JP5537792B2 - 重量のある加工物用の測定装置およびかかる測定装置用の加工物受け具 - Google Patents

Description

本発明は、重量のある加工物（ワークピース：workpiece）用の測定装置およびかかる測定装置において用いられる加工物受け具に関する。

測定用の探針子（プローブ：probe）を用いてワークピースの幾何学的形態，特性およびその他の性状などを測定するのに用いられる測定装置がある。このような測定装置は、大歯車（ギヤホイール：gearwheel）や類似のワークピースを測定するのによく用いられる。

かかる測定装置において高い測定精度を保証することは意義のあることである。従って、測定誤差が低くなるようにかかる測定装置の全ての関連部品を設計するために、かなりの労力が注ぎ込まれている。

測定プローブでもって３次元空間内の任意の所望の点（ポイント：point）に達するためには、測定装置は、３つ或いはそれ以上の数値的に（ＣＮＣ）制御される軸を有するべきである。

大きくて嵩張り非常に重量のあるワークピースに関して、例えば図１に示される従前に知られた装置のような現存の測定装置ではまともなやり方で計れないという、別の問題が生じる。
特にワークピースの重量は、特に問題の多い事項である。というのは、従来の測定装置では、例えば装置のベッド或いは測定テーブルが十分な剛性を備えていない場合にはそれらの変形が生じるからである。この変形は、測定における許容できない不正確さを招くものである。

デカルト座標系の全ての空間的な方向に移動することができる測定プローブを備えた門状フレーム型（ポータルタイプ：portal-type）の測定装置が、特許文献１から知られている。測定されるべき対象物は、幾つかの特別な脚部によって基台またはベッド上に在るテーブル上に位置している。測定プローブは、門状フレーム（portal-like frame）によって対象物の上方をテーブルに沿って移動させられる。測定プローブを鉛直方向に降下させることにより、対象物を上方から走査（スキャン：scan）することができる。この特許明細書は、重量が位置および測定精度に及ぼす影響を低減させることができる解決法を提案している。
独国特許第１０ ２００５ ０５８ ５０４ Ｂ３号明細書

しかしながら、門状フレームの間隙高さの結果として、測定されるべき対象物の最大高さが制限されることが、間隙幅によって幅も制限されることと同様に、この装置の不都合な点である。しかも、その幾何学的形態の結果として門状フレーム型の測定装置上では水平姿勢で測定できないか、若しくは制限範囲内でしか測定できない、非常に多くのワークピースがある。更に、前述の門状フレーム型の測定装置には、意義のある特徴として推奨される鉛直方向の調節機能が、大重量のワークピースの場合には、もはや働かないか、若しくは制限範囲内でしか働かない、という不都合がつきまとう。

（例えばギヤホイールのような）回転方向に対称なワークピースを測定しなければならないときには、仕事量あるいは測定プローブが変位する距離が比較的大きく、従って、測定時間が長い、ことがこの解決法の更なる不都合な点である。

そこで、本発明の目的とするところは、大きいワークピース、特に重量のあるワークピースを、ワークピースの重量が測定精度に悪影響を及ぼすことなく、迅速で且つ信頼性の高いやり方で測定できるようにする、測定装置および新規なワークピース受け具を提供することである。

その上、装置は、製作するのにあまり費用が嵩まず、しかも高精度で測定しなければならない。

そこで、本発明によれば、ワークピースを受け合うターンテーブルと、ターンテーブル軸受を有するベースプレートと、該ベースプレートが載置される基台とを備えた、ワークピース測定用の測定装置が提供される。本発明によれば、前記ターンテーブルは、当該ターンテーブルの下側に配置され、前記ターンテーブル軸受によって前記ベースプレートに保持される、鉛直方向の軸を備えている。前記ターンテーブル軸受は軸方向推力（アキシャルスラスト：axial thrust）軸受を備えている。前記ターンテーブルから離間した前記軸の底部端面は、前記ワークピースの重量が、ターンテーブルによって受け止められるときは、前記ターンテーブル，前記軸および前記アキシャルスラスト軸受を介して、基台に導かれるように、前記アキシャルスラスト軸受に回転可能に保持されている。

