專利名稱：坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種自動(dòng)坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(CMM)或一種配備有測(cè)量探頭的計(jì)算機(jī)數(shù)控(CNC)機(jī)器，并且具體地，涉及這樣一種機(jī)動(dòng)坐標(biāo)測(cè)量機(jī)，該機(jī)動(dòng)坐標(biāo)測(cè)量機(jī)設(shè)置有專用測(cè)量控制器，并且在管理、編程和適應(yīng)考慮到測(cè)量系統(tǒng)中的變化的軸運(yùn)動(dòng)和探頭提供較大的靈活性。
背景技術(shù)：
如何使用設(shè)置有移動(dòng)軸和可定向頭的坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(也稱為CMM)是眾所周知的，位于可定向頭的端部的探頭使得可以測(cè)量加工零件或任意物體的表面的坐標(biāo)，且可以從測(cè)量點(diǎn)提取信息從而確定點(diǎn)、線、面和簡(jiǎn)單的幾何形狀。具體已知以下坐標(biāo)測(cè)量機(jī)具有帶三個(gè)線性正交軸的移動(dòng)橋框的坐標(biāo)測(cè)量機(jī)；或另外地，具有僅帶有旋轉(zhuǎn)軸的關(guān)節(jié)臂的坐標(biāo)測(cè)量機(jī)，其中測(cè)量探頭緊固到關(guān)節(jié)臂的末端；或另外地，組合了線性軸和旋轉(zhuǎn)軸的坐標(biāo)測(cè)量 機(jī)。坐標(biāo)測(cè)量機(jī)通常具有編碼器，所述編碼器用于沿著每個(gè)獨(dú)立軸在給定瞬間確定測(cè)量的位置，并且通過(guò)適當(dāng)?shù)男?zhǔn)，用于精確地獲得與每個(gè)測(cè)量點(diǎn)有關(guān)的坐標(biāo)?？啥ㄏ蝾^用于沿一個(gè)方向引導(dǎo)探頭，以更靠近地移動(dòng)待測(cè)量件而不會(huì)弓I起任何碰撞。測(cè)量探頭可以是具有觸針的觸發(fā)探針，所述觸針設(shè)置有設(shè)計(jì)成用于接觸待測(cè)量零件的紅寶石球(ruby sphere),或者測(cè)量探頭還可以是非接觸式探頭,例如光學(xué)探頭。還能區(qū)分手動(dòng)測(cè)量機(jī)和機(jī)動(dòng)測(cè)量機(jī)，在手動(dòng)測(cè)量機(jī)中，探頭由操作者手動(dòng)移動(dòng)，，所述機(jī)動(dòng)測(cè)量機(jī)例如能夠由操作者通過(guò)適當(dāng)?shù)倪h(yuǎn)程方向控制確定自主運(yùn)動(dòng)，或根據(jù)基于模型或編程的預(yù)定程序來(lái)執(zhí)行連續(xù)的接近運(yùn)動(dòng)以利用邊緣檢測(cè)系統(tǒng)確定尺寸。機(jī)動(dòng)測(cè)量機(jī)有利地用于多個(gè)類似的或名義上相同的零件的尺寸控制。它們使得可以實(shí)現(xiàn)不依靠操作者的可重復(fù)的測(cè)量，但是另一方面，它們還需要很多時(shí)間來(lái)開(kāi)發(fā)自動(dòng)測(cè)量條件下的程序。在該情況下，測(cè)量程序被預(yù)先建立并且接著以對(duì)每個(gè)零件始終相同的方式執(zhí)行。通常，坐標(biāo)測(cè)量機(jī)由計(jì)算機(jī)控制，例如專用的工業(yè)PC，其中測(cè)量程序以包括測(cè)量探頭必須以給定順序和預(yù)定速度來(lái)行進(jìn)的路徑的一序列操作的形式存儲(chǔ)。數(shù)字控制器適于該機(jī)器且以已知的方式連接到位置編碼器和各軸的馬達(dá)，所述位置編碼器控制各軸的位移的管理。已知的測(cè)量機(jī)通由結(jié)合有出廠設(shè)置的若干個(gè)互聯(lián)元件的系統(tǒng)控制。此外，為了限制動(dòng)態(tài)影響，該系統(tǒng)限于比機(jī)器可執(zhí)行的低很多的工作參數(shù)(例如速度、加速度等)。此夕卜，這些系統(tǒng)常常具有相當(dāng)大的空間要求并且很難安裝、維護(hù)以及與機(jī)器一起移動(dòng)，并且它們?cè)黾恿讼到y(tǒng)的尺寸。