JPH0792382B2 - 座標測定機の制御方法および制御装置 - Google Patents

座標測定機の制御方法および制御装置

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JPH0792382B2
JPH0792382B2 JP61149889A JP14988986A JPH0792382B2 JP H0792382 B2 JPH0792382 B2 JP H0792382B2 JP 61149889 A JP61149889 A JP 61149889A JP 14988986 A JP14988986 A JP 14988986A JP H0792382 B2 JPH0792382 B2 JP H0792382B2
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Description

【発明の詳細な説明】 発明の関連する技術分野 本発明は、座標測定機上で工作物を自動的に測定する方
法及び装置に関しており、その際、測定機の探触子が工
作物表面に沿って案内され、探触子が変位すると走査ヘ
ッド中の測定値変換器から送出される信号が、測定値の
形成のためならびに機械駆動部の制御のために用いられ
る。
従来技術 この形式の、工作物を連続的に探触走査する測定方法は
「スキャン法」または「スキヤニング」と称されてい
る。公知のスキャン法では、走査ヘッドの探触子は２つ
の座標方向に関してクランプされており、クランプされ
た軸の一方の方向に走査させられ、他方第３座標におい
て探触子は、工作物表面に対しほぼ垂直に変位可能であ
り、工作物表面に接触して案内される。工作物と探触子
との間の接触を保つために、かつ接触力を一定に保つた
めに、この第３座標における探触子変位の測定に用いら
れる測変換器が該当の機械軸に対する位置調整回路に接
続されている。
この方法では、走査方向が常に機械軸に拘束されるの
で、走査方向と工作物表面との間の角度が急峻になった
とき、例えば60°を超えたとき「クランプ方向を替え
る」即ち、走査方向と測定方向を入れ替えなければなら
ない。これによって先ず１度測定過程が中断される。さ
らに走査方向と工作物表面との間の角度に依存する探触
子と工作物との間の無視できない摩擦により走査時の測
定力が変化する。
走査方向と測定方向の間の切替えを、駆動軸の調整回路
における制御電圧が測定方向および走査方向に対して同
時じになると自動的に行うことは、ドイツ連邦共和国特
許出願公開第2921166号公報から公知である。
この方法でも、走査方向が機械の各々１つの所定の駆動
座標に結び付いているので、ここでも工作物に加わる測
定力が変化し、それが測定結果に影響する。つまり、一
定に保持されるのは、合成された全測定力ではなく、走
査ヘッドにより調整される各軸における測定力成分でし
かない。さらにこのスキヤニング過程は、駆動方向の速
度だけが一定に保たれ、本来の、工作物幾何構造に依存
する通路ないし経路に沿っての速度が一定に保たれな
い。
発明が解決しようとする問題点 本発明の目的は、可及的均一なスキャン過程を一定の全
測定力で確実に行うスキヤニング方法およびこの方法を
実施するのに適した装置を提供することにある。
問題点を解決するための手段 この目的は、本発明によれば次のようなステップから成
る方法によって解決される。即ち ａ）各座標方向（x,y,z）における個々の速度（Vi）か
らベクトル和として合成された経路速度の値｜soll｜
を設定値として予め与えて一定に保ち、 ｂ）探触子変位ないしその値｜soll｜もやはり予め与
えておいて測定された探触子変位ないしその値｜ist
｜と比較し ｃ）測定された探触子変位と予め与えられたｄ）探触子
変位との間の偏差ΔＡに相応する信号ならびに探触子変
位の方向eに相応する信号を形成して経路速度istの
方向eの修正に用い、探触子（1,2）に、変位の絶対値
に依存しない一定の測定力を、経路速度の方向Veに対し
ほぼ垂直に、走査ヘッドに設けられたアクチュエータ
（可動コイル装置）によって加える。
この方法を実施するための有利な装置は本発明によれば
次のように構成される。即ち、走査ヘッドと、該走査ヘ
ッド中に設けられていて探触子の個々の座標方向x,y,z
