(57)【要約】      （修正有）【課題】周期的な対象形状をワークの品質およびプロセスモニタリングのための改善された測定精度で測定可能とする光学測定方法を提供する。【解決手段】ワークの光学測定方法は、歯４のような周期的対称形状を含む測定されるワーク２を用意するステップ、ワーク２について測定される少なくとも一つの測定量を特定するステップ、ワーク２についての測定量の非接触測定のための光学センサ１８を有する光学測定システム８を有する測定装置６を用意するステップ、光学測定システム８を用いてワーク２について測定される少なくとも一つの測定量を測定するステップ、および測定されるワーク２の少なくとも一つの形状パラメータを用意するステップ、測定されるワーク２についての少なくとも一つの測定量および／または測定されるワーク２の少なくとも一つの形状パラメータに基づいて光学測定を実施するため少なくとも一つの測定パラメータを決定するステップ、である。【選択図】図１
2020153989.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークについて少なくとも一つの測定量の光学測定のための方法であって、
たとえば歯のような周期的対称形状（４）を含む、測定されるワーク（２，４２）を用意するステップと、
前記ワーク（２，４２）について、測定される前記少なくとも一つの測定量を特定するステップと、
前記ワーク（２，４２）についての前記測定量の非接触測定のための、光学センサ（１８）を有する光学測定システム（８）を有する、測定装置（６）を用意するステップと、
前記光学測定システム（８）を用いて、前記ワーク（２，４２）について測定される、前記少なくとも一つの測定量を測定するステップと、
測定される前記ワーク（２，４２）の、少なくとも一つの形状パラメータを用意するステップと、
測定される前記ワーク（２，４２）についての前記少なくとも一つの測定量、および／または、測定される前記ワーク（２，４２）の前記少なくとも一つの形状パラメータを用いて、光学測定を実施するため、少なくとも一つの測定パラメータを決定するステップとを、備える、
方法。
【請求項２】
前記形状パラメータとして、
最小ワーク半径、
最大ワーク半径、
前記ワークの最大半径、
前記ワークの軸方向高さ、および、
前記ワークの表面粗さ、の少なくとも一つが用意され、
前記最小ワーク半径に対して、測定される前記測定量が取得され、
前記最大ワーク半径に対して、測定される前記測定量が取得される、
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ワークは、測定される歯を含み、
前記歯の前記形状パラメータとして、
係数、螺旋角度、歯先円径、歯底円径、スロープ方法、および歯数の少なくとも一つを、用意する、
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の方法。
【請求項４】
測定される前記ワークの前記少なくとも一つの形状パラメータの用意は、
たとえば光学測定のような、非接触型測定、
座標測定機の測定プローブの手段による、接触型測定、
マニュアルインプット、および、
たとえば、データベース、ローカルメモリ、携帯記憶媒体などの、デジタルメモリからのオンラインまたはオフライン問合せ、の少なくとも一つにより実施される、
ことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の方法。
【請求項５】
測定前に、少なくとも一つの測定点に対して、測定角度を決定し、
前記測定点に対する前記光学測定システムによる測定を、前記ワークの表面に対して垂直に実施するとき、前記測定点の前記測定角度が、ゼロであり、
前記測定角度がゼロである位置に関して、前記測定角度が測定される、
ことを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記測定角度が前記光学センサの測定精度へ及ぼす影響に対する、センサ特定データおよび／または一つ以上の機能は、データセット内に格納され、
特に、前記測定点に対する少なくとも一つの測定パラメータが、前記測定点の前記測定角度の絶対値を用いて、適応される、
ことを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項７】
表面粗さが前記光学センサの測定精度へ及ぼす影響に対する、センサ特定データおよび／または一つ以上の機能は、データセット内に格納され、
特に、前記測定点に対する少なくとも一つの測定パラメータが、前記測定点の前記表面粗さを用いて、適応される、
ことを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れか一項に記載の方法。
【請求項８】
ワーク表面の吸収が前記光学センサの測定精度へ及ぼす影響に対する、センサ特定データおよび／または一つ以上の機能は、データセット内に格納され、
特に、前記測定点に対する少なくとも一つの測定パラメータが、前記測定点の前記ワーク表面の前記吸収に基づいて、適応される、
ことを特徴とする請求項１乃至請求項７の何れか一項に記載の方法。
【請求項９】
第一の測定セクションに沿った前記測定点の数、および／または、第二の測定セクションに沿った前記測定点の数、
取得される、測定領域に対する測定解像度、および、
最大測定期間のうち、少なくとも一つ以上値が、前記少なくとも一つの測定パラメータを決定するための入力変数として、追加的に特定され、
前記最大測定期間以内に測定が完了する、
ことを特徴とする請求項１乃至請求項８の何れか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記少なくとも一つの測定パラメータの決定は、
特に、５ｋＨｚ以上、２５ｋＨｚ以下の範囲から選択される、トリガ周波数、
特に、３０μｓ以上、２００μｓ以下の範囲から選択される、露出時間、
照度、
前記光学センサ（１８）の傾斜角、
軸進展、軸速度、前記ワークの回転の速度のような、前記測定装置の軸の測定移動、および、
測定される前記ワーク（２，４２）の回転軸に関する、前記光学測定システム（８）の光学軸（３２）の軸オフセット（３６，３８）のうちの、少なくとも一つの、測定を実施するために決定される、前記測定パラメータを含む、
