DE102017212147A1

DE102017212147A1 - Regelverfahren eines Konturmessgeräts

Info

Publication number: DE102017212147A1
Application number: DE102017212147.5A
Authority: DE
Inventors: Takashi Noda; Hiromi Deguchi; Norihiko Murata
Original assignee: Mitutoyo Corp
Current assignee: Mitutoyo Corp
Priority date: 2016-07-14
Filing date: 2017-07-14
Publication date: 2018-01-18
Also published as: JP2018009905A; CN107621248A; US20180017954A1; CN107621248B; US10365630B2; JP6774240B2

Abstract

Eine Sondenverlagerungsanweisung in einer Abtastmessung wird gemäß einem zusammengesetzten Geschwindigkeitsvektor V generiert: V = Gf·Vf + Ge·Ve + sg(p)·Gc·Vc2,wobei Vf ein Vektor ist, an dem eine Sonde auf einem Abtastweg verlagert wird, Ve ein Vektor ist, der einen Vertiefungsbetrag der Sonde in Richtung auf ein Werkstück auf einem Standardvertiefungsbetrag hält. Vc2 ist durch (Vc1·q)q dargestellt, Vc1 ist ein Vektor in einer Richtung, der eine Sondenposition korrigiert, so dass ein Stiftkopf auf einem Abtastkurs orientiert ist, q ist ein Vektor, der durch ein Vektorprodukt der Normalen einer Oberfläche des Werkstücks und Vf gegeben ist. Die Normalenrichtung einer gemessenen Oberfläche wird mit Nw bezeichnet, p ist ein Skalarprodukt von Vc2 und Nw, und sg (p) ist eine Funktion, die gemäß einem Wert von p +1 oder –1 wiedergibt.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Regelverfahren eines Konturmessgeräts.
Beschreibung der verwandten Technik
Konturmessgeräte, die eine Kontur eines Messobjekts messen, indem sie eine Abtastverlagerung einer Sonde entlang einer Oberfläche des Messobjekts ausführen, sind bekannt (siehe beispielsweise die japanische Patent-Auslegeschrift Nr. 2008-241420 , die japanische Patent-Auslegeschrift Nr. 2013-238573 und die japanische Patent-Auslegeschrift Nr. 2014-021004 ). Ferner ist auch ein Verfahren zum Ausführen einer Abtastmessung während einer autonomen Kurskorrektur bekannt, bei dem ein Vertiefungskorrekturvektor ständig berechnet wird, um einen Vertiefungsbetrag der Sonde konstant zu halten ( japanische Patent-Auslegeschrift Nr. 2013-238573 ). Ein nominelles Abtasten wie bei diesem Beispiel wird als „aktive nominelle Abtastmessung” bezeichnet.
Um eine vereinfachte Einführung in die „aktive nominelle Abtastmessung” bereitzustellen, die in der japanischen Patent-Auslegeschrift Nr. 2013-238573 offenbart wird, wird bei der „aktiven nominellen Abtastmessung” ein zusammengesetzter Vektor V, wie er in der nachstehenden Gleichung 1 dargestellt ist, als eine Verlagerungsanweisung für die Sonde behandelt. Wenn sich die Sonde basierend auf dem zusammengesetzten Vektor V verlagert, während sich die Sonde (Stiftkopf) auf einem vordefinierten Abtastweg verlagert, wird eine Abtastmessung der Oberfläche eines Werkstücks erreicht, bei der der Betrag der Vertiefung konstant gehalten wird (d. h. die „aktive nominelle Abtastmessung”). In der folgenden Beschreibung wird der „vordefinierte Abtastweg” als „nomineller Abtastweg” bezeichnet. V = Gf × Vf + Ge × Ve + Gc × Vc (Gl. 1)
Es folgt eine vereinfachte Beschreibung der Bedeutung dieser Gleichung mit Bezug auf 1. In 1 ist der nominelle Abtastweg gegenüber den theoretischen Daten des Werkstücks um einen vorbestimmten Betrag versetzt (Stiftkopfradius r – Vertiefungsbetrag Ep). Auch bildet 1 einen hypothetischen Fall ab, bei dem das eigentliche Werkstück gegenüber den theoretischen Daten leicht versetzt ist.
Ein Vektor Vf ist ein Weggeschwindigkeitsvektor. Der Weggeschwindigkeitsvektor Vf weist eine Ausrichtung von einem Interpolationspunkt (i), der auf dem nominellen Abtastweg liegt, zu dem folgenden Interpolationspunkt (i + 1) auf. Eine Größe des Weggeschwindigkeitsvektors Vf wird beispielsweise basierend auf einer Krümmung des nominellen Abtastwegs für den Interpolationspunkt (i) bestimmt (z. B. japanische Patent-Auslegeschrift Nr. 2014-021004 ).
Ein Vektor Ve ist ein Vertiefungskorrekturvektor und korrigiert den Vertiefungsbetrag Ep der Sonde auf einen vorbestimmten Standardvertiefungsbetrag (z. B. 0,3 mm). Der Vertiefungskorrekturvektor Ve ist notwendigerweise parallel zu einer Normalen der Oberfläche des Werkstücks.
Ein Vektor Vc ist ein Kurskorrekturvektor. Der Kurskorrekturvektor ist parallel zu einer rechtwinkligen Linie, die von einer Sondenposition zu dem nominellen Abtastweg gezogen wird. Gf, Ge und Gc sind jeweils eine Abtastantriebsverstärkung, eine Vertiefungskorrekturverstärkung und eine Kurskorrekturverstärkung.
Wenn die Verlagerung der Sonde mit dem zusammengesetzten Geschwindigkeitsvektor V gemäß der Gleichung 1 geregelt wird, wird die aktive nominelle Abtastmessung erreicht. Die Regelung kann jedoch auf Grund der Richtung jedes Vektors unstabil werden. Beispielsweise sind für den Fall aus 1 der Kurskorrekturvektor Vc und der Vertiefungskorrekturvektor Ve in entgegengesetzten Richtungen orientiert. Daher kann es sein, dass eine Sonde 230 anfängt zu schwingen.
In dieser Hinsicht ist die japanische Patent-Auslegeschrift Nr. 2013-238573 derart konfiguriert, dass die Werte von Gf, Ge und Gc jeweils je nach Bedarf durch eine Funktion f1(C, E), f2(E) und f3(C) angepasst werden. Wenn jedoch Ge oder Gc verringert werden, um das Schwingungsverhalten zu unterbinden, wird natürlich auch der zusammengesetzte Vektor V verringert. In diesem Fall kommt es zu einem anderen Problem, bei dem die Kurskorrekturleistung und die Vertiefungskorrekturleistung verringert werden. Entsprechend ist es nicht möglich, sowohl die Kurskorrekturleistung als auch die Regelstabilität zu erreichen.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung stellt ein Regelverfahren eines Konturmessgeräts bereit, das in der Lage ist, sowohl die Kurskorrekturleistung als auch die Regelstabilität zu erreichen.
Das Regelverfahren des Konturmessgeräts gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Regelverfahren eines Konturmessgeräts, das eine Sonde umfasst, die einen Stiftkopf an einem distalen Ende und einen Verlagerungsmechanismus, der die Sonde verlagert, aufweist, wobei das Konturmessgerät einen Kontakt zwischen dem Stiftkopf und einer Oberfläche eines Werkstücks detektiert und eine Kontur des Werkstücks misst. Das Regelverfahren findet einen Abtastweg, auf dem der Stiftkopf verlagert wird, basierend auf den theoretischen Daten des Werkstücks und verlagert während der Regelung eines Vertiefungsbetrags der Sonde in Richtung auf das Werkstück, um einen Standardvertiefungsbetrag zu halten, den Stiftkopf auf dem Abtastweg; und dadurch generiert das Regelverfahren eine Sondenverlagerungsanweisung gemäß einem zusammengesetzten Geschwindigkeitsvektor V, der durch die folgende Gleichung dargestellt wird.
Zusammengesetzter Geschwindigkeitsvektor

