JP6946287B2 - 触覚による振れ測定及び長さ測定 - Google Patents

Description

本発明は、長尺形材の端面の振れを測定するための測定装置に関する。本発明はまた、長尺形材の端面の振れを測定するための方法に関する。

回転対称の管及び中実材料は、長尺形材を横切した後、管切断機によって端部が加工される。

特に被加工物端部は面取りされ、研磨される。端面に対する要求は高まる一方である。一般的に、端面の振れを０．０５ｍｍ未満にすることが必要である。

その上、生産性が最大限の加工機内で振れを測定することが必要であり、１．２μｍよりも高い計測精度が求められる。生産性が高いために、つまりサイクル時間がわずか１．３秒であるために、非常に短い時間内に振れを正確に測定することが必要とされ、測定は約０．６秒以内に行われなければならない。

特許文献１から、管切断機測定装置用の直線案内装置が公知である。これは波状の外壁を備えた案内要素を備えており、この案内要素はチャンネル内を往復で稼働できる。

特許文献２には、管の真円度及び軸振れの測定方法が開示されている。ここでは遊び補正式のクランプアダプタを使って試験機内に収容されたロータが回転し、回転中にロータが接触式又は非接触式のセンサによって周囲面及び／又は側面が触れられ、そこから真円度及び軸振れグラフが作成される。

特許文献３により、細い物体の表面のプロファイル、特に管端部壁面のプロファイルを測定するためのプロファイル測定装置が公知である。この測定装置は、２つのプローブヘッドを備えており、これが測定物体の走行方向に対して傾いて可動である。

公知の測定装置は単独の測定プローブを備え、このプローブの横を、長尺形材の長軸周りを回転運動中の端面が通過する。その際に測定値が特定され、続いてこの測定値が評価される。長尺形材の回転運動が原因で、挙げられた要求を満たすためには、計測精度は十分ではなく、また測定時間も長い。

独国特許出願公開第１０２０１１０１８２９７号明細書 独国特許出願公開第４２２５１９５号明細書 独国特許発明第１０２００６０１９３５４号明細書

したがって、本発明の課題は、長尺形材の端面の振れを高い計測精度で短いサイクル時間で特定するための測定装置を提供することである。

さらに、本発明の課題は、長尺形材の端面の振れ測定を高い計測精度で短いサイクル時間で可能にする方法を提供することである。

装置の観点から、この課題は冒頭に挙げられた種類の、請求項１の特徴を備えた測定装置によって解決される。

長尺形材の端面の振れを測定するために、少なくとも１つの、長軸上を往復運動可能な測定ヘッドは、複数の隣り合って配置された測定プローブを備え、この測定プローブは測定ヘッドの隣に配置された長尺形材用支持部を備え、及び測定装置は評価装置を備え、この評価装置は各測定プローブと測定データを伝送可能に接続されており、個々の測定値から振れを算出する。

本発明は、長尺形材の端面の振れを、以下のような考えを使用して特定する。すなわち、ただ１回の測定プロセスで同時に複数の個別測定が、それぞれ１つの測定プローブにより行われ、アダプタ内で長尺形材を回転させないですむために公知の測定装置と比べて測定時間が格段に短縮される。回転させない代わりに、個々の測定結果が評価され、個別測定値から振れが算出される。

長尺形材においては、長軸の周りを回転する回転対称形状、特に管又は横断面が円形の中実形状が好ましい。しかし、横断面が任意の形状、特に長方形、三角形、正方形で使用されることも考えられる。

端面とは、特に管又は中実形状の長尺形材の正面側の面であると理解できる。管の場合端面は輪であり、中実形状の場合は円盤である。

振れは、端面の平坦度のための尺度である。振れは、長軸周りを回転する際に前記端面が前後に移動する最大距離である。可能であれば、端面の回転運動時に振れが０．０５ｍｍ未満が望ましい。５０μｍの振れを精密に測定できるよう、計測精度がより優れていること、つまり１．２５μｍ未満が必要である。本発明による測定装置は、１．２５μｍより高い計測精度を可能にし、その際に個々の測定にかかる時間はわずか０．６秒である。この場合その測定時間には、長尺形材の支持部への挿入、本来の測定とそれに伴う端面への測定ヘッドの接近、及び長尺形材の取出し及び評価も含まれている。

