(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
座標位置決め装置の位置検知プローブからのセンサ信号を受信し、前記装置の制御部に指示を与えるトリガ信号を発生する信号処理回路であって、
前記センサ信号が予め定められたしきい値を越えるときに、前記プローブによる表面の検知を前記制御部に対して示すトリガ信号を発生し、前記センサ信号が前記予め定められたしきい値より低下するように戻るとき、再着座信号を発生し、前記再着座信号は前記プローブが次の表面測定をすることができるということを前記制御部に対して示すようにした手段と、
前記センサ信号が前記予め定められたしきい値を越えた後に作動して、予め定めた時間隔Ｒを越えて前記センサ信号が前記しきい値より継続的に低下するまでは前記再着座信号の発生を阻止するフィルタと
を具えたことを特徴とする信号処理回路。
【請求項２】
前記フィルタは、前記時間隔Ｒがカウントアウトされたときは出力信号を発生し、前記時間隔Ｒのカウントを、前記センサ信号が前記しきい値よりも低下したときに開始し、前記センサ信号が前記しきい値を越えたときにリセットする手段と、前記出力信号に応答して前記再着座信号を発生する手段とを具えたことを特徴とする請求項１に記載の信号処理回路。
【発明の詳細な説明】
発明の背景
1.発明の分野
本発明は、工作機械や座標測定装置のような座標位置決め装置のトリガ・プローブからの信号を処理する回路およびこのようなプローブからの信号の処理に関するものである。トリガ・プローブは、このような装置で用いられて、たとえば対象物の寸法を測定する。
トリガ・プローブのひとつの既知の形態は「タッチトリガ」プローブであり、これは装置の可動アーム上にプローブを支持するハウジングのような固定構造と、その固定構造に対して休止位置において支持されたスタイラス支持部材であって、ある力がこのスタイラス支持部材に印加されるときにこのスタイラス支持部材が休止位置から変位可能であり、かつその力が除去された後はスタイラス支持部材が休止位置に戻ることができるようになしたスタイラス支持部材とを有する。スタイラス支持部材によって、自由端に検知チップ（tip）をもつ細長いスタイラスを支持する。使用にあたって、スタイラスの検知チップが、位置を測定すべき対象物と接触するまで、装置の可動アームは、駆動される。検知チップと対象物との間の接触はプローブ内に設けた１つまたは２つ以上のセンサによって検知される。かかるセンサは、たとえば、歪ゲージ、圧電素子あるいはプローブ内に設けられ、支持部材がその休止位置から変位するときに抵抗値が変化する電気回路の形態とすることができる。プローブに関連する処理回路（「インタフェース」として知られている）より、センサまたは各センサからの信号レベルが予め定められたしきい値を越えるときにステップ信号、すなわち「トリガ」信号を発生する。このトリガ信号を用いて装置の制御部に支持を与えて、このトリガ信号発生の瞬時における可動アームの位置を決定し、可動アームの移動を拘束（停止）する。検知チップが加工片に接触してから可動アームが停止点に至るまでの移動の間の期間にわたっての可動アームのわずかな移動は過走行（overtravel）として知られており、スタイラス支持部材を固定構造に対して変位させることでこれに適応させている。測定を行った後、可動アームを表面から離脱させ、スタイラス支持部材を固定構造に対する休止位置に戻すことによって、センサまたは各センサからの信号レベルは予め定めたしきい値よりも低いレベルに戻る。その結果、インタフェース回路からのステップ信号は（支持部材の状態を示す）プリトリガレベル、すなわち「再着座（reseated）」レベルに戻り、次の測定に対してプローブを再びイネーブル状態とする。
2.関連技術の説明
上述したような装置でトリガ・プローブを使用する際にしばしば経験される問題は、かかる装置が典型的には可動アームの移動中に、振動し、あるいはその構造を経て衝撃波を伝搬する傾向にあるということである。この振動によって、固定構造に対するスタイラス支持部材の小さなスケール摂動を引き起こし、これにより時折センサまたは各センサからの出力信号の値はインタフェースにおけるしきい値を越えるようになり、それによって「偽トリガ」信号が発生するようになる。
