JP2001099639A - Measurement method for surface shape - Google Patents
Measurement method for surface shapeInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、三次元測定機など
に取付けた接触式プローブにより被測定物の表面形状を
測定する表面形状測定方法に関し、特に超音波振動式の
接触検出プローブを用いる際の測定効率および精度の向
上に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a surface shape measuring method for measuring the surface shape of an object to be measured by a contact type probe attached to a coordinate measuring machine or the like. The improvement of measurement efficiency and accuracy.
【0002】[0002]
【背景技術】被測定物の形状や寸法の測定を行う測定機
器としてハイトゲージ(一次元測定器)、三次元測定機
や輪郭測定器が知られている。これらの測定機器には、
測定機器本体と被測定物との位置関係を検出するために
各種プローブが使用される。これらのプローブは、非接
触式プローブと接触式プローブに、あるいは連続測定プ
ローブと接触検出プローブ(タッチトリガプローブ)等
に分類される。そして、三次元測定機用の接触検出プロ
ーブとしては、特開平6-221806号公報で開示される超音
波式タッチ信号プローブが知られている。2. Description of the Related Art A height gauge (one-dimensional measuring device), a three-dimensional measuring device, and a contour measuring device are known as measuring devices for measuring the shape and dimensions of an object to be measured. These measuring instruments include:
Various probes are used to detect the positional relationship between the measurement device main body and the device under test. These probes are classified into a non-contact probe and a contact probe, or a continuous measurement probe and a contact detection probe (touch trigger probe). An ultrasonic touch signal probe disclosed in JP-A-6-221806 is known as a contact detection probe for a coordinate measuring machine.
【0003】前記公報に開示されるタッチ信号プローブ
は、被測定物と接触する接触部を先端に有するスタイラ
スと、このスタイラスを支持するスタイラスホルダと、
スタイラスを軸方向に共振させる加振手段と、この加振
手段によるスタイラスの振動の変化を検出する検出手段
とを含んで構成される。このようなタッチ信号プローブ
によれば、加振手段によりスタイラスを振動させた状態
で先端部を被測定物の端面と接触させると、接触力によ
りスタイラスの振動の状態が変化するので、この変化を
検出手段により検出することにより、被測定物の端面位
置を検出することができる。[0003] The touch signal probe disclosed in the above publication has a stylus having a contact portion at the tip for contacting an object to be measured, a stylus holder for supporting the stylus,
It is configured to include a vibrating means for causing the stylus to resonate in the axial direction, and a detecting means for detecting a change in vibration of the stylus by the vibrating means. According to such a touch signal probe, when the tip portion is brought into contact with the end face of the object under measurement while the stylus is vibrated by the vibration means, the state of vibration of the stylus changes due to the contact force. By detecting with the detecting means, the end face position of the measured object can be detected.
【0004】このような超音波式タッチ信号プローブを
用いて小孔径等の測定を行うこともあり、小孔等を測定
可能とするために、小型化が図られた超音波式タッチ信
号プローブとして、特願平10-220474号に示されるタッ
チ信号プローブが提案されている。図12に示すよう
に、このタッチ信号プローブ100は、スタイラスホル
ダ101、スタイラス102、加振手段103A、およ
び検出手段103Bを備えている。スタイラス102の
先端には、被測定物と接触する接触部102Aが設けら
れるとともに、その基端にはカウンタバランス102B
が設けられ、スタイラス102の軸方向中央位置が重心
位置とされている。そして、スタイラス102を軸方向
に振動させると、振動の節はこの重心位置となる。In some cases, such an ultrasonic touch signal probe is used to measure the diameter of a small hole or the like. In order to enable measurement of a small hole or the like, a small ultrasonic touch signal probe is used. A touch signal probe disclosed in Japanese Patent Application No. 10-220474 has been proposed. As shown in FIG. 12, the touch signal probe 100 includes a stylus holder 101, a stylus 102, a vibration unit 103A, and a detection unit 103B. At the tip of the stylus 102, there is provided a contact portion 102A that comes into contact with the object to be measured.
Is provided, and the center position in the axial direction of the stylus 102 is set as the position of the center of gravity. When the stylus 102 is vibrated in the axial direction, the node of the vibration is at the position of the center of gravity.
【0005】このようなタッチ信号プローブ100は、
小孔測定を可能とするために、スタイラス102を、細
い棒状部材で構成するとともに、接触部102Aをこの
スタイラス102に合わせて小径の球状体で構成してい
る。また、スタイラスホルダ101は、このような細い
スタイラス102を1カ所で支持するのは困難であるた
め、スタイラス102の重心位置を挟んで2カ所でスタ
イラス102支持している。[0005] Such a touch signal probe 100 includes:
In order to enable small hole measurement, the stylus 102 is formed of a thin rod-shaped member, and the contact portion 102A is formed of a small-diameter spherical body in accordance with the stylus 102. Further, since it is difficult for the stylus holder 101 to support such a thin stylus 102 at one place, the stylus 102 is supported at two places with the center of gravity of the stylus 102 interposed therebetween.
【0006】加振手段103Aおよび検出手段103B
は、スタイラスホルダ101の2カ所の支持部分にまた
がるように配置される圧電素子103を二分割して構成
される。そして、加振手段103Aによりスタイラス1
02を軸方向に沿って共振させると、振動の節は、スタ
イラス102の重心位置に生じ、スタイラスホルダ10
1のスタイラス102の支持部分は、この振動の節を挟
むような位置とされる。[0006] Vibration means 103A and detection means 103B
Is formed by dividing a piezoelectric element 103, which is arranged so as to extend over two supporting portions of the stylus holder 101, into two parts. Then, the stylus 1 is moved by the vibration means 103A.
02 resonates along the axial direction, a node of vibration occurs at the position of the center of gravity of the stylus 102 and the stylus holder 10
The supporting portion of one stylus 102 is located at such a position as to sandwich the node of the vibration.
【0007】このようなタッチ信号プローブ100によ
れば、スタイラスホルダ101がスタイラス102を振
動の節を挟んで2カ所で支持しているので、スタイラス
102を極めて細い棒状部材で構成しても、スタイラス
ホルダ101により支持させることができ、アスペクト
比の大きい小孔の内面測定等を行うことができる。According to such a touch signal probe 100, since the stylus holder 101 supports the stylus 102 at two places with the node of vibration interposed therebetween, even if the stylus 102 is formed of an extremely thin rod-shaped member, It can be supported by the holder 101, and the inner surface of a small hole having a large aspect ratio can be measured.
【0008】一方、被測定物の表面への接触を振動動作
により行う方式(タッピング方式)も開発されている
(特願平11-96377号など)。この方式は、例えば前述し
たスタイラスホルダ101に第2の加振手段を設け、こ
の加振手段によりスタイラス102を振動させ、その先
端の接触部102Aを被測定物に対して近接離隔する方
向へ振動させるものである。このようなタッピング方式
によれば、スタイラス102を被測定物の表面に沿って
移動させて表面形状の連続測定を行っても、接触部10
2Aが被測定物に対して近接離隔することで、スタイラ
ス102の剛性が小さくても被測定物による引きづり
(凝着現象)を回避することができる。従って、高精度
を維持しつつ連続測定による作業効率の向上が図れる等
の効果がある。On the other hand, a method (tapping method) in which the surface of the object to be measured is brought into contact with the surface by vibrating operation has been developed (Japanese Patent Application No. 11-96377). In this method, for example, the above-mentioned stylus holder 101 is provided with a second vibrating means, the vibrating means vibrates the stylus 102, and vibrates the contact portion 102A at the tip of the stylus 102 in a direction in which the stylus 102 approaches and separates from the object to be measured. It is to let. According to such a tapping method, even if the stylus 102 is moved along the surface of the object to be measured and the surface shape is continuously measured, the contact portion 10
Since the stylus 102 has a small rigidity, the dragging (adhesion phenomenon) of the object can be avoided by the 2A being close to and separated from the object to be measured. Therefore, there is an effect that the working efficiency can be improved by continuous measurement while maintaining high accuracy.
【0009】[0009]
【発明が解決しようとする課題】しかし、前述した超音
波振動式のタッチ信号プローブでは、接触検出のトリガ
を出力するタイミングが測定精度を左右する。つまり、
加振手段により振動するスタイラスが被測定物に近接
し、接触部が被測定物の表面に接触すると、接触が始っ
た時点で振動が抑制され出す。そして、更に近接し、あ
る程度の圧接力を以て接触部と被測定物の表面とが接触
することで、更にスタイラスの振動が抑制される。この
際、被測定物の表面に対する押付け状態と振動の抑制状
態には相関関係があるから、検出手段の出力信号を監視
し、振動の抑制が所定のレベルに達したことを判定すれ
ば、被測定物に対するスタイラスの押込み量は一定とな
り、正確な位置検出が可能となる。However, in the above-described ultrasonic vibration type touch signal probe, the timing at which a trigger for contact detection is output determines the measurement accuracy. That is,
When the stylus vibrated by the vibrating means approaches the object to be measured and the contact portion comes into contact with the surface of the object to be measured, the vibration starts to be suppressed when the contact starts. Further, the stylus is further suppressed by virtue of contact between the contact portion and the surface of the device under test with a certain amount of pressure contact force. At this time, since there is a correlation between the pressed state against the surface of the object to be measured and the vibration suppression state, the output signal of the detection means is monitored, and if it is determined that the vibration suppression has reached a predetermined level, the vibration is suppressed. The amount by which the stylus is pushed into the measurement object is constant, and accurate position detection is possible.
【0010】しかし、被測定物の表面の一点の位置測定
には、その位置でスタイラスの振動状態が所定状態に収
束するまで、スタイラスを近接離隔させては検出して等
の繰返し作業が必要である。特に、被測定物の表面の連
続測定など、多数の点を検査する場合には作業時間の合
計が膨大になる虞がある。一方、被測定物の各点の位置
測定の際に、その位置でスタイラスの振動状態を厳密に
収束させるのではなく、所定の範囲内にまで収束する程
度とすれば、作業時間は短縮できるが、この場合は当然
測定精度が劣る結果となる。However, the measurement of the position of one point on the surface of the object to be measured requires a repetitive operation such as detecting and detecting the stylus in close proximity to the stylus until the vibration state of the stylus converges to a predetermined state at that position. is there. In particular, when a large number of points are inspected, such as in the continuous measurement of the surface of an object to be measured, the total work time may be enormous. On the other hand, when measuring the position of each point on the object to be measured, if the vibration state of the stylus is not strictly converged at that position, but is converged within a predetermined range, the work time can be reduced. However, in this case, the measurement accuracy is naturally inferior.
【0011】本発明の目的は、振動式の接触検出におけ
る被測定物の接触点毎の収束時間の影響を回避し、測定
精度を高く維持しつつ作業効率を高められる表面形状測
定方法を提供することにある。An object of the present invention is to provide a surface shape measuring method capable of avoiding the influence of the convergence time of each contact point of an object to be measured in a vibration type contact detection and improving the working efficiency while maintaining high measurement accuracy. It is in.
【0012】[0012]
【課題を解決するための手段】本発明は、従来の振動式
接触検出が、スタイラスの振動状態が所定状態となる位
置にスタイラスを移動させ、この位置でのスタイラス位
置情報を読出して接触位置を算出していたのであり、こ
のためにスタイラスを細かく近接離隔させる煩雑さが収
束時間となっていたことに着目したものである。そし
て、スタイラスを実際に所定位置に落着かせるのではな
く、近傍で得られる検出手段からの情報とスタイラスの
位置情報から従来落着かせるべきであった所定位置の情
報を演算するものとし、これにより被測定物の表面の位
置を精度良くかつ効率よく測定できるようにするもので
ある。According to the present invention, in the conventional vibratory contact detection, the stylus is moved to a position where the vibration state of the stylus becomes a predetermined state, and the stylus position information at this position is read to determine the contact position. The calculation was performed, and attention was paid to the fact that the convergence time was caused by the complexity of finely moving the stylus toward and away. Then, instead of actually setting the stylus at the predetermined position, the information on the predetermined position that should have been settled conventionally is calculated based on the information from the detecting means obtained in the vicinity and the position information of the stylus. It is intended to accurately and efficiently measure the position of the surface of the measurement object.
