CN103913138B

CN103913138B - 坐标测量装置及其控制方法

Info

Publication number: CN103913138B
Application number: CN201410008938.8A
Authority: CN
Inventors: 阿部信策
Original assignee: Mitutoyo Corp
Current assignee: Mitutoyo Corp
Priority date: 2013-01-08
Filing date: 2014-01-08
Publication date: 2017-10-13
Anticipated expiration: 2034-01-08
Also published as: US9377283B2; JP6144050B2; EP2752640B1; US20140190028A1; EP2752640A1; JP2014134383A; CN103913138A

Abstract

本发明涉及一种坐标测量装置及其控制方法。该坐标测量装置包括：测量探测器，用于测量三维坐标；测量臂，用于支撑所述测量探测器，并且输出计算所述三维坐标所用的位置信息；控制器，其连接至所述测量臂，并且基于所述位置信息来检测所述三维坐标；以及存储器，用于存储预定姿势。所述控制器还基于连续检测到的所述三维坐标来检测所述测量探测器的轨迹，并且通过使所述轨迹与存储在所述存储器中的姿势进行交叉核对来识别与所述轨迹相对应的特定姿势。

Description

坐标测量装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及坐标测量装置、以及用于使用姿势来控制该坐标测量装置的方法和程序。特别地，本发明涉及具有关节臂的坐标测量装置、以及用于使用姿势来控制该具有关节臂的坐标测量装置的方法和程序。

背景技术

已知有如下坐标测量装置，其中该坐标测量装置使用允许利用测量操作员进行直接手动移动的关节臂和测量探测器，来获得工件上的期望点的三维坐标值并且对该工件的三维形状和表面纹理等进行测量。

例如，日本特开2007-047014公开了包括最前端保持有测量探测器的关节臂的坐标测量装置。该坐标测量装置具有安装在各关节处的角度传感器，并且基于利用这些角度传感器所检测到的各关节的转动角度以及臂关节-臂关节之间的长度和臂关节-探测器之间的长度等，来计算探测器的最前端的空间坐标。操作员将手直接放置在关节臂上并且使保持在关节臂的最前端的探测器与工件的表面相接触，然后测量该工件。

这种坐标测量装置通常连接至位于远离该装置的位置处的诸如PC(个人计算机)等的控制装置。PC上运行的控制软件能够将多个菜单输出至显示装置，并且可以通过操作员选择这些菜单的其中一个来接收操作，然后可以根据所选择的菜单来执行诸如测量、保存测量数据和进行各种设置等的各种功能。

即使在操作员处于执行测量的中途的情况下也需要这种菜单选择操作。在这种情况下，测量操作员必须从坐标测量装置的附近移动至PC的附近。

为了解决该情形，例如可以考虑以下方法(以下称为臂菜单)：菜单显示得足够大以使得操作员即使从坐标测量装置附近也可以看得见，以及响应于臂的上下移动等来突出显示多个菜单的其中一个，并且可以响应于针对设置在探测器附近的按钮的操作等来选择突出显示的菜单(参见图5)。由此，操作员可以在无需远离坐标测量装置的情况下执行菜单选择操作。

然而，在上述的臂菜单中存在以下情形。首先，在测量的执行期间无法执行菜单选择操作。这是因为，控制装置无法区分臂的姿势是测量所用的操作还是菜单选择所用的操作。因而，为了进行该菜单选择操作，操作员必须中断测量的执行。

另外，在上述的臂菜单中，在操作员希望重复地选择相同菜单从而重复地执行相同功能的情况下，必须重复地进行相同系列的菜单选择操作。因此，菜单选择操作所用的时间和精力增加。

此外，在上述的臂菜单中，菜单始终以大尺寸显示在画面上，因而例如诸如测量结果等的数据的显示所用的区域可能缩窄。

另外，在上述的臂菜单中，为了选择菜单，臂必须上下移动。因此，选择需要时间，或者对操作员的身体负担极大，此外在移动臂的情况下，存在如下可能性：臂可能撞击测量环境(附近的人或工件)等并且对安全性产生负面影响。

发明内容

本发明的特征是为了解决以上情形而设计的，并且本发明提供使菜单选择的可操作性和安全性提高的坐标测量装置以及用于控制该坐标测量装置的方法和程序。

根据本发明的一种坐标测量装置，包括：测量探测器，用于测量三维坐标；测量臂，用于支撑所述测量探测器，并且还用于输出计算所述三维坐标所用的位置信息；控制器，其连接至所述测量臂，并且用于基于所述位置信息来检测所述三维坐标；以及存储器，用于存储预定姿势。所述控制器还用于：基于连续检测到的所述三维坐标来检测所述测量探测器的轨迹，以及通过使所述轨迹与存储在所述存储器中的姿势进行交叉核对来识别与所述轨迹相对应的特定姿势。

