JP6735735B2 - ワークピースを検査するための座標測定方法および同装置であって、理想的な形態から実質的に逸脱していないことが判っている基準形状を使用して測定補正値を生成するステップを含む、ワークピースを検査するための座標測定方法および同装置 - Google Patents

Description

本発明は、ワークピースの寸法を検査するための測定装置および方法、より詳細には、座標測定装置に関する。座標測定装置は、例えば、座標測定機械（ＣＭＭ）、工作機械、手動座標測定アーム、および検査ロボットを含む。

ワークピースが生産された後に、プローブを支持する可動部材を有する座標測定機械（ＣＭＭ）上でそれらを検査することが一般的に行われており、この可動部材は、機械の３次元作業空間内で駆動され得る。

ＣＭＭ（または他の座標測定装置）は、プローブを支持する可動部材が、３つの直交する方向Ｘ、Ｙ、Ｚにそれぞれ移動可能な３つの直列に連結されたキャリッジを介して取り付けられている、いわゆるデカルト機械であってもよい。あるいは、それは、例えば、３つまたは６つの伸長可能な支柱を備える非デカルト機械であってもよく、これらの支柱は各々が、可動部材と相対的に固定されたベース部材またはフレームとの間に平行に連結されている。Ｘ、Ｙ、Ｚ作業空間内の可動部材（および、したがってプローブ）の移動は、その場合、３つまたは６つの支柱のそれぞれの伸長を調整することによって制御される。非デカルト機械の例は、特許文献１（ＭｃＭｕｒｔｒｙら）および特許文献２（ＭｃＭｕｒｔｒｙ）に示されている。

特許文献３（Ｓｈｅｌｔｏｎ）は、生産工程で生産される一連の公称上同一のワークピースを検査するための比較測定技術を記載している。これは、添付図面の図９を参照し説明される。

ステップ１００では、１つのワークピースが基準ワークピースとして一連から取得される。それは、研究室環境（laboratory environment）内の外部ＣＭＭ上で測定され（ステップ１０２）、ワークピース表面上の点の座標測定値の基準セットを作成する。次いで、ステップ１０４では、基準ワークピースが生産環境に配置された工場（workshop）ＣＭＭ上で再度測定され、これは、熱的誤差および他の誤差の影響を受ける。これは、表面上の点の測定された座標値の対応するセットを作成する。値のこの２つのセットは、ステップ１０６で点ごとに比較され、測定補正値のセットを生成する（ステップ１０８）。

通常生産中に、一連のうちのさらなるワークピースが工場ＣＭＭ上で測定され（ステップ１１０）、測定された座標値のそれぞれのセットを作成する。次いで、ステップ１１２では、これらの測定された値が測定補正値を使用して補正され、ステップ１１４で結果が出力および／または保存される。補正値は、工場の機械の誤差、特に、工場環境（workshop environment）における熱膨張または収縮によって引き起こされる誤差を補正する。

特許文献４（Ｔａｙｌｏｒら）は、図９に示されるタイプの別の比較測定技術を記載している。それは、より正確なＣＭＭで行った測定を、正確さが劣るＣＭＭで行った測定と比較し、それらの間の誤差マップまたは誤差関数を生成する。特に、それは、より正確なＣＭＭ上での基準測定よりも速い速度で生産ワークピースが測定されることを可能にし、そして、結果として生じる動的誤差を補正する。Ｔａｙｌｏｒの特許は、ワークピースの寸法および形態が較正され得ることを示唆している。実際には、Ｓｈｅｌｔｏｎの特許にあるように、これは、各ＣＭＭ上で点ごとに取得された座標測定値のセットを比較することによって行われる。

図９に示されるＳｈｅｌｔｏｎおよびＴａｙｌｏｒの技術では、外部測定ステップ１０２は、座標値のセットを作成する必要があり、これらは次いで、ステップ１０４において工場ＣＭＭ上で測定された対応する値と点ごとに比較される。したがって、ＣＭＭなどの座標測定装置上で外部測定も実行されなければならない。また、外部で測定された点（ステップ１０２）の場所が、続いて工場ＣＭＭ上で測定されることになる点（ステップ１０４）の場所に本当に対応しているか、使用者が注意すべきであることを必要とする。これには使用者側のスキルが必要であるという問題が存在する。

さらなる比較測定技術が、特許文献５（Ｊｏｎａｓ）に示されている。これは、添付の図１０を参照して説明される。

やはり、一連の公称上同一の生産ワークピースから１つのワークピースが取得され、基準ワークピースとして使用される（ステップ１２０）。ステップ１２２では、それは、生産工程で使用される工場ＣＭＭの外部で測定される。これは、ワークピースの特徴部の幾何学的な特性の基準値を決定する（ステップ１２４）。幾何学的な特性は、例えば、特徴部の半径もしくは直径、または２つの特徴部間の角度などの特性とすることができる。

