(57)【要約】  可撓性のスタイラス（１２）を有するアナログ式プローブ（４）を用いて、工作機械上のワークピース（６、３０、６０、１００）を測定する方法が記載されている。方法は、工作機械の作業領域内に配置されている、名目上の表面プロフィール（３２）を有するワークピース（６、３０、６０、１００）を受け取るステップを備えている。工作機械は、ワークピース（６、３０、６０、１００）に対してアナログ式プローブ（４）を所定の（既知の）測定経路（４０、６４、１０２）に沿って移動し、スタイラス（１２）の撓みを測定するのに用いられる。アナログ式プローブ（４）は、ワークピース（６、３０、６０、１００）に対して５ｍｍ／ｓｅｃ以上の速度で移動し、所定の測定経路（４０、６４、１０２）は、スタイラスがワークピースのプロフィールが不連続部分を示すワークピースから空間的に離されるように選択される。
2010513042.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
工作機械上のワークピースを測定する方法であって、
（ｉ）工作機械の作業領域内に配置される名目上の表面プロフィールを有するワークピースを受け取るステップ、
（ｉｉ）可撓性のスタイラスを有するアナログ式プローブをワークピースに対して所定の測定経路に沿って移動させるために、工作機械を用いるステップ、
（ｉｉｉ）前記アナログ式プローブが前記所定の測定経路に沿って移動するとき、アナログ式プローブのスタイラスの撓みを測定するステップ、
を備え、
ステップ（ｉｉ）は、５ｍｍ／ｓｅｃ以上の速度でワークピースに対してアナログ式プローブを移動させることを含み、前記所定の測定経路は、スタイラスとワークピースとの間に断続的接触を提供することを特徴とする方法。
【請求項２】
ステップ（ｉｉ）は、スタイラスがワークピースの名目上の表面プロフィールが不連続部分を示しているワークピースの１以上の領域で該ワークピースの表面から空間的に離されるように、アナログ式プローブを所定の測定経路に沿って移動させることを含んでいることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
ステップ（ｉｉ）は、スタイラスがワークピースの名目上の表面プロフィールが不連続部分を示しているワークピースの各領域でワークピースの表面から空間的に離されるように、アナログ式プローブを所定の測定経路に沿って移動させることを含んでいることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
スタイラスは、わずか１０ｃｍだけ前記１以上の区域でワークピースの表面から空間的に離されることを特徴とする請求項２または３に記載の方法。
【請求項５】
ステップ（ｉｉ）は、ワークピースに対するアナログ式プローブの移動が円滑でありかつ実質的に急な動きがないように、所定の測定経路を選択することを含んでいることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の方法。
【請求項６】
ステップ（ｉｉ）は、実質的に一定の接線速度でワークピースに対してアナログ式プローブを移動させることを含んでいることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の方法。
【請求項７】
所定の測定経路は、スタイラスが浅い角度でワークピースとの接触状態に戻されるように選択されることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の方法。
【請求項８】
所定の測定経路は、閉じたプロフィール部分を備えていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１つに記載の方法。
【請求項９】
アナログ式プローブは、スタイラスの撓みに関連する撓みデータを出力するように準備されることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１０】
前記撓みデータを、無線通信リンクを介して、関連するインターフェースへ出力するステップを含んでいることを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
スタイラスとワークピース表面との間で完全な接触が予想されるときを指示するイネーブル信号を生成するステップを含んでいることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１２】
ワークピースの表面とスタイラスとの間で完全な接触がなされるとき及びそれが失われるときを計算するステップを含んでいることを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１３】
ステップ（ｉｉｉ）で測定されたスタイラスの撓みをスタイラスの撓みの上限値と比較するステップを含んでいることを特徴とする請求項１ないし１２のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１４】
スタイラスの撓みをスタイラスの撓みの上限値と比較するステップは、リアルタイムで実行されることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
測定されたスタイラスの撓みがスタイラスの撓みの上限値を超えると、過大撓みエラー信号を生成するステップを含んでいることを特徴とする請求項１３または１４に記載の方法。
【請求項１６】
過大撓みエラー信号は、工作機械の数値制御器のユーザー入力に伝送され、工作機械の移動を直ちに停止することを可能とすることを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
ステップ（ｉｉｉ）で測定されたスタイラスの撓みをスタイラスの撓みの下限値と比較するステップを含んでいることを特徴とする請求項１ないし１６のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１８】
測定されたスタイラスの撓みがスタイラスの撓みの下限値未満であるとき、過小撓みエラー信号を生成するステップを含んでいることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
過大撓みエラー信号が生成されると、回復動作を実行するステップを含んでいることを特徴とする請求項１５または１６に記載の方法。
【請求項２０】
過小撓みエラー信号が生成されると、回復動作を実行するステップを含んでいることを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
前記回復動作は、（ａ）前記ワークピースを掃除するかまたは洗浄すること、（ｂ）前記ワークピースを再度機械加工すること、（ｃ）工作機械の作業領域内でワークピースの位置を変更すること、及び（ｄ）所定の測定経路を再度生成することのうちの少なくとも１つを備えていることを特徴とする請求項１９または２０に記載の方法。
【請求項２２】
回復動作を実行して後、前記ワークピースを再度測定するステップを含んでいることを特徴とする請求項１９ないし２１のいずれか１つに記載の方法。
【請求項２３】
ワークピースの名目上の形状からステップ（ｉｉ）で用いられた所定の測定経路を計算するステップを含んでいることを特徴とする請求項１ないし２２のいずれか１つに記載の方法。
【請求項２４】
スタイラスの撓みデータをワークピースに対するプローブの位置に関するデータと結合することにより、ワークピースの少なくとも１つの造作の形状を決定するステップを含んでいることを特徴とする請求項１ないし２３のいずれか１つに記載の方法。
【請求項２５】
