KR20130094318A

KR20130094318A - 표면 스캐닝 좌표 측정 기계를 제어하기 위한 방법 및 장치

Info

Publication number: KR20130094318A
Application number: KR1020137009185A
Authority: KR
Inventors: 폴 피 라신
Original assignee: 헥사곤 테크놀로지 센터 게엠베하
Priority date: 2010-09-13
Filing date: 2011-09-13
Publication date: 2013-08-23
Also published as: CN103097853B; BR112013006042A2; WO2012037059A1; CN103097853A; CA2810430C; AU2011302331A1; US9217997B2; EP2616761B1; KR101426360B1; JP2013542417A; AU2011302331B2; US20130185948A1; JP5690941B2; CA2810430A1; EP2616761A1

Abstract

방법은 측정될 물체의 표면에 대한 팁 터치다운 영향을 최소화하면서 표면 스캐닝 측정 기계 속도를 향상시킨다. 특히, 이 방법은 측정될 물체의 표면과 접촉하는 말단 프로브 팁을 갖는 프로브 헤드를 가진 표면 스캐닝 측정 기계를 제어한다. 그것을 위해, 이 방법은 법선 벡터를 가진 명목상 초기 접촉 지점(표면 상의)을 선택하고, 이후 말단 프로브 팁을 명목상 초기 접촉 지점을 향해 접근 경로를 따라 이동시킨다. 접근 경로는 명목상 초기 접촉 지점으로부터, 표면으로부터 이격된 몇몇 비접촉 지점으로 대략 선형으로 연장하는 대략적으로 선형인 부분을 가진다. 대략적으로 선형인 부분은 법선 벡터와 약 20도와 약 60도 사이의 각도를 형성한다.

Description

표면 스캐닝 좌표 측정 기계를 제어하기 위한 방법 및 장치{Method and apparatus for controlling a surface scanning coordinate measuring machine}

이 특허 출원은 발명의 명칭이 "표면 스캐닝 좌표 측정 기계를 제어하기 위한 방법(METHOD FOR CONTROLLING A SURFACE SCANNING COORDINATE MEASURING MACHINE)" 이고 발명자가 폴 라신(Paul Racine)인, 2010년 9월 13일자에 출원된 임시 미국 특허 출원 번호 61/382,126의 우선권을 청구하고, 이 출원의 개시내용은 참조로 그 전체가 본원에 포함된다.

본 발명은 일반적으로 표면 스캐닝 좌표 기계의 제어에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 본 발명은 표면 스캐닝 좌표 기계의 프로브 이동의 제어에 관한 것이다.

특히, 좌표 측정 기계들(표면 스캐닝 측정 기계들로서도 알려진 "CMM")은 알려지지 않은 표면 프로파일들을 측정하고, 또는 알려진 표면들의 지형을 검증한다(verify). 예를 들어, CMM은 프로펠러의 표면이 그것의 특정 임무(예컨대, 24 피트 보트를 미리 정해진 속도들로 염수(salt water)를 통해 이동시키는 것)를 위해 적절한 크기로 되어 있고 형상으로 되어 있는 것을 보장하기 위해 프로펠러의 위상 프로파일(topological profile)을 측정할 수 있다. 그것을 위해, 통상의 CMM들은 전형적으로 측정될 물체의 표면에 직접 접촉시키고 표면을 따라 이동시키는 프로브 팁(소위 "스타일러스(stylus)")을 지지하는 프로브 헤드를 가진다.

팁이 처음에 물체의 표면과 접촉한 후, 프로브 헤드는 진동들을 감쇠시키고 그것을 후속 스캐닝(종종 프로브 헤드를 "세틀링(settling)하는 것"으로서 불림)을 준비하기 위해 물체 표면을 향해 구동된다. 세틀링 후, 프로브 팁은 미리 규정된 스캔 경로를 따라 이동하여, 그것의 운동을 1, 2 또는 3차원으로 기록한다. CMM과 관련된 로직은 이러한 운동을 기록하여 피측정 물체의 대응하는 표면 지형 맵을 생성한다.

통상의 스캔 동안, CMM은 알려진 깊은 리세스들 또는 다른 표면 특징들(features)을 피하기 위해 여러번 표면과 접촉 및 비접촉하여 프로브 팁을 이동시킬 수 있다. 그러나, 표면과의 초기 및 최종 접촉 모두는 다수의 성능 과제들을 낳는다. 특히, 표면에 대한 초기 접근 시, CMM은 경착륙(hard landing)을 피하는 동시에, 가능한 한 빨리 접근하는 경쟁적인 목표들(competing goals)을 가진다. 많은 통상의 CMM들은 속도를 희생시켜 이것을 관리한다. 즉 이들은 천천히 법선 벡터를 따라 표면에 접근하고, 표면에 접촉하기 전후 모두에 정지한다. 따라서, 이러한 접근방식은 스루풋을 감소시켜, 비용들을 증가시킨다.

다른 기술은 팁을 표면과의 매우 작은 각도를 따라 표면과 접촉시키고, 그 작은 각도로 이동시키면서 세틀링하는 것을 보인다. 경착륙 문제를 경감시키려 시도하지만, 이 기술은 또한 표면에 접근하는 데 걸리는 긴 시간 때문에 시간 소모적이다. 게다가, 작은 각도는 세틀링을 더 어렵게 한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 방법은 측정될 물체의 표면에 대한 팁 터치다운 영향을 최소화하면서 표면 스캐닝 측정 기계 속도를 향상시킨다. 특히, 이 방법은 측정될 물체의 표면과 접촉하는 말단 프로브 팁을 갖는 프로브 헤드를 가진 표면 스캐닝 측정 기계를 제어한다. 그것을 위해, 이 방법은 법선 벡터를 가진 명목상 초기 접촉 지점(표면 상의)을 선택하고, 이후 말단 프로브 팁을 명목상 초기 접촉 지점을 향해 접근 경로를 따라 이동시킨다. 접근 경로는 명목상 초기 접촉 지점으로부터, 표면으로부터 이격된 몇몇 비접촉 지점으로 대략 선형으로 연장하는 대략적으로 선형인 부분을 가진다. 대략적으로 선형인 부분은 법선 벡터와 약 20도와 약 60도 사이의 각도를 형성한다.

이 방법은 또한 말단 프로브 팁을 접촉 지점(명목상 초기 접촉 경로와 관련된)으로부터 오프셋 경로를 따라 초기 스캔 지점으로 이동시키고, 이후 말단 팁을 스캔 경로를 따라 초기 스캔 지점으로부터 물체의 표면을 따라 이동시킬 수 있다. 말단 프로브 팁은 바람직하게는 접근 경로, 오프셋 경로, 및 스캔 경로를 따라 그리고 접근 경로, 오프셋 경로, 및 스캔 경로 사이에 연속해서 이동한다. 대략적으로 선형인 부분은 또한 약 20도와 약 55도 사이의 법선 벡터와의 각도를 형성할 수 있다.

몇몇 실시예들은 팁은 물체의 표면과의 접촉으로부터 멀어지도록 이동하는 스캔 경로 뒤에 시작하는 릴리스 경로를 따라 이동시킨다. 이 실시예에서의 말단 프로브 팁은 스캔 경로 및 릴리스 경로를 따라 스캔 경로 및 릴리스 경로 사이에서 연속해서 이동할 수 있다. 게다가, 이 방법은 표면 상의 제 2의 명목상 초기 접촉 지점(제 2 법선 벡터를 가짐)을 선택할 수 있다. 릴리스 경로로부터 말단 프로브 팁을 이동시킨 후, 이 방법은 제 2 접근 경로를 따라 제 2 접촉 지점(제 2의 명목상 초기 접촉 지점과 관련됨)과 접촉시켜 말단 프로브 팁을 이동시킬 수 있다. 제 2 접근 경로는 제 2 접촉 지점으로부터, 표면으로부터 이격된 몇몇의 제 2의 비접촉 지점으로 대략 선형으로 연장하는 제 2의 대략적으로 선형인 부분을 가진다. 이러한 제 2의 대략적으로 선형인 부분은 제 2 법선 벡터와 약 20도와 약 59도 사이의 각도를 형성한다. 말단 프로브 팁은 릴리스 경로 및 제 2 접근 경로를 따라 그리고 릴리스 경로 및 제 2 접근 경로 사이에서 연속해서 이동할 수 있다.

이 방법은 프로브 헤드를 하향으로 이동시키고 접촉 지점과 접촉시켜 말단 프로브 팁을 이동시킨 후 오프셋에 세틀링시킬 수 있다. 이러한 시간 동안, 프로브 헤드는 오프셋에 세틀링하기 전에 오프셋을 오버슛할 수 있다. 대안으로, 프로브 헤드는 오프셋에 세틀링하기 전에 오프셋 위 및 아래로 진동할 수 있다.

다른 실시예에 따르면, 측정될 물체의 표면에 접촉시키기 위한 표면 스캐닝 측정 기계는 말단 프로브 팁을 갖는 프로브 헤드, 및 프로브 헤드와 동작 가능하게 결합된 제어기를 가진다. 제어기는 표면 위에(즉, 표면 자신 위 또는 명목상 표면 위에) 법선 벡터를 가지는 명목상 초기 접촉 지점을 선택하도록 구성될 수 있다. 이 기계는 또한 제어기와 동작 가능하게 결합되는 구동 기구를 가진다. 이 구동 기구는 말단 프로브 팁을 명목상 초기 접촉 지점을 향해 접근 경로를 따라 이동시키기 위해 제어기와 협력하도록 구성된다. 접근 경로는 명목상 초기 접촉 지점으로부터, 표면으로부터 이격된 몇몇 비접촉 지점으로 대략 선형으로 연장하는 대략적으로 선형인 부분을 가진다. 대략적으로 선형인 부분은 법선 벡터와 약 20도와 약 60도 사이의 각도를 형성한다.

본 발명의 다른 실시예들에 따르면, 측정될 물체의 표면에 접촉시키기 위해 구성된 말단 프로브 팁을 갖는 프로브 헤드를 가지는 표면 스캐닝 측정 기계를 제어하기 위한 방법은 표면 상에, 법선 벡터를 가지는, 명목상 초기 접촉 지점을 선택한다. 이 방법은 명목상 초기 접촉 지점으로부터, 표면으로부터 이격된 몇몇 비접촉 지점으로 대략 선형으로 연장하는 대략적으로 선형인 부분을 가지는 접근 경로를 따라 명목상 초기 접촉 지점을 향해 말단 프로브 팁을 이동시킨다. 대략적으로 선형인 부분은 약 60도 이하의 법선 벡터와의 각도를 형성한다. 이 방법은 이후 말단 프로브 팁을 오프셋 경로를 따라 초기 스캔 지점으로 이동시킨다. 말단 프로브 팁은 바람직하게는 접근 경로 및 오프셋 경로를 따라 그리고 접근 경로 및 오프셋 경로 사이에서 연속해서 이동한다.

본 발명의 예시적인 실시예들은 컴퓨터 판독 가능 프로그램 코드를 그 위에 갖는 컴퓨터 이용 가능 매체를 가지는 컴퓨터 프로그램 제품으로서 구현된다. 컴퓨터 판독 가능 코드는 통상의 프로세스들에 따라 컴퓨터 시스템에 의해 판독되고 이용될 수 있다.