根据本发明的另一种坐标测量装置，包括：测量探测器，用于测量三维坐标；测量臂，用于支撑所述测量探测器，并且还用于输出计算所述三维坐标所用的位置信息；控制器，其连接至所述测量臂，并且用于基于所述位置信息来检测所述三维坐标；以及存储器，用于存储预定姿势。所述控制器还用于：基于连续检测到的所述三维坐标来检测所述测量探测器的轨迹，以及将基于所检测到的轨迹的姿势存储在所述存储器中。

根据本发明的一种坐标测量装置的控制方法，包括以下步骤：连续检测测量探测器的三维坐标，并且基于所述三维坐标来检测所述测量探测器的轨迹；以及通过使所述轨迹和预先存储在存储器中的姿势进行交叉核对来识别与所述轨迹相对应的特定姿势。

根据本发明的另一种坐标测量装置的控制方法，包括以下步骤：连续检测测量探测器的三维坐标，并且基于所述三维坐标来检测所述测量探测器的轨迹；以及存储步骤，用于将基于所检测到的轨迹的姿势存储在存储器中。

根据本发明的程序是用于在计算机上执行上述方法的程序。

根据本发明，可以提供使菜单选择的可操作性和安全性提高的坐标测量装置以及用于控制该坐标测量装置的方法和程序。

附图说明

在以下的详细说明中，通过本发明的典型实施例的非限制性示例的方式参考所述的多个附图来进一步说明本发明，其中在附图的几个视图中，相同的附图标记表示类似的部件，其中：

图1示出根据第一实施例的坐标测量装置的结构；

图2示出根据第一实施例的坐标测量装置的处理；

图3示出根据第一实施例的坐标测量装置的处理；

图4示出根据第一实施例的坐标测量装置的处理；

图5示出传统的菜单选择所用的方法；以及

图6示出传统的坐标测量装置的结构。

具体实施方式

这里所示的细节是举例，是仅用于例示性地论述本发明的实施例的目的，并且是为了提供被认为是针对本发明的原理和概念方面的最有用和最容易理解的说明而呈现的。在这方面，没有尝试以比本发明的基本理解所需的细节更详细的方式示出本发明的结构细节，其中利用附图所进行的说明使本领域技术人员显而易见地明白在实践中可以如何实现本发明的形式。

为了便于理解本发明，在说明本发明的实施例之前对坐标测量装置的典型结构进行说明。

图6示出坐标测量装置的结构。该坐标测量装置包括：测量探测器101，其由对工件200进行测量的接触型球体探测器构成；测量臂100，用于支撑测量探测器101；以及控制器300，用于将测量臂100控制成处于特定位置和姿势。

测量臂100包括：第一连杆～第三连杆106、108和110；支柱112；以及第一关节～第三关节107、109和111，用于连接这些组件。支柱112垂直地站立于固定至工作台等的基座13上。支柱112经由第三关节111连接至第三连杆110的第一端。第三关节111包括：致动器111a，用于在第三连杆110的水平面内相对于支柱112生成转动转矩；角度传感器111c，用于检测致动器111a的转动角度；致动器111b，用于在第三连杆110的垂直面内相对于支柱112生成转动转矩；以及角度传感器111d，用于检测致动器111b的转动角度。第三连杆110的第二端经由第二关节109连接至第二连杆108的第一端。第二关节109包括：致动器109a，用于在与第三连杆110的中心轴平行的平面内生成第二连杆108相对于第三连杆110的转动转矩；以及角度传感器109b，用于检测致动器109a的转动角度。此外，第二连杆108的第二端经由第一关节107连接至第一连杆106。第一关节107包括：致动器107b，用于绕第二连杆108的中心轴生成第一连杆106相对于第二连杆108的转动转矩；角度传感器107d，用于检测致动器107b的转动角度；致动器107a，用于在与第二连杆108的中心轴平行的平面内生成第一连杆106相对于第二连杆108的转动转矩；以及角度传感器107c，用于检测致动器107a的转动角度。另外，将生成绕第一连杆106的中心轴的转动转矩的致动器106a和检测致动器106a的角度的角度传感器106b设置到第一连杆106的与第一关节107的连结部。测量臂100如此被构成为利用六个轴进行工作。