ステップ１２６では、基準ワークピースが、工場ＣＭＭ上で測定され、ワークピース表面上の点の測定された座標値のセットを作成する。これらはステップ１２８で使用され、上記幾何学的特性の測定された値を決定する。これは、ステップ１３０で基準値と比較され、ワークピース特徴部のその幾何学的特性のための補正値を生成する（ステップ１３２）。幾何学的特性値のこの比較は、ＳｈｅｌｔｏｎおよびＴａｙｌｏｒの特許（図９）の点ごとの比較とは区別されることに留意されたい。

通常生産中に、一連のうちのさらなるワークピースが工場ＣＭＭ上で測定され（ステップ１３４）、測定された座標値のそれぞれのセットを作成する。これらはステップ１３６で使用され、上記幾何学的特性の測定された値を決定する。次いで、ステップ１３８では、この測定された値が、ステップ１３２からの特徴部特性補正値を使用して補正され、結果がステップ１４０で出力および／または保存される。

Ｊｏｎａｓの特許出願の技術（図１０）は、ＣＭＭなどの外部座標測定装置を使用することが必須ではないため、ＳｈｅｌｔｏｎおよびＴａｙｌｏｒの技術（図９）よりも有利である。外部ＣＭＭが例として記載されるが、カリパスまたは他のハンドゲージなどの他の例が代わりに使用されてもよい。外部ＣＭＭを使用しても、外部で測定された点の場所が、工場ＣＭＭ上で測定されることになる点の場所に対応しているか、熟練した使用者が注意することは必要ではない。しかしながら、それは、特徴部の幾何学的な特性に対して補正された値を出力するのみであるため、出力があまり詳細ではないという問題がある。それは、ワークピース特徴部の詳細な形態を検査するためには使用され得ない。

米国特許第５，８１３，２８７号明細書 米国特許第７，２４１，０７０号明細書 米国特許第５，４２６，８６１号明細書 米国特許第７，０７９，９６９号明細書 米国特許出願公開第２０１２／０３１７８２６号明細書

本発明によれば、座標測定装置を作動させる方法は、
検査される一連の公称上同一のワークピースのうちの１つである基準ワークピースを取得するステップであって、基準ワークピースは少なくとも１つの特徴部を有し、この特徴部は特徴部と関連付けられた形状を有する、ステップと、
座標測定装置を使用して基準ワークピースの前記特徴部を複数の測定点において測定し、測定された座標値のセットを作成するステップと、
測定された座標値のセット中のそれぞれの値と関連付けられた測定補正値のセットを生成するステップと
を含み、
特徴部と関連付けられた形状は、理想的な形態（perfect form）から実質的に逸脱していないことが判っており、
特徴部と関連付けられた形状のサイズ、位置、または方位を画定する値は、座標測定装置の外部での特徴部の測定から判っており、
測定補正値は、測定された座標値から、特徴部と関連付けられた形状のサイズ、位置、または方位の判っている値から、および、形状は理想的な形態から実質的に逸脱していないことが判っているという事実から生成されることを特徴とする。

本発明の好ましい実施形態では、方法は、座標測定装置を使用して一連のうちの１または複数のさらなるワークピースを測定し、１または複数のさらなるワークピースの測定された値を作成するステップと、１または複数のさらなるワークピースの測定された値を、補正値、または、補正値から形成もしくは導き出された誤差マップもしくは誤差関数を使用して補正するステップとを含む。

基準ワークピースの特徴部と関連付けられた形状は、座標測定装置の外部、例えば外部座標測定機械上でそれを測定することによって理想的な形態から実質的に逸脱していないことが判る。しかしながら、このような外部ＣＭＭから座標測定装置に詳細な測定データを伝送することは必要とされないことに留意されたい。判っている理想的な形態上にある座標値は、特徴部と関連付けられた形状のサイズ、位置、または方位から生成され得る。

したがって、本発明の幾つかの実施形態では、ワークピース上の対応する測定された点の補正のために、基準ワークピース上の対応する点のフルセットを外部測定する必要なく測定補正値のセットを生成することが可能である。他の実施形態では、たとえ基準ワークピース上の点のこのようなセットが外部で測定されても、それらの場所が座標測定装置上で測定される点の場所に対応していることを熟練した使用者が確保する必要はない。