이 기술분야에서 숙련된 사람들은 바로 아래에 요약된 도면들을 참조하여 논의된 이하의 "예시적인 실시예들의 설명"으로부터 본 발명의 여러 가지 실시예들의 이점들을 더 완전히 이해해야 한다.
도 1a는 본 발명의 예시적인 실시예들에 따라 구성된 좌표 측정 기계를 개략적으로 나타낸 도면.
도 1b는 도 1a의 좌표 측정 기계에 사용될 수 있는 복수의 상이한 프로브 팁들을 개략적으로 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 물체의 표면을 측정하는 프로세스를 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 예시적인 실시예들에 따라 물체의 표면을 따라 스캐닝하는 프로브 헤드 및 팁의 경로 및 다양한 위치들을 개략적으로 나타낸 도면.
도 4는 스캐닝 표면이 명목상 표면보다 높은 도 3에 도시된 경로의 일부를 개략적으로 나타낸 도면.
도 5는 스캐닝 표면이 명목상 표면보다 낮은 도 3에 도시된 경로의 일부를 개략적으로 나타낸 도면.
도 6은 본 발명의 대안의 실시예들에 따른 프로브 헤드 및 팁의 경로를 개략적으로 나타낸 도면.
도 7은 위치 데이터 기록 및 태깅을 설명하는 프로브 헤드 및 팁 경로의 예를 개략적으로 나타낸 도면.
도 8-13은 부가물(Appendix)의 상세들을 개략적으로 나타낸 도면.

예시적인 실시예들에 있어서, 좌표 측정 기계는 그것의 프로브 헤드 및 팁의 접근을 명목상 표면 법선으로부터 약 60도보다 작은 각도로 측정될 표면을 향해 조정한다(direct). 따라서, 전체의 접근(approach), 세틀링(settling), 스캐닝(scanning), 및 릴리스 프로세스(release process)가 실질적으로 연속해서, 신속하게, 피측정 표면에 대한 심한 손상 충격(damaging hard impact)의 최소 위험으로 완료될 수 있다. 예시적인 실시예들의 상세들이 이하에 논의된다.

도 1a는 본 발명의 예시적인 실시예들을 실시하기 위한 로직(logic)을 가지는 좌표 측정 기계(이하 "CMM(10)")를 개략적으로 나타낸다. 다른 CMM들과 같이, 도 1의 CMM(10)은 스캔될 물체(도 1에 도시하지 않음)를 지지하기 위한 대략 직사각형 플랫폼(12), 및 지지된 물체에 대한 지형 정보를 수집하기 위해 플랫폼(12)에 이동 가능하게 접속된 스캐닝 장치(14)를 가진다. 세멘트 또는 그라나이트(granite)와 같은 임의의 다양한 재료들로 만들어질 수 있는 플랫폼(12)은 물체를 그것의 상면에 확실히 고정하기 위한 구멍들의 어레이(15)를 가진다.

물체에 대한 표면 정보를 수집하기 위해, 스캐닝 장치(14)는 자신이 말단 프로브 팁(22)("프로브 스타일러스(probe stylus)", "프로브 핀(probe pin)", 또는 간단히 "팁(22)"으로서도 불림)을 지지하는 프로브 헤드(20)를 갖는, 구동 부재(drive member; 18)에 의해 지지되는 가동 스캐닝 아암(16)을 가진다. 사용 중, 팁(22)은 물체의 표면과 실제로 접촉하여, 프로브 헤드(20)가 원하는 스캔 런(scan run)을 위해 표면 윤곽들(surface contours)을 따라 구부러지게 한다. 이러한 구부러짐(flexing)은 탑재(onboard) 또는 외부 로직(예컨대, 호스트 소프트웨어(24))이 물체 표면의 1, 2, 또는 3차원 맵(map)으로 변환하는 데이터의 세트를 생성한다.

따라서, 전체 스캐닝 장치(14)는 바람직하게는 3차원 - X-방향(플랫폼(12)의 폭에 평행한), Y-방향(플랫폼(12)의 길이에 평행한), 및 Z-방향(플랫폼(12)의 상면을 향해 그리고 그로부터 멀어지는)으로 이동 가능하다. 그를 위해, CMM(10)은 예를 들어 구동 트랙(28)을 따라 Y-방향으로 구동 부재(18)(및 따라서 전체 스캐닝 장치(14))를 이동시키는 구동 기구(26)를 가진다. 그 중에서도, 구동 기구(26)는 서보 제어기들(servo controllers) 및 다른 정밀 이동 장비를 구비할 수 있다.

스캐닝 아암(16)은 다른 2개의 자유도; 즉 X-방향에서 및 Z-방향에서의 모멘트를 제공한다. 특히, 구동 기구(26)는 아암(16)을 트랙(30)을 따라 X-방향으로 이동시키고, 프로브 헤드(20) 및 그것의 팁(22)을 Z-방향을 따라 신축 방식(telescoping manner)으로 물체 표면을 향해/물체 표면으로부터 멀리 이동시킨다.

CMM(10)은 측정될 물체 및 응용에 따라, 다양한 상이한 유형들의 팁들(22) 중 어느 하나를 채용할 수 있다. 도 1b는 프로브 헤드(20)에 고정될 수 있는 복수의 상이한 유형들의 팁들(22)을 개략적으로 나타낸다. 이들 팁들(22)은 도면에 표시되고, 특히:

· 스트레이트 생크 볼 팁(straight shank ball tip; 22A),

· 스레디드 볼 팁(threaded ball tip; 22B),

· 스레디드 디스크 팁(threaded disk tip; 22C),

· 스레디드 포인티드 실린더 팁(threaded pointed cylinder tip; 22D),

· 스레디드 플랫 실린더 팁(threaded flat cylinder tip; 22E),

· 스레디드 라운디드 실린더 팁(threaded rounded cylinder tip; 22F),

· 스레디드 반구형 팁(threaded hemisphere tip; 22G), 및

· 9방향 기어 클러터 팁(nine way gear cluster tip; 22H)

를 구비한다.

CMM(10)의 특정 구성요소들에 대한 논의는 단지 예시적인 목적들을 위한 것임을 주목해야 한다. 예를 들어, 아암(16)은 캔틸레버(cantilever) 또는 다른 비신축 기술(non-telescoping technique)을 이용하여 Z-방향으로 이동할 수 있고, 또는 플랫폼(12)은 다른 형상(예컨대, 원형)으로 형성될 수 있다. 더욱이, 프로브 헤드(20)는 도 1b에 도시된 팁들(22A-22H) 이외의 팁들(22)을 사용할 수 있다. 따라서, 여러 가지 실시예들은 반드시 도 1a의 CMM(10)의 세부 사항에 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 예시적인 실시예들에 따르면, CMM(10)은 경질 팁/프로브 헤드 충격의 위험을 최소화하는 동시에, 전체 스캔 속도를 증가시키기 위해 프로브 헤드(20) 및 팁(22)의 운동을 효과적으로 조종하는 제어기(34)를 가진다. 그것을 위해, 제어기(34)의 예시적인 실시예들은 팁의 접근, 세틀링, 및 스캔으로부터 및 팁의 릴리스를 통해 팁의 전체 경로를 따라 연속해서 팁(22)을 이동시키도록 구성된다. 이하에 더 상세하게 논의되는 것과 같이(예컨대, 도 2를 논의할 때), 제어기(34)는 물체 표면 상의 명목상 초기 접촉 지점을 제 1 접촉 지점으로서 선택한다.

물체 표면 상의 임의의 지점과 같이, 명목상 초기 접촉 지점은 법선 벡터(이하에 논의되는 도 3에 도시됨)를 가진다. 예시적인 실시예들에 있어서, 제어기(34)는 팁(22)을 명목상 초기 접촉 지점을 향해 상기 법선 벡터로부터 약 60도보다 작은 각도(문자 "A"로 도 3에 표시됨)로 이동시킨다. 예를 들어, 이러한 각도 A는 약 5 내지 60도 사이의 범위, 그 중에서도 예컨대 약 59, 50, 40, 30, 20, 또는 10도를 가질 수 있다. 다른 유사한 중첩 범위들은 예컨대 약 20 내지 60도 사이, 또는, 몇몇 경우들에는 0도가 충분하다.

도 2는 본 발명의 예시적인 실시예들에 따라 물체의 표면을 측정하는 프로세스를 나타낸다. 특히, 이러한 프로세스는 예시적인 실시예들에 따라 팁(22)의 단계들 및 위치를 상세히 설명한다. 대응하는 방식으로, 도 3은 팁의 접근으로부터 물체 표면(38)까지 및 그것의 릴리스를 통해 물체 표면(38)으로부터의 진행을 개략적으로 나타낸다. 이 프로세스는 200에서 시작하고, 이 200에서 제어기(34)는 먼저 접촉시킬 팁(22)에 대해 전체 표면(38) 상에서 초기 지점을 선택한다. 자동 공정(automated process) 또는 조작자(operator)에 의해 사전에 프로그래밍될 수 있는 이 지점은 본원에서 "초기 접촉 지점(initial contact point)(36)"으로서 불릴 수 있다. 제어기(34)는 팁(22)을 지향시키기 위한 장소를 확인하기 위해 물체 표면(38) 및 초기 접촉 지점(36)에 대한 정보를 수신한다. 다른 방법들 중에서, 이러한 정보는 몇몇 사용자 인터페이스(도시하지 않음)를 통해 사용자로부터 수신될 수 있다.

그러나, 이 프로세스의 이러한 지점에서, 제어기(34)는 물체 표면(38)을 식별하는 데이터만을 가지며, 그 결과, 단지 초기 접촉 지점(36)을 식별하는 데이터만을 가진다. 실제로, 초기 접촉 지점(36)에 관한 정보는 정확한, 실제 초기 접촉 지점(사용하는 참조 번호 "36"으로도 불림)에서 팁(22)의 위치를 정하는 데 충분할 수도 있고 충분하지 않을 수도 있다. 따라서, 이러한 프로세스 단계에서의 초기 접촉 지점(36)은 "명목상의(nominal)" 초기 접촉 지점(36)으로서 불린다. 초기 물체 표면(38)은 또한 "명목상의(nominal)" 물체 표면(38)으로서 불리는 데 그 이유는 그것이 또한 정보에 의해 제시된 정확한 위치에 실제로 위치되지 않을 수 있기 때문이다.

명목상의 물체 표면(38) 및 명목상 초기 접촉 지점(36)은 각각 1) 실제 물체 표면(38) 및 실제 초기 접촉 지점(36)일 수 있고, 또는 2) 실제 물체 표면(38) 및 실제 초기 접촉 지점(36)으로부터 떨어질 수도 있다. 어느 경우에나, 실제 초기 접촉 지점(36)은 물체 표면(38) 상의 의도된 제 1 접촉 지점으로서 명목상 초기 접촉 지점(36)과 관련지워진다. 따라서, 만약 CMM(10)이 명목상 초기 접촉 지점(36)을 향해 팁(22)을 지향시키면, 그것은 많은 예들에서 팁(22)을 실제 초기 접촉 지점(36)(따라서, 동일한 참조 번호 36의 사용)을 향해 지향시키는 것으로 간주될 수 있다.