第一连杆106的第二端安装有探测器头103。探测器头103包括位于侧面的手柄104和被动测量按钮105，并且包括位于最前端的探测器安装器102。测量探测器101经由探测器安装器102安装至探测器头103。通过握持手柄104以进行工作，测量操作员使测量探测器101从任何期望方向接近工件200，然后以任何期望角度与工件200接触以进行测量。另外，探测器安装器102被配置成可以安装有各种探测器。图6的测量探测器101使其最前端与工件200的表面相接触并且获得接触点的坐标。然而，可以利用例如使用CCD照相机或图像传感器的摄像探测器或者激光扫描型激光探测器等的非接触型探测器来更换测量探测器101。此外，转动轴不限于如图6所示的六个。作为代替，可以设置具有五个以下的轴或七个以上的轴的关节。此外，测量探测器101可以是连续测量被测量面的轮廓形状数据的复制探测器。

从测量臂100输出角度检测信号S1，其中该角度检测信号S1用作表示角度传感器106b、107d等所检测到的各关节107、109和111的相对角度的位置信息。控制器300输入该检测信号S1，然后例如使用日本特开2007-047014所述的方法来计算探测器101和工件200之间的接触点的坐标。

在下文，基于这种坐标测量装置，参考附图来说明本发明的实施例。图1示出根据本发明的实施例的坐标测量装置10的结构。

坐标测量装置10包括：测量探测器11，用于对工件进行测量；测量臂12，用于支撑测量探测器11，以使得测量探测器11能够响应于外力发生移位，其中测量臂12还输出测量探测器11的位置信息；以及控制器13，用于输入该位置信息并且计算测量探测器11的三维坐标。

控制器13包括存储器131。存储器131存储姿势列表、命令列表和所分配的姿势列表。所分配的姿势列表是由创建预定姿势(换句话说，测量探测器11的轨迹信息)和预定命令之间的期望关联的至少一个记录构成的列表。姿势列表和命令列表是用于预先存储能够登记在所分配的姿势列表中的姿势和命令的列表。

此外，控制器13还可以包括：显示器，用于输出菜单和三维坐标(测量结果)的显示；以及输入器(例如，指示装置、键盘等)，用于接收来自操作员的指示或输入。

接着，参考图2～4来说明坐标测量装置10的姿势。

登记姿势

图2是用于将姿势登记在姿势列表中的处理的流程图。

S101：控制器13连续检测测量探测器11的坐标。例如，控制器13可以针对每个固定时间量t连续地进行检测。这里，在测量探测器11的坐标的移位在长于t的时间量T内保持在预定阈值内的情况下，控制器13判断为测量探测器11变得静止。在测量探测器11变得静止的情况下，控制器13将此视为操作员停止测量操作并且开始姿势登记处理。

此外，除了以上判断以外，还可以通过检测设置在测量探测器11附近的输入器(图中未示出)(例如，按钮和开关等)或设置到控制器13的输入器的操作、以及通过利用姿势输入命令(以下说明具体方法)等，来开始姿势登记处理。

S102～S103：控制器13检测要登记在姿势列表中的姿势。通过例如针对每个固定时间量t连续地检测测量探测器11的坐标，控制器13获得时间序列的坐标集(S102)，然后在测量探测器11变得静止的情况下，控制器13停止坐标的获得(S103)。这里，还可以利用与步骤S101的方法相同的方法来判断测量探测器11是否静止。另外，可以通过检测输入器(图中未示出)的操作和通过利用姿势输入命令等来停止坐标的获得。

控制器13基于所获得的坐标集来检测姿势。例如，可以将通过按时间序列连结该坐标集所获得的轨迹检测作为姿势。可选地，可以在针对坐标集进行利用期望标准的采样以及进行坐标变换等之后获得轨迹。此外，可以使用其它常用方法来实现根据坐标集的姿势的检测。

S104：控制器13将步骤S102中所检测到的姿势登记在存储器131的姿势列表中。此外，除了包含通过图2所示的处理所识别出的姿势以外，姿势列表还可以预先包含典型姿势。例如，姿势列表可以预先包含圆形、正方形、三角形、上下方向的摆动、以及水平方向(左右或前后)摆动等作为初始值。

向姿势分配命令

参考图3来说明向姿势分配命令的处理。首先，控制器13将列表31和列表32显示在显示器上，其中列表31以一个视图示出登记在姿势列表中的姿势，以及列表32以一个视图示出预先登记在命令列表中的命令。这里，将使坐标测量装置10进行工作所涉及的各种命令预先登记在命令列表中。

