CN105806195A - 一种表面测量方法、装置以及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种表面测量方法、装置及系统，该方法包括：将刀具移动到待测量部件的待检测表面的基准点的位置，根据基准点建立三维坐标系得到基准点的坐标；确定待检测表面上的多个待检测位置，将刀具分别移动到待检测位置的正上方；移动探针以使针尖接触到待检测表面，移动刀具以使刀尖接触到待检测位置，在针尖和刀尖均接触到待检测表面时形成闭合回路，产生触发信号；分别获取触发信号产生时待检测位置相对于基准点在z轴上的高度，结合基准点的z轴坐标得到待检测位置在z轴上的坐标；利用各待检测位置在x、y以及z轴上的坐标值得到待检测表面的函数；利用函数得到待检测表面各点的位置坐标，实现对待检测表面的测量。

Description

一种表面测量方法、装置以及系统

技术领域

本发明涉及机械自动化、机电一体化等领域，尤其涉及一种表面测量方法、装置以及系统。

背景技术

数控机床是数字控制机床(Computernumericalcontrolmachinetools)的简称，是一种装有程序控制系统的自动化机床。该控制系统能够逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序，并将其译码，用代码化的数字表示，通过信息载体输入数控装置，经运算处理由数控装置发出各种控制信号，控制机床的动作，按图纸要求的形状和尺寸，自动地将零件加工出来。数控机床较好地解决了复杂、精密、小批量、多品种的零件加工问题，是一种柔性的、高效能的自动化机床，代表了现代机床控制技术的发展方向，是一种典型的机电一体化产品。

在数控机床加工部件的过程中，经常会遇到对被加工部件的表面的平整度进行检测的情况。例如数控机床的其中一个功能是雕刻覆铜板。覆铜板，全称为覆铜板层压板(CopperCladLaminate，CCL)，又名基材，是将补强材料浸以树脂，一面或两面覆以铜箔，经热压而成的一种板状材料，它是印制电路板(PrintedCircuitBoard，PCB)的基本材料。雕刻是通过数控机床的雕刻刀具，在覆铜板铜箔上将电子线路金属化的过程，以此实现印制电路板的电子线路加工，也称为PCB雕刻。

现有技术用于雕刻覆铜板的数控机床主要包括主轴、刀具、载物台、压板装置、控制单元等，其中控制单元用于控制主轴进行上下、左右移动，刀具和压板装置安装在主轴上，压板装置由一个具有弹性的物体(例如橡胶环)嵌入环状的金属件上制成。参见图1，在雕刻过程中，覆铜板固定在载物台上，主轴带动刀具和压板装置下降，当压板装置下降预设距离后，所述压板装置与所述覆铜板表面接触，此时压板装置停止下降，刀具按照预设的雕刻深度继续下降，以在压板装置的范围内对待雕刻覆铜板的铜箔进行雕刻。由于在实际应用中，待雕刻的覆铜板表面往往平整度不一，有高有低，这就使得在刀具雕刻之前，在压板装置范围内的覆铜板的不同位置距离刀具的垂直距离是不同的，而刀具通常情况下都是按照设定的雕刻深度进行雕刻，因此造成覆铜板的雕刻痕迹深浅不一，甚至出现表面较低的地方刀具的刀尖无法划破铜箔，导致无法形成线路；而表面较高的地方刀具的刀尖可能会将铜箔全部剥除，导致严重的线路损伤的情况。因此，如果能够在雕刻之前对覆铜板平面各区域的相对高度预先进行检测，并且根据预先检测得到的相对高度来对预设的刀具雕刻起点高度进行补偿，那么就可以解决覆铜板雕刻痕迹深浅不一的技术问题。所以，现有技术中亟待需要出现一种能够实现对像所述覆铜板一样的零部件的表面进行平整度检测的技术方案。

发明内容

为了解决现有技术中存在的技术问题，本发明提供一种平面测量方法、装置以及系统，实现了对待检测金属的待检测表面的平整度的测量。

本发明提供了一种表面测量方法，所述方法包括：

将刀具移动到待测量部件的待检测表面的基准点的位置，并根据所述基准点建立三维坐标系，得到所述基准点的坐标，所述待测量部件的待检测表面具有金属层，所述三维坐标系的z轴与所述刀具平行，且所述z轴和所述刀具垂直于同一平面；

确定所述待检测表面上的多个待检测位置，将所述刀具分别移动到所述待检测表面上待检测位置的正上方；

移动探针以使所述探针的针尖接触到所述待检测表面，移动所述刀具以使所述刀具的刀尖接触到所述待检测位置，所述探针的针尖由导电材料制成，在所述探针的针尖和所述刀具的刀尖均接触到所述待检测表面时形成闭合回路，产生触发信号；

