工作機械用測定方法
【課題】機械上の被加工物を工作機械の制御器に保存されたプログラムを利用して、高速に、正確に、且つ容易に被加工物を測定することを可能にする工作機械上の被加工物を測定する方法を提供する。
【解決手段】工作機械において、プログラム（１２）は、被加工物Ｗの特徴を測定する走査プローブまたはアナログ・プローブＰからデータを受け取る。このデータは、走査移動中に、前提の機械位置データと組み合わされる。このことは、実際に測定された位置データを得るために、サーボ・フィードバック・ループ（２４）に割り込まなければならないことを防止する。前提の機械位置データは、走査移動を制御する部品プログラム（２０）から引き出される。前提の機械位置の値と実際の値との間の誤差を補償するためにいくつかの方法が記載されている。
【解決手段】工作機械において、プログラム（１２）は、被加工物Ｗの特徴を測定する走査プローブまたはアナログ・プローブＰからデータを受け取る。このデータは、走査移動中に、前提の機械位置データと組み合わされる。このことは、実際に測定された位置データを得るために、サーボ・フィードバック・ループ（２４）に割り込まなければならないことを防止する。前提の機械位置データは、走査移動を制御する部品プログラム（２０）から引き出される。前提の機械位置の値と実際の値との間の誤差を補償するためにいくつかの方法が記載されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定をすること、より詳細には、工作機械を使って被加工物を入念に測定することに関する。
【背景技術】
【０００２】
被加工物を測定するために、被加工物に対して移動する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、典型的には、例えば、特許文献１に記載されるようなタッチ・トリガー・プローブであった。該プローブは、プローブの針が被加工物の表面に接触するとトリガー信号を発生させる。このトリガー信号は、工作機械の数値制御器のいわゆる“スキップ（skip）”入力にされる。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とプローブの位置）を瞬間的に読み取る。これは、機械の移動のためのサーボ制御ループにおいて位置フィードバック情報を発生させるエンコーダまたはリゾルバのような機械の測定装置から取られる。
【０００３】
座標測定機械（ＣＭＭｓ）の分野においては、上述したようなタッチ・トリガー・プローブまたはアナログ・プローブまたは走査プローブを使って被加工物を測定することが知られている。アナログ・プローブまたは走査プローブの１つの公知のタイプは、被加工物の表面に接触する針、及びプローブ本体に対する針の撓みを測定するプローブ内のトランスデューサを有する。一例が特許文献２に示されている。これは、トリガー・プローブで都合よく実行され得るよりも、被加工物の表面形状の非常にきめ細かい測定を可能とする。プローブは、被加工物表面に対して移動され、結果として、針が該表面を走査する。プローブのトランスデューサからの出力、及びエンコーダまたは機械のその他の測定装置の出力の読み取りが連続的になされる。瞬間的なプローブ出力及び瞬間的な機械出力を付加的に組み合わせることにより、デジタル化された座標データが、走査移動全体にわたって非常にたくさんの点で被加工物表面の位置に対して取得される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第４、１５３、９９８号明細書
【特許文献２】米国特許第４、０８４、３２３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
これまで、ＣＭＭｓに関して直前に説明した方法で、アナログ・プローブまたは走査プローブを工作機械上で効果的に使用することは困難または不可能であった。一つの理由は、商業的に入手可能な工作機械の制御器の限界にある。ＣＭＭｓの上述した走査方法は、機械のエンコーダまたはその他の測定装置からの位置データが高速で連続的に入手可能であり、その結果、走査の各点に対しプローブ出力を加えることを必要とすることが注目されるであろう。従来の工作機械制御器は、これをする能力がない。それらの“スキップ”入力は、必要とされる高速で処理することができない。したがって、相応の速さで操作を実行するために、例えば、機械のエンコーダまたはその他の測定装置の出力から、サーボ・フィードバック・ループのデータを直接抽出することができるように、制御器を改良する必要があった。本件出願人であるレニショウは、これをするシステムを登録商標レンスキャン（ＲＥＮＳＣＡＮ）で販売してきた。しかしながら、そのような制御器に対する改良は、制御器ごとに異なり、容易ではない。あるいは、該改良は、可能ですらない。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の１つの形態は、工作機械上の被加工物を測定する方法を提供する。該方法は、被加工物に対するプローブの規準の位置（nominal positions）を含む所定の軌道（a pre-defined path）に沿うアナログ・プローブまたは走査プローブと被加工物との間の相対的移動を引き起こすステップと、移動中、プローブに対する被加工物表面の位置の測定値をとるステップと、プローブの出力からの前記位置の測定値と前記所定の軌道に基づくデータとを組み合わせるステップとを備えている。
【０００７】
したがって、全体にわたって測定されたデータは、所定の軌道からのデータとプローブ出力からの測定値との組み合わせである。所定の軌道からのデータを使うことにより、プローブの実際の位置に関する機械のサーボ・フィードバック・ループからの瞬間的データを取得する必要がない。
【０００８】
好ましい実施態様においては、所定の軌道に基づくデータは、少なくとも１つの目標またはプローブ出力の規準の読み取り値（reading）を含んでいる。所定の軌道におけるプローブの規準の位置がその実際の位置を正しく反映しているとすると、被加工物の誤差は、目標またはプローブ出力の規準の読み取り値と実際のプローブ出力の読み取り値との間の差である。
【０００９】
方法は、所定の軌道の規準の位置と被加工物に対するプローブの実際の位置との間の差を補償するステップを含み得る。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】工作機械を図式的に示す。
【図２】被加工物を走査する針先端を示す等角投影図である。
【図３】被加工物を走査する針先端を示す平面図である。
【図４】走査中のプローブ測定値のグラフである。
【図５】プローブ測定値と前提の機械の位置データとの組み合わせを示すグラフである。
【図６】走査されている較正用加工製品を示す。
【図７】較正方法を説明するグラフである。
【図８】較正方法を説明するグラフである。
【図９】図３に相当する図であるが、基準点の測定を示す。
【図１０】図４に相当するグラフであるが、図９の基準点測定値を使用している。
【図１１】図５に相当するグラフであるが、図９の基準点測定値を使用している。
【図１２】図４に相当するグラフであるが、直線に沿う測定の実施態様を示す。
【図１３】図７及び８の較正方法をさらに発展させて使用された数学上の計算を示す図である。
【図１４】図７及び８の較正方法をさらに発展させて使用された数学上の計算を示す図である。
【図１５】さらなる補償方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
さて、本発明の実施態様が添付する図面を参照して一例として説明されるであろう。
【００１２】
