CN1906550A - 机床工件检验系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于确定机床上的工件尺寸的工件检验系统。该系统采用输出与该工件有关的数据的测量装置(例如，代替常规刀具)。通过在同步信号定义的选定时刻记录机床位置数据集和测量装置数据集，克服获得与机床位置相关的实时数据的问题。由于使用同步信号，稍后可在正确的相对位置组合所述数据集。所述同步信号可以由机床控制器、接口、测量装置或该系统的另一部件发送。

Description

机床工件检验系统

本发明涉及一种用于检验工件或其他人工制品的系统。具体地，本发明涉及一种使用机床的系统以及借助用在机床上的测量装置例如测量探针的检验方法。

通常以所谓的接触触发模式在机床上使用测量探针，即，移动探针以使其接触人工制品并使用接触触发信号。该信号通常经由已知称作跳线(skip line)的车床控制器(NC)的输入来发送。该跳变信号(skip signal)是简单的开关信号，可使该开关信号中断NC并记录在发生跳变信号的时刻的机床位置(X、Y和Z读数)。因此，可以获得能够指示探针位置的数据。尽管该系统足以实现大多数目的，但是其仍然依赖于高度可重复的探针系统触发和机床速度控制，且NC经常不能对所记录的位置数据进行有效的处理。

如果需要许多数据点，例如用于确定轮廓的正确性，则上述接触触发方法会很耗时。

在美国专利No.5,428,548中，使用探针围绕机床上的人工制品进行探测。来自扫描探针的输入被输送至指示机床的NC向另一位置移动的PC。每当移动探针并且获取来自该探针的另一套数据，PC必须等待直至在记录探针数据之前机床已经停止。这样，就得到一个探针测量数据集，该数据集可与假定的机床运动相关。不存在给PC的反馈以确认机器位置，机床的实际位置被认为正确地遵循PC发送给NC的位置指令。存在一个等待期为机器提供时间来完成移动。

在Lemoine Multinational Technologies制造的已知的市售系统中，提供了一种路径扫描系统，该系统提供了与机器位置有关的部件形式数据。该已知系统似乎通过接入到所谓的伺服控制环路来获得其机器位置数据，所述环路使控制软件能够获得机床位置数据。该位置数据可以与探针数据组合，但是无法确认两套数据确实是恰好同时获取的。

本发明提供一种工件检验系统，该系统包括具有控制器的机床，所述控制器可操作用于执行工件的生产工序和工件的检验工序，所述的工件检验工序包括用于使来自测量装置的与工件测量结果相关的变化数据与来自机床的与机器位置相关的变化数据同步的方法，该方法包括具有任何合适顺序的以下步骤：

将所述的测量装置固定在机床上；

改变工件相对于测量装置的位置；

通过测量装置对待测工件进行测量；

发送定义多个时刻的同步信号；

通过测量装置获取工件的测量结果；

记录第一套变化数据，该数据与至少在某些时刻的机器位置相关；以及

记录来自测量装置的第二套变化数据，该数据与至少在某些时刻的工件测量结果相关。

优选地，所述的同步信号发送至所述机床控制器或者从机床控制器发出。同步信号可以用于识别记录机床的第一套数据和测量装置的第二套数据的每个数据的实时，从而可以将位置数据和测量数据与同一实时相结合。

因此，本发明进一步提供以下步骤：将第一套数据与第二套数据相结合，使得两套数据的每个数据都与同一实时或同步信号有关。

优选地，本发明进一步提供以下步骤：以规则的间隔监控测量装置。该操作可以比多个同步信号的发生率更为频繁。这样，只有选定数据可记录到第二套数据中和/或可以在记录之前处理该数据。

优选地，同步信号在与产生位置数据或测量数据的时间相关的时间产生。该同步信号可以用于标记在发送同步信号的同时产生的测量数据和位置数据。或者，可以在不是同步信号时刻的时间收集数据。如果需要的话，可以对该数据进行处理。

