特許 5690941 表面走査座標測定装置の制御方法及び制御装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5690941

(24)【登録日】2015年2月6日

(45)【発行日】2015年3月25日

(54)【発明の名称】表面走査座標測定装置の制御方法及び制御装置

(51)【国際特許分類】

   G01B 5/008 20060101AFI20150305BHJP

   G01B 5/20 20060101ALI20150305BHJP

【ＦＩ】

   G01B5/008

   G01B5/20 C

【請求項の数】23

【全頁数】24

(21)【出願番号】特願2013-529254(P2013-529254)

(86)(22)【出願日】2011年9月13日

(65)【公表番号】特表2013-542417(P2013-542417A)

(43)【公表日】2013年11月21日

(86)【国際出願番号】US2011051295

(87)【国際公開番号】WO2012037059

(87)【国際公開日】20120322

【審査請求日】2013年5月13日

(31)【優先権主張番号】61/382,126

(32)【優先日】2010年9月13日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】513061703

【氏名又は名称】ヘキサゴン・テクノロジー・センター・ゲーエムベーハー

【氏名又は名称原語表記】ＨＥＸＡＧＯＮ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＣＥＮＴＥＲ ＧＭＢＨ

(74)【代理人】

【識別番号】110001508

【氏名又は名称】特許業務法人 津国

(74)【代理人】

【識別番号】100078662

【弁理士】

【氏名又は名称】津国 肇

(74)【代理人】

【識別番号】100131808

【弁理士】

【氏名又は名称】柳橋 泰雄

(74)【代理人】

【識別番号】100119079

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 佐保子

(74)【代理人】

【識別番号】100135873

【弁理士】

【氏名又は名称】小澤 圭子

(74)【代理人】

【識別番号】100116528

【弁理士】

【氏名又は名称】三宅 俊男

(74)【代理人】

【識別番号】100122736

【弁理士】

【氏名又は名称】小國 泰弘

(74)【代理人】

【識別番号】100122747

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 洋子

(74)【代理人】

【識別番号】100132540

【弁理士】

【氏名又は名称】生川 芳徳

(74)【代理人】

【識別番号】100146031

【弁理士】

【氏名又は名称】柴田 明夫

(72)【発明者】

【氏名】ラシーン，ポール・ピー

【審査官】 ▲うし▼田 真悟

(56)【参考文献】

【文献】 特表２００９−５０１３２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−２０６１４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 独国特許出願公開第１０２００５０３２７４９（ＤＥ，Ａ１）

【文献】 独国特許出願公開第１９７５３５６５（ＤＥ，Ａ１）

【文献】 特開平０６−０１８２５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−０１９５０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−１９６９８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−０７７３０７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｂ ５／００− ５／３０

Ｇ０１Ｂ ２１／００−２１／３２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

測定する物体の表面に接触するように構成された先端のプローブチップを備えたプローブヘッドを有する表面走査測定装置を制御する方法であって、
法線ベクトルを有する表面上の名目初期接触点を選択するステップと、
先端のプローブチップを、接近経路に沿って名目初期接触点に向かって動かすステップと、
を含み、
接近経路は、名目初期接触点から、表面から離れたある非接触点へ全般的に直線状に延びる全般的に直線状な領域を有し、
全般的に直線状な領域は、法線ベクトルと約２０度及び約６０度の間の角度を形成すし、
更に、先端のプローブヘッドを名目初期接触点に関連する接触点に接触するように動かした後、先端のプローブヘッドを下側に動かして、オフセット位置で走査可能状態にするステップを含み、
オフセット位置で走査可能状態になる前に、プローブヘッドがオフセット位置をオーバーシュートする、または、
オフセット位置で走査可能状態になる前に、プローブヘッドがオフセット位置の上下に動く方法。

【請求項2】

更に、先端のプローブチップを、オフセット経路に沿って、名目初期接触点に関連する接触点から初期走査点へ動かすステップと、
先端のチップを、走査経路に沿って、初期走査点から物体の表面に沿って動かすステップと、
を含み、
先端のプローブチップが、接近経路、オフセット経路及び走査経路に沿って、及びそれらの間で連続的に動く、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

全般的に直線状な領域が、法線ベクトルと約２０度から約５５度の間の角度を形成する、請求項１に記載の方法。

【請求項4】

更に、先端のプローブチップを、走査経路の後から始まり、物体の表面との接触から離れる離脱経路に沿って動かすステップを含み、
先端のプローブチップが、走査経路及び離脱経路に沿って、及びそれらの間で連続的に動く、請求項１に記載の方法。

【請求項5】

更に、第２の法線ベクトルを有する表面上の第２の名目初期接触点を選択するステップと、
先端のプローブチップを離脱経路から動かした後、先端のプローブチップを、第２の接近経路に沿って第２の名目初期接触点に接触するように動かすステップと、
を含み、
第２の接近経路は、第２の名目初期接触点から、表面から離れたある第２の非接触点へ全般的に直線状に延びる第２の全般的に直線状な領域を有し、
第２の全般的に直線状な領域は、第２の法線ベクトルと約２０及び約５９度の間の角度を形成する、請求項４に記載の方法。

【請求項6】

先端のプローブチップが、離脱経路及び第２の接近経路に沿って、及びそれらの間で連続的に動く、請求項５に記載の方法。

【請求項7】

測定する物体の表面に接触するように構成された先端のプローブチップを備えたプローブヘッドを有する表面走査測定装置を制御する方法であって、
法線ベクトルを有する表面上の名目初期接触点を選択するステップと、
先端のプローブチップを、接近経路に沿って名目初期接触点に向かって動かすステップと、
先端のプローブチップを、オフセット経路に沿って、初期走査点へ動かすステップと、
を含み、
接近経路は、名目初期接触点から、表面から離れたある非接触点へ全般的に直線状に延びる全般的に直線状な領域を有し、
全般的に直線状な領域は、法線ベクトルと約６０度未満の角度を形成し、
先端のプローブチップが、接近経路及びオフセット経路に沿って、及びそれらの間で連続的に動き、
更に、先端のプローブヘッドを名目初期接触点に関連する接触点に接触するように動かした後、先端のプローブヘッドを下側に動かして、オフセット位置で走査可能状態にするステップを含み、
オフセット位置で走査可能状態になる前に、プローブヘッドがオフセット位置をオーバーシュートする、または、
オフセット位置で走査可能状態になる前に、プローブヘッドがオフセット位置の上下に動く方法。

【請求項8】

全般的に直線状な領域が、法線ベクトルと約０度及び約５度の間の角度を形成する、請求項７に記載の方法。

【請求項9】

更に、先端のプローブチップを、表面上の実際の接触点に接触するように動かすステップを含み、
実際の接触点が名目初期接触点に関連し、
オフセット経路が、実際の接触点から開始する、請求項７に記載の方法。

【請求項10】

更に、プローブチップを、実際の接触点と接触させずに、名目初期接触点を通過して動かすステップと、
プローブチップが、名目初期接触点を通過した後であって実際の接触点に接触する前に、接近経路の法線ベクトルに対する角度を減じるステップと、
を含む、請求項９に記載の方法。

【請求項11】

接近経路が、名目初期接触点を通過した後であって実際の接触点に接触する前に、接近経路が対数の形状を有する、請求項１０に記載の方法。

【請求項12】

測定する物体の表面に接触する表面走査測定装置であって、
先端のプローブチップを備えたプローブヘッドと、
法線ベクトルを有する表面上の名目初期接触点を選択するように構成される、プローブヘッドに動作可能に接続されたコントローラと、
コントローラに動作可能に接続された駆動装置と、
を備え、
駆動装置がコントローラと協働して、先端のプローブチップを接近経路に沿って名目接触点に向けて動かすように構成され、
接近経路は、名目初期接触点から、表面から離れたある非接触点へ全般的に直線状に延びる全般的に直線状な領域を有し、
全般的に直線状な領域は、法線ベクトルと約２０度及び約６０度の間の角度を形成し、
駆動装置がコントローラと協働して、先端のプローブヘッドを名目初期接触点に関連する接触点に接触するように動かした後、先端のプローブヘッドを下側に動かして、オフセット位置で走査可能状態にし、
オフセット位置で走査可能状態になる前に、プローブヘッドがオフセット位置をオーバーシュートする、または
オフセット位置で走査可能状態になる前に、プローブヘッドがオフセット位置の上下に動くようにする装置。

