JP7086055B2 - 測定方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、物体を測定する方法と、関連する装置とに関する。詳細には、本発明は、プローブデータの分析だけによって物体を測定することを可能にするタイムスタンプを導入するために、走査プローブによって横断されるスキャン経路に識別可能な動作を付与することを含む技術に関する。

工作物を製造するための工作機械が知られている。工作機械を使用して工作物の特定の特徴を測定することを可能にするために、このような工作機械のスピンドルに測定プローブを装着できることも知られている。このような測定は、機械加工過程の前に工作物の場所および／または切削工具の寸法を確立するために使用されてもよい。測定は、機械加工された工作物を検査し、切削作業が正確に実施されていることを検証するために実施されてもよい。

工作機械を使用して工作物を測定する１つの知られている方法は、偏向可能なスタイラスと、局所的（プローブ）の座標系におけるスタイラス偏向を測定するための１つまたは複数の変換器とを備える、スピンドルに装着された走査プローブを使用することである。このような走査プローブによって得られるスタイラス偏向の測定は「プローブデータ」と典型的には称され、工作機械の座標系内の走査プローブの測定された位置は「機械位置データ」と典型的には称される。使用中、走査プローブは物体に対して特定のスキャン経路に沿って移動させられる。スキャン経路が横断されるときに生成された機械位置データは、物体の表面における点の位置を定めるために、対応するプローブデータと組み合わされる。

様々な技術が、プローブデータを対応する機械位置データと組み合わせるために以前に考案されている。例えば、プローブデータと機械位置データとが組み合わされる前に時間的に合わされることを確実にするために、工作機械と走査プローブシステムとの両方によって受信されたタイミング（同期）信号がどのように使用できるかが開示されている（例えば、特許文献１参照）。プローブの測定と機械の測定との間でのシステム遅れを正確に測定するための技術が開示されている（例えば、特許文献２参照）。プローブデータと機械位置データとを組み合わせる過程は、様々な理由のため、ほとんどの工作機械システムにおいて、実際に実施するのは簡単ではない。例えば、工作機械が、情報を外部処理システムへと伝えるため外部データリンク（例えば、ＲＳ－２３２、ファイルポーリング、または、ソフトウェア接続）を備えている場合であっても、困難が生じる可能性がある。具体的には、このようなデータリンクは、構成するのがしばしば困難である可能性があり、典型的な工作機械データリンクは比較的遅く、これがサイクル時間に悪影響を与える。遅い工作機械データリンクの設備は、走査過程の間に典型的に生成される非常に大きな量の機械位置データを伝えるときに特に問題である。

機械位置データを全く必要としないようにする、いくつかの方法も以前に使用されている。プローブデータが、工作機械から出力される実際の機械位置データを使用する代わりに、仮定の機械位置データとどのように組み合わされ得るかが開示されている（例えば、特許文献３参照）。特定の状況では、これらの技術は、異なる測定のために集められたプローブデータセットにおける変化に影響されやすい可能性があることが分かっている。例えば、送り速度、または、走査プローブが作動される時間における変化は、一連の測定を比較しようとするとき、誤りを導く可能性がある。

米国特許第７９７０４８８号明細書 米国特許第７８６６０５６号明細書 米国特許第７５２３５６１号明細書

したがって、本発明は、タイミングおよび／または位置の情報を、取得されたプローブデータ自体へとコード化する方法を提供することで、前述した欠点の少なくとも一部を取り除くよう試みる。

第１の態様によれば、本発明は、走査プローブを備える工作機械装置を使用して物体を測定するための方法であって、走査プローブに対する物体の表面における一連の位置を表すプローブデータを走査プローブが取得する間に、物体に対してスキャン経路に沿って走査プローブを駆動するステップを含み、スキャン経路は、物体を測定するために分析され得るプローブデータを作り出すための少なくとも第１のスキャン経路区分を含む方法において、スキャン経路は、取得されたプローブデータだけから識別され得る複数の識別可能なプローブ動作を走査プローブに付与するようにも配置され、各々の識別可能なプローブ動作はタイムスタンプを定めることを特徴とする方法を提供する。

