DE102010040774A1

DE102010040774A1 - Formmessvorrichtung

Info

Publication number: DE102010040774A1
Application number: DE102010040774A
Authority: DE
Inventors: Takashi Utsunomiya-shi Noda; Kenji Kawasaki-shi Ueda
Original assignee: Mitutoyo Corp
Current assignee: Mitutoyo Corp
Priority date: 2009-09-15
Filing date: 2010-09-14
Publication date: 2011-04-21
Anticipated expiration: 2030-09-15
Also published as: US8478564B2; DE102010040774B4; JP5528038B2; JP2011064466A; US20110066400A1

Abstract

Eine 3D-Messvorrichtung beinhaltet eine Sonde, die einen sphärischen Messkopf 211A zum Messen eines Messobjekts W aufweist; einen Bewegungsmechanismus 22, der die Sonde 21 hält und bewegt; und eine Bewegungssteuerung 3, die den Bewegungsmechanismus 22 steuert. Die Steuerung 3 beinhaltet einen Kontaktpunktermittler 33, der eine Kontaktpunktposition der Oberfläche des Messobjekts W und des Messkopfs 211A auf der Grundlage einer zentralen Position C des Messkopfs 211A; eines Radius r des Messkopfs 211A; und eines Schwenkbetrags des Messkopfs 211A ermittelt. Die Steuerung 3 beinhaltet ebenfalls eine Bewegungsbefehlsvorrichtung 31, die auf der Grundlage der durch den Kontaktpunktermittler 33 ermittelten Kontaktpunktposition einen Positionsbefehlswert berechnet, der den Bewegungsmechanismus 22 veranlasst, die Sonde 21 zu bewegen.

Description

1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Formmessvorrichtung.
2. Beschreibung der verwandten Technik
Konventionellerweise ist eine Formmessvorrichtung bekannt, die eine Sonde, welche einen Messkopf aufweist, der ein Messobjekt berührt, und die dazu konfiguriert ist, den Messkopf innerhalb eines vorgegebenen Bereichs zu bewegen; einen die Sonde bewegenden Bewegungsmechanismus; und eine Steuerung, die den Bewegungsmechanismus steuert, einschließt; und die eine Form des Messobjekts durch Bewegen des Messkopfs entlang einer Oberfläche des Messobjekts misst, während sie den Messkopf gegen das Messobjekt drückt (siehe beispielsweise Stand der Technik 1). In einer 3D-Messvorrichtung (Formmessvorrichtung), die im Stand der Technik 1 beschrieben ist, weist eine Bewegungssteuerung (Steuervorrichtung) einen autonomen Folgevektorgenerator auf, der einen Geschwindigkeitsvektor zum Bewegen eines Messkopfs entlang einer Oberfläche eines Messobjekts erzeugt, während der Messkopf gegen das Messobjekt gedrückt wird.
4 veranschaulicht einen Zustand, in dem ein Messkopf 100 entlang einer Fläche eines Messobjekts 110 mit kreisförmiger Kegelstumpfform bewegt wird. Wie in 4 gezeigt, stellt ein autonomer Folgevektorgenerator ein Koordinatensystem zum Messen der Form des Messobjekts 110 bereit, das eine Z-Achse für eine Mittelachse des Messobjekts 110 aufweist; sowie eine X-Achse und eine Y-Achse, die sich mit der Z-Achse in einem rechten Winkel schneiden. In der folgenden Beschreibung ist ein Beispiel angegeben, in dem innerhalb einer Beschränkungsebene S (doppelpunktierte gestrichelte Linie in 4) mit einem konstanten Koordinatenwert Z_h in der Z-Achsen-Richtung (d. h. Höhenrichtung des Messobjekts 110) der Messkopf 100 entlang der Oberfläche des Messobjekts 110 bewegt wird, um die Form des Messobjekts 110 bei einem Wert Z_h auf der Z-Achsen-Koordinate zu messen. In 4 ist eine Stelle LS von zu messenden Punkten in einer doppelpunktierten gestrichelten Linie gezeigt. Auch sind in 4 zur Vereinfachung der Figur der vorstehend beschriebene Z-Achsen-Koordinatenwert Z_h und andere Teile von Symbolen, die in den folgenden Gleichungen verwendet werden, weggelassen.
Der autonome Folgevektorgenerator erzeugt einen Geschwindigkeitsvektor V_P in Bezug auf die progressive Richtung der Folgesonde, wie in der nachstehenden Gleichung (1) gezeigt, indem er eine Eindrückrichtung des Messkopfs 100 gegen das Messobjekt 110 (mit anderen Worten, eine Schwenkrichtung des Messkopfs 100, wenn der Messkopf 100 gegen das Messobjekt 110) gedrückt wird) als Regelrichtung an einem Kontaktpunkt der Oberfläche des Messobjekts 110 und des Messkopfs 100 aufweist (nachstehend als Schwenkrichtung bezeichnet). V →_P = V_S·P →_u (1)
In diesem Beispiel ist V_S ein Parameter zum Steuern der Geschwindigkeit der progressiven Richtung. Wenn zum Beispiel die Schwenkrichtung oder die Abweichung vom Sollwert in der Höhenrichtung groß wird, wird V_S klein eingestellt. Der Vektor P_u ist ein Einheitsvektor des Vektors P und wird aus den folgenden Gleichungen (2) und (3) erhalten.
