(57)【要約】測定操作中のマシンの振動によるプローブまたはプローブヘッドの加速度は、プローブまたはプローブヘッド内に配置された加速度計を使用して測定される。加速度信号を二重積分して、プローブまたはプローブヘッドの対応する変位を求め、これらを、データフュージョンアルゴリズムを使用して、マシンスケールから取られるマシンの変位の読み取り値に加えて、プローブの振動に関するスケール読み取り値を補正する。このようにして、プローブの線形加速度と角加速度の両方を補正することができる。
2004502951.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
座標測定マシンの位置測定デバイスによって生成される、該マシンの部品の振動に起因した座標測定誤差を補正する方法であって、
前記マシンの可動部における加速度を測定するステップと、
前記加速度による前記マシン部の変位を示す信号を生成するために前記測定した加速度値を二重積分するステップと、
前記マシンの前記位置測定デバイスから前記マシン部の変位を示す信号を生成するステップと、
データフュージョンアルゴリズムを使用し、得られた２つの前記変位信号を処理して、前記可動部の振動に関して前記マシンによって生成される変位の測定値を補正するステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記可動部の加速度は、前記マシンの線形軸に沿っ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】
前記可動部の加速度は角加速度であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記マシンの可動部における加速度を測定するステップは、前記可動部の加速度と、前記マシンの軸に沿った少なくとも１つの前記位置測定デバイスの加速度との両方を測定することを含み、前記二重積分するステップは、前記軸の方向における前記可動部の加速度と前記位置測定デバイスの加速度との差を二重積分することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
測定した前記加速度値の二重積分によって生成された前記変位信号は、前記マシンの前記測定デバイスによって生成されるのと同じ測定単位を有するデータを生成するように、スケーリング行列で処理されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】
加速度による前記マシンの前記可動部の変位を示す信号は、データフュージョンアルゴリズムを使用して処理される前に、ハイパスフィルタを通してフィルタ処理されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記マシンの測定デバイスによって生成される前記マシンの変位を示す信号は、データフュージョンアルゴリズムによって処理される前に、ローパスフィルタを通してフィルタ処理されることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
前記可動部の線形加速度および角加速度を測定し、前記可動部の前記角加速度を使用して、前記マシンの線形軸に関する線形加速度計の軸の向きを記述した方向行列を計算することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記マシンの可動部は、前記マシンによって搬送される測定プローブを有することを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
前記マシンの可動部は、前記マシンによって搬送され、測定プローブが接続されるプローブヘッドを有することを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、構成要素部品（ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ｐａｒｔｓ）の振動に起因した、座標測定マシン（ＣＭＭ）の座標測定誤差の補正に関する。
【０００２】
ドイツのＣａｒｌ−Ｚｅｉｓｓに譲渡されている米国特許明細書第５，５９４，６６８号および第５，６１０，８４６号には、主にプローブ力によるプローブヘッドの変位量を求めるために、補正テーブルを使ってマシン加速度情報を使用する方法を記述している。
【０００３】
