(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
工作機械上のアーティファクトを検査する方法であって、前記工作機械上に取り付けられたプローブを検査対象の前記アーティファクトの表面に沿って走査することを含む方法において、
該走査中に、流体の流れを少なくとも前記プローブと前記アーティファクトの間の相互作用点に供給することを含み、
前記流体は液体および／またはミストを含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記走査中に、少なくとも１つの流体流動装置によって前記流体が前記プローブと前記アーティファクトの間の前記相互作用点に向けて方向付けられる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記プローブと前記アーティファクトの間の実際の相互作用点とは別個の点でありながら、少なくとも前記プローブと前記アーティファクトの間の前記相互作用点において前記走査中に流体の流れを生じさせるほど十分に近接している点へ、前記流体が前記走査中に前記少なくとも１つの流体流動装置によって方向付けられる、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記少なくとも１つの流体流動装置は前記プローブとは独立である、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記少なくとも１つの流体流動装置は、前記プローブの動きに少なくとも前記走査中は追従する少なくとも１つの出口を含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記少なくとも１つの出口は、前記プローブの動きと伴に移動する、前記工作機械の部分に取り付けられている、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記工作機械は冷却剤を供給して機械加工作業中に工作機械ビットを冷却するための冷却システムを備えており、該冷却システムが前記走査中に前記流体の流れを供給することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記プローブは、ワークピースとの接触のための撓み可能なスタイラスを備え、および、前記スタイラスの撓みの程度の測定値を出力するように構成されている、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記プローブを前記工作機械のスピンドル内に装填することを含む、請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記プローブは、前記スピンドル内に工作機械ビットの代わりに取り付けられる、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記スピンドル内に取り付けられた工具ビットを使用して機械加工することを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
機械加工中に、流体流動装置が流体を前記工具ビットに向けて方向付け、および、走査中に、前記流体流動装置が少なくとも前記プローブと前記アーティファクトの間の相互作用点への前記流体の流れを供給する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
アーティファクトを検査する装置において、
工作機械と、
前記工作機械上に取り付けられたプローブと、
流体流動装置と
を備え、
前記プローブがワークピースの表面に沿って前記工作機械において走査される測定動作中に、前記流体流動装置が動作して流体の流れを少なくとも前記プローブと前記アーティファクトの間の相互作用点に生じさせるように構成されており、
前記流体は液体および／またはミストを含むことを特徴とする装置。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、部品を測定するための、特に、工作機械装置上の部品を走査するための方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
部品を、部品の製造中および製造後であって、部品がまだ工作機械装置内に配置されている間に検査することが知られている。このような検査は、特許文献１に記載されているような接触測定プローブを用いた部品の測定を含む。工作機械装置の動作環境は、冷却剤、削りくず、および、工作機械内の部品の機械加工中に使用されるまたは生成される他の汚染物質に、しばしば満ちている。測定プローブは測定プローブを含み、それらが物体の測定に至らせられ得るように、工作機械内に格納されている。
【０００３】
ワークピースに対する移動のために、工作機械のスピンドルに、ワークピースを測定するために測定プローブを取り付けることが知られている。実際は、特に工作機械の場合には、プローブは、典型的には、ＭｃＭｕｒｔｒｙによる特許文献２などに記載された、プローブのスタイラスがワークピース表面に接触するとトリガ信号を生成するタッチトリガプローブであり、プローブのワークピースとの各タッチによる離散単一点測定（discrete single point measurements）を行うために使用されている。このトリガ信号は、工作機械の数値制御（ＮＣ）のいわゆる「スキップ」入力に取り込まれる。これに応答して、物体とワークピースの相対移動が停止され、および、コントローラは、機械の位置（すなわち、スピンドルとプローブの機械に対する位置）の瞬間的な読み取り値を取る。これは、機械の動きのために位置フィードバック情報をサーボ制御ループ内に提供するエンコーダなどの、機械の測定装置から取られる。そのようなシステムを使用することの欠点は、測定プロセスが、測定点が多数必要な場合は長時間の測定時間を比較的ゆっくりもたらすことである。
