JPH07507145A - トリガ・プローブ用信号処理回路 - 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】 トリガ・プローブ用信号処理回路 ｌユ立１１ １、発明の分野 本発明は、工作機械や座標測定装置のような座標位置決め装置のトリガ・プロー ブからの信号を処理する回路およびこのようなプローブからの信号の処理に関す るものである。トリガ・プローブは、このような装置で用いられて、たとえば対 象物の寸法を測定する。

トリガ・プローブのひとつの既知の形態は「タッチトリガ」プローブであり、こ れは装置の可動アーム上にプローブを支持するハウジングのような固定構造と、 その固定構造に対して休止位置において支持されたスタイラス支持部材であって 、ある力がこのスタイラス支持部材に印加されるときにこのスタイラス支持部材 が休止位置から変位可能であり、かつその力が除去された後はスタイラス支持部 材が休止位置に戻ることができるようになしたスタイラス支持部材とを有する。

スタイラス支持部材によって、自由端に検知チップ（ｔｉｐ）をもつ細長いスタ イラスを支持する。使用にあたって、スタイラスの検知チップが、位置を測定す べき対象物と接触するまで、装置の可動アームは、駆動される。検知チップと対 象物との間の接触はプローブ内に設けた１つまたは２つ以上のセンサによって検 知される。かかるセンサは、たとえば、歪ゲージ、圧電素子あるいはプローブ内 に設けられ、支持部材がその休止位置から変位するときに抵抗値が変化する電気 回路の形態とすることができる。プローブに関連する処理回路（「インタフェー ス」として知られている）より、センサまたは各センサからの信号レベルが予め 定められたしきい値を越えるときにステップ信号、すなわち「トリガ」信号を発 生する。このトリガ信号を用いて装置の制御部に指示を与えてこの瞬時における 可動アームの位置を時間的に間に合うように決定し、そして可動アームの移動を 拘束する。検知チップが加工片に接触してから可動アームが停止点に至るまでの 移動の間の期間にわたっての可動アームのわずかな移動は過走行（ｏｖｅｒｔｒ ａｖｅｌ）として知られており、スタイラス支持部材を固定構造に対して変位さ せることでこれに適応させている。測定を行った後、可動アームを表面から離脱 させて戻し、スタイラス支持部材は固定構造に対する休止位置に戻り、そこでセ ンサまたは各センサからの信号レベルは予め定めたしきり値よりも低いレベルに 戻る。その結果、インタフェース回路からのステップ信号は（支持部材の状態を 示す）ブリトリガレベル、すなわち「再着座（ｒｅｓｅａｔｅｄ）　Ｊレベルに 戻り、次の測定に対してプローブを再びイネーブル状態とする。

２、関連技術の説明 上述したような装置でトリガ・プローブを使用する際にしばしば経験される問題 は、かかる装置が典型的には可動アームの移動中に、振動し、あるいはその構造 を経て衝撃波を伝搬する傾向にあるということである。この振動によって、固定 構造に対するスタイラス支持部材の小さなスケール摂動を引き起こし、これによ り時折センサまたは各センサからの出力信号の値はインタフェースにおけるしき い値を越えるようになり、それによって「偽トリガ」信号が発生するようになる 。

偽トリガを除去するために、センサまたは各センサからの信号レベルが予め定め たしきい値を越え、かつ予め定めた時間隔内においてそのしきい値より低いレベ ルに戻らないときにのみトリガ信号を発生するインタフェースを設けることは知 られている。偽トリガを除去する他の方法は米国特許第４１７７５６８号および ＥＰ９３３１００９８．１から知られている。

