(57)【要約】【課題】物体の静的アンバランスを高い繰り返し精度で算定すると共に物体を損傷させない方法及び装置を提供する。【解決手段】重心秤（１０）によって位置決め面（３１）を備えた物体（３０）の静的アンバランスを算定する方法が開示され、物体のマウントに対する位置決め面の位置を電気変位センサ（１６）によって測定するステップと、電気評価回路によって変位センサの測定信号から秤の基準箇所に対する物体の位置決め面の偏心度をコンピュータ計算するステップと、物体を秤量してその質量及び秤の基準箇所に対する物体の重心の位置を記録するステップと、評価回路によって秤の測定信号及び秤の基準箇所に対する物体の位置決め面の偏心度から物体のアンバランスをコンピュータ計算するステップと、を有する。【選択図】図１
2014092548.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
秤（１０）によって位置決め面（３１）を備えた物体（３０）の静的アンバランスを算定する方法であって、前記秤（１０）は、前記物体（３０）の重心を求めるよう構成され、前記秤は、前記物体（３０）を受け入れることができる垂直方向に整列した回転軸線を有するマウントと、前記物体（３０）を前記マウントへのその着座係合状態で前記秤（１０）の基準箇所に対する本質的に心出しされた位置まで案内する位置決め手段と、を含み、前記方法は、
前記物体（３０）を前記秤（１０）の前記マウント上に載せるステップと、規定された角度距離を置いて互いに離隔された少なくとも２つの電気変位センサ（１６）によって前記マウントに対する前記物体（３０）の前記位置決め面（３１）の位置を測定するステップと、
前記変位センサ（１６）に接続された電気評価回路によって前記変位センサ（１６）の測定信号から前記秤（１０）の前記基準位置に対する前記物体（３０）の前記位置決め面（３１）の偏心度を計算するステップと、
前記物体（３０）を秤量し、前記物体（３０）の質量及び前記秤（１０）の前記基準箇所に対する前記物体（３０）の重心の位置を記録するステップと、
前記評価回路によって、前記秤（１０）から得られた前記測定信号及び前記秤（１０）の前記基準箇所に対する前記物体（３０）の前記位置決め面（３１）の偏心度を用いて前記物体（３０）のアンバランスをコンピュータ計算するステップと、
を有することを特徴とする方法。
【請求項２】
較正のために前記変位センサ（１６）によって前記マウント上に置かれた回転対称較正物体の位置を測定し、前記変位センサ（１６）に割り当てられたセンサ座標系（Ｓ）の原点として前記較正物体の中心を定めるステップと、前記秤（１０）によって前記較正本体を秤量して前記秤（１０）の前記基準箇所に原点を有する秤座標系（Ｗ）に対する前記センサ座標系（Ｓ）の偏心度を表すベクトル（ｅS）を求めるステップと、を有する請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記変位センサ（１６）の測定信号から、前記物体（３０）の前記位置決め面（３１）の中心の位置及び前記センサ座標系（Ｓ）の原点に対する前記位置決め面（３１）の中心の偏心度を表すベクトル（ｅSR）を計算し、前記位置決め面（３１）の前記中心の前記偏心度の前記ベクトル（ｅSR）及び前記秤座標系（Ｗ）の原点に対する前記センサ座標系（Ｓ）の前記偏心度の前記ベクトル（ｅS）を加えることによって、前記秤（１０）の前記基準箇所に対する前記物体（３０）の前記位置決め面（３１）の前記中心の前記偏心度を表すベクトル（ｅR）を計算するステップを有する請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記秤（１０）によって、前記秤座標系（Ｗ）に対する前記物体（３０）の前記重心（ＳＰR）の偏心度のベクトル（ｅSP,W）を測定し、前記物体の前記重心（ＳＰR）の前記偏心度のベクトル（ｅSP,W）及び前記秤座標系（Ｗ）に対する前記物体（３０）の前記位置決め面（３１）の前記偏心度のベクトル（ｅR）を差し引くことによって、前記位置決め面（３１）の前記中心に対する前記重心（ＳＰR）の前記偏心度を表すベクトル（ｅSP,R）を計算するステップと、前記位置決め面（３１）の前記中心に対する前記重心（ＳＰR）の前記偏心度及び前記物体（３０）の前記質量から前記物体（３０）のアンバランスを計算するステップと、を有する請求項３記載の方法。