製造プロセス中に加工機内で測定を行うことができるよう、測定装置の測定能力インデックス、いわゆるＣｇｋ-値が少なくとも１．３３あることが必要である。このＣｇｋ-値が満たされないと、その測定装置は測定するべき公差に適していない。測定能力Ｃｇは、Ｃｇ=０．２＊Ｔ／６／Ｓｇで計算され、ここでＴは公差、Ｓｇは測定の標準偏差である。Ｃｇは少なくとも１．３３以上でなければならない。Ｃｇｋ-値はさらに平均値の状況を考慮し、及びその平均値が規準値と一致する場合にのみＣｇ値と同じになる。そうでなければＣｇｋ-値は常にそれに応じて小さくなる。測定の平均値が規準値に等しいと仮定すると、計測精度が算出される。つまり、標準偏差は上述の測定システムの式で公差が０．０５ｍｍの場合にＳｇ=０．２＊０．０５／６／１．３３＝０．００１２５ｍｍ又は１．２５μｍとなる。公差Ｔ＝５０μｍで計測精度１．２５μｍとなり非常に高く思われるが、実際には測定値を十分に信頼可能にするために必要であることがわかっている。

好ましくは測定装置は長軸に沿って向かい合っている２つの測定ヘッドを備え、その間に長尺形材用支持部が配置される。ここで、片方のヘッドの測定プローブは支持部の一方の側に備え、さらに別の測定ヘッドがさらに別の測定プローブを支持部のもう一方の側に備えている。いずれの測定プローブも、さらに別の測定プローブのいずれも、他の測定プローブ及びさらに別の複数の測定プローブから独立して単独であり、長さ方向に可動に形成されている。

さらに別の測定プローブは測定ヘッドの測定プローブのように、好ましくは同様に隣り合って、さらに別の測定ヘッドのそばに配置されている。２つの測定ヘッドを備えた測定装置の構造により、反対側にある長尺形材、特に管材又は中実材の端部の振れを同時に測定できる。

好ましくは、測定装置を使って横断面において長さ方向に対して垂直に、円形の長尺形材の軸振れが特定され、それゆえに測定プローブ及び／又はさらに別の測定プローブが円形に測定ヘッド又はさらに別の測定ヘッドに配置される。これはしかし、別の、特に上に上げられた形状でも、考え得る。測定プローブは特に他の形状の場合に、その形状に適合して測定ヘッドに配置することができる。

好ましくは、各測定プローブは長尺形材と接触するための支持面を備え、さらに各測定プローブには測定システムが割り当てられている。この支持面は向かい合って測定プローブに配置されており、評価装置とデータ送信可能に接続されている。測定システムは、触覚測定プローブであり、測定プローブを長軸に沿ってスライドさせて１ミクロン未満を測定可能な精度を備えている。この測定システムは、誘導位置測定システム、レーザ測定システム、又は他の測定システムであってもよい。また、測定システム種類の組合せも考えられる。

好都合には、さらに別の測定ヘッドも長軸に沿って往復スライドが可能に形成されている。

本発明の特に好ましい実施形態では、この測定装置は測定ヘッドに割り当てられた位置センサを備え、測定ヘッドに割り当てられたさらに別の位置センサを備えている。この位置センサとさらに別の位置センサは測定ヘッド又はさらに別の測定ヘッドの位置を特定する。それによって振れと並んで長尺形材の長さを特定することが可能であり、及び評価装置を使って長さから、振れを考慮して長尺形材の最大、最少及び平均の長軸に沿った長さが推論できる。

方法の観点から、本課題は請求項８の特徴を備えた方法によって解決される。

長尺形材の端面の振れを測定する方法は、長尺形材が支持部内に置かれ、少なくとも１つの測定ヘッドが複数の隣り合って配置された測定プローブを備え、端面の長軸に沿ってスライドされ、すべての測定プローブが端面の一部に接触し、及び測定プローブの測定値が評価装置に送られ、この評価装置で個々の測定値から振れが算出される、本発明による方法を含んでいる。

本発明による方法は、特に上述の測定装置の１つを使用して実施することに適している。

好ましくは個別測定値から、測定プローブの差値を、好ましくは隣接する測定プローブの差値を計算し、差値から振れを算出する。

本方法は特に短い、つまり測定は０．６秒未満で行える。なぜなら長尺形材はただ支持部内に置かれる必要があるだけで、測定ヘッド、又は本方法の他の実施形態で測定ヘッド及び他の測定ヘッドが、同時に長尺形材の端部に送られ、及び同時に複数の個別測定が各測定プローブで又はさらに別の測定ヘッドのさらに別の測定プローブで行われ、及び同時に得られた測定値から評価装置で振れが算出される。したがって、長尺形材を測定ヘッドに沿って、例えば回転運動又は類似の運動で案内することは不要である。