V = Gf·Vf + Ge·Ve + sg(p)·Gc·Vc2

In dieser Gleichung ist der Weggeschwindigkeitsvektor Vf ein Vektor, an dem die Sonde auf dem Abtastweg verlagert wird. Der Vertiefungskorrekturvektor Ve ist ein Vektor, der den Vertiefungsbetrag der Sonde in Richtung auf das Werkstück auf dem Standardvertiefungsbetrag hält. Ein zweiter Kurskorrekturvektor Vc2 wird durch (Vc1·q)q dargestellt. Ein erster Kurskorrekturvektor Vc1 ist ein Vektor in einer Richtung, welche die Sondenposition korrigiert, so dass der Stiftkopf auf einem Abtastkurs orientiert ist. Ein Kurskorrekturrichtungsvektor q ist ein Vektor, der durch ein Vektorprodukt der Normalen der Oberfläche des Werkstücks und des Weggeschwindigkeitsvektors Vf gegeben ist. Wenn die Normalenrichtung einer gemessenen Oberfläche, die basierend auf den theoretischen Daten des Werkstücks berechnet wird, als nomineller Normalenrichtungsvektor Nw definiert wird, ist p ein Skalarprodukt des zweiten Kurskorrekturvektors Vc2 und des nominellen Normalenrichtungsvektors Nw, und eine Funktion sg(p) zum Bestimmen eines mathematischen Vorzeichens ist eine Funktion, die gemäß einem Wert von p +1 oder –1 zurückgibt. Gf, Ge und Gc können beliebige gewünschte Koeffizienten sein.
Bei der vorliegenden Erfindung ist der Wert der Funktion sg(p) zum Bestimmen eines mathematischen Vorzeichens bevorzugt +1, wenn das Skalarprodukt p des zweiten Kurskorrekturvektors Vc2 und des nominellen Normalenrichtungsvektors Nw mindestens 0 beträgt, und ist –1, wenn das Skalarprodukt p des zweiten Kurskorrekturvektors Vc2 und des nominellen Normalenrichtungsvektors Nw kleiner als 0 ist.
Bei der vorliegenden Erfindung wird bevorzugt während der Berechnung des Abtastwegs, auf dem der Stiftkopf verlagert wird, basierend auf den theoretischen Daten des Werkstücks der Abtastweg in eine Vielzahl von Segmenten unterteilt, und ein durchschnittlicher Normalenrichtungsvektor Nw für die gemessene Oberfläche wird für jedes Segment berechnet.
Ein Regelprogramm des Konturmessgeräts gemäß der vorliegenden Erfindung führt das Regelverfahren des Konturmessgeräts auf einem Computer aus.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Erfindung wird in der folgenden ausführlichen Beschreibung mit Bezug auf die bezeichnete Vielzahl von Zeichnungen anhand von nicht einschränkenden Beispielen von beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, in denen die gleichen Bezugszeichen ähnliche Teile in den mehreren Ansichten der Zeichnungen darstellen, weiter beschrieben. Es zeigen:
1 ein Beispiel aus dem Stand der Technik von diversen Komponenten eines zusammengesetzten Geschwindigkeitsvektors V;
2 eine Gesamtkonfiguration eines Konturmesssystems;
3 ein Funktionsblockdiagramm, das einen Host-Computer und einen Bewegungsregler abbildet;
4 ein Beispiel eines nominellen Abtastwegs und eines nominellen Normalenrichtungsvektors in Bezug auf ein Messobjekt;
5 ein Beispiel eines nominellen Abtastwegs und eines nominellen Normalenrichtungsvektors in Bezug auf ein Messobjekt;
6 ein Ablaufschema der Gesamtregelungen einer aktiven nominellen Abtastmessung;
7 ein Ablaufschema, das eine Arbeitsweise zum Generieren des zusammengesetzten Geschwindigkeitsvektors V beschreibt;
8 die Arbeitsweise zum Generieren des zusammengesetzten Geschwindigkeitsvektors V;
9 ein Ablaufschema, das eine Arbeitsweise zum Generieren eines zweiten Kurskorrekturvektors Vc2 beschreibt;
10 eine Beziehung zwischen den relativen Richtungen jedes Vektors;
11 ein Vergleichsbeispiel;
12 einen beispielhaften Abschnitt einer unteren Stufenfläche des Messobjekts aus 4, entlang einer Linie XII-XII;
13 ein erklärendes Diagramm einer beispielhaften Betätigung einer Sonde;
14A und 14B die Rolle einer Funktion sg(p) zum Bestimmen eines mathematischen Vorzeichens;
15 die Rolle der Funktion sg(p) zum Bestimmen eines mathematischen Vorzeichens; und
16 die Rolle der Funktion sg(p) zum Bestimmen eines mathematischen Vorzeichens.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die hier gezeigten Einzelheiten sind beispielhaft und dienen nur der erläuternden Diskussion der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung und werden vorgelegt, um bereitzustellen, was als möglichst nützliche und leicht verständliche Beschreibung der Grundlagen und konzeptuellen Aspekte der vorliegenden Erfindung angesehen wird. In dieser Hinsicht wird nicht versucht, strukturelle Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ausführlicher als zum grundlegenden Verständnis der vorliegenden Erfindung notwendig zu zeigen, wobei die Beschreibung zusammen mit den Zeichnungen gesehen dem Fachmann nahebringt, wie die Formen der vorliegenden Erfindung in die Praxis umgesetzt werden können.
Eine Beschreibung der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf die Zeichnungen und auf die Bezugszeichen, die jeder Komponente in den Zeichnungen zugeteilt sind, gegeben.
Erste Ausführungsform
Es wird eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Eine grundlegende Funktionsweise der aktiven nominellen Abtastmessung wurde bereits in anderen Druckschriften offenbart (siehe beispielsweise 3 der japanischen Patent-Auslegeschrift Nr. 2008-241420 ), und daher bespricht die folgende Beschreibung die Generierung eines zusammengesetzten Geschwindigkeitsvektors V, der eine Hauptüberlegung der vorliegenden Erfindung ist.
Bevor wir beginnen, wird hier kurz eine grundlegende Konfiguration eines Konturmesssystems 100 beschrieben. 2 bildet eine Gesamtkonfiguration des Konturmesssystems 100 ab. Das Konturmesssystem 100 umfasst ein Koordinatenmessgerät 200, einen Bewegungsregler 300, der den Antrieb des Koordinatenmessgeräts 200 regelt, und einen Host-Computer 500, der den Bewegungsregler 300 regelt und die notwendige Datenverarbeitung durchführt.
Das Koordinatenmessgerät 200 umfasst einen Objekttisch 210, einen Verlagerungsmechanismus 220 und eine Sonde 230.
Der Verlagerungsmechanismus 220 umfasst einen torförmigen Y-Schieber 221, der bereitgestellt wird, um über dem Objekttisch 210 in einer Y-Richtung gleiten zu können, einen X-Schieber 222, der an einem Träger entlang in einer X-Richtung des Y-Schiebers 221 gleitet, einen Z-Achsenständer 223, der an dem X-Schieber 222 fixiert ist, und eine Z-Spindel 224, die in einer Z-Richtung innerhalb des Z-Achsenständers 223 auf und ab geht.
Der Y-Schieber 221, der X-Schieber 222 und die Z-Spindel 224 weisen jeweils einen Antriebsmotor auf (in den Zeichnungen nicht gezeigt) und einen Codierer (in den Zeichnungen nicht gezeigt), der daran angebracht ist, auf. Jeder Antriebsmotor wird durch ein Antriebsregelsignal von dem Bewegungsregler 300 antriebsmäßig geregelt. Der Codierer detektiert einen Verlagerungsbetrag für jeden von dem Y-Schieber 221, dem X-Schieber 222 und der Z-Spindel 224 und gibt Detektionswerte an den Bewegungsregler 300 aus. Die Sonde 230 ist an einem unteren Ende der Z-Spindel 224 montiert.
