JP6491698B2 - 三次元測定ユニット及び測定プローブの識別方法 - Google Patents

三次元測定ユニット及び測定プローブの識別方法 Download PDF

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Description

本発明は、三次元測定ユニット及び測定プローブの識別方法に係り、特に、多数の測定プローブを効率的に識別可能とする三次元測定ユニット及び測定プローブの識別方法に関する。
被測定物の表面の形状を検出する測定プローブは、三次元測定装置本体だけでなく、工作機械などの本体に接続されて、被測定物の三次元形状を測定するためのユニット（三次元測定ユニットと称する）として機能する。それぞれの本体に取り付けられた測定プローブは、最初に、それぞれの本体に接続された処理装置で認識される。それから、その測定プローブによって被測定物の表面の形状が検出されることとなる。特許文献１に記載されているように、従来、測定プローブの機種毎に特定の抵抗値を有する抵抗器を備えて、その抵抗値を測定することで、その測定プローブの機種の識別がなされている。具体的には、定電流源からの電流をその抵抗器に流し、その抵抗器で発生する電位差を測定することで、その抵抗値を測定して、その抵抗値から測定プローブがどの機種であるかを特定する。即ち、測定プローブが抵抗器を備えることで、測定プローブの識別を極めて簡単に行うことが可能である。
特表昭６２−５０２５６９号公報
しかしながら、実際に各抵抗器の抵抗値及びその抵抗値の検出側の回路には誤差があり、実用的な各測定プローブに割り当てられる抵抗器の数には限度がある。しかも、従来の測定プローブに割り当てられた抵抗値は、従来の測定プローブを全く使用しない状態とならない限りにおいて、新たな測定プローブに割り当てることができない。つまり、従来の抵抗値の割り当てを行う手法をそのまま、新たな多数の測定プローブに適用することは困難となるおそれがあった。
本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、多数の測定プローブを効率的に識別可能な三次元測定ユニット及び測定プローブの識別方法を提供することを課題とする。
本願の請求項１に係る発明は、測定プローブと、該測定プローブの出力に基づいて被測定物の形状座標を演算する処理装置と、を備える三次元測定ユニットにおいて、前記測定プローブが第１識別コードを有し、前記処理装置が、該測定プローブから出力される該第１識別コードが特定コードと適合するかどうかの判定を行う第１判定部と、該第１判定部で該第１識別コードが該特定コードと適合し且つ前記測定プローブが更に第２識別コードを有した際には、該測定プローブから出力される該第２識別コードを特定して該測定プローブを識別する後段判定部と、前記第１識別コードが前記特定コードと適合しない際には、前記第１識別コードの特定を行い、前記測定プローブを識別する第２判定部と、を備えたことにより、前記課題を解決したものである。
本願の請求項２に係る発明は、前記処理装置に、更に、前記第１識別コードが前記特定コードと適合する際には前記第１判定部に該第１識別コードを出力し、該第１識別コードが該特定コードと適合しない際には前記第２判定部に該第１識別コードを出力するセレクタユニットを備えるようにしたものである。
本願の請求項３に係る発明は、前記第１識別コードを、前記測定プローブからアナログデータとして出力するようにしたものである。
本願の請求項４に係る発明は、前記第２識別コードを、前記測定プローブからデジタルデータとして出力するようにしたものである。
本願の請求項５に係る発明は、前記処理装置に、前記第１判定部で前記第１識別コードが前記特定コードと適合した際には、前記測定プローブに前記第２識別コードの出力要求を送信し、該測定プローブから該第２識別コードを出力させる通信部を備えるようにしたものである。
本願の請求項６に係る発明は、前記測定プローブに、前記被測定物を検出する測定子を有するスタイラスモジュールと、該スタイラスモジュールを支持するプローブ本体と、を備え、前記第２識別コードに、前記プローブ本体の固有情報と前記スタイラスモジュールの固有情報とを備えるようにしたものである。
本願の請求項７に係る発明は、前記固有情報にそれぞれ、全体並びに個別要素の種類、形状、重さ、及び重心のうちの少なくとも１つの情報を有するようにしたものである。
本願の請求項８に係る発明は、更に、前記固有情報にそれぞれ、製造元情報を有するようにしたものである。
本願の請求項９に係る発明は、前記プローブ本体の前記固有情報に、該プローブ本体が複数のモジュールに分離可能とされている場合には、更に、該複数のモジュールに関する情報を有するようにしたものである。
本願の請求項１０に係る発明は、前記スタイラスモジュールの前記固有情報に、該スタイラスモジュールが前記測定子を支持するステム部を備える場合には、更に、該ステム部に関する情報を有するようにしたものである。
本願の請求項１１に係る発明は、更に、前記測定プローブの較正情報を記憶する記憶部を備え、前記処理装置で、識別された前記測定プローブに対応する前記較正情報を該記憶部から読み出し、該較正情報を用いて前記形状座標の演算を行うようにしたものである。
本願の請求項１２に係る発明は、前記処理装置に、識別される前記測定プローブの数に対応する数の前記後段判定部を備えるようにしたものである。
本願の請求項１３に係る発明は、測定プローブの出力に基づいて被測定物の形状座標を演算する三次元測定ユニットにおける測定プローブの識別方法において、前記測定プローブから出力される該測定プローブの有する第１識別コードが特定コードと適合するかどうかの判定を行う工程と、該判定により該第１識別コードが該特定コードと適合し且つ前記測定プローブが更に第２識別コードを有した際には、該測定プローブから出力される該第２識別コードを特定して該測定プローブを識別する工程と、前記判定により前記第１識別コードが前記特定コードと適合しない際には、前記第１識別コードの特定を行うことで前記測定プローブを識別する工程と、を含むことにより、同様に前記課題を解決したものである。
