CN112585483A - 用于接触触发式坐标机中的测量循环生成的方法、计算机程序和设备 - Google Patents

Abstract

描述了一种用于生成用于使用由诸如机床(34)等坐标定位设备承载的测量探头(4；30)来检查物体(82)的测量循环的方法。所述测量循环包括测量路径，所述测量探头(4；30)沿着所述测量路径相对于所述物体(82)移动，以使得能够使用一系列接触触发式测量来检查所述物体(82)。所述方法包括在所述物体(82)的表面上定义多个接触触发式测量点(80a至80e)的步骤。所述多个接触触发式测量点(80a至80e)中的每一个都具有相关联的间隔位置(84a至84e)，从所述相关联的间隔位置使所述测量探头朝向所述接触触发式测量点(80a至80e)加速，使得所述多个接触触发式测量点中的每一个都与所述相关联的间隔位置(84a至84e)分隔开间隔距离(S₁至S₅)。所述方法进一步包括为所述多个接触触发式测量点(80a至80e)中的至少一些接触触发式测量点定义不同的间隔距离(S₁至S₅)，以及基于与每个接触触发式测量点(80a至80e)相关联的间隔距离(S₁至S₅)来计算在获取所述接触触发式测量点时要使用的探测给进速率(F₁至F₅)。还描述了对应的计算机程序和设备。

Description

用于接触触发式坐标机中的测量循环生成的方法、计算机程 序和设备

本发明涉及一种用于生成用于使用由诸如机床等坐标定位设备承载的测量探头来采集接触触发式测量值的测量循环的方法。

数控机床在工业制造应用中被广泛地使用。还已知可以在此类机床上安装各种测量探头，以便在加工过程之前和/或之后对物体(工件)进行检查。US 4153998中所描述的类型的接触触发式测量探头是可以在机床上使用的测量探头的一个示例。这种测量探头包括运动学机构，其中，当触针接触到物体时，触针固持器从探头主体中的相关联的座中脱离。运动学机构的脱离也会断开电路，从而生成触发信号。还已知接触触发式探头，其中使用应变仪等来测量触针偏转，并且当所述触针偏转超过一定的触针偏转阈值时发出触发信号。因此，由接触触发式探头发出的触发信号表明已经与物体接触。该触发信号被馈送到机床的数字控制器(NC)的SKIP(跳过)输入，并且与NC获得的探头位置的测量值结合使用以确定接触点在物体表面上的位置。

这些年来，已经开发出各种各样的策略或循环，以用于使用一系列接触触发式测量来测量物体。对于具有所谓的直接或“高速”SKIP输入的更高规格的机床，可以使用所谓的一触式测量(one-touch measurement)。这种测量涉及以相对较高的给进速率将测量探头的触针驱动到被测量的物体中，并且在触发信号被发出的瞬间根据由机床测得的测量探头的位置找到物体表面上的点的位置。根据这样的预定测量循环来测量物体表面上的多个点使得可以确定各种物体性质，诸如形状、形式、大小、位置和取向等。

目前，会在生成用于检查物体的测量循环之前设置多个测量参数。这通常包括在调试和/或校准过程期间设置探测给进速率(即，在获取接触触发式测量值时探头朝向物体移动的速度)，以便与要在设备上执行的任何接触触发式测量循环一起使用。机床用户将在对机床进行编程以实施测量循环时为每次接触触发式测量定义一定的间隔距离(即，探头与物体的初始间隔)。本发明人已经发现该现有技术与各种缺点相关联。例如，如果用户设置的间隔距离太短，则会引起测量误差。相反，如果用户设置的间隔距离太长，则循环时间将比必需时间长，从而降低了机床生产率。

US 9400178描述了一种用于计算针对由坐标定位设备获取的表面位置测量的最佳间隔距离的方法。该计算是使用坐标定位设备的测得的加速度特性来执行的，并且所有后续的接触触发式测量值都使用所述最佳间隔距离及其相关联的探测给进速率来获取。以这种方式预先设置间隔距离和探测给进速率确保了在获取每个接触触发式测量点的瞬间测量探头不会正在相对于物体加速。这防止了受加速度影响将位置不确定性引入所获取的表面位置测量值。

