DE60021837T2

DE60021837T2 - KMM V-Spiralnuten Formmessung ( Gewinde, Innengewinde, Schneckenrad ) mit Drehtisch und Zweiflankenkontakt

Info

Publication number: DE60021837T2
Application number: DE60021837T
Authority: DE
Inventors: Takashi Utsunomiya-shi Noda; Hiromi Utsunomiya-shi Deguchi; Katsuyuki Utsunomiya-shi Ogura
Original assignee: Mitutoyo Corp
Current assignee: Mitutoyo Corp
Priority date: 1999-11-18
Filing date: 2000-11-17
Publication date: 2006-05-24
Anticipated expiration: 2020-11-18
Also published as: US6460261B1; EP1103781B1; DE60021837D1; EP1103781A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein V-Nuten-Formmessungsverfahren und eine Vorrichtung, und spezieller ein V-Nuten-Formmessungsverfahren und eine Vorrichtung, die vorzugsweise zum Messen charakteristischer Werte wie einer Steigungsabweichung oder einem axialen Auslauf der Seitenfläche der V-Nuten des zu messenden Werkstücks, das spiralförmig V-Nuten für ein Schneckengetriebe, Außengewinde, Innengewinde und dergleichen ausbildet, durch die Verwendung eines dreidimensionalen Koordinatenmessgeräts verwendet werden.
Als ein Instrument zum Messen einer massiven Form eines Werkstücks oder eines anderen zu messenden Objektes mit großer Genauigkeit war ein dreidimensionales Koordinaten-Messgerät (oder dreidimensionales Messgerät) 10 gemäß 1 bekannt. Es umfasst eine Platte 12 mit einer glatten und flachen, polierten Oberfläche, die zum Beispiel aus Granit besteht, einen Portalrahmen 14, der so eingebaut ist, dass er in der Längsrichtung (zum Beispiel in Richtung der Y-Achse) der Platte 12 beweglich ist, ein Gleitstück 16, das so eingebaut ist, das es in seitlicher Richtung (zum Beispiel in Richtung der X-Achse) entlang eines horizontalen Trägers 15 des Portalrahmens 14 beweglich ist, eine höhenverstellbare Welle 18, die auf diesem Gleitstück 16 so eingebaut ist, dass sie in vertikaler Richtung (zum Beispiel in Richtung der Z-Achse) beweglich ist und eine Sonde 22 zum Messen der Koordinaten, die am unteren Ende dieser höhenverstellbaren Welle 18 durch eine Sonden-Haltevorrichtung 20 bereitgestellt wird und ein Messelement 24 hat, das an deren vorderen Ende ausgebildet ist.
Daher wird, nachdem das zu messende Werkstück W auf die Platte 12 gelegt wurde, die Sonde 22 in drei Richtungen (Richtungen der X-, Y-, Z-Achse) bewegt, um zu bewirken, dass das Messinstrument 24 mit den Messpositionen des Werkstücks W in Kontakt kommt, wobei an jedem Kontaktpunkt die Koordinatenwerte nacheinander in jeder axialen Richtung der Sonde 22 anhand einer nicht dargestellten Skala abgelesen werden und diese Koordinatenwerte berechnet werden, so dass die Abmessun gen und der Winkel des Werkstücks W mit hoher Genauigkeit gemessen werden können.
Als ein Verfahren zum Messen einer Schraubenform durch ein solches dreidimensionales Messgerät hat der gegenwärtige Anmelder zum Beispiel ein Verfahren zum Bestimmen der Kernkoordinaten eines Innengewindes im japanischen offengelegten Patent Nr. Hei 6 (1994)-341 826 vorgeschlagen.
Wenn die Form des Werkstücks mittels eines solchen dreidimensionalen Messgeräts gemessen wird, ist es erforderlich, die Werkstücks-Koordinaten nacheinander abzutasten und zu messen, während die Sonde 22 zum Messen der Koordinaten bewegt wird. Als das automatische Verfahren für diese Abtaststeuerung durch die Verwendung eines Computers, ohne einen Drehtisch zu verwenden, gibt es ein Steuerungsverfahren zum Abtasten entlang des Umrisses des Werkstücks, während die Höhe von einer Bezugsebene durch Verwendung einer willkürlichen Ebene als Bezugsebene konstant gehalten wird (nachfolgend Steuerung zum Abtasten der Höhenkonstante genannt), und ein Steuerungsverfahren gemäß 3 im Fall, dass ein Drehtisch 30 verwendet wird, zum Abtasten entlang des Umrisses des Werkstücks W in einer zylindrischen Ebene, die durch die Beschreibung einer willkürlichen, geraden Linie und dem Abstand (das heißt dem Radius) von der geraden Linie (nachfolgend Steuerung zum Abtasten der Radiuskonstante genannt) ermittelt wird.
Ferner hat der Anmelder durch das Verwenden des Drehtisches 30 gemäß 2 die Druckschrift USP 5 204 824 (entspricht UK 2 237 661 , DE 4 027 339 A 1 ) vorgeschlagen, in der durch den Drehtisch eine Achse zu der dreiachsigen Abtaststeuerung hinzugefügt wird, ohne den Drehtisch zu verwenden, wobei ein Abtasten durch die gleichzeitige vierachsige Steuerung verwirklicht wird, während die Richtung der Sonde mit Bezug auf die Messbezugslinie des Werkstücks konstant gehalten wird (Steuerung zum Abtasten der Richtungskonstante des Messelements genannt).
Wenn entsprechend diesem Verfahren ein Drehtisch nicht verwendet wird, wie im Fall des zylindrischen Nockens gemäß 3, ist es möglich, falls es nicht möglich ist, auf Grund der Behinderung des Werkstücks und der Sonde die Messung durch einen Vorgang durchzuführen, den ganzen Umfang durch einen Vorgang zu messen, ohne die Position (Richtung) der Sonde zu ändern. Nebenbei kann, selbst im Fall von Laufrad- oder Propellerblättern, die nicht durch einen Vorgang gemessen werden können, die Anzahl der Positionsänderungen der Sonde gesenkt werden.
Da andererseits seit kurzem die Messobjekte verschiedenartig gestaltet sind, gibt es einen ansteigenden Bedarf zum Messen der Abweichung (zum Beispiel der maximalen Abweichung) der Gewindesteigung P der Schneckenrads, das die V-Spiralnuten bildet, allgemeiner Außengewinde oder der Innengewinde, die in Werkstücken gemäß 5 ausgebildet sind, oder der Abweichung (zum Beispiel der maximalen Abweichung ΔR) in der Richtung des Radius R des Punkts der Ebene der Gewinde, die gemäß 6 in axialer Richtung übereinander angeordnet sind, wobei sie aber mit den herkömmlichen Verfahren nicht genau gemessen werden könnten.
Die Erfindung wurde ausgearbeitet, um die Probleme nach dem Stand der Technik zu lösen, wobei es daher deren Aufgabe ist, die charakteristischen Werte von V-Nutenformen wie Schneckenräder, allgemeine Außengewinde und Innengewinde genau zu messen. Sie wird in den unabhängigen Ansprüchen 15, 11, 1 angegeben.
Die Erfindung ist zum Abtasten und Messen einer V-Nut durch Verwendung einer Abtastsonde zum Messen der Position gedacht, während das Werkstück durch einen Drehtisch gedreht wird, wobei das Werkstück mit einer V-Spiralnut auf dem Drehtisch fixiert ist, wenn die zentrale Achse des Objektes und die zentrale Achse des Drehtisches mit einem vorgegebenen Bereich nicht übereinstimmen, durch das Kombinieren von:

– einer Steuerung der Richtungskonstante des Messelements mit dem Ziel, den auf der Tischebene des Drehtisches des Richtungsvektors vom Ursprung des Werkstücks auf das Messelement der Abtastsonde projizierten Vektor, vom Geräte-Koordinatensystem aus gesehen, konstant zu halten,
– einer Steuerung zum Abtasten der Radiuskonstante des Drehtisches, von der die Eingrenzungsebene eine zylindrische Ebene ist, und
– einer Steuerung zum Abtasten des Zweiflanken-Kontaktes, um zu bewirken, dass das Messelement mit zwei Flanken in Kontakt kommt, um die V-Nut zu bilden,
– in der die Steuerung zum Abtasten des V-Nuten-Drehtisches ausgeführt wird, wobei die Messung durchgeführt wird, während das Messelement (24) mit den zwei Flanken immer in Kontakt bleibt, um die V-Nut zu bilden, wodurch die Probleme gelöst werden.

