JPH01500689A - 接触感知プローブ用信号処理回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 接触感知プローブ用信号処理回路 背景技術 本発明は加工片の寸法を測定するための座標測定機及び測定工具の如き装置に使 用する例えば接触により加工片の位置を感知するためのプローブに関するもので ある。特に本発明は、この種のプローブから受信した信号を処理すると共に条件 付けするための回路に関するものである。

本出願と同時係属出願で、これと共通の優先権を主張しており、しかも参考まで にここに含める本出願人による欧州特許出願第８７１０５１９２．６号、米国特 許出願第０７１０３６．４７５号及び日本国特許出願６２−９１１１２号には、 加工片に接触させるスタイラスを有しているプローブが記載されている。このプ ローブは、これと加工片とを相対的に移動させる装置に取付けられ、またプロー ブはこのような接触がいつ成されるかを感知するための２つの異なる手段を具え ている。一方の、感知手段は圧電センサであり、これはスタイラスが加工片と初 期接触する時にスタイラスに伝わる急激な加速、即ち衝磐を検出して、この接触 を実際上瞬時に指示する。他方の感知手段は、スタイラスを接続する可動部材と 、固定部材、即ちハウジングとの間の慣例の電気−機械的な開閉動作によるもの である。この開閉動作は、固定部材における可動部材周動支持部の対向する座素 子間にて起り、これらの座素子はスタイラスの軸線の周りに等間隔に配置された ３つの各位置にてボール対の上に着座させるシリンダで構成することができる。

この座阻止による開閉動作の目的は、可動部材の着座及び再着座を指示すること にある。また、この開閉動作は、圧電センサが初期接触する時に信号を発生し損 う場合（例えば、接触が極めて低速度で成される場合）に、加工片との接触を指 示するのに有効なバックアップ信号も発生する。このバックアップ信号は（精度 の劣る）測定を指示し、また装置を停止させて加工片とプローブとの間の衝突に よる損傷を防止するのにも役立つ。

２つの感知手段からの２つの信号を合成して、単一のトリガ信号とし、これを装 置に供給して、接触が起きたことを知らせる。これがため、装置は慣例のプロー ブの場合と同様に１つのトリガ信号を取り扱うだけで済む。慣例のプローブと、 ２つの感知手段を有するこの種のプローブとの間での互換性を最大とするために 、前記同時係属出願にはプローブを装置にインターフェースする外部インターフ ェースユニットに２つの信号を伝送する前にプローブそれ自体の内部にて２つの 信号を合成する回路について記載しである。しかし、最大の互換性を必要としな い場合には、インターフェースユニットにて信号合成をすることができることは 勿論である。

しかしながら、上述したように合成した単一トリガ信号を装置に供給するのが有 利ではあるが、この装置はトリガ信号が圧電センサによって与えられた初期接触 を正確に感知したものであるのか、精度の劣る開閉式センサによるものであるの かを確かめる手段を有していない。

発明の開示 本発明の目的はトリガ信号を発生するための第１及び第２感知手段を有している 加工片位置感知プローブからのトリガ信号を処理する回路であって、回路が第１ 感知手段によって発生される信号を検出して、第１検出信号を与える第１検出手 段と、第２ＩＩＡ知手段によって発生される信号を検出して、第２検出信号を与 える第２検出手段と、第１及び第２検出信号を合成し、かつこれらの雨検出信号 の内の最初に発生した方の検出信号に応答して出力トリガ信号を発生させるトリ ガ信号発生手段と、第１及び第２検出信号の内のどちらの検出信号が出力トリガ 信号を発生させたかを識別し、かつそれに応じて他の出力を発生させる識別手段 とを具えることを特徴とする信号処理回路にある。

装置への他の出力を発生させることにより、精度の良好なセンサが例えば測定を 繰り返すことにより初期接触信号を発生し損う場合でも装置を正確に作動させる ことができる。

識別手段は検出信号間の時間遅れを識別することによってその役目を果すことが できる。

図面の簡単な説明 第１図はプローブに接続した信号処理回路の一例を示す概略ブロック線図、 第２図は第１図の変更部分を示すブロック線図、第３図はプローブ内部に設ける 回路を示す回路図である。

