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公開番号2022094346
公報種別公開特許公報(A)
公開日2022-06-24
出願番号2021201813
出願日2021-12-13
発明の名称光学的歯車測定の方法および装置
出願人クリンゲルンベルク・ゲゼルシャフト・ミット・ベシュレンクテル・ハフツング,Klingelnberg GmbH
代理人個人,個人,個人
主分類G01B 11/24 20060101AFI20220617BHJP(測定;試験)
要約【課題】部品の歯形の改良された光学式測定を可能にする方法及び装置を提供する。
【解決手段】光学式測定システム(18)によって部品(2)の歯形(4)を測定するステップであって、ここで測定点が検出されるステップと、前記測定点を評価するステップと、を含み、前記測定点を評価するステップは、前記測定点をフィルタリングによってフランクグループへグループ分けするステップと、前記フランクグループの前記測定点からプロフィールセグメントをモデル化するステップであって、各フランクグループに1つのプロフィールセグメントが割り当てられるステップと、前記プロフィールセグメントに基づいて前記歯形の1つ又は複数の幾何学的パラメータを決定するステップと、を少なくとも有する。
【選択図】図2B
特許請求の範囲【請求項1】
方法であって、
部品(2)を提供するステップであって、前記部品(2)は所定の基準ジオメトリ(22)を備える歯形(4)を有するステップと、
測定装置(16)を提供するステップであって、前記測定装置(16)は光学式測定システム(18)を含むステップと、
前記光学式測定システム(18)によって前記部品(2)の前記歯形(4)を測定するステップであって、ここで測定点(20)が検出されるステップと、
前記測定点(20)を評価するステップと、を含み、
前記測定点(20)を評価するステップは、
前記測定点(20)をフィルタリングによってフランクグループ(26)へグループ分けするステップと、
前記フランクグループ(26)の前記測定点(20)からプロフィールセグメント(28、30)をモデル化するステップであって、1つのプロフィールセグメント(28、30)が各フランクグループ(26)に割り当てられるステップと、
前記プロフィールセグメント(28、30)に基づいて前記歯形の1つ又は複数の幾何学的パラメータを決定するステップと、
を少なくとも含む、方法。
続きを表示(約 2,800 文字)【請求項2】
前記測定点をフィルタリングによってフランクグループにグループ分けするステップは、
前記測定点の半径方向フィルタリングをするステップであって、前記フランクグループの複数の前記測定点、特に前記フランクグループの全ての前記測定点が、所定の最小半径と所定の最大半径との間に位置する、ステップと、
前記測定点のプロフィール固有フィルタリングをするステップであって、前記フランクグループの複数の前記測定点、特に前記フランクグループの全ての前記測定点が、前記歯形の所定の基準ジオメトリから所定の距離を超えない最小距離にそれぞれ存在する、ステップと、
前記測定点の運動学的フィルタリングをするステップであって、前記フランクグループの複数の前記測定点、特に前記フランクグループの全ての前記測定点が、それぞれの前記測定点の検出時に、測定動作を実行する前記測定装置の機械軸の加速度の量が所定の閾値よりも小さいという条件を満たす、ステップと、
前記測定点の定性的フィルタリングをするステップであって、前記フランクグループの複数の前記測定点、特に前記フランクグループの全ての前記測定点が、それぞれの前記測定点の撮像中に、露光時間が所定の露光時間を下回らない、及び/又は輝度が所定の輝度を下回らないという条件を満たす、ステップと、
のうちの1つ又は複数を含む、請求項1に記載の方法。
【請求項3】
前記測定点をフィルタリングによってフランクグループにグループ分けするステップは、
フランクグループの数が歯形の歯の数の2倍に対応するかどうかをチェックするステップと、
それぞれのフランクグループの前記測定点の数が所定の最小数を超えているかどうかをチェックするステップと、
それぞれのフランクグループの前記測定点が所定の分布を有するかどうかをチェックするステップと、
のテストステップのうちの1つ又は複数を含み、
前記テストステップは特に前記モデル化の前に実行される、
請求項1または2に記載の方法。
【請求項4】