Die Steuerung zum Abtasten des V-Nuten-Drehtisches kann verwirklicht werden durch:

– den Abtast-Positionsvektor X der Abtastsonde (nachfolgend werden alle Vektorsymbole weggelassen, um eine Komplikation der Beschreibung der Patentbeschreibung zu vermeiden), seinem Verschiebungswert Δx und dem Rotationswinkel θ des Drehtisches,
– das Berechnen des Annäherungsvektors in Umkehrrichtung Qu in einer Richtung vertikal zu axialen Mitte V des Objektes vom Rotationswinkel θ des Drehtisches,
– das Berechnen des Geschwindigkeitsvektors V der Sonde, während der Drehtisch am Rotationswinkel θ angehalten wird,
– das Berechnen einer Winkelgeschwindigkeit ω w des Drehtisches durch den Geschwindigkeitsvektor V der Sonde, von der axialen Mitte des Werkstücks aus gesehen,
– das Einregulieren des Vorschubs oder des Nacheilens vom Zielwert des Rotationswinkels θ des Tisches auf Grund eines Steuerungsfehlers von der Konfiguration des Tisch-Rotationswinkels θ und der Sondenposition X, wobei die Korrektur-Winkelgeschwindigkeit Δω ermittelt und die Winkelgeschwindigkeit ω w anhand dieses Δω korrigiert wird,
– das Berechnen des Geschwindigkeitsvektors Vt, der der Bewegung der Korrektur-Winkelgeschwindigkeit Δω an der Sondenposition X und dem Rotationswinkel θ des Tisches folgt, und
– das Berechnen der Vektorsumme Vf (= V + Vt) aus dem nachfolgenden Geschwindigkeitsvektor Vt und dem Sonden-Geschwindigkeitsvektor V, um einen Sonden-Geschwindigkeitsbefehl zu erhalten, und Korrektur der Winkelgeschwindigkeit ω w durch die Korrektur-Winkelgeschwindigkeit Δω, um den Wert ω t (= –ωw + Δω) als den Geschwindigkeitsbefehl des Drehtisches zu erhalten.

Der Geschwindigkeitsvektor V der Sonde kann die Summe des grundlegenden Geschwindigkeitsvektors Vo, der die grundlegende Laufrichtung der Abtastsonde zeigt, des Verschiebungs-Korrekturvektors Ve, um die Verschiebung der Abtastsonde konstant zu halten, und des Zweiflanken-Kontaktvektors Vh sein, um zu bewirken, dass das Messelement mit zwei Flanken der V-Nut in Kontakt kommt.
Des Weiteren kann der Radius-Korrekturvektor Vr, um den Radius konstant zu halten, der Summe hinzugefügt werden, um den Geschwindigkeitsvektor V der Sonde zu erhalten.
Es kann als ein Fehler angesehen werden, wenn der Zweiflankenkontakt während der Steuerung zum Abtasten des Zweiflankenkontaktes nicht aufrechterhalten wird, so dass eine falsche Messung nicht weitergeführt werden kann.
Es kann eingeschätzt werden, dass der Zweiflankenkontakt nicht aufrechterhalten wird, wenn der Winkel α, der durch den Vektor Es, der den nomralen Sondenvektor Eu auf die Ebene projiziert, die durch den Annäherungsvektor für die Umkehrrichtung Qu in der Umkehrrichtung der Annäherungsrichtung zum Werkstück der Abtastsonde gebildet wird, und der Vektor gθ, der der axialen Mitte des Werkstücks entspricht, und der Annäherungsvektor in Umkehrrichtung Qu größer wird als ein vorgegebener Wert.
Es kann so gestaltet sein, dass man einen Zweiflankenkontakt sicher erhält, bevor die Messung durch das Durchführen eines Annäherungsverfahrens beginnt, um zu bewirken, dass das Messelement der Abtastsonde mit den zwei Flanken in Kontakt kommt, um die V-Nut des Werkstücks zu bilden, bevor die Steuerung zum Abtasten des V-Nuten-Drehtisches beginnt.
Das Annäherungsverfahren kann durchgeführt führenden durch

– das relative Bewegen des Werkstücks und der Abtastsonde durch den relativen Geschwindigkeitsvektor V, der durch die Summe des Verschiebungs-Korrekturvektors Ve, um die Verschiebung der Abtastsonde konstant zu halten, und des Zweiflanken-Kontaktvektors Vh erreicht wird, um zu bewirken, dass das Messelement mit den zwei Flanken der V-Nut in Kontakt kommt, und
– das Anhalten der Sonde durch die Einschätzung, dass die zwei Flanken in Kontakt gebracht werden, wenn der Winkel α, der durch den Vektor Es, der den normalen Sondenvektor Eu auf die Ebene projiziert, die durch den Annäherungsvektor für die Umkehrrichtung Qu in der Umkehrrichtung der Annäherungsrichtung zum Werkstück der Abtastsonde gebildet wird, und der Vektor gθ, der der axialen Mitte des Werkstücks entspricht, und der Annäherungsvektor in Umkehrrichtung Qu in einen vorgegebenen Wert gelangen.

Des Weiteren können die Bearbeitung in der Annäherungsrichtung der Abtastsonde beim Annäherungsvorgang und die Bearbeitung in der Annäherungsrichtung der Abtastsonde beim Annäherungsvorgang bei der Steuerung zum Abtasten des V-Nuten-Drehtisches gleich sein, wobei dadurch das Starten des Rotationswinkels θ des Drehtisches von einem anderen Bezug als θ = 0° zugelassen werden kann.
Ferner können bei Annäherung aus einer Richtung einer ermittelten Achse des Geräte-Koordinatensystems andere Achsen festgehalten werden, wobei Reibungswirkungen beseitigt werden können.
Des Weiteren kann die Messung durchgeführt werden, wenn die zentrale Achse des Werkstücks und die zentrale Achse des Drehtisches mit dem vorgegebenen Bereich nicht übereinstimmen.
Es kann eingeschätzt werden, dass die zentrale Achse des Werkstücks und die zentrate Achse des Drehtisches übereinstimmen, wenn der Abstand vom Ursprung des Werkstück-Koordinatensystems mit der zentralen Achse des Werkstücks als die dritte Achse zur zentralen Achse des Drehtisches und der Winkel, der durch den Vektor gebildet wird, den man durch das Projizieren der dritten Achse des Werkstück-Koordinatensystems auf die Ebene erreicht, die sowohl den Ursprung dieses Werkstück-Koordinatensystems als auch die zentrale Achse des Drehtisches einschließt, sich beide in den jeweils vorgegebenen, zulässigen Bereich einstellen und eingeschätzt wird, dass die zentrale Achse des Werkstücks und die zentrale Achse des Drehtisches anderweitig nicht übereinstimmen.
In der Erfindung wird das Fixieren des Werkstücks, das eine V-Spiralnut auf dem Drehtisch bildet, wenn die zentrale Achse des Werkstücks und die zentrale Achse des Drehtisches im vorgegebenen, zulässigen Bereich übereinstimmen, im Fall einer Abtastmessung der V-Nut durch die Abtastsonde, um die Position während des Drehens des Drehtisches zu messen, erreicht durch das Kombinieren von:

– der Steuerung zum Abtasten des Zweiflankenkontaktes, um zu bewirken, dass das Messelement der Abtastsonde mit den zwei Flanken in Kontakt kommt, um die V-Nut zu bilden, und der Steuerung zum Abtasten der Steigung, um das Messelement in die Richtung der zentralen Achse mit einer Geschwindigkeit zu bewegen, die auf der Basis der Steigung der V-Nut und der Rotationsgeschwindigkeit des Drehtisches ermittelt wird,
– der Steuerung zum Abtasten des V-Nuten-Drehtisches zum Messen, während das Messelement mit den zwei Flanken immer in Kontakt gehalten wird, um die V-Nut zu bilden, wobei dadurch die Probleme gelöst werden.

Die Steuerung zum Abtasten des V-Nuten-Drehtisches wird ausgeführt durch:

– das Abtasten des Positionsvektors V der Abtastsonde, seiner Verschiebung Δx und des Rotationswinkels θ des Drehtisches,
– das Berechnen von ω, so dass die zusammengesetzte Geschwindigkeit aus der Umfangsgeschwindigkeit vω (= rω), die auf der Basis des Abstands r von der zentralen Achse des Drehtisches zum Positionsvektor x erzeugt wurde, und dem Geschwindigkeitsvektor Vz (= GP(2π/ω)) in der Richtung der zentralen Achse des Drehtisches, der auf der Basis der vorgegebenen Schraubensteigung GP erzeugt wurde, wenn der Drehtisch mit der Winkelgeschwindigkeit ω gedreht wird, die vorgegebene Abtastgeschwindigkeit V sein kann,
– das Berechnen des Geschwindigkeitsvektors Vz auf der Basis dieses ω-Werts und der Schraubensteigung GP, und
– das Einstellen des Geschwindigkeitsvektors Vz als den Geschwindigkeitsvektor-Befehl Vt an die Abtastsonde und dieses ω-Werts als Rotationsgeschwindigkeits-Befehl des Drehtisches.

