TWI705228B - 測量系統以及方法 - Google Patents

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TWI705228B TW107144633A TW107144633A TWI705228B TW I705228 B TWI705228 B TW I705228B TW 107144633 A TW107144633 A TW 107144633A TW 107144633 A TW107144633 A TW 107144633A TW I705228 B TWI705228 B TW I705228B
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Abstract

本發明提供一種測量系統與方法，其可提高測量週期及測量值的發送週期的設定自由度且具有高精度。測量系統包括：控制裝置；以及測量裝置，以第1週期來對測量物件進行測量，且將通過測量裝置而獲得的測量值發送至控制裝置。測量裝置使用以比第1週期長的第2週期而發送的訊框，將待發送的測量值、與包含待發送的測量值的個數資訊的附加資訊發送至控制裝置。控制裝置使用附加資訊，生成將多個測量值按照時間序列排列而成的時間序列資料。

Description

測量系統以及方法
本發明關於一種測量系統以及測量系統中的方法。
隨著近年來的資訊通訊技術（Information and Communication Technology，ICT）的進步，提出有在生產現場中，也將控制裝置與各種測量裝置經由網路等而綜合的系統。
例如，在美國專利申請公開第2008/0307125A1號說明書（專利文獻1）中，揭示了一種結構：以規定的取樣（sampling）週期來獲取資料，並以比取樣週期長的輪詢（polling）週期來將所述資料發送至控制裝置（例如專利文獻1的圖1、圖2等）。
[現有技術文獻] [專利文獻] 專利文獻1：美國專利申請公開第2008/0307125A1號說明書
此外，根據每次將發送至控制裝置的測量值的個數設為固定的觀點，必須將取樣週期（測量週期）設為輪詢週期（發送週期）的因數。而且，在專利文獻1中，由於輪詢週期比取樣週期長，因此不將所獲取的資料全部發送至控制裝置。
本發明是有鑒於所述問題而完成，提供一種能夠提高測量週期及測量值的發送週期的設定自由度且高精度的測量系統、以及測量系統中的方法。
根據本發明的一方面，測量系統包括：控制裝置；以及測量裝置，以第1週期來對測量物件進行測量，且將通過測量裝置而獲得的測量值發送至控制裝置。測量裝置使用以比第1週期長的第2週期而發送的第1訊框，將待發送的測量值、與包含待發送的測量值的個數資訊的第1附加資訊發送至控制裝置。控制裝置使用第1附加資訊，產生將多個測量值按照時間序列排列而成的第1時間序列資料。
較佳的是，第1附加資訊還包含第1訊框的識別編號。
根據所述結構，控制裝置能夠判別哪個訊框中包含多少個測量值或狀態值。
較佳的是，控制裝置基於第1週期與第1訊框的接收時刻，來算出測量裝置得到測量值時的時刻資訊。控制裝置算出第1訊框的接收時刻、與成為第1訊框的基準的接收時機的差值。控制裝置利用差值來對所算出的時刻資訊進行修正。
根據所述結構，能夠獲得不受訊框的波動影響的高精度的各測量結果的時刻資訊。
較佳的是，測量系統還包括：驅動裝置，使測量裝置與測量物件之間的相對位置關係發生變化。驅動裝置具有下述功能，即，以第3週期來測量驅動裝置的動作狀態，且將通過驅動裝置的測量而獲得的狀態值發送至控制裝置。驅動裝置使用以比第3週期長的第4週期而發送的第2訊框，將待發送的狀態值、與包含待發送的狀態值的個數資訊的第2附加資訊發送至控制裝置。控制裝置使用第2附加資訊，產生將多個狀態值按照時間序列排列而成的第2時間序列資料。
根據所述結構，能夠提供一種可提高測量週期及狀態值的發送週期的設定自由度且高精度的測量系統。
較佳的是，控制裝置基於第1時間序列資料與第2時間序列資料，而產生一輪廓檔（profile），所述輪廓檔是以時間序列來表示測量值與狀態值的對應關係。
