(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物の特徴形状を測定するための方法であって、
少なくとも前記特徴形状の表面測定を介して取得された複数のデータ点を含む、少なくとも前記特徴形状の代表を前記対象物上で取り込み、
前記対象物の少なくとも前記特徴形状をほぼ複製するモデルを前記代表に適合させ、前記モデルは、共通点で連結された少なくとも２つの独立的に可変の部分を定義するパラメータを含み、前記適合は、前記少なくとも２つの独立的に可変の部分の少なくとも１つを変えることによって前記モデルの前記形態の変更を含み、
少なくとも前記特徴形状に関する情報を、前記適合されたモデルから得ること
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
少なくとも１つのパラメータは、前記部分が連結された点を定義することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記情報は、前記部分が連結された前記点を定義する前記少なくとも１つのパラメータから導かれることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記部分が連結された前記点を操作することを含むことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
前記部分が連結された前記点の場所を操作することを含むことを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記少なくとも２つの独立的に可変の部分それぞれは、前記対象物の表面上で異なる領域を複製し、共通縁に沿って連結されることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
前記領域は、形が輪状のものであることを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
少なくとも１つの領域は、形がほぼ円錐形であることを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記モデルは、一続きの少なくとも３つの独立的に可変の部分を定義するパラメータを含み、前記独立的に可変の部分のうちの少なくとも１つの中間部分は、他の２つの部分に連結されていることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
前記少なくとも３つの独立的に可変の部分それぞれは、前記対象物の表面上で異なる領域を複製し、前記少なくとも３つの独立的に可変の部分の１つは、第１の縁に沿って前記少なくとも３つの独立的に可変の部分の他の１つに連結され、前記第１の縁のほぼ反対側の第２の縁に沿って前記少なくとも３つの独立的に可変の部分の別のものに連結されることを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記情報は、前記ほぼ対向する縁間の距離を含むことを特徴とする請求項８から請求項１０のいずれかに記載の方法。
【請求項１２】
適合は、前記モデルの前記少なくとも２つの独立的に可変の部分の１つに関連すると各々が推定される少なくとも２つの部分を含む、前記代表のさまざまな部分の特定を含むことを特徴とする請求項１から請求項１１のいずれかに記載の方法。
【請求項１３】
適合は、異なる誤差関数を前記代表の異なる部分ごとに使用することを含むことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記少なくとも２つの独立的に可変の部分が連結される点に関連すると推定される前記代表の少なくとも１つの連結する部分を特定することを含み、適合は、その少なくとも１つの連結する部分を無視することを含むことを特徴とする請求項１から請求項１３のいずれかに記載の方法。
【請求項１５】
前記代表は、前記特徴形状に隣接する前記対象物の少なくとも１つの部分を含むことを特徴とする請求項１から請求項１４のいずれかに記載の方法。
【請求項１６】
前記モデルの前記少なくとも２つの独立的に可変の部分の少なくとも１つは、前記特徴形状に関連し、前記少なくとも２つの独立的に可変の部分の少なくとも１つは、前記特徴形状に隣接する前記対象物の部分に関連することを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記モデルを適合させることは、前記モデルを最良適合させることを含むことを特徴とする請求項１から請求項１６のいずれかに記載の方法。
【請求項１８】
前記特徴形状は、弁の弁座を含むことを特徴とする請求項１から請求項１７のいずれかに記載の方法。
【請求項１９】
情報を得ることは、少なくとも前記特徴形状に関する測定情報を前記対象物上で得ることを含むことを特徴とする請求項１から請求項１８のいずれかに記載の方法。
【請求項２０】
前記少なくとも２つの独立的に可変の部分は、前記モデルにほぼ同時に適合されることを特徴とする請求項１から請求項１９のいずれかに記載の方法。
【請求項２１】
対象物の特徴形状を測定するためのコンピュータ実装された方法であって、
少なくとも前記特徴形状の代表を前記対象物上で取り込むことと、
前記対象物の少なくとも前記特徴形状を複製するモデルを前記代表の適合であって、前記モデルは、共通点で連結された少なくとも２つの独立的に可変の部分を定義するパラメータを含み、前記適合は、前記少なくとも２つの独立的に可変の部分の少なくとも１つを変えることによって前記モデルの前記形態を変更することを含み、
少なくとも前記特徴形状に関する情報を、前記適合されたモデルから得ることと
を含むことを特徴とするコンピュータ実装された方法。
【請求項２２】
コンピュータによって実行されたとき、前記コンピュータに請求項２１の方法を実施させるコンピュータプログラムコードを含むことを特徴とするコンピュータプログラム。
【請求項２３】
請求項２２に記載のコンピュータプログラムコードを有することを特徴とするコンピュータ読み取り可能な媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対象物を測定するための、特に複数の面から構成された対象物の一部の面を測定するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
工作物が製造された後、これらを中空軸を有する座標測定機（ＣＭＭ）上で検査することが一般的な方法であり、中空軸は、測定機の可動範囲内で３つの直交方向Ｘ、Ｙ、Ｚに駆動させることができる。中空軸は、測定プローブを担持することができ、測定プローブは、検査される工作物の表面を、たとえば測定プローブのスタイラスとその表面の間の接触によって検出したときに信号を生成する。
【０００３】
一般的に、ＣＭＭは、工作物の所望の寸法の完璧な検査を実施するために、工作物上のさまざまな場所において一続きの座標データの読み取りを行うようにプログラムされたコンピュータを含む。そして、工作物が、受け入れ可能な品質のものであるか、あるいは受け入れないものとすべきかについて決定がなされ得る。
【０００４】
アナログ（または走査）接触プローブは、通常、偏向可能なスタイラスを備えたハウジング（すなわちプローブ本体）を備える。スタイラスは、表面と接触するチップを有し、その静止位置からの偏向が、変換器によって測定される。スタイラス偏向とＣＭＭ位置の組合せを使用して、スタイラスチップの場所（故にスタイラスチップが接触している表面上の座標点）を決定する。そのようなアナログプローブは、特許文献１に記載されている。
【０００５】
測定プローブを連接型プローブヘッド上に装着することが知られており、連接型プローブヘッドは、測定プローブの向きを、通常約２本またはそれ以上の軸周りで変化させることができる。そのような連接型プローブヘッドは、特許文献２で記載されている。連接型プローブヘッドは、第１の直交軸および第２の直交軸の周りの回転を可能にする。連接型プローブヘッド内には、測定プローブを連接型プローブヘッドの回転軸の周りに連続的に配置しながら、その位置をコンピュータにフィードバックすることを可能にするために、モータおよび変換器が設けられる。
【０００６】
従来の技術を用いて正確に測定することが難しいことが証明されている特徴形状は、弁、特に弁座、弁ガイド、および弁ディスクである。弁は、内燃エンジンで使用されるため、自動車業界にとって特に重要なものである。弁の適合が良好でないと、エンジンの効率性が影響を受ける。これは、弁ディスクと弁座の間の封止が良好でないことに起因する、または弁座の場所が弁の全開を妨げることによるものになり得る。弁座、弁ガイドおよび弁ディスクの形状もまた、特に重要になり得る。たとえば、これらが一様に丸くない場合、これは、良好な適合を妨げる恐れがあり、したがって漏出を生じさせる可能性がある。弁ディスクがその上に着座する領域の勾配に沿ってとられる寸法である弁座の幅もまた、特に重要になり得る。
【０００７】