Die Sonde 230 umfasst einen Stift 231, der einen Stiftkopf 232 an einem distalen Ende (Seite der -Z-Achsenrichtung) und einen Halter 233, der ein Basisende (Seite der +Z-Achsenrichtung) des Stifts 231 hält, aufweist. Der Stiftkopf 232 ist sphärisch und kommt mit einem Messobjekt W in Kontakt.
Wenn eine äußere Kraft auf den Stift 231 ausgeübt wird (mit anderen Worten, wenn der Stiftkopf 232 in direktem Kontakt mit dem Messobjekt W steht), hält der Halter 233 den Stift 231, um eine Verlagerung des Stifts 231 innerhalb eines festen Bereichs in jeder der X-, Y- und Z-Achsenrichtungen zu ermöglichen. Ferner umfasst der Halter 233 einen Sondensensor (in den Zeichnungen nicht gezeigt), der eine Position des Stifts 231 in jeder Achsenrichtung detektiert. Der Sondensensor gibt den Detektionswert an den Bewegungsregler 300 aus.
Konfiguration des Host-Computers 500
3 ist ein Funktionsblockdiagramm, das den Host-Computer 500 und den Bewegungsregler 300 abbildet. Der Host-Computer 500 ist konfiguriert, um beispielsweise eine CPU 511 (Zentraleinheit) und einen Speicher zu umfassen, und regelt das Koordinatenmessgerät 200 anhand des Bewegungsreglers 300. Eine Ausgabevorrichtung (z. B. eine Anzeige oder ein Drucker) und eine Eingabevorrichtung (z. B. eine Tastatur oder eine Maus) sind je nach Bedarf mit dem Host-Computer 500 verbunden.
Der Host-Computer 500 umfasst ferner einen Speicher 520 und einen Konturanalysator 530. Der Speicher 520 speichert theoretische Daten (wie etwa CAD-Daten und NURBS-Daten) bezüglich einer Kontur des Messobjekts (Werkstücks) W; Messdaten, die aus Messungen erzielt werden; und ein Messregelprogramm, das einen gesamten Messvorgang regelt.
Der Konturanalysator 530 führt eine Konturanalyse aus, indem er Oberflächenkonturdaten des Messobjekts W basierend auf Messdaten, die von dem Bewegungsregler 300 ausgegeben werden, berechnet und Abweichungen, Verzerrungen und dergleichen in der berechneten Oberflächenkontur des Messobjekts W ausfindig macht. Zudem handhabt der Konturanalysator 530 eine Rechenverarbeitung, die einen „nominellen Abtastweg” berechnet, der die theoretischen Daten verwendet (wie etwa CAD-Daten und NURBS-Daten). Ein Aspekt der vorliegenden Ausführungsform verbessert den „nominellen Abtastweg”.
Ein Abtastmessweg (nomineller Abtastweg) muss für die Abtastmessungen im Voraus vorbereitet werden. Was in der vorliegenden Ausführungsform als Abtastmessweg (nomineller Abtastweg) bezeichnet wird, sind jedoch nicht einfach „Kurven-”Daten wie im Stand der Technik, sondern bezieht sich vielmehr auch auf Wegoberflächendaten, die ferner Daten für eine Normale einer gemessenen Oberfläche umfassen. Insbesondere ist der „nominelle Abtastweg” der vorliegenden Ausführungsform ein gekrümmter Linienweg einer Abtastmessung, zu dem Daten für die Normale hinzugefügt werden.
Es wird nun die Berechnung des nominellen Abtastwegs beschrieben. Der Konturanalysator 530 empfängt CAD-Daten (z. B. NURBS-(nicht einheitliche rationale B-Spline)Daten), die Wegdaten von einem externen CAD-System oder dergleichen umfassen, und konvertiert die CAD-Daten in Punktmengendaten. Die Daten für jeden Punkt sind Daten, die Koordinatenwerte (x, y, z) und Normalenrichtungen (P, Q, R) kombinieren. (Mit anderen Worten x, y, z, P, Q, R.) In der vorliegenden Beschreibung werden zum Zweck der folgenden Beschreibung Punktmengendaten, die Daten für (x, y, z, P, Q, R) aufweisen, als Konturpunktdaten bezeichnet.
Als Nächstes wird der Koordinatenwert an jedem Punkt um einen vorbestimmten Betrag in der Normalenrichtung versetzt. Insbesondere wird der vorbestimmte Betrag als Stiftkopfradius r – Vertiefungsbetrag Ep bezeichnet. Die Punktmengendaten, die auf diese Art und Weise erzielt werden, werden als Versatzkonturpunktdaten bezeichnet. Auch werden Daten für die Normalenrichtungen (P, Q, R) natürlich in der Phase der Versatzkonturpunktdaten einbezogen. Wenn die Koordinatenwerte (x, y, z) der Konturpunktdaten versetzt werden und diese Versatzkoordinaten durch (x', y', z') ausgedrückt werden, sind die Versatzkonturpunktdaten Punktmengendaten, die Daten für (x', y', z', P, Q, R) aufweisen.
Dann konvertiert der Konturanalysator 530 die Versatzkonturpunktdaten in eine Gruppe von Polynomkurven vorbestimmter Ordnung. Bei diesem Beispiel wird eine kubische Funktion als Polynom verwendet, und die Kurvengruppe wird als PCC-Kurven (parametrische kubische Kurven) bezeichnet. Die Versatzkonturpunktdaten sind Punktmengendaten, welche die Daten (x', y', z', P, Q, R) aufweisen. Die Daten für die Normale jedes Punkts sind jedoch für die Berechnung einer PCC-Kurve nicht notwendig, und die PCC-Kurve wird stattdessen nur unter Verwendung der Koordinatenwerte (x', y', z') berechnet. Ferner teilt der Konturanalysator 530 die PCC-Kurve entsprechend auf, um eine Gruppe von geteilten PCC-Kurven zu ergeben. Die vorliegende Ausführungsform schränkt nicht insbesondere ein, wo die PCC-Kurve geteilt wird. Beispielsweise kann die PCC-Kurve in Intervalle fester Länge geteilt werden, oder sie kann nahe an einem Wendepunkt geteilt werden, für den Fall, dass sich eine Krümmung zu weit über einen gewissen Schwellenwert hinaus ändert. Die Gruppe von geteilten PCC-Kurven ist eine Kurvenmenge, und nur in dieser Hinsicht ist sie ähnlich wie der nominelle Abtastweg der herkömmlichen Technik.
Bei der vorliegenden Ausführungsform werden ferner Daten für eine Normale weiter als Daten für den nominellen Abtastweg angehängt. Der Konturanalysator 530 berechnet eine durchschnittliche Normalenrichtung für jedes Segment der geteilten PCC-Kurve. Da die Daten für die Normale auch in den Versatzkonturpunktdaten enthalten sind, wird ein Normalenvektor für jede Koordinate zusammengesetzt, und dann wird durch das Durchführen einer Divisionsoperation ein durchschnittlicher Normalenvektor Nw für jedes Segment gefunden. Die durchschnittliche Normalenrichtung, die für jedes Segment der geteilten PCC-Kurve berechnet wird, wird als „nominelle Normalenrichtung” bezeichnet.
Da die PCC-Kurve (Abtastmessweg) an sich einfach eine Linie ist, gibt es keine Normale für die Linie. Jedoch weist eine zu messende Oberfläche natürlich sehr wohl eine Normale auf, und Daten für eine Orientierung (Normale) der Oberfläche sind in den CAD-Daten enthalten, wobei es sich um die theoretischen Daten für ein Werkstück (Messobjekt) handelt. Dies bedeutet mit anderen Worten, dass als getrennte Aufgabe von der Berechnung der PCC-Kurve der Konturanalysator 530 die Normalendaten aus den Versatzkonturpunktdaten entnimmt und die durchschnittliche Normale (nominelle Normalenrichtung) für jedes Segment findet.