另外，在所分配的姿势列表中已存在记录的情况下，控制器13可以检索该记录，并且以使得操作员能够识别姿势和命令之间的对应关系的方式将该记录显示在列表33中。

操作员使用输入器从列表31中选择一个姿势并且从列表32中选择要与该姿势相关联的命令。在接收到该输入的情况下，控制器13可以将所选择的姿势和命令以使得操作员能够识别这两者之间的对应关系的方式显示在列表33上。另外，控制器13将操作员所关联的姿势和命令添加并保存至所分配的姿势列表。

利用姿势的菜单执行

参考图4来说明使用姿势的菜单执行处理。S201：控制器13判断当前是否正在使用测量探测器11进行测量。例如，在控制器13中正执行测量菜单的情况下，控制器13判断为当前正使用测量探测器11进行测量。

S202：在当前没有使用测量探测器11进行测量的情况下，控制器13判断测量探测器11是否静止。这里，控制器13可以如上所述以与步骤S101的方式相同的方式进行判断。在测量探测器11静止的情况下，控制器13开始进行使用姿势的菜单执行处理。换句话说，控制器13待机以检测姿势。

此外，除了以上判断以外，例如，还可以通过检测设置在测量探测器11附近的输入器(例如，按钮和开关等；图中未示出)的操作来开始进行使用姿势的菜单执行处理。

步骤S203～S204：控制器13检测姿势。通过针对每个固定时间量t检测测量探测器11的坐标，控制器13获得时间序列的坐标集(S203)，然后在测量探测器11变得静止的情况下停止坐标的获得(S204)。这里，还可以利用与步骤S101的方法相同的方法来进行测量探测器11是否静止的判断。另外，可以通过检测输入器(图中未示出)的操作以及通过利用姿势输入命令等来停止坐标的获得。另外，控制器13基于所获得的坐标集来检测姿势。可以利用与以上所述的步骤S102～S103的方法相同的方法来进行姿势的检测。

步骤S205～S206：控制器13对步骤S203～S204中所检测到的姿势和存储在存储器131的姿势列表中的姿势进行匹配(交叉核对)(步骤S205)，从而识别姿势(步骤S206)。例如，控制器13将所检测到的姿势和存储在姿势列表中的所有姿势进行比较，然后可以将姿势列表中的、轨迹与所检测到的姿势的轨迹一致或轨迹与所检测到的姿势的轨迹的相似度最高的姿势识别为输入姿势。这里，可以利用各种常用方法来实现轨迹的交叉核对、并且典型为一致或相似度的判断。

S207：控制器13参考存储器131的所分配的姿势列表，然后确定与步骤S205中所识别出的姿势相关联的命令。然后，控制器13执行所确定的命令。

例如，所分配的姿势列表的内容可能类似于以下示例。

在该示例中，在通过步骤S201～S205的处理识别出姿势“使探测器在上下方向上摆动”的情况下，控制器13执行与该姿势相关联的命令“运行测量菜单”。此外，在识别出姿势“利用探测器描绘圆形(○)”的情况下，控制器13执行命令“运行姿势登记处理”。

根据本实施例，仅通过使位于测量臂12的最前轴的测量探测器11移动，可以执行期望命令(进行姿势操作)。此外，由于使期望姿势和命令相关联，因此可以利用操作员容易进行的姿势来执行经常使用的命令。此外，无需将传统的臂菜单显示在显示器上，因而对于诸如显示测量结果等的更加重要的用途，可以更多地使用显示器的画面。另外，操作员无需靠近控制器13选择菜单，由此可以缩短工作时间。这样，可以大幅提高作为传统关注的坐标测量装置10的可操作性。

根据本实施例，菜单的操作仅需要位于测量臂12的最前轴的测量探测器11的姿势操作。这种操作的移动与传统的臂菜单的移动相比小得多，因而可以减少诸如测量臂12撞击工件或人等的事故。这样，可以大幅提高作为传统关注的坐标测量装置10的安全性。

根据本实施例，可以使用特定姿势来直接执行期望命令。在传统的臂菜单等中，在有限的画面区域中发生菜单选择，因而通常使用层级菜单，从而需要操作员在选择期望菜单之前浏览大量的层。然而，在本实施例中，无需这种层级菜单选择。作为代替，可以使用特定姿势来直接执行期望命令，由此可以提高可用性并且可以缩短测量时间。

根据本实施例，所分配的姿势列表可以由多个操作员共用，因而可以提高可用性并且可以缩短测量时间。另外，通过由多个坐标测量装置10共用存储器131中的所分配的姿势列表，可以利用操作员容易进行的姿势对多个坐标测量装置10执行经常使用的命令。

