(57)【要約】座標位置決定装置によって対象物の測定を行う方法にあって、前記座標測定機械の作業容積内に前記対象物を配置するステップと、ワークピース接触プローブにより前記対象物を測定するステップであって、複数のプローブ力で収集された測定データを作成するステップと、前記対象物の表面の少なくとも１つの位置について、前記測定の誤差データを前記プローブ力に関連付ける関数またはルックアップテーブルを決定するステップと、前記対象物の表面の前記少なくとも１つの位置について前記関数またはルックアップテーブルを使用し、前記プローブ力がゼロであるときに対応した測定データを決定するステップと、前記プローブ力がゼロであるときに対応した測定データを前記対象物の測定値として出力するステップと、を具える。
2007515638.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
座標位置決定装置によって対象物の測定を行う方法であって、
前記座標測定機械の作業容積内に前記対象物を配置するステップと、
ワークピース接触プローブにより前記対象物を測定するステップであって、複数のプローブ力で収集された測定データを作成するステップと、
前記対象物の表面の少なくとも１つの位置について、前記測定の誤差データを前記プローブ力に関連付ける関数またはルックアップテーブルを決定するステップと、
前記対象物の表面の前記少なくとも１つの位置について前記関数またはルックアップテーブルを使用し、前記プローブ力がゼロであるときに対応した測定データを決定するステップと、
前記プローブ力がゼロであるときに対応した測定データを前記対象物の測定値として出力するステップと、
を、適切な順序で具えたことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記プローブ力がゼロであるときに対応した測定データは、外挿によって決定されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記測定データは、既知の一定のプローブ力で収集されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記測定データは、既知の変化するプローブ力で収集されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記ワークピース接触プローブにより前記対象物を測定するステップは、前記対象物のスキャンを含むことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
前記関数は線形関数であることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
前記関数はパラメトリック関数であることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
前記対象物はスキャンパスに沿って測定され、前記測定データは前記スキャンパスの区域について複数のプローブ力で収集され、
前記測定データを前記プローブ力に関連付ける前記関数またはルックアップテーブルは前記スキャンパスの前記区域上の位置について決定されるとともに、
前記区域上の位置ではない前記スキャンパスの位置について、前記スキャンパスの前記区域上で収集された測定データから、前記測定データを前記プローブ力に関連付ける関数またはルックアップテーブルが決定される
ことを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
前記区域上の位置ではない前記スキャンパスの位置についての、前記測定データを前記プローブ力に関連付ける前記関数またはルックアップテーブルは、前記スキャンパスの前記区域上で前記測定データを前記プローブ力に関連付ける前記関数またはルックアップテーブルの構成要素から決定されることを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記対象物は、前記スキャンパスに沿って１周分、一定または変化するプローブたわみあるいはプローブ力で表面輪郭をスキャンすることで測定可能であることを特徴とする請求項８または請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記スキャンパス上において異なるプローブ力で追加測定値を得ることで、前記スキャンパスの区域について複数のプローブ力で測定データが収集されることを特徴とする請求項８ないし請求項１０のいずれかに記載の方法。
【請求項１２】
前記追加測定値は、前記表面輪郭を少なくとも１／４周分スキャンすることで得られることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記測定値は、少なくとも２つの異なる位置で、前記プローブが前記表面に近づく、または前記表面から遠ざかるよう半径方向に移動させるときの前記表面輪郭の測定値を得ることによって得られることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