本願の請求項１４に係る発明は、前記判定により前記第１識別コードが前記特定コードと適合した際には、前記測定プローブに前記第２識別コードの出力要求をし、該測定プローブから該第２識別コードを出力させる工程を含むようにしたものである。
本発明によれば、多数の測定プローブを効率的に識別可能となる。
本発明の実施形態に係る三次元測定装置の一例を示す模式図 図１の三次元測定装置の測定プローブの認識に関わるブロック図 図２の測定プローブのプローブ本体のブロック図 図３の記憶部の構成を示す模式図 図２の処理装置のセレクタユニットのブロック図 図２の処理装置のプローブ信号処理Ｉ／Ｆ部のブロック図 図１の三次元測定装置において測定プローブを接続した際の測定プローブの識別手順の一例を示すフロー図 プローブ信号処理Ｉ／Ｆ部のマスタＩ／Ｆ部における、図７の第２識別コードを特定する手順の一例を示すフロー図 プローブ信号処理Ｉ／Ｆ部のスレーブＩ／Ｆ部における、図８のマスタＩ／Ｆ部以降の第２識別コードを特定する手順の一例を示すフロー図
以下、図面を参照して、本発明の実施形態の一例を詳細に説明する。
本発明の実施形態に係る三次元測定装置について、図１〜図９を参照して説明する。
最初に、図１に示す三次元測定装置（三次元測定ユニット）１００の全体構成を説明する。
三次元測定装置１００は、図１に示す如く、測定プローブ３００と、測定プローブ３００を移動させる三次元測定装置本体２００と、手動操作するジョイスティック１１１を有する操作手段１１０と、測定プローブ３００の出力に基づいて被測定物Ｗの形状座標を演算する処理装置４００と、を備える。
次に、三次元測定装置１００の各構成要素について説明する。
前記三次元測定装置本体２００は、図１、図２に示す如く、定盤２１０と、駆動機構２２０と、測定プローブ３００（３０１）と、を備えている。駆動機構２２０は、図１、図２に示す如く、定盤２１０に立設されて測定プローブ３００（３０１）を保持し三次元的に移動させるＸ軸駆動機構、Ｙ軸駆動機構及びＺ軸駆動機構（いずれも図示せず）を備える。
具体的に、駆動機構２２０は、図１に示す如く、装置座標系のＹｍ方向に移動可能なビーム支持体２２１と、ビーム支持体２２１に橋渡しされたビーム２２２と、ビーム２２２上で装置座標系のＸｍ方向に移動可能なコラム２２３と、コラム２２３で装置座標系のＺｍ方向に移動可能なスピンドル２２４と、を備えている。そして、Ｘ軸駆動機構、Ｙ軸駆動機構、及びＺ軸駆動機構がそれぞれ、ビーム２２２とコラム２２３との間、定盤２１０とビーム支持体２２１との間、及びコラム２２３とスピンドル２２４との間に設けられている。なお、スピンドル２２４の端部にプローブヘッド２２５が取り付けられ、その端部に測定プローブ３００（３０１）が支持される。
前記測定プローブ３００は、被測定物Ｗの表面をトレースするいわゆる倣いプローブである。この測定プローブ３００は、図２に示す如く、プローブ本体３０２と、このプローブ本体３０２に移動可能に支持されるスタイラスモジュール３０４と、を備える。このスタイラスモジュール３０４は、フランジ部３０４Ａを介してプローブ本体３０２に接続されると共にステム部３０４Ｂを支持し、さらにこのステム部３０４Ｂの先端に、被測定物Ｗに接触して被測定物Ｗを検出する球形状の測定子３０４Ｃを備える。なお、スタイラスモジュール３０４は、個々の被測定物Ｗの測定に最適な長さと形状（例えば、任意の方向に屈曲可能とする間接を備えるステムや５方向に枝分かれしているステムなど）のステム部３０４Ｂを備えるスタイラスモジュールに適宜交換可能である。
プローブ本体３０２は、図２に示す如く、プローブヘッド２２５にコネクタＣＮで接続され支持される。プローブ本体３０２は、第１識別コード３３０と第２識別コード３４０とを有する。具体的には、図３に示す如く、プローブ本体３０２は、懸架機構３２０と、測定ユニット３２２と、第１識別コード３３０と、通信ユニット３３２と、を備える。プローブ本体３０２へは、コネクタＣＮを介して三次元測定装置本体２００あるいは処理装置４００から電源が供給される。
図３に示す懸架機構３２０は、プローブ本体３０２に対して、スタイラスモジュール３０４を任意の方向に変位可能に支持している。
測定ユニット３２２は、図３に示す如く、アナログセンサ３２３、３２４と、ＡＤＣ３２５と、を備える。アナログセンサ３２３、３２４は、スタイラスモジュール３０４の位置変化を検出するセンサである。ＡＤＣ３２５は、アナログセンサ３２３、３２４の出力信号をアナログ信号からデジタル信号に変換する変換器（アナログ・デジタル・コンバータ）である。
第１識別コード３３０は、図３に示す如く、例えば抵抗器で示される。この抵抗器の抵抗値は、処理装置４００で特定される。即ち、第１識別コード３３０は、測定プローブ３００からアナログデータとして出力される構成となっている。なお、測定プローブ３００は第２識別コード３４０を有するので、第１識別コード３３０は、必ず特定の抵抗値で特定される特定コードＭＣと適合（一致）するようになっている。
通信ユニット３３２は、図３に示す如く、処理部３３３と、通信部３３４と、第２識別コード３４０を記憶する記憶部３３５と、を備えている。処理部３３３は、例えばＦＰＧＡ（ＰＬＣやＡＳＩＣ、マイコンなどでもよい）である。処理部３３３は、ＡＤＣ３２５からの信号を処理し、プローブ信号ＰＳを生成する。また、処理部３３３は、通信部３３４と記憶部３３５とを制御し、適宜にプローブ信号ＰＳあるいは記憶部３３５に記憶された各種情報を、通信部３３４から測定プローブ３００の外部の例えば処理装置４００に出力する。通信部３３４は、例えばＲＳ４８５方式（ＲＳ２３２ＣやＩ2Ｃなどの他の通信方式でもよい）でシリアル通信を行う。通信部３３４は、本実施形態では処理装置４００からの送信要求を受信してから、処理装置４００に各種信号（データやコードを含む）を出力する（即ち、第２識別コード３４０は測定プローブ３００からデジタルデータとして出力される）。