【０００４】
アナログ測定プローブ（また、一般に、走査プローブとして知られる）も知られている。接触アナログ／走査プローブは、典型的には、ワークピース表面に接触するスタイラスおよびトランスデューサを、プローブ本体に対するスタイラスの撓みを測定するプローブ内に備える。一例が、ＭｃＭｕｒｔｒｙによる特許文献３に示されている。使用時に、アナログプローブは、スタイラスが表面を走査することができ、プローブのトランスデューサの出力から連続的な読み取り値がとられるように、ワークピースの表面に対して移動する。プローブ変位の出力と機械位置の出力を組み合わせることにより、座標データを得ることが可能になり、それにより、走査全体を通じた非常に多くの点においてワークピースの位置を検出（find）することを可能にする。アナログプローブは、このように、タッチトリガプローブを使用して実際に可能であるよりもっと詳細な、ワークピース表面の形態の測定を取得することを可能にする。理解されるように、このような走査動作中に、プローブ（例えばスタイラス、例えばスタイラスチップ）はワークピースの表面に対して継続的に摺動される。
【０００５】
スタイラスは、多くの場合、ワークピース／アーティファクトとの測定中の接触を企図したスタイラスチップを備える。典型的には、スタイラスチップは球状であり、高精度に製造され、制御される直径を確実にするように較正され、このことは、スタイラスを使用して得られた測定値の精度を確保するため重要である。スタイラスチップの形状／寸法の変化は、ミクロンレベルの小さな変化であっても、得られる測定値の精度に重大な悪影響を有することがある。
【０００６】
特許文献４で提案されているように、接触プローブでの走査は、プローブ／スタイラス／スタイラスチップの計量性能に影響を与える可能性がある３つの現象をもたらすことが見出されている。
１．磨損
２．砕片の発生および／または集積
３．付着摩耗（ピックアップとも呼ばれる）
【０００７】
磨損は、走査しているスタイラスチップの形状であって、走査動作中にそれから材料が除去されるにしたがって変化する形状をもたらす。砕片の発生および集積は、自由なまたはゆるく付着した微小な粒を、検査中のスタイラスチップまたは部品の表面上にもたらす。付着摩耗（ピックアップ）は、検査されている部分からの材料がスタイラスチップに付着すると発生する。これは、非常に強く材料が付着する点（例えば、それがスタイラスチップの材料と化学的に結合され得る）、および、スタイラスの接触面積の領域内にビルドアップが局在している点で、砕片の発生／集積と異なる。これは、特に、表面に酸化層がまだ完全に形成されていないアルミニウムなどの、新たに機械加工された金属を測定するときのケースである。
【０００８】
摩耗／ピックアップの３つのすべてのタイプがスタイラスチップの形状／サイズに影響を与えることがあり、したがって、測定動作の精度には不利に影響を与える。付着摩耗は、部品の表面に沿って走査する際に特に問題であることが見出されており、スタイラスの寿命をわずか数メートルに減少させることがある。これは、特に工作機械についてのケースであり、その理由は、工作機械用に設計されたプローブがより高いスタイラスばね力を有することができる（例えば、比較的大きな振動および力に対処するために、三次元座標測定機（ＣＭＭ）と比較してプローブが露出している）ため、また、前述したように、多くの場合、部品を機械加工のすぐ後で且つ表面に酸化層を形成する時間を取得する前に測定するためである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】国際公開第２０１２／０９８３５５号パンフレット
【特許文献２】米国特許第４１５３９９８号明細書
【特許文献３】米国特許第４０８４３２３号明細書
【特許文献４】国際公開第２００５／０１５１２１号パンフレット
【発明の概要】
【００１０】
本発明は、測定プローブを用いて工作機械上のアーティファクトを検査するための、改良された方法を提供し、該方法は、測定中に、測定プローブとアーティファクトの間の接触点において流体の流れを作ることを含む。
【００１１】
本発明の第１の態様によれば、工作機械上のアーティファクトを検査する方法であって、前記工作機械上に取り付けられたプローブを検査対象の前記アーティファクトの表面に沿って走査して測定データを取得／収集することを含む方法が提供され、該方法は、該走査中に、流体の流れを少なくとも前記プローブと前記アーティファクトの間の相互作用点に供給することを含むことを特徴とする。
【００１２】
流体の流れを供給することでプローブ／スタイラス／スタイラスチップの寿命を劇的に増加させることが見出されている（我々の実験では、プローブ／スタイラス／スタイラスチップの寿命をどうにか１０ｍ（メートル）から２０ｋｍ（キロメートル）まで、２０００倍に増大させた）。このような効果は、流体の流れの潤滑効果にまで至ることができる。さらに、我々は測定精度への悪影響がないことを見出した。実際、かなり減少した摩耗やピックアップに起因して、特に付着摩耗では、走査動作の精度を向上させることができる。
【００１３】