座標位置決定装置によって対象物の測定を行う方法であって、
前記座標測定機械の作業容積内に前記対象物を配置するステップと、
ワークピース接触プローブにより前記対象物を測定するステップであって、複数のスタイラスたわみで収集された測定データを作成するステップと、
前記対象物の表面の少なくとも１つの位置について、前記測定の誤差データを前記スタイラスたわみに関連付ける関数またはルックアップテーブルを決定するステップと、
前記対象物の表面の前記少なくとも１つの位置について前記関数またはルックアップテーブルを使用し、前記スタイラスたわみがゼロであるときに対応した測定データを決定するステップと、
前記スタイラスたわみがゼロであるときに対応した測定データを前記対象物の測定値として出力するステップと、
を、適切な順序で具えたことを特徴とする方法。
【請求項１５】
前記スタイラスたわみがゼロであるときに対応した測定データは、外挿によって決定されることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記測定データは、既知の一定のプローブ力で収集されることを特徴とする請求項１４または請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記測定データは、既知の変化するプローブ力で収集されることを特徴とする請求項１４または請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
前記ワークピース接触プローブにより前記対象物を測定するステップは、前記対象物のスキャンを含むことを特徴とする請求項１４ないし請求項１７のいずれかに記載の方法。
【請求項１９】
前記関数は線形関数であることを特徴とする請求項１４ないし請求項１８のいずれかに記載の方法。
【請求項２０】
前記関数はパラメトリック関数であることを特徴とする請求項１４ないし請求項１８のいずれかに記載の方法。
【請求項２１】
前記対象物はスキャンパスに沿って測定され、前記測定データは前記スキャンパスの区域について複数のスタイラスたわみで収集され、
前記測定データを前記スタイラスたわみに関連付ける前記関数またはルックアップテーブルは前記スキャンパスの前記区域上の位置について決定されるとともに、
前記区域上の位置ではない前記スキャンパスの位置について、前記スキャンパスの前記区域上で収集された測定データから、前記測定データを前記スタイラスたわみに関連付ける関数またはルックアップテーブルが決定される
ことを特徴とする請求項１４ないし請求項２０のいずれかに記載の方法。
【請求項２２】
前記区域上の位置ではない前記スキャンパスの位置についての、前記測定データを前記スタイラスたわみに関連付ける前記関数またはルックアップテーブルは、前記スキャンパスの前記区域上で前記測定データを前記スタイラスたわみに関連付ける前記関数またはルックアップテーブルの構成要素から決定されることを特徴とする請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記対象物は、前記スキャンパスに沿って１周分、一定または変化するスタイラスたわみで表面輪郭をスキャンすることで測定可能であることを特徴とする請求項２１または請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記スキャンパス上において異なるスタイラスたわみで追加測定値を得ることで、前記スキャンパスの区域について複数のスタイラスたわみで測定データが収集されることを特徴とする請求項２１ないし請求項２３のいずれかに記載の方法。
【請求項２５】
前記追加測定値は、前記表面輪郭を少なくとも１／４周分スキャンすることで得られることを特徴とする請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記測定値は、少なくとも２つの異なる位置で、前記プローブが前記表面に近づく、または前記表面から遠ざかるよう半径方向に移動させるときの前記表面輪郭の測定値を得ることによって得られることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スキャンシステムの較正方法に関するものである。本明細書において、スキャンシステムとは、対象物の寸法、形状または表面輪郭に関する情報を得る目的で、対象物のスキャンに使用可能である機械およびプローブの組み合わせを意味するものとして理解されるべきである。
【背景技術】
【０００２】
機械とは、例えば座標測定機械（ＣＭＭ）、工作機械またはロボットなどであってよく、プローブとは、ワークピース接触スタイラスを有する測定プローブである。ある種の機械は、公称上直交する３方向（Ｘ、ＹおよびＺ軸として参照する）における機械部分の変位を測定するための測定デバイスを有している。ある種のプローブは、公称上直交する３方向（ａ、ｂおよびｃ軸として参照する）における、プローブに対するスタイラス先端の変位を示す出力を生成するための測定トランスジューサを含んでいる。「アナログプローブ」という用語を使用するが、ａ、ｂおよびｃ軸についての出力はアナログ量またはデジタル量とすることができる。
