TWI503523B - 在工具機上類比量測掃描之方法、電腦程式及電腦可讀取媒體，以及此工具機 - Google Patents

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Description

在工具機上類比量測掃描之方法、電腦程式及電腦可讀取媒體，以及此工具機
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工具機上之一類比量測工具掃描一偽像之方法。
已知在一工具機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。此觸發信號被視為工具機之數值控制器(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；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。此外，在先前獲自Renishaw®公共有限公司之CycloneTM數位化機器中具體實施使用來自類比探針本身之即時資料之此一即時控制環路。在該機器中，類比探針經控制以遵循一預定路徑，具體係跨含有一未知物體之一邊界區域之一2D光柵路徑。當類比探針在其路徑中偵測到一未知或非所期特徵時，運動速度顯著減小使得可使用即時控制以在該未知或非所期特徵上方導引類比探針而不損失該特徵之表面或過度偏斜類比探針。此外，若/當探針以一後續光柵掃描再次掃描該未知或非所期特徵附近時，隨後預測存在該未知或非所期特徵，使得運動速度減小，以使即時控制能夠在該非所期特徵上方導引探針。
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工具機掃描應用。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工具機之固有本質。這係因為工具機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。工具機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：一工具機的控制器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)。
這使其難以在一工具機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)。這亦使其難以在一工具機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工具機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工具機的控制器中。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。
當在工具機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(其使能夠在工具機提供之更惡劣的環境及諸如當該等類比探針在一工具機的主軸之中/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，例如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工具機設備上之一類比量測探針經由複數次偏位往復運動(traverse)而獲得一物體之一表面之掃描量測資料來建立該表面之一量測資料集之方法，其中後續往復運動偏位於先前往復運動，使得經由一系列往復運動使該類比探針的表面偵測區i)跨物體橫向行進及/或ii)遠離或朝向物體行進，且其中基於在至少一先前往復運動期間獲得之資料而產生及/或更新至少一後續往復運動之物體與類比探針之相對運動行程。
因此，獲自一先前往復運動之量測資料可用以判定沿一後續往復運動之運動行程。這可改良獲得掃描量測資料之效率。特定言之，獲自一先前往復運動之量測資料可用以確保類比探針及物體在後續往復運動期間避免非所要境況，諸如(例如)一接觸式類比探針過度偏斜(例如，以不能(可靠地)獲得量測資料及/或類比探針處於斷裂之風險 中之一限度延伸或延伸超出該限度)。在其中較佳在一第一(例如，較佳)量測範圍內獲得資料之實施例中，資料可用以有助於避免類比探針超過其較佳量測範圍(例如，獲得超出其較佳量測範圍以外的資料)。在某些境況中，資料可用以有助於將類比探針的量測維持在其第一(例如，較佳)量測範圍內。
