(57)【要約】      （修正有）【課題】高速で、振動と測定誤差の少ない座標測定システムを提供する。【解決手段】座標測定システムの可動サポートに着脱可能に接続されるコネクタを備えるアナログ走査プローブ１２０であり、走査プローブは、測定軸６３に従って当該走査プローブに回動可能に接続される針部２８の先端の接触部３０と、前記測定軸６３についての前記接触部３０の傾き角の測定を行う位置エンコーダと、を含み、前記コネクタと前記測定軸６３との間に走査プローブ又はプローブの一部を傾けてプローブの走査を可能とする１つの関節６４が備えられる。【選択図】図４
2011237425.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
座標測定システムの可動サポートに着脱可能なコネクタを備えるアナログ走査プローブであって、
前記走査プローブは、測定軸に従って当該走査プローブに回動可能に接続される針部の先端の接触部と、
前記測定軸についての前記接触部の傾き角の測定を行う位置エンコーダと、を含み、
前記コネクタと前記測定軸との間に前記走査プローブ又はプローブの一部を傾けてプローブの走査を可能とする１つの摩擦関節が備えられることを特徴とするアナログ走査プローブ。
【請求項２】
前記接触部に作用する力が所定の限界を超えるとき、前記測定軸を含まない面又は前記測定軸に交差する面にある１つの安全軸についての前記針部の傾きを許容する安全関節を更に備える、請求項１のアナログプローブ。
【請求項３】
前記安全関節は、前記測定軸と前記接触部との間にある、請求項２のアナログプローブ。
【請求項４】
前記測定軸は、前記針部が前記エンコーダの測定レンジよりも大きい角度レンジにおいて位置することを許容する摩擦手段を含む、請求項３のアナログプローブ。
【請求項５】
当該アナログプローブの個別の校正データを格納するメモリを更に備える、請求項１のアナログプローブ。
【請求項６】
座標測定システムでワークピースを走査する方法であって、
アナログ走査プローブを座標測定システムの回転可能なサポートに接続するステップであって、前記走査プローブが、測定軸に従って当該走査プローブに回動可能に接続される針部の先端の接触部と、前記測定軸についての前記接触部の傾き角の測定を行う位置エンコーダと、可動の前記サポートと前記測定軸との間に備えられる１つの摩擦関節と、を含むステップと、
前記回転可能なサポートの回転軸に対して測定される距離（ｒ）に前記接触部を位置させるように前記関節を操作するステップと、
可動の前記サポートを前記ワークピースの外形形状の軸に揃わせ、そして前記接触部を前記ワークピースの表面に接触させるように前記座標測定システムを駆動するステップと、
前記接触部と前記ワークピース表面との間の接触を維持し前記位置エンコーダで測定される角度を読み取りながら、前記回転可能なサポートによって前記アナログ走査プローブを回転させるステップと、を含む方法。
【請求項７】
前記関節を操作するステップの後に、前記アナログ走査プローブを校正するステップを含む、請求項６の方法。
【請求項８】
前記表面形状の公称寸法に依存して前記回転可能なサポートに対する前記接触部の前記距離を測定するステップを含む、請求項７の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、座標測定機及び座標測定機を用いた方法に広く関係する。これらは、ワークピース（加工中の製品）の表面における点の座標を測定するための装置であり、そして走査経路に沿ってワークピースの表面を走査するために、この走査経路に沿った点の連続する座標を記録する。
【背景技術】
【０００２】
座標測定機（ＣＭＭ）は、寸法測定の技術に用いられ、その技術分野において知られている。多くの場合、ＣＭＭは、測定されるワークピースが置かれる例えば矯正されたグラニットプレートである参照面と、直動アクチュエータ及びエンコーダの適当な機構により三次元座標ＸＹＺにおいて精密に位置決めできる可動サポートとを含む。この構成を有するＣＭＭは、「ガントリー」又は「ブリッジ」ＣＭＭとして通常設計され、例えば、欧州特許ＥＰ１９７５５４６及び米国特許ＵＳ５１８９８０６に記載されている。
【０００３】
「ブリッジ」ＣＭＭシステムは、要求に応じてサポートを位置決めするため、主として直動自由度に依存する一方で、他の知られた測定システムは、可動サポートを位置決めするため、数多くの回転自由度を用いている。このような機器は、例えば米国特許ＵＳ６３５４０１２及びＵＳ５５２８５０５の記載に見出すことができる。
