KR20200104247A - 기어 절삭기에서 측정 프로브를 교정하기 위한 방법 - Google Patents

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밴 하우쓰 요하네스
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리브에르-베르잔테크니크 게엠베하
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Abstract

본 출원은 기어 절삭기의 공작물 홀더에 수용된 공작물을 사용하여 기어 절삭기에서 측정 프로브를 교정하기 위한 방법을 개시하며, 여기서 측정 프로브는 측정 프로브 베이스 상에 이동 가능하게 배열된 측정 프로브 팁을 포함하고, 측정 프로브 베이스에 대한 측정 프로브 팁의 편향은 상기 측정 프로브의 적어도 하나의 센서를 통해 결정될 수 있고, 측정 프로브는 기어 절삭기의 적어도 2개의 이동 축을 통해 공작물 홀더에 대해 횡단 가능하다. 본 방법은, 완벽한 교정의 경우, 톱니 플랭크 상의 측정 프로브 팁의 접촉점이 변하지 않고 유지되도록 공작물 홀더의 회전 축을 통해 공작물을 회전시키고 기어 절삭기의 적어도 2개의 이동 축을 통해 측정 프로브를 횡단시키는 단계를 포함한다.

Description

기어 절삭기에서 측정 프로브를 교정하기 위한 방법 {METHOD FOR CALIBRATING A MEASURING PROBE IN A GEAR CUTTING MACHINE}
본 발명은 공작물, 특히 기어 휠의 도움으로 기어 절삭기에서 측정 프로브를 교정하기 위한 방법에 관한 것이다.
기계에서 생산된 공작물을 점검(예를 들어, 톱니 두께 점검, 피치 점검, 프로파일 점검, 플랭크(flank) 라인 점검)할 수 있도록 측정 프로브가 설치된 기어 절삭기에서, 온도 변동과 같은 외부 영향은 기계에서의 최소한의 변형으로 이어질 수 있으며, 이는 이러한 점검을 부정확하게 한다. 따라서, 톱니에 대한 측정 프로브의 위치(이하 측정 프로브의 위치라고만 칭함)의 결과적인 변화가 꾸준히 양호한 테스트 결과를 보장할 수 있도록 정기적으로 결정되고 교정에 의해 보상되어야 한다.
여기서, 측정 프로브의 추정된 위치와 실제 위치의 차이를 위치 오차라고 칭한다. 위치 오차가 0이면, 측정 프로브가 완벽하게 교정된다. 설명된 본 발명의 방법에 의해 결정된 측정 프로브의 위치의 보정은 위치 보정으로 칭해진다.
교정에 필요한 측정 프로브의 위치의 결정은 측정 객체, 예를 들어, 측정 블록 상에서 수행될 수 있다. 그러나, 직접 기계에 클램핑된 공작물, 특히 기어 휠에 대한 결정은 특정 이점을 포함한다. 특히, 작업자가 측정 블록을 기계에 통합하고 교정 후에 다시 이를 제거하는 비용이 없어진다. 대형 공작물을 생산하기 위한 기어 절삭기에서, 또한 측정 프로브에 대한 횡단 경로가 측정 블록에 도달할 수 있기에 충분하지 않을 수도 있다. 이는 또한 공작물에 측정에 의해 회피된다.
문헌 EP 2 554 938 B1호로부터, 공작물의 도움으로 기어 절삭기에서 측정 프로브를 교정하기 위한 방법이 알려져 있으며, 여기서 공작물의 프로파일은 상이한 측정 단계에 의해 2회 결정된다. 제1 측정 단계에서, 공작물이 회전하는 동안 측정 프로브가 접선 방향으로 횡단되지만, 제2 측정 단계에서 이는 비접선 방향 또는 반경 방향으로 횡단된다. 각각의 측정 단계에서 결정된 톱니 프로파일 구배 오차 사이의 차이를 참조하여, 측정 헤드의 위치 오차가 결정되어 교정에 사용된다.
본 발명의 목적은 공작물의 도움으로 기어 절삭기에서 측정 프로브를 교정하기 위한 개선된 방법을 제공하는 것이다.
제1 양태에서 이 목적은 청구항 1에 따른 방법에 의해 해결되고, 제2 양태에서는 청구항 2에 따른 방법으로 해결된다.
본 발명의 바람직한 실시예는 종속항의 주제이다.
제1 양태에서, 본 발명은 기어 절삭기의 공작물 홀더에 수용된 공작물을 사용하여 기어 절삭기에서 측정 프로브(probe)를 교정하기 위한 방법을 포함하며, 측정 프로브는 측정 프로브 베이스 상에 이동 가능하게 배열된 측정 프로브 팁(tip)을 포함하고, 측정 프로브 베이스에 대한 측정 프로브 팁의 편향이 측정 프로브의 적어도 하나의 센서를 통해 결정될 수 있고, 측정 프로브는 기어 절삭기의 적어도 2개의 이동 축을 통해 공작물 홀더에 대해 횡단 가능하고,
본 방법은:
- 측정 프로브 및/또는 공작물을 측정 프로브 팁이 공작물의 톱니 플랭크(tooth flank)에 접촉하는 상대 위치로 횡단시키는 단계;
- 완벽한 교정의 경우, 톱니 플랭크 상의 측정 프로브 팁의 접촉점이 변하지 않고 유지되고,
- 완벽한 교정의 경우, 측정 프로브 팁의 편향 또는 편향량이 적어도 하나의 특정값을 채택 및/또는 유지하도록,
- 공작물 홀더의 회전 축을 통해 공작물을 회전시키고 기어 절삭기의 적어도 2개의 이동 축을 통해 측정 프로브를 횡단시키는 단계;
- 적어도 하나의 측정점에서 적어도 하나의 특정값으로부터 측정 프로브 팁의 편향의 편차를 결정하는 단계;
- 편차에 기초하여 교정의 적어도 하나의 보정값을 결정하는 단계를 포함한다.
