專利名稱：用于優(yōu)化接觸式坐標(biāo)定位裝置的測(cè)量周期的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種對(duì)坐標(biāo)定位裝置所執(zhí)行的測(cè)量周期進(jìn)行設(shè)定的方法，具體而言， 涉及這樣一種方法，其用來確定由包括測(cè)量探針的坐標(biāo)定位裝置獲取的表面位置測(cè)量的最優(yōu)基準(zhǔn)距。
背景技術(shù)：
公知諸如機(jī)床或坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(CMM)的坐標(biāo)定位裝置。也公知各種用于這樣的坐標(biāo)定位裝置的測(cè)量探針。例如，US4153998中所述的那類接觸式觸發(fā)測(cè)量探針包括一運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，在該運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)中，當(dāng)觸針接觸物體時(shí)，觸針保持架就離開探針本體中的相關(guān)底座。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)離開底座也斷開了電路，從而產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)。也公知這樣的接觸式觸發(fā)探針，其中利用應(yīng)變儀等來測(cè)量觸針的撓變，而且在超過某一觸針撓變閾值時(shí)發(fā)出觸發(fā)信號(hào)。接觸式觸發(fā)探針發(fā)出的觸發(fā)信號(hào)表明已與物體接觸，這一信號(hào)與坐標(biāo)定位裝置對(duì)探針位置進(jìn)行的機(jī)器測(cè)量一起用于確定物體表面上的接觸點(diǎn)的位置。公知有多種策略或周期來利用坐標(biāo)定位裝置所承載的接觸式觸發(fā)探針以獲取測(cè)量結(jié)果。其中包括所謂的一次接觸式測(cè)量周期，其中，驅(qū)動(dòng)測(cè)量探針的觸針接近被測(cè)物體， 然后在發(fā)出觸發(fā)信號(hào)的時(shí)刻從測(cè)量探針的位置獲知裝置所測(cè)量的物體表面上的點(diǎn)的位置。 也公知兩次接觸式測(cè)量周期，其中在以相對(duì)低的速度進(jìn)行測(cè)量之前，先以較高的速度對(duì)物體表面上的同一點(diǎn)進(jìn)行初次測(cè)量以獲取該點(diǎn)的大概位置。上述類型的測(cè)量周期需要預(yù)先設(shè)定多個(gè)測(cè)量參數(shù)，例如探針的運(yùn)動(dòng)速度以及距離物體的基準(zhǔn)距(在探針執(zhí)行測(cè)量之前就需要該基準(zhǔn)距)。這些參數(shù)影響測(cè)量周期時(shí)間以及測(cè)量精度，并且通常是在機(jī)器試運(yùn)行的過程中將這些參數(shù)設(shè)置為標(biāo)準(zhǔn)值，從而確保測(cè)量精度得以保護(hù)或者給定所需的測(cè)量周期時(shí)間。因?yàn)榧词故峭粡S商生產(chǎn)的同一型號(hào)的機(jī)器之間都會(huì)在特性上有很大的差別，所以已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通常在機(jī)器試運(yùn)行過程中設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量參數(shù)也會(huì)導(dǎo)致性能不是最優(yōu)的。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種用來計(jì)算由包括測(cè)量探針的坐標(biāo)定位裝置獲取的表面位置測(cè)量的最優(yōu)基準(zhǔn)距的方法，其中，所述方法包括利用測(cè)得的所述坐標(biāo)定位裝置的至少一個(gè)加速特性而計(jì)算最優(yōu)基準(zhǔn)距的步驟。因而本發(fā)明提供一種為利用安裝在坐標(biāo)定位裝置上的測(cè)量探針進(jìn)行的測(cè)量計(jì)算最優(yōu)基準(zhǔn)距的方法。如以下將更加詳細(xì)說明且本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的那樣，基準(zhǔn)距是在對(duì)物體表面上的點(diǎn)的位置進(jìn)行測(cè)量之前，測(cè)量探針(例如，接觸式測(cè)量探針的觸針尖端)與物體上該點(diǎn)之間的初始距離或間距。換言之，測(cè)量探針朝向物體上點(diǎn)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)起始于(例如，從靜止開始)測(cè)量探針與物體上點(diǎn)之間的某一基準(zhǔn)距。按照本發(fā)明的方法計(jì)算的最優(yōu)基準(zhǔn)距為給定的測(cè)量精度水平提供最短的測(cè)量時(shí)間。根據(jù)本發(fā)明的方法，利用測(cè)得的所述坐標(biāo)定位裝置的至少一個(gè)加速特性來計(jì)算最優(yōu)基準(zhǔn)距。具體而言，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，不同的坐標(biāo)定位裝置，即使是來自同一廠家同一型號(hào)的裝置，也會(huì)有顯著不同的加速特性。如上所述，安裝工程師使用適于所有可能裝置類型的標(biāo)準(zhǔn)化基準(zhǔn)距，這導(dǎo)致廣泛使用以下基準(zhǔn)距，這些基準(zhǔn)距一般顯著長(zhǎng)于確保必要測(cè)量精度所需的長(zhǎng)度。本發(fā)明的方法使得可利用對(duì)坐標(biāo)定位裝置加速特性的一次或多次測(cè)量來計(jì)算最優(yōu)的基準(zhǔn)位置，從而可減少測(cè)量次數(shù)，而計(jì)量精度不會(huì)降低到所需水平之下。所述坐標(biāo)定位裝置的所述至少一個(gè)加速特性可能在先已經(jīng)測(cè)量。例如，生產(chǎn)商在裝置開發(fā)、建造和/或校準(zhǔn)期間可測(cè)量一個(gè)或多個(gè)加速特性。有利的是，所述方法包括測(cè)量所述坐標(biāo)定位裝置的至少一個(gè)加速特性的步驟?？梢砸远喾N方式測(cè)量坐標(biāo)定位裝置的加速特性。有利的是，測(cè)量所述坐標(biāo)定位裝置的至少一個(gè)加速特性的步驟包括以下步驟測(cè)量第一時(shí)間間隔，該第一時(shí)間間隔對(duì)應(yīng)于所述坐標(biāo)定位裝置的可移動(dòng)部分以指令速度在已知間距的兩點(diǎn)之間運(yùn)動(dòng)所耗的時(shí)間。