在cnc機(jī)器中的激光測量系統(tǒng)和方法
【專利摘要】用于執(zhí)行固定至CNC機(jī)器的XY平移臺的工件的側(cè)面測量的系統(tǒng)和方法包括將測距激光掃描儀耦合至CNC機(jī)器的工具支架，CNC機(jī)器可沿著X、Y和Z軸平移。該工件被耦合至XY平移臺的反射器圍繞，優(yōu)選地與X和Y軸平行。激光掃描儀初始被定位在預(yù)定坐標(biāo)，并且它的激光輸出定向?yàn)槌蚍瓷淦髦械囊粋€反射器。測量從激光掃描儀到工件的距離，并且將該距離與激光掃描儀的位置關(guān)聯(lián)以確定工件的坐標(biāo)。然后沿著X和Y軸中的一個增量掃描儀，并且確定工件的另一個坐標(biāo)。類似地掃描工件的外圍，并且從其中確定側(cè)面測量。
【專利說明】在CNC機(jī)器中的激光測量系統(tǒng)和方法
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]本非臨時專利申請要求于2012年7月5日提交的美國臨時專利申請?zhí)?1/668，324，題為 “LASER MEASUREMENT SYSTEM AND METHOD IN A CNC MACHINE”，以及于2013年3月15日提交的美國臨時專利申請?zhí)?1/798，836，題為“LASER MEASUREMENTSYSTEM AND METHOD IN A CNC MACHINE” 在 35U.S.C.§ 119(e)下的優(yōu)先權(quán)，這兩個專利通過引用的方式整體結(jié)合于此。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)輔助制造領(lǐng)域。更具體地，本發(fā)明涉及用于測量將使用與CNC機(jī)器集成的激光測距儀加工的部分的系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0004]CNC機(jī)器是計(jì)算機(jī)數(shù)字控制機(jī)器工具。CNC機(jī)器用于加工已知為“工件”的材料或部分。CNC機(jī)器包括工件固定于其上的平移臺。平移臺可以沿著X軸和Y軸移動。通常，X和Y軸定義基本水平的平面，但是其他的位移方向也是可能的。CNC機(jī)器進(jìn)一步包括至少一個獨(dú)立于工件固定于其上的平移臺的工具支架。工具支架沿著X、Y和Z軸可平移并且可以連同或獨(dú)立于平移臺被平移。
[0005]在CNC機(jī)器可以加工工件之前，必須進(jìn)行工件的詳細(xì)側(cè)面測量并且將其輸入CNC機(jī)器。在現(xiàn)有技術(shù)中，使用機(jī)械測量儀器執(zhí)行測量。測量通常包括大約100個數(shù)據(jù)點(diǎn)并且用將近I分鐘。通過比較，在測量之后工件的實(shí)際加工僅用15秒。如果CNC機(jī)器平移臺不包括固有地將工件擺放至平移臺的固定系統(tǒng)，則期望解決工件關(guān)于CNC機(jī)器的坐標(biāo)系固定中的歪斜，從而精確地加工工件。手工解決固定工件到平移臺中的歪斜將在測量和歪斜數(shù)據(jù)輸入CNC機(jī)器中花費(fèi)額外的`時間。
[0006]目前執(zhí)行工件的側(cè)面測量的方法緩慢，產(chǎn)出少量的數(shù)據(jù)點(diǎn)并且不容易集成入CNC機(jī)器中。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為了確保正確加工工件，必須正確測量工件的尺寸。除了別的之外，這些測量的尺寸指示未加工的工件是否滿足產(chǎn)品規(guī)格并且確保在正確的位置機(jī)械加工工件。優(yōu)選地，使用激光束光學(xué)測量尺寸，但是根據(jù)本發(fā)明的原理，也可以使用聲波或其它測量技術(shù)。
[0008]在一個實(shí)施例中，飛行時間激光掃描儀耦合至CNC機(jī)器的XYZ可平移工具支架。工件固定到CNC機(jī)器的XY平移臺。工件被固定至XY平移臺的反射器包圍，反射器諸如鏡子或棱鏡?？商鎿Q地，激光掃描儀合并安裝在激光掃描儀輸出處的反射器。CNC機(jī)器在XY平移臺之上移動工具支架并因此移動激光掃描儀至預(yù)定的XYZ坐標(biāo)。激光掃描儀的光束以相對由平移臺定義的XY平面預(yù)定角度被朝向XY平移臺定向。優(yōu)選地，光束被定向?yàn)檠刂鳽軸垂直于XY平面，從而預(yù)定角度為相對于XY平面90°。光束被定向到沿著工件的邊緣安裝的反射器上，從而光束被反射器反射到工件的邊緣上，被工件的邊緣反射回至反射器并且到在激光掃描儀內(nèi)的檢測器。