JP2022187475A - 角度目盛りを有する物体の位置決め方法 - Google Patents

Abstract

【課題】物体の容易かつ精確な取り付けを可能とする。【解決手段】円弧に沿って延びる周面（３．１）を有する物体（３）の位置決め方法は、旋回可能な機械部品（４）に物体（３）を取り付け、固定の第１の距離測定器（１）を設置し、固定の第２の距離測定器（２）を設置し、機械部品（４）の相互に異なる３つの角度位置（φａ、φｂ、φｃ）で、３つの第１の距離値（ｘ１ａ、ｘ１ｂ、ｘ１ｃ）と３つの第２の距離値（ｚ２ａ、ｚ２ｂ、ｚ２ｃ）の両方を決定し、３つの第１の距離値および関連する上記角度位置に基づく第１のオフセット値（Ｏ１）ならびに、上記３つの第２の距離値および関連する上記角度位置に基づく第２のオフセット値（Ｏ２）を計算し、許容偏差内で第１の距離測定器（１）により第１のオフセット値が決定され、第２の距離測定器（２）により第２のオフセット値が決定されるまで物体（３）を機械部品（４）に対して相対的に変位させる各ステップを含む。【選択図】図１

Description

本発明は、特に角度測定システムにおける測定基準として使用できる、請求項１に記載の角度目盛りを有する物体の位置決め方法または心合わせ方法に関する。
この種の角度測定システムは、特に機械部品、例えばシャフトの回転運動または回転位置の測定に使用される。ここで、回転運動は、インクリメンタル式またはアブソリュート式で記録される。出力測定値は、例えば、一連のカウントパルス、カウンタ値、符号語などである。対応する角度測定システムは、特に工作機械において、角度測定システムの測定結果の絶対的正確性が非常に重要である旋回運動の測定に使用される。測定結果は、その後、例えば工作機械の制御で行われる補正処理に使用され得る。

角度計測の正確性は、角度目盛りの品質と、実際の回転軸に対する角度目盛りの偏心によって大きく影響される。

工作機械で２つの機械部品を同心円状に位置決めする方法は、欧州特許出願公開第３４５３４８７Ａ１号の公報に記載されている。この方法では、複数の測定位置において軸を中心に旋回する１つのダイヤルゲージが使用される。複数の測定位置で特定された測定値は、主軸が軸に対して心合わせされて配置されるまで、主軸を変位または旋回させる方法に関する情報が提供されるように計算される。

この方法は、ダイヤルゲージを軸と同心円上に正確に移動させなければならない欠点を有する。

欧州特許出願公開第３４５３４８７Ａ１号

本発明は、角度目盛りを有する物体の位置決め方法を創出するという課題に基づき、この方法は、特に、物体または角度目盛りが調整時に３６０°完全に回転できない場合でも、物体の容易かつ精確な取り付けが可能であることを特徴とする。

上記課題は、請求項１に記載の方法によって解決される。
それによると、物体は角度目盛りと、円弧に沿って延びる周面とを有する。本発明にかかる方法は、物体を位置決めするために使用され、以下のステップを含む。

固定軸を中心に旋回可能な機械部品に、物体を取り付けるステップ。
固定の第１の距離測定器を設置または装着するステップであり、第１の固定点と物体の周面上の点との間の第１の距離値を決定できるステップ。

固定の第２の距離測定器を設置または装着するステップであり、第２の固定点と物体の周面上のさらなる点との間の第２の距離値を決定できるステップ。ここで、第１の距離測定器は、第２の距離測定器に比べて、物体の周面に対して周方向にある角度分ずらされて配置されている。

機械部品の定義された相互に異なる３つの角度位置において、第１の距離測定器による３つの第１の距離値を決定するステップ。（特に、同時に）機械部品の３つの角度位置における３つの第２の距離値を決定するステップ。この方法ステップでは、機械部品は規定された方法それぞれの角度位置に旋回し、周面上にある３組の点の距離値が測定される。

３つの第１の距離値および関連する角度位置に基づく第１のオフセット値ならびに、３つの第２の距離値および角度位置に基づく第２のオフセット値を計算するステップ。
許容偏差内で第１の距離測定器により第１のオフセット値が出力または決定され、かつ第２の距離測定器により第２のオフセット値が出力または決定されるまで、かつ、第１の距離測定器により第１のオフセット値が出力または決定され、かつ第２の距離測定器により第２のオフセット値が出力または決定されるように、物体を機械部品に対して相対的に変位させるステップ。

ここで、「固定」という付加語は、不動であることを表し、特に「固定」は、機械部品の機械基盤に対して相対的に不動であることを意味し得る。
距離値は、周面上の点とそれぞれ固定点との間の距離を表す。周面は、特に円筒体の外面と理解され得る。中空円筒体や環状体の場合、円弧に沿って延びる内側の凹面が周面として理解されてもよい。