或者可以由除机床控制以外的信号源产生同步信号。

本发明还提供权利要求书所限定的其他特征。

现在参考附图描述本发明，其中附图显示根据本发明的测量系统的一种实施方式。

该图示出了具有控制设备NC 20的机床10。NC用于控制机床的所有功能。图中示出的是伺服控制和位置反馈线30。这些线用于控制机器沿X方向、Y方向和Z方向的运动。锭子S(在此情况下固定在适当位置)能够容纳测量探针P。探针用于在工件W沿X、Y或Z方向运动时检查安装在机床上的该工件W的尺寸。探针P的类型能够产生表示其触针在X、Y或Z方向上的偏移的变化数据，并且每秒能够产生许多结果。该触针偏移数据以无线方式传送至接收器/传送器Rx/Tx 40。NC 20具有位置反馈线，该位置反馈线也能够每秒许多次地接收与机器的X、Y或Z位置有关的变化数据。

设有PC 50，该PC具有接口电路60，例如PCI、PCMCIA、以太网或USB类型。所述接口能够沿线62接受并缓冲来自Rx/Tx的、与探针触针偏移有关的数据。在该实施方式中，线62还用于发送探针指令。所述PC通过线32接收与机床的位置移动有关的数据。在本实施方式中，机床移动的数据直接发给所述PC，但是也可通过接口60发送。

所述接口可以用于缓冲从探针接收到的数据(如果合适的话，还可缓冲从NC接收到的数据)，该缓冲器能够存储随后发送给PC的数据。所述接口还可以立即使用来自探针的数据以监控需要进行动作的条件，例如探针触针的过度偏移。在这种过度偏移的情况下，所述接口能够立即发送信号以停止或逆转机器的运动。在停止之前刚刚收集的机器位置数据可以用于促使这种动作。

当所述接口在控制实时的过度偏移等监控时，所述PC可指示所述接口改变过度偏移等情况被视为已经发生的条件，这样就可以考虑到由于探针的振动或快速运动而导致的不希望的效应，例如假触发。

PC可以使用这两套数据产生工件W的精确轮廓。但是，只有在这两套数据能够进行组合时才能够进行有用的计算。为了使这种情况发生，必须知道获得各套数据的相对时间。在操作中，NC收集与机床运动有关的数据并且根据来自内部时钟22的规则的同步信号将数据按顺序列表。

内部时钟22产生同步信号24，所述接口接收该信号。为了响应在接口60接收的所述同步信号，沿路径62向探针发送探针数据请求。所述接口还收集与探针触针偏移有关的数据，并且PC根据来自内部时钟22的同步信号将那些数据按顺序列表。在实践中，PC能够将NC数据的元素与探针数据的元素组合，因为它们具有相同的顺序并且位于它们各自的表格的相同或相关的域中。

因此，PC能够使用来自相同或相关的域的数据进行计算，所述域位于来自NC和探针的每个表列数据中。

将数据从NC和接口传送至PC的速率对于该系统的测量速率而言并不是至关重要的。将数据从NC和接口传送至PC的速率取决于NC和接口中的存储缓冲器的数据传送速率和大小。

通常，所述系统按照以下方式进行操作：

NC运行程序，例如用于切割工件W的程序；

NC运行常规检验程序，该常规检验包括测量探针P的选择以及工件W沿常规检验程序所定义的标称路径(nominal path)通过探针的移动；以及

在常规检验程序中，以上述方式记录机床的位置和探针触针的偏移。

PC能够计算例如工件尺寸或形状、工件表面光洁度和报废工件的评估。PC还能够使用这些数据计算修正的切割工具路径和新的进刀量(feed)和速率。使用该系统时，在PC中组合所述的两套数据并且用这两套数据确定工件的物理尺寸，例如通过在机器位置数据上加上或减去探针数据。然后，所述的组合数据可以用来影响工件或者随后制得的工件的再加工。这是通过改变用于生产工件的NC程序或机器设置而实现的。

