(57)【要約】【課題】本発明は、ワークピース加工機械（ＷＢＭ）内で受容され、接触式又は非接触式で測定を行う温度補償型測定プローブ（ＭＴＳ，ＭＴＥ）に関する。【解決手段】ワークピース（ＷＳ）を一次元又は多次元プロービングするためのプロービング装置（ＴＥ）と、プロービング動作を信号に変換するための少なくとも１つのプロービングセンサ（ＡＳＥ）と、測定プローブ（ＭＴＳ）の温度を表す信号（Ｔ）を生成するために、測定プローブ（ＭＴＳ）に割り当てられた少なくとも１つの温度センサ（ＴＳ）と、ワークピース加工機械（ＷＢＭ）の数値制御システム（ＮＣ）へ出力されるように意図された温度補償済プロービング信号（ＴＫＡＳ）をもたらすように、少なくとも１つのプロービングセンサ（ＡＳＥ）の信号と温度センサ（ＴＳ）の信号（Ｔ）とを関連づけするリンク装置（ＶＥ）と、を備え。【選択図】図１
2014144532.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークピース加工機械（ＷＢＭ）内で受容されるようになっていて、ワークピース（ＷＳ）に関する測定値を記録するため、及び該測定値を表す信号を出力するために接触式又は非接触式で測定を行う温度補償型測定プローブ（ＭＴＳ，ＭＴＥ）であって、
温度補償型測定プローブ（ＭＴＳ，ＭＴＥ）は、
ワークピース（ＷＳ）を一次元又は多次元プロービングするためのプロービング装置（ＴＥ）と、
プロービング動作を信号に変換するための少なくとも１つのプロービングセンサ（ＡＳＥ）と、
測定プローブ（ＭＴＳ）の温度を表す信号（Ｔ）を生成するために、測定プローブ（ＭＴＳ）に割り当てられた少なくとも１つの温度センサ（ＴＳ）と、
ワークピース加工機械（ＷＢＭ）の数値制御システム（ＮＣ）へ出力されるように意図された温度補償済プロービング信号（ＴＫＡＳ）をもたらすように、少なくとも１つのプロービングセンサ（ＡＳＥ）の信号と温度センサ（ＴＳ）の信号（Ｔ）とを関連づけするリンク装置（ＶＥ）と、を備えることを特徴とする温度補償型測定プローブ（ＭＴＳ，ＭＴＥ）。
【請求項２】
いくつかの温度センサ（ＴＳ）が測定プローブ（ＭＴＳ）に割り当てられており、測定プローブの信号は、温度補償済プロービング信号（ＴＫＡＳ）をもたらすために、リンク装置（ＶＥ）内で、少なくとも１つのプロービングセンサ（ＡＳＥ）の信号と関連づけすることを特徴とする請求項１に記載の温度補償型測定プローブ（ＭＴＳ，ＭＴＥ）。
【請求項３】
リンク装置（ＶＥ）は、少なくとも１つのプロービングセンサ（ＡＳＥ）の信号を、温度センサ（ＴＳ）の信号（Ｔ）に関連づけ、温度センサ（ＴＳ）の信号（Ｔ）が再現する温度に応じて、プロービング経過中の測定プローブのフィード速度に応じて少なくとも１つのプロービングセンサ（ＡＳＥ）の信号が、温度補償済プロービング信号（ＴＫＡＳ）として時間遅延式に出力される態様で温度補償済プロービング信号（ＴＫＡＳ）をもたらすようにし、且つ／又は、
リンク装置（ＶＥ）は、少なくとも１つのプロービング・センサ（ＡＳＥ）の信号を、温度センサ（ＴＳ）の信号（Ｔ）に関連づけ、温度センサ（ＴＳ）の信号（Ｔ）が再現する温度に応じて、少なくとも１つのプロービング・センサ（ＡＳＥ）の信号の切り換え閾値を変化させ、プロービング・センサ（ＡＳＥ）の信号が温度補償済プロービング信号（ＴＫＡＳ）として出力される態様で温度補償済プロービング信号（ＴＫＡＳ）をもたらすようにし、且つ／又は、
リンク装置（ＶＥ）は、少なくとも１つのプロービング・センサ（ＡＳＥ）の信号を温度センサ（ＴＳ）の信号（Ｔ）に関連づけ、温度センサ（ＴＳ）の信号（Ｔ）を時間、発達、及び／又は規模に関して記憶された関数に応じて変化させ、少なくとも１つのプロービングセンサ（ＡＳＥ）に相応の切り換え閾値が指定される多様で温度補償済プロービング信号（ＴＫＡＳ）をもたらすようにしたことを特徴とする請求項１又は２に記載の温度補償型測定プローブ（ＭＴＳ，ＭＴＥ）。
【請求項４】
温度補償型測定プローブ（ＭＴＳ，ＭＴＥ）であって、
測定プローブに１つ又は２つ以上の歪みゲージが装着され、温度補償型測定プローブの、温度に起因する伸長を代表的な個所で測定し、測定結果をワークピース加工機械の数値制御システムへ相殺のために伝送し、且つ／又は
測定プローブの該温度に起因する伸長を割り出す目的で、測定プローブは該／各温度センサ（ＴＳ）の信号（Ｔ）を利用し、ワークピース加工機械の数値制御システムにこの温度に起因する伸長値を伝送することを特徴とする温度補償型測定プローブ（ＭＴＳ，ＭＴＥ）。
【請求項５】
測定プローブがハウジング（Ｇ）を有しており、ハウジング内には環状支持ベアリング（ＳＬ）が形成されていて、環状支持ベアリングは測定プローブのＸ，Ｙベアリング平面とこれに対して垂直な中心Ｚ軸とを画定しており、
支持体（ＴＫ）が環状対向ベアリング（ＧＬ）を有しており、環状対向ベアリング（ＧＬ）によって支持体（ＴＫ）の長手方向軸が画定されており、ハウジング（Ｇ）と支持体（ＴＫ）との間にはばね（Ｆ）がクランプされていて、ばねは支持体を休止位置に保持しようとし、休止位置では対向ベアリング（ＧＬ）が支持ベアリング（ＳＬ）と当接し、支持体（ＴＫ）の長手方向軸は測定プローブ（ＭＴＳ，ＭＴＥ）の中心軸Ｚと少なくともほぼ一致し、スタイラス（ＴＳ）を受容するために、支持体（ＴＫ）の中心にスタイラス・ソケット（ＴＳＡ）が配置されており、
伝達部材（ＵＧ）がハウジング（Ｇ）内で案内され、測定プローブとワークピースとの相対運動によってもたらされる、支持体（ＴＫ）のその休止位置からの任意の偏向を直線運動に変換するために、中心Ｚ軸に沿って変位可能となるようにし、
少なくとも１つのプロービング・センサ（ＡＳＥ）が伝達部材のこのような運動を信号に変換し、
伝達部材（ＵＧ）の一方の端部が、スタイラス・ソケット（ＴＳＡ）の中心に配置されて、他方の端部に隣接する一部だけが中心軸Ｚの方向に案内され、伝達部材（ＵＧ）は、少なくとも１つのプロービング・センサ（ＡＳＥ）から見て、ベアリング平面を超えて位置する支持体（ＴＫ）上の場所に配置されており、１つのプロービング・センサ（ＡＳＥ）は、変位依存性アナログ測定信号を有するか又はバイナリ切り換え信号を有する光バリアの一部であり、スタイラス・ソケット（ＴＳＡ）は支持体（ＴＫ）に配置されているか又は支持体（ＴＫ）の一部であり、長手方向に沿って変位可能であるように案内されていて、ストッパによって画定された通常位置に向かう方向に弾性的に付勢されている、ことを特徴とする請求項１〜４までのいずれか一項に記載の温度補償型測定プローブ（ＭＴＳ，ＭＴＥ）。
【請求項６】
（ｉ）少なくとも測定プローブとワークピースとの、測定プローブの中心Ｚ軸に沿った相対運動を、Ｘ，Ｙベアリング平面内の運動から区別し、
（ｉｉ）これを再現する方向信号を該リンク装置（ＶＥ）へ発信するように設定された運動方向検出器（ＢＲＤ）が設けられており、
リンク装置（ＶＥ）は、測定プローブとワークピースとが測定プローブの中心Ｚ軸に沿って相対運動する場合、温度補償済プロービング信号（ＴＫＡＳ）を出力し、そして測定プローブとワークピースとが測定プローブのＸ，Ｙベアリング平面内で相対運動する場合には、非温度補償信号を出力するように設定されている、ことを特徴とする温度補償型測定プローブ（ＭＴＳ，ＭＴＥ）。
【請求項７】
運動方向検出器（ＢＲＤ）は、変位依存性アナログ測定信号の信号変化速度から方向信号を突き止めるように、
測定プローブとワークピースとが測定プローブの中心Ｚ軸に沿って相対運動する場合、温度補償済プロービング信号（ＴＫＡＳ）を出力し、測定プローブとワークピースとが測定プローブのＸ，Ｙベアリング平面内で相対運動する場合には、少なくとも１つのプロービング・センサ（ＡＳＥ）の非温度補償信号を出力するように設定されており、且つ／又は、
運動方向検出器（ＢＲＤ）は、プロービング・センサ（ＡＳＥ）の変位依存性アナログ測定信号の高い信号変化速度を、測定プローブとワークピースとの、測定プローブの中心Ｚ軸に沿った相対運動として評価し、プロービング・センサ（ＡＳＥ）の変位依存性アナログ測定信号の比較的低い信号変化速度を、測定プローブとワークピースとの、測定プローブのＸ，Ｙベアリング平面内の相対運動として評価する、
ことを特徴とする請求項１〜６までのいずれか一項に記載の温度補償型測定プローブ（ＭＴＳ，ＭＴＥ）。
【請求項８】
測定プローブとワークピースとの相対運動の変化する運動方向のためのいくつかのプロービングセンサ（ＡＳＥ）が設けられており、プロービング・センサ（ＡＳＥ）の機械的な配置及び配向によって、Ｚ方向に割り当てられたプロービングセンサ（ＡＳＥ）によってのみ信号がリンク装置（ＶＥ）への温度補償出力を活性化し、且つ／又は、Ｚ方向に割り当てられたプロービングセンサ（ＡＳＥ）の信号だけが、温度補償されるようになっていることが保証される、ことを特徴とする請求項１〜７までのいずれか一項に記載の温度補償型測定プローブ（ＭＴＳ，ＭＴＥ）。
