CN110431374B - 机床装置 - Google Patents

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Abstract

描述了一种用于机床(1)的触摸触发式探针接口(118；218；318；418)，该触摸触发式探针接口包括用于从触摸触发式探针(104；204；304；404)接收探测事件信息的探针通信部分。还提供了用于将探测事件信息输出至该机床的数字控制器(120；220；320；420)的机床通信部分。该机床通信部分例如通过数字数据总线(222)将探测事件信息输出为数字数据包(Tp；Tw)。该数字数据包(Tp；Tw)可以包括时间戳和/或该触摸触发式探针接口(118；218；318；418)可以从该机床(1)接收时间信息。还描述了一种触摸触发式探测系统以及包括该探针接口(118；218；318；418)的机床系统。

Description

机床装置
本发明涉及一种用于机床的装置，并且更具体地涉及一种用于机床的经改进触摸触发式探针接口。本发明还涉及一种结合这种触摸触发式探针接口的探测系统和机床。
计算机数控机床(CNC)在制造业中被广泛用于切割零件。此类机床还可以包括测量设备，这些测量设备允许测量零件或工具以用于设置或检查目的。触摸触发式探针(有时也称为数字探针)是一种已知类型的测量设备。具体地，已知将具有突出触针的触摸触发式探针安装在机床的主轴中以允许测量工件。在这样的示例中，触摸触发式探针简单地用作开关并且其触针的偏转(例如，当触针尖端移动成与物体的表面接触时)导致发出触发信号。机床在发出触发信号的瞬间测量触摸触发式探针在机器坐标系(x，y，z)中的位置，从而允许(通过适当的校准)测量物体表面上的点的位置。因此，触摸触发式探针可以被反复驱动成与工件表面接触和脱离接触，以对此工件进行逐点位置测量。
在WO 2004/057552中描述了触摸触发式探针系统的示例。这个系统包括可以在机床的主轴中携带的触摸触发式探针以及可以安装到机床的不可移动零件的相关联探针接口。如果触摸触发式探针被“触发”(例如，如果其触针接触物体)，则触发信号通过无线(无线电)链路被传递至探针接口。探针接口还具有硬连线至机床控制器的SKIP输入的输出线。在接收到来自触摸触发式探针的触发信号时，探针接口通过改变其连接至SKIP输入的输出线的状态(例如，通过将其从低电压升高到高电压或反之亦然)来向控制器发出SKIP信号。在接收到这个SKIP信号时，控制器将触摸触发式探针的当前位置锁存或记录在机器坐标系中(例如，在x，y，z坐标中)。
在上述系统中，由于各种原因，在实际触发事件(例如，由于触摸物体表面上的点而引起的触针物理偏转)与由探针接口进行的SKIP信号发出之间存在时间延迟。这种时间延迟的很大一部分可能由触摸触发式探针内用于减少错误触发的时间滤波方案引起，或者因为用于将触发信息从触摸触发式探针传输至探针接口的无线通信协议需要延迟(例如，出于稳健性原因)。作为校准过程的一部分，处理SKIP信号的机床控制器内的软件将生成位置偏移以解释这样的时间延迟。这种位置偏移使得将确立机器坐标位置中触发探针的实际位置。应当注意的是，这种校正过程要求时间延迟是恒定的；这是因为时间延迟的任何变化将会引入测量误差。迄今为止，触摸触发式探针系统因此已经被设计成产生尽可能不变的时间延迟(即，以确保在触发事件发生之后以固定时间间隔发出SKIP信号)。
然而，本发明人已经发现，用于解释上述时间延迟的位置校正并不总是足够准确。具体地，位置校正计算假设在探测移动期间是恒定的机器速度，以便将时间延迟转换为位置偏移。然而，在某些情况下，触摸触发式探针的速度不是恒定的，并且因此已经发现位置校正是不准确的，从而引入测量误差源。已经发现这种情况甚至在可能进行亚微米定位的非常精确的机器上也是如此。这被认为是因为机床控制器通常被编程为尽可能准确地遵循正确的工具路径(即，它会将物体切割成期望的形状)，而不是确保机床主轴在命令时间始终处于命令位置引起的。
根据本发明的第一方面，提供了一种用于机床的触摸触发式探针接口，该触摸触发式探针接口包括：探针通信部分，用于从触摸触发式探针接收探测事件信息；以及机床通信部分，用于将探测事件信息输出至该机床的数字控制器，其中，该机床通信部分将该探测事件信息输出为数字数据包。