제2 양태에 따르면, 본 발명은 기어 절삭기의 공작물 홀더에 수용된 공작물을 사용하여 기어 절삭기에서 측정 프로브를 교정하기 위한 방법을 포함하며, 측정 프로브는 측정 프로브 베이스 상에 이동 가능하게 배열된 측정 프로브 팁을 갖고, 측정 프로브 베이스에 대한 측정 프로브 팁의 편향 및/또는 측정 프로브 베이스에 대한 측정 프로브 팁의 편향의 성취는 측정 프로브의 적어도 하나의 센서를 통해 결정될 수 있고, 측정 프로브는 기어 절삭기의 적어도 2개의 이동 축을 통해 공작물 홀더에 대해 횡단 가능하고,
본 방법은:
- 측정 프로브 및/또는 공작물을 측정 프로브 팁이 공작물의 톱니 플랭크에 접촉하는 상대 위치로 횡단시키는 단계;
- 완벽한 교정의 경우, 톱니 플랭크의 측정 프로브 팁의 접촉점이 변하지 않고 유지되고,
- 측정 프로브 팁의 편향 또는 편향량이 적어도 하나 이상의 특정값을 채택 및/또는 유지하도록,
- 공작물 홀더의 회전 축을 통해 공작물을 회전시키고 기어 절삭기의 적어도 2개의 이동 축을 통해 측정 프로브를 횡단시키는 단계;
- 적어도 하나의 측정점에서, 완벽한 교정의 경우, 공작물 홀더의 회전 축 및/또는 기어 절삭기의 적어도 2개의 이동 축이 가졌을 위치로부터 공작물 홀더의 회전 축 및/또는 기어 절삭기의 적어도 2개의 이동 축의 실제 위치 사이의 편차를 결정하는 단계; 및
- 편차에 기초하여 교정의 적어도 하나의 보정값을 결정하는 단계를 포함한다.
EP 2 554 938 B1호 이외의 본 발명에 따른 양쪽 양태에서, 프로파일 각도 및/또는 프로파일 각도 편차는 측정되지 않는다. 또한, 베이스 원(circle)에 대한 접선 방향으로의 측정 프로브 팁의 이동이 수행되지 않는다. (가능하게는 측정된 편차를 제외하고) 오히려 측정 프로브 팁의 중심이 원형 경로 상에서 이동한다. 결과적으로 상당히 더 간단한 방법이 제공되며, 이는 또한 보다 포괄적인 교정을 가능하게 한다.
제1 양태 및 제2 양태에 따른 방법의 바람직한 실시예가 아래에 상세히 설명될 것이다. 달리 지시되지 않는 한, 바람직한 실시예는 양쪽 양태 모두를 개발하는 데 사용될 수 있다.
바람직하게는, 본 발명은 기준 측정 블록과 같은 기준 객체 없이 수행될 수 있으며, 즉 교정은 톱니형 공작물을 통해 배타적으로 이루어진다.
공작물의 톱니는 임의로 선택될 수 있다. 특히, 공작물의 톱니는 원통형 및 원추형 설계(베베로이드(beveloid) 톱니) 모두일 수 있는 직선형 또는 나선형 톱니의 내부 또는 외부 톱니일 수 있다. 톱니는 대칭 및 비대칭 모두일 수 있으며, 즉, 좌우 플랭크의 프로파일 각도는 다를 수 있지만 다를 필요는 없다. 톱니의 프로파일은 임의로, 또한 특히 인벌류트(involute)로서 선택될 수 있다.
본 발명에 따른 교정 방법은 바람직하게는 생산 사이클에서 완전히 자동으로 수행된다.
제1 양태에 따른 방법에서, 측정 프로브 팁의 편향을 제어 유닛에 제공할 수 있는, 즉, 스캐닝 측정에 적합한 측정 프로브가 사용된다.
한편, 제2 양태에 따른 방법을 수행하기 위해, 또한 측정 프로브 베이스에 대한 측정 프로브 팁의 특정 편향의 성취를 단지 출력할 수 있는, 즉, 단지 스위칭 측정에 적합한 측정 프로브가 사용될 수 있다.
본 발명에 따르면, 편향량만 출력할 수 있는 측정 프로브가 사용될 수 있다(스위칭 프로브에서: 이는 접촉이 존재하는지 여부만을 출력할 수 있음). 그러나, 추가하여 틸팅(tilting) 방향을 또한 출력할 수 있는 측정 프로브가 또한 사용될 수 있다. 그러나, 이 정보는 반드시 필요한 것은 아니다.
본 발명의 가능한 실시예에 따르면, 복수의 측정점에 대한 편차가 결정되고, 적어도 하나의 보정값이 복수의 편차에 기초하여 결정된다. 특히, 편차의 곡선은 복수의 측정점에 걸쳐 결정될 수 있다.
본 발명의 가능한 실시예에 따르면, 편차 및/또는 편차의 곡선은 교정의 적어도 하나의 보정값을 결정하기 위해 상이한 교정 오차 및/또는 편차의 이론적 곡선에 대해 결정된 복수의 이론적 편차와 비교된다.
본 발명의 가능한 실시예에 따르면, 공작물의 제1 플랭크와 접촉하는 편차는 적어도 하나의 제1 측정 실행에서 결정되고, 공작물의 제2, 바람직하게는 대향 플랭크와 접촉하는 편차는 적어도 하나의 제2 측정 실행에서 결정된다. 바람직하게는, 편차는 각각 몇몇 측정점 상에서 양쪽 플랭크에 대해 결정된다. 두 플랭크에 대한 측정으로 인해, 교정에 대한 추가 정보가 이용 가능하다.