可替換地，光束被I禹合到激光掃描儀的輸出的反射器反射，該激光掃描儀將光束定向到工件的邊緣上。激光掃描儀測量從激光掃描儀到工件的邊緣的距離。該距離與激光掃描儀的預(yù)定XYZ坐標(biāo)關(guān)聯(lián)以產(chǎn)生在工件的邊緣上的點(diǎn)的XY坐標(biāo)。然后沿著與反射器平行的軸平移激光掃描儀并且收集更多數(shù)據(jù)點(diǎn)。類似地掃描每個反射器，因而產(chǎn)生工件的側(cè)面測量。根據(jù)目前要求的發(fā)明，僅在數(shù)秒中能夠執(zhí)行全部掃描，產(chǎn)生超過1000個數(shù)據(jù)點(diǎn)，因而在現(xiàn)有技術(shù)之上增量工件的側(cè)面測量的速度和準(zhǔn)確度兩者。
[0009]CNC機(jī)器包括控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)具有處理器、計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)、讀/寫存儲器、用戶接口、網(wǎng)絡(luò)接口、其他I/o和輔助I/O。輔助I/O包括模擬和數(shù)字輸入和輸出。處理器和/或輔助I/o可以進(jìn)一步包括PWM生成模塊、中斷控制器、數(shù)字信號處理模塊、計(jì)數(shù)器、以及其他在嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)領(lǐng)域中已知的I/o。CNC機(jī)器控制軟件包括一個或多個將以上描述的測量系統(tǒng)與CNC機(jī)器集成的程序。
[0010]在第一方面，在機(jī)器上執(zhí)行進(jìn)行具有多個反射邊緣的工件的側(cè)面測量的方法，伴隨工件在相對于機(jī)器的固定位置，并且機(jī)器包括耦合至XYZ平移臺的激光掃描儀，并且激光掃描儀初始定位在與工件相關(guān)的預(yù)定XYZ坐標(biāo)處。該方法包括通過XYZ平移臺將激光掃描儀定位于下一個XYZ坐標(biāo)(第一次這步已完成，該“下一個”XYZ坐標(biāo)是初始XYZ坐標(biāo))，使用由激光掃描儀發(fā)射的光束通過激光掃描儀讀取從激光掃描儀到工件的多個反射邊緣的第一反射邊緣的反射點(diǎn)的距離，確定反射點(diǎn)的XY坐標(biāo)，并且重復(fù)這些步驟以確定工件的反射邊緣上的附加點(diǎn)的XY坐標(biāo)直到已執(zhí)行工件的全部側(cè)面測量。執(zhí)行側(cè)面測量優(yōu)選地包括確定在多個反射邊緣的每一個上的多個點(diǎn)處的反射點(diǎn)的XY坐標(biāo)。在一個實(shí)施例中，當(dāng)已沿著工件的整個外圍(例如沿著每個邊緣)完成在離散距離處的測量，完全的側(cè)面測量發(fā)生。在優(yōu)選的實(shí)施例中，工件基本是矩形的并且工件基本與XYZ平移臺的XY平面對準(zhǔn)定向，從而重定位激光掃描儀包括沿著X和Y軸中的一個增量(increment)激光掃描儀的位置。該方法優(yōu)選地也包括存儲XY坐標(biāo)。當(dāng)響應(yīng)于由激光掃描儀發(fā)射的光束沒有接收到反射，存儲無效坐標(biāo)。在優(yōu)選的實(shí)施例中，該方法進(jìn)一步包括確定工件的標(biāo)識符。優(yōu)選地使用激光掃描儀掃描用于工件的標(biāo)識符。從標(biāo)識符中，可以獲取與標(biāo)識符相關(guān)聯(lián)的預(yù)定的理想坐標(biāo)集。該方法優(yōu)選地進(jìn)一步包括將存儲的坐標(biāo)與預(yù)定的理想坐標(biāo)集相比較。在這種實(shí)施例中，機(jī)器進(jìn)一步包括通知系統(tǒng)，并且該方法進(jìn)一步包括發(fā)出以下其中一個通知:存儲的坐標(biāo)與預(yù)定的理想坐標(biāo)集基本匹配以及基本不匹配。