したがって、本発明の方法は、物体を測定するために分析され得る区分または区域を含むように構成されたスキャン経路を走査プローブのために採用している。スキャン経路は、標識またはタイムスタンプとして作用する複数の識別可能なプローブ動作も含む。これらのタイムスタンプは、例えば、スキャン経路の関連する区域の開始および終了または他の点を、プローブデータだけから識別することを可能にする。別の言い方をすれば、各々の識別可能なプローブ動作は、スキャン経路の横断の間の分かっている時間に起こり、それによってタイミングスタンプとして作用する。これは、スキャン経路内の特定の命令または名目上の位置を識別すると見なすこともできる。

複数のこのようなタイムスタンプをプローブデータ自体の中に含むことの利点は、機械位置データも工作機械から抽出する必要を取り除くということである。第１の走査区分の始まりおよび終了は、例えば、工作機械の送り速度が変更された場合であっても、または、プローブが走査区分が走査される前の変更可能な時点においてプローブデータを取得することを開始する場合に、プローブデータだけから見出せる。以下に説明しているように、タイムスタンプは、別々に集められたプローブデータの複数のセット（例えば、名目上同一の複数の物体の測定）を互いに比較することを可能にする。それは、プローブデータの、その特定の走査手順の間に集められない機械位置データとの組み合わせを可能にもする。例えば、プローブデータは、仮定の（名目上の）機械位置データ、または、走査プローブを同じスキャン経路の周りで移動させることによって先に取得された機械位置データと組み合わされ得る。これは、測定の速度（例えば、部品設定について）を増加させることができ、それによってサイクル時間を短縮する。

識別可能なプローブ動作は、スキャン経路における任意の適切な点において起こり得る。それらは、第１のスキャン経路区分の前、第１のスキャン経路区分の後、または、さらには第１のスキャン経路区分の最中に起こり得る。都合よくは、スキャン経路は、第１のスキャン経路区分の前および後に識別可能なプローブ動作を付与するように配置される。複数の識別可能なプローブ動作は、第１のスキャン経路区分の任意の２つの点を識別することを可能にし得る。有利には、第１のスキャン経路区分の開始および終了が識別され得る。

識別可能なプローブ動作は、スキャン経路へと様々な方法で組み込まれ得る。唯一の要件は、複数の識別可能なプローブ動作の各々が、スキャン経路の残りの部分の横断の間に予測されるものと異なるある種類の特徴を有するプローブデータの生成をもたらすことである。複数の識別可能なプローブ動作は互いと同様もしくは同一であり得る、または、スキャン経路は異なる識別可能なプローブ動作を含み得る。有利には、複数の識別可能なプローブ動作のうちの少なくとも１つは、物体に対する走査プローブの動作が中断される停滞期間を含む。したがって、走査プローブは、短い時間の期間にわたって物体に対して実質的に不動に保持され得る。プローブデータにおける漸進的な変化がスキャン経路について予測される場合、停滞だけがプローブデータから識別できる。

複数の識別可能なプローブ動作のうちの少なくとも１つは、走査プローブと物体との間の距離を変更することを含んでもよい。有利には、複数の識別可能なプローブ動作のうちの少なくとも１つは、走査プローブと物体との間の距離を縮小させ、次いで増加させることを含んでもよい。例えば、識別可能なプローブ動作は、走査プローブを物体に向かって進めて、次いで物体から離れるようにして、識別可能な変化または「ディンク（dink）」をプローブデータにおいて付与することを伴い得る。

したがって、走査プローブが、物体に接触するための偏向可能なスタイラスを有する接触プローブを備える場合、複数の識別可能なプローブ動作のうちの少なくとも１つは、スタイラス偏向を増加させ、次いで低下させることを含んでもよい。動作における反転（つまり、スタイラス偏向を増大させ、次いで低減させるための、走査プローブを表面に向けて移動させることと表面から離すように移動させることとの間の推移）は、良好に定められたタイムスタンプを提供する。動作におけるこのような反転は、スタイラスが物体の表面と接触させられた直後、または、それが表面との接触から移動される直前に、好ましくは起こる。そのため「ディンク」は、スタイラスが表面と接触していないことを指示する最小の偏向レベル未満にスタイラス偏向がある後または前に起こることになる。これは、このようなディンクが識別されるのを助ける。識別可能なプローブ動作が、スキャン経路の残りの部分の横断の間に予測されるスタイラス偏向を超えるために、スタイラス偏向を増加させることを含むことも可能である。そのため、増加したスタイラス偏向はプローブデータから認識できる。スキャン経路は、任意のこのようなスタイラス偏向の増加前にスタイラスを表面から任意選択で移動させて、それをより容易に特定させてもよい。

