DE102015210302A1

DE102015210302A1 - Verfahren zum Steuern der Bewegung einer Koordinatenmessmaschine

Info

Publication number: DE102015210302A1
Application number: DE102015210302.1A
Authority: DE
Inventors: John David Bumgarnder
Original assignee: Mitutoyo Corp
Current assignee: Mitutoyo Corp
Priority date: 2014-07-09
Filing date: 2015-06-03
Publication date: 2016-01-14
Anticipated expiration: 2035-06-04
Also published as: US20160010974A1; JP2016017959A; CN105277126B; CN105277126A; US9291447B2; DE102015210302B4; JP6539124B2

Abstract

Es wird ein Verfahren zum manuellen Steuern der Bewegung einer Koordinatenmessmaschine (CMM) offenbart. Das Verfahren umfasst das Bereitstellen mindestens eines Führungselement-Bewegungsverfolgungssensors; das Definieren eines aktiven Verfolgungsvolumens des Führungselements mit Bezug auf den Führungselement-Verfolgungssensor und einen Abschnitt der CMM; das Anordnen eines Führungselements in dem aktiven Bewegungsverfolgungsvolumen; das Verfolgen der Position des Führungselements; und das Bewegen einer Messsonde der CMM als Reaktion auf die verfolgte Position (z. B. um die Positionsänderungen zu verfolgen). Das Verfahren kann ferner das Detektieren einer Angabe oder Bedingung zum Auslösen der Aktivierung der Verfolgungsbewegung und das Betätigen der CMM, um den Messsondenabschnitt der CMM gemäß der Verfolgungsbewegung zu bewegen, nachdem die Angabe oder Bedingung zum Aktivieren der Verfolgungsbewegung detektiert wurde, und unter der Bedingung, dass sich das Führungselement in dem aktiven Verfolgungsvolumen befindet, umfassen.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft Metrologiesysteme und genauer gesagt Verfahren zum manuellen Steuern der Bewegung einer Koordinatenmessmaschine.
HINTERGRUND
Bestimmte Metrologiesysteme, wie etwa Koordinatenmesssysteme (CMM), können verwendet werden, um präzise Messungen von inspizierten Werkstücken zu erzielen, und können mindestens teilweise durch Werkstückmerkmals-Inspektionsvorgänge, die auf einem Computer programmiert wurden, gesteuert werden. Ein beispielhaftes CMM aus dem Stand der Technik wird in dem US-Patent Nr. 8,438,746 beschrieben, das hiermit zur Bezugnahme vollständig übernommen wird. Wie in dem Patent '746 beschrieben, umfasst das CMM eine Sonde zum Messen eines Werkstücks, einen Bewegungsmechanismus zum Bewegen der Sonde und einen Controller zum Steuern des Bewegungsmechanismus.
Ein CMM, das eine oberflächenabtastende Messsonde umfasst, wird in dem US-Patent Nr. 7,652,275 (Patent '275) beschrieben, das hiermit zur Bezugnahme vollständig übernommen wird. Nach einer Abtastung wird ein dreidimensionales Profil des Werkstücks bereitgestellt. Bei einer Art von Abtastsonde wird das Werkstück durch eine mechanische Kontaktsonde gemessen (z. B. eine präzise Miniaturkugel), welche die Werkstückoberfläche abtastet.
Einige CMM verwenden eine optische Sonde, die ein Werkstück abtastet, ohne physischen Kontakt mit der Oberfläche herzustellen. Optische Sonden können von einer Art sein, die Lichtpunkte verwenden kann, um Oberflächenpunkte zu detektieren (wie etwa Triangulationssonden), oder von einer Art, die eine Videokamera verwendet, wobei die Koordinaten von geometrischen Elementen des Werkstücks über eine Bildverarbeitungs-Software bestimmt werden.
Eine „kombinierte” Koordinatenmessmaschine, die sowohl optisches als auch mechanisches Messen verwendet, wird in dem US-Patent Nr. 4,908,951 beschrieben, das hiermit zur Bezugnahme vollständig übernommen wird.
Bei diversen Anwendungen kann eine Position einer Messsonde eines CMM (z. B. eine Spitze eines Stifts) durch Vorgänge an einer Computeranzeige-Benutzerschnittstelle oder einem getrennten Satz von Joysticks oder einem Handrad gesteuert werden. Es kann für einen Benutzer schwierig oder unnatürlich sein, die Benutzerschnittstelle zu verstehen und/oder den Messpunkt präzise zu bewegen und dabei unerwünschte und gefährliche Zusammenstöße von Material und Werkstückbestandteilen zu vermeiden, insbesondere wenn der Benutzer unerfahren ist. Daher ist es wünschenswert, ein CMM derart zu konfigurieren, dass ein Benutzer die Messsonde einfach und intuitiv manuell bewegen kann.
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Es zeigen:
1 ein Diagramm, das diverse typische Bestandteile eines Metrologiesystems zeigt, das eine Koordinatenmessmaschine umfasst, die zusammen mit der hier offenbarten Erfindung verwendbar ist.
2 ein Blockdiagramm, das den Maschinenkörper, einen Bewegungs-Controller, eine Betriebseinheit und einen Host-Computer des Metrologiesystems aus 1 zeigt, wozu ein Führungselement-Verfolgungssystem gehört, das konfiguriert ist, um Bewegungssteuersignale gemäß den hier offenbarten Grundlagen der manuellen Führungselementverfolgung bereitzustellen.
3A und 3B Diagramme, die bestimmte Merkmale einer Ausführungsform des in 2 gezeigten Führungselement-Verfolgungssystems zeigen.
4 ein Diagramm eines Blickfelds einer Ausführungsform eines Führungselement-Bewegungsverfolgungssensors, die gemäß den hier offenbarten Grundlagen verwendbar ist.