所述坐標(biāo)定位裝置的所述可移動(dòng)部分可例如包括所述坐標(biāo)定位裝置的其上安裝有測(cè)量探針以相對(duì)于待測(cè)物體運(yùn)動(dòng)的部件。距離已知的所述兩點(diǎn)可包括起始點(diǎn)和終止點(diǎn)。所述方法從而可包括所述可移動(dòng)部分在起始點(diǎn)從靜止(或某一速度)開始加速，和/或所述可移動(dòng)部分在終止點(diǎn)減速到停止(或某一速度)。從而可看到，并非立即達(dá)到指令速度，這是因?yàn)榭梢苿?dòng)部分需要加速和/或減速?？衫萌魏魏线m的計(jì)時(shí)器來測(cè)量所述第一時(shí)間間隔。例如， 所述坐標(biāo)定位裝置的計(jì)時(shí)器可用來對(duì)所述第一時(shí)間間隔的時(shí)間段進(jìn)行計(jì)時(shí)。有利的是，所述方法還包括比較所述第一時(shí)間間隔和第二時(shí)間間隔的步驟，該第二(例如，理論的或測(cè)量的)時(shí)間間隔對(duì)應(yīng)于以等于所述指令速度的恒定速度在已知間距的所述兩點(diǎn)之間運(yùn)動(dòng)所耗的時(shí)間。換言之，以恒定速度在所述兩點(diǎn)之間行進(jìn)所需的時(shí)間與在還進(jìn)行加速和/或減速情況下所需時(shí)間進(jìn)行比較。在所述兩點(diǎn)之間行進(jìn)所耗的實(shí)際時(shí)間 (即，所述第一時(shí)間間隔)將長(zhǎng)于所述第二時(shí)間間隔，這是由于所述可移動(dòng)部分的加速和/ 或減速。所述第一和第二時(shí)間間隔之間的差給出了對(duì)坐標(biāo)定位裝置加速性能的一個(gè)測(cè)量。 換言之，可通過對(duì)空間中兩點(diǎn)之間的實(shí)際運(yùn)動(dòng)進(jìn)行計(jì)時(shí)，并將這一時(shí)間與沒有加速度地在這兩點(diǎn)之間運(yùn)動(dòng)所耗時(shí)間進(jìn)行比較，從而得到所述坐標(biāo)定位裝置的加速區(qū)。作為上述方式的替代方式，也可通過比較第一時(shí)間間隔和第二時(shí)間間隔來得到加速特性，其中，所述第一時(shí)間間隔是利用第一指令速度所耗費(fèi)的時(shí)間間隔，所述第二時(shí)間間隔是利用(不同的)第二指令速度進(jìn)行類似的運(yùn)動(dòng)而測(cè)量所得的時(shí)間間隔。所述兩個(gè)或更多個(gè)不同速度運(yùn)動(dòng)之間的加速的不同給出了對(duì)加速特性的量度。換言之，可在兩個(gè)或更多個(gè)不同速度或進(jìn)給速率下測(cè)量完成這一運(yùn)動(dòng)所耗費(fèi)的時(shí)間，以此建立至少一個(gè)加速特性。應(yīng)指出的是，在測(cè)量時(shí)間間隔時(shí)，所述測(cè)量探針可安裝在也可不安裝在所述坐標(biāo)定位裝置的所述可移動(dòng)部分上。而且，對(duì)所述坐標(biāo)定位裝置的加速特性的測(cè)量可就在計(jì)算所述最優(yōu)基準(zhǔn)距的步驟之前，或者是在研發(fā)、建造或校準(zhǔn)機(jī)器的過程中進(jìn)行。還應(yīng)指出的是，這里所使用的加速特性這一術(shù)語包括加速和減速效應(yīng)。對(duì)于一個(gè)坐標(biāo)定位裝置而言，可測(cè)量多個(gè)加速特性。例如，對(duì)于每一機(jī)器軸線而言可單獨(dú)地測(cè)量一加速區(qū)。利用本發(fā)明的方法計(jì)算的最優(yōu)基準(zhǔn)距會(huì)取決于所需的測(cè)量精度。例如，如果需要較低精度的表面位置測(cè)量，則在隨后的表面位置測(cè)量過程中可接受存在少量的機(jī)器加速。 然而，優(yōu)選的是，計(jì)算最優(yōu)基準(zhǔn)距，從而使得在獲取表面位置測(cè)量的過程中，測(cè)量探針和被測(cè)物體之間的相對(duì)速度大致恒定。測(cè)量探針和被測(cè)物體之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)可由測(cè)量探針的運(yùn)動(dòng)和/或物體的運(yùn)動(dòng)提供。優(yōu)選的，所述測(cè)量探針由坐標(biāo)定位裝置的可移動(dòng)部分(例如，軸筒或主軸)承載，并運(yùn)動(dòng)至與靜止物體接觸。計(jì)算最優(yōu)基準(zhǔn)距的步驟從而有利地包括計(jì)算最優(yōu)基準(zhǔn)距的步驟，其確保測(cè)量探針在隨后獲取表面位置測(cè)量的過程中以大致恒定速度運(yùn)動(dòng)。除了所述至少一個(gè)加速特性之外，計(jì)算最優(yōu)基準(zhǔn)距的步驟還可考慮其他因素或分量。例如，可以通過增加加速特性距離分量與其他距離分量而形成最優(yōu)基準(zhǔn)距。便利的是， 計(jì)算最優(yōu)基準(zhǔn)距的步驟包括計(jì)及待獲取表面位置測(cè)量的點(diǎn)的估計(jì)或名義位置中的任何不確定性。換言之，如果已知待探測(cè)的表面的名義位置在一定的公差之內(nèi)，則在計(jì)及這一不確定性的最優(yōu)基準(zhǔn)距中可包括有公差距離分量。該公差分量有助于確保以恒定速度對(duì)處在限定誤差范圍內(nèi)的任何表面進(jìn)行測(cè)量。對(duì)于某些坐標(biāo)定位裝置而言，用于從靜止加速或減速至給定速度的時(shí)間是恒定的。對(duì)于其他裝置而言，加速是以恒定的比率進(jìn)行的。從而優(yōu)選的是，針對(duì)在隨后的表面位置測(cè)量中將要使用到的給定速度或進(jìn)給速率來計(jì)算最優(yōu)基準(zhǔn)距。有利的是，本方法包括針對(duì)多個(gè)測(cè)量速度中的每個(gè)測(cè)量速度計(jì)算最優(yōu)基準(zhǔn)距的步驟。例如，本方法可包括計(jì)算第一進(jìn)給速率下的第一最優(yōu)基準(zhǔn)距的步驟，以及針對(duì)至少一個(gè)其他進(jìn)給速率計(jì)算至少一個(gè)其他最優(yōu)基準(zhǔn)距的另一步驟。如上所述，可針對(duì)將用于表面位置測(cè)量的每一進(jìn)給速率單獨(dú)地計(jì)算最優(yōu)基準(zhǔn)距。 可選的是，可針對(duì)至少兩個(gè)進(jìn)給速率來計(jì)算最優(yōu)基準(zhǔn)距，并(例如通過插值技術(shù))用其來建立其他速度下的最優(yōu)基準(zhǔn)距。有利的是，本方法可包括從在多個(gè)測(cè)量速度或進(jìn)給速率下計(jì)算的最優(yōu)基準(zhǔn)距中推導(dǎo)出函數(shù)或關(guān)聯(lián)關(guān)系，該函數(shù)或關(guān)聯(lián)關(guān)系使得可為一系列測(cè)量速度估計(jì)最優(yōu)基準(zhǔn)距。