【請求項９】
加速度センサが、測定プローブとワークピースとの相対運動の変化する運動方向を記録しており、加速度センサの機械的な配置及び配向によって、運動方向センサがＺ方向に割り当てられている場合のみ、信号がリンク装置（ＶＥ）への温度補償出力を活性化する、
ことを特徴とする請求項１〜８までのいずれか一項に記載の温度補償型測定プローブ（ＭＴＳ，ＭＴＥ）。
【請求項１０】
測定プローブとワークピースとの相対運動の変化する運動方向を記録し、ＸＹＺ空間内のＸＹ平面に対して傾斜したプロービング角度（ａ）を成すプロービング動作を評価するために、センサが設けられており、確立された総測定値は、プロービング角度（ａ）の関数でリンク装置（ＶＥ）内で処理されるべき遅延時間によって、Ｚ成分に対して比例的に補償される、ことを特徴とする請求項１〜９までのいずれか一項に記載の温度補償型測定プローブ（ＭＴＳ，ＭＴＥ）。
【請求項１１】
測定プローブがワークピースのプロービングを行う前に機械制御システムから測定プローブへプロービング角度（ａ）が伝送され、又は（ｉｉ）測定プローブ内に配置された運動方向検出器（ＢＲＤ）からの信号がプロービング角度（ａ）を再現し、信号はリンク装置へ供給され、又は（ｉｉｉ）軸方向に生じる力を突き止めるためにプロービング装置（ＴＥ）に割り当てられたセンサからの信号がリンク装置（ＴＥ）に供給される、ことを特徴とする請求項１〜１０までのいずれか一項に記載の温度補償型測定プローブ（ＭＴＳ，ＭＴＥ）。
【請求項１２】
プロービング角度（ａ）を割り出す目的で、プロービング・センサ内の信号変化速度、及びプロービング装置（ＴＥ）のシャフト内又は支持体内で１つ又は２つ以上のセンサで測定されたプロービング力の両方が、リンク装置（ＶＥ）内で評価される、ことを特徴とする請求項１〜１１までのいずれか一項に記載の温度補償型測定プローブ（ＭＴＳ，ＭＴＥ）。
【請求項１３】
プロービング角度（ａ）を割り出す目的で、支持体上、又は測定プローブのハウジング内のその支持部上のいくつかの場所にセンサが配置されており、センサは、測定プローブがワークピースのプロービングを行う時に生じる力の発達を該リンク装置（ＶＥ）へ提供するように設定されている、ことを特徴とする請求項１〜１２までのいずれか一項に記載の温度補償型測定プローブ（ＭＴＳ，ＭＴＥ）。
【請求項１４】
測定プローブとワークピースとの相対運動の変化する運動方向のために、測定プローブ内にいくつかのセンサが設けられており、センサは、これらの機械的な配置及び配向によって、偏向が生じた場合に全てがそれぞれ信号を発信し、信号に基づいて、偏向角度（ａ）がリンク装置（ＶＥ）内で突き止められ、そしてプロービング切り換え信号の遅延は、温度補償を目的として該プロービング角度（ａ）の正弦によって乗算される、ことを特徴とする請求項１〜１３までのいずれか一項に記載の温度補償型測定プローブ（ＭＴＳ，ＭＴＥ）。
【請求項１５】
測定プローブとワークピースとの相対運動の運動方向は、スイッチによって手動でリンク装置（ＶＥ）に指定されるようになっており、且つ／又は、
測定プローブとワークピースとの相対運動の運動方向は、ワークピース加工機械（ＷＢＭ）の数値制御システム（ＮＣ）によって該リンク装置（ＶＥ）に指定されるようになっている、ことを特徴とする請求項１から１４までのいずれか一項に記載の温度補償型測定プローブ（ＭＴＳ，ＭＴＥ）。
【請求項１６】
ワークピース加工機械（ＷＢＭ）の数値制御システム（ＮＣ）が、毎測定運動の開始時にデータ・インターフェイスを介して該測定プローブに運動方向を通信することによって、測定プローブとワークピースとが測定プローブのＺ軸に沿って相対運動する場合に、温度補償が該リンク装置（ＶＥ）によって活性化されるようになっている、ことを特徴とする請求項１から１５までのいずれか一項に記載の温度補償型測定プローブ（ＭＴＳ，ＭＴＥ）。
【請求項１７】
測定プローブの温度補償方法であって、測定プローブが、測定プローブとワークピースとの毎測定運動の開始時に、又は時間的インターバルを置いて、データインターフェイスを介してワークピース加工機械（ＷＢＭ）の数値制御システム（ＮＣ）に、温度補正値又は長さ補正値を通信し、
測定が測定プローブのＺ軸に沿って行われる場合、又は測定がＺ軸とは空間的に異なるプロービング方向に沿って行われる場合、数値制御システム（ＮＣ）は、ワークピース加工機械（ＷＢＭ）の変位測定システムを介して突き止められた位置によって温度補償を相殺することを特徴とする測定プローブの温度補償方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワークピース加工機械内で受容されるべき測定プローブの温度補償、及び温度補償型測定プローブである。
に関する。
【背景技術】
【０００２】
ワークピース加工機械は（数値制御型）機械工具、（多軸）マシニング・センター、多軸フライス盤、又はこれと類似のものであってよい。以下では、これら全ての機械又はこのようなタイプの機械に対して「機械工具」という用語をも用いる。このような機械は、工具又はワークピースが装着されているスピンドルを有し、スピンドルは永久的に位置決めされてよく、又は例えば機械の作業空間内部の３つの直交方向Ｘ，Ｙ及びＺにおいて移動し駆動することができる。
【０００３】
工具は、接触式又は非接触式に動作するプローブの測定空間（測定を目的として確立された領域）内に工作機械によって移動することができる。非接触式で動作するプローブは、例えば容量装置、誘導装置、又は光学装置によって表面の近傍を検出する。接触式に動作するプローブは接触して表面を検出する。それぞれの検出された特徴に対して、接触プローブ及び非接触プローブは相応する測定データを、コンピュータプログラムを含んでよい数値（機械）制御システムに中継する。制御システムからの機械位置情報と一緒に、プローブの測定されたデータは、（数値）制御システムが工具又はワークピースの寸法の正確な画像を突き止めるのを可能にする。
【０００４】
多方向測定プローブが特許文献１から知られている。この測定プローブはハウジングを有しており、ハウジング内には、環状支持ベアリングが形成されていて、環状支持ベアリングは、測定プローブのＸ，Ｙベアリング平面とこれに対して垂直な中心Ｚ軸とを画定している。支持体が環状対向ベアリングを有しており、環状対向ベアリングによって、支持体の長手方向軸が画定されている。ハウジングと支持体との間にはばねがクランプされていて、ばねは支持体を休止位置に保持しようとし、休止位置では対向ベアリングが支持ベアリングと当接し、そして支持体の長手方向軸は測定プローブの中心軸Ｚと一致する。スタイラスを受容するために、支持体の中心にスタイラス・ソケットが配置されている。支持体の、その休止位置からの任意の偏向を直線運動に変換するために、中心Ｚ軸に沿って変位可能であるようにハウジング内で伝達部材が案内されている。センサが伝達部材のこのような運動を信号に変換する。伝達部材の一方の端部がスタイラス・ソケットの中心に配置されて、他方の端部に隣接する一部だけが中心軸Ｚの方向に案内される。伝達部材は、少なくとも１つのプロービング・センサから見て、ベアリング平面を超えて位置する支持体上の場所に配置されており、センサは、変位依存性アナログ測定信号を有する光バリアの一部であってよい。スタイラス・ソケットは、支持体上で変位可能であるように支持体の長手方向に沿って案内されてよく、そして、ストッパによって画定された通常位置に向かう方向に弾性的に付勢されていてよい。
【０００５】
特許文献２に基づいて公知の、円筒形ハウジングを有する測定プローブは、近位ハウジング部分と遠位ハウジング部分とから成っている。近位ハウジング部分は、測定機械又は機械工具のスライドに測定プローブを締め付けるために、半径方向外側に向かって張り出すフランジを有している。遠位ハウジング部分は、半径方向内側に向かって張り出すフランジで終わっている。このフランジには球欠凹面状支持ベアリングが形成されている。この支持ベアリングには、ほぼ半球形の支持体が載置されている。この支持体の凸面状外面は環状対向ベアリングを形成し、その近位側で平らな環状面を呈している。この環状面は、ピストン状伝達部材の前面によって当接されている。伝達部材は軸方向変位可能であるように遠位ハウジング部分内で案内され、そして伝達部材と、前記伝達部材に向いた近位ハウジング部分の端部との間にクランプされたばねによって負荷されている。ハウジング、及び部分的にはピストン状伝達部材内に、センサが収納されている。センサはピストンの軸方向変位を測定信号に変換する。プロービング・ヘッドを有するスタイラスが締め付けられているスタイラス・ソケットが、支持体から離反する方向に軸方向で延びている。
