JPH03180711A - プローブならびに連続の測定プローブを較正するための方法および装置ならびに案内手段 - Google Patents

プローブならびに連続の測定プローブを較正するための方法および装置ならびに案内手段

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JPH03180711A
JPH03180711A JP2298706A JP29870690A JPH03180711A JP H03180711 A JPH03180711 A JP H03180711A JP 2298706 A JP2298706 A JP 2298706A JP 29870690 A JP29870690 A JP 29870690A JP H03180711 A JPH03180711 A JP H03180711A
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  • A Measuring Device Byusing Mechanical Method (AREA)

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】 この発明は、測定プローブに関し、かつより特定的には
、ワークピースにおける多軸変動に応答することができ
る測定プローブに関するものである。
ある実施例は、測定学における使用のための多軸連続測
定プローブと、より特定的には、測定機械と関連してワ
ークピースにおける３次元の変動に応答する形状測定と
を提供し、それは得られたデータがプローブ信号および
変位信号の双方の関数として得られるようにプローブを
変位するための手段を有し、欧州特許第２４０１５１Ａ
号を見られたい。
形状測定のための連続的なプローブは、トリガプローブ
と区別される。連続的なプローブは、それとの連続的な
接触により、ワークピースの形状を測定する。測定は、
一連の測定として行なわれ、各々がワークピースの所与
の表面区域のためであり、それは、ワークピースの３次
元の輪郭のためにプローブがそのような測定の間に再位
置決めされなければならないという事実に原因する。そ
のようなプローブは、座標測定続出のために断続接触を
行なうトリガプローブと容易に区別される。
さらに、トリガプローブは機械的に規定される静止位置
を有し、それによって静止位置は、それからすべての変
位が起こりかつそれは常に反復可能でなければならない
固定基準位置を規定し、針の変位は、出力信号をトリガ
し、そこにおいてそれ自体がプローブ変位の方法である
出力信号よりも、接触が行われる座標を与える。
測定プローブは規定された変位範囲において動作するこ
とおよびそれらの精度はその範囲内に動作のために定格
化されることは、測定学に熟練しているものには理解さ
れるであろう。米国特許第１４９９００３号から、それ
のためにＸ、ＹおよびＺ軸における針の運動のための装
備が別個の組の俳性懸架手段、すなわち３つの直交の組
の板ばねにより与えられ、針の静止位置は各組のばねの
弛緩された状態である、プローブを有することは知られ
ている。これらのプローブについては、それらの大きさ
は複合ワークピースにアクセスするためのプローブの能
力に制限を課し、それらの移動部分の慣性はデータを集
めることができる速さに制限を課す。
データを集めることができる速さは、プローブの周波数
応答に直接に関係する。周波数応答は、プローブのチッ
プが輪郭の変型に従うことができる速度に関連するパラ
メータであり、もし周波数応答が不十分であれば、プロ
ーブのチップはワークピースとの接触を失い、かつこれ
は連続的な形状測定において避１すられなければならな
い。たとえば直円度測定においては、ワークピースは転
車台の上で回転され、回転の最大の速度は、主に測定プ
ローブの周波数応答により調速される。より高い周波数
応答を有するプローブは、より広い範囲の用いられるべ
き回転速度を許容し、かつそのような回転速度で輪郭の
変形に従うためのプローブの能力を促進する。したがっ
て、より高い回転速度はデータの捕捉の速度（データ捕
捉速度）およびワークピースの検査のために使用される
機械の生産性を増加し、適当な周波数応答は１個の軸プ
ローブに関連した多軸プローブの利点を向上させ、後者
はすべての測定データを完了するためのいくつかの再配
向を必要とする。
プローブの周波数応答は、プローブの移動部分の慣性に
より、かつ針の測定時のこわさにより、影響を及ぼされ
る。高い慣性は周波数応答を減少させ、かつ高い測定時
のこわさばそれを増加させる。したがって、良好な周波
数応答は、ただ高い測定時のこわさを与えることによっ
て高い慣性のプローブにより、得ることができる。しか
しながら、高い測定時のこわさば、針のチップによりワ
ークピースに与えられた高い力を結果として生じ、かつ
もしこの力が高すぎれば、プローブを使用する測定の精
度は劣化するであろう。
英国特許第２００４６５６号は、多軸変位能力を有する
測定プローブのもう１９の構成を示し、それは、針をハ
ウジングに関連してそれの１９の境界において固定され
た弾性部材によって装着し、かつ基準位置は弾性部材に
より決定され、それは針のための装着プレートをハウジ
ングとの係合に促し、その位置からそれは針の変位によ
っていくつかの異なったピボット点の周囲に変位される
。
この配置は、また、特に結果（１９以上のピボット点か
ら起こる機械的変形のための）および周波数応答の精度
および反復性に関して、前述の不利益を被る。
英国特許第２１１２１３９号は、針を含む種々の部材の
上に作用する、ケーブルおよびばねの配置を示す。どの
