JP4326039B2 - 座標測定装置およびその制御方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、測定すべき工作物の表面に沿って連続的に案内される走査点で所定の測定方向をもって測定する、移動自在に支承された走査ヘッドを有し、少なくとも走査ヘッド及び／又は工作物は付加的に少なくとも１つの回転軸に関して回転自在に支承されている座標測定装置を制御する方法に関する。
なお、本明細書において（→）は本来その後に続く記号の上につくべき記号である。
【０００２】
【従来の技術】
このような方法は従来の技術においては既に多様な形態で知られており、主に、測定すべき歯車の歯元側面のインボリュート歯形を測定できる歯形測定装置に適用される。
たとえば、米国特許第４，８５２，４０２号は、歯車のインボリュート歯形を測定するためのこの種の方法を示す。この目的のために、測定すべき歯車を回転ユニットに装着する。回転ユニットは測定すべき歯車を回転させる。さらに、１つの測定軸で測定を行う走査器が、回転している歯車の測定すべき歯元側面に沿って走行し、それにより、歯元側面が常に同一の好ましい測定方向で走査されるように、案内機構により歯車の歯元側面の形状にならって走査器を案内する。常に好ましい測定方向を維持するために、走査器は歯車の歯元円に対する接線上を通るように案内される。この場合、インボリュートの数学的定義、すなわち、インボリュートが歯車の歯元円への接線に対し常に垂直でなければならないという定義を利用する。
【０００３】
欧州特許第０１３１５３７Ｂ１号には、同様の方法を実施できる歯形測定装置が記載されている。そこに記載されている歯形測定装置は、走査器が歯元側面の走査時に回転するときの中心となる回転軸を有するという点で特に米国特許第４，８５２，４０２号とは異なっている。この場合、走査器は、走査器の測定軸、従って、走査器の好ましい測定方向が常にインボリュート歯車歯形に対し垂直となるように案内される。工作物の回転ユニット並びに走査器の回転ユニット及び走査器の案内機構を制御するために、インボリュートがどの点においても歯車の歯元円への接線に対し垂直であるというインボリュートの数学的特性をも利用する。
【０００４】
スイス特許第６７１２６４Ａ５号は、測定すべき工作物の表面を走査することができ、１つの測定軸をもつ、移動自在に案内される走査器を示す。走査器は、歯車歯形測定用走査器の測定軸の調整を可能にする機構を有する。工作物を測定するために、走査器は数値制御により工作物上の所定の軌道に沿って移動されるように案内され、また、同時に、測定軸は、走査点で走査器が常に工作物表面に対し規定された好ましい測定方向を有するように調整される。当該特許公報には、制御データの生成についての記述はない。
【０００５】
説明される方法又は装置の特徴は、工作物を走査するときに、走査器が工作物を走査する確定された好ましい測定方向を複雑な個別の数学的解法を経て初めて実現できたということの中に見られる。これは、スイス特許第６１７２６４Ａ５号に示されている方法についても同様に当てはまる。そこには、対応する座標測定装置に関する制御データを具体的にどのようにして生成するかは極めて明らかに示されているが、欧州特許第０１３１５３１Ｂ１号又は米国特許第４，８５２，４０２号と同様に数学的な個別の解法を使用するか、あるいは制御データを製図板（ｄｒａｗｉｎｇ ｂｏａｒｄ）」で生成するという点から始めなければならない。
【０００６】
ここで、好ましい測定方向という概念を定義すべきであろう。以下の説明中、好ましい測定方向は、工作物がその目標輪郭形状からはずれたときに走査器が移動されるのが好ましい方向として理解されるべきである。最も単純な走査器の場合、この方向は、走査器が単に移動することができる１つの測定軸により確定される。走査ピンが少なくとも２つの互いに直交する方向に移動できる多軸走査器においては、好ましい測定方向は、走査ピンを工作物表面に押し付ける測定力によって規定される。走査ビームを使用する光学走査器の場合には、好ましい測定方向は走査ビームの方向に対応する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、任意の輪郭形状を測定できる先に述べた種類の方法並びにその方法を実施するための対応する座標測定装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明による方法の基本思想は、請求項１，２及び１２，１３により明らかなように、測定すべき工作物の表面の、工作物表面上の走査器により走査すべき線を規定する点を少なくとも含む幾何データに基づいて、工作物を測定するために特に工作物及び／又は走査器が回転軸に対して回転されるように、測定プロセスを制御するための制御データを生成するというところにある。
【０００９】
従属請求項により定義される態様の本発明による方法は、従来の技術と比較して次のような特別の利点を有する。本発明による方法によれば、異なる輪郭形状に対して個別の異なる解法を探索又は作成する必要なく、少なくとも１つの回転ユニットを利用して、測定すべき工作物の任意の線を測定することができる。さらに、走査器の切替えを行う必要なく工作物の側方輪郭を中断なく測定することができる。
【００１０】
本発明による方法では、回転軸に対し直交する位置にある垂直平面への好ましい測定方向の投影が走査点において工作物表面に対し垂直な垂直ベクトルの垂直平面への投影が十分に規定の走査角を成すように制御データが確定される。
これにより、走査器は回転軸に対し直交する位置にある平面において、走査される各々の点で同一の測定条件を確実に受けるようになる。この場合、測定条件が最適になるという理由により、前記走査角は０°又は１８０°であるのが好ましいであろう。１軸走査器又は走査器に対し固定した走査ビームを利用する対応する光学走査器の場合、これは、測定軸が常に少なくとも回転軸に対し直交する方向に、工作物表面に対し垂直に向いているということを意味する。多軸走査器の場合には、これは、調整される測定力が常に回転軸に対し直交する方向に、工作物表面に対し垂直に向いていることを意味する。
【００１１】
ここで、走査角は点ごとに走査器の適切な回転及び／又は工作物の回転により調整される。第１の実施態様によれば、制御データを計算するために、該当する点の垂直ベクトルの垂直平面への投影が方向の上で固定した好ましい測定方向の垂直平面への投影と走査角を成すまで、純粋にコンピュータの制御の下に、工作物を回転軸に対して回転させる。第２の実施態様においては、好ましい測定方向の投影が垂直ベクトルの垂直平面で、この場合に方向の上で固定した投影に対して前記走査角となるまで走査器を回転させる。同様に、第３の実施態様においては、工作物と走査器の双方を走査角が一致するまで同時に回転させることができるのは言うまでもない。この目的のために、走査角に到達するように、たとえば、工作物が単独で回転しなければならないと考えられる回転角を確定することができ、その場合、工作物は確定された回転角の二分の一だけ回転され、走査器は相応して確定された回転角の二分の一だけ回転される。
対応する回転角を計算するためのプロセスには様々なものがある。
【００１２】
非常に単純な方式では、走査すべき線を規定する点が工作物の回転中心である回転軸と成す角度から直接に回転角を計算することができる。しかし、この方法は、走査すべきどの点においても回転軸までの距離がほぼ一定であるような走査の線にしか適用できないので、この方法の適用範囲はごく限定されている。たとえば、対称軸が回転軸と厳密に一致する円筒に対してこの方法を適用できる。
【００１３】
回転角は、走査すべき線を規定するどの点についても工作物表面に対し垂直な方向を呈する垂直ベクトルからも同様に計算でき、その場合、回転角は前記垂直平面に投影された垂直ベクトルの角度から確定される。この目的のために必要な垂直ベクトルは、多軸走査器を有する座標測定装置の場合、通常は幾何データの一部でもあり、以下にさらに詳細に説明するように、走査ボールを工作物表面に押し付ける測定力を調整するために、座標測定装置の制御装置へ伝送される。ところが、この方法は工作物の幾何学的形状には拘束されなくなってはいるが、前記第１のアライメントを伴う回転軸と平行でないときにのみ垂直ベクトルを使用できるという欠点を有する。たとえば、垂直の回転軸を有する回転ユニットに支承された工作物の水平の上面を測定すべき場合には、垂直ベクトルも同様に垂直方向を向いているので、投影された垂直ベクトルの成す角度は０°である。
【００１４】
従って、特に有利な実施態様においては、走査すべき線を規定する点と点の間に走査線を確定し、さらに、回転角を確定するために、走査線を規定する点において走査線に対する接線ベクトルを確定し、前記垂直平面に投影された接線ベクトルの成す角度から回転角を確定する。これにより、工作物の幾何学的形状並びに走査すべき線には左右されない方法が得られる。
【００１５】
そこで、このようにして確定された回転角を考慮して、走査器によりたどるべき軌道を規定する軌道点をベクトル演算を経て確定することができる。次に、それらの軌道点に基づいて、走査器が確定された最大軌道速度及び確定された最大軌道加速度を上回らず且つ回転ユニットは確定された最大角速度及び確定された最大角加速度を上回らないように、走査器を制御するための位置目標値を確定し、また、付随する回転角に基づいて、回転ユニットの回転角を制御するための回転角目標値を確定する。
【００１６】
説明する方法は、垂直ベクトルの角度が前記第１のアライメントを伴う回転軸に対して変化しない場合に問題なく機能する。ところが、前記の角度が変化する場合には、好ましい測定方向が回転軸に対し直交する方向でのみ垂直ベクトルの対応する成分と確定された走査角を成すので、問題が発生する。この結果、平行な方向に走査角が変化してしまうであろう。この問題を排除するために、いくつかの方法が可能である。第１の方法は、多軸走査器を使用し、走査器により加えられる測定力が常に工作物表面に対し垂直であるように、面垂線に従って測定力を変化させるというものである。
【００１７】
しかしならが、走査器を前記第１のアライメントを伴う回転軸に対し直交する別の回転軸に対して回転自在にすれば、上記の問題を好ましい形で解決できる。この方法によれば、走査器は常に工作物に対して、好ましい測定方向が回転軸に対し直交する方向に前記走査角を与えるばかりでなく、前記垂直ベクトルに対し空間的に一定の角度を成すように走行することができる。この付加的な回転ユニットが回転しなければならない対応する回転角は、先に説明した垂直ベクトルの投影の成す角度から全く同じようにして計算できるか、あるいは、第２の回転軸に対し垂直に位置する垂直平面への前述の接線ベクトルからさらに適切に計算できる。そこで、軌道点を以下に説明するように単純なベクトル演算を経て容易に確定することができる。
本発明の実施形態及びその他の利点は添付の図面及びそれに関連する以下の説明から明白である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１は、走査ボール７を有する走査ピン４０が移動自在に固定されている走査ヘッド２を目標データに従って制御しつつ走行させる本発明による座標測定装置の制御装置１を示す簡単な概略図である。さらに、制御装置１は、回転軸２９に関して回転自在に支承された回転ユニット２５に支承されている工作物１５を目標データに従って走行させる。
【００１９】
次に、座標測定装置の厳密な機能を説明する。座標測定装置の制御装置１は入力インタフェース１０及び送信インタフェース１１を介して評価コンピュータ２０と接続している。コンピュータ２０からは入力インタフェース１０を介して、特に次のようなデータが制御装置１へ伝送される。
ａ）工作物座標系（ＷＫＳ）の位置を座標測定装置の機械座標系（ＭＫＳ）で表わす変換マトリクス（Ｔ）。
