JP5727253B2 - ばね巻きによって螺旋ばねを製造するための方法 - Google Patents

Description

本発明は、数値制御されたばね巻き機によるばね巻きによって螺旋ばねを製造するための方法であって、ワイヤが、ＮＣ制御プログラムによって制御された前記ばね巻き機の成形装置に送られ、前記成形装置の工具を使用して螺旋ばねに成形される方法であって、製造された螺旋ばねの実際の形状を測定して、実際のばねデータを決定するステップと、前記実際のばねデータと公称ばねデータとを比較して、少なくとも１つのばね形状パラメータのために前記実際の形状と前記螺旋ばねの予め決定された公称形状との間の偏差を表す偏差データを決定するステップと、偏差が所定の公差限界外にある場合に、前記偏差データを解釈して補正データを作成するステップと、次の螺旋ばねの製造に関する前記補正データに基づいて、前記工具の少なくとも１つの作動運動を変更するステップと、を含む方法において、ばねセクションを選択するステップと、工具の作動運動の補正値を決定するステップであって、前記補正値が前記選択されたばねセクションの前記ばね形状パラメータに影響を与えるステップと、前記補正値を考慮して前記ＮＣ制御プログラムを補正するステップとを含む方法に関する。

螺旋ばねは、多数の応用分野で大量におよび異なる構成に必要な機械要素である。巻かれたねじりばねとも呼ばれる螺旋ばねは、通常、ばねワイヤから円筒状、円錐状またはバレル状に製造され、使用中に螺旋ばねにかかる負荷に応じて、引張りばねまたは圧縮ばねの形状になる。圧縮ばね、特に、軸受ばねは、例えば、自動車構造のために大量に必要となる。ばね特性は、特に、異なるピッチのセクションの、あるいは異なるピッチプロファイルおよび／または異なるばね径の影響を受けることがある。

現在、螺旋ばねは、通常、数値制御されたばね巻き機によるばね巻きによって製造される。この場合、ワイヤ（ばねワイヤ）は、ＮＣ制御プログラムによって制御されたばね巻き機の成形装置に送られ、成形装置の工具を使用して螺旋ばねに成形される。工具は、一般に、ばね巻きの直径を規定するためにおよびそれを変更するために位置を調整することができる１つ以上の巻きピンと、製造工程の各段階でばね巻きの局所的なピッチを決定する１つ以上のピッチ工具とを含む。

一方では、ばね巻き機は、非常に厳密な公差内における具体的なばね形状を有する多数のばねを、高い生産率で製造するように意図される。他方では、さらに広い範囲の螺旋ばねにおいて、高い生産能力と共にタイムリーな供給を同時に保証するために、より高い適応性と製造設備の短い変更時間とが要求される。

例えば、自動車の分野における厳しい品質要求について、製造中に、適切な試験機器によって、ばねの直径、長さおよび／またはピッチおよび／またはピッチプロファイル等の特定のばね形状データをチェックし、そして公称形状から公差限界外の偏差が生じた場合、ばね形状が公差内に留まるように製造パラメータを変更することが通常の慣習である。

例えば、特許文献１は、ばねの成形が開始するばね巻き機の当該領域に導かれるビデオカメラを有する一体化された測定システムを有するばね巻き機の例を開示している。ビデオカメラに接続され、かつ適切な判定アルゴリズムを有する画像処理システムは、製造中にばねの直径、長さおよびピッチをチェックすることを可能にするように意図され、製造中にモータによって調整することができる、処理工具へのフィードバックによって、これらのばね形状パラメータを変更することを可能にすることが意図される。

特許文献２は、ばね巻きによって螺旋ばねを製造するための方法および装置を記載しており、これらの方法および装置において、ワイヤが、成形装置に送られる前に測定装置を通過し、この測定装置でワイヤ径が決定され、この場合、成形装置の工具の位置のために必要とされる補償変数が、測定結果から決定され、工具の位置が、これらの補償変数に基づいて変更される。

特許文献３は、ばねおよび他の構成要素の３次元構造を測定するための方法および装置を記載しており、この場合、電子メモリおよび判定ユニットに接続される少なくとも１つのカメラは、測定すべき構成要素の異なる光景の一連の個々の画像を記録する。電子メモリおよび判定ユニットを使用して、個々の画像の構成要素に関連する画像情報が組み合わされて判定される。説明した実施形態において、光源は、螺旋ばねの内部に配置され、次に、カメラによって外側から記録される。一例として、各々の個々の画像において、カメラに面する、螺旋ばねの巻きセクションの間の距離を、円筒状の螺旋ばねの形状の特徴付けのために記録することができる。サンプル測定を判定するために、測定すべき構成要素の公称構造に対応する公称データが、測定装置のメモリおよび判定ユニットに記憶されることが提案される。公称データは、巻きセクションの間の距離および許容可能な偏差等の臨界変数を含むパラメータセットに対応し得る。

本装置により、製造された螺旋ばねの実際の形状を測定すること、その形状から、対応する実際のばねデータを決定すること、および実際のばねデータと、記憶された公称ばねデータとを比較して、少なくとも１つのばね形状パラメータのために螺旋ばねの実際の形状と所定の公称形状との間の偏差を表す偏差データを決定することが可能になる。本文献は、偏差を、メモリおよび判定ユニットによって記録することができ、必要に応じて、構成要素の製造工程を制御するために用いることができることに言及する。このことに関連する詳細は開示されていない。

これらのような測定装置で行うことができる手順は、測定されたサンプルばねの偏差データを解釈すること、偏差が所定の公差限界外にある場合に偏差データから補正データを作成すること、次に、次の螺旋ばねを製造するための補正データに基づいて、成形装置の工具の少なくとも１つの作動運動を変更し、その結果、補正されたＮＣ制御プログラムを使用して、次の製造工程が行われることからなる。

