JP6898966B2

JP6898966B2 - 不具合判定ユニット

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Publication number: JP6898966B2
Application number: JP2019107515A
Authority: JP
Inventors: 齋藤　章憲; 章憲齋藤; 古賀　聡; 聡古賀; 宏之金森
Original assignee: Mitutoyo Corp
Current assignee: Mitutoyo Corp
Priority date: 2019-06-07
Filing date: 2019-06-07
Publication date: 2021-07-07
Anticipated expiration: 2039-06-07
Also published as: JP2020201101A; US11268874B2; CN112050765A; EP3748282B1; EP3748282A1; CN112050765B; US20200386646A1

Description

本発明は、不具合判定ユニットに係り、特に、簡便な構成により測定の信頼性を確保可能な測定プローブの不具合判定ユニットに関する。

従来、特許文献１に示すような測定プローブが提案されている。この測定プローブは、被測定物と接触する接触部を有するスタイラスと、スタイラスを軸心上に支持可能なプローブハウジングと、接触部の移動を検出可能な検出素子と、検出素子の出力を処理する信号処理回路と、を備えている。信号処理回路は、検出素子から出力されるセンサ信号を処理することで、タッチ信号を外部に出力する。このタッチ信号により、被測定物の形状を正確に測定することが可能となっている。

特許第６２１２１４８号公報

しかしながら、特許文献１に示すような測定プローブでは、測定精度に影響を与えるような不具合が内部で生じても、その不具合に気づかず使用を続けてしまうおそれがある。すると、その後になって、測定結果に不具合があることがわかり、測定結果を無駄にすることとなる。そのような事態のおそれは、結局は測定プローブによる測定の信頼性の低下を招くと考えられる。

本発明は、前記の問題点を解決するべくなされたもので、簡便な構成により測定の信頼性を確保可能な測定プローブの不具合判定ユニット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、不具合判定ユニットであって、被測定物と接触する接触部を有するスタイラスと、該接触部の移動を検出可能な１つ以上の検出素子と、該１つ以上の検出素子の出力から得られる生成信号を処理してタッチ信号を出力する信号処理部と、を備える測定プローブと、前記被測定物と前記接触部とが接触していない状態で、前記生成信号に対応する１つ以上の判定信号を所定の閾値と比較し、いずれかの該判定信号が該所定の閾値よりも大きければ不具合があると判定する不具合判定部と、該不具合判定部の判定結果を出力する判定結果出力部と、を備え、前記測定プローブが、更に、前記スタイラスを軸心上に支持可能なプローブハウジングと、回転対称形状であって前記スタイラスの姿勢変化を許容する支持部材を、該プローブハウジングの軸方向に１つ以上備え、少なくとも１つの該支持部材の変形可能な腕部に、４つの前記検出素子が４回対称の位置に配置されたことにより、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、前記信号処理部の前段に、前記検出素子の出力をそれぞれ増幅する信号増幅部を備え、前記生成信号を、該信号増幅部の増幅信号としたものである。

本願の請求項３に係る発明は、前記信号増幅部と前記信号処理部との間に、前記増幅信号をフィルタリングするオフセット補正部を備えるようにしたものである。

本願の請求項４に係る発明は、前記検出素子の出力をそれぞれ差動増幅する信号増幅部と、該信号増幅部の入力端および出力端のそれぞれに接続されたフィードバック型のオフセット補正部と、を設け、前記生成信号を、該オフセット補正部から出力し、前記信号増幅部で前記検出素子の出力と差分するオフセット信号としたものである。

本願の請求項５に係る発明は、前記オフセット補正部と前記信号増幅部との間に該オフセット補正部の出力のそれぞれをアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換器と、該信号増幅部と前記信号処理部との間に該信号増幅部の出力のそれぞれをデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、を備え、前記信号増幅器から前記オフセット補正部への入力信号を、前記Ａ／Ｄ変換器を介したデジタル増幅信号とし、前記生成信号を、前記Ｄ／Ａ変換器を介して前記信号増幅部に入力されるデジタルオフセット信号とし、前記信号処理部と前記オフセット補正部と前記不具合判定部とが、デジタル信号処理部を構成するようにしたものである。

本願の請求項６に係る発明は、前記検出素子を、歪みゲージとしたものである。

本願の請求項７に係る発明は、前記判定信号を、前記生成信号と所定の固定値との差分である固定差分値とし、前記所定の閾値を、該固定差分値に対応して定められた固定閾値とし、前記不具合判定部がそれぞれ、該固定差分値と該固定閾値とを比較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、前記判定信号を、前記生成信号と所定の固定値との差分である固定差分値と、いずれか１つの今回得られた該生成信号を変動基準信号として、あるいは、全ての今回得られた該生成信号の平均を変動基準信号として、該変動基準信号と今回得られた該生成信号との差分である変動差分値と、を備え、前記所定の閾値が、前記固定差分値に対応する固定閾値と、該変動差分値に対応する変動閾値と、を備え、前記不具合判定部がそれぞれ、該固定差分値と該固定閾値とを比較し、かつ該変動差分値と該変動閾値とを比較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、前記所定の固定値を、前記検出素子が前記測定プローブに組み込まれた際に最初に得られた生成信号としたものである。

本願の請求項１０に係る発明は、前記判定信号を、いずれか１つの今回得られた前記生成信号を変動基準信号として、該変動基準信号と今回得られた該生成信号との差分である変動差分値とし、前記所定の閾値を、該変動差分値に対応する変動閾値とし、前記不具合判定部がそれぞれ、該変動差分値と該変動閾値とを比較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、前記判定信号を、全ての今回得られた前記生成信号の平均を変動基準信号として、該変動基準信号と今回得られた該生成信号との差分である変動差分値とし、前記所定の閾値を、該変動差分値に対応する変動閾値とし、前記不具合判定部がそれぞれ、該変動差分値と該変動閾値とを比較するようにしたものである。

本願の請求項１２に係る発明は、前記所定の閾値を、前記判定信号毎に異なる値としたものである。

本願の請求項１３に係る発明は、１つの前記判定信号に対して２以上の前記所定の閾値を設け、前記判定結果出力部では、前記不具合のレベルを２段階以上で出力するようにしたものである。

本願の請求項１４に係る発明は、前記判定結果出力部に、前記判定結果が判別可能となる表示部を備えるようにしたものである。

本発明によれば、簡便な構成により測定の信頼性を確保可能な測定プローブの不具合判定ユニットを提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る測定プローブを用いた測定システムの一例を示す模式図図１の測定プローブの断面を示す模式図図２の測定プローブと不具合判定ユニットとの関係を示すブロック図図３の不具合判定部の構成を示すブロック図図４の不具合判定部の動作を示す図（（Ａ）ゆっくり変化する生成信号と所定の固定値との関係を示す図、（Ｂ）判定信号と所定の閾値との関係を示す図、（Ｃ）判定結果を示す図、（Ｄ）急激に変化した生成信号と所定の固定値との関係を示す図、（Ｅ）判定信号と所定の閾値との関係を示す図、（Ｆ）判定結果を示す図）図３の不具合判定ユニットの動作を示すフロー図本発明の第２実施形態に係る測定プローブと不具合判定ユニットとの関係を示すブロック図本発明の第３実施形態に係る測定プローブと不具合判定ユニットとの関係を示すブロック図本発明の第４実施形態に係る測定プローブと不具合判定ユニットとの関係を示すブロック図本発明の第５実施形態に係る不具合判定部の構成を示すブロック図図１０の不具合判定部の動作を示す図（（Ａ）温度が時間と共に変化することを示す図、（Ｂ）（Ａ）の温度変化で変化する生成信号を示す図、（Ｃ）１つの生成信号との差分で得られた判定信号を示す図、（Ｄ）（Ａ）の温度変化で変化する生成信号と全ての生成信号の平均信号を示す図、（Ｅ）平均信号との差分で得られた判定信号を示す図）本発明の第６実施形態に係る不具合判定部の構成を示すブロック図本発明の第７実施形態に係る不具合判定部の構成を示すブロック図本発明の第８実施形態に係る判定信号を示す図（（Ａ）判定信号と所定の閾値との関係を示す図、（Ｂ）判定結果を示す図）