如應瞭解，一類比探針之表面偵測區可為空間中類比探針可偵測物體之表面且因此收集關於物體之量測資料之區域。如應瞭解，這將會隨探針變化。在一接觸式探針之情況中，這可包括探針之表面接觸部分(例如，具有一觸針之一類比探針之觸針尖端)。在一非接觸式探針之情況中，其可為空間中該非接觸式探針可感測且量測表面之點、區域或體積。
如應瞭解，一次往復運動可包括表面偵測區跨物體相對地往復運動。這可藉由使類比探針及/或物體彼此相對移動而達成。例如，這可藉由使類比探針及/或物體彼此相對平移及/或旋轉移動而達成。因此，一次往復運動可包括根據相對運動行程控制類比探針及/或物體，使得表面偵測區沿物體往復運動。
如應瞭解，可提供一控制器，該控制器可根據定義一相對運動行程之一程式來控制工具機，以使類比探針與物體相對移動。該方法可包括將定義複數個偏位往復運動之一預定運動行程載入至工具機的控制器中。在此情況中，可基於在至少一先前往復運動期間獲得之資料藉由變更該後續往復運動之預定運動行程而產生及/或更新至少一後續往復運動之相對運動行程。如應瞭解，在另一實施例中，「即時」(即，必要時)產生每次往復運動之運動行程係可能的。因此，該方法可包括載入一第一次往復運動之一運動行程，且其中在執行該第一次往復運動期間或之後且(例如)基於該第一次往復運動期間獲得之資料而產生一後續往復運動之運動行程(及/或將該運動行程載入至控 制器中)。
更新該至少一後續往復運動之運動行程可包括：改變載入至控制器中之定義運動行程之一程式。更新運動行程可包括產生定義一新的運動行程之一新程式。更新運動行程可包括：將該新程式載入至工具機的控制器中。可於與工具機的控制器分離之一處理器裝置(例如，一PC)中產生該新程式。改變該程式可包括：修訂已載入至控制器中之一預定程式。這可能比產生待載入至控制器中之一新程式更快且更有效率。更新運動行程可視需要包括(除改變程式以外或替代地改變程式)改變藉由程式參考之資料。這可包括改變藉由載入至控制器中之程式參考之至少一變數。該變數可為程式之部分或與程式分離但與程式相關聯且(例如)儲存於控制器中之一變數表之部分。這係一種變更運動行程之特別快且特別有效率方式。該變數可與探針之一部分與特徵之所期表面之間之一標稱偏位距離有關。例如，該變數可與探針尖端中心相距物體之所期表面之標稱偏位有關。
可更新該至少一後續往復運動以避免物體與類比探針之間之不利位置關係。如應瞭解，被視為一不利位置關係將取決於特定境況，但是當然可在操作之前為人所知及/或定義。例如，一不利位置關係可能為導致一接觸式探針之觸針過度偏斜(例如，偏斜超出一預定義限度)之一位置關係。作為另一實例，一不利位置關係可能為導致物體與非接觸式探針彼此觸碰或使其等緊靠小於一較佳最小分離距離之一位置關係。
因此，該方法可包括更新該至少一後續往復運動以避免物體與類比探針之間之位置關係將導致類比探針獲得超過一第一臨限值之資料。此一技術可用以判定類比探針及物體將何時發生一不利位置關係且可產生及/或更新後續掃描以避免此一情形。
類比探針可具有一第一(例如，較佳)量測範圍。該第一(例如， 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，該第一(例如，較佳)量測範圍可為類比探針的整個量測範圍之一子集。對於任何給定的探針，該第一(例如，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。該第一(例如，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。可能的是，在類比探針的第一(例如，較佳)量測範圍內及外部沿任何給定往復運動而獲得表面量測資料。
可藉由至少一上界限及亦視需要一下界限定義該較佳量測範圍(例如，對於一接觸式探針，一最大及視需要最小較佳偏斜限度)。可藉由小於上述提及之第一臨限值之一第二臨限值(結合避免不利位置關係)定義該較佳量測範圍之上界限。可更新至少一後續往復運動以避免將導致類比探針獲得將超出其上界限之量測之位置關係。