ばね巻き機が、例えば特許文献３に示されているタイプの商業的に入手可能な測定装置と共に使用される場合に、上記手順が証明された。測定に基づいて行うべきである、ばね巻き機用の制御プログラムに対する変更は、この場合、機械オペレータによって行われる。典型的な状況は、新しいばね形状を有する一群のばねを製造するためのばね巻き機を設定することである。この形状を有するばねが機械で既に予め製造されている場合、ばねデータ（公称ばねデータ）は、通常、機械制御システムのメモリで利用可能であり、ロードすることができる。さもなければ、上記ばねデータから、新しい公称ばねデータを作成するために、新しいばね形状を表す形状データがオペレータインタフェースを介して入力される。次に、ＮＣ制御プログラムが、新しい公称ばねデータに基づいて作成され、新しいばね形状が製造されるように、成形装置の工具の作動運動が調整される。

比較的長い時間にわたって、他のばねタイプが一時的に製造された後に、再び、同じばねタイプ（同一の公称形状）を製造しようとする場合、同じＮＣ制御プログラムが、同じばねタイプを製造する先の工程のために使用されるとしても、その後の製造工程中に製造される螺旋ばねは公称形状と異なる可能性がある。これらの偏差は、例えば、工具設定、案内装置の設定、基本ピッチ工具設定の一時的な変更、ワイヤ特性の変更（例えば、ワイヤ厚さ、材料の変更等）および／または温度変更により生じることがある。製造すべき新しいばねが公称とは大きく異なる場合、オペレータは補正を行う。このことを行うために、一例として、オペレータは測定装置を使用して、試験目的のために製造された螺旋ばね（試験ばね）の長さとピッチプロファイルとを測定することができる。かなりの偏差が確認される場合、手動補正が行われる。このことは、例えば、オペレータインタフェースに表示されるデータ表の補正列に補正値を入力することによって行うことができ、この補正値は、次の螺旋ばねを製造するための工具の少なくとも１つの作動運動において、オペレータが意図する変更を行うことに向けられる。測定結果の解釈および補正値の入力には非常に時間がかかり、その成功はオペレータの技能に非常に依存している。補正すべき機械加工のタイプに応じて、この補正には数時間を要することがあり、したがって、変更時間が不都合に長くなる。

独国特許出願公開第１０３４５４４５Ｂ４号明細書 独国特許出願公開第１９５１４４８６Ａ１号明細書 独国特許出願公開第４２３９２０７Ａ１号明細書

本発明の課題は、新しい製造工程の設定時に、または設定された製造工程の最適化時に、ばね巻き機用のＮＣ制御プログラムに対する補正をより迅速かつより客観的に、したがって、以前よりも効率的に行うことができるように、この一般的なタイプの方法を最適化することである。

これらの課題は、請求項１に記載の特徴を有するばね巻きにより螺旋ばねを製造するための方法によって解決される。有利な発展形態は従属請求項に記載される。全ての請求項の用語は参照により説明の内容に含まれる。

本方法では、ばねセクションが最初に選択および／または規定され、このため、補正が行われるように意図される。次に、少なくとも１つの工具の作動運動のために補正値が計算され、この補正値が、選択されたばねセクションを考慮した状態で、ばね形状パラメータに影響を与える。最終的に、補正値を考慮しつつＮＣ制御プログラムが補正される。次に、補正されたＮＣプログラムを使用して、１つ以上のばねを製造することができる。

本方法により、偏差データの決定および解釈を、具体的な少なくとも１つのばねセクションに集中させることが可能になり、このばねセクションは、例えば、製造されているばねタイプに関する狭い公差で製造することが特に困難であり、および／または螺旋ばねの機能にとって特に重要である。ばねセクションの長さは、一般に、ばねの全長の一部に過ぎず、例えば、全長の５０％以下または３０％以下または１０％以下であり、この結果、判定工程のために考慮すべきデータ量が比較的少なくなり得る。必要に応じて、ばねセクションは、非常に短くすることができ、例えば、ばねの巻きの１／４よりも短いまたは巻きの１／１０よりも短い長さに一致し得る。一例として、下限は、測定および補正の１°の角度分解能に対応する巻きの１／３６０であり得る。

第１の補正ステップが未だ所望の成功を表さない場合、補正を繰り返すことができる。一般には、１回または２回の繰り返しを行えば済む。さらに、公称形状に近い選択されたばねセクションの形状を得るには、通常、１回の補正で十分である。

螺旋ばねの１つのみのばねセクションについて補正を行えば十分であり得る。しかし、１つ以上の他のばねセクションのために工程を繰り返すことも可能である。特に、本工程は、ばね形状の複雑さに基づいて、例えば、２つ、３つ、４つまたはそれ以上のばねセクションのために行うことができる。一般には、少数の、例えば、最大５つまたは６つのばねセクションで十分である。

方法の一変形例では、螺旋ばねが、一般に互いに隣接しかつ異なるピッチ変化を有する複数のばねセクションに細分され、１つのばねセクションが選択され、そして補正値が、選択されたこのばねセクションのために決定される。好ましくは、ほぼ一定のピッチ変化を有するばねセクションが選択される。ばねセクションの識別および選択のためのピッチ変化の選択基準が、例えば圧縮ばねの製造中に極めて有利であることが確認されているが、その理由は、理論上、螺旋ばねが、多くの場合、異なるサブ関数を有するセクションに分類されることができ、これらのセクションが、多くの場合、異なるピッチまたは異なるピッチプロファイルによって区別されるからである。一例として、ばねセクションは、ほぼ一定のピッチ変化によって区別され得る。

一般に、螺旋ばねに沿ったピッチプロファイルに非常に正確に従わなければならない。多くの場合、ばねの開始部および端部、すなわち、ばね開始セクションおよびばね端部セクションにおいて、圧縮ばねのばね力を接続本体に伝達するために使用されるばねセクションは、あらゆるばね位置において、内部弾力ができるだけ軸方向に生じることができるように構成しなければならない。一般に、このことは、対応するばね端部に向かうピッチを減少させることによって実現することができる。さらにこのために、いくつかの実施形態は、ばね開始部に隣接するばね開始セクションにおいて、および／またはばね端部に隣接するばね端部セクションにおいて、少なくとも１つの補正を行うことを可能にする。一方では、これらのばねセクションは、一般に製造が困難であり、他方では、螺旋ばねの所望の機能にとってしばしば重要であり、この結果、一方では、補正は頻繁に必要となり、他方では、ばね特性の最適化に極めて有効である。

