CN117063040A - 向测量探针传送信息的方法以及对应测量探针 - Google Patents

Abstract

披露了一种向安装在坐标定位机器上的测量探针传送信息的方法。该方法包括：将该信息编码为该探针的多个特性移动中的一个或多个特性移动；控制该机器来将该(多个)移动赋予该探针；检测该探针处的该(多个)移动；以及从所检测到的(多个)移动中解码该探针处的信息。还披露了一种用于在这种方法中使用的测量探针。该测量探针可安装到该机器并且包括：至少一个移动传感器，该至少一个移动传感器用于感测由该机器赋予该测量探针的移动；以及控制器，该控制器用于确定所感测到的移动是否包括该探针的多个特性移动中的一个或多个特性移动并且用于根据该确定在该探针处执行操作或控制该探针的操作。

Description

向测量探针传送信息的方法以及对应测量探针

本发明涉及一种用于在坐标定位机器(比如机床、坐标测量机器、测量机器人等)上使用的测量探针，比如无线测量探针。测量探针的示例是触摸触发式探针和扫描或模拟探针。本发明还适用于其他类型的测量设备，比如对刀仪。本发明还涉及一种向安装在这种坐标定位机器上的这种测量探针传送信息的方法。

计算机数控(CNC)机床在制造业中被广泛用于机械加工或切割零件。关于这种机床，已知将切割工具更换为测量探针使得能够测量零件或工具以用于设置或检验目的。这种测量探针可以是具有用于测量工件表面上的点的位置的工件接触式触针的接触式探针，比如在US4145816和US4153998中所描述的。代替具有工件接触式触针，这些类型的探针中的任何探针可以替代地使用光学、电容、电感(例如，使用涡流)或其他非接触式技术来感测工件。

由于在机床中使用的测量探针可与切割工具更换，因此可能难以提供导线或电缆来将探针的输出信号连接到机器的控制器。因此，通常使用包括电感传输、光传输和无线电传输在内的各种无线信号传输技术。在US5150529中示出了机床的探针与控制器之间的光传输系统的示例，而WO 2004/057552提供了通过扩频无线电链路与远程探针接口通信的无线测量探针的示例。在没有导线或电缆的情况下，探针还需要电池供电。

随着测量探针这些年来变得更加复杂，还需要这些探针在不同模式下操作。例如，这种测量探针可以包括电子器件以在将它们获取的信号传输到控制器之前对这些信号进行滤波，以便防止因例如振动而生成寄生信号。因此，探针可以具有各种操作模式(例如滤波或不滤波)并且可以被预先设置为根据机床和其所安装的环境使用不同模式。由于用于机床的无线测量探针是电池供电的，因此探针还可以包括各种省电模式以延长电池寿命。

此外，在探针与控制器之间的无线通信可能甚至发生之前，需要设置用于探针的无线通信接口。例如，对于无线电探针，需要在探针和控制器两者处都设置频道和通信协议以确保它们可以彼此对话。然而，在建立无线通信模式之前，是不可能使用无线接口作为配置探针的手段的。

在已知探针中，这种模式可以通过使用探针内部的电路板上的DIP开关来预先设置。然而，由于DIP开关的使用具有多个缺点，因此WO 02/063235描述了所谓的“触发逻辑”技术形式的改进，该触发逻辑技术提供了对测量探针的操作模式进行编程的更简单方式。利用这种技术，测量探针上的指示器(例如LED)闪烁以指示模式信息，并且使用手动偏转探针触针来设置期望的探针操作模式。

然而，尽管“触发逻辑”技术实现了对测量探针的简单编程而无需访问内部DIP开关等，但本申请人已发现，当需要对大量的测量探针进行编程或当测量探针具有大量的模式要设置时这可能变得复杂。这可能引起编程错误并且可能使编程任务变得耗时。

根据本发明的第一方面，提供了一种向安装在坐标定位机器上的测量探针传送信息的方法，该方法包括：将信息编码(和/或表示)为探针的(例如预定的)多个(例如可用或可选择的)特性(和/或不同和/或可识别和/或可区分的)移动中的一个或多个(例如通过从中选择)；控制机器来将(多个)移动赋予探针；检测探针处的(多个)移动；以及从所检测到的(多个)移动中解码探针处的信息(和/或确定和/或重建)。

这具有可以使用现有机制(即，机器的移动)而不使用可能尚未配置的单独通信信道的优点。此外，由于在将信息编码时从中选择的多个特性移动的可用性，因此可以以这种方式表示和传送多种丰富的信息。例如，可以使用选自可用特性移动的移动组合或序列为探针形成复杂指令集，或者传送或发起配置数据的通信。

根据本发明的第二方面，提供了一种用于在根据本发明的第一方面的方法中使用的测量探针，该测量探针可安装到机器并且包括：至少一个移动传感器，所述至少一个移动传感器用于感测由所述机器赋予所述测量探针的移动；以及控制器，所述控制器用于确定所感测到的移动是否包括所述探针的多个特性移动中的一个或多个特性移动，并且根据所述确定在所述探针处执行操作或控制所述探针的操作。

该信息可以被编码或表示为该多个特性移动中的两个或更多个特性移动的序列。

探针的特性移动(或这种特性移动的序列)可以不是正常移动或探针在正常操作(例如当测量工件时、或当在工作容积周围移动时、或当移动到工具更换器架或从工具更换器架移动时)期间会进行的移动序列的特性移动。例如，围绕探针的纵向轴线的旋转通常将不是在探针的正常操作使用期间进行的移动。

不需要在所有方面指定特性移动，但替代地可以涉及移动的特性类型或范围。例如，在任何旋转速度下的顺时针旋转可以用作特性移动，因为顺时针旋转可以与在任何旋转速度下的逆时针旋转区分开来。因此，如果两种移动或移动的类型可以彼此区分开来(特别在探针处，使用合适移动传感器)，则他们可以被视为特性移动。然而，在100与300rpm之间的范围内的顺时针旋转相对于在200与400rpm之间的范围内的顺时针旋转将不会构成特性移动，因为重叠范围(在相同旋转方向上)意味着无法(在探针处)将这些移动彼此区分。因此，特性移动的性质可以被视为相对于另一移动或移动的类型。