座標測定装置の作動部品を示す図である。 測定されるワークピースの例を示す図である。 図２のワークピースの特徴部を示す図である。 図２のワークピースの特徴部を示す図である。 図２のワークピースの特徴部を示す図である。 図２のワークピースの特徴部を示す図である。 図２のワークピースの特徴部を示す図である。 ワークピースを測定するための好ましい方法のフローチャートを示す図である。 ワークピースを測定する従来技術による方法のフローチャートを示す図である。 ワークピースを測定する従来技術による方法のフローチャートを示す図である。

ここで、本発明の好ましい実施形態が添付の図面を参照し説明される。

図１は、座標測定装置の部品を図示する。この装置は、本出願人のＲｅｎｉｓｈａｗ ｐｉｃによって商標ＥＱＵＡＴＯＲで販売されている比較ゲージングマシン（comparative gauging machine）である。それは、平行運動モーションシステム（parallel kinematic motion system）によって可動プラットフォーム３２に連結された固定プラットフォーム３０を備える。本例では、平行運動モーションシステムは、固定プラットフォームと可動プラットフォームの間で平行に作用する３つの支柱３４を備える。３つの支柱３４は、３つのそれぞれのアクチュエータ３６を貫通し、それらは、アクチュエータ３６によって伸長および収縮され得る。各支柱３４の一方の端部は、普遍的に旋回可能な継手によって可動プラットフォーム３２に取り付けられ、アクチュエータ３６は、固定プラットフォーム３０に同じように普遍的に旋回可能に取り付けられる。

アクチュエータ３６は各々、支柱を伸長および収縮するためのモータと、それぞれの支柱３４の伸長を測定するトランスデューサとを備える。各アクチュエータ３６において、トランスデューサは、目盛りと読み取りヘッドとを備えるエンコーダとすることができ、読み取りヘッドの出力のためのカウンタを有する。各モータおよびトランスデューサは、制御装置またはコンピュータ８によって制御される、それぞれのサーボループの一部を形成する。

平行運動モーションシステムは、３つの受動非回転デバイス３８、３９も備え、これらも固定プラットフォームと可動プラットフォームの間で平行に作用する。各非回転デバイスは、固定プラットフォーム３０にヒンジ結合された剛性プレート３９と、剛性プレート３９と可動プラットフォーム３２の間に普遍的に旋回可能に連結された、平行で、間隔が空いた一対のロッド３８とを備える。非回転デバイスは、３つの回転自由度すべてへの移動に対して可動プラットフォーム３２を協働して抑制する。したがって、可動プラットフォーム３２は、３つの並進自由度Ｘ、Ｙ、Ｚのみで動くように抑制される。支柱３４の適切な伸長を要求することにより、制御装置／コンピュータ８は、可動プラットフォームの任意の所望するＸ、Ｙ、Ｚ変位またはＸ、Ｙ、Ｚ位置決めをもたらすことができる。

このような平行運動モーションシステムの作動の原理は、本出願人の特許文献１（ＭｃＭｕｒｔｒｙら）に記載されている。それは、三脚機構（３つの伸長する支柱３４を有する）の例である。例えば三脚または六脚平行運動機構を有する他のモーションシステムが使用され得る。

３つのアクチュエータのトランスデューサが一緒になって、位置測定システムを形成する。これは、制御装置またはコンピュータ８における適切な算出によって、固定プラットフォーム３０に対する可動プラットフォーム３２のＸ、Ｙ、Ｚ位置を決定する。これらの算出は当業者に周知されている。すべての測定装置と同様に、位置測定システムによってこのように決定された位置は、しかしながら、誤差の影響を受ける。機械を使用してワークピースを測定する際に、このような誤差を補正する方法が以下に記載される。

典型的には、ワークピースと接触する先端部２２を有する偏向可能なスタイラス（stylus）２０を有するアナログプローブ１６が、機械の可動プラットフォーム３２上に取り付けられるが、他のタイプのプローブ（タッチトリガプローブを含む）を用いてもよい。機械は、テーブル１２上のワークピース１４に対してプローブ１６を動かし、ワークピースの特徴部の測定を実施する。ワークピース表面上の点のＸ、Ｙ、Ｚ位置は、アナログプローブ１６の出力と連動し、サーボシステム内のトランスデューサから算出によって導き出される。これは、制御装置／コンピュータ８によってすべて制御される。あるいは、タッチトリガプローブの場合は、プローブがワークピースの表面に接触したことを示す信号が、トランスデューサからの出力から算出されたＸ、Ｙ、Ｚ位置値をフリーズさせ（freeze）、コンピュータがワークピース表面の座標を読み取る。所望により、ロボットなどの自動手段（図示せず）が、生産操業（production run）からの一続きの実質的に同一のワークピースの各々を、テーブル上の少なくとも公称上同じ位置および方位に配置してもよい。

