CN102155910A - 三坐标测量机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种三坐标测量机，三坐标测量机(1)具备：测头(21)，其用于测量被测量物；移动机构(22)，其使测头(21)移动；以及动作控制器(3)。动作控制器(3)具备：电流值检测部(33)，其对用于利用移动机构(22)使测头(21)移动的电流值进行检测；以及负载判断部(34)，其根据利用电流值检测部(33)检测出的电流值以及与利用移动机构(22)使测头(21)移动的速度的目标值相应地设定的阈值，来判断施加到移动机构(22)的负载的状态，其中，速度的目标值与阈值之间的关系为成比例关系。

Description

三坐标测量机

技术领域

本发明涉及一种三坐标测量机。

背景技术

以往，已知一种三坐标测量机，该三坐标测量机具备：测头，其用于测量被测量物；移动机构，其使测头移动；以及控制装置，其控制移动机构(例如，参照专利文献1：日本特表2009-524032号公报)。在这样的三坐标测量机中，在利用移动机构使测头移动时，例如存在由于使用者的操作错误而使测头、移动机构与被测量物发生碰撞的情况，因此该三坐标测量机具备在这种情况下执行处理来使测头停止移动等的功能。

在此，在测头、移动机构与被测量物已发生碰撞的情况下，施加到移动机构的负载增加，用于利用移动机构使测头移动的电流值变大。因而，考虑将三坐标测量机设为以下结构：在判断测头、移动机构与被测量物的碰撞时，在上述电流值大于规定的阈值的情况下，判断为测头、移动机构与被测量物已经发生碰撞。

然而，在利用移动机构使测头移动的加速度较小(速度较慢)的情况下电流值较小，在加速度较大(速度较快)的情况下电流值较大，因此当将用于判断测头、移动机构与被测量物的碰撞的阈值设为固定值时，存在以下问题：在利用移动机构使测头移动的速度较慢的情况下，从测头、移动机构与被测量物发生碰撞起至利用三坐标测量机判断为已经发生碰撞为止需要耗费时间。

在专利文献1所记载的坐标测量设备(三坐标测量机)中，对流过用于驱动移动机构的电马达的电流值进行检测，将所检测到的电流值与根据利用移动机构使探头(测头)移动的目标速度、加速度而分阶段设定的阈值进行比较，由此判断测头、移动机构与被测量物是否发生碰撞，其中，上述移动机构构成为包括柱子、横支承体、横进给台以及坐标测量装置。由此，与阈值固定的情况相比，坐标测量设备能够迅速地判断测头、移动机构与被测量物是否发生碰撞。

然而，在专利文献1所记载的坐标测量设备中，根据目标速度、加速度来分阶段地设定阈值，因此存在无法对目标速度、加速度设定适当的阈值这种问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种三坐标测量机，该三坐标测量机能够设定用于判断测头、移动机构与被测量物发生碰撞的适当的阈值，能够迅速地判断测头、移动机构与被测量物是否发生碰撞。

本发明的三坐标测量机具备：测头，其用于测量被测量物；移动机构，其使上述测头移动；以及控制装置，其控制上述移动机构，该三坐标测量机的特征在于，上述控制装置具备：电流值检测部，其对用于利用上述移动机构使上述测头移动的电流值进行检测；以及负载判断部，其根据利用上述电流值检测部检测出的电流值以及与利用上述移动机构使上述测头移动的速度的目标值相应地设定的阈值，来判断施加到上述移动机构的负载的状态，其中，上述速度的目标值与上述阈值之间的关系为成比例关系。

根据本发明，利用移动机构使测头移动的速度的目标值与在负载判断部中设定的阈值之间的关系为成比例关系，因此在利用移动机构使测头移动的速度的目标值较慢的情况下，负载判断部将阈值设定得较小，在利用移动机构使测头移动的速度的目标值较快的情况下，负载判断部将阈值设定得较大。因而，三坐标测量机能够设定用于判断测头、移动机构与被测量物之间的碰撞的适当的阈值，能够迅速地判断测头、移动机构与被测量物是否发生了碰撞。

在本发明中，优选上述负载判断部根据利用上述电流值检测部检测出的电流值大于上述阈值的状态所持续的时间的长短，来判断施加到上述移动机构的负载的状态。

在此，除了测头、移动机构与被测量物发生碰撞时以外，例如存在利用移动机构使测头移动的速度进行加速时等，电流值检测部检测出的电流值变得大于阈值的情况。

根据本发明，负载判断部根据利用电流值检测部检测出的电流值大于阈值的状态所持续的时间长短来判断施加到移动机构的负载的状态，因此能够防止在对利用移动机构使测头移动的速度进行加速时等，错误判断施加到移动机构的负载的状态。