P → = E → × Z →_u (3)
In der obigen Gleichung (3) zeigt der Operator x ein äußeres Produkt des Vektors. Dementsprechend ist der Vektor P ein äußeres Produkt des Vektors E auf der Grundlage des Schwenkbetrags des Messkopfs 100; und des Einheitsvektors Z_u in der Z-Achsen-Richtung.
Des Weiteren erzeugt der autonome Folgevektorgenerator einen Geschwindigkeitsvektor V_E in Bezug auf die Schwenkrichtung, wie in der folgenden Gleichung (4) gezeigt. V →_E = V_e·(|E →| – E₀)·E →_u (4)
In diesem Beispiel ist V_e ein Parameter zum Steuern der Geschwindigkeit in der Schwenkrichtung, E₀ ist ein Standardschwenkbetrag einer Folgesonde, der ein Sollwert in der Schwenkrichtung ist. Weiterhin ist der Vektor E_u ein Einheitsvektor des Vektors E und wird durch die folgende Gleichung (5) erhalten.
Der autonome Folgevektorgenerator erzeugt ebenfalls einen Geschwindigkeitsvektor V_H in Bezug auf eine Höhenrichtung der Folgesonde, wie in der folgenden Gleichung (6) gezeigt. V →_H = V_h·(C_h – Z_h)·H →_h (6)
In diesem Beispiel ist V_h ein Parameter zum Steuern der Geschwindigkeit in der Höhenrichtung. C_h ist ein Z-Achsen-Koordinatenwert in einer zentralen Position des Messkopfs 100. Z_h ist eine Z-Achsen-Koordinate der Beschränkungsebene S, der ein Sollwert der Höhenrichtung ist. Weiterhin ist der Vektor H_h ein Vektor parallel zur Oberfläche des Messobjekts 110, der die Größe 1 in der Z-Achsen-Richtung hat. Der Vektor H_h wird in den folgenden Gleichungen (7) und (8) erhalten.
H →_u = P →_u × E →_u (8)
In der obigen Gleichung (7) ist der Operator (,) ein inneres Produkt des Vektors. Dementsprechend ist der Vektor H_h ein Wert, der den Vektor H_u durch das innere Produkt des Vektors H_u und des Einheitsvektors Zu in der Z-Achsen-Richtung teilt. Der Vektor H_u ist ein äußeres Produkt des Vektors P_u und des Vektors E_u.
Wie in der folgenden Gleichung (9) gezeigt, erzeugt der autonome Folgevektorgenerator des Weiteren einen Geschwindigkeitsvektor V_C durch Kombinieren von jedem der Geschwindigkeitsvektoren V_P, V_E und V_H, wobei V_C mit der Folgerichtung im Zusammenhang steht, um den Messkopf 100 entlang der Oberfläche des Messobjekts 110 zu bewegen. V →_C = V →_P + V →_E + V →_H (9)
Die Bewegungssteuerung bewegt den Messkopf 100 entlang der Oberfläche des Messobjekts 110 auf der Grundlage des Geschwindigkeitsvektors V_C, der durch den autonomen Folgevektorgenerator erzeugt wird.
[Verwandter Stand der Technik 1] Japanische Patentoffenlegungsschrift 2005-345123
Jedoch wird in der 3D-Messvorrichtung, die im Verwandten Stand der Technik 1 beschrieben ist, der Geschwindigkeitsvektor V_H in Bezug auf die Höhenrichtung der Folgesonde, wie in der Gleichung (6) veranschaulicht ist, auf der Grundlage der Differenz zwischen Z_h, die ein Z-Achsen-Koordinatenwert auf der Beschränkungsebene S (Sollwert in der Höhenrichtung) ist; und C_h, die ein Z-Achsen-Koordinatenwert in der Mitte des Messkopfs 100 ist, erzeugt. Daher besteht ein Fall, in dem die Kontaktpunktposition der Oberfläche des Messobjekts 110 und des Messkopfs 100 auf der Beschränkungsebene S nicht vorhanden ist.
