CN108627118A - 测量系统、控制装置及测量方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种测量系统、控制装置及测量方法，能够高精度地生成表示测量对象的形状的信息。驱动装置将表示测量对象的位置的信息、与来自计时器的时刻信息相关联，并作为第1信息而输出，所述来自计时器的时刻信息表示获取表示所述位置的信息的时机。测量装置将通过对测量对象进行测量而获取的测量信息、与表示获取所述测量信息的时机的来自计时器的时刻信息相关联，并作为第2信息而输出。测量系统包括信息生成部件，所述信息生成部件基于一个或多个第1信息，算出与第2信息中所含的时刻信息相关联的位置，并且基于与共用的时刻信息相关联的、所算出的位置与测量信息的组合，生成表示测量对象的形状的信息。

Description

测量系统、控制装置及测量方法
技术领域
本发明涉及一种测量系统、控制装置及测量方法，所述测量系统包含对测量对象进行测量的测量装置及使测量装置与测量对象之间的相对位置关系发生变化的驱动装置。
背景技术
随着近年来的信息和通信技术(Information and Communication Technology，ICT)的进步，提出在生产现场也将控制装置与各种测量装置经由网络(network)等而统合的系统。
在用于此种系统的网络中，包含控制装置及测量装置的各设备(device)具有经彼此同步的计时器(timer)，基于由此种经彼此同步的计时器所管理的时机(timing)，来保证固定周期的数据通信。例如，日本专利特开2009-157913号公报(专利文献1)揭示了一种结构，其即使在包含具备纳秒(ns)级(order)计时功能的计时部件的单元间，也能够以相对较短时间进行时间同步而不会对控制造成影响。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2009-157913号公报
发明内容
[发明所要解决的问题]
所述日本专利特开2009-157913号公报(专利文献1)虽揭示了在连接于网络的设备间维持计时器同步的技术，但对于汇集由各设备所获取的数据的、作为系统整体的处理未作任何启示。
本发明的一个目的在于提供一种测量系统，即使针对测量对象的测量装置、与使测量装置与测量对象之间的相对位置关系发生变化的驱动装置未直接连接，也能够高精度地生成表示测量对象的形状的信息。
[解决问题的技术手段]
本发明的一方面的测量系统包括：测量装置，对测量对象进行测量；以及驱动装置，使测量装置与测量对象之间的相对位置关系发生变化。测量装置及驱动装置分别具有经同步的计时器。驱动装置将表示测量对象的位置的信息、与来自计时器的时刻信息相关联，并作为第1信息而输出，所述来自计时器的时刻信息表示获取表示所述位置的信息的时机。测量装置将通过对测量对象进行测量而获取的测量信息、与表示获取所述测量信息的时机的来自计时器的时刻信息相关联，并作为第2信息而输出。测量系统包括信息生成部件，所述信息生成部件基于一个或多个第1信息，算出与第2信息中所含的时刻信息相关联的位置，并且基于与共用的时刻信息相关联的、所算出的位置与测量信息的组合，生成表示测量对象的形状的信息。
优选的是，第1信息还包括表示测量对象的加速度的信息及表示速度的信息，信息生成部件基于算出对象时刻之前的时刻的、测量对象的加速度及速度，来算出所述算出对象时刻的位置。
优选的是，信息生成部件对与处于算出对象时刻附近的时刻相关联的多个第1信息中所含的表示位置的信息进行插值，从而算出所述算出对象时刻的位置。
优选的是，测量装置及驱动装置经由经时机同步的网络而连接。
优选的是，测量系统还包括：通信主机(master)，对网络上的数据通信及计时器的同步进行管理。信息生成部件设于通信主机中。
优选的是，测量装置构成为，对测量对象照射测量光，并且接收来自测量对象的反射光，以对测量对象的特性值进行测量。第2信息包含表示从测量光的照射开始直至照射完成为止的期间内的任意时机的时刻信息。
优选的是，驱动装置输出第1信息的时机、与测量装置输出第2信息的时机互不相同。
本发明的另一方面的测量装置包括：网络控制器，对测量装置与驱动装置进行网络连接，所述测量装置对测量对象进行测量，所述驱动装置使测量装置与测量对象之间的相对位置关系发生变化；以及计时器，在测量装置的计时器及驱动装置的计时器之间经同步。驱动装置将表示测量对象的位置的信息、与来自计时器的时刻信息相关联，并作为第1信息而输出，所述来自计时器的时刻信息表示获取表示所述位置的信息的时机。测量装置将通过对测量对象进行测量而获取的测量信息、与表示获取所述测量信息的时机的来自计时器的时刻信息相关联，并作为第2信息而输出。控制装置包括信息生成部件，所述信息生成部件基于一个或多个第1信息，算出与第2信息中所含的时刻信息相关联的位置，并且基于与共用的时刻信息相关联的、所算出的位置与测量信息的组合，生成表示测量对象的形状的信息。
根据本发明的又一方面，提供一种测量方法，其是测量系统中的测量方法，所述测量系统包括测量装置与驱动装置，所述测量装置对测量对象进行测量，所述驱动装置使测量装置与测量对象之间的相对位置关系发生变化。测量装置及驱动装置分别具有经同步的计时器。测量方法包括下述步骤：驱动装置将表示测量对象的位置的信息、与来自计时器的时刻信息相关联，并作为第1信息而输出，所述来自计时器的时刻信息表示获取表示所述位置的信息的时机；测量装置将通过对测量对象进行测量而获取的测量信息、与表示获取所述测量信息的时机的来自计时器的时刻信息相关联，并作为第2信息而输出；基于一个或多个第1信息，算出与第2信息中所含的时刻信息相关联的位置；以及基于与共用的时刻信息相关联的、所算出的位置与测量信息的组合，生成表示测量对象的形状的信息。
[发明的效果]
本发明的测量系统即使针对测量对象的测量装置、与使测量装置与测量对象之间的相对位置关系发生变化的驱动装置未直接连接，也能够高精度地生成表示测量对象的形状的信息。
附图说明
图1是表示本实施方式的测量系统的整体结构例的示意图。
图2是表示构成本实施方式的测量系统的控制装置的硬件结构例的示意图。
图3是表示构成本实施方式的测量系统的驱动单元的硬件结构例的示意图。
图4是表示构成本实施方式的测量系统的测量装置的硬件结构例的示意图。