異なる所定の測定経路を用いてステップ（ｉｉ）及びステップ（ｉｉｉ）を繰り返すことを含んでいることを特徴とする請求項１ないし２４のいずれか１つに記載の方法。
【請求項２６】
工作機械を用い、前記名目上の表面プロフィールを有する前記ワークピースを形成するように、ブランクを切削する最初のステップを含んでいることを特徴とする請求項１ないし２５のいずれか１つに記載の方法。
【請求項２７】
測定プローブ及び１以上の切削工具のうちのいずれか１つが前記工作機械のスピンドルに設置され得るように、自動工具交換機を提供するステップを含んでいることを特徴とする請求項１ないし２６のいずれか１つに記載の方法。
【請求項２８】
ステップ（ｉｉ）は、アナログ式プローブをワークピースに対して５０ｍｍ／ｓｅｃ以上の速度で移動させることを含んでいることを特徴とする請求項１ないし２７のいずれか１つに記載の方法。
【請求項２９】
ステップ（ｉｉ）は、アナログ式プローブをワークピースに対して１００ｍｍ／ｓｅｃ以上の速度で移動させることを含んでいることを特徴とする請求項１ないし２８のいずれか１つに記載の方法。
【請求項３０】
ステップ（ｉｉ）は、アナログ式プローブをワークピースに対してやく２５０ｍｍ／ｓｅｃの速度で移動させることを含んでいることを特徴とする請求項１ないし２９のいずれか１つに記載の方法。
【請求項３１】
請求項１ないし３０のいずれか１つに記載の方法は、工作機械に対して実行することを可能とするコンピュータ・プログラム。
【請求項３２】
ワークピース保持器、可撓性スタイラスを有するアナログ式プローブ、ワークピース保持器に対してアナログ式プローブを所定の測定経路に沿って移動させる駆動手段、及び、前記プローブが前記所定の測定経路に沿って移動するとき、アナログ式プローブのスタイラスの撓みを測定する測定手段を備え、
ワークピースがワークピース保持器に保持されると、駆動手段は、アナログ式プローブを５ｍｍ／ｓｅｃ以上の速度で所定の測定経路に沿って移動させるように準備され、所定の測定経路は、スタイラスとワークピースとの間で断続的接触を提供するように選択されることを特徴とする工作機械装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アナログ式測定プローブを用いて工作機械上の対象物を走査する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ワークピースを測定するために、該ワークピースに対して移動するように、工作機械のスピンドルに測定プローブを取り付けることが知られている。実際に、プローブは、一般的に、例えば、特許文献１に記載されるような接触トリガー式プローブであった。該接触トリガー式プローブは、プローブの針がワークピースの表面に接触するとトリガー信号（a trigger signal）を作り出す。このトリガー信号は、工作機械の数値制御器（ＮＣ）のいわゆる「スキップ」入力（“skip” input）に使用される。それに応じて、制御器は、機械の位置（すなわち、機械に対するスピンドル及びプローブの位置）の瞬間的読み取りを取得する。これは、機械の移動用にサーボ制御ループにおける位置フィードバック情報を提供するエンコーダーのような機械の測定装置から取得される。そのようなシステムを使用することによる不利な点は、測定がかなり遅く、多数の測定点が要求される場合、取得するのに長い測定時間がかかることにある。
【０００３】
アナログ式すなわち走査式測定プローブがまた知られている。アナログ式プローブは、一般的に、ワークピース表面に接触するスタイラス、及び、プローブ内に、プローブ本体に対して針の撓みを測定するトランスデューサーを備えている。特許文献２に１つの例が示されている。使用に際し、アナログ式プローブは、ワークピースの表面に対して移動する。その結果、針が表面を走査し、連続的な読み取りがプローブのトランスデューサーの出力から取得される。プローブの撓みの出力と機械位置の出力とを組み合わせることは、座標データを取得することを可能とし、それにより、ワークピース表面の位置が走査を通して非常にたくさんの点で確認されることを可能とする。したがって、アナログ式プローブは、取得されるワークピース表面の形状の、接触トリガー式プローブを用いて実際に実行できる測定よりも詳細な測定を可能とする。
【０００４】
アナログ式プローブは、それ自体何年にもわたって知られてきたけれども、該アナログ式プローブは、一般的に、専用の座標測定機械（ＣＭＭｓ）とともに使用されてきただけである。そのような座標測定機械において、単一の制御器が、モータを作動させ、測定プローブの移動を誘導し、（例えば、エンコーダーなどを用いて）そのプローブの移動を感知し、アナログ式プローブの測定値を受け取るために、設けられている。この専用制御ループ装置は、ワークピースのリアルタイムの測定が瞬間的なプローブの位置とプローブの撓みデータの組み合わせにより達成されることを可能とする。リアルタイムの針の撓みデータの処理能力を加えたプローブの位置決めの厳密な制御が、そのような専用の座標測定機械が未知の形状を有する複雑な物品を迅速に走査することを可能とする。
【０００５】
今まで、アナログ式プローブは、工作機械の走査目的として広く使用されてこなかった。これは、市販の工作機械の固有の性質による。具体的には、一般的な工作機械の数値制御器は、ほとんど瞬間的な位置測定を遠隔コンピュータ制御器へ提供することに容易に結びつかない。したがって、数値制御器からの位置データ取得の遅れが、多数の走査点を提供することができるプローブを用いることに関する利点を軽減する。言い換えれば、位置データが数値制御器から読み取られる速度は、工作機械測定が取得できる速度の制限因子である。したがって、工作機械の走査目的としてのアナログ式プローブの使用は、実用的でないとして広く無視されてきた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第４１５３９９８号明細書（McMurtry）
【特許文献２】米国特許第４０８４３２３号明細書（McMurtry）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
アナログ式プローブと工作機械を用いてワークピースを走査する方法を提供することが、本発明の目的である。工作機械のスピンドルに取り付けられたアナログ式プローブを用いてワークピースを走査する改善された（例えば、より速い）方法を提供することが本発明のさらなる目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の形態によれば、工作機械上のワークピースを測定する方法は、（ｉ）名目上の表面プロファイルを有するワークピースを受け取り、前記ワークピースは、工作機械の作業領域内に配置されるステップ、（ｉｉ）ワークピースに対して所定の測定経路に沿って、可撓性のスタイラスを有するアナログ式プローブを移動させる工作機械を用いるステップ、（ｉｉｉ）前記アナログ式プローブが前記所定の測定経路に沿って移動するとき、アナログ式プローブのスタイラスの撓みを測定するステップを備え、ステップ（ｉｉ）は、５ｍｍ／秒より速い速度でワークピースに対してアナログ式プローブを移動させるステップを備えており、前記所定の測定経路は、スタイラスとワークピースとの間で断続的な接触を提供することを特徴とする。
【０００９】