5 veranschaulicht einen Zustand, in dem der Messkopf 100 entlang einer Oberfläche eines Messobjekts 120 mit kreisförmiger Kegelform bewegt wird. Insbesondere erzeugt die Bewegungssteuerung den Geschwindigkeitsvektor V_H in Bezug auf die Höhenrichtung der Folgesonde auf der Grundlage der Differenz Z_h, die ein Z-Achsen-Koordinatenwert auf der Beschränkungsebene S ist; und C_h, die ein Z-Achsen-Koordinatenwert einer Mitte C des Messkopfs 100 ist. Dementsprechend wird, wie in 5 gezeigt, der Messkopf 100 entlang der Oberfläche des Messobjekts 120 durch Bewegen der Mitte C des Messkopfs 100 auf der Beschränkungsebene S bewegt. In diesem Beispiel ist die Oberfläche des Messobjekts 120 mit der kreisförmigen Kegelform in Bezug auf die Z-Achse geneigt. Daher ist die Position des Kontaktpunkts A, wobei der Kontakt zwischen der Oberfläche des Messobjekts 110 und dem Messkopf 100 vorliegt, auf der Beschränkungsebene S nicht vorhanden. Daher misst die 3D-Messvorrichtung die Form des Messobjekts 120, die durch die Stelle LA des Kontaktpunkts A definiert (ausgezogene Linie in 5) aber nicht durch die Stelle LS definiert ist (doppelpunktierte gestrichelte Linie in 5), die der zu messende Punkt ist.
6 veranschaulicht einen Zustand, in dem der Messkopf 100 entlang einer Oberfläche eines Messobjekts 130 mit kreisförmiger Zylinderform bewegt wird. Wie ebenfalls in 6 gezeigt ist, besteht, selbst wenn das zylindrische Messobjekt 130 gemessen wird, das eine Oberfläche aufweist, die in Bezug auf die Z-Achse nicht geneigt ist, ein Problem, wo die Beschränkungsebene S in Bezug auf die Z-Achse geneigt ist. Insbesondere misst die 3D-Messvorrichtung die Form des Messobjekts 130, das durch die Stelle LA des Kontaktpunkts A (ausgezogene Linie 6), aber nicht durch die Stelle LS (doppelpunktierte gestrichelte Linie in 6) definiert ist, die der zu messende Punkt ist. Mit anderen Worten, die 3D-Messvorrichtung gemäß dem Verwandten Stand der Technik 1 kann nicht immer die Form des Messobjekts durch Inkontaktbringen des Messkopfs mit dem zu messenden Punkt messen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung stellt eine Formmessvorrichtung zur Verfügung, die die Form eines Messobjekts durch sicheres Inkontaktbringen eines Messkopfs mit einem zu messenden Punkt messen kann.
Die Formmessvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet: eine Sonde, die einen Messkopf aufweist, der ein Messobjekt berührt, und die dazu konfiguriert ist, den Messkopf innerhalb eines vorgegebenen Bereichs zu bewegen; einen Bewegungsmechanismus, der die Sonde bewegt; und eine Steuerung, die den Bewegungsmechanismus steuert. Eine Form des Messobjekts wird gemessen, indem der Messkopf entlang einer Oberfläche des Messobjekts bewegt wird, während der Messkopf gegen das Messobjekt gedrückt wird. Die Steuerung beinhaltet: einen Kontaktpunktermittler, der eine Kontaktpunktposition der Oberfläche des Messobjekts und des Messkopfs ermittelt; und eine Bewegungsbefehlsvorrichtung, die einen Positionsbefehlswert berechnet, der den Bewegungsmechanismus veranlasst, die Sonde auf der Grundlage der Kontaktpunktposition zu bewegen.
Mit der vorstehend beschriebenen Konfiguration ist die Formmessvorrichtung mit der Bewegungsbefehlsvorrichtung versehen, die einen Positionsbefehlswert berechnet, welcher den Bewegungsmechanismus veranlasst, die Sonde auf der Grundlage der von dem Kontaktpunktermittler ermittelten Kontaktpunktposition zu bewegen. Daher ist es möglich, die Form des Messobjekts durch sicheres Inkontaktbringen des Messkopfs mit dem zu messenden Punkt zu messen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, dass der Messkopf eine sphärische Form aufweist und der Kontaktpunktermittler die Kontaktpunktposition auf der Basis von: einer zentralen Position auf dem Messkopf; einem Radius des Messkopfs; und einer Regelrichtung des Kontaktpunkts berechnet und ermittelt.
Mit der vorstehend beschriebenen Konfiguration kann der Kontaktpunktermittler die Kontaktpunktposition berechnen und ermitteln. Daher ist es möglich, Vorteile ähnlich wie bei der vorstehend beschriebenen Formmessvorrichtung zu erhalten.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, dass der Kontaktpunktermittler die Regelrichtung des Kontaktpunkts auf der Grundlage eines Schwenkbetrags des Messkopfs berechnet.
Die Regelrichtung des Kontaktpunkts wird als Schwenkrichtung des Messkopfs betrachtet, wenn der Messkopf gegen das Messobjekt gedrückt wird. Weiterhin kann die Schwenkrichtung des Messkopfs auf der Grundlage des Schwenkbetrags des gemessenen Betrags berechnet werden. Daher berechnet gemäß der vorliegenden Erfindung der Kontaktpunktermittler die Regelrichtung des Kontaktpunkts auf der Grundlage des Schwenkbetrags des Messkopfs. Daher ist es möglich, die Position des Kontaktpunkts mit einer Konfiguration zu ermitteln, die ähnlich der konventionellen Formmessvorrichtung ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, dass die Steuerung einen Messwertrechner aufweist, der einen gemessenen Wert auf der Grundlage eines Bewegungsbetrags des Bewegungsmechanismus und der Kontaktpunktposition berechnet.