图5是用于说明本实施方式的测量系统中的驱动单元及测量装置的动作时机的图。
图6是用于说明本实施方式的测量系统中的形状信息的生成处理的图。
图7是用于说明本实施方式的测量系统中的形状信息的生成处理的图。
图8是表示在本实施方式的测量系统中所执行的处理流程的序列图。
图9是表示构成本实施方式的测量系统的驱动单元中的处理流程的流程图。
图10是表示构成本实施方式的测量系统的测量装置中的处理流程的流程图。
图11是用于说明本实施方式的测量系统中的信息的交换及处理的图。
图12(A)及图12(B)是用于说明基于加速度及速度的、动作信息的插值处理的图。
图13是用于说明基于附近的动作信息的、动作信息的插值处理的图。
图14是用于说明构成本实施方式的测量系统的测量装置中的曝光时间的动态决定处理的图。
图15(A)至图15(C)是用于说明在构成本实施方式的测量系统的测量装置中动态地决定曝光时间时的影响的图。
图16是表示本实施方式的测量系统中的形状信息的生成流程的流程图。
[符号的说明]
1：测量系统
2：检查装置
4：基部
6：载台
10：马达
12：编码器
14：滚珠丝杠
20：现场网络
100：控制装置
102、202、302：计时器
104：处理器
106：主存储器
108：快闪存储器
110：系统程序
112：用户程序
112A：序列程序
112B：运动程序
112C：形状信息生成程序
114：芯片组
116：网络控制器
118：存储卡接口
120：存储卡
122：内部总线控制器
124、204、304：现场网络控制器
125：同步管理功能
126：I/O单元
128：内部总线
200：驱动单元
206：驱动控制器
208：主电路
210：脉冲计数器
300：测量装置
306：摄像控制器
308：数据处理部
310：传感器头
312：发光源
314：受光元件
316：镜头
400、410：表
402、412：时刻信息
404、408、414：动作信息
406、416：测量信息
420：形状信息
424、426：时间变化
As1～As4：加速度
Dz1～Dz4：测量值
S1～S4、S(TZ1)～S(TZ4)：位置
S100～S116、S200～S208、S300～S310：步骤
SQ100～SQ140：序列
Ts：测量周期
TS1～T16：动作时刻
t1～t12：时间
Texp：摄像长度
TZ1～TZ5、TZ′1、TZ′2、TZ′3、TZ″1、TZ″2、TZ″3：测量时刻
Vs1～Vs4、Vs(TZ2)：速度
W：工件
ΔTS、ΔTZ：时间间隔
ΔVS：速度变化
具体实施方式
对于本发明的实施方式，参照附图来进行详细说明。另外，对于图中相同或相当的部分，标注相同的符号并不再重复其说明。
＜A.测量系统的整体结构例＞
首先，对本实施方式的测量系统1的整体结构例进行说明。图1是表示本实施方式的测量系统1的整体结构例的示意图。
参照图1，作为一例，本实施方式的测量系统1通过对相对于配置在检查装置2上的测量对象(以下也称作“工件W”)上的多个测量点的距离进行光学测量，从而输出表示工件W的表面形状的形状信息。
本说明书中，“形状信息”是表示测量对象(工件W)的形状的信息，为包含对测量对象设定的任意位置、与关于此位置的测量点的对应关系的概念。
更具体而言，测量系统1包括控制装置100、经由现场网络20而与控制装置100连接的驱动单元200及测量装置300，以作为主要的构成要素。测量装置300对作为测量对象的工件W进行测量。
典型的是，现场网络20采用进行保证数据到达时间的固定周期通信的网络。作为此种进行固定周期通信的网络，可采用EtherCAT(注册商标)等。
作为一例，控制装置100作为现场网络20中的通信主机发挥功能。通信主机在连接于现场网络20的设备间管理计时器的同步，并且对规定数据收发等的时机的通信调度(schedule)进行管理。即，作为通信主机的控制装置100对现场网络20上的数据通信及计时器的同步进行管理。
驱动单元200及测量装置300作为按照来自通信主机的指示而在现场网络20上收发数据的通信从机(slave)发挥功能。
更具体而言，控制装置100具有计时器102，驱动单元200具有计时器202，测量装置300具有计时器302。控制装置100的计时器102产生参考(reference)时钟等同步信号，由此，其他计时器202、302与计时器102同步。因此，在连接于现场网络20的设备间，能够以共同的时刻来管理数据的收发时机。
如此，驱动单元200及测量装置300分别具有经同步的计时器。驱动单元200及测量装置300经由经时机同步的网络即现场网络20而连接，由此能够使各个计时器间同步。
本说明书中，“时刻”是指确定时间流动中的某一点的信息，除了以时分秒等规定的通常含义的时刻以外，例如还可包含现场网络内共同利用的计时器值或计数器值。“时刻”基本上由各设备所具有的计时器来管理。而且，“时刻信息”除了“时刻”其自身以外，还包含用于确定“时刻”的信息(例如，以某些方法对“时刻”进行编码(encoding)所得的结果、或从某基准时刻计起的经过时间等)。
一般而言，在主机-从机型固定周期网络中，只要任一个以上的设备作为对计时器彼此的同步进行管理的通信主机发挥功能即可。此通信主机未必需要为控制装置100，例如也可由驱动单元200及测量装置300中的任一者作为通信主机发挥功能。
控制装置100为任意计算机，典型的是，也可作为可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller，PLC)(可编程控制器)而具现化。控制装置100对经由现场网络20而连接的驱动单元200给予动作指令，并且接收来自驱动单元200的信息(包含动作信息及时刻信息)。而且，控制装置100对测量装置300给予测量指令，并且接收来自测量装置300的信息(包含测量信息及时刻信息)。控制装置100对来自驱动单元200及测量装置300的各反馈(feedback)响应进行统合，生成关于工件W的形状信息。对于所述生成关于工件W的形状信息的处理，将在后文详述。
另外，控制装置100既可基于所生成的工件W的形状信息来执行某些控制运算，也可将所生成的工件W的形状信息发送至制造执行系统(Manufacturing Execution System，MES)等上位装置。