したがって、本発明は、工作機械に取り付けられたアナログ式または走査プローブを用いて、ワークピースを高速で（すなわち、５ｍｍ／ｓｅｃより速い速度で）走査する方法を提供する。ワークピースは、名目上の形状または表面プロフィール（a surface profile）を有し、それにより、プローブのスタイラスが所定の測定経路に沿ってワークピースの表面を横断して走査されることを可能とする。したがって、方法は、所定の測定経路が横行される（traversed）とき、プローブのスタイラスに接触するワークピースの撓みが測定される既知の経路を走査する処理方法を使用する。留意すべきは、工作機械は、静止状態のワークピースに対してプローブを移動させること、静止状態にあるプローブに対してワークピースを移動させること、または、ワークピースとプローブをともに移動させることにより、プローブとワークピースの間の相対的移動を提供することにある。
【００１０】
上述したように、本発明の方法に用いられる所定の測定経路は、スタイラスとワークピースとの間の断続的な接触を提供するように選択される。したがって、所定の測定経路は、測定操作中、測定プローブのスタイラスをワークピースの表面から持ち上げたり、再係合させたりする。このことは、ワークピースの予め選択された部分（重要であると考えられる寸法を有するワークピースの特定の特徴または区域）のみが測定されることを可能とし、その表面を横断して、ある経路または輪郭に沿って、ワークピースのあらゆる小さな特徴及び不連続部分まで測定する必要がないという認識から生じている。その代わりに、プローブがワークピースのある予め選択された特徴のみを測定することを可能とするように、測定経路が選択される。
【００１１】
特に、ステップ（ｉｉ）は、スタイラスが、ワークピースの名目上の表面プロフィールが不連続部分を示している１以上のワークピースの領域、またはワークピースの各領域において、ワークピースの表面から空間的に離されるように、所定の測定経路に沿ってアナログ式プローブを移動させるステップを備えることが好ましい。したがって、走査は、スタイラスがワークピースの表面に存在するはずであるいくつかのまたは全ての不連続部分に接触することなく高速で実行され得る。このことは、通常、スタイラスの先端が高速で不連続部分を走行するとき起こるだろうスタイラスのいかなる共鳴も、あるいは、好ましくないプローブの過大な撓みを防止する。
【００１２】
所定の測定経路が測定走査中断続的接触を提供するためにアナログ式プローブを安全な平面へ退避させないことが好ましい。その代わりに、スタイラスがワークピースの表面から短い距離だけ持ち上げられるように、プローブとワークピースとの間の相対的移動が提供されると有益である。スタイラスは、測定操作中ワークピースの表面からわずか１０ｃｍだけ、好ましくは、わずか５ｃｍだけ、より好ましくは、わずか１ｃｍだけ、さらに好ましくは、わずか５ｍｍだけ、空間的に隔てられていることが好ましい。
【００１３】
したがって、本発明は、アナログ式プローブを用いることに関連する種々の利点（例えば、非常に多くの測定点を取得する能力）が工作機械に基づく処理方法に適用されることを可能とする利益を提供する。特に、測定走査が比較的高速で実行されることを可能とし、それにより、妥当な期間で大量のデータの取得を可能とする。方法は、また、走査プロセス中工作機械の数値制御器（ＮＣ）からのどんな種類のリアルタイムの位置情報も（そのような情報は、通常、ワークピースの形状の逐次計算中にも今もなお必要とされるけれども）必要としないという利点を有する。
【００１４】
要約すれば、本発明は、アナログ式測定プローブを工作機械に用い、したがって、ワークピースの形状について、接触トリガー式プローブを採用する処理方法を用いてかって実際に可能であったよりもかなり多くのデータが取得されることを可能とする工作機械の走査方法を提供する利益を拡大する。
【００１５】
本発明の方法は、工作機械を用いて実行されることが再度強調されるべきである。本明細書での用語「工作機械」は、ブランク部分内またはワークピース内への造作を機械加工する、ある種の切削工具または器具を使用し得る装置のみを含んでいることに留意することは、特に重要である。特に、本明細書での用語工作機械は、測定機能のみを実行する専用の座標測定機械（ＣＣＭ）または同様のものを明確に除外している。また、用語「アナログ式プローブ」は、本明細書では、スタイラスの撓みを示す出力を生成する測定プローブと、物体との接触のトリガー信号を単に生成する測定プローブとを区別するために使用される。特に、留意すべきは、アナログ式プローブの出力は、デジタルであってもよいし、あるいはアナログであってもよいことである。
【００１６】
アナログ式プローブとワークピースとの間の相対的移動の速度は、所定の測定経路が横行されるとき変化し得る。プローブ移動の方向または速度の変化は、プローブの加速力または減速力に影響するだろうけれども、これらの力は、所定の測定経路が円滑な移動のみを含み、速度の変化が比較的ゆっくりと起きることを確保することにより、最小限に抑えられる。言い換えれば、所定の測定経路は、ワークピースに対するアナログ式プローブの移動が、プローブに加えられる加速力の変化が最小限に抑えられるように、円滑で実質的に「急な動きのない（jerk-free）」ように選択されることが好ましい。
【００１７】
ステップ（ｉｉ）は、実質的に一定の速度でワークピースに対してアナログ式プローブを移動させるステップを備えていると都合がよい。ステップ（ｉｉ）は、実質的に一定の接線速度でワークピースに対してアナログ式プローブを移動させるステップを備えていると有利である。速度及び／または接線速度は、２０％以内にまで、または、好ましくは１０％以内にまで、あるいは、さらに好ましくは５％以内にまで維持され得ると有利である。
【００１８】
走査に用いられることになっている測定経路及び走査速度を計算している間、測定走査中に生じる加速力は、必要に応じて予め試算され得る。所定の測定経路が異なる半径を持つ湾曲した（例えば、円形の）部分を含む場合、走査速度は、走査中、測定プローブに加えられる求心力が実質的に一定であるように選択されると都合がよい。
【００１９】
ステップ（ｉｉ）は、ワークピースに対してアナログ式プローブを５ｍｍ／ｓｅｃ以上の速度で、好ましくは、１０ｍｍ／ｓｅｃ以上の速度で、より好ましくは２０ｍｍ／ｓｅｃ以上の速度で、さらに好ましくは５０ｍｍ／ｓｅｃ以上の速度で、さらに好ましくは１００ｍｍ／ｓｅｃ以上の速度で、さらに好ましくは、１５０ｍｍ／ｓｅｃ以上の速度で、さらに好ましくは２００ｍｍ／ｓｅｃ以上の速度で移動させるステップを含んでいると有利である。アナログ式プローブは、約２５０ｍｍ／ｓｅｃの速度でワークピースに対して移動すると有利である。
【００２０】
所定の測定経路は、スタイラスが浅い角度でワークピースとの接触状態に戻されるように選択されると有利である。例えば、スタイラスは、ワークピースの表面の局部の接線に対して４５°未満、または３０°未満の角度で表面接触し得る。円運動（a circular move）がスタイラスの先端を表面上に導くために使用される、すなわち、「円弧（arc on）」運動が使用され得ることが好ましい。このことは、プローブの慣性前進力（the impact force）を減少させるばかりでなく、スタイラスのいかなる振動またはスタイラスが表面に接触した後すぐに起き得る「跳ね返り（bounce）」をも最小限に抑える。
【００２１】
所定の測定経路は、閉じたプロフィール部分を含んでいることが好ましい。例えば、プローブにより追跡される所定の測定経路は、ワークピースの一定の領域が測定経路により取り囲まれるように、ワークピース上に共通する出発点及び終点を有する。所定の測定経路は、また、プローブが通過し、共通の出発点／終点に到達する導入区域及び導出区域を含み得る。測定経路が閉じたプロフィール部分を含んでいる場合、その部分は、スタイラスが表面からわずかに離れて持ち上げられるように該外郭から外れる１以上の区域とともにとはいえ、ワークピースを取り囲む外郭に近似的に続いている。閉じたプロフィール部分は、また、測定経路の出発点／終点において重なり部分を含み得る。例えば、所定の測定経路は、円形外郭の周囲を「一回とちょっと」プローブを駆動し得る。そのような重なりの量は、必要に応じ選択され得る。