記憶部３３５は、図４に示す如く、較正情報３３６と第２識別コード３４０とを記憶している。較正情報３３６は、測定プローブ３００を較正するための情報であり、第２識別コード３４０が処理装置４００で処理され特定された後に、処理装置４００に出力される。第２識別コード３４０は、プローブ本体３０２の固有情報３４２と、スタイラスモジュール３０４の固有情報３４４と、必要に応じて設定されるその他の補足的な固有情報３４６と、を備える。固有情報３４２、３４４はそれぞれ、全体並びに個別要素の種類、形状、重さ、及び重心の情報を有する。本実施形態では、プローブ本体３０２は１つであり、固有情報３４２は、プローブ本体３０２全体としての種類、形状、重さ、及び重心の情報を有するようにされている。しかし、プローブ本体３０２が複数のモジュールに分離可能とされている場合には、固有情報３４２は、更に、複数のモジュールに関する情報を有する。つまり、その際には、固有情報３４２は、それぞれの個別要素（個々のモジュール）についての種類、形状、重さ、及び重心の情報を有するようにされている。一方、固有情報３４４は、フランジ部３０４Ａとステム部３０４Ｂと測定子３０４Ｃのそれぞれの個別要素についての種類、形状、重さ、及び重心の情報と、スタイラスモジュール３０４全体としての種類、形状、重さ、及び重心の情報と、を有するようにされている（従って、固有情報３４４は、ステム部３０４Ｂに関する情報も有する）。更に、固有情報３４２、３４４はそれぞれ、製造元情報も有する。
なお、例えば、プローブ本体３０２に接続可能な複数のスタイラスモジュール３０４が存在する場合には、接続されたスタイラスモジュール３０４の固有情報３４４を記憶部３３５において選択するようにすることができる。その際には、例えば、以下のような手法を採ることができる。それは、まず、スタイラスモジュール３０４のフランジ部３０４Ａの表面に簡易的なマーク（例えば光学的あるいは磁気的バーコードのようなもの）を設けておく。そして、そのマークを、スタイラスモジュール３０４の接続時に、プローブ本体３０２に設けたセンサ（図示せず）で、読み取る。読み取った結果に基づいて、記憶部３３５に記憶した複数の固有情報３４４から、実際に接続されたスタイラスモジュール３０４の固有情報３４４を選択するというものである。
なお、図２に示す測定プローブ３０１は、第２識別コードを有さずに、第１識別コード３３１のみを有する。測定プローブ３０１は、第２識別コードを有さない以外は、ほぼ測定プローブ３００と同様の構成となっている。このため、三次元測定装置本体２００には、測定プローブ３００と測定プローブ３０１のいずれかを択一的に接続することが可能とされている。
前記操作手段１１０は、図１に示す如く、処理装置４００に接続されている。操作手段１１０からは、三次元測定装置本体２００及び処理装置４００へ各種の指令を入力可能となっている。
前記処理装置４００は、図１に示す如く、モーションコントローラ５００とホストコンピュータ６００とを備える。そして、処理装置４００は、プローブ信号ＰＳを含む測定プローブ３００（３０１）の出力と駆動機構２２０による測定プローブ３００（３０１）自体の三次元の移動量とから被測定物Ｗの形状座標を演算する。モーションコントローラ５００は主に、ホストコンピュータ６００からの移動指示に従って測定プローブ３００（３０１）自体の三次元の移動及び測定時の動きの制御を行い、ホストコンピュータ６００は主に三次元測定装置本体２００で得られた測定結果を処理するようにされている。本実施形態では、図２で処理装置４００における測定プローブ３００（３０１）の認識に関わるブロック図を示し、以下に説明する。なお、ホストコンピュータ６００は、キーボードなどの入力手段１２０と、ディスプレイやプリンタなどの出力手段１３０と、を備える。
処理装置４００は、図２に示す如く、セレクタユニット４２０と、複数（本実施形態では２つ）のプローブ信号処理Ｉ／Ｆ部４３０、４４０と、処理本体部４５０と、を備える。セレクタユニット４２０は脱着が容易であり、プローブ信号処理Ｉ／Ｆ部４３０、４４０の数は一度に使用する測定プローブ３００（３０１）の種類の数によって変わる。
セレクタユニット４２０は、図２、図５に示す如く、測定プローブ３００（３０１）の第１識別コード３３０（３３１）が特定コードＭＣと適合すると判定した際には、プローブヘッド２２５に接続されている測定プローブ３００（３０１）を測定プローブ３００と判定して、プローブ信号処理Ｉ／Ｆ部４３０の第１判定部４３１に第１識別コード（３３０）を出力する。逆に、セレクタユニット４２０は、測定プローブ３００（３０１）の第１識別コード３３０（３３１）が特定コードＭＣと適合しないと判定した際には、プローブへッド２２５に接続されている測定プローブ３００（３０１）を測定プローブ３０１と判定して、プローブ信号処理Ｉ／Ｆ部４４０の第２判定部４４１に第１識別コード（３３１）を出力する。
具体的に、セレクタユニット４２０は、図５に示す如く、判定部４２２と、リレー部４２４と、設定部４２６と、を備える。判定部４２２は、測定プローブ３００（３０１）の第１識別コード３３０（３３１）を特定する。具体的には、判定部４２２は、第１識別コード３３０（３３１）に対応する抵抗値で生じた電位差を、基準となる基準電圧と比較して、その比較結果から第１識別コード３３０（３３１）を特定する。リレー部４２４は、特定された第１識別コード３３０（３３１）に基づき、セレクタユニット４２０に接続される複数のプローブ信号処理Ｉ／Ｆ部４３０、４４０のうちのいずれかを有効に接続させる。設定部４２６は、プローブ信号処理Ｉ／Ｆ部４３０、４４０に対して再度第１識別コード３３０（３３１）を設定する。本実施形態では、リレー部４２４は、第１リレー部４２４Ａ、第２リレー部４２４Ｂ、及び第３リレー部４２４Ｃを備える。また、設定部４２６は、第１設定部４２６Ａ、第２設定部４２６Ｂ、及び第３設定部４２６Ｃを備える。このため、セレクタユニット４２０のコネクタＣＮに３つのプローブ信号処理Ｉ／Ｆ部４３０、４４０等が接続可能となっている（これに限らず、セレクタユニットに３つ以上のプローブ信号処理Ｉ／Ｆ部が接続されていてもよい）。