前記フランクグループの前記測定点からのプロフィールセグメントの前記モデル化をするステップが、
少なくとも1つのプロフィールセグメントを高次の数学的非線形関数としてモデル化するステップと、
いくつかのプロフィールセグメントをそれぞれ高次の数学的非線形関数としてモデル化するステップと、
すべてのプロフィールセグメントをそれぞれ高次の数学的非線形関数としてモデル化するステップと、
のうちの1つを含み、
プロフィールセグメントは各フランクグループに割り当てられる、
請求項1-3のいずれか1つに記載の方法。
【請求項5】
前記フランクグループの前記測定点からのプロフィールセグメントのモデル化が、
左フランクグループのプロフィールセグメントから左平均化補償プロフィールセグメントを作成し、左平均化補償プロフィールセグメントからの左フランクグループの少なくとも1つのプロフィールセグメントの偏差をチェックするステップと、
左フランクグループの少なくとも1つのプロフィールセグメントと、左フランクグループの別のプロフィールセグメントとの偏差をチェックするステップと、
右フランクグループのプロフィールセグメントから右平均化補償プロフィールセグメントを作成し、右平均化補償プロフィールセグメントからの右フランクグループの少なくとも1つのプロフィールセグメントの偏差をチェックするステップと、
右フランクグループの少なくとも1つのプロフィールセグメントと右フランクグループの別のプロフィールセグメントとの偏差をチェックするステップと、
左平均化補償プロフィールセグメントの、特定の基準ジオメトリからの偏差をチェックするステップと、
右平均化補償プロフィールセグメントの、特定の基準ジオメトリからの偏差をチェックするステップと、
所定の基準ジオメトリからの、及び/又は補償形状からの少なくとも1つのプロフィールセグメントの偏差をチェックするステップであり、前記補償形状は前記フランクグループの前記プロフィールセグメントから決定されるステップと、
第1の測定の歯形の歯の第1のプロフィールセグメントと、第2の測定の同じ歯形の第2のプロフィールセグメントとの偏差をチェックするステップと、
のうちの1つ又は複数を有する尤度チェックステップを含む、請求項1-4のいずれか1つに記載の方法。
【請求項6】
偏差が所定の閾値を超えた場合に、前記フィルタリングの調節、及び/又は測定パラメータの調節が行われる、
請求項5に記載の方法。
【請求項7】
少なくとも1つのフランクグループ、いくつかのフランクグループ又は全てのフランクグループの三次元測定点が、特にプロフィールセグメントが作成される前に、二次元平面に投影され、前記測定点からのプロフィールセグメントの前記モデル化が、特に二次元プロフィールセグメントとして前記二次元平面内で実行される、又は
フランクグループの三次元プロフィールセグメント、いくつかのフランクグループの三次元プロフィールセグメント、またはすべてのフランクグループの三次元プロフィールセグメントが二次元平面に投影される、
請求項1-6のいずれか1つに記載の方法。
【請求項8】
歯ピッチが前記歯形の1つ又は複数の幾何学的パラメータの1つであり、前記歯ピッチがピッチ測定円上で決定される、及び/又は、
ピッチ偏差が前記歯形の1つ又は複数の幾何学的特徴の1つである、
請求項1-7のいずれか1つに記載の方法。
【請求項9】
前記測定点の取得の間、前記光学式測定システムに対して前記部品が連続的に移動される、及び/又は、
前記光学式測定システムの焦点直径が50マイクロメートル以下、特に20マイクロメートル以下である、及び/又は、
前記プロフィールセグメントに基づく前記歯形の1つ又は複数の幾何学的パラメータの決定が、触覚式測定の評価に類似して行われ、及び/又は前記触覚式測定の評価のための評価ソフトウェアで行われる、
請求項1-8のいずれか1つに記載の方法。
【請求項10】
測定装置を有し、ここで前記測定装置は光学式測定システムを含み、部品を保持するためのホルダを有し、請求項1-9のいずれか1つに記載の方法を実施するために適合された制御および評価ユニットを有する、装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明の目的は、以下の方法ステップを含む方法である。部品を提供するステップ。ここで部品は所定の基準ジオメトリ(nominal geometry)を有する歯形を有する;測定装置を提供するステップ。ここで測定装置は光学式測定システムを有する;光学式測定システムによって部品の歯形を測定するステップ。ここで測定点が検出される;測定点を評価するステップ。本発明は、さらに、このような方法を実施するための装置に関する。