ばねも対向するように見えず、かつすべてのばねが同時
に閉ざすことを妨げるものはないように見える。すべて
の部分が自由に捩じることができるように見え、針のチ
ップの運動がどのように測定出力信号を結果として生じ
得るかを示すものはない。
この発明は、これらの不利益を克服するために、かつ特
定的には実施例において、改良された精度および得られ
た結果の反復性および増加された周波数応答の特徴を有
するプローブを与えるために努める。さらに、直円度器
具上に実行される形状測定のために、この発明の実施例
は、針の軸方向（Ｚ方向）におけるプローブのこわさば
、針のＸおよびＹ方向の運動に関するプローブのこわさ
より高いオーダのものであることが望ましいことを認め
る。この測定時のこわさは、変位を得るために針に与え
られる測定時の力に関連する。
実施例は、さらに、結果の反復性における劣化なしの使
用における針の再位置決めを準備する。
この発明は、種々の局面を有する。１９の局面に従って
、ワークピースの測定のためのプローブが与えられ、そ
れは、それの少なくともｔつが平衡静止位置を決定する
ように弾性である対向して作用する復原力により懸架さ
れた針を装着するための手段を含む。
少なくとも１９の復原力の調整のために装備が行われて
もよい。
弾性力は、その強さが力に抗した方向における運動によ
り増加する力、たとえば典型的にはばねにより与えられ
る力を意味する。力の強さは運動によって変化するので
、それは、平衡位置を規定するために１９またはより多
くの他の力に対向して使用されることができる。対向す
る単数の力または複数の力は、実際にはそれらは典型的
に弾性であるであろうけれども、必然的に弾性である必
要はないことが注目されるべきである。もし弾性力が一
定の力により対向されれば、そこにおいて弾性力の強さ
が一定の力に等しい位置において平衡が起こるであろう
。
もう１９の局面に従って、ワークピース上の多軸連続的
測定のためのプローブが提供され、それは、それの少な
くとも１９が平衡静止位置を決定するように弾性である
対向して作用する復原力により懸架された針の装着を含
む。
この多軸プローブは、Ｘ、Ｙ面におけるおよびそのＺ軸
に沿った、その測定範囲内の運動の自由を有する。静止
位置は、名目上、Ｘ、Ｙ軸の交点（観念的にＸ、Ｙ平面
におけるＸＳＹ範囲の中心）に、かつＺ軸に沿った外へ
向かう行程の末端に位置される。任意の方向における針
の変位の後で、それは適当な静止位置に戻り、実際には
、この適当な静止位置は理論中心の１０ミクロン内であ
ろう。１９の静止位置および先の静止位置の間のこの差
異は、測定誤差を結果として生じない、なぜならば針の
正確な静止位置は常に読出センサ信号により知られるか
らである。
そのようなプローブの針の運動は、Ｘ、ＹまたまはＺ方
向の不連続並進運動に制限されないが、たとえばそれは
ｘ、ｙｖ面における弧状経路に従うことができる。
この明細書では、プローブの針の運動は、それにおいて
針が傾く運動を指す「弧状」として述べられる。運動は
、針のチップが球の表面上で移動するように傾きのため
の１個の一定の中心を有してもよいが、それは必然的で
はない。通常、プローブは２方向に沿った縦軸を有し、
その静止位置において針は通常この方向に延在する。針
が傾くことのために、Ｘおよび／またはＹ方向における
弧状の運動には、典型的にはいくらかのＺ変位が伴なう
。したがって、この明細書におけるＸＹ平面でのおよび
Ｘ、ＹまたはＸＹ方向での針のチップの運動および位置
の参照は、針のチップのためのＺの値が必然的に一定の
ままであることを包含しないが、Ｚ方向における印加さ
れる力の不在においてＸおよび／またはＹ方向の力に応
答するＸＹ平面の上の針のチップの突起の運動および位
置を参照する。ＸＹ方向は、ＸＹ平面における任意の方
向である。
この発明のもう１９の局面に従って、ワークピースを測
定するためのプローブが提供され、プローブは、本体お
よび針もしくは針取付台を含み、それは複数の力の間の
平衡により規定された本体に関連した静止位置を有する
。例示された実施例においては、プローブは、その上に
針が装着されるまたは装着されることができる針取付台
を有し、力が針取付台の第１の位置において作用する。
しかしながら、力が針の上に直接に作用する配置が可能
である。
典型的には、プローブは第１および第２の弾性部材を含
み、第１の弾性部材は第１の方向に針または針取付台の
上に作用し、かつ第２の弾性部材は第１のものと対向す
る第２の方向に針取付台の上に作用する。また、各々が
第１の方向に対向する方向に作用する１９またはより多
くのさらなる弾性部材があってもよい。
代替的には、プローブは、第１の方向に針または針取付
台の上に作用する第１の部分および第１のものに対向す
る第２の方向に針または針取付台の上に作用する第２の
部分を有する、弾性部材を含んでもよい。
好ましくは、プローブは、針または針取付台の静止位置
において円錐形状に予め応力を与えられる、弾性のダイ
アフラムを含む。この予め応力を与えることはダイアフ
ラムを安定させ、かつもしそれが針または針取付台の正
確な運動のためのピボットとして使用されればその性能
を改良する。
１９の方向はもう１９のものに対向すると考慮され、そ
れはもしそれが他のものと逆平行である成分を有すれば
であり、すなわちそれが平行なしかし他のものと逆の方
向である成分を有すればである。弾性部材または部分は
、もしそれらがどちらも同時に使用されないのでなけれ
ば互いに対向する。
もう１９の局面に従って、ワークピース上の多軸連続的
測定のためのプローブが提供され、それはハウジングと
、針アセンブリと、それによって針アセンブリがＸ、Ｙ