可沿物體之表面上之一標稱量測線收集表面量測資料。該方法可經組態使得對於每次往復運動，類比探針沿實質上物體之表面上之相同標稱量測線獲得量測資料。對於其中該方法經組態使得經由一系列往復運動使該類比探針的表面偵測區遠離或朝向物體行進之實施例，這可能係較佳的。
視需要，該方法可經組態使得對於每次往復運動，類比探針沿物體之表面上之一不同標稱量測線獲得量測資料。例如，當該方法經組態使得經由一系列往復運動使該類比探針的表面偵測區跨物體橫向行進時，情況就是如此。在此情況中，複數次往復運動之標稱量測線的形式可能實質上相同。因此，該等標稱量測線可能不同之處在於其等之位置係不同的。例如，該等往復運動之標稱量測線可經定位成彼此分開。在此情況中，該等往復運動之標稱量測線可經組態以實質上彼此平行延伸。
為更新/產生後續掃描之基礎之至少一先前掃描期間獲得的資料可包括來自類比探針的量測資料。至少一先前掃描期間獲得的資料亦可包括來自工具機上之其他來源的資料。例如，至少一先前掃描期間獲得的資料可包括機器位置資料(例如，指示類比探針與物體之相對位置的資料)。此機器位置資料可(例如)來自報告探針在工具機座標空間內之位置的位置報告裝置(例如，位置編碼器)。為更新/產生後續掃描之基礎的至少一先前掃描期間獲得的資料可僅包括來自類比探針的資料。這可能比考慮來自機器之其他部分的資料更簡單且更有效率。
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，任何第一(例如，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，任何此第一(例如，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，任何第一(例如，較佳)量測範圍可為一第一(例如，較佳)觸針偏斜範圍。因此，任何此第一(例如，較佳)量測範圍可包括與最大(及視需要最小)觸針偏斜有關的上(及視需要下)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的工具機加工物體。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的工具機上。此量測後加工可基於上述量測步驟期間獲得之量測資料。工具機可為一切割機器，諸如一金屬切割機器。
如應瞭解，情況可能係：一次往復運動導致未獲得表面量測資料。例如，對於一次往復運動，表面偵測區與物體可能未重合。較佳 地，在一次往復運動期間獲得至少一些表面量測資料。因此，對於一次往復運動，表面偵測區與物體僅針對該往復運動之部分可能重合。例如，表面偵測區可能在該表面上且接著沿該往復運動再次下降至該表面以下。在其中類比探針具有一第一(例如，較佳)量測範圍之實施例中，對於任何給定往復運動，類比探針可僅沿該往復運動之部分獲得其較佳量測範圍內之表面量測資料。
較佳地，經由連續後續往復運動而獲得額外的表面量測資料。因此，一後續往復運動可經偏位使得在該後續往復運動期間，獲得關於物體表面之一部分且在一先前往復運動期間未收集之表面量測資料。在其中類比探針具有一較佳量測範圍之實施例中，一後續往復運動可經偏位使得在該後續往復運動期間，在類比探針的較佳量測範圍內獲得關於物體表面之一部分且在一先前往復運動期間未在類比探針的較佳量測範圍內收集之表面量測資料。
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，在一可偏斜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。
如上文提及，該方法可包括將定義該複數個偏位往復運動之一預定運動行程載入至工具機的控制器中。在此情況中，該方法可包括基於先前收集之掃描量測資料在掃描操作期間於多個預定點之至少一點處更新該預定運動行程(及藉此該至少一後續往復運動)。遵循一預 定運動行程可能係一種量測一物體之有效率方式，且由於可在某些點處調適該運動行程，使得可避免非所要境況，諸如一接觸式類比探針過度偏斜。