図１は、典型的な工作機械を示す。工作機械は、モータＭの動作の下で、ｘ、ｙ、ｚ方向に互いに対して移動可能なテーブルＴとスピンドルＳを含んでいる。この例に示されるように、モータＭが、テーブルを移動させ、スピンドルは静止した状態のままである。しかしながら、本発明は、相対的な移動が、機械の静止したテーブルすなわち基台と、移動するスピンドルとの間に発生する場合のような、その他の工作機械装置にも同様に適用可能である。
【００１３】
通常、切削工具がスピンドルＳに取り付けられるが、図１は、テーブルＴに取り付けられている被加工物Ｗの走査測定を実行するために、アナログ・プローブまたは走査プローブＰが、切削工具の代わりにスピンドルに取り付けられていることを示している。プローブＰは、被加工物Ｗの表面に接触する可撓性の針Ｑを有している。そして、プローブＰ内のトランスデューサ（不図示）が、例えば、（参照により本明細書に組み込まれる）特許文献２に記載されるように、針Ｑのｘ、ｙ、ｚ方向の撓みを測定する。
【００１４】
プローブのトランスデューサの出力は、アナログまたはデジタルであってもよい。アナログ・プローブまたは走査プローブの別の形状が使用され得る。該形状は、プローブに対する被加工物表面の位置が非接触な方法、例えば、光学的センサ、静電容量的センサまたは誘導的センサで測定されるものを含む。
【００１５】
走査測定中、プローブＰは、トランスデューサから受信機ＲＸへデータを連続的に送信する。信号送信は、無線、例えば、光学的または電波であることが好ましいが、代わりに、有線送信が使用されてもよい。
【００１６】
プローブＰは、その表面を走査するように被加工物Ｗに対して軌道に沿って移動させられる。これは、制御器１０に付け加える被加工物Ｗ用部品プログラム（a part program）２０の制御下でなされる。部品プログラムは、要求信号を回線にのせてサーボ・フィードバック・ループ２４に送り出す。サーボ・フィードバック・ループ２４は、モータＭを駆動し、要求された軌道に沿う機械の移動を実現する。
【００１７】
部品プログラム２０が動作する制御器１０が工作機械の従来の標準数値制御である場合、サーボ・フィードバック・ループ２４も制御器１０の一部を形成する。あるいは、制御器１０は、要求された軌道データを標準数値制御のサーボ・フィードバック・ループに供給する独立したコンピュータであってもよい。制御器１０は、プローブと機械の標準制御との間のインターフェースの一部を形成してもよい。
【００１８】
従来と同じように、サーボ・ループ２４は、エンコーダまたはリゾルバ（不図示）のような機械の測定システムから位置フィードバック情報を受け取る。サーボ・ループ２４は、部品プログラム２０からの要求された機械軌道に従って機械の測定システムにより指示されたとき、実際の軌道を維持する傾向があるようにモータを駆動する。
【００１９】
図２及び３は、被加工物Ｗの表面を走査する針Ｑをより詳細に示す。簡単な例として、真の円形形状からのずれを判別するために、円形の孔３０の内面を走査する針が示されている。この場合、部品プログラム２０は、プローブと被加工物の所定の円形の機械軌道３２に沿う相対的移動を命令する。この機械軌道は、針先端の半径を考慮して選択された、円形の孔３０の半径よりわずかに小さい所定の半径を有する。機械軌道は、また、孔３０の表面の真の円形形状からの考えられるあらゆるずれに対して、針先端が、表面と接触した状態のままであり、プローブの測定範囲（すなわち、プローブ内のトランスデューサにより測定されるとき針の許容される撓み）内にあることを確保するためにも選択されている。
【００２０】
図４は、プローブのトランスデューサにより測定されるときのプローブＰに関する針Ｑの考えられ得る撓みを、孔３０を巡って時間的位置または角度的位置に対するグラフで示している。特に、グラフは、半径方向の撓みを示している。該撓みは、本例においては、プローブのｘ及びｙ出力から計算され得る。線３４は、孔が正しい寸法及び円形形状を有する場合に予想される規準のプローブ出力を示す。線３６は、孔が非常に小さい場合のプローブ出力を示す。線３８は、孔が過大であることを示す。正弦波曲線４０は、孔がその規準の位置から偏心していることを示す。もちろん、例えば、孔３０の表面が意図されている円形形状からずれている場合の不規則なずれのような、規準の線３４からのその他のずれが考えられ得る。
【００２１】
図１に戻って、制御器１０は、部品プログラム２０に加えて測定プログラム１２を走らせる。この測定プログラム１２は、図４の時間的／角度的位置軸に沿う位置で、適当に速いデータ速度で、たくさんの測定読み取りをすることを担っている。これをなすために、プログラム１２は、２つのデータ・ソースを組み合わせる。１つは、受信機ＲＸから受け取られるプローブＰからの出力である。もう１つは、瞬間的な仮定され、要求された機械の位置（すなわち、テーブルＴに対するスピンドルＳとプローブＰの位置）である。後者は、矢印１４により示されるように、部品プログラム２０により設定される所定の軌道から引き出される。これは、機械のサーボ・フィードバック・ループのエンコーダまたはリゾルバまたはその他の位置測定装置から引き出される従来技術と対照的である。
【００２２】
これらのデータ・ソースを組み合わせる唯一の方法は以下の通りである。機械軌道に沿う非常にたくさんのデータ・ポイントのそれぞれに対して、対応するプローブ出力及び仮定された機械の位置が、図５に図形的に示されるように、付加的に組み合わされる。ここで、線４２は、測定プログラム１２により部品プログラム２０から引き出されるような所定の機械軌道３２の半径を示す。図４に示されるように、各データ・ポイントに対し（すなわち、各時刻のまたは各角度の位置において）、プローブの出力がこれに加えられる。結果が、図５の線４４で示されている。所定の機械軌道の半径は、円形状の軌道の移動を命令する部品プログラム２０の従来のＧコード（G-code）により使用されるように単に存在し得る。
【００２３】
データ・ソースを組み合わせる好ましい別の方法は、以下の通りである。プログラム１２は、プローブの撓みに対する目標値または規準値を含んでいる。例えば、所定の機械軌道は、規準のまたは目標のプローブの（半径方向の）撓みＤｔａｒｇｅｔをもたらすように選択され得る。これは、被加工物が規準の寸法及び位置に一致する場合に認められる撓みの値である。値Ｄｔａｒｇｅｔは、所定の軌道に基づいてプログラム１２に予めプログラムされていてもよい。あるいは、値Ｄｔａｒｇｅｔは、所定の軌道について部品プログラム２０から受け取った値からプログラム１２により計算されてもよい。測定が進行するにつれ、プログラム１２もまた、実際のプローブの撓みＤａｃｔｕａｌに対する値を、受信機ＲＸを経由して受け取る。プログラム１２は、これらの２つのデータ・ソースを、それらを引き算的に組み合わせることにより比較し、実際の変動誤差をいかなる位置にも与える。
誤差＝Ｄａｃｔｕａｌ−Ｄｔａｒｇｅｔ
【００２４】
例えば、目標撓みが１００μｍであり、実際の撓みが１０１μｍである場合、被加工物の寸法の誤差は、１μｍである。
【００２５】
これまでのところ、誤差は、孔３０を取り囲む各個別位置で検討されてきた。このことは、さらにいえば、例えば、形状誤差を判別するのに何が望ましいかということにあるかもしれない。しかしながら、全体にわたって誤差を検討するために、プログラム１２がデータ・フィッティング・アルゴリズムを実行することも可能である。例えば、図４に４０で示されるように正弦波曲線を描く誤差が見つけ出された場合、そのようなアルゴリズムは、孔の真の中心点、及び規準の中心点からのそのずれを判別し得る。及び／または、そのようなアルゴリズムは、孔の平均の半径及びこの値からのずれを判別し得る。
【００２６】