分别获取触发信号产生时所述待检测位置相对于所述基准点位置在z轴上的高度，结合所述基准点的z轴坐标得到所述待检测位置在z轴上的坐标；

利用各个待检测位置在x轴、y轴以及z轴上的坐标值得到关于所述待检测表面的函数；

利用所述函数得到所述待检测表面各个点的位置坐标，实现对所述待检测表面的测量。

优选的，所述关于待检测表面的函数属于平面函数或曲面函数。

优选的，所述平面函数为：

a₁x+b₁y+c₁z＝k₁

其中，所述a₁、b₁、c₁和k₁为参数，所述x,y,z为待检测位置分别在在x轴、y轴以及z轴上的坐标值。

优选的，所述待检测表面的函数属于曲面函数。

优选的，所述曲面函数为：

$a_2^{2}x+b_2^{2}y+c_2^{2}z=dz+k_2$

其中，所述a₂、b₂、c₂、d和k₂为参数，所述x,y,z为待检测位置分别在在x轴、y轴以及z轴上的坐标值。

优选的，所述利用所述函数得到所述待检测表面各个点的位置坐标包括：

根据所述待检测表面上一点的x轴和y轴的坐标值，以及所述函数，得到与该点对应的z轴坐标值。

本发明提供了一种表面测量装置，所述装置包括：坐标系建立单元、位置确定单元、刀具移动单元、坐标获取单元、函数确定单元和测量单元；

所述坐标系建立单元，用于将刀具移动到待测量部件的待检测表面的基准点的位置，并根据所述基准点建立三维坐标系，得到所述基准点的坐标，所述待测量部件的待检测表面具有金属层，所述三维坐标系的z轴与所述刀具平行，且所述z轴和所述刀具垂直于同一平面；

所述位置确定单元，用于确定所述待检测表面上的多个待检测位置；

所述刀具移动单元，用于将所述刀具分别移动到所述待检测表面上待检测位置的正上方；移动探针以使所述探针的针尖接触到所述待检测表面，移动所述刀具以使所述刀具的刀尖接触到所述待检测位置，所述探针的针尖由导电材料制成，在所述探针的针尖和所述刀具的刀尖均接触到所述待检测表面时形成闭合回路，产生触发信号；

所述坐标获取单元，用于分别获取触发信号产生时所述待检测位置相对于所述基准点位置在z轴上的高度，结合所述基准点的z轴坐标得到所述待检测位置在z轴上的坐标；

所述函数确定单元，用于利用各个待检测位置在x轴、y轴以及z轴上的坐标值得到关于所述待检测表面的函数；

所述测量单元，用于利用所述函数得到所述待检测表面各个点的位置坐标，实现对所述待检测表面的测量。

本发明提供了一种表面测量系统，所述系统包括：刀具，还包括：探针、探针驱动机构和处理器；

其中，所述处理器分别与所述刀具和所述探针驱动机构连接，所述探针驱动机构与所述探针连接；

所述处理器还通过电线分别与所述探针的针尖和所述刀具的刀尖连接，并向所述探针的针尖或所述刀具的刀尖输送电流，所述探针的针尖由导电材料制成；

所述处理器，用于控制刀具移动到待测量部件的待检测表面的基准点的位置，并根据所述基准点建立三维坐标系，得到所述基准点的坐标，所述三维坐标系的z轴与所述刀具平行，且所述z轴和所述刀具垂直于同一平面；确定所述待检测表面上的多个待检测位置，将所述刀具分别移动到所述待检测表面上待检测位置的正上方；控制所述探针驱动机构驱动探针移动，以使所述探针的针尖接触到所述待检测表面；移动所述刀具以使所述刀具的刀尖接触到所述待检测位置，在所述探针的针尖和所述刀具的刀尖均接触到所述待检测表面时形成闭合回路，产生触发信号；分别获取触发信号产生时所述待检测位置相对于所述基准点位置在z轴上的高度，结合所述基准点的z轴坐标得到所述待检测位置在z轴上的坐标；利用各个待检测位置在x轴、y轴以及z轴上的坐标值得到关于所述待检测表面的函数；利用所述函数得到所述待检测表面各个点的位置坐标，实现对所述待检测表面的测量。