這些缺點(diǎn)對(duì)小型和中型系統(tǒng)尤為嚴(yán)重，且不適應(yīng)這些類型的機(jī)器的動(dòng)力學(xué)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種比已知裝置更簡(jiǎn)單且更緊湊的測(cè)量機(jī)。與眾所周知的坐標(biāo)測(cè)量機(jī)相比，本發(fā)明還能夠通過(guò)提供對(duì)已知裝置的調(diào)節(jié)過(guò)程的更好的動(dòng)態(tài)管理來(lái)滿足坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的需要。根據(jù)本發(fā)明，這些目的顯著地通過(guò)主要方面的目的來(lái)實(shí)現(xiàn)，而從屬方面示出了本發(fā)明有利的變形實(shí)施方式。


本發(fā)明的實(shí)施方式的示例由附圖示出，其中圖I概略地不出具有移動(dòng)橋框的測(cè)量機(jī)；圖2概略地示出圖I的測(cè)量機(jī)的結(jié)構(gòu)；圖3概略地示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的控制單元的結(jié)構(gòu)；圖4示出了采用本發(fā)明的測(cè)量機(jī)的使用的示例； 圖5示意地示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的控制單元的結(jié)構(gòu)。
具體實(shí)施例方式為了簡(jiǎn)潔的目的，下面的說(shuō)明和附圖將涉及坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(CMM)中的發(fā)明的實(shí)施方式。然而，必須理解的是，本發(fā)明不如此被限制并且可等同地應(yīng)用于其他類型的定位機(jī)器和系統(tǒng)，例如像機(jī)床或機(jī)器人，其中測(cè)量頭或測(cè)量工具連接到可移動(dòng)的控制平臺(tái)。同樣，下面的說(shuō)明關(guān)于具有三個(gè)線性軸和自由度的機(jī)器和相對(duì)運(yùn)動(dòng)控制器，但這不是限制本發(fā)明，本發(fā)明包括具有任意數(shù)量的線性軸或旋轉(zhuǎn)軸的定位系統(tǒng)。圖I示出了具有移動(dòng)橋框的傳統(tǒng)類型的坐標(biāo)測(cè)量機(jī)。待測(cè)量零件位于工作臺(tái)20上。橋框40沿著水平軸Y相對(duì)工作臺(tái)20行進(jìn)，支架50能夠在橋框的橫向滑座上沿著水平軸X滑動(dòng)，而測(cè)量頭60能夠沿著豎直軸Z移動(dòng)以定位測(cè)量頭和探頭，從而通過(guò)在坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的三維測(cè)量空間中位于任意位置的探頭來(lái)測(cè)量零件。測(cè)量頭可被定向和指引以使得其可以將探針定向在為適于測(cè)量的方向。橋框40、支架50的移動(dòng)以及測(cè)量頭60沿著軸XYZ的定位借助位置編碼器(在該圖中不可見(jiàn))來(lái)實(shí)現(xiàn)且傳送到控制單元，該控制單元能夠捕獲測(cè)量系統(tǒng)在檢測(cè)工件表面時(shí)的瞬時(shí)的XYZ坐標(biāo)。因此測(cè)量系統(tǒng)的取向、探頭參數(shù)以及接近方向使得可以確定包括測(cè)量表面的取向的特性，并且可以計(jì)算由探針150的末端154測(cè)量的零件200獲得的接觸點(diǎn)的位置。測(cè)量頭可分別是手動(dòng)定向類型或機(jī)動(dòng)類型，控制單元根據(jù)由可定向頭的編碼器或由之前測(cè)量的探頭的給定取向的固定補(bǔ)償供應(yīng)的角度信息來(lái)計(jì)算接觸點(diǎn)的位置。在機(jī)動(dòng)機(jī)器的情況下，根據(jù)記錄在控制單元中的位移程序，或跟隨操作者的實(shí)時(shí)控制(操作者例如通過(guò)鍵盤(pán)123或其他輸入裝置獨(dú)立控制這些軸)，由馬達(dá)(例如直流馬達(dá))執(zhí)行沿著軸XYZ的位移。在下面的描述中使用圖I的坐標(biāo)測(cè)量機(jī)，該坐標(biāo)測(cè)量機(jī)包括依據(jù)橋框結(jié)構(gòu)的三個(gè)線性正交軸。