ｂ）機械座標系（ＭＫＳ）で使用される、走査ボール７の中心点での座標測定装置の走査ヘッド２の基準点からの位置ずれを表わすベクトル（（→）ｍ）。
ｃ）走査ピン４０又はそれに固定された走査ボール７が走査すべき工作物１５に加えるべき目標測定力（Ｆsoll）の量。
【００２０】
さらに、走査ピン４０又はそれに固定された走査ボール７がたどるべき目標輪郭を表わすために必要である情報も入力インタフェース１０を介して伝送される。それは、たとえば、点の列（Ｐai（ｘ，ｙ，ｚ））である。また、個々の点（Ｐai（ｘ，ｙ，ｚ））の各々に対応する垂直ベクトル（（→）Ｎｉ）があれば、該当する点における測定すべき工作物（１５）の表面に対し垂直な方向を表わすそれらのベクトルを同時に伝送することもできる。
【００２１】
制御装置の最も重要な構成要素は１つ又は複数のマイクロプロセッサである。従って、図１に示す機能ブロックのうちいくつかはハードウェアでは実現されず、それらのマイクロプロセッサのファームウェアの一部である。これは、たとえば、入力インタフェース１０の次にある機能ブロック１１「制御データ変換」についてもいえる。機能ブロック１１「制御データ変換」は、得られた情報から、走査ボール７を工作物１５に対して走行させるための軌道データ（Ｓai）と、工作物１５を回転テーブル２５上で軸２９を中心に回転させるための対応する回転データ（αｉ）とを計算する。それらの軌道データ（Ｓai）と回転データ（αｉ）は変換によって制御系、すなわち、機械座標系（ＭＫＳ）に転換される。
【００２２】
機能ブロック１２「補間」では、制御独自のシステムクロックにより、作成された不連続の、補間の元になるべき軌道データ（Ｓai）並びに回転角データ（αai）を所定のアルゴリズムに従って補間し、たとえば、線形補間するか又はスプラインアルゴリズムに従って補間し、位置目標値（Ｌai）及び回転角目標値（Ｌαi） をそれぞれその後に配置された座標測定装置の３本の測定軸の駆動装置に対する位置調整装置３と、回転ユニット２５の駆動装置１９に対する位置調整装置１８とに伝送する。
位置調整装置で作成された位置目標値は続いてデジタル／アナログ変換され、アナログ調整量として座標測定装置のｘ軸，ｙ軸及びｚ軸に対応する３つの駆動装置４に伝送される。位置調整装置３には、機能ブロック６「測定値検出」を介して座標測定装置の路程測定システム５も接続している。この機能ブロック６は機械位置（ｘｍ，ｙｍ，ｚｍ）、すなわち、機械座標系（ＭＫＳ）における走査ヘッド２の位置の循環測定を行い、座標測定装置の３本の測定軸の位置調整回路を終結させる。
【００２３】
位置調整装置１８で作成された位置目標値は同様にデジタル／アナログ変換され、アナログ調整量として、軸２９に関する回転テーブル位置（αｍ）を調整するための回転ユニット２５の駆動装置１９へ伝送される。同様に、位置調整装置１８には、機能ブロック２２「測定値検出」を介して角度測定システム２１も接続している。この機能ブロック２１は回転テーブル位置（αｍ）の循環検出を行う。
【００２４】
図１の制御装置１は、走査ヘッド２の測定値発生器から出力され、走査ピン４０に固定された走査ボール７が工作物１５と接触して走査器２，７，４０の３つの空間方向への移動を表わす信号を処理する電子回路８をさらに含む。電子回路で形成されたそれらの位置信号は機能ブロック９でデジタル信号に変換され、続いて走査器移動値（ｘＴ，ｙＴ，ｚＴ）に変換される。走査器移動値（ｘＴ，ｙＴ，ｚＴ）は機械位置（ｘｍ，ｙｍ，ｚｍ）及び回転テーブル位置（αｍ）と共に送信インタフェース１７に与えられ、測定結果をコンピュータ２０による計算に使用する。
【００２５】
制御装置１は、走査ヘッド２の走査ピン４０の移動のための駆動装置４をさらに含む。この駆動装置は力発生器、たとえば、リニアモータ又は可動コイル磁石から構成されている。駆動装置は走査ピン４０を所定の信号に従って、３つの空間方向（ｘ，ｙ，ｚ）に移動させる。対応する機能ブロック１３「駆動装置タコ」は、同様に機能ブロック１１から調整すべき測定力（Ｆsoll）の量と方向に関する情報を獲得する。尚、機能ブロック１１は測定力の量に関する伝送された情報（Ｆsoll）と、垂直ベクトル（（→）Ｎｉ）とからこの情報を生成する。説明したケースでは、測定力（（→）Ｆsoll）の方向は常に面垂線（（→）Ｎｉ）の方向にあらかじめ定められている。
【００２６】
さらに、制御装置には、機能ブロック９「Ｄ／Ａ変換器」の出力端子と接続する調整装置１６も設けられている。この場合、調整装置１６は走査ピン偏向値（ｘＴ，ｙＴ，ｚＴ）を監視する。走査ピン偏向値（ｘＴ，ｙＴ，ｚＴ）が規定の限界値を上回ると、この調整装置１６は、走査ヘッドが測定すべき工作物１５から対応する量だけ離れるように動くような妨害量を補間器１２に与える。
【００２７】
回転ユニット２５及びそれに付随するブロック１８，１９，２１及び２２を伴わない制御は、本明細書にも参考として取り入れたことをここに明示する出願人のドイツ特許第４２１２４５５Ｃ２号及び対応する米国特許第５，４７１，４０６号の中に詳細に説明されている。
【００２８】
付加的な回転ユニット２５及びこの回転ユニットに付随する機能ブロックとしては、座標測定技術の分野では既に長年にわたり回転テーブルの概念の下で知られている構成要素がある。これは、たとえば、先に既に挙げた米国特許第４，８５２，４０２号から推察できるし、あるいは、出願人Ｃａｒｌ Ｚｅｉｓｓから「汎用精密センター（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ−Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ−Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ−Ｃｅｎｔｅｒ）」の頭文字である「ＵＰＭＣ」の商品名をもつ座標測定装置の相応する構成要素として入手できる。
【００２９】
機能ブロック１１「制御データ変換」が軌道データ（Ｓai）並びに回転角データ（αｉ）をこの制御装置に対していかに計算するか及び機能ブロック１２「補間」が位置目標値（Ｌai）並びに回転角目標値（Ｌαi） をいかに計算するかの厳密な機能方式を図２から図４を参照しながらさらに詳細に説明する。ここで示す実施形態においては、回転軸２９に対し直交する方向の平面で工作物１５を測定すべきである。工作物１５は、たとえば、タービン羽根である。
【００３０】
図２には、本実施形態による方法に従って走査ボール７の走査点が走行する軌道３２を示す。この場合、軌道は、工作物１５の現在形状が所定の目標形状から外れた場合に走査ボールが移動して行く好ましい測定方向（（→）Ｍ）が走査器２，７，４０の長手方向軸３３と一致するように計算された。好ましい測定方向（（→）Ｍ）は加えられる測定力（（→）Ｆsoll）に対応し、方向のみが異なっている。
【００３１】
これを実現するために、走査ボール７が測定すべき工作物１５の表面を走査するそれぞれの走査点において工作物の表面が好ましい測定方向に対し垂直に位置するように、工作物１５を回転ユニット２５の回転軸２９に対して回転させなければならない。ここで、１５，１５′，１５″，１５″′は工作物１５の任意の個別の回転位置を示し、位置２，２′，２″，２″′は走査器２，７，４０の対応する位置である。次に、走査ヘッド２を走行させる根拠となる位置目標値（Ｌai）と、回転ユニット２５を回転させる根拠となる回転角目標値（Ｌαi） との厳密な計算方式を図３及び図４と関連させてさらに詳細に説明する。
【００３２】
図３から明らかであるように、制御装置１には、当初、コンピュータ２０から幾何データとして工作物１５の表面上における走査すべき線を規定する点（Ｐai）並びに垂直ベクトル（（→）Ｎai）が与えられている。単純にするため、図３には３つの点（Ｐa0，Ｐa1，Ｐa2）しか示されていない。本実施形態の原理を説明するために、ここで指示した点（Ｐai）はごく概略的に示されているにすぎず、実際には点は互いに著しく近接して位置していることを理解すべきである。コンピュータ２０から入力インタフェース１０を介して機能ブロック１１「制御データ変換」に幾何データが伝送された後、機能ブロック１１「制御データ変換」は、工作物１５の表面にわたり走査ボール７の走査点がたどるべき走査線３４をそれらの点（Ｐai）から確定する。このために、たとえば、基準スプラインを経て点（Ｐai）を互いに結ぶことにより、走査線３４を確定する。
【００３３】
次の過程では、確定された走査線３４に対し該当する点（Ｐai）でそれぞれ接する上記の走査線３４に対する接線ベクトル（（→）Ｔai）を確定する。図示した実施形態においては、接線ベクトル（（→）Ｔai）のアライメントは走査点の走行方向に計算されている。
【００３４】
次の過程では、垂直ベクトル（（→）Ｎai）が、規定された好ましい測定方向（（→）Ｍ）に対して０°の角度を成すか又は接線ベクトル（（→）Ｔai）が９０°の角度に保って、点（Ｐai）を回転軸２９に関してコンピュータによって回転させる。図示したケースにおいては、工作物の表面は該当する点（Ｐai）で常に好ましい測定方向（（→）Ｍ）に対し垂直に位置するようになる。各々の点（Ｐai）が回転しなければならない回転角（αｉ）は、この場合、接線ベクトル（Ｔai）の相互の角度（γｉ）から得られる。図３から明らかであるように、接線ベクトル（Ｔa0及びＴa1）が成す角度（γ１）は、点（Ｐa1）が回転軸２９に関して回転されなければならない回転角（α１）に相当しているので、接線ベクトル（Ｔa1）又は垂直ベクトル（Ｎa1）は接線ベクトル（Ｔa0）又は垂直ベクトル（Ｎa0）と同一のアライメントを有する。同様に、点（Ｐa2）に関する回転角（α２）は接線ベクトル（Ｔa0及びＴa1並びにＴa1及びＴa2）の角度（γ１及びγ２）の和から得られる．．．等々となっている。
【００３５】
ここで、回転される点（Ｐai′）は、工作物１５の走査時に走査ボール７の走査点がたどる線を規定する。それらの回転される点（Ｐai′）から、ベクトル演算を経て、走査器２が移動するときに通る軌道の軌道点（Ｓai）を計算することができる。そこで、走査ボール７の走査点（Ｐai）の位置は軌道点（Ｓai）に対して一定の関係にあり、これをここでは見やすくするために図示されていない蓄積ベクトルを介して説明できる。回転される点（Ｐai′）の空間ベクトルにこの蓄積ベクトルを加算することにより、軌道点（Ｓai）を容易に確定することができる。
【００３６】
そのようにして、確定された軌道点（Ｓai）を図４ａに断片的に示し、また、図４ｂにはそれに付随する回転角（αｉ）を示す。計算された軌道点（Ｓai）と回転角（αｉ）は図１に示す機能ブロック１１「制御データ変換」から機能ブロック１２「補間」へ伝送され、そこで、走査器２の軸制御のための位置目標値（Ｌai）を生成すると共に、回転テーブル制御のための回転角目標値（Ｌαi） を生成する。
【００３７】
この目的のために、軌道点（Ｓai）と回転角点（αｉ）をスプラインを経て補間し、その結果、１つの曲線を得る。次の過程では、その曲線、好ましくは、走査器の軌道点（Ｓai）を有する曲線上において位置目標値（Ｌai）を生成する。以下、位置目標値（Ｌai）は軸制御により確定される走査器２，７，４０の位置を規定し、測定実行時に、走査器２，７，４０が一定に規定されたタイミングクロックに従って位置目標値（Ｌai）から次の位置目標値（Ｌai+1）へ移行するように適用される。この場合、位置目標値（Ｌai）は、本明細書にも明示して参考として取り入れた出願人のドイツ特許公開公報第１９５２９５４７Ａ１号に非常に詳細に説明されているように、走査器２，７，４０が最大許容軌道速度を上回らず、同様に最大許容軌道加速度をも上回らないように生成される。
【００３８】