【０００４】
可変姿勢ブリッジＣＭＭシステムもまた知られている。これらのシステムは、可動サポートを回転させることが可能な回転ヘッドと、例えば１軸、２軸又は３軸に沿ってそれに取り付けられる座標プローブとを含んでいる。このような装置の例は、なかでも欧州特許ＥＰ１６７２３０９に見出すことができる。
【０００５】
座標プローブは、例えば欧州特許ＥＰ１６１００８７に記載されるように、接触して瞬時に測定する簡素な接触起動プローブとすることができる。他の場合としては、特に連続的な接触によるプローブで表面が走査されるときに、例えばＬＶＤＴ又は歪ゲージセンサによって針部の変位量を測定し、そしてこの変位を座標計算において積算されるべく制御装置に転送するプローブの利用が知られている。
【０００６】
ＣＭＭにおいて使用され得る光学プローブのなかには、微小撮像デジタルシステムがあり、これらは機械式の測定プローブのように動き、測定されるべき座標の点が標的とされ、材料に接触する代わりに３−Ｄ座標の測定を許容する。走査レーザ光が照射されて測定対象物の表面の点の座標を測定することができるレーザ座標プローブが同様に使用され得る。
【０００７】
先行技術の座標測定システムは、座標精度を損なわずに達成できる最大走査速度において制限がある。特に高速走査においては、速い発振的な動きをする質量によって生じる振動が、サンプル点から分離して数量化することが困難な測定誤差の原因となっている。
【０００８】
既知の座標測定システムにおけるもう１つの制限は、複雑なピースを測定するために、異なる寸法及びサイズを有するプローブを広範に選択する必要性があることである。プローブの頻繁な交換は測定を遅くし、そしてシステムの効率を悪くする。長くて大きなプローブもまた測定誤差を増加させ、接触の点における走査速度を増加させる。
【０００９】
プローブの個数は、３軸に沿う変位に対して検出可能な複雑な走査プローブと、３つの独立した軸についてプローブを連続的に回転させることができる駆動回転ヘッドとの採用により減らすことができる。しかしながら、これらのシステムは、比較的高価で繊細である。
【００１０】
１つ又はそれ以上の回転自由度を有する座標測定システムは、なかでも、連続回転と両方向における無限回転とを可能にする１つ又はいくつかの回転自由度を有するＣＭＭを記載した欧州特許ＥＰ１９７５５４６のような技術において知られている。このような高速回転走査システムは、大量の表面データを素早くかつ正確に採取することを許容する。あいにくながら、機構の複雑性とプローブの高速性とが、特にワークピースがその公称寸法から大きな公差を示しているときには、測定状態にあるワークピースにおけるプローブ又はプローブ支持機構の予期できないクラッシュのリスク及びその結末の危険性を増加させてしまう。
【発明の概要】
【００１１】
それゆえに、高速で、そして振動と測定誤差とを少なくして、ピースの表面の多数の座標点を採取することができる座標測定システムのニーズがある。複雑な表面に適用でき、既知の多軸プローブよりも低コストで高速回転ＣＭＭに安全に使用できる測定プローブのニーズもまたある。
【００１２】
この発明によれば、添付された特許請求の範囲の対象とする手段により、これらの目的が達成される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】直動変位エンコーダを備える接触走査プローブを示す。
【図２】図１のプローブの断面を図示する。
【図３】モジュール型プローブのためのコネクタを図示する。
【図４】モジュール型走査プローブの旋回バージョンを示す。
【図５】図４の旋回プローブのコネクタ側を示す図である。
【図６】図１及び４で図示されるプローブのための回転継手の断面である。
【図７】モジュール型非接触レーザ走査プローブを図示する。
【図８】図７のプローブの断面である。
【図９】図７に表示されるコネクタの上面図である。
【図１０】２軸リストに取り付けられる図１の直動変位プローブを示す図である。
【図１１】指示２軸リストに備えられる図４及び６の新規な装置を図示する。
【図１２】指示２軸リストに備えられる図７及び６の新規な装置を図示する。
【図１３】直動連続２軸リストを備える図１０の構成を示す。
【図１４】直動連続２軸リストを備える図１１の構成を示す。
【図１５】直動連続２軸リストを備える図１２の構成を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