本发明不限于以上实施例，并且可以在没有背离本发明的范围的情况下根据需要进行修改。例如，在上述实施例中，将控制器13作为硬件结构来进行说明。然而，本发明不限于此，并且还可以通过在CPU(中央处理单元)中执行计算机程序来实现期望处理。在这种情况下，可以使用各种类型的非瞬态计算机可读介质来存储计算机程序并且可以将该计算机程序供给至计算机。非瞬态计算机可读介质包括各种类型的有形存储介质。非瞬态计算机可读介质的示例包括以下：磁存储介质(例如，软盘、磁带和硬盘驱动器)；磁光存储介质(例如，磁光盘)；CD-ROM(只读存储器)；CD-R；CD-R/W；以及半导体存储器(例如，掩模ROM、PROM(可编程ROM)、EPROM(可擦除PROM)、闪速ROM和RAM(随机存取存储器))。另外，可以利用各种类型的瞬态计算机可读介质来将程序供给至计算机。瞬态计算机可读介质的示例包括电信号、光信号和电磁波。瞬态计算机可读介质可以将程序经由诸如电线和光纤等的有线通信通道或者经由无线通信通道来供给至计算机。

注意，已提供的上述示例仅用于说明的目的，并且决没有被构造成对本发明进行限制。尽管已参考典型实施例说明了本发明，但应当理解，这里已使用的词语是用于描述和说明的词语，而不是用于进行限制的词语。在没有背离本发明的各方面的精神和范围的情况下，可以在如当前陈述和修改的权利要求书的界限内进行改变。尽管这里已参考特定结构、材料和实施例说明了本发明，但本发明并不意图局限于这里所公开的细节；相反，本发明扩展至诸如在所附权利要求书的范围内等的在功能上等同的所有结构、方法和用途。

本发明不限于上述实施例，并且可以在没有背离本发明的范围的情况下进行各种改变和修改。

Claims

1.一种坐标测量装置，用于测量工件，且包括：

测量探测器，用于测量三维坐标；

测量臂，用于支撑所述测量探测器，并且还用于输出计算所述三维坐标所用的位置信息；

控制器，其连接至所述测量臂，并且用于基于所述位置信息来检测所述三维坐标；以及

存储器，用于存储用于使预定姿势和预定命令相关联的列表，

其中，所述控制器还用于：

判断所述测量探测器当前是否正用于测量所述工件，

当判断出所述测量探测器当前未用于测量所述工件时，基于连续检测到的三维坐标来检测所述测量探测器的运动轨迹，

当判断出所述测量探测器当前未用于测量所述工件时，通过使所检测出的轨迹与存储在所述存储器中的所述预定姿势进行交叉核对来识别与基于连续检测到的三维坐标所检测到的轨迹相对应的姿势，以及

参考存储在所述存储器中的所述列表来识别并执行所述列表中与所识别出的姿势相关联的命令。

2.一种坐标测量装置，用于测量工件，且包括：

测量探测器，用于测量三维坐标；

其中，所述控制器还用于：

判断所述测量探测器当前是否正用于测量所述工件，当判断出所述测量探测器当前未用于测量所述工件时，基于连续检测到的三维坐标来检测所述测量探测器的运动轨迹，

当判断出所述测量探测器当前未用于测量所述工件时，创建与所检测到的轨迹相对应的姿势和所述预定命令之间的关联，以及

当判断出所述测量探测器当前未用于测量所述工件时，将与所检测到的轨迹相对应的姿势和所述预定命令相关联地存储在所述存储器的所述列表中。

3.一种用于测量工件的坐标测量装置的控制方法，包括以下步骤：

在存储器中预先存储用于使预定姿势和预定命令相关联的列表；

判断测量探测器当前是否正用于测量所述工件；

当判断出所述测量探测器当前未用于测量所述工件时，连续检测测量探测器的三维坐标，并且基于连续检测到的三维坐标来检测所述测量探测器的运动轨迹；

当判断出所述测量探测器当前未用于测量所述工件时，通过使所检测到的轨迹和预先存储在所述存储器中的所述预定姿势进行交叉核对来识别与基于连续检测到的三维坐标所检测到的轨迹相对应的姿势；

参考所述列表来识别与所识别出的姿势相关联的命令；以及

执行所识别出的命令。

4.一种用于测量工件的坐标测量装置的控制方法，包括以下步骤：

判断测量探测器当前是否正用于测量所述工件；

当判断出所述测量探测器当前未用于测量所述工件时，创建与所检测到的轨迹相对应的姿势和预定命令之间的关联；以及

当判断出所述测量探测器当前未用于测量所述工件时，将与所检测到的轨迹相对应的姿势和所述预定命令相关联地存储在存储器的列表中。