JP2011232342A - リード構造の算出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
少なくとも一部円筒状の加工品の表面粗さにおけるリード構造の算出方法を提供する。
【解決手段】
少なくとも一部円筒状の加工品の表面粗さにおけるリード構造の、本発明による算出方法では、対象となる加工品の表面領域に、この加工品の軸方向に延び、円周方向に互いに間隔をあけた複数の触針断面が実行され、この場合、触針断面によって得られる測定値に基づいて、リード構造の少なくとも１つのパラメータが算出される。本発明によると、第１触針断面に帰属する測定値に基づいて、リード構造の少なくとも１つのパラメータの推定値が算出され、この場合、少なくとも１つの第２触針断面に帰属する測定値に基づいて、この推定値が補正される。
【選択図】 なし

Description

本発明は、請求項１の前提部に挙げられた方式の、少なくとも一部円筒状の部材の表面粗さにおけるリード構造を算出するための方法に関する。

リード構造は、特に切削加工中、例えば加工品表面の研削加工中に円筒状部材の表面に生じることがある。特にシャフト／軸封リング系において、シャフト方向へ向けられた円周上の構造がリードと呼ばれる。それぞれの形状に応じて、シャフトと軸封リング間のリーク（漏れ口）を招くおそれがある。

このことから、適切な測定方法を用いてリード構造を算出することが公知である。

このリードの形状に応じてマクロリードとミクロリードとが区別される。マクロリードは、例えば方向付けられたリードとして形成され得、この場合、リードは、軸方向に周期的に現れる、単線条から複線条の、ある角度で回転する構造である。しかしながら、マクロリードは、周期的または非周期的なゼロリード（ずれなし）として形成されることも考えられ、この場合、このリード構造の線条は正確に円周方向に存在し、閉じている。さらに、マクロリードは、送りリードとして形成されることが考えられ、この場合、送りの周期長を有するある角度で回転する、周期的な単線条構造である。ミクロ研削構造内のミクロリードは、特に縫状リードであり、このリードは、その主構造方向が、加工品の軸に対して直角に逸脱している。

本発明の範囲では、軸方向にも円周方向にも周期的に現れるマクロリード（以下では簡潔に「リード」とも呼ばれる）が取り上げられる。円周方向では、整数で周期的に現れ、「線条」とも呼ばれる。従来技術によるリード測定技術の詳細な説明は、メルセデスベンツ仕様ＭＢＮ ３１ ００７−７（Ｍｅｒｃｅｄｅｓ−Ｂｅｎｚ−Ｗｅｒｋｓｎｏｒｍ ＭＢＮ ３１ ００７−７）に見出すことができる。

独国特許第１９７４０１４１（Ｃ１）号明細書（特許文献１）によって、超仕上の全円筒状または中空円筒状加工品の表面粗さにおけるリード構造を算出するための方法が公知であり、この場合、異なりはするが、それぞれ正確に知られている円周位置において軸方向の高い測定点密度で、かつ、それぞれ正確に知られている軸方向の位置の軸方向の複数の触針断面が、対象となる加工品の帯状円周部に実施され、この場合、異なる触針断面の個々の局所的な粗さの輪郭は、加工品上のその軸方向および円周上の相対位置に応じて、位置に対応させて次々に並行して出力され、この場合、測定記録を、放射状方向および軸方向では過大に、または引き伸ばして表し、また円周方向では圧縮して表し、そのようにして、個々の寸法に関して様々にアフィン変換させ歪曲しているが、帯状円周部の表面のミクロ構造を傾斜図で展開したものとして立体的に具象化したトポグラフィーが表される。

独国特許出願公告第１０２００６００１７９９（Ｂ４）号明細書（特許文献２）によって、加工品表面におけるリードを測定する方法が公知であり、この場合、測定値を得るために、軸に平行な軸方向成分と軸の円周方向の円周成分とを有する線に沿って加工品表面が触針され、この線は、軸に対して異なる角度を有する少なくとも１つの第１部分と少なくとも１つの第２部分とを有し、このことから、少なくとも１つのリード構造を表すパラメータが測定値から算出される。

