JP4638732B2

JP4638732B2 - 走査システムの較正方法

Info

Publication number: JP4638732B2
Application number: JP2004518952A
Authority: JP
Inventors: ロバーツマクマートリーデイビッド; マクファーランドジェフリー
Original assignee: Renishaw PLC
Current assignee: Renishaw PLC
Priority date: 2002-07-04
Filing date: 2003-07-04
Publication date: 2011-02-23
Anticipated expiration: 2023-07-04
Also published as: EP2492636B1; EP1535026A1; AU2003253104A1; CN1666085A; GB0215478D0; EP2492636A2; US7254506B2; WO2004005849A1; US20050213108A1; CN1303398C; EP1535026B1; JP2005531780A; EP2492636A3

Description

本発明は、走査システムの較正方法に関するものである。本明細書中における走査システムは、当然のことながらマシンとプローブとの組み合わせをいい、対象物のサイズ、形状、または輪郭に関する情報を得るための対象物の走査に使用可能である。

そのマシンは、例えば、３次元座標測定器（ＣＭＭ）、工作機械、またはロボットなどであり、またプローブは、ワークピース接触スタイラス付の測定プローブ(measuring probe with a workpiece-contacting stylus)である。マシンの１つのタイプは、３つの公称直交方向（Ｘ，Ｙ，Ｚ軸と称される）における機械部分の動きを測定するための測定装置を有し、またプローブの１つのタイプは、３つの公称直交方向（ａ，ｂ，ｃ軸と称される）において、プローブに対するスタイラスの頂部の変位を示す出力を生成するための測定変換器を含む。たとえ、”アナログプローブ”の用語が使用されても、ａ，ｂ，ｃ軸用の出力は、アナログまたはデジタルのいずれかである。

既知のシステムにおいて、測定エラーは、プローブ、機械構造物、およびワークピースの
望ましくない偏位によって生じる。プローブスタイラスのたわみによるエラーは、多くの機械全般に渡って同じであり、プローブ校正によって補正されるであろう。機械構造物の偏位によるエラーは、例えば、機械クイルのたわみ（machine quill bending）や機械ブリッジのねじれ（machine bridge twisting）によって生じ、きわめて多くの機械全般に渡る。これらのエラーは、例えば、カンチレバーの増加に伴って増大する。測定対象物におけるエラーは、プローブによる力の結果として、測定中における対象物の偏位により生じる。

機械の可動範囲の部分は、校正球体（calibration sphere）のような校正製品を用いて、測定エラーのために校正してもよい。しかしながら校正製品は、一般に、機械の可動範囲内において、測定される部分と同じ位置に設置することができず、その代わりに一側に設置される。そして、校正製品にて決定される測定エラーは、その測定される部分上のそれとは異なるであろう。

エラーによって引き起こされる加速に関する機械の補正方法は、既知である。そのような方法の一例は、欧州特許第３，１８５，５５７号に説明されている。その方法において、公称の同一品物の一群からの第１の品物は、その品物上の各基準点の数の各位置に注目して、比較的低速に測定される。測定作業は、同じ各基準点の各位置の測定に注目して、比較的早い速度で繰り返される。各測定における違いは、エラーとして補正テーブルに記される。

その後、各品物の全ては、それぞれの品物上の各点に対応する各位置の各測定値を取得する比較的早い速度で測定され、これらの測定値は、予め記された各エラーを用いて、機械の加速に関して補正される。

エラーの他の補正方法は、国際公開ＷＯ−００／６２０１５に開示されている。この方法において、座標測定装置上に設置されたプローブのスタイラスが駆動されて、所定のスタイラスの偏位が達せられるまで、対象物の表面に、その表面の法線方向に接触する。そして、その機械は、
各機械測定装置およびプローブの各測定変換器の各出力を同時に記録する間に、反転される。この処理は、対象物の表面周りの各基準点の選択のために繰り返される。プローブの偏位が零のときに得られることになる測定値を決定するために、それぞれの測定点の測定値が推定される。この推定値は、プローブが丁度、表面に接触したときに関連する。

そして対象物は、低速度かつ所定のスタイラス偏位で走査される。初期の測定値と、その走査と、の間の各基準点における差は記録される。

各走査は、記録される差の変化が規定された許容誤差を超えるまで、同じスタイラス偏位でより速い速度で繰り返され、その記録される差は、高速走査と初期の測定値との間の差、および定速走査と初期の測定値との間の差である。この許容誤差内に入る最後の速度は、最大走査速度である。基準点における位置エラーのマップは、走査速度、特別な製品、特別なＣＭＭやプローブ、およびスタイラス構成などに関するデータと共に、格納される。各ラジアル方向の間の各角度において各ラジアルエラー（radial errors）を得るために、このマップからの補間が可能であり、そこにおいて実データが得られる（すなわち各基準点）。

