JP2024511285A - 測定プローブに情報を伝達する方法および対応する測定プローブ - Google Patents

Abstract

座標位置決め機械に取り付けられた測定プローブに情報を伝達する方法を開示する。本方法は、プローブにおける複数の特徴的な動きのうちの一つまたは複数として、情報を符号化するステップと、プローブに動きを与えるように機械を制御するステップと、プローブにおいて動きを検出するステップと、検出された動きからプローブにおいて情報を復号するステップとを備える。このような方法に使用するための測定プローブも開示する。測定プローブは、機械に取り付け可能であり、機械によって測定プローブに与えられる動きを感知するための少なくとも一つの動きセンサと、感知された動きがプローブにおける複数の特徴的な動きのうちの一つまたは複数を含むかどうかを判定し、その判定に応じてプローブにおける動作を実行するか、またはプローブの動作を制御するためのコントローラとを備える。

Description

本発明は、工作機械（machine tool）、三次元測定機（coordinate measuring machine）、および測定ロボット（measuring robot）などの、座標位置決め機械（coordinate positioning machine）に使用するための無線測定プローブ（wireless measurement probe）のような測定プローブ（measurement probe）に関する。測定プローブの例は、タッチ・トリガー・プローブ（touch trigger probes）、走査プローブ（scanning probes）、またはアナログ・プローブ（analogue probes）である。本発明は、ツール・セッター（tool setters）のような他種類の測定装置（measurement device）にも適用可能である。また、本発明は、そのような座標位置決め機械に取り付けられた、そのような測定プローブに情報を伝達する方法に関する。

コンピュータ数値制御（ＣＮＣ）工作機械（Computer Numerically Controlled machine tools）は、部品の機械加工または切断に製造業界において広く使用されている。このような工作機械に対して、セットアップまたは検査の目的に部品または工具を測定することを可能にするように、切削工具（cutting tool）を測定プローブと交換することが知られている。このような測定プローブは、米国特許第４１４５８１６号および米国特許第４１５３９９８号に記載されているような、加工対象物（workpiece）の表面上における点の位置を測定するための加工対象物接触式スタイラス（workpiece-contacting stylus）を有する接触プローブ（contact probe）である場合がある。加工対象物接触式スタイラスを有するものではない場合、これら種類の任意のプローブは、代わりに、光学式、静電容量式、誘導式（例えば、渦電流（eddy currents）を使用するなど）、または他の非接触技術（non-contact techniques）を使用して、加工対象物を感知し得る。

工作機械に使用するための測定プローブは切削工具と交換可能であるため、プローブの出力信号を工作機械コントローラに接続するためのワイヤまたはケーブルを用意することが困難となる可能性がある。その結果、誘導伝送（inductive transmission）、光伝送（optical transmission）、および無線伝送（radio transmission）を含む、種々の無線信号伝送技術（wireless signak transmission techniques）が、通常、使用される。プローブと工作機械コントローラとの間の光伝送システムの例が、米国特許第５１５０５２９号に示されており、一方、国際公開第２００４／０５７５５２号は、スペクトル拡散無線リンク（spread spectrum radio link）を介して遠隔プローブ・インターフェース（remote probe interface）と通信する無線測定プローブ（wireless measurement probe）の例を提供している。また、ワイヤまたはケーブルが無い場合、プローブは、バッテリー駆動（battery drived）される必要がある。

測定プローブは年々複雑化しているため、測定プローブは、様々なモードにおいて動作する必要がある。例えば、このような測定プローブは、例えば、振動などの結果としてのスプリアス信号（spurious signals）の生成を防ぐために、これらの信号をコントローラに送信する前に、測定プローブが捕捉する信号をフィルタ抽出するための電子機器（electronics）を含む場合がある。そのため、プローブは、種々の動作モード（例えば、フィルタ抽出有り、またはフィルタ抽出無しなど）を有し得て、工作機械、および取り付けられている環境に応じて、異なるモードを使用するように事前設定される場合がある。工作機械用の無線測定プローブはバッテリーで動作するため、プローブは、バッテリー寿命（battery life）を維持するための種々の省電力モード（power saving modes）も含まれる場合がある。

さらに、プローブおよびコントローラ間の無線通信が行われることさえある前に、プローブ用の無線通信インターフェースをセットアップする必要がある。例えば、無線プローブの場合、プローブおよびコントローラの両方において周波数チャネルおよび通信プロトコルを設定して、プローブ同士が確実に互いに通信することができるようにする必要がある。ただし、無線通信モードが確立される前に、プローブを構成する手段として無線インターフェースを使用することはできない。

既知のプローブでは、そのようなモードは、プローブ内部の回路基板内部（circuit board internally）におけるＤＩＰスイッチを使用することによって事前設定することができる。しかしながら、ＤＩＰスイッチの使用には多くの欠点があるため、国際公開第２００２／０６３２３５号には、測定プローブの動作モードのプログラミングを行うより簡単な方法を提供する、いわゆる「トリガー・ロジック（trigger-logic）」技術の形式における改良が記載されている。この技術を用いると、測定プローブ上のインジケーター（例えば、ＬＥＤなど）が、点滅してモード情報を示し、プローブのスタイラスを手で撓ませることが、所望のプローブ動作モードを設定するために使用される。

しかしながら、「トリガー・ロジック」技術は、内部のＤＩＰスイッチなどにアクセスする必要もなく、測定プローブの簡単なプログラミングを可能にするが、本出願人は、測定プローブにおける多数のパラメータにプログラミングを行う必要がある場合、または測定プローブが設定するべき多数のモードを有する場合、プログラミングが複雑になる可能性があることを見出している。これは、プログラミングの誤りに繋がり、プログラミングの作業に時間を消費させることが可能である。

本発明の第一の態様によると、座標位置決め機械に取り付けられた測定プローブに情報を伝達する方法が提供されており、本方法は、プローブにおける（例えば、所定の）複数の（例えば、利用可能な、または選択可能な）特徴的な（および／または別個の、および／または識別可能な、および／または区別可能な）動きのうちの一つまたは複数として（例えば、以下から選択することによって）情報を符号化する（および／または表す）ステップと、プローブに動きを与えるように機械を制御するステップと、プローブにおける動きを検出するステップと、プローブにおいて検出された動きから情報を復号化する（および／または決定する、および／または再構築する）ステップと、を備える。

これには、まだ構成されていない可能性がある個別の通信チャネルではなく、既存のメカニズム（すなわち、機械の動き）を使用することができるという利点がある。さらに、情報を符号化する際に選択するべき複数の特徴的な動きに対する利用可能性（availability）のため、このようにして、豊富な種類の情報を表し、伝達することができる。例えば、利用可能な特徴的な動きから選択された動きの組み合わせ、またはシーケンスは、プローブに対する複雑な命令セットを形成するか、または構成データの通信または通信の開始を行うために使用することができる。

本発明の第二の態様によると、本発明の第一の態様による方法に使用するための測定プローブが提供されており、測定プローブは、機械に取り付け可能であり、機械によって測定プローブに与えられた動きを感知するための少なくとも一つの動きセンサ（movement sensor）と、感知された動きがプローブにおける複数の特徴的な動きのうちの一つまたは複数を含むかどうかを判定し、その判定に応じてプローブにおける動作を実行するか、またはプローブの動作を制御するためのコントローラとを備える。

情報は、複数の特徴的な動きのうちの二つ以上のシーケンスとして、符号化または表現され得る。

プローブの特徴的な動き（またはそのような特徴的な動きのシーケンス）は、プローブが通常動作中に行うであろう通常の動き、または動きのシーケンスではないものである場合（例えば、加工対象物を測定する場合、または可動範囲（working volume）の周りを移動する場合、または工具交換棚（tool changer rack）へ、もしくは工具交換棚から移動する場合など）がある。例えば、プローブの長手方向軸周りの回転は、典型的には、プローブの通常動作使用中に行われる動きではないことになる。

特徴的な動きとは、全ての面において特定される必要はないが、代わりに特徴的な種類または動きの範囲に関連付けることができる。例えば、任意の回転速度における時計回りの回転は、何れの回転速度でも反時計回りの回転と区別することができるため、特徴的な動きとして使用され得る。そのため、二つの動き、または動きの種類は、（特に、適切な動きセンサを使用するプローブにおいて）それらが互いに区別することができる場合、特徴的な動きと見做すことができる。ただし、１００～３００ｒｐｍの範囲における時計回りの回転は、２００～４００ｒｐｍの範囲における時計回りの回転に相対して特徴的な動きを構成することにはならない。これは、（同じ回転方向における）重複する範囲により、これらの動きがその他の動きと（プローブにおいて）区別することができないことを意味するためである。したがって、特徴的な動きであるという特性は、別の動き、または動きの種類と相対的なものであると見做すことができる。