文献箇所「Ｊ．Ｓｅｅｗｉｇ、Ｔ．Ｈｅｒｃｋｅ：第２世代のリード測定法（２ｎｄ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ｌｅａｄ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ）（非特許文献１）、ＸＩＸ 国際計測連合 基礎および応用計測国際会議（ＸＩＸ ＩＭＥＣＯ Ｗｏｒｌｄ Ｃｏｎｇｒｅｓｓ Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｍｅｔｒｏｌｏｇｙ）、２００９年、１９５７〜１９６１ページ、ＩＳＢＮ ９７８−９６３−８８４１０−０１、リスボン、ポルトガル」によって、該当する方式の、加工品の表面粗さにおけるリード構造の算出方法が公知である。文献箇所から公知となったこの方法は、第２世代のリード測定方法とも呼ばれる。この方法では、対象となる加工品の表面領域に、この加工品の軸方向に延び、円周方向に互いに間隔をあけた複数の触針断面が実施される。第１の「大まかな」測定パターンは、円周上にある、５°の角度幅と少なくとも２ｍｍの測定長を有する７２の触針断面から構成される。この大まかな測定パターンは、１５の最大線条数を備えた、リード構造を描写できるようにする。それより多い線条数は、第２の測定パターンを用いて検出され、これは、０．５°の角度幅と、同じく２ｍｍの測定長を有する７２の触針断面から構成される。

その評価に基づいて、測定データレコードから優勢なリード構造が再現される。このために、加法により重ねられた、８つの自由パラメータを含む３つの調和関係コサイン関数からの１つが、最小偏差二乗の合計による離散的測定データへ当てはめられる。この評価方法の詳細に関しては、文献箇所を参照されたい。この場合、リード構造は、６つのパラメータ、則ち、リード深さＤｔ、線条数ＤＧ、回転ＤＦｕごとの理論補助断面ＤＦ、周期長ＤＰおよび百分率による接触面ＤＬｖによって特徴付けられる。リード構造のパラメータの算出は、公知の方法によって３段階で順に行われる。まず測定パターンを選択し、触針断面を測定する。続いて優位なリード構造およびパラメータの算出が行われる。

独国特許第１９７４０１４１（Ｃ１）号明細書 独国特許出願公告第１０２００６００１７９９（Ｂ４）号明細書

Ｊ．Ｓｅｅｗｉｇ、Ｔ．Ｈｅｒｃｋｅ：第２世代のリード測定法（２ｎｄ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ｌｅａｄ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ）、ＸＩＸ 国際計測連合 基礎および応用計測国際会議（ＸＩＸ ＩＭＥＣＯ Ｗｏｒｌｄ Ｃｏｎｇｒｅｓｓ Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｍｅｔｒｏｌｏｇｙ）、２００９年、１９５７〜１９６１ページ、ＩＳＢＮ ９７８−９６３−８８４１０−０１、リスボン、ポルトガル

本発明は、請求項１のプリアンブルに挙げられた方式の、少なくとも一部円筒状の加工品の表面粗さにおけるリード構造を算出するための方法を提示するという課題に基づくもので、この方法は、連続製作への投入適性を改善する。

この課題は、請求項１に提示された発明によって解決される。

さらに本発明は、触針断面方法における触針式測定を出発点としている。この測定は、測定データを検出するために非常に多くの時間を要すると理解されている。０．５ｍｍ／ｓｅｃの慣例の送り速度および２ｍｍの測定区間では、４分４８秒の、理論的に最小の測定時間が判明する。このことから出発して、本発明は、明白な結果がより迅速に得られるように公知の方法を修正するという概念に基づく。このことから出発して、本発明は、完全な測定データレコードを検出することなく、例えば７２の触針断面からリード構造を認識するという更なる概念に基づく。本発明の基本概念は、それぞれ検出した触針断面毎に１つの「暫定的なリード構造」を当てはめ、これに帰属する、リード構造の対象となるパラメータの「暫定的な」値を算出することにある。それぞれ更なる触針断面の測定値を考慮することで、パラメータの推定値が実際の最終結果に近づく。