该方法可以包括根据在探针处解码的信息在探针处执行操作或控制探针的操作。

该信息可以包括以下各项中的至少一项：(a)用于探针的配置数据；以及(b)要由所述探针执行的一个或多个命令或操作或指令。

该方法可以包括使用一个或多个移动作为将探针置于数据接收模式的命令或指令，在该模式期间可以使用一个或多个其他移动向探针传送数据。

该方法可以包括使用一个或多个移动作为将探针置于数据传输模式的命令或指令，在该模式期间探针可以向机器的机器控制器或接口传送数据。

探针可以使用触发脉冲序列向机器控制器或接口传送数据。

数据可以包括探针配置数据。

该方法可以包括使用在探针处接收的数据来配置探针。

将信息编码(或表示)的步骤可以包括从多个预定特性移动中选择表示(或对应于)信息的一个或多个移动。

预定特性移动可以存储在查找表中。

预定特性移动可以呈现在说明手册(例如用户说明手册)中。

将信息编码(或表示)的步骤可以包括使用预定算法(例如编码算法)将信息编码或转换成要由探针执行的一个或多个移动的对应集或序列。该算法可以适于使得不同信息(具有不同信息内容)被编码成要由探针执行的一个或多个移动的不同集或序列。以这种方式，可以在探针处对不同信息(具有不同信息内容)区分开来。算法可以适于接收多于一种类型的信息(例如多于一个要传送到探针的命令)并且将不同类型的信息(例如不同命令)编码成要由探针执行的(多个)不同相应移动。

该方法可以适于处理多于一种类型或项的信息(例如要由探针执行的不同命令或用于探针的不同配置数据)，并且将不同类型或项的信息(例如不同命令或配置数据)编码成探针的(多个)不同的对应相应移动。

该一个或多个移动可以包括探针的至少一个旋转移动和/或探针的至少一个平移移动。

该或每个移动可以是探针的旋转移动。

该方法可以包括使用探针上的至少一个移动传感器(例如，来自该至少一个移动传感器的信号)来检测该一个或多个移动。

该方法可以包括使用探针上的至少一个移动传感器(例如，来自该至少一个移动传感器的信号)在该一个或多个移动中的不同移动之间区分开来。

该方法可以包括使用探针上的至少一个移动传感器(例如，来自该至少一个移动传感器的信号)在探针的一个或多个移动(例如在探针的正常使用期间进行的正常移动)与其他移动之间区分开来。

该至少一个移动传感器可以包括至少一个加速度计。

该至少一个移动传感器可以包括至少一个线性加速度计。

该方法可以包括使用探针上的至少两个彼此基本上正交布置的加速度计(例如来自该至少两个加速度计的信号)来检测(多个)移动和/或将那些(多个)移动与探针的其他移动区分开来。

该方法可以包括使用探针上的至少三个彼此基本上正交布置的加速度计(例如来自该至少三个加速度计的信号)来检测(多个)移动和/或将那些(多个)移动与探针的其他移动区分开来。

探针可以包括以下各项中的至少一项：轴向加速度计，该轴向加速度计用于测量沿着探针的轴线的加速度；以及第一径向加速度计和第二径向加速度计，该第一径向加速度计和该第二径向加速度计用于分别测量在朝向探针轴线的基本上正交的第一径向方向和第二径向方向上的加速度(比如因探针围绕探针轴线旋转引起的)。

该机器可以是可操作以使探针围绕机器的旋转轴线旋转的。

该(多个)移动可以包括绕着机器的旋转轴线的至少一个旋转移动。

探针可以安装在机器上，其中，探针轴线与机器的旋转轴线基本上对齐。

机器可以包括所述探针所安装到的铰接式探头。机器的旋转轴线可以选自探头的一个或多个旋转轴线。

探针可以将该(多个)移动中的该或每个移动与该(多个)移动中的每个另外的移动区分开来。

探针可以将该(多个)移动中的该或每个移动与探针进行的其他移动区分开来。

这些移动中的该或每个移动可以由以下各项中的一项或多项表征(和/或可与这些移动中的每个另外的移动区分开来)：(a)所述移动的性质，比如其速度和/或持续时间；(b)所述移动的类型，比如所述移动是顺时针旋转还是逆时针旋转；(c)加速度的幅值；(d)加速度的方向；(e)所述移动的速度或速率；(f)所述移动的方向；(g)所述移动的持续时间；(h)移动的时机；(i)所述移动在移动序列内的顺序；以及(j)所述移动与移动序列内的一个或多个其他移动的时间关系。从在当中发生对移动的检测、识别和分析的探针的角度来看，一种移动或移动的类型是否可与另一移动或移动的类型区分开来是特别相关的。还应注意，尽管在实践中，甚至特定性质值通常会由于测量和运动控制公差而等同于小的值范围，但可以由性质值范围(比如在100与200rpm之间的旋转速度或大于300rpm的旋转速度或在3与7秒之间的持续时间)而不是特定性质值(例如恰好100rpm的旋转速度)来表征移动。

移动可以包括旋转和/或平移移动。

在编码或表示步骤中，可以存在多个不同的移动或移动组合可供选择，其中，每个移动与要由探针执行的不同相应操作相对应。

每个移动或移动组合可以与不同相应可识别特征相对应。

该方法可以包括在控制机器来将该一个或多个移动赋予探针之前将测量探针安装在机器上。

在探针处执行的解码步骤是仅基于在已将探针安装在机器上之后在探针处检测到的(多个)移动，或至少可以仅考虑从在已将探针安装在机器上之后在探针处检测到的(多个)移动得到的信息。这要与其中在将探针安装在机器工具更换器上时例如由人工操作员赋予的移动可能触发探针接通或意外配置的场景区分开来。

测量探针可以是无线测量探针。

测量探针可以适于测量物体表面上的点的位置。测量探针可以是具有可偏转触针的接触式探针。传感器然后可以测量触针的偏转。测量探针可以是非接触式探针(例如光学、电感或电容探针)。测量探针可以是触摸触发式探针。测量探针可以是扫描或模拟探针。测量探针可以被配置用于测量工件。例如，测量探针可以包括允许它安装在机床的主轴中的柄；即，测量探针可以包括可在主轴上安装的测量探针。测量探针可以是可安装在机床的任何位置的。

测量探针还可以被称为尺寸测量探针，或用于感测物体(例如上面的一个或多个点)的位置的探针。

测量探针可以是测量设备，比如测量探针或对刀仪。以这种方式，本发明的第一方面适用于任何类型的测量设备。对刀仪可以是光学对刀仪(例如，非接触式激光对刀仪)。对刀仪可以安装到机床的床身。