Beispielsweise kann das in 4 gezeigte Messobjekt W, das eine stufenförmige Form aufweist, als einen Weg aufweisend angesehen werden, auf dem eine Abtastmessung der Reihe nach entlang einer unteren Stufenfläche F1, einer unteren geneigten Oberfläche F2, einer mittleren Stufenfläche F3, einer oberen geneigten Oberfläche F4 und einer oberen Stufenfläche F5, wie beim Treppensteigen, ausgeführt wird. Die PCC-Kurve, die der Weg ist, auf dem die Abtastmessung der unteren Stufenfläche F1 erfolgt (bei diesem Beispiel eine Gerade) wird als erster Segmentweg L1 bezeichnet, die PCC-Kurve, die der Weg ist, auf dem die Abtastmessung der unteren geneigten Oberfläche F2 erfolgt (bei diesem Beispiel eine Gerade) wird als zweiter Segmentweg L2 bezeichnet, und so weiter. Die Normalenrichtung des ersten Segmentwegs L1 bezieht sich auf eine Normalenrichtung Nw1 der unteren Stufenfläche F1. Ähnlich bezieht sich die Normalenrichtung des zweiten Segmentwegs L2 auf eine Normalenrichtung Nw2 der unteren geneigten Oberfläche F2. Es gibt keine „Normale” für die PCC-Kurve (Weg) an sich, doch die nominelle Normalenrichtung ist die Normale der durch die PCC-Kurve (Weg) zu messenden Oberfläche.
Es folgt ein anderes Beispiel zur Erklärung. Wie in 5 gezeigt, wird angesichts eines Messobjekts, das ausgelegt ist, um eine wellige Oberfläche aufzuweisen, ein Weg (PCC-Kurve) betrachtet, auf dem die Abtastmessung der Oberfläche erfolgen soll. Beginnend von links wird die PCC-Kurve entsprechend geteilt, und die geteilten PCC-Kurven werden als erster Segmentweg L1, zweiter Segmentweg L2 und so weiter bezeichnet. Wenn man den ersten betreffenden Segmentweg L1 nimmt, ist z. B. die durch den ersten Segmentweg L1 zu messende Oberfläche gekrümmt, und daher ist die Orientierung der Normalen der Oberfläche an jedem Punkt auf dem Weg unterschiedlich. Es kann jedoch eine durchschnittliche Orientierung der Normalen in diesem Segment berechnet werden. Der durchschnittliche Normalenvektor Nw, der auf diese Art und Weise berechnet wird, ist ein nomineller Normalenrichtungsvektor Nwi für jeden Segmentweg. Zudem werden die Gruppe von geteilten PCC-Kurven und der nominelle Normalenrichtungsvektor Nw von jedem Segment gepaart, wodurch der „nominelle Abtastweg” erzielt wird.
Konfiguration des Bewegungsreglers 300
Der Bewegungsregler 300 umfasst eine Vorrichtung 310 zum Erzielen von Wegdaten, einen Zähler 320, eine Vorrichtung 330 zum Generieren von Verlagerungsansweisungen, und einen Antriebsregler 340.
Die Vorrichtung 310 zum Erzielen von Wegdaten erzielt nominelle Abtastwegdaten von dem Host-Computer 500. Der Zähler 320 zählt Detektionssignale, die von dem Codierer ausgegeben werden, und misst einen Verlagerungsbetrag jedes Schiebers. Zudem zählt der Zähler 320 die Detektionssignale, die von jedem der Sensoren der Sonde 230 ausgegeben werden, um den Verlagerungsbetrag der Sonde 230 (Stift 231) zu messen. Aus der gemessenen Verlagerung der Schieber und der Sonde 230 wird eine Koordinatenposition PP der Stiftspitze 232 erzielt (nachstehend Sondenposition PP). Zudem wird aus der Verlagerung (Detektionswerte der Sondensensoren (Px, Py, und Pz)) des Stifts 231, die durch den Zähler 320 gemessen wird, ein Vertiefungsbetrag (absoluter Wert eines Vektors Ep) des Stiftkopfs 232 erzielt.
Die Vorrichtung 330 zum Generieren von Verlagerungsansweisungen berechnet eine Verlagerungsstrecke der Sonde 230 (Stiftkopf 232), welche die Oberfläche des Messobjekts mit der Sonde 230 (Stiftkopf 232) misst, und berechnet einen Geschwindigkeitsvektor auf der. Verlagerungsstrecke. Die Vorrichtung 330 zum Generieren von Verlagerungsansweisungen umfasst diverse Abschnitte, die eine Strecke berechnen, die jedem Messverfahren (Messmodus) entspricht. Insbesondere gibt es vier Messverfahren: eine passive nominelle Abtastmessung, eine aktive nominelle Abtastmessung, eine autonome Abtastmessung und eine Punktmessung. Bezüglich der vorliegenden Ausführungsform ist das Messverfahren die aktive nominelle Abtastmessung.
Der Antriebsregler 340 führt eine Antriebsregelung jedes Schiebers basierend auf dem Verlagerungsvektor, der durch die Vorrichtung 330 zum Generieren von Verlagerungsansweisungen berechnet wird, aus.
Ferner ist ein manueller Regler 400 mit dem Bewegungsregler 300 verbunden. Der manuelle Regler 400 umfasst einen Joystick und diverse Knöpfe, empfängt einen manuellen Eingabevorgang von einem Benutzer und sendet eine Betätigungsanweisung von dem Benutzer an den Bewegungsregler 300. In diesem Fall führt der Bewegungsregler 300 (Antriebsregler 340) die Antriebsregelung jedes Schiebers gemäß der Betätigungsanweisung von dem Benutzer aus.
6 ist ein Ablaufschema der Gesamtregelungen der aktiven nominellen Abtastmessung. Nominelle Abtastwegdaten werden durch den Host-Computer 500 generiert, und die generierten nominellen Abtastwegdaten werden an den Bewegungsregler 300 gesendet (ST100). Dann fährt der Bewegungsregler 300 damit fort, den zusammengesetzten Geschwindigkeitsvektor V zu generieren, wobei es sich um eine Verlagerungsanweisung handelt, um die aktive nominelle Abtastmessung der Oberfläche des Werkstücks auf dem Weg gemäß den nominellen Abtastwegdaten auszuführen (ST200).
Generieren des zusammengesetzten Geschwindigkeitsvektors V
Es folgt eine Beschreibung, wie der zusammengesetzte Geschwindigkeitsvektor V generiert wird. 7 ist ein Ablaufschema, das eine Arbeitsweise zum Generieren des zusammengesetzten Geschwindigkeitsvektors V beschreibt. Der zusammengesetzte Geschwindigkeitsvektor V ist eine Zusammensetzung aus einem Weggeschwindigkeitsvektor Vf (ST210), einem Vertiefungskorrekturvektor Ve (ST220) und einem zweiten Kurskorrekturvektor Vc2 (ST230). Bei diesem Beispiel wird der zweite Kurskorrekturvektor Vc2 (ST230) im Stand der Technik nicht gefunden und wird von der vorliegenden Erfindung zum ersten Mal eingeführt.
Zuerst wird der Weggeschwindigkeitsvektor Vf generiert (ST210). Wenn ein Interpolationspunkt i und der folgende Interpolationspunkt (i + 1) als auf dem nominellen Abtastweg liegend angesehen werden, wird eine Orientierung des Weggeschwindigkeitsvektors Vf als eine Richtung zugeteilt, die von dem Punkt i zu dem Punkt (i + 1) orientiert ist (siehe 8). Eine Größe des Weggeschwindigkeitsvektors Vf wird beispielsweise gemäß einer Krümmung des nominellen Abtastwegs für den Punkt i definiert ( japanische Patent-Auslegeschrift Nr. 2014-021004 ). Ein Punkt P, der auf dem nominellen Abtastweg liegt, wird nachstehend besprochen.
Als Nächstes wird der Vertiefungskorrekturvektor Ve generiert (ST220). Der Vertiefungskorrekturvektor Ve wird durch die folgende Formel ausgedrückt.
Formel 1