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。

本発明の測定システムに係る第１実施形態について図１〜図６を参照して説明する。

最初に、測定システム１００の全体構成を説明する。

測定システム１００は、図１に示す如く、測定プローブ３００を移動させる三次元測定機２００と、手動操作するジョイスティック１１１を有する操作部１１０と、三次元測定機２００の動作を制御するモーションコントローラ１４０と、を備える。また、測定システム１００は、モーションコントローラ１４０を介して三次元測定機２００を動作させるとともに三次元測定機２００によって取得した測定データを処理して被測定物Ｗの寸法や形状などを求めるホストコンピュータ１５０と、測定条件等を入力する入力手段１２０と、測定結果等を出力する出力手段１３０と、を備える。

ここで、三次元測定機２００は、図１に示す如く、測定プローブ３００と、定盤２１０と、定盤２１０に立設されて測定プローブ３００を三次元的に移動させる駆動機構２２０と、駆動機構２２０の駆動量を検出する駆動センサ（図示省略）と、を備えている。また、本実施形態では、測定プローブ３００に、不具合判定部３７２と、判定結果出力部３９０と、が設けられた構成を、不具合判定ユニット３７０と称する。

次に、測定プローブ３００の概略構成を説明する。

測定プローブ３００は、図２に示す如く、被測定物Ｗと接触する接触部３６２を有するスタイラス３３６と、スタイラス３３６を軸心Ｏ上に支持可能なプローブハウジング３０６と、接触部３６２の軸心Ｏ上からの移動及び軸心Ｏ上での移動を検出可能な１つ以上（本実施形態では４つ）の検出素子３２５と、４つの検出素子３２５の出力を処理してタッチ信号Ｓｔｒ（デジタル信号）を出力する信号処理回路３２０と、を備えている（つまり、測定プローブ３００は、タッチ信号プローブとも称される）。なお、スタイラス３３６は、スタイラスモジュール３０４に含まれ、プローブハウジング３０６と検出素子３２５とはプローブ本体３０２に含まれている。プローブ本体３０２は、駆動機構２２０のスピンドル２２４に支持されている、そして、スタイラスモジュール３０４はキネマティックジョイント（後述）で、高い位置再現性で脱着可能にプローブ本体３０２に連結されている。

以下、測定プローブ３００について詳細に説明する。なお、以下の説明のために、図２の紙面上下方向にＺ方向をとり、紙面左右方向にＸ方向をとり、紙面垂直方向にＹ方向をとる。このため、測定プローブ３００の軸心Ｏの方向（軸方向Ｏ）は、Ｚ方向と同一となる。

前記プローブ本体３０２は、図２に示す如く、プローブハウジング３０６と、信号処理回路３２０と、支持部材３２２、３２４と、検出素子３２５と、連結シャフト３２６と、フランジ部材３２８と、永久磁石３３０と、球３３２と、を備える。

プローブハウジング３０６は、図２に示す如く、取り付け部３０８と、回路配置部３１０と、固定部材３１４と、下部部材３１６と、本体カバー３１８と、を備える。

取り付け部３０８は、図２に示す如く、測定プローブ３００の上端部においてスピンドル２２４に取り付けられる部位である。回路配置部３１０は、取り付け部３０８の下端に配置されている。回路配置部３１０は、円盤形状の上端部３１０Ａと下端に設けられた円盤形状の下フランジ３１２を除いて、軸心Ｏに直交する断面が略三角形形状とされている。その略三角形形状とされた外周に、信号処理回路３２０、不具合判定部３７２、および判定結果出力部３９０が配置されている。回路配置部３１０は、支持部材３２２、３２４の上側に配置されている。

下フランジ３１２の下端周辺部３１２Ｂには、図２に示す如く、支持部材３２２を挟んで、固定部材３１４が固定されている。固定部材３１４は、軸心Ｏ上に開口部３１４Ａが設けられた円筒形状とされている。固定部材３１４の下端内面には、４つの凹部３１４Ｃが４回対称の位置に設けられている。そして、固定部材３１４の下端周辺部には、支持部材３２４を挟んで、下部部材３１６が固定されている。下部部材３１６は、円環形状とされている。本体カバー３１８は、円筒形状であり、回路配置部３１０、下フランジ３１２、固定部材３１４、下部部材３１６の外周に、信号処理回路３２０と不具合判定部３７２を全て覆うように配置されている。本体カバー３１８は、ボルトで固定部材３１４に固定されている。

信号処理回路３２０は、図３に示す如く、検出素子３２５の出力を処理して接触部３６２に被測定物Ｗが接触したことを通知するタッチ信号（接触感知信号）Ｓｔｒを出力する回路である。信号処理回路３２０は、信号増幅部３６４と、信号処理部３６６と、を備えている。信号増幅部３６４は、検出素子３２５の出力であるセンサ信号Ｓｓ（Ｓｓ１〜Ｓｓ４）をそれぞれ増幅し、増幅信号Ｓａ（Ｓａ１〜Ｓａ４）を出力する増幅器３６４Ａ〜３６４Ｄを備えている（なお、符号Ｃｈ１〜Ｃｈ４はそれぞれ、チャンネル１〜４を表している）。信号処理部３６６は、増幅信号Ｓａを処理してタッチ信号Ｓｔｒを出力する。つまり、本実施形態では、信号処理部３６６の前段に、検出素子３２５の出力をそれぞれ増幅する信号増幅部３６４を備え、生成信号Ｓｇ（Ｓｇ１〜Ｓｇ４）は、信号増幅部３６４の増幅信号Ｓａとされている。そして、信号処理部３６６は、４つの検出素子３２５の出力から得られる生成信号Ｓｇを処理してタッチ信号Ｓｔｒを出力する構成となっている。信号処理部３６６は、生成信号Ｓｇ（Ｓｇ１〜Ｓｇ４）からＸＹＺの３方向への撓み量を求め、その３方向への撓み量を合成して、接触部３６２が一定の変位以上となった際に、タッチ信号Ｓｔｒを出力する構成となっている。なお、信号増幅部で、ブリッジ回路を構成してもよいし、信号処理部で、ブリッジ回路を構成してもよい。

不具合判定部３７２は、被測定物Ｗと接触部３６２とが接触していない状態で、生成信号Ｓｇに対応する４つの判定信号Ｓｈ（Ｓｈ１〜Ｓｈ４）を所定の閾値Ｓｔ（Ｓｔ１〜Ｓｔ４）と比較し、いずれかの判定信号Ｓｈが所定の閾値Ｓｔよりも大きければ不具合があると判定する。具体的に、不具合判定部３７２は、図４に示す如く、記憶部３７４と、固定差分部３８０と、固定比較部３８２と、演算器ＯＲと、を備えている。記憶部３７４は、所定の固定値Ｓｆ（Ｓｆ１〜Ｓｆ４）を記憶する固定値記憶部３７６と、所定の閾値Ｓｔ（Ｓｔ１〜Ｓｔ４）を記憶する閾値記憶部３７８と、を備える。