この発明は、実施例及び図示により与えられる実施形態の記載の助けにより、更によく理解されるであろう。
【００１５】
本発明のいくつかの実施形態は、指示式又は直動式のリストに設けられる誘導型直動変位接触プローブ１２０の利用に関する。
【００１６】
ここでは、直動誘導型プローブの可能な構成が図１から図３を参照して説明される。このプローブは、一方の側のコネクタ４０と、長いボディ２５とを備える。コネクタ４０の機能は、触角プローブ１２０とこの測定機との正確なそして反復される空間的関係を維持すること、そしてプローブ１２０と適当なプローブ制御装置との間において必要とされる信号の伝送を行うことである。このプローブ制御装置は、一般にはＣＭＭ制御装置に加えられ、又は実施形態によっては独立のシステムとして実現されてもよい。コネクタ４０のもう１つの機能は、変位検出器としてのプローブに対する電気的な接続を確保し、後に示されるような信号処理並びに情報の伝達及び記憶をするために組み込まれた電子装置に電力を供給することである。
【００１７】
プローブは触角先端３０を含み、その反対側端部の制御装置４０が、座標が測定されようとしている対象物の表面の点との接触関係をもたらす。触角先端３０は、半径が正確に知られる好ましくはルビー球又は適当な硬質材の球を含む。触角先端４０は、針部２５内に設けられ、接触プローブの例えば対称主軸と一致する軸である直線軸に沿ってスライド可能なスライドロッド６０に取り付けられる。針部２５とスライドロッド６０との間の隙間は、微粒子や水滴の侵入を防ぐために、好ましくは例えば蛇腹７０のような柔軟性のある部材で封止される。
【００１８】
弾性部材６１は、スライドロッド６０を完全に伸長する位置に付勢するために用いられる。走査の間、ＣＭＭは、ワークピースの表面の走査経路を取得又は測定し、アクチュエータを操作して触角先端３０を走査経路の開始点に接触させ、ばね６１の予め決められた圧縮量を測定する。そしてＣＭＭは、触角先端が走査経路上を維持しながらプローブ２５を移動するように操作される。針部２５に対するスライドロッド６０の直線的な移動は、走査される点の座標から連続的に依存し、線形可変差動変圧器（ＬＶＤＴ）６５により誘導的に読み取られ、コネクタ４０を介してプローブ制御装置に伝送される。
【００１９】
この実施形態において、プローブは能動電子素子を備えていない。ＬＶＤＴ変換器６５は、コネクタ４０を介して、例えば同軸ケーブル又はツイストペア線の適当な伝送ラインによりプローブ制御装置に接続される。能動電子素子がないことは、望ましい簡素性と信頼性とを獲得するが、それは本質的なことではない。本発明は、プローブにおいて例えば位置エンコーダの出力信号を処理し及び／又は増幅し、及び／又は望ましくは情報を逸失させることなく遠隔の装置に伝送できるデジタル信号に変換する信号調節器である、能動電子要素を備えるプローブもまた含んでいる。
【００２０】
典型的には、図１から図３の直線移動プローブの測定レンジは、１ミリメートルよりも大きい例えば４ミリメートルであり、線形化された後の変換器の精度は、１０ミクロンよりも良い例えば１ミクロンである。好ましくは、仮に触角先端が測定レンジを超えて移動したときにプローブが高い精度を提供できない場合であっても、クラッシュを防ぐために、触角先端が損傷を受けることなく測定レンジを超えてスライド可能であることが望ましい。触角先端の機械的な変位レンジは、好ましくは線形レンジよりもかなり大きい例えば線形レンジの少なくとも２倍又は３倍大きい。
【００２１】
すべての種類のプローブによれば、測定レンジは機械的レンジよりも小さい。例えば第１のプローブ（図１）では、機械的レンジは、大きなレンジで変換器の移動を許容するが、測定レンジは検出長さによって制限される。同様に旋回バージョンのプローブ（図４）は、大きな機械的レンジで動くことができるが、測定レンジはこのレンジの一部にしか過ぎない。そして最後に光学プローブ（図７）も同じことがいえ、特定のレンジに焦点を有し、焦点が外れたときにクラッシュに至る前の機械的レンジ及び特定の測定レンジを有している。
【００２２】
この実施形態と例えば回転継手の接合との組み合わせにおいて、校正と線形化の損失があるために、最終的な測定のレンジは物理的な測定のレンジよりも小さくなる。この事実により、校正され正確な装置から出される実際の測定のレンジは、より小さな測定のレンジであることが実情のようである。この制限はフィルタが掛けられた測定レンジのように作用する。この測定レンジの変化は、互いに接続される装置に応じて変動させるべきである。例えば回転振動を伴う場合、測定中に振動が低いところの測定を確保するため、いくつかのレンジを失うことができる。この場合、その事実に応じるためにすべてのレンジを使用することはない。