発明を実施するための最良の形態 先ず第１図を参照するに、信号処理回路ｌＯは前記同時係属出願に記載されてい るタイプのプローブ１２に接続する。これらの同時係属出願に記載されているよ うに、プローブ１２は圧電センサと開閉式センサとの双方を有しており、しかも このプローブは、これら２つのセンサからの信号を伝送するのに二線式の接続線 、即ち信号ライン１４と復帰ライン１６を有しているだけである。これによりプ ローブ１２を僅か１種類のセンサ、例えば米国特許第４，１５３，９９８号に記 載されているような開閉式センサしか有していないむしろ慣例のタイプのプロー ブと交換可能とすることができる。

第１図の回路ｌＯはプローブ１２か、又はこの種のもっと慣例の開閉式プローブ に取付は可能とするインターフェースである。これがため、この回路はどのタイ プのプローブが取付けられたかを確かめて、適切な電力を供給するための回路を 具えている。

慣例の開閉式プローブを接続すると、窓比較器２４は、その慣例のプローブが（ その体止位に置着座されている場合には）大地に短縮されて比較器に極めて低い 電圧入力を供給するようになるか、又は例えば加工片との接触により、着座しな くなった場合には）プローブが開放回路となり、極めて高い電圧入力を比較器に 供給するようになると云うことから、このプローブを識別する。窓比較器２４は （１５Ｖの給電に基く）これら２つの条件に対応する４Ｖ−１４Ｖの電圧範囲以 外の入力電圧がライン１４にて検出される場合にフリップフロップ２８をリセッ トする。これによりトランジスタＴ４がターン・オフされ、ついでプローブには 抵抗１５．１７で形成される分圧器から電圧が供給され、慣例のプローブが着座 していない場合には約１２Ｖの電圧が供給され、着座している場合には１．５ｖ 以下の電圧が供給される。フィルタ２５は例えばプローブ１２の圧電センサから の４ｖ〜１４Ｖの電圧範囲以外の過渡電圧によりフリップフロップがリセットさ れるのを防止する。

後に明らかにするように、圧電センサを有しているプロニブ１２は分圧器１５． １７から電圧が供給される場合に、ライン１４に約２．５ｖの信号を発生する。

このようなプローブ１２が慣例のプローブの代りに接続されている場合に、この ことは１．５ｖ〜４ｖの範囲内の電圧に応動してフリップフロップ２８をセット して、トランジスタＴ４をターン・オンさせる窓比較器２６によって識別される 。この際プローブ１２には抵抗１５よりも遥かに低い抵抗値の抵抗１３を経て電 圧が供給されるため、プローブ１２はライン１４に４ｖ〜１４Ｖの範囲内の電圧 を首尾良く供給する。遅延回路２７は、フリップフロップ２８が低レベルと高し −ベルとの間で切換わる際に１．５ｖと４ｖとの間の電圧を通すのに慣例のプロ ーブの出力に要した短い時間中にこのフリップフロップがセットされないように する。

上述した電圧レベルは動作原理を例証するための単なる例に過ぎないことは明ら かである。

前記同時係属出願に記載されているようなプローブ１２の回路を示す第３図を参 照するに、圧電センサ２２からの信号は、電界効果トランジスタＴＩ、抵抗Ｒ１ ，Ｒ２及びコンデンサＣＩから成る増幅器４１によって増幅される。この増幅器 には開閉式センサの座素子１９．２０の開放を検出するための検出回路７０が並 列に設けられている。第３図には僅か一組の座素子１９．２ＯＬ／か示してない が、実際にはこのような座素子が３組直列に接続されている。

