JPH03118411A - データミング装置 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は座標位置決め機（例えば座標測定機あるいは工
作機械）をデータミング（ｄａｔｕｍｉｎｇ）するデー
タミング装置に関する。

［従来の技術］ 従来のそのような機械は第５図に示すように、典型的に
は機械のテーブル１２に対してデカルト基準系Ｘ、Ｙ、
Ｚに３次元移動可能に支持されたヘッド１０を備えてい
る。分りやすくするため、ヘッド１０の支持構造体につ
いては、ヘッド駆動用モータおよびヘッドのＸ、Ｙ、Ｚ
方向の移動を測定するスケールと共に省略した。ヘッド
１０はタッチプローブ（触覚探針）１４を支持し、この
プローブはスタイラス（針）１６とワークピース（工作
物）面との間の接触の瞬間を決定（測定）する。プロー
ブ１４（第６図に詳細に示されている）は円筒状ハウシ
ング１８とスタイラス１６用のキャリア（担持体）２０
とを備え、このキャリアは３つの円筒ローラ２２を介し
てハウジング１８により運動学的に支持され、各ローラ
はハウジング１８のベース（基台）に埋設された隣接す
る一対のボール２４により限定される収束面上に載置さ
れる。スタイラスキャリア２０をその運動学的位置内に
強制するためにスプリング（図示せず）が設けられてい
る。スタイラス１６はワークピース面と接触するための
球状の感知チップ３０を有する。感知チップ３０の直径
はプローブによりワークピースを測定する前に知ってお
く必要がある。感知チップ３０とワークピース面との接
触の時に生じる信号はインターフェース３２から発生さ
れ、このインターフェースは電気回路３４（各ローラ２
２および関連する対のボール２４の直列接続から成る）
の抵抗が予め定めた閾値に達するとき出力を発生する。

これ（出力）は、ボール２４と共に着座しているその収
束面から上昇し始める１またはそれ以上のローラ２２に
より引き起こされる。

実際には、感知チップ３０の変形、スタイラス１６の撓
み（顕微鏡スケールでの）、および、回路３４の抵抗の
増加の瞬間とトリガ信号の出力との間の電子的遅延時間
により、ワークピースと感知チップ３０との正確な接触
瞬間時には信号はインタフェース３２から発生しない。

この遅延は前移動（ｐｒｅ−ｔｒａｖｅ１）として知ら
れているワークピースと感知チップとの接触後のヘッド
の移動に対応し、この前移動は補償する必要がある。更
に、ローラ２２をボール２４との着座位置からＸ−Ｙ面
内で異なる方向に移すのには異なる力が必要であるとい
うことが第６図に示したようなプローブの特徴である。

この結果、Ｘ−Ｙ面における前移動が変動する。

［発明が解決しようとする課題］ 感知チップの直径、前移動および前移動変動の値はデー
タミング（ｄａｔｕｍｉｎｇ）として知られている操作
により決定（測定）することができる。現存のデータミ
ング装置は例えば座標位置決め機のベッド上に設けられ
た寸法が正確に知られた球体を有する。データミングは
タッチプローブでその球体を測定し、正確に知られたそ
の球体の寸法の値と機械およびプローブによる測定結果
とを比較することにより行われる。しかしながら、まだ
性能的に十分とはいえなかった。

本発明の目的は高性能に改良されたデータミング装置を
提供することにある。

［課題を解決するための手段］ かかる目的を達成するため、本発明は、加工物と、機械
のベッド上でこの加工物を支持する支持部材とを具備し
て座標位置決め機で使用するデータミング装置であって
、装置に取り付けられて対象物体が加工物と接触したと
きに、装置に引き起される歪みおよび／または振動を感
知するセンサを具備したことを特徴とする。

［作　用］ 本発明によれば、上記構成によりデータミングの精度の
向上が得られる。

［実施例］ 以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する
。

第１図に示すように、データミング装置５０は本実施例
においては球体５２（正確な知られた直径を有する）で
ある加工物を有し、この加工物は本実施例では支柱５４
である支持部材により座標位置決め機のベッド上で支持
される。加工物の形状は他の幾何学的形状、例えば立方
体とすることも可能である。装置５０は機械のテーブル
の縁に配置するのが好適であり、球体５２の中心は軸Ｘ
。