【００２３】
モジュール型の装置とモジュール型のプローブとの組み合わせを、校正と線形化の目的のために共通の情報メモリに格納することができる。
【００２４】
本発明の一実施形態によれば、プローブ制御装置は、誘導型変換器６５の非線形性を修正するようにプログラムされており、プローブ１２０が線形化に用いられる個別の又は結合された情報を内部的に格納する。好ましい変形例としては、プローブは自己専用の校正情報、例えばコード化された多項式関数を適当なメモリに格納する。線形化情報は、コネクタ４０を介してプローブからプローブ制御装置へ伝送され、好ましくは少ない配線数のシリアルバス、例えばマキシム・インテグレイテッド・プロダクツにより提供される「１−Wｉｒｅ」シリアルバス、又はフィリップス・エレクトロニクスにより提供される「Ｉ２Ｃ」バスを用いて伝送される。代わりに、プローブのメモリは、線形化データでなく、各プローブのための個別の線形化情報を得るための結合情報、例えばプローブ制御装置が適当なデータベースからの特定の校正テーブル及び線形化データの所在地を示す指標として利用し得るプローブのシリアルナンバを格納する。線形化データ又はシリアルナンバの通信は、例えばＲＦＩＤシステムによる無線とすることもできる。
【００２５】
同時に又は同じ方法で通信する装置の数を減らすために、又はマスタースレーブ通信を編成するために、システムは、複数の構成からの情報を結合することができ、そして、各時間を演算するための累積した又は個別の校正の複雑さを減らすために、モジュール型装置を結合することができる。結合された線形化の結果が１つの装置に格納され、この装置は１つ以上の結合情報を格納することができるが、同時には１つの有効な結合情報だけを使用する。
【００２６】
図３は、コネクタ４０の可能性のある実現形態を示している。コネクタは、プローブの位置決めの精度と反復性とを確保するために配置された複数の位置決め面４５を更に含んでいる。位置決め面は、好ましくは６つの独立した接触点（均衡接触）を提供するように配置される。コネクタ４０は、更に、プローブと走査信号をＣＭＭに伝送する可動サポートとの間で電気信号及び電気エネルギーを伝送するための電気接点４２と、ロック装置４８とを備える。欧州特許１５７７０５０は、同様の特徴を含む接触ブローブのためのモジュール型コネクタを記載するが、他の形態のコネクタもまた可能である。
【００２７】
図４及び図５で示されるこの発明のもう１つの実施形態によれば、旋回バージョンにおいてレバープローブが備えられるプローブを提案することができ、それは、関節６３により旋回アームサポートに回動可能に取り付けられる旋回アーム２８の端部の触角球３０と、旋回アームサポートの角度変位を読み取るための誘導型角度エンコーダとを有する。角度エンコーダの測定レンジは、触角球３０の許容される旋回部分に対応し、好ましくは１ミリメートル以上、例えば４ミリメートル、又は角度において±１０°であり、そして誘導型エンコーダの精度は、線形化後において１０ミクロン以上、例えば１ミクロンである。旋回プローブ１２０の誘導型変換器は、線形変量に関する限り、プローブ自体に格納される情報で個別に校正され得る。好ましくはクラッシュへの耐性のため、旋回アームの最大許容変位レンジは角度エンコーダの測定レンジよりもかなり大きく、例えば測定レンジの少なくとも２倍又は３倍よりも大きい。好ましい実施形態では、測定軸６３は、角度エンコーダの測定レンジよりも更に大きな変位レンジを確保するため摩擦機構を備える。
【００２８】
図５は、この変形例のプローブのコネクタ４０を図示する。
【００２９】
この発明の実施形態は、プローブの姿勢を測定表面に従って設定するために手動操作される関節６４を含む。プローブの傾斜を考慮してプローブにおける適切な測定変量を計算するために、好ましくは関節の姿勢角がプローブ制御装置に知られる。関節の角度は、適当なエンコーダにより提供されることができ、又は触角３０を参照ボディに接触させるためのＣＭＭの駆動による校正の過程において、プローブ制御装置により推測されることができる。
【００３０】