본 발명의 가능한 실시예에 따르면, 보정값은 적어도 2개의 이동 방향 및/또는 이동 축에 대해 결정되며, 여기서 이동 방향 및/또는 이동 축은 바람직하게는 공작물 홀더의 회전 축에 수직인 평면에서의 이동을 허용한다. 바람직하게는, 적어도 2회의 측정 실행이 이를 위해 수행되고, 그 각각에서 편차가 결정된다.
종래 기술과 비교하여, 2개의 측정에 의해 제1 방향의 오차뿐만 아니라 제2 방향의 오차도 보정될 수 있다는 이점이 얻어진다. 2개의 교정 경로는 바람직하게는 2개의 상이한 플랭크측 상에 배열된다.
본 발명의 가능한 실시예에 따르면, 공작물을 회전시키는 것은 공작물 홀더의 회전 축을 통해 실시되고, 측정 프로브를 횡단시키는 것은 기어 절삭기의 적어도 2개의 이동 축을 통해 동시에 및/또는 연속적으로 실시된다. 특히, 이러한 절차는 측정 프로브가 측정 프로브 베이스에 대한 측정 프로브 팁의 편향을 출력할 수 있을 때 채용될 수 있다.
본 발명의 다른 가능한 실시예에 따르면, 공작물을 회전시키는 것은 공작물 홀더의 회전 축을 통해 실시되고, 측정 프로브를 횡단시키는 것은 기어 절삭기의 적어도 2개의 이동 축을 통해 교대로 및/또는 간헐적으로 실시된다. 이러한 방법은 바람직하게는 측정 프로브가 측정 프로브 베이스에 대한 측정 프로브 팁의 편향의 성취를 출력할 수 있을 때만 채용되며, 즉, 스위칭 측정에 대해서만 적합하다.
본 발명의 가능한 실시예에 따르면, 플랭크 및/또는 플랭크의 프로파일에 대한 공차의 변화는, 교정에 대한 접촉점을 사전에 선택하기 위해 및/또는 보정값을 결정할 때 공차의 상기 변화 및/또는 접촉점 주위의 프로파일을 고려하기 위해 점검될 상기 플랭크를 추적함으로써 결정된다. 특히, 플랭크에 대한 공차의 변화가 가능한 작은 접촉점이 선택될 수 있어서, 계산의 기초가 되는 타겟 지오메트리(geometry)로부터의 편차는 가능한 한 작다.
본 발명의 가능한 실시예에 따르면, 추적되는 접촉점이 위치되는 반경 및/또는 공작물 홀더의 회전 축의 회전 각도의 범위는 공작물의 프로파일 및/또는 기어 절삭기 및/또는 측정 프로브의 제약에 따라 결정된다. 특히, 측정이 가능한 큰 회전 각도 범위에 걸쳐 및/또는 특정된 정확도로 실시될 수 있도록 결정이 실시된다.
본 발명의 가능한 실시예에 따르면, 측정 프로브 팁은 구(sphere)의 형상을 갖는다.
본 발명의 가능한 실시예에 따르면, 기어 절삭기는 적어도 2개의 이동 축을 통해 공작물 홀더에 대해 횡단 가능한 머시닝 헤드를 포함하며, 측정 프로브 및 도구 홀더는 머시닝 헤드 상에 배열된다. 따라서, 머시닝 헤드의 이동 축은 또한 측정 프로브의 횡단에 사용될 수 있다.
그러나, 본 발명의 가능한 실시예에서, 측정 프로브는 도구 홀더를 포함하는 머시닝 헤드 이외의 다른 이동 축을 통해 또한 전체적으로 또는 부분적으로 횡단될 수 있다.
본 발명의 가능한 실시예에 따르면, 적어도 2개의 이동 축은 선형 축이다. 바람직하게는, 동일한 것이 공작물 홀더의 회전 축에 수직하는 평면에서의 이동을 허용한다. 바람직하게는, 양쪽 이동 축은 본 발명의 방법에 의해 교정된다.
본 발명은 또한 공작물을 수용하기 위한 공작물 홀더 및 측정 프로브를 갖는 기어 절삭기를 포함하며, 측정 프로브는 측정 프로브 베이스 상에 이동 가능하게 배열된 측정 프로브 팁을 포함하고, 측정 프로브 베이스에 대한 측정 프로브 팁의 편향 및/또는 측정 프로브 베이스에 대한 측정 프로브 팁의 편향의 성취는 측정 프로브의 적어도 하나의 센서를 통해 결정될 수 있고, 측정 프로브는 기어 절삭기의 적어도 2개의 이동 축을 통해 공작물 홀더에 대해 횡단 가능하며, 기어 절삭기는 상술한 바와 같은 방법에 의해 측정 프로브를 교정하도록 구성된 제어 유닛을 포함한다.
특히, 제어 유닛은 마이크로프로세서 및 프로그램이 저장되는 비휘발성 메모리를 포함한다. 프로그램이 마이크로프로세서 상에서 실행될 때, 기어 절삭기는 본 발명의 방법을 수행한다. 이를 위한 제어 유닛은 기어 절삭기의 이동 축을 작동시키고 및/또는 측정 프로브의 신호 및/또는 측정 데이터를 평가할 수 있다.
본 발명의 가능한 실시예에 따르면, 제어 유닛은 본 방법이 생산 사이클의 일부로서 완전히 자동으로 수행되도록 구성된다.
