特許 7531653 表面感知デバイス（ｓｕｒｆａｃｅ ｓｅｎｓｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ）を較正する方法、対応する制御コンピュータ用較正プログラムおよび対応する較正キット

(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】

(24)【登録日】2024-08-01

(45)【発行日】2024-08-09

(54)【発明の名称】表面感知デバイス（ｓｕｒｆａｃｅ ｓｅｎｓｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ）を較正する方法、対応する制御コンピュータ用較正プログラムおよび対応する較正キット

(51)【国際特許分類】

   G01B 5/016 20060101AFI20240802BHJP

   G01B 5/00 20060101ALI20240802BHJP

   G01B 5/012 20060101ALI20240802BHJP

   B23Q 17/22 20060101ALI20240802BHJP

【ＦＩ】

G01B5/016

G01B5/00 B

G01B5/012

B23Q17/22 B

【請求項の数】 16

(21)【出願番号】P 2023070138

(22)【出願日】2023-04-21

(62)【分割の表示】P 2019565069の分割

【原出願日】2018-02-13

(65)【公開番号】P2023090783

(43)【公開日】2023-06-29

【審査請求日】2023-05-17

(31)【優先権主張番号】1702391.2

(32)【優先日】2017-02-14

(33)【優先権主張国・地域又は機関】GB

(73)【特許権者】

【識別番号】391002306

【氏名又は名称】レニショウ パブリック リミテッド カンパニー

【氏名又は名称原語表記】ＲＥＮＩＳＨＡＷ ＰＵＢＬＩＣ ＬＩＭＩＴＥＤ ＣＯＭＰＡＮＹ

(74)【代理人】

【識別番号】110001243

【氏名又は名称】弁理士法人谷・阿部特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】マーティン サイモン リース

(72)【発明者】

【氏名】アンドリュー ジェフリー バター

(72)【発明者】

【氏名】デイビッド スヴェン ウォレス

【審査官】眞岩 久恵

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１１－２３７４２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－２２５７０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－０４７９４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】独国特許出願公開第１０２０１５２０５５６７（ＤＥ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｂ ５／００－２１／３２

Ｂ２３Ｑ １７／２２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

位置決定装置において使用するための表面感知デバイス（４）であって、
前記位置決定装置に装着される第１の細長い部材（８）および第２の細長い部材（１０）と、
前記第１の細長い部材および前記第２の細長い部材を介して前記位置決定装置に装着される表面感知要素と、
前記第２の細長い部材は前記第１の細長い部材に対する所望の角度に設定することができるために、前記第１の細長い部材および前記第２の細長い部材に連結する枢動可能な継手とを備え、
前記第１の細長い部材は前記位置決定装置と連接され、
前記表面感知要素は前記第２の細長い部材によって担持され、
前記表面感知デバイスは、単一方向に感知するものであり、
前記表面感知デバイスは、表面仕上げプローブまたは表面粗さプローブであり、
前記表面感知要素は、先端部を備えたスタイラス（５）であり、前記スタイラス（５）の先端部が表面を横切ってドラッグされたときに法線方向に前記表面感知デバイスのスキッド（１４）に対して偏向するように装着され、表面仕上げまたは表面粗さを決定するための前記スキッド（１４）に対する前記スタイラス（５）の前記偏向を測定するために変換器に連結される表面感知デバイス。

【請求項2】

前記表面感知デバイス（４）は、前記位置決定装置に連結された前記第１の細長い部材および前記第２の細長い部材を、全体的に前記第１の細長い部材の前記長手方向軸周りで回転させるように構成された回転継手を含む請求項１に記載の表面感知デバイス。

【請求項3】

前記回転継手は、前記第１の細長い部材を回転させるためのモータ（Ｍ３）を有する請求項２に記載の表面感知デバイス。

【請求項4】

前記表面感知デバイス（４）は、運動学的継手（６）によって位置決定装置に自動的に取り付け可能であり、これから脱着可能である請求項１乃至３のいずれか一項に記載の表面感知デバイス。

【請求項5】

前記表面感知要素の外側端部がばねの作用に抗して偏向し、これが偶発的に工作物の方に行きすぎて、これに衝突する場合にこれを損傷から保護することを可能にするオーバートラベルの機械を提供する運動学的結合継手（１６）を含み、前記運動学的結合継手（１６）は前記表面感知要素の外側端部を反復可能に位置特定し、それにより、これは、これが前記工作物との接触から外れて取り外された後に同じ位置に戻るようになる請求項１乃至４のいずれか一項に記載の表面感知デバイス。