驱动单元200相当于使测量装置300、与作为测量对象的工件W之间的相对位置关系发生变化的驱动装置。更具体而言，驱动单元200驱动马达10，所述马达10使载置有工件W的检查装置2运转。例如，驱动单元200包含伺服驱动器(servo driver)或逆变器单元(inverter unit)等。驱动单元200依照来自控制装置100的动作指令，而给予用于驱动马达10的交流电力或脉冲电力，并且获取马达10的动作状态(例如旋转位置(相位角)、旋转速度、旋转加速度、扭矩(torque)等)，并将经指定的信息作为动作信息而发送至控制装置100。另外，若在马达10中安装有编码器(参照图3所示的编码器12)，则将来自所述编码器的输出信号输入至驱动单元200。
马达10通过进行旋转驱动，使构成检查装置2的载台6的位置发生变化。例如，载台6可移动地配置于基部4上，并且载台6与滚珠丝杠14卡合。马达10经由减速机而与滚珠丝杠14机械结合，马达10的旋转运动被给予至滚珠丝杠14。通过滚珠丝杠14的旋转，滚珠丝杠14与载台6的相对位置关系将沿滚珠丝杠14的延伸方向发生变化。
即，通过从控制装置100对驱动单元200给予动作指令，从而检查装置2的载台6的位置将发生变化，也使配置于载台6上的工件W的位置发生变化。
测量装置300相当于对关于工件W的位移进行测量的测量单元。本实施方式中，作为关于工件W的位移，设想为从与测量装置300电性或光学连接的传感器头310直至工件W表面上的测量点为止的距离。例如，测量装置300也可使用对直至工件W表面上的测量点为止的距离进行光学测量的光学式位移传感器。具体而言，测量装置300从传感器头310对工件W照射测量光，并接收此光被工件W反射而产生的光，从而对直至工件W表面上的测量点为止的距离进行测量。作为一例，也可使用三角测距式光学位移传感器或同轴共焦式光学位移传感器。
测量装置300对工件W照射测量光，并且接收来自工件W的反射光以测量工件W的特性值。更具体而言，测量装置300依照来自控制装置100的测量指令，对测量时机(例如照射至工件W的测量光的强度或时机)进行调整，并且将包含根据所接收的反射光而算出的测量结果的测量信息发送至控制装置100。
另外，也可通过对产生光的光源的点亮时间及点亮时机进行控制，或者，对接收来自工件W的反射光的摄像元件的曝光时间及曝光时机进行控制，来调整对工件W照射的测量光的强度及时机。
本实施方式的测量系统1中，在从驱动单元200发送至控制装置100的动作信息中，附加有与所述动作信息相关联的时刻信息。所述时刻信息表示获取相关联的动作信息的时机等。如此，驱动单元200将表示工件W的位置的信息、与来自计时器的时刻信息相关联，并作为动作信息(第1信息)而输出，所述来自计时器的时刻信息表示获取表示所述位置的信息的时机。
本说明书中，“表示测量对象(工件W)的位置的信息”除了表示工件W自身的位置的信息以外，还包含表示与工件W机械连接的检查装置2或马达10等的位置的信息。即，“表示测量对象(工件W)的位置的信息”包含能够直接或间接确定工件W的位置的任意信息。而且，这些信息的维数也可为任意。进而，“表示测量对象(工件W)的速度的信息”及“表示测量对象(工件W)的加速度的信息”也同样。
同样，在从测量装置300发送至控制装置100的测量信息中，附加有与所述测量信息相关联的时刻信息。所述时刻信息例如表示获取相关联的测量信息的时机、或者照射用于获取相关联的测量信息的测量光的时机等。如此，测量装置300将通过测量工件W而获取的测量信息、与表示获取所述测量信息的时机的来自计时器的时刻信息相关联，并作为测量信息(第2信息)而输出。
控制装置100使用与动作信息及测量信息各自相关联的时刻信息，对动作信息及测量信息之间的时间关系进行调整，从而生成工件W的形状信息。更具体而言，控制装置100基于一个或多个动作信息(第1信息)，算出与测量信息(第2信息)中所含的时刻信息相关联的位置，并且基于与共用的时刻信息相关联的、所算出的位置与测量信息的组合，生成表示工件W的形状的信息(形状信息)。
＜B.构成测量系统的各装置的硬件结构例＞
接下来，对构成本实施方式的测量系统1的各装置的硬件结构例进行说明。
(b1：控制装置)
图2是表示构成本实施方式的测量系统1的控制装置100的硬件结构例的示意图。参照图2，控制装置100除了对现场网络20中的通信时机等进行管理的计时器102以外，还包含处理器(processor)104、主存储器(main memory)106、快闪存储器(flash memory)108、芯片组(chip set)114、网络控制器(network controller)116、存储卡接口(memory cardinterface)118、内部总线控制器122及现场网络控制器124。
处理器104包含中央处理器(Central Processing Unit，CPU)或微处理器(MicroProcessing Unit，MPU)等，通过读出保存在快闪存储器108中的各种程序并在主存储器106中展开而执行，从而实现与控制对象相应的控制及如后所述的各种处理。
在快闪存储器108中，除了用于提供作为控制装置100的基本功能的系统程序(system program)110以外，还保存有在控制装置100中执行的用户程序(userprogram)112。
系统程序110是用于执行在控制装置100中执行用户程序112所需的处理的命令群。
用户程序112是根据控制对象等任意制作的命令群，例如包含序列程序(sequenceprogram)112A、运动程序(motion program)112B及形状信息生成程序112C。
芯片组114通过控制处理器104与各设备，来实现作为控制装置100整体的处理。
网络控制器116经由上位网络而与上位装置等之间交换数据。
存储卡接口118是可装卸非易失性存储介质的一例即存储卡120地构成，可对存储卡120写入数据，并从存储卡120读出各种数据。
内部总线控制器122是与安装于控制装置100的输入输出(Input/Output，I/O)单元126之间经由内部总线128来交换数据的接口。
