JPH04276529A - 座標測定装置でワーク温度を迅速に測定する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ワークに当て付けられ
た温度測定ヘッドを用いて座標測定装置でワーク温度を
迅速に測定する方法に関する。

【０００２】さらに、本発明は、座標測定装置でワーク
温度を迅速に測定するための温度測定ヘッドに関する。

【０００３】

【従来の技術】座標測定技術における高精度の長さ測定
のためには、ワークの温度を測定の経過中に検出するこ
とが必要となる。これによって、測定対象物の温度に関
連した長さ変化をコンピュータにより補正することがで
きる。このことは、座標測定装置の使用が、高度に空調
された精密測定室から、大きな温度変動が起り得るよう
な製作現場へとますます移りつつあるだけに、一層重要
となっている。

【０００４】ワーク温度の検出は、測定対象物に当て付
けられるコンタクトサーモメータによって行なわれる。 このコンタクトサーモメータとは、一般に、種々様々な
固定装置を用いてワークに取付けられる精密抵抗である
。接触センサの手動式の当て付けの他に、ワーク温度検
出の自動化された変化形がドイツ連邦共和国特許出願公
開第３８２３３７３号明細書に基づき公知である。上記
ドイツ連邦共和国特許出願公開第３８２３３７３号明細
書には、プローブ交換装置を用いて座標測定プローブを
温度センサと交換することが記載されている。この温度
センサは座標測定装置の測定アームによってワークにば
ね負荷されて当て付けられ、ワークに対する接触をしば
らくの間維持し、引き続き検出された温度測定値を座標
測定装置のコンピュータに伝送する。センサが実際に測
定対象物に接触しているかどうかは、この方法において
は検出された測定値の妥当性チェックによって検査され
る。しかし、センサ温度とワーク温度とが等しい場合に
は、センサに温度変化が生じないので、上記の妥当性チ
ェックではセンサと対象物とが接触したかどうかを最終
的に確認することができない。別の問題点は、測定時間
、つまりセンサがワークに接触している接触時間が固定
されることにある。センサとワークとの間の温度差が大
きい場合には、センサがワーク温度をとるまで確実に長
くかかる。従って実際のワーク温度が確実に検出される
ようにするためには、強制的に長い測定間隔が設定され
なければならず、このことは所望の短い測定時間の実現
を妨げている。

【０００５】

【発明が解決しょうとする課題】ゆえに、本発明の課題
は、冒頭で述べたような方法を改良して、プローブ式の
温度測定ヘッドを用いてワーク温度を迅速かつ信頼性良
く検出する方法を提供することである。

【０００６】さらに、本発明の課題は、この方法を実施
するための有利な温度測定ヘッドを提供することである
。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に、本発明の方法では、スイッチ式のプローブヘッドの
原理により作動する温度測定ヘッドを用いたワークへの
タッチによってワーク接触の時点を検出し、ワーク接触
の時点を越えてから前記温度測定ヘッドによって測定さ
れて記録された温度経過から、規定の測定間隔だけを利
用して、該測定間隔の間に数値評価方法を用いてワーク
温度を規定するようにした。

【０００８】さらに、前記課題を解決するために、本発
明による装置の構成では、温度測定ヘッドが、ケーシン
グ固定の部分と、該部分に対して相対的に運動可能な部
分とから成っており、該運動可能な部分が温度センサを
支持しており、スイッチ式のプローブヘッドの原理によ
りタッチが行なわれると前記運動可能な部分が電気的な
信号を発信して、続いて前記温度センサによって温度が
測定されるように前記運動可能な部分が支承されている
ようにした。

【０００９】

【発明の効果】既にドイツ連邦共和国特許出願公開第３
８２３３７３号明細書に記載されているように、ここで
も又、自動式のプローブ交換装置を備えた座標測定装置
が必要となる。このプローブ交換装置は、座標測定プロ
ーブを適当なプローブマガジンに準備されている固有の
温度測定ヘッドと交換する。しかし、上記ドイツ連邦共
和国特許出願公開明細書に記載されているセンサとは異
なり、本発明による方法では、スイッチ式のプローブヘ
ッドの公知の原理により構成されている温度測定ヘッド
が使用される（ＤＥ２７１２１８１参照）。例えば温度
測定ヘッドの運動可能な部分がその支承部から変位した
時に生ぜしめられる信号によって、ワーク接触の時点が
記録される。特別な評価方法に基づき、ワーク接触が行
なわれてからの短い温度経過測定間隔から、実際のワー
ク温度を外挿法により求めることが可能となり、しかも
センサが実際のワーク温度をとるまで待つ必要もない。 接触時点の記録及び特別な評価方法に基づき、短かい測
定時間が得られると同時に、センサがワークに実際に接
触することも確実に検出される。この特別な評価方法を
用いると、センサによるワーク温度への到達が待たれる
ような従来の測定方法に比べて１／５〜１／６倍だけの
測定時間の短縮が可能になる。ワークへのセンサの確実
な面接触は、温度測定ヘッドの変位可能な部分に設けら
れた第２の屈曲箇所によって保証されている。即ち、大
きな傾斜を有するワーク表面にも確実に接触させること
ができる訳である。さらに、例えばＤＥ３７４００７０
に記載されているように、温度測定ヘッドが測定アーム
に回転可能もしくは旋回可能に取り付けられていると有
利である。この場合に、温度測定ヘッドは、ワークの接
触させたい側に関して予め位置調整され得る。