理解されるように、少なくとも１つの流体流動装置は流体の流れを提供することができる。流体流動装置は、プローブとアーティファクトの間の相互作用点において流体の流れを生じさせるように、流体の流れを既におよび／また元々工作機械の動作環境内に付与するための装置を含むことができる。例えば、流体流動装置は、工作機械の動作環境内の流体（例えば空気などの気体）を移動させるため、ファンなどの流体移動装置を含むことができる。
【００１４】
プローブとアーティファクトの間の相互作用点において流体の流れを生じさせるように、流体流動装置は少なくとも１つの出口を、例えば、それを介して流体が流体流動装置を出る出口を含むことができる。出口は、少なくとも１つの開口部、多孔質体、孔部材、および／または、流体透過膜等を含むことができ、これらを介して、流体が工作機械の動作環境へ導入され得る。
【００１５】
流体流動装置は少なくとも１つの出口を含むことができ、これを介して、プローブとアーティファクトの間の相互作用点において流体の流れを生じさせるように、流体が工作機械の動作環境へ導入される。
【００１６】
流体流動装置は、指向性であることができる。具体的には、流体流動装置は、流体を導くために使用することができる少なくとも１つのノズル等を有することができる。流体は、走査中に、少なくとも１つの流体流動装置によって、プローブとアーティファクトの間の相互作用点に向けて方向付けられる。流体は、プローブとアーティファクトの相互作用点に向けて直接、方向付けられ得る。流体は、少なくとも１つの流体流動装置によって、プローブとアーティファクトの間の接触点の近傍に向けて方向付けられ得る。オプションで、少なくとも１つの流体流動装置によって、プローブとアーティファクトの間の実際の相互作用点とは別個の点でありながら、少なくともプローブとアーティファクトの間の相互作用点において走査中に流体の流れを生じさせるほど十分に近接している点へ、流体が走査中に少なくとも１つの流体流動装置によって方向付けられる。
【００１７】
流体流動装置は、流体を本発明方法での使用のためにストアするための少なくとも１つの流体リザーバを備えることができる。流体流動装置は、少なくとも１つのポンプを、流体を流体リザーバから少なくとも１つの出口に供給するために備えることができる。流体流動装置は少なくとも１つの流体調整器を備えることができ、本発明方法の間にこれを使用して、使用される流体を調整する。流体調整器は少なくとも１つのフィルタを含むことができ、これは、本発明方法の間に、流体から汚染物質を除去するように構成される。流体調整器は、本発明方法の間に流体の温度を、例えば所定の温度の所定範囲内に制御するための少なくとも１つの温度調節器を含むことができる。
【００１８】
プローブは、流体流動装置の少なくとも部分を含むことができる。例えば、プローブは、プローブとアーティファクトの間の相互作用点において流体の流れを作るように、流体がそこから動作環境に導入される、少なくとも１つの出口を含むことができる。例えば、プローブは、流体がそこから、プローブとアーティファクトの間の接触点の例えば近傍に向けて、例えば直接に排出される、少なくとも１つのノズルを備えることができる。オプションで、プローブは少なくとも１つの有孔または多孔質部材を含むことができ、これを介して、プローブとアーティファクトの間の相互作用点において流体の流れを生じさせるように、流体が工作機械の動作環境に導入される。例えば、プローブは、プローブ本体から延びる針を含むことができる。スタイラスは、測定動作中にアーティファクトを接触させることを意図する、チップを含むことができる。スタイラスおよび／またはスタイラスチップは、穿孔および／または多孔質であってよい。したがって、これは、プローブとアーティファクトの間の相互作用点において流体の流れを生じるように、流体が工作機械の動作環境へ出て行くことを容易にすることができる。したがって、導管を備えて、スタイラスおよび／またはスタイラスチップに流体を供給する必要があり得る。これは、プローブそれ自体内に、例えばスタイラス内に備えることができる。プローブは、流体をストアするための少なくとも１つの流体リザーバを、本発明方法での使用のために備えることができる。プローブは、流体を流体流動装置の少なくとも１つの出口に通すための少なくとも１つの導管を備えることができる。
【００１９】
オプションで、流体流動装置はプローブとは独立である。したがって、どのような出口、リザーバ、導管、および、どのような他の関連する構成要素も、プローブと独立に／別個に備えられる。このことは、本発明を標準的な、既知のプローブに使用できることを意味している。したがって、流体流動装置の全ての構成要素は、プローブとは別個の工作機械の部分に備えられ得る。
【００２０】
理解されるように、プローブによりアーティファクトを走査するためには、アーティファクトとプローブの間の相対移動が必要とされる。アーティファクトは、プローブが工作機械内で静止したままでいる間に移動するように、構成することができる。例えば、工作機械は、少なくとも１つの次元において、オプションでは互いに直交する少なくとも２つの次元において、例えば互いに直交する少なくとも３つの次元において、アーティファクトを移動させるように構成することができる。工作機械は、少なくとも１つの回転自由度で（例えば、少なくとも１つの軸の回りに）、オプションでは２つの回転自由度で（例えば、互いに直交する少なくとも２つの軸の回りに）、例えば３つの回転自由度で（例えば、互いに直交する少なくとも３つの軸の回りに）、アーティファクトを移動させるように構成することができる。このように、アーティファクトが工作機械の動作環境内で移動するように構成することができる。