図１の機械は、本発明で使用され得る測定機械のタイプの例にすぎない。別の例は、従来の直列連結されたデカルトＣＭＭである。どちらのタイプの機械が使用されても、典型的には、それは工場環境に配置され、自動化された製造工程からの生産ワークピースを検査する。

図２は、一連の公称上同一のワークピースを生産する生産工程で製造されるワークピース５０の例を示す。これらのワークピースを、それらが製造工程から受け取られるときに、図１の測定機械上で検査することが必要とされる。

ワークピース５０は、平坦形状を有する表面５２、円形形状または円筒形形状を有する穴５４、５６などの表面、および、やはり円形形状または円筒形形状を有する穴５６の座ぐり５８などの、検査される幾つかの特徴部を含む。このような特徴部間の関係、例えば、公称上同心の円筒５６、５８間の同心度、または穴５４、５６の公称平行な軸６４、６６間のずれ、または平坦な表面５２と水平データ表面６０の間の平行度、または水平データ表面６０に対する軸６４、６６の鉛直度、または互いに対するもしくは垂直データ表面６２に対するこれらの軸の傾斜度もしくは平行度を検査することも必要とされ得る。

好ましい手順が、図８のフローチャートに図示されている。

ステップ７０では、公称上同一の一連からのワークピース５０のうちの１つが基準ワークピースとして取得される。以下に記載されるように、それは、参照標準として使用されることになり、一連のうちの他のワークピースは、それらの検査中に参照標準に対して比較される。

基準ワークピース５０は、一連のうちの残りのものよりも厳密な規格に製造され、その特徴部５２〜６２の形状が理想的な形態から実質的に逸脱していないという確信を得てもよい。または、使用者は、そうでない場合、これらの形状が、続いて実行される検査測定にとって適切な許容差よりも理想的な形態から逸脱していないと確信してもよい。

この状況は、図８の７２で示されている。例えば、図３および図４に図形表示されるように、円筒形の穴５４は、実質的に円形形状を有することが判っており、平坦な表面５２は、実質的に平坦形態を有することが判っている。生産機械が工作機械の場合、これは、例えば、工作機械を通常使用されるよりも遅い切削速度で動かすことにより達成され得る。または、平坦な表面５２がミリングによって通常作製される場合、基準ワークピース上では、それは、研磨によってより正確に作製され得る。または、円筒形の穴５４が、通常、工作機械のＮＣ制御装置における円形補間ルーチン（circular interpolation routine）を使用してミリング加工され、円形の経路を作製する場合、基準ワークピース上では、それは、リーマ加工によってより正確に作製され得る。または、使用者は、基準ワークピースが、その設計公称（すなわち、ワークピースの書類またはＣＡＤ図面に特定されているその公称寸法）を遵守していると単に仮定することを選択してもよい。

図８のステップ７４では、基準ワークピース５０は、図１の測定機械の外部で測定される。ここから、特徴部５２〜６２のサイズ、および／または位置、および／または方位を画定する１または複数の基準値が決定される（ステップ７６）。例えば、平坦な表面５２の場合には、これらは、表面５２が通過する点のＸ、Ｙ、Ｚ座標、および／または表面に対する垂直線の方位角θ、φとすることができ、すべてがワークピースの適切なデータ座標測定系（datum coordinate measurement system）に相対的である。円筒形の穴５４、５６、５８の場合、測定は、穴の半径もしくは直径、および／またそれらの軸６４、６６が通過する１または複数の点のＸ、Ｙ、Ｚ座標、および／または軸６４、６６の方位角θ、φとすることができる。

これらの値の外部測定は、カリパス、マイクロメータゲージ（micrometer gauge）、ダイヤルゲージなどの手持ち器具を使用して手動で行われ得る。または、例えば、外部測定は、温度管理された研究室環境に配置され得る、ＣＭＭなどのより正確な測定機械上で実行され得る。穴５４、５６、５８の円形度（真円度）に信頼性がある場合、その半径または直径、および所与の測定面におけるその軸の位置は、その表面の周りの少なくとも３つの点のＸ、Ｙ、Ｚ座標から決定され得る。表面５２の平坦度に信頼性がある場合、その位置およびその方位角θ、φは、表面上の最低３つの点を測定することにより決定され得る。このような測定は、例えば、ＣＭＭと共に供給されるソフトウェアに組み込まれたルーチンを使用して行われ得る。