然而必須強(qiáng)調(diào)的是，該結(jié)構(gòu)僅用于為所呈現(xiàn)的實(shí)施方式提供具體化的基礎(chǔ)而不構(gòu)成本發(fā)明的限制或必需特性，該結(jié)構(gòu)還可適用于具有其他軸構(gòu)造的機(jī)器，特別是具有更多或更少數(shù)量的線性軸的機(jī)器，以及/或具有一個(gè)或若干個(gè)旋轉(zhuǎn)軸或線性和旋轉(zhuǎn)軸的組合的定位系統(tǒng)，或適用于其中通過(guò)相互不正交的線性軸來(lái)確保定位的機(jī)器。本發(fā)明還能夠適用于設(shè)置有其他類型探頭的測(cè)量機(jī)，這些探頭例如為掃描、光學(xué)或激光探頭；或者具有電感或電容傳感器、距離傳感器、形狀檢測(cè)傳感器、邊緣檢測(cè)傳感器的探頭；接觸探頭；觸發(fā)探頭；以及任意種類的變型，這些任意種類的變型的物理值變化用來(lái)推斷與待測(cè)量零件的位置或尺寸相關(guān)的信息。本發(fā)明還可適用于組合待測(cè)量零件的位移和測(cè)量傳感器的位移的機(jī)器，例如適用于具有移動(dòng)的或旋轉(zhuǎn)的工作臺(tái)的坐標(biāo)測(cè)量機(jī)中。圖2概略地示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的測(cè)量機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。測(cè)量探頭150沿著合適數(shù)量的軸移位，在此示例中，三個(gè)軸X、Y、Z由三個(gè)驅(qū)動(dòng)元件170x、170y、170z以及其各自的由控制單元控制的馬達(dá)(在該文獻(xiàn)的情況下也稱作致動(dòng)器)132x、132y、132z驅(qū)動(dòng)。編碼器136x、136y、136z向控制單元供應(yīng)元件170x、170y、170z的位置。其他元件可向控制單元(例如保護(hù)開(kāi)關(guān)、按鈕或通知特定狀態(tài)的模擬或觸發(fā)傳感器)補(bǔ)充事件信息。在本發(fā)明的框架內(nèi)，可以使用通過(guò)將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為線性運(yùn)動(dòng)或者通過(guò)線性系統(tǒng)以及它們提供的所有可能的直接或間接的驅(qū)動(dòng)變量而能夠確保驅(qū)動(dòng)元件170X、170y、170z的平移運(yùn)動(dòng)的任何合適的系統(tǒng)。例如可以使用柔性的半剛性傳遞元件，例如線纜或帶，或還可以是螺母型或滾珠絲杠或高精度齒條的螺旋連接。還能夠使用直接產(chǎn)生平移運(yùn)動(dòng)的線性馬達(dá)，例如線性電子馬達(dá)、壓電馬達(dá)或超聲馬達(dá)。 根據(jù)任選的方面，圖2的系統(tǒng)包括離合器134x、134y、134z，在非活動(dòng)狀態(tài)下，這 些離合器能夠使致動(dòng)器與元件170X、170y、170z分離，因此，允許定位和測(cè)量系統(tǒng)的手動(dòng)移位。離合器由控制單元控制；當(dāng)控制器不對(duì)機(jī)器專門(mén)控制時(shí)，這些離合器還能通過(guò)開(kāi)關(guān)手動(dòng)接合。當(dāng)控制器起作用并且不需要來(lái)自操作者的操作時(shí)，其控制離合器且不允許用戶在自動(dòng)測(cè)量程序執(zhí)行期間接管。還能設(shè)想到這樣的力或位移檢測(cè)系統(tǒng)，當(dāng)傳送的力矩或力超過(guò)預(yù)定閾值時(shí)，這些力或位移檢測(cè)系統(tǒng)用于自發(fā)地使致動(dòng)器132x、132y、132z與元件136x、136y、136z分離，而無(wú)需驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器132x、132y、132z。操作者在操作期間還可以致動(dòng)離合器以使一個(gè)或若干個(gè)軸自由移動(dòng)。操作者還能夠使用運(yùn)動(dòng)或力檢測(cè)來(lái)操作需要機(jī)動(dòng)輔助的大型機(jī)器來(lái)進(jìn)行移位。