もちろん、記載されている方法は、図２−５にあるような円形形状に限られるものではなく、多くのその他の機械加工による特徴を持つ形状を判別するのに使用され得る。
【００２７】
例えば、図１２は、名目上平坦な被加工物表面に沿う直線を検査する場合を示す。ここでは、線６０は、プローブが部品プログラムにより線に沿って駆動されるときのプローブの撓みに関する所定の規準のまたは目標の値を表す。実際の値がプローブからプログラム１２により受け取られると、該値は、最適のアルゴリズムにかけられ、最適の直線を判別する。これが線６２により表されている。次に、プログラム１２が規準の線６０に対する線６２の傾斜角及び偏り（offset）を計算し、したがって、測定された被加工物表面の位置及び方位の誤差を示すことは簡単である。
【００２８】
どんなタイプの特徴が測定されるかを判別するために、データに対して適切な知的アルゴリズムを適用し、次に、その誤差を計算する適切な方法を選別し、実行することも可能である。
【００２９】
これまでに記載された方法は、かなり正確な結果をもたらす。例えば、孔３０が制御器１０からの切削用部品プログラムにしたがって、スピンドルＳに設置された切削工具により予め機械加工された場合、工具は、切削中に加えられる負荷により撓む傾向にあったかもしれない。このことは、孔が不正確な寸法及び形状になる結果を招き得る。プローブＰは、そのような切削負荷にはさらされないので、そのような誤差を測定することができる。プローブＰが走査動作を実行するので、プローブＰは、孔の直径または半径及び中心点のような簡単な寸法ばかりでなく円周全体にわたっての正しい形状からのずれを測定し得る。このことは、従来のタッチ・トリガー・プローブよりも有利である。
【００３０】
詳細にわたる測定をもたらすばかりでなく、上述の方法は、また、機械加工された被加工物の検査に対しても使用され得る。すなわち、プログラムは、被加工物が望ましい許容誤差の範囲内にあるかどうかを示す合格・不合格の指示を出力し得る。
【００３１】
そのような測定は、また、例えば、仕上げ切削（a final cut）の前に機械加工オフセットを更新するプロセス制御に有益である。このことは、仕上げ切削が当該被加工物の特徴に要求される寸法を精密にもたらすことを可能とする。同様に、測定は、この先の機械加工、例えば、測定される特徴の位置がその規準の位置とは異なることを見つけた場合に対する被加工物オフセットを更新するのに使用され得る。
【００３２】
図３−５の方法は、また、作業の準備、すなわち、異なる機械で機械加工された特徴を予め持った被加工物を据え付けることに対して使用され得る。次に、方法は、これらの存在する特徴の位置を突き止めるために、新しい機械で実行される。新しい機械は、存在する特徴に対して正確に配置されている被加工物に孔を開けるためのものであるジグ中ぐり盤であってもよい。この場合も、特徴の形状が走査され得るので、また、最適なアルゴリズムが特徴を該特徴の規準の形状に合わせるように使用され得るので、この方法は、従来のタッチ・トリガー・プローブによるよりもより正確な結果をもたらすことを可能とする。
【００３３】
しかしながら、これまで述べられた方法は、例えば、サーボ・ループ２４におけるサーボ機構の不整合により、若干不正確になる傾向がある。サーボ機構の不整合は、実際の位置と要求された位置との間の差から生じる。例えば、ｘ−ｙ平面における円形軌道の周囲を移動するとき、ｘ軸サーボ機構及びｙ軸サーボ機構がそれぞれのモータＭを駆動する正弦波軌道間の名目上９０°の位相差のフェーズ・エラー（phase errors）が存在する。ｘ軸サーボ機構の実際の位置は、異なる応答特性に起因して、ｙ軸サーボ機構より早くまたは遅くその要求される位置に追いつき得る。同様の不整合が、例えば、命令された軌道が機械の軸に対してある角度にある直線である場合に起こり得る。しかし、軌道が軸の１つに平行である場合、たいした問題はない。また、サーボ機構の誤差、例えば、ガタ、または、機械のエンコーダまたはリゾルバまたはその他の測定システムのスケール誤差（scale errors）の別の要因もある。
【００３４】
したがって、いかなる瞬間においても、機械の実際の位置（すなわち、テーブルＴに対するスピンドルＳとプローブＰの実際の位置）は、部品プログラム２０により回線２２に乗って要求される位置に正確には一致していないようである。したがって、測定プログラム１２に回線１４に乗って供給される前提の位置の値と実際の位置との間に差があるのであろう。
【００３５】
したがって、より大きな正確さを求めて、選択が自由の較正プロセスが、図６、７及び８を参照して記載されるであろう。較正は、既知の寸法及び形状を有する加工製品を使用する。該加工製品は、測定される被加工物すなわち特徴に実質的に同じでありことが好ましい（しかし、本質的ではない）。例えば、図２及び３の円形の孔３０を測定する場合には、加工製品は、正確に知られている半径と形状（図６）を持つ環状ゲージの内面４６であり得る。これが、図３の軌道３２に対応する円形軌道４８に沿って移動することを機械に命令する部品プログラムにより走査される。
【００３６】
図７において、線５０は、加工製品の正確に知られている形状及び半径を示す。線５２は、上述の方法のいずれかで測定プログラム１２によって取得された、測定された値を示す。これらの２つの線の間のずれは、それが命令された機械軌道に沿って移動するときの前提の機械位置の値と実際の位置の値との間の瞬間的な誤差を示す。
【００３７】
線５０及び線５２上の点の対応する値を引くことにより、図８に示される曲線５４上に存在する値が取得される。これは、（時間に関し、または円形の測定がなされている場所の角度に関し）機械軌道に沿う全ての位置に対し、前提の機械位置と実際の機械位置との間の差を補正するために必要とされる半径の補正を示す。これらの半径の補正値は、制御器１０内に保存される。測定が製造被加工物Ｗ上でなされるとき、測定プログラム１２は、正確な測定値を取得するために、これらの補正値を前提の機械位置の値及びプローブＰからの測定値に組み合わせる。
【００３８】
加工製品４６が被加工物の特徴と同じ寸法でない（例えば、異なる半径を有する円である）場合、及び／または加工製品及び被加工物の走査が異なる接線速度または角速度で行われる場合、これは、数学的計算により補償される。これは、図１３に示される。
【００３９】
半径Ｒ１を有する円に対し、走査が同じ速度で行われると仮定すると、曲率の変化は、曲率の変化が同じ距離に対し時間とともにより大きくなる、半径Ｒ２を有する円に対して、移動が行われている限り、より小さくなる。言い換えれば、角度α１は、α２より小さい。これは、例えば、サーボの不一致の原因となり、結果として円Ｒ２に対し、円Ｒ１に対するより大きな違いをもたらす。すなわち、サーボの不一致に起因する円は、より大きな誤差に起因するより大きな値により、規準とは異なる最大半径を有するであろう。これは、規準の円と円Ｒ１に対して取得された円との間の差を測定し、次に、円Ｒ２に対し同様のことをすることで補償され得る。
【００４０】
次に、測定された内径がＲ１とＲ２との間にある半径を有する場合、これは、補間法を用いて処理される。例えば、Ｒ１がＲ２より大きい場合、
ＣＲ１→ｅｒｒ１
ＣＲ２→ｅｒｒ２
【００４１】
ここで、ＣＲ１は、半径Ｒ１の円であり、ＣＲ２は、半径Ｒ２の円である。
【００４２】
また、上述したように、ｅｒｒ１は、ｅｒｒ２より小さいことが予想される。
【００４３】
近似する寸法の間で許容され得る想定である直線性を仮定し、図１４を参照すると、
ｔａｎ（α）＝（ｅｒｒ−ｅｒｒ１）／（Ｒ１−Ｒ）＝（ｅｒｒ２−ｅｒｒ１）／（Ｒ１−Ｒ２）となり、したがって、