【請求項５】
前記物体（３０）の前記位置決め面（３１）に係合するようになった可動触知要素（２０）を有する変位センサ（１６）を用いるステップと、各触知要素（２０）の可動質量を求めるステップと、前記測定信号によって与えられた個々の触知要素（２０）の質量及び前記変位行程からアンバランス成分を計算するステップと、前記計算したアンバランス成分を前記重心（ＳＰR）の前記偏心度からコンピュータ計算された物体（３０）の前記アンバランスから導き出すステップと、を有する請求項１乃至４の何れか１項に記載の方法。
【請求項６】
位置決め面（３１）を備えた物体（３０）の静的アンバランスを算定する装置であって、前記物体（３０）の重心を求めるよう構成された秤（１０）を含み、前記秤は、前記物体（３０）を受け入れることができる垂直方向に整列した回転軸線を有するマウントと、前記物体（３０）を前記マウントへのその着座係合状態で前記秤（１０）の基準箇所に対する本質的に心出しされた位置まで案内する位置決め手段とを含み、前記マウントは、規定された角度距離を置いて互いに間隔を置いて配置された少なくとも２つの電気変位センサ（１６）を有し、前記変位センサは、前記マウントに対する前記物体（３０）の前記位置決め面（３１）の位置を測定し、前記変位センサ（１６）は、電気評価回路に接続され、前記電気評価回路は、前記変位センサ（１６）の測定信号から前記秤（１０）の前記基準箇所に対する前記物体（３０）の前記位置決め面（３１）の偏心度をコンピュータ計算し、前記物体（３０）を秤量することによって得られた前記秤（１０）の測定信号及び前記位置決め面（３１）のコンピュータ計算された偏心度から前記物体（３０）の重心及びアンバランスをコンピュータ計算するよう構成されていることを特徴とする装置。
【請求項７】
前記変位センサ（１６）の各々は、前記物体（３０）の前記位置決め面（３１）に係合するようになった可動触知要素（２０）を含み、前記評価回路は、各触知要素（２０）の質量及び変位行程からアンバランス成分をコンピュータ計算し、前記物体（３０）のコンピュータ計算されたアンバランスからコンピュータ計算されたアンバランス成分を導き出すよう構成されている請求項６記載の装置。
【請求項８】
前記変位センサ（１６）の前記触知要素（２０）は、手で又は駆動可能なアクチュエータ（２２）によって半径方向に動くことができる請求項７記載の装置。
【請求項９】
前記マウントは、円形ディスクの形態をした皿（１１）を含み、前記変位センサ（１６）は、前記皿（１１）の中心から等距離を置くと共に１２０°の角度相対距離を置いて前記皿（１１）上に配置されている請求項６乃至８の何れか１項に記載の装置。
【請求項１０】
前記マウントは、前記変位センサ（１６）相互間で前記皿（１１）上に配置された取付け要素（１５）を含み、前記取付け要素（１５）は、前記本体（３０）のための支持面（１７）を有し、前記支持面（１７）は、共通平面内に位置している請求項９記載の装置。
【請求項１１】
前記マウントは、前記支持面（１７）の平面から突き出ていて、前記本体（３０）を前記位置決め面（３１）上で前記秤（１０）の前記基準箇所に対する前記本質的に心出しされた位置に案内するよう構成された少なくとも３つの円錐形案内要素（１８）を含む請求項１０記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、秤によって位置決め面を備えた物体の静的アンバランスを算定する方法及び装置に関し、秤は、物体の重心を求めるよう構成され、秤は、物体を受け入れることができる垂直方向に整列した回転軸線を有するマウントと、物体をマウントへのその着座係合状態で秤の基準箇所に対する本質的に心出しされた位置まで案内する位置決め手段とを含む。
【背景技術】
【０００２】