如果需要的话，接口60可以对来自探针P的数据进行处理，例如使其被延迟或提前以匹配来自机床的位置数据32。这样就可以适应来自NC或测量装置的可重复的延迟。所述接口还可以收集比来自NC的数据更多的来自测量装置的数据，或者收集比来自测量装置的数据更多的来自NC的数据。在实施例中，所述同步信号在接口60处放大，并且对来自探针的数据的许多请求沿路径62被发送至探针。所述对于探针数据的请求以成倍增加的速率产生。这样，来自探针的数据将比来自NC的数据明显更多。收集测量装置的数据的速率可以例如10倍于NC位置数据的收集速率，使得测量装置数据的过滤可以在PC中进行，导致测量的正确性更高。

为了避免探针折断，可以将一个或一个以上的事件信号并入接口电路。如果例如触针的偏移大于临界值的条件出现，则事件信号就沿线26被发送至NC。该信号将会借助常规跳变信号停止机器，从而克服意外问题。

测量装置和接口可以具有多个操作模式，并且可以借助从PC或NC发送到接口的信号选择这些模式，例如启动信号28启动来自测量探针的数据收集。在实践中，同步信号24连续产生，但是仅在启动信号28被激活时，才记录来自探针和/或NC的数据。然后通过NC程序中的命令激活启动信号。

许多变化对于本领域技术人员而言都是显而易见的。所举例的单独的NC和PC可以集成为整体。所举例的测量装置是测量探针，但是也可以使用其他测量装置，例如照相机或温度计。测量装置不是必须具有无线通讯，也可以是有线的布置。所用探针能够产生一串偏移数据，该探针还可以以接触触发模式使用，即：预定的触针偏移仅仅产生一个触发信号。这种操作模式可以很有用，例如，在最初设定工件时，在并不确切知道部件尺寸的情况下。跳变信号(如同所述的事件信号)可以用作接触触发信号。所示的x、y和z位置数据32可以被非笛卡尔数据代替或补充，并且能够被发送至所述接口而不是所举例的PC中。

或者，在接触触发模式下，可以对从探针和从NC收集的数据进行处理，以产生明显的接触触发操作，例如通过采用将数据外推回理论零点(notional zero point)的算法进行处理，从而提高可重复性。

所举例的同步信号24是在NC处产生，但是，该信号也可以来自另一信号源，例如来自所述接口、可编程逻辑控制、标度读数系统或驱动系统。因此，NC可以等待所述同步信号并产生与所述信号发生时间相关的位置数据。接口将进行相同操作或者可以在其记录测量装置数据时发送同步信号，例如每隔10次数据记录。

或者，探针可设有时钟，该时钟发送的数据作为同步信号引发机器位置的数据记录。如果探针和接口或机床控制器具有时钟，则该时钟可以通过偶发的连接信号保持在锁定状态。来自主信号源的数据可被赋予正确的实时。

如果对探针数据集和来自机床的位置数据集进行实时识别，则收集两数据集的实时不需要相同。可以将其中的一个数据集相对于另一数据集进行内插，因此，对其中的一个或两个数据集进行处理以获得该数据的近似值，如果同时记录所述的两套数据集，就会预期得到该近似值。

在本发明的改进中，可以在将探针数据与位置数据结合之前过滤探针数据。当所收集的数据多于需要的数据时可以这样操作，可以对数据取平均值以排除振动误差。通过在接口60处放大同步信号并且以比同步信号发生率更高的频率发送数据请求可以产生更多的探针数据。

