(57)【要約】      （修正有）【課題】測定の不確かさを低減する測定装置及びその操作方法を提供する。【解決手段】各プローブユニット１６、３５はプローブ素子１８、３７を有する。各プローブ素子１８、３７は、探測方向ｘにプローブ外側、及びプローブ外側の反対側にプローブ内側１８ｉ又は３７ｉを有する。ゼロ位置、又は探測方向ｘに直角な角度に参照面を決定するために、２つのプローブ素子を、各プローブ外側又は各プローブ内側１８ｉ、３７ｉを介して接触させることができる。２つのプローブユニット１６、３５の内の１つが、関連するプローブ側面の間の接触を検出するとすぐに、２つのプローブ素子の間の接触点によって、参照面が探測方向ｘのゼロ位置として定義される。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定装置（１０）であって、
第１搬送部（１５）に配置され、かつ探測方向（ｘ）にプローブ内側（１８ｉ）を備える第１プローブ素子（１８）を有する、第１プローブユニット（１６）と、
第２搬送部（３３）に配置され、かつ前記探測方向（ｘ）にプローブ内側（３７ｉ）を備える第２プローブ素子（１８）を有する、第２プローブユニット（３５）と、
第１搬送部（１５）を台座（１１）に対して探測方向（ｘ）に位置決めするように設計された、第１位置決め装置（１４）、及び／又は第２搬送部（３３）を前記台座（１１）に対して前記探測方向（ｘ）に位置決めするように設計された、第２位置決め装置（３４）であって、前記第１プローブユニット（１６）は、前記第１プローブ素子（１８）が物体に接触しているかどうかを示す第１プローブ信号（Ｔ１）を生成するように設計され、及び／又は前記第２プローブユニット（３５）は、前記第２プローブ素子（３７）が物体に接触しているかどうかを示す第２プローブ信号（Ｔ２）を生成するように設計されている、第１位置決め装置（１４）、及び／又は第２位置決め装置（３４）と、
前記第１と第２のプローブ信号（Ｔ１、Ｔ２）が送信される制御ユニット（３０）と、
を備え、
前記制御ユニット（３０）は、
前記第１と第２の位置決め装置（１４、３４）を制御し、かつ前記第１プローブ素子（１８）の前記プローブ内側（１８ｉ）を前記第２プローブ素子（３７）の前記プローブ内側（３７ｉ）に接触させるために、前記第１と第２の位置決め装置（１４、３４）を制御するステップと、
前記第１プローブ信号（Ｔ１）及び／又は前記第２プローブ信号（Ｔ２）が前記２つのプローブ素子（１８、３７）が接触していることを示すときに、前記プローブ素子（１８、３７）の接触点に、前記探測方向（ｘ）に直交する参照面（Ｂ）を決定するステップと、
を遂行する、測定装置（１０）。
【請求項２】
前記第２の搬送部（３３）は台座（１１）に対して動かないように配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の測定装置。
【請求項３】
前記制御ユニット（３０）は、前記ワークピース（２０）において、相対向する２つのワークピース面の間の内幅を前記探測方向（ｘ）に測定すべきか、又は互いに背反する２つのワークピース面の間の外幅を前記探測方向（ｘ）に測定すべきかをリクエストするように設計されていることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の測定装置。
【請求項４】
前記制御ユニット（３０）は、前記ワークピース（２０）において内幅を測定すべき場合に、前記第１プローブ素子（１８）の前記プローブ内側（１８ｉ）を前記第２プローブ素子（３７）の前記プローブ内側（３７ｉ）に接触させるために、前記第１位置決めユニット（１４）及び／又は前記第２位置決めユニット（３４）を制御するように設計されていることを特徴とする、請求項３に記載の測定装置。
【請求項５】
前記制御ユニット（３０）は、前記ワークピース（２０）において内幅と外幅のいずれを前記探測方向（ｘ）に測定すべきかについての情報を、測定するために作動された測定プログラムにリクエストすることを特徴とする、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の測定装置。
【請求項６】
前記プローブユニット（１６、３５）の少なくとも１つが、前記探測方向（ｘ）を中心に回転移動可能、及び／又は前記探測方向（ｘ）に対して直角に並進移動可能となるように、前記対応する搬送部（１５、３３）に一体的に取り付けられていることを特徴とする、請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の測定装置。
【請求項７】
前記各プローブ素子（１８、３７）は、前記対応するプローブユニット（１６、３５）のプローブ先端（１９、３８）の自由端に配置されるか、又は前記プローブ先端（１９、３８）の自由端によって形成されるかであることを特徴とする、請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の測定装置。
【請求項８】