プローブ信号処理Ｉ／Ｆ部４３０は、図２に示す如く、第１判定部４３１と、リレー部４３２と、通信部４３３と、後段判定部４３５と、を備える。なお、本実施形態では、プローブ信号処理Ｉ／Ｆ部４３０は、図６に示す如く、１つのマスタＩ／Ｆ部４３０Ａと１以上のスレーブＩ／Ｆ４３０Ｂとから構成されている。マスタＩ／Ｆ部４３０Ａは、第１判定部４３１Ａと、リレー部４３２Ａと、通信部４３３Ａと、処理部４３４Ａの後段判定部４３５Ａと、を備える。マスタＩ／Ｆ部４３０ＡとスレーブＩ／Ｆ４３０Ｂとはほぼ外形も構成も同一であり、マスタＩ／Ｆ部４３０ＡとスレーブＩ／Ｆ４３０Ｂの合計数は、第２識別コード３４０の数に対応して用意されている。即ち、処理装置４００は、識別される（それぞれユニークな第２識別コード３４０を有する）測定プローブ３００の数に対応する数の後段判定部４３５を備えている。マスタＩ／Ｆ部４３０Ａは、例えば、処理装置４００において、スレーブＩ／Ｆ部４３０Ｂの上位に直列接続されて、スレーブＩ／Ｆ部４３０Ｂよりも先に第１識別コードの特定を行い、且つ第２識別コードの特定を行う。
以下に、マスタＩ／Ｆ部４３０Ａについて説明する。
第１判定部４３１Ａは、図６に示す如く、測定プローブ３００から出力される第１識別コード３３０が特定コードＭＣと適合するかどうかの判定を行う。つまり、第１判定部４３１Ａは、判定部４２２とほぼ同一の機能を有する。なお、セレクタユニット４２０の判定部４２２と重複する機能である第１判定部４３１Ａは不要とすることが可能である。
リレー部４３２Ａは、図６に示す如く、第１判定部４３１Ａで第１識別コード３３０が特定コードＭＣと適合したと判定された際に、通信部４３３Ａと測定プローブ３００の通信部３３４とを通信可能とする。また、リレー部４３２Ａは、処理部４３４Ａの後段判定部４３５Ａでの第２識別コード３４０の特定可否に従い、処理部４３４Ａでのプローブ信号ＰＳの受信状態を制御する。なお、リレー部４３２Ａは、第１リレー部４２４Ａ等とほぼ同一の機能を有する。
通信部４３３Ａは、図６に示す如く、第１判定部４３１Ａの判定により、プローブヘッド２２５に接続されている測定プローブが測定プローブ３００である場合に、測定プローブ３００に第２識別コード３４０の出力要求を送信し、測定プローブ３００から第２識別コード３４０を出力させる。なお、通信部４３３Ａは、通信部３３４とほぼ同一の機能を有する。
処理部４３４Ａは、図６に示す如く、後段判定部４３５Ａと、プローブ信号処理部４３６Ａと、Ｉ／Ｆ制御部４３７Ａと、を備え、処理部３３３とほぼ同一の機能を有する。
後段判定部４３５Ａは、図６に示す如く、第１判定部４３１Ａで第１識別コード３３０が特定コードＭＣと適合したと判定された際に、通信部４３３Ａを介して測定プローブ３００から出力される第２識別コード３４０を特定する。即ち、後段判定部４３５Ａは、第１識別コード３３０が特定コードＭＣと適合し且つ測定プローブ３００が更に第２識別コードを有した際には、測定プローブ３００から出力される第２識別コードを特定して測定プローブ３００を識別することとなる。また、後段判定部４３５Ａは、リレー部４３２Ａを制御する。
プローブ信号処理部４３６Ａは、図６に示す如く、測定プローブ３００の記憶部３３５に記憶された較正情報３３６を読み出し、較正情報３３６を用いてプローブ信号ＰＳを較正する。即ち、処理装置４００は、識別された測定プローブ３００に対応する較正情報３３６を記憶部３３５から読み出し、較正情報３３６を用いて形状座標の演算を行うこととなる。なお、モーションコントローラ５００で較正情報３３６を用いてプローブ信号ＰＳを較正してもよい。
図６に示すＩ／Ｆ制御部４３７Ａは、測定プローブ３００に対してマスタＩ／Ｆ部４３０ＡとスレーブＩ／Ｆ部４３０Ｂのいずれが有効であるかを判断可能となる信号のやり取りを行う。例えば、Ｉ／Ｆ制御部４３７Ａは、第２識別コード３４０の特定が後段判定部４３５Ａで成功した際には、制御担当信号ＨＣを出力する。Ｉ／Ｆ制御部４３７Ａは、第２識別コード３４０の特定が後段判定部４３５Ａで成功しなかった際には、デコード指令信号ＡＯを出力する。なお、スレーブＩ／Ｆ部４３０ＢのＩ／Ｆ制御部４３７Ｂは、マスタＩ／Ｆ部４３０Ａ（および直列接続の上位のスレーブＩ／Ｆ部）からのデコード指令信号ＡＯを受信したら、第２識別コード３４０を特定するための動作を行う。
このように、第２識別コード３４０の特定は、前述した直列接続の上位に配置されたマスタＩ／Ｆ部４３０Ａから行われる。併せて、マスタＩ／Ｆ部４３０ＡとスレーブＩ／Ｆ部４３０Ｂの制御には、デコード指令信号ＡＯ等が用いられる。このため、マスタＩ／Ｆ部４３０Ａと複数のスレーブＩ／Ｆ部４３０Ｂとが存在しても、互いに動作が衝突することなく、第２識別コード３４０を特定する動作を円滑に行うことができる。
プローブ信号処理Ｉ／Ｆ部４４０は、図２に示す如く、測定プローブ３０１の識別のための第２判定部４４１を備える。第２判定部４４１は、第１識別コード３３１が特定コードＭＣと適合しない際には、第１識別コード３３１の特定を行い、測定プローブ３０１を識別する。第２判定部４４１は、第１判定部４３１とほぼ同一構成とされているが、特定コードＭＣに対応しない抵抗値で生じる電位差を別の基準となる別基準電位と比較して、その比較結果から第１識別コード３３１を特定する。プローブ信号処理Ｉ／Ｆ部４４０は、第２判定部４４１で第１識別コード３３１の特定を行い、図示しないプローブ信号処理部でプローブ信号ＰＳの処理を行う。なお、プローブ信号処理Ｉ／Ｆ部４４０は、図示しないＩ／Ｆ制御部でどのプローブ信号処理Ｉ／Ｆ部４３０、４４０が有効であるかを判断可能となる信号のやり取りを行う場合もある。
処理本体部４５０は、図２に示す如く、プローブ信号処理Ｉ／Ｆ部４３０、４４０に接続されている。処理本体部４５０は、プローブ信号処理Ｉ／Ｆ部４３０、４４０で行う測定プローブ３００、３０１の識別の制御と処理を行う。処理本体部４５０は、例えば、プローブ信号ＰＳの較正値の反映や測定プローブ３００（３０１）の出力と駆動機構２２０による三次元の移動量との合成等の処理を行う。なお、処理本体部４５０は、制御担当信号ＨＣを受信しない状態が所定の期間以上続くと、エラー信号を出力手段１３０に出力させる。