これらの特許の記述によれば、スケール情報を二重微分することによって、３つの並進（平行移動：ｔｒａｎｓｌａｔｉｏｎ）方向での加速度情報が得られる。これは、プローブヘッドではなく測定スケールでのＣＭＭの加速度を与える。
【０００４】
また、上述した特許に記述されている方法では、様々な位置での様々な加速度および速度による特定のＣＭＭの屈曲挙動の事前知識を含む補正テーブルを使用して、スケールから得られる測定値に対する補正を提供する。
【０００５】
ドイツのＣａｒｌ−Ｚｅｉｓｓに譲渡されている別の米国特許文書第５５７９２４６号は、同様の目標を有する、すなわちプローブヘッド付近またはプローブヘッド内に位置された加速度計を利用して測定精度を改善する方法を記述している。しかし、そこに記述されている技法は、測定ボリューム内部でのＣＭＭの動的挙動を記述する数学モデルを必要とする。上記加速度計から集められた情報をモデルに対する入力として使用し、次いでそのモデルが、構造振動（ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ）の推定値、したがって公称軸（ｎｏｍｉｎａｌ ａｘｉｓ）からのプローブヘッドの変位（ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ）の推定値を生成する。
【０００６】
（発明の説明）
（論理的背景）
柔軟な構造（ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）を有するＣＭＭに取り付けられたプローブヘッドの動的応答（ｄｙｎａｍｉｃ ｒｅｓｐｏｎｓｅ）は、図１ａに示されるような、典型的な挙動周波数応答（ｂｅｈａｖｉｏｕｒ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｒｅｓｐｏｎｓｅ）を示す。これは、プローブヘッドと測定スケールとの間の変位の理想的な周波数応答である。この周波数応答の値および形状は、特定のＣＭＭの特定の軸に固有のものである。周波数応答識別（ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）は通常、ＣＭＭ設置手順の一部として実施されてサーボシステムの「チューニング（ｔｕｎｉｎｇ）」を助け、周波数応答識別を行うための多くの一般的な、よく確立された方法が存在する。特定の軸でのプローブヘッドの周波数応答は、（加速度計を使用して測定される）プローブヘッド速度と、その軸に関する測定スケールから得られた速度との間の周波数応答識別を行うことによって得ることができ、これは、プローブヘッドがスケールに硬く結合されている周波数範囲（ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｒｅｇｉｏｎ）を示す。
【０００７】
（並進測定誤差の補正）
図１ｂは、鉛直カラム（ｖｅｒｔｉｃａｌ ｃｏｌｕｍｎ）を有するＣＭＭに取り付けられたプローブヘッドに関する一例を示す。３つの直交軸（３ ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ ａｘｅｓ）での加速力（ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ ｆｏｒｃｅ）が、プローブヘッドをその公称中心（ｎｏｍｉｎａｌ ｃｅｎｔｒｅ）から変位させると仮定する。この軸系（ａｘｉｓ ｓｙｓｔｅｍ）に位置決めされた加速度計は、それぞれｘ、ｙ、およびｚ軸でのプローブヘッド運動を検出する。この例では、プローブヘッドに作用するｘ、ｙ、およびｚ軸成分を有する加速力ベクトル（ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ ｆｏｒｃｅ ｖｅｃｔｏｒ）が、ＣＭＭの柔軟構造（ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）を歪ませる。プローブヘッドに作用する加速力（Ａｘ、Ａｙ、Ａｚ）は、プローブヘッドの公称中心からの変位（Ｄｘ、Ｄｙ、Ｄｚ）をもたらし、この変位を、変位ベクトルＤｐｈとして記述する。変位ベクトル（Ｄｐｈ）の瞬時値は、３つの直交軸での運動を感知するように構成された加速度計から導出され、この例示の目的では、プローブヘッドの中心に加速度計が配置されている。プローブチップと、プローブヘッドの中心との位置関係は変わらない。
【０００８】