根據所述結構，測量系統1的使用者能夠得知測量物件的準確形狀。
較佳的是，控制裝置對第1時間序列資料及第2時間序列資料的每個，進行資料插值處理。控制裝置使用插值後的第1時間序列資料及插值後的第2時間序列資料，來產生輪廓檔。
根據所述結構，測量系統1的使用者能夠得知測量物件的更準確的形狀。
較佳的是，測量裝置將第1時間序列資料中的資料插值的方法指示給控制裝置。
根據所述結構，控制裝置中，不再需要預先規定測量值的時間序列資料的插值方法。
根據本發明的另一方面，方法是在測量系統中執行，所述測量系統包括控制裝置與測量裝置，所述測量裝置將通過以第1週期對測量物件進行測量而獲得的測量值發送至控制裝置。方法包括下述步驟：測量裝置使用以比第1週期長的第2週期而發送的第1訊框，將待發送的測量值、與包含待發送的測量值的個數資訊的附加資訊發送至控制裝置；以及控制裝置使用附加資訊，產生將多個測量值按照時間序列排列而成的時間序列資料。
根據所述方法，能夠提供一種可提高測量週期及測量值的發送週期的設定自由度且高精度的測量系統。
根據本發明，能夠提供一種可提高測量週期及測量值的發送週期的設定自由度且高精度的測量系統。
以下，參照附圖來說明本發明的實施方式。以下的說明中，對於同一構件以相同標號表示，其名稱及功能也相同。因此，不對它們重複詳細說明。
§1應用例 圖1是表示測量系統1的概略結構的圖。
參照圖1，測量系統1包括控制裝置100與測量裝置300。 測量裝置300以測量週期Tb（第1週期）來對測量物件進行測量，且將通過測量而獲得的測量值發送至控制裝置100。詳細而言，測量裝置300使用以比測量週期Tb長的發送週期Ta（第2週期）而發送的訊框，將待發送的測量值、與包含待發送的測量值的個數資訊的附加資訊發送至控制裝置100。
在圖1的示例的情況下，從時刻t0開始，以測量週期Tb執行測量。通過測量而獲得的測量值被暫時保存在測量裝置300內的緩衝器（buffer）中。測量裝置300在每個發送週期Ta，將暫時保存在緩衝器中的測量值（待發送的測量值）、與所述測量值的個數資訊（附加資訊）發送至控制裝置100。另外，發送週期Ta及發送時機是由控制裝置100進行管理。
例如，在發送週期Ta的時機即時刻t1，測量裝置300使用訊框#K1，將待發送的測量值#1、#2、#3與包含待發送的測量值的個數（即，3個）資訊的附加資訊發送至控制裝置100。
而且，在從時刻t1經過了發送週期Ta的時機即時刻t2，測量裝置300使用訊框#K2，將待發送的測量值#4、#5、#6、#7與包含待發送的測量值的個數（即，4個）資訊的附加資訊發送至控制裝置100。
其次，在從時刻t2經過了發送週期Ta的時機即時刻t3，測量裝置300使用訊框#K3，將待發送的測量值#8、#9、#10與包含待發送的測量值的個數（即，3個）資訊的附加資訊發送至控制裝置100。
在圖1的示例的情況下，測量週期Tb並非發送週期Ta的因數，因此各訊框中所含的測定值的個數如上所述並非固定。另一方面，若測量週期為發送週期的因數，則各訊框中所含的測定值的個數為固定。
控制裝置100使用所述附加資訊，產生將多個測量值按照時間序列排列而成的時間序列資料。詳細而言，控制裝置100依序接收訊框#K1、訊框#K2、訊框#K3、…。在各訊框中，如上所述，不僅包含測量值，還包含表示訊框中所含的測量值的個數的附加資訊。
控制裝置100能夠通過所述附加資訊而得知各訊框#K1、#K2、#K3中所含的測量值的個數。即，控制裝置100每當收到訊框時，便能夠得知從測量裝置300發送了附加資訊所示的個數的測量值。因此，控制裝置100能夠切實地對從測量裝置300發送的測量值進行管理。
因此，根據測量系統1，能夠提高測量週期Tb及測量值的發送週期Ta的設定自由度。而且，根據測量系統1，能夠切實地管理所有測定值，因此能夠獲得高精度的時間序列資料。
以下，對執行此種處理的測量系統1的詳細結構例進行說明。 §2結構例 ＜A.測量系統的整體結構例＞ 首先，對本實施方式的測量系統1的整體結構例進行說明。圖2是表示本實施方式的測量系統1的整體結構例的示意圖。