【0013】具体的には、外部からの指令により三次元
空間内を所定の指令速度ベクトルで運動する支持体と、
この支持体に支持されかつ被測定物に接触する接触部を
有するスタイラスと、前記スタイラスを軸方向に周波数
f1で共振させる加振手段と、この加振手段による前記
スタイラスの振動の変化を検出する検出手段とを備えた
接触検出プローブを用い、前記被測定物の表面に前記接
触部が接触した際の支持体の位置から前記被測定物の表
面形状を測定する表面形状測定方法であって、前記指令
速度ベクトルの指令により、前記接触検出プローブを移
動させて前記被測定物の測定すべき表面に接触させる工
程、前記検出回路から出力される前記検出信号の振幅情
報値Anが所定の基準情報値Asとなるように前記測定すべ
き表面との距離を制御しつつ、前記接触検出プローブを
前記測定すべき表面に沿って移動させ、前記振幅情報値
Anとこれに対応する実位置rnを出力してゆくことで前記
測定すべき表面を走査する工程、前記振幅情報値Anとこ
れに対応する実位置rnから、前記振幅情報値Anが一定に
なるように走査した場合に得られると推定される推定表
面位置Rnを演算する工程を含むことを特徴とする。More specifically, a support that moves in a three-dimensional space at a predetermined command velocity vector in response to an external command,
A stylus supported by the support and having a contact portion that comes into contact with the object to be measured; vibrating means for resonating the stylus at a frequency f1 in the axial direction; and detecting a change in vibration of the stylus caused by the vibrating means. Using a contact detection probe equipped with a detection means, a surface shape measuring method for measuring the surface shape of the object to be measured from the position of the support when the contact portion contacts the surface of the object to be measured, In accordance with the command of the command speed vector, the step of moving the contact detection probe to make contact with the surface to be measured of the device under test, the amplitude information value An of the detection signal output from the detection circuit is a predetermined reference information while controlling the distance between the measuring surface to be such that the value a s, the contact detection probe is moved along the surface to be the measurement, the amplitude information values
An a step of scanning the surface to be the measurement by slide into outputs real position r n corresponding thereto, from the real position r n corresponding thereto and the amplitude information values An, the amplitude information value An is a constant characterized in that it comprises a step of calculating an estimated surface position R n which is estimated to be obtained when scanned so as to.
【0014】接触検出プローブとしては、前述した超音
波振動式のタッチ信号プローブ等を利用することができ
る。スタイラスは支持体に接続されたスタイラスホルダ
を介して支持される構造等とすればよい。加振手段とし
ては圧電素子などの既存の駆動要素が適宜利用できる。
この加振手段を作動させるために外部に電源および駆動
回路を接続してもよい。検出手段も圧電素子により構成
でき、加振手段と一体化した構造など既存の構成が適宜
採用できる。支持体の駆動は既存の三次元測定機に依存
してもよく、外部のコントローラあるいはコンピュータ
システムで実行される指令プログラムに基づいて動作が
行われるようにすればよい。検出手段からの振幅情報値
Anの収集、基準情報値Asに沿った制御、推定表面位置Rn
の演算等はこれら外部のコントローラあるいはコンピュ
ータシステムで実行させることができる。走査する工程
における振幅情報値An、実位置rnの収集と推定表面位置
Rnの演算とは、並行して行っても良いし、後述するよう
に各工程を順次行ってもよい。並行して行うとは、rn位
置の検出を行っている間に、外部コンピュータ等で数ス
テップ前の振幅情報値An-2、実位置rn-2から推定表面位
置Rn-2の演算を行う等を意味する。As the contact detection probe, the aforementioned ultrasonic vibration type touch signal probe or the like can be used. The stylus may have a structure that is supported via a stylus holder connected to the support. An existing driving element such as a piezoelectric element can be used as appropriate as the vibration means.
A power supply and a driving circuit may be externally connected to operate the vibration means. The detecting means can also be constituted by a piezoelectric element, and an existing structure such as a structure integrated with the vibrating means can be appropriately adopted. The driving of the support may depend on an existing CMM, and the operation may be performed based on a command program executed by an external controller or a computer system. Amplitude information value from detection means
Collection of An, control along reference information value As, estimated surface position R n
Can be executed by these external controllers or computer systems. Collection of amplitude information value An and actual position r n in scanning process and estimated surface position
The calculation of R n may be performed in parallel, or each step may be sequentially performed as described later. To perform in parallel means to calculate the estimated surface position R n-2 from the actual position r n-2 from the amplitude information value An -2 and the actual position r n-2 several steps before using the external computer while detecting the r n position. And so on.
【0015】このような構成においては、スタイラスを
被測定物の表面に接触させた後、前記表面の走査により
各点の振幅情報値An、実位置rnが収集され、これらから
各点の推定表面位置Rnが演算される。この際、スタイラ
スは各点の振幅情報値Anが基準情報値Asになるように表
面との距離を制御されるが、振幅情報値Anが基準情報値
Asに収束するまで各点で留まるものではなく、従来のよ
うな収束時間はかからない。一方、各点の推定表面位置
Rnは、実位置rnを振幅情報値Anで補正する形で導くこと
ができ、スタイラスが振幅情報値An=基準情報値Asの位
置に達することがなくとも正確な値を得ることができ
る。[0015] In such a configuration, after contacting the stylus on the surface of the object to be measured, the amplitude information values An of each point by scanning the surface, the actual position r n are collected, estimated from these points surface position R n is calculated. At this time, although the stylus is controlling the distance between the surface so that the amplitude information value An of each point becomes the reference information value A s, the amplitude information value An is the reference information value
Not stay at each point to converge to A s, not take convergence time as in the conventional. On the other hand, the estimated surface position of each point
R n is the actual position r n can be derived in a manner to correct the amplitude information values An, that the stylus is to obtain an accurate value even without reaching the position of the amplitude information values An = reference information value A s it can.
【0016】本発明において、前記走査する工程におけ
る前記指令速度ベクトルVn+1は、直前の値Vnと当該Vn+1
との外積のスカラーを前記振幅情報値Anと前記基準情報
値Asとの差に比例定数k倍した値と等価とすることで決
定されることが望ましい。このようにすれば、前述した
振幅情報値Anが基準情報値Asに近づくようにスタイラス
を移動させる制御を簡単かつ適切に行うことができる。In the present invention, the command speed vector V n + 1 in the scanning step is obtained by comparing the immediately preceding value V n with the value V n + 1.
It is determined by the difference in the proportionality constant k times the value equivalent to the scalar vector product between the amplitude information values An and the reference information value A s with desirable. Thus, it is possible to perform control to move the stylus so that the amplitude information value An of the aforementioned approaches the reference information value A s easily and appropriately.
【0017】本発明において、前記演算する工程で演算
される前記推定表面位置Rnは、前記実位置rnに対して次
の実位置rn+1を確定した後、前記実位置rnを始点とし、
前記振幅情報値Anに対応した大きさで、前記次の実位置
rn+1および一つ前の実位置rn -1を結ぶ直線と直交する向
きに補正された位置とすることができる。このようにす
れば、簡単な演算で精度良く推定表面位置Rnを得ること
ができる。[0017] In the present invention, the estimated surface position R n which is calculated in the step of the operation, after determining the next actual position r n + 1 with respect to the actual position r n, the actual position r n Starting point,
The size corresponding to the amplitude information value An, the next actual position
The position can be a position corrected in a direction orthogonal to a straight line connecting r n + 1 and the previous real position r n -1 . Thus, it is possible to obtain an accurate estimation surface position R n by a simple operation.
【0018】また、前記演算する工程で演算される前記
推定表面位置Rnは、前記実位置rnを始点とし、前記振幅
情報値Anに対応した大きさで、前記実位置rnおよび一つ
前の実位置rn-1を結ぶ直線と直交する向きに補正された
位置とすることができる。このようにすれば、次の実位
置rn+1が必要ないため、検出データを直ちに演算処理す
ることができる。The estimated surface position R n calculated in the calculating step starts from the real position r n , and has a size corresponding to the amplitude information value An, and has a size corresponding to the real position r n and one. The position can be a position corrected in a direction orthogonal to a straight line connecting the previous actual position r n-1 . In this way, the next real position r n + 1 is not required, and thus the detection data can be immediately processed.
【0019】更に、前記演算する工程で演算される前記
推定表面位置Rnは、前記実位置rnを始点とし、前記振幅
情報値Anに対応した大きさで、少なくとも前記実位置rn
とこの近傍の実位置rn+1,rn-1の3点で規定される曲線
に前記実位置rnから下ろした垂線の向きに補正された位
置とすることができる。このようにすれば、より精度の
高い推定表面位置Rnを得ることができる。Furthermore, the estimated surface position R n which is calculated in the step of the operation, the actual position r n a start point, a size corresponding to the amplitude information values An, at least the actual position r n
And a position corrected in the direction of a perpendicular drawn down from the real position r n to a curve defined by three points of the real positions r n + 1 and r n-1 in the vicinity thereof. Thus, it is possible to obtain a more accurate estimation surface position R n.
【0020】本発明において、前記演算する工程で演算
される前記推定表面位置Rnは、前記振幅情報値Anに対応
した大きさに更に前記スタイラスの接触部のスタイラス
軸に対するオフセット量Dが加味されることが望まし
い。オフセット量Dは、例えばスタイラスの接触部が球
状なら、その半径等で与えられる。これらは、スタイラ
ス軸位置に対して実際の接触位置の距離を加味するとい
うことである。In the present invention, the estimated surface position R n calculated in the calculating step is determined by adding an offset amount D of the contact portion of the stylus to the stylus axis to a size corresponding to the amplitude information value An. Is desirable. For example, if the contact portion of the stylus is spherical, the offset amount D is given by its radius or the like. These are to take into account the distance of the actual contact position with respect to the stylus axis position.
【0021】本発明において、先に前記測定すべき表面
に対する走査を完了し、その間に前記表面に関する必要
な全ての前記振幅情報値Anとこれに対応する実位置rnと
を順次記憶しておき、この後記憶しておいた情報値群A0
〜Amとこれに対応する実位置群r0〜rmとから前記演算を
行って推定表面位置群R0〜Rmを得ることが望ましい。振
幅情報値Anとこれに対応する実位置rnとを順次記憶する
のは、前述した外部のコンピュータシステム等を適宜利
用すればよい。このようにすれば、情報値A0〜Am、実位
置r0〜rmを検出する走査工程と、推定表面位置群R0〜Rm
を演算する演算工程とを別個に順次行えるため、並行し
て行う場合よりも制御を簡略にでき、かつ相互の動作タ
イミングを考慮しないでよいため各々における動作を最
速になるように調整できる。In the present invention, the scanning of the surface to be measured is completed first, and all the necessary amplitude information values An and the corresponding actual positions r n of the surface are sequentially stored during the scanning. , The information value group A 0 stored thereafter
It is desirable to obtain to A m and the estimated surface position group R 0 to R m from the actual position group r 0 ~r m corresponding thereto by performing the calculation. The amplitude information value An and the actual position r n corresponding to the amplitude information value An may be sequentially stored by appropriately using the external computer system described above. Thus, information value A 0 to A m, a scanning step of detecting the actual position r 0 ~r m, estimated surface position group R 0 to R m
Can be separately and sequentially performed, the control can be simplified as compared with the case of performing the operations in parallel, and the operation in each can be adjusted to be the fastest since there is no need to consider mutual operation timing.