検出回路７０は定電流源７２を具えており、この定電流源は電界効果トランジス タＴ２及び抵抗Ｒ３により構成され、これは通常座素子１９．２０を経て定電流 を供給する。しかし、座素子１９．２０が加工片との接触により開放すると、こ の定電流源は座素子と並列に設けられているコンデンサＣ２を充電し始める。そ の結果、シリコン制御整流器（ＳＣＲ）Ｔ３のゲート入力端子７４に立上りラン プ電圧が生ずる。５ＣＲＴ３のトリガしきい値電圧はツェナーダイオードＤ１及 び抵抗Ｒ４によって設定される。座素子１９．２０が完全に開放されているもの とすると、コンデンサＣ２間のランプ電圧は、ゲート電極７４における電圧が前 記しきい値電圧に達するまで上昇し続ける。しかし、接点バウンスがある場合に は、その接点バウンス中に座素子１９．２０が確実に再び閉成することによりコ ンデンサＣ２を放電させるようになる。従って、座素子１９．２０が完全に開放 されるまではトリガしきい値には到達せず、そしてＳＣＲは接点バウンスに応動 しなくなる。これにより、接点バウンスの周波数が圧電センサ２２からの信号の 周波数に似ている場合にインターフェースを惑わせるような接点バウンスをプロ ーブが発生しなくなる。

コンデンサ０２間のランプ電圧がトリガしきい値に達すると、ＳＣＲＴ３は直ち に完全に導通し、接続ライン７６の電圧をツェナーダイオードＤＩのしきい値電 圧よりも約１ボルト高い電圧にまで引下げる。前述したように、プローブへのラ イン１４にはインターフェースにおける低抵抗値の抵抗１３を経て給電される。

ライン７．６の電圧が５ＣＲＴ３によって引下げられると、インターフェースに おけるこの抵抗１３間の電圧が上昇し、その電圧は下記に説明するように容易に 検出される。（シかし、慣例のプローブと比較するに、５ＣＲＴ３は座素子１９ 、２０からの信号を反転させる作用を有していることに留意すべきである。） 座素子１９．２０が再び閉成すると、　５ＣＲＴ３のゲート電極７４が接地ライ ン１６に短絡される。これによりＳＣＲがターン・オフして、ライン７６の電圧 は直ちに再び上昇し、プローブが首尾良く着座し、っぎの測定の準備が完了した ことを知らせる。

増幅器４１を経て到来する圧電センサ２２からの交流信号もライン７６を経て信 号ライン１４に供給され、この交流信号は下記に説明するようにインターフェー スにて検出することができる。

ダイオード対Ｄ２をライン７６に検出回路と直列に設け、他のダイオード対Ｄ３ を増幅器４１と直列に設ける。

これらのダイオード対は、これら信号の直流レベルを調整して、現在使用中のプ ローブ１２と、インターフェースに接続されるかもしれない他の慣例のプローブ とを容易に識別することのできるようにする。さらに、これらのタイオード対は 偶発的な電流反転を阻止する。また、インターフェースｌＯのトランジスタＴ４ がターン・オンされると、抵抗１５は完全な零入力電流を増幅器４１に供給でき なくなり、供給電圧の殆どは抵抗１５間にて引下げられ、ダイオード対Ｄ２．　 Ｄ３はこの状態ではライン１４の電圧を２．５ｖに設定する。

第３図の回路の他の利点は、５ＣＲＴ３のトリガ電圧までのコンデンサＣ２の充 電が常に所定の最小時間長（例えば１７２〜３ミリ秒）で行われると云うことに ある。

このことは、加工片との初期接触が圧電センサ２２からの交流信号を検出できな いほどにソフトなため、インターフェースが座素子１９．２０の開放にしか応動 しない場合に、その旨を指示する下記に説明する回路の動作に役立つ、この回路 は圧電センサからの信号と座素子からの信号との間の時間遅れを利用する。コン デンサＣ２の充電により生ずる固有の時間遅れによって、これら２つの信号間に は常に容易に検出しつる所定の最小時間後れがある。しかし、このことは必須要 件ではなく、下記に説明する回路は、所要に応じ圧電センサからの信号と座素子 からの信号との間の固有の時間遅れを単に検出できさえすれば良い。

第１図を再び参照するに、インターフェース１０に設ける比較器１８は、慣例の 開閉式プローブが取付けられている場合に、このプローブの開閉接点が開放する のに応答して低レベルのトリガ信号を発生する。これらの開閉接点の開放により 、比較器１８の入力は前述したように極めて低いレベルから高レベルの電圧値へ と上昇し、それ故に比較器１８のしきい値はトリガ信号をできるだけ早く発生さ せるために適当な低レベルに設定されている。比較器１８の出力は、慣例の開閉 式プローブが取付けられている旨をフリップフロップ２８が指示する場合にＮＯ Ｒゲート３０を経て信号混合器４２に供給される。しかし、ゲート３ｏはプロー ブ１２が取り付けられている場合には比較器１８の出力を禁止する。その理由は 、そのようにしないと、比較器１８の出力信号が信号混合器４２に作用してしま い、下記に説明するトリガ回路からの信頼できる出力を防げてしまうからである 。