ことを特徴とする請求項１乃至請求項９の何れか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記光学センサは、
距離センサ、特に、三角測量センサ、クロマティック共焦点センサなどのような、距離測定のための光学点センサであり、
特に、個々の測定点の一連の取得が実行される、
ことを特徴とする請求項１乃至請求項１０の何れか一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記ワークは、測定される歯を有し、
前記歯の１／４よりも多く、前記歯の１／２よりも多く、または前記歯の全部が、測定され、
特に、測定される前記歯の前記測定値の平均値が、少なくとも一つの測定量に対して形成され、および／または、前記ワークの製造工程を適応するための補正値が、測定される前記歯の前記測定値から、生成される、
ことを特徴とする請求項１乃至請求項１１の何れか一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記ワークは、測定される歯を含み、
前記ワークに関して測定される、前記少なくとも一つの測定量の詳細は、
個々のずれ量インデックス、合計ずれ量インデックス、同心ずれ量、歯厚ずれ量、プロファイル角度ずれ量、プロファイル形状ずれ量、プロファイル全体ずれ量、フランクライン角度ずれ量、フランクライン形状ずれ量、フランクライン全体ずれ量、先端の減退量、底部の減退量、プロファイル角度修正量、垂直クラウニング、端部減退量、フランクライン角度修正量、横方向クラウニング、プロファイルインターリービング、およびフランクラインインターリービングのうちの、何れか一つの前記測定量を含む、
ことを特徴とする請求項１乃至請求項１２の何れか一項に記載の方法。
【請求項１４】
前記光学センサに対するワーク回転が、測定の間、実施され、前記ワーク回転は、０より大きい角速度で、回転角度範囲にわたり、回転方向の逆転なしに、観測されるように、起こり、前記回転角度範囲は、９０°以上、１８０°以上、２７０°以上、３６０°以上、または７２０°以上であり、および／または、
前記光学センサに対するワーク回転が、測定の間、実施され、前記ワーク回転は、一定の角速度で、回転角度範囲にわたり、観測されるように、起こり、前記回転角度範囲は、９０°以上、１８０°以上、２７０°以上、３６０°以上、または７２０°以上であり、および／または、
前記光学センサと前記ワークとの間での軸相対運動が、測定中に、実施され、前記軸相対運動は、軸ワーク伸長の少なくとも１／４に渡って観測される一定速度で起こり、または、軸方向に測定されるワーク伸長の少なくとも１／２に渡って観測される一定速度で起こり、または、全体のワーク高さに渡って観測される一定速度で起こる、
ことを特徴とする請求項１乃至請求項１３の何れか一項に記載の方法。
【請求項１５】
少なくとも一つの前記測定パラメータ、特に、露出時間および／またはトリガ周波数および／または回転速度は、周期的対称形状のプロファイルラインのコースに依存して、適応され、および／または、測定の間、連続して変化し、および／または、
前記光学測定システムの前記光軸に対して実質垂直に向けられた前記周期的対称形状の領域の形状の測定に対して、前記露出時間は、減少し、および／または、
測定点間隔を設定するために、測定される前記ワークに対する、センササンプリングレートおよび／または回転速度は、前記ワークの直径および測定されるワーク領域の傾きに依存して、設定される、
ことを特徴とする請求項１乃至請求項１４の何れか一項に記載の方法。
【請求項１６】
前記測定パラメータの決定は、ソフトアプリケーションにより、完全自動で、実施され、当該ソフトアプリケーションは、前記測定装置のコンピュータに局所的に特に保存され、および／またはネットワークを介して前記測定装置に接続され、および／または、
前記測定パラメータの少なくとも一つを、測定の間、測定される前記周期的対称形状の形に依存して、適応する、
ことを特徴とする請求項１乃至請求項１５の何れか一項に記載の方法。
【請求項１７】
前記光学測定システムの光軸および前記ワークの回転軸は、互いに関する軸オフセットを有し、一つまたは二つ以上の測定は、前記軸オフセットにより、実施される、
ことを特徴とする請求項１乃至請求項１６の何れか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ワークにおける少なくとも一つの測定量の光学測定方法に関する。さらに、本発明は、ワークにおける少なくとも一つの測定量の光学測定のための装置に、関する。
【背景技術】
【０００２】
歯車、スプライン軸、およびプレーナクラッチなどのような、周期的な対象幾何学（geometry、以下、形状と称する）を有するワークは、接触型の測定方法を用いて、典型的に測定される。当該目的のため、関連のあるワークは、座標測定機においてチャックされ、ワークの形状を取得するために、測定プローブを用いてサンプリングされる。この態様において、目標となる形状からの完成品のワークのずれは、ワーク品質のチェックのため、および、製造プロセスをモニターし、必要なら補正によりそれを適応するために、決定される。
【０００３】
現在の座標測定装置における接触型の測定は、とても正確であり、ミクロメーターレンジでの測定精度が可能となる。しかしながら、接触型の測定は、時間を要する。たとえば、仮に、歯車において、左右側面（ｆｌａｎｋ）の各々の輪郭線および歯すじの測定が、歯車の全ての歯に対して施されるとするなら、座標測定装置の接触型の測定は、数分続き得る。これは、側面方向において少なくとも一度、および輪郭方向において少なくとも一度、左右両方の側面のために、測定プローブにより、歯車の各歯をサンプリングする必要があるからである。
【０００４】
測定戦略に依存して、仮に、歯の明白な品質特徴を取得するために、複数の輪郭ラインおよび複数の歯すじが側面において取得されるなら、（たとえば、歯すじ又は輪郭角度ずれ、歯すじ又は輪郭形状ずれ、または、チップ、ルートおよびエンドの削減などの歯の歯面変更、縦横クラウニング（ｃｒｏｗｎｉｎｇ）、インターリービング（ｉｎｔｅｒｌｅａｖｉｎｇ）、または輪郭ラインおよび歯すじ角度変更）測定期間は数倍増加し得る。