【０００６】
特許文献３に基づいて測定プローブが同様に公知である。この場合、伝達部材は、相当な長さの真直ぐなワイヤであり、ハウジング内に収容されている。ハウジングの長さは伝達部材の長さを著しく超えている。同様の多方向測定プローブが特許文献４に基づいて公知である。
【０００７】
上記明細書にはまた、半球形の支持体が遠位ハウジング部分内部に配置されている。遠位ハウジング部分には、ばね負荷ピストンの形態を成す伝達部材が圧着している。しかし、半球形支持体の平らな面は、スタイラス・ソケットが延びるのとは離反する側の面であるのに対して、支持体の球面は、ピストン状伝達部材に向けられていて、この伝達部材を介して、ばねによって軸方向に負荷される。
【０００８】
出願人は作業の実践から、工具ソケット、及び工作機械の工具ソケット内に挿入しなければならない測定プローブを有する工作機械に精通している。工作機械は、例えば高速機械加工を目的として、回転スピンドル・シャフトと、スピンドル・シャフトを支持するためのシャフト・ハウジングとを有していてよい。スピンドル・シャフトの回転速度が高いという理由から、スピンドル・シャフト及びシャフト・ハウジングは加熱されるようになる。従って、スピンドル・シャフトのシャフト・ハウジングは冷却システムを備えている。しかし、この冷却システムは原則として、熱を完全に散逸させるには十分でない。スピンドル・シャフト内にクランプされた工具ソケット、及びスピンドル・シャフト内に締め付けられた工具に対して、動作中に不可避的に熱が導入されることにより、熱に起因する測定エラー及び機械加工欠陥が生じる。工具ソケットを交換する場合、工具ソケットは最初は、その中に配置された工具、例えば測定プローブと同様に周囲温度を有する。スピンドル・シャフト内への熱の導入から生じる加熱は結果として工具ソケット及び工具を伸長させる。ここで、プロービング方向Ｚで測定プローブによってワークピースに接近する場合、加熱された測定プローブは、加熱されていない測定プローブの場合よりも早くワークピースに接触する。結果として、測定プローブは時期尚早に偏向される。この結果「偏向」信号が、正しいものよりも早く、（適切な場合には受信器を介して）ワークピース加工機械の（数値）機械制御システムに伝送され、このシステム内で受信される。「偏向」信号が生じた時点で、Ｚ軸の実際の位置が機械内部の測定システム上で機械制御システムによって読み出される。この位置は、測定プローブが伸長されたのと同じ量だけ正しい値とは異なる。従って、この測定不良は、熱によって引き起こされた測定プローブ伸長の程度に相当する。
【０００９】
これらの装置のいずれも、温度変動から生じる測定プローブの寸法変化を考慮に入れていない。
【００１０】
工具ソケット、及び工具ソケットを備えた測定プローブが特許文献５に基づいて公知である。工具ソケットは、測定プローブを工作機械にインターフェイスで装着するのに役立つ。スピンドルのためのインターフェイスから見て、工具ソケットの材料部分は、線膨張係数又は熱伝導率が低いことによって工具ソケットの一般的な基礎材料とは異なっている。このようにすれば、工具ソケット内への熱の望ましくない大量導入が回避されるので、熱膨張は比較的僅かなままである。これにより熱膨張による寸法変化を、まだ許容できる程度にまで低減することができる。これに関連して、この材料部分の位置、寸法設計、及び材料選択によって、インターフェイスから工具までの工具ソケットの熱膨張が、工具ソケットの挿入後に、モータースピンドルに関する一般的な温度条件下で低減される。これに関連して、工具ソケットが低い線膨張係数及び熱伝導率の材料から全体として形成されるように、材料部分は例えば測定プローブまでの完全工具ソケットを含んでよい。材料部分の下流領域内、例えば測定プローブ内への、そして材料部分内への熱の導入はこうして際だって遅延させることができる。しかし、工作機械の環境から生じた温度変動、例えばマシニング・センターの作業空間から生じた温度変動を補償することはできない。このような温度変動も測定プローブ又は工具の長さを変化させる。加えて、このコンセプトを用いる場合、測定プローブ又は工具の交換後に熱安定な状態が始まるまでには比較的長い時間がかかる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０２６２１８８号明細書
【特許文献２】米国特許第３，２５０，０１２号
【特許文献３】国際公開第００／１７６０２号パンフレット
【特許文献４】独国特許出願公開第４２１７６４１号明細書
【特許文献５】独国特許出願公開第１０２００７０４３０３０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
ここで示される温度補償の目的は、温度変化による測定エラーを最小限に低減するように、測定プローブの長さの、温度によって引き起こされる変化を考慮に入れることである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
ワークピース加工機械内で受容されるようになっている測定プローブのための提案される温度補償は、ワークピースに関する測定値を記録するため、そして測定値を表す信号を出力するために接触式又は非接触式で測定を行う測定プローブを提供し、測定プローブは、ワークピースを一次元又は多次元プロービングするためのプロービング装置と、このようなプロービング動作をそれぞれの信号に変換するための少なくとも１つのプロービング・センサと、測定プローブの温度を表す信号を生成するために、測定プローブ内に受容された少なくとも１つの温度センサと、ワークピース加工機械の数値制御システムへ出力されるように意図された温度補償済プロービング信号をもたらすように、プロービング・センサの信号と温度センサの信号とをリンクするリンク装置とを含む。
【００１４】
本明細書中の「測定プローブ」とは、「工具スキャナ」及び「ワークピース・スキャナ」の両方を意味する。本明細書中の「測定プローブの温度」とは、測定プローブの環境からの熱放射による結果、及び測定プローブに機械的に結合された測定プローブ内の構成部分からの熱の伝導による結果、そしてまた、その環境から対流を介して測定プローブを加熱することによる結果として生じる温度を意味する。本明細書中の「測定値」とは、バイナリ切り換え信号「０」、「１」、及びアナログ測定結果、例えば「０．０００」．．．「１０．０００」の両方を意味し、コーディングのタイプ、換言すれば、電圧値又は電流値、又はデジタルコード化されたパルス列としてのタイプはさほど重要でない。同様に、本明細書中の「ワークピース」とは、測定タスクに応じて、工具及びワークピースの両方を意味する。加えて、測定プローブはワークピース加工機械の数値制御システムと、直接に通信するか、又は測定プローブの受信インターフェイスを介して無線方式で通信するように設定されている。
【００１５】
本明細書中に示された温度補償の利点は、温度補償済プロービング信号がワークピース加工機械の数値制御システムに既に利用可能にされることである。その結果、測定プローブは、それだけで数値制御システム内でさらに直接に処理し得るプロービング信号を提供し、しかもこの場合、例えばプロービング信号の算術温度補償をそこで行わなくても済む。従ってプロービング信号は標準化されたデータ・プロトコルで伝送することができる。加えて、数値制御システムへ別個の温度値信号を伝送する必要はない。こうして、このような形で温度補償された測定プローブを、種々様々な数値制御システムと一緒に直接に採用することができる。しかしながら、その代わりに又はこれに加えて、１つ又は２つ以上の歪みゲージを測定プローブに装着することにより、測定プローブの、温度に起因する伸長を代表的な個所で測定し、その測定結果をワークピース加工機械の数値制御システムへ相殺のために伝送する変更形も提供されている。それぞれの測定結果は事前の較正によって長さの変化に変換することもできる。
【００１６】
本明細書中の「プロービング動作」は、測定プローブとワークピースとの任意の相対運動であって、適切な場合には「未プロービング」と「プロービング済」との間、またはその逆のプロービング信号の転移をもたらすものを意味する。
【００１７】