更に、本発明によれば、測定装置における取付のためのワークピース受け具が提供され、当該ワークピース受け具は、対応するメインクレームの特徴事項によって特徴付けられる。

本発明に係る測定装置および対応するワークピース受け具の有益な実施形態は、従属クレームの要旨をなす事項を形成している。

以下に、添付図面を参照することにより、本発明の実施形態が説明される。

関連する規格においても用いられる用語が、本説明に関連して用いられる。しかしながら、そのような用語は、より良い理解のための役割を果たすだけに用いられるものであることに、留意されるべきである。発明の発想およびクレームの保護範囲は、用語の特定の選択による解釈において限定されるべきものではない。本発明は、一般に、他の用語のシステム及び／又は専門家領域にも移行させることができる。他の専門家領域では、そのような用語は、変更すべきところは変更して適用されるべきである。

既に述べたように、本発明は、大きくて重量のあるワークピースの測定を取り扱うものである。特に、本発明は、回転するワークピース（例えば、軸）或いはギヤホイールの測定に関する。本発明に係る装置は、造船，電力プラント及び産業用プラントで用いられるような大モジュールのギヤホイールに、特に好適である。以下に記載された例は、専らギヤホイールの測定についてのものであるが、如何なる面においても、そのことをもって、保護範囲を限定するものと理解されるべきではない。

用語「測定」は、ワークピースの幾何学的形態，位置およびその他の性状の測定あるいは決定を言い表すために用いられている。この用語は、一般に、例えば、機械的，光学的，容量的及び／又は誘導的な方法で働く探針子（プローブ：probe）を備えた、検出ヘッド，サンプリングヘッド或いは走査ヘッドによる測定変量のあらゆる種類の取得をも含むものである。

本発明の詳細を説明する前に、図１を参照することにより、従来既知の測定装置１００の関連する要素を説明する。かかる要素の一部は、本発明に係る装置１００においても用いることができるものである。

測定装置１００は、以下においてはベースプレート３と指称される装置（マシン：machine）の台座（ベッド：bed）を備えている。このベースプレート３は、測定装置１００の関連する部品を支持する（例えば鋳造部品の形態を有する）一種の支持要素またはフレームに関するものである。測定プローブ１４を備えた垂直な測定塔（タワー：tower）１６がベースプレート３上に設けられ得る（２個の測定プローブ１４を設けることも可能である）。測定タワー１６は、測定されるべきワークピース２に対する距離を減ずるために、ベースプレート３に沿って例えばＹ’方向に移動することができる。測定プローブ１４も（図１においては、測定プローブ１４が２つの位置に示されている）、（Ｙ’方向に対して平行に伸びる）Ｙ方向に対して平行に伸長または引き込まれるように、個別に前進することができる。

図示された例では軸を備えたシリンダホイール（cylinder wheel）であるワークピース２は、ターンテーブル１と呼ばれる回転テーブル上に垂直に保持されている。ワークピース２をクランプ（clamp）するために、好ましくは、底部マンドレルＤ１（mandrel）と上部マンドレルＤ２（テイルセンター：tail centerとしても知られている）とが用いられる。ワークピース２のクランプを可能とするためにラテラルアーム（lateral arm）２１が設けられ得る。ラテラルアーム２１は、ワークピース２のクランプを可能とするために設けられるものである。マンドレルＤ１とマンドレルＤ２との間の距離は設定することができる。上部構造を載せたベースプレート３は、幾つかの脚部２２を介して基台１２上に置かれている。

