CN109470193B

CN109470193B - 形状测定装置的控制方法

Info

Publication number: CN109470193B
Application number: CN201811044213.9A
Authority: CN
Inventors: 野田孝
Original assignee: Mitutoyo Corp
Current assignee: Mitutoyo Corp
Priority date: 2017-09-08
Filing date: 2018-09-07
Publication date: 2021-10-26
Anticipated expiration: 2038-09-07
Also published as: DE102018215294A1; JP2019049464A; CN109470193A; JP7002892B2; US20190078866A1; US10746523B2

Abstract

本发明提供一种形状测定装置的控制方法，使速度图案的加减速变更的定时与控制采样周期同步，从而避免产生控制偏差。基于根据预先获得的测定对象物的形状数据设定的移动路径的形状，生成用于沿移动路径移动的速度图案。判定速度图案的速度变更的定时是否与形状测定装置的控制采样周期同步。在速度图案的速度变更的定时与控制采样周期不同步的情况下，对速度图案进行修正使得速度图案的速度变更的定时与形状测定装置的控制采样周期同步。

Description

形状测定装置的控制方法

本申请基于2017年9月8日提交的日本专利申请号2017-173576要求优先权，其公开内容通过引用而整体纳入本申请。

技术领域

本发明涉及一种形状测定装置的控制方法。

背景技术

已知一种通过使探头沿着测定对象物的表面进行扫描移动来对测定对象物的形状进行测定的形状测定装置(例如，参照专利文献1、2、3)。在扫描测定中，需要事先生成扫描测定的路径。

在专利文献1所记载的装置中，将基于CAD数据等得到的设计值(例如NURBS(Non-Uniform Rational B-Spline：非均匀有理B样条)数据)变换为规定次数的多项式曲线群。

简单地对该过程进行说明，首先，从外部的CAD系统等接收包含路径信息的CAD数据(例如NURBS数据)，将该CAD数据变换为点群的数据。各点的数据为将坐标值(x，y，z)与法线方向(P，Q，R)组合而成的数据(也就是说，是(x，y，z，P，Q，R)。)。

在本说明书中，为了以后的说明，将具有(x，y，z，P，Q，R)信息的点群的数据称为轮廓点数据。

接着，使各点的坐标值沿法线方向偏移规定量(规定量具体是指触针头半径r-基准偏差量E0。)。将通过这样求出的点群数据称为已偏移轮廓点数据。

然后，将已偏移轮廓点数据变换为规定次数的多项式曲线群。

在此，作为多项式，使用三次函数，设为PCC曲线群(Parametric Cubic Curves：参数三次曲线)。

基于该PCC曲线生成扫描测定的路径。并且，对PCC曲线进行分割而设为分割PCC曲线群。

基于分割PCC曲线群计算速度曲线，来计算探头的移动速度(移动矢量)。例如，基于分割PCC曲线群的各片段的曲率等来设定探头的移动速度(移动矢量)。基于像这样计算出的移动速度来使探头沿着测定对象物的表面移动(被动标称扫描测定)。

并且，还已知一种为了使探头的偏差量固定而时刻地计算偏差修正矢量来一边修正轨迹一边进行扫描测定的方法(主动标称扫描测定)。

简单地介绍专利文献2(日本特开2013-238573号公报)中所公开的“主动标称扫描测定”。在“主动标称扫描测定”中，将通过下面的(式1)表示的合成矢量V设为探头的矢量移动指令。

当探头进行基于合成矢量V的移动时，实现探头(触针头)以沿着PCC曲线的方式移动并使偏差量固定的工件表面扫描测定、也就是“主动标称扫描测定”。

V＝Gf×Vf+Ge×Ve+Gc×Vc…(式1)

参照图1简单地说明式1的意思。

在图1中，PCC曲线(也就是扫描路径)位于从设计数据(轮廓点数据)偏移了规定量(触针头半径r-基准偏差量E0)的地方。

另外，在图1中，实际的工件稍微偏离于设计数据。

矢量Vf为路径速度矢量。路径速度矢量Vf具有从PCC曲线上的插值点(i)朝向下一个插值点(i+1)的方向。此外，路径速度矢量Vf的大小例如基于PCC曲线的在插值点(i)处的曲率决定(例如专利文献3)。

矢量Ve为偏差量修正矢量，是用于使探头的偏差量Ep成为规定的基准偏差量E0(例如0.3mm)的矢量。(偏差量修正矢量Ve必然平行于工件表面的法线。)

矢量Vc为轨迹修正矢量。轨迹修正矢量平行于从探头位置向PCC曲线下垂的垂线。

在式1中，Gf、Ge、Gc分别是扫描驱动增益、偏差方向修正增益、轨迹修正增益。

在图2中例示PCC曲线。

图2表示从点P1到点P7为止连续的PCC曲线L_PCC，通过点P将该PCC曲线L_PCC分割为多个片段。(各片段也为PCC曲线。)

各片段的终点为下一片段(PCC曲线)的起点。将片段的起点的坐标表示为(K_X0，K_Y0，K_Z0)，将该PCC曲线上的起点与终点之间的直线的长度设为D。

当像这样进行定义时，使用用于表示三次曲线的系数(K_X3、K_X2····K_Z1、K_Z0)，通过下式来表示PCC曲线上的任意位置处的坐标{X(S)，Y(S)，Z(S)}。