In der 3D-Messvorrichtung, die im Verwandten Stand der Technik 1 beschrieben ist, wird die Form des Messobjekts gemessen, indem der Messkopf entlang der Oberfläche des Messobjekts auf der Grundlage der zentralen Position des Messkopfs bewegt wird. Dann ermittelt die 3D-Messvorrichtung die zentrale Position des Messkopfs als Messwert und korrigiert den Messwert unter Verwendung des Radius des Messkopfs. Gemäß der vorliegenden Erfindung jedoch weist die Formmessvorrichtung den Messwertrechner auf, der den Messwert auf der Grundlage des Bewegungsbetrags des Bewegungsmechanismus und der Kontaktpunktposition berechnet, die von dem Kontaktpunktermittler ermittelt wurde. Daher ist es möglich, den Messwert ohne Korrektur zu ermitteln, wodurch die Messzeit verkürzt wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Erfindung wird weiterhin in der folgenden detaillierten Beschreibung unter Bezugnahme auf die bekannten mehreren Zeichnungen mittels nicht-beschränkender Beispiele beispielhafter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben, in denen gleiche Bezugszeichen in allen diversen Ansichten der Zeichnungen für gleiche Teile stehen und in denen:
1 ein schematisches Diagramm ist, das eine gesamte 3D-Messvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
2 ein Blockdiagramm ist, das eine allgemeine Konfiguration der 3D-Messvorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
3 einen Zustand veranschaulicht, in dem ein Messkopf entlang einer Oberfläche eines Messobjekts mit kreisförmiger Kegelform gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung bewegt wird;
4 einen Zustand veranschaulicht, in dem ein Messkopf entlang einer Oberfläche eines Messobjekts mit einer kreisförmigen Kegelstumpfform bewegt wird;
5 einen Zustand veranschaulicht, in dem ein Messkopf entlang einer Oberfläche eines Messobjekts mit einer kreisförmigen Kegelform bewegt wird; und
6 einen Zustand veranschaulicht, in dem ein Messkopf entlang einer Oberfläche eines Messobjekts mit kreisförmiger zylindrischer Form bewegt wird.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die hier gezeigten Einzelheiten sind mittels Beispiel und rein zu Zwecken der veranschaulichenden Erörterung der Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung und werden in der Sache der Bereitstellung dessen vorgestellt, was für die nützlichste und am leichtesten verständliche Beschreibung der Prinzipien und konzeptionellen Gesichtspunkte der vorliegenden Erfindung gehalten wird. In dieser Hinsicht wird kein Versuch unternommen, bauliche Details der vorliegenden Erfindung eingehender zu zeigen, als für das grundlegende Verständnis der vorliegenden Erfindung notwendig ist, die Beschreibung wird mit den Zeichnungen genommen, was es für die Fachleute auf dem Gebiet offensichtlich macht, wie die Formen der vorliegenden Erfindung in die Praxis umgesetzt werden können.
Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird wie folgt unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. 1 ist ein schematisches Diagramm, das eine gesamte 3D-Messvorrichtung 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. 2 ist ein Blockdiagramm, das eine allgemeine Konfiguration der 3D-Messvorrichtung 1 veranschaulicht. In 1 ist eine Aufwärtsrichtung eine positive Z-Achsen-Richtung. Zwei Achsen, die sich senkrecht mit der Z-Achse schneiden, sind die X-Achse und die Y-Achse.
Wie in 1 gezeigt, weist die 3D-Messvorrichtung 1 als Formmessvorrichtung einen 3D-Messvorrichtungs-Hauptkörper 2, eine Bewegungssteuerung 3, eine Bedienvorrichtung 4, einen Hostcomputer 5 sowie eine Eingabeeinheit 61 und eine Ausgabeeinheit 62 auf. Die Bewegungssteuerung 3 führt eine Antriebssteuerung des 3D-Messvorrichtungs-Hauptkörpers 2 aus. Die Bedienvorrichtung 4 gibt der Bewegungssteuerung 3 über einen Betätigungshebel und dergleichen einen Befehl und bedient den 3D-Messvorrichtungs-Hauptkörper 2 manuell. Der Hostcomputer 5 gibt der Bewegungssteuerung 3 einen vorgegebenen Befehl und führt einen Vorgang aus, wie etwa eine Formanalyse eines auf dem 3D-Messvorrichtungs-Hauptkörper 2 platzierten Messobjekts W. Die Eingabeeinheit 61 und die Ausgabeeinheit 62 sind mit dem Hostcomputer 5 verbunden. Die Eingabeeinheit 61 gibt an den Hostcomputer 5 eine Messbedingung und dergleichen für die 3D-Messvorrichtung 1 ein. Die Ausgabeeinheit 62 gibt ein Messergebnis der 3D-Messvorrichtung 1 aus. In diesem Ausführungsbeispiel konfigurieren die Bewegungssteuerung 3 und der Hostcomputer 5 eine Steuervorrichtung.