この方法は、各基準点の収集ステップに時間がかかるという不都合がある。

本発明は、三次元位置決め装置上の対象物の測定方法を提供するものであって、
三次元位置決め装置上に第１の対象物を置く工程と、
ワークピース接触プローブで前記第１の対象物を測定して、前記第１の対象物の測定データを作成し、前記測定データは多数のスタイラス偏位またはプローブ力で補正される工程と、
前記第１の対象物の表面上の複数のポイントに関して、前記測定データを基に、零のスタイラス偏位または零のプローブ力を推定する工程と、
前記測定データおよび推定データから、エラー関数またはマップを作成する工程と、
その後の対象物を既知のスタイラス偏位または既知のプローブ力で測定する工程と、
その後の前記対象物の測定値に対するエラー補正をするために、前記エラー関数またはマップを用いる工程と、
を任意の適した順序で含む。

用語の測定は、走査プローブか接触トリガープローブを用いて、測定値を得ることを含む。

既知のスタイラス偏位またはプローブ力は、既知の一定の偏位または力、もしくは既知の変化する偏位または力でもよい。

望ましくは、前記ワークピース接触プローブによる第１の対象物の測定工程は、第１の対象物の走査を含む。

第１の対象物は、実質的に同一の各部品が連続する部品、または測定される各部品の連続において類似する外観の製品であってもよい。

望ましくは、第１の対象物は、低速での各測定実行により測定される。そしてエラーマップは、測定力エラーの測定値である。

第１の実施形態において、
第１の対象物は低速で測定され、さらに
プローブが既知のスタイラス偏位または既知のプローブ力を有していて、第１の対象物の測定データを作成するために、ワークピース接触プローブにより第１の対象物を高速で測定する工程と、
前記低速での零のスタイラス偏位または零のプローブ力に対応する推定測定データと、前記高速での測定データと、を比較する工程と、
を含み、
前記エラー関数またはマップは、前記高速での測定データに関する測定データから作成され、
その後の前記対象物は、既知のスタイラス偏位または既知のプローブ力をもって高速で測定される。

第２の実施形態において、
第１の対象物は高速で測定され、さらに、
所定のスタイラス偏位またはプローブ力による前記高速での測定データと、高速での推定された零データと、の差から、第１のエラー関数またはマップを作成する工程と、
第１の対象物の測定データを作成するために、ワークピース接触プローブにより第１の対象物を低速で測定する工程と、
前記所定のスタイラス偏位または既知のプローブ力を用いての低速測定の実行中に作成される測定データに、第１のエラー関数またはマップを適用する工程と、
を含み、
前記エラー関数またはマップは、所定の既知のスタイラス偏位または既知のプローブ力での高速測定中に得られる測定データと、前記低速での零のスタイラス偏位または零のプローブ力に対応する測定データと、の間の差に関する第２のエラー関数またはマップを含み、
その後の対象物は、既知のスタイラス偏位または既知のプローブ力をもって高速で測定される。

本発明の第２の形態は、三次元位置決め装置上の対象物の測定方法を提供するものであって、
三次元位置決め装置上に第１の対象物を置く工程と、
ワークピース接触プローブにより前記第１の対象物を低速で測定して、前記第１の対象物の測定データを作成し、前記測定データは多数のスタイラス偏位またはプローブ力で補正される工程と、
前記第１の対象物の表面上の複数のポイントに関して、前記測定データを基に、前記低速での零のスタイラス偏位または零のプローブ力を推定する工程と、
プローブが既知のスタイラス偏位または既知のプローブ力を有していて、第１の対象物の測定データを作成するために、ワークピース接触プローブにより前記第１の対象物を高速で測定する工程と、
前記での零のスタイラス偏位または零のプローブ力に対応する推定測定データと、前記高速での測定データと、を比較する工程と、
測定データの比較からエラー関数またはマップを作成する工程と、
その後の対象物を既知のスタイラス偏位または既知のプローブ力により高速で測定する工程と、
その後の前記対象物の測定値にエラー補正を加えるために、エラー関数またはマップを用いる工程と、
を含む。

