TW201350789A - 在機器工具上量測之方法 - Google Patents

Abstract

本發明揭示一種使用安裝在一機器工具上之一類比探針沿一物體之表面上之一標稱量測線掃描該物體以收集掃描量測資料之方法，該類比探針具有一較佳量測範圍。該方法包括根據一相對運動行程來控制該類比探針及/或該物體以執行一掃描操作，該相對運動行程經組態使得基於該物體之該表面的假定性質，將會導致該類比探針沿該物體之該表面上之該標稱量測線獲得其較佳量測範圍內的資料，且導致該類比探針超出其較佳量測範圍之外。

Description

在機器工具上量測之方法

本發明係關於一種量測一偽像之方法，且特定言之，係關於一種使用安裝在一機器工具上之一類比量測工具掃描一偽像之方法。

已知在一機器工具主軸中安裝相對於一工件移動之一量測探針以量測該工件。實務上，探針通常為例如如美國專利第4,153,998號(McMurtry)中描述之一接觸觸發式探針(touch trigger probe)，該探針在其之一觸針接觸工件表面時產生一觸發信號。此觸發信號被視為機器工具之數值控制器(NC)之一所謂的「跳躍」(skip)輸入。作為回應，停止物體與工件之相對移動且控制器採用機器位置之瞬間讀數(即，主軸及探針相對於機器之位置)。此瞬間讀數取自機器之量測裝置，諸如在一伺服控制環路中提供對機器移動之位置回饋資訊之編碼器。使用此一系統之一缺點在於：若需要極多個量測點，則量測程序相對較慢，從而導致量測時間長。

類比量測探針(亦通常被視為掃描探針)亦為人熟知。接觸式類比探針通常包括用於接觸工件表面之一觸針及探針內量測觸針相對於探針主體之偏斜之傳感器。美國專利第4,084,323號(McMurtry)中展示一實例。在使用中，類比探針相對於工件之表面移動，使得觸針掃描該表面且採用探針傳感器之輸出之連續讀數。結合探針偏斜輸出與機器位置輸出容許獲得座標資料，藉此容許在遍及掃描之極多個點處發現工件表面之位置。因此，與使用一接觸觸發式探針實際上可行的量測相比較，類比探針容許獲取的工件表面之形式之量測更詳細。

如應瞭解(且下文結合圖2更詳細地解釋)，一類比探針具有有限的量測範圍。此外，類比探針可具有一較佳量測範圍。類比探針可能能夠獲得其較佳量測範圍以外的資料，但是此範圍以外獲得之資料可能並不佳，這係因為(例如)該資料可被視為精確度不及該較佳量測範圍內獲得之資料。該較佳量測範圍之界限可取決於許多不同因數(包含探針類型、所使用的校準常式及甚至(例如)待量測之物體)而改變。在許多境況中，確保類比探針隨著其沿工件之表面掃描而保持在其較佳量測範圍內可能係較佳地。一接觸式類比探針之較佳量測範圍在任何給定維度中可為(例如)+/- 0.8mm或更小，例如在一些境況中在任何給定維度中與+/- 0.3mm一樣小。(可自觸針之靜止位置量測此等值)。此外，實際較佳量測範圍甚至可小於上文給定的圖式，這可能係因為進入該較佳量測範圍可能必須偏斜量最小。因此，雖然該較佳量測範圍可能相距靜止位置+/- 0.5mm，但是至少首先偏斜+/- 0.05mm或例如首先偏斜+/- 0.1mm可能不在該較佳量測範圍內(再次，這在下文結合圖2加以更詳細地解釋)。因此，如應瞭解，需要即時管理探針/工件位置關係以避免其中類比探針落在其較佳量測範圍以外之情形。

這就係即使類比探針其本身已為人熟知多年但其等通常仍僅僅與專用座標量測機器(CMM)一起使用的原因；這係因為CMM具有專用即時控制環路以能夠發生對探針偏斜之此管理。特定言之，在CMM中提供一控制器，定義量測探針沿相對於一工件移動之一預定移動行程之一程式載入至該控制器中。該控制器自該程式產生用以啟動馬達以引起量測探針移動之馬達控制信號。該控制器亦自機器的編碼器接收即時位置資料且亦自類比探針接收偏斜資料(在一接觸式探針之情況中)。為適應工件之材料條件變化，存在一專用控制環路配置。此專用控制環路配置包括一回饋模組，上述提及的馬達控制信號 及偏斜資料饋送至該回饋模組。回饋模組使用邏輯以(基於偏斜資料)連續地更新一偏位控制向量，該偏位控制向量繼而用以在將自該程式產生之上述提及的馬達控制信號發送至CMM馬達之前調整該信號，以嘗試當類比探針掃描工件時將探針偏斜維持在該較佳量測範圍內。這在小於1ms至2ms之一回應時間內全部發生於一閉環控制環路內。這在(例如)WO2006/115923中加以描述。

對探針定位之此嚴格控制加上處理即時觸針偏斜資料的能力容許此等專用CMM掃描偏離其等所期形狀之複雜的物件且甚至掃描未知形狀的物件。

迄今為止，類比探針並未廣泛用於機器工具掃描應用。這係歸因於並未促進對CMM提供之類比探針之即時控制之許多市售機器工具之固有本質。這係因為機器工具主要係發展為機器工件且在該等機器工件上使用量測探針以量測工件本質上係事後產生的想法。機器工具因此通常並未經組態以使用來自一類比量測探針之資料進行即時控制。確切地說，情況通常係：一機器工具並不具有自量測探針直接接收偏斜資料之內建佈建(in-built provision)。相反地，探針必須與一介面(例如，無線)通信，該介面接收探針偏斜資料並將該資料傳遞至一分離系統，該分離系統隨後組合該偏斜資料與機器位置資料以隨後形成完整的物體量測資料(例如，如WO2005/065884中所述)。