所定の固定値Ｓｆは、検出素子３２５が測定プローブ３００に組み込まれた際に最初に得られた生成信号Ｓｇとされている（この場合の生成信号Ｓｇは、検出素子３２５毎に異なっている）。また、所定の閾値Ｓｔは、判定信号Ｓｈ毎に異なる値とされている。固定差分部３８０は、それぞれの差分器Ｄ１〜Ｄ４で、生成信号Ｓｇ（Ｓｇ１〜Ｓｇ４）と所定の固定値Ｓｆ（Ｓｆ１〜Ｓｆ４）との差分である固定差分値を、判定信号Ｓｈ（Ｓｈ１〜Ｓｈ４）として求める。固定比較部３８２は、それぞれの比較器Ｃ１〜Ｃ４で、判定信号Ｓｈ（Ｓｈ１〜Ｓｈ４）と、所定の閾値Ｓｔ（Ｓｔ１〜Ｓｔ４）とを比較する。そして、固定比較部３８２は、判定信号Ｓｈが所定の閾値Ｓｔよりも大きければＮＧであり、個別結果信号Ｓｉ（Ｓｉ１〜Ｓｉ４）をＨレベルで出力する。逆に、固定比較部３８２は、判定信号Ｓｈが所定の閾値Ｓｔ以下であればＯＫであり、個別結果信号ＳｉをＬレベルで出力する。なお、所定の閾値Ｓｔは、固定差分値に対応して定められた固定閾値とされている（つまり、不具合判定部３７２はそれぞれ、固定差分値と固定閾値とを比較する）。演算器ＯＲは、個別結果信号ＳｉのいずれかがＨレベルのときだけ、結果信号ＳｒとしてＨレベルの信号を出力する。

本実施形態では、不具合判定部３７２で、検出素子３２５の抵抗値に比例する電圧を用いることで、判定信号Ｓｈを求めている。しかし、不具合判定部３７２で、検出素子３２５の抵抗値そのものを求めたうえで、不具合の判定をするようにしてもよい。

判定結果出力部３９０は、図３に示す如く、不具合判定部３７２の判定結果を出力する。具体的には、判定結果出力部３９０は、判定結果が判別可能となる表示部（不図示、例えば１つ以上のＬＥＤを一定周期で点滅させるなどで不具合を表示）を備え、その表示部だけは、本体カバー３１８に覆われない構成となっている。

支持部材３２２、３２４は、図２に示す如く、プローブハウジング３０６の軸方向Ｏに配置されスタイラス３３６の姿勢変化を許容する弾性変形可能な部材である。具体的に、支持部材３２４は、図３に示す如く、周方向（軸心Ｏの周りで）で互いに角度が９０度ずれた位置に全部で４つの変形可能な腕部３２４Ｂを備える回転対称形状であり、この４つの腕部３２４Ｂは同一平面上に成形されている。支持部材３２２、３２４は、同一の厚みの同様の構造で、互いに腕部の幅が異なるだけである（これに限らず、互いに異なる腕部の厚み、長さ、形状とされていてもよいし、支持部材３２２、３２４全体が互いに異なる形状とされていてもよい）。このため、以下では検出素子３２５の配置される支持部材３２４の説明を行い、支持部材３２２についての重複する説明は省略する。なお、支持部材は、本実施形態で示す形状に限定されるものではなく、更に支持部材の数は１つ以上であればよい。

支持部材３２４は、図３に示す如く、略円板形状の部材であり、矩形状の腕部３２４Ｂに加え、連結シャフト３２６に接続される中心部３２４Ａと、中心部３２４Ａと腕部３２４Ｂで連結されプローブハウジング３０６に接続される周辺部３２４Ｃと、を備える。周辺部３２４Ｃは、支持部材３２４の最外周にあり、腕部３２４Ｂは径方向に直線的に延在して、周辺部３２４Ｃの内側に配置されている。中心部３２４Ａは、腕部３２４Ｂのさらに内側に配置されている。支持部材３２４は、プローブハウジング３０６に対する連結シャフト３２６の変位により、中心部３２４Ａが上下左右に移動し、腕部３２４Ｂが弾性変形可能な構造となっている。

検出素子３２５は、例えば貼付けタイプの歪みゲージであり、図３に示す如く、検出素子３２５の配置される支持部材３２４の歪み量を検出する。４つの検出素子３２５は、支持部材３２４の変形可能な腕部３２４Ｂそれぞれに、４回対称の位置に配置されて、例えば接着剤で固定されている。なお、歪みゲージとしては、汎用的なものを使用することもできるが、温度補償型の歪みゲージを用いることもできる。更に、温度補償という観点で言えば、例えば温度補償用のダミーの歪みゲージをブリッジ回路（図示せず）に組み込むことで温度補正をしてもよい。

連結シャフト３２６は、図２、図３に示す如く、略円柱形状とされ、２つの支持部材３２２、３２４を連結している。連結シャフト３２６は、下フランジ３１２、固定部材３１４、及び下部部材３１６に対して、２つの支持部材３２２、３２４により、軸心Ｏ上に非接触に保持されている。連結シャフト３２６はフランジ部材３２８を一体的に支持している。

フランジ部材３２８は、図２に示す如く、略円盤形状であり、下部部材３１６と軸方向Ｏで非接触に対峙し、且つ本体カバー３１８と径方向で非接触に対峙している。そして、フランジ部材３２８は、スタイラスモジュール３０４を支持している。ここで、下部部材３１６とフランジ部材３２８との間の少なくとも一部の隙間にグリースオイルなどの粘性材料が充填されている。フランジ部材３２８の下面の軸心Ｏ上には永久磁石３３０が固定され、それを取り囲むようにフランジ部材３２８の下端外周には、周方向で１２０度毎に３つの球３３２が回転対称に配置されている。

前記スタイラスモジュール３０４は、図２に示す如く、オーバートラベル機構３３４と、オーバートラベル機構３３４に支持されるスタイラス３３６と、を備える。

オーバートラベル機構３３４は、図２に示す如く、タッチ信号Ｓｔｒを出力する際の測定力よりも大きな力が加わった場合にスタイラス３３６の位置を変化させ、大きな力が消失した際には自動的にスタイラス３３６の位置を復元する機構である。具体的に、オーバートラベル機構３３４は、フランジ部３３８と、延在部３４４と、スタイラスホルダ３４６と、コイルばね３５０と、備える。

フランジ部３３８は、図２に示す如く、フランジ部材３２８に対応する部材である。即ち、球３３２に接するように、Ｖ溝３４０がフランジ部３３８の周方向で１２０度毎に３つ配置されている。そして、フランジ部３３８には、永久磁石３３０に対向して、永久磁石３３０と引き合う磁性部材（永久磁石でもよい）３４２が配置されている。即ち、フランジ部３３８とフランジ部材３２８とは、脱着可能な連結機構であるキネマティックジョイントを構成している状態である。延在部３４４は、図２に示す如く、フランジ部３３８の外周に一体とされ、その内側に軸方向Ｏに伸縮可能なコイルばね３５０を収納している。スタイラスホルダ３４６は、延在部３４４の軸方向Ｏ端部に設けられ、ボルトで延在部３４４と接続されている。そして、スタイラスホルダ３４６は、コイルばね３５０で押圧されるスタイラス３３６のフランジ部３５６を、そのコイルばね側上面で、移動可能に支持している。スタイラスホルダ３４６のコイルばね側上面には、球３４８が周方向で１２０度毎に３つ配置されている。そして、フランジ部３５６の下面には、球３４８に対応して、周方向で１２０度毎にＶ溝３５８が３つ配置されている。即ち、スタイラスホルダ３４６とフランジ部３５６とは、上述したキネマティックジョイントを構成している状態と言える。

このため、オーバートラベル機構３３４によって、コイルばね３５０の押圧力を超えない測定力の範囲では、フランジ部３３８に対するスタイラス３３６の再現性の高い位置決めを実現することができる。

スタイラス３３６は、図２に示す如く、前述したようにスタイラスホルダ３４６に支持されるフランジ部３５６と、フランジ部３５６から軸方向Ｏに延在するロッド部３６０と、ロッド部３６０の先端に設けられた接触部３６２と、を有する。

ロッド部３６０は、図２に示す如く、その基端がフランジ部３５６に取り付けられている。ロッド部３６０の先端には、被測定物Ｗに接触する球形の接触部３６２が設けられている（即ち、スタイラス３３６は被測定物Ｗと接触する接触部３６２を有する）。