X(S)＝K_X3S³+K_X2S²⁺K_X1S+K_X0

Y(S)＝K_Y3S³+K_Y2S²+K_Y1S+K_Y0

Z(S)＝K_Z3S³+K_Z2S²+K_Z1S+K_Z0

如果工件是由平面、曲率固定的圆构成那样的简单形状，则扫描测定的路径也可以是直线、圆之类的简单形状，不需要将PCC曲线分割为很多的片段。

另一方面，由于工件的测定部位呈复杂的形状，并且要高精度地追随这样的测定部位的同时进行高精度的扫描测定，因此必须将PCC曲线进行细密的分割来使片段数增加。例如在对图3那样的曲线的轮廓形状进行扫描测定的情况下，如图4所例示的那样，在曲率变化的地方分割成片段。而且，针对每个片段设定适当的速度图案(专利文献3)。也就是说，根据各片段设定高精度地追随曲线的同时尽可能高速地进行移动的速度图案。

在图5中示出速度图案的一例。

专利文献1：日本特开2008-241420号公报

专利文献2：日本特开2013-238573号公报

专利文献3：日本特开2014-21004号公报(专利6063161)

发明内容

发明要解决的问题

虽然只要按照例如图5那样求出的速度图案进行移动速度的加减速控制即可，但是实际上产生了如下的问题。

图5的速度图案是基于PCC曲线的曲率等形状通过速度图案的适用和运算处理而求出的。但是，在实际上对形状测定装置进行驱动控制的情况下，以控制采样周期为单位执行命令。

作为一例，请参照图6。

图6是针对速度图案以控制采样周期为单位(T)在时间轴上加入了刻度的图。该图6的速度图案是刚好与控制采样周期完全一致的情况的例子。

最初，从开始速度Vs起进行加速，达到恒定速度V并以恒定速度V行进，之后减速至结束速度Ve。如果按所设定的时间执行速度图案的加减速，则理应到达目标地点。

另一方面，图7的速度图案是与控制采样周期不一致的情况。

在速度图案中，从开始速度Vs起进行加速而达到恒定速度V，但是加速的结束时间不与控制采样周期的最后一致。因此，探头继续加速直到控制采样周期的最后为止。于是，导致超过了目标的恒定速度V，导致探头的位置经过了运算上的目标地点。并且，在以恒定速度V行进之后，转变为减速区间，但是减速的开始不与控制采样周期的开头一致。因此，探头继续保持恒定速度V直到控制采样周期的最后为止。如果减速定时延迟，则导致探头的最终位置经过了运算上的目标地点。

这样，每当加减速的变更定时与控制采样周期之间存在偏差时，控制误差就会累积。

在现有的形状测定装置的驱动控制中，由于最高速度、最高加速度的大小并不那么大，因此控制偏差不会达到致命性的大小(或者，对最高速度和最高加速度进行了抑制以不使控制偏差过大。)。但是，在期望提高测定效率的当下，如果最高速度、最高加速度变大，则所述控制偏差成为重要的解决课题。

本发明的目的在于提供一种使速度图案的加减速变更的定时与控制采样周期同步从而避免产生控制偏差的形状测定装置的控制方法。

用于解决问题的方案

本发明的形状测定装置的控制方法是使探头沿着测定对象物的表面移动来测定所述测定对象物的形状的形状测定装置的控制方法，在所述形状测定装置的控制方法包括：

基于根据预先获得的所述测定对象物的形状数据设定的移动路径的形状，生成用于使所述探头沿所述移动路径移动的速度图案；

判定所述速度图案的速度变更的定时是否与所述形状测定装置的控制采样周期同步；并且

在所述速度图案的速度变更的所述定时与所述控制采样周期不同步的情况下，对所述速度图案进行修正使得所述速度图案的速度变更的定时与所述形状测定装置的控制采样周期同步。

在本发明中，优选的是，

所述对所述速度图案进行修正使得所述速度图案的速度变更的所述定时与所述形状测定装置的控制采样周期同步的步骤包括：

在所述速度图案的开始速度和结束速度为零且所述速度图案为梯形图案的情况下，

计算对加速区间的控制采样次数Na与等速区间的控制采样次数Nf之和的小数点以下进行向上舍入所得到的值Nm；

通过S/(T×Nm)来计算所述等速区间的速度即修正最高速度Vm，其中，S为整体的移动距离，T为一个控制采样周期；

通过ROUNDUP(Na’，0)来计算将对所述加速区间的所述控制采样次数Na进行整数化所得到的值Nam，其中，Na’＝Vm/(T×α)，α为修正前的加速度；并且，

将所述等速区间的所述控制采样次数设为Nfm＝Nm-Nam。

在本发明中，优选的是，

在所述速度图案的开始速度和结束速度为零且所述速度图案为三角图案的情况下，

通过下面的式计算进行了整数化后的加速区间的控制采样次数Nan，

Nan＝Roundup(Na，0)

其中，Na为S＝α×(Na×T)²，S为整体的移动距离，α为修正前的加速度，T为一个控制采样周期。

另外，本发明的形状测定装置的控制方法是使探头沿着测定对象物的表面移动来测定所述测定对象物的形状的形状测定装置的控制方法，在所述形状测定装置的控制方法包括：

在所述速度图案的速度变更的所述定时与所述控制采样周期不同步的情况下，对所述速度图案进行修正使得所述速度图案的速度变更的所述定时与所述形状测定装置的控制采样周期同步。