弁座は、従来の技術によって測定することが困難であり、時間がかかるものである。通常、弁は、従来方式では、弁座の上部から底部に至る４本の線に沿って測ることによって測定され、各々の線は、弁座の円周周りに９０度で離間される。これらの測定は、弁座の外形を決定することを可能にする。弁座の円周は、その形態および弁ガイドとの同心度を決定するために、特有の高さで円形の測定経路をたどることによって測定される。これらの測定は通常、ＣＭＭの中空軸上に装着されたアナログ接触プローブを用いて行われ、測定が遅いという欠点を有する。この測定は、弁座の直径が許容誤差内であるかを決定するために使用される。しかし、データは、４本の測定線に関してのみ入手可能である（すなわちそれらの間に関しては入手可能でない）。また、測定点が分散するため、弁座の真円度を決定することは困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】英国特許第１５５１２１８号明細書
【特許文献２】欧州特許第０４０２４４０号明細書
【特許文献３】国際公開第９５／２０７４７号パンフレット
【特許文献４】国際公開第９０／０７０９７号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、対象物の特徴形状を測定するための、特に弁の特徴形状を測定するための改良された方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の第１の態様によれば、対象物の特徴形状を測定するための方法が提供され、方法は、少なくとも特徴形状の代表を、少なくとも特徴形状の表面測定を介して複数のデータ点を取得することによって対象物上で得ることと、対象物の少なくとも特徴形状をほぼ複製するモデルをその代表に適合させることであって、モデルは、共通点で連結された少なくとも２つの可変の部分を定義するパラメータを含み、前記適合させることは、少なくとも２つの可変部分の少なくとも１つを変えることによってモデルの形態を変更することを含む。本方法は、少なくとも特徴形状に関する情報を適合されたモデルから得ることをさらに含むことができる。
【００１１】
本発明の方法を用いて、対象物の特徴形状に関する正確な情報（たとえばサイズ情報を含む寸法情報および／または場所情報などの測定情報）を取り出すことが可能である。モデルの形態が、少なくとも特徴形状の代表に適合するように操作された時点で、正確な測定情報をモデルから得ることが可能になる。共通点で連結された少なくとも２つの可変部分の統一モデルを使用することにより、モデルの少なくとも２つの部分の代表への同時適合が可能になる。これは、たとえば、モデルのさまざまな部分、すなわちモデルの、全く連結されていない完全に個々の複数の部分に別個に適合させるよりも、より現実的にモデルを代表に適合させることをもたらすことが見出されている。モデルの各部分が、それらの間に連結を有さずに個々に処理され、各部分が別個に適合されるとき、隣接する部分が交差する点が仮定されなければならず、これは、重要な測定情報を得るために使用できるモデルの様相に不正確性をもたらす恐れがある。本発明は、共通点で連結された少なくとも２つの可変の部分を有するモデルを代表に適合させることによってこれを回避する。
【００１２】
可変の部分は、その部分の各々を他方から独立的に（すなわち個々にまたは別個に）変えることができるという点で独立的に可変のものである。したがって、１つの部分を変えることが、必ずしも他の部分（複数可）に波及効果を及ぼす必要はない。たとえば、その部分の１つのサイズを、他の部分（複数可）のサイズから独立的に変更することができる。しかし、理解されるように、この部分は、何らかの方法で連結されている（すなわち結合されている）ので、これらの部分の１つを変えると、その部分が変えられる方法およびそのモデルが制御される方法に応じて、その部分に連結された他の部分（複数可）に波及効果を及ぼす可能性がある。たとえば、その部分の１つの位置および／または向きが変えられた場合、これは、その部分に連結された他の部分（複数可）に影響を及ぼす可能性がある。
【００１３】
理解されるように、形態は、モデルの形状を含むことができる。形態は、モデルのサイズを含むことができる。適合させることは、モデルおよび代表の相対場所を操作することをさらに含むことができる。
【００１４】
理解されるように、代表は、特徴形状のデジタル代表でよい。代表は、二次元的空間内の少なくとも特徴形状上の複数の点の場所を説明することができる。代表は、三次元的測定空間内の対象物の少なくとも特徴形状上の複数の点の場所を説明することができる。したがって、代表は、点群として一般的に知られているものを含むことができる。
【００１５】
理解されるように、モデルは、対象物の特徴形状の公称の幾何学形を定義するパラメータを含むことができる。これは、対象物の特徴形状の予想されたまたは所望の幾何学形になり得る。
【００１６】
少なくとも２つの独立的に可変の部分の各々は、対象物の特定の様相を複製するように形作られ得る。対象物の様相は、測定情報を得るべき対象となる対象物のいかなる様相でもよい。たとえば、少なくとも２つの独立的に可変の部分の各々は、対象物の表面の特定領域を複製するように形作られ得る。少なくとも２つの独立的に可変の部分の少なくとも１つは、対象物の少なくとも特徴形状の特定の様相、たとえば特徴形状の表面の特定領域などを複製するように形作られ得る。領域は、対象物の表面の一様な領域でよい。したがって、少なくとも２つの独立的に可変の部分はそれぞれ、対象物の異なる一様な領域を複製するように構成可能である。
【００１７】
少なくとも１つのパラメータは、部分同士が連結される点を定義することができる。したがって、少なくとも１つのパラメータは、対象物の、たとえば表面の少なくとも２つの領域の少なくとも２つの様相の接触面を複製することができる。これは、測定情報を、部分同士が連結される点を定義する少なくとも１つのパラメータから導くことができるので、有用になり得る。これにより、対象物のさまざまな様相が接合する点について測定情報を得ることができる。たとえば、これにより、対象物の表面のさまざまな領域が合わさる点について測定情報を得ることができる。
【００１８】
したがって、上記に沿って、少なくとも２つの独立的に可変の部分は、対象物の表面のさまざまな領域を複製することができ、共通の縁に沿って連結することができる。したがって、モデルの少なくとも２つの独立的に可変の部分の少なくとも１つは、ほぼ平面である対象物の表面の領域を複製することができる。領域は、定形または不定形の幾何学的形状を有することができる。したがって、少なくとも２つの独立的に可変の部分の少なくとも１つは、ほぼ環状である対象物の表面の領域を複製することができる。環状領域は、定形または不定形の幾何学的形状である断面形状を有することができる。たとえば、環状領域は、断面形状がほぼ円形、三角形、四角形または六角形のものでよい。少なくとも２つの独立的に可変の部分の少なくとも１つは、形がほぼ管状である対象物の表面の領域を複製することができる。たとえば、少なくとも２つの独立的に可変の部分の少なくとも１つは、形がほぼ円筒状である対象物の領域を複製することができる。任意選択で、少なくとも２つの独立的に可変の部分の少なくとも１つは、形がほぼ円錐形である対象物の表面の領域を複製することができる。
【００１９】
適合させることは、モデルのパラメータを、少なくとも２つの独立的に可変の部分が連結される点を変更するように操作することを含むことができる。これは、少なくとも２つの独立的に可変の部分が連結される点の場所および／または向きを操作することを含むことができる。任意選択で、これは、少なくとも２つの独立的に可変の部分が連結される点の形態を操作することを含むことができる。たとえば、部分同士が縁によって連結されるとき、これは、少なくとも２つの独立的に可変の部分がそれに沿って連結される縁の形状および／または寸法を操作することを含むことができる。
【００２０】
モデルは、一続きの少なくとも３つの可変の部分を定義するパラメータを含むことができ、その少なくとも１つの部分（「中間部分」）は、他の２つの部分に連結される。可変の部分は、上記で説明したように、その部分の各々を他方から独立して（すなわち個々にまたは別個に）変えることができる点で独立的に可変のものである。少なくとも３つの可変の部分は、対象物の表面のさまざまな領域を複製することができ、中間部分を、第１の縁に沿ってその部分の１つに連結し、また、第１の縁のほぼ反対側の第２の縁に沿って他の部分に連結することができる。この場合、パラメータは、さまざまな領域の縁を説明することができる。モデルを適合させることは、縁に関連するパラメータを操作することを含むことができる。たとえば、これは、パラメータを、縁の形態および／または縁の場所を変更するように操作することを含むことができる。測定情報は、実質的に対向する縁間の距離を含むことができる。したがって、測定情報は、中間部分の幅を含むことができる。
【００２１】