図２は、本発明の第１の実施形態の非常に概略的な図を示している。新規なベースプレート３の簡略化された断面図が示されており、該ベースプレートは垂直方向の貫通開口部１７を備えている。該貫通開口部１７は、ベースプレート３の上面３．１から底面３．２まで伸びている。回転方向に対称な（回転の軸線Ａに関して回転方向に対称な）貫通開口部１７であることが好ましい。ターンテーブル１（ロータリテーブルとしても知られている）が貫通開口部１７内に挿入され、以下に説明される基礎構造部を含んでいる。
基礎構造部は軸Ｗを備えており、該軸は、ターンテーブル１に結合されるか、若しくはターンテーブル１の一体化された一部である。
前記軸Ｗは、半径（ラジアル：radial）方向についてはラジアル軸受５によって保持されている。軸Ｗは、ラジアル軸受５の中心を通って伸長している。軸Ｗの底部端面１３は、軸方向（アキシャル：axial）軸受９上に着座するか、若しくはアキシャル軸受９の方に通じている。前記アキシャル軸受９は、軸方向に作用する力（例えば、ワークピース２の重量Ｇ）が当該アキシャル軸受９によって受け合われるように、寸法設定され配置されている。アキシャル軸受９は、底部側で、従って、基台１２に対して支持されている。
本発明によれば、かかる支持は、全重量（図２に示された実施形態の場合）若しくは重量の大部分（図３に示された実施形態の場合）が、基台１２に導かれるように生じる。鉛直方向（つまり、回転軸線Ａに平行な方向）においては、ターンテーブル１は、軸Ｗと共に僅かに移動つまり変位することができる、すなわち、ターンテーブル１の軸Ｗは、鉛直方向に自由浮動（フリーフローティング：free-floating）状に保持されている。

図示された実施形態では、ターンテーブル１とベースプレート３の基礎構造部との間に機械的な結合は全くない（従って、フリーフローティングである）。軸Ｗ上のラジアル軸受５の領域に作用する摩擦力だけが、２つの領域の僅かな機械的な結合を保証している。換言すれば、ターンテーブル１は、ベースプレート３から略独立した基礎構造部と共に、上方または下方に移動することができる。或いは、ベースプレート３が、基礎構造部を伴ってターンテーブル１を同時に移動させることなく、上方または下方に移動することができる。

測定装置１００全体を定まった位置に規定するために、例えば図４に示されるように、ベースプレート３は、各脚部２２又はブロックでもって基台１２上に載ることができる。

例えば、重量のあるワークピース２がターンテーブル１上に（例えば、図１及び図４に示されるように、２つのマンドレルＤ１とＤ２の間に）クランプされたとき、ワークピース２の全重量Ｇは、軸Ｗ及びアキシャル軸受９を介して基台１２に伝えられる。浮動担持（free bearing）の結果、ベースプレート３の曲げ／変形あるいは他の影響を及ぼすことはなく、そのことは、また、オフセット（offset）や非常に感度の高い（例えば、測定プローブ１４を備えた或いは２つの測定プローブを備えた測定タワー１６上での）３次元（３Ｄ）測定機器への他の如何なる影響もないことを意味する。

本発明の現在好ましい実施形態が図３に示されている。本発明の第１の実施形態と対照的に、基礎構造部を備えたターンテーブル１は、ここでは、浮動状態で保持されている。この浮動担持は、かなり柔軟性のある（フレキシブル：flexible）軸受１８が設けられるやり方で達成されている。前記フレキシブル軸受１８は、基礎構造部を備えたターンテーブル１がベースプレート３によって完全に支持されるか、又はベースプレート３内に保持されるように配置されている。ターンテーブル１上に大きな重量Ｇが置かれるか又はクランプされるとき、フレキシブル軸受１８は、端面１３に位置するアキシャル軸受９を加えた軸Ｗの僅かな沈み或いは下方への変位を許容する。

このことを可能にするために、ワークピース受け具の以下の部品が（上部から底部を見て）設けられている。図２のように、ターンテーブル１が設けられている。ターンテーブル１の下側には、ターンテーブル１に結合されるか、若しくはターンテーブル１の一体化された一部である軸Ｗが在る。前記軸Ｗは、半径（ラジアル）方向についてはラジアル軸受５によって保持されている。軸Ｗは、ラジアル軸受５の中心を通って伸長している。
軸Ｗの底部端面１３は、軸方向（アキシャル）軸受９上に着座するか、若しくはアキシャル軸受９内に終端している。前記アキシャル軸受９は、軸方向に作用する力（例えば、ワークピース２の重量Ｇ）が当該アキシャル軸受９によって受け合われるように、寸法設定され配置されている。アキシャル軸受９は、底部側で、従って、（受け）フランジ１０によって受け合われている。フランジ１０は、図３に示されるように、その一部が、基台１２又は所謂基台ベース１１上に載っている。第１の場合においては、フランジ１０は、重量を基台１２に直接に伝達し、第２の場合においては、重量は、基台ベース１１を介して、基台１２に間接的に伝達される。

