(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
座標位置決め機械上に取り付けられている接触プローブを用いて部品を測定する方法であって、前記部品および前記接触プローブがどちらも前記座標位置決め機械の内部の異なる位置の間で継続的に移動している場合に、前記部品上の点を測定するステップを含み、前記接触プローブは、前記部品上の複数の実質的な一致点を測定するように、また、前記複数の実質的な一致点のそれぞれが、前記座標位置決め機械内の間隔をおいた異なる位置でかつ前記部品の座標系によって画定される走査経路に沿った間隔をおいた位置で測定されるように、移動し、前記接触プローブは、前記実質的な一致点の測定の間に、前記実質的な一致点と一致しない少なくとも１つの点を測定することを特徴とする方法。
【請求項２】
前記走査経路は実質的な同一走査経路の複数の走査を含み、前記複数の実質的な一致点のそれぞれは、前記実質的な同一走査経路の別個の走査において測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】
前記走査経路は前記部品を取り巻く複数の完全なナビゲーションを含み、前記複数の実質的な一致点のそれぞれは、前記部品の別個の完全なナビゲーションにおいて測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４】
各完全なナビゲーションは前記部品の同一の外周を巡っていることを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項５】
各完全なナビゲーションはその他の完全なナビゲーションからずらされていることを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項６】
前記走査経路は、前記部品を取り巻く螺旋または３次元渦巻きであることを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記部品上の点を測定する場合の前記部品と前記接触プローブの移動は、非直交方向の前記接触プローブおよび前記部品の移動を含むことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記接触プローブは、複数の測定方向の任意の１つにおける前記接触プローブのスタイラスの振れにより測定が実施され得る多軸接触プローブであり、前記接触プローブは、前記振れの大きさおよび方向の両方を示す信号を生成し、前記方法は、前記接触プローブが前記スタイラスの前記測定方向の少なくとも２つにおける前記振れにより前記複数の一致点それぞれの測定を実施するように、前記接触プローブおよび前記部品を移動させるステップを含むことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
分析曲線または分析曲面を前記点の測定された位置に適合させて、前記部品の表現を得るステップを含むことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
測定座標系内の各点の測定された位置を、前記部品上の前記点の相対位置が画定される部品座標系内の位置に変換するステップを含むことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記座標位置決め機械の内部の前記部品の位置は、各点が測定された時に判定され、前記座標位置決め機械の内部の前記点の前記位置は、前記部品の前記判定された位置を用いて、前記部品座標系内の前記位置に変換されることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記測定された位置が前記部品座標系に変換されると、前記複数の点に分析曲線または分析曲面を複数の前記点について測定された位置に適合させて、前記部品の表現を得ることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記異なる位置の間で前記座標位置決め機械の内部の前記部品を回転させるステップを含むことを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
前記座標位置決め機械の内部の前記異なる位置の間の前記部品の並進を含むことを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
前記接触プローブが、測定中の前記部品の意図された変位に基づいて進行するための経路を決定するステップを含むことを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６】
前記接触プローブの前記経路および／または前記部品の前記変位は設定規準に基づいて選択されることを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記設定規準は前記接触プローブの限定された測定範囲を含むことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