參照圖2，做為一例，本實施方式的測量系統1對相對於配置在檢查裝置2中的測量物件（以下也稱作“工件（work）W”）上的多個測量點的距離進行光學測量，由此，輸出表示工件W的表面形狀的形狀資訊。
本說明書中，“形狀資訊”是表示測量物件（工件W）的形狀的資訊，為包含對測量物件設定的任意位置與關於所述位置的測量點的對應關係的概念。
更具體而言，測量系統1包含控制裝置100、經由現場網路20而與控制裝置100連接的驅動單元200及測量裝置300，以做為主要的構成元件。測量裝置300對做為測量物件的工件W進行測量。
典型的是，現場網路20是採用進行保證資料到達時間的固定週期通訊的網路。做為進行此種固定週期通訊的網路，可採用EtherCAT（注冊商標）等。
做為一例，控制裝置100做為現場網路20中的通訊主機（master）發揮功能。通訊主機在連接於現場網路20的設備（device）間，對計時器（timer）的同步進行管理，並且對規定資料的收發等的時機的通訊排程（schedule）進行管理。即，做為通訊主機的控制裝置100對現場網路20上的資料通訊（所述訊框的收發等）及計時器的同步進行管理。
驅動單元200及測量裝置300做為根據來自通訊主機的指示而在現場網路20上收發資料的通訊僕機（slave）發揮功能。
更具體而言，控制裝置100具有計時器102，驅動單元200具有計時器202，測量裝置300具有計時器302。控制裝置100的計時器102產生參考時脈（reference clock）等同步信號，由此，其他計時器202、302與計時器102同步。因此，在連接於現場網路20的設備間，能夠以共同的時刻來對資料的收發時機進行管理。
這樣，驅動單元200及測量裝置300分別具有經同步的計時器。驅動單元200及測量裝置300經由經時機同步的網路即現場網路20而連接，由此，能夠使每個計時器間同步。
本說明書中，“時刻”是指確定時間流中的某一點的資訊，除了以時分秒等規定的通常含義的時刻以外，例如還可包含在現場網路內共同利用的計時器值或計數器（counter）值。“時刻”基本上是由各設備所具有的計時器予以管理。而且，“時刻資訊”除了“時刻”其自身以外，還包含用於確定“時刻”的資訊（例如，以某些方法來對“時刻”進行編碼（encoding）所得的結果、或從某基準時刻計起的經過時間等）。
一般而言，在主機-僕機型的固定週期網路中，只要有任一個以上的設備做為對計時器彼此的同步進行管理的通訊主機發揮功能即可。所述通訊主機未必需要為控制裝置100，例如也可由驅動單元200及測量裝置300中的任一者做為通訊主機發揮功能。
控制裝置100為任意的電腦（computer），典型的是，也可做為可程式設計邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）（可程式設計控制器）而具現化。控制裝置100對於經由現場網路20而連接的驅動單元200給予動作指令，並且接收來自驅動單元200的資訊（包含動作資訊）。而且，控制裝置100對於測量裝置300給予測量指令，並且接收來自測量裝置300的資訊（包含測量資訊）。控制裝置100將來自驅動單元200及測量裝置300的各個回饋（feedback）回應整合，而產生關於工件W的形狀資訊。
動作資訊典型的是包含多個狀態值。而且，測量資訊典型的是包含多個測量值。動作資訊及測量資訊典型的是如圖1所示般構成為訊框（訊框資料）。
另外，控制裝置100既可基於所產生的工件W的形狀資訊來執行某些控制運算，也可將所產生的工件W的形狀資訊發送至製造執行系統（Manufacturing Execution System，MES）等上位裝置。
驅動單元200相當於使測量裝置300與做為測量物件的工件W之間的相對位置關係發生變化的驅動裝置。更具體而言，驅動單元200驅動馬達10，所述馬達10使載置有工件W的檢查裝置2運行。例如，驅動單元200包含伺服驅動器（servo driver）或逆變器單元（inverter unit）等。驅動單元200根據來自控制裝置100的動作指令，給予用於驅動馬達10的交流電力或脈衝電力，並且獲取馬達10的動作狀態（例如旋轉位置（相位角）、旋轉速度、旋轉加速度、扭矩（torque）等），將所指定的資訊做為動作資訊而發送至控制裝置100。另外，在馬達10上安裝有編碼器（encoder）（參照圖4所示的編碼器12）的情況下，將來自所述編碼器的輸出信號輸入至驅動單元200。