【０００５】
光学測定方法は、接触型の測定方法に対して、測定量の迅速な取得が可能である、という効果を有する。歯の測定に対して、関連する歯ギャップ内への測定プローブのスレッディング（ｔｈｒｅａｄｉｎｇ）および各歯の測定を始める前の測定される側面の各物理的接触を省略するという点において、実質的な時間の節約が可能であるということは、明らかである。よって、光学センサを有する測定機は、測定プローブの使用と比較して、歯の正確な輪郭ラインまたは歯すじを、運動学的に再生する必要がないので、接触型の測定方法に関連して、光学測定工程の運動学を、単純化することができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、周期的な対象形状を有するワークを測定する光学方法の測定精度は、現在、接触型の方法の測定精度に達していない。したがって、光学方法は、単に、接触型の測定の補完として使用されている。ここで、接触型の測定は、基準を形成する。
【０００７】
上記背景に対して、上記問題を有さない又はより少ない範囲で少なくとも有する、特に、周期的な対象形状をワークの品質およびプロセスモニタリングのための改善された測定精度を可能とする、本発明は、最初に言及したタイプの光学測定のための方法および装置を指定する、技術的問題に基づいている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、次の各ステップを有する：測定されるワークを用意すること、ここで、当該ワークは、たとえば「歯（toothing)」等のような、周期的な対象形状を含む；当該ワークにおいて測定される少なくとも一つの測定量を、指定すること；当該ワークにおける測定量の非接触測定のための光学センサを有する、測定装置を用意すること；当該光学センサを用いて、当該ワークにおいて測定される上記少なくとも一つの測定量を、測定すること。
【０００９】
上記技術的問題は、特許請求の範囲に係る方法および装置により、解決される。さらに、方法の案は、従属クレームおよび後述に由来する。
【００１０】
第一の側面によれば、本発明は、ワークにおける少なくとも一つの測定量の光学測定に対する方法に関連し、次の方法ステップを有する：
−  例えば歯のような周期的な対象形状を有する、測定されるワークを、用意すること；
−  当該ワークにおいて測定される、上記少なくとも一つの測定量を指定すること；
−  当該ワークにおける上記測定量の非接触測定のために、光学センサを有する光学測定システムを含む測定装置を、用意すること；
−  当該光学測定システムを用いて、当該ワークにおいて測定される上記少なくとも一つの測定量を、測定すること。
【００１１】
当該方法は、
−  測定される上記ワークの少なくとも一つの形状パラメータを用意すること；および
−  上記ワークにおいて測定される上記少なくとも一つの測定量および／または測定される上記ワークの上記少なくとも一つの形状パラメータを用いて、上記光学測定を実施するために、少なくとも一つの測定パラメータを規定すること；
により、識別される。
【００１２】
本発明によれば、特に周期的な対象形状を有するワークにおける測定量の光学測定方法の測定精度は、光学測定の測定パラメータが、測定されるワークの少なくとも一つの形状パラメータおよび／または測定される測定量に依存して、規定される、という点で向上する。したがって、光学測定は、測定されるワークの形状に対するワーク特異態様においておよび／または測定される測定量に依存性して、適応される。
【００１３】
上記方法の更なる案によれば、次のようなことが規定されている。つまり、測定されるワークの少なくとも一つの形状パラメータの規定は、次に列記される１つ以上の形状パラメータを含む：
−  最小ワーク半径、当該最小ワーク半径に対して、測定される変数が取得される；
−  最大ワーク半径、当該最大ワーク半径に対して、測定される変数が取得される；
−  ワークの最大半径：
−  ワークの軸方向高さ
−  ワークの表面粗さ
【００１４】
最小および／または最大ワーク半径の明細（これに対して、ワークにおいて測定される変数が取得される）により、たとえば、測定の始め、または測定セクション又は測定領域の開始点、および／または、測定の終わり、または測定セクション又は測定領域の終点が、ワークにおいて確立される。
【００１５】
測定装置および測定されるワークとの間における衝突を避けるために、ワークの最大半径および／またはワークの軸方向の高さを、測定装置のＮＣ軸に対する、退避位置および安全移動経路を決定するために、使用することができる。
【００１６】
表面粗さは、測定されるワークの表面における反射に、影響する。したがって、測定結果を最適化するために、測定パラメータは、表面粗さを用いて、適応される。
【００１７】
上記方法の更なるデザインによれば、ワークは、測定される歯を含み、測定されるワークの少なくとも一つの形状パラメータの規定は、次に列記される１つ以上の歯の形状パラメータを含む：係数（ｍｏｄｕｌｕｓ）、螺旋角度、歯先円径、歯底円径、ピッチ方向、歯数。
【００１８】
測定されるワークの少なくとも一つの形状パラメータの規定を、次に列記される一つ以上のステップにより、実行される：
−  たとえば光学測定などのような、非接触測定；
−  座標測定機の測定プローブの手段による、接触測定；
−  手入力；
−  たとえば、データベース、ローカルメモリ、携帯記憶媒体などの、デジタルメモリからの、オンラインまたはオフライン問合せ。
【００１９】
１つ以上の次の測定パラメータを、規定することができる：
−  特に、５ｋＨｚ以上、２５ｋＨｚ以下の範囲から選択される、トリガ周波数；
−  特に、３０μｓ以上、２００μｓ以下の範囲から選択される、露出時間；
−  照度；
−  光学センサの傾斜角；
−  たとえば、軸進展（axial advances)、軸速度、ワーク回転の速度などの、測定装置の軸の測定移動（measurement movements）；
−  測定されるワークの回転軸に関する、光学測定システムの光学軸の軸オフセット。
【００２０】
上記方法の更なるデザインによれば、次に列挙される一つ以上値は、少なくとも一つの測定パラメータを決定するために、入力変数として、追加的に指定される、ということを規定する：