次に、測定プローブ３００の不具合を判定する手順について、図３〜図６を用いて説明する。なお、図５（Ａ）〜（Ｆ）は、不具合判定部３７２の動作を示す図である。特に、図５（Ａ）〜（Ｃ）では、例えば、測定プローブ３００の長期使用によるゆっくりとした検出素子３２５の塑性変形、および接着した検出素子３２５の腕部３２４Ｂからのゆっくりとした剥離が生じることで生成信号Ｓｇが変化した場合を示している。また、図５（Ｄ）〜（Ｆ）では、例えば、測定プローブ３００の偶発的な（落下などの）衝撃による急激な検出素子３２５の塑性変形、および接着した検出素子３２５の腕部３２４Ｂからの急激な剥離が生じることで生成信号Ｓｇが変化した場合を示している。なお、符号Ｒは生成信号Ｓｇの大きさ、符号｜ΔＲ｜は判定信号Ｓｈの大きさ、符号ＯＫ／ＮＧは結果信号ＳｒのＬレベル／Ｈレベルを示している。また、符号ｔは時間を示している。

まず、被測定物Ｗに接触部３６２が接触しない状態とする（図６、ステップＳ２）。

次に、検出素子３２５から、センサ信号Ｓｓを出力させる。そして、信号増幅部３６４で、センサ信号Ｓｓを増幅して増幅信号Ｓａとする。ここで、増幅信号Ｓａが生成信号Ｓｇとされていることから、この段階で、生成信号Ｓｇが信号増幅部３６４から出力されたこととなる（図６、ステップＳ４）。

次に、生成信号Ｓｇは、不具合判定部３７２に入力する（図５（Ａ）、図５（Ｄ））。すると、記憶部３７４の固定値記憶部３７６から所定の固定値Ｓｆが読み出され、固定差分部３８０で、生成信号Ｓｇと所定の固定値Ｓｆとの差分である固定差分値を、判定信号Ｓｈとして算出する（図６、ステップＳ６）（図５（Ｂ）、図５（Ｅ））。具体的には、生成信号Ｓｇ１と所定の固定値Ｓｆ１とから判定信号Ｓｈ１を、生成信号Ｓｇ２と所定の固定値Ｓｆ２とから判定信号Ｓｈ２を、生成信号Ｓｇ３と所定の固定値Ｓｆ３とから判定信号Ｓｈ３を、および生成信号Ｓｇ４と所定の固定値Ｓｆ４とから判定信号Ｓｈ４を算出する。

次に、固定比較部３８２で、判定信号Ｓｈを所定の閾値Ｓｔと比較する（図６、ステップＳ８）。具体的には、判定信号Ｓｈ１と所定の閾値Ｓｔ１とを、判定信号Ｓｈ２と所定の閾値Ｓｔ２とを、判定信号Ｓｈ３と所定の閾値Ｓｔ３とを、および判定信号Ｓｈ４と所定の閾値Ｓｔ４とを比較する。

そして、判定信号Ｓｈが所定の閾値Ｓｔよりも大きければ（図６、ステップＳ８でＹｅｓ）、Ｈレベルの個別結果信号Ｓｉを出力する。判定信号Ｓｈが所定の閾値Ｓｔ以下であれば（図６、ステップＳ８でＮｏ）、Ｌレベルの個別結果信号Ｓｉを出力する。それらの個別結果信号Ｓｉは演算器ＯＲに入力し、いずれかの判定信号Ｓｈが所定の閾値Ｓｔよりも大きければ、不具合が有ると判定しＨレベルの結果信号Ｓｒを出力する（図６、ステップＳ１０）。すべての判定信号Ｓｈが所定の閾値Ｓｔ以下であれば、不具合が無いと判定しＬレベルの結果信号Ｓｒを出力する（図６、ステップＳ１２）。なお、図５（Ｃ）、図５（Ｆ）は判定信号Ｓｈの変化に伴い、個別結果信号Ｓｉが不具合無しから不具合有りに変化している様子を示している。

次に、結果信号Ｓｒは、判定結果出力部３９０に入力する。判定結果出力部３９０では、結果信号ＳｒがＨレベルかＬレベルかで、表示部で表示される内容を変化させている。例えば、結果信号ＳｒがＬレベルであれば不具合無しでＬＥＤを常時点灯させ、結果信号ＳｒがＨレベルであれば不具合有りでＬＥＤを一定間隔で点滅させるといったことを行う。

なお、図６に示す不具合を判定する手順は、測定プローブ３００が使用開始される前に実施されても良い。あるいは、その手順は、使用中であっても例えば測定箇所へプローブを移動させている間など、被測定物Ｗに接触部３６２が接触していない状態のときに繰り返し実施されても良い。

測定プローブ３００は、使用状況により不具合を発生することがある。例えば、偶発的な衝撃（落下）やプローブの長期使用により部品が変形したり、接着した歪みゲージが部品から剥離したり、ということが不具合に該当する。

測定プローブ３００において、変形・破損や検出素子３２５の剥離が、目視により、あるいは周辺機器によるエラー表示により、明らかにユーザが認識できればそれに対する対応は容易である。

しかし、測定プローブ３００の内部に小さな不具合が発生した場合、ユーザが容易に認識できないこともある。そのような場合には、ユーザは不具合に気づかずに、測定プローブ３００を使用し続けてしまうおそれがある。

それに対して、本実施形態では、測定プローブ３００に付随する形で、不具合判定部３７２と判定結果出力部３９０とを備えている。このため、被測定物Ｗを測定していない状態で、検出素子３２５からのセンサ信号Ｓｓに基づいて不具合を診断できるので、無駄な測定をすることを防止することができる。すなわち、効率的な測定が可能となり、信頼性の高い測定が可能となる。

また、本実施形態では、生成信号Ｓｇが、信号増幅部３６４の増幅信号Ｓａとされている。このため、不具合を判定するための生成信号Ｓｇは極めて簡素な構成で得ることができる。

また、本実施形態では、１つの支持部材３２４の変形可能な腕部３２４Ｂに、４つの検出素子３２５が４回対称の位置に配置されている。つまり、接触部３６２の軸方向Ｏが垂線となる平面（ＸＹ平面）上の接触部３６２の変位を偏りなく測定・判定することを可能としている。同時に、接触部３６２の軸方向Ｏ（Ｚ方向）への変位も測定・判定可能としている。つまり、接触部３６２の３次元の変位を被測定物Ｗの形状に沿って忠実に、測定・判定することができる。なお、これに限らず、検出素子は１つ以上であればよい。例えば、測定プローブは１次元の変位のみを正確に計測するタイプでもよい。

また、本実施形態では、検出素子３２５は、歪みゲージとされている。歪みゲージは広く使用されており低コストで扱いやすいので、測定プローブ３００を低コスト化することが可能である。なお、これに限定されることなく、検出素子に、圧電素子や半導体センサ、光ファイバーセンサなどを用いてもよい。

また、本実施形態では、判定信号Ｓｈが、生成信号Ｓｇと所定の固定値Ｓｆとの差分である固定差分値とされ、所定の閾値Ｓｔが、固定差分値に対応して定められた固定閾値とされ、不具合判定部３７２はそれぞれ、固定差分値と固定閾値とを比較している。このため、不具合判定部３７２の構成を簡素化できる。同時に、判定信号Ｓｈとして固定差分値を使用するので、衝撃などにより比較的大きく生成信号Ｓｇが変動する場合の不具合判定をするのに適している。

また、本実施形態では、所定の固定値Ｓｆが、検出素子３２５の測定プローブ３００に組み込まれた際に最初に得られた生成信号Ｓｇ（所定の固定値Ｓｆは、４つの検出素子３２５それぞれで個別に設定されている）とされている。このため、所定の固定値Ｓｆを取得することも容易である。そして、測定プローブ３００の初期状態からの生成信号Ｓｇの変化で判定するので、最初の測定精度を基準にして、最後にはどの程度の測定精度となるのかを推測するのが容易である。なお、これに限らず、所定の固定値Ｓｆが測定プローブを較正した際に得られた生成信号Ｓｇであってもよい。あるいは、いずれか１つの検出素子の最初に得られた生成信号Ｓｇだけを所定の固定値Ｓｆとして統一してしまってもよい。