【０００３】
公知のシステムにおいては、プローブ、機械構造およびワークピースの好ましくないたわみによって測定誤差が発生する。プローブスタイラスの曲げに起因した誤差は機械の容積全体にわたって同じであり、プローブの較正によって補正可能である。機械構造におけるたわみに起因した誤差は、例えば、機械の軸の曲げおよび機械のブリッジの捩れによって生じ、機械の容積にわたって一様なものではない。これらの誤差は、例えば片持ち梁が長くなるにつれて増大する。測定対象物における誤差は、測定過程でプローブの力が作用する結果、対象物がたわむことで生じる。
【０００４】
測定誤差に対しては、較正用の球などの較正用物品（calibration artefact）を用いることで、機械の作業容積の部分を較正することができる。しかしながら、較正用物品は、通常、機械のワーキングボリュームにおいて測定される部分と同位置に配置し得ず、一側に配置される。従って、較正用物品で決定される測定誤差は、当該部分のものとは異なることになる。
【０００５】
加速度がもたらす誤差に対して機械の補正を行う方法が知られている。かかる方法の一例が特許文献１に記載されている。この方法では、一群の公称上等しい物品のうち第１の物品を比較的低速で測定し、当該物品の複数の基準点位置の測定値を記録する。測定動作を比較的高速で繰り返し、同じ基準点位置の測定値を記録する。測定値の差を誤差として補正テーブルに記録する。
【０００６】
その後、全物品についての測定を比較的高速で行い、各物品の対応点の位置の測定値を得、これらの測定値を、先に記録した誤差を用いて機械の加速度についての補正を行う。
【０００７】
誤差を補正するための他の方法としては、特許文献２に開示されたものがある。この方法では、座標測定機械に取り付けられたプローブのスタイラスが、対象物表面に対しその法線方向において接触し、所定のスタイラスのたわみ量に達するまで駆動される。そして機械を反転する一方、同時に機械の測定デバイスおよびプローブの測定トランスジューサの出力を記録する。このプロセスは対象物表面の周りの複数の基準点から選択したものについて繰り返される。各基準点についての測定値が外挿され、プローブのたわみ量がゼロである場合に得られるであろう測定値が決定される。この外挿値は、プローブが表面に丁度接触したときに関連するものである。
【０００８】
対象物は、低速で、かつ所定のプローブたわみをもってスキャンされる。基準点での初期測定値とスキャン結果との差が記録される。
【０００９】
スキャンは、同じスタイラスたわみをもって、より高速で繰り返される。これは、高速スキャンと初期測定値との間の記録された差および低速スキャンと初期測定値との間の記録された差の変化が所定の公差を超えるまで行われる。この公差内に落ち着く最終速度が最大スキャン速度である。スキャン速度、特定の物品、特定のＣＭＭおよびプローブとスタイラスの構成などに関連するデータとともに、基準点での位置誤差のマップがストアされる。このマップから内挿を行い、実際のデータが得られた位置（すなわち基準点）の半径方向間の角度での半径方向誤差を得ることができる。
【００１０】
【特許文献１】欧州特許第３１８５５７号明細書
【特許文献２】国際公開第００／６２０１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
この方法は、基準点を得るためのステップに時間がかかるという不利な点を有している。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、座標位置決定装置によって対象物の測定を行う方法であって、
前記座標測定機械の作業容積内に前記対象物を配置するステップと、
ワークピース接触プローブにより前記対象物を測定するステップであって、複数のプローブ力で収集された測定データを作成するステップと、
前記対象物の表面の少なくとも１つの位置について、前記測定の誤差データを前記プローブ力に関連付ける関数またはルックアップテーブルを決定するステップと、
前記対象物の表面の前記少なくとも１つの位置について前記関数またはルックアップテーブルを使用し、前記プローブ力がゼロであるときに対応した測定データを決定するステップと、
前記プローブ力がゼロであるときに対応した測定データを前記対象物の測定値として出力するステップと、
を、適切な順序で具える。
【００１３】
測定値という用語は、スキャンプローブまたはタッチトリガプローブを用いて得られた測定値を含む。
【００１４】
前記プローブ力がゼロであるときに対応した測定データは、外挿によって決定されるものとすることができる。
【００１５】
前記測定データは、既知の一定のプローブ力または既知の変化するプローブ力で収集されるものとすることができる。
【００１６】