본 발명이 이제 도면 및 예시적인 실시예를 참조하여 상세하게 설명될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 방법의 예시적인 실시예의 개략도를 나타내며, 이는 측정 프로브의 회전 및 동기(synchronous) 횡단의 공작물 축의 회전의 경우에 측정 프로브 팁과 톱니 플랭크 사이의 접촉점이 연장되는 원형 경로를 나타낸다.
도 2는 공작물 회전 각도에 대해 플롯팅된, 좌측 플랭크 상의 교정 측정 동안 프로브 편향의 기록의 측정되고(21) 계산된(22) 과정에 대한 예를 나타낸다.
도 3은 공작물 회전 각도에 대해 플롯팅된, 우측 플랭크 상의 교정 측정 동안 프로브 편향의 기록의 측정되고(31) 계산된(32) 과정에 대한 예를 나타낸다.
도 4는 톱니 플랭크와의 측정 프로브 팁의 위치 오차(43)가 있는 경우 계산된 접촉점(41) 및 실제 접촉점 과정의 개략도를 나타낸다.
도 5는 측정 프로브의 위치를 계산하기 위한 일련의 변환(51-54)의 개략도를 나타낸다.
도 6은 측정 프로브의 구성 및 동작 모드에 대한 예시적인 실시예를 나타낸다.
도 7은 본 발명에 따른 기어 절삭기의 구성 및 동작 모드에 대한 예시적인 실시예를 나타낸다.
도 8은 기어 절삭기에 사용되는 측정 프로브를 갖는 머시닝 헤드에 대한 예시적인 실시예를 나타낸다.
본 발명에 따른 기어 절삭기의 구성 및 동작 모드에 대한 예시적인 실시예가 도 7에 나타내어져 있다. 도 8은 기어 절삭기에서 사용될 수 있는 측정 프로브(74)를 갖는 머시닝 헤드(73)에 대한 예시적인 실시예를 나타낸다.
예시적인 실시예에서, 기어 절삭기는 공작물 홀더(71) 및 도구 홀더(72)를 포함한다. 공작물 및 도구 홀더는 대응하는 드라이브를 통해 회전 축(C2, B1) 주위로 구동될 수 있다.
도구 홀더는 이동 축을 통해 공작물 홀더에 대해 횡단 가능한 머시닝 헤드(73) 상에 배열된다. 예시적인 실시예에서, 중심 거리를 변경하기 위해 도구 홀더(72)가 공작물 홀더의 회전 축(C2)에 수직인 방향으로 횡단될 수 있는 제1 선형 축(Y1)이 제공된다. 또한, 도구 홀더(72)가 공작물 홀더의 회전 축(C2)에 평행한 방향으로 횡단될 수 있는 제2 선형 축(Z1)이 제공된다. 또한, 도구 홀더(72)가 자신의 회전 축(B1)에 평행한 방향으로 횡단될 수 있는 제3 선형 축(V1)이 제공된다. 선형 축(V1)과 도구 홀더(72)의 정렬은 Y1-축에 평행하게 연장되는 피벗 축(A1)을 통해 변경될 수 있다.
예시적인 실시예에서, 공작물 홀더(71)는 도구 테이블(75) 상에 배열된다. 도구 테이블(75)은 Y1-축에 의해 선형으로 횡단될 수 있는 도구 스탠드(76)를 운반한다. 도구 스탠드 상에는 축(Z1)을 통해 횡단 가능한 캐리지가 배열되고, 그 위에는 도구 홀더(72)를 갖는 머시닝 헤드가 A1-축 및 V1-축을 통해 배열된다.
기어 절삭기는 예를 들어, 기어 호빙(hobbing) 기계 및/또는 호브 그라인딩(hob grinding) 기계일 수 있다. 그러나, 본 발명은 임의의 다른 기어 절삭기에 대해 또한 사용될 수 있다.
도 8은 머시닝 헤드(73)에 대한 예시적인 실시예를 나타낸다. 마찬가지로, 측정 프로브(74)가 배열된다. 이는 측정 프로브 베이스(83)를 포함하며, 여기서 측정 프로브 베이스(83)에 대한 측정 프로브(74)의 측정 프로브 팁의 편향은 적어도 하나의 센서를 통해 결정될 수 있다.
측정 프로브 베이스(83)를 통해, 측정 프로브(74)는 스위블 아암(swivel arm)(81) 상에 배열되며, 이는 드라이브(82)를 통해 정지 위치로부터 측정 위치로 그리고 반대로 피벗 가능하다.
본 설명에 따라 선택된 방향 X, Y 및 Z의 정의는 또한 도 1로부터 취해질 수 있으며, 여기서 Z는 X 및 Y에 직교하여 3개의 축이 오른손 좌표계를 형성한다. Z-축은 톱니의 회전 축(공작물 회전 축)에 평행하게 연장된다. 여기서 C-축은 공작물 홀더의 회전 축을 지정하며, 이는 공작물 회전 축 주위에서 공작물을 회전시킨다. X-축, Y-축 및 Z-축은 X, Y 및 Z 방향으로 톱니와 관련하여 측정 프로브를 횡단시키는 기계 축을 지정한다. 축은 반드시 물리적 축일 필요는 없다. 이동은 또한 2개 이상의 축의 보간에 의해 실현될 수 있다.
특히, Y-방향으로의 이동은 Y1-방향을 통해 예시적인 실시예에서 실현될 수 있고, X-방향으로의 이동은 예시적인 실시예에서 V1-축만을 통해 V1-축이 X-방향에 평행한 A1-축의 위치에서, 그리고 V1-축 및 Z1-축의 이동의 중첩에 의해 다른 위치에서 실현될 수 있다. 그러나, 기어 절삭기의 대안적인 실시예에서, 항상 X-방향에 평행하게 정렬되는 X1-축이 또한 제공될 수 있으며, 예를 들어, X1-축이 A1-축을 수반하고 있어 동일한 것에 의해 피벗팅되지 않는 경우이다.