温度補償型測定プローブの変更形において、いくつかの温度センサが測定プローブ内に受容されており、測定プローブの信号は、リンク装置内でプロービング・センサの信号とリンクされる。従って、測定プローブの変化する構造的部分及び材料、及び温度に起因した特性（熱伝導率、熱膨張係数）を、ただ１つの温度センサを用いる場合に可能であるよりもさらに正確にプロービング信号を温度補償する目的で考慮に入れることができる。ただ１つの温度センサを用いた場合、測定プローブの温度は実験によって見いだされた位置で記録される。この場所で突き止められた温度はこの場合、測定プローブ全体の温度を表す。これと関連して、測定プローブの加熱段階中には、温度センサによって測定された温度を上回る温度を有する測定プローブ内の場所があり、そして温度センサによって測定された温度を下回る温度を有する測定プローブ内の場所があるという事実が活用される。２つ又は３つ以上の温度センサを使用することにより、測定プローブ内の温度分布をより正確に突き止めることができる。結果として、測定プローブのより正確な温度補償を実施することもできる。
【００１８】
温度補償型測定プローブの更なる変更形において、該／各温度センサの信号が反映する温度に応じて、プロービング・センサの信号が温度補償済プロービング信号として時間遅延式に出力される形態で温度補償済プロービング信号をもたらすために、プロービング・センサの（非温度補償）信号は例えばリンク装置内で温度センサの信号とリンクされる。特に、測定方向（Ｘ／Ｙ方向又はＺ方向）における測定プローブのプロービング速度、そして適切な場合には、測定プローブから数値制御システムへの（非温度補償）プロービング信号の伝搬時間が既知である場合には、測定プローブの温度変化に対するプロービング信号の伝送遅延度を確立することができる。
【００１９】
例えば、測定プローブが温度上昇１Ｋ当たり１μｍだけ伸長し、そしてワークピースと測定プローブとの相対プロービング速度が４０ｍｍ／ｓになる場合、ここに示される温度補償によれば、プロービング信号の数値制御システムへの伝送は温度上昇１Ｋ当たり２５μｓだけ遅延される。プロービング信号が２５μｓだけ遅延されて数値制御システムに到着するため、前記システムは、相応に遅延された形で反応する。結果として測定プローブは正確に１μｍの距離だけプロービング方向に動く。この１μｍだけ、測定プローブは温度上昇により伸長させられている。このことは、ワークピース加工機械の変位記録システムによって記録することができ、そしてワークピース加工機械の数値制御システム内で処理することができる。結果として、このように、測定プローブの伸長は、ワークピース加工機械の加工又は制御に影響を及ぼすことがなく、ワークピースの機械加工精度を低下させることもない。
【００２０】
温度補償型測定プローブの別の変更形において、プロービング・センサの（アナログ変位依存性）信号において、該温度センサ／各温度センサの信号が反映する温度に応じて切り換え閾値（＝「未プロービング」と「プロービング済」との間の転移）が変化させられることにより、プロービング・センサの信号が温度補償済プロービング信号として出力される形態で温度補償済プロービング信号をもたらすために、プロービング・センサの（非温度補償）信号は例えばリンク装置内で該温度センサ／各温度センサの信号とリンクされる。これと関連して、切り換え閾値は温度に応じて（また、適切な場合には測定プローブの測定方向（Ｘ／Ｙ方向又はＺ方向）に応じて）変化させられる。このように、切り換え閾値は、温度に起因する長さ変化から、そして測定プローブの（一定の）プロービング速度から、ある程度シフトされる。この変化形のさらなる利点は、Ｚプロービング信号の補償がプロービング速度から独立していることである。この場合には、プロービング速度は、プロービング方向を区別又は認識する目的で利用することはできない。
【００２１】
温度補償型測定プローブの更なる変更形において、該温度センサ／各温度センサの信号が時間、発達、及び／又は規模に関して記憶された関数に応じて変化させられ、そして少なくとも１つのプロービング・センサに適切な切り換え閾値が指定される形態で温度補償済プロービング信号をもたらすために、リンク装置は少なくとも１つのプロービング・センサの信号を、該温度センサ／各温度センサの信号とリンクする。
【００２２】
温度補償型測定プローブの変更形において、測定プローブがハウジングを有しており、ハウジング内には、環状支持ベアリングが形成されていて、環状支持ベアリングは、測定プローブのＸ，Ｙベアリング平面とこれに対して垂直な中心Ｚ軸とを画定している。支持体が環状対向ベアリングを有しており、環状対向ベアリングによって、支持体の長手方向軸が画定されている。ハウジングと支持体との間にはばねがクランプされていて、ばねは支持体を休止位置に保持しようとし、休止位置では対向ベアリングが支持ベアリングと当接し、そして支持体の長手方向軸は測定プローブの中心軸Ｚと少なくともほぼ一致する。スタイラスを受容するために、支持体の中心にスタイラス・ソケットが配置されている。或いは、スタイラス・ソケットは支持体の永久的な構成部分であって、スタイラス・ソケットが支持体に対して変位不能であってもよい。支持体のその休止位置からの任意の偏向を直線運動に変換するために、中心Ｚ軸に沿って変位可能であるようにハウジング内で伝達部材が案内されている。これと関連して、伝達部材はボール・ジョイントを介して支持体に結合されていてよい。この場合の伝達部材の運動はＺ軸に沿って正確に直線状ではなく、伝達部材は、測定プローブのＸ，Ｙベアリング平面内の偏向が生じた場合には一種の揺動運動を実施する。
【００２３】
プロービング・センサが伝達部材のこのような運動を信号に変換する。伝達部材の一方の端部がスタイラス・ソケットの中心に配置されて、他方の端部に隣接する一部だけが中心軸Ｚの方向に案内される。伝達部材は、プロービング・センサから見て、ベアリング平面を超えて位置する支持体上の場所に配置されている。
【００２４】
プロービング・センサはこの場合、変位依存性アナログ測定信号を有する光バリアの一部であるか、又はバイナリ切り換え信号であってよい。スタイラス・ソケットは支持体上で変位可能であるように、支持体の長手方向に沿って案内することができ、そして、ストッパによって画定された通常位置に向かう方向に弾性的に付勢されていてよい。このような測定プローブにおいて、少なくとも測定プローブとワークピースとの、測定プローブの中心Ｚ軸に沿った相対運動を、測定プローブのＸ，Ｙベアリング平面内の運動から区別するように、そしてこれを反映する信号をリンク装置へ発信するように設定された運動方向検出器が設けられている。リンク装置は、測定プローブとワークピースとが測定プローブの中心Ｚ軸に沿って相対運動する場合、温度補償済プロービング信号を出力し、そして測定プローブとワークピースとが測定プローブのＸ，Ｙベアリング平面内で測定プローブの中心Ｚ軸に沿って相対運動する場合には、非温度補償信号を出力するように設定されている。
【００２５】
Ｚ方向の測定の場合のプロービング動作のため、そしてＸ及びＹ方向の横方向測定のための両方に、多次元測定プローブを利用することができる。加熱は主として、測定プローブをその構造及びプロポーションの理由から伸長させる（Ｚ方向）のに対して、プロービング球体は測定プローブの中心Ｚ軸に正確に留まる。これは測定プローブの（温度に起因する）長さ変化が第１近似において、Ｘ，Ｙ方向の測定の正確さ／精度に影響を及ぼさないことを意味する。従ってＸ，Ｙプロービング動作の場合には、温度補償を行う必要は無い。測定プローブの測定機構は、ハウジングに永久的に結合されて可動部分のための支持部を形成する固定部分と、可動部分とから成っている。可動部分は、ばね力によって固定部分内の安定した休止位置に保持されている。可動部分はスタイラスを受容している。スタイラスのプロービング球体がワークピースと接触したときに偏向されると、可動部分の関連動作が好適なセンサによって記録され、機器の電子装置によって評価される。工作機械に採用されるほとんどの測定プローブにおいて、測定機構の可動部分の形態によって、センサの信号変化がＺ方向の偏向の場合に、Ｘ，Ｙ方向の偏向の場合よりも迅速に達成されることになる。これに関連して、機械によって利用されるプロービング速度は全ての方向（Ｘ，Ｙ及びＺ）に対して同一であると考えられる。その結果、運動方向検出器は、プロービング・センサの変位依存性アナログ測定信号の高い信号変化速度を、測定プローブとワークピースとの、測定プローブの中心Ｚ軸に沿った相対運動として評価することができ、そして（所与の同等のプロービング速度で）、プロービング・センサの変位依存性アナログ測定信号の比較的低い信号変化速度を、測定プローブとワークピースとの、測定プローブのＸ，Ｙベアリング平面内の相対運動として評価することができる。
【００２６】
温度補償型測定プローブの別の変更形において、測定プローブとワークピースとの相対運動の変化する運動方向のためのいくつかのプロービング・センサが設けられており、プロービング・センサの機械的な配置及び配向によって、プロービング・センサがＺ方向に割り当てられた場合のみ、信号がリンク装置への温度補償出力を活性化することが保証される。