前記プローブ先端（１９、３８）は、前記プローブ素子（１８、３７）までピンのように延在し、かつ前記プローブ素子（１８、３７）の反対の端部で前記プローブユニット（１６、３５）のプローブヘッド（１７、３６）に結合されていることを特徴とする、請求項７に記載の測定装置。
【請求項９】
前記プローブヘッド（１７、３６）は、前記プローブ素子（１８、３７）に作用する力を測定、及び／又は前記プローブ素子（１８、３７）の静止位置からの偏向を測定するように設計されていることを特徴とする、請求項７又は請求項８に記載の測定装置。
【請求項１０】
各搬送部（１５、３３）には、前記搬送部（１５、３３）又は前記台座（１１）に配置され、かつ少なくとも１つのレーザ測定ビーム（Ｌ１、Ｌ２）を前記探索方向（ｘ）の関連するリフレクタ（２７）に向けて放射して、前記リフレクタ（２７）で反射された前記レーザ測定ビーム（Ｌ１、Ｌ２）を受光するように設計されたレーザ干渉計（２６）を有する、少なくとも１つの干渉計装置（２５）が割り当てられ、
前記レーザ干渉計（２６）が前記搬送部（１５、３３）に配置されている場合には、前記リフレクタ（２７）は前記台座（１１）に配置され、かつ、
前記レーザ干渉計（２６）が前記台座（１１）に配置されている場合には、前記リフレクタ（２７）は前記搬送部（１５、３３）に配置されることを特徴とする、請求項１〜請求項９のいずれか一項に記載の測定装置。
【請求項１１】
前記少なくとも１つのレーザ干渉計（２６）は、前記レーザ干渉計（２６）の前記少なくとも１つのリフレクタ（２７）からの前記探測方向（ｘ）への距離を表す、少なくとも１つの距離信号（ＡＳ）を前記制御ユニット（３０）へ送信することを特徴とする、請求項１０に記載の測定装置。
【請求項１２】
前記備えられたリフレクタ（２７）は前記台座（１１）に配置された測定フレーム（４３）に配置されていることを特徴とする、請求項１１に記載の測定装置。
【請求項１３】
各搬送部（１５、３３）には２つの干渉計装置（２５）が割り当てられ、
前記２つの干渉計装置（２５）の前記レーザ干渉計（２６）は、前記探測方向（ｘ）に直角の横方向（ｙ）で、それぞれが前記横方向（ｙ）に直交する中央面（Ｍ１、Ｍ２）から等距離に配置されていることを特徴とする、請求項１〜請求項１２のいずれか一項に記載の測定装置。
【請求項１４】
前記ワークピース（２０）は対応する前記中央面（Ｍ１、Ｍ２）にある前記プローブ素子（１８、３５）によって探測されることを特徴とする、請求項１３に記載の測定装置。
【請求項１５】
第１搬送部（１５）に配置され、かつ探測方向（ｘ）にプローブ内側（１８ｉ）を備える第１プローブ素子（１８）を有する、第１プローブユニット（１６）と、
第２搬送部（３３）に配置され、かつ前記探測方向（ｘ）にプローブ内側（３７ｉ）を備える第２プローブ素子（３７）を有する、第２プローブユニット（３５）と、
前記第１搬送部（１５）を台座（１１）に対して前記探測方向（ｘ）に位置決めするための第１位置決め装置（１４）、及び／又は前記第２搬送部（３３）を前記台座（１１）に対して前記探測方向（ｘ）に位置決めするための第２位置決め装置（３４）と、
を備える測定装置（１０）を操作する方法であって、
前記第１プローブ素子（１８）の前記プローブ内側（１８ｉ）を前記第２プローブ素子（３７）の前記プローブ内側（３７ｉ）に接触させるために、前記第１位置決め装置（１４）及び／又は前記第２位置決め装置（３４）を制御するステップと、
前記プローブ素子（１８、３７）同士の間の接触が識別されたときに前記プローブ素子（１８、３７）同士の前記接触点において、前記探測方向（ｘ）に直交する参照面（Ｂ）を決定するステップと、
を含む方法。
【請求項１６】
前記参照面（Ｂ）が決定されると、長さ測定値が、前記ワークピース（２０）において測定されて、前記ワークピース（２０）が接触したときの前記参照面（Ｂ）からの前記プローブ素子（１８、３７）の前記距離に基づいて決定されることを特徴とする、請求項１５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定装置及び測定装置の操作方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
測定装置には２つのプローブユニットがあり、それぞれが接触して探測するプローブ素子を有する。この種のプローブ素子は、長さ測定量を測定するための測定装置に使用される。プローブ素子がワークピースに接触するとき、定義されたスタート位置又はゼロ位置に対するプローブ素子の位置に基づいて、ワークピースにおける測長値が決定可能である。
【０００３】