水上」Ｌ１２且 本発明は、以前は知られていなかった２つの問題についての認識から達成されて いる。これらのうち最初の問題は、スタイラスと加工片との間の接触によってセ ンサ信号レベルが予め定めたしきい値を越え、そしてインタフェースよりトリガ 信号を発生させるが、プローブは過走行したままである後に生じる。すなわち、 スタイラスは依然として表面と接触しており、その休止位置から偏向させられる ；従ってセンサ信号レベルは予め定められたしきい値より大きいままであり、イ ンタフェースの出力は再着座状態に戻っていない。プローブがこの状態のままで 、工作機械に振動が生じると、センサ信号レベルが瞬時に予め定められたしきい 値より下がることがあり得る。この振動から生じるこれらの信号発振により（信 号レベルがしきい値より低下するときに、）インタフェースの出力を（わずかな 間）だけ再着座状態に戻し、次に、（信号レベルがしきい値より大きくなるとき に、）インタフェースより次のトリガ信号を発生させる。従って、最初の測定の ための装置の移動の現在のサイクルが完了しておらず、かつスタイラス支持部材 が休止位置に戻っていない場合でも、装置の制御部は、次の測定を記録するよう に指示される。

われわれが発見したもう一つの問題は、スタイラス支持部材が検査サイクルの最 後に休止位置に戻る際に、固定構造に対するスタイラス支持部材の小さなスケー ルの機械的摂動から生じる。これらの機械的摂動は、それに対応する振動をプロ ーブにおけるセンサの出力に引き起こし、この振動はプローブが次の検査動作に 対して用意ができるまでに収れんしなければならない。従来は、この問題は、セ ンサ信号レベルが最初にトリガしきい値よりも低くなった後、インタフェースの 出力が着座レベルに減少する前に、固定の時間遅延を許容することによって克服 されてきた。しかしながら、そのような固定の時間遅延は必ずしも必要ではなく 、多くの場合、ずっと短い時間隔後に信号振動は収れんする。

本発明は、プローブが過走行する際の信号レベルの振動に応答してトリガ信号を 発生せず、かつ検査時間を最大限に活用するために、スタイラス支持部材が休止 位置に戻った後にできるだけ早い時期に着座状態に戻る出力を発生するインタフ ェースを提供することにある。

本発明によれば、センサ信号が予め定められたしきい値より低下した後、予め定 められた時間隔において、センサあるいは各センサからの信号レベルが再度予め 定められたしきい値を越えない場合、インクフェースの出力は着座レベルに戻る 。

置ｌ立且単ス１ｊ 本発明の実施例を例をもって、および添付の図面を参照することによって説明す る。ここで、第１図はトリガ・プローブの概略図であり；第２図は第１図のプロ ーブ動作を示す信号図であり　： 第３図は本発明の一実施例の回路図である。

々゛な　１の古註 第１図を参照するに、プローブ１０は、円筒状ハウジングよって構成された固定 構造１２を有しており、これによりピラー１６の形態で３つの弱い区域の上にケ ージ１４を支持している。歪ゲージ１７の形態のセンサを各ピラー１６上に設け る。スタイラス支持部材１８は、支持部材１８上の３つのローラ２０が隣接して 配置された３対のポール２２によって設けられた収束（ｃｏｎｖｅｒｇｅｎｔ） 表面と係合すること２０によってケージ１４の基部においてキネマチイック（ｋ ｉｎｅｍａｔｉｃ）に支持されている。支持部材Ｉ８は、圧縮ばね２４によって ケージ１４に対して、このキネマチイックな休止位置に偏倚させられる。支持部 材１８は、その自由端において球状検知チップ２８を持つ細長いスタイラス２６ を担持する。使用にあたって、チップ２８が位置を測定するべき表面と接触する まで、プローブが設けられている機械のアームは移動するよう作動され、チップ ２８が表面と接触するときのピラー１６における歪みは歪ゲージ１７によって検 知される。インタフエースはゲージ１７に電流を供給し、ピラー１６における歪 みに起因する（たとえば電圧の変化によって現われる）それらゲージの抵抗値の いかなる変化をも検知する。、１つあるいは２つ以上のゲージの端子間の電圧が 予め定められたしきい値に達すると、インタフェースはトリガ信号を発生する。