Ｙ、Ｚの原点を提供するのに使用される。これ（原点）
はテーブルに対するヘッド１０の絶対的位置の決定を可
能とし、また特別な目的（例えば、ヘッドを移動して、
自動的にプローブ１４を取り替える装置と協働させるこ
と）のためにヘッドを特定の領域に移動することが必要
な場合に有益である。支柱５４は球体５２を圧電素子ア
レイ５６に接続する第１部品５４Ａと、圧電素子アレイ
５６を機械のテーブル１２に接続する第２部品５４Ｂと
を具備する。他の方法として、加工物を圧電素子アレイ
５６を介して支柱５４に直接接続することも可能である
。圧電素子アレイ５６は３つの電極６０Ａ、６０Ｂ、６
０Ｃの間に挟まれた一対の圧電素子５８を具備する。ア
レイ５６は対象物体が球体５２と接触するときに装置５
０に引き起こされる衝撃波と歪みとを感知し、そのよう
な衝撃波あるいは歪みを感じたときに電圧信号を発生す
る。これら圧電素子５８の極性は互いに反対にしである
ので、圧電素子５８が圧縮されると電極６０Ａ、６０Ｃ
（圧電素子５８の陰極に隣接して位置する）に対して中
央電極６０Ｂに正電圧が発生する。この配列構成は良好
なノイズ免除と共に高い感度を提供する。操作時に、圧
電素子アレイはインターフェイスに接続され、このイン
ターフェイスは圧電素子アレイからの信号を検出してト
リガ信号を発生する。トリガ信号は算出可能な非常に短
くかつ一定（すなわち、球体５２との衝撃の瞬間での感
知チップ３０の方向に関係なく一定）の遅延時間後、発
生する。この遅延時間は知られているので、圧電素子ア
レイ５６およびインターフェイスは感知チップ３０と球
体５２との間の接触瞬間を示す信号を有効に発生する。

圧電素子アレイ５６とプローブ１４との双方により発生
させられた信号は以下に記述する単一インターフェイス
（インターフェイス３２の特徴を含んでいる）を介して
処理可能である。

第２図を参照して、次にデータミング装置５゜を用いた
データミング操作について説明する。第２図に示すよう
に、感知チップ３０は複数の地点で基準（データム）球
体５２と接触するに至る。

感知チップ３０Ａで図示された地点は全てほぼＸ、Ｙ面
（すなわち、第１図に示す球体５２の側部のまわり）に
延在する。感知チップ３０Ｂで示された地点は上記Ｘ−
Ｙ面の上方（すなわち、第１図に示す球体５２の上部）
に延在する。これらの点の数は少なくとも４つ（球体の
中心を決定するのに必要な点の最小数）はなければなら
ず、好ましくはより精度を高めるためそれ以上の数であ
るべきである。球体と感知チップ３０との接触の度ごと
に、信号■１が圧電素子アレイ５６と連結するインター
フェイスで発生し、感知チップ３゜と基準球体５２との
間の接触の瞬間を示す。この瞬間の読取り、ヘッドの出
力は記録される。更に、感知チップ３０と球体５２との
接触の度ごとに、インターフェイス３２がトリガ信号Ｖ
２　　（この信号は感知チップ３０と基準球体５２との
間の接触を検出するプローブ１４により引き起こされる
）を発生するときの、読取りヘッドの出力も記録される
。この信号ｖ２は前移動のために信号ｖ１の発生後に発
生する。

このようにして得られた測定値は前移動を含んでいない
ので、基準球体５２の圧電センサで発生したデータポイ
ントは（得られたデータポイントを球体に合わせること
により）その球体の中心を決定するのに使用される。従
って、球体５２の中心は機械のＸ、Ｙ、Ｚ座標系の原点
を規定するのに使用することができる。

従って、プローブ１４で発生した位置データは、圧電素
子アレイ５６で発生したデータに基いて中心位置がすで
に決定されている球体の表面に対して“最良の適合（ｂ
ｅｓｔ　ｆｉｔ）”を得るために使用される。しかし、
この操作は直径Ｔの球を生じ、この直径Ｔは球体５２の
直径よりも、感知チップの直径から平均前桟動量の２倍
を減じた値分だけ大きい。

注＝　（ａ）平均前桟動量としたのは、測定はいろいろ
な方向で行われ、前移動の変動による影響をうけるため
であり、 （ｂ）この平均前移動量値の２倍としたのは、直径を決
定するのに２つの測定が必要なためである。球体５２の
実際の直径と直径Ｔとの間の差が“有効直径″Ｅとして
知られている。