【００１０】このような温度検出方法を用いると、測定
された長さ測定値を、場合によっては存在する熱膨張の
分だけ補正することが可能になる。ドイツ連邦共和国特
許出願公開第３８２３３７３号明細書に記載の構成に比
べて温度検出兼評価ソフトウェアの修正が必要となり、
この場合、温度経過はワーク接触が行なわれた後でしか
記録されず、ワーク温度は、規定の測定間隔内で記録さ
れた経過から外挿法によって求められるようになる。

【００１１】本発明の有利な方法では、座標測定装置の
座標測定プローブを温度測定ヘッドと交換し、この温度
測定ヘッドのワーク接触面をワーク表面の方向に位置調
整し、その後に前記温度測定ヘッドをワークに接触させ
、前記温度測定ヘッドの信号によってワーク接触の時点
を確認し、ワーク接触後の規定の測定時間中に前記温度
測定ヘッドに温度経過を検出させ、前記温度測定ヘッド
によって検出された温度測定値を座標測定装置のコンピ
ュータに伝送してメモリし、数値評価方法を用いて、メ
モリされた測定間隔からワーク温度を求め、前記温度測
定ヘッドを再び座標測定プローブと交換する。

【００１２】本発明の別の有利な方法では、ワーク接触
が行なわれてから記録された温度測定ヘッドにおける温
度経過を、規定の測定間隔内で数値評価方法を介して予
め設定された関数に整合させて、求められた整合パラメ
ータを用いて実際のワーク温度を規定する。

【００１３】本発明による温度測定ヘッドの有利な構成
では、測定ヘッドの運動可能な部分の下端部にボールジ
ョイントが設けられており、このボールジョイントが温
度センサのための受容装置を有している。

【００１４】本発明による温度測定ヘッドの別の有利な
構成では、測定ヘッドの運動可能な上側の部分に設けら
れた戻しばねが、前記ボールジョイントをその停止位置
において中心位置に保持している。

【００１５】本発明による温度測定ヘッドのさらに別の
有利な構成では、温度センサがスリーブ部分の形で構成
されており、このスリーブ部分の上端部に前記ボールジ
ョイントに設けられた受容装置に対する対応部が固定さ
れている。

【００１６】本発明による温度測定ヘッドのさらに別の
有利な構成では、温度センサを形成するスリーブ部分の
ワークに面した側が、接触プレートから成っており、こ
の接触プレートの裏面に測定素子が固定されており、前
記接触プレートの材料が、λ≧３８０Ｗ／Ｋｍの熱伝導
率と低い熱容量とを有している。

【００１７】

【実施例】以下に、本発明の実施例を図面につき詳しく
説明する。

【００１８】座標測定装置１とプローブマガジン２と、
交換導入された温度測定ヘッド３とを備えている図１に
図示した配置構成は、原理的にドイツ連邦共和国特許出
願公開第３８２３３７３号明細書により既に公知である
。

【００１９】即ち、座標測定装置１のプローブマガジン
２には、測定中に種々様々なプローブピンコンビネーシ
ョン４，５と、温度測定ヘッド３とが準備される。緊締
されたワーク６，７，８，９のうちの１つを温度測定し
たい場合には、測定アーム１０がプローブマガジン２に
向かって移動して、座標測定プローブ４，５を温度測定
ヘッド３と交換する。引き続いて測定アーム１０は再び
ワーク６，７，８，９にまで戻る。その後に、ワーク表
面に関して温度測定ヘッド３の位置調整が行なわれる。 このことは、測定アーム１０に設けられた回転旋回装置
１１を用いて、座標測定装置のオペレータによって行な
われるか、又は適宜にプログラミングされた測定シーケ
ンスの枠内で行なわれてもよい。その後で、温度測定ヘ
ッドの接触プレート２１を平らなワーク表面に当て付け
ることによってタッチが行なわれる。ワーク接触の時点
は温度測定ヘッド３によってタッチインパルスを介して
記録される。このタッチインパルスは、測定ヘッドの固
定の部分１３に設けられた支承部２７からの測定ヘッド
の可動な部分１４の変位動作によって発信される（図４
参照）。この時点から、検出された温度測定値が座標測
定装置のコンピュータ１２に伝送されて、メモリされる
。必要な測定時間の経過後に、測定アーム１０はプロー
ブマガジン２に向かって再び移動して、温度測定ヘッド
を別の座標測定プログラムのために必要なプローブピン
コンビネーション４，５と交換する。