預定點可在預定(例如，定期)時間點及/或沿預定運動行程之預定點處，例如沿路徑長度之預定位置處。可藉由載入至控制器中之定義預定運動行程之程式定義該等預定點。該等預定點可分開大於類比探針之一第一(例如，較佳)量測範圍之一距離且(例如)分開大於類比探針之總體量測範圍之一距離。該等預定點可在每次往復運動之終點處。
在該等預定點之各者處可判定是否應更新預定運動行程。視需要，是否應更新預定運動行程之判定可發生在該等預定點之間的掃描操作期間。視需要，可繼續分析掃描量測資料，或在其他例項(例如在沿預定運動行程之相對移動期間介於該等預定點之間)處週期性分析掃描量測資料。上文亦適用於判定如何更新預定運動行程。因此，該方法可包括僅僅在預定點處更新預定運動行程。視需要，該方法可包括在預定點處(例如，基於先前收集之掃描量測資料)判定是否應更新預定運動行程及/或(例如，基於先前收集之掃描量測資料)判定如何更新預定運動行程。
預定運動行程可經組態使得對於每次往復運動，探針沿實質上物體之表面上之相同標稱量測線獲得量測資料。在此情況中，對於不同的往復運動，類比探針與物體之間的位置關係可能並不相同。這可能使得對於不同的往復運動，類比探針在其量測範圍內之不同點處獲得標稱量測線之相同部分之資料。
預定運動行程可經組態使得對於不同的往復運動，類比探針與物體之間的位置關係並不相同，使得對於不同的往復運動，類比探針的第一(例如，較佳)量測範圍相對於物體之位置並不相同。特定言之，這可能使得對於不同的往復運動，類比探針的第一(例如，較佳) 量測範圍相對於物體之位置(法向於表面)並不相同。因此，這可能使得對於不同的往復運動，物體之不同部分係在該第一(例如，較佳)量測範圍內。
可藉由上界限(及視需要下界限)定義該第一(例如，較佳)量測範圍。可更新預定運動行程以避免將導致類比探針獲得將超過其上界限之量測之位置關係。
類比探針的表面偵測區之位置可經組態以經由連續往復運動而下降。可量測介於相對於表面偵測區之一參考點與物體之表面(例如，表面偵測區內之一點)之間的位置。因此，例如，較佳地表面偵測區之中心每次往復運動沿其遵循之線通常可經由連續往復運動而相對於物體之表面逐漸地下降(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。
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。
因此，本申請案亦描述一種使用安裝在一工具機設備上之一類比探針量測一物體之一特徵之方法，該方法包括：將類比探針與物體可沿其彼此相對移動以收集關於該特徵之掃描量測資料之一預定運動行程載入至工具機的控制器中；藉由使類比探針及/或物體根據該預定運動行程相對移動來執行一掃描操作；其中基於先前收集之掃描量測資料沿該預定運動行程(即，並非在終點處)在多個預定點之至少一點處更新該預定運動行程。此等預定點可為時間點或空間點(例如， 位置)。
因此，本發明提供使類比探針與工件之相對移動經組態以遵循一預定運動行程之方法，該方法可為一種量測一物體之有效率方式，但是其可在某些點處經調適以(例如)避免非所要境況，諸如一接觸式類比探針過度偏斜(下文加以更詳細描述)。
預定運動行程可包括跨物體之表面之複數次往復運動以獲得掃描量測資料。可基於至少一先前往復運動期間收集之資料來更新至少一未來往復運動。因此，預定點可在每次往復運動之終點處。
根據本發明之另一態樣，提供一種使用安裝在一工具機設備上之一類比探針量測一物體之一特徵之方法，該方法包括：導致類比探針與物體彼此相對移動，使得類比探針沿一掃描路徑獲得掃描量測資料，該掃描路徑包括跨物體之表面且遵循物體之表面上之不同的標稱量測線之複數次往復運動；其中沿至少一次往復運動的類比探針與物體之相對運動行程係基於至少一先前往復運動期間獲得之資料。
因此，可使用來自沿一標稱量測線之一先前掃描之量測資料以判定沿物體之表面上之一後續不同標稱量測線的運動行程。這可改良沿該後續標稱量測線獲得掃描量測資料之效率。特定言之，其可用以確保類比探針及物體避免非所要境況，諸如一接觸式類比探針過度偏斜。在其中較佳在一第一(例如，較佳)量測範圍內獲得資料之實施例中，其可用以有助於將所獲得之類比探針的量測維持在其第一量測範圍內。
往復運動之標稱量測線之形式可實質上相同。該等標稱量測線可實質上彼此平行延伸。可基於至少一先前往復運動期間獲得之資料而產生每次往復運動之運動行程。
