JP3302013B2 - 多機能測定装置 - Google Patents

多機能測定装置

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JP3302013B2
JP3302013B2 JP50555391A JP50555391A JP3302013B2 JP 3302013 B2 JP3302013 B2 JP 3302013B2 JP 50555391 A JP50555391 A JP 50555391A JP 50555391 A JP50555391 A JP 50555391A JP 3302013 B2 JP3302013 B2 JP 3302013B2
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Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明はかさ歯車およびハイポイド歯車を製造する工
作機械の精度をモニタし、そしてこのような工作機械で
製造されつつあるかさ歯車およびハイポイド歯車工作物
の精度を測定する装置および方法に関する。
背景 パフォマンスカーおよび航空機の高速動力列は、しば
しば、精密かさ歯車および／またはハイポイド歯車を使
用することが必要である。このような精密歯車は荒削り
された歯車工作物の製造により開始される長くかつ慎重
なプロセスにより製造されており、この荒削りされた歯
車の歯は仕上げられたときのその所望の寸法よりも僅か
1000分の数インチ（0.1mm以下）だけ大きいフランクを
有している。この荒削りされた工作物は、歯の表面を硬
化させるために熱処理され、その後次の方法で仕上げら
れる。すなわち、（ａ）仕上げ機械が荒削りされた歯を
それらの最後の形状に研削するために調整され、（ｂ）
仕上げ機械に装着する前に、各々の荒削りされた工作物
について、適切な仕上げを妨げる重大な切り傷、ばり、
または極端な寸法の誤差が有無を検査し、（ｃ）各々の
熱処理されたロットの最初に荒削りされた工作物が仕上
げ機械に装着され、そして仕上げられ、（ｄ）その後こ
の最初の歯車が仕上げ機械から取り外され、そして試験
機械に送られて、その精度が入念に検査され、（ｅ）仕
上げ機械の調整が試験結果により変更され、（ｆ）その
後、試験された最初の歯車が仕上げ機械に戻され、そし
て修正された設定値を使用して再仕上げされ、そして
（ｇ）再仕上げされた最初の部分が取り外され、そして
再試験される。多くの場合には、工作機械の設定値によ
り容認可能な形状の歯車が製造される前に工程（ｄ）な
いし（ｇ）を数回繰り返さなければならないかもしれな
い。試験部分の形状が容認可能であると認定されたとき
に、各々の熱処理されたロットの残りの歯車が研削さ
れ、各々の歯車について、機械加工前後の検査がなされ
る。さらに、前記ロットの残りの歯車の加工中に、仕上
げられた歯車の機械加工後の寸法がモニタされ、そして
機械の調整が熱変化等に起因する精度のいかなる変化を
も調整するために必要に応じて変更される。
勿論、工作物が工作機械に装着され、または再装着さ
れる都度、素材区分を行わなければならない。（すなわ
ち、といし車、すなわち、カッタを工作物に寸法どおり
に切削された歯に対して適切に配置しなければならな
い。）このような素材区分（stock division）は、精密
歯車が仕上げられつつあるときに、通常、オペレータに
より行われる。また、既知の自動的な素材区分システム
がある。これらの既知のシステムのうちのいくつかのシ
ステムは歯車形の工作物の歯のフランクの位置を検出す
るために非接触プローブを使用している。しかしなが
ら、これらの非接触プローブは精密歯車の仕上げ操作の
ために十分に正確であると考えられていないので、その
代わりに接触型プローブが自動的な素材区分のためにし
ばしば使用される。正確な素材区分を行うためには、い
くつかの歯を測定することが必要であり、そして、接触
プローブによるこのような多数の測定のためには、多大
な時間を要する。仕上げ工程中、（工作物の歯を切削す
るために使用される）といし車は、その精度を保証しか
つ適切に鋭利な研削面を維持するために、定期的にドレ
ッシングしなければならない。しかしながら、といし車
がドレッシングされる都度、といし車のサイズおよび形
状が変化するので、以後の研削操作が開始される前にと
いし車が工作物に対して正確に配置されることを保証す
るために、各々のこのようなドレッシング操作後に、工
作機械の刃物支持装置および工作物支持装置を慎重にリ
セットしなければならない。
この多数回の取扱いおよびテストにはかなりの時間が
かかり、そして熟練したオペレータが必要になり、それ
ゆえに、各々の精密歯車が比較的に高価な製品であるこ
とが理解できよう。
かさ歯車およびハイポイド歯車を仕上げるために現在
使用されている工作機械は極めて複雑であり、といし
車、すなわち、カッタは刃物支持装置に軸支された回転
クレードル内でそれ自体が偏心して移動せしめられるス
ピンドル内に装着される。それに加えて、バイトスピン
ドルは、バイトの軸線の角位置をクレードルの軸線に対
して調節するために、スピンドルをその支持装置に対し
て傾けるさらに一つの機構にしばしば装着される。この