本方法は、プローブにおいて復号化された情報に応じて、プローブにおける動作を実行するステップ、またはプローブの動作を制御するステップを備え得る。

この情報は、
（ａ）プローブ用の構成データ、および
（ｂ）プローブによって実行される一つまたは複数のコマンド、操作、または命令
の少なくとも一つを含み得る。

本方法は、プローブをデータ受信モード（data reception mode）にするためのコマンドまたは命令として、一つまたは複数の動きを使用するステップを備え得るが、このモード中に、一つまたは複数のさらなる動きは、プローブにデータを伝達するために使用され得る。

本方法は、プローブをデータ送信モード（data transmission mode）にするためのコマンドまたは命令として、一つまたは複数の動きを使用するステップを備え得るが、このモード中に、プローブは、機械コントローラ（machine controller）または機械インターフェース（machine interface）にデータを通信し得る。

このプローブは、トリガーパルス（trigger pulses）のシーケンスを使用して、データを機械コントローラまたは機械インターフェースに送信し得る。

このデータは、プローブ構成データ（probe configuration data）を含み得る。

本方法は、プローブにおいて受信されたデータを使用して、プローブを構成するステップを備え得る。

情報を符号化する（または表す）ステップは、複数の所定の特徴的な動きから情報を表す（またはそれに対応する）一つまたは複数の動きを選択するステップを備え得る。

所定の特徴的な動きは、探索表（lookup table）に格納され得る。

所定の特徴的な動きは、取扱説明書（instruction manual）、例えばユーザー取扱説明書（user instruction manual）に提示され得る。

情報を符号化する（または表す）ステップは、所定のアルゴリズム（例えば、符号化アルゴリズムなど）を使用して、プローブによって実行される一つまたは複数の動きにおける、対応するセットまたはシーケンスに、情報を符号化または変換するステップを含み得る。このアルゴリズムは、（異なる情報内容（information content）を有する）異なる情報が、プローブによって実行される一つまたは複数の動きにおける、異なるセットまたはシーケンスに符号化されるように適合され得る。このようにして、（異なる情報内容を有する）異なる情報をプローブにおいて区別することができる。このアルゴリズムは、複数種類の情報（例えば、プローブに伝達される複数のコマンドなど）を受信し、様々な種類の情報（例えば、様々なコマンドなど）を、プローブによって実行される様々なそれぞれの動きに符号化するように適合され得る。

本方法は、複数の種類、または項目の情報（例えば、プローブによって実行される様々なコマンド、またはプローブ用の異なる構成データなど）を処理し、様々な種類、または項目の情報（例えば、様々なコマンド、または構成データなど）を、対応するプローブの様々なそれぞれの動きに符号化するように適合され得る。

一つまたは複数の動きは、プローブの少なくとも一つの回転運動（rotational mevement）、および／またはプローブの少なくとも一つの並進運動（translational movement）を含み得る。

それらの動き、または各動きは、プローブの回転運動であり得る。

本方法は、プローブ上の少なくとも一つの動きセンサ（例えば、そこからの信号など）を使用して、一つまたは複数の動きを検出するステップを備え得る。

本方法は、プローブ上の少なくとも一つの動きセンサ（例えば、そこからの信号など）を使用して、一つまたは複数の動きのうちの様々な動きを区別するステップを備え得る。

本方法は、プローブ上の少なくとも一つの動きセンサ（例えば、そこからの信号など）を使用して、プローブの一つまたは複数の動きと他の動き（例えば、プローブの通常使用中に行われる通常の動きなど）とを区別するステップを備え得る。

少なくとも一つの運動センサは、少なくとも一つの加速度計（accelerometer）を含み得る。

少なくとも一つの運動センサは、少なくとも一つの直線加速度計（linear accelerometer）を含み得る。

本方法は、互いに実質的に直交して配置されたプローブ上の少なくとも二つの加速度計（例えば、そこからの信号など）を使用して、動きを検出する、および／またはそれらの動きをプローブの他の動きから区別するステップを備え得る。

本方法は、互いに実質的に直交して配置されたプローブ上の少なくとも三つの加速度計（例えば、そこからの信号など）を使用して、動きを検出する、および／またはそれらの動きをプローブの他の動きから区別するステップを備え得る。

このプローブは、プローブの軸に沿った加速度を測定するための軸加速度計（axial accelerometer）と、（プローブ軸周りのプローブの回転によって引き起こされるような）プローブ軸に向かう第一および第二の実質的に直交する半径方向においてそれぞれ測定するための第一および第二の半径方向加速度計（radial accelerometers）とのうちの少なくとも一つを含み得る。

機械は、機械の回転軸周りにプローブを回転させるように動作可能であり得る。

この動きは、機械の回転軸周りの少なくとも一つの回転動作を含み得る。

このプローブは、プローブ軸が機械の回転軸と実質的に位置合わせされた状態で、機械に取り付けられ得る。

この機械は、プローブが取り付けられる関節式プローブヘッド（articulating probe head）を備え得る。機械の回転軸は、プローブヘッドにおける一つまたは複数の回転軸から選択され得る。

それらの動き、または各動きは、プローブによって動きの相互から区別可能であり得る。

それらの動き、または各動きは、プローブによって行われる他の動きからプローブによって区別可能であり得る。

その動き、または各動きは、
（ａ）その速度および／または継続期間（duration）などの動きの特性、
（ｂ）時計回りの回転、または反時計回りの回転かどうかであるなどの動きの種類、
（ｃ）加速度の大きさ、
（ｄ）加速度の方向、
（ｅ）動きの速さ（speed）または速度（velocity）、
（ｆ）動きの方向、
（ｇ）動きの継続時間、
（ｈ）動きのタイミング、
（ｉ）動きのシーケンスの中の動きの順序、および
（ｊ）その動きと、動きのシーケンスの中の一つまたは複数の他の動きとの間の時間的関係（temporal relationship）
のうちの一つまたは複数によって特徴付けられ得る（および／または動きの相互から区別可能である）。ある動き、または動きの種類が別の動き、または動きの種類と区別可能であるかどうかは、動きの検出、識別、および分析が行われる、プローブの観点から特に重要である。また、動きは、特性の特定値（例えば、正確に１００ｒｐｍの回転速度など）ではなく、特性値の範囲（例えば、１００～２００ｒｐｍの回転速度、３００ｒｐｍを超える回転速度、または３～７秒間の継続時間など）によって特徴付けることができるが、実際には、特定の特性値であっても、測定および動作制御の許容誤差（motion control tolerances）に起因して、通常は狭い範囲の値になることが、留意される。

動きは、回転運動および／または並進運動を含み得る。

符号化のステップ、または表現のステップにおいて選択する（choose）、または選出する（select）、複数の様々な動き、または動きの組み合わせがあり、それぞれがプローブによって実行される異なるそれぞれの動作に対応し得る。

各動き、または動きの組み合わせは、異なるそれぞれの識別可能な記号（identifiable signature）に対応し得る。

本方法は、機械を制御して、プローブに一つまたは複数の動きを与える前に、測定プローブを機械に取り付けるステップを備え得る。

プローブにおいて実行される復号化のステップは、プローブが機械に取り付けられた後に、プローブにおいて検出された動きのみに基づき得るか、または少なくとも、機械に取り付けられた後に、プローブにおいて検出された動きから導出される情報のみを考慮し得る。これは、例えば、機械工具交換装置（machine tool changer）にプローブを取り付ける際に、プローブの電源を入れたり、またはプローブを誤って設定したりすることを誘発する可能性がある手動操作のオペレータによって、動きが与えられるシナリオとは区別される。

この測定プローブは、無線測定プローブ（wireless measurement probe）であり得る。

測定プローブは、物体の表面上にある点の位置を測定するように適合され得る。測定プローブは、可撓性スタイラス（deflectable stylus）を有する接触式プローブ（contact probe）であり得る。次いで、センサは、スタイラスの撓みを測定し得る。測定プローブは、非接触式プローブ（non-contact probe）（例えば、光学式、誘導式、または静電容量式のプローブなど）であり得る。測定プローブはタッチ・トリガー・プローブであり得る。測定プローブは、走査型プローブ（scanning probe）またはアナログ・プローブ（analogue probe）であり得る。測定プローブは、加工対象物を測定するように構成され得る。例えば、測定プローブは、工作機械のスピンドル（spindle）に取り付けることを許容するシャンク（shank）を備える場合がある。すなわち、測定プローブは、スピンドルに取り付け可能な測定プローブを備える場合がある。測定プローブは、工作機械の他の場所に取り付けられ得る。

測定プローブは、寸法測定プローブ（dimensional measurement probe）、または物体（その上の一つまたは複数の点）の位置を感知するためのプローブとも呼ばれる。