また、本実施形態では、所定の閾値Ｓｔが、判定信号Ｓｈ毎に異なる値とされている。このため、各検出素子３２５の個体差や組み込み時（初期値）のばらつきの影響を受けずに不具合を判定することができる。なお、これに限らず、全ての判定信号Ｓｈに対して同じ値の閾値を設定してもよい。この場合には、例えば、カタログに記載されている検出素子のばらつきを考慮することで、個別の測定をすることなく、容易に所定の閾値Ｓｔを設定することができる。

また、本実施形態では、判定結果出力部３９０が、判定結果を判別可能となる表示部（ＬＥＤなど）を備えている。このため、不具合判定ユニット３７０をコンパクトにでき、目で見ただけで不具合の有無を判定することができる。勿論、表示部は、ＬＥＤだけでなく、液晶パネルやＥＬ等を用いてもよい。なお、これに限らず、判定結果出力部が、スピーカで不具合の有無を出力するようにしてもよい。そして、判定結果出力部が、スピーカと前述した表示部とが組み合わさった形態をとっていてもよい。

即ち、本実施形態では、簡便な構成により測定の信頼性を確保可能な測定プローブ３００の不具合判定ユニット３７０及びその不具合判定方法を実現することができる。

本発明について第１実施形態を挙げて説明したが、本発明は第１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、第１実施形態では、信号増幅部３６４から出力される増幅信号Ｓａは、そのまま信号処理部３６６に入力していたが、本発明はこれに限定されない。例えば、図７に示す第２実施形態の如くであってもよい。第２実施形態では、第１実施形態とは異なり、信号増幅部４６４と信号処理部４６６との間に、増幅信号Ｓａをフィルタリングするオフセット補正部４６７を備えている。なお、オフセット補正部４６７の構成以外は、基本的に符号上位１桁を変更しただけとして説明は省略する。

第２実施形態では、図７に示す如く、オフセット補正部４６７を設けることで、測定プローブ４００の姿勢変更や、使用するスタイラス４３６の変更があった際に、それらの変更で生じるオフセット信号や、測定プローブ４００の温度変化によって生じるオフセット信号を低減することができる。オフセット補正部４６７には、例えばハイパスフィルタを利用することができる。

なお、第２実施形態では、オフセット補正部４６７が、単に信号増幅部４６４と信号処理部４６６との間に配置されていたが、本発明はこれに限定されない。例えば、図８に示す第３実施形態の如くであってもよい。第３実施形態では、第２実施形態とは異なり、オフセット補正部５６７がフィードバック型とされている。なお、オフセット補正部５６７の構成以外は、基本的に符号上位１桁を変更しただけとして説明は省略する。

第３実施形態では、図８に示す如く、検出素子５２５の出力をそれぞれ差動増幅する信号増幅部５６４と、信号増幅部５６４の入力端および出力端のそれぞれに接続されたフィードバック型のオフセット補正部５６７と、が設けられている。そして、生成信号Ｓｇは、オフセット補正部５６７から出力され、信号増幅部５６４で検出素子５２５の出力（センサ信号Ｓｓ）と差分されるオフセット信号Ｓｄ（Ｓｄ１〜Ｓｄ４）とされている。

ここで、測定プローブ５００とその周辺温度に変化が生じた場合には、検出素子５２５の温度変化と、検出素子５２５を含む周辺部品の熱膨張による歪みが発生し、センサ信号Ｓｓは変化する。そのため、オフセット補正部５６７は、信号処理部５６６に入力する増幅信号Ｓａが温度により変化しないように制御を行っている。信号増幅部５６４の出力である増幅信号Ｓａは、接触部５６２の被測定物Ｗへの接触によって発生する短期的な信号変化を主に表す。これに対して、オフセット補正部５６７の出力であるオフセット信号Ｓｄは、センサ信号Ｓｓの長期的（定常的）な信号変化を表す。例えば、オフセット信号Ｓｄは、測定プローブ５００の温度変化のような低速な変化や、測定プローブ５００の姿勢変更や、使用するスタイラス５３６の変更などがあった際に、それらの変更で生じる信号変化にほぼ比例する出力を表す。

このため、本実施形態では、このオフセット信号Ｓｄを生成信号Ｓｇとすることで、測定プローブ５００の不具合の有無を判定することができる。

なお、第３実施形態では、オフセット補正部５６７においてアナログ信号を扱う構成となっていたが、本発明はこれに限定されない。例えば、図９に示す第４実施形態の如くであってもよい。第４実施形態では、第３実施形態とは異なり、オフセット補正部６６７がデジタル信号を扱うようにされている。なお、Ａ／Ｄ変換器６６５、オフセット補正部６６７、およびＤ／Ａ変換器６６８の構成以外は、基本的に符号上位１桁を変更しただけとして説明は省略する。

第４実施形態では、図９に示す如く、オフセット補正部６６７と信号増幅部６６４との間にＤ／Ａ変換器６６８と、信号増幅部６６４と信号処理部６６６との間にＡ／Ｄ変換器６６５と、を備える。Ｄ／Ａ変換器６６８は、オフセット補正部６６７の出力のそれぞれをアナログ信号に変換する。Ａ／Ｄ変換器６６５は、信号増幅部６６４の出力のそれぞれをデジタル信号に変換する。そして、信号増幅部６６４からオフセット補正部６６７への入力信号は、Ａ／Ｄ変換器６６５を介したデジタル増幅信号Ｓｂ（Ｓｂ１〜Ｓｂ４）とされている。そして、生成信号Ｓｇは、Ｄ／Ａ変換器６６８を介して信号増幅部６６４に入力されるデジタルオフセット信号Ｓｃ（Ｓｃ１〜Ｓｃ４）とされている。このため、信号処理部６６６とオフセット補正部６６７と不具合判定部６７２とは、デジタル信号処理部６９２を構成している。即ち、このデジタル信号処理部６９２は、例えば、ＦＰＧＡ等で実現してしまうことでハードウエア的な部品を多数使用することなく、コード（ソフトウエア、プログラム）の追加のみで、部品点数を少なくでき、必要な機能を低コストで実装（実現）することができる。

なお、第１実施形態では、判定信号Ｓｈが生成信号Ｓｇと所定の固定値Ｓｆとの差分である固定差分値とされていたが、本発明はこれに限定されない。例えば、図１０、図１１（Ａ）〜（Ｅ）に示す第５実施形態の如くであってもよい。第５実施形態では、第１実施形態とは異なり、判定信号Ｓｈが生成信号Ｓｇ同士の差分から求められる変動差分値とされている。なお、不具合判定部７７２の構成以外は、基本的に符号上位１桁を変更しただけとして説明は省略する。

第５実施形態では、図１０に示す如く、不具合判定部７７２が、記憶部７７４と、差分値演算部７７５と、変動差分部７８１と、変動比較部７８３と、演算器ＯＲと、を備えている。

記憶部７７４には、閾値記憶部７７８があり、変動差分値（後述）に対応する変動閾値が所定の閾値Ｓｕ（Ｓｕ１〜Ｓｕ４）として記憶されている。差分値演算部７７５は、いずれか１つの今回得られた生成信号Ｓｇを変動基準信号Ｓｖとする（または、差分値演算部７７５は、全ての今回得られた生成信号Ｓｇの平均を変動基準信号Ｓｖとする）。変動差分部７８１は、それぞれの差分器Ｄ１〜Ｄ４で、変動基準信号Ｓｖと今回得られた生成信号Ｓｇとの差分である変動差分値を、判定信号Ｓｈとして求める。変動比較部７８３は、それぞれの比較器Ｃ１〜Ｃ４で、判定信号Ｓｈと所定の閾値Ｓｕとを比較する。そして、判定信号Ｓｈが所定の閾値Ｓｕよりも大きければＮＧであり、個別結果信号ＳｉをＨレベルで出力する。逆に、判定信号Ｓｈが所定の閾値Ｓｕ以下であればＯＫであり、個別結果信号ＳｉをＬレベルで出力する（つまり、不具合判定部７７２はそれぞれ、変動差分値と変動閾値とを比較する）。演算器ＯＲは、個別結果信号ＳｉのいずれかがＨレベルのときだけ、結果信号ＳｒとしてＨレベルの信号を出力する。