該方法可用于任何類型的測(cè)量探針；例如，測(cè)量探針可根據(jù)需要為接觸式或非接觸式探針。有利的是，坐標(biāo)定位裝置的測(cè)量探針包括接觸式觸發(fā)探針，其具有可撓變的、接觸工件的觸針。具有可撓變觸針的常用接觸式觸發(fā)探針具有超程限制。所述超程限制為在測(cè)量探針機(jī)構(gòu)的某一部件或觸針受到機(jī)械破壞之前，觸針能受到的最大變形。該超程限制可包括一安全邊際，且通常由探針生產(chǎn)商限定。有利的是，本方法還包括計(jì)算最大測(cè)量速度或進(jìn)給速率的步驟，其可用于在不超出探針的所述超程限制的情況下進(jìn)行表面位置測(cè)量。換言之， 可確定從觸針與表面接觸到坐標(biāo)定位裝置使測(cè)量探針完全停止之間的各種延遲，且這些延遲可用于建立最大進(jìn)給速率，該最大進(jìn)給速率能用來確保不超出接觸式觸發(fā)探針的超程限制。利用本發(fā)明計(jì)算的最優(yōu)基準(zhǔn)距可存儲(chǔ)在坐標(biāo)測(cè)量裝置中，以隨后在獲取表面位置測(cè)量中使用。在計(jì)算最優(yōu)基準(zhǔn)距之后，本方法有利地包括利用所述最優(yōu)基準(zhǔn)距對(duì)物體進(jìn)行一個(gè)或多個(gè)表面位置測(cè)量的附加步驟。換言之，測(cè)量探針可從空間中與待測(cè)表面相距該最優(yōu)標(biāo)準(zhǔn)距的初始點(diǎn)朝向該表面運(yùn)動(dòng)。如以下將詳細(xì)描述的那樣，可利用一次接觸式或兩次接觸式探測(cè)策略或測(cè)量周期來實(shí)現(xiàn)獲取表面位置測(cè)量的過程。對(duì)于兩次接觸式測(cè)量周期而言，第一次接觸用于提供估計(jì)的或概略的表面位置，而第二次接觸利用最優(yōu)基準(zhǔn)距獲取表面位置測(cè)量。在這樣的兩次接觸式測(cè)量周期中，在每一表面位置測(cè)量之前優(yōu)選要對(duì)物體表面上的大致同一點(diǎn)進(jìn)行初始測(cè)量。有利的是，在第一測(cè)量速度下進(jìn)行表面位置測(cè)量(即，第二次接觸)，而在第二測(cè)量速度下進(jìn)行初始測(cè)量(即，第一次接觸)。優(yōu)選的是，所述第二測(cè)量速度高于所述第一測(cè)量速度。這樣，高速的第一次接觸運(yùn)動(dòng)用來快速地尋找物體表面上的點(diǎn)的大概位置。測(cè)量探針然后運(yùn)動(dòng)至最優(yōu)基準(zhǔn)距，并(例如，在較低速度下)進(jìn)行第二次接觸運(yùn)動(dòng)，以精確地測(cè)量表面上點(diǎn)的位置。應(yīng)指出的是，在兩次接觸式測(cè)量周期中，第一次接觸測(cè)量(其通常在較高速度下執(zhí)行)可包括表面測(cè)量中的主要誤差或不確定性。這可能包括由于數(shù)控器響應(yīng)時(shí)間的任何不確定性引起的誤差，從而對(duì)于較慢掃描時(shí)間的控制器而言尤為顯著。對(duì)于包括數(shù)控器的坐標(biāo)定位裝置而言，計(jì)算最優(yōu)基準(zhǔn)距的步驟優(yōu)選包括計(jì)及數(shù)控器響應(yīng)時(shí)間的任何不確定性。具體而言，最優(yōu)基準(zhǔn)距優(yōu)選要計(jì)及控制器響應(yīng)時(shí)間的不確定性對(duì)在測(cè)量周期的第一次接觸期間所獲取的估計(jì)表面位置的影響。例如，最優(yōu)基準(zhǔn)距可包括這樣的距離分量，其對(duì)應(yīng)于由于控制器響應(yīng)時(shí)間的不確定性而帶來的表面上待測(cè)點(diǎn)的估計(jì)位置誤差。優(yōu)選的是，坐標(biāo)定位裝置包括數(shù)控器，且所述方法包括評(píng)估該數(shù)控器響應(yīng)時(shí)間的不確定性的步驟。該不確定性可用于計(jì)算以上針對(duì)兩次接觸式策略所述的距離分量。有利的是，以這樣的方式獲得的數(shù)控器響應(yīng)時(shí)間中的不確定性可用于選擇合適的探測(cè)策略(例如，一次接觸式策略或兩次接觸式策略)，以用來對(duì)物體進(jìn)行表面位置測(cè)量。本發(fā)明的方法可在諸如機(jī)床或?qū)Ｓ米鴺?biāo)測(cè)量機(jī)(CMM)的任何坐標(biāo)定位裝置上執(zhí)行。有利的是在包括數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)定位裝置上執(zhí)行本方法，該數(shù)控機(jī)床具有其內(nèi)可拆卸地容納有測(cè)量探針的主軸。本發(fā)明也延伸到一種計(jì)算機(jī)程序，該計(jì)算機(jī)程序在計(jì)算機(jī)(例如，通用計(jì)算機(jī)或數(shù)控器)上運(yùn)行時(shí)執(zhí)行上述方法。也可根據(jù)本發(fā)明提供一種被編程以執(zhí)行本方法的計(jì)算機(jī) (例如，通用計(jì)算機(jī)或數(shù)控器)。也可提供用于存儲(chǔ)這樣的程序的計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)載體(例如， 光盤)。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，一種坐標(biāo)定位裝置包括用于獲取表面位置測(cè)量的測(cè)量探針，其中，所述坐標(biāo)定位裝置包括處理器，該處理器用于計(jì)算待由所述坐標(biāo)位置裝置獲取的表面位置測(cè)量的最優(yōu)基準(zhǔn)距，所述處理器利用測(cè)得的所述坐標(biāo)定位裝置的至少一個(gè)加速特性計(jì)算所述最優(yōu)基準(zhǔn)距。根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供一種方法，該方法用于對(duì)在包括測(cè)量探針的坐標(biāo)定位裝置上的受保護(hù)定位運(yùn)動(dòng)的最大速度進(jìn)行計(jì)算，其中，所述方法包括利用測(cè)得的所述坐標(biāo)定位裝置的至少一個(gè)加速特性計(jì)算所述最大速度的步驟。如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解的那樣，受保護(hù)的定位運(yùn)動(dòng)是這樣一種定位運(yùn)動(dòng)，其是在坐標(biāo)定位裝置使測(cè)量探針運(yùn)動(dòng)且同時(shí)監(jiān)測(cè)該探針的觸發(fā)或信號(hào)線的情況下進(jìn)行的定位運(yùn)動(dòng)。受保護(hù)的定位運(yùn)動(dòng)從而可包括作為測(cè)量周期的一部分而執(zhí)行的運(yùn)動(dòng)，或者是在測(cè)量之前或之后為了使探針運(yùn)動(dòng)到理想位置而執(zhí)行的運(yùn)動(dòng)。