上述した形式の方法及び装置は、特許文献１（独国特許第３３３０９７４号明細書）及び特許文献２（独国特許出願公開第１０２００９０１６１２３号明細書）から知られている。この種の方法及び装置では、検査対象の物体を秤の基準箇所に対して正確な精度で中央に位置決めすることが必要である。物体の位置決め面がボアによって形成される場合、物体をボアに係合する心出しマンドレルによってクランプすることが知られている。典型的にはディスクの形態に形作られた比較的大きく且つ重い物体を取り扱う場合、最初のステップは、物体をマウントの支持面上に置く際に予備中央位置決め作業を含む。次のステップでは、物体を中央に再配置し、そして拡げ心棒又はスリージョー（三つあご）チャックによってクランプする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】独国特許第３３３０９７４号明細書
【特許文献２】独国特許出願公開第１０２００９０１６１２３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
公知の位置決め手段には、クランプが位置決め面の損傷の恐れを生じさせるという欠点がある。この恐れを最小限に抑えるためには、クランプ手段をクランプ面の種々の直径に合わせることが必要であろう。したがって、互いに異なるクランプ直径に対応するには、互いに異なるクランプ手段を各場合において交換する必要がある。これは、構成の複雑さを増すと共に装置のコストを増大させる。
【０００５】
本発明の目的は、冒頭に記載した形式の方法及びこの方法を実施するための装置であって、アンバランスを高い繰り返し精度で算定することができ、そして本体のマウント内へのクランプに起因した測定されるべき本体の損傷を確実に阻止する方法及び装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この目的は、請求項１に記載された特徴を有する方法及び請求項６に記載された特徴を有する装置によって達成される。
【０００７】
本発明によれば、この方法は、物体の重心を求めるよう構成された秤によって位置決め面を備えた物体の静的アンバランスを算定するステップを含み、秤は、物体を受け入れることができる垂直方向に整列した回転軸線を有するマウントと、物体をマウントへのその着座係合状態で秤の基準箇所に対する本質的に心出しされた位置まで案内する位置決め手段とを含み、この方法は、物体を秤のマウント上に載せるステップと、規定された角度距離を置いて互いに離隔された少なくとも２つの電気変位センサによってマウントに対する物体の位置決め面の位置を測定するステップと、変位センサに接続された電気評価回路によって変位センサの測定信号から秤の基準位置に対する物体の位置決め面の偏心度を計算するステップと、物体を秤量し、物体の質量及び秤の基準箇所に対する物体の重心の位置を記録するステップと、評価回路によって、秤から得られた測定信号及び秤の基準箇所に対する物体の位置決め面の偏心度を用いて物体のアンバランスをコンピュータ計算するステップとを含む。
【０００８】
本発明の方法では、秤の基準箇所に対する物体の正確に心出しされる位置決めは、物体をそのマウント上に着座させるときの物体の不正確な位置決めを許容することによってなくなる。公知の方法に代えて且つこれらとは対照的に、位置決め面の正確な位置は、変位センサによって測定され、アンバランス算定は、秤の基準位置の箇所に対する位置決め面の中心の既存の偏心度を考慮に入れると共にこれを補償する。このように、アンバランスは、高い繰り返し精度で正確に算定される。
【０００９】
測定を実施するためには、物体をそのマウント上に置く前に物体をあらかじめ位置決めすることが必要であるに過ぎない。次に、物体は、もはや動かされない。予備位置決めには小さい案内力しか必要とせず、しかも位置決め面をクランプする大きな圧力を加える必要性がなくなるので、物体の損傷の恐れは、事実上ゼロである。
【００１０】
本発明の方法の別の利点は、処理時間が短いことにある。変位センサは、位置決め面の位置を極めて迅速に測定することができ、しかも、クランプ固定具による測定位置への物体の変位よりも要する時間が短い。位置測定の繰り返し精度は、変位センサの精度だけで決まり、スリー蒸着を用いて達成できる精度よりも高い精度の実現を可能にする。
【００１１】