附图说明

图1是表示本发明的一个实施方式所涉及的三坐标测量机的整体示意图。

图2是表示上述实施方式中的三坐标测量机的概要结构的框图。

图3是表示上述实施方式中的三坐标测量机的负载判断处理的流程图。

图4是表示上述实施方式中利用移动机构使测头移动的速度与利用电流值检测部检测出的电流值之间的关系的图表。

图5是表示上述实施方式中利用移动机构使测头移动的速度的目标值与利用负载判断部设定的阈值之间的关系的图。

图6是表示上述实施方式中速度的目标值为最低值、中间值以及最高值时的电流值的状态与利用负载判断部设定的阈值之间的关系的图。

图7是表示上述实施方式中将速度的目标值设为最高值时的阈值、加速时间、持续时间之间的关系的图。

具体实施方式

下面，根据附图来说明本发明的一个实施方式。

[三坐标测量机的概要结构]

图1是表示本发明的一个实施方式所涉及的三坐标测量机1的整体示意图。图2是表示三坐标测量机1的概要结构的框图。此外，在图1中，将向上方向设为Z轴正方向，将与该Z轴正交的两个轴分别设为X轴和Y轴来进行说明。

如图1所示，三坐标测量机1具备：三坐标测量机主体2；动作控制器3，其执行三坐标测量机主体2的驱动控制；操作单元4，其用于通过控制杆等向动作控制器3发出指令来手动操作三坐标测量机主体2；主计算机5，其对动作控制器3发出规定的指令，并且执行对设置在三坐标测量机主体2上的工件10(被测量物)的形状分析等运算处理；以及连接在主计算机5上的输入单元61和输出单元62。此外，输入单元61是用于将三坐标测量机1的测量条件等输入到主计算机5的单元，输出单元62是用于输出由三坐标测量机1得到的测量结果的单元。

三坐标测量机主体2具备：测头21，其用于测量工件10，在其前端侧(Z轴负方向侧)具有与工件10的表面抵接的测量触头211；移动机构22，其保持测头21的基端侧(Z轴正方向侧)，并且使测头21移动；以及平台23，其上垂直设置有移动机构22。

移动机构22具备：滑动机构24，其保持测头21的基端侧，并且能够使测头21滑动移动；以及驱动机构25，其通过驱动滑动机构24以使测头21移动。

滑动机构24具备：两个立柱241，其被设置成从平台23的X轴方向的两端起向Z轴正方向延伸，能够沿着Y轴方向滑动移动；横梁242，其由各立柱241支承，沿着X轴方向延伸；滑动件243，其形成为沿着Z轴方向延伸的筒状，被设置成在横梁242上能够沿着X轴方向滑动移动；以及滑块244，其被设置成插入到滑动件243的内部，并且能够沿着Z轴方向在滑动件243的内部滑动移动。

如图1以及图2所示，驱动机构25具备：Y轴驱动部25Y，其支承各立柱241中的X轴正方向侧的立柱241，并且使其沿着Y轴方向滑动移动；X轴驱动部25X(在图1中省略图示)，其使滑动件243在横梁242上滑动来沿着X轴方向移动；以及Z轴驱动部25Z(在图1中省略图示)，其使滑块244在滑动件243内部滑动来沿着Z轴方向移动。此外，虽省略了图示，在驱动机构25中分别设置有用于检测滑动机构24在各个轴方向的移动量的传感器，各传感器输出与滑动机构24的移动量相应的信号。

如图2所示，作为控制装置的动作控制器3具备：驱动控制部31，其根据来自操作单元4或者主计算机5的指令来控制驱动机构25；以及信号检测部32，其对从设置于驱动机构25的传感器输出的信号进行检测。

信号检测部32对从各传感器输出的信号进行检测从而对滑动机构24的移动量进行检测。并且，利用信号检测部32检测出的滑动机构24的移动量被输出到主计算机5。此外，将滑动机构24的移动量调整为表示测量触头211的重心位置。

另外，该动作控制器3具有以下功能：在由于使用者的操作错误等而使测头21、滑动机构24与工件10发生碰撞的情况下，执行负载判断处理，为了执行使测头21的移动停止等规定处理而执行该判断处理。

具体地说，动作控制器3具备电流值检测部33和负载判断部34。

电流值检测部33对用于利用移动机构22使测头21移动的电流值进行检测。

负载判断部34根据利用电流值检测部33检测出的电流值以及与利用移动机构22使测头21移动的速度的目标值相应地设定的阈值，来判断施加到移动机构22的负载的状态。在此，根据来自操作单元4或者主计算机5的指令，动作控制器3算出利用移动机构22使测头21移动的速度的目标值。

