【誤訳訂正書】
【提出日】平成23年8月8日(2011.8.8)
【誤訳訂正１】
【訂正対象書類名】特許請求の範囲
【訂正対象項目名】全文
【訂正方法】変更
【訂正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御クロック信号（３２）を発生する制御クロック発生器（３１）と、
この制御クロック信号（３２）より高い周波数を備えたサンプリングクロック信号（２３）を発生するサンプリングクロック発生器（２２）と、
このサンプリングクロック信号に基づいて測定された位置の値を記憶する位置データメモリ部（２４）と、
制御クロック周期の開始から、プローブヘッド（１０）の測定子（１２）がワークピースに接触するまでの時間（Δｔ）を測定する時間測定ユニット（３４）とを備えた、ワークピースの座標測定を行なうための方法において、
上記記憶された位置の値と上記測定された時間（Δｔ）に基づいて、切換信号の発生の時点に最も近くにある位置の値を確定する方法。
【請求項２】
サンプリングクロック信号（２３）の周波数が、制御クロック信号（３２）の整数倍の周波数であることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
サンプリングクロック信号（２３）を制御クロック信号（３２）と同期させることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
二つの位置の値を使用した補間法により、切換信号がある前および切換信号があった直後に、処理ユニット（３０）と測定された時間間隔（Δｔ）において精度をさらに改善することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の方法。
【請求項５】
処理ユニット（３０）内の切換信号があった時点に最も近い位置の値と、プローブヘッド（１０）の公知の送り速度と、測定された時間間隔（Δｔ）とを使用した補外法により、精度をさらに改善することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一つに記載の方法を用いて、ワークピースの座標測定を行なうための装置において、
制御クロック信号（３２）を発生する制御クロック発生器（３１）と、
この制御クロック信号（３２）より高い周波数を備えたサンプリングクロック信号（２３）を発生するサンプリングクロック発生器（２２）と、
このサンプリングクロック信号に基づいて測定された位置の値を記憶する位置データメモリ部（２４）と、
制御クロック周期の開始から、プローブヘッド（１０）の測定子（１２）がワークピースに接触するまでの時間（Δｔ）を測定する時間測定ユニット（３４）とを備えていることを特徴とする装置。
【請求項７】
各位置測定ユニット（２０）内にサンプリングクロック信号（２３）を発生させるためのサンプリングクロック発生器（２２）が設けられていることを特徴とする請求項６記載の装置。
【請求項８】
サンプリングクロック信号（２３）が制御クロック信号（３２）と同期可能に構成されていることを特徴とする請求項６または７に記載の装置。
【請求項９】
各位置測定ユニット（２０）内に位置データメモリ部（２４）が設けられていることを特徴とする請求項６〜８のいずれか一つに記載の装置。
【請求項１０】
インタフェースユニット（２５）がシリアルインタフェースであることを特徴とする請求項６〜９のいずれか一つに記載の装置。
【誤訳訂正２】
【訂正対象書類名】明細書
【訂正対象項目名】全文
【訂正方法】変更
【訂正の内容】
【発明の詳細な説明】
【発明の名称】座標測定を行うための装置および方法
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワークピースの座標測定を行うための装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
数値制御された工作機械、特にフライス盤において、自動座標測定を行うために、切換プローブヘッドを使用することが多い。このようなプローブヘッドは、測定子が例えばワークピースの表面のような障害物に接触した際に、切換事象を引起す測定子を自由にできる。代表的な自動測定に関する適用分野は、ワークピースの整向、基準点の設定、品質管理のためのワークピースの測定並びに三次元ワークピースの表面のデジタル化である。