因此，本发明提供了一种结合机床使用的触摸触发式探针接口。探针接口具有探针通信部分，该探针通信部分允许其例如通过无线通信链路接收来自相关联触摸触发式探针的探测事件信息。探针与探针接口之间的通信链路可以包括数字无线传输系统，诸如在WO 2004/057552中描述的扩频通信系统。探针接口还具有用于将探测事件信息输出至相关联机床的数字控制器的机床通信部分。通过触摸触发式探针接口从触摸触发式探针中继到数字控制器的探测事件信息可以例如是指示由于触摸触发式探针被移动成与物体的表面成一定位置关系而已经发生触发事件的信息。
这里需要注意的是，触摸触发式探针可以指示在任何时间点已经发生的探测事件(例如，触发事件)。不仅仅是探测事件已经发生的事实，该探测事件发生的时间对于计量目的也很重要。在触摸触发式探针的一个示例性实施例中，可偏转触针连接至电开关，并且当由于触针的偏转而打开开关(从而断开电路)时发生探测(触发)事件。因此，探测事件发生的时间是关键信息段，该关键信息段允许对探测事件进行分析以使得能够确立在物体表面上的点的位置。因此，触摸触发式探针不是可以周期性地轮询测量值的传感器设备，而是被布置成报告可能在任何时间点发生的(异步)探测事件的设备。这就是为什么在本发明之前，始终认为有必要提供探针接口，该探针接口在检测到探针事件之后的一定不变时间生成SKIP信号。这允许机床的控制器在接收到SKIP信号时记录机器位置数据(即，描述触摸触发式探针在机床内的位置)。尽管这也依赖于确立位置校正以用于解释探测事件与由数字控制器处理的SKIP信号之间的(不变)延迟来锁存机器位置数据，但这始终被认为足够准确。只有本发明人已经认识到这种技术(其依赖于机床在探测事件与由数字控制器接收的SKIP信号之间的间隔中以恒定速度移动)可能引入测量不准确。
如以上所解释的，触摸触发式探针与探针接口之间的通信链路可以包括数字无线传输系统(例如，扩频无线电链路)。然而，与现有技术系统不同，本发明的探针接口的机床通信部分将探测事件信息输出为数字数据包。因此，例如通过诸如工业以太网或现场总线连接等数字数据总线将探测事件信息(例如，触发事件信息)以数字方式输出至机床的数字控制器。如以下所解释的，这允许将探测事件信息作为加时间戳的数字数据包进行发送，其中探测事件的时间戳与由数字控制器已知的时间相关。替代性地，其允许探测事件信息以数字数据包的形式提供给数字控制器，该数字数据包描述与探测事件发生的瞬间相关的机器位置数据。因此，本发明克服了与现有技术触摸触发式探针接口相关联的测量准确性问题，这些现有技术触摸触发式探针接口将探测事件信息作为SKIP信号发送至数字控制器的专用SKIP输入。本发明的探针接口还可以比现有技术的接口更容易安装，并且有可能使更多的信息传递到数字控制器和/或从该数字控制器传递更多信息。
为了完整起见，应当注意的是，所谓的扫描探针(也称为模拟探针)也已知用于在机床上使用。与触摸触发式探针不同，模拟探针通常提供连续测量(例如，触针偏转的连续测量)，从而允许以预定义间隔输出一系列测量值。WO 2005/065884描述了一种允许外部计算机接收同步到公共时钟的单独的扫描探针数据流和机器位置数据流的技术。然后可以组合这些数据流，但这不是实时执行的。然而，WO2005/065884的布置不适用于可以在任何时间点发生探测事件的触摸触发式探针。
同样需要注意的是，术语“机床”是指主要用于切割材料但可以配备有用于测量工件以用于检查或设置目的的测量探针系统的机器，诸如车床和机械加工中心。这种机床在运行各种切割和检查程序的数字控制器的控制下进行操作。因此，本发明的触摸触发式探针接口是可以与机床的数字控制器连接以增加测量功能的附加部件。因此，机床与被构建为仅提供测量功能的专用测量机器(诸如检查机器人或坐标测量机器(CMM))完全不同。
有利地，机床通信部分被配置用于通过数字数据总线与数字控制器进行通信。换言之，机床通信部分包括数字总线接口。由此，数字数据包(即包含探测事件信息)通过数字数据总线被传递给数字控制器。数字数据总线可以是工业以太网连接。数字数据总线可以是所谓的实时或高速以太网连接。数字数据总线可以是所谓的现场总线。应当注意的是，尽管数字数据总线可以符合某个国际定义的标准(例如以太网等)，但其可以是定制的(制造商特定的)数据总线。