方法は、複数の識別可能なプローブ動作を、取得されたプローブデータにおいて識別するステップを含んでもよい。例えば、識別可能なプローブ動作に対応するデータにおけるピークの位置が決定され得る。有利には、方法は、識別可能なプローブ動作を使用して、取得されたプローブデータを別々に集められたデータセットと同期させるステップを含む。別々に集められたデータセットは、取得されたプローブデータを一致させる任意のデータセットであり得る。

有利には、別々に集められたデータセットは、走査プローブをスキャン経路に沿って駆動する工作機械によって別々に取得されるプローブデータを含む。例えば、方法は、取得されたプローブデータを、同じスキャン経路を使用して物体を走査するとき、先に集められた同様のプローブデータと比較することを含み得る。このプローブデータは、異なる物体（例えば、測定される物体と名目上同一である）が同じ工作機械に置かれ、同じスキャン経路を使用して走査されるときに集められてもよい。あるいは、プローブデータは、異なる工作機械における同じスキャン経路を使用して集められてもよい。

都合よくは、別々に集められたデータは、走査プローブがスキャン経路を横断するときのそれの位置を表す機械位置データを含む。別の言い方をすれば、機械位置データを工作機械から抽出するために待つのではなく、プローブデータを以前に取得された機械位置データと組み合わせることが可能である。このような機械位置データは、工作機械が同じスキャン経路を横断したときにそれから以前に集められた機械位置データであり得る。あるいは、それは、工作機械がプログラムされるスキャン経路の知識を使用して生成される名目上、命令、または仮定の機械位置データであり得る。識別可能なプローブ動作は、取得されたプローブデータの、別々に取得された機械位置データとの同期をここでも可能にする。

走査プローブはプローブデータを所定の捕捉速度で好ましくは捕捉する。走査プローブは、プローブデータの継続的なストリームを出力するように配置されてもよい。プローブデータのこのストリームは、走査プローブから外部処理装置（例えば、コンピュータ）へとプローブインターフェースを介して流され得る。集められたプローブデータは、工作機械がプローブデータを集めることを開始するために指令を走査プローブに発することと、工作機械がプローブデータを集めることを停止するために指令を走査プローブに発することとの間に集められたデータ点の個別のセットを含み得る。別の言い方をすれば、プローブデータは、工作機械によって走査プローブへと発せられる開始走査（プローブ有効入）指令と停止走査（プローブ有効切）指令との間に集められるデータ点の個別のセットを含み得る。したがって、適切な開始信号および停止信号は、スキャン経路における適切な点において、工作機械によって走査プローブへと発せられ得る。

方法は、任意の走査プローブを使用することで実施され得る。走査プローブは非接触（例えば、光学性、容量性、誘導性）走査プローブであり得る。走査プローブは接触走査プローブであり得る。具体的には、偏向可能なスタイラスを有する接触走査プローブが提供され得る。スタイラスは、２つの相互に垂直な方向のいずれか一方において、または、３つの相互に垂直な方向のいずれかにおいて、走査プローブの筐体に対して偏向可能であり得る。少なくとも１つの変換器が、スタイラスの偏向の大きさを測定するために走査プローブ内に設けられ得る。走査プローブは、スタイラス偏向の規模（方向ではない）の測定だけが可能なセンサを備えてもよく、つまり、走査プローブは、多方向の単一の出力走査プローブを備えてもよい。例えば、走査プローブは、Ｂｌｕｍ Ｎｏｖｏｔｅｓｔ ＧｍｂＨ、Ｇｅｒｍａｎｙによって製造されているようなＴＣ７６－ＤｉｇｉｌｏｇもしくはＴＣ６４－Ｄｉｇｉｌｏｇの走査プローブ、または、Ｍａｒｐｏｓｓ、Ｉｔａｌｙによって販売される型式Ｇ２５のプローブを備え得る。走査プローブは、あらゆるスタイラス偏向の規模と方向との両方を測定できるセンサを備え得る。例えば、アナログ測定プローブは、３つの相互に直交する方向において、スタイラス先端の偏向に関する３つの出力信号を生成させてもよい。Ｒｅｎｉｓｈａｗ ｐｌｃ、Ｗｏｔｔｏｎ－Ｕｎｄｅｒ－Ｅｄｇｅ、ＵＫによって製造されるＳＰＲＩＮＴ（ＯＳＰ－６０）プロービングシステムは、このような走査プローブの例である。