Der Geschwindigkeitsvektor-Befehl Vt der Sonde kann die Summe aus dem Geschwindigkeitsvektor Vz und dem Verschiebungs-Korrekturvektor Ve sein, um die Verschiebung der Abtastsonde konstant zu halten.
Die Erfindung löst das Problem durch das Darbieten der V-Nuten-Formmessungsvorrichtung, die einen Drehtisch, der ein eine V-Spiralnut bildendes Werkstück fixiert, eine Abtastsonde mit einem Messelement, das mit der Oberfläche des Werkstücks in Eingriff ist, einen Antriebmechanismus, um die Abtastsonde entlang der Oberfläche des Werkstücks zu bewegen, eine Positions-Erfassungseinrichtung, um die Position der Abtastsonde zu erfassen, und eine Steuereinrichtung umfasst, um die Bewegungsgeschwindigkeit der Abtastsonde und die Rotationsgeschwindigkeit des Drehtisches zu steuern, so dass das Messelement durch ein beliebiges der oben beschriebenen Verfahren immer mit den zwei Flanken in Kontakt sein kann, um die V-Nut zu bilden.
Es können mehrere Messelemente, die sich im Durchmsser unterscheiden, parallel zur Abtastsonde angeordnet werden, so dass sie entsprechend der Größe der V-Nut ausgewählt werden, wobei es damit einfach ist, Änderungen der Schraubenform gerecht zu werden.
Der Drehtisch kann in ein dreidimensionales Messgerät eingebaut werden, wobei seine Koordinaten-Messsonde als die Abtastsonde verwendet wird, so dass die Form der V-Nut durch das dreidimensionale Messgerät gemessen werden kann.
Durch das Bohren eines Lochs in den Rotationsmittelpunkt des Drehtisches oder in die Platte des dreidimensionalen Messgeräts unmittelbar darunter, wird das untere Ende eines langen Werkstücks aufgenommen, so dass der Messbereich des dreidimensionalen Messgeräts nicht durch den Drehtisch oder die Teile, die unterhalb des Werkstücks nicht gemessen werden müssen, eingeschränkt sein muss.
Gemäß der Erfindung können die Steigung, der axiale Auslauf und so weiter der Seitenfläche der V-Nut des Werkstücks, das in einem spirafförmigen Profil ausgebildet ist, genau gemessen werden.
Die bevorzugten Ausführungsbeispiele werden mit Bezug auf die Zeichnungen, in denen gleiche Ausführungsbeispiele durch die Abbildungen hindurch mit den gleichen Bezugsziffern gekennzeichnet wurden, beschrieben, wobei zeigen:
1 eine perspektivische Ansicht, die den allgemeinen Aufbau eines dreidimensionalen Messgeräts zeigt;
2 eine Vorderansicht, die einen Messzustand von Oberflächeneigenschaften des Werkstücks durch Auflegen eines Drehtisches auf eine Platte des dreidimensionalen Messgeräts zeigt;
3 eine perspektivische Ansicht, die einen Modus der Steuerung zum Abtasten der Radiuskonstante des Drehtisches desselben zeigt;
4 einen Grundriss, der einen Modus der Steuerung der Richtungskonstante für das Messelement unter Verwendung eines Drehtisches zeigt, wie er durch den gegenwärtigen Anmelder in der Druckschrift USP 5 204 824 vorgeschlagen wurde;
5 eine Vorderansicht, die die Steigung der V-Nut als eines der Messobjekte in der Erfindung zeigt;
6 eine Draufsicht, die den Ebenenpunkt des Messelements überlagert, um den axialen Auslauf der Seitenfläche desselben zu erläutern;
7 eine Vorderansicht, die ein Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt, das in einem dreidimensionalen Messgerät eingebaut ist;
8 eine Draufsicht davon;
9 eine wesentliche Schnittansicht entlang der Linie IX–IX in 8, die einen versenkten Zustand des Drehtisches desselben zeigt;
10 eine wesentliche Schnittansicht, die einen fixierten Zustand eines langen Werkstücks in einem Spannfutter des Drehtisches zeigt;
11 eine perspektivische Ansicht, die die Sondenform des Ausführungsbeispiels zeigt;
12 eine perspektivische Ansicht, die die Beziehung des Koordinatensystems des Ausführungsbeispiels zeigt;
13 ein Ablaufdiagramm, das den allgemeinen Verfahrensablauf des Ausführungsbeispiels zeigt;
14 eine perspektivische Ansicht, die einen Zustand zum Einstellen eines provisorischen Werkzeug-Koordinatensystems vor dem Beginn der Messung in dem Ausführungsbeispiel zeigt;
15 eine perspektivische Ansicht, die den Zustand der Sonde zeigt, die sich dem Werkstücks nähert;
16 eine perspektivische Ansicht, die einen Zustand des Annäherungsvorgangs zeigt;
17 eine wesentlich vergrößerte Ansicht davon;
18 eine perspektivische Ansicht, die einen Zustand der RT-Abtastung der V-Nut desselben zeigt;
19 eine perspektivische Ansicht, die einen beendeten Zustand der RT-Abtastung der V-Nut desselben zeigt;
20 ein Ablaufdiagramm, das den Ablauf des Annäherungsverfahrens zeigt;
21 eine wesentliche Vorderansicht, um das Entscheidungsverfahren des Zweiflanken-Kontaktes zu erläutern;
22 ein Ablaufdiagramm, das den Ablauf der RT-Abtastung der V-Nut nach dem Annäherungsvorgang zeigt;
23 eine grafische Darstellung, die die Beziehung der Steuerungsrichtung im Ausführungsbeispiel zeigt;
24 eine grafische Darstellung, die einen Ermittlungszustand der Tangentialrichtung desselben zeigt;
25 eine grafische Darstellung, die die Beziehung des Vektors zum Bestimmen der Korrektur-Winkelgeschwindigkeit desselben zeigt;
26 eine grafische Darstellung, die die lineare Geschwindigkeit zeigt, wenn der Folge-Geschwindigkeitsvektor desselben ermittelt wird;
27 eine perspektivische Ansicht, die einen Messzustand eines Innengewindes eines Werkstücks durch Ändern der Sonde im Ausführungsbeispiel zeigt;
28 ein Ablaufdiagramm, das den Ablauf des RT-Abtastungsverfahrens der V-Nut im halb autonomen Modus zeigt;
29 eine grafische Darstellung, die die Beziehung der zentralen Achse des Drehtisches und des Werkstücks-Koordinatensystems zeigt; und
30 eine grafische Darstellung, die β und Lw zeigt.
Mit Bezug nun auf die Zeichnungen wird unten ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ausführlich beschrieben, das auf die Messung einer Steigungsabweichung und eines axialen Auslaufs der Seitenfläche eines Schneckengetriebes angewandt wird.
Entsprechend der Erfindung ist gemäß 7 (Vorderansicht), 8 (Draufsicht) und 9 (wesentliche Schnittansicht entlang der Linie IX-IX von 8) eine Aussparung 12A in einer Platte 12 eines dreidimensionalen Messgeräts 10 mit einer Sonde 22 zum Messen der Koordinaten ausgebildet, wobei ein Drehtisch 30 darin angeordnet ist, ein Werkstück (Schneckengetriebe) W an einem Spannfutter 32 des Drehti sches 30 fixiert ist und die V-Nut des Werkstücks W mittels der Sonde 22 abgetastet und gemessen wird, während das Werkstück W vom Drehtisch 30 gedreht wird.
In den Zeichnungen ist M eine Bezugskugel aus einer bekannten, wirklichen Kugel mit einem genauen Durchmesser, die auf einem Pfosten P fixiert ist, der in einer Ecke der Platte 12 aufgestellt ist, um die Differenz des Durchmessers des Messelements 24 zu kalibrieren, wobei die Bezugsziffer 40 (7) eine Steuerungs-/Datenverarbeitungsvorrichtung ist, um das in der Erfindung verwendete Abtasten und Steuern des V-Nuten-Drehtisches (Drehtisch – rotary table – RT) durchzuführen und die von dort erhaltenen Daten (dreidimensional) des Punktes der V-Nut der Schraube als Messwerte aufzunehmen und die Daten zu analysieren, um die charakteristischen Werte wie die Steigungsabweichung und den axialen Auslauf der Seitenfläche der Schraube zu ermitteln.
Die Steuerungs-/Datenverarbeitungseinheit 40 umfasst gemäß 7 eine zentrale Verarbeitungseinheit 40A, eine Speichervorrichtung 40B, einen Joystick 40C, einen Monitor 40D und einen Drucker 40E, wobei das Programm zum Verarbeiten entsprechend dem Ausführungsbeispiel in der Speichervorrichtung 40B gespeichert ist.
Im Rotationsmittelpunkt des Drehtisches 30 und in der Platte 12 unmittelbar darunter öffnet sich gemäß 9, so weit erforderlich, ein Loch 30A, wobei durch das Aufnehmen des unteren Endes eines langen Werkstücks W der effektive Messbereich L des Gewindes des Werkstücks W mit dem gemäß 10 nur im oberen Teil des Werkstücks W eingeschnittenen Gewinde in einem beweglichen Bereich der Sonde 22 des dreidimensionalen Messgeräts 10 aufrechterhalten werden kann. Wenn im Gegensatz dazu das Werkstücks W auf den Drehtisch 30 fixiert wird, ohne dass sich ein Loch öffnet, kann, selbst wenn sich der Messbereich des Werkstücks W in seiner oberen Hälfte befindet, nur die Hälfte des vertikalen Bewegungsbereiches der Sonde 22 genutzt werden, wobei das Gewinde abhängig von den Abmessungen über der Platte 12 des dreidimensionalen Messgeräts 10 nicht vollständig gemessen werden kann.
