タッチプローブおよび関連する回路と信号処理方法

著者らは特許

G01B5/012 - そのための接触子ヘッド
G01B7/012 - そのための接触子ヘッド
G01B21/04 - 点の座標測定によるもの

の所有者の特許 JP2016528493:

マーポス、ソチエタ、ペル、アツィオーニMarposs S.P.A.

 

プローブ(100)は、フレーム(2)、可動アームセット(3)、および信号を処理するための処理回路(30、30’)を備える。処理回路は、アームセットの機械要素とフレームの機械要素との間の協働、すなわち接点(13)の開閉によって画定される接点(13)の状態を個々に検出し、処理回路がわずか1つの開接点を検出したときにプローブの静止位置を示す信号を与えることができる。信号を処理する方法は、プローブの静止位置を示す信号を与えるために前記回路を使用する。信号を処理するための回路および方法は、三次元座標測定機および工作機械においてワークピースの寸法または位置をチェックするように構成されたタッチプローブの出力信号を処理するために有利に実施される。

 

 

本発明は、ワークピースの位置および/または寸法をチェックするためのタッチプローブに関し、タッチプローブは、静止及び配置領域(rest and locating area)を有する支持保護フレーム(support and protective frame)と、支持保護フレームに対して可動でありかつ支持保護フレームに部分的に収容されたアームセット(armset)であって、チェックされるべきワークピースに接触するように構成されたフィーラ(feeler)を支持するアームを備えるアームセットと、アームセットを静止及び配置領域に抗して付勢するように構成された推力装置と、アームセットと支持保護フレームとの間の静止及び配置領域に配置された拘束位置決めシステムであって、基準機械的ストッパとアームセットの機械要素が支持保護フレームの機械要素と協働したときに閉じられる接点とを有する静止システムを備え、基準機械的ストッパがタッチプローブの静止位置を画定するようになされる、拘束位置決めシステムと、接点の状態を検出し、すべての接点が閉じられたときに静止位置を示す信号を与えるように構成された処理回路とを備える。
本発明は、ワークピースの位置および/または寸法をチェックするためのタッチプローブによって出力された信号を処理する方法にも関し、タッチプローブは、支持保護フレームと、支持保護フレームに対して可動でありかつ支持保護フレームに部分的に収容されたアームセットと、基準機械的ストッパとアームセットの機械要素が支持保護フレームの機械要素と協働したときに閉じられる接点とを有する静止システムであって、基準機械的ストッパがタッチプローブの静止位置を画定するようになされる、静止システムと、接点の状態を検出し、すべての接点が閉じられたときに静止位置を示す信号を与えるための処理回路とを備える。
タッチプローブは、機械加工されるまたは機械加工されるべきワークピース、工具、工作台などをチェックするための三次元座標測定機および工作機械、特にマシニングセンタおよび旋盤に広く使用されている電気機械工具である。
例えば米国特許第4153998号明細書に記述されているように、この種のプローブは一般に、支持構造またはフレームと、フレームに対して可動でありかつチェックされるべきワークピースに接触するように構成されたフィーラを支持するアームを備えるアームセットと、を含む。特に、アームセットは、一般に直列の電気接点対を画定する導電性材料で作られた要素相互間の基準機械的ストッパにおいてフレームに結合されて、電気回路の一部となる。
プローブが静止位置にあるとき、アームセットは、ばねの推力を受けてすべての基準機械的ストッパにおいてフレームに結合される。電気接点の開閉は、例えば、これらの接点を横切る抵抗の変化をチェックすることによって検出される。フィーラがワークピースに接触すると、外力がアームセットにばねの推力とは逆に作用して、少なくとも1つの接点の応対により、フレームに対するアームセットの段階的解放を引き起こす。1つまたは複数の接点を横切る抵抗の値は、フィーラとチェックされるべきワークピースとの間の接触の結果として、所定の閾値を超えるまで徐々に増加して、プローブが静止位置から離れたことを示す出力信号を生じさせる。タッチプローブでは、チェックを繰り返し可能でありかつ信頼性のあるものにするために、フィーラとワークピースとの間の接触が終わると、プローブはプローブの静止位置に戻ることが重要である。
この要件は、フィーラとワークピースとの間の接触が、様々なタイプのセンサ、例えば、プローブに加わる合力を示す信号を放出する圧電センサまたはひずみゲージによって検出されるプローブにも存在する。この場合、アームセットとフレームとの間の結合ならびに対応する電気回路は、フィーラとワークピースとの間が実際に接触しているか接触していないかを、したがって、プローブがそれぞれ静止位置にないか静止位置にあるかを検出するための補助装置として使用することができる。より詳細には、センサは、例えば上記信号の放出直後の時点で、システムの状態に関する情報、特にフレームに対するアームセットのたわみに関する情報を必ずしも伝達できるとは限らないので、前記結合および関連する電気回路は、かかる情報を得るために使用することができる。このタイプのプローブは、国際公開第2012055866号パンフレットに記述されている。