エラー関数またはマップは、プローブが高速で移動することによって生じる測定力エラーおよび動的エラーの両方に対応する。

本発明の第３の形態は、三次元位置決め装置上の対象物の測定方法を提供するものであって、
（ａ）三次元位置決め装置上に第１の対象物を置く工程と、
（ｂ）測定実行のための第１の対象物をワークピース接触プローブにより高速で測定して、第１の対象物の測定データを作成し、前記測定データは多数のスタイラス偏位またはプローブ力で補正される工程と、
（ｃ）前記第１の対象物の表面上の複数のポイントに関して、工程（ｂ）からの前記測定データを基に、高速での零のスタイラス偏位または零のプローブ力に対応するものを推定する工程と、
（ｄ）工程（ｂ）において得られた測定データと、工程（ｃ）における前記高速での推定された零データと、に基づいて、測定力エラーと、スタイラス偏位またはプローブ力と、の関係に関する第１のエラー関数またはマップを作成する工程と、
（ｅ）プローブが既知のスタイラス偏位または既知のプローブ力を有していて、第１の対象物の測定データを作成するために、ワークピース接触プローブにより前記第１の対象物を定速で測定する工程と、
（ｆ）工程（ｅ）にける測定実行中に作成される測定データに、工程（ｄ）の第１のエラー関数またはマップを加えることにより、低速での零のスタイラス偏位または零のプローブ力に対応する第１の対象物の測定データを決定する工程と、
（ｇ）既知のスタイラス偏位またはプローブ力により高速で得られる測定データと、工程（ｆ）において決定される前記低速での零のスタイラス偏位またはプローブ力に対応する測定データと、の関係に関する第２のエラー関数またはマップを作成する工程と、
（ｈ）その後の対象物を既知のスタイラス偏位または既知のプローブ力により高速で測定する工程と、
（ｉ）工程（ｇ）における第２のエラー関数またはマップを用いて、工程（ｈ）において得られた測定値にエラー補正を加える工程と、
を任意の適した順序で含む。

本発明の第４の形態は、三次元位置決め装置上の対象物の測定方法を提供するのもであって、
三次元位置決め装置上に第１の対象物を置く工程と、
第１の対象物をワークピース接触プローブにより測定して、第１の対象物の測定データを作成し、前記測定データは多数のプローブ力で補正される工程と、
前記第１の対象物の表面上の複数のポイントに関して、測定データを基に、零のプローブ力に対応するデータを推定する工程と、
エラー関数またはマップを作成する工程と、
その後の対象物を既知のプローブ力で測定する工程と、
エラーマップを用いて、その後の対象物の測定値にエラー補正を加える工程と、
を含む。

本発明の前記形態のそれぞれにおいて、第１の対象物は、その後の対象物の外観に対応する既知の形状の外観を有する製品を含んでもよく、その方法は、推定された前記第１の対象物の零データと、その既知の形状と、を比較することにより、マシンおよびプローブの幾何学的エラーの関数またはマップを作成する。

本発明の第１のステップにおいて、測定力エラーマップ（measurement force error map）が対象物のために生成される。これは、図１に示されるように、三次元座標測定器（ＣＭＭ）（不図示）のクイル（quill）１２にアナログプローブ（analogue probe）を設置することによって達成される。アナログプローブ１０は、ワークピース接触チップ（workpiece contacting tip）１６付きの偏位可能スタイラス１４を有する。測定される対象物１８はＣＭＭマシンテーブル２０上に設置され、またプローブ１０は、対象物の周りの経路内において、マシンクイル１２によってゆっくりと駆動される。対象物１８は、ある経路に沿って、例えば３００μｍの第１の接触プローブ偏位で第１走査される。そして対象物は、この経路に沿って、１以上の異なる後のプローブ偏位で走査される。例えば、その部分は、２００μｍのプローブ偏位をもって２回目、また１００μｍのプローブ偏位をもって３回目の走査をしてもよい。図２は、対象物１８の代表と、その周りの第１、第２および第３の走査２２、２４および２６から得られる各測定値と、を示す。そして、その対象物１８上の各ポイントは、異なる各プローブ偏位での３つの異なる走査の結果として、異なる３つの測定値Ａ，Ｂ，Ｃをもつことになる。その対象物上の各ポイントに関して、各測定値が推定されて、プローブ偏位が零のときに得られることになる測定値を演算できるようにしてもよい。図３は、対象物の直径に対するプローブ偏位のグラフを示す。実際の対象物の直径は、零のプローブ偏位で示される。零のプローブ偏位の推定ステップは、零のプローブ偏位での測定を許容し、その零のプローブ偏位は、プロービング力のエラー（probing force errors）によって生じる実際の測定値のエラー無しに、決定される。受動プローブ（passive prove）は、この方法における使用に適し、そのようなプローブは、各スプリングに対して偏位可能なスタイラスを構成してもよい。

この情報は、その部分の測定力エラーマップが作成されることを可能にする。その部分の各走査が低速で得られるときには、プローブとマシンのきわめて小さい加速に起因するごくわずかな動的エラーをもたらす。