虽然US 9400178的技术计算出针对探测给进速率的最佳间隔距离，但是本发明人还发现了将单一预设的间隔距离和探测给进速率用于在测量循环期间获取的每个接触触发式测量点的缺点。特别地，物体的某些特征(例如，小孔或小穴)的大小和/或位置可能会妨碍测量探头与表面分隔开确保足够准确的测量所需的(最佳)间隔距离。这可能会导致对物体表面上的非最佳点进行了接触触发式测量，或者对所有测量点使用了较低的探测给进速率(即，减小了相关联的间隔距离)，从而对循环时间产生负面影响。

根据本发明的第一方面，提供了一种用于生成用于使用由坐标定位设备承载的测量探头来检查物体的测量循环的方法，所述测量循环包括测量路径，所述测量探头沿着所述测量路径相对于所述物体移动，以使得能够使用一系列接触触发式测量来检查所述物体，所述方法包括以下步骤：

在所述物体的表面上定义多个接触触发式测量点，所述多个接触触发式测量点中的每一个都具有相关联的间隔位置，从所述相关联的间隔位置使所述测量探头朝向所述接触触发式测量点加速，所述多个接触触发式测量点中的每一个都与所述相关联的间隔位置分隔开间隔距离，

其特征在于，所述方法包括：为所述多个接触触发式测量点中的至少一些接触触发式测量点定义不同的间隔距离，以及基于与每个接触触发式测量点相关联的间隔距离来计算在获取所述接触触发式测量点时要使用的探测给进速率。

因此，本发明的方法涉及生成可以用于检查诸如工件等物体的测量循环。使用由坐标定位设备承载的测量探头(诸如具有可偏转触针的接触触发式测量探头)执行检查。测量循环包括一组指令(诸如一组G代码命令)，所述指令定义了相对于物体如何移动测量探头。与本领域通常做法一样，测量探头与物体之间的相对运动可以通过测量探头的移动、物体的移动或测量探头和物体两者的移动来提供。在以下描述的一个实施例中，测量探头由坐标定位设备的可移动部分(例如，套管或主轴)承载，并且被移动成与静止物体接触。

使用本方法生成的所述测量循环包括测量路径，所述测量探头沿着所述测量路径相对于所述物体移动，以使得能够使用一系列接触触发式测量来检查所述物体。可以使用单个测量子程序，或通过调用共同提供用于测量物体的测量循环的一系列子程序来实施该测量循环。每次接触触发式测量都涉及使测量探头与物体形成表面感测关系(例如，使接触式测量探头的触针偏转可检测的量)以获取接触触发式测量点。因此，通过重复地将测量探头移动进入和移动脱离与物体的表面感测关系可以一次一个地采集接触触发式测量值。因此，可以看到这种接触触发式测量与扫描测量不同，在扫描测量中，随着测量探头围绕表面轮廓移动或行进而获取多个点(即，接触式测量探头的触针始终保持与表面接触，从而沿着物体表面上的路径进行扫描)。

本发明的方法还包括在所述物体的表面上定义多个接触触发式测量点。这些接触触发式测量点可以被定义为测量例如被检查的物体的关键方面(例如，尺寸、取向等)。除了在物体上定义每个测量点之外，所述多个接触触发式测量点中的每一个还具有相关联的间隔位置，从所述间隔位置使测量探头朝向接触触发式测量点加速。换句话说，为每个接触触发式测量点定义间隔位置，朝向测量点的移动是从所述间隔位置发起的。因此，所述多个接触触发式测量点中的每一个都与其相关联的间隔位置分隔开所谓的间隔距离。

根据本发明，将不同的间隔距离用于形成测量循环的多个接触触发式测量点中的至少一些接触触发式测量点。换句话说，代替针对循环中的每个测量点使用固定的间隔距离，为每个单独的测量点设置最佳间隔距离。该最佳间隔距离可以使用许多因素来进行计算。例如，可以考虑与被测量的表面相关联的接近问题、每个测量值所需的公差、探头在表面上的入射方向等。可以在测量循环的生成期间为每个接触触发式测量点自动生成间隔距离(例如，生成测量循环的软件可以使用某些标准来定义每个间隔距离)。在优选实施例中，用户自身可以在生成测量循环时手动设置间隔距离(例如，参考物体的CAD模型)。在为每个接触触发式测量点建立间隔位置以及因此间隔距离之后，为每个接触触发式测量点计算对应的(最佳)探测给进速率。探测给进速率是所命令的采集接触触发式测量值的速度。以这种方式，用于获取每个接触触发式测量点的给进速率可以是不同的(即，在定义的间隔距离是不同的情况下)。

