(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象（１２）を計測する座標測定機（４６）の測定過程を制御する方法（１０）であって、前記座標測定機（４６）が制御装置（６４）と探触ピン（１８）を備えたプローブ（６０）とを有し、前記探触ピン（１８）と前記測定対象（１２）の表面（１４）との間の相対運動が前記制御装置（６４）によって制御されるものにおいて、
前記表面（１４）は測定対象表面（１３）に一致した少なくとも１つの実際部分（２４）と少なくとも１つの仮想部分（２６）とを有し、
前記少なくとも１つの仮想部分（２６）が、ユーザによって規定された少なくとも１つの仮想表面（２２）によって形成されており、
前記プローブ（６０）が能動測定プローブ（６０）であり、前記制御装置（６４）が前記探触ピンの測定力（Ｆ）を制御し、前記少なくとも１つの仮想部分（２６）内への前記探触ピン（１８）の沈み込み深さに比例して前記能動測定プローブ（６０）の測定力変換器（９０）に対して対向力が付加されることを特徴とする方法。
【請求項２】
測定対象（１２）を計測する座標測定機（４６）の測定過程を制御する方法（１０）であって、前記座標測定機（４６）が制御装置（６４）と探触ピン（１８）を備えたプローブ（６０）とを有し、前記探触ピン（１８）と前記測定対象（１２）の表面（１４）との間の相対運動が前記制御装置（６４）によって制御されるものにおいて、
前記表面（１４）は測定対象表面（１３）に一致した少なくとも１つの実際部分（２４）と少なくとも１つの仮想部分（２６）とを有し、
前記プローブ（６０）が受動測定プローブ（６０）であり、前記制御装置（６４）が前記探触ピン（１８）の変位量を制御し、前記少なくとも１つの仮想部分（２６）内への前記探触ピン（１８）の沈み込み深さ（Ｄ）に比例して前記探触ピン（１８）の目標変位量に対して仮想変位量が付加されることを特徴とする方法。
【請求項３】
前記少なくとも１つの仮想表面（２２）が多数のベクトル（２３）として形成されており、前記ベクトルがその値および方向をそれぞれ１つの特定空間座標に割り当てられていることを特徴とする請求項１又は２記載の方法。
【請求項４】
前記仮想変位量が前記目標変位量とは逆向きであり、前記少なくとも１つの仮想部分（２６）における前記探触ピン（１８）の特定沈み込み深さ（Ｄ）において前記目標変位量と前記仮想変位量との間に均衡が生じることを特徴とする請求項２記載の方法。
【請求項５】
前記少なくとも１つの実際部分（２４）に沿った測定過程中に前記測定対象（１２）の既知目標幾何学形状の位置ずれが検知され、前記位置ずれに基づいて前記少なくとも１つの仮想部分（２６）の配置が適合されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の方法。
【請求項６】
前記少なくとも１つの仮想部分（２６）が少なくとも１つの仮想表面（２２）により形成されており、前記仮想表面（２２）の幾何学形状が平面または円筒体または球体に一致していることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載の方法。
【請求項７】
前記少なくとも１つの仮想部分が少なくとも１つの仮想表面により形成されており、前記少なくとも１つの仮想表面は制御プロセスに考慮されるが実際の前記測定対象に存在せず、
前記探触ピンが前記仮想表面に接触するときに、前記仮想表面が実際の表面であるかのように、制御量及び測定量が生成され、前記仮想表面が実際の表面であるかのように前記探触ピンの位置が前記制御装置に制御される、
請求項１〜６のいずれか１項記載の方法。
【請求項８】
測定対象（１２）を計測する座標測定機（４６）であって、制御装置（６４）とプローブ（６０）とを有し、前記プローブが探触ピン（１８）を有し、前記探触ピン（１８）と前記測定対象（１２）の表面（１４）との間の相対運動が前記制御装置（６４）によって制御されるものにおいて、前記表面（１４）は測定対象表面（１３）に一致した少なくとも１つの実際部分（２４）と少なくとも１つの仮想部分（２６）とを有し、
前記少なくとも１つの仮想部分（２６）が、ユーザによって規定された少なくとも１つの仮想表面（２２）によって形成されており、
前記プローブ（６０）が能動測定プローブ（６０）であり、前記制御装置（６４）が前記探触ピン（１８）の測定力を制御し、前記少なくとも１つの仮想部分内への前記探触ピン（１８）の沈み込み深さ（Ｘ）に比例して前記能動測定プローブ（６０）の測定力変換器（９０）に対して対向力が付加されることを特徴とする座標測定機。
【請求項９】
測定対象（１２）を計測する座標測定機（４６）であって、制御装置（６４）とプローブ（６０）とを有し、前記プローブが探触ピン（１８）を有し、前記探触ピン（１８）と前記測定対象（１２）の表面（１４）との間の相対運動が前記制御装置（６４）によって制御されるものにおいて、前記表面（１４）は測定対象表面（１３）に一致した少なくとも１つの実際部分（２４）と少なくとも１つの仮想部分（２６）とを有し、
前記少なくとも１つの仮想部分（２６）が、ユーザによって規定された少なくとも１つの仮想表面（２２）によって形成されており、