一続きの少なくとも３つの可変の部分の少なくとも１つは、円錐形部分でよい。好ましくは、少なくとも３つの独立的に可変の部分の中間部分は、ほぼ円錐形である。好ましくは、モデルは、少なくとも３つの可変の円錐形部分を含む。円錐形部分は、共通軸に収束することができる。円錐形部分は、さまざまな角度で共通軸に収束することができる。この場合、パラメータは、円錐形部分がそれに沿って連結される縁に関連することができる。たとえば、少なくとも１つのパラメータは、第１の隣接する円錐形部分を用いて中間の円錐形部分の第１の縁を説明することができる。少なくとも第２のパラメータは、すべての円錐形部分が収束する軸と軸に対する円錐形部分の勾配との間の角度に関連することができる。少なくとも第３のパラメータは、第２の隣接する円錐形部分を用いて中間の円錐形部分の第２の縁を説明することができ、第２の縁は、第１の縁のほぼ反対側にある。少なくとも第３のパラメータは、第１の縁と第２の縁の間の軸に沿った高さを説明することができる。
【００２２】
適合は、代表のさまざまな部分を特定することを含むことができる。特にこれは、モデルの少なくとも２つの可変の部分の１つに関連すると各々が推定される、少なくとも２つの部分を特定することを含むことができる。適合は、次いで、代表の各々の異なる部分に対して異なる誤差関数を用いることを含むことができる。さらに、適合は、少なくとも２つの独立的に可変の部分が連結される点に関連すると推定される、代表の少なくとも１つの連結する部分を特定することを含むことができ、ここでは、適合は、少なくとも１つの連結する部分を無視することを含む。これにより、適合プロセスの効率性を向上させることができる。
【００２３】
代表は、特徴形状に隣接する対象物の少なくとも１つの部分を含むことができる。この場合、好ましくはモデルの少なくとも２つの可変の部分の少なくとも１つは、特徴形状に関連しており、少なくとも２つの可変の部分の少なくとも１つは、特徴形状に隣接する対象物の部分に関連する。特に、代表は、各々が特徴形状に直接隣接する対象物の少なくとも２つの部分を含むことができる。この場合、好ましくはモデルは、少なくとも３つの独立的に可変の部分を含み、その少なくとも１つは、特徴形状に関連し、その少なくとも１つは、特徴形状に直接隣接する対象物の少なくとも２つの部分の１つに関連し、その少なくとも１つは、特徴形状に直接隣接する対象物の少なくとも２つの部分の他方に関連している。これは、モデルを代表に適合を向上させ、さらに測定情報の正確性を向上させることが見出されている。
【００２４】
本方法が寸法を得るのに適している適切な対象物としては、弁、特に弁の弁座領域があげられる。
【００２５】
モデルの適合は、モデルの最良適合を含むことができる。すなわち、本方法は、モデルを定義するパラメータを、代表との最良適合を見出すように操作することを含むことができる。最良適合は、最小二乗の最良適合を用いることを含むことができる。
【００２６】
対象物の少なくとも特徴形状に関する測定情報は、公称データと比較可能である。特に、測定情報を分析して、対象物の少なくとも特徴形状の、公称対象物上の公称特徴形状に対する偏差を決定することができる。これは、たとえば形態誤差を提供することができる。
【００２７】
座標位置決め装置上に装着された表面検出デバイスを用いて、複数のデータ点を収集することができる。表面検出デバイスは、測定プローブを備えることができる。座標位置決め装置は、測定プローブが２つまたはそれ以上の軸の周りで回転することを可能にする連接型プローブヘッドを備えることができる。表面検出デバイスは、非接触の測定プローブを備えることができる。任意選択で、表面検出デバイスは、接触測定プローブを備える。測定プローブは、デュアルステート（ｄｕａｌ−ｓｔａｔｅ）またはタッチトリガ（ｔｏｕｃｈ−ｔｒｉｇｇｅｒ）のプローブでよい。特に、接触測定プローブは、プローブのスタイラスの偏向程度を決定することができるアナログ（または走査）測定プローブを備えることができる。また、アナログまたは走査プローブは、スタイラス偏向に関連する情報／データの動向を提供することができる。座標位置決め装置は、座標位置決め機（ＣＭＭ）、工作機械、非デカルト機、連接型アーム、ロボットアームまたは手動ＣＭＭを備えることができる。
【００２８】
本発明の方法は、複数のデータ点を取得する、すなわち対象物の少なくとも特徴形状の表面測定を介したことを含むことができる。しかし、理解されるように、これは、必ずしもそうである必要はない。たとえば、複数のデータ点を、本発明の方法の実施前に取得していた可能性がある。この場合、対象物の特徴形状の代表を得ることは、代表を受け取ることを含むことができる。たとえば、これは、代表が記憶されているメモリデバイスから代表を取り出すことを含むことができる。
【００２９】
理解されるように、本発明の上記で説明した方法は、コンピュータによって実施され得る。したがって、ことの少なくとも一部は、少なくとも１つのプロセッサデバイスによって実施され得る。代表およびモデルの少なくとも１つは、少なくとも１つの適切な記憶デバイスから得ることができる。少なくとも１つの記憶デバイスは、本発明の方法を実施するコンピュータの近くにまたは遠隔にあってよい。適切な記憶デバイスは、ハードディスクなどの磁気記憶デバイス、フラッシュメモリデバイスなどのソリッドステート記憶デバイス、およびコンパクトディスク（ＣＤ）またはデジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）などの光学式記憶デバイスを含む。記憶デバイスがコンピュータの遠隔にある場合、代表および／またはモデルは、通信リンクを介して取り出され得る。理解されるように、通信リンクは、有線式または無線式でよい。したがって、たとえば代表およびモデルの少なくとも１つを、遠隔記憶デバイスからインターネットを介して得ることができる。
【００３０】
本発明の第２の態様によれば、対象物の特徴形状を測定するためのコンピュータ実装された方法が提供され、この方法は、少なくとも特徴形状の代表を対象物上で取り込むことと、対象物の少なくとも特徴形状を複製するモデルをその代表の適合であって、モデルは、共通点で連結された少なくとも２つの可変の部分を定義するパラメータを含み、前記適合は、少なくとも２つの可変の部分の少なくとも１つを変えることによってモデルの形態を変更することを含む、ことと、少なくとも特徴形状に関する情報を適合モデルから得ることとを含む。
【００３１】
代表は、たとえば少なくとも特徴形状の表面測定を介して取得された、たとえば複数のデータ点を含むことができる。
【００３２】
本発明の第３の態様によれば、コンピュータによって実行されたとき、コンピュータに上記で説明した方法を実施させるコンピュータプログラムコードを含むコンピュータプログラム製品が提供される。
【００３３】
本発明の第４の態様によれば、上記で説明したコンピュータプログラムコードを有する、コンピュータ読み取り可能な媒体が設けられる。
【００３４】
本出願はまた、平面内の対象物の外形情報を決定するための方法も説明しており、方法は、平面を貫いて延びる測定経路に沿って対象物の一続きの三次元の表面測定を得ることと、平面を貫いて延びる一続きの表面測定から、平面内の対象物の外形の少なくとも一部を説明するデータを導くこととを含む。
【００３５】
これにより、平面内の対象物の表面の二次元外形に関する情報を、平面内の表面外形の完璧な測定を実際に実施することなく得ることが可能になる。それよりも、二次元の外形情報は、たとえば、平面を貫いて延び、三次元に延びる走査から得られた測定情報から導く、たとえば投影することが可能である。したがって、特定の平面内の対象物の外形を決定するために、走査作動中、平面が正確に測定されることを確実にする必要はない。そうではなく、その平面を含有する区域をより広く円を描くように測定することができ、平面に関する特定のデータをその描いた円から導くことができる。
【００３６】
理解されるように、外形の少なくとも一部を説明するデータは、平面内の表面外形の形態をそこから導くことができるデータを含むことができる。理解されるように、この形態は、外形の形状を含むことができる。この形態は、外形のサイズを含むことができる。データは、たとえば平面内の表面の２Ｄ位置のデータを説明する複数の離散点を含むことができる。任意選択で、データは、たとえば平面内の表面の形状およびサイズを説明する２点間の曲線、たとえば関数を含むことができる。理解されるように、外形は、平面内に取り込まれた対象物の表面の形状でよい。したがって、本発明は、対象物の測定中に得られた三次元データを、平面内に含まれる（対象物の形状に関する）二次元データに低減する。
【００３７】
平面は、対象物の表面の少なくとも一部を横切って、対象物に対して任意の向きに延びることができる。特に、平面は、対象物の長さに沿って延びる軸にほぼ垂直に延びることができる。たとえば、平面は横断面でよい。たとえば、平面は、対象物を上側セクションおよび下側セクションに概念的に分割するものでよい。平面は、対象物の長さに沿って延びる軸にほぼ平行に延びることができる。したがって、平面は、対象物の長さに沿った複数の点で測定経路を越えることができる。たとえば、平面は、矢状面でよい。たとえば、平面は、対象物を左手セクションおよび右手セクションに概念的に分割するものでよい。外形は、平面内の対象物のほぼ完全な断面外形でよい。外形は、平面内の対象物の部分的断面外形でよい。