【請求項6】

請求項１乃至５のいずれか一項に記載の表面感知デバイス（４）を備え、前記表面感知デバイスが装着される位置決定装置。

【請求項7】

前記表面感知デバイス（４）は、前記表面感知デバイスを２つの相互に直交する軸周り（Ａ,Ｂ）で回転させるように構成された連接型ヘッド（７）を介して、前記位置決定装置に装着され、前記連接型ヘッドは、前記表面感知デバイスを前記相互に直交する軸周りで回転させるためのモータ（Ｍ１, Ｍ２）を含む請求項６に記載の位置決定装置。

【請求項8】

位置決定装置において使用するための表面感知デバイス（４）を較正する方法であって、前記表面感知デバイス（４）は、前記位置決定装置に装着された第１の細長い部材（８）および第２の細長い部材（１０）と、前記第１の細長い部材および前記第２の細長い部材を介して前記位置決定装置に装着された表面感知要素と, 枢動可能な継手とを備え、前記方法は、前記第１の細長い部材および前記第２の細長い部材の少なくとも１つを別個のプローブによってプロービングしてその配向を決定するステップを含み、
前記枢動可能な継手は、前記第２の細長い部材は前記第１の細長い部材に対する所望の角度に設定することができるために、前記第１の細長い部材および前記第２の細長い部材に連結し、
前記第１の細長い部材は前記位置決定装置と連接され、
前記表面感知要素は前記第２の細長い部材によって担持され、
前記方法は、前記第１の細長い部材および前記第２の細長い部材を前記別個のプローブ（３２）でプロービングしてその配向を決定するステップと、次いで、前記第１の細長い部材に対する前記第２の細長い部材の角度を決定するステップとを含む方法。

【請求項9】

前記第１の細長い部材（８）および前記第２の細長い部材（１０）の少なくとも１つは、その長さに沿って離間された少なくとも２つの位置においてプロービングされる請求項８に記載の方法。

【請求項10】

前記第１の細長い部材（８）および前記第２の細長い部材（１０）の少なくとも１つは、少なくとも６つの位置においてプロービングされる請求項９に記載の方法。

【請求項11】

前記表面感知デバイスは、単一方向に感知するものであり、並びに、表面仕上げプローブまたは表面粗さプローブである請求項８乃至１０のいずれか一項に記載の方法。

【請求項12】

前記表面感知要素は、先端部を備えたスタイラス（５）であり、前記スタイラス先端部が表面を横切ってドラッグされたときに法線方向に偏向するように装着され、表面仕上げまたは表面粗さを決定するための前記スタイラスの前記偏向の測定のために変換器に連結され、
前記方法は、前記スタイラス先端部の前記法線方向および／または前記表面に沿って前記先端部がドラッグされる方向を決定するステップを含む請求項１１に記載の方法。

【請求項13】

前記位置決定装置に対する前記スタイラス先端部の場所を説明するオフセットを決定するステップを含む請求項１２に記載の方法。

【請求項14】

前記表面感知デバイスは、前記位置決定装置に連結された前記第１の細長い部材を、全体的に前記第１の細長い部材の前記長手方向軸周りで回転させるように構成された回転継手を含み、前記方法は、前記回転継手の前記回転軸の配向を決定するステップを含む請求項８乃至１３のいずれか一項に記載の方法。

【請求項15】

位置決定装置に装着された第１の細長い部材（８）および第２の細長い部材（１０）と、前記第１の細長い部材（８）および前記第２の細長い部材（１０）を介して前記位置決定装置に装着された表面感知要素とを備える表面感知デバイスを有する前記位置決定装置の制御コンピュータ用のプログラムであって、前記位置決定装置に請求項８乃至１４のいずれか一項に記載の方法を実行させるように構成されるプログラム。

【請求項16】

請求項１乃至７のいずれか一項に記載の表面感知デバイス（４）を備える位置決定装置および請求項１５に記載のプログラムと共に使用するためのキット。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、たとえば座標測定機（ＣＭＭ）、走査機、工作機械または検査／測定ロボットなどの位置決定装置または機械において使用するための表面感知デバイスに関する。より詳細には、本発明は、そのような表面感知デバイスの較正に関する。

