(57)【要約】  物体を測定する方法は、物体を移動可能なステージに位置づける方法と、距離センサーで物体の回転スキャンを行う工程と、回転スキャンに基づいて物体の幾何学的パラメーターを測定する工程と、を含む。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体を測定する方法であって、
移動可能なステージ上に物体を位置づける工程と、
距離センサーにより前記物体の回転スキャンを行う工程と、
前記回転スキャンに基づいて前記物体の幾何学的パラメーターを測定する工程と、
を備える物体を測定する方法。
【請求項２】
前記物体に関連する前記距離センサーの移動工程を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記距離センサーに関連する前記物体の回転工程及び前記物体の移動工程の少なくとも一つの工程を更に含む、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記スキャンのモーションプランニングを容易にするための前記物体のプレスキャン工程を更に含む、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記幾何学的パラメーターが抽出されるセクションスキャン及びポイントクラウドの少なくとも一つを生成する工程を更に含む、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記物体の測定に関連する機械的なエラーの修正工程、前記物体のパラメーターの計算工程及び前記物体の三次元設計を生成する工程の少なくとも一つを更に含む、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記距離センサーは光学センサー及びペリスコープを含み、前記方法は前記ペリスコープの回転及び前記光学センサーの回転の少なくとも一つを更に含む、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記物体を測定するためにシステムを自動化する工程を更に含む、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
物体を測定するシステムであって、前記システムは、
前記物体の幾何学的パラメーターを測定するために前記物体の回転スキャンを行うための距離センサーと、
前記物体を保持するための移動可能なステージと、からなる、物体を測定するシステム。
【請求項１０】
前記距離センサーは前記物体に関連して移動するように構成される、請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
前記ステージは前記距離センサーに関連して物体の回転及び物体の移動の少なくとも一つを行うように構成された、請求項９又は１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記距離センサーは前記スキャンのモーションプランニングを容易にするために前記物体をプレスキャンするように構成される、請求項９乃至１１のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１３】
前記幾何学的パラメーターが抽出されるセクションスキャン及びポイントクラウドの少なくとも一つを生成するように構成される請求項９乃至１２のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１４】
前記距離センサーは、前記物体の測定に関連する機械的なエラーを修正すること、前記物体のパラメーターを計算すること、及び前記物体の三次元設計を生成すること、の少なくとも一つのように構成される、請求項９乃至１３のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１５】
前記距離センサーは光学センサー及び前記光学センサーに接続されるペリスコープからなり、前記光学センサー及び前記ペリスコープの少なくとも一つが回転するように構成されている、請求項９乃至１４のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１６】
前記システムは自動化される、請求項９乃至１５のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１７】
物体の幾何学的パラメーターを測定するために物体の回転スキャンを行うための距離センサーであって、前記距離センサーは、
光学センサーと、
前記光学センサーに接続されるペリスコープと、からなり、
前記光学センサーと前記ペリスコープの少なくとも一つが回転するように構成され、前記距離センサーは前記物体に関連して移動するように構成されることを特徴とする、距離センサー。
【請求項１８】
前記スキャンのモーションプランニングを容易にするために前記物体をプレスキャンするために構成された、請求項１７に記載の距離センサー。
【請求項１９】