이후 프로세스는 단계 202에서 계속되고, 이 단계 202에서 구동 기구(26)는 팁(22)을 물체 표면(38)의 어딘가로부터 접근 경로(42)의 시작 지점(42A) 및 물체 표면(38)까지 팁(22)을 이동시킨다. 더욱 상세하게는, 도 3에 도시된 것과 같이, 접근 경로(42)는 명목상 초기 접촉 지점(36)으로부터 위에 기재한 초기 지점으로 연장하는 것으로 고려된다. 이러한 경로(42)의 적어도 일부는 일반적으로 선형이다. 바람직한 실시예에 있어서, 접근 경로(42)의 일부 또는 전부를 포함할 수 있는 이러한 대략적으로 선형인 부분이 명목상 초기 접촉 지점(36)으로부터 직접 연장한다. 예시적인 실시예들에 있어서, 이러한 대략적으로 선형인 부분은 위에 기재한 법선 벡터(35)와 위에 기재한 각도 A(60도 이하의 위에서 논의된 다양한 각도들)를 형성한다. 명확성을 위해, 도 3은 초기 접촉 지점(36) 옆에 있는 것으로서 법선 벡터(35)를 나타냈음을 주목해야 한다. 이것은 초기 접촉 지점(36)에 있는 그것의 참 위치와 혼동하지 않아야 한다.

프로세스는 단계 204에서 계속되고, 이 단계 204에서 제어기(34)는 명목상 초기 접촉 지점(36)을 향해 접근 경로(42)의 대략적으로 선형인 부분을 따라 팁(22)을 이동시키기 위해 구동 기구(26)를 조종한다. 다음에, 단계 206에서, 프로세스는 팁(22)이 명목상 초기 접촉 지점(36)의 것보다 높은 지점에서 또는 약 명목상 초기 접촉 지점(36)에서 접촉하는지를 결정한다. 특히, 프로브 헤드(20)는 그것이 물체 표면(38)을 향해 이동할 때 실제 표면 접촉을 검출할 것이다. 때때로, 이것은 예상했던 것보다 빠른 데 그 이유는 물체 표면(38)에 대해 수신된 데이터가 물체의 현재 상태를 나타내지 않을 수도 있기 때문이다. 예를 들어, 물체는 예상하지 않은 방식으로 회전될 수 있고, 또는 예상했던 것보다 클 수 있다. 도 4는 더 높은 지점에서 물체 표면(38)과 접촉하는 팁(22)의 예를 개략적으로 나타낸다. 따라서, 이러한 도면에 있어서, 참조 번호 36은 2개의 지점들 - 명목상 초기 접촉 지점 및 실제 초기 접촉 지점을 가리킨다.

어느 경우에나, 단계 206의 이러한 조건이 충족되면, 이때 프로세스는 단계 208에서 계속되고, 이 단계 208에서 프로세스는 표면(38)에 접촉한 후 프로브를 세틀링한다. 따라서, 팁(22)은 세틀링 프로세스를 완성하고 스캔 경로(46)(이하에 논의됨)의 시작에서 스캐닝 프로세스를 시작하기 위해 본원에서 "세틀링 경로(settling path; 44)"로서 불리는 것을 추종한다.

그것을 위해, 프로세스는 프로브 헤드(20) 상의 Z-방향에서, 물체 표면(38)을 향해, 더 가압하면서 스캔 방향으로 팁(22)을 이동시킨다. 팁(22)은 표면(38)으로 더 깊이 이동하지 않는다. 대신, 이 기술분야에서 숙련된 사람에 의해 알려진 것과 같이, 프로브 헤드(20)의 가요성 부분(flexible portion)은 측정을 위한 시스템을 세틀링하기 위해 미리 정해진 양 구부러진다. 프로브 헤드(20)는 도 3에 파선으로 나타내고 참조 번호 48로 식별되는 "오프셋 포인트(offset point; 48)"로 궁극적으로 세틀링하기 위해 구부러진다. 도 3은 또한 2개의 화살표들 사이의 그리고 또한 참조 번호 48로 식별되는 이러한 오프셋 양을 나타낸다. 설명의 목적 상, 도 3(및 다른 도면들)은 실제 초기 접촉 지점(36)에서 시작하고 오프셋 값을 오버슛(overshoot)하고, 오프셋 값으로 복귀하는 참조 번호 44로 식별되는 곡선을 나타낸다. 이러한 곡선 44 및 그와 같은 다른 것들은 팁(22)이 물체 표면(38)을 관통하는 것을 제시하려는 의도는 없다. 대신, 이러한 곡선 44는 팁(22)이 스캔 방향에서 세틀링 경로(44)를 따라 이동할 때 프로브 헤드(20)의 가요성 부분이 구부러지는 거리를 단지 나타낸다.

오버슛은 원치 않는 진동들(예컨대, 물체 표면(38) 상에서의 바운싱(bouncing))을 감소시키는 것을 돕고, 따라서, 더 정밀한 판독들을 제공한다. 다수의 상이한 요소들이 이와 같은 진동들에 기여할 수 있다. 예를 들어, 이들 요소들은 그 중에서도 규정된 스캔 속도, 프로브 헤드 내부의 스프링 상수, 규정된 프로브 헤드 오프셋, 물체의 표면 마감(surface finish)을 포함할 수 있다. 이들 및 다른 요소들에 대한 지식은 CMM(10)으로 하여금 통상의 방식으로 적절한 양의 오버슛을 결정할 수 있게 한다.

단계 206으로 돌아가서, 만약 팁(22)이 명목상 초기 접촉 지점(36)과 접촉한 후 그것이 실제 접촉 지점(36)과 접촉하면, 이후 프로세스는 물체 표면(38)에 대한 접근각(A)을 변경시키는 단계 210에서 계속된다. 더욱 상세하게는, 만약 팁(22)이 미리 정해진 각도(A)로 계속 이동하고 충분히 빨리 물체 표면(38)과 접촉하지 않으면, 이때 1) 프로브 헤드(20)를 세틀링하는 시간이 충분하지 않을 수 있고, 또는 2) 스캔 경로(46)는 바람직하지 않게 정확한 정보를 얻는 것을 너무 늦게 시작할 수 있다. 이들 문제점들의 가능성을 최소화하기 위해, 팁(22)은 바람직하게는 물체 표면(38)에 대한 법선 벡터(35)에 대해 훨씬 작은 각도로 이동한다. 환언하면, 팁(22)은 물체 표면(38)을 향해 더 직접 방식으로 이동한다. 예를 들어, 도 5에 나타낸 것과 같이, 팁(22)은 대수 레이트(logarithmic rate) 또는 선형으로 그렇지만 물체 표면을 향해 작은 각도로 이동할 수 있다. 따라서, 이러한 도면(도 4와 같은)에 있어서, 참조 번호 36은 2개의 지점들 - 명목상 초기 접촉 지점 및 실제 초기 접촉 지점을 가리킨다. 표면 접촉 후, 프로세스는 단계 208에 대해 위에서 기술한 것과 같이 프로브 헤드(20)를 세틀링한다.

프로세스가 프로브 헤드(20)를 세틀링하고 팁(22)이 스캔 경로(46)의 시작부에 있기 때문에, CMM(10)은 지금 물체 표면(38)에 대한 데이터를 획득하는 것을 시작할 수 있다. 따라서, 프로세스는 통상의 방식으로 물체 표면(38)에 대한 정보를 위상적으로 스캔하여 기록하는 단계 212에서 계속된다.

스캔 경로(46)의 끝에서, 팁(22)은 릴리스 경로(50)를 따라 표면(38)으로부터 멀어지도록 이동한다(단계 214). 몇몇 실시예들에 있어서, 릴리스 경로(50)는 실질적으로 접근 경로(42)와 유사하다. 특히, 이와 같은 실시예들에 있어서, 릴리스 경로(50)는 마지막 표면 접촉 지점으로부터 연장하는 실질적으로 선형인 부분을 가진다. 이러한 실질적으로 선형인 부분은, 접근 경로(42)의 실질적으로 선형인 부분에 대해 위에서 논의된 각도(A)에 대응하는, 마지막 표면 접촉 지점으로부터 연장하는 법선 벡터와 어떤 각도를 이룬다. 따라서, 이러한 릴리스 각도는 60도, 예컨대 위에서 논의된 각도들보다 작을 수 있다.

프로세스는 프로세스가 더 이상 물체를 스캔하지 않을 때 단계 216에서 끝난다. 그러나, 스캐닝이 계속될 때 인스턴스들(instances)이 있을 수 있다. 예를 들어, 팁(22)이 릴리스 경로(50)에 접근할 때, 그것은 또한 그것이 회피되어야 하는 몇몇 종류(sort)의 불연속부분(discontinuity)(예컨대, 리세스 또는 구멍)에 접근하는 것일 수 있다. 물체를 계속 측정하기 위해, 프로세스는 불연속부분 위에서 팁(22)을 효과적으로 점프하여 불연속부분의 다른 측 상에서의 측정 프로세스를 계속한다. 그 경우에, 팁(22)은 릴리스 경로(50)를 추종하고 다음의 명목상 초기 접촉 지점(36)을 선택하고 이러한 프로세스를 반복하기 위해 단계 200으로 되돌아 간다.

예시적인 실시예들은 접근 경로(42)의 시작부로부터, 세틀링 경로(44), 스캔 경로(46), 및 릴리스 경로(50)를 통해 정지 없이 - 즉, 계속해서 팁(22)을 이동시킨다. 그 결과, 이것은 스캐닝 속도들을 개선시켜, 스루풋을 향상시킨다. 더욱이, 이러한 전체 경로는 미리 정의된 경로이다. 대안의 실시예들은 경로들 사이의 어떤 지점들에서 정지할 수 있다. 예를 들어, 몇몇 대안의 실시예들은 세틀링 경로(44)의 크기를 감소시키기 위해 접근 경로(42)와 세틀링 경로(44) 사이의 팁 속도를 정지 또는 상당히 감소시킬 수 있다.

도 6은 대안의 접근 경로(42)를 개략적으로 나타낸다. 특히, 이 경우에, 접근 경로(42)는 명목상 초기 접촉 지점(36)의 법선 벡터(35)와 실질적으로 평행하다. 이러한 실시예들 및 관련 실시예들에 있어서, 이러한 접근 경로(42)는 법선 벡터(35)와 약 0-4도 사이의 각도를 이룰 수 있다. 다른 실시예들과 유사하게, 이 실시예는 접근 경로(42)의 시작부로부터 세틀링 경로(44), 스캔 경로(46), 및 릴리스 경로(50)를 통해 정지 없이 계속해서 팁(22)을 이동시키거나, 또는 종래의 디자인들에서보다 더 적은 지점들에서 정지한다.