図４は、プローブ偏位に対するプローブ力の関係を示す。プローブは、零のプローブ力があるときに、零のプローブ偏位があるというようなフックの法則で動作する。

図５は、プローブ偏位に対する半径エラー（radial error）の関係を示す。各ポイントＡ，Ｂ，およびＣは、それぞれプローブ偏位が１００μｍ、２００μｍ、および３００μｍでの半径エラーに関連する。それらの各ポイントを用いて、零のプローブ偏位を推定することにより、零の半径エラーが獲得される。一旦、プローブ偏位と半径エラーに関する関数（function）が決定されると、例えばポイントＰに関して、いくつかのプローブ偏位で得られるその後の測定値は、この関数を用いる零の半径エラーに補正してもよい。プローブ偏位と半径エラーとの間に直線的な関係があるときに、与えられたプローブ偏位での測定値の補正用関数も直線的である。

あるいは、測定力エラー（measurement force error）は、エラーマップの形式であってもよい。これはルックアップテーブルの形式とすることができ、それは、異なる各スタイラス偏位のための異なる各エラー補正をもつ。そのエラーマップは、多項式関数の形式とすることができる。

図６は、走査上の各ポイントに関する各エラー補正（error corrections）を示す。走査上のそれぞれのポイントは、確実なスタイラス偏位のために適用される異なる半径補正（radial correction）３８を有する。その後の対象物が３００μｍのスタイラス偏位で走査３６されたときに、測定力エラー関数またはマップを用いて、このステイラス偏位で得られる測定直径３６を、０μｍの偏位で走査される部分に対応する実際の部分の直径３４に補正してもよい。

この方法は、対象物表面上の各ポイントが、異なるスタイラス偏位に対応する測定データを有して、測定データが零に推定されることを可能とする限りにおいては、それぞれの走査が一定の偏位を有することに限定されない。例えば図１６は、一定偏位で得られる対象物１８周りの第１走査プロフィール（first scan profile）と、正弦波状に変化する偏位で得られる第２走査プロフィール（second scan profile）と、を示す。そして、対象物表面上の各ポイントＰ１，Ｐ２，Ｐ３は、それぞれ、異なるプローブ偏位で得られる２つの測定値を有する。この測定データは、先に説明したように、零に推定されてもよい。

１つの変化する走査プロフィール中に、充分な測定データを収集することも可能である。図１７は、対象物１８の周りの１つの走査プロフィール７０を示し、その走査プロフィール７０は、正弦波状に変化するスタイラス偏位で得られる。図１８は、走査プロフィール７０の一部分を示す。小さい角度７２に渡って、走査プロフィール７０は、異なる各スタイラス偏位で得られる多くのデータポイントを含む。表面の変化が角度７２に渡って小さく（例えば、部分的な偏位および表面の一様性）、角度７２に渡る異なるスタイラス偏位で得られるこれらのデータポイントは、零演算の想定のために用いてもよい。このことは、角度７２に渡って表面プロフィールの変化があるときに、その変化が直線的になることが推定される限りにおいて可能である。

あるいは、異なるプローブ偏位での複数回の対象物の走査に代えて、それぞれの走査のための異なる接触力をもつプローブによって、それを複数回走査してもよい。例えば、スタイラスと対象物との間の０．３Ｎの接触力によって、対象物が第１走査されてもよく。そして対象物に、０．２Ｎの接触力によって２回目、また０．１Ｎの接触力によって３回目の走査をしてもよい。これらの走査は、同一または異なるスタイラス偏位を有してもよい。図７は、対象物１８の代表を示し、それは、実部品の寸法３４と、異なる一定のプローブ力（different constant probe forces）での第１、第２および第３の走査２８，３０，３２によって得られる測定寸法と、をもつ。

先のように、対象物の表面上のポイントに関して、異なるプローブ力での走査に関する３組のデータがある。このデータは想定されて、スタイラスとワークピース（すなわち、実際の製品の寸法）との間の零の力（zero force）によって測定されることになるポイントの決定を可能とする。既に説明したように、エラー関数またはマップは、与えられたプローブ力で得られる各測定値に関連して作成し、零法（zero technique）を推定することによって、零のプローブ力用に決定されて与えられたポイントに関して、各測定値を補正してもよい。与えられたプローブ力でのその後の各測定値は、この測定エラー関数またはマップを用いる各測定力エラーで補正されてもよい。

先の方法のように、変化するプローブ力（すなわち、正弦波状のプロフィールを有する）の１つの走査から、充分なデータを収集して、零演算の推定を行ってもよい。

この方法は、能動型の走査プローブ（active scanning probe）において用いて好適であり、そのプローブにおいて、モータ駆動の機構は、測定されるコンポーネントとの接触力の制御および調節のために用いられる。