ような慣用のかさ歯車およびハイポイド歯車の歯切り機
械は、バイトを歯車形の工作物に対して適切に位置決め
するために、九つまたはそれ以上の設定値（「設定軸
線」としても知られている）を必要とし、そしてこれら
の慣用の機械のバイトヘッドおよびワークヘッドの全般
的な傾向は半世期以上にわたって比較的に変わっていな
い。
しかしながら、極めて最近になり、かさ歯車およびハ
イポイド歯車を製造するために、全く新しい機械が開発
された。この新しい機械は、PCT出願PCT/US87/020830お
よび1987年８月24日に出願された米国特許出願第104,01
2号の各明細書に開示され、そしてその操作は今述べた
慣用の機械と比較して著しく簡単である。すなわち、こ
の新しい機械は、慣用の機械により発生せしめられるす
べての複雑な相対運動を発生させることができるが、こ
れらの運動は、新しい機械の工作物支持装置および刃物
支持装置をコンピュータの数値制御（“CNC"）の下でた
だ六つの移動軸線に沿ってまたはこれらの軸線のまわり
に相互に相対して移動させることにより発生させること
ができる。この新しい機械により得られる著しい自由度
は、かさ歯車およびハイポイド歯車製造産業にとって、
明確な恩恵である。それにもかかわらず、これらの歯車
を歯切りするために必要な複雑な相対運動は、新しい機
械の刃物支持装置および工作物支持装置を機械の複数の
軸線のうちの多くの軸線に沿って同時に移動させること
が必要であるので、特に精密かさ歯車およびハイポイド
歯車の製造に関して、これらのより少ない軸線の精度が
定期的にモニタされることが肝要である。勿論、高度に
訓練されたオペレータによりこのような監視は、時間を
要し、そして前述した複雑な製造プロセスの費用の一部
分を占めている。
本出願人の発明は、精密かさ歯車およびハイポイド歯
車を製造するために、上記の新しい６軸線型機械を使用
することを容易にしており、そしてこの新しい機械によ
り製造されつつある歯車製品の精度を高めかつ保証し、
そして同時にこの複雑な製造プロセスの時間および費用
を低減させるように意図されている。
発明の概要 本発明の装置は、工作機械の刃物支持装置に装着され
たプローブモジュールを含む。このプローブモジュール
は、引っ込められた位置からプローブの先端部が刃物支
持装置の前面から突出する延びた位置まで移動可能であ
る接触型プローブを含む。この好ましい実施例において
は、プローブモジュールは、また非接触型プローブを含
む。この非接触型プローブは、同時に、引っ込められた
位置からプローブの感度の高い面が刃物支持装置の前面
から突出する延びた位置まで移動可能である。
この同じプローブは、（ａ）機械の設定を容易にし、
（ｂ）工作物の自動的な素材区分を行い、（ｃ）機械加
工前、中間および機械加工後の試験のために「工作機械
に取り付けられた状態の」工作物の精度をモニタし、そ
してまた（ｄ）工作機械自体を再校正する本発明の多機
能装置の一部分としての広範囲の種々の測定を行うため
に使用される。
本出願人の発明の一部分として、特殊の位置決めパッ
ドが工作物支持装置の前面および側面並びに該工作物支
持装置内に装着されたワークスピンドル装置上の複数個
の位置に配置されている。このプローブモジュールは、
工作機械の工作物支持装置および刃物支持装置を複数の
テスト位置に順次に移動するために、本出願人の発明の
方法によりプログラムされた工作機械のCNCシステムと
一体に構成されている。これらの連続した試験位置にお
いては、接触プローブの先端部は、位置決めパッドのう
ちの種々のパッドと接触せしめられ、そしてワークヘッ
ドおよびワークスピンドルの刃物に対する位置が各々の
試験位置において指示される。これらの試験手順は必要
であると認められたときに時々繰り返され、これらの試
験手順により得られた位置に関する情報は、工作機械の
操作の校正を更新しかつ修正するために使用される。
本出願人の発明のプローブモジュールが工作物の自動
的な素材区分を行うために使用されるときに、非接触プ
ローブ及び接触プローブの両方が従来技術の接触プロー
ブシステムにより得られる精度に匹敵した精度をはるか
に早い速度で提供するために、組み合わせて使用され、
それにより精密歯車仕上げ工程の必要な素材区分手順の
時間およびコストを低減することができる。すなわち、
本出願人の素材区分システムは、先ず、すべての歯のフ
ランクの位置を非常に早く測定するために、非接触プロ
ーブを使用する。その後、これらの測定値は所定のまた
は理論的に正しい測定値と比較されて、どの歯のスロッ
トが最大の誤差を有しているかを指示する。その場合、
接触プローブは、これらの「最悪の場合の」フランクの
みの非常に正確な測定を行うようにプログラムされてお
り、そしてこれらの正確な測定値は、仕上げ研削を開始
する前に、工作機械を先行技術のシステムに必要な時間
よりもはるかに短い時間で調節するために使用される。
勿論、このような測定値が矯正できない程度の誤差を有
すると思われるフランクを指示すれば、その工作物は棄
却される。
本出願人の再校正手順の中には、プローブモジュール
は、カップ形のといし車の各々のドレッシングの後に、
加工物に対してといし車を自動的に再位置決めするため
に、犠牲テストウェーハと共に使用される。このテスト
ウェーハは比較的に柔軟なスチール製の薄いストリップ