このとき、変位ベクトル（Ｄｐｈ）が、線形スケール情報に関連して使用されて、ＣＭＭの構造を歪める動的力（ｄｙｎａｍｉｃ ｆｏｒｃｅ）の存在下でプローブヘッドの位置を推定する。
【０００９】
（平行移動（並進）および回転誤差の補正）
３つの直交軸に関する角度変位（ａｎｇｕｌａｒ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ）は、角加速度センサ（ａｎｇｕｌａｒ ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ ｓｅｎｓｏｒ）を使用して感知される。図１ｃに示されるように、プローブヘッドでの回転歪（ｒｏｔａｔｉｏｎａｌ ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ）は、３つの直交加速度計（ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ ａｃｃｅｌｅｒｏｍｅｔｅｒ）の軸系（ａｘｉｓ ｓｙｓｔｅｍ）とＣＭＭの軸系との位置をずらす。ここで、加速度計は、Ａｘ、Ａｙ、およびＡｚではなく加速度成分Ａｐｈ＿ｘ、Ａｐｈ＿ｙ、およびＡｐｈ＿ｚを測定している。３つの直交軸（Ｒｘ、Ｒｙ、Ｒｚ）の周りでの角加速度は、ジャイロスコープまたは角加速度計を使用して感知され、次いでこの情報を使用して方向行列（ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ ｍａｔｒｉｘ）（Ｃ）を計算する。方向行列は、ＣＭＭ軸（Ａｘ、Ａｙ、Ａｚ）に対する線形加速度計軸（Ａｐｈ＿ｘ、Ａｐｈ＿ｙ、Ａｐｈ＿ｚ）の向き、すなわちプローブヘッド内の線形加速度計（ｌｉｎｅａｒ ａｃｃｅｌｅｒｏｍｅｔｅｒ）がＣＭＭ軸に関して向いている方向を記述している。方向行列を使用して、ＣＭＭ軸系（Ａｘ、Ａｙ、およびＡｚ）における加速度成分を計算し、次いでプローブヘッド変位ベクトル（Ｄｐｈ）をＡｘ、Ａｙ、およびＡｚから導出する。直交軸の周りでの回転により、プローブチップとプローブ中心の位置関係はもはや同じではない。プローブチップは、プローブヘッドの中心に関してＤｔ＿ｘ、Ｄｔ＿ｙ、およびＤｔ＿ｚだけ変位される。公称位置からのプローブチップの瞬時変位（Ｄｔ＿ｘ、Ｄｔ＿ｙ、Ｄｔ＿ｚ）は、測定される角度回転、ならびにプローブチップと加速度計軸の原点との間の既知の距離から計算される。ＣＭＭ座標のプローブチップの推定位置は、線形スケール（ｌｉｎｅａｒ ｓｃａｌｅ）からの組み合わせ信号、プローブヘッド変位（Ｄｘ、Ｄｙ、Ｄｚ）情報、およびプローブチップ変位（Ｄｔ＿ｘ、Ｄｔ＿ｙ、Ｄｔ＿ｚ）情報から計算される。
【００１０】
また、プローブヘッドでの回転変位（ｒｏｔａｔｉｏｎａｌ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ）を、角加速度検知（ａｎｇｕｌａｒ ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ ｓｅｎｓｉｎｇ）の使用を伴わずに求めることもできる。そのような方法は、平行移動（並進）加速情報（ｔｒａｎｓｌａｔｉｏｎ ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ）を使用して角加速度を計算することを含み、例えばｘ軸（Ｒｘ）の周りでの回転加速度（ｒｏｔａｔｉｏｎａｌ ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ）が、Ａｐｈ＿ｙに対するＡｐｈ＿ｚのアークタンジェントを計算することによって導出される。回転変位（ｒｏｔａｔｉｏｎａｌ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ）は、時間について２回積分することによって得られる。これは、あまり正確でない方法であり、平行移動（並進）を伴わない回転が予想されないシステムで使用することができる。
【００１１】
（電動サーボ位置決めヘッドによる回転歪の補正）
電動プローブヘッドによって発生される回転トルクによって測定誤差を導入することもできる。一例は、それ自体が運動状態にあり、それと同時に測定値を取る電動サーボ位置決めプローブヘッドによって発生される応答トルクである。そのような状況では、電動ヘッドによって発生されるトルクがＣＭＭ構造を介して地上に戻るので、プローブヘッドは、ＣＭＭの捩じ曲げにより公称位置から動的に歪む場合がある。「平行移動（並進）および回転誤差の補正」という見出しで記述したプロセスは、プローブヘッドでの角度変位量を測定し、それにより、電動プローブヘッドのロータリエンコーダシステムから得られる測定値を補正する。