さらに、いくつかの螺旋ばねは、１つ以上の一定のセクション、すなわち、一定のピッチを有するセクションを有するか、または実質的に無視できるピッチ変化を有し、すなわち、この場合、ピッチ変化はゼロに等しいかまたはゼロの値の近くでほんの僅かに変動する。このような一定のセクションは、螺旋ばねの比較的長い長さ範囲を占めることができ、この結果、螺旋ばねの全長のために必要となり得る補正のために、ピッチの小さな補正を適切に用いることができる。

複数のばねセクションは１回の補正工程で補正され得る。ソフトウェアに関連して、異なるばねセクションのための工程ステップは、通常、連続的に行われ、全体的には、次にこれにより、判定された複数のばねセクションを有する複数の補正値が得られ、この場合、これらの補正値はＮＣプログラムの補正で共に実現される。

一定のセクションのピッチ、および／または螺旋ばねの全長が公差外にあるならば、多くの場合、最初に、ばね開始セクションにおいておよび／またはばね端部セクションにおいてピッチおよび／またはピッチプロファイルを補正し、次に、必要に応じて、一定のセクションのピッチを補正するのに特に有用である。この場合、端部セクションでは、通常、最適なピッチプロファイルが意図され、一方、ピッチに依存するばね長さは、一定のセクションの補正について具体的に設定されることが意図されるように考慮することができる。

螺旋ばねの局所的なピッチに対応するピッチ基準は、好ましくは、測定中に決定される。例えば、螺旋ばねの多数の角度位置のために、連続する巻きの間のギャップサイズを測定中に規定して、このことからピッチ基準を導出することができる。ギャップサイズは、隣接する巻きの間における、軸に平行に測定される妨害のない間隔である。さらに、巻き間隔、すなわち、ワイヤ中心の隣接する巻きの間の軸方向距離をその都度決定すること、またはワイヤプロファイルに基づいてピッチを直接決定することが可能である。

ばね形状パラメータが螺旋ばねのピッチを表す場合、螺旋ばねのピッチに影響を与える少なくとも１つの工具が、補正値に基づいて設定される。したがって、補正値は、補正位置の領域の所定の巻きセクションにおけるピッチ工具の位置および／または軸方向運動の変化を表す。好ましくは、成形用のピッチ工具は補正値の影響を受ける。成形装置が、数値制御下で調整することができかつその調整（例えば傾斜および／または回転）がピッチに影響を与える１つ以上の巻きフィンガーを有する場合、その代わりにまたはそれに加えて、これらの巻きフィンガーをそれらの工程運動で補正することもできる。

種々の方法で補正値を計算または決定することができる。好ましい実施形態では、補正値を決定するステップは、実際のばねデータと公称ばねデータとの間の最大偏差と、選択されたばねセクションの、最大偏差に関連する最大偏差位置とを決定するステップを含み、補正値は工具の作動運動のために決定され、この補正値は最大偏差位置のばね形状パラメータに影響を与える。

最大偏差を決定する工程は、確実に動作するアルゴリズムにより、ソフトウェアの判定基準として実施することができる。最大偏差に関連する最大偏差位置がばねセクションの補正位置として識別される場合、および結果として、製造工程の補正が実質的に最大偏差位置で作用するように行われる場合、小さな偏差がある隣接範囲は、一般に、正確な大きさだけおよび正確な（具体的には偏差を減少させる）方向にさらに自動的に補正され、この結果、全体のばねセクションの補正が偏差の著しい減少をもたらす。制御プログラムを補正するために、最大偏差に関連する補正値のみが処理される場合、プログラムの変更を最小の努力で実現することができる。

この判定方法は、１つ以上のばねセクションの選択に関連して特に重要であり、それらのばねセクションの長さはばねの全長の単なる一部を形成する。特別な例では、例えば、非常に単純なばね形状の場合、ばねセクションはばねの全長を占めることもできる。

例えば代わりに、選択されたばねセクションの測定された全ての偏差の（重み付けされていないかまたは重み付けされた）平均値を形成すること、およびこの平均値を用いて、補正工程中に複数の補正位置にまたは大きくなった範囲に適用される補正値を導出することが可能である。

螺旋ばねは、好ましくは、ばね巻き機とは別個の測定装置で測定される。

ＮＣ制御プログラムは、補正値を考慮しつつ種々の方法で補正することができる。例えば、補正値を測定装置で決定して表示することができ、オペレータは、補正値を読み取って、その補正値をばね巻き機のオペレータインタフェースに入力することができる。このため、測定装置で判定方法を行うことができるように、測定装置をプログラムすることができる。

好ましくは、データは、例えばネットワークリンクを介してまたはデータ記憶媒体を介して、測定装置とばね巻き機との間で自動的にまたは自動化することができるように転送される。このため、測定装置によって作成された測定データが、ばね巻き機用の制御ソフトウェアに関連するプログラムインタフェースを介して伝達されることが可能である。これにより、測定タスクのために最適化された特性と共に、あるいは独自のデータフォーマットと共に、商業的に入手可能な標準的な測定装置を使用することが可能になる。測定装置から来るデータは、ばね巻き機の制御ソフトウェアのために処理することができるフォーマットに変換することができ、さらに、インタフェースを使用して処理することができる。

特に、少なくとも１つのばねセクションの規定、補正値の計算およびＮＣプログラムの補正は、ばね巻き機の制御ソフトウェアを使用して排他的に行うことができる。さらに、このことは、補正値を決定するための好ましい方法において、ばねセクションの最大偏差のおよびそれに関連する位置の決定に適用することが可能である。このために、適切な判定アルゴリズム、必要に応じて、変換プログラムモジュールがこのソフトウェアに設けられる。