【００２２】
開いたプロフィールを走査することもまた、本発明を使用することで可能であることに留意すべきである。例えば、所定の測定経路は、ワークピースのある区域から別の区域まで（例えば、ほぼ直線状に）延びていてもよい。
【００２３】
アナログ式プローブは、スタイラスの撓みに対して撓みデータを出力するように配置されると有利である。方法は、無線（例えば、ＲＦまたは光）通信リンクで該撓みデータを関連するインターフェースに出力するステップを備えていることが好ましい。このように、スタイラスの撓みデータは、工作機械の制御電子回路の一部を介して届けられることなしにプローブから出力され得る。このことは、迅速なデータ移動を可能とし、例えば、データ点は、１０００分の１秒ごとに伝送され得る。そのような無線リンクの提供は、特に、自動工具交換装置が使用される場合、通常、標準的な工作機械のスピンドルを介してプローブに信頼性の高い配線リンクを固定することは不可能であるので、工作機械にとって特に有利である。
【００２４】
方法は、スタイラスとワークピース表面との間の接触が予想されるときを示すイネーブル信号（an enable signal）を生成するステップを備えていると都合がよい。例えば、イネーブル信号は、接触が予想されるとき活性化され（例えば、ハイ（high）に維持される）、接触が全く予想されないとき不活性化する（ロー（low）に維持される）。
【００２５】
イネーブル信号は、予想される表面接触が形成されるかまたは壊される前（例えば、１０００分の１秒前）に出力されるように用意されると有利である。
【００２６】
イネーブル信号を生成するステップは、工作機械のＮＣにより実行され得る。例えば、ＮＣは、工作機械のモータへの一定の動作命令を出すと同時にイネーブル信号を出力し得る。しかしながら、そのようなイネーブル信号のタイミングは、ＮＣによる「動作」命令の発布に基づいており、機械の位置の正確に時計を測った指示ではないことに留意すべきである。したがって、イネーブル信号は、表面接触が形成または破壊されることが予想されるときのざっくりとした（例えば、１０ｍｓ以内までの）指示を提供するだけである。以下に記載されるように、このイネーブル信号は、スタイラスが非常に近い将来、表面に係合または該表面から持ち上げられることが予想されるフラッグ（a flag）として使用され得る。
【００２７】
方法は、プローブにより生成されるスタイラスの撓みデータを分析することにより、完全な表面接触（clean surface contact）が形成され、及び／または失われるときを計算するステップを備えていることが有利である。「完全な接触（clean contact）」は、スタイラスの撓み測定がワークピースの表面形状を正確に表すときに起こることに留意すべきである。したがって、完全な接触は、スタイラスがワークピースの表面に最初に接触した後すぐに、例えば、スタイラスが表面との良好な接触に落ち着くまで十分な時間が経過したときに起こり得る。スタイラスの撓みデータは、スタイラスとワークピース表面との間で完全な接触が起きたときのみ出力されると都合がよい。
【００２８】
スタイラスとワークピース表面との間で完全な接触が起きたときのみスタイラスの撓みデータを出力するステップは、ＮＣにより生成されるイネーブル信号を用いることを含んでいると有利である。言い換えると、イネーブル信号は、スタイラスの表面との接触が形成されたときまたは失われたときを判断するさらなるステップを開始するために用いられ得る。このことは、スタイラスと表面との間に完全な接触が存在するかを確認するためにプローブの撓みデータを評価することは、イネーブル信号の状態の変化後短時間の間のみ必要であることを意味する。そのような方法で完全な接触の期間を見つけ出すことは、表面測定を代表するものではないスタイラスの撓みデータをその後に続く測定された表面データの分析の間無視することを可能とする。例えば、完全な接触が起こる期間に対応するプローブの撓みデータのみが出力され得る。あるいは、プローブの撓みデータは、スタイラスとワークピースの表面との間の完全な接触が存在すときを示す信号または標識を伴う。
【００２９】
ワークピースの予想されるまたは名目上の表面プロフィールは、既知であるけれども、製造される実際のワークピースは、予想される許容範囲内にある表面プロフィールを常に有しているとは限らない。上述した方法は、要求されるまたは名目上の形状からの小さなずれを測定し得るけれども、測定プロセス中に大きな誤差もまた見出すことが可能である。例えば、壊れたまたは故障した工具は、形成されているワークピースの形状に重大な影響を与える。さらに、機械工作プロセスからの廃材がワークピースに付着し、それにより、測定走査中アナログ式プローブにより測定される表面プロフィールを変えることもあり得る。
【００３０】
この種の大きな誤差を検出するために、方法は、ステップ（ｉｉｉ）で測定されたスタイラスの撓みを、スタイラスの撓みの上限値及び下限値のうちの少なくとも１つと比較するステップを備えていることが好ましい。スタイラスの撓みの上限値及び下限値は、スタイラスの撓みの予想される範囲を挟むように設定されると都合がよい。スタイラスの撓みの予想される範囲は、標準の機械加工の許容範囲を考慮しながら、既知の所定の測定経路に対して決定され得る。あるいは、所定の測定経路は、スタイラスの撓みが機械加工誤差の一定のレベルを推定しながら一定の範囲内に入るように選択され得る。スタイラスの撓みが上限値以上及び／または下限値未満であるとき、必要に応じて、エラー信号を生成するステップが、また、実行され得る。
【００３１】
スタイラスの撓みデータをスタイラスの撓みの上限値と比較するステップは、リアルタイムに発生すると有利である。例えば、プローブそれ自身は、スタイラスの撓みデータを上限値と絶えず比較するように配置され得る。スタイラスの撓みの上限値を超えた場合、過大撓みエラー信号（an over-deflection error signal）が発生され得る。該信号は、測定走査をすぐに停止させるべく、また、プローブをワークピースから引っ込めるべく工作機械に伝達される。したがって、過大撓みエラー信号は、ＮＣにいわゆる「停止及び撤退」命令をすぐに遂行させ得る。プローブの過大撓みによるこのような緊急停止は、ＮＣの適合性のある使用者による入力を用いて、例えば、それぞれ、現在、「ＵＮＩＴ」ライン及び「ＵＩＴ」ラインと呼ばれるファナック社製又はマザック財団製の制御器の使用者割り込みを経由して、又は、非同期性動作を引き起こすシーメンス社製の８４０Ｄ制御器の標準デジタル入力を経由して、実行され得る。
【００３２】
このような方法でスタイラスの過大撓みを監視することは、プローブの撓みデータが収集される速度でエラー検出が実行されることを可能とする。そのような方法は機械座標系内でのプローブの位置についてのいかなる追加情報をも必要としないことは重要である。実質的にリアルタイムでのスタイラスの過大撓みのこのような監視は、それが過大な誤差が発生したことを直ちに示し、それにより、機械が停止されることを可能とし、したがって、プローブ及び・又は工作機械に対するいかなる損傷の恐れも減少させるので有益である。
【００３３】