[0011]在第二方面，用于執(zhí)行具有多個反射邊緣的工件的側(cè)面測量的系統(tǒng)包括XYZ平移臺、耦合至XYZ平移臺的激光掃描儀、被配置為接收相對于XYZ平移臺在固定位置的工件的臺板、以及控制器。該控制器被配置為在關(guān)于工件的預(yù)定的下一個XYZ坐標(biāo)處定位XYZ平移臺、使用由激光掃描儀發(fā)射的光束控制激光掃描儀以讀取到工件的多個反射邊緣的第一反射邊緣上的反射點(diǎn)的距離、確定反射點(diǎn)的XY坐標(biāo)、并且重復(fù)這些步驟以確定工件的反射邊緣上的附加點(diǎn)的XY坐標(biāo)直到執(zhí)行了工件的完全的側(cè)面測量。在一些實(shí)施例中，臺板包括多個被配置為將光束反射至工件的多個反射邊緣的每一反射邊緣的點(diǎn)上的反射器。優(yōu)選地，工件基本是矩形的并且反射器被定位為與工件的反射邊緣平行。在優(yōu)選的實(shí)施例中，激光掃描儀包括被配置為將光束反射到工件的反射邊緣的點(diǎn)上的反射器。在這種實(shí)施例中，XYZ平移臺被配置為在垂直于臺板的頂表面的Z軸上旋轉(zhuǎn)激光掃描儀。在優(yōu)選的實(shí)施例中，控制器被配置為重定位XYZ平移臺至第二預(yù)定XYZ坐標(biāo)，第二預(yù)定XYZ坐標(biāo)在通過第一預(yù)定XYZ坐標(biāo)并且平行于多個反射邊緣中的一個反射邊緣的線上。在一些實(shí)施例中，控制器被配置為將XYZ平移臺重定位到在由多個反射器中的一個反射器的軸定義的直線上的第二預(yù)定XYZ坐標(biāo)。
[0012]在第三方面，用當(dāng)運(yùn)行時執(zhí)行以上方法中的任一種方法的處理器可執(zhí)行指令編程永久計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]在以下附圖的詳細(xì)描述中，所描述的實(shí)施例旨在說明本要求的發(fā)明的特征。類似的標(biāo)記代表類似或相同的元件。
[0014]圖1圖示根據(jù)某些實(shí)施例的用于激光測量的系統(tǒng)。
[0015]圖2A圖示根據(jù)某些實(shí)施例的用于執(zhí)行工件的側(cè)面測量的系統(tǒng)的部分側(cè)截面圖。
[0016]圖2B圖示根據(jù)某些實(shí)施例的用于執(zhí)行工件的側(cè)面測量的系統(tǒng)的部分側(cè)截面圖。
[0017]圖3A圖示根據(jù)系統(tǒng)實(shí)施例的具有圓角的工件的側(cè)面測量。
[0018]圖3B圖不根據(jù)某些實(shí)施例的具有偏移的工件的側(cè)面測量。
[0019]圖4A圖示根據(jù)某些實(shí)施例的用于執(zhí)行工件的側(cè)面測量的測量網(wǎng)格。
[0020]圖4B圖示圖4A的測量網(wǎng)格的側(cè)截面圖。
[0021]圖5圖示根據(jù)某些實(shí)施例的工件的側(cè)面測量的方法的步驟。
[0022]圖6圖示根據(jù)某些實(shí)施例的識別工件以執(zhí)行側(cè)面測量的方法的步驟。
【具體實(shí)施方式】
[0023]圖1圖不根據(jù)某些實(shí)施例的用于工件的側(cè)面測量的系統(tǒng)100。系統(tǒng)100包括系統(tǒng)支撐105、具有檢測器115的激光掃描儀系統(tǒng)110 (圖2A和2B中所示)、XY平移臺120、由多個保持件140以及相關(guān)聯(lián)的緊固件145保持的多個反射器130 (圖2A和2B所述)，以及將被測量的工件150。工件150具有多個反射邊緣135。工件150安裝至XY平移臺120從而工件150可以在由XY平移臺120的頂表面定義的平面中在XY方向平移。激光掃描儀系統(tǒng)110被定向?yàn)槭沟脧募す鈷呙鑳x系統(tǒng)110發(fā)射的激光束160 (圖2A和2B中所示)基本垂直于工件150和XY平移臺120的平面。在多個反射器130中激光束160被定向?yàn)槌蚍瓷淦?30。多個反射器130被圍繞工件150的外圍定位從而激光束160由反射器130朝向工件150的反射邊緣135反射，然后由反射邊緣135反射回165 (圖2A和2B中所示)至反射器130，并且然后被反射到檢測器115并且由檢測器115接收。激光掃描儀系統(tǒng)110測量從激光掃描儀系統(tǒng)110到工件150的距離。該距離和激光掃描儀的XYZ坐標(biāo)用于確定光束160的反射邊緣135上的反射點(diǎn)的XY坐標(biāo)。存儲該坐標(biāo)。然后平行于多個反射器130中的一個反射器平移激光掃描儀系統(tǒng)110，并且進(jìn)行并存儲另一測量。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識在本發(fā)明的精神內(nèi)的修改。作為一個示例，掃描儀系統(tǒng)110被安裝至XYZ平移臺并且工件150可以保持在固定位置。