前記幾何学的パラメーターが抽出されるセクションスキャン及びポイントクラウドの少なくとも一つを生成するために構成された、請求項１７または１８に記載の距離センサー。
【請求項２０】
前記距離センサーは、前記物体の測定に関連する機械的なエラーを修正すること、前記物体のパラメーターを計算すること、及び前記物体の三次元設計を生成すること、の少なくとも一つのように構成される請求項１７乃至１９のいずれか１項に記載の距離センサー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般的に測定システムに関するものであり、また特に切削工具測定のための方法及びシステムに関する。
【０００２】
切削工具は、エンジン翼などの航空機部品の製造において使用される重要な一部品である。少なくともいくつかの既知の切削工具は、複雑な幾何学的形状及び鋭角及び／又は曲線縁を有して製造される。そのようなことから、その切削工具の製造時における品質管理の維持は、その切削工具を使用して製造される部品の品質を管理するために最も重要であろう。具体的には、複数の工具が複数の同型のエンジン翼を製造するために用いられる場合、各切削工具は正確に調整された外形及び寸法で製造されることが必須である。しかしながら、既知の製造技術では、大抵の切削工具は必ずしも正確に検査され又はコントロールされて寸法及び外形で製造されているとは限らない。従って、少なくともいくつかの既知のエンジン翼は異なった寸法及び外形に製造される場合がある。
【０００３】
例えば、図１は切削工具の製造において使用されるための設計モデル及びその設計モデルに基づいて製造される二例の切削工具を描写した図である。より具体的には、図１（ａ）は第一研削機械で製造された切削工具であり、図１（ｂ）は第二研削機械で製造された切削工具であり、図１（ｃ）は切削工具用の設計モデルである。図１で見られるように、切削工具は大抵設計モデルと異なる外形及び寸法で製造される。より具体的には、第一研削機械で製造された切削工具は、第二研削機械で製造された切削工具と異なる外形及び寸法を有する場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第5568260号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従って、同一性を確保するために切削工具を検査することが一般的である。より具体的には、各切削工具のパラメーターは大抵、画一性を確保するために品質基準に対して設計モデルにより測定及び検証される。しかしながら、既知の測定システムは二次元で切削工具のみを測定する、つまり既知の測定システムは、同時に切削工具のほんのわずかなパラメーター及び一つの特徴の測定に限られている。このように、その測定は信頼できるものではなく、時間ばかりがかかる場合がある。更に、既知の測定システムは通常複数の手動操作を必要とするため、測定の再現性が限られることがある。
【０００６】
一つの観点において、物体を測定する方法は移動可能なステージ上で物体を位置づける工程と、距離センサーで物体の回転スキャンを行う工程と、その回転スキャンに基づいて物体の幾何学的パラメーターを測定する工程と、を含む。
【０００７】
更に他の観点において、物体を測定する方法は、物体の幾何学的パラメーターを測定するために物体の回転スキャンを行うための距離センサー及び物体を保持するための移動可能なステージを含む。更に他の観点において、既知のヘリカル構成で物体をスキャンする方法は、物体のヘリカルスキャン動作でスキャンされてもよい。
【０００８】
更に他の観点において、物体の幾何学的パラメーターを測定するために物体の回転スキャンを行うための距離センサーが提供される。距離センサーは、光学センサー及びその光学センサーに接続されるペリスコープを含む。光学センサー及びペリスコープの少なくとも一つは、回転するように構成される。距離センサーは物体に関連して動くように構成される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】代表的な切削工具設計モデルと、この設計モデルに基づいて製造される二つの切削工具である。
【図２】切削工具を測定するために使用されるであろう代表的な測定システムである。
【図３】図２に示される測定システムを異なる視点から見た図である。
【図４】図２及び図３に示される測定システムで使用されるであろう代表的なステージを示した図である。
【図５】図２及び図３に示される測定システムで使用されるであろう代表的な距離センサーを示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明は、物体の測定に使用される代表的な方法及びシステムを提供する。特に、代表的な実施形態において、システムは物体の回転スキャンを行うための距離センサーと、物体を保持するための移動可能なステージとを有する。更に、距離センサーは光学センサー及びその光学センサーに接続されたペリスコープを含む。光学センサーとペリスコープとの少なくとも一つは、回転するように構成される。従って、システムはポイントクラウドデータの収集を容易にするために物体をヘリカルスキャンし、測定の再現性が容易にされた方法で自動的に物体の各パラメーターを測定する方法を供給する。