主计算机5构成为具备CPU(Central Processing Unit：中央处理器)、存储器等，通过对动作控制器3发送指令来控制三坐标测量机主体2，利用移动机构22使测量触头211沿着工件10的表面移动，由此对工件10的形状进行测量。

[三坐标测量机的负载判断处理]

图3是表示三坐标测量机1的负载判断处理的流程图。

如图3所示，当执行负载判断处理时，动作控制器3执行以下步骤S1～S25。此外，以规定间隔反复执行负载判断处理。

首先，电流值检测部33对用于利用移动机构22使测头21移动的电流值进行检测(S1：电流值检测步骤)。

图4是表示利用移动机构22使测头21移动的速度V与利用电流值检测部33检测出的电流值I之间的关系的图表。此外，在图4中，将速度V和电流值I设为纵轴，将时间t设为横轴。并且，在图4中，用图线G1表示从速度V＝0加速至速度V＝Va的速度V的变化(下面，将速度V的加速所需时间设为加速时间Ta)，用图线G2表示电流值I随速度V的变化而发生的变化。在此，Va是利用移动机构22使测头21移动的速度的目标值。

如图4所示，在速度V的变化较大时、即加速度变大时，电流值I变大，在速度V的变化较小时、即加速度变小时，电流值I变小。并且，在速度V没有变化时，电流值I固定(下面，称为稳定状态)。

当在电流值检测步骤S1中检测出电流值I时，负载判断部34执行下面的步骤S21～S25，基于在电流值检测步骤S1中检测出电流值I以及与利用移动机构22使测头21移动的速度的目标值Va相应地设定的阈值，来判断施加到移动机构22的负载的状态(S2：负载判断步骤)。

在负载判断步骤S2中，首先，负载判断部34基于利用移动机构22使测头21移动的速度的目标值Va来设定阈值(S21：阈值设定步骤)。

图5是表示利用移动机构22使测头21移动的速度的目标值Va与利用负载判断部34设定的阈值Ia之间的关系的图。此外，在图5中，将阈值Ia设为纵轴，将速度的目标值Va设为横轴。

如图5所示，利用移动机构22使测头21移动的速度的目标值Va与利用负载判断部34设定的阈值Ia之间的关系为成比例的关系。此外，在本实施方式中，将利用测头21测量工件10时利用移动机构22使测头21移动的速度设为利用移动机构22使测头21移动的速度的最低值Vmes，将不测量工件10而使测头21移动时的最高速度设为利用移动机构22使测头21移动的速度的最高值Vmov。

并且，负载判断部34将速度的目标值Va为最低值Vmes时的阈值设为Imes，将速度的目标值Va为最高值Vmov时的阈值设为Imov，利用以下式子(1)来设定针对速度的目标值Va的阈值Ia。

但是，在以下式子(1)中，在速度的目标值Va在最低值Vmes以下(Va≤Vmes)的情况下，设Va＝Vmes，在速度的目标值Va在最高值Vmov以上(Va≥Vmov)的情况下，设Va＝Vmov。

$\mathrm{Ia}=\frac{\mathrm{Imov}-\mathrm{Imes}}{\mathrm{Vmov}-\mathrm{Vmes}}\×(\mathrm{Va}-\mathrm{Vmes})+\mathrm{Imes}\·\·\·\·\·\·\left(1\right)$

图6是表示将速度的目标值Va为最低值Vmes、中间值Vmid以及最高值Vmov时的电流值I的状态与利用负载判断部34设定的阈值Ia之间的关系的图。此外，在图6中，将电流值I设为纵轴，将时间t设为横轴。并且，在图6中，与图4同样，用图线G21～G23表示电流值I随速度V的变化而发生的变化。具体地说，图线G21是表示速度的目标值Va为最低值Vmes时的电流值I的变化的图线，图线G22是表示速度的目标值Va为最低值Vmes与最高值Vmov之间的值Vmid时的电流值I的变化的图线，图线G23是表示速度的目标值Va为最高值Vmov时的电流值I的变化的图线。此外，图线G23是与图4中的图线G2相同的图线。

如图6所示，在本实施方式中，负载判断部34将速度的目标值Va为最低值Vmes时的阈值Imes以及速度的目标值Va为最高值Vmov时的阈值Imov设为如下值，该值是各个速度的目标值Va时的稳定状态下的电流值I的大约120％。

因而，负载判断部34根据上述式(1)而将速度的目标值Va为中间值Vmid时的阈值Imid设为如下值，该值是速度的目标值Va＝Vmid时的稳定状态下的电流值I的大约120％。