有利には、物体は環状に構成されている。以下では、物体は必ずしも３６０°の周面を有する必要はない。むしろ、物体は、周面が完全に周回しないように、例えばリングセグメントとして構成されているなど、開口形状を有し得る。

本発明のさらなる実施形態では、物体は、その周面側に角度目盛りを有する。
有利には、機械部品の旋回性が３６０°より小さい、特に２７０°より小さい、特に１８０°より小さい角度範囲に制限される場合に、本方法を適用することができる。

この方法のさらなる実施形態では、機械部品の３つの角度位置は、旋回可能な角度範囲の少なくとも３３％にわたって延びる角度区間にある。したがって、３つの角度位置は、これらが角度範囲の少なくとも３３％にわたって延びる角度区間に位置するように選択されている。有利には、角度区間は、角度範囲の少なくとも５０％にわたって延び得る。

有利には、機械部品の３つの角度位置は、１８０°未満、特に１００°未満にわたって延びる角度区間にある。
有利には、第１の距離測定器が第２の距離測定器に比べて、物体の周面に対してずらされて配置されている角度は、少なくとも２０°、有利には少なくとも３０°または少なくとも４５°である。

本発明のさらなる実施形態において、第１の距離測定器は、プローブ測定器具として構成されている。代替的または補足的に、第２の距離測定器は、プローブ測定器具として構成されている。プローブ測定器具は、特にダイヤルゲージまたは測定プローブとして構成されていてもよい。このような器具は、通常、距離測定器またはダイヤルゲージのハウジングに変位可能に取り付けられている測定ピンを有する。２つの距離測定器は、測定ピンの長手方向軸が、機械部品が旋回可能な第２の軸の方向に配向されているように、設置または装着される。

プローブ測定器具の代わりに、第１の距離測定器および／または第２の距離測定器は、非接触型距離測定器具として構成されていてもよい。
本発明にかかる方法が完了すると、物体は角度目盛りで精確に調整または心合わせされ、この位置での取り付けは高品質の角度測定の前提条件を満たす。

本発明は、円筒形または環状に構成されている物体に限定されるものではない。例えば、物体は環状セグメントとして構成されていてもよく、これは、機械部品の回転位置は、いずれにせよ機械部品の全回転にわたって測定されないことが多いためである。

本発明は、特に、このような角度測定器具のユーザにとって位置決めが著しく単純化されているため、特に、機械部品の旋回性が比較的小さい角度範囲に制限されている場合でも、対応するユーザが複雑な設置装置を所持する必要がないという利点を有する。

本発明にかかる方法の有利な実施形態は、請求項１の従属請求項における方法から明らかになる。
本発明にかかる方法の詳細と同様に、さらなる利点は、添付図面に基づいた実施例の以下の説明から明白となる。

位置決め工程開始時の距離測定器と物体の図である。 測定された距離値と計算されたオフセット値を示す図である。 位置決め工程終了時の距離測定器と物体の図である。

図１によれば、ここでは環状体として構成されている物体３が、機械部品４に取り付けられ、心合わせされている。物体３は、旋盤方法または研削方法を用いて、周面３．１が第１の軸Ａ３周りの円弧に沿って極めて正確に延びるように、精確に製造されている。周面３．１上に角度目盛りが設置されている。提示された実施例では、反射型の線と非反射型の線による光学的に読み取り可能な角度目盛りである。物体３はモジュール式の角度測定システムに属し、角度目盛りが走査され、角度位置の正確性の高い値が特定され得る。

機械部品４は、例えば、工作機械の旋回テーブルのシャフトであってもよい。機械部品４は、第２の軸Ａ４周りを角度φだけ旋回することができ、提示された実施例では、機械部品４は、９０°の最大偏向可能角度範囲φＳ（図２）においてのみ旋回することができる。定義上、第２の軸Ａ４は固定されている。角度目盛りを有する物体３を用いて、旋回運動の正確性が検査され、定量的に記録されることになる。

工作機械は、これとは別に、第２の軸Ａ４に対する機械部品４の角度位置を測定することができる角度測定装置を有する。
物体３を装着する過程で、物体３はまず旋回可能な機械部品４に取り付けられる。ここで、物体３は、機械部品４に対して確実に固定されながらも、比較的小さな力で軸線Ａ４に垂直な面内を移動できるように、図示しないばね式のねじ接続により機械部品４に固定される。この第１の固定後、第１の軸Ａ３と第２の軸Ａ４は一般的に重ならないので、物体３は第２の軸Ａ４および機械部品４に対して相対的に一定の偏心を有して配置されている。このようなモジュール式角度測定システムをユーザ側で組み立てる場合、このために設けられた機械部品４に物体３を正確に位置合わせするように注意しなければならない。