座標位置決め機械の内部での移動のために接触プローブを取り付ける第１のマウントと、前記座標位置決め機械の内部での移動のために部品を取り付ける第２のマウントと、前記第１のマウントおよび前記第２のマウントの移動を制御するコントローラとを含む座標位置決め機械であって、前記コントローラは前記第１のマウントおよび前記第２のマウントの移動を制御して、前記部品および前記接触プローブがどちらも前記座標位置決め機械の内部の異なる位置の間で継続的に移動している場合に、前記部品の表面上の複数の点を測定する前記接触プローブを用いて測定するようになされており、前記接触プローブは、前記部品上の複数の実質的な一致点を測定するように、また、前記複数の実質的な一致点のそれぞれが、前記座標位置決め機械内の間隔をおいた異なる位置でかつ前記部品の座標系によって画定される走査経路に沿った間隔をおいた位置で測定されるように、移動し、前記接触プローブは、前記実質的な一致点の測定の間に、前記実質的な一致点と一致しない少なくとも１つの点を測定することを特徴とする座標位置決め機械。
【請求項１９】
前記座標位置決め機械および前記接触プローブからの信号を分析する評価ユニットを含み、前記評価ユニットは分析曲線または分析曲面を前記複数の点に適合させて、前記表面の表現を得るようになされていることを特徴とする請求項１８に記載の座標位置決め機械。
【請求項２０】
前記評価ユニットは、点が測定されると、それぞれの点を、前記部品上の複数の点の相対位置が座標位置決め機械において決定される部品の位置に基づいて画定される、共通部分座標系に変換するようにされていることを特徴とする請求項１９に記載の座標位置決め機械。
【請求項２１】
命令を有するデータ媒体であって、プロセッサにより前記命令が実行された場合、前記プロセッサは、座標位置決め機械の第１のマウントおよび第２のマウントの移動と、前記座標位置決め機械の内部で接触プローブを取り付ける前記第１のマウントと、前記座標位置決め機械の内部で部品を取り付ける前記第２のマウントとを制御させられるデータ媒体であって、前記部品および前記接触プローブがどちらも前記座標位置決め機械の内部の異なる位置間で継続的に移動している場合に、前記プロセッサは前記第１のマウントおよび前記第２のマウントを移動させて、前記部品の表面上の複数の点を前記接触プローブを用いて測定し、前記部品上の複数の実質的な一致点を測定するように、また、前記複数の実質的な一致点のそれぞれが、前記座標位置決め機械内の間隔をおいた異なる位置でかつ前記部品の座標系によって画定される走査経路に沿った間隔をおいた位置で測定されるように、移動し、前記接触プローブは、前記実質的な一致点の測定の間に、前記実質的な一致点と一致しない少なくとも１つの点を測定することを特徴とするデータ媒体。
【請求項２２】
命令を有するデータ媒体であって、プロセッサにより前記命令が実行された場合、前記プロセッサは、座標位置決め機械上に取り付けられている接触プローブを使用して、部品の表面上で測定された複数の点の測定データを受信させられ、分析曲線または分析曲面を前記複数の点に適合させて、前記表面の表現を得ることを特徴とする請求項２１に記載のデータ媒体。
【請求項２３】
命令を有するデータ媒体であって、プロセッサにより前記命令が実行された場合、前記プロセッサは、各点を、前記点が測定されたら、前記座標位置決め機械内の前記部品の判定された位置に基づいて、前記部品上の前記複数の点の相対位置が画定される共通部分座標系に変換することを特徴とする請求項２１または２２に記載のデータ媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は部品を測定する方法および装置に関する。本発明は、工作機械または座標測定機械などの座標位置決め機械（coordinate positioning machine）を使用して部品を測定することに特に適用される。
【背景技術】
【０００２】
工作機械では、プローブが表面上の複数の点で部品の表面に接触するように、経路に沿って接触プローブを移動させることにより、接触プローブを使用して部品を測定することが知られている。接触点の位置が、工作機械および接触プローブからの信号から判定され、適切な形状がこれらの点に適合されて（fit）表面の表現を得ることができる。また、接触プローブが定位置に固定された状態で部品を回転させることも知られている。これらの方法の例が特許文献１に記載されている。
【０００３】
特許文献１では、接触プローブは回転軸に平行に移動可能であり、部品上の異なる高さで測定する。しかし、また、例えば特許文献２に開示されているように、部品の内円および外円が測定され得るように、回転軸に垂直な方向に接触プローブを移動させることが知られている。
【０００４】
測定における誤差が、生成された表現の不正確さを招く可能性がある。詳細には、部品が回転させられかつ接触プローブが静止している場合、円筒形／円形部品の直径が直接測定されることは不可能であるが、直径を判定するために、測定された位置は部品の中心に関連付けられなければならない。回転は、回転中心周辺の部品の逃げに関する情報を提供することができるが、回転中心の位置が直接判定されることは不可能であり、回転中心に対する部品の偏心誤差も直接判定されることは不可能である。また、部品の軸中心ドリフトまたは偏心誤差から部品の一次真円度を分離することは不可能である。
【０００５】
特許文献３は、接触プローブが歯車の回転と同時に移動させられる測定方法を開示している。接触プローブは、接触プローブと接触している歯車の歯の表面上の点の移動方向に直交する方向に移動させられる。歯の理想的なインボリュート形状からの逸脱が記録される。
【０００６】
特許文献４は、表面の測定が常時好適な測定方向に、表面に対して垂直に起こるように、接触プローブの移動と同時に回転させられている部品を測定している時に接触プローブの経路を判定する方法を開示している。
【０００７】