測定装置においてこの種のゼロ位置を設定するために、較正された基準又は様々な様式のゲージブロックが使用される。しかしながら基準又はブロックゲージは不確かさにも関係する。円筒リングの不確定性は、Ｐｈｙｓｉｋａｌｉｓｃｈ−Ｔｅｃｈｎｉｓｃｈｅ  Ｂｕｎｄｅｓａｎｓｔａｌｔ（ドイツ連邦共和国国立計量研究所、略して「ＰＴＢ」）により、５０ナノメートルであると特定されている。不確定性が２０ナノメートルであると特定されたゲージブロックは使用することも可能である。したがって測定精度は、測定装置のプローブ素子のスタート位置の決定に使用される参照物体の精度で常に制限される。さらに、プローブユニットそのものによって測定の不正確さが与えられる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このことから、本発明の目的は測定の不確かさを低減する測定装置及び方法を創生することにあると考えられる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この目的は、請求項１に記載の特徴を有する測定装置、及び請求項１５に記載の特徴を有する方法によって達成される。
【０００６】
測定装置は第１搬送部を含み、そこに第１プローブ素子を有する第１プローブユニットが配置される。探測方向にワークピースを探測するために、第１プローブ素子はプローブ内側を有し、所望によりプローブ内側の反対側にプローブ外側も有する。第１プローブ素子のプローブ外側は第１搬送部に背反する方向を向く。つまり、第１プローブ素子のプローブ内側は第１搬送部に対向する方向を向く。したがって第１プローブユニットの設計によって、ワークピースはプローブ側面の片側だけで、つまりプローブ素子のプローブ外側か反対のプローブ内側のいずれかによって、探測方向に探測可能である。
【０００７】
第２プローブユニットが第２搬送部に配置され、この第２プローブユニットは第２プローブ素子を有する。第２プローブユニットは第１プローブユニットに対応した形で構築される。第１プローブ素子と同様に第２プローブ素子は、探測方向のプローブ内側と、所望により反対のプローブ外側を有する。第２プローブ素子のプローブ外側は第２搬送部に背反する方向を向く。つまり、第２プローブ素子のプローブ内側は第２搬送部に対向する方向を向く。
【０００８】
第１プローブユニット及び／又は第２プローブユニットは、さらに第１又は第２のプローブ信号を生成するように設計されている。これは特定のプローブ素子がワークピース又は別の物体に接触しているかどうかを示す。このために当該のプローブユニットは、例えば静止位置からのプローブ素子の偏向、及び／又は第１プローブ素子に作用する力を検出可能である。プローブユニットの１つは受動的、つまりプローブ信号生成の可能性なしに実現することも可能である。したがって、これはセンサシステムなしではいかなる測定も実行不能であり、例えば偏向できないプローブ本体を有してもよい。
【０００９】
測定装置は、第１搬送部を台座に対して探測方向に位置決めするように設計された第１位置決め装置、及び／又は第２搬送部を台座に対して探測方向に位置決めするように設計された第２位置決め装置を有する。第１及び／又は第２位置決め装置はさらに、探測方向内の並進運動に加えて、１つ以上の別の自由度でも特定の搬送部を位置決めするように設計可能である。この場合には、最大６自由度での位置決めが可能である。
【００１０】
第１又は第２搬送部、及び第１又は第２プローブシステムは、台座に対して固定されるように実現されてもよい。
【００１１】
測定装置はさらに制御ユニットを有し、プローブユニットのプローブ信号がそこへ送信される。制御ユニットはさらに位置決め装置を制御して、以下のステップを遂行するように設計されている。
【００１２】
実際の測定をする前に、プローブ素子のいわばスタート位置又はゼロ位置を定義する参照面が決定される。このために、第１の位置決め装置及び／又は第２の位置決め装置が、第１プローブ素子のプローブ内側を第２プローブ素子のプローブ内側に接触させるように制御される。第１プローブ信号及び／又は第２プローブ信号が２つのプローブ要素の接触を示すとすぐに、台座に対して固定された座標系に関する２つのプローブ素子のその時の接触位置が、参照面内の点として定義される。参照面は探測方向に直交しており、したがって２つのプローブ素子の接触点によって明確に定義される。参照面は台座に対して固定である。プローブ内側同士が互いに当接するとき、プローブ素子はその前に互いを通過して移動しなければならない。これは、搬送部の対応する相対移動、及び／又は折れ曲がったプローブ先端及び／又はプローブ素子を有するプローブ先端の相互に傾斜した位置、又は探測方向の横断方向に相互にずれて配置されたプローブ素子によって実現可能である。
【００１３】
参照面を決定するとき、対応するプローブユニットがそのプローブユニットの載っている搬送部に対して移動することが特に回避される。むしろ、搬送部はそこに配置された各プローブユニットと一体的に、相互に並進及び／又は回転して移動するように特になっている。この参照面を起点にして、この後の測定時に参照面からのプローブ素子の距離、あるいは参照面からの両プローブ素子の両方の距離を決定することにより、ワークピースにおける測長値が決定可能である。
【００１４】
参照面は較正体又はブロックゲージなしで決定される。２つのプローブ素子を相互に接触させて参照面が定義される。プローブ素子の正確な形状を知る必要はない。
【００１５】