【００２０】規定された温度経過測定間隔から、以下に
詳述する数値評価方法を介してワーク温度が外挿法によ
り求められる。引き続き、検出された温度を用いて、対
応するソフトウェアによってワークの温度に関連した長
さ膨張が補正され、この場合、実施された座標測定は、
例えば２０℃におけるワーク寸法に相当するようになる
。

【００２１】図２には、このような温度検出方法に必要
な温度測定ヘッド３が図示されている。この温度測定ヘ
ッドは公知のスイッチ式のプローブヘッドの原理により
構成されていて、ケーシング固定の部分１３と可動でか
つ変位可能な部分１４とから成っている。固定の部分１
３に設けられた支承部２７から測定ヘッドの可動な部分
１４が変位されると、タッチインパルスの発信が行なわ
れ、このタッチインパルスが実際の測定値検出を制御す
る。このような信号発信は例えばＤＥ２７１２１８１に
詳しく説明されている。

【００２２】スリーブの形状で構成されている測定ヘッ
ドの変位可能な部分１４の下端部では、ボールジョイン
ト１５が測定ヘッドシステムにおける第２の屈曲箇所を
形成している。スリーブ状の部分１４に固定されている
２つの円筒状ピン１６ａ，１６ｂは、測定ヘッドの長手
方向軸線を中心としたボールジョイント１５の回動を防
止している。上側のスリーブ部分に設けられたばね１７
を用いて、ボールジョイント１５は停止位置において中
心位置に保持される。さらに、前記ばね１７はボールジ
ョイント１５の変位後に再びボールジョイントを中心位
置に戻すようになっている。

【００２３】ボールジョイント１５は、図示の実施例で
は、温度センサ１９と測定素子のリード線２３とに用い
られる受容挿入部１８を用している。ボールジョイント
は下面に、温度センサ１９に対して平らな接触面２６を
有している。択一的に、ボールジョイント１５と温度セ
ンサ１９との間の解離不能な結合も可能である。

【００２４】温度センサ１９の構成は図３に示されてい
る。この温度センサは同じくスリーブ部分の形で構成さ
れており、このスリーブ部分はボールジョイント１５に
設けられた受容挿入部１８に対する対応部２０として構
成されており、つまりボールジョイント１５における差
込み式の取付けを可能にしている。温度センサ１９のス
リーブ部分の下面には接触プレート２１が設けられてお
り、この接触プレートの裏面には固有の測定素子２２が
固定されている。接触プレート２１は、熱伝導率が良好
でかつ熱要量の低いような材料、例えば銅から成ってい
る。また、周囲からの熱放射線を遮断し、ワークから接
触プレート２１への良好な熱伝導を保証にするために、
接触プレート２１を付加的に銀メッキすることもできる
。測定素子２２、例えばＰｔ１００抵抗「ＧＲ２１０２
」（製造者ＦｉｒｍａＤｅｇｕｓｓａ社フランクフルト
在）は、熱伝導性接着剤を用いて接触プレート２１に固
定されており、これにより接触プレート２１から測定素
子２２への良好な熱伝達が保証されている。測定素子２
２のリード線２３は、温度センサ１９に設けられた対応
部２０とボールジョイント１５に設けられた受容挿入部
１８とを介して、上側の測定ヘッドの可動な部分１４に
導入され、さらにケーシングの固定の部分１３を介して
測定ヘッドプラグ２４にまでガイドされる。

【００２５】図４には、温度測定ヘッド３が少しだけ傾
斜したワーク表面２５にどのように接触しているかが図
示されている。測定ヘッドの変位可能な部分１４に設け
られたボールジョイント１５は、測定ヘッドシステムに
おける第２の屈曲箇所を形成しており、このボールジョ
イントによってワーク表面２５への温度センサ１９の所
要の面接触が確実に行なわれる。この第２の屈曲箇所１
５が設けられていないと、測定システムの対称軸線に対
して約２°だけのワーク表面傾斜しか可能でない。しか
し、ボールジョイント１５の付加的な屈曲箇所によって
、約１０°までの傾斜位置を補償し、こうしてワークに
対する温度センサ１９の所要の面接触を形成することが
可能になる。さらに、図４に示したように、測定ヘッド
の変位可能な部分１４は、測定ヘッドの固定の部分１３
に設けられた支承部２７から変位して、タッチインパル
スを発信する。