特許文献５は、プローブが第１の固定された半径位置に配置されている場合にプローブに対して部品を回転させて半径値の第１のセットを得、次いで第１の位置に対して正反対の第２の固定された半径位置へプローブを移動させ、部品を回転させて半径値の第２のセットを得ることにより、公称上真っ直ぐな接触プローブを用いて特定の高さにおける円筒形部品の半径値のセットを測定する方法を開示している。値のセットは、複数の異なる高さで各半径位置で得られる可能性がある。このようにして、部品上の各点に関して、２つの半径測定値が得られる。各点における半径測定の手段が得られて、接触プローブの真直度の誤差を補償する。
【０００８】
代替的実施形態では、各点における半径測定値を平均するのではなく、半径値の各セットは最小二乗アルゴリズムを用いて円に適合される。適合された円の平均が得られる。半径値のセットの１つに関して適合された円は、次いで、平均円から減算され、その結果がそのセットの生半径値に加算される。
【０００９】
図１ａから図１ｃまでが単一の高さに関する本方法を概略的に示し、そこでは半径Ｒ１を有する第１の円が、接触プローブの第１の位置に関して得られた半径値に適合されており、半径Ｒ２を有する第２の円が、接触プローブの第２の位置に関して得られた半径値に適合されている。平均半径ＡＶが値Ｒ１および値Ｒ２に関して得られる。図示のＲ１において、平均半径ＡＶとデータセットの１つに関する半径との間の差異が、次いで、半径Ｒ１を有する円が適合された半径値に加算されて、最終的な形状を表すデータセットを得る。
【００１０】
本第２の実施形態が、接触プローブの２つの位置の角度分離が正確に知られていない場合に生じる可能性がある角度位相誤差を低減することが開示されている。（すなわち、各位置での角度測定における誤差のため、接触プローブの２つの位置に関して測定された「同一点」は、実際には、若干異なる点である可能性がある）。したがって、測定値は若干異なる点に関するため、各点に関する半径位置の単純な平均化が誤った平均化である場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】米国特許第３８６６８２９号明細書
【特許文献２】欧州特許第０７４４６７８号明細書
【特許文献３】米国特許第４８５２４０２号明細書
【特許文献４】米国特許第６１５４７１３号明細書
【特許文献５】米国特許第６３２７７８８号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
そのような方法は、接触プローブの真直度の欠如に起因する誤差を相殺する可能性があるが、部品が回転軸から偏心していること、測定システムの他の部品の変形または逃げなどの別の起源からの誤差が、依然として、部品の測定において重大な不正確さを生じる可能性がある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の第１の態様によれば、座標位置決め機械上に取り付けられている接触プローブを用いて部品を測定する方法であって、部品および接触プローブ各々が座標位置決め機械の内部の複数の異なる位置に配置されている状態で、部品の表面上の複数の点を測定するステップを含む、方法が提供される。
【００１４】
プローブは、測定されている曲線または曲面に沿って共に接近して配置されている実質的な一致点が機械内の比較的遠く離れた位置でかつ走査経路に沿った比較的遠く離れた位置で測定されるように、部品に対して走査経路に沿って移動し得る。
【００１５】
走査経路は実質的な同一走査経路の複数の走査を含むことでき、一致点は実質的な同一走査経路の別個の走査において測定される。したがって、部品上の同一点または共に接近している点は、走査経路の異なる横断中にプローブにより測定されてもよい。座標測定機械内での部品および接触プローブの移動は、（部品もまた座標測定機械に対して移動しているため、）部品に対する同一走査経路の異なる横断が、座標測定機械に対する異なる経路に沿った接触プローブの進行を含むということであってもよい。このようにして、部品上の共に接近している点が、走査経路の異なる横断中に、座標測定機械内の比較的遠く離れた位置での各測定のために配置されているプローブを用いて測定されてもよい。
【００１６】
走査経路は、部品を取り巻く複数の完全なナビゲーション（navigation）を含むことができ、一致点は部品の別個の完全なナビゲーションにおいて測定される。各完全なナビゲーションは部品の同一の外周を巡っていてもよい。各完全なナビゲーションは、その他の完全なナビゲーション（複数可）からある方向にずらされてもよい。走査経路は、部品を取り巻く螺旋または３次元渦巻きであってもよい。
【００１７】
本方法は、測定されている曲線または曲面上で共に比較的接近している実質的な一致点を測定するステップの間に、実質的な一致点より、測定されている曲線または曲面上で互いにさらに遠く離れた他の点を測定するステップを含むことができる。
【００１８】
本方法は、部品および接触プローブがどちらも異なる位置間で継続的に移動している場合に複数の点を測定するステップを含んでもよい。
【００１９】
本方法は、走査経路に沿ってかつ／または一連の個別移動において部品および／または接触プローブを一度に移動させることに関連して、短い時間期間内に行われる多数の「独立である」測定を可能にする。機械内の部品および接触プローブの異なる位置で得られた測定された点の多数群は、点に関する誤差は無相関でありかつ正規分布されているという仮定のもとに、共に分析されてもよい。より具体的には、各測定が、あるとしてもほんのわずかな測定に共通する定誤差から「独立である」と考えられ得るため、機械体積内の実質的に異なる位置で部品上に互いに接近して配置されている測定点が測定の不確かさを低減する可能性がある。独立である測定では、測定の不確かさが１／√Ｎで減少し、ここでＮは各点の測定数である。