【請求項13】

駆動装置がコントローラと協働して、先端のプローブチップを、オフセット経路に沿って、名目初期接触点に関連する実際の接触点から初期走査点へ動かし、
駆動装置がコントローラと協働して、先端のチップを、走査経路に沿って、初期走査点から物体の表面に沿って動かし、
先端のプローブチップが、接近経路、オフセット経路及び走査経路に沿って、及びそれらの間で連続的に動く、請求項１２に記載の装置。

【請求項14】

全般に直線状な領域が、法線ベクトルと約２０度及び約５５度の間の角度を形成する、請求項１２に記載の装置。

【請求項15】

駆動装置がコントローラと協働して、先端のプローブチップを、走査経路の後から始まり、物体の表面との接触から離れる離脱経路に沿って動かし、
先端のプローブチップが、走査経路及び離脱経路に沿って、及びそれらの間で連続的に動く、請求項１２に記載の方法。

【請求項16】

駆動装置がコントローラと協働して、
（１）第２の法線ベクトルを有する表面上の第２の名目初期接触点を選択し、
（２）先端のプローブチップを離脱経路から動かした後、先端のプローブチップを、第２の接近経路に沿って第２の名目初期接触点に関連する点に接触するように動かす、
用に構成され、
第２の接近経路は、第２の名目初期接触点から、表面から離れたある第２の非接触点へ全般的に直線状に延びる第２の全般的に直線状な領域を有し、
第２の全般的に直線状な領域が、第２の法線ベクトルと約２０及び約５９度の間の角度を形成する、請求項１５に記載の装置。

【請求項17】

先端のプローブチップが、離脱経路及び第２の接近経路に沿って、及びそれらの間で連続的に動く、請求項１６に記載の装置。

【請求項18】

コンピュータ読み込み可能コードを有する具体的なコンピュータ使用可能媒体を含み、測定する物体の表面に接触するように構成された先端のプローブチップを備えたプローブヘッドを有する表面走査測定装置を制御するコンピュータシステムで用いられるコンピュータプログラム製品であって、
法線ベクトルを有する表面上の名目初期接触点を選択するプログラムコードと、
先端のプローブチップを、接近経路に沿って名目初期接触点と接触するように動かすプログラムコードと、
を含み、
接近経路は、名目初期接触点から、表面から離れたある非接触点へ全般的に直線状に延びる全般的に直線状な領域を有し、
全般的に直線状な領域は、法線ベクトルと約２０度及び約６０度の間の角度を形成し、
更に、先端のプローブヘッドを名目初期接触点に関連する実際の接触点に接触するように動かした後、先端のプローブヘッドを下側に動かして、オフセット位置で走査可能状態にするプログラムコードを含み、
オフセット位置で走査可能状態になる前に、プローブヘッドがオフセット位置をオーバーシュートする、または、
オフセット位置で走査可能状態になる前に、プローブヘッドがオフセット位置の上下に動くようにするプログラム製品。

【請求項19】

更に、先端のプローブチップを、オフセット経路に沿って、名目初期接触点に関連する実際の接触点から初期走査点へ動かすプログラムコードと、
先端のチップを、走査経路に沿って、初期走査点から物体の表面に沿って動かすプログラムコードと、
を含み、
先端のプローブチップが、接近経路、オフセット経路及び走査経路に沿って、及びそれらの間で連続的に動く、請求項１８に記載のプログラム製品。

【請求項20】

全般に直線状な領域が、法線ベクトルと約２０度及び約５５度の間の角度を形成する、請求項１８に記載のプログラム製品。

【請求項21】

更に、先端のプローブチップを、走査経路の後から始まり、物体の表面との接触から離れる離脱経路に沿って動かすプログラムコードと、
先端のプローブチップが、走査経路及び離脱経路に沿って、及びそれらの間で連続的に動く、請求項１８に記載のプログラム製品。

【請求項22】

更に、第２の法線ベクトルを有する表面上の第２の名目初期接触点を選択するプログラムコードと、
先端のプローブチップを離脱経路から動かした後、先端のプローブチップを、第２の接近経路に沿って第２の実際の接触点に接触するように動かすプログラムコードと、
を含み、
第２の接近経路は、第２の名目初期接触点から、表面から離れたある第２の非接触点へ全般的に直線状に延びる第２の全般的に直線状な領域を有し、
第２の全般的に直線状な領域は、第２の法線ベクトルが約２０度以上であって、約５９度未満の角度を形成する、請求項２１に記載のプログラム製品。

【請求項23】

プログラムコードにより、先端のプローブチップを、離脱経路及び第２の接近経路に沿って、及びそれらの間で連続的に動かす、請求項２２に記載のプログラム製品。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本特許出願は、２０１０年９月１３日に出願された「表面走査座標測定装置の制御方法」という表題の米国仮出願 第６１／３８２，１２６号(発明者：ポールラシーン)に基づく優先権を主張するものであり、言及することにより、当該仮出願の開示事項が全て本願に組み込まれる。
本発明は、全般的に表面走査座標装置の制御に関し、より詳細には、表面走査座標装置のプローブの動きの制御に関する。

【背景技術】

【0002】

特に、座標測定装置（表面走査測定装置としても知られる“ＣＭＭ”）は、未知の表面の外形（プロファイル）を測定するか、または既知の表面の外形（トポグラフィ）を検証する。例えば、ＣＭＭは、プロペラの外形を測定して、その表面が、指定されたタスク（例えば、２４フィートボートが塩水中を所定速度で動くこと）に対して、適切な大きさ及び形となっているかを保証することができる。そのためには、従来のＭＣＣは、一般的に、測定される物体の表面に直接接触し、表面に沿って動くプローブチップ（“スタイラス”とも称する）を支持するプローブヘッドを有する。

【0003】

チップが最初に物体の表面に接触した後、プローブヘッドは、振動を抑えるようにして物体の表面に向けて駆動され、次に行なわれる走査のための準備が行なわれる（しばしば、プローブヘッドを“操作可能状態にする”と称する）。操作可能状態にした後、プローブチップは、予め規定された走査経路に沿って動き、その動きを一、二または三次元で記録する。ＣＭＭに関連するロジックにより、この動きを記録して、測定する物体の対応する表面外形マップを生成する。

【0004】

一般的な走査の間に、既知の深い窪みや他の表面の形状を避けるため、ＣＭＭはプローブチップを、多数回、表面に接触させたり離脱させたりするように動かす。しかし、表面との最初及び最後の接触の両方において、多くの性能に関する難問を生じさせる。特に、表面への最初の接近において、ＣＭＭは、激しい接触を避けるとともに、極力速やかに近付くという、相反する目標を有する。多くの従来のＣＭＭでは、速度を犠牲にすることによって、これをやりくりしており、法線ベクトルに沿ってゆっくり表面に近付き、表面との接触の前後で停止する。よって、このようなやり方により、処理能力が減少し、コストが上昇する。

【0005】

その他の技術として、表面に対して非常に浅い角度に沿って、チップを表面に接触させることがあり、浅い角度で動く限りにおいては、問題を解決するようにみえる。しかし、激しい接触することを緩和することはできるが、表面に近付くのに要する冗長な時間により、この技術は時間を費やすものである。更に、浅い角度は、セッティングをより難しくする。

【0006】

（発明の概要）
本発明の１つの実施態様によれば、本方法は、測定する物体の表面にチップが接触する衝撃をできるだけ抑えるとともに、表面走査測定装置の速度を改善する。特に、本方法では、測定する物体の表面に接触する先端のプローブチップを備えたプローブヘッドを有する表面走査測定装置を制御する。そのために、本方法では、法線ベクトルを有する（表面上の）名目初期接触点を選択し、次に、先端のプローブチップを、接近経路に沿って名目初期接触点に向かって動かす。接近経路は、名目初期接触点から、表面から離れたある非接触点へ全般的に直線状に延びる全般的に直線状な領域を有する。全般的に直線状な領域は、法線ベクトルと約２０度及び約６０度の間の角度を形成する。