フランジ１０は、構造的な箇所に、フレキシブル軸受として用いられるように配置されている。軸方向において或る程度の柔軟性がある。図示された実施形態では、前記の柔軟性は、薄くて柔軟な（膜状の）ウェブ（web）部１８．１によって得られる。ここでは浮動軸受と呼ばれるこのフレキシブル軸受１８の結果、重量Ｇの大部分が直接または間接的に基台１２に導かれることが、確かなものとされる。重量Ｇの無視し得る僅かな部分は、ウェブ部１８．１を介して、ベースプレート３の底部領域に導かれる。しかしながら、これらの力は非常に小さいので、ベースプレート３或いは３次元（３Ｄ）測定機器（測定装置１００）への曲げや他の影響も生じることはない。

図３に示された実施形態の更なる利点を以下に示す。ワークピース２を載せたターンテーブル１の回転軸線Ａ回りの回転を可能にするために、モータ６が好ましくは設けられている。図示された例では、これは、軸Ｗと同軸に或いはラジアル軸受５の受容フランジ内に配置されたサーボモータ（servomotor）に関するものである。
測定装置１００のＣＮＣ制御ユニットを起動するため、及び精密な位置検出のために、角度測定システム７，８を随意的に用いることができる。好ましくは、前記角度測定システム７，８は、ターンテーブル１上に又はターンテーブル１の下側に直接に配設されている。角度測定システム７，８は、例えばベースプレート３に固定された光学センサ７を備えることができる。ターンテーブル１には、光学的に走査（スキャン：scan）可能な印（マーキング：marking）８が、センサ７に対向して位置している。ターンテーブル１が回転すると、センサ７がかかる回転を検出することになる。

アキシャル軸受９は、好ましくは、（ネジ切りされた穿孔とネジ部材１９で構成される）ネジ結合によって、軸Ｗの底部端面１３に締結固定されている。ネジ部材１９は、軸Ｗの底面領域４のネジ穴（screw hole）／ネジ切りされた穿孔（threaded bore）に締め込まれている。

前述の基台ベース１１は、ベースプレート３上または下側に着座し、基台１２上に平坦（フラット：flat）に載ることができる。

測定装置１００、例えば図４に従った測定装置１００における取付のための、本発明に従ったワークピース受け具２０は、鉛直な軸Ｗを有する少なくとも１つのターンテーブル１を備えており、前記鉛直な軸は、ワークピース受け具２０が取り付けられた状態では、ターンテーブル１の下側に位置している。ターンテーブル１は、軸Ｗが中心に（真ん中に）挿通されるラジアル軸受５を備えている。ターンテーブル１は、当該ターンテーブル１から離間した軸Ｗの底部端面１３の下面側に配置されたアキシャル軸受９を備えている。
ラジアル軸受５は、鉛直方向の挿通孔１７の上部領域に取り付けるように配置され、アキシャル軸受９は、鉛直方向の挿通孔１７の底部領域に取り付けるように配置される。挿通孔１７は、測定装置１００の装置ベッド（ベースプレート３）に設けられている。アキシャル軸受９は、重量Ｇによる鉛直方向の重量負荷の場合には、重量Ｇがワークピース受け具２０の下側の基台１２に伝えられるように、鉛直方向の挿通孔１７の底部端末領域に着座している。

図４は、図２に従ったワークピース受け具２０を備えた、本発明に係る測定装置１００の模式的な図を示している。該測定装置は、例えば、完全に自動的にＣＮＣ制御された歯車測定ステーション１００に関するものであってもよい。図示された測定装置１００は、図１に関連して既に記載された装置１００に類似している。従って、本発明に関係するこの実施形態の詳細のみを、以下に説明する。

図４に示された図は、要素の一部が部分断面図で示された模式的な図に関係している。図２に関係して既に記載されているように、軸Ｗ，ラジアル軸受５及びアキシャル軸受９でなる基礎構造部を備えたターンテーブル１である、ワークピース受け具２０は、ベースプレート３或いは装置ベッドの挿通孔１７に着座している。ベースプレート３は、幾つかの脚部２２またはブロック上に載っている。底部側では、アキシャル軸受９が、（図４に示すように）直接に或いは（例えば図３に示すように）間接的に基台１２に載っている。