【０００３】
測定を行うために、プローブヘッドは工具に代わって工具スピンドル内に挿入される。これによりプローブヘッドは工作機械を数値制御することにより様々な座標軸内に位置決めすることができる。座標測定を行うために、プローブヘッドは数値制御により制御された状態で、ワークピースの表面に達するまでワークピースに向って移動する。この過程は接触過程と呼ばれる。接触過程時に、プローブヘッドの空間位置は測定されるべき座標軸において、数値制御のサイクルタイムから決定される時間間隔に連続的に、位置測定装置を用いて測定され、位置の値を数値制御部転送する。位置の値は数値制御により、内部制御回路のための位置実測値として必要である。通常のサイクルタイムは例えば長さが５０μｓである。
【０００４】
この手順の場合位置の値は固定した時間間隔で時間的に不連続に確定されるので、これに対して切換事象は非同期に現れ、接触速度が高いほどあるいはサイクルタイムが長いほど一層大きくなる測定誤差が生じる。この測定誤差は工作機械の共通の測定誤差に積算される。例えば先に挙げたサイクルタイムが５０μｓで接触速度が１ｍ／ｍｉｎであると、約０．８３μｍの最大位置誤差が生じる。これはプローブヘッドが１ｍ／ｍｉｎの接触速度の場合に５０μｓで戻る距離に相当する。この大きさの別の位置誤差は多くの場合受入れられない。
【０００５】
サイクルタイムは従来技術により知られているような数値制御により影響を受けないので、時間的に不連続な作動モードにより生じる別の位置誤差を軽減するための唯一の可能性は大抵の場合、接触速度を落とすことである。しかしながらこれによりスループットはわずかになり、従ってコストは上がる。
【０００６】
特許文献１には高い接触速度と小さい位置誤差の間の妥協が記載されている。これには第一接触が高い接触速度で行われ、プローブヘッドが短い区間で引き続いて、ワークピース表面から遠ざかり、接触が低い接触速度でもって繰り返される、座標測定を行うための方法が提案されている。第二接触の際に接触速度が低いことにより、高い精度が得られる。この方法の短所は、数値制御のプログラムに高い要求が出され、消費時間が二度の方向転換によりほんのわずかばかり増えることである。
【特許文献１】欧州特許第００７３４９５号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の課題は、高い精度と関連して接触速度が高い、座標測定を行うための方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この課題は、請求項１による方法により解決される。この方法の有利な詳細内容は請求項１に依存した従属請求項からわかる。
【０００９】
さらに本発明の課題は、ワークピースの座標の測定が高い接触速度でもって同時に精度が高い場合に行うことができる、座標測定を行うための装置を提供することである。
【００１０】
この課題は請求項６による座標測定を行うための装置により解決される。座標測定を行うためのこの装置の有利な詳細内容は請求項６に従属した請求項から明らかになる。
【００１１】
ワークピースが接触する際切換信号を発生させる走査プローブと、プローブヘッドの相対位置が測定可能である、各測定されるべき座標軸用の位置測定ユニットと、制御クロック信号の時間間隔で時間的に不連続に作動する処理ユニットとを備えた座標測定を行うための装置を提案する。座標測定を行うために、位置測定の値はサンプリングクロック発生器により発生し、かつ処理ユニットの制御クロック信号よりも高い周波数を備えたサンプリングクロック信号の時間間隔で測定される。位置測定値は位置データメモリ部内に記憶される。時間測定ユニットにおいて、時間間隔Δｔは制御クロック信号のパルスと切換するプローブヘッドでの切換信号の発生の間で確定される。最後に測定された時間間隔Δｔに基づき、処理ユニットあるいは位置測定ユニットにおいて切換信号の発生の時点に最も近いデータメモリ部内の位置の値が確定される。
【００１２】
サンプリングクロック発生器と位置の値の記憶に関する位置メモリ部が位置測定ユニット内に設けられていると特に有利である。なぜなら位置測定ユニットから処理ユニットへ転送しなければならない位置の値の数が著しく減少するからである。このことは位置測定ユニットと処理ユニット間のデータ転送がシリアルインタフェースを介して行われると特に有効である。