本発明は、実施例を使用して７つの図で説明される。

従来技術で振れ不良を特定するための第１の測定装置である。 従来技術で振れ不良を特定するための第２の測定装置である。 管材の２つの端部端面の振れ不良を特定するための本発明による測定装置である。 図３の測定ヘッドの正面図である。 図４のＶ−Ｖ線矢視の断面図である。 図３の測定ヘッドの内面図である。 測定ヘッド及びさらに別の測定ヘッドの内面図及び外面図である。

従来技術では、管材３の２つの端部１、２の振れ不良は周知の方法で、２つのレーザシステムを使用して測定される。その場合、管材３は２つの同時に回転する支持部ローラ４、５の対に支持される。個々の支持部ローラは同時に回転するよう駆動され、それによって管材３は長軸Ｌ周りの回転運動状態に置かれる。管材３の回転中、２つのレーザ測定システム８、９を使って、管材３の２つの正面の端面６、７で測定が行われる。

問題なのは、レーザ測定システム８、９が、端面６、７の表面変化、例えば交互に光沢表面と曇った表面になるような変化が、測定精度に影響することである。さらに、回転する管材３の軸方向の位置は回転中は一定ではない。これは支持部ローラ４、５の技術的不正確さから来るものである。これにより、結果が、３μｍ未満の計測精度に達しない可能性があるという結果をもたらす。

図２は第２の公知の測定装置を示しており、こちらもやはり同時に回転する支持部ローラ対４、５を備えており、その上で管材３が長軸Ｌ周りを回転する。管材３の端部１、２には、２つの触覚による測定システム２１、２２が設けられており、この測定システムは管材３のそれぞれ１つの端面６、７に向けられており、各端面６、７と接触する。触覚による測定システム２１、２２は管材３上に力を加えるために管材が追加的に軸方向から外れるため、測定誤差が存在し、及び触覚による測定システム２１、２２の３μｍ未満という精度は不可能である。

しかし図３に示された本発明による測定装置は、１μｍよりも優れた計測精度を可能にしている。図３による測定装置は、２つの支持部プリズム３１、３２を備え、これらの上で管材３は測定中、支持部プリズム３１、３２に対して静止して支持される。管材３の長軸Ｌに沿って、１つの管材端部３に測定ヘッド３３が、さらに別の管材端部２にさらに別の測定ヘッド３４が備えられている．測定ヘッド３３及びさらに別の測定ヘッド３４は、長軸Ｌ方向に、図示していない電気駆動装置を使って往復運動可能に形成されている。２つの測定ヘッド３３、３４は、横側に位置センサ３５又はさらに別の位置センサ３６を備えている。位置センサ３５、３６は、Ｕ字型ガイド３５１を備え、この中にＴ字型のロータ３５２入れられており、これが測定ヘッド３３と不動に接続されている。同様のことが、さらに別の測定ヘッド３４、及びさらに別のガイド３６１とさらに別のロータ３６２の構造に適用される。

この管材３とは反対向きのロータ３５２正面には、測定ヘッド３３用の位置測定システム３７が備えられている。同様のことがさらに別の測定ヘッド３４に適用される。

測定ヘッド３３自体は、支持部プリズム３１、３２の方を向いた測定プローブガイド３３１及び圧力カバー３３２を備えている。測定プローブガイド３３１内には、リング状に配置されている複数の、本例では１２個の測定プローブ３３３が入れられる。しかしこれより多くても少なくても測定プローブ３３３を備えていてよい。これに対応してさらに別の測定ヘッド３４はさらに別の測定プローブガイド３４１及びさらに別の圧力カバー３４２を備えている。この、さらに別の測定プローブガイド３４１内には、１２個のさらに別の測定プローブ３４３が配置されている。さらに別の測定プローブ３４３は、長軸Ｌ方向に往復でスライド可能な、測定プローブガイド３３１に対して個別に可動の構成部品であり、これら可動の構成部品がそれぞれ１つの、可動の構成部品に割り当てられている個別ガイド内で、さらに別の測定プローブガイド３４１に対して可動に配置されている。各さらに別の測定プローブ３４３の外周は、接触面積を拡大するために波形に形成されており、それによってその個別ガイドが安定化される。同様のことが、やはり測定プローブ３３３にも適用される。