対象物は、測定される各部分が連続した部分を含んでもよい。この場合、この部分の測定力エラーマップは、この方法によって作成される。あるいは、対象物は、その後に測定される各部分の外観に対応する外観を有する製品を含んでもよい。これらの外観は、例えば、球体（spheres）、リングゲージ（ring gauges）、プラグゲージ（plug gauges）などである。この製品の使用は、決定される各プロービング力測定エラー（probing force measurement errors）に加えて、各幾何学的エラー（geometric errors）を許容する。各幾何学的エラーは、例えば、マシンスケール（machine scales）の非線形、または直線ではないマシン軸（machine axes）のようなマシンとプローブのエラーである。製品の外観の形状は既知であるので、それらは、マシンおよびプローブの各幾何学的エラーを補正するために用いてもよい。これは、想定された製品の零データと、製品の既知の形状と、を比較し、そして幾何学的エラーマップを作成して、その後の部分を補正することによって、行ってもよい。

この方法は、プロービング力測定エラーに起因するエラーと、幾何学的エラーと、を分けることができるという利点を有する。このことは、例えば、もしも４００μｍの偏位を伴う走査からの測定データが製品の既知の形状と比較されるならば、実情ではないかもしれない。この場合、プロービング力測定エラーと幾何学的エラーは、１つの補正値に組み合わされ、それらを分けることはできないであろう。

測定力エラー（measurement force errors）と幾何学的エラーとを分けるための補正方法は、測定の対象物の偏位に起因するエラーを考慮するという利点を有する。低剛性および／または薄壁の対象物は、測定される間のプロービング力（probing force）によって偏位されるかもしれない。

図８は、測定される外観５０を示し、それは低剛性を有する。その外観がプローブ１０に接触したときに、図９および図１０に示されるように、外観はプローブから離れるように偏位する。その外観の偏位は、力Ｆにより測定される直径が、実際の直径よりも小さく現れることを引き起こす。図１１は、外観の実際の直径５２と、プローブ力Ｆを用いて測定された直径５４と、を示す。同様に、リング（ring）の内径は、同様の理由により、その実際の直径よりも大きく現れるであろう。零のプローブ偏位または零のプローブ力のときに、外観は零偏位となるであろう。したがって、本発明の方法によって作成された測定力エラー関数またはマップは、この零ステップ（zero step）を想定することによって、これらのエラーを考慮する。

本発明の第２ステップにおいて、システムの動的エラーが決定される。動的エラーは、例えば、加速に起因するマシンの曲がりによって生じることがある。上述したように、測定力エラー関数またはマップが一度作成されれば、対象物は高速で走査される。高速走査は、上記のように、一定のプローブ偏位または一定の力のいずれかで実行される。さらに高速走査は、好ましくは、一定の速度で実施される。この高速走査による測定データは、対象物の実際の直径に関する低速走査によって補正され測定力エラーと比較され、その測定力エラーは、記述したように本発明の第１ステップにおいて作成される。動的エラー関数またはマップは、高速走査と、低速走査により補正された測定データと、の比較によって作成される。この動的エラーは、高速で得られる後の走査の補正に用いられる。

その後の走査は、動的エラー関数がエラーを偏位や力に関係付けるときの最初の高速走査と同じスタイラス偏位またはプローブ力をもつ必要はない。しかしながら、その後の走査のために同様の高い速度を用いることが望ましい。

図１２は、高速走査４０の間に得られる測定値と、既に説明したように低速走査を補正する測定力エラーによって作成された対象物の実際の直径４２と、を示す。

動的エラーマップは、全体の概観マップ（total feature map）を作成するために、測定力エラーマップや関数に組み合わされる。これは、部分周りの各動的エラー補正ベクトル（dynamic error correction vectors）に対して、図６に示される部分周りの各測定力エラー補正ベクトル（measurement force error correction vectors）３８を加えることによって行なわれて、図１２に示される複合補正ベクトル（combined correction vectors）４４を作成する。

この方法は、異なるプローブ偏位や異なる力での対象物の走査によって測定誤差が決定されるので、測定誤差は、対象物の表面上の全てのポイントについて分かるという利点を有する。したがって補間法は必要ない。

本発明の第２の実施形態においては、測定力エラーと動的エラーとを組み合わせて決定してもよい。このような方法は、図１３および１４を参照しつつ説明する。

第１ステップにおいて、対象物は、例えば２００μｍの第１の偏位をもって、例えば１０ｍｍ／ｓの低速で走査される。図１３は、その低速走査Ｓ１のプロフィールを示す。そして対象物は、同じ経路に沿って、例えば１００ｍｍ／ｓの高速で、例えば１００μｍの第２の偏位をもって走査される。図１３は、その高速走査Ｆ１のプロフィールを示す。そして対象物は、同じ経路に沿って、１００ｍｍ／ｓの高速で、２００μｍの第１の偏位をもって走査される。図１３は、その高速走査Ｆ２のプロフィールを示す。