であり、そして新しくドレッシングされたといし車がウ
ェーハと接触せしめられ、そして所定の深さまで突進せ
しめられ、ウェーハにといし車の加工面のプロフィルを
表す切込みを形成する。その後、接触プローブが切込み
の表面と接触するように移動せしめられて、といし車の
新しいドレッシングされた表面の正確な位置が指示され
る。この新しい位置の情報は工作物に対してといし車を
リセットするために使用される。
さらに、本出願人の発明は、加工されている工作物の
精度に関する機械加工前、中間および機械加工後の検査
に加えて、適切な機械の当初の設定に必要な「最初の部
分の」試験手順のためにもこのプローブモジュールを使
用する。これらの部分検査活動のすべては、機械から工
作物を取り外さないで行われ、そして、このように「機
械に取り付けられた状態での」工作物を試験することに
より、貴重な加工時間が節減される。
それゆえに、この明細書に開示された発明が歯車仕上
げ工程の精度を著しく高め、そして同時に精密かさ歯車
およびハイポイド歯車の製造に伴う時間およびコストを
実質的に減少させることが理解できよう。
図面 第１図は本発明が意図された新しい歯車製造機械の型
式の斜視図であり、本発明の装置は図を明示するために
この図では省略してあり、 第２図は第１図に示した機械の平面図であり、 第３図は機械の移動軸線を理解し易くするために機械
の可動構造を著しく簡素化して示した第１図および第２
図に示した歯車製造機械の略図、 第４図は本発明のプローブモジュール（第１図および
第２図では省略した）を例示した第１図および第２図に
示した機械の一部分の拡大斜視図であり、プローブモジ
ュールの接触プローブおよび非接触プローブをそれらの
延長位置において示してあり、 第５図は第４図と類似しているが、異なる方向から見
た斜視図であって、工作機械のワークスピンドルに装着
された犠牲テストウェーハ（第１図および第２図では省
略した）を示した図であり、テストウェーハを引っ込め
られた位置で示してあり、 第６図は刃物支持装着および工作物支持装置が本発明
による連続したテスト位置のうちの一つの位置にあり、
接触プローブの先端部が工作物支持装置の側面上の位置
決め点のうちの一つの点と接触している歯車製造機械の
平面略図であり、 第７図は本発明による連続したテスト位置のうちの別
の位置における刃物支持装置および工作物支持装置を示
しかつ接触プローブの先端部がワークスピンドルの側面
上に配置された一つの位置決め点と接触している状態を
示した歯車製造機械の別の平面略図であり、そして 第８図は工作物支持装置の前面および工作物支持装置
に装着されたワークスピンドルの両方の上の位置決め点
の位置を示した歯車製造機械の工作物支持ヘッドの正面
略図である。
好ましい実施例の詳細な説明 第１図および第２図は、PCT出願PCT/US87/02083およ
び1987年８月24日に出願された米国特許出願第104,012
号明細書に開示された歯車と類似したかさ歯車およびハ
イポイド歯車を横切り製造する多軸工作機械の斜視図お
よび上面図をそれぞれ示す。この工作機械は刃物支持装
置12および工作物支持装置14が装着された台10を有して
いる。刃物支持装置12はスライダ16に装着されたキャリ
ジ18を備えている。スライダ16は、台10の幅を横切って
キャリジ18を直線移動可能にするために、台10に形成さ
れている。バイトヘッド22が該バイトヘッドを台10に対
して垂直方向に移動可能にするためにキャリジ18内のス
ライダ20上に担持されている。バイトの前面から突出す
る加工素材除去面を有する回転バイトを回転するように
装着するために、バイトスピンドル24がバイトヘッド22
内に軸支されている。回転バイトは、この開示図面に例
示したように、カップ形のといし車28であるが、多羽根
正面フライス削りカッタまたはフェースホブとすること
ができる。（注記：また、第１図および第２図には省略
してあるが、バイトヘッド22上には、第４図および第５
図に、示し、そして以下に説明するプローブモジュール
が装着されている。） 加工物支持装置14は、スライダ30に装着されたテーブ
ル32を含む。スライダ30は、テーブル32を台10の長手方
向に沿って移動可能にするために、台10に形成されてい
る。ワークヘッド38は、該ワークヘッドをピボット36の
まわりに弓形に移動可能にするために、テーブル32上に
弓形のスライダ34およびピボット36に装着されている。
ワークスピンドル40が歯車用工作物42を回転可能に装着
するためにワークヘッド38内に軸支されている。工作物
42は、この開示の目的のために、仕上げられた形状に研
削される荒削りされたかさ歯車およびハイポイド歯車で
ある。（注記：また、第１図および第２図には省略して
あるが、工作物支持装置14には、第５図に示し、そして
以下に説明する犠牲テストウェーハが装着されてい
る。） （ａ）すべての歯切り操作のために、（ｂ）機械を再
校正するために使用される測定値を得るために、そして
（ｃ）この機械で仕上げられる歯車の精度を監視するた
めに使用される機械の相対運動をより明瞭に理解できる
ようにするために、第３図について説明する。第３図は
これらの機械の操作のすべてを実施するために使用され
る最小数の軸線を略図で示す。