优选的，所述探针驱动机构包括压缩气源和气缸，所述压缩气源用于驱动气缸中的运动机构进行往复运动；所述气缸中的运动机构用于驱动所述探针进行升降运动。

优选的，所述探针驱动机构还包括“凵”型安装件，所述“凵”型安装件的两端各自分别具有孔，其中一端的孔用于安装气缸的运动机构，另外一端的孔用于固定所述探针。

优选的，所述探针驱动机构包括电机、丝杆、滑块和导轨；

所述滑块具有内螺纹，所述丝杆具有外螺纹，所述滑块安装在所述丝杆上；所述滑块的端部通过滑槽与所述导轨进行滑动连接；所述滑块上安装有所述探针；

所述电机，用于通过带动所述丝杆旋转，从而驱动所述滑块进行升降运动，进而驱动所述探针进行升降运动。

优选的，所述探针驱动机构还包括传感器，用于检测所述滑块是否到达滑槽的预设位置，若是，则向所述处理器发送电机停止工作指令；

所述处理器，还用于在接收到所述电机停止工作指令后，控制所述电机停止工作。

优选的，所述电机包括步进电机、伺服电机、磁悬浮电机或直线电机。

优选的，所述探针包括针筒、弹簧和针体，所述弹簧内置在所述针筒内，所述针体的一端固定在所述弹簧上，另一端伸出所述针筒外。

本发明提供的表面测量方法、装置以及系统，通过将刀具移动到待检测部件的待检测表面的基准点的位置，并根据所述基准点建立三维坐标系，得到所述基准点的坐标；确定所述待检测表面上的多个待检测位置，针对每个待检测位置，移动所述探针和刀具，使得所述刀具的刀尖接触到所述待检测位置，由于所述探针的针尖或所述刀具的刀具通有电流，因此当二者均接触到具有金属层的所述待检测表面时，形成闭合回路，产生触发信号。然后分别获取所述触发信号产生时所述待检测位置相对于所述基准点位置在z轴上的高度，以得到所述待检测位置在z轴上的坐标，结合所述待检测位置的x轴和y轴上的坐标，代入到所述待检测表面的函数，求出所述该函数中的参数。这样，根据所述函数就可以得到所述待检测表面上任意一点在三维坐标系上的坐标，实现了对所述待检测表面的测量。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为现有技术中数控机床的主要结构；

图2为待检测部件放置在载物台上的剖面示意图；

图3为待检测部件放置在载物台上的另一个剖面示意图；

图4为本发明实施例一提供的一种表面测量系统的立体示意图；

图5为本发明实施例一提供的一种表面测量系统的主视图；

图6为本发明实施例一提供的一种表面测量系统的侧视图；

图7为本发明实施例一提供的一种表面测量系统的俯视图；

图8a为本发明实施例二提供的一种表面测量系统中所述探针驱动机构的主视图；

图8b为本发明实施例二提供的一种表面测量系统中所述探针驱动机构的侧视图；

图9a为本发明实施例二提供的一种表面测量系统中所述探针驱动机构的另一个主视图；

图9b为本发明实施例二提供的一种表面测量系统中所述探针驱动机构的另一个侧视图；

图10为本发明实施例三提供的一种表面测量方法的流程图；

图11为本发明实施例四提供的一种表面测量装置的结构框图。

具体实施方式

经过长期在本领域的实践，发明人发现现有技术在对待加工零部件进行加工(例如进行雕刻)之前并不关心待加工零部件的表面的平整度，因而往往会由于待加工零部件的平整度较低而导致出现零部件加工的精度不高(例如雕刻深浅不一)的问题，甚至无法使用。所述平整度是指待加工零部件(以下称为待检测部件)的待检测表面凹凸不平的状况和/或与水平面的平行状况，其中，后者是指当待检测部件放置在数控机床的载物台上后，待检测部件的待检测表面与载物台之间是否平行的情况。例如，参见图2，该图为待检测部件放置在载物台上的剖面示意图，从该图可以看出，待检测部件的上表面(待检测表面)与载物台之间是有夹角的。参见图3，该图为待检测部件放置在载物台上的另外一个剖面示意图，从该图可以看出，待检测部件的上表面呈凹凸不平的状况。在实际应用中，还可能会出现图2和图3结合的状况。

为了解决这个技术问题，发明人提出了一种能够测量待检测部件表面的平整度的平面测量方法、装置以及一种表面测量系统。首先介绍所述表面测量系统，如背景技术部分记载，一般的数控机床包括载物台、主轴、刀具等，除此以外，在本申请中，所述表面测量系统还包括探针、探针驱动机构和处理器。所述处理器分别与所述刀具和所述探针驱动机构连接，所述探针驱动机构与所述探针连接。所述处理器还通过电线分别与所述探针的针尖和所述刀具的刀尖连接，并向所述探针的针尖或所述刀具的刀尖输送电流，所述探针的针尖由导电材料制成。所述处理器，用于控制刀具移动到待测量部件的待检测表面的基准点的位置，并根据所述基准点建立三维坐标系，得到所述基准点的坐标，所述待测量部件的待检测表面具有金属层，所述三维坐标系的z轴与所述刀具平行，且所述z轴和所述刀具垂直于同一平面；确定所述待检测表面上的多个待检测位置，将所述刀具分别移动到所述待检测表面上待检测位置的正上方；控制所述探针驱动机构驱动探针移动，以使所述探针的针尖接触到所述待检测表面；移动所述刀具以使所述刀具的刀尖接触到所述待检测位置，在所述探针的针尖和所述刀具的刀尖均接触到所述待检测表面时形成闭合回路，产生触发信号；分别获取触发信号产生时所述待检测位置相对于所述基准点位置在z轴上的高度，结合所述基准点的z轴坐标得到所述待检测位置在z轴上的坐标；利用各个待检测位置在x轴、y轴以及z轴上的坐标值得到关于所述待检测表面的函数；利用所述函数得到所述待检测表面各个点的位置坐标，实现对所述待检测表面的测量。