【0007】

本方法は、先端のプローブチップを、オフセット経路に沿って（名目初期接触点に関連した）接触点から初期走査点へ動かし、次に、先端のチップを、初期走査点から走査経路に沿って、物体の表面に沿って動かすこともできる。先端のプローブチップは、好ましくは、接近経路、オフセット経路及び走査経路に沿って、またはその間を連続的に動く。全般に直線状な領域は、法線ベクトルと約２０度及び約５５度の間の角度を形成する。

【0008】

ある実施態様では、先端のプローブチップを、走査経路の後から始まり、物体の表面との接触から離れる離脱経路に沿って動かす。本実施態様における先端のプローブチップは、走査経路及び離脱経路に沿って、及びそれらの間を連続して動くことができる。更に、本方法では、表面上に（第２の法線ベクトルを有する）第２の名目初期接触点を選択できる。先端のプローブチップを離脱経路から動かした後、本方法では、先端のプローブチップを、第２の接近経路に沿って（第２の名目初期接触点に関連する）第２の接触点に接触するように動かす。第２の接近経路は、第2の名目接触点から、表面から離れたある第２の非接触点へ全般的に直線状に延びる第２の全般的に直線状な領域を有する。この第２の全般的に直線状な領域は、法線ベクトルと約２０度及び約５９度の間の角度を形成する。先端のプローブチップは、離脱経路及び第２の接近経路に沿って、及びその間を連続的に動くことができる。

【0009】

本方法では、先端のプローブチップを接触点に接触するように動かした後、プローブヘッドを下側に動かして、オフセット位置で走査可能状態にする。この期間において、オフセット位置で走査可能状態になる前に、プローブヘッドが、オフセット位置をオーバーシュートすることができる。その代わりに、オフセット位置で走査可能状態になる前に、プローブヘッドが、オフセット位置の上下に動くことができる。

【0010】

その他の実施態様においては、測定する物体の表面に接触する表面走査測定装置は、先端のプローブチップを備えたプローブヘッドと、プローブヘッドに動作可能に接続されたコントローラとを有する。コントローラは、表面（例えば、表面自体、または名目表面）上の法線ベクトルを有する名目初期接触点を選択するように構成される。この装置は、コントローラに動作可能に接続された駆動装置も有する。駆動装置は、コントローラと協働して、先端のプローブチップを、接近経路に沿って名目接触点に向けて動かすように構成される。接近経路は、名目接触点から、表面から離れたある非接触点へ全般的に直線状に延びる全般的に直線状な領域を有する。全般的に直線状な領域は、法線ベクトルと約２０度及び約６０度の間の角度を形成する。

【0011】

本発明の他の実施態様においては、測定する物体の表面と接触するように構成された先端のプローブチップを備えたプローブヘッドを有する表面走査測定装置を制御する方法が、名目ベクトルを有する表面上の名目初期接触点を選択する。この方法では、名目接触点から、表面から離れたある非接触点へ全般的に直線状に延びる全般的に直線状な領域を有する接近経路に沿って、名目初期接触点に向けて、先端のプローブチップを動かす。全般的に直線状な領域は、法線ベクトルと約６０度未満の角度を形成する。この方法では、次に、先端のプローブチップを、オフセット経路に沿って初期走査点に動かす。先端のプローブチップは、好ましくは、接近経路及びオフセット経路に沿って、及びそれらの間を連続的に動く。

【0012】

本発明の図示した実施形態では、コンピュータ読み込み可能コードを備えたコンピュータ使用可能媒体を有するコンピュータプログラム製品として実行される。コンピュータ読み込み可能コードは、従来のプロセスによるコンピュータシステムにより、読み込み及び使用が可能である。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1A】本発明の図示された実施形態に応じて構成された座標測定装置を模式的に示す図である。

【図1B】図１Ａの座標測定装置とともに用いられる複数の異なるプローブチップを模式的に示す図である。

【図2】本発明の図示された実施形態による物体の表面を測定するプロセスを示す図である。

【図3】本発明の図示された実施形態による物体の表面に沿って走査する、プローブヘッド及びチップの経路及び様々な位置を模式的に示す図である。

【図4】走査表面が名目表面よりも高い場合の図3に示す経路の領域を模式的に示す図である。

【図5】走査表面が名目表面よりも低い場合の図3に示す経路の領域を模式的に示す図である。

【図6】本発明の代替的な実施形態に応じたプローブヘッド及びチップを模式的に示す図である。

【図7】位置データ記録及びタグ付けを示すプローブヘッド及びチップの経路の実施例を模式的に示す図である。

【図8】付属書の図示された詳細を模式的に示す図である。

【図9】付属書の図示された詳細を模式的に示す図である。

【図10A】付属書の図示された詳細を模式的に示す図である。

【図10B】付属書の図示された詳細を模式的に示す図である。

【図10C】付属書の図示された詳細を模式的に示す図である。

【図11】付属書の図示された詳細を模式的に示す図である。

【図12】付属書の図示された詳細を模式的に示す図である。

【図13】付属書の図示された詳細を模式的に示す図である。

【0014】

（図示された実施形態の説明）
上記で要約された図面を参照して議論される以下に述べる“図示された実施形態の説明”から、当業者は、本発明の様々な実施形態の利点をより十分に理解するであろう。

【0015】

図示された実施形態において、座標測定装置は、プローブヘッド及びチップを、名目表面から約６０度未満の角度で、測定する表面に向けて接近させる。これにより、測定する面への損傷を伴うような激しい衝突の虞をできるだけ抑えて、全接近プロセス、走査可能状態にするプロセス、走査プロセス及び離脱プロセスを、実質的に連続的に、迅速に完了することができる。図示した実施形態の詳細な説明は以下に述べる。

【0016】

図1Ａは、本発明の図示された実施形態を実施するための論理を有する座標測定装置（以下、“ＣＭＭ１０”と称する）を示す。他のＣＭＭと同様に、図１のＣＭＭ１０は、走査する物体（図1には図示せず）を支持するための概ね矩形のプラットフォーム１２と、支持した物体についての外形情報を集めるため、プラットフォーム１２と動作可能に接続された走査装置１４とを有する。セメントや花崗岩といった様々な材料から形成されることができるプラットフォーム１２は、物体を上面に確実に固定するための孔１５の配列を有する。

【0017】

物体についての表面の情報を集めるため、走査装置１４は、それ自身で先端のプローブチップ２２（「プローブスタイラス」、「プローブピン」または単に「チップ２２」とも称する）を支持するプローブヘッド２０を備え、駆動部材１８により支持された可動走査アーム１６を有する。使用中においては、チップ２２は物体の表面に実際に接触して、プローブヘッド２０が、所望の走査移動に応じて表面外形に沿って撓むようにする。このような撓むことによって、搭載された論理または外部の論理（例えば、ホストソフトウエア２４）が、物体の表面の一、二または三次元マップに変換されるようなデータのセットを生成する。

【0018】

従って、好ましくは、走査装置１４全体が、Ｘ−方向（プラットフォーム１２の幅方向に平行な方向）、Ｙ−方向（プラットフォームの長さ方向に平行な方向）、及びＺ−方向（プラットフォーム１２に近付いたり遠ざかったりする方向）で示される三次元方向に移動可能である。そのためには、ＣＭＭ１０は、駆動部材１８（つまり、走査装置１４全体）をＹ方向、例えば駆動軌道２８に沿って動かす駆動機構２６を有する。とりわけ、駆動機構２６は、サーボコントローラ及び他の精密移動装置を含むことができる。

【0019】

走査アーム１６は、他の２つの自由度、つまりＸ−方向及びＺ−方向の動きを提供する。特に、駆動機構２６は、アーム１６を軌道３０に沿ってＸ方向に動かし、プローブヘッド２０及びチップ２２を、Ｚ方向に沿って伸縮する態様で、物体の表面に近付いたり遠ざかったりするように動かす。