およびＺ方向における運動のためにハウジングに装着さ
れる弾性のダイアフラムと、針アセンブリに相関したセ
ンサとを含み、前記センサはハウジングに関連した針ア
センブリの運動に依存するセンサ信号を発生するように
配置され、弾性偏倚手段および前記ダイアフラムは、前
記針アセンブリがそれの少なくとも１９が平衡静止位置
を決定するように弾性である対向して作用する復原力に
より懸架されるように配置される。
当業者には公知である適当なセンナは、誘導変換器によ
りここに例示されるが、容量性または光学センサのよう
な他の型式が使用されてもよい。
もう１９の局面に従って、ワークピース上の多軸測定の
ためのプローブが提供され、それは、ハウジングと、針
アセンブリと、それによって針アセンブリがＸ、Ｙおよ
び２方向における運動のためにハウジング上に装着され
る弾性のダイアフラムと、針アセンブリと）目間したセ
ンサとを含み、前記センサはハウジングに関連した針ア
センブリの運動に依存するセンサ信号を発生するように
配置され、前記ダイアフラムは針の静止位置において予
め応力を与えられる。
もう１９の局面に従って、ワークピース上の多軸測定の
ためのプローブが提供され、それはハウジングと、針ア
センブリと、それによって針アセンブリがＸ、Ｙおよび
２方向における運動のためにハウジング上に装着される
弾性のダイアフラムと、針アセンブリにリンク結合され
る変換器とを含み、前記変換器“はハウジングに対する
針アセンブリの運動に依存する信号を発生するように配
置され、リンク仕掛は手段は各変換器の可動の要素の運
動を針アセンブリの運動に応答して実質的に線状の運動
に拘束するように配置される。
好ましい実施例においては、センサは誘導変換器であり
、かつ可動の要素はアーマチュアキャリアである。
もう１９の局面に従って、測定プローブが与えられ、そ
れは、 本体と、 針または針取付台と、 測定範囲を介した運動のために本体に関連して針または
針取付台を支持する、かつ本体および針もしくは針取付
台の間に第１の復原力を与える第１の復原手段と、 本体および針もしくは針取付台の上に作用し、かつその
間に第１の復原力に対向する第２の復原力を与える第２
の復原手段と、 針または針取付台の位置または運動に従って出力を与え
る少なくとも１９の変換器とを含み、第１および第２の
復原手段は、前記測定範囲を通じて互いに対向して第１
および第２の復原力を与える。
針は、装着プレートの上に磁気的にかつ移動可能に装着
されるようにされた位置決め装置プレートを含んでもよ
い。位置決め装置プレートおよび装着プレートは、それ
の一方の上の間隔を空けられた構成要素がそれの他方の
上の座手段において静止することにより整列されてもよ
い。間隔を空けられた要素は球面要素（たとえば玉軸受
）でもよく、かつ座手段はグループまたは間隔を空けら
れたころ軸受のような座要素により形成されたシートで
もよい。間隔を空けられた要素は、等角の間隔を空ける
ことにより配置されてもよい。
この発明のもう１９の局面に従って、形状測定のために
プローブの上に針を装着する方法が提供され、それにお
いて針は針取付台に対する引きつけ力により保持され、
針および針取付台は相互に接触する精度位置決め表面を
有し、それは互いの上に、引きつけ力の影響の下で針を
針取付台に関連した予め規定された位置に促すように作
用する。
−膜内には、測定機械は、正確なｆｌｌｌｌ定出力を与
えるために、較正を必要とするかまたは較正から利益を
得てもよい。これは、弧状の運動を有するプローブのた
めの特定的な要求でありがちであるが、プローブより他
の機械および非弧状の運動を有する機械もまた、較正を
必要としてもよい。
レニショ−（Ｒｅｎｉｓｈａｗ）ｐｌｃにより供給され
かつ実質的に１９８９年の英国標１ｉ（Ｂｒｉｔｉｓｈ
　　５ｔａｎｄａｒｄ）６８０Ｂ第３部の第１０図にお
いて例示された機械検定ゲージを使用することにより、
座標測定機械を較正することが知られている。このゲー
ジは、タワーを有するベースを含み、それの端部上には
かどを威して自由に可動であるが縦に固定されているア
ームの一方の端部が装着される。接触トリガプローブは
、較正されるように座標測定機械の上に装着され、かつ
ゲージのアームの自由な端部においてフォークにおいて
運動する針に嵌め合わせられる。
座標測定機械は、プローブを（かつそれによってゲージ
アームを）ゲージタワーの頂部の周囲の種々の角度に移
動させるために、かつ接触トリが続出を行なうために各
角度でタワーの頂部に接近するために動作される。ゲー
ジアーム手段の縦の固定は、針のチップによりその内方
への運動の制限に達せられたすべての点は、ゲージアー
ムの長さにより設定される半径およびゲージタワーの頂
部におけるピボットにおける中心を有する共通の法王に
あるであろうことを意味する。これらの点の各々のため
の座標４ＦＪ定機械のスケール読出は、その動作におけ
る容積誤差を評価するために比較することができる。
しかしながら、この方性は、ただ座標測定機械を較正す
るためだけに使用される。プローブが座標測定機械の部
分として見られることができる限りにおいて、較正プロ
セスにおいて比較されるすべての信号は機械内から生じ
かつ独立した較正装置からは何も生じない。プローブが
座標測定機械から分離されて見られる限りにおいて、こ
の方性はプローブでなく機械を較正し、かつこの方法は
プローブはそれ自体正確でありかつよく較正されている
ことを仮定する。この方法は、ただ接触トリガプローブ
を使用することによって開示される。
ＷＯ第８８１０６７１４号において、機械ツールまたは
接触トリガプローブをワークピースに関連して位置決め