例えば、測定プローブを繰り返し使用することにより検出素子に発生する僅かな塑性変形の不具合を判定する場合、判定信号Ｓｈの小さな変化をとらえるために所定の閾値Ｓｕを比較的小さく設定する必要がある。しかし、図１１（Ａ）のように、時間ｔと共に測定プローブの温度（Ｔｍｐ）が変化した場合には、検出素子の温度依存性や、検出素子と支持部材との熱膨張の違いから生じる歪みにより、図１１（Ｂ）に示されるように生成信号Ｓｇは大きく変化するおそれがある。つまり、温度変化の影響を除いた実質的な生成信号Ｓｇの変化がない場合や、実際には問題とならないような生成信号Ｓｇの変化しか発生していない場合であっても、温度変化の影響により、所定の閾値（変動閾値）Ｓｕを超えてしまうこともある。結果、第１実施形態の不具合判定部３７２により不具合判定する方法では、測定プローブや内蔵する検出素子に不具合がなくても、生成信号Ｓｇが温度変化の影響を受け、不具合があると間違った判定をしてしまうおそれがある。

本実施形態では、このような温度変化による間違った判定を回避するために、生成信号Ｓｇを相互比較している。生成信号Ｓｇの温度による変化は、検出素子や周辺部品の構成が同じであればほぼ同じ傾向を持つため、例えば１つの生成信号Ｓｇ４を変動基準信号Ｓｖとして、判定信号Ｓｈを以下の式（１）〜（３）のように求める。
Ｓｈ１＝Ｓｇ１−Ｓｖ（＝Ｓｇ４）（１）
Ｓｈ２＝Ｓｇ２−Ｓｖ（＝Ｓｇ４）（２）
Ｓｈ３＝Ｓｇ３−Ｓｖ（＝Ｓｇ４）（３）

これにより、図１１（Ｃ）に示す如く、判定信号Ｓｈは温度の影響を除去した信号となり、測定プローブに不具合がないと判定することができる。

ただし、いずれか一つの生成信号Ｓｇを変動基準信号Ｓｖとすると、センサ信号Ｓｓのばらつきが大きい場合、選択した生成信号Ｓｇによっては、結果が異なることがある。例えば式（１）〜（３）では、変動基準信号Ｓｖを生成信号Ｓｇ４としたが、変動基準信号Ｓｖを生成信号Ｓｇ３とした場合には、所定の閾値Ｓｕに対する許容可能な変化量は変化してしまう。つまり、変動基準信号Ｓｖをいずれにするかで、不具合判定が異なるおそれがある。そこで、本実施形態では、選択する生成信号Ｓｇのばらつきによる不具合判定の差をなくすために、式（８）で求められる全ての生成信号Ｓｇを平均した信号を変動基準信号Ｓｖとして採用することができる。この場合には、判定信号Ｓｈを以下の式（４）〜（７）のように求める。
Ｓｈ１＝Ｓｇ１−Ｓｖ（４）
Ｓｈ２＝Ｓｇ２−Ｓｖ（５）
Ｓｈ３＝Ｓｇ３−Ｓｖ（６）
Ｓｈ４＝Ｓｇ４−Ｓｖ（７）
Ｓｖ＝（Ｓｇ１＋Ｓｇ２＋Ｓｇ３＋Ｓｇ４）／４（８）

このときの変動基準信号Ｓｖは、図１１（Ｄ）の破線のようになる。そして、判定信号Ｓｈは、図１１（Ｅ）のようになり、測定プローブに不具合がないと判定することができる。

なお、第１実施形態では判定信号Ｓｈが生成信号Ｓｇと所定の固定値Ｓｆとの差分である固定差分値とされ、第５実施形態では判定信号Ｓｈが生成信号Ｓｇ同士の差分から求められる変動差分値とされていたが、本発明はこれに限定されない。例えば、図１２に示す第６実施形態の如くであってもよい。第６実施形態では、第１、第５実施形態とは異なり、判定信号Ｓｈが固定差分値と変動差分値の両方を備えている。なお、不具合判定部８７２の構成以外は、基本的に符号上位１桁を変更しただけとして説明は省略する。

第６実施形態では、図１２に示す如く、不具合判定部８７２が不具合判定部３７２と７７２の両方の機能を備えている。つまり、不具合判定部８７２は、記憶部８７４と、差分値演算部８７５と、固定差分部８８０と、変動差分部８８１と、固定比較部８８２と、変動比較部８８３と、演算器ＯＲと、を備えている。

記憶部８７４は、所定の固定値Ｓｆを記憶する固定値記憶部８７６と、閾値記憶部８７８とを備えている。閾値記憶部８７８は、固定差分値に対応する固定閾値と変動差分値に対応する変動閾値とを、所定の閾値Ｓｔ、Ｓｕとして記憶している。差分値演算部８７５は、いずれか１つの今回得られた生成信号Ｓｇを変動基準信号Ｓｖとする（または、差分値演算部８７５は、全ての今回得られた生成信号Ｓｇの平均を変動基準信号Ｓｖとする）。固定差分部８８０は、それぞれの差分器Ｄ２１〜Ｄ２４で、生成信号Ｓｇと所定の固定値Ｓｆとの差分である固定差分値を、判定信号Ｓｈ（Ｓｈ２１〜Ｓｈ２４）として求める。変動差分部８８１は、それぞれの差分器Ｄ１１〜Ｄ１４で、変動基準信号Ｓｖと今回得られた生成信号Ｓｇとの差分である変動差分値を、判定信号Ｓｈ（Ｓｈ１１〜Ｓｈ１４）として求める。固定比較部８８２は、それぞれの比較器Ｃ２１〜Ｃ２４で、判定信号Ｓｈ（Ｓｈ２１〜Ｓｈ２４）と所定の閾値Ｓｔ（Ｓｔ１〜Ｓｔ４）とを比較する。そして、判定信号Ｓｈ（Ｓｈ２１〜Ｓｈ２４）が所定の閾値Ｓｔ（Ｓｔ１〜Ｓｔ４）よりも大きければＮＧであり、個別結果信号Ｓｉ（Ｓｉ２１〜Ｓｉ２４）をＨレベルで出力する。逆に、判定信号Ｓｈ（Ｓｈ２１〜Ｓｈ２４）が所定の閾値Ｓｔ（Ｓｔ１〜Ｓｔ４）以下であればＯＫであり、個別結果信号Ｓｉ（Ｓｉ２１〜Ｓｉ２４）をＬレベルで出力する。変動比較部８８３は、それぞれの比較器Ｃ１１〜Ｃ１４で、判定信号Ｓｈ（Ｓｈ１１〜Ｓｈ１４）と所定の閾値Ｓｕ（Ｓｕ１〜Ｓｕ４）とを比較する。そして、判定信号Ｓｈ（Ｓｈ１１〜Ｓｈ１４）が所定の閾値Ｓｕ（Ｓｕ１〜Ｓｕ４）よりも大きければＮＧであり、個別結果信号Ｓｉ（Ｓｉ１１〜Ｓｉ１４）をＨレベルで出力する。逆に、判定信号Ｓｈ（Ｓｈ１１〜Ｓｈ１４）が所定の閾値Ｓｕ（Ｓｕ１〜Ｓｕ４）以下であればＯＫであり、個別結果信号Ｓｉ（Ｓｉ１１〜Ｓｉ１４）をＬレベルで出力する。演算器ＯＲは、個別結果信号Ｓｉ（Ｓｉ１１〜Ｓｉ１４、Ｓｉ２１〜Ｓｉ２４）のいずれかがＨレベルのときだけ、結果信号ＳｒとしてＨレベルの信号を出力する。