【００１１】
本発明は、測定切削工具に関連した本明細書を参照して以下に説明される。本発明は当業者にとって明瞭であり、また的確な変更を条件として教訓によって導かれるべきである。本発明のシステム及び方法は、航空エンジン部品などを含むいかなる物体の測定にも適している。
【００１２】
図２は切削工具１０２の測定に使用されてもよい代表的なシステム１００の図である。具体的に、図２は切削工具１０２の端１４０を測定するために配置されたシステム１００の図である。図３は、システム１００を他の視点から見た図である。具体的に、図３は切削工具１０２の側面１４２をスキャンするために配置されたシステム１００を示す。代表的な実施形態において、システム１００はベース１０４と、ステージ１０６と、距離センサー１０８とを含む。図４は、ステージ１０６の図であり、図５は距離センサー１０８の概略図である。
【００１３】
図示されてはいないが、当業者には当然なことながら、代表的な実施形態において、システム１００はデータを保管及び分析するために、コンピュータ、データベース、及び／又はプロセッサの少なくとも一つに電気的に接続されている。更に代表的な実施形態において、システム１００はデータを表示するために少なくとも一つのモニター（図示せず）に電気的に接続されている。
【００１４】
代表的な実施形態において、ステージ１０６はベース１０４に対して移動可能であり、また代表的な実施形態において、第一ステージ１２０及び第二ステージ１２２を含む。第一ステージ１２０は、その上に切削工具１０２を保持するために配置される。より具体的には、代表的な実施形態において、第一ステージ１２０は、その上に切削工具１０２を保持するために配置される回転軸１２４を含む。より具体的には、代表的な実施形態において、システム１００は、約０ミリメートルから約２００ミリメートルの範囲内の長さＬ１を有するいかなる切削工具１０２をその上に保持及び測定するための大きさに形作られている。更に、代表的な実施形態において、システム１００は、約０ミリメートルから約２５．４ミリメートルの範囲内の直径Ｄ１を有するいかなる切削工具１０２をその上に保持及び測定するための大きさに形作られている。他の実施形態において、変形を加えて、システム１００は、システム１００に保持及び測定されることができる長さＬ１及び／又は直径Ｄ１を有するいかなる切削工具を保持及び測定するための大きさに形作られている。更に、切削工具１０２はいかなる適当な結合メカニズム及び／又はここに説明されるようにシステム１００の操作を可能にする保持構造を利用して保持される。
【００１５】
更に、代表的な実施形態において、第一ステージ１２０はＸ−Ｙステージである。具体的には、第一ステージ１２０はＸ軸とＹ軸とに沿って移動するように構成される。更に具体的には、代表的な実施形態において、第一ステージ１２０は、約０．１マイクロメートルの分解能で約０ミリメートルから約５０ミリメートルの範囲内でＸ軸に沿って移動するように構成される。更に、代表的な実施形態において、第一ステージ１２０は約０．１マイクロメートルの分解能で約０ミリメートルから約１００ミリメートルの範囲内でＹ軸に沿って移動するように構成される。他の実施形態において、第一ステージ１２０は、ここに説明されるようにシステム１００の操作を可能にするいかなる適当な分解能を有する適当な範囲内でＸ軸及び／又はＹ軸に従って移動するように構成される。更に代表的な実施形態において、回転軸１２４は、切削工具１０２をＺ軸の周囲を回転するように構成される。より具体的には、回転軸１２４は切削工具１０２を切削工具センターラインＣ１の周囲を回転するように構成される。代表的な実施形態において、回転軸１２４は、約０．０００１度の分解能で約３６０度回転させるように構成される。他の実施形態において、回転軸１２４はここに説明されるように、システム１００の操作を可能にするいかなる適切な分解能を有するいかなる適切な範囲内で回転するように構成される。
【００１６】
代表的な実施形態において、距離センサー１０８は第二ステージ１２２に接続されている。さらに、代表的な実施形態において、第二ステージ１２２は、距離センサー１０８を少なくともＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸に沿って移動させるように構成されるＸ−Ｙ−Ｚステージである。更に、代表的な実施形態において、第二ステージ１２２は、約０．１マイクロメートルの分解能で、約０ミリメートルから約２５０ミリメートルの範囲内でＺ軸にそって距離センサー１０８を移動するように構成される。他の実施形態において、第二ステージ１２２は、ここに説明されるようにシステム１００の操作を可能にするいかなる適当な分解能を有したいかなる適当な範囲内でＺ軸に沿って距離センサー１０８を移動するように構成される。代表的な実施形態において、第二ステージ１２２は、第一ステージ１２０の幅と実質的に類似している範囲内で、及び第一ステージ１２０の分解能に実質的に類似した結果でＸ及びＹ軸に沿って距離センサー１０８を移動するために構成されてもよい。他の実施形態において、第二ステージ１２２は、ここに説明されるようにシステム１００の操作を可能にするいかなる適当な分解能を有した適当な範囲内でＸ及びＹ軸に沿って距離センサー１０８を移動するように構成される。従って、代表的な実施形態において、距離センター１０８は第一ステージ１２０から多様な距離に位置付けが可能である。このようなことから、距離センサー１０８は切削工具１０２から多様な距離Ｄ２に位置付けが可能である。