有利的是，坐標(biāo)定位裝置包括具有超程限制的測(cè)量探針。在這一實(shí)施例中，受保護(hù)定位運(yùn)動(dòng)的最大速度為在物體被接觸且探針的運(yùn)動(dòng)停止的情況下確保不超過該超程限制而能采用的最大速度。還可提供一種坐標(biāo)定位裝置，其包括用于獲取表面位置測(cè)量的測(cè)量探針，其中，所述坐標(biāo)定位裝置包括處理器，該處理器用于計(jì)算利用所述測(cè)量探針進(jìn)行受保護(hù)定位運(yùn)動(dòng)的最大速度，其中所述處理器利用測(cè)得的所述坐標(biāo)定位裝置的至少一個(gè)加速特性來計(jì)算所述最大速度。根據(jù)本發(fā)明的第四方面，提供一種用于為包括數(shù)控器的坐標(biāo)定位裝置選擇測(cè)量策略的方法，其中，所述方法包括確定所述數(shù)控器的響應(yīng)時(shí)間中的不確定性的步驟。換言之， 可建立對(duì)時(shí)間不確定性的測(cè)量，所述時(shí)間是數(shù)控器響應(yīng)于從測(cè)量探針接收的觸發(fā)信號(hào)而采用的時(shí)間。如以下將更加詳細(xì)描述的那樣，可利用不同的基準(zhǔn)距和/或測(cè)量速度對(duì)物體表面上的同一點(diǎn)進(jìn)行多次測(cè)量而實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。這一系列測(cè)量的不確定性為數(shù)控器響應(yīng)時(shí)間的不確定性提供了測(cè)量。以這樣的方式獲得的數(shù)控器響應(yīng)時(shí)間的不確定性可用于選擇合適的探測(cè)策略，以用于進(jìn)行物體表面位置測(cè)量。例如，如果數(shù)控器在較高速度下運(yùn)行(即，具有較低的響應(yīng)時(shí)間不確定性)，則可執(zhí)行所謂的一次接觸式探測(cè)策略。如果數(shù)控器為較低速度(即，其具有較高的響應(yīng)時(shí)間不確定性)，則可執(zhí)行所謂的兩次接觸式探測(cè)策略，其中，在每次表面位置測(cè)量之前，先對(duì)物體表面上的大致同一點(diǎn)進(jìn)行初始測(cè)量。在這樣的兩次接觸式測(cè)量中，表面位置測(cè)量?jī)?yōu)選在第一測(cè)量速度下進(jìn)行，而初始測(cè)量在第二測(cè)量速度下進(jìn)行，所述第二測(cè)量速度高于所述第一測(cè)量速度。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種使得由包括測(cè)量探針的坐標(biāo)定位裝置獲取的表面位置測(cè)量最優(yōu)化的方法，其中，所述方法包括測(cè)量所述坐標(biāo)定位裝置的至少一個(gè)加速度特性的步驟。


下面將參照附圖僅以示例的方式描述本發(fā)明，附圖中圖1為承載有測(cè)量探針的坐標(biāo)定位裝置的示意圖，其中該測(cè)量探針具有可撓變的觸針。圖2示出了機(jī)床探測(cè)系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)。圖3示出了導(dǎo)致探針超行程的各種因素。圖4示出了存在于一類機(jī)床上的加速區(qū)。圖5示出了機(jī)器加速期間獲取的測(cè)量是如何導(dǎo)致測(cè)量誤差的。圖6示出了兩次接觸式探測(cè)程序。圖7a和圖7b示出了如何可通過測(cè)量機(jī)器的加速區(qū)來建立加速距離。圖8示出了圖7a和圖7b的機(jī)器的加速區(qū)。圖9示出了動(dòng)態(tài)誤差的概念。圖10示出了利用非最優(yōu)的兩次接觸式探測(cè)策略的測(cè)量周期的速度。圖11比較了根據(jù)本發(fā)明的最優(yōu)兩次接觸式探測(cè)策略與一次接觸式策略的測(cè)量速度。圖12示出了在一次接觸式探測(cè)策略中，誤差隨著進(jìn)給速率而增加。圖13示出了使用較高進(jìn)給速率時(shí)的速度穩(wěn)定效應(yīng)。
具體實(shí)施例方式參見圖1，其示出了由主軸2保持接觸式觸發(fā)探針4的機(jī)床。該機(jī)床包括諸如一個(gè)或多個(gè)電機(jī)8的公知裝置來使主軸2在機(jī)床的工作區(qū)域中相對(duì)于位于工件座7上的工件6運(yùn)動(dòng)。利用編碼器等以公知的方式精確測(cè)量主軸在機(jī)器的工作區(qū)域內(nèi)的位置；這樣的測(cè)量提供在機(jī)器坐標(biāo)系(x，y，z)中定義的主軸位置數(shù)據(jù)。數(shù)控器 (NC) 20控制主軸2在機(jī)床的工作區(qū)內(nèi)的運(yùn)動(dòng)，并從各個(gè)編碼器接收有關(guān)主軸位置的信息。 NC20可包括前端計(jì)算機(jī)，或者可與這樣的計(jì)算機(jī)交互。接觸式觸發(fā)探針4包括利用標(biāo)準(zhǔn)的可拆卸柄狀連接器附連到機(jī)床主軸2上的探針本體10。探針4還包括從殼體伸出來的工件接觸觸針12。觸針球14設(shè)置在觸針12的遠(yuǎn)端，用于與相關(guān)的工件6接觸。當(dāng)觸針的撓變超出給定的閾值時(shí)，接觸式觸發(fā)探針4產(chǎn)生所謂的觸發(fā)信號(hào)。探針4包括無線發(fā)送器/接收器部16，其用于將觸發(fā)信號(hào)傳送到遠(yuǎn)程探針接口 18的對(duì)應(yīng)無線接收器/發(fā)送器部。該無線鏈路例如可以為RF或光纖。NC20(經(jīng)由接口 18)接收主軸位置(x，y，ζ)數(shù)據(jù)和觸發(fā)信號(hào)，并在接收到觸發(fā)信號(hào)的時(shí)刻記錄下表觀主軸位置數(shù)據(jù)(x，y，z)。這樣，在進(jìn)行適當(dāng)?shù)男?zhǔn)后，即可測(cè)量諸如工件6的物體的表面上的點(diǎn)的位置。如圖2示意性示出的那樣，可以認(rèn)為裝配到機(jī)床上的探測(cè)系統(tǒng)包括5個(gè)組成部分。 這5個(gè)組成部分包括測(cè)量探針組件30、探針接口 32 (其包括探針發(fā)送系統(tǒng)和其與CNC系統(tǒng) 36的接口)、機(jī)床34、CNC控制系統(tǒng)36以及駐留在CNC控制系統(tǒng)36上的探針控制軟件38。 這些組成部分中的每個(gè)組成部分都影響著探測(cè)系統(tǒng)的度量性能以及任何給定測(cè)量或探測(cè)周期的時(shí)長(zhǎng)。利用上述探測(cè)系統(tǒng)執(zhí)行的任何測(cè)量周期中的關(guān)鍵事件是觸發(fā)器。測(cè)量探針30的觸針與物體表面上的點(diǎn)的接觸使得探針接口 32中產(chǎn)生一變化，這一變化被發(fā)送到CNC控制器36。