次に、測定プローブ３００、３０１を識別する手順について、主に図７を用いて以下に説明する。
まず、測定プローブ３００（３０１）を三次元測定装置本体２００に接続する（図７、ステップＳ１０）。
次に、セレクタユニット４２０から測定プローブ３００（３０１）の第１識別コード３３０（３３１）に対応する抵抗器に電源を供給する。そして、測定プローブ３００（３０１）から出力される第１識別コード３３０（３３１）が特定コードＭＣと適合するかどうかの判定を行う（図７、ステップＳ１２）。
次に、判定により第１識別コード３３０（３３１）が特定コードＭＣと適合し且つ測定プローブ３００が更に第２識別コード３４０を有した際には、測定プローブ３００から出力される第２識別コード３４０を特定して測定プローブ３００を識別する。
以下により詳しく説明する。
まず、判定により、第１識別コード３３０（３３１）が特定コードＭＣと適合すると、セレクタユニット４２０は、プローブ信号処理Ｉ／Ｆ部４３０の第１判定部４３１に第１識別コード３３０を出力する。そして、プローブ信号処理Ｉ／Ｆ部４３０の第１判定部４３１で再度第１識別コード３３０が特定コードＭＣと適合することを確認（判定）する。第１識別コード３３０が特定コードＭＣと適合している場合には、プローブ信号処理Ｉ／Ｆ部４３０から測定プローブ３００の通信ユニット３３２へ電源を供給する（図７、ステップＳ１４）。
次に、通信部４３３は、リレー部４３２を介して通信部３３４と通信を開始する（図７、ステップＳ１６）。具体的には、通信部４３３は、通信部３３４に第２識別コード３４０の出力要求を送信し、通信部３３４に第２識別コード３４０を出力させる。
次に、第２識別コード３４０の特定を行う（図７、ステップＳ１８）。そして、測定プローブ３００の識別を行う。この処理は、図８、図９を用いて後述する。本実施形態では、第１識別コード３３０が特定コードＭＣと適合する際には、必ず第２識別コード３４０は測定プローブ３００に存在するようにされている。つまり、第１識別コード３３０が特定コードＭＣと適合することを確認することは、測定プローブ３００において第２識別コード３４０の有無を確認していることともいえる。なお、第１識別コード３３０が特定コードＭＣと適合しても第２識別コード３４０が測定プローブ３００にない場合（第２識別コード３４０があっても特定できない場合を含む）は、プローブ信号処理Ｉ／Ｆ部４３０は、エラー信号を発生させて、出力手段１３０にエラー状態を出力することができる。
次に、プローブ信号処理Ｉ／Ｆ部４３０から測定プローブ３００全体への電源を供給する（図７、ステップＳ２０）。すでに、測定プローブ３００の通信ユニット３３２へ電源が供給されていることから、プローブ信号処理Ｉ／Ｆ部４３０は測定プローブ３００の測定ユニット３２２への電源を供給する。
次に、プローブ信号処理Ｉ／Ｆ部４３０により測定プローブ３００にプローブ信号ＰＳを出力させる。そして、プローブ信号処理部４３６Ａ、４３６Ｂにてプローブ信号ＰＳを処理する（図７、ステップＳ２２）。
なお、セレクタユニット４２０は、第１識別コード３３０（３３１）が特定コードＭＣと適合しない際には、プローブ信号処理Ｉ／Ｆ部４４０の第２判定部４４１に第１識別コード３３１を出力する。そして、判定により第１識別コード３３１が特定コードＭＣと適合しない際には、第１識別コード３３１の特定を行うことで、測定プローブ３０１を識別する。
以下により詳しく説明する。
まず、判定により、第１識別コード３３０（３３１）が特定コードＭＣと適合せずに、セレクタユニット４２０は、別のコードであることを特定する。セレクタユニット４２０は、その別のコードに対応するプローブ信号処理Ｉ／Ｆ部４４０の第２判定部４４１に第１識別コード３３１を出力する。そして、第２判定部４４１で再度第１識別コード３３１が特定コードＭＣとは異なる別のコードであることを特定する（図７、ステップＳ２４）。
次に、プローブ信号処理Ｉ／Ｆ部４４０から測定プローブ３０１全体への電源を供給する（図７、ステップＳ２６）。
次に、プローブ信号処理Ｉ／Ｆ部４４０により測定プローブ３０１にプローブ信号ＰＳを出力させる。そして、プローブ信号処理Ｉ／Ｆ部４４０のプローブ信号処理部にてプローブ信号ＰＳを処理する（図７、ステップＳ２８）。
次に、図８、図９を用いて、第２識別コード３４０を特定する処理の説明を以下に行う。
まず、マスタＩ／Ｆ部４３０Ａの通信部４３３Ａにより、測定プローブ３００の通信部３３４へ、第２識別コード３４０の出力要求を行う（図８、ステップＳ３０）。
次に、後段判定部４３５Ａにおいて、測定プローブ３００から出力された第２識別コード３４０が適合するかどうかを判定する（図８、ステップＳ３２）。後段判定部４３５Ａは、例えば、図示しない記憶部に記憶された第２識別コード３４０に対応する対応コードを読み出して第２識別コード３４０と比較する。そして、比較結果が一致した場合（図８、ステップＳ３２でＹｅｓ）には、第２識別コード３４０が適合し、第２識別コード３４０の特定がなされたこととなる。これにより、マスタＩ／Ｆ部４３０ＡのＩ／Ｆ制御部４３７Ａは、制御担当信号ＨＣを出力する（図８、ステップＳ３４）。このときは、マスタＩ／Ｆ部４３０Ａ自身が、第２識別コード３４０の特定をしたので、プローブ信号ＰＳの処理も行うこととなる。
比較結果が一致しない場合（図８、ステップＳ３２でＮｏ）には、第２識別コード３４０の特定がなされなかったこととなる。これにより、Ｉ／Ｆ制御部４３７Ａは、デコード指令信号ＡＯを出力する（図８、ステップＳ３６）。このときは、マスタＩ／Ｆ部４３０Ａは、第２識別コード３４０の特定をしないので、プローブ信号ＰＳの処理も行わないこととなる。
次に、マスタＩ／Ｆ部４３０Ａの次に接続されたスレーブＩ／Ｆ部４３０ＢのＩ／Ｆ制御部４３７Ｂでデコード指令信号ＡＯを受信する（図９、ステップＳ４０）。以降、スレーブＩ／Ｆ部４３０Ｂにおける処理（図９、ステップＳ４２〜Ｓ４８）は、マスタＩ／Ｆ部４３０Ａにおける処理（図８、ステップＳ３０〜Ｓ３６）と同様なので説明は省略する。なお、スレーブＩ／Ｆ部４３０Ｂがプローブ信号ＰＳの処理も行わない場合には、このスレーブＩ／Ｆ部４３０Ｂのより下位に直列接続されている別のスレーブＩ／Ｆ部で処理が行われる。