における変位に比例する信号を送出する測定変換器とを
備えており、前記信号は機械軸の駆動部に帰還接続され
る複数座標測定機の移動可能な制御装置において、 ａ）少なくとも２つの機械軸を同時に制御する計算機が
設けられており、 ｂ）計算機に、該計算機により制御される少なくとも２
つの機械軸に対応して設けられた、走査ヘッドの測定変
換器の出力信号が供給され、 ｃ）計算機が探触子変位ないしその絶対値｜soll｜と
走査運動の経路速度の絶対値｜soll｜とを設定値とし
て送出可能であり、 ｄ）計算機が、経路速度の方向を、測定された探触子変
位の予め与えられた設定値からの偏差に応じて新たに計
算し、かつ新たに計算した経路速度の値を一定に保ち、 ｅ）新たに計算した経路速度の成分に相応する信号が移
動可能な機械軸の速度調整回路に案内量として供給され ｆ）探触子変位の方向（x,y,z）の各々に対応して探触
子の変位（）に比例する戻し力（）を発生する調整
回路が設けられている構成とする。
実施例 第１図において10は工作物を示している。この工作物
を、座標測定機がその輪郭11に走査する。工作物10に常
に接触している探触子の球１は従って輪郭11に平行な走
査経路14に沿って動く。
走査過程を均一且つ可及的に誤差なく行うために、走査
速度の絶対値｜｜を一定に保つ制御が行われる。この
走査速度は、探触球１が湾曲した経路14上を移動する。
換言すれば探触球の図示の位置に対する走査速度は次式
が成り立つ。
｜1｜＝｜2｜＝｜3｜＝｜4｜ 同時に輪郭線11に対してほぼ垂直な方法に加わる測定力
の一定に保たれる、即ち、次式が当てはまる。
｜1｜＝｜2｜＝｜3｜＝｜4｜ このような制御を行う装置のブロック回路図を第２図に
示す。
ここには詳細に示されていない測定機の駆動部を成す３
つのモータ8a,8b,8cの軸に速度計用発電機7a,7b,7cが設
けられている。モータ８によって、測定機の走査ヘッド
15が３つの座標x,y,zにおいて移動させられる。測定値
形成のため、３つの機械軸に対応いて設けられた測長器
13a,13b,13cの位置信号Px，Py，Pzおよび、走査ヘッド1
5の、探触子２の変位を測定する信号発生器12a,12b,12c
の信号Ax，Ay，Azが測定機の制御計算機６によって公知
の方法で相互に結合される。測定値形式および測定結果
指示についてはここでは詳しくは言及しない。
３つの機械軸x,y,zの駆動を制御するために、１つの基
板５上に１つのマイクロプロセッサ４が設けられてい
る。このマイクロプロセッサは既に駆動モータ8a〜8cに
対する速度調整回路9a,9b,9cに調整量Vx，Vy，Vzを供給
する。調整回路9a,9b,9cの電子的部分はやはり基板５上
に設けられている。
第１図に示された走査過程を実施するために、マイクロ
プロセッサ４に制御計算機６から経路ないし走査速度の
設定値｜soll｜と探触子変位の設定値｜soll｜とが
予め与えられる。ここで前提とされていることは、探触
子２の戻し設定（リセット）はばね装置により行われる
ので、工作物10と探触子球１との間の力は探触子変位
Ａに比例しているということである。同時にマイクロプ
ロセッサ４が測定値発生器12a,12b,12cの信号Ax，Ay，A
zを受け取り、これらの信号から、探触子変位量の実施
値｜ist｜と探触子変位の方向eとを算定する。
マイクロプロセッサ４は予め与えられた探触子変位の設
定値｜soll｜との実際値｜ist｜とを比較し、これ
らの両値の間に偏差ΔＡがあると走行速度の方向を、
以下に第３図を参照して詳しく説明するように変化させ
る。
１）測定の開始時に探触子の探触球ないしピンが工作物
に初期速度（＝ベクトル１）で当接することから出発
する。速度の絶対値（ベクトル１の長さ）に設定速度
に相応しかつスキヤニング過程全体の間一定に保持され
るべきである。
２）直線状の工作物面に沿った走査の際探触子球ないし
ピンの実際の変位量Aistは設定変位量Asollに相応す
る。しかし工作物が湾曲しているとき探触子変位値は変
化する。従って設定変位量と実際変位量との絶対値の偏
差、即ち差 が偏差ΔＡと表される。
３）探触子の変位は方向も有している。走行の際変位は
工作物表面に対してほぼ垂直、即ち矢印１に対して垂
直に生じる。この方法、即ち探触子変位の単位ベクトル
と、変位量の設定値からの偏差の値ΔＡとが乗算されな