5 ein Ablaufdiagramm, das eine Ausführungsform eines Verfahrens oder einer Routine zum Steuern der Bewegung einer Koordinatenmessmaschine gemäß den hier offenbarten Grundlagen zeigt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
1 ist ein Diagramm, das diverse typische Bestandteile eines Metrologiesystems 1 zeigt, das eine gattungsgemäße Koordinatenmessmaschine umfasst, die einen Zusammenhang für die Anwendung der hier offenbarten Grundlagen bereitstellt. Gewisse Aspekte des Metrologiesystems 1 werden in dem Patent '746 näher beschrieben. Das Metrologiesystem 1 kann Folgendes umfassen: einen Körper 2 der Koordinatenmessmaschine; einen Bewegungs-Controller 3, der einen Antrieb des Körpers 2 der Koordinatenmessmaschine steuert; eine Betriebseinheit 4 zum manuellen Betätigen des Körpers 2 der Koordinatenmessmaschine; und einen Host-Computer 5, der Befehle an den Bewegungs-Controller 3 ausgibt und eine Verarbeitung ausführt, wie etwa eine Formanalyse eines Werkstücks 10 (eines zu messenden Objekts), das auf dem Körper 2 der Koordinatenmessmaschine angeordnet ist. Eine repräsentative Eingabeeinheit 58 und eine Ausgabeeinheit 59 sind wie auch eine Anzeigeeinheit 5D an den Host-Computer 5 angeschlossen.
Der Körper 2 der Koordinatenmessmaschine umfasst: eine Messsonde 21, die einen Stift 211 aufweist, der eine Oberfläche des Werkstücks 10 berühren kann; einen Bewegungsmechanismus 22, der einen dreiachsigen Schiebemechanismus 24 umfasst, der das Basisende der Messsonde 21 hält; und einen Antriebsmechanismus 25, der den Schiebemechanismus 24 antreibt.
2 ist ein Blockdiagramm, das den Maschinenkörper 2, einen Bewegungs-Controller 3, eine Betriebseinheit 4 und einen Host-Computer 5 des Metrologiesystems 1 aus 1 zeigt, wozu ein Führungselement-Verfolgungssystem 6 gehört, das konfiguriert ist, um Bewegungssteuersignale gemäß den hier offenbarten Grundlagen der manuellen Führungselementverfolgung bereitzustellen. Wie in 1 und 2 gezeigt, umfasst der Antriebsmechanismus 25 die Antriebseinheiten 25Y, 25X und 25Z, welche die Bestandteile des Schiebemechanismus in drei Dimensionen schieben. Obwohl dies nicht abgebildet ist, ist der Antriebsmechanismus 25 mit einer Vielzahl von Sensoren versehen, die Signale gemäß der Verlagerung des Schiebemechanismus 24 ausgeben.
Wie in 2 gezeigt, ist der Bewegungs-Controller 3 versehen mit: einer Antriebssteuereinheit 31, die auf einen Befehl von der Betriebseinheit 4, dem Host-Computer 5 oder dem Führungselement-Verfolgungssystem 6 hin funktioniert; und einer Signaldetektionseinheit 32, die das Signal detektiert, das von den Sensoren ausgegeben wird, die auf dem Antriebsmechanismus 25 bereitgestellt werden, um die dreidimensionale Verlagerung zu detektieren und sie an den Host-Computer 5 auszugeben, um die Verlagerung oder Position des Stifts 211 der Messsonde 21 anzugeben.
Der Host-Computer 5 kann eine CPU (Zentraleinheit), einen Speicher und andere bekannte Elemente umfassen. Bei diversen Umsetzungen umfasst das Metrologiesystem 1 geeignete einzelne oder verteilte Computersysteme oder Vorrichtungen, die einen oder mehrere Prozessoren umfassen können, die Software ausführen, um die hier beschriebenen Funktionen auszuführen. Die Prozessoren umfassen programmierbare universelle oder spezielle Mikroprozessoren, programmierbare Controller, anwendungsspezifische integrierte Schaltungen (ASIC), programmierbare logische Bauteile (PLD) oder dergleichen, oder eine Kombination dieser Vorrichtungen. Die Software kann in einem Speicher, wie etwa in einem Arbeitsspeicher (RAM), einem Festspeicher (ROM), einem Flash-Speicher oder dergleichen, oder in einer Kombination dieser Komponenten gespeichert sein. Die Software kann auch in einer oder mehreren Speichervorrichtungen gespeichert sein, wie etwa in Laufwerken, Festkörperspeichern oder einem beliebigen anderen Medium zum Speichern von Daten. Die Software kann ein oder mehrere Programmmodule umfassen, das bzw. die Routinen, Programme, Objekte, Komponenten, Datenstrukturen und so weiter umfasst bzw. umfassen, die bestimmte Aufgaben ausführen oder bestimmte abstrakte Datentypen umsetzen. Bei verteilten Computerumgebungen kann die Funktionalität der Programmmodule kombiniert oder über mehrere Computersysteme oder Vorrichtungen verteilt sein und über Dienstabrufe zugänglich sein.
Während des automatischen Programmbetriebs gibt der Host-Computer 5 einen vorbestimmten Befehl an den Bewegungs-Controller 3 aus, um den Körper 2 der Koordinatenmessmaschine zu steuern, um den Stift 211 der Messsonde 21 auf einer Abtastbahn zu bewegen, um die Oberfläche des Werkstücks 10 zu messen. Als Teil eines Verfahrens zum Programmieren der Werkstückmerkmal-Inspektionsvorgänge kann eine Umgebung zum manuellen Steuern und zum Erstellen und Bearbeiten von Programmen (die z. B. eine Benutzerschnittstelle umfasst, die an der Anzeige 5D angezeigt wird) von einem Bearbeitungsumgebungsabschnitt auf dem Host-Computer 5 bereitgestellt werden.