測定プローブは、測定プローブ、またはツール・セッターなどの、測定装置であり得る。このように、本発明の第一の態様は、あらゆる種類の測定装置に適用可能である。ツール・セッターは、光学式ツール・セッター（例えば、非接触式レーザーのツール・セッターなど）であり得る。ツール・セッターは、工作機械のベッドに取り付けられ得る。

測定プローブは、バッテリー駆動であり得る（例えば、測定プローブは、制御回路、一次無線通信モジュール等に電力を供給するための一つまたは複数の内部バッテリーを含む場合がある）。

座標位置決め機械は、工作機械であり得る。

機械の回転軸は、工作機械のスピンドルの回転軸であり得る。

このプローブは、プローブ軸が工作機械のスピンドル軸と実質的に位置合わせされた状態で工作機械に取り付けられ得る。

プローブに情報を伝達する方法は、二次通信手段を提供し得るが、二次通信手段とは異なる一次通信手段も存在し、一次通信手段は、プローブの通常使用中に通信するために、例えば、測定動作中に測定データを伝達するために使用される。

一次通信手段は、光学式または無線式などの、無線通信手段を含み得る。

プローブの動きは、各（例えば、回転の）動きがプローブによって互いの（例えば、回転の）動きから区別可能である場合、特徴的（または別個、または識別可能）であると見做され得る。

本発明の第三の態様によると、座標位置決め機械に取り付けられた測定プローブを制御する方法が提供されており、本方法は、本発明の第一の態様による方法を使用してプローブに情報を伝達するステップと、復号化された情報に応じてプローブにおける動作を実行するか、またはプローブの動作を制御するステップとを備える。

本発明の第四の態様によると、本発明の第一の態様による方法を使用するように構成された測定プローブが提供される。

本発明の第五の態様によると、本発明の第一の態様による方法を使用するように構成された機械コントローラが提供される。

本発明の第六の態様によると、コンピュータ、または機械コントローラ、またはプローブ・コントローラによって実行されると、コンピュータ、または機械コントローラ、またはプローブ・コントローラに、本発明の第一の態様による方法を実行させるか、または少なくとも使用させるコンピュータプログラムが提供される。プログラムは、搬送媒体（carrier medium）上に搬送され得る。搬送媒体は、記憶媒体（storage medium）であり得る。搬送媒体は、伝送媒体（transmission medium）であり得る。

本発明の第七の態様によると、本発明の第一の態様による方法を実行するように、コンピュータ、または機械コントローラ、またはプローブ・コントローラを制御するためのコンピュータプログラム命令をそこに記憶しているコンピュータ可読媒体が提供される。

本発明の別の態様によると、座標位置決め機械に取り付けられた測定プローブに情報を伝達する方法が提供されており、本方法は、情報に応じてプローブにおける複数の特徴的な動きのうちの一つまたは複数を選択するステップと、プローブに動きを与えるように機械を制御するステップと、プローブにおいて動きを検出するステップと、検出された動きからプローブにおける情報を決定するか、または再構築するステップとを備える。

本発明の別の態様によると、（機械は機械コントローラの制御下で動作する状態において）座標位置決め機械に取り付けられた測定プローブと通信する方法が提供されており、本方法は、プローブにおける（それによって実行される）二つ以上の（別個の、および/または識別可能な、および／または特徴的な）の動きのシーケンスとしてプローブに伝達される（コントローラにおける）情報を符号化する（または表す）ステップと、プローブにおいて動きのシーケンスを実行する（プローブに動きのシーケンスを与える）ように、機械を制御する（コントローラを使用して制御する）ステップと、プローブにおける動きのシーケンスを検出するステップと、プローブにおいて検出された動きのシーケンスから情報を復号化する（または決定する）ステップとを備える。

本発明の別の態様によると、座標位置決め機械に取り付けられた測定プローブと通信する方法が提供されており、本方法は、プローブの二つ以上の様々な（回転の）運きのシーケンスを実行するように機械を制御するステップと、プローブにおけるこの動きのシーケンスを検出するステップとを備える。

本発明の別の態様によると、座標位置決め機械に取り付けられた測定プローブと通信する方法が提供されており、本方法は、プローブに伝達される情報を、プローブにおける（それによって実行される）二つ以上の別個の動きのシーケンスとして表す（符号化する）ステップと、動きのシーケンスをプローブへ（またはプローブ上に）与えるように、機械を制御するステップと、プローブにおける動きのシーケンスを検出するステップと、検出された動きのシーケンスからプローブにおける情報を抽出する（復号化する）ステップとを備える。

本発明の別の態様によると、座標位置決め機械に取り付けられた測定プローブの動作を制御する方法が提供されており、本方法は、プローブにおける二つ以上の異なる（回転の）動きのシーケンスを実行するように、機械を制御する（ことによってプローブと通信する）ステップと、プローブにおけるこの動きのシーケンスを検出するステップと、検出されたシーケンスに基づいてプローブの動作を制御するステップとを備える。

ここで、例として、添付図面を参照することになる。すなわち、
加工対象物に機械加工操作を実行するために使用されるドリルビット（drill bit）を有する、本発明を具現化する工作機械の模式図である。 加工対象物に測定操作を実行するために、ドリルビットを測定プローブと交換している、図１の工作機械を示す図である。 図１および２におけるドリルビットに関する、より詳細な例証を提供する図である。 図１および２における測定プローブに関する、より詳細な例証を提供する図である。 座標位置決め機械に取り付けられた測定プローブに情報を伝達するための本発明を具現化する方法を模式的に例証する図である。 情報を符号化するために使用することができる、プローブの特徴的な動きに関する種々様々な可能性（possibilities）を例証する図である。 情報を符号化するために使用することができる、プローブの特徴的な動きに関する種々様々な可能性を例証する図である。 情報を符号化するために使用することができる、プローブの特徴的な動きに関する種々様々な可能性を例証する図である。 情報を符号化するために使用することができる、プローブの特徴的な動きに関する種々様々な可能性を例証する図である。 情報を符号化するために使用することができる、プローブの特徴的な動きに関する種々様々な可能性を例証する図である。 情報を符号化するために使用することができる、プローブの特徴的な動きに関する種々の様々な可能性を例証する図である。 累積加速度によって動きがどのように特徴付けられるかを示す図である。 プローブを構成読込モード（configuraion loading mode）にするために、および構成データをプローブに伝達するために、本発明を具現化する方法を例証するフローチャートである。 各機能について使用可能である可能な構成オプションとともに、構成読込モードにおいて構成することができるプローブの種々様々な機能を示す表を提供する図である。 一つまたは複数の様々なビット位置にそれぞれ割り当てられる様々な機能を使用して、図１４における機能の構成データを一連の９ビットに符号化するためのスキームを示す表を提供する図である。 各表がその機能に関連付けられた可能な各オプションについてビット位置の値を示しており、図１４における機能にそれぞれ対応する表を提供する図である。 各表がその機能に関連付けられた可能な各オプションについてビット位置の値を示しており、図１４における機能にそれぞれ対応する表を提供する図である。 各表がその機能に関連付けられた可能な各オプションについてビット位置の値を示しており、図１４における機能にそれぞれ対応する表を提供する図である。 各表がその機能に関連付けられた可能な各オプションについてビット位置の値を示しており、図１４における機能にそれぞれ対応する表を提供する図である。 各表がその機能に関連付けられた可能な各オプションについてビット位置の値を示しており、図１４における機能にそれぞれ対応する表を提供する図である。 プローブを構成読取モード（configuration reading mode）にするために、およびその後に構成読取モードを終了するために、本発明を具現化する方法を例証するフローチャートである。 プローブを無線ペアリングモード（radio pairing mode）にするために、本発明を具現化する方法を例証するフローチャートである。 実行される可能性のある特徴的な動きのさらなるシーケンスを示す表を提供する図である。 実行される可能性のある特徴的な動きのさらなるシーケンスを示す表を提供する図である。 実行される可能性のある特徴的な動きのさらなるシーケンスを示す表を提供する図である。 垂直および水平の工作機械スピンドルにそれぞれ取り付けられたプローブを示す図である。 垂直および水平の工作機械スピンドルにそれぞれ取り付けられたプローブを示す図である。

図１は、本発明を具現化する工作機械１の模式図であるが、この工作機械は、通常、工場（factory）または機械工場環境（machine shop environment）に設置されることになる。工作機械１は、加工対象物６に機械加工操作を実行するためのものであるが、この加工対象物は、工作機械１のベースまたはベッド７上に搭載されているものとして、図１に例証されている。工作機械１は、スピンドル３を備え、このスピンドルに対して、加工対象物６に機械加工操作を行うためのドリルビット２が取り付けられる。スピンドル３は、自体が移動システム５によって移動される支持部材（support member）４によって順次支持されており、これによってドリルビット２を加工対象物６上で作業するための位置に移動させることを可能にする。移動システム５は、通常、（３軸に沿った）３自由度Ｘ、Ｙ、およびＺにおけるドリルビット２の移動のために準備することになり、スピンドル３は、ドリルビット２に加工対象物６における特徴を機械加工させるために、その長手方向軸Ｒの周りを急速に回転するように制御可能である。