优选地，包括探测事件信息的每个数字数据包包括指示该探测事件发生时间的时间戳。换言之，由探针接口向数字控制器发出的数字消息或数据包优选地不仅指示探测事件已经发生，而且还包括关于何时发生此探测事件的时间信息。因此，时间戳指示相对于机器轴线的位置发生探测事件(例如，触发事件)的时间。数字数据包可以包括附加信息，例如以允许不同类型的探测事件或不同的探测事件彼此区分。
有利地,探针接口可以访问来自数字控制器的时间信息。以这种方式，时间戳可以涉及对数字控制器而言已知的时钟时间。优选地，机床通信部分被配置用于(例如，通过数字数据总线)从机床的数字控制器接收时间数据。机床通信部分可以以各种方式接收这种数据。例如，所接收的时间数据可以采用由数字控制器以已知间隔(例如，有规则地定义的间隔)发送的一系列数字数据包的形式。替代性地，时间数据可以包括从数字控制器(例如，通过数字数据总线)接收的时钟消息(例如，一系列时钟消息)。例如，探针接口可以从机床的数字控制器接收主时钟或世界时间信息。还可以将时间信号从机床外部的主时钟(例如，在探针接口中提供的)传递到数字控制器。
方便地，机床通信部分被配置用于以数字数据包的形式接收机器位置信息。换言之，机床的数字控制器可以将数字数据包发送至探针接口的机床通信部分。该数据包可以描述在特定时刻的机器位置数据。描述机器位置数据的数字数据包可以由数字控制器以定义的(例如有规则的)间隔发送。换言之，所接收的机器位置信息方便地包括由机床的数字控制器输出的一系列机器位置数据值。探针接口可以包括用于存储所接收的机器位置信息的缓冲器(例如，滚动缓冲器)。例如，缓冲器可以存储由机床通信部分接收的多个机器位置数据值。
有利地，探针通信部分被配置用于直接从机床的位置测量设备(例如，位置编码器)接收机器位置数据。尽管对由位置测量设备获取的测量结果的这种直接访问是有利的，但是这种布置需要适当地配置机床以允许这种访问。然而，并非所有机床都将提供这种访问。
如果探针接口接收到机器位置信息，则其可以根据发生此事件的机器位置来定义探测事件。换言之，时间关键信息以定义探测事件的位置而不是发生此事件的时间的形式被提供给数字控制器。因此，由机器通信部分输出的用于报告探测事件信息的数字数据包可以方便地描述发生探测事件的机器位置。因此，可以在探针接口和/或机床的数字控制器中提供用于记录先前测量的机器位置数据的缓冲器(如下所述)。
尽管机床通信部分将探测事件信息输出至数字控制器(例如，通过数字数据总线)，但是其还可以向数字控制器发送附加的(例如非时间关键的)数据。例如，可以将温度或探针状态数据传递至数字控制器。
触摸触发式探针可以监测单个探测事件的发生，诸如其中达到与表面的一定位置关系的触发事件。因此，探测事件信息可以包括触发事件，该触发事件指示触摸触发式探针已经达到与物体的预定义位置关系。替代性地，触摸触发式探针可以确立何时发生多个不同探测事件中的任何一个。例如，当获得与物体的不同位置关系时，可能发生不同的探测事件。例如，如以下更详细地解释的，可以实施触发和确认测量过程。
探针接口的探针通信部分可以是任何已知类型。该探针通信部分可以提供到触摸触发式探针的有线连接。有利地，该探针通信部分包括用于与相关联的触摸触发式探针进行无线通信的无线通信部分。无线链路可以是光链路。无线链路可以是无线电链路。
根据本发明的第二方面，提供了一种触摸触发式探测系统，该触摸触发式探测系统包括根据本发明的第一方面的触摸触发式探针接口以及触摸触发式探针。触摸触发式探针优选地具有用于将探测事件信息传输至触摸触发式探针接口的探针通信部分的传输部分。因此，触摸触发式探针以及探针接口的探针通信部分可以是已知类型。
触摸触发式探针可以是任何类型。触摸触发式探针可以是非接触式触摸触发式探针。例如，触摸触发式探针可以是非接触式工具设定器。触摸触发式探针可以是接触式触摸触发式探针。例如，触摸触发式探针可以包括可偏转触针。触摸触发式探针可以用于工件测量或切割工具测量。触摸触发式探针可以可安装在机床的主轴中。换言之，触摸触发式探针可以是可安装于主轴的触摸触发式探针。触摸触发式探针可以可安装到机床的床身。触摸触发式探针可以可安装到车床。