Während dieser Vorgänge ist es häufig notwendig oder praktisch, die Messsonde 21 manuell zu bewegen. Beispielsweise kann es wünschenswert sein, die Messsonde 21 in der Nähe der nächsten beabsichtigten Messstelle oder aus dem Weg zu einer Ausgangsposition zu bewegen, so dass ein Werkstück befestigt oder neu positioniert werden kann. Bei Systemen aus dem Stand der Technik, die motorisierte Bewegungssteuersysteme verwenden, wurde eine derartige manuelle Steuerung der Messsondenposition typischerweise durch eine Interaktion mit einer Benutzerschnittstelle, wie etwa einer grafischen Benutzerumgebung an einem Computerbildschirm, einem Joystick auf einem manuellen Bedienungselement bzw. einem „Handbediengerät” oder neuerdings durch ein computergestütztes Tablet mit Berührungsbildschirm oder dergleichen erreicht. Ein Nachteil derartiger Benutzerschnittstellen ist, dass ihr Verhalten und/oder ihre Bewegungsreaktion von einem Benutzer erlernt werden muss. Ein anderer Nachteil ist, dass sie dazu neigen, die Aufmerksamkeit ungeübter Benutzer auf die Benutzerschnittstellenvorrichtung selber und von der Messsonde und dem Werkstück wegzurichten, wodurch sich das Risiko einer unangemessenen Bewegung und/oder eines Zusammenstoßes erhöht. Das Führungselement-Verfolgungssystem 6 ermöglicht eine intuitive manuelle Steuerung der Messsonde 21 und behebt somit diese Nachteile.
Wie in 2 gezeigt, umfasst das Führungselement-Verfolgungssystem 6 einen Verarbeitungsabschnitt 61 des Führungselement-Verfolgungssystems, einen Führungselement-Verfolgungssensor 62, einen Abschnitt zum Auslösen des Anhaltens der Verfolgungsbewegung 63 und einen Abschnitt zum Auslösen der Aktivierung 64. Das Führungselement-Verfolgungssystem 6 ist verwendbar, um Signale zu generieren, um die Bewegung des Körpers 2 der Koordinatenmessmaschine (CMM) manuell zu steuern. Der Führungselement-Verfolgungssensor 62 kann sich auf dem CMM-Körper 2 oder dem Metrologiesystem 1, seinem Rahmen oder an einer beliebigen anderen betriebsfähigen Stelle befinden und ist konfiguriert, um eine Positionserfassung eines Führungselements in einem Erfassungsvolumen bereitzustellen. Der Verarbeitungsabschnitt 61 des Führungselement-Verfolgungssystems gibt Signale von dem Führungselement-Verfolgungssensor 62 ein und ist konfiguriert zum: Definieren eines aktiven Verfolgungsvolumens des Führungselements in dem Erfassungsvolumen mit Bezug auf den Führungselement-Verfolgungssensor 62 oder einen Abschnitt des CMM-Körpers 2; Betätigen des Führungselement-Verfolgungssystems 6, um eine Position des Führungselements in dem aktiven Verfolgungsvolumen zu erfassen und zu verfolgen; und Bereitstellen von Signalen für den Bewegungs-Controller 3, um den CMM-Körper 2 zu betätigen, um die Sonde 21 gemäß einer dreidimensionalen (3D) Verfolgungsbewegung zu bewegen, die auf die verfolgte Position des Führungselements reagiert, wenn ein Führungselement, das von einem Benutzer des CMM-Körpers 2 manuell gesteuert wird, in das aktive Verfolgungsvolumen eingefügt wird. Der Verarbeitungsabschnitt 61 des Führungselement-Verfolgungssystems ist ferner konfiguriert zum: Betätigen des CMM-Körpers 2 und/oder des Metrologiesystems 1, um eine Angabe oder eine Bedingung zum Auslösen der Aktivierung der Verfolgungsbewegung zu detektieren; und Bereitstellen der Signale für den Bewegungs-Controller 3, um den CMM-Körper 2 zu betätigen, um die Sonde 21 gemäß der Verfolgungsbewegung zu bewegen, nachdem die Angabe oder die Bedingung zum Auslösen der Aktivierung der Verfolgungsbewegung detektiert wurde, und unter der Bedingung, dass sich das Führungselement in dem aktiven Verfolgungsvolumen befindet. Eine beispielhafte Anordnung eines Führungselement-Verfolgungssensors und eines aktiven Verfolgungsvolumens wird in 3A und 3B ausführlich gezeigt.
Es versteht sich, dass bei einigen Ausführungsformen das aktive Verfolgungsvolumen des Führungselements das gleiche sein kann und von dem Erfassungsvolumen definiert wird. Bei einigen Ausführungsformen kann die Angabe oder Bedingung zum Auslösen der Aktivierung der Verfolgungsbewegung umfassen, dass das Führungselement in dem aktiven Verfolgungsvolumen des Führungselements positioniert ist. Bei einigen Ausführungsformen kann die Angabe oder Bedingung zum Auslösen der Aktivierung der Verfolgungsbewegung umfassen, dass das Führungselement in ein Aktivierungsauslösevolumen eintritt, das eine Teilmenge des aktiven Verfolgungsvolumens des Führungselements ist. Beispielsweise kann das Aktivierungsauslösevolumen ein kleineres mittig befindliches Volumen in dem aktiven Verfolgungsvolumen des Führungselements sein (z. B. das in 3B gezeigte Volumen TRIGV), so dass die Verfolgungsbewegung nicht beginnt, bis sich das Führungselement mittig in dem aktiven Verfolgungsvolumen des Führungselements mit einem „Pufferbereich” darum befindet, um mindestens einen Teil der Verlagerung des Führungselements mit Bezug auf das aktive Verfolgungsvolumen des Führungselements sicher zu verfolgen oder nachzuverfolgen. Bei anderen Ausführungsformen kann die Angabe oder Bedingung zum Auslösen der Aktivierung der Verfolgungsbewegung mindestens eines von einem benutzergesteuerten Ton, einem Sprachbefehl, einem benutzergesteuerten elektromagnetischen Strahlungssignal oder einem benutzergesteuerten elektrischen Signal umfassen.