通過馬達10旋轉驅動，從而使構成檢查裝置2的載台（stage）6的位置發生變化。例如，載台6可移動地配置於基部4上，並且載台6與滾珠絲杠14卡合。馬達10經由減速機而與滾珠絲杠14機械結合，馬達10的旋轉運動被給予至滾珠絲杠14。通過滾珠絲杠14的旋轉，滾珠絲杠14與載台6的相對位置關係將朝滾珠絲杠14的延伸方向變化。
即，通過從控制裝置100對驅動單元200給予動作指令，檢查裝置2的載台6的位置將發生變化，載置於載台6上的工件W也使其位置發生變化。
測量裝置300相當於對關於工件W的位移進行測量的測量單元。本實施方式中，做為關於工件W的位移，設想從與測量裝置300電性或光學連接的感測頭（sensor head）310直至工件W表面上的測量點為止的距離。例如，測量裝置300也可使用對直至工件W表面上的測量點為止的距離進行光學測量的光學式位移感測器。具體而言，測量裝置300從感測頭310對工件W照射測量光，並接收此光被工件W反射而產生的光，由此，對直至工件W表面上的測量點為止的距離進行測量。做為一例，也可使用三角測距方式的光學位移感測器或同軸共焦方式的光學位移感測器。
測量裝置300對工件W照射測量光，並且接收來自工件W的反射光而測量工件W的特性值。更具體而言，測量裝置300調整測量時機（例如照射至工件W的測量光的強度或時機），且將包含由所接收的反射光而算出的測量結果的測量資訊發送至控制裝置100。做為一例，測量裝置300為了給予時刻同步性而根據來自控制裝置100的測量指令來調整測量時機，且將包含由所接收的反射光而算出的測量結果的測量資訊發送至控制裝置100。
另外，對工件W照射的測量光的強度及時機也可通過對產生光的光源的點亮時間及點亮時機進行控制，或者，對接收來自工件W的反射光的拍攝元件的曝光時間及曝光時機進行控制，來予以調整。
本說明書中，“表示測量物件（工件W）的位置的資訊”除了表示工件W自身的位置的資訊以外，還包含表示與工件W機械連接的檢查裝置2或馬達10等的位置的資訊。即，“表示測量物件（工件W）的位置的資訊”包含能夠直接或間接地確定工件W的位置的任意資訊。而且，這些資訊的維數也可為任意。進而，對於“表示測量物件（工件W）的速度的資訊”及“表示測量物件（工件W）的加速度的資訊”也同樣。
控制裝置100在對動作資訊及測量資訊之間的時間關係進行調整後，產生表示工件W的形狀的資訊（形狀資訊）。
＜B.構成測量系統的各裝置的硬體結構例＞ 接下來，對構成本實施方式的測量系統1的各裝置的硬體結構例進行說明。
（b1：控制裝置） 圖3是表示構成本實施方式的測量系統1的控制裝置100的硬體結構例的示意圖。參照圖3，控制裝置100除了對現場網路20中的通訊時機等進行管理的計時器102以外，還包含處理器（processor）104、主記憶體（main memory）106、快閃記憶體（flash memory）108、晶片組（chipset）114、網路控制器（network controller）116、記憶卡介面（memory card interface）118、內部匯流排（bus）控制器122及現場網路控制器（field network controller）124。
處理器104包含中央處理器（Central Processing Unit，CPU）或微處理器（Micro-Processing Unit，MPU）等，讀出保存在快閃記憶體108中的各種程式並在主記憶體106中展開而執行，由此來實現與控制物件相應的控制、及如後所述的各種處理。
在快閃記憶體108中，除了用於做為控制裝置100來提供基本功能的系統程式110以外，還保存有在控制裝置100中執行的使用者程式112。
系統程式110是用於執行為了在控制裝置100中執行使用者程式112所需的處理的命令群。