これまで言及したタッチプローブでは、特に、繰り返しチェックするために使用される場合、プローブの静止位置への復帰を信号で誤って送るという問題が実際に起こり得る。特に、アームセットがばねの推力を受けて基準機械的ストッパでフレームに再び結合されたときに、フィーラとワークピースとの間の接触が終わるので、静止位置例えば、少なくとも1つの接点の応対によって検出される抵抗値が決定済み閾値未満には戻らないことにより、静止位置が正確に復元されずかつ/または信号で送られないかもしれない。
この問題を部分的に解決しようとする回路および方法が、欧州特許出願公開第0501681号明細書に記述されている。同出願は、能動構成要素、例えばトランジスタを備える信号処理用電気回路を含むプローブ、および接点を清浄にするステップを含むチェック方法に言及している。しかしながら、この既知の技法の主な欠点の中には、能動構成要素の切り替え時間および接点を清浄にするさらなるステップによってもたらされる遅延によるプローブの応答時間の増大、ならびに回路内を流れ得る大電流のために接点の表面を損傷させるリスクがある。
より複雑な解決法では、プローブが動作していないときにアームセット配置の示唆を与える。例えば、米国特許第5090131号明細書に提示されている解決法によれば、各基準機械的ストッパにひずみゲージが装着され、ひずみゲージは、所定の基準位置に対するアームセットのずれを全方向に測定し、したがってこれらのずれは後のチェックで考慮に入れられる。しかしながら、この既知の技法は、高価でありかつほとんどの場合に製造するのが困難である複雑な回路を必要とする。
米国特許第4153998号明細書 国際公開第2012055866号パンフレット 欧州特許出願公開第0501681号明細書 米国特許第5090131号明細書
本発明の目的は、ワークピースの位置および/または寸法をチェックするためのタッチプローブ、ならびに信号、例えば三次元座標測定機および工作機械においてワークピースの位置または寸法をチェックするように構成されたタッチプローブによって出力される信号を処理する方法を実現することであり、前記タッチプローブおよび方法は前述の不便さがなく、同時に容易かつ安価に実施される。
本発明によれば、このおよびその他の目的は、本明細書の不可欠な部分を形成する、請求項1に記載のタッチプローブおよび請求項8に記載の信号を処理する方法によって達成される。
本発明の目的および利点は、添付図面を参照して単に非制限的な例として与えられる、本発明の好ましい実施形態に関する以下の詳細な説明から明らかになるであろう。
次に、本発明について、非限定的な例として与えられる添付図面を参照して説明する。
本発明によるタッチプローブの縦断面の概略図である。 本発明によるタッチプローブの一構成要素の拡大縦断面を概略的に示す図である。 本発明の好ましい一実施形態によるタッチプローブ内の信号処理システムの概略回路ブロック図である。 前記処理システム内の信号処理ユニットの概略回路ブロック図である。 本発明の別の実施形態によるタッチプローブ内の信号処理システムの概略回路ブロック図である。 本発明の別の実施形態による処理エレクトロニクス(processing electronics)によって実施される有限状態マシンを示す図である。
図1は、ワークピース20の位置および/または寸法をチェックするためのタッチプローブ100の断面を概略的に示す。本発明の好ましい一実施形態では、プローブ100は、例えば、縦軸線Aを画定する支持保護構造またはフレーム2と、フレーム2に対して可動でありかつフレーム2に部分的に収容されたアームセット3と、を含む。アームセット3は、チェックされるべきワークピース20に接触するように構成されたフィーラ5を支持するアーム4を備える。圧縮ばね8を有する推力装置がフレーム2とアームセット3との間に配置され、アームセット3をフレーム2の静止及び配置領域7に抗して付勢する。
拘束位置決めシステムが、アームセット3とフレーム2との間で静止及び配置領域7に配置される。前記拘束位置決めシステムは、アームセット3の機械要素が理想的には環状に配置されかつ互いに等距離のところにあるフレーム2の他の機械要素と協働することによって画定される基準機械的ストッパ10を有する静止システムを備える。例えば、静止システムは、3つの基準機械的ストッパ10によって等静圧状態であってもよく、基準機械的ストッパ10はそれぞれ、フレーム2に固定されかつV字形座部を画定するように構成された2つの球体12(球体12の一方だけが図1に見える)と、アームセット3の一部である円筒形状のラジアル要素11と、によって画定される。球体12およびラジアル要素11は、一般に所与の値範囲内にある所定の導電率を特徴とする導体または半導体材料によって全体的に作られ、そうでない場合はこの材料によって少なくとも部分的に覆われる。各ラジアル要素11は、理想的点領域または接点13(図2)、例えば電気接点で、2つの球体12のそれぞれと別々に協働することができる。
静止及び配置領域7において、プローブ100は、例えば少なくとも、フレーム2に接続されかつ縦軸線Aに対して垂直な平面上に実質的に配置された層状の圧電素子または圧電変換器を備える、接点13から離れた検出システム15も含む。層状圧電変換器は、層状圧電変換器が受けた圧縮事象または減圧事象を、層状圧電変換器が受けた力変動を示す電気信号に変換する能力を有する。層状圧電変換器を有する検出システム15は、上述したようにワークピース20の位置および/または寸法をチェックするために、それ自体が知られる方法で処理され使用される制御信号を処理回路30に送る。層状圧電変換器を有するタッチプローブに関するさらに詳しい説明は、既に引用した国際公開第2012055866号パンフレットに記述されている。
処理エレクトロニクスが支持構造2内に配置され、処理回路30を含み、球体12および検出システム15は共に、太線で描かれた接続部で表されている電気導体を用いて処理回路30に接続される。