在本发明中，处理器通过电线分别与所述探针的针尖和刀具的刀尖连接，并向所述探针的针尖或所述刀具的刀尖输送电流。由于探针的针尖和刀具的刀尖均由导电材料制成，且所述待测量部件的待检测表面具有金属层，因此在探针的针尖和刀具的刀尖均接触到所述待检测表面时，电流在探针、待检测部件和刀具之间形成闭合回路，产生触发信号。所述待测量部件的待检测表面具有金属层的含义是所述待测量部件中至少是待检测表面是具有金属层的，即所述待检测表面是可导电的，而除待检测表面的其他部分(包括待检测部件的其余表面或者内部)可以是金属的，也可以是非金属的。例如，所述待检测部件可以为部分或全部表面涂有金属层的非金属部件，所述待检测部件还可以本身就是金属部件。

当所述处理器接收到所述触发信号时，便得知所述刀具的刀尖接触到了待检测表面，此时处理器检测所述待检测位置相对于基准点位置在z轴上的高度，并结合基准点的z轴坐标，得到待检测位置的z轴坐标。因为所述待检测位置的x轴和y轴坐标可以事先确定，因此相当于得到了待检测位置在三维坐标系中的准确位置。经过多次选取待检测位置并得到待检测位置的坐标，就可以得到待检测表面的函数，根据所述函数可以得到理论上待检测表面上任意一个点的位置，为后续对所述待检测部件的加工处理提供了有力依据。此外，本发明通过探针驱动机构、探针和处理器就可以实现对待检测表面的平整度的测量，成本比较低，且容易实现。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

参见图4、图5、图6和图7，其中图4为本发明提供的一种表面测量系统实施例的立体示意图，图5为主视图，图6为侧视图，图7为俯视图。

在该实施例中，所述表面测量系统包括主轴101、刀具102、压缩气源(图中未示出)、气缸103、探针104和处理器(图中未示出)。其中，所述压缩气源和气缸103共同组成探针驱动机构，在压缩气源释放气体的推动和抽拉下，所述气缸103的运动机构可以做往复运动，从而驱动所述探针104进行升降运动。所述气缸的运动机构可以是活塞或气杆等，本发明不做具体限定。所述气缸103的运动机构和所述探针104可以通过“凵”型安装件105进行连接，所述“凵”型安装件105的凸起两端各自分别具有孔，其中一端的孔用于安装气缸103的运动机构，另外一端的孔用于固定所述探针104。从上图中可以看出，气缸103和探针104整体与主轴101固定在基座106上，即可以随着主轴101在x轴方向和y轴方向上进行移动。附图7还显示了基座106上气缸安装孔107、主轴安装孔108以及探针安装孔109的位置。为了防止探针104的针尖对所述待检测部件的待检测表面造成划伤、刮伤等损伤，所述探针104可以包括针筒、弹簧和针体，所述弹簧内置在所述针筒内，所述针体的一端固定在所述弹簧上，另一端伸出所述针筒外，这样，即便在所述针体的针尖接触到所述待检测表面，凭借所述弹簧起到的缓冲作用，所述气缸103也可以带动所述“凵”型安装件105随着所述主轴101一起下降。当然，所述由压缩气源和气缸103共同组成探针驱动机构并不构成对本发明的限定，所述探针驱动机构还可以直接为压缩弹簧等，所述压缩弹簧可以固定在所述主轴101上，并与主轴101平行，所述压缩弹簧靠近载物台的一端与所述探针104连接。

另外，考虑到所述探针104和所述刀具102之间的位置关系，在本实施例中，设置两组气缸103和探针104，这两组气缸103和探针104分别安装在所述主轴101的两侧，以扩大对待测量表面的测量范围。

所述处理器分别与所述刀具102和所述压缩气源连接，所述压缩气源与所述气缸103连接，所述气缸103与所述探针104连接。

所述处理器还通过电线分别与所述探针104的针尖和所述刀具102的针尖连接，并向所述探针104的针尖或所述刀具102的针尖输送电流，所述探针的针尖由导电材料制成。

所述处理器通过控制所述主轴101来达到控制刀具102移动到待测量部件的待测量表面的基准点的位置的目的，并根据所述基准点建立三维坐标系，得到所述基准点的坐标，所述基准点可以是所述待测量金属部件平面上的任意一点，所述三维坐标系的z轴与所述刀具102平行，且所述z轴和所述刀具102垂直于同一平面，也就是说，所述三维坐标系的x轴和y轴形成的平面与表面测量系统的载物台平行。