するために、機械の２つの部分の間に相対的な運動が起
こる機械のために、較正配置が開示される。機械は、３
つの軸に沿った運動をａｌｌｌ定するためにツールまた
はプローブおよびスケールを移動させるための手段を含
む。較正配置においては、ツールまたはプローブの真の
（立置は、それからレーザビームを反射することにより
測定される。スケールは、ツールまたはプローブをレー
ザの方へのまたはレーザから離れたレーザビームのライ
ンに沿って移動させることおよびスケール位置出力信号
を真のツールまたはレーザビームにより測定されたプロ
ーブ位置と比較することにより較正される。較正誤差は
、誤差地図にストアされてもよい。レーザビームは、Ｘ
軸方向またはＹ軸方向に沿って、またはダイヤゴナルに
沿って、指向されてもよい。この較正配置によって、測
定軸はスケールにより規定され、かつ較正動作により決
定されることができない。等しく、それ自体の軸を規定
しない装置上の較正配置の使用は提案されない。加えて
、レーザシステムを較正運動の間に移動させることが必
要であり、それは運動がレーザビームのラインに沿って
いなければならないからである。したがって、ツールま
たはプローブの運動は、較正装置により規定された共通
基本位置に関して正確に較正することができない。
針が軸をＸおよびＹ方向に動かしてもよいような構成を
有するプローブによる正確な測定のためには、もしプロ
ーブが単に針のチップを、Ｘ座標のための測定信号の較
正のためにＸ軸に従う通路に沿って、かつＹ座標を較正
する測定信号のためにＹ軸に沿って、変位させることに
より較正されれば、最良の結果を達成することはできな
い。したがって、較正の実行は、ＸおよびＹ座標の双方
がＸＹ平面における針のチップの任意の位置のために各
々較正されてもよいような、較正実行の間の針のチップ
の２次元の運動を考慮に入れるべきである。そのような
較正実行は、プローブ出力の非直線性に依存するより大
きいまたはより小さい値を有するであろう。
この発明のもう１９の局面に従って、少なくとも２次元
における変位が可能である針を有する連続的な測定プロ
ーブを較正する方法が与えられ、それは、 （ａ）　　針の複数個の位置においてプローブから一連
のプローブデータを得るステップと、（ｂ）　　プロー
ブから独立して前記複数個の位置のために対応する一連
の位置データを得るステップと、 （ｃ）　　補正されたプローブ位置データへのプローブ
データの補正のために較正パラメータを得るように、プ
ローブデータおよび位置データを比較するステップとを
含み、 前記複数個の位置は線を規定する第１および第２の点と
線からオフセットされた第３の点とを含み、かつ第１、
第２および第３の点の各々のために得られる位置データ
は、共通の基準に関連したプローブの位置を規定するこ
とを特徴とする。
好ましくは、複数個の位置は第１および第２の点により
規定された線と、第１および第３の点により規定された
線と、第２および第３の点により規定された線の各々か
らオフセットされた第４の点を含み、第４の点のために
得られる位置データは前記共通の基準に関してプローブ
の位置を規定する。
したがって、較正は、すべてが同一の直線上ではない複
数個の点からのプローブデータを考慮に入れることがで
き、かつこれらの点のすべてにおけるプローブの位置は
共通の基準と呼ばれ、かつ従って共通の基準点に関して
較正することができる。好ましくは、プローブは曲がっ
た経路に沿った位置を介して移動する。
この発明のもう１９の局面に従って、少なくとも２次元
における変位が可能な針を有する連続的な測定プローブ
を較正する方法が提供され、それは、 （ａ）　　針の複数個の位置においてプローブから一連
のプローブデータを得るステップと、（ｂ）　　プロー
ブから独立して前記複数個の位置のために対応する一連
の位置データを得るステップと、 （ｃ）　　補正された針の位置データへのプローブデー
タの補正のために較正パラメータを得るようにプローブ
データおよび位置データを比較するステップとを含み、 補正された針の位置データは、ＸＹ平面における基準軸
に関して針の位置を規定し、その平面における基準軸の
方向は、プローブデータのためのＸＹ平面における任意
の基準軸から独立して位置データにより決定されること
を特徴とする。
この発明のもう１９の局面に従って、少なくとも２次元
における変位が可能な針を有する連続的な測定プローブ
を較正する方法が提供され、それは、 （ａ）　　針の複数個の位置においてプローブから一連
のプローブデータを得るステップと、（ｂ）　　プロー
ブから独立して前記複数個の位置のための対応する一連
の位置データを得るステップと、 （ｃ）　　補正された針の位置データへのプローブデー
タの補正のために較正パラメータを得るようにプローブ
データおよび位置データを比較するステップとを含み、 較正パラメータは、プローブデータを前記補正された針
の位置データに変換するための１９またはより多くの変
換関数のためのパラメータを与えることを特徴とする。
関数は、それのために較正パラメータが係数を与える、
１９またはより多くの多項式を含んでもよい。多項式は
、プローブデータにおける第２のまたはより高いオーダ
の項を含んでもよい。係数は、それにおいていくつかの
係数だけのために値が決定され、他のものは一定に保持
される段階において決定されてもよい。
この発明のもう１９の局面に従って、ＸおよびＹ軸の変
位のために少なくともＸＳＹ平面における変位が可能な
針を有する連続的測定プローブを較正する方法が提供さ
れ、それは、針の所望の位置においてプローブ出力信号
から一連のプローブデータを得るステップと、プローブ
