JP6898966B2 - 不具合判定ユニット - Google Patents

不具合判定ユニット Download PDF

Info

Publication number
JP6898966B2
JP6898966B2 JP2019107515A JP2019107515A JP6898966B2 JP 6898966 B2 JP6898966 B2 JP 6898966B2 JP 2019107515 A JP2019107515 A JP 2019107515A JP 2019107515 A JP2019107515 A JP 2019107515A JP 6898966 B2 JP6898966 B2 JP 6898966B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
signal
unit
determination
threshold value
fluctuation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2019107515A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2020201101A (ja
Inventor
齋藤 章憲
章憲 齋藤
古賀 聡
聡 古賀
宏之 金森
宏之 金森
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitutoyo Corp
Original Assignee
Mitutoyo Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitutoyo Corp filed Critical Mitutoyo Corp
Priority to JP2019107515A priority Critical patent/JP6898966B2/ja
Priority to US16/892,708 priority patent/US11268874B2/en
Priority to EP20178440.2A priority patent/EP3748282B1/en
Priority to CN202010506921.0A priority patent/CN112050765B/zh
Publication of JP2020201101A publication Critical patent/JP2020201101A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6898966B2 publication Critical patent/JP6898966B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B21/00Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant
    • G01B21/02Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant for measuring length, width, or thickness
    • G01B21/04Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant for measuring length, width, or thickness by measuring coordinates of points
    • G01B21/047Accessories, e.g. for positioning, for tool-setting, for measuring probes
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L25/00Testing or calibrating of apparatus for measuring force, torque, work, mechanical power, or mechanical efficiency
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B5/00Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques
    • G01B5/0011Arrangements for eliminating or compensation of measuring errors due to temperature or weight
    • G01B5/0014Arrangements for eliminating or compensation of measuring errors due to temperature or weight due to temperature
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B5/00Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques
    • G01B5/004Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques for measuring coordinates of points
    • G01B5/008Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques for measuring coordinates of points using coordinate measuring machines
    • G01B5/012Contact-making feeler heads therefor
    • G01B5/016Constructional details of contacts
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B7/00Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
    • G01B7/004Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring coordinates of points
    • G01B7/008Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring coordinates of points using coordinate measuring machines
    • G01B7/012Contact-making feeler heads therefor
    • G01B7/016Constructional details of contacts
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00Measuring force or stress, in general
    • G01L1/20Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress
    • G01L1/22Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using resistance strain gauges
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K5/00Manipulating of pulses not covered by one of the other main groups of this subclass
    • H03K5/153Arrangements in which a pulse is delivered at the instant when a predetermined characteristic of an input signal is present or at a fixed time interval after this instant
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K5/00Manipulating of pulses not covered by one of the other main groups of this subclass
    • H03K5/22Circuits having more than one input and one output for comparing pulses or pulse trains with each other according to input signal characteristics, e.g. slope, integral
    • H03K5/24Circuits having more than one input and one output for comparing pulses or pulse trains with each other according to input signal characteristics, e.g. slope, integral the characteristic being amplitude

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
  • A Measuring Device Byusing Mechanical Method (AREA)

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 (14)

  1. 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。
  2. 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。
  3. 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。
  4. 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。
  5. 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。
  6. 請求項1乃至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。
  7. 請求項1乃至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。
  8. 請求項1乃至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。
  9. 請求項またはにおいて、
    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。
  10. 請求項1乃至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。
  11. 請求項1乃至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。
  12. 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。
  13. 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。
  14. 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。
JP2019107515A 2019-06-07 2019-06-07 不具合判定ユニット Active JP6898966B2 (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019107515A JP6898966B2 (ja) 2019-06-07 2019-06-07 不具合判定ユニット
US16/892,708 US11268874B2 (en) 2019-06-07 2020-06-04 Defect judging unit of measuring probe and defect judging method thereof
EP20178440.2A EP3748282B1 (en) 2019-06-07 2020-06-05 Defect judging unit of measuring probe
CN202010506921.0A CN112050765B (zh) 2019-06-07 2020-06-05 测定测头的不良状况判定单元及其不良状况判定方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019107515A JP6898966B2 (ja) 2019-06-07 2019-06-07 不具合判定ユニット

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2020201101A JP2020201101A (ja) 2020-12-17
JP6898966B2 true JP6898966B2 (ja) 2021-07-07

Family

ID=71016378

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2019107515A Active JP6898966B2 (ja) 2019-06-07 2019-06-07 不具合判定ユニット

Country Status (4)

Country Link
US (1) US11268874B2 (ja)
EP (1) EP3748282B1 (ja)
JP (1) JP6898966B2 (ja)
CN (1) CN112050765B (ja)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11644298B2 (en) * 2018-11-01 2023-05-09 Mitutoyo Corporation Inductive position detection configuration for indicating a measurement device stylus position
US11543899B2 (en) * 2018-11-01 2023-01-03 Mitutoyo Corporation Inductive position detection configuration for indicating a measurement device stylus position and including coil misalignment compensation
US11740064B2 (en) 2018-11-01 2023-08-29 Mitutoyo Corporation Inductive position detection configuration for indicating a measurement device stylus position
JP6738883B2 (ja) * 2018-11-28 2020-08-12 株式会社ミツトヨ プローブユニット及び測定システム
CN113358274B (zh) * 2021-06-10 2022-09-13 广西大学 一种双力源六维力传感器静态标定装置及标定方法
US20240219164A1 (en) * 2022-12-28 2024-07-04 Mitutoyo Corporation Measuring probe with sensing coils and temperature compensation
CN117681048B (zh) * 2024-02-04 2024-05-10 山东迪威森数控机床有限公司 一种加工中心的在线检测装置与相关检测方法