移動システム５は、機械コントローラ１０によって制御されており、これらの要素は、通常、有線接続である通信リンク１１を介して接続されている。これとは別に、機械は、後述されることになるプローブ・インターフェース１２と、工作機械１（例えば、機械コントローラ１０など）のセットアップおよびプログラムを行うために、オペレータによって使用されるユーザーインターフェース１４も備える。図１に示される工作機械１における窓の左側には、測定プローブ２０を保持するように示される工具ホルダ（tool holder）または工具ラック（tool rack）８がある。工作機械１が加工対象物６における作業を終了した後に、または加工対象物６の特定の特徴に対する作業を終了した後に、機械コントローラ１０は、測定プローブ２０と交換される、図１におけるドリルビット２にもたらす動きのシーケンスを実行するために使用することができる。

図２に示されるように、ドリルビット２を測定プローブ２０に交換するための、このような工具変更操作の後に、工作機械１は、加工対象物６に対して測定操作を実行して、加工対象物６を検査し、機械加工された何れの特徴も許容誤差内であることを確認するように、制御することができる。測定動作中に、スピンドル３および取り付けられた測定プローブ２０は、通常、その長手方向軸周りに回転されることにならない。これは、そのような動きは通常、必要とされない、または望ましくないためである。測定動作中に、測定プローブ２０は、例えば、プローブ２０にコマンドを送信するため、および／またはプローブ２０から測定データを受信するために、別個の通信リンク１３（例えば、無線通信チャネルまたは光通信チャネルなど）を介してプローブ・インターフェース１２と通信する。すなわち、これは、測定プローブ２０の一次通信チャネルと見做すことができる。測定操作に続いて、加工対象物６にさらに実行される作業がある場合、測定プローブ２０は、さらなる機械加工操作または処理操作のために、ドリルビット２（または工具ラック８に保持された他の幾つかの工具）と交換することができる。

図３は、図１および２におけるドリルビット２に関してより詳細な図を提供し、特に、標準的な取り外し可能なシャンクコネクタ（shank connector）を使用して、工作機械１のスピンドル３と結合するように適合されたシャンク９を示している。長手方向の回転軸Ｒも、図３に示されている。図４は、標準的な取り外し可能なシャンクコネクタを使用して、工作機械１のスピンドル３と同様に結合するように適合されている、シャンク２９も有する、図１および２における測定プローブ２０に関してより詳細な図を提供する。上述されるように、プローブ２０は、通常使用中（例えば、測定動作中など）には、通常、回転することはないが、長手方向の回転軸Ｒも図４に示されている。これは、本発明を具現化する情報を伝達する方法を説明する際にさらに関連するためである。図４に例証される測定プローブ２０は、バッテリーによって駆動されるため、この測定プローブは、バッテリーを挿入することができるバッテリー室（battery compartment）２４も備える。この例における測定プローブ２０は、タッチトリガー型プローブであり、したがって、加工対象物に接触するスタイラス２２を備える。最後に、測定プローブ２０は、図２に例証される無線通信リンク１３を介してプローブ・インターフェース１２へ、およびプローブ・インターフェース１２から光信号を送信および受信することができる輪状窓（annular window）２６を有する。すなわち、これは、プローブ２０用の一次通信チャネルと見做すことができる。窓２６の内部に概略的に例証される要素は、光送信機および光受信機、ならびに関連する露出した電子部品（electronic components）である。また、図４におけるプローブ２０には、機械１によって測定プローブ２０に与えられる動きを感知するための一つまたは複数の動きセンサ２１と、感知された動きが複数の特徴的な動きのうちの一つまたは複数を含むかどうかを判定し、判定に応じてプローブ２０における動作を実行するか、またはプローブ２０の動作を制御するためのコントローラ２５とが、概略的に例証されている。

図５は、座標位置決め機械（図１および２の工作機械１など）に取り付けられた測定プローブ（図１および２の測定プローブ２０など）に一般的に情報を伝達するために、本発明を具現化する方法の概略図である。より具体的な実施形態については、以下でさらに説明することになる。

ステップＳ１では、上述されるように、測定プローブ２０が、工作機械１のスピンドル３に取り付けられる。ステップＳ２では、どのような情報が測定プローブ２０に伝達されるべきかが決定される。以下により詳細に記述されることになるように、この情報は、測定プローブ２０用の構成データであることが可能であるか、または測定プローブ２０を特定の動作モードにするためのコマンド、もしくは実際には如何なる任意の情報であることも可能である。

ステップＳ３では、情報は、プローブ２０における複数の特徴的な動きのうちの一つまたは複数として符号化される。例えば、プローブ２０における複数の異なる特徴的な動きを含む探索表がある場合があり、ステップＳ３は、送信される情報に基づいて、それらの特徴的な動きのうちの一つまたは複数を選択するステップを含むことになる。このようにして、選択された特徴的な動きは、送信される情報の表現となる。これは、以下で説明される特定の実施形態においてさらに明らかになることになる。

ステップＳ４では、工作機械１は、図１ないし４を参照して上述されるように、例えば、移動システム５を使用することによって、および／または回転軸Ｒの周りにスピンドル３を回転させることによって、ステップＳ４において決定された動きをプローブ２０に与えるように制御される。

ステップＳ５では、これらの動きは、動きセンサ２１によってプローブ２０において検出されており、ステップＳ６では、情報は、ステップＳ５において検出された動きからプローブ２０のプローブ・コントローラ２５によって復号化されるか、または抽出される。これらの動きによって機械コントローラ１０から送信された情報を復号化すると、復号化された情報は、例えば、情報が構成データまたはプローブ２０の動作モードを変更することを意図しているコマンドを表す場合、プローブの動作に関する何らかの態様を制御するように、（情報が表す内容に基づいて）プローブ２０において適切に使用される。

最後に、ステップＳ８は、測定プローブ２０が、一次通信チャネル１３を使用して、プローブ・インターフェース１２と通信すること、例えば、ステップＳ１ないしＳ７の方法を使用して、この一次通信チャネル１３を構成、確立、または開始していることを表す。

次に、図６ないし１１を参照して、プローブ２０の特徴的な動きに関する種々の可能性について説明する。複数の可能な特徴的な動きの各々は、プローブ２０によって、その他の特徴的な動きの各々から区別可能である必要がある。 例えば、図６は、プローブ２０によって実行される回転運動のシーケンスを示しており、回転運動の各々は、同じ継続時間だけ時計回り方向であるが、それぞれ異なる回転速度である。そのようなものとして、これらの動きの各々は、回転速度によって他の各動きと区別可能であるため、特徴的な動きとして説明することができるが、この回転速度は、適切な動きセンサによってプローブ２０において検出可能である。この状況における特徴的な動きは、図６における回転動きのうちの個別の一つ、または動きの組み合わせ（例えば、図６に示される５個の回転全て、その順番とそれらの回転速度からなる記号のシーケンス）と見做すこともできる。

図７は、プローブ２０によって実行される回転運動の異なるシーケンスを示しており、回転運動の各々は、時計回り方向であるが、それぞれの様々な継続時間、およびそれぞれの様々な回転速度となる。そのようなものとして、これらの動きの各々（またはそのような動きの組み合わせ）は、特徴的な動きとして記述することができる。これは、各動きが、継続期間および回転速度の両方によって相互の動きと区別可能であり、これら両方ともプローブ２０において測定可能であるためである。

図８は、プローブ２０によって実行される回転運動の別のシーケンスを示しており、回転運動の各々は、同じ回転速度であるが、それぞれの様々な方向（一部は時計回り、一部は反時計回り）、それぞれの様々な継続期間となる。そのようなものとして、これらの動きの各々（またはそのような動きの組み合わせ）は、特徴的な動きとして記述することができる。これは、各動きが、継続期間および回転方向の両方によって相互の動きと区別可能であり、これら両方ともプローブ２０において測定可能であるためである。

図９は、様々なそれぞれの回転速度、回転方向、および継続期間において、プローブ２０によって実行される回転運動の別のシーケンスを示している。そのようなものとして、これらの動きの各々（またはそのような動きの組み合わせ）は、特徴的な動きとして記述することができる。これは、各動きが、回転速度、回転方向、および継続期間によって相互の動きと区別可能であり、これらの動きの全ては、プローブ２０において測定可能であるためである。