在本发明中，优选的是，

在所述速度图案为梯形图案的情况下，

将修正前的加速区间的控制采样次数设为Na，将修正前的减速区间的控制采样次数设为Nd，将修正前的等速区间的控制采样次数设为Nf，将修正前的整体的控制采样次数设为Nt；

通过对所述修正前的整体的控制采样次数Nt的小数点以下进行向上舍入来计算修正后的整体的控制采样次数Ntm；

通过对所述Na进行向上舍入来计算修正后的所述加速区间的控制采样次数Nam；

通过对所述Nd进行向上舍入来计算修正后的所述减速区间的控制采样次数Ndm；

通过Ntm-(Nam+Ndm)-2来计算修正后的所述等速区间的控制采样次数Nft；并且

在所述加速区间与所述等速区间之间以及所述等速区间与所述减速区间之间分别插入与一个控制采样周期相应的量的调整区间。

在本发明中，优选的是，

在所述调整区间的加速度与修正前的加速度进行对比时符号相反的情况下，

将所述Nam减去1，将所述Ndm减去1。

在本发明中，优选的是，

在所述速度图案为三角图案的情况下，

将修正前的加速区间的控制采样次数设为Na，将修正前的减速区间的控制采样次数设为Nd，将修正前的整体的控制采样次数设为Nt；

通过将对所述Na进行向上舍入所得到的值减去1，来计算修正后的所述加速区间的控制采样次数Nam；

通过将对所述Nd进行向上舍入所得到的值减去1，来计算修正后的所述减速区间的控制采样次数Ndm；

通过Ntm-(Nam+Ndm)-2来计算修正后的等速区间的控制采样次数Nft；并且，

判定所述速度图案的速度变更的定时是否与所述形状测定装置的控制采样周期同步；

在所述速度图案的速度变更的所述定时与所述控制采样周期不同步的情况下，对所述速度图案进行修正使得所述速度图案的速度变更的所述定时与所述形状测定装置的控制采样周期同步；

假定为在加速区间内从开始速度Vs起单调地进行加速而达到修正最高速度Vm、并且在减速区间内从修正最高速度Vm起单调地进行减速而达到结束速度Ve，计算所述修正后的速度图案的加速区间和减速区间的虚拟S形速度曲线；

计算在按照各虚拟S形速度曲线进行移动的情况下缺少的距离Da；

以通过所述加速区间或所述减速区间的所述控制采样次数对所述缺少的距离Da进行补偿的方式计算速度补偿量ΔV；并且

在各控制采样定时将所述虚拟S形速度曲线加上所述速度补偿量ΔV所得到的值设为修正后的速度。

附图说明

图1是例示设计数据(轮廓点数据)、PCC曲线以及实际的工件的关系的图。

图2是例示PCC曲线的图。

图3是例示曲线状的轮廓(PCC曲线)的图。

图4是表示将PCC曲线分割为片段的一例的图。

图5是表示速度图案的一例的图。

图6是针对速度图案以控制采样周期为单位(T)在时间轴上加入了刻度的图，是表示速度图案与控制采样周期正好一致的情况的例子的图。

图7是针对速度图案以控制采样周期为单位(T)在时间轴上加入了刻度的图，是表示速度图案与控制采样周期不一致的情况的例子的图。

图8是表示形状测定系统的整体结构的图。

图9是运动控制器和主计算机的功能框图。

图10是表示移动指令生成部的结构的图。

图11是表示开始速度Vs和结束速度Ve为零的梯形图案的一例的图。

图12是表示开始速度Vs和结束速度Ve为零的三角图案的一例的图。

图13是表示运动控制器的控制动作的整体流程图。

图14是用于说明速度图案修正部所进行的速度图案修正处理的过程的流程图。

图15是用于说明速度图案修正处理(梯形图案的修正)的过程的流程图。

图16是表示进行了修正后的速度图案的图。

图17是用于说明速度图案修正处理(三角图案的修正)的过程的流程图。

图18是表示进行了修正后的速度图案的图。

图19是例示开始速度Vs和结束速度Ve不为零的梯形图案的图。

图20是用于说明第二实施方式的速度图案修正处理的过程的流程图。

图21是用于说明整数化处理的过程的流程图。

图22是用于说明整数化处理的过程的流程图。

图23是表示进行了修正后的速度图案的图。

图24是例示开始速度Vs和结束速度Ve不为零的三角图案的图。

图25是用于说明速度图案修正处理的过程的流程图。

图26是表示进行了修正后的速度图案的图。

图27是用于说明第三实施方式的S形加减速处理的流程图。

图28是例示针对简单化了的修正速度图案的虚拟的S形速度曲线的图。

图29是用于说明通过S形加减速处理来基于直线的加减速图案得到S形速度曲线的方法的图。

图30是用于说明通过S形加减速处理来基于直线的加减速图案得到S形速度曲线的方法的图。

图31是例示距离校正量的图。

图32是例示速度校正量的图。

附图标记说明

100：形状测定系统；200：坐标测定机；210：基座；220：移动机构；221：Y滑动件；222：X滑动件；223：Z轴立柱；224：Z主轴；230：探头；231：触针；232：触针头；233：支承部；300：运动控制器；310：测定指令获取部；330：计数器部；340：移动指令生成部；341：速度图案设计部；342：速度图案运算部；343：速度图案修正部；344：加减速调整部；348：矢量指令生成部；350：驱动控制部；400：手动控制器；500：主计算机；520：存储部；530：形状解析部。