ｅｒｒ＝［（ｅｒｒ２−ｅｒｒ１）＊（Ｒ１−Ｒ）／（Ｒ１−Ｒ２）］＋ｅｒｒ１となる。
【００４４】
これは、補間法で計算された誤差（実際から規準までの差）である。
【００４５】
上記説明は、また、測定が同じ寸法の加工製品に対し異なる速度でなされた場合にも有効である。すなわち、加工製品は、異なるが近似する２つの（線形的；for linearity）速度で測定され、誤差（規準からのずれ）が記録される。次に、補間アルゴリズムが使用され、２つの間に存在する速度に起因する誤差を計算する。このアルゴリズムは、上述のものと同じである。
【００４６】
さて、測定の正確性を改善する別の方法が、図９、１０及び１１を参照して説明されるだろう。これは、測定される被加工物Ｗの表面の基準点を使用する点で上記方法から変更される。実際には、孔３０内の走査されるはずである軌道上の点であるだろう。
【００４７】
図９において、４つの基準点Ｒが選択される。針先端Ｑが、矢印５６で示されるように、半径方向の基準点Ｒに接近するように、これらの基準点の各点において機械が駆動される。プローブＰは、トリガー信号が送出される閾値がその測定範囲内に画定されているタッチ・トリガー・モードで使用され得る。次に、このトリガー信号が従来のタッチ・トリガー・プローブと同じ方法で機械の制御器の従来のスキップ入力にされ得る。制御器は、この動作の結果として各基準点Ｒに対して座標値を提示する。したがって、基準点Ｒは、真の機械位置の値であって、前提の機械位置の値ではない。
【００４８】
トリガー値を取得するためにスキップ入力を使用することに代わる好ましいものとして、機械は、基準点まで駆動され、停止し、次に、プローブ出力が判別され、機械の位置の値に加えられ、値Ｒを与え得る。静力学的平均により、すなわち、一時期停止位置に停止し、プローブの出力をたくさん読み取り、それらを平均することにより、この値の正確性が増し得る。これは、機械が停止され、したがって、サーボ誤差が全くないので、正確な測定を与える。
【００４９】
図１０及び１１は、図４及び５に対応する。図１０及び１１は、これらの基準点が結果としての測定値を計算するのにどのように使用されるのかを示している。図１０において、線５８は、既に述べたような前提位置の値を使い、走査することによるプローブの測定値を示す。これらの値は、図４に示されると同じ方法の規準の値３４からずれている。図１１は、基準点Ｒの４つの値を示す。最終的な測定値を提示するために、測定プログラム１２は、最適アルゴリズムを使用し、図１０の線５８からの値をこれらの基準点Ｒに重ね合わせる。したがって、前提位置を使用することにより判別された値が、これらの既知の値Ｒに適合するように調整される。
【００５０】
値Ｒが真の値であることが知られているので、図１１の線５８の中間の値は、別の場合より正確である。したがって、この質の高い方法は、走査と基準点の組み合わせを使用し、走査測定の全体的な正確性を向上させる。
【００５１】
図１５は、正確性を向上させることを補償するさらに別の方法を示す。曲線Ｂは、通常の好ましい速度で円形の特徴を走査した結果を示す。該曲線Ｂは、バックラッシュ及びその他のサーボ誤差により引き起こされた歪を含んでいる。曲線Ａは、より遅い速度で同じ円形の特徴を走査した結果を示す。該曲線Ａは、歪が回避されていることが分かる。
【００５２】
したがって、本発明のさらなる実施態様は、この事実を利用する。円は、遅い速度及び速い速度の両方で走査され、結果としてのプローブ出力データが記録される。次に、特徴を取り囲む各位置に対する誤差補正値を含む、特徴に対する誤差地図が作り出される。これは、引き算（Ｂ−Ａ）によりなされる。各位置に対し、遅い走査Ａの間のプローブ出力が、通常の速度走査Ｂの間の対応する出力から引かれる。
【００５３】
この誤差地図は、名目上同一の被加工物の生産工程中の最初の被加工物により作り出され得る。または、望ましい大きさ及び形状を有する加工製品により作り出されうる。あるいは、図１３及び１４に従う補償が適用されるならば異なる大きさを有する加工製品によってさえも作り出され得る。次に、誤差地図は、この先の被加工物の同様の特徴を測定するとき、将来使うためにプログラム１２により保存される。
【００５４】
そのような将来の測定は、上述した方法に従って、例えば、図３−５に関連して実行される。先に述べたように、これは、（実際のプローブ出力を部品プログラム２０からの前提値と比較することにより）特徴の寸法を判別し得る。あるいは、実際のプローブ出力を目標のプローブ出力と比較する（Ｄａｃｔｕａｌ−Ｄｔａｒｇｅｔ）ことにより、特徴の誤差を判別し得る。
【００５５】
いずれの場合も、測定は、誤差地図に従う補正を適用し、対応する測定された値から各位置の保存されている誤差の値を引くことにより補償される。
【００５６】
その他の実施態様と同様に、図９−１１及び１５に従う方法は、円形の特徴に適用可能であるばかりでなく、多くのその他の機械加工される特徴の形状を判別するのに使用され得る。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定をすること、より詳細には、工作機械を使って被加工物を入念に測定することに関する。
【背景技術】
【０００２】
被加工物を測定するために、被加工物に対して移動する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、典型的には、例えば、特許文献１に記載されるようなタッチ・トリガー・プローブであった。該プローブは、プローブの針が被加工物の表面に接触するとトリガー信号を発生させる。このトリガー信号は、工作機械の数値制御器のいわゆる“スキップ（skip）”入力にされる。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とプローブの位置）を瞬間的に読み取る。これは、機械の移動のためのサーボ制御ループにおいて位置フィードバック情報を発生させるエンコーダまたはリゾルバのような機械の測定装置から取られる。
【０００３】
座標測定機械（ＣＭＭｓ）の分野においては、上述したようなタッチ・トリガー・プローブまたはアナログ・プローブまたは走査プローブを使って被加工物を測定することが知られている。アナログ・プローブまたは走査プローブの１つの公知のタイプは、被加工物の表面に接触する針、及びプローブ本体に対する針の撓みを測定するプローブ内のトランスデューサを有する。一例が特許文献２に示されている。これは、トリガー・プローブで都合よく実行され得るよりも、被加工物の表面形状の非常にきめ細かい測定を可能とする。プローブは、被加工物表面に対して移動され、結果として、針が該表面を走査する。プローブのトランスデューサからの出力、及びエンコーダまたは機械のその他の測定装置の出力の読み取りが連続的になされる。瞬間的なプローブ出力及び瞬間的な機械出力を付加的に組み合わせることにより、デジタル化された座標データが、走査移動全体にわたって非常にたくさんの点で被加工物表面の位置に対して取得される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第４、１５３、９９８号明細書
【特許文献２】米国特許第４、０８４、３２３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