−  第一の測定セクションに沿った測定点の数、および／または第二の測定セクションに沿った測定点の数；
−  取得される、測定領域に対する測定解像度；
−  最大測定期間、当該期間以内に測定が完了する。
【００２１】
上記方法の更なるデザインによれば、測定角度は、測定前に、一つ以上の測定点に対して決定される、ということを規定する。ここで、仮に、測定点に対する光学測定システムによる測定が、ワークの表面に対して垂直に実施されるなら、測定点の測定角度はゼロであり、さらに、測定角度がゼロである位置に対して、測定角度が測定される。測定角度は、換言すれば、特に、光学測定システムの光軸により囲まれる角度、および測定点におけるワークの表面に対する垂線として、定義されることができる。
【００２２】
サンプリング角度としても言及されることもできる測定角度は、光学測定の達成できおる測定精度に対する影響を有する。よって、光学測定が、関連する測定点に対して基本的に合理的であるか否かについて、測定角度に基づいて、決定される。表面粗さおよびワークの吸収挙動は、追加的に考慮される。
【００２３】
特に、測定の間における装置の軸の動きによる測定角度は、測定点の大多数または各測定点に対して、１５°以下である、ということが規定される。光学測定システムは、当該角度を設定するように、動く。
【００２４】
光学測定の間に、光学測定システムに対して、ワークのみが動くように、装置内において、光学測定システムは、設置固定される。
【００２５】
もし、測定点に対する測定角度が１５°より大きい場合には、特に固定された光学測定システムの場合に対して、露出時間または照度などのような測定パラメータは、測定精度を向上するために、適応される。
【００２６】
上記方法の更なるデザインによれば、測定角度が光学センサの測定精度へ及ぼす影響に対する、センサ特定データおよび／または一つ以上の機能は、データセット内に格納される。ここで、特に、測定点に対する少なくとも一つの測定パラメータが、測定点の測定角度の絶対値に基づいて、適応される。
【００２７】
よって、予備実験において、センサの測定精度について、測定角度がどんな影響を有するかを、研究することができる。そこで、既知の表面粗さおよび既知の吸収挙動を有する試験対象は、様々な測定角度で、測定される。結果として、たとえば、０〜８０°の範囲の測定角度に渡る測定精度へ及ぼす、測定角度の影響について、データが提供される。当該工程は、さらに規定された表面粗さおよび既知の吸収挙動を有する、様々な試験対象に対して、繰り返される。さらに、照度のような測定パラメータ、露出時間、および測定距離などは、光学測定の様々な境界条件に対して測定精度を取得するために、予備実験の間に、変化し得る。
【００２８】
既知の形状、既知の表面粗さ、および既知の吸収挙動を有するワークに対して、測定結果を向上するために、センサ特定測定パラメータは、予備実験のデータに基づいて、測定角度を用いて、定義される。
【００２９】
上記方法の更なるデザインによれば、表面粗さが光学センサの測定精度へ及ぼす影響に対する、センサ特定データおよび／または一つ以上の機能は、データセット内に格納される。ここで、特に、測定点に対する少なくとも一つの測定パラメータが、測定点の表面粗さに基づいて、適応される。
【００３０】
よって、予備実験において、センサの測定精度について、表面粗さがどんな影響を有するかを、研究することができる。そこで、既知の表面粗さおよび一定の吸収挙動を有する複数の試験対象は、規定された測定角度で、測定される。結果として、たとえば、Ｒａが０．１〜０．９μｍである範囲の粗さに渡る測定精度へ及ぼす、表面粗さの影響について、データが提供される。当該工程は、様々な表面粗さに対して、さらに規定された吸収挙動および少なくとも一つの又は複数の規定された測定角度を有する、様々な試験対象に対して、繰り返される。さらに、照度のような測定パラメータ、露出時間、および測定距離などは、光学測定の様々な境界条件に対して測定精度を取得するために、予備実験の間に、変化し得る。
【００３１】
既知の形状、既知の表面粗さ、および既知の吸収挙動を有するワークに対して、測定結果を向上するために、センサ特定測定パラメータは、予備実験のデータに基づいて、表面粗さを用いて、決定される。
【００３２】
上記方法の更なるデザインによれば、ワーク表面の吸収が光学センサの測定精度へ及ぼす影響に対する、センサ特定データおよび／または一つ以上の機能は、データセット内に格納される。ここで、特に、測定点に対する少なくとも一つの測定パラメータが、測定点のワーク表面の吸収に基づいて、適応される。
【００３３】
よって、予備実験において、センサの測定精度について、ワークの吸収挙動がどんな影響を有するかを、研究することができる。そこで、規定された表面粗さの様々材料又はコーティングを有する複数の試験対象は、規定された測定角度で、測定される。結果として、様々な材料又はコーティングに対する吸収挙動が及ぶ影響について、データが提供される。さらに、照度のような測定パラメータ、露出時間、および測定距離などは、光学測定の様々な境界条件に対して測定精度を取得するために、予備実験の間に、変化し得る。
【００３４】
既知の形状、既知の表面粗さ、および既知の吸収挙動を有するワークに対して、測定結果を向上するために、センサ特定測定パラメータは、予備実験のデータに基づいて、吸収挙動を用いて、規定される。
【００３５】
既知の形状、既知の表面粗さ、および既知の吸収挙動を有するワークに対して、達成可能な測定精度は、測定前に決定される。この場合において、予備実験から既知の、測定角度、表面粗さ、および吸収挙動が及ぼす影響についてのセンサ特定データに基づいて、どの程度測定精度を最大限達成できるかを決定でき、さらに、測定角度、測定粗さ、および吸収挙動の背景に対して、測定パラメータを最適に設定することができる。このようにして、測定の前であっても、ユーザに対して、特定のワークに対する達成可能な精度についていの情報の項目（item）を、提供することができる。情報の当該項目に基づいて、光学測定が、関連するワークおよび取得される測定量に適するかどうか、または、接触型測定を実施すべきか否かを、ユーザは決定することができる。
【００３６】
装置は、光学測定システムに加えて、接触型測定システムを含む。
【００３７】