這使其難以在一機器工具上使用一類比探針以獲得關於已知物體之掃描量測資料，這係因為物體之所期形狀之任何變動可導致探針過度偏斜且因此導致量測程序失敗(而在一CMM上，可足夠快速更新探針的運動行程以確保探針不過度偏斜)。這亦使其難以在一機器工具上使用一類比探針以獲得關於未知物體之掃描量測資料，這係因為這固有地要求足夠快速更新探針的運動行程以避免過度偏斜。

已開發用於克服在一機器工具上使用一類比掃描探針之問題之 技術。例如，已知批次處理(drip feed)技術，其中程式指令係以一批次處理方式載入至機器工具的控制器中。特定言之，各指令導致探針移動一微小距離(即，小於探針的較佳偏斜範圍)，且分析探針的輸出以判定偏斜限度，該探針的輸出繼而用以產生饋送至控制器中之下一個指令。然而，此一技術受到的限制仍遠多於可在一CMM上使用一類比掃描探針而執行之掃描技術。特定言之，此一方法極慢且無效率。

WO2008/074989描述一種用於量測一已知物體之程序，該程序涉及當一第一量測操作導致過度偏斜或偏斜不足時根據一經調整路徑重複一量測操作。

當在機器工具上使用類比探針時亦可進一步折衷問題，這係歸因於該等類比探針的建構(其使能夠在機器工具提供之更惡劣的環境及諸如當該等類比探針在一機器工具的主軸之中/外部自動變化時其等曝露之更大的加速度及力內使用該等類比探針)，其等通常具有遠小於與CMM一起使用之類比探針之一量測範圍。與在CMM上使用之類比探針相比，這因此可給定更小的誤差空間。例如，一機器工具類比探針可具有以下各者之一量測範圍：在任何給定維度中為+/- 0.8mm或更小(自觸針的靜止位置量測)，例如在一些境況中在任何給定維度中為+/- 0.5mm或更小，且例如在一些境況中在任何給定維度中不大於+/- 0.3mm。與在CMM上使用之類比探針相比，這因此可給定更小的誤差空間。如上文提及，為了進入該較佳量測範圍亦可能要求偏斜最小。

作為一特定實例，可藉由一最大偏斜0.725mm及一最小偏斜0.125mm(自觸針的靜止位置量測)定義量測範圍。因此，在此情況中，這可意謂表面可為相距標稱+/- 0.3mm同時維持一精確的量測。然而，此數字可能更小且例如已知表面不確定性與+/- 0.1mm一樣 小，其對應於約+/- 0.325mm之一最大探針偏斜及+/- 0.125mm之一最小探針偏斜。

根據本發明之一第一態樣，提供一種使用安裝在一機器工具上之一類比探針沿一物體之表面上之一標稱量測線掃描該物體以收集掃描量測資料之方法，該類比探針具有一較佳量測範圍，該方法包括：根據一相對運動行程控制該類比探針及/或該物體以執行一掃描操作，該相對運動行程經組態使得以下列之一方式控制較佳量測範圍相對於該物體之表面之位置：基於該物體之該表面之假定性質，將會導致該類比探針沿該物體之該表面上之該標稱量測線獲得其較佳量測範圍內之資料，且導致該類比探針超出其較佳量測範圍以外。

因此，本發明因此基於預期類比探針沿物體之表面上之標稱量測線在其較佳量測範圍內及以外移動而工作，而非試圖總是使類比探針保持在其較佳量測範圍內。這可使得預期類比探針沿物體之表面上之標稱量測線在其較佳量測範圍內及以外移動。更確切地，該方法可經組態以控制類比探針的較佳量測範圍相對於物體之表面之位置，使得導致類比探針沿物體之表面上之標稱量測線謹慎地獲得其較佳量測範圍內及以外之量測。這可改良使用一機器工具上之一類比探針獲得物體量測資料之效率。

相對運動行程可經組態使得以下列之一方式控制較佳量測範圍相對於該物體之表面之位置：基於該物體之該表面之假定性質，將會導致該類比探針沿該物體之該表面上之該標稱量測線獲得其較佳量測範圍內之資料，且導致該類比探針超過其較佳量測範圍。相對運動行程可經組態使得以下列之一方式控制較佳量測範圍相對於該物體之表面之位置：基於該物體之該表面之假定性質，將會導致該類比探針沿該物體之該表面上之該標稱量測線獲得其較佳量測範圍內之資料，且導致該類比探針超過及或未達到其較佳量測範圍。

該方法可經組態使得相對運動行程經組態使得在掃描操作期間，基於該物體之該表面之假定性質，較佳量測範圍相對於該物體之表面之位置在法向於該物體之表面之一方向上(例如，高度)沿標稱量測線變化。

該方法可進一步包括過濾獲自類比探針之資料以獲得選擇掃描量測資料。該方法可包括過濾獲自類比探針之資料以獲得關於主要獲自類比探針的較佳量測範圍內或以外的掃描量測資料之資料。該方法可包括過濾獲自類比探針之資料以獲得主要關於獲自類比探針的較佳量測範圍內之掃描量測資料之選擇掃描量測資料。該方法可包括過濾獲自類比探針之資料以獲得實質上關於僅獲自類比探針的較佳量測範圍內之掃描量測資料之選擇掃描量測資料。

該方法可包括將該經過濾資料整理為一進一步資料集。因此，例如，該進一步資料集可包括關於物體之表面且在類比探針的較佳量測範圍內獲得之掃描量測資料。該進一步資料集可輸出作為物體之量測資料。

因此，該方法可包括將在類比探針的較佳量測範圍內獲得之掃描量測資料收集且輸出作為物體之量測。根據上文，此收集及輸出可包括過濾獲自類比探針之資料以獲得獲自類比探針的較佳量測範圍內之選擇物體量測資料並將該選擇物體量測資料提供作為物體之量測。