【００２１】
オプションで、少なくともいくつかの相対移動が、また、オプションですべての相対移動が、プローブの移動によって生じ得る。例えば、工作機械は、少なくとも１つの次元で、オプションでは互いに直交する少なくとも２つの次元で、例えば互いに直交する少なくとも３つの次元で、プローブを移動させるように構成することができる。工作機械は、少なくとも１つの回転自由度で（例えば、少なくとも１つの軸の回りに）、オプションでは２つの回転自由度で（例えば、互いに直交する少なくとも２つの軸の回りに）、例えば３つの回転自由度で（例えば、互いに直交する少なくとも３つの軸の回りに）、プローブを移動させるように構成することができる。このように、プローブが工作機械の動作環境内で移動するように構成することができる。
【００２２】
したがって、方法は、上述のやり方のいずれかにより、アーティファクトを移動させ、それとプローブの間の相対移動をもたらすこと、および／または、プローブを移動させ、それとアーティファクトの間の相対移動をもたらすことを含むことができる。
【００２３】
方法は、流体流動装置の少なくとも部分、例えばその少なくとも１つの出口などを、前記走査の間に移動させることを含むことができる。方法は、流体流動装置の少なくとも部分、例えばその少なくとも１つの出口などを、プローブのどのような動きにも少なくとも前記走査の間は追従させることを含むことができる。方法は、流体流動装置の少なくとも部分、例えばその少なくとも１つの出口とプローブの間の一定の位置および／または方位関係を、前記走査中に維持することを含むことができる。このことで、流体が流体流動装置を出る（例えば、その少なくとも１つの出口を出る）一定の方向を、前記走査中のプローブとアーティファクトの間の相互作用点に対して維持するようにし得る。これは、少なくとも１つの出口を含むプローブによって達成することができる。オプションで、少なくとも１つの出口は、プローブの動きに影響する、工作機械の部分に取り付けることができる。したがって、流体流動装置は、プローブの移動に伴って移動する、工作機械の部分に取り付けられた少なくとも１つの出口（例えば、そこから流体が排出される）を含むことができる。例えば、少なくとも１つの出口は、前記走査中にプローブが装着される、工作機械のスピンドルに、および／または、スピンドルの動きに影響を与えるキャリッジに装着することができる。
【００２４】
理解されるように、１つよりも多くの出口を備えることができる。この場合、それらのうち１つだけ、いくつか、または全部を、工作機械の環境内で、上述のやり方のいずれかで移動するように構成することができる。例えば、１つまたはそれよりも多くを工作機械の動作環境内に固定することができ、および、１つまたはそれよりも多くを工作機械の動作環境内で移動可能とすることができる。
【００２５】
工作機械は、冷却剤を供給して機械加工作業中に工作機械のビットを冷却するための冷却システムを備えることができる。方法は、前記走査中に前記流体の流れを供給する、工作機械の冷却システムを備えることができる。工作機械の冷却システムは、汚染物質を冷却剤からフィルタリングするためのフィルタを含むことができる。工作機械は、２つまたはそれよりも多い冷却システムを含むことができる。少なくとも１つをワークピースの加工中に使用することができ、および、少なくとも１つの他の冷却システムを、ワークピースの測定中に使用することができる。２つまたはそれよりも多い冷却システムは、別個の冷却剤リザーバを含むことができ、オプションで別の冷却剤を使用することができる。
【００２６】
流体は液体であってもよい。液体は冷却してもよい。流体は、機械加工作業中に工作機械で使用される流体であってもよい。例えば、流体／液体は、機械加工作業中に工作機械で使用される冷却剤であってもよい。冷却剤は、水系冷却媒体、油性冷却剤、または実際には、工作機械上で一般的に使用される様々な任意の液体またはエマルジョンであってもよい。好ましくは、液体は、プローブとアーティファクトの相互作用点との間に潤滑を提供する。
【００２７】
流体は気体であってもよい。流体流動装置は圧縮された気体供給源を含むことができる。流体は液体と気体の組み合わせであってもよい。流体はミストであってもよい。
【００２８】
プローブは測定プローブであってよく、具体的には、寸法測定プローブ（すなわち、寸法の測定値を得るためのプローブ）であってよい。プローブは、アーティファクトとの接触のための撓み可能なスタイラスを備えることができる。撓み可能なスタイラスは、１つの次元において撓むこと、例えば互いに直交する２つの次元において撓むこと、例えば互いに直交する３つの次元において撓むことができる。上述したように、スタイラスは、前記走査中にアーティファクトに接触することを意図したスタイラスチップを含むことができる。スタイラスチップは球状であってよい。プローブは、少なくとも一つの次元において、互いに直交する２つの次元において、例えば互いに直交する少なくとも３つの次元において、スタイラスの撓みを検出および／または測定することができる。オプションで、プローブは、スタイラスの撓みの程度を監視することができ、そして、所定の基準に一致する、例えば所定の閾値を超える、例えば所定の閾値よりも大きいまたは小さい、撓みが検出されたとき（すなわち、例えば出力信号が（例えば上側閾値および上側閾値によって定義された）所定の許容範囲を外れるときでさえ）に、或いは、所定の撓み痕跡が検出されたときに、出力信号を提供するおよび／または変更することができる。プローブは、スタイラスの撓みの程度の測定値を出力するように構成することができる。プローブは、それが撓みを検出している各次元について、個々の測定値を出力することができる。オプションで、プローブは、それが測定することのできる寸法のうち少なくとも２つについて、オプションでは少なくとも３つの寸法について、集約した測定を提供することができる。