したがって、本発明は、リード構造を迅速に認識することが可能な高速試験を提供する。このことから、連続製作の測定過程の範囲における本発明の方法の使用可能性が著しく改善される。

上述のように、リード構造に関して初めに記述したことから、第１触針断面の測定値を評価することですでに本発明が明らかになる。有利な発展形態は、それぞれ新たに触針断面が検出される毎に推定値が補正されることになっている。この実施形態では、それぞれ更なる触針断面の測定値を追加することで、プロセス結果の精度が改善され、最終的には全触針断面の測定データの評価に基づく１つの最終結果へ収斂する。

このことに関連して、パラメータの最終結果を算出するために、全触針断面の測定値が考慮されるまで推定値の補正を繰り返すことが好ましい。このようにして、一方では、リード構造が存在するか、およびどのような表れ方でリード構造が存在するかに関して迅速に言い表すことができる。他方では、全触針断面の測定値を考慮することによって、高い精度が生じる。１つの触針断面に帰属する測定値を、次の触針断面の実行と同時に評価できるという長所が、公知の方法との比較において生じる。

本発明のその他の発展形態では、第１の触針断面に帰属する測定値に基づいて、リード深さおよび周期長の推定値が算出される。

その他の発展形態によると、第２の触針断面の実行後に、リード構造の線条数の推定値が算出されることになっている。

以下に、本発明を実施例に基づいて詳しく説明する。この場合、記述され、特許請求の範囲で請求された全ての特徴が、特許請求の範囲およびその逆関連づけにおけるその要約ならびにその記述からは独立して、それ自体で、ならびに互いに任意に組み合わせることで本発明の対象となっている。

少なくとも一部円筒状の加工品の表面粗さにおけるリード構造を算出するための本発明の方法の実施例は、以下のように行われる。

リード構造を算出するために、まず対象となる加工品の表面領域に、この加工品の軸方向に延び、円周方向に互いに間隔をあけた複数の触針断面が実行され、この場合、第１の「大まかな」測定パターンは、円周上にある、５°の角度幅と少なくとも２ｍｍの測定長を有する７２の触針断面から構成される。この大まかな測定パターンは、１５の最大線条数を備えた、リード構造を描写できるようにする。それより多い線条数は、第２のパターンを用いて検出され、これは、０．５°の角度幅と、同じく２ｍｍの測定長を有する７２の触針断面から構成される。

その評価に基づいて、測定データレコードから優位なリード構造が再現される。このために、加法により重ねられた、８つの自由パラメータΘ＝［Θ_１、…、Θ_８］^Ｔを含む３つの調和関係コサイン関数から構成される関数ｗ（（ｍ・Δθ，ｎ・Δｘ，Θ）が、最小偏差二乗の合計による離散的測定データｚ（ｍ・Δθ，ｎ・Δｘ）へ当てはめられる。

補正関数ｗ（ｍ・Δθ、ｎ・Δｘ、Θ）は、

によって決められ、ここでは、
Δｘ：軸方向の触針間隔（ｍｍ）
ΔΦ：円周方向の触針間隔（°）
ならびに、パラメータは、
λ：軸方向の周期成分の波長（ｍｍ）
ＤＧ：整数の線条数（単位無し）
Α_ｋ：コサイン関数の振幅（μｍ）
φ_ｋ：コサイン関数の角変位（ラジアン）
となる。

評価の詳細ならびに測定データの検出は、文献箇所「Ｊ．Ｓｅｅｗｉｇ、Ｔ．Ｈｅｒｃｋｅ：第２世代のリード測定法（２ｎｄ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ｌｅａｄ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ）（非特許文献１）、ＸＩＸ 国際計測連合 基礎および応用計測国際会議（ＸＩＸ ＩＭＥＣＯ Ｗｏｒｌｄ Ｃｏｎｇｒｅｓｓ Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｍｅｔｒｏｌｏｇｙ）、２００９年、１９５７〜１９６１ページ、ＩＳＢＮ ９７８−９６３−８８４１０−０１、リスボン、ポルトガル」から公知であり、そのため、ここでは詳しい説明は行わない。