【００１２】
（加速度計構成）
現在利用可能な加速度計は、１つ、２つ、または３つの軸で加速度を測定する。タイプおよび測定軸に応じて、３つのセンサを配置するための多くの異なる並べ換えが存在する。３つの直交軸でプローブヘッドに対する加速度を測定する最も簡単な方法は、図２ａに示される３軸加速度計（または３つの単一軸加速度計）を用いるものである。３つの直交軸それぞれに関する回転を、ジャイロスコープまたは追加の加速度計を使用して測定することができ、図２ｂは、３つのジャイロスコープと１つの３軸加速度計とを使用する構成を示す。平行移動（並進）と回転の両方を測定するために単一軸、２軸、または３軸加速度計を使用する構成が図２ｃ、２ｄ、および２ｅに示されており、６つの移動度（ｓｉｘ ｄｅｇｒｅｅｓ ｏｆ ｍｏｖｅｍｅｎｔ）（３つの平行移動（並進）および３つの回転）が、様々なセンサからの測定値を組み合わせることによって導出される。
【００１３】
６つの単一軸加速度計の構成（図２ｃ）に関する式は、
【００１４】
【数１】
2004502951.tif 000003
【００１５】
となり、４つの２軸加速度計の構成（図２ｄ）に関する式は、
【００１６】
【数２】
2004502951.tif 000004
【００１７】
となり、４つの３軸加速度計の構成（図２ｅ）に関する式は、
【００１８】
【数３】
2004502951.tif 000005
【００１９】
となり、ここで
ｒは、回転軸からの加速度計の距離を示し、
Ｒｘ、Ｒｙ、Ｒｚは、それぞれｘ、ｙ、およびｚ軸の周りの角度回転を示し、
Ａｘ、Ａｙ、Ａｚは、それぞれｘ、ｙ、およびｚ軸での加速度を示す。
【００２０】
（加速度計の較正）
加速度計測定は、スケーリングの誤差、ＣＭＭと加速度計測定軸の平行性、および多軸加速度計ユニット内で発生される横感度誤差（ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ ｅｒｒｏｒ）に関する補正を必要とする。加速度計データを較正するために提案される方法は、所定の低周波数正弦位置要求をもってある時間に１つのＣＭＭ軸を移動することによるものであり、このときスケールとプローブヘッドが硬く結合されている。完全に直交なＣＭＭに対する理想的な３軸加速度計は、１つの軸の移動のみを検知し、しかし実際には、上述した理由により３軸全ての移動をセンサが検知する可能性が高い。３軸でのプローブヘッドの加速度測定値、およびスケール測定値がストアされ、次いで、特定のＣＭＭ軸での既知の位置要求によるプローブヘッドでの変位の大きさおよび位相を求めるように事後処理される。
【００２１】
ストアされた加速度計測定データを処理するのに必要なステップは、まず、時間について２回積分してプローブヘッド変位を導出する。その結果は、各プローブヘッド軸に関する正弦的変位（ｓｉｎｕｓｏｉｄａｌ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ）であり、各プローブヘッド軸の正弦変位の大きさおよび位相を、いくつかの技法（例えば高速フーリエ変換アルゴリズム）を使用して計算することができる。次いで、プローブヘッド変位の大きさを正規化して、ＣＭＭスケールと同じスケーリング（測定単位）をもつデータを生成する必要がある。プローブヘッドでの変位の位相を使用して、スケーリングファクタの極性を求める（例えば１８０°位相ずれが、負のスケーリングファクタをもたらす）。この方法を使用して、加速度計から導出されるスケーリング変位（ｓｃａｌｉｎｇ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ）に関する較正行列（ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ ｍａｔｒｉｘ）が得られる。
【００２２】
まず、各ＣＭＭ軸を個別に移動するときに、プローブヘッドの３軸全てにおいて、正規化された変位の大きさと位相ずれとを導出することによって３×３行列（Ａ）が得られる。
【００２３】
【数４】
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【００２４】