【００１３】
さらにその時点が処理ユニットの制御クロック信号に対して測定される切換事象の発生と位置測定値の間の正確な時間的関連付けを提供するために、サンプリングクロック信号を制御クロック信号と同期させると特に有利である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の別の長所並びに詳細は、図に基づいた座標測定を行うための装置及び座標測定を行うための方法の以下の記載内容から明らかになる。
【実施例】
【００１５】
図１は本発明による座標測定装置の好ましい実施例のブロック図を示す。装置は測定子１２を備えたプローブヘッド１０、測定されるべき各座標軸線のための位置測定ユニット２０、ならびに処理ユニット３０から構成されている。
【００１６】
測定子１２がワークピースと接触する際に振り出すと、プローブヘッド１０は切換信号を発生させる。切換信号は切換導線１１を経由して処理ユニット３０に達し、接触過程が終了されていることを信号で伝える。切換導線１１は、従来のケーブル接続であっても、赤外線転送区間であってもよい。
【００１７】
処理ユニット３０は原則的に数値制御システムである。数値制御システムは、プローブヘッド１０の位置決めを行う駆動部を制御するのに適した別の制御回路を含んでいる。このような数値制御システムは公知であり、かつ本願発明の対象ではない。従って以下に本発明と関連している機能だけを説明するにとどめる。
【００１８】
処理ユニット３０内には、制御クロック発生器３１と、制御ユニット３３と、時間測定ユニット３４が設けられている。
【００１９】
制御クロック発生器３１により、制御ユニット３３は制御クロック信号３２を用いて時間基盤（Ｚｅｉｔｂａｓｉｓ）を任意に処理することができる。この時間基盤は、どの周波数で制御ユニット３３内の制御回路を作動させるか、あるいはどの時間間隔により、位置測定値が位置測定ユニット２０に要求されるかを確定する。制御クロック信号３２の周期はサイクルタイムとも呼ばれる。
【００２０】
制御ユニット３３は接触動作を制御する。位置測定値の要求及び転送に関して、制御ユニットは第一データ転送チャンネル３５を経由して位置測定ユニット２０と接続している。この好ましい実施形態において、データ転送はシリアル方式で行われる。
【００２１】
時間測定ユニット３４は制御クロック周期の開始とプローブヘッド１０の切換事象との間の時間Δｔを測定するために使用される。制御クロック周期の開始としてこの場合通常、制御クロック信号３２の立上り側面あるいは立下り側面のどちらかが選択される。時間測定ユニット３４は第二データ転送チャンネル３６を経由して制御ユニット３３と接続している。さらに時間測定ユニットにはプローブヘッド１０の切換信号が切換導線１１を経由して供給される。第二データ転送チャンネル３６を経由して、時間測定ユニット３４は制御ユニット３３により各制御クロック周期の開始までリセットされ、かつ新たに開始される。さらに第二データ転送チャンネル３６を経由して、切換事象があったことが制御ユニット３３に信号で伝えられ、かつその時間Δｔが伝達される。
【００２２】
位置測定ユニット２０は、位置測定装置２１と、サンプリングクロック発生器２２と、位置データメモリ部２４と、インタフェースユニット２５とで構成されている。図１には位置測定ユニット２０を一つだけ示してあるが、当業者にとって、測定されるべき座標軸の数に応じて、複数の位置測定ユニット２０が必要であることは明らかである。
【００２３】
サンプリングクロック発生器２２と同様、位置データメモリ部２４も位置測定ユニット２０内に設けられていることは特に有利である。なぜならこのことにより処理ユニット３０まで転送しなければならない位置の値の数が削減されるからである。この長所は特に、位置測定ユニット２０と処理ユニット３０の間のデータ交換がシリアルインタフェースを介して行われる場合に効力を発する。データ転送レートが例えば２Ｍバイトであると、位置の値のシリアル転送は３２ビット幅で少なくとも１６μｓかかる。処理ユニット３０のサイクルタイムとして先にすでにふれた５０μｓが前提とされた場合、制御クロック信号３２の周期に応じて、最大でも二つの別の位置の値が測定される。この制限は図１で提案した位置測定ユニット２０の構成により回避される。