Diverse bekannte Sensortypen können für den Führungselement-Verfolgungssensor 62 verwendet werden. Beispielsweise kann er bei diversen Ausführungsformen mindestens eines von einem Photodetektor-Array, einer Laufzeit-(TOF)3D-Kamera oder einer stereoskopischen Kamerakonfiguration oder einer Kombination davon umfassen. Bei einigen Ausführungsformen kann die 3D-Verfolgungsbewegung, die auf die verfolgte Position des Führungselements reagiert, das Bewegen der Sonde 21 und/oder des Stifts 211 in ungefähr die gleiche Richtung und um ungefähr den gleichen Betrag umfassen, wie sich die verfolgte Position des Führungselements ändert. Bei einigen Ausführungsformen sind der Führungselement-Verfolgungssensor 62, die Sonde 21 und/oder der Stift 211 in einem festen Verhältnis mit Bezug aufeinander auf einem beweglichen 3D-Abschnitt des Metrologiesystems 1 montiert, und die 3D-Verfolgungsbewegung kann das Bewegen des beweglichen 3D-Abschnitts des Metrologiesystems 1 umfassen, so dass das Führungselement in einer ungefähr festen Beziehung mit Bezug auf mindestens einen Führungselement-Verfolgungssensor gehalten wird. Bei einigen Ausführungsformen kann sich mindestens ein Teil des aktiven Verfolgungsvolumens des Führungselements innerhalb von 12 Inch des beweglichen 3D-Abschnitts des Metrologiesystems 1 befinden (z. B. auf dem Schiebemechanismus 24, ähnlich wie abgebildet). In einem solchen Fall kann ein Benutzer die Sonde praktisch manuell steuern und dabei die Sonde 21 in seinem Blickfeld halten. Bei diversen Ausführungsformen kann es wünschenswert sein, dass das aktive Verfolgungsvolumen des Führungselements in einem gewissen Abstand definiert ist, um eine kontaktlose Steuerung bereitzustellen (z. B. zur Sicherheit und/oder aus praktischen Gründen). Dennoch kann sich bei einigen Ausführungsformen ein Schalter oder eine Taste, der bzw. die durch eine Berührung betätigt wird, auf dem CMM-Körper 2 in der Nähe eines aktiven Verfolgungsvolumens des Führungselements befinden und kann verwendet werden, um die Angabe oder Bedingung zum Auslösen der Aktivierung der Verfolgungsbewegung bereitzustellen.
Der Führungselement-Verfolgungssensor 62 und diverse Vorgänge des Verarbeitungsabschnitts 61 des Führungselement-Verfolgungssystems (z. B. Fingerverfolgung, Gestenanalyse und dergleichen) können von bekannten Sensoren und/oder Verarbeitungsverfahren bereitgestellt werden, die kombiniert mit der vorliegenden Offenbarung umgesetzt werden. Beispielsweise werden einige beispielhafte Führungselement-Verfolgungssensoren, die durch Routinen zur Verwendung mit einem CMM gemäß den hier beschriebenen Grundlagen konfiguriert und betätigt werden können, in den US-Patenten Nr. 6,057,909 ; 6,535,275 ; 6,856,407 ; und 7,874,917 offenbart. Die Signalverarbeitung für derartige Sensoren kann gemäß den Grundlagen angepasst werden, die beispielsweise in den US-Patentschriften Nr. 2013/0236089A1 und 2014/0104387A1 offenbart werden. Beispielhafte strukturierte Lichtsensoren sind bei Primesens erhältlich. Beispielhafte TOF-Sensoren umfassen einen Kinect-Sensor, der bei Microsoft aus Redmond, WA, erhältlich ist, und diverse Sensoren, die bei Texas Instruments aus Dallas, TX, erhältlich sind. Ein zusätzlicher beispielhafter Bewegungsverfolgungssensor umfasst einen Leap Motion Controller, der bei Leap Motion aus San Francisco, CA, erhältlich ist.
Bei einigen Ausführungsformen kann das Führungselement einen Teil des Fingers eines Benutzers umfassen. Bei einigen Ausführungsformen kann das Führungselement-Verfolgungssystem 6 konfiguriert sein, um mehr als einen Finger zu erfassen, und das Metrologiesystem 1 kann betätigt werden, um eine Benutzergeste zu detektieren, die eine Beziehung von zwei oder mehreren Benutzerfingern in dem Erfassungsvolumen umfasst, um einen Vorgang oder einen Befehl basierend auf der Detektion der Benutzergeste auszuführen. Bei einigen Ausführungsformen kann ein photoelektrischer Sensor konfiguriert sein, um eine infrarote Beleuchtung von dem Führungselement zu verfolgen. Dies kann von Vorteil sein, wenn ein Finger oder eine Hand eines Benutzers verfolgt wird, und kann es dem Führungselement-Verfolgungssensor 310 ermöglichen, Umgebungslicht und anderes Rauschen in dem aktiven Verfolgungsvolumen GEATV des Führungselements auszufiltern.
Bei einigen Ausführungsformen kann das Metrologiesystem 1 betätigt werden, um eine Angabe oder Bedingung zum Anhalten der Verfolgungsbewegung zu detektieren und um die Verfolgungsbewegung der Sonde 21 als Reaktion auf das Detektieren der Angabe oder Bedingung zum Anhalten der Verfolgungsbewegung zu deaktivieren. Bei einigen Ausführungsformen kann die Angabe oder Bedingung zum Anhalten der Verfolgungsbewegung umfassen, dass das Führungselement das aktive Verfolgungsvolumen des Führungselements verlässt. Bei einigen Ausführungsformen kann die Angabe oder Bedingung zum Anhalten der Verfolgungsbewegung umfassen, dass eine Geschwindigkeit oder Beschleunigung des Führungselements einen Schwellenwert (und/oder gegebenenfalls in einer bestimmten Richtung) in dem aktiven Verfolgungsvolumen des Führungselements überschreitet.
Bei einigen Ausführungsformen kann das Führungselement einen Teil des Fingers eines Benutzers umfassen, das Führungselement-Verfolgungssystem 6 kann konfiguriert sein, um mehr als einen Finger zu erfassen, und die Angabe oder Bedingung zum Anhalten der Verfolgungsbewegung kann eine Benutzergeste umfassen, die eine Beziehung von zwei oder mehreren Benutzerfingern in dem Erfassungsvolumen umfasst. Bei anderen Ausführungsformen kann die Angabe oder Bedingung zum Anhalten der Verfolgungsbewegung mindestens eines von einem benutzergesteuerten Ton, einem Sprachbefehl, einem benutzergesteuerten elektromagnetischen Strahlungssignal oder einem benutzergesteuerten elektrischen Signal umfassen.