Der 3D-Messvorrichtungs-Hauptkörper 2 weist eine Sonde 21, einen Bewegungsmechanismus (auch als Bewegungsvorrichtung bezeichnet) 22 und einen Oberflächentisch 23 auf. Die Sonde 21 hat einen Kugelform-Messkopf 211A, der das Messobjekt W misst. Der Bewegungsmechanismus 22 hält und bewegt die Sonde 21. Der Bewegungsmechanismus 22 steht auf dem Oberflächentisch 23. Die Sonde 21 weist einen Stift 211 und einen Haltemechanismus 212 auf. Der Stift 211 ist an seinem distalen Ende (negative Richtung der Z-Achse) mit dem Messkopf 211A versehen. Der Haltemechanismus 212 hält eine proximale Endseite des Stifts 211 (positive Richtung der Z-Achse).
Der Haltemechanismus 212 spannt den Stift 211 in den Richtungen der X-, Y- und Z-Achse vor und hält den Stift 211 an einer vorgegebenen Position. Wenn eine externe Kraft ausgeübt wird, d. h. wenn der Messkopf 211A das Messobjekt W berührt, wird der Stift 211 innerhalb eines vorgegebenen Bereichs in jede der Richtungen der X-, Y- und Z-Achse beweglich gehalten. Mit anderen Worten, der Haltemechanismus 212 hält den Messkopf 211A beweglich in einem vorgegebenen Bereich. Wie in 2 gezeigt, weist der Haltemechanismus 212 einen X-Achsen-Sondensensor 212X, einen Y-Achsen-Sondensensor 212Y und einen Z-Achsen-Sondensensor 212Z auf, die eine Position des Stifts 211 in jeder der Achsen-Richtungen erfassen. Zusätzlich sind die Sondensensoren 212X, 212Y und 212Z Positionssensoren, die Impulssignale nach Maßgabe des Bewegungsbetrags des Stifts 211 in jeder der Achsen-Richtungen ausgeben.
Der Bewegungsmechanismus 22 beinhaltet einen Gleit- bzw. Schiebemechanismus 24 und einen Antriebsmechanismus 25. Der Schiebemechanismus 24 hält die Sonde 21 und ermöglicht Schiebebewegungen der Sonde 21. Der Antriebsmechanismus 25 bewegt die Sonde 21 durch Antreiben des Schiebemechanismus 24. Der Schiebemechanismus 24 beinhaltet zwei Säulen 241, einen Balken 242, einen Schieber 243 und einen Stempel 244. Die beiden Säulen 241 sind an beiden Enden in der X-Achsen-Richtung auf dem Oberflächentisch 23 vorgesehen, wobei sie sich in die positive Z-Achsen-Richtung erstrecken und in der Y-Achsen-Richtung verschiebbar vorgesehen sind. Der Balken 242 wird von den Säulen 241 gehalten und erstreckt sich entlang der X-Achsen-Richtung. Der Schieber 243 ist zu einer Säulenform geformt, die sich entlang der Z-Achsen-Richtung erstreckt, und ist auf dem Balken 242 entlang der X-Achsen-Richtung verschiebbar vorgesehen. Der Stempel 244 ist in den Schieber 243 eingefügt und im Schieber 243 entlang der Z-Achsen-Richtung verschiebbar vorgesehen.
Wie in den 1 und 2 gezeigt, beinhaltet der Antriebsmechanismus 25 einen Y-Achsen-Treiber 251Y, einen X-Achsen-Treiber 251X (in 1 nicht gezeigt) und einen Z-Achsen-Treiber 251Z (in 1 nicht gezeigt). Der Y-Achsen-Treiber 251Y stützt eine der Säulen 241 auf der Seite der positiven Z-Achsen-Richtung und gleitet in der Säule in der Y-Achsen-Richtung. Der X-Achsen-Treiber 251X schiebt und bewegt den Schieber 243 auf dem Balken 242 entlang der X-Achsen-Richtung. Der Z-Achsen-Treiber 251Z schiebt den Stempel 244 in den Schieber 243 und bewegt den Stempel 244 in der Z-Achsen-Richtung.
Wie in 2 gezeigt, sind der X-Achsen-Treiber 251X, der Y-Achsen-Treiber 251Y und der Z-Achsen-Treiber 251Z jeweils mit einem X-Achsen-Skalensensor 252X, einen Y-Achsen-Skalensensor 252Y und einen Z-Achsen-Skalensensor 252Z versehen, um Positionen des Schiebers 243, der Säulen 241 und des Stempels 244 in Achsen-Richtungen zu erfassen. Jeder von dem X-Achsen-Skalensensor 252X, dem Y-Achsen-Skalensensor 252Y und dem Z-Achsen-Skalensensor 252Z ist ein Positionssensor, der Impulssignale nach Maßgabe des Bewegungsbetrags des Schiebers 243, der Säulen 241 und des Stempels 244 ausgibt.