代替为特定测量循环的所有接触触发式测量设置单一探测给进速率，本发明的方法采用期望的(例如，预先计算的或用户定义的)间隔距离，并且然后确定对于每个接触触发式测量点而言最佳的探测给进速率。与现有方法不同的是，该方法具有以下优点：可以获取所有测量点的期望准确度的接触触发式测量值，而不会影响总体循环时间。例如，可以对物体外表面上的点快速获取测量，而对需要较短间隔距离的点较慢地进行测量，因为这些点更难接近。因此，避免了与US 9400178的技术相关联的要求——即减慢所有测量(即，全面降低探测给进速率)以确保可以足够高的准确度获取测量点的子集。

如将在下面更详细地解释的，加速度特性根据不同类型的坐标定位设备而变化。针对特定的坐标定位设备，从静止加速或减速到给定速度所花费的时间是恒定的。针对其他设备，加速以恒定速率进行。因此，考虑坐标定位设备的加速度特性和为特定测量点的定义的间隔距离来设置用于表面位置测量的速度或探测给进速率。有利地，为每个接触触发式测量点计算出的探测给进速率确保在对所述接触触发式测量点的进行测量之前已经加速达到所述探测给进速率。换句话说，为每个测量点选择足够低的探测速度，以确保可以在获取测量点之前达到该探测速度。这确保了不会在测量探头相对于物体存在任何显著加速度的时段期间获取测量点(即，确保在下面提到的加速区之外进行测量)。

优选地，针对每个接触触发式测量点的探测给进速率被选择为最高给进速率，所述最高给进速率确保在对所述接触触发式测量点的进行测量之前已经加速达到所述探测给进速率。换句话说，为了使循环时间最小化，可以为每个测量点选择可能的最快给进速率，所述可能的最快给进速率确保在没有加速度的情况下进行每次测量。应注意的是，测量探头可以在间隔位置处从静止起点发起每次探测移动。然而，在探头到达间隔位置时(所述探头被命令为从该间隔位置起达到探测给进速率)，所述探头也可能正在以一定的给进速率(例如，用于使测量探头在不同的间隔位置之间移动的给进速率)移动。因此，当计算期望的探测给进速率时和/或在为特定的测量点设置间隔位置时，也可以使用所述间隔位置处的给进速率和/或探头运动方向。

方便地，为每个接触触发式测量点分别计算探测给进速率。优选地，使用所述机床的加速度特性来计算的探测给进速率。换句话说，可以使用间隔距离(即，间隔位置与相关联的接触触发式测量点之间的距离)和可选的坐标定位设备的加速度特性逐点计算最佳探测给进速率。可以使用数学表达式进行探测给进速率计算。可替代地，可以使用查找表进行探测给进速率计算。还可以定义间隔距离的与某些最佳探测给进速率相关联的子集。

可以通过多种方式来测量坐标定位设备的加速度特性。US 9400178(其通过援引并入本文)描述了可以使用的各种合适的技术。例如，可以通过测量与坐标定位设备的可移动部分以所命令的速度在已知间隔的两个点之间移动所花费的时间相对应的时间间隔来确定坐标定位设备的加速度特性。还应注意的是，本文所使用的术语“加速度特性”涵盖加速效果和减速效果两者。可以针对一个坐标定位设备测量多个加速度特性。例如，可以分别为每个机器轴线测量加速区。

通常使用单一探测给进速率进行对接触触发式测量的校准。如将在下面更详细地解释的，在坐标定位设备基于接收到从测量探头接收的触发信号而捕获测量探头的位置与测量探头首次达到与被测量的物体的特定位置关系(例如，触针首次与物体接触)的时间点之间通常存在基本上恒定的时间延迟。对于更快的探测给进速率而言，恒定的时间延迟会导致在达到测量探头与物体之间的所述位置关系与捕获测量探头位置之间的更大(但是可预测)的位置差异。

鉴于以上所述，有利地将补偿应用于以不同探测给进速率采集的接触触发式测量点。所述补偿优选地考虑所述测量探头同每个接触触发式测量点建立位置感测关系与所述坐标定位设备采集位置信息之间的基本上恒定的时间延迟。这使得可以适当地校准以不同的给进速率获取的任何接触触发式测量点，以得出正确的位置测量值。