従って、この操作は球体５２の中心位置を明らかにし、
感知チップの実際の半径と平均前桟動量の修正値の合計
である（感知チップ３０の有効直径／半径として知られ
る）単一の補正パラメータを生成する。従って、これ（
補正パラメータ）は機械で行った測定を修正する目的で
これら２つの誤差を引続いて別々に処理するのを不要に
する。

はとんどの測定操作において前移動変動は重大な誤差源
ではな（（但し、−度上述のデータミング操作で平均前
移動を較正した場合）、更にデータミングを行うことは
不要である。しかし、もし前移動変動を考慮する必要が
ある場合には、異なる探針方向および異なる探針速度で
の前移動のエラーマツプを作成する必要がある。

誤差をマツピングする工程は本発明により非常に容易と
なる。上記で説明したように、感知チップ３０と基準球
体５２との間の各接触点ごとに一対のデータポイントが
生じる。すなわち、一方のデータポイントは感知チップ
３０が基準球体５２と接触したときに圧電素子アレイ５
６から生じ（従って、前移動を受けない）、他方のデー
タポイントは（可変の）前移動遅延時間の経過後に、プ
ローブ１４から生じる。従って、各接触点と関連する２
つのデータポイントは各測定方向ごとに前移動量を産出
する。従って、衝撃方向に対する知チップ３０を基準球
体５２に対して操作し、またこれらの各方向ごとにその
方向に対応する前移動、もし適切ならば探針速度も計算
することにより簡単に描くことができる。接触（感知チ
ップと球体との）の瞬間およびトリガ（プローブの）は
双方共に直接測定し、各測定ごとに比較できるので、本
発明は正確なエラーマツプを提供する。

前移動に関する、あるいは対応する値を直接発生するた
めに、第１感知手段により発生した信号を検出して第１
の検出信号を発生する第１検出手段と、第２感知手段に
より発生した信号を検出して第２検出信号を発生する第
２検出手段と、上記第１および第２の検出信号の発生の
時間間隔に対応する出力信号を発生する手段とを具備し
て、上記第１および第２感知手段を有する座標位置決め
機からの信号を処理する回路が設けられている。上記出
力信号はその幅が上記２つの検出信号の発生の時間間隔
に対応するパルスであることが好ましい。典型的には、
上記感知手段（例えば、機械のベッドに設けられ、他方
は（例えば、タッチトリガプローブにより）ヘッドに設
けられる。

しかし、このような回路はまた２つのセンサ（例えば、
第６図に示すジョブコンタクトセンサおよびプローブ）
を使用し、２つのセンサから発生する感知信号間の時間
間隔を決定（測定）することを求められる探針装置と連
結した装置においても適用可能である。

次に、第３図および第４図を参照して上記の回路の構成
例を説明する。第３図を参照すると、ボールおよびロー
ラの回路３４の抵抗変化を検出するインターフェイス３
２は第４図に図示する信号■２を出力する。このインタ
ーフェイス３２はプローブ１４内の回路３４からの信号
の立上がりエツジ（前縁）および立下がりエツジ（後縁
）を有効に整形した“デバウンスト（ｄｅｂｏｕｎｃｅ
ｄ）”信号を発生する。信号調整インターフェイス７０
は圧電素子アレイ５６の出力からデバウンス（離解）し
た出力を提供する。デバンスされたデバウンストビエゾ
出力は第１のＤ型フリップフロップ７４のクロック端子
７２に入力され、このフリップフロップのＤ入力端子は
インバータ（反転回路）７８を介してプローブインター
フェイス３２に接続されている。デバウンストされたピ
エゾ出力がハイレベルになって、フリップフロップ７４
のクロック端子７２に入力されると、同期してＤ入力端
子７６の値はＱ出力端子８０に出力されて電圧Ｖｐを発
生する。デバウンストビエゾ出力がハイレベルになった
瞬間では、（プローブ１４とインターフェイス３２はま
だ前移動の遅延時間による信号を発生していないので）
、インターフェイス３２の出力はローレベルのままであ
り、そのためＤ入力端子７６とＱ出力端子８０は双方共
にハイレベルになる。Ｑ出力端子８０は第２のＤ型フリ
ップフロップ８４のクロック入力端子８２に接続されて
いる。フリップフロップ８４のＤ入力端子８６はハイレ
ベルに保持され続けるので、ハイレベルのＱ出力端子８
ｏに同期してハイレベル値がＱ出力端子８８上に出力さ
れる。Ｑ出力端子８８の出力は前述の信号■１であり、
ピエゾトリガ信号として知られているものである。