ければならず、その際にベクトルV1の尖端に太く示され
たベクトルが得られる。このベクトルは初期速度V1とベ
クトル加算される。このベクトル和は0によって示さ
れている。
４）このベクトル0は、探触子変位に基いて変化した
速度の新たな方向に相応する。ベクトル0の長さ、即
ちその絶対値は一定に保持すべき目標速度より大きいの
で、その絶対値は低減されなければならない。このこと
は0と絶対値の商｜soll|/|0｜との乗算によって
行なわれる。
結果的に次のことが成立つ：走査速度の走査ベクトルは
探触子変位量が設定値から変化した場合に探触子変位の
方向とは反対に回転され、その際長さは一定に保持され
る。
このようにしてマイクロプロセッサにより算定された新
たな経路速度V2は次に成分Vx，Vy，Vzに分割されて調整
量として機械駆動部の速度調整回路9a,9b,9cに供給され
る。
走査方向の探触子変位への適合がマイクロプロセッサの
タイムベースから導出されたクロックで連続的に行われ
るので、走査ヘッド15の動きは、許容調整偏差ΔＡを度
外視すると、自動的に工作物10の輪郭に適合される。探
触子変位｜ist｜が制御計算機６により予め与えられ
た設定値｜soll｜を上回ると直ちに、経路速度Ｖの方
向が、偏差ΔＡが取り除かれるように変化する。経路速
度に比べて十分速い計算クロックの場合、走査ヘッド
15が工作物輪郭に沿ってほぼ連続的に動く。
上記の実施例においては、探触子２の戻し設定をばね装
置により行うことが出発点となっている。このような走
査ヘッドの場合、探触子変位が自動的に工作物表面に対
してほぼ垂直に調整され、さらに、その値（変位値）が
一定なので工作物10と探触子球１との間の測定力も一
定に保たれる。
第２図に示された装置は、例えばドイツ連邦共和国特許
第2242335号明細書に記載のタイプの走査ヘッドでも用
いることができる。このタイプのヘッドは戻しばねを備
えておらず、変位に依存しない測定力を探触子に加える
ための可動コイル装置を備えている。ここではばね特性
曲線を次のようにして電気的にシュミレートすることが
できる。即ち、測定力コイルに、各座標における変位に
比例する信号を供給する。
とはいえこの形式の走査ヘッドでは測定力を変位に依存
せずに加える力が有利であり、しかも実際の走査経路か
ら導出された方向において経路速度の方向に対して垂直
に加えるとよい。探触子変位に対する設定値｜soll｜
はこのとき０にセットするかあるいは非常に小さく保つ
ことができるので、探触子２のすべての変位範囲を調整
偏差として使用することができる。これにより探触子走
査動作の際に経路速度をより高くすることができる。
発明の効果 本発明により、可及的均一なスキャン過程を一定の合成
測定力で確実に行うスキヤニング方法およびこの方法を
実施するのに適した装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
第１図は工作物と工作物に沿って案内される探触子の走
査線とを略示する部分図、第２図は本発明による測定機
の制御装置の実施例のブロック回路図であり、第３図は
速度ベクトルV2の求め方を説明する線図である。 １……探触子球、２……マイクロプロセッサ、8a,8b,8c
……駆動モータ、9a,9b,9c……速度調整回路、10……工
作物、12a,12b,12c……測定変換器

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】座標測定機で工作物の自動測定を行なう方
    法であって、該座標測定機の探触子（1,2）が連続的に
    工作物表面（10）に沿って案内され、探触子の変位の
    際に走査ヘッドの測定変換器から送出される信号が測定
    値の形成ならびに機械駆動部（8a,8b,8c）の制御に用い
    られる、座標測定機の制御方法において、 ａ）各座標方向（x,y,z）における個々の速度（Vi）の
    合成からベクトル和として生成される経路速度の絶対値
    ｜soll｜を設定値として予め与えて一定に保ち、 ｂ）探触子変位ないしその絶対値｜soll｜もやはり予
    め与えておいて測定された探触子変位ないしその絶対値
    ｜ist｜と比較し、 ｃ）測定された探触子変位と予め与えられた探触子変位