本发明的方法可以在诸如机床、机器人或专用坐标测量机(CMM)等任何坐标定位设备上实施。有利地，所述方法在数控坐标定位设备上执行。优选地，所述坐标定位设备包括机床。如本领域技术人员将理解的，机床能够加工物体(例如，切割、铣削、磨削、钻孔等)，而不仅仅是测量设备。在优选实施例中，机床包括主轴，测量探头(所谓的在安装主轴上的测量探头)可以可释放地保持在所述主轴上。

有利地，所述机床包括数字控制器(NC)，所述NC具有用于从所述测量探头接收触发信号的直接SKIP输入(也称为高速SKIP)。以这种方式，向SKIP输入提供由测量探头以模拟(电压电平)信号的形式(可选地经由探头接口)发出的触发信号。在经由其SKIP输入接收到触发信号时，NC捕获测量探头在机床内的当前位置(即，所述NC“冻结机床刻度”)。使用直接(高速)SKIP输入意味着触发信号被数字控制器快速地识别；即，在识别出触发信号已经被发出时，控制器的不确定性或变化是最小的。有利地，数字控制器具有响应时间小于1毫秒的直接SKIP输入。

方便地，数字控制器具有响应时间小于100微秒的直接SKIP输入。尽管具有直接SKIP输入的NC被广泛地使用，但是应注意的是，还存在用于将触发事件传送到数字控制器的其他技术，并且此类技术可以等同地应用于本发明的方法中。例如，PCT申请PCT/GB2018/050130描述了使用数字数据总线承载触发事件信息。

本发明的方法可以用可以在接触触发模式下操作的任何测量探头来实施。例如，可以将模拟探头(也称为扫描探头)的输出与控制器或接口中的偏转阈值进行比较，以生成适当的触发信号。有利地，所述测量探头是韧性触发式探头。接触触发式探头在与表面达到一定位置关系时生成触发信号，但不会输出触针偏转的量度。因此，坚固触发式测量探头在接触物体表面后发出触发信号。测量探头可以是非接触式(例如光学、电感等)测量探头。优选地，测量探头是接触式探头，所述接触式探头具有用于接触物体的、可相对于探头壳体偏转的触针。测量探头还可以包括对刀仪，诸如接触式对刀仪或非接触式(例如，基于激光的)对刀仪。

本发明还扩展到一种计算机程序，所述计算机程序当在计算机(例如，通用计算机或数字控制器)上运行时实施上述方法。根据本发明，还可以提供一种被编程为实施所述方法的计算机(例如，通用计算机或数字控制器)。还可以提供一种用于存储这种程序的计算机存储载体(例如，光盘)。

根据本发明的第二方面，提供了一种坐标定位设备，所述坐标定位设备包括测量探头和处理器，所述处理器被配置成生成用于检查物体的测量循环，所述测量循环包括测量路径，所述测量探头沿着所述测量路径相对于所述物体移动，以使得能够使用一系列接触触发式测量来检查所述物体，所述处理器通过在所述物体的表面上(例如，自动地或基于用户输入)定义多个接触触发式测量点来生成所述测量循环，所述多个接触触发式测量点中的每一个都具有相关联的间隔位置，从所述相关联的间隔位置使所述测量探头朝向所述接触触发式测量点加速，所述多个接触触发式测量点中的每一个都与所述相关联的间隔位置分隔开间隔距离，其特征在于，所述处理器被配置成为所述多个接触触发式测量点中的至少一些接触触发式测量点(例如，自动地或基于用户输入)定义不同的间隔距离，并且基于与每个接触触发式测量点相关联的间隔距离来计算在获取所述接触触发式测量点时要使用的探测给进速率。

优选地，所述坐标定位设备包括具有NC的机床，所述NC具有直接SKIP输入。所述设备可以包括根据本发明的第一方面的方法特征中的任何特征。

本文还描述了一种用于生成用于使用由坐标定位设备承载的测量探头来检查物体的测量循环的方法(例如，计算机实施的方法)，所述测量循环包括测量路径，所述测量探头沿着所述测量路径相对于所述物体移动，以使得能够使用一次或多次接触触发式测量来检查所述物体，所述方法包括以下步骤：在所述物体的表面上定义一个或多个接触触发式测量点，每个接触触发式测量点都具有相关联的间隔位置，从所述相关联的间隔位置使所述测量探头朝向所述接触触发式测量点加速，每个接触触发式测量点都与所述相关联的间隔位置分隔开间隔距离，其中，用户为每个接触触发式测量点定义间隔距离，并且根据与每个接触触发式测量点相关联的间隔距离为所述接触触发式测量点计算探测给进速率。