V →e = K(|E →p| – E₀)e →u (Gl. 2)

Ep ist ein Sondenverlagerungsvektor, der aus der Sondenausgabe erzielt wird. EP = (xp, yp, zp)
Entsprechend ist ein Vertiefungsbetrag |Ep| der Sonde wie folgt. Formel 2
Eu ist ein Einheitsvektor in einer Sondenverlagerungsrichtung, der aus der Sondenausgabe erzielt wird. Formel 3
Angesichts dieser Tatsache wird der Vertiefungskorrekturvektor Ve, der den Vertiefungsbetrag |Ep| auf einem Referenzvertiefungsbetrag E₀ hält, durch die obige Formel 2 ausgedrückt. K kann ein beliebiger gewünschter Koeffizient sein.
Als Nächstes wird der zweite Kurskorrekturvektor Vc2 generiert (ST230). 9 ist ein Ablaufschema, das eine Arbeitsweise zum Generieren des zweiten Kurskorrekturvektors Vc2 beschreibt. Der zweite Kurskorrekturvektor Vc2 wird unter Befolgung des Ablaufschemas aus 9 beschrieben. Wenn der zweite Kurskorrekturvektor Vc2 gefunden wird, wird der erste Kurskorrekturvektor Vo1 zuerst berechnet. Der erste Kurskorrekturvektor Vo1 ist der gleiche wie ein Kurskorrekturvektor Vc aus der herkömmlichen Technik ( japanische Patent-Auslegeschrift Nr. 2013-238573 ) und wird zum Zweck der vorliegenden Beschreibung einfach als erster Kurskorrekturvektor Vo1 bezeichnet. Eine rechtwinklige Linie wird von der Sondenposition Pp zu dem nominellen Abtastweg gezogen (siehe 8). Eine Basis der rechtwinkligen Linie ist mit P bezeichnet. Ein Vektor in einer Richtung, die von der Sondenposition Pp zu dem Punkt P orientiert ist, ist der erste Kurskorrekturvektor Vo1.
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird der erste Kurskorrekturvektor Vo1 an sich nicht verwendet, sondern es wird nur eine effektive Komponente entnommen und bei der Kurzkorrektur verwendet. In ST232 wird ein Einheitsvektor eu in der Sondenverlagerungsrichtung erzielt. Der Einheitsvektor eu in der Sondenverlagerungsrichtung wurde bei der Generierung des Vertiefungskorrekturvektors Ve beschrieben. Als Nächstes wird der Weggeschwindigkeitsvektor Vf in ST233 erzielt. Ein Wegvariablenvektor Vf wurde ebenfalls in ST210 beschrieben.
Ein Kurskorrekturrichtungsvektor q wird unter Verwendung des Einheitsvektors eu in der Sondenverlagerungsrichtung und des Weggeschwindigkeitsvektors Vf berechnet (ST234). Der Kurskorrekturrichtungsvektor q ist ein Einheitsvektor parallel zu einem Vektorprodukt des Einheitsvektors eu in der Sondenverlagerungsrichtung und des Weggeschwindigkeitsvektors Vf. Wenn in 8 der Weggeschwindigkeitsvektor Vf und der Einheitsvektor eu in der Sondenverlagerungsrichtung entlang der Ebene des Zeichnungsblatts liegen, ist der Kurskorrekturrichtungsvektor q eine Richtung, die zur Ebene des Zeichnungsblatts rechtwinklig ist.
Formel 4

q → = V →_f × e →_u/|V → × e →_u|

Bei diesem Beispiel ist die Formel mit „Vf × eu” gegeben, doch die Orientierung eines Pfeils ist nicht wichtig und kann stattdessen „eu × Vf” sein.
Der zweite Kurskorrekturvektor Vc2 bezieht sich auf eine q-Richtungskomponente des ersten Kurskorrekturvektors Vo1. Mit anderen Worten, wenn ein Skalarprodukt des ersten Kurskorrekturvektors Vo1 und des Kurskorrekturrichtungsvektors q durch (Vc1·q) ausgedrückt wird, wird der zweite Kurskorrekturvektor Vc2 folgendermaßen ausgedrückt (ST235).
Formel 5

V →c2 = (V →c1·q →)q →

Somit wird der zweite Kurskorrekturvektor Vc2 generiert. 10 bildet eine beispielhafte Beziehung zwischen den relativen Richtungen jedes Vektors ab. Der zweite Kurskorrekturvektor Vc2 ist als eine Richtung zu verstehen, die zu dem Einheitsvektor eu in der Sondenverlagerungsrichtung und dem Weggeschwindigkeitsvektor Vf rechtwinklig ist.
Zurück zu dem Ablaufschema aus 7, weil der zweite Kurskorrekturvektor Vc2 erzielt wird, werden die Verstärkungen Gf, Ge und Gc bestimmt (ST240). Die Verstärkungen Gf, Ge und Gc werden je nach Bedarf jeweils durch eine vorbestimmte Funktion angepasst (z. B. japanische Patent-Auslegeschrift Nr. 2013-238573 ). Wenn beispielsweise Gf einen erheblichen Kursversatz oder Vertiefungsversatz aufweist, wird Gf angepasst, um den Versatz zu reduzieren.
Als Nächstes wird bei ST250 die Orientierung des zweiten Kurskorrekturvektors Vc2 durch die Funktion sg(p) zum Bestimmen eines mathematischen Vorzeichens bestimmt. In der Funktion sg(p) zum Bestimmen eines mathematischen Vorzeichens ist p ein Skalarprodukt des zweiten Kurskorrekturvektors Vc2 und des nominellen Normalenrichtungsvektors Nw. p = (Vc2·Nw)
Wenn das Skalarprodukt p gleich 0 oder mehr ist, beträgt ein Wert der Funktion sg(p) zum Bestimmen eines mathematischen Vorzeichens „+1”. Wenn mit anderen Worten ein Winkel einer Öffnung zwischen dem zweiten Kurskorrekturvektor Vc2 und dem nominellen Normalenrichtungsvektor Nw kleiner als 90° ist, wird der zweite Kurskorrekturvektor Vc2 in den zusammengesetzten Geschwindigkeitsvektor V übernommen und das mathematische Vorzeichen des zweiten Kurskorrekturvektor Vc2 wird bewahrt.
Wenn dagegen das Skalarprodukt p kleiner als 0 (weniger als 0) ist, beträgt der Wert der Funktion sg(p) zum Bestimmen eines mathematischen Vorzeichens „–1”. Wenn mit anderen Worten der Winkel der Öffnung zwischen dem zweiten Kurskorrekturvektor Vc2 und dem nominellen Normalenrichtungsvektor Nw 90° oder mehr ist, wird der zweite Kurskorrekturvektor Vc2 umgekehrt und dann in den zusammengesetzten Geschwindigkeitsvektor V übernommen. Die Rolle, welche die Funktion sg(p) zum Bestimmen eines mathematischen Vorzeichens spielt, wird durch einen beispielhaften Vorgang nachstehend beschrieben.
Der Weggeschwindigkeitsvektor Vf, der Vertiefungskorrekturvektor Ve und der zweite Kurskorrekturvektor Vc2 werden zusammengesetzt, um den zusammengesetzten Geschwindigkeitsvektor V zu berechnen (ST260).
Wenn die Verlagerung der Sonde 230 basierend auf dem zusammengesetzten Geschwindigkeitsvektor V geregelt wird (ST300), wird eine aktive nominelle Abtastmessung, bei welcher der Vertiefungsbetrag konstant ist, erreicht.
Die positiven Wirkungen der Verwendung dieses zusammengesetzten Geschwindigkeitsvektors V werden nun beschrieben. Die Regelung, die den ersten Kurskorrekturvektor Vo1 verwendet, wie im Stand der Technik, ist die einfachste im Hinblick auf die Kurskorrektur und bedingt geringen Berechnungsaufwand, in manchen Fällen kann es jedoch sein, dass das Verhalten der Sonde 230 anfängt zu schwingen. Beispielsweise wie in 1 und 10 zu sehen, kann manchmal der erste Kurskorrekturvektor Vo1 eine Komponente aufweisen, die in der entgegengesetzten Richtung zu dem Vertiefungskorrekturvektor Ve und dem Weggeschwindigkeitsvektor Vf orientiert ist. In der Praxis erfassen der erste Kurskorrekturvektor Vo1 und der Vertiefungskorrekturvektor Ve entgegengesetzte Orientierungen und stören sich häufig gegenseitig. Dies ist der Fall, weil sich der Vertiefungskorrekturvektor Ve als Reaktion auf die Unebenheit der Oberfläche des Werkstücks ständig ändert.
Für den Fall, dass der erste Kurskorrekturvektor Vo1 eine Komponente aufweist, die in der entgegengesetzten Richtung zu dem Vertiefungskorrekturvektor Ve oder dem Weggeschwindigkeitsvektor Vf orientiert ist, wenn der erste Kurskorrekturvektor Vo1, der Vertiefungskorrekturvektor Ve und der Weggeschwindigkeitsvektor Vf zusammengesetzt sind, stören sich die jeweiligen Komponenten und das Verhalten der Sonde 230 wird unstabil. Wenn in diesem Fall die Verstärkungen Gf, Ge und Gc geschickt angepasst werden, kann die gegenseitige Störung des ersten Kurskorrekturvektors Vo1, des Vertiefungskorrekturvektors Ve und des Weggeschwindigkeitsvektors Vf denkbar so weit wie möglich minimiert werden. Wenn jedoch eine der Verstärkungen Gf, Ge und Gc reduziert wird, um die gegenseitige Störung zu reduzieren, kann der zusammengesetzte Geschwindigkeitsvektor V selber ebenfalls reduziert werden, und daher wird die Kurskorrekturleistung notwendigerweise reduziert.
Dagegen ist bei der vorliegende Ausführungsform der zweite Kurskorrekturvektor Vc2 konfiguriert, um eine Richtung aufzuweisen, die zu dem Einheitsvektor eu in der Sondenverlagerungsrichtung und dem Weggeschwindigkeitsvektor Vf orthogonal ist. Entsprechend ist es unwahrscheinlich, dass der zweite Kurskorrekturvektor Vc2 den Vertiefungskorrekturvektor Ve und den Weggeschwindigkeitsvektor Vf stört, und die Regelung stabilisiert sich.
Die Funktion sg(p) zum Bestimmen eines mathematischen Vorzeichens, die sich auf das mathematische Vorzeichen des zweiten Kurskorrekturvektors Vc2 bezieht, wird hier nicht besprochen. Sei es, dass der Wert der Funktion sg(p) zum Bestimmen eines mathematischen Vorzeichens +1 oder –1 ist, ist der zweite Kurskorrekturvektor Vc2 jedoch zu dem Vertiefungskorrekturvektor Ve und dem Weggeschwindigkeitsvektor Vf orthogonal, und unabhängig von dem mathematischen Vorzeichen stört der zweite Kurskorrekturvektor Vc2 den Vertiefungskorrekturvektor Ve oder den Weggeschwindigkeitsvektor Vf nicht. Die Rolle des mathematischen Vorzeichens der Funktion sg(p) zum Bestimmen eines mathematischen Vorzeichens wird später besprochen.
Vergleichsbeispiel
Um die vorteilhaften Effekte des zweiten Kurskorrekturvektors Vc2 weiter zu erklären, wird nun ein Vergleichsbeispiel eingeführt. Das Vergleichsbeispiel wurde anfänglich als mögliche Verbesserung für den ersten Kurskorrekturvektor Vo1 untersucht, kam jedoch nicht zur Umsetzung, weil ein anderes Problem entdeckt wurde. Bei dem Vergleichsbeispiel wird der erste Kurskorrekturvektor Vo1 als Standardkurskorrekturvektor Vo1' bezeichnet. Der Standardkurskorrekturvektor Vo1' ist ein Vektor, bei dem eine Komponente, die zu dem Einheitsvektor eu in der Verlagerungsrichtung der Sonde orthogonal ist, aus dem ersten Kurskorrekturvektor Vo1 entnommen wird. Ein Beispiel der Richtungen jedes Vektors wird innerhalb einer gestrichelten Umrandung in 11 gezeigt.
Wenn es als Formel ausgedrückt wird, ergibt sich die folgende Formel.
Formel 6