所述处理器选取所述待测量表面上的多个待检测位置，以得到每个待检测位置的x轴坐标和y轴坐标，并将所述刀具102分别移动到所述待测量表面上待检测位置的正上方，以测量所述待检测位置在z轴上的坐标值。所述处理器控制所述气缸103驱动探针104移动，以使所述探针104的针尖接触到所述待检测表面，并移动所述刀具102以使所述刀具102的刀尖接触到所述待检测位置。需要注意的是，在本实施例中，由于所述刀具102与所述主轴101之间无法产生相对位移，为了实现对所述待检测位置在z轴上坐标的精确测量，需要保证刀具102的刀尖刚刚触碰到所述待检测位置，而不是留有缝隙或扎入所述待检测部件中，因而需要保证所述探针104的针尖不晚于所述刀具102的刀尖接触到所述待检测表面。在实际应用中，可以通过设置所述探针104的安装位置，使得探针104的针尖比所述刀具102的刀尖更接近载物台，或者二者与载物台的距离相同。这样，一旦所述探针104的针尖和所述刀具102的刀尖均接触到所述待检测表面，就能形成闭合回路，产生触发信号。另外，在实际应用中，也可以设计所述刀具102与所述主轴101之间能够产生相对位移，例如刀具102和所述主轴101之间设置有压缩气垫，所述压缩气垫可以实现当刀具102的刀尖接触到所述待检测位置时，也不会因为主轴101的继续下降而使得刀尖扎入到所述待检测部件中。若所述刀具102与所述主轴101之间能够产生相对位移，那么所述探针104的针尖就可以早于或与所述刀具102的刀尖同时接触到所述待检测表面。

另外，在本实施例中，所述探针104有两个，这两个探针104的针尖距离所述载物台的距离优选相同，这两个探针104的针尖都通过电线与处理器连接，只要有其中一个探针104接触到所述待测量表面，在刀具102的刀具接触到所述待测量表面时，就可以形成闭合回路，产生触发信号。

所述处理器获取所述触发信号产生时所述待检测位置相对于所述基准点位置在z轴上的高度，结合所述基准点的z轴坐标得到所述待检测位置在z轴上的坐标。在实际应用中，可以通过检测所述刀具102的行程来得到基准点和所述待检测位置在z轴上坐标值，具体的，可以首先得到刀具102从z轴方向的初始位置移动到所述基准点的距离，然后检测所述刀具102从z轴方向的初始位置移动到所述待检测点的距离，二者之差即为所述待检测位置相对于所述基准点位置在z轴上的高度差，若所述基准点位置在z轴上的坐标值为零，那么所述高度差即为所述待检测位置在z轴上的坐标值。

所述处理器利用各个待检测位置在x轴、y轴以及z轴上的坐标值得到关于所述待测量表面的函数。若设定的函数属于平面函数，所述平面函数可以表示为：

a₁x+b₁y+c₁z＝k₁

其中，所述a₁、b₁、c₁和k₁为参数，所述x,y,z为待检测位置分别在在x轴、y轴以及z轴上的坐标值。

为了得到参数a₁、b₁、c₁和k₁，需要获得至少四个待检测位置的坐标值，联立求解方程。

若参数a₁、b₁、c₁和k₁之间有关联，那么可以仅获得三个待检测位置的坐标值即可求解方程。例如，(x₁,y₁,z₁)、(x₂,y₂,z₂)、(x₃,y₃,z₃)分别为三个待检测位置在三维坐标系中的坐标，那么，a₁、b₁、c₁和k₁可以通过如下公式计算：

a₁＝(y₂-y₁)*(z₃-z₁)-(z₂-z₁)*(y₃-y₁)

b₁＝(z₂-z₁)*(x₃-x₁)-(x₂-x₁)*(z₃-z₁)

c₁＝(x₂-x₁)*(y₃-y₁)-(y₃-y₁)*(x₃-x₂)

k₁＝-(a₁x₁+b₁y₁+c₁z₁)

当然，本例子并不构成对本发明的限定，除了上述提供的计算方法，本领域技术人员还可以采用其他的计算方式来得到所述平面函数。若设定的函数属于曲面函数，那么所述曲面函数可以表示为：