本発明の好ましい一実施形態では、図3に概略的に示されているように、すべてのラジアル要素11は既知の電位、通常は零位に接続され、各球体12は、例えば処理回路30の処理ユニット29に接続される。接点13は、図示の例では6つあり、より正確には、回路分岐がそれぞれ、1つのラジアル要素11とこのラジアル要素11が協働する対象の2つの球体12の一方とで画定される1つの接点13と、1つの処理ユニット29とを備えるものであり、互いに並列接続されることが有利である。このようにして、処理回路30は、6つの接点13のそれぞれの状態を、言い換えると、それぞれの単一接点13が閉じているか開いているかを個々に検出することができる。処理回路30は、アナログ/デジタルコンバータ35およびマイクロコントローラ36も含む。マイクロコントローラ36は、とりわけ、合力変動を示す信号の正確な放出のための検出システム15によって送られた制御信号と、閉接点(閉じられた接点)13の数、すなわちアームセット3とフレーム2の静止及び配置領域7との間の相互位置に関する示唆を与える、球体12の状態、例えば球体12のそれぞれの電位に関する信号と、を共に処理するようになされる。
本発明によるタッチプローブの処理回路および対応する処理方法をより良く例示するために、図4は、ただ1つの処理ユニット29の概略回路ブロック図の主構成要素のうちのいくつかを示しており、この図は他の図でも同じである。球体12(図4には見えない)に関連する電位は、供給電圧Vに接続されたバイアス抵抗32と、球体12と球体12が協働する対象のラジアル要素11との間の接点13に関連する接触抵抗との間の分圧器によって与えられる。
分圧器は、既知の動作原理に従って、コンパレータ33に伝達される電位を生成し、この電位の閾値は、好ましくはプログラム可能な基準値Vに固定され、それにより、対応する接点13の状態を表す信号を生成する。接点13が閉じると、理論上接点13を横切る抵抗はゼロであり、コンパレータ33の入力電位はゼロであり、コンパレータ33の出力電位は高く、通常は前記コンパレータ33の供給電圧に等しい。ラジアル要素11が、ラジアル要素11が載っている球体から離れるにつれて、接点13が実質的に開いたとき、理論的には抵抗は無限大になり(実際には、決定値より大きい)、コンパレータ33の入力電位は電圧発生器Vの電位に相当し、コンパレータ33の出力電位は低く、例えばゼロに等しい。処理ユニット29は、コンパレータ33に接続された、例えば信号にフィルタをかけ且つ信号を増幅するための信号調整回路34も備える。
信号調整回路34の出力電位は、それぞれがアナログ/デジタルコンバータ35によってデジタル数字に好都合に変換されて、閉接点13の数に関する示度を有し、この示度に基づいてプローブ100の静止位置を示す信号を与えるために、マイクロコントローラ36によって処理される。
本発明による信号を処理する方法が以下に記述される。
プローブ100が初期静止位置にあるとき、すなわちフィーラ5とチェックされるべきワークピース20との間の接触がない場合、ばね8の作用下で、3つのラジアル要素11は球体12によって実現されるV字形座部内に配置され、基準機械的ストッパ10、したがってフレーム2に対するアームセット3の位置は一義的に画定される。かかる初期静止位置での基準機械的ストッパ10のうちの1つの横断面を概略的に示す図2に示されているように、各ラジアル要素11は、各ラジアル要素11が配置されているV字形座部を画定する両球体12に接触して、対応する6つの接点13を閉じる。6つのコンパレータ33はすべて、ゼロ入力電位を有し、それらのコンパレータ33の供給電圧に等しい電位を対応する信号調整回路34に伝達する。信号調整回路34の出力信号は、それぞれアナログ/デジタルコンバータ35によってデジタル数字に変換され、適切に合成され、次いでマイクロコントローラ36に送られ、マイクロコントローラ36は、その出力信号を処理し、前記初期静止位置を示す信号を与える。
例えば図1の二重矢印Xで示されている横方向に沿った、プローブ100とチェックされるべきワークピース20との間の相互運動に続いて、フィーラ5はワークピース20に接触し、ワークピース20はアームセット3に力を加え、この力は拘束位置決めシステムに伝達される。次いで、静止及び配置領域7は、検出システム15の圧電変換器によって検出される圧縮事象または減圧事象を受け、圧電変換器は、前記相互運動の停止制御信号と合力変動を示す信号の両方を処理し放出するために、圧縮事象または減圧事象をマイクロコントローラ36に送られるべき力変動を示す制御信号に変換する。3つの基準機械的ストッパ10のうちの少なくとも1つの応対により、対応する2つの球体12に対するラジアル要素11の推力作用も起こり、他の2つ(または他の1つ)の基準機械的ストッパ10においてばね8によって加えられる推力を解放する同時作用も起こり、結果として、1つまたは複数の接点13の開放が起こる。一貫して、1つまたは複数の接点13に対応するコンパレータ33の入力電位は変えられるので、この種のコンパレータ33は、信号調整回路34によって適切に調整され、アナログ/デジタルコンバータ35によって合成され、そしてデジタル化されるゼロ出力電位を個々に有し、協働が前記1つまたは複数の開接点(開いている接点)13において失敗したこと、あるいは言い換えると、前記1つまたは複数の接点13が開いていることをマイクロコントローラ36に信号で送る。マイクロコントローラ36はかかる信号を処理し、フィーラ5とワークピース20との間に起こる接触、すなわちプローブ100の動作状態を検出する。