前記プローブ（６０）が受動測定プローブ（６０）であり、前記制御装置（６４）が前記探触ピン（１８）の変位量を制御し、前記少なくとも１つの仮想部分内への前記探触ピン（１８）の沈み込み深さに比例して前記探触ピン（１８）の目標変位量に対して仮想変位量が付加されることを特徴とする座標測定機。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの仮想表面（２２）が多数のベクトル（２３）として形成されており、前記ベクトルがその値および方向をそれぞれ１つの特定空間座標に割り当てられていることを特徴とする請求項８又は９記載の座標測定機。
【請求項１１】
前記仮想変位量が前記目標変位量とは逆向きであり、前記少なくとも１つの仮想部分（２６）における前記探触ピン（１８）の特定沈み込み深さ（Ｄ）において前記目標変位量と前記仮想変位量との間に均衡が生じることを特徴とする請求項９記載の座標測定機。
【請求項１２】
前記少なくとも１つの実際部分（２４）に沿った測定過程中に前記測定対象（１２）の既知目標幾何学形状の位置ずれが検知され、前記位置ずれに基づいて前記少なくとも１つの仮想部分（２６）の配置が適合されることを特徴とする請求項８〜１１のいずれか１項記載の座標測定機。
【請求項１３】
前記仮想表面（２２）の幾何学形状が平面または円筒体または球体に一致していることを特徴とする請求項８〜１２のいずれか１項記載の座標測定機。
【請求項１４】
前記少なくとも１つの仮想表面は制御プロセスに考慮されるが実際の前記測定対象に存在せず、前記探触ピンが前記仮想表面に接触するときに、制御量及び測定量が生成され、前記仮想表面が実際の表面であるかのように前記探触ピンの位置が前記制御装置に制御される、
請求項８〜１３のいずれか１項記載の座標測定機。
【請求項１５】
コンピュータプログラムが座標測定機（４６）内で実行されるとき請求項１〜７のいずれか１項記載の方法（１０）の全ステップを実行するように形成された、コンピュータコード手段を備えたコンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定対象を計測する座標測定機の測定過程を制御する方法であって、座標測定機が制御装置と探触ピンを備えたプローブとを有し、探触ピンと測定対象の表面との間の相対運動が制御装置によって制御されるものに関する。
【０００２】
本発明はさらに、測定対象を計測する座標測定機であって、制御装置と探触ピンを備えたプローブとを有し、探触ピンと測定対象の表面との間の相対運動が制御装置によって制御されるものに関する。
【背景技術】
【０００３】
このような方法とこのような座標測定機は、例えば特許文献１により公知である。
【０００４】
三次元座標測定機は、技術の現状において一般に知られており、工業的応用では工作物を計測し、これにより工作物に例えば品質管理を施すのに利用される。しかし、別の応用分野、例えば「リバースエンジニアリング」分野でも、このような座標測定機は利用される。
【０００５】
工作物を計測するために異なる測定系が利用される。通常、これは工作物の非接触式計測を可能とする光学式測定系か、工作物の探触点の座標を把握するために工作物を特定諸点で探触する接触式測定系かのいずれかである。
【０００６】
本発明は、接触式測定系を有する座標測定機を扱う。このような座標測定機は、測定空間内で工作物に対して相対的に三次元運動可能に配置されるプローブを有する。プローブがセンサ装置を有し、このセンサ装置は探触ピンを運動可能に支承し、かつプローブベースに対して相対的な探触ピンの変位量を把握することができる。探触ピンが探触先端を有し、この探触先端に探触物体、一般に探触玉が設けられている。探触ピンの既知幾何学形状と測定空間内でのプローブの既知位置とに基づいて、センサ装置によって把握された変位量を頼りに工作物の探触測定点の空間座標を判定することができる。
【０００７】
工作物を計測するためにさまざまな測定方式が知られている。計測は、多数の点を個々に探触するように行うことができる。このような測定方法は例えば、まったく未知の幾何学形状の把握を可能とするが、しかし各測定点を個々に探触するので多くの時間支出を必要とする。
【０００８】
それと並んで、探触ピンが被計測工作物と接触しながら被計測工作物に沿って移動し、こうして工作物表面上の軌道に沿って多数の測定点を把握するいわゆる走査法が知られている。こうして多数の測定点をごく迅速に把握することが可能となる。しかしこのためには、探触ピンもしくは探触玉が工作物の表面と絶えず接触しているようにプローブの運動軌道を制御することが不可欠である。このため、一般に軌道の目標幾何学形状は予め知られている。例えば、円形穴の内径を計測するときに、目標幾何学形状が円軌道であることは知られていることがある。この目標幾何学形状を承知していると走査過程中にプローブの軌道の制御が容易となり、プローブの軌道の再調整は目標幾何学形状からの測定点の実際偏差に基づいて行わねばならないだけである。
【０００９】
