JP4960240B2

JP4960240B2 - ねじ付き締結具を寸法的に検査するためのシステムおよび方法

Info

Publication number: JP4960240B2
Application number: JP2007534734A
Authority: JP
Inventors: イールズ，クリス・ジェイ
Original assignee: Boeing Co
Current assignee: Boeing Co
Priority date: 2004-09-30
Filing date: 2005-09-26
Publication date: 2012-06-27
Anticipated expiration: 2025-09-26
Also published as: WO2006039345A3; WO2006039345A2; EP1809984A2; JP2008514960A; US20060064886A1; US7134210B2

Description

発明の分野
この発明は、概して、ねじ付き締結具に関し、より特定的には締結具の検査に関する。

発明の背景
さまざまなサイズ、ねじ構成、材料および等級のねじ付き締結具が一般に入手可能である。或る重要な締結の応用例においては、締結具の寸法公差がかなり重要となる可能性がある。たとえば、民間および軍用の航空機の組立てに用いられる選択された締結具が、航空機の耐空性に不可欠であることが分かっている。したがって、これらの締結具は、締結具品質についての政府および／または商業上の既定の規格への順守を確実なものにするために、しばしばその検査手順が強化される。

検査手順の重要な局面は、ねじ付き締結具が既定の寸法基準に準拠しているかを判断することである。公知の一方法においては、ねじ付き締結具は、当該締結具のシャンクの直径ならびに／または当該締結具のねじの外径および内径を測定するためのマイクロメータおよび同様の装置を用いて個々に寸法的に検査され得る。ねじの外形が合致するねじ付き締結具を受取るかまたはねじの外形が合致しないねじ付き締結具を受取らないようにするために、典型的には「ゴー（go）」または「ノーゴー（no-go）」装置として構成されるねじゲージが用いられてもよい。代替的には、ねじの外形を検査するのに光学式コンパレータなどの他の装置が用いられてもよい。

上述の方法はねじ付き締結具の寸法の合致を判断するのに好適であるが、いくつかの欠点も存在する。一般に、比較的多数のロットの締結具を手作業で検査するには時間がかかってしまう。というのも、統計的に有意なサンプルを得るために適度な数の締結具を寸法的に検査しなければならないからである。さらに、寸法の合致についてそのロットにおけるすべての締結具を検査しなければならない場合、かなり長い検査時間が必要となる。いずれの場合も、正確な寸法測定は、検査を行なう人の技能に左右されてしまう可能性があり、これにより、選択されたロットの締結具から集められた寸法データにばらつきが生じる可能性がある。

したがって、ねじ付き締結具についての寸法情報を迅速かつ正確に得るためのシステムおよび方法が必要とされる。

発明の概要
この発明は、ねじ付き締結具についての寸法情報を得るためのシステムおよび方法を含む。一局面においては、測定システムは、締結具の少なくとも１つの寸法特徴、たとえば長さまたは角度寸法などをプローブで決定する測定機器を含む。当該プローブは、締結具が当該プローブに対して動かされると当該締結具の直線変位を検知する。プローブ先端は、接触部分に延在するプローブに結合され、当該プローブ先端を通って延在する長手方向の軸に対して当該接触部分が回転することを可能にする。少なくとも１つの寸法特徴を受取るためのコントローラが測定機器に結合される。

別の局面においては、測定機器は、ねじ付き締結具を回転可能に支持するスピンドルと、当該締結具を回転可能に係合する末端部分を有し、直線変位を検出するプローブとを含
む。スケールが、締結具の軸に沿った方向への直線変位を決定するよう当該プローブに結合される。

さらに別の局面においては、方法は、締結具の長手方向の軸を中心に当該締結具を回転させるスピンドルに当該締結具を位置決めするステップと、当該締結具の寸法に対応する直線変位を検知するよう当該締結具をプローブと係合させるステップとを含み、当該プローブは、当該締結具に接触し当該締結具に回転可能に合致する末端部分を有し、当該方法はさらに、当該寸法を処理するステップを含む。