図４の構成は、例えば回転対称の内部形状を走査するために有用であり、特に円筒状の穴において、その空間にプローブを設置して回転中に変量を測定するために回転させる。プローブの回転軸は、測定される形状の軸に一致して配置されるが、絶対的な精度は要求されない。関節６４は、測定しなければならない穴又は他の形状の半径寸法に一致する、プローブの回転軸１２２からの距離ｒに接触部３０を位置させるように操作される。この方法において、発明のプローブは、単一軸についてのプローブによる穴内部の測定変位の連続的な走査測定を、プローブサポートの単純な回転と共に提供することができる。関節６４の姿勢が設定された後に回転軸１２２に対する針部２８の感度を平行にするために、測定関節６３は、針部２８を手動で姿勢決めできるようにする摩擦機構をも含むことが好ましい。
【００３１】
好ましくは、関節６４は、角度位置を連続的にし、そしてノブ６６によりロック又はアンロックできる摩擦関節である。もう１つの可能な変形例としては、関節６４は、角度指示し、正確に再現できる既知の有限数のプリセット角度位置を許容する。変形例において、この関節は、外部トルク又は力作用により一つの位置から他の位置へ切り換えられるように構成され、そしてＣＭＭは、旋回アームサポートプローブを適当な手段に抗して押圧し、これにより要求される位置に関節を設定するように操作され得る。関節６２及び／又は６３の傾斜を変化させて距離ｒが設定された後、既知の参照値でプローブの再校正が行われることが好ましい。
【００３２】
プローブ１２０は、安全傾斜軸６８について旋回アーム２８が傾くのを許容する安全関節６２をも含むことが好ましい。安全関節６２は、角度エンコーダによって検出される回転軸とは別の軸について傾くのを許容するものであり、この発明の実施形態の例では、安全傾斜軸と測定軸とは互いに平行ではなく、２つの異なる面、好ましくは２つの直交する面上で旋回アームが傾くのを許容する。安全関節は、測定面に対して直交する方向へ傾くのを許容するが、一方、角度エンコーダは、測定面における旋回アームの傾きに対し検出可能である。これに加え又はこれに代わり、指示関節６３も安全関節として機能させることができる。
【００３３】
安全関節６２及び好ましくはまた測定関節６３は、正常な測定中における傾きを防ぐため摩擦又は他の適当な留め置き手段を含み、そして横向きの力がクラッシュに相当する所定値を超えたときに、アーム２８又はプローブ１２０の少なくともその一部が傾くのを許容する。変形例としては、例えば溝部に弾性的に付勢された球又は類似の解放機構により、この安全機能が提供されてもよい。
【００３４】
変形例として、図１に示されるように、触角の直線移動を検出可能な直動アナログプローブもまた安全関節及び／又は指示関節を備える。この場合、想定される各クラッシュベクトルに対する破壊耐性は強化される。図１１に示される回転可能なリストに接続して使用される場合、２つの独立した回転自由度と直線変位の限界とにより軸方向のクラッシュが容易に避けられるので、プローブが十分保護される。
【００３５】
図１から図５に表示され、そして上述の独立した実施形態によれば、アナログ走査プローブに関する発明は、直線方向又は角度方向の単軸に沿った変位測定値を提供し、そして好ましくは誘導型の変換器を含み、そして校正及び線形化情報を内部に格納する。この第１の実施形態によるアナログ走査プローブは、座標位置決めプラットフォームと相互動作するためのモジュール型のコネクタを備える。
【００３６】
もう１つの独立した新規な実施形態は、図６に示されるモジュール型回転継手５０に関する。この追加的なアクチュエータは、好ましくは測定点の経路と必ずしも交差しない（しかし、プローブの対称軸とは一致する）軸に沿った自動回転を提供する。回転継手５０は、回転部材の慣性を最低に維持しながらのプローブ回転を許容する。この回転可能とされる手段は、低振動で高速かつ正確な走査を確保する。
【００３７】
このモジュール型回転継手５０は、駆動経路における誤差を小さくしてワークピースを横方向から走査することができ、そして結果として、走査される表面の姿勢との関係で走査ヘッド全体の姿勢変更を必要とせずにワークピースの測定を得ることができる。先行技術における既知の装置とは対称的に、移動中に重量部品を引っ張ることなくプローブの姿勢を迅速に変更することができる。この発明においては、この回転により、走査表面に平行な経路に沿ってサポートを動かすことができ、そして本発明に使用される際には、障害物に対する走査ヘッドのクラッシュのリスクを小さくして、プローブの回転の少なくとも一区間においてその表面に交差するプローブ回転経路を選択することができる。