好ましい実施形態では、ばね巻き機用の制御ソフトウェアは、公称形状に対応する形状データを入力するための好ましくはグラフィックオペレータインタフェースを制御し、ＮＣジェネレータは、入力された形状データをＮＣ制御プログラムの一連のＮＣ設定に変換するために設けられる。したがって、オペレータが、制御プログラムを変更するために個々のＮＣ設定レベルにアクセスすることがもはや不要になる。好ましくは、ＮＣジェネレータを使用して、ＮＣ制御プログラムに対する変更を自動的に行うことができるように、補正値がＮＣジェネレータ用の入力フォーマットに変換される。したがって、補正は、ＮＣレベルで行われる必要がなく、必要に応じて、オペレータが熟知している表示フォーマットの補正のディスプレイによって、オペレータにより近接して行われる。

一般に、測定装置およびばね巻き機のデータフォーマットおよびデータ表示は全く互換性がない。例えば、一組の第１の支点の第１のデータセットが、実際のばねデータの測定中に作成されること、および公称ばねデータが、一組の第２の支点の第２のデータセットの形態で作成されることが可能である。両方の例において、「支点」の各々は、ばねの巻きに沿った、さらに一般には、異なる構成におけるおよび／または異なる細分による具体的な選択された位置を表す。さらに、ばね形状パラメータの支点、例えばピッチに関連する値を異なって構成することが可能である。次に、第２の支点の補正データセットは、補正のために作成され、補正動作に適切な位置、特に、ばねセクションの最大偏差位置に対応する。

あまり離間しない第２の支点を有するデータセットが、ランダムな機会で、この位置のために、特に最大偏差位置のために既に利用可能である場合、ピッチ工具が、次の螺旋ばねの製造のための補正後に異なる位置をとるか、または補正前とは異なる加工運動を行うように、このデータセットは、補正値を用いて、例えば、データセットのピッチ値を補正することによって補正される。

さらに、補正前に、第２のデータセットは、第２のデータセットの第２の支点が、計算された補正位置の周りの予め規定された近傍範囲にある位置、特に最大偏差位置に対応するか、またはこの位置に正確に対応する第２のデータセットを含まない可能性がある。この状況において、新しいデータセットは、好ましくは、計算された補正位置、例えば最大偏差位置に対応する第２の支点のために作成される。必要に応じて、他の第２のデータセットを変換して適合させることが可能である。これにより、計算された補正値が、補正されたＮＣ制御プログラムの計算における正確な位置で最適に考慮されることが可能になる。

さらに、本発明は、特に本方法を実施するように適合される数値制御されたばね巻き機に関する。このばね巻き機は、ワイヤを成形装置に送るための送り装置と、予め決定可能な位置で螺旋ばねの直径を本質的に制御する、少なくとも１つの巻き工具を有する成形装置と、少なくとも１つのピッチ工具とを有し、展開されている螺旋ばねに対する少なくとも１つのピッチ工具の動作は、螺旋ばねの局所的なピッチを制御する。

ばね巻き機用の制御装置のメモリ装置で動作しているかまたは動作させることができる制御ソフトウェアは、測定されたデータを外部測定装置から転送するためのプログラムインタフェースを有する。データフォーマットはデータ転送中に適合され得る。制御ソフトウェアは、好ましくは、少なくとも１つのばねセクションを規定するステップと、必要に応じて、ばねセクションの最大偏差およびそれに関連する位置を決定するステップと、補正値を計算するステップと、ＮＣ制御プログラムを補正するステップとを制御することができるプログラム構成要素を有する。

いくつかの現在のＮＣばね巻き機において、既存の駆動装置および制御システムを使用して本発明を実施することができる。本発明の実施形態を実施する能力は、コンピュータ支援される制御装置の制御ソフトウェアにおける追加のプログラム部分またはプログラムモジュールの形態で実現することができる。

したがって、本発明の別の態様は、特にコンピュータ読み取り可能な媒体に記憶されるかまたは信号の形態であるコンピュータプログラム製品に関する。この場合、上記コンピュータプログラム製品が、適切なコンピュータのメモリにロードされ、コンピュータによって動作している場合に、コンピュータプログラム製品により、コンピュータが、本発明による方法またはその好ましい実施形態を実施する。

これらおよび別の特徴は、請求項においてだけでなく、説明および図面においても開示され、この場合、個々の特徴は、本発明の実施形態のサブコンビネーションの形でおよび他の分野で、それら自体でまたは２つ以上の群でそれぞれ実現することができ、それら自体で保護に値する有利な実施形態を表すことができる。

別個の測定装置から測定データを受信して、このデータを処理し、ＮＣ制御プログラムを補正するように構成されるばね巻き機の一実施形態の概略図を示している。 図示したモードにおいて、製造すべきばねの形状データを入力することができるばね巻き機用のディスプレイおよび制御ユニットのスクリーンディスプレイの概略図を示している。 螺旋ばねの測定中における測定装置のディスプレイおよび制御ユニットのスクリーンディスプレイの概略図を示している。 測定装置から出力される測定値の概略図を示している。 螺旋ばねのばね端部セクションの補正値の決定を説明するための概略図を示している。

図１の概略図の右側は、それ自体公知の設計のＣＮＣばね巻き機１００の主要素を示しており、図の左側部分は、測定装置２００を示しており、その設計および機能は従来のタイプの測定装置に対応することもできる。ばね巻き機１００は、送りローラ１１２が備えられかつワイヤ１１５の連続するワイヤセクションを送る送り装置１１０を有し、このワイヤはワイヤ供給部から来て、数値制御された送り速度プロファイルで案内ユニットを通過し、成形装置１２０の領域に入る。成形装置の数値制御された工具を使用して、ワイヤが螺旋ばねに成形される。工具は２つの巻きピン１２２、１２４を含み、これらのピンは、９０°の角度だけずらして配置され、（所望のばね軸の位置に一致する）中心軸１１８に対して半径方向に整列され、螺旋ばねの直径を決定するように意図される。ばね径の基本設定に関する設定工程中に、巻きピンの位置を、一点破線で示した移動線に沿って変化させて、異なる螺旋径の加工を設定することができる。これらの移動は、数値制御システムによって監視される適切な電気駆動装置を使用して行うこともできる。