使用者程式112是根據控制物件等而任意製作的命令群，例如包含序列程式112A、運動程式（motion program）112B及形狀資訊產生程式112C。
晶片組114通過控制處理器104與各設備，從而實現做為控制裝置100整體的處理。
網路控制器116經由上位網路而與上位裝置等之間交換資料。
記憶卡介面118是可裝卸做為非揮發性記憶媒體的一例的記憶卡120地構成，能夠對記憶卡120寫入資料，並能從記憶卡120讀出各種資料。
內部匯流排控制器122是與安裝於控制裝置100的輸入/輸出（Input/Output，I/O）單元126之間經由內部匯流排128來交換資料的介面。
現場網路控制器124是對包含驅動單元200及測量裝置300的其他裝置之間進行網路連接，經由現場網路20來交換資料的介面。現場網路控制器124包含同步管理功能125，以做為現場網路20中的做為通訊主機的功能。
同步管理功能125基於來自連接於現場網路20的各設備的時刻（典型的是，各設備所具有的計時器所輸出的計數器值）、與來自計時器102的時刻，算出設備間的時刻偏離，並將對此時刻偏離進行修正後的同步信號輸出至各設備。這樣，同步管理功能125使計時器102與驅動單元200的計時器及測量裝置300的計時器之間同步。
圖3中，表示了通過處理器104執行程式來提供所需功能的結構例，但這些所提供的功能的一部分或全部也可使用專用的硬連接（hard wired）電路（例如專用積體電路（Application Specific Integrated Circuit，ASIC）或現場可程式設計閘陣列（Field-Programmable Gate Array，FPGA）等）來安裝。或者，對於控制裝置100的主要部分，也可使用遵照通用架構（architecture）的硬體（例如將通用電腦做為基礎（base）的工業用控制器）來實現。此時，也可使用虛擬技術並列地執行用途不同的多個作業系統（Operating System，OS），並且在各OS上執行所需的應用程式。
（b2：驅動單元200） 圖4是表示構成本實施方式的測量系統1的驅動單元200的硬體結構例的示意圖。參照圖4，驅動單元200包含現場網路控制器204、驅動控制器206、主電路208及脈衝計數器210，所述現場網路控制器204包含對現場網路20中的通訊時機等進行管理的計時器202。
現場網路控制器204是在包含控制裝置100及測量裝置300的其他裝置之間，經由現場網路20來交換資料的介面。
驅動控制器206根據來自控制裝置100的動作指令，依照規定的運算邏輯而產生指令值。更具體而言，驅動控制器206具有將位置控制迴路（loop）、速度控制迴路、扭矩控制迴路等所需的控制迴路組合而成的控制運算邏輯。驅動控制器206根據由脈衝計數器210所計數的計數值等，算出物件馬達10的動作狀態，並輸出至控制裝置100。
驅動控制器206除了通過使處理器執行程式來實現所需處理及功能的軟體安裝以外，還可通過使用ASIC或FPGA等硬連接電路來實現所需處理及功能的硬體安裝而實現。
主電路208例如包含轉換器（converter）電路及逆變器電路而構成，根據來自驅動控制器206的指令，產生規定的電流波形或電壓波形，並提供給所連接的馬達10。
脈衝計數器210對來自安裝於馬達10的編碼器12的脈衝信號進行計數，並將其計數值輸出至驅動控制器206。
另外，主電路208及脈衝計數器210等也可根據做為驅動物件的馬達10的電氣特性或機械特性而適當變更。
以下，對現場網路控制器204與驅動控制器206的詳細進行說明。驅動控制器206包含緩衝器2061、2062。
緩衝器2061保持有讀出狀態及寫入狀態中的任一種狀態。緩衝器2061的狀態是根據現場網路控制器204的處理而切換。在緩衝器2061為寫入狀態時，緩衝器2061保存從脈衝計數器210輸出的狀態值。在緩衝器2061為讀出狀態時，通過現場網路控制器204的讀出指令，從緩衝器2061讀出暫時保存在緩衝器2061中的狀態值。所讀出的狀態值在被保存於訊框中的狀態下，通過現場網路控制器204而輸出至現場網路20。