このように、本実施形態では、処理装置４００が、第１判定部４３１と、第１識別コード３３０が特定コードＭＣと適合し且つ測定プローブ３００が更に第２識別コード３４０を有する際に、第２識別コード３４０を特定して測定プローブ３００を識別する後段判定部４３５と、を備える。即ち、本実施形態では、第１識別コード３３０と第２識別コード３４０との組み合わせで膨大な数の測定プローブ３００を識別可能とすることができる。しかも、本実施形態では、第２識別コード３４０は、第１識別コード３３０が特定コードＭＣと適合した際に特定されるので、第２識別コード３４０を有さない測定プローブ３０１に対しては、後段判定部４３５が動作する必要がない。ゆえに、処理装置４００で効率的な測定プローブ３００の識別が可能である。更に、本実施形態では、第２識別コード３４０を有さない測定プローブ３０１であっても三次元測定装置１００を構成することが可能である。
また、本実施形態では、処理装置４００が、測定プローブ３０１を識別する第２判定部４４１をプローブ信号処理Ｉ／Ｆ部４４０に備える。即ち、本実施形態では、第２識別コード３４０を有さない測定プローブ３０１に対しても測定プローブ３０１を特定することができる。なお、これに限らず、第１、第２識別コードの両方を有する測定プローブだけが三次元測定装置本体に接続されるならば、第２判定部を備えるプローブ信号処理Ｉ／Ｆ部はなくてもよい。
また、本実施形態では、処理装置４００は、更に、セレクタユニット４２０を備える。このため、本実施形態では、測定プローブ３００と測定プローブ３０１との違いを意識することなく、三次元測定装置本体２００に、測定プローブ３００、３０１を接続でき、測定プローブ３００と測定プローブ３０１とを自動で認識させることができる。なお、これに限らず、第２識別コードを有さない測定プローブが三次元測定装置本体に接続された場合には、手動でプローブ信号処理Ｉ／Ｆ部に測定プローブが接続されてもよい。即ち、セレクタユニットはなくてもよい。
また、本実施形態では、第１識別コード３３０、３３１は、測定プローブ３００、３０１からアナログデータとして出力される。即ち、測定プローブ３００、３０１からの第１識別コード３３０、３３１の出力には複雑な制御や構成が必要なく、簡易的な手法を採ることができる。しかも、第１識別コード３３０、３３１は、抵抗値で特定されている。このため、本実施形態では、これまでの抵抗値で規定する測定プローブの識別手法はそのまま使用できるので、従来の測定プローブ３０１もそのまま使用することができる。なお、これに限らず、第１識別コードは、アナログデータであっても、容量やインピーダンスで規定されてもよい。勿論、第１識別コードがデジタルデータとして出力されてもよい。そして、第１識別コードは、電気的な配線で接続され出力されるだけでなく、無線で出力されてもよい。
また、本実施形態では、第２識別コード３４０が、測定プローブ３００からデジタルデータとして出力される。このため、第２識別コード３４０としては、アナログデータである場合に比べて、容易に情報量を多くすることができ、且つコードエラーが生じる可能性を少なくすることができる。なお、これに限らず、第１識別コードがアナログデータとして出力されてもよい。そして、第２識別コードは、電気的な配線で接続され出力されるだけでなく、無線で出力されてもよい。
また、本実施形態では、処理装置４００は、測定プローブ３００から第２識別コード３４０を出力させる通信部４３３を備える。このため、本実施形態では、測定プローブ３００を電力的に効率よく動作（低消費動作）させることができる。同時に、第１識別コード３３０を特定するための第１識別コード３３０の出力時には第２識別コード３４０が出力された状態とはならないので、第１識別コード３３０の特定に第２識別コード３４０が影響を及ぼすことを防止することができる。具体的に説明すると、第１識別コード３３０がアナログデータで、第２識別コード３４０がデジタルデータで、それらが同時に出力された状態を想定する。この場合には、第２識別コード３４０が第１識別コード３３０の信号レベルに大きく影響を及ぼしやすいので、配線などにも気をつけなければならないという問題も出てくる。つまり、本実施形態では、このような問題を未然に防ぐことができる。なお、本実施形態では、第２識別コード３４０を特定するために第２識別コード３４０が出力されているときに、第１識別コード３３０も出力されている。しかし、第２識別コード３４０はデジタルデータであるので、アナログデータである第１識別コード３３０からはほとんど影響を受けることがない。これに限らず、第２識別コードは、第１識別コードが特定コードＭＣと適合したことを条件とせずに、測定プローブから出力されてもよい。
また、本実施形態では、第２識別コード３４０が、プローブ本体３０２の固有情報３４２とスタイラスモジュール３０４の固有情報３４４とを備える。即ち、本実施形態では、第２識別コード３４０は、スタイラスモジュール３０４とプローブ本体３０２とが変更しても、その組み合わせを漏れなく網羅することができる。なお、これに限らず、測定プローブは、スタイラスモジュールとプローブ本体とに分離可能ではなく、一体型であってもよい。もちろん、測定プローブがスタイラスモジュールとプローブ本体とを備え、第２識別コードがプローブ本体の固有情報のみを備えてもよい。
また、本実施形態では、固有情報３４２、３４４はそれぞれ、全体並びに個別要素の種類、形状、重さ、及び重心の情報を有する。このため、本実施形態では、固有情報３４２、３４４を用いることで、測定プローブ３００を極めて正確に特定することが可能である。なお、これに限らず、固有情報はそれぞれ、全体並びに個別要素の種類、形状、重さ、及び重心のうちのいずれか１つの情報（因子）だけでもよい。これらの情報のうち、測定プローブで測定する際に一番影響を及ぼす因子で測定プローブを特定することで、測定プローブの識別工程を迅速にでき、かつ第２識別コードの情報量の増大化を防止でき、相応に実用的にすることもできる。勿論、固有情報はそれぞれ、全体並びに個別要素の種類、形状、重さ、及び重心のいずれの情報を有する必要もない。