ドイツ特許第１９５２９５４７Ａ１号に記載されている方法とは異なり、ここで説明する方法の場合、該当する位置目標値（Ｌai）に対して回転角目標値（Ｌαi）をさらに確定しなければならない。従って、各々の位置目標値（Ｌai） の確定後、直ちに付随する回転角目標値（Ｌαi） を計算する。この計算は、確定された位置目標値（Ｌai）に対して、この値が２つの隣接する軌道点（Ｓai）及び（Ｓai+1）の間の線を分割するという関係を確定し且つ対応する軌道点に付随する２つの回転角の分割関係に対応して、２つの対応する回転角（αｉ及びαi+1）の間の曲線を対応して分割する対応する回転角目標値（Ｌαi）を引き出すように実行される。このようにして生成された位置目標角（Ｌαi） に関して、新たに導入された位置目標値（Ｌαi） によって生成される角速度が最大値を上回るか否か及び付随する角加速度が最大値を上回るか否かをさらに検査しなければならない。上回った場合には、最大角速度及び最大角加速度に関する条件を守ることができるようになるまで、位置目標値（Ｌai）の間隔を補正しなければならない。そのようにして生成された位置目標値（Ｌai）及び回転角目標値（Ｌαi）に基づいて、先に既に説明したように測定方法を実施することができる。
【００３９】
図５は、本発明による制御装置１の別の実施形態を示す。この実施形態においては、走査器２，７，４０を回転ユニット３５を介して回転軸３０に関して矢印（βｍ）の方向へ回転させることができる。加えて、走査器２，７，４０を矢印（εｍ）に沿って旋回させることができる回転ユニット３９も設けられている。
回転ユニット３５及び旋回ユニット３９の制御は、機能ブロック２３，２４，２５，２６を介して、回転テーブル２５と同様にして行われる。
相応する回転旋回ユニットは、本明細書に同様に明示して参考として取り入れられている出願人の欧州特許第０３１７９６７Ｂ１号又は対応する米国特許第４，８８８，８７７号などに記載されている。
【００４０】
さらに、図５に示す制御装置は、機能ブロック１１「制御データ変換」は軌道点（Ｓbi）及び回転角（βｉ，εｉ）を図１の機能ブロック１１とは別の態様及び方式で確定するという点で異なっている。
次に、図６を参照して、位置目標値（Ｌbi）及び回転角目標値（Ｌβi） を計算する厳密な方式を説明する。
【００４１】
図１の場合と同様に、図６においても、工作物表面上で走査すべき線を規定する前記の点（Ｐbi）はコンピュータ２０を介して入力インタフェース１０を介して機能ブロック１１「補間」へ伝送される。先に説明したプロセスと同じように、スプラインを経て走査線３８を計算し、付随する点（Ｐbi）に対する対応する接線ベクトル（Ｔbi）を確定する。
ここで、図６も本発明による方法を説明するためのごく概略的な図であり、自明のことではあるが、点（Ｐbi）は互いに著しく近接して位置していることに再度注意すべきである。
【００４２】
ここに図示した実施形態では、点（Ｐbi）は走査ボール７により走査すべき点に既に対応している。回転ユニット３５がたどる軌道点（Ｓbi）及び回転ユニット３５が回転しなければならない対応する回転角（βｉ）の計算は次のようにして行われる。
まず、走査ボール７が工作物３７を第１の点（Ｐb0）でここでも同様に０°と設定されている好ましい走査角をもって走査するスタート位置から始める。この場合にも、走査ボール７の走査点と軌道点（Ｓb0）との厳密な位置関係は、一定の長さの適切な蓄積ベクトルを介して表わされる。いずれにせよ、測定プロセスの間、蓄積ベクトルの方向は回転ユニット３５の回転角に対応して絶えず変化する。
【００４３】
軌道点（Ｓbi）及び回転角（βｉ）を確定するために、図１に示した実施形態の場合と同様に、接線ベクトル（（→）Ｔbi）の角度（μｉ）から、各々の点（Ｐbi）において走査ヘッド２，７，４０が回転ユニットに関して回転しなければならない回転角（βｉ）を確定する。これにより、ここで図示した実施形態における好ましい測定方向（（→）Ｍ）は垂直ベクトル（（→）Ｎbi）と、先の場合と同様に０°として規定されている前記の走査角を成す。そこで、ベクトル演算を経て、この回転角を考慮しつつ、新たな軌道点（Ｓbi+1）を確定する。
【００４４】
軌道点を確定する方法としては多様なものが考えられ、たとえば、点（Ｐb0）から点（Ｐb1）への移行に基づく方式を例に挙げて説明する。まず、図１から図４で説明した実施形態と同様に、接線ベクトル（（→）Ｔb0及び（→）Ｔb1）の成す角度（μ１）と等しい対応する回転角（β１）を確定する。第１の走査すべき点（Ｐb0）から出発して、点（Ｐb0）が軌道点（Ｓb0）に関して回転角（β１）だけ回転することにより得られる中間点（Ｐb0′）を計算する。次に、中間点（Ｐb0′）の空間ベクトルと軌道点（Ｓb0）の空間ベクトルとの間に、前記回転角（β１）だけ回転させた本来の蓄積ベクトルに相当する新たな蓄積ベクトルを確定し、そのようにして確定された新たな蓄積ベクトルを点（Ｐb1）の空間ベクトルに加算することにより、新たな軌道点（Ｓb1）を簡単に確定できる。
次に続く軌道点（Ｓb2，Ｓb3等々）の計算も全く同じようにして行われる。
【００４５】
図７ａには、点（Ｐb0〜Ｐb3）に関して、以上説明した方法に従って計算された対応する軌道点（Ｓb0〜Ｓb3）を断片的に示し、図７ｂには、それらの軌道点（Ｓb0〜Ｓb3）に付随する回転ユニット３５の回転角（β０〜β３）を示す。
走査器２，７，４０の走行を制御するための位置目標値（Ｌbi）並びに付随する回転角目標値（Ｌβi） は先に挙げたプロセスと同じようにして計算される。この場合にも、まず、軌道点（Ｓbi）及び回転角（βｉ）において対応する点の間に、対応する曲線の推移を確定するスプラインを挿入する。
【００４６】
次の過程では、位置目標値（Ｌbi）に従って動くときに走査器が最大許容軌道速度並びに最大許容軌道加速度を上回らないように、軌道点（Ｓbi）の間に位置目標値（Ｌbi）を挿入する。新たに挿入された各々の位置目標値（Ｌai）に従って、その位置目標値が２つの付随する軌道点（Ｓbi及びＳbi+1）の間の経路を分割するという関係に対応して、付随する軌道上で回転角に関して対応する回転角目標値（Ｌβi）を取り出し、また、回転角目標値（Ｌβi）に関して、新たに挿入された回転角目標値（Ｌβi） が回転ユニット３５の最大角速度及び回転ユニット３５の最大角加速度に関する必要条件を満たすか否かを検査する。満たさない場合には、軌道曲線に新たに挿入された位置目標値（Ｌbi）を適切に補正しなければならず、双方の曲線において最大速度及び最大加速度に関する必要条件が満たされるまで、方法を同様にして実施しなければならない。
【００４７】
ここで図示する実施形態においては、本発明による方法を説明するための測定は全体として非常に単純な例に基づいて示されていた。１つには、走査すべき線３４、３８は回転軸２９，３０に対し垂直に位置する平面にあり、第２に、工作物表面は、垂直ベクトル（（→）Ｎai，（→）Ｎbi）、接線ベクトル（（→）Ｔai，（→）Ｔbi）並びに好ましい測定方向（（→）Ｍ）が前記第１のアライメントを伴う対応する回転軸２９，３０に対し直交するようになっており、そのため、図示した実施形態に関しては、それらのベクトルを直ちに利用することができる。
【００４８】
ところが、走査すべき線は回転軸２９又は３０の方向に対して変化することもありうる。その場合には、垂直ベクトル（（→）Ｎai，（→）Ｎbi）、接線ベクトル（（→）Ｔai，（→）Ｔbi）並びに好ましい測定方向（（→）Ｍ）の代わりに、回転軸２９，３０に対し直交する位置にある垂直平面への該当するベクトルの投影をそれぞれ使用しなければならない。これらのより一般的なケースについても、位置目標値（Ｌai，Ｌbi）及び回転角目標値（Ｌαi，Ｌβi）は、回転軸に対し直交する位置にある垂直平面への好ましい測定方向（（→）Ｍ）の投影が走査点で工作物表面に対し垂直である垂直ベクトル（（→）Ｎai，（→）Ｎbi）の前記垂直平面への投影と十分に規定された走査角を成すように計算されることになる。
【００４９】
さらに、走査すべき線について、垂直ベクトルと回転軸２９，３０との角度が変化しうることも言うまでもない。そのような走査すべき線でもたどることができるようにするために、好ましい測定方向（（→）Ｍ）を対応して調整しなければならない。
これは、図１及び図５に示すように多軸走査器２，７，４０を使用する場合に起こりうる。この場合、工作物表面に作用する測定力（（→）Ｆsoll）を走査器を介して対応して調整することができる。測定力（（→）Ｆsoll）の調整は、前述のように測定力発生器（機能ブロック１３「駆動装置タコ」を参照）を介して行われるか、あるいは、測定力が走査器独自のばねの戻し力を経て発生される場合に走査ピン４０の対応する移動を介して行われる。
【００５０】
好ましい測定方向（（→）Ｍ）を一定に保持すべき場合には、走査器２，７，４０を別の回転ユニット３９に関して旋回自在にすることもでき、この回転ユニット３９の回転軸３１は他方の回転ユニット３５の回転軸に対し直交している。それらの回転軸を介して、さらに、好ましい測定方向（（→）Ｍ）がそれ以上変化しなくともすむように常に走査器２を調整することができる。この付加的な回転ユニット３９が回転しなければならない対応する回転角は、全く同様に、前述の垂直ベクトル（（→）Ｎai又は（→）Ｎbi）の投影が成す角度から計算できるが、別の回転軸３１に対し垂直に位置する垂直平面に対する前記接線ベクトル（（→）Ｔai又は（→）Ｔbi）によってもさらに適切に計算できる。そこで、軌道点を先に説明したのと同じようにしてベクトル演算を経て簡単に確定することができる。図５に単なる例として示した回転ユニット（３５及び３９）を図１に示す制御装置でも同じ目的のために使用できることは言うまでもない。その場合、走査器角度が一致するまで、工作物１５を回転ユニット２５に関して回転させるのと同時に、走査器２を回転ユニット３５に関して回転させるべきである。この目的のために、たとえば、先に詳細に説明したように、走査角に到達するために工作物１５又は走査器２，７，４０のいずれか一方が回転しなければならないであろう回転角を確定でき、そこで、工作物１５は確定された回転角の二分の一だけ回転され、走査器もそれに対応して確定された回転角の二分の一だけ回転される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 回転ユニット２５により工作物を回転させることができる本発明による制御装置の原理図。
【図２】 図１の制御装置による工作物１５の測定プロセスの例を説明するための図。
【図３】 走査器２，７，４０の軌道データ及びそれに付随する回転ユニット２５の回転角を生成するプロセスを示す図。
【図４】 走査器２，７，４０の位置目標値（Ｌai）及び回転ユニット２５の回転角目標値（Ｌαi） を確定するプロセスを示す図。
【図５】 走査ヘッド２を少なくとも１つの回転軸３０に関して移動させることができる本発明による制御装置の別の実施例を示す図。
【図６】 図５の制御装置により工作物３７を測定するときの測定プロセスを示す図。
【図７】 走査器２，７，４０の位置目標値（Ｌbi）及び回転ユニット３５の回転角目標値（Ｌβi） を生成するプロセスを示す図。
【符号の説明】
１…制御装置、２…走査ヘッド、７…走査ボール、１５…工作物、２５，３５，３９…回転ユニット、２９，３０，３１…回転軸、３４，３８…走査すべき線、４０…走査ピン、Ｌai，Ｌbi…位置目標値、Ｌαi，Ｌβi…回転角目標値、（→）Ｍ…好ましい測定方向、（→）Ｎai，（→）Ｎbi…垂直ベクトル、Ｓai，Ｓbi…軌道点、（→）Ｔai，（→）Ｔbi…接線ベクトル。
【発明の属する技術分野】