インターフェイス３２のデバウンスされたデバウンスト
ブローブ出力がハイレベルになると、インバータ７８の
出力はローレベルになり、その結果フリップフロップ７
４はＱ出力端子８０（従って、電圧Ｖｐ）を零にリセッ
トする。従って、出力Ｖｐはデバウンストビエゾ出力が
発生するとハイレベルになり、デバウンストブローブ出
力が発生するとローレベルになるパルス信号である。

よって、このパルスＶｐのパルス幅は前移動の遅延時間
である。デバウンストビエゾ出力とデバウンストブロー
ブ出力の双方がローレベルになると、フリップフロップ
８４はリセットされ、ピエゾトリガ信号Ｖｌはローレベ
ルになる。感知チップ３０を再度着座した後でのみピエ
ゾトリガ信号をリセットすると、（例えば、基準球体５
２の表面を感知チップが擦ることにより）、その後のピ
エゾ信号の発生が基本信号Ｖｌ、Ｖ２．Ｖｐの発生を干
渉するのを防止する。

前移動の遅延時間信号Ｖｐはその信号幅（パルス幅）の
期間中、読取りヘッドの出力をカウントする別個のカウ
ンタを駆動するのに用いて、前移動を直接測定すること
ができる。

なお感知素子として圧電素子を例示したが、ストレイン
ゲージ等も適用できる。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、応答性の向上が
得られ、高精度にデータミングをすることができる効果
が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のデータミング装置の詳細な
構成を示す断面図、 第２図は第１図の装置を使用する本発明に係るデータミ
ング操作を上方から模式的に示す模式図、 第３図は本発明実施例における前移動の遅延時間を決定
する回路の構成を示す回路図、第４図は第３図の回路で
発生した信号のタイミングを示すタイミング図、 第５図は従来装置を概略的に示す斜視図、第６図は第５
図のプローブの構成を示す斜視図である。 １０・・・ヘッド、 １２・・・テーブル、 １４・・・プローブ、 １６・・・スタイラス、 １８・・・ハウジング、 ２０・・・キャリア、 ２２・・・ローラ、 ２４・・・ボール、 ３０・・・感知チップ、 ３２．７０・・・インターフェイス、 ３４・・・回路、 ５０・・・データミング装置、 ５２・・・球体、 ５４・・・支柱、 ５６・・・圧電素子アレイ、 ５８・・・圧電素子、 ６０Ａ、６０Ｂ、６０Ｃ・・・電極、 ７４．８４・・・フリップフロップ、 ７８・・・インバータ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）座標位置決め機械で使用するデータミング装置であ
   って、 加工物と、 前記機械のベッド上で該加工物を支持する支持部材と、 この装置に取付けられて、対象物体が前記加工物と接触
   したときに、この装置に引き起される歪みおよび振動の
   少くともいずれか一方を感知するセンサと を具備することを特徴とするデータミング装置。 ２）前記支持部材は２つの部品を備え、 前記センサは引張りと圧縮を感知する少なくとも１つの
   感知素子を備え、 該少なくとも１つの感知素子は前記支持部材の前記２つ
   の部品間に締結されている請求項１に記載の装置。 ３）前記少なくとも１つの感知素子は圧電素子である請
   求項２に記載の装置。 ４）前記少なくとも１つの感知素子はストレインゲージ
   である請求項２に記載の装置。 ５）前記センサは引張りと圧縮とを感知する少なくとも
   １つの感知素子を備え、 該少なくとも１つの感知素子は前記加工物と前記支持部
   材との間に締結されている請求項１に記載の装置。 ６）前記少なくとも１つの感知素子は圧電素子である請
   求項５に記載の装置。 ７）前記少なくとも１つの感知素子はストレインゲージ
   である請求項５に記載の装置。 ８）前記加工物はあらかじめ正確に知られた幾何学的形
   状と寸法とを有する請求項１に記載の装置。 ９）前記センサからの感知信号とタッチプローブからの
   プローブ信号を処理する回路に組合わせられる装置であ
   って、この回路が、 前記感知信号を検出して、第１検出信号を発生する第１
   検出手段と 前記プローブ信号を検出して、第２検出信号を発生する
   第２検出手段と 前記第１および第２の検出信号の発生の時間間隔に対応
   する出力を発生する手段とを具備する請求項１に記載の
   装置。