도 6은 또한 상대적으로 연성의 물체 표면들에 사용하기 위한 대안의 세틀링 기술을 나타낸다. 특히, 프로브 헤드(20)가 세틀링 프로세스 동안 물체를 향해 지향되는 Z-방향 힘은 팁(22)이 대응하는 힘을 물체 표면(38)으로 지향하게 한다. 만약 물체가 충분히 경성이면, 그것은 측정 또는 물체에 대해 무시 가능한 영향을 가져야 한다. 그러나, 만약 물체가 상대적으로 연성이면, 이때 이러함 힘은 팁(22)을 물체 표면(38)에 가압할 수 있어, 물체의 완전성(integrity) 및 판독들의 정확성 모두와 타협한다. 따라서, 도 6은 프로브 헤드(20)가 오프셋 포인트(48)에 대해 진동하는 다른 세틀링 곡선(44B)을 나타낸다. 이러한 예에 있어서, 프로브 헤드(20)는 단지 오프셋 포인트(48)보다 약간 더 아래로 가압하고, 이후 그것이 오프셋 포인트(48)에서 세틀링하기 전에 오프셋 포인트(48) 훨씬 위로 가압한다.

데이터 완전성(data integrity)은 아주 중요하다. 따라서, 도 7은 위치 데이터 기록 및 태깅을 설명하는 프로브 헤드(20) 및 팁 경로의 예를 개략적으로 나타낸다. 스캔 데이터가 CMM(10)으로부터 분석 소프트웨어(예컨대, 호스트 소프트웨어(24))로 복귀하면, 특정 태그들이 호스트 소프트웨어(24)가 다음과 같은 것들을 허용하게 설정될 수 있다:

a) 접근 및 세틀링 경로들(42, 44)을 무시하고 의도된 규정된 스캔 경로(들)(46)에 대한 분석을 수행하기 위해 지점들을 부분들로 섹션화하는 것, 및

b) 지점의 정성적 특성들(qualitative properties)에 대해 각각의 지점의 편차 분석(deviational analysis)을 허용하는 것.

양 지점 및 질적 태그들은 도 7에 도시된 것과 같이 규정될 수 있다. 각각의 스캔 세그먼트와 함께, 고유 지점 태그 번호가 할당되어 호스트 소프트웨어(24)로부터 제어기(34)로 보내진다. 예를 들어, 초기 접촉 지점(36)에서 시작해서, 모든 세그먼트들이 태그를 할당할 때까지, 제 1 스캔 접근 세그먼트는 참조 번호 52로 표시된 "1"의 태그를 할당하고, 세틀링 세그먼트는 참조 번호 54로 표시된 "2"의 태그를 할당하고, 규정된 경로 스캔 세그먼트는 참조 번호 56로 표시된 3의 태그를 할당하는 등등으로 할당된다. 이들 복귀된 태그들로부터, 호스트 소프트웨어(24)는 스캔 세그먼트들을 미분하고 관심이 있는 세그먼트들만을 분석할 수 있다.

원하는 스캔 세그먼트들이 개개의 세그먼트들로 파싱(parse)된 후, 품질 태그는 각각의 지점을 더 분석하기 위해 사용될 수 있다. 규정된 파라미터들을 이용하여, 실제 스캔 데이터 세트(58)의 각각의 지점은 규정된 스캔 프로브 오프셋에 대한 부착 레벨에 의존하는 품질 태그가 부여될 수 있다. 이러한 방식으로, 관계가 없는 지점(들)은 스캔 세그먼트가 분석될 때 무시될 수 있다. 예를 들어, 만약 스캔된 지점이 '양호한(good)' 허용 영역(60) 내에 속하면, 그것은 영(zero)의 품질 태그가 부여될 수 있고; 다음의 허용 영역(62) 내에 있지만 제 1 허용 영역 밖에 있는 지점들은 5의 품질 태그가 부여될 수 있고, 마지막 허용 영역(64) 밖의 지점들은 9의 품질 태그가 부여될 수 있다. 이러한 품질 할당은 무한하게 규정될 수 있다.

본 발명의 여러 가지 실시예들은 프로세서(예컨대, 마이크로프로세서에 사용하기 위한 컴퓨터 프로그램 로직, 마이크로 제어기, 디지털 신호 처리기, 또는 범용 컴퓨터), 프로그램 가능 로직 디바이스(예컨대, FPGA(Field Programmable Gate Array) 또는 다른 PLD)에 사용하기 위한 프로그램 가능 로직, 이산 컴포넌트들(discrete components), 집적 회로(예컨대,(ASIC)(Application Specific Integrated Circuit)), 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 임의의 다른 수단을 포함하지만 결코 그것에 한정되지 않는 많은 상이한 형태들로 구현될 수 있다.

본원에 이전에 기술된 기능의 전부 또는 일부를 실행하는 컴퓨터 프로그램 로직은 소스 코드 형태, 컴퓨터 실행 가능 형태, 및 다양한 중간 형태들(예컨대, 어셈블러, 컴파일러, 링커(linker), 또는 로케이터(locator)에 의해 발생되는 형태들)을 포함하지만 결코 이에 한정되지 않는 다양한 형태들로 구현될 수 있다. 소스 코드는 다양한 운영 시스템들 또는 운영 환경들에 사용하기 위한 여러 프로그래밍 언어들(예컨대, 목적 코드, 어셈블리 언어, 또는 고수준 언어(high-level language) 예컨대 C, C++, 또는 JAVA) 중 어느 하나로 구현되는 일련의 컴퓨터 프로그램 명령들을 포함할 수 있다. 소스 코드는 다양한 데이터 구조들 및 통신 메시지들을 정의하고 사용할 수 있다. 소스 코드는 컴퓨터 실행 가능 형태(예컨대, 인터프리터(interpreter)를 통해)로 될 수 있고, 또는 소스 코드는(예컨대, 트랜스레이터(translator), 어셈블러, 또는 컴파일러를 통해) 컴퓨터 실행 가능 형태로 변환될 수 있다.

컴퓨터 프로그램은 유형의 저장 매체, 예컨대 반도체 메모리 디바이스(예컨대, RAM, ROM, PROM, EEPROM, 또는 플래쉬-프로그래머블 메모리), 자기 메모리 디바이스(예컨대, 디스켓 또는 고정 디스크), 광학 메모리 디바이스(예컨대, CD-ROM), PC 카드(예컨대, PCMCIA 카드), 또는 다른 메모리 디바이스의 임의의 형태(예컨대, 소스 코드 형태, 컴퓨터 실행 가능 형태, 또는 중간 형태)로 고정될 수 있다. 컴퓨터 프로그램은 수반하는 인쇄 또는 전자 문서(예컨대, 쉬링크 랩트 소프트웨어(shrink wrapped software)와 같은 임의의 형태로 배포되고, 컴퓨터 시스템(예컨대, 시스템 ROM 또는 고정 디스크 상에)에 미리 설치되고, 또는 통신 시스템(예컨대, 인터넷 또는 월드 와이드 웹)을 통해 서버 또는 전자 게시판으로부터 배포될 수 있다.

본원에서 이전에 기재된 기능의 전부 또는 일부를 구현하는 하드웨어 로직(프로그램 가능 로직 디바이스에 사용하기 위한 프로그램 가능 로직을 포함)은 전통적인 수동 방법들을 이용하여 설계될 수 있고, 또는 다양한 툴들, 예컨대 컴퓨터 이용 설계(Computer Aided Design; CAD), 하드웨어 기술 언어(예컨대, VHDL 또는 AHDL), 또는 PLD 프로그래밍 언어(예컨대, PALASM, ABEL, 또는 CUPL)를 이용하여 설계되고, 캡쳐되고, 시뮬레이팅되고, 또는 전자적으로 문서화될 수 있다.

프로그램 가능 로직은 유형의 저장 매체, 예컨대 반도체 메모리 디바이스(예컨대, RAM, ROM, PROM, EEPROM, 또는 플래쉬-프로그래머블 메모리), 자기 메모리 디바이스(예컨대, 디스켓 또는 고정 디스크), 광학 메모리 디바이스(예컨대, CD-ROM), 또는 다른 메모리 디바이스에 영구적으로 또는 임시로 고정될 수 있다. 프로그램 가능 로직은 첨부 인쇄 또는 전자 문서(예컨대, 쉬링크 랩드 소프트웨어)를 갖는 제거 가능 저장 매체로서 배포되고, 컴퓨터 시스템(예컨대, 시스템 ROM 또는 고정 디스크 상에)에 미리 설치되고, 또는 통신 시스템(예컨대, 인터넷 또는 월드 와이드 웹)을 통해 서버 또는 전자 게시판으로부터 배포될 수 있다.

본 발명의 추가의 실시예들이 제한 없이 이하에 나열된다. 이하에 제공되는 몇몇 실시예들은 컴퓨터-실행 방법 청구항들(computer-implemented method claims)로서 기재된다. 그러나, 이 기술분야에서 통상의 기술을 가진 사람은 방법 단계들이 컴퓨터 코드로서 구현될 수 있다는 것을 알 수 있고 컴퓨터 코드는 컴퓨터 프로그램 제품을 정의하는 일시적이지 않은 컴퓨터 판독 가능 매체(nontransitory computer readable medium) 상에 배치될 수 있다.

비록 상기 논의는 본 발명의 예시적인 실시예들을 개시하지만, 이 기술분야에서 숙련된 사람들이 본 발명의 진정한 범위를 벗어나지 않고 본 발명의 이익들 중 일부를 달성할 다양한 변경예들을 만들 수 있다는 것이 명백해야 한다.

부가물( APPENDIX )

발명의 분야( FIELD OF THE INVENTION )

본 발명은 일반적으로 표면 스캐닝 좌표 기계를 제어하기 위한 방법에 관한 것이다.

발명의 배경( BACKGROUND OF THE INVENTION )

표면 스캐닝 디바이스 분야에서, 소위 좌표 측정 기계들이 알려지지 않은 표면 프로파일들을 측정하고 알려진 표면의 지형을 확인(verifying)하기 위해 자주 사용된다. 이러한 목적을 위해 프로브 팁을 갖는 프로브 헤드에 의해 측정될 표면에 접촉을 확립하고 이러한 팁을 미리 정해진 경로를 따라 이동시키는 것이 공통의 접근방식이다. 팁이 이동되는 동안, 팁의 위치를 기술하는 위치 데이터 및 그러므로 표면의 지형이 발생되고 기록된다.

이러한 기술 분야에서의 주된 문제점은 측정될 표면으로의 프로브 헤드의 이동 및 측정 스캔들간의 이동이다. 일측면 상에서 임의의 이동은 이동 시간들을 짧게 유지하기 위해 가능한 한 빠르게 수행되어야 한다. 다른 측면 상에서 표면에 대한 접촉의 확립은 어떠한 충돌 또는 심한 충격도 회피하는 방법으로 수행되어야 한다. 다른 문제는 진동들이 없이 데이터를 획득하기 위해 최적화된, 측정 조건들, 즉 팁 및 프로브 헤드의 위치의 확립이다.

표면에 대한 전형적인 접근 경로 동안 수개의 진동들 및 다른 부정적인 영향들이 프로브 헤드에 작용하고 있다. 이들 영향들은 표면에 대한 팁의 물리적 접촉에 의해 증가된다.