変位センサを構成するため、本発明の別の提案例は、較正のために変位センサによってマウント上に置かれた回転対称較正物体の位置を測定し、変位センサに割り当てられたセンサ座標系の原点として較正物体の中心を定めるステップを含む。次に、秤によって較正本体を秤量して秤の基準箇所に原点を有する秤座標系に対するセンサ座標系の偏心度を表すベクトルを求める。この較正方法は、単純且つスピーディなプロセスであり、秤の正確な較正を保証する。
【００１２】
本発明の別の提案例によれば、変位センサの測定信号から、物体の位置決め面の中心の位置及びセンサ座標系の原点に対する位置決め面の中心の偏心度を表すベクトルを計算し、コンピュータ計算されたベクトル及び先の較正により得られた秤座標系の原点に対するセンサ座標系の偏心度のベクトルを加えることによって、秤の基準箇所に対する位置決め面の中心の偏心度を表すベクトルを計算することによって、アンバランスが秤の基準箇所に対して算定される物体の位置決め面の偏心度を容易に算定することができる。
【００１３】
物体のアンバランスを算定するため、秤によって秤座標系に対する物体の重心の偏心度のベクトルを測定し、このベクトル及び秤座標系に対する位置決め面の偏心度のベクトルを差し引くことによって、物体の位置決め面の中心に対する重心の偏心度を表すベクトルを計算することが可能である。物体の重心の偏心度及びその質量を用いると、物体の静的アンバランスを公知の仕方でコンピュータ計算することが可能である。
【００１４】
本発明の方法では、用いられる変位センサは、無接触センサ又は可動触知要素を有するセンサであるのが良い。触知要素を備えた変位センサが用いられる場合、これら触知要素は、アンバランス測定に悪影響を及ぼす場合がある。と言うのは、触知要素は、位置決め面の位置を調べる際、秤マウントに対して動いて変位するからである。アンバランス測定に対するかかる悪影響を阻止するため、本発明によれば、各触知要素の可動質量を求め、各触知要素について、この質量及び測定信号によって与えられるそれぞれの触知要素の変位行程からアンバランス成分をコンピュータ計算することが可能である。次に、コンピュータ計算したアンバランス成分を重心の位置からコンピュータ計算された物体のアンバランスから導き出すことができる。
【００１５】
本方法を実施するための有利な装置は、本発明によれば、物体の重心を求めるよう構成された秤を含み、秤は、物体を受け入れることができる垂直方向に整列した回転軸線を有するマウントと、物体をマウントへのその着座係合状態で秤の基準箇所に対する本質的に心出しされた位置まで案内する位置決め手段とを含み、マウントは、規定された角度距離を置いて互いに間隔を置いて配置された少なくとも２つの電気変位センサを有し、変位センサは、マウントに対する物体の位置決め面の位置を測定し、変位センサは、電気評価回路に接続され、電気評価回路は、変位センサの測定信号から秤の基準箇所に対する物体の位置決め面の偏心度をコンピュータ計算し、物体を秤量することによって得られた秤の測定信号及び位置決め面のコンピュータ計算された偏心度から物体の重心及びアンバランスをコンピュータ計算するよう構成されている。
【００１６】
本発明の装置は、単純な機械的コンポーネントを用いて経済的に具体化できる。と言うのは、大きなプロセス力を吸収したり発生させたりする必要性がないからである。また、この装置により、変位センサを半径方向に調節することができるようにすることによって、位置決め面の種々の直径に対応することができる。調節の際、変位センサを中心に対して再較正することが必要なだけである。これは、較正リングを用いて簡単に実施できる。
【００１７】
好ましくは、この装置は、物体の位置決め面に係合するようになった可動触知要素を含み、評価回路は、各触知要素の質量及び変位行程からアンバランス成分をコンピュータ計算し、物体のコンピュータ計算されたアンバランスからコンピュータ計算されたアンバランス成分を導き出すよう構成されている。したがって、触知要素の位置の変化は、アンバランス算定に悪影響を及ぼさない。
【００１８】
本発明によれば、本装置のマウントは、円形ディスクの形態をした皿を含み、変位センサは、皿の中心から等距離を置くと共に１２０°の角度相対距離を置いて皿上に配置されている。変位センサの触知要素は、手で又は駆動可能なアクチュエータによって半径方向に動くことができる。
