CN1374501A - 尺寸测量柱和输入指令来转换测量柱的测量模式的方法 - Google Patents

Abstract

一种使转换测量模式的指令输入单垂直轴尺寸测量柱的方法。转换模式的指令可通过在大于预定值的时间间隔将探头压在待测量的工件上来输入。测量和显示系统然后进入待测量工件的返回点的搜索模式。所述单轴测量柱可用于内径和外径的测量。所述方法可用最少的管理操作完成孔的最小和最大点的测量。

Description

尺寸测量柱和输入指令来转换测量柱的测量模式的方法

技术领域

本发明涉及尺寸测量柱，特别是单垂直轴尺寸测量柱和输入指令来转换测量柱的测量模式的方法。

背景技术

垂直尺寸测量柱普遍应用于机械加工车间或机械工业来测量工件的不同垂直坐标。一个测量柱的示例在图1中示意性的给出。所显示的测量柱包括固定在测量架11上并能够与待测工件3接触的探针头12，以及被起重机构13控制的垂直移动机构(未示出)，使探针头可以沿轴Z垂直移动。垂直移动机构可以根据模式由手动或马达控制。测量和显示系统2允许确定探针头的垂直位置和在显示器上显示。系统2还允许测量探针头相对待测工件3的压力。包括外壳10上的刻度和控制屏2的传感器的测量系统可以使用电容、电感、磁阻或光学传感器。

一般的测量柱有高度通常在50厘米和2米之间的壳体10并允许对探针头12的垂直位置以几个微米或小于几个微米的精度进行测量。待测工件3靠近测量柱1放置。探针头作垂直移动以便停靠在待测工件的垂直坐标需要测量的部位。测量柱1可以固定在有助于水平移动的气垫支承板14上。这种测量柱可参考专利文件US4287612和US38-95356所作的介绍。这种测量柱已经进一步被本发明人以注册商标’MICRO-HITE’和TESA-HITE实现了商业化。

目前的测量柱通常设置了可根据不同的模式来进行测量的测量和显示系统2，例如，显示一点的绝对高度或两个连续的测量点的差。测量系统的控制键21允许测量模式进行转换。有用的测量模式的不同示例在上述的专利US3895356进行了介绍。

还知道测量柱可以测量孔的内径或待测杆件外径。对此必需连续测量两个返回点，即，孔或杆的最低点和最高点，以及计算这两个极端点的高度差。

利用单轴测量柱来测定孔或杆的极端点存在着不同的系统和方法。例如，有些装置允许探针头沿与这张纸面垂直的X轴水平滑动。通过在Z轴施加垂直压力，探针头12到达并停靠在孔的最低点，接着是最高点。在这两个点完成测量并计算差值来决定直径和/或孔的中心。但是这些机械装置价格昂贵并对测量系统的整体精度产生影响。另外待测孔的尺寸受到探针头的水平移动的最大幅度的限制。最后，这些装置难以适应测量外径，如测量杆的直径。

这种系统还能够自动确定孔或杆的返回点(极端点)。要进行这项工作，必须输入测量和显示系统2一个指令使系统转换到返回点搜索模式。该指令一般是通过选择设置在控制屏或接近探针头12的曲柄(未示出)上的控制按纽21来输入。待测工件3或测量柱1然后作水平移动并保持探针头和工件之间的作用力，以便扫描极端点附近的区域并至少一次越过返回点。极端点计算的算法确定返回点的垂直坐标，听觉和/或光学信号对计算出的点的垂直坐标进行确定。然后必须取消自动返回点搜索模式的选择，接着移动探针头进行新的测量，例如，确定其它孔或杆的极端点位置以便计算其直径。

这些系统不能很方便地得到管理操作的重要数字，这使装置的使用不是很直观。另外，必须让待测工件3或用于控制探针头的垂直位置的曲柄13移走以便转换到返回点搜索模式。另外设置其功能只是转换测量模式的控制按纽21增加了装置的成本。