好ましくは、前記ワークピース接触プローブにより前記対象物を測定するステップは、前記対象物のスキャンを含む。
【００１７】
前記関数は線形関数とすることができる。前記関数はパラメトリック関数とすることもできる。
【００１８】
一実施形態においては、前記対象物はスキャンパスに沿って測定され、前記測定データは前記スキャンパスの区域について複数のプローブ力で収集され、
前記測定データを前記プローブ力に関連付ける前記関数またはルックアップテーブルは前記スキャンパスの前記区域上の位置について決定されるとともに、
前記区域上の位置ではない前記スキャンパスの位置について、前記スキャンパスの前記区域上で収集された測定データから、前記測定データを前記プローブ力に関連付ける関数またはルックアップテーブルが決定される。
【００１９】
前記区域上の位置ではない前記スキャンパスの位置についての、前記測定データを前記プローブ力に関連付ける前記関数またはルックアップテーブルは、前記スキャンパスの前記区域上で前記測定データを前記プローブ力に関連付ける前記関数またはルックアップテーブルの構成要素から決定される。構成要素は２軸、例えばＸおよびＹ軸の要素を具えることができる。
【００２０】
前記対象物は、前記スキャンパスに沿って１周分、一定または変化するプローブ力で表面輪郭をスキャンすることで測定可能である。前記スキャンパス上において異なるプローブ力で追加測定値を得ることで、前記スキャンパスの区域について複数のプローブ力で測定データが収集されるものとすることができる。前記追加測定値は、前記表面輪郭を少なくとも１／４周分スキャンすることで得られるものとすることができる。
【００２１】
あるいは、前記測定値は、少なくとも２つの異なる位置で、前記プローブが前記表面に近づく、または前記表面から遠ざかるよう半径方向に移動させるときの前記表面輪郭の測定値を得ることによって得られるものとすることができる。
【００２２】
本発明の第２の形態は、座標位置決定装置によって対象物の測定を行う方法であって、
前記座標測定機械の作業容積内に前記対象物を配置するステップと、
ワークピース接触プローブにより前記対象物を測定するステップであって、複数のスタイラスたわみで収集された測定データを作成するステップと、
前記対象物の表面の少なくとも１つの位置について、前記測定の誤差データを前記スタイラスたわみに関連付ける関数またはルックアップテーブルを決定するステップと、
前記対象物の表面の前記少なくとも１つの位置について前記関数またはルックアップテーブルを使用し、前記スタイラスたわみがゼロであるときに対応した測定データを決定するステップと、
前記スタイラスたわみがゼロであるときに対応した測定データを前記対象物の測定値として出力するステップと、
を、適切な順序で具える。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、添付の図面を参照して本発明の好適な実施形態を説明する。
【００２４】
本発明の第１ステップでは、対象物についての測定力誤差マップが作成される。これは、図１に示すように、アナログプローブ１０を座標測定機械(ＣＭＭ；不図示）の軸１２に取り付けることで実現される。アナログプローブ１０はたわみ可能なスタイラス１４を有し、これはワークピース接触チップ１６を持っている。測定すべき対象物１８がＣＭＭの機械テーブル２０に取り付けられ、対象物の周りのパスで、プローブ１２は機械の軸１２により低速駆動される。対象物１８はまず、第１の一定のプローブたわみ（例えば３００μｍ）で、パスに沿ってスキャンされる。対象物は続いて、１以上の異なる一定のプローブたわみで、このパスに沿ってスキャンされる。例えば、２回目には２００μｍのプローブたわみをもって、３回目には１００μｍのプローブたわみをもって、部分のスキャンを行うことができる。図２は対象物１８と、その周りの第１スキャン２２、第２スキャン２４および第３スキャン２６で得られた測定値とを表している。異なるプローブたわみをもって行われた３回の異なるスキャンの結果、対象物１８の各ポイントは３つの異なる測定値Ａ，Ｂ，Ｃを持つことになる。対象物の各ポイントに関して外挿を行い、プローブたわみがゼロであった場合に得られるであろう測定値が計算される。図３は対象物直径に対するプローブたわみのグラフである。実際の対象物直径はプローブたわみがゼロであるところで示されている。プローブたわみがゼロの場合についての外挿のステップによって、プローブたわみがゼロの場合での測定値を、プローブ力の誤差に起因した実際の測定値の誤差を持たないものとして決定することが可能となる。この方法においては受動プローブを使用することが好適であり、かかるプローブとしては、ばねに抗してたわみ可能なスタイラスを具えたものとすることができる。
【００２５】
この情報により、部分の測定力誤差マップを作成することが可能となる。部分のスキャンが低速で得られるものであれば、プローブおよび機械の加速度が非常に小さいことによって動的誤差は無視してよいものとなる。
【００２６】