【0022】本発明において、前記接触検出プローブ
は、更に前記スタイラスを軸交叉方向に周波数f2で共
振させる第2の加振手段を備え、前記走査する工程にお
いては、前記第2の加振手段による振動が所定の位相に
ある時に前記検出回路から出力される前記検出信号の振
幅情報値Anをラッチし、このラッチした振幅情報値Anを
前記基準情報値Asと比較して制御を行うものとすること
ができる。このようにすれば、本発明を前述したタッピ
ング方式において実現することができる。In the present invention, the contact detection probe further includes second vibrating means for causing the stylus to resonate at a frequency f2 in a direction crossing the axis, and in the scanning step, the second vibrating means uses the second vibrating means. and that vibration is latched amplitude information value an of the detection signal output from the detecting circuit when it is in a predetermined phase, and controls the amplitude information value an of the latch as compared to the reference information value a s can do. In this way, the present invention can be realized in the tapping method described above.
【0023】この際、前記第2の加振手段による前記ス
タイラスの振動の方向は、前記スタイラスの軸方向に略
直交するとともに、前記走査する工程での前記支持体の
移動方向と略直交しているものとすることが望ましい。
このようにすれば、被測定物の測定表面に対して常に略
直角方向へタッピングを与えることができる。At this time, the direction of vibration of the stylus by the second vibrating means is substantially perpendicular to the axial direction of the stylus and substantially perpendicular to the direction of movement of the support in the scanning step. Is desirable.
With this configuration, tapping can be always applied in a direction substantially perpendicular to the measurement surface of the object to be measured.
【0024】本発明において、前記支持体は、前記接触
検出プローブを任意姿勢に回転および傾斜させる姿勢操
作手段を有し、前記被測定物の形状に応じて前記接触検
出プローブの姿勢を操作するようにしてもよい。これに
より、前記被測定物の測定表面と前記接触検出プローブ
の軸を並行にすることができ、前記被測定物の測定表面
が傾斜等している場合でも本発明に基づく測定の実施が
容易にできる。In the present invention, the support has posture operation means for rotating and tilting the contact detection probe to an arbitrary posture, and operates the posture of the contact detection probe according to the shape of the object to be measured. It may be. This makes it possible to make the measurement surface of the object to be measured and the axis of the contact detection probe parallel, and to easily perform the measurement based on the present invention even when the measurement surface of the object to be measured is inclined. it can.
【0025】この際、前記第2の加振手段による前記ス
タイラスの振動の方向が、前記接触部が接触する前記被
測定物の表面の法線方向となるように前記姿勢操作手段
を操作することことが望ましい。これにより、前記被測
定物の測定表面が傾斜等している場合でも、法線方向の
タッピングによってより正確な測定を行うことができ
る。At this time, the attitude manipulating means is operated so that the direction of vibration of the stylus by the second vibrating means is a normal direction of a surface of the object to be contacted with the contact portion. It is desirable. Thereby, even when the measurement surface of the object to be measured is inclined, more accurate measurement can be performed by tapping in the normal direction.
【0026】なお、接触検出プローブの姿勢の操作にあ
たっては、被測定物の測定表面に関する情報が必要とな
る。この情報は、例えば本発明に基づく測定に先立っ
て、被測定物の測定表面の複数箇所の位置測定を行って
測定表面の形状を割出すか、あるいは被測定物の設計デ
ータ、例えばCADデータを利用してもよい。When the attitude of the contact detection probe is operated, information on the measurement surface of the object to be measured is required. This information may be obtained by, for example, prior to the measurement according to the present invention, measuring the position of a plurality of points on the measurement surface of the measurement object to determine the shape of the measurement surface, or extracting design data of the measurement object, for example, CAD data. May be used.
【0027】本発明において、前記第2の加振手段によ
る前記スタイラスの振動は直線的であることが望まし
い。このようにすれば、本発明おいて適切なタッピング
動作を実現することができる。In the present invention, it is desirable that the vibration of the stylus by the second vibrating means is linear. This makes it possible to implement an appropriate tapping operation in the present invention.
【0028】[0028]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の一形態を図
面に基づいて説明する。尚、以下の説明では、既に説明
した部分又は部材と同一又は類似の部分等については、
同一符号を付してその説明を省略又は簡略する。図1お
よび図2には、本発明の第1実施形態に係る表面形状測
定方法を組み込んだ内外側面測定装置が示されている。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the following description, for the same or similar parts as the already described parts or members,
The same reference numerals are given and the description is omitted or simplified. FIGS. 1 and 2 show an inner and outer surface measuring apparatus incorporating a surface shape measuring method according to a first embodiment of the present invention.
【0029】内外側面測定装置1は、測定器本体2、コ
ントローラ3、駆動回路4、検出回路5、およびパーソ
ナルコンピュータ6を含んで構成される。駆動回路4
は、タッチ信号プローブ100をスタイラスの軸方向お
よび軸に直交する方向に振動させるためのものであり、
検出回路5は、スタイラスに設けられた検出手段からの
電気信号を処理してコントローラ3に出力する部分であ
る。また、パーソナルコンピュータ6は、コントローラ
3に制御信号を出力して測定器本体2の動作制御を行う
とともに、検出回路5やコントローラ3の制御手段31
からの情報の演算処理を行ってワークWの真円度等の評
価を行う。The inner / outer surface measuring apparatus 1 includes a measuring device main body 2, a controller 3, a drive circuit 4, a detection circuit 5, and a personal computer 6. Drive circuit 4
Is for vibrating the touch signal probe 100 in the axial direction of the stylus and in a direction perpendicular to the axis,
The detection circuit 5 is a portion that processes an electric signal from a detection unit provided on the stylus and outputs the processed signal to the controller 3. Further, the personal computer 6 outputs a control signal to the controller 3 to control the operation of the measuring instrument body 2, and controls the detection circuit 5 and the control means 31 of the controller 3.
, And the roundness of the work W is evaluated.
【0030】測定器本体2は、ワークWを設置して表面
形状を測定するものであり、該ワークWが設置されるX
YZテーブル21と、このXYZテーブル21の端部に
立設される支柱22と、この支柱22の延出方向に摺動
自在に設けられる支持体23と、この支持体23に支持
されるタッチ信号プローブ100とを含んで構成され
る。XYZテーブル21は、図1では図示を略したが、
ワークWを所定の位置に設置するために、ワークWをX
YZテーブル21の面に沿って移動させるX軸調整機構
およびY軸調整機構と、ワークWをXYZテーブル21
の面の法線方向に移動させるZ軸調整機構とを備えてい
る。そして、ワークWをXYZテーブル21に設置した
後、これらの軸調整機構を操作して該ワークの正確な位
置調整を行う。The measuring instrument body 2 is for measuring a surface shape by installing a work W.
An YZ table 21, a support 22 erected at the end of the XYZ table 21, a support 23 slidably provided in the direction in which the support 22 extends, and a touch signal supported by the support 23. And a probe 100. Although the XYZ table 21 is not shown in FIG.
In order to set the work W at a predetermined position, the work W
An X-axis adjustment mechanism and a Y-axis adjustment mechanism that move along the surface of the YZ table 21;
And a Z-axis adjustment mechanism for moving the surface in the normal direction. After the work W is set on the XYZ table 21, these shaft adjustment mechanisms are operated to perform accurate position adjustment of the work.
【0031】支持体23は、図1では図示を略したが、
タッチ信号プローブ100をXYZテーブル21の面に
沿って移動させるX軸駆動機構およびY軸駆動機構と、
支柱22に沿って上下に支持体23を移動させるZ軸駆
動機構とを備え、これらの軸駆動機構は、後述するコン
トローラ3により動作制御される。コントローラ3は、
支持体23を動作制御する部分であり、制御手段31お
よび回避手段32を備えている。The support 23 is not shown in FIG.
An X-axis drive mechanism and a Y-axis drive mechanism for moving the touch signal probe 100 along the surface of the XYZ table 21,
A Z-axis drive mechanism for moving the support 23 up and down along the column 22; the operation of these axis drive mechanisms is controlled by a controller 3 described later. Controller 3
It is a part for controlling the operation of the support 23, and includes a control means 31 and an avoidance means 32.
【0032】制御手段31は、パーソナルコンピュータ
6からの指令に基づいて、測定器本体2の支持体23の
動作制御を行うものである。制御手段31は支持体23
の軸駆動機構へ移動動作のための指令速度ベクトルVnを
送り、支持体23の軸駆動機構はこの指令速度ベクトル
Vnに基づく移動を実行する。制御手段31にはパーソナ
ルコンピュータ6から稼働開始時などに基準情報値Asが
送られる。制御手段31は、支持体23の動作の間、検
出回路5からの振幅情報値Anをモニタし、この振幅情報
値Anが基準情報値Asに近づくように指令速度ベクトルVn
を設定し、支持体23の移動を制御するようになってい
る。回避手段32は、検出回路5からの検出信号が所定
の値を維持できない場合、制御手段31による動作制御
を中止し、それまでの制御手段31によるタッチ信号プ
ローブ100の移動方向とは反対方向に、支持体23を
移動させる制御信号を出力する部分である。この回避手
段32により、タッチ信号プローブ100は、ワークW
と非接触状態となり、過大な接触力による損傷が防止さ
れる。The control means 31 controls the operation of the support 23 of the measuring device main body 2 based on a command from the personal computer 6. The control means 31 includes the support 23
Command feed speed vector V n, the axial drive mechanism of the support member 23 the commanded velocity vector for the moving operation the axial drive mechanism
Perform a move based on V n . Reference information value A s is sent from the personal computer 6, such as during start operation to the control unit 31. Control means 31, during the movement of the support member 23, monitors the amplitude information values An of the detection circuit 5, the command speed vector V n as the amplitude information value An approaches the reference information value A s
Is set, and the movement of the support 23 is controlled. When the detection signal from the detection circuit 5 cannot maintain the predetermined value, the avoidance unit 32 stops the operation control by the control unit 31 and moves the touch signal probe 100 in a direction opposite to the moving direction of the touch signal probe 100 by the control unit 31 until then. , A portion for outputting a control signal for moving the support 23. By this avoiding means 32, the touch signal probe 100 allows the work W
, So that damage due to excessive contact force is prevented.
【0033】図2に示すように、タッチ信号プローブ1
00は、スタイラスホルダ101、スタイラス102、
接触部102A、カウンタバランス102B、加振手段
103A、および検出手段103Bを備えている。そし
て、支持体23とこの支持体23に支持されるスタイラ
スホルダ101との間には、スタイラス102を該スタ
イラス102の軸に直交する方向に振動させる第2加振
手段110が設けられている。尚、スタイラス102の
軸に直交する平面内で任意の方向に該スタイラス102
を振動させるために、第2加振手段110は、互いに直
交する方向に振動させるX軸加振素子110XおよびY
軸加振素子110Yを備え、X軸加振素子110Xおよ
びY軸加振素子110Yは、スタイラスホルダ101お
よび支持体23の間に直列に配置されている。As shown in FIG. 2, the touch signal probe 1
00 is a stylus holder 101, a stylus 102,
A contact portion 102A, a counter balance 102B, a vibrating means 103A, and a detecting means 103B are provided. Further, between the support member 23 and the stylus holder 101 supported by the support member 23, a second vibration means 110 for vibrating the stylus 102 in a direction orthogonal to the axis of the stylus 102 is provided. Note that the stylus 102 may be moved in any direction on a plane orthogonal to the axis of the stylus 102.
In order to vibrate, the second vibrating means 110 includes X-axis vibrating elements 110X and Y vibrating in directions orthogonal to each other.
An X-axis excitation element 110X and a Y-axis excitation element 110Y are provided in series between the stylus holder 101 and the support 23.