【００１９】
測定されるべき物体のためのマウントは、皿から突き出ると共に変位センサ相互間に配置された取付け要素を含むのが良く、取付け要素は、本体のための支持面を有し、支持面は、共通平面内に位置する。
【００２０】
物体を本質的に心出しされた位置まで案内するため、マウントは、支持面の平面から突き出ていて、物体を位置決め面上で案内するよう構成された少なくとも３つの円錐形案内要素を備えるのが良い。位置決め面の種々の直径に対応するため、案内要素は、容易な調節が可能であるのが良い。
【００２１】
以下において、添付の図面に示された実施形態を参照して本発明を詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の重心秤の平面図である。
【図２】本発明の方法を説明するための座標系の図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図１は、物体を秤量し、その重心の位置を測定することによって軸線回りに回転するよう構成された物体のアンバランスを算定する秤１０を示している。秤１０は、平面円形ディスクの形態をした受け入れ皿１１を有している。皿１１は、２つの自由度を有し、この皿は、皿の下に位置していて、アナログ又はディジタル電気測定信号を出力する少なくとも３つの力センサ上に垂直方向に支持されている。測定信号は、評価回路１２に伝送され、評価回路１２は、算定されたアンバランスデータの表示のためのスクリーン１３及びデータ入力のためのキーボード１４を含む。皿１１上には半径方向の形態で取付け要素１５及び変位センサ１６が設けられている。例えば９０°の相対距離をなして互いに間隔を置いて設けられた２つの変位センサで一般には十分である。しかしながら、３つの変位センサは、位置測定精度を向上させる。
【００２４】
取付け要素１５は、１２０°の中心間距離を置いて配置されている。変位センサ１６は、取付け要素１５相互間に配置されると共にこれらから６０°の中心間距離を置いて設けられている。取付け要素１５は、これらの上側に支持面１７を有し、支持面１７は、互いに平行に配置されると共に皿１１から間隔を置いた状態で共通平面内に位置している。取付け要素１５にはピン形状の案内要素１８が取り付けられ、これら案内要素は、支持面１７の平面を越えて上方に突き出ており、これら案内要素は、円錐形の上方にテーパした形態のものである。案内要素１８は、皿１１の中心軸線から等距離間隔を置いて配置され、これら案内要素は、取付け要素上に着座した物体を中心に位置決めするのに役立つ。
【００２５】
変位センサ１６は、支持面１７の共通平面の下に延びている。これら変位センサは、支持面１７の平面を越えて上方に突き出た触知要素２０を含み、これら触知要素は、適当に形成されていて、取付け要素１５上に載っている物体のボア表面に係合するようになった半径方向外側の触知面２１を有している。触知要素２０は、変位センサ１６の滑り案内面内で半径方向に動くことができるよう設けられており、これら触知要素は、前記アクチュエータ２２によって動くことができる。アクチュエータ２２の制御は、評価装置１２によって行われる。触知要素２０のそれぞれの位置及びこれらの半径方向運動量は、変位センサ１６上に設けられた変位トランスデューサによって測定可能である。変位センサ１６の測定結果は、評価回路１２に送られる。
【００２６】
一例として、秤１０上にはアンバランスが測定される物体３０が着座し又は載せられている。物体３０は、軸線を中心として対称であり、この本体は、選択された実施例では、物体３０の円筒形ボアの壁によって構成された位置決め面３１を有している。物体３０は、その軸方向端部のところに、位置決め面の軸線に垂直な平面内に位置する平面状端面３２を有している。物体３０は、その下側端面３２が取付け要素１５の支持面１７に載っている。案内要素１８は、物体３０を位置決め面３１に当たった状態で案内し、それにより物体３０を皿１１に対して本質的に中心に位置決めする。しかしながら、中央配置場所は、不正確である。と言うのは、案内要素１８は、物体３０を秤１０上に容易に且つ例えばつかえによる損傷の恐れを生じさせないでおくことができことができるような距離、皿１１の軸線から離れて配置されているからである。