続きを表示(約 1,800 文字)【背景技術】
【0002】
光学式測定システムは、触覚式測定システムの精度にますます近づきつつあり、しばしば触覚式測定システムよりもはるかに速く動作するため、歯車測定技術においてますますその重要性が増している。
【0003】
触覚式ピッチ測定は、歯車の解析および評価における標準的な測定作業の1つである。ここで、例えばインボリュート歯形の場合、インボリュート間の全ての距離は、全ての歯の左側及び全ての歯の右側で、それぞれの場合においてピッチ直径上及び予め定義された測定高さにおいて測定される。ピッチ測定は、ピッチ径ちょうどにおいて測定するポイントプロービングによるピッチ測定と、ピッチ径においてフランクラインのセクションを測定し、その後個々の測定点を平均化する測定方法の2つの触覚式測定方法に区別される。フランクラインを使用する場合、測定時間は長くなるが、より確実な測定結果が得られる。
【0004】
次に、測定結果は、歯形の基準ジオメトリの基準距離と比較され、例えば、VDE又は企業規格又はDIN、ISO又はAGMAのような一般規格に従って、評価される。逸脱した直径、すなわち直接ピッチ直径上にない直径、及び1つ又は複数の測定高さでの測定が可能である。
【0005】
触覚式ピッチ測定の測定時間は比較的長く、特にフランクラインに基づく測定では、フランクラインの各セクションを正確な直径と高さで各歯について測定する必要があるため、長くなる。触覚式プローブは、各歯のスペースに衝突することなく入り、それぞれの歯面(tooth flanks)に接触させ、各歯のスペースで2回の測定を完了しなければならない。歯のスペース内での測定終了後、プローブを後退させ、歯車を1歯分回転させ、次の歯のスペースにおいて測定される。
【0006】
このようなピッチ測定は、原理的には、はるかに短い測定時間で非接触光学式測定システムを用いて実施することができ、この場合、歯車は光学システムの前で連続的に回転し、隙間に入り込むことやフランク(flank:歯の側面)の触覚式プローブが不要である。しかしながら、触覚式測定の評価に用いられる既知の評価戦略は、光学式測定に関連して、逸脱した結果または改ざんされた結果を導く。これは、触覚式測定の記録された測定点と、光学式測定の記録された測定点が、特にその数と質に関して、互いに大きく異なるからである。
【0007】
触覚式測定システムは、例えば、特定の測定点ごとに非常に高い精度を有するので、幾何学的特徴を決定するためには、1つの測定点または数個の測定点で十分であることが多い。これに対照的に、光学式測定システムは、個々の測定点の精度はより低いが、著しく多くの測定点を検出する。
【0008】
加えて、光学式および触覚式測定システムは、測定される部品との相互作用に関して異なる。例えば図1Aは、先端によって示されるところの10マイクロメートルくらいのレンジの表面構造を有する表面プロフィールPの測定を模式的に示している。この場合、光学式測定システムの集光ビームFSは、その焦点直径d
FS
が例えば20マイクロメートルしかないため、表面プロフィールP内に測定する。これに対し、図1Bによる同じ表面プロフィールPの触覚式測定では、センシングに用いられるセンシングボールKの直径d

が例えば500マイクロメートルと焦点直径d
FS
の何倍も大きいため、平滑化または形態的フィルタリングが行われることになる。さらに、触覚式測定では、塵や浮遊粒子を検出しないが、光学式測定においてこれらは、測定される表面から遠く離れた測定点をもたらす可能性がある。
【0009】
したがって、触覚式測定システムの測定点の測定のために最適化された評価戦略は、光学式測定システムで記録された測定点に適用される限り、測定結果の逸脱または改竄につながる。このため、光学式と触覚式の測定結果を比較することは困難である。
【0010】
このような背景から、本発明は、部品の歯形の改良された光学式測定を可能にする方法及び装置を提供するという技術的課題に基づいており、特に触覚式測定の測定結果との相互比較性の向上が達成され得る。
【発明の概要】
(【0011】以降は省略されています)

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