本実施形態では、このような構成とすることで、不具合を敏感に判定することができる。

なお、第６実施形態では、不具合判定部８７２が不具合判定部３７２と不具合判定部７７２とをほとんどそのまま並列に備え、演算器ＯＲを共通としていたが、本発明はこれに限定されない。例えば、図１３に示す第７実施形態の如くであってもよい。第７実施形態では、第６実施形態とは異なり、固定比較部９８２での判定信号Ｓｈとの比較では所定の閾値Ｓｔだけが用いられる構成となっている。なお、不具合判定部９７２の構成以外は、基本的に符号上位１桁を変更しただけとして説明は省略する。

第７実施形態では、図１３に示す如く、不具合判定部９７２は、記憶部９７４と、差分値演算部９７５と、固定差分部９８０と、変動差分部９８１と、固定比較部９８２と、定倍部９８３と、判定値比較部９８４と、演算器ＯＲと、を備えている。

記憶部９７４は、固定値記憶部９７６と、閾値記憶部９７８とを備えている。固定値記憶部９７６は、検出素子が測定プローブに組み込まれた際に最初に得られた生成信号Ｓｇを、所定の固定値Ｓｆとして記憶している（この場合の生成信号Ｓｇは、検出素子毎に異なっている）。閾値記憶部９７８は、固定差分値に対応する固定閾値を、所定の閾値Ｓｔとして記憶している。差分値演算部９７５は、いずれか１つの今回得られた生成信号Ｓｇを変動基準信号Ｓｖとする（または、差分値演算部９７５は、全ての今回得られた生成信号Ｓｇの平均を変動基準信号Ｓｖとする）。固定差分部９８０は、それぞれの差分器Ｄ２１〜Ｄ２４で、生成信号Ｓｇと所定の固定値Ｓｆとの差分である固定差分値を、判定信号Ｓｈ（Ｓｈ２１〜Ｓｈ２４）として求める。変動差分部９８１は、それぞれの差分器Ｄ１１〜Ｄ１４で、変動基準信号Ｓｖと今回得られた生成信号Ｓｇとの差分である変動差分値を、判定信号Ｓｈ（Ｓｈ１１〜Ｓｈ１４）として求める。定倍部９８３は、式（９）に示す如く、それぞれの定倍器Ｅ１〜Ｅ４で、変動閾値（図１２参照）に対する固定閾値の割合を、判定信号Ｓｈ（Ｓｈ１１〜Ｓｈ１４）に乗じて、較正判定信号Ｓｈａ（Ｓｈａ１〜Ｓｈａ４）を出力する。
Ｓｈａ（Ｓｈａ１〜Ｓｈａ４）＝Ｓｈ（Ｓｈ１１〜Ｓｈ１４）＊Ｓｔ／Ｓｕ（９）

即ち、定倍部９８３は、判定値比較部９８４で判定信号Ｓｈ（Ｓｈ１１〜Ｓｈ１４）と判定信号Ｓｈ（Ｓｈ２１〜Ｓｈ２４）とが対等に比較可能としている。判定値比較部９８４は、それぞれの選択器Ｆ１〜Ｆ４で、判定信号Ｓｈ（Ｓｈ２１〜Ｓｈ２４）と較正判定信号Ｓｈａ（Ｓｈａ１〜Ｓｈａ４）とを比較し、大きな値の方を、判定値Ｓｊ（Ｓｊ１〜Ｓｊ４）として出力する。固定比較部９８２は、それぞれの比較器Ｃ２１〜Ｃ２４で、判定値Ｓｊ（Ｓｊ１〜Ｓｊ４）と、所定の閾値Ｓｔ（Ｓｔ１〜Ｓｔ４）とを比較する。そして、判定値Ｓｊが所定の閾値Ｓｔよりも大きければＮＧであり、個別結果信号Ｓｉ（Ｓｉ１〜Ｓｉ４）をＨレベルで出力する。逆に、判定値Ｓｊが所定の閾値Ｓｔ以下であればＯＫであり、個別結果信号ＳｉをＬレベルで出力する。演算器ＯＲは、個別結果信号Ｓｉ（Ｓｉ１〜Ｓｉ４）のいずれかがＨレベルのときだけ、結果信号ＳｒとしてＨレベルの信号を出力する。

本実施形態では、所定の閾値Ｓｔ（Ｓｔ１〜Ｓｔ４）のみを用いているが、第６実施形態と同一の不具合判定を行うことができる。

なお、上記実施形態では、所定の閾値Ｓｔ、Ｓｕはそれぞれ１つとされ、比較部ではＯＫ、あるいはＮＧの判定のみであったが、本発明はこれに限定されない。例えば、図１４（Ａ）、（Ｂ）に示す第８実施形態の如くであってもよい。第８実施形態では、図１４（Ａ）、（Ｂ）に示すように、１つの判定信号Ｓｈに対して２つの所定の閾値Ｓｔｈ、Ｓｔｗが設けられ、判定結果出力部では、不具合のレベルが２段階で出力される構成となっている。これにより、所定の閾値Ｓｔｈ、Ｓｔｗのレベルに応じて、「警告、故障」のような不具合の判定をすることができる。なお、これに限らず、所定の閾値が２つ以上とされ、不具合のレベルが２段階以上であってもよい。

上記実施形態では、不具合判定ユニットが測定プローブを含む構成としていたが、測定プローブの生成信号を処理する部分のみで不具合判定ユニットが構成されていてもよい。あるいは、不具合判定ユニットの一部がホストコンピュータの一部とされて、ホストコンピュータに不具合判定部と判定結果出力部が設けられ、ホストコンピュータのモニターに不具合有無や不具合の内容を表示させるようにしてもよい。

また、不具合判定部から出力される結果信号をモーションコントローラやホストコンピュータへ送信し、例えばプログラムによる自動測定を実行中に不具合が発生した場合には自動測定を停止させるようにしても良い。