测量探针可以是电池供电的(例如测量探针可以包括用于给控制电路系统、主要无线通信模块等供电的一个或多个内部电池)。

坐标定位机器可以是机床。

机器的旋转轴线可以是机床的主轴的旋转轴线。

探针可以安装在机床上，其中，探针轴线与机床的主轴轴线基本上对齐。

向探针传送信息的方法可以提供次要通信手段，还存在与次要通信手段不同的主要通信手段，其中，主要通信手段用于在探针的正常使用期间进行通信，例如用于在测量操作期间传送测量数据。

主要通信手段可以包括无线通信手段，比如光学或无线电。

如果探针可将每个(例如旋转的)移动与每个另外的(例如旋转的)移动区分开来，则可以将(多个)探针移动视为特性的(或不同或可识别的)。

根据本发明的第三方面，提供了一种控制安装在坐标定位机器上的测量探针的方法，该方法包括：使用根据本发明的第一方面的方法向探针传送信息；以及根据所解码的信息在探针处执行操作或控制探针的操作。

根据本发明的第四方面，提供了一种被配置为使用根据本发明的第一方面的方法的测量探针。

根据本发明的第五方面，提供了一种被配置为使用根据本发明的第一方面的方法的机器控制器。

根据本发明的第六方面，提供了一种计算机程序，该计算机程序在由计算机或机器控制器或探针控制器运行时使计算机或机器控制器或探针控制器执行或至少使用根据本发明的第一方面的方法。程序可以承载在载体介质上。载体介质可以是存储介质。载体介质可以是传输介质。

根据本发明的第七方面，提供了一种计算机可读介质，在其中存储有计算机程序指令，这些计算机程序指令用于控制计算机或机器控制器或探针控制器来执行根据本发明的第一方面的方法。

根据本发明的另一方面，提供了一种向安装在坐标定位机器上的测量探针传送信息的方法，该方法包括：根据信息选择探针的多个特性移动中的一个或多个特性移动；控制机器来将该(多个)移动赋予探针；检测探针处的该(多个)移动；以及从所检测到的(多个)移动中确定或重建探针处的信息。

根据本发明的另一方面，提供了一种与安装在坐标定位机器(其中机器在机器控制器的控制下操作)上的测量探针通信的方法，该方法包括：将要传送到探针的信息(在控制器处)编码(或表示)为探针的(要由探针执行的)两个或以上(不同和/或可识别和/或特性的)移动的序列；控制(使用控制器来控制)机器来执行探针上的序列移动(向探针赋予移动序列)；检测探针处的移动序列；以及从探针处检测到的移动序列将信息解码(或确定)。

根据本发明的另一方面，提供了一种与安装在坐标定位机器上的测量探针通信的方法，该方法包括：控制机器来执行探针的两个或以上不同(旋转的)移动的序列；以及检测探针处的这个移动序列。

根据本发明的另一方面，提供了一种与安装在坐标定位机器上的测量探针通信的方法，该方法包括：将要传送到探针的信息表示(解码)为探针的(要由探针执行的)两个或以上不同移动的序列；控制机器来将移动序列赋予探针(或到探针上)；检测探针处的移动序列；以及从所检测到的移动序列中提取(解码)探针处的信息。

根据本发明的另一方面，提供了一种控制安装在坐标定位机器上的测量探针的操作的方法，该方法包括：控制机器来执行探针的两个或以上不同(旋转的)移动的序列(通过该操作与探针通信)；检测探针处的这个移动序列；以及基于所检测到的序列控制探针的操作。

现在将通过示例的方式参考附图，在附图中：

图1是体现本发明的机床的示意性展示，其中，钻头用于对工件执行机械加工操作；

图2示出了图1的机床，其已将钻头更换为测量探针以对工件执行测量操作；

图3提供了对图1和图2的钻头的更详细展示；

图4提供了对图1和图2的测量探针的更详细展示；

图5是体现本发明的用于向安装在坐标定位机器上的测量探针传送信息的方法的示意性展示；

图6至图11展示了探针的可以用于编码信息的特性移动的各种不同可能性；

图12A至图12C展示了可以如何由累积加速度表征移动；

图13是展示了体现本发明的用于将探针置于配置加载模式并且用于向探针传送配置数据的方法的流程图；

图14提供了示出可以在配置加载模式下配置的探针的各种功能以及每个功能可用的可能配置选项的表；

图15提供了示出用于将图14的功能的配置数据编码成一系列九个位的方案的表，其中，不同功能各自分配到一个或多个不同位的位置；

图16A至图16E提供了分别与图14的各功能相对应的表，其中，每个表示出了与该功能相关联的每个可能选项的位的位置值；

图17是展示了体现本发明的用于将探针置于配置读取模式并且用于随后结束配置读取模式的方法的流程图；

图18是展示了体现本发明的用于将探针置于无线电配对模式的方法的流程图；

图19A至图19C提供了示出可能执行的其他特性移动序列的表；以及

图20A和图20B示出了分别安装在竖直机床主轴和水平机床主轴中的探针。

图1是体现本发明的机床1的示意性展示，该机床通常会安装在工厂或机械车间环境中。机床1用于对工件6执行机械加工操作，该工件在图1中被展示为装载到机床1的底座或床身7上。机床1包括主轴3，用于对工件6执行机械加工操作的钻头2被安装在该主轴中。主轴3又由支撑构件4支撑，该支撑构件本身通过移动系统5移动，从而使得钻头2能够移动到用于对工件2进行加工的位置。移动系统5通常将提供钻头2在(沿着三个轴线的)三个自由度X、Y、Z上的移动，并且主轴3可被控制以围绕其纵向轴线R迅速旋转，以便使钻头2对工件2中的特征进行机械加工。

移动系统5由机器控制器10控制，并且这些元件经由通常是有线连接的通信链路11来连接。单独地，机器还包括将在下文讨论的探针接口12、以及用户界面14，该用户界面由操作员用于对机床1(例如机器控制器10)进行设置和编程。在图1中示出的机床1的窗口的左侧是工具固持器或工具架8，该工具固持器或工具架被示出为固持测量探针20。在机床1已完成对工件6的加工或已完成对工件6的特定特征的加工之后，可以使用机器控制器10来执行一系列移动，这些移动使图1的钻头2与测量探针20互换。