特徴的な動きは、図１０および１１に例証されるように、プローブ２０の並進運動と組み合わされた回転運動とすることもできる。図１０では、（どちらの方向にも）Ｚ方向の動き （加速度）と組み合わされた反時計回りの回転は、情報ビット「０」を符号化するために使用され、一方、図１１では、（どちらの方向にも）Ｚ方向の動きと組み合わされた時計回りの回転は、情報ビット「１」を符号化するために使用される。このようにして、そのような特徴的な動きのシーケンスは、一連の論理ビットを伝達するために使用することができ、このビットは、プローブ２０に伝達する必要がある任意のデータを表すために使用することができる。ビット期間（bit periods）は、固定の継続時間とすることも、ゼロ移動（zero movement）のヌル期間（null periods）によって区切ることもできる。

プローブ２０の動きは、（その直線速度（linear speed）および／または回転速度（rotational speed）とは対照的に）その直線加速度（linear acceleration）および／または回転加速度（rotational acceleration）によって少なくとも部分的に特徴付けることもできる。例えば、図１０および１１におけるＺ方向の動きを考えると、このＺ方向の動きは、その直線速度ではなく、その直線加速度によって特徴付けられる可能性がある。（プローブ２０に与えられる）Ｚ方向における機械の動きは、実際には、図１２（ａ）に示されるように、加速段階とそれに続く減速段階から構成されることになる。（プローブ２０を含む）加速された機械コンポーネント（machine components）の速度が大きくなり過ぎることになるため、工作機械１が長時間に亘って高い加速度を提供することは現実的ではない。可能な実装の一つは、図１２（ｂ）に示されている、Ｚ軸向けの直線加速度計の絶対出力（absolute output）を取得し、図１２（ｃ）に示されるように、ビット期間の各々について、累積加速度（cumulative acceleration）または積算加速度（accumulated acceleration）を導出することになる。図１２（ｃ）における累積加速度が（図１２（ｃ）に印されるような）所定の閾値に到達すると、その動きは、図１０および１１の状況における特徴的なＺ方向の動きであると判定される。このようにして、機械コンポーネントの高い加速度は、回避することができる。

図６ないし１１に示される例の各々では、角速度（angular velocity）（回転）の変調（modulation）は、プローブ２０における様々な動きを特徴付けるために使用される。図１０および１１に示される例について、角速度（回転）の変調は、（Ｚ方向における）直線加速度の変調と組み合わされている。

要約すると、プローブ２０によって実行される動き、または動きの各々は、
（ａ）加速度の大きさ、
（ｂ）加速度の方向、
（ｃ）動きの速度、
（ｄ）動きの方向、
（ｅ）動きの継続時間、
（ｆ）動きのタイミング、および
（ｇ）動きのシーケンスの中の動きの順序
のうちの一つまたは複数によって互いに区別可能であり得る。動きは、回転運動および／または並進運動を含み得る。

また、特徴的な動きは、好ましくは、工作機械１の稼働範囲の周りの並進運動などの、通常動作中にプローブ２０によって行われる他の動きから、プローブ２０によって容易に区別可能である必要がある。このため、特徴的な動きの少なくとも一部を形成するために、プローブ２０の長手方向軸Ｒの周りの回転を使用することが好ましい。これは、（例えば、スタイラスの振れ（runout）に対処するために、プローブ２０が回転する可能性がある測定サイクルのためなどの特定の状況を除いて）通常の動作使用中にプローブ２０に通常与えられることになる、種類の動きではないためである。しかしながら、これは、動きが何らかの方法において通常動作的な動きと区別可能である限り、必須とはならない。幾つかの工作機械は、支持部材４（およびスピンドル３）をＺ方向に移動させるだけである移動システム５によって、支持部材４ではなく、機械テーブル７（および加工対象物６）をＸ方向およびＹ方向に移動させるため、図１０および１１に示される特徴的な動きには、Ｚ方向の動き（または加速度）が選択されており、このアイデアは、理想的には異なる加速プロファイル（acceleration profiles）を有する複数の工作機械１上で一貫して機能することになるため、複雑な記号は、不可能であることになる。しかしながら、プローブ２０の特徴的な運きを（少なくとも部分的に）特徴付けるために、適切な場合には、Ｘ方向およびＹ方向における並進運動または並進加速度（translational acceleration）を使用することも可能である。

単純なケースでは、プローブ２０について上述される一つまたは複数の特徴的な動きを実行するステップは、プローブ２０を異なる動作モードに切り替えるなどの、プローブにおいて単一の対応する機能を開始するために使用することができており、複数の様々な動作モードは、様々なそれぞれのコマンドをプローブ２０に伝達するために、様々な特徴的な動きを使用することによって選択可能である。例えば、測定プローブ２０用のユーザーマニュアルは、モードＡに入るためにプローブ２０を６００ｒｐｍ（毎分回転数）で２０秒間回転させること、モードＢのためにプローブ２０を１２００ｒｐｍで２０秒間回転させること、またはモードＣのためにプローブ２０を１２００ｒｐｍで４０秒間回転させることを教示することもある。次いで、ユーザーは、プローブ２０を所定の速度で所定の期間だけ回転させるように工作機械１に命令する機械コントローラ１０に、（インターフェース１４を使用して）所望のモード（Ａ、Ｂ、またはＣ）用のコード行（または速度の変数／継続期間の変数からなるペア）を入力することになる。このようにして、プローブ２０の動作モードを変更するためのコマンド形式における情報は、その情報をプローブ２０の特徴的な回転運動の形式で符号化することによって、プローブ２０に伝達されているが（これは、単なる回転運動であるが、これは、プローブ２０に実行させることができる多くの可能な回転運動のうちの一つであることは、留意されるべきである）、これは、プローブ２０において検出されて復号化されて、プローブ２０の動作モードの変更に影響する。

また、所定の特徴的な動き、または特徴的な動きのシーケンス、例えば、一つまたは複数の特徴的な回転を使用して、プローブ２０における一つまたは複数のさらなる特徴的な動き（例えば、回転および／または加速など）が、データを符号化してプローブ２０に伝達するために使用される間に、プローブ２０を「受容（receptive）」モードにする可能性もあるが、そのデータは、何らかの方法においてプローブ２０で使用するために、プローブ２０によって検出および復号化される。この可能性は、「受容」モードが構成読込モードである場合において、図１３のフローチャートによって例証されているが、そのモードでは、種々の構成オプションがプローブ２０にロードされる。

図１３におけるステップＴ１では、プローブ２０を構成読込モードにするために必要な特徴的な動きが決定される。換言すると、ステップＴ１では、プローブ２０を構成読込モードにするためのコマンドは、プローブ２０によって実行される一つまたは複数の特徴的な動きに符号化される。ユーザーは、対応する特徴的な動きをユーザーマニュアルにおいて調査しており、符号化された動きは、インターフェース１４を介して機械コントローラ１０に向けたプログラミングを受けることが可能である。あるいは、ユーザーは、インターフェース１４を介して、構成読込モードがプローブ２０に必要であることを直接示しており、コントローラ１０は、探索を実行して、「構成読込モード（configuration loading mode）」コマンド（符号化された情報）をプローブ２０に伝達するために、プローブ２０によって実行される対応する特徴的な動きを決定することができる。

ステップＴ２では、工作機械１は、例えば、図１ないし４を参照して上述されるように、移動システム５を使用することによって、および／またはその回転軸Ｒの周りにスピンドル３を回転させることによって、ステップＴ１において決定された動きをプローブ２０に与えるように制御される。ステップＴ３では、これらの動きは、動きセンサ２１によってプローブ２０において検出され、これらの検出された動きから、プローブ・コントローラ２５は、プローブ２０が構成読込モード（復号化された情報）に入るように命令されていると判定する。したがって、ステップＴ４では、プローブ・コントローラ２５は、プローブ２０を構成読込モードにする。

ステップＴ５では、どのプローブ構成データがプローブ２０に伝達されるべきかが決定される。例えば、プローブ２０が光学式プローブ（図４に示される例のように、図２に示されるような光学ベースである一次通信チャネル１３を有する）である場合、そのような構成オプションの一つは、光チャネル１３に使用される「スイッチオン方式（Switch On Method）」に関している可能性があり、もう一つは、「スイッチオフ方式（Switch Off Method）」に使用される可能性がある。構成オプションによって制御される他の機能は、「強化トリガーフィルターおよびスピンドル方向機能（Enhanced Trigger Filter and Spindle Orientation capability）」、「光伝送方式（Optical Transmission Type）」、および「光出力設定（Optical Power Setting）」であることがある。これらの機能は、各機能について使用可能である可能な構成オプションとともに、図１４における表にまとめられている。例えば、「スイッチオン方式」は、「光学オン（Optical On）（標準）」または「光学オン（３秒遅延）」の何れかにすることができるが、一方、「スイッチオフ方式」は、「光学オフ（Optical Off）」、「短期タイムアウト（Short Timeout）（１２秒）」、「中期タイムアウト（Medium Timeout）（２２秒）」、および「長期タイムアウト（Long Timeout）（１３４秒）」のうちの一つにすることができる。