必要時可(例如)以按往復運動為基礎產生每次往復運動之運動行程。因此，可在第一次往復運動開始類比探針與物體之相對移動之後 產生至少一次往復運動之運動行程。視需要，可在完成至少一先前往復運動及視需要在完成所有先前往復運動之後產生下一次往復運動之運動行程。
視需要，該方法可包括將針對掃描路徑中之每次往復運動預定義類比探針與物體之相對運動行程之一預定運動行程載入至工具機的控制器中。在此情況中，該方法可包括基於至少一先前往復運動期間獲得之資料來更新該預定運動行程。
如應瞭解，上文結合本發明之第一態樣作出的陳述亦可適當地應用於本發明之第二態樣且反之亦然。
根據本發明之一第三態樣，提供一種電腦程式，其包括當藉由一工具機設備執行時導致該工具機設備執行任何上述方法之指令。
根據本發明之一第四態樣，提供一種電腦可讀媒體，其包括當藉由一工具機設備執行時導致該工具機設備執行任何上述方法之指令。
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，展示一工具機設備2，其包括一工具機4、一控制器6、一PC 8及一傳輸器/接收器介面10。該工具機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在該工具機之工作區內之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)工具機，而應瞭解情況不一定如此且這可能為(例如)一非笛卡爾工具機。進一步言之，許多其他不同類型的工具機(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)。該類比探針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可具有一第一(例如，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較佳量測範圍的範疇。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的較佳量測範圍。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之表面偵測區的範圍。
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)。
本發明背離必須維持探針在使探針總是沿物體之表面上之標稱量測線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。然而，可能係較佳的是，避免某些非所要情形。例如，可能係較佳的是，在一接觸式類比探針之情況中，避免探針過度偏斜，尤其係避免可使觸針或探針具有斷裂之風險的過度偏斜。在非接觸式類比探針之情況中，可能較佳的是，完全避免探針與物體之間的接觸。因此，下文揭示之技術實現快速獲得掃描量測資料並同時避免此等非所要情形。
圖3圖解說明根據本發明之一實施例涉及之一般的程序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。如應瞭解，在其中待量測之工件未知之實施例中可能不會執行此步驟。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。如應瞭解，在其中該工件16可移動且該類比探針14亦可移動或該類比探針14不能移動(例如，藉由一可移動桌)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之間之相對運動行程，使得該類比探針14可收集關於該工件16之掃描量測資料。在所述實施例中，如從下文結合圖4至圖6之描述更明白，該運動行程經組態使得該類比探針及工件將複數次跨彼此來來回回地往復運動。在步驟106，經由應用程式介面(API)26將該程式載入至該NC 18中。在步驟108，該NC 18解譯該程式的指令且產生用以命令該工具機4的馬達(未展示)根據藉由該程式定義之往復運動之一者移動該類比探針14之馬達控制信號。同時，記錄包括多個程序之量測資料。特定言之，經由該NC 18將主軸位置資料(x,y,z)(如上文提及，其係藉由該工具機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之一組量測。