以下將參照?qǐng)D3更加詳細(xì)描述的這一過程在操作員看來是瞬時(shí)發(fā)生的。但實(shí)際上， 其包括一系列不連續(xù)的步驟，這些步驟最終形成由CNC控制器36處理的觸發(fā)信號(hào)。參見圖3，其示出了通常的接觸式觸發(fā)探測(cè)序列的各個(gè)階段。在測(cè)量過程中，向著待測(cè)物體42的表面驅(qū)動(dòng)探針。在第一時(shí)刻A，觸針尖端40與物體表面上的點(diǎn)接觸。在測(cè)量過程的該第一階段，探針繼續(xù)朝向物體運(yùn)動(dòng)，而觸針進(jìn)一步撓變。在第二時(shí)刻B，測(cè)量探針的觸針的撓變超過閾值。探針在與表面初步接觸到達(dá)到探針感測(cè)閾值這一過程中必須行走的距離稱為機(jī)械預(yù)行程。在公知類型的運(yùn)動(dòng)探針中，機(jī)械預(yù)行程是使觸針彎曲得足以存儲(chǔ)足夠的應(yīng)變能以剛好能克服復(fù)位彈簧的力從而將輥?zhàn)犹щx其輥?zhàn)璧木嚯x。在所謂的應(yīng)變計(jì)探針中，觸針會(huì)一直彎曲，直到應(yīng)變計(jì)裝置記錄到應(yīng)變的變化超出了某一預(yù)設(shè)值為止。機(jī)械預(yù)行程是與探針硬件相關(guān)的，而不會(huì)在測(cè)量周期中隨著探針運(yùn)動(dòng)的速度變化。從而通常可通過適當(dāng)?shù)男?zhǔn)和應(yīng)用軟件來“校準(zhǔn)掉”機(jī)械預(yù)行程效應(yīng)。在機(jī)械預(yù)行程或第一階段之后開始的測(cè)量過程第二階段包括探針接口對(duì)已經(jīng)發(fā)生的機(jī)械觸發(fā)事件進(jìn)行識(shí)別，并向CNC控制器發(fā)出觸發(fā)信號(hào)。機(jī)械觸發(fā)事件與向CNC發(fā)送觸發(fā)信號(hào)之間的延遲通常稱為接口響應(yīng)時(shí)間。換言之，接口在圖3所示的時(shí)刻C發(fā)出其觸發(fā)信號(hào)，在該時(shí)刻，探針仍然朝向物體運(yùn)動(dòng)，從而使觸針進(jìn)一步撓變。應(yīng)注意的是，接口響應(yīng)時(shí)間通常包括與信號(hào)過濾相關(guān)聯(lián)的延遲。該信號(hào)過濾延遲是由于通常的探針接口持續(xù)地監(jiān)測(cè)相關(guān)測(cè)量探針的狀態(tài)并在測(cè)量探針與表面接觸時(shí)向CNC 系統(tǒng)發(fā)送觸發(fā)信號(hào)而造成的。然而，有些作用在觸針上的力(例如慣性力)會(huì)被接口錯(cuò)誤地認(rèn)為是表面接觸力。例如，如果以較大的探針加速度使用長(zhǎng)的觸針，就很有可能產(chǎn)生瞬態(tài)觸針撓變，這會(huì)導(dǎo)致所謂的“偽觸發(fā)”(即，觸針實(shí)際上沒有與表面接觸而產(chǎn)生觸發(fā))。為了提高觸發(fā)信號(hào)的可靠性，通常探針接口被設(shè)置成將瞬態(tài)信號(hào)過濾掉，從而僅在預(yù)定的時(shí)間段(例如，0.01秒)內(nèi)超出撓變閾值信號(hào)水平的情況下，將觸發(fā)信號(hào)發(fā)送到控制器。在接口響應(yīng)時(shí)間中也存在與從探針向接口發(fā)送觸發(fā)事件相關(guān)的小的延遲成分；例如，在通常的光線傳送系統(tǒng)中，該延遲成分為0. 002秒，對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)RF通信系統(tǒng)，該延遲成分為0. 01秒。盡管對(duì)于不同的測(cè)量系統(tǒng)，探針接口響應(yīng)時(shí)間會(huì)有很大不同，但是對(duì)于特定的設(shè)置其通常是恒定的，從而一般而言可校準(zhǔn)消除該探針接口響應(yīng)時(shí)間。通常的探針觸發(fā)序列的第三階段為機(jī)器的CNC控制器識(shí)別并作用于從探針接口接收到的觸發(fā)信號(hào)的過程。CNC控制器從而在如圖3所示的時(shí)刻D作用于接收到的觸發(fā)信號(hào)(例如，通過暫停探針的運(yùn)動(dòng))，在該時(shí)刻D，探針已進(jìn)一步行進(jìn)，從而增加了觸針的撓變。 CNC控制器引入的這一時(shí)間延遲通常稱為控制器響應(yīng)時(shí)間。盡管可通過適當(dāng)?shù)男?zhǔn)操作對(duì)基本恒定的延遲(例如，機(jī)械預(yù)行程效應(yīng)和探針接口響應(yīng)時(shí)間)進(jìn)行補(bǔ)償，但是控制器響應(yīng)時(shí)間通常具有高度的不確定性。而且，不同廠家和不同類型的CNC控制器的控制器響應(yīng)時(shí)間會(huì)相差幾個(gè)量級(jí)。例如，從發(fā)出觸發(fā)信號(hào)到CNC 控制器能響應(yīng)于該信號(hào)采取動(dòng)作之間的時(shí)間延遲可能短至4微秒或長(zhǎng)至4毫秒，這取決于控制器的規(guī)格和控制器的選型。在低速端范圍內(nèi)，某些可商購(gòu)的CNC控制器對(duì)輸入進(jìn)行掃描。通常，這樣的CNC控制器在掃描時(shí)間內(nèi)對(duì)各輸入線的狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，還設(shè)置各輸出線的狀態(tài)。因此，每個(gè)周期中將對(duì)觸發(fā)信號(hào)輸入線以及所作用的狀態(tài)進(jìn)行一次掃描，但是這是在從零到整個(gè)掃描時(shí)間之內(nèi)的某個(gè)不確定的時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行的。因此可認(rèn)為掃描時(shí)間是一抖動(dòng)。這樣的低速控制器的通常掃描時(shí)間或抖動(dòng)約為1至4毫秒。在高速范圍內(nèi)，存在具有所謂的直接或高速跳躍中斷或輸入的NC控制器來接收觸發(fā)信號(hào)。在這樣的控制器中，探針觸發(fā)信號(hào)可直接連接至各軸線控制板，且?guī)缀跏窃诮邮盏接|發(fā)信號(hào)的瞬時(shí)鎖存或記錄當(dāng)前的軸線位置。與軸線控制板的這種探針信號(hào)集成通常提供響應(yīng)時(shí)間或等待時(shí)間的量級(jí)為4微秒，且抖動(dòng)可忽略。隨著控制器掃描時(shí)間的增加，與利用以一定速度或進(jìn)給速率朝向物體前進(jìn)的測(cè)量探針進(jìn)行的測(cè)量相關(guān)的誤差也隨之增加。在直接或高速輸入的相關(guān)時(shí)滯為4微秒的機(jī)器上，即使在極高進(jìn)給速率下，控制器響應(yīng)時(shí)間的效應(yīng)也是可忽略的，這是因?yàn)闄C(jī)器在該時(shí)間內(nèi)行進(jìn)的距離是可忽略的。