发明内容

因此，本发明的目的是提出一种输入转换测量模式指令到垂直尺寸测量柱的方法，该方法可避免上述的不方便；以及一种改进的测量柱可以比现有技术的测量柱更容易使用。

根据本发明，这些目标通过具有对应的独立权利要求中的特征和在附属权利要求中介绍的优选实施例的变化的一种方法和一种测量柱得以实现。

特别地，这些目的通过一种使转换测量模式的指令输入到尺寸测量柱的方法得以实现，其中模式转换指令只是利用探针头的位置进行输入。

这种方法具有利用特定方式的探针头的位置来进行模式转换的优点，这种特定方式不同于用于测量一个位置的方式并允许模式转换可以显示，因此不必要为了转换测量模式使待测工件3或高度控制曲轴3移走，另外不需要额外的按纽。

测量模式的转换最好通过预先制定的控制探针头位置的精确装置管理操作来输入并通过声音和/或视觉信号来确定。这样可以避免系统本能地或违背使用者的愿望地转换测量模式的危险。

本发明根据对测量柱的使用者的观察，发现使用者的注意力集中在探针头12的轨迹和各个位置。对使用者的测试显示通过对位置或轨迹的作用而不是通过对测量柱的控制屏2的操作来输入转换测量模式指令更加快速和直观。

根据本发明优选的实施例，这些目标进一步通过在大于预定值的时间间隔将探针头压在待测工件上来输入测量模式转换的指令的方法得以实现。

这些特征具有非常快速和直观的模式转变的优点：一旦探针头压在工件上的时间超过预定的门槛值，测量和显示系统就转换测量模式。该转换可以通过声音和/或视觉信号来确定。

根据本发明的另一个优选的特征，测量柱可以测量将探针头压在待测工件上的压力。转换测量模式的指令最好也是通过该压力的作用来输入，例如，通过在预定的时间间隔内保持压力恒定。

测量模式的转换最好通过用于控制探针头的位置的预先制定的装置管理操作来输入，并通过声音和/或视觉信号进行确定。这样就保证了可以防止系统自发地或违背使用者意愿地转换测量模式的危险。

附图说明

通过对实施例的介绍，以示例的方式和包含图形的附图的图示可以对本发明有更清楚的了解。其中，

图1是已经介绍过的本发明可以应用的测量柱的示意图；

图2是测量和显示系统的控制屏的示例；

图3显示具有待测量直径的圆孔的工件以及探针头在开始返回点搜索时的位置；

图4显示在开始返回点搜索时控制屏的显示状态；

图5显示同一工件以及探针头在返回点搜索后续阶段的位置；

图6显示控制屏在返回点搜索的后续阶段的显示状态；

图7显示同一工件以及探针头在返回点已经被扫描时的位置；

图8显示控制屏在返回点已经被发现时的状态。

具体实施方式

本发明可以应用于具有一个或多个轴的测量柱，可以手动或电机控制。例如可以应用于图1中显示的和上面介绍的测量柱类型。图2显示根据本发明的测量柱的显示和测量系统的控制屏的示例。控制屏包括显示器20，例如液晶或等离子显示器，以及多个控制钮21。测量和显示系统2还可以包括其它数据输入方式，例如鼠标，操纵杆，话筒等；以及其它复制设备，例如扩音器，打印机，型号为RS232的串行接口，红外线的或无线的。还可以连接测量和显示系统2到计算机和网络。

显示器20的上部2000可以显示测量值，在这个示例中是通过7位数字2000来显示的。此值可以根据选择的测量模式对应探针头的绝对垂直位置，可以对应两个位置的差值，对应直径等。从下面可以进一步看到显示器20的这个2000部分在本发明的框架范围内用作条线图来表示探针头压在待测工件上的压力。标志2001表示目前测量有一个还是两个探针头来测量直径。标志2002表示是否希望显示最后两个探针头之间的差值或是平均值，例如选择显示孔的中心或直径。

显示器的下部201通过标志2010来显示程序化的功能键210的目前的功能。三角形符号2011可以表示增量或变量的移动方向或选择的菜单。

控制屏2还包括控制按钮21，其包括程序化的功能键210和具有预定功能的键211，例如开关键及打印键等。

测量和显示系统2可以根据多个显著差别的测量模式来工作，测量模式可通过键210-211或根据本发明的探针头12的移动来选择。可以得到的测量模式包括：

不需要考虑探针常数的坐标测量，因此允许单一方向(朝顶部或底部)的测量，如测量带台阶的工件。

内或外直径的测量，并可以搜索返回点。

测量并可以连续显示探针头的位置。

测量与直线垂直的偏差。

沿不同轴的测量。

其它。

可以理解本发明还可以用于任何形式的控制屏或程序化的终端。然而所提出具有显示器和按钮设置的控制屏已经拓展了测量柱，使测量柱可以降低开发新测量柱的成本。另外使用者已经习惯了这种类型的控制屏。另外还可以重新制定测量柱和测量显示系统的程序以便使用本发明而无须进行修正显示器和控制按钮。