现在将仅通过举例方式、参考附图来描述本发明，在附图中：

图1是承载了具有可偏转触针的测量探头的坐标定位设备的图示

图2展示了机床探测系统的典型架构，

图3展示了接触触发式测量的阶段，

图4示出了一种类型的机床上存在的加速区，

图5示出了在机器加速时段期间获取的测量值如何产生测量误差，

图6示出了可以如何将不同的间隔距离用于不同的测量点，

图7示出了为每个测量点计算探头给进速率的测量循环，以及

图8展示了随给进速率的变化而发生的测量点的位置变化。

参考图1展示了机床，该机床具有固持接触触发式测量探头4的主轴2。

机床包括诸如一个或多个马达8等已知装置，用于使主轴2相对于位于工件固持器7上的工件6在机床的工作区域内移动。使用编码器等以已知的方式准确地测量主轴在机器的工作区域内的位置；这样的测量提供了在机器坐标系(x，y，z)中定义的主轴位置数据。数字控制器(NC)20控制主轴2在机床的工作区域内的(x，y，z)移动，并且还从各种编码器接收关于主轴位置的信息。NC 20可以包括前端计算机或与这种计算机进行接口连接。

接触触发式探头4包括探头主体10，该探头主体使用标准可释放柄连接器附接到机床的主轴2。探头4还包括从壳体中突出的工件接触触针12。在触针12的远端提供触针球14，以用于接触相关联的工件6。当触针的偏转超过预定阈值时，接触触发式探头4生成所谓的触发信号。探头4包括无线发射器/接收器部分16，用于将触发信号传递至远程探头接口18的对应无线接收器/发射器部分。无线链路可以是例如RF的或光学的。

NC 20(经由探头接口18)接收主轴位置(x，y，z)数据和触发信号，并在接收到触发信号的瞬间记录显现的主轴位置数据(x，y，z)。在适当校准之后，这允许测量物体(诸如工件6)的表面上的点的位置。

如图2中示意性展示的，装配到机床上的探测系统可以被认为包括五个元件。这些元件包括：测量探头组件30、探头接口32(其包括探头传输系统及其到CNC系统36的接口)、机床34、CNC控制系统36、以及驻留在CNC控制系统36上的探头控制软件38。这些元件中的每一个都在探测系统的计量性能中并且在任何给定测量或探测循环的持续时间内起作用。

使用上述探测系统实施的任一测量循环内的关键事件是“触发”。测量探头30的触针与物体表面上的点的接触会在探头接口32内造成变化，所述变化被传递到CNC控制器36。下面参考图3更详细地描述的该过程，其对于操作者而言可能看起来是瞬间发生的。然而实际上，该过程涉及一系列分立的步骤，这些步骤最终产生触发信号，CNC控制器36根据所述触发信号做出动作。

参考图3，展示了典型的接触触发式探测序列的各个阶段。

在测量过程期间，以一定的速度或给进速率将探头朝向待测量的物体42的表面驱动。在第一时刻A，触针端头40与物体表面上的点接触。在测量过程的该第一阶段期间，探头继续朝向物体移动，并且探头进一步偏转。在第二时刻B，偏转超过了测量探头的触针偏转阈值。探头在最初与表面接触与达到探头感测阈值之间需要行进的距离称为机械预行程。在已知类型的运动学探头中，机械预行程是使触针弯曲到足以储存足够的应变能以克服复位弹簧的作用力开始将滚子从其座中抬起所需的距离。在所谓的应变仪探头中，触针弯曲直到应变仪装置记下超过预设值的应变变化。机械预行程取决于探头硬件，并且在测量循环期间不会随着探头移动速度而变化。因此，通常可以使用适当的校准和应用软件来“校准掉”机械预行程效果。

在机械预行程或第一阶段之后开始的测量过程的第二阶段涉及：探头接口识别出机械触发事件已经发生并向CNC控制器发出触发信号。机械触发事件发生与向CNC控制器发射触发信号之间的延迟通常称为接口响应时间。换句话说，接口在图3所示的时刻C发出其触发信号，此时探头已经朝向物体进一步行进，从而使触针进一步偏转。