参照面を決定することでゼロ位置又はスタート位置が極めて容易に決定され、探測方向に非常に高精度の測定が可能となる。
【００１６】
この参照面を起点として、プローブ要素の参照面からの距離が決定できる。ワークピースが、例えば探測方向の対向する両側の２つのプローブ素子によって探測されるとき、これらの２つの側面間の距離、例えば円筒形ワークピースの外径が決定可能である。代替的又は追加的に、２つのプローブ要素によって、ワークピースの相対向する内側の間の距離を決定することも可能である。
【００１７】
各プローブ要素は、プローブ内側の反対側にプローブ外側を有することも可能である。２つのプローブ要素のプローブ外側もまた、もう１つの参照面を決定するために接触させることができる。
【００１８】
ワークピースにおいて探測方向に、相互に向き合う２つのワークピース面間の内幅と、相互に背反する２つのワークピース面間の外幅のいずれを測定すべきかを制御ユニットが照会するように設計されていれば有利である。例えば、測定装置の測定プログラムから情報を引き出すようにして照会をすることができる。内幅の距離又は外幅の距離のいずれを測定するかによるが、内幅を測定するために参照面を決定する際に２つのプローブ要素のプローブ内側を接触させられれば特に有利である。外幅を測定する場合には、参照面の決定に２つのプローブ要素のプローブ外側を接触させられれば有利である。
【００１９】
内幅と外幅のいずれを測定するかの情報は、対応する仕様によってオペレータが制御ユニットに送信することも可能である。その測定装置で内幅だけ、又は外幅だけが測定される場合には、この情報は制御ユニット内に固定的に指定することも可能である。
【００２０】
少なくとも１つのプローブユニットが、探測方向を中心に回転するように移動可能、及び／又は探測方向に対して直角に並進して移動可能であるように、対応する搬送部に一体的に取り付けられていれば有利である。プローブユニットはこのように、対応する位置決め装置によってプローブ要素及び搬送部と共に回転及び／又は並進して移動可能である。参照面に平行な面内で回転及び／又は並進移動することにより、２つのプローブユニットは探測方向に互いを通過して移動可能であり、それらのプローブ内側で接触することが可能である。
【００２１】
各プローブ素子が対応するプローブユニットのプローブ先端の自由端に配置されるか、又はプローブ先端の自由端で形成されていれば、これも有利である。プローブ先端は好ましくはその自由端又はプローブ素子までピンのように延在し、プローブ素子の反対の端部で対応するプローブユニットのプローブヘッドに結合される。測定業務に依存して、プローブ先端又はプローブ素子は交換可能であってよい。例えば、プローブ素子はボール先端又は球形キャップであってよい。プローブ素子はまた１つ以上のプローブ先端を有してもよい。プローブ内側及び／又はプローブ外側を形成するためにプローブ素子は、対向する片側又は両側が、例えば１つの球か球形キャップ、又は２つの球か２つの球形キャップによって探測方向に適切に凸型の形状となることが好ましい。
【００２２】
一例示的実施形態では特定のプローブヘッドを、プローブ素子に作用する力の測定、及び／又はプローブ素子の静止位置からの偏向の測定をするように設計可能である。例えば、プローブ先端を、探測方向に直交する旋回軸の周りで旋回可能に、プローブヘッドに取り付けることが可能である。
【００２３】
特定のプローブ素子の参照面からの現在の距離を測定又は決定するために、各搬送部には少なくとも１つの干渉計装置を割り当て可能である。干渉計装置は、搬送部又は台座に配置されたレーザ干渉計と、レーザ干渉計が搬送部に配置されている場合には台座に配置され、レーザ干渉計が台座に配置されている場合には搬送部に配置された、少なくとも１つのリフレクタとを有する。レーザ干渉計は、関連するリフレクタに向けて探測方向に平行な対応する放射方向に、少なくとも１つのレーザ測定ビームを放射して、そのリフレクタで反射されたレーザ測定ビームを受光するように設計可能である。参照光路のレーザ参照ビームとの差を形成することで、リフレクタに対するレーザ干渉計の距離、および結果的に搬送部又はプローブ素子の参照面に対する距離が決定可能である。関連するリフレクタからのレーザ干渉計の距離のいかなる変化も非常に高精度に検出可能である。当該のプローブ素子が参照面内に位置している場合、これを干渉計装置又は制御ユニットではゼロ位置と定義できる。少なくとも１つのリフレクタに対してこのゼロ位置からのレーザ干渉計の移動を決定することができる。そしてそれがプローブ素子の参照面に対する探測方向の移動に対応する。特定のプローブ素子の位置をこうして非常に高精度に取得可能である。レーザ干渉計は少なくとも１つの距離信号を制御ユニットに送信し、この信号は少なくとも１つのリフレクタからのレーザ干渉計の探測方向の距離を表す。
【００２４】
レーザ干渉計は、探測方向に平行な相対向する放射方向にあるそれぞれのリフレクタに向けて２つのレーザ測定ビームを放射することが可能である。こうして、冗長性のある距離決定が行われ、測定精度をさらに向上させることができる。さらに、温度、密度、又は空気組成などへの変化による環境の影響を検出し、測定値を決定する際にこれらを補正することができる。