図４はプローブたわみに対するプローブ力の関係を示している。プローブはフックの法則の範囲で作用し、プローブ力がゼロであればプローブたわみがゼロとなるようになっている。
【００２７】
図５はプローブたわみに対する半径方向誤差の関係を示す。ポイントＡ、ＢおよびＣは、それぞれ、１００μｍ、２００μｍおよび３００μｍのプローブたわみでの半径方向誤差に関連している。これらのポイントを用い、プローブたわみゼロの外挿を行うことによって、半径方向誤差ゼロが実現される。プローブたわみと半径方向誤差とを関係付ける関数が決定されれば、この関数を用いることで、例えばポイントＰについての、いかなるプローブたわみで得られる測定値でも半径方向誤差を含まないように補正可能となる。プローブたわみと半径方向誤差とは線形の関係にあるので、与えられたプローブたわみで測定値を補正する関数もまた線形である。
【００２８】
あるいは、測定力誤差を誤差マップの形態とすることもできる。これを、異なるスタイラスたわみに対する誤差補正値をもつルックアップテーブルとすることが可能である。誤差マップを多項式の関数とすることもできる。
【００２９】
図６はスキャン上のポイントについての誤差補正量を示す。スキャン上の各ポイント異なる半径方向上の補正量３８を有し、これは特定のスタイラスたわみに対して適用される。その後対象物が３００μｍのスタイラスたわみ３６をもってスキャンされると、測定力誤差の関数またはマップを用いて、このスタイラスたわみでの測定寸法３６を、０μｍのたわみでスキャンされた部分に対応した実際の部分の寸法３４に補正することができる。
【００３０】
この方法は、対象物表面のポイントが異なるスタイラスたわみに対応した測定データを有することで、ゼロについての測定データを外挿することができるのであれば、それぞれ一定のたわみを有するスキャンに限られない。例えば、図１６は、一定たわみで得られる対象物１８の周りの第１スキャン輪郭６０と、正弦波状に変化するスタイラスたわみを用いて得られる第２スキャン輪郭６２とを示している。従って、対象物表面上のポイントＰ１，Ｐ２，Ｐ３は、異なるプローブたわみで得られる２つの測定値を有することになる。上述のようにゼロについてこの測定データを外挿することができる。
【００３１】
変化するスキャン輪郭のみで、測定データを十分に補正することも可能である。図１７は対象物１８の周りの単一のスキャン輪郭７０を示し、このスキャン輪郭７０は正弦波状に変化するスタイラスたわみを用いて得られたものである。図１８はスキャン輪郭７０の一領域を示している。小角度７２において、スキャン輪郭は異なるスタイラスたわみで得られた多数のデータポイントを含んでいる。角度７２において、表面における変化が小さければ（例えば部分的なたわみおよび表面の均一性について）、角度７２において異なるスタイラスたわみで得られるこれらのデータポイントを、ゼロについての外挿を行う計算のために用いることができる。これは、角度７２における表面輪郭に変化がある場合にも、当該変化が線形であれば可能である。
【００３２】
あるいは、異なるプローブたわみで数回対象物をスキャンする代わりに、各スキャンについて一定力を持つプローブで数回のスキャンを行うこともできる。例えば、まずスタイラスおよび対象物間の力を一定の０．３Ｎとして対象物をスキャンすることができる。そして、一定の０．２Ｎとして対象物をスキャンし、３回目には一定の０．１Ｎとすることができる。これらの各スキャンは、同一または異なるスタイラスたわみを有し得る。図７は実際の部分寸法を持つ対象物１８と、異なる一定のプローブ力での第１スキャン２８、第２スキャン３０および第３スキャン３２とを表している。
【００３３】
上述のように、対象物表面上のポイントに対して、異なるプローブ力でのスキャンに関連して３セットのデータがある。このデータを外挿に用いることで、スタイラスおよびワークピース間の力がゼロであれば測定されるであろうポイント（すなわち実際の部分寸法）を決定することが可能となる。先に説明したように、ゼロについての外挿を行う技術を用いることで、所定のプローブ力で得られる測定値を、プローブ力ゼロについて定められる所定ポイントについての補正測定値に関連付ける誤差関数またはマップを作成することができる。所定プローブ力で続けて得られる測定値を、この誤差関数またはマップを用いることで、測定力誤差について補正可能である。
【００３４】
上述の方法と同様に、種々のプローブ力での単一のスキャン（例えば正弦波状輪郭を持つもの）で十分なデータを得て、ゼロについて外挿する計算を行うことが可能である。
【００３５】
この方法は能動スキャンプローブに用いて好適なものである。当該プローブにおいては、モータ付きの機構を用いることで、測定されるべき要素に対する接触力の制御および変調が行われる。
【００３６】