现场网络控制器124是在与包含驱动单元200及测量装置300的其他装置之间进行网络连接，并经由现场网络20来交换数据的接口。现场网络控制器124包含同步管理功能125，以起到作为现场网络20中的通信主机的功能。
同步管理功能125基于来自连接于现场网络20的各设备的时刻(典型的是各设备具有的计时器所输出的计数器值)与来自计时器102的时刻，算出设备间的时刻偏移，并将修正了所述时刻偏移后的同步信号输出至各设备。如此，同步管理功能125使计时器102在驱动单元200的计时器及测量装置300的计时器之间同步。
图2中，表示了通过处理器104执行程序来提供所需功能的结构例，但这些所提供的功能的一部分或全部也可使用专用的硬连线(hard wired)电路(例如专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)或现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)等)来实现(implement)。或者，对于控制装置100的主要部分，也可使用依照通用的体系结构(architecture)的硬件(例如将通用电脑(computer)作为基础(base)的产业用控制器)来实现。此时，也可使用虚拟技术并列地执行用途不同的多个操作系统(Operating System，OS)，并且在各OS上执行所需的应用程序。
(b2：驱动单元200)
图3是表示构成本实施方式的测量系统1的驱动单元200的硬件结构例的示意图。参照图3，驱动单元200包含现场网络控制器204、驱动控制器206、主电路208及脉冲计数器210，所述现场网络控制器204包含对现场网络20中的通信时机等进行管理的计时器202。
现场网络控制器204是经由现场网络20来与包含控制装置100及测量装置300的其他装置之间交换数据的接口。
驱动控制器206根据来自控制装置100的动作指令，依照规定的运算逻辑(logic)来生成指令值。更具体而言，驱动控制器206具有将位置控制环(loop)、速度控制环、扭矩控制环等必要的控制环组合而成的控制运算逻辑。驱动控制器206根据由脉冲计数器210所计数的计数值等，来算出作为对象的马达10的动作状态，并输出至控制装置100。
驱动控制器206除了通过使处理器执行程序来实现必要的处理及功能的软件实现(software implementation)以外，也可通过使用ASIC或FPGA等硬连线(hard wired)电路来实现必要的处理及功能的硬件实现(hardware implementation)而实现。
主电路208例如包含转换器(converter)电路及逆变器电路而构成，根据来自驱动控制器206的指令，生成规定的电流波形或电压波形，并给予至所连接的马达10。
脉冲计数器210对来自安装于马达10的编码器12的脉冲信号进行计数，并将此计数值输出至驱动控制器206。
另外，主电路208及脉冲计数器210等也可根据作为驱动对象的马达10的电气特性或机械特性而适当变更。
(b3：测量装置300)
图4是表示构成本实施方式的测量系统1的测量装置300的硬件结构例的示意图。参照图4，测量装置300包含现场网络控制器304、摄像控制器306及数据处理部308，所述现场网络控制器304包含对现场网络20中的通信时机等进行管理的计时器302。
现场网络控制器304是经由现场网络20来与包含控制装置100及驱动单元200的其他装置之间交换数据的接口。
摄像控制器306根据来自控制装置100的动作指令，对传感器头310给予照射指令。数据处理部308基于来自传感器头310的受光信号，算出直至工件W表面上的测量点为止的距离。
连接于测量装置300的传感器头310包含发光源312、受光元件314及镜头(lens)316。
发光源312是依照来自摄像控制器306的指令而受到驱动，以产生规定的光的光源，例如包含白色发光二极管(Light Emitting Diode，LED)或半导体激光器(laser)等。
受光元件314是接收来自作为对象的工件W的反射光，并将此受光信号输出至数据处理部308的元件，例如包含一维配置的受光元件(线传感器(line sensor))或二维配置的受光元件(电荷耦合器件(Charge Coupled Device，CCD)等)。
镜头316是对从传感器头310照射的测量光及从工件W反射的光的焦点位置等进行调整的光学系统。
另外，传感器头310的光学结构及电气结构是根据测量原理来适当设计，因此并不限定于图4所示的结构。
＜C.形状信息生成处理＞
接下来，对在本实施方式的测量系统1中执行的形状信息生成处理进行说明。
图5是用于说明本实施方式的测量系统1中的驱动单元200及测量装置300的动作时机的图。参照图5，驱动单元200及测量装置300以与各自的特性相应的周期来执行处理。因此，驱动单元200根据动作指令来控制对马达10的动作的时机及周期，与测量装置300对相对于工件W的距离进行测量的时机及周期并不一致。
图5所示的示例中，驱动单元200在动作时刻TS1、TS2、…(时间间隔ΔTS)进行控制，并且输出动作信息。与此相对，测量装置300在测量时刻TZ1、TZ2、…(时间间隔ΔTZ)进行对工件W的测量处理(距离测量)。另外，由测量装置300所测量的距离，相对于根据从摄像开始直至摄像完成为止的摄像数据中的光学特性所算出的值，因此对于所获取的测量信息，也可关联有表示用于进行所述测量信息的摄像完成的时机的时刻。
表示工件W的表面形状的形状信息(即轮廓(profile))是表示传感器头310与工件W之间的相对位置关系、与在此相对位置关系下所测量的相对于工件W的距离的关系，相对位置关系及距离均应在同时刻获取。
如图5所示，驱动单元200及测量装置300并非彼此同步地进行控制及测量，因此并非在共同的时机同时输出动作信息及测量信息。即，驱动单元200输出动作信息的时机与测量装置300输出测量信息的时机有时互不相同。
本实施方式的测量系统1中，控制装置100、驱动单元200及测量装置300具有彼此同步的计时器，因此可视为各个设备所输出的时刻信息的时间轴为共用化。因此，从驱动单元200将时刻信息关联于动作信息而输出，并且，从测量装置300将时刻信息关联于测量信息而输出。并且，控制装置100以时刻信息为基准，使来自驱动单元200的动作信息与来自测量装置300的测量信息的时机匹配，由此来生成关于工件W的形状信息。