Wie in 2 gezeigt, beinhaltet die Bewegungssteuerung 3 eine Bewegungsbefehlsvorrichtung 31, eine Antriebssteuerung 32, einen Kontaktpunktermittler 33 und einen Zähler 34. Die Bewegungsbefehlsvorrichtung 31 berechnet einen Positionsbefehlswert zum Bewegen der Sonde 21. Die Antriebssteuerung 32 bewegt die Sonde 21 durch Steuern des Antriebsmechanismus 25 auf der Grundlage des von der Bewegungsbefehlsvorrichtung 31 berechneten Positionsbefehlswerts. Der Kontaktpunktermittler 33 ermittelt eine Kontaktpunktposition der Oberfläche des Messobjekts W und des Messkopfs 211A. Der Zähler 34 zählt Impulssignale hoch, die von jedem der Skalensensoren 252X, 252Y und 252Z und von jedem der Sondensensoren 212X, 212Y und 212Z ausgegeben werden.
Der Zähler 34 beinhaltet einen Skalenzähler 341 und einen Sondenzähler 342. Der Skalenzähler 341 zählt die Impulssignale, die von den Skalensensoren 252X, 252Y und 252Z ausgegeben werden, und misst einen Bewegungsbetrag (S_X, S_Y, S_Z) des Schiebemechanismus 24. Der Sondenzähler 342 zählt die Impulssignale, die von den Sondensensoren 212X, 212Y und 212Z ausgegeben werden, und misst einen Bewegungsbetrag des Stifts 211, d. h. den Schwenkbetrag des Messkopfs 211A (E_X, E_Y, E_Z). Zusätzlich wird der Bewegungsbetrag des Schiebemechanismus 24 eingestellt, um die zentrale Position des Messkopfs 211A anzugeben, wenn es überhaupt keine Bewegung des Stifts 211 im Haltemechanismus 212 gibt, d. h. wenn der Schwenkbetrag des Messkopfs 211A 0 ist.
Auf der Grundlage eines Befehls von der Bedienvorrichtung 4 oder dem Hostcomputer 5 berechnet die Bewegungsbefehlsvorrichtung 31 den Positionsbefehlswert zum Bewegen des Messkopfs 211A entlang der Oberfläche des Messobjekts W, während der Messkopf 211A gegen das Messobjekt W gedrückt wird. Insbesondere erzeugt die Bewegungsbefehlsvorrichtung 31 einen Geschwindigkeitsvektor V_C auf der Grundlage der vorstehend beschriebenen Gleichungen (1)–(5) und (7)–(9) und der folgenden Gleichung (10), die anstelle der vorstehend beschriebenen Gleichung (6) verwendet wird. Der Geschwindigkeitsvektor V_C wird verwendet, um einen Positionsbefehlswert zu berechnen. V →_H = V_h·(A_h – Z_h)·H →_h (10)
In der vorstehend beschriebenen Gleichung (10) ist A_h ein Z-Achsen-Koordinatenwert des durch den Kontaktpunktermittler 33 erhaltenen Kontaktpunkts A. Die folgende Darstellung verwendet das zuvor beschriebene Messobjekt 120 als Beispiel zur Erläuterung, wie der Kontaktpunktermittler 33 den Kontaktpunkt A ermittelt.
3 veranschaulicht einen Zustand, in dem der Messkopf 211A entlang der Oberfläche des Messobjekts 120, das eine kreisförmige Kegelform hat, bewegt wird. Da der Messkopf 211A eine Kugelform hat, kann die Position des Kontaktpunkts A der Oberfläche des Messobjekts 120 und des Messkopfs 211A, wie in 3 gezeigt, auf der Grundlage der zentralen Position C des Messkopfs 211A, eines Radius r des Messkopfs 211A und einer Regelrichtung des Kontaktpunkts A berechnet werden. Des Weiteren kann die Regelrichtung des Kontaktpunkts A als Schwenkrichtung des Messkopfs 211A betrachtet werden, wenn der Messkopf 211A gegen das Messobjekt 120 gedrückt wird. Somit wird die Schwenkrichtung des Messkopfs 211A auf der Grundlage der Schwenkrichtung des Messkopfs 211A (E_X, E_Y, E_Z) berechnet.
Dementsprechend berechnet der Kontaktpunktermittler 33 im vorliegenden Ausführungsbeispiel die Regelrichtung des Kontaktpunkts A auf der Grundlage der Schwenkrichtung des Messkopfs 211A und berechnet dann die Position des Kontaktpunkts A auf der Grundlage der zentralen Position C des Messkopfs 211A, des Radius r des Messkopfs 211A und der Regelrichtung des Kontaktpunkts A. Des Weiteren kann in einigen Fällen aufgrund einer Reibung zwischen dem Messkopf 211A und dem Messobjekt 120 die Regelrichtung des Kontaktpunkts A nicht als die Schwenkrichtung des Messkopfs 211A betrachtet werden. Daher verwendet das vorliegende Ausführungsbeispiel eine Erfindung, die in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. S63-131016 offenbart ist, um die Reibungswirkung zwischen dem Messkopf 211A und dem Messobjekt 120 zu verringern.