현재의 스캔 경로 접근 방법론은 전형적으로 접근 벡터로서 부분 표면 법선(part surface normal)을 이용하는 것, 제어 서보 루프(control servo loop)에 의해 이러한 벡터를 따라 표면으로부터 멀리 공간의 사전 충돌 지점(pre-hit point)으로 이동시키는 것, 부분 표면 접촉이 이루어질 때까지 표면 법선을 향해 이동시키는 것, 이후, 규정된 스캔 프로브 오프셋에 도달될 때까지 계속하는 것으로 구성된다. 이러한 방법론은 프로브 헤드를 이동시키기 위한 장거리들을 의미하는 표면 법선에 평행 및 수직인 운동들이 분리되게 한다.

접촉을 확립한 후, 스캔 프로브 오프셋은 통상적으로 제어 서보 루프로부터의 '오버슛(overshoot)'으로 인해 바이패스된다. 이후 시스템은, a) 프로브 및 좌표 측정 기계(CMM)를 세틀링하고, b) 규정된 스캔 프로브 오프셋을 달성하기 위해 부분 표면으로부터 멀어지도록 이동시킨 다음, 부분 표면을 향해 이동시킨다. 이러한 지점에서, 규정된 스캔 경로 운동이 개시될 수 있다. 이러한 방법은 요구되는 가장 빠른 스루풋을 얻는 데 효율적이지 않은 드웰들(dwells)을 일으킨다. 이러한 통상의 방법론의 전형적인 시퀀스는 도 8에서 볼 수 있다.

US 5,895,444에는, 장치의 프로브 헤드 및 프로브 핀이 원하는 데이터에 따라 제어 구동되는 좌표 측정 장치를 제어하기 위한 방법에 관한 다른 접근방식이 개시되어 있다. 프로브 핀은 프로브 헤드에 이동 가능하게 부착되고 측정될 워크피스(workpiece)의 표면 상에 터치다운(touch down)될 수 있고 또는 이러한 표면으로부터 이륙(lifted off)될 수 있다. 측정 속도는 착륙 또는 이륙할 때의 프로브 헤드의 이동 방향과 30°이하인 착륙 지점에서의 워크피스 표면에 대한 접하는 평면을 향한 이동 방향의 프로젝션(projection) 사이의 각도를 선택하여 증가된다. 비록 이러한 접근방식은 표면의 접선면에 거의 평행한 운동으로 이어지므로 위에서 언급한 문제들의 몇몇을 회피하지만, 그것은 몇가지 문제점들로 이어진다. 첫번째 점은 표면 법선에 평행한 이동을 필요로 하는 스캔 프로브 오프셋을 확립하기 위한 증가된 기간(time span)이다. US 5,895,444에 따르면, 이것은 제어 구동 핀(control driven pin)을 갖는 액티브 프로브 헤드를 이용하여 지원될 수 있다. 그러나, 프로브 헤드의 이러한 능력은 이러한 부품의 복잡성 및 중량을 증가시킨다. 다른 문제점은 표면과 접촉하는 지점에서 접선면에 평행한 우세한 이동을 갖는 상황이다. 그것에 의해 표면 법선에 평행하게 작용하는 힘들에 의해 야기되는 효과들이 유효하지 않고 그러므로 조정될 수 없다.

그러므로, 본 발명의 목적은 표면 스캐닝 기계들, 특히 좌표 측정 기계들의 제어를 개선하는 것이다.

다른 목적은 표면과의 접촉시 또는 접촉 직후 유용한 데이터의 중간 획득을 허용하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 특별한 목적은 프로브 헤드에 대한 부정적인 영향들을 감소시키는 것이다.

발명의 요약( SUMMARY OF THE INVENTION )

이들 목적들은 결합될 수 있는 수개의 발명들을 정의하는 수개의 독립 청구항들의 몇몇 또는 전부의 특징들을 실현하여 달성된다. 대안의 또는 유리한 방식으로 본 발명을 더 발전시키는 특징들이 종속 특허 청구항들에 기재된다. 비록 모든 독립 발명들의 조합이 표면 스캐닝 디바이스들을 제어하는 방법을 개선할 수 있지만, 그것은 원칙적으로 단일 발명 또는 상이한 발명들의 서브세트를 독립 및 관계가 없는 방식으로 사용하는 것이 가능하다.

이들 발명들의 제 1 그룹의 개념은 정규화된 벡터 접근의 드웰(hesitation)을 제거하고 프로브 및 CMM으로부터 진동들을 감쇠시키기 위해 각도 > 30°로부터 좌표 측정 기계(CMM)에 의해 정의된 경로 스캔들을 뒤섞는 것이다. 각각의 정의된 경로 스캔 전에, CMM은 모션을 느리게 하기 위해 날카로운 코너들이 없는 경로에서 측정들 사이의 위치 속도에서 프로브 헤드를 이동시킨다. 이후 프로브는 미리 정의된 또는 미리 설정된 접촉의 지점에서 표면의 접선면 또는 표면 벡터 접선으로부터, 바람직하게는 > 30° 및 < 80° 또는 심지어 < 70°의 스캔 방향과 반대로 부분 표면으로부터 떨어져 위치된 공간의 지점으로 이동된다. 뒤섞인 접근 경로에서, 포인트 벡터들은 옵저버 기능(observer function)의 영향들, 즉 정의된 스캔 경로를 변경하기 위해 서보 루프로의 프로브의 피드백을 무효화하기 위해 영으로 설정된다.

접촉을 확립할 때, 팁은 특정 오프셋으로 이동된다. 그러므로, 공간의 초기 지점으로부터, CMM 제어 서보 시스템은 프로브 핀, 즉 도 6에 도시된 프로브에 부착된 스타일러스가 그것의 센서들을 통해 프로브의 편향에 의해 측정되는 부분 표면에 접촉할 때까지 미리 규정된 스캔 속도로 미리 정해진 블렌딩 접근 경로를 따라 즉시 스캔하기 위해 프로브를 조종하고, 규정된 스캔 프로브 오프셋이 도달될 때까지 계속한다. 이것은 명확성을 위해 파선으로서 도면들에 표시되지만 그것은 실제로 프로브 편향(프로브 편향 = 스캔 프로브 오프셋)이다.

미리 정의된 경로는 이때 자동으로 수정되고 그것에 의해 제어 시스템은 a) 규정된 스캔 오프셋 및 b) 프로브 및/또는 좌표 측정 기계의 어떤 진동도 감쇠시키는 최선의 방법을 얻기 위해 규정된 스캔 경로를 변경한다. 이후 표면 법선 벡터들을 갖는 규정된 스캔 경로는 상기 스캔 프로브 오프셋 및 미리 정의된 스캔 속도를 따른다.

종래의 해결방법들과는 대조적으로, 이러한 방법은 접근 속도가 접촉 지점에서 표면 법선에 평행한 수직 속도 성분 및 접촉 지점에서 표면의 접선면에 평행한 접선 속도 성분을 가지는 경로를 포함하고, 여기서 접선 속도 성분에 대한 수직 속도 성분의 관계는 2:1 내지 1:2의 범위에 있고, 또는 환언하면 접촉 지점에서의 접근 경로의 벡터와 접촉 지점에서의 접선면 사이의 각도는 30°내지 80°보다 큰 범위에 있고, 예컨대 적절한 경로는 실질적으로 45°의 각도를 가질 수 있다. 중요한 점은 표면 법선에 접하고 수직인 양 방향들에서, 중요한 속도 성분이 유지된다는 것이다. 이들 속도들에 의해 양 방향들에서 작용하는 힘들의 영향들이 존재하고 하나의 단일 접근으로 보상될 수 있다. 다른 이점은 중간 측정을 허용하고 정적 마찰로부터 슬립핑(slipping)으로의 전이로 인한 진동들을 억제하는 임의의 정적 또는 응착 마찰(adhesive friction)의 회피이다.

제 2 접근방법은 데이터의 태깅, 즉 획득한 위치 데이터를 기술하거나 커멘팅(commenting)하는 추가 데이터의 기록을 포함한다. 그러므로, 복귀 지점들은 개선된 분석을 도모하기 위해 이들의 예측 정밀도 및 특별한 스캔 세그먼트에 대한 참조로서 태깅된다. 이러한 발명 방법론의 상세들은 도 11에 대해 본원에서 실현되고 설명된다.

도면의 간단한 설명( BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS )

본 발명들에 따른 수개의 방법들이 도면들에 개략적으로 나타낸 작용 예들을 참조하여, 단지 예로서, 이하에 더 상세히 기술되거나 설명된다. 특히,

도 8은 종래 기술에 따른 표면을 스캐닝하기 위한 방법론을 나타내고;

도 9는 현재의 발명과 종래 기술의 해결방법의 비교를 나타내고;

도 10a-c는 상이한 위치들에서의 표면과의 접촉 지점들에 대한 접근 경로들을 나타내고;

도 11은 특별한 형태의 경로를 표시하는 데이터와 함께 프로브 핀에 대한 위치 데이터를 기록하기 위한 예를 나타내고;

도 12는 좌표 측정 기계를 위한 표면 스캐닝을 제어하기 위한 하나의 결합된 방법으로의 모든 독립 방법들의 통합을 나타내고;

도 13은 본 발명에 사용될 수 있는 스타일러스들의 예들을 나타낸다.

상세한 설명( DETAILED DESCRIPTION )

도 8은 프로브 헤드의 팁이 표면에 수직인 출발 위치 1로부터 이동되는 종래 기술의 방법론을 도시한다. 접촉 지점 2에서 표면에 물리적 접촉을 확립한 후, 팁은 미리 규정된 오프셋까지 이동되고 이어서 스캐닝이 시작된다. 정지 지점 3에서, 팁은 리프트-오프 4로 수직으로 제거되고, 다른 출발 지점 5로 이동되고 프로세스는 다시 시작된다. 그러므로, 이러한 방법론은 상이한 순차적 단계들로 분할될 수 있다:

1. CMM은 사전 충돌 지점까지 이동하고 '위치 영역에서(In Position Zone)' 및 프로브 진동 기준이 부합될 때까지 멈춘다.

2. CMM은 프로브를 표면 법선을 따라 부분 아래로 이동시키고 명령된 스캔 프로브 오프셋이 허용 가능한 진동 한계들 내에서 부합될 때까지 멈춘다.

3. CMM은 명령된 스캔 프로브 오프셋을 유지하기 위해 옵저버를 이용하여 명령된 스캔 경로를 따라 스캔한다. 스캔의 끝에서의 드웰은 전형적으로 스캔 속도, 데이터 획득 및 데이터 전송 속도들에서 요청된 포인트 밀도를 전달하기 위한 제어기의 능력으로부터 온다.

4. CMM은 후퇴 지점까지 후퇴한다.

5. CMM은 다음 스캔 시퀀스의 사전 충돌 지점으로 이동하고 프로세스가 반복된다.

도 9는 스캐닝할 때 CMM 세틀링 드웰의 제거를 설명하기 위해 종래 기술의 해결방법과 현재의 발명과의 비교를 나타낸다. 위에서 언급한 것과 같이, 이러한 방법의 의도는 모든 드웰 시간(hesitation)을 제거하고 스캔 경로들 안팎으로의 연속 모션을 가지는 것이며, 주된 초점은 초기 부분 표면 접촉으로부터 규정된 스캔 프로브 오프셋으로 프로브 및 CMM을 세틀링하는 동안의 드웰이다.