偽トリガを除去するために、センサまたは各センサからの信号レベルが予め定めたしきい値を越え、かつ予め定めた時間隔内においてそのしきい値より低いレベルに戻らないときにのみトリガ信号を発生するインタフェースを設けることは知られている。偽トリガを除去する他の方法は米国特許第4177568号およびEP93310098.1から知られている。
本発明の要旨
本発明は、以前は知られていなかった２つの問題についての認識から達成されている。これらのうち最初の問題は、スタイラスと加工片との間の接触後、センサ信号レベルが予め定めたしきい値を越え、インターフェースよりトリガ信号を発生させるが、プローブは過走行したままである場合に生じる。すなわち、スタイラスは依然として表面と接触しており、その休止位置から偏向させられている。従ってセンサ信号レベルは予め定められたしきい値より大きいままであり、インタフェースの出力は再着座レベルに戻っていない。プレーブがこの状態のままで、工作機械に振動が生じると、センサ信号レベルが瞬時に予め定められたしきい値より下がることがあり得る。この振動から生じるこれらの信号発振により（信号レベルがしきい値より低下するときに、）インタフェースの出力を（わずかな間）だけ再着座レベルに戻し、次に、（信号レベルがしきい値より大きくなるときに、）インタフェースより次のトリガ信号を発生させる。従って、最初の測定のための装置の移動の現在のサイクルが完了しておらず、かつスタイラス支持部材が休止位置に戻っていない場合でも、装置の制御部は、（発生した次のトリガ信号による）次の測定を記録するように指示される。
われわれが発見したもう一つの問題は、スタイラス支持部材が検査サイクルの最後に休止位置に戻る際に、固定構造に対するスタイラス支持部材の小さなスケールの機械的摂動から生じる。これらの機械的摂動は、それに対応する振動をプローブにおけるセンサの出力に引き起こし、この振動はプローブが次の検査動作に対して用意ができるまでに収れんしなければならない。従来は、この問題は、センサ信号レベルが最初にトリガしきい値よりも低くなった後、インタフェースの出力が着座レベルに減少する前に、固定の時間遅延を許容することによって克服されてきた。しかしながら、そのような固定の時間遅延は必ずしも必要ではなく、多くの場合、ずっと短い時間隔後に信号振動は収れんする。
本発明は、プローブが過走行する際の信号レベルの振動に応答して偽トリガ信号を発生せず、かつ検査時間を最大限に活用するために、スタイラス支持部材が休止位置に戻った後にできるだけ早い時期に着座レベル（すなわち再着座レベル）を示す出力を発生するインタフェースを提供することにある。
本発明によれば、センサ信号が予め定められたしきい値より低下した後、予め定められた時間隔において、センサあるいは各センサからの信号レベルが再度予め定められたしきい値を越えない場合、インタフェースの出力は着座レベル（すなわち再着座レベル）を示す状態に戻る。
【図面の簡単な説明】
本発明の実施例を例をもって、および添付の図面を参照することによって説明する。ここで、
第１図はトリガ・プローブの概略図であり；
第２図は第１図のプローブ動作を示す信号図であり；
第３図は本発明の一実施例の回路図である。
好適な実施例の説明
第１図を参照するに、プローブ10は、円筒状ハウジングよって構成された固定構造12を有しており、これによりピラー16の形態で３つの弱い区域の上にケージ14を支持している。歪ゲージ17の形態のセンサを各ピラー16上に設ける。スタイラス支持部材18は、スタイラス支持部材18上の３つのローラ20が隣接して配置された３対のボール22によって設けられた収束（convergent）表面と係合することによってケージ14の基部においてキネマティック（kinematic）に、すなわち、可動に支持されている。スタイラス支持部材18は、圧縮ばね24によってケージ14に対して、このキネマティックな休止位置に偏倚させられる。スタイラス支持部材18は、その自由端において球状検知チップ28を持つ細長いスタイラス26を担持する。使用にあたって、球状検知チップ28が位置を測定するべき表面と接触するまで、プローブが設けられている機械のアームは移動するよう作動され、球状検知チップ28が測定するべき表面と接触するときのピラー16における歪みは歪ゲージ17によって検知される。インタフェースは歪ゲージ17に電流を供給し、ピラー16における歪みに起因する（たとえば電圧の変化によって現われる）それらゲージの抵抗値のいかなる変化をも検知する。１つあるいは２つ以上のゲージの端子間の電圧が予め定められたしきい値に達すると、インタフェースはトリガ信号を発生する。そのようなプローブおよびインタフェースはそれ自体よく知られているが、本出願人の米国特許第4,817,362号においてより完全に説明されている。