同じ結果は、X以外の方向に沿った、例えばZ方向に沿った相互運動によって与えられ、フィーラ5とチェックされるべきワークピース20との間の接触に続いて、その後、少なくとも理論上、3つの基準機械的ストッパ10のすべての応対による解放動作が起こり、結果として6つの接点13の開放および層状圧電変換器における減圧が起こる。
チェック、それに続く、例えば横方向に沿って相互に反対の方向Xの、プローブ100とワークピース20との間の相互運動の終わりに、フィーラ5とワークピース20との間の接触は解放され、プローブ100は、基準機械的ストッパ10によって画定される静止位置に戻る。前記位置では、少なくとも理論上、圧電変換器によって検出可能な圧縮事象および減圧事象は静止及び配置領域7内では起こらず、協働は前記接点13に存在し、すなわち6つの接点13がすべて閉じられ、前記接点13から受け取った信号に基づいて処理回路30によって検出される。本出願の出願人によって行われた実験的試験から、静止位置が機械的観点から正しく復元されてはいるにもかかわらず、すべての接点13における協働の存在が電気的観点から信号で送られない状況、言い換えると、6つの接点13がすべて閉じられたことが信号で送られない状況はしばしばあることが分かった。前記実験的試験に基づいて、特に、静止位置は、6つの接点13すべてが閉じられたことが検出されたときだけでなく、前記6つの接点13のうちの1つだけが閉じられていないと分かったことが検出されたときにも、すなわち6つの接点13のうちの5つが閉じられたことが検出されたときにも、機械的観点から完全に復元されたと見なすことができる。第6の接点13の閉鎖に関するシグナリングは、例えば、相対基準機械的ストッパ10の部分的摩耗のために、あるいは、前記第6の接点13を画定する球体12とラジアル要素11との間の酸化または薄い油層(一般にプローブの内部に存在する)の堆積による電気的機能不全のために行われない可能性がある。
図1および図3に示されている好ましい実施形態によれば、プローブ100の静止位置および動作状態は、接点13から受け取った信号に基づいて処理エレクトロニクスによって検出される。特に、本発明による信号を処理する方法では、マイクロコントローラ36は、プローブ100とチェックされるべきワークピース20との間の接触、そしてフレーム2に対するアームセット3の相対運動に続いて、協働が6つの接点13のうちの少なくとも2つの応対において存在しないとき、または、言い換えると、6つの接点13のうちの少なくとも2つが開であると分かったときに、すなわち、6つのコンパレータ33のうちの少なくとも2つの出力電位がゼロであるときに、プローブ100の動作状態を示す信号を処理する。接触が終わると、実際には少なくとも5つの接点13が再び閉じられた瞬間に、対応する少なくとも5つのコンパレータ33は、ゼロ入力電位とコンパレータ33の供給電圧に等しい出力電位とを有し、出力電位は、信号調整回路34を用いて適切に調整され、アナログ/デジタルコンバータ35によってデジタル化され合成され、そしてマイクロコントローラ36に伝達される。マイクロコントローラ36は、少なくとも5つの接点13の応対による協働のシグナリングを入力信号として受け取る、すなわち、マイクロコントローラ36は、少なくとも5つの接点13が閉じられたという指示を受け取り、この指示に基づいて、プローブ100の静止位置を示す信号を与える。
これまでに述べたように信号を処理する方法および回路に対する変形が、本発明の範囲から逸脱することなくなされ得る。
例えば、V字形座部およびラジアル要素11はそれぞれアームセット3および支持フレーム2の一部でよく、または拘束位置決めシステムは、別の方法で、例えば、ケルビン結合(Kelvin coupling)として知られるものなどの別の等静圧系(isostatic system)で実現され得る。
層状圧電変換器の代替手段として、プローブ100は、様々なタイプのピエゾ抵抗変換器または圧力変換器を備える、異なる性質および配置の検出装置を含んでいてもよい。
接点13が閉じられ、少なくとも理論上、接点13を横切る抵抗がゼロに等しいとき、コンパレータ33の入力電位はゼロとは異なる既知の電圧に等しいことに留意されたい。
あるいは、処理ユニット29およびアナログ/デジタルコンバータ35は、マイクロコントローラ36内に実現されてもよい。
処理エレクトロニクスの別の実施形態では、アナログ/デジタルコンバータ35は除去されてもよく、処理ユニット29は、例えば、信号調整回路34内に適切なサイズの抵抗器を、抵抗値が互いに同等または同程度になるように含めること、および、全体として考慮して、それらの抵抗器が単一分圧器として働き、この分圧器がすべての球体12に関連する入力電位をとり、閉接点13の数を表す信号を与えるようにするために、変更された処理ユニット29を互いに接続することによって変更されてもよい。特に、前記分圧器は、前記分圧器の動作原理は知られており、アームセット3の機械構成要素とフレーム2の機械構成要素との間に存在する協働の数、すなわち開接点13または閉接点13の数に応じて変動する電圧比を特徴とし、開接点13の数、そうでない場合は閉接点13の数の指標を生成する。
本発明の別の実施形態では、マイクロコントローラ36は、合力変動を示す信号を放出するためにコンパレータ33の出力電位を処理するものであり、論理ゲートまたはプログラマブル論理ユニット、例えばFPGAに置き換えられてもよい。