측정 프로브(74)의 트레이서 핀(62)의 단부에서 측정 프로브 팁(61)은 바람직하게는 구(sphere)(측정 프로브 구), 예를 들어, 루비(ruby) 구이다. 도 6은 본원에서 사용할 수 있는 스캐닝 측정 프로브의 가능한 변형의 구성을 나타낸다.
본 발명에 따른 방법에서, 스캐닝 측정에 적합한 측정 프로브가 바람직하게 사용된다. 즉, 트레이서 핀 및/또는 측정 프로브 팁의 편향을 제어 유닛에 제공할 수 있는 측정 프로브. 또한, 본 발명의 변형은 단지 스위칭 측정에 적합한 측정 프로브를 오히려 사용하는 것을 제공한다. 또한, 측정 프로브는 측정 프로브가 편향의 양만 출력할 수 있는지 여부(스위칭 프로브에서: 접촉이 존재하는지 여부만을 스위칭 프로브가 출력할 수 있는지 여부)에 대한 질의 또는 틸팅 방향에 의해서도 구별될 수 있다. 본원에 제시된 방법은 또한 틸팅 방향을 출력할 수 없는 측정 프로브로 수행될 수 있다. 이하, 이러한 측정 프로브에 대한 방법이 설명될 것이다.
예시적인 제1 실시예에서, 본 방법의 기본 시퀀스는 다음과 같다:
- 측정 프로브 팁이 특정된 깊이(예를 들어, 프로파일의 중심)까지 톱니의 갭으로 이동된다.
- 그 후, 트레이서 핀이 원하는 편향에 도달할 때까지, 즉, 바람직하게는 가능한 편향의 절반에 도달할 때까지 C-축(공작물 회전 축)이 회전한다. 이 상황이 도 1의 우측에 나타내어져 있다.
- 그 후, C-축이 계속 회전되고, X-축, Y-축 및 Z-축이 동기식으로 횡단되어, 완벽한 보정이 이루어진 경우, 톱니 플랭크 상의 측정 프로브 팁의 접촉점 및 또한 프로브 편향량이 동일하게 유지되며, 도 1을 참조한다. 측정 프로브 팁과 톱니 사이의 접촉점은 중심이 톱니의 회전 축 상에 있는 원형 경로 상에서 이동한다.
- 이 회전 동안, 트레이서 핀의 편향은 여러 개별 지점, 특히 가능한 많은 개별 지점에서 C-회전 각도에 걸쳐 기록된다.
- 이러한 절차가 다른 플랭크측에 대해 반복되어, 좌측 플랭크 상의 지점에 대한 편향 기록 및 우측 플랭크 상의 지점에 대한 편향 기록이 얻어진다. 이러한 기록의 예가 좌측 플랭크(곡선 21)의 경우 도 2, 우측 플랭크(곡선 31)의 경우 도 3에 나타내어져 있다.
- 완벽한 교정이 이루어지고 측정 프로브와 기계 축 모두 부정확성을 갖지 않는 경우, 2개의 플랭크 각각의 모든 C-위치에 대한 프로브의 기록된 편향은 각각의 프로브 시작 편향에서 일정하다. 2개의 플랭크와 측정 프로브 팁의 접촉점은 변하지 않고 유지된다.
- 완벽한 교정이 이루어지지 않은 경우, 측정 시작시 플랭크 상의 측정 프로브 팁의 실제 접촉점(42)은 계산된 접촉점(41)에 대응하지 않는다. 트레이서 핀의 원하는 편향에 도달될 때, 측정 시작 시 추정된 계산된 C-각도는 이에 의해 정확하게 도달되지 않는다. 또한, 계산된 운동학적 경로(43)를 횡단할 때, 트레이서 핀의 편향 및 플랭크 상의 접촉점이 변경된다. C-위치를 통해 트레이서 핀의 편향을 플롯팅할 때, 각각 하나의 곡선이 양쪽 플랭크에 대해 얻어진다. 이들 곡선은 후속적으로 편향 곡선으로 칭해지며, 예를 들어, 좌측 플랭크에 대해서는 도 2에 그리고 우측 플랭크에 대해서는 도 3에 도시되어 있다. 일반적으로, 이러한 기록된 편향 곡선에는 특정 노이즈가 제공되며, 이는 측정 프로브와 기계 축의 부정확성에 기인한다.
- 계산된 축 경로와 일련의 좌표 변환의 도움으로, X-방향 및 Y-방향의 특정된 오차와 2개의 C-시작 위치의 특정된 각도 편차에 대해 편향 곡선이 어떻게 보이는지 계산 및/또는 시뮬레이팅될 수 있다. 이렇게 함에 있어서, 이전에 계산된 X-위치, Y-위치 및 Z-위치가 사용되고 오차가 X-방향 및 Y-방향으로 추가된다. 또한, C-각도 보정이 각각 양쪽 경로에 대해 추가된다. 그 후, 대응하는 좌표 변환의 도움으로 트레이서 핀의 편향이 계산된다. 또한 접촉점은 알려져 있지 않다. 이러한 방식으로, 좌측 및 우측 플랭크 상의 편향에 대한 곡선의 어레이가 얻어지며, 여기서 X-방향 및 Y-방향의 오차뿐만 아니라 좌측 및 우측 플랭크 상의 C-각도 보정은 이러한 곡선 어레이의 자유 파라미터이다.