    との間の偏差Δに相応する信号ならびに探触子変位の
    方向eに相応する信号を形成して、経路速度istの方
    向eの修正に用い、 ｄ）探触子（1,2）に、変位の絶対値に依存しない一定
    の測定力を、経路速度の方向eに対しほぼ垂直に、走
    査ヘッドに設けられたアクチュエータ（可動コイル装
    置）によって加えることを特徴とする座標測定機の制御
    方法。
  2. 【請求項２】経路速度の方向を次の計算式に従って変化
    させる、即ち： なお1 は方向変化の前の速度ベクトル2 は方向変化後の速度ベクトルist は測定された探触子変位soll は予め与えられた探接子変位 ｜soll｜は予め与えられた経路速度の絶対値である 特許請求の範囲第１項記載の座標測定機の制御方法。
  3. 【請求項３】走査ヘッドと、該走査ヘッド中に設けられ
    ていて探触子（1,2）の個々の座標方向（x,y,z）におけ
    る変位に比例する信号を送出する測定変換器（12a,12b,
    12c）とを備えており、前記信号は機械軸の駆動部（8a,
    8b,8c）に帰還接続されている、複数座標測定機の移動
    可能な軸の制御装置において、 ａ）少なくとも２つの機械軸を同時に制御する計算機
    （４）が設けられており、 ｂ）計算機（４）に、該計算機により制御される少なく
    とも２つの機械軸に対応して設けられた、走査ヘッド
    （３）の測定変換器（12）の出力信号が供給され、 ｃ）計算機（４）に探触子変位ないしその絶対値｜
    soll｜と走査運動の経路速度の絶対値｜soll｜とが設
    定値として入力可能であり、 ｄ）計算機（４）が、経路速度の方向を、予め与えられ
    た設定値からの測定された探触子変位の偏差に応じて新
    たに計算し、かつ新たに計算した経路速度の絶対値を一
    定に保ち、 ｅ）新たに計算した経路速度の成分（Vx，Vy，Vz）に相
    応する信号が移動可能な機械軸の速度調整回路（９）に
    案内量として供給され、 ｆ）探触子変位の方向（x,y,z）の各々に対応して、探
    触子の変位（）に比例する戻し力（）を発生する調
    整回路が設けられていることを特徴とする座標測定機の
    制御装置。
  4. 【請求項４】３つの空間座標方向（x,y,z）に対応して
    走査ヘッド中に設けられたすべての測定変換器（12a,12
    b,12c）の信号が計算機に供給され、計算機は３つのす
    べての機械軸の速度調整回路（9a,9b,9c）に作用する特
    許請求の範囲第３項記載の座標測定機の制御装置。
  5. 【請求項５】計算機が、すべての機械機能の制御に用い
    られるプロセス計算機である特許請求の範囲第３項記載
    の座標測定機の制御装置
  6. 【請求項６】計算機（４）が機械の位置・速度調整回路
    に接続されたマイクロプロセッサ（５）である特許請求
    の範囲第３項記載の座標測定機の制御装置。
JP61149889A 1985-06-28 1986-06-27 座標測定機の制御方法および制御装置 Expired - Lifetime JPH0792382B2 (ja)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19853523188 DE3523188A1 (de) 1985-06-28 1985-06-28 Steuerung fuer koordinatenmessgeraete
DE3523188.2 1985-06-28

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JPS625110A JPS625110A (ja) 1987-01-12
JPH0792382B2 true JPH0792382B2 (ja) 1995-10-09

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US (1) US4769763A (ja)
EP (1) EP0211202B1 (ja)
JP (1) JPH0792382B2 (ja)
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