【００２５】
各搬送部に２つの干渉計装置が割り当てられると有利である。搬送部の２つの干渉計装置のレーザ干渉計のそれぞれは、探測方向に直交する横方向に、中央面から等距離を有する。中央面は探測方向と、探測方向に直交しかつ横方向に直交する垂直方向とに広がる。中央面は参照面に対して直交している。参照面を決定するためにワークピースが、対応する中央面内のプローブ要素及び／又は２つのプローブ要素で探測されれば好ましい。中央面からのレーザ干渉計の距離が等しくない場合、その差を知ることが必要であり、そうすれば補正時にそれに応じた考慮をすることが可能である。
【００２６】
参照面は好ましくは、リフレクタが配置されている面同士の間の中央に配置された面であって、すべてのリフレクタが参照面から等距離あるようにすることが好ましい。
【００２７】
測定装置が測定フレームを持っていれば有利である。測定フレームは台座に配置され、備えられたリフレクタを担持する。測定フレームには、ワークピースや位置決め装置、プローブユニットからの力がかからない。測定装置やワークピースによる外力は測定フレームに作用しない。例えば測定フレームはベースプレートを有し、そこから柱が参照面に平行かつ中央面に平行に突出する。リフレクタはそれぞれの柱に配置される。柱及び干渉計装置のリフレクタは探測方向に相互に対となって配置される。一実施例では４つのリフレクタと、したがって４つの柱を測定フレームに備えることができる。
【００２８】
少なくとも１つの干渉計装置の代わりに、機械的及び／又は光学的及び／又は磁気的及び／又は電磁的及び／又は他の方法でプローブ素子の位置決定が可能な、他の既知の測定装置又は材料手段を用いることができる。
【００２９】
本発明の有利な実施形態は、従属請求項、明細書、及び図面から明らかとなるであろう。本発明の好適な例示的実施形態を添付の図面を参照して以下で詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】測定装置の例示的実施形態の概略ブロック図表示である。
【図２】図１の測定装置の部分斜視図である。
【図３】参照面決定のために２つのプローブ素子が相互に接触した概略基本斜視図である。
【図４】内幅測定時の概略基本図である。
【図５】参照面決定のために２つのプローブ素子が接触した概略基本斜視図である。
【図６】外幅測定時の概略基本図である。
【図７】参照面決定のために２つのプローブ素子が接触した概略基本斜視図である。
【図８】内幅測定時の概略基本図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
測定装置１０の例示的実施形態が図１及び図２に示されている。測定装置１０は台座１１を有し、これは基盤面上への測定装置１０の支持に使用される。台座１１は例えば機械フレーム又は鋳造体であってもよい。
【００３２】
例示的実施形態の測定装置１０は、２つの実質的に同一構造の測定ユニット１２、１３を有する。ここで、図２には第１測定ユニット１２のみを示す。
【００３３】
第１測定ユニット１２には第１位置決め装置１４が含まれ、これは第１搬送部１５を台座１１に対して探測方向ｘに位置決めするように設計されている。第１位置決め装置１４は、第１搬送部１５を追加的に更なる自由度で位置決めするようにも設計可能であり、それは並進及び／又は回転の自由度であってよい。そのために第１位置決め装置１４は、対応する駆動器、及び並進又は回転ガイドを有することができる。第１搬送部１５は最大６自由度までの移動が可能である。
【００３４】
第１プローブユニット１６は、第１測定ユニット１２の第１搬送部１５に配置される。第１プローブユニット１６には、第１プローブヘッド１７と第１プローブ素子１８が含まれる。第１プローブ素子１８は、第１プローブ先端１９の自由端に配置されるか、又はこの自由端で形成される。第１プローブ先端１９の反対の端部は第１プローブヘッド１７に結合される。第１プローブヘッド１７は、第１プローブ素子１８に作用する力、及び／又は第１プローブ素子１８の静止位置からの偏向を測定するように設計されている。こうして、長さ測定値の測定のために例えばワークピース２０を探測可能である。
【００３５】
第１プローブユニット１６は、搬送部１５に対しては探測方向ｘに動かないように配置される。第１位置決め装置１４は、第１プローブユニット１６を探測方向ｘに直角の並進移動、及び／又は探測方向ｘを中心とする回転移動をさせるように設計可能である。本明細書で説明する例示的実施形態では、第１位置決め装置１４には、第１搬送部１５と第１プローブユニット１６の間に配置された第１スライド２１が含まれ、これは搬送部１５上に配置されて、探測方向ｘに対して直角の横方向ｙへ移動可能となっている。第１プローブユニット１６はこうして、（例えば測定前の）調節の目的のために、第１スライド２１によって横方向ｙに移動可能である。測定中は、第１スライド２１は変位しない。さらに、例示的実施形態では、第１プローブユニット１６は第１スライド２１に配置されるか、あるいは変更実施形態では搬送部１５に配置されて第１旋回軸Ｓ１を中心に旋回可能となっている。第１旋回軸Ｓ１は探測方向ｘに平行に延在する。第１旋回軸Ｓ１は好ましくは、第１プローブ素子１８の中心を貫通する。