また、本実施形態では、固有情報３４２、３４４はそれぞれ、製造元情報を有することができる。これにより、本実施形態では、製造元の違いにより生じるわずかな測定プローブ３００の測定特性の相違までが較正可能となる。なお、これに限らず、固有情報がそれぞれ、製造元情報を有しなくてもよい。
また、本実施形態では、固有情報３４２は、プローブ本体３０２が複数のモジュールに分離可能とされている場合には、更に、複数のモジュールに関する情報を有することができる。即ち、本実施形態では、複数のモジュール毎の情報を把握できることで、そのモジュールの組み合わせを変更しても、その変更を正確に反映することができる。なお、これに限らず、プローブ本体の固有情報は、複数のモジュール全てに関する情報を有する必要はなく、測定特性に関わる一部のモジュールに関する情報だけであってもよい。
また、本実施形態では、固有情報３４４が、更に、ステム部３０４Ｂに関する情報を有する。このため、本実施形態では、ステム部３０４Ｂの長短に関する情報を正確に第２識別コード３４０に取り込むことができる。さらに、ステム部３０４Ｂがエクステンションバーで延長された場合にも、そのエクステンションバーによるスタイラスモジュール３０４の変化は以下のような手法により、固有情報３４４に自動的に反映させることができる。例えば、それは、プローブ本体３０２が更に重量センサを備えるか、あるいはスタイラスモジュール３０４を支持する懸架機構を利用するものである。まず、測定プローブ３００の静止状態でスタイラスモジュール３０４の重量変化を検出する。次に、測定プローブ３００を動かして止めた際の慣性モーメント変化でスタイラスモジュール３０４の重心位置の変化を検出する。そして、それらの変化を基に、正しい重量と重心を求めるものである。なお、これに限らず、固有情報は、ステム部に関する情報を有しなくてもよい。
また、本実施形態では、更に、処理装置４００が、較正情報３３６を記憶部３３５から読み出し、較正情報３３６を用いて形状座標の演算を行う。このため、本実施形態では、測定プローブ３００毎に測定特性を較正することができる。即ち、本実施形態では、異なる複数の測定プローブ３００で被測定物Ｗの測定を行っても、演算で得られたその形状座標は各測定プローブ３００の測定特性に依存しないようにすることができる。なお、これに限定されず、測定プローブで求めた形状座標に対して較正をせずに、単に測定プローブの素性を明確にするために測定プローブを識別するようにしてもよい。なお、本実施形態では、測定プローブ３００が較正情報３３６を記憶する記憶部３３５を備えていたが、処理装置が較正情報を記憶する記憶部を備えていてもよい。
また、本実施形態では、マスタＩ／Ｆ部４３０ＡとスレーブＩ／Ｆ部４３０Ｂとが、同一構成とされている。このため、本実施形態では、マスタＩ／Ｆ部４３０ＡとスレーブＩ／Ｆ部４３０Ｂの設計・製造を容易にすることができる。しかも、マスタＩ／Ｆ部４３０ＡとスレーブＩ／Ｆ部４３０Ｂとの違いは、直列接続された際の上位下位の違いであり、互いに異なる２つの測定プローブ３００に対応することができる。このため、本実施形態では、使用する測定プローブ３００の数に応じてマスタＩ／Ｆ部４３０ＡとスレーブＩ／Ｆ部４３０Ｂを用意するだけよいので、測定プローブ３００に対するマスタＩ／Ｆ部４３０ＡとスレーブＩ／Ｆ部４３０Ｂの対応を容易に取ることができる。なお、これに限らず、マスタＩ／Ｆ部とスレーブＩ／Ｆ部とが同一構成でなくてもよい。
更に、本実施形態では、処理装置４００が、識別される測定プローブ３００の数に対応する数の後段判定部４３５を備えている。このため、本実施形態では、後段判定部４３５は、各測定プローブ３００が大きく異なる場合にも、互いの後段判定部４３５での判定要因や判定順序や判定基準の整合を取る必要がない。つまり、本実施形態では、第２識別コード３４０を特定し各測定プローブ３００を識別する上で、後段判定部４３５を最適に構成することができる。なお、これに限らず、プローブ信号処理Ｉ／Ｆ部は各測定プローブに対応する数の記憶部を備えるだけとして１つの後段判定部が複数の測定プローブに共通とされていてもよい。つまり、１つのプローブ信号処理Ｉ／Ｆ部で複数の測定プローブを使用可能にする構成であってもよい。この場合には、プローブ信号処理Ｉ／Ｆ部を最小化でき、処理装置を小型且つ低コストとすることができる。
即ち、本実施形態では、多数の測定プローブ３００、３０１を効率的に識別することが可能となる。
本発明について上記実施形態を挙げて説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。即ち本発明の要旨を逸脱しない範囲においての改良並びに設計の変更が可能なことは言うまでもない。
例えば、本実施形態では測定プローブ３００、３０１が倣いプローブであったが、タッチトリガープローブであってもよいし、非接触の光学式プローブ等であってもよい。そして、測定子が球形状ではなく、例えば円盤形状であってもよい。
また、本実施形態では、測定プローブ３００、３０１が三次元測定装置本体２００に接続され、三次元測定ユニットを構成していたが、測定プローブが工作機械などの本体に工具の代わりに接続され、三次元測定ユニットを構成してもよい。
また、本実施形態では、測定プローブ３００、３０１は、三次元測定装置本体２００あるいは処理装置４００から、電源が供給されていたが、本発明はこれに限定されず、測定プローブ自体が電源を備える構成であってもよい。
本発明は、被測定物の三次元形状を測定する三次元測定ユニットに広く適用することができる。
１００…三次元測定装置
２００…三次元測定装置本体
２１０…定盤
２２０…駆動機構
２２１…ビーム支持体
２２２…ビーム
２２３…コラム
２２４…スピンドル
２２５…プローブヘッド
３００、３０１…測定プローブ
３０２、３０３…プローブ本体
３０４、３０５…スタイラスモジュール
３０４Ａ、３０５Ａ…フランジ部
３０４Ｂ、３０５Ｂ…ステム部
３０４Ｃ、３０５Ｃ…測定子
３２０…懸架機構