具体实施方式

图示本发明的实施方式，并且参照对图中的各要素附加的标记进行说明。

(第一实施方式)

图8是表示形状测定系统100的整体结构的图。

形状测定系统100具备坐标测定机200、对坐标测定机200的驱动进行控制的运动控制器300以及对运动控制器300进行控制并且执行需要的数据处理的主计算机500。

坐标测定机200本身是众所周知的，简单地进行例示。

坐标测定机200具备基座210、移动机构220以及探头230。

移动机构220具备：门型的Y滑动件221，其设置为能够在基座210上沿Y方向滑动；X滑动件222，其沿着Y滑动件221的X方向的横梁进行滑动；Z轴立柱223，其被固定于X滑动件222上；以及Z主轴224，其在Z轴立柱223内沿Z方向进行升降。

在Y滑动件221、X滑动件222以及Z主轴224中各自附设有驱动马达(未图示)和编码器(未图示)。根据来自运动控制器300的驱动控制信号，对各驱动马达进行驱动控制。编码器检测Y滑动件221、X滑动件222以及Z主轴224各自的移动量，将检测值输出到运动控制器300。在Z主轴224的下端安装有探头230。

探头230具备：触针231，其在前端侧(-Z轴方向侧)具有触针头232；以及支承部233，其对触针231的基端侧(+Z轴方向侧)进行支承。触针头232呈球状，与测定对象物W接触。

在对触针231施加了外力的情况下、即在触针头232抵接于测定对象物的情况下，支承部233对触针231进行支承使得触针231能够在固定的范围内在X、Y、Z轴方向上移动。支承部233还具备用于检测触针231的各轴方向上的位置的探头传感器(未图示)。探头传感器将检测值输出到运动控制器300。

(运动控制器300的结构)

图9是运动控制器300和主计算机500的功能框图。

运动控制器300具备测定指令获取部310、计数器部330、移动指令生成部340以及驱动控制部350。

测定指令获取部310从主计算机500获取PCC曲线数据。计数器部330对从编码器输出的检测信号进行计数来测量各滑动件的位移量，并且对从探头传感器输出的检测信号进行计数来测量探头230(触针231)的位移量。基于测量出的滑动件和探头230的位移，能够获得触针头232的坐标位置PP(以下称为探头位置PP)。另外，基于由计数器部330测量出的触针231的位移(探头传感器的检测值(Px，Py，Pz))，能够获得触针头232的偏差量(矢量Ep的绝对值)。

移动指令生成部340计算用于通过探头230(触针头232)来对测定对象物表面进行测定的探头230(触针头232)的移动路径，计算按照该移动路径的速度矢量。

在图10中示出移动指令生成部340的结构。

移动指令生成部340具备速度图案设计部341和矢量指令生成部348。

速度图案设计部341具备速度图案运算部342、速度图案修正部343以及加减速调整部344。

参照流程图在后面记述各功能部的动作。

驱动控制部350基于由移动指令生成部340计算出的移动矢量，来对各滑动件进行驱动控制。

此外，在运动控制器300上连接有手动控制器400。

手动控制器400具有操纵杆和各种按钮，用于受理来自用户的手动输入操作，并将用户的操作指令发送到运动控制器300。在该情况下，运动控制器300(驱动控制部350)根据用户的操作指令来对各滑动件进行驱动控制。

(主计算机500的结构)

主计算机500具备CPU 511(Central Processing Unit：中央处理单元)、存储器等，经由运动控制器300来控制坐标测定机200。

主计算机500还具备存储部520和形状解析部530。存储部520保存与测定对象物(工件)W的形状有关的设计数据(CAD数据、NURBS数据等)、通过测定所得到的测定数据以及对测定动作整体进行控制的测定控制程序。

形状解析部530如下那样进行形状解析：基于从运动控制器300输出的测定数据来计算测定对象物W的表面形状数据，求出所计算出的测定对象物W的表面形状数据的误差、失真等。另外，形状解析部530还承担从设计数据(CAD数据、NURBS数据等)向PCC曲线的变换等运算处理。

通过由CPU 511(中央处理装置)执行测定控制程序，来实现本实施方式的测定动作。

根据需要，在主计算机500上连接有输出装置(显示器、打印机)和输入装置(键盘、鼠标)。

(控制方法)

参照流程图说明本实施方式所涉及的形状测定装置的控制方法。

如前述的那样，本发明的目的之一是使速度图案的加减速变更的定时与“控制采样周期”同步，从而避免产生控制偏差。希望对加减速变更的定时与控制采样周期不同步的速度图案(例如图7)进行修正，从而使得加减速变更的定时与控制采样周期同步。

此外，作为第一实施方式，考虑如图11、图12那样开始速度Vs和结束速度Ve两方均为零的速度图案。(在第二实施方式中对开始速度Vs和结束速度Ve中的一方都不为零的速度图案进行说明。)