- 좌측 및 우측 플랭크에 대한 계산된 편향 곡선[22/32]이 우측 및 좌측 플랭크에 대해 기록된 편향 곡선[21/31]에서 얼마나 멀리 떨어져 있는지의 거리를 나타내는 표준이 사용된다. 유용한 표준은 예를 들어, Lp-표준(또는 그 이산화된 형태)이다. 보상 계산을 적용하여, 기록된 편향 곡선에 가장 근접한 곡선 어레이로부터 좌측 및 우측 플랭크에 대한 편향 곡선(따라서 또한 X-방향 및 Y-방향의 오차)을 찾을 수 있다.
- 이를 위해, 이 표준의 최소값이 X-방향 및 Y-방향의 특정된 오차 및 C-각도 보정의 편차로 검색된다. 이는 수치 최적화 방법(예를 들어, 경사법 또는 이산 도함수를 갖는 뉴턴(Newton) 방법)을 통해 실현될 수 있다. 도 2 및 도 3에 나타낸 곡선(22 및 23)에서, 곡선의 어레이로부터의 이들 곡선이 도시되며, 여기서 이러한 최소값이 도달된다.
- 프로브 부정확성이 존재하지 않고 우측 및 좌측 플랭크의 접촉점 주위 환경에서 기어 휠이 정확하게 제조되는 경우, X-방향 및 Y-방향의 계산된 오차는 원하는 위치 보정의 음수에, 따라서 측정 프로브를 교정하기 위한 보정값에 대응한다.
대안적으로, 이루어진 이동의 계산이 기초로 하는 측정 동작에 걸쳐 일정한 프로브 시작 편향 대신에, 프로브 편향의 특정된 과정이 또한 사용될 수 있다.
다른 한편으로, 제2 예시적인 실시예에서, 스위칭 측정에 대해 단지 적합한 측정 프로브가 또한 사용될 수 있으며, 즉, 확고히 특정된 편향으로부터 측정 프로브는 "무접촉" 상태로부터 "접촉" 상태로 스위칭한다.
이러한 측정 프로브의 사용으로, 본 절차는 상술한 방법과 유사할 수 있다:
- 작은 단계에서, 측정 프로브 팁의 위치가 교대로 변경되고, 그 후 접촉이 이루어질 때까지 공작물이 회전한다.
- 측정 프로브 팁의 위치 변경은 X-축, Y-축 및 Z-축을 횡단하여 실현되어, 완벽한 교정이 이루어진 경우, 공작물 회전 축이 확고하게 특정된 각도차만큼 회전될 때, 톱니 플랭크 상의 측정 프로브 팁의 접촉점은 동일하게 유지된다. 대응하는 계산은 상술한 설명과 유사하게 이루어진다.
- 완벽한 교정이 이루어지지 않은 경우, 특정된 각도차는 프로브가 접촉할 때까지 커버되는 각도차에 대응하지 않는다. 이러한 각도차의 차이는 C-위치에 걸쳐 좌측 플랭크 상의 측정 및 우측 플랭크 상의 측정에 대해 기록된다.
- 이제, 곡선의 어레이가 좌측 및 우측 플랭크 상의 제1 접촉에서 X-위치 및 Y-위치에서의 오차와 C-각도 보정에 따른 각도차에 대해 시뮬레이팅될 수 있다. 측정된 각도차 기록의 최소 기록에 도달되도록 파라미터가 이로부터 결정된다. 결국 보정값이 이로부터 결정된다.
대안적으로, 공작물이 교대로 회전한 다음 접촉이 이루어질 때까지 측정 프로브 팁의 위치가 추적될 수 있다. 이 경우, 접촉된 프로브의 위치가 기록 및 평가될 수 있다.
본 발명의 방법의 양쪽 변형에서, 이하의 추가 양태가 고려되어야 한다:
교정에 사용될 수 있는 C-위치의 범위는 다음 요인에 의해 제한된다:
- 특정된 C-각도의 경우, 측정 프로브 팁의 접촉점에서 톱니 플랭크에 대한 법선과 트레이서 핀 사이의 각도 α_NT가 계산될 수 있다. α_NT가 90°를 초과하면, 트레이서 핀과 교정이 이루어지는 플랭크의 충돌이 발생할 수 있다. 측정 프로브에 따라, α_NT에 대한 하한이 있으며, 이로부터 측정이 부정확하게 된다. α_NT에 대한 범위의 한계로부터, C-범위에 대한 한계가 계산될 수 있다.
- 구체적인 기계에 대해 X-방향으로 측정 프로브가 얼마나 멀리 횡단될 수 있는지에 대한 한계가 있을 수 있다. 이는 C-축이 얼마나 멀리 회전될 수 있는지에 대한 한계로 귀결된다.
- 트레이서 핀이 측정부에 대향하는 톱니 플랭크와 충돌하는 것이 발생할 수 있다. 따라서, C-범위는 이것이 발생하지 않도록 선택되어야 한다.
교정의 C-범위에 대한 상술한 모든 제약은 톱니 플랭크와 측정 프로브 팁 사이의 접촉점이 놓이는 깊이 및/또는 반경이 어떻게 특정되는지에 따른다. 교정하는 동안 교차되는 C-범위가 더 커질수록, 위치 보정에서 더 적은 프로브 부정확성이 현저하게 될 것이다. 따라서, 운동학적 계산 전에 어떤 반경에 대해 C-범위가 가장 큰지에 대해 계산되는 단계가 제공될 수 있으며, 따라서 적합한 반경이 선택된다.
X-방향 및 Y-방향에서 특정된 오차와 2개의 C-시작 위치의 특정된 각도 편차에 대한 편향 곡선이 어떻게 보이는지를 결정할 때, 플랭크 상의 접촉점이 어떻게 변경되는지(43)에 대해 또한 계산되며, 주어진 톱니가 정확히 생성되었다고 가정해야 한다. 위치 오차가 클수록, 측정 프로브 팁과 플랭크의 접촉점의 이동이 더 커진다. 계산된 접촉점 주위의 환경에서 더 정확하게 톱니가 생성될수록, 계산된 교정 보정이 더 양호하다.