図８のステップ７８は、基準ワークピース特徴部の形状が、それらの理想的な形態から逸脱していないことは事前に判っていない（または仮定され得ない）場合の、ステップ７２に対する代替を図示する。この場合、特徴部５２〜６２の形状は、ステップ７４の外部測定中に、より詳細に測定され得る。たとえ基準ワークピース５０が一連のうちの残りのものと同じ規格に製造されていたとしても（例えば、それが通常生産工程中に生産された単なる標準のワークピースである場合）、これは、形状が、所定の許容差範囲内でそれらの対応する理想的な形態から逸脱していないことを確認することになる。このようなより詳細な測定は、図１の機械よりも正確な研究室環境内の温度管理されたＣＭＭ上で実行され得る。または、それは、専用の形態測定機械、例えば、真円度測定機械、もしくは平坦度を確認する表面輪郭測定機械上で実行され得る。適する機械は、英国、レスターのＴａｙｌｏｒ Ｈｏｂｓｏｎ Ｌｉｍｉｔｅｄによって商標ＴａｌｙｒｏｎｄおよびＴａｌｙｓｕｒｆで販売されている。

例えば、図５は、穴５４の円形度（真円度）が、狭い所定の許容域ｔ１範囲内で円形形態に適合していることを示す。すなわち、外部測定は、所与の測定面において、穴５４の表面上のすべての点が、許容差ｔ１だけ離間した２つの概念的な同心の円５５、５７内にあることを示す。同様に、図６は、表面５２が、狭い所定の許容域ｔ２範囲内で平坦形態に適合していることを示す。すなわち、外部測定は、表面５２上のすべての点が、許容差ｔ２だけ離間した２つの概念的な平行な面５１、５３内にあることを示す。ステップ７６およびステップ７８では、基準ワークピース５０上の十分な点が測定され、５２および５４などの形状が、所望する理想的な平坦形態または円形形態から許容差ｔ１、ｔ２よりも逸脱していないことを確認する。同じ測定手順中に、形状のサイズ、位置、および／または方位値を画定する値（例えばＸ、Ｙ、Ｚ、θ、φ）も決定される（ステップ７６）。（図５および図６は、例示のために許容域ｔ１、ｔ２が誇張された図を示していることを理解されたい。）

７２または７８で示されたいずれの場合も、これまでのところで、穴５４および表面５２などの基準ワークピースの特徴部の形状が、理想的な円形形態または平坦形態から実質的に逸脱していない（例えば許容域ｔ１、ｔ２の範囲内である）ことが判っている。そして、ステップ７６で算出された平坦な表面もしくは円形の表面の形状のサイズ、位置、または方位を画定する１または複数の値（例えばＸ、Ｙ、Ｚ、θ、φ）が存在する。

この事実およびこれらの値は、今度はステップ８０で使用され、理想的な平坦形態または円形形態の表面（例えば表面５２または表面５４）上にある座標値のセットを生成する。このステップは、図１の測定機械のコンピュータ８、またはより正確な外部測定機械（もしあれば）のコンピュータ、または別個のコンピュータにおいて動作するソフトウェアによって実行され得る。表面上にある座標値は、ステップ７６で決定された表面のサイズ、位置、および／または方位の値から、表面の形態が理想的であるという７２または７８で示された仮定に基づき算出される。例えば、平坦な表面を仮定し、それが方位θ、φで点Ｘ、Ｙ、Ｚを通過することが判ると、すべてがその平坦な表面上にある座標値のセットを算出することは簡単である。同様に、円形形態を仮定し、その関連付けられた軸の位置（およびおそらく方位も）が判ると、すべてが円形形態上にある座標値のセットを算出することは簡単である。

ステップ８０で生成されたこれらの座標値の場所は、ステップ７４において外部で測定された座標点に対応する必要はない。有利には、それらは、代わりに、図１の工場の機械上で測定される座標点に対応してもよい。それらは、外部ＣＭＭまたは他の外部測定装置の中に組み込まれた測定ルーチンによって指示される点の場所に対応する必要はない。

ステップ８２では、基準ワークピース５０は、今度は図１の工場測定機械上に配置される。機械のコンピュータ８は、基準ワークピースを測定するソフトウェアルーチンを実行する。特徴部５２〜６２の各々について、これは、測定された座標値のセットを作成する。次いで、測定された値は、８４で示されるようにそれぞれの生成された値と比較され、８６に示されるようにそれぞれの座標測定補正値のセットを生成する。この比較を容易にするために、前述したように、これらの測定された値は、ステップ８０で生成された理想的な形態上の値に対応する表面上の場所に配置され得る。