さらに、上記方法の一つの改良によれば、光学センサは、距離センサであってもよく、特に、三角測量センサ、クロマティック共焦点センサなどのような、距離測定のための光学点センサである。ここで、特に、個々の測定点の一連の取得が実行される。このようなセンサの測定範囲は、０．１ｍｍ〜５０ｍｍであってもよく、特に２〜１０ｍｍであってもよい。
【００３８】
別案としてまたは追加的に、ランタイム方法又は周波数コム方法に従った、共焦点センサ、干渉センサ、レーザセンサなどの、更なる距離センサを使用することができる。
【００３９】
さらなるデザインによれば、ワークは、測定される歯を有する。ここで、歯の１／４以上、歯の１／２以上、または歯の全部が測定される。特に、測定される歯の測定値の平均値が、少なくとも一つの測定量に対して形成され、および／または、ワークの製造工程を採用するために、測定される歯の測定値から、補正値が生成される。
【００４０】
上記方法の更なるデザインは区別され、ワークは、測定される歯を含む。ここで、ワークに関して測定される、少なくとも一つの測定量の詳細は、後述にて列記される一つ以上の測定量を含む：個々のずれ量インデックス；合計ずれ量インデックス；同心ずれ量；歯厚ずれ量；プロファイル角度ずれ量；プロファイル形状ずれ量；プロファイル全体ずれ量；フランクライン角度ずれ量；フランクライン形状ずれ量；フランクライン全体ずれ量；先端の減退量；底部の減退量；プロファイル角度修正量；垂直クラウニング（crowning）；端部減退量；フランクライン角度修正量；横方向クラウニング；プロファイルインターリービング（interleaving）；フランクラインインターリービング。
【００４１】
光学センサに対するワーク回転が、測定の間、実施される。ここで、ワーク回転は、０より大きい角速度で、回転角度範囲にわたり、回転方向の逆転なしに、観測される。また、回転角度範囲は、９０°以上、１８０°以上、２７０°以上、３６０°以上、または７２０°以上である。
【００４２】
ワークは、少なくとも５回又は少なくとも１０回、測定の間、自身の軸の周りを完全に回転する。
【００４３】
別案としてまたは追加的に、光学センサに対するワークの回転は、測定の間、実施される。ここで、一定の角速度で、回転角度範囲にわたり、ワークの回転が観測される。また、回転角度範囲にわたり、回転方向の逆転なしに、観測される。また、回転角度範囲は、９０°以上、１８０°以上、２７０°以上、３６０°以上、または７２０°以上である。
【００４４】
別案としてまたは追加的に、光学センサとワークとの間での軸相対運動が、測定中に、起こる。ここで、軸相対運動は、軸ワーク伸長（axial workpiece extension）の少なくとも１／４に渡って観測される一定速度で起こる、または、軸方向に測定されるワーク伸長の少なくとも１／２に渡って観測される一定速度で起こる、または、全体のワーク高さに渡って観測される一定速度で起こる。
【００４５】
光学測定システムは、測定の間、ワークの外被との間に距離を有する。ここで、外被は、ワークの、最大直径および軸高さ伸長により、規定される。もし、ワークが、たとえば歯を含むなら、光学測定システムは、測定の時間で、いずれのポイントにおいても、歯ギャップ内に位置しない、むしろ、歯先円および／または歯車の外被の外側に配置され、および／または、測定の時間において、いずれのポイントにおいても、それらとの間に距離を有する。
【００４６】
以下において、いくつかの例となるケースは、一つ以上の提供される形状パラメータと、測定される少なくとも一つの測定量と、測定パラメータとの間の関係を、より詳細に説明する。
【００４７】
第一の例として、プロファイルラインの測定量、特に、プロファイル角度のずれ、プロファイル形状のずれ、および複雑な外部歯を有するリニア歯の平歯車（linear-toothed spur gear）の全ての歯の先端減退を、説明する。当該例において、光学測定システムの光軸が、平歯車の回転軸に対して垂直に向くように、および平歯車の回転軸に交差するように、光学測定システムは、位置決めされる。平歯車および光学測定システムの間の相対的運動が、平歯車の回転運動によってのみ実施され、これにより、平歯車の全ての歯は、少なくとも一度、光学測定システムを通過するように、ガイドされる。
【００４８】
平歯車の各歯の歯先と歯面と間の移行は、当該例において、鋭いエッジであり、または小さい半径を有する。ぼやけたイメージおよびこれによる測定の不正確さが、当該領域において起こりうる。
【００４９】
歯の歯先と歯面との間における移行を確実に取得するために、トリガ周波数、すなわちサンプリングレートを増加しても、および／または露出時間を減少してもよい。別案としてまたは追加的に、光学測定システムに対して測定されるワークの相対的な回転運動の回転速度を、さらに減少させてもよい。
【００５０】
したがって、歯の歯先と歯面との間の移行の領域よりも、低いサンプリングレートおよび／または高い露出時間を用いて、歯面の領域におけるプロファイルを測定する。したがって、測定の間、測定されるプロファイル領域に依存して、トリガ周波数および／または露出時間を適応する。このことは、センサの回転速度に対しても同様に適応される。当該回転速度で、光学測定システムに対して、歯車が動く。
【００５１】
したがって、歯車の完全な３６０°回転のために、隣接する先端領域および歯面領域が、継続的な通過において、連続的に測定されるので、上記で述べられた、トリガ周波数および／または露出時間および／または回転速度の値の、逐次的な増加および減少が、実施される。もし、ここで説明される歯車が、たとえば２０の歯を含むなら、歯車が、隣接する角度セクションに、つまり２０の先端セクションおよび２０の歯面セクションに、分割されることが、回転軸の周りに観察される。ここで、歯面セクションは、歯先、歯底、および歯根の間に配置される、左右歯面を含む。
【００５２】
トリガ周波数および／または露出時間および／または回転速度は、隣接する角度セクションの各々に対して、規定される。よって、たとえば０°〜１４°の角度範囲に渡って延びる、第一の歯面セクションが、１５°〜１８°の角度範囲に渡って延びる、隣接する先端セクションよりも、高い露出時間および／または低いトリガ周波数および／または高い回転速度を用いて、測定される。歯車の測定に対して、より高い露出時間および／またはより低いトリガ周波数および／またはより高い回転速度を有する、２０の測定領域、および、それに比較して、より低い露出時間および／またはより高いトリガ周波数および／またはより低い回転速度を有する、２０の更なる測定領域が、当該場合につながる。