在将钻头2更换为测量探针20的这种工具更换操作之后，如在图2中所示出的，然后可以控制机床1来对工件6执行测量操作以检验该工件并且检查任何机械加工过的特征是否在公差内。在测量操作期间，主轴3和附接的测量探针20通常将不会围绕其纵向轴线旋转，因为通常不需要或不期望这种移动。在测量操作期间，测量探针20通过单独的通信链路13(例如无线电或光学通信信道)与探针接口12通信，例如以将命令发送到探针20和/或从测量探针20接收测量数据；这可以被视为测量探针20的主要通信信道。在测量操作之后，如果要对工件6执行进一步加工，则可以将测量探针20更换为钻头2(或固持在工具架8中的某个其他工具)以进行进一步的机械加工或加工操作。

图3提供了对图1和图2的钻头2的更详细展示，特别示出了柄9，该柄适于使用标准可释放柄连接器与机床1的主轴3耦接。图3中还示出了纵向旋转轴线R。图4提供了对图1和图2的测量探针20的更详细展示，该测量探针也具有柄29，该柄类似地适于使用标准可释放柄连接器与机床1的主轴3耦接。尽管如上文所提到的，探针20通常不在正常使用期间(例如在测量操作期间)旋转，但也在图4中示出了纵向旋转轴线R，因为这与下文在描述体现本发明的传送信息的方法时进一步相关。由于图4中所展示的测量探针20是电池供电的，因此该测量探针还包括电池盒24，可以将电池插入到该电池盒中。在该示例中测量探针20是触摸触发类型的探针并且相应地包括工件接触式触针22。最后，测量探针20具有环形窗口26，通过该环形窗口可以经由图2中所展示的无线通信链路13将光学信号发射到探针接口12或从该探针接口接收这些光学信号；这可以被视为用于探针20的主要通信信道。在窗口26内示意性地展示的元件是光学发射器和接收器和相关联暴露的电子部件。在图4的探针20中还示意性地展示了：一个或多个移动传感器21，该一个或多个移动传感器用于感测由机器1赋予测量探针20的移动；以及控制器25，该控制器用于确定感测到的移动是否包括多个特性移动中的一个或多个特性移动，并且根据确定在探针20处执行操作或控制该探针的操作。

图5是体现本发明的通常用于向安装在坐标定位机器(比如图1和图2的机床1)上的测量探针(比如图1和图2的测量探针20)传送信息的方法的示意性展示。下文将进一步描述更特定实施例。

在步骤S1中，将测量探针20安装在机床1的主轴3中，如上文所描述的。在步骤S2中，确定要向测量探针20传送什么信息。如将在下文更详细描述的，这种信息可以是用于测量探针20的配置数据，或它可以是将测量探针20置于特定操作模式的命令，或实际上是无论任何信息。

在步骤S3中，将信息编码为探针20的多个特性移动中的一个或多个特性移动。例如，可以存在包括探针20的多个不同特性移动的查找表，并且步骤S3将包括基于要发送的信息选择那些特性移动中的一个或多个。以这种方式，选定特性移动是要发送的信息的表示。在下文描述的特定实施例中这将变得更加显而易见。

在步骤S4中，控制机床1来例如通过使用移动系统5和/或通过使主轴3围绕旋转轴线R旋转将在步骤S4中确定的(多个)移动赋予探针20，如上文参考图1至图4所描述的。

在步骤S5中，由移动传感器21在探针20处检测这些(多个)移动，并且在步骤S6中由探针20的探针控制器25从在步骤S5中检测到的(多个)移动将信息解码或提取。在通过这些(多个)移动将从机器控制器10发送的信息解码之后，在探针20处(基于信息表示的内容)适当地使用所解码的信息，例如以在信息表示旨在改变探针20的操作模式的配置数据或命令的情况下控制探针20的操作的某个方面。

最后，步骤S8表示测量探针20使用主要通信信道13与探针接口12通信，例如已使用步骤S1至S7的方法配置或建立或发起该主要通信信道13。

现在将参考图6至图11描述探针20的特性移动的各种可能性。探针20应该可将该多个可能特性移动中的每个特性移动与其他特性移动中的每个特性移动区分开来。例如，图6示出了由探针20执行的旋转移动序列，这些旋转移动中的每个旋转移动在顺时针方向上有相同持续时间，但处于不同相应旋转速度。如此，这些移动中的每个移动可以被描述为特性移动，因为每个移动都可凭借可在探针20处由适当移动传感器检测的旋转速度与每个另外的移动区分开来。在这个背景中特性移动还可以被视为图6的旋转移动中的单独一个，或移动的组合(例如由图6中所示出的按照该顺序并且具有那些旋转速度的所有五个旋转构成的特征序列)。

图7示出了由探针20执行的不同的旋转移动序列，这些旋转移动中的每个旋转移动在顺时针方向上，但有不同相应持续时间并且处于不同相应旋转速度。如此，这些移动中的每个移动(或这种移动的组合)可以被描述为特性移动，因为每个移动可凭借持续时间和旋转速度两者与每个另外的移动区分开来，持续时间和旋转速度两者可在探针20处测量。

图8示出了由探针20执行的另一旋转移动序列，这些旋转移动中的每个旋转移动处于相同旋转速度，但在不同相应方向(有些为顺时针，有些为逆时针)上并且有不同相应持续时间。如此，这些移动中的每个移动(或这种移动的组合)可以被描述为特性移动，因为每个移动可凭借持续时间和旋转方向两者与每个另外的移动区分开来，持续时间和旋转方向两者可在探针20处测量。

图9示出了由探针20执行的另一旋转移动序列，这些旋转移动处于不同相应旋转速度、旋转方向和持续时间。如此，这些移动中的每个移动(或这种移动的组合)可以被描述为特性移动，因为每个移动可凭借旋转速度、旋转方向和持续时间与每个另外的移动区分开来，旋转速度、旋转方向和持续时间中的全部都可在探针20处测量。

特性移动还可以是与探针20的平移移动组合的旋转移动，如在图10和图11中所展示的。在图10中，与Z方向上(在任一方向上)的移动(加速度)组合的逆时针旋转用于编码信息位‘0’，而在图11中与Z方向上(在任一方向上)的移动(加速度)组合的顺时针旋转用于编码信息位‘1’。以这种方式，这种特性移动序列可以用于传达一系列逻辑位，该系列的逻辑位可以用于表示需要传送到探针20的任何数据。位周期可以是固定持续时间或可以由零移动的空周期分隔开。