離合器能夠以不同方式(電動(dòng)、或機(jī)械地起動(dòng)或氣動(dòng)地起動(dòng))起動(dòng)。任選地，本發(fā)明的坐標(biāo)測(cè)量機(jī)具有手動(dòng)編程模式，在該手動(dòng)編程模式中，控制單元致動(dòng)離合器134x、134y、134z來(lái)部分或全部地分離致動(dòng)器132x、132y、132z且允許測(cè)量系統(tǒng)手動(dòng)移位。在末端154與待測(cè)量零件的接觸期間，由編碼器136x、136y、136z給出的瞬時(shí)位置使得可以在程序中計(jì)算并存儲(chǔ)與測(cè)量點(diǎn)和測(cè)量操作的特征有關(guān)的信息。控制單元120優(yōu)選地被容納在一減小尺寸的外殼中，以便由操作者抓握、緊固到CMM的基準(zhǔn)工作臺(tái)20或置于適當(dāng)?shù)闹Ъ苌?。?yōu)選地，控制單元將與坐標(biāo)測(cè)量機(jī)分離以便使操作者、測(cè)量機(jī)和電子控制之間的熱交換最小。該控制單元包括例如LCD顯示屏320、鍵盤(pán)的輸入/輸出外圍設(shè)備，并且能夠包括觸摸屏；控制桿或另一個(gè)取向和定位裝置；依據(jù)以太網(wǎng)、Wi-Fi、USB、RS422標(biāo)準(zhǔn)的通信接口 ；或例如以供應(yīng)供隨后使用的結(jié)果或用來(lái)打印測(cè)量報(bào)告的任何其他合適的接口。圖3以簡(jiǎn)化的方式示出了控制單元的可行結(jié)構(gòu)。編碼器136讀取測(cè)量機(jī)的軸的位置。對(duì)于線性軸，編碼器136能夠是線性光學(xué)規(guī)則，或者也可以是能夠提供精確位置信息的不同性質(zhì)的編碼器。在旋轉(zhuǎn)軸的情況下，還可以使用角度編碼器。編碼器的位置由定位電路260讀取且存儲(chǔ)在計(jì)數(shù)器中，所述計(jì)數(shù)器可以通過(guò)數(shù)據(jù)總線290訪問(wèn)，所述數(shù)據(jù)總線例如SPI (串行外設(shè)接口 )或I2C(內(nèi)部集成電路)總線或任何其他串行或并行的專用或共用總線。定位電路260優(yōu)選地還包括至少一個(gè)插補(bǔ)單元，該插補(bǔ)單元用來(lái)測(cè)量每個(gè)主節(jié)距之間信號(hào)的相移并且因此能夠以適于期望分辨率的精度確定機(jī)器的軸的位置。在典型的情況下，每個(gè)編碼器136的位置記錄在η位計(jì)數(shù)器中，向該η位計(jì)數(shù)器附加通過(guò)插補(bǔ)獲得的節(jié)距分?jǐn)?shù)上，從而提供附加的m位分辨率，以根據(jù)每個(gè)軸限定系統(tǒng)的位置。η和m的值可根據(jù)機(jī)器的尺寸、測(cè)量尺的技術(shù)以及所需精度而變化。在本發(fā)明的框架內(nèi)還可以想到，采用允許在每個(gè)瞬間確定絕對(duì)位置而不考慮規(guī)范長(zhǎng)度(rule length)的絕對(duì)編碼器類型。微處理器210可被編程以讀取坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的軸的位置，以控制致動(dòng)器132，執(zhí)行插補(bǔ)，存儲(chǔ)已確定位置來(lái)校正每個(gè)軸的軌跡。在示例性示例中，坐標(biāo)測(cè)量機(jī)具有由馬達(dá)132x、132y、132z致動(dòng)的三個(gè)線性軸，以及由馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的一個(gè)或若干個(gè)旋轉(zhuǎn)軸，例如可定向頭。正如我們已經(jīng)提到的，本發(fā)明適用于具有若干個(gè)自由度用來(lái)以重復(fù)和精確的方式測(cè)量確定空間中的位置的任何機(jī)器。 在本發(fā)明的框架中，微處理器210是單片機(jī)，但是，在更復(fù)雜機(jī)器的情況下，也可以設(shè)想為具有若干個(gè)芯片的結(jié)構(gòu)，使得可以增加并行處理能力，定位的分辨率，或者設(shè)想為具有專門(mén)化了每個(gè)計(jì)算器或檢錯(cuò)冗余的功能的專用任務(wù)的結(jié)構(gòu)。根據(jù)可行的變形，微處理器210能夠集成模數(shù)轉(zhuǎn)換器和定位電路，或者其一部分可以通過(guò)微處理器程序中的軟件資源執(zhí)行。