【００５３】
または、歯の歯先および歯面の間における移行の信頼できる測定のために、どの露出時間および／またはどのトリガ周波数および／またはどの回転速度が必要になるかということが、決定される。歯車全体（すなわち歯面および歯根領域も）の測定に対して、これらの値が、想定されてもよい。
【００５４】
したがって、少なくとも一つの測定パラメータ、特に、露出時間および／またはトリガ周波数および／または回転速度は、周期的に対称な形状のプロファイルラインのコースに依存して、適応される、および／または、測定の間、連続して変化する。
【００５５】
周期的に対称な形状の測定の間における、これ例に対して言及された回転運動に加えて、測定されるワークおよび光学測定システムの相対的位置を変えるために、さらに、並進送込み運動および／またはピボット運動が実施される、ということは明らかである。よって、たとえば、回転運動が、ワークと光学測定システムとの間の軸相対的運動と重なり、円周のサンプリングが、ヘリカルライン（helical line）に沿って、おこる。
【００５６】
外部リニア歯（external linear toothing）に対して引用された上記例の原理を、内部歯（internal toothings）、ヘリカル歯（helical toothings）、およびかさ歯車（bevel gears）等の測定に、同様に移行してもよい。
【００５７】
第二のケース例として、光学測定システムの光軸に対して本質的に垂直である、周期的に対称な形状の領域について、測定が議論される。この例において、光学距離測定の測定結果に否定的に影響を及ぼす、反射が発生し得る。平歯車の上記例に対して、たとえば、歯車の歯の歯根の測定の間に、このことが起こりうる。
【００５８】
この障害を避けるために、光学測定システムの光軸に対して実質垂直に向けられている、周期的に対称な形状の領域の形状の測定に対して、照度を減少する。別案としてまたは追加的に、露出時間および／またはトリガ周波数および／または回転速度を、適応することができる。
【００５９】
第二のケース例として、センササンプリングレートおよび／またはトリガ周波数の歯依存適応（toothing-dependent adaptation）が、議論される。単に円筒形状であるワークの側面における、測定点間隔に対して、光学センサに対するワークの回転相対運動に対し、次の関係を適応する。
ＭＡ＝π＊Ｄκ＊ＶＣ−ａｘｉｓ＊（１／ＳＡＲ）
ここで、ＭＡは、円筒における測定点間隔（ｍｍ）であり、
Ｄκは、円筒の直径（ｍｍ）であり、
ＶＣ−ａｘｉｓは、１秒当たりの、回転の回転速度であり、
ＳＡＲは、１秒当たりの、測定における、センササンプリングレートである。
【００６０】
歯車の歯のプロファイルラインが測定される場合には、歯自身のプロファイルライン上に、測定点間隔が、映し出され、したがって、投影因子倍されなければならない。当該投影因子は、各歯のパラメータに依存している。プロファイル角度が約４５°であると仮定すると、当該因子は、１．４１となる。
【００６１】
歯先円径ＤＫが５０ｍｍであり、回転速度ＶＣ−ａｘｉｓが０．２回／ｓ（秒）であり、センササンプリングレートが５ｋＨｚである、歯車に対して、仮定されるプロファイル角度４５°に対して、測定点間隔ＭＡは、約０．００９ｍｍとなる。
【００６２】
歯先円径が２００ｍｍである更なるワークに対しては、他の同一の境界条件に対して、プロファイルライン取得のための測定点間隔ＭＡは、約０．０４５ｍｍとなる。ここで、プロファイルラインの取得に対して、同じ解像度および／または０．００９である同じ測定点間隔ＭＡを取得するために、サンプリングレートは、４〜２０ｋＨｚの因子により、増加される必要がある。または、回転速度は、半分であってもよく、およびサンプリングレートは、２倍であってもよい。
【００６３】
よって、測定点間隔を設定するために、センササンプリングレートおよび／または回転速度は、ワークの直径および測定されるワーク領域の傾きに依存して、測定されるワークに対して、設定される。
【００６４】
歯先または歯面領域でのサンプリングレートの適応に対する例により、上記で既に説明したように、少なくとも一つの測定パラメータは、測定される、周期的な対称形状の形に依存して、測定の間、適応される。
【００６５】
光学測定システムの光軸およびワークの回転軸は、軸オフセットなしで配置されることができ、よって、交差し得る。光軸および光学測定システムは、正しい角度で交差し、および／または、互いに対して垂直方向に延びる。光軸および回転軸は、９０°と異なる角度で、互いに交わる。よって、たとえば、測定される領域のシャドーイングを避けるように、測定中に、角度は選択され、任意に変化する。測定されるワークの表面組成および形状に依存して、静的定義および／または測定されるワークまたはワーク表面の各々に関する光軸の角度の動的適応により、光学測定の信号−ノイズ比は、改善される。
【００６６】
または、光学測定システムの光軸およびワークの回転軸は、互いに関する軸オフセットを有することができ、よって、ゆがんで（skewed）配設されることができる。よって、たとえば、測定される領域のシャドーイングを避けるように、測定中に、軸距離は選択され、任意に変化する。測定されるワークの形状に依存して、静的定義および／または測定中の軸距離の動的適応により、光学測定の信号−ノイズ比は、改善される。同様に、ワークに関する光軸の傾きを、軸距離により、変えることもでき、および／または適応することもできる。
【００６７】
測定パラメータの決定は、ソフトアプリケーションにより、完全自動で、実施される。当該ソフトアプリケーションは、測定装置のコンピュータに局所的に特に保存され、および／またはネットワークを介して測定装置に接続される。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
本発明は、実施の形態例を例示している図面に基づいて、以下、詳細に説明される。