【００３８】
上述したように、回転継手に後続し高速で移動する要素部品は低い慣性を有しており、クラッシュに対する耐性が本来備わっているので、予期しない衝撃が発生した場合であっても、この発明のシステムはダメージを受けることなく存命するであろう。例えばプローブサポートであるシステムの重量部品は、好ましくはワークピースから十分距離をおいた平行な経路に沿って比較的低速で駆動されるが、何かの障害物との望ましくない接触が起きたときには問題がある。このシステムは、走査経路及び走査軌道に対し独立的に発生し、ワークピースの公称寸法のみに基づいて走査する前にシステムにおいて既知の小さなクラッシュに対しては、実際にダメージを受けない耐性がある。
【００３９】
この発明の実施形態によれば、ＣＭＭ及びモジュール型回転継手５０の軸は、関連する特別の領域で、事前に測定され又は手前の測定値からの関数により自動的に測定される点のサンプリング密度を増すために回転駆動されることができる。例えば、ある部分で低速回転をし、所与の密度で表面の点の座標を収集し、他の部分においてプローブを高速回転することが考えられ、例えば、表面の端部又は他の特徴的形状がある近辺において高い密度で点の座標を収集し、又は測定中に特定の測定である例えば表面の姿勢を測定することが考えられる。
【００４０】
回転継手は、両端部に２つのコネクタ４０及び９０を有しており、これらはＣＭＭの可動サポートのコネクタ及び、それぞれに走査プローブ１２０のコネクタとの相互動作が可能である。この方法では、必要なときに可動サポートとプローブとの間に回転継手５０を挿入できる。回転継手５０の上側及び下側の端部は、電気モータ５８で駆動され、ベアリング５６により互いに相対的に回転できる。この回転の角度は、適当な角度エンコーダ５２により連続的に読み取られる。モータ５８を駆動させるためのコマンド及びエンコーダ５２の読み取り値は、コネクタ９０の電気接点を介してＣＭＭと通信される。回転継手は、モータ５８を駆動するように構成したデジタル処理ユニット（表示せず）、エンコーダ５２により角度が提供される測定手段、及びプローブ制御装置との通信手段を備えることが好ましい。
【００４１】
図７及び図８は、非接触光学走査プローブ１６０を含む、この発明のシステムの変形例を図示する。プローブ１６０は、光学能動素子を有さないことが好ましいが、信号を電気的情報に変換するためプローブモジュール内部の光学プローブ制御装置に光ファイバ１５０を介して接続され、又は外部的にＣＭＭソケットによって、光ファイバを通して光信号を制御装置に伝送する。コネクタ４０及び９０は、この場合、プローブと光学制御装置との間において、単モード又は多モードファイバで一方向又は双方向に光信号を伝送する光学ポート４７、９７が備えられる。図９はコネクタを上から示す図である。変形例としては、モジュール型プローブの内部に光学制御装置が含まれ、そして信号がワイヤレスで伝送される。
【００４２】
光学プローブ１６０は、その自由端側にレンズ３００を搭載する長い針部を有する。光学プローブ制御装置は、レンズ３００と測定されるべきピースとの間の距離を測定するための干渉計を含んでもよい。好ましい変形例としては、レンズ３００は、プローブの軸に一致しないが、軸から例えば９０°の横向きの方向に沿った距離を測定するように構成される。この方法では、回転継手５０は、経路に沿ってワークピースの表面を走査するように稼動されることができる。先行技術におけるプローブは、焦点が合った点においてのみ動作し、この発明における光学プローブは、部分的に合った焦点で使用される。実際、焦点が非焦点ゾーンに存在するとき、機器は、焦光の境界の両側点を採取してその寸法を測定する。実際、プローブの局所的な回転を伴うことで、表面に理想的な焦点を留めて正確に経路をたどらなくても、それらの点により表面の完全なマップを描くことができる。
【００４３】
図６及び図８は、プローブと回転継手の断面を図示する。光ファイバは、モータそれ自体の上下で螺旋状に屈曲され２つの光ファイバ１５１、１５２の柔軟部により、そしてモータのシャフトの軸穴を貫通することにより、モータ５２の回転に順応している。この方法では、回転継手５０は、光ファイバ１５０を通じた伝送を切断することなく、回転の両方向で約３６０°以上、好ましくは７２０°以上の角度でターンすることができる。反復かつ交互の回転にも拘わらず、この構成はファイバの長寿命化をもたらすことが見出された。
【００４４】