$a_2^{2}x+b_2^{2}y+c_2^{2}z=dz+k_2$

其中，所述a₂、b₂、c₂、d和k₂为参数，所述x,y,z为待检测位置分别在在x轴、y轴以及z轴上的坐标值。

为了得到参数a₂、b₂、c₂、d和k₂，需要获得至少五个待检测位置的坐标值，联立求解方程。

当然，若参数a₂、b₂、c₂、d和k₂之间有关联，那么也可以仅获得三个待检测位置的坐标值来求解方程，本发明不对所述关联关系进行限定，本领域技术人员可以自行设计。

在得到上述函数后，若确定了所述待测量表面上任意一点的x轴坐标值和y轴坐标值，就可以计算的到该点的z轴坐标。在实际应用中，可以利用计算得到的该点的坐标值进行下一步的加工处理，例如进行雕刻。举个例子，假设所述基准点的位置坐标为(0mm,0mm,0mm)，金属部件表面上待雕刻位置的位置坐标为(0mm,5mm,3mm)，刀具在z轴的初始位置为10mm，也就是说，刀具在基准点的正上方时，需要下降10mm刀尖才能触碰到所述基准点；而在待雕刻位置的正上方时，只需要下降7mm刀尖就能碰触到所述待雕刻位置。在计算得到刀具刀尖的初始位置与待雕刻位置之间的距离后，就可以根据该距离来对刀尖预期下降的距离进行校准，以提高雕刻的精确度。

在本实施例中，所述处理器为所述表面测量系统的控制中心，利用各种接口和线路连接整个表面测量系统的各个部分，通过运行或执行存储在存储单元内的软件程序和/或模块，以及调用存储在存储单元内的数据，以执行电子设备的各种功能和/或处理数据。所述处理器可以由集成电路(IntegratedCircuit，简称IC)组成，例如可以由单颗封装的IC所组成，也可以由连接多颗相同功能或不同功能的封装IC而组成。举例来说，处理器可以仅包括中央处理器(CentralProcessingUnit，简称CPU)，也可以是GPU、数字信号处理器(DigitalSignalProcessor，简称DSP)的组合。

实施例二

本实施例与所述实施例一的区别在于，所述实施例一采用所述压缩气源和气缸103共同组成探针驱动机构，而在本实施例提供的表面测量系统中，所述探针驱动机构包括电机、丝杆201、滑块202和导轨203，所述滑块202上安装有探针204。

参见图8a、图8b、图9a和图9b，所述图8a和所述图8b分别为探针驱动机构中所述电机为步进电机或伺服电机205时的主视图和侧视图；所述图9a和所述图9b分别为探针驱动机构中所述电机为直线电机207时的主视图和侧视图。可以看到，当所述电机为步进电机或伺服电机205时，所述探针驱动机构还包括联轴器206。当然，所述电机还可以是磁悬浮电机等其他电机，本发明不做具体限定。

参见上述四幅图，所述丝杆201具有外螺纹，所述滑块202具有内螺纹，所述滑块202通过所述内螺纹与所述丝杆201连接在一起。所述滑块202的一端通过滑槽与所述导轨203连接。当所述步进电机或伺服电机205通过所述联轴器206驱动所述丝杆201转动，或者，当所述直线电机207直接驱动所述丝杆201转动时，所述丝杆201带动所述滑块202进行升降运动。所述滑块202上安装有所述探针204，因此也实现了带动所述探针204进行升降运动。

所述滑块202通过所述导轨203的滑槽与所述导轨203连接，在实际应用中，所述导轨203可以固定在所述表面测量系统上，实现将所述滑块202与所述丝杆201进行接触的作用。为了更加可靠，所述导轨203可以设置两副，分别设置在所述滑块202的两端，例如所述图8a和所述图9a。所述导轨203可以是圆形导轨、方形导轨或其他导轨，包括异型导轨，本发明不做具体限定。

另外，为了防止所述滑块202滑出所述滑槽，所述探针驱动机构还包括传感器，用于检测所述滑块是否到达滑槽的预设位置，若是，则向所述处理器发送电机停止工作指令。所述预设位置可以是所述滑槽的顶端和/或底端。

所述处理器，还用于在接收到所述电机停止工作指令后，控制所述电机停止工作，达到所述丝杆201停止旋转的目的。

实施例三

基于本发明提供的一种表面测量系统，本发明还提供一种表面测量方法实施例，参见图10，所述方法包括：

步骤S101：将刀具移动到待测量部件的待测量表面的基准点的位置，并根据所述基准点建立三维坐标系，得到所述基准点的坐标，所述待测量部件的待检测表面具有金属层，所述三维坐标系的z轴与所述刀具平行，且所述z轴和所述刀具垂直于同一平面。

步骤S102：确定所述待测量表面上的多个待检测位置，将所述刀具分别移动到所述待测量表面上待检测位置的正上方。

步骤S103：移动探针以使所述探针的针尖接触到所述待检测表面，移动所述刀具以使所述刀具的刀尖接触到所述待检测位置，所述探针的针尖由导电材料制成，在所述探针的针尖和所述刀具的刀尖均接触到所述待检测表面时形成闭合回路，产生触发信号。