該較佳量測範圍可小於類比探針之總體量測範圍。在一接觸式探針之情況中，該較佳量測範圍可小於類比探針之總體偏斜範圍。因此，該較佳量測範圍可為類比探針的整個量測範圍之一子集。如上提及，對於任何給定的探針，該較佳量測範圍之確切界限可隨探針變化且甚至隨量測操作變化。該較佳量測範圍可為對任何給定量測操作校準類比探針以(例如)給定所要級別的精確度之範圍。

該方法可包括基於先前掃描操作期間獲得之量測資料而產生並 執行(例如，作為一第二掃描操作之部分)類比探針與物體之一新相對移動行程。該新相對移動行程可包括類比探針跨物體之表面實質上沿相同量測線往復運動(traverse)。然而，在此情況中，對於大於物體之先前量測之量測路徑之一百分比，可控制相對移動使得類比探針與物體之相對位置係致使類比探針獲得其較佳量測範圍內之量測。特定言之，類比探針與物體遵循之新相對移動路徑可經組態使得類比探針沿實質上相同標稱線之整個長度獲得其較佳量測範圍內之量測資料。

物體與類比探針可經組態以沿一預定相對運動路徑彼此相對移動，使得類比探針沿物體之表面上之標稱量測線獲得掃描量測資料。

該預定相對運動路徑可經組態使得類比探針以下列之一方式行進：基於物體之表面的假定性質，導致類比探針之較佳量測範圍的位置隨著其沿標稱量測線移動而相對於物體的表面重複地上升及下降。因此，這可致使基於物體之表面的假定性質，導致類比探針沿標稱量測線在獲得其較佳量測範圍之內及之外(例如，較佳量測範圍之下及之內，或之內及以外，或之下、之內及以外)的資料之間振盪。例如，該預定相對運動路徑可經組態使得類比探針隨著其沿標稱量測線移動而以一起伏、正弦或波狀方式移動。

該預定相對運動路徑可經組態使得，基於物體之表面的假定性質，類比探針隨著其沿標稱量測線移動而與物體之表面維持一位置感測關係。上述實施例之情況可尤其如此，其中該預定相對運動路徑經組態使得類比探針以下列之一方式行進：基於物體之表面的假定性質，導致類比探針之較佳量測範圍的位置隨著其沿標稱量測線移動而相對於物體的表面重複地上升及下降。

該相對運動之行程可經組態使得，在掃描操作期間，類比探針的較佳量測範圍沿標稱量測線複數次跨物體往復運動。對於不同往復運動，類比探針與物體之位置關可係不同。對於不同往復運動，類比 探針可獲得其整個量測範圍之不同區域內的量測資料。對於每次往復運動，類比探針與物體彼此相對採取之路線的形式實質上可相同，使得沿物體之表面上的標稱量測線複數次量測物體。然而，對於不同往復運動，類比探針與物體之位置可彼此相對偏位。

因此，該運動行程可經組態使得對於不同往復運動，類比探針針對物體之不同部分沿物體之表面上之相同標稱量測線獲得其較佳量測範圍內之量測資料。對於連續往復運動，較佳量測範圍相對於表面採取之路線的形式實質上可相同。因此，對於不同往復運動，在沿標稱量測線(且較佳地沿標稱量測線之整個長度)之至少一點處該路線相距該表面之高度可不同。特定言之，該等往復運動可彼此偏位，使得對於不同往復運動，類比探針針對物體之不同部分沿物體之表面上之相同標稱量測線獲得其較佳量測範圍內之量測資料。換言之，該運動行程可經組態使得該較佳量測範圍沿標稱量測線至少兩次跨物體往復運動，每次往復運動實質上彼此平行但是與物體之表面成不同標稱高度。標稱高度可隨著連續往復運動而增加。較佳地，標稱高度可隨著連續往復運動而降低。

因此，該運動行程可經組態使得執行至少一第一次往復運動及第二次往復運動，且其中在該第二次往復運動期間，類比探針針對在該第一次往復運動期間獲得探針的較佳量測範圍以外的資料之物體之至少一部分獲得其較佳量測範圍內之量測資料。

如上文提及，對於不同往復運動，類比探針的較佳量測範圍在物體之表面上之位置可不同。類比探針的較佳量測範圍相對於物體之表面之位置可隨連續往復運動而上升。較佳地，類比探針的較佳量測範圍相對於物體之表面之位置可隨連續往復運動而下降。該位置可經量測介於相對於該較佳量測範圍之一參考點(例如，該較佳量測範圍內之一點，諸如該較佳量測範圍之中間點)與物體之表面(物體之標稱 表面)之間。因此，例如，較佳地該較佳量測範圍之中心沿其每次掃程(pass)遵循之線通常可隨連續往復運動而相對於物體之表面逐漸下降(例如，更接近/更深入地穿透物體之表面)。這可以一逐步方式發生在(例如)每次往復運動之終點處。

該相對運動行程可經組態使得先前往復運動與後續往復運動之間之差足夠小，使得若沿先前往復運動未獲得表面量測資料，則後續往復運動將不會導致類比探針獲得超過其整個量測範圍之物體表面量測資料，且例如將不會導致類比探針獲得超出其較佳量測範圍之資料。視需要，往復運動係以不大於(且例如小於)探針之整個量測範圍之步進彼此偏位。例如，往復運動可以不大於(且例如小於)探針之較佳量測範圍之步進彼此偏位。