一連のうちの後続の生産ワークピースの各々が図１の機械上で測定されると、基準ワークピースのそれぞれの特徴部上の測定点に対応する測定点において、測定された座標値のセットが作成される（ステップ８８）。これらは、次いで、それぞれの測定補正値を使用して補正される（ステップ９０）。ステップ９２では、補正された座標値は、機械のコンピュータ８のメモリに出力および／または保存され得る。補正された座標値が使用され、測定されたワークピースの特徴部の寸法および／または形態を算出し、出力および／または保存することもできる。

ステップ８２およびステップ８８が、基準ワークピースおよび生産ワークピースを工場熱環境において実質的に同じ温度で測定する場合、補正された出力値は、外部の研究室測定と工場測定の間の如何なる温度差も補償されることになる。これは、特許文献３（Ｓｈｅｌｔｏｎ）に記載されている。さらに、ステップ８２およびステップ８８における測定を、相対的に速い同じ速度で実行することが可能であり、これは、外部ＣＭＭ上で行われる測定よりも速い場合もある。補正された出力値は、その場合、外部測定に比べて速い速度の測定によってもたらされる動的誤差が補償されることになる。これは、特許文献４（Ｔａｙｌｏｒら）に記載されている。

ステップ８６では、座標補正値は、誤差マップとして使用され得るか、または、誤差マップもしくは誤差関数（例えば多項式誤差関数）が、座標補正値から形成もしくは導き出され得る。これは、次いで、ステップ９０において後続のワークピースの測定を補正するために使用され得る。

ステップ８２で測定された基準ワークピースの座標値が、ステップ８０で生成された理想的な形態上の値に対応する表面上の場所に配置されていない場合、測定された値とステップ８４において比較するために、生成された値が補間されるか、または、生成された値と比較するために、測定された値が補間されるかのいずれかである。これらの補間手順のいずれかが使用され、ステップ８６で測定補正値のセットを生成することができる。

しかしながら、補間せず、単に、所望する公称場所でステップ８０において値を生成することが好ましい。工場測定機械を、全く同じ公称場所で測定するように配置することは困難または不都合なことがあり、この場合、ステップ８２における測定された値が補間される。このような補間は、ステップ８８における一連のうちの各後続のワークピースの測定された値に対して繰り返されることが必要となる可能性が高い。

図３〜６は、外部測定ステップ７４、７６が、平坦な表面、または穴などの円形の特徴部の基準幾何学的特性値（サイズ、位置、および／または方位）を決定することができることを図示している。しかしながら、本発明は、このような単純な特徴部に限定されない。それらは、最も基本的な特徴部とみなされ得、基準ワークピースの他のより複雑な特徴部は、例えば、これらの組み合わせとしてみなされ得る。より複雑な特徴部の形状の基準幾何学的特性値を、基本的な円または平坦な表面にそれらを分解することなく決定することも可能である。

１つの例として、図７は、基準ワークピース５０の穴のうちの１つ、例えば穴５４の円筒度が、ステップ７８で確認され得ることを図示している。外部測定は、穴の円筒形の表面上のすべての点が、許容差ｔ３だけ離間した２つの概念的な同軸の円筒６３、６５の間にあることを確認する。これは、例えば、穴の軸に沿って間隔が空いた測定面内の２つ以上の円において、穴の表面上の点を測定することによって確認され得る。ステップ７６で決定される幾何学的特性は、穴の半径または直径、その軸の方位角θ、φ、および軸上の点のＸ、Ｙ、Ｚ座標とすることができる。

当業者は、如何なるワークピースの他のより複雑な特徴部も同様の様式で確認され得ることを容易に理解するであろう。

生産系列（production series）の後続のワークピースの特徴部が測定されると、それらの間の関係を決定することが可能となる。例えば、図２を参照すると、平坦な表面５２とデータ表面６０の間の平行度が決定され得る。穴５４、５６の軸６４、６６の位置が決定されると、それらの間のずれを決定することが可能となる。これらの軸の方位が決定されると、それらの間の傾斜度または平行度を決定することが可能となる。これらの軸の各々に対し、水平データ表面６０に対する鉛直度、または、データ表面６２との傾斜度もしくは平行度を決定することが可能となる。同様に、穴５６と座ぐり５８の間の同心度が決定され得る。円形の振れが、穴などの円形の特徴部とデータ軸の間で決定され得る。傾斜度、直角度、平行度などは、ワークピースの他の表面間においても決定され得る。