根据本发明的第三方面，提供了一种机床系统，该机床系统包括具有数字控制器的机床。还可以提供根据本发明的第一方面的触摸触发式探针接口。机床还可以包括根据本发明的第二方面的触摸触发式探测系统。可以提供存储多个机器位置数据值的滚动缓冲器。有利地，机床的数字控制器包括存储多个机器位置数据值的滚动缓冲器。如以下更详细地解释的，这允许在从探针接口接收的加时间戳的探测事件消息中定义的时间处找到机器位置。
本文还描述了一种用于机床的触摸触发式探针接口，该触摸触发式探针接口包括：探针通信部分，用于从触摸触发式探针接收探测事件信息；以及机床通信部分，用于将探测事件信息输出至该机床的数字控制器，其中，该输出部分以加时间戳的数字数据的形式输出探测事件信息。
本文还描述了一种用于机床的触摸触发式探针接口。探针接口可以包括用于从触摸触发式探针接收探测事件信息的探针通信部分。探针接口可以包括用于将探测事件信息输出至机床的数字控制器的机床通信部分。机床通信部分可以将探测事件信息输出为数字数据包。机床通信部分可以通过数字数据总线输出探测事件信息。探针接口可以包括本文描述的单独或组合的各个特征中的任何一个或多个。
本文还描述了一种用于将探测事件信息从触摸触发式探针接口传送至机床的数字控制器的方法。该方法包括探针接口以一个或多个数字数据包的形式将探测事件信息传递至数字控制器的步骤。该方法可以包括本文描述的任何装置或装置的任何使用。
现在将仅通过示例、参考附图来描述本发明，在附图中；
图1示出了现有技术的机床和测量探针装置，
图2更详细地示出了图1的现有技术系统中的机床的探针接口与NC之间的连接，
图3示出了本发明的第一实施例，其中，加时间戳的探测事件信息通过现场总线被输出至机床的NC，
图4示出了如何可以产生图3的加时间戳的信息，
图5示出了第二实施例，其中，探针接口被配置用于通过工业以太网链路从NC接收时钟信号，
图6示出了第三实施例，其中，探针接口通过工业以太网链路接收位置信息，
图7示出了第四实施例，其中，探针接口直接连接至机床的驱动控制总线，并且
图8更详细地示出了图7的总线配置。
参考图1，示意性地展示了机床1，该机床具有固持触摸触发式探针4的主轴2。
机床1包括用于使主轴2相对于位于工件固持器7上的工件6在机床的工作区域内移动的各种马达8。使用编码器9以已知的方式准确地测量主轴在机器的工作区域内的位置；这种编码器测量在机器坐标系(x，y，z)中提供“机器位置数据”。机床控制(x，y，z)的数字控制器(NC)20控制主轴2在机床的工作区域内的运动，并且还从各种编码器接收描述当前主轴位置的信息(即，机器位置数据)。如本文使用的术语数字控制器也应理解为是指机床的数字控制系统的任何部件；例如，该数字控制器可以包括可编程逻辑控制器(PLC)和驱动控制器等。应当注意的是，除非另有说明，否则术语数字控制器(NC)、机床控制器和控制器在本文中可互换使用。
触摸触发式探针4包括探针本体10，该探针本体使用标准可释放柄连接器附接至机床的主轴2。探针4还包括从壳体中突出的工件接触触针12。在触针12的远端提供触针球14，以用于接触相关联的工件6。当触针的偏转超过预定阈值时，触摸触发式探针4生成所谓的触发信号。探针4包括无线发射器/接收器部分16，用于将触发信号传递至探针接口18的相应无线接收器/发射器部分。无线链路可以是例如射频(RF)的或光学的。在这个实施例中，提供了如WO 2004/057552中描述的扩频无线电链路。NC 20从编码器9接收机器位置数据(x，y，z)，并且如以下将更详细描述的，还具有用于从探针接口18接收触发信号(也称为SKIP信号)的SKIP输入线。这个SKIP输入允许在探针接口向SKIP输入发出触发信号的瞬间记录描述主轴在机器坐标系中的位置的机器位置数据(x，y，z)。在适当校准之后，这允许测量物体(诸如工件6)的表面上的各个点的位置。为了完整起见，还应注意的是，SKIP输入可以在不同品牌的数字控制器上给予不同的名称。
参考图2，更详细地展示了参考图1描述的用于将触发信号从探针接口传递至控制器20的现有技术。
如以上所解释的，来自探针接口18的输出连接至控制器的SKIP输入30。因此，当探针接口18从触摸触发式探针4接收到触发信号时，该探针接口将SKIP或触发信号32输出至控制器的SKIP输入30。具体地，探针接口18升高施加至控制器20的SKIP输入30的电压电平，以指示已发生触发事件。因此，控制器20监测其SKIP输入30并且响应于SKIP信号32(即，响应于与信号线的电压变化相关联的上升沿)，该控制器记录当前机器位置数据(x，y，z)并且停止触摸触发式探针的进一步运动。