【0034】駆動回路4は、加振手段103Aおよび第
2加振手段110に所定の周波数で電気信号を与える部
分であり、加振回路41および第2加振回路42から構
成されている。加振回路41は、加振手段103Aが所
定の振幅、所定の周波数で動作するような電気信号を発
生させる発信器を備え、これにより、スタイラス102
は周波数f1で軸方向に振動する。The drive circuit 4 is a part for applying an electric signal to the vibration means 103A and the second vibration means 110 at a predetermined frequency, and comprises a vibration circuit 41 and a second vibration circuit 42. The vibrating circuit 41 includes a transmitter that generates an electric signal that causes the vibrating means 103A to operate at a predetermined amplitude and a predetermined frequency.
Vibrates in the axial direction at the frequency f1.
【0035】第2加振回路42は、上述したX軸加振素
子110XおよびY軸加振素子110Yを所定の振幅、
所定の周波数で動作するような電気信号を発生させる発
信器を備えている。尚、この発信器は、X軸加振素子1
10XおよびY軸加振素子110Yを同期して動作させ
るが、各加振素子110X、110Yの電気信号の振幅
は、独立で調整可能となっている。そして、各加振素子
110X、110Yに振幅の異なる電気信号を与えるこ
とにより、スタイラス102は任意の方向に振動し、両
加振素子110X、110Yの振動を同期させることに
より、スタイラス102は、周波数f2でスタイラス1
02の軸に直交する任意の方向に振動する。The second vibration circuit 42 converts the above-described X-axis vibration element 110X and Y-axis vibration element 110Y to a predetermined amplitude,
A transmitter is provided for generating an electrical signal that operates at a predetermined frequency. Note that this transmitter is an X-axis exciting element 1
The 10X and Y-axis excitation elements 110Y are operated synchronously, but the amplitudes of the electric signals of the respective excitation elements 110X and 110Y can be adjusted independently. The stylus 102 vibrates in an arbitrary direction by giving electric signals having different amplitudes to the respective vibrating elements 110X and 110Y. By synchronizing the vibrations of both vibrating elements 110X and 110Y, the stylus 102 Stylus 1 at f2
Vibrates in any direction orthogonal to the 02 axis.
【0036】パーソナルコンピュータ6には、検出回路
5からの検出信号(振幅情報値An)が入力されている。
検出回路5にはパーソナルコンピュータ6から所定周期
のサンプリング信号が出力されており、検出回路5はこ
のサンプリング信号が送られた時点の振幅情報値Anを出
力するようになっている。また、パーソナルコンピュー
タ6には制御手段31から現在位置(実位置rn)が入力
されている。制御手段31には前述した検出回路5向け
と同じサンプリング信号が送られており、制御手段31
は前述した検出回路5から出力される振幅情報値Anに対
応した実位置rnをパーソナルコンピュータ6に出力する
ようになっている。更に、パーソナルコンピュータ6に
は、前述した振幅情報値Anおよび実位置rnのデータセッ
トを複数記憶しておき、これらを演算処理して推定表面
位置Rnを求める演算機能がソフトウェアにより設定され
ている。The detection signal (amplitude information value An) from the detection circuit 5 is input to the personal computer 6.
A sampling signal of a predetermined period is output from the personal computer 6 to the detection circuit 5, and the detection circuit 5 outputs an amplitude information value An at the time when the sampling signal is sent. Further, the current position (actual position r n ) is input from the control means 31 to the personal computer 6. The same sampling signal as that for the detection circuit 5 described above is sent to the control means 31, and the control means 31
Outputs the actual position r n corresponding to the amplitude information value An output from the detection circuit 5 to the personal computer 6. Further, in the personal computer 6, a plurality of data sets of the amplitude information value An and the actual position r n described above are stored, and an arithmetic function for calculating these to obtain an estimated surface position R n is set by software. I have.
【0037】次に、上述した第1実施形態に係る内径測
定装置1の動作を、図3に示すようなワークWの内周表
面W1の形状測定を行う場合について説明する。 (1) 図3に示すように、予め三点測定を行うかあるいは
CADデータを利用する等により、内周の中心Owの位
置座標および概ねの半径Rwを取得する。 (2) スタイラス102の第2加振手段110による振幅
を考慮し、半径RwよりもΔrだけ小さい円S1を接触
部102Aの基本的な動作軌跡として制御手段31に設
定する。具体的には、図3における測定開始点P0から
の角度θと、半径Rw−Δrに基づいて接触部102A
の動作制御を行う。尚、加振手段2によるスタイラス1
02の軸に直交する振動の振幅が極めて微小であるた
め、このΔrは、接触部102Aの半径に略等しい値と
考えても、実際上は差し支えない。Next, the operation of the inner diameter measuring device 1 according to the first embodiment described above will be described for the case where the shape of the inner peripheral surface W1 of the work W is measured as shown in FIG. (1) As shown in FIG. 3, the position coordinates of the center Ow of the inner circumference and the approximate radius Rw are obtained by performing three-point measurement in advance or using CAD data. (2) Considering the amplitude of the stylus 102 by the second vibration means 110, a circle S1 smaller than the radius Rw by Δr is set in the control means 31 as a basic motion trajectory of the contact portion 102A. Specifically, the contact portion 102A is determined based on the angle θ from the measurement start point P0 in FIG.
Operation control. In addition, stylus 1 by vibrating means 2
Since the amplitude of the vibration orthogonal to the axis 02 is extremely small, this Δr can be practically considered even if it is considered to be substantially equal to the radius of the contact portion 102A.
【0038】(3) スタイラス102の第2加振手段11
0による振動が内周表面W1の内側面の法線方向となる
ように、第2加振回路42の電気信号を前記角度θの関
数として設定し、第2加振手段110を構成するX軸加
振素子110X、Y軸加振素子110Yを動作させる。
具体的には、円S1の中心点Oおよび測定開始点P0を
結ぶ方向をX軸加振素子110Xの振動方向とし、X軸
加振素子110XおよびY軸加振素子110Yのスタイ
ラス102の軸に直交する方向の最大力をF、第2加振
回路による周波数をf2とすると、X軸加振素子110
XによるX軸方向の力Fx、およびY軸加振素子110
YによるY軸方向の力Fyは、以下の関数として設定さ
れる。 Fx=F・sin(2π・f2・t)・cosθ Fy=F・sin(2π・f2・t)・sinθ これにより、接触部102Aは、内周表面W1を所定の
周期(1/f2)でタッピングする。なお、式中のtは
時間を示す。 (4) 加振手段103Aによりスタイラス102を軸方向
に振動させるとともに、接触部102Aで内周表面W1
をタッピングしながら、制御手段31により内周表面W
1の走査を開始する。(3) Second vibrating means 11 of stylus 102
The electric signal of the second vibration circuit 42 is set as a function of the angle θ so that the vibration due to 0 is in the normal direction of the inner surface of the inner peripheral surface W1. The vibration element 110X and the Y-axis vibration element 110Y are operated.
Specifically, the direction connecting the center point O of the circle S1 and the measurement start point P0 is defined as the vibration direction of the X-axis vibration element 110X, and the direction of the stylus 102 of the X-axis vibration element 110X and the Y-axis vibration element 110Y. Assuming that the maximum force in the orthogonal direction is F and the frequency of the second vibration circuit is f2, the X-axis vibration element 110
X-axis force Fx by X and Y-axis vibration element 110
The force Fy in the Y-axis direction by Y is set as the following function. Fx = F · sin (2π · f2 · t) · cos θ Fy = F · sin (2π · f2 · t) · sinθ Accordingly, the contact portion 102A moves the inner peripheral surface W1 at a predetermined period (1 / f2). Tap. Note that t in the formula indicates time. (4) The stylus 102 is vibrated in the axial direction by the vibration means 103A, and the inner peripheral surface W1 is
While tapping the inner surface W by the control means 31.
Scan 1 starts.
【0039】(5) 走査の間、制御手段31は検出回路5
からの振幅情報値Anに基づいて指令速度ベクトルVnを適
宜調整し、支持体23を移動させてタッチ信号プローブ
100が内周表面W1に沿って移動するようにするとと
もに、検出回路5からの振幅情報値Anおよび制御手段3
1からの実位置rnが、各測定点n=0〜m毎の情報値群A0〜
Amおよび実位置群r0〜rmとしてパーソナルコンピュータ
6に蓄積されてゆく。 (6) 走査が完了したら、パーソナルコンピュータ6は、
蓄積した振幅情報値群A0〜Amおよび実位置群r0〜rmから
演算処理を行い、走査した内周表面W1の各点に関する
推定表面位置R0〜Rmを算出する。以下、これらの走査お
よび演算手順の詳細について説明する。(5) During scanning, the control means 31 controls the detection circuit 5
The amplitude information values A n command based on the velocity vector V n is suitably adjusted, as well as to move along the support member 23 is moved touch signal probe 100 inner peripheral surface W1, the detection circuit 5 from Amplitude information value An and control means 3
The actual position r n from 1 is the information value group A 0 for each measurement point n = 0 to m
Yuku stored in the personal computer 6 as A m and the actual position group r 0 ~r m. (6) When the scanning is completed, the personal computer 6
Performs arithmetic processing from the stored amplitude information value group A 0 were to A m and the actual position group r 0 ~r m, calculates the estimated surface position R 0 to R m for each point of the inner peripheral surface W1 scanned. Hereinafter, the details of these scanning and calculation procedures will be described.
【0040】まず、走査にあたってのタッチ信号プロー
ブ100の移動(倣い動作)について説明する。図4に
おいて、タッチ信号プローブ100の位置はrn-1、rn、
rn+1、rn+2と移行するものとする。各位置rn-1、rn、r
n+1、rn+2は座標系の原点(0,0)からの位置ベクトルrn
=(xn,yn)の形で表現される。図中各点の両側に延びる矢
印はタッピング動作の振動を表す。ここで、点rnから次
の点rn+1へ移動する際の移動方向ベクトル(これに基づ
いて制御手段31は指令速度ベクトルを逐次設定する)
の決定は次のように行われる。First, the movement of the touch signal probe 100 (scanning operation) during scanning will be described. In FIG. 4, the position of the touch signal probe 100 is r n−1 , r n ,
The transition is assumed to be r n + 1 and r n + 2 . Each position r n-1 , r n , r
n + 1 and r n + 2 are position vectors r n from the origin (0,0) of the coordinate system
= (x n , y n ). Arrows extending on both sides of each point in the figure represent the vibration of the tapping operation. Here, the moving direction vector when moving from point r n to r n + 1 of the next point (controlling means 31 based on this setting the command speed vector sequentially)
Is determined as follows.
【0041】n番目の測定点において、検出手段5の検
出信号から得られる振動の振幅情報をAnとし、この時の
タッチ信号プローブ100の位置情報を実位置rn=(xn,y
n)とする。同様に、n+1番目の測定点において、検出手
段5の検出信号から得られる振動の振幅情報をAn+1と
し、この時のタッチ信号プローブ100の位置情報を実
位置rn+1=(xn+1,yn+1)とする。これらから、点rnから点
rn+1への移動方向ベクトルはvn+1=(xn+1-xn,yn+1-yn)=
(vx n+1,vy n+1)となる。一つ前の測定点については同
様にvn=(xn-xn-1,yn-yn- 1)=(vx n,vy n)となる。従っ
て、移動方向ベクトルを大きさ一定にすると次のように
なる。[0041] In the n-th measurement point, the amplitude information of the vibration obtained from the detection signal of the detection means 5 and A n, this time of the touch signal position information actual position r n = (x n probes 100, y
n ). Similarly, at the (n + 1) th measurement point, the amplitude information of the vibration obtained from the detection signal of the detection means 5 is set to An + 1, and the position information of the touch signal probe 100 at this time is set to the actual position rn + 1 = (x n + 1 , y n + 1 ). From these, the point from the point r n
The moving direction vector to r n + 1 is v n + 1 = (x n + 1 -x n , y n + 1 -y n ) =
(v x n + 1 , v y n + 1 ). Similarly, v n = (x n -x n-1 , y n -y n- 1 ) = (v xn , v yn ) for the immediately preceding measurement point. Therefore, when the moving direction vector has a constant size, the following is obtained.