【００２９】
従って、理解されるように、プローブは、一般的にタッチトリガプローブと呼ばれるもの、または、一般的に走査プローブ（また、アナログプローブとして知られる）と呼ばれるものであってよい。
【００３０】
方法は、プローブを工作機械のスピンドル内に装填することを含むことができる。理解されるように、スピンドルは工作機械の部品であり、アーティファクトを機械加工するための機械加工作業中に、そこにおいて工具ビットを装填することができる。したがって、方法は、プローブを、工作機械のビットの代わりに、工作機械のスピンドル内に装填することを含むことができる。方法は、アーティファクトを、例えば、スピンドル内に取り付けられた工具ビットなどを使用して機械加工することを含むことができる。該機械加工は、前記走査の前、間、および／または、後に行うことができる。該機械加工は、例えば液体などの流体、具体的には例えば冷却剤を工具ビットに向けて方向付ける、少なくとも１つの流体流動装置を備えることができる。前記機械加工中に使用される流体流動装置は、前記走査中に使用される同一の流体装置であってよい。
【００３１】
本発明の別の態様によれば、アーティファクトを検査する装置において、工作機械と、前記工作機械上に取り付けられたプローブと、流体流動装置とを備えた装置が提供され、該装置は、前記プローブがアーティファクトの表面に沿って前記工作機械において走査される測定動作中に、前記流体流動装置が動作して流体の流れを少なくとも前記プローブと前記アーティファクトの間の相互作用点に生じさせるように構成されている。
【００３２】
本発明のさらなる態様によれば、工作機械上のアーティファクトを検査する方法であって、前記工作機械上に取り付けられたプローブを検査対象の前記アーティファクトの表面に沿って走査して測定データを取得することを含む方法が提供され、該方法は、該走査中に検査される前記アーティファクトの少なくとも部分が液体内に沈められることを特徴とする。
【００３３】
本発明のさらなる局面によれば、工作機械上のアーティファクトを検査する方法であって、前記工作機械上に取り付けられたプローブを使用して対象物を検査して測定データを取得することを含む方法が提供され、該方法は、液体が、例えば前記アーティファクトの検査中に、前記プローブを通過することを含むことを特徴とする。
【００３４】
本発明の別の態様によれば、工作機械と、前記工作機械上に取り付けられた、アーティファクトを検査するためのプローブを備えており、前記プローブが少なくとも１つの液体導管を備えている装置が提供され、該装置は、前記プローブを通じた液体の流れを提供する流体流動装置を備える。液体流動装置は、プローブの外部に備えることができる。
【００３５】
同様に、本発明の別の態様によれば、対象物を検査するためのプローブが提供され、該プローブは少なくとも１つの液体導管を含み、そこを通って、液体が、例えば検査動作中に通過し得ることを特徴とする。
【００３６】
プローブは、タッチトリガ式プローブまたは走査型プローブであってもよい。プローブは、接触プローブまたは非接触プローブ（例えば、光学測定プローブ）であってもよい。
【００３７】
理解されるように、本発明の第１の態様に関連して上述した特徴は、これらの他の実施形態に関連している。例えば、プローブは少なくとも１つの導管の出口を含むことができ、そこを通って、プローブが使用されている環境へ（例えば、検査中のアーティファクトへ）、導管内の液体が出て行くことができる。
少なくとも１つの導管の出口は、プローブ本体、スタイラス、および／または、スタイラスチップ内に備えることができる。プローブは液体リザーバを備えることができる。オプションで、少なくとも１つの液体導管が少なくとも１つの導管の入口を備え、そこを通って、プローブに液体が供給される。少なくとも１つの導管の入口／出口は、少なくとも１つの開口部、穴、穴の開いたおよび／または多孔性の部材を備えることができる。
【００３８】
上述の実施形態に沿って、液体は温度制御され得る。上述の実施形態に沿って、液体は冷却剤であってよい。液体（例えば、冷却剤）は、アーティファクト（例えば、冷却システム）の機械加工中に使用される液体流動装置／供給システムによって供給することができる。
【００３９】
本発明の実施の形態についての以下の図面を参照しながら説明する。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】工作機械のためのシステムアーキテクチャを示す概略図である。
【図２】工作機械の冷却システムからの冷却剤を使用して本発明を実施する一方法を示す概略図である。
【図３】本発明がその中で使用される一実施例のプロセスに含まれるステップを示すフロー図である。
【図４】リザーバから供給される液体を用いて本発明を実施する、プローブによって提供される別の方法を示す概略図である。
【図５】液体とは対照的に気体の流れを用いて本発明を実施するさらなる方法を示す概略図である。
【図６】アーティファクトを、それが少なくとも部分的に液体に浸漬されながら走査することを含む代替的な解決策を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