本発明は、測定すべき工作物の表面に沿って連続的に案内される走査点で所定の測定方向をもって測定する、移動自在に支承された走査ヘッドを有し、少なくとも走査ヘッド及び／又は工作物は付加的に少なくとも１つの回転軸に関して回転自在に支承されている座標測定装置を制御する方法に関する。
なお、本明細書において（→）は本来その後に続く記号の上につくべき記号である。
【０００２】
【従来の技術】
このような方法は従来の技術においては既に多様な形態で知られており、主に、測定すべき歯車の歯元側面のインボリュート歯形を測定できる歯形測定装置に適用される。
たとえば、米国特許第４，８５２，４０２号は、歯車のインボリュート歯形を測定するためのこの種の方法を示す。この目的のために、測定すべき歯車を回転ユニットに装着する。回転ユニットは測定すべき歯車を回転させる。さらに、１つの測定軸で測定を行う走査器が、回転している歯車の測定すべき歯元側面に沿って走行し、それにより、歯元側面が常に同一の好ましい測定方向で走査されるように、案内機構により歯車の歯元側面の形状にならって走査器を案内する。常に好ましい測定方向を維持するために、走査器は歯車の歯元円に対する接線上を通るように案内される。この場合、インボリュートの数学的定義、すなわち、インボリュートが歯車の歯元円への接線に対し常に垂直でなければならないという定義を利用する。
【０００３】
欧州特許第０１３１５３７Ｂ１号には、同様の方法を実施できる歯形測定装置が記載されている。そこに記載されている歯形測定装置は、走査器が歯元側面の走査時に回転するときの中心となる回転軸を有するという点で特に米国特許第４，８５２，４０２号とは異なっている。この場合、走査器は、走査器の測定軸、従って、走査器の好ましい測定方向が常にインボリュート歯車歯形に対し垂直となるように案内される。工作物の回転ユニット並びに走査器の回転ユニット及び走査器の案内機構を制御するために、インボリュートがどの点においても歯車の歯元円への接線に対し垂直であるというインボリュートの数学的特性をも利用する。
【０００４】
スイス特許第６７１２６４Ａ５号は、測定すべき工作物の表面を走査することができ、１つの測定軸をもつ、移動自在に案内される走査器を示す。走査器は、歯車歯形測定用走査器の測定軸の調整を可能にする機構を有する。工作物を測定するために、走査器は数値制御により工作物上の所定の軌道に沿って移動されるように案内され、また、同時に、測定軸は、走査点で走査器が常に工作物表面に対し規定された好ましい測定方向を有するように調整される。当該特許公報には、制御データの生成についての記述はない。
【０００５】
説明される方法又は装置の特徴は、工作物を走査するときに、走査器が工作物を走査する確定された好ましい測定方向を複雑な個別の数学的解法を経て初めて実現できたということの中に見られる。これは、スイス特許第６１７２６４Ａ５号に示されている方法についても同様に当てはまる。そこには、対応する座標測定装置に関する制御データを具体的にどのようにして生成するかは極めて明らかに示されているが、欧州特許第０１３１５３１Ｂ１号又は米国特許第４，８５２，４０２号と同様に数学的な個別の解法を使用するか、あるいは制御データを製図板（ｄｒａｗｉｎｇ ｂｏａｒｄ）」で生成するという点から始めなければならない。
【０００６】
ここで、好ましい測定方向という概念を定義すべきであろう。以下の説明中、好ましい測定方向は、工作物がその目標輪郭形状からはずれたときに走査器が移動されるのが好ましい方向として理解されるべきである。最も単純な走査器の場合、この方向は、走査器が単に移動することができる１つの測定軸により確定される。走査ピンが少なくとも２つの互いに直交する方向に移動できる多軸走査器においては、好ましい測定方向は、走査ピンを工作物表面に押し付ける測定力によって規定される。走査ビームを使用する光学走査器の場合には、好ましい測定方向は走査ビームの方向に対応する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、任意の輪郭形状を測定できる先に述べた種類の方法並びにその方法を実施するための対応する座標測定装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明による方法の基本思想は、請求項１，２及び１２，１３により明らかなように、測定すべき工作物の表面の、工作物表面上の走査器により走査すべき線を規定する点を少なくとも含む幾何データに基づいて、工作物を測定するために特に工作物及び／又は走査器が回転軸に対して回転されるように、測定プロセスを制御するための制御データを生成するというところにある。
【０００９】
従属請求項により定義される態様の本発明による方法は、従来の技術と比較して次のような特別の利点を有する。本発明による方法によれば、異なる輪郭形状に対して個別の異なる解法を探索又は作成する必要なく、少なくとも１つの回転ユニットを利用して、測定すべき工作物の任意の線を測定することができる。さらに、走査器の切替えを行う必要なく工作物の側方輪郭を中断なく測定することができる。
【００１０】
本発明による方法では、回転軸に対し直交する位置にある垂直平面への好ましい測定方向の投影が走査点において工作物表面に対し垂直な垂直ベクトルの垂直平面への投影が十分に規定の走査角を成すように制御データが確定される。
これにより、走査器は回転軸に対し直交する位置にある平面において、走査される各々の点で同一の測定条件を確実に受けるようになる。この場合、測定条件が最適になるという理由により、前記走査角は０°又は１８０°であるのが好ましいであろう。１軸走査器又は走査器に対し固定した走査ビームを利用する対応する光学走査器の場合、これは、測定軸が常に少なくとも回転軸に対し直交する方向に、工作物表面に対し垂直に向いているということを意味する。多軸走査器の場合には、これは、調整される測定力が常に回転軸に対し直交する方向に、工作物表面に対し垂直に向いていることを意味する。
【００１１】
ここで、走査角は点ごとに走査器の適切な回転及び／又は工作物の回転により調整される。第１の実施態様によれば、制御データを計算するために、該当する点の垂直ベクトルの垂直平面への投影が方向の上で固定した好ましい測定方向の垂直平面への投影と走査角を成すまで、純粋にコンピュータの制御の下に、工作物を回転軸に対して回転させる。第２の実施態様においては、好ましい測定方向の投影が垂直ベクトルの垂直平面で、この場合に方向の上で固定した投影に対して前記走査角となるまで走査器を回転させる。同様に、第３の実施態様においては、工作物と走査器の双方を走査角が一致するまで同時に回転させることができるのは言うまでもない。この目的のために、走査角に到達するように、たとえば、工作物が単独で回転しなければならないと考えられる回転角を確定することができ、その場合、工作物は確定された回転角の二分の一だけ回転され、走査器は相応して確定された回転角の二分の一だけ回転される。
対応する回転角を計算するためのプロセスには様々なものがある。
【００１２】
非常に単純な方式では、走査すべき線を規定する点が工作物の回転中心である回転軸と成す角度から直接に回転角を計算することができる。しかし、この方法は、走査すべきどの点においても回転軸までの距離がほぼ一定であるような走査の線にしか適用できないので、この方法の適用範囲はごく限定されている。たとえば、対称軸が回転軸と厳密に一致する円筒に対してこの方法を適用できる。
【００１３】
回転角は、走査すべき線を規定するどの点についても工作物表面に対し垂直な方向を呈する垂直ベクトルからも同様に計算でき、その場合、回転角は前記垂直平面に投影された垂直ベクトルの角度から確定される。この目的のために必要な垂直ベクトルは、多軸走査器を有する座標測定装置の場合、通常は幾何データの一部でもあり、以下にさらに詳細に説明するように、走査ボールを工作物表面に押し付ける測定力を調整するために、座標測定装置の制御装置へ伝送される。ところが、この方法は工作物の幾何学的形状には拘束されなくなってはいるが、前記第１のアライメントを伴う回転軸と平行でないときにのみ垂直ベクトルを使用できるという欠点を有する。たとえば、垂直の回転軸を有する回転ユニットに支承された工作物の水平の上面を測定すべき場合には、垂直ベクトルも同様に垂直方向を向いているので、投影された垂直ベクトルの成す角度は０°である。
【００１４】
従って、特に有利な実施態様においては、走査すべき線を規定する点と点の間に走査線を確定し、さらに、回転角を確定するために、走査線を規定する点において走査線に対する接線ベクトルを確定し、前記垂直平面に投影された接線ベクトルの成す角度から回転角を確定する。これにより、工作物の幾何学的形状並びに走査すべき線には左右されない方法が得られる。
【００１５】
そこで、このようにして確定された回転角を考慮して、走査器によりたどるべき軌道を規定する軌道点をベクトル演算を経て確定することができる。次に、それらの軌道点に基づいて、走査器が確定された最大軌道速度及び確定された最大軌道加速度を上回らず且つ回転ユニットは確定された最大角速度及び確定された最大角加速度を上回らないように、走査器を制御するための位置目標値を確定し、また、付随する回転角に基づいて、回転ユニットの回転角を制御するための回転角目標値を確定する。
【００１６】
説明する方法は、垂直ベクトルの角度が前記第１のアライメントを伴う回転軸に対して変化しない場合に問題なく機能する。ところが、前記の角度が変化する場合には、好ましい測定方向が回転軸に対し直交する方向でのみ垂直ベクトルの対応する成分と確定された走査角を成すので、問題が発生する。この結果、平行な方向に走査角が変化してしまうであろう。この問題を排除するために、いくつかの方法が可能である。第１の方法は、多軸走査器を使用し、走査器により加えられる測定力が常に工作物表面に対し垂直であるように、面垂線に従って測定力を変化させるというものである。
【００１７】
しかしならが、走査器を前記第１のアライメントを伴う回転軸に対し直交する別の回転軸に対して回転自在にすれば、上記の問題を好ましい形で解決できる。この方法によれば、走査器は常に工作物に対して、好ましい測定方向が回転軸に対し直交する方向に前記走査角を与えるばかりでなく、前記垂直ベクトルに対し空間的に一定の角度を成すように走行することができる。この付加的な回転ユニットが回転しなければならない対応する回転角は、先に説明した垂直ベクトルの投影の成す角度から全く同じようにして計算できるか、あるいは、第２の回転軸に対し垂直に位置する垂直平面への前述の接線ベクトルからさらに適切に計算できる。そこで、軌道点を以下に説明するように単純なベクトル演算を経て容易に確定することができる。
本発明の実施形態及びその他の利点は添付の図面及びそれに関連する以下の説明から明白である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１は、走査ボール７を有する走査ピン４０が移動自在に固定されている走査ヘッド２を目標データに従って制御しつつ走行させる本発明による座標測定装置の制御装置１を示す簡単な概略図である。さらに、制御装置１は、回転軸２９に関して回転自在に支承された回転ユニット２５に支承されている工作物１５を目標データに従って走行させる。
【００１９】
次に、座標測定装置の厳密な機能を説明する。座標測定装置の制御装置１は入力インタフェース１０及び送信インタフェース１１を介して評価コンピュータ２０と接続している。コンピュータ２０からは入力インタフェース１０を介して、特に次のようなデータが制御装置１へ伝送される。
ａ）工作物座標系（ＷＫＳ）の位置を座標測定装置の機械座標系（ＭＫＳ）で表わす変換マトリクス（Ｔ）。
ｂ）機械座標系（ＭＫＳ）で使用される、走査ボール７の中心点での座標測定装置の走査ヘッド２の基準点からの位置ずれを表わすベクトル（（→）ｍ）。
ｃ）走査ピン４０又はそれに固定された走査ボール７が走査すべき工作物１５に加えるべき目標測定力（Ｆsoll）の量。