さらに、いわゆる能動測定プローブといわゆる受動測定プローブとが技術の現状において知られている。受動測定プローブでは、探触ピンが実質的に機械的ばね要素を介して支承されている。こうして探触ピンの変位量は支承部のばね力に、ひいては探触ピンを工作物表面に押し付ける接触力に、常に比例している。工作物表面に沿った走査過程の間、探触ピンの過度な撓みまたは工作物の損傷を避けるために接触力が特定範囲内にのみあると有利である。受動測定プローブでは接触力が探触ピンの変位量に比例しているので、この場合プローブは探触ピンの変位量、ひいては接触力を変更するために動かされねばならない。プローブの運動は加速度、ひいては慣性力を引き起こし、そのことからこのような受動測定プローブの制御が困難となることがある。
【００１０】
能動測定プローブにおいて、接触力は探触ピンの変位量にかかわりなく測定力変換器（例えば、電動式可動コイルまたは圧電素子）を頼りに調整することができる。そのことから、探触ピンの変位量が大きい場合にも、プローブの過大な運動を伴うことなく、場合によっては運動停止を引き起こすことさえなく、小さな接触力および／または走査過程の推移にわたって一定した接触力で工作物を探触することが可能となる。
【００１１】
本発明は、主として能動測定プローブを用いて使用するようにされている。しかし、本発明は原則的に受動測定プローブにおいても応用可能である。
【００１２】
走査法は、平滑な表面を探触すべきであるとき比較的問題なく応用することができる。しかし、探触すべき表面が隆起部や窪み、例えばフライス加工溝を有する場合、探触ピンの探触玉が隆起部または窪み内で動かなくなるときに諸問題が発生することがある。特に工作物表面の窪みはこの場合問題となり得る。しかし状況によっては、工作物表面の窪みを正確に計測する必要がまったくないことさえある。というのも、肝要なのはこの窪みが設けられた表面の推移のみ、例えば表面が実際に円形または平らであるか否かにすぎないからである。
【００１３】
座標測定技術の基本概念、特に測定結果を評価する方法は、専門家に知られている。座標測定技術の公知方法についての情報、特に補間法についての情報は、非特許文献１に見られ、これに関して明確にここで引用される。
【００１４】
頻繁に発生する問題の一つは、探触ピンが表面の窪み上を動くや、探触ピンが窪みに沈み込むように探触ピンの探触玉は制御装置によって再調整されることである。探触玉はいわば窪み内に「落下」する。その後の経過において、溝に端があれば、探触ピンは溝の対向するエッジに衝突する。走査過程は特定の送り量、例えば毎秒５ミリメートルで行われるので、もはや十分迅速に探触ピンを溝から「押し出す」ことができなくなることがある。その結果、探触ピンが破損するか、あるいは座標測定機の制御装置が最初に探触ピンを窪みもしくは溝から再び解放できるように走査過程は中断されねばならなくなる。
【００１５】
そこで、被計測表面の窪み内への探触ピンのこのような「沈み込み」を防止する解決手段が追求された。
【００１６】
冒頭で言及した特許文献１の改良である特許文献２では、工作物の窪みの位置を概略承知しているときに負の仮想測定力を調整することを提案している。「負」とはこの場合、測定力が法線方向で工作物の被計測表面から離れる方を向くことを意味する。制御装置はその場合、接触力が過大でありかつ探触玉が工作物表面から持ち上がると推定することになる。こうして窪みを「跳び越す」ことが可能になる。窪みを横切ったのち仮想設定力が取り除かれ、制御装置は工作物表面を再び走査する。しかしこれは、窪みの概略位置が既知であることを前提とする。
【００１７】
特許文献３でも、探触玉もしくは探触ピンが窪みに沈み込んで動かなくなるのを防止するために、窪みに接近時に探触玉を工作物表面から持ち上げることが提案されている。ここでも溝もしくは窪みの概略位置は既知でなければならない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１８】
【特許文献１】米国特許第５７３７２４４号明細書
【特許文献２】米国特許第５８９５４４４号明細書
【特許文献３】国際公開第２００８／０７４９８９号パンフレット
【非特許文献】
【００１９】
【非特許文献１】Fachbuch  Weckenmann、Gawande、”Koordinatenmesstechnik”、Carl  Hanser  Verlag、Munchen、１９９９、ISBN３−４４６−１７９９１−７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
本発明の課題は、測定位置にそもそも工作物がないときにも例えば窪みに基づいて走査を可能とする窪み付き工作物表面を走査する可能性を提供することである。その際、公知の測定法、走査法および補間法はすべて変更なしに応用可能なままでなければならず、存在する窪みを承知していないときでも探触ピンが窪み内で動かなくなるのを防止しなければならない。さらに、把握された測定値が実際に走査された工作物表面に由来しているか否かが認識可能なままでなければならない。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
そこで本発明の第１観点によれば、測定対象表面に一致した少なくとも１つの実際部分と少なくとも１つの仮想部分とを表面が有するように冒頭で言及した方法を改良することが提案される。
【００２２】
本発明の第２観点によれば、測定対象表面に一致した少なくとも１つの実際部分と少なくとも１つの仮想部分とを表面が有するように冒頭で言及した座標測定機を改良することが提案される。
【００２３】
