランクシャフト（３４）の回転の間に所定の間隔がおかれた角度位置（θ）において、トランスデューサー（４１）によってもたらされる信号に応じた概略値の結果（ｒｇ（θ））を得ると共に保存するように適合され、且つ、外形値（ｒ（ψ））を供給するために前記結果を処理するように適合されている
   ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の装置。
7. Ｖ字状形状の参照デバイスの両サイド間における角度の値（２α，α１＋α２）は、約８０°である
   ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の装置。
8. 計測ヘッド（３９）のフィーラー（１７）は、Ｖ字状形状の参照デバイス（２０）の二分ラインに対応する並進方向に沿って可動である
   ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の装置。
9. 計測ヘッド（３９）のフィーラー（１７）は、並進方向に沿って可動であり、Ｖ字状形状の参照デバイス（２０’）の二分線は、前記並進方向に関して角度をもって配置されている
   ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の装置。
10. Ｖ字状形状の参照デバイス（２０’）の各サイドと、フィーラー（１７）の前記並進方向と、の間における角度（α１，α２）は、相互に１０°以上異なる
    ことを特徴とする請求項９に記載の装置。
11. Ｖ字状形状の参照デバイス（２０’）の二分線とフィーラー（１７）の前記並進方向との間に形成される角度は、約７°である
    ことを特徴とする請求項９又は１０のいずれかに記載の装置。
12. 支持デバイス（５，９，１２）と、支持デバイスを介して研削機械に接続されて可動となっている計測ヘッド（３９，３９’）と、計測ヘッドに接続された処理及び表示デバイス（２２，２３）と、を有する検査装置を用いており、研削ホイール（４）を有する研削ホイールスライド（１）と、主回転軸（Ｏ）を規定するワークテーブル（２３）と、前記主回転軸（Ｏ）に関するピン（１８）の角度位置（θ）を検知すると共に関連信号を供給するように適合された角度検知ユニット（３５）と、を有する数値制御研削機械であって、計測ヘッドは、検査されるべきピン（１８）と協働するように適合されたＶ字形形状の参照デバイス（２０，２０’）を具備し、可動なフィーラー（１７）が、検査されるべきピンの表面に接触するように適合されると共に、並進方向に沿って動くように適合されており、トランスデューサー（４１）が、Ｖ字形形状の参照デバイスに関するフィーラーの位置を示す信号を、処理及び表示デバイスに供給するように適合され、計測ヘッド（３９，３９’）は、支持デバイス（５，９，１２）に対して固定された案内ケーシング（１５）と、案内ケーシング（１５）の範囲内において軸方向へ可動な伝達ロッド（１６）と、を有し、フィーラー（１７）は、前記伝達ロッド（１６）の一端に対して固定されており、トランスデューサー（４１）は、伝達ロッド（１６）の反対端に接続された可動要素（４３）を有する、数値制御研削装置における、
    幾何学的対称軸（Ｃ）を規定するピン（１８）の形状の偏りについての検査方法であって、対称軸（Ｃ）に対して平行且つ離間して（ｃ）設けられている主回転軸（Ｏ）に関してピンが軌道移動するような検査方法において、
    ピン（１８）の所定の角度位置（θ）において、トランスデューサーによって供給された信号に対応する概略値の結果（ｒｇ（θ））を検知して保存するステップと、
    Ｖ字形形状の参照デバイス（２０，２０’）とピンの表面との間における接触（Ａ，Ｂ）、及び、前記主回転軸（Ｏ）に関するピンの軌道回転の間におけるＶ字形形状の参照デバイスの角度配置の変化、のために、概略値（ｒｇ（θ））に対して影響を与える成分を補正することによって、対称軸（Ｃ）に関して角度的に間隔がおかれて設けられたピンの表面の対応セクションにおいて、ピン（１８）の半径寸法の偏りを示す外形値（ｒ（ψ））を得るために前記概略値の結果（ｒｇ（θ））を処理する（６６−７２）ステップと、
    を備えていることを特徴とする検査方法。
13. 前記処理ステップは、
    対称軸（Ｃ）に関して角度的に間隔がおかれたピンの表面の前記セクションにおけるピンの半径寸法に関連する値の結果（ｒｆ（ψ））のハーモニック・アナリシス（６９）を行って、調波の振幅（Ｃ_ｉ）及び位相（Φ_ｉ）の値を計算し、Ｖ字形形状の参照デバイス（２０，２０’）の両サイド及びフィーラーの並進方向によって規定される角度（２α、α１＋α２）に関連する補正係数（Ｋ_ｉ,σ_ｉ）に基づいて、前記振幅の値（Ｃ_ｉ）及び位相の値（Φ_ｉ）を補正し（７２）、
    補正された振幅及び位相の値の調和によって前記外形値（ｒ（ψ））を得る（７２）、
    ことを含むこと特徴とする請求項１２に記載の方法。
14. 処理ステップは、
    Ｖ字形形状の参照デバイス（２０，２０’）の両サイドとフィーラーの並進方向とによって規定される前記角度（２α、α１＋α２）に基づいて、前記補正係数（Ｋ_ｉ、σ_ｉ）を計算すること（７１）
    を更に含むことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
15. 処理ステップは、
    前記主回転軸（Ｏ)に関するピン（１８）の軌道回転の間においてＶ字形形状の参照デバイスの角度配置の変化を補正することによって、対称軸（Ｃ）に関して角度的に間隔が置かれて設けられているピンの表面の前記セクションにおける角度的に補正された値の結果（ｒｆ（ψ））を得るために、前記概略値の結果（ｒｇ（θ））の値を補正すること（６８）
    を更に含むことを特徴とする請求項１３又は１４のいずれかに記載の方法。
16. 処理ステップは、
    研削装置及び検査されるべきピンの相関関数であって、検査装置、研削機械、及び検査されるべきピン、についての幾何学的特徴及び寸法に基づく相関関数（ψ＝ψ（θ））を計算すること（６７）、を含み、
    相関関数（ψ＝ψ（θ））は、角度的に補正された値（ｒｆ（ψ））の結果を得るために概略値（ｒｇ（θ））の前記結果の値を補正すること（６８）のために用いられる
    ことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
17. 前記計測ヘッドは、それが研削装置において作動している間に、ピンの直径寸法の寸法検査を実行すること（６３）ができるようにも適合されている
    ことを特徴とする請求項１２乃至１６のいずれかに記載の方法。
18. 前記ピンは、クランクシャフト（３４）のクランクピン（１８）であり、
    検査装置によってクランクピンの直径寸法を製造過程で検査するステップを更に含んだ方法であって、
    概略値の結果（ｒｇ（θ））の検知及び保存をする前記ステップ（６５）は、検査装置によって供給される信号に基づいてクランクピンの動作が停止させられた（６３）後であって、
    装置の数値制御部（３３）の制御下において、クランクピン（１８）が軌道動作を達成し、研削ホイール（４）がクランクピン（１８）表面からの無視できない距離を保持するような、研削ホイールスライド及び／又はワークテーブルの動作の間に、
    行われることを特徴とする請求項１２に記載の方法。

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