第３図から、バイトの軸線“T"および工作物の軸線
“W"が三つの直線の軸線“X"、“Y"および“Z"に沿っ
て、そして一つのピボットの軸線“P"のまわりに相互に
相対移動可能であることが理解できよう。軸線Ｘ、Ｙお
よびＺは相互に直交している。工作物の軸線Ｗはピボッ
トの軸線Ｐのまわりに枢動可能である。ピボットの軸線
Ｐは工作物の軸線Ｗおよびバイトの軸線Ｔの両方に垂直
な方向Ｙに延びている。明瞭に例示するために、離れて
いるように示してあるが、ピボットの軸線Ｐは工作物42
の付近の軸線Ｗに沿った位置において工作物の軸線Ｗと
交差している。といし車28および工作物42の各々は、バ
イトおよび工作物のそれぞれの中心を通るそれらの関連
した軸線ＴおよびＷのまわりに回転可能である。
第３図の略図を第１図および第２図と比較すると、軸
線ＴおよびＷがバイトスピンドル24およびワークスピン
ドル40のそれぞれのといし車28および工作物42の回転軸
線に相当していることが理解できよう。台10の幅を横切
る方向のキャリジ18の移動は方向Ｘにおけるバイトの軸
線Ｔの移動に相当している。同様に、台10に対して垂直
なバイトヘッド22の移動および台10の長手方向に沿った
ワークヘッド38の移動は、方向Ｙにおけるバイトの軸線
Ｔの移動および方向Ｚにおける工作物の軸線Ｗの移動に
それぞれ相当している。ピボットの軸線Ｐは、方向Ｙに
おけるバイトヘッド22の移動に平行な方向においてテー
ブル32上のピボット36を通して延びていると理解してよ
い。
刃物支持装置12および工作物支持装置14の直線移動
は、減速歯車および循環ボールスクリュー駆動装置を介
して作用するそれぞれの駆動電動機により伝達される。
例えば、台10の長手方向に沿って方向Ｚにおけるテーブ
ル32の移動は、減速歯車64を介してねじ切りされたボー
ルスクリュー66に作用するように連結された駆動電動機
60により伝達される。慣行によれば、ボールスクリュー
66はテーブル32内に捕獲されたボールナット（図示せ
ず）とねじ込み可能に係合されている。ねじ切りされた
ボールスクリュー66は台10に軸線方向に固定され、そし
てその回転はボールナットによりテーブル32の直線移動
に変換される。
同様に、方向Ｘにおけるキャリジ18の直線移動は、減
速歯車48およびボールスクリュー50を介して作用する駆
動電動機44により伝達される。バイトヘッド22は、駆動
電動機52、減速歯車（図示せず）およびボールスクリュ
ー58によりＹ方向に移動される。ワークヘッド38の弓形
の運動は、所定の半径方向距離においてピボット36を部
分的に取り込むスライダ34の外面74と接触する摩擦車72
を介して作用する駆動電動機68により伝達される。摩擦
車72の軸線はワークヘッド38に固定されており、従って
スライダ34の外面74と接触した摩擦車72の回転によりワ
ークヘッド38の一端部がピボット36のまわりに前進せし
められる。駆動電動機76および80もまた、といし車28お
よびドレッシングローラをそれぞれ回転させるために設
けられている。
それぞれの駆動電動機の各々は、コンピュータに入力
された命令により駆動電動機の操作を管理するCNCシス
テムの一部分としての線形エンコーダまたは回転エンコ
ーダのいずれかと組み合わされている。これらのエンコ
ーダは、コンピュータに、移動可能な機械の軸線の各々
の実際の位置に関する信号を送る。
例えば、スライダ16上のキャリジ18の移動は線形エン
コーダ46により測定され、スライダ20内のバイトヘッド
22の移動は線形エンコーダ54により測定され、そしてス
ライダ30上のテーブル32の移動は線形エンコーダ62によ
り測定される。ピボット36のまわりのワークヘッド38の
弓形の移動は回転エンコーダ70により測定される。回転
エンコーダ78および82もまた、ワークスピンドル40およ
びバイトスピンドル24のそれぞれの回転位置を測定する
ために設けられている。
例示した工作機械はといし車および工作物を相対的に
位置決めするための可動構造の特定の構成を含んでいる
けれども、同じ相対調節の自由度を与えるためにその他
の構成を使用することができる。例えば、工作物支持装
置または刃物支持装置を他方に対して指定された軸線の
うちのいずれかの軸線に沿って移動させることも可能で
あろうし、直線軸線のうちのいずれかの軸線を刃物支持
装置または工作物支持装置の移動と組み合わせることが
でき、そして刃物支持装置または工作物支持装置のいず
れかを他方に対して枢動させることができる。
それぞれの駆動電動機の操作を管理するための適切な
CNCシステム（図示せず）は工作機械のそれぞれの操作
を制御するための適切なコンピュータハードウェアおよ
びソフトウェアを備えている。数を表す測定値に変換さ
れまたは該測定値から変換された位置および運動に関す
る信号は工作機械の作動が完全に自動化されるようにプ
ログラムすることができる。
さて、第４図および第５図について述べると、プロー
ブモジュール82はバイトヘッド22に装着され、そして作
動するアーム88上に接触プローブ84および非接触プロー
ブ86を担持している。接触プローブ84は、非常に小さい
ボール型の先端部を有しかつ先端部92が別の表面と接触
したときに必ずトリガ信号を発生する既知の「接触トリ
ガ」型（すなわち、米国特許第4,755,950号明細書に記