如以上所提及的，探测系统(即测量探针和探针接口)不会立即生成SKIP信号。触发事件(例如，触针与物体进行接触)与发出SKIP信号之间始终存在一些延迟。只要延迟是恒定的，就可以计算用于解释延迟的位置校正。然而，如以上所解释的，在假设触发事件与发出SKIP信号之间的时间段内触摸触发式探针以恒定速度移动的情况下，计算这个位置校正。实际上，已经发现这种假设并不总是正确的。具体地，速度的变化可能发生在触发事件与发出SKIP信号之间的时段内。已经发现这导致由于需要假设恒定速度来计算位置校正而引入测量误差。
本发明通过实施在不使用SKIP输入的情况下将触发信号传送至机床的控制器的解决方案来减轻以上所提及的问题。如以下将解释的，相反，将每个触发信号以数字数据包的形式从探针接口被传递至控制器。具体地，触发事件信息作为数字数据通过工业以太网连接(例如，现场总线)被传递至机床的控制器。还如以下所解释的，包含在数字数据包中的触发事件信息可以相对于从控制器接收的时间信号加时间戳。这些时间戳可以从被特定地发送至探针接口的周期性时间消息中导出，或者通过使探针接口通过总线访问控制器时钟来导出。替代性地，探针接口可以接收在相对于控制器时钟的已知时间处收集的位置信息，并使用这种位置信息来在触发事件发生的瞬间确立实际机器位置。这些技术避免了确定用于解释现有技术系统中存在的延迟的位置校正的需要并且允许确立发生触发事件的实际位置。这移除了由于速度变化而在现有技术中可能发生的误差。此外，通过总线将探针接口连接至控制器允许在探针接口与控制器之间传递其他信息(例如，非时间关键的)信息。
参考图3，展示了本发明的第一实施例。具体地，图3中所示的布置替代了图1和图2中描述的探针接口和控制器的现有技术布置。
提供了通过现场总线122连接至探针接口118的数字控制器120。触摸触发式探针104通过无线无线电链路(诸如WO 2004/057552中描述的无线电链路)与探针接口118通信。数字控制器120包括包含连接至探针接口的网络端口126的适当的现场总线硬件。NC 120是总线主设备，并且探针接口118是从设备。数字控制器120还包括存储滚动系列的机器位置数据(即，指示触摸触发式探针在机器坐标中的位置的数据)的存储器存储设备或缓冲器124。
在使用中，NC 120通过现场总线不断地向探针接口118发送一系列数字消息(T1、T2、……、Tn)。这些消息以有规则的时间间隔(T2-T1)发送，并为数据链路的两端提供同步(时间)参考。换言之，探针接口118被提供有时间信息，该时间信息允许其确立何时相对于由NC 120生成的计时事件而发生事件。当发生触发事件时，探针接口118计算时间戳(相对于同步参考时间)。已经发生触发事件的事实和描述何时发生此触发事件的时间戳由探针接口118通过现场总线作为数字数据包(Tp)发送至NC 120。
另外参考图3，更详细地展示了加时间戳技术。具体地，展示了由NC 120发出并由探针接口118接收的时间消息T1和T2。由探针接口118接收这些消息允许探针接口118确立相对于时间消息T2发生触发事件(Tp)的时间。然后，探针接口118可以创建并向NC 120发送加时间戳的消息，该消息描述了何时相对于时间消息T2发生触发事件(Tp)。当NC 120在相对于其本地时钟的已知时间发出时间消息T2时，然后可以确立何时在其本地控制器时钟时间内发生触发事件(Tp)。
NC 120接收数据并且凭借时间戳知道何时在其本地(控制器)时间内发生触发事件。然后可以询问缓冲器124以获得在触发事件发生的瞬间的机器位置。具体地，在相关时间段内收集的存储在缓冲器124内的机器位置数据点可以用于线拟合和内插与时间戳值相关的机器位置。这允许确立由触摸触发式探针的触针接触的物体表面上的点的位置。
探针接口118可以仅向NC 120发送加时间戳的触发事件消息，例如指示探针何时在触发状态与未触发状态之间改变。然而，探针接口118还可以通过现场总线向NC 120发送附加信息。其他信息可以是非时间关键数据，诸如探针电池状态、测量温度、探针滤波器设置、置信度值等。这个附加元数据可以被标记到报告触发事件的加时间戳的数字数据包。探针接口118还可以通过现场总线从NC接收信息。