应注意的是，接口响应时间通常包括与信号滤波相关联的延迟。出现该信号滤波延迟是因为典型的探头接口会连续地监测相关联的测量探头的状态并在测量探头与表面接触时向CNC系统发射触发信号。然而，作用在触针上的某些力(例如，惯性)可能会被接口错误地解释为表面接触事件。例如，如果使用较长的触针并且探头加速度较高，则很有可能发生短暂的触针偏转，这可能导致所谓的“错误触发”(即，在触针实际上未与表面接触的情况下产生的触发)。为了提高触发信号的可靠性，探头接口通常被安排成过滤掉任何瞬态信号，并且仅在超过偏转阈值信号水平持续预定时长(例如，0.01秒)时才向控制器发射触发信号。接口响应时间还可能存在与将触发事件从探头传输到接口相关联的较小的延迟分量；例如，在典型的光传输系统中为0.002秒，或者在标准RF通信系统中为0.01秒。尽管探头接口响应时间可能会根据测量系统的不同而有很大不同，但是对于特定设置而言探头接口响应时间通常是恒定的，因此可以进行校准掉。

典型的探头触发序列的第三阶段是机器的CNC控制器识别出从探头接口接收到的触发信号并根据所述触发信号做出动作的过程。因此，CNC控制器在图3所示的时刻D根据接收到的触发信号做出动作(例如，停止探头的移动)，此时探头已经更进一步行进，从而增大了触针的偏转。CNC控制器引入的这个时间延迟通常称为控制器响应或扫描时间。

图2所展示的CNC控制器36具有用于从探头接口32接收触发信号的所谓的“直接”或“高速”SKIP中断(即，输入)。在本示例中，探头触发信号与每个轴线控制板直接相连，因此在接收到触发信号时可以几乎立即锁存或记录当前轴线位置。这种类型的探针信号与轴线控制板的集成通常提供4μs数量级的响应时间或时延，并且抖动可忽略不计。应注意的是，各种可替代的控制器架构都可用于实施这种直接SKIP中断。

参考图4，示出了承载测量探头的机床的主轴如何花费一定量的时间加速到恒定速度或给进速率或从恒定速度或给进速率减速。换句话说，如果CNC控制器命令机床主轴以一定的给进速率开始移动，则将需要一定量的时间才能加速到该给进速率。主轴加速和减速的这个区域通常称为机器的“加速区”。

确定机床的加速和减速的方式的控制算法由CNC控制系统的制造商进行设置。这些控制算法可能根据机器制造的不同而不同，并且在机器被重新校准时也可能随之更改。主要的CNC控制系统制造商——西门子公司、发那科公司(Fanuc)、海德汉公司(Heidenhein)和三菱集团都实施了自己的特定逻辑方案和计算。然而，一般来说，机床通常不会以恒定的速率加速。例如，针对发那科公司和三菱集团的控制器，加速度的速率被设置成使得在预定时间(例如，0.06秒)内达到所编程的给进速率。因此，机床轴线为达到所编程的给进速率而行进的距离随着给进速率而线性增加。这在图4中示出，其中针对所命令的在1000mm/sec的第一给进速率下移动的情况和在2000mm/sec的第二给进速率下移动的情况示出了随时间变化的速度；第一给进速率和第二给进速率下的速度曲线分别由线50和52展示。

参考图5，将解释在机器的加速区中进行测量的有害影响。通常理解并接受的是，所有测量探头系统在安装到机床上之后都需要进行校准。通常，这需要以给进速率探测已知表面，该给进速率随后用于测量循环中。如以上所解释的，CNC控制系统记录的物体表面上的点的位置与该点的实际位置之间存在差异。该差异是由测量探头的机械预行程、以及由于探头接口和控制器的响应时间导致的延迟引起的。该差异也可以认为是触针接触物体与CNC控制系统接收触发信号之间的时间延迟。

图5示出了机床的典型速度与时间曲线60。如以上所解释的，对于给定的安装，由于机械预行程以及与测量相关联的探头接口和控制器的响应时间而导致的时间延迟将基本恒定。为了从由测量系统获取的测量值中消除时间延迟的影响，计算在触针接触物体的时间Tp与探头接口发出触发信号的时间Ti之间的时间内行进的距离A。然后，可以存储对于特定给进速率有效的距离A，并将所述距离用于校正未来报告的在该给进速率下获取的所有位置。现在考虑在机器的加速区中进行测量的情况。随着机器的加速，测量探头在触针接触物体的时间点Tp与发出触发信号的时间Ti之间的时间内行进的距离B将不同于距离A。换句话说，对测量位置的校正受到误差C的影响，所述误差的大小取决于加速区的用于测量的部分。