図４は支持部プリズム３１内に入れられた管材３を通して見た、図３の測定ヘッド３３の正面図である。管材３の長軸Ｌ及び測定ヘッド３３の長軸Ｌはここでは一致している。しかし、同心が不正確な状態での測定が実施されること、つまり軸管材３の長軸Ｌ及び測定ヘッド３３の長軸Ｌが互いに平行にずれているか又はそれどころか互いにわずかに角を成して配置されていることも考えられる。図４は測定ヘッド３３の１２個の測定プローブ３３３を示しており、その中で管材３の方を向いた端部が管材３のための支持面を備えているため、測定ヘッド３３が長軸Ｌに沿って管材３上で管材３の振れと長さを測定するために送られる場合、測定プローブ３３３がそれぞれ管材３の範囲と接触する。

図５は、図４のＶ−Ｖ線矢視の断面図である。特に１２時の位置及び６時の位置に基づいて、長軸Ｌに沿って切断された測定プローブ３３３で測定プローブ３３３が、半径方向に細い中実形状構成部品であることが見て取れ、測定ヘッド３３の長軸Ｌに沿って往復運動が可能に形成されているが、ここではその波型に形成された外壁によって非常に安定した個別ガイドを備えている。管材３の方を向いた測定ヘッド３３の部分が測定プローブガイド３３１であり、管材３の反対を向いた測定ヘッド３３の部分は圧力カバー３３２であり、これは測定ヘッド３３に対して取り付けられている。圧力カバー３３２内には各測定プローブ３３３のために測定システム３８が備えられている。１２個の測定システム３８それぞれが、触覚による測定プローブであり、これが、これ自体に割り当てられた測定プローブ３３３を長軸Ｌに沿ってずらし、１μｍよりも良好な精度で測定する。特に、管材３の端面６の不良を確認するために測定プローブ３３３をさまざまにスライドすることが可能である。

図６は、測定ヘッド３３の内部配置である。この測定ヘッドは端面６に近接している１２個の測定プローブ３３３を備え、端面６の反対側にある測定プローブ３３３に測定システム３８とを備え、この測定システムは各測定プローブ３３３のために長軸Ｌに沿った位置変化を正確に測定する。ここで精度は１μｍより高い。管材３と個々の測定システム３８の長軸Ｌ、及び測定プローブ３３３の運動方向は対になって互いに平行である。

図７は測定ヘッド３３と、カバーされたさらに別の測定ヘッド３４の配置を示しており、これら測定ヘッドは互いに左右対称に構成されている。測定ヘッド３３、３４はそれぞれ、この場合は１２個の測定プローブ３３３、３４３を備えている。当然ながらもっと多い又は少ない数の測定プローブ３３３、３４３が２つの測定ヘッド３３、３４のそれぞれに備えられていることも考えられる。２つの測定ヘッド３３、３４の測定プローブ３３３、３４３の数は、互いに異なっていてもよい。

管材３の２つの端面６、７の振れ不良を実施するために、まず２つの測定ヘッド３３、３４が互いに離れるよう移動する。管材３は２つの支持部プリズム３１、３２上に置かれ、測定プローブ３３３、３４３がそれぞれ、端面６、７のそれぞれ１つの一部に来るまで、２つの測定ヘッド３３、３４が同時に２つの管端１、２上を動く。測定プローブ３３３、３４３のそれぞれが、管材３の２つの端面６、７のどちらかと接触すると、測定ヘッド３３の１２個の測定プローブ３３３、及びさらに別の測定ヘッド３４の１２個のさらに別の測定プローブ３４３の測定値が記録される。測定ヘッド３３、３４当たり１２個の個別測定値からから、隣接する個別測定プローブ３３３、３４３の測定値の相違が形成されることによって、端面６の形状が個々の点を補間することで特定される。端面６では、こうして１μｍ未満の不良が特定され得る。相応する測定は、さらに別の測定ヘッド３４によってさらに別の端面７で行われる。評価は同様に端面６での測定プローブ３３３の測定値の評価と対応する。

さらには、２つの測定ヘッド３３、３４で２つの位置センサ３５、３６を使用して、２つの測定ヘッド３３、３４の互いからの間隔を特定し、それによって端面不良を考慮して管材３の長さが推測できる。計算は、図示していない評価ユニットで行われる。こうして、最大管長、最少管長、及び平均管長を示すことが可能である。