本明細書に記載されているような走査プローブ（アナログプローブと呼ばれることもある）は、いわゆるタッチトリガプローブと異なることに、完全を期すために留意されたい。デジタル式プローブまたはスイッチ式プローブと称されることもあるタッチトリガプローブは、単にスイッチとして作用する。安静位置からのプローブスタイラスの偏向によって（例えば、スタイラス先端が物体の表面との接触へと移動されるとき）、工作機械の「スキップ」（または同等のもの）入力へと送られるトリガ信号が発せられる。工作機械は、トリガ信号が発せられる瞬間に、機械座標系（ｘ，ｙ，ｚ）におけるタッチトリガプローブの位置を測定し、それによって、（適切な較正で）物体の表面における信号点の位置を測定することが可能になる。したがって、タッチトリガプローブは、物体の点ごとの位置測定を取るために、物体の表面との接触および接触解放へと繰り返し駆動される。したがって、タッチトリガプローブは、それらが工作物の表面における経路に沿って走査されている間にプローブデータを集めるのを許容しない点において、走査プローブと異なっている。本発明の方法は、走査（タッチトリガではない）測定にのみ適用可能である。

第１のスキャン経路区分は、物体の任意の性質の測定を提供できるプローブデータを作り出すことができる。例えば、第１のスキャン経路区分は、部品セットアップのために、または、物体の特徴を測定するために使用できるプローブデータを作り出すことができる。都合よくは、第１のスキャン経路区分は、物体の寸法を決定するために分析されるプローブデータを作り出す。有利には、第１のスキャン経路区分は、物体の場所および／または配向を決定するために分析されるプローブデータを作り出す。物体の場所および／または配向は、工作機械によって実施される切削作業の前に好ましくは決定され、測定は、１つまたは複数の切削パラメータを設定するために使用されてもよい。

スキャン経路は第１のスキャン経路区分のみを含み得る。有利には、スキャン経路は、物体の性質を測定するために分析され得るプローブデータをそれぞれが作り出す複数のさらなるスキャン経路区分を含む。スキャン経路は、各々のさらなるスキャン経路区分の前および後に識別可能なプローブ動作を付与して、各々のさらなるスキャン経路区分の開始および終了をプローブデータだけから識別させるために好ましくは配置される。別の言い方をすれば、タイムスタンプが、複数のスキャン経路区分の各々の始まりおよび終了において適用され得る。

方法は、任意の物体を測定するために使用され得る。有利には、物体は家庭用電子機器の構成部品を備える。

本発明の第２の態様によれば、工作機械と走査プローブとを備える装置であって、工作機械は、走査プローブを移動させるためのコントローラを備え、装置は、走査プローブに対する物体の表面における一連の位置を表すプローブデータを走査プローブが取得する間に、物体に対してスキャン経路に沿って走査プローブを駆動するように構成され、スキャン経路は、物体を測定するために分析され得るプローブデータを作り出すための少なくとも第１のスキャン経路区分を含む装置において、スキャン経路は、取得されたプローブデータだけから識別され得る複数の識別可能なプローブ動作を走査プローブに付与するようにも配置され、各々の識別可能なプローブ動作はタイムスタンプを定めることを特徴とする装置が提供される。スキャン経路は、第１のスキャン経路区分の前および後に識別可能なプローブ動作を付与して、第１のスキャン経路区分の開始および終了をプローブデータだけから識別することを可能にするように配置されてもよい。装置は、類似の方法について先に概要を述べた特徴のいずれかを含んでもよい。

同じく本明細書において記載されているのは、走査プローブを備える工作機械を使用して物体を測定するための方法であって、物体に対してスキャン経路に沿って走査プローブを駆動するステップを含み、走査プローブは、スキャン経路が横断されるときに測定プローブに対する物体の表面における一連の位置を表すプローブデータを取得するように配置され、スキャン経路は、プローブデータだけから識別され得る少なくとも１つの識別可能なプローブ動作を付与するように構成され、各々の識別可能なプローブ動作は、スキャン経路の横断の間の分かっている時間に起こり、それによって、プローブデータの分析だけが物体の性質を決定するために使用できるようにタイムスタンプとして作用する方法である。スキャン経路は、プローブデータだけから識別され得る複数の識別可能なプローブ動作を（例えば、スキャン経路の領域の始まりおよび終了において）付与するように選択され得る。方法は、前述した特徴のうちの任意の１つまたは複数を含んでもよい。

