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公開番号2024095533
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-07-10
出願番号2023188568
出願日2023-11-02
発明の名称座標測定機用の測定プローブ、その動作方法及びシステム
出願人株式会社ミツトヨ
代理人弁理士法人MTS国際特許事務所
主分類G01B 5/012 20060101AFI20240703BHJP(測定;試験)
要約【課題】座標測定機用の測定プローブが提供される。
【解決手段】前記測定プローブ300は、感知コイル構造を有するスタイラス位置検出部311、信号処理及び制御回路380、及び、温度依存補償部を含む。温度依存補償部は、温度の上昇による温度依存構成要素の特性の変化が、感知コイル構造の少なくとも1つの第1の感知コイルTRSCiと少なくとも1つの第2の感知コイルTASCCをそれぞれ流れる第1及び第2の電流における感知コイル構造中の第2の電流に対する第1の電流の比を増やすように、感知コイル構造の少なくとも一部に接続された温度依存構成要素を含んでいる。そのような実施形態は、温度変化によって発生する影響を少なくとも部分的に補償することにより、処理された信号の正確性を高めるように構成されている。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
座標測定機用の測定プローブであって、該測定プローブが、
プローブチップをスタイラスに固く結合するように構成されたスタイラス結合部、及び、
該スタイラス結合部の軸方向に沿う軸方向運動、及び、該スタイラス結合部の回転中心の回りの回転運動を可能にするように構成されたスタイラス運動機構、
を備えたスタイラスサスペンション部と、
少なくとも１つのフィールド発生コイルを備えたフィールド発生コイル構造、
少なくとも１つのトップ軸方向感知コイル、少なくとも４つのトップ回転感知コイルを備えたトップ位置感知コイル、
少なくとも１つのトップ正規化感知コイル、
少なくとも１つのボトム軸方向感知コイル、少なくとも４つのボトム回転感知コイル、及び、
少なくとも１つのボトム正規化感知コイル、
を備えた感知コイル構造を備えた、前記軸方向に平行な中心軸に沿って配列され、前記回転中心とアライメントされたスタイラス位置検出部と、
磁束変調領域を与える導電磁束変調要素を備え、該磁束変調要素が磁束変調運動体積中の前記中心軸に沿って位置されると共に、該磁束変調要素が前記スタイラスサスペンション部に結合され、前記磁束変調要素は前記スタイラスサスペンション部の振れに応じて、振れていない位置に対して前記磁束変調運動体積内で動き、前記フィールド発生コイル構造が、コイル駆動信号に応じて前記磁束変調運動体積内を前記軸方向に沿う、変化する磁束を発生するようにされた磁束変調構造と、
前記コイル駆動信号を与えるよう前記スタイラス位置検出部の前記コイルに動作可能に接続され、前記各感知コイルによって与えられる各信号成分を備えた信号を受信して、前記プローブチップの軸方向位置及び回転位置を示す信号を与えるように構成された信号処理及び制御回路と、
温度依存構成要素を備え、該温度依存構成要素の温度の上昇による該温度依存構成要素の特性の変化が、前記感知コイル構造の少なくとも１つの第１の感知コイルと少なくとも１つの第２の感知コイルをそれぞれ流れる第１及び第２の電流における前記感知コイル構造中の前記第２の電流に対する前記第１の電流の比を増やすように、前記温度依存構成要素が前記感知コイル構造の少なくとも一部に接続された感知温度依存補償部と、
を備えたことを特徴とする座標測定機用の測定プローブ。
続きを表示（約 1,400 文字）【請求項２】
請求項１に記載の測定プローブであって、前記少なくとも１つの第１の感知コイルが位置感知コイルであることを特徴とする座標測定機用の測定プローブ。
【請求項３】
請求項２に記載の測定プローブであって、前記少なくとも１つの第２の感知コイルが、正規化感知コイル又は軸方向感知コイルの少なくとも１つを備えていることを特徴とする座標測定機用の測定プローブ。
【請求項４】
請求項２に記載の測定プローブであって、前記少なくとも１つの第２の感知コイルが正規化感知コイルを備えていることを特徴とする座標測定機用の測定プローブ。