【００３８】
外形の少なくとも一部を説明するデータは、表面の外形を、少なくとも何らかの一続きの表面測定から平面に向けて投影することによって導くことができる。投影することは、少なくとも１つの表面測定を平面上に変換することを含むことができる。これは、少なくとも１つの表面測定を平面上にあてはめることを含むことができる。投影することは、表面測定を、表面測定と平面の間の対象物の形状に一致する方向で平面上に投影することを含むことができる。特に、平面における点を説明するデータは、最も近い表面測定を平面上に投影することによって導くことができる。これは、表面測定と平面の間の平面の表面形状に沿って得られる平面に対して最も短い距離を有する表面測定でよい。
【００３９】
表面外形の少なくとも一部を説明するデータは、表面の外形を、一続きの表面測定のサブセットから平面に向けて投影することによって導くことができる。サブセットは、その平面も含有する帯域内に含まれた表面測定を含むことができる。サブセットは、その平面も含有する帯域内に含まれた表面測定だけを含むことができる。外形をそこから投影する表面測定のサブセットは、平面の両側に位置することができる。サブセット内の表面測定は、対象物の表面周りの完全回転を説明することができる。
【００４０】
外形の少なくとも一部を説明するデータを導くことは、表面の外形を一続きの表面測定のサブセットから平面に向けて投影することを含むことができる。一続きの表面測定のサブセットは、対象物の２つの異なる一様な部分の間（たとえば対象物の２つの異なるほぼ一様に成形された部分の間）の境界を越えることができる。この場合、平面が、対象物の２つの異なる一様な部分の第１の１つを横切って延びるとき、２つの異なる一様な部分の他方で行われたこれらの表面測定に関して、投影することは、表面測定を、その部分の広がりに関する２つの異なる一様な部分の他方の形状に一致する方向で投影し、次いで、表面測定を、２つの異なる一様な部分の第１の１つの形状と一致する異なる方向で投影することを含むことができる。
【００４１】
方法は、連続的な表面測定の第１のサブセットを一続きの表面測定から選択することを含むことができる。第１のサブセットは、対象物の表面周りのほぼ完全な回転を説明することができる。外形が決定されるべき対象物の平面は、表面測定のその第１のサブセットによって説明された帯域内に含まれ得る。平面は、帯域内で最初の表面測定と最後の表面測定のほぼ中間点に位置するものでよい。表面外形の少なくとも一部を説明するデータは、表面の外形を、連続的な表面測定の第１のサブセット内の表面測定の少なくとも一部から平面に向けて投影することによって導くことができる。表面外形の少なくとも一部を説明するデータは、表面の外形を、連続的な表面測定の第１のサブセット内の表面測定の少なくとも半分から平面に向けて投影することによって導くことができる。表面外形の少なくとも一部分を説明するデータは、表面の外形を、連続的な表面測定の第１のサブセット内の表面測定のほぼすべてから平面に向けて投影することによって導くことができる。
【００４２】
方法は、表面測定の複数のサブセットを選択し、サブセットごとに、表面の少なくとも一部を平面に投影することを含むことができる。方法は、連続的な表面測定の複数のサブセットを、対象物の表面周りの完全回転を説明する一続きの表面測定から選択することを含むことができる。したがって、方法は、複数のサブセットの各々内で平面についての外形情報を決定することを含むことができる。
【００４３】
方法は、少なくとも一部の外形の、公称外形情報からの偏差を決定することをさらに含むことができる。たとえば、方法は、平面内の対象物の外形に関連する導かれたデータを分析して、少なくとも一部の外形の、公称データからの偏差を決定することを含むことができる。特に、方法は、平面内の対象物の外形に関連する導かれたデータを分析して、少なくとも一部の外形の形態誤差を決定することを含むことができる。たとえば、外形が円形である実施形態では、形態誤差は、外形の真円度を含むことができる。偏差を決定することは、公称外形データ（たとえば公称外形モデル）を導かれたデータの適合を含むことができる。適合は、最良適合させることを含むことができる。最良適合は、最小二乗の最良適合を用いることを含むことができる。偏差を決定することは、導かれたデータの少なくとも一部の偏差を、適合された公称外形から決定することを含むことができる。
【００４４】
したがって、方法は、平面内の対象物の外形に関連する導かれたデータを分析して、それが所定の基準と適合するかを決定することを含むことができる。特に、方法は、平面内の対象物の外形に関連する導かれたデータを分析して、それが、所定の形状基準、たとえば所定の真円度基準に適合するかどうかを決定することを含むことができる。
【００４５】
測定経路は、平面を貫いて斜めに延びることができる。測定経路は、対象物の長さに沿ってその周囲の少なくとも一部の周りで進むことができる。測定経路は、対象物の長さに沿ってその周囲を実質的に循環するように進むことができる。測定経路は、対象物の長さに沿って振動することができる。測定経路は、実質的に曲がりくねって対象物の長さに沿って進むことができる。好ましくは、測定経路は、実質的にらせん式に対象物の長さに沿って進むことができる。
【００４６】
方法は、対象物を横切って延びる複数の平面の各々に対して、その平面に対する対象物の表面外形に関連するデータを、平面に対して斜めに延びる前記一続きの表面測定から決定することを含むことができる。特に方法は、複数の平面に対する対象物の表面外形に関連するデータを、これらの平面を貫いて延びる一続きの測定から導くことをさらに含むことができる。
【００４７】
対象物の横断面外形は、ほぼ丸くてよく、特に、ほぼ円形でよい。しかし、これは、必ずしもそうである必要はない。たとえば、断面外形は、楕円形、または他の定形／不定形、たとえば四角形、六角形などでよい。
【００４８】
対象物の断面サイズは、その長さに沿って非一様でよい。したがって、対象物は、たとえば円錐形でよい。任意選択で、対象物の断面サイズは、ほぼその長さに沿っていてよい。たとえば、対象物は、円筒状でよい。
【００４９】
方法は、対象物の長さに沿って延び、対象物の長さに沿った複数の点で測定経路を越える線に隣接する表面測定の選択されたものに、線の適合をさらに含むことができる。方法は、対象物の長さに沿って延び、対象物の長さに沿った複数の点で測定経路を越える線に隣接する表面測定の第２の選択されたものに、少なくとも第２の線の適合をさらに含むことができ、このとき、表面測定の第１の選択されたものおよび少なくとも第２の選択されたものは、共通の表面測定を有さない。
【００５０】
平面は、対象物の長さに沿った複数の点で測定経路を越えるように対象物の長さに沿って延びることができる。特に、平面は、対象物の長手方向軸にほぼ平行に延びることができる。方法は、導かれたデータに線の適合をさらに含むことができる。理解されるように、線は、対象物の長手方向軸に沿って対象物の公称外形を実質的にたどることができる。したがって、対象物の公称形状に応じて、線は、単一の直線になり得る。線は、その長さに沿って少なくとも１つの屈曲部を含むことができる。線は、曲がっていてよい。
【００５１】
方法は、第２の平面内の対象物の外形の少なくとも一部を説明する第２のデータを導くことをさらに含むことができ、第２の平面は、対象物の長さに沿った複数の点で測定経路を越えるように対象物の長さに沿って延びる。特に、第２の平面は、対象物の長手方向軸にほぼ平行に延びることができる。方法は、次いで、第２の線の第２のデータの適合をさらに含むことができる。第２の平面は、対象物の周囲周りの平面から離間され得る。好ましくは第１の平面および第２の平面はそれぞれ、対象物の長手方向軸にほぼ平行に延びる。
【００５２】
適合された線（複数可）を使用して、対象物の直線性に関する情報を得ることができる。
【００５３】
理解されるように、対象物は、弁を備えることができる。特に、対象物は、弁座または弁ガイドの少なくとも１つを備えることができる。
【００５４】
理解されるように、方法は、コンピュータ実装されてよい。したがって、コンピュータによって実行されたとき、コンピュータに上記で説明した方法を実施させるコンピュータプログラムコードを含むコンピュータプログラム製品が提供され得る。さらに、上記で説明したコンピュータプログラムコードを有する、コンピュータ読み取り可能な媒体が設けられ得る。
【００５５】