Gemäß 11 können zum Beispiel drei Sonden 22 parallel an einer Seite einer H-förmigen Haltevorrichtung 20 angeordnet sein, wobei die Messelemente für sich genommen 0,3 mm, 0,6 mm und 1 mm im Durchmesser betragen, so dass das Messelement einer richtigen Größe abhängig von der Größe der V-Nut des Messeobjektes ausgewählt werden kann.
Die Beziehung des bei der Messung verwendeten Koordinatensystems wird in 12 gezeigt. In dem Diagramm stellen (Xs, Ys, Zs) ein Koordinatensystem des dreidimensionalen Messgeräts 10 dar, das den Ursprung am absoluten Ursprung Os der Skala hat, die im dreidimensionalen Messgerät 10 bereitgestellt wird (Skalen-Koordinatensystem genannt); (Xm, Ym, Zm) ergeben ein Koordinatensystem des Skalen-Koordinatensystems, das parallel zur Mitte der Bezugskugel M bewegt wird (Geräte-Koordinatensystem genannt); (Xt, Yt, Zt) ergeben ein Koordinatensystem des Drehtisches 30, wenn der Rotationswinkel θ des Drehtisches 30 0 ist (Koordinatensystem von T genannt); (Xtθ, Ytθ, Ztθ) ergeben ein Koordinatensystem des Koordinatensystems von T, das um den Rotationswinkel θ des Drehtisches 30 gedreht wird (Tisch-Koordinatensystem genannt) und (Xw, Yw, Zw) ergeben ein Koordinatensystem des Werkstücks W (Werkstück-Koordinatensystem genannt). Hier sind das Skalen-Koordinatensystem und das Geräte-Koordinatensystem grundsätzlich unterschiedlich, sie werden aber nur parallel bewegt, wobei beide Systeme nachfolgend das Geräte-Koordinatensystem genannt werden. In diesem Ausführungsbeispiel werden die Geschwindigkeitsdaten im Grunde durch das Koordinatensystem von T berechnet, wobei der Vorgang durch das Geräte-Koordinatensystem gesteuert wird.
Mit Bezug auf 13 wird unten der Messablauf des Ausführungsbeispiels erläutert.
Bei der Messung wird zuerst im Schritt 100 das Werkstück W auf den Drehtisch 30 gelegt und durch das Spannfutter 32 fixiert.
Im Schritt 102 wird die Sonde 22 durch die Bedienung des Joysticks 40C bewegt, die Bezugskugel M wird von beiden Seiten durch das bei der Messung verwendete Messelement 24 gemessen und der Durchmesser des Messelements 24 ermittelt, wobei die Differenz von mehreren Messelementen reguliert wird.
Wird übergehend zum Schritt 104 die Sonde 22 durch den Joystick 40 gemäß 14 bewegt, werden die Koordinaten des im Spannfutter 32 fixierten Werkstücks W an jeweils drei Punkten in der oberen und in der unteren Hälfte, insgesamt an sechs Punkten gemessen, wobei ein provisorisches Werkstück-Koordinatensystem Zw1 eingestellt wird. Die X-Achse und die Y-Achse haben hier willkürliche Richtungen. Dieses provisorische Koordinatensystem wird verwendet, um das Messelement 24 der Sonde 22 vorbereitend näher an die Oberfläche des Werkstücks W zu bringen, wenn die erfindungsgemäße Steuerung ausgeführt wird, wobei ein Fehler eingeschlossen sein kann.
Im nächsten Schritt 105 wird mittels des provisorischen Werkstück-Koordinatensystems Zw1 das Messelement 24 durch die Punktmessfunktion an der V-Nut gemäß 15 bis 17 näher herangebracht, bis es mit zwei oberen und unteren Ebenen der V-Nut des Werkstücks W genau in Kontakt kommt (dieser Schritt wird der Annäherungsvorgang genannt), wobei sechs obere und untere Punkte der V-Nut gemessen werden und ein zylindrischer Vorgang bewirkt wird, so dass ein genaues Werkstück-Koordinatensystem Zw erstellt wird. Dieses Werkstück-Koordinatensystem Zw und das Koordinatensystem von T Zt müssen gemäß 29 hauptsächlich auf Grund einer Mittenabweichung des Spannfutters 32 und eines Schneidfehlers des Werkstücks W nicht immer übereinstimmen. Daher gibt es gemäß 30 den Winkel β, der durch Zt des Koordinatensystems von T und Zw2 gebildet wird, das man durch das Projizieren von Zw des Werkstück-Koordinatensystems auf die Ebene erhält, die den Ursprung Ow des Werkstück-Koordinatensystems und Zt des Koordinatensystems von T einschließt, und den Abstand Lw zwischen Ow und Zt.
Dieser Annäherungsvorgang wird ausgeführt, weil sich beim Annähern das Messelement 24 nicht immer mit den oberen und unteren zwei Flanken der V-Nut in Kontakt befindet und sich daher der Drehtisch 30 nicht dreht. Zum Beispiel können bei Annäherung in der Richtung einer Achse (zum Beispiel der X-Achse) des Geräte- Koordinatensystems durch das Feststellen der Richtung der anderen Achse (zum Beispiel der Y-Achse) der Sonde 22 Reibungswirkungen beseitigt werden, wobei die Messgenauigkeit der radialen Komponente verbessert werden kann.
Übergehend zu Schritt 106 nähert sich das Messelement 24 mittels des genauen Werkstück-Koordinatensystems Zw gemäß 15 bis 17 genauso wie im Schritt 105 und kommt mit den oberen und unteren zwei Flanken der V-Nut des Werkstücks W genau in Kontakt.
Nach dem Annäherungsvorgang wird übergehend zum Schritt 108 die V-Nut durch die RT-Abtaststeuenmg der V-Nut gemäß 18 gemessen.
Gemäß 19 wird beim Erreichen der Messungs-Endposition (Höhe Z = Zh im Diagramm) übergehend zum Schritt 110 die Sonde 22 zurückgezogen.
Übergehend zum Schritt 112 werden die Punktdaten (dreidimensional) der gemessenen V-Nut als Messwerte aufgenommen, wobei die Daten analysiert und die charakteristischen Werte wie die Steigungsabweichung und der axiale Auslauf der Seitenfläche ermittelt werden.
Der Annäherungsvorgang im Schritt 106 wird im Ablauf gemäß 20 besonders ausgeführt.
Als Erstes wird im Schritt 200 der gegenwärtige Rotationswinkel θ des Drehtisches 30 eingelesen.
Übergehend zu Schritt 202 wird der Annäherungsrichtungsvektor Q1, der im Werkstück-Koordinatensystem angegeben ist, in den Wert des Koordinatensystems von T umgewandelt (möglich bei θ ≠ 0), wobei ferner der Annäherungsvektor in Umkehrrichtung Qu vertikal zu axialen Mitte des Werkstücks (dritte Achse genannt) des Werkstück-Koordinatensystems ermittelt wird. Hier können die Rotationsachse des Drehtisches 30 und die dritte Achse des Werkstück-Koordinatensystems gemäß 29 geneigt sein. Der Neigungsgrad kann durch zwei Werte, das heißt den Winkel β, der durch Zt des Koordinatensystems von T und Zw2 gebildet wird, das man durch das Projizieren von Zw des Werkstück-Koordinatensystems auf die Ebene erhält, die den Ursprung Ow des Werkstück-Koordinatensystems und Zt (Rotationsachse des Drehtisches) des Koordinatensystems von T einschließt, und den Abstand Lw zwischen Ow und Zt ausgedrückt werden.
Spezieller wird der Vektor Q2 durch die folgende Formel durch das Multiplizieren des Annäherungsrichtungsvektors Q1, der im Werkstück-Koordinatensystem angegeben ist, und der Koordinaten-Umwandlungsmatrix M ermittelt, um das Tisch-Koordinatensystem in das Koordinatensystem von T umzuwandeln, wenn der Rotationswinkel des Tisches θ ist.
Als Nächstes wird in der folgenden Formel der Vektor Q3 als das äußere Produkt dieses Vektors Q2 und des Vektors der dritten Achse des Werkstücks gθ im Koordinatensystem von T ermittelt. Q →3 = g →θ × Q →2 (2)
Dann wird gemäß der Formel 3 anhand dieses Vektors Q3 der Vektor Q im rechten Winkel zum Vektor der dritten Achse des Werkstücks gθ ermittelt und der Vektor Q in der Formel (4) in den Einheitsvektor transformiert, wobei der Annäherungsvektor in Umkehrrichtung Qu gewonnen wird. Q → = Q →3 × g →θ (3)
Durch das Herstellen dieses Vektors Qu, so dass er die Annäherungs-Umkehrrichtung ist, sind der Annäherungsvorgang an das Werkstück und der RT-Abtastvorgang der V-Nut möglich, selbst wenn die Achse des Werkstücks und die Rotationsachse des Drehtisches geneigt sind oder wenn sich der Drehtisch von einem anderen Winkel als dem Bezugswert (z. B. θ = 0°) zu drehen beginnt.
Wenn im Annäherungsvorgang die Werte von β und Lw kleiner sind als die vorgegebenen Werte und das Koordinatensystem von T und das Werkstück-Koordinatensystem als ausreichend übereinstimmend angesehen werden, können die Rechenvorgänge durch die Formeln (1) bis (3) im Schritt 202 ausgelassen werden, wobei der Vektor Qu durch die Annahme Q = Q2 ermittelt wird.
Gemäß 15 wird übergehend zu Schritt 204 die Sonde von der gegenwärtigen Position in die Annäherungsrichtung Qa (= –Qu) bewegt.
Übergehend zu Schritt 206 wird gemäß 16 die Sonde 22 angehalten, nachdem das Messelement 24 mit dem Werkstück W in Kontakt gekommen ist, wenn seine Verschiebung einen Bezugswert (zum Beispiel 1 mm) übersteigt.
Übergehend zu Schritt 208 werden der Positionsvektor X des Messelements am vorderen Ende der Sonde und seine Verschiebung Δx abgetastet.
Übergehend zu Schritt 210 wird, wie in 16 und 17 durch einen Pfeil angezeigt wird, der Geschwindigkeitsvektor V der Sonde in der folgenden Formel berechnet, wobei eine Geschwindigkeitsausgabe erreicht wird, damit das Messelement entlang der Neigung der V-Nut scannen kann. V → = V →e + V →h (5) wobei