過大撓みとは違って、過小撓みエラー（an under-deflection gross error）は、測定プローブ、ワークピース又は工作機械に対しいかなる損傷をも引き起こしそうにない。したがって、プローブ撓みデータの撓み下限値との比較は、若干ゆっくりとした時間、例えば、「リアルタイム近傍」で実行され得る。例えば、比較は、プローブからプローブ・インターフェースへ周期的に（例えば、５０ｍｓごとに）伝送されるスタイラスの撓みデータの各パケットで実行され得る。走査は、また、そのエラーの形状についてのより多くの情報を確認するために、過小撓みエラーの存在下においてさえも継続することを許容され得る。したがって、方法は、スタイラスの撓みが下限値以下に落ちた場合に過小撓みエラー信号を生成するステップを備え得る。留意すべきは、過大撓みエラー検査プロセスよりも遅いけれども、そのような過小撓みの監視は、工作機械からの位置情報を要求するいかなるエラー監視処理方法よりももっと速い速度で依然として発生し得ることである。
【００３４】
上述したように、本発明に用いられる所定の測定経路は、スタイラスとワークピース表面との間で断続的な接触を引き起こす。したがって、著しいエラー（gross error）の検査方法は、スタイラスのワークピースとの完全な接触が予想される間に発生するこれらの著しいエラーのみを示すように実行されることが好ましい。スタイラスが表面に正しく接触してない間、又は、それが表面内に駆動されているかあるいは該表面から離れている間に発生する過大撓みエラー又は過小撓みエラーは、無視され得る。これらの無視されたエラーは、既知の著しいエラーとして見なされ得る。すなわち、それらは、所定の測定経路に与えられたものとして予想されている。
【００３５】
したがって、方法は、スタイラスとワークピース表面との間の完全な接触が予想されるときのみ著しいエラー信号を生成するステップを備え得る。例えば、著しいエラーの監視は、完全な表面接触が検知された後、イネーブル信号が不活性化し、それにより、表面接触がまもなく失われることを示すまで起こり得る。過大撓み及び過小撓みの監視が個々に実行される場合、過大撓みの監視は、連続的に実行されると都合がよく、他方、過小撓みの監視は、完全な表面接触が実施されている間のみ起こり得る。
【００３６】
方法は、エラー信号（例えば、過大撓みエラー信号又は過小撓みエラー信号）が生成されたとき、回復動作を実行するステップを含み得ると有利である。例えば、ＮＣの適切な入力に伝えられる過大撓みエラー信号は、（上述したように）機械を直ちに停止させ、回復動作を実行するように（例えば、シーメンス社製の制御器の非同期のサブルーチンまたはファナック社製あるいは三菱社製の制御器に求めるサブプログラムのような）ＮＣのプログラムの流れを変更し得る。
【００３７】
様々な回復動作が用いられ得る。例えば、回復動作は、（ａ）（例えば、機械冷却液の噴射又は空気の噴流を用いて）ワークピースをきれいにするか又は洗浄すること、（ｂ）（できる限り別の工具を用いて）ワークピースを再度機械加工すること、（ｃ）工作機械の作業領域内でワークピースの位置を変更するか又は置き直すこと、及び、（ｄ）所定の測定経路を刷新させることのうちの少なくとも１つを備え得る。回復動作（ｄ）が選択された場合、新しい所定の測定経路が先の測定走査の間に取得されたデータの少なくともいくつかを用いて計算され得る。回復動作は、また、使用者が任意に定義可能であり、特定の切削用途にふさわしいものとなっている。例えば、回復動作は、工具の破損に対し工具を検査し、異なるプローブで測定値を取得し、又は、使用者を変更するために警報を発することを備え得る。
【００３８】
１以上の回復動作が行われた後、ワークピースを再測定するステップが実行され得る。このことは、できれば、刷新された所定の測定経路で、最初の測定に対して使用された同じ方法を用いて実行され得る。回復動作を実行し、ワークピースを再測定するステップは、設定されている回数実行され得る。各回復動作は、要求に応じ、一回又は一回以上実行され得る。これらの回復動作は、予め定められた順序で、又は遭遇したエラーについての情報に基づいて実行され得る。回復動作に失敗した場合、操作者の警告が提供される。
【００３９】
上述した方法は、様々な異なるハードウェア実装を用いて遂行され得る。例えば、工作機械のフロント・エンド・コンピュータが、（例えば、上述したような無線通信リンクを含むプローブのインターフェースを介して）ＮＣとアナログ式プローブのいずれにもインターフェースで接続され得る。次に、方法は、フロント・エンド・コンピュータの指示に従って実行され得る。そのような例において、方法のステップ（ｉｉ）は、所定の測定経路を有する工作機械の数値制御器をプログラムすることを備えていると都合がよい。
【００４０】
方法は、ワークピースの名目上の形状から、ステップ（ｉｉ）で用いられた所定の測定経路を計算するステップを備えていると都合がよい。所定の測定経路のこのような計算は、フロント・エンド・コンピュータにより、または別のコンピュータ（例えば、機械加工プロセス中に作り出されるワークピースの形状を画定するために、キャド・ソフトウェアが使用されるコンピュータ）により実行され得る。必要に応じて、方法は、所定の測定経路の計算を補助するために、ワークピースの数点を測定するステップを備え得る。例えば、アナログ式プローブは、ワークピースの位置又は形状の少数の測定値を取得するために、接触トリガーモードで用いられ得る。
【００４１】
一旦、プローブが所定の測定経路に沿ってたどることによりスタイラスの撓みデータが取得されると、そのようなデータは、ワークピースの外観の形状が決定されるように、ＮＣからのプローブ位置データと結合され得る。したがって、方法は、スタイラスの撓みデータをワークピースに対するプローブの測定された又は計算された位置に関するデータと結合することにより、ワークピースの少なくとも１つの外観の形状を決定するステップを備え得る。この処理は、リアルタイムで実行される必要はなく、また、上述したＮＣの限界のせいで、該処理は、通常、簡単にリアルタイムで実行できない。したがって、プローブの位置と該プローブのスタイラスデータとの結合は、測定走査が実行された後に実行され得る。一旦、ワークピースの形状が確立されると、その形状は、名目上のワークピースの形状と比較され得る。
【００４２】
複雑な部品に対して、複数の異なる表面外観を測定することが望まれ得る。したがって、方法は、１以上の異なる所定の測定経路を用いて、ステップ（ｉｉ）及び（ｉｉｉ）を繰り返すことを含み得る。言い換えれば、方法は、複数の所定の測定経路を連続して用いることを含み得る。
【００４３】
最初のステップは、名目上の表面プロフィールを有するワークピースを形成するように、ブランク（a blank）を切削する工作機械を用いて実行される。次に、ワークピースを機械加工するのに使用される切削工具が、該ワークピースを測定するのに用いられるアナログ式プローブに置き換えられ得る。自動作業を許容するために、方法は、測定プローブ及び１以上の切削工具のうちの何れか１つが該工作機械のスピンドル内に配置され得るように、自動工具交換装置を用意するステップを備え得る。
【００４４】
上記方法が工作機械によって実行されることを可能とするコンピュータ・プログラムが提供されると有利である。該コンピュータ。プログラムは、適当な工作機械により実行される場合、アナログ式測定プローブのスタイラスとワークピースとの間の断続的接触を提供する、既知のワークピースに対する所定の測定経路を、適当なコンピュータにより遂行されるときに作り出すように準備され得る。コンピュータ・プログラムは、また、適当なコンピュータにより遂行されるとき、関連する工作機械に５ｍｍ／ｓｅｃ以上の速度でワークピースに対して所定の測定経路に沿ってアナログ式プローブを移動させるという適切な命令が出力されるように準備され得る。該コンピュータ・プログラムを機械読取可能な形で収容できるコンピュータ・プログラム・キャリアが、また、提供され得る。
【００４５】
上記方法を実行するように構成されている工作機械が、また、提供され得る。
【００４６】