ピッチ工具１３０は、ばね軸に対して接線方向に整列されかつ展開ばねの巻きに沿って係合する箇所を有する。ピッチ工具は、展開ばねの軸１１８に平行な（すなわち図面の平面に直角な）対応する機械軸用の数値制御された移動駆動装置を使用して移動させることができる。ばねの製造中に送られたワイヤは、ピッチ工具の位置に対応するピッチ工具によって、ばね軸に平行な方向に押圧され、対応するセクションのばねの局所的なピッチがピッチ工具の位置によって制御される。ピッチ変更は、ばねの製造中にピッチ工具を軸に平行に移動させることによって行われる。

成形装置は別のピッチ工具１４０を有し、このピッチ工具は、下方から垂直に位置決めされることができ、このピッチ工具の使用中に、隣接する巻きの間に挿入されるくさび状の工具点を有する。このピッチ工具の調整移動は軸１１８に直角に行われる。このピッチ工具は、例示した製造方法では使用されない。

数値制御可能な分離工具１５０は、ばね軸の上方に取り付けられ、製造のための成形動作の終了後に、送られていたワイヤ供給部から製造された螺旋ばねを、垂直加工運動によって切断する。図１は、既に完成している螺旋ばねが切断された直後の状態において供給されたワイヤを示している。この位置において、ワイヤは既に半分の巻きを形成しており、ばね開始部を形成するワイヤ端部は、ピッチ工具１３０の位置の前において０．３巻きの位置にある。

工具に関連するＣＮＣ機の機械軸は、コンピュータ数値制御装置によって制御され、このコンピュータ数値制御装置は、図示されておらず、特に、機械軸の加工運動のためのＮＣ制御プログラムを含む制御ソフトウェアがあるメモリ装置を有する。

螺旋ばねを製造するために、ワイヤは、送り装置１１０を使用して、図示した「ばね準備位置」から巻きピン１２２、１２４の方向に前方に送られ、自由ワイヤ端部がピッチ工具１３０に達するまで、巻きピンによって所望の直径に曲げられ、円弧状の曲線を形成する。ワイヤがさらに送られる場合には、ピッチ工具の軸方向位置により、展開する螺旋ばねの現在の局所的なピッチが制御される。工程間にわたって、ばね展開中にピッチが変更されるように意図される場合、ピッチ工具は、ＮＣ制御プログラムによって監視されつつ、軸方向に移動される。ピッチ工具の作動運動は、本質的に、螺旋ばねに沿ってピッチプロファイルを規定する。

ばね巻き機の設定時、成形工具がそれらのそれぞれの基本位置に移動される。さらに、ＮＣ制御プログラムが作成またはロードされ、製造工程中に工具の作動運動を制御する。ばね巻き機のための形状が、オペレータによってディスプレイおよび制御ユニット１７０に入力される。このため、ばね巻き機用の制御ソフトウェアはグラフィックオペレータインタフェースを形成し、このグラフィックオペレータインタフェースは、図２に概略的に示されており、製造すべきばねの公称形状を規定する形状データを入力するために使用される。図示した変形例では、円筒状の圧縮ばねに関するデータが入力され、この圧縮ばねは、右側上方に概略的に示されており、２８．７ｍｍの呼び径Ｄｅと、複数の巻き、ｎｔ＝６の巻きと、６０ｍｍの全長Ｌｏとを有するように意図され、ワイヤの直径ｄは３．９ｍｍである。さらに、これらの値が左側上方の表に見られる。データが既に予め入力されて記憶されている場合、ばねのＩＤを提示することによって、データを電子メモリから呼び出すことができる。

下方の表は、特に、７つの第２のデータセットの形態の公称形状のピッチプロファイルを示しており、このピッチプロファイルは、この表の第１の列において１〜７の番号を有する。巻きに沿った、これらのデータセットに関連するそれぞれの位置の位置座標は、第４の列の符号Σ_ｎで示されており、パラメータｎは、巻き数に対応する第５の列に示されている。第１の行の巻き数ｎ＝０．３は、例えば、図１に示したばね準備位置を起点とした０．３巻きの位置座標に対応し、ここでは、巻きの半分が既に製造されている。実施例において、ばね開始部がピッチ工具１３０にちょうど達する程度に十分に、ワイヤが前方に送られた場合に、この位置（０．３巻き）に達する。列の見出しＰｉｔｃｈを有する第７の列はこの位置におけるピッチの基準を示している。この場合、実施例によれば、ピッチは、寸法［ｍｍ／ｎ］で、すなわち寸法ｍｍ／巻きで示されている。したがって、３．９のピッチは、３．９ｍｍのワイヤ径について、巻きの間のギャップサイズがゼロであるように、引き続く巻きが先の巻きにちょうど接触する状態に対応し、ワイヤ中心の間の間隔はワイヤの直径に一致する。

列の見出しｎを有する第５の列の各々は、先のデータセットと現在のデータセットとの支点の間の巻きの数、すなわち、巻きの数の増加、またはこの構成による連続する支点の間の距離を示している。それぞれの支点の局所的なピッチを示している第７の列「Ｐｉｔｃｈ」は、圧縮ばねが、ばね中心に対して対称であるピッチプロファイルを有し、ピッチが、最初に、ばね開始部から中心に向かって増加し、３行目と４行目に関連する支点の間の中央領域において一定になり、次に、ばね端部に向かって再び減少することを示している。

列の見出し「＋／−」を有する、ピッチ列に続く第８の列は補正列である。この前の列のピッチ値は、この列に補正値を入力することによって変更することができ、ピッチは、入力された値の数字に応じて増加または減少される。これにより、ピッチプロファイルが、ばねに沿って変更されることが可能になる。

このタイプの従来のばね巻き機では、圧縮ばねのピッチプロファイルが公差外にあるという測定が示されている場合に、オペレータが、補正値を列「＋／−」に手で入力することによってこれらの補正を行うことが可能であった。できるだけ少ない試みで、このことを行って、所望のばね形状の補正を実現するには、非常に高い技能レベルが必要であった。補正の位置および範囲は試行錯誤によって決定されており、繰り返される測定による複数の試みが必要である場合があった。

本実施形態の重要な一態様は、このオペレータ依存の手順を回避することができ、オペレータの技能および知識に関係なく、ばね補正の成功を再現可能に保証できるということである。