[0024]圖2A圖示用于執(zhí)行工件150的側(cè)面測量的系統(tǒng)100的側(cè)截面圖。CNC機(jī)器(未示出)包括XY平移臺120、具有檢測器115的激光掃描儀系統(tǒng)110、以及通過具有緊固件145的保持件140被保持至XY平移臺120的反射器130。激光掃描儀110由CNC機(jī)器被相對于XY平移臺120定位在預(yù)定的Z坐標(biāo)處。在工件150的側(cè)面測量期間預(yù)定Z坐標(biāo)將保持恒定。激光掃描器110發(fā)射由反射器130反射至工件150的光束160。光束160由工件150的反射邊緣135反射，產(chǎn)生進(jìn)而被反射器130向上反射到檢測器115的反射光束165。通過計(jì)算光束160和如以上描述所反射的反射光束165的“飛行時間”,激光掃描儀系統(tǒng)110計(jì)算從激光掃描儀110到工件并且回到檢測器115的距離。光束160和165的往返行程除以二以獲得從激光掃描儀系統(tǒng)110到工件150的反射邊緣135的單向光束行進(jìn)距離。從光束160的總的單向行進(jìn)距離減去光束160在Z方向上的單向行進(jìn)距離以獲得從反射器130上的反射點(diǎn)到工件150的距離。然后由反射器130從反射點(diǎn)的坐標(biāo)加上或減去從反射器130上的反射點(diǎn)到工件150的距離以獲得在工件150上的反射光束165的反射點(diǎn)的XY坐標(biāo)。(圖4提供坐標(biāo)計(jì)算的詳細(xì)描述。)激光掃描儀110沿著反射器130的軸180(圖4中所示)增量式平移，在每個增量處確定工件150的附加坐標(biāo)。類似地掃描工件150的每個反射邊緣135，因而生成工件150的完整的坐標(biāo)集。僅為了說明的目的，從激光掃描儀系統(tǒng)110發(fā)射的光束160示出為從反射光束165偏移。實(shí)際上，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識到光束160和165基本一致。雖然已根據(jù)激光掃描儀描述本發(fā)明，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識到也可以使用聲波掃描儀。然而，激光掃描儀是優(yōu)選的因?yàn)樗母邷?zhǔn)確度。
[0025]圖2B圖示根據(jù)某些實(shí)施例用于在CNC機(jī)器上執(zhí)行工件的側(cè)面測量的系統(tǒng)100的側(cè)截面圖。在本實(shí)施例中，單獨(dú)的反射器130通過反射器臂170機(jī)械地耦合至激光掃描儀系統(tǒng)110。反射器130安裝在距激光掃描儀系統(tǒng)110預(yù)定固定距離處。將激光掃描儀系統(tǒng)110安裝至XY平移臺(未示出)并且固定支架120’代替圖2A的XY平移臺120。沿著平行于反射邊緣135的線掃描工件150的反射邊緣135，類似于如圖1和2A所示沿著反射器130的中心線掃描。然后激光掃描系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)90°，在這個示例中是沿著Z軸順時針旋轉(zhuǎn)，并且類似地掃描工件150的下一個反射邊緣135。如以上圖1和圖2A中所描述的，類似地掃描矩形工件150的兩個剩下反射邊緣135的每一個以獲得工件150的坐標(biāo)。
[0026]圖3A圖示具有半徑R的圓角的工件150的側(cè)面測量。圖3A圖示側(cè)面測量系統(tǒng)的局部平面圖。為了清楚，省略保持件140和緊固件145。所示的側(cè)面測量系統(tǒng)100包括多個繞工件150的外圍固定的反射器130。在側(cè)面測量系統(tǒng)100的該實(shí)施例中，反射器130朝向工件150的反射邊緣135反射光束160，反射邊緣135進(jìn)而將光束160反射回以生成反射光束165,該反射光束由結(jié)合至激光掃描系統(tǒng)110的檢測器115檢測。從激光掃描儀110向下發(fā)射光束160-1到160-5。通過指示光束方向的箭頭線的末端的開口環(huán)示出例如160-1的光束照射在反射器130上的點(diǎn)。如果工件150具有圓形的或其他非直角的反射邊緣135，則反射光束165將不會被檢測器115檢測到。示出多個光束160-1到160-5和反射光束165-1到165-5。平行于第一和第二反射光束165-1和165-2各自的入射光束160-1和160-2反射第一和第二反射光束165-1和165-2。通過檢測器115檢測和測量光束165-1和165-2。在反射邊緣135的彎曲部分處，第三和第四光束160-3和160-4照射在反射邊緣135上。因此，不通過檢測器115檢測反射光束165-3和165-4。光束160-5被反射回165-5檢測器115，因?yàn)楣馐?60-5在與光束160-5成直角的工件150的反射邊緣135處照射在工件150上。