在步驟110，該PC 8接著自該掃描判定來自該類比探針14之獲得關於剛剛完成之往復運動之資料是否完地全在其較佳量測範圍內。若在較佳量測範圍內，則程序隨著已獲得所有相關量測資料而結束。若不在較佳量測範圍內，則控制進行至步驟112，此時該PC 8基於對未來運動行程的瞭解及亦關於剛剛執行之往復運動(及/或其他先前往復運動)收集之量測資料來判定該類比探針14是否有可能超過其最大較佳偏斜。若超過探針最大較佳偏斜，則在步驟114，該PC 8操縱該NC 18中之程式及/或藉由載入至該NC 18中之程式參考之變數以確保這不會發生在此一未來往復運動上。如應瞭解，其可為經修改之下一次往復運動或某個其他未來往復運動或甚至多個未來往復運動。
如應瞭解，更新一現有運動行程可快於每次產生整個新運動行程。特定言之，若該NC18接收探針偏斜資料且執行步驟112及114本身，則可極快地執行步驟112及114。
將參考圖4至圖6進一步描述本發明之實施例。在圖4中所示之一第一實施例中，展示一種量測一已知部分之方法。已知該部分在於已知的其標稱形狀、尺寸及位置。在所述實施例中，藉由實線30圖解說明標稱形狀，而藉由虛線32圖解說明偏離其實際形狀。如所示，歸因於製造不精確而使該實際形狀32偏離標稱或所期形狀。特定言之，如所示，該實際形狀在其形狀中包括一非所期傾角34及一團塊35。預定運動行程包括沿該物體16之表面17上之相同標稱量測線19(更容易地參見圖5(e))之兩次往復運動，但是其中對於該兩次往復運動，該物體之表面與觸針球24之標稱中心點之間的標稱偏位距離不同，以確保在類比探針的較佳量測範圍內亦可量測此等偏離。藉由虛線40展示該等觸針球24中心沿運動行程之標稱位置。
在所述實施例中，第一次往復運動係最遠離該工件16之表面17 之往復運動。歸因於該工件16之表面17中之非所期傾角，根據圖3，在步驟110將判定並未獲得類比探針的較佳量測範圍內之沿該往復運動之長度之所有量測。因此，執行預定運動行程之第二次往復運動。然而，如上文提及，該工件16之表面17中亦存在一非所期團塊35以及該非所期傾角34。將在該第一次往復運動期間偵測/量測此團塊35，且因此根據步驟112及114，判定在不對該預定運動行程作出任何修改之情況下該團塊是否將會導致探針在該第二次往復運動過度偏斜。在此情況中，判決該團塊將會導致探針在該第二次往復運動過度偏斜且因此判決修改該預定運動行程。對運動行程之此一修改之效果在於：標稱探針尖端中心點偏離其原始標稱行程，如圖4中之虛線42圖解說明。在所述實施例中，這係藉由該主軸12及因此探針頭20自原始預定運動行程移位而達成。如應瞭解，這可以其他方式達成。例如，若該類比探針14係安裝在一懸臂式頭上，則標稱尖端中心點之運動行程的移位亦可藉由使該類比探針14圍繞該懸臂式頭之一旋主軸旋轉而達成。視需要，若該桌子15可移動，則這可藉由移動該桌子而達成。
本發明之方法的價值亦在於量測未知部分(例如，未知形狀、尺寸及/或位置之部分)。例如，參考圖5(a)至圖5(e)，可藉由僅僅產生包括使該類比探針14觸針尖端24跨物體上之相同標稱量測線19複數次來來回回地移動但每次降低觸針尖端中心點與物體之表面之間的標稱分離來量測一未知部分(參考圖3)，而非藉由在步驟102載入標稱物體資料中(確切地說，一未知部分不存在標稱物體資料)及在步驟104產生基於此標稱物體資料之一路徑來量測該未知部分。例如，如圖5(a)中所示，產生一預定運動行程，其最初經組態以移動該觸針尖端24使得其中心點沿物體之表面上之一共同標稱量測線19以直線複數次標稱上來來回回地移動，其中每次往復運動減小該觸針尖端與該表面之間的標稱偏差，如虛線50圖解說明。如所示，因為該物體16之形狀、尺寸 及/或位置未知，所以標稱尖端中心之路徑的形狀無須與該部分之形狀相同，且亦確保量測操作得到其所需所有量測資料，預定運動行程可包括遠多於實際需要的往復運動次數。