これまで、ＣＭＭｓに関して直前に説明した方法で、アナログ・プローブまたは走査プローブを工作機械上で効果的に使用することは困難または不可能であった。一つの理由は、商業的に入手可能な工作機械の制御器の限界にある。ＣＭＭｓの上述した走査方法は、機械のエンコーダまたはその他の測定装置からの位置データが高速で連続的に入手可能であり、その結果、走査の各点に対しプローブ出力を加えることを必要とすることが注目されるであろう。従来の工作機械制御器は、これをする能力がない。それらの“スキップ”入力は、必要とされる高速で処理することができない。したがって、相応の速さで操作を実行するために、例えば、機械のエンコーダまたはその他の測定装置の出力から、サーボ・フィードバック・ループのデータを直接抽出することができるように、制御器を改良する必要があった。本件出願人であるレニショウは、これをするシステムを登録商標レンスキャン（ＲＥＮＳＣＡＮ）で販売してきた。しかしながら、そのような制御器に対する改良は、制御器ごとに異なり、容易ではない。あるいは、該改良は、可能ですらない。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の１つの形態は、工作機械上の被加工物を測定する方法を提供する。該方法は、被加工物に対するプローブの規準の位置（nominal positions）を含む所定の軌道（a pre-defined path）に沿うアナログ・プローブまたは走査プローブと被加工物との間の相対的移動を引き起こすステップと、移動中、プローブに対する被加工物表面の位置の測定値をとるステップと、プローブの出力からの前記位置の測定値と前記所定の軌道に基づくデータとを組み合わせるステップとを備えている。
【０００７】
したがって、全体にわたって測定されたデータは、所定の軌道からのデータとプローブ出力からの測定値との組み合わせである。所定の軌道からのデータを使うことにより、プローブの実際の位置に関する機械のサーボ・フィードバック・ループからの瞬間的データを取得する必要がない。
【０００８】
好ましい実施態様においては、所定の軌道に基づくデータは、少なくとも１つの目標またはプローブ出力の規準の読み取り値（reading）を含んでいる。所定の軌道におけるプローブの規準の位置がその実際の位置を正しく反映しているとすると、被加工物の誤差は、目標またはプローブ出力の規準の読み取り値と実際のプローブ出力の読み取り値との間の差である。
【０００９】
方法は、所定の軌道の規準の位置と被加工物に対するプローブの実際の位置との間の差を補償するステップを含み得る。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】工作機械を図式的に示す。
【図２】被加工物を走査する針先端を示す等角投影図である。
【図３】被加工物を走査する針先端を示す平面図である。
【図４】走査中のプローブ測定値のグラフである。
【図５】プローブ測定値と前提の機械の位置データとの組み合わせを示すグラフである。
【図６】走査されている較正用加工製品を示す。
【図７】較正方法を説明するグラフである。
【図８】較正方法を説明するグラフである。
【図９】図３に相当する図であるが、基準点の測定を示す。
【図１０】図４に相当するグラフであるが、図９の基準点測定値を使用している。
【図１１】図５に相当するグラフであるが、図９の基準点測定値を使用している。
【図１２】図４に相当するグラフであるが、直線に沿う測定の実施態様を示す。
【図１３】図７及び８の較正方法をさらに発展させて使用された数学上の計算を示す図である。
【図１４】図７及び８の較正方法をさらに発展させて使用された数学上の計算を示す図である。
【図１５】さらなる補償方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
さて、本発明の実施態様が添付する図面を参照して一例として説明されるであろう。
【００１２】
図１は、典型的な工作機械を示す。工作機械は、モータＭの動作の下で、ｘ、ｙ、ｚ方向に互いに対して移動可能なテーブルＴとスピンドルＳを含んでいる。この例に示されるように、モータＭが、テーブルを移動させ、スピンドルは静止した状態のままである。しかしながら、本発明は、相対的な移動が、機械の静止したテーブルすなわち基台と、移動するスピンドルとの間に発生する場合のような、その他の工作機械装置にも同様に適用可能である。
【００１３】
通常、切削工具がスピンドルＳに取り付けられるが、図１は、テーブルＴに取り付けられている被加工物Ｗの走査測定を実行するために、アナログ・プローブまたは走査プローブＰが、切削工具の代わりにスピンドルに取り付けられていることを示している。プローブＰは、被加工物Ｗの表面に接触する可撓性の針Ｑを有している。そして、プローブＰ内のトランスデューサ（不図示）が、例えば、（参照により本明細書に組み込まれる）特許文献２に記載されるように、針Ｑのｘ、ｙ、ｚ方向の撓みを測定する。
【００１４】
プローブのトランスデューサの出力は、アナログまたはデジタルであってもよい。アナログ・プローブまたは走査プローブの別の形状が使用され得る。該形状は、プローブに対する被加工物表面の位置が非接触な方法、例えば、光学的センサ、静電容量的センサまたは誘導的センサで測定されるものを含む。
【００１５】
走査測定中、プローブＰは、トランスデューサから受信機ＲＸへデータを連続的に送信する。信号送信は、無線、例えば、光学的または電波であることが好ましいが、代わりに、有線送信が使用されてもよい。
【００１６】
プローブＰは、その表面を走査するように被加工物Ｗに対して軌道に沿って移動させられる。これは、制御器１０に付け加える被加工物Ｗ用部品プログラム（a part program）２０の制御下でなされる。部品プログラムは、要求信号を回線にのせてサーボ・フィードバック・ループ２４に送り出す。サーボ・フィードバック・ループ２４は、モータＭを駆動し、要求された軌道に沿う機械の移動を実現する。
【００１７】
部品プログラム２０が動作する制御器１０が工作機械の従来の標準数値制御である場合、サーボ・フィードバック・ループ２４も制御器１０の一部を形成する。あるいは、制御器１０は、要求された軌道データを標準数値制御のサーボ・フィードバック・ループに供給する独立したコンピュータであってもよい。制御器１０は、プローブと機械の標準制御との間のインターフェースの一部を形成してもよい。
【００１８】
従来と同じように、サーボ・ループ２４は、エンコーダまたはリゾルバ（不図示）のような機械の測定システムから位置フィードバック情報を受け取る。サーボ・ループ２４は、部品プログラム２０からの要求された機械軌道に従って機械の測定システムにより指示されたとき、実際の軌道を維持する傾向があるようにモータを駆動する。
【００１９】
図２及び３は、被加工物Ｗの表面を走査する針Ｑをより詳細に示す。簡単な例として、真の円形形状からのずれを判別するために、円形の孔３０の内面を走査する針が示されている。この場合、部品プログラム２０は、プローブと被加工物の所定の円形の機械軌道３２に沿う相対的移動を命令する。この機械軌道は、針先端の半径を考慮して選択された、円形の孔３０の半径よりわずかに小さい所定の半径を有する。機械軌道は、また、孔３０の表面の真の円形形状からの考えられるあらゆるずれに対して、針先端が、表面と接触した状態のままであり、プローブの測定範囲（すなわち、プローブ内のトランスデューサにより測定されるとき針の許容される撓み）内にあることを確保するためにも選択されている。
【００２０】
図４は、プローブのトランスデューサにより測定されるときのプローブＰに関する針Ｑの考えられ得る撓みを、孔３０を巡って時間的位置または角度的位置に対するグラフで示している。特に、グラフは、半径方向の撓みを示している。該撓みは、本例においては、プローブのｘ及びｙ出力から計算され得る。線３４は、孔が正しい寸法及び円形形状を有する場合に予想される規準のプローブ出力を示す。線３６は、孔が非常に小さい場合のプローブ出力を示す。線３８は、孔が過大であることを示す。正弦波曲線４０は、孔がその規準の位置から偏心していることを示す。もちろん、例えば、孔３０の表面が意図されている円形形状からずれている場合の不規則なずれのような、規準の線３４からのその他のずれが考えられ得る。