【００３６】
第１測定ユニット１２はさらに少なくとも１つの干渉計装置２５を含む。本明細書に示す例示的実施形態では、第１測定ユニット１２には２つの干渉計装置２５があり、それぞれがレーザ干渉計２６と少なくとも１つのリフレクタ２７を有し、この実施例によれば２つのリフレクタ２７がある。レーザ干渉計２６はそれぞれの場合、二重干渉計として実現されており、各レーザ測定ビームに対して１つの干渉計ユニットを有している。干渉計装置２５の２つのリフレクタ２７は探測方向ｘに対となって対向して配置される。各レーザ干渉計２６は少なくとも１つのレーザ測定ビームＬ１、Ｌ２を放射し、本明細書に記載の例示的実施形態では２つのレーザ測定ビームＬ１、Ｌ２を放射する。これらは、レーザ干渉計２６から探測方向ｘに平行な互いに反対方向にあるそれぞれの関連するリフレクタ２７に向けて放射され、そこで反射されて再び対応するレーザ干渉計２６で受光される。干渉計ではいつもそうであるように、関連するリフレクタ２７で反射されて受光された光は参照レーザビームと重畳され、そうして増加的干渉及び／又は減殺的干渉を生じる。干渉像が受信器、具体的にはカメラで検出される。したがってレーザ干渉計２６の対応するリフレクタ２７からの距離に対する変化は、結果として干渉像が変化するために非常に高精度に検出可能である。こうして、探索方向ｘでのレーザ干渉計２６の位置を非常に高精度に決定できる。２つのリフレクタ２７に対して各レーザ干渉計２６の位置を決定することで、冗長性が得られる。こうして測定の不正確さはさらに減少し、例えば温度、空気組成、空気密度などへの変化により生じ得る外的影響を考慮に入れることが可能となる。
【００３７】
各干渉計２６は、本実施例によればホルダ２８によって第１搬送部１５に、具体的には動かないように結合されている。最低でも、搬送部１５に対する探測方向ｘへのレーザ干渉計２６の移動は不可能である。レーザ干渉計２６の第１プローブ素子１８に対する探測方向ｘの位置もこうして固定される。
【００３８】
図１に示すように、第１測定ユニット１２は２つの干渉計装置２５を有している。２つの干渉計装置２５の２つのレーザ干渉計２６は、第１測定ユニット１２の第１中央面Ｍ１から横方向ｙに等距離にある。第１中央面Ｍ１は、横方向ｙに直交しており、したがって探測方向ｘと垂直方向ｚに広がる。垂直方向ｚは探測方向ｘと横方向ｙに直交する。第１旋回軸Ｓ１は第１中央面Ｍ１内に延在する。第１中央面Ｍ１は、第１プローブ素子１８を貫通する。長さ測定値を測定するときは、ワークピース２０は第１中央面Ｍ１内で検査される。
【００３９】
第１プローブユニット１６は第１プローブ信号Ｔ１を生成するように設計されており、これはプローブ素子１８が物体、例えばワークピース２０と接触しているかどうかを示す。プローブ素子１８に作用する力及び／又はプローブ素子１８の偏向により、物体へ触れていることすなわち接触を識別可能である。第１プローブ信号Ｔ１は制御装置３０へ送信される。
【００４０】
第２測定ユニット１３は第１測定ユニット１２と同様に構築される。したがって、基本的に上記の説明を参照する。第２測定ユニット１３は第２搬送部３３を有し、これは位置決め装置３４によって探測方向ｘに可動であり、かつ恐らくは並進及び／又は回転の更なる自由度を有する。第２プローブヘッド３６と第２プローブ素子３７を有する第２プローブユニット３５は、第２搬送部ｘに配置される。第１測定ユニット１２と同様に、第２スライド３９が第２搬送部３３とプローブヘッド３６の間に備えられ、この第２スライドは（測定が行われていないときに）調整目的のためだけに横方向ｙに移動可能である。第２プローブ素子３７は、第２プローブ先端３８の自由端に配置されるか、又はこの自由端で形成される。さらに、例示的実施形態では、第２プローブユニット３５は第２スライド３９に配置されるか、あるいは変更実施形態では第２搬送部３９に配置されて第２旋回軸Ｓ２を中心に旋回可能となっている。第２旋回軸Ｓ２は探測方向ｘに平行に延在する。第２旋回軸Ｓ２は好ましくは、第２プローブ素子３７の中心を貫通する。
【００４１】
図１及び図２から変形では、２つのスライド２１、２９を省略することも可能である。図３〜図８では、搬送部１５又は３３は、単なる概略図としてスライド２１、３９なしで示されている。
【００４２】
第２測定ユニット１３も、第１測定ユニット１２と同様に少なくとも１つの干渉計装置を有する。本実施例によれば２つの干渉計装置２５を持ち、それぞれにレーザ干渉計２６がある。第２測定ユニット１３の２つの干渉計装置２５のレーザ干渉計２６は、横方向ｙに直交する第２中央面Ｍ２から横方向ｙに等距離に配置されている。
【００４３】