この発明の好ましい実施例および代替的な実施例が、添付の図面に関連して以下に詳細に説明される。

詳細な説明
この発明は、概して、締結具を検査するためのシステムおよび方法に関する。この発明のいくつかの実施例についての特定の多くの詳細が、このような実施例の完全な理解を与えるよう以下の説明および図１〜図６において述べられている。しかしながら、当業者は、この発明が付加的な実施例を有し得るか、または、この発明が以下の説明に記載されるいくつかの詳細がなくても実施され得ることを理解するだろう。

図１は、この発明の実施例に従った締結具を検査するための測定システム１０の概略ブロック図を示す。システム１０についての詳細の多くが、２００２年１１月１３日に出願された米国出願連続番号第１０／２９４，０７９号（公開された米国出願番号第２００４
００９３１８２Ａ１号）に開示されており、当該出願が引用によりこの明細書中に援用されている。システム１０は、コントローラ１４に結合された測定機器１２を含む。測定機器１２は、検査されている締結具についての測定情報を生成するよう動作可能である。したがって、測定機器１２は第１のユニット１６を含み、当該第１のユニット１６はさらに、締結具を係合する１つ以上のプローブと、当該プローブが当該締結具を係合すると当該プローブに加えられる力を測定するよう構成されたスケールとを含む。測定機器１２はまた第２のユニット１８を含み、当該第２のユニット１８は、当該プローブに対して締結具を支持しかつ位置決めするためのスピンドルを含む。第１のユニット１６および第２のユニット１８は、概して、ボルト、ねじなどのさまざまなねじ付き締結具を支持および測定するよう構成される。当業者であれば、測定機器１２がまた、さまざまな構成のねじ付き締結具に対応するよう構成され得ることを容易に認識するだろう。たとえば、測定機器１２は、カリフォルニア州（California）のトランス（Torrance）にあるハイ・シアー・コーポレイション（Hi Shear Corporation）から入手可能な周知のＨＩ−ＬＯＫ、ＨＩ−ＴＩＧＵＥおよびＨＩ−ＬＩＴＥ締結具などの、航空機産業において一般に用いられるさまざまな専用のねじ付き締結具を支持および測定するよう構成されてもよい。測定機器１２を以下にさらに詳細に説明する。

コントローラ１４は、プロセッサ２２およびユーザインターフェイス２４に結合されたメモリ２０を含む。システム１０において締結具を検査する前に、ユーザは、ユーザインターフェイス２４を用いて締結具に関するデータをコントローラ１４に入力し得る。当該ユーザインターフェイス２４は、キーボード、ディスプレイ、マウス、または、ユーザがシステム１０に情報を入力し、さらにシステム１０とやりとりすることを可能にする他のいかなるインターフェイス装置をも含み得る。たとえば、ユーザインターフェイス２４はまた、リーダに挿入された記憶媒体装置から締結具についてのデータを読出すよう動作可能であるテープドライブ、磁気ディスクドライブまたは光ディスクドライブなどの記憶媒体読出装置を含み得る。

締結具が第２のユニット１８のスピンドルに挿入されると、寸法測定を実行し締結具についての検査情報を生成するよう第１のユニット１６のプローブおよびスケールならびにスピンドルがコントローラ１４によって操作される。たとえば、寸法測定には、外径、内径および平均径の決定が含まれてもよい。寸法測定にはまた、ねじピッチおよびねじ山の角度を含む１つ以上の角度測定が含まれてもよい。機器１２によって生成された検査情報がプロセッサ２２に転送され、当該プロセッサ２２が、得られた寸法情報に基づいて統計情報の生成および集計を含む予めプログラムされた数値ルーチンを実行し得る。プロセッサ２２はまた、予めプログラムされた比較ルーチンを実行し得る。ここで、寸法測定値は締結具に関する予め記憶されたデータと比較される。特定の実施例においては、プロセッサ２２は、測定情報を連続的に生成し、表示装置、プリンタまたは他の同様の装置を用いて当該情報をユーザに直接供給するよう構成される。