图13是表示运动控制器300的控制动作的整体流程图。

运动控制器300接收作为由主计算机500生成的测定指令的PCC曲线数据(ST110)。速度图案设计部341生成用于使探头230按照该PCC曲线数据进行扫描移动的速度图案(ST120)。速度图案运算部342针对每个片段生成高精度地追随PCC曲线并且尽可能高速地进行移动的速度图案(ST130)。

该工序本身与以往相同，生成例如背景技术中所说明的图5那样的速度图案，但是在本第一实施方式中，设为如图11或图12那样生成了开始速度Vs和结束速度Ve两方均为零的速度图案。想要假定例如PCC曲线(的片段)为简单的图形(例如直线、曲率固定的曲线)的情况。

图11的速度图案从开始速度Vs为零的状态开始，以等加速度进行加速而达到最高速度Vmax，在以该最高速度Vmax等速移动了固定时间之后，以等减速度进行减速，以结束速度Ve＝0结束。

此时，设为加速度的大小与减速度的大小是相同的。也就是说，加速时间和减速时间是相同的。如该图11的例子那样，将存在基于最高速度Vmax的等速移动的区间的速度图案称为梯形图案。

在此，加速区间(或减速区间)的加速度(或减速度)的大小根据机器(坐标测定机)的耐受加速度进行设定。加速区间(或减速区间)的加速度(或减速度)在最大时可以设为与机器(坐标测定机)的耐受加速度相同的值。实际上，优选的是，考虑到安全性和平滑的加减速动作(具体地说，S形加减速处理)，加速区间(或减速区间)的加速度(或减速度)设定为机器(坐标测定机)的耐受加速度的一半。在该情况下，如果将机器(坐标测定机)的耐受加速度的大小设为β，则加速区间(或减速区间)的加速度(或减速度)的大小α为α＝β/2。

等速区间的最高速度Vmax也根据机器(坐标测定机)的耐受速度进行设定。等速区间的最高速度Vmax当然也能够最大限度地设为与机器(坐标测定机)的耐受速度相同的值，也可以乘以考虑了超控的安全率Q(小于1.0的数值、例如0.9等)。

图12的速度图案从开始速度Vs为零的状态开始，以等加速度进行加速，在达到最高速度Vmax之前开始减速，以等减速度进行减速而以结束速度Ve＝0结束。在该情况下，也设为加速度的大小与减速度的大小相同。也就是说，加速时间和减速时间是相同的。如该图12的例子那样，将不存在等速移动的区间并在加速区间之后立即转变为减速区间的速度图案称为三角图案。

图11或图12的速度图案的加减速变更定时与控制采样周期不一致。因此，通过速度图案修正部343对所述速度图案(图11、图12)进行微调以使其与控制采样周期一致(ST200)。

此外，在本第一实施方式中，修正后的速度图案也与修正前同样地进行等加速度(等减速度)运动。也就是说，设为在加速区间(或减速区间)内加速度(或减速度)是固定的。换句话说，不会在加速区间(或减速区间)内切换加速度(或减速度)。

另外，设为在修正后的速度图案中，加速度的大小与减速度的大小也是相同的。也就是说，在修正后的速度图案中，加速时间和减速时间也是相同的(在第二实施方式中介绍在中途切换加速度和减速度的观点。)。

图14是用于说明速度图案修正部343所进行的速度图案修正处理的过程的流程图。

在速度图案为梯形图案的情况与速度图案为三角图案的情况中，一些处理是不同的，因此图案修正部343判定速度图案为梯形图案还是三角图案(ST210)。

当将不使用梯形图案而仅通过三角图案所能够移动的最大距离表示为St时，St＝Vmax²/α。因而，以开始位置与目标位置之间的移动距离S是大于所述St还是小于所述St来确定速度图案是三角图案还是梯形图案。作为简单的事例，假设移动路径为直线，当将从开始位置Ps(Xs，Ys，Zs)到目标位置Pe(Xe，Ye，Ze)的移动距离设为S时，移动距离S表示为如下算式：

S²＝(Xe-Xs)²+(Ye-Ys)²+(Ze-Zs)²。

在S≤St的情况下，速度图案是三角图案(ST220：否)，在S>St的情况下，速度图案是梯形图案(ST220：是)。

那么，考虑速度图案为梯形图案(图11)的情况(ST220：是)。

参照图15的流程图按顺序进行说明。

此时，设为用Na表示加速区间的控制采样次数，用Nf表示等速区间的控制采样次数。由于加速时间与减速时间相同，因此减速区间的控制采样次数Nd同样为Na。而且，用T表示控制采样周期。

于是，下式成立。

(Na+Nf)＝S/(T×Vmax)…(式1)

能够基于下面的关系式导出(式1)。

Vmax＝α×Na×T

2×α×Sa＝Vmax²其中，Sa为加速区间的距离。

Sf＝Nf×T×Vmax其中，Sf为等速区间的距离。

S＝2×Sa+Sf

首先使控制采样次数成为整数值，求出与其相应的修正最高速度Vm(ST221)。

在此，(式1)的“Na+Nf”为与将加速区间的控制采样次数和等速区间的控制采样次数合计得到的控制采样次数相当的值。因此，将小数点以下进行向上舍入而生成Nm＝ROUNDUP{(Na+Nf)，0}的整数值Nm。在此基础上，求出与整数值Nm对应的速度Vm。