【請求項５】
請求項４に記載の測定プローブであって、前記温度依存構成要素が、
前記少なくとも１つの第１の感知コイルと直列に接続された、温度が上昇すると抵抗値が減少する負の温度係数の抵抗器、又は、
前記正規化感知コイルと直列に接続された、温度が上昇すると抵抗値が増加する正の温度係数の抵抗器の少なくとも一方であることを特徴とする座標測定機用の測定プローブ。
【請求項６】
請求項１に記載の測定プローブであって、前記少なくとも１つの第１の感知コイルが、前記温度依存構成要素、前記第１のトップ位置感知コイル及び前記第１のボトム位置感知コイルが直接に接続された、第１のトップ位置感知コイルと第１のボトム位置感知コイルを備えていることを特徴とする座標測定機用の測定プローブ。
【請求項７】
請求項６に記載の測定プローブであって、前記温度依存構成要素が、前記第１のトップ位置感知コイルと前記第１のボトム位置感知コイル間に接続されていることを特徴とする座標測定機用の測定プローブ。
【請求項８】
請求項６に記載の測定プローブであって、
前記温度依存構成要素が第１の温度依存構成要素であり、
前記第１のトップ位置感知コイルがトップ軸方向感知コイルを備え、
前記第１のボトム位置感知コイルがボトム軸方向感知コイルを備え、
前記測定プローブが、更に、
第１及び第２のトップ回転感知コイル及び第１及び第２のボトム回転感知コイルと直列に接続された第２の温度依存構成要素と、
第３及び第４のトップ回転感知コイル及び第３及び第４のボトム回転感知コイルと直列に接続された第３の温度依存構成要素と、
を備えていることを特徴とする座標測定機用の測定プローブ。
【請求項９】
請求項８に記載の測定プローブであって、前記第１、第２及び第３の温度依存構成要素が、温度が上昇すると抵抗値が減少する負の温度係数の抵抗器であることを特徴とする座標測定機用の測定プローブ。
【請求項１０】
請求項４に記載の測定プローブであって、
前記少なくとも１つの第２の感知コイルが、前記温度依存構成要素である前記第１のトップ正規化感知コイル及び前記第２のボトム正規化感知コイルが直列に接続された、第１のトップ正規化感知コイルと第１のボトム正規化感知コイルを備え、
前記温度依存構成要素が、前記第１のトップ正規化感知コイルと前記第１のボトム正規化感知コイル間に接続され、
前記温度依存構成要素が、温度が上昇すると抵抗値が増加する正の温度係数の抵抗器であることを特徴とする座標測定機用の測定プローブ。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
この開示は、精密計測学に係り、特に、座標測定機によって使用されるような測定プローブに関する。
続きを表示（約 2,500 文字）【背景技術】
【０００２】
座標測定機（ＣＭＭ）は、検査されたワークの測定結果を得ることができる。１つの先行技術ＣＭＭの例が特許文献１に記載されており、ここにその全体を引用して取り込む。これは、ワークを測定するためのプローブと、該プローブを動かすための運動機構と、該運動を制御するためのコントローラとを含んでいる。表面測定プローブを含むＣＭＭが特許文献２に開示されており、ここにその全体を引用して取り込む。その中に開示されているように、機械的な接触プローブ又は光プローブが、前記ワーク表面を横断して走査することができる。
【０００３】
機械的接触プローブを採用したＣＭＭが特許文献３にも開示されており、ここにその全体を引用して取り込む。その中に開示されたプローブは、プローブチップ（即ち表面接触部）を有するスタイラスと、軸方向運動機構と、回転運動機構とを含む。前記軸方向運動機構は、前記測定プローブの中心軸方向（Ｚ方向又は軸方向とも称する）に前記プローブチップが動くのを許容する。前記回転運動機構は、前記プローブチップが前記Ｚ方向と垂直に動くのを許容する回転部材を含んでいる。前記軸方向運動機構は、前記回転運動機構の内側に収容されている。前記プローブチップの位置及び／又はワークの表面座標は、前記回転部材の前記変位及び軸方向運動部材の前記軸方向変位に基づいて決定される。
【０００４】