然而，人們發(fā)現(xiàn)在掃描時(shí)間較長(zhǎng)的機(jī)器上，在以較高的進(jìn)給速率進(jìn)行測(cè)量時(shí)計(jì)量精度會(huì)顯著下降。如以下將更加詳細(xì)描述的那樣，本發(fā)明能提供最優(yōu)的兩次接觸式測(cè)量周期，即使在控制器的掃描時(shí)間較長(zhǎng)的情況下，該兩次接觸式測(cè)量周期也具有較高的計(jì)量性能。然而，期望的是選擇與所用控制器最適應(yīng)的探測(cè)策略(例如，一次接觸式策略或兩次接觸式策略)。使用者可基于已知的控制器掃描時(shí)間自動(dòng)選擇(例如，如下所述)或設(shè)定一次接觸式策略或兩次接觸式策略。具體而言，兩次接觸式測(cè)量策略可用于較慢(例如，毫秒)的控制器，而一次接觸式測(cè)量策略可用于高速(例如，微秒)的控制器。使用者只需對(duì)CNC控制器進(jìn)行編程，以根據(jù)已知的CNC控制器掃描速度來執(zhí)行所需的策略。有利的是，可自動(dòng)評(píng)估控制器的響應(yīng)時(shí)間?？赏ㄟ^對(duì)物體表面上的同一點(diǎn)的多次測(cè)量結(jié)果的重復(fù)性進(jìn)行分析來實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。例如，可采用相同的基準(zhǔn)距，以多個(gè)不同的速度對(duì)同一點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量。替換地， 可采用多個(gè)不同的基準(zhǔn)距，以單一的速度對(duì)同一點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量。對(duì)于較快的控制器，這些測(cè)量的重復(fù)性會(huì)很高，從而可識(shí)別這樣的控制器。于是可設(shè)定重復(fù)性或測(cè)量不確定性閾值(例如，10微米)，當(dāng)測(cè)量不確定性低于這一閾值時(shí)執(zhí)行一次接觸式策略。參見圖4，其示出了承載有測(cè)量探針的機(jī)床主軸是如何在一定時(shí)間內(nèi)加速到一恒定速度或進(jìn)給速率，或者在一定時(shí)間內(nèi)從一恒定速度或進(jìn)給速率減速。換言之，如果CNC 控制器指令機(jī)床主軸開始以某一進(jìn)給速率運(yùn)動(dòng)，其將花費(fèi)一定量的時(shí)間來加速到給進(jìn)給速率。主軸的這一加速/減速通常稱為機(jī)器的加速區(qū)。由CNC控制系統(tǒng)的生產(chǎn)商來設(shè)定決定機(jī)床加速和減速方式的控制算法。這些控制算法隨著機(jī)器構(gòu)造的不同而不同，而且在機(jī)器重新校準(zhǔn)時(shí)也會(huì)發(fā)生改變。主要的CNC控制系統(tǒng)生產(chǎn)商，Siemens、Fanuc, Heidenhein和Missubishi都采用它們自己的專門邏輯算法和計(jì)算。然而，通常的情況是，機(jī)床通常不會(huì)以恒定的速率加速。例如，對(duì)于Fanuc和 Mitsubishi控制器而言，加速的速率設(shè)置成在預(yù)定時(shí)間(例如，0.06秒)內(nèi)達(dá)到編程的進(jìn)給速率。因此，機(jī)床軸線在達(dá)到該編程進(jìn)給速率之前行進(jìn)的距離隨著進(jìn)給速率的增加而線性增加。這如圖4所示，在圖4中示出了在第一進(jìn)給速率lOOOmm/sec和第二進(jìn)給速率 2000mm/sec的指令運(yùn)行下速度隨時(shí)間的變化；第一和第二進(jìn)給速度下的速度型分別由線 50和52示出。以下參照?qǐng)D5描述在機(jī)器的加速區(qū)內(nèi)進(jìn)行測(cè)量的不利影響。通常認(rèn)為，所有的測(cè)量探針系統(tǒng)都需要校準(zhǔn)。通常，這需要以隨后要在測(cè)量周期中使用的進(jìn)給速率對(duì)已知表面進(jìn)行探測(cè)。如上所述，CNC控制系統(tǒng)所記錄的物體表面上的點(diǎn)的位置與該點(diǎn)的實(shí)際位置之間存在差別。這一差別是由測(cè)量探針的機(jī)械預(yù)行程以及探針接口響應(yīng)時(shí)間引起的延遲造成的。這一差別也可認(rèn)為是從觸針接觸物體到CNC控制系統(tǒng)接收到觸發(fā)信號(hào)之間的時(shí)間延遲。為便于理解，在以下對(duì)加速影響的描述中將忽略控制器響應(yīng)時(shí)間的不確定性。圖5示出了某一機(jī)床的典型速度-時(shí)間曲線60。對(duì)于給定的設(shè)置而言，與測(cè)量相關(guān)的由于機(jī)械預(yù)行程以及探針接口響應(yīng)時(shí)間而產(chǎn)生的時(shí)間延遲將是基本恒定的。為了從測(cè)量系統(tǒng)所獲取的測(cè)量中消除時(shí)間延遲的影響，要計(jì)算從觸針接觸物體的時(shí)刻Tp到探針接口發(fā)出觸發(fā)信號(hào)的時(shí)刻Ti這一時(shí)間段內(nèi)行進(jìn)的距離A。這一距離A僅對(duì)特定的進(jìn)給速率有效，可將其存儲(chǔ)起來，并可用于對(duì)以后所有的其他在該進(jìn)給速率下測(cè)得的報(bào)告位置進(jìn)行校正?，F(xiàn)在考慮在機(jī)器加速區(qū)內(nèi)進(jìn)行的測(cè)量。隨著機(jī)器的加速，從觸針接觸物體的時(shí)刻Tp到發(fā)出觸發(fā)信號(hào)的時(shí)刻Ti之間的時(shí)間段內(nèi)測(cè)量探針行進(jìn)的距離B將不同于距離A。換言之， 測(cè)量位置的校正量將為誤差C，而誤差C的量級(jí)取決于加速區(qū)中用于測(cè)量的那部分。因此可見，應(yīng)避免在測(cè)量探針處于加速區(qū)時(shí)獲取表面測(cè)量值。換言之，應(yīng)確保在觸針與物體表面接觸時(shí)，測(cè)量探針以恒定的速度運(yùn)動(dòng)，以此來保證精確的計(jì)量。如果測(cè)量周期開始于一靜止啟動(dòng)，則測(cè)量探針應(yīng)定位在距離物體表面足夠遠(yuǎn)的位置，這樣可在進(jìn)行任何表面測(cè)量之前使測(cè)量探針加速到所需的恒定速率；距表面的這一初始距離稱為基準(zhǔn)距，以下將參照?qǐng)D6至圖9描述用以計(jì)算最優(yōu)基準(zhǔn)距的方法。應(yīng)指出的是，具有可撓變觸針的接觸式測(cè)量探針會(huì)有所謂的超程限制。如果探針觸針的撓變超過了這一超程限制，就會(huì)給探針的撓變感測(cè)機(jī)構(gòu)帶來機(jī)械損壞，并且/或者會(huì)破壞觸針?？