走査プローブを備える工作機械を使用して物体を測定するための方法も、本明細書において記載されている。方法は、物体に対してスキャン経路に沿って走査プローブを駆動するステップを含み得る。走査プローブは、スキャン経路が横断されるときに測定プローブに対して物体の表面における一連の位置を表すプローブデータを取得するために好ましくは配置される。有利には、スキャン経路は、プローブデータだけから識別され得る複数の識別可能なプローブ動作を付与するように構成される。例えば、スキャン経路は、物体を測定するために分析され得る第１のスキャン経路区分を少なくとも備え得る。第１の識別可能なプローブ動作がスキャン経路において提供され得る。この第１の識別可能なプローブ動作は第１のスキャン経路区分の前であり得る。第２の識別可能なプローブ動作がスキャン経路において提供され得る。この第２の識別可能なプローブ動作は第１のスキャン経路区分の後であり得る。そのため、スキャン経路の区域の開始および終了はプローブデータだけから識別できる。方法は、前述した特徴のうちの任意の１つまたは複数を含んでもよい。

走査プローブを備える工作機械装置を使用して工作物を測定するための方法であって、走査プローブに対する工作物の表面における一連の位置を表すプローブデータを走査プローブが取得する間に、工作物に対してスキャン経路に沿って走査プローブを駆動するステップを含み、スキャン経路は、工作物を測定するために分析され得るプローブデータを作り出し、スキャン経路は、プローブデータだけから識別され得る複数の識別可能なプローブ動作を走査プローブに付与するように配置される方法も記載されている。この例では、工作物は、一連の名目上同一の工作物における工作物であり得る。この文脈における工作物という用語は、プローブ適格性人工物などを含まないことに留意されたい。方法は、前述した特徴のうちの任意の１つまたは複数を含んでもよい。

ここで本発明は、添付の図面を参照して、単に例として記載される。

スピンドルに装着された走査プローブを担持する工作機械を示す図である。 走査プローブが工作機械によって駆動されるのに沿うスキャン経路を示す図である。 タイムスタンプを定める識別可能なプローブ動作を組み込んでいるスキャン経路を示す図である。 図３に示したスキャンの位置８０ａと８０ｂとの間で集められるプローブデータを示す図である。 走査プローブを異なる送り速度で同じスキャン経路に沿って移動させることで集められたプローブデータの２つのセットを示す図である。 タイムスタンプを使用して図５のデータが比較の目的のためにどのように調整できるかを示す図である。 図６のプローブデータとの間の差を示す図である。

図１を参照すると、走査プローブ４を保持したスピンドル２を有する工作機械が概略的に示されている。

工作機械は、工作機械の作業領域内にある工作物保持体７に位置付けられた工作物６に対してスピンドル２を移動させるためのモータ（図示せず）を備える。機械の作業領域内のスピンドルの場所は、エンコーダなどを使用する公知の手法で正確に測定され、このような測定は、機械座標系（ｘ，ｙ，ｚ）において定められるスピンドル位置データ（本明細書では「機械位置データ」と称される）を提供する。工作機械のコンピュータ数値コントローラ（ＣＮＣ）８が、工作機械の作業領域内のスピンドル２の移動を制御し、スピンドル位置（ｘ，ｙ，ｚ）を表す機械位置データも受信する。

走査プローブ４は、標準的な解放可能な工具シャンク連結を使用して、工作機械のスピンドル２に取り付けられるプローブ本体または筐体１０を備える。プローブ４は、筐体から突出する工作物に接触するスタイラス１２も備える。ルビースタイラスボール１４が、関連する工作物６と接触するためにスタイラス１２の先端に設けられている。スタイラス先端はプローブ筐体１０に対して偏向でき、プローブ本体１０内の変換器システムが、局所的またはプローブ座標系（ａ，ｂ，ｃ）におけるスタイラスの偏向を測定する。走査プローブによって取得されたスタイラス偏向データは、本明細書では「プローブデータ」と称されている。プローブ４は、遠隔のプローブインターフェース１８の対応する受信装置／送信装置部分と通信する送信装置／受信装置部分１６も備える。この手法では、走査プローブ４からのプローブデータ（つまり、ａ、ｂ、ｃのデータ値）が、無線通信リンクによってインターフェース１８へと送信される。汎用コンピュータ２０も、プローブデータをプローブインターフェース１８から受信するために提供される。本例の走査プローブ４およびインターフェース１８は、Ｒｅｎｉｓｈａｗ ｐｌｃ、Ｗｏｔｔｏｎ－Ｕｎｄｅｒ－Ｅｄｇｅ、Ｇｌｏｓ．、ＵＫによって製造されているようなＳＰＲＩＮＴ測定プローブシステムを備え得る。