Es versteht sich, dass obwohl der Verarbeitungsabschnitt 61 des Führungselement-Verfolgungssystems und der Host-Computer 5 in 2 als getrennte Elemente gezeigt werden, der Host-Computer 5 bei diversen Ausführungsformen programmiert sein kann, um einige oder alle der hier angesprochenen Vorgänge und Routinen für den Verarbeitungsabschnitt 61 des Führungselement-Verfolgungssystems bereitzustellen, und die beiden Elemente somit zusammengelegt werden und/oder nicht zu unterscheiden sein können.
3A und 3B sind Diagramme, die gewisse Merkmale einer Ausführungsform des in 2 gezeigten Führungselement-Verfolgungssystems 6 zusammen mit diversen Bestandteilen des Metrologiesystems 1 zeigen, das eine Koordinatenmessmaschine 2 umfasst (z. B. ähnlich wie die Elemente, die mit Bezug auf 1 beschrieben wurden), die konfiguriert ist, um gemäß den hier offenbarten Grundlagen der Führungselement-Bewegungsverfolgung zu funktionieren. Die Elemente des in 3A gezeigten Führungselement-Verfolgungssystems 6 umfassen einen Führungselement-Bewegungsverfolgungssensor 310 (auch als Führungselement-Verfolgungssensor bezeichnet), der ein Erfassungsvolumen SV bereitstellt, das verwendet wird, um ein aktives Verfolgungsvolumen GEATV des Führungselements bereitzustellen.
Ein passives Führungselement GE (z. B. ein Finger oder eine Fingerspitze) oder ein aktives Führungselement GE' (z. B. ein handgehaltener Stab, der eine Strahlungsquelle umfasst) kann von einem Benutzer in das aktive Verfolgungsvolumen GEATV des Führungselements eingefügt werden. Die Position des Führungselements kann dann von dem Führungselement-Verfolgungssensor 310 (z. B. gemäß bekannten Verfahren) verfolgt werden, um Bewegungssteuersignale bereitzustellen, um die Messsonde 21 entsprechend der Führungselementbewegung zu bewegen, wie zuvor besprochen und nachstehend ausführlicher beschrieben.
Bei diversen Ausführungsformen können die Bewegungssteuersignale, die von dem Führungselement-Verfolgungssystem 6 dem Bewegungs-Controller bereitgestellt werden, eine 3D-Verfolgungsbewegung bereitstellen, die den Messsondenabschnitt ungefähr in der gleichen Richtung und um ungefähr den gleichen Betrag bewegt, wie sich die verfolgte Position des Führungselements ändert. Bei diversen Ausführungsformen ist das aktive Verfolgungsvolumen GEATV des Führungselements in einer festen Beziehung mit Bezug auf einen Abschnitt des CMM und/oder die Messsonde definiert. Wenn der Führungselement-Verfolgungssensor 310 und die Messsonde 21 in einem festen Verhältnis mit Bezug aufeinander auf einem beweglichen 3D-Abschnitt des CMM (z. B. dem Schiebemechanismus 24) montiert sind, kann die 3D-Verfolgungsbewegung das Bewegen des beweglichen 3D-Abschnitts des CMM umfassen, so dass das Führungselement in einer ungefähr festen Beziehung mit Bezug auf den mindestens einen Führungselement-Verfolgungssensor und/oder das aktive Verfolgungsvolumen GEATV des Führungselements gehalten wird. Dies ermöglicht eine besonders einfache und effiziente Ausführungsform zum Umsetzen einer manuellen Bewegungssteuerung, wie hier offenbart. Diese Ausführungsform ist jedoch rein beispielhaft und nicht einschränkend.
Bei einigen Ausführungsformen kann das Metrologiesystem 1 eine Angabe der Verfolgungsbewegungsfreigabe umfassen (siehe das in 3A gezeigte Element TMEI), und die Angabe der Verfolgungsbewegungsfreigabe kann aktiviert werden, wenn die Eingabe oder Bedingung zum Auslösen der Aktivierung der Verfolgungsbewegung als Benachrichtigung oder Bestätigung für den Benutzer detektiert wird. Bei diversen Ausführungsformen kann ein hörbarer und/oder sichtbarer Alarm angeben, dass ein aktiver Verfolgungsmodus freigegeben ist.
Wie zuvor besprochen, kann bei einigen Ausführungsformen die Angabe oder Bedingung zum Auslösen der Aktivierung der Verfolgungsbewegung einfach umfassen, dass das Führungselement in ein Aktivierungsauslösevolumen eintritt, das eine Teilmenge des aktiven Verfolgungsvolumens des Führungselements ist (z. B. das in 3B gezeigte Volumen TRIGV). In einem solchen Fall muss die Verfolgungsbewegung nicht beginnen, bis sich das Führungselement in dem aktiven Verfolgungsvolumen des Führungselements mittig mit einem „Pufferbereich” darum herum befindet, um die Verlagerung des Führungselements mit Bezug auf das aktive Verfolgungsvolumen des Führungselements sicher zu verfolgen.
4 ist ein Diagramm eines Blickfelds 400 einer Ausführungsform eines Führungselement-Bewegungsverfolgungssensors 410, die gemäß den hier offenbarten Grundlagen in einem CMM-System verwendbar ist. Bei diversen Ausführungsformen ist der Führungselement-Verfolgungssensor 410 ein mehrteiliger 3D-Bereichssensor, der ein Kamerasystem mit strukturiertem Licht, ein stereoskopisches Kamerasystem, ein TOF-Kamerasystem oder einen 2D-Sensor, der eine Verarbeitung (z. B. Bereichsgröße oder Bereichsautofokus oder dergleichen) umfasst, um eine dritte Dimension für einen definierten Bereich (z. B. eine verfolgte Fingerspitze oder einen Strahlungs-Emitter oder dergleichen) zu bestimmen, umfasst. Ganz allgemein kann ein beliebiges Erfassungssystem, das verwendbar ist, um die hier angesprochenen und beanspruchten Grundlagen zu erfüllen, verwendet werden. Auf jeden Fall ist der Führungselement-Verfolgungssensor 410 konfiguriert, um eine 3D-Bewegung mindestens eines Führungselements in einem aktiven Bewegungsverfolgungsvolumen des Führungselements, wie zuvor besprochen, zu detektieren.