測定装置２００は、カメラを使用して接触せずに、螺旋ばねのいわゆるギャップサイズを測定するように構成される。規定された平坦な接触面を有する回転板２１０が試験セルに取り付けられ、さらに、内部照明を有するピン２１５が試験セルに取り付けられる。測定すべき螺旋ばね２２０は、測定用のピンにわたって配置され、接触面に配置される。さらに、ライン走査カメラ２２５が、ばねの中心軸線に正確に整列されるように配置される。測定された値を記録するために、螺旋ばねが、回転板によって一定の速度で連続的に回転される。工程中に、画像ラインの形態の個々の画像が、規則的な時間間隔または角度間隔で記録される。判定プログラムは、記録された画像ラインから全体画像を作成し、これを判定する。決定された測定値は記憶され、その後、判定されることができる。このタイプの測定装置はそれ自体知られている。特に極めて適切な１つの測定装置は、「ｉｍｅｓｓ Ｆ ４６５」の商標名で、Ｗｉｔｔｅｎ（ドイツ）にあるｃｏｍｐａｎｙ ｉｍｅｓｓ ＧｍｂＨが市販している。

測定装置は、製造されて測定された螺旋ばね２２０の形状を示す実際のばねデータを記録するために使用される。一組の第１の支点の第１のデータセットが実際のばねデータのために作成される。実施例では、個々の画像は、ばねが３０°回転した後にそれぞれ記録され、その画像から、この光景で見ることができるギャップサイズの値を決定することができる。ディスプレイ（測定スクリーン）は、測定装置のディスプレイおよび制御ユニット２７０に形成され、オペレータが、処理された形態の測定結果を見ることを可能にする。

実施例によれば、図３は、螺旋ばねの測定中における測定スクリーンのディスプレイを示している。現在のカメラ画像は左側上方に示されており、このカメラ画像から、実施例において、圧縮ばねのギャップサイズまたはピッチが、複数のステップで、ばね長さにわたって変化することが理解できる。測定結果は、グラフの形態でおよびこの下の表の形態で、このリアルタイムディスプレイのもとにいるオペレータに表示される。公称形状（公称値および公差）のデータセットが測定装置メモリに記憶され、この結果、測定装置は、ばねの品質に関する情報をオペレータに直接提供することができる。オペレータは、右側上方に示した表から、測定に関する数値（測定された値）および公称形状の適切な公称値を読み取ることができる。実際の測定値は、グラフディスプレイにおいて、太い実線ＡＣＴで示されており、公差は、実際の値の上下のより細い線で示されている。公差を満たさない測定は、このディスプレイにおいて、ある色でマークされる。

４つの次の巻きは、「測定結果、ｍｍの巻き間隔」という見出しで、下方の表のばね開始セクション（符号Ａ）およびばね端部セクション（符号Ｅ）に関するラインとしてそれぞれ示されている。表は、見出し行に示した等距離角度ステップに関するそれぞれのギャップサイズの値を示している。上方の４つの行は、４つの巻きを有するばね開始セクションの値を示しており、一方、下方の表は、同様に４つの巻きを有するばね端部セクションの値を示している。実施例では、一定のセクションが存在し、すなわち、ばね開始セクションとばね端部セクションとの間には、一定のピッチを有するばねセクションが存在する。試験機器により、実際の値がこの範囲の公差内にあることが確認された。したがって、一定の部分はグラフで示されておらず、「Ｓｐｒｉｎｇ（ばね）ＩＯ」という言葉で示されている。

このことから理解できるように、ピッチは、ばね開始部からの（３６０°までの）第１の巻きの領域でほぼ直線的に増加し、次に、サブセクションが約８００°の回転角まで一定のピッチになり（ピッチ変化＝０）、このようにして、その次に、さらなるセクションが、（約４．９のギャップサイズを有する）一定のセクションのピッチサイズに達する前に、ほぼ直線的に増加するピッチになる。ばね端部セクションの領域において、ピッチまたはギャップサイズは、非直線的な変化関数に従って、最後の約１．５巻きにわたって減少する。

それほど複雑ではないばね形状を参照して、ばね補正を行うための１つの好ましい変形例について以下に説明する。これに関連して、図４は、６巻きを有する円筒状の圧縮ばねの回転角に対してプロットされているギャップサイズの測定結果の例を示している。ゼロ以外のギャップサイズは、ばね開始部からおよびばね端部から測定された、各々の０．５巻きの後のみの測定されたばねによって生じる。概略図は、ギャップサイズがゼロではない測定結果の当該範囲のみを示している。したがって、この範囲は、（測定中における１８００°の回転に対応する）５巻きの範囲に一致する。「ＡＣＴ」で示した実線は、実際のばねデータ、すなわち、判定すべき螺旋ばねの測定値を示している。太い破線で示した「ＮＯＭ」は、公称データ、すなわち、ばねの所望の形状を示している。公称データの線の上下にある細い破線は、上下の公差値に対応する。

このことから理解できるように、ばね開始セクションの第１の巻きのギャップサイズが増加する範囲における実際の値は、公称値に非常に近似しており、非常に適切に公差内に存在する。３６０°〜１４００°の一定の範囲では、公差も超えないが、測定されたギャップサイズ（実際の値）は所望のギャップサイズよりも系統的に僅かに大きい。１４００°〜１８００°の最後の巻きの範囲では、実際のデータと公称データとの間には、より大きな偏差があり、ギャップサイズは約１５００°の後の許容可能な公差よりも小さい。この状況は、工程が補正されない限り、ばね巻き機の成形工具の現在の設定による引き続き製造された全ての螺旋ばねを、不満足な部品として分離しなければならないことが予測されることを示している。このことから理解できるように、補正により、特に、ギャップサイズ、したがって、最後の巻きの範囲のピッチを大きくしなければならないが、グラフの形態の例は、公称偏差を最良かつ最も容易に補正することができる範囲および方法を示していない。

図４に示した図面の最後の範囲の変更例を示した図５を参照して、この目的に非常に有効な方法について説明する。この場合、ばね端部は角度値０°を有し、角度寸法はばね端部からばね中心に向かって大きくなる。