出力信号から独立して前記所望の位置のために幻応する
一連の位置データを得るステップと、測定信号の補正の
ために較正パラメータを得るようにプローブデータおよ
び位置データの間の相関をなすステップと、前記較正パ
ラメータを組入れるために測定動作における使用のため
の測定関数を適合させるステップとを含み、それによっ
て後続の′Ａｐｌ定動作においてプローブ出力信号が補
正された測定信号を生ずるように処理される。
この方法の実施例において、較正は、プローブをワーク
ピース転車台を有する形状測定機械の上に置くことおよ
び較正関数における較正パラメータのための値を確立す
るように処理するために変換器から一連の変換器信号を
出力することにより達成される。この較正は、特定的に
はプローブの測定のＸ、Ｙ平面に向けられる。プローブ
が形状ｉＰＪ定のために主に用いられるであろうところ
では、通営最も重要であるのは、Ｘ、Ｙ　（２次元の）
平面における針のチップの変位である。
この発明のさらに他の局面に従って、それぞれにＸおよ
びＹ軸の方向におけるプローブの針の変位を表わす補正
されたＸおよびＹ軸測定信号の出力のために測定プロー
ブを較正する方法が提供され、前記形状測定プローブは
、針の２次元の変位を許容するようにプローブのハウジ
ングに関して装着された針と、前記針の運動に応答して
前記針の変位に関連したセンサ信号を出力するためのセ
ンサとを含み、前記較正は補正された測定信号の前記出
力が前記センサ信号から得られることを可能にし、そこ
において前記プローブの較正は、プローブを変位手段に
関して予め定められた位置に配置して針を（それの動作
範囲内で）規定された通路に沿って変位するためのステ
ップと、針を前記規定された通路に沿って変位するため
に変位手段を駆動するステップと、針の一連の不連続の
測定位置の各々のために各センサのセンサ出力信号をセ
ンサデータとして集めるステップと、前記不連続の測定
位置の各々のために針の測定位置を与える位置データを
集めるステップと、測定信号の補正のために較正パラメ
ータを得るようにセンサデータおよび位置データの間に
相関をなすステップと、後続の測定動作の間にセンサ出
力信号が前記補正された測定信号を生ずるように処理さ
れるような態様において前記較正パラメータをストアす
る手段とを含む。
好ましい実施例においては、変位手段は、針を不連続の
ステップにおいて前記規定された通路に沿って変位する
ために駆動され、不連続の測定位置は前記不連続のステ
ップにより決定される。
代替的には、変位手段は針を前記規定された通路に沿っ
て変位するために駆動されてもよく、かつ不連続の測定
位置は、そこにセンサデータが集められる位置により規
定されてもよい。針が一連の同心円に沿って変位される
実施例においては、変位手段の運動は環状の通路に沿っ
て連続的でもよく、かつセンサデータはその通路に沿っ
た不連続の位置において集められ、針の運動における不
連続は、回転の半径が一連の同心円における次の環状の
通路のために調整されるときに起こる。
針が形状測定機械の転車台の回転の中心の周囲に円を描
くように配置することにより（好ましい実施例における
ように）、回転の中心に関連した針の位置は正確に決定
されてもよい。回転の半径Ｒおよび回転の角度θは、任
意の所望の測定位置のためのＸ、Ｙ座標が計算されるこ
とを可能にする。Ｘ讃ＲＳＩＮ　　ｏおよびＹ鴫ＲＣＯ
Ｓθであることは理解されるであろう。
したがって、針の所与の一連の運動のために、センサ出
力信号が得られ（かつ次元信号に変換され）、かつこれ
らのセンサ出力信号は、回転の半径Ｒおよび回転の角θ
のために測定された位置データから算定されたＸＳＹ座
標と数学的に比較される。公知の技術を使用して、セン
サ出力信号をアナログ信号からディジタル信号に変換す
るごとおよびこれらのディジタル信号を所与の測定範囲
に対応するようにスケーリングすることが可能である。
たとえば、±２ｍｍの半径方向の変位に対応するプロー
ブの針のチップの動作運動の範囲にわたったセンサ出力
信号は１．±１０，０００ビットのディジタル出力信号
と等価であるようにスケーリングされてもよい。実施例
においては、それにおいて多数の較正パラメータがある
アルゴリズムが与えられている。それらは、（スケーリ
ングされかつ数字化された）センサ出力信号が、次元測
定信号を与えるように処理されることができるために必
要とされる。補正は、Ｘ、Ｙ平面における針のチップの
実際の運動と、他に測定信号を歪ませるかもしれないプ
ローブおよびセンサの特徴とを考慮に入れる。
Ｘ、Ｙ座標の値は、それにおいて定数（パラメータ）が
、プローブデータおよび（測定された）位置データの相
関により決定される式から計算される。これは、プロー
ブセンサの数に関係なく適用される。
プローブが、センサ出力信号ｔ、・・・１．を有する複
数個のセンサを有すると仮定する。相関ステップにおい
ては、各測定位置のためのＸ、Ｙ座標のための値は、位
置データから得られ、かつ式Ｘ＝ｆ＋　　（ｔ＋　−ｔ
ｎ　）およびＹ−ｆ２　（ｔ、　・　ｔ。）のための較
正パラメータを得るために用いられ、そこでは関数ｆ、
およびｆ２は較正パラメータを含む。
プローブの述べられた実施例においでは、プローブは、
センサ出力信号Ｘ、　、Ｘ２によりプローブのＸ軸を示
された軸に相関したセンサおよびセンサ出力信号Ｙ１、
Ｙ２によりプローブのＹ軸を示された軸に相関したセン
サを有する。この場合には、各測定位置のためのＸ、Ｙ
座標のための値は、前記位置データから得られ、かつ式
Ｘ−ｆ。
（Ｘ＋　ｌＸ２　、Ｙ＋　、Ｙ２　）およびＹ鱒ｆｚ（
Ｙ＋　、　Ｙ２　、　Ｘ　＋　、Ｘ２　）のために較正