好適には、これまで述べた回路および方法は、例えば合力変動を示す信号の放出後、検出システム15が、前述のように、フレーム2に対するアームセット3の変位に関する情報を伝達できなくてもよいときに、プローブ100の位置に関する情報に関連する検出システム15の固有限界に対する補償を可能にする。これまで述べた回路は、プローブ100とワークピース20との間の相互運動が比較的遅いときに好適に使用されてもよく、相互運動はワークピース20とフィーラ5との間の接触を効果的に引き起こすが、層状圧電変換器は、起きた接触を検出し、次いで相互運動の停止制御信号および合力変動を示す信号を処理し放出するために、マイクロコントローラ36に必要なものより小さい信号を放出する。したがって、プローブ100は、フィーラ5の接触およびいわゆるオーバストロークが起きた後で前記相互運動がすべきときに前記相互運動が停止せずに過度に継続するために、ワークピース20のチェックに失敗することになるだけでなく、過大な機械的応力および/または破壊を受ける危険を冒すことにもなる。本発明によれば、上述した問題は、アームセット3とフレーム2との間の相互位置を示す信号を静止及び配置領域7において送るように構成された、接点13を備える上述した別個の電気回路を含むタッチプローブによって解決される。
加えて、本発明のタッチプローブ目的の方法および回路により、単純な固体小型構成要素で優れた結果を得ることが可能になる。
本発明による他の可能な信号処理方法が、図6に示されているように、プローブ100の静止位置を示す信号を処理するために接点13における協働、言い換えると接点13の開閉の存在を個々にかつ非対称に評価する有限状態マシン、例えばミーリマシン(Mealy machine)を実施するために、処理エレクトロニクスを使用することによって得られてもよい。当業者には周知のように、ミーリマシンは、現在状態と現在入力値、例えば接点13の開放−1または閉鎖1との両方によって決定される出力値、例えば閉接点13の数を特徴とする有限状態を有する。状態と入力値の各対に対して、一般に現在状態から未来状態への矢印で表される単一遷移が可能である。本発明によるミーリマシンの状態および遷移について以下で述べる。
初期状態は、例えば、6つの閉接点13を特徴とする状態Sであり、プローブ100は既述の初期静止位置にある。フレーム2に対するアームセット3の変位を決定する、プローブ100とチェックされるべきワークピース20との間の相互運動に続いて、既述の圧縮事象および減圧事象が静止及び配置領域7において起こり、関連する接点13における抵抗の変化、したがって電位の変化も起こる。この場合、マイクロコントローラ36が接点13のうちの1つにおける、すなわちたった1つの接点13の開放−1における失敗協働のシグナリングを受け取るとすぐに、マイクロコントローラ36は、フィーラ5とワークピース20との間に起こる接触を検出し、プローブ100が静止位置から離れたことを示す信号を与え、前記相互運動の停止制御信号を放出することができる。したがって、プローブ100の現在状態は、プローブ100の動作状態を示す、静止位置以外の位置に対応する5つの閉接点13およびただ1つの開接点13を特徴とする状態Sである。この状態Sから始まると、プローブ100は、ただ1つの開接点13の閉鎖1または前記5つの閉接点13のうちの少なくとも1つの開放−1によってそれぞれ決定される2つの異なる未来状態を交互にとり得る。
前者の場合、ただ1つの開接点13は、例えばチェックされるべきワークピース20との初期接触が終わると再び閉じ、マイクロコントローラ36は、プローブ100が、6つの接点13のすべてが閉じられたことを特徴とする現在状態Sでの静止位置に移動したことを示すシグナリングを受け取る。したがって、プローブ100は、この特徴では、知られているプローブ、例えば、既述の国際公開第2012055866号パンフレットに示されているプローブの挙動と同様の挙動を示す。
後者の場合、例えば、プローブ100とワークピース20との間の相互運動の経過のために、5つの閉接点13のうちの少なくとも1つが開く。マイクロコントローラ36は、少なくとも別の開放−1のシグナリングを受け取り、これにより、プローブ100は4つ以下の閉接点13、すなわち少なくとも2つの開接点13を特徴とする現在状態SまたはSまたはSまたはSまたはSで動作状態を保つことが分かる。より詳細には、5つの閉接点13の別の開放−1が、1回あたり1つ、次第に1つだけ減少する閉接点13の数を特徴とする未来状態へのそれだけの遷移をS、S、S、SおよびSの順に決定し、最後の状態Sは、閉接点13なし、すなわち6つの開接点13を特徴としている。状態Sから始まると、例えば、プローブ100とワークピース20との間の相互運動が逆になると、6つの開接点13はおそらく1回あたり1つ閉じる。6つの開接点13のうちの4つの閉鎖1は、1つずつ、閉接点13なしを特徴とする現在状態Sから次第に1つだけ減少する閉接点13の数を特徴とする未来状態へのそれだけの遷移をS、S、SおよびSの順に決定し、状態Sは、既述のように4つの閉接点13、すなわち2つの開接点13を特徴としている。2つの開接点13の一方が閉じ、すなわち5つの接点13が閉じられたことが分かると、マイクロコントローラ36は、前記閉鎖1のシグナリングを受け取り、前記シグナリングに基づいて、本発明によれば、プローブ100は静止位置に戻ったことを示す信号を与えるが、6つの接点13のうちの1つは、5つの閉接点13を特徴とする状態Sで開いていることが分かる。静止位置を示すこの最新状態Sから始まると、この場合も2つの可能性がある。すなわち、少なくとも第2の接点13の開放時に、プローブ100は、少なくとも2つの開接点13を特徴とする現在状態を有する前の動作状態に戻る。あるいは、ただ1つの開接点13の閉鎖時に、プローブ100は、6つの閉接点13を特徴とする現在状態Sを有する静止位置をとる。