図２は、測定機器１２をより詳細に説明するのに用いられる図１の測定機器１２の等角図である。当該機器は、床などの支持面に位置決めされるよう構成された第１のベース部分３０と、当該第１のベース部分３０に結合され、概してＬ字型の構造を成すよう当該第１のベース部分３０に対して垂直に方向付けられた第２のベース部分３２とを含む。第１のベース部分３０および第２のベース部分３２は、概して、比較的高密度で実質的に熱膨張しにくい材料、たとえば花崗岩または他の同様の材料で構成される。スピンドル３４は、第１の部分３０の支持部３６上に位置決めされる。スピンドル３４は回転面３８を支持し、当該回転面３８は、取付板４２によって回転面３８上に保持される締結具４０を回転させる。スピンドル３４は、高精度の回転情報が生成され得るように角度位置を正確に決定するよう動作可能である。特定の一実施例においては、スピンドル３４は、０．００１秒角を上回る解像度と少なくとも約３秒角の精度とをもった精密な空気軸受スピンドルである。このレベルの解像度および精度を有するスピンドルは、ニューハンプシャー州（New Hampshire）のミルフォード（Milford）にあるネルソン・エア・コーポレイション（Nelson Air Corporation）から市販されているが、他の代替例も存在する。スピンドル３４はさらに、デジタルデータが好都合に転送され得るように図１のコントローラ１４に電気的に結合されたデジタルデータポートを含む。スピンドル３４はまた、当該スピンドル３４に対して締結具４０の位置を調整するための１対の手動の副尺調整装置４４を含む。

図２をさらに参照すると、幾何学的基準として、ｘ軸は、スピンドル３４の回転面と、第２のベース部分３２のうち当該スピンドル３４に面している面とに対して実質的に平行である。ｚ軸は、第２の部分３２の面に対して実質的に平行であり、スピンドル３４の取付面に対して実質的に垂直である。第２のベース部分３２は、第１の垂直なトラック４６および第２の垂直なトラック４８を含む。第１のトラック４６および第２のトラック４８は、スピンドル３４を通って外方向に突き出しｚ軸に対して実質的に平行である中心線からｘ軸方向に沿ってほぼ等距離のところにある。第１のトラック４６および第２のトラック４８はそれぞれ第１のスケール５０および第２のスケール５２を摺動可能に受ける。第１のスケール５０および第２のスケール５２は、トラック４６上の第１のスケール５０とトラック４８上の第２のスケール５２との位置に基づいてｚ軸の寸法情報を生成する。生成されたｚ軸の情報がコントローラ１４に転送される。この発明の別の特定の実施例においては、第１のスケール５０および第２のスケール５２は、０．２マイクロインチを上回る解像度を有する空気軸受スケールであってもよい。好適な空気軸受スケールが、ニューハンプシャー州のミルフォードにあるネルソン・エア・コーポレイションから市販されているが、他の代替例も存在する。

第１のスケール５０および第２のスケール５２はそれぞれ第１のプローブ５４および第２のプローブ５６に結合される。第１のプローブ５４および第２のプローブ５６は、第１のプローブ５４および第２のプローブ５６を通って突き出る長手方向の軸がｘ軸とほぼ平行になるように方向付けられる。第１のプローブ５４および第２のプローブ５６は、締結
具４０に向かって内側に突き出ているプローブ先端５８に結合するよう構成される。第１のプローブ５４および第２のプローブ５６は、締結具４０からプローブ先端５８を通って第１のプローブ５４および第２のプローブ５６に伝えられる直線変位を正確に決定するよう動作可能である。特定の実施例においては、第１のプローブ５４および第２のプローブ５６は、イリノイ州（Illinois）ショームバーグ（Schaumburg）にあるハイデンハイン・コーポレイション（Heidenhain Corporation）から市販されている０．２マイクロインチを上回る解像度を有する空気作動式プローブであるが、他の代替例も存在する。