本発明の第３観点によれば、座標測定機の制御装置内でコンピュータプログラムが実行されるとき本発明の第１観点による方法の全ステップを実行するように形成された、プログラムコード手段を有するコンピュータプログラムが提案される。
【００２４】
つまり制御プロセスにおいて実際には工作物に存在しない仮想表面が考慮され、これらの仮想表面は座標測定機の利用者によって予め規定され、例えば好適なユーザソフトウェアを頼りに設定することができる。これらの仮想表面はその形状および位置をほぼ任意にして測定空間内に配置することができ、例えば平坦面、円筒体または球体で構成することができる。仮想表面は実際に存在する工作物表面を補足および／または変更するものであり、こうして工作物および実際工作物表面に対して相対的な探触ピンの運動軌道を決定する。被計測工作物の目標幾何学形状は基本的に既知であるので、有利なことに、実工作物表面の窪みが「穴埋め」されるように仮想表面を規定しかつ測定空間内に配置することが可能となる。その場合探触ピンは、制御に基づいて仮想表面に沿って案内されることによって窪みを「跳び越す」。幾つかの事例では、仮想表面が工作物内に、つまり実際工作物表面の下にあると有利である。例えば球体を走査する場合、仮想表面は半径が多少小さい球体とすることができよう。ところで例えば溝等の窪みが実際工作物表面にある場合、これらの窪みもしくは溝は仮想表面によって「覆われ」る。その場合探触ピンの探触玉がこれらの仮想表面に当ると、実際表面のものに一致した制御量および測定量が生成される。同様に、制御装置は仮想表面が実際表面であるかのように探触玉もしくはプローブの位置を制御する。それゆえに探触玉は窪みの底にまで沈み込むのでなく、仮想表面上をそれに沿って移動する。こうして克服すべき高低差が小さくなり、実際窪みの末端で探触玉もしくは探触ピンは問題なく再び実際工作物表面に達することができる。歯車の幾何学形状を走査する場合、有利な仮想表面は想定された膜のように個々の歯の先端に張り渡した包絡体を形成することができる。制御装置がこのような仮想表面に沿って探触ピンを動かすときプローブは実際に存在する歯の間に探触ピンの自由端を入り込ませない。
【００２５】
探触玉もしくは探触ピンがそれに沿って制御下に動かされた表面が座標測定機によって計測され、従ってこの表面は、被計測工作物表面に一致した工作物に実際に存在する実部分と、例えば幾何学形状データの態様で制御装置に設定されるが実表面としては存在しない仮想部分とから成る。主に、制御装置とプローブの制御アルゴリズムとに何ら変更はない。こうして仮想表面は座標測定機の既に存在する制御ソフトウェアおよび補間ソフトウェアでもって問題なく利用できるので、仮想表面は走査し、実工作物表面もしくは実際工作物表面と組合せることができる。
【００２６】
探触ピンもしくはプローブが固定表面を走査しもしくは固定測定対象に沿って動かされるのか、または表面もしくは測定対象が固定探触ピンもしくはプローブに沿って動かされるのかは、基本的に区別されない。探触ピンもしくはプローブを動かすことも表面もしくは測定対象を動かすことも可能である。決定的なことは測定対象とプローブとの間の相対運動だけである。被計測測定対象に応じて好適な配置を設けることができる。例えば異なる形状を有するさまざまな測定対象が頻繁に計測されねばならない場合、測定対象を定置に配置して探触ピンを動かすのが有利である。それに対して、ほぼ同一に成形された回転対称な測定対象、例えば歯車を計測しなければならない場合、探触ピンを定置で保持して測定対象を回転させるのが有利なこともある。動かすべき質量はこうして小さく抑えることができる。
【００２７】
冒頭に掲げた課題はこうして完全に解決される。
【００２８】
本発明の好ましい一構成によれば、少なくとも１つの仮想部分内で把握される測定値がマーキングされる。
【００２９】
仮想部分内で把握された測定値は実工作物表面の実際測定値に一致しないので、把握した空間座標の評価時にそれらを考慮しないことが有利である。有利には、少なくとも１つの仮想部分内で把握される測定値がマーキングされる。マーキングされたこれらの測定値は次に例えば遮蔽もしくはマスキングすることができ、再処理時または評価時にそれらは利用されない。
【００３０】
さらに、プローブが能動測定プローブであり、制御装置が探触ピンの測定力を制御し、少なくとも１つの仮想部分内への探触ピンの沈み込み深さに比例して、能動測定プローブの測定力変換器に対向力が付加されるようにすることができる。
【００３１】
こうして能動プローブでは、利用者によって確定された仮想表面または自動的に確定された仮想表面をプローブの制御装置内への実際的入力に変換することが可能である。仮想表面は三次元ベクトル場として生成され、このベクトル場は仮想表面の位置決めに応じて測定空間内の特定位置を占める。それから、この位置に基づいて、測定空間のうち仮想表面のある空間座標が既知である。それから、各空間座標について、仮想力のベクトルはその値と方向が確定されている。方向は仮想平面の表面から法線方向で離れる方を向いている。値は仮想表面内での深さが増すのに伴って上昇する。すなわち、値は表面では小さく、それから深さが増すのに伴って増加する。こうしてここで利用される仮想力はそれらに割り当てられた空間座標に応じて異なる値を有する。