傻弥獪y(cè)量中使用的最大進(jìn)給速率，這樣，在探針接觸到表面之后，可保證在達(dá)到超程限制之前使其停止運(yùn)動(dòng)?？赏ㄟ^計(jì)及觸發(fā)過程中的各種延遲(例如，參照?qǐng)D3所描述的機(jī)械預(yù)行程、接口和控制器響應(yīng)時(shí)間)加上探針在CNC控制器的指令下減速到停止所需的時(shí)間來計(jì)算這一最大進(jìn)給速率?，F(xiàn)在參照?qǐng)D6，其示出了用于測(cè)量物體68的表面上的點(diǎn)的位置的所謂兩次接觸式測(cè)量周期。在箭頭70所示的第一步驟中，測(cè)量探針以一較高的進(jìn)給速率從靜止起始位置向著物體68的表面加速。測(cè)量探針的觸針與物體的表面接觸，且觸針持續(xù)發(fā)生撓變，直到CNC 控制器報(bào)告收到探針觸發(fā)信息為止，然后，CNC控制器使測(cè)量探針停止運(yùn)動(dòng)。執(zhí)行該第一步驟是為了發(fā)現(xiàn)被測(cè)物體的表面，而不是為了提供精確的表面位置測(cè)量。在箭頭72所示的第二步驟中，反轉(zhuǎn)探針運(yùn)動(dòng)的方向，測(cè)量探針運(yùn)動(dòng)到基準(zhǔn)位置 74。在箭頭76所示的第三步驟中，再次使測(cè)量探針的觸針接觸物體表面上的點(diǎn)，但是進(jìn)給速率較低。盡管在圖6中以并排示出，但是應(yīng)指出的是，測(cè)量探針的觸針在第三步驟中接觸到的物體表面上的點(diǎn)大體上與在第一步驟中接觸到的物體表面上的點(diǎn)相同。該第二次較低速度的測(cè)量給出物體表面上的點(diǎn)的所需位置測(cè)量。在箭頭78所示的第四步驟中，測(cè)量探針運(yùn)動(dòng)離開表面，運(yùn)動(dòng)到下一測(cè)量的起始位置，或者運(yùn)動(dòng)到任何其他所需的位置。當(dāng)然，可多次重復(fù)該方法以對(duì)物體表面上的多個(gè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量。第二步驟中用到的基準(zhǔn)距決定著第三步驟中所獲取的測(cè)量速度和精度。如果該基準(zhǔn)距過小，則有可能是在探針正在機(jī)床作用下加速到所需速度的過程中進(jìn)行測(cè)量，從而會(huì)降低計(jì)量精度。相反地，如果該基準(zhǔn)距過大，則在較低進(jìn)給速率下使探針與物體表面接觸所需的時(shí)間會(huì)很長(zhǎng)，從而增加了完成一個(gè)測(cè)量周期所需的時(shí)間，并因而降低了整體生產(chǎn)率。所有機(jī)床具有不同的特性，已發(fā)現(xiàn)，對(duì)于通常的探測(cè)系統(tǒng)而言，安裝工程師或最終用戶在設(shè)置基準(zhǔn)距時(shí)會(huì)趨向于過于謹(jǐn)慎，以免影響計(jì)量。然而，這導(dǎo)致所執(zhí)行的兩次接觸式測(cè)量周期比實(shí)際所需要顯著地慢，從而不是最優(yōu)的。再次參照?qǐng)D6，其示出了如何通過計(jì)及用于第二次接觸測(cè)量(即，用于在較低進(jìn)給速度下執(zhí)行本發(fā)明的第三步驟的測(cè)量)的加速距離Dl以及在第一次接觸測(cè)量(即，在本方法的第一步驟中以較高進(jìn)給速度執(zhí)行的測(cè)量)中對(duì)應(yīng)于CNC控制器響應(yīng)時(shí)間不確定性的距離D2來計(jì)算最優(yōu)基準(zhǔn)距或位置74。也示出了隨著進(jìn)給速率的變化而變化的動(dòng)態(tài)區(qū)距離D3， 該動(dòng)態(tài)區(qū)距離引起了物體表面上的點(diǎn)的測(cè)量位置的偏移，該偏移由于從觸針接觸到物體表面到NC控制器作用于所產(chǎn)生的觸發(fā)信號(hào)之間的時(shí)間延遲而產(chǎn)生；以上參照?qǐng)D3描述了常見接觸式觸發(fā)探測(cè)規(guī)程中的產(chǎn)生這一(大致恒定的)延遲的各個(gè)階段。由于第二次接觸測(cè)量是在相對(duì)低的速度下進(jìn)行的，從而針對(duì)該第二次測(cè)量的控制器響應(yīng)時(shí)間的不確定性很小， 從而能忽略；即，觸針接觸物體表面到NC控制器作用于所產(chǎn)生的觸發(fā)信號(hào)之間的時(shí)間延遲可以假定是大致恒定的。然而，用于較高進(jìn)給速率的第一次接觸的距離D2計(jì)及了控制器響應(yīng)時(shí)間的不確定性。優(yōu)選地，對(duì)最優(yōu)基準(zhǔn)距進(jìn)行計(jì)算，以提供最快的測(cè)量周期時(shí)間，其中加速效應(yīng)不影響測(cè)量。然而，應(yīng)指出的是，如果僅要求較低的計(jì)量性能，則可設(shè)定一最優(yōu)基準(zhǔn)距，該最優(yōu)基準(zhǔn)距將加速效應(yīng)降低到提供所需測(cè)量精度的特定水平上。換言之，盡管這里所描述各種實(shí)施例描述的是獲取最高精度水平的測(cè)量，但是本方法也可用于獲取較低的、預(yù)定的測(cè)量精度。
以下參照?qǐng)D7a、7b和8描述用于測(cè)量加速距離Dl的技術(shù)。具體而言，圖7b示出了測(cè)量探針測(cè)試運(yùn)動(dòng)的速度對(duì)時(shí)間的曲線圖，其中曲線下方的積分或面積等于運(yùn)動(dòng)距離Dc。 如從圖7b可以看到的那樣，在測(cè)試運(yùn)動(dòng)期間，測(cè)量探針被加速到已知的進(jìn)給速率，然后減速到停止。圖7a示出了針對(duì)測(cè)量探針以恒定速度運(yùn)行相同距離Dc的理論運(yùn)動(dòng)的速度對(duì)時(shí)間曲線。通過對(duì)如圖7b所示的實(shí)際測(cè)試運(yùn)動(dòng)進(jìn)行計(jì)時(shí)，并將其與如圖7a所示的恒速運(yùn)動(dòng) (即，沒有任何加速或減速)完成這一移動(dòng)所需的時(shí)間進(jìn)行比較，從而得出加速距離D1。從而可計(jì)算實(shí)際的運(yùn)動(dòng)時(shí)間iTa與恒速移動(dòng)同一距離Dc所耗的理論時(shí)間Tc之間的時(shí)間差Td ； 這在圖8中示出。如圖8所示，加速/減速到恒定速度V是在時(shí)間段Td內(nèi)完成的。從而可通過下式計(jì)算加速距離Dl
權(quán)利要求