探针20的移动还可以至少部分地通过其线性和/或旋转加速度(与其线性和/或旋转速度形成对比)来表征。例如，当考虑图10和图11的Z移动时，这种Z移动可以由其线性加速度而不是其线性速度来表征。在实践中机器在Z方向上的移动(赋予探针20)将由加速阶段、随后的减速阶段构成，如在图12A中所示出的。机床1提供延长的高加速周期是不切实际的，因为加速的机器部件(包括探针20)的速率最终将变得过大。一种可能实施方式将是针对Z轴线获得线性加速度计的绝对输出，在图12B中示出了这一点，并且针对位周期中的每个位周期，得到积累或累积加速度，如在图12C中所示出的。当图12C的累积加速度达到预定阈值(如在图12C中所标记的)时，则移动被确定为图10和图11中的背景中的特性Z移动。以这种方式，可以避免机器部件的高加速度。

在图6至图11中所示出的示例中的每个示例中，对角速率(旋转)的调节用于表征探针20的不同移动。针对图10和图11中所示出的示例，将对角速率(旋转)的调节与对线性加速度调节(在Z方向上)的调节组合。

总之，由探针20执行的(多个)移动中的该或每个移动可以通过以下各项中的一个或多个与该(多个)移动中的每个另外的移动区分开来：(a)加速度的幅值；(b)加速度的方向；(c)移动的速度；(d)移动的方向；(e)移动的持续时间；(f)移动的时机；以及(g)移动在移动序列内的顺序。移动可以包括旋转和/或平移移动。

探针20还应优选地可将特性移动与探针20在正常操作期间进行的其他移动容易地区分开来，比如围绕机床1的工作容积的平移移动。出于这个原因，使用围绕探针20的纵向轴线R的旋转来形成特性移动的至少一部分是优选的，因为这不是在正常操作使用期间通常会赋予探针20的移动类型(除了在比如可能使探针20例如旋转以处理触针跳动的测量周期的特定情况下)。然而，这不是必不可少的，只要移动可以以某种方式与正常操作移动区分开来即可。针对图10和图11中所示出的特性移动挑选Z方向上的移动(或加速度)，由于一些机床在X和Y上移动机器台7(和工件6)而不移动支撑件4(其中，移动系统5仅在Z方向上移动支撑件4(和主轴3))并且由于该想法将在具有不同加速度曲线的多个机床1上一致地工作，因此复杂特征将是不可能的。然而，在适当的情况下使用X和Y上的平移移动或加速度来表征(至少部分地)探针20的特性移动也是可能的。

在简单的情况下，针对探针20执行上文所描述的特性移动中的一个或多个可以用于发起探针处的单个对应功能，比如将探针20切换成不同操作模式，其中，多个不同操作模式可通过使用不同特性移动向探针20传达不同相应命令来选择。例如，测量探针20的用户手册可以教导使探针20在600rpm(每分钟转数)下旋转20秒以进入模式A，使探针20在1200rpm下旋转20秒以进入模式B，或使探针20在1200rpm下旋转40秒进入模式C。然后，用户将为了期望模式(A、B或C)(使用接口14)将一行代码(或一对速度/持续时间变量)输入到机器控制器10中，该机器控制器命令机床1使探针20以给定速度旋转并且旋转给定持续时间。以这种方式，呈改变探针20的操作模式的命令的形式的信息已通过将该信息以探针20的特性旋转移动的形式编码而传送到探针20(注意，这仅是单个旋转移动，仅仅是可以使探针20执行的许多可能旋转移动之一)，该信息在探针20处被检测和编码以实现探针20的操作模式的改变。

还可以使用预定特性移动或特性移动序列(例如一个或多个特性旋转)来将探针20置于‘接收’模式，在该接收模式期间使用探针20的一个或多个其他特性移动(例如旋转和/或加速度)将数据编码并且向探针20传送数据，该数据由探针20检测和解码以用某种方式在探针20处使用。在‘接收’模式是将各种配置选项加载到探针20中的配置加载模式的情况下，这种可能性由图13的流程图展示。

在图13的步骤T1中，确定需要将探针20置于配置加载模式的(多个)特性移动。换句话说，在步骤T1中将用于将探针20置于配置加载模式的命令编码成要由探针20执行的一个或多个特性移动。这可以是用户在用户手册中查找(多个)对应特性移动，其中，经过编码的移动经由接口14被编程到机器控制器10中。替代性地，用户可以经由接口14直接指示探针20需要配置加载模式，其中，控制器10然后执行查找以确定要由探针20执行的(多个)对应特性移动，以便向探针20传送‘配置加载模式’命令(经过编码的信息)。

在步骤T2中，控制机床1以例如通过使用移动系统5和/或通过使主轴3围绕其旋转轴线R旋转而将在步骤中T1中确定的(多个)移动赋予探针20，如上文参考图1至图4所描述的。在步骤T3中，由移动传感器21在探针20处检测这些(多个)移动，并且从这些检测到的移动，探针控制器25确定已命令探针20进入配置加载模式(所解码的信息)。相应地，在步骤T4中探针控制器25将探针20置于配置加载模式。

在步骤T5中，确定要向探针20传送什么探针配置数据。例如，在探针20是光学探针(比如图4中所示出的示例，具有如图2中所示出的基于光学的主要通信信道13)的情况下，一个这种配置选项可能是针对用于光学信道13的“接通方法”并且另一配置选项可能是针对“关断方法”。由配置选项控制的其他功能可能是“增强型触发滤波器和主轴定向能力”、“光传输类型”和“光功率设置”。这些功能连同可用于每个功能的可能配置选项一起总结在图14的表中。例如，“接通方法”可以是“光学接通(标准)”或“光学接通(3s延迟)”，而“关断方法”可以是“光学关断”、“短超时(12s)”、“中等超时(22s)”和“长超时(134s)”之一。