こうして仮想表面は「仮想体」と称することもできよう。ところで、仮想表面に属する空間座標を有する１点へと探触玉が動くと、これらの空間座標について格納されている仮想力は目標接触力とは逆向きで目標接触力に付加される。このことは、座標測定機の制御装置にとって、探触玉が仮想表面に「触れる」や仮想表面によって探触ピンの探触玉に力が加えられるかのような印象を与える効果を有する。こうして制御装置によって測定力変換器の目標値に対向力が付加される。仮想表面を形成する仮想力の値は仮想表面内への沈み込み深さが増すのに伴って増加するので、一定の沈み込み深さにおいて目標接触力と仮想力との間に均衡が生じる。この均衡に達したなら、探触玉が仮想平面内にさらに沈み込むことはない。こうしてプローブは仮想表面内にごく僅かに入り込むだけである。その場合、探触玉の沈み込み深さが溝の末端で溝エッジの「よじ登り」を可能とするように仮想平面の位置は適宜選択されている。
【００３２】
上述のやり方は特に、技術の現状に比べて、測定対象の実際表面にある溝もしくは窪みの位置が既知でなければならないのではないという利点を有する。探触ピンが入り込むことのできない絶対的に規定された領域または測定対象に対して相対的に規定された領域を仮想表面によって測定空間内で選択的に生成することができる。測定領域内の仮想表面によって規定されたこれらの「禁止帯域」に基づいて、走査過程中、溝内への探触ピンの落下を防止するいわば「安全ネット」が接触ピンに与えられている。
【００３３】
選択的に本発明の第１観点に係る方法でも本発明の第２観点に係る座標測定機でも適用できることとして、プローブが受動測定プローブであり、制御装置が探触ピンの変位量を制御し、少なくとも１つの仮想部分内への探触ピンの沈み込み深さに比例して探触ピンの目標変位量に対して仮想変位量が付加されてよい。
【００３４】
その際好ましくは、仮想変位量が目標変位量とは逆向きであり、少なくとも１つの仮想部分における探触ピンの特定沈み込み深さにおいて目標変位量と仮想変位量との間に均衡が生じ、もしくは制御器設定値の間に均衡が生じるようにすることができる。
【００３５】
本発明の第１観点に係る方法と本発明の第２観点に係る座標測定機は特に能動測定プローブに適しもしくは能動測定プローブの使用に適しているのではあるが、受動測定プローブにも適用することができる。そこでは特定空間座標に割り当てられた仮想力によって仮想表面が転換されているのでなく、仮想変位量が目標変位量に付加される。仮想変位量のベクトル値はやはり沈み込み深さの増加に伴って上昇する。仮想変位量のベクトルの方向が目標変位量の方向とは逆向きであり、特定沈み込み深さにおいて当該仮想変位量と目標変位量との間に均衡が生じる。ここでも仮想表面に沿ってプローブの制御が達成される。
【００３６】
従って、能動プローブと受動プローブとについて上で述べた両方の実施形態に共通する点として、仮想部分は少なくとも１つの仮想表面によって形成されており、少なくとも１つの仮想表面はそれらの値および方向がそれぞれ１つの特定空間座標に割り当てられた多数のベクトルとして形成されている。
【００３７】
本発明の第１観点に係る方法の他の構成でも、本発明の第２観点に係る座標測定機の他の構成でも、測定過程の間に測定対象もしくは被計測表面の既知の目標幾何学形状が少なくとも１つの実際部分に沿って位置ずれすることが検知され、少なくとも１つの仮想部分の配置が位置ずれに基づいて適合されるようにすることができる。
【００３８】
こうして少なくとも１つの仮想表面の位置の動的ずれを設けておくことができる。このことは特に、既知の目標幾何学形状、例えば平面または円筒を有する工作物を走査するときに有利である。その際、例えば穴の既知の位置ずれは−すなわち、穴の中心点は仮定された箇所にはない−、補間法の再調整用に変更されるだけでなく−すなわち、目標幾何学形状の位置は使用された補間法に適合される−、同時に仮想表面の位置もしくは配置の再調整用にも変更される。仮想表面の適合もしくは再調整を行うことができるのは、当然に、探触ピンが実際表面もしくは実表面上にあり、実際表面上でも把握された測定値が援用される場合にのみである。
【００３９】
こうして測定過程中に仮想要素もしくは仮想表面の位置を実際工作物形状に適合させることが可能である。
【００４０】
最後に本発明の第１観点に係る方法でも、本発明の第２観点に係る座標測定機でも、仮想表面の幾何学形状が平面または円筒体または球体に一致するようにすることができる。
【００４１】
こうして少なくとも１つの仮想表面の形状を実際工作物に好適に適合させることが可能である。
【００４２】
前記特徴および以下でなお説明する特徴は当然にその都度明示した組合せにおいてだけでなく、別の組合せや単独でも、本発明の枠から逸脱することなく応用可能である。
【００４３】
以下、添付図面を参考に本発明の実施例を説明する。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の第１観点に係る方法の１実施形態による測定過程の略図である。
【図２】この方法の第２実施形態を示す。
【図３ａ】この方法の第３実施形態を示す。
【図３ｂ】この方法の第３実施形態を示す。
【図４ａ】この方法の第４実施形態を示す。
【図４ｂ】この方法の第４実施形態を示す。
【図４ｃ】この方法の第４実施形態を示す。