Das Blickfeld 400 zeigt einen ersten Bildabschnitt IMG1, der einem Führungselement entspricht. Bei der abgebildeten Ausführungsform gibt die Position eines Führungselements im Blickfeld (z. B. sein Schwerpunkt) die seitlichen Koordinaten x₁ und y₁ des Führungselements in einem aktiven Bewegungsverfolgungsvolumen an. Bei einem Ausführungsbeispiel gibt der Durchmesser d1 des ersten Bildsegments IMG1 die Z-Position z(d₁) des Führungselements an. Bei alternativen Ausführungsformen kann die Z-Position aus Techniken, wie etwa Triangulation oder anderen Telemetrieverfahren, wie zuvor besprochen bestimmt werden.
Das Blickfeld 400 zeigt zusätzlich ein zweites Bildsegment IMG2, das dem Führungselement entspricht. Das Führungselement, das dem Bildsegment IMG2 entspricht, wird als sich in einer Position (x₂, y₂, z(d₂)) in dem aktiven Bewegungsverfolgungsvolumen befindend bestimmt. Ein Durchmesser d₂ des Bildsegments IMG2 ist kleiner als d₁, was angibt, dass sich das Führungselement in einer Z-Position befindet, die weiter von dem Führungselement-Verfolgungssensor 410 entfernt ist als die Z-Position z(d₁), die von dem Bildsegment IMG1 angegeben wird. Ein Führungselement-Verfolgungssystem kann konfiguriert sein, um eine Messsonde als Reaktion auf die verfolgte Position oder Bewegung des Führungselements zu bewegen (z. B. durch Bereitstellen von Bewegungssteuerungs- oder Bewegungssteuerungs-„Fehler-”Signalen), wie zuvor besprochen. Bei der abgebildeten Ausführungsform kann sich das CMM ständig bewegen, um das Bildsegment IMG1 (und/oder IMG2) neu zu zentrieren und dabei einen Durchmesser des Bildsegments IMG1 (und/oder IMG2) zu bewahren, welcher der Mitte des aktiven Bewegungsverfolgungsvolumens entspricht. Alternative Sensoren und Verfahren zur Führungselementerkennung und Verfolgung wurden zuvor angesprochen. Es versteht sich, dass diverse bekannte Typen von Sensoren und/oder Verarbeitung verwendet werden können, um eine Verfolgungsbewegung bereitzustellen, die derart konfiguriert ist, dass das Führungselement gegebenenfalls ungefähr in der Mitte des aktiven Verfolgungsvolumens des Führungselements bleibt.
5 ist ein Ablaufdiagramm 500, das eine Ausführungsform eines Verfahrens oder einer Routine zum Steuern der Bewegung einer Koordinatenmessmaschine gemäß den hier offenbarten Grundlagen zeigt.
In Block 510 wird ein Führungselement-Verfolgungssystem bereitgestellt, das ein Erfassungsvolumen bereitstellt, wobei das Führungselement-Verfolgungssystem mindestens einen Führungselement-Verfolgungssensor umfasst, der sich auf dem CMM befindet und konfiguriert ist, um eine Positionserfassung eines Führungselements im Erfassungsvolumen bereitzustellen.
In Block 520 wird ein aktives Verfolgungsvolumen des Führungselements in dem Erfassungsvolumen mit Bezug auf mindestens einen von dem Führungselement-Verfolgungssensor oder einem Abschnitt des CMM definiert. Wie zuvor angesprochen, kann bei einer Ausführungsform das aktive Verfolgungsvolumen des Führungselements das gleiche sein und/oder von dem Erfassungsvolumen definiert werden. Bei diversen Ausführungsformen stellt das aktive Verfolgungsvolumen des Führungselements ein positionserfassendes Koordinatensystem bereit, das mit Bezug auf mindestens einen von dem Führungselement-Verfolgungssensor oder einem Abschnitt des CMM festgelegt ist. Bei einer Ausführungsform kann es mit Bezug auf den Abschnitt des CMM, das die CMM-Messsonde trägt, festgelegt sein.
In Block 530 wird das Führungselement-Verfolgungssystem betätigt, um eine Position des Führungselements zu erfassen und zu verfolgen, mindestens wenn es sich in dem aktiven Verfolgungsvolumen befindet. Diverse Verfahren zum Erfassen und Verfolgen der Position des Führungselements wurden zuvor mit Bezug auf 2 angesprochen. Es versteht sich jedoch, dass diese Verfahren rein beispielhaft und nicht einschränkend sind. Ganz allgemein kann jedes anwendbare Verfahren zum Erfassen und Verfolgen der Position des Führungselements verwendet werden.
In Block 540 wird ein Führungselement in das aktive Verfolgungsvolumen eingefügt, wobei das Führungselement von einem Benutzer des CMM manuell gesteuert wird. Bei einem Ausführungsbeispiel entspricht das Führungselement vorteilhaft einfach einer oder mehreren Fingerspitzen des Benutzers. Bei anderen Ausführungsformen kann das Führungselement ein Element sein, das in einem handgehaltenen Stab oder dergleichen enthalten ist. Bei einigen dieser Ausführungsformen kann das Führungselement eine steuerbare elektromagnetische Strahlung emittieren und/oder diverse Steuersignale bereitstellen, zusätzlich dazu, dass seine Position erfasst wird.
In Block 550 wird das CMM betätigt, um einen Messsondenabschnitt des CMM gemäß einer dreidimensionalen (3D) Verfolgungsbewegung zu bewegen, die unter vorgegebenen Bedingungen auf die verfolgte Position des Führungselements reagiert. Das CMM wird betätigt, um eine Angabe oder Bedingung zum Auslösen einer Aktivierung der Verfolgungsbewegung zu detektieren. Das CMM wird betätigt, um den Messsondenabschnitt des CMM gemäß der Verfolgungsbewegung zu bewegen, nachdem die Angabe oder Bedingung zum Auslösen der Aktivierung der Verfolgungsbewegung detektiert wurde, und unter der Bedingung, dass sich das Führungselement in dem aktiven Verfolgungsvolumen befindet.