因此，可以看出应避免在测量探头处于加速区时获取表面测量值。换句话说，应确保当触针与物体表面接触时测量探头以恒定速度(即，以所命令的给进速率)移动，从而确保准确的计量。如果测量循环从静止起点发起，则因此测量探头应定位在距物体表面足够的距离处(即，间隔位置处)，以允许在进行任何表面测量之前将测量探头加速到所需的恒定速度；待测量的点与测量探头之间的初始距离或间隔称为间隔距离。如果间隔距离太小，则可能在机床仍在将探头加速到所需速度时进行测量，从而降低了计量的准确度。相反，如果间隔距离太大，则以较低的给进速率驱动探头与物体表面接触所花费的时间可能会很长，从而增加了完成测量循环所需的时间并降低了总体生产率。

接下来参考图6，将解释本发明的发明人如何发现现有技术中在测量循环期间进行的所有测量中设置和使用预定间隔距离和探测给进速率的过程具有几个缺点。特别地，图6示出了物体70，所述物体具有要使用测量探头71测量的各种表面。这些表面包括外表面72和小孔76的内表面74。

可以以相对较高的速度(例如，以F3000或3000mm/min的探测给进速率)来测量外表面72上的任何测量点78，但这可能需要使用例如至少2mm至5mm的间隔距离S(取决于机床的加速度特性和将物体安装在机床内的精度)。如果小孔76的半径具有与2mm至5mm的间隔距离相似的大小，考虑到该孔的位置的公差等，使用这种给进速率和间隔距离对于测量这种孔内的点79是不可能的或不够可靠的。以前，这会导致机床操作员简单地降低给进速率(从而减小了间隔距离)，由此它适合于对物体进行所有所需的测量。这样的全面降低给进速率将造成循环时间的总体增加。

接下来参考图7，将展示本发明人如何设计改进的测量循环以消除现有技术的缺点中一些。根据现有技术的方法生成测量循环的初始阶段是识别物体82的表面上的待测量的一系列测量点80a至80e。然而，然后由用户分别为每个点设置合适的间隔位置84a至84e。因此，每个点80a至80e的间隔距离S₁至S₅可能全部彼此不同、或者它们中的至少一些可能与其余的不同，但是每个间隔距离都由用户设置用于测量相关联的测量点。例如，用于测量孔86内的点84c的间隔距离S₃可以显著小于用于物体的外表面上的测量点的间隔距离S₁、S₂、S₄和S₅。

在用户已经设置好间隔距离之后，针对每个测量点确定探测给进速率。特别地，执行计算以建立在确保测量探头进行表面位置测量的瞬间加速度为零(或可忽略)(即，使得能在表面位置测量之前达到所命令的探测给进速率)的情况下可以使用的最快探测给进速率。以这种方式，计算出探测给进速率F₁至F₅。还应注意的是，可以以重定位给进速率F_r在测量位置之间移动探头。该重定位给进速率F_r可以比探测给进速率快，并且可以包括加速区和减速区，因为在重定位移动期间不进行任何测量。可以使测量探头在每个间隔位置84a至84e处静止，或者在测量探头到达间隔位置时测量探头可以以一定的速率移动。最快探测给进速率的计算可以考虑探头到达间隔位置时探头运动的速率或速度(例如，如果探头在到达其间隔位置时已经在朝着表面方向移动，则可能会有更快的探测给进速率)。如本领域技术人员将理解的，如本文所描述的探测给进速率的计算可以由在CNC控制系统上或在单独的计算机上运行的计算机程序来执行。

参考图8，将展示可以如何将以上述不同的探测给进速率采集的测量值转换成准确的表面位置测量值。如以上所解释的，在探头的触针接触物体表面与NC冻结机床刻度以获得位置测量值之间存在基本上恒定的时间延迟。该恒定的延迟意味着冻结刻度与触针同物体接触的点之间的位置差异随探测给进速率而变化。作为示例，考虑极慢的探测给进速率，例如F2(2mm/min)。在发出触发信号与冻结刻度之间测量探头相对于物体的移动量可以忽略不计。相反，如果探测给进速率高得多，例如为F2000(2000mm/min)，则可能会存在数微米的相对移动。如以上所解释的，可以通过适当的校准(假定进行测量时速度是恒定的)来消除这些影响，但通常仅在将用于测量的优选探测给进速率下执行这样的校准。