該較佳量測範圍內獲自不同往復運動之表面量測資料可經整理以沿標稱量測線形成表示物體之表面之一量測資料集。如上提及，該運動行程可經組態使得對於不同往復運動，類比探針針對物體之不同部分沿物體之表面上之相同標稱量測線獲得其較佳量測範圍內之量測資料。較佳地，該運動行程經組態使得在該較佳量測範圍內獲得之量測資料之表面之部分在連續掃程之間重疊。在此情況中，該量測資料集可表示該表面沿該標稱量測線之一連續長度，且較佳地表示該表面沿該標稱量測線之整個長度。然而，可能的是，該等部分並不重疊，這可因此意謂該量測資料集中可存在間隙。

物體之標稱表面形狀可能並未為人熟知。物體之標稱表面形狀可能為人熟知。在此情況中，跨物體之量測路徑之形狀可經組態以實質上平行於標稱表面形狀。即，該較佳量測範圍經組態以採取之跨物體之路徑可經組態以實質上平行於該標稱表面形狀。

類比探針可為一非接觸式類比探針，例如一光學、電容或電感探針。在此情況中，該較佳量測範圍可為類比探針之一部分(例如， 工件感測部分)與工件表面之間之一距離或分離範圍。因此，該較佳量測範圍可包括與最大及最小探針-物體分離有關的上下界限或臨限值。類比探針可為一接觸式類比探針。例如，類比探針可為具有用於接觸物體之一可偏斜觸針之一接觸式類比探針。在此情況中，該較佳量測範圍可為一較佳觸針偏斜範圍。因此，該較佳量測範圍可包括與最大及最小觸針偏斜有關的上下界限或臨限值。

物體可為在其上安裝類比探針之機器上加工(及/或待加工)之一物體。因此，該方法可包括(例如)在上述量測步驟之前相同機器工具加工物體。視需要加工可發生在上述量測步驟之後。此量測後加工可發生在其上發生該量測之相同機器工具上。此量測後加工可基於上述量測步驟期間獲得之量測資料。機器工具可為一切割機器，諸如一金屬切割機器。

類比探針可為一密封類比探針。即，類比探針可經密封以保護內部感測器組件部分不受外部污染影響。例如，探針可包括一探針主體，該探針主體容置用於直接或間接量測一物體之表面之一感測器，其中該感測器經密封以免受外部污染影響。例如，在一接觸式探針之情況中，探針可包括一探針主體、一觸針部件及用於量測觸針部件相對於外殼之位移之一感測器，其中提供在探針主體與可相對移動的觸針部件之間延伸之至少一第一貼合密封部件，使得感測器包含於一密封腔室內且藉此經密封免受外部污染影響。

物體可為一葉片。例如，葉片可為一渦輪機引擎之一葉片。

因此，本申請案描述一種使用安裝在一機器工具上之一類比探針掃描一物體之方法，該類比探針具有一較佳量測範圍，該方法包括：執行一掃描量測操作，其包括使物體與類比探針彼此相對移動使得類比探針沿物體之表面上之一標稱量測線獲得掃描量測資料，其中掃描量測操作期間沿該標稱量測線獲得之一些資料係在類比探針的較 佳量測範圍內且一些資料係在探針的較佳量測範圍以外。

根據本發明之一第二態樣，提供一種電腦程式，其包括當藉由一機器工具設備執行時導致該機器工具設備執行上述方法之指令。

根據本發明之一第三態樣，提供一種電腦可讀媒體，其包括當藉由一機器工具設備執行時導致該機器工具設備執行上述方法之指令。

根據本發明之一第四態樣，提供一種機器工具設備，其包括一機器工具、安裝在該機器工具上之一類比探針及一控制器，該控制器經組態以控制類比探針與待量測之一物體之相對移動以沿物體之表面上之一標稱量測線收集掃描量測資料，且特定言之，根據一相對運動行程控制類比探針及/或物體以下列之一方式控制該較佳量測範圍相對於物體之表面之位置：基於該物體之該表面之假定性質，將會導致該類比探針沿該物體之該表面上之該標稱量測線獲得其較佳量測範圍內之資料，且超過其較佳量測範圍。

現在將僅藉由實例參考隨附圖式描述本發明之實施例。

參考圖1，展示一機器工具設備2，其包括一機器工具4、一控制器6、一PC 8及一傳輸器/接收器介面10。該機器工具4包括用於使固持一類比探針14之一主軸12相對於位於一桌子15上之一工件16移動之馬達(未展示)。使用編碼器或類似物以一已知方式精確量測主軸12(及因此該類比探針14)之位置。此等量測提供以機器座標系統(x,y,z)定義之主軸位置資料。一數值控制器(NC)18(其係該控制器6之部分)控制該主軸12在該機器工具之工作區內之x,y,z移動且亦控制與主軸位置有關的所接收資料。

如應瞭解，在替代性實施例中，可藉由該桌子15相對於主軸之移動提供任何或所有x、y及z維度之相對移動。此外，可藉由該主軸12之一部分(例如，安裝在該主軸上之一旋轉/懸臂式頭)及/或桌子15 之一部分(例如，一旋轉桌)提供該類比探針14與該工件16之相對旋轉移動。此外，可將移動限於更少維度，例如僅x及/或y。進一步言之，所述實施例包括一笛卡爾(cartesian)機器工具，而應瞭解情況不一定如此且這可能為(例如)一非笛卡爾機器工具。進一步言之，許多其他不同類型的機器工具(包含工具機及並聯運動學機器及機器手臂)已為人熟知且可與本發明一起使用。

在所述實施例中，該類比探針14係一接觸式類比探針，其包括一探針主體20、自該探針主體20延伸之一工件接觸觸針22且具有在該觸針22之遠端處呈一工件接觸尖端24之形式(在此情況中呈一球面觸針球之形式)之一表面偵測區。該類比探針14量測該觸針22在一探針幾何系統(a,b,c)中之偏斜。(然而，如應瞭解，情況不一定如此，且例如該類比探針可僅在1個或2個維度中量測偏斜或甚至提供指示偏斜限度而不具備偏斜方向之任何指示之一輸出)。該探針14亦包括(例如，經由一無線電、光學或其他無線傳輸機制)與該傳輸器/接收器介面10無線通信之一傳輸器/接收器(未展示)。