【背景技術】

【0002】

そのような位置決定装置または機械は、工作物を測定するために使用することができ、通常、工作物がその上で支持されるテーブルに対して３つの座標方向Ｘ、Ｙ、Ｚに移動可能である部材を備える。方向Ｘ、Ｙ、Ｚの各々における部材の移動は、機械上の変換器によって測定される。移動可能な部材上に提供された表面感知デバイスまたはプローブは、これと測定される工作物表面との間の関係を表示する信号を生み出す。表面の位置はこうして決定され得る。代替の機械、たとえば、工作機械のいくつかのタイプでは、テーブルはＸおよびＹに移動し、移動可能な部材はＺに移動する。

【0003】

接触プローブのいくつかのタイプ、たとえばタッチトリガプローブおよび接触走査プローブは、三次元で作用する。通常、これらは、機械の変換器のＸ、Ｙ、Ｚ座標系内の任意の方向で工作物表面に近づくことができ、これらは、工作物接触先端部を備えた偏向可能なスタイラスを有する。そのようなプローブによる測定を行う前に、「データミング（datuming）」として知られている一種の較正を実行することが通常である。これは、機械のＸ、Ｙ、Ｚ座標測定系内でスタイラス先端部の反復可能な場所を決定するために、スタイラス先端部をデータム表面（データム球など）に押しつけることを伴う。

【0004】

柔軟な測定システムでは、異なる工作物表面にアクセスするために、プローブは、２つの相互に直交する回転軸の周りでこれを回転可能にする電動式連接型ヘッド（articulating head）を介して、ＣＭＭ上に装着され得る。機械およびヘッドは、コンピュータ制御下で作動することができる。

【0005】

プローブ（または表面感知デバイス）は、交換可能になり得る。使用されないとき、これらは、保管ラックのそれぞれの保管ポート内に保管される。測定のために必要となるとき、連接型ヘッドは、すべてコンピュータ制御下で、ラックの保管ポートからプローブを自動的に取り上げ、次いで、その後これを保管ポート内に戻すことができる。本出願者、Ｒｅｎｉｓｈａｗ ｐｌｃは、「Ａｕｔｏｃｈａｎｇｅ」の商標下でそのようなシステムを販売している。連接型ヘッドのラックに対する位置合わせを可能にするために、Ａｕｔｏｃｈａｎｇｅラックには、固定されたタッチトリガプローブが嵌合される。ラックを設定するとき、ヘッドの表面は、ラックのプローブに押しつけられる。これにより、ヘッドとラックのポートとの間に、これらの位置合わせを確実にするための空間関係が確立される。

【0006】

特許文献１（Ｗａｌｌａｃｅら）および特許文献２（Ｗａｌｌａｃｅ）は、表面感知デバイスを説明している。異なる工作物表面にアクセスするために、これは、２つの相互に垂直な回転軸の周りでこれを回転可能にする連接型ヘッドを介してＣＭＭ上に装着される。表面感知デバイスは、表面を一方向に感知する表面仕上げプローブ、または別のタイプの一方向（単一軸）プローブ、たとえばレーザスポットプローブまたはレーザラインプローブなどの光プローブを備えることができる。そのような一方向プローブが異なって配向された表面に対処することを可能にするために、これは、第３の回転軸を有して、これを手動で回転させることを可能にする。第３の回転軸は、表面感知デバイスの全体的に長手方向の軸と位置合わせすることができ、この表面感知デバイスは、第３の軸を横断する方向にまたはこれからずらして表面を感知することができる。代替的に、表面感知デバイスは、第３の回転軸に対して角度を付けて配置され得る。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【文献】米国特許第８００６３９９号明細書

【文献】米国特許第８４６８６７２号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

しかしながら、この第３の回転軸は、表面が特定の可能な配向で対処されることのみを可能にする。また、そのような表面感知デバイスの幾何学的形状をデータミングするまたは較正する問題も存在する。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明は、位置決定装置において使用するための表面感知デバイスを較正する方法であって、表面感知デバイスは、位置決定装置に装着された１つまたは複数の細長い部材と、１つまたは複数の細長い部材を介して装置に装着された表面感知要素とを備え、方法は、細長い部材の少なくとも１つを別個のプローブによってプロービングして（probing）その配向を決定するステップを含む、方法を提供する。

【0010】

１つまたは複数の細長い部材の１つは、枢動可能な継手（joint）に連結されてよく、それによってこれは、所望の角度で設定され得る。

【0011】

別個のプローブは、細長い部材またはその複数の部材の１つまたは複数の側部場所をプロービングすることができる。細長い部材は、同じプローブによって複数回プロービングされ得る。