第１のスケール５０およびプローブ５４と第２のスケール５２およびプローブ５６とは、スケール５０およびプローブ５４とスケール５２およびプローブ５６との重量をほぼ相殺するように釣合いがとられている。したがって、第１の釣合い錘６０および第２の釣合い錘６２は、それぞれの第１のプーリ６８および第２のプーリ７０を通る第１のケーブル６４および第２のケーブル６６を介して第１のスケール５０および第２のスケール５２にそれぞれ適切に結合される。第１のプーリ６８および第２のプーリ７０は、第２の部分３２のそれぞれの側部に適切に取付けられる。したがって、第１のスケール５０および第２のスケール５２は釣合いが取られ、締結具４０のねじ付き部分によってプローブ先端５８に加えられる垂直方向の力だけに基づいて第１のトラック４６および第２のトラック４８に沿って移動し得る。この発明の別の実施例においては、第２の部分３２は、締結具４０の軸が水平方向に突き出るように床などの水平な支持面上に位置決めされる。結果として、第１のスケール５０および第２のスケール５２は有利には釣合いを取る必要がなくなる。

図３は、この発明の別の実施例に従ったプローブ先端５８を示す、図２の機器１２の部分的な等角図である。プローブ先端５８は、それぞれ、第１のプローブ５４および第２のプローブ５６上の対応するねじ付き部分を係合するよう構成されたねじ付き止め具６１を含む。プローブ先端５８の反対側の端部はさらに、締結具４０のねじ付き部分または締結具４０のさらに他の部分、たとえばシャンク部分、を係合するブレード部分６２を含む。ブレード部分６２を以下により詳細に説明する。回動部分６４がねじ付き止め具６１とブレード部分６２との間に挿入されることにより、当該ブレード部分６２がプローブ先端５８を通って延在する軸を中心に自由に回転することが可能となる。したがって、回動部分６４は、検査手順の際にブレード部分６２が締結具４０のねじ付き部分に存在する幾何学的なばらつきに有利かつ調整可能に合致することを可能にし、こうして、より精度の高い検査情報を生成する。回動部分６４を以下により詳細に説明する。

図４は、プローブ先端５８をさらに詳細に説明するのに用いられる、図３のプローブ先端５８の断面図である。プローブ先端５８は、ブレード部分６３をねじで係合するよう構成され回動部分６４に延在する軸方向のシャフト６５を含む。当該軸方向のシャフト６５は、回動部分６４内に位置決めされた１対の軸受６６によって支持される。当該軸受６６は従来の転がり軸受であってもよいが、好ましくは、当該軸受６６は、低摩擦の支持をもたらすようルビーまたはサファイアなどの硬質の鉱物材料を有する宝石軸受である。軸方向のシャフト６５は、当該軸方向のシャフト６５上に固定して位置決めされたカラー６８によって回動部分６４内に保持される。カラー６８は、当該カラー６８と軸方向のシャフト６５との間に締まりばめをもたらすことによってシャフト６５上に固定して位置決めされ得る。代替的には、カラー６８は、さまざまな接着剤を用いてシャフト６５上に固定して位置決めされてもよい。軸受保持器７０が軸方向のシャフト６５上に位置決めされて、軸受６６を回動部分６５内に保持する。

図４をさらに参照すると、回動部分６４は遊動アジャスタ７２を含み、当該遊動アジャスタ７２は胴部分７４に所望の深さにまでねじ込まれて、軸方向のシャフト６５の丸みのある端部７３がスラスト板７６に接触してプローブ先端５８における軸方向の遊動をなく
すことを可能にする。スラスト板７６は、プローブ先端５８が使用時にかなりの量の軸方向の遊動を起こさないようにするために、適切に硬質で剛性の材料、たとえばタングステンまたは他の同様の材料などで構成されてもよい。胴部分７４はまたねじ付き止め具６１を受けるが、当該ねじ付き止め具６１は、胴部分７４と止め具６１との間の締まりばめによって胴部分７４内に保持されている。