V →e:: der Verschiebungs-Korrekturvektor
V →h:: der Zweiflanken-Kontaktvektor ist.

Der Verschiebungs-Korrekturvektor Ve (Koordinatensystem von T) zum Konstanthalten der Sondenverschiebung wird wie folgt berechnet.
Zuerst wird, um den Versatz wie die Reibung im feststehenden Zustand aufzuheben, der Wert I in der folgenden Formel ermittelt. I = Kc1∫(|E →|) – E0)dt) (6)wobei

Kc1:: die integrale Konstante,
E0:: die Bezugsverschiebung und
|E →|:: die Größe der Sondenverschiebung beim Abtasten ist.

Mittels dieses Wertes I wirrt der Verschiebungs-Korrekturvektor Ve in der folgenden Formel ermittelt. V →e = K →e(|E →| – E0 – 1 × Sp)E →u (7)wobei

Ke:: die Verschiebungs-Korrekturverstärkung
Sp:: der Geschwindigkeitsfaktor (wird später beschrieben) und E →u = E →/|E →| ist.

In der Formel (5) ist Vh der Vektor (Zweiflanken-Kontaktvektor genannt) des Koordinatensystems von T, um mit zwei Flanken der V-Nut in Kontakt zu kommen, der wie folgt ermittelt wird.
Das heißt, um die Abweichung des normalen Sondenvektors Eu und des Annäherungsvektors in Umkehrrichtung Qu der Sonde zu korrigieren, wird ein Vektor (Abweichungs-Korrekturvektor genannt) h in der folgenden Formel ermittelt. h → = E →u – Q →u (8)
Durch diesen Abweichungs-Korrekturvektor h erhält man den Richtungsvektor der dritten Achse des Werkstücks hs wie folgt. h →s = (h →, g →θ)g →θ (9)
Durch den in Formel 9 erhaltenen Richtungsvektor der dritten Achse des Werkstücks wird der Zweiflanken-Kontaktvektor Vh in der folgenden Formel ermittelt. V →h = Kh·h →s (10)wobei

Kh:: die Abweichungs-Korrekturverstärkung der V-Nut ist.

Im vorhergehenden Schritt 210 wird gleichzeitig mit dem Berechnen des Geschwindigkeitsvektors V der Sonde der Winkel α berechnet, der durch den Vektor Qu und den normale Sondenvektor Eu in der Ebene gebildet wird, die durch den Annäherungsvektor in Umkehrrichtung Qu und die dritte Achse des Werkstücks gebildet wird.
Übergehend zu Schritt 212 wird eingeschätzt, ob der Winkel α der vorgegebene Wert, zum Beispiel innerhalb von 0,5°, ist oder nicht. Wenn auf Nein entschieden wird, wird zurückkehrend zu Schritt 208 die Bewegung der Sonde fortgesetzt.
Wenn im Schritt 212 gemäß 21 auf Ja entschieden wird und wenn eingeschätzt wird, dass der Winkel α, der der gleiche ist wie der Gewindewinkel von 60° zum Zeitpunkt des Einflanken-Kontaktes, durch den Zweiflanken-Kontakt innerhalb von 0,5° kommt, wird er als Zweiflanken-Kontakt ermittelt, wobei die Sonde im Schritt 214 angehalten und eine Punktausgabe der V-Nut erzeugt wird, wodurch der Annäherungsvorgang beendet wird.
Als Nächstes nach dem Annäherungsvorgang wird der RT-Abtastvorgang der V-Nut im Schritt 108 in 13 nach dem Ablauf gemäß 22 ausgeführt.
Im Schritt 400 wird durch das Berechnen von Zw2, das man durch das Projizieren der dritten Achse Zw des Werkstück-Koordinatensystems auf eine Ebene erhalten hat, die den Ursprung Ow des Werkstück-Koordinatensystems und die dritte Achse Zt des Drehtisches enthält, der Winkel β, der durch dieses Zw2 und Zt gebildet wird, berechnet. Ferner wird der Abstand Lw von Ow und Zt berechnet.
Wenn übergehend zu Schritt 402 β ≤ 0,5° und Lw ≤ 0,1 mm ist, geht der Vorgang gemäß 28 zum Schritt 404 über. Ansonsten geht der Vorgang zum Schritt 300 über. Der Vorgang nach Schritt 300 wird der autonome Modus genannt, wobei der Vorgang nach Schritt 404 der halb autonome Modus genannt wird.
Der autonome Modus wird zuerst erläutert. Im Schritt 300 werden der Positionsvektor X der Sonde (Messelement), seine Verschiebung ΔX und der Rotationswinkel θ des Drehtisches 30 abgetastet.
Übergehend zu Schritt 302 wird in der gleichen Weise, wie es im Schritt 202 in 20 erläutert wurde, der Annäherungsvektor in Umkehrrichtung Qu vertikal zur dritten Achse des Werkstücks Zw anhand des Rotationswinkels θ des Tisches berechnet.
Übergehend zu Schritt 304 wird der Geschwindigkeitsvektor V der Sonde, wenn der Drehtisch 30 noch am Rotationswinkel θ angehalten wird, durch die folgende Formel berechnet. V → = V →0 + V →e + V →r + V →h (11)wobei

V →0:: der grundlegende Geschwindigkeitsvektor,
V →e:: der Verschiebungs-Korrekturvektor,
V →r:: der Radius-Korrekturvektor und
V →h:: der Zweiflanken-Kontaktvektor ist.

Der grundlegende Geschwindigkeitsvektor V0 (Koordinatensystem von T) wird wie folgt berechnet.
Anhand der Beziehung gemäß 23 wird der Vorgang ausgeführt, um den Vektor gθ parallel zur dritten Achse des Werkstücks Zw im Koordinatensystem von T, der in Formel (12) ausgedrückt wird, den Ursprungsvektor owθ, der vom Ursprung Ot des Koordinatensystems von T zum Ursprung Ow des Werkstück Koordinatensystems geht und in Formel (13) ausgedrückt wird, und den Vektor A, der vom Ursprungsvektor Owθ zur Mitte des Messelements geht und in Formel (14) ausgedrückt wird, zu bestimmen. g →θ = M →g (12) O →wθ = MO →w (13) A → = P →c – O →wθ (14)wobei

M:: die Koordinaten-Umwandlungsmatrix von Tθ nach T (RT-Rotationswinkel = θ°) und
P →c:: der Sonden-Mittelvektor (Koordinatensystem von T) ist.

Als Nächstes wird der Vektor Cr an der dritten Achse des Werkstücks von der Mitte des Messelements vertikal nach unten in der Formel (15) ermittelt, wobei sein Einheitsvektor Cru in der Formel (16) ermittelt wird. C →r = (A →, g →θ)g →θ – A → (15)
Gemäß Formel (17) wird folglich der Richtungsvektor des Sondenvorschubs P anhand des äußeren Produktes des Vektors der dritten Achse des Werkstücks gθ und des Einheitsvektors Cru ermittelt, wobei sein Einheitsvektor Pu in der Formel (18) ermittelt wird. P → = g →θ × C →ru (17)
Der Schneckenführungswinkel kann in der Vorschubrichtung angesehen werden, da aber in diesem Ausführungsbeispiel die Abtastzeit der Steuerung 2 ms kurz ist, ist die Distanz der Bewegung in diesem Zeitraum sehr klein, wobei damit der Führungswinkel ignoriert werden kann.
Mittels des in der Formel (18) erhaltenen Einheitsvektors in der Vorschubrichtung Pu kann der grundlegende Geschwindigkeitsvektor V0 in der folgenden Formel ermittelt werden. V →o = V·Sp·P →u (19)wobei

V:: die Abtastgeschwindigkeit und
Sp:: der Geschwindigkeitsfaktor ist.

Der Geschwindigkeitsfaktor Sp wird zum Absenken der Bewegungsgeschwindigkeit verwendet, um so die Verschiebung zu jedem Abtast-Zeitpunkt in dem Fall zu gewährleisten, dass die Abtastgeschwindigkeit zu schnell ist und das Messelement von der Oberfläche der V-Nut abrücken kann, wobei er normalerweise ein Wert nahe 1 ist.
Der Verschiebungs-Korrekturvektor Ve (Koordinatensystem von n und der Zweiflanken-Kontaktvektor Vh (Koordinatensystem von T), die in Formel (11) verwendet wurden, werden in der gleichen Weise berechnet, wie es im Schritt 210 in 20 erläu tert wurde. Bei der Berechnung des Verschiebungs-Korrekturvektors Ve kann unter der Annahme, dass der Wert I = 0 ist, die Formel (7) vereinfacht werden.
Der in der Formel (11) verwendete Radius-Korrekturvektor Vr (Koordinatensystem von T) wird wie folgt berechnet.
Zuerst ist der Vorgang bis zum Ende des Zweiflanken-Kontaktes der gleiche wie der Annäherungsvorgang.
Dann, wenn der Winkel α der normalen und der Annäherungs-Umkehrrichtung der Sonde kleiner wird als 0,5°, wird die Posifion Pt eingenommen, wobei der Radius r beim RT-Abtasten der V-Nut, welcher der Abstand von Pt und der Z-Achse ist, gleichzeitig in der folgenden Formel ermittelt und in den Wert des Koordinatensystems T umgewandelt wird. r = √(Xt² + Yt²) (20)
Durch diesen Radius r beim RT-Abtasten der V-Nut wird der Radius-Korrekturvektor Vr wie folgt ermittelt: V →r = –Kr(|C →r| – r)C →ru (21)wobei

Kr:: die Radius-Korrekturverstärkung ist.