比較器３２もプローブからの入力信号を受信する。この比較器のしきい値レベル はプローブ１２（このプローブは追加の内部部品のために慣例の開閉式プローブ よりも多少高目の電圧レベル間にて開閉する）の開閉式センサの開閉を検出すべ く設定する。比較器３２の出力はＮＡＮＤゲート３３を経て信号混合器４２の反 転入力端子に供給され、ＮＡＮＤゲート３３は慣例のプローブが接続されている 旨をフリップフロップ２８が指示する場合には比較器３２の出力が信号混合器４ ２に供給されるのを禁止する。

これと並列に、プローブ１２の圧電センサの出力を検出する回路がある。この回 路は交流増幅器３４を具えており、これには高域通過フィルタ３６を後続させる 。

フィルタ３６の通過ｆｉ５を圧電センサの共振周波数と両立すべく選定して、測 定機及び他のものによる振動に応動して圧電センサが発生する電気的雑音の殆ど を除去できるようにする。

フィルタ３６の出力を精密な整流器３８によって整流する。これにより、圧電セ ンサによって発生される信号が正に進むのか、又は負に進むのかに無関係に回路 を正確にトリガさせる。最後に、整流信号をしきい値検出比較器４０に供給する 。この比較器のしきい値レベルは低い値に選定して、圧電センサからの出力信号 に応答させて回路を確実にトリガさせる。このようにして得られた信号を信号混 合器４２に供給する。

混合器４２の出力がプローブ１２の圧電センサと開閉式センサとの双方による成 分を含むことは明らかであり、この出力をデバウンス回路４４に供給する。例え ばプローブと加工片との間の接触速度が極めて低かったために、圧電センサの信 号が検出されない程にその圧電センサの信号が低かった場合には、デバウンス回 路４４が比較器３２からの開閉信号に応動して、駆動回路４Ｂを経て出力を供給 する。同様に、慣例の開閉式プローブが取付けられている場合には、回路４４は 比較器１８からの出力をデバウンスする。回路３４〜４０がプローブ１２からの 圧電センサ信号を検出する場合に回路４４はこれに応答して明確な出力を発生し 、この出力が開閉式センサの出力よりも早目に生じて、しかもずっと正確な測定 指示を与えることは勿論である０回路４４には１２号を遅延させるために外部入 力端子４５を設けて、プローブがその遅延時間に相当する所定の時間の間トリガ される場合にだけ出力を発生させるようにすることができる。この遅延は、種々 の測定の間にプローブを高速度で動かす場合に有効であり、プローブはこの場合 には左程重要でない振動を感知せず、それでもプローブは何らかのものと偶発的 に衝突する場合には緊急停止信号を与えることができる。なお、通常速度での測 定操作中はこの遅延はなくすものとする。所要に応じ、入力端子４５はプローブ の高速移動中に比較器４０からの圧電センサ信号を抑制するのに用いることもで きる。

通常の測定操作中に、出力信号がプローブ１２の圧電センサによフてトリガされ たのか、又は開閉式センサによってトリガされたのかを知ることも時には有効で ある。その理由は、例えばこのことが測定結果の精度を指示し、例えば測定を繰 返すことによってコンピュータ制御をそれにならって行うことができるからであ る。このような指示はフラグライン５２に与えることができる。