ステップＴ６では、ステップＴ５において決定されたプローブ構成データが、複数の特徴的なプローブの動きのうちの一つまたは複数のプローブの動きに符号化される。図１４における表を参照すると、「スイッチオン方式」の機能には二つの可能性があるため、これは、その機能に関して必要な構成の選択に応じて、「０」または「１」の値を取る、単一の情報ビットに符号化することができる。同様に、「スイッチオフ方式」機能には四つの可能性があるため、これは、その機能に関して必要な構成の選択に応じて、「００」、「０１」、「１０」、または「１１」の値を取る、二つの情報ビットに符号化することができる。図１４に示されるその他の関数にも同様のアプローチを取ることができ、図１４における５個の機能全てに関する構成オプションを、図１５における表に示されるように、９個の情報ビットに符号化することができる。図１６Ａないし１６Ｅは、図１４における機能にそれぞれ対応する表を提供しており、各表は、その機能に関連付けられた可能な各構成オプションに関するビット位置の値（bit position values）を示している。

図１５における表に示される情報ビット番号０ないし８（#0 to #8）の各々について、図１０に示されるような特徴的なプローブの動きは、「０」の値を伝達するために使用することができ、図１１に示されるような特徴的なプローブの動きは、「１」の値を伝達するために使用することができる。これは、構成データを特徴的なプローブの動きに符号化するためのスキーム（またはアルゴリズム）を提供する。例えば、プローブ２０を構成する必要がある場合、次のようになる。すなわち、
（ａ）光学オン（３秒の遅延）、
（ｂ）中期タイムアウト（２２秒）、
（ｃ）自動リセットオン／フィルターオン（１６ｍｓ）、
（ｄ）従来（フィルターオン始動）、および
（ｅ）低出力（Low Power）。
図１６Ａないし１６Ｅにおける「探索表」を使用すると、この構成情報は、「１＿１０＿０１１＿０１＿０」（または区切り文字無しの単に「１１００１１０１０」）のビットシーケンスに符号化されることになり、これらの各ビット値の各々は、図１０および１１の何れかに示されるような、（ビット値が「０」または「１」であるかどうかに応じて）関連する特徴的なプローブの動きを有している。

ステップＴ７では、工作機械１は、ステップＴ６において決定された動きをプローブ２０に与えるように制御されるが、この工作機械は、図１０および１１におけるプローブの動きには、移動システム５を使用してプローブ２０をＺ方向に加速することと、（プローブ２０を取り付けた）スピンドル３を回転軸Ｒの周りに回転させることとからなる組み合わせを必要とすることになる。ステップＴ８では、これらの動きは、動きセンサ２１によってプローブ２０において検出され、プローブ・コントローラ２５によって復号化されて、機械１によって送信された構成データを抽出する。ステップＴ９では、プローブ２０は、ステップＴ８から復号された構成データに応じて構成される。最後に、ステップＴ１０では、さらなるコマンドをプローブ２０に通信することによって、構成読込モードが終了しており、このコマンド（情報）は、上述されていることと同様の方法では、（複数の異なる特徴的な動きからそれぞれ選択される）プローブ２０における一つまたは複数の動きとして符号化される。あるいは、設定読込モードは、所定の時間の経過後に自動的に終了することが可能である。

図１７は、プローブを構成読取モードにし、続いて構成読取モードを終了するために、本発明を具現化する方法を例証するためのフローチャートである。その名称が暗示するように、このモードは、（新しい構成をプローブ２０に書き込むためのものである、図１３における方法とは対照的に）プローブ２０から現在の構成を読み取るためのものである。これは先の実施形態と同様であるため、簡単な説明のみが必要とされる。ステップＰ１では、プローブ２０を構成読取モードにする（情報の一種である）コマンドが、（複数の様々な特徴的な動きからそれぞれ選択される）プローブ２０における一つまたは複数の動きに符号化される。ステップＰ２では、工作機械１は、ステップＰ１において決定された動きをプローブ２０に与えるように制御されており、ステップＰ３では、これらの動きは、動きセンサ２１によってプローブ２０において検出され、復号化されて、機械コントローラ１０から送信されるコマンドを回復する。コマンドの受容に応答して、ステップＰ４では、プローブ・コントローラ２５は、プローブ２０を構成読取モードにする。このため、ステップＰ５では、プローブ２０用の現行構成データは、一次通信（例えば、無線など）チャネル１３を介して機械１のプローブ・インターフェース１２に伝達される（図２を参照のこと）。この構成データは、ＳＫＩＰ入力を通じてトリガーパルスのシーケンスを介して伝達することができる（多くの最新コントローラは、ＳＫＩＰ入力と呼ばれることが多い、プローブのトリガー信号用の直接入力を含んでおり、この場合、プローブのトリガー信号は、効果的に即座に読み取られており、この信号を受信すると、現行軸位置は、「掛け金（latched）」を締められる）。次いで、ステップＰ７ないしＰ１０では、コマンドが符号化されて機械１から（コマンドが復号化および追求される）プローブ２０に伝達されて、構成データ読取モードを終了し、プローブ２０をスタンバイモード（standby mode）に戻す。

図１８は、プローブを無線ペアリングモード（radio pairing mode）にするために、本発明を具現化する方法を例証するためのフローチャートである。この方法は、特に比較的狭いスペースに多数の工作機械１を備える工場において、特定の工作機械１におけるプローブ・インターフェース１２にペアリングを受けているプローブ２０が、その後、隣接する工作機械１に移動されるという問題に対処することを目的としている。この状況では、プローブ２０が新しい工作機械１に移動した後に、元のプローブ・インターフェース１２が、プローブ２０と通信することが可能であり得る。これは、そのスピンドル３内のプローブ２０が実際に加工対象物６と接触しているかどうかに関わらず、プローブ・インターフェース２０が、例えば、プローブ２０から着座状態（seated status）を受け取っていることになるという状況を生じさせており、これにより、機械衝突（machine crash）に繋がる可能性が高くなる（移動システム５がプローブ２０を加工対象物６に打ち込み、プローブ２０および／または工作機械１の他の部品に損傷を引き起こす場合）。

上記の問題を克服するために、工作機械１は、ステップＱ１において探るような移動（probing move）を実行し、機械が目標位置に到達する前に（その時点までにトリガー信号が受信されていると予想されることになる）、プローブ２０から戻って受信されるトリガー信号が無い場合、そのとき、上述されるシナリオが発生している可能性があると想定することができる。この場合、工作機械１は、図１８に示される後続のステップに進行し、速度および方向が異なる回転のシーケンスが実行されて、この機械において、そのスピンドル３内のプローブ２０は、「捕捉（acquisition）」状態（または無線ペアリングモード）に強制されるように実行される。これは、上述されるのと同様の方法において達成されており、ステップＱ２においてコマンドが特徴的なプローブの動きのシーケンスに符号化され、それに応じてステップＱ３においてプローブ２０が動かされ、ステップＱ４においてプローブ２０の動きが検出および復号化される。受信されたコマンドに応答して、ステップＱ５では、プローブ２０は、無線ペアリングモードにされる。同時に、無線インターフェース１２も、例えば、プローブ始動入力パルス（probe start input pulse）のシーケンスの使用を通して、ステップＱ６において捕捉状態（または無線ペアリングモード）にされる。プローブ２０および無線インターフェース１２によってステップＱ７およびＱ８においてそれぞれ実行される無線ペアリング・ルーチンを使用すると、工作機械１は、それ自体のスピンドル３に存在するプローブ２０と「再ペアリング（re-pair）」を行い、それによって間違った着座信号（seated signal）について上述される問題を克服することができる。ステップＱ９ないしＱ１１では、コマンドが符号化されてプローブ２０に伝達されて（再び一つまたは複数のプローブの動きを使用して、コマンドを符号化してコマンドをプローブ２０に伝達する）、無線ペアリングモードを終了し、プローブ２０をスタンバイモードに戻す。

上述される種々の機能およびシーケンスは、非常に柔軟な方法において組み合わせることができる。例えば、「ウェイクアップ（wake up）」コマンドと別個の「メッセージ（message）」コマンドなど、これらを単一の動きに組み合わせるよりも（すなわち、「ウェイクアップ」および「メッセージ」は、同じ動きの一部である場合）、シーケンス内に二つのステージを有する方が、より実用的である場合がある（例えば、電力管理により優れている）。図１９Ａないし１９Ｃは、異なるシナリオにおいて実行される可能性のある特徴的な動きのさらなるシーケンスを示しており、もちろん、提案された通信方法によって提供される柔軟性により、無数の他の可能性も同様に存在している。図１９Ａないし図１９Ｃにおいて、「ＣＷ」および「ＡＮＴＩ」は、特に指定しない限り、任意の回転速度におけるプローブ２０の時計回りの回転、および反時計回りの回転をそれぞれ表す。回転方向が指定されていない場合（例えば、図１９Ｃなど）、そのとき、回転方向は問題にならない（そして代わりに、動きは、スピン速度および/または継続時間などの、別の動き特性によって特徴付けられる）。

