(57)【要約】  本発明は、ねじ山、特にボールねじ駆動装置のスピンドルのねじ山を測定する方法に関し、当該方法において、非接触距離センサがねじ山の軸方向に平行に動かされ、距離センサとねじ山の上辺との間の距離に対応する測定信号（１４）が検出され、測定信号（１４）と、測定信号（１４）の最大値と最小値との間にある基準値（１６）との交点（ＦＳ、ＦＦ）が検出され、互いに直に続く２つの交点（ＦＳ、ＦＦ）が組み合わされて、第１の測定値タプルになり、互いに直に続き、第１の測定値対の直後にある２つの交点（ＦＳ、ＦＦ）が組み合わされて第２の測定値タプルになり、第１の平均値（Ｍｎ）が、第１の測定値タプルの交点（ＦＳ、ＦＦ）から計算され、第２の平均値（Ｍｎ＋１）が、第２の測定値タプルの交点（ＦＳ、ＦＦ）から計算され、時間−角度分解能（ＺＷ）が、第１の平均値（Ｍｎ）および第２の平均値（Ｍｎ＋１）から計算される。共通の高さにおいてねじ山のねじピッチのフランクを非接触で測定することにより、ねじ山の特性を迅速かつ正確に測定することができ、したがって、ねじ山を迅速に測定することができる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ねじ山、特にボールねじ駆動装置のスピンドルを測定する方法であって、
非接触距離センサを前記ねじ山の軸方向に平行に動かし、
前記非接触距離センサと前記ねじ山の上辺との間の距離に対応する測定信号（１４）を検出し、
前記測定信号（１４）と、前記測定信号（１４）の最大値と最小値との間にある基準値（１６）との交点（ＦＦ、ＦＬ）を検出し、
互いに直に続く２つの交点（ＦＳ、ＦＦ）を組み合わせて第１の測定値タプルにし、互いに直に続き、前記第１の測定値対の直後にある２つの交点（ＦＳ、ＦＦ）を組み合わせて第２の測定値タプルにし、
第１の平均値（Ｍｎ−２）を、前記第１の測定値タプルの前記交点（ＦＳ、ＦＦ）から計算し、第２の平均値（Ｍｎ−１）を、前記第２の測定値タプルの前記交点（ＦＳ、ＦＦ）から計算し、
時間−角度分解能（ＺＷ）を、前記第１の平均値（Ｍｎ）および前記第２の平均値（Ｍｎ＋１）から計算する、方法。
【請求項２】
前記測定値（１４）は、開始時点からの測定時間（１２）の関数として、または、開始位置からの軸方向変位の関数として決定される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記時間−角度分解能（ＺＷ）は、３つ以上の直に後続する測定値タプルからのいくつかの平均値（Ｍｎ）を平均化することから計算される、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
それぞれの前記測定値タプルは、ねじピッチの立ち上がりフランクに割り当てられる交点（ＦＳ）と、後続のねじピッチの立ち下がりフランクに割り当てられる交点（ＦＦ）とを有する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記非接触距離センサの前記測定信号は、前記ねじ山の長手方向に固定されたトリガ要素がトリガとなる、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記平均値（ＭＰｎ）の、基準測定値（２０）の平均値（ＭＢｎ）に対する変位から、前記基準測定値（２０）のねじ山の基準角度位置に対する、周方向における前記ねじ山の角度変位（Δφ）が計算される、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記非接触距離センサの移動速度および／または移動経路および／または移動時間が検出され、前記ねじ山のねじリード（１８）が、前記第１の平均値（Ｍｎ）と前記第２の平均値（Ｍｎ＋１）との間の距離から、および／または、複数の連続する平均値（Ｍｎ）間の距離の平均から計算される、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
ボールねじ駆動装置のスピンドルの前記ねじ山が測定される、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
ねじ山、特にボールねじ駆動装置のスピンドルのねじ山を測定するための測定装置であって、
ねじ山を保持するための保持デバイスと、
前記ねじ山の軸方向に平行に移動可能な非接触距離センサと、
前記非接触距離センサによって検出される測定信号（１４）を評価するための評価デバイスと
を備え、
