JPH0269613A - プローブヘツドを運転する方法及び装置 - 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】 三次元的な座標を測定するための座標測定装置において
測定しようとする工作物に向けられたプローブヘッドに
よってプローブされる点は２つのカテゴリー、測定的な
タイプのそれと制御的なタイプのそれとに分けられる。

測定的なタイプのプローブヘッドがプローブ部材若しく
はプローブピンの変位に比例した信号を生ぜしめるのに
対して、制御的なタイプのプローブヘッドはプローブ部
材と測定しようとする工作部材との接触の瞬間にパルス
状の信号を生ぜしめる。制御的なプローブヘッドは、通
常はプローブピンの取り付けられた支承体をプローブヘ
ッドの不動の構成部分の、プローブピンのゼロ位置を一
義的に規定する支承部にプレロード機構によって押圧す
るように構成されている。プロービング過程中にプロー
ブ部材がプレロード機構の力に抗して支承部から持ち上
げられ、プロービング過程の終了の後に再び支承部に戻
される。公知の制御的なグローブ部材においては、支承
部が一般に三点支持部から成っており、プローブ部材の
支承体の円筒形の３つのアームのそれぞれ１つがプロー
ブヘッドのケーシングの球対によって構成されたＶ溝に
位置している。静力学的に規定されるこのような支承部
を備えたプローブヘッドは特にＵＳ−ＰＳ　４１５３９
９８号公報に記載されている。

プローブ信号を形成するために、公知のプローブヘッド
においては電気接点が支承箇所に設けられている。プロ
ーブパルスを圧電式の別個のセンサによって発生させる
ことも知られている。このようなセンサを備えｌこプロ
ーブヘッドは例えばＵＳ−ＰＳ　４１７７５６８号公報
に記載されている。

制御的なタイプのプローブヘッドのグローブ部材をプロ
ービング過程の後にゼロ位置へ戻す精度は、プローブ部
材の支承箇所の摩擦の影響を著しく受ける。摩擦を小さ
くするために、支承箇所が通常の形式で潤滑されている
。しかしながら、プローブ球をゼロ位置からずらすこと
になる残留誤差が生しる。このような残留誤差はプロー
ブピン、支承部の直径、及び支承部に作用するプレロー
ドカにも関連している。市販のプローブ部材においては
残留誤差は０．２ミクロンと０．５ミクロンとの間の値
に達する。

測定的なプローブヘッドにおいても、前述のヒステリシ
スはわずかではあるが生じる。それというのは測定的な
プローブヘッドではプローブピンが同じく何らかの形で
機械的にゼロ位置に拘束されているからである。

場合によってはゼロ位置からの大きなずれが生じること
がある。このような場合には、支承部内のスイッチとし
て作用する接点が開いたままになる。まれに生じるこう
のよな誤差を、支承接点の開いたままになった場合に機
械的な衝撃をプローブピンに生ぜしめる装置によって取
り除くこともすでに提案されている。ＤＥ−ＯＳ３６２
３６１４号公報に記載された手段によっては、何千回も
のプロービング過程中に生じるわずかなあるいは１回の
障害しか取り除けない。従って、支承精度の一般的な改
善は達成されない。

ＤＥ−ＡＳ　２８４１４２４号公報に、圧電式の発揮器
を備えたプローブヘッドが記載してあり、発揮器がプロ
ーブ部材の自由端部を小さい振幅で連続的に振動させる
。このような公知のプローブヘッドは、別個の第２の変
成器が振動の振幅を検波するように運転される。従って
、プロービング状態を第２の変成器によって検出して、
相応の信号を形成することができ、それというのはプロ
ーブ部材の振動の振幅はプローブ部材と工作物との接触
中は妨げられ、若しくは減衰されるからである。

支承摩擦及び低下する戻し精度の問題はここでは触れて
なく、公知のグローブへンドに対する＋−１ミクロンの
測定精度しか述べられていない。このような＋−１ミク
ロンの測定精度は座標測定技術における高精度の使用に
とっては十分でない。