如上文提及，類比量測探針具有一有限的量測範圍。例如關於接觸式類比探針，探針可具有其等可在x、y及z維度中偏斜之一實體最大量。不僅如此，而且探針可經組態使得探針在最大實體範圍之一定子範圍內最佳地工作。例如，圖2(a)圖解說明圖1之類比探針，且實線表示該觸針22在一靜止(例如，未偏斜)位置處之位置。虛線中所示之最外面的觸針位置表示觸針在x維度中之最大實體偏斜。然而，探針可經組態使得當觸針偏斜小於該最大實體偏斜的量時該探針最精確。探針亦可經組態使得當觸針偏斜一最小下臨限值時該探針最精確。例如，該類比探針14可具有一較佳量測範圍，該範圍之上界限及下界限係藉由圖2(a)中展示為虛線之觸針位置加以展示。因此，可知在靠近該較佳量測範圍外部之觸針靜止位置的中間存在一死區d(在x 維度中)。

如應瞭解，在y維度中偏斜之情況亦同樣如此。此外，在所述實施例中，在z軸中亦存在一最大實體偏斜範圍及探針經組態以提供最精確結果之z軸偏斜之一子範圍(一較佳量測範圍)。

圖2(b)中所示之虛線28示意地圖解說明在x及z維度中採用之類比探針14較佳量測範圍之範疇。如應瞭解，此一範圍實際上在3個維度中延伸且因此實際上近似中間切口一小孔之一扁半球形狀。

圖2(c)之虛線亦示意地圖解說明諸如一電感探針之一非接觸式探針之較佳量測範圍。內部及外部虛線表示最佳量測效能之最小及最大探針/工件分離界限。如應瞭解，針對非接觸式探針展示之較佳量測範圍可為探針之整個量測範圍或僅探針之整個量測範圍之一子集。如應瞭解，可將整個量測範圍視為可被稱為非接觸式探針的表面偵測區之範圍。

如應瞭解，該較佳量測範圍之大小將隨探針變化。對於一接觸式類比探針，該較佳量測範圍之大小可為(例如)在任何給定維度中不大於+/- 0.8mm，例如在任何給定維度中不大於+/- 0.725mm，例如在任何給定維度中不大於+/- 0.5mm，例如在一些境況中，在任何給定維度中不大於+/- 0.3mm(自觸針靜止位置量測)。當然，亦可能存在緊接在觸針位置周圍之一死區，觸針在其進入該較佳量測範圍之前必須偏斜超出該死區，該較佳量測範圍可為(例如)在任何給定維度中距觸針靜止位置不小於+/- 0.2mm，例如在任何給定維度中距觸針靜止位置不小於+/- 0.1mm，例如在任何給定維度中不小於+/- 0.125mm(同樣是自觸針靜止位置量測)。

如上所述，本發明背離必須維持探針使得探針總是沿物體之表面上的標稱量測線來收集其較佳量測範圍內之資料的傳統觀點。相反地，如從下文所述之實施例明白，本發明實現沿標稱量測線獲得探針 之較佳量測範圍內部或外部的量測，且接著必要時隨後過濾該等量測。

圖3圖解說明根據本發明之一實施例涉及的一般程序100。該方法開始於步驟102，此時將待量測之部分之一模型載入至該PC 8中。如下文更詳細地解釋，在其中待量測之工件係未知的實施例中，並非必要執行此步驟。在步驟104，產生定義類比探針14之一運動行程以獲得該工件16之掃描量測資料之一程式。在所述實施例中，運動行程經組態使得類比探針將沿物體之表面上之一標稱量測線獲得其較佳量測範圍內及外部的量測資料。如應瞭解，在其中該工件16可移動且該類比探針14亦可移動或該探針14不能移動(例如，藉由一可移動桌15)之實施例中，該程式亦可定義該工件16之一運動行程。換言之，步驟104包括計劃該類比探針14與該工件16之間的相對運動行程，使得該類比探針14可收集關於該工件16的掃描量測資料。在步驟106，經由API 26將該程式載入至該NC 18中。步驟108涉及執行量測操作及記錄量測資料。特定言之，執行量測操作包括：該NC 18解譯該程式的指令，且產生用以命令該機器工具4的馬達(未展示)根據預定運動行程來移動該類比探針14的馬達控制信號。記錄量測資料包括多個程序。特定言之，經由該NC 18將主軸位置資料(x,y,z)(如上文提及，其係藉由該機器工具4上之編碼器提供)傳遞至該PC 8。此外，亦經由該探針傳輸器/接收器介面10將探針偏斜資料(a,b,c)(如上文提及，其係藉由類比探針獲得)傳遞至該PC 8。該PC 8組合該主軸位置資料(x,y,z)與該探針偏斜資料(a,b,c)，以提供定義在機器座標幾何形狀內一表面之位置的一組量測。

步驟110包括該PC 8過濾所記錄的量測資料。在所述之特定實施例中，這包括該PC 8針對類比探針的較佳量測範圍內獲得之量測資料過濾所記錄的量測資料。如應瞭解，可以其他方式針對(例如)類比探 針的較佳量測範圍以外獲得之量測資料過濾該資料。如從上述不同實施例明白，如何執行該過濾且所獲得的最終結果隨實施例變化。

例如(且如下文更詳細地解釋)，圖4圖解說明根據本發明之用於量測其中觸針尖端以一起伏方式跨該工件16移動之一已知部分以收集其較佳量測範圍之內及以外的資料之一技術。圖5圖解說明用於藉由在不同標稱觸針尖端位置處來來回回地往復運動該部分之表面上之相同標稱量測線量測一未知部分之一技術，且圖6圖解說明一類似技術，但是該類似技術係用於量測一已知部分。