图6及图7是用于说明本实施方式的测量系统1中的形状信息的生成处理的图。
参照图6，基于来自驱动单元200的信息(动作信息及时刻信息)与来自测量装置300的信息(测量信息及时刻信息)，以各自的时刻信息为基准，生成将动作信息及测量信息依时间序列排列而成的表400。即，控制装置100将从驱动单元200及测量装置300获取的动作信息、测量信息、时刻信息依时间序列而制成表。
更具体而言，表400是由包含动作信息404、测量信息406与时刻信息402的记录(record)构成。
如图6的表400所示，来自驱动单元200的动作信息404与来自测量装置300的测量信息406并不限于在同一时刻获取，因此在本实施方式中，通过对任一信息进行插值或推定，从而决定同一时刻的动作信息404及测量信息406的组合。
图6所示的示例中，通过对动作信息404进行插值，从而算出获取测量信息406的时刻的动作信息。此处，动作信息除了各时刻的位置以外，还可包含表示工件W的加速度的信息及表示速度的信息。通过使用此种速度及加速度的信息，能够算出指定时刻的位置。
更具体而言，在图6的表400中，与测量时刻TZ1的测量信息1相关联的动作信息408(动作信息12)是通过使用邻接的动作时刻TS1的动作信息1和邻接的动作时刻TS2的动作信息2进行插值而算出。如此，控制装置100通过基于邻接的动作信息进行插值，来决定与由测量装置300所输出的测量信息的测量时刻相关联的动作信息。
通过对与测量信息相关联的各测量时刻进行此种插值处理，从而生成图6所示的与时间序列相关联的表410。表410是由包含动作信息414、测量信息416与时刻信息412的记录所构成。当基于构成表410的各表，将动作信息414中所含的位置与测量信息416相关联地予以描绘时，输出图6所示的形状信息420。
为了便于说明，对使用表的处理例进行了说明，但并不限于此，只要使用任意的数据处理技术来实现即可。即，只要通过生成与共用时刻相关联的动作信息及测量信息的组合来生成形状信息，则也可采用任何处理。
图6所示的形状信息的生成处理只要能够实质上实现图7所示的处理即可。图7中，表示动作信息相对于时刻信息的变化的、动作信息的时间变化424，与表示测量信息相对于时刻信息的变化的、测量信息的时间变化426被整理于共用的时刻信息的坐标。进而，对于动作信息的时间变化424，关于实际上未获取动作信息的时刻的动作信息也通过插值处理来推定。对这两个时间变化进行统合并去除时刻信息，由此，能够生成表示测量信息相对于动作信息的变化的形状信息420。
另外，所述的图6及图7所示的生成处理典型的是在控制装置100中执行，但并不限于此，也可由驱动单元200或测量装置300来执行。
＜D.处理流程＞
接下来，对本实施方式的测量系统1中的处理流程进行说明。
(d1：整体处理序列)
图8是表示在本实施方式的测量系统1中执行的处理流程的序列图。在图8所示的序列图中，着眼于在控制装置100的处理器104及现场网络控制器124、驱动单元200的现场网络控制器204及驱动控制器206、与测量装置300的现场网络控制器304、摄像控制器306及数据处理部308之间所执行的处理。
如上所述，在连接于现场网络20的设备间进行了时机同步，作为一例，所述时机同步是由控制装置100的现场网络控制器124进行管理。具体而言，控制装置100的现场网络控制器124基于在现场网络20上依序传输的帧(frame)中所含的来自各设备(通信从机)的时刻(各通信从机所管理的计时器所输出的计数值)，算出各设备中的时机偏移量(时刻偏移量)(序列SQ100)，并将用于对所算出的时机偏移量进行修正的同步信号发送至各个设备(序列SQ102)。各设备(通信从机)根据来自控制装置100的现场网络控制器124的同步信号，对所管理的计时器进行修正。所述同步信号指定时刻偏移修正后的时刻。
另外，序列SQ100及序列SQ102的处理也可独立于其他处理而在每个规定周期或在每个规定事件(event)时执行。
作为驱动单元200中的对马达10的控制动作，驱动单元200的驱动控制器206根据预先给予的动作指令来执行控制处理(序列SQ110)。此时，驱动控制器206基于控制处理的执行结果等来获取动作信息。进而，驱动控制器206从现场网络控制器204(计时器202)获取与控制处理的执行时机相关联的时刻信息(序列SQ112)。
然后，驱动控制器206将所获取的动作信息经由现场网络控制器204而发送至控制装置100(序列SQ114)，并且将相关联的时刻信息经由现场网络控制器204而发送至控制装置100(序列SQ116)。从驱动单元200发送的动作信息及相关联的时刻信息被保存在控制装置100的处理器104可访问(access)的主存储器106等中。
作为测量装置300中的对工件W的测量处理，测量装置300的数据处理部308对摄像控制器306通知时刻信息的获取时机，所述时刻信息的获取时机表示在摄像期间(曝光期间)内的哪个时机获取时刻信息(序列SQ120)。继而，摄像控制器306根据预先指定的摄像条件等，开始摄像处理(序列SQ122)。进而，摄像控制器306根据时刻信息的获取时机，在摄像期间内从现场网络控制器304(计时器302)获取相关联的时刻信息(序列SQ124)。然后，摄像控制器306将从摄像元件输出的摄像信号输出至数据处理部308(序列SQ126)，并且输出相关联的时刻信息(序列SQ128)。
数据处理部308基于来自摄像控制器306的摄像信号来执行测量处理而生成测量信息(序列SQ130)。然后，数据处理部308将所生成的测量信息经由现场网络控制器304而发送至控制装置100(序列SQ132)，并且将相关联的时刻信息经由现场网络控制器304而发送至控制装置100(序列SQ134)。从测量装置300发送的测量信息及相关联的时刻信息被保存在控制装置100的处理器104可访问的主存储器106等中。
图8所示的对马达10的控制动作(序列SQ110～SQ116)及对工件W的测量处理(序列SQ120～SQ134)反复进行规定次数。当对工件W的一连串测量处理完成时，控制装置100的处理器104基于所保存的动作信息、测量处理、时刻信息来生成形状信息(序列SQ140)。
对每个工件W反复进行如上所述的一连串处理。