Bei der herkömmlichen Steuerung zum Abtasten der RT-Radiuskonstante wird die Radius-Korrekturrichtung durch das äußere Produkt des Vektors Pu und des Vektors Eu ermittelt, wobei aber beim RT-Abtasten der V-Nut in diesem Ausfühnrungsbeispiel die Radius-Korrekturrichtung die oben erwähnte Cru-Richtung ist.
In dem Ausführungsbeispiel wird gemäß Formel (11) der Radius-Korrekturvektor Vr hinzugefügt, wenn der Sonden-Geschwindigkeitsvektor V ermittelt wird, wobei der axiale Auslauf der Seitenfläche abnimmt und eine Messung mit hoher Genauigkeit möglich ist. In der Formel (11) kann durch Weglassen des Radius-Korrekturvektors Vr der Sonden-Geschwindigkeitsvektor V auch als die Summe des grundlegenden Geschwindigkeitsvektors V0, des Verschiebungs-Korrekturvektors Ve und des Zweiflanken-Kontaktvektors Vh ermittelt werden.
Nach dem Berechnen des Sonden-Geschwindigkeitsvektors V im Schritt 304 in 22 wird übergehend zu Schritt 306 die Winkelgeschwindigkeit des Drehtisches (Werkstück-Winkelgeschwindigkeit genannt) ω w auf Grund des Sonden-Geschwindigkeitsvektors V von der axialen Mitte des Werkstücks aus gesehen berechnet, wobei anhand der Konfiguration von θ und X der Vorschub oder das Nacheilen von θ reguliert und die korrigierte Winkelgeschwindigkeit Δω ermittelt wird.
Spezieller wird mittels des Sonden-Mittelvektors (Koordinatensystem von T) Pt der tangentiale Richtungsvektor C gemäß 24 ermittelt, bevor die RT-Abtastung beginnt, wenn zwei Flanken beim Annäherungsvorgang in Kontakt kommen.
Das heißt, der Vektor der dritten Achse des Werkstücks gθ im Koordinatensystem von T, der Ursprungsvektor Owθ und der Vektor A, der vom Ursprungsvektor Owθ zu Sondenmitte Pt geht, werden in den folgenden Formeln (22) bis (24) ermittelt. g →θ = Mg → (22) O →wθ = MO →w (23) A → = P →t – O →wθ (24)wobei

M:: die Koordinaten-Umwandlungsmatrix von Tθ nach T ist (RT-Rotationswinkel = θ°) und
P →t:: der Sonden-Mittelvektor (Koordinatensystem von T) ist.

Als Nächstes wird der Vektor Cr vertikal an der dritten Achse des Werkstücks von der Mitte des Messelements nach unten in der folgenden Formel ermittelt. C →r = (A →, g →θ)g →θ – A → (25)
Wird dieser Vektor Cr auf die Xt – Yt Ebene projiziert, wird der Vektor Ct gemäß Formel (26) ermittelt, wobei durch weiteres Drehen um π/2 der Vektor C gemäß Formel (27) und sein Einheitsvektor Cu in Formel (28) ermittelt wird.
C →u = C →/|C →| (28)
Folglich wird anhand der Beziehung von V = rω in der folgenden Formel die Werkzeug-Winkelgeschwindigkeit ω w durch die relative Geschwindigkeit V des Werkstücks und der Sonde ermittelt.
Anhand der Beziehung gemäß 25 wird die korrigierte Winkelgeschwindigkeit Δω berechnet, um die Konfiguration des Werkstücks und der Sonde aufrechtzuerhalten. In 25 ist der Vektor Crt = 0 ein senkrechter Vektor an der dritten Achse des Werkstücks von der Sondenmitte nach unten, der nach der Annäherung ermittelt wird, Vektor C ist ein Vektor, der um π/2 vom Vektor Crt = 0 vorgeschoben wird, Vektor Cr ist ein senkrechter Vektor an der dritten Achse des Werkstücks von der Sondenmitte nach unten, der bei jeder Abtastung ermittelt wird, wobei sie alle Vektoren in der Ebene Xt – Yt sind. Außerdem ist "a" der Schnittpunkt der senkrechten Linie von der Sondenmitte zur dritten Achse des Werkstücks und der dritten Achse.
Wenn die korrigierte Winkelgeschwindigkeit Δω berechnet wird, wird sie zuerst so gesteuert, dass die Sondenrichtung Cr immer 90° zur Bezugsrichtung C betragen kann. Demzufolge wird sie durch Drehen um den Winkel entsprechend der Differenz (Δθ) von Cr und Crt = 0 korrigiert.
Spezieller wird anhand der Beziehung in 25 Δθ in der folgenden Formel berechnet. Δθ = (π/2) – φ (30)
Wenn Δθ annähernd 0 ist, kann man sich der Formel (30) wie folgt nähern. Δθ = sin{(π/2) – φ} = sin{(π/2)·cosφ – (π/2)·sinφ = cosφ (31)
Daher kann anhand des Vektors Cu und des Vektors Cru cos φ wie folgt ermittelt werden. (C →u, C →ru) = |C →u|·|C →ru|·cosφ (32) ∴Δθ = (C →u, C →ru) (33)
Da ω = dθ(t)/dt ist, kann anhand dieses Δθ die korrigierte Winkelgeschwindigkeit Δω in der folgenden Formel ermittelt werden. Δω = sΔθ (34)wobei

S:: der Ausgleichsfaktor der RT-Winkelgeschwindigkeit ist.