在步骤T6中，将在步骤T5中确定的探针配置数据编码成多个特性探针移动的一个或多个探针移动。参考图14的表，由于对于“接通方法”功能存在两种可能性，因此可以根据该功能所需的配置选择采用‘0’或‘1’值将这编码成单个信息位。类似地，对于“关断方法”功能存在四种可能性，因此可以根据该功能所需的配置选择采用值‘00’、‘01’、‘10’或‘11’将这编码成两个信息位。可以针对图14中所示出的其他功能采用类似方法，使得图14的所有五个功能的配置选项可以被编码成九个信息位，如在图15的表中所示出的。图16A至图16E提供了分别与图14的功能相对应的表，其中，每个表示出了与该功能相关联的每个可能配置选项的位的位置值。

对于图15的表中所示出的信息位#0至#8中的每个信息位，如图10中所示出的特性探针移动可以用于传送值‘0’并且如图11中所示出的特性探针移动可以用于传送值‘1’。这为将配置数据编码成特性探针移动提供了方案(或算法)。例如如果需要将探针20配置为如下：(a)光学接通(3s延迟)；(b)中等超时(22s)；(c)自动复位接通/滤波器接通(16ms)；(d)遗留(启动过滤器接通)；以及(e)低功率。使用图16A至图16E的“查找表”，这种配置信息将被编码成位序列‘1_10_011_01_0’(或在没有分隔符的情况下仅为‘110011010’)，其中，这些位值中的每个位值具有如在图10和图11的一个或另一个中所示出的相关联特性探针移动(这取决于位值是‘0’还是‘1’)。

在步骤T7中，控制机床1来将在步骤T6中确定的(多个)移动赋予探针20，针对图10和图11的探针移动，该步骤将涉及将使用移动系统5使探针20在Z方向上加速与使主轴3(具有附接的探针20)围绕旋转轴线R旋转相结合。在步骤T8中，由移动传感器21在探针20处检测这些(多个)移动并且由探针控制器25解码以提取由机器1发送的配置数据。在步骤T9中，根据来自步骤T8的所解码的配置数据配置探针20。最后，在步骤T10中，通过向探针20传送另一命令结束配置加载模式，其中，该命令(信息)以类似于上文所描述的方式的方式被编码为探针20的一个或多个移动(各自选自多个不同特性移动)。替代性地，配置加载模式可以在预定时间段之后自动结束。

图17是展示了体现本发明的用于将探针置于配置读取模式并且用于随后结束配置读取模式的方法的流程图。如名字所示的，这种模式用于读取来自探针20的当前配置(与用于将新配置写入到探针20的图13的方法形成对比)。由于这类似于先前实施例，因此仅需要简短描述。在步骤P1中，将用于将探针20置于配置读取模式的命令(该命令是一种类型的信息)编码成探针20的一个或多个移动(各自选自多个不同特性移动)。在步骤P2中控制机床1来将在步骤P1中确定的(多个)移动赋予探针20，并且在步骤P3中，由移动传感器21在探针20处检测这些(多个)移动并且将这些移动解码以恢复从机器控制器10发送的命令。响应于接收到命令，在步骤P4中探针控制器25将探针20置于配置读取模式。由于这一点，在步骤P5中经由主要通信(例如无线电)信道13(参见图2)将用于探针20的当前配置数据传送到机器1的探针接口12。该配置数据可以通过SKIP输入经由触发脉冲序列来传送(许多调制解调器控制器包括用于探针的触发信号的通常被称为SKIP输入的直接输入，其中，探针触发信号被立刻有效地读取并且在接收到该信号后‘锁存’当前轴线位置)。然后，在步骤P7至P10中，将命令编码并从机器1传达到探针20(在该探针处对该命令解码并采取行动)以结束配置数据读取模式并且使探针20返回到待机模式。

图18是展示了体现本发明的用于将探针置于无线电配对模式的方法的流程图。该方法旨在解决以下情况的问题，即，特别在相对小的空间中具有大量机床1的工厂中已与特定机床1中的探针接口12配对的探针20然后被移动到相邻机床1。在这种情况下，可以实现在已将探针20移动到新机床1之后原始探针接口12与该探针通信。这形成了以下情况，即，不管其主轴3中的探针20实际上是否与工件6接触，探针接口20都将从探针20接收例如就位状态，并且这非常可能引起机器碰撞(其中，移动系统5将探针20驱动到工件6中，从而使探针20和/或机床1的其他零件损坏)。

为了克服上述问题，在步骤Q1中机床1执行探测移动，并且如果在机器到达目标位置之前(截止到这个时间，将预期已接收到触发信号)没有接收到从探针20返回的触发信号，则可以假设存在已发生上文所描述的场景的可能性。在这种情况下，机床1继续进行到图18中所示出的后续步骤，在这些后续步骤中执行在速度和方向上变化的旋转序列以迫使其主轴3中的探针20进入‘获取’状态(或无线电配对模式)。这是以如上文所描述的类似方式实现的，其中，在步骤Q2中将命令编码成特性探针移动序列，在步骤Q3中相应地移动探针20，并且在步骤Q4中对探针20的移动检测并且解码。响应于接收到的命令，在步骤Q5中将探针20置于无线电配对模式。同时，在步骤Q6中还例如通过使用探针开始输入脉冲序列将无线电接口12置于获取状态(或无线电配对模式)。使用分别由探针20和无线电接口12在步骤Q7和Q8中执行的无线电配对例程，机床1能够与在其自身主轴3中的探针20‘重新配对’，从而克服上文所描述的不正确就位信号的问题。在步骤Q9至Q11中，将命令编码并且传送到探针20(再次使用一个或多个探针移动将命令编码并且传送到探针20)以结束无线电配对模式并且使探针20返回到待机模式。

可以以非常灵活的方式组合上文所描述的各种功能和序列。例如，在一个序列中具有两个阶段(例如“唤醒”命令和单独“消息”命令)而不是将这些组合成单个移动(即，其中“唤醒”和“消息”是同一移动的一部分)可能是更实际的(例如更好地用于功率管理)。图19A至图19C示出了可能在不同场景中执行的其他特性移动序列，并且当然由于提到的通信方法所提供的灵活性，也存在无数的其他可能性。在图19A至图19C中，“CW”和“ANTI”分别表示探针20的顺时针旋转和逆时针旋转，除非指定，否则该顺时针旋转和逆时针旋转在任何旋转速度下。如果不指定任何旋转方向(例如在图19C中)，则旋转方向是无关紧要的(并且替代地凭借比如自旋速度和/或持续时间等另一运动性质表征移动)。