在所示情況中，在每次往復運動結束時判定且施加對預定運動行程的更新(虛線52圖解說明對探針中心點沿該往復運動之標稱位置之效果)，使得避免該觸針22由於連續往復運動而過度偏斜。對於圖5(a)至圖5(e)中所示之情況，步驟110至114之迴圈繼續直至如圖5(d)中所示，針對一次往復運動之長度之量測資料在量測探針的較佳量測範圍內且因此結束該方法且未對物體執行後續預定往復運動。
在所述實施例中，在每次往復運動之後判定是否需要更新預定運動行程以考量由一先前掃描判定之表面形狀17，例如非所期地偏離標稱形狀，諸如物體之表面中之團塊或傾角。如亦應瞭解，相反地，該方法可包括逐往復運動地產生運動行程，而非具有在每次往復運動之後更新之一預定運動行程。例如，參考圖7，方法200可包括在步驟202使用者將標稱物體資料載入至該PC 8中及接著在步驟204產生定義類比探針跨物體至少一次往復運動之一運動行程之一程式。接著在步驟206將此程式載入至該NC 18中且在步驟208執行該至少一次往復運動。若在步驟210判定需要關於工件之表面之更多資料，則控制進行至步驟212，此時產生定義使類比探針沿一不同的標稱量測線跨工件之表面執行至少一進一步往復運動之一運動行程之一新程式。可使用獲自至少一先前往復運動之表面資料而產生藉由此新程式定義之類比探針之運動行程。接著在步驟214將此新程式載入至該NC 18中且接著在步驟208執行此新程式。繼續此迴圈直至獲得關於物體之表面之足夠多的資料。
圖6圖解說明本發明之一替代性實施例，其中對於不同的往復運動，物體之表面上之標稱量測線不同，而非沿物體之表面上之相同標 稱量測線發生物體之每次往復運動。虛線60圖解說明探針尖端中心點沿物體之表面之標稱路徑，從虛線60可知該路徑包括跨該工件16之表面17之一系列往復運動。如可知，在所述實施例中，每次往復運動之標稱量測線之形式實質上相同且彼此平行延伸。然而，如應瞭解，情況不一定如此。正如上述實施例，可將複數次往復運動之路徑載入至NC中，且接著可基於先前往復運動更新後續往復運動。視需要，該方法可包括將僅僅一第一次往復運動之指令載入至NC中，且接著在完成該第一次往復運動之後可產生下一次往復運動之指令，使得在產生下一次往復運動期間可考慮來自該第一次往復運動之資料。
可以許多不同方式產生該第一次往復運動之指令。例如，若該部分係一已知部分，則可假定待量測之物體將與所期望的一樣且可因此產生路徑。視需要，這可藉由在執行沿該往復運動之一掃描之前沿標稱量測線對物體採取選擇量測加以確認。視需要，尤其若該部分未知，則該方法可包括執行一調查量測操作以獲得沿該第一次往復運動之至少一些量測資訊。例如，該調查量測操作可包括執行類似於圖4或圖5中所述之一操作。進一步視需要，可在執行該第一次往復運動之前沿該第一次往復運動之長度在多個離散點處獲得觸發型量測。作為另一選項，諸如上文在本申請案之背景段落中所述之一批次處理技術可用以執行一第一次往復運動。
因此，可將該第一次往復運動視為一未知往復運動，且將後續往復運動視為已知往復運動(此係因為其中後續往復運動係基於獲自至少一先前往復運動之量測資訊而產生)。然而，該方法可經組態使得在後續往復運動期間監控探針之輸出，使得若發生一非所期量測(例如，若探針超出其較佳量測範圍之外)，則其恢復執行一未知往復運動(例如，使用一批次處理技術或諸如圖4及圖5中所示之一多掃程(pass)/光柵掃描技術)。
在所示實施例中，掃描路徑包括跨物體之表面之來來回回地複數次往復運動。當然，該等往復運動可全部發生在相同方向上。此外，該掃描路徑無須包括複數次往復運動。例如，可僅僅執行以預定時間間隔更新之一次往復運動。此外，任何往復運動之形狀無須包括一大體上直線。例如，一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，該掃描路徑無須包括以一來來回回方式移動標稱探針尖端中心。例如，每次往復運動可包括以一捲繞(例如，螺旋)方式跨物體之表面移動標稱探針尖端中心。因此，雖然上述實施例圖解說明標稱量測線係限制在僅覆蓋物體之表面上之一直線之一平面中，但是情況不一定如此，且每次往復運動可覆蓋物體之表面之寬闊的區域。
在上述實施例中，可高速執行往復運動(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)，這係因為該類比探針14是否獲得其較佳量測範圍以下的資料無關緊要且亦因為基於早期往復運動更新後續往復運動使該程序有信心將不會讓該類比探針14及該物體16發生一不利位置關係(例如，諸如將會導致該探針的觸針過度偏斜)。