在可替换的设置中，使用同步信号不是用于请求来自探针的数据，而是用于从到达接口60的一串数据中挑选数据。

如果采用固定的时间延迟并将该延迟加入一个数据集中，则可以提供用于处理延迟的校正。

在实践中，在第二套数据中存储的数据可以是具有机器误差的数据，例如由于热膨胀而导致的误差，所述误差经NC或或其他机器部件中使用的单独软件进行校正。

以上所述的系统允许来自探针的数据和来自机器位置的数据的收集以后期组合的方式进行。现有的NC控制器不允许对机器位置数据进行实时的外部访问，该系统克服了这一问题。

Claims (13)

1.一种工件检验系统，其包括具有控制器的机床，所述控制器可操作用于执行工件生产工序和工件检验工序，所述的检验工序包括用于使来自测量装置的与工件测量结果相关的变化数据与来自机床的与机器位置相关的变化数据同步的方法，该方法包括具有任何合适顺序的以下步骤：

将所述测量装置设置在所述机床上；

改变所述工件相对于所述测量装置的位置；

通过所述的测量装置对工件进行测量；

发送定义多个时刻的同步信号；

记录第一套变化数据，该数据与至少在某些时刻的机器位置相关；以及

记录来自测量装置的第二套变化数据，该数据与至少在某些时刻的工件测量结果相关。

2.根据权利要求1所述的工件检验系统，其中，所述的同步信号由所述的控制器发送。

3.根据权利要求1所述的工件检验系统，其中，所述同步信号用于识别记录来自所述机床的第一套数据和来自所述测量装置的第二套数据中的至少一些数据的实时，从而可以将所述的位置数据和所述的测量数据与相关的实时相组合。

4.根据权利要求1所述的工件检验系统，其中，以比所述间隔发生率更频繁的间隔监控所述的测量装置，仅有选定数据被记录到第二套数据中和/或在记录所述数据之前对该数据进行处理。

5.根据权利要求1所述的工件检验系统，其中，所述系统进一步包括用于组合第一套数据和第二套数据的软件，并且在组合后用于影响在机床控制器中执行的工件制造工序。

6.根据前述权利要求中任意一项所述的工件检验系统，其中，该系统进一步包括接口电路，所述接口电路用于接收同步信号和来自所述测量装置的变化数据。

7.根据权利要求1所述的工件检验系统，其中，该系统包括从所述的测量装置到机器控制器的停止信号路径，并且，如果所述的机器控制器接收到所述的停止信号，则该机器控制器使机器停止。

8.根据权利要求1所述的工件检验系统，其中，所述的测量装置是接触型的尺寸测量探针，且所述的变化数据与连接在探针上的工件触针的偏移变化相关。

9.根据权利要求5所述的工件检验系统，其中，在将第一套数据与第二套数据组合之前，校正第一套数据，以至少减小机床的位置误差。

10.根据权利要求1所述的工件检验系统，其中，对第一套数据和/或第二套数据进行处理，使得处理后的数据近似地表示假如同时记录所述的两套数据时本该获得的数据。

11.根据权利要求1所述的工件检验系统，其中，所述控制器发送又一信号，该信号启动第二套数据的记录。

12.用于控制根据权利要求1所述步骤的工件检验系统的软件。

13.一种工件检验系统，其包括：机床，该机床具有第一部件、可相对于第一部件移动的第二部件以及控制器，所述控制器可操作用于执行工件制造工序和工件检验工序并用于产生与第一部件和第二部件的相对位置相关的变化数据，该系统还包括安装在第二机器部件上的工件测量装置，用于产生与工件的测量结果相关的变化数据，所述系统还包括同步信号发生器，该系统可操作进行以下工件检验步骤：

将所述的测量装置设置在所述机床的第二部件上；

改变工件相对于所述测量装置的位置；

通过所述测量装置对工件进行测量；

发送定义多个时刻的同步信号；

记录第一套变化数据，该数据与至少在某些时刻的所述机器的第一部件和第二部件的相对位置有关；以及

记录来自测量装置的第二套变化数据，该数据与至少在某些时刻的工件测量结果相关。

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