本出願は、対象物の長さに沿って表面の形態を決定する方法をさらに説明しており、この方法は、対象物の長さを横切って循環的に延びるように長さに沿って進む測定経路に沿って一続きの対象物の表面測定を得て、対象物の第１の端部と第２の端部の間に複数の測定を得ることと、対象物の長さに沿って延び、対象物の長さに沿った複数の点で測定経路を越える線に隣接する表面測定の選択されたものに、線の適合とをさらに含むことができる。適合は、少なくとも一部の表面測定を、表面測定と線の間の対象物の形状に一致した方向で、表面を貫き、適合させる線の長さに沿って延びる平面上に投影することを含むことができる。平面上に投影される表面測定は、平面に隣接するものでよい。特に、平面上に投影される表面測定は、表面測定と平面の間の対象物の形状に沿って得られる寸法における平面への最短距離を有する、平面に沿ったものでよい。適合は、平面における投影点の線の適合含むことができる。方法は、対象物の長さに沿って延び、対象物の長さに沿った複数の点で測定経路を越える線に隣接する表面測定の第２の選択されたものに、第２の線の適合をさらに含むことができ、このとき、表面測定の第１の選択されたものおよび少なくとも第２の選択されたものは、共通の表面測定を有さない。表面測定の第１の選択されたものおよび少なくとも第２の選択されたものは、互いに平行に延びる線内に含まれ得る。適合された線を使用して、対象物の直線性に関する情報を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
次に、本発明の実施形態を、以下の図を参照してほんの一例として説明する。
【図１】弁本体内の弁の概略斜視図である。
【図２】図１の弁座部および弁ガイドの側部断面図である。
【図３】弁ディスクの側面図である。
【図４】座標測定機上に装着された連接型プローブヘッドの斜視図である。
【図５】連接型プローブヘッドおよび測定プローブの斜視図である。
【図６】連接型プローブヘッド上に装着された測定プローブによって測定される弁座部および弁ガイドの概略図である。
【図７】弁を測定し確認する方法の高レベルのステップを示すフローチャートである。
【図８】弁の測定中に得られたデータを分析するステップを示すフローチャートである。
【図９】弁座の幅を決定し確認するためのことを示すフローチャートである。
【図１０】弁座および弁ガイドの真円度を決定し確認するためのステップを示すフローチャートである。
【図１１】（ａ）は、弁座部および図５に示した測定プローブのスタイラスチップによってとられる、弁座部に沿ったらせん測定経路の概略図である。（ｂ）は、弁ガイドおよび図５に示した測定プローブのスタイラスチップによってとられる、弁ガイドに沿ったらせん測定経路の概略図である。
【図１２】図１５に示すモデルを定義するために使用されるパラメータの概略図である。
【図１３ａ】弁座部の測定中に得られたデータ点が、弁座部のモデルを定義するパラメータの第１の組にどのように関連するかを示す概略図である。
【図１３ｂ】弁座部の測定中に得られたデータ点が、弁座部のモデルを定義するパラメータの第２の組にどのように関連するかを示す概略図である。
【図１４ａ】平面内の弁座の真円度を算出するための、弁座のらせん走査中に得られた複数のデータ点の平面上の投影を示す図である。
【図１４ｂ】平面内の弁座部の真円度を算出するための、円筒状の弁ガイドを伴った弁座部のより広い範囲のらせん走査中に得られた複数のデータ点の平面上の投影を示す図である。
【図１５】弁座部の寸法を決定するために使用されるモデルの概略図である。
【図１６】弁座に沿った真円度における変動を示すグラフである。
【図１７ａ】らせん走査情報からの直線性情報の決定を示す図である。
【図１７ｂ】らせん走査情報からの直線性情報の決定を示す図である。
【図１８】弁ガイドの外形上の情報を決定する、公称データからの投影された測定点の偏差を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００５７】
図１から３を参照すると、弁座部１０が、弁本体１２内に位置している。弁座部１０は、いくつかの特徴形状、特に弁本体内にくぼみを画定し、形状がほぼ円筒状である弁ガイド１６に至る円錐形領域１４を含む。図１１により詳細に示すように、弁座部１０は、実際には、３つの円錐形特徴形状、すなわち上側円錐形領域１１、中央円錐形領域１３（これ以後「弁座１３」と称される）および下側円錐形領域１５を含む。図３を参照すると、弁ディスク１８は、弁ガイド１６内にぴったりと適合するように寸法設定された円筒状のステム２０を備える。ディスク部材２２は、ステム２０の一方の端部に設けられ、ディスク部材２２は、その円周表面上に円錐形表面２４を有する。弁座部１０および弁ディスクのディスク部材は、弁ディスクが弁座に挿入されたときに封止部を形成する対応する円錐形表面１４、２４を有する。特に、円錐形表面２４は、弁座１３に対してぴったりと適合するように形作られる。
【００５８】
高度な正確性で作製されることを必要とする弁座部１０の特徴形状は、弁座１３であり、弁座１３と弁ディスク１８の円錐形表面２４の間の良好な適合が、弁の良好な作動に必要とされる。さらに、弁ガイド１６の形状は、できるだけ円形に近くすることが重要である。弁座１３または弁ガイド１６は、不正確に成形または配置される場合、封止部の品質が損なわれる。たとえば、弁座１３、または弁ガイド１６の円筒状の表面は、不正確なサイズになることがあり、または正確な円形でないことがある。表面は、間違った横方向の位置または間違った高さで機械加工された可能性があり、または間違った角度で機械加工された可能性がある。
【００５９】
図４は、本発明によって弁を測定するために使用される装置を示している。弁座部１０および弁ガイド１６を含む工作物は、座標測定機（ＣＭＭ）３０などの座標位置決め装置上に装着される。ＣＭＭ３０は、工作物をその上に装着することができるテーブル３２を有する。Ｚ柱は、テーブル３２に対してＸ、ＹおよびＺに移動可能であり、この動作は、それぞれＸ、ＹおよびＺに移動することができる一続きのキャリッジ３６、３８、３４によって可能にされ、キャリッジの各々には、軸受設備、モータおよび変換器（図示せず）が設けられている。
【００６０】
連接型プローブヘッド４０は、ＣＭＭのＺ柱３４上に装着され、それ上に装着された測定プローブなどの表面検出デバイスの回転動作をもたらす。連接型プローブヘッドを、図５を参照してより詳細に説明する。
【００６１】
図５に示すように、連接型走査ヘッド４０は、Ｚ柱３４上に装着された第１のハウジング４２によって形成された固定部を含む。第１のハウジング４２は、モータ（図示せず）によって第１のハウジング４２に対して軸Ａ１周りで回転可能な可動部４４を支持する。可動部４４は、第２のハウジング４６に固定され、次に第２のハウジング４６は、モータ（図示せず）によってハウジング４６に対して、軸Ａ１に対してほぼ垂直な軸Ａ２周りで回転可能なシャフト４８を支持する。
【００６２】
表面検出デバイス、本例では接触測定プローブ５０が、連接型プローブヘッドのシャフト４８上に装着される。接触測定プローブ５０には、プローブハウジング５２および工作物と接触するチップ５６を有する偏向可能スタイラス５４が設けられる。
【００６３】
上述した配置は、連接型プローブヘッドのモータが、測定プローブ５０の工作物と接触するチップ５６を軸ＡｌまたはＡ２の周りに角度を付けて位置決めすることができ、ＣＭＭのモータ（図示せず）が、連接型プローブヘッドを、ＣＭＭの三次元座標フレームワーク内のどの場所にも線形的に配置して、スタイラスチップを走査されている表面と所定の関係にもっていくことができるようなものである。
【００６４】
線形位置変換器（図示せず）は、連接型プローブヘッドの線形的変位を測定するためにＣＭＭ上に設けられ、角度位置変換器は、それぞれの軸ＡｌおよびＡ２周りのスタイラスの角度変位を測定するために連接型プローブヘッド（図示せず）内に設けられる。測定プローブ５０にはまた、スタイラス５４の偏向を決定するために変換器も設けられる。
【００６５】
ＣＭＭおよび連接型プローブヘッドの動作は、コントローラによって制御され、コントローラは、たとえば、特注のコントローラおよび／またはコンピュータ５８（たとえばパーソナルコンピュータ（ＰＣ）などの汎用コンピュータ）を備えることができる。コントローラは、駆動命令をＣＭＭおよび連接型プローブヘッドに送信してそれらのそれぞれのモータを駆動させ、したがって測定プローブを配置する。コントローラは、ＣＭＭ、連接型プローブヘッド、および測定プローブ内の変換器からフィードバックを受け取り、それによってコントローラが、プローブチップの位置を決定することが可能になる。
【００６６】
連接型プローブヘッドは、機械加工工具、手動ＣＭＭ、ロボットアーム、または連接型アームのスピンドルなどの他のタイプの座標位置決め装置上に装着されてよい。座標測定機は、図４で説明したようにデカルトタイプの機械であることには限定されず、国際特許出願の特許文献３に記載されるように非デカルトタイプでもよい。
【００６７】
次に、装置の作動の方法例を、図６から１３を参照して説明する。方法の高レベルな概観が、図７のフローチャート１００によって示されている。
【００６８】