載されているような型式）のプローブである。非接触プ
ローブ86は、感度の高いノズルまたは面部分94を有しか
つ別の表面に対するその面部分94の接近により関連した
容量性、磁気または空気回路に所定の変化が生じたとき
に必ずトリガ信号を発生する（例えば米国特許3,522,52
4号および英国特許第2,005,597A号の明細書に示されて
いるような）既知の容量型、磁気型または空気型のいず
れかであることが好ましい。
プローブモジュール82は、それぞれのプローブ84、86
の先端部92および感度の高い面部分94がバイトヘッド22
の前面を越えて、そしてといし車28の前縁を越えて延び
ているプローブ84および86が延びた位置にある状態で例
示してある。関節連続されたプローブアーム88は、プロ
ーブ84、86が使用されないときに該プローブを引っ込め
られた位置に揺動させるために、軸線90のまわりの回転
可能である。
次に、第６図、第７図および第８図について述べる
と、複数個の位置決め点100、102、104および106がワー
クヘッド38の側面118および前面119上にそれぞれ配置さ
れている。これらの位置決め点は、ワークヘッド38の前
面および側面の上方に延びるパッド上に配置されるよう
に例示してあるが、実際の慣行では、これらの位置決め
点は、単に、ワークヘッド38の鋳物の表面上に特殊に調
節され、そして正確に配置された平面であればよい。
位置決め点は、熱および摩擦により発生した誤差を補
正するための工作機械の設定値を再校正する目的のため
に、工作機械の軸線の座標基準および幾何学的な関係を
定期的に検査するために、接触プローブ84と協働して使
用される。例えば、ワークヘッド38がピボット36のまわ
りに、そしてスライダ34に沿って移動せしめられるとき
のワークヘッド38の角位置の精度は、連続したテスト手
順により検査される。この手順においては、ワークヘッ
ド38が先ず「０゜」位置（第６図に示したような）まで
移動され、その後その「90゜」位置（第７図に示したよ
うな）まで移動される。これらのそれぞれの位置の各々
の精度は、接触プローブ84の先端部92を位置決め点100
および102（「０゜」位置のための）と接触させ、そし
て位置決め点104および106（「90゜」位置のための）と
接触させることにより決定される。プローブ84をそれぞ
れの位置決め点と逐次接触させるために、キャリジ18、
ワークテーブル32ならびにバイトヘッド22がそれらのそ
れぞれのＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸に沿って移動せしめられ
ることを理解すべきである。
先端部92がそれぞれの位置決め点の各々と接触した瞬
間に、トリガ信号がプローブモジュール82から工作機械
のCNCシステムに送られ、そしてCNCシステムは、トリガ
パルスが受信された瞬間の軸線の各々に対するエンゴー
ダの瞬間的な読みを記憶する。その後、これらの瞬間的
な位置信号は、モニタされる位置決めパッドに関する軸
線の各々に対する所定の位置信号と比較され、そして瞬
間的な位置信号の組と所定の位置信号の組との差異を表
す誤差信号が発生せしめられる。その後、これらの誤差
信号の組は、ワークヘッド38の０゜位置および90゜位置
を再校正し、そして回転エンコーダ70により発生せしめ
られた角運動の各々の単位により表された距離値を再校
正するために使用される。
ワークスピンドル40のＸ軸およびＹ軸に関する精度
は、位置決め点108、110、112、および114と共に接触プ
ローブ84を使用することにより、検査され、そして再校
正される。第８図においては、これらの位置決め点は、
ワークスピンドル40の穴のまわりの方位点にそれぞれ配
置されるように示してある。しかしながら、工作物チャ
ック装置がワークスピンドルの穴内に適切に装着された
ときに、位置決め点108、110、112および114が同様にコ
レットチャックの穴の内部にまたはアーバチャックの外
径上にそれぞれ配置されることを特に留意すべきであ
る。スピンドルハウジングの面上に配置された別の位置
決め点116がワークスピンドル40のＺ軸位置を校正する
ために使用される。
今説明した種々の校正手順は、適切であるかまたは望
ましい任意の順序で逐次プログラムされる。全体の再校
正手順は一連の工作物の製造中に時折繰り返され、そし
て／または所定のときに再校正手順の部分のみを使用す
ることができる。例えば、工作機械またはその環境が異
常な温度変化をうけるかもしれない期間中、オペレータ
は機械内の過度の熱変化のために精度が低下しないこと
を保証するために再校正手順が通常よりもさらに頻繁に
自動的に繰り返されるプログラムを選択する。このよう
な特殊の場合には、機械の再校正は、必要であると判断
されれば、単一の工作物の仕上げの間に数回繰り返すこ
とができる。
本発明によれば、プローブモジュール82はまた、歯車
工作物が当初ワークスピンドル40に装着されるときに、
歯車工作物の自動的な素材区分のためにも使用される。
このような素材区分を行うために、関節連結アーム88
は、プローブ84の先端部92およびプローブ86の感度の高
い面部分94がといし車28の前方に延びた第４図および第
５図に示した位置まで移動せしめられる。その後、機械