前記評価デバイスは、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法が実施されるように設計される、測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ねじ山を測定することができる方法および測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
スピンドルの特性、特にスピンドル内のねじ山の位置およびねじピッチをチェックするために、触覚プローブを用いてボールねじ駆動装置のスピンドルをスキャンすることが知られている。
【０００３】
ねじ山の測定を高速化することが常に必要とされている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、ねじ山の高速測定を可能にする手段を実証することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明によれば、この目的は、請求項１の特徴を有する方法および請求項９の特徴を有する測定装置によって達成される。本発明の好ましい実施形態は、従属請求項および以下の説明に明記されており、これらは各々、個別にまたは組み合わせて、本発明の態様を表すことができる。
【０００６】
本発明によれば、ねじ山、特にボールねじ駆動装置のスピンドルを測定する方法が提供され、当該方法において、非接触距離センサがねじ山の軸方向に平行に動かされ、非接触距離センサとねじ山の上辺との間の距離に対応する測定信号が検出され、測定信号と、測定信号の最大値と最小値との間にある基準値との交点が検出され、互いに直に続く２つの交点が組み合わされて、第１の測定値タプルになり、互いに直に続き、第１の測定値タプルの直後にある２つの交点が組み合わされて第２の測定値タプルになり、第１の平均値が、第１の測定値タプルの交点から計算され、第２の平均値が、第２の測定値タプルの交点から計算され、時間−角度分解能が、第１の平均値および第２の平均値から計算される。
【０００７】
ねじ山の測定は、例えば超音波を用いて非接触で行われ、接触を伴わないため、測定プロセスを直ちに大幅に加速させることができる。さらに、ねじ山の絶対値は測定されない。ねじ山の基部の正確な位置を測定することは困難であり、エラーが発生しやすい。この目的のために、基部に対応する極値も測定信号において検出する必要があり、これにはいくつかの計算ステップが必要になる。２つのねじ山の間の中間領域は軸方向に大きく延在しており、結果、中間領域に対応する測定値はプラトーにある。したがって、この測定値は十分に解決されない。さらに、後続のねじピッチ間の中間領域の開始部および終端部が正確に決定されない可能性があり、その結果、中間領域の決定から相当の不正確さが生じる。代わりに、この方法では、測定値からもたらされる測定曲線の、基準値との交点が検出される。基準値が、測定中に発生する最大値と測定中に発生する最小値との間にある場合、基準値は、原則として、本質的に所望のように選択することができる。ここでは、ねじ山のねじピッチのフランクが本質的に対称であるという知識が使用される。これは、同じ高さに配置された同じねじピッチの対向するフランクの２点間の中心点がねじピッチの基部に非常に精密に対応することを意味する。同様に、互いに外方に向いている後続のねじピッチのフランクの同じ高さに配置された２点間の中心点は非常に精密に、ねじピッチ間の中間領域の中心にある。これは原則として、これらの点が基準値に対応するねじピッチの高さには関係ない。これらの中心点を決定するために、距離センサの基準値をもたらす測定値が対になって測定値タプルに提供され、それぞれの連続する測定値タプルは各々、測定値曲線と基準値との交点を表す、基準値に対応する２つの連続する測定値を有する。平均値は、それぞれの後続の測定値タプルから決定される。第１の平均値と第２の平均値との間の距離は、軸方向における後続のねじピッチ間の距離に対応する。加えて、検査されているねじ山の巻数は既知であり、結果、ねじ山間の軸方向距離は、巻数を考慮に入れて、ねじ山の特定の回転角度に対応する。ボールねじ駆動装置のスピンドルは通常一条ねじであり、スピンドルが３６０°回転することは、後続のねじピッチの軸方向距離に等しい送り速度に対応する。加えて、基準値との交点の測定時間は、距離センサの測定およびそれから得られる測定曲線から分かり、結果、平均値間の時間間隔もそれらを平均化することから分かる。時間−角度分解能を、これから計算することができる。例えば、距離センサの移動速度および／または移動距離も既知および／または測定されている場合、計算された時間−角度分解能の助けを借りて、これからねじ山のねじリードまたはねじ山の他の特性を決定することができる。共通の高さにおいてねじ山のねじピッチのフランクを非接触で測定することにより、ねじ山の特性を迅速かつ正確に測定することができ、したがって、ねじ山を迅速に測定することができる。