在上述的本文中示出的手動(dòng)編程模式中，處理器210產(chǎn)生必要的指令以例如通過(guò)氣動(dòng)離合器來(lái)分開(kāi)耦合裝置134，或在移位中輔助操作者，并且記錄由編碼器136給出的位移和位置，通過(guò)點(diǎn)和測(cè)量點(diǎn)，以便能夠以相同的方式復(fù)制他們。該創(chuàng)造性的控制器還能優(yōu)選地接收外部程序，例如，通過(guò)以太網(wǎng)接口或采用USB。該程序以一連串位置和以預(yù)定速度和加速度行進(jìn)的軌跡的形式記錄在RAM 211中。該程序還能包含校準(zhǔn)或?qū)?zhǔn)命令、自動(dòng)序列和手動(dòng)序列、探頭變化、探頭取向的變化、組合結(jié)果、在手動(dòng)編程中添加的并以產(chǎn)生測(cè)量報(bào)告的比較結(jié)果。在自動(dòng)測(cè)量模式中，微處理器210再次占據(jù)這些位置和之前記錄的軌跡，并且通過(guò)對(duì)每個(gè)致動(dòng)器的位移命令來(lái)控制位移單元以便他們實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)該軌跡的段。接下來(lái)，在每段處，將該結(jié)果與待執(zhí)行的軌跡進(jìn)行比較，并且后面的段根據(jù)測(cè)量的位置誤差和期望的軌跡來(lái)適應(yīng)，以便在測(cè)量時(shí)刻的最終接近期間，該系統(tǒng)按照直線軌跡相對(duì)于表面的法向軸線接近待測(cè)量表面。優(yōu)選地，本發(fā)明的系統(tǒng)配置為使得當(dāng)探頭接近測(cè)量點(diǎn)時(shí)，系統(tǒng)以恒定速度執(zhí)行線性的直線位移，而沒(méi)有加速度，以便最小化對(duì)于測(cè)量精度有不利影響的動(dòng)態(tài)效應(yīng)。參見(jiàn)圖4，該系統(tǒng)任選地存儲(chǔ)特定于待測(cè)量表面的取向并且特別是相對(duì)于用于測(cè)量該點(diǎn)的方式的交叉點(diǎn)。因此起始點(diǎn)和交叉點(diǎn)之間的行程可以用考慮了機(jī)器的每個(gè)軸上的加速度的必要曲線以最優(yōu)的方式來(lái)形成。傳送到軸的命令例如可以是位移指令，該位移指令將由軸操縱單元轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)和速度信息，或者可以具有能按照用于期望行程的移動(dòng)軸的負(fù)載和數(shù)量編程的加速度或減速度。通過(guò)這些動(dòng)態(tài)參數(shù)化的變化，可以在當(dāng)例如Z軸處于高位時(shí)的低偏轉(zhuǎn)測(cè)量情況中優(yōu)化快速位移。但是這還可在當(dāng)可定向頭具有相當(dāng)大的質(zhì)量時(shí)實(shí)施，以便在特別猛烈的加速中防止Z軸遭受慣性效應(yīng)或額外的角度扭矩。致動(dòng)器132a至132z例如是與用于調(diào)節(jié)無(wú)論任何扭矩的馬達(dá)速度的轉(zhuǎn)速計(jì)耦合的電動(dòng)直流馬達(dá)。致動(dòng)器單獨(dú)地由操縱電路通過(guò)速度調(diào)節(jié)回路伺服控制。操縱單元141x至141z包括控制電路或控制軟件程序，所述控制電路或控制軟件程序借助轉(zhuǎn)速計(jì)的測(cè)量被調(diào)諧以盡可能接近期望的軌跡來(lái)執(zhí)行微處理器210所需要的位移，接著向微處理器供應(yīng)回一執(zhí)行確認(rèn)并且等待下一個(gè)段的命令。這例如能通過(guò)PID (比例-積分-微分控制器)控制環(huán)或通過(guò)任何合適的控制算法來(lái)實(shí)現(xiàn)。操縱單元141、141x、141y、141z均包括在圖5中示出的存儲(chǔ)寄存器145，所述存儲(chǔ)寄存器145用于存儲(chǔ)數(shù)字控制算法的操作參數(shù)，例如PID系數(shù)，或任何其他動(dòng)態(tài)狀態(tài)信息，并且所述存儲(chǔ)寄存器可以訪問(wèn)微處理器來(lái)修改和調(diào)諧，如后面將會(huì)看到的。