1.一種用來計(jì)算表面位置測(cè)量的最優(yōu)基準(zhǔn)距的方法，所述表面位置測(cè)量待由包括測(cè)量探針的坐標(biāo)定位裝置獲取，其中，所述方法包括利用所述坐標(biāo)定位裝置的至少一個(gè)測(cè)得的加速特性計(jì)算最優(yōu)基準(zhǔn)距的步驟。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其包括測(cè)量所述坐標(biāo)定位裝置的至少一個(gè)加速特性的步驟。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，測(cè)量所述坐標(biāo)定位裝置的至少一個(gè)加速特性的所述步驟包括以下步驟測(cè)量第一時(shí)間間隔，該第一時(shí)間間隔對(duì)應(yīng)于所述坐標(biāo)定位裝置的可移動(dòng)部分以指令速度在已知間距的兩點(diǎn)之間運(yùn)動(dòng)所耗的時(shí)間，其中在所述兩點(diǎn)之間的運(yùn)動(dòng)包括所述可移動(dòng)部分的加速，以及比較所述第一時(shí)間間隔和第二時(shí)間間隔，該第二時(shí)間間隔對(duì)應(yīng)于以等于所述指令速度的大致恒定速度在已知間距的所述兩點(diǎn)之間運(yùn)動(dòng)所耗的時(shí)間。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，計(jì)算最優(yōu)基準(zhǔn)距的所述步驟包括計(jì)算一最優(yōu)基準(zhǔn)距，該最優(yōu)基準(zhǔn)距確保測(cè)量探針在隨后獲取表面位置測(cè)量的過程中將以大致恒定的速度運(yùn)動(dòng)。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，計(jì)算所述最優(yōu)基準(zhǔn)距的所述步驟包括計(jì)及要獲取表面位置測(cè)量的點(diǎn)的估計(jì)或名義位置中的任何不確定性。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，包括針對(duì)多個(gè)測(cè)量速度中的每個(gè)測(cè)量速度計(jì)算最優(yōu)基準(zhǔn)距的步驟。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，包括從在所述多個(gè)測(cè)量速度下計(jì)算的所述最優(yōu)基準(zhǔn)距中推導(dǎo)出函數(shù)或關(guān)聯(lián)關(guān)系的步驟，該函數(shù)或關(guān)聯(lián)關(guān)系使得可為一系列的測(cè)量速度估計(jì)最優(yōu)基準(zhǔn)距。
8.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述坐標(biāo)定位裝置的測(cè)量探針包括具有可撓變觸針的接觸式觸發(fā)探針。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述接觸式觸發(fā)探針具有超程限制，而且所述方法包括計(jì)算最大測(cè)量速度的步驟，該最大測(cè)量速度可用于在不超出所述超程限制的情況下進(jìn)行表面位置測(cè)量。
10.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，包括利用所述最優(yōu)基準(zhǔn)距對(duì)物體進(jìn)行一次或多次表面位置測(cè)量的附加步驟。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，在每一表面位置測(cè)量之前對(duì)物體表面上大致相同的點(diǎn)進(jìn)行初始測(cè)量，其中，在第一測(cè)量速度下進(jìn)行所述表面位置測(cè)量，在第二測(cè)量速度下進(jìn)行所述初始測(cè)量，所述第二測(cè)量速度高于所述第一測(cè)量速度。
12.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述坐標(biāo)定位裝置包括數(shù)控器，且所述方法包括評(píng)估所述數(shù)控器響應(yīng)時(shí)間的不確定性的步驟。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，計(jì)算所述最優(yōu)基準(zhǔn)距的所述步驟包括計(jì)及所述數(shù)控器的響應(yīng)時(shí)間的任何不確定性。
14.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述方法用在坐標(biāo)定位機(jī)上，該坐標(biāo)定位機(jī)包括數(shù)控機(jī)床，該數(shù)控機(jī)床具有其中能可拆卸地容納測(cè)量探針的主軸。
15.一種計(jì)算機(jī)程序，該計(jì)算機(jī)程序在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行時(shí)執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法。
16.一種坐標(biāo)定位裝置，其包括用于獲取表面位置測(cè)量的測(cè)量探針，其中，所述坐標(biāo)定位裝置包括處理器，該處理器用于計(jì)算待由所述坐標(biāo)位置裝置獲取的表面位置測(cè)量的最優(yōu)基準(zhǔn)距，所述處理器利用所述坐標(biāo)定位裝置的至少一個(gè)測(cè)得的加速特性計(jì)算所述最優(yōu)基準(zhǔn)距。
17.一種計(jì)算在包括測(cè)量探針的坐標(biāo)定位裝置上的受保護(hù)定位運(yùn)動(dòng)的最大速度的方法，其中，所述方法包括利用所述坐標(biāo)定位裝置的至少一個(gè)測(cè)得的加速特性計(jì)算所述最大速度的步驟。
18.一種用于為包括數(shù)控器的坐標(biāo)定位裝置選擇測(cè)量策略的方法，其中，所述方法包括確定所述數(shù)控器的響應(yīng)時(shí)間的不確定性的步驟。
全文摘要
本發(fā)明描述了一種用于計(jì)算由包括測(cè)量探針(4)的坐標(biāo)定位裝置獲取的表面位置測(cè)量的最優(yōu)基準(zhǔn)距(74)的方法。所述坐標(biāo)定位裝置可包括機(jī)床，所述測(cè)量探針(4)可包括具有可撓變觸針(12)的接觸式觸發(fā)探針。所述方法包括利用測(cè)得的所述坐標(biāo)定位裝置的至少一個(gè)加速特性計(jì)算最優(yōu)基準(zhǔn)距(74)的步驟。這樣，可優(yōu)化測(cè)量周期時(shí)間。
文檔編號(hào)G05B19/401GK102282441SQ201080004977
公開日2011年12月14日 申請(qǐng)日期2010年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月20日
發(fā)明者德里克·馬歇爾, 戴維·約翰·羅杰斯, 瓊·馬克·賈卡洛內(nèi) 申請(qǐng)人:瑞尼斯豪公司