[0027]圖3B圖示根據(jù)某些實(shí)施例的具有偏移的工件150的側(cè)面測量。這個視圖圖示側(cè)面測量系統(tǒng)100的局部平面圖。為了清楚，省略保持件140和緊固件145。所示的側(cè)面測量系統(tǒng)100包括多個圍繞工件150的外圍固定的反射器130。如圖3A中的實(shí)施例，光束160通過反射器130朝向工件150的反射邊緣135反射。反射邊緣135將光束160反射回至反射器130作為由結(jié)合至激光掃描系統(tǒng)110的檢測器115檢測的反射光束165。如果工件150具有在反射邊緣135或其他非直角邊緣的偏移，則反射光束165將不會被檢測器115檢測。示出多個光束160-10到160-15以及反射光束165-10到165-15。第一反射光束165-10被平行于入射光束160-10反射。將通過檢測器115檢測和測量反射光束165-10。第二光束160-11照射在工件150的邊緣的偏移部分處的反射邊緣135上。因此，反射光束165-11將不會被檢測器115檢測。光束160-12到160-15被反射回至檢測器115作為反射光束165-12到165-15，因?yàn)楣馐?60-12到160-15照射在反射邊緣135的與光束160-12到160-15成直角的部分上。
[0028]圖4A圖示用于執(zhí)行工件150的側(cè)面測量的測量網(wǎng)格。要素180代表工件150的反射邊緣135的掃描路徑的中心線。在其中多個反射器130固定在XY平移臺120上的實(shí)施例中，要素180代表反射器130的軸以及用于激光掃描系統(tǒng)110的掃描路徑。在其中激光掃描儀系統(tǒng)100包括反射器130的實(shí)施例中，要素180代表激光系統(tǒng)110的掃描路徑。要素180疊加在任意XY坐標(biāo)空間上，XY平移臺120移動工件150通過該XY坐標(biāo)空間，或在其中工件150保持靜止并且平移激光掃描儀系統(tǒng)110的實(shí)施例中激光掃描儀系統(tǒng)110平移通過該XY坐標(biāo)空間。圖4B是圖4A的網(wǎng)格跨過線A-A的側(cè)截面圖，用于進(jìn)一步說明系統(tǒng)100的要素。要素180在四個任意命名的點(diǎn)(Xc^YciK (Xc^Y1)'(X^Y1)、(XnYci)相交。以下在圖5中描述用于執(zhí)行掃描的步驟。圖4A和4B圖示用于確定工件150的坐標(biāo)的計(jì)算原理。如在圖4B中所示，在高度Cl1處在任意掃描點(diǎn)(Xtl, Yi)之上定位激光掃描系統(tǒng)110。通過在反射器130上的點(diǎn)(Xc^Yi)處定向激光光束160進(jìn)行測量。激光掃描系統(tǒng)110測量發(fā)射光束160和它的反射165(示出為160/165)的往返行程，除以二以得到一個方向的行程，減去(I1，并且獲得屯。工件在測量點(diǎn)處的坐標(biāo)是α+n)。激光掃描系統(tǒng)110在Y方向增量(垂直于頁面的平面)，同時X坐標(biāo)保持恒定在在每個增量處，測量工件150的反射邊緣135的距離并且確定工件150的坐標(biāo)。在第`二位置(X1, Yj)處，通過如虛線110’所示的激光掃描系統(tǒng)進(jìn)行另一個測量。計(jì)算發(fā)射光束160’和反射光束165’(示出為160’ /165’ )的往返行程距離并且將其除以二以得到一個方向的行程，減去Cl1，并且獲得dj。因此在測量點(diǎn)處工件150的坐標(biāo)是(X1-Clj, Yj)。圖4B也圖示了識別被測量的部分的類型的部件ID區(qū)域190。部件ID可以被傳送至CNC機(jī)器以獲取針對具有部件ID的部分的特定類型的CNC信息。圖6示出方法600的步驟以掃描部件ID區(qū)域190。