【００２６】測定ヘッド信号によって温度センサ１９と
ワークとの間の接触が確認された後に、温度測定が温度
センサ１９によって行なわれる。検出された測定値は座
標測定装置のコンピュータ１２に伝送されて、メモリさ
れる。特別な評価方法を用いて、実際のワーク温度に到
達する前に温度測定を中断し、ワーク接触が行なわれて
からのメモリされた温度経過からワーク温度を外挿法に
より求めることが可能になる。

【００２７】図５には、曲線３１で温度センサ１９にお
ける温度経過が示されており、曲線３２で測定過程中の
ワーク温度が示されている。曲線３１に認められる約１
〜２秒後のはっきりとした屈曲は、温度センサ１９と測
定対象物との間に行なわれた接触の時点を表わしている
。温度センサが実際のワーク温度をとるまでには、この
測定例では、ワークに対する接触が本来ならば約２７秒
間維持されなければならない。しかし、本発明による特
別な評価方法を用いると、実際のワーク温度を外挿法に
より求めるためには、温度経過が記録される接触時間が
、ワーク接触時点を越えてから約５秒間だけで十分とな
る。

【００２８】このためには、測定された温度経過ＴＦ（
ｔ）が例えば次の式の関数に整合される。

【００２９】

【数１】

【００３０】式中、ＴＦ：センタ温度 ＴＷＳ：ワーク温度 ｔ：測定時間 τ：接触固有定数 （材料に関連して変化する） この整合に基づき２つの整合パラメータＴＷＳ，τが得
られる。ＴＷＳは十分に長い測定時間後に生じるワーク
温度であり、τは接触固有の量である。この評価方法に
よって、０．１Ｋの精度でワーク温度の外挿が可能にな
ると同時に、温度センサによるワーク温度への実際の到
達に比べて１／５〜１／６倍だけ測定時間の短縮も可能
になる。

【００３１】これによって規定されたワーク温度は、ワ
ークの温度に関連した長さ膨張を補正するために使用す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】座標測定装置と所属のコンピュータを示す斜視
図である。

【図２】本発明による温度測定ヘッドを部分的に断面し
て示す側面図である。

【図３】温度センサの縦断面図である。

【図４】図２に示した温度測定ヘッドを傾斜したワーク
に接触した状態で示す側面図である。

【図５】別個に検出したワークの温度と温度測定ヘッド
の温度を時間との関係で示す線図である。

【符号の説明】

１　　　　座標測定装置 ２　　　　プローブマガジン ３　　　　温度測定ヘッド ４，５　　　　座標測定プローブ ６，７，８，９　　　　ワーク １０　　　　測定アーム １１　　　　回転旋回装置 １２　　　　コンピュータ １３，１４　　　　部分 １５　　　　ボールジョイント １６ａ，１６ｂ　　　　円筒状ピン １７　　　　ばね １８　　　　受容挿入部 １９　　　　温度センサ ２０　　　　対応部 ２１　　　　接触プレート ２２　　　　測定素子 ２３　　　　リード線 ２４　　　　測定ヘッドプラグ ２５　　　　ワーク表面 ２６　　　　接触面 ２７　　　　支承部 ３１，３２　　　　曲線

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　ワークに当て付けられた温度測定ヘッ
   ド（３）を用いて座標測定装置でワーク温度を迅速に測
   定する方法において、スイッチ式のプローブヘッドの原
   理により作動する温度測定ヘッド（３）を用いたワーク
   へのタッチによってワーク接触の時点を検出し、ワーク
   接触の時点を越えてから前記温度測定ヘッド（３）によ
   って測定されて記録された温度経過から、規定の測定間
   隔だけを利用して、該測定間隔の間に数値評価方法を用
   いてワーク温度を規定することを特徴とする、座標測定
   装置でワーク温度を迅速に測定する方法。
2. 【請求項２】　　座標測定装置でワーク温度を迅速に測
   定するための温度測定ヘッド（３）において、温度測定
   ヘッド（３）が、ケーシング固定の部分（１３）と、該
   部分に対して相対的に運動可能な部分（１４）とから成
   っており、該運動可能な部分（１４）が温度センサ（１
   ９）を支持しており、スイッチ式のプローブヘッドの原
   理によりタッチが行なわれると前記運動可能な部分が電
   気的な信号を発信して、続いて前記温度センサ（１９）
   によって温度が測定されるように前記運動可能な部分（
   １４）が支承されていることを特徴とする、座標測定装
   置でワーク温度を迅速に測定するための温度測定ヘッド
   。