【００２４】
位置測定装置２１以外に、デジタル方式の位置データを自由に扱える公知の位置測定装置を使用してもよい。サンプリングクロック発生器２２により、時間ラスター（Ｒａｓｔｅｒ）を予め設定するサンプリングクロック信号２３が発生し、このサンプリングクロック信号において位置の値は、接触過程時に位置測定装置２１から要求される。この際サンプリングクロック信号２３は制御クロック信号３２よりも高い周波数を有する。この場合サンプリングクロック信号２３の周波数にとって、制御クロック信号３２の周波数の整数倍の量が選択され場合に特に有利である。さらに両クロック信号間の正確な時間関係を提供するために、サンプリングクロック信号２３を制御クロック信号３２と同期させることは有利である。
【００２５】
インタフェースユニット２５は第一データ転送チャンネル３５を経由して制御ユニット３３と接続している。インタフェースユニット２５を経由して、位置の値は位置データメモリ部２４からか、あるいは位置測定装置２１から直接要求され、かつ制御ユニット３３へ転送される。さらにインタフェースユニットにより、サンプリングクロック発生器２２は同期信号２６を自由に使用でき、インタフェースユニットに第一データ転送チャンネル３５を経由して対応するコマンドが伝達されると、検出と位置の値のメモリは停止する。
【００２６】
位置データは位置データメモリ部２４内に記憶される。位置データメモリ部２４は、
少なくとも接触経過の終了後、接触時間点に時間的に最も近くにある位置の値が、位置データメモリ部２４内にあるように、多数のメモリセルを備えている。もはや必要とされない位置の値を含むメモリセルは上書きされる。従って位置データメモリ部２４が周期的に上書き可能なリングメモリとして構成されていると、すなわちメモリされるべき位置の値が、最も古く、もはや必要ではない位置データメモリ部２４内の位置の値を上書きすると有利である。
【００２７】
位置データメモリ部２４のためのメモリ必要条件の確定を以下の例で説明する。サンプリングクロック信号２３の周波数が制御クロック信号３２の周波数の１０倍に相当し、処理ユニット３０と位置測定ユニット２０の間の伝達が、制御クロック信号３２の周期の間隔で時間的に不連続に行われた場合、制御クロック周期毎に１０個の位置の値をメモリしなければならない。このことはプローブヘッド１０からの切換信号が二つの伝達時点間のどの任意の時点に対しても発生してよいことにその根拠がある。したがって処理ユニット３０が位置測定ユニット２０に最後にアクセスして以降測定された、位置データメモリ部２４内の位置の値はどれでも、切換信号の発生の時点に最も近い値になり得る。
【００２８】
接触する際プローブヘッド１０は処理ユニット３０により制御された状態で、測定されるべきワークピースを目指して移動する。この際制御ユニット３３により、制御クロック信号３２の周期の時間的間隔で連続的に第一データ転送チャンネル３５とインタフェースユニット２５を経由して、位置測定装置２１からの位置の値が要求される。制御ユニット３３は駆動部を制御するための制御回路用の位置実測値としてこの位置の値を必要とする。位置データ要求があった場合、インタフェースユニット２５は、サンプリングクロック信号２３を同期信号２６を経由して制御クロック信号３２と同期させる。さらに制御ユニット３３により、第二データ転送チャンネル３６を経由して各々の制御クロック周期の開始まで時間測定ユニット３４がリセットされ、かつ新たに開始される。これに平行して、サンプリングクロック信号２３の周期の時間的間隔で、位置の値が測定され、かつ位置データメモリ部２４内に記憶される。
【００２９】
測定子１２がワークピースと接触する際に振り出されると、プローブヘッド１０は処理ユニット３０に切換導線１１上で信号を送る。従って制御ユニット３３は駆動部を停止させ、制御クロック周期の開始と切換事象の間の期間Δｔは時間測定ユニット３４において保持される。さらにまた別の位置データが全く必要とされないことが位置測定ユニット２０に伝達されねばならない。このことは例えば図１において、コマンド語の転送によりインタフェースユニット２５に至る第一データ転送チャンネル３５を経由して行うことができる。これに対する代替え案として、切換導線１１を位置測定ユニット２０と別に接続し、サンプリングクロック発生器２２を切換事象の際に停止させてもよい。