対象物は、測定されるべき一連の部品の一部を含み得る。この場合、当該一部の測定力誤差マップをこの方法で作成することができる。あるいは、対象物は、続いて測定される部品の特徴に対応した特徴を有する物品（artefact）を含んでいてもよい。これらの特徴は、例えば、球、リングゲージ、プラグゲージなどであってもよい。そのような物品を用いることで、プローブ測定力誤差に加え、幾何学的誤差を決定することが可能となる。幾何学的誤差とは機械およびプローブの誤差であり、例えば機械スケールまたは機械軸が直線でないことによる非線形性である。物品の特徴の形状は既知であるので、機械およびプローブの幾何学的誤差についての補正を行うのに用いることができる。これは、物品のゼロについて外挿されたデータを物品の既知形状と比較し、続いて部分を補正する幾何学的誤差マップを作成することで行われる。
【００３７】
最初に誤差マップを作成することなく、部分を直接測定するのに本方法を用いることも可能である。
【００３８】
前述したように、部分の第１測定値Ｒ１は第１のプローブたわみまたはプローブ力Ｆ１で得られ、部分の第１測定値Ｒ１は第１のプローブたわみまたはプローブ力Ｆ１で得られる。これを異なるプローブたわみまたはプローブ力Ｆｎでの続く測定値Ｒｎについて繰り返すことができる。部分の測定データをプローブたわみまたはプローブ力と関連付ける関数は、部分の測定値Ｒ１，Ｒ２および対応するプローブたわみまたはプローブ力Ｆ１，Ｆ２から決定される。この関数は、線形または高次の曲線（例えばパラメトリック曲線）である。関数を用いて測定データを外挿することで、ゼロのプローブ力Ｆ０に関連する部分の測定データＲ０が提供される。しかし本実施形態では、ゼロのプローブ力に関連する測定データＲ０は「オン・ザ・フライ」で計算され、従って部分の誤差マップを最初に計算する必要がないものである。
【００３９】
プローブ力（すなわちスタイラスたわみ）は、力がいかなる測定誤差をも生じない程度であれば、ゼロであると考えられる。
【００４０】
図１９は部分測定データＲとプローブ力を関連付ける線形関数を示し、測定値Ｒ１，Ｒ２および対応するプローブ力Ｆ１，Ｆ２から決定されたものである。この場合、Ｒ０は次式で決定される。
【００４１】
Ｒ０＝Ｒ１−（Ｒ２−Ｒ１）・Ｆ１／（Ｆ２−Ｆ１）
前述したように、測定データのセットの少なくとも１つは、プローブたわみまたはプローブ力が一定でないスキャン、例えば正弦波状スキャンを通じて得られる。あるいは、プローブたわみまたはプローブ力を変化させた、部分に対する単一のスキャンによって、「オン・ザ・フライ」外挿計算のための十分なデータを収集することが可能となる。
【００４２】
測定されるべき特徴に対し完全なスキャンを２回行う必要はない。図２０はプローブ８２によってスキャンされているボア８０を示す。図２１はボアのスキャン輪郭を示し、１周について第１のプローブたわみまたは力で行われる第１測定８４である。続いてボアに対しては、１／４周について第２のプローブたわみまたは力で第２スキャン８６が行われる。第１スキャン８４および第２スキャン８６は、一定または変化するプローブたわみあるいはプローブ力で行われるものとすることができる。先の実施形態と同様、第１および第２スキャンで得られたデータを用い、ゼロに対して外挿を行うことによりボア表面上のポイントでプローブ力ゼロでの表面測定値が決定される。１／４周のスキャン８６で得られたデータは、ＸおよびＹ軸に沿った誤差について十分な情報を有しており、このデータを用いて、スキャンデータをボアの全周について補正することができる。
【００４３】
１／４周のスキャンの代わりに、２セットの半径方向測定を行うことも可能である。例えば、図２２は図２０のボアのスキャン輪郭を示し、ここでは先と同様にボアには第１スキャン８４が行われる。２回目の１／４周のスキャンを行う代わりに、第１位置８８において、ボア表面に近づく方向および遠ざかる方向に半径方向にプローブを移送しながら、異なるプローブたわみまたはプローブ力での表面測定値を得る。図２３は、プローブをボア表面に向けて半径方向に移動させたときにボア表面上のポイントで得られた測定に関して、表面測定値に対するプローブたわみを表したグラフである。これは、第１位置と角度をおいたボア表面上の第２位置９０で繰り返される。半径方向の測定は９０度離して行うことが好ましい。ＸおよびＹ軸に沿った補正量を抽出することが容易となるからである。しかし他の角度だけ離して半径方向の測定を行うことも可能である。先と同様、２つの半径位置でゼロに対する外挿を行うことで、プローブ力ゼロに関連した真の測定値を２位置について決定することが可能となる。従って、ＸおよびＹに関連した誤差の補正量を決定することができ、これによってボア全周で測定値を補正することが可能となる。
【００４４】
この方法は、測定される特徴の壁が十分に厚く、ボアの局部領域での補正に悪影響を及ぼすような大きなたわみが局部的に生じない場合に適切なものである。
【００４５】
関数の代わりにルックアップテーブルを備えることも可能である。ルックアップテーブルは、関数を定義するのと同じデータから作成される。
【００４６】
この方法には、プロービング時の力の測定誤差に起因した誤差と、幾何学的誤差とを分けることができるという利点がある。これは、例えば、３００μｍのたわみで行われるスキャンから得られたデータが既知の形状の物品と比較される場合ではない。この場合は、プロービング時の力の測定誤差と幾何学的誤差とが組み合わさって１つの補正量となってしまい、これらを分離することができなくなる。