【００２０】
接触プローブは、複数の測定方向の任意の１つにおいてプローブのスタイラスの振れにより測定が実施され得る多軸接触プローブであってもよく、プローブは振れの大きさおよび方向の両方を示す信号を生成し、本方法は、接触プローブが測定方向の少なくとも２つにおいてスタイラスの振れにより測定を実施するように、接触プローブおよび部品を移動させるステップを含む。このようにして、プローブの単一測定方向に因る定誤差は回避され得る。
【００２１】
本方法は、分析曲線または分析曲面を複数の点に適合させて、表面の表現を得るステップを含んでもよい。
【００２２】
各測定における誤差は、座標位置決め機械の内部のプローブおよび部品の位置に左右される。分析曲線または分析曲面を複数の点に適合させるステップは、生じる誤差を「平均する」、測定された点に最も適合する曲線または曲面を見出す（または換言すれば、適合させることが、誤差に因る変動をならしながら部品の形状をキャプチャしようとする概算機能を生み出す）。「平均化」のタイプは、複数の点に最も適合する分析曲線または分析曲面を評価するのに用いられる方法次第である。例えば、最小二乗アルゴリズムが、点と分析曲線または分析曲面との間の距離の平方和を最小化する。その結果として、表面の結果として得られる表現は、接触プローブおよび／または座標位置決め機械の変形ならびに逃げなどの種々の起源からの誤差を考慮するであろう。
【００２３】
本方法は、座標位置決め機械の内部の異なる位置の間で部品を回転させるステップを含んでいてもよい。その継続する運動は、非直交方向のプローブおよび部品の移動を含み得る。例えば、部品および接触プローブはどちらも、測定値が得られる時間中、閉じられた経路に沿って反対方向（時計回り／反時計回り）に移動させられてもよい。部品と接触プローブとは反対方向に回転させられてもよい。さらにまたはあるいは、本方法は、異なる位置の間での部品の並進（回転に反対してまたはそれに加えて）を含んでいてもよい。
【００２４】
本方法は、座標位置決め機械の座標系（以後、「測定座標系」と言う）内の各点の位置を、部品上の点の相対位置が画定される部品座標系内の位置に変換するステップを含んでいてもよい。座標位置決め機械内の部品の位置が、各点が測定される時に判定されてもよく、測定座標系内の点の位置は、部品の判定された位置を用いて、部品座標系内の位置に変換される。部品が回転させられた場合には、変換は、部品が基準位置から回転して通った角度に基づく、位置の回転変換を含む。
【００２５】
曲線または曲面は、点が部品座標系に変換されたら、点に適合されてもよい。分析曲線または分析曲面の適合は、最小二乗適合、非一様有理Ｂスプライン（ＮＵＲＢＳ：ｎｏｎ−ｕｎｉｆｏｒｍ  ｒａｔｉｏｎａｌ  ｂａｓｉｓ  ｂ−ｓｐｌｉｎｅ）アルゴリズムなどの自由曲面モデリング技術、または他の適切な適合アルゴリズムを含んでいてもよい。
【００２６】
本方法は、測定中の部品の意図された変位に基づいて接触プローブが進行する、座標測定機械の内部の経路を決定するステップを含んでいてもよい。接触プローブの経路および／または部品の変位は設定規準に基づいて選択されてもよい。例えば、接触プローブの経路および／または部品の変位は、部品の表面全体が接触プローブの限定された測定範囲内で測定され得るようにかつ／またはそのような測定に利用可能な体積のかなりの範囲に亘って測定が行われることが確実にするようにかつ／または接触プローブおよび／または部品を移動させるマウント（mount）の加速／減速が画定された制限の範囲内であることを確実にするように選択されてもよい。
【００２７】
部品は、個別ステップにおいてまたは継続する運動において異なる位置へ移動させられてもよい。
【００２８】
本方法は、接触プローブが部品を複数回周るように、接触プローブおよび部品を移動させるステップを含んでいてもよい。
【００２９】
本方法は、部品上に互いに接近して配置されている１つまたは複数の同一点が、座標位置決め機械内で比較的遠く離れた２つ以上の位置で測定されるように、接触プローブの経路および／または部品の変位を選択するステップを含んでいてもよい。
【００３０】
本発明の第２の態様によれば、座標位置決め機械の内部での移動のために接触プローブを取り付ける第１のマウントと、座標位置決め機械の内部での移動のために部品を取り付ける第２のマウントと、第１のマウントおよび第２のマウントの移動を制御するコントローラとを含む座標位置決め機械であって、コントローラは第１のマウントおよび第２のマウントの移動を制御して、部品および接触プローブ各々が座標位置決め機械の内部の複数の異なる位置に配置されている状態で、部品の表面上の複数の点を接触プローブを用いて測定するようになされている、座標位置決め機械が提供される。
【００３１】
コントローラは、測定されている曲線または曲面に沿って共に接近して配置されている実質的な一致点が機械内の比較的遠く離れた位置でかつ走査経路に沿った比較的遠く離れた位置で測定されるように、第１のマウントおよび第２のマウントの移動を制御して、部品に対して走査経路に沿ってプローブを移動させるようになされていてもよい。したがって、部品上の共に接近している点は、走査経路の異なる横断中にプローブにより測定されてもよい。座標測定機械内での部品および接触プローブの移動は、（部品もまた座標測定機械に対して移動しているため、）部品に対する同一走査経路の異なる横断が、座標測定機械に対する異なる経路に沿った接触プローブの進行を含むということであってもよい。このようにして、部品上の共に接近している点は、プローブが座標測定機械内の比較的遠く離れた位置での各測定のために配置されている状態で、走査経路の異なる横断中に測定されてもよい。