探针接口118还可以被布置成将不同类型的时间关键探测事件数据发送至NC120。例如，探针接口118可以被配置用于从相关联的触摸触发式探针接收多种不同类型的探测事件消息。
例如，如果触摸触发式探针104是应变仪触摸触发式探针(例如，如EP 1880163中描述的)，则其可以被配置用于向探针接口118发送多于一种类型的探测事件信息。例如，可以设置生成第一类型的触发事件的高灵敏度触发阈值(其更可能导致发出错误触发)。还可以设置生成第二类型的触发事件的较低灵敏度阈值(其对于计量准确性而言不太优选，但不太可能导致错误触发)。然后，探针接口118可以向NC 120发送数字数据包，该数字数据包标识已经发生的触发事件的类型(例如，第一或第二类型的触发事件)以及定义事件何时发生的时间戳。这允许NC 120在不同的触发事件之间进行区分并且进行相应地动作。可以以这种方式将多种不同类型的探测事件信息(诸如上述不同的触发事件)发送至NC 120。
接着从以上所述的，还可以实施基于确认的测量过程。例如，考虑需要在可以生成可靠的触发信号之前实施滤波器的非常灵敏的触摸触发式探针和机床组合。通常，这种滤波器将是基于时间的(例如，设置为8ms或16ms)并且将要求触摸触发式探针在发出触发信号之前保持触发此滤波器持续时间。不是在发出触发信号之前等待滤波器持续时间，而是在没有应用滤波器的情况下首先检测到潜在触发时，触摸探针可以通知探针接口118；这可以被称为第一探测事件，并且可以将第一加时间戳消息发送至NC 120以报告这个第一探测事件已经发生。
然后，当触发被确认为是可靠触发时，触摸探针还可以通知探针接口118，因为在应用滤波器之后也产生触发事件；这可以被称为第二探测事件，并且可以将第二加时间戳消息发送至NC 120以报告这个第二探测事件已经发生。也可以在没有时间戳的情况下将确认消息发送至NC；即，仅可以对描述何时检测到初始触发事件的第一探测事件加时间戳。因此，NC 120可以确立与第一探测事件相关联的机器位置数据，但是如果随后接收到第二(确认)探测事件，则仅使用这个数据来报告测量点。探针接口118可选地还可以包括至NC 120的SKIP输入的连接，以用于安全(非测量)或向后兼容目的。例如，当纯粹地确认触发时，探针接口还可以向控制器的SKIP输入发送SKIP信号，以确保此时机床运动被停止。除了NC120被编程为响应于探针接口118通过现场总线报告探测事件而停止机器运动之外，这可以作为安全特征提供。
还应注意的是，应用于由探针接口118发送至NC 120的消息的时间戳可以考虑与将探测事件信息从触摸探针104传递至探针接口相关联的延迟的任何变化。如在WO 2004/057552中更详细地解释的，先前已经采用了无线电协议，其中触发信号到控制器的SKIP输入的输出被延迟恒定时间(例如，距触摸事件10ms)以确保无线电信号完整性，同时确保来自探测系统的可重复低抖动响应。具体地，WO2004/057552描述了无线电协议，其中恒定的10ms延迟使得能够将无线电消息从探针重新传输至探针接口。例如，如果第一无线电传输没有通过，则进行第二重新传输(例如2ms之后)，并且如果第二重新传输失败则发生第三重新传输(例如2ms之后)。在无线电信号良好的大多数情况下，由探针接口第一次正确接收信号，并且因此这个方案施加不必要的10ms延迟。通过将探针接口118配置为在计算探测事件的时间时考虑由于重新传输引起的任何延迟，这个无线电协议因此可以适用于与本发明一起使用。因此避免了在将探测事件传送至NC 120之前对接口施加恒定的10ms延迟的需要。
应当注意的是，还可以将非时间关键信息从探针接口118传输至NC。例如，温度信息或探针状态信息(例如，电池、滤波器、性能)数据。发生的这种非时间关键事件可以通过无线链路传送至探针接口118，并且然后通过现场总线作为数字数据包传递至NC 120。然后，NC 120可以警告操作员(例如，以替换电池)和/或执行重新校准例程。