緩衝器2062保持有讀出狀態及寫入狀態中的任一種狀態。緩衝器2062的狀態是根據現場網路控制器204的處理而切換。在緩衝器2062為寫入狀態時，緩衝器2062保存從脈衝計數器210輸出的狀態值。在緩衝器2062為讀出狀態時，通過現場網路控制器204的讀出指令，從緩衝器2062讀出暫時保存於緩衝器2062中的狀態值。所讀出的狀態值在被保存於訊框中的狀態下，通過現場網路控制器204而輸出至現場網路20。
現場網路控制器204在由控制裝置100所定義的每個固定通訊週期，獲取緩衝器2061及緩衝器2062中的成為讀出狀態的緩衝器中所保存的狀態值。現場網路控制器204將所獲取的狀態值輸出至現場網路20。
現場網路控制器204在狀態值的輸出後，將緩衝器2061及緩衝器2062中的成為讀出狀態的緩衝器中保存的狀態值擦除。現場網路控制器204在狀態值的讀出執行後，將緩衝器2061及緩衝器2062的狀態（讀出用或寫入狀態）切換為相反的狀態（若讀出執行前的狀態為讀出狀態，則切換為寫入狀態）。
（b3：測量裝置300） 圖5是表示構成本實施方式的測量系統1的測量裝置300的硬體結構例的示意圖。參照圖5，測量裝置300包含現場網路控制器304、拍攝控制器306及資料處理部308，所述現場網路控制器304包含對現場網路20中的通訊時機等進行管理的計時器302。
現場網路控制器304是在包含控制裝置100及驅動單元200的其他裝置之間，經由現場網路20來交換資料的介面。
拍攝控制器306根據來自控制裝置100的動作指令，對感測頭310給予照射指令。資料處理部308基於來自感測頭310的受光信號，算出直至工件W表面上的測量點為止的距離。
連接於測量裝置300的感測頭310包含發光源312、受光元件314及透鏡（lens）316。
發光源312是依照來自拍攝控制器306的指令而受到驅動，以產生規定的光的光源，例如包含白色發光二極體（Light Emitting Diode，LED）或半導體雷射器（laser）等。
受光元件314是接收來自對象工件W的反射光，並將此受光信號輸出至資料處理部308的元件，例如包含一維配置的受光元件（一維互補金屬氧化物半導體（Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS）等）或二維配置的受光元件（電荷耦合器件（Charge Coupled Device，CCD）等）。
透鏡316是對從感測頭310照射的測量光、及從工件W反射的光的焦點位置等進行調整的光學系統。
另外，感測頭310的光學結構及電氣結構是根據測量原理而適當設計，因此並不限定於圖5所示的結構。
以下，對現場網路控制器304與資料處理部308的詳細進行說明。資料處理部308包含緩衝器3081、3082。
緩衝器3081保持有讀出狀態及寫入狀態中的任一種狀態。緩衝器3081的狀態是根據現場網路控制器304的處理而切換。在緩衝器3081為寫入狀態時，緩衝器3081保存從感測頭310輸出的測量值。在緩衝器3081為讀出狀態時，通過現場網路控制器304的讀出指令，從緩衝器3081中讀出暫時保存於緩衝器3081的測量值。所讀出的測量值在保存於訊框中的狀態下，通過現場網路控制器304而輸出至現場網路20。
緩衝器3082保持有讀出狀態及寫入狀態中的任一種狀態。緩衝器3082的狀態是根據現場網路控制器304的處理而切換。在緩衝器3082為寫入狀態時，緩衝器3082保存從感測頭310輸出的測量值。在緩衝器3082為讀出狀態時，通過現場網路控制器304的讀出指令，從緩衝器3082讀出暫時保存於緩衝器3082中的測量值。所讀出的測量值在保存於訊框中的狀態下，通過現場網路控制器304而輸出至現場網路20。
現場網路控制器304在由控制裝置100所定義的每個固定通訊週期，獲取緩衝器3081及緩衝器3082中的成為讀出狀態的緩衝器中所保存的測量值。現場網路控制器304將所獲取的測量值輸出至現場網路20。