由于将(Na+Nf)的小数点以下进行向上舍入后设为Nm，因此Vm为小于Vmax的值。

Nm＝S/(T×Vm)

Vm＝S/(T×Nm)…(式1-1)

(之所以形成(式1-1)，例如试着在图11中将减速区间的距离量的三角形向加速区间移动的话立即就会理解。)

将像这样求出的速度Vm设为等速区间的速度。将该Vm设为修正最高速度(ST221)。

那么，等速区间的速度为修正最高速度Vm。

在此，假定加速度仍为α，试着反过来运算用于达到修正最高速度Vm的加速次数Na’。于是，Na’＝Vm/(T×α)。在此基础上，试着对该加速次数Na’进行整数化(ST222)。

Nam＝ROUNDUP{Na’，0}

该整数值Nam为进行整数化所得到的加速次数。减速次数也同样采用Nam。

然后，由于求出了加速次数Nam，因此与之相应地决定等速区间的控制采样次数。也就是说，设为Nfm＝Nm-Nam。这样，等速区间的控制采样次数也求出为整数值Nfm(ST223)。

由于将加速区间的控制采样次数设为Nam，等速区间的速度为修正最高速度Vm，因此通过加速次数Nam求出成为修正最高速度Vm的加速度αm即可(ST224)。

αm＝Vm/(T×Nam)

将像这样求出的加速度αm设为修正加速度。

当使用修正加速度αm和修正最高速度Vm来修正速度图案(图11)时，能够获得图16的修正速度图案。

(速度图案为三角图案的情况下的修正处理)

那么，返回到图14的流程图来考虑速度图案为三角图案的情况(ST220：否)。

参照图17的流程图说明速度图案为三角图案的情况下的修正处理。

在该情况下，当将加速区间的控制采样次数设置为Na时，移动距离S与加速度(减速度)α的关系为S＝α×(Na×T)²。

首先，对通过下面的式求出的加速次数Na进行整数化(ST231)。

Nan＝Roundup(Na，0)

该整数值Nan为进行整数化所得到的加速次数(减速次数也同样采用Nan。)。因此，求出与整数值Nan对应的加速度αn(ST232)。

S＝αn×(Nan×T)²

αn＝S/(Nan×T)²

该加速度αn即为修正加速度。当使用该修正加速度来修正速度图案时，速度图案成为图18那样(ST233)。顺便说一下，当用Vn表示与该修正加速度αn对应的中间最高速度时，Vn＝αn×Nan×T。

如图16和图18中例示的那样，对速度图案进行了修正使得速度图案的加减速变更的定时与“控制采样周期”同步(ST200)。之后，只要以按照该修正后的速度图案的移动速度使探头移动即可。由矢量指令部348生成合成矢量指令(ST140)，来执行探头的驱动控制即可(ST150)。此时，由于对速度图案进行了修正以使其与“控制采样周期”同步，因此能够实现没有控制偏差且极高精度的扫描测定动作。

(第二实施方式)

接着，对本发明的第二实施方式进行说明。

在第二实施方式中，在速度图案的开始速度Vs和结束速度Ve中的一方或两方不为零的情况下，也对速度图案进行修正以使其与控制采样周期同步。

作为第二实施方式的观点，极力不使加速度(或减速度)的值变更。相应地，设为在从加速区间切换为等速区间的地方和从等速区间切换为减速区间的地方插入调整区间。

图13的流程图和图14的流程图在第一实施方式和第二实施方式中基本上是相同的。对由速度图案运算部342生成的速度图案为例如图19那样的梯形图案的情况进行说明。在图19的速度图案中，开始速度Vs和结束速度Ve不为零。

参照图20的流程图来按顺序说明对速度图案进行调整以使其与控制采样周期一致的处理动作。

速度图案修正部343计算加速区间的控制采样次数Na、等速区间的控制采样次数Nf、减速区间的控制采样次数Nd(ST310)。

Na＝(Vmax-Vs)/(α×T)

Nd＝＝(Vmax-Ve)/(α×T)

并且，用Sf表示等速区间的距离。

Nf＝Sf/Vmax

等速区间的距离Sf是从整体移动距离S减去加速区间的距离Sa和减速区间的距离Sd所得到的。

Sf＝S-(Sa+Sd)

2×α×Sa＝Vmax²-Vs²

2×α×Sd＝Vmax²-Ve²

判定加速区间的控制采样次数Na、等速区间的控制采样次数Nf以及减速区间的控制采样次数Nd是否都为整数值(ST320)。

如果Na、Nf以及Nd都为整数值(或者，处于可以作为整数值进行处理的程度的容许范围内)，则不需要修正速度图案(ST320：是)。在Na、Nf以及Nd中的一个都不为整数值的情况下(ST320：否)，进行下面的整数化处理(ST330)。

参照图21、图22的流程图按顺序说明整数化处理(ST330)。

首先，计算总控制采样次数Nt，再计算将总控制采样次数Nt进行了向上舍入所得到的整数值Ntm(ST331)。

Ntm＝Roundup(Nt，0)