円形の振れまたは円筒度などの上記の関係の幾つかの決定には、ワークピース特徴部の形態についての情報が必要であることを留意されたい。これは、ステップ９０における補正された座標測定値から入手することができる。これは、ステップ１３８において特徴部の幾何学的特性の補正された値を与えるのみである、図１０に示される従来技術による方法よりも有利である。

図９では、従来技術によるステップ１０２が、破線９６で囲まれている。ステップ１０２は、基準ワークピースを外部で測定し、ワークピース表面上の点の座標値のフルセットを得る。これらの点の場所は、ステップ１０４およびステップ１１０において工場の機械上で続いて測定される点に、それらの比較を容易にするために対応しなければならない。

これは、ステップ７２、７８、および８０を囲む図８の破線９４と比較および対比され得る。本発明の好ましい実施形態では、これらのステップは、基準ワークピース表面上の点の座標値のフルセットを、それらを測定するのではなく自動的に生成する。外部測定ステップ７４の間、使用者は、ステップ８２およびステップ８８において工場の機械上で続いて測定される場所と同じ基準ワークピース上の場所で座標値が取得されることを確保する必要はない。その代わりに、工場の機械上で測定される場所に対応する座標値が、ステップ８０でソフトウェアによって再現され得る。または、やはり使用者が介入することなく、上述のように補間が行われてもよい。

したがって、使用者は、ステップ７４およびステップ７６での外部測定から表面のサイズ、位置、および／または方位の単なる値を得るだけでよいということが実用的な有利性である。これは、ステップ７４での外部測定が手動測定を含むか、それが、円形形状もしくは平坦形状に対する基準値を決定するのにちょうど十分な座標値を得る外部ＣＭＭ、または、座標値の完全なセットを得るコンピュータ−制御されたＣＭＭを含むかに関わらず当てはまる。

これは、ワークピースの詳細な補正された測定がステップ９２で出力されることを可能にする。補正され出力された測定は、例えば、座標値のセットと、ワークピース特徴部の形態についての情報とを含むことができる。それらは、図１０に示される従来技術による方法のステップ１２２、１２４において外部で測定されるような特徴部の半径または角度などの特定の幾何学的特性のみに制限されない。

別の実用的な有利性は以下のとおりである。図９による従来技術では、測定された座標値を外部ＣＭＭのコンピュータからエクスポートするときに、それらが、工場の機械のコンピュータ８によって受け入れられるフォーマットとは異なることがあるため、使用者は困難な状況に直面するおそれがある。本発明の好ましい実施形態は、測定された座標値のフルセットではなく、サイズ、位置、および／または方位特性をエクスポートするだけでよいため、これを克服する。これらは、所望により、外部ＣＭＭから印刷された測定レポートから容易に読み取られ、コンピュータ８に手動で入力され得る。

さらに、基準ワークピースが、リーマ加工などの正確な機械加工工程で作製される場合、形態は実質的に理想的であると仮定され得る（ステップ７２）と前述している。ステップ８０では、次いで、この仮定に基づき座標値の基準セットを生成する。図９に示される特許文献３（Ｓｈｅｌｔｏｎ）の従来技術による方法では、このような実質的に理想的なワークピースは、代わりに、外部研究室ＣＭＭ上で測定される。リーマ加工などの正確な生産工程は、典型的な研究室ＣＭＭによって行われる形態測定よりも正確な円形形態を作製することができるため、これは、座標値の基準セットに測定工程からの不正確さを導入してしまう可能性が高い。したがって、図８の方法のさらなる有利性は、外部ＣＭＭは、サイズ、位置、または方位などの幾何学的特性を測定するのみでよいために、このような不正確さが低減されることである。ワークピース特徴部の形態を表す座標値のフルセットを測定する必要はない。

図８のステップ７８およびステップ８０での算出は、図１の工場測定機械のコンピュータ８、または外部ＣＭＭ（もしあれば）を制御するコンピュータ、または何らかの別個のコンピュータ上に常駐し動作することができるソフトウェアによって実行され得る。同じように、適切な場合には、理想的な形態についての知識（ステップ７２）が、このソフトウェアに入力され得る。上記の実用的な有利性は、ソフトウェアがどこで動作しようとも達成され得る。ステップ８２〜９２は、図１の機械のコンピュータ８上に常駐し動作するソフトウェアによって実行され得る。このソフトウェアはすべて、コンピュータ８に予めインストールされてもよく、または、それは、ディスク、もしくはメモリスティック、もしくはインターネットサーバなどの機械読み取り可能媒体に記録されてもよく、そこから、それがダウンロードされてもよい。

Claims (17)