步骤S104：分别获取触发信号产生时所述待检测位置相对于所述基准点位置在z轴上的高度，结合所述基准点的z轴坐标得到所述待检测位置在z轴上的坐标。

步骤S105：利用各个待检测位置在x轴、y轴以及z轴上的坐标值得到关于所述待测量表面的函数。

步骤S106：利用所述函数得到所述待检测表面各个点的位置坐标，实现对所述待检测表面的测量。

在本实施例中，所述利用所述函数得到所述待检测表面各个点的位置坐标，可以根据所述待检测表面上一点的x轴和y轴的坐标值，以及所述函数，得到与该点对应的z轴坐标值。

本实施例提供的表面测量方法能够得到待检测表面上任意一点的位置坐标，从而实现对所述待检测部件的待检测表面的测量的目的。

实施例四

基于本发明提供的一种表面测量系统和一种表面测量方法实施例，参见图11，本发明还提供一种表面测量装置实施例，所述装置包括：

坐标系建立单元201、位置确定单元202、刀具移动单元203、坐标获取单元204、函数确定单元205和测量单元206；

所述坐标系建立单元201，用于将刀具移动到待测量部件的待检测表面的基准点的位置，并根据所述基准点建立三维坐标系，得到所述基准点的坐标，所述待测量部件的待检测表面具有金属层，所述三维坐标系的z轴与所述刀具平行，且所述z轴和所述刀具垂直于同一平面；

所述位置确定单元202，用于确定所述待检测表面上的多个待检测位置；

所述刀具移动单元203，用于将所述刀具分别移动到所述待检测表面上待检测位置的正上方；移动探针以使所述探针的针尖接触到所述待检测表面，移动所述刀具以使所述刀具的刀尖接触到所述待检测位置，所述探针的针尖由导电材料制成，在所述探针的针尖和所述刀具的刀尖均接触到所述待检测表面时形成闭合回路，产生触发信号；

所述坐标获取单元204，用于分别获取触发信号产生时所述待检测位置相对于所述基准点位置在z轴上的高度，结合所述基准点的z轴坐标得到所述待检测位置在z轴上的坐标；

所述函数确定单元205，用于利用各个待检测位置在x轴、y轴以及z轴上的坐标值得到关于所述待检测表面的函数；

所述测量单元206，用于利用所述函数得到所述待检测表面各个点的位置坐标，实现对所述待检测表面的测量。

本实施例提供的表面测量装置能够得到待检测表面上任意一点的位置坐标，从而实现对所述待检测部件的待检测表面的测量的目的。

需要注意的是，本发明提供的表面测量方法、装置及系统不仅可以应用于数控机床，还可以应用于基于工业机器人的智能装备、自动化设备等，本发明不做具体限定。

当介绍本发明的各种实施例的元件时，冠词“一”、“一个”、“这个”和“所述”都意图表示有一个或多个元件。词语“包括”、“包含”和“具有”都是包括性的并意味着除了列出的元件之外，还可以有其它元件。

需要说明的是，本领域普通技术人员可以理解实现上述方法实施例中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法实施例的流程。其中，所述存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-OnlyMemory,ROM)或随机存储记忆体(RandomAccessMemory,RAM)等。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于实施例二和实施例三而言，由于其基本相似于实施例一，所以描述得比较简单，相关之处参见实施例一的部分说明即可。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元及模块可以是或者也可以不是物理上分开的。另外，还可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元和模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (14)

1.一种表面测量方法，其特征在于，所述方法包括：

将刀具移动到待测量部件的待检测表面的基准点的位置，并根据所述基准点建立三维坐标系，得到所述基准点的坐标，所述待测量部件的待检测表面具有金属层，所述三维坐标系的z轴与所述刀具平行，且所述z轴和所述刀具垂直于同一平面；

确定所述待检测表面上的多个待检测位置，将所述刀具分别移动到所述待检测表面上待检测位置的正上方；

移动探针以使所述探针的针尖接触到所述待检测表面，移动所述刀具以使所述刀具的刀尖接触到所述待检测位置，所述探针的针尖由导电材料制成，在所述探针的针尖和所述刀具的刀尖均接触到所述待检测表面时形成闭合回路，产生触发信号；

分别获取触发信号产生时所述待检测位置相对于所述基准点位置在z轴上的高度，结合所述基准点的z轴坐标得到所述待检测位置在z轴上的坐标；

利用各个待检测位置在x轴、y轴以及z轴上的坐标值得到关于所述待检测表面的函数；

利用所述函数得到所述待检测表面各个点的位置坐标，实现对所述待检测表面的测量。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述关于待检测表面的函数属于平面函数或曲面函数。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述平面函数为：

a₁x+b₁y+c₁z＝k₁

其中，所述a₁、b₁、c₁和k₁为参数，所述x,y,z为待检测位置分别在在x轴、y轴以及z轴上的坐标值。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述待检测表面的函数属于曲面函数。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述曲面函数为：