【００２７】
温度補償型測定プローブの更なる変更形において、測定プローブの変化する運動方向を記録するために、加速度センサが設けられている。加速度センサの機械的な配置及び配向によって、運動方向センサがＺ方向に割り当てられている場合のみ、信号がリンク装置への温度補償出力を活性化する。温度補償型測定プローブのこの変更形は、変化する運動方向のためのいくつかのセンサを備えた測定機構を有している。運動方向に対してセンサが適切に機械的配置されていることにより、Ｚ運動成分を有する測定プローブとワークピースとの相対運動の結果、センサがＺ方向に割り当てられている場合にのみ信号の変化をもたらす。
【００２８】
更なる変更形において、測定機構は、測定プローブとワークピースとの相対運動の変化する運動方向を記録するために、特定のプロービング・センサが変化する偏向方向に割り当てられるように機械的に構成されていてもよい。その機械的な配置及び配向によって、このような変更形では、Ｚ方向に割り当てられたプロービング・センサの信号だけを温度補償すればよいことが保証される。これを目的として、Ｚ方向に割り当てられたプロービング・センサの信号に基づいて、活性化信号をリンク装置に出力することができる。これに代わるものとして、Ｚ方向に割り当てられたプロービング・センサの信号だけが温度補償される。従って運動方向センサは、なしで済ますことができ、或いは、Ｚ方向に割り当てられたセンサの信号の場合にのみ補償に関与するように働くことができる。
【００２９】
温度補償型測定プローブの別の変更形において、ワークピース加工機械の数値制御システムが、毎測定運動の開始時にデータ・インターフェイスを介して測定プローブに運動方向を通信することによって、Ｚ軸に沿った運動の場合に、温度補償がリンク装置によって活性化されるようになっている。
【００３０】
温度補償型測定プローブの更なる変更形は、例えば歪みゲージ（ＤＭＳ）又は圧電センサの形態を成すいくつかの、例えば３つ又は４つ（又は５つ以上）のプロービング・センサを有している。これらはそれぞれ特異的プロービング・センサを構成している。それぞれの偏向方向はこの場合、全てのプロービング・センサのうちの１つ、２つ、３つなどの数のセンサの信号変化をもたらす。プロービング・センサ信号の評価によって、空間内の偏向方向及び偏向規模の両方を割り出すことができる。この場合もやはり、Ｚ方向に割り当てられたセンサの信号だけが温度補償される。
【００３１】
別の変更形において、測定プローブとワークピースとの相対運動の変化する運動方向を記録し、そしてＸＹＺ空間内のＸＹ平面に対して傾斜したプロービング角度ａを成すプロービング動作を評価するために、センサが設けられている。この場合、確立された総測定値は、例えば総測定値をＺ方向の測定値成分とＸ方向及び／又はＹ方向の測定値成分とに分解することによって、Ｚ成分に対して比例的に補償される。温度に起因した測定プローブの伸長を表す遅延時間が、プロービング角度の関数（例えば正弦）でリンク装置内で処理（例えば乗算、次いで出力）される。
【００３２】
温度補償型測定プローブの場合、測定プローブがワークピースのプロービングを行う前に機械制御システムから測定プローブへプロービング角度を伝送することができ、又は測定プローブ内に配置された運動方向検出器からの信号の評価が、プロービング角度を再現する信号をリンク装置へ供給し、又は軸方向に生じる力を突き止めるために、例えばプロービング機構の中心に配置されたセンサが、リンク装置に信号を提供する。
【００３３】
このようなタイプの温度補償型測定プローブは、プロービング角度を割り出す目的で、プロービング・センサ内の信号変化速度、及びプロービング装置のシャフト内又は支持体内で１つ又は２つ以上のセンサで測定されたプロービング力の両方を、リンク装置内で評価することができる。
【００３４】
プロービング角度を割り出す目的で、支持体内、又は測定プローブのハウジング内のその支持部上のいくつかの場所にセンサが配置されており、センサは、測定プローブがワークピースのプロービングを行う時に生じる力の発達をリンク装置へ提供するように設定されていてよい。
【００３５】
測定プローブの別の変更形は、測定プローブとワークピースとの相対運動の変化する運動方向のためにそれぞれ設けられたいくつかのセンサを測定プローブ内に有している。これらのセンサは、これらの機械的な配置及び配向によって、偏向が生じた場合にこれらのセンサがそれぞれ異なる信号を発信する。次いでこれらの信号に基づいて、偏向角度を再現する偏向ベクトルをリンク装置内で突き止めることができる。次いで、プロービング切り換え信号の遅延時間が、温度補償を目的としてプロービング角度の正弦によってリンク装置内で乗算される。
【００３６】
温度補償型測定プローブの別の変更形は、測定プローブとワークピースとの相対運動の変化する運動方向のためのいくつかのプロービング・センサを有している。プロービング・センサの機械的な配置及び配向によって、Ｚ方向に割り当てられたプロービング・センサによってのみ信号がリンク装置への温度補償出力を活性化することが保証される。或いは又は加えて、Ｚ方向に割り当てられたプロービング・センサの信号だけを、温度補償することもできる。
【００３７】
温度補償型測定プローブの別の変更形において、測定プローブに通信される運動方向が、スイッチによって手動でリンク装置に指定されるようになっている。この代わりとして、測定プローブの運動方向は、ワークピース加工機械の数値制御システムによってリンク装置に指定されるようになっていてもよい。機械のコンセプトに応じて、測定プローブは定置のワークピースに対して動くことができ、或いは、測定プローブは定置であってよく、そしてワークピースはテーブルの運動を介して測定プローブに向かって動かされてよい。
【００３８】
最後に、測定プローブが毎測定運動の開始時に、又は時間的インターバルを置いて、データ・インターフェイスを介してワークピース加工機械の数値制御システムに温度補正値又は長さ補正値を通信することによって、測定プローブの温度補償を行うこともできる。測定がＺ軸に沿って行われる場合、数値制御システムは、ワークピース加工機械の変位測定システムを介して突き止められた位置値によって温度補償を相殺する。これに関連して、空間内のプロービング動作の場合、換言すれば、異なるプロービング方向の１つ又は２つ以上の軸に対して０°又は９０°の場合、ワークピース加工機械の数値制御システムはＺ方向の成分を比例的に相殺することもできる。
【００３９】
本明細書中に示された手順に基づく、ワークピース加工機械内で受容されるようになっている測定プローブを温度補償する方法が、
測定プローブのプロービング装置によってワークピースをプロービングし、
測定プローブの少なくとも１つのプロービング・センサによってこのようなプロービング動作を信号に変換し、
測定プローブに割り当てられた少なくとも１つの温度センサによって測定プローブの温度を表す信号を生成し、そして
少なくとも１つのプロービング・センサの信号と温度センサの信号とをリンクすることにより、ワークピース加工機械の数値制御システムへ出力されるように意図された、測定プローブの温度補償済プロービング信号をもたらす、
工程を含む。
【００４０】
この方法の変更形において、測定プローブの温度補償済プロービング信号をもたらすために、測定プローブに割り当てられたいくつかの温度センサの信号をリンク装置内で、少なくとも１つのプロービング・センサの信号とリンクすることができる。
【００４１】
さらにこの方法において、該温度センサ／各温度センサの信号が再現する温度に応じて、プロービング・センサの信号が測定プローブの温度補償済プロービング信号として時間遅延式に出力される形態で温度補償済プロービング信号をもたらすために、少なくとも１つのプロービング・センサの信号を、該温度センサ／各温度センサの信号とリンクすることができ、且つ／又は、該温度センサ／各温度センサの信号が再現する温度に応じてプロービング・センサの信号の切り換え閾値が変化させられることにより、少なくとも１つのプロービング・センサの信号が測定プローブの温度補償済プロービング信号として出力される形態で温度補償済プロービング信号をもたらすために、少なくとも１つのプロービング・センサの信号を、該温度センサ／各温度センサの信号と関連づけることができ、且つ／又は、該温度センサ／各温度センサの信号が時間、発達、及び／又は規模に関して記憶された関数に応じて変化させられ、そして少なくとも１つのプロービング・センサに相応の切り換え閾値が指定される形態で温度補償済プロービング信号をもたらすために、少なくとも１つのプロービング・センサの信号を、該温度センサ／各温度センサの信号と関連づけることができる。