【図５】この方法の第５実施形態を示す。
【図６ａ】この方法の第６実施形態を示す。
【図６ｂ】この方法の第６実施形態を示す。
【図７】本発明の第２観点に係る座標測定機を示す。
【図８】図７の座標測定機の能動プローブの略図である。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
図１は例示した測定対象１２について実施することのできる１実施形態の方法１０の経過を示す。
【００４６】
この例において測定対象１２は、それが実際に平らであるか否かを点検される板である。
【００４７】
このため測定対象表面１３を計測しなければならない。得られた測定点に基づいて、評価の枠内で、測定対象１２の測定対象表面１３が実際に平らであるか否かを点検することができる。
【００４８】
そのことを達成するために表面１４が計測され、表面の構成は以下で詳しく述べられる。
【００４９】
測定対象表面１３が幾つかの箇所に溝１６を有する。溝１６は測定対象表面１３の考えられる凸凹、特に窪みの例として示してあるにすぎない。測定過程を損ない得るような別の種類の障害物も考えられる。
【００５０】
設けられている探触ピン１８はその一端に探触玉２０を有し、この探触玉で表面１４が探触される。探触ピン１８が図１ではさまざまな位置Ａ〜Ｅで示してある。測定過程の枠内で探触ピン１８は位置Ａ〜Ｅをアルファベット順に通過し、すなわちＡから始めてＥで終了する。
【００５１】
ところで探触ピン１８が測定対象表面１３に沿って移動してこれを走査し、探触玉２０が測定対象表面１３と接触しているとき、探触ピン１８は溝１６を横切らねばならない。方法１０の実施中に制御装置が探触ピン１８を溝１６に過度に深く入り込ませて探触ピン１８の探触玉２０が場合によって溝１６内で動かなくなることのないように、仮想表面２２が設けられており、この仮想表面は実際に計測すべき測定対象表面１３に対応して配置されている。本例では、測定対象表面１３が実際に平らもしくは平坦であるか否かを確認しなければならない。同様にここでも、仮想表面２２が測定対象表面１３の数ミリメートル下でこの表面と平行に延びているようにすることができる。このような境界条件によって仮想表面２２は自動的にもしくは計算機支援式に配置することもできる。
【００５２】
仮想表面２２は、その値および方向がそれぞれ１つの特定空間座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ）に割り当てられた多数のベクトル２３として形成されている。ベクトルはプローブの種類に応じて仮想力または仮想ベクトルとすることができる。
【００５３】
仮想表面２２は、方法１０の実施中、測定対象１２の実際測定対象表面１３もしくは実測定対象表面として扱われる。同様に、探触玉２０を有する探触ピン１８は、仮想表面２２が実際測定対象表面１３であるかのように制御される。こうして、探触玉２０が溝１６に過度に深く入り込むのを防止することができる。こうして方法１０の間に探触玉２０によって走査される表面１４は実際測定対象表面１３と仮想表面２２とで構成される。こうして表面１４は実際部分２４と仮想部分２６とを有する。従って測定結果を評価するとき、実際測定対象表面１３の探触中に把握された測定結果のみが援用されることに注意しなければならない。仮想表面２２の探触時にも表面１６の仮想部分２６内で測定値が獲得されるが、しかしこれらの測定値は当然に実体に合致しておらず、従って評価時に遮蔽されねばならない。
【００５４】
こうして方法１０の測定過程の経過は探触ピン１８の位置Ａで始まり、この位置において探触玉２０が実際測定対象表面１３を探触する。探触玉２０は表面１４の実際部分２４内にある。次に探触玉２０が送り方向２８に沿って動かされ、送り方向２８は常に被計測測定対象表面１３の目標幾何学形状にほぼ従う。探触玉２０は法線方向３０で、すなわち送り方向２８に垂直に、測定対象表面１３を加圧する。これにより探触玉２０と測定対象表面１３との間で接触力Ｆが働く。探触ピン１８の停止時に接触力Ｆは図１に例示しただけのように法線方向３０から相違することができる。その場合、接触力Ｆは探触玉２０と測定対象表面１３との間の接触点の静摩擦円錐の内部に位置することができる。しかし探触玉２０が測定対象表面１３に沿って動かされ、静摩擦が滑り摩擦に移行するや、通常の力平行四辺形によって接触力Ｆの方向は法線方向３０の力と測定対象表面１３の方向の滑り摩擦力とから判定することができる。探触玉２０と測定対象表面１３との間に僅かな摩擦係数が存在する場合に滑り摩擦力の値が法線方向の力の値に比べてごく小さいと前提すると、僅かな摩擦係数が存在する場合接触力Ｆの方向は法線方向３０と実質的に一致する。
【００５５】
ところで探触玉２０が測定対象表面１３から溝１６内に入ると、探触玉２０は仮想表面２２に衝突するまで溝内で一定程度動く。探触玉２０はいまや表面１４の仮想部分２６内にある。この方法にとって、探触玉２０が実測定対象表面もしくは実際測定対象表面１３上にあるのか仮想表面２２上にあるのかで基本的に違いはない。探触ピン１８を制御する制御装置への入力は同じである。探触玉２０が仮想表面２２に当たると、法線方向３０で探触玉２０の方向を向く対向力は制御装置への入力として生じる。対向力の値は仮想表面２２への探触玉２０の沈み込み深さＤに比例して生成しておくことができる。仮想表面２２はいわば多数の仮想力ベクトルを有する空間領域として形成されており、仮想表面内に深く入り込めば込むほど力ベクトルの値は増加する。その結果、仮想対向力が目標接触力に一致するまで探触玉２０は一定−僅かな−程度だけ仮想表面内に「沈み込む」ことになる。こうして探触玉２０は溝１６内に完全に沈み込むのでなく、−仮想ベース上で−仮想表面２２を走査するだけである。こうして探触玉２０は図示位置Ｂにおいて仮想部分２６を横切る。