次のステップでは、物体３の周面３．１と第１の固定点Ｐ１との間の第１の距離値ｘがそれによって決定できるように、第１の距離測定器１が周面３．１の近傍に固定して設置される。提示された実施例では、第１の距離測定器１は、ダイヤルゲージ、またはいわゆる測定プローブである。このような距離測定器１を用いて、距離または距離の変化が、マイクロメートル範囲の分解能で決定され得る。

第２の距離測定器２は、物体３の周面３．１に対して周方向にある角度α（ここではα＝９０°）分、かつ第１の距離測定器１に比べてずらされて、固定的に設置される。第２の距離測定器２は、第２の固定点Ｐ２と物体３の周面３．１との間の第２の距離値ｚを決定できるように据えられている。第２の距離測定器２も、提示された実施例ではダイヤルゲージとして構成されており、第１の距離測定器１と同様に高い測定正確性を有する。

その後、物体３が図１に示す位置にもたらされる。したがって、角度位置φａによって定義されてもよいこの位置において、第１の固定点Ｐ１と周面３．１上の点１ａとの間の距離値ｘ１ａが、第１の距離測定器１によって決定される。同時に、第２の固定点Ｐ２と周面３．１上のさらなる点２ａとの間の距離値ｚ１ａが、第２の距離測定器２によって決定される。その後、物体３とともに機械部品４が第２の軸Ａ４を中心に所定角度、この場合３０°旋回する。旋回角度φは、例えば、工作機械の既存の角度測定装置を用いて十分な正確性で決定され得る。この第２の角度位置φｂにおいて、点１ｂ、２ｂまでの距離値ｘ１ｂ、ｚ２ｂが特定される。そして、機械部品４は物体３とともに、再度第２の軸Ａ４を中心に、提示された例では再び３０°である所定角度だけ旋回する。この位置では、機械部品４は物体３とともに第３の角度位置φｃにある。距離値ｘ１ｃ、ｚ２ｃもこの位置で決定される。

角度測定装置を使用する代わりに、物体３または機械部品４に、定義された既知の角度距離で印を付け、それを次第に近づけて行ってもよい。
すなわち、各角度位置φａ、φｂ、φｃにおいて、一組の距離値ｘ１ａ、ｚ２ａ；ｘ１ｂ、ｚ２ｂ；ｘ１ｃ；ｚ２ｃが決定される。

すなわち、これらの測定によって、３つの第１の距離値ｘ１ａ、ｘ１ｂ、ｘ１ｃと、３つの第２の距離値ｚ２ａ、ｚ２ｂ、ｚ２ｃとの両方が、機械部品４の互いに異なる３つの定義された角度位置φａ、φｂ、φｃにおいて決定された。特に、本実施例によれば、以下の情報がある。

機械部品４の３つの角度位置φａ、φｂ、φｃは、ここでは６０°にわたって延びる（図２参照）角度区間φｍにある。換言すると、２つの角度位置φａ、φｂ、φｃの最大差は、差φｃ－φａ＝φｍである。この差は６０°（φｂ－φａ＝３０°、ひいてはφｃ－φａより小さい）である。既に上述したように、機械部品４の旋回性は、角度範囲φＳ＝９０°に制限され、この角度範囲は、図２によれば、端部角度位置φｍｉｎとφｍａｘの間を延びる（φＳ＝φｍａｘ－φｍｉｎ）。機械部品４の３つの角度位置φａ、φｂ、φｃは、６０°の角度区間φｍにあり、これは角度範囲φＳの６６．６７％にわたって延びる（φｍ／φＳ＝６０°／９０°＝６６．６７％）．
第１の距離値ｘ１ａ、ｘ１ｂ、ｘ１ｃおよび角度位置φａ、φｂ、φｃに基づいて、回帰計算を用いて第１の正弦関数Ｆ１が決定される（図２）。同様に、第２の距離値ｚ２ａ、ｚ２ｂ、ｚ２ｃおよび角度位置φａ、φｂ、φｃに基づいて、同じ方法で第２の正弦関数Ｆ２が決定される。第１の正弦関数Ｆ１に対して第１のオフセット値Ｏ１が算出され得、第２の正弦関数Ｆ２に対して第２のオフセット値Ｏ２が算出され得る。オフセット値Ｏ１、Ｏ２は、２つの正弦関数Ｆ１、Ｆ２のそれぞれのゼロ線に相当する。したがって、正弦関数Ｆ１、Ｆ２は、それぞれの関連するオフセット値Ｏ１、Ｏ２の上および関連するオフセット値Ｏ１、Ｏ２の下のそれぞれ等しい大きさの範囲を含み、この考察は、図２に示されるように、それぞれの正弦関数Ｆ１、Ｆ２の全周期に適用可能である。