【００４７】
測定力誤差と幾何学的誤差とを分けて補正を行う本方法には、測定対象物のたわみに起因した誤差が考慮されるという利点がある。剛性の低い、および／または壁の薄い対象物は、測定される際にプロービングの力でたわみ得るものである。
【００４８】
図８は剛性の低い測定対象である特徴物５０を示す。プローブ１０に接触すると、図９および図１０に示すように、この特徴物はプローブから離れる方向にたわむ。この特徴物のたわみによって、力Ｆで測定されたその直径は実直径より小となって表れることになる。図１１は特徴物の実直径５２と、力Ｆを用いたときの測定直径５４とを示している。これと同じ理由で、同様にしてリングの内径もその実直径より大となって表れることになる。プローブたわみがゼロまたはプローブ力がゼロであれば、特徴物のたわみも生じない。よって、本発明の方法によって作成した測定力誤差の関数またはマップは、ゼロに対する外挿ステップによりこれらの誤差が考慮されるものである。
【００４９】
本発明の第２ステップでは、システムの動的誤差が決定される。動的誤差は、例えば、加速度に起因した機械の曲げによって生じ得る。測定力誤差の関数またはマップが上述のように作成されると、対象物は高速でスキャンされる。高速スキャンは、上述と同様、一定のプローブたわみまたは一定力をもって実施される。加えて、高速スキャンは一定速度で行われることが好ましい。この高速スキャンで得られた測定データは、本発明の第１ステップにおいて説明したように作成された、対象物の実寸法に関連する測定力誤差補正済み低速スキャン（measurement force error corrected slow scan）と比較される。動的誤差の関数またはマップは、高速スキャンと測定力誤差補正済み低速スキャンとを比較することによって作成することができる。この動的誤差マップは、続いて高速で実施されるスキャンを補正するのに用いられる。
【００５０】
続くスキャンは、最初の高速スキャンと同じスタイラスたわみまたはプローブ力をもって行われる必要はない。動的誤差関数が誤差をたわみまたは力に関連付けるからである。しかしながら、続くスキャンについても同程度の高速をもって行うことは望ましいことである。
【００５１】
図１２は、対象物の実直径と高速スキャン４０を通じて得られた測定値とを示している。これは、上述したような測定力誤差補正低速スキャンによって生成されたものである。
【００５２】
動的誤差マップと測定力誤差マップまたは関数とを組み合わせて、全体的特徴マップを作成することも可能である。これは、図６に示された部分の周りの測定力誤差補正ベクトル３８に当該部分の動的誤差補正ベクトルを加え、図１２に示すような組み合わせ補正ベクトル４４を生成することで行われる。
【００５３】
この方法には、異なるプローブたわみまたは異なる力で対象物がスキャンされることで測定誤差が決定されるので、対象物表面上のすべてのポイントについて測定誤差を知ることができるという利点がある。よって、内挿は不要である。
【００５４】
本発明の第２の実施形態では、測定力誤差と動的誤差とが組み合わされて決定される。かかる方法を、図１３および図１４を参照して説明する。
【００５５】
第１ステップでは、例えば２００μｍのたわみをもって、例えば１０ｍｍ／ｓという低速でスキャンされる。図１３は低速スキャンＳ１の輪郭を示す。次に対象物は、同じパスに沿い、例えば１００μｍのたわみをもって、例えば１００ｍｍ／ｓという高速でスキャンされる。図１３には高速スキャンＦ１の輪郭が示されている。次に対象物は、同じパスに沿い、例えば２００μｍのたわみをもって、１００ｍｍ／ｓという高速でスキャンされる。図１３には当該高速スキャンＦ２の輪郭が示されている。
【００５６】
図１４は対象欝の周りのスキャン輪郭Ｓ１、Ｆ１およびＦ２の一部を示している。輪郭Ｆ１およびＦ２は同じ高速（１００ｍｍ／ｓ）のスキャンであるが、たわみは異なっている（それぞれ１００μｍおよび２００μｍ）。たわみゼロに対する外挿を行うことで、たわみゼロについて高速（１００ｍｍ／ｓ）スキャンを行った場合の対象物の輪郭を決定することができる。この輪郭は、図１４においてＨＳＺＤで示されている。よって、Ｆ２のスキャンのたわみに起因した誤差を決定することができる。このたわみ誤差は、図１４においてｅ１で示されている。
【００５７】
スキャンＳ１およびＦ２は同じプローブたわみ（２００μｍ）をもって行われるので、たわみ誤差ｅ１をスキャンＳ１の輪郭に適用することで、たわみゼロをもつ低速時のスキャンに対応した輪郭を見つけることができる。この輪郭は、図１４においてＬＳＺＤで示され、これは対象物の表面に相当している。
【００５８】
そこでＬＳＺＤをベースラインとして用いる。そして、ＬＳＺＤのベースラインとスキャンＦ２との誤差が決定される。これは図１４において符号ｅ２で示されている。誤差ｅ２を補正マップまたは関数としてストアすることができる。