さらなる情報については、図6から、接点13の不変性0、すなわち接点13が現在状態に関係なく開かないし閉じもしないことは、現在状態での永続性、すなわち未来状態が現在状態に対応することを常に決定することも分かる。
処理エレクトロニクス30の計算複雑性の増大を考えると、本発明によるこの代替信号処理方法は、例えばプリストロークの明確な減少を特徴としているので、好ましい方法の既述の利点に加えて新たな利点を有する。またこのような理由で、接点13の開閉のシグナリングは、プローブ100の静止位置または動作状態に関する情報を有するためだけでなく、フィーラ5とワークピース20との間に起こる接触を信号で送るために検出システム15によって伝達される制御信号に代わるものとしても使用することができる。この点で、プローブ100は、圧電変換器で達成され得るより良い性能のためにフィーラ5とワークピース20との間に起こる接触を検出するために、検出システム15によって伝達される制御信号をとにかく使用するが、ずっと速い応答時間および等方性挙動に関する限り、別のプローブを提供することができ、このプローブは、本発明による上述の代替信号処理方法を使用し、圧電変換器、一般に別個の検出システムを必要としないことに留意されたい。
本発明による別の異なる実施形態は、図5に示すように、前記接点13のそれぞれの状態を個々に検出することもできる異なる処理回路30’を備える。処理回路30’は、既述の通り既知の動作原理を有する、図5に参照符号40で参照されるただ1つの分圧器を含む。分圧器40は、すべての接点13が閉じられ対応するパルス信号を生成する状態から接点13のうちの1つが開放した状態になったことを検出するように構成されたパルス発生器またはトリガ42と、一方のレベルが、少なくとも2つの接点13の応対による失敗協働、すなわち少なくとも2つの接点13が開いている状態を示し、他方のレベルが、わずか1つの接点13における失敗協働、すなわちわずか1つの接点13が開いている(図示の例では、少なくとも5つの接点13が閉じられている)状態を示す2レベル出力信号を生成するように構成された閾値コンパレータ41と、の両方に従属接続される。特に、6つの閉接点13のうちの1つだけが開くと、トリガ42は、前記開放を示す対応パルス信号を生成するのに対して、5つの閉接点13のうちの1つが開き、ただ1つの接点13が既に開いていると、またはそうでなければ、2つの開接点13のうちの1つだけが閉じ、他の4つの接点13が閉じられると、閾値コンパレータ41の出力信号は一方のレベルから他方のレベルに移る。閾値コンパレータ41およびトリガ42の出力信号はマイクロコントローラ36に送られる。この別の異なる実施形態は、接点13における協働の存在、すなわち接点13の開閉を非対称に検討する前述の有限状態マシンによって実施されるものと同様の信号処理方法に従ってプローブ100の静止位置を示す信号を処理するために、マイクロコントローラ36が閾値コンパレータ41(2レベル出力信号)およびトリガ42(パルス信号)から受け取った信号を使用することを考慮する。特に、マイクロコントローラ36は、第1の接点13の開放時にマイクロコントローラ36がトリガ42から前記開放を示すパルス信号を受け取ったときに、プローブ100が静止位置から離れたことを検出する。
ただ1つの開接点13が再び閉じた場合、例えば、フィーラ5と検出されるべきワークピース20との間の初期接触が終わると、トリガ42はマイクロコントローラ36にいかなる信号も送らない。しかしながら、そのような送信の失敗は、合力変動を示す信号を正確に放出するためにマイクロコントローラ36によって検出システム15から受信された制御信号の正確な処理を損なわない。
代わりに、例えばプローブ100とワークピース20との間の相互運動の経過のために、5つの閉接点13のうちの1つが開いた場合、閾値コンパレータ41の出力信号は、タイミングよく、少なくとも2つの接点13の応対による失敗協働を示すレベル、すなわち少なくとも2つの接点13が開いていることを示すレベルになり、マイクロコントローラ36は、プローブ100が動作状態であることを検出し続ける。例えばプローブ100とワークピース20との間の相互運動を逆にした結果として、閉接点13が4つから5つに切り替わると、閾値コンパレータ41の出力信号は、タイミングよく、わずか1つの接点13における失敗協働を示すレベル、すなわち少なくとも5つの接点13が閉じられたことを示すレベルになり、マイクロコントローラ36は受け取った信号を処理し、したがって、マイクロコントローラ36は、プローブ100が静止位置にあることを検出し信号で送る。前記静止位置から始まると、マイクロコントローラ36は、5つの閉接点13のうちの1つが開き、閾値コンパレータ41の出力信号が、少なくとも2つの接点13の応対における失敗協働を示すレベル、すなわち少なくとも2つの接点13が開いている状態を示すレベルに再びなると、新しい動作状態を検出し信号で送る。新しい動作状態は、単一接点13が閉じられた後、6つの閉接点13のうちの1つがその後開いたときでも、マイクロコントローラ36によって検出され信号で送られ、トリガ42は、前記新しい動作状態を示す対応パルス信号を生成する。
実施形態に関する既に述べた利点に加えて新たな利点を示す。先に述べた有限状態マシンとして、この実施形態もまたプリストロークの減少を特徴としているが、前記有限状態マシンとは異なり、この実施形態は、より低い生産コストを有するという別の利点を示す。さらに、この回路は、プローブ100の内部のスペースをあまりとらない。加えて、この代替実施形態は、別個の検出システム15が存在しないプローブ内でフィーラ5とワークピース20との間に起こる接触も信号で送るために、接点13の開閉に基づいて得られるシグナリングを使用することができる。