【００３０】
時間間隔Δｔと、クロック信号３２とサンプリングクロック信号２３の間の公知の時間的関係とを用いて、制御ユニット３３において、位置データメモリ部２４内の、切換事象の発生の時点に最も近い位置のちが確定され、かつ引続く処理のために第一データ転送チャンネル３５とインタフェースユニット２５を経由して制御ユニット３３に転送される。
【００３１】
切換事象に最も近い位置の値を確定する際に、切換信号の到着までの所要時間を処理ユニット３０に含めるのが特に有利である。このことは切換導線１１が電気的導線としてではなく、ワイヤレスの転送区間として形成されている場合には特に有効である。このワイヤレスの転送区間の場合切換信号は例えば赤外線パルスにより転送される。切換信号の転送時間は例えば制御ユニット内に記憶することができる。信号転送時間は本発明の対象ではない。
【００３２】
図２は座標測定を行うための本発明による装置の他の実施形態のブロック図を示す。図１に示した例とは異なり、位置測定ユニット２０は各々、図２では評価ユニット２７をさらに備えている。その他の構造は図１のものに各々対応している。同じ構成部品は同じ参照符号を備えている。これらの参照符号に関して説明は省略する。
【００３３】
プローブヘッド１０が切換導線１１を経由して処理ユニット３０に信号を送ると、すなわちプローブヘッドがワークピースの表面に達すると、この実施形態では、接触時点に最も近い位置の値は、処理ユニット３０において制御ユニットにより確定されるのではなく、位置測定ユニット２０において評価ユニット２７により確定される。この目的で、制御ユニット３３は時間測定ユニット３４により測定された時間間隔Δｔを第一データ転送チャンネル３５とインタフェースユニット２５を経由して評価ユニット２７へ転送する。評価ユニットは時間間隔Δｔに基づき、接触時点に最も近い位置データメモリ部２４内の位置の値を確定し、かつ位置の値を処理ユニット３０へ転送する。
【００３４】
切換信号の転送時間はこの実施形態では、制御ユニット３３が測定された時間間隔Δｔを包絡線遅延分だけ補正しかつ補正された値を評価ユニット２７に転送することによってか、あるいは評価ユニット２７が包絡線遅延を結果の確認の際に一緒に含めることにより考慮してもよい。
【００３５】
このことにより接触過程時に性能を利用される制御ユニット３３が著しく負荷を軽減されるのはこの方法において特に有利である。
【００３６】
図３は最終的に本発明の第三実施形態のブロック図を示す。前述の例と比較すると、時間測定ユニット３４はもはや処理ユニット３０内には設けられていない。その代わりに位置測定ユニット２０には各々時間測定ユニット３４が設けられている。図２の実施形態におけるのと同様に、位置測定ユニット２０は図３の例においても評価ユニット２７を備えている。他の構造は図１の各々に対応しており、従ってこの構造は再度説明しない。同じ構成部材は同じ参照符号を備えている。
【００３７】
切換導線１１はプローブヘッド１０を経由して切換信号を分配し、各時間測定ユニット３４と接続し、制御ユニット３３と処理ユニット内で接続している。この場合時間測定ユニット３４への接続は、切換信号が生じる際時間測定を停止させるために使用される。制御ユニット３３は切換導線１１を経由して、接触過程が終了し、それと同時に駆動部が停止し、接触で起きた事象に属した位置の値が位置測定ユニット２０に要求されることを通知される。この実施形態において切換導線１１は空間的に互いに分離して設けられた多数の構成部材と接続しているので、接続が電気的導線を経由してではなく、コードレスの転送区間を経由して行われると特に有利である。適切なコードレスの転送区間は、例えば高周波送信ユニット及び高周波受信ユニット、あるいは赤外線送信機及び赤外線受信機により形成される。
【００３８】
位置測定ユニット２０内において、同期信号２６はサンプリングクロック発生器２２だけでなく時間測定ユニット３４にも供給されている。これにより時間測定ユニット３４は各位置データ要求の際にリセット可能である。さらに位置データ要求は制御クロック信号３２の時間間隔で時間的に不連続に行われるので、従って時間測定ユニット３４内では制御クロック信号３２のパルスと切換信号の発生の間の時間間隔Δｔも切換するプローブヘッド１０において測定可能である。