ここでは示されていない変形例としては、モジュール型回転継手を１つ又はそれ以上の追加的なモジュール型回転継手に結合させて、同一方向及び反対方向の多くの回転を一連の挙動において結合させて、例えばサイン又は他の数学的関数のような最終的に特別な関数の動きを生成することができる。非常に興味深いことは、いくつかの関数にとって、低い慣性のモジュールの加速を積み上げて高加速を作ることが必要とされることである。
【００４５】
コネクタ９０及び４０は、図示はしないが光学コネクタ９７及び４７に類似する方法で、柔軟な特別の導電体により共に接続される。変形例として、回転継手はまた、その軸について無限回転可能とすることもできる。この場合、回転部材間の信号及び電力の伝送が、適当な電気スリップリング及び空気のギャップを通した光再送信装置、又は信号変換器、又は信号損失を回避する同等の装置によって確保される。
【００４６】
図１０から図１５は、この発明の測定システムの様々な応用例を示す。図１０において、直動誘導型接触プローブは、ＣＭＭ機のクイル６００に接続される回転指示ヘッド２５０に取り付けられる。この構成においてクイル６００は、走査プローブ１２０の先端で所定の走査経路をたどるために、３つの独立した線形座標Ｘ、Ｙ、Ｚに沿って動くことができる。指示ヘッド２５０は、測定に最も適したプローブの姿勢の設定を許容する。
【００４７】
図１１は、図１０に類似する指示ヘッド２５０に取り付けられた旋回アーム誘導型走査プローブを図示する。回転継手５０は、プローブヘッド２５０と誘導型プローブ１２０との間に挿入される。回転継手５０は、連続方向又は正逆方向に回転可能であり、そして測定触角が回転軸それ自体の上に留まるよう規制されていないので、図１１のシステムは、走査に有効な追加的な自由度を有している。図１２は、非接触光学プローブ１６０が備えられることで、追加的な回転自由度を有する走査システムを図示する。ヘッド２５０の指示回転ジョイント２５１及び２５２は、複数の角度位置でプローブ１６０の姿勢設定を許容し、そして例えば、アキシャル型（システムの中心軸に対する小さなシフトがあるもの又はないもの）又はラジアル型の光学プローブを備え、走査経路をたどりながら寸法の変動を検出するため表面近くで回転する機能を有する。この発明は、走査の一部が焦点レンジの外にあるときに、その焦点レンジ外の両側で得られる点に基づいて、焦点が合ったレンジでの走査及び寸法の測定もできるようにする。この“焦点の外”というのは、焦点レンジ上の測定レンジに対する機械的レンジのようなものとして理解される。
【００４８】
図１３から図１５の変形例において、走査プローブは、３軸回転走査ヘッド３５０に取り付けられ、６自由度と、クイル６００を動かすための３つの線形座標と、走査ヘッド３５０の３つの独立した回転軸３５１、３５２及び４５０に沿った３つの回転と、を有する走査システムを生み出す。この要請によれば、走査プローブは、図１３及び図１４における接触誘導型プローブ１２０又は図１５における非接触プローブ１６０の何れでもよい。回転軸３５１、３５２及び４５０は、ＣＭＭ制御装置によって任意の角度に駆動され得る。この変形例においては、より複雑な回転走査経路を得るために、モジュール型回転継手を加えることができる。これら全てが、測定レンジよりも大きな機械的レンジでクラッシュ耐性を有している。機械的レンジは、限界に至りそしてクラッシュ状態を生じさせるまでのプローブの移動の自由によって定められる。それらのクラッシュ状態は、この発明である新しいプローブを用いて容易に回避することができる。
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【外国語明細書】
1. Title of Invention
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2. Detailed Description of Invention
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1.Claims
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1. Abstract
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2. Representative Drawing
Fig. 4
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