【００２１】
図１に戻って、制御器１０は、部品プログラム２０に加えて測定プログラム１２を走らせる。この測定プログラム１２は、図４の時間的／角度的位置軸に沿う位置で、適当に速いデータ速度で、たくさんの測定読み取りをすることを担っている。これをなすために、プログラム１２は、２つのデータ・ソースを組み合わせる。１つは、受信機ＲＸから受け取られるプローブＰからの出力である。もう１つは、瞬間的な仮定され、要求された機械の位置（すなわち、テーブルＴに対するスピンドルＳとプローブＰの位置）である。後者は、矢印１４により示されるように、部品プログラム２０により設定される所定の軌道から引き出される。これは、機械のサーボ・フィードバック・ループのエンコーダまたはリゾルバまたはその他の位置測定装置から引き出される従来技術と対照的である。
【００２２】
これらのデータ・ソースを組み合わせる唯一の方法は以下の通りである。機械軌道に沿う非常にたくさんのデータ・ポイントのそれぞれに対して、対応するプローブ出力及び仮定された機械の位置が、図５に図形的に示されるように、付加的に組み合わされる。ここで、線４２は、測定プログラム１２により部品プログラム２０から引き出されるような所定の機械軌道３２の半径を示す。図４に示されるように、各データ・ポイントに対し（すなわち、各時刻のまたは各角度の位置において）、プローブの出力がこれに加えられる。結果が、図５の線４４で示されている。所定の機械軌道の半径は、円形状の軌道の移動を命令する部品プログラム２０の従来のＧコード（G-code）により使用されるように単に存在し得る。
【００２３】
データ・ソースを組み合わせる好ましい別の方法は、以下の通りである。プログラム１２は、プローブの撓みに対する目標値または規準値を含んでいる。例えば、所定の機械軌道は、規準のまたは目標のプローブの（半径方向の）撓みＤｔａｒｇｅｔをもたらすように選択され得る。これは、被加工物が規準の寸法及び位置に一致する場合に認められる撓みの値である。値Ｄｔａｒｇｅｔは、所定の軌道に基づいてプログラム１２に予めプログラムされていてもよい。あるいは、値Ｄｔａｒｇｅｔは、所定の軌道について部品プログラム２０から受け取った値からプログラム１２により計算されてもよい。測定が進行するにつれ、プログラム１２もまた、実際のプローブの撓みＤａｃｔｕａｌに対する値を、受信機ＲＸを経由して受け取る。プログラム１２は、これらの２つのデータ・ソースを、それらを引き算的に組み合わせることにより比較し、実際の変動誤差をいかなる位置にも与える。
誤差＝Ｄａｃｔｕａｌ−Ｄｔａｒｇｅｔ
【００２４】
例えば、目標撓みが１００μｍであり、実際の撓みが１０１μｍである場合、被加工物の寸法の誤差は、１μｍである。
【００２５】
これまでのところ、誤差は、孔３０を取り囲む各個別位置で検討されてきた。このことは、さらにいえば、例えば、形状誤差を判別するのに何が望ましいかということにあるかもしれない。しかしながら、全体にわたって誤差を検討するために、プログラム１２がデータ・フィッティング・アルゴリズムを実行することも可能である。例えば、図４に４０で示されるように正弦波曲線を描く誤差が見つけ出された場合、そのようなアルゴリズムは、孔の真の中心点、及び規準の中心点からのそのずれを判別し得る。及び／または、そのようなアルゴリズムは、孔の平均の半径及びこの値からのずれを判別し得る。
【００２６】
もちろん、記載されている方法は、図２−５にあるような円形形状に限られるものではなく、多くのその他の機械加工による特徴を持つ形状を判別するのに使用され得る。
【００２７】
例えば、図１２は、名目上平坦な被加工物表面に沿う直線を検査する場合を示す。ここでは、線６０は、プローブが部品プログラムにより線に沿って駆動されるときのプローブの撓みに関する所定の規準のまたは目標の値を表す。実際の値がプローブからプログラム１２により受け取られると、該値は、最適のアルゴリズムにかけられ、最適の直線を判別する。これが線６２により表されている。次に、プログラム１２が規準の線６０に対する線６２の傾斜角及び偏り（offset）を計算し、したがって、測定された被加工物表面の位置及び方位の誤差を示すことは簡単である。
【００２８】
どんなタイプの特徴が測定されるかを判別するために、データに対して適切な知的アルゴリズムを適用し、次に、その誤差を計算する適切な方法を選別し、実行することも可能である。
【００２９】
これまでに記載された方法は、かなり正確な結果をもたらす。例えば、孔３０が制御器１０からの切削用部品プログラムにしたがって、スピンドルＳに設置された切削工具により予め機械加工された場合、工具は、切削中に加えられる負荷により撓む傾向にあったかもしれない。このことは、孔が不正確な寸法及び形状になる結果を招き得る。プローブＰは、そのような切削負荷にはさらされないので、そのような誤差を測定することができる。プローブＰが走査動作を実行するので、プローブＰは、孔の直径または半径及び中心点のような簡単な寸法ばかりでなく円周全体にわたっての正しい形状からのずれを測定し得る。このことは、従来のタッチ・トリガー・プローブよりも有利である。
【００３０】
詳細にわたる測定をもたらすばかりでなく、上述の方法は、また、機械加工された被加工物の検査に対しても使用され得る。すなわち、プログラムは、被加工物が望ましい許容誤差の範囲内にあるかどうかを示す合格・不合格の指示を出力し得る。
【００３１】
そのような測定は、また、例えば、仕上げ切削（a final cut）の前に機械加工オフセットを更新するプロセス制御に有益である。このことは、仕上げ切削が当該被加工物の特徴に要求される寸法を精密にもたらすことを可能とする。同様に、測定は、この先の機械加工、例えば、測定される特徴の位置がその規準の位置とは異なることを見つけた場合に対する被加工物オフセットを更新するのに使用され得る。
【００３２】
図３−５の方法は、また、作業の準備、すなわち、異なる機械で機械加工された特徴を予め持った被加工物を据え付けることに対して使用され得る。次に、方法は、これらの存在する特徴の位置を突き止めるために、新しい機械で実行される。新しい機械は、存在する特徴に対して正確に配置されている被加工物に孔を開けるためのものであるジグ中ぐり盤であってもよい。この場合も、特徴の形状が走査され得るので、また、最適なアルゴリズムが特徴を該特徴の規準の形状に合わせるように使用され得るので、この方法は、従来のタッチ・トリガー・プローブによるよりもより正確な結果をもたらすことを可能とする。
【００３３】
しかしながら、これまで述べられた方法は、例えば、サーボ・ループ２４におけるサーボ機構の不整合により、若干不正確になる傾向がある。サーボ機構の不整合は、実際の位置と要求された位置との間の差から生じる。例えば、ｘ−ｙ平面における円形軌道の周囲を移動するとき、ｘ軸サーボ機構及びｙ軸サーボ機構がそれぞれのモータＭを駆動する正弦波軌道間の名目上９０°の位相差のフェーズ・エラー（phase errors）が存在する。ｘ軸サーボ機構の実際の位置は、異なる応答特性に起因して、ｙ軸サーボ機構より早くまたは遅くその要求される位置に追いつき得る。同様の不整合が、例えば、命令された軌道が機械の軸に対してある角度にある直線である場合に起こり得る。しかし、軌道が軸の１つに平行である場合、たいした問題はない。また、サーボ機構の誤差、例えば、ガタ、または、機械のエンコーダまたはリゾルバまたはその他の測定システムのスケール誤差（scale errors）の別の要因もある。
【００３４】