第２図を参照するに、インタフェースにおける比較器モジュールからの対応する出力としての信号Ｉと共に、検査サイクルの間における歪ゲージ17の両端間の電圧の信号プロファイルが示されている。比較器モジュール50は、歪ゲージ17の両端間の電圧が予め定められたしきい値Ｌより大きいときは、低バイナリ信号を発生し、しきい値Ｌより小さいときは、高バイナリ信号を発生する。そのような比較器モジュール自体は本出願人の米国特許第4,817,362号から知られているので、以下では詳しい説明はしない。第２図からわかるように、瞬時t1においては、スタイラス26の球状検知チップ28と測定するべき表面との間の接触の結果として、歪ゲージ17からの信号レベルは予め定められたトリガしきい値Ｌを越える。それに応じて、比較器モジュール50からの出力である信号Ｉは低下していき、詳細は後述するが、比較器モジュール50を含むインターフェースからの出力によって装置の制御部に指示を与える。これに応答して、装置の制御部は、可動アームの位置を記録し、その移動を拘束する。瞬時t2において、スタイラス支持部材18の最大のふれ（従ってゲージにおける最大の歪み）に対応して、歪ゲージ17からの信号レベルはピーク値に達し、瞬時t3までこの値にとどまる。時間隔（t3−t2）の間、装置の可動アームは停止点まで減速し、測定するべき表面から逆方向に離れ、それによりスタイラス支持部材18はこの期間中、休止位置からある程度まで連続的に変位させられる。瞬時t4には、スタイラス支持部材18は休止位置に戻り、歪ゲージ17の出力は予め定められたしきい値以下に下がる。従って、比較器モジュール50の出力は、歪ゲージ17の出力が再着座レベルを示すときに、高レベルとなる。
上述した検査サイクルの間、装置では瞬時q1において振動が起こり、それにより歪ゲージ17から発振出力信号が生じ、この振動出力信号のレベルが瞬間的にトリガしきい値よりも低下し、その直後に、トリガしきい値以上に戻る。比較器モジュール50の出力である信号Ｉには、これに対応する変動が見られる。この変動が見られた状態で、インタフェースが、スタイラス支持部材が再着座したことを示す偽トリガ信号を発生するのを防ぐために、本発明のインタフェースはフィルタを組み込む。
ここで、第３図を参照するに、本発明のインタフェースにおけるフィルタは、入力信号として、比較器モジュール50からの出力である信号Ｉを受信する。信号Ｉは、インバータ・ゲート60を通り、その出力端子はリプル・カウンタ64のリセット入力端子62および第２のインバータ・ゲート66の入力端子に接続される。リプル・カウンタ64は、リセット入力端子62において（高レベルのバイナリ入力よって）リセットされた後、時間隔Ｒの間に、次のリセット入力信号を受信しないと、時間隔Ｒが経過したときに、信号ライン68に高レベル出力信号を発生するように構成されている。時間隔Ｒの間に受信した次のリセット信号は、単にリプル・カウンタ64およびフリップフロップ74をリセットするのみである。リプル・カウンタ64は周波数1/Rより大きい程度の周波数であることが好ましいクロック入力信号70から駆動される。
インバータ・ゲート66の出力をナンドゲート72の１つの入力端子に提供し、且つフリップフロップ74の１つの入力端子に提供する。フリップフロップ74の他方の入力端子には、ナンドゲート72の出力が提供される。ナンドゲート72の他方入力端子には信号ライン68からの出力が提供される。