の刃物支持装置および工作物支持装置は、プローブアー
ム88がバイトと工作物との間に配置されていることを除
いて第１図および第２図に示した位置と類似した位置ま
で調節される。先ず、非接触プローブ86の感度の高い面
部分94が歯車形工作物42の表面に比較的に近い位置に移
動され、そしてワークスピンドル40が回転せしめられ、
工作物42の歯を非接触プローブ86の面部分94を越えて移
動させる。各々の連続した歯のフランクが面部分94から
所定の距離以内を通過するときに、非接触プローブ86が
トリガ信号を発生し、そして、CNCシステムが各々のフ
ランクが通過するときのスピンドル40の瞬間的な角位置
を示すエンコーダ78の位置を記録する。スピンドル40の
これらの瞬間的に発生した角位置は、適切な数値測定信
号に変換され、その後、工作機械のコンピュータシステ
ムに以前に記憶されていた同様な数値信号と比較され
る。これらの以前に記憶された信号は適切なサイズの工
作物の歯のフランクの所定の位置を表している。コンピ
ュータは、この比較に基づいて、工作物42の各々のそれ
ぞれの歯のフランクに対する誤差信号を発生する。最大
の誤差を示す個個のフランクの位置が指示され、その
後、接触プローブ84を「最悪の場合」のフランクのうち
の予め選択されたフランクの表面（すなわち、最大の誤
差を有する表面）と接触させるために工作物支持装置お
よび刃物支持装置が調節される。
また、今述べた素材区分手順の間に、CNCシステム
は、発生した誤差信号をコンピュータの記憶装置に記憶
された所定の限度と比較する。もしも任意のフランクに
対する誤差信号が所定の限度を越え、仕上げ中に誤差を
修正することが不可能であるかもしれないことを指示す
れば、そのプロセスは中止され、その工作物は棄却され
る。このような不正確な誤差は仕上げられた歯車に必要
な大きさよりも小さい素材を有する歯のフランクまたは
仕上げ工具等により安全に除去することができる大きさ
よりも大きい素材を有する歯のフランクであろう。
非接触プローブ86は、その測定を非常に迅速に、すな
わち、スピンドル40が比較的に早く一回転するために要
する時間内で行い、そしてプローブ86によりトリガされ
た信号が種々の歯のフランクの各々の相対的な測定の妥
当なかつ実用的な記録を提供する。しかしながら、現在
商業用として入手されるプローブを使用すると、接触プ
ローブ84によりなされる測定が非接触プローブ86により
なされる測定よりも最大の桁だけ正確であることに留意
すべきである。それにもかかわらず、もしも工作物42の
各々のフランクが接触プローブ84により測定されるべき
であれば、このような測定のために、数10分を要し、一
方非接触プローブ86による測定は数秒以内で行われる。
それゆえに、本発明は、両方のプローブ組み合わせて使
用することにより、素材の区分のために必要な時間を著
しく減少させると共に、バイトに対して工作物を位置決
めするために使用される最終の精密測定のために、接触
プローブ84のより高い精度を依然として使用する。
本発明によれば、工作機械のCNCシステムもまた、加
工物の歯のフランクの機械加工前、中間検査および機械
加工後の検査の目的のためにプローブモジュール82を利
用するようにプログラムされている。このようなプログ
ラムされた検査は、（ａ）工作物の複数のフランクまた
はすべてのフランクの一つまたはそれ以上の予め選択さ
れた点と接触させるためにプローブ84を使用するか、ま
たは（ｂ）素材区分について只今述べた態様と同様な態
様で、先ず「最も悪い場合」の歯のフランクを決定する
ために、非接触プローブ86を使用し、その後精密歯車の
ための所定の理想的な測定値よりも大きいかまたは小さ
い素材を有する特定の歯のフランクの非常に正確な測定
値を得るために接触プローブ84を使用して実施すること
ができる。
自動的な素材区分および歯フランク測定手順ならびに
本発明の装置をかさ歯車およびハイポイド仕上げ機械に
ついて説明したが、本発明のこれらの局面が平歯車およ
びはすば歯車をも含むすべての型式の歯車形の工作物の
素材の区分および歯のフランクにも同様に応用できるこ
とは理解されよう。
当業者には、カップ形のといし車28の加工面を定期的
にドレッシングしなければならないことは理解されよ
う。これは、第４図および第５図に全体を符号119で示
したような既知の装置（第１ないし第３図には示してい
ない）により自動的に行われる。このようなドレッシン
グ操作はといし車の加工面のサイズおよび形状を変更す
るので、各々のこのようなドレッシングの後に、といし
車28と加工物42との間の相対位置をリセットすることが
必要である。精密歯車の製造のために必要な精度を維持
しながら、このリセット操作を自動化するために、引っ
込められた位置で示したバー122に犠牲ウェーハ120（第
５図）が装着される。といし車28の各々のドレッシング
後に、装着バー122は、矢印124で示した方向に90゜移動
され、その後矢印126で示すように回転せしめられる。
これにより、ウェーハ120は、該ウェーハの表面に切込
み128を形成するために（相対的に、Ｚ軸に沿って）所
定距離突出させたといし車28の加工面と接触する位置に
配置される。次に、といし車28が引っ込められ、プロー
ブアーム88が関節運動して接触プローブ84をその延びた