【0042】[0042]
【数1】 (Equation 1)
【0043】移動方向ベクトルVn,Vn+1についてZ軸方
向(スタイラス102の軸方向)の単位ベクトルezを用
いベクトル積をとると次のようになる。The moving direction vector V n, V n + 1 for taking a vector product using the unit vector e z of the Z-axis direction (the axial direction of the stylus 102) is as follows.
【0044】[0044]
【数2】 (Equation 2)
【0045】[0045]
【数3】 (Equation 3)
【0046】、サンプリング時間間隔を小さくすれば向
きの変化θも小さくなるから、sinθ≒θとおくことが
でき、この式(2)の変形と式(3)とにより次のようにおく
ことができる。If the sampling time interval is reduced, the change θ in the direction is also reduced, so that sin θ ≒ θ can be obtained. The following equation is obtained from the modification of the equation (2) and the equation (3). it can.
【0047】[0047]
【数4】 (Equation 4)
【0048】タッチ信号プローブ100の移動は、内周
表面W1の走査にあたって、どの位置でも所定の接触状
態で、つまり接触による振幅情報値Anが基準情報値Asを
保つように行われる必要がある。つまり、図5のよう
に、各点rn-1〜rn+2において、各々での振幅情報値An-1
〜A n+2と基準情報値Asとの差(An-1-As〜An+2-As)が
あるとしたら、これらが消えるように制御する必要があ
る。ここで、式(4)のPnはAnに依存することから、θ=
0付近では比例定数kを用いて次のように表せる。The movement of the touch signal probe 100, when the scanning of the inner circumferential surface W1, at a predetermined contact at any position, i.e. it is necessary to amplitude information value An is performed so as to keep the reference information value A s due to the contact . That is, as shown in FIG. 5, at each point r n-1 to r n + 2 , the amplitude information value An -1 at each point
After that there is a difference between to A n + 2 and the reference information value A s (A n-1 -A s ~A n + 2 -A s), it is necessary to control such that they disappear. Here, since the P n of formula (4) which depends on the A n, theta =
In the vicinity of 0, it can be expressed as follows using the proportionality constant k.
【0049】[0049]
【数5】 (Equation 5)
【0050】以上より、移動方向ベクトルの成分
Vx n+1,Vy n+1は次のように求めることができる。From the above, the components of the moving direction vector
V x n + 1 and V y n + 1 can be obtained as follows.
【0051】[0051]
【数6】 (Equation 6)
【0052】[0052]
【数7】 (Equation 7)
【0053】更に、これらの式(6)、式(7)を整理する
と、最終的に次のように表すことができる。Further, when these equations (6) and (7) are arranged, they can be finally expressed as follows.
【0054】[0054]
【数8】 (Equation 8)
【0055】このように、n番目の点(位置ベクトル
Vn)からn+1番目の点(位置ベクトルVn +1)への移動
は、その時の振幅情報値Anを用いて決定することができ
る。通常、このような処理はデジタル演算処理により行
われるため、離散化誤差が発生し、値Rに影響すること
が予測されるが、値Rを所定の大きさとなるように随時
補正してゆくことで解決できる。以上のように、タッチ
信号プローブ100の倣い動作の制御が行われ、この際
前述のように求められる移動方向ベクトルVn+1に基づい
て制御手段31から指令速度ベクトルとして支持体23
を移動させればよい。また、移動方向ベクトルVn +1は内
周表面W1に沿った形となるので、タッピングの振動方
向はこの移動方向ベクトルVn+1に直交する方向へ向くよ
うに修正していれば、常時内周表面W1を法線方向に叩
く形にできる。従って、被測定物の形状が既知でない場
合でも走査が可能であり、常に測定表面をその法線方向
へ確実にタッピングすることができる。As described above, the n-th point (position vector
Transfer from V n) to (n + 1) -th point (position vector V n +1) may be determined by using the amplitude information value An at that time. Normally, since such processing is performed by digital arithmetic processing, it is expected that a discretization error will occur and affect the value R. However, it is necessary to correct the value R to a predetermined size as needed. Can be solved. As described above, the copying operation of the touch signal probe 100 is controlled, and at this time, the control unit 31 outputs a command speed vector based on the movement direction vector V n + 1 obtained as described above.
Should be moved. Further, since the moving direction vector V n +1 has a shape along the inner peripheral surface W1, if the vibration direction of the tapping is corrected so as to be directed in a direction orthogonal to the moving direction vector V n +1 , The inner peripheral surface W1 can be hit in the normal direction. Therefore, scanning is possible even when the shape of the object to be measured is not known, and the measurement surface can always be reliably tapped in the normal direction.
【0056】次に、上述のような走査の間に、各測定点
でのサンプリングにより得られる振幅情報値Anと実位置
rn(蓄積された振幅情報値群A0〜Amと実位置群r0〜rm)
から内周表面W1の推定表面位置Rn(R0〜Rm)を演算す
る処理について説明する。Next, during the scanning as described above, the amplitude information value An obtained by sampling at each measurement point and the actual position
r n (stored amplitude information value group A 0 to A m and the actual position group r 0 ~r m)
The process of calculating the estimated surface position R n of the inner circumferential surface W1 (R 0 ~R m) from explained.
【0057】図6において、タッチ信号プローブ100
の出力信号には次のような性質がある。タッチ信号プロ
ーブ100のスタイラス102が内周表面W1に接触し
ていない状態(A)では、タッチ信号プローブ100の実
位置rnはスタイラス102の軸線位置を指しており、こ
の位置は先端の接触部102Aの中心位置に一致してい
る。接触部102Aが内周表面W1に接触した状態(B)
になると、内周表面W1からの反力としての接触力F1が
僅かに生じる。この状態では、内周表面W1位置は、実
位置rnと接触部102Aの球状の半径D(スタイラス1
02の軸線からのオフセット量)との和で計算できる。
スタイラス102が更に内周表面W1に押付けられる
と、接触力F2が大きくなり、スタイラス102が撓んだ
状態(C)となる。この状態ではスタイラス102の軸線
位置と接触部102Aの中心位置とがずれ、接触部10
2Aの中心位置は制御手段31から読み出せる実位置rn
とは異なる状態になる。このずれ量が押込み量dnであ
り、この値を無くすか常時一定にするかしないと正確な
測定ができない。In FIG. 6, the touch signal probe 100
Has the following properties. In the state (A) where the stylus 102 of the touch signal probe 100 is not in contact with the inner peripheral surface W1, the actual position r n of the touch signal probe 100 indicates the axis position of the stylus 102, and this position is the contact portion at the tip. It matches the center position of 102A. The state where the contact portion 102A is in contact with the inner peripheral surface W1 (B)
It becomes a contact force F 1 as a reaction force from the inner peripheral surface W1 occurs slightly. In this state, the position of the inner peripheral surface W1 is the actual position r n and the spherical radius D (the stylus 1) of the contact portion 102A.
02 (offset from the axis 02).
When the stylus 102 is pressed against the inner peripheral surface W1 Further, the contact force F 2 increases, and a bent state stylus 102 (C). In this state, the axial position of the stylus 102 deviates from the center position of the contact portion 102A, and the contact portion 10A
The center position of 2A is the actual position r n that can be read from the control means 31.
Will be in a different state. The shift amount is pressing depth d n, can not be accurately measured unless whether to set always constant eliminate this value.
【0058】図7において、前述した図6(A)の状態で
は接触部102Aと内周表面W1とは接触しておらず、
どの位置にあってもスタイラス102は振動f1の共振
状態にあり、検出回路5から得られるスタイラス102
の振動振幅情報値Anは最大値A0で一定である。前述した
図6(B)のように、接触部102Aが内周表面W1に接
触すると、スタイラス102の共振状態が崩れ、振動が
抑制されて振幅情報値Anは減少する。振幅減少は内周表
面W1からの接触力が強くなるほど、つまり押込み量が
大きくなるほど顕著となる。この際の比例関係は感度勾
配ksで表すことができる。In FIG. 7, in the state of FIG. 6A described above, the contact portion 102A is not in contact with the inner peripheral surface W1,
At any position, the stylus 102 is in a resonance state of the vibration f1, and the stylus 102 obtained from the detection circuit 5
Oscillation amplitude information values of An are constant at the maximum value A 0. When the contact portion 102A comes into contact with the inner peripheral surface W1 as shown in FIG. 6B, the resonance state of the stylus 102 collapses, vibration is suppressed, and the amplitude information value An decreases. The decrease in amplitude becomes more remarkable as the contact force from the inner peripheral surface W1 becomes stronger, that is, as the pushing amount increases. Proportionality in this case can be expressed by the sensitivity gradient k s.
【0059】このような関係から、振幅情報値Anが所定
の基準情報値Asとなるように常に制御すれば、前述した
押込み量dnの一定化による精度確保が可能である。具体
的には、振幅情報値Anが所定の基準情報値Asとなるよう
に維持しようとしても、スタイラス102の移動は予測
制御であるため基準情報値As近傍のAnのように少しずれ
た状態になるものとする。以上より、前述した実位置
rn、振幅情報値An、基準情報値Asの関係から、押込み量
dnを算出することができ、更に接触部102Aの球状の
半径Dを加味して内周表面W1の推定表面位置Rnが算出
できることになる。押込み量のスカラー|dn|と振幅情報
値Anとの関係は、感度勾配ks、最大振幅値A0から次のよ
うになる。[0059] From this relationship, if always controlled so that the amplitude information value An becomes the predetermined reference information value A s, it is possible to secure precision by certain of the pressing amount d n described above. Specifically, even an attempt to maintain as amplitude information value An becomes the predetermined reference information value A s, a little deviation as reference information value A s neighborhood of A n for the movement of the stylus 102 is predictive control Shall be in a state where From the above, the actual position described above
r n, the amplitude information values An, from the relationship of the reference information value A s, push-in amount
can be calculated d n, the estimated surface position R n of the inner circumferential surface W1 is can be calculated by further adding the radius D of the spherical contact portion 102A. The relationship between the scalar | d n | of the pushing amount and the amplitude information value An is as follows from the sensitivity gradient k s and the maximum amplitude value A 0 .
【0060】[0060]
【数9】 (Equation 9)
【0061】従って、押込み量のスカラー|dn|は次のよ
うになる。Therefore, the scalar | d n | of the pushing amount is as follows.
【0062】[0062]
【数10】 (Equation 10)
【0063】更に、接触部102Aの球状の半径Dを考
慮して推定表面位置のスカラー|Rn|を推定すると次のよ
うになる。Further, when the scalar | R n | of the estimated surface position is estimated in consideration of the spherical radius D of the contact portion 102A, the following is obtained.
【0064】[0064]
【数11】 [Equation 11]
【0065】以上の処理を各測定点毎に行えば、全ての
測定対象表面の接触位置推定が可能となる。なお、前述
した説明ではタッチ信号プローブ100の性質を変位に
対応した一定の感度勾配ksとしたが、実際には一定とは
限らない。このため、より実際に即した関数等による特
性表現あるいは特性テーブルを採用すれば一層の精度向
上が可能である。以上、推定表面位置のスカラー|Rn|を
推定する手順について述べたが、続いて、方向も加味し
た実際の推定表面位置Rnの推定について説明する。If the above processing is performed for each measurement point, it is possible to estimate the contact positions of all the surfaces to be measured. Although in the above description and the constant sensitivity slope k s corresponding to the displacement properties of the touch signal probe 100, not actually always constant. For this reason, the accuracy can be further improved by using a characteristic expression or a characteristic table using a function or the like that is more practical. The procedure for estimating the scalar | R n | of the estimated surface position has been described above. Next, the estimation of the actual estimated surface position R n in consideration of the direction will be described.