在一個(gè)變形實(shí)施方式中，依據(jù)該系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，且考慮到定位系統(tǒng)以及附接的探頭或工具的質(zhì)量和慣性，該系統(tǒng)能夠調(diào)諧存儲(chǔ)在寄存器145中的參數(shù)以便最優(yōu)化軌跡精度。該動(dòng)態(tài)調(diào)諧例如通過(guò)分析該系統(tǒng)對(duì)于實(shí)時(shí)位移指令的動(dòng)態(tài)響應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，從而計(jì)算動(dòng)態(tài)模型，因此用于寄存器145的最佳動(dòng)態(tài)參數(shù)能通過(guò)已知的方法來(lái)計(jì)算。 優(yōu)選地，動(dòng)態(tài)調(diào)諧由在外部裝置600上運(yùn)行的外部管理程序來(lái)實(shí)施，該外部裝置600通過(guò)合適的數(shù)據(jù)接口 270 (例如TCP/IP接口 )連接到控制單元120，并且通過(guò)控制單元120中的代理模塊275作用在動(dòng)作操縱單元141上，或者優(yōu)選地，實(shí)施為微處理器單元210中的軟件元件。外部裝置600例如可以是筆記本電腦或個(gè)人計(jì)算機(jī)，使得動(dòng)態(tài)調(diào)諧能夠采用筆記本電腦的計(jì)算資源和用戶接口。根據(jù)本發(fā)明的這個(gè)方面，用于調(diào)節(jié)操縱電路的動(dòng)態(tài)參數(shù)可以通過(guò)實(shí)施恰當(dāng)?shù)臄?shù)字系數(shù)而被修改。有利地，控制參數(shù)能適應(yīng)于不同的情況，例如適應(yīng)于不同質(zhì)量和尺寸的測(cè)量頭150，以實(shí)現(xiàn)每個(gè)工具的最佳的引導(dǎo)精度。依據(jù)預(yù)定表格或通過(guò)已知的算法，微處理器單元也適應(yīng)于這些參數(shù)。根據(jù)本發(fā)明在圖4中所示的一個(gè)方面，微處理器210設(shè)計(jì)為用于向操縱單元141發(fā)送命令以便向操縱單元141發(fā)送要運(yùn)行的軌跡，并且如果必要，根據(jù)測(cè)量條件來(lái)修改他們的響應(yīng)。該機(jī)器被編程以利用接觸探頭150跟隨編程的軌跡380來(lái)測(cè)量零件200的三個(gè)點(diǎn)mpl、mp2、mp3的坐標(biāo)。該軌跡380包括交叉點(diǎn)wpl、wp2、wp3、wp4,并且使得其可以在探頭150和待測(cè)工件200之間無(wú)碰撞的情況下測(cè)量期望的點(diǎn)。為了簡(jiǎn)化的目的，所示的示例僅僅包括直線段，但必須理解的是，本發(fā)明的控制器還可引導(dǎo)探頭150順隨曲線路徑，所述曲線路徑例如包括圓弧、螺旋線、多項(xiàng)式函數(shù)或測(cè)量點(diǎn)和位移點(diǎn)之間任何其他優(yōu)化的曲線。在程序的起點(diǎn)處，處理器210采用設(shè)法實(shí)現(xiàn)快速移位的第一調(diào)節(jié)參數(shù)來(lái)編程軸操縱單元141x至141z。接著，在位移期間，處理器210周期性地(例如每毫秒)讀取存儲(chǔ)在定位電路260中的坐標(biāo)，計(jì)算軸操縱單元的指令位置以跟隨期望的路徑，并且向軸操縱單元傳送位置指令，所述位置指令接著轉(zhuǎn)換為速度指令從而在預(yù)定距離中操縱馬達(dá)。當(dāng)探頭到達(dá)第一交叉點(diǎn)wpl時(shí)，控制器以隨機(jī)方式修改調(diào)節(jié)參數(shù)以僅僅將指標(biāo)性反應(yīng)(indexreaction)引入到測(cè)量軸。該測(cè)量因此可涉及若干個(gè)軸操縱單元，因此防止橫向于測(cè)量軸的定位誤差影響測(cè)量的方向和測(cè)量階段期間的接近運(yùn)動(dòng)。轉(zhuǎn)變點(diǎn)tpl標(biāo)記了到測(cè)量點(diǎn)mpl的最終接近階段的開(kāi)始。處理器例如基于到測(cè)量Ampl的距離和當(dāng)程序存儲(chǔ)時(shí)采用的接近方向來(lái)確定點(diǎn)tpl。