$a_2^{2}x+b_2^{2}y+c_2^{2}z=dz+k_2$

其中，所述a₂、b₂、c₂、d和k₂为参数，所述x,y,z为待检测位置分别在在x轴、y轴以及z轴上的坐标值。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用所述函数得到所述待检测表面各个点的位置坐标包括：

根据所述待检测表面上一点的x轴和y轴的坐标值，以及所述函数，得到与该点对应的z轴坐标值。

7.一种表面测量装置，其特征在于，所述装置包括：坐标系建立单元、位置确定单元、刀具移动单元、坐标获取单元、函数确定单元和测量单元；

所述坐标系建立单元，用于将刀具移动到待测量部件的待检测表面的基准点的位置，并根据所述基准点建立三维坐标系，得到所述基准点的坐标，所述待测量部件的待检测表面具有金属层，所述三维坐标系的z轴与所述刀具平行，且所述z轴和所述刀具垂直于同一平面；

所述位置确定单元，用于确定所述待检测表面上的多个待检测位置；

所述刀具移动单元，用于将所述刀具分别移动到所述待检测表面上待检测位置的正上方；移动探针以使所述探针的针尖接触到所述待检测表面，移动所述刀具以使所述刀具的刀尖接触到所述待检测位置，所述探针的针尖由导电材料制成，在所述探针的针尖和所述刀具的刀尖均接触到所述待检测表面时形成闭合回路，产生触发信号；

所述坐标获取单元，用于分别获取触发信号产生时所述待检测位置相对于所述基准点位置在z轴上的高度，结合所述基准点的z轴坐标得到所述待检测位置在z轴上的坐标；

所述函数确定单元，用于利用各个待检测位置在x轴、y轴以及z轴上的坐标值得到关于所述待检测表面的函数；

所述测量单元，用于利用所述函数得到所述待检测表面各个点的位置坐标，实现对所述待检测表面的测量。

8.一种表面测量系统，所述系统包括：刀具，其特征在于，还包括：探针、探针驱动机构和处理器；

其中，所述处理器分别与所述刀具和所述探针驱动机构连接，所述探针驱动机构与所述探针连接；

所述处理器还通过电线分别与所述探针的针尖和所述刀具的刀尖连接，并向所述探针的针尖或所述刀具的刀尖输送电流，所述探针的针尖由导电材料制成；

所述处理器，用于控制刀具移动到待测量部件的待检测表面的基准点的位置，并根据所述基准点建立三维坐标系，得到所述基准点的坐标，所述三维坐标系的z轴与所述刀具平行，且所述z轴和所述刀具垂直于同一平面；确定所述待检测表面上的多个待检测位置，将所述刀具分别移动到所述待检测表面上待检测位置的正上方；控制所述探针驱动机构驱动探针移动，以使所述探针的针尖接触到所述待检测表面；移动所述刀具以使所述刀具的刀尖接触到所述待检测位置，在所述探针的针尖和所述刀具的刀尖均接触到所述待检测表面时形成闭合回路，产生触发信号；分别获取触发信号产生时所述待检测位置相对于所述基准点位置在z轴上的高度，结合所述基准点的z轴坐标得到所述待检测位置在z轴上的坐标；利用各个待检测位置在x轴、y轴以及z轴上的坐标值得到关于所述待检测表面的函数；利用所述函数得到所述待检测表面各个点的位置坐标，实现对所述待检测表面的测量。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述探针驱动机构包括压缩气源和气缸，所述压缩气源用于驱动气缸中的运动机构进行往复运动；所述气缸中的运动机构用于驱动所述探针进行升降运动。

10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述探针驱动机构还包括“凵”型安装件，所述“凵”型安装件的两端各自分别具有孔，其中一端的孔用于安装气缸的运动机构，另外一端的孔用于固定所述探针。

11.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述探针驱动机构包括电机、丝杆、滑块和导轨；

所述滑块具有内螺纹，所述丝杆具有外螺纹，所述滑块安装在所述丝杆上；所述滑块的端部通过滑槽与所述导轨进行滑动连接；所述滑块上安装有所述探针；

所述电机，用于通过带动所述丝杆旋转，从而驱动所述滑块进行升降运动，进而驱动所述探针进行升降运动。

12.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，所述探针驱动机构还包括传感器，用于检测所述滑块是否到达滑槽的预设位置，若是，则向所述处理器发送电机停止工作指令；

所述处理器，还用于在接收到所述电机停止工作指令后，控制所述电机停止工作。

13.根据权利要求11或12所述的系统，其特征在于，所述电机包括步进电机、伺服电机、磁悬浮电机或直线电机。

14.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，所述探针包括针筒、弹簧和针体，所述弹簧内置在所述针筒内，所述针体的一端固定在所述弹簧上，另一端伸出所述针筒外。