【0066】図4に示した走査が終了すると、パーソナ
ルコンピュータ6には振幅情報値群A0〜Amおよび対応す
る実位置群r0(x0,y0)〜rm(xm,ym)が蓄積されている。こ
れらの蓄積データから次のようにして内周表面W1の推
定表面位置R0〜Rmが得られる。先ず、推定表面位置Rnを
求める場合、実位置rnに対して前後の実位置rn-1,rn+ 1
を用い、接触力が0の状態の位置ベクトルR'nと、これ
を正規の位置ベクトルRnに補正する方向を決定する。[0066] When the scanning shown in FIG. 4 is completed, the amplitude information value group to the personal computer 6 A 0 to A m and the corresponding actual position group r 0 (x 0, y 0 ) ~r m (x m, y m ) is accumulated. Estimated surface position R 0 to R m of the inner peripheral surface W1 from these stored data as follows is obtained. First, the case of obtaining the estimated surface position Rn, the actual position r n-1 before and after with respect to the actual position r n, r n + 1
It was used, and the position vector R 'n states of the contact force is zero, which determines the direction to correct the position vector R n of normal.
【0067】図8に示すように、補助線ベクトルh'n=r
n+1-rn-1とおくと、これに垂直なベクトルhn=±(yn+1-y
n-1,-(xn+1-xn-1))が存在する。なお、図において、補
助線ベクトルh'nが測定表面の対応位置の接線方向に略
並行していることから、垂直なベクトルhnは測定表面の
対応位置に直交する方向となることが解る。この方向の
うち、位置ベクトルR'nへの補正の向きを考えると、倣
い測定中の振幅情報に対応する制御の向きが決定された
ようにして一つの向きを選択することが可能である。選
択の方法はこれに限らず、例えば通常測定表面は倣い測
定の進行方向のどちら側か解っているから、これに基づ
いて何れか一つの向きを選択してもよい。こうして選択
したベクトルから補正する向きの単位ベクトルinを求め
る。As shown in FIG. 8, the auxiliary line vector h ′ n = r
If n + 1 -r n-1 is set, the vector perpendicular to this is hn = ± (y n + 1 -y
n-1 ,-(x n + 1 -x n-1 )). Incidentally, in the figure, since the auxiliary line vector h 'n are substantially parallel to the tangential direction of the corresponding position of the measurement surface, it can be seen that the vertical vector hn is the direction perpendicular to the corresponding position of the measurement surface. Among the directions, considering the direction of correction of the position vector R 'n, it is possible orientations of control corresponding to the amplitude information in the scan measuring selects one direction as determined. The selection method is not limited to this. For example, since the measurement surface usually knows which side in the traveling direction of the scanning measurement, any one of the directions may be selected based on this. Thus obtaining a unit vector i n the direction to correct the selected vector.
【0068】[0068]
【数12】 (Equation 12)
【0069】前述した式(11)に上の式(12)の向きを与え
ることでrnからR'nが計算できる。By giving the direction of the above equation (12) to the above equation (11), R ′ n can be calculated from r n .
【0070】[0070]
【数13】 (Equation 13)
【0071】更に、オフセット量である接触部102A
の球状の半径Dを考慮して推定表面位置Rnを推定すると
次のようになる。Further, the contact portion 102A which is an offset amount
When the estimated surface position R n is estimated in consideration of the spherical radius D of
【0072】[0072]
【数14】 [Equation 14]
【0073】以上により得られるRnの集合(R0〜Rm)に
より測定表面(内周表面W1)の推定形状が得られる。
なお、前述の手順では、前後の測定点の情報を用いるた
め、端の点(0番目とm番目)についての測定表面位置
(R0,Rm)は得られないことになるが、この場合には端
位置を拡大する等で有効範囲を広げればよい。The estimated shape of the measurement surface (inner surface W1) is obtained from the set of R n (R 0 to R m ) obtained as described above.
In the above-mentioned procedure, since the information of the measurement points before and after is used, the measurement surface positions (R 0 , R m ) at the end points (0th and mth) cannot be obtained. For example, the effective range may be increased by expanding the end position.
【0074】以上のような第1実施形態によれば、スタ
イラス102を被測定物の表面に接触させた後、前記表
面の走査により各点の振幅情報値An、実位置rnが収集さ
れ、これらから各点の推定表面位置Rnを演算することが
できる。この際、スタイラスは各点の振幅情報値Anが基
準情報値Asになるように表面との距離を制御されるが、
振幅情報値Anが基準情報値Asに収束するまで各点で留ま
るものではなく、従来のような収束時間はかからない。
一方、各点の推定表面位置Rnは、実位置rnを振幅情報値
Anで補正する形で導くことができ、スタイラスが振幅情
報値An=基準情報値Asの位置に達することがなくとも正
確な値を得ることができる。According to the above-described first embodiment, after the stylus 102 is brought into contact with the surface of the object to be measured, the amplitude information value An and the actual position rn of each point are collected by scanning the surface. , The estimated surface position Rn of each point can be calculated. At this time, the stylus is controlled in distance from the surface so that the amplitude information value An of each point becomes the reference information value As,
The amplitude information value An does not stay at each point until it converges to the reference information value As, and does not require a convergence time as in the related art.
On the other hand, the estimated surface position Rn of each point is represented by
It can be derived by correcting with An, and an accurate value can be obtained without the stylus reaching the position of the amplitude information value An = reference information value As.
【0075】走査の際、移動のための指令速度ベクトル
Vn+1は、直前の値Vnと当該Vn+1との外積のスカラーを前
記振幅情報値Anと前記基準情報値Asとの差に比例定数k
倍した値と等価とすることで決定されるようにしたの
で、前述した振幅情報値Anが基準情報値Asに近づくよう
にスタイラスを移動させる制御を簡単かつ適切に行うこ
とができる。During scanning, a command speed vector for movement
V n + 1, the difference in proportional constant k of the scalar vector product between the value V n and the V n + 1 immediately before and the amplitude information values An and the reference information value A s
Since to be determined by the multiplied value equivalent, it is possible to perform control of moving the stylus so that the amplitude information value An of the aforementioned approaches the reference information value A s easily and appropriately.
【0076】演算の際、推定表面位置Rnは、実位置rnに
対して次の実位置rn+1を確定した後、前記実位置rnを始
点とし、前記振幅情報値Anに対応した大きさで、前記次
の実位置rn+1および一つ前の実位置rn-1を結ぶ直線と直
交する向きに補正された位置とするようにしたので、簡
単な演算で精度良く推定表面位置Rnを得ることができ
る。[0076] During the operation, the estimated surface position R n is, after determining the following actual position r n + 1 with respect to the actual position r n, the start point of the actual position r n, corresponding to said amplitude information value An With the size, the position was corrected in a direction orthogonal to the straight line connecting the next real position r n + 1 and the previous real position r n-1 , so it is accurate with a simple calculation it is possible to obtain an estimated surface position R n.
【0077】演算の際、推定表面位置Rnは、振幅情報値
Anに対応した大きさに更にスタイラス102の接触部1
02Aのスタイラス軸に対するオフセット量Dを加味す
ることで、スタイラス軸位置に対して実際の接触位置の
距離を加味することができ、正確な位置測定ができる。At the time of calculation, the estimated surface position R n is an amplitude information value.
The contact part 1 of the stylus 102 with a size corresponding to An
By taking into account the offset amount D with respect to the stylus axis of 02A, the distance between the stylus axis position and the actual contact position can be taken into account, and accurate position measurement can be performed.
【0078】走査と演算の処理については、先に前記測
定すべき表面に対する走査を完了し、その間に前記表面
に関する必要な全ての前記振幅情報値Anとこれに対応す
る実位置rnとを順次記憶しておき、この後記憶しておい
た情報値群A0〜Amとこれに対応する実位置群r0〜rmとか
ら前記演算を行って推定表面位置群R0〜Rmを得るように
したので、情報値A0〜Am、実位置r0〜rmを検出する走査
工程と、推定表面位置群R0〜Rmを演算する演算工程とを
別個に順次行えるため、並行して行う場合よりも制御を
簡略にでき、かつ相互の動作タイミングを考慮しないで
よいため各々における動作を最速になるように調整でき
る。As for the scanning and calculation processing, the scanning for the surface to be measured is completed first, and all the necessary amplitude information values An for the surface and the corresponding actual positions r n are sequentially stored in the meantime. stored advance, the estimated surface position group R 0 to R m by performing the calculation from the following and stored information value group a 0 had been to a m and the actual position group r 0 ~r m corresponding thereto since the obtained manner, information value a 0 to a m, since the scanning process for detecting an actual position r 0 ~r m, performed separately in sequence and an arithmetic step of calculating an estimated surface position group R 0 to R m, The control can be simplified as compared with the case where the operations are performed in parallel, and since the mutual operation timing does not need to be considered, the operation in each can be adjusted to be the fastest.
【0079】更に、本実施形態では、スタイラス102
を軸交叉方向に周波数f2で共振させることでタッピン
グ方式とすることができるとともに、走査の際には、タ
ッピング用の振動(周波数f2)が所定の位相にある時
に検出回路5から出力される検出信号の振幅情報値Anを
ラッチし、このラッチした振幅情報値Anを基準情報値As
と比較して制御を行うようにしたので、正確な制御を実
現することができる。Further, in this embodiment, the stylus 102
Is resonated at a frequency f2 in the cross-axis direction, so that a tapping method can be performed. In scanning, a detection output from the detection circuit 5 when the tapping vibration (frequency f2) is in a predetermined phase is obtained. latches amplitude information values an of the signal, the reference information value amplitude information value an of the latch a s
Since the control is performed as compared with the control, accurate control can be realized.
【0080】この際、スタイラス102におけるタッピ
ング用の振動(周波数f2)の方向は、スタイラス10
2の軸方向に略直交するとともに、走査する工程での支
持体23の移動方向(測定表面の方向、倣い方向)と略
直交しているものとし、かつこの振動は直線的であると
したため、適切なタッピング動作を実現することができ
る。At this time, the direction of the tapping vibration (frequency f2) in the stylus 102 is
2 is substantially perpendicular to the axial direction, and substantially perpendicular to the direction of movement (direction of the measuring surface, scanning direction) of the support 23 in the scanning step, and the vibration is linear. Appropriate tapping operation can be realized.
【0081】次に、本発明の第2実施形態について説明
する。本実施形態は前述した第1実施形態と装置構成、
走査の手順等は同じであり、演算手順の最終段階である
推定表面位置Rnの算出手順が異なるものである。このた
め、異なる部分である推定表面位置Rnの算出手順のみ説
明し、他の共通部分は説明を省略する。図9には本実施
形態の推定表面位置Rnの算出手順が示されている。前記
第1実施形態では補助線ベクトルh'n=rn+1-rn-1と設定
したが、本実施形態では補助線ベクトルh'n=rn-rn-1と
設定する。その後の演算は前記第1実施形態と同じでよ
い。Next, a second embodiment of the present invention will be described. This embodiment is the same as the first embodiment described above and the device configuration,
Procedures, and the like of the scan is the same, the procedure for calculating the estimated surface position R n is the final stage of the algorithm are different. Therefore, it describes only the procedure for calculating the estimated surface position R n are different parts, the other common parts will be omitted. It is shown procedures for calculating the estimated surface position R n of the present embodiment in FIG. In the first embodiment 'has been set to n = r n + 1 -r n -1, in this embodiment the auxiliary line vector h' auxiliary line vector h is set as n = r n -r n-1 . Subsequent calculations may be the same as in the first embodiment.