本発明の第２の形態によれば、工作機械装置は、ワークピース・ホルダ、可撓性のスタイラスを有するアナログ式プローブ、該アナログ式プローブのスタイラスをワークピース・ホルダに対して所定の測定経路に沿って移動させる駆動手段（例えば、１以上のモータ）、及び、アナログ式プローブのスタイラスの撓みを測定する測定手段を備え、ワークピースがワークピース・ホルダにより保持されると、駆動手段が５ｍｍ／ｓｅｃ以上の速度で所定の測定経路に沿ってアナログ式プローブを移動させるように準備され、所定の測定経路は、スタイラスとワークピースとの間で断続的接触を提供するように選択される。
【００４７】
本発明のさらなる形態によれば、工作機械上のワークピースを測定するときに発生するエラーを監視する方法は、（ｉ）工作機械の作業領域内に名目上の表面プロフィールを有するワークピースを配置するステップ、（ｉｉ）工作機械を用い、ワークピースに対して、所定の測定経路に沿って、可撓性のスタイラスを有するアナログ式プローブを移動させるステップ、（ｉｉｉ）前記アナログ式プローブが前記所定の測定経路に沿って移動するとき、該アナログ式プローブのスタイラスの撓みを測定するステップを備え、該方法は、測定されたスタイラスの撓みを、撓み上限値及び撓み下限値のうちの少なくとも１つと比較するステップを備えていることを特徴とする。
【００４８】
上限及び下限値は、スタイラスの撓みの予想される範囲を挟むように設定され得る。スタイラスの撓みが上限値よりも大きいか又は下限値未満であるときエラー信号を生成するステップが、また、実行され得る。この方法は、上述した種類の断続的走査の一部として、又は、別の種類の測定走査の間に実行され得ることに留意すべきである。そのような著しいエラーの検知方法のさらなる好ましい特徴は、上に述べられている。
【００４９】
本発明のさらなる形態によれば、アナログ式プローブは、スタイラスを保有するスタイラス・ホルダ及び該スタイラス・ホルダの撓みを測定する手段を備え、当該プローブは、スタイラス・ホルダの撓みを撓み上限値及び撓み下限値のうちの少なくとも１つと比較するエラー検出手段を備える。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】アナログ式プローブを運ぶ工作機械を示す図面である。
【図２】はめ歯及び円形の走査経路を示す図面である。
【図３】３ａ，３ｂは、図２に示される走査に関連する走査特性の図面である。
【図４】はめ歯及び別の中断走査経路を示す図面である。
【図５】５ａ〜５ｄは、図４に示される走査に関連する走査特性の図面である。
【図６】予想されない外観を有する名目上円形の物体を示す図面である。
【図７】７ａ，７ｂは、著しいエラーを検出するために、図６に示される走査に関連する走査特性の図面である。
【図８】予想されない外観を有するはめ歯を示す図面である。
【図９】９ａ，９ｂは、著しいエラーを検出するために、図８に示される走査に関連する走査特性の図面である。
【図１０】ずれたワークピースの測定を示す図面である。
【発明を実施するための形態】
【００５１】
添付図面を参照して、ほんの一例としての本発明が説明されるだろう。
【００５２】
図１を参照すると、アナログ式プローブ４を保持するスピンドル２を有する工作機械が示されている。
【００５３】
工作機械は、工作機械の作業領域内に、ワークピース・ホルダ７の上に配置されるワークピース６に対してスピンドル２を移動させる、１以上のモータ（不図示）のような、既知の手段を備えている。機械の作業領域内のスピンドルの配置は、またエンコーダー又は同様なものを用いて既知の方法で正確に測定される。そのような測定は、機械座標システム（ｘ、ｙ、ｚ）で規定されるスピンドルの位置データを提供する。工作機械の数値制御器（ＮＣ）８は、工作機械の作業領域内でのスピンドル２の（ｘ、ｙ、ｚ）移動を制御し、また、スピンドルの位置に関するフィードバックを受ける。
【００５４】
アナログ式プローブ４は、標準的な解放可能な連結器を用いて工作機械のスピンドル２に取り付けられているプローブ本体１０を備えている。プローブ４は、また、ハウジングから突出する、ワークピースに接触するスタイラス１２を備えている。ルビー製スタイラス球１４が、関連するワークピース６に接触するためにスタイラス１２の末端部に設けられている。アナログ式プローブ４は、プローブ形状システム（ａ、ｂ、ｃ）において、そのスタイラス球１４の撓みを測定する。プローブ４は、また、対応するリモート・インターフェース（a remote interface）１８の送信／受信部分と交信する送信／受信器部分１６を備えている。この方法で、プローブからのプローブの撓み（ａ、ｂ、ｃ）データが無線通信リンクを介して出力される。
【００５５】
工作機械のＮＣ８からのスピンドル位置データ（ｘ、ｙ、ｚ）及びプローブ・インターフェース１８により収集されたプローブの撓みデータ（ａ、ｂ、ｃ）は、工作機械のフロント・エンド・コンピュータ２０へ伝達される。コンピュータ２０は、スピンドル位置データ（ｘ、ｙ、ｚ）とプローブ撓みデータ（ａ、ｂ、ｃ）を結合し、機械の座標構造内で表面の位置を画定する一組の測定値を提供する。
【００５６】
プローブの撓みに関連するデータ（すなわち、ａ、ｂ、ｃデータ値）が、１０００分の数秒ごとにデータ・パケットでコンピュータ２０に伝達されることに留意することが重要である。その一方、位置（ｘ、ｙ、ｚ）のデータが工作機械のＮＣから出力されるのに数秒以上かかり得る。コンピュータ２０は、プローブデータとＮＣデータを結合する場合、相対的な時間遅れを考慮に入れ得るけれども、必要とされるデータ処理計算は、実行するのに３０秒以上を費やす。したがって、測定されたプローブの撓みに対応してプローブ位置を調整し、また、実際的な（すなわち、かなり高速の）走査速度を維持するためにリアルタイム制御ループを確立することは全く不可能であることがわかっている。このために、当業者は、工作機械の測定の適用に関しアナログ式プローブの使用をさほど考慮に入れていない。
【００５７】
図１に例示されるタイプの装置を用いて測定方法を実行するために、既知の経路を走査する処理方法が用いられ得ることがわかっている。該処理方法においては、スタイラスとワークピースとの間で断続的接触のみが提供される。特に、ワークピースの表面プロフィール全体に関するデータを常に取得する必要がないことが認識されている。例えば、通常、機械加工されたワークピース全体の形状のその名目上の、すなわち設計された形状からのずれ（deviations）を代表する情報を取得するために、表面プロフィールの特定の区域を測定すれば足りる。そのような既知の経路を走査する処理方法は、１以上の不連続部分、例えば、他の円滑な表面に形成された鋭角部分、凹部又は突起部を有する表面、を有する表面プロフィールを測定するのに適用され得ることがまたわかっている。
【００５８】
図２を参照すると、ワークピース３０は、名目上の表面プロフィール３２を有するはめ歯（a cog）の形をとっていることを示している。ワークピース３０の半径の変化が、また、図３ａに示される図面に例示されている。図２に示される点線３４は、プローブのスタイラスがワークピースがない場合に横行する円形の所定の測定経路又は走査経路を例示している。
【００５９】
図２に示される円形の所定の測定経路をアナログ式プローブが一定の走査速度で横行し得る。しかしながら、図３ｂの説明用のプローブの撓みデータに示されるように、プローブのスタイラスは、次に、ワークピースに形成されているくぼみの側壁に衝突し、その後、表面との連続的完全接触が回復する前一定時間振動する、又は、「反響する」だろう。既知の走査速度に関し、このことは、図３ｂに示される角度範囲「ｔ」にわたって正確なプローブの撓みデータの損失を招くだろう。言い換えれば、スタイラスが、表面との接触が回復した後、ワークピースの表面で跳ね返り、表面から跳ね上がる一定時間が存在する。したがって、簡単な測定経路（例えば円形）を規定することは、表面プロフィールの一定の区画が測定されることを可能とするが、依然としてデータの若干の損失を招き、ゆっくりとした走査速度を用いる必要性を招き得る。