【００３２】
コントローラは第１のマウントおよび第２のマウントの移動を制御して、部品および接触プローブがどちらも異なる位置間で継続的に移動している場合に、複数の点を接触プローブを用いて測定するようにしてもよい。
【００３３】
接触プローブは、複数の測定方向の任意の１つにおいてプローブのスタイラスの振れにより測定が実施され得る多軸接触プローブであってもよく、プローブは振れの大きさおよび方向の両方を示す信号を生成し、継続する運動中に測定方向の少なくとも２つにおいて接触プローブがスタイラスの振れにより測定を実施するように、コントローラは第１のマウントおよび第２のマウントの移動を制御するようになされている。
【００３４】
座標位置決め機械は、座標位置決め機械および接触プローブからの信号を分析する評価ユニットを含んでいてもよく、評価ユニットは、分析曲線または分析曲面を複数の点に適合させて、表面の表現を得るようになされている。
【００３５】
座標位置決め機械は工作機械または座標測定機械（ＣＭＭ：ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ  ｍｅａｓｕｒｅｉｎｇ  ｍａｃｈｉｎｅ）であってもよい。
【００３６】
本発明の第３の態様によれば、命令を有するデータ媒体であって、プロセッサにより命令が実行された場合、プロセッサは座標位置決め機械の第１のマウントおよび第２のマウントの移動、座標位置決め機械の内部で接触プローブを取り付ける第１のマウント、および座標位置決め機械の内部で部品を取り付ける第２のマウントを制御させられ、プロセッサは第１のマウントおよび第２のマウントを移動させて、部品および接触プローブがどちらも座標位置決め機械の内部の異なる位置間で継続的に移動している場合に、部品の表面上の複数の点を接触プローブを用いて測定する、データ媒体が提供されている。
【００３７】
プロセッサは第１のマウントおよび第２のマウントを移動させて、測定されている曲線または曲面に沿って共に接近して配置されている実質的な一致点が、機械内の比較的遠く離れた位置でかつ走査経路に沿った比較的遠く離れた位置で測定されるように、部品に対して走査経路に沿ってプローブを移動させる。
【００３８】
第１のマウントは、複数の測定方向の任意の１つにおけるプローブのスタイラスの振れにより測定が実施され得る多軸接触プローブを取り付けるためのものであってもよく、プローブは振れの大きさおよび方向の両方を示す信号を生成し、接触プローブが測定方向の少なくとも２つにおいてスタイラスの振れにより測定を実施するように、プロセッサは第１のマウントおよび第２のマウントの移動を制御してもよい。
【００３９】
本発明の第４の態様によれば、それへの命令を有するデータ媒体であって、プロセッサにより命令が実行された場合、プロセッサは、座標位置決め機械上に取り付けられている接触プローブを使用して、部品の表面上で測定された複数の点の測定データを受信させられ、複数の点は、部品および接触プローブ各々が座標位置決め機械の内部の複数の異なる位置に配置されている状態で得られ、分析曲線または分析曲面を複数の点に適合させて、表面の表現を得る、データ記憶媒が提供される。
【００４０】
本発明の第５の態様によれば、座標位置決め機械上に取り付けられている接触プローブを用いて部品を測定する方法であって、部品および接触プローブ各々が座標位置決め機械の内部の複数の異なる位置に配置されている状態で、部品の表面上の複数の点を測定するステップと、各点を、点が測定されたら、座標位置決め機械内の部品の判定された位置に基づいて、部品上の複数の点の相対位置が画定される共通部分座標系（common part coordinate system）に変換するステップとを含む、方法が提供される。
【００４１】
本方法は、座標位置決め機械内の部品基準点に対する部品の位置に関する部品位置データを記録するステップを含んでいてもよく、共通部分座標系への各点の変換は部品位置データに基づいている。部品は回転テーブル上に載置されていてもよく、位置データは回転テーブルの角度配向であってもよい。
【００４２】
本発明の第６の態様によれば、座標位置決め機械の内部での移動のために接触プローブを取り付ける第１のマウントと、座標位置決め機械の内部での移動のために部品を取り付ける第２のマウントと、第１のマウントおよび第２のマウントの移動を制御するコントローラと、座標位置決め機械および接触プローブからの信号を分析する評価ユニットとを含む座標位置決め機械であって、コントローラは第１のマウントおよび第２のマウントの移動を制御して、部品および接触プローブ各々が座標位置決め機械の内部の複数の異なる位置に配置されている状態で、部品の表面上の複数の点を接触プローブを用いて測定するようになされており、評価ユニットは、各点を、点が測定されたら、座標位置決め機械内の部品の判定された位置に基づいて、部品上の複数の点の相対位置が画定される共通部分座標系に変換するようになされている、座標位置決め機械が提供される。
【００４３】