【0020】

ＣＭＭ１０は、測定する物体及びその応用に応じて、様々なタイプのチップ２２を採用することができる。図１Ｂは、プローブヘッド２０に固定することができる複数の異なるタイプのチップ２２を模式的に示す。これらのチップ２２は、図面上にラベル付けがされた、
− 直線軸部ボールチップ２２Ａ
− ネジ込みボールチップ２２Ｂ
− ネジ込みディスクチップ２２Ｃ
− ネジ込み先細シリンダチップ２２Ｄ
− ネジ込みフラットシリンダチップ２２Ｅ
− ネジ込み丸形シリンダチップ２２Ｆ
− ネジ込み半球チップ２２Ｇ，及び
− ９方向ギアクラスタチップ２２Ｈ
を含む。

【0021】

ＣＭＭ１０の特定の部品の議論は、図示する目的のみのものであることに注意すべきである。例えば、アーム１６は、カンチレバーや他の伸縮しない技術を用いて、Ｚ−方向に動かすことができ、プラットフォーム１２は、その他の形状（例えば、円形の形状）に形成されることもできる。更に、プローブヘッド２０は。図１Ｂに示されたチップ２２Ａ〜２２Ｈ以外のチップ２２を用いることができる。従って、様々な実施形態は、必ずしも、図１ＡのＣＭＭ１０の具体例に限定されるものではない。

【0022】

本発明の図示された実施形態によれば、ＣＭＭ１０は、チップ／プローブヘッドが激しく衝突する危険をできる限り抑制すると同時に、全体的な走査速度を増加させるように、プローブヘッド２０及びチップ２２の動きを効率的に指示するコントローラ３４を有する。そのためには、コントローラ３４の図示された実施形態は、接近する工程から、走査可能状態にする工程、走査工程及び離脱工程までを通して、全ての経路に沿って、チップ２２を連続的に動かすように構成される。（例えば、図２を議論するとき）下記に詳細に説明するように、コントローラ３４は、第１接触点として、物体の表面上の名目初期接触点を選択する。

【0023】

物体の表面の任意の点とともに、名目初期接触点は、（図３に示され、後述される）法線ベクトルを有する。図示された実施形態では、コントローラ３４は、上述の法線ベクトルから約６０度未満の角度（図３で符号Ａで示される）で名目初期接触点に向けて、チップ２２を動かす。例えば、この角度Ａは、約５９、５０、４０、３０、２０または１０度のような約５度及び約６０度の間の範囲を有することができる。他の同様なオーバーラップ範囲、例えば、約２０度及び約６０度の間、またはいくつかの場合には０度、でも十分である。

【0024】

図２は、本発明の図示された実施形態による物体の表面を測定するプロセスを示す。特に、このプロセスは、図示された実施形態によるステップ、及びチップ２２の位置を詳細に示す。対応するように、図３は、物体の表面３８への接近から物体の表面３８からの離脱までを通して、チップ２２の進行を模式的に示す。このプロセスは、コントローラ３４が、チップ２２が最初に接触する物体の表面３８上の初期点を選択するステップ２００で開始する。この点は、自動化プロセスまたは操作者により、事前にプログラミングされることができ、ここでは“初期接触点３６”として参照することができる。コントローラ３４は、チップ２２をどこに導くか確かめるため、物体の表面３８及びの初期接触点３６についての情報を受ける。他の方法においては、この情報は、（図示されない）あるユーザインタフェイスを通して使用者から受けることができる。

【0025】

しかし、本プロセスのこの点において、コントローラ３４は、物体の表面３８を識別するデータのみを有しており、必然的に、初期接触点３６を識別するデータのみを有している。事実、初期接触点３６に関連する情報は、チップ２２を正確な実際の初期接触点（参照番号３６を用いて参照される）に位置付けるのに十分な場合も、不十分な場合も有り得る。従って、プロセスのこの段階における初期接触点３６は、“名目”初期接触点３６として参照される。初期物体表面３８も、情報によって示唆された正確な位置に正確に位置付けられるとは言えないので、“名目”物体表面３８として参照される。

【0026】

名目物体表面３８及び名目初期接触点３６は、それぞれ、（１）実際の物体表面３８及び実際の初期接触点３６であるか、または（２）実際の物体表面３８及び実際の初期接触点３６から離れていることがあり得る。何れの場合においても、実際の接触点３６は、物体表面３８上の意図された第１の接触点として、名目初期接触点３６に関連する。従って、もし、ＣＭＭ１０が、チップを名目初期接触点３６に向かって導くとき、多くの場合、チップ２２を、実際の初期接触点３６（よって、同じ参照番号３６を用いている）に向かって導くと考えられる。

【0027】

次に、プロセスでは、駆動機構２６が、チップ２２を物体表面３８より上方のどこかから、物体表面３８への接近経路４２上の開始点４２Ａへ動かすステップ２０２を続けて行う。より詳細には、図３に示すように、接近経路４２は、名目初期接触点３６から上述の初期点へ延びていると考えられる。少なくともこの経路４２の領域は、全般的に直線状である。好ましい実施形態では、この全般的に直線状な領域は、接近経路４２の一部または全てを含むことができ、名目初期接触点３６から直接延びている。図示された実施形態では、この全般的に直線状な領域は、上述の法線ベクトル３５と上述の角度Ａ（６０度未満の上述の様々な角度）を形成する。図３では、法線ベクトル３５を初期接触点３６の隣に示していることを確認のため述べておく。このことは、真の位置が初期接触点３６にあることを混乱させるものではない。

【0028】

プロセスでは、コントローラ３４が、チップ２２を、接近経路４２の全般的に直線状な領域に沿って、名目初期接触点３６に向けて動かすように、駆動機構２６に命令するステップ２０４を続けて行う。次に、ステップ２０６において、プロセスは、チップ２２が、名目初期接触位置３６より高い位置に接触したか、名目初期接触位置３６の周辺で接触したか定める。特に、プローブヘッド２０は、物体表面３８に向けて動くので、実際の物体表面を検出するであろう。物体表面３８について受けたデータが、物体の現状を表したものでない場合もあるので、このことは、時々予想よりも早く起こる場合がある。例えば、物体が予想しない態様で回転していたり、予想したよりも高かったりする場合がある。図４では、チップ２が、高い位置で物体表面３８に接触した実施例を模式的に示す。従って、この図では、参照番号３６は、名目初期接触点及び実際の初期接触点の２つの点を示している。

【0029】

何れの場合でも、ステップ２０６の条件を満たしたときには、プロセスが表面３８に接触した後、プローブを走査可能状態にするステップＳ２０８を続いて行う。従って、チップ２２は、ここでは“走査可能状態設定経路４４”として参照される経路に沿って進み、走査可能状態設定プロセスを完了して、（後述する）走査経路４６の開始点で、走査プロセスを開始する。

【0030】

そのためには、プロセスは、更にチップ２２を、プローブヘッド２０におけるＺ方向である物体表面３８に向かって押し下げながら、走査方向に動かす。チップ２２は、表面３８から中に深く動くことはない。その代わりに、当業者が知っているように、プローブヘッド２０の可撓性領域が所定量撓んで、測定のためシステムを走査可能状態にする。プローブヘッド２０は、図３の波線で示され、参照番号４８で識別される“オフセットポイント４８”において、最終的に走査可能状態にされる。図３は、やはり参照番号４８で示される、２つの矢印の間のオフセット量も示す。図示の目的で、図３（他の図においても）は、実際の初期接触点３６で開始し、オフセット量をオーバーシュートして、オフセット量に戻る、参照番号４４で識別される曲線を示す。この曲線４４または類似のものは、チップ２２が物体表面３８の中に貫通することを示唆することを意図したものではない。その代わりに、この曲線４４は、単に、チップ２２が走査可能状態設定経路４４に沿って走査方向に動くにつれて、プローブヘッド２０の可撓性領域が撓む距離を示すだけである。