【００２０】
さらに、走査ピン４０又はそれに固定された走査ボール７がたどるべき目標輪郭を表わすために必要である情報も入力インタフェース１０を介して伝送される。それは、たとえば、点の列（Ｐai（ｘ，ｙ，ｚ））である。また、個々の点（Ｐai（ｘ，ｙ，ｚ））の各々に対応する垂直ベクトル（（→）Ｎｉ）があれば、該当する点における測定すべき工作物（１５）の表面に対し垂直な方向を表わすそれらのベクトルを同時に伝送することもできる。
【００２１】
制御装置の最も重要な構成要素は１つ又は複数のマイクロプロセッサである。従って、図１に示す機能ブロックのうちいくつかはハードウェアでは実現されず、それらのマイクロプロセッサのファームウェアの一部である。これは、たとえば、入力インタフェース１０の次にある機能ブロック１１「制御データ変換」についてもいえる。機能ブロック１１「制御データ変換」は、得られた情報から、走査ボール７を工作物１５に対して走行させるための軌道データ（Ｓai）と、工作物１５を回転テーブル２５上で軸２９を中心に回転させるための対応する回転データ（αｉ）とを計算する。それらの軌道データ（Ｓai）と回転データ（αｉ）は変換によって制御系、すなわち、機械座標系（ＭＫＳ）に転換される。
【００２２】
機能ブロック１２「補間」では、制御独自のシステムクロックにより、作成された不連続の、補間の元になるべき軌道データ（Ｓai）並びに回転角データ（αai）を所定のアルゴリズムに従って補間し、たとえば、線形補間するか又はスプラインアルゴリズムに従って補間し、位置目標値（Ｌai）及び回転角目標値（Ｌαi） をそれぞれその後に配置された座標測定装置の３本の測定軸の駆動装置に対する位置調整装置３と、回転ユニット２５の駆動装置１９に対する位置調整装置１８とに伝送する。
位置調整装置で作成された位置目標値は続いてデジタル／アナログ変換され、アナログ調整量として座標測定装置のｘ軸，ｙ軸及びｚ軸に対応する３つの駆動装置４に伝送される。位置調整装置３には、機能ブロック６「測定値検出」を介して座標測定装置の路程測定システム５も接続している。この機能ブロック６は機械位置（ｘｍ，ｙｍ，ｚｍ）、すなわち、機械座標系（ＭＫＳ）における走査ヘッド２の位置の循環測定を行い、座標測定装置の３本の測定軸の位置調整回路を終結させる。
【００２３】
位置調整装置１８で作成された位置目標値は同様にデジタル／アナログ変換され、アナログ調整量として、軸２９に関する回転テーブル位置（αｍ）を調整するための回転ユニット２５の駆動装置１９へ伝送される。同様に、位置調整装置１８には、機能ブロック２２「測定値検出」を介して角度測定システム２１も接続している。この機能ブロック２１は回転テーブル位置（αｍ）の循環検出を行う。
【００２４】
図１の制御装置１は、走査ヘッド２の測定値発生器から出力され、走査ピン４０に固定された走査ボール７が工作物１５と接触して走査器２，７，４０の３つの空間方向への移動を表わす信号を処理する電子回路８をさらに含む。電子回路で形成されたそれらの位置信号は機能ブロック９でデジタル信号に変換され、続いて走査器移動値（ｘＴ，ｙＴ，ｚＴ）に変換される。走査器移動値（ｘＴ，ｙＴ，ｚＴ）は機械位置（ｘｍ，ｙｍ，ｚｍ）及び回転テーブル位置（αｍ）と共に送信インタフェース１７に与えられ、測定結果をコンピュータ２０による計算に使用する。
【００２５】
制御装置１は、走査ヘッド２の走査ピン４０の移動のための駆動装置４をさらに含む。この駆動装置は力発生器、たとえば、リニアモータ又は可動コイル磁石から構成されている。駆動装置は走査ピン４０を所定の信号に従って、３つの空間方向（ｘ，ｙ，ｚ）に移動させる。対応する機能ブロック１３「駆動装置タコ」は、同様に機能ブロック１１から調整すべき測定力（Ｆsoll）の量と方向に関する情報を獲得する。尚、機能ブロック１１は測定力の量に関する伝送された情報（Ｆsoll）と、垂直ベクトル（（→）Ｎｉ）とからこの情報を生成する。説明したケースでは、測定力（（→）Ｆsoll）の方向は常に面垂線（（→）Ｎｉ）の方向にあらかじめ定められている。
【００２６】
さらに、制御装置には、機能ブロック９「Ｄ／Ａ変換器」の出力端子と接続する調整装置１６も設けられている。この場合、調整装置１６は走査ピン偏向値（ｘＴ，ｙＴ，ｚＴ）を監視する。走査ピン偏向値（ｘＴ，ｙＴ，ｚＴ）が規定の限界値を上回ると、この調整装置１６は、走査ヘッドが測定すべき工作物１５から対応する量だけ離れるように動くような妨害量を補間器１２に与える。
【００２７】
回転ユニット２５及びそれに付随するブロック１８，１９，２１及び２２を伴わない制御は、本明細書にも参考として取り入れたことをここに明示する出願人のドイツ特許第４２１２４５５Ｃ２号及び対応する米国特許第５，４７１，４０６号の中に詳細に説明されている。
【００２８】
付加的な回転ユニット２５及びこの回転ユニットに付随する機能ブロックとしては、座標測定技術の分野では既に長年にわたり回転テーブルの概念の下で知られている構成要素がある。これは、たとえば、先に既に挙げた米国特許第４，８５２，４０２号から推察できるし、あるいは、出願人Ｃａｒｌ Ｚｅｉｓｓから「汎用精密センター（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ−Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ−Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ−Ｃｅｎｔｅｒ）」の頭文字である「ＵＰＭＣ」の商品名をもつ座標測定装置の相応する構成要素として入手できる。
【００２９】
機能ブロック１１「制御データ変換」が軌道データ（Ｓai）並びに回転角データ（αｉ）をこの制御装置に対していかに計算するか及び機能ブロック１２「補間」が位置目標値（Ｌai）並びに回転角目標値（Ｌαi） をいかに計算するかの厳密な機能方式を図２から図４を参照しながらさらに詳細に説明する。ここで示す実施形態においては、回転軸２９に対し直交する方向の平面で工作物１５を測定すべきである。工作物１５は、たとえば、タービン羽根である。
【００３０】
図２には、本実施形態による方法に従って走査ボール７の走査点が走行する軌道３２を示す。この場合、軌道は、工作物１５の現在形状が所定の目標形状から外れた場合に走査ボールが移動して行く好ましい測定方向（（→）Ｍ）が走査器２，７，４０の長手方向軸３３と一致するように計算された。好ましい測定方向（（→）Ｍ）は加えられる測定力（（→）Ｆsoll）に対応し、方向のみが異なっている。
【００３１】
これを実現するために、走査ボール７が測定すべき工作物１５の表面を走査するそれぞれの走査点において工作物の表面が好ましい測定方向に対し垂直に位置するように、工作物１５を回転ユニット２５の回転軸２９に対して回転させなければならない。ここで、１５，１５′，１５″，１５″′は工作物１５の任意の個別の回転位置を示し、位置２，２′，２″，２″′は走査器２，７，４０の対応する位置である。次に、走査ヘッド２を走行させる根拠となる位置目標値（Ｌai）と、回転ユニット２５を回転させる根拠となる回転角目標値（Ｌαi） との厳密な計算方式を図３及び図４と関連させてさらに詳細に説明する。
【００３２】
図３から明らかであるように、制御装置１には、当初、コンピュータ２０から幾何データとして工作物１５の表面上における走査すべき線を規定する点（Ｐai）並びに垂直ベクトル（（→）Ｎai）が与えられている。単純にするため、図３には３つの点（Ｐa0，Ｐa1，Ｐa2）しか示されていない。本実施形態の原理を説明するために、ここで指示した点（Ｐai）はごく概略的に示されているにすぎず、実際には点は互いに著しく近接して位置していることを理解すべきである。コンピュータ２０から入力インタフェース１０を介して機能ブロック１１「制御データ変換」に幾何データが伝送された後、機能ブロック１１「制御データ変換」は、工作物１５の表面にわたり走査ボール７の走査点がたどるべき走査線３４をそれらの点（Ｐai）から確定する。このために、たとえば、基準スプラインを経て点（Ｐai）を互いに結ぶことにより、走査線３４を確定する。
【００３３】
次の過程では、確定された走査線３４に対し該当する点（Ｐai）でそれぞれ接する上記の走査線３４に対する接線ベクトル（（→）Ｔai）を確定する。図示した実施形態においては、接線ベクトル（（→）Ｔai）のアライメントは走査点の走行方向に計算されている。
【００３４】
次の過程では、垂直ベクトル（（→）Ｎai）が、規定された好ましい測定方向（（→）Ｍ）に対して０°の角度を成すか又は接線ベクトル（（→）Ｔai）が９０°の角度に保って、点（Ｐai）を回転軸２９に関してコンピュータによって回転させる。図示したケースにおいては、工作物の表面は該当する点（Ｐai）で常に好ましい測定方向（（→）Ｍ）に対し垂直に位置するようになる。各々の点（Ｐai）が回転しなければならない回転角（αｉ）は、この場合、接線ベクトル（Ｔai）の相互の角度（γｉ）から得られる。図３から明らかであるように、接線ベクトル（Ｔa0及びＴa1）が成す角度（γ１）は、点（Ｐa1）が回転軸２９に関して回転されなければならない回転角（α１）に相当しているので、接線ベクトル（Ｔa1）又は垂直ベクトル（Ｎa1）は接線ベクトル（Ｔa0）又は垂直ベクトル（Ｎa0）と同一のアライメントを有する。同様に、点（Ｐa2）に関する回転角（α２）は接線ベクトル（Ｔa0及びＴa1並びにＴa1及びＴa2）の角度（γ１及びγ２）の和から得られる．．．等々となっている。
【００３５】
ここで、回転される点（Ｐai′）は、工作物１５の走査時に走査ボール７の走査点がたどる線を規定する。それらの回転される点（Ｐai′）から、ベクトル演算を経て、走査器２が移動するときに通る軌道の軌道点（Ｓai）を計算することができる。そこで、走査ボール７の走査点（Ｐai）の位置は軌道点（Ｓai）に対して一定の関係にあり、これをここでは見やすくするために図示されていない蓄積ベクトルを介して説明できる。回転される点（Ｐai′）の空間ベクトルにこの蓄積ベクトルを加算することにより、軌道点（Ｓai）を容易に確定することができる。
【００３６】
そのようにして、確定された軌道点（Ｓai）を図４ａに断片的に示し、また、図４ｂにはそれに付随する回転角（αｉ）を示す。計算された軌道点（Ｓai）と回転角（αｉ）は図１に示す機能ブロック１１「制御データ変換」から機能ブロック１２「補間」へ伝送され、そこで、走査器２の軸制御のための位置目標値（Ｌai）を生成すると共に、回転テーブル制御のための回転角目標値（Ｌαi） を生成する。
【００３７】
この目的のために、軌道点（Ｓai）と回転角点（αｉ）をスプラインを経て補間し、その結果、１つの曲線を得る。次の過程では、その曲線、好ましくは、走査器の軌道点（Ｓai）を有する曲線上において位置目標値（Ｌai）を生成する。以下、位置目標値（Ｌai）は軸制御により確定される走査器２，７，４０の位置を規定し、測定実行時に、走査器２，７，４０が一定に規定されたタイミングクロックに従って位置目標値（Ｌai）から次の位置目標値（Ｌai+1）へ移行するように適用される。この場合、位置目標値（Ｌai）は、本明細書にも明示して参考として取り入れた出願人のドイツ特許公開公報第１９５２９５４７Ａ１号に非常に詳細に説明されているように、走査器２，７，４０が最大許容軌道速度を上回らず、同様に最大許容軌道加速度をも上回らないように生成される。
【００３８】