2‧‧‧工具機設備
4‧‧‧工具機
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
15‧‧‧桌子
16‧‧‧工件/物體
17‧‧‧物體之表面
18‧‧‧數值控制器
19‧‧‧量測線
20‧‧‧探針主體
22‧‧‧工件接觸觸針
24‧‧‧工件接觸尖端/觸針球
26‧‧‧應用程式介面(API)
28‧‧‧虛線
29‧‧‧虛線
30‧‧‧標稱形狀
32‧‧‧實際形狀
34‧‧‧傾角
35‧‧‧團塊
40‧‧‧標稱位置
50‧‧‧虛線
52‧‧‧虛線
60‧‧‧虛線
圖1係展示用於一工具機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二實施例之執行根據本發明之一量測操作之不同階段；及圖5(a)至5(d)示意地圖解說明根據本發明之一第一實施例之執行 根據本發明之一量測操作之各階段之側視圖，且圖5(e)示意地圖解說明圖5(a)之一示意圖；圖6示意地圖解說明本發明之一實施例，其中使用本發明之方法沿物體之長度以及其寬度量測物體；及圖7係圖解說明根據本發明之另一實施例之一量測操作期間之流程控制之一系統流程圖。
16‧‧‧工件/物體
19‧‧‧量測線
24‧‧‧工件接觸尖端/觸針球
30‧‧‧標稱形狀
32‧‧‧實際形狀
34‧‧‧傾角
35‧‧‧團塊
40‧‧‧標稱位置

Claims (14)

  1. 一種使用安裝於一工具機設備上之一類比量測探針經由複數次偏位往復運動而獲得一物體之一表面之掃描量測資料來建立該表面之一量測資料集的方法，後續往復運動偏位於先前往復運動，使得經由一系列往復運動使該類比量測探針的表面偵測區i)跨該物體橫向行進及/或ii)遠離或朝向該物體行進，且其中基於在至少一先前往復運動期間獲得之資料而產生及/或更新至少一後續往復運動的相對運動行程。
  2. 如請求項1之方法，其中基於在至少一先前往復運動期間獲得的資料，藉由變更該後續往復運動之預定運動行程而產生及/或更新至少一後續往復運動的相對運動行程。
  3. 如請求項1或2之方法，其中更新至少一後續往復運動以避免該物體與該類比量測探針之間的不利位置關係。
  4. 如請求項3之方法，其中更新至少一後續往復運動以避免該物體與該類比量測探針之間的不利位置關係將導致該類比量測探針獲得超過一第一臨限值的資料，以藉此避免該等不利位置關係。
  5. 如請求項1之方法，其中該類比量測探針具有一較佳量測範圍。
  6. 如請求項5之方法，其中藉由至少一上界限定義該較佳量測範圍，且其中更新至少一後續往復運動以避免將導致該類比量測探針獲得將超出其上界限之量測的位置關係。
  7. 如請求項1之方法，其中對於每次往復運動，該類比量測探針沿實質上該物體之該表面上之相同標稱量測線獲得量測資料。
  8. 如請求項1之方法，其中對於每次往復運動，該類比量測探針沿該物體之該表面上之一不同標稱量測線獲得量測資料。
  9. 如請求項8之方法，其中該等往復運動之該標稱量測線的形式實質上相同。
  10. 如請求項9之方法，其中該等標稱量測線實質上彼此平行延伸。
  11. 如請求項1之方法，其中該類比量測探針係一接觸式類比探針。
  12. 一種電腦程式，其包括當藉由一工具機設備執行時導致該工具機設備執行請求項1至11中任一項之方法的指令。
  13. 一種電腦可讀媒體，其包括當藉由一工具機設備執行時導致該工具機設備執行請求項1至11中任一項之方法的指令。
  14. 一種工具機設備，其包括一工具機及安裝在該工具機設備之一類比量測探針，其中該工具機設備經組態以移動該類比量測探針，以藉由使用該類比量測憑藉經由複數次偏位往復運動而獲得一物體之一表面之掃描量測資料來建立該表面之一量測資料集，其中後續往復運動偏位於先前往復運動，使得經由一系列往復運動使該類比探針的表面偵測區i)跨該物體橫向行進及/或ii)遠離或朝向該物體行進，且其中基於在至少一先前往復運動期間獲得的資料而產生及/或更新至少一後續往復運動的相對運動行程。
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