説明した方法は、特に、例えばシリンドリカルギヤ，ピニオン傘歯車および／またはリングギヤなどの（好ましくは１２より大きいモジュールを備えた）大きなモジュール（modulus）のギヤホイールを測定するのに好適である。
本発明に従った測定ステーションは、特に、ウォーム（worm）及びウォーム歯車，傘歯車だけでなく、大きくて重量のあるシリンドリカルギヤ装置の試験、及び回転方向について対称なワークピースにおける、寸法や形状および位置についての全体的な逸脱を試験するのに、また、回転測定に、好適である。

本発明に従った装置１００は、大モジュールのギヤホイールの測定期間中、セットアップ（クランプ）の準備に、または、重量のあるワークピースを測定するときに従来の測定装置において生じる測定の不正確さの修正あるいは補正に、要する作業量を最少にする、という利点をもたらす。この期間中、より高価な測定装置は停止し、そのことは、金銭的な見地から不利益である。

ワークピースの大きな重量を持ち上げるために、ワークピース受け具２０は、特に高い持ち運び能力を有し、かなりの保持性を備えている。許容試験重量は明らかに１０００ｋｇ以上である。装置１００の配置によっては、数メートルトン（例えば１０トン以上）のワークピース重量（Ｇ）も測定が可能である。

既知の測定装置の概略を示す図である。 本発明に係るワークピース受け具の概略を示す図である。 本発明に係る今一つのワークピース受け具の概略を示す図である。 図２によるワークピース受け具を備えた本発明に係る測定装置の概略を示す図である。

符号の説明

１ ターンテーブル
２ ワークピース
３ ベースプレート
５ ラジアル軸受
６ モータ
９ アキシャル軸受
１０ フランジ
１２ 基台
１３ （軸の）底部端面
１７ 挿通孔
１８ フレキシブル軸受
１８．１ ウェブ部
１９ ネジ継ぎ手
２０ ワークピース受け具
１００ 測定装置
Ａ 回転軸線
Ｄ１ 底部クランプ用マンドレル
Ｄ２ 上部クランプ用マンドレル
Ｗ 軸

Claims (15)