ドイツ特許第１９５２９５４７Ａ１号に記載されている方法とは異なり、ここで説明する方法の場合、該当する位置目標値（Ｌai）に対して回転角目標値（Ｌαi）をさらに確定しなければならない。従って、各々の位置目標値（Ｌai） の確定後、直ちに付随する回転角目標値（Ｌαi） を計算する。この計算は、確定された位置目標値（Ｌai）に対して、この値が２つの隣接する軌道点（Ｓai）及び（Ｓai+1）の間の線を分割するという関係を確定し且つ対応する軌道点に付随する２つの回転角の分割関係に対応して、２つの対応する回転角（αｉ及びαi+1）の間の曲線を対応して分割する対応する回転角目標値（Ｌαi）を引き出すように実行される。このようにして生成された位置目標角（Ｌαi） に関して、新たに導入された位置目標値（Ｌαi） によって生成される角速度が最大値を上回るか否か及び付随する角加速度が最大値を上回るか否かをさらに検査しなければならない。上回った場合には、最大角速度及び最大角加速度に関する条件を守ることができるようになるまで、位置目標値（Ｌai）の間隔を補正しなければならない。そのようにして生成された位置目標値（Ｌai）及び回転角目標値（Ｌαi）に基づいて、先に既に説明したように測定方法を実施することができる。
【００３９】
図５は、本発明による制御装置１の別の実施形態を示す。この実施形態においては、走査器２，７，４０を回転ユニット３５を介して回転軸３０に関して矢印（βｍ）の方向へ回転させることができる。加えて、走査器２，７，４０を矢印（εｍ）に沿って旋回させることができる回転ユニット３９も設けられている。
回転ユニット３５及び旋回ユニット３９の制御は、機能ブロック２３，２４，２５，２６を介して、回転テーブル２５と同様にして行われる。
相応する回転旋回ユニットは、本明細書に同様に明示して参考として取り入れられている出願人の欧州特許第０３１７９６７Ｂ１号又は対応する米国特許第４，８８８，８７７号などに記載されている。
【００４０】
さらに、図５に示す制御装置は、機能ブロック１１「制御データ変換」は軌道点（Ｓbi）及び回転角（βｉ，εｉ）を図１の機能ブロック１１とは別の態様及び方式で確定するという点で異なっている。
次に、図６を参照して、位置目標値（Ｌbi）及び回転角目標値（Ｌβi） を計算する厳密な方式を説明する。
【００４１】
図１の場合と同様に、図６においても、工作物表面上で走査すべき線を規定する前記の点（Ｐbi）はコンピュータ２０を介して入力インタフェース１０を介して機能ブロック１１「補間」へ伝送される。先に説明したプロセスと同じように、スプラインを経て走査線３８を計算し、付随する点（Ｐbi）に対する対応する接線ベクトル（Ｔbi）を確定する。
ここで、図６も本発明による方法を説明するためのごく概略的な図であり、自明のことではあるが、点（Ｐbi）は互いに著しく近接して位置していることに再度注意すべきである。
【００４２】
ここに図示した実施形態では、点（Ｐbi）は走査ボール７により走査すべき点に既に対応している。回転ユニット３５がたどる軌道点（Ｓbi）及び回転ユニット３５が回転しなければならない対応する回転角（βｉ）の計算は次のようにして行われる。
まず、走査ボール７が工作物３７を第１の点（Ｐb0）でここでも同様に０°と設定されている好ましい走査角をもって走査するスタート位置から始める。この場合にも、走査ボール７の走査点と軌道点（Ｓb0）との厳密な位置関係は、一定の長さの適切な蓄積ベクトルを介して表わされる。いずれにせよ、測定プロセスの間、蓄積ベクトルの方向は回転ユニット３５の回転角に対応して絶えず変化する。
【００４３】
軌道点（Ｓbi）及び回転角（βｉ）を確定するために、図１に示した実施形態の場合と同様に、接線ベクトル（（→）Ｔbi）の角度（μｉ）から、各々の点（Ｐbi）において走査ヘッド２，７，４０が回転ユニットに関して回転しなければならない回転角（βｉ）を確定する。これにより、ここで図示した実施形態における好ましい測定方向（（→）Ｍ）は垂直ベクトル（（→）Ｎbi）と、先の場合と同様に０°として規定されている前記の走査角を成す。そこで、ベクトル演算を経て、この回転角を考慮しつつ、新たな軌道点（Ｓbi+1）を確定する。
【００４４】
軌道点を確定する方法としては多様なものが考えられ、たとえば、点（Ｐb0）から点（Ｐb1）への移行に基づく方式を例に挙げて説明する。まず、図１から図４で説明した実施形態と同様に、接線ベクトル（（→）Ｔb0及び（→）Ｔb1）の成す角度（μ１）と等しい対応する回転角（β１）を確定する。第１の走査すべき点（Ｐb0）から出発して、点（Ｐb0）が軌道点（Ｓb0）に関して回転角（β１）だけ回転することにより得られる中間点（Ｐb0′）を計算する。次に、中間点（Ｐb0′）の空間ベクトルと軌道点（Ｓb0）の空間ベクトルとの間に、前記回転角（β１）だけ回転させた本来の蓄積ベクトルに相当する新たな蓄積ベクトルを確定し、そのようにして確定された新たな蓄積ベクトルを点（Ｐb1）の空間ベクトルに加算することにより、新たな軌道点（Ｓb1）を簡単に確定できる。
次に続く軌道点（Ｓb2，Ｓb3等々）の計算も全く同じようにして行われる。
【００４５】
図７ａには、点（Ｐb0〜Ｐb3）に関して、以上説明した方法に従って計算された対応する軌道点（Ｓb0〜Ｓb3）を断片的に示し、図７ｂには、それらの軌道点（Ｓb0〜Ｓb3）に付随する回転ユニット３５の回転角（β０〜β３）を示す。
走査器２，７，４０の走行を制御するための位置目標値（Ｌbi）並びに付随する回転角目標値（Ｌβi） は先に挙げたプロセスと同じようにして計算される。この場合にも、まず、軌道点（Ｓbi）及び回転角（βｉ）において対応する点の間に、対応する曲線の推移を確定するスプラインを挿入する。
【００４６】
次の過程では、位置目標値（Ｌbi）に従って動くときに走査器が最大許容軌道速度並びに最大許容軌道加速度を上回らないように、軌道点（Ｓbi）の間に位置目標値（Ｌbi）を挿入する。新たに挿入された各々の位置目標値（Ｌai）に従って、その位置目標値が２つの付随する軌道点（Ｓbi及びＳbi+1）の間の経路を分割するという関係に対応して、付随する軌道上で回転角に関して対応する回転角目標値（Ｌβi）を取り出し、また、回転角目標値（Ｌβi）に関して、新たに挿入された回転角目標値（Ｌβi） が回転ユニット３５の最大角速度及び回転ユニット３５の最大角加速度に関する必要条件を満たすか否かを検査する。満たさない場合には、軌道曲線に新たに挿入された位置目標値（Ｌbi）を適切に補正しなければならず、双方の曲線において最大速度及び最大加速度に関する必要条件が満たされるまで、方法を同様にして実施しなければならない。
【００４７】
ここで図示する実施形態においては、本発明による方法を説明するための測定は全体として非常に単純な例に基づいて示されていた。１つには、走査すべき線３４、３８は回転軸２９，３０に対し垂直に位置する平面にあり、第２に、工作物表面は、垂直ベクトル（（→）Ｎai，（→）Ｎbi）、接線ベクトル（（→）Ｔai，（→）Ｔbi）並びに好ましい測定方向（（→）Ｍ）が前記第１のアライメントを伴う対応する回転軸２９，３０に対し直交するようになっており、そのため、図示した実施形態に関しては、それらのベクトルを直ちに利用することができる。
【００４８】
ところが、走査すべき線は回転軸２９又は３０の方向に対して変化することもありうる。その場合には、垂直ベクトル（（→）Ｎai，（→）Ｎbi）、接線ベクトル（（→）Ｔai，（→）Ｔbi）並びに好ましい測定方向（（→）Ｍ）の代わりに、回転軸２９，３０に対し直交する位置にある垂直平面への該当するベクトルの投影をそれぞれ使用しなければならない。これらのより一般的なケースについても、位置目標値（Ｌai，Ｌbi）及び回転角目標値（Ｌαi，Ｌβi）は、回転軸に対し直交する位置にある垂直平面への好ましい測定方向（（→）Ｍ）の投影が走査点で工作物表面に対し垂直である垂直ベクトル（（→）Ｎai，（→）Ｎbi）の前記垂直平面への投影と十分に規定された走査角を成すように計算されることになる。
【００４９】
さらに、走査すべき線について、垂直ベクトルと回転軸２９，３０との角度が変化しうることも言うまでもない。そのような走査すべき線でもたどることができるようにするために、好ましい測定方向（（→）Ｍ）を対応して調整しなければならない。
これは、図１及び図５に示すように多軸走査器２，７，４０を使用する場合に起こりうる。この場合、工作物表面に作用する測定力（（→）Ｆsoll）を走査器を介して対応して調整することができる。測定力（（→）Ｆsoll）の調整は、前述のように測定力発生器（機能ブロック１３「駆動装置タコ」を参照）を介して行われるか、あるいは、測定力が走査器独自のばねの戻し力を経て発生される場合に走査ピン４０の対応する移動を介して行われる。
【００５０】
好ましい測定方向（（→）Ｍ）を一定に保持すべき場合には、走査器２，７，４０を別の回転ユニット３９に関して旋回自在にすることもでき、この回転ユニット３９の回転軸３１は他方の回転ユニット３５の回転軸に対し直交している。それらの回転軸を介して、さらに、好ましい測定方向（（→）Ｍ）がそれ以上変化しなくともすむように常に走査器２を調整することができる。この付加的な回転ユニット３９が回転しなければならない対応する回転角は、全く同様に、前述の垂直ベクトル（（→）Ｎai又は（→）Ｎbi）の投影が成す角度から計算できるが、別の回転軸３１に対し垂直に位置する垂直平面に対する前記接線ベクトル（（→）Ｔai又は（→）Ｔbi）によってもさらに適切に計算できる。そこで、軌道点を先に説明したのと同じようにしてベクトル演算を経て簡単に確定することができる。図５に単なる例として示した回転ユニット（３５及び３９）を図１に示す制御装置でも同じ目的のために使用できることは言うまでもない。その場合、走査器角度が一致するまで、工作物１５を回転ユニット２５に関して回転させるのと同時に、走査器２を回転ユニット３５に関して回転させるべきである。この目的のために、たとえば、先に詳細に説明したように、走査角に到達するために工作物１５又は走査器２，７，４０のいずれか一方が回転しなければならないであろう回転角を確定でき、そこで、工作物１５は確定された回転角の二分の一だけ回転され、走査器もそれに対応して確定された回転角の二分の一だけ回転される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 回転ユニット２５により工作物を回転させることができる本発明による制御装置の原理図。
【図２】 図１の制御装置による工作物１５の測定プロセスの例を説明するための図。
【図３】 走査器２，７，４０の軌道データ及びそれに付随する回転ユニット２５の回転角を生成するプロセスを示す図。
【図４】 走査器２，７，４０の位置目標値（Ｌai）及び回転ユニット２５の回転角目標値（Ｌαi） を確定するプロセスを示す図。
【図５】 走査ヘッド２を少なくとも１つの回転軸３０に関して移動させることができる本発明による制御装置の別の実施例を示す図。
【図６】 図５の制御装置により工作物３７を測定するときの測定プロセスを示す図。
【図７】 走査器２，７，４０の位置目標値（Ｌbi）及び回転ユニット３５の回転角目標値（Ｌβi） を生成するプロセスを示す図。
【符号の説明】
１…制御装置、２…走査ヘッド、７…走査ボール、１５…工作物、２５，３５，３９…回転ユニット、２９，３０，３１…回転軸、３４，３８…走査すべき線、４０…走査ピン、Ｌai，Ｌbi…位置目標値、Ｌαi，Ｌβi…回転角目標値、（→）Ｍ…好ましい測定方向、（→）Ｎai，（→）Ｎbi…垂直ベクトル、Ｓai，Ｓbi…軌道点、（→）Ｔai，（→）Ｔbi…接線ベクトル。
Claims (23)
- 測定すべき工作物を所望のデータに従って走査するために座標測定装置を制御する方法であって、前記座標測定装置は移動可能な走査器(７)を有し、その走査器(７)が、工作物(１５，３７)の表面を連続的に走査して、各走査点についての、工作物(１５，３７)の目標形状からの、好ましい測定方向((→)Ｍ)におけるずれを検出し、そして、工作物(１５，３７)および前記走査器(７)の一方が回転軸(２９又は３０)を中心に回転可能にされており、座標測定装置を制御する方法は：