そのようなプローブおよびインタフェースはそれ自体よく知られているが、本出 願人の米国特許第４４１７．３６２号においてより完全に説明されている。

第２図を参照するに、インタフェースにおける比較器モジュールの対応する出カ ニと共に、検査サイクルの間における歪ゲージの両端間の電圧の信号プロファイ ルが示されている。比較器モジュールは、歪ゲージの両端間の電圧が予め定めら れたしきい値しより大きいときは、低バイナリ信号を発生し、しきい値りより小 さいときは、高バイナリ信号を発生する。そのような比較器モジュール自体は本 出願人の米国特許第４．８１７，３６２号から知られているので、以下では詳し い説明はしない。第２図かられかるように、瞬時ｔｌにおいては、スタイラス２ ６の検知チップ２８と表面との間の接触の結果として、歪ゲージからの信号レベ ルは予め定められたトリガしきい値りを越える。それに応じて、モジュール５０ の出力■は低下していき、装置の制御部に指示を与えて、可動アームの位置を記 録し、およびその移動を拘束する。瞬時ｔ２において、スタイランバータ・ゲー ト６６の入力端子に接続される。リブス支持部材１８の最大のふれ（従ってゲー ジにおける最大の歪み）に対応して、歪ゲージからの信号レベルはピーク値に達 し、瞬時ｔ３までこの値にとどまる。時間隔（ｔ３−ｔ２）の間、装置の可動ア ームは停止点まで減速し、表面から逆方向に離れ、それにより支持部材はこの期 間中、休止位置からある程度まで連続的に変位させられる。瞬時ｔ４には、支持 部材は休止位置に戻り、歪ゲージの出力は予め定められたしきい値以下に下がる 。従って、比較器モジュールの出力は、歪ゲージの出力が再着座状態を示すとき に、高レベルとなる。

上述した検査サイクルの間、装置では瞬時ｑ１において振動が起こり、それによ り歪ゲージから発振出力信号が生じ、および信号レベルが瞬間的にトリガしきい 値よりも低下し、その直後に、トリガしきい値以上に戻る。比較器モジュールの 出力には、これに対応する変動が見られる。インタフェース処理回路が再着座し て、この状態で偽トリガ信号を発生するのを防ぐために、本発明のインタフェー スはフィルタを組み込む。

ここで、第３図を参照するに、本発明のインタフェースにおけるフィルタは、入 力信号として、比較器モジュール５０からの出カニを受信する。入力Ｉは、イン バータ・ゲート６０を通り、その出力端子はりプル・カウンタ６４のリセット入 力端子６２および第２のイある。入力信号■が高レベルになると（プローブの再 ル・カウンタ６４は、時間隔Ｒの間に、次のリセット入力信号を受信しないと、 入力端子６２において（高レベルのバイナリ入力によって）リセットされた後に 、時間隔Ｒの後に、信号ライン６８に高レベル出力信号を発生するように構成さ れている。時間隔Ｒの間に受信した次のリセット信号は、単にリプル・カウンタ ６４および従ってフリップフロップ７４をリセットするのみである。リプル・カ ウンタ６４は周波数１／Ｒより大きい程度の周波数であることが好ましいクロッ ク入力信号７０から駆動される。

インバータ・ゲート６６の出力をナントゲート７２の１つの入力端子に接続し、 およびフリップフロップ７４の１つの入力に提供する。フリップフロップ７４の 他方の入力は、ナントゲート７２の出力によって提供される。

すなわち、その第２の入力は信号ライン６８によって提供される。

プローブがトリガされ、スタイラス支持部材が休止位置から変位されると、人力 信号Ｉの値は低くなる（すなわち、歪ゲージ両端間の電圧が予め定められたしき い値以上である）。そこで、インバータ・ゲート６０の出力およびリセット入力 ６２は高レベルになる。

従って、リプル・カウンタ６４はライン５８に高レベル出力信号を発生すること ができない。その理由は、リプル・カウンタ６４が連続的にリセットされている からで着座を示している）、リセット人力６２は低レベルになり、リプル・カウ ンタ６４は、時間隔Ｒにわたって計数を開始することができる。入力信号が、時 間隔Ｒにわたって高レベルのままでいる場合（すなわち、再着座が本物であり、 振動によって引き起こされたものではない場合）、リプル・カウンタ６４は、ラ イン６８において高レベル出力信号を発生する。従って、ナントゲート７２の２ つの人力は同時に高レベルであり、フリップフロップ７４への入力の一方を提供 するゲート７２の出力は低レベルである。それゆえに、フリップフロップ７４へ の入力は（インバータ・ゲート６６からの）高レベルと、（ナントゲート７２か らの）低レベルとなり、従って、フリップフロップの出カフ６（つまり、インタ フェース全体としての出力）は、高レベルとなって、プローブにおいて真の再着 座が起こったことを示す。