【0082】このような第2実施形態によれば、前記第
1実施形態のように次の実位置rn+1が必要ないため、検
出データを直ちに演算処理することができる。すなわ
ち、前記第1実施形態のように先に全ての測定点に関す
る検出データ(振幅情報値Anおよび実位置rn)を蓄積し
ておき、後でまとめて推定表面位置Rnを演算する場合に
は、次の実位置rn+1は容易に得られる。しかし、検出デ
ータを蓄積せずに、各測定点で測定する都度、推定表面
位置Rnを演算する場合、次の実位置rn+1は次の測定点に
移行するまで得られない。しかし、本実施形態のような
演算手法を用いることで、検出データを蓄積しない処理
を行う場合でも確実に演算処理を行うことができる。According to the second embodiment, since the next real position r n + 1 is not required unlike the first embodiment, the detection data can be immediately processed. That is, as in the first embodiment, when the detection data (the amplitude information value An and the actual position r n ) regarding all the measurement points are first accumulated, and the estimated surface position R n is collectively calculated later. , The next real position r n + 1 is easily obtained. However, in the case where the estimated surface position Rn is calculated each time measurement is performed at each measurement point without accumulating the detection data, the next actual position rn + 1 cannot be obtained until the next measurement point is transferred. However, by using the calculation method as in the present embodiment, the calculation process can be reliably performed even when the process that does not accumulate the detection data is performed.
【0083】次に、本発明の第3実施形態について説明
する。本実施形態は前述した第1実施形態と装置構成、
走査の手順等は同じであり、演算手順の最終段階である
推定表面位置Rnの算出手順が異なるものである。このた
め、異なる部分である推定表面位置Rnの算出手順のみ説
明し、他の共通部分は説明を省略する。図10には本実
施形態の推定表面位置Rnの算出手順が示されている。前
記第1実施形態では補助線ベクトルh'n=rn+1-rn-1を設
定し、前記第2実施形態では補助線ベクトルh'n=rn-r
n-1を設定し、各々から垂直なベクトルhnを導いて演算
を行った。これに対し、本実施形態では、rn近傍の複数
の測定点(rn-1,rn、rn+1,rn+2等)を選択し、各点に基
づいて近似曲線Cnを設定し、この近似曲線Cn上の実位置
rnに最寄の点へ実位置rnから垂線を下ろし、この垂線を
垂直なベクトルhnとする。その後の演算は前記第1実施
形態と同じでよい。Next, a third embodiment of the present invention will be described. This embodiment is the same as the first embodiment described above and the device configuration,
Procedures, and the like of the scan is the same, the procedure for calculating the estimated surface position R n is the final stage of the algorithm are different. Therefore, it describes only the procedure for calculating the estimated surface position R n are different parts, the other common parts will be omitted. Are shown procedures for calculating the estimated surface position R n of the present embodiment in FIG. 10. In the first embodiment, the auxiliary line vector h ′ n = r n + 1 −r n−1 is set, and in the second embodiment, the auxiliary line vector h ′ n = r n −r
Set n-1, were computed led to a vector perpendicular h n from each. In contrast, in the present embodiment, a plurality of measurement points (r n−1 , r n , r n + 1 , r n + 2, etc.) near r n are selected, and an approximate curve Cn is formed based on each point. Set the actual position on this approximation curve C n
r n to a perpendicular line is drawn from the actual position r n to a point nearest to the perpendicular line perpendicular vector h n. Subsequent calculations may be the same as in the first embodiment.
【0084】このような第3実施形態によれば、前記第
1実施形態よりも多数の測定点(rn -1,rn、rn+1,r
n+2等)を用いて垂直なベクトルhnを導くことができ、
測定精度を一層向上することができる。特に、前記第1
実施形態と同様に先に走査を行って検査データを蓄積し
ておき、後でまとめて演算処理を行う場合には複数の測
定点のデータが簡単に利用できるため、容易に高精度化
が図れる。According to the third embodiment, the number of measurement points (r n -1 , r n , r n + 1 , r n) is larger than in the first embodiment.
n + 2 ) can be used to derive a vertical vector h n ,
Measurement accuracy can be further improved. In particular, the first
In the same manner as in the embodiment, when scanning is first performed to accumulate inspection data, and when arithmetic processing is collectively performed later, data at a plurality of measurement points can be easily used, so that high accuracy can be easily achieved. .
【0085】次に、本発明の第4実施形態について説明
する。図11に示すように、本実施形態の装置構成は前
記第1実施形態とほぼ同一であるが、支持体23にはタ
ッチ信号プローブ100を任意姿勢に回転、傾斜させる
姿勢操作手段24を有するとともに、コントローラ3は
姿勢制御手段33を有し、これらによってワークWの内
周表面W1の傾斜に応じてタッチ信号プローブ100の
姿勢を操作する点が相違する。Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. As shown in FIG. 11, the device configuration of this embodiment is almost the same as that of the first embodiment, but the support member 23 has a posture operation means 24 for rotating and tilting the touch signal probe 100 to an arbitrary posture. The controller 3 has a posture control means 33, which differs in that the posture of the touch signal probe 100 is operated in accordance with the inclination of the inner peripheral surface W1 of the work W.
【0086】実際の測定においては、ワークWの内周表
面W1の走査に先立って、タッチ信号プローブ100の
姿勢を操作する必要があり、ワークWの内周表面W1の
傾斜に関する情報が必要となる。これに対しては、予め
ワークWの内周表面W1の複数箇所の位置測定を行って
おくか、あるいはワークWの設計データ(CADデー
タ)を利用して内周表面W1の形状を割出しておけばよ
い。ワークWの内周表面W1の走査においては、スタイ
ラス102と内周表面W1との相対位置関係については
第1実施形態と同様になるようにするが、本実施形態に
おいては内周表面W1に傾きがあるため、支持体23の
X軸駆動機構とY軸駆動機構との他にZ軸駆動機構も制
御手段31により制御して走査を行う。In the actual measurement, it is necessary to operate the attitude of the touch signal probe 100 before scanning the inner peripheral surface W1 of the work W, and information on the inclination of the inner peripheral surface W1 of the work W is required. . For this, the position of a plurality of locations on the inner peripheral surface W1 of the work W is measured in advance, or the shape of the inner peripheral surface W1 is determined using design data (CAD data) of the work W. It is good. In scanning the inner peripheral surface W1 of the work W, the relative positional relationship between the stylus 102 and the inner peripheral surface W1 is the same as in the first embodiment. Therefore, in addition to the X-axis driving mechanism and the Y-axis driving mechanism of the support 23, the Z-axis driving mechanism is controlled by the control unit 31 to perform scanning.
【0087】本実施形態において、その他の装置構成は
第1実施形態と同様であるので、ここでは説明を省略す
る。スタイラス102と内周表面W1との相対位置関係
は第1実施形態と同様であるので、第1実施形態におけ
る走査方法や第2実施形態、第3実施形態による推定表
面位置Rnの演算手順を適用することができる。本実施形
態においては、姿勢操作手段24と姿勢制御手段33を
有するので、前もって内周表面W1の傾斜情報を得てお
くことで、接触部102Aにより常に内周表面W1の法
線方向にタッピングを行うことができる。In the present embodiment, the other configuration of the apparatus is the same as that of the first embodiment, and the description is omitted here. Since the relative positional relationship between the inner circumferential surface W1 and the stylus 102 is the same as in the first embodiment, the scanning method and the second embodiment of the first embodiment, the calculation procedure of the estimated surface position R n according to the third embodiment Can be applied. In the present embodiment, since the attitude control means 24 and the attitude control means 33 are provided, by obtaining the inclination information of the inner peripheral surface W1 in advance, the tapping is always performed in the normal direction of the inner peripheral surface W1 by the contact portion 102A. It can be carried out.
【0088】尚、本発明は、前述の各実施形態に限定さ
れるものではなく、以下に示すような変形をも含むもの
である。前記各実施形態に係る表面形状測定方法は、円
筒状のワークWの内周表面W1の測定を行うために利用
されていたが、被測定物としてはこれに限らない。すな
わち、円筒状のワークWの外周表面や、他の複雑な三次
元形状を有するワークの連続測定を行うために本発明を
利用してもよい。The present invention is not limited to the above-described embodiments, but includes the following modifications. The surface shape measuring method according to each of the embodiments has been used to measure the inner peripheral surface W1 of the cylindrical workpiece W, but the object to be measured is not limited to this. That is, the present invention may be used to continuously measure the outer peripheral surface of the cylindrical work W or another work having a complicated three-dimensional shape.
【0089】また、前記各実施形態では、加振手段およ
び第2加振手段を圧電素子103A、110から構成し
ていたが、これに限らず、他の構造により加振手段およ
び第2加振手段を構成してもよい。要するに、スタイラ
スを軸方向および軸に直交する方向に所定の周波数で振
動させることができる加振手段および第2加振手段であ
れば、他の構成を採用してもよい。In each of the above embodiments, the vibrating means and the second vibrating means are constituted by the piezoelectric elements 103A and 110. However, the present invention is not limited to this, and the vibrating means and the second vibrating means may have other structures. Means may be constituted. In short, other configurations may be adopted as long as the vibration unit and the second vibration unit can vibrate the stylus at a predetermined frequency in the axial direction and the direction perpendicular to the axis.
【0090】更に、前記各実施形態では、タッチ信号プ
ローブを移動させてワークを測定していたが、ワークを
載置したXYZテーブルを移動させて測定を行ってもよ
い。また、姿勢操作手段は支持体に設けるものに限ら
ず、XYZテーブルのワーク載置面に姿勢操作手段を設
ける等してワークの姿勢を操作するようにしてもよい。
その他、本発明の実施の際の具体的な構造および形状等
は、本発明の目的を達成できる範囲で他の構造等として
もよい。Further, in each of the above embodiments, the work is measured by moving the touch signal probe. However, the measurement may be performed by moving the XYZ table on which the work is placed. Further, the attitude manipulating means is not limited to the one provided on the support, and the posture of the work may be operated by providing the posture manipulating means on the work mounting surface of the XYZ table.
In addition, specific structures, shapes, and the like at the time of carrying out the present invention may be other structures and the like as long as the object of the present invention can be achieved.
【0091】更に、接触検出プローブの具体的な形式、
特にスタイラス先端の形状などは適宜選択すればよく、
前記第1実施形態のように球状の接触部102Aならそ
の半径をオフセット量Dとすればよく、他の形状であれ
ば基準軸線から接触位置までのオフセット量を考慮すれ
ばよい。また、前記各実施形態ではタッピング動作を行
うプローブとしたが、これを行わない倣い動作だけの測
定にも本発明は利用できる。この場合、前記各実施形態
の第2の加振手段等は適宜省略すればよい。Further, the specific format of the contact detection probe is as follows:
In particular, the shape of the tip of the stylus may be appropriately selected,
In the case of the spherical contact portion 102A as in the first embodiment, the radius may be set as the offset amount D, and in other shapes, the offset amount from the reference axis to the contact position may be considered. In each of the above embodiments, the probe performs the tapping operation. However, the present invention can be used for measuring only the copying operation without performing the tapping operation. In this case, the second vibration means and the like in each of the above embodiments may be omitted as appropriate.
【0092】[0092]
【発明の効果】前述したように、本発明の表面形状測定
方法によれば、プローブを測定点毎に安定させるのでは
なく、検出データの処理により推定表面位置を算出でき
るようにしたため、振動式の接触検出における被測定物
の接触点毎の収束時間の影響を回避し、測定精度を高く
維持しつつ作業効率を高めることができる。As described above, according to the surface shape measuring method of the present invention, instead of stabilizing the probe at each measurement point, the estimated surface position can be calculated by processing the detection data. In this case, it is possible to avoid the influence of the convergence time of each contact point on the object to be measured in the contact detection, and improve the working efficiency while maintaining high measurement accuracy.
【図1】本発明の第1実施形態の全体構成を示す概略ブ
ロック図である。FIG. 1 is a schematic block diagram illustrating an overall configuration of a first embodiment of the present invention.