當(dāng)探頭經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)變點(diǎn)時(shí)，處理器發(fā)送適當(dāng)?shù)闹噶顏?lái)將運(yùn)動(dòng)減慢至恒定且已知的速度，且以設(shè)法消除加速度和減速度的第二組調(diào)節(jié)參數(shù)來(lái)編程軸操縱單元141x至141z，因此防止向測(cè)量點(diǎn)的橫向于接近向量的運(yùn)動(dòng)。在轉(zhuǎn)變點(diǎn)tp2 (圖4)，程序從接近模式變?yōu)檎ＤＪ?。處理器?duì)調(diào)節(jié)參數(shù)重新編程且發(fā)送適當(dāng)?shù)奈灰泼顏?lái)執(zhí)行通過(guò)交叉點(diǎn)wp2、wp3的軌跡380。一旦到達(dá)轉(zhuǎn)變點(diǎn)tp3，則處理器再次切換到接近模式，重新編程調(diào)節(jié)參數(shù)，且執(zhí)行點(diǎn)mp2的測(cè)量。對(duì)于點(diǎn)mp3等重復(fù)該過(guò)程，直到測(cè)量程序終止。根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)可選的方面，控制器120還包括模塊化的微型計(jì)算機(jī)300，該微型計(jì)算機(jī)控制測(cè)量程序且執(zhí)行測(cè)量數(shù)據(jù)的高級(jí)處理，管理用戶接口，以及控制輸入-輸出外圍裝置，這些外圍裝置例如為顯示屏320、鍵盤(pán)、控制桿(未示出)、USB輸入輸出接口、串行或以太網(wǎng)類型(例如打印機(jī)輸出400)。根據(jù)變型的實(shí)施方式，微型計(jì)算機(jī)模塊300與微處理器210或外部計(jì)算機(jī)通過(guò)例如使用按照I++或I++DME標(biāo)準(zhǔn)的TCP協(xié)議的以太網(wǎng)總線來(lái)通信。微型計(jì)算機(jī)例如可以是pico-ITX模塊或基于超緊湊主板的另一個(gè)微型計(jì)算機(jī)。有利地，這些系統(tǒng)能夠適應(yīng)先進(jìn)的嵌入式操作系統(tǒng)，例如Windows CE, Linux或android,因 此提供大的靈活性和完整的發(fā)展環(huán)境，該環(huán)境能夠管理標(biāo)準(zhǔn)外圍設(shè)備并能夠產(chǎn)生與傳統(tǒng)微計(jì)算機(jī)相比簡(jiǎn)化功能的系統(tǒng)，且限定于嵌入式應(yīng)用的可能，因?yàn)槔巛斎?輸出的選擇從開(kāi)始就完整限定。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，控制單元120包括可由連接到數(shù)據(jù)接口 270的一個(gè)或更多個(gè)外部單元600訪問(wèn)的超文本傳輸協(xié)議服務(wù)器。這樣，到控制單元的用戶接口可在外部單元600上獲取，該外部單元在傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)瀏覽器上運(yùn)行。本發(fā)明的該方面允許例如診斷測(cè)試的執(zhí)行，測(cè)量程序的編程，校準(zhǔn)或數(shù)據(jù)收集。任選地，寄存器145中的參數(shù)的動(dòng)態(tài)調(diào)諧也可通過(guò)超文本傳輸協(xié)議服務(wù)器278與控制單元210通信。
權(quán)利要求
1.一種坐標(biāo)定位機(jī)，該坐標(biāo)定位機(jī)具有 測(cè)量頭或工具，所述測(cè)量頭或工具連接到能夠按照一個(gè)或若干個(gè)位移軸來(lái)平移的移動(dòng)平臺(tái)； 一個(gè)或若干個(gè)致動(dòng)器，所述一個(gè)或若干個(gè)致動(dòng)器配置為用于沿著所述位移軸移動(dòng)所述測(cè)量探頭； 一個(gè)或若干個(gè)編碼器，所述一個(gè)或若干個(gè)編碼編碼器對(duì)所述位移軸的位置進(jìn)行編碼； 控制單元，該控制單元包括適于調(diào)節(jié)所述致動(dòng)器中的一個(gè)的速度和/或位置的獨(dú)立的數(shù)字軸操縱單元，其中一個(gè)或若干個(gè)所述數(shù)字軸操縱單元均包括用于存儲(chǔ)該數(shù)字軸操縱單元的操作參數(shù)的存儲(chǔ)寄存器， 