종래 기술의 방법들은 사전 충돌 지점(21)에서 시작하고 프로브(1)를 세틀링하기 위해 대기한다. 이후 CMM 제어 서보는 규정된 스캔 속도로 부분 표면 벡터(10)를 따라 부분 표면(2)을 향해 프로브(1)를 구동하고 규정된 스캔 프로브 오프셋(5)에 도달될 때까지 계속한다. 이후 시스템은 프로브 및 CMM이 미리 결정된 양으로 세틀링될 때까지 부분 표면으로부터 멀어지도록 그리고 부분 표면을 향해 불규칙하게 움직인다(hunt). 이후 규정된 스캔 경로가 측정된다.

본 발명에 따른 방법들의 의도들 중 하나는 부분 표면(접근 경로)를 향해 스캐닝하는 동안 프로브 X, Y 및 Z 출력을 모니터링하는 것이고, 프로브의 출력이 미리 정해진 값(24)에 도달하면, 서보 컨트롤은 스캔 방향(25)을 향해 CMM 운동을 개시시킨다. 스캔 방향(25)에서의 이러한 운동 중, 프로브는 규정된 경로 오프셋(5)보다 부분 표면(2)으로 더 멀어지도록 구동되고, 규정된 스캔 오프셋(5)까지 프로브의 오프셋을 점진적으로 감소시킨다. 이러한 세틀링 경로(6)는 운동의 진동 및 부분 표면 상의 "바운싱(bouncing)"으로부터 프로브 및 CMM을 세틀링하는 데 사용된다.

진동의 양은 규정된 스캔 속도, 규정된 스캔 프로브 오프셋, 부분 표면 마감 등을 포함하는 많은 요소들로부터 영향을 받지만, 이들에 한정되지 않는다. 제어기 서보 컨트롤이 진동의 양을 결정하는 이들(및 다른) 요소들의 지식을 가지면, 특정 세틀링 경로가 다수의 조건들에 대해 유도될 수 있다. 세틀링 경로는, 몇몇 예들에 있어서, 부분 표면으로부터 멀리 유도되는 프로브를 요구할 수 있고, 표면 접촉을 벗어나지 않고(without leaving surface contact), 이전에 언급된 경로(26)를 역전시킬 수 있다.

접근 경로들의 상세들이 상이한 위치들에서의 접촉 지점들의 예들에 대한 도 10a-c에 도시된다.

도 9의 설명에서 언급한 진동들은 부분 표면(2)을 향해 이동하면서 표면 벡터(10) 이외의 각도에서 접근 스캔(3)을 이용하여, 또는 환언하면 양 방향들에서 중요한 성분들을 보이는 이동으로 감속될 수 있다. 그러므로, 접근각은 30°이상으로부터 표면 법선 10에, 또는 80°에 가까울 수 있다. 이들 각도 범위들은 원칙적으로 반전 관계에 대해 2:1 범위의 수직 속도 성분 대 접선 속도 성분의 관계, 바람직하게는 1 대 1.7의 반전 관계에 대한 1.7 대 1 범위의 관계에 대응한다.

만약 실제 부분 표면이 명목상 표면(2)에 의해 기재된 것과 같은 위치에 있지 않다면 문제가 생길 수 있다. 다음과 같은 2가지 경우들이 있다:

● 실제 표면 위치(40)는 도 10b에 도시된 명목상 표면 벡터(10)에 따른 위치에 있다. 이 경우에, 전체 세틀링 스캔 경로(6) 및 규정된 스캔 경로(7)는 이들의 명목상의 경로들(44)로부터 한 지점으로 재위치되고 그럼으로써 CMM은 도 9의 설명에서 기술된 것과 같은 방식으로 서보 제어된다.

● 실제 표면 위치(42)는 도 10bc에 도시된 명목상 표면 벡터(10) 반대편의 위치에 있다.

이 경우에, 접근 스캔 경로는 접근각으로부터 명목상 표면 벡터까지 혼합하는 포물선 같은 곡선 상에 있는 새로운 접근 경로(43)를 생성하는 방식으로 CMM 제어기에 의해 변경된다. 제어 서보들은 새로운 접근 경로를 따라 CMM을 이동시키고 실제 부분 표면(42)이 접촉될 때까지 계속된다. 일단 부분 접촉이 얻어지면, CMM은 도 9의 설명에 기재된 것과 같은 방식으로 서보 컨트롤된다.

도 11은 특별한 형태의 경로를 표시하는 데이터와 함께 태깅하는 귀환 지점으로서 프로브 핀에 대한 위치 데이터를 기록하기 위한 예를 나타낸다.

스캔 데이터가 CMM 제어기로부터 분석을 위한 호스트 소프트웨어로 복귀되면, 특정 태그들은 호스트로 하여금 a) 접근 및 세틀링 경로를 무시하고 의도된 규정된 스캔 경로(들)에 대한 분석을 수행하도록 지점들을 부분들로 섹션화하도록 허용하고, b) 각각의 지점의 질적 특성들에 대해 그것의 편차 분석을 허용하도록 설정될 수 있다.

이들 태그들 모두, 지점 및 품질은 도 11에 대해 규정된다. 각각의 스캔 세그먼트로, 고유 지점 태그 번호가 할당되고 호스트 소프트웨어로부터 제어기로 보내진다. 사전 충돌 지점(21)으로부터 시작해서, 제 1 스캔 접근 세그먼트는 예를 들어 참조 부호 27로 표시된 "1"의 태그가 할당될 수 있고, 세틀링 세그먼트는 참조 부호 28로 표시된 "2"의 태그가 할당될 수 있고, 규정된 경로 스캔 세그먼트는 참조 번호 29로 표시된 3의 태그가 할당될 수 있고, 모든 세그먼트들이 할당될 때까지 이러한 과정이 이루어진다. 이들 복귀된 태그들로부터, 호스트 소프트웨어는 스캔 세그먼트들을 미분할 수 있고 관심이 있는 세그먼트들만을 분석한다.

일단 원하는 스캔 세그먼트들이 개개의 세그먼트들로 파싱되면, 품질 태그는 각각의 지점을 더 분석하는 데 사용될 수 있다. 규정된 파라미터들을 이용하여, 실제 스캔 데이터 세트(33)로부터의 각각의 지점은 규정된 스캔 프로브 오프셋이 얼마나 잘 고수되는지에 의존하는 품질 태그가 부여될 수 있다. 이러한 방식으로, 관계가 없는 지점(들)은 스캔 세그먼트가 분석될 때 무시될 수 있다. 예를 들어, 만약 스캔 포인트가 '양호(good)' 허용 영역(30) 내에 속하면, 영의 품질 태그가 부여될 수 있고; 다음의 허용 영역(31) 내에 있지만 제 1 허용 영역 밖에 있는 지점은 5의 품질 태그가 부여될 수 있고 만약 지점이 최후 허용 영역(32) 밖에 있으면, 9의 품질 태그가 부여될 수 있다. 품질 태그들의 이러한 할당은 무한하게 규정될 수 있다.

도 12는 사전 충돌 드웰의 제거로 좌표 측정 기계를 위한 표면 스캐닝을 제어하기 위한 하나의 결합 방법으로의 모든 독립 발명들의 통합을 나타낸다.

도 9 내지 도 11에 도시된 이전 발명들의 구현으로, 사전 충돌 지점(21)에서 드웰을 제거하는 것이 가능한 데, 그 이유는 이것이 더 이상 규정된 스캔 전에 얻어진 세틀링에 영향을 주지 않기 때문이다. 각각의 규정된 경로 스캔 전에, CMM은 표면 벡터 접선(9)으로부터 > 30°및 < 80°및 측정될 상기 표면으로부터 특정 오프셋 d₁에서 스캔 방향 반대의 부분 표면(2)으로부터 떨어져 위치된 공간에 있는 지점으로 프로브(1)의 모션을 느리게 하기 위해 날카로운 코너들이 없는 경로에서 측정들 사이에서 위치 속도로 이동한다. 혼합된 접근 경로(3)는 그것의 벡터들을 영으로 설정하여 옵저버 함수의 영향들을 무효화한다.

공간에 있는 이러한 지점으로부터, CMM 제어 서보 시스템은 이후 프로브 핀(8)이 그것의 센서들을 통해 프로브의 편향(4)에 의해 측정된 부분 표면과 접촉할 때까지 미리 정의된 스캔 속도로 미리 정해진 블렌딩 접근 경로(3)를 따라 즉시 스캔하기 위해 프로브(1)를 조종하고 규정된 스캔 프로브 오프셋(5)에 도달할 때까지 계속한다. 이것은 명확성을 위해 파선으로서 표시되지만 그것은 실제로 프로브 편향이다(프로브 편향 = 스캔 프로브 오프셋이다).

미리 정의된 경로는 이후 자동으로 변경되고(6) 그것에 의해 제어 시스템은, a) 규정된 스캔 오프셋 및 b) 프로브 및/또는 좌표 측정 기계의 어떤 진동도 감쇠시키기 위한 최선의 방법을 얻기 위해 규정된 스캔(7) 경로를 변경한다. 표면 법선 벡터들(10)을 갖는 규정된 스캔 경로(7)는 이후 상기 스캔 프로브 오프셋(5) 및 미리 정의된 스캔 속도로 뒤따른다.

도 13은 본 발명에 사용될 수 있는 프로브 헤드들을 위한 스타일러스의 상이한 실시예들의 예들을 나타낸다.

도면들의 다이어그램들은 실제 축적으로 그려진 것으로 간주되지 않아야 한다.

발명 개념들(Inventive Concepts):

1. 표면 스캐닝 좌표 측정 기계를 제어하기 위한 방법에 있어서, 상기 표면 스캐닝 좌표 측정 기계는

- 측정될 물체의 표면에 접촉시키기 위한 프로브 핀을 갖는 스캔 프로브 헤드를 갖고,

- 상기 방법은

o 전달 경로를 따라 위치 속도로 상기 프로브 핀을 이동시키는 단계,

o 접근 경로를 따라 표면으로 접근 속도로 진입 및 이동시키는 단계,

o 상기 표면을 미리 규정된 접촉 지점에 접촉시키고 스캐닝 조건을 확립하는 단계,

o 상기 표면을 스캐닝하는 단계를 포함하고,

상기 접근 속도는 상기 접촉 지점에서 표면 법선에 평행한 수직 속도 성분 및 상기 접촉 지점에서 상기 표면의 접선면에 평행한 접선 속도 성분을 가지며, 수직 속도 성분 대 접선 속도 성분의 관계는 2:1 대 1:2의 범위에 있는, 표면 스캐닝 좌표 측정 기계를 제어하기 위한 방법.

2. 제 1 항에 있어서, 수직 속도 성분 대 접선 속도 성분의 상기 관계는 1.7:1 대 1:1.7의 범위에 있는, 표면 스캐닝 좌표 측정 기계를 제어하기 위한 방법.