首先參考圖4，這圖解說明該觸針尖端24可經組態使得其總體移動(藉由假虛線30圖解說明)大體上平行於該工件16之表面17。然而，如黑暗虛線32圖解說明，類比探針與工件16之相對運動行程經組態使得導致標稱觸針尖端中心點23隨著其沿該物體16之表面17上之一標稱量測線19行進而朝向該表面起伏且起伏遠離該表面。虛線圓圈24A、24B、24C表示在沿該物體16之表面上之標稱量測線之三個不同點處該觸針尖端之標稱位置。如應瞭解，此等觸針尖端位置24A、24B、24C在以下方面係標稱的：若沿該標稱量測線之點處不存在該物體，則這係該尖端將處於其中之位置。該標稱量測線19(更容易地參見圖5(b)，圖解說明本發明之一不同實施例)係待於其上蒐集量測資料之該物體之表面17上之線。該線係標稱的在於這係該物體上之預期量測線。如應瞭解，若該物體16之位置及/或材料條件與期望不同，則實際量測線可不同。

可藉由(例如)隨著探針跨該工件16往復運動而改變相對於該工件16之表面17之探針的隙距(stand-off distance)而達成該標稱觸針尖端中心點23之此起伏。視需要，若探針係安裝在一懸臂式頭上，則這可藉由改變探針圍繞該懸臂式頭的旋主軸之至少一者之角位置而達成。

在所述實施例中，運動行程經組態使得該標稱起伏運動32經組 態，使得對於一完美工件16(即，其中實際工件確切地對應於模型工件)，該探針14觸針22經組態以隨著其沿該工件16之表面17行進而在過度偏斜與偏斜不足之間振盪，在過度偏斜與偏斜不足之間該類比探針14收集其較佳量測範圍內之量測資料。例如，如圖4中所示，在標稱觸針尖端位置24A處，觸針偏斜係致使該探針14獲得其較佳量測範圍內之量測資料，而在標稱觸針尖端位置24B及24C處，該觸針分別偏斜不足及過度偏斜。因此，從圖4之實施例可見，隨著該觸針尖端24跨該表面行進，將在探針的較佳量測範圍內獲得僅其中觸針偏斜係在其較佳偏斜範圍內之選擇部分(藉由短劃線及虛線區段34圖解說明)及因此僅獲自量測探針之資料之選擇部分。

如應瞭解，在圖4中大幅放大該觸針中心尖端之起伏部分之振幅A以輔助圖解。如應瞭解，該振幅A之限度將取決於許多因數而變化，包含該較佳量測範圍之限度、一可偏斜觸針之實際實體範圍之限度、標稱工件尺寸及表面位置之期望變化程度。然而，僅舉例而言，該振幅A可小於5mm，例如小於2mm及例如大於0.5mm，例如1mm。此外，該起伏運動之節距P將取決於許多因數而變化，諸如上文提及之因數及例如所需量測之密度，且例如可小於100mm且例如大於10mm，例如50mm。

雖然圖4之方法僅導致獲得探針的較佳量測範圍內之一些量測資料，但是此量測方法可有助於確保儘管該工件16之材料條件與期望不同，亦獲得該較佳量測範圍內之至少一些量測資料。例如，參考圖4，若該工件16之實際位置稍微偏位使得其表面17經定位一小部分更靠近該標稱探針尖端中心線32，則仍將獲得量測資料，但是該較佳量測資料將在該標稱探針尖端中心線32之峰值處獲得，而非在藉由短劃線部分及虛線部分34圖解說明之點處。

圖5(a)及圖5(b)圖解說明其中待量測之部分未知之一替代性實施 例。在此情況中，在步驟102未將該部分之模型載入至該PC中，且步驟104包括產生可用以獲得關於該未知部分之量測資料之一標準運動行程。該部分在以下方面可能未知：其形狀及至少一特徵之尺寸未知且待判定。在所述實施例中，如虛線40圖解說明，預定運動行程經組態使得該標稱探針尖端中心23沿該物體16之表面17上之相同標稱量測線19來來回回地移動，但是與該表面17相距不同標稱距離。在所示實施例中，每次跨該物體之表面往復運動大體上係一直線上且亦限制在一平面內，然而如應瞭解，情況不一定如此。更確切地，例如，每次往復運動可涉及導致該標稱觸針尖端中心點極類似於圖4中所示般起伏。此外，每次往復運動之路徑可在一側向方向上(例如以一側對側運動)曲折。此外，該預定運動行程無須以一來來回回方式移動標稱探針尖端中心。例如，每次往復運動可發生在相同方向上。此外，每次往復運動可包括(例如)以一捲繞(例如，螺旋)方式跨物體之表面移動標稱探針尖端中心。

如所示，經由連續往復運動將使類比探針的較佳量測範圍之位置相對於該物體16之表面17下降。特定言之，經由連續往復運動，類比探針的較佳量測範圍沿該表面上之標稱量測線之平均位置下降。在所述實施例中，在第一次往復運動之後，該觸針尖端24偏斜不足而未能進入其較佳偏斜範圍且因此未獲得該較佳量測範圍內之資料。如短劃線及虛線部分42圖解說明，在第二次往復運動之後，該表面17之頂峰導致該觸針尖端24在其較佳偏斜範圍內偏斜且因此該掃程之一部分獲得探針的較佳量測範圍內之量測資料。如可見，對於第三次往復運動及第四次往復運動，該觸針再次在其較佳偏斜範圍內偏斜以對該等掃程之部分42獲得探針的較佳量測範圍內之量測資料。在步驟110期間，可自整個量測資料集過濾已在該較佳量測範圍內獲得之此等部分42之量測資料且整理此等量測資料以提供關於該物體之一新量測資料 集，該新量測資料集之所有係在該類比探針14較佳量測範圍內獲得。在所示實施例中，該探針尖端中心23之標稱運動行程係致使在該較佳量測範圍內獲得之資料之部分42在連續掃程之間重疊。然而，情況不一定如此，這可因此意謂自該類比探針14較佳量測範圍內獲得之資料而產生之任何最終資料集中可存在間隙。此外，正如圖4，放大各掃程之間朝向該工件之步進以輔助圖解。該步進之實際大小取決於多種因數而改變，包含探針之量測範圍，但是該量測範圍通常可(例如)與0.2mm一樣小且與0.8mm一樣大。此外，雖然展示該標稱觸針尖端中心點在每次往復運動之後朝向該物體步進，但是情況不一定如此。例如，該標稱觸針尖端中心點可標稱地沿該掃程之長度逐漸靠近，使得其沿每次往復運動逐漸接近該物體。