[0029]圖5圖示了根據(jù)某些實(shí)施例的工件的側(cè)面測量的方法500的步驟。該方法在步驟505處開始，其中對于將測量的部件類型確定部件ID。部件ID可以人工地輸入側(cè)面測量系統(tǒng)或在部件ID區(qū)域190通過激光掃描系統(tǒng)110掃描。側(cè)面測量掃描在激光掃描儀系統(tǒng)的第一位置處Xtl, Ytl開始。在步驟510，在Y方向增量激光掃描系統(tǒng)位置并且如在圖4B中以上所描述的進(jìn)行測量。在步驟515處，如果激光掃描儀系統(tǒng)的Y坐標(biāo)等于Y1,則對于具有等于Xtl的X坐標(biāo)的反射邊緣在Y方向的測量掃描停止，并且該方法前進(jìn)至步驟520。否則，該方法返回至步驟510。在步驟520，在X方向增量初始在Xtl, Y1的激光掃描系統(tǒng)的位置并且進(jìn)行測量。在步驟525，如果激光掃描儀系統(tǒng)的X坐標(biāo)等于X1,則對于具有等于Y1的Y坐標(biāo)的反射邊緣測量掃描停止，并且方法前進(jìn)至步驟530。否則，該方法返回至步驟520。在步驟530，在Y方向減量初始在XnY1的激光掃描系統(tǒng)的位置，并且進(jìn)行測量。在步驟535處，如果激光掃描系統(tǒng)位置的Y坐標(biāo)等于Ytl,對于具有等于X1的X坐標(biāo)的反射邊緣測量掃描停止，并且該方法前進(jìn)至步驟540。否則，該方法返回至步驟530。在步驟540，在X方向減量初始在X1, Ytl的激光掃描儀位置，并且進(jìn)行測量。在步驟545，如果激光掃描儀系統(tǒng)位置的X坐標(biāo)等于Xtl,則對于具有等于Ytl的Y坐標(biāo)的反射邊緣測量掃描停止，并且方法500結(jié)束。否則方法返回至步驟540。
[0030]作為一個示例，以預(yù)定方式移動激光掃描，從而其以離散偏移橫穿工件的整個外圍。在其他實(shí)施例中，激光掃描可以橫穿少于工件整個外圍，掃描足夠數(shù)目的點(diǎn)從而仍然可以做出工件的準(zhǔn)確測量。
[0031]圖6圖示根據(jù)某些實(shí)施例的識別工件以用于執(zhí)行側(cè)面測量的方法600的步驟。如在圖4B中所示，部件ID區(qū)域190位于工件150的反射邊緣上。在步驟605，初始激光掃描儀系統(tǒng)定位在Xtl, Ytl處。部件ID位置在XnYci處結(jié)束。在步驟610，激光掃描系統(tǒng)的X坐標(biāo)增量并且進(jìn)行測量。將測量平移至如上所示的坐標(biāo)中。在步驟615，如果激光掃描儀的X坐標(biāo)等于X1，則方法前進(jìn)至步驟620。否則方法返回至步驟610。在步驟620，解碼部件ID的坐標(biāo)。以下討論從坐標(biāo)解碼部件ID。
[0032]系統(tǒng)集成
[0033]本文所描述的側(cè)面測量過程是在工件的加工過程中的預(yù)處理過程。因此，側(cè)面測量系統(tǒng)可以集成到現(xiàn)有的CNC機(jī)器中。在這種集成中，激光掃描系統(tǒng)接口連接至CNC機(jī)器中的處理器，從而將通過激光掃描系統(tǒng)生成的工件的坐標(biāo)作為數(shù)據(jù)發(fā)送至CNC機(jī)器。已對CNC機(jī)器編程以加工工件并且因此CNC機(jī)器包含在機(jī)器加工之前和期間描述工件的數(shù)據(jù)。可以將由激光掃描系統(tǒng)生成的坐標(biāo)與存儲在CNC機(jī)器中的工件的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。為了促進(jìn)該比較，CNC數(shù)據(jù)可以被引用至部件ID。將被機(jī)器加工的工件以及其側(cè)面測量也可以由部件ID引用。
[0034]解碼部件ID
[0035]本文所描述的部件ID是用于工件150的特殊類別的標(biāo)識符。部件ID使工件150的特定類型或形狀與CNC指令相關(guān)聯(lián)，CNC指令將加工特定類型或形狀的所有工件150。在執(zhí)行側(cè)面測量過程之前，部件ID可以人工輸入至CNC機(jī)器。可替換地，可以從工件150本身上的標(biāo)簽或加工掃描部件ID。激光掃描系統(tǒng)110檢測反射的存在和缺失，并且如果存在反射計(jì)算從激光系統(tǒng)到工件150上的反射點(diǎn)的距離。因此，激光掃描系統(tǒng)可以檢測工件150在反射邊緣135上的加工的深度和寬度。然后可以從各種深度、寬度和/或反射性的工件150上的部件ID區(qū)域190的加工中構(gòu)造部件ID。將寬度、深度和/或反射性的掃描模式發(fā)送至CNC機(jī)器并且根據(jù)在CNC機(jī)器中存儲的模式將其變換為部件ID。
[0036]工件的非反射部分