3. 표면 스캐닝 좌표 측정 기계를 제어하기 위한 방법에 있어서, 상기 표면 스캐닝 좌표 측정 기계는

- 상기 방법은

o 상기 표면으로 접근경로를 따라 접근 속도로 진입 및 이동시키는 단계,

o 미리 규정된 접촉 지점에서 상기 표면에 접속시키고 스캐닝 조건을 확립하는 단계,

o 상기 표면을 스캐닝하는 단계를 갖고,

상기 접촉 지점에서의 상기 접근 경로의 벡터 및 상기 접촉 지점에서의 접선면은 > 30° 내지 < 80°의 범위에 있는, 표면 스캐닝 좌표 측정 기계를 제어하기 위한 방법.

4. 제 3 항에 있어서,

상기 접촉 지점에서의 상기 접근 경로의 상기 벡터와 상기 접촉 지점에서의 상기 접선면 사이의 각도는 > 30° 내지 < 70° 또는 < 60°의 범위에 있는, 표면 스캐닝 좌표 측정 기계를 제어하기 위한 방법.

5. 선행 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,

접근 경로 및 스캔 경로는 미리 규정된 명목상 경로를 규정하고 상기 미리 규정된 접촉 지점에서 상기 표면을 놓치는 경우에 상기 접근 경로는 접근 경로의 벡터와 상기 미리 규정된 접촉 지점에서의 상기 표면 법선에 평행한 상기 미리 규정된 접촉 지점에서의 상기 접선면 사이의 실제 각도로부터 혼합하는 포물선 같은 곡선 위에 있는 새로운 접근 경로를 생성하는 식으로 변경되는, 표면 스캐닝 좌표 측정 기계를 제어하기 위한 방법.

6. 선행 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,

스캐닝 조건을 확립하는 것은 규정된 스캔 프로브 오프셋에 도달할 때까지 상기 표면 법선에 평행한 상기 프로브 핀을 이동시키는 것을 포함하는, 표면 스캐닝 좌표 측정 기계를 제어하기 위한 방법.

7. 제 6 항에 있어서,

- 상기 프로브 핀은 상기 규정된 스캔 프로브 오프셋을 넘어 상기 표면 법선에 평행하게 이동되고, 이어서

- 상기 프로브 핀의 오프셋은 진동들을 감쇠시키고 및/또는 측정 프로세스를 조정하기 위해 세틀링 경로를 따라 상기 규정된 스캔 프로브 오프셋까지 점진적으로 감소되는, 표면 스캐닝 좌표 측정 기계를 제어하기 위한 방법.

8. 표면 스캐닝 좌표 측정 기계를 제어하기 위한 방법에 있어서, 상기 표면 스캐닝 좌표 측정 기계는

- 상기 방법은

o 상기 표면을 스캐닝하는 단계를 포함하고,

상기 프로브 핀에 대한 위치 데이터의 획득은 상기 접근 경로 위에서 개시되는, 표면 스캐닝 좌표 측정 기계를 제어하기 위한 방법.

9. 제 8 항에 있어서,

접근 경로 및 스캔 경로는 상기 프로브 핀에 대한 위치 데이터의 연속 획득으로 미리 규정된 명목상 경로를 규정하는, 표면 스캐닝 좌표 측정 기계를 제어하기 위한 방법.

10. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,

상기 프로브 핀을 위한 상기 위치 데이터는 특별한 형태의 경로를 표시하는 데이터와 함께 기록되는, 표면 스캐닝 좌표 측정 기계를 제어하기 위한 방법.

11. 제 8 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 프로브 핀을 위한 상기 위치 데이터는 질적 특성들 또는 상기 데이터의 유용성에 대한 표시기로서 사용되는, 표면 스캐닝 좌표 측정 기계를 제어하기 위한 방법.

부가물의 끝( END OF APPENDIX )