【0012】

第１の細長い部材および第２の細長い部材が存在することができ、枢動可能な継手が、第１の細長い部材および第２の細長い部材を連結し、それによって第２の部材を第１の部材に対して所望の角度で設定することができ、第１の細長い部材は、位置決定装置に連結され、表面感知要素は、第２の細長い部材によって担持される。

【0013】

好ましくは、プロービングするステップは、少なくとも第２の細長い部材を別個のプローブによってプロービングしてその配向を決定するステップを含む。方法はまた、第１の細長い部材を別個のプローブによってプロービングしてその配向を決定するステップと、次いで、第１の部材に対する第２の部材の角度を決定するステップとを含むこともできる。

【0014】

適切には、そのまたは各々の細長い部材は、その長さに沿って離間された少なくとも２つの位置においてプロービングされる。好ましくは、そのまたは各々の細長い部材は、少なくとも６つの位置においてプロービングされる。これにより、その配向および空間における場所のより正確な表示が与えられる。

【0015】

好ましい実施形態では、表面感知デバイスは、一方向に感知するもの、たとえば表面仕上げプローブまたは表面粗さプローブ（surface roughness probe）である。表面感知要素は、先端部を備えたスタイラスであってよく、スタイラス先端部が表面を横切ってドラッグされた（dragged）ときに法線方向に偏向するように装着され、表面仕上げまたは表面粗さを決定するためのスタイラスの偏向の測定のために変換器に連結される。

【0016】

方法は、スタイラス先端部の法線方向および／または表面に沿って先端部がドラッグされる方向を決定するステップを含むことができる。これは、１つまたは複数の細長い要素の配向から決定され得る。

【0017】

方法はまた、位置決定装置に対するスタイラス先端部の場所を説明するオフセットを決定するステップを含むこともできる。これは、１つまたは複数の細長い部材の配向および長さから算出され得る。代替的には、これは、表面感知デバイスをスタイラス先端部の近傍で別個のプローブによってプロービングすることによって決定され得る。

【0018】

表面感知デバイスは、位置決定装置に連結された細長い部材を、全体的に細長い部材の長手方向軸周りで回転させるように構成された回転継手を含むことができる。方法は、回転軸の配向（細長い部材の配向に正確に一致しなくてよい）を決定するステップを含むことができる。回転継手は、細長い部材を回転させるためのモータを有することができる。

【0019】

表面感知デバイスは、表面感知デバイスを２つの相互に直交する軸の周りで回転させるように構成された連接型ヘッドを介して、位置決定装置に装着され得る。連接型ヘッドは、表面感知デバイスを相互に直交する軸周りで回転させるためのモータを含むことができる。

【0020】

本発明はまた、上記の方法の任意のものを実行するように構成された、位置決定装置のコンピュータ制御用のプログラムを提供する。

【0021】

本発明のさらなる態様は、位置決定装置と共に使用するためのキットであって、位置決定装置に装着するための１つまたは複数の細長い部材と、１つまたは複数の細長い部材を介して装置に装着するための表面感知要素とを備える表面感知デバイスと、上記の方法の任意のものを実行するように構成されたプログラムとを含む、キットを提供する。

【0022】

本明細書において論じるプログラムは、メモリディスク、メモリスティック、メモリカード、またはプログラムをそこからダウンロードできるローカルサーバまたはリモートサーバを含む、任意の適切な機械可読媒体上に提供され得る。

【図面の簡単な説明】

【0023】

本発明の好ましい実施形態が、次に、添付の図を参照して、例として説明される。

【図1】連接型プローブヘッド上に装着された表面感知デバイスの等角図である。

【図2】図１の軸ＡおよびＢを通る断面図である。

【図3】表面感知デバイスの幾何学的形状の概略図である。

【図4】座標測定機（ＣＭＭ）上に装着された表面感知デバイスおよび連接型プローブヘッドを示す図である。

【図5】座標測定機（ＣＭＭ）上に装着された表面感知デバイスおよび連接型プローブヘッドを示す別の図である。

【図6】座標測定機（ＣＭＭ）上に装着された表面感知デバイスおよび連接型プローブヘッドを示す別の図である。

【図7】座標測定機（ＣＭＭ）上に装着された表面感知デバイスおよび連接型プローブヘッドを示す別の図である。

【発明を実施するための形態】

【0024】

図１は、２つの相互に直交する回転軸Ａ、Ｂの周りの回転のために表面感知デバイス４を支持する連接型プローブヘッド７を示す。図２は、軸Ａ、Ｂによって画定された平面内の連接型ヘッド７および表面感知デバイス４を通る断面図を示す。