在結合圖5描述之實施例中，類比探針的觸針偏斜超出其較佳量測範圍，但是從不偏斜超出其最大偏斜臨限值。然而，在其他實施例中，可能的是，物體之形狀及尺寸及/或相對移動之預定路徑係致使類比探針處於使其觸針偏斜超出其最大偏斜臨限值之風險。在此情況中，在一掃描操作期間，可監控類比探針的輸出以檢查此一情形並採取修正動作。此修正動作可停止及中斷該掃描操作。視需要，此修正動作可調整相對移動之預定路徑使得避免觸針偏斜超出其最大偏斜臨限值。例如，當每次往復運動結束時，可判定是否在下一次或一未來往復運動之後觸針有可能偏斜超出其最大偏斜臨限值，且若如此，則調整相對移動之預定路徑。

即使已知工件之標稱形狀，結合圖5針對未知部分描述之所採用之此一光柵掃描(rastering)途徑亦可有用。例如，參考圖6(a)，展示其中該工件16之實際表面形狀17在該工件16具有一非所期傾角27時偏離其標稱表面形狀17’之一情形。因此，若該觸針尖端24欲遵循實質上平行於所期標稱表面形狀17之一路徑50，則其將導致針對該表面之傾 斜部分未獲得類比探針的較佳量測範圍內之量測資料。然而，如圖6(b)中圖解說明，使用採用光柵掃描途徑之一路徑52使得能夠沿該路徑52獲得在類比探針的較佳量測範圍內獲得之待過濾及整理之量測資料(此資料係藉由短劃線部分及虛線部分54圖解說明)，以藉此對用於該實際表面形狀17之整個標稱量測線19提供在類比探針的較佳量測範圍內獲得之量測資料。

如應瞭解，可以許多種不同方式達成過濾。例如，可在來源處進行過濾，其中藉由類比探針及/或接收器/傳輸器介面10報告僅類比探針的較佳量測範圍內獲得之資料。視需要，藉由僅在類比探針的較佳量測範圍內獲得之量測與主軸(即，類比探針)位置資料相組合，報告來自類比探針之所有資料。在一替代性實施例中，組合所有類比探針資料與主軸位置資料，且接著隨後過濾經組合之資料以移除含有該較佳量測範圍以外的類比探針資料之經組合之資料。

上述實施例過濾且整理類比探針的較佳量測範圍內獲得之資料。如應瞭解，情況不一定如此且例如相反地，根據本發明之一方法可過濾且整理類比探針的較佳量測範圍以外的資料，或更確切地僅報告該較佳量測範圍以外的資料。例如，當僅注意已知一部分何時超出容限(且例如可能超出容限的限度)時，這可能有用。

在上述實施例中，判定類比探針與物體沿其彼此相對移動之路徑。特定言之，在開始掃描操作之前判定整個路徑。然而，情況不一定如此。例如，參考結合圖5及圖6描述之實施例，可以按往復運動為基礎產生相對移動之路徑。例如，可完成沿標稱量測線之一第一次往復運動，且若判定並非所有沿該標稱量測線獲得之量測資料皆係在類比探針的較佳量測範圍內，則可沿該標稱量測線執行一後續往復運動，其中類比探針的較佳量測範圍相對於物體沿該往復運動處於一不同位置。可繼續重複此程序，直至已沿該標稱量測線之整個長度獲得 類比探針的較佳量測範圍內之量測資料。

在其他實施例中，本發明之方法可包括基於在先前掃描操作期間(例如，根據圖4、圖5及圖6之實施例之一掃描操作期間)獲得之量測資料而產生並執行(例如，作為一第二掃描操作之部分)類比探針與物體之一新相對移動行程。該新相對移動行程可包括類比探針跨物體之表面實質上沿相同量測線往復運動。然而，在此情況中，對於大於物體之先前量測之量測路徑之一百分比，可控制相對移動使得類比探針與物體之相對位置係致使類比探針獲得其較佳量測範圍內之量測。特定言之，類比探針與物體遵循之新相對移動路徑可經組態使得類比探針沿實質上相同標稱線之整個長度獲得其較佳量測範圍內之量測資料。這係圖7中所示之情況，圖7係圖6(b)之一複製品，唯實線56圖解說明由藉由虛線52圖解說明之掃描期間獲得之資料而產生之探針尖端中心之路徑以外。

在上述實施例中，可高速執行掃描操作(例如，工件感測部分(例如，該觸針尖端24)與物體以至少16mm/s(較佳地至少25mm/s、更佳地至少50mm/s、尤其較佳地至少100mm/s，例如至少250mm/s)彼此相對行進)，這係因為該探針14是否獲得其較佳量測範圍以外的資料無關緊要。

2‧‧‧機器工具設備

4‧‧‧機器工具

6‧‧‧控制器

8‧‧‧個人電腦(PC)