【０００８】
測定値タプルは重複しない。これは、基準値との交点を形成するすべての測定値が、異なる測定値タプルに分けられることを意味する。この場合、第２の測定値タプルは第１の測定値タプルの直後に続き、結果、測定値タプルに割り当てられていない後続の測定値タプルの間に交点は残らない。これにより、各測定値タプルに同様の測定値が存在することが保証される。これは、共通のねじピッチの立ち下がりフランクおよび立ち上がりフランク、または異なる後続のねじピッチの立ち上がりフランクおよび立ち下がりフランクのいずれかに対応する。複数のねじ山の場合、同じねじピッチに割り当てられる測定値タプルが、互いに比較されることが好ましい。独立した各ねじピッチは、好ましくは別個に、特に好ましくは複数のねじ山の間隔を決定するために測定される。ねじ山の迅速な測定により、特に多軸自動旋盤においてねじ山を製造し、製造中または製造後に、加工片時間を大幅に増やすことなく、ねじ山を測定することができる。
【０００９】
特に、測定値は、開始時点からの測定時間の関数として、または、開始位置からの軸方向変位の関数として決定される。距離センサによって決定される測定曲線は、時間分解方式で決定することができ、すなわち、例えば電圧などの距離センサの測定値は、時間の関数としてプロットされる。代替的に、空間分解方式で測定曲線を提供することが可能であり、すなわち、例えば電圧などの距離センサの測定値は、距離センサの軸方向測定経路の関数としてプロットされる。距離センサが一定の移動速度で軸方向に移動される場合、測定時間に応じて測定値を決定することが容易になり得る。例えば外乱または測定の問題により、測定中に移動速度が変動する可能性がある場合に、測定値が軸方向変位の関数として決定される場合、測定正確度をより容易に維持することができる。
【００１０】
時間−角度分解能は、３つ以上の直に後続する測定値タプルからのいくつかの平均値を平均化することから計算されることが好ましい。複数の測定値タプルの複数の平均値を含めることにより、後続のねじピッチ間の対応した多数の距離および／または特定数の測定値タプルにわたって離間したねじピッチからの距離を考慮に入れることができる。考慮される多くの平均値により、平均値の平均から決定される時間−角度分解能の正確度を向上させることができる。
【００１１】
それぞれの測定値タプルは、特に好ましくは、ねじピッチの立ち上がりフランクに割り当てられる交点と、後続のねじピッチの立ち下がりフランクに割り当てられる交点とを有する。したがって、それぞれの測定値タプルの平均値は、軸方向に続く２つのねじ山間の中間領域の中心に対応する。中心領域の軸方向延伸範囲は一般にねじ山幅よりも大幅に大きいため、距離センサの分解能正確度に基づく測定の不正確さの影響はそれほど顕著ではない。これにより、ねじ山の測定正確度が向上する。
【００１２】
特に、距離センサの測定は、ねじ山の長手方向に固定されたトリガによってトリガされる。これにより、時間および／または位置において正確に規定される距離センサの測定の開始点が得られる。特に、これにより、同じねじ山の異なる測定値を互いに、および／または基準測定値と比較することが可能になる。さらに、ねじ山の軸方向相対位置、またはねじの軸方向開始部および／または軸方向終端部を測定し、規定の基準に対してチェックすることができる。ただし、ねじ山のリードおよび／またはリード誤差は、固定トリガなしで決定することもできる。
【００１３】
特に、平均値の、基準測定値の平均値に対する変位から、基準測定値のねじ山の基準角度位置に対する、周方向におけるねじ山の角度変位が計算される。測定するねじ山が基準測定値の角度量だけ回転されると、それぞれのねじピッチは軸方向に多少ずれて配置される。これはまた、時間および位置の位相シフトを伴う、測定曲線と基準値との交点をももたらす。この位相シフトは、ねじ山の角度変位を基準測定値および／またはそれに関連する基準角度位置を推定するために使用することができる。望ましくない角度変位は、反転し、および／または、後続のステップのために考慮に入れることができる。これにより、ボールねじ駆動装置のために与えられるねじ山をスピンドルナットに対して所望の角度位置に非常に精密に取り付けることが可能になり、それにより、ボールねじ駆動装置の精度を向上させることができる。特に、これにより、特にボールねじ駆動装置のスピンドルのねじ山の製造中に、所望の角度位置を設定および／または位置決めすることが可能になる。