１ 管材端部
２ 管材端部
３ 管材
４ 支持部ローラ
５ 支持部ローラ
６ 端面
７ 端面
８ レーザ測定システム
９ レーザ測定システム
２１ 触覚による測定システム
２２ 触覚による測定システム
３１ 支持部プリズム
３２ 支持部プリズム
３３ 測定ヘッド
３４ 測定ヘッド
３５ 位置センサ
３６ 位置センサ
３７ 位置測定システム
３８ 測定システム
３３１ 測定プローブガイド
３３２ 圧力カバー
３３３ 測定プローブ
３４１ 測定プローブガイド
３４２ 圧力カバー
３４３ 測定プローブ
３５１ Ｕ字型ガイド
３５２ Ｔ字型ロータ
３６１ Ｕ字型ガイド
３６２ Ｔ字型ロータ
Ｌ 長軸

Claims (9)

1. １つの長尺形材（３）の端面（６、７）の振れを測定するための測定装置であって、
   少なくとも１つの、長軸（Ｌ）に沿って往復でスライド可能な測定ヘッド（３３、３４）、
   互いに隣り合って配置され、前記測定ヘッド（３３、３４）に対して長軸（Ｌ）に沿って個別に可動であり、前記長尺形材（３）のための支持部（３１、３２）の方を向いている複数の測定プローブ（３３３、３４３）であって、前記支持部（３１、３２）は、前記測定ヘッド（３３、３４）の隣に配置されている、複数の測定プローブ（３３３、３４３）、及び、評価装置を備えており、
   いずれの前記測定プローブ（３３３）も、前記長尺形材（３）のための支持面を備えており、いずれの前記測定プローブ（３３３）にも測定システム（３８）が割り当てられており、前記測定システムが前記評価装置とデータ送信可能に接続されており、すべての測定プローブ（３３３、３４３）が前記端面（６、７）の一部に接触され、
   前記測定プローブ（３３３、３４３）はリング状に配置されており、各測定プローブ（３３３、３４３）の外周は波形である、測定装置。
2. 請求項１に記載の測定装置であって、
   前記長軸（Ｌ）に沿って向かい合って配置されている２つの測定ヘッド（３３、３４）の間に、前記長尺形材（３）のための前記支持部（３１、３２）が配置されていること、及び前記測定ヘッド（３３）の前記測定プローブ（３３３）及びさらに前記別の測定ヘッド（３４）のさらに別の前記測定プローブ（３４３）がそれぞれ前記支持部（３１、３２）の方を指し示し、さらに別の前記測定プローブ（３４３）がさらに別の前記測定ヘッド（３４）に対して長さ方向に可動に形成されており、かつ隣り合って配置されていることを特徴とする、測定装置。
3. 請求項１又は２に記載の測定装置であって、
   前記測定プローブ（３３３）及び／又はさらに別の前記測定プローブ（３４３）が円形に配置されていることを特徴とする、測定装置。
4. 請求項１〜３のうちのいずれか一項に記載の測定装置であって、
   前記測定システム（３８）が触覚による測定プローブを含んでいることを特徴とする、測定装置。
5. 請求項２又は３に記載の測定装置であって、
   さらに別の前記測定ヘッド（３４）が前記長軸（Ｌ）に沿って往復でスライド可能に形成されていることを特徴とする、測定装置。
6. 請求項１〜５のうちのいずれか一項に記載の測定装置であって、
   前記測定ヘッド（３３）に位置センサ（３５）が、及びさらに別の前記測定ヘッド（３４）にさらに別の位置センサ（３６）が割り当てられていることを特徴とする、測定装置。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の測定装置を用いて、長尺形材（３）の端面（６、７）の振れを測定するための方法であって、
   前記長尺形材（３）が支持部（３１、３２）内に置かれ、
   複数の隣り合って配置されている測定プローブ（３３３、３４３）を備えた少なくとも１つの測定ヘッド（３３、３４）が長軸（Ｌ）に沿って端面（６、７）に対してスライドされ、すべての測定プローブ（３３３、３４３）が前記端面（６、７）の一部に接触し、前記測定プローブ（３３３、３４３）の個別測定値が評価装置に送られ、前記評価装置で個別測定値から振れが計算される、方法。
8. 請求項７に記載の方法であって、
   前記個別測定値から差値が計算され、前記差値から振れが計算されることを特徴とする、方法。
9. 請求項７又は８に記載の方法であって、
   前記測定ヘッド（３３）とさらに別の前記測定ヘッド（３４）の位置測定値がそれぞれ位置センサ（３５、３６）を使用して測定され、前記位置測定値から長尺形材長が振れを考慮して特定されることを特徴とする、方法。

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