Claims

측정될 물체의 표면에 접촉하도록 구성된 말단 프로브 팁(distal probe tip)을 갖는 프로브 헤드(probe head)를 가진 표면 스캐닝 측정 기계를 제어하는 방법에 있어서, 상기 방법은:
상기 표면 상에서 명목상 초기 접촉 지점을 선택하는 단계로서, 상기 명목상 초기 접촉 지점은 법선 벡터를 가지는, 상기 선택하는 단계; 및
상기 말단 프로브 팁을 접근 경로를 따라 상기 명목상 초기 접촉 지점을 향해 이동시키는 단계를 포함하며,
상기 접근 경로는 상기 명목상 초기 접촉 지점으로부터, 상기 표면으로부터 이격된 몇몇 비접촉 지점까지 대략 선형으로 연장하는 대략적으로 선형인 부분을 가지며, 상기 대략적으로 선형인 부분은 약 20도와 약 60도 사이의 상기 법선 벡터와의 각도를 형성하는, 표면 스캐닝 측정 기계 제어 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 말단 프로브 팁을 오프셋 경로를 따라 상기 명목상 초기 접촉 지점과 관련된 접촉 지점으로부터 초기 스캔 지점으로 이동시키는 단계;
상기 말단 팁을 상기 초기 스캔 지점으로부터 스캔 경로를 따라 그리고 상기 물체의 상기 표면을 따라 이동시키는 단계를 더 포함하고,
상기 말단 프로브 팁은 상기 접근 경로, 상기 오프셋 경로, 및 상기 스캔 경로를 따라 그리고 상기 접근 경로, 상기 오프셋 경로, 및 상기 스캔 경로 사이에서 연속해서 이동하는, 표면 스캐닝 측정 기계 제어 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 대략적으로 선형인 부분은 약 20도와 약 55도 사이의 상기 법선 벡터와의 각도를 형성하는, 표면 스캐닝 측정 기계 제어 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 팁이 상기 물체의 상기 표면과의 접촉으로부터 멀어지도록 이동하는 릴리스 경로를 따라 상기 말단 프로브 팁을 이동시키는 단계를 더 포함하고, 상기 릴리스 경로는 상기 스캔 경로 뒤에서 시작하고,
상기 말단 프로브 팁은 상기 스캔 경로 및 상기 릴리스 경로를 따라 그리고 상기 스캔 경로 및 상기 릴리스 경로 사이에서 연속해서 이동하는, 표면 스캐닝 측정 기계 제어 방법.
제 4 항에 있어서,
상기 표면 상에서 제 2의 명목상 초기 접촉 지점을 선택하는 단계로서, 상기 제 2의 명목상 초기 접촉 지점은 제 2 법선 벡터를 가지는, 상기 선택하는 단계; 및
상기 릴리스 경로로부터 상기 말단 프로브 팁을 이동시킨 후, 제 2 접근 경로를 따라 상기 제 2의 명목상 초기 접촉 지점과 접촉시켜 상기 말단 프로브 팁을 이동시키는 단계를 더 포함하고,
상기 제 2 접근 경로는 제 2의 명목상 접촉 지점으로부터, 상기 표면으로부터 이격된 몇몇의 제 2의 비접촉 지점으로 대략 선형으로 연장하는 제 2의 대략적으로 선형인 부분을 가지며, 상기 제 2의 대략적으로 선형인 부분은 약 20도와 약 59도 사이의 상기 제 2 법선 벡터와의 각도를 형성하는, 표면 스캐닝 측정 기계 제어 방법.
제 5 항에 있어서
상기 말단 프로브 팁은 상기 릴리스 경로 및 상기 제 2 접근 경로를 따라 그리고 상기 릴리스 경로 및 상기 제 2 접근 경로 사이에서 연속해 이동하는, 표면 스캐닝 측정 기계 제어 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 프로브 헤드를 하향으로 이동시키고 상기 명목상 초기 접촉 지점과 관련된 접촉 지점과 접촉시켜 상기 말단 프로브 팁을 이동시킨 후 오프셋에 세틀링하는 단계를 더 포함하고, 상기 프로브 헤드는 상기 오프셋에 세틀링하기 전에 상기 오프셋을 오버슛팅(overshooting)하는, 표면 스캐닝 측정 기계 제어 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 프로브 헤드를 하향으로 이동시키고 상기 명목상 초기 접촉 지점과 관련된 접촉 지점과 접촉시켜 상기 말단 프로브 팁을 이동시킨 후 오프셋에 세틀링하는 단계를 더 포함하고, 상기 프로브 헤드는 상기 오프셋에 세틀링하기 전에 상기 오프셋 위 및 아래로 진동하는, 표면 스캐닝 측정 기계 제어 방법.
측정될 물체의 표면에 접촉하도록 구성된 말단 프로브 팁을 갖는 프로브 헤드를 가진 표면 스캐닝 측정 기계를 제어하는 방법에 있어서, 상기 방법은:
상기 표면 상에서 명목상 초기 접촉 지점을 선택하는 단계로서, 상기 명목상 초기 접촉 지점은 법선 벡터를 가지는, 상기 선택하는 단계;
상기 말단 프로브 팁을 상기 명목상 초기 접촉 지점을 향해 접근 경로를 따라 이동시키는 단계로서, 상기 접근 경로는 상기 명목상 초기 접촉 지점으로부터, 상기 표면으로부터 이격된 몇몇 비접촉 지점까지 대략 선형으로 연장하는 대략적으로 선형인 부분을 가지며, 상기 대략적으로 선형인 부분은 약 60도보다 작은 상기 법선 벡터와의 각도를 형성하는, 상기 이동시키는 단계, 및
상기 말단 프로브 팁을 오프셋 경로를 따라 초기 스캔 지점으로 이동시키는 단계를 포함하고,
상기 말단 프로브 팁은 상기 접근 경로 및 상기 오프셋 경로를 따라 그리고 상기 접근 경로 및 상기 오프셋 경로 사이에서 연속해서 이동하는, 표면 스캐닝 측정 기계 제어 방법.
제 9 항에 있어서,
상기 대략적으로 선형인 부분은 약 0과 약 5도 사이의 상기 법선 벡터와의 각도를 형성하는, 표면 스캐닝 측정 기계 제어 방법.
제 9 항에 있어서,
상기 표면 상의 실제 접촉 지점과 접촉시켜 상기 말단 프로브 팁을 이동시키는 단계를 더 포함하고, 상기 실제 접촉 지점은 상기 명목상 초기 접촉 지점과 관련되고, 상기 오프셋 경로는 상기 실제 접촉 지점에서 시작하는, 표면 스캐닝 측정 기계 제어 방법.
제 11 항에 있어서,
상기 실제 접촉 지점과 접촉시키지 않고 상기 명목상 초기 접촉 지점을 통해 상기 프로브 팁을 이동시키는 단계; 및
상기 프로브 팁이 상기 명목상 초기 접촉 지점을 통과한 후 및 상기 프로브 팁이 상기 실제 접촉 지점과 접촉하기 전에 상기 법선 벡터에 대한 상기 접근 경로의 상기 각도를 감소시키는 단계를 더 포함하는, 표면 스캐닝 측정 기계 제어 방법.
제 12 항에 있어서,
상기 접근 경로는 상기 프로브 팁이 상기 명목상 초기 접촉 지점을 통과한 후 및 상기 프로브 팁이 상기 실제 접촉 지점에 접촉하기 전에 대수 형상(logarithmic shape)을 가지는, 표면 스캐닝 측정 기계 제어 방법.
측정될 물체의 표면에 접촉시키기 위한 표면 스캐닝 측정 기계에 있어서, 상기 표면 스캐닝 측정 기계는:
말단 프로브 팁을 갖는 프로브 헤드;
상기 프로브 헤드와 동작 가능하게 결합된 제어기로서, 상기 제어기는 상기 표면 상에서 명목상 초기 접촉 지점을 선택하도록 구성되고, 상기 명목상 초기 접촉 지점은 법선 벡터를 가지는, 상기 제어기; 및
상기 제어기와 동작 가능하게 결합된 구동 기구를 포함하며,
상기 구동 기구는 상기 말단 프로브 팁을 상기 명목상 초기 접촉 지점을 향해 접근 경로를 따라 이동시키기 위해 상기 제어기와 협력하도록 구성되고, 상기 접근 경로는 상기 명목상 초기 접촉 지점으로부터, 상기 표면으로부터 이격된 몇몇의 비접촉 지점으로 대략 선형으로 연장하는 대략적으로 선형인 부분을 가지며, 상기 대략적으로 선형인 부분은 약 20도와 약 60도 사이의 상기 법선 벡터와의 각도를 형성하는, 표면 스캐닝 측정 기계.
제 14 항에 있어서,
상기 구동 기구는 상기 말단 프로브 팁을 상기 명목상 초기 접촉 지점과 관련된 실제 접촉 지점으로부터 오프셋 경로를 따라 초기 스캔 지점으로 이동시키기 위해 상기 제어기와 협력하도록 구성되고, 상기 구동 기구는 또한 상기 말단 팁을 상기 초기 스캔 지점으로부터 스캔 경로를 따라 그리고 상기 물체의 상기 표면을 따라 이동시키기 위해 상기 제어기와 협력하도록 구성되고,
상기 말단 프로브 팁은 상기 접근 경로, 상기 오프셋 경로, 및 상기 스캔 경로를 따라 그리고 상기 접근 경로, 상기 오프셋 경로, 및 상기 스캔 경로 사이에서 연속해서 이동하는, 표면 스캐닝 측정 기계.
제 14 항에 있어서,
상기 대략적으로 선형인 부분은 약 20도와 약 55도 사이의 상기 법선 벡터와의 각도를 형성하는, 표면 스캐닝 측정 기계.
제 14 항에 있어서,
상기 구동 기구는 상기 팁이 상기 물체의 상기 표면과의 접촉으로부터 멀어지도록 이동하는 릴리스 경로를 따라 상기 말단 프로브 팁을 이동시키기 위해 상기 제어기와 협력하도록 구성되고, 상기 릴리스 경로는 상기 스캔 경로 뒤에서 시작하고,
상기 말단 프로브 팁은 상기 스캔 경로 및 상기 릴리스 경로를 따라 그리고 상기 스캔 경로 및 상기 릴리스 경로 사이에서 연속해서 이동하는, 표면 스캐닝 측정 기계.
제 17 항에 있어서,
상기 구동 기구는, 1) 상기 표면 상에서 제 2의 명목상 초기 접촉 지점을 선택하고, - 상기 제 2의 명목상 초기 접촉 지점은 제 2 법선 벡터를 가지며 -, 2) 상기 릴리스 경로로부터 상기 말단 프로브 팁을 이동시킨 후, 상기 말단 프로브 팁을 제 2 접근 경로를 따라 상기 제 2의 명목상 초기 접촉 지점과 관련된 제 2 접촉 지점과 접촉시켜 이동시키기 위해 상기 제어기와 협력하도록 구성되고, 상기 제 2 접근 경로는 상기 제 2 접촉 지점으로부터, 상기 표면으로부터 이격된 몇몇의 제 2의 비접촉 지점으로 대략 선형으로 연장하는 제 2의 대략적으로 선형인 부분을 가지며, 상기 제 2의 대략적으로 선형인 부분은 약 20도와 같거나 크고 약 59도보다 작은 상기 제 2 법선 벡터와의 각도를 형성하는, 표면 스캐닝 측정 기계.
제 18 항에 있어서,
상기 말단 프로브 팁은 상기 릴리스 경로 및 상기 제 2 접근 경로를 따라 그리고 상기 릴리스 경로 및 상기 제 2 접근 경로 사이에서 연속해서 이동하는, 표면 스캐닝 측정 기계.
제 14 항에 있어서,
상기 구동 기구는 상기 말단 프로브 팁을 상기 명목상 초기 접촉 지점과 관련된 실제 접촉 지점과 접촉시켜 이동시킨 후 상기 프로브 헤드를 하향으로 이동시키고 오프셋에 세틀링시키기 위해 상기 제어기와 협력하도록 구성되고, 상기 프로브 헤드는 상기 오프셋에 세틀링하기 전에 상기 오프셋을 오버슛하는, 표면 스캐닝 측정 기계.
제 14 항에 있어서,
상기 구동 기구는 상기 말단 프로브 팁을 상기 명목상 초기 접촉 지점과 관련된 실제 접촉 지점과 접촉시켜 이동시킨 후 상기 프로브 헤드를 하향으로 이동시키고 오프셋에 세틀링시키기 위해 상기 제어기와 협력하도록 구성되고, 상기 프로브 헤드는 상기 오프셋에 세틀링하기 전에 상기 오프셋 위 및 아래로 진동하는, 표면 스캐닝 측정 기계.
측정될 물체의 표면에 접속하도록 구성된 말단 프로브 팁을 갖는 프로브 헤드를 가진 표면 스캐닝 측정 기계를 제어하기 위한 컴퓨터 시스템에 사용하기 위한 컴퓨터 프로그램 제품에 있어서, 상기 컴퓨터 프로그램 제품은 컴퓨터 판독 가능 프로그램 코드를 갖는 유형의 컴퓨터 이용 가능 매체를 포함하고,
상기 컴퓨터 판독 가능 프로그램 코드는,
표면 상에서 명목상 초기 접촉 지점을 선택하는 프로그램 코드로서, 상기 명목상 초기 접촉 지점은 법선 벡터를 갖는, 프로그램 코드; 및
상기 말단 프로브 팁은 접근 경로를 따라 상기 명목상 초기 접촉 지점과 접촉시켜 이동시키는 프로그램 코드를 포함하며,
상기 접근 경로는 상기 명목상 초기 접촉 지점으로부터, 상기 표면으로부터 이격된 몇몇의 비접촉 지점으로 대략 선형으로 연장하는 대략적으로 선형인 부분을 가지며, 상기 대략적으로 선형인 부분은 약 20도와 약 60도 사이의 상기 법선 벡터와의 각도를 형성하는, 컴퓨터 프로그램 제품.
제 22 항에 있어서,
상기 말단 프로브 팁을 상기 명목상 초기 접촉 지점과 관련된 실제 접촉 지점으로부터 오프셋 경로를 따라 그리고 초기 스캔 지점으로 이동시키는 프로그램 코드;
상기 말단 팁은 상기 초기 스캔 지점으로부터 스캔 경로를 따라 그리고 상기 물체의 상기 표면을 따라 이동시키는 프로그램 코드를 더 포함하고,
상기 말단 프로브 팁은 상기 접근 경로, 상기 오프셋 경로, 및 상기 스캔 경로를 따라 그리고 상기 접근 경로, 상기 오프셋 경로, 및 상기 스캔 경로 사이에서 연속해서 이동하는, 컴퓨터 프로그램 제품.
제 22 항에 있어서,
상기 대략적으로 선형인 부분은 약 20도와 약 55도 사이의 상기 법선 벡터와의 각도를 형성하는, 컴퓨터 프로그램 제품.
제 22 항에 있어서,
상기 팁이 상기 물체의 상기 표면과의 접촉으로부터 멀어지도록 이동하는 릴리스 경로를 따라 상기 말단 프로브 팁을 이동시키는 프로그램 코드를 더 포함하고, 상기 릴리스 경로는 상기 스캔 경로 뒤에서 시작하고,
상기 말단 프로브 팁은 상기 스캔 경로 및 상기 릴리스 경로를 따라 그리고 상기 스캔 경로 및 상기 릴리스 경로 사이에서 연속해서 이동하는, 컴퓨터 프로그램 제품.
제 25 항에 있어서,
상기 표면 상에서 제 2의 명목상 초기 접촉 지점을 선택하는 프로그램 코드로서, 상기 제 2의 명목상 초기 접촉 지점은 제 2 법선 벡터를 가지는, 상기 선택하는 프로그램 코드; 및
상기 릴리스 경로로부터 상기 말단 프로브 팁을 이동시킨 후 제 2 접근 경로를 따라 제 2 실제 접촉 지점과 접촉시켜 상기 말단 프로브 팁을 이동시키는 프로그램 코드를 더 포함하고,
상기 제 2 접근 경로는 상기 제 2 실제 접촉 지점으로부터, 상기 표면으로부터 이격된 몇몇의 제 2의 비접촉 지점으로 대략 선형으로 연장하는 제 2의 대략적으로 선형인 부분을 가지며, 상기 제 2의 대략적으로 선형인 부분은 약 20도와 같거나 크고 약 59도보다 작은 제 2 법선 벡터와의 각도를 형성하는, 컴퓨터 프로그램 제품.
제 26 항에 있어서,
이동시키는 프로그램 코드는 상기 말단 프로브 팁을 상기 릴리스 경로 및 상기 제 2 접근 경로를 따라 그리고 상기 릴리스 경로 및 상기 제 2 접근 경로 사이에서 연속해서 이동시키는 프로그램 코드를 가지는, 컴퓨터 프로그램 제품.
제 22 항에 있어서,
상기 명목상 초기 접촉 지점과 관련된 실제 접촉 지점과 접촉시켜 상기 말단 프로브 팁을 이동시킨 후 오프셋에 세틀링시키기 위해 상기 프로브 헤드를 하향으로 이동시키는 프로그램 코드를 포함하고,
상기 프로브 헤드는 상기 오프셋에 세틀링하기 전에 상기 오프셋을 오버슛하는, 컴퓨터 프로그램 제품.
제 22 항에 있어서,
상기 명목상 초기 접촉 지점과 관련된 실제 접촉 지점과 접촉시켜 이동시킨 후 오프셋에 세틀링시키기 위해 상기 말단 프로브 팁을 하향으로 이동시키는 프로그램 코드를 더 포함하고,
상기 프로브 헤드는 상기 오프셋에 세틀링하기 전에 상기 오프셋 위 및 아래로 진동하는, 컴퓨터 프로그램 제품.
제 1 항에 있어서,
상기 물체의 상기 표면을 따라 스캔 경로를 따라 상기 말단 팁을 이동시키는 단계;
상기 표면으로부터 이격되어 있는 복수의 영역들을 규정하는 단계; 및
상기 스캔 경로를 따라 상기 물체 표면의 복수의 지점들에 태그를 할당하는 단계를 더 포함하고,
각각의 태그는 태그 지점(tag's point) 및 상기 복수의 영역들의 함수(function)로서 할당되는, 표면 스캐닝 측정 기계 제어 방법.