(d2：驱动单元200中的处理流程)
接下来，对构成本实施方式的测量系统1的驱动单元200中的处理流程进行说明。图9是表示构成本实施方式的测量系统1的驱动单元200中的处理流程的流程图。
参照图9，驱动单元200在收到同步信号时(步骤S200)，执行对时刻偏移进行修正的处理(步骤S202)。
而且，驱动单元200执行根据对马达10的控制动作等来决定动作信息的处理(步骤S204)及决定相关联的时刻信息的处理(步骤S206)。然后，驱动单元200输出所决定的动作信息及时刻信息(步骤S208)。包含这些相关联的动作信息及时刻信息的输出记录被保存至控制装置100。
(d3：测量装置300中的处理流程)
接下来，对构成本实施方式的测量系统1的测量装置300中的处理流程进行说明。图10是表示构成本实施方式的测量系统1的测量装置300中的处理流程的流程图。
参照图10，测量装置300在收到同步信号时(步骤S300)，执行对时刻偏移进行修正的处理(步骤S302)。
而且，测量装置300执行对工件W的测量光照射等摄像处理(步骤S304)，并执行基于此摄像结果来决定测量信息的处理(步骤S306)及决定相关联的时刻信息的处理(步骤S308)。然后，测量装置300输出所决定的测量信息及时刻信息(步骤S310)。包含这些相关联的测量信息及时刻信息的输出记录被保存至控制装置100。
＜E.动作信息的插值处理＞
接下来，关于本实施方式的测量系统1中的动作信息的插值处理，说明若干实现例。
图11是用于说明本实施方式的测量系统1中的信息的交换及处理的图。为了便于说明，图11中表示驱动单元200及测量装置300以同一控制周期(cycle)来循环(cyclic)执行处理的示例，但并不限于此，也可分别以固有的控制周期来执行处理。进而，也可为每个特定事件等的非周期处理。
在图11所示的示例中，驱动单元200输出与各动作时刻TSx相关联的位置Sx、速度Vsx、加速度Asx(其中，x表示索引(index)编号)，以作为动作信息。而且，测量装置300输出与各测量时刻TZx相关联的测量值Dzx(其中，x表示索引编号)，以作为测量信息。
(e1：插值处理1)
本实施方式的测量系统1中，动作信息是来自马达10的信息，所述马达10是由驱动单元200进行旋转驱动。若考虑此种受到旋转驱动的机械系统的特性，可认为，只要在充分短的时间内，则速度相对于时间呈线性变化。即，若将在之前的动作时刻获取的加速度视为固定，则欲推定动作信息的测量时刻的速度可通过对之前的动作时刻的速度加减将加速度乘以经过时间所得的速度变化而算出。
即，由于之前的动作时刻的速度为已知，且推定对象的测量时刻的速度可推定，因此可根据两个速度的关系来算出推定对象的位置。
图12(A)及图12(B)是用于对基于加速度及速度的动作信息的插值处理进行说明的图。图12(A)及图12(B)是以推定图11所示的测量时刻TZ2的位置S(TZ2)的情况为例进行说明。
参照图12(A)，作为动作时刻TS1的动作信息，假设获取了速度Vs1及加速度As1。从动作时刻TS1直至推定对象的测量时刻TZ2为止的期间视为维持加速度As1，测量时刻TZ2的速度Vs(TZ2)可如以下般算出。
Vs(TZ2)＝Vs1+ΔVs＝Vs1+As1×(TZ2-TS1)
参照图12(B)，由于动作时刻TS1的位置为位置S1，因此若考虑所述的速度变化，则将位置S1加上从动作时刻TSl直至测量时刻TZ2为止的移动距离所得的、测量时刻TZ2的位置S(TZ2)可如以下般算出。
S(TZ2)＝[{Vs1+As1×(TZ2-TS1))2-Vs12]/2×As1
如上所述，也可基于算出对象时刻之前的时刻的、工件W的加速度及速度，来算出所述算出对象时刻的位置。
(e2：插值处理2)
本实施方式的测量系统1中，能够周期性地获取动作信息，因此通过使用时间序列的动作信息中的、处于推定对象的测量时刻附近的动作信息来进行插值处理，能够推定对象测量时刻的位置。
图13是用于说明基于附近的动作信息的、动作信息的插值处理的图。参照图13，例如假设动作时刻TS1、TS2、TS3的位置分别为位置S1、S2、S3。例如，以推定处于动作时刻TS2与动作时刻TS3之间的测量时刻TZ2的位置S(TZ2)的情况为例进行说明。
此时，例如使用动作时刻TS1、TS2、TS3的位置S1、S2、S3的信息来决定插值式，可基于所述决定的插值式来推定位置S(TZ2)。
作为插值式，可采用公知的插值方式。作为此种公知的插值方式，已知有一次插值、拉格朗日(lagrange)插值、样条(spline)插值等。例如，若使用处于测量时刻TZ2附近的动作时刻TS1、TS2、TS3的动作信息，并适用拉格朗日插值，则位置S(TZ2)可如以下般推定。
S(TZ2)＝S1×(TZ2-T2)(TZ2-TS3)/(TS1-TS2)(TS1-TS3)+S2×(TZ2-T1)(TZ2-TS3)/(TS2-TS1)(TS2-TS3)+S3×(TZ2-T1)(TZ2-TS2)/(TS3-TS1)(TS3-TS2)
另外，为了便于说明，例示了使用处于推定对象的测量时刻TZ2附近的三个动作信息的插值式，但用于插值的动作信息的数量并无特别限定，只要适当选择与状况相应的数量即可。
如上所述，也可对与处于算出对象的时刻附近的时刻相关联的多个动作信息(第1信息)中所含的表示位置的信息进行插值，从而算出所述算出对象的时刻的位置。
(e3：补充)
在本实施方式的测量系统1中，动作信息和相关联的时刻信息(动作时刻)被发送至控制装置100，因此可确定与各动作信息相关联的时机。但是，当驱动单元200中的控制动作是在现场网络20上管理的规定的每个控制周期循环执行时，即使在从驱动单元200仅接收动作信息的情况下，也能够算出与各动作信息相关联的时刻信息(动作时刻)。因此，若连成为推定对象的测量时刻也能够确定，则对于所述测量时刻的动作信息(位置)也能够利用所述的任一方法来推定。
所述说明中，表示了驱动单元200周期性地执行控制动作，且与所述控制动作同步地也周期性地发送动作信息的示例，但未必需要此种周期性的控制动作。只要至少将动作信息与相关联的时刻信息(动作时刻)发送至控制装置100，便可通过所述的任一方法来推定作为对象的测量时刻的动作信息(位置)。