図５は、この発明のさらに別の実施例に従った、図４のプローブ先端５８のためのブレード部分８３の等角図を示す。当該ブレード部分８３は、軸方向のシャフト６５をねじで係合するよう構成され、先細の係合部分８９を有する平面部分に結合されるねじ付きロッド８５を含む。締結具４０のねじ付き部分の構成（図２および図３）に応じて、先細の係合部分８９は、先細になってナイフのエッジのような比較的鋭いエッジをなし得るか、または、図５に図示のとおり、先細になって所定の半径Ｒを有するエッジをなし得る。

図６は、この発明のさらに別の実施例に従った、図４のプローブ先端５８のためのブレード部分９３の等角図を示す。この実施例においては、ブレード部分９３は、軸方向のシャフト６５をねじで係合するよう構成され平面部分９７に結合されるねじ付きロッド９５を含む。平面部分９７は、概して所定の直径を有する円筒で構成され（図２および図３に図示のとおり）締結具４０のねじ付き部分を係合するよう構成される係合部分９９に結合される。

この発明の好ましい実施例および代替的な実施例を上述のとおり例示および説明してきたが、この発明の精神および範囲から逸脱することなく多くの変更を加えることができる。したがって、この発明の範囲は、これらの好ましい実施例および代替的な実施例の開示によっては限定されない。それよりも、この発明は、添付の特許請求の範囲を参照することによって全体が決定されるべきである。

この発明の実施例に従った締結具を検査するための測定システムを示す概略ブロック図である。図１の測定機器を示す等角図である。この発明の別の実施例に従ったプローブ先端を示す図２の機器を示す部分的な等角図である。プローブ先端をさらに詳細に説明するのに用いられる図３のプローブ先端を示す断面図である。この発明のさらに別の実施例に従った、図４のプローブ先端のためのブレード部分を示す等角図である。この発明のさらに別の実施例に従った、図４のプローブ先端のためのブレード部分を示す等角図である。