パラメータを得るように用いられ、そこでは関数ｆ１、
ｆ２は較正パラメータを含む。
もう１９の実施例においては、プローブは、出力信号ｔ
Ｉ、”２ｒ　　ｉ３を有する３つの等角に配置されたセ
ンサを有する。この場合には、各４Ｐ１定位置のための
ＸＳＹ座標からの値は、位置データから得られ、かつ式
Ｘ−ｆ１　　（ｔ、、Ｌ２＋　　ｔ、）およびＹ＝ｆ２
　　（ｔ＋、ｔ２．ｔｓ）のための較正パラメータを得
るように用いられ、そこでは関数ｆ、、ｆ２は較正パラ
メータを含む。
どちらの場合においても、関数ｆ、、ｆ２は、各々セン
サ出力から得られた第１の測定式および第２のｈｔｉｒ
Ｂ式の積として３＋−Ｗされてもよく、第１の測定式は
測定軸に）口関し、かつ第２の補償式は、プローブの非
軸上の運動のためであるセンサデータにおける変動を補
償するために測定軸に直交の軸に相関する。
センサ出力信号Ｘ７、Ｘ２、Ｙ７、Ｙ２を有するプロー
ブのために、Ｘ座標のための測定式は、（ＡＩ　　・Ｘ
、＋Ａ２・Ｘ２＋Ｂ、・Ｘ１２十Ｂ２・Ｘ２２＋Ｃ７）
により規定することができ、そこにおいてＡ１１Ａ２、
Ｂ７、Ｂ２およびＣ７は較正パラメータであり、これは
、（Ｄ、・Ｙ、＋Ｄ２・Ｙ２＋Ｅ、　　・Ｙ、’＋Ｅ２
・Ｙ２２＋Ｇ１）として表わされることができる補償式
により乗算することができ、そこにおいてり４、Ｃ２、
ＥＥ２およびＧ、は較正パラメータである。Ｙ座漂のた
めの類似の式が下に与えられる。
センサ出力信号ｔ１からｔ３を有するプローブのために
、Ｘ座標のために測定式は（Ａ、ｔ、＋Ａ２’ｔ、＋Ｂ
、　　ｔ２２＋Ｂ２　ｔ、２　＋ｃ、）により規定され
ることができ、そこにおいてＡ、　、Ａ２　、Ｂ　Ｔ　
、Ｂ２およびＣ１は較正パラメータであり、かつこれは
、（Ｄ、ｔ、＋Ｄ２　ｔ、＋Ｅ、ｔ２　＋Ｅ２ｔ、２＋
Ｇ、）として表わすことができる補償する式により乗算
することができそこではり７、Ｃ２、Ｂ５、Ｂ２および
Ｇ、は較正パラメータである。Ｙ座漂のためにそれぞれ
の式は、（Ａ３　◆ｔ、＋Ａ４　・ｔ、＋Ｂ、・ｔ、２
＋Ｂ４　・ｔａ２＋ｃｚ） であり、そこではＡ３　、Ａ４　、Ｂ３　、Ｂ４および
Ｃ２は較正パラメータであり、かつ、 （ｃ３伊ｔ２＋Ｄ、・ｔ３＋Ｅ３　・ｔ２２＋Ｅ、・ｊ
３’　＋Ｇ２） であり、そこではＤａ　、Ｃ４、Ｂ３　、Ｂ４およびＧ
２は較正パラメータである。
前述のように、位置データは、式Ｘ−Ｒ（Ｓ　ＩＮ　θ
）およびＹ−Ｒ（ｃＯ８θ）から得られ、そこではＲは
回転軸からの針のチップの前記半径方向の距離であり、
かっθは、前記角変位である。
相関は、回転軸に関連してプローブの位置におけるセッ
トアツプ誤差を補償してもよい。そのような誤差は、プ
ローブの偏心の許容度を表わす較正パラメータＣ１、Ｃ
２と、半径方向距離ＲにおけるオフセットとしてのｄＲ
，、ｄＲ２と、角変位θにおけるオフセットとしてのｄ
θＩ、ｄθ２とにより考慮に入れられてもよい。式Ｘ−
（Ｒ＋ｄＲ，）　−Ｓ　ＩＮ　（θ＋ｃＮ９．　）　オ
ヨびＹ−（Ｒ＋ｄＲ２）　　・ＣＯＳ　（θ＋ｄθ２）
におけるｄＲ，、ｄＲ２およびｄθＩ、ｄθ２の値を決
定することにより、補償は行なわれる。
２つのオフセットパラメータｄＲ，、ｄＲ２のための理
由は、ｘ、ｙ軸の各々のために１９、２つの相関がなさ
れ、２つの値ｄＲ，、ｄＲ２の比較は、較正の精度の上
にさらなる検査が行なわれることを可能にする（好まし
い実施例においてさらに説明されるように）。
この発明のもう１９の局面に従って、連続的７１ｐｊ定
プローブを較正するための較正装置が提供され、その装
置は、プローブの針のチップをＸＹ平面において移動さ
せかつそこに針のチップが移動させられる位置に従って
位置信号を与えるための運動手段と、プローブを運動手
段に関連して装着するための装着手段と、前記位置信号
およびプローブからの信号を受取りかつそれから較正デ
ータを決定して前記位置信号に従ってプローブからの信
号を較正するための手段とを含み、 運動手段は、直線を規定する第１および第２の点ならび
に直線からオフセットされた第３の点を含むＸＹ平面上
の複数個の点を介して針のチップを移動させるために、
かつ前記第１、第２および第３の点の各々に関して共通
の基準に関連した針のチップの位置を示す前記位置信号
を与えるために動作する。
この発明のさらに他の局面に従って、それぞれにＸおよ
びＹ軸方向におけるプローブの変位を表わす補正された
ＸおよびＹ軸測定信号の出力のための測定プローブを較
正するための装置が提供され、前記測定プローブは、針
の２次元の変位を許容するようにプローブのハウジング
に関連して装着された針と、前記針の運動に応答して針
の変位に関連したセンサ信号を出力するためのセンサと
を含み、前記較正は補正された測定信号の前記出力が前
記センサ信号から得られることを可能にし、装置は、規
定された通路に沿って針を変位するための変位手段に関
連して予め定められた位置にプロープを配置するための
手段を含み、前記変位手段は前記規定された通路に沿っ
て針を変位するために動作可能であり、さらに、針の一
連の不連続の測定位置の各々のために各センサのセンサ
出力信号をセンサデータとして出力するための手段と、
前記測定位置の各々のために針の測定位置を与える位置
データを出力するための手段と、測定信号の補正のため
に較正パラメータを得るようにセンサデータおよび位置
データの間に相関をなすための手段と、後続の測定動作
の間にセンサ出力信号が前記補正された測定信号を生ず
るように処理されるような態様において前記較正パラメ
ータをストアするための手段とを含む。配置手段は、形
状測定機械のプローブ保持アームにより与えられてもよ
い。変位手段は、形状測定機械の回転ワークピース転車