Nt＝Na+Nf+Nd

接着，对加速区间的控制采样次数Na和减速区间的控制采样次数Nd进行向下舍入来进行整数化(ST332)。

Nam＝INT(Na)

Ndm－INT(Nd)

然后，如下面那样求出进行了整数化后的等速区间的控制采样次数Nfm(ST333)。

Nfm＝Ntm-(Nam+Ndm)-2…(式2)

在此，在(式2)中，最后减去“2”。

当前，在图19中示意性地表示Nfm、Nam以及Ndm的关系。

如该图19中大致理解的那样，将Nfm、Nam以及Ndm之和与进行了整数化后的总控制采样次数Ntm对比来看，Nfm、Nam以及Ndm之和比总控制采样次数Ntm少了两次。为了补偿Nfm、Nam以及Ndm之和与总控制采样次数Ntm之间的差异，在从加速区间切换为等速区间的地方和从等速区间切换为减速区间的地方插入与一个控制采样周期相应的量的调整区间(ST334)(参照图23)。

将在从加速区间切换为等速区间的地方插入的调整区间设为第一调整区间。

将在从等速区间切换为减速区间的地方插入的调整区间设为第二调整区间。

然后，求出各调整区间的加速度αc1、αc2(ST335)。

当前，将第一调整区间的加速度设置为αc1。

将αc1称为第一修正加速度。

将第二调整区间的第二修正加速度设为αc2。

将整数化后的加速区间的移动距离设为Sam，

将整数化后的等速区间的移动距离设为Sfm，

将整数化后的减速区间的移动距离设为Sdm。

另外，将第一调整区间的移动距离设为S1m，

将第二调整区间的移动距离设为S2m。

Sam＝Vs×Nam×T+α×(NAm×T)²/2

Sfm＝Vc×Nfm×T

其中，Vc＝Vs+α×Nam×T+αc×T

Sdm＝Ve×Ndm×T+α×(Ndm×T)²/2

S1m＝(Vs+α×Nam×T)×T+αc1×T²/2

S2m＝(Ve+α×Ndm×T)×T+αc2×T^２/2

整体移动距离S为

S＝Sam+Sfm+Sdm+S1m+S2m。

另外，将修正后的速度图案的最高速度设置为Vm。

由于速度变化需要整体上关联，因此被要求下面的关系。

VmVs+α×Nam×T+αc1×T

Vm＝Ve+α×Ndm×T+αc2×T

基于以上的关系式，能够反过来运算调整区间的修正加速度(减速度)αc1、αc2(ST335)。

如果修正加速度αc1、αc2超过了最大加速度α(ST336)，则产生错误信号，并结束处理。

(但是，理论上，通过上述计算所计算出的修正加速度αc1、αc2(的大小)应该不会超过加速度α(的大小)。)

接着，确认第一修正加速度αc1是否不为负(ST337)。

如果第一修正加速度αc1为负，则调整区间内的速度变化过大。在该情况下(ST337：否)，由于在加速区间内加速过度，因此缩短了加速区间(ST338)，进而重新计算。

即，设为Nam＝INT(Na)-1。

同样地，设为Ndm＝INT(Nd)-1。

此外，设为在ST337中第一修正加速度αc1应该为正的值进行了说明，但是该情况有一个前提。

在本实施方式中，如图5所例示的那样，作为速度图案，进行加速→等速→减速、或者始终等速、…这样的规定图案的适用(日本专利6063161)，不生成如“减速→等速→加速”等那样突然减速的区间。因而，第一调整区间的第一修正加速度为负是由于在最初的加速区间内加速过度，从而在第一调整区间进行了无意义的减速。

但是，就速度图案的生成方法而言，也可以准许“减速→等速→加速”的图案。在该情况下，只要确认最初的加速区间的加速度与第一调整区间的加速度的符号是否没有反转即可。

通过这样，一旦求出各调整区间的修正加速度αc1、αc2，则整数化处理成功，因此对速度图案进行修正(图20的ST340)。

返回到图14的流程图，考虑速度图案为三角图案(图24)的情况(ST220：否)。

在速度图案为三角图案(图24)的情况下的修正方法与梯形图案时基本上相同，但是仅一点要留意，因此以下进行说明。

参照图25的流程图。

首先，速度图案修正部343计算加速区间的控制采样次数Na、减速区间的控制采样次数Nd(ST310A)。

求解以下的关系式则求出Na、Nd。

在此，Vu为该三角速度图案中的最高速度Vu，ta为加速时间(秒)，td为减速时间(秒)。

Vu²-Vs²＝2×α×S

S＝Sa+Sd

Sa＝Vs×ta+α×ta²/2

Sd＝Ve×td+α×td²/2

Na＝ta/T

Nd＝td/T

在Na和Nd中的任一个都不为整数值时，进行整数化处理(ST320A：否)。

计算总控制采样次数Nt，再计算对总控制采样次数Nt进行了向上舍入所得到的整数值Ntm(ST331A)。

Ntm＝Roundup(Nt，0)

Nt＝NA+Nd

对加速区间的控制采样次数Na和减速区间的控制采样次数Nd进行向下舍入来进行整数化，再减去“1”(ST332A)。这是用于能够确保插入调整区间的余地的处置。这一点即为与梯形图案时(图21的ST332)的情况不同。