位置に配置し、そしてプローブ84の先端部92が切込み12
8の表面と接触せしめられ、切込み128の正確な位置の読
みが得られる。これらの読みは、同様に発生した前回の
読みと比較され、ドレッシング操作から生じたといし車
28の加工面のプロフィルおよびサイズのいかなる変化も
指示される。
以上開示した種々の測定手順が精密工作物の装填、試
験および仕上げに必要な種々の操作のうちのいずれかの
操作の前または後に任意の特定の順序で行われるように
工作機械のオペレータによりプログラムすることができ
ることは理解されよう。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭55−24814（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−302309（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−229251（ＪＰ，Ａ) 国際公開89／1838（ＷＯ，Ａ１) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G11B 21/00 - 21/30 B23F 23/12 B23Q 17/20

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】かさ歯車およびハイポイド歯車を製造する
    機械のモニタ装置であって、前記機械がコンピュータに
    より制御されかつ工作物支持装置の前面に装着されたワ
    ークスピンドル内に回転可能に保持された工作物に、歯
    を形削りするバイトを回転可能に保持するために、前面
    にスピンドルが装着された刃物支持装置を備え、前記工
    作物支持装置がさらに側面を有しかつ前記工作物支持装
    置および刃物支持装置の両方が最小数の操作軸線、すな
    わち、三つの相互に直交した直線の軸線および一つのピ
    ボット軸線に沿って相互に相対移動可能であり、前記機
    械がさらに前記工作物支持装置および刃物支持装置を移
    動させるために機械駆動装置と組み合わされた複数個の
    エンコーダ装置を備え、前記エンコーダ装置が前記工作
    物支持装置および刃物支持装置の相互に相対する位置を
    表示するそれぞれの測定信号を発生することからなる前
    記機械のモニタ装置において、前記モニタ装置が、 前記刃物支持装置上に装着されかつ引っ込められた位置
    から延びた位置まで移動可能である接触プローブ装置に
    して、前記の延びた位置において、前記接触プローブ装
    置と組み合わされた感度の高い先端部が前記刃物支持装
    置の前面を越えて突出し、前記先端部の表面が別の表面
    と接触したときは必ず接触トリガ信号を発生することか
    らなる接触プローブ装置と、 前記工作物支持装置の側面および前面および前記ワーク
    スピンドル上の所定の位置に配置された複数個の位置決
    め点と、 前記バイトおよび工作物の支柱が複数個の所定の相対的
    な方位の各々の方位にあるときに前記位置決め点の各々
    の相対位置に相当する所定の位置信号の組、および、前
    記位置決め点のそれぞれの位置決め点と接触した際に前
    記接触プローブ装置によりトリガ信号が発生したときは
    必ず前記軸線に関する前記刃物支持装置および工作物支
    持装置の相対位置を表示する前記エンコーダからの瞬間
    的な位置信号の組を受けかつ記憶する記憶装置と、を備
    え、 前記コンピュータが、 前記複数個の方位の各々のための前記瞬間的な位置信号
    の組と前記所定の位置信号の組とを比較し、 前記のそれぞれの信号の組の差異に基づいた誤差信号を
    発生させ、そして 前記誤差信号により前記刃物支持装置および工作物支持
    装置を位置決めするために前記機械駆動装置の作動を制
    御するようにプログラム可能である ことからなるかさ歯車およびハイポイド歯車を製造する
    機械のモニタ装置。
  2. 【請求項２】請求項１に記載のモニタ装置において、 前記刃物支持装置上に装着されかつ引っ込められた位置
    から延びた位置まで移動可能である非接触プローブ装置
    であって、前記延びた位置において、前記非接触プロー
    ブ装置と組み合わされた感度の高い面部分が前記刃物支
    持装置の前面を越えて突出し、前記面が別の表面からあ
    る所定の距離以内にあるときは必ず非接触トリガ信号を
    発生することからなる非接触プローブ装置をさらに含
    み、 そして、 前記記憶装置はさらに 前記ワークスピンドル内に装着された前記歯車形工作物
    の歯のフランクの理論的に正しい相対位置に相当する所
    定のワークスピンドルの位置信号の組、および 前記歯のフランクが前記所定の距離以内を通過する際に
    前記非接触プローブ装置によりトリガ信号が発生せしめ
    られ、そして前記歯のフランクの表面と接触した際に前
    記接触プローブ装置によりトリガ信号を発生せしめられ
    たときは必ず前記ワークスピンドルの位置を表示する瞬
    間的なワークスピンドルの位置信号の組、を受け、かつ