Unter den zuvor angesprochenen diversen Alternativen kann bei einer Ausführungsform die Angabe oder Bedingung zum Auslösen der Aktivierung der Verfolgungsbewegung einfach umfassen bzw. darin bestehen, dass das Führungselement in dem aktiven Verfolgungsvolumen des Führungselements positioniert ist. Bei einer Ausführungsform kann die Angabe oder Bedingung zum Auslösen der Aktivierung der Verfolgungsbewegung vorteilhaft umfassen, dass das Führungselement in ein Aktivierungsauslösevolumen des Führungselements eintritt, das eine Teilmenge des aktiven Verfolgungsvolumens des Führungselements ist (z. B. eine mittig befindliche Teilmenge des aktiven Verfolgungsvolumens). Bei diversen Ausführungsformen ist es vorteilhaft und intuitiv, wenn die 3D-Verfolgungsbewegung, die auf die verfolgte Position des Führungselements reagiert, das Bewegen des Messsondenabschnitts in ungefähr die gleiche Richtung und um ungefähr den gleichen Betrag umfasst, wie sich die verfolgte Position des Führungselements ändert. In einem solchen Fall kann die Messsonde kontaktlos geführt werden und kann einfach das Führungselement (z. B. die Fingerspitze des Benutzers) verfolgen (z. B. sich parallel dazu bewegen), während es in dem aktiven Verfolgungsvolumen des Führungselements bewegt wird.
Die zuvor beschriebenen diversen Ausführungsformen können kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen bereitzustellen. Alle US-Patente und US-Patentanmeldungen, auf die in der vorliegenden Beschreibung Bezug genommen wird, werden hiermit zur Bezugnahme vollständig übernommen. Gewisse Aspekte der Ausführungsformen können gegebenenfalls geändert werden, um Konzepte der diversen Patente und Anmeldungen zu verwenden, um noch andere Ausführungsformen bereitzustellen.
Diese und andere Änderungen können an den Ausführungsformen angesichts der obigen ausführlichen Beschreibung vorgenommen werden. Im Allgemeinen sind in den nachstehenden Ansprüchen die verwendeten Begriffe nicht dazu gedacht, die Ansprüche auf die spezifischen Ausführungsformen einzuschränken, die in der Beschreibung und den Ansprüchen offenbart werden, sondern sind dazu gedacht, alle möglichen Ausführungsformen zusammen mit dem vollen Umfang der Äquivalente zu umfassen, zu denen diese Ansprüche berechtigt sind.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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US 7874917 [0023]
US 2013/0236089 A1 [0023]
US 2014/0104387 A1 [0023]

Claims

Verfahren zum Steuern der Bewegung einer Koordinatenmessmaschine (CMM), wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Bereitstellen eines Führungselement-Verfolgungssystems, das ein Erfassungsvolumen bereitstellt, wobei das Führungselement-Verfolgungssystem mindestens einen Führungselement-Verfolgungssensor umfasst, der sich an der CMM befindet und konfiguriert ist, um eine Positionserfassung eines Führungselements im Erfassungsvolumen bereitzustellen; Definieren eines aktiven Verfolgungsvolumens des Führungselements in dem Erfassungsvolumen mit Bezug auf mindestens einen von dem Führungselement-Verfolgungssensor oder einem Abschnitt der CMM; Einfügen eines Führungselements in das aktive Verfolgungsvolumen, wobei das Führungselement von einem Benutzer der CMM manuell gesteuert wird; Betätigen des Führungselement-Verfolgungssystems, um eine Position des Führungselements in dem aktiven Verfolgungsvolumen zu erfassen und zu verfolgen; und Bewegen eines Messsondenabschnitts der CMM gemäß einer dreidimensionalen (3D) Verfolgungsbewegung, die auf die verfolgte Position des Führungselements reagiert, wobei das Verfahren ferner folgende Schritte umfasst: Betätigen der CMM, um eine Angabe oder Bedingung zum Auslösen einer Aktivierung der Verfolgungsbewegung zu detektieren; und Betätigen der CMM, um den Messsondenabschnitt der CMM gemäß der Verfolgungsbewegung zu bewegen, nachdem die Angabe oder Bedingung zum Auslösen der Aktivierung der Verfolgungsbewegung detektiert wurde, und unter der Bedingung, dass sich das Führungselement in dem aktiven Verfolgungsvolumen befindet.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Verfahren ferner das Betätigen der CMM umfasst, um eine Angabe oder Bedingung zum Anhalten der Verfolgungsbewegung zu detektieren und um die Verfolgungsbewegung des Messsondenabschnitts als Reaktion auf das Detektieren der Angabe oder Bedingung zum Anhalten der Verfolgungsbewegung zu deaktivieren.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Angabe oder Bedingung zum Anhalten der Verfolgungsbewegung umfasst, dass das Führungselement das aktive Verfolgungsvolumen des Führungselements verlässt.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Angabe oder Bedingung zum Anhalten der Verfolgungsbewegung umfasst, dass eine Geschwindigkeit oder Beschleunigung des Führungselements einen Schwellenwert in dem aktiven Verfolgungsvolumen des Führungselements überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Führungselement einen Teil des Fingers eines Benutzers umfasst, das Führungselement-Verfolgungssystem konfiguriert ist, um mehr als einen Finger zu erfassen, und die Angabe oder Bedingung zum Anhalten der Verfolgungsbewegung eine Benutzergeste umfasst, die eine Beziehung von zwei oder mehreren Benutzerfingern in dem Erfassungsvolumen umfasst.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Angabe oder Bedingung zum Anhalten der Verfolgungsbewegung mindestens eines von einem benutzergesteuerten Ton, einem Sprachbefehl, einem benutzergesteuerten elektromagnetischen Strahlungssignal oder einem benutzergesteuerten elektrischen Signal umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die CMM eine Angabe der Verfolgungsbewegungsfreigabe umfasst und das Verfahren ferner das Aktivieren der Angabe der Verfolgungsbewegungsfreigabe umfasst, wenn die Angabe oder Bedingung zum Auslösen der Aktivierung der Verfolgungsbewegung detektiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Angabe oder Bedingung zum Auslösen der Aktivierung der Verfolgungsbewegung umfasst, dass das Führungselement in dem aktiven Verfolgungsvolumen des Führungselements positioniert ist.