【００６９】
【図１】歯車を有する光学測定のための装置を示す図である。
【図２】図１における光学測定システムおよび歯車を示す図である。
【図３】ヘリカル歯の光学測定を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００７０】
図１を参照して、以下、ワークにおける少なくとも一つの測定量の光学測定のための発明に係る、第一の方法例を説明する。
【００７１】
まず、測定されるワーク２の準備が実施される。ここで、ワーク２は、周期的対称形状４、当該ケースにおける歯４を含む。したがって、ワーク２は、歯車４である。
【００７２】
さらに、ワーク２の測定量の非接触測定のための光学測定システム８を有する測定装置６が、配設される。測定装置６は、制御処理ユニット１０を有する。光学測定システム８は、光学センサ１８を有する。当該光学センサ１８は、距離センサ１８である。ここで、測定中に、個々の測定点の連続取得が実施される。
【００７３】
距離ＷＤは、光学測定システム８が測定のために要求している、作業距離である。距離ＭＲは、光学測定システム８が測定された値を取得することができる、作業範囲である。この場合において、したがって、歯車４の歯１６は、光学測定システム８の作業範囲ＭＲ内に、完全に位置されており、これにより、測定中、ｙ方向において、相対動きは起こらない。
【００７４】
測定されるワーク２は、測定装置６のワークスピンドル１２において、チャックされる。
【００７５】
ワーク２について、測定される少なくとも一つの測定量が、特定される。このことは、制御処理ユニット１０内へのマニュアルインプットにより、または制御処理ユニット１０の予め規定された測定プログラムシーケンスをスタートすることにより、実施される。このため、一つ以上の測定量が、格納される。
【００７６】
測定装置６は、幾何学的に規定された又は幾何学的に規定されていない歯先を有する、切粉除去ワーク加工（chip-removing workpiece machining）のためのツールを有さない、独立座標測定装置である。
【００７７】
測定装置６は、たとえば、フライス盤、特に歯切りフライス盤、研磨機、特に歯切り研磨機などの、幾何学的に規定された又は幾何学的に規定されていない歯先を有する、切粉除去ワーク加工のためのツールを有する、工作機械の不可欠ワークピースであってもよい。
【００７８】
この場合において、測定量として、歯４のプロファイルライン１４が、特定される。歯４のプロファイルライン１４は、歯車２の全周に渡って、よって歯車２の全ての歯１６に対して、取得される。
【００７９】
歯車２の次のパラメータが提供される：歯車２の係数、歯車２の歯の数、歯車２の先端直径ＤＫ、および歯車２の根部直径ＦＫ。
【００８０】
測定されるワーク２の少なくとも一つの形状パラメータの規定（provision）は、歯車２のターゲットデータが格納されている、制御処理ユニット１０のデジタルメモリからの要求により、ここで実施される。
【００８１】
さらなる方法ステップにおいて、光学測定を実施するための複数の測定パラメータの決定が、実施される。制御処理ユニット１０は、次の測定パラメータを決定する：５ｋＨｚ〜２５ｋＨｚの間の範囲から選択されるトリガ周波数、３０μｓ〜２００μｓの間の範囲から選択される露出時間、照度、光学センサのチルト角度、たとえば軸方向の進行、ワークの回転などの、測定装置の測定動き、測定されるワークの回転軸に関する光学測定システムの光軸の軸オフセット。
【００８２】
次のものは、測定パラメータを決定するための入力変数として、使用される：取得される測定量「プロファイルライン」、および言及された形状パラメータ。
【００８３】
この場合において、特定された正確性で第一のセクション２０におけるプロファイルライン１４のコースを取得するために、制御処理ユニット１０は、歯面を含むプロファイルライン１４の第一のセクション２０に対して、測定点２２の第一の数を計算する。測定点２２は、プロファイルライン１４に沿って観測され、等距離に分配、配置される。
【００８４】
この場合において、特定された正確性で歯面から歯先までの鋭いエッジの移行部２８を取得するために、制御処理ユニット１０は、歯先を含むプロファイルライン１４の第二のセクション２４に対して、測定点２６の第二の数を計算する。測定点２６は、プロファイルライン１４に沿って観測され、等距離に分配、配置される。
【００８５】
測定点２６は、測定点２２よりも、より小さい測定点間隔を有する。よって、鋭いエッジ移行部２８を確実に取得することができるように、測定の解像度は、領域２０と比較して、領域２４に対して向上させられる。このことは、領域２４に対して、トリガ周波数又はサンプリングレートを増加し、さらに露出時間を減少することで、達成できる。別案としてまたは追加的に、領域２４に対して測定解像度を向上するために、光学測定システムに関して、Ｚ軸回りのワーク２の回転速度を、減少させてもよい。
【００８６】
領域３０に対して、領域２０に対応する測定点間隔を、選択することができる。個々の点２０，２６の測定および、よって隣接する測定領域２０，２４，３０の測定も、連続的に起こるので、測定パラメータは、測定工程中に、すなわち現在の測定領域２０，２４，３０に依存して、連続的に変化する。よって、測定される周期的対称形状４の形に依存して、測定の間、測定パラメータを適応する。
【００８７】
光学測定システム８の光軸３２は、デカルト座標系Ｘ，Ｙ，ＸのＺ軸と、直角に交差する。測定中、歯車２の全ての歯１６が、少なくとも１度、光学測定システムを通過するように導かれるまで、ワーク２は、Ｚ軸の周りを回転する。
【００８８】
測定中、光学測定システム８に関してワークの回転が起こるということが、当該ケースで提供されている。ここで、０より大きい角速度で、およびＺ軸回りの回転角度範囲に渡り観測される回転方向の逆転なしに、ワークの回転が起こる。また、回転角度範囲の角度範囲は、３６０°よりも大きい。
【００８９】
ワークのみが測定中に動くように、当該ケースにおいて、光学測定システムは固定されている。別の実施の形態によれば、光学測定システムは、ｘ方向、ｙ方向、およびｚ方向に並進運動することができるが、回動可能ではいということが、提供される。別の実施の形態によれば、光学測定システムは、ｘ方向、ｙ方向、およびｚ方向に並進運動することができ、さらに１、２、または３軸回りに回動可能であるいうことが、提供される。