[0037]如以上在圖3A和3B中所描述的，工件150不需要僅包括直角反射邊緣。在測量期間，可以通過檢測器115在測量期間響應(yīng)于激光掃描系統(tǒng)110發(fā)射光束160而沒有接收到反射光束165來檢測其他反射邊緣中的彎曲邊緣或偏移。非反射區(qū)域作為無效坐標(biāo)存儲。無效坐標(biāo)為例如，負(fù)坐標(biāo)、太大為明顯無效的坐標(biāo)、或其他邏輯無效坐標(biāo)值。然后可以將這些非反射區(qū)域的坐標(biāo)與在CNC機(jī)器中的理想的坐標(biāo)集相比較以確定工件150是否與理想坐標(biāo)一致。如果所測量的坐標(biāo)與理想坐標(biāo)的偏差大于閾值量，從而可以做出工件150具有錯誤部件ID的邏輯推論，則在啟動CNC機(jī)器的加工過程之前可以對側(cè)面測量/CNC系統(tǒng)的操作者發(fā)出適當(dāng)?shù)耐ㄖ?。這種比較可以識別工件150的不良制造，并且也可以識別工件150上的不適當(dāng)?shù)牟考蘒D。在兩種情況中，在對工件機(jī)加工之前，通過將側(cè)面測量坐標(biāo)與CNC機(jī)器中的理想坐標(biāo)相比較產(chǎn)生較少的廢品。
[0038]提高掃描效率
[0039]如以上所描述的，側(cè)面測量系統(tǒng)可以與CNC機(jī)器集成。CNC機(jī)器包含用于工件150的加工指令。加工指令可以通過工件的部件ID引用。通過將激光測量過程集成到CNC機(jī)器中，可以預(yù)處理用于工件150的理想坐標(biāo)以確定工件150的每個反射邊緣135的非反射區(qū)域位于什么地方。然后，本文所描述的側(cè)面測量過程可以被修改以跳過這些非反射區(qū)域，因而通過不浪費(fèi)掃描反射邊緣的非反射部分的時間來提高側(cè)面測量的速度。
[0040]在操作中，工件被放置在臺板上并且固定在臺板上。工件通常是具有反射邊緣的基本矩形。激光掃描儀對工件的整個外圍測量反射邊緣的坐標(biāo)并且存儲這些坐標(biāo)。在反射邊緣上的每個激光測量之間的增量可以變化以實(shí)現(xiàn)掃描速度和收集的數(shù)據(jù)點(diǎn)質(zhì)量之間的平衡。在通過CNC機(jī)器的機(jī)械加工過程之前，存儲側(cè)面測量坐標(biāo)并將其傳送至CNC機(jī)器。
[0041]已描述具體實(shí)施例用以說明本文要求的發(fā)明的特征。對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員將很容易明白，可以對這些實(shí)施例做出修改而不偏離由附加權(quán)利要求定義的本發(fā)明的精神和范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種用于執(zhí)行具有多個反射邊緣的工件的側(cè)面測量的方法，所述工件在相對于包括耦合至XYZ平移臺的激光掃描儀的機(jī)器的固定位置處，所述激光掃描儀初始定位在相對于所述工件的預(yù)定XYZ坐標(biāo)處，所述方法包括: a.通過所述XYZ平移臺，將所述激光掃描儀定位到下一個XYZ坐標(biāo)； b.通過所述激光掃描儀，使用由所述激光掃描儀發(fā)射的光束讀取從所述激光掃描儀到所述工件的所述多個反射邊緣中的第一反射邊緣上的反射點(diǎn)的距離； C.確定所述反射點(diǎn)的XY坐標(biāo)； d.重復(fù)步驟a、b和c直到已執(zhí)行所述工件的全部側(cè)面測量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中執(zhí)行側(cè)面測量包括確定所述多個反射邊緣的每個反射邊緣上的多個點(diǎn)處的反射點(diǎn)的XY坐標(biāo)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述工件基本是矩形的，并且所述工件基本與所述XYZ平移臺的所述XY平面對齊定向，并且重定位所述激光掃描儀包括沿著所述X和Y軸中的一個增量所述激光掃描儀的位置。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，進(jìn)一步包括存儲所述XY坐標(biāo)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法,其中當(dāng)響應(yīng)于所述激光掃描儀發(fā)射的所述光束而未接收到反射時，存儲無效坐標(biāo)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，進(jìn)一步包括確定用于所述工件的標(biāo)識符。