台により与えられてもよい。案内手段は、前記回転転車
台の上に配置されかつ前記プローブの針のチップとの接
触のために適合されてもよい。配置は、転車台の回転の
上で、針のチップは規定された通路に沿って変位される
ようにされる。次いで、測定位置の位置データは、針の
チップの回転の半径Ｒおよびそれの角変位θにより決定
されるであろう。
実施例においては、案内手段が前記回転の半径Ｒを変動
させるために変位可能であるように、案内手段はスライ
ダに相関する。この場合には、回転の半径Ｒにおける増
分変動は、滑りブロックの挿入により決定される。
代替的には、転車台は、そのＸおよびＹ軸に沿ったそれ
の転位のためにそれと相関した心出し手段を有してもよ
い。
角エンコーダは、それの不連続の角変位のために測定信
号を与えるように変位手段に相関してもよい。

Claims (32)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）ワークピースを測定するためのプローブであって
    、プローブは、本体と、それの少なくとも１つの大きさ
    が針または針取付台の変位により変化する複数の復原力
    の間の平衡により規定された本体に関連した静止位置を
    有する針または針取付台とを含む、プローブ。
  2. （２）複数の前記復原力の大きさは、針または針取付台
    の変位により変化する、請求項１に記載のプローブ。
  3. （３）第１および第２の弾性部材を含み、第１の弾性部
    材は第１の方向に前記針または針取付台の上に作用し、
    かつ第２の弾性部材は第１のものに対向する第２の方向
    に前記針または針取付台の上に作用する、請求項２に記
    載のプローブ。
  4. （４）第１の方向に前記針または針取付台の上に作用す
    る第１の部分と、第１のものに対向する第２の方向に前
    記針または針取付台の上に作用する第２の部分とを有す
    る、弾性部材を含む、請求項２に記載のプローブ。
  5. （５）第１および第２の方向は、実質的に逆平行である
    、請求項３または請求項４に記載のプローブ。
  6. （６）第１の弾性部材はダイアフラムばねである、請求
    項３に記載のプローブ。
  7. （７）第２の部材は実質的にシートのような部材を含む
    、請求項６に記載のプローブ。
  8. （８）第２の部材は１つまたはより多くの板ばね部分を
    含む、請求項７に記載のプローブ。
  9. （９）第２の部材は、１つまたはより多くの引っ張り部
    材を介して、本体の上または針もしくは針取付台の上に
    作用する、請求項７または請求項８に記載のプローブ。
  10. （１０）弾性部材の第１の部分は、実質的にダイアフラ
    ムばねの形状を有する、請求項４に記載のプローブ。
  11. （１１）プローブは縦のＺ軸を有し、かつダイアフラム
    ばねはＺ軸に対し実質的に横方向の平面において配向さ
    れる、請求項６または請求項１０に記載のプローブ。
  12. （１２）針または針取付台がその前記静止位置にあると
    きには、ダイアフラムばねは実質的に円錐の形状に応力
    を与えられる、請求項１１に記載のプローブ。
  13. （１３）第２の部材は圧縮ばねである、請求項３に記載
    のプローブ。
  14. （１４）プローブは縦のＺ軸を有する、請求項１ないし
    １０のいずれかに記載のプローブ。
  15. （１５）Ｚ軸方向の現物合わせ力は、少なくともＺ軸方
    向に横行する平面における測定時の力より大きい大きさ
    のオーダである、請求項１１、１２および１４のいずれ
    かに記載のプローブ。
  16. （１６）１つまたはより多くのさらなる弾性部材をさら
    に含み、各々が第１の方向に対向する方向に針または針
    取付台の上に作用する、請求項３に記載のプローブ。
  17. （１７）本体と、 針または針取付台と 測定範囲を介した運動のために本体に関連して針または
    針取付台を支持し、かつ本体および針もしくは針取付台
    の間に第１の復原力を与える第１の復原手段と、 本体および針もしくは針取付台の上に作用し、かつその
    間に第１の復原力に対向する第２の復原力を与える第２
    の復原手段と、 針または針取付台の位置または運動に従って出力を与え
    る、少なくとも１つの変換器とを含み、第１および第２
    の復原手段は、前記測定範囲を通じて、互いに対向して
    第１および第２の復原力を与える、測定プローブ。
  18. （１８）本体および針もしくは針取付台の間のすべての
    接続は可撓性である、請求項１７に記載のプローブ。
  19. （１９）第１および第２の復原手段は、共通の部材の部
    分を含む、請求項１７または１８に記載のプローブ。
  20. （２０）少なくとも２次元における変位が可能の針を有
    する連続的な、１定プローブを較正する方法であって、 （ａ）針の複数個の位置においてプローブから一連のプ
    ローブデータを得るステップと、（ｂ）プローブから独
    立して前記複数個の位置のために対応する一連の位置デ
    ータを得るステップと、 （ｃ）プローブデータの補正された針位置データへの補
    正のために較正パラメータを得るように、プローブデー
    タおよび位置データを比較するステップとを含み、 前記複数個の位置は、線を規定する第１および第２の点
    ならびにラインからオフセットされた第３の点を含み、
    第１、第２および第３の点の各々のために得られる位置
    データは共通の基準に関連して針の位置を規定すること