使用中、ＣＮＣ８は、走査プローブを空間における特定の経路に沿って移動または駆動させる一連の命令コードを含むいわゆるパートプログラムを実行する。このような駆動経路は工具経路としばしば称されるが、切削工具ではなく走査プローブが担持されているため、スキャン経路と称されてもよい。プローブデータ（つまり、スタイラス偏向を表すａ、ｂ、ｃデータ値）と、機械位置データ（つまり、機械座標系における走査プローブの位置を表すｘ、ｙ、ｚ値）とは、スキャン経路に沿って駆動される走査プローブとして取得される。プローブデータは、あらかじめ設定された速度で典型的には集められる（例えば、スタイラス偏向読み取りが１ミリ秒ごとに取られてもよい）。ＣＮＣ８は、特定の送り速度でスキャン経路の周りを移動するようにプログラムされてもよい。送り速度は、典型的には、スピンドルがパートプログラムの指令に従って空間において動き回される速度を制御するために使用者によって調節され得る、変化するものである。例えば、送り速度は、パートプログラムにおいて設定されるパラメータを使用して定められ得る（例えば、命令Ｆ１０００は、後の補間される移動についての送り速度を１０００ｍｍ／分に設定するために使用され得る）。工作機械は、プログラム試運転の間に使用される送り速度オーバーライド制御部を有する傾向もあり、これは典型的には、操作者にすべての移動をそれらのプログラムされた値の割合へと低下させるノブである。

図２は、長方形の物体６２を測定するための先行技術のスキャン経路６０の例を示している。スキャン経路は、点６４において開始および終了し、物体６２の周りでプローブ本体６６の動作を定める。この例では、スキャン経路６０は、スキャン経路が横断されるときに走査プローブのスタイラス（図示せず）が物体の表面と接触したままとなるように、物体６２の表面から若干ずらされている。走査プローブは、点６４においてプローブデータを集めることを開始するように、および、それがその点に戻ってきたときにプローブデータを集めることを停止するように、指令される。プローブを表面との接触および接触解放へと移動させるために、スキャン経路のさらなる区分があるが、これらは図２では示されていない。

先行技術のシステムでは、プローブデータ（例えば、ａ、ｂ、ｃスタイラス偏向値）は走査プローブシステムによって集められるが、機械位置データ（例えば、ｘ、ｙ、ｚ位置値）は、走査プローブを移動させている工作機械によって集められる。集められたプローブデータの各々は、物体の表面における一連の測定された点を導出するために、同じ時点において取得された機械位置データと組み合わされる。これらの測定点は機械座標系において見出される。特許文献１において記載されているように、２つのデータセットは共通の時刻に同期されることでそれらを組み合わせている。しかしながら、このようなデータのセットを組み合わせることは、時間を費やし、特定の種類の工作機械には実行できない可能性がある。これは特に部品設定用途の場合であり、その場合、工作機械座標系内の工作物（ブランクを含む）の場所および／または配向は、機械加工作業ができるだけ素早く行われ得るようにできるだけ素早く確立される必要がある。

先に説明したように、特許文献３に記載されている技術は、集められたプローブデータを仮定の機械位置データと組み合わせることで測定を実施させることができる。仮定の位置データは、工作機械によって測定された実際のプローブデータを使用するのではなく、測定プローブの命令された位置を表している。このような技術は多くの種類の測定のために使用できるが、工作機械構成の態様が調節される場合に、集められたプローブデータのセットを比較するのが難しくなることが分かっている。例えば、プローブデータが集められる速度は、典型的には固定されている。工作機械の送り速度が調節されるが、プローブデータを集める速度が変化させられない場合、同じスキャン経路を横断するときに集められるプローブデータの量は変わってしまう。パートプログラム内での異なる命令された移動のための異なる送り速度があってもよく、これらの命令された移動の一部だけは、補間された送り速度パラメータを変えることによって変更されてもよい。プローブが物体に接近するときの加速および減速も、データセット間で変化を導入してもよい。これは、データセットのロバストな比較を、実際に実施するのに困難にさせる。