【００１７】
従って、第一ステージ１２０は、切削工具１０２を移動及び／又は回転するために配置され、第二ステージ１２２は、切削工具１０２からの所望の距離Ｄ１に距離センサー１０８を配置するように構成される。このようなことから、第一ステージ１２０及び第二ステージ１２２は、後述されるように、切削工具１０２のいかなる位置の測定を容易にする。
【００１８】
代表的な実施形態において、ステージ１０６のＸ、Ｙ及びＺ移動は、約１マイクロメートルから約２マイクロメートルの絶対精度を有する。更に代表的な実施形態において、ステージ１０６のＸ、Ｙ及びＺ移動は、約０．５マイクロメートルから約１マイクロメートルの繰り返し精度を有する。加えて、代表的な実施形態において、ステージ１０６のＸ、Ｙ及びＺ移動は、約０．００１５度の直交性を有する。他の実施形態において、ステージ１０６のＸ、Ｙ及びＺ移動は、ここに説明されるように、システム１００の操作を可能にする適当な絶対精度、繰り返し精度、及び／又は直交性を有する。
【００１９】
図５を参照すると、代表的な実施形態において、距離センサー１０８は、光学センサー２００とその光学センサーに接合されるペリスコープ２０２とを含む。代表的な実施形態において、距離センサー１０８は切削工具１０２の回転スキャンを行うように構成される。一つの実施形態において、光学センサー２００は、例えば米国特許5,953,137で開示されるOptiemet Smart Probeのようなコノスコープセンサーである。一つの実施形態において、光学センサー２００はここに説明されるように操作に適したいかなる測距タイプセンサーである。
【００２０】
代表的な実施形態において、光学センサー１２０は、光２０４が切削工具１０２の一部に対して向けられるように、ペリスコープ２０２を介して光２０４のビームを方向付けるように構成される。代表的な実施形態において、光２０６が光学センサー２００に対して向けられるように、光２０４は切削工具１０２で反射する。光学センサー２００は光２０６を受け、その光の干渉縞を生成し波長を測定する。代表的な実施形態において、光学センサー２００は光２０４の干渉縞の波長と光２０６の干渉縞の波長との差異に基づき光学センサーと切削工具１０２との間の距離を測定する。一つの実施形態において、光学センサー２００は約±１．５ミクロンの正確さで距離を測定する。他の一つの実施形態において、光学センサー２００は、ここに説明されるように、システム１００の操作を可能にするいかなる適当な正確さで距離を測定する。更に、代表的な実施形態において、光学センサー２００はデータを得るために約３０００キロヘルツまでの周波数を利用する。他の一つの実施形態において、光学センサー２００は、ここに説明されるように、システム１００の操作を可能にするデータを得るため適当な周波数で距離を測定する。切削工具１０２の複数の地点への距離を測定することで、システム１００は、切削工具１０２の様々な幾何学的パラメーターを識別する。具体的には、距離測定はシステム１００が、切削工具１０２の正確な断面又は三次元モデルを生成するために使用されるスキャンポイントクラウドを生成することを可能にする。
【００２１】
代表的な実施形態において、距離センサー１０８はペリスコープ２０２に接続する回転装置２１０を含む。代表的な実施形態において、回転装置２１０は約０度から約９０度の範囲内でペリスコープ２０２を回転する。他の実施形態において、回転装置２１０は、ここに説明されるように、システム１００の操作を可能にするいかなる適切は範囲内でペリスコープ２０２を回転する。具体的には、代表的な実施形態において、回転装置２１０は、図２に示されるように、ペリスコープレンズ２１２を切削工具１０２の端１４０と一致させること又は図３に示されるように切削工具１０２の側面１４２に一致させることを可能にするためにペリスコープ２０２を回転するように構成される。更に代表的な実施形態において、回転装置２１０は、レンズ２１２が切削工具１０２の端１４０と側面１４２とのいかなる地点の間に一致するために、ペリスコープ２０２を回転する。この実施例で説明されるように、回転装置２１０はシステム１００の操作を可能にするいかなる適当な回転装置であってもよい。更に、一つの実施形態において、光学センサー２００もまた回転するように構成される。このように、レンズ２１２はペリスコープ２０２及び／又は光学センサー２００を回転することにより、切削工具１０２のいかなる部分と一致させることが可能である。
【００２２】
操作中、代表的な実施形態において、ペリスコープ２０２及び／又は光学センサー２００は、レンズ２１２を測定される切削工具１０２の地点に位置合わせするために回転される。光学センサー２００からの光２０４は切削工具１０２に対してペリスコープレンズ２１２を介して方向付けられる。光２０６は切削工具１０２に反射し、光学センサー２００に対してペリスコープレンズ２１２を介して方向付けられる。