工作物表面上の走査すべき線(３４，３８)を規定する複数の点(Ｐai, Ｐbi)を含む幾何データを準備する過程と、
測定プロセスを制御するための制御データ(Ｌai, Ｌαi; Ｌbi, Ｌβi)を前記幾何データから計算する過程を備え、工作物(１５，３７)および前記走査器(７)の前記一方における対応の回転軸を中心とする回転は、工作物(１５，３７)の各走査点における測定を所定の走査角で行うように、制御をされ、各走査点における走査角が、(ｉ)当該回転軸に直交する垂直平面への、前記好ましい測定方向((→)Ｍ)の投影と、(ii)工作物表面に対して垂直である垂直ベクトル((→)Ｎai，(→)Ｎbi)の、前記垂直平面への投影との間の角度で定まり、
前記制御データを定めるために、走査すべき線を規定する複数の点(Pai, Pbi)のそれぞれにおいて前記走査すべき線に対する接線ベクトル((→)Ｔai, (→)Ｔbi)が確定され、工作物および前記検出器の前記一方の回転角(αi，βi)が、隣接する接線ベクトルそれぞれの前記垂直平面への投影が相互に成す角度(γi, μi)から確定され、
それにより、工作物は、各走査点において前記好ましい測定方向((→)Ｍ)で測定されるように連続的に走査され得る、
ことを特徴とする座標測定装置の制御方法。 - 測定すべき工作物を所望のデータに従って走査するために座標測定装置を制御する方法であって、前記座標測定装置は移動可能な走査器(７)を有し、その走査器(７)が、工作物(１５，３７)の表面を連続的に走査して、各走査点についての、工作物(１５，３７)の目標形状からの、好ましい測定方向((→)Ｍ)におけるずれを検出し、そして、工作物(１５，３７)が回転軸(２９又は３０)を中心に回転可能にされており、座標測定装置を制御する方法は：
工作物表面上の走査すべき線(３４，３８)を規定する複数の点(Ｐai, Ｐbi)を含む幾何データを準備する過程と、
測定プロセスを制御するための制御データ(Ｌai, Ｌαi; Ｌbi, Ｌβi)を前記幾何データから計算する過程を備え、工作物(１５，３７)の回転軸を中心とする回転は、工作物(１５，３７)の各走査点における測定を所定の走査角で行うように、制御をされ、各走査点における走査角が、(ｉ)当該回転軸に直交する垂直平面への、前記好ましい測定方向((→)Ｍ)の投影と、(ii)工作物表面に対して垂直である垂直ベクトル((→)Ｎai，(→)Ｎbi)の、前記垂直平面への投影との間の角度で定まり、
前記制御データを定めるために、工作物の回転角(αi)は、前記走査すべき線を規定する複数の点(Pai)のうちの隣り合う２つの点から工作物(１５)の回転軸(２９)を見込む角度の、前記垂直平面への投影角度から、定められ、
それにより、工作物は、各走査点において前記好ましい測定方向((→)Ｍ)で測定されるように連続的に走査され得る、
ことを特徴とする座標測定装置の制御方法。 - 測定すべき工作物を所望のデータに従って走査するために座標測定装置を制御する方法であって、前記座標測定装置は移動可能な走査器(７)を有し、その走査器(７)が、工作物(１５，３７)の表面を連続的に走査して、各走査点についての、工作物(１５，３７)の目標形状からの、好ましい測定方向((→)Ｍ)におけるずれを検出し、そして、工作物(１５，３７)および前記走査器(７)の一方が回転軸(２９又は３０)を中心に回転可能にされており、座標測定装置を制御する方法は：
工作物表面上の走査すべき線(３４，３８)を規定する複数の点(Ｐai, Ｐbi)を含む幾何データを準備する過程と、
測定プロセスを制御するための制御データ(Ｌai, Ｌαi; Ｌbi, Ｌβi)を前記幾何データから計算する過程を備え、工作物(１５，３７)および前記走査器(７)の前記一方における対応の回転軸を中心とする回転は、工作物(１５，３７)の各走査点における測定を所定の走査角で行うように、制御をされ、各走査点における走査角が、(ｉ)当該回転軸に直交する垂直平面への、前記好ましい測定方向((→)Ｍ)の投影と、(ii)工作物表面に対して垂直である垂直ベクトル((→)Ｎai，(→)Ｎbi)の、前記垂直平面への投影との間の角度で定まり、
前記制御データを定めるために、工作物および前記走査器の前記一方の回転角(αi，βi)は、前記走査すべき線を規定する複数の点(Pai, Ｐbi)で工作物表面に対して垂直である垂直ベクトル((→)Ｎai, (→)Ｎbi)において隣り合う垂直ベクトルを、前記垂直平面へ投影して得られたものの相互間の角度から定められ、
それにより、工作物は、各走査点において前記好ましい測定方向((→)Ｍ)で測定されるように連続的に走査され得る、
ことを特徴とする座標測定装置の制御方法。 - 測定すべき工作物を所望のデータに従って走査するために座標測定装置を制御する方法であって、前記座標測定装置は移動可能な走査器(７)を有し、その走査器(７)が、工作物の表面を連続的に走査して、各走査点についての、工作物の目標形状からの、好ましい測定方向((→)Ｍ)におけるずれを検出し、そして、工作物および前記走査器(７)が何れも対応する回転軸(２９，３０)を中心に回転可能にされており、座標測定装置を制御する方法は：
工作物表面上の走査すべき線(３４，３８)を規定する複数の点(Ｐai，Ｐbi)を含む幾何データを準備する過程と、
測定プロセスを制御するための制御データ(Ｌai, Ｌαi; Ｌbi, Ｌβi)を前記幾何データから計算する過程を備え、工作物および前記走査器(７)における対応の回転軸を中心とする回転は、工作物の各走査点における測定を所定の走査角で行うように、制御をされ、各走査点における走査角が、(ｉ)当該回転軸に直交する垂直平面への、前記好ましい測定方向((→)Ｍ)の投影と、(ii)工作物表面に対して垂直である垂直ベクトル((→)Ｎai，(→)Ｎbi)の、前記垂直平面への投影との間の角度で定まり、
前記制御データを定めるために、走査すべき線を規定する複数の点(Pai, Pbi)のそれぞれにおいて前記走査すべき線に対する接線ベクトル((→)Ｔai, (→)Ｔbi)が確定され、工作物および前記検出器の回転角(αi，βi)が、隣接する接線ベクトルそれぞれの前記垂直平面への投影が相互に成す角度(γi, μi)から確定され、
それにより、工作物は、各走査点において前記好ましい測定方向((→)Ｍ)で測定されるように連続的に走査され得る、
ことを特徴とする座標測定装置の制御方法。 - 測定すべき工作物を所望のデータに従って走査するために座標測定装置を制御する方法であって、前記座標測定装置は移動可能な走査器(７)を有し、その走査器(７)が、工作物の表面を連続的に走査して、各走査点についての、工作物の目標形状からの、好ましい測定方向((→)Ｍ)におけるずれを検出し、そして、工作物および前記走査器(７)が何れも対応する回転軸(２９，３０)を中心に回転可能にされており、座標測定装置を制御する方法は：
工作物表面上の走査すべき線(３４，３８)を規定する複数の点(Ｐai，Ｐbi)を含む幾何データを準備する過程と、
測定プロセスを制御するための制御データ(Ｌai, Ｌαi; Ｌbi, Ｌβi)を前記幾何データから計算する過程を備え、工作物および前記走査器(７)における対応の回転軸を中心とする回転は、工作物の各走査点における測定を所定の走査角で行うように、制御をされ、各走査点における走査角が、(ｉ)当該回転軸に直交する垂直平面への、前記好ましい測定方向((→)Ｍ)の投影と、(ii)工作物表面に対して垂直である垂直ベクトル((→)Ｎai，(→)Ｎbi)の、前記垂直平面への投影との間の角度で定まり、
前記制御データを定めるために、工作物の回転角(αi)は、前記走査すべき線を規定する複数の点(Pai)のうちの隣り合う２つの点から工作物(１５)の回転軸(２９)を見込む角度の、前記垂直平面への投影角度から、定められ、
それにより、工作物は、各走査点において前記好ましい測定方向((→)Ｍ)で測定されるように連続的に走査され得る、
ことを特徴とする座標測定装置の制御方法。 - 測定すべき工作物を所望のデータに従って走査するために座標測定装置を制御する方法であって、前記座標測定装置は移動可能な走査器(７)を有し、その走査器(７)が、工作物の表面を連続的に走査して、各走査点についての、工作物の目標形状からの、好ましい測定方向((→)Ｍ)におけるずれを検出し、そして、工作物および前記走査器(７)が何れも対応する回転軸(２９，３０)を中心に回転可能にされており、座標測定装置を制御する方法は：
工作物表面上の走査すべき線(３４，３８)を規定する複数の点(Ｐai，Ｐbi)を含む幾何データを準備する過程と、
測定プロセスを制御するための制御データ(Ｌai, Ｌαi; Ｌbi, Ｌβi)を前記幾何データから計算する過程を備え、工作物および前記走査器(７)における対応の回転軸を中心とする回転は、工作物の各走査点における測定を所定の走査角で行うように、制御をされ、各走査点における走査角が、(ｉ)当該回転軸に直交する垂直平面への、前記好ましい測定方向((→)Ｍ)の投影と、(ii)工作物表面に対して垂直である垂直ベクトル((→)Ｎai，(→)Ｎbi)の、前記垂直平面への投影との間の角度で定まり、
前記制御データを定めるために、工作物および前記走査器の回転角(αi，βi)は、前記走査すべき線を規定する複数の点(Pai, Ｐbi)で工作物表面に対して垂直である垂直ベクトル((→)Ｎai, (→)Ｎbi)において隣り合う垂直ベクトルを、前記垂直平面へ投影して得られたものの相互間の角度から定められ、
それにより、工作物は、各走査点において前記好ましい測定方向((→)Ｍ)で測定されるように連続的に走査され得る、
ことを特徴とする座標測定装置の制御方法。 - 請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法において、前記制御データを計算するために、走査すべき線を規定する複数の点(Pai, Pbi)の間で走査線(３４，３８)が定められる、ことを特徴とする座標測定装置の制御方法。
- 請求項１〜７の何れか１項に記載の方法において、前記制御データを確定するために、定められた回転角を考慮して、前記走査器が走行すべき軌道を規定する軌道点(Ｓbi)が定められる、ことを特徴とする座標測定装置の制御方法。
- 請求項８に記載の方法において、前記制御データを定めるために、位置目標値(Ｌai, Ｌbi)が前記走査器を制御するため軌道点に基づいて定められ、回転角目標値(Ｌαi, Ｌβi)が回転角を制御するため付随する回転角に基づいて定められ、前記走査器が所定の最大軌道速度及び所定の最大軌道加速度を上回らず且つ回転ユニットが所定の最大角加速度及び所定の最大角速度を上回らないようにされている、ことを特徴とする座標測定装置の制御方法。
- 請求項１〜９の何れか１項に記載の方法において、前記走査器は、前記回転軸に対して直交する他の回転軸(３１)を中心として回転自在であり、制御データは、測定プロセス全体を通して前記好ましい測定方向((→)Ｍ)が垂直ベクトルに対し常に一定の走査角を成すように定められる、ことを特徴とする座標測定装置の制御方法。
- 請求項１〜１０の何れか１項に記載の方法において、前記走査器は、接触型走査器または光学型走査器である、ことを特徴とする座標測定装置の制御方法。
- 測定すべき工作物を所望のデータに従って走査する座標測定装置であって、
工作物(１５，３７)の表面を測定する走査器(７)にして、移動可能に案内されていて、各走査点についての、工作物(１５，３７)の目標形状からの、好ましい測定方向((→)Ｍ)におけるずれを検出する走査器(７)を備え、
工作物又は前記走査器を対応の回転軸(２９，３０)を中心として回転させる回転ユニット(２５，３５)を備え、