本発明は、被測定物の三次元形状を測定するため使用される測定プローブ及び測定システムに広く適用することができる。

１００…測定システム
１１０…操作部
１１１…ジョイスティック
１２０…入力手段
１３０…出力手段
１４０…モーションコントローラ
１５０…ホストコンピュータ
２００…三次元測定機
２１０…定盤
２２０…駆動機構
２２４…スピンドル
３００、４００、５００、６００…測定プローブ
３０２…プローブ本体
３０４…スタイラスモジュール
３０６…プローブハウジング
３０８…取り付け部
３１０…回路配置部
３１０Ａ…上端部
３１４Ｃ…凹部
３１２…下フランジ
３１２Ｂ…下端周辺部
３１４…固定部材
３１４Ａ…開口部
３１６…下部部材
３１８…本体カバー
３２０、４２０、５２０、６２０…信号処理回路
３２２、３２４、４２２、４２４、５２２、５２４、６２２、６２４…支持部材
３２４Ａ、４２４Ａ、５２４Ａ、６２４Ａ…中心部
３２４Ｂ、４２４Ｂ、５２４Ｂ、６２４Ｂ…腕部
３２４Ｃ、４２４Ｃ、５２４Ｃ、６２４Ｃ…周辺部
３２５、４２５、５２５、６２５…検出素子
３２６、４２６、５２６、６２６…連結シャフト
３２８…フランジ部材
３３０…永久磁石
３３２、３４８…球
３３４…オーバートラベル機構
３３６、４３６、５３６、６３６…スタイラス
３３８、３５６…フランジ部
３４０、３５８…Ｖ溝
３４２…磁性部材
３４４…延在部
３４６…スタイラスホルダ
３５０…コイルばね
３６０…ロッド部
３６２、４６２、５６２、６６２…接触部
３６４、４６４、５６４、６６４…信号増幅部
３６４Ａ〜３６４Ｄ、４６４Ａ〜４６４Ｄ、５６４Ａ〜５６４Ｄ、６６４Ａ〜６６４Ｄ…増幅器
３６６、４６６、５６６、６６６…信号処理部
３７０、４７０、５７０、６７０…不具合判定ユニット
３７２、４７２、５７２、６７２、７７２、８７２、９７２…不具合判定部
３７４、７７４、８７４、９７４…記憶部
３７６、８７６、９７６…固定値記憶部
３７８、７７８、８７８、９７８…閾値記憶部
３８０、８８０、９８０…固定差分部
３８２、８８２、９８２…固定比較部
３９０、４９０、５９０、６９０…判定結果出力部
４６７、５６７、６６７…オフセット補正部
６６５…Ａ／Ｄ変換器
６６８…Ｄ／Ａ変換器
６９２…デジタル信号処理部
７７５、８７５、９７５…差分値演算部
７８１、８８１、９８１…変動差分部
７８３、８８３…変動比較部
９８３…定倍部
９８４…判定値比較部
Ｃ１〜Ｃ４、Ｃ１１〜Ｃ１４、Ｃ２１〜Ｃ２４…比較器
Ｄ１〜Ｄ４、Ｄ１１〜Ｄ１４、Ｄ２１〜Ｄ２４…差分器
Ｅ１〜Ｅ４…定倍器
Ｆ１〜Ｆ４…選択器
Ｏ…軸方向、軸心
ＯＲ…演算器
Ｓａ、Ｓａ１〜Ｓａ４…増幅信号
Ｓｂ、Ｓｂ１〜Ｓｂ４…デジタル増幅信号
Ｓｃ、Ｓｃ１〜Ｓｃ４…デジタルオフセット信号
Ｓｄ、Ｓｄ１〜Ｓｄ４…オフセット信号
Ｓｆ、Ｓｆ１〜Ｓｆ４…所定の固定値
Ｓｇ、Ｓｇ１〜Ｓｇ４…生成信号
Ｓｈ、Ｓｈ１〜Ｓｈ４、Ｓｈ１１〜Ｓｈ１４、Ｓｈ２１〜Ｓｈ２４…判定信号
Ｓｈａ、Ｓｈａ１〜Ｓｈａ４…較正判定信号
Ｓｉ、Ｓｉ１〜Ｓｉ４、Ｓｉ１１〜Ｓｉ１４、Ｓｉ２１〜Ｓｉ２４…個別結果信号
Ｓｊ、Ｓｊ１〜Ｓｊ４…判定値
Ｓｒ…結果信号
Ｓｓ、Ｓｓ１〜Ｓｓ４…センサ信号
Ｓｔ、Ｓｔ１〜Ｓｔ４、Ｓｕ、Ｓｕ１〜Ｓｕ４、Ｓｔｈ、Ｓｔｗ…所定の閾値
Ｓｔｒ…タッチ信号
Ｓｖ…変動基準信号
Ｗ…被測定物

Claims

不具合判定ユニットであって、
被測定物と接触する接触部を有するスタイラスと、該接触部の移動を検出可能な１つ以上の検出素子と、該１つ以上の検出素子の出力から得られる生成信号を処理してタッチ信号を出力する信号処理部と、を備える測定プローブと、
前記被測定物と前記接触部とが接触していない状態で、前記生成信号に対応する１つ以上の判定信号を所定の閾値と比較し、いずれかの該判定信号が該所定の閾値よりも大きければ不具合があると判定する不具合判定部と、
該不具合判定部の判定結果を出力する判定結果出力部と、
を備え、
前記測定プローブは、更に、前記スタイラスを軸心上に支持可能なプローブハウジングと、回転対称形状であって前記スタイラスの姿勢変化を許容する支持部材を、該プローブハウジングの軸方向に１つ以上備え、
少なくとも１つの該支持部材の変形可能な腕部に、４つの前記検出素子が４回対称の位置に配置されていることを特徴とする不具合判定ユニット。
請求項１において、
前記信号処理部の前段に、前記検出素子の出力をそれぞれ増幅する信号増幅部を備え、
前記生成信号は、該信号増幅部の増幅信号とされている
ことを特徴とする不具合判定ユニット。
請求項２において、
前記信号増幅部と前記信号処理部との間に、前記増幅信号をフィルタリングするオフセット補正部を備える
ことを特徴とする不具合判定ユニット。
請求項１において、
前記検出素子の出力をそれぞれ差動増幅する信号増幅部と、該信号増幅部の入力端および出力端のそれぞれに接続されたフィードバック型のオフセット補正部と、が設けられ、
前記生成信号は、該オフセット補正部から出力され、前記信号増幅部で前記検出素子の出力と差分されるオフセット信号とされている
ことを特徴とする不具合判定ユニット。
請求項４において、
前記オフセット補正部と前記信号増幅部との間に該オフセット補正部の出力のそれぞれをアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換器と、該信号増幅部と前記信号処理部との間に該信号増幅部の出力のそれぞれをデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、を備え、
前記信号増幅器から前記オフセット補正部への入力信号は、前記Ａ／Ｄ変換器を介したデジタル増幅信号とされ、
前記生成信号は、前記Ｄ／Ａ変換器を介して前記信号増幅部に入力されるデジタルオフセット信号とされ、
前記信号処理部と前記オフセット補正部と前記不具合判定部とは、デジタル信号処理部を構成している
ことを特徴とする不具合判定ユニット。
請求項１乃至５のいずれかにおいて、
前記検出素子は、歪みゲージとされている
ことを特徴とする不具合判定ユニット。
請求項１乃至６のいずれかにおいて、
前記判定信号は、前記生成信号と所定の固定値との差分である固定差分値とされ、
前記所定の閾値は、該固定差分値に対応して定められた固定閾値とされ、
前記不具合判定部はそれぞれ、該固定差分値と該固定閾値とを比較する
ことを特徴とする不具合判定ユニット。
請求項１乃至６のいずれかにおいて、
前記判定信号は、前記生成信号と所定の固定値との差分である固定差分値と、いずれか１つの今回得られた該生成信号を変動基準信号として、あるいは、全ての今回得られた該生成信号の平均を変動基準信号として、該変動基準信号と今回得られた該生成信号との差分である変動差分値と、を備え、
前記所定の閾値は、前記固定差分値に対応する固定閾値と、該変動差分値に対応する変動閾値と、を備え、
前記不具合判定部はそれぞれ、該固定差分値と該固定閾値とを比較し、かつ該変動差分値と該変動閾値とを比較する
ことを特徴とする不具合判定ユニット。
請求項７または８において、
前記所定の固定値は、前記検出素子が前記測定プローブに組み込まれた際に最初に得られた生成信号とされている
ことを特徴とする不具合判定ユニット。
請求項１乃至６のいずれかにおいて、
前記判定信号は、いずれか１つの今回得られた前記生成信号を変動基準信号として、該変動基準信号と今回得られた該生成信号との差分である変動差分値とされ、
前記所定の閾値は、該変動差分値に対応する変動閾値とされ、
前記不具合判定部はそれぞれ、該変動差分値と該変動閾値とを比較する
ことを特徴とする不具合判定ユニット。
請求項１乃至６のいずれかにおいて、
前記判定信号は、全ての今回得られた前記生成信号の平均を変動基準信号として、該変動基準信号と今回得られた該生成信号との差分である変動差分値とされ、
前記所定の閾値は、該変動差分値に対応する変動閾値とされ、
前記不具合判定部はそれぞれ、該変動差分値と該変動閾値とを比較する
ことを特徴とする不具合判定ユニット。
請求項１乃至１１のいずれかにおいて、
前記所定の閾値は、前記判定信号毎に異なる値とされている
ことを特徴とする不具合判定ユニット。
請求項１乃至１２のいずれかにおいて、
１つの前記判定信号に対して２以上の前記所定の閾値が設けられ、
前記判定結果出力部では、前記不具合のレベルが２段階以上で出力される
ことを特徴とする不具合判定ユニット。
請求項１乃至１３のいずれかにおいて、
前記判定結果出力部は、前記判定結果が判別可能となる表示部を備える
ことを特徴とする不具合判定ユニット。