V →c1' = V →c1 – (V →c1·e →_u)e →_u

Der Standardkurskorrekturvektor Vo1' ist ein Vektor, der zu dem Vertiefungskorrekturvektor Ve orthogonal ist. Entsprechend kann das Schwingungsverhalten der Sonde 230, das durch die Störung zwischen dem ersten Kurskorrekturvektor Vo1 und dem Vertiefungskorrekturvektor Ve verursacht wird, eliminiert werden.
Dies führt jedoch zu einem anderen Problem. Beispielsweise ist ein Fall, wie etwa derjenige, der in 11 gezeigt wird, bei dem eine Sonde eine Erhöhung erklimmen muss, stellvertretend. Manchmal kann der Standardkurskorrekturvektor Vo1' eine Komponente in der entgegengesetzten Richtung zu dem Weggeschwindigkeitsvektor Vf aufweisen. Wenn ein Versatz zwischen dem Werkstück und einem theoretischen Wert etwas groß wird, oder ein Richtungskoeffizient der Erhöhung beträchtlich ist, kann der Standardkurskorrekturvektor Vc1' größer als der Weggeschwindigkeitsvektor Vf werden, und es kann sein, dass die Sonde 230 die Erhöhung nicht überwinden kann. Beispielsweise wenn das Gefälle der zu erklimmenden Erhebung 20° überschreitet, wird die Regelung schwierig.
In dieser Hinsicht ist der zweite Kurskorrekturvektor Vc2 nicht nur zu dem Vertiefungskorrekturvektor Ve sondern auch zu dem Weggeschwindigkeitsvektor Vf orthogonal. Entsprechend kann eine stabile aktive nominelle Abtastmessung erreicht werden, und zwar unabhängig von der Oberflächenkontur des Werkstücks.
Rolle der Funktion sg(p) zum Bestimmen eines mathematischen Vorzeichens
Wie zuvor beschrieben, wird die Regelung der Abtastmessung durch die Verwendung des zweiten Kurskorrekturvektors Vc2 stabilisiert. Dadurch dass ein mathematisches Vorzeichen für den zweiten Kurskorrekturvektor Vc2 erdacht wird, haben die Erfinder jedoch eine weitere Verbesserung hinzugefügt, so dass eine Messung ausgeführt wird, wie sie von einem Bediener beabsichtigt ist. Zuerst wird ein Fall betrachtet, bei dem die Funktion sg(p) zum Bestimmen eines mathematischen Vorzeichens nicht eingeführt wird.
12 bildet eine untere Stufenfläche des Messobjekts aus 4 ab, im Querschnitt entlang einer Linie XII-XII gesehen. Selbst wenn die untere Stufenfläche F1 ausgelegt ist, um in den theoretischen Daten flach zu sein, kann es Herstellungsfehler auf Grund einer Werkzeugmaschine geben, und daher kann bei dem eigentlichen Werkstück W (Messobjekt) die untere Stufenfläche F1 leicht gekrümmt sein, wie beispielsweise in 12 gezeigt. (Das Koordinatenmessgerät 200 ist dazu gedacht, derartige Herstellungsfehler durch Messungen zu detektieren.) Bei dem in 12 gezeigten Beispiel wird eine größere Menge als in den theoretischen Daten vorgegeben abgetragen, und ferner ist die Oberfläche F1, die flach sein soll, stattdessen leicht gekrümmt. Der Herstellungsfehler (Kurve) ist höchst gering und wäre für den Bediener weitgehend unsichtbar.
Eine aktive nominelle Abtastmessung wird an diesem Werkstück (Messobjekt) W auf dem Abtastweg L vorgenommen, der im Voraus vorbereitet wird. Das Koordinatenmessgerät 200 folgt einer Messanweisung, um die Sonde 230 zu der unteren Stufenfläche F1 zu bringen und um dann die Sonde 230 auf dem nominellen Abtastweg L1 zu verlagern, wobei der Vertiefungsbetrag der Sonde 230 angepasst wird.
In der in 12 gezeigten Querschnittsansicht wird die Richtung jedes Vektors, der den zusammengesetzten Geschwindigkeitsvektor V konfiguriert, untersucht. Die Richtung des Weggeschwindigkeitsvektors Vf ist eine Richtung, die auf dem ersten Segmentweg L1 liegt, wobei es sich um eine Richtung handelt, die zu der Ebene des Zeichnungsblatts in 12 rechtwinklig ist. Die Richtung des Vertiefungskorrekturvektors Ve korrigiert den Vertiefungsbetrag und ist daher eine Richtung, die zu der Oberfläche F1 des Werkstücks (Messobjekts) W rechtwinklig ist. Da die untere Stufenfläche F1 bei diesem Beispiel gekrümmt ist, ist die Richtung des Vertiefungskorrekturvektors Ve entsprechend leicht schräg.
Der Kurskorrekturrichtungsvektor q ist eine Richtung, die sowohl zu dem Vertiefungskorrekturvektor Ve als auch zu dem Weggeschwindigkeitsvektor Vf rechtwinklig ist, und ist daher eine Richtung, die entlang der Oberfläche F1 des Werkstücks (Messobjekts) W liegt, und eine Richtung, die entlang einer gekrümmten, geneigten Oberfläche in 12 ansteigt (oder absteigt). Zudem ist die Richtung des ersten Kurskorrekturvektors Vo1 eine Richtung, die von der Mitte des Stiftkopfs 232 in Richtung auf den nominellen Abtastweg L1 orientiert ist, und ist eine Richtung, die in 12 nach oben geht. Der zweite Kurskorrekturvektor Vc2 ist die q-Richtungskomponente des ersten Kurskorrekturvektors Vc1, und ist daher eine Richtung, die entlang einer geneigten Oberfläche der Kurve des Werkstücks W bei dem in 12 gezeigten Beispiel ansteigt.
Auf Grund der Kurskorrektur mit dem zweiten Kurskorrekturvektor Vc2 wird die Sonde 230 die Abtastmessung entlang einer Linie wahrscheinlich etwas links von dem Weg, der von dem Bediener beabsichtigt ist, ausführen (siehe 13). Objektiv gesehen ist die Linie, die durch die Kurskorrektur auf Grund des zweiten Kurskorrekturvektors Vc2 gefunden wird, der Messweg, der dem nominellen Abtastweg L1 am nächsten liegt. Mit anderen Worten verlagert sich auf Grund des zweiten Kurskorrekturvektors Vc2 die Sonde 230 auf der Oberfläche des Werkstücks, um möglichst nahe an dem nominellen Abtastweg L1 festzuhalten. Bei dem Beispiel aus 12 wird das Werkstück zugeschnitten, um etwas kleiner als die theoretischen Daten zu sein, und daher wird die Sonde 230 in die Richtung versetzt, welche die geneigte Oberfläche erklimmt. Für den Fall, dass das Werkstück W größer als die theoretischen Daten ist, würde die Sonde 230 jedoch dagegen wahrscheinlich in die Richtung versetzt, die an der geneigten Oberfläche absteigt, und an einer Stelle enden, die möglichst nahe an dem nominellen Abtastweg L1 liegt.
Auf Grund der Kurskorrektur mit dem zweiten Kurskorrekturvektor Vc2 kann die Sonde 230 die Abtastmessung auf einem Weg ausführen, der gegenüber dem Weg, den der Bediener beabsichtigt, etwas versetzt ist, doch ist dies kein besonderes Problem, wenn der Herstellungsfehler gering ist oder die Krümmung der gemessenen Oberfläche gering ist und nahe genug an einer flachen Oberfläche liegt. Selbst wenn der eigentliche Abtastmessweg gegenüber dem nominellen Abtastweg leicht versetzt ist, kann die zu messende Oberfläche gemessen werden, und daher kann die Aufgabe der Messung erfüllt werden.