国際公開第２００４／０９０４６７号も、電力集約型プローブ回路（power-intensive probe circuity）をオンまたはオフに切り替えるために、プローブの回転を利用する技術を開示していることは、留意される。しかしながら、国際公開第２００４／０９０４６７号には、単一のコマンドと単一の関連する特徴的な動きとが開示されているだけである。単一のコマンドは、事実上、「電源の切り替え（toggle power）」コマンド（すなわち、現在オフの場合はスイッチをオン、現在オンの場合はスイッチをオフ）であり、単一の関連する特徴的な動きは、単一方向のみにおける短い一定速度の回転である。国際公開第２００４／０９０４６７号には、複数の様々な特徴的な動きに基づく情報を表現することによって、豊富で種々の情報を符号化して通信するという提案はないが、これが本発明の実施形態によって提供されるものである。国際公開第２００４／０９０４６７号の方法は、複数種類のコマンドを処理するようには適応されていない。国際公開第２００４／０９０４６７号の技術は、米国特許第４５９９５２４号に記載されているプローブのスイッチを入れるための技術を発展させたものであった。この技術では、プローブが工作機械のスピンドルに挿入された後に、そのような回転に応答するためにプローブ内部の遠心スイッチ（centrifugal switch）を使用して、スピンドルを短時間だけ回転させることによって、電源がオンになる。使用後に、バッテリーは、さらにそのような回転を行うことによって、またはプローブの所定期間の不使用後にタイムアウトするプローブの回路内部の遅延要素（delay element）によって切断される可能性がある。

国際公開第２００４／０９０４６７号に記載されているような工作機械のプローブに関する従来の実装では、プローブをスタンバイ状態からアクティブ化するか、またはプローブを動作状態から非アクティブ化するために、プローブが工作機械のスピンドルに取り付けられている際に、軸方向の回転速度を検出する手段として、プローブに取り付けられた加速度計によって受けられる向心加速度（centripetal acceleration）を利用している。検出された向心加速度は回転方向とは独立しているため、プローブは、回転のみを検出することができるが、方向を検出することができない。本発明の一実施形態によると、回転方向（または他の特徴的な動き）の検出が、より複雑な機能を容易にするための別の入力として使用される。これに加えて、角速度の変調は、プローブに情報を伝達するために使用することもできる。

３軸加速度計（いわゆる慣性測定ユニット（Inertial Measurement Units））と組み合わせた低電力ＭＥＭＳ（microelectromechanical systewms）（微小電気機械システム）ジャイロスコープ（gyroscopes）の出現は、三つの回転自由度（三つの回転軸）における回転方向、ならびに大きさの決定を容易にする。三つの直線軸における加速度情報と組み合わせて使用すると、これは、６自由度の測定を提供する。動きセンサ２１の実装は、理想的には、プローブ２０が、図２０Ａに示されるような垂直型工作機械スピンドル３、または図２０Ｂに示されるような水平型工作機械スピンドル３の何れかに取り付けることができるという事実を考慮することになる。

複数の様々な個別のコマンド（または他の個別種類の情報）の各々を、対応する一つまたは複数のプローブの動きのセットに符号化または対応付けするだけでなく、アルゴリズムを使用して、連続変数を適切な特徴的なプローブの動きに符号化することも可能である。例えば、プローブ２０は、スピン速度または回転速度を感知して、測定されたスピン速度に基づいて（タイミングフィルタのような）何らかのプローブパラメータを設定することができる。例えば、回転速度が６５１ｒｐｍで測定された場合には、６．５１ｍｓのフィルタがプローブ２０に設定され、７２５ｒｐｍが測定された場合には、７．２５ｍｓのフィルタが使用される。その場合、機械コントローラ１０において使用される符号化アルゴリズムは、事実上、「Ｒ＝Ｆ×１００」であることになる。ここで、Ｆは、ミリ秒単位の所望のフィルタ継続期間であり、Ｒは、特徴的なプローブの動き（回転）に関する毎分回転数（ｒｐｍ）における回転速度である。測定された回転速度Ｒから所望のフィルタ期間Ｆを抽出するためにプローブ２０において使用される復号化アルゴリズムは、符号化アルゴリズムの逆、すなわち「Ｆ＝Ｒ／１００」であることになる。

また、上記の説明から明らかなように、情報は、例えば、異なる回転数（rpm）で異なる動作を表すなど、多数の様々な可能な状態を有する単一の動きとして、または動きのシーケンスとして符号化することも可能であることになる。様々なシーケンスが同じ情報に復号化することができることも、留意される。例えば、三つの特徴的な動きＡ、Ｂ、およびＣは、任意の順序で同じ情報を表す可能性がある（すなわち、ＡＢＣはＢＡＣと同じであり、ＢＡＣはＣＡＢと同じである）が、これらの動きＡ、Ｂ、およびＣにおける異なる組み合わせは、異なる情報を表す（すなわち、ＡＢＣはＡＡＢとは異なる）。また、情報の第一ビットおよび第二ビットを第一 および第二の異なる特徴的な動きとして符号化されることも可能であるが、その場合、第一および第二の特徴的な動きは、重ね合わされる（同時に実行される。例えば、Ｚ方向における平行移動（translation）は、第一の情報を与えており、Ｚ方向の周りの同時回転は、第二の情報を与えることになる）。

本発明の実施形態は、工作機械に関連して上述されているが、同じ技術は、他種類の座標位置決め機械に取り付けられる、そのようなプローブにも使用することができる。例えば、ロボットアームとともに使用される場合、ロボットアームにおける一つまたは複数の回転ジョイント（rotary joints）の周りの回転は、（上述されるような軸Ｒの周りのスピンドル３の回転を置き換えるように）完全に同等の方法において上述される手順を実行するために使用することができる。関節型ロボットアーム（articulated robot arm）は、多くの場合、アームに対して軸方向に配置されている回転軸を有する目的回転ジョイント（final rotary joint）を備えているため、（取り付けられたプローブ付きの）この目的ジョイントは、上記の工作機械の実施形態におけるスピンドル３の回転と非常に良く類似した方法において使用することができる。

機械コントローラ１０およびプローブ・コントローラ２５は、専用の電子制御システムであり得て、および／またはコンピュータプログラムの制御下において動作するコンピュータを備え得る。例えば、機械コントローラ１０は、移動システム５に低レベルの命令を与えるためのリアルタイムコントローラ（real-time controller）と、リアルタイムコントローラを動作させるためのＰＣとを備える場合がある。座標位置決め機械１の動作は、機械１上で動作するプログラムによって、特に図１に概略的に例証されるような機械コントローラ１０上で動作するプログラムによって制御することができることが、理解されることになる。また、プローブ２０の動作は、プローブ２０上で動作するプログラムによって、特に図４に概略的に例証されるようなプローブ・コントローラ２５上で動作するプログラムによって制御することができることも、理解されることになる。このようなプログラムは、コンピュータ可読媒体に格納することができ、あるいは、例えば、インターネットのウェブサイトから提供されるダウンロード可能なデータ信号などの信号に組み込むこともできる。添付の請求項は、プログラムそのもの、またはキャリア（carrier）上の記録、信号、または他の任意形式を包含するものとして解釈されるべきである。

Claims (40)