方法は、ステップ１０２においてコントローラ５８によって開始し、コントローラ５８は、弁座部の代表を、三次元空間内の弁座部１０上の特定の点を各々が説明するデータ点群（すなわち点群）の形態で得るために、弁座部１０のらせん走査を実施するようにプローブ５０を制御する。弁座部１０の円錐形表面１４は、特許文献４に開示された孔を測定するための技術を用いて、但し走査を、以下により詳細に説明するように、非一様な半径（すなわち円筒状の表面よりも円錐形）を考慮に入れるように適合させることによって走査される。
【００６９】
図６は、図４および５に示す装置によって走査される縦型の弁座部１０の側面図を示しており、図１１（ａ）は、スタイラスチップ５６が、弁座部１０の測定中にとることができる経路例１７を示している。示されるように、経路１７は、弁座部１０の長さに沿って循環式に、特に、その内面周りで渦巻き式またはらせん式に進む。理解されるように、渦巻き経路以外の経路を類似の効果をあげて使用することができる。たとえば、経路は、弁座部１０の長さに沿って、振動式（すなわち連接型ヘッドプローブヘッドが、スタイラスチップを、弁座部１０の長さに沿って進みながら前後に移動または回転させる）に進むことができる。
【００７０】
第１のステップでは、弁座部１０および最大半径の中央線は、たとえばＣＡＤデータまたは直接測定から決定される。弁座１３のすぐ上方および下方の弁座部１０の領域もまた測定され、そのため、これは、最大半径を選択する際に考慮されなければならない。
【００７１】
連接型プローブヘッドの回転の中心（すなわちＡｌおよびＡ２軸の交差部）は、弁座部１０の中心線に合わせられる。連接型プローブヘッドのＡ２ヘッド角度（すなわち軸Ａ２周りのシャフト４８の位置）は、測定プローブ５０の工作物と接触するチップ５６が、弁座部１０の内面と円錐形表面のすぐ上方で接触するように調整される。連接型ヘッドのＡｌヘッド角度（すなわち軸Ａ１周りの部材４４の位置）は、工作物と接触するチップ５６を、弁座部１０の円形経路内で中心線周りに移動させるように調整可能である。
【００７２】
弁座部１０の領域の渦巻き走査は、工作物と接触するチップを円形経路内でＡ１軸周りに移動させながら、連接型プローブヘッドを中心線に沿って移動させることによって実施される。渦巻き外形を用いることは、単一の走査で測定を実施する利点を有し、この外形はまた、ＣＭＭよりも高い連接型プローブヘッドの動的応答から恩恵を受ける。
【００７３】
ＣＭＭおよび連接型ヘッドのこの動作は、円筒状の表面に沿って渦巻き走査経路を創出する。しかしながら、走査は、その工程中、測定される領域の実際の形状（すなわち円錐形表面）を受け入れるように適合される。
【００７４】
測定プローブ５０は、定義されたスタイラス偏向範囲（たとえば４０〜５０ミクロン）などの定義された測定範囲内で維持される。偏向が範囲外である場合、連接型プローブヘッド４０のヘッド角度は、偏向をその範囲内に戻すように調整される。このようにして、走査は、表面形状に適合される。
【００７５】
図６に示す例では、Ａ２ヘッド角度は、円形走査の半径を低減するように調整され、それによってプローブをその定義されたスタイラス偏向範囲内に維持する。
【００７６】
水平な弁座部または他の向きに関しては、ＡｌおよびＡ２軸の組合せは、測定プローブ５０をその測定範囲内に保つように調整される。
【００７７】
弁座１０が測定プローブ５０によって走査されると、次いで、弁ガイドが、ステップ１０４において測定プローブ５０によって走査される。弁座部１０の円筒状の表面１４は、特許文献４で開示されたように孔を測定するための技術を用いて走査される。特に、および図１１（ｂ）に示すように、測定プローブ５０のチップ５６の経路１９は、弁ガイド１６の長さに沿って循環式に、特に、その内面周りで渦巻き式またはらせん式に進む。ここでも、渦巻き経路以外の経路を類似の効果をあげて使用することができる。たとえば、経路は、弁ガイド１６の長さに沿って振動式に進むことができる。
【００７８】
接触測定プローブ５０を使用することは、測定された区域にわたる細部を伴ったデータ点が非常に正確であるという利点を有するが、たとえば光学プローブ、静電容量プローブ、またはインダクタンスプローブなどの非接触測定プローブもまた、使用されてもよい。
【００７９】
ステップ１０２および１０４で得られた複数のデータ点は、次いで、ステップ１０６において、たとえばコントローラ５８によって分析されて、図８を参照して以下でより詳細に説明するように、弁座１３および弁ガイド１６の形状を決定し確認する。データの分析後、弁情報がステップ１０８で出力される。これは、たとえば、出力を後に使用するためにメモリデバイス内に記憶するステップおよび／または出力を、ユーザの解釈のために、視覚的表示装置などの視覚的指示デバイスを介してユーザに与えるステップを含むことができる。方法はステップ１１０において終了する。理解されるように、データは、測定情報を取得することを制御した同じコントローラ／コンピュータ５８によって分析される必要はない。それよりも、ステップ１０２および／または１０４内で得られた複数のデータ点は、データを分析して測定情報を得る別のコンピュータなどの別のプロセッサデバイスに供給され得る。
【００８０】
データ１０６を分析する高レベルなステップは、図８に示すフローチャート２００に示されている。特に、データを分析するステップは、ステップ２０２において弁座１３の幅「ｗ」を決定するステップ（図９を参照して以下でより詳細に説明する）と、ステップ２０４において、弁座１３および弁ガイド１６に関する真円度情報を決定するステップ（図１０を参照して以下でより詳細に説明する）とを含む。
【００８１】
弁座１３の幅を決定し確認するプロセス２０２は、図９に示すフローチャート３００により詳細に示されている。特に、弁座１３の幅を決定し確認するステップは、ステップ３０２において、ステップ１０２で測定された弁座部１０に対応する参照モデルを得るステップを含む。参照モデルは、たとえばコントローラ５８内に位置するメモリデバイスから取り出され得る。参照モデルは、遠隔に位置するコンピュータまたは記憶デバイスから、たとえばインターネットを介して取り出され得る。任意選択で、参照モデルは、コントローラ５８に接続された入力デバイス（図示せず）を介してユーザによって入力され得る。理解されるように、参照モデルは、公称弁座部の幾何学的形を定義するパラメータの組を含むことができる。
【００８２】
図１５は、説明された方法で使用するのに適したモデル６０を概略的に示している。この例では、測定されている対象物は、同じ軸を共有する異なる角度を有する３つの錐体を備える弁座部１０である。したがって、モデル６０は、弁座部１０の３つの円錐形領域１１、１３、１５それぞれに関連する上側円錐形部分６２、中央円錐形部分６４、および下側円錐形部分６６を説明するパラメータを含む。特に、モデル６０は、共通軸「ｄ」を共有する（たとえばそれに向かって収束する）３つの円錐形部分を説明するパラメータの組を含み、パラメータは、たとえば共通軸「ｄ」に沿った円錐形部分の高さ「ｈ」の境界である円錐形部分の境界を定義し、共通軸「ｄ」に対する円錐形部分の角度「α」も定義する。
【００８３】
モデルを定義するパラメータの組を、モデル６０の一部を例示する図１２を参照してより詳細に説明する。特に、中央錐体、すなわち弁座１３に対応するモデル６０の部分は、空間内の方向および位置の観点から定義された軸「ｄ」に対して定義可能である。たとえば、軸は、４つのパラメータによって定義可能であり、４つのパラメータは、ＸおよびＹ次元（すなわち相互に垂直な次元）における軸の並進位置を定義し、ＸおよびＹ次元周りの軸の回転位置も定義する。中央錐体６４はまた、次の観点から定義可能である：軸「ｄ」と、軸「ｄ」に対して垂直に得られる中央錐体６４の最も狭い部分（すなわち中央錐体部分６４と下側錐体部分６６の間の交差点６５）との間の距離である半径「ｒ」、軸「ｄ」に対する中央錐体６４の表面の勾配間の角度「α２」、軸「ｄ」に沿った、中央錐体部分６４と隣接する上側錐体部分６２との交差部と中央錐体部分６４と下側錐体部分６６の交差部の間の距離である高さ「Ｈ」（α２と組み合わせて、Ｐおよびｒは、中央錐体部分６４と上側錐体部分６６の間の交差点６３を定義しており、たとえばこの点において、それらの部分が連結される）、および半径「ｒ」が軸「ｄ」に沿ってとられる位置「Ｐ」。これらのパラメータは、領域６２、６４、６６の各々を独立的に変えることができる（たとえばα３およびα１をα２から独立的に変更することができる）ように変化させることができる。しかしながら、各領域は、少なくとも共通点によってその隣接する領域に連結され（たとえば結び付けられ）、そのためパラメータの一部の操作が、（何を変えるかに応じて）さまざまな領域の形態および／または場所に影響を及ぼすことがある。たとえば、α２、Ｐまたはｒのいずれかが変更された場合、中央錐体部分６４および上側錐体部分６６にある空間内の点６３が変化する。モデル６０がどのように設定されるかによって、そのような変更は、上側錐体部分６６の位置および／またはその寸法および向きだけに影響を及ぼし得る。しかし、図で見ることができるように、α１が変わることで、中央錐体部分６４または下側錐体部分６６に波及効果を及ぼすことはない。