【0025】

連接型プローブヘッド７は、第１のハウジング部材１および第２のハウジング部材２それぞれを備える。第１のハウジング部材１は、位置決定装置、たとえば図４で分かるようにＣＭＭの移動可能なアーム２６に取り付けるように適合される。ＣＭＭは、アーム２６を３つの線形次元Χ、Ｙ、Ζで移動させる。図２に示すように、ハウジング部材１は、第１の軸Ａ周りの第１のシャフト２０の角度変位をもたらすためのモータＭ１を収容する。第１のシャフト２０には、第２のハウジング部材２が取り付けられ、第２のハウジング部材は、第２の軸Ｂ周りの第２のシャフト２２の角度変位をもたらすためのモータＭ２を収容する。表面感知デバイス４は第２のシャフト２２に、これと共に回転するように取り付けられる。ＣＭＭは、コンピュータ制御装置３内のプログラムの制御下でＸ、Ｙ、Ｚ方向に駆動され、この制御装置は、軸Ａ、Ｂ周りのモータＭ１、Ｍ２の移動も制御する。

【0026】

表面感知デバイス４は、軸Ｃに沿って、軸Ｂを横断し交差して全体的に延びる細長いプローブホルダ８を含む。これは、ハウジング９を介して連接型ヘッド７に取り付けられる。ハウジング９は、プローブホルダ８を軸Ｃ周りで回転させ、ここでもコンピュータ制御装置３内のプログラムによって制御される、モータＭ３を含む。

【0027】

異なるタイプまたは構成の表面感知デバイスの交換を可能にするために、ハウジング９は、知られているタイプの運動学的結合継手（kinematic coupling joint）６を有し、これによって表面感知デバイス４のホルダ８は、ハウジング９に取り付け可能であり、これから脱着可能である。使用されないとき、表面感知デバイスは、図４の４Ａに示すように、保管ラック３０のポート３４内に保管され得る。これらの交換は、ＣＭＭアーム２６および連接型ヘッド７の移動によって、コンピュータ制御装置３内のプログラムの制御下で自動的に実施される。表面感知デバイス４が再び取り付けられたとき、運動学的継手６は、これがハウジング９に対して反復的に配置され、それにより、表面感知デバイスが交換されるたびに以下で説明する較正を繰り返す必要がないことを確実にする。運動学的継手６は、使用されるときに表面感知デバイスを所定場所に保持する磁石（図示せず）を含む。

【0028】

表面感知デバイス４は、表面仕上げセンサまたは表面粗さセンサを含む、細長い感知モジュール１０を含む。モジュール１０は、ナックル継手１２によってホルダ８に枢動可能に取り付けられる。これにより、測定作業の前に、モジュールをホルダ８に対する所望の設定角度に手動で配向することが可能になる。ナックル継手１２は、次いで、モジュールセットを摩擦によってこの角度に保持するか、または継手は、締め付けねじを有することができる。工作物の異なる表面に対処するために、モジュール１０の配向は、モータＭ３による軸Ｃ周りの回転によって、測定作業中、プログラム制御下でさらに変更され得る。

【0029】

モジュール１０内に含まれた表面仕上げセンサまたは表面粗さセンサは、たとえば上記の特許文献１および特許文献２に説明するような、知られているタイプのものであってよい。通常、これは、測定される表面不規則性と比べて小さい、表面感知先端部を有する、針またはスタイラス５の形態の表面感知要素を備える。これは、スキッド１４（図３）に対して、細長い感知モジュール１０を横断して偏向可能である。使用時、スキッドおよびスタイラス先端部は、ＣＭＭアーム２６のΧ、Ｙ、Ζ動作によって、または連接型ヘッド７の回転によって、コンピュータ制御装置３内のプログラムの制御下で、表面を横切ってドラッグされる。スタイラス５は、モジュール１０内の変換器に連結されて、結果として生じる、表面に対する法線方向のスタイラスの偏向を測定し、それによってその表面仕上げまたは表面粗さを表示する。この結果は、送り返され、コンピュータ３内で処理される。