Nach dem Schritt 306 in 22 wird übergehend zu Schritt 308 der darauf folgende Geschwindigkeitsvektor (Folge-Geschwindigkeitsvektor) Vω berechnet, wenn sich der Drehtisch mit der Winkelgeschwindigkeit ω t dreht.
Zuerst wird anhand der Formel (29) und der Formel (34) die dem Drehtisch zuzuführende Winkelgeschwindigkeit ω t in der folgenden Formel berechnet. ωt = –ωw + Δw (35)
Der Folge-Geschwindigkeitsvektor Vω,der auf Grund dieser Winkelgeschwindigkeit ω t die lineare Geschwindigkeit am Punkt X ist, wird wie folgt anhand der Beziehung gemäß 26 ermittelt.
Übergehend zu Schritt 310 wird die der Sonde zuzuführende Geschwindigkeit Vt berechnet, wenn die Winkelgeschwindigkeit ω t an den Drehtisch mit dem relativen Geschwindigkeitsvektor V des Werkstücks und der Sonde abgegeben wird. Zuerst wird der Sonden-Geschwindigkeitsvektor Vt in der folgenden Formel bestimmt. V →r = V → + V →ωt (37)
Übergehend zu Schritt 312 wird genauso wie im Schritt 210 des Annäherungsvorgangs der Winkel α berechnet, der durch die Vektoren Qu und Eu gebildet wird, und wenn dieser α zum Beispiel innerhalb von 10° aufrechterhalten wird, wird entschieden, dass er sich im Zweiflanken-Zustand befindet.
Wenn auf Ja entschieden wird, wird übergehend zu Schritt 314 eingeschätzt, ob der Abtast-Endzustand zufrieden stellend ist, zum Beispiel wird beim Beginn der Messung vom unteren Ende zum oberen Ende der Schraube eingeschätzt, ob die vorgegebene Höhe Zh gemäß 19 erreicht wird, wobei der Vorgang zum Schritt 300 zurückkehrt, wenn auf Nein entschieden wird.
Wenn andererseits im Schritt 312 auf Nein entschieden wird und eingeschätzt wird, dass der Abtast-Endzustand nicht mehr zufrieden stellend ist, wird übergehend zu Schritt 316 ein Fehlersignal erzeugt.
Wenn im Schritt 314 auf Ja entschieden und eingeschätzt wird, dass der Abtast-Endzustand zufrieden stellend ist, oder wenn im Schritt 316 ein Fehlersignal erzeugt wird, wird übergehend zu Schritt 318 die Sonde vom Werkstück in einem vorgegebenen Abstand abgerückt und angehalten, wobei die Messung unterbrochen (im Fall eines Fehlersignals) oder beendet wird (wenn der Abtast-Endzustand zufrieden stellend ist).
Der halb autonome Modus wird unten erläutert. Im Schritt 404 werden der Positionsvektor X der Sonde (Messelement) und seine Verschiebung ΔX abgetastet.
Übergehend zu Schritt 406 werden ω und Vz so berechnet, dass die Größe des zusammengesetzten Geschwindigkeitsvektors V (= Vω + Vz) aus dem Geschwindigkeitsvektor Vω in der Umfangsrichtung des Messelements und dem Geschwindigkeitsvektor Vz in der Richtung der dritten Achse des Werkstück-Koordinatensystems zu einem vorgegebenen Wert der Abtastgeschwindigkeit werden kann.
Die Beziehung von Vω = rω, Vz = GP/(2π/ω) sollte jedoch erfüllt sein.
(r: Abstand von der dritten Achse des Drehtisch-Koordinatensystems zur Mitte des Messelements)
(GP : bekannte Torsionssteigung)
Im Schritt 408 wird der Verschiebungs-Korrekturvektor Ve (Koordinatensystem von T) in der gleichen Weise berechnet, wie es im Schritt 210 in 20 erläutert wurde. Bei der Berechnung des Verschiebungs-Korrekturvektors Ve, mittlerweile unter der Annahme, dass der Wert I = 0 ist, kann die Formel (17) vereinfacht werden.
Im Schritt 410 wird der an die Sonde abzugebende Geschwindigkeitsvektor Vt (= Ve + Vz) berechnet und gesteuert. Ferner wird ω, der im Schritt 406 berechnet wurde, als Befehl zum Drehtisch abgegeben und gesteuert.
Übergehend zu Schritt 412 wird genauso wie im Schritt 210 des Annäherungsvorganges der Winkel α berechnet, der durch die Vektoren Qu und Eu gebildet wird, und wenn dieser α zum Beispiel innerhalb von 10° aufrechterhalten wird, wird eingeschätzt, dass er sich im Zweiflanken-Status befindet.
Wenn auf Ja entschieden wird, wird übergehend zu Schritt 414 eingeschätzt, ob der Abtast-Endzustand zufrieden stellend ist, zum Beispiel wird beim Beginn der Messung vom unteren Ende zum oberen Ende der Schraube entschieden, ob die vorgegebene Höhe Zh gemäß 19 erreicht wird, wobei der Vorgang zum Schritt 404 zurückkehrt, wenn auf Nein entschieden wird.
Wenn andererseits im Schritt 412 auf Nein entschieden und eingeschätzt wird, dass der Abtast-Endzustand nicht mehr zufrieden stellend ist, wird übergehend zu Schritt 416 ein Fehlersignal erzeugt.
Wenn im Schritt 414 auf Ja entschieden und eingeschätzt wird, dass der Abtast-Endzustand zufrieden stellend ist, oder wenn im Schritt 416 ein Fehlersignal erzeugt wird, wird übergehend zu Schritt 418 die Sonde vom Werkstück in einem vorgegebenen Abstand abgerückt und angehalten, wobei die Messung unterbrochen (im Fall eines Fehlersignals) oder beendet wird (wenn der Abtast-Endzustand zufrieden stellend ist).
In diesem Ausführungsbeispiel wird der Drehtisch im dreidimensionalen Messgerät eingelassen, wobei die V-Nutenformen mittels der Sonde gemessen wird, um ihre Koordinaten zu messen, wobei die Schraube gemessen werden kann, während der Messbereich zum Beispiel durch die Verwendung eines bestehenden dreidimensionalen Messgeräts wirksam genutzt wird. Alternativ kann, ohne die Platte zu schleifen, der Drehtisch auf die Platte gelegt werden, oder es kann, ohne das dreidimensionale Messgerät zu verwenden, ein ausschließliches Schrauben-Messsystem gebildet werden. Das dreidimensionale Messgerät ist nicht auf den Portalrahmen beschränkt, sondern kann einen O-Rahmen oder C-Rahmen aufweisen.
In dem Ausführungsbeispiel gemäß 11 sind mehrere Messeelemente, die sich im Durchmesser unterscheiden, an einem einzelnen Sondenhalter angebracht, so dass ein Messelement, dass zur Große der V-Nut passt, leicht ausgewählt und verwendet werden kann. Oder es braucht nur ein Messelement verwendet werden.
Des Weiteren wird die Erfindung in dem Ausführungsbeispiel auf die Messung einer Steigungsabweichung oder eines axialen Auslaufs der Seitenfläche des Schneckengetriebes angewandt, aber die Anwendung der Erfindung ist nicht beschränkt, und es ist auch möglich, allgemeine Außengewinde, die auf einem Drehtisch eingerichtet und fixiert sind, oder charakteristische Werte eines Innengewindes des Werkstücks, das auf den Drehtisch gelegt wird, mittels einer kleinen Sonde gemäß 27 zu messen. Die Richtung des Gewindes oder Innengewindes ist nicht auf die vertikale Richtung beschränkt, sondern es ist durch die Änderung der Rotationsachse auch möglich, in horizontaler oder anderer Richtung zu messen. Darüber hinaus ist es abhängig von der Form der Gewindeoberfläche auch möglich, Kugelgewinde zu messen.
In dem Ausführungsbeispiel sind die Steuerschaltung und die Datenverarbeitungsschaltung zu einer Einheit zusammengefasst, wobei der Aufbau einfach ist, sie können aber auch als getrennte Einheiten verwendet werden.