参考图3到8，现在介绍确定工件上的孔30的返回点应遵循的步骤。在测量内径的示例中，所作介绍更具体地涉及到确定孔300的最低点(最小300)的示例。应当理解一致或类似的步骤可用于测定最高点(最大301)和测量杆的外径时测定极端点。

在图3，探针头12可通过曲柄13的作用或移动工件3或测量柱1与工件3的孔30的内表面上任何点相接触。测量和显示系统的显示器20即刻进入条线图模式利用数字2000显示探针头的压力。压力还可以通过控制曲柄13的扭矩来复制。

测量系统还可以检测压力的方向，并且在这个示例中在条线图中以负值显示。在一变化的实施例，还可以不显示压力而显示探针头12的位置或压力外的其它量。

如果压力很快释放，探测点的测量就要考虑并要显示在显示器20上。相反如果探针头12固定地保持在工件3上的位置，如图5所示，测量和显示系统在预定的时间后自动转换模式，如在0.5秒，并进入返回点搜索模式。这种转换最好通过声响或显示器20的变动来指示。在图6所示的示例中显示的标志2002表示希望确定孔中心的坐标。

为了确定孔30的最低点300，待测工件3或测量柱1通过曲柄13控制工件和探针头12之间的压力然后可在水平方向移动，以便扫描临近极端点的区域并至少一次越过返回点300(见图7)。图8中的显示器连续地显示探针头12和工件3之间的压力。返回点的测量当压力超过预定的允许间隔和在显示器20上概略地显示时会被取消。在这种情况下，测量和显示系统回复到最初的测量模式。

只要探针头在预定间隔内将压力施加在待测工件上，测量柱就会保持返回点的搜索模式。测量和显示系统将确定在这个模式下的探针头的轨迹。极点计算的算法自动地确定这个轨迹的最低点(返回点300)的坐标。在两个最接近的极值测量点可以进行插值计算。一旦极端点值已经出现就会发出声响信号(嘟嘟声)和/或光学信号2011。为了得到更精确的测量，还可能连续在围绕返回点300的附近区域在相对的方向上扫描多次。这种情况下极端点的测量要重视。在使用者产生多个相对方向上连续的返回点而没有释放压力时，测得的返回点只有多个返回点的垂直位置在预定的间隔内才是有效的。

会发生没有经验或没有注意的使用者沿孔的最低点的方向移动探针头，然后在没有到达返回点300时就返回。在这种情况下，极端点将由返回点构成，这将与孔的最低点300出现差距。为了避免不正确的测量，返回点的测量将最好仅在探针头的轨迹的垂直位置的导数在极端点接近0时为有效。

一旦发现了极端点300，使用者可以通过释放探针头12与工件3分开来确认该测量。测量和显示系统2通过立刻脱离返回点搜索模式和显示计算出的返回点坐标对压力的下降作出反应。

为了测量孔30的直径和/或中心的坐标302，可以移动探针头12到孔的上部，重新开始相同的搜索模式来发现孔的上极端点301。测量和显示系统可以设置程序既显示孔的中心302(位置300和301的平均值)又显示直径(这两个值的差)。在孔或工件的其它极端点不需要搜索即可发现，例如在半圆孔，的情况下还可以直接测量这个其它点的垂直坐标，然后显示两个极端点的距离。还可以在同一测量中混合具有同一方向上的返回点的几何图形的两次测量。

最好通过新设计的测量和显示系统2来应用本发明的方法，或通过新的测量和显示系统的指令程序来应用。因此可以商业化新测量柱，也可以是新的测量和显示系统2，或以适当的计算机的数据承载体销售的计算程序，例如可以设计装入现存的测量系统的磁盘或光盘，EEPROM类型的的电子卡以及闪盘。

虽然上面的介绍主要涉及单垂直轴尺寸测量柱的特定情况，本发明也可以应用于探针头沿多个轴移动的测量柱(坐标测量系统)。在这种情况下，模式转换指令也可以通过移动探针头沿任何轴或可能的轴的组合来输入。