最初に、判定工程のために、ばねセクションが選択される。オペレータは選択を行うことができる。オペレータは、ばね巻き機のソフトウェアによって制御される自動選択工程を開始することも可能であり、この自動選択工程では、例えば、ピッチ変化に基づいてばねセクションの制限を決定するために、適切なアルゴリズムによって測定結果が分析される。

実施例では、ばね端部に隣接する当該ばねセクションＦＡ（ばね端部セクション）が選択され、この当該ばねセクションにおいて、ギャップサイズが、大きな範囲にわたっておよびほぼ直線的に、すなわち、一定のピッチ変化で減少する。規定されたばねセクションＦＡの開始部は、一定のピッチ（ピッチ変化ゼロ）から、大幅に減少するピッチ（ピッチ変化マイナス）までのピッチの大きな変化の範囲によって規定される。この場合、選択されたばねセクションは本質的に１回の巻きからなる。

選択された範囲において、判定ソフトウェアは、比較ステップを行って、実際のばねデータと公称ばねデータとの間で最大偏差が生じるばねセクション内の位置と、最大偏差位置における最大偏差の範囲とを決定する。実施例では、最大偏差位置ＯＭＡＸは、巻きが次の巻きと接触する箇所（ギャップサイズ＝０）について、約１８０°の角度位置に対応する。この箇所で得られた偏差の最大値ＭＡＸＡは約１．２ｍｍのギャップサイズで生じる。この値の数字によって、偏差方向を構成することができる。ピッチ工具の作動運動の補正値は、このように決定された偏差に基づいて計算され、ピッチを大きくする（偏差を小さくする）という意味において、この位置におけるピッチに影響を与える。次に、この補正値が、ＮＣ制御プログラムを補正するために用いられ、このＮＣ制御プログラムが、補正値を考慮して再計算され、この結果、選択されたばねセクションの偏差が可能な限り補正される。

この場合に説明される判定原理は、ばね巻き機用の制御ソフトウェアの構成要素であるソフトウェアコンポーネントによってのみ実施される。このため、測定データは、最初に、測定装置２００からばね巻き機１００用の制御システムに伝達される。実施例では、このことは、測定装置およびばね巻き機のディスプレイおよび判定ユニット２７０と１７０の間にあるネットワークリンクＶによって実現される。この場合、実際のばねデータは、一組の第１の支点の第１のデータセットの形態で測定装置によって提供され、これらの支点は、測定中の回転板の回転角度と、これらの角度値に関連するギャップサイズによる対応する測定値とによって規定される。実施例によれば、このデータはｃｓｖファイルを作成することができる。測定装置のデータフォーマットのデータは、ばね巻き機用の制御ソフトウェアの適切にプログラムされたインタフェースによって、螺旋ばねおよびそれに関連するピッチに沿った位置を構成するためにばね巻き機のユーザインタフェースで使用されるデータフォーマット（図２参照）に対応するデータフォーマットに変換される。

次に、最大偏差位置に対応する、第２の支点の補正データセットを作成することによって、補正が行われる。第１のデータセットの位置座標が、最大偏差位置に対応するか、またはそれに非常に近い予め規定された近傍範囲内にある第１のデータセットのフォーマットの構成に、データセットが存在する場合（図２参照）、このデータセットの対応するピッチ値を補正値で直接補正することができる。例えば、補正値に対応する値は、補正列「＋／−」に入力することができ、次に、ピッチパラメータＰｉｔｃｈを変更するために７番目の列のピッチに適用される。しかし、第１のデータセットの第１の支点が最大偏差位置に十分に近い第１のデータセットのフォーマットの構成には、データセットが存在しないことが多い。この状況では、新しい第２のデータセットが、最大偏差位置に対応する第２の支点のために自動的に作成され、最大偏差に対応する補正値が、新しく作成されたこのデータセットに適用される。このことは、正確な位置における、具体的には最大偏差位置における正確な補正量によって、非常に正確な補正をもたらす。

これらの工程は、オペレータに見えないように行うことができる。さらに、図２に示したスクリーンディスプレイにおいて、例えば、列「＋／−」に見られる補正値によって、または２つの既存の第２のデータセットの間に書き込まれた新しい第２のデータセットによって、判定の結果およびその実施をオペレータに視覚的に表示することが可能である。変換によって、他のデータセットを適合させることができる。

公称形状に関するこのように補正された入力データは、ＮＣジェネレータを使用してＮＣ設定の補正順序に変換され、この結果、次に、選択されたばねセクションの最大偏差が補正された補正制御プログラムに従って、次の螺旋ばねの製造中に処理が行われる。

図４に関連して説明した実際のばねの場合、測定により、実際のピッチ（実際の値）が、約３６０°〜約１４４０°の一定の範囲において公称値よりも系統的に高いことが確認された。これにより、全体的に、一定のセクションの比較的長い長さにわたって、ばね長さ（ばね開始部とばね端部との間の軸方向距離）が過大になる。測定装置はこのことを確認して指示しており、適切な実際のばねデータがばね巻き機用の判定ソフトウェアに伝達された。ここで、ソフトウェアは、図２に示したスクリーンディスプレイの左上方の表におけるばね長さの補正値（最後の行参照）を生成して表示する。実施例では、ばね長さを０．９９ｍｍだけ短くしなければならない。このことは、実施形態では、若干小さなピッチサイズが一定のセクションで設定される程度に、一定のセクションを形成するためのピッチ工具の位置を変更することによって実現することができる。さらにこの場合、工具調整の範囲は、このばねセクションの決定された最大偏差に基づいて正確に計算することができる。

複数のばねセクション、例えば、ばね開始セクションおよびばね端部セクション、あるいは一定のセクションも、あるいは別のばねセクションも、補正のために選択されることができ、説明したように補正されることができる。判定ソフトウェアレベルにおいて、この場合、複数の補正値（各ばねセクションの補正値）を決定することができるときに、判定を連続して行うことができる。次に、これらの補正値は、説明したように複数の補正値に対応する複数の点で補正されたＮＣ制御プログラムによって共に処理することもできる。実施例では、新しく製造されたばねがばね端部セクションの公差を超えないように、ばね端部セクションおよび一定のセクションのピッチ値を補正することができ、全長も同様に補正される。