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57203668A (en) 1981-06-11 1982-12-14 Mitsubishi Electric Corp Controller for group of elevator
GB8610088D0 (en) 1986-04-24 1986-05-29 Renishaw Plc Probe
GB9111382D0 (en) * 1991-05-25 1991-07-17 Renishaw Metrology Ltd Improvements in measuring probes
JP3356906B2 (ja) * 1995-04-19 2002-12-16 株式会社日立製作所 走査型トンネル分光法およびその装置
US7376261B2 (en) * 2003-11-25 2008-05-20 Mitutoyo Corporation Surface scan measuring device and method of forming compensation table for scanning probe
GB0508388D0 (en) * 2005-04-26 2005-06-01 Renishaw Plc Surface sensing device with optical sensor
GB0508395D0 (en) * 2005-04-26 2005-06-01 Renishaw Plc Method for scanning the surface of a workpiece
GB0608999D0 (en) * 2006-05-08 2006-06-14 Renishaw Plc Surface measurement probe
CN101561240B (zh) * 2009-05-31 2010-10-20 哈尔滨工业大学 基于球形电容极板的超精密非接触式三维瞄准与测量传感器
EP2665988B1 (en) * 2011-01-19 2015-08-12 Renishaw Plc. Analogue measurement probe for a machine tool apparatus
EP2492635B1 (de) * 2011-02-22 2013-05-29 Siemens Aktiengesellschaft Kalibrierverfahren für einen kugelförmigen Messtaster
JP6226716B2 (ja) * 2013-11-22 2017-11-08 株式会社ミツトヨ アーム型三次元測定機及びアーム型三次元測定機における撓み補正方法
EP2977715B1 (en) * 2014-07-23 2017-12-06 Tesa Sa Probe holder for measuring system
CN104457613B (zh) * 2014-12-26 2017-06-30 合肥工业大学 一种三维微纳米接触触发式探头
CN108291801B (zh) * 2015-12-22 2020-11-10 株式会社三丰 用于cmm接触探针的传感器信号偏移补偿系统
JP6212148B2 (ja) * 2016-02-26 2017-10-11 株式会社ミツトヨ 測定プローブ
JP6834854B2 (ja) * 2017-08-31 2021-02-24 ブラザー工業株式会社 ワーク検出装置、ワーク検出方法及びコンピュータプログラム
JP6738883B2 (ja) 2018-11-28 2020-08-12 株式会社ミツトヨ プローブユニット及び測定システム

Also Published As

Publication number Publication date
JP2020201101A (ja) 2020-12-17
US11268874B2 (en) 2022-03-08
CN112050765A (zh) 2020-12-08
EP3748282B1 (en) 2023-08-16
EP3748282A1 (en) 2020-12-09
CN112050765B (zh) 2022-05-27
US20200386646A1 (en) 2020-12-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6898966B2 (ja) 不具合判定ユニット
JP6966471B2 (ja) 座標測定プローブ本体
JP6212148B2 (ja) 測定プローブ
JP6214072B1 (ja) 力覚センサ
JP4056884B2 (ja) 作業場所を探触するためのプローブヘッドを有する座標測定装置
US10078026B2 (en) Multi-component force-torque sensing device with reduced cross-talk for twist-compression testing machine
US10088937B2 (en) Touch input device including a moment compensated bending sensor for load measurement on platform supported by bending beams
WO2018029866A1 (ja) 力覚センサ
JP6216400B2 (ja) 測定プローブ
JP2011500331A (ja) ツール・ホルダおよびツール・ホルダを使用する段階的シート成形方法
JPH106274A (ja) 力覚センサ装置
Subasi et al. A novel triaxial optoelectronic based dynamometer for machining processes
CN202281673U (zh) 一种膜片弹簧压力校准测量仪器
US8302481B2 (en) Self-supporting and self-aligning vibration excitator
JP2013509592A (ja) 動的撓曲部配列を組み込んだ支持台を有する走査型プローブ顕微鏡
JP5572001B2 (ja) 物理量センサ
US20130088710A1 (en) Optical Guide-Based Displacement/Force Sensor
JP3666622B2 (ja) 荷重検出装置
KR101278679B1 (ko) 다지점 햅틱 센싱 장치 및 이를 포함하는 시스템
JP2024078405A (ja) 測定システム及びその動作方法並びにスタイラス運動機構
CN107328539A (zh) 一种用于振动测试的测力系统
US20110161015A1 (en) Detection module
Patil et al. Design and Development of Spring Stiffness Measuring Instrument
Ştefănescu et al. The Force Measurement Chain
JP2019168356A (ja) 表面形状測定装置

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20200325

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20210309

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20210331

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20210601

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20210611

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6898966

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250