図１を参照すると、工作機械４、コントローラ６、ＰＣ８、及び、送信機／受信機インターフェース１０を備える工作機械装置２が示されている。工作機械４はスピンドル１２を移動させるためのモータ（図示せず）を備え、該スピンドルは、機械加工作業中は工作機械のビット（例えばドリルビット）を保持しているが、図１に示されるように、測定動作中はアナログプローブ１４（また走査プローブとして知られている）などのプローブを、テーブル１５上に位置するワークピース１６に対して保持することができる。スピンドル１２（従って、アナログプローブ１４）の位置は、エンコーダ（図示せず）等を用いた公知の方法で正確に測定される。このような測定は、機械座標系（ｘ、ｙ、ｚ）において定義されたスピンドル位置データを提供する。数値制御（ＮＣ）１８（コントローラ６の一部）がスピンドル１２のｘ、ｙ、ｚの移動を工作機械の作業領域内で制御し、また、スピンドル位置に関するデータを受信する。
【００４２】
理解されるように、代替実施形態において、ｘ、ｙおよびｚの次元のいずれかまたは全部における相対移動が、スピンドル１２に対するテーブル１５の移動によって提供され得る。さらに、アナログプローブ１４とワークピース１６の相対的な回転運動は、スピンドル１２の一部（例えば、スピンドル１２に装着された回転する／関節のあるヘッド）によって、および／または、テーブル１５の一部（例えば、回転テーブル）によって提供され得る。さらに、運動は、もっと少ない次元に、例えばｘだけおよび／またはｙだけに、制限されることがある。さらにまた、上記実施形態はデカルト工作機械を備えており、ところが、これが必ずしもそうである必要はなく、例えば非デカルト工作機械であってもよいことが理解されよう。さらにまた、旋盤、および並列運動学的機械を含む、他の多くの異なる種類の工作機械、並びに、ロボットアームが知られており、本発明と共に使用することができる。
【００４３】
上記実施形態では、アナログプローブ１４は、プローブ本体２０とプローブ本体２０から延びるワークピース接触スタイラス２２を備え、および、スタイラス２２の末端にワークピース接触チップ２４の形態で（この場合、球状のスタイラス球の形態で）表面検出領域を有する接触アナログプローブである。アナログプローブ１４は、プローブの幾何学系（ａ、ｂ、ｃ）におけるスタイラス２２の撓みを測定する。（しかしながら、理解されるように、これが必ずしもそうである必要はなく、例えば、アナログプローブは、１つの次元だけまたは２つの次元だけにおける撓みを測定することができ、または、撓みの程度を示す出力を、撓みの方向の指示なしで提供しさえする。）プローブ１４はまた、送信機／受信機インターフェース１０と（例えば、ラジオ、光学、または他の無線送信機構により）ワイヤレスで通信を行う送信機／受信機（図示せず）を備える。工作機械のためのそのようなプローブは、本発明で使用するために、特許文献１にもっと詳しく記載されている。
【００４４】
従来の多くの工作機械に沿って、測定動作中に、ＮＣ１８は、アナログプローブ１４とワークピース１６との相対移動を制御する。スピンドル１２／アナログプローブ１４のｘ、ｙ、ｚ位置に関する測定データ（工作機械のｘ、ｙ、ｚ軸（および任意の回転軸）の位置を測定するエンコーダから受信される）は、ワークピース測定データを提供するように、スタイラスの撓みデータ（アナログプローブ１４から送信機／受信機インターフェース１０を介して受信される）と結合される。
【００４５】
本発明に沿えば、流体の流れが、少なくとも接触アナログプローブとアーティファクトの間の相互作用点に、前記走査中に提供される。これは多くの異なる方法で、以下に説明するように実装することができる。
【００４６】
図１および図２を最初に参照すると、冷却システム３０のノズル３２を示している。典型的には、多くの工作機械４の場合と同様に、冷却システム３０が備えられ、該システムはスピンドル１２に装填された工作機械のビット（図示せず）に機械加工作業中に冷却剤を供給するように構成されており、そのために、工作機械のビットが過熱することを回避するように、および、動作中に加工部位から削りくずおよび他の破片を除去するのに役立つようになっている。冷却システムは、第１の導管３６を介しノズル３２へと圧送されて機械加工作業中に工作機械のビットとワークピースの間の相互作用点に向けて噴射される冷却剤のリザーバ３４を含む。使用済み冷却剤は工作機械４の底部に降り、次いで、第２の導管４０を介して調整システム３８に戻される。上記実施形態では、調整システム３８は削りくずや冷却剤からの他の汚染物質をフィルタリングし、また、冷却剤をリザーバ３４に戻す前に冷却剤の温度を調節して、そのために、所定の温度の所定範囲内にそれが制御される。理解されるように、調整システム３８は、追加または代替の機能を実行することができる。オプションで、調節システムを必要としないことも可能であり、および／または、バイパスすることができる場合もある。
【００４７】
上記実施形態では、ノズル３２とスピンドル１２は、両方が共通のキャリッジ４４に固定されており、その移動はＮＣ１８の制御下でモータ（図示せず）によって達成される（および、その位置はエンコーダ（図示せず）により判定され、コントローラ６に報告され得る）。したがって、ノズル３２とスピンドル１２が一緒に移動し、そのために、スピンドル１２に装填されている何に向けてでもノズル３２がいつも冷却剤を方向付けているようになる。これが必ずしもそうである必要はなく、例えば、スピンドル１２に対してノズル３２が独立して移動可能であってもよい。この場合、それをそれ独自の移動可能なキャリッジ上に備えることができ、および、スピンドル１２に追従するように構成することができる。オプションで、ノズル３２を工作機械４内に静止して固定することができる。さらに、理解されるように、複数のノズル（実際には、複数の別個の冷却システム）を備えることができ、それらのうちの１つ、いくつか、または全部を、スピンドル１２と一緒に移動するように固定され、および／または、スピンドル１２に対して独立して移動可能であり、および、または、工作機械４内で静止して固定されるように、または、それらの任意の組み合わせで構成することができる。ノズル３２は剛性であってよいし、または、ユーザがノズル３２を曲げることでその突出方向を変更できるように、フレキシブルであってもよい。