Insbesondere ermittelt der Kontaktpunktermittler 33 die Position des Kontaktpunkts A auf der Grundlage der folgenden Gleichung (11) durch Erzeugen eines Koordinatensystems zum Messen der Form des Messobjekts 120, das eine Z-Achse, die eine Mittelachse des Messobjekts 120 ist, sowie eine X- und eine Y-Achse aufweist, die sich senkrecht mit der Z-Achse schneiden; und durch Berechnen mit dem Vektor C auf der Grundlage des Bewegungsbetrags des Schiebemechanismus 24, der die zentrale Position C des Messkopfs 211A veranschaulicht; dem Vektor E auf der Grundlage des Schwenkbetrags des Messkopfs 211A und dem Vektor A, der die Position des Kontaktpunkts A veranschaulicht.
Der Hostcomputer 5 ist mit einer CPU (Zentraleinheit), einem Speicher und dergleichen konfiguriert und steuert den 3D-Messvorrichtungs-Hauptkörper 2, indem er der Bewegungssteuerung 3 einen vorbestimmten Befehl gibt. Der Hostcomputer 5 beinhaltet einen Datenermittler 51, einen Messwertrechner 52 und einen Formanalysator 53. Der Datenermittler 51 ermittelt den Bewegungsbetrag des Schiebemechanismus 24, der von dem Skalenzähler 341 gemessen wurde, und die Position des Kontaktpunkts A, die von dem Kontaktpunktermittler 33 ermittelt wurde, in einem vorgegebenen Abtastintervall. Der Messwertrechner 52 berechnet den Messwert auf der Grundlage des Bewegungsbetrags des Schiebemechanismus 24 und der durch den Datenermittler 51 ermittelten Position des Kontaktpunkts A. Der Formanalysator 53 berechnet die Oberflächenformdaten des Messobjekts W auf der Grundlage des Messwerts, der von dem Messwertrechner 52 berechnet wurde; und führt eine Formanalyse durch, um einen Fehler/eine Verzerrung der berechneten Oberflächenformdaten des Messobjekts W zu erhalten.
Mit dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel werden die folgenden Vorteile erhalten.

(1) Die 3D-Messvorrichtung 1 beinhaltet eine Bewegungsbefehlsvorrichtung 31, die einen Positionsbefehlswert für den Bewegungsmechanismus 22 zum Bewegen der Sonde 21 auf der Grundlage der Position des durch den Kontaktpunktermittler 33 ermittelten Kontaktpunkts berechnet. Daher kann die 3D-Messvorrichtung 1 die Form des Messobjekts W durch sicheres Inkontaktbringen des Messkopfs 211A mit dem zu messenden Punkt messen.
(2) Der Kontaktpunktermittler 33 berechnet eine Regelrichtung des Kontaktpunkts A auf der Grundlage des Schwenkbetrags des Messkopfs 211A, somit ist er imstande, die Position des Kontaktpunkts A mit einer Konfiguration zu ermitteln, die ähnlich der konventionellen Formmessvorrichtung ist.
(3) Die 3D-Messvorrichtung 1 beinhaltet den Messwertrechner 52, der einen Messwert auf der Grundlage des Bewegungsbetrags des Bewegungsmechanismus 22 und der durch den Kontaktpunktermittler 33 ermittelten Position des Kontaktpunkts berechnet. Daher ist es möglich, den Messwert ohne Korrektur zu ermitteln, womit die Messzeit verkürzt wird.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt und es können Variationen und Modifikationen möglich sein, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Beispielsweise berechnet der Kontaktpunktermittler 33 im vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel die Regelrichtung des Kontaktpunkts A auf der Grundlage der Schwenkrichtung des Messkopfs 211A und berechnet dann die Position des Kontaktpunkts A auf der Grundlage der zentralen Position C des Messkopfs 211A, des Radius r des Messkopfs 211A und der Regelrichtung des Kontaktpunkts A. Im Gegensatz hierzu kann der Kontaktpunktermittler die Regelrichtung des Kontaktpunkts durch Verwendung eines Sensors erfassen und dann die Position des Kontaktpunkts auf der Grundlage der zentralen Position des Messkopfs, des Radius des Messkopfs und der Regelrichtung des Kontaktpunkts berechnen. Des Weiteren kann der Kontaktpunktermittler die Position des Kontaktpunkts unter Verwendung eines Sensors direkt erfassen. Mit anderen Worten, solange der Kontaktpunktermittler dazu konfiguriert ist, die Position des Kontaktpunkts zu ermitteln, können die Vorteile der vorliegenden Erfindung erreicht werden. Obwohl der Messkopf 211A im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Kugelform aufweist, kann der Messkopf 211A weiterhin eine unterschiedliche Form, wie etwa eine halbkugelförmige Form, aufweisen.