  1. ワークピース(20)の位置および/または寸法をチェックするためのタッチプローブ(100)であって、
    静止及び配置領域(7)を有する支持保護フレーム(2)と、
    前記支持保護フレーム(2)に対して可動でありかつ前記支持保護フレーム(2)に部分的に収容されたアームセット(3)であって、チェックされるべき前記ワークピース(20)に接触するように構成されたフィーラ(5)を支持するアーム(4)を備えるアームセット(3)と、
    前記アームセット(3)を前記静止及び配置領域(7)に抗して付勢するように構成された推力装置と、
    前記アームセット(3)と前記支持保護フレーム(2)との間で前記静止及び配置領域(7)に配置された拘束位置決めシステム(17)であって、基準機械的ストッパ(10)と、前記アームセット(3)の機械要素が前記支持保護フレーム(2)の機械要素と協働したときに閉じられる複数の接点(13)と、を有する静止システムを備え、前記基準機械的ストッパ(10)が前記タッチプローブ(100)の静止位置を画定するように構成される、拘束位置決めシステム(17)と、
    前記接点(13)の状態を検出し、すべての前記接点(13)が閉じられたときに前記静止位置を示す信号を与えるように構成された処理回路(30、30’)と、
    を備えるタッチプローブ(100)において、
    前記処理回路(30、30’)が前記接点(13)のそれぞれの状態を個々に検出することができ、
    前記接点(13)のうちの1つが閉じられないことを前記処理回路(30、30’)が検出したときでも、前記処理回路(30、30’)が前記静止位置を示す前記信号を与えるように構成されること
    を特徴とするタッチプローブ(100)。