本発明の第７の態様によれば、それへの命令を有するデータ媒体であって、プロセッサにより命令が実行された場合、プロセッサは、座標位置決め機械上に取り付けられている接触プローブを使用して部品の表面上で測定された複数の点の測定データを受信させられ、複数の点は、部品および接触プローブ各々が座標位置決め機械の内部の複数の異なる位置に配置されている状態で得られ、各点を、点が測定されたら、座標位置決め機械内の部品の判定された位置に基づいて、部品上の複数の点の相対位置が画定される共通部分座標系に変換する、データ媒体が提供される。
【００４４】
命令は、プロセッサにより実行された場合、プロセッサに測定データと共に部品位置データを受信させることができ、部品の判定された位置は部品位置データから判定される。複数の点の各点は、部品位置データに含まれる部品位置に関連付けられていてもよい。
【００４５】
本発明の上記態様のデータ媒体は、例えばフロッピティスク、ＣＤ  ＲＯＭ、ＤＶＤ  ＲＯＭ／ＲＡＭ（−Ｒ／−ＲＷおよび＋Ｒ／＋ＲＷを含む）、ＨＤ  ＤＶＤ、ブルーレイ（商標）ディスク、（メモリスティック（商標）、ＳＤカード、コンパクトフラッシュカード等の）メモリ、（ハードディスクドライブなどの）ディスクドライブ、テープ、任意の磁気／光学記憶装置などの非一時データ媒体、あるいは例えば（インターネットダウンロード、ＦＴＰ転送等の）有線もしくは無線ネットワークで送信される信号など電線もしくは光ファイバー上の信号または無線信号などの一時データ媒体などの、機械に命令を与える適切な媒体であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１ａ】円筒形部品を測定する先行技術の方法の図である。
【図１ｂ】円筒形部品を測定する先行技術の方法の図である。
【図１ｃ】円筒形部品を測定する先行技術の方法の図である。
【図２】本発明の一実施形態による装置の概略図である。
【図３ａ】本発明の実施形態に従って測定されている円筒形部品の斜視図である。
【図３ｂ】接触プローブにより横断されている円筒形部品に対する走査経路の図である。
【図４】図３に示されている方法を用いて測定されたデータの記録および処理を示す流れ図である。
【図５】本発明の実施形態に従って部品上で測定された複数の点に曲線を適合させる方法の図である。
【図６ａ】本発明の実施形態による方法を用いて測定を実施した場合に得られるプローブの振れのデータプロットの図である。
【図６ｂ】期待された位置からの回転軸および部品中心のずれの補償後の、図６ａに示されているプローブの振れデータ内の残差のデータプロットの図である。
【図７ａ】本発明の実施形態に従って測定されているさらなる部品の概略図である。
【図７ｂ】接触プローブにより横断されているさらなる部品に対する走査経路の図である。
【図８】別の部品および部品を巡る走査経路の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００４７】
図２を参照すると、座標位置決め機械１は、工作機械２と、本実施形態では多軸接触プローブであり、部品４を測定するために工作機械２上に取り付けられている接触プローブ３とを含む。工作機械は、部品４が載置され得る回転テーブル５を含む。回転テーブル５は回転軸５ａを含む。接触プローブ３は、接触プローブ３が基部９に対して３つの直線方向ｘ、ｙおよびｚに移動させられることが可能であるように、アーム７および８上に取り付けられている中空軸６に取り付けられる。プローブ３の移動範囲は、工作機械２の構造により制約され、工作機械２内に取り付けられている部品の体積全体に及ばない可能性がある。本実施形態では、プローブ３が内部で移動することができる体積は、点とダッシュとで描かれた四角形１３で示されている。
【００４８】
モータ１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄが、適切なソフトウェアでプログラムされたプロセッサなどのコントローラ１０の制御下で、回転テーブル５と、中空軸６と、アーム７および８とを移動させる。中空軸６、アーム７、８、および回転テーブル５内のエンコーダ１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄは、工作機械２の測定座標系１６内の接触プローブ３および部品４の位置がそれから判定され得る、テーブル５、中空軸６、およびアーム７、８の位置を示す信号を生成する。
【００４９】
接触プローブ３は、部品４との接触に因るなどのプローブ３が撓められた場合に信号を生成する変換器を有する。接触プローブ３およびエンコーダ１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄにより生成された信号から、部品４とのプローブ先端１１の接触点が測定系内で判定され得る。このようにして測定された、部品４上の複数の点は、適切なソフトウェアでプログラムされたプロセッサであってもよくかつコントローラ１０のために使用されるものと同一のまたは異なるプロセッサであってもよい評価ユニット１２により記録され、処理される。接触プローブ３は評価ユニット１２と無線で通信してもよい。
【００５０】