Die typische vorliegende Schwierigkeit wird durch den folgenden Fall dargestellt. Wie in 14A gezeigt, kann es sein, dass während der Herstellung eine seitliche Oberfläche oder eine endseitige Oberfläche einer dünnen Platte oder Wand etwas tiefer als in den theoretischen Daten vorgegeben zugeschnitten wird, und dass eine Oberfläche F10 einen großen Krümmungsgrad behält. Wenn man versucht, die Abtastmessung einer derartigen endseitigen Oberfläche F10 auf dem vordefinierten nominellen Abtastweg L auszuführen, verlagert sich die Sonde 230, um möglichst nahe an dem nominellen Abtastweg L zu liegen, wie zuvor beschrieben. Dabei kann sich die Sonde 230 derart verlagern, dass sie in Bezug auf die endseitige Oberfläche F10 absteigt, und kann eine Stelle in der Nähe einer seitlichen Oberfläche messen (siehe 14B). Ob die Sonde 230 nach rechts (PS1) oder links (PS2) absteigt, wird zufallsmäßig bestimmt.
Das mathematische Vorzeichen des zweiten Kurskorrekturvektors Vc2 wird dann durch die Funktion sg(p) zum Bestimmen eines mathematischen Vorzeichens bestimmt. Wie mit Bezug auf 15 zu sehen, wenn die Sonde 230 versucht, an der geneigten Oberfläche in einem Öffnungswinkel abzusteigen, der im Verhältnis zu dem nominellen Normalenrichtungsvektor Nw 90° überschreitet, ist der Wert des Skalarprodukts p des nominellen Normalenrichtungsvektors Nw und des zweiten Kurskorrekturvektors Vc2 ein negativer Wert. In diesem Fall beträgt der Wert der Funktion sg(p) zum Bestimmen eines mathematischen Vorzeichens „–1”, und die Richtung des zweiten Kurskorrekturvektors Vc2 wird umgekehrt. Somit wird durch Umkehren der Orientierung des zweiten Kurskorrekturvektors Vc2 eine Rückkopplung in Richtung auf eine Gratlinie der endseitigen Oberfläche F10 angewendet, und die Sonde 230 führt eine Abtastmessung der Kontur der endseitigen Oberfläche weitgehend aus, ohne von der Gratlinie der endseitigen Oberfläche F10, die einen großen Krümmungsgrad aufweist, abzuweichen.
Die Regelung wird nicht verloren, selbst wenn die Orientierung des zweiten Kurskorrekturvektors Vc2 auf diese Art und Weise umgekehrt wird, auf Grund der Verwendung des zweiten Kurskorrekturvektors Vc2, der den Vertiefungskorrekturvektor Ve und den Weggeschwindigkeitsvektor Vf nicht stört. Entsprechend wird je nach der Situation die Orientierung des zweiten Kurskorrekturvektors Vc2 geändert, und die Abtastmessung gemäß der Absicht des Bedieners wird erreicht.
Vorstehend wurde ein typisches Beispiel beschrieben; wenn jedoch das mathematische Vorzeichen des zweiten Kurskorrekturvektors Vc2 mit der Funktion sg(p) zum Bestimmen eines mathematischen Vorzeichens bestimmt wird, konvergiert der Abtastweg der Sonde 230 auf eine Stelle, an welcher der Vertiefungskorrekturvektor Ve und der nominelle Normalenrichtungsvektor Nw zueinander parallel sind. Wenn beispielsweise eine Abtastmessung der in 12 bis 15 abgebildeten gekrümmten Oberfläche mit dem Regelverfahren der vorliegenden Ausführungsform ausgeführt wird, erklimmt die Sonde 230 die geneigte Oberfläche und erreicht schließlich die Gratlinie an einer Stelle in der Nähe des nominellen Abtastwegs L auf der gemessenen Oberfläche. Mit anderen Worten konvergiert die Sonde 230 an der Stelle, an welcher der Vertiefungskorrekturvektor Ve und der nominelle Normalenrichtungsvektor Nw parallel sind. Dies ermöglicht durch das Übernehmen der vorliegenden Ausführungsform die Messung der Kontur (z. B. Ungleichmäßigkeit oder Wellungen) der gemessenen Oberfläche, die in einer Vertiefungsrichtung der Sonde 230 zu messen ist (d. h. in der Richtung des nominellen Normalenrichtungsvektors Nw), wie von dem Benutzer beabsichtigt.
Änderungen
Ähnlich kann, wenn beispielsweise eine schmale Nut erzeugt wird, wie in 16 gezeigt, in manchen Fällen ein größerer Betrag abgetragen werden als in den theoretischen Daten vorgegeben, und eine Oberfläche F11, die einen großen Krümmungsgrad aufweist, kann sich auf einer unteren Oberfläche bilden. In diesem Fall wird das mathematische Vorzeichen der Funktion sg(p) zum Bestimmen eines mathematischen Vorzeichens umgekehrt. Wenn der Wert des Skalarprodukts p des nominellen Normalenrichtungsvektors Nw und des zweiten Kurskorrekturvektors Vc2 ein positiver Wert ist, ist der Wert der Funktion sg(p) zum Bestimmen eines mathematischen Vorzeichens „–1”, und die Richtung des zweiten Kurskorrekturvektors Vc2 wird umgekehrt. Dadurch wird eine Rückkopplung auf die untere Oberfläche der Nut angewendet, und die Sonde 230 führt eine Abtastmessung der Kontur der unteren Oberfläche F11 weitgehend aus, ohne von der unteren Oberfläche F11 der Nut, die einen großen Krümmungsgrad aufweist, abzuweichen.
Des Weiteren ist die vorliegende Erfindung nicht auf die zuvor beschriebenen Ausführungsformen eingeschränkt und kann je nach Bedarf geändert werden, ohne den Umfang der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Es sei zu beachten, dass die vorstehenden Beispiele nur zum Zweck der Erläuterung bereitgestellt wurden und keineswegs als die vorliegende Erfindung einschränkend anzusehen sind. Obwohl die vorliegende Erfindung mit Bezug auf beispielhafte Ausführungsformen beschrieben wurde, versteht es sich, dass der Wortlaut, der hier verwendet wurde, beschreibend und erläuternd statt einschränkend ist. Es können Änderungen im Bereich der beiliegenden Ansprüche vorgenommen werden, wie vorliegend angegeben und geändert, ohne Geist und Umfang der vorliegenden Erfindung in ihren Aspekten zu verlassen. Obwohl die vorliegende Erfindung hier mit Bezug auf bestimmte Strukturen, Materialien und Ausführungsformen beschrieben wurde, ist die vorliegende Erfindung nicht dazu gedacht, auf die hier offenbarten Einzelheiten eingeschränkt zu sein; vielmehr deckt die vorliegende Erfindung alle funktionsmäßig äquivalenten Strukturen, Verfahren und Verwendungen ab, die im Umfang der beiliegenden Ansprüche liegen.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die zuvor beschriebenen Ausführungsformen eingeschränkt, und diverse Varianten und Änderungen können möglich sein, ohne den Umfang der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2008-241420 [0002, 0035]
JP 2013-238573 [0002, 0002, 0003, 0009, 0066, 0072]
JP 2014-021004 [0002, 0005, 0060]