デバウンス回路４４の出力を単安定回路４８によって遅延させ、これを用いてラ ッチ５０をクロックさせる。これはプローブ１２の開閉式センサの状態に対応す るゲート３３の出力をラッチに同時にクロックする。デバウンスされた出力が開 閉式センサによって生じたのであって、圧電センサによって生じたものではない 場合には、ラッチ回路は単安定回路４８によって導入された遅延の終了時に開閉 式センサがトリガされたことを示す出力をライン５２に発生する。或いは又、デ バウンスされた出力が圧電センサによって生じた場合には、ラッチは開閉式セン サがまだトリガされていないことを示す出力をライン５２に発生する。単安定回 路４８による遅延時間の長さは、圧電センサからの信号と開閉式センサからの信 号とを区別しうるように選定し、上述したようにこれら２つの信号間には所定の 最小の時間間隔が存在するようにする。単安定回路による遅延時間は、この最小 時間間隔よりも短くすべきであり、しかもプローブ１２内の回路７０によって除 去されない開閉式センサからの残存する如何なる接点バランスよりも長くすべ籾 である。その遅延時間は２００マイクロ秒とすれば申し分のないことを確かめた 。開閉式センサの信号をゲート３３に送給する前に適切にデパウンスさせる場合 には単安定回路４８を省くことができることは勿論であり、ラッチ５０を正しい 時間にクロックさせるには回路４２．４４の信号伝搬遅れだけを正確にする。

他の回路を用いて、圧電センサからの信号と開閉式センサからの信号との間の時 間の遅れを識別することによってフラグ出力をライン５２に発生させることもで きる０例えば、単安定回路４８を圧電センサ信号検出器４０の出力によフてトリ ガさせ、ラッチを上述したように開閉式センサ信号検出器３２の出力でラッチさ せることができる。このようにしても上述した方法と同様な方法で時間遅れを識 別することができるが、圧電センサ信号が検出されない場合には回路３３．４０ によって検出される開閉式センサ信号にも頼ることになる。

上述したように、第１図の回路は前記同時係属出願のプローブ１２からの二線式 入力か、或いは慣例の開閉式プローブからの二線式入力を受信するようにしたも のである。この２通りの可能性を必要としない場合には、プローブ１２用のイン ターフェースは比較器１８゜ゲート３０．比較器２４．２６．フリップフロップ ２８．トランジスタＴ４及び関連する部品を省いて簡単に形成することができる ことは勿論である。インターフェースを別個のものとする代りに、このような回 路は所要に応じプローブ１２そのものに組込むか、又はプローブの上に組立てる ことができる。

さらに、比較器４０は開閉式センサ信号並びに圧電センサ信号に応動するため、 比較器３２（及び混合器４２）を省くことができる。

しかし、このようにすることは通常は好ましくない、その理由は、比較器３２は 直流結合され、このために比較器３２は開閉式センサが着座しているのか、否か を絶えず指示するからである。交流結合させる場合、回路３４〜４０はこのよう な指示を与えることができない。

二線式プローブによる互換性を必要としなければ、プローブには信号処理回路へ の３本（又はそれ以上）の接続ラインを設けることができる。このことを第２図 に示してあり、この例のプローブ１１２は開閉式センサからのライン１１４　と 、圧電センサからのライン１１３と、復帰ライン１１６　とを有している。ライ ン１１４は比較器３２に直接接続し、ライン１１３は増幅器３４に直接接続する 。残りの回路３６〜４Ｂ（及び４８．５）は第１図のものと同じである。

所要に応じ、信号混合器４２は第１又は第３図のいずれの例からも省くことがで きる。この場合には、圧電センサからおよび開閉式センサからの検出トリガ信号 はインターフェースからの各別の出力を経て装置に別々に供給する。トリガ信号 を識別する手段から２つの検出トリガ信号の内の最初に発生したトリガ信号を装 置に供給するために他の出力５２も発生させる。この出力は圧電センサ信号が開 閉式センサ信号の前か、後に発生したかを装置に知らせ、従って圧電センサ信号 が加工片との確実で、正確な接触によるものであるか、否かを装置に知らせる。