而且，图11表示驱动单元200及测量装置300均在每个规定周期循环执行处理的示例，但并不限于此，即使在两者或一者以不同的周期执行处理，或者按照事件来执行处理的情况下，通过如上所述的方法，也能够推定动作信息(位置)。即，本实施方式的测量系统1中，连接于现场网络20的各设备具有经时机同步的计时器，因此通过使用来自此种经时机同步的计时器的时刻信息，即使为各个设备以独自的周期来发送信息的形态，也能够在通信主机(控制装置100)等中以时刻为基准来汇集这些信息。
所述说明中，对下述示例进行了说明，即，对驱动单元200所输出的动作信息(位置)进行插值，以推定与各个测量时刻相关联的动作信息(位置)，但也可相反。即，也可对测量装置300所输出的测量信息进行插值，以推定与各个动作时刻相关联的测量信息。
＜F.曝光时间的动态决定＞
在构成本实施方式的测量系统1的测量装置300中，有时会安装动态决定摄像长度(曝光时间)的功能。此种情况下，测量装置300实际测量的工件W表面上的测量点也将发生变动，因此对于与测量信息相关联的时刻信息，也必须根据动态决定的摄像时间来进行修正。
图14是用于说明构成本实施方式的测量系统1的测量装置300中的曝光时间的动态决定处理的图。参照图14，例如假设在规定的每个测量周期Ts反复执行对工件W的测量处理。此时，假设在遍及某摄像长度Texp而执行摄像处理后，通过对由此摄像处理获得的摄像信号的数据处理，而获得某些处理结果。基于所获得的处理结果，可判断曝光的过或不足。并且，当判断为曝光不足时，设定比先前的摄像长度长的摄像长度来执行下个摄像处理。另一方面，当判断为曝光过剩时，则设定比先前的摄像长度短的摄像长度来执行下个摄像处理。
如此，也可基于通过先前的摄像处理所获得的处理结果，来动态地决定后续的摄像处理的摄像长度(即，曝光时间)。此种对摄像长度(曝光时间)的自动调整是在预先设定的最大摄像长度范围内执行。换言之，摄像长度将变动预先设定的最大长度量。
图15(A)至图15(C)是用于说明在构成本实施方式的测量系统1的测量装置300中动态地决定曝光时间时的影响的图。图15(A)～图15(C)表示配置有工件W的载台6从纸面左侧朝纸面右侧移动的状态。伴随此种工件W的移动，工件W与传感器头310的相对位置关系将随时间发生变化。因此，通过摄像长度(曝光时间)发生变化，被照射测量光的工件W的表面上的位置也将发生变化。
作为一例，如图15(A)所示，在摄像长度Texp相对较短的情况下，测量光照射至工件W的纸面靠右处。另一方面，如图15(C)所示，在摄像长度Texp相对较长的情况下，测量光照射至工件W的纸面靠左处。而且，如图15(B)所示，在摄像长度Texp为标准长度的情况下，测量光照射至两者的中间位置。
必须适当地反映此种测量光的照射位置的变动，以生成正确的形状信息。
再次参照图14，作为来自测量装置300的测量信息，包含测量值(所述示例中，为直至工件W的表面为止的距离)，而且，作为与所述测量信息相关联的时刻信息，例如也可包含表示测量周期Ts的开始时机的测量时刻TZ1与摄像长度Texp。控制装置100也可通过利用摄像长度Texp来修正来自测量装置300的时刻信息中所含的测量时刻TZ1，从而算出原本的测量时刻。此时，作为工件W的表面上的测量点，成为与测量时刻TZ′1、TZ′2、TZ′3…的时机相关联的位置。
而且，根据应用程序，也有时优选将与摄像期间的中心相关联的位置设为测量点。此时，通过利用摄像长度Texp来修正来自测量装置300的时刻信息中所含的测量时刻TZ1的1/2，从而能够算出测量时刻TZ″1、TZ″2、TZ″3…。
进而，所述说明中，对发送表示测量周期Ts的开始时机的测量时刻TZ1及摄像长度Texp的示例进行了说明，但也可在测量装置300侧算出测量时刻TZ′1、TZ′2、TZ′3…或测量时刻TZ″1、TZ″2、TZ″3…，并作为时刻信息而发送至控制装置100。
如此，测量装置300获取测量信息的时刻信息包含表示从测量光的照射开始直至照射完成为止的期间内的任意时机的时刻信息。即，测量装置300获取测量信息的时刻信息也可为与测量光的照射开始时对应的时机、测量光的照射期间内的任意时机、与测量光的照射完成时对应的时机中的任一个。
在测量装置300中安装有动态地决定摄像长度(曝光时间)的功能的情况下，优选的是，获取与此摄像长度(曝光时间)相关联的测量时刻，并将此获取的测量时刻通知给控制装置100。此时，对于以何种数据格式来将测量时刻通知给控制装置100，可采用任意方法。
＜G.形状信息生成的处理流程＞
接下来，对与形状信息的生成相关的处理流程进行说明。
图16是表示本实施方式的测量系统1中的形状信息的生成流程的流程图。图16所示的各步骤典型的是通过控制装置100的处理器104执行程序而实现。
参照图16，控制装置100在收到来自驱动单元200的信息(动作信息及相关联的时刻信息)时(步骤S100中为是(YES))，将时刻信息作为关键字(key)来保存所接收的信息(步骤S102)。若非如此(步骤S100中为否(NO))，则跳过(skip)步骤S102的处理。
当收到来自测量装置300的信息(测量信息及相关联的时刻信息)时(步骤S104中为是)，将时刻信息作为关键字来保存所接收的信息(步骤S106)。若非如此(步骤S104中为否)，则跳过步骤S106的处理。
继而，当收到形状信息的生成指示时(步骤S108中为是)，控制装置100确定所保存的来自测量装置300的信息中所含的与测量信息相关联的时刻信息(步骤S110)，并使用所保存的来自驱动单元200的信息，来算出与所述已确定的时刻信息相关联的动作信息(位置)(步骤S112)。通过步骤S110及步骤S112的处理，可决定与某时刻信息相关联的、测量信息及动作信息(位置)的组合。
然后，控制装置100判断是否已对所保存的来自测量装置300的信息中所含的所有时刻信息决定了测量信息及动作信息(位置)的组合(步骤S114)。若存在尚决定测量信息及动作信息(位置)的组合的时刻信息(步骤S114中为否)，则重复步骤S110以下的处理。
另一方面，若已对所有时刻信息决定了测量信息及动作信息(位置)的组合(步骤S114中为是)，则基于测量信息及动作信息(位置)的组合来生成测量信息(步骤S116)。然后，处理结束。
＜H.变形例＞