したがって、本発明者らは、タイムスタンプがプローブデータ自体においてコード化される方法を考え出した。具体的には、測定される物体に対する走査プローブの動作を定めるスキャン経路が、タイムスタンプとして使用され得る特徴的な移動（例えば、「ディンク」）を含むように配置される。これらの特徴的な移動は、スキャン経路の特定の区域の開始および終了を、プローブデータだけから識別することを可能にする。タイミング情報をプローブデータに埋め込むことで、送り速度への変更、または、走査プローブがデータを出力することを開始するときへの変更から生じ得るプローブデータセット同士を比較するときに問題を取り除く。

図３は、複数のタイムスタンプを含む長方形の物体６２のためのスキャン経路７０の例である。スキャン経路７０は点７４において開始および終了する。スキャン経路７０は、それが走査プローブを表面に向けて内向きに短く移動させる（つまり、スタイラス偏向の規模を増加させる）複数の特徴的な移動７６ａ～７６ｈ（集合的に、特徴的な移動７６と称される）を含むことを除いて、図２のスキャン経路６０と同じ概略的な経路を辿る。特徴的な移動７６は、それらが測定精度に影響しないように、測定される領域の外側に位置するように配置される。この例では、特徴的な移動７６は、長方形の物体６２の各々の側の開始および終了に位置付けられている。

したがって、走査プローブは、プローブデータが設定速度で集められる間、開始点７４から終了点７４までスキャン経路７０の周りで駆動される。走査プローブは最初に、それが第１の特徴的な移動７６ａ（つまり、表面に向かってから再び戻る移動）を行う領域にそれが到達するまで、スキャン経路に沿って直線で移動する。次に走査プローブは、第２の特徴的な移動７６ｂに到達するまで直線に沿って移動し続ける。したがって、第１のタイミングスタンプ（つまり、特徴的な移動７６ａ）によって先行され、第２のタイミングスタンプ（つまり、特徴的な移動７６ｂ）が続く第１のスキャン経路区分７８が提供される。物体の角の周りで駆動された後、同様の手順が、物体の第２の面、第３の面、および第４の面においてさらに実施される。

図４を参照すると、走査プローブによって測定されたスタイラス偏向の規模（Ｍ）が時間の関数として描画されている。具体的には、図４は、図３において示した点８０ａと点８０ｂとの間に結果得られた偏向（つまり、測定されたａ、ｂ、ｃの偏向の結果の規模）を示している。第１の特徴的な移動７６ａおよび第２の特徴的な移動７６ｂは、偏向データでは、第１のピーク８６ａおよび第２のピーク８６ｂという結果になっていることが見てとれる。これらは、時間ｔ１およびｔ２において起こっている。時間ｔ１およびｔ２を知ることで、第１のスキャン経路区分７８から集められたプローブデータ８８のセットを決定させることができる。このプローブデータだけが、工作物のずれまたは回転を決定するために分析され得る。

プローブデータにおけるタイムスタンプの存在は、いくつかの利点を有する。具体的には、後に記載しているように、それは集められたプローブデータの他のデータセットとの比較を可能にする。

図５は、同じスキャン経路および走査プローブを使用して、名目上同一の長方形の物体について集められたデータ９２の同様のセットに対して描画された図４のデータ９０を示している。２つのデータのセットは、偏向データ９０における第１のピーク８６ａおよび第２のピーク８６ｂの位置と、偏向データ９２における第１のピーク９６ａおよび第２のピーク９６ｂの位置とにおける変化をもたらす若干異なる送り速度を使用して集められている。

図６を参照すると、タイミングスタンプ（つまり、２つのデータセットにおけるピークの対）は、プローブデータと関連付けられた機械位置データを知る必要もなく、データセットの比較を実施させることができる。例えば、データ９２は、タイミングスタンプが他のデータ９０のそれらと位置合わせされるデータ９２’を生成するために調整およびずらされ得る。

図７を参照すると、２つのデータセットの比較は、第１のスキャン経路区分７８から集められたプローブデータ８８における差を分析することで行われ得る。これは、第１のスキャン経路区分７８に沿う２つの物体の寸法または位置におけるあらゆる変化を分析させることができる。