ＣＭＭ走査プローブ（即ち測定プローブ）のスタイラス位置測定用の誘導位置検出器が特許文献４及び５に開示されており、ここにそれぞれの全体を引用して取り込む。開示された構造は、回転感知コイルと各軸方向感知コイル構造を含んでいる。スタイラスが結合された導電磁束変調器（disruptor）が、運動体積内でＺ（軸）方向及びＸ－Ｙ（回転）方向に沿って動く。フィールド発生コイルが前記磁束変調器とコイルを包含する、変化する磁束を発生し、コイル信号が前記磁束変調器及び／又はスタイラスの位置を示す。
【０００５】
一般的に、ＣＭＭプローブ中の誘導感知構造は、前記システムの前記変位応答に必然的な信号／応答の非線形性や、完全な組立てやアライメントでない結果生じる位置オフセット／誤差や、機械的及び電気的構成要素の（例えば温度変化などによる）環境の影響による信号ドリフト、信号ノイズなどのような様々な問題にぶつかる。。そのような問題は、そのようなシステムで特別な挑戦を提示し、前記最小の可能性のある信号変動からプローブチップの前記最小の可能な振れを感知することが典型的に望ましい。これらの問題のタイプは、望ましい範囲、増幅、信号対ノイズ比などを前記プローブからの位置信号に対して達成するのに様々な挑戦を呈する。誘電型感知構造を利用したＣＭＭプローブ中のそのような問題に向かうことができる改良された回路構造に対する必要性が存在する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
米国特許第８,４３８,７４６号明細書
米国特許第７,６５２,２７５号明細書
米国特許第６,９７１,１８３号明細書
米国特許第１０,８６６,０８０号明細書
米国特許第１０,９１４,５７０号明細書
米国特許第９,７９１,２６２号明細書
米国特許第４,６５１,４０５号明細書
米国特許第５,８４１,２７４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
この要約は、以下の詳細な説明中に更に記載された概念の選択を簡略化された形で導入するために与えられる。この要約は、特許が請求された主題の鍵となる様相を特定したり、あるいは、前記特許が請求された主題の権利範囲を決定する助けとなるように使われることを意図していない。
【０００８】
座標測定機用の測定プローブが提供される。この測定プローブは、スタイラスサスペンション部、スタイラス位置検出部、磁束変調器構造、信号処理及び制御回路、及び、温度依存補償部を含んでいる。前記スタイラスサスペンション部は、スタイラス結合部とスタイラス運動機構を含んでいる。前記スタイラス結合部は、プローブチップをスタイラスに固く結合するように構成されている。前記スタイラス運動機構は、軸方向に沿う前記スタイラス結合部の軸方向の運動、及び、前記スタイラス結合部の回転中心の回りの回転運動を可能にするように構成されている。
【０００９】
前記スタイラス位置検出部は、前記軸方向に平行で、前記回転中心に対してアライメントされた中心軸に沿って配列されている。前記スタイラス位置検出部は、フィールド発生コイル構造及び感知コイル構造を含む。前記フィールド発生コイル構造は、少なくとも１つのフィールド発生コイルを備えている。前記感知コイル構造は、トップ位置感知コイル及び（例えばトップ感知コイル構造の一部として）少なくとも１つのトップ正規化感知コイルと、ボトム位置感知コイル及び（例えばボトム感知コイル構造の一部として）少なくとも１つのボトム正規化感知コイルを備えている。前記トップ位置感知コイルは、少なくとも１つのトップ軸方向感知コイルと少なくとも４つのトップ回転感知コイルを備えている。前記ボトム位置感知コイルは、少なくとも１つのボトム軸方向感知コイルと少なくとも４つのボトム回転感知コイルを備えている。
【００１０】
前記磁束変調器構造は、磁束変調領域を与える導電磁束変調要素を備えている。該磁束変調要素は、磁束変調運動体積内の前記中心軸に沿って位置しており、前記磁束変調要素は前記スタイラスサスペンション部に結合されている。前記磁束変調要素は、前記スタイラスサスペンション部の振れに対応して、振れていない位置に対して磁束変調運動体積内で移動するように構成されている。前記フィールド発生コイル構造は、コイル駆動信号に応答して、前記磁束変調運動体積内のほぼ前記軸方向に沿って変化する磁束を発生するように構成されている。
（【００１１】以降は省略されています）

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