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Angabe oder Bedingung zum Auslösen der Aktivierung der Verfolgungsbewegung umfasst, dass das Führungselement in ein Aktivierungsauslösevolumen eintritt, das eine Teilmenge des aktiven Verfolgungsvolumens des Führungselements ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Angabe oder Bedingung zum Auslösen der Aktivierung der Verfolgungsbewegung mindestens eines von einem benutzergesteuerten Ton, einem Sprachbefehl, einem benutzergesteuerten elektromagnetischen Strahlungssignal oder einem benutzergesteuerten elektrischen Signal umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der mindestens eine Führungselement-Verfolgungssensor mindestens eines von einem Photodetektor-Array, einer Laufzeit-(TOF)3D-Kamera und einer stereoskopischen Kamerakonfiguration umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der mindestens eine Führungselement-Verfolgungssensor eine Laufzeit-(TOF)3D-Kamera umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die 3D-Verfolgungsbewegung, die auf die verfolgte Position des Führungselements reagiert, das Bewegen des Messsondenabschnitts in ungefähr eine gleiche Richtung und um ungefähr einen gleichen Betrag umfasst, wie sich die verfolgte Position des Führungselements ändert.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei der mindestens eine Führungselement-Verfolgungssensor und der Messsondenabschnitt in einer festen Beziehung zueinander auf einem beweglichen 3D-Abschnitt der CMM montiert sind, und die 3D-Verfolgungsbewegung das Bewegen dieses beweglichen 3D-Abschnitts der CMM umfasst, so dass das Führungselement in einer ungefähr festen Beziehung mit Bezug auf den mindestens einen Führungselement-Verfolgungssensor bewahrt wird.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei sich mindestens ein Teil des aktiven Verfolgungsvolumens des Führungselements innerhalb von 12 Inch dieses beweglichen 3D-Abschnitts der CMM befindet.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Führungselement einen Teil des Fingers eines Benutzers umfasst.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei das Führungselement-Verfolgungssystem konfiguriert ist, um mehr als einen Finger zu erfassen, und das Verfahren ferner das Betätigen der CMM umfasst, um eine Benutzergeste zu detektieren, die eine Beziehung von zwei oder mehreren Benutzerfingern in dem Erfassungsvolumen umfasst, um einen Vorgang oder einen Befehl basierend auf der Detektion der Benutzergeste auszuführen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das aktive Verfolgungsvolumen des Führungselements und das Erfassungsvolumen gleich sind.
Führungselement-Verfolgungssystem zur Verwendung in einer Koordinatenmessmaschine (CMM), wobei das Führungselement-Verfolgungssystem verwendbar ist, um Signale zu generieren, um die Bewegung der Koordinatenmessmaschine (CMM) manuell zu steuern, wobei das Führungselement-Verfolgungssystem Folgendes umfasst: mindestens einen Führungselement-Verfolgungssensor, der sich an der CMM befindet und konfiguriert ist, um eine Positionserfassung eines Führungselements in einem Erfassungsvolumen bereitzustellen; und einen Verarbeitungsabschnitt des Führungselement-Verfolgungssystems, der Signale von dem mindestens einen Führungselement-Verfolgungssensor eingibt und konfiguriert ist zum: Definieren eines aktiven Verfolgungsvolumens des Führungselements in dem Erfassungsvolumen mit Bezug auf mindestens einen von dem Führungselement-Verfolgungssensor oder einem Abschnitt der CMM, Betätigen des Führungselement-Verfolgungssystems, um eine Position des Führungselements in dem aktiven Verfolgungsvolumen zu erfassen und zu verfolgen, und Bereitstellen von Signalen für einen Bewegungssteuerabschnitt der CMM, um die CMM zu betätigen, um einen Messsondenabschnitt der CMM gemäß einer dreidimensionalen (3D) Verfolgungsbewegung zu bewegen, die auf die verfolgte Position des Führungselements reagiert, wenn ein Führungselement, das von einem Benutzer des CMM-Körpers 2 manuell gesteuert wird, in das aktive Verfolgungsvolumen eingefügt wird; wobei das Führungselement-Verfolgungssystem ferner konfiguriert ist zum: Betätigen der CMM, um eine Angabe oder Bedingung zum Auslösen einer Aktivierung der Verfolgungsbewegung zu detektieren; und Bereitstellen der Signale für den Bewegungssteuerabschnitt, um die CMM zu betätigen, um den Messsondenabschnitt der CMM gemäß der Verfolgungsbewegung zu bewegen, nachdem die Angabe oder die Bedingung zum Auslösen der Aktivierung der Verfolgungsbewegung detektiert wurde, und unter der Bedingung, dass sich das Führungselement in dem aktiven Verfolgungsvolumen befindet.
Führungselement-Verfolgungssystem nach Anspruch 19, wobei: die Angabe oder Bedingung zum Auslösen der Aktivierung der Verfolgungsbewegung umfasst, dass das Führungselement in dem aktiven Verfolgungsvolumen des Führungselements positioniert ist; und die 3D-Verfolgungsbewegung, die auf die verfolgte Position des Führungselements reagiert, das Bewegen des Messsondenabschnitts in ungefähr eine gleiche Richtung und um ungefähr einen gleichen Betrag umfasst, wie sich die verfolgte Position des Führungselements ändert.
Führungselement-Verfolgungssystem nach Anspruch 20, wobei der mindestens eine Führungselement-Verfolgungssensor mindestens eines von einem Photodetektor-Array, einer Laufzeit-(TOF)3D-Kamera und einer stereoskopischen Kamerakonfiguration umfasst und das Führungselement einen Teil eines Fingers des Benutzers umfasst.