    記憶し、 前記コンピュータはさらに 工作物の歯のフランクに相当する前記理論的なワークス
    ピンドルの位置信号と前記瞬間的なワークスピンドルの
    位置信号とを比較し、 前記歯フランク信号の差異に基づいた誤差信号を発生さ
    せ、そして 前記バイトに対する前記工作物の素材区分のための前記
    歯フランク誤差信号により前記バイトスピンドルおよび
    ワークスピンドルを位置決めし、そしてその後前記バイ
    トにより前記工作物の歯を形削りするために前記機械駆
    動装置の作動を制御するようにプログラム可能である ことからなるかさ歯車およびハイポイド歯車を製造する
    機械のモニタ装置。
  3. 【請求項３】請求項１に記載のモニタ装置において、前
    記バイトがカップ形といし車であり、かつ前記機械がさ
    らに前記といし車をドレッシングする装置を有し、前記
    記憶装置がさらに前記といし車の加工面の以前に測定さ
    れた位置に相当する所定の信号を受けかつ記憶し、そし
    て前記モニタ装置がさらに 前記ワークスピンドルに装着された犠牲テストウェーハ
    を備え、 前記コンピュータがさらに 前記といし車のドレッシング後に前記といし車を前記テ
    ストウェーハと接触させて前記ウェーハに切込みを形成
    するために前記機械駆動装置を制御し、 前記接触プローブ装置の先端部を前記ウェーハと切込み
    の表面と接触させるように移動し、前記接触プローブ装
    置の先端部が前記ウェーハの切込みと接触したときに前
    記エンコーダ装置により発生せしめられた瞬間的な位置
    信号を前記の以前に記憶された位置信号と比較し、そし
    て前記比較に基づいた差異信号を発生させ、そして 前記差異信号により前記機械駆動装置を調節するように
    プログラム可能である ことからなるかさ歯車およびハイポイド歯車を製造する
    機械のモニタ装置。
  4. 【請求項４】刃物支持装置を備えたコンピュータにより
    制御される機械のワークスピンドル内に回転可能に装着
    された歯車形工作物の歯のフランクを測定する装置であ
    って、前記機械がさらに前記ワークスピンドルを回転さ
    せるための駆動装置と組み合わされたエンコーダ装置を
    備え、前記エンコーダ装置が前記ワークスピンドルの角
    位置を表示する測定信号を発生する前記装置において、 前記刃物支持装置上に装着されかつ前記工作物の歯のフ
    ランクの表面に近接して配置される感度の高い面部分を
    有する非接触プローブ装置にして、前記面が前記の加工
    物の歯のフランクのうちの一つのフランクの表面からあ
    る所定の距離以内にあるときは必ず非接触トリガ信号を
    発生する非接触プローブ装置、 前記刃物支持装置上に装着された接触プローブ装置にし
    て、該接触プローブ装置と組み合わされた感度の高い先
    端部の表面が前記の歯のフランクのうちの一つのフラン
    クの表面と接触するときは必ず該先端部が接触トリガ信
    号を発生する位置まで移動可能である接触プローブ装
    置、さらに、 前記歯車形工作物の歯のフランクの理論的に正しい相対
    位置に相当する所定のワークスピンドルの位置信号の
    組、および前記歯のフランクが前記所定距離以内を通過
    する際に前記非接触プローブ装置によりトリガ信号が発
    生せしめられ、そして前記の歯のフランクの表面と接触
    した際に接触プローブ装置によりトリガ信号が発生せし
    められたときは必ず前記ワークスピンドルの位置を表示
    する瞬間的なワークスピンドルの位置信号の組、を受け
    かつ記憶する記憶装置、を備え、 前記コンピュータは 工作物の歯のフランクに相当する前記の理論的なワーク
    スピンドルの位置信号と前記の瞬間的なワークスピンド
    ルの位置信号とを比較し、そして 前記歯フランク信号の差異に基づいた誤差信号を発生す
    るようにプログラム可能である ことからなる歯車形工作物の歯のフランクを測定する装
    置。
  5. 【請求項５】請求項４に記載の装置において、前記非接
    触プローブによりトリガされた前記の瞬間的な位置信号
    を比較するときに発生した誤差信号が前記接触プローブ
    と接触させるべき特定の歯のフランクを選択するために
    使用される歯車形工作物の歯のフランクを測定する装
    置。
  6. 【請求項６】請求項５に記載の装置において、 前記刃物支持装置がさらに前記工作物の歯面を形削りす
    るバイトを回転可能に保持するスピンドルを備え、 前記機械がさらに前記刃物支持装置を位置決めしかつ前
    記バイトハンドルを回転させる駆動装置と組み合わされ
    たエンコーダ装置を備え、そして 前記駆動装置が前記バイトスピンドルおよびワークスピ
    ンドルを前記バイトに対する前記工作物の素材区分のた
    めの前記歯フランク誤差信号により位置決めするために
    前記コンピュータに応答する ように構成された歯車形工作物の歯のフランクを測定す
    る装置。
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