当在阈值设定步骤S21中设定阈值时，负载判断部34将在电流值检测步骤S1中检测出的电流值I与在阈值设定步骤S21中设定的阈值进行比较(S22：电流值判断步骤)。

然后，负载判断部34在电流值I大于阈值的情况下，使持续时间递增(S231：持续时间递增步骤)，在电流值I小于阈值的情况下，使持续时间复位(S232：持续时间复位步骤)。此外，持续时间表示电流值I大于阈值的状态所持续的时间的长短，是存储在动作控制器3的存储器中的初始值为0的变量。

当在持续时间递增步骤S231或者持续时间复位步骤S232中持续时间被更新时，负载判断部34将所更新的持续时间与规定时间Tb进行比较(S24：持续时间判断步骤)。然后，负载判断部34在持续时间比规定时间Tb长的情况下，输出报错(S25：报错输出步骤)，在持续时间比规定时间Tb短的情况下，不输出报错而结束负载判断处理。即，负载判断部34根据持续时间的长短来判断施加到移动机构22的负载的状态。

图7是表示速度的目标值Va为最高值Vmov时的阈值Imov、加速时间Ta、规定时间Tb之间的关系的图。此外，在图7中，利用点划线的图线G31、G32来例示测头21与工件10发生碰撞时的电流值I的变化。

如图7的图线G31、G32所示，当测头21与工件10碰撞而电流值I变得大于阈值Imov并且持续时间比规定时间Tb长时，负载判断部34在报错输出步骤S25中输出报错。

然后，当在报错输出步骤S25中输出报错时，动作控制器3执行使测头21停止移动等规定处理。

此外，在本实施方式中，将规定时间Tb设定为与加速时间Ta大致相同长短的时间。因而，利用移动机构22使测头21移动的速度V进行加速时的持续时间比规定时间Tb短，因此负载判断部34在持续时间复位步骤S232中使持续时间复位。即，在利用移动机构22使测头21移动的速度V进行加速时，负载判断部34不输出报错。

根据这样的本实施方式，起到以下效果。

(1)利用移动机构22使测头21移动的速度的目标值Va与利用负载判断部34设定的阈值Ia之间的关系为成比例的关系，因此，在利用移动机构22使测头21移动的速度的目标值Va较慢的情况下，负载判断部34将阈值Ia设定得较小，在利用移动机构22使测头21移动的速度的目标值Va较快的情况下，负载判断部34将阈值Ia设定得较大。因而，三坐标测量机1能够设定用于对测头21、滑动机构24与工件10之间的碰撞进行判断的适当的阈值Ia，能够迅速地判断测头21、滑动机构24与工件10是否发生了碰撞。

(2)负载判断部34根据持续时间的长短来判断施加到移动机构22的负载的状态，因此能够防止在利用移动机构22使测头21移动的速度V进行加速时等，错误判断施加到移动机构22的负载的状态。

[实施方式的变形]

此外，本发明并不限于上述实施方式，在能够达到本发明的目的的范围内进行的变形、改进等被包括在本发明中。

例如，在本实施方式中，将规定时间Tb设定为与加速时间Ta大致相同长短，但是也可以将规定时间Tb设定为除此以外的长度。

在上述实施方式中，负载判断部34根据持续时间的长短来判断施加到移动机构22的负载的状态，但是也可以不根据持续时间的长短来判断施加到移动机构22的负载的状态。总之，只要负载判断部根据利用电流值检测部检测出的电流值以及与利用移动机构使测头移动的速度的目标值相应地设定的阈值来判断施加到移动机构的负载的状态即可。

在上述实施方式中，将利用测头21测量工件10时利用移动机构22使测头21移动的速度设为利用移动机构22使测头21移动的速度的最低值Vmes，将不测量工件10而使测头21移动时的最高速度设为利用移动机构22使测头21移动的速度的最高值Vmov。与此相对，也可以不设定利用移动机构使测头移动的速度的最低值以及最高值。

Claims (2)

1.一种三坐标测量机，具备：测头，其用于测量被测量物；移动机构，其使上述测头移动；以及控制装置，其控制上述移动机构，该三坐标测量机的特征在于，

上述控制装置具备：

电流值检测部，其对用于利用上述移动机构使上述测头移动的电流值进行检测；以及

负载判断部，其根据利用上述电流值检测部检测出的电流值以及与利用上述移动机构使上述测头移动的速度的目标值相应地设定的阈值，来判断施加到上述移动机构的负载的状态，

其中，上述速度的目标值与上述阈值之间的关系为成比例关系。

2.根据权利要求1所述的三坐标测量机，其特征在于，

上述负载判断部根据利用上述电流值检测部检测出的电流值大于上述阈值的状态所持续的时间的长短，来判断施加到上述移动机构的负载的状态。

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