10‧‧‧傳輸器/接收器介面

12‧‧‧主軸

14‧‧‧類比探針

16‧‧‧工件/物體

17‧‧‧物體之表面

17’‧‧‧標稱表面形狀

18‧‧‧數值控制器

19‧‧‧量測線

20‧‧‧探針主體

22‧‧‧工件接觸觸針

23‧‧‧觸針尖端中心點/探針尖端中心

24‧‧‧接觸尖端

24A‧‧‧觸針尖端位置

24B‧‧‧觸針尖端位置

24C‧‧‧觸針尖端位置

26‧‧‧應用程式介面(API)

28‧‧‧虛線

29‧‧‧虛線

30‧‧‧假虛線

32‧‧‧標稱起伏運動/探針尖端中心線

34‧‧‧虛線

40‧‧‧虛線

42‧‧‧掃程之部分

50‧‧‧標稱表面形狀之路徑

52‧‧‧光柵掃描途徑之路徑

54‧‧‧虛線

56‧‧‧實線

圖1係展示用於一機器工具之系統架構之一示意圖；圖2(a)至2(c)係圖解說明類比量測探針之量測範圍之示意圖；圖3係圖解說明根據本發明之一實施例之一量測操作期間之流程控制之一系統流程圖；圖4示意地圖解說明根據本發明之一第一實施例之一觸針尖端之標稱路徑；圖5(a)及圖5(b)示意地圖解說明根據本發明之一第二實施例之一 觸針尖端之一標稱路徑之側視圖及等角視圖；圖6(a)及圖6(b)分別圖解說明根據本發明之一第三實施例及第四實施例之一觸針尖端之標稱路徑；及圖7圖解說明根據本發明之一進一步實施例之根據一初步掃描及基於該初步掃描期間獲得之資料而產生之一後續掃描之一觸針尖端之標稱路徑。

16‧‧‧工件/物體

17‧‧‧物體之表面

19‧‧‧量測線

23‧‧‧觸針尖端中心點/探針尖端中心

24‧‧‧接觸尖端

40‧‧‧虛線

42‧‧‧掃程之部分

Claims (15)

1. 一種使用安裝在一機器工具上之包括用於接觸一物體之一可偏斜觸針之一接觸式類比探針沿該物體之表面上之一標稱量測線掃描該物體以收集掃描量測資料之方法，該類比探針具有一較佳量測範圍，該方法包括：根據一相對運動行程，控制該接觸式類比探針及/或該物體以執行一掃描操作，該相對運動行程經組態使得基於該物體之該表面的假定性質，將會導致該類比探針沿該物體之該表面上之該標稱量測線獲得其較佳量測範圍內的資料，且導致該類比探針超出其較佳量測範圍之外。
2. 如請求項1之方法，其包括收集在該接觸式類比探針之較佳量測範圍內獲得的掃描量測資料，且輸出作為該物體的量測。
3. 如請求項2之方法，其中該收集及輸出包括：過濾獲自該接觸式類比探針之該資料以獲得獲自該接觸式類比探針之較佳量測範圍內的選擇物體量測資料，並將該選擇物體量測資料提供作為該物體之該量測。
4. 如請求項1之方法，其中該接觸式類比探針以下列之一方式行進：基於該物體之該表面的假定性質，導致該接觸式類比探針之較佳量測範圍的位置隨著其沿該標稱量測線移動而相對於該物體之該表面重複地上升及下降。
5. 如請求項1之方法，其中該接觸式類比探針隨著其移動而與該物體之該表面維持一位置感測關係，以沿該標稱量測線收集資料。
6. 如請求項1之方法，其中該預定相對運動路徑經組態使得，在該掃描操作期間，該接觸式類比探針的較佳量測範圍沿該標稱量 測線複數次跨該物體往復運動。
7. 如請求項6之方法，其中對於不同往復運動，該接觸式類比探針針對該物體之不同部分沿該標稱量測線獲得其較佳量測範圍內之量測資料。
8. 如請求項1之方法，其中對於連續往復運動，該較佳量測範圍相對於該表面採取之路線的形式實質上相同，但是其中對於不同往復運動，在沿該標稱量測線之至少一點處，該路線距該表面之高度不同。
9. 如請求項1之方法，其中該較佳量測範圍內獲自不同往復運動之表面量測資料經整理，以沿該標稱量測線形成表示該物體之該表面之一量測資料集。
10. 如請求項1之方法，其包括產生並執行該類比探針與該物體之一新相對移動行程作為一第二掃描操作之部分。
11. 如請求項10之方法，其中該新相對移動行程包括該接觸式類比探針跨該物體之該表面實質上沿相同量測線往復運動，但是其中對於大於該掃描操作之該移動行程之一百分比，控制該相對移動使得該接觸式類比探針獲得其較佳量測範圍內的量測。
12. 如請求項1之方法，其中該接觸式類比探針之較佳量測範圍係該接觸式類比探針之一較佳偏斜範圍。
13. 一種電腦程式，其包括當由一機器工具設備執行時導致該機器工具設備執行任何前述請求項之方法的指令。
14. 一種電腦可讀媒體，其包括當藉由一機器工具設備執行時導致該機器工具設備執行請求項1至12中任一項之方法的指令。
15. 一種機器工具設備，其包括一機器工具、安裝在該機器工具上之具有一可偏斜觸針之一接觸式類比探針及一控制器，該控制器經組態以控制該接觸式類比探針與待量測之一物體之相對移 動，以沿該物體之該表面上之一標稱量測線收集掃描量測資料，且特定言之，根據一相對運動行程控制該接觸式類比探針及/或該物體以下列之一方式控制該較佳量測範圍相對於該物體之該表面的位置：基於該物體之該表面的假定性質，將會導致該接觸式類比探針沿該物體之該表面上之該標稱量測線獲得其較佳量測範圍內的資料，且超過其較佳量測範圍。