図１４は、対象物周りのＳ１，Ｆ１，およびＦ２の各走査プロフィールの位置を示す。Ｆ１およびＦ２は、同じ高速（１００ｍｍ／ｓ）であるが異なる偏位（それぞれ１００μｍおよび２００μｍ）の走査のプロフィールである。零の偏位を想定することにより、零の偏位をもつ高速（１００ｍｍ／ｓ）の走査に関しての対象物のプロフィールを決定することができる。このプロフィールは、図１４上にＨＳＺＤとして示される。そして、Ｆ２の走査の偏位に起因するエラーが決定される。この偏位エラーは、図１４上にｅ１として示される。

走査Ｓ１およびＦ２は、同じプローブ偏位（２００μｍ）をもって実行されるので、偏位エラーｅ１は、零の偏位をもつ低速での走査に対応するプロフィールを検出するために、走査Ｓ１のプロフィールに適用してもよい。このプロフィールは、図１４上にＬＳＺＤとして示され、対象物の表面に対応する。

そしてＬＳＺＤは、ベースライン（base line）として用いられる。そして、ＬＳＺＤのベースラインと、Ｆ２の走査と、の間のエラーが決定される。これは、図１４上にラベルされたｅ２である。エラーｅ２は、補正マップや関数として格納してもよい。

そして、その後の対象物は、走査Ｆ２に対応する速度と偏位で検出し、補正マップや関数を用いて補正してもよい。

この方法は、偏位測定プローブ（deflection-measuring probe）よりも、力測定プローブ（force-measuring probe）と共に用いてもよい。この場合、走査Ｓ１およびＦ２は第１のプローブ力をもって実行され、走査Ｆ１は、第２のプローブ力をもって実行される。そして、２つの高速走査は、高速の零力プロフィール（high speed zero force profile）を決定するために零力（zero force）に推定されるべきであり、Ｆ２の走査の力に起因するエラーを決定してもよい。

Ｓ１，Ｆ１およびＦ２の走査中における対象物の測定は、接触トリガープローブ（touch trigger probe）よりも走査プローブ（scanning probe）を用いることによって、決定してもよい。接触トリガープローブは、それが確実な力でトリガーするように、電気的に負荷をかけてもよい。そして、Ｓ１およびＦ２の走査中に、プローブに負荷がかけられて第１の力でトリガーし、またＦ１の走査中に、プローブに負荷がかけられて第２の力でトリガーし、２つの高速走査を零の力の推定ができるようにする。

低速走査Ｓ１に関しては、高速走査Ｆ１のときと同じスタイラス偏位やプローブ力をもつことは必要ない。それは、スタイラス偏位／プローブ力と、測定エラーと、の関係は、走査Ｆ１およびＦ２に基づいて高速で決定されるからであり、低速での任意のスタイラス偏位／プローブ力との比較をも可能とする。

本発明の第３の実施形態は、図１５を参照しつつ説明される。プローブのスタイラス１０は、所定のスタイラス力に達するまで、対象物の表面の法線方向における経路４６に沿って、対象物の表面に接触するように駆動される。このステップは、複数の異なる所定スタイラス力に関して、同じ経路に沿って繰り返される。この経路に沿う測定データは、推定に用いられて、スタイラスとワークピースとの間の零の力によって測定されることになるポイントが決定できるようにする。これは、通常の対象物測定である。

この処理は、対象物の表面周りの各基準点の選択のために、繰り返される。これらの基準点のそれぞれからのデータは、先に説明したようなエラーマップの作成に用いられて、その後の測定値を補正する。各基準点間における対象物の表面の測定値は、各測定点間のエラーマップの補間によって補正される。

本発明の好適な実施形態は、添付図面を参照しつつ、説明されるであろう。
三次元測定マシン上に設置されたアナログプローブの概略図である。対象物の周りにおけるいくつかの異なる一定スタイラス偏位走査の概略図である。対象物の直径に対するプローブ偏位を示すグラフである。プローブ偏位に対するプローブ力を示すグラフである。プローブ偏位に対する半径エラーを示すグラフである。静的な補正ベクトルの概略説明図である。対象物の周りにおけるいくつかの異なる一定力走査の概略説明図である。測定力によって偏位される外観の概略説明図である。測定力によって偏位される外観の概略説明図である。測定力によって偏位される外観の概略説明図である。低剛性をもつ外観の実際の直径と測定直径とを示す図である。動的な補正ベクトルの概略説明図である。本発明の第２の実施形態の方法中における走査プロフィールの説明図である。図１３の走査プロフィールの一部を示す図である。本発明の第３の実施形態により測定されるワークピースの説明図である。対象物の周りにおける正弦波状変化のスタイラス偏位による走査の概略説明図である。対象物の周りにおける唯一の正弦波状変化のスタイラス偏位による走査の概略説明図である。図１７の走査プロフィールの部分の説明図である。