参考图5，将描述以上参考图3和图4描述的技术的变体。提供了通过工业以太网总线222连接至探针接口218的数字控制器220。触摸触发式探针204通过无线无线电链路(诸如WO 2004/057552中描述的无线电链路)与探针接口218通信。数字控制器220包括包含连接至探针接口218的网络端口226的适当的工业以太网硬件。NC 220是总线主设备，并且探针接口218是从设备。数字控制器220还包括存储在相对于主时钟的已知时间处的滚动系列的机器位置数据(即，指示触摸触发式探针在机器坐标中的位置的数据)的存储器存储设备或缓冲器224。
NC 220包括向总线上的所有设备提供主时钟信息(其也可以称为世界时间Wt)的通信总线。探针接口218因此从NC 220接收这个主时钟时间数据。因此，当发生触发事件时，探针接口218可以利用绝对时间值对此事件加时间戳(即，时间戳可以以世界时间定义)。然后，探针接口可以通过工业以太网将加时间戳的触发事件信息(Tw)发送至NC 220。紧靠在时间戳值周围的存储在缓冲器224内的机器位置数据点然后可以用于内插(或使用另一种合适的技术计算)发生触发事件的绝对位置。
参考图6，展示了本发明的进一步实施例。提供了通过现场总线322连接至探针接口318的数字控制器320。触摸触发式探针304通过无线无线电链路(诸如WO2004/057552中描述的无线电链路)与探针接口318通信。数字控制器320包括包含连接至探针接口318的网络端口326的适当的现场总线硬件。NC 320是总线主设备，并且探针接口318是从设备。探针接口318还包括存储通过现场总线322从NC320接收的滚动系列的机器位置数据的存储器存储设备或滚动缓冲器330。
在使用中，NC 320被编程(例如，通过使用G代码或类似指令)以通过现场总线322将常规的机器位置数据(P1、P2、P3)流发送至探针接口318。探针接口318将这个机器位置数据存储在滚动缓冲器330中。探针接口318还相对于其本地时钟对每个接收的机器位置数据集进行加时间戳或其他相关。当探针接口318从触摸触发式探针304接收到触发事件时，这个触发事件也相对于本地时钟被加时间戳。因此，滚动缓冲器330中的机器位置数据及触发事件被同步到公共(本地)时钟，这允许探针接口计算在触发事件发生时的机器位置数据(Pt)。然后，探针接口318通过现场总线322将描述探针(触发)事件的位置的机器位置数据(Pt)发送至NC 320。
还应注意的是，NC可以被编程为以各种方式执行上述任务。可以指示NC使用由机床制造商或通过用户嵌入代码结合到NC中的指令将数据流输出至探针接口。例如，用户可以使用编译循环或同步动作来嵌入合适的代码。因此，完成此操作的确切方式将取决于所使用的机床的具体类型或配置。
参考图7和图8，将解释本发明如何也可以在机床上实施，其中探针接口共享也用于控制机床的各种驱动器的总线。
图7示出了具有数字控制器420的机床400。NC 420通过工业以太网总线422连接至探针接口418。触摸触发式探针404通过无线无线电链路(诸如WO2004/057552中描述的无线电链路)与探针接口418通信。应当注意的是，触摸触发式探针404将在使用中被安装到机床，并且图7仅单独地示出其以使得能够解释配置。数字控制器420包括包含连接至探针接口418的网络端口426的适当的总线硬件。NC 420是总线主设备，并且探针接口418是从设备。探针接口418还包括存储器存储设备或滚动缓冲器430。在这个实施例中，工业以太网系统422不仅连接至探针接口418和可能的其他外部设备，并且还连接至机床本身的机动驱动器432和位置编码器434。
探针接口418被配置用于监测总线422以进行所有通信(不仅是指向探针接口的那些通信)。探针接口因此记录与驱动器432和编码器434相关联的数据。当探测事件发生时(例如，就坐-触发或触发-就坐)，生成相对于总线使用的时钟点T1、T2或“记号”的时间戳。使用在探测事件周围接收的驱动数据点，探针接口418计算(例如，通过内插)与此探测事件相关联的原始机器位置(Pr)。然后，这个原始机器位置(Pr)通过总线422被传递至NC 420。