上記に続いて、本発明は、取得され得る測定データの量を最大にし、プローブが比較的高速で測定経路に沿って移動することを可能とすべく、走査プロセスを改良した。このことは、スタイラスが表面の不連続部分に到達する前に、該スタイラスをワークピース表面からわずかに持ち上げることにより達成される。このことは、詳細に説明されるだろう。
【００６０】
図４を参照すると、ワークピース３０の表面プロフィール特性を測定するために、本発明の既知の経路を走査する処理方法が記載されている。点線は、ワークピースがない場合、アナログ式プローブのスタイラスの先端の中心により追跡される所定の測定経路４０を示している。この情報は、また、ワークピースを回る角度に応じてワークピース３０の半径及び測定経路４０の半径を示す図５ａ及び５ｂに示されている。
【００６１】
図４に示され、図５ｂに示される測定経路４０は、第１の半径Ｒ1と第２の半径Ｒ2を有する部分を備えていることが認められる。半径Ｒ1を有する測定経路の部分は、ワークピース３０の外面と一致するのに対して、半径Ｒ2を有する測定経路の部分は、ワークピース表面の凹部に一致する。異なる半径を有する測定経路の部分の間の移行部分（すなわち、区域４２及び４４）は、円弧状である。
【００６２】
したがって、測定経路４０は、スタイラスがワークピースの凹部に到達する直前に、プローブのスタイラスをワークピースの表面から持ち上げる。さらに、そのような角度をなす（円弧状）測定経路を介してワークピースの表面上にスタイラスを戻すことは、起こり得るスタイラスの跳ね返り作用を最小限に抑える。
【００６３】
使用に際し、工作機械のＮＣは、プローブが高速で測定経路４０を追跡するように、予めプログラムされ得る。例えば、約２５０ｍｍ／ｓｅｃの走査速度が大きな造作に対して用いられ得る。さらに、このような方法でワークピース表面上に円弧をなして動き、及び該表面から円弧をなして動くことは、測定プローブを急に減速したり加速したりする必要なしに測定走査が実行されることを可能とする。言い換えれば、プローブの運動は、円滑であり、すなわち「急動」が実質的になく、それにより、望ましくないプローブの撓みを誘発する加速作用を最小限に抑える。特に、接線速度は実質的に一定に維持され得る。したがって、この走査方法は、工作機械のスピンドルに装着されたアナログ式プローブを用いて、ワークピースの高速走査が実行されることを可能とすることが認められる。
【００６４】
アナログ式プローブは、走査の期間中、スタイラスの撓みデータを取得するけれども、ＮＣは、プローブの出力が実質的にエラーのないその表面測定値のみを出力するようにゲートで制御されることを可能とするイネーブル信号を生成するように準備される。この例においては、図５ｃに示されるタイプのイネーブル信号が既知の経路特性を用いてＮＣにより生成される。このイネーブル信号は、スタイラスがワークピースの表面にまさに接触しようとするとハイ（有効）に切換えられ、スタイラスがワークピースの表面との接触を維持できなくなると予想される直前にロー（無効）に切換えられる。
【００６５】
ＮＣにより生成されたイネーブル信号は、プローブに伝達され、プローブとワークピース表面との間の完全な接触が存在するときを確立するプロセスで用いられる。特に、プローブは、イネーブル信号が必要に応じてハイからローへあるいはローからハイへ切換えられた後の短い期間、完全な表面接触の維持不能又は達成に対し、スタイラスの撓みデータを監視するように準備される。このことは、予想されるスタイラスの撓みを実際のスタイラスの撓みと比較することにより、あるいは、隣接するデータ点間のスタイラスの撓みの変化を見ることにより達成される。
【００６６】
図５ｄは、断続的な走査に関する走査角度に応じて測定されたスタイラスの撓みを示している。図５ｄに示される領域「ｄ」は、スタイラスと表面との間の完全な接触が全く存在しないので、スタイラスの撓みデータがプローブにより出力されない領域を例示している。
【００６７】
工作機械の動きがハードウェアのイネーブル信号の生成と同期しないので、典型的なＮＣにより生成されるイネーブル信号のまさにそのタイミングは明確ではない。また、上述したように、スタイラスは、表面跳ね返り作用を最小限に抑えるために表面上に円弧をなして動き、表面から円弧をなして離れ得る。そのような例においては、イネーブル信号は、表面上に円弧をなして動く間、できるだけ表面の近くで、しかし測定の開始前に高くなり得る（有効となり得る）。表面から円弧をなして離れる場合、イネーブル信号は、測定を終えて後できるだけ早く低くなり、（無効となり）、タイミングの不明確性を考慮する。できるだけ多くの測定データの収集を確保すること、イネーブル信号を表面に円弧をなす運動の開始時高く（有効）し、表面から円弧をなす運動の終了時低く（無効）することを命令することは可能である。
【００６８】
そのような例においては、プローブの状態が（例えば、複数の連続したサンプルに対する過小撓み閾値以上に）撓んでいる状態から、（すなわち、過小撓み閾値以下に）過小に撓んでいる状態へ、続いて、再度撓んだ状態に進むとき、過小撓みエラー信号が生成され得る。このことは、最初の表面接触がなされる前及びプローブのスタイラスが表面から持ち上げられた後にわずかに収集されるデータの説明となる。撓みが複数の連続したサンプルに対して発生したとき監視することは、また、過小撓み閾値の上下でのプローブの出力の振動の説明となる。プローブが撓んでいるか又は過小に撓んでいるのかを決定すると、一定量のヒステリシスがまた提供される。例えば、プローブは、それが過小撓み閾値よりわずかに高い撓んだ閾値以上に進んだ後「撓んだ」とみなされ、それが過小撓み閾値以下に進むまでそのような撓んだ状態にあるとみなされ得る。
【００６９】
上述した方法は、プローブが駆動され得る測定経路を予め計算できることを利用している。そのような方法においては、良好な近似のために、走査されているワークピースの形状を知ることが必要である。その結果、走査プロセスが理想の形状からのささいなずれを測定することができる。したがって、上記方法は、ワークピースの機械加工方法が必要とされる一般的形状を有し、既知の位置及び方向で工作機械の作用領域内に配置されるワークピースを製造し得るという仮定を利用している。しかしながら、このことは、いつもそうであるとは限らない。例えば、工具の破損又はワークピース・ブランク内の欠陥は、予想しないかつ大きな形状の変化を引き起こし得る。また、ワークピースの位置又は方向は、機械加工と走査プロセスとの間で変更し得る。あるいは、走査方法が実行される前に、異物（例えば、機械加工プロセスからの破片）がどういうわけかワークピースに付着した状態になる。これらの著しいエラーは、以下に詳細に説明される方法を用いて走査中に検出され得る。
【００７０】
図６を参照すると、それに付着した物質６２の望ましくない部分を有する円形ワークピース６０が示されている。物質６２の望ましくない部分は、例えば、機械加工プロセス中に生成された屑材の一部分であり得る。プローブが駆動される測定経路６４は、部分の予想される（円形の）形状に関する情報からのみ必ず計算されているだろう。したがって、該経路６４は、物質６２の部分を真っ直ぐに通過する。
【００７１】
図７ａは、プローブの測定経路６４を回る角度方向に応じたプローブの撓み出力を示している。物質６２の部分の領域において、スタイラスの撓みは、予想される大きさよりもかなり大きく、スタイラスの測定可能な最大撓みに近いか、それどころか、超えていることが理解され得る。したがって、上限値６６及び下限値６８に対しプローブの撓みを監視することは、これらのうちの１つを横切ったとき、エラー信号が生成されることを可能とする。