本实施方式的测量系统1中，对控制装置100从驱动单元200及测量装置300获取信息而生成形状信息的结构例进行了说明，但也可由驱动单元200及测量装置300中的任一者来生成形状信息。即，对将生成形状信息的功能设于现场网络20的通信主机的结构进行了例示，但也可配置在其他设备上。
本实施方式的测量系统1中，表示了驱动单元200及测量装置300连接于单一的现场网络20的示例，但也可分别连接于不同的现场网络。例如设想下述结构：控制装置对于两个现场网络分别作为通信主机发挥功能，且在控制装置内，关于各个现场网络的计时器经同步。此种结构中，即使是不同的现场网络彼此间也能够实现时机同步，因此无须使现场网络共用化。
本实施方式的测量系统1中，表示了驱动单元200及测量装置300分别配置有各一个的结构例，但并不限于此，也可配置多个驱动单元200及测量装置300。例如，也可在采用具有二自由度的XY载台作为载台6的同时，为了驱动沿各个轴配置的各个马达10，而配置两个驱动单元200。在此情况下，由于彼此的设备经时机同步，因此能够使从各个设备获取的信息汇集在同一时间轴上。
本实施方式的测量系统1中，与以同一时间轴来定义的时刻信息相关联的动作信息(位置)及测量信息能够收集时间序列数据，因此当发生了某些异常或事件时，只要能够获取其发生的时刻信息，便能够确定此时机的信息，从而有助于探明原因。
＜I.优点＞
本实施方式的测量系统中，针对测量对象的测量装置、和使测量装置与测量对象之间的相对位置关系发生变化的驱动装置分别具有经同步的计时器，在来自测量装置的测量信息及来自驱动装置的动作信息中，赋予有从各个计时器输出的时刻信息。通过以此时刻信息为基准来使测量信息及动作信息彼此相关联，从而即使各个装置未直接连接，也能够高精度地生成表示测量对象的形状的信息。
应认为，此次揭示的实施方式在所有方面仅为例示，并非限制者。本发明的范围是由权利要求而非所述说明所示，且意图包含与权利要求均等的含义及范围内的所有变更。

Claims (9)

1.一种测量系统，其特征在于，包括：
测量装置，对测量对象进行测量；以及
驱动装置，使所述测量装置与所述测量对象之间的相对位置关系发生变化，
所述测量装置及所述驱动装置分别具有经同步的计时器，
所述驱动装置将表示所述测量对象的位置的信息、与来自所述驱动装置的计时器的时刻信息相关联，并作为第1信息而输出，来自所述驱动装置的计时器的时刻信息表示获取表示所述位置的信息的时机，
所述测量装置将通过对所述测量对象进行测量而获取的测量信息、与表示获取所述测量信息的时机的来自所述测量装置的计时器的时刻信息相关联，并作为第2信息而输出，
所述测量系统包括信息生成部件，所述信息生成部件基于一个或多个所述第1信息，算出与所述第2信息中所含的时刻信息相关联的位置，并且基于与共用的时刻信息相关联的、所算出的位置与测量信息的组合，生成表示所述测量对象的形状的信息。
2.根据权利要求1所述的测量系统，其特征在于，
所述第1信息还包括表示所述测量对象的加速度的信息及表示速度的信息，
所述信息生成部件基于算出对象时刻之前的时刻的、所述测量对象的加速度及速度，来算出所述算出对象时刻的位置。
3.根据权利要求1所述的测量系统，其特征在于，
所述信息生成部件对与处于算出对象时刻附近的时刻相关联的多个所述第1信息中所含的表示位置的信息进行插值，从而算出所述算出对象时刻的位置。
4.根据权利要求1所述的测量系统，其特征在于，
所述测量装置及所述驱动装置经由经时机同步的网络而连接。
5.根据权利要求4所述的测量系统，其特征在于还包括：
通信主机，对所述网络上的数据通信及计时器的同步进行管理，
所述信息生成部件设于所述通信主机中。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的测量系统，其特征在于，
所述测量装置构成为，对所述测量对象照射测量光，并且接收来自所述测量对象的反射光，以对所述测量对象的特性值进行测量，
所述第2信息包含表示从所述测量光的照射开始直至照射完成为止的期间内的一个时机的时刻信息。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的测量系统，其特征在于，
所述驱动装置输出所述第1信息的时机、与所述测量装置输出所述第2信息的时机互不相同。
8.一种控制装置，其特征在于，包括：
网络控制器，对测量装置与驱动装置进行网络连接，所述测量装置对测量对象进行测量，所述驱动装置使所述测量装置与所述测量对象之间的相对位置关系发生变化；以及
计时器，在所述测量装置的计时器及所述驱动装置的计时器之间经同步，
所述驱动装置将表示所述测量对象的位置的信息、与来自所述驱动装置的计时器的时刻信息相关联，并作为第1信息而输出，来自所述驱动装置的计时器的时刻信息表示获取表示所述位置的信息的时机，
所述测量装置将通过对所述测量对象进行测量而获取的测量信息、与表示获取所述测量信息的时机的来自所述测量装置的计时器的时刻信息相关联，并作为第2信息而输出，
所述控制装置还包括信息生成部件，所述信息生成部件基于一个或多个所述第1信息，算出与所述第2信息中所含的时刻信息相关联的位置，并且基于与共用的时刻信息相关联的、所算出的位置与测量信息的组合，生成表示所述测量对象的形状的信息。
9.一种测量方法，是测量系统中的测量方法，所述测量系统包括测量装置与驱动装置，所述测量装置对测量对象进行测量，所述驱动装置使所述测量装置与所述测量对象之间的相对位置关系发生变化，所述测量方法的特征在于，包括：
所述测量装置及所述驱动装置分别具有经同步的计时器，且所述测量方法包括下述步骤：
所述驱动装置将表示所述测量对象的位置的信息、与来自所述驱动装置的计时器的时刻信息相关联，并作为第1信息而输出，来自所述驱动装置的计时器的时刻信息表示获取表示所述位置的信息的时机；
所述测量装置将通过对所述测量对象进行测量而获取的测量信息、与表示获取所述测量信息的时机的来自所述测量装置的计时器的时刻信息相关联，并作为第2信息而输出；
基于一个或多个所述第1信息，算出与所述第2信息中所含的时刻信息相关联的位置；以及
基于与共用的时刻信息相关联的、所算出的位置与测量信息的组合，生成表示所述测量对象的形状的信息。
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