ここで
Ａｘｘは、ＣＭＭ　Ｘ軸位置要求（Ｘ−ａｘｉｓ ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｄｅｍａｎｄ）によるＸ軸でのプローブヘッドの測定正規化変位（ｍｅａｓｕｒｅｄ ｎｏｒｍａｌｉｓｅｄ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ）を示し、
Ａｘｙは、ＣＭＭ　Ｘ軸位置要求によるＹ軸でのプローブヘッドの測定正規化変位を示し、
Ａｘｚは、ＣＭＭ　Ｘ軸位置要求によるＺ軸でのプローブヘッドの測定正規化変位を示し、
Ａｙｘは、ＣＭＭ　Ｙ軸位置要求によるＸ軸でのプローブヘッドの測定正規化変位を示し、
Ａｙｙは、ＣＭＭ　Ｙ軸位置要求によるＹ軸でのプローブヘッドの測定正規化変位を示し、
Ａｙｚは、ＣＭＭ　Ｙ軸位置要求によるＺ軸でのプローブヘッドの測定正規化変位を示し、
Ａｚｘは、ＣＭＭ　Ｚ軸位置要求によるＸ軸でのプローブヘッドの測定正規化変位を示し、
Ａｚｙは、ＣＭＭ　Ｚ軸位置要求によるＹ軸でのプローブヘッドの測定正規化変位を示し、
Ａｚｚは、ＣＭＭ　Ｚ軸位置要求によるＺ軸でのプローブヘッドの測定正規化変位を示す。
【００２５】
加速度計からの測定変位を実際の変位に変換する加速度計変位スケーリング行列（Ｓ）は、行列Ａを逆にすることによって得られる。
【００２６】
Ｓ＝Ａ−１
【００２７】
角加速度を検出するために使用されるセンサは、プローブヘッドがＣＭＭ上に取り付けられる前に較正する必要がある。図２ｃ、２ｄ、および２ｅに示される加速度計構成を較正する一方法は、一定の正弦角加速度でプローブヘッドを回転し、その軸の周りで角加速度を測定することによるものである。次いで、測定した角加速度を、一次角加速度センサを用いて同時に取られた測定値と比較して、プローブヘッド内の加速度計から得られた測定値を角加速単位に変換するのに必要なスケーリングファクタを求める。同様の方法を使用して、プローブヘッド平行移動（並進）検知加速度計を較正することもできる。
【００２８】
（相補フィルタを用いたデータフュージョンアルゴリズム）
このデータフュージョンアルゴリズム（ｄａｔａ ｆｕｓｉｏｎ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ）を示すブロック図を図３ａおよび図３ｂに提示する。このアルゴリズムは、低周波数で、測定スケールとプローブヘッドを互いに硬く結合することを仮定している。しかし、固有周波数（ｆｎ）以上では、これはもはや当てはまらず、プローブヘッドおよび測定スケールが分離し始める。
【００２９】
例示のために図３ｂに示したデータフュージョンアルゴリズムは、ｘ軸のみに関するものである。このプロセスは、他の２軸でも同様である。このアルゴリズムは、スケールからの変位データを、一対の相補フィルタ（ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ ｆｉｌｔｅｒ）を用いて、プローブヘッドにある加速度センサから得られた変位データ（ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｄａｔａ）と組み合わせる。まずプローブヘッド加速度計からの信号（Ａｘ、Ａｙ、Ａｚ）を帯域制限二重積分器によって時間にわたって２回積分して変位を得て、このとき、変位信号は、スケーリング行列による読み取りヘッド測定と同じスケーリングおよび方向（ｘ軸）を有するように正規化（ｎｏｒｍａｌｉｓｅ）し、分解する（ｒｅｓｏｌｖｅ）必要がある。いくつかの加速度計から生成された信号は通常、温度および他の外的要因の変化によって生じるオフセットドリフトを受けやすいので、積分器を周波数帯域制限することにより、低周波数信号およびオフセット信号を除去する。次いで、プローブヘッドの導出ｘ軸変位情報（ｄｅｒｉｖｅｄ ｘ−ａｘｉｓ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ）（３０）が高域フィルタを用いてフィルタされ（このフィルタは低域フィルタの相補物である）、次いで、スケールからの低域フィルタ済み情報（３１）に加えられる。その結果（Ｐｘ）は、測定スケールによって検出不可能な構造的振動（ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ）の存在によるプローブヘッドの位置の推定値である。