現場網路控制器304在測量值的輸出後，將緩衝器3081及緩衝器3082中的成為讀出狀態的緩衝器中保存的測量值擦除。現場網路控制器304在測量值的讀出執行後，將緩衝器3081及緩衝器3082的狀態（讀出用或寫入狀態）切換為相反的狀態（若讀出執行前的狀態為讀出狀態，則切換為寫入狀態）。
＜C.訊框的發送及訊框結構＞ 圖6是用於說明訊框的發送時機的圖。
參照圖6，測量裝置300在時刻t0對控制裝置100發送訊框#K1後，以發送週期Ta對控制裝置100依序發送訊框。在本例的情況下，測量裝置300在時刻t1發送訊框#K2，在時刻t2（t2=t1+Ta）發送訊框#K3。
驅動單元200在時刻t0'（t0'＞t0）對控制裝置100發送訊框#D1後，以發送週期Tc（本例中，Tc＜Ta）對控制裝置100依序發送訊框。在本例的情況下，驅動單元200在時刻t1'發送訊框#D2，在時刻t2'（t2'=t1'+Tc）發送訊框#D3。
圖7A至圖7D是用於說明訊框的結構的圖。詳細而言，圖7A是用於說明訊框#D1的結構的圖。圖7B是用於說明訊框#D2的結構的圖。圖7C是用於說明訊框#K1的結構的圖。圖7D是用於說明訊框#K2的結構的圖。
參照圖7A、圖7B，驅動單元200使各訊框#D1、#D2中包含訊框的識別資訊即索引（index）編號（識別資訊）、訊框中所含的狀態值的個數（資料數）資訊、及所獲得的狀態值（待發送的狀態值）。
參照圖7C、圖7D，測量裝置300使各訊框#K1、#K2中包含訊框的識別資訊即索引編號、訊框中所含的測量值的個數（資料數）資訊、及所獲得的測量值（待發送的測量值）。
控制裝置100通過接收此種結構的訊框，能夠判別在哪個訊框中包含多少個測量值或狀態值。
另外，圖7A至圖7D中，舉驅動單元200所發送的訊框的索引編號、與測量裝置300所發送的訊框的索引編號重複的結構為例，但並不限定於此。也可將測量系統1構成為，以驅動單元200所發送的訊框的索引編號、與測量裝置300所發送的訊框的索引編號不會重複的方式，來賦予各訊框的索引編號。
控制裝置100通過從測量裝置300接收的各訊框#K1、#K2、#K3、…中所含的測量值，來產生測量值的時間序列資料。而且，控制裝置100通過從驅動單元200接收的各訊框#D1、#D2、#D3、…中所含的狀態值，來產生狀態值的時間序列資料。
另外，索引編號（識別編號）與訊框中所含的測量值的個數資訊是“附加資訊”的一例。
＜D.控制結構＞ 圖8是用於說明在測量裝置300與控制裝置100之間執行的處理流程的序列圖。
參照圖8，在序列SQ1中，測量裝置300進行測量。隨後，如序列SQ2～SQ8所示，以測量週期Tb反復測量。測量裝置300基於控制裝置100的管理，在序列SQ4的測量執行中，對控制裝置100發送訊框（序列SQ9）。在所述訊框中，如圖7A至圖7D所示，包含索引編號、訊框中所含的狀態值的個數資訊、及所獲得的狀態值（待發送的狀態值）。
測量裝置300在序列SQ4的中途發送訊框之後，以發送週期Ta反復訊框的發送。例如，在序列SQ7中的測量與序列SQ8中的測量之間的時機，將訊框發送至控制裝置100（序列SQ10）。
圖9是用於說明在測量裝置300中執行的訊框發送處理流程的流程圖。
參照圖9，在步驟S1中，測量裝置300判斷是否為訊框的發送時機。測量裝置300在判斷為發送時機時（步驟S1中為是），在步驟S2中，對兩個緩衝器3081、3082（參照圖5）中的其中一個緩衝器中所保存的測量值（待發送的測量值）的個數進行計數。測量裝置300在判斷為並非發送時機時（步驟S1中為否），使處理返回步驟S1。
在步驟S3中，測量裝置300產生包含索引編號、測量值的個數及測量值的訊框。在步驟S4中，測量裝置300對控制裝置100發送所產生的訊框。
圖10是用於說明在控制裝置100中執行的處理流程的流程圖。
參照圖10，在步驟S11中，控制裝置100基於從測量裝置300接收的測量值，來執行測量值的時間序列資料的插值處理。在步驟S12中，控制裝置100基於從驅動單元200接收的狀態值，來執行狀態值的時間序列資料的插值處理。