測定プロセスを制御するための制御データ(Ｌai, Ｌαi; Ｌbi, Ｌβi)を幾何データから定める制御装置を備え、前記幾何データには工作物表面上の走査すべき線(３４，３８)を規定する複数の点(Ｐai, Ｐbi)が含まれ、前記制御装置によって定められる前記制御データは、工作物(１５，３７)又は前記走査器(７)の対応の回転軸を中心とする回転を、工作物(１５，３７)の各走査点における測定が所定の走査角でなされるように、制御するものであり、各走査点における前記走査角が、(ｉ)当該回転軸に直交する垂直平面への、前記好ましい測定方向((→)Ｍ)の投影と、(ii)工作物表面に対して垂直である垂直ベクトル((→)Ｎai，(→)Ｎbi)の、前記垂直平面への投影との間の角度で定まり、
前記制御データを定めるために、前記制御装置は、走査すべき線を規定する複数の点(Pai, Pbi)のそれぞれにおいて前記走査すべき線に対する接線ベクトル((→)Ｔai, (→)Ｔbi)を確定し、前記工作物又は前記検出器の回転角(αi，βi)が、隣接する接線ベクトルそれぞれの前記垂直平面への投影が相互に成す角度(γi, μi)から確定され、
それにより、工作物は、各走査点において前記好ましい測定方向((→)Ｍ)で測定されるように連続的に走査され得る、
ことを特徴とする座標測定装置。 - 測定すべき工作物を所望のデータに従って走査する座標測定装置であって、
工作物(１５，３７)の表面を測定する走査器(７)にして、移動可能に案内されていて、各走査点についての、工作物(１５，３７)の目標形状からの、好ましい測定方向((→)Ｍ)におけるずれを検出する走査器(７)を備え、
工作物を対応の回転軸(２９，３０)を中心として回転させる回転ユニット(２５，３５)を備え、
測定プロセスを制御するための制御データ(Ｌai, Ｌαi; Ｌbi, Ｌβi)を幾何データから定める制御装置を備え、前記幾何データには工作物表面上の走査すべき線(３４，３８)を規定する複数の点(Ｐai, Ｐbi)が含まれ、前記制御装置によって定められる前記制御データは、工作物(１５，３７)の対応の回転軸を中心とする回転を、工作物(１５，３７)の各走査点における測定が所定の走査角でなされるように、制御するものであり、各走査点における前記走査角が、(ｉ)当該回転軸に直交する垂直平面への、前記好ましい測定方向((→)Ｍ)の投影と、(ii)工作物表面に対して垂直である垂直ベクトル((→)Ｎai，(→)Ｎbi)の、前記垂直平面への投影との間の角度で定まり、
前記制御データを定めるために、前記制御装置によって、工作物の回転角(αi)は、前記走査すべき線を規定する複数の点(Pai)のうちの隣り合う２つの点から工作物(１５)の回転軸(２９)を見込む角度の、前記垂直平面への投影角度から、定められ、
それにより、工作物は、各走査点において前記好ましい測定方向((→)Ｍ)で測定されるように連続的に走査され得る、
ことを特徴とする座標測定装置。 - 測定すべき工作物を所望のデータに従って走査する座標測定装置であって、
工作物(１５，３７)の表面を測定する走査器(７)にして、移動可能に案内されていて、各走査点についての、工作物(１５，３７)の目標形状からの、好ましい測定方向((→)Ｍ)におけるずれを検出する走査器(７)を備え、
工作物又は前記走査器を対応の回転軸(２９，３０)を中心として回転させる回転ユニット(２５，３５)を備え、
測定プロセスを制御するための制御データ(Ｌai, Ｌαi; Ｌbi, Ｌβi)を幾何データから定める制御装置を備え、前記幾何データには工作物表面上の走査すべき線(３４，３８)を規定する複数の点(Ｐai, Ｐbi)が含まれ、前記制御装置によって定められる前記制御データは、工作物(１５，３７)又は前記走査器(７)の対応の回転軸を中心とする回転を、工作物(１５，３７)の各走査点における測定が所定の走査角でなされるように、制御するものであり、各走査点における前記走査角が、(ｉ)当該回転軸に直交する垂直平面への、前記好ましい測定方向((→)Ｍ)の投影と、(ii)工作物表面に対して垂直である垂直ベクトル((→)Ｎai，(→)Ｎbi)の、前記垂直平面への投影との間の角度で定まり、
前記制御データを定めるために、前記制御装置によって、工作物および前記走査器の前記一方の回転角(αi，βi)が、前記走査すべき線を規定する複数の点(Pai, Ｐbi)で工作物表面に対して垂直である垂直ベクトル((→)Ｎai, (→)Ｎbi)において隣り合う垂直ベクトルを、前記垂直平面へ投影して得られたものの相互間の角度から定められ、
それにより、工作物は、各走査点において前記好ましい測定方向((→)Ｍ)で測定されるように連続的に走査され得る、
ことを特徴とする座標測定装置。 - 測定すべき工作物を所望のデータに従って走査する座標測定装置であって、
工作物(１５，３７)の表面を測定する走査器(７)にして、移動可能に案内されていて、各走査点についての、工作物(１５，３７)の目標形状からの、好ましい測定方向((→)Ｍ)におけるずれを検出する走査器(７)を備え、
工作物および前記走査器を平行な２つの回転軸(２９，３０)をそれぞれ中心としてそれぞれ回転させる２つの回転ユニット(２５，３５)を備え、
測定プロセスを制御するための制御データ(Ｌai, Ｌαi; Ｌbi, Ｌβi)を幾何データから定める制御装置を備え、前記幾何データには工作物表面上の走査すべき線(３４，３８)を規定する複数の点(Ｐai, Ｐbi)が含まれ、前記制御装置によって定められる前記制御データは、工作物(１５，３７)および前記走査器(７)の前記２つの回転軸(２９，３０)をそれぞれ中心とする回転を、工作物(１５，３７)の各走査点における測定が所定の走査角でなされるように、制御するものであり、各走査点における前記走査角が、(ｉ)当該回転軸に直交する垂直平面への、前記好ましい測定方向((→)Ｍ)の投影と、(ii)工作物表面に対して垂直である垂直ベクトル((→)Ｎai，(→)Ｎbi)の、前記垂直平面への投影との間の角度で定まり、
前記制御データを定めるために、前記制御装置は、走査すべき線を規定する複数の点(Pai, Pbi)のそれぞれにおいて前記走査すべき線に対する接線ベクトル((→)Ｔai, (→)Ｔbi)を確定し、前記工作物および前記検出器の回転角(αi，βi)が、隣接する接線ベクトルそれぞれの前記垂直平面への投影が相互に成す角度(γi, μi)から確定され、
それにより、工作物は、各走査点において前記好ましい測定方向((→)Ｍ)で測定されるように連続的に走査され得る、
ことを特徴とする座標測定装置。 - 測定すべき工作物を所望のデータに従って走査する座標測定装置であって、
工作物(１５，３７)の表面を測定する走査器(７)にして、移動可能に案内されていて、各走査点についての、工作物(１５，３７)の目標形状からの、好ましい測定方向((→)Ｍ)におけるずれを検出する走査器(７)を備え、
工作物および前記走査器を平行な２つの回転軸(２９，３０)をそれぞれ中心としてそれぞれ回転させる２つの回転ユニット(２５，３５)を備え、
測定プロセスを制御するための制御データ(Ｌai, Ｌαi; Ｌbi, Ｌβi)を幾何データから定める制御装置を備え、前記幾何データには工作物表面上の走査すべき線(３４，３８)を規定する複数の点(Ｐai, Ｐbi)が含まれ、前記制御装置によって定められる前記制御データは、工作物(１５，３７)および前記走査器(７)の前記２つの回転軸(２９，３０)をそれぞれ中心とする回転を、工作物(１５，３７)の各走査点における測定が所定の走査角でなされるように、制御するものであり、各走査点における前記走査角が、(ｉ)当該回転軸に直交する垂直平面への、前記好ましい測定方向((→)Ｍ)の投影と、(ii)工作物表面に対して垂直である垂直ベクトル((→)Ｎai，(→)Ｎbi)の、前記垂直平面への投影との間の角度で定まり、
前記制御データを定めるために、前記制御装置によって、工作物の回転角(αi)は、前記走査すべき線を規定する複数の点(Pai)のうちの隣り合う２つの点から工作物(１５)の回転軸(２９)を見込む角度の、前記垂直平面への投影角度から、定められ、
それにより、工作物は、各走査点において前記好ましい測定方向((→)Ｍ)で測定されるように連続的に走査され得る、
ことを特徴とする座標測定装置。 - 測定すべき工作物を所望のデータに従って走査する座標測定装置であって、
工作物(１５，３７)の表面を測定する走査器(７)にして、移動可能に案内されていて、各走査点についての、工作物(１５，３７)の目標形状からの、好ましい測定方向((→)Ｍ)におけるずれを検出する走査器(７)を備え、
工作物および前記走査器を平行な２つの回転軸(２９，３０)をそれぞれ中心としてそれぞれ回転させる２つの回転ユニット(２５，３５)を備え、
測定プロセスを制御するための制御データ(Ｌai, Ｌαi; Ｌbi, Ｌβi)を幾何データから定める制御装置を備え、前記幾何データには工作物表面上の走査すべき線(３４，３８)を規定する複数の点(Ｐai, Ｐbi)が含まれ、前記制御装置によって定められる前記制御データは、工作物(１５，３７)および前記走査器(７)の前記２つの回転軸(２９，３０)をそれぞれ中心とする回転を、工作物(１５，３７)の各走査点における測定が所定の走査角でなされるように、制御するものであり、各走査点における前記走査角が、(ｉ)当該回転軸に直交する垂直平面への、前記好ましい測定方向((→)Ｍ)の投影と、(ii)工作物表面に対して垂直である垂直ベクトル((→)Ｎai，(→)Ｎbi)の、前記垂直平面への投影との間の角度で定まり、
前記制御データを定めるために、前記制御装置によって、前記工作物および前記走査器の少なくとも一方の回転角(αi，βi)が、前記走査すべき線を規定する複数の点(Pai, Ｐbi)で工作物表面に対して垂直である垂直ベクトル((→)Ｎai, (→)Ｎbi)において隣り合う垂直ベクトルを、前記垂直平面へ投影して得られたものの相互間の角度から定められ、
それにより、工作物は、各走査点において前記好ましい測定方向((→)Ｍ)で測定されるように連続的に走査され得る、
ことを特徴とする座標測定装置。 - 請求項１２〜１７のいずれか１項に記載の座標測定装置において、前記制御データを計算するために、走査すべき線を規定する複数の点(Pai, Pbi)の間で走査線(３４，３８)が定められる、ことを特徴とする座標測定装置。
- 請求項１２〜１８の何れか１項に記載の座標測定装置において、前記制御データを確定するために、定められた回転角を考慮して、前記走査器が走行すべき軌道を規定する軌道点(Ｓbi)が定められる、ことを特徴とする座標測定装置。
- 請求項１９に記載の座標測定装置において、前記制御装置によって、位置目標値(Ｌai, Ｌbi)が前記走査器を制御するため軌道点に基づいて定められ、回転角目標値(Ｌαi, Ｌβi)が回転角を制御するため付随する回転角に基づいて定められ、前記走査器が所定の最大軌道速度及び所定の最大軌道加速度を上回らず且つ回転ユニットが所定の最大角加速度及び所定の最大角速度を上回らないようにされている、ことを特徴とする座標測定装置。
- 請求項１２〜２０の何れか１項に記載の座標測定装置において、前記走査器を、前記回転軸に対して直交する他の回転軸(３１)を中心として回転自在であるように支承する別の回転ユニット(３９)が備えられる、ことを特徴とする座標測定装置。
- 請求項１２〜２１の何れか１項に記載の座標測定装置において、前記制御装置によって、前記制御データは、測定プロセス全体を通して前記好ましい測定方向((→)Ｍ)が垂直ベクトルに対し常に一定の走査角を成すように、定められる、ことを特徴とする座標測定装置。
- 請求項１２〜２２の何れか１項に記載の座標測定装置において、前記走査器は、接触型走査器または光学型走査器である、ことを特徴とする座標測定装置。
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