３２２…測定ユニット
３２３、３２４…アナログセンサ
３２５…ＡＤＣ
３３０、３３１…第１識別コード
３３２…通信ユニット
３３３、４３４Ａ、４３４Ｂ…処理部
３３４、４３３、４３３Ａ、４３３Ｂ…通信部
３３５…記憶部
３３６…較正情報
３４０…第２識別コード
３４２、３４４、３４６…固有情報
４００…処理装置
４２０…セレクタユニット
４２２…判定部
４２４、４２４Ａ、４２４Ｂ、４２４Ｃ、４３２、４３２Ａ、４３２Ｂ…リレー部
４２６、４２６Ａ、４２６Ｂ、４２６Ｃ…設定部
４３０、４４０…プローブ信号処理Ｉ／Ｆ部
４３０Ａ…マスタＩ／Ｆ部
４３０Ｂ…スレーブＩ／Ｆ部
４３１、４３１Ａ、４３１Ｂ…第１判定部
４３５、４３５Ａ、４３５Ｂ…後段判定部
４３６Ａ、４３６Ｂ…プローブ信号処理部
４３７Ａ、４３７Ｂ…Ｉ／Ｆ制御部
４４１…第２判定部
４５０…処理本体部
５００…モーションコントローラ
６００…ホストコンピュータ
ＡＯ…デコード指令信号
ＣＮ…コネクタ
ＨＣ…制御担当信号
ＭＣ…特定コード
ＰＳ…プローブ信号
Ｗ…被測定物

Claims (14)

  1. 測定プローブと、該測定プローブの出力に基づいて被測定物の形状座標を演算する処理装置と、を備える三次元測定ユニットにおいて、
    前記測定プローブは第１識別コードを有し、
    前記処理装置は、
    該測定プローブから出力される該第１識別コードが特定コードと適合するかどうかの判定を行う第１判定部と、
    該第１判定部で該第１識別コードが該特定コードと適合し且つ前記測定プローブが更に第２識別コードを有した際には、該測定プローブから出力される該第２識別コードを特定して該測定プローブを識別する後段判定部と、
    前記第１識別コードが前記特定コードと適合しない際には、前記第１識別コードの特定を行い、前記測定プローブを識別する第２判定部と、を備える
    ことを特徴とする三次元測定ユニット。
  2. 請求項１において、
    前記処理装置は、更に、前記第１識別コードが前記特定コードと適合する際には前記第１判定部に該第１識別コードを出力し、該第１識別コードが該特定コードと適合しない際には前記第２判定部に該第１識別コードを出力するセレクタユニットを備える
    ことを特徴とする三次元測定ユニット。
  3. 請求項１または２において、
    前記第１識別コードは、前記測定プローブからアナログデータとして出力される
    ことを特徴とする三次元測定ユニット。
  4. 請求項１乃至３のいずれかにおいて、
    前記第２識別コードは、前記測定プローブからデジタルデータとして出力される
    ことを特徴とする三次元測定ユニット。
  5. 請求項１乃至４のいずれかにおいて、
    前記処理装置は、前記第１判定部で前記第１識別コードが前記特定コードと適合した際には、前記測定プローブに前記第２識別コードの出力要求を送信し、該測定プローブから該第２識別コードを出力させる通信部を備える
    ことを特徴とする三次元測定ユニット。
  6. 請求項１乃至５のいずれかにおいて、
    前記測定プローブは、前記被測定物を検出する測定子を有するスタイラスモジュールと、該スタイラスモジュールを支持するプローブ本体と、を備え、
    前記第２識別コードは、前記プローブ本体の固有情報と前記スタイラスモジュールの固有情報とを備える
    ことを特徴とする三次元測定ユニット。
  7. 請求項６において、
    前記固有情報はそれぞれ、全体並びに個別要素の種類、形状、重さ、及び重心のうちの少なくとも１つの情報を有する
    ことを特徴とする三次元測定ユニット。
  8. 請求項７において、更に、
    前記固有情報はそれぞれ、製造元情報を有する
    ことを特徴とする三次元測定ユニット。
  9. 請求項６乃至８のいずれかにおいて、
    前記プローブ本体の前記固有情報は、該プローブ本体が複数のモジュールに分離可能とされている場合には、更に、該複数のモジュールに関する情報を有する
    ことを特徴とする三次元測定ユニット。
  10. 請求項６乃至９のいずれかにおいて、
    前記スタイラスモジュールの前記固有情報は、該スタイラスモジュールが前記測定子を支持するステム部を備える場合には、更に、該ステム部に関する情報を有する
    ことを特徴とする三次元測定ユニット。
  11. 請求項１乃至１０のいずれかにおいて、
    更に、前記測定プローブの較正情報を記憶する記憶部を備え、
    前記処理装置は、識別された前記測定プローブに対応する前記較正情報を該記憶部から読み出し、該較正情報を用いて前記形状座標の演算を行う
    ことを特徴とする三次元測定ユニット。
  12. 請求項１乃至１１のいずれかにおいて、
    前記処理装置は、識別される前記測定プローブの数に対応する数の前記後段判定部を備える
    ことを特徴とする三次元測定ユニット。
  13. 測定プローブの出力に基づいて被測定物の形状座標を演算する三次元測定ユニットにおける測定プローブの識別方法において、
    前記測定プローブから出力される該測定プローブの有する第１識別コードが特定コードと適合するかどうかの判定を行う工程と、
    該判定により該第１識別コードが該特定コードと適合し且つ前記測定プローブが更に第２識別コードを有した際には、該測定プローブから出力される該第２識別コードを特定して該測定プローブを識別する工程と、
    前記判定により前記第１識別コードが前記特定コードと適合しない際には、前記第１識別コードの特定を行うことで前記測定プローブを識別する工程と、を含む
    ことを特徴とする測定プローブの識別方法。
  14. 請求項１３において、
    前記判定により前記第１識別コードが前記特定コードと適合した際には、前記測定プローブに前記第２識別コードの出力要求をし、該測定プローブから該第２識別コードを出力させる工程を含む
    ことを特徴とする測定プローブの識別方法。
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