따라서, 가능한 실시예에서 선행 단계는 점검될 플랭크 또는 플랭크의 프로파일을 추적함으로써 플랭크 상의 측정점 주위의 작은 환경에서 플랭크에 대한 공차의 변화가 가능한 작은 지점을 검색하는 단계를 포함할 수 있다.
톱니의 종류와 측정 프로브의 구성에 따라, 이동 가능한 부품의 변경은 도 5에 나타낸 바와 같이 일련의 좌표 변환(51-54)에 의해 도시될 수 있다.
- 측정이 이루어져야 하는 톱니의 종류와 원하는 반경(55)에 따라, (예를 들어, 원 인벌류트(involute)의 식을 통해) 측정 프로브의 접촉점이 결정된다.(변환 51)
- C-위치(56)에 따라 접촉점이 회전한다.(변환 52)
- 접촉점으로부터 측정 프로브 팁의 중심은 톱니 플랭크에 대한 법선 벡터의 방향으로 측정 프로브 팁의 반경 주위의 변위에 의해 도달된다.(변환 53)
- 측정 프로브의 구성에 따라, 트레이서 핀(58)의 편향이 원하는 편향이고 측정 프로브 팁이 원하는 위치를 갖도록 측정 프로브가 장착되는(57) X-축, Y-축 및 Z-축이 어떻게 횡단되어야 하는지가 결정될 수 있다.(변환 54)
이제 도 6에 나타내어진 구체적인 측정 프로브에 대해 보다 상세한 분석이 이루어진다.
트레이서 핀(62)은 페이스 기어(63) 상에 놓인다. 트레이서 핀의 편향시에, 페이스 기어는 접촉으로부터 멀어지게 향하는 측 상에서 위쪽으로 틸팅한다(도 6, 우측 이미지 참조). 이하에서, 이러한 틸팅이 발생하는 평면을 리코일(recoil) 평면이라 칭할 것이다. 도 6의 우측 이미지에서, 이는 이미지 평면이다. 받침점(64)과 리코일 평면의 정렬은 편향의 방향에 따른다.
관련 변환은 측정 구 중심으로부터 틸팅-방향-의존 받침점으로의 변위와 페이스 기어 중심(트레이서 핀의 장착점)을 향한 다른 변위로 구성된다.
측정 프로브는 스프링이 항상 트레이서 핀을 뒤로 푸시하여 가능한 적게 편향되도록 구성된다. 이는 접촉점에서 스캐닝된 표면 상의 법선 벡터가 리코일 평면의 법선 벡터에 수직인 추가 조건으로 귀결된다.
이는 운동학적 경로를 계산할 때와 주어진 위치 오차에 대한 편향을 계산할 때 모두에서 해결되어야 하는 추가의 식으로 귀결된다.
따라서, 운동학적 경로의 계산에는 각각의 C-위치에 대해 4개의 식(좌표 변환으로부터의 3개의 식 및 추가 조건)과 X-위치, Y-위치 및 Z-위치와 틸팅 방향의 4개의 미지수가 있다.
주어진 위치 오차에 대한 편향의 계산에서, 하나는 각각의 C-위치에 대해 동일한 4개의 식을 가지며 톱니 플랭크 상의 접촉점의 두 표면 파라미터화 좌표, 틸팅 방향 및 트레이서 핀의 편향에 따라 결정된다.

Claims (15)

  1. 기어 절삭기의 공작물 홀더에 수용된 공작물을 사용하여 상기 기어 절삭기에서 측정 프로브(probe)를 교정하기 위한 방법에 있어서,
    상기 측정 프로브는 측정 프로브 베이스 상에 이동 가능하게 배열된 측정 프로브 팁(tip)을 포함하고, 상기 측정 프로브 베이스에 대한 상기 측정 프로브 팁의 편향이 상기 측정 프로브의 적어도 하나의 센서를 통해 결정될 수 있고, 상기 측정 프로브는 상기 기어 절삭기의 적어도 2개의 이동 축을 통해 상기 공작물 홀더에 대해 횡단 가능하고,
    상기 방법은:
    - 상기 측정 프로브 및/또는 상기 공작물을 상기 측정 프로브 팁이 상기 공작물의 톱니 플랭크(tooth flank)에 접촉하는 상대 위치로 횡단시키는 단계;
    - 완벽한 교정의 경우, 상기 톱니 플랭크 상의 상기 측정 프로브 팁의 접촉점이 변하지 않고 유지되고,
    - 완벽한 교정의 경우, 상기 측정 프로브 팁의 상기 편향 또는 편향량이 적어도 하나의 특정값을 채택 및/또는 유지하도록,
    - 상기 공작물 홀더의 회전 축을 통해 상기 공작물을 회전시키고 상기 기어 절삭기의 상기 적어도 2개의 이동 축을 통해 상기 측정 프로브를 횡단시키는 단계;
    - 적어도 하나의 측정점에서 상기 적어도 하나의 특정값으로부터 상기 측정 프로브 팁의 상기 편향의 편차를 결정하는 단계;
    - 상기 편차에 기초하여 상기 교정의 적어도 하나의 보정값을 결정하는 단계를 포함하는, 방법.