第２プローブユニット３５は、第２プローブ素子３７と物体、例えばワークピース２０、との間の接触が判定されたときに、第２プローブ信号Ｔ２を生成するように設計されている。第２プローブ信号Ｔ２もまた、制御装置３０へ送信される。
【００４４】
その上、制御ユニット３０は各干渉計装置２５から少なくとも１つの距離信号ＡＳを受信する。本明細書に記載の例示的実施形態では、各レーザ干渉計２６は２つのレーザ測定ビームＬ１、Ｌ２を相対向する放射方向に各リフレクタ２７に向けて放射する。そうしてその２つのリフレクタ２７から２つの独立した距離の値を測定することができる。したがって、各干渉計装置２５の関係する距離信号ＡＳは、実施例に従った２つの独立した距離値を含み、制御ユニットへの送信を可能とする。こうして冗長性が得られ、それによって環境の影響を識別し、考慮に入れて、ゼロ位置又は参照面に対する関連プローブ素子１８、３７の距離値の補正計算に使用可能である。
【００４５】
図１と図２は、本実施例によるリフレクタ２７が台座１１に直接配置されるのではなく、測定フレーム４３に配置されていることを概略的に示す。測定フレーム４３には位置決め装置１４、３４やワークピース２０により生じる力がかからない。測定フレームは測定装置１０又はワークピースからのいかなる力も支持する必要がない。測定フレーム４３は台座１１に配置される。例示的実施形態では測定フレームはリセス４５を有するベースプレート４４を有する。リセス４５においては、ワークピース又はワークピース取付台又は測定装置１０のワークピースクランプ装置が、測定フレーム４３のベースプレート４４に支持されることなくベースプレート４４から部分的又は完全に突き出ることができる。
【００４６】
測定フレーム４３の柱４６は垂直方向ｘに突き出る。例示的実施形態では、柱は直方体形状である。柱４６は探測方向ｘに相互にある距離をおいて対で配置される。リフレクタ２７は、探測方向ｘに対向して配置された第２の柱４６の対向面側に配置される。干渉計装置２５のレーザ干渉計２６はそれぞれの場合において、探測方向ｘに対向して配置された２つのリフレクタ２７の間に配置される（図１）。測定フレーム４３は、低温度係数を有する材料から製造され得る。それは台座１１の材料とは異なっていてもよい。
【００４７】
ワークピース２０において測長値を決定できるためには、スタート位置又はゼロ位置を、台座１１に対する参照としてまず定義しなければならない。本明細書に記載の例示的実施形態では、参照面Ｂ（図１）がこの目的で定義される。この参照面は探測方向ｘに対して直交し、かつ測定フレーム４３又は台座１１に対して不動である。参照面Ｂの決定手順を図３〜図８を参照して説明する。
【００４８】
第１プローブ素子１８は、探測方向ｘに見た場合、第１搬送部１５に背反するプローブ外側１８ａと、第１搬送部１５に対向するプローブ内側１８ｉを有する。それに呼応して、第２プローブ素子３７は、第２搬送部３３に背反するプローブ外側３７ａと、第２搬送部３３に対向するプローブ内側３７ｉを有する。図３〜図８では、２つの搬送部のプローブ側部を具体的に見ることができる。２つのプローブユニット１６、３５が各旋回軸Ｓ１、Ｓ２を中心に旋回可能であり、及び／又は搬送部１５、３３が横方向ｙに移動可能であるために、１つ又は両方の搬送部１５、３３を探測方向ｘに動かすことで２つのプローブユニット１６、２５は互いに他方を越えて移動可能である。こうして、２つのプローブ素子１８、３７はそれぞれのプローブ内側１８ｉ、３７ｉで接触することができる。このような状況を図３及び図７に例示として示す。
【００４９】
また、２つのプローブユニット１６、３５を、２つのプローブ素子１８、３７のそれぞれのプローブ外側１８ａ、３７ａで互いに接触するように配置することも可能である。
【００５０】
２つのプローブ素子１８、３７を、その各プローブ外側１８ａ、３７ａ、又はその各プローブ内側１８ｉ、３７ｉで互いに接触させることで、参照面Ｂをその接触点において決定又は定義することができる。参照面Ｂの方向は探測方向ｘに直角に与えられているので、この目的に対しては空間内の一点で十分である。制御ユニット３０は、互いに接触するプローブ素子１８、３７又はプローブ側面１８ｉ、３７ｉあるいは１８ａ、３７ａの位置を探測方向ｘのゼロ位置として記憶する。そうして参照面Ｂを起点とする（すなわちゼロ位置を起点とする）プローブ素子１８又は３７の探測方向ｘへの移動が、各測定ユニット１２と１３の少なくとも１つの干渉計装置２５によって測定可能となる。２つのプローブユニット１６、３５がワークピース２０に接触すると、ワークピース２０に接触するときの２つのプローブ素子１８、３７の参照面Ｂに対する位置がわかるので、これを基にしてワークピース３０の測長値が決定できる。
【００５１】
参照面Ｂを決定するために、２つのプローブ素子１８、３７が接触するとき、又はプローブ側面１８ｉと３７ｉ、又は１８ａと３７ａが接触するときには、プローブユニット１６、３５は各搬送部１５、３３に対して動かさないで、精度を損なわないようにする。それぞれの搬送部１５、３３に対するプローブユニット１６、３５の移動は、測定の前に、測定装置を設定するとき又は他の調整目的でプローブ素子１８、３７を整列させるために行うことができる。