【００３９】
時間測定ユニット３４は評価ユニット２７と第二データ転送チャンネル３６を経由して接続している。第二データ転送チャンネルを経由して時間測定ユニット３４により測定される時間間隔Δｔは評価ユニット２７へ転送可能である。この情報により、切換信号の発生の時点に切換するプローブヘッド１０に最も近い位置の値を確定することが評価ユニット２７には可能である。さらにこの実施例において、評価ユニット２７が切換事象に最も近い位置の値を確定する際、切換信号の所要時間を考慮するのは有利である。結果として生じる位置の値は、自動的にあるいは処理ユニット３０の要求に応じて評価ユニット２７からインタフェースユニット２５と第一データ転送チャンネル３５を経由して制御ユニット３３へ転送することができる。
【００４０】
この実施形態においては時間間隔Δｔの検出も位置測定ユニット２０において行われるので、処理ユニット３０は前述の例と比較してなおさらに負荷を軽減される。
【００４１】
図４は制御クロック信号３２と、サンプリングクロック信号２３と、プローブヘッド１０の切換導線１１の間の時間的関係における、座標を測定するための本発明による方法の簡素化された時間ダイヤグラムを示す。この例においてサンプリングクロック信号２３は制御クロック信号３２の１０倍の周波数を有する。
【００４２】
時点ｔ１において、制御クロック周期は制御クロック信号３２の立上がり側面でもって始まる。この時点において、時間測定ユニット３４は第二データ転送チャンネル３６を経由してリセットされ、新たに開始される。制御ユニット３３により第一データ転送チャンネル３５とインタフェースユニット２５を経由して、位置測定ユニット２０からの位置の値が要求される。位置データ要求と同時に、サンプリングクロック信号２３は制御クロック信号３２と同期信号２６を介して同期される。引き続いて時点ｔ１，ｔ２，．．．ｔ１０において、位置測定ユニット２０の位置測定装置２１において位置の値が各々測定され、位置データメモリ部２４内に記憶される。
【００４３】
接触時点ｔｋにおいて、切換導線上でのレベルの変動は測定子１２とワークピースの接触を信号で知らせる。従って時間測定ユニット３４での時間測定は停止され、制御クロック信号３２の立上がり側面に対する切換信号の正確な時点は測定された時間間隔Δｔの形式で自由に使用できる。時間間隔Δｔは第二データ転送チャンネル３６を経由して制御ユニット３３へ転送され、この制御ユニット３３は引き続き切換事象の発生に最も近い位置の値を確定する。図４の例の場合、時点ｔ９において測定された位置の値が接触時点ｔｋに最も近く、従って接触過程の結果である。最後にこの位置の値は第一データ転送チャンネル３５を経由して制御ユニット３３へ転送され、そこでさらに処理される。
【００４４】
位置データメモリ部２４内の位置の値には正確な測定時点ｔ１，ｔ２，．．．ｔ１０が所属しているので、結果の精度は補間法によりさらに改善することができる。そのために位置の値が予め必要であり、接触時点ｔｋによる位置の値並びに時間間隔Δｔの値が予め必要である。接触過程時のプローブヘッド１０の送り速度が一定であると推定できるので、線形の関係が二つの位置に値間に判明し、この線形関係を介して正確な位置の値が時間間隔Δｔの経過に応じて補間することができる。
【００４５】
これに類似して、結果の精度を補外法により、接触時点ｔｋに最も近い確定された位置の値と、時間間隔Δｔと、公知の接触速度とを使用して改善することが可能である。
【００４６】
記載したワークピースの座標を測定するための装置、並びに座標を測定するための方法の実施形態は本発明の範囲内で変形可能であるのは自明であり、かつ様々な要求に適合することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明による座標測定装置の好ましい実施例のブロック図である。
【図２】本発明による座標測定装置の他の実施例のブロック図である。
【図３】本発明による座標測定装置の第三の実施例のブロック図である。
【図４】本発明による座標測定装置の時間的経過を説明するための時間ダイヤグラムを示す図である。