Die 3D-Messvorrichtung 1 beinhaltet den Messwertrechner 52, der einen Messwert auf der Grundlage des Bewegungsbetrags des Schiebemechanismus 24 und der Position des Kontaktpunkts A, die durch den Kontaktpunktermittler 33 ermittelt wird, berechnet, Jedoch kann der Messwert auf der Grundlage des Bewegungsbetrags des Schiebemechanismus 24 und des Schwenkbetrags des Messkopfs 211A berechnet werden, der dann durch den Radius r des Messkopfs 211A korrigiert werden kann. Weiterhin verwendet das vorliegende Ausführungsbeispiel das Messobjekt 120, das eine kreisförmige Kegelform hat, als Beispiel. Jedoch kann das Messobjekt von beliebiger Form sein.
Die vorliegende Erfindung kann vorteilhaft in einer Formmessvorrichtung verwendet werden.
Es ist bekannt, dass die vorstehenden Beispiele nur zum Zweck der Erläuterung vorgesehen worden sind und sie sollen auf keinen Fall als die vorliegende Erfindung einschränkend aufgefasst werden. Zwar ist die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf beispielhafte Ausführungsformen beschrieben worden, aber es versteht sich, dass die Worte, die vorliegend verwendet worden sind, vielmehr Worte der Beschreibung und Darstellung als Worte der Beschränkung sind. Es können im Hinblick auf die beigefügten Ansprüche, wie aktuell dargelegt und in geändertem Zustand, Änderungen vorgenommen werden, ohne vom Umfang und der Idee der vorliegenden Erfindung in ihren Gesichtspunkten abzuweichen. Obwohl die vorliegende Erfindung vorliegend unter Bezugnahme auf bestimme Aufbauten, Materialien und Ausführungsbeispiele beschrieben worden ist, ist es nicht beabsichtigt, dass die vorliegende Erfindung auf die vorliegend offenbarten Besonderheiten beschränkt ist; vielmehr erstreckt sich die vorliegende Erfindung auf alle funktionell gleichwertigen Aufbauten, Verfahren und Verwendungen, wie sie im Umfang der beigefügten Ansprüche enthalten sind.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2005-345123 [0013]
JP 63-131016 [0046]

Claims

Formmessvorrichtung mit: einer Sonde (21) mit einem Messkopf (211A), der dazu konfiguriert ist, ein Messobjekt (W) zu berühren, wobei die Sonde (21) dazu konfiguriert ist, den Messkopf (211A) innerhalb eines vorgegebenen Bereichs zu bewegen; einem Bewegungsmechanismus (22), der dazu konfiguriert ist, die Sonde (21) zu bewegen; und eine Steuerung (3), die dazu konfiguriert ist, den Bewegungsmechanismus (22) zu steuern, wobei: die Form des Messobjekts (W) gemessen wird, indem der Messkopf (211A) entlang einer Oberfläche des Messobjekts (W) bewegt wird, während der Messkopf (211A) gegen das Messobjekt (W) gedrückt wird, und die Steuerung (3) umfasst: einen Kontaktpunktermittler (33), der dazu konfiguriert ist, eine Kontaktpunktposition der Oberfläche des Messobjekts (W) und des Messkopfs (211A) zu ermitteln; und eine Bewegungsbefehlsvorrichtung (31), die dazu konfiguriert ist, auf der Grundlage der Kontaktpunktposition einen Positionsbefehlswert zu berechnen, der den Bewegungsmechanismus (22) veranlasst, die Sonde (21) zu bewegen.
Formmessvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Messkopf eine Kugelform aufweist und der Kontaktpunkt (A)-Ermittler (33) die Kontaktpunktposition auf der Grundlage: einer zentralen Position (C) des Messkopfs (211A); eines Radius (r) des Messkopfs (211A); und einer Regelrichtung des Kontaktpunkts (A) berechnet und ermittelt.
Formmessvorrichtung nach Anspruch 2, wobei der Kontaktpunktermittler (33) die Regelrichtung des Kontaktpunkts (A) auf der Grundlage eines Schwenkbetrags des Messkopfs (211A) berechnet.
Formmessvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Steuerung (3) einen Messwertrechner (52) umfasst, der einen Messwert auf der Grundlage eines Bewegungsbetrags des Bewegungsmechanismus (22) und der Kontaktpunktposition berechnet.
Formmessvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Steuerung einen Messwertrechner umfasst, der einen Messwert auf der Grundlage eines Bewegungsbetrags des Bewegungsmechanismus und der Kontaktpunktposition berechnet.
Formmessvorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Steuerung einen Messwertrechner umfasst, der einen Messwert auf der Grundlage eines Bewegungsbetrags des Bewegungsmechanismus und der Kontaktpunktposition berechnet.