【0030】

ホルダ８および感知モジュール１０は、数多くの異なる構成で提供されて、さまざまな測定作業に適合させることができる。たとえば、これらは、異なる長さで提供することができ、または図３の破線１０Ａは、モジュール１０の外側端部が、測定される表面により良好に対処するために傾斜され得ることを示す。異なるタイプのスキッドもまた提供されて、異なるタイプの測定に適合させることができる。

【0031】

感知モジュール１０は、知られている方法で「オーバートラベル（overtravel）」を提供する運動学的結合継手１６を含む。これは、モジュール１０の外側端部がばね（図示せず）の作用に抗して偏向し、これが偶発的に工作物の方に行きすぎて、これに衝突する場合にこれを損傷から保護することを可能にする。運動学的継手１６は、モジュールの外側端部を反復可能に位置特定し、それにより、これは、これが工作物との接触から外れて取り外された後に同じ位置に戻るようになる。着脱可能または交換可能であることは必要とされないため、継手１６は、運動学的継手６より簡単となり得る。これは、通常、モジュールの外側端部を止め具に対して保持するばね屈曲部を備えることができる。

【0032】

使用前、表面感知デバイス４の幾何学的形状は、較正されるか、またはデータミングされる。較正は、細長い感知モジュール１０がナックル継手１２において所望の角度に手動で設定された後に実行され、これは、分度器を使用して大まかに設定することができる。較正は、制御装置３からのプログラム制御下で実行される。これは、図３に概略的に分かるように、幾何学的形状のいくつかの様相を決定する。
・ＣＭＭ座標系Χ、Ｙ、Ζに関連する回転軸Ｃの方向および起点（origin）。軸Ｃの傾き（swash）および振れ（runout）も決定され得る。
・細長いホルダ８の軸４０。これは、たとえば、軸Ｃに対して決定され得る（軸４０は、製造公差により、軸Ｃに精密に一致しないことが理解されるであろう。図３では、これは、説明のために誇張されている）。
・細長い感知モジュール１０の軸４２。これによって、ナックル継手１２における軸４０、４２の交差点Ｋ、およびこれらの軸間の角度θ_kのより正確な測定値が与えられる。
・（その後の測定中、測定されている表面に対して法線方向に位置合わせされなければならない）先端部５の偏向方向を説明するベクトルＴＮ（先端部法線）。
・測定される表面に沿って先端部５がドラッグされる方向を説明するベクトルＤＶ（ドラッグベクトル）。図３は、これが感知モジュール１０の長手方向として示しているが、側方走査が意図される場合、ドラッグベクトルは、感知モジュールに対して横方向に（長手方向ベクトルに加えて、またはその代わりに）算出され得る。
・軸Ｃの起点Ｃ₀に対する先端部５のオフセットＴＯ（先端部オフセット）。

【0033】

較正は、上記で挙げた個々の幾何学的形状の様相のすべて、またはこれらのいずれかを個々にまたは任意の組み合わせで決定して、実行される対象の測定作業に適合させ得る。

【0034】

この較正は、次に、より詳細に説明される。

【0035】

図４～７に示すように、偏向可能なスタイラス３６を有する別個のタッチトリガプローブ３２が、提供される。プローブ３２は、ＣＭＭまたは他の位置決定装置に対して固定される。適切には、これは、保管ラック３０上に固定され得る。表面感知デバイス４の測定値をＣＭＭの座標測定系にリンクさせるために、タッチトリガプローブ３２は、所望には、ＣＭＭ座標系内でデータミングされていなければならない。これは、当業者に知られているように、移動可能なアーム２６上に保持された参照プローブによって、そのスタイラスの先端部をプロービングすることによって行われ得る。

【0036】

表面感知デバイス４の較正中、（ナックル継手１２の所望の角度で事前に設定された）表面感知デバイスのホルダ８およびモジュール１０は、制御コンピュータ３内の較正プログラムの制御下、さまざまな位置および配向においてタッチトリガプローブ３２の偏向可能なスタイラス３６と接触させられ、これは、たとえば図５、６、および７に示される。この接触は、スタイラス３６を偏向させ、タッチトリガプローブにコンピュータ制御装置３へのトリガ信号を発生させる。