プローブがトリガされ、スタイラス支持部材が休止位置から変位されると、信号Ｉの値は低くなる（すなわち、歪ゲージ両端間の電圧が予め定められたしきい値以上である）。そこで、インバータ・ゲート60の出力およびリセット入力端子62は高レベルになる。従って、リプル・カウンタ64はライン68に高レベル出力信号を発生することができない。その理由は、リプル・カウンタ64が連続的にリセットされているからである。信号Ｉが高レベルになると（プローブの再着座を示している）、リセット入力端子62は低レベルになり、リプル・カウンタ64は、時間隔Ｒにわたって計数を開始することができる。入力信号が、時間隔Ｒにわたって高レベルのままでいる場合（すなわち、再着座が本物であり、振動によって引き起こされたものではない場合）、リプル・カウンタ64は、ライン68において高レベル出力信号を発生する。従って、ナンドゲート72の２つの入力は同時に高レベルであり、フリップフロップ74への入力の一方を提供するゲート72の出力は低レベルである。それゆえに、フリップフロップ74への入力は（インバータ・ゲート66からの）高レベルと、（ナンドゲート72からの）低レベルとなり、従って、フリップフロップの出力76（つまり、インタフェース全体としての出力）は、高レベルとなって、プローブにおいて真の再着座が起こったことを示す。
しかしながら、プローブがこのような状態、すなわち、例えば、第２図のt2からt3の間の状態にあるときに、装置における振動によって、歪ゲージ17の両端間の電圧が、一時的にすぎないものの、しきい値よりも低下するとき（第２図ではq1）には、その結果として信号Ｉの高レベルも過渡的でしかない。発振が収れんされた後に、歪ゲージ17の両端間の電圧が以前のレベルに戻ると、信号Ｉはもう一度低下し、それにより、リプル・カウンタ64をリセットし、ライン68に高レベル信号が発生するのを禁止する。すなわち、過渡的に信号Ｉが高レベルになってリプル・カウンタ64が時間隔Ｒを計数し始めても、過渡的であり、すなわち短時間であるので、時間隔Ｒに達しないうちに歪ゲージ17の両端間の電圧がしきい値以下に低下して信号Ｉは低レベルに低下し、リプル・カウンタ64をリセットする。それによって、フリップフロップ74から高レベル（再着座）出力を発生させるのに必要な、ナンドゲート72からの低レベル出力が発生するのを防止する。フィルタ出力としてのフリップフロップの出力76もまた第２図に示されている。
本発明の他の特徴は、可動アームが測定するべき表面から離脱して、スタイラス支持部材18がケージ14に対する繰り返し可能な休止位置に戻った後にトリガ信号が着座レベルへ戻る際の処理に関するものである。そのような移動が起ると、（装置の可動アームの移動によって）スタイラス26の球状検知チップ28が移動して測定するべき表面から離れた後、スタイラス支持部材18はしばらくの間ケージ14に対する小さな摂動を受け続ける。これらの摂動によって引き起こされたピラー16の歪みによって、歪ゲージ17の両端間の電圧に変動が生じ、この電圧変動はインタフェースがトリガ信号を発生するしきい値を断続的に越える。そのような変動は時間隔（t4−t3）中に起り得ることがわかり、そして比較器モジュール50からの出力である信号Ｉのレベルに対応する変動をもたらすことになる。前記の変動（時間隔（t4−t3）中）の際、歪ゲージ17からの出力がしきい値以下になり短時間で再びしきい値以上になる度毎に、歪ゲージ17からの出力はプローブの偽トリガを引き起こす原因となる。しかながら、前述したように、本発明のフィルタは、インタフェース出力が再着座レベルに戻るために必要な時間を最大限に活用しながら、そのような偽トリガの発生を防ぐ。すなわち歪ゲージ17からの出力がしきい値以下になる度毎に、信号Ｉが高レベルになってリプル・カウンタ64が時間隔Ｒを計数し始めても、短時間であるので、時間隔Ｒに達しないうちに信号Ｉは低レベルになってリプル・カウンタ64をリセットする。それによって、フリップフロップ74から高レベル（再着座）出力を発生させるのに必要な、ナンドゲート72からの低レベル出力が発生するのを防止する。第２図では、瞬時t3からt4までの時間は時間隔Ｒよりも長い。すなわち、例えば、スタイラス支持部材18がケージ14に対する小さな摂動を受け続け、歪ゲージ17からの出力がしきい値以下になり短時間で（時間隔Ｒ以内で）再びしきい値以上になることが続く限り、瞬時t3から時間隔Ｒを経過していても、偽トリガの発生を防ぐことができる。
上述した方法は、複数の歪ゲージを組み込んだプローブを参照して説明されている。しかしながら、圧電素子、容量性あるいは光学的な変位センサ、あるいはスタイラス支持部材をケージ14に対してキネマティクに支持する素子20,22を組み込んだ電気回路などのような他のセンサを用いてもよい。
【図１】
0003634363.tif 000002
【図２】
0003634363.tif 000003
【図３】
0003634363.tif 000004