  2. 前記接点(13)が電気接点である、請求項1に記載のタッチプローブ(100)。

  3. 前記接点(13)のそれぞれが前記処理回路(30、30’)の回路分岐に含まれ、前記回路分岐が並列接続される、請求項1または請求項2に記載のタッチプローブ(100)。

  4. 前記処理回路(30’)が、閉じられた前記接点(13)の数を表す信号を与えるように構成された分圧器(40)を備える、請求項1から3のいずれか一項に記載のタッチプローブ(100)。

  5. 前記処理回路(30’)が、両方とも前記分圧器(40)に接続されたパルス発生器(42)および閾値コンパレータ(41)を備え、前記パルス発生器(42)は、すべての前記接点(13)が閉じている状態から1つの接点(13)が開放した状態になったことを検出するとともにパルス信号を生成するように構成され、前記コンパレータ(41)は、2レベル出力信号を生成するように構成され、一方のレベルは前記接点(13)のうちの少なくとも2つが開いている状態を示し、他方のレベルはわずか1つの接点(13)が開いている状態を示し、前記パルス信号および前記2レベル出力信号が、前記静止位置を示す前記信号を処理するために使用される、請求項4に記載のタッチプローブ(100)。

  6. 前記静止及び配置領域(7)に、制御信号を与えるように構成された検出システム(15)を備える、請求項1から5のいずれか一項に記載のタッチプローブ(100)。

  7. 前記検出システム(15)が少なくとも1つの圧電変換器を備える、請求項6に記載のタッチプローブ(100)。

  8. ワークピース(20)の位置および/または寸法をチェックするためのタッチプローブ(100)によって出力された信号を処理する方法であって、前記タッチプローブ(100)が、支持保護フレーム(2)と、前記支持保護フレーム(2)に対して可動でありかつ前記支持保護フレーム(2)に部分的に収容されたアームセット(3)と、基準機械的ストッパ(10)と前記アームセット(3)の機械要素が前記支持保護フレーム(2)の機械要素と協働したときに閉じられる複数の接点(13)とを有する静止システムであって、前記基準機械的ストッパ(10)が前記タッチプローブ(100)の静止位置を画定するようになされる、静止システムと、前記接点(13)の状態を検出し、すべての前記接点(13)が閉じられたときに前記静止位置を示す信号を与えるための処理回路(30、30’)とを備える、方法において、
    前記処理回路(30、30’)を用いて前記接点(13)のそれぞれの状態を個々に検出するステップ、および
    前記接点(13)のうちの1つが閉じられないことを前記処理回路(30、30’)が検出したときでも、前記処理回路(30、30’)を用いて前記静止位置を示す前記信号を与えるステップ
    を特徴とする方法。

  9. 閉じられた前記接点(13)の数を検出するステップを含む、請求項8に記載の方法。

  10. 前記タッチプローブ(100)の前記接点(13)の数が6つであり、5つの閉じられた前記接点(13)が検出されたときに前記静止位置を示す前記信号が与えられる、請求項9に記載の方法。

  11. すべての前記接点(13)が閉じている状態から1つの接点(13)が開放した状態になったことが検出されたときに、パルス信号が生成され、
    2レベル出力信号が生成され、一方のレベルは前記接点(13)のうちの少なくとも2つが開いている状態を示し、他方のレベルはわずか1つの接点(13)が開いている状態を示し、
    前記パルス信号および前記2レベル出力信号が、前記静止位置を示す前記信号を処理するために使用される、請求項8から10のいずれか一項に記載の方法。

  12. 前記処理回路(30、30’)に制御信号を与え、前記ワークピース(20)の位置および/または寸法を前記チェックするために前記制御信号を処理するステップをさらに含む、請求項8から11のいずれか一項に記載の方法。

  13. 前記制御信号が、前記接点(13)から離れた検出システム(15)を用いて与えられる、請求項12に記載の方法。

  14. 1つまたは2つの接点(13)が開いている状態から、前記アームセット(3)と前記支持保護フレーム(2)との間の相互運動に従って、前記1つまたは2つの接点(13)の一方が閉じた状態になったことが検出されたときに、前記静止位置を示す前記信号が与えられる、請求項8に記載の方法。

 

 

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