【0031】

このオーバーシュートは、望まない振動（例えば、物体の表面３８上の跳ね返り）を抑制するのに役立ち、よって、より正確な読み取りを提供する。多くの異なるファクターが、このような振動の原因となり得る。例えば、これらのファクターには、とりわけ、規定された走査速度、プローブヘッド内部のバネ定数、規定されたプローブヘッドのオフセット、物体の表面処理が含まれる。これらのファクターや他のファクターの知見は、ＣＭＭ１０に従来の態様で適切な量のオーバーシュートを定めさせることができる。

【0032】

ステップ２０６に戻ると、もし、チップ２２が、名目初期接触点３６に接触する後で、実際の接触点３６に接触するであろうという場合には、プロセスは続けてステップ２１０へ進み、物体表面３８への接近角度Ａを変更する。より詳細には、チップ２２が予め定められた角度Ａで続けて動いて、十分に速やかに物体表面３８に接触しない場合、次に、（１）プローブヘッド２０を走査可能状態にする十分な時間がない、または（２）走査経路４６が正確な情報を得るのを開始するのが望まないぐらい遅いことになる。このような問題をできる限り抑制するため、好ましくは、チップ２２が、法線ベクトル３５に対してより小さな角度で、物体表面３８に向けて動く。言い換えれば、チップ２２は、物体表面３８に向かってより直接的な態様で動く。例えば、図５に示されるように、対数的にまたは直線状に、しかし物体表面３８に向かって小さな角度で動くことができる。（図４のような）この図では、従って、参照番号３６は、名目初期接触点及び実際の初期接触点の２つの点を示す。表面に接触した後、プロセスは、ステップ２０８で上述したように、プローブヘッド２０を操作可能状態にする。

【0033】

プロセスがプローブ２２を走査可能状態にし、チップ２２が走査経路４６の開始点にいると、ＣＭＭ１０が、物体表面３８についてのデータの獲得を開始する。これにより、プロセスは続けてステップＳ２１２へ進み、従来の態様で、物体表面３８についての位相的情報を走査及び記録する。

【0034】

走査経路４６の終端で、チップ２２は、離脱経路５０に沿って、表面３８から離れる（ステップ２１４）。ある実施形態では、離脱経路５０は、実質的に接近経路４２と同様である。特に、このような実施形態では、離脱経路５０は、接触した表面の最後の点から延びる実質的に直線状な領域を有する。この実質的に直線状な領域は、接近経路４２の実質的に直線状な領域に関連する上述の角度Ａに対応して、接触した表面の最後の点から延びる、法線ベクトルとのある角度を形成する。従って、この離脱角度は、上述の角度のように、約６０度未満にすることができる。

【0035】

プロセスが、もはや物体を走査する必要がない場合には、プロセスはステップＳ２１６で終了する。しかし、走査を継続するときには、以下を例示できる。例えば、チップ２２が離脱経路５０に接近するとき、回避すべきある種の不連続部分（例えば、溝や孔）に接近する場合もあり得る。物体の測定を継続するため、プロセスが、効率的にこの不連続部分を飛び越すようにして、不連続部分の反対側の測定プロセスを継続する。この場合、チップ２２は離脱経路５０に沿って進み、ステップ２００へ再びも戻って、次の名目初期接触点３６を選択して、このプロセスを繰り返す。

【0036】

図示された実施形態では、チップ２２を、接近経路４２の開始点から、走査可能状態設定経路４４、走査経路４６及び離脱経路５０を通して、停止せずに、すなわち連続的に動かす。この結果、走査速度を改善し、従って、作業効率を改善する。更に、この全体の経路は、予め規定された経路である。代替的な実施形態では、経路の間のある点で、停止することもできる。例えば、ある代替的な実施形態では、接近経路４２及び走査可能状態設定経路４４の間で、停止、またはチップの速度を大きく落とすことで、走査可能状態設定経路４４の大きさを小さくすることができる。

【0037】

図６には、代替的な接近経路４２を示す。特に、この場合、接近経路４２は、名目接触点３６の法線ベクトル３５と実質的に平行である。この実施形態及び関連する実施形態では、この接近経路４２は、法線ベクトル３５と約０〜４度の角度を形成する。他の実施形態と同様に、この実施形態では、チップ２２を、接近経路４２の開始点から、走査可能状態設定経路４４、走査経路４６及び離脱経路５０を通して、停止しないか、または従来の設計より少ない点で停止するだけで連続的に動かす。

【0038】

図６は、比較的柔らかい物体に用いる場合の代替的な走査可能状態設定技術を示す。特に、走査可能状態設定プロセスの間に、プローブヘッド２０を物体の方向に導くＺ−方向の力は、チップ２２が対応する力を物体表面３８中に導くようにする。もし、物体が十分に固ければ、計測または物体にとって無視できる衝撃以下であろう。しかし、もし物体が比較的柔らかいときには、この力によってチップ２２が物体表面３８中に入り込み、物体の完全性及び読みの正確さの両方について妥協させることになる。従って、図６には、プローブヘッド２０が、オフセットポイント４８の周りを上下するその他の走査可能状態設定曲線４４Ｂを示す。この実施例では、オフセットポイント４８で走査可能状態にする前に、プローブヘッド２０をオフセットポイント４８よりもわずかに押し下げ、次にオフセットポイント４８よりも十分上になるようにする。

【0039】

データの完全性は優先すべきである。従って、図７では、位置データの記録及びタグ付けを示すプローブヘッド２０及びチップの経路の実施例を示す。走査データがＣＭＭ１０から分析ソフトウエア（例えば、ホストソフトウエア２４）に戻されたとき、ホストソフトウエアが、（ａ）接近経路４２及び走査可能状態設定経路４４に関らず、点を意図した規定した走査経路４６上の分析実施のための部分に区分する、（ｂ）品質特性に関する各点の偏差分析を許容できるように、あるタグをセットすることができる。

【0040】

ポイント及び品質タグの両方が、図７に示すように規定できる。各走査セグメントにおいて、固有のポイントタグ番号が割り当てられ、ホストソフトウエア２４からコントローラ３４へ送られる。例えば、初期接触点３６から始まり、第１走査接近セグメントに、参照番号５２で示されるようにタグ番号“１”が割り当てられ、走査可能状態設定セグメントに、参照番号５４で示されるように、タグ番号“２”が割り当てられ、規定された走査経路セグメントに、参照番号５６で示されるように、タグ番号“３”が割り当てられ、全てのセグメントにタグが割り当てられるまで継続される。これらの返信されたタグから、ホストソフトウエア２４は、走査セグメントを区別することができ、関連するセグメントのみを分析することができる。

【0041】

所望の走査セグメントが、個々のセグメントへ分けられた後、品質タグを、更に各点を分析するために用いることができる。規定されたパラメータを用いて、実際の走査データセット５８から各点に、規定された走査プローブのオフセットとの関連レベルに応じた品質タグを付与することができる。このようにして、走査セグメントが解析されたときには、無関係な点は無視することができる。例えば、走査した点が、“良い”公差ゾーン６０内に入る場合には、品質タグ０を付与することができ、点が次の公差ゾーン６２内であるが、第１ゾーンを越えている場合には、品質タグ５を付与することができ、点が最後の公差ゾーン６４を越えている場合には、品質タグ９を付与する。この品質タグの割り当ては、個々に規定することができる。

【0042】

本発明の様々な実施形態は、これに限られるものではないが、プロセッサ（例えば、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、デジタルシグナルプロセッサまたはジェネラルパーパスコンピュータ）を用いたコンピュータプログラムロジック、（例えば、フィールド プログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）または他のＰＬＤ）を用いたプログラマブルロジック、個別コンポーネント、集積回路（例えば、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ））、これらの任意の組みせを含む他の手段を含む、多くの異なる形式で具体化することができる。