本発明の課題は、冒頭に述べた形式のプローブヘッドを
運転する方法及び装置を改善して、プローブ部材のゼロ
位置ができるだけ正確に再現されるようにすることであ
る。

本発明の課題を解決するために本発明の方法では、プロ
ーブ部材を各プロービング過程の後に所定の時間中に振
動させるようになっており、本発明の構成では発振装置
が、時限素子を備えプローブヘッドのプローブ信号から
誘導される信号を供給される装置に接続されており、時
限素子が発揮器を各プロービング過程の後に所定の時間
中に振動させるようになっている。

本発明は、プローブ部材を振動によっていわゆる支承部
内へ゛揺り込む″ことに基づき支承摩擦を克服できると
いう認識に基づいている。

この揺り込みは本発明に基づき各プロービング過程の後
に行われ、このために電子装置を設けてあり、この電子
装置が圧電式の発揮器を各プロービング過程の後に所定
の時間中に交流電圧によって負荷する。

このような構成の有効性は発揮器の振動数がプローブ部
材の機械的な固有振動数の近くに位置しているかどうか
に左右される。プローブ部材の固何振動数は、例えばプ
ローブ部材の交換によって変えられるので、有利には振
動数発生装置が周波数スペクトル、例えばホワイトノイ
ズを生ぜしめ、その結果プローブ部材の機械的な固有振
動数の振動がいずれの場合にも常に励起される。

プローブ部材のゼロ位置の特に良好な再現性が、発揮器
の振動の振幅を導入の後に緩やかに減少させるように制
御すると得られる。

もちろん、所望の課題に対して圧電式の別個の発揮器を
設けることも可能である。しかしながらプローブヘッド
がすでにプローブ信号を形成するための圧電式のセンサ
を存している場合には、このセンサは逆の運転形式で振
動を形成するためにも使用される。このような構成は特
に有利である。それというのはプローブヘッドの電子装
置内へのすべての作用はプローブヘッドにおける機械的
な変更を必要とするものではないからである。

本発明の構成により、プローブヘッドの位置再現性の誤
差が０．２ミクロン以下の値に減少せしめられる。

次ぎに、図面を用いて本発明の実施例を具体的に説明す
る。

第１図に示すプローブヘッドは円筒形のケーシングｌを
有しており、このケーシングはスリーブナツト２を用い
て直接若しくは延長片を介して座標測定装置の測定アー
ムに取り付けられる。ケーシングは端面に差込みスリー
ブ１０を備えており、差込みスリーブのプローブピンに
プローブヘッドの電気的な異なる接続部が敷設されてい
る。

ケーシングｌの逆の端部は円錐形に先細になっている。

ケーシングの先細の端部は支承部７を形成しており、こ
の支承部はプローブヘッドの運動可能なプローブピンの
保持体５を受容している。支承部７内に保持された保持
体５はばね３によってゼロ位置に押されている。

第２図及び第３図から明らかなように、プローブピン６
の保持体５は三角形の角錐台を成しており、この角錐台
は分離された６つの支持点でケーシングｌの下側の支承
部７の相応に形成された対向面に接触している。支持点
は保持体５の凸状の隆起部によって形成されている。支
持点は第２図及び第３図に符号８ａ−８ｃ及び９ａ−９
ｃで表しである。

プローブピンの支承部の構成は同じ出願人の「プローブ
ヘッドの支承部」の名称で同日出願された特許出願明細
書に詳細に記載しである。

プロービング過程の、振動などのような外部影響に妨げ
られることのない確実な識別のために、第１図〜第３図
に示すプローブヘッドは２つのセンサを有している。圧
電的なセンサ１７は保持体５とプローブピン６との間に
接続されている。この圧電的なセンサ１７は工作物に対
するプローブピン６の接触の瞬間に信号を発信し、この
信号はプロービングの瞬間に長さ測定装置から座標測定
装置の案内へ供給される測定値を記録するために用いら
れる。しかしながら、有効なプロービングはプローブ部
材（５，６）が実際に支承部から持ち上げられる場合に
のみ生じる。このために、発光ダイオード１１及び４象
限ダイオード１３がプローブヘッドの定置のケーシング
ｌに、かつ反射レンズ１２が保持体５の上面に設けられ
ている。反射レンズは４象限ダイオード１３に対する発
光ダイオード１１の反射面を形成している。このような
装置の信号は圧電式のセンサプロービング過程中に生じ
る第１の信号を確認するために役立つ。圧電式のセンサ
１７の信号によって検出される長さ測定値は、センサ１
７の信号に次いで所定の時間内に前記装置（１１〜１３
）によって第２の信号が生じた場合に始めて走査座環と
して認識され、かつ座標測定装置のコンピュータに送ら
れる。