【００５６】
仮想表面２２は測定対象表面１３の（図１に示した向きで）単に数ミリメートル下に配置されているので、仮想表面２２と測定対象表面１３との間の距離が僅かであり、探触ピン１８が送り方向２８で位置Ｂから位置Ｃに移動するとき探触玉２０は仮想表面２２から測定対象表面１３への段階を問題なく進むことができる。引き続き、位置Ｂの溝１６についても位置Ｄの溝１６についても同じ過程が繰り返される。探触玉２０は新たに表面１４の実際部分２４から表面１４の、仮想表面２２によって形成される仮想部分２６へと移行する。こうして探触玉２０が位置Ｄにおいて完全に溝１６に沈み込みことは防止され、この溝１６も危険なく通過することができる。方法１０の測定過程は次に探触ピン１８の位置Ｅにおいて終了する。
【００５７】
以上述べた方法１０によって、測定対象１２の溝１６を横切ることが問題なく可能である。さらに、探触玉２０を実際測定対象表面１３から持ち上げて探触玉２０にいわば溝１６を「飛び越え」させることは必須でない。それゆえに被計測測定対象表面１３全体が走査される。
【００５８】
他の実施形態が図２に例示してある。この場合計測されるのは歯車の態様の測定対象１２’、ここでは歯の歯先円である。それとともに被計測表面１４は測定対象１２’の歯先３２の態様の実際部分と測定対象１２’の周りに設けられる円筒形仮想表面２２’とを有する。こうして単に歯先円もしくは歯先３２を計測することができる。探触玉２０を有する探触ピン１８は、歯溝が仮想表面２２’によって覆われるので歯溝に沈み込む必要がない。この場合送り方向２８’は円形である。
【００５９】
図３ａと図３ｂに第３実施形態が示してある。この場合に計測されるのは測定対象１２’’のダブテール３４の幅である。ダブテール３４の幅を確認するために仮想表面２２’’が設けられており、探触玉２０がダブテール３４の下に入り込んで動かなくなることはない。仮想表面２２’’はダブテール３４の測定対象表面１３’’に対して単に僅かな距離で設けられており、探触玉２０は仮想表面２２’’から実際表面１３’へと上ることができる。測定過程のとき探触ピン１８は位置Ａ’から送り方向２８’’に沿って位置Ｂ’へと適宜動かされ、こうしてダブテール３４の幅が把握される。
【００６０】
図４ａ〜図４ｃは、その刃部が計測される鋸歯３６を有する鋸刃の態様の測定対象１２’’’を示している。このため、歯車の歯先円の計測時と同様に円筒形仮想表面２２’’’が設けられている。これにより、探触玉２０’’’が鋸歯３６の間の空隙に沈み込んで刃部の背後で動かなくなることは防止される。それとともに仮想表面２２’’’によって、送り方向２８’’’で鋸歯３６の刃部を走査することも可能となる。図４ａと図４ｂから明らかとなるように複数の仮想表面２２’’’を配置することができる。上側切れ刃３７も下側切れ刃３８も円補間を頼りに把握することがこうして可能となる。
【００６１】
他の実施形態の図５に示す例でも事情は同じである。この場合測定対象１２’’’において穴４０もしくはその内径が計測される。但しこの穴４０はフライス加工されたキー溝４２を有する。探触ピン１８がこのキー溝４２内で動かなくなるのを防止するために、仮想表面２２’’’’がキー溝４２上に設けられ、こうして探触ピン１８もしくは探触玉２０がキー溝４２内に過度に深く沈み込むのが防止される。こうして、穴４０を一気に走査してその内径を円補間によって判定することが可能となる。
【００６２】
他の例が図６ａと図６ｂに示してある。この場合、プロペラシャフトの内部部品４４の球形状が計測される。探触玉２０が内部部品４４の穴４５内で動かなくなることのないように、球形状を有する仮想表面２２’’’’が内部部品内に設けられる。こうして、例えば外側球体の態様の内部部品４４の測定対象表面１３’’’’を計測しかつ球面補間によって判定することが可能となる。
【００６３】
図７は本発明の１実施形態における座標測定機４６を示す。
【００６４】
座標測定機４６が測定表面４８を有し、この測定表面上に測定対象１２が配置されている。測定表面４８上で門５０がＹ方向に運動可能に支承されている。門５０でキャリッジ５２がＸ方向に運動可能に支承されている。さらにキャリッジ５２内でスピンドル５４がＺ方向に摺動可能に支承されている。
【００６５】
スピンドル５４の一端にあるプローブ６０は探触玉２０を備えた探触ピン１８をそれ自身受容している。
【００６６】
こうして探触ピン１８は任意方向で測定対象１２に接近することができ、測定対象１２は探触玉２０で探触することができる。
【００６７】