【0043】

既に述べられた機能性の全てまたは一部を実行するコンピュータプログラムロジックは、これに限られるものではないが、ソースコードフォーム、コンピュータ実行形式及び様々な中間フォーム（例えば、アッセンブラで生成されたフォーム、コンプライア、リンカまたはロケータ）を含む様々なフォームで具体化することができる。ソースコードは、様々な操作システムまたは操作環境とともに用いるための任意の様々なプログラム言語（例えば、オブジェクトコード、アッセンブリ言語またはＣ、Ｃ^＋＋またはＪＡＶＡといった高レベル言語）で実行される一連のコンピュータプログラムインストラクションを含むことができる。ソースコードは、様々なデータ構造及びコミュニケーションメッセージを規定して使用することができる。ソースコードは、（例えば、インタプリタを介して）コンピュータ実施フォームであることができ、また、ソースコードが、（例えば、トランスレータ、アッセンブラまたはコンパイラを介して）コンピュータ実施フォームに変換されることができる。

【0044】

コンピュータプログラムは、セミコンダクタメモリデバイス（例えば、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＰＲＯM，ＥＥＰＲＯＭまたはフラッシュプログラマブルメモリ）、マグネティックメモリデバイス（例えば、ディスケットまたは固定ディスク）、オプティカルメモリデバイス（例えば、ＣＤ−ＲＯＭ）、ＰＣカード（例えば、ＰＣＭＣＩＡカード）、または他の記憶デバイスといった実体的な保管媒体に、任意のフォーム（例えば、ソースコードフォーム、コンピュータ実行フォーム、または中間フォーム）で保管できる。コンピュータプログラムは、印刷のまたは電子的な書面（例えば、収縮ラップされたソフトウエア）、コンピュータシステムにプレロードされたもの（例えば、システムＲＯＭまたは固定ディスク上のもの）、またはサーバーまたは通信システム（例えば、インターネット、またはワールドワイドウエッブ）による電子ブリテンを伴う取り外し可能保管媒体として、任意の形式で配布することができる。

【0045】

既に記載した機能性の全てまたは一部を実行する（プログラマブルロジックデバイスに用いるプログラマブルロジックを含む）ハードウエアロジックは、従来のマニュアルメソドを用いて設計できるし、キャド（ＣＡD）、ハードウエア記述言語（例えば、ＶＨＤL、ＡＨＤＬ）、またはＰＬＤプログラム言語（例えば、ＰＡＬＡＳＭ、ＡＢＥＬまたはＣＵＰＬ）といった様々なツールを用いて、設計され、捕捉され、または電子的に書面化されることができる。

【0046】

プログラマブルロジックは、セミコンダクタメモリデバイス（例えば、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＰＲＯM，ＥＥＰＲＯＭまたはフラッシュプログラマブルメモリ）、マグネティックメモリデバイス（例えば、ディスケットまたは固定ディスク）、オプティカルメモリデバイス（例えば、ＣＤ−ＲＯＭ）、ＰＣカード（例えば、ＰＣＭＣＩＡカード）、または他のデバイスといった実体的な保管媒体に、恒久的にまたは一時的に保管することができる。コンピュータプログラムは、印刷のまたは電子的な書面（例えば、収縮ラップされたソフトウエア）、コンピュータシステムにプレロードされたもの（例えば、システムＲＯＭまたは固定ディスク上のもの）、またはサーバーまたは通信システム（例えば、インターネット、またはワールドワイドウエッブ）による電子ブリテンを伴う取り外し可能保管媒体として、任意の形式で配布することができる。

【0047】

更なる実施形態は、それに限定されることなく、以下に記載される。下記に提供されるある実施形態は、コンピュータが実行する方法クレームとして記載される。しかし、当業者は、その方法のステップが、コンピュータコードとして具体化され、コンピュータコードは、コンピュータプログラム製品を規定する一時的でないコンピュータ読み込み媒体上に保管することができる。

【0048】

上述の議論では、本発明の様々な例示的な実施形態が開示されたが、当業者が、本発明の真の範囲から離れることなく、本発明の利点を達成する様々な改良をすることができることは明らかである。

【0049】

付属書
［技術分野］
本発明は、全般として、表面走査座標装置の制御する方法に関する。

【0050】

［背景技術］
表面走査装置の分野で、所謂座標測定装置が、未知の表面外形（プロファイル）を測定するため、または既知の表面の外形（トポグラフィ）を検証するためにしばしば用いられる。この目的のため、測定する面にプローブチップを備えたプローブヘッドを接触させ、このプローブチップを予め規定された経路に沿って動かすことが一般的なやり方である。チップが動く間に、チップの位置を記載した位置データが生成され、よって、表面の外形が生成されて記録される。

【0051】

この技術分野の主な問題は、測定する表面への及び測定走査間のプローブヘッドの動きである。１つには、常に移動時間を短くするめに、あらゆる動きをできる限り速く行う必要がある。一方、あらゆる破損や激しい衝突を回避するように、表面との接触を行わなければならない。その他の問題は、測定条件、例えば、チップ及びプローブヘッドの位置を、振動が無くデータ獲得のために最適化して生成することである。
表面への一般的な接近経路において、いくつかの振動や悪い影響をプローブヘッドに及ぼす。この影響は、チップの表面への物理的接触によって増大される。

【0052】

現在の走査経路接近方法論は、一般的には、接近ベクトルとして、表面の一部の法線を使い、サーボループを制御することによって、このベクトルに沿って、表面から離れた事前接触点に動かし、表面の一部に接触するまで、表面の法線に向かって動かし、規定のプローブオフセットに達するまで繰り返すという工程からなる。この方法論は、表面の法線に対して、常に平行及び垂直に別に動かすので、プローブヘッドを長い距離動かすことを意味する。

【0053】

接触した後、走査プローブオフセットは、通常、制御サーボループからの“オーバーシュート”によってバイパスされる。そして、このシステムでは、表面の一部から離れる方向に進み、次に、表面の一部に向かって、（ａ）プローブ及び座標測定装置（ＣＭM）を測定可能状態にして、（ｂ）規定された走査プローブオフセットに達する。この点で、規定された走査経路の動きが開始される。この従来の方法論の一般的な手順は、図８に示される。

【0054】

ＵＳ５，８９５，４４４では、装置のプローブ及びプローブピンが所望のデータに応じて駆動制御される、座標測定装置を制御する方法に導かれた異なるやり方が開示されている。プローブピンは、プローブヘッドに移動可能に取り付けられ、測定する工作物の表面に接触するか、またはこの表面から離れることができる。接触または離脱時のプローブヘッドの移動方向の間の角度を選択し、接触点における接平面へ向けた動きの方向と工作物表面との角度を３０度未満にすることにより、測定速度を増加することができる。このやり方は、表面の接平面に対して概ね平行な動きを導き、よって、上従の幾つかの問題を回避することができるが、いくつかの不利益をもたらす。最初のポイントは、表面の法線に平行な動きを要する走査プローブオフセットを形成するため、時間間隔が増大することである。ＵＳ５，８９５，４４４では、制御駆動ピンを備えた動作可能なプローブヘッドを用いることにより、このポイントを克服しようとしている。しかし、このプローブヘッドの性能を有するために、複雑さが増し、部品の重量が増大する。その他の不利益は、表面に接触する点での接平面に平行な支配的な動きを伴う状況である。これにより、表面の法線に対して平行に働く力によって生じる効果が無効となり、よって較正することができなくなる。

【0055】

よって、本発明の目的は、表面走査装置、特に座標測定装置の制御を改善することにある。更なる目的は、表面の接触時またはその直後に、すぐに使用可能なデータを得ることができる方法を提供することにある。
本発明の特別な目的は、プローブヘッドの悪い影響を抑制することにある。

【0056】

［発明の要約］
組み合わせ可能な幾つかの発明を規定する幾つかの独立請求項の一部または全ての特徴を実現することによって、これらの目的を達成する。代替的または有利な態様で更に発明を展開する特徴が、従属請求項に記載される。全ての独立した発明の組み合わせが表面走査装置を制御する方法を改善するであろうが、１つの発明を用いること、または異なる発明の部分集合を独立してまたは関連しない態様で用いることが、原則として可能である。