应注意，WO 2004/090467披露了一种也利用探针旋转来接通或关断功率密集型探针电路系统的技术。然而，在WO 2004/090467中仅披露了单个命令和单个相关联特性移动。单个命令有效地是“切换电源”命令(即，如果当前是关断的，则接通，或如果当前是接通的，则关断)，并且单个相关联特性移动仅是单个方向上的短暂恒定速度的旋转。在WO 2004/090467中不存在对通过基于多个不同特性移动来表示多种丰富的信息而将该信息编码和传送的建议，这是利用本发明的实施例所提供的。WO 2004/090467的方法不适于处理多于一种类型的命令。WO 2004/090467的技术是对用于接通如在US4599524中所描述的探针的技术的发展，其中，在已将探针插入在机床的主轴中之后，通过主轴的短暂旋转，使用探针内的离心开关对这种旋转做出响应而使该探针通电。在使用之后，可以通过另外的这种旋转或通过探针的电路内的延迟元件将电池断开连接，该延迟元件在探针的预定非使用时段之后超时。

比如在WO 2004/090467中所描述的机床探针的先前实施方式在将探针安装在机床主轴中时利用由安装在探针中的加速度计经历的向心加速度作为检测轴向旋转速率的手段，以用于从待机状态激活探针或将探针从操作状态去激活的目的。所检测到的向心加速度与旋转方向无关，并且因此探针仅能够检测旋转，但不能够检测方向。利用本发明的实施例，对旋转方向(或其他特性移动)的检测用作促进更复杂功能的另一输入。除此之外，对角速率的调节也可以用于向探针传达信息。

低功率MEMS(微机电系统)陀螺仪与三轴加速度计(所谓的惯性测量单元)相结合的问世促进了对旋转方向以及在三个旋转自由度(三个旋转轴线)上的幅值的确定。在结合三个线性轴线上的加速度信息使用时，这提供了六个自由度的测量。移动传感器21的实施方式将理想地考虑如下事实：探针20可以安装在如图20A中所示出的竖直机床主轴3中，或如图20B中所示出的水平机床主轴3中。

除了将多个不同单独离散命令(或其他离散类型的信息)中的每个离散命令编码或映射到一个或多个探针移动的对应集中，还可以使用算法将连续变量编码成适当特性探针移动。例如，探针20可以感测自旋或旋转速度以基于测量到的自旋速度设置某个探针参数(比如定时滤波器)。例如，如果自旋速度被测量为651rpm，则在探针20处设置6.51ms的滤波器，或如果测量为725rpm，则使用7.25ms的滤波器。在那种情况下，在机器控制器10处使用的编码算法将有效地是“R＝F×100”，其中，F是以毫秒为单位的期望滤波器持续时间并且R是特性探针移动(旋转)的以每分钟转数(rpm)为单位的旋转速度。为了从测量到的旋转速度R提取期望滤波器持续时间F，在探针20处使用的解码算法将是编码算法的倒数：“F＝R/100”。

还将从上文描述显而易见的，可以将信息编码为具有多个不同可能状态(例如不同rpm表示不同动作)的单个移动或编码为移动序列。还应注意，不同序列可以解码为相同信息。例如，呈任何顺序的三个特性移动A、B和C可以表示相同信息(即，ABC与BAC相同，BAC与CAB相同)，但那些移动A、B和C的不同组合将表示不同信息(即，ABC不同于AAB)。还有可能，信息的第一位和第二位被编码为第一不同特性运动和第二不同特性运动，但在第一特性运动和第二特性运动叠加(同时执行)的情况下，例如Z上的平移将给出第一信息并且围绕Z的同时旋转将给出第二信息。

尽管上文在机床的背景下描述了本发明的实施例，但可以将相同技术与安装在其他类型的坐标定位机器上的这种探针一起使用。例如，当与机器人臂一起使用时，可以使用围绕机器人臂的旋转接头中的一个或多个的旋转以完全等效的方式执行上文所描述的程序(以替换主轴3围绕轴线R的旋转，如上文所描述的)。铰接式机器人臂将通常具有最终旋转接头，该最终旋转接头具有相对于臂轴向地布置的旋转轴线，因此可以以与上述机床实施例中的主轴3的旋转非常类似的方式使用该最终接头(具有附接的探针)。

机器控制器10和探针控制器25可以是专用电子控制系统和/或可以包括在计算机程序的控制下操作的计算机。例如，机器控制器10可以包括：实时控制器，该实时控制器用于向运动系统5提供低级指令；以及PC，其用于操作实时控制器。应理解，坐标定位机器1的操作可以通过在机器1上操作的程序并且特别通过在机器控制器10(比如图1中示意性地展示的机械控制器)上操作的程序来控制。还将理解，探针20的操作可以通过在探针20上操作的程序并且特别地通过在探针控制器25(比如在图4中示意性地展示的探针控制器)上操作的程序来控制。这种程序可以存储在计算机可读介质上，或者可以例如体现在比如从互联网网站提供的可下载数据信号的信号中。所附权利要求应被解释为覆盖程序本身，或解释为在载体上的记录，或解释为信号，或以任何其他形式解释。

Claims (40)

1.一种向安装在坐标定位机器上的测量探针传送信息的方法，包括：将所述信息编码为所述探针的多个特性移动中的一个或多个特性移动；控制所述机器来将所述一个或多个移动赋予所述探针；检测所述探针处的所述一个或多个移动；以及从所检测到的一个或多个移动中解码所述探针处的信息。

2.如权利要求1所述的方法，包括将所述信息编码为所述多个特性移动中的两个或更多个特性移动的序列。

3.如权利要求1或2所述的方法，包括根据所解码的信息在所述探针处执行操作或控制所述探针的操作。

4.如权利要求1、2或3所述的方法，其中，所述信息包括以下各项中的至少一项：(a)用于所述探针的配置数据；以及(b)要由所述探针执行的一个或多个命令或操作或指令。