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中確定用于所述工件的標(biāo)識符包括使用所述激光掃描儀掃描所述標(biāo)識符。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，進(jìn)一步包括獲取與所述標(biāo)識符相關(guān)聯(lián)的預(yù)定理想坐標(biāo)集。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，進(jìn)一步包括將所述存儲的坐標(biāo)與所述預(yù)定理想坐標(biāo)集相比較。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述機(jī)器進(jìn)一步包括通知系統(tǒng)，并且所述方法進(jìn)一步包括發(fā)出以下一個通知:所述存儲的坐標(biāo)與所述預(yù)定理想坐標(biāo)集基本匹配以及基本不匹配。
11.一種用于執(zhí)行具有多個反射邊緣的工件的側(cè)面測量的系統(tǒng)，包括: a.XYZ平移臺； b.耦合至所述XYZ平移臺的激光掃描儀； c.被配置為接收在相對于所述XYZ平移臺的固定位置的所述工件的臺板； d.控制器，被配置為: 1.將所述XYZ平移臺定位在相對于所述工件的預(yù)定的下一個XYZ坐標(biāo)處； ?.使用由所述激光掃描儀發(fā)射的光束，控制所述激光掃描儀以讀取到所述工件的所述多個反射邊緣的第一反射邊緣上的反射點(diǎn)的距離； ii1.確定所述反射點(diǎn)的XY坐標(biāo)；以及 iv.重復(fù)步驟i到iii直到確定了針對預(yù)定數(shù)目的反射點(diǎn)的XY坐標(biāo)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中所述臺板包括多個被配置為將所述光束反射至所述工件的所述多個反射邊緣的每一個反射邊緣上的點(diǎn)上的反射器。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述 的系統(tǒng)，其中所述激光掃描儀包括被配置為將所述光束反射至所述工件的反射邊緣上的點(diǎn)上的反射器。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中所述XYZ平移臺被配置為在Z軸，垂直于所述臺板的頂表面，旋轉(zhuǎn)所述激光掃描儀。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中所述控制器被配置為將所述XYZ平移臺重定位到第二預(yù)定XYZ坐標(biāo)，所述第二預(yù)定XYZ坐標(biāo)在通過所述第一預(yù)定XYZ坐標(biāo)并且平行于所述多個反射邊緣的一個反射邊緣的線上。
16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中所述控制器被配置為將所述XYZ平移臺重定位到在由所述多個反射器中的一個反射器的軸定義的線上的第二預(yù)定XYZ坐標(biāo)。
17.一種用處理器可執(zhí)行指令編程的永久性計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，當(dāng)執(zhí)行所述處理器可執(zhí)行指令時，執(zhí)行進(jìn)行具有多個反射邊緣的工件的側(cè)面測量的方法，所述工件相對于機(jī)器在固定位置，所述機(jī)器包括耦合至XYZ平移臺的激光掃描儀，所述激光掃描儀初始被定位在相對于所述工件的預(yù)定XYZ坐標(biāo)處，所述方法包括: a.通過所述XYZ平移臺，將所述激光掃描儀定位到下一個XYZ坐標(biāo)處；并且 b.通過所述激光掃描儀，使用由所述激光掃描儀發(fā)射的光束讀取從所述激光掃描儀到所述工件的所述多個反射邊緣中的第一反射邊緣上的反射點(diǎn)的距離； C.確定所述反射點(diǎn)的XY坐標(biāo)； d.重復(fù)步驟a、b和c直 到已執(zhí)行所述工件的全部側(cè)面測量。
【文檔編號】G05B19/401GK103809514SQ201310285436
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2013年7月5日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月5日
【發(fā)明者】杰哈德·則伯, 卓力 申請人:弗萊克斯電子有限責(zé)任公司