本方法により、外部測定装置によって記録されかつ独自のデータフォーマットで最初に利用可能である測定データに基づく自動補正が可能になる。このデータはばね巻き機に伝達され、その制御ソフトウェアは、従来のばね巻き機と比較して、それに追加されたプログラムインタフェースを有し、このプログラムインタフェースは、測定装置から来るデータを、制御ソフトウェアに使用されかつ形状入力のためにデータフォーマットと互換性のあるデータフォーマットに変換する。さらに、制御ソフトウェアは、従来の機械には設けられていない判定モジュールを有し、その判定モジュールを用いて、測定データの説明した判定および解釈と補正値の決定とが行われる。その上、ソフトウェアは、形状入力の適切な点で補正値を自動的に書き込むことができ、このような点またはこのような支点が未だ存在しない場合、対応するデータセットを作成することができる。これにより、ピッチプロファイルの補正に関して、あるいは長さの補正に関して、これに関連して、螺旋ばねに関して、特に、円筒状の圧縮ばねの製造に関して、著しい簡略化と時間節約とが得られる。さらにそれに応じて、ばね径を測定し、必要に応じて補正することができる。その上、本明細書に具体的に記載したばねタイプ以外のばねタイプに対して、例えば、簡単な円錐状のばねに対して測定および補正を行うことができる。

１００ ＣＮＣばね巻き機
１１０ 送り装置
１１２ 送りローラ
１１５ ワイヤ
１１８ 中心軸
１１８ 展開ばねの軸
１２０ 成形装置
１２２ 巻きピン
１２４ 巻きピン
１３０ ピッチ工具
１４０ 別のピッチ工具
１５０ 数値制御可能な分離工具
１７０ ディスプレイおよび制御ユニット
１７０ ディスプレイおよび判定ユニット
２００ 測定装置
２１０ 回転板
２１５ ピン
２２０ 測定すべき螺旋ばね
２２５ ライン走査カメラ
２７０ ディスプレイおよび制御ユニット
２７０ ディスプレイおよび判定ユニット
ＡＣＴ 太い実線
ｄ ワイヤの直径
Ｄｅ 呼び径
ＦＡ 当該ばねセクション
ＦＡ 規定されたばねセクション
Ｌｏ 全長
ＭＡＸＡ 偏差の最大値
ｎ パラメータ
ｎ 列の見出し
ＮＯＭ 太い破線
ＯＭＡＸ 最大偏差位置
Ｐｉｔｃｈ 列の見出し
Ｐｉｔｃｈ ピッチパラメータ
Ｖ ネットワークリンク
＋／− 列の見出し

Claims (6)

1. 数値制御されたばね巻き機によるばね巻きによって螺旋ばねを製造するための方法であって、
   ワイヤが、ＮＣ制御プログラムによって制御された前記ばね巻き機の成形装置に送られ、前記成形装置の工具を使用して実際に螺旋ばねが成形され、
   実際に製造を終えた螺旋ばねの実際の形状を測定して、実際のばねデータを決定するステップと、
   前記実際のばねデータと公称ばねデータとを比較して、少なくとも１つのばね形状パラメータのために前記実際の形状と前記螺旋ばねの予め決定された公称形状との間の偏差を表す偏差データを決定するステップと、
   偏差が所定の公差限界外にある場合に、前記偏差データを解釈して補正データを作成するステップと、
   次の螺旋ばねの製造に関する前記補正データに基づいて、前記工具の少なくとも１つの作動運動を変更するステップと、
   を含む方法であって、
   実際に製造を終えた螺旋ばねのばねセクションを選択するステップと、
   工具の作動運動の補正値を決定するステップであって、前記補正値が前記選択されたばねセクションの前記ばね形状パラメータに影響を与えるステップと、
   前記補正値を考慮して前記ＮＣ制御プログラムを補正するステップとを含み、
   実際に製造を終えた前記螺旋ばねが、異なるピッチ変化を有する複数のばねセクションに細分され、それらの複数のばねセクションから、１つのばねセクションが選択され、補正値がその選択された１つのばねセクションのために決定され
   補正値を決定するために、最大偏差が前記実際のばねデータと前記公称ばねデータとの間で決定され、前記最大偏差に関連する最大偏差位置が前記ばねセクションで決定され、補正値が工具の作動運動のために計算され、前記補正値が、前記ばねセクションの前記最大偏差位置において前記ばね形状パラメータに影響を与える方法。
2. 前記補正位置が最大偏差位置である請求項１に記載の方法。
3. 制御ソフトウェアがプログラム構成要素を有し、前記プログラム構成要素が、前記少なくとも１つのばねセクションを規定するように、決定されている前記ばねセクションにおける最大偏差および関連する最大偏差位置によって、前記補正値を計算するように、および前記ＮＣ制御プログラムを補正するように構成される請求項２に記載の方法。
4. 補正値を決定するために、最大偏差が前記実際のばねデータと前記公称ばねデータとの間で決定され、前記最大偏差に関連する最大偏差位置が前記ばねセクションで決定され、補正値が工具の作動運動のために計算され、前記補正値が、前記ばねセクションの前記最大偏差位置においてばね形状パラメータに影響を与え、前記ＮＣ制御プログラムに指示するために、排他的に、前記最大偏差に関連する補正値が処理される請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記螺旋ばねの前記局所的なピッチに対応するピッチ基準が測定中に決定され、前記補正値が、基本的に、少なくとも１つの工具を調整するために用いられ、少なくとも１つの工具が、前記ばねセクションにおいて、前記最大偏差位置の範囲で前記螺旋ばねのピッチに影響を与える請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
6. 少なくとも１つのばねセクションの選択、前記補正値の決定、および前記ＮＣ制御プログラムの補正が、ばね巻き機の制御ソフトウェアを使用して排他的に行われ、前記補正値を決定する工程が、前記ばねセクションの最大偏差および関連する最大偏差位置を決定するステップを含む請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。

Images