【００１４】
好ましくは、距離センサの移動速度および／または移動経路および／または移動時間が検出され、ねじ山のねじリードは、第１の平均値と第２の平均値との間の距離から、および／または、複数の連続する平均値間の距離の平均から計算される。距離センサの動きの挙動を考慮に入れることによって、測定曲線からねじ山のさらなる特性を測定およびチェックすることができる。特に、複数のねじ山の場合のねじリードおよび／またはピッチを計算することができる。
【００１５】
特に好ましくは、ボールねじ駆動装置のスピンドルのねじ山が測定される。ねじ山の精密な測定および試験により、ねじ山は最高の精度要件を満たすことができる。これにより、特に機械工具および高精度用途に使用することができる、ボールねじ駆動装置のねじ山を高い生産速度で生産することが可能になる。ボールねじ駆動装置の特定の直線位置を高精度で制御することができる。
【００１６】
本発明はさらに、ねじ山を保持するための保持デバイスと、ねじ山の軸方向に平行に動かすことができる非接触距離センサと、距離センサによって検出される測定信号を評価するための評価デバイスとを備えた、ねじ山、特にボールねじ駆動装置のスピンドルのねじ山を測定するための測定装置に関し、評価デバイスは、方法を実施するために使用され、上述のように設計および開発することができる。共通の高さにおいてねじ山のねじピッチのフランクを非接触で測定することにより、ねじ山の特性を迅速かつ正確に測定することができ、したがって、ねじ山を迅速に測定することができる。
【００１７】
以下において、本発明は、好ましい例示的な実施形態を使用して、添付の図面を参照して例として説明され、以下に示される特徴は、本発明の態様を個別におよび組み合わせて表すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】ねじ山を測定する方法によって得られる測定曲線の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１に示す図面は、ボルト単位の電圧を秒単位の測定時間１２の関数として表す、非接触距離センサの測定値を示している。距離センサの測定値は測定曲線１４をもたらし、これは本質的に、軸線に沿った、測定されるねじ山の過程に対応する。測定曲線１４は、ほぼ任意に測定曲線１４の最大値と最小値との間にある基準値１６と交差する。測定曲線１４は、第１の交点ＦＳにおいて正のリードを有するねじピッチの立ち上がりフランクによって、および、第２の交点ＦＦにおいて負のリードを有するねじピッチの立ち下がりフランクによって、基準値１６と交差する。これらの２つの交点ＦＳおよびＦＦは、例えば以下に従って、平均値Ｍｎが形成される測定値タプルを形成する。
【数１】
2021514472.tif 000003
ここで、ｎは、ねじ山の考慮されるｎ番目のねじピッチである。軸方向に互いに続く、考慮されるねじピッチの総数Ｎが与えられると、
【数２】
2021514472.tif 000004
の時間−角度分解能ＺＷが、考慮されるねじピッチにわたって平均化した場合の単一のねじ山についてもたらされる。
【００２０】
ねじリード１８は、特に単一のねじ山について、例えば、ＭｎおよびＭｎ＋１など、２つの後続の平均値の間の距離から決定することができる。より明確にするために、これは、示されている図面において、平均値Ｍｎ−１およびＭｎ−２によって例示的に示される。さらに、測定曲線１４は、基準曲線２０と比較することができる。ねじ山が基準曲線２０のねじ山の角度位置に対してある角度量だけ回転される場合、以下に従って、測定曲線１４の平均値ＭＰｎと基準曲線２０の対応する平均値ＭＢｎとの間に時間位相差ｔｓが生じる。
ｔｓ＝ｔ（ＭＢｎ）−ｔ（ＭＰｎ）
【００２１】
これから、周方向における測定曲線１４のねじ山の角度位置と基準曲線２０のねじ山の角度位置との間の角度変位Δφを、以下に従って決定することができる。
Δφ＝ｔｓ・ＺＷ
【符号の説明】
【００２２】
１０  電圧
１２  測定時間
１４  測定曲線
１６  基準値
１８  ねじリード
２０  基準曲線
ＺＷ  時間−角度分解能
ＦＳ  交差立ち上がりフランク
ＦＦ  交差立ち下がりフランク
Ｍｎ  平均値
ＭＰｎ  測定曲線の平均値
ＭＢｎ  基準曲線の平均値
ｔｓ  位相差
Δφ  角度変位
【図１】
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【国際調査報告】
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