    を特徴とする、方法。
  21. （２１）複数個の位置は、第１および第２の点により規
    定された線、第１および第３の点により規定された線な
    らびに第２および第３の点により規定された線の各々か
    らオフセットされた第４の点を含み、かつ第４の点のた
    めに得られる位置データは、前記共通の基準に関連して
    針の位置を規定する、請求項２０に記載の方法。
  22. （２２）針は、曲げられた通路に沿って前記位置を介し
    て移動する、請求項２０または請求項２１に記載の方法
    。
  23. （２３）少なくとも２次元における変位が可能の針を有
    する連続的な測定プローブを較正する方法であつて、 （ａ）針の複数個の位置においてプローブから一連のプ
    ローブデータを得るステップと、（ｂ）プローブから独
    立して前記複数個の位置のために対応する一連の位置デ
    ータを得るステップと、 （ｃ）プローブデータの補正された針位置データへの補
    正のために較正パラメータを得るように、プローブデー
    タおよび位置データを比較するステップとを含み、 補正された針位置データは、ＸＹ平面における基準軸に
    関して針の位置を規定し、その平面における基準軸の方
    向は、プローブデータのためのＸＹ平面における任意の
    基準軸から独立して位置データにより決定されることを
    特徴とする、方法。
  24. （２４）少なくとも２次元における変位が可能の針を有
    する連続的な測定プローブを較正する方法であって、 （ａ）複数個の針の位置においてプローブから一連のプ
    ローブデータを得るステップと、（ｂ）プローブから独
    立して前記複数個の位置のために対応する一連の位置デ
    ータを得るステップと、 （ｃ）プローブデータの補正された針位置データへの補
    正のために較正パラメータを得るように、プローブデー
    タおよび位置データを比較するステップとを含み、 較正パラメータは、プローブデータを前記補正された針
    位置データに変換するために１つまたはより多くの変換
    関数のためにパラメータを与えることを特徴とする、方
    法。
  25. （２５）前記１つまたはより多くの関数は、それのため
    に前記較正パラメータが係数を与える、１つまたはより
    多くの多項式を含む、請求項２４に記載の方法。
  26. （２６）その、または少なくとも１つの多項式は、プロ
    ーブデータにおける第２のまたはより高いオーダの項を
    有する、請求項２５に記載の方法。
  27. （２７）プローブデータおよび位置データから前記多項
    式の係数を決定するために、ガウス・ニュートン（Ｇａ
    ｕｓｓ　Ｎｅｗｔｏｎ）方法が使用される、請求項２５
    または２６に記載の方法。
  28. （２８）前記多項式の係数は、プローブデータおよび位
    置データから複数個のステップにおいて決定され、それ
    は、係数の第１のグループが一定に保持され係数の第２
    のグループのために仮の値が決定される第１のステップ
    と、係数の第２のグループが一定に保持され係数の第１
    のグループのために仮の値が得られる第２のステップと
    を含む、請求項２５ないし２７のいずれかに記載の方法
    。
  29. （２９）連続的な測定プローブを較正するための較正装
    置であって、装置は、プローブの針のチップをＸＹ平面
    において移動しかつそこに針のチップが移動される位置
    に従って位置信号を与える運動手段と、運動手段に関連
    してプローブを装着するための装着手段と、前記位置信
    号およびプローブからの信号を受取りかつ前記位置信号
    に従ってプローブからの信号を較正するための較正デー
    タをそこから決定するための手段とを含み、運動手段は
    、直線を規定する第１および第２の点ならびに直線から
    オフセットされた第３の点を含むＸＹ平面上の複数個の
    点を介して針のチップを移動するために、かつ共通の基
    準に関連して針のチップの位置を示す前記位置信号を前
    記第１、第２および第３の点の各々に関して与えるため
    に動作する、較正装置。
  30. （３０）運動手段は針チップをＸＹ平面における曲げら
    れた通路に沿って移動する、請求項２９に記載の装置。
  31. （３１）曲げられた通路は円の少なくとも部分を含む、
    請求項３０に記載の装置。
  32. （３２）針がその静止位置から変位された複数個の位置
    を介して移動される較正動作の間に、連続的な測定プロ
    ーブの針を受取りかつ案内するための案内手段であって
    、案内手段は、双方の合口が針と同時に接触しかつそれ
    らに対して針を圧搾して位置させるように互いに関連し
    て位置決めされた１対の合口を含み、案内手段は、合口
    が、針がその静止位置から変位される方向に横行する方
    向において互いに整列させられ、かつ針をその定位置に
    戻しがちである力が針を合口に対して駆動するように針
    およびその静止位置の間に位置決めされる状態で、使用
    において位置決めされる、案内手段。
JP2298706A 1989-11-03 1990-11-02 プローブならびに連続の測定プローブを較正するための方法および装置ならびに案内手段 Pending JPH03180711A (ja)

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