【0057】

これらの発明の最初のグループの概念は、３０度より大きい角度の座標測定装置（ＣＭＭ）を用いた規定された経路走査に組み合わせて、法線ベクトル接近の平行部分（ヘジテーション）を除去して、プローブ及びＣＭＭからの振動を抑制することにある。個々の規定経路走査の前に、ＣＭＭは、動作を遅らせる鋭いコーナーの無い経路における測定の間に、位置速度でプローブヘッドを動かす。そして、プローブは、所定のまたは予め設定された接触点で、表面接線ベクトルまたは表面の接平面から、好ましくは３０度より大きく、８０度未満、またはさらに７０度未満の角度で、走査方向と反対方向の表面の一部から離れた位置の空間の点に動かされる。組み合わせた接近経路においては、オブザーバ機能を無効にするため、ポイントベクトルが０に設定され、つまり、プローブのフィードバックがサーボループに組み入れられて、規定された走査経路を変更する。

【0058】

接触が形成されたとき、チップは指定のオフセット位置に動く。よって、プローブピン、つまり図６に示すようなプローブに取り付けられたスタイラスが、センサを介したプローブの撓みにより測定されるように表面の一部に接触するまで、ＣＭＭは、速やかに走査するため、サーボシステムを制御して、空間の初期点から、プローブを予め規定された走査速度で所定の組み合わせ接近経路に沿うように動かし、規定された走査プローブオフセットに達するまで継続する。このことは、図面において、明確にするために破線で示されているが、実際にはプローブの撓みである（プローブの撓み＝走査プローブオフセット）。

【0059】

そして、（ａ）規定された走査オフセット、及び（ｂ）プローブ及び／または座標測定装置のあらゆる振動を抑制する最良の方法を得るために、制御システムが規定された走査経路を変更することにより、規定された走査経路は自動的に修正される。表面法線ベクトルを伴う規定された走査経路が、上記の走査プローブオフセット位置で、予め規定された走査速度で続けられる。

【0060】

従来の解決方法と対照的に、本方法では、接近速度が、接触点における表面の法線に平行な法線速度成分と、接触点における表面の接平面と平行な接線速度成分とを有する経路を含み、法線速度成分の接線速度成分に対する関係が、２：１から１：２の範囲にあり、言い換えれば、接触点における接近経路のベクトル及び接触点における接平面の間の角度が、３０より大きく８０度未満の範囲であり、例えば、適切な経路は、実質的に４５度の角度にすることができる。主要なポイントは、接線及び法線の両方向において、有効な速度成分が維持されることである。これらの速度により、両方向に作用する力の効果が存在し、１つの接近において補償され得る。その他の有利な点は、静的なまたは付着的な摩擦を回避することができ、これにより、すぐに測定が開始でき、静摩擦状態から滑り状態への遷移による振動を抑制することができる。

【0061】

２番目の解決法としては、データのタグ付けを含み、例えば、取得した位置データを記述するまたはコメントする追加データを記録すことを含む。従って、期待する正確さ、及び改善された分析を促進する特定の走査セグメントの参照に関して、引き返し点をタグ付けする。本発明の方法論の詳細については、図１１に関連して、ここに実現され説明される。

【0062】

［図面の簡単な説明］
本発明による幾つかの方法が、図面で模式的に示される実施例に関連して、単なる例として、下記により詳細に記載され説明される。特に、図８は、従来技術による表面の走査の方法論を示す。図９は、従来技術の解決法の本発明との比較を示す。図１０Ａ〜Ｃには、異なる場所の表面の接触点への接近経路を示す。図１１は、データを伴うプローブピンの位置データを記録する実施例を示し、特に特定のタイプの経路を示す。図１２は、座標測定装置の表面走査を制御するために全ての独立した発明を、１つに組み合わせた方法に一体化することを示す。図１３は、本発明で用いることができるスタイラスの実施例を示す。

【0063】

［詳細な説明］
図８には、プローブヘッドのチップが、開始位置１から表面に垂直な方向に動かされる従来技術の方法論が図示される。接触点２において物理的接触を形成した後、チップが、予め規定されたオフセッ位置に動かされ、続いて走査が開始される。停止点３において、チップは、離昇位置４まで垂直に離れ、その他の開始点５へ動かされて、再び、プロセスが開始される。従って、この方法論は、異なる連続したステップに分割できる。

【0064】

“インポジションゾーン”及びプローブ上下動クライテリアを充足するまで、ＣＭＭは事前接触点及び平行部分へ動く。
指令された走査プローブオフセットが許容振動範囲内に達するまで、ＣＭＭは、表面の法線及び平行部分に沿って、プローブを降下させる。
ＣＭＭは、指令された走査プローブオフセットを維持しながら、オブザーバを用いて、指令された走査経路に沿って走査を行なう。走査の終了点におけるドウエルは、一般的には、コントローラの能力によって定まり、走査速度における要求測定点密度や、データ収集及びデータ送信レートを送信する。
ＣＭＭは、引き込み点まで引き込まれる。
ＣＭＭは、次の走査手順の事前接触点に移動し、プロセスが繰り返される。

【0065】

図９は、走査のときのＣＭＭのドウェルを操作可能状態にする処理を削除することを図示するための、従来技術の解決方法を本発明と比較したものを示す。上述のように、本発明の方法は、全ての平行部分の時間（ヘジテーション）を削除して、走査パスを連続して行うようにするものであり、一部の初期接触表面から規定された走査プローブオフセットへ、プローブ及びＣＭＭをもっていく間の平行部分に、主に主眼を置くものである。

【0066】

従来技術の方法では、初期接触点２１で開始し、プローブ１を走査可能状態にするまで待つ。次に、ＣＭＭ制御サーボは、規定された走査速度で一部の表面ベクトル１０に沿って、一部の表面２へ向かってプローブを駆動し、規定された走査プローブオフセット５に到達するまで継続する。次に、システムは、プローブ及びＣＭＭが、所定量で走査可能状態になるまで、一部の表面へ向かわせる。そして、規定された走査経路が測定される。

【0067】

本発明による方法の意図の１つは、一部の表面（接近経路）に向かって走査する間のプローブのＸ、Ｙ及びＺ出力を監視するものであり、プローブの出力が所定値２４に達したとき、サーボ制御が、ＣＭＭの操作方向２５への動作を開始する。走査方向２５のこの動作の間に、プローブは、規定された経路オフセット５よりも、更に一部の表面２の内部側に駆動され、規定された走査オフセット５まで、徐々にプローブのオフセットが減じられる。この走査可能状態設定経路６は、動作の振動及び一部の表面の飛びはねを防いで、プローブ及びＣＭＭを走査可能状態にするために用いられる。

【0068】

振動の量は、これに限られるものではないが、規定された走査速度、規定された走査プローブオフセット、一部の表面の表面仕上げ等を含む多くの要素に影響される。もし、コントローラサーボ制御が、振動の量を定めるこれらの（及び他の）要素を知っているのであれば、指定の走査可能状態設定経路は、多くの条件に応じて導き出される。ある例では、走査可能状態設定経路は、プローブが表面から離れるように駆動され、表面接点を残さずに、２６で上述された経路を入れ替えることができる。

【0069】

接近経路の詳細は、異なる位置における接触点の例として、図１０Ａ〜Ｃに図示される。

【0070】

図９の記載で述べた振動は、一部の表面２に向かって移動する間、表面ベクトル１０と異なる角度で接近経路３を用いることによって、言い換えれば、両方向の主な速度成分を示す動きによって減じることができる。従って、接近角度は３０度より大きくなければならず、３０度より大きな角度から表面の法線近くまで、または８０度近くまでとすることができる。これらの角度の範囲は、主に、２：１からその逆の関係までの範囲、好ましくは、１．７対１からその逆の関係の１対１．７の範囲となる、法線速度成分の接戦速度成分に対する関係に対応する。

【0071】

もし、実際の一部の表面が、名目の表面２によって記載される位置にない場合、問題が生じ得る。２つの問題として、下記が挙げられる。
− 実際の表面位置４０が、図１０Ｂに示される名目表面ベクトル１０に沿った位置にない。この場合、全走査可能状態設定走査経路６及び規定された走査経路７は、名目経路４４から、図９の記載で説明されたのと同じ態様でＣＭＭがサーボ制御されることによる点へ位置が変更される。
− 実際の表目位置４２は、図１０Ｂ、Ｃで示される名目表面ベクトル１０と反対の位置から外れる。