プローブヘッドからの両方の信号を処理する電子装置が
符号１４で表しである。この電子装置は増幅器ｆｆ１１
９を有しており、この増幅装置は切換スイッチ１８を介
して圧電式のセンサ１７に接続されている。増幅装置１
９の出力部は整流器２０に導かれており、整流器の出力
部はトリガ閾値を有するコンパレータ２１に接続さレテ
いる。コンパレータはプロービング過程中に圧電式のセ
ンサ１７の信号がノイズ指数を越えた場合に信号Ｐを送
る。センサ１７によって生ぜしめられた信号は第６図の
特性線図に符号ａで表しである。

４象限ダイオード１３は光りに敏感な対を成して相対す
る部分面で以て差動増幅器１５ａ。

１５ｂに接続されている。差動増幅器の出力部はＯＲゲ
ートによって互いに接続されている。これによって、プ
ロービング過程中にグローブピンが変位させられ、発光
ダイオード１１の４象限ダイオード１３上に映し出され
るビームスポットが中心位置から移動した場合に、第６
図に符号Ｍで表す信号が生ぜしめられる。

第５図に示すプローブ線図には、プローブヘッド１の運
動可能な部分（５／６）がプロービング過程の後にどの
ような精度で再びその位置へ戻されるかが示しである。

このために、グローブピン６が異なるプロービング角度
でプローブピン縦軸線に対して垂直な面内を３０６のス
テップで変位させられる。次いで自動規準望遠鏡を用い
てプローブヘッドの端部のプローブ球がプロービング過
程の終了の後に再びどのような位置を占めているかが測
定される。結果は第５図に破線で表しＩ；線で示されて
おり、この線は測定点を互いに結んでいる。プローブ球
の位置再現性は±０．４μｍと±０．５μｍとの間の範
囲にある。

位置再現性を改善するために、第３図に示す電子装置１
４は時間発信器２２を有しており、この時間発信器は信
号Ｍの降下するフランクによって制御され、プロービン
グ過程の終了の後に調節可能な時間中に第３図に簡単に
継電器として示された切換スイッチを作動しかつ発揮器
２３を短時間、接続する。発揮器２３はプローブ部材（
５，６）の機械的な固有振動数に合わせられている。グ
ローブ部材の固有振動数は実施例の場合にはほぼ７Ｑｋ
Ｈｚである。発揮器２３の、後方に接続された増幅器２
４を介してほぼ５Ｖの振幅にもたらされた信号は、切換
接点１８を介して圧電式のセンサ１７に伝達され、この
センサがほぼ７０ｋＨｚの振動数で振動してプローブ部
材（５，６）を振動させる。振動の時間的な経過が第６
図に示しである。第６図から明らかなように、振動は発
揮器２３の接続の後にゆっくりと弱まる。プローブピン
の振動している時間はほぼ１００ｍ５である。

前述の振動によってプローブ部材（５，６）が高い精度
でゼロ位置へ戻される。短い時間に亙って振動せしめら
れるプローブヘッドの位置再現性は、第５図の実線で示
しである。実線で結ばれた測定点は明らかに±０．２μ
ｍの範囲内にある。このことから、振動に基づき支承摩
擦が低下せしめられ、これによってプローブ部材が係数
３だけ高められた精度でゼロ位置へ戻される。

第４図には別の実施例が示しである。ここではグローブ
部材の支承部１０５が２つに分割されており、圧電式の
センサ１１７の他に圧電式の第２の部材１２７が支承部
の両方の半部１０５ａ、１０５ｂ間に配置されている。