したがって、いかなる瞬間においても、機械の実際の位置（すなわち、テーブルＴに対するスピンドルＳとプローブＰの実際の位置）は、部品プログラム２０により回線２２に乗って要求される位置に正確には一致していないようである。したがって、測定プログラム１２に回線１４に乗って供給される前提の位置の値と実際の位置との間に差があるのであろう。
【００３５】
したがって、より大きな正確さを求めて、選択が自由の較正プロセスが、図６、７及び８を参照して記載されるであろう。較正は、既知の寸法及び形状を有する加工製品を使用する。該加工製品は、測定される被加工物すなわち特徴に実質的に同じでありことが好ましい（しかし、本質的ではない）。例えば、図２及び３の円形の孔３０を測定する場合には、加工製品は、正確に知られている半径と形状（図６）を持つ環状ゲージの内面４６であり得る。これが、図３の軌道３２に対応する円形軌道４８に沿って移動することを機械に命令する部品プログラムにより走査される。
【００３６】
図７において、線５０は、加工製品の正確に知られている形状及び半径を示す。線５２は、上述の方法のいずれかで測定プログラム１２によって取得された、測定された値を示す。これらの２つの線の間のずれは、それが命令された機械軌道に沿って移動するときの前提の機械位置の値と実際の位置の値との間の瞬間的な誤差を示す。
【００３７】
線５０及び線５２上の点の対応する値を引くことにより、図８に示される曲線５４上に存在する値が取得される。これは、（時間に関し、または円形の測定がなされている場所の角度に関し）機械軌道に沿う全ての位置に対し、前提の機械位置と実際の機械位置との間の差を補正するために必要とされる半径の補正を示す。これらの半径の補正値は、制御器１０内に保存される。測定が製造被加工物Ｗ上でなされるとき、測定プログラム１２は、正確な測定値を取得するために、これらの補正値を前提の機械位置の値及びプローブＰからの測定値に組み合わせる。
【００３８】
加工製品４６が被加工物の特徴と同じ寸法でない（例えば、異なる半径を有する円である）場合、及び／または加工製品及び被加工物の走査が異なる接線速度または角速度で行われる場合、これは、数学的計算により補償される。これは、図１３に示される。
【００３９】
半径Ｒ１を有する円に対し、走査が同じ速度で行われると仮定すると、曲率の変化は、曲率の変化が同じ距離に対し時間とともにより大きくなる、半径Ｒ２を有する円に対して、移動が行われている限り、より小さくなる。言い換えれば、角度α１は、α２より小さい。これは、例えば、サーボの不一致の原因となり、結果として円Ｒ２に対し、円Ｒ１に対するより大きな違いをもたらす。すなわち、サーボの不一致に起因する円は、より大きな誤差に起因するより大きな値により、規準とは異なる最大半径を有するであろう。これは、規準の円と円Ｒ１に対して取得された円との間の差を測定し、次に、円Ｒ２に対し同様のことをすることで補償され得る。
【００４０】
次に、測定された内径がＲ１とＲ２との間にある半径を有する場合、これは、補間法を用いて処理される。例えば、Ｒ１がＲ２より大きい場合、
ＣＲ１→ｅｒｒ１
ＣＲ２→ｅｒｒ２
【００４１】
ここで、ＣＲ１は、半径Ｒ１の円であり、ＣＲ２は、半径Ｒ２の円である。
【００４２】
また、上述したように、ｅｒｒ１は、ｅｒｒ２より小さいことが予想される。
【００４３】
近似する寸法の間で許容され得る想定である直線性を仮定し、図１４を参照すると、
ｔａｎ（α）＝（ｅｒｒ−ｅｒｒ１）／（Ｒ１−Ｒ）＝（ｅｒｒ２−ｅｒｒ１）／（Ｒ１−Ｒ２）となり、したがって、
ｅｒｒ＝［（ｅｒｒ２−ｅｒｒ１）＊（Ｒ１−Ｒ）／（Ｒ１−Ｒ２）］＋ｅｒｒ１となる。
【００４４】
これは、補間法で計算された誤差（実際から規準までの差）である。
【００４５】
上記説明は、また、測定が同じ寸法の加工製品に対し異なる速度でなされた場合にも有効である。すなわち、加工製品は、異なるが近似する２つの（線形的；for linearity）速度で測定され、誤差（規準からのずれ）が記録される。次に、補間アルゴリズムが使用され、２つの間に存在する速度に起因する誤差を計算する。このアルゴリズムは、上述のものと同じである。
【００４６】
さて、測定の正確性を改善する別の方法が、図９、１０及び１１を参照して説明されるだろう。これは、測定される被加工物Ｗの表面の基準点を使用する点で上記方法から変更される。実際には、孔３０内の走査されるはずである軌道上の点であるだろう。
【００４７】
図９において、４つの基準点Ｒが選択される。針先端Ｑが、矢印５６で示されるように、半径方向の基準点Ｒに接近するように、これらの基準点の各点において機械が駆動される。プローブＰは、トリガー信号が送出される閾値がその測定範囲内に画定されているタッチ・トリガー・モードで使用され得る。次に、このトリガー信号が従来のタッチ・トリガー・プローブと同じ方法で機械の制御器の従来のスキップ入力にされ得る。制御器は、この動作の結果として各基準点Ｒに対して座標値を提示する。したがって、基準点Ｒは、真の機械位置の値であって、前提の機械位置の値ではない。
【００４８】
トリガー値を取得するためにスキップ入力を使用することに代わる好ましいものとして、機械は、基準点まで駆動され、停止し、次に、プローブ出力が判別され、機械の位置の値に加えられ、値Ｒを与え得る。静力学的平均により、すなわち、一時期停止位置に停止し、プローブの出力をたくさん読み取り、それらを平均することにより、この値の正確性が増し得る。これは、機械が停止され、したがって、サーボ誤差が全くないので、正確な測定を与える。
【００４９】
図１０及び１１は、図４及び５に対応する。図１０及び１１は、これらの基準点が結果としての測定値を計算するのにどのように使用されるのかを示している。図１０において、線５８は、既に述べたような前提位置の値を使い、走査することによるプローブの測定値を示す。これらの値は、図４に示されると同じ方法の規準の値３４からずれている。図１１は、基準点Ｒの４つの値を示す。最終的な測定値を提示するために、測定プログラム１２は、最適アルゴリズムを使用し、図１０の線５８からの値をこれらの基準点Ｒに重ね合わせる。したがって、前提位置を使用することにより判別された値が、これらの既知の値Ｒに適合するように調整される。
【００５０】
値Ｒが真の値であることが知られているので、図１１の線５８の中間の値は、別の場合より正確である。したがって、この質の高い方法は、走査と基準点の組み合わせを使用し、走査測定の全体的な正確性を向上させる。
【００５１】
図１５は、正確性を向上させることを補償するさらに別の方法を示す。曲線Ｂは、通常の好ましい速度で円形の特徴を走査した結果を示す。該曲線Ｂは、バックラッシュ及びその他のサーボ誤差により引き起こされた歪を含んでいる。曲線Ａは、より遅い速度で同じ円形の特徴を走査した結果を示す。該曲線Ａは、歪が回避されていることが分かる。
【００５２】
したがって、本発明のさらなる実施態様は、この事実を利用する。円は、遅い速度及び速い速度の両方で走査され、結果としてのプローブ出力データが記録される。次に、特徴を取り囲む各位置に対する誤差補正値を含む、特徴に対する誤差地図が作り出される。これは、引き算（Ｂ−Ａ）によりなされる。各位置に対し、遅い走査Ａの間のプローブ出力が、通常の速度走査Ｂの間の対応する出力から引かれる。
【００５３】
この誤差地図は、名目上同一の被加工物の生産工程中の最初の被加工物により作り出され得る。または、望ましい大きさ及び形状を有する加工製品により作り出されうる。あるいは、図１３及び１４に従う補償が適用されるならば異なる大きさを有する加工製品によってさえも作り出され得る。次に、誤差地図は、この先の被加工物の同様の特徴を測定するとき、将来使うためにプログラム１２により保存される。
【００５４】