应当注意的是，以这种方式通过总线收集的机器位置数据(例如，从编码器434直接收集的)称为原始数据，因为NC 420通常存储应用于原始数据(例如，在机床校准期间生成的)的各种校正，以提高此数据的位置准确性。在这个实施例中，探针接口418不能访问这种校准数据，并且因此可能仅将与此探测事件相关联的原始机器位置(Pr)报告给NC 420。然而，NC 420可以对原始机器位置(Pr)应用适当的校正，以生成校正的机器位置值。作为替代方案，校准数据可以由NC 420传递至探针接口418，或者探针接口418可以用单独计算的校准数据来编程。例如，可以使用机器映射数据(诸如使用Renishaw XM60获得的机器映射数据)来操纵原始机器位置数据以产生绝对位置，并且将这个“真实”位置通过总线422发送至NC 420。
应当注意的是，以上描述仅提供了可以实施本发明的方式的一些示例。具体地，可以使用任何类型的总线或数字接口来实现机床控制器与探针接口之间的通信链路。尽管示出了安装于主轴的触摸触发式探针，但是本发明可以与任何触摸触发式探针一起使用。例如，可以使用工具设置或安装于工作台的触摸触发式探针。触摸触发式探针还可以是所谓的非接触式探针。例如，该触摸触发式探针可以包括非接触式工具设定器，其中光束被工具打断或未打断以生成触发信号。

Claims (20)

1.一种用于将触摸触发式探针连接到机床的触摸触发式探针接口，所述触摸触发式探针接口包括：探针通信部分，用于从触摸触发式探针接收探测事件信息；以及机床通信部分，用于将探测事件信息输出至所述机床的数字控制器，其特征在于，所述机床通信部分将所述探测事件信息输出为数字数据包，所述数字数据包包括何时发生所述探测事件的时间信息,其中，所述机床通信部分被配置用于通过数字数据总线与数字控制器通信，通过所述数字数据总线将所述数字数据包传递至所述数字控制器。
2.根据权利要求1所述的接口，其中，所述数字数据总线是工业以太网连接。
3.根据任一前述权利要求所述的接口，其中，包括探测事件信息的每个数字数据包包括指示所述探测事件发生时间的时间戳。
4.根据任一前述权利要求所述的接口，其中，所述机床通信部分被配置用于从所述机床的所述数字控制器接收时间数据。
5.根据权利要求4所述的接口，其中，所接收的时间数据采用由所述数字控制器以有规则地定义的间隔发送的一系列数字数据包的形式。
6.根据权利要求4所述的接口，其中，所述时间数据包括从所述数字控制器接收的时钟消息。
7.根据任一前述权利要求所述的接口，其中，所述机床通信部分被配置用于以数字数据包的形式接收机器位置信息。
8.根据权利要求7所述的接口，包括：用于存储接收的机器位置信息的缓冲器。
9.根据权利要求7或8所述的接口，其中，所接收的机器位置信息包括由所述机床的所述数字控制器输出的一系列机器位置数据值。
10.根据权利要求7或8所述的接口，其中，所述探针通信部分被配置用于直接从所述机床的位置测量设备接收机器位置数据。
11.根据权利要求7至10中任一项所述的接口，其中，由机器通信部分输出的用于报告探测事件信息的所述数字数据包描述了发生所述探测事件的机器位置。
12.根据任一前述权利要求所述的接口，其中，所述机床通信部分将附加数据输出至所述数字控制器。
13.根据任一前述权利要求所述的接口，其中，所述探测事件信息包括触发事件，所述触发事件指示所述触摸触发式探针已经达到与物体的预定义位置关系。
14.根据任一前述权利要求所述的接口，其中，所述探针通信部分包括用于与相关联的触摸触发式探针进行无线通信的无线通信部分。
15.一种触摸触发式探测系统，所述触摸触发式探测系统包括根据前述任一权利要求所述的触摸触发式探针接口以及触摸触发式探针，所述触摸触发式探针具有用于将探测事件信息传输至所述触摸触发式探针接口的所述探针通信部分的传输部分。
16.根据权利要求15所述的系统，其中，所述触摸触发式探针包括可偏转触针。
17.根据权利要求15或16所述的系统，其中，所述触摸触发式探针是可安装于主轴的触摸触发式探针。
18.根据权利要求15所述的系统，其中，所述触摸触发式探针包括非接触式工具设定器。
19.一种机床系统，所述机床系统包括机床，所述机床具有根据权利要求1至14中任一项所述的触摸触发式探针接口和数字控制器、或者根据权利要求15至18中任一项所述的触摸触发式探测系统。
20.根据权利要求19所述的机床系统，其中，所述数字控制器包括存储多个机器位置数据值的滚动缓冲器。
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