【００３０】
（微分モードにおいて１軸当たり２つの加速度計を使用するデータフュージョンアルゴリズム）
図４ａおよび図４ｂは、公称中心（ｎｏｍｉｎａｌ ｃｅｎｔｒｅ）からのプローブヘッドの変位を求めるために各ＣＭＭ軸上で２つの加速度計を使用する方法を示すブロック図を表している。余剰加速度計（ｅｘｔｒａ ａｃｃｅｌｅｒｏｍｅｔｅｒ）は、理想的には、線形スケール（ｌｉｎｅａｒ ｓｃａｌｅ）用の読み取りヘッド内、または読み取りヘッド付近に取り付けるべきであり、しかし軸読み取りヘッドに硬く結合される他の任意の場所でも十分である。この加速度計は、線形スケールの軸の加速度を測定するためだけに必要であり、したがって３つの単一軸加速度計（各読み取りヘッドに１つ）で十分である。
【００３１】
例示のために図４ｂに示したデータフュージョンアルゴリズムは、ｘ軸のみに関するものである。このプロセスは、他の２つの軸でも同様である。まずｘ軸読み取り加速度計（ＡＳｘ）からの信号を帯域制限二重積分器によって時間にわたって２回積分して変位を得て、このとき、変位信号は、スケーリングファクタによって読み取りヘッド測定値と同じスケーリングを有するように正規化する必要がある。このプロセスは、ｘ軸読み取りヘッドで高周波数変位情報を表す信号（４０）を生成する。プローブヘッド加速度計からの信号（Ａｘ、Ａｙ、Ａｚ）が同様の様式で処理され、ｘ軸プローブヘッド変位情報（４２）が得られる。次いで、ｘ軸プローブヘッド変位（４２）が、反転（ｉｎｖｅｒｔｅｄ）ｘ軸読み取りヘッド変位（４１）に加えられ、このプロセスが、読み取りヘッドによって検出可能でないｘ軸でのプローブヘッドの変位を表す信号（４３）を生成する。次いで、この信号（４３）をｘ軸線形スケール測定値（Ｓｘ）に加えて、プローブヘッド（Ｐｘ）の瞬時（ｉｎｓｔａｎｔａｎｅｏｕｓ）ｘ軸座標を得る。
【００３２】
（プローブヘッドの回転および平行移動（並進）変位に関するデータフュージョンアルゴリズム）
図５ａおよび図５ｂは、３つの平行移動（並進）軸および３つの回転軸で公称中心からのプローブヘッドの変位を測定するために加速度センサを使用するストラテジを示す。このデータフュージョンアルゴリズムは、この情報を、線形スケールからの位置および加速度の情報と共に使用して、プローブヘッドおよびプローブチップの位置を求める。まず、角度回転情報を使用して３×３方向行列（Ｃ）を求め、次いで方向行列を使用して、プローブヘッド（Ａｐｈ＿ｘ、Ａｐｈ＿ｙ、Ａｐｈ＿ｚ）での平行移動（並進）加速度情報をＣＭＭ軸系（Ａｘ、Ａｙ、Ａｚ）に変換する。ＣＭＭ軸系の加速度成分は、二重積分され、スケーリングされ、次いで、読み取りヘッドでの当該の加速度に加えられる。その結果は、公称中心からのプローブヘッドの平行移動（並進）変位（Ｄｘ、Ｄｙ、Ｄｚ）である。次いで、この情報が、線形スケールからの位置情報に加えられて、プローブヘッドの絶対位置を与える。
【００３３】
公称位置（ｎｏｍｉｎａｌ ｐｏｓｉｔｉｏｎ）からのプローブチップの変位は、角加速度情報（ａｎｇｕｌａｒ ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ）を二重積分し、スケーリングすることによって求められ、これが、プローブヘッドの回転変位情報を提供する。プローブヘッドの物理的寸法、すなわちプローブチップと加速度計軸の中心との間の距離、およびプローブスタイラスの向きを知ると、公称中心からのプローブチップの変位を計算することができる。最後に、公称中心からのプローブチップの変位を、プローブヘッドの絶対位置に加えることによって測定点が得られる。
【００３４】
（電動サーボ位置決めプローブヘッドの回転変位に関するデータフュージョンアルゴリズム）
図６ａおよび図６ｂは、公称中心からのプローブヘッド変位および回転により測定値を補正するための方法を示す。このストラテジは、プローブヘッドが運動制御下にあるときに測定値を取るサーボ位置決め電動プローブヘッドによって発生されるトルクの提供に特有のものである。このストラテジは、プローブチップの向きを連続的に変えることができ、プローブチップの真の位置を計算するときに考慮する必要があるという点を除き、セクション５．６に記述したものと同様である。ロータリエンコーダからの位置情報を、モータリングトルクによって発生されるプローブヘッドでの回転変位に関して補正する必要がある。これは、角加速度計から得られる回転変位情報を使用し、この情報を使用してロータリエンコーダからの位置情報を補正することによって達成される。このデータフュージョンアルゴリズムは、電動プローブヘッドの瞬時絶対位置（Ｐｘ、Ｐｙ、Ｐｚ）を、ロータリエンコーダからのプローブスタイラスの補正角度位置（ＤｅおよびＤｄ）と共に提供する。プローブヘッドの中心に対するプローブチップの相対位置が、ロータリエンコーダ情報（ＤｅおよびＤｄ）から計算される。次いで、プローブチップの相対位置をプローブヘッドの絶対位置（Ｐｘ、Ｐｙ、Ｐｚ）に加えることによって、プローブチップの真の位置が計算される。