Claims

三次元位置決め装置上の対象物の測定方法であって、前記装置はワークピース接触スタイラス付きのワークピース接触プローブを有し、前記ワークピース接触スタイラスは、それが対象物に接触したときにプローブ力に抗して偏位可能であり、
前記測定方法は、
三次元位置決め装置上に第１の対象物を置く工程と、
前記ワークピース接触プローブで前記第１の対象物を測定して、前記第１の対象物の測定データを作成し、前記測定データは、スタイラス偏位またはプローブ力の多数の値で補正される工程と、
前記第１の対象物の表面上の複数のポイントに関して、前記測定データを基に、零のスタイラス偏位または零のプローブ力に対応する推定測定データを推定する工程と、
前記測定データおよび前記推定測定データから、エラー関数またはマップを作成する工程と、
前記第１の対象物の測定後に測定対象となる後続の対象物を既知のスタイラス偏位または既知のプローブ力で測定する工程と、
前記後続の対象物の測定値に対するエラー補正をするために、前記エラー関数またはマップを用いる工程と、
を含むことを特徴とする方法。
前記ワークピース接触プローブによる前記第１の対象物の測定、および前記スタイラス偏位またはプローブ力の多数の値での前記測定データの補正の工程は、前記第１の対象物の走査を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
前記第１の対象物の測定は第１の速度で行い、さらに
前記第１の対象物の測定データを作成するために、前記ワークピース接触プローブにより前記第１の対象物を第２の速度で測定する工程であって、前記第２の速度は前記第１の速度よりも速く、また当該測定中に、前記ワークピース接触プローブは既知のスタイラス偏位または既知のプローブ力で操作される工程と、
前記第１の速度での零のスタイラス偏位または零のプローブ力に対応する前記推定測定データと、前記第２の速度での測定データと、を比較する工程と、
を含み、
前記推定測定データから作成される前記エラー関数またはマップは、前記第２の速度で測定された前記測定データのエラーを補正し、
前記後続の対象物は、既知のスタイラス偏位または既知のプローブ力をもって前記第２の速度で測定される
ことを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の方法。
前記第１の対象物の測定は第２の速度で行い、さらに、
所定のスタイラス偏位またはプローブ力による前記第２の速度での測定データと、前記第２の速度での推定測定データと、の差から、第１のエラー関数またはマップを作成する工程と、
前記第１の対象物の測定データを作成するために、前記ワークピース接触プローブにより前記第１の対象物を、前記第２の速度よりも遅い第１の速度で測定する工程と、
前記第１の速度での低速測定の実行中に作成される測定データに、前記第１のエラー関数またはマップを適用する工程と、
を含み、
前記エラー関数またはマップは、所定の既知のスタイラス偏位または既知のプローブ力をもって前記第２の速度での測定中に得られる測定データと、前記第１の速度での零のスタイラス偏位または零のプローブ力に対応する推定測定データと、の間の差に関する第２のエラー関数またはマップを含み、
前記後続の対象物は、既知のスタイラス偏位または既知のプローブ力をもって前記第２の速度で測定される
ことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の方法。
三次元位置決め装置上の対象物の測定方法であって、前記装置はワークピース接触スタイラス付きのワークピース接触プローブを有し、前記ワークピース接触スタイラスは、それが対象物に接触したときにプローブ力に抗して偏位可能であり、
前記測定方法は、
前記三次元位置決め装置上に第１の対象物を置く工程と、
前記ワークピース接触プローブにより前記第１の対象物を第１の速度で測定して、前記第１の対象物の測定データを作成し、前記測定データは、スタイラス偏位またはプローブ力の多数の値で補正される工程と、
前記第１の対象物の表面上の複数のポイントに関して、前記測定データを基に、前記第１の速度で零のスタイラス偏位または零のプローブ力をもって得られる測定値に対応する推定測定データを推定する工程と、
前記第１の対象物の測定データを作成するために、前記ワークピース接触プローブにより前記第１の対象物を第２の速度で測定する工程であって、前記第２の速度は前記第１の速度よりも速く、また当該測定中に、前記ワークピース接触プローブは既知のスタイラス偏位または既知のプローブ力で操作される工程と、
前記第１の速度での零のスタイラス偏位または零のプローブ力に対応する前記推定測定データと、前記第２の速度での測定データと、を比較する工程と、
前記測定データの比較からエラー関数またはマップを作成する工程と、