【００２３】
図２乃至図５を参照すると、操作中、切削工具１０２は回転軸１２４に配置され、レンズ２１２に合わせられる。具体的には、第一ステージ１２０及び第二ステージ１２２は、距離センサー１０８に関して切削工具１０２を配置するために操作される。その後ペリスコープ２０２及び／または光学センサー２００は、レンズ２１２を切削工具１０２の個別の地点に位置合わせするために回転される。光学センサー２００からの光２０４は、反射光２０６の生成を容易にするためにペリスコープレンズ２１２を介して切削工具１０２の個別の地点に対して方向付けられる。光２０６は、光学センサー２００と切削工具１０２の間の距離が測定されるように、ペレスコープレンズ２１２を介して光学センサー２００に対して方向付けられる。代表的な実施形態において、測定された距離はコンピュータ（図示せず）または他の似たような装置に保存される。
【００２４】
第一ステージ１２０、第二ステージ１２２、第三ステージ１２４、光学センサー２００、及びペリスコープ２０２の少なくとも一つの軸は、その後、切削工具１０２の第二地点がスキャンされるのを可能にするために操作される。代表的な実施形態において、個別の地点のスキャン工程は、切削工具１０２の所望の部分が測定されるまで繰り返される。一つの実施形態において、システム１００は、ユーザーの介入なく複数の個別の地点を測定するために自動化される。
【００２５】
移動可能ステージ１０６及び回転可能距離センサー１０８を統合させることにより、既知の測定システムと比較してシステム１００は、システム１００がより正確なスキャンを促進するように稼動するモーションプランニングを容易にするために、プレスキャンを行うことができる。従ってシステム１００は、切削工具１０２の幾何学的パターンが測定できるところからポイントクラウドを生成する。このようなことから、システム１００は下流ＣＡＥ分析及び切削物理シミュレーションのための三次元設計を行うことが可能である。
【００２６】
具体的には、切削工具１０２の測定中に得られたデータは、切削工具１０２のパラメーターが抽出されるスキャンポイントクラウドを生成することが可能である。このようなことから、測定の再現性は既知の測定システムの再現性より高い。更に、一つの実施形態において、スキャンポイントクラウドは三次元設計機能を提供し、下流ＣＡＥ分析及び切削物理シミュレーションのためのＣＡＤ設計を行うために使用される。従ってシステム１００は、切削工具１０２の測定に関連する機械的なエラーの修正、切削工具１０２のパラメーターの計算、及び切削工具１０２の三次元モデルの生成、の少なくとも一つを行うために取得したデータを使用する。更に、切削工具１０２の切削パラメーターはスプレッドシートに自動的に保存され、インタラクティブに画面に表示されるか又はハードコピーとして印刷される。
【００２７】
一つの実施形態において、物体を測定する方法は移動可能なステージ上で物体を位置付ける方法と、距離センサーで物体の回転スキャンを行う方法と、回転スキャンに基づいて物体の幾何学的パラメーターを測定する方法とを含む。
【００２８】
本発明は、既知の測定システムより高い再現性を可能にする物体の測定方法及びシステムを提供する。具体的には、そのシステムはユーザーがセクションスキャン及びスキャンポイントクラウドの少なくとも一つを取得すること、及び物体の複数の幾何学的パラメーターを測定することを可能にする。初期のラフスキャンは、システムがシステムの動作を効率的にガイドするためにモーションプランニングを行うことを可能にする。従って、システムは切削工具の寸法と外形を既知の測定システムと比較してより正確な測定を提供する。
【００２９】
本発明は、エンジン翼の製造のためのより同一な切削工具の提供を容易にする再現性を提供する。このようなものとして、そのような切削工具で製造されるエンジン翼はより同一及び／又は正確に製造されることを容易にする。従って、本発明は、エンジン翼及び／又はエンジン翼を含むエンジンの効率性及び／又は耐用年数が上昇することが容易にされるので、エンジン翼の製造の改良を円滑にする。
【００３０】
ここに使用されるように、単数形で使用されて“一つの”という言葉で始まる一つの要素又はステップは、排除する旨の記載が明白にない限り、複数の要素又はステップを排除するものではないと理解されるべきである。更に、本発明の“一つの実施形態”の言及は、記載される特性に関与する付随する実施形態の存在を排除するものとして解釈されないことを意図している。
【００３１】
本発明が様々な特定の実施形態の観点から説明されている一方で、当業者は特許請求の範囲の精神と観点の中で変更されることを認識するであろう。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2010513927.tif 000007
【国際調査報告】
2010513927.tif 000008
2010513927.tif 000009
2010513927.tif 000010