【００５９】
対象物は続いて、スキャンＦ２に対応した速度およびたわみをもって測定され、補正マップまたは関数を用いて補正される。
【００６０】
この方法を、たわみ測定プローブ（deflection-measuring probe）ではなく、力測定プローブ（force-measuring probe）に用いることも可能である。この場合、スキャンＳ１およびＦ２は第１プローブ力で実施され、スキャンＦ１は第２プローブ力で実施される。続いて２つの高速スキャンを、力ゼロに対して外挿し、高速・力ゼロの輪郭を決定することで、力Ｆ２に起因した誤差が決定できるようにしなければならない。
【００６１】
スキャンプローブまたはタッチトリガプローブを用いることで、スキャンＳ１、Ｆ１およびＦ２を通じた対象物の測定値を決定することができる。タッチトリガプローブは、ある力でトリガするよう電子制御された（electronically loaded）ものとすることができる。よってプローブは、スキャンＳ１およびＦ２を通じ第１の力でトリガするよう制御され、スキャンＦ１を通じ第２の力でトリガするよう制御される。これにより、２つの高速スキャンで力ゼロに対する外挿を行うことが可能となる。
【００６２】
低速スキャンＳ１については、高速スキャンＦ１と同じスタイラスたわみおよびプローブ力とする必要はない。スタイラスたわみ／プローブ力と測定誤差との関係は、スキャンＦ１およびＦ２という高速で決定され、低速でのいかなるスタイラスたわみ／プローブ力に比較可能であるからである。
【００６３】
図１５を参照して本発明の第３の実施形態を説明する。プローブのスタイラス１０は、パス４６に沿った対象物１８の表面と接触するよう、所定のスタイラス力に達するまで、対象表面に直交する方向に駆動される。このステップは、異なる複数のスタイラス力について、同じパスに沿って繰り返される。このパスに沿った測定データを外挿に用いることで、スタイラスおよびワークピース間の、力ゼロについて測定されるであろうポイントを決定することが可能となる。これが対象物の公称測定値である。
【００６４】
このプロセスは、対象物表面の周りで選択された基準ポイントについて繰り返される。これら基準ポイントの各々から得られたデータを用いて、前述したような、続く測定値を補正するための誤差マップが作成される。基準ポイント間の対象物表面の測定値は、基準ポイント間の誤差マップを補間することで補正される。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】座標測定機械に取り付けられるアナログプローブの模式図である。
【図２】対象物の周りの、異なるいくつかの一定スタイラスたわみで行うスキャンを表す模式図である。
【図３】対象物直径に対するプローブたわみを示すグラフである。
【図４】プローブたわみに対するプローブ力を示すグラフである。
【図５】プローブたわみに対する半径方向誤差を示すグラフである。
【図６】静的な補正ベクトルを示す模式図である。
【図７】対象物の周りの、異なるいくつかの一定力で行うスキャンを表す模式図である。
【図８】測定力の作用下で特徴部がたわむ様子を示す模式図である。
【図９】測定力の作用下で特徴部がたわむ様子を示す模式図である。
【図１０】測定力の作用下で特徴部がたわむ様子を示す模式図である。
【図１１】剛性の低い特徴部の実直径および測定直径を示す図である。
【図１２】動的な補正ベクトルを示す模式図である。
【図１３】本発明の第２実施形態の方法を通じたスキャン輪郭を示す図である。
【図１４】図１３のスキャン輪郭の一部を示す図である。
【図１５】本発明の第３実施形態によって測定されるワークピースを示す図である。
【図１６】対象物の周りの、正弦波状に変化するスタイラスたわみをもって行われるスキャンを表す模式図である。
【図１７】対象物の周りの、正弦波状に変化する単一のスタイラスたわみをもって行われるスキャンを表す模式図である。
【図１８】図１７のスキャン輪郭の一領域を示す図である。
【図１９】部分測定値Ｒとプローブ力Ｆとの関係を表す関数を示すグラフである。
【図２０】図２１または図２２に示すスキャン輪郭を用いてスキャンされるボアを示す図である。
【図２１】ボアが全周および１／４周にわたってスキャンされるスキャン輪郭を示す図である。
【図２２】ボアが全周にわたってスキャンされ、さらに２位置で半径方向にスキャンされるスキャン輪郭を示す図である。
【図２３】図２２のスキャン輪郭で用いられる半径方向測定値を示すグラフである。
【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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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【国際調査報告】
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