【００９０】
Ｚ軸回りのワーク２の回転は、並進運動の送り込みを有する更なる実施の形態に従って、重ね合わされることができ、さらに、ｘ軸および／またはｙ軸および／またはｚ軸に沿った前進運動は、ｙ軸およびｘ軸回りの追加的な回動運動により、重ね合わされることができる。この場合において、制御処理ユニットに接続され、よって制御される、ＮＣ−制御リニアおよびピボット軸は、歯車２および光学測定システム８の両方に、関連させることができる。
【００９１】
図２は、簡略された例示において、図１の光学測定システ８を示している。歯車２に関して、光学測定システムの３つの位置Ｉ，ＩＩ，ＩＩＩが、示されている。光学測定システムの第一の位置Ｉは、軸オフセットがない、すなわち光軸３２とＺ軸とが交差している、図１の位置に対応している。
【００９２】
図２に示されているように、歯のプロファイル形状が、根領域を陰にするので、歯１６の根領域３４を取得することができない。したがって、測定を可能にする根領域３４と光学測定システムとの間において、測定のために必要とされる、「視野結合ライン（line of sight connection）」が存在しない。
【００９３】
したがって、歯車２のプロファイル形状に依存して、制御処理ユニットは、軸オフセット３６を決定する。根領域３４の測定を可能とするために、当該軸オフセット３６により、Ｘの正方向に沿って、光学測定システムを、位置Ｉから位置ＩＩへと進める。よって、視野結合ラインが、陰となることなく、各歯１６の根領域３４にまで、光軸３２に沿って延びるということが、光学測定システムの位置ＩＩにおいて、認識される。測定中に、Ｚ軸回りに、ワーク２が再び回転する、ということは明白である。
【００９４】
取得される測定量に依存して、異なる軸オフセットを有する複数の測定を、実施することができる。位置Ｉおよび／または位置ＩＩにおける測定とは別にまたはこれに加えて、位置ＩＩＩにおいて、軸オフセット３８を有する測定を実施することもできる。ここで、光学測定システムは、Ｘの負の方向において、位置Ｉからずらされている。
【００９５】
はすば歯（helical toothings）および傘歯車歯（bevel gear toothings）に対しても特に起こる陰を避けることに加えて、測定角度またはサンプリング角度αを最適化するために、軸オフセット３６，３８を使用する。たとえば、光学測定の信号−ノイズ比を改善するために、歯車２の面４０に対する垂線により、光軸３２は、測定角度またはサンプリング角度αを囲む。
【００９６】
図３は、はすば歯４２を示す。当該はすば歯４２の側面およびプロファイル形状は、各歯に対して、各歯の左側面および右側面に対しても、測定される。図面簡略のために、装置６の光学測定システム８のみが、図示されている。
【００９７】
まず、測定解像度、つまりプロファイル方向４４における測定点の数およびフランク方向４６における測定点の数が、オペレータ又は制御処理ユニットにより、特定される。一つの歯に対して例として示されているように、これにより、歯車４２の各歯４８に対して、仮想測定グリッド５０が形成される。歯の先および根および歯の端部も、完全に取得される、ということは明白である。
【００９８】
イメージの下部において破線により示されているように、光学測定システム８と歯車４２との間で螺旋相対運動が起こるように、測定解像度の特定は、制御処理ユニットにより、測定パラメータへと変換される。この場合において、Ｚ軸回りのワークの回転は、Ｚ方向における並進前進運動により、重ね合わされる。
【００９９】
光学測定システムの測定範囲に依存して、ＸおよびＹ方向における送込み移動を、別の実施の形態に従って、さらに重ね合わされることができる。
【符号の説明】
【０１００】
２  歯車
４  歯車の歯（toothing）
６  測定装置
８  光学測定システム
１０  制御処理ユニット
１２  ワークスピンドル
１４  プロファイルライン
１６  歯車の歯（teeth）
１８  センサ
２０  第一のセクション
２２  測定点
２４  第二のセクション
２６  測定点
２８  移行部
３２  光軸
３４  根領域
３６  軸オフセット
３８  軸オフセット
４０  面
４２  歯車／はすば歯
４４  プロファイル方向
４６  フランク方向
４８  はすば歯の歯（tooth）
５０  測定グリッド
【図１】
2020153989.tif 000003
【図２】
2020153989.tif 000004
【図３】
2020153989.tif 000005
【外国語明細書】
2020153989.tif 000006
2020153989.tif 000007
2020153989.tif 000008
2020153989.tif 000009
2020153989.tif 000010
2020153989.tif 000011
2020153989.tif 000012
2020153989.tif 000013
2020153989.tif 000014
2020153989.tif 000015
2020153989.tif 000016
2020153989.tif 000017
2020153989.tif 000018
2020153989.tif 000019
2020153989.tif 000020
2020153989.tif 000021
2020153989.tif 000022
2020153989.tif 000023
2020153989.tif 000024
2020153989.tif 000025
2020153989.tif 000026
2020153989.tif 000027
2020153989.tif 000028
2020153989.tif 000029
2020153989.tif 000030
2020153989.tif 000031
2020153989.tif 000032
2020153989.tif 000033
2020153989.tif 000034
2020153989.tif 000035
2020153989.tif 000036
2020153989.tif 000037