本発明の実施形態に従って座標位置決め機械１を用いて部品を測定する方法が、ここで、図３ａ、図３ｂおよび図４を参照して記載される。本実施形態では、部品４は公称上円筒形であり、その中心軸４ａが回転テーブル５の回転軸５ａと略一直線になるように、回転テーブル５上に載置されている。部品４の表面上での点の測定が、テーブル５を一方の回転方向（図面では、反時計回り）に回転させかつ同時に工作機械２に対して、本実施形態では円形経路である経路１１ａに沿って、他方の方向（図面では、時計回り）に接触プローブ３を移動させることにより、記録される。部品４とプローブ３との組み合わされた運動は、接触プローブ３に、部品４に対して（図３ｂに点線で示されている）走査経路２０を横断させ、それが、部品４の外周を巡って離間されている点を接触プローブ先端１１が測定することを可能にする。テーブル５の回転およびプローブ３の移動は継続移動として実施され、個別のステップが可能であるがそれほど望ましくない。例えば接触プローブ３が走査プローブである場合、測定は連続して記録されてもよく、または例えば接触プローブ３がタッチトリガプローブである場合、測定は複数の別個の点として記録されてもよい。
【００５１】
接触プローブ３および工作機械２のエンコーダ１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、および回転テーブル５のエンコーダ１４ｄからの信号は、評価ユニット１２へ送信される。評価ユニット１２は、工作機械２の測定座標系１６内の、接触プローブ３を使用して測定される点の位置Ｐを判定する。図４では、プローブ３および部品４の特定の位置に関する、部品４上の点の個々の測定が列Ａに示されており、列Ｂは、工作機械２の座標系１６内に共にプロットされたこれらの点を示す。評価ユニットは、次いで、本実施形態では適切な回転変換Ｔにより、列Ｃに示されている通り、これらの点の位置Ｐを部品座標系内の位置ＰＣに変換し、部品４上の点の相対位置が画定される。第１の点が測定される時の部品４の位置などの基準位置に対して点が測定されたら測定座標系１６内の位置Ｐを部品座標系内の位置ＰＣに変換するのに必要とされる回転Ｔは、工作機械２内の部品４の位置から決定されてもよい。変換Ｔは、回転テーブル５のエンコーダ１４ｄの信号から決定され得る、回転テーブル５が２つの測定間に通って回転した角度（列Ａのプロットにおいて点線（最初の位置）と実線（現在の位置）との間の弧で示されている）から決定されてもよい。
【００５２】
本実施形態では、部品４は１８０°回転させられ、工作機械内でプローブ３により進行された経路は反対方向に１８０°の弧である。このようにして、部位品４の外周全体をナビゲーションするのにかけられた時間は、回転テーブル５またはプローブ３が同一速度で移動させられただけの場合より少ない。
【００５３】
分析曲線１５が、次いで、最小二乗適合アルゴリズムを用いるなど、部品座標系内の点に適合されて、部品４の表現を得る。これは図４の列Ｃの最後のプロットにより示されている。
【００５４】
別の実施形態では、プローブ３の経路および／または回転テーブル５の回転が、走査経路２０の異なる横断中に部品４の表面上の同一点または共に接近している点がプローブにより測定され得るように接触プローブ３が部品４に対して同一走査経路２０を複数回横断する。したがって、部品４上に互いに接近して配置されている実質的な一致点が、工作機械２内の比較的遠く離れた２つ以上の位置Ｐでかつ走査経路２０に沿った比較的遠く離れた位置で測定されてもよい。これらの点の位置Ｐは、部品座標系内の位置ＰＣに変換され、そのような方法から得られる可能性のある点の多数群の図が図５に示されている。曲線１１５が多数群の全点ＰＣに適合されて、部品の表現を得る。そのような方法は、部品４を巡るプローブ３の周回による測定の不確かさの低減が１／√Ｎ（ここでＮは周回数である）への傾向があるように工作機械２内の比較的遠く離れた位置での部品４上の同一点または共に接近している点の測定が実質的に独立であると見なされる可能性があるので、測定の不確かさを低減する可能性がある。
【００５５】
図３ａに示されている通り、部品４の中心は、回転テーブル５の回転軸５ａから距離Δだけずらされている可能性がある。（図３ａでは、明確にするためにずれは誇張されている。）測定値の処理中、最初に、部品４は回転テーブル５の回転軸５ａの位置に中心に置かれていることおよび回転軸５ａの位置は、例えば較正を用いて、以前に判定された位置であることが考えられる。しかし、回転軸５ａの位置は、例えば部品４の重量、経時的なドリフト、温度変化等に因り、以前に判定された位置とは異なる可能性がある。回転軸および部品４の中心４ａの実際の位置からずらされた、分析における位置を使用することが、図６ａに示されている通り、結果的にプローブの振れデータにシヌソイダルアーチファクト（sinusoidal artefact）をもたらす可能性がある。半周期シヌソイド（sinusoid）は、回転軸５ａを中心に置かれていない機械体積内でのプローブの移動に起因する。このシヌソイドは、部品４の回転中心５ａおよび部品４の直径に関する情報をもたらす。より高い周波数のシヌソイドは、回転軸５ａと位置合わせされていない、部品４の中心４ａに起因する。このより高い周波数のシヌソイドは、回転軸５ａからの部品４の中心のずれおよび部品４の丸さに関する情報をもたらす。図６ａの開始時および終了時に認められる大きな振れは、部品の表面に接触するかつそれを離れるプローブである。
【００５６】
（単に部品に対するプローブ位置などの基線からの点の逸脱を残している）図６ｂに示されている通り、結果を分析する場合、部品４の仮定された中心および回転軸の仮定された位置に対してＸ方向およびＹ方向において適切なずれを加えることにより、測定結果におけるこれらのシヌソイダルアーチファクトは低減されるかまたはさらには排除される可能性がある。適切なずれは、データに適合されるシヌソイダル関数から決定される。ずれの大きさは、シヌソイドの振幅および位相からの方向から決定される。回転軸５ａはプローブ３のＺ軸に平行でない場合があるので、ずれはＺ軸に沿って計算されなければならない場合がある。