しかしながら、プローブがこのような状態にあるときに、装置における振動によ って、ゲージの両端間の電圧が、一時的にすぎないものの、しきい値よりも低下 するときには、その結果として入力■の高レベルも過渡的でしかない。発振が収 れんされた後に、ゲージの両端間の電圧が以前のレベルに戻ると、入力Ｉはもう 一度低下し、それにより、リプル・カウンタ６４をリセットし、およびライン６ ８に高レベル信号が発生するのを禁止し、それによって、フリップフロップ７４ から高レベル（再着座）出力を発生させるのに必要な、ナントゲート７２からの 低レベル出力が発生するのを防止する。フィルタ出カフ６もまた第２図に示され ている。

本発明を適用するにあたっての他の形態は、可動アームが表面が検査される部分 から離脱して、およびスタイラス支持部材がケージ１４に対する繰り返し可能な 休止位置に戻る後にトリガ信号が着座レベルへ戻る（装置の可動アームの移動に よって）スタイラス２６の検知チップ２８が移動して表面から離れた後、スタイ ラス支持部材１８はしばらくの間ケージ１４に対する小さな摂動を受け続ける。

これらの摂動によって引き起こされたピラーの歪みによって、ゲージ１７の両端 間の電圧に変動が生じ、この電圧変動はインタフェースがトリガ信号を発生する しきい値を断続的に越える。そのような変動は時間隔（ｔ４−ｔ３）中に起り得 ることがわかり、そして比較器出力Ｉのレベルに対応する変動をもたらすことに なる。ゲージからのセンサ信号がしきい値以下になる度毎に、インタフェースが 再着座状態に戻ると、このような信号発振はプローブの偽トリガを引き起こす。

本発明のフィルタは、インタフェース出力が着座レベルに戻るために必要な時間 を最大限に活用しながら、そのような偽トリガの発生を防ぐ。

上述した方法は、複数の歪ゲージを組み込んだプローブを参照して説明されてい る。しかしながら、圧電素子、容量性あるいは光学的な変位センサ、あるいはス タイラス支持部材をケージ１４に対してキネマテイクに支持する素子２０．２２ を組み込んだ電気回路などのような他のセンサを用いてもよい。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. １．座標位置決め装置の位置検知プローブからのセンサ信号を受信し、および前 記装置の制御部に指示を与えるトリガ信号を発生する信号処理回路であって、前 記センサ信号が予め定められたしきい値を越えるときに、前記プローブによる表 面の検知を前記制御部に対して示すトリガ信号の第１値を発生し、前記センサ信 号が前記予め定められたしきい値より低下するように戻るとき、トリガ信号の第 ２値を発生し、前記トリガ信号の第２値は前記プローブが次の表面測定をするこ とができるということを前記制御部に対して示すようにした手段と、 前記信号が前記の予め定められたしきい値を越え、および前記トリガ信号の第１ 値が発生したときに作動可能であり、前記センサ信号の発振の値が前記予め定め られたしきい値よりも低下し、および前にセンサ信号の発振の周波数が予め定め られた周波数を越えるような前にセンサ信号の発振をフィルタするためのフィル タ手段と を具えたことを特徴とする信号処理回路。
2. ２．前記フィルタ手段は、 前記センサ信号が前記予め定められたしきい値よりも低下した後、予め定められ た時間隔Ｒにおいてパルス信号を発生するための手段と、 前記パルス信号の発生の際に、前記センサ信号の値が前記予め定められたしきい 値よりも低下するとき、前記トリガ信号の第２値を発生するための手段とを具え たことを特徴とする請求の範囲第１項記載の信号処理回路。
3. ３．前記予め定められた周波数は１／Ｒに等しいことを特徴とする請求の範囲第 ２項記載の信号処理回路。