【００４２】
この方法のために、（ｉ）少なくとも測定プローブとワークピースとの、測定プローブの中心Ｚ軸に沿った相対運動を、測定プローブの測定プローブとワークピースとのＸ，Ｙベアリング平面内の相対運動から区別し、そして（ｉｉ）これを再現する方向信号をリンク装置へ発信する運動方向センサを採用することができ、そして測定プローブとワークピースとが測定プローブの中心Ｚ軸に沿って相対運動する場合、リンク装置は温度補償済プロービング信号を出力し、そして測定プローブとワークピースとが測定プローブのＸ，Ｙベアリング平面内で相対運動する場合には少なくとも１つのプロービング・センサの非温度補償信号を出力する。
【００４３】
この方法において、運動方向検出器は、変位依存性アナログ測定信号の信号変化速度から方向信号を突き止めることができ、そして測定プローブとワークピースとが中心Ｚ軸に沿って相対運動する場合、温度補償済プロービング信号を出力することができ、そして、測定プローブとワークピースとが測定プローブのＸ，Ｙベアリング平面内で相対運動する場合には、少なくとも１つのプロービング・センサの非温度補償信号を出力することができ、且つ／又は、運動方向検出器は、少なくとも１つのプロービング・センサの変位依存性アナログ測定信号の高い信号変化速度を、測定プローブとワークピースとの、中心Ｚ軸に沿った相対運動として評価することができ、そして、少なくとも１つのプロービング・センサの変位依存性アナログ測定信号の比較的低い信号変化速度を、測定プローブとワークピースとの、Ｘ，Ｙベアリング平面内の相対運動として評価することができ、且つ／又は測定プローブとワークピースとの変化する相対運動のためのいくつかの運動方向センサが、その機械的な配置及び配向によって、運動方向センサがＺ方向に割り当てられている場合のみ、信号がリンク装置への温度補償出力を活性化することを保証することができる。
【００４４】
この方法、又はこの変更形によって、加速度センサが、測定プローブとワークピースとの相対運動の変化する運動方向を記録することができ、加速度センサの機械的な配置及び配向によって、運動方向センサがＺ方向に割り当てられている場合のみ、信号がリンク装置への温度補償出力を活性化するのを保証することができる。
【００４５】
この方法、又はこの変更形によって、測定プローブとワークピースとの相対運動の、測定プローブに通信される運動方向は、スイッチによって手動でリンク装置に指定することができ、且つ／又は、測定プローブとワークピースとの相対運動の、測定プローブに通信される運動方向は、ワークピース加工機械の数値制御システムによってリンク装置に指定することができる。
【００４６】
この方法、又はこの変更形によって、ワークピース加工機械の数値制御システムが、毎測定運動の開始時にデータ・インターフェイスを介して測定プローブに、測定プローブとワークピースとの相対運動の方向を通信することによって、測定プローブとワークピースとが測定プローブのＺ軸に沿って相対運動する場合に、温度補償がリンク装置によって活性化されるようになっており、且つ／又は、測定プローブが毎測定運動の開始時に、又は時間的インターバルを置いて、データ・インターフェイスを介してワークピース加工機械の数値制御システムに、温度補正値又は長さ補正値を通信することができ、測定がＺ軸に沿って行われる場合、数値制御システムは、ワークピース加工機械の変位測定システムを介して突き止められた位置値によって温度補償信号を相殺する。
【００４７】
温度補償の更なる変更形は、測定プローブとワークピースとの相対運動の変化する運動方向を記録するために、そしてＸＹＺ空間内のＸＹ平面に対して傾斜したプロービング角度ａを成すプロービング動作を評価するために、センサ信号を使用する。確立された総測定値は、プロービング角度ａの関数でリンク装置内で処理されるべき遅延時間によって、Ｚ成分に対して比例的に補償される。
【００４８】
これと関連して、（ｉ）測定プローブがワークピースのプロービングを行う前に機械制御システムから測定プローブへプロービング角度ａを伝送することができ、又は（ｉｉ）測定プローブ内に配置された運動方向検出器からの信号がプロービング角度ａを再現し、信号はリンク装置へ供給され、又は（ｉｉｉ）軸方向に生じる力を突き止めるためにプロービング装置に割り当てられたセンサからの信号がリンク装置に供給される。
【００４９】
具体的には、温度補償において、プロービング角度ａを割り出す目的で、プロービング・センサ内の信号変化速度、及びプロービング装置ＴＥのシャフト内又は支持体内で１つ又は２つ以上のセンサで測定されたプロービング力の両方が、リンク装置内で評価されるようになっていてもよい。
【００５０】
プロービング角度ａを割り出す目的で、支持体上、又は測定プローブのハウジング内のその支持部上のいくつかの場所に配置されたセンサを起源とする信号を利用することができる。センサは、測定プローブがワークピースのプロービングを行う時に生じる力の発達をリンク装置へ提供するように設定されている。
【００５１】
これに関連して、測定プローブとワークピースとの相対運動の変化する運動方向のために、測定プローブ内にいくつかのセンサが設けられてよく、センサはこれらの機械的な配置及び配向によって、偏向が生じた場合に全てがそれぞれ信号を発信し、信号に基づいて偏向角度ａがリンク装置内で突き止められ、そしてプロービング切り換え信号の遅延は、温度補償を目的としてプロービング角度ａの正弦によって乗算される。
【００５２】
いくつかの実施態様及び関連する図面の下記説明から、更なる目的、特徴、利点、及び適用選択肢が明らかになる。これに関連して、記載された且つ／又は図示された特徴全ては、請求項におけるグループ分け、又は従属する参考文献とも無関係に単独又は任意の組み合わせで、本明細書中に開示された対象を構成する。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】図１は本明細書中に示されたプロセス変更形を示すフローチャートである。
【図２】図２は、工作機械であって、測定プローブから信号を受信するように、そして適切な場合には、さらに測定プローブへ信号を伝送するように設定された機械制御システムとカップリングされている工作機械を示す概略図である。
【図３】図３は温度補償済プロービング信号をもたらすために、各プロービング・センサの信号が各温度センサの信号とどのように関連づけられるかを示す図である。
【図４】図４は温度補償済プロービング信号をもたらすために、各プロービング・センサの信号が各温度センサの信号とどのように関連づけられるかを示す図である。
【図５】図５は測定プローブを、変化する伸長状態及び変化するプロービング状況で概略的に示す縦断面図である。
【図６】図６は測定プローブを、変化する伸長状態及び変化するプロービング状況で概略的に示す縦断面図である。
【図７】図７はワークピースのプロービングを任意のＸＹＺ方向で行う測定プローブの事例における幾何学的状態を示す図である。
【図８】図８は測定結果に対する測定プローブの長さ変化の影響をプロービング角度ａの関数として示すダイヤグラムであり、信号変化速度がプロービング角度ａの関数として示されている。
【図９】図９は測定プローブの変更形を、支持体上に配置された全部で４つの圧電センサのうちの２つのセンサが互いに対を成して対向して位置している状態で示す断面図である。
【図１０】図１０は測定プローブの変更形を、ここでは歪みゲージの特別な形態を成すセンサが支持体のシャフト内に配置されている状態で示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００５４】
接触式又は非接触式で測定を行う、ワークピース加工機械内に受容されるべき温度補償型測定プローブは、ワークピースに対する測定値を記録し、そして測定値を表す信号を出力するのに役立つ。
【００５５】
図１に示されているように、測定プローブのプロービング装置が、ワークピースの一次元又は多次元プロービングに役立つ。このプロービング装置は、このようなプロービング動作を信号に変換するためのプロービング・センサを駆動する。測定プローブに割り当てられた温度センサが、測定プローブの温度を表す信号を生成する。次いで、プロービング動作が測定プローブのＺ（中心）軸に沿って行われる場合、ワークピース加工機械の数値制御システムへ出力されるように意図された温度補償済プロービング信号をもたらすために、リンク装置内で、プロービング・センサの信号が温度センサの信号と関連づけされる。そうでない場合には、プロービング・センサの非補償信号が、ワークピース加工機械の数値制御システムへ出力される。