【００８４】
理解されるように、モデルの特徴形状に関連するこれらのパラメータは、領域を画定する対象物上のそれらの特徴形状に対応する。たとえば、説明した実施形態では、円錐形部分は、それらの接触面によって互いに定義され、これらのパラメータは、これらの接触面の位置および形態を説明する。
【００８５】
（角度「α２」に沿った中央錐体６４の広がりである）幅「ｗ」を有する弁座１３は、従来の方法による測定が困難である弁座部１０の重要な特性の１つである。しかしながら、中央錐体６４の幅「ｗ」は、その広がりによって錐体の角度に沿って定義され、Ｈおよび錐体角度「α２」から決定することができる。上側錐体６２は、第２の角度によって定義可能であり、下側錐体６６は、第３の角度で定義可能である。
【００８６】
次のステップ３０４は、モデル６０のパラメータを操作して、弁座部１０のらせん走査１０２中に収集された点群を最良に説明するパラメータの組を見出すステップを含む。理解されるように、パラメータを操作することにより、モデル６０の形態（すなわちモデルの形状および／またはサイズ）ならびにモデル６０の三次元測定空間における場所を変更することができる。点群を最良に説明するパラメータの組は、モデルに至る点群の距離の大きさの二乗の和が、最小限に抑えられるときのものになり得る。これは、最小二乗の最良適合として一般的に知られているものである。説明された実施形態では、モデルの独立的に可変の部分は、別個または順次ではなく（たとえば、その部分の１つの最良適合を見出し、次いでその決定後、次に進んで前の部分の適合を考慮せずに次の部分の最良適合を見出すのではなく）、ほぼ同時に点群に効果的に適合される。
【００８７】
ステップ３０４は、使用され得るデータの任意の点群のためにモデルへの最小距離を戻す誤差関数「ｆ」を利用することができる。そのような誤差関数は、よく知られており、平面、円形、球、円筒、または錐体などの簡単な幾何学的形状に適用される。しかしながら、説明した例における適合されるべき形状は、簡単な幾何学的形状ではない。それどころか、一続きの円錐形領域を含む三次元形状である。したがって、最小二乗の最良適合を実施するためには、モデルと測定情報の間の誤差を算出する異なる方法が必要とされる（その方法は、以下でより詳細に説明される）。
【００８８】
説明した実施形態では、弁座部１０は、弁座部１０の表面と接触する固定寸法のスタイラスボール５６を有する接触プローブ５０で測定される。１０２および１０４の測定ステップ中、コントローラは、実際には、スタイラスチップ５６の中心の位置を記録している。したがって、実際に測定されたデータは、弁座部１０の実際の表面に対して平行な表面上にある。
【００８９】
理解されるように、平行な表面は、その点の任意のものから参照表面までの最小距離が一定である表面である。すべての簡単な幾何学的特徴形状に関しては、平行表面は、同じ種類の表面であり、平面の平行表面は、平面に垂直な方向における平面のずれであり、円筒の平行表面は、円筒であり、その直径は、スタイラスのチップ半径分ずれた表面の直径である。
【００９０】
しかしながら、上記で述べたように、弁座部１０は、簡単な幾何学的特徴形状ではなく、その平行表面は、同じ種類のものではない。したがって、ステップ１０２中に得られた点群は、モデル６０と同じ種類の形状を表わさない。これは、概略的に図１３（ａ）に示されており、図１３（ａ）は、弁座部１０の円錐形領域に対応する点群７０は、形状が円錐体であるが、２つの錐体の交差部における平行な点群は、部分円環面の形状を有することを示している。
【００９１】
したがって、モデルと測定情報の間の誤差を算出するための方法は、これらの因子（すなわちチップの半径効果および異種の平行形状効果）を考慮に入れる。
【００９２】
特に、方法は、測定情報のさまざまなセクションに異なる誤差関数を用いるステップを含む。特に、特定のデータ点に使用される誤差関数は、データ点が軸に沿ってどこにあるかによって決まる。たとえば、図１３（ａ）を参照すれば、特定の点に使用される誤差関数は、その点が、下側錐体区域８０（「錐体１」）、下側／中央の部分円環面区域８２（「円環面１／２」）、中央錐体区域８４（「錐体２」）、中央／上側円環面区域８６（「円環面２／３」）または上側錐体区域８８（「錐体３」）内に入るかを推定することに応じて決まる。最良適合が完了するまで、方法は、どの測定点がどの区域に関連するかを知らない。したがって、方法は、測定情報のどの点が、モデルのパラメータに基づくどの区域内に入るかを推定する。方法は、モデルの面積を測定情報に投影することによってこれを行うことができる。したがって、モデルパラメータが実際の測定点を良好に反映するほど、どの測定点がどの領域に関連するかの仮定がより良好になる。図１３（ａ）に示す例では、モデルパラメータは、実際の測定点を非常に良好に反映し、そのため、面積を測定点上に投影すると、どの測定点がどの区域に関連するかに関する良好な仮定がもたらされる。図１３（ｂ）に示す例では、モデルパラメータは、実際の測定点をうまく反映しておらず、そのため、面積を測定点上に投影すると、どの測定点がどの区域に関連するかに関する良好でない仮定がもたらされる。
【００９３】
各区域に使用される実際の誤差関数は、任意のよく知られている標準的な誤差関数である。しかし、誤差関数で使用される特有の値は、各セクション内のモデルが異なる特性を有することにより、さまざまなセクションに対して誤差関数間で異なる。
【００９４】
さらに、使用される誤差関数は、チップ半径を考慮に入れることによってチップ５６の半径を補償する。これは、たとえばチップ半径を算出された誤差から引くことによって行うことができる。
【００９５】
パラメータの所与の組を有するモデルに対する距離（「Ｆ」）の二乗の総合計は、次いで、次の項式を用いて算出可能である。
【００９６】
【数１】
0005684712.tif 000002
【００９７】
部分円環面区域８２、８４内の点の数は、円錐形区域内の点のこれらの数に比べて比較的少ない。したがって、最良適合パラメータを決定するための方法を簡易化し、その効率性を向上させるために、部分円環面区域８２、８４に関連すると仮定される測定情報は、パラメータの所与の組を有するモデルに対する距離（「Ｆ」）の二乗の総合計を決定する間、無視することができる。したがって、Ｆは以下のように決定可能である。
【００９８】
【数２】
0005684712.tif 000003
【００９９】
次いで、点群を適合する最良の弁座を定義するパラメータの組を得るために、Ｆの値が最小化される。この最小化は、たとえばよく知られているガウス−ニュートン最小化、またはレベンベルグ−マーカート最小化などのそのバリエーションの１つを用いて実施することができる最小二乗の最適化である。
【０１００】
次に、弁座部１０の寸法を、ステップ３０８において、適合されたモデル６０を説明するパラメータから決定することができる。特に、たとえば、測定された対象物の弁座１３の幅「ｗ」を、このとき、中央円錐形部分６４とその隣接する上側円錐形部分６２および下側円錐形部分６４との接触面の場所を定義するパラメータから正確に決定することができる。
【０１０１】
最良適合されたモデルは、また、弁座部１０の部分の他の特定の寸法および場所の決定も可能にする。特にこれは、弁座１３上のゲージ直径（たとえば軸「ｄ」に沿った弁座１３の位置）、座部上のゲージの位置、座部の幅、座部の角度、上側錐体および下側錐体の両方の角度を決定することを可能にする。
【０１０２】
次いで、適合されたモデル６０から決定された寸法を公称寸法と比較して、弁座部１０の寸法の、所望の寸法からの偏差を決定することができる。たとえば、幅「ｗ」を、ステップ３１０において、弁座の公称幅と比較して測定された弁座部１０の弁座１３はどのようにうまく所望の寸法に適合しているかを決定することができる。
【０１０３】
弁座１３および弁ガイド１６の真円度データを決定し確認するプロセス２０４は、図１０に示すフローチャート４００でより詳細に示されている。プロセスは、弁座１３の真円度を決定し確認するステップと関連付けて説明されるが、理解されるように、同じ方法を使用して、弁ガイド１６の真円度を確認することができる。プロセスは、ステップ４０２において、特定の横断面内の弁座１３の断面外形を、（平面を貫いて延びる）らせんデータから導くことによって始まる。たとえば、図１４（ａ）は、弁座１３のらせん走査中に得られた一続きの測定点７０を概略的に示している。この導出は、最初に、第１の完全らせんを測定情報内に含む連続的な測定点の帯域を特定し、次いで、錐体を横切って延び、らせんの中央（すなわち、最高測定点と最低測定点の間の中間点）を含む平面を特定することによって実施される。次のステップは、らせん内の各々の測定された点７０を、測定点７０と平面７２の間のその真円度が決定される対象物の形状に一致する方向に（すなわちその場の錐体の母線に沿って）投影するステップを含む。したがって、平面における点を、測定点と平面の間の対象物の形状を考慮に入れながら、実際に測定された点を平面上にマッピングすることによって推定することができる。