1. 検査される一連の公称上同一のワークピースのうちの１つである基準ワークピースであって、少なくとも１つの特徴部を有しており、該特徴部が該特徴部と関連付けられた形状を有している基準ワークピースを用いて、座標測定装置を作動させる方法であって、
   前記座標測定装置を使用して前記基準ワークピースの前記特徴部を複数の測定点において測定し、測定された座標値のセットを作成するステップ、および、
   前記測定された座標値のセット中のそれぞれの値と関連付けられた測定補正値のセットを生成するステップ
   を含む方法において、
   前記特徴部と関連付けられた前記形状は、理想的な形態から実質的に逸脱していないことが判っており、
   前記特徴部と関連付けられた前記形状のサイズ、位置、または方位を画定する値は、前記座標測定装置の外部での前記特徴部の測定から判っており、および、
   前記測定補正値は、前記測定された座標値から、前記特徴部と関連付けられた前記形状の前記サイズ、前記位置、または前記方位の判っている前記値から、および、前記形状は前記理想的な形態から実質的に逸脱していないことが判っているという事実から生成される
   ことを特徴とする方法。
2. 前記座標測定装置を使用して前記一連のうちの１または複数のさらなるワークピースを測定し、前記１または複数のさらなるワークピースの測定された値を作成するステップ、および、前記１または複数のさらなるワークピースの前記測定された値を、前記測定補正値、または、前記測定補正値から形成もしくは導き出された誤差マップもしくは誤差関数を使用して補正するステップを含むことを特徴とする請求項１の方法。
3. 前記１または複数のさらなるワークピースは、前記基準ワークピースの前記特徴部上の前記測定点に対応する測定点において測定されることを特徴とする請求項２の方法。
4. 前記１または複数のさらなるワークピースは、前記基準ワークピースと実質的に同じ温度で測定され、それにより、前記座標測定装置上の測定と前記座標測定装置の外部での測定の間の温度差を補償することを特徴とする請求項２または３の方法。
5. 前記１または複数のさらなるワークピースは、前記基準ワークピースと実質的に同じ速度で測定され、該速度は、前記座標測定装置の外部での測定の速度よりも速いことを特徴とする請求項２、３、または４のいずれか一項の方法。
6. 前記特徴部と関連付けられた前記形状は、前記座標測定装置の外部でそれを測定することによって、前記理想的な形態から実質的に逸脱していないことが判っていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項の方法。
7. 前記特徴部と関連付けられた前記形状、および／または、前記特徴部と関連付けられた前記形状のサイズ、位置、もしくは方位を画定する前記値は、外部座標測定機械上での測定により判っていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項の方法。
8. 判っている前記理想的な形態上にある座標値は、前記特徴部と関連付けられた前記形状の前記サイズ、前記位置、または前記方位から生成されることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項の方法。
9. 前記生成された座標値は、前記測定された値と比較するために、前記測定された測定値に対応する前記形状上の場所で生成されることを特徴とする請求項８の方法。
10. 前記生成された座標値が、前記測定された値に対応しない前記形状上の場所で生成され、次いで、前記測定された値と比較するために補間されるか、または、前記測定された値が、前記生成された値と比較するために補間されることを特徴とする請求項８の方法。
11. 前記形状の形態は円を含むことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項の方法。
12. 前記形状の形態は平坦な面を含むことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか一項の方法。
13. 前記特徴部と関連付けられた前記形状、および／または、前記特徴部と関連付けられた前記形状のサイズ、位置、もしくは方位を画定する前記値は、温度管理された環境での測定により判っていることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか一項の方法。
14. 前記基準ワークピースは、前記一連のうちの他のワークピースよりも正確に製造されることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか一項の方法。
15. 前記一連の公称上同一のワークピースは、自動化された製造工程によって生産された生産ワークピースを含むことを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか一項の方法。
16. 検査される一連の公称上同一のワークピースのうちの１つである基準ワークピースを用いて請求項１乃至１５のいずれか一項の方法を実行するように構成されたコンピュータ制御部を有する座標測定装置であって、前記基準ワークピースが少なくとも１つの特徴部を有し、前記特徴部が前記特徴部と関連付けられた形状を有することを特徴とする座標測定装置。
17. 座標測定装置のコンピュータ制御部上で動作するときに、検査される一連の公称上同一のワークピースのうちの１つである基準ワークピースを用いて、請求項１乃至１５のいずれか一項の方法を実行するように構成されたコンピュータプログラムであって、前記基準ワークピースが少なくとも１つの特徴部を有し、前記特徴部は前記特徴部と関連付けられた形状を有することを特徴とするコンピュータプログラム。

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