Claims

Verfahren zum Messen einer V-Nutenform eines zu messenden Objektes (W) durch Fixieren des Objektes (W) auf einem Drehtisch (30) und Verwenden einer Abtastsonde (22) zum Messen der Position, während das Objekt (W) auf dem Drehtisch (30) gedreht wird, wo die zentrale Achse des Objektes (W) und die zentrale Achse des Drehtisches (30) nicht mit einem vorgegebenen Bereich übereinstimmen, durch Kombinieren von: – einer Steuerung der Richtungskonstante des Messenelements mit dem Ziel, den auf der Tischebene des Drehtisches (30) des Richtungsvektors vom Ursprung des Objektes (W) auf ein Messelement (24) der Abtastsonde (22) projizierten Vektor, vom Apparate-Koordinatensystem aus gesehen (Xm, Ym, Zm) konstant zu halten, – einer Steuerung zum Abtasten der Radiuskonstante des Drehtisches, deren Eingrenzungsebene eine zylindrische Ebene ist, und – einer Steuerung zum Abtasten des Zweiflanken-Kontaktes, um zu bewirken, dass das Messelement mit zwei Flanken in Kontakt kommt, um die V-Nut zu bilden, – wobei eine Steuerung zum Abtasten der V-Nut des Drehtisches durchgeführt wird, während das Messelement (24) mit den zwei Flanken immer in Kontakt bleibt, um die V-Nut zu bilden.
Verfahren zum Messen einer V-Nutenform nach Anspruch 1, wobei die Steuerung zum Abtasten der V-Nut des Drehtisches realisiert wird durch: – den Abtast-Positionsvektor X der Abtastsonde (22), seinem Verschiebungswert ΔX und den Rotationswinkel θ des Drehtisches (30), – Berechnen des Annäherungsvektors in Umkehrrichtung Qu in einer Richtung vertikal zur axialen Mitte des Objektes (W) anhand des Rotationswinkels θ des Drehtisches (30), – Berechnen eines Geschwindigkeitsvektors der Sonde (22), während der Drehtisch (30) am Rotationswinkel θ angehalten wird, – Berechnen einer Winkelgeschwindigkeit ω w des Drehtisches (30) durch den Geschwindigkeitsvektor V der Sonde (22), von der axialen Mitte des Objektes (W) gesehen, – Einregulieren des Vorschubs oder des Nacheilens vom Zielwert des Rotationswinkels θ des Tisches (30) auf Grund eines Steuerungsfehlers anhand der Konfiguration des Tisch-Rotationswinkels θ und der Sondenposition X, wobei die Korrektur-Winkelgeschwindigkeit Δω bestimmt und die Winkelgeschwindigkeit ω w anhand dieses Δω korrigiert wird, – Berechnen des Geschwindigkeitsvektors Vt, der der Bewegung der Korrektur-Winkelgeschwindigkeit Δω an der Sondenposition X und dem Rotationswinkel θ des Tisches folgt, und – Berechnen der Vektorsumme Vf (= V + Vt) des darauf folgenden Geschwindigkeitsvektors Vt und des Sonden-Geschwindigkeitsvektors V, um einen Sonden-Geschwindigkeitsbefehl zu erhalten, und Korrektur der Winkelgeschwindigkeit Δw durch die Korrektur der Winkelgeschwindigkeit ωΔ, um den Wert ωt (= –ωw + Δω) als Geschwindigkeitsbefehl des Drehtisches (30) zu erhalten.
Verfahren zum Messen einer V-Nutenform nach Anspruch 2, wobei der Geschwindigkeitsvektor V der Sonde die Summe aus wenigstens dem grundle genden Geschwindigkeitsvektor Vo, der die grundlegende Laufrichtung der Abtastsonde (22) zeigt, dem Verschiebungs-Korrekturvektor Ve, um die Verschiebung der Abtastsonde konstant zu halten, und dem Zweiflanken-Kontaktvektor Vh ist, um zu bewirken, dass das Messelement mit zwei Flanken der V-Nut in Kontakt ist.
Verfahren zum Messen einer V-Nutenform nach Anspruch 3, wobei der Radius-Korrekturvektor Vr, um den Radius konstant zu halten, der Summe hinzugefügt wird, um den Geschwindigkeitsvektor V der Sonde (22) zu erhalten.
Verfahren zum Messen einer V-Nutenform nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei es als Fehler angesehen wird, wenn der Zweiflanken-Kontakt während der Steuerung zum Abtasten des Zweiflanken-Kontaktes nicht aufrechterhalten wird.
Verfahren zum Messen einer V-Nutenform nach Anspruch 5, wobei eingeschätzt wird, dass der Zweiflanken-Kontakt nicht aufrechterhalten wird, wenn ein Winkel α, der durch den Annäherungsvektor für die Umkehrrichtung Qu und den Vektor Es gebildet wird, der den normalen Sondenvektor Eu auf eine Ebene projiziert, die durch den Annäherungsvektor für die Umkehrrichtung Qu in Umkehrrichtung der Annäherungsrichtung entsprechend des Objektes (W) der Abtastsonde (22) und dem Vektor g θ entsprechend der axialen Mitte des Objektes gebildet wird, größer wird als ein vorgegebener Wert.
Verfahren zum Messen einer V-Nutenform nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei ein Annäherungsvorgang durchgeführt wird, um zu bewirken, dass das Messelement (24) der Abtastsonde (22) mit den zwei Flanken in Kontakt ist, um die V-Nut des Objektes (W) zu bilden, bevor die Steuerung zum Abtasten der V-Nut des Drehtisches beginnt.
Verfahren zum Messen einer V-Nutenform nach Anspruch 7, wobei der Annäherungsvorgang durchgeführt wird durch – das relative Bewegen des Objektes (W) und der Abtastsonde (22) durch den relativen Geschwindigkeitsvektor V, der durch die Summe des Verschiebungs-Korrekturvektors Ve, um die Verschiebung der Abtastsonde konstant zu halten, und des Zweiflanken-Kontaktvektors Vh, um zu bewirken, dass das Messelement (24) mit den zwei Flanken der V-Nut in Kontakt ist, ermittelt wird, und – Anhalten der Sonde, durch die Einschätzung, dass die zwei Flanken in Kontakt gebracht werden, wenn der Winkel α, der durch den Annäherungsvektor für die Umkehrrichtung Qu und den Vektor Es gebildet wird, der den normalen Sondenvektor Eu auf eine Ebene projiziert, die durch den Annäherungsvektor für die Umkehrrichtung Qu in Umkehrrichtung der Annäherungsrichtung entsprechend des Objektes der Abtastsonde und dem Vektor g θ entsprechend der axialen Mitte des Objektes gebildet wird, innerhalb eines vorgegebenen Wertes angeordnet wird.
Verfahren zum Messen einer V-Nutenform nach Anspruch 8, wobei die Verarbeitung in Annäherungsrichtung der Abtastsonde (22) im Annäherungsvorgang und die Verarbeitung in Annäherungsrichtung der Abtastsonde bei der Steuerung des Abtastens der V-Nut des Drehtisches gemeinsam stattfinden.
Verfahren zum Messen einer V-Nutenform nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei bei Annäherung von einer Richtung einer bestimmten Achse des Apparate-Koordinatensystems (Xm, Ym, Zm) andere Achsen festgehalten werden, so dass sie sich nicht in eine andere Richtung bewegen.
Verfahren zum Messen einer V-Nutenform eines zu messenden Objektes (W) durch Fixieren des Objektes (W) auf einem Drehtisch (30) und Verwenden einer Abtastsonde (22) zum Messen der Position, während das Objekt (W) auf dem Drehtisch (30) gedreht wird, wo die zentrale Achse des Objektes (W) und die zentrale Achse des Drehtisches (30) in einem vorgegebenen, zulässigen Bereich übereinstimmen, durch Kombinieren von: – einer Steuerung zum Abtasten des Zweiflanken-Kontaktes, um zu bewirken, dass das Messelement (24) der Abtastsonde mit zwei Flanken in Kontakt ist, um die V-Nut zu bilden, und – einer Steuerung zum Abtasten der Steigung, um das Messelement in die Richtung der zentralen Achse mit einer Geschwindigkeit zu bewegen, die auf der Basis der Steigung der V-Nut und der Rotationsgeschwindigkeit des Drehtisches ermittelt wird, – wobei die Steuerung zum Abtasten der V-Nut des Drehtisches durchgeführt wird, während das Messelement (24) mit den zwei Flanken immer in Kontakt gehalten wird, um die V-Nut zu bilden.
Verfahren zum Messen einer V-Nutenform nach Anspruch 1 oder 11, wobei eingeschätzt wird, dass die zentrale Achse des Objektes (W) und die zentrale Achse des Drehtisches (30) übereinstimmen, wenn der Abstand vom Ursprung des Koordinatensystems des Werkstücks (Zm) mit der zentralen Achse des Objektes als dritte Achse zur zentralen Achse des Drehtisches, und dem Winkel, der durch den Vektor gebildet wird, der durch das Projizieren der dritten Achse des Werkstück Koordinatensystems auf die Ebene erreicht wird, die sowohl den Ursprung dieses Werkstück-Koordinatensystems als auch die zentrale Achse des Drehtisches enthält, sich beide in einem jeweils vorgegebenen, zulässigen Bereich einstellen, und eingeschätzt wird, dass die zentrale Achse des Werkstücks und die zentrale Achse des Drehtisches nicht anderweitig übereinstimmen.
Verfahren zum Messen einer V-Nutenform nach Anspruch 11 oder 12, wobei die Steuerung zum Abtasten der V-Nut des Drehtisches ausgeführt wird durch: – Abtasten des Positionsvektors V der Abtastsonde (22), seiner Verschiebung ΔX und des Rotationswinkels θ des Drehtisches (30), – Berechnen der Winkelgeschwindigkeit ω des Drehtisches, so dass die zusammengesetzte Geschwindigkeit aus einer Umfangsgeschwindigkeit vω (= rω), die auf der Basis des Abstands r von der zentralen Achse des Drehtisches zum Positionsvektor x erzeugt wurde, und einem Geschwindigkeitsvektor Vz (= GP(2π/ω)) in der Richtung der zentralen Achse des Drehtisches, der auf der Basis der vorgegebenen Schraubensteigung GP erzeugt wird, wenn der Drehtisch mit der Winkelgeschwindigkeit ω gedreht wird, die vorgegebene Abtastgeschwindigkeit V ist, – Berechnen des Geschwindigkeitsvektors Vz auf der Basis dieses ω-Werts und der Schraubensteigung GP, und – Einstellen des Geschwindigkeitsvektors Vz als Geschwindigkeitsvektor-Befehl Vt an die Abtastsonde, und dieses ω-Werts als Rotationsgeschwindigkeits-Befehl des Drehtisches.
Verfahren zum Messen einer V-Nutenform nach Anspruch 13, wobei der Geschwindigkeitsvektor-Befehl Vt der Sonde die Summe aus dem Geschwindigkeitsvektor Vz und dem Verschiebungs-Korrekturvektor Ve ist, um die Verschiebung der Abtastsonde (22) konstant zu halten.
Vorrichtung zum Messen einer V-Nutenform mit: – einem Drehtisch (30), der ein zu messendes Objekt (W) fixiert, das eine V-Spiralnut bildet, – einer Abtastsonde (22) mit einem Messelement (24), das mit der Oberfläche des Objektes in Eingriff kommt, – einem Antriebsmechanismus, um die Abtastsonde entlang der Oberfläche des Objektes zu bewegen, – einer Positions-Erfassungseinrichtung, um die Position der Abtastsonde zu erfassen, und – einer Steuereinrichtung, die angepasst ist, die Bewegungsgeschwindigkeit der Abtastsonde und die Rotationsgeschwindigkeit des Drehtisches zu steuern, so dass das Messelement mit den zwei Flanken immer in Kontakt sein kann, um die V-Nut zu bilden.
Vorrichtung zum Messen einer V-Nutenform nach Anspruch 15, wobei die Steuereinrichtung ausgelegt ist, um in Kombination der Steuerung der Richtungskonstante des Messelements, der Steuerung zum Abtasten der Radiuskonstante des Drehtisches und der Steuerung des Zweiflanken-Kontaktes zu steuern.
Vorrichtung zum Messen einer V-Nutenform nach Anspruch 15, wobei die Steuereinrichtung ausgelegt ist, um in Kombination der Steuerung des Zweiflanken-Kontaktes und der Steuerung zum Abtasten der Steigung zu steuern.
Vorrichtung zum Messen einer V-Nutenform nach einem der Ansprüche 15 bis 17, wobei mehrere Messelemente (24), die sich im Durchmesser unterscheiden, parallel zur Abtastsonde (22) angeordnet sind, so dass sie entsprechend der Größe der V-Nut ausgewählt werden.
Vorrichtung zum Messen einer V-Nutenform nach einem der Ansprüche 15 bis 17, wobei der Drehtisch (30) in einen dreidimensionalen Messapparat eingebaut wird, wobei seine Koordinaten-Messsonde als die Abtastsonde (22) verwendet wird.
Vorrichtung zum Messen einer V-Nutenform nach einem der Ansprüche 15 bis 17, wobei ein Loch (30A) in den Rotationsmittelpunkt des Drehtisches (30) und/oder in die Platte (12) des dreidimensionalen Messapparats unmittelbar darunter gebohrt wird, um das untere Ende eines langen Objektes (W) aufzunehmen.