【００５７】
適切なずれは、相互作用プロセスにおいて決定されてもよく、各相互作用では、機械の座標系内で測定された点は、回転軸に関して現在仮定されている位置を用いて判定された部品４の位置に基づいて部品座標系に変換される。部品座標系では、シヌソイダル関数は、点ＰＣならびに部品の回転軸および中心の各々に関して決定されたずれに適合される。結果は分析されて、任意のシヌソイダルアーチファクトが残っているかどうかが判定される。そうだとしたとき、部品の回転軸および中心のための新しい位置（古い位置プラスずれ）は次の相互作用において使用される。本プロセスは、シヌソイダルアーチファクトが排除されるかまたは許容レベルより下に低減されるまで継続する。回転軸５ａおよび回転軸位置からの部品４の中心の測定されたずれは、次いで、最終相互作用において決定されたものと見なされる。
【００５８】
図７ａおよび図７ｂは本発明のさらなる実施形態を示し、非円筒形部品２０４が測定される。この例では、非円筒形部品２０４は、プローブ３が内部で移動することができる体積１３の寸法より大きい長さを有する。部品２０４は回転テーブル５上に載置されている。図５に示されている通り、工作機械２内の部品２０４の回転およびプローブ３の経路２１６は、部品２０４のある配向で測定される部品２０４上の点が、プローブ３が部品を測定することができる体積１３の範囲外であるとしても、部品２０４上の表面の外周全体が測定され得るように選択される。部品２０４に対する接触プローブ３の走査経路２２０は図７ｂに示されている。
【００５９】
前の実施形態の場合と同様に、工作機械２の座標系１６内で測定された点の位置Ｐは、部品座標系内の位置ＰＣに変換される（Ｔ）。部品座標系内の点に曲線２１５が適合されて、部品の表現を得る。図７ａに示されていないが、実践では、接触プローブ３は走査経路２２０を複数回横断する一方、工作機械２の内部の接触プローブの経路２１６は、一度または少なくとも走査経路２２０より少ない回数横断させられるだけである可能性がある。このことは、部品２０４上で共に比較的接近しているＰＣ１およびＰＣ１０などの点が座標位置決め機械１内の比較的遠く離れた位置で測定されることを可能にする。
【００６０】
別の実施形態では、２次元曲線を同一平面内にあると考えられる点のセットに適合させるのではなく、点が３次元で測定されてもよく、部品座標系に変換された場合に３次元表面が測定された点に適合されてもよい。
【００６１】
図８は、複数の測定された点への表面の適合の例である。本実施形態では、部品３０４は円筒形状部品である。前と同様に、部品３０４は、プローブの移動と同時に部品３０４を動かすことにより走査される。本実施形態では、移動は、部品３０４に対してプローブが螺旋走査経路３２０を横断するということである。例えば、部品３０４は、プローブの回転移動および（ｚ方向になどの）並進移動と同時に回転させられてもよい。そのような構成では、各点ＰＣ１、ＰＣ２が一度走査されるだけである。しかし、螺旋経路３２０の旋回は、測定されている表面のサイズに対して十分に密である（通常、旋回は図面に示されているものよりも密であり、そのような特徴は明瞭さの理由で示されていない）ので、隣接した旋回上の対応する点ＰＣ１、ＰＣ２は、表面上で互いに十分に接近しており、実質的に一致していると考えられる（したがって各旋回は、以前の走査と実質的に同じ経路に沿った走査である）。詳細には、隣接した旋回間にかつ対応する点ＰＣ１と点ＰＣ２との間に生じる可能性がある表面の任意の変動が、プローブまたは座標位置決め機械から生じる場合がある、測定における誤差と比較されて比較的小さい。ある意味では、これは、前述されている２次元実施形態に類似しており、走査経路の各横断において正に同一の点を測定することが可能でない場合があるが、測定された点が共に十分に接近しており、機械の測定誤差の範囲内にある表面における任意の逸脱をキャプチャするには十分である。
【００６２】
部品３０４およびプローブの移動は、螺旋の隣接した旋回上の対応する点ＰＣ１、ＰＣ２が、機械内の比較的遠く離れた位置で測定されるように選択される。このようにして、測定は「独立である」と考えられる。さらに、点ＰＣ１とＰＣ１との間の移動では、プローブは、測定されている表面上の点ＰＣ１と点ＰＣ２との間の距離より大きな走査経路３２０に沿った距離を進行する。換言すれば、走査経路は、点ＰＣ１と一致していない点を走査した後、プローブが前に走査された点ＰＣ１と実質的に一致している点ＰＣ２に戻るように選択される。このようにして、部品およびプローブが、対応する点ＰＣ２が測定される新しい位置に移行させられるので、測定データが他の測定点において収集され得る。
【００６３】
当然のことながら、図８を参照して記載されている走査方法は、他形状部品に適用されることが可能であると考えられ、他の円筒形状、円錐状、環帯、穴等の曲面を含む形状に特に適切である。
【００６４】
当然のことながら、本明細書に定められた本発明の範囲から逸脱することなく、修正および変更が前述の実施形態に施されてもよい。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図１ｃ】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【図８】
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