1. 座標位置決め機械に取り付けられた測定プローブに情報を伝達する方法であって、
   前記情報を前記プローブにおける複数の特徴的な動きのうちの一つまたは複数として符号化するステップと、
   前記プローブに前記動きを与えるように前記機械を制御するステップと、
   前記プローブにおいて前記動きを検出するステップと、
   前記検出された動きから前記プローブにおける情報を復号化するステップと
   を備えることを特徴とする、方法。
2. 前記複数の特徴的な動きのうちの二つ以上のシーケンスとして前記情報を符号化するステップを備えることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記復号化された情報に応じて、前記プローブにおける動作を実行するか、または前記プローブの動作を制御するステップを備えることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記情報は、
   （ａ）前記プローブの構成データと、
   （ｂ）前記プローブによって実行される一つまたは複数のコマンド、操作、または命令と
   のうちの少なくとも一つを含むことを特徴とする、請求項１ないし３の何れか一つに記載の方法。
5. 一つまたは複数の動きをコマンドとして使用して、前記プローブをデータ受信モードにするステップであって、このモード中に一つまたは複数のさらなる動きが、前記プローブにデータを伝達するために使用される、ステップを備えることを特徴とする、請求項１ないし４の何れか一つに記載の方法。
6. 一つまたは複数の動きをコマンドとして使用して、前記プローブをデータ送信モードにするステップであって、このモード中にプローブが機械コントローラまたは機械のインターフェースにデータを伝達する、ステップを備えることを特徴とする、請求項１ないし５の何れか一つに記載の方法。
7. 前記プローブは、トリガーパルスのシーケンスを使用して、前記データを前記機械コントローラまたは機械のインターフェースに伝達することを特徴とする、請求項６に記載の方法。
8. 前記データは、プローブ構成データを含むことを特徴とする、請求項５ないし７の何れか一つに記載の方法。
9. 請求項５に従属する場合、前記プローブにおいて受信された構成データを使用して、前記プローブを構成するステップを備えることを特徴とする、請求項８に記載の方法。
10. 前記情報を符号化するステップは、例えば、探索表に格納される、または取扱説明書に提示されるなど、複数の所定の特徴的な動きから、前記情報を表す一つまたは複数の動きを選択するステップを含むことを特徴とする、請求項１ないし９の何れか一つに記載の方法。
11. 前記情報を符号化するステップは、所定のアルゴリズムを使用して、前記プローブによって実行される対応する一つまたは複数の動きに、前記情報を変換するステップを含むことを特徴とする、請求項１ないし１０の何れか一つに記載の方法。
12. 前記方法は、前記プローブに伝達される情報の二つ以上の種類または項目を処理し、異なる種類または項目の情報を、前記プローブの異なる対応するそれぞれの動きに符号化するように適合されている、請求項１ないし１１の何れか一つに記載の方法。
13. 前記一つまたは複数の動きは、前記プローブの少なくとも一つの回転運動、および／または前記プローブの少なくとも一つの並進運動を含むことを特徴とする、請求項１ないし１２の何れか一つに記載の方法。
14. 前記動き、または各動きは、前記プローブの回転運動であることを特徴とする、請求項１３に記載の方法。
15. 前記プローブ上の少なくとも一つの動きセンサを使用して、前記一つまたは複数の動きを検出し、および／または前記一つまたは複数の動きを前記プローブの他の動きから区別するステップを備えることを特徴とする、請求項１ないし１４の何れか一つに記載の方法。
16. 前記少なくとも一つの動きセンサは、少なくとも一つの加速度計、例えば、少なくとも一つの直線加速度計を含むことを特徴とする、請求項１５に記載の方法。
17. 互いに実質的に直交して配置された、前記プローブ上の少なくとも二つの加速度計を使用して、前記動きを検出し、および／またはそれらの動きを前記プローブの他の動きから区別するステップを備えることを特徴とする、請求項１６に記載の方法。
18. 互いに実質的に直交して配置された、前記プローブ上の少なくとも三つの加速度計を使用して、前記動きを検出し、および／またはそれらの動きを前記プローブの他の動きから区別するステップを備えることを特徴とする、請求項１６または１７に記載の方法。
19. 前記プローブは、
    前記プローブの軸に沿った加速度を測定するための軸加速度計と、
    前記プローブの軸に向かう第一および第二の実質的に直交する半径方向において加速度をそれぞれ測定するための第一および第二の半径方向加速度計と
    のうちの少なくとも一つを含むことを特徴とする、請求項１ないし１８の何れか一つに記載の方法。
20. 前記機械は、前記機械の回転軸周りに前記プローブを回転させるように動作可能であることを特徴とする、請求項１ないし１９の何れか一つに記載の方法。
21. 前記動きは、前記機械の回転軸周りに少なくとも一つの回転運動を含むことを特徴とする、請求項２０に記載の方法。
22. 請求項１９に従属する場合、プローブは、前記機械の回転軸と実質的に位置合わせされた状態で、前記機械に取り付けられることを特徴とする、請求項２０または２１に記載の方法。
23. 前記機械は、前記プローブが取り付けられる関節式プローブヘッドを備え、前記機械の回転軸は、前記プローブヘッドにおける一つまたは複数の回転軸から選択されることを特徴とする、請求項２０ないし２２の何れ一つに記載の方法。
24. 前記動き、または各動きは、前記プローブによって、前記動きの相互、および前記プローブによって行われる他の動きから区別可能であることを特徴とする、請求項１ないし２３の何れか一つに記載の方法。
25. 前記動き、または各動きは、
    （ａ）その速度および/または継続時間などの、前記動きの特性と、
    （ｂ）前記動きが時計回りの回転、または反時計回りの回転であるかどうかなどの、前記動きの種類と、
    （ｃ）加速度の大きさと、
    （ｄ）加速度の方向と、
    （ｅ）前記動きの速さまたは速度と、
    （ｆ）前記動きの方向と、
    （ｇ）前記動きの継続時間と、
    （ｈ）前記動きのタイミングと、
    （ｉ）動きのシーケンス内の前記動きの順序と、
    （ｊ）前記動きと、動きのシーケンス内の一つまたは複数の他の動きとの間における時間的関係と
    のうちの一つまたは複数によって、前記動きの相互によって特徴付けられ、および／または前記動きの相互から（例えば、前記プローブにおいて）区別可能であることを特徴とする、請求項１ないし２４の何れか一つに記載の方法。
26. 選択すべき複数の異なる動き、または特徴的な動きの組み合わせがあり、それぞれが、例えば、前記プローブによって実行される異なるそれぞれの動作などに対応することを特徴とする、請求項１ないし２５の何れか一つに記載の方法。
27. 前記プローブにおいて実行される前記復号化するステップは、前記プローブが前記機械に取り付けられた後に、前記プローブにおいて検出された動きのみに基づいているか、または前記プローブが前記機械に取り付けられた後に、少なくとも、前記プローブにおいて検出される動きのみを考慮に入れる、請求項１ないし２６の何れか一つに記載の方法。
28. 前記測定プローブは、無線測定プローブであることを特徴とする、請求項１ないし２７の何れか一つに記載の方法。
29. 前記測定プローブは、代わりに、測定プローブまたはツール・セッターなどの測定装置であることを特徴とする、請求項１ないし２８の何れか一つに記載の方法。
30. 前記座標位置決め機械は、工作機械であることを特徴とする、請求項１ないし２９の何れか一つに記載の方法。
31. 請求項２０に従属する場合、機械の回転軸は、前記工作機械のスピンドルの回転軸であることを特徴とする、請求項３０に記載の方法。
32. 請求項１９に従属する場合、前記プローブは、前記プローブの軸が前記工作機械のスピンドル軸と実質的に位置合わせされるように、前記工作機械に取り付けられることを特徴とする、請求項３０に記載の方法。
33. 前記方法は、二次通信手段を提供するためのものであり、前記二次通信手段とは異なる一次通信手段が存在しており、前記一次通信手段は、前記プローブの通常使用中の通信、例えば、測定動作中の測定データの通信などに使用されることを特徴とする、請求項１ないし３２の何れか一つに記載の方法。
34. 前記一次通信手段は、光学式または無線式などの、無線通信手段を含むことを特徴とする、請求項３３に記載の方法。
35. 座標位置決め機械に取り付けられた測定プローブを制御する方法であって、
    請求項１ないし３４の何れか一つに記載の方法を使用して、前記プローブに情報を伝達するステップと、
    前記復号化された情報に応じて前記プローブにおいて動作を実行するか、または前記プローブの動作を制御するステップと
    を備える、方法。
36. 請求項１ないし３５の何れか一つに記載の方法に使用するための測定プローブであって、
    前記測定プローブは、前記機械に装着可能であり、
    前記機械によって前記測定プローブに与えられる動きを感知するための少なくとも一つの動きセンサと、
    前記感知された動きが前記プローブにおける前記複数の特徴的な動きのうちの一つまたは複数を含むかどうかを決定し、前記決定に応じて前記プローブにおける動作を実行するか、または前記プローブの動作を制御するためのコントローラと
    を備えることを特徴とする、測定プローブ。
37. 請求項１ないし３５の何れか一つに記載の方法を使用するように構成されることを特徴とする、測定プローブ、またはプローブ・コントローラ。
38. 請求項１ないし３５の何れか一つに記載の方法を使用するように構成されることを特徴とする、機械コントローラ。
39. コンピュータ、機械コントローラ、またはプローブ・コントローラによって実行されると、コンピュータ、機械コントローラ、またはプローブ・コントローラに、請求項１ないし３５の何れか一つに記載の方法を実行または使用させることを特徴とする、コンピュータプログラム。
40. 請求項１ないし３５の何れか一つに記載の方法を実行または使用するように、コンピュータ、機械コントローラ、またはプローブ・コントローラを制御するためのコンピュータプログラム命令をそこに記憶していることを特徴とする、コンピュータ可読媒体。

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