目盛５６、５７、５８が設けられており、これらの目盛に沿って門５０、キャリッジ５２、スピンドル５４が動かされる。こうして好適なセンサ装置によって目盛５６、５７、５８に基づいて門５０、キャリッジ５２およびスピンドル５４の位置は判定することができる。プローブ６０は、能動的または受動的に測定するように形成しておくことのできる他の（図示しない）センサ装置を有する。このセンサ装置によってプローブ６０もしくはスピンドル５４に対して相対的な探触ピン１８の変位量は判定することができ、こうして探触玉２０の位置も既知である。
【００６８】
座標測定機４６がさらに制御装置６４を有し、この制御装置は例えば通常のコンピュータとして形成しておくことができる。その場合通常の構成において制御装置６４は出力装置６６と入力装置６７とを有し、利用者は出力装置６６で計測結果を読み取ることができ、または例えば測定過程用シーケンスプログラムをスタートさせることができる。入力装置６７によって例えば測定過程の速度、探触すべき表面等に関してさまざまな変更を行うことができる。
【００６９】
このため制御装置６４は、上記方法に従って測定対象１２を計測することができる。このため制御装置６４は被計測測定対象表面１３に基づいて、例えば被計測実際測定対象表面１３に対して仮想表面を一定程度離間させかつ平行に配置することによって、仮想表面２２を自動的に適宜配置することができる。例えば、球体表面を計測する場合、被計測球体表面の窪みに探触ピンが落下するのを防止するために、半径の多少小さい仮想球体表面を同じ中心点で自動的に配置するようにすることができる。それとともに窪みへの落下は実際に存在する窪みもしくは溝を承知しなくとも起きることがある。
【００７０】
選択的にまたは付加的に、測定過程を手動で実施するために操作装置６９を設けておくことも当然に可能である。例えば特定測定過程を学習することができ、または制御装置６４の故障時に座標測定機４６の制御を手動で引き受けることができる。
【００７１】
制御装置６４は、図示したように座標測定機４６の残りの諸要素に至るケーブル接続部を有することができ、しかしワイヤレスで接続しておくこともできる。制御装置６４が残りの諸要素の一体な構成要素であり、例えば測定表面４８または門５０内に配置しておくことも当然に可能である。そこに出力装置６６または入力装置６７を配置しておくこともできる。
【００７２】
図８はプローブ６０の基本的機能様式を略図で示す。このプローブ６０は能動プローブとして実施されている。プローブ６０が固定部分７２と可動部分７４とを有し、両方の部分は２つの板ばね４２、４４を介して互いに結合されている。板ばね７６、７８は、矢印８０の方向で部分７４の運動を可能とするばね平行四辺形を形成する。こうして探触ピン１８はその静止位置から距離Ｔだけ変位することができる。符号１８’ではプローブ６０が変位位置で略示してある。
【００７３】
固定部分７２に対して相対的な探触ピン１８の変位量は測定対象１２の探触の結果とすることができる。探触ピン１８の変位量は探触玉２０の空間座標を判定する際に考慮される。さらに、能動プローブ６０において探触ピン１８の変位量は測定力発生器を頼りに生成することができる。固定部分７２と可動部分７４とにそれぞれ脚部８２、８４が配置されている。脚部８２、８４は板ばね７６、７８と平行かつ互いに平行である。脚部８２、８４の間にセンサ８６（ここでは目盛８８付きで図示）と測定力発生器もしくは測定力変換器９０が配置されている。センサ８６は可動コイル、ホールセンサ、ピエゾ抵抗センサまたは別のセンサとすることができ、これらを頼りに固定部分７２に対して相対的な探触ピン１８の空間的変位量を判定することができる。測定力発生器９０は、例えば両方の脚部８２、８４を互いに引き寄せまたは互いに押し離すことのできる可動コイルとすることができる。同様に、制御装置６４が一方で変位量、接触力等の変量を読み取ることができかつ他方で測定力発生器９０を制御できるように、プローブ６０は制御装置とも接続されている。
【００７４】
図８の略図においてプローブ６０は探触ピン１８の変位を矢印４６の方向で可能とするだけである。しかしながら当該技術の専門家に知られているように、このようなプローブ６０は代表的には２つの他の直交する空間方向で当該変位を可能とする。このようなプローブ６０の１実施例が例えば印刷物ＤＥ４４２４２２５Ａ１に述べられており、その開示内容は参照することによってここに含められる。しかし本発明はこの特殊なプローブ６０に限定されているのでなく、別の測定系の別の測定するプローブまたは切り換えるプローブおよびセンサヘッド、特に受動プローブでもって実現することもできる。
【００７５】
当該技術の専門家に知られているように、図８に概略示した種類のプローブ６０もしくはセンサヘッドは一般に受容部を有し、この受容部に探触ピン１８もしくは別のセンサが交換可能に固着されている。
【図１】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図４ｃ】
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【図５】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図７】
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【図８】
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