上記の実施形態は本発明の例であることは、記憶されるべきである。物体の単一の側からのプローブデータの分析が先に記載されているが、スキャン経路の３つの他の区分が同じ方法で分析され得ることに留意されたい。スキャン経路区分からの測定は単独で分析されてもよい、または、複数の区分における変化は一体に分析されてもよい（例えば、物体の中心位置にずれを確立するために）。技術は、異なる形の物体に、および異なるスキャン経路に適用されてもよい。当業者には、本発明により可能である多くの変形物および代替物が認識されよう。

Claims (15)

1. 走査プローブを備える工作機械装置を使用して物体を測定するための方法であって、前記走査プローブに対する前記物体の表面における一連の位置を表すプローブデータを前記走査プローブが取得する間に、前記物体に対してスキャン経路に沿って前記走査プローブを駆動するステップを含み、前記スキャン経路は、前記物体を測定するために分析され得るプローブデータを作り出すための少なくとも第１のスキャン経路区分を含む方法において、
   前記スキャン経路は、前記取得されたプローブデータだけから識別されることができ、前記プローブデータのみから生成されることができる複数の識別可能なプローブ動作を前記走査プローブに付与するようにも配置され、各々の識別可能なプローブ動作はタイムスタンプを定めることを特徴とする方法。
2. 前記スキャン経路は、前記第１のスキャン経路区分の前および後に識別可能なプローブ動作を付与するように配置される請求項１に記載の方法。
3. 前記複数の識別可能なプローブ動作は、前記第１のスキャン経路区分の開始および終了を識別することを可能にする請求項１または２に記載の方法。
4. 前記複数の識別可能なプローブ動作のうちの少なくとも１つは、前記走査プローブと前記物体との間の距離を縮小させ、次いで増加させることを含む請求項１乃至３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記走査プローブは、前記物体に接触するための偏向可能なスタイラスを有する接触プローブを備え、前記複数の識別可能なプローブ動作のうちの少なくとも１つは、前記スタイラス偏向を増加させ、次いで低下させることを含む請求項４に記載の方法。
6. 前記複数の識別可能なプローブ動作のうちの少なくとも１つは、前記物体に対する走査プローブの動作が中断される停滞期間を含む請求項１乃至５のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記識別可能なプローブ動作を使用して、前記取得されたプローブデータを別々に集められたデータセットと同期させるステップを含む請求項１乃至６のいずれか一項に記載の方法。
8. 前記別々に集められたデータセットは、走査プローブを前記スキャン経路に沿って駆動する工作機械によって別々に取得されるプローブデータを含む請求項７に記載の方法。
9. 前記別々に集められたデータは、前記走査プローブが前記スキャン経路を横断するときのそれの位置を表す機械位置データを含む請求項７に記載の方法。
10. 前記走査プローブはプローブデータを所定の捕捉速度で捕捉し、前記工作機械装置の送り速度は工作機械操作者によって変えることができる請求項１乃至９のいずれか一項に記載の方法。
11. 前記走査プローブは、前記物体に接触するための偏向可能なスタイラスを有する接触プローブを備える請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の方法。
12. 前記第１のスキャン経路区分は、前記物体の寸法、前記物体の場所、および／または前記物体の配向を決定するために分析されるプローブデータを作り出す請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の方法。
13. スキャン経路は、前記物体の性質を測定するために分析され得るプローブデータをそれぞれが作り出す複数のさらなるスキャン経路区分を含み、前記スキャン経路は、各々のさらなるスキャン経路区分の前および後に識別可能なプローブ動作を付与して、各々のさらなるスキャン経路区分の開始および終了を前記プローブデータだけから識別することを可能にするように配置される請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の方法。
14. 前記物体は家庭用電子機器の構成部品を備える請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の方法。
15. 工作機械と走査プローブとを備える装置であって、前記工作機械は、前記走査プローブを移動させるためのコントローラを備え、前記装置は、前記走査プローブに対する物体の表面における一連の位置を表すプローブデータを前記走査プローブが取得する間に、前記物体に対してスキャン経路に沿って前記走査プローブを駆動するように構成され、前記スキャン経路は、前記物体を測定するために分析され得るプローブデータを作り出すための少なくとも第１のスキャン経路区分を含む装置において、
    前記スキャン経路は、前記取得されたプローブデータだけから識別されることができ、前記プローブデータのみから生成されることができる複数の識別可能なプローブ動作を前記走査プローブに付与するようにも配置され、各々の識別可能なプローブ動作はタイムスタンプを定めることを特徴とする装置。

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