Claims

Regelverfahren eines Konturmessgeräts, das eine Sonde, die einen Stiftkopf an einem distalen Ende aufweist, und einen Verlagerungsmechanismus, der die Sonde verlagert, umfasst, wobei das Konturmessgerät einen Kontakt zwischen dem Stiftkopf und einer Oberfläche eines Werkstücks detektiert und eine Kontur des Werkstücks misst, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Finden eines Abtastwegs, auf dem der Stiftkopf verlagert wird, basierend auf den theoretischen Daten des Werkstücks; während der Regelung eines Vertiefungsbetrags der Sonde in Richtung auf das Werkstück, um einen Standardvertiefungsbetrag einzuhalten, Verlagern des Stiftkopfs auf dem Abtastweg; und Generieren, anhand eines Bewegungsreglers des Konturmessgeräts, einer Sondenverlagerungsanweisung gemäß einem zusammengesetzten Geschwindigkeitsvektor V. der durch die folgende Gleichung dargestellt ist: Zusammengesetzter Geschwindigkeitsvektor V = Gf·Vf + Ge·Ve + sg(p)·Gc·Vc2 wobei: ein Weggeschwindigkeitsvektor Vf ein Vektor ist, an dem die Sonde auf dem Abtastweg verlagert wird, ein Vertiefungskorrekturvektor Ve ein Vektor ist, der den Vertiefungsbetrag der Sonde in Richtung auf das Werkstück auf dem Standardvertiefungsbetrag hält, ein zweiter Kurskorrekturvektor Vc2 durch (Vc1·q)q dargestellt ist, ein erster Kurskorrekturvektor Vo1 ein Vektor in einer Richtung ist, die eine Sondenposition korrigiert, so dass der Stiftkopf auf einem Abtastkurs orientiert ist, ein Kurskorrekturrichtungsvektor q ein Vektor ist, der durch ein Vektorprodukt der Normalen der Oberfläche des Werkstücks und des Weggeschwindigkeitsvektors Vf gegeben ist, wenn die Normalenrichtung einer gemessenen Oberfläche, die basierend auf den theoretischen Daten des Werkstücks berechnet wird, als nomineller Normalenrichtungsvektor Nw definiert wird, ist p ein Skalarprodukt des zweiten Kurskorrekturvektors Vc2 und des nominellen Normalenrichtungsvektors Nw, und eine Funktion sg(p) zum Bestimmen eines mathematischen Vorzeichens ist eine Funktion, die gemäß einem Wert von p +1 oder –1 zurückgibt, und Gf, Ge und Gc sind jeweils ein vorbestimmter Koeffizient.
Regelverfahren des Konturmessgeräts nach Anspruch 1, wobei: der Wert der Funktion sg(p) zum Bestimmen eines mathematischen Vorzeichens +1 ist, wenn das Skalarprodukt p des zweiten Kurskorrekturvektors Vc2 und des nominellen Normalenrichtungsvektors Nw mindestens 0 ist, und der Wert der Funktion sg(p) zum Bestimmen eines mathematischen Vorzeichens –1 ist, wenn das Skalarprodukt p des zweiten Kurskorrekturvektors Vc2 und des nominellen Normalenrichtungsvektors Nw weniger als 0 ist.
Regelverfahren des Konturmessgeräts nach Anspruch 1, wobei während der Berechnung des Abtastwegs, auf dem der Stiftkopf verlagert wird, basierend auf den theoretischen Daten des Werkstücks, der Abtastweg in eine Vielzahl von Segmenten geteilt wird, und ein durchschnittlicher Normalenrichtungsvektor Nw für die gemessene Oberfläche für jedes Segment berechnet wird.
Mindestens ein greifbares, nicht vorübergehendes, computerlesbares Medium, das einen Satz von ausführbaren Anweisungen zum Regeln eines Konturmessgeräts speichert, das eine Sonde, die einen Stiftkopf an einem distalen Ende aufweist, und einen Verlagerungsmechanismus, der die Sonde verlagert, umfasst, wobei das Konturmessgerät einen Kontakt zwischen dem Stiftkopf und einer Oberfläche eines Werkstücks detektiert, und eine Kontur des Werkstücks misst, wobei der Anweisungssatz, wenn er von einem Computerprozessor ausgeführt wird, bewirkt, dass der Computerprozessor Vorgänge ausführt, die Folgendes umfassen: Finden eines Abtastwegs, auf dem der Stiftkopf verlagert wird, basierend auf den theoretischen Daten des Werkstücks; während der Regelung eines Vertiefungsbetrags der Sonde in Richtung auf das Werkstück, um einen Standardvertiefungsbetrag einzuhalten, Verlagern des Stiftkopfs auf dem Abtastweg; und Generieren, über einen Bewegungsregler des Konturmessgeräts, einer Sondenverlagerungsanweisung gemäß einem zusammengesetzten Geschwindigkeitsvektor V, der durch die folgende Gleichung dargestellt wird: Zusammengesetzter Geschwindigkeitsvektor V = Gf·Vf + Ge·Ve + sg(p)·Gc·Vc2 wobei: ein Weggeschwindigkeitsvektor Vf ein Vektor ist, an dem die Sonde auf dem Abtastweg verlagert wird, ein Vertiefungskorrekturvektor Ve ein Vektor ist, der den Vertiefungsbetrag der Sonde in Richtung auf das Werkstück auf dem Standardvertiefungsbetrag hält, ein zweiter Kurskorrekturvektor Vc2 durch (Vc1·q)q dargestellt ist, ein erster Kurskorrekturvektor Vo1 ein Vektor in einer Richtung ist, die eine Sondenposition korrigiert, so dass der Stiftkopf auf einem Abtastkurs orientiert ist, ein Kurskorrekturrichtungsvektor q ein Vektor ist, der durch ein Vektorprodukt der Normalen der Oberfläche des Werkstücks und des Weggeschwindigkeitsvektors Vf gegeben ist, wenn die Normalenrichtung einer gemessenen Oberfläche, die basierend auf den theoretischen Daten des Werkstücks berechnet wird, als nomineller Normalenrichtungsvektor Nw definiert ist, ist p ein Skalarprodukt des zweiten Kurskorrekturvektors Vc2 und des nominellen Normalenrichtungsvektors Nw, und eine Funktion sg(p) zum Bestimmen eines mathematischen Vorzeichens ist eine Funktion, die gemäß einem Wert von p +1 oder –1 zurückgibt, und Gf, Ge und Gc jeweils ein vorbestimmter Koeffizient sind.
Mindestens ein greifbares, nicht vorübergehendes, computerlesbares Medium nach Anspruch 4, wobei: der Wert der Funktion sg(p) zum Bestimmen eines mathematischen Vorzeichens +1 ist, wenn das Skalarprodukt p des zweiten Kurskorrekturvektors Vc2 und des nominellen Normalenrichtungsvektors Nw mindestens 0 ist, und der Wert der Funktion sg(p) zum Bestimmen eines mathematischen Vorzeichens –1 ist, wenn das Skalarprodukt p des zweiten Kurskorrekturvektors Vc2 und des nominellen Normalenrichtungsvektors Nw weniger als 0 ist.
Mindestens ein greifbares, nicht vorübergehendes, computerlesbares Medium nach Anspruch 4, wobei während der Berechnung des Abtastwegs, auf dem der Stiftkopf verlagert wird, basierend auf den theoretische Daten des Werkstücks, der Abtastweg in eine Vielzahl von Segmenten geteilt wird, und ein durchschnittlicher Normalenrichtungsvektor Nw für die gemessene Oberfläche für jedes Segment berechnet wird.