【図2】前記第1実施形態の要部を示すブロック図であ
る。FIG. 2 is a block diagram showing a main part of the first embodiment.
【図3】前記第1実施形態の測定状態を示す模式平面図
である。FIG. 3 is a schematic plan view showing a measurement state of the first embodiment.
【図4】前記第1実施形態の走査手順を示す模式平面図
である。FIG. 4 is a schematic plan view showing a scanning procedure according to the first embodiment.
【図5】前記第1実施形態の走査における検出信号の変
化を表すグラフである。FIG. 5 is a graph showing a change in a detection signal in scanning according to the first embodiment.
【図6】前記第1実施形態のスタイラス先端の接触状態
を示す模式立面図である。FIG. 6 is a schematic elevation view showing a contact state of a stylus tip of the first embodiment.
【図7】前記第1実施形態のスタイラス先端の接触状態
に応じた検出信号の変化を表す模式図である。FIG. 7 is a schematic diagram illustrating a change in a detection signal according to a contact state of a stylus tip according to the first embodiment.
【図8】前記第1実施形態の演算手順を示す模式平面図
である。FIG. 8 is a schematic plan view showing a calculation procedure of the first embodiment.
【図9】本発明の第2実施形態の演算手順を示す模式平
面図である。FIG. 9 is a schematic plan view showing a calculation procedure according to the second embodiment of the present invention.
【図10】本発明の第3実施形態の演算手順を示す模式
平面図である。FIG. 10 is a schematic plan view showing a calculation procedure according to a third embodiment of the present invention.
【図11】本発明の第4実施形態の要部を示すブロック
図である。FIG. 11 is a block diagram showing a main part of a fourth embodiment of the present invention.
【図12】従来のタッチ信号プローブのスタイラス部分
を示す斜視図である。FIG. 12 is a perspective view showing a stylus portion of a conventional touch signal probe.
1 内外側面測定装置 5 検出手段 6 パーソナルコンピュータ 23 支持体 24 姿勢操作手段 31 制御手段 33 姿勢制御手段 100 タッチ信号プローブ 101 スタイラスホルダ 102 スタイラス 102A 接触部 103A 加振手段 103B 検出手段 110 第2加振手段 An 振幅情報値 A0〜Am 振幅情報値群 As 基準情報値 D オフセット量である半径 dn 押込み量 Rn 推定表面位置 R0〜Rm 推定表面位置群 rn 実位置 r0〜rm 実位置群 W 被測定物であるワーク W1 測定表面である内周表面DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Inside / outside surface measuring device 5 Detecting means 6 Personal computer 23 Support body 24 Posture operation means 31 Control means 33 Posture control means 100 Touch signal probe 101 Stylus holder 102 Stylus 102A Contact part 103A Vibration means 103B Detection means 110 Second vibration means a n amplitude information values a 0 to a m is the amplitude information value group a s reference information value D offset radius d n pushing amount R n estimated surface position R 0 to R m estimated surface position group r n actual position r 0 ~ r m Actual position group W Workpiece to be measured W1 Inner peripheral surface as measurement surface
Claims (12)
定の指令速度ベクトルで運動する支持体と、この支持体
に支持されかつ被測定物に接触する接触部を有するスタ
イラスと、前記スタイラスを軸方向に周波数f1で共振
させる加振手段と、この加振手段による前記スタイラス
の振動の変化を検出する検出手段とを備えた接触検出プ
ローブを用い、前記被測定物の表面に前記接触部が接触
した際の支持体の位置から前記被測定物の表面形状を測
定する表面形状測定方法であって、 前記指令速度ベクトルの指令により、前記接触検出プロ
ーブを移動させて前記被測定物の測定すべき表面に接触
させる工程、 前記検出回路から出力される前記検出信号の振幅情報値
Anが所定の基準情報値Asとなるように前記測定すべき表
面との距離を制御しつつ、前記接触検出プローブを前記
測定すべき表面に沿って移動させ、前記振幅情報値Anと
これに対応する実位置rnを出力してゆくことで前記測定
すべき表面を走査する工程、 前記振幅情報値Anとこれに対応する実位置rnから、前記
振幅情報値Anが一定になるように走査した場合に得られ
ると推定される推定表面位置Rnを演算する工程を含むこ
とを特徴とする表面形状測定方法。1. A stylus that moves in a three-dimensional space at a predetermined command velocity vector in response to an external command, a stylus that is supported by the support and has a contact portion that comes into contact with an object to be measured, and the stylus. A contact detection probe including a vibration means for resonating at a frequency f1 in an axial direction and a detection means for detecting a change in vibration of the stylus by the vibration means, wherein the contact portion is provided on the surface of the object to be measured. A surface shape measuring method for measuring a surface shape of the object to be measured from a position of a support at the time of contact, wherein the contact detection probe is moved by a command of the command speed vector to measure the object to be measured. Contacting a surface to be processed, amplitude information value of the detection signal output from the detection circuit
An is while controlling the distance between the measuring surface to be such that the predetermined reference information value A s, the contact detection probe is moved along the surface to be the measurement, and to the amplitude information value An the step of scanning the surface to be the measurement by slide into outputs a corresponding real position r n, the actual position r n corresponding thereto and the amplitude information values an, such that the amplitude information value an becomes constant surface profile measuring method characterized by comprising the step of calculating an estimated surface position R n which is estimated to be obtained when scanned.
いて、前記走査する工程における前記指令速度ベクトル
Vn+1は、直前の値Vnと当該Vn+1との外積のスカラーを前
記振幅情報値Anと前記基準情報値Asとの差に比例定数k
倍した値と等価とすることで決定されることを特徴とす
る表面形状測定方法。2. The surface velocity measuring method according to claim 1, wherein the command velocity vector in the scanning step is set.
V n + 1, the difference in proportional constant k of the scalar vector product between the value V n and the V n + 1 immediately before and the amplitude information values An and the reference information value A s
A surface shape measuring method characterized by being determined by making the value equivalent to a multiplied value.
状測定方法において、前記演算する工程で演算される前
記推定表面位置Rnは、前記実位置rnに対して次の実位置
rn+1を確定した後、前記実位置rnを始点とし、前記振幅
情報値Anに対応した大きさで、前記次の実位置rn+1およ
び一つ前の実位置rn-1を結ぶ直線と直交する向きに補正
された位置であることを特徴とする表面形状測定方法。3. The surface shape measuring method according to claim 1, wherein said estimated surface position R n calculated in said calculating step is the next real position relative to said real position r n .
After determining r n + 1 , the real position r n is used as a starting point, and the next real position r n + 1 and the immediately preceding real position r n−1 have a size corresponding to the amplitude information value An. A surface shape measuring method, characterized in that the position is a position corrected in a direction orthogonal to a straight line connecting.
状測定方法において、前記演算する工程で演算される前
記推定表面位置Rnは、前記実位置rnを始点とし、前記振
幅情報値Anに対応した大きさで、前記実位置rnおよび一
つ前の実位置rn-1を結ぶ直線と直交する向きに補正され
た位置であることを特徴とする表面形状測定方法。4. The surface shape measuring method according to claim 1, wherein the estimated surface position R n calculated in the calculating step starts from the actual position r n and the amplitude information value a size corresponding to an, the surface shape measuring method, wherein the a corrected position to the actual position r n and the previous orthogonal direction as the straight line connecting the actual position r n-1.
状測定方法において、前記演算する工程で演算される前
記推定表面位置Rnは、前記実位置rnを始点とし、前記振
幅情報値Anに対応した大きさで、少なくとも前記実位置
rnとこの近傍の実位置rn+1,rn-1の3点で規定される曲
線に前記実位置rnから下ろした垂線の向きに補正された
位置であることを特徴とする表面形状測定方法。5. The surface shape measuring method according to claim 1, wherein the estimated surface position R n calculated in the calculating step starts from the real position r n and the amplitude information value A size corresponding to An and at least the actual position
surface, characterized in that the curve defined by r n and three actual position r n + 1, r n-1 of the vicinity of the a corrected position in the direction of the perpendicular dropped from the actual position r n Shape measurement method.
面形状測定方法において、前記演算する工程で演算され
る前記推定表面位置Rnは、前記振幅情報値Anに対応した
大きさに更に前記スタイラスの接触部のスタイラス軸に
対するオフセット量Dが加味されることを特徴とする表
面形状測定方法。6. The surface shape measuring method according to claim 3, wherein the estimated surface position R n calculated in the calculating step is a size corresponding to the amplitude information value An. The method for measuring a surface shape according to claim 1, further comprising an offset amount D with respect to a stylus axis of a contact portion of the stylus.
面形状測定方法において、先に前記測定すべき表面に対
する走査を完了し、その間に前記表面に関する必要な全
ての前記振幅情報値Anとこれに対応する実位置rnとを順
次記憶しておき、この後記憶しておいた情報値群A0〜Am
とこれに対応する実位置群r0〜rmとから前記演算を行っ
て推定表面位置群R0〜Rmを得ることを特徴とする表面形
状測定方法。7. The surface shape measuring method according to claim 1, wherein scanning of the surface to be measured is completed first, and all the amplitude information values required for the surface during the scanning are completed. an and this advance sequentially stores the actual position r n corresponding information value group has been stored after the a 0 to a m
A surface shape measuring method characterized by and an actual position group r 0 ~r m corresponding thereto to obtain an estimated surface position group R 0 to R m by performing the calculation.
面形状測定方法において、前記接触検出プローブは、更
に前記スタイラスを軸交叉方向に周波数f2で共振させ
る第2の加振手段を備え、前記走査する工程において
は、前記第2の加振手段による振動が所定の位相にある
時に前記検出回路から出力される前記検出信号の振幅情
報値Anをラッチし、このラッチした振幅情報値Anを前記
基準情報値Asと比較して制御を行うことを特徴とする表
面形状測定方法。8. The surface shape measuring method according to claim 1, wherein said contact detection probe further comprises a second vibration means for causing said stylus to resonate at a frequency f2 in a direction crossing the axis. In the scanning step, the amplitude information value An of the detection signal output from the detection circuit when the vibration by the second vibration means is at a predetermined phase is latched, and the latched amplitude information value surface shape measuring method, wherein a an performing control as compared to the reference information value a s.
て、前記第2の加振手段による前記スタイラスの振動の
方向は、前記スタイラスの軸方向に略直交するととも
に、前記走査する工程での前記支持体の移動方向と略直
交していることを特徴とする表面形状測定方法。9. The surface shape measuring method according to claim 8, wherein a direction of vibration of said stylus by said second vibrating means is substantially orthogonal to an axial direction of said stylus, and said scanning step includes: A method for measuring a surface shape, wherein the surface shape is substantially perpendicular to a moving direction of the support.
表面形状測定方法において、前記支持体は、前記接触検
出プローブを任意姿勢に回転および傾斜させる姿勢操作
手段を有し、前記被測定物の形状に応じて前記接触検出
プローブの姿勢を操作することを特徴とする表面形状測
定方法。10. The surface shape measuring method according to claim 1, wherein the support has attitude manipulating means for rotating and tilting the contact detection probe to an arbitrary attitude. A method for measuring a surface shape, comprising: manipulating a posture of the contact detection probe according to a shape of an object to be measured.
おいて、前記第2の加振手段による前記スタイラスの振
動の方向が、前記接触部が接触する前記被測定物の表面
の法線方向となるように前記姿勢操作手段を操作するこ
とを特徴とする表面形状測定方法。11. The surface shape measuring method according to claim 10, wherein a direction of vibration of the stylus by the second vibrating means is a direction normal to a surface of the object to be contacted by the contact portion. A surface shape measuring method, wherein the posture operating means is operated as follows.
表面形状測定方法において、前記第2の加振手段による
前記スタイラスの振動は直線的であることを特徴とする
表面形状測定方法。12. A surface shape measuring method according to claim 8, wherein said stylus vibrates linearly by said second vibrating means. .
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