センサ１１７及び７オトエレクトろ式の装置（Ｉｌｌ、
１１２．１１３）のための信号処理が第３図の実施例の
ように行われている（従ってここで繰り返し説明するこ
とは避ける）間に、振動を発生させるために用いられる
回路が容易に変更されている。電子装置１１４の時間発
信器１２２が座標測定装置の制御電子装置１２５から始
動信号を受は取る。時間発信器１２２は所定の時間に互
って発揮器１２３を接続してこの発揮器がノイズスペク
トルを生ぜしめるこのノイズスペクトルはプローブ部材
（１０５／１０６）の機械的な異なる固有振動数を含む
ように選ばれている。固有振動数が例えばプローブビン
１０６の交換によって変えられる。

増Ｉ１．Ｂ１２４を介してノイズスペクトルが直接に圧
電式の第２の部材１２７に送られ、この部材がグローブ
部材（１０５／１０６）を各プロービング過程の後に時
間発信器１２２によって規定された時間に互って振動さ
せる。

このような構成の利点は、座標測定装置が機械的な振動
をプローブ部材の支承部へ効果的に伝達することに基づ
き小さな振動振幅で作動させられることにある。さらに
切換装置が省略される。それというのは圧電式の両方の
部材が唯一の運転形式でのみ圧電式の部材１１７は発信
器としてかつ圧電式の部材１２７は発揮器として運転さ
れるからである。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示すものであって、第１図はプ
ローブヘッドの縦断面図、第２図は第１図の■−■線に
沿った断面図、第３図は第１図のプローブヘッドの電子
装置の回路図、第４図は別の実施例のプローブヘッドの
電子装置の回路図、第５図はプローブヘッドの支承再現
性を示すグローブ特性線図、及び第６図は第３図の電子
装置の異なる信号の時間経過を示す特性線図である。 ｌ・・・ケーシング、２・・・スリーブナツト、３・・
・ばね、５・・・保持体、６・・・プローブビン、７・
・・支承部、８ａ〜８ｃ及び９ａ〜９ｃ・・・支持点、
ＩＯ・・・差込みスリーブ、１１・・・発光ダイオード
、１２・・・反射レンズ、１３・・・４象限ダイオード
、１４・・・電子装置、１５ａ及び１５ｂ・・・差動増
幅器、１７・・・センサ、１８・・・切換スイッチ、１
９・・・増幅装置、２０・・・整流器、２２・・・時間
発信器２３・・・発揮器、２４・・・増幅器、１０５・
・・支承体、１０６・・・プローブビン、ＩＩ７・・・
センサ、１２２・・・時間発信器、１２３・・・発揮器
、１２５・・・制御電子装置、１２７・・・圧電式の部
材Ｆｉｇ、１

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、プローブヘッドを運転する方法であって、プローブ
   ヘッドのプローブ部材がプレロード機構によってゼロ位
   置を規定する支承部内に押圧されている形式のものにお
   いて、プローブ部材（５、６）を各プロービング過程の
   後に所定の時間（ｔ）中に振動させることを特徴とする
   、プローブヘッドを運転する方法。 ２、プローブ部材（５、６）をプローブ部材の機械的な
   固有振動数を含む周波数スペクトル（ノイズ）によって
   励起する請求項１記載の方法。 ３、振動の振幅を振動の導入の後に低速に減少させるよ
   うに制御する請求項第１項記載の方法。 ４、プローブヘッドを運転するための装置であって、プ
   ローブヘッドのプローブ部材がプレロード機構によって
   ゼロ位置を規定する支承部内に押圧されていて、かつ圧
   電式の発振装置（１７、１２７）に接続されている形式
   のものにおいて、発振装置（１７、１２７）が、時限素
   子（２２、１２２）を備えプローブヘッド（１）のプロ
   ーブ信号（ａ）から誘導される信号を供給される装置（
   １４、１１４）に接続されており、時限素子が発揮器を
   各プロービング過程の後に所定の時間（ｔ）中に振動さ
   せるようになっていることを特徴とする、プローブヘッ
   ドを運転するための装置。