所述控制單元包括微處理器單元，該微處理器單元被編程為用于 從所述編碼器讀取所述位移軸的位置； 計(jì)算位移指令，并基于位移程序?qū)⑺鑫灰浦噶顐魉偷揭粋€(gè)或若干個(gè)所述數(shù)字軸操縱單元； 通過(guò)訪問(wèn)相應(yīng)的一個(gè)或若干個(gè)所述存儲(chǔ)寄存器來(lái)設(shè)定一個(gè)或若干個(gè)所述數(shù)字軸操縱單元的操作參數(shù)， 所述控制單元還包括通信接口和代理模塊，所述代理模塊配置為響應(yīng)于由所述通信接口接收的數(shù)據(jù)來(lái)設(shè)定一個(gè)或若干個(gè)所述數(shù)字軸操縱單元的操作參數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的坐標(biāo)定位機(jī)，其中，所述代理模塊配置為響應(yīng)于由所述通信接口接收的數(shù)據(jù)而向一個(gè)或若干個(gè)所述數(shù)字軸操縱單元傳送位移指令，和/或配置為向所述通信接口傳送所述位移軸的位置。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的坐標(biāo)定位機(jī)，其中，所述控制單元包括超文本傳輸協(xié)議服務(wù)器。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的坐標(biāo)定位機(jī)，其中，將所述代理模塊編程到所述微處理器單元中。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的坐標(biāo)定位機(jī)，該坐標(biāo)定位機(jī)結(jié)合有調(diào)節(jié)單元，該調(diào)節(jié)單元被編程以調(diào)諧經(jīng)由所述通信接口存儲(chǔ)在一個(gè)或若干個(gè)所述數(shù)字軸操縱單元的所述寄存器中的操作參數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的結(jié)合，其中，所述調(diào)節(jié)單元配置為向一個(gè)或若干個(gè)所述數(shù)字軸操縱單元發(fā)出位移指令，并且基于所述位移軸的運(yùn)動(dòng)來(lái)計(jì)算存儲(chǔ)在一個(gè)或若干個(gè)所述數(shù)字軸操縱單元的所述寄存器中的操作參數(shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的坐標(biāo)定位測(cè)量機(jī)，其中，每個(gè)致動(dòng)器均連接到轉(zhuǎn)速計(jì)，所述轉(zhuǎn)速計(jì)向所述數(shù)字軸操縱單元供應(yīng)速度信號(hào)，所述數(shù)字軸操縱單元適于基于所述速度信號(hào)調(diào)節(jié)所述致動(dòng)器的速度。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的坐標(biāo)定位機(jī)，其中，所述工具包括能夠測(cè)量工件表面上的點(diǎn)的坐標(biāo)的測(cè)量頭。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的坐標(biāo)定位機(jī)，其中，所述軸包括平移軸和旋轉(zhuǎn)軸。
全文摘要
一種坐標(biāo)定位機(jī)或坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(CMM)，其具有配置為驅(qū)動(dòng)單獨(dú)軸驅(qū)動(dòng)器和允許TCP/IP接口上的外部裝置連接的代理模塊的微處理器控制單元。外部裝置通過(guò)嵌入在微處理器控制單元內(nèi)的超文本傳輸協(xié)議服務(wù)器用于用戶交互，或用于包括動(dòng)態(tài)參數(shù)調(diào)諧和校準(zhǔn)的高級(jí)任務(wù)。
文檔編號(hào)G01B21/00GK102809358SQ201210243290
公開(kāi)日2012年12月5日 申請(qǐng)日期2012年6月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月1日
發(fā)明者帕斯卡爾·喬迪爾, 本杰明·烏里奧德 申請(qǐng)人:特莎有限公司