【０１０４】
理解されるように、方法は、各々の測定された点を平面上に投影するステップを必ずしも含む必要はない。それどころか、測定された点の一部の選択されたものだけを使用することができ、たとえば１つおきの測定点を使用することができる。いずれの場合も、投影された点は、次いで円形上に最良適合され、真円度はこのとき、たとえば最良適合円による投影された点との最小誤差と最大誤差の間の範囲を決定することによって通常の方法で決定することができる。
【０１０５】
このプロセスは、弁座の真円度をその長さに沿って決定するために、弁座１３の長さに沿って複数回反復させることができる。たとえば、これは、完全ならせんを形成する点の選択されたものを弁座に沿って下方に滑らせ、次いでらせんデータの新しく選択されたものに対して投影および真円度決定ステップを繰り返すステップを含むことができる。図１６は、弁座１３の長さに沿って切り取られた１００個の異なる完全ならせんセクションに対して決定された真円度誤差を示す図を示しており、各真円度誤差は、上記で説明した方法を用いて決定されている。示され得るように、真円度誤差は、弁座１３の長さに沿って変わる。
【０１０６】
理解されるように、１回転のらせん走査中に得られた一続きの測定点は、弁座部の２つの異なる領域間の境界線を越えることができる。一回転のらせん走査中に得られた一続きの測定点は、弁座部と弁ガイドの間（たとえば弁の２つの異なる一様な部分の間）の境界線を越えることができる。これらの状況では、弁を横切り、１回転のらせん走査中に得られた測定点の領域内に位置する平面上への点の投影は、両方の領域の母線を考慮に入れることが必要になる。たとえば、図１４（ｂ）は、一回のらせん走査中に得られた測定点７１が、弁座部１０の下側円錐形領域１５と弁ガイド１６の間の境界線を越える状況を示している。したがって、特定の平面７３内の下側円錐形領域１５の断面外形をらせんデータから導くステップは、点の一部（たとえば下側円錐形領域１５の円錐形表面上で測定されたこれらの点）を、下側円錐形領域１５の形状に一致する方向で平面７３上に投影するステップと、点の一部（たとえば円筒状の弁ガイド１６上で測定されたこれらの点）を、工程の一部に関しては円筒状の弁ガイド１６の形状に一致する方向で（すなわち円筒状の弁ガイド１６の軸に対して平行に）、次いで、工程の残りに関しては下側円錐形領域１５の形状に一致する方向で、平面７３上に投影するステップとが必要になる。
【０１０７】
上記で説明した実施形態では、測定点は、直線に沿って平面上に投影される。しかしながら、理解されるように、これは、そうである必要はなく、たとえば測定点と、測定点がその上に投影される平面の間の対象物の形状が、湾曲している場合、測定点をその同じ形状の曲線に沿って平面上に投影することができる。
【０１０８】
真円度データを決定することに加えてまたはあるいは、振れ情報（たとえば弁座の固定された軸に対する表面外形位置が、弁座の長さに沿ってどのように変わるか）を、らせんデータからの平面上に投影された点から決定することができる。
【０１０９】
理解されるように、弁座１３の真円度を決定し確認するための上記で説明した方法はまた、弁ガイド１６の真円度を確認するために使用可能である。まとめると、特定の平面内の弁ガイド１６の断面外形は、らせん走査手順によって得られたデータから、ガイドの弁軸に沿ったらせん内の各々の測定点を、真円度が決定される平面上に投影することによって導くことができる。
【０１１０】
上記で説明した実施形態では、らせん走査から決定され、公称データに対して確認された弁の外形は、横断面内の弁の外形に関するものである。しかしながら、理解されるように、他の平面、たとえば矢状面内の弁の外形を、らせん走査から決定し、公称データに対して確認することができる。たとえば、弁ガイド１６の直線性の外形を、決定し確認することができる。これをどのように行うことができるかの１つの例が、図１７（ａ）および（ｂ）に関連付けて説明されている。広い意味では、これは、測定点７５によって定義された経路を対象物の長さに沿った複数の点で越える、弁ガイド１６の長さに沿って（この場合、弁ガイド１６の長手方向軸に対してほぼ平行に）延びる線に隣接するらせん走査中に得られた測定点７５の点９４の選択されたものに、少なくとも１本の直線９０を適合させることによって行われる。より具体的には、これは、最初に円筒９６（すなわち測定される対象物の予想形状）を測定点７５に最良適合し、次いで、適合された円筒９６から中央軸Ａを得ることによって行うことができる。点線および二重点線９５によって示す矢状面（すなわち弁ガイドの長手方向軸に対してほぼ平行に延びる平面）が、次いで特定可能であり、この矢状面は、長手方向軸Ａおよび外形情報が決定される対象の弁ガイド１６の表面の線も含む。平面９５に最も近い測定経路に沿った測定点が、選択され、次いで、平面と測定点の間の対象物の形状に一致する方法で平面９５上に投影される。これは、図１７（ｂ）により明確に示されており、図１７（ｂ）は、例示のために、（十字線で表す）わずかな測定点９７のみが、（小さいらせん点線によって示す）測定経路９８に沿って実際に得られることを示している。実線の矢印で示すように、（太字の十字線で表す）平面９５に最も近い測定点が、選択され、（測定点と平面９５の間の対象物の表面の形状に一致する方法で）平面９５上に投影される。したがって、この実施形態では、測定点は、対象物の円筒形態の曲率に一致する湾曲線に沿って投影される。線９０は次いで、平面９５上に投影されたときに点１００に最良適合される。
【０１１１】
次いで、点９４の線９０からの偏差を算出することによって、直線性を決定することができる。（例示を簡単にするために、図示するように最良適合線９０に対して平面９５上に投影されたときの点１００の相対位置を誇張して示す）図１８に示すように、測定された弁ガイド１６の直線性の外形の形態誤差は、最良適合された線からの最大（ｍａｘ）偏差と最良適合された線からの最小（ｍｉｎ）偏差との間の範囲を決定することによって決定することができる。
【０１１２】
理解されるように、この同じ技術は、弁座部１０の外形をその長さに沿って決定するために、弁領域部分１０に対して使用され得る。したがって、この場合、完全に軸（「ｄ」）を含み、弁座部１０の表面を貫いて径方向に外方向に延びる平面上に投影された点に適合される線は、直線ではないが、（図１２に示すようなものなどの）３本の交差する直線を含む。
【０１１３】
これは、らせん的に走査された測定点７５周りの複数のそのような点に対して複数回（たとえば線９２によって示すように）反復可能である。
【０１１４】
理解されるように、例示を簡単にするために、測定点のらせんは、非常に余裕があるように図では示しているが、実際には、かなり密ならせんになることができる。
【０１１５】
上記の実施形態は、弁座および弁ガイドの測定を説明しているが、対象物を横切って延びる平面内の対象物の表面外形に関連する情報を、平面に対して斜めに延びる対象物の一続きの表面測定から決定する同じ方法は、他の表面特徴形状にも適している。これは、他の用途の中でも面の封止部を測定するために特に有用な方法である。表面の特徴形状が、説明したように中心線周りの対称を有する必要はないが、このことによって、走査の速度が弱まる。
【０１１６】
測定情報を集めるために、座標測定機上の連接型走査ヘッドを使用することを説明したにも関わらず他の技術を使用することができるが、上記で説明した技術は、速度および正確性の利点を有する。
【０１１７】
上記で説明した弁は、たとえば自動車エンジンのシリンダーヘッドに見出されるタイプのものである。
【図１】
0005684712.tif 000004
【図２】
0005684712.tif 000005
【図３】
0005684712.tif 000006
【図４】
0005684712.tif 000007
【図５】
0005684712.tif 000008
【図６】
0005684712.tif 000009
【図７】
0005684712.tif 000010
【図８】
0005684712.tif 000011
【図９】
0005684712.tif 000012
【図１０】
0005684712.tif 000013
【図１１】
0005684712.tif 000014
【図１２】
0005684712.tif 000015
【図１３ａ】
0005684712.tif 000016
【図１３ｂ】
0005684712.tif 000017
【図１４ａ】
0005684712.tif 000018
【図１４ｂ】
0005684712.tif 000019
【図１５】
0005684712.tif 000020
【図１６】
0005684712.tif 000021
【図１７ａ】
0005684712.tif 000022
【図１７ｂ】
0005684712.tif 000023
【図１８】
0005684712.tif 000024