【0072】

この場合、接近走査経路は、接近角度から名目表面ベクトルへ組み合わせた放物線状の曲線上の新しい接近経路４３を生成するように、ＣＭＭコントローラによって変更される。制御サーボは、ＣＭＭを新しい接近経路に沿って動かし、実際の一部の表面４２に接触するまで、これを継続する。一度接触が得られると、ＣＭＭは、図９の記載で説明されたのと同じ態様でサーボ制御される。

【0073】

図１１は、特定のタイプの経路を示すデータとともに、戻り点タグ付けとして、プローブピンの位置データを記録する実施例を示す。

【0074】

走査データが、ＣＭＭコントローラから分析用のホストコンピュータへ戻されたとき、ホストコンピュータが、（ａ）接近及び走査可能状態設定経路に関らず、意図され規定された走査経路上の分析を行なう部分に、点を区分することを許容する、及び（ｂ）品質的な特性によって各点を例外的に分析することを許容するように、あるタグがセットされる。

【0075】

これらのタグの両方、点及び品質が、図１１に関して規定される。各走査セグメントにおいて、個々のポイントタグ番号が割り当てられ、ホストソフトウエアからコントローラへ送られる。事前接触点２１から始まって、例えば、最初の走査接近セグメントに、参照サイン２７で示される“１”のタグが割り当てられ、走査可能状態設定セグメントに、参照サイン２８で示される“２”のタグが割り当てられ、規定された経路走査セグメントに、参照サイン２９で示される“３”のタグが割り当てられ、全てのセグメントに割り当てられるまで、同様に続けられる。これらの返信されたタグから、ホストソフトウエアは、走査セグメントを区別することができ、関連するセグメントのみを分析することができる。

【0076】

一度、所望の走査セグメントが、個々のセグメントに解析されると、各点の更なる分析のために、品質タグを用いることができる。規定されたパラメータを用いて、規定された走査プローブオフセットがどれだけよく付着できるかによって、実際の走査データセット３３から、各点に品質タグが付与される。この様にして、走査セグメントが分析されるとき、異質の点を無意することができる。例えば、もし、走査した点が、よい公差ゾーン３０内に入る場合、０の品質タグを付与することができ、次の公差ゾーン３１に入るが、第１の公差ゾーンを越える場合には、５の品質タグを付与し、最後の公差ゾーン３２を越える場合には、９の品質タグを付与する。この品質タグの割り当ては、無制限に規定することができる。

【0077】

図１２には、全ての独立した発明を、事前接触点平行部分を削除する、座標測定装置の表面走査を制御するための１つの組み合わせた方法に一体化することを示す。

【0078】

図９から１１に図示された上述の発明を実行するにあたり、事前接触点２１における平行部分を削除できるので、もはや、規定された走査の前に、結果として起こる操作可能状態設定の影響はない。個々の規定された経路走査の前に、ＣＭＭは、動作を遅らせる鋭いコーナーの無い経路における測定の間に、位置速度で、表面接線ベクトル９から３０度より大きく８０度未満の角度で、測定する表面から規定のオフセットｄ１で、走査方向と反対方向の一部の表面２から離れた位置の空間の点に動く。組み合わされた接近経路３は、オブザーベイション機能を無効にするため、そのベクトルを０に設定する。

【0079】

空間のこの点から、ＣＭＭ制御サーボシステムは、センサを介してプローブの撓み４により測定される一部の表面に、プローブピン８が接触するまで、プローブ１が、予め規定された走査速度で、上述の組み合わされた接近経路３に沿って、速やかに走査するようにし、規定された走査プローブオフセット５に達するまで、これを継続する。このことは、図面において、明確にするために破線で示されているが、実際にはプローブの撓みである（プローブの撓み＝走査プローブオフセット）。

【0080】

そして、（ａ）規定された走査オフセット、及び（ｂ）プローブ及び／または座標測定装置のあらゆる振動を抑制する最良の方法を得るために、制御システムが規定された走査経路７を変更することにより、予め規定された走査経路は自動的に修正される。表面法線ベクトルを伴う規定された走査経路７が、走査プローブオフセット５で、予め規定された走査速度で続けられる。

【0081】

図１３は、本発明で使用可能なプローブヘッドのスタイラスの異なる実施形態の実施例を示す。
図面の図形は、オンスケールで描かれると考えるべきではない。

【0082】

［発明の概念］
１．測定する物体の表面に接触するプローブピンを備えた走査プローブヘッドを伴う表面走査座標測定装置の制御方法であって、
移動経路に沿って、プローブピンを位置速度で移動させるステップと、
接近経路に沿って、接近速度で、表面へ侵入及び移動するステップと、
事前に規定された接触点で表面に接触して、走査条件を生成するステップと、
表面を走査するステップと、
を伴い、
接近速度が、接触点における表面の法線に平行な法線速度成分と、接触点における接平面と平行な接線速度成分とを有し、法線速度成分の接線速度成分に対する関係が、２：１から１：２の範囲にある方法。

【0083】

２．法線速度成分の接線速度成分に対する関係が、１．７：１から１：１．７の範囲にある、請求項１に記載の方法。

【0084】

３．測定する物体の表面に接触するプローブピンを備えた走査プローブヘッドを伴う表面走査座標測定装置の制御方法であって、
移動経路に沿って、プローブピンを位置速度で移動させるステップと、
接近経路に沿って、接近速度で、表面へ侵入及び移動するステップと、
事前に規定された接触点で表面に接触して、走査条件を生成するステップと、
表面を走査するステップと、
を伴い、
接触点における接近経路のベクトルと接触点における接平面との間の角度が、３０度より大きく、８０度未満の範囲にある方法。

【0085】

４． 接触点における接近経路のベクトルと接触点における接平面との間の角度が、３０度より大きく、７０度未満、または６０度未満の範囲にある、請求項３に記載の方法。

【0086】

５．接近経路及び走査経路が、予め規定された名目経路を規定し、予め規定された接触点の表面が見当たらない場合に、実際の角度から、接近経路のベクトルと、予め規定された接触点における表面の法線と平行な予め規定された接触点における接平面との間の角度に混合された放物線状の曲線上の新しい接近経路を生成するように、接近経路が変更される、上述の何れかの請求項に記載の方法。

【0087】

６．規定された走査プローブオフセットに達するまで、走査条件を生成することに、表面の法線に平行にプローブピンを動かすことを組み込む、上述の何れかの請求項に記載の方法。

【0088】

７．プローブピンが、規定された走査プローブオフセットを越えて、表面の法線に平行に動かされ、引き続いて、
振動及び／または測定プロセスの較正を抑制するため、プローブピンオフセットが、走査可能状態設定経路に沿って、規定された走査プローブオフセットへ向かって、徐々に減じられる、請求項６に記載の方法。

【0089】

８．測定する物体の表面に接触するプローブピンを備えた走査プローブヘッドを伴う表面走査座標測定装置の制御方法であって、
移動経路に沿って、プローブピンを位置速度で移動させるステップと、
接近経路に沿って、接近速度で、表面へ侵入及び移動するステップと、
予め規定された接触点で表面に接触して、走査条件を生成するステップと、
表面を走査するステップと、
を伴い、
プローブピンの位置データを獲得することが、接近経路上で開始される方法。

【0090】

９． 接近経路及び走査経路が、プローブピンの位置データを継続的に獲得する予め規定された名目経路を規定する、請求項８に記載の方法。

【0091】

１０． プローブピンの位置データが、特定の経路のタイプを示すデータとともに記録される、請求項８または９に記載の方法。

【0092】

１１． プローブピンの位置データが、品質的な特性またはデータの有用性を示すものとして用いられる、請求項８から１０の何れかに記載の方法。
付属書の終了

【図1A】

【図1B】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10A】

【図10B】

【図10C】

【図11】

【図12】

【図13】