  2. 기어 절삭기의 공작물 홀더에 수용된 공작물을 사용하여 기어 절삭기에서 측정 프로브를 교정하기 위한 방법에 있어서,
    상기 측정 프로브는 측정 프로브 베이스 상에 이동 가능하게 배열된 측정 프로브 팁을 포함하고, 상기 측정 프로브 베이스에 대한 상기 측정 프로브 팁의 편향 및/또는 상기 측정 프로브 베이스에 대한 상기 측정 프로브 팁의 편향의 성취는 상기 측정 프로브의 적어도 하나의 센서를 통해 결정될 수 있고, 상기 측정 프로브는 상기 기어 절삭기의 적어도 2개의 이동 축을 통해 상기 공작물 홀더에 대해 횡단 가능하고,
    상기 방법은:
    - 상기 측정 프로브 및/또는 상기 공작물을 상기 측정 프로브 팁이 상기 공작물의 톱니 플랭크에 접촉하는 상대 위치로 횡단시키는 단계;
    - 완벽한 교정의 경우, 상기 톱니 플랭크 상의 상기 측정 프로브 팁의 접촉점이 변하지 않고 유지되고, 그리고
    - 상기 측정 프로브 팁의 상기 편향 또는 편향량이 적어도 하나 이상의 특정값을 채택 및/또는 유지하도록,
    - 상기 공작물 홀더의 회전 축을 통해 상기 공작물을 회전시키고 상기 기어 절삭기의 상기 적어도 2개의 이동 축을 통해 상기 측정 프로브를 횡단시키는 단계;
    - 적어도 하나의 측정점에서, 완벽한 교정의 경우, 상기 공작물 홀더의 상기 회전 축 및/또는 상기 기어 절삭기의 상기 적어도 2개의 이동 축이 가졌을 위치로부터 상기 공작물 홀더의 상기 회전 축 및/또는 상기 기어 절삭기의 상기 적어도 2개의 이동 축의 실제 위치 사이의 편차를 결정하는 단계; 및
    - 상기 편차에 기초하여 상기 교정의 적어도 하나의 보정값을 결정하는 단계를 포함하는, 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 편차는 복수의 측정점에 대해 결정되고 상기 적어도 하나의 보정값은 상기 복수의 편차에 기초하여 결정되며, 바람직하게는 상기 편차의 곡선은 복수의 측정점에 걸쳐 결정되는, 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 편차 및/또는 상기 편차의 곡선은 상기 교정의 적어도 하나의 보정값을 결정하기 위해 상이한 교정 오차들에 대해 결정된 복수의 이론적 편향 및/또는 상기 편차들의 이론적 곡선들과 비교되는, 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 하나의 제1 측정 실행에서 상기 공작물의 제1 플랭크와 접촉하는 편차 및 적어도 하나의 제2 측정 실행에서 상기 공작물의 제2, 바람직하게는 대향하는 플랭크와 접촉하는 편차가 결정되는, 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 보정값들은 적어도 2개의 이동 방향 및/또는 이동 축에 대해 결정되며, 상기 이동 방향들 및/또는 상기 이동 축들은 바람직하게는 상기 공작물 홀더의 상기 회전 축에 수직인 평면에서의 이동을 허용하는, 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공작물을 회전시키는 단계는 상기 공작물 홀더의 상기 회전 축을 통해 실시되고, 상기 측정 프로브를 횡단시키는 단계는 상기 기어 절삭기의 상기 적어도 2개의 이동 축을 통해 동시에 및/또는 연속적으로 실시되는, 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공작물을 회전시키는 단계는 상기 공작물 홀더의 상기 회전 축을 통해 실시되고, 상기 측정 프로브를 횡단시키는 단계는 상기 기어 절삭기의 상기 적어도 2개의 이동 축을 통해 교대로 및/또는 간헐적으로 실시되는, 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플랭크 및/또는 상기 플랭크의 프로파일에 대한 공차의 변화는, 상기 교정에 대한 접촉점을 사전에 선택하기 위해 및/또는 상기 보정값을 결정할 때 상기 공차의 상기 변화 및/또는 상기 접촉점 주위의 프로파일을 고려하기 위해 점검될 상기 플랭크를 추적함으로써 결정되는, 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공작물의 프로파일 및/또는 상기 기어 절삭기 및/또는 상기 측정 프로브의 제약에 따라, 추적되는 상기 접촉점이 위치되는 반경 및/또는 상기 공작물 홀더의 상기 회전 축의 회전 각도의 범위가 결정되는, 방법.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 측정 프로브 팁은 구(sphere) 형상을 갖는, 방법.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기어 절삭기는 상기 적어도 2개의 이동 축을 통해 상기 공작물 홀더에 대해 횡단 가능한 머시닝 헤드를 포함하고, 상기 측정 프로브 및 상기 도구 홀더가 상기 머시닝 헤드 상에 배열되는, 방법.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 2개의 이동 축은 선형 축들인, 방법.
  14. 공작물을 수용하기 위한 공작물 홀더 및 측정 프로브를 갖는 기어 절삭기로서,
    상기 측정 프로브는 측정 프로브 베이스 상에 이동 가능하게 배열된 측정 프로브 팁을 포함하고, 상기 측정 프로브 베이스에 대한 상기 측정 프로브 팁의 편향 및/또는 상기 측정 프로브 베이스에 대한 상기 측정 프로브 팁의 편향의 성취는 상기 측정 프로브의 적어도 하나의 센서를 통해 결정될 수 있고, 상기 측정 프로브는 상기 기어 절삭기의 적어도 2개의 이동 축을 통해 상기 공작물 홀더에 대해 횡단 가능하고,
    상기 기어 절삭기는 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의해 상기 측정 프로브를 교정하도록 구성된 제어 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는, 기어 절삭기.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제어 유닛은, 상기 방법이 생산 사이클의 일부로서 완전히 자동으로 실행되도록 구성되는, 기어 절삭기.
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