【００５２】
具体的には、図４と図８に例示されているように、ワークピース２０においてワークピースの相互に対向する２つの面の間の内幅を測定しようとする場合には、制御ユニット３０又は測定装置１０は、プローブ素子１８、３７の２つのプローブ内側１８ｉ、３７ｉを接触させることにより参照面Ｂを画定するように設計されている。ワークピース２０においてワークピースの相互に背反する２つの面の間の外幅を測定しようとする場合には、参照面Ｂは好ましくはプローブ素子１８、３７の２つのプローブ外側１８ａ、３７ａを接触させることによりを画定される（図５及び図６）。ワークピース２０はこうして、参照面Ｂの決定と同じ探測方向ｘの向きに探測される。こうして、探測方向ｘにおいて探測の向きがかわるときにプローブユニット１６、３５により生じ得る測定の不正確さが低減される。
【００５３】
２つのプローブ外側１８ａ、３７ａ、又は２つのプローブ内側１８ｉ、３７ｉの接触は、第１プローブ信号Ｔ１及び／又は第２プローブ信号Ｔ２によって制御ユニット３０で識別可能である。ここで、２つのプローブユニット１６、３５は、ワークピース２０が測定される方向に可能な限り一致する、対応する旋回軸Ｓ１、Ｓ２を中心とする旋回位置におかれる。例えば、ワークピース２０を測定するときにプローブ先端３８、３９が実質的に垂直方向ｚに向くのであれば、同じようにプローブ先端３８、３９をほぼ垂直方向ｚに、又は垂直方向ｚに対して小さい鋭角に向けることができる（図３）。逆に、参照面Ｂの決定（図７）と同様に、その位置が次のワークピース２０測定（図８）時にも使用されるのであれば、プローブ先端１９、３８をほぼ横方向ｙに向けることも可能である
【００５４】
２つのプローブユニット１６、３５の少なくとも１つが旋回できること、及び／又は２つの搬送部１５、３３の少なくとも１つが横方向ｙに移動できることによって、プローブ素子１８、３７は探測方向ｘに互いを越えて移動可能であり、かつ各プローブ内側１８ｉ、３７ｉで当接することが可能である（図３及び図７）。この目的のためにプローブヘッド１７、３６は、各旋回軸Ｓ１、Ｓ２を中心に旋回可能となるように保持部５０によってそれぞれの関連するスライド２１、３９に結合される。対応するプローブ内側１８ｉ、３７ｉを使用して探測操作を遂行可能とするために、関連するプローブ内側１８ｉ、３７ｉと、関連するスライド２１、３９又は搬送部１５、３３との間にはいずれの場合にも十分大きな距離を取らねばならない。これは本実施例によれば、探測方向ｘに延伸する部分を有する保持部５０によって達成可能である。
【００５５】
本発明は、測定装置１０及びその操作方法に関する。測定装置１０は、それぞれがプローブユニット１６、３５を持つ２つの測定ユニット１２、１３を有する。各プローブユニットはプローブ素子１８、３７を有する。各プローブ素子１８、３７は探測方向ｘに、プローブ外側１８ａ又は３７ａと、プローブ外側の反対側にプローブ内側１８ｉ又は３７ｉを有する。ゼロ位置、又は探測方向ｘに直角な角度に参照面Ｂを決定するために、２つのプローブ素子を、各プローブ外側１８ａ、３７ａ又は各プローブ内側１８ｉ、３７ｉを介して接触させることができる。２つのプローブユニット１６、３５の内の１つが、関連するプローブ側面１８ａ、３７ａ又は１８ｉ、３７ｉの間の接触を検出するとすぐに、２つのプローブ素子の間の接触点によって、参照面Ｂが探測方向ｘのゼロ位置として定義される。ゼロ位置はこうして、較正された基準やブロックゲージなしで、容易かつ正確に決定可能である。
【符号の説明】
【００５６】
１０  測定装置
１１  台座
１２  第１測定ユニット
１３  第２測定ユニット
１４  第１位置決め装置
１５  第１搬送部
１６  第１プローブユニット
１７  第１プローブヘッド
１８  第１プローブ素子
１８ａ  第１プローブ素子のプローブ外側
１８ｉ  第１プローブ素子のプローブ内側
１９  第１プローブ先端
２０  ワークピース
２１  第１スライド
２５  干渉計装置
２６  レーザ干渉計
２７  リフレクタ
２８  ホルダ
３０  制御ユニット
３３  第２搬送部
３４  第２位置決め装置
３５  第２プローブユニット
３６  第２プローブヘッド
３７  第２プローブ素子
３７ａ  第２プローブ素子のプローブ外側
３７ｉ  第２プローブ素子のプローブ内側
３８  第２プローブ先端
３９  第２スライド
４３  測定フレーム
４４  ベースプレート
４５  リセス
５０  保持部
ＡＳ  距離信号
Ｍ１  第１中央面
Ｍ２  第２中央面
Ｓ１  第１旋回軸
Ｓ２  第２旋回軸
Ｔ１  第１プローブ信号
Ｔ２  第２プローブ信号
ｘ  探測方向
ｙ  横方向
ｚ  垂直方向
【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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