【0037】

好ましくは、別個のタッチトリガプローブ３０に対するこれらの接触は、連接型ヘッド７をそのＡ軸およびＢ軸周りで回転させることにより、最初に表面感知デバイス４を所望の方向に配向することによって実行される。次いで、表面感知デバイスは、ＣＭＭをそのＸ、Ｙ、Ｚ軸上で駆動することによって線形方向Ｘ、Ｙ、Ｚに移動される。各トリガ信号の受け取り時、制御装置３は、接触を行ったホルダ８またはモジュール１０上の点のＸ、Ｙ、Ｚ座標を表示するＣＭＭのＸ、Ｙ、Ｚ位置変換器の読み取りを停止（freezes）する。

【0038】

以下の測定はすべて、単一配向に保たれた連接型ヘッド７のＡ軸およびＢ軸を用いて行われる。

【0039】

図３をより詳細に参照すれば、Ｃ軸は、たとえば、細長いホルダ８および感知モジュール１０が概ねＹ－Ｚ平面に位置するように選択された配向に駆動される。次いで、ＣＭＭは、そのＸ、Ｙ、Ｚ軸上で駆動されて、細長いホルダ８を点４４Ａ、４４Ｂにおいてタッチトリガプローブ３２に接触させる。適切には、これらの点は、ホルダ８の側部にある。Ｘ、Ｙ、Ｚ座標の読み取りは、各点について行われる。点は、細長いホルダの長さに沿って離間された少なくとも２つの位置４４Ａ、４４Ｂにおいてとられなければならない。これから、軸４０の方向が決定される。合計で少なくとも６点をとることが好ましく、その理由は、これによってホルダ８を画定する円筒形、ひいてはその軸４０の方向の精密な決定が可能になるためである。

【0040】

回転軸Ｃの方向およびその起点Ｃ₀を決定するために、モータＭ３は、次に、表面感知デバイスをＣ軸の周りで２つまたはそれ以上のさらなる配向に回転させるように作動される。たとえば、２つのさらなる配向は、Ｙ－Ｚ平面から１２０°であってよい。点４４Ａ、４４Ｂにおいて読み取りを行うための上記の手順が、各配向において反復される。これにより、Ｃ軸周りの３つの配向の各々における軸４０の方向が与えられ、これによってＣ回転軸の方向および起点ならびにＣ軸に対する細長いホルダ８の軸４０の角度の算出が可能になる。Ｃ軸の傾きおよび振れもまた、算出され得る。

【0041】

軸４０がＣ回転軸に（所望の公差内で）一致することが確実である場合、２つまたはそれ以上のさらなる配向において軸４０のこの決定を反復する必要はなくなり得る。

【0042】

好都合には、Ｂ軸回転オフセット（Ｂ軸の０位置）が、ここで、Ｂ軸がゼロ位置にあるとき、（上記で決定した）Ｃ回転軸が、Ａ軸およびＢ軸によって画定された平面内に位置するように数学的に設定され得る。これにより、さらなる測定が簡易化される。

【0043】

次に、Ｃ軸のモータＭ３が上記の配向の１つにある状態で、（たとえば最後に測定された）点４６Ａ、４６Ｂが、上記と同じ方法で（適切にはモジュールの側部で）細長い感知モジュール１０上でとられる。点４４Ａ、４４Ｂと同様に、これらの点は、好ましくは、モジュール１０の長さに沿って２つの離間された位置になければならず、好ましくは、合計で少なくとも６点が、モジュール１０を画定する円筒形を精密に決定するためにとられる。これにより、感知モジュール１０の軸４２の方向が、与えられる。選択された配向において軸４０および４２を知ることで、ナックル継手１２におけるこれらの交差点Ｋ、およびこれらの軸間の角度θ_kの正確な値、を算出することが簡単になる。

【0044】

ただし、２つの離間された位置における６つの点４６Ａ、４６Ｂが好ましいが、これより少ない点を使用することも可能になり得る。たとえば、点Ｋまでの長さＬ₁がＣ軸起点Ｃ₀に関して十分正確に知られている場合、これから、たとえばモジュール１０に沿って１つの位置における３つの点４６Ｂを併用して、軸４２を決定することが可能になり得る。この場合、この決定は、点４６Ｂおよび点Ｋがモジュール１０の長さに沿って離間されるという事実に基づく。