前記第１の対象物の測定後に測定対象となる後続の対象物を既知のスタイラス偏位または既知のプローブ力により前記第２の速度で測定する工程と、
前記後続の対象物の測定値にエラー補正を加えるために、前記エラー関数またはマップを用いる工程と、
を含むことを特徴とする方法。
三次元位置決め装置上の対象物の測定方法であって、前記装置はワークピース接触スタイラス付きのワークピース接触プローブを有し、前記ワークピース接触スタイラスは、それが対象物に接触したときにプローブ力に抗して偏位可能であり、
前記測定方法は、
（ａ）前記三次元位置決め装置上に第１の対象物を置く工程と、
（ｂ）測定実行のための前記第１の対象物を前記ワークピース接触プローブにより第２の速度で測定して、前記第１の対象物の測定データを作成し、前記測定データは、スタイラス偏位またはプローブ力の多数の値で補正される工程と、
（ｃ）前記第１の対象物の表面上の複数のポイントに関して、工程（ｂ）からの前記測定データを基に、前記第２の速度で零のスタイラス偏位または零のプローブ力をもって得られる測定値に対応する推定測定データを推定する工程と、
（ｄ）工程（ｂ）において得られた測定データと、工程（ｃ）における前記第２の速度での零のスタイラス偏位または零のプローブ力に対応する推定測定データと、に基づいて、測定エラーと、スタイラス偏位またはプローブ力と、の関係に関する第１のエラー関数またはマップを作成する工程と、
（ｅ）前記第１の対象物の測定データを作成するために、前記ワークピース接触プローブにより前記第１の対象物を第１の速度で測定する工程であって、前記第の速度は前記第２の速度よりも遅く、また当該測定中に、前記ワークピース接触プローブは既知のスタイラス偏位または既知のプローブ力で操作される工程と、
（ｆ）工程（ｅ）における測定実行中に作成される測定データに、工程（ｄ）の第１のエラー関数またはマップを加えることにより、前記第１の速度での零のスタイラス偏位または零のプローブ力に対応する前記第１の対象物の測定データを決定する工程と、
（ｇ）既知のスタイラス偏位またはプローブ力により前記第２の速度で得られる測定データと、工程（ｆ）において決定される前記第１の速度での零のスタイラス偏位または零のプローブ力に対応する測定データと、の関係に関する第２のエラー関数またはマップを作成する工程と、
（ｈ）前記第１の対象物の測定後に測定対象となる後続の対象物を既知のスタイラス偏位または既知のプローブ力により前記第２の速度で測定する工程と、
（ｉ）工程（ｇ）における第２のエラー関数またはマップを用いて、工程（ｈ）において得られた測定値にエラー補正を加える工程と、
を含むことを特徴とする方法。
三次元位置決め装置上の対象物の測定方法であって、前記装置はワークピース接触スタイラス付きのワークピース接触プローブを有し、前記ワークピース接触スタイラスは、それが対象物に接触したときにプローブ力に抗して偏位可能であり、
前記測定方法は、
（ａ）前記三次元位置決め装置上に第１の対象物を置く工程と、
（ｂ）前記第１の対象物を前記ワークピース接触プローブにより第１の速度で測定して、前記第１の対象物の測定データを作成し、前記測定データは、スタイラス偏位またはプローブ力の多数の値で補正される工程と、
（ｃ）前記第１の対象物の表面上の複数のポイントに関して、前記測定データを基に、零のスタイラス偏位または零のプローブ力に対応する推定測定データを推定する工程と、
（ｄ）前記ワークピース接触プローブにより、前記第１の速度よりも高速あるいは低速の第２の速度で前記第１の対象物を測定して、前記第１の対象物の測定データを作成する工程と、
（ｅ）前記第１の速度で得られた前記第１の対象物の推定測定データと、前記第２の速度で得られた前記第１の対象物の測定データと、を用いて、零のプロービング力エラーと零の動的エラーに対応する前記第１の対象物の測定値を決定する工程と、
（ｆ）零のプロービング力エラーと零の動的エラーに対応する前記第１の対象物の工程（ｅ）の測定値と、前記第１の速度での規定のスタイラス偏位またはプローブ力による前記第１の対象物の測定データと、を関係付けるエラー関数またはエラーマップを作成する工程と、
（ｇ）前記第１の対象物の測定後に測定対象となる後続の対象物を既知のスタイラス偏位または既知のプローブ力により前記第１の速度で測定する工程と、
（ｈ）前記エラー関数またはマップを用いて、前記後続の前記対象物の測定値にエラー補正を加える工程と、
を含むことを特徴とする方法。
ワークピース接触スタイラス付きのワークピース接触プローブを有し、前記ワークピース接触スタイラスは、それが対象物に接触したときにプローブ力に抗して偏位可能な位置決め調整装置であって、
請求項１から７のいずれかに記載の方法を実行するように構成されることを特徴とする装置。