1. ワークピース（２）を受け合うターンテーブル（１）であって、当該ターンテーブル（１）の下側に配置される鉛直方向の軸（Ｗ）を備えたターンテーブル（１）と、
   ターンテーブル軸受を有するベースプレート（３）と、
   を備えた、ワークピース（２）測定用の測定装置（１００）であって、
   前記ターンテーブル軸受は、前記鉛直方向の軸（Ｗ）を保持するために、アキシャル軸受（９）とラジアル軸受（５）とを備え、
   前記ベースプレート（３）は、当該ベースプレート（３）の上部側（３．１）からベースプレート（３）の底部側（３．２）まで延びる鉛直方向の挿通孔（１７）を備え、
   前記ベースプレート（３）は、基台（１２）上に、又はその上方に位置しており、
   前記ターンテーブル（１）から離間した前記軸（Ｗ）の底部端面（１３）は、前記ワークピース（２）の重量（Ｇ）が、ターンテーブル（１）によって受け止められるときは、鉛直方向の重量負荷をもたらすように、前記アキシャル軸受（９）に回転可能に保持され、
   前記アキシャル軸受（９）は、前記ワークピース（２）の重量（Ｇ）による鉛直方向の重量負荷の場合には、当該重量が測定装置（１００）の下側の基台（１２）に導かれるように、前記ベースプレート（３）のフレキシブル軸受（１８）に保持され、前記重量が前記ベースプレート（３）に対して曲げその他の影響を及ぼすこと防止する、
   ことを特徴とする測定装置（１００）。
2. 前記フレキシブル軸受（１８）は、少しの割合の重量を前記ベースプレート（３）に導き、残りの割合の重量は基台（１２）に導く、ことを特徴とする請求項１に記載の測定装置（１００）。
3. 柔軟性のあるウェブ部（１８．１）を有するフランジ（１０）が、前記フレキシブル軸受（１８）として用いられる、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の測定装置（１００）。
4. 前記アキシャル軸受（９）は、ネジ継ぎ手（１９）によって軸（Ｗ）の底部端面（１３）に締結固定されている、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の測定装置（１００）。
5. 基台ベース（１１）は、基台（１２）上に平らに載っているベースプレート（３）に、又はその下側に在る、ことを特徴とする請求項１から４の何れか一に記載の測定装置（１００）。
6. 底部クランプ用マンドレル（Ｄ１）と、ターンテーブル（１）上方に鉛直方向に離間した上部クランプ用マンドレル（Ｄ２）とが、これらクランプ用マンドレル（Ｄ１，Ｄ２）間にワークピース（２）を受け合うことを可能にするために設けられている、ことを特徴とする請求項１から５の何れか一に記載の測定装置（１００）。
7. 前記クランプ用マンドレル（Ｄ１，Ｄ２）とターンテーブル（１）によって鉛直方向の回転軸線（Ａ）が規定され、該軸線は、前記軸（Ｗ）の中心の回転軸線および前記アキシャル軸受（９）の中心の回転軸線と一致している、ことを特徴とする請求項６に記載の測定装置（１００）。
8. 前記ワークピース（２）を載せた前記ターンテーブル（１）を回転させるモータ（６）が設けられている、ことを特徴とする請求項１から７の何れか一に記載の測定装置（１００）。
9. 前記モータ（６）は前記ベースプレート（３）に位置している、ことを特徴とする請求項８に記載の測定装置（１００）。
10. 前記モータ（６）は、前記軸（Ｗ）と同軸に配置されたサーボモータに関するものである、ことを特徴とする請求項８又は９に記載の測定装置（１００）。
11. 大モジュールのギヤホイール（２）を測定するための座標式の測定装置に関するものである、ことを特徴とする請求項１から１０の何れか一に記載の測定装置（１００）。
12. ワークピース（２）を測定する測定装置（１００）における取付のためのワークピース受け具（２０）であって、
    前記ワークピース（２）を受け合うためのターンテーブル（１）を備えており、
    前記ターンテーブル（１）は、前記ワークピース受け具（２０）の取付状態において、当該ターンテーブル（１）の下側に配置される鉛直方向の軸（Ｗ）を備え、
    前記ターンテーブル（１）は、前記軸（Ｗ）を挿通させるラジアル軸受（５）を備えると共に、
    前記ターンテーブル（１）は、前記軸（Ｗ）の前記ターンテーブル（１）から離間した底部端面（１３）の下側に配置されたアキシャル軸受（９）を備えており、
    前記ラジアル軸受（５）は、前記測定装置（１００）のベースプレート（３）の鉛直方向の挿通孔（１７）の上部範囲における取付のために配置される一方、前記アキシャル軸受（９）は、前記鉛直方向の挿通孔（１７）の底部端末範囲における取付のために配置され、前記アキシャル軸受（９）は、前記ワークピース（２）の重量（Ｇ）による鉛直方向の重量負荷の場合には、当該重量が、前記アキシャル軸受（９）を介して、ワークピース受け具（２０）の下側の基台（１２）に導かれるように、前記鉛直方向の挿通孔（１７）の底部端末領域に定置され、
    前記測定装置（１００）のベースプレート（３）における軸（Ｗ）及びアキシャル軸受（９）と前記ターンテーブル（１）との挿通孔（１７）の領域での固定を可能にするために、フレキシブル軸受（１８）が前記アキシャル軸受（９）の領域に設けられている、
    ことを特徴とするワークピース受け具（２０）。
13. 柔軟性のあるウェブ部を有するフランジ（１０）が、前記フレキシブル軸受（１８）として用いられる、ことを特徴とする請求項１２に記載のワークピース受け具（２０）。
14. 前記アキシャル軸受（９）は、ネジ継ぎ手（１９）によって軸（Ｗ）の底部端面（１３）に締結固定されている、ことを特徴とする請求項１２に記載のワークピース受け具（２０）。
15. 底部クランプ用マンドレル（Ｄ１）と、ターンテーブル（１）上方に鉛直方向に離間した上部クランプ用マンドレル（Ｄ２）とが、これらクランプ用マンドレル（Ｄ１，Ｄ２）間にワークピース（２）を受け合うことを可能にするために設けられている、ことを特徴とする請求項１２に記載のワークピース受け具（２０）。

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