上述した回路と同様な回路を２個のセンサを有している他のプローブに使用し得 ることは明らかである。

例えば圧電センサは容量性、誘導性又は圧電抵抗性のセンサと置換することがで き、また圧電センサを用いる場合には必ずしも前記同時係属出願に記載した物理 的構成のものとする必要もない。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）トリガ信号を発生するための第１及び第２感知手段を有している加工片位置 感知プローブからのトリガ信号を処理する回路であって、該回路が：第１感知手 段によって発生される信号を検出して、第１検出信号を与える第１検出手段と； 第２感知手段によって発生される信号を検出して、第２検出信号を与える第２検 出手段と；前記第１及び第２検出信号を合成し、かつこれらの両検出信号の内の 最初に発生した方の検出信号に応答して出力トリが信号を発生させるトリガ信号 発生手段と； 前記第１及び第２検出信号の内のどちらの検出信号が出力トリが信号を発生させ たかを識別し、かつそれに応じて他の出力を発生させる識別手段；とを具えるこ とを特徴とする信号処理回路。 ２）前記識別手段が前記両検出信号間の時間遅れを識別する手段を具えることを 特徴とする請求の範囲第１項に記載の回路。 ３）前記時間遅れを出力トリが信号の発生時に前記第２検出信号をラッチするラ ッチ手段によって識別することを特徴とする請求の範囲第２項に記載の回路。 ４）前記出力トリが信号を受信して、前記両検出信号間の前記時間遅れよりも短 い時間値だけ遅延される信号を前記出力トリが信号から発生し、かつ遅延信号の 発生時に前記ラッチ手段により第２検出信号をラッチさせる手段を含むことを特 徴とする請求の範囲第３項に記載の回路。 ５）前記プローブヘの接続用端子を２つだけ有しており、その一方の端子を前記 両検出手段に接続したことを特徴とする請求の範囲第１項〜第４項のいずれかに 記載の回路。 ６）２種類のプローブの内のどちらのプローブが経路に接続されているのかを決 定するプローブ決定手段を含むことを特徴とする請求の範囲第１項〜第５項のい ずれかに記載の回路。 ７）交代プローブからの信号を検出する第３検出手段及びプローブ決定手段の出 力によって前記検出手段の少なくとも１つを使用可能とするか、又は不作動とし うる手段を含むことを特徴とする請求の範囲第６項に記載の回路。 ８）プローブを回路に接続した際に、該プローブに給電する手段を有し、該給電 手段がプローブ決定手段の出力に従って供給電力を変える手段を含むことを特徴 とする請求の範囲第６項又は第７項に記載の回路。 ９）加工片位置感知プローブからのトリガ信号を処理する回路であって、該回路 を第１及び第２の異なるタイプのプローブに接続可能とし、該回路が：第１プロ ーブによって発生される信号を検出し、かつこの信号に応答して出力を発生する 第１検出手段と； 第２プローブによって発生される信号を検出し、かつこの信号に応答して出力を 発生する第２検出手段と； 前記２つのプローブの内のどちらのプローブが回路に接続されているかを決定す るプローブ決定手段と； 該プローブ決定手段の出力に従って前記検出手段の少なくとも１つを使用可能と するか、又は不作動とし得る手段； とを具えることを特徴とする信号処理回路。 １０）プローブを回路に接続した際に該プローブに給電する手段を有し、該給電 手段がプローブ決定手段の出力に従って供給電力を変える手段を含むことを特徴 とする請求の範囲第９項に記載の回路。 １１）加工片位置感知プローブからのトリガ信号を処理する回路であって、該回 路を第１及び第２の異なるタイプのプローブに接続可能とし、該回路が：前記或 るタイプのプローブによって発生される信号を検出し、かつこの信号に応答して 出力を発生する検出手段と； 前記２つのプローブの内のどちらのプローブが回路に接続されているかを決定す るプローブ決定手段と； プローブが回路に接続される際に該プローブに給電する手段であって、プローブ 決定手段の出力に従って供給電力を変える手段を含む給電手段；とを具えること を特徴とする信号処理回路。 １２）トリガ信号を発生するための第１及び第２感知手段を有している加工片位 置感知プローブからのトリガ信号を処理する回路であって、該回路が；第１感知 手段によって発生される信号を検出して、第１検出信号を与える第１検出手段と ；第２感知手段によって発生される信号を検出して、第２検出信号を与える検出 手段と；前記検出信号に応答して少なくとも１つの出力トリが信号を発生する手 段と； 前記第１及び第２検出信号の内の最初に発生する方の検出信号を識別し、かつこ れに従って別の出力を発生させる手段； とを具えることを特徴とする信号処理回路。