【００２７】
物体３０をいったん着座させると、アクチュエータ２２は、触知要素の触知面２１が位置決め面３１に係合した状態で触知要素２０の運動を可能にするために小さな力を加えるよう駆動される。物体３０は、プロセス中、動かされず、その着座位置は、不変の状態に維持される。
【００２８】
変位センサ１６の測定信号を評価回路１２内に記憶されている先に得られた較正データと比較することによって変位センサ１６の測定信号を用いると、正確に心出しされた位置及び秤１０の基準箇所からの物体３０の位置の偏差がアンバランス算定において計算されて補償される。
【００２９】
以下において、図２に示された座標系を参照して計算の仕方を詳細に説明する。図２では、Ｗは、秤１０の基準位置にその原点を持つ秤座標系を示し、Ｓは、変位センサ１６の中心にその原点を持つセンサ座標系を示し、Ｒは、物体３０の位置決め面３１の中心にその原点を持つ物体座標系を示している。秤１０の基準箇所及び変位センサ１６の中心は、較正物体を１１０°回すことによる補償によって較正物体を用いた較正プロセスによって求められ、かかる較正プロセスは、変位センサ１６を較正本体の中心に対して較正するステップ及び秤量によって秤座標系Ｗに対するセンサ座標系Ｓの偏心度を表すベクトルｅSを求めるステップを含む。
【００３０】
物体３０のアンバランスを算定するため、最初に、位置決め面３０の中心を変位センサ１６の測定信号から計算し、かかる測定信号は、較正によって得られたゼロ箇所位置に対する触知要素２０の変位を表し、次にセンサ座標系Ｓの原点に対する位置決め面３１の中心の偏心度を表すベクトルｅSRの計算を行う。較正によって得られて記憶されたベクトルｅSR及びベクトルｅSを加えることによって、秤座標系Ｗの原点に対する物体３０の位置決め面３１の中心の偏心度を表すベクトルｅRをコンピュータ計算する。
【００３１】
秤座標系Ｗに対する物体３０の重心ＳＰRの位置を秤１０の測定信号から従来方式で求め、ベクトルｅSP,Wによって表すことができる。次に、ベクトルｅSP,W及びｅRを差し引くことによって位置決め面３１の中心に関連した物体座標系Ｒのアンバランス計算に必要なベクトルｅSP,Wを計算するのが良い。計算結果としてのベクトルｅSP,Rは、物体３０の重心の偏心度を示している。次に、物体３０のアンバランスの大きさ及び角度位置を物体３０の重心の偏心度及び質量から公知の仕方で計算することができる。
【００３２】
また、アンバランス計算は、位置決め面３１への係合の際の触知要素２０の変位が測定アンバランスに悪影響を及ぼすことを考慮に入れる。各変位センサ１６に関し、アンバランス成分を変位可能な触知要素２０の質量及び変位センサ１６の測定信号から得ることができる変位行程から計算し、このアンバランス成分は、物体３０の真のアンバランスを得るために、物体３０の重心の偏心度及びこの質量から計算されたアンバランスから導き出されなければならない。
【００３３】
本発明の方法及び装置は、アンバランス算定のための重心秤の全ての公知の用途に適している。用途範囲は、測定されるべき物体のサイズ及び流量に関して更に一段と拡大可能である。と言うのは、より正確に心出しされた場所が物体をそのマウントに着座させたときに物体を動かすことが必要ではないからである。用途は凹状位置決め面に限定されず、用途は、凸状位置決め面に同様に適している。種々の直径に対応するため、変位センサ及び支持要素は、半径方向に変位可能又はオフセット可能な仕方で皿上に配置されるのが良い。電気機械式変位センサに代えて、光学及び無接触変位センサも又利用できる。
【符号の説明】
【００３４】
１０  秤
１１  皿
１２  評価回路
１５  取付け要素
１６  変位センサ
１７  支持面
１８  案内要素
２０  可動触知要素
３０  物体
３１  位置決め面
３２  下側端面
【図１】
2014092548.tif 000003
【図２】
2014092548.tif 000004
【外国語明細書】
2014092548000001.pdf