そのような将来の測定は、上述した方法に従って、例えば、図３−５に関連して実行される。先に述べたように、これは、（実際のプローブ出力を部品プログラム２０からの前提値と比較することにより）特徴の寸法を判別し得る。あるいは、実際のプローブ出力を目標のプローブ出力と比較する（Ｄａｃｔｕａｌ−Ｄｔａｒｇｅｔ）ことにより、特徴の誤差を判別し得る。
【００５５】
いずれの場合も、測定は、誤差地図に従う補正を適用し、対応する測定された値から各位置の保存されている誤差の値を引くことにより補償される。
【００５６】
その他の実施態様と同様に、図９−１１及び１５に従う方法は、円形の特徴に適用可能であるばかりでなく、多くのその他の機械加工される特徴の形状を判別するのに使用され得る。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工物に対するプローブの規準の位置を含む所定の軌道に沿う、アナログ・プローブまたは走査プローブと被加工物との間での相対的移動を引き起こすステップと、
移動中、プローブの出力を利用しながら、プローブに対する被加工物の表面の位置を測定するステップと、
プローブの出力からの前記位置測定値を前記所定の軌道に基づくデータと組み合わせるステップと、
を備えることを特徴とする工作機械の被加工物を測定する方法。
【請求項２】
前記組み合わせるステップの結果が、被加工物の寸法を与えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
所定の軌道に基づくデータは、少なくとも１つの目標のまたは規準のプローブ出力の読み取り値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４】
前記組み合わせるステップの結果が、被加工物の寸法のための誤差値を与えることを特徴とする請求項１または３に記載の方法。
【請求項５】
所定の軌道の規準の位置と被加工物に対するプローブの実際の位置との間の差を補償するステップを含んでいることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
補償するステップは、既知の寸法及び形状を持つ加工製品からのデータを使用することを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項７】
加工製品は、測定される被加工物の特徴と同じ寸法を有することを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
加工製品は、測定される特徴と異なる寸法を有するか、または、異なる速度で測定され、補償は、そのような異なる寸法または異なる速度を修正する補間法を含むことを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項９】
補償するステップは、被加工物表面で測定された基準点からのデータを使用することを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項１０】
補償するステップは、遅い速度と速い速度での被加工物表面の走査を比較することにより判別される誤差地図を使用することを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のいずれかに記載される方法を実行するようにプログラムされた工作機械のための制御器またはプローブ・インターフェース。
【請求項１】
被加工物に対するプローブの規準の位置を含む所定の軌道に沿う、アナログ・プローブまたは走査プローブと被加工物との間での相対的移動を引き起こすステップと、
移動中、プローブの出力を利用しながら、プローブに対する被加工物の表面の位置を測定するステップと、
プローブの出力からの前記位置測定値を前記所定の軌道に基づくデータと組み合わせるステップと、
を備えることを特徴とする工作機械の被加工物を測定する方法。
【請求項２】
前記組み合わせるステップの結果が、被加工物の寸法を与えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
所定の軌道に基づくデータは、少なくとも１つの目標のまたは規準のプローブ出力の読み取り値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４】
前記組み合わせるステップの結果が、被加工物の寸法のための誤差値を与えることを特徴とする請求項１または３に記載の方法。
【請求項５】
所定の軌道の規準の位置と被加工物に対するプローブの実際の位置との間の差を補償するステップを含んでいることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
補償するステップは、既知の寸法及び形状を持つ加工製品からのデータを使用することを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項７】
加工製品は、測定される被加工物の特徴と同じ寸法を有することを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
加工製品は、測定される特徴と異なる寸法を有するか、または、異なる速度で測定され、補償は、そのような異なる寸法または異なる速度を修正する補間法を含むことを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項９】
補償するステップは、被加工物表面で測定された基準点からのデータを使用することを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項１０】
補償するステップは、遅い速度と速い速度での被加工物表面の走査を比較することにより判別される誤差地図を使用することを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のいずれかに記載される方法を実行するようにプログラムされた工作機械のための制御器またはプローブ・インターフェース。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１２−８８３３１（Ｐ２０１２−８８３３１Ａ）
【公開日】平成２４年５月１０日（２０１２．５．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２８６４１６（Ｐ２０１１−２８６４１６）
【出願日】平成２３年１２月２７日（２０１１．１２．２７）
【分割の表示】特願２００６−５２７４７２（Ｐ２００６−５２７４７２）の分割
【原出願日】平成１６年９月２４日（２００４．９．２４）
【出願人】（３９１００２３０６）レニショウ パブリック リミテッド カンパニー (166)
【氏名又は名称原語表記】ＲＥＮＩＳＨＡＷ ＰＵＢＬＩＣ ＬＩＭＩＴＥＤ ＣＯＭＰＡＮＹ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年５月１０日（２０１２．５．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１２月２７日（２０１１．１２．２７）
【分割の表示】特願２００６−５２７４７２（Ｐ２００６−５２７４７２）の分割
【原出願日】平成１６年９月２４日（２００４．９．２４）
【出願人】（３９１００２３０６）レニショウ パブリック リミテッド カンパニー (166)
【氏名又は名称原語表記】ＲＥＮＩＳＨＡＷ ＰＵＢＬＩＣ ＬＩＭＩＴＥＤ ＣＯＭＰＡＮＹ
【Ｆターム（参考）】
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