提示された実施例では、以下のオフセット値Ｏ１、Ｏ２が特定された。

ここで、距離測定器１、２の表示がオフセット値Ｏ１、Ｏ２に近づく値を示すように、（例えば、適切な工具でたたくことにより）物体３を機械部品４に対して相対的に変位させる。この方法では、操作者がターゲットの変位方向を比較的容易に認識することができる。両方の現在の距離値が、物体３の変位の結果として許容偏差内でオフセット値Ｏ１、Ｏ２に相当するとすぐに、物体は、第２の軸Ａ４に対して十分な正確性で心合わせされる。この位置で、物体３は、例えばねじ接続によって、機械部品４に固定的に変位不能に接続されてもよい。

最後に、距離測定器１、２は再び取り外され、機械部品４の位置における工作機械の運動特性の正確な測定が、角度目盛りにより正確に位置決めされた物体３を用いて行われ得る。

１ 第１の距離測定器
２ 第２の距離測定器
３ 物体
３．１ 周面
４ 機械部品
Ａ３ 第１の軸
Ａ４ 第２の軸
Ｆ１ 第１の正弦関数
Ｆ２ 第２の正弦関数
Ｐ１ 第１の固定点
Ｐ２ 第２の固定点
Ｏ１ 第１のオフセット値
Ｏ２ 第２のオフセット値
ｘ 第１の距離値
ｚ 第２の距離値
φ 角度
α 角度
ｘ１ａ、ｘ１ｂ、ｘ１ｃ 第１の距離値
ｚ２ａ、ｚ２ｂ、ｚ２ｃ 第２の距離値
φａ、φｂ、φｃ 角度位置
φＳ 角度範囲
φｍ 角度区間

Claims (8)

1. 円弧に沿って延びる周面（３．１）を有し、角度目盛りを含む物体（３）の位置決め方法であって、
   固定軸（Ａ４）を中心に旋回可能な機械部品（４）に、前記物体（３）を取り付けるステップと、
   固定の第１の距離測定器（１）を設置するステップであり、第１の固定点（Ｐ１）と、前記物体（３）の周面（３．１）との間の第１の距離値（ｘ）を決定できるステップと、
   固定の第２の距離測定器（２）を設置するステップであり、第２の固定点（Ｐ２）と、前記物体（３）の周面（３．１）との間の第２の距離値（ｚ）を決定でき、ここで、前記第１の距離測定器（１）は、前記第２の距離測定器（２）に比べて、前記物体（３）の周面（３．１）に対して周方向にある角度（α）分ずらされて配置されているステップと、
   前記機械部品（４）の定義された相互に異なる３つの角度位置（φａ、φｂ、φｃ）において、３つの第１の距離値（ｘ１ａ、ｘ１ｂ、ｘ１ｃ）と、３つの第２の距離値（ｚ２ａ、ｚ２ｂ、ｚ２ｃ）の両方を決定するステップと、
   前記３つの第１の距離値（ｘ１ａ、ｘ１ｂ、ｘ１ｃ）および関連する前記角度位置（φａ、φｂ、φｃ）に基づく第１のオフセット値（Ｏ１）ならびに、前記３つの第２の距離値（ｚ２ａ、ｚ２ｂ、ｚ２ｃ）および関連する前記角度位置（φａ、φｂ、φｃ）に基づく第２のオフセット値（Ｏ２）を計算するステップと、
   許容偏差内で前記第１の距離測定器（１）により前記第１のオフセット値（Ｏ１）が決定され、かつ前記第２の距離測定器（２）により前記第２のオフセット値（Ｏ２）が決定されるまで、前記物体（３）を前記機械部品（４）に対して相対的に変位させるステップと、を含む方法。
2. 前記機械部品（４）の旋回性が、３６０°より小さい、特に２７０°より小さい角度範囲（φＳ）に制限されている、請求項１に記載の方法。
3. 前記機械部品（４）の旋回性がある角度範囲（φＳ）に制限され、前記機械部品（４）の前記３つの角度位置（φａ、φｂ、φｃ）は、前記角度範囲（φＳ）の少なくとも３３％にわたって延びる角度区間（φｍ）にある、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記機械部品（４）の前記３つの角度位置（φａ、φｂ、φｃ）が、１８０°未満にわたって延びる角度区間（φｍ）にある、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記角度（α）が少なくとも２０°である、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記第１の距離測定器（１）および／または前記第２の距離測定器（２）が、プローブ計測器具として構成されている、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記物体（３）が環状に構成されている、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
8. 前記物体（３）は、その周面側（３．１）に角度目盛りを有する、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
   

Images