Claims

測定システムであって、
締結具の少なくとも１つの寸法特徴を決定するよう動作可能な測定機器を含み、前記測定機器はプローブを含み、前記測定システムはさらに、
前記測定機器に結合され、前記少なくとも１つの寸法特徴を受取るためのコントローラと、
一方の端部が前記プローブに結合され、反対側の端部が接触部分に延在するプローブ先端とを含み、前記接触部分は、前記少なくとも１つの寸法特徴が決定されている間、選択された位置で前記締結具に接触し、
当該接触により、前記プローブに対する前記締結具の動きに対応して前記プローブ先端部が動き、プローブ先端部の直線変位を前記プローブが検知するように構成され、
前記プローブ先端はさらに、前記プローブ先端を通って延在する長手方向の軸に対して前記接触部分が回転することを可能にするよう構成され、
前記プローブ先端はさらに、前記プローブと前記接触部分との間に挿入される回動部分を含む測定システム。
前記回動部分はさらに、前記回動部分に延在し前記プローブに結合される軸方向のシャフトを含み、転がり軸受によって前記回動部分内で支持される、請求項１に記載の測定システム。
測定システムであって、
締結具の少なくとも１つの寸法特徴を決定するよう動作可能な測定機器を含み、前記測定機器はプローブを含み、前記測定システムはさらに、
前記測定機器に結合され、前記少なくとも１つの寸法特徴を受取るためのコントローラと、
一方の端部が前記プローブに結合され、反対側の端部が接触部分に延在するプローブ先端とを含み、前記接触部分は、前記少なくとも１つの寸法特徴が決定されている間、選択された位置で前記締結具に接触し、
当該接触により、前記プローブに対する前記締結具の動きに対応して前記プローブ先端部が動き、プローブ先端部の直線変位を前記プローブが検知するように構成され、
前記プローブ先端はさらに、前記プローブ先端を通って延在する長手方向の軸に対して前記接触部分が回転することを可能にするよう構成され、
前記接触部分はさらに、前記選択された位置で前記締結具に接触するブレード部分を含む測定システム。
測定システムであって、
締結具の少なくとも１つの寸法特徴を決定するよう動作可能な測定機器を含み、前記測定機器はプローブを含み、前記測定システムはさらに、
前記測定機器に結合され、前記少なくとも１つの寸法特徴を受取るためのコントローラと、
一方の端部が前記プローブに結合され、反対側の端部が接触部分に延在するプローブ先端とを含み、前記接触部分は、前記少なくとも１つの寸法特徴が決定されている間、選択された位置で前記締結具に接触し、
当該接触により、前記プローブに対する前記締結具の動きに対応して前記プローブ先端部が動き、プローブ先端部の直線変位を前記プローブが検知するように構成され、
前記プローブ先端はさらに、前記プローブ先端を通って延在する長手方向の軸に対して前記接触部分が回転することを可能にするよう構成され、
前記測定機器はさらに、前記締結具を回転させること、および前記締結具の角度位置を示すことのうち少なくとも１つを実行するよう構成されるスピンドルを含む、測定システム。
測定システムであって、
締結具の少なくとも１つの寸法特徴を決定するよう動作可能な測定機器を含み、前記測定機器はプローブを含み、前記測定システムはさらに、
前記測定機器に結合され、前記少なくとも１つの寸法特徴を受取るためのコントローラと、
一方の端部が前記プローブに結合され、反対側の端部が接触部分に延在するプローブ先端とを含み、前記接触部分は、前記少なくとも１つの寸法特徴が決定されている間、選択された位置で前記締結具に接触し、
当該接触により、前記プローブに対する前記締結具の動きに対応して前記プローブ先端部が動き、プローブ先端部の直線変位を前記プローブが検知するように構成され、
前記プローブ先端はさらに、前記プローブ先端を通って延在する長手方向の軸に対して前記接触部分が回転することを可能にするよう構成され、
前記測定機器はさらに、前記プローブを通って長手方向に延在する軸に対してほぼ垂直な軸に沿った直線変位を示すよう動作可能であり前記プローブに結合されるスケールを含む、測定システム。
ねじ付き締結具の寸法特徴を決定する方法であって、
締結具の長手方向の軸を中心にして前記締結具を回転させるよう構成されたスピンドルに前記締結具を位置決めするステップと、
前記寸法特徴に対応する直線変位を検知するよう動作可能な少なくとも１つのプローブと前記締結具とを係合させるステップとを含み、前記プローブは、末端部分であって、前記締結具の選択された部分に接触し、該末端部分を通って延在する長手方向の軸に対して前記選択された部分に回転可能に合致する末端部分を有し、
前記方法はさらに、前記寸法特徴を処理するステップを含み、
直線変位を検知するよう動作可能な少なくとも１つのプローブと前記締結具とを係合させるステップは、前記締結具のねじ付き部分を前記少なくとも１つのプローブと係合させるステップを含む、方法。
前記締結具のねじ付き部分を係合させるステップはさらに、外径、内径および平均径のうちの少なくとも１つを決定するステップを含む、請求項６に記載の方法。
前記締結具のねじ付き部分を係合させるステップはさらに、ねじピッチ角およびねじ山の角度のうちの少なくとも１つを決定するステップを含む、請求項６に記載の方法。
ねじ付き締結具の寸法特徴を決定する方法であって、
締結具の長手方向の軸を中心にして前記締結具を回転させるよう構成されたスピンドルに前記締結具を位置決めするステップと、
前記寸法特徴に対応する直線変位を検知するよう動作可能な少なくとも１つのプローブと前記締結具とを係合させるステップとを含み、前記プローブは、末端部分であって、前記締結具の選択された部分に接触し、該末端部分を通って延在する長手方向の軸に対して前記選択された部分に回転可能に合致する末端部分を有し、
前記方法はさらに、前記寸法特徴を処理するステップを含み、
直線変位を検知するよう動作可能な少なくとも１つのプローブと前記締結具とを係合させるステップはさらに、前記少なくとも１つのプローブと前記締結具のシャンク部分とを係合させるステップを含む方法。