【００５６】
プロセス変更形において、測定プローブに割り当てられたいくつかの温度センサの信号が、温度補償済プロービング信号をもたらすために、リンク装置内でプロービング・センサの信号と関連づけされる。
【００５７】
これと関連して、該温度センサ／各温度センサの信号が再現する温度に応じて、プロービング・センサの信号が温度補償済プロービング信号として時間遅延式に出力される形態で温度補償済プロービング信号をもたらすために、該／各プロービング・センサの信号は、該温度センサ／各温度センサの信号と関連づけされる。その代わりとして、該温度センサ／各温度センサの信号が再現する温度に応じて、プロービング・センサの信号が温度補償済プロービング信号として時間遅延式に出力される形態で温度補償済プロービング信号もたらすために、該プロービング・センサ／各プロービング・センサの信号は、該温度センサ／各温度センサの信号、及び温度信号から生成された温度勾配と関連づけすることができる。このことは図３，４にも示されている。
【００５８】
アナログ信号を出力する測定プローブを温度補償する目的で（例えば図５，６参照）、該温度センサ／各温度センサＴＳ１．．．ｎの信号Ｔが再現する温度に応じてプロービング・センサＡＳＥの信号の切り換え閾値が変化させられることにより、プロービング・センサＡＳＥの信号が温度補償済プロービング信号ＴＫＡＳとして出力される形態で温度補償済プロービング信号ＴＫＡＳをもたらすために、該プロービング・センサ／各プロービング・センサＡＳＥの信号を、該温度センサ／各温度センサＴＳ１．．．ｎの信号と関連づけることができる。それぞれのプロービング・センサＡＳＥは赤外線（ＩＲ）又はラジオ周波数（ＲＤ）トランスミッタＷＡＴＳを有している。このトランスミッタの信号は受信器ＷＡＩＥによって受信され、機械制御システムＮＣへ転送される。
【００５９】
運動方向検出器ＢＲＤが、少なくとも測定プローブとワークピースとの、測定プローブの中心Ｚ軸に沿った相対運動を、Ｘ，Ｙベアリング平面内の少なくとも測定プローブとワークピースとの相対運動から区別することができ、そしてこれを再現する方向信号をリンク装置ＶＥへ発信することができる（図３参照）。リンク装置ＶＥは、論理回路又はマイクロコントローラである。このリンク装置ＶＥは、測定プローブとワークピースとが測定プローブの中心Ｚ軸に沿って相対運動する場合、温度補償済プロービング信号ＴＫＡＳを出力し、そして測定プローブとワークピースとが測定プローブのＸ，Ｙベアリング平面内で相対運動する場合には、非温度補償信号を出力するように設定され意図されている。
【００６０】
運動方向検出器ＢＲＤはこれに関連して、変位依存性アナログ測定信号の信号変化速度から方向信号を突き止めることができ（図６参照）、そしてリンク装置ＶＥに方向信号を発信することができる。測定プローブとワークピースとが測定プローブの中心Ｚ軸に沿って相対運動する場合、温度補償済プロービング信号ＴＫＡＳを出力し、そして測定プローブとワークピースとが測定プローブのＸ，Ｙベアリング平面内で相対運動する場合には、プロービング・センサＡＳＥの非温度補償信号を出力する。
【００６１】
図６に示されているように、運動方向検出器ＢＲＤは、プロービング・センサＡＳＥの変位依存性アナログ測定信号の高い信号変化速度を、測定プローブとワークピースとの、測定プローブの中心Ｚ軸に沿った相対運動として評価する。プロービング・センサＡＳＥの変位依存性アナログ測定信号の比較的低い信号変化速度は、測定プローブとワークピースとの、測定プローブのＸ，Ｙベアリング平面内の相対運動として評価される。
【００６２】
上述の変更形において、プローブ内のセンサは、横方向であるＸＹ方向のプロービング動作における測定と軸方向であるＺ方向のプロービング動作における測定とを区別する。測定プローブの、温度に起因する伸長がＺ方向の測定にのみ影響を及ぼし、ＸＹ方向の測定には影響を及ぼさないので、Ｚ方向の測定のプロービング信号だけが時間遅延式に出力される。上述の変更形のうちの１つにおいて、プロービング方向は、センサにおける信号変化速度に基づいて区別される。
【００６３】
Ｚ方向におけるプロービング動作の場合、センサ内の伝達部材の速度と、Ｚ方向における測定プローブのフィード速度との比は１：１である。他方において、ＸＹ方向におけるプロービング速度は、測定機構のてこ比（Ｒ／Ｌ）に従って、より低速でセンサに与えられる。信号変化速度に基づいて、プロービング動作が軸方向であるか横方向であるかに関して、下記のように区別することができる。
【００６４】
上記の解決手段において、測定プローブは、主軸Ｘ，Ｙ又はＺの方向でのプロービング動作のためだけに採用されている。従ってＸＹ平面内の斜め方向プロービング動作も可能である。それというのも、本明細書中に開示された変更形の回転対称的な測定機構の事例における信号変化速度は、正確にＸ方向又はＹ方向でのプロービング動作と異ならないからである。しかしながら、ＸＹ平面に対して傾斜した方向（０°＜ａ＜９０°）でのプロービング動作はこの事例では提供されていない。
【００６５】
Ｚ軸を比例的に考慮する測定プローブを用いたプロービング動作が、ＸＹＺ空間内で実行されることをも可能にする方向依存性温度補償を説明する。これに関連して、測定値がＺ成分に対して比例的に補償され、センサは総測定値をＺ方向の測定値成分とＸ方向及び／又はＹ方向の測定値成分とに分割し、そして適切な場合にはこれら２つの成分を互いに区切る。
【００６６】
上記タイプの測定機構変更形の場合、休止位置に位置する支持体がばね力によってその対向ベアリング内に押し込まれる。ＸＹプロービング動作の場合、支持体は支持点ＡＬＰを中心として傾倒する。支持点ＡＬＰは支持体の外側領域に配置されている。この事例に関する幾何学的状態は図７に示されている。ここでは、模範的な形で、ＸＹ平面に対してプロービング角度がａ＝４５°であるプロービング動作が示されている。プロービング装置ＴＥの中心長手方向からの支持体の支持点ＡＬＰの半径Ｒに依存して、そしてプロービング装置ＴＥの有効長さＬにも依存して、プロービング装置ＴＥの先端は、プロービング方向ＡＲとは異なる実際の偏向方向ＴＡＲに偏向される。
【００６７】
プロービング動作が正確にＸＹ平面内又はＺ方向に制限されるならば、これらの運動学特性により、プロービング方向は信号変化速度に基づいて導き出すことができる。これまではこれらのプロービング動作が実施される場合、プロービング角度は、Ｘ，Ｙ又はＺ主軸のうちの１つに対して常に０°又は９０°である。これらの事例において、信号変化速度は、定義された閾値よりも小さい又は大きいと認識することができ、相応に評価することができる。
【００６８】
しかしＸ，Ｙ又はＺ主軸のうちの１つに対して任意のプロービング角度ａが０°＜ａ＜９０°である場合には、一義的な認識及び後続の評価は可能でない。このことを図８のダイヤグラムに基づいて説明する。
【００６９】
図８のダイヤグラムにおいて、測定プローブの（温度によって誘発される）長さ変化の、測定結果に対する影響が、ＸＹ平面又はＺ方向に対するプロービング角度ａの関数として詳細に示されており、また信号変化速度がプロービング角度ａの関数として示されている（ここではプロービング挿入体の模範的な長さは３０ｍｍである）。明らかに、信号変化速度はプロービング角度の一義的な割り当て又は割り出しを許さない。
【００７０】
測定プローブの、温度に起因する長さ変化ΔＬ＿ｔｅｍｐは、プロービング角度に応じた、下記のような測定結果になる：測定エラー＝ΔＬ＿ｔｅｍｐ＊ｓｉｎ  ａ。
【００７１】
従って、切り換え信号の遅延された出力によって補償を行う場合、計算遅延時間は正弦（プロービング角度）によって乗算しなければならない。このタイプの補償は、例えば温度補償型測定プローブの次のような変化形、つまり、該温度センサ／各温度センサの信号が再現する温度に応じて、プロービング・センサの信号が温度補償済プロービング信号として時間遅延式に出力される形態で温度補償済プロービング信号をもたらすために、プロービング・センサの非温度補償信号が温度センサの信号と関連づけ（リンク）される変化形において採用することができる。
【００７２】
具体的には、測定方向における測定プローブのプロービング速度（ベクトルとして見なされる）、換言すれば、ＸＹ平面又はＺ方向に対するプロービング角度ａ、及び適切な場合には、測定プローブから数値制御システムへの（非温度補償）プロービング信号の伝搬時間が既知の場合、このように測定プローブの温度変化に対するプロービング信号の伝送遅延度を確立することができる。
【００７３】