本発明の方法に基づいて、上記の方程式（１）の最適化問題が適切に評価される。文献箇所「Ｊ．Ｓｅｅｗｉｇ、Ｔ．Ｈｅｒｃｋｅ：第２世代のリード測定法（２ｎｄ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ｌｅａｄ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ）（非特許文献１）、ＸＩＸ 国際計測連合 基礎および応用計測国際会議（ＸＩＸ ＩＭＥＣＯ Ｗｏｒｌｄ Ｃｏｎｇｒｅｓｓ Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｍｅｔｒｏｌｏｇｙ）、２００９年、１９５７〜１９６１ページ、ＩＳＢＮ ９７８−９６３−８８４１０−０１、リスボン、ポルトガル」によると、基本アルゴリズムは、軸方向および円周方向の、２つの独立して行われる離散的フーリエ変換から構成される。この場合、まず軸方向の変換が行われ、続いて円周方向の変換が行われる。円周方向の離散的フーリエ変換は、円周上には整数の周期のみ現れるために、数字で有効に表すことができる。

補正関数ｗ（０・Δθ、ｎ・Δｘ、Θ_０）を用いて、リード深さの第１の推定値Ｄｔ_０および周期長の第１の推定値ＤＰ_０が算出される。線条数は、第１の触針断面後にはまだ決められていないので、ＤＧ_０＝０が設定される。

続いてリード測定規則にしたがって更なる触針断面が検出される。新たに触針断面が検出される毎に、その前に算出されたパラメータが補正される。

この場合、予め行われた軸方向の全離散的フーリエ変換はメモリに保持され、その時々の触針断面の変換によってのみ補充する必要がある。このことは、数字で有効に表すことができるアルゴリズムに対して同様に行われる。

第２の触針断面の測定後に、初めて線条数の予測が可能となる。パラメータは、それぞれ補正することで、標準化されたリード測定の実際の最終結果に近づく。７２の触針断面およびその結果を評価した後に、最終結果が正確になる。

本発明の方法によって、リード構造の算出において高速試験が使用できるようになる。本発明の方法は、リード構造が存在するか、およびどのような表れ方でリード構造が存在するかに関する疑問の第１の判断を、第１触針断面に帰属する測定値の評価後にすでに行えるようにする。すでにこの段階で、リード深さおよび周期長の推定値を算出できる。それぞれ更なる触針断面の測定値を考慮することで精度が向上し、この場合、第２触針断面に帰属する測定値の評価後に初めて線条数の推定値が得られる。

Claims (5)

1. 対象となる加工品の表面領域に、前記加工品の軸方向に延び、円周方向に互いに間隔をあけた複数の触針断面が実行され、かつ、
   前記触針断面によって得られる測定値に基づいて、リード構造の少なくとも１つのパラメータが算出される、
   少なくとも一部円筒状の加工品の表面粗さにおけるリード構造の算出方法において、
   第１の触針断面に帰属する測定値に基づいて、前記リード構造の少なくとも１つのパラメータの推定値が算出され、かつ、
   少なくとも１つの第２の触針断面に帰属する測定値に基づいて、前記推定値が補正される ことを特徴とする、方法。
2. 新たに触針断面が検出される毎に、１つまたは複数の推定値が補正されることを特徴とする、請求項１記載の方法。
3. 前記パラメータの最終結果を算出するために、全触針断面の測定値が考慮されるまで前記推定値の補正が繰り返されることを特徴とする、請求項１または２記載の方法。
4. 前記第１触針断面に帰属する測定値に基づいて、リード深さおよび周期長の推定値が算出されることを特徴とする、請求項１〜３の一項記載の方法。
5. 前記第２触針断面を実行後に、前記リード構造の線条数の推定値が算出されることを特徴とする、請求項４記載の方法。