【００４８】
我々の発明者は、同一の冷却システム３０、および、工作機械のビットを機械加工作業中に冷却するために使用される同一の冷却剤でさえ使用することができ、そのため、接触アナログプローブを用いる走査測定動作に関連する摩耗および砕片のピックアップの問題を有意に低減し、従って、接触アナログプローブ／スタイラス／スタイラスチップの動作寿命を例えば２０００倍だけ増大させることを見出した。例えば、我々の実験は、スタイラスチップの動作寿命を典型的な距離の１０ｍ（メートル）から２０ｋｍ（キロメートル）まで伸ばすことができることを示した。
【００４９】
従って、図２に示すように、冷却システム３０は、測定データを収集するためにワークピース１６の表面にスタイラスチップ２４が接触した状態でワークピース１６に沿ってアナログプローブ１４が走査される一方で、ノズル３２から冷却剤４２を吐出することができるように、動作することができる。冷却剤４２のそのような噴霧は、冷却剤の流れを、摩耗やピックアップ、特に上述の付着摩耗を著しく低減することが見出されているワークピース１６とスタイラスチップ２４の間の相互作用点において引き起こす。
【００５０】
図３は、その中で本発明方法が使用され得る例示的なプロセス１００を示す。プロセスはステップ１０２で始まり、該ステップで機械加工作業を実行し、工作機械のスピンドル１２における工作機械のビットを用いてワークピースを成形する。これは、ワークピースを意図した仕上がり状態に機械加工するような完全な機械加工作業、または、ワークピースの最終形状を完成するために続く機械加工ステップが意図される／必要とされるような機械加工作業の部分だけを実行することを含むことがある。理解されるように、機械加工作業はＮＣ１８にロードされたプログラムの制御下で実行することができる。ステップ１０２の機械加工作業が終了すると、工作機械のビットの代わりに、アナログプローブ１４が工作機械のスピンドル１２に装填される。これは、ＮＣ１８の制御下で自動的に行われる。再び、ＮＣ１８にロードされたプログラムの制御下で、ステップ１０６において測定プロセスが開始されて実行され、該プロセスは、スタイラスチップ２４をワークピースの表面に沿ってドラッグさせるようにアナログプローブ１４とワークピース１６の相対移動を制御してプローブ本体２０に対しスタイラスの撓みを引き起こすことを含む。撓みの程度はインターフェース１０を介してコントローラ６に記録されて報告され、次いでスピンドル１２／アナログプローブ１４の位置情報と組み合わされる（例えば、コントローラ６および／またはＰＣ８内で）。プロセスにおけるこのステップ１０６はまた、少なくとも相互作用点を直接に囲む領域においては勿論のこと、スタイラスチップ２４とワークピース１６との間の相互作用点において冷却剤の流れを作るように、冷却システム３０を一斉に動作させることを含む。スタイラスチップ２４とワークピース１６の間の相互作用点における冷却剤４２の流れを走査測定動作中に作るように、冷却剤４２を連続的に圧送しても、オプションで断続的に圧送してもよい。測定動作が完了すると、任意の更なる機械加工が必要かどうかをステップ１０８で判定する。完全な機械加工プロセスのうち一部だけがこれまでに実行されている場合、および／または、ワークピース１６を所定の要件に適合させるために追加の機械加工が必要であることを、測定工程１０６中に得られた測定値が示している場合、さらなる機械加工が必要なことがある。機械加工がもっと必要な場合、ステップ１１０において工作機械のビットが工作機械のスピンドル１２に装填され、次いで制御を進めてステップ１０２に戻る。これ以上の機械加工が必要でなければプロセスは終了する。
【００５１】
上述の実施形態において、冷却剤を、スタイラスチップ２４とワークピース１６の間の相互作用点における流体の流れを作るための液体として使用した。しかしながら、必ずしもそうである必要はなく、冷却剤以外の液体、例えば、潤滑油または水を使用することもできる。また、測定プロセス中に液体／冷却剤を供給するためのシステムは、機械加工作業中に使用される冷却システム３０と同一である必要はない。さらにまた、気体ではなく液体を使用することができる。
【００５２】
本発明を実施する別の方法の例を他の図と関連して説明する。例えば、図４(ａ)および図４(ｂ)に示すように、液体を、スタイラスチップ２４とワークピース１６の間の相互作用点にアナログプローブ１４を介して供給することができる。例えば、図４(ａ)において、プローブ２４は、その独自の、液体のリザーバ４６を含むことができ、該リザーバが測定動作中に液体４８を放出し、そのため、スタイラス２２およびチップ２４をワークピース１６に向かって該液体が流れ落ちる。図４(ｂ)に示すように、アナログプローブ１４は、スタイラスチップ２４とワークピース１６の間の相互作用点に向けて液体４８を噴射するために使用され得る、１つまたはそれより多いノズル５０を含むことができる。液体４８をプローブ１４内のリザーバに格納してもよい。オプションで、図４(ａ)および図４(ｂ)の実施形態において、液体４８をアナログプローブ１４の外部のリザーバ内に格納し、導管を介してアナログプローブ１４に供給してもよい。このリザーバは、冷却システムのリザーバ３４とすることができる。この場合、導管はスピンドル１２とアナログプローブ１４を通過することができる。