【0045】

さらに、細長いホルダ８およびモジュール１０の公称設計長さＬ₁、Ｌ₂から、点Ｋおよびナックル角度θ_kと共に、Ｃ軸起点Ｃ₀に対する先端部５の先端部オフセットＴＯの近似値を算出することが簡単である。ナックル角度θ_kおよび公称長さＬ₁およびＬ₂から、先端部法線ＴＮおよびドラッグベクトルＤＶについての値が算出され得る。感知モジュール１０をその表面を横切って側方に走査することが望まれる場合、ベクトルＤＶに対して９０°にある適切なドラッグベクトルが、（長手方向ベクトルＤＶと共にまたはその代わりに）算出され得る。当然ながら、感知モジュールが（破線１０Ａによって示されるような）代替の幾何学的形状の構成を有する場合、この代替策の幾何学的形状の角度および長さの公称値を考慮に入れなければならない。

【0046】

その後の測定中、上記の較正値により、先端部５を複雑な形状の加工物の表面上の所望の場所に接触させ、ホルダ８または感知モジュール１０の一部が加工物の他の表面を傷つけることなく、またはこれにぶつかることなく、プログラム制御下で全自動で測定を行うことが可能になる。プログラムは、ジョイスティック制御を使用して表面感知デバイスを手動で位置決めする必要なく、加工物のＣＡＤデータに基づいて記述され得る。これは、たとえば、せまい溝、または表面感知デバイスを、ジョイスティックによって手動でこれを位置決めするために見ることが不可能である、加工物の有する見えない内部空間などの制約のある場所において有用である。

【0047】

先端部５を測定される表面上の点に精密に位置決めするために、先端部オフセットＴＯについてより正確な値を得て、表面トポグラフィをより精密に決定することが望ましくなり得る。この場合、３つまたはそれ以上のさらなる点４８が、先端部５の近傍の、感知モジュール１０の突出部でとられ得る。２つのそのような点４８が、図３に示されており、他の点は、これが突出部の異なる表面にあるために隠されている。これらの点は、突出部の位置および配向を精密に特定し、先端部５の位置は、感知モジュールの突出部に関連する先端部の公称設計幾何学的形状の知識から決定され得る。

【0048】

本発明が上記の較正のすべてを得ることは必須ではない。たとえば表面感知デバイスを、これを傷つけることなく、またはこれをぶつけることなく位置決めする能力だけではなく、たとえばその後の測定の精度にも影響を与える、先端部法線ＴＮ、ドラッグベクトルＤＶおよび／または先端部オフセットＴＯなどの一部だけが重要であると決定されてよい。傷つける、またはぶつけるリスクがより大きい場合、軸４０、４２および／またはナックル継手１２の位置Ｋおよび角度θ_kを正確に決定することによって、表面感知デバイスの幾何学的形状を決定することがより重要になり得る。

【0049】

上述したように、上記の較正測定のすべては、単一配向に保たれた連接型ヘッド７のＡ軸およびＢ軸を用いて実施されている。しかし、これらを、たとえば図５、６、および７に提案されるようにＡ軸およびＢ軸の他の配向において反復することが望ましくなり得る。これは、たとえば、表面感知デバイスの細長いホルダ８および／または細長い感知モジュール１０が、図５の鉛直位置から図６の水平位置に移動されたときに重力によって引き起こされる下垂（droop）を受ける場合に当てはまり得る。各位置における較正により、下垂を較正することが可能になる。

【0050】

上記で説明した幾何学的形状の較正は、実施され得る感知モジュール１０内の変換器のいかなる較正からも分離されることが望ましい。

【0051】

本発明の上記の好ましい実施形態は、測定される表面を横切ってドラッグされるスタイラスを有する、接触タイプの表面仕上げプローブまたは表面粗さプローブに関するものである。しかし、本発明は、接触および非接触タイプ両方の他の表面感知デバイスと共に使用されてもよい。たとえば、これは、非接触の表面仕上げ光プローブおよび表面粗さ光プローブと共に使用することができる。これはまた、タッチトリガプローブおよび接触走査プローブと共に使用することもできる。他の非接触プローブは、たとえば、光プローブ、静電容量プローブ、およびインダクタンスプローブを含む。光プローブは、レーザスポットプローブおよびレーザラインプローブを含む。

【0052】

本発明は、特に、光プローブおよび表面仕上げプローブまたは表面粗さプローブなどの単一軸プローブに有用である。これは、特にプローブのこれらのタイプに関して、長手方向軸（上記の実施形態では軸Ｃ）周りの回転により、プローブがアクセスできる表面の数が大きく増加するためである。表面感知デバイスの軸（上述した第３の軸）周りでラインを回転させることが可能であるため、この軸周りの回転はまた、レーザラインプローブにも特に有用である。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】