従って、Ｘ，Ｙ又はＺ主軸のうちの１つに対して０°＜ａ＜９０°の任意のプロービング角度ａを成すプロービング動作も温度補償された状態で可能になる。これを実現するために、プロービング動作が目下行われているプロービング角度ａに関する情報を測定プローブに提供するために、例えば上記リンク装置ＶＥの変更形をどのように拡張するべきか下記に説明する。具体的にはこのことは、次の変更形、つまり（ｉ）測定プローブがワークピースのプロービングを行う前に機械制御システムから測定プローブへプロービング角度ａが伝送され、又は（ｉｉ）測定プローブ内に配置された運動方向検出器ＢＲＤからの信号がプロービング角度ａを再現し、信号はリンク装置ＶＥへ供給され、又は（ｉｉｉ）軸方向に生じる力を突き止めるためにプロービング装置に割り当てられたセンサからの信号がリンク装置ＶＥに供給される、変更形によって可能になる。
【００７４】
機械制御システムがプロービング角度ａを測定プローブへ伝送する（無線式又は有線式）場合、上記リンク装置ＶＥは計算遅延時間を正弦ａによって乗算することにより、切り換え点遅延を確立することができる。
【００７５】
更なる実施形において、プロービング装置ＴＥに割り当てられたセンサ（例えばプロービング装置ＴＥに配置された圧電センサ又は歪みゲージＤＭＳ）が、軸方向に生じた力を突き止めるための信号をリンク装置ＶＥに提供する。プロービング装置ＴＥの中心長手方向軸に沿ったＺ方向の軸方向成分ＦＺ（ａ）はａ＝０°の場合ゼロに等しく、そしてａ＝９０°でＦｍａｘ＝１００％に達する。軸方向成分ＦＺ（ａ）はてこ比（Ｒ／Ｌ）、及びそれぞれ偏向角から割り出される：ＦＺ（ａ）＝ｆ（Ｆｍａｘ，Ｒ，Ｌ，ａ）。
【００７６】
ＸＹ平面内のプロービング動作の場合、換言すればプロービング角度ａ＝０°の場合、このセンサはリンク装置ＶＥに信号変化を提供しない。従ってこれは切り換え点検出のために使用することはできない。従って、プロービング動作の事象を検出する、プロービング装置ＴＥの端部のセンサがさらに必要となる。
【００７７】
この変更形の場合、プロービング・センサの信号を、リンク装置ＶＥ内で温度センサ及び力センサの信号と関連づけることにより、温度補償済プロービング信号をもたらす。これを目的として１変更形において、歪みゲージは例えば支持体のプロービング装置ＴＥ内の力成分ＦＺを記録することができ、そしてリンク装置ＶＥにこれを供給することができる。
【００７８】
これに代わるものとして、プロービング角度ａを割り出すための別の変更形では、プロービング・センサ内の信号変化速度、及びプロービング装置ＴＥのシャフト内又は支持体内で測定されたプロービング力は、リンク装置ＶＥ内で評価される。リンク装置ＶＥ内のこれら２つの信号の関連づけ（リンク）は、プロービング角度ａの計算時に生じ得るエラーを低減する。
【００７９】
更なる別の変更形では、支持体上、又は測定プローブのハウジング内のその支持部上のいくつかの場所、例えば３つ又は４つの場所で、測定プローブによってワークピースをプロービングするときに生じる力の発達が、リンク装置ＶＥ内で適切なセンサ（例えば歪みゲージＤＭＳ又は圧電センサ）によって突き止められる。これに関連して、偏向力は、二部分支持体内部で直接、又は測定プローブのハウジング内の支持領域内で間接的に割り出すことができる。力信号又はプロービング・センサ信号をリンク装置ＶＥ内で評価することによって、空間的な偏向方向及び偏向規模の両方を割り出すことができる。プロービング角度ａはここから計算することができ、従って温度補償を目的として、切り換え信号の遅延をリンク装置ＶＥ内で、プロービング角度ａの正弦によって乗算することができる。これに関連して、偏向規模は、力センサ信号とプロービング・センサ信号とを関連づけて評価することによって割り出すことができる。力センサ信号は方向を提供し、そしてプロービング・センサ信号は規模を提供する。
【００８０】
いくつか（例えば３つ又は４つ）のＤＭＳ値又は圧電信号値の評価に基づいて、偏向方向をリンク装置ＶＥ内で正確に突き止めることができる。ＸＹ方向のプロービング動作（プロービング角度ａ＝０°）も信号値を変化させる。したがって１変更形において、切り換え信号は、専らセンサ（歪みゲージＤＭＳ又は圧電センサ）からの信号値の評価に基づいてリンク装置ＶＥ内で生成することができる。従って、この変更形において、相応のセンサを有する伝達部材をなしで済ますことができる。
【００８１】
圧電センサを有する測定機構は、例えば米国特許第４９７２５９４号明細書及び米国特許第６０９０２０５号明細書に基づいて公知である。
【００８２】
測定プローブが、測定プローブとワークピースとの相対運動の変化する運動方向のためのいくつかのプロービング・センサを有している変更形であって、プロービング・センサの機械的な配置及び配向によって、Ｚ方向に割り当てられたプロービング・センサによってのみ信号がリンク装置（ＶＥ）への温度補償出力を活性化し、又は、Ｚ方向に割り当てられたプロービング・センサの信号だけが、温度補償されるようになっていることが保証される、変更形も上述されている。
【００８３】
この変更形は、測定プローブとワークピースとの相対運動の変化する運動方向のために、測定プローブ内にいくつかの、例えば３つ又は４つのセンサが設けられており、センサは、これらの機械的な配置及び配向によって、偏向が生じた場合に全てがそれぞれ信号を発信することにより、より効率的に実現することができる。これらの信号に基づいて、リンク装置ＶＥ内で偏向ベクトルが計算される。この偏向ベクトルはＸＹＺ空間内に偏向角度ａを再現する。従って、リンク装置ＶＥ内で、プロービング切り換え信号の遅延を、温度補償を目的としてプロービング角度ａの正弦によって乗算することができる。この変更形は図９に測定プローブの断面図として示されており、支持体上に配置された全部で４つの圧電センサのうちの２つのセンサが互いに対を成して対向して位置している。
【００８４】
バイナリ式に切り換わる測定プローブの場合、又はバイナリ式に切り換わる測定プローブと同様に（やはり）外方に向かって挙動する測定プローブの場合、又はバイナリ式に切り換わるプロービング・センサを有する測定プローブの場合、切り換え信号からプロービング方向に関する情報を突き止めることはできない。従って１変更形において、測定プローブにおいて、測定プローブとワークピースとの相対運動の変化する運動方向のためのいくつかの運動方向センサは、これらの機械的な配置及び配向によって、運動方向センサがＺ方向に割り当てられた場合にのみ信号がリンク装置（ＶＥ）への温度補償出力を活性化するという効果を有する。この変更形の代わりとしては、加速度センサが、測定プローブとワークピースとの相対運動の変化する運動方向を記録する。これらの機械的な配置及び配向によって、運動方向センサがＺ方向に割り当てられている場合のみ、信号がリンク装置ＶＥへの温度補償出力を活性化することが保証される。
【００８５】
これの代わりとして、測定プローブとワークピースとの相対運動の運動方向は、スイッチによって手動で（さらに説明はしない）、又はワークピース加工機械ＷＢＭの数値制御システムＮＣによってリンク装置ＶＥに指定することができる。
【００８６】
方法及び装置の前記変更形は、提示された解決手段の構造、動作様式、及び特性をよりよく理解するのに役立つに過ぎない。これらの変更形は開示を例えば実施態様に限定することはない。図面は概略的に示されており、本質的な特性及び効果が、機能、作用原理、技術的形態及び特徴を明らかにするために一部明確に拡大された形で示されている。これと関連して、図面及び明細書に開示されたそれぞれの動作様式、各原理、各技術的形態、及び各特徴は、請求項全て、明細書及び他の図面におけるそれぞれの特徴、本開示内に含まれる他の動作様式、原理、技術的形態、及び特徴、又はこれらの結果と自由に且つ任意に組み合わせることができるので、全ての想像し得る組み合わせは記載の解決手段に帰せられる。これと関連して、明細書における、換言すればそれぞれの記述項目における個々の言及内容、及び請求項における全ての個々の記述内容間の組み合わせ、及び明細書、請求項、及び図面における種々の変更形間の組み合わせも含まれる。
【００８７】
請求項もまた開示内容、ひいては請求項の中で示された特徴全ての組み合わせ選択肢を制限することはない。示された全ての特徴は本明細書中に明示的に、また個々に、そして全ての他の特徴と組み合わせて開示されている。
【符号の説明】
【００８８】
ＷＢＭ    ワークピース加工機械
ＭＴＳ，ＭＴＥ    温度補償型測定プローブ
ＷＳ    ワークピース
ＡＳＥ    プロービングセンサ
ＴＫＡＳ    温度補償済プロービング信号
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【外国語明細書】
2014144532000001.pdf