【００５３】
上述の実施形態において、スタイラスチップ２４とワークピース１６の間の相互作用点における流体の流れを作るために液体を用いた。しかしながら、必ずしもそうである必要はない。例えば、ミストなどを含む気体の形態の流体（例えば、懸濁した液体をその中に含む気体）を、代わりに使用することができる。例えば、図５に示すように、気体またはミストの流れをスタイラスチップ２４とワークピース１６の間の相互作用点に向けて方向付けるためのノズル５２を、キャリッジ４４に取り付けることができる。（理解されるように、図２の実施形態のノズル３２についてもそうであるが、１つよりも多いノズルを備えることができ、このノズルはスピンドル１２に対して固定することができ、スピンドル１２に対して独立して移動可能であってよく、工作機械に対して固定することができ、または、複数のノズルが在る場合はそれらの任意の組み合わせとすることができる）。ノズル５２は、工作機械の環境内でスタイラスチップ２４とワークピース１６の間の相互作用点の領域に向けて気体の流れを付与するための、ポンプやファンなどの装置を含むことができる。オプションで、圧縮気体のキャニスターなど、気体の供給源を備えることができ、ノズルは、その気体供給源に接続され、および、そこからの気体をスタイラスチップ２４とワークピース１６の間の相互作用点に向けて方向付けるように構成される。
【００５４】
図２、図４(ｂ)および図５の上述の実施形態において、ノズル（単数または複数）を、それが排出する流体がアナログプローブ１４とワークピース１６の間の接触点に直接に向けて方向付けられるように構成することができる。オプションで、ノズル（または、複数のノズルが存在する場合はノズルの少なくとも１つ）を、アナログプローブ１４とワークピース１６の間の接触点から離れた点でありながら、該接触点において流体の流れを提供するほど十分に近接している点へ方向付けることができる。
【００５５】
本明細書に記載の別の実施形態が図６に示されている。この場合、流体の流れをスタイラスチップ２４とワークピース１６の間の相互作用点の領域に供給するよりむしろ、ワークピース１６は、水、冷却剤（例えば、ワークピースの機械加工中に使用したのと同様の、工作機械の冷却剤など）、または、容器５６内に保持されたオイルなどの液体５４中に浸漬される。液体中（オプションで同じ液体５４）に浸漬されている間、ワークピース１６を機械加工したほうがよいかもしれないし、または、機械加工ステップの後、測定ステップの前に、ワークピース１６を液体５４中に浸漬するほうがよいかもしれない。アナログプローブ１４は次いで、ワークピース１６についての測定データを収集するように、ワークピース１６の表面に沿って走査するために用いられる。この技術はまた、不利な摩耗および付着摩耗などのピックアップを有意に低減し、従って大幅にアナログプローブの寿命を増加させることが見出されている。理解されるように、この技術を使用し得る範囲内の例示的なプロセスは、ステップ１０６が液体中に浸漬したワークピース１６に測定動作を実行することを含む点を除けば、図３に示したものとよく似ている。
【００５６】
図６の実施形態において、ワークピース１６は完全に浸漬される。しかしながら、必ずしもそうである必要はない。例えば、ワークピースは部分的に浸漬されればよく、測定されているワークピース１６の部分が、ワークピース１６のその部分にアナログプローブ１４が接触している時点で浸漬されればよい。
【００５７】
理解されるように、工作機械、プローブ、制御システム、およびそれらの様々な関連する構成要素が、本発明の説明の明瞭性を助けるため非常に概略的に示されているが、様々な追加および／または代替の構成要素が提供され得ることを理解できよう。
【００５８】
上述の実施形態においてプローブはアナログ（または走査）プローブであったが、必ずしもそうである必要はない。例えば、プローブは、ワークピースの表面の周りで（例えば、それが撓むかむどうか／ワークピースにおける欠陥を示すために使用され得ることをトリガするかどうかを確認するために）走査されるタッチトリガプローブであってよい。
【００５９】
図４(ａ)および図４(ｂ)の実施形態に示されるように、液体はプローブを通過することができる。この場合、これを行うことは、離散点測定プローブなど、タッチトリガプローブなど（または「デュアルステート」プローブ）の非走査型プローブにおいて有用であり得ることも見出されている。プローブを通して液体を通過させることも、非接触プローブについて有用であり得る。さらに、プローブの動作環境に液体が入ることなく（例えば、プローブから出て、測定されているアーティファクトへ通過することなく）、プローブを介して液体を通過させることによって、利点が達成され得る。例えば、液体は、プローブを通じて、例えば温度制御の目的のため、まさに循環される。この場合、プローブ中の導管を通じて調整システム３８および／またはリザーバ３４へ通過して戻る流体の戻り経路は、工作機械装置の中を通って備えることができる。
【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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