另外还可以通过移动探针头12输入其他的指令来转换测量模式。因此可以通过使探针头处于多个保留位置如在测量柱的顶部，或使其处于特定的轨迹和/或强烈地增大压力来重设或校准测量系统。还可设想通过曲柄来输入显示模式指令以便选择显示语言或测量单位。

转换测量模式最好通过用于控制探针头位置的装置13的精确管理操作来输入。这可以确保防止系统自发地或违背使用者意愿的转换测量模式的危险。一些模式转换可以用相关于探针头正常测量移动的指令来产生。可以设想根据探针头的移动的速度来改进测量精度和/或分辨率。

Claims (20)

1.一种转换测量模式的指令输入配置有探针头的尺寸测量柱的方法，其特征在于，所述转换测量模式的指令唯一利用所述探针头的位置输入。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述转换测量模式的指令通过在大于预定值的时间间隔将所述探针头压在待测工件上来输入。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，当所述探针头在小于预定值的时间间隔内压在所述待测工件上时探针头进行测量。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述转换模式的指令使所述测量柱进入搜索所述待测工件返回点的模式。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述测量柱的显示器的状态根据所述转换模式改变，以便表示所述探针头相对所述待测工件的压力。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，只要所述探针头在待测工件上施加足够的压力，所述测量柱就保持在所述返回点搜索模式，在处于所述搜索模式的所述探针头的轨迹上自动测定所述返回点。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，当所述压力超过预先设定的允许时间间隔，就不再考虑所述返回点的测量。

8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，处于所述搜索模式的所述探针头的轨迹的垂直极端点被确定为所述返回点。

9.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，仅当所述探针头的垂直位置的导数在所述极端点接近于0时，所述返回点是有效的。

10.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，围绕所述返回点的区域在压力没释放的情况下沿相对的方向连续扫描许多次；所述测得的返回点仅当多个测得的返回点的垂直位置处于确定的间隔内时才有效。

11.一种尺寸测量柱，包括：

一探针头，设计用来与所述待测工件接触；

一所述探针头的移动机构；

一测量和显示系统，可确定和显示所述探针头的位置；所述测量和显示系统可根据多个不同的模式工作；

其特征在于，至少一个所述测量模式能够不需要任何其它操作而通过在所述探针头位置的作用来选择。

12.根据权利要求11所述的测量柱，其特征在于，所述测量模式可以通过在大于预定值的时间间隔将所述探针头压在待测工件上来选择。

13.根据权利要求12所述的测量柱，其特征在于，所述探针头压在所述待测工件上短于所述预定值的时间间隔时，进行所述探测点的测量。

14.根据权利要求13所述的测量柱，其特征在于，所述测量模式是一种搜索所述待测工件的返回点的模式。

15.根据权利要求14所述的测量柱，其特征在于，还包括显示器，其状况根据所述转换模式进行改动，以便显示所述探针头相对所述待测工件的压力的情况。

16.根据权利要求14所述的测量柱，其特征在于，只要所述探针头在待测工件上施加足够的压力就仍保持返回点搜索模式，所述返回点在处于所述搜索模式的所述探针头的轨迹内自动确定。

17.根据权利要求15所述的测量柱，其特征在于，所述返回点的测量在所述压力超过预定的允许间隔时不加以考虑。

18.根据权利要求14所述的测量柱，其特征在于，处于所述搜索模式的所述探针头的垂直轨迹的极端点被确定为所述返回点。

19.根据权利要求18所述的测量柱，其特征在于，仅当所述探针头的垂直位置的导数在所述极端点接近于0时，所述返回点是有效的。

20.根据权利要求18所述的测量柱，其特征在于，围绕所述返回点的区域在压力没释放的情况下沿相对的方向连续扫描许多次；所述测得的返回点仅当多个测得的返回点的垂直位置处于确定的间距内时才有效。

21.计算机的数据载体包括用于尺寸测量柱的测量和显示系统的指令程序，所述程序使所述测量柱的探针头的位置得以测定和显示，所述程序能够根据多个不同的模式使所述测量和显示系统工作；其特征在于，所述程序可通过在所述探针头位置的作用使另一个测量模式被选择。

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