【００３５】
（加速度計での背景情報）
加速度計は、開ループ構成または閉ループ構成で操作することができる。この閉ループ構成は、プルーフマスの力フィードバック再平衡（ｆｏｒｃｅ ｆｅｅｄｂａｃｋ ｒｅ−ｂａｌａｎｃｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｏｏｆ ｍａｓｓ）を使用して、加速度信号の品質を改善する。この構成は通常、高感度を必要とし、それと同時にオフセットバイアス（ドリフト）の誤差および線形性を許容することができない高精度慣性ナビゲーションシステムで使用される。しかし、これらの加速度計は高価である。
【００３６】
開ループ構成加速度計は、供給電圧変動、出力の非線形性、ならびにバイアスおよびスケールファクタの高い熱効率に敏感であるという望ましくない特徴を有する。これらの望ましくない特徴は、追加の電子回路の使用によりある程度まで最小限に抑えることができる。しかし、性能は、閉ループ加速度計の性能に及ばない。開ループ加速度計の主な利点はコストが安いことである。
【図面の簡単な説明】
【図１ａ】
柔軟な構造を有するＣＭＭに取り付けられたプローブヘッドの動的応答として、典型的な挙動周波数応答を示す図である。
【図１ｂ】
鉛直カラムを有するＣＭＭに取り付けられたプローブヘッドに関する一例を示す図である。
【図１ｃ】
プローブヘッドでの回転歪が、３つの直交加速度計の軸系とＣＭＭの軸系との位置をずらす状態を示す図である。
【図２ａ】
３つの直交軸でプローブヘッドに対する加速度を測定する最も簡単な方法として、３軸加速度計（または３つの単一軸加速度計）を用いる方法を示す図である。
【図２ｂ】
３つのジャイロスコープと１つの３軸加速度計とを使用する構成を示す図である。
【図２ｃ】
平行移動（並進）と回転の両方を測定するために単一軸加速度計を使用する説明図である。
【図２ｄ】
平行移動（並進）と回転の両方を測定するために２軸加速度計を使用する説明図である。
【図２ｅ】
平行移動（並進）と回転の両方を測定するために３軸加速度計を使用する説明図である。
【図３ａ】
相補フィルタを用いたデータフュージョンアルゴリズムを示す図である。
【図３ｂ】
相補フィルタを用いたデータフュージョンアルゴリズムを示す図である。
【図４ａ】
微分モードにおいて１軸当たり２つの加速度計を使用するデータフュージョンアルゴリズムを示す図である。
【図４ｂ】
微分モードにおいて１軸当たり２つの加速度計を使用するデータフュージョンアルゴリズムを示す図である。
【図５ａ】
プローブヘッドの回転および平行移動（並進）変位に関するデータフュージョンアルゴリズムを示す図である。
【図５ｂ】
プローブヘッドの回転および平行移動（並進）変位に関するデータフュージョンアルゴリズムを示す図である。
【図６ａ】
電動サーボ位置決めプローブヘッドの回転変位に関するデータフュージョンアルゴリズムを示す図である。
【図６ｂ】
電動サーボ位置決めプローブヘッドの回転変位に関するデータフュージョンアルゴリズムを示す図である。
【図１ａ】
2004502951.tif 000007
【図１ｂ】
2004502951.tif 000008
【図１ｃ】
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【図２ａ】
2004502951.tif 000010
【図２ｂ】
2004502951.tif 000011
【図２ｃ】
2004502951.tif 000012
【図２ｄ】
2004502951.tif 000013
【図２ｅ】
2004502951.tif 000014
【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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