5.如任一前述权利要求所述的方法，包括使用一个或多个移动作为将所述探针置于数据接收模式的命令，在所述模式期间使用一个或多个其他移动向所述探针传送数据。

6.如任一前述权利要求所述的方法，包括使用一个或多个移动作为将所述探针置于数据传输模式的命令，在所述模式期间所述探针向所述机器的机器控制器或接口传送数据。

7.如权利要求6所述的方法，其中，所述探针使用触发脉冲序列向所述机器控制器或接口传送所述数据。

8.如权利要求5、6或7所述的方法，其中，所述数据包括探针配置数据。

9.如权利要求8在从属于权利要求5时所述的方法，包括使用在所述探针处接收到的所述配置数据来配置所述探针。

10.如任一前述权利要求所述的方法，其中，对所述信息进行编码包括从例如存储在查找表中或呈现在说明手册中的多个预定特性移动中选择表示所述信息的一个或多个移动。

11.如任一前述权利要求所述的方法，其中，对所述信息进行编码包括使用预定算法将所述信息转换成要由所述探针执行的对应的一个或多个移动。

12.如任一前述权利要求所述的方法，其中，所述方法适于处理要传送到所述探针的多于一种类型或项的信息，并且将不同类型或项的信息编码成所述探针的不同的对应相应移动或多个移动。

13.如任一前述权利要求所述的方法，其中，所述一个或多个移动包括所述探针的至少一个旋转移动和/或所述探针的至少一个平移移动。

14.如权利要求13所述的方法，其中，所述或每个移动是所述探针的旋转移动。

15.如任一前述权利要求所述的方法，包括使用所述探针上的至少一个移动传感器来检测所述一个或多个移动和/或将所述一个或多个移动与所述探针的其他移动区分开来。

16.如权利要求15所述的方法，其中，所述至少一个移动传感器包括至少一个加速度计，例如至少一个线性加速度计。

17.如权利要求16所述的方法，包括使用所述探针上的至少两个彼此基本上正交布置的加速度计来检测所述移动或多个移动和/或将那些(多个)移动与所述探针的其他移动区分开来。

18.如权利要求16或17所述的方法，包括使用所述探针上的至少三个彼此基本上正交布置的加速度计来检测所述多个移动或多个移动和/或将那些(多个)移动与所述探针的其他移动区分开来。

19.如任一前述权利要求所述的方法，其中，所述探针包括以下各项中的至少一项：轴向加速度计，所述轴向加速度计用于测量沿着所述探针的轴线的加速度；以及第一径向加速度计和第二径向加速度计，所述第一径向加速度计和所述第二径向加速度计用于分别测量在朝向所述探针轴线的基本上正交的第一径向方向和第二径向方向上的加速度。

20.如任一前述权利要求所述的方法，其中，所述机器能够操作以使所述探针绕所述机器的旋转轴线旋转。

21.如权利要求20所述的方法，其中，所述移动或多个移动包括绕着所述机器的旋转轴线的至少一个旋转移动。

22.如权利要求20或21在从属于权利要求19时所述的方法，其中，所述探针安装在所述机器上，其中，所述探针轴线与所述机器的旋转轴线基本上对齐。

23.如权利要求20、21或22所述的方法，其中，所述机器包括铰接式探头，所述探针所安装到该铰接式探头，并且其中，所述机器的旋转轴线选自所述探头的一个或多个旋转轴线。

24.如任一前述权利要求所述的方法，其中，所述探针能够将所述移动或所述多个移动中的所述移动或每个移动与所述移动或所述多个移动中的每个另外的移动以及所述探针进行的其他移动区分开来。

25.如任一前述权利要求所述的方法，其中，所述移动中的所述或每个移动由以下各项中的一项或多项表征和/或能够通过以下各项中的一项或多项与所述移动中的每个另外的移动区分开来(例如在所述探针处)：(a)所述移动的性质，比如其速度和/或持续时间；(b)所述移动的类型，比如所述移动是顺时针旋转还是逆时针旋转；(c)加速度的幅值；(d)加速度的方向；(e)所述移动的速度或速率；(f)所述移动的方向；(g)所述移动的持续时间；(h)移动的时机；(i)所述移动在移动序列内的顺序；以及(j)所述移动与移动序列内的一个或多个其他移动的时间关系。

26.如任一前述权利要求所述的方法，其中，存在多个不同的移动或特性移动组合可供选择，其中，每个移动或特性移动组合例如与要由所述探针执行的不同相应操作相对应。

27.如任一前述权利要求所述的方法，其中，在所述探针处执行的解码步骤是仅基于在已将所述探针安装在所述机器上之后在所述探针处检测到的移动或多个移动的，或至少仅考虑在已将所述探针安装在所述机器上之后在所述探针处检测到的移动或多个移动。

28.如任一前述权利要求所述的方法，其中，所述测量探针是无线测量探针。

29.如任一前述权利要求所述的方法，其中，所述测量探针替代地是测量设备，比如测量探针或对刀仪。

30.如任一前述权利要求所述的方法，其中，所述坐标定位机器是机床。

31.如权利要求30在从属于权利要求20时所述的方法，其中，所述机器的旋转轴线是所述机床的主轴的旋转轴线。

32.如权利要求30在从属于权利要求19时所述的方法，其中，所述探针安装在所述机床上，其中，所述探针轴线与所述机床的主轴轴线基本上对齐。

33.如任一前述权利要求所述的方法，其中，所述方法用于提供次要通信手段，存在与所述次要通信手段不同的主要通信手段，其中，所述主要通信手段用于在所述探针的正常使用期间进行通信，例如用于在测量操作期间传送测量数据。

34.如权利要求33所述的方法，其中，所述主要通信手段包括无线通信手段，比如光学或无线电。

35.一种控制安装在坐标定位机器上的测量探针的方法，包括：使用如任一前述权利要求所述的方法向所述探针传送信息；以及根据所解码的信息在所述探针处执行操作或控制所述探针的操作。

36.一种用于在如任一前述权利要求所述的方法中使用的测量探针，所述测量探针能够安装到所述机器并且包括：至少一个移动传感器，所述至少一个移动传感器用于感测由所述机器赋予所述测量探针的移动；以及控制器，所述控制器用于确定所感测到的移动是否包括所述探针的多个特性移动中的一个或多个特性移动，并且根据所述确定在所述探针处执行操作或控制所述探针的操作。

37.一种测量探针或探针控制器，所述测量探针或探针控制器被配置为使用如权利要求1至35中任一项所述的方法。

38.一种机器控制器，所述机器控制器被配置为使用如权利要求1至35中任一项所述的方法。

39.一种计算机程序，所述计算机程序在由计算机或机器控制器或探针控制器运行时使所述计算机或机器控制器或探针控制器执行或使用如权利要求1至35中任一项所述的方法。

40.一种计算机可读介质，在其中存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令用于控制计算机或机器控制器或探针控制器来执行或使用如权利要求1至35中任一项所述的方法。