为了考虑测得的位置随探测给进速率的变化，在执行以上参考图7所描述的类型的测量循环时导出位置校正。特别地，根据探测给进速率来确定位置校正值。图8示出了位置校正随探测给进速率变化的曲线图。图8所展示的线性关系使得可以校正(校准)在各种探测给进速率下进行的接触触发式测量；这可以使用数学函数或查找表来完成。以这种方式，在获取参考图7描述的以不同的探测给进速率采集的多个测量点80a至80e时，可以消除速度相关的变化。

以上示例针对包括测量探头的接触触发式探测系统进行了描述，所述测量探头具有在机床上实施的可偏转触针。然而，相同的原理适用于任何类型的坐标定位设备和任何类型的探测系统。例如，这些技术可以应用于坐标测量机(CMM)。类似地，坐标定位设备可以承载任何已知类型的测量探头(例如，接触式探头或非接触式探头)。

Claims (15)

1.一种用于生成用于使用由坐标定位设备承载的测量探头来检查物体的测量循环的方法，所述测量循环包括测量路径，所述测量探头沿着所述测量路径相对于所述物体移动，以使得能够使用一系列接触触发式测量来检查所述物体，所述方法包括以下步骤：

在所述物体的表面上定义多个接触触发式测量点，所述多个接触触发式测量点中的每一个都具有相关联的间隔位置，所述测量探头自所述相关联的间隔位置加速朝向所述接触触发式测量点，所述多个接触触发式测量点中的每一个都与所述相关联的间隔位置分隔开间隔距离，

其特征在于，所述方法包括：为所述多个接触触发式测量点中的至少一些接触触发式测量点定义不同的间隔距离，以及基于与每个接触触发式测量点相关联的间隔距离来计算在获取所述接触触发式测量点时要使用的探测给进速率。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，为每个接触触发式测量点计算出的探测给进速率确保在测量所述接触触发式测量点之前，已经加速达到所述探测给进速率。

3.根据任一前述权利要求所述的方法，其中，为每个接触触发式测量点计算出的探测给进速率是最高给进速率，所述最高给进速率确保在对所述接触触发式测量点的进行测量之前，已经加速达到所述探测给进速率。

4.根据任一前述权利要求所述的方法，包括分别为每个接触触发式测量点计算所述探测给进速率的步骤。

5.根据任一前述权利要求所述的方法，其中，使用所述机床的加速度特性来计算所述探测给进速率。

6.根据任一前述权利要求所述的方法，其中，将补偿应用于以不同探测给进速率采集的接触触发式测量点，所述补偿考虑所述测量探头建立同每个接触触发式测量点的位置感测关系与所述坐标定位设备采集位置信息之间的基本上恒定的时间延迟。

7.根据任一前述权利要求所述的方法，其中，所述坐标定位设备包括机床。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述机床包括数字控制器，所述数字控制器具有用于从所述测量探头接收触发信号的直接SKIP输入。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述数字控制器具有响应时间小于1毫秒的直接SKIP输入。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述数字控制器具有响应时间小于100微秒的直接SKIP输入。

11.根据任一前述权利要求所述的方法，其中，所述测量探头是接触式探头，所述接触式探头具有用于接触所述物体的可偏转触针。

12.根据任一前述权利要求所述的方法，其中，所述测量探头是韧性触发式探头。

13.一种计算机程序产品，所述计算机程序产品当在适当的计算机上执行时包括实施根据任一前述权利要求所述的方法的指令。

14.一种坐标定位设备，所述坐标定位设备包括测量探头和处理器，所述处理器被配置成生成用于检查物体的测量循环，所述测量循环包括测量路径，所述测量探头沿着所述测量路径相对于所述物体移动，以使得能够使用一系列接触触发式测量来检查所述物体，所述处理器通过在所述物体的表面上定义多个接触触发式测量点来生成所述测量循环，所述多个接触触发式测量点中的每一个都具有相关联的间隔位置，所述测量探头自所述相关联的间隔位置加速朝向所述接触触发式测量点，所述多个接触触发式测量点中的每一个都与所述相关联的间隔位置分隔开间隔距离，其特征在于，所述处理器被配置成为所述多个接触触发式测量点中的至少一些接触触发式测量点定义不同的间隔距离，并且基于与每个接触触发式测量点相关联的间隔距离来计算在获取所述接触触发式测量点时要使用的探测给进速率。

15.根据权利要求14所述的坐标定位设备，包括具有数字控制器的机床，所述数字控制器具有直接SKIP输入。

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