Nam＝rNT(Na)-1

Ndm＝lNT(Nd)-1

在此以后的整数化处理与梯形图案时相同，因此参照图21和图22中接下来的步骤。

在插入调整区间(ST334)之后，求出修正加速度αc1、αc2即可(ST335)。于是，能够获得如图26所例示的那样与控制采样周期同步的速度图案。

能够如图23和图26所例示的那样修正了速度图案使得速度图案的加减速变更的定时与“控制采样周期”同步(ST200)，因此之后只要以按照该修正后的速度图案的移动速度使探头移动即可。

由矢量指令生成部348生成合成矢量指令(图13的ST140)，并执行移动机构220的驱动控制来使探头230进行扫描移动即可(ST150)。此时，由于对速度图案进行了修正以使其与“控制采样周期”同步，因此能够实现没有控制偏差且极高精度的扫描测定动作。

根据第二实施方式，对于开始速度或结束速度不为零那样的速度图案，也能够对速度图案进行修正以使其与“控制采样周期”同步。

(第三实施方式)

在第三实施方式中，对S形加减速处理进行说明。

在所述的速度图案的计算中，使加速度固定，因而速度与时间相关地被表示为一次函数。

然而，在实际的机器的驱动控制中，进行了如逐渐地进行加速、逐渐地进行减速那样平滑的控制。也就是说，进行了S形加减速处理。

本申请人已经提出了在得到图19、图24那样的速度图案之后进行与该速度图案同步的S形加减速处理的方法(例如日本专利6050636)。

在第三实施方式中，参照图27的流程图说明如第二实施方式那样进行了控制采样次数的整数化的情况(图23、图26)下的S形加减速处理。通过加减速调整部344(图10)进行该第三实施方式的加减速调整处理。

设为在通过第二实施方式的处理对图19进行修正的结果得到了如图23那样的修正速度图案。

那么，首先，简单地考虑在加速区间内从开始速度Vs起单调地进行加速而达到修正最高速度Vm、在减速区间内从修正最高速度Vm起单调地进行减速而达到结束速度Ve(参照图28)。针对该简单化的修正速度图案计算虚拟的S形速度曲线(ST410)。通过S形加减速处理使这种简单的直线的加减速图案成为S形的速度曲线是已知的方法。

例如参照图29、图30就会理解。

首先，用αa表示在(Nam+1)×T的时间内以一次函数从开始速度Vs加速到修正最高速度Vm的情况下的加速度。

另外，为了使公式简单，而将时间tha设为2×tha＝(Nam+1)×T。

于是，在将速度曲线设为二次曲线的情况下，0＜t＜tha的时刻t时的速度V(t)被表示为下式(参照图29)。

V(t)＝Vs+(αa/tha)×t²

同样地，tha＜t＜2tha的时刻t时的速度V(t)被表示为下式(参照图30)。

V(t)＝Vm+(αa/tha)×t(2tha-t)²

通过这样，能够针对虚拟S形速度曲线获得各时刻t的速度。

接着，求出距离的校正量Da、Dd。

在ST410中，针对简单化的修正速度图案计算出虚拟的S形速度曲线。

因此，产生了删除的部分(参照图31)。

当考虑加速区间和第一调整区间时，距离的校正量Da被表示为如下式。

Da＝{(α-αa)×(Nam×T)²+(αc1-αa)×T2}/2

αa如前述的那样表示以一次函数从开始速度Vs加速到修正最高速度Vm的情况下的加速度。

同样地，当考虑减速区间和第二调整区间时，距离的校正量Dd被表示为如下式。

Dd＝{-(α-αd)×(Ndm×T)²+(αc1-αa)×T²}/2

αd表示以一次函数从修正最高速度Vm减速到结束速度Ve的情况下的减速度。

与该校正量Da、Dd相应的速度会不足，因此与之前的虚拟S形速度曲线相加即可(参照图32)。

例如，在加速区间，按每一次的控制采样，将虚拟S形速度曲线加上速度校正量ΔVa＝Da/(Nam×T)的速度即可。

同样地，在减速区间，按每一次的控制采样，将虚拟S形速度曲线加上速度校正量ΔVd＝Dd/(Ndm×T)的速度即可。

(像这样完成的速度曲线已经不是二次曲线。)

通过这样求出了虚拟S形速度曲线，因此只要以按照该速度图案的移动速度使探头移动即可。对速度图案进行修正以使其与“控制采样周期”同步，进而能够通过虚拟S形速度曲线实现没有控制偏差、极高精度且基于平滑的加减速的扫描测定动作。

此外，本发明不限于上述实施方式，能够在不脱离宗旨的范围内适当地变更。

Claims

1.一种形状测定装置的控制方法，所述形状测定装置使探头沿着测定对象物的表面移动来测定所述测定对象物的形状，所述形状测定装置的控制方法包括：

假定为在加速区间内从开始速度Vs起单调地进行加速而达到修正最高速度Vm、并且在减速区间内从修正最高速度Vm起单调地进行减速而达到结束速度Ve，计算修正后的速度图案的加速区间和减速区间的虚拟S形速度曲线；

计算所述探头在按照各虚拟S形速度曲线进行移动的情况下缺少的距离Da；

以通过修正后的加速区间或修正后的减速区间的控制采样次数对所述缺少的距离Da进行补偿的方式计算速度补偿量ΔV；并且