【００７２】
この例においては、過大撓みエラーと過小撓みエラーが別々に監視されている。スタイラスの撓みは、プローブ内に設けられた適切なコンパレータ回路によって絶えず上限値と比較されている。プローブは、また、上限値を超えるや否やエラー信号を生成する過大撓みエラー出力を有する。図７ｂ参照。この過大撓みエラー信号は、必要に応じて、過大撓みが検出された場合、測定プロセスがすぐに停止されるように、工作機械のインタラプト（an interrupt）へ供給され得る。このプロセスは、ほぼリアルタイムで（すなわち、データ生成速度で）実行され、したがって、過大撓みに起因するプローブ（又は、機械）の損傷を防止する。
【００７３】
スタイラスの撓みの下限値６８との比較は、制御コンピュータにより受け取られるスタイラスの撓みデータのパケットに含まれるそれぞれのデータ点においてより遅めに実行される。例えば、該比較は、コンピュータにより受け取られたデータの５０ｍｓブロック内の各データ点において実行され得る。過小撓みは、通常、工作機械又はプローブに対しいかなる損傷をも引き起こさないので、過小撓みエラーは、インタラプトにすぐに伝達されないが、コンピュータの制御ルーチンにより受け取られ、適切に処理される。
【００７４】
上述した方法は、エラーがプローブ撓みを単に（すなわち、機械の位置座標の情報なしに）監視することから決定されることを可能とする。したがって、これらのエラー信号は、リアルタイムで（例えば、プローブの撓みデータの速度で）、又は、ほぼリアルタイムで（例えば、データの小さなパケットで）生成され得る。特に、エラーの計算は、機械の位置（ｘ、ｙ、ｚ）データ及びプローブの撓み（ａ、ｂ、ｃ）データが結合されることを待つ必要はない。このようなより速いエラーの生成は、走査速度がそれ相応に増大することを可能とする。
【００７５】
エラー信号（例えば、過大撓みエラー又は過小撓みエラー）が走査ステップ中に生成されると、１以上の回復動作が実行され、エラー源を取り除くことを試み得る。例えば、ワークピースは、冷却液を用いて洗浄され、ワークピースに付着した状態になっている汚れの望ましくない部分を取り除こうと試みる。あるいは、恐らく、プロセスに用いられた切削工具の状態を検査した後、機械加工プロセスの一部が繰り返される。コンピュータは、また、恐らく、先の測定走査作中に取得された測定値を考慮しつつ、所定の測定経路を再度生成するように準備される。
【００７６】
回復プロセスは、例えば、コンピュータの指図の下に自動的に実行され得る。回復動作のいくつか又は全てが実行された後、測定走査が著しいエラーが依然として存在するかどうかを評価するために繰り返される。１以上の回復動作を実行するステップと、測定走査を行うステップが順に何回も繰り返され得る。自動回復動作が著しいエラーを取り除くことに失敗した場合、警報又はその他の警告信号が提供され、潜在的な問題に対して工作機械の操作者の注意を喚起する。
【００７７】
図８及び９を参照すると、上述した中断されたプロフィール走査方法及び著しいエラー検出方法が結合されている方法が記載されている。
【００７８】
図８は、表面プロフィール３２を有するはめ歯の形状をしたワークピース３０を例示している。所定測定経路４０も示されている。ワークピース３０の形状は、図４を参照して述べられたワークピースと同じであるが、外面に付着した物質８０の付加的で予期せぬ部分を持っている。予め計算された測定経路４０は、物質８０の付加的な部分の情報なしに決定されており、したがって、プローブは、図４に示されるように同じ測定経路４０に沿って工作機械により駆動される。
【００７９】
図９ａは、ワークピースを回る角度に応じた測定プローブのスタイラスの撓みを示している。具体的には、スタイラスの撓みは、スタイラスがワークピースの表面と接触状態にあると予想される実線９０で示される部分を含んでいる。上述したように、プローブが表面から持ち上げられている、又は、表面に向ってあるいは該表面から離れて移動するプロセスにある角度区域９２も存在する。図９ａには、これらの領域におけるスタイラスの撓みが点線９４で示されているが、上述したように、これらのデータ点は、完全な表面接触が存在するときにデータが唯一出力されるように、プローブの撓みデータをゲート制御することにより結果としてのプローブ出力から取り除かれ得る。
【００８０】
図８に示されるワークピースの走査中に、プローブのスタイラスは、また、付加的な物質８０に接触し、結果として付加的で予期せぬスタイラスの撓みを招くだろう。このことは、スタイラスの撓みを上限値及８６及び下限値８８と比較することで上述したような方法で検出され得るひどい測定エラー（すなわち、撓みのピーク９６）を作り出す。したがって、上限値を横切ると、図９ｂに示されるような過大撓みエラー信号が作り出される。
【００８１】
スタイラスの撓み下限値８８を何度か超えそうになり、スタイラスは、（すなわち、スタイラスは、ワークピース表面から円弧をなして離れ、該表面に円弧をなして戻るとき）角度区域９２を貫通することに留意すべきである。そのような予想されるプローブの過小撓みは、エラー信号を誘発しないことを確かにするために、プローブの撓み信号の下限値８８との比較は、角度区域９２の外側でのみ起こる。言い換えると、過小撓みエラーの検知は、スタイラスがワークピースの表面と接触状態にあると予想される区域からのプローブの撓み測定値に唯一適用される。しかしながら、過大撓みは、連続的に監視されている。すなわち、撓みデータは、プローブにより上限値８６と連続的に比較される。
【００８２】
一旦、著しいエラー（過小撓み又は過大撓み）が検知されると、回復動作が上述したように実行される。
【００８３】
図１０を参照すると、上述したタイプの著しいエラーの検出は、工作機械の座標システム内のワークピースの予想される位置のずれを検出するのに用いられ得ることに留意すべきである。
【００８４】
図１０は、予想される中心からずれている中心を有する円形ワークピース１００を示している。このことは、計算された測定経路１０２（すなわち、予想される中心位置を用いて計算された測定経路）及び非同心であるワークピース１００をもたらす。走査プロセスの異なる部分において、予想されるスタイラスの撓みは、規定された上限値及び下限値を上下に移動し、それにより、著しいエラー信号を作り出す。したがって、上述した回復動作のうちの１つは、ワークピースを再度中心に置くか又は所定の測定経路を再度生成し、ワークピースの位置を考慮するかにあるべきである。
【００８５】
上記の例は、比較的単純な形状を有するワークピースを用いているけれども、処理方法は、あらゆる形状のワークピースにも適用され得ることに留意すべきである。さらに、そのような方法に用いられる工作機械は、あらゆる既知のタイプのものであってもよい。上記例は、工作機械のスピンドルのｘ、ｙ及びｚのみに沿う移動を想定しているけれども、スピンドルは、また、別の軸の回りに移動可能であってもよいことに留意すべきである。例えば、スピンドルは、１以上の軸の回りに回転可能であってもよい。工作機械は、フライス盤又は（例えば、４又は５つの運動軸を有する）ミルターン機械（a mill-turn machine）を含んでいてもよい。さらに、プローブを保持するスピンドルの運動が記載されているけれども、上記方法は、当然のことながら、固定された位置にあるプローブに対してワークピースを移動させることにより実行され得る。
【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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【国際調査報告】
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