這些插值處理是用於至少獲得相同時機（時刻）的測量值與狀態值的處理。例如，假設測量值的獲取時刻為t0、t0+Tb、t0+2Tb、t0+3Tb、…，狀態值的獲取時刻為t0'、t0'+Td、t0'+2Td、t0'+3Td、…。另外，Td為狀態值的測量週期，比發送週期Tc（參照圖6）短。而且，為了便於說明，設t0＜t0'＜t0+Tb。
此時，控制裝置100通過使用測量值的插值處理，至少產生時刻t0'、t0'+Td、t0'+2Td、t0'+3Td、…時的測量值。做為一例，控制裝置100使用時刻t0的測量值與時刻t0+Tb的測量值，來產生時刻t0'的測量值（插值值）。而且，控制裝置100通過使用狀態值的插值處理，至少產生時刻t0+Tb、t0+2Tb、t0+3Tb、…時的測量值。
步驟S13中，控制裝置100使用從測量裝置300接收的測量值、從驅動單元200接收的狀態值、及通過插值處理而獲得的測量值及狀態值，產生基於測量值與狀態值的輪廓檔（表示工件W的形狀的資訊）。在步驟S14中，控制裝置100使可程式設計顯示器等外部顯示器上，顯示基於所產生的輪廓檔的圖表（圖11C）。
插值處理的具體內容既可在控制裝置100中預先規定，或者也可由測量裝置300及驅動單元200對控制裝置100指示各個值的插值處理的方法。即，也可將測量系統1構成為，測量裝置300將測量值的時間序列資料中的資料插值的方法指示給控制裝置100，且驅動單元200將狀態值的時間序列資料中的資料插值的方法指示給控制裝置100。根據此種結構，在控制裝置100中，不再需要預先規定測量值的時間序列資料的插值方法及狀態值的時間序列資料的插值方法。
＜E.使用者介面＞ 圖11A至圖11C是用於說明在外部顯示器上顯示的圖像的圖。圖11A是表示測量值的時間變化的圖表。圖11B是表示狀態值的時間變化的圖表。圖11C是表示基於測量值與狀態值的輪廓檔的圖表。
參照圖11A，控制裝置100基於受理了預定的使用者操作的情況，使用從測量裝置300接收的測量值與通過插值處理而獲得的測量值，顯示表示測量值的時間變化的圖表。
參照圖11B，控制裝置100基於受理了預定的另一使用者操作的情況，使用從測量裝置300接收的狀態值與通過插值處理而所獲得的狀態值，顯示表示狀態值的時間變化的圖表。
參照圖11C，控制裝置100基於受理了又一使用者操作的情況，顯示表示基於測量值與狀態值的輪廓檔的圖表。測量系統1的使用者通過確認所述圖表，能夠得知相對於工件測量位置的測量值的變化。
＜F.變形例＞ （1）針對訊框的波動的處理 在控制裝置100中，在根據訊框到達時刻來算出每個測量週期Tb、Td的時刻資訊時，有可能會因訊框的波動導致獲取時刻資訊的精度發生劣化。
因此，控制裝置100收集及管理訊框的偏離資訊。由此，控制裝置100能夠求出不受訊框的波動影響的高精度的各測量結果的時刻資訊。
圖12是用於說明訊框的波動的圖。參照圖12，因訊框的波動，在控制裝置100中，訊框#K1的接收時刻從訊框到達的基準時刻（本例中為t0）延遲了Δt0。同樣，訊框#K2、#K3的接收時刻分別從訊框到達的基準時刻（本例中為t1、t2）延遲了Δt1、Δt2。
此時，控制裝置100進行將訊框#K1中所含的測量值#1、#2、#3（參照圖7C）的時刻資訊（時刻）提前Δt0的處理。同樣，控制裝置100進行將訊框#K2中所含的測量值#4、#5、#6、#7（參照圖7D）的時刻資訊提前Δt1的處理。控制裝置100進行將訊框#K3中所含的各測量值的時刻資訊提前Δt2的處理。
詳細而言，控制裝置100基於測量週期Tb與訊框#K1、#K2、#K3、…的接收時刻，來算出測量裝置300得到測量值時的時刻資訊。控制裝置100算出所述訊框的接收時刻與成為訊框的基準的接收時機（基準時刻）的差值（Δt0、Δt1、Δt2、…）。控制裝置100利用所述差值來修正所算出的時刻資訊。
而且，控制裝置100基於測量週期Td與訊框#D1、#D2、#D3、…的接收時刻，算出驅動單元200得到狀態值時的時刻資訊。控制裝置100算出所述訊框的接收時刻與成為訊框的基準的接收時機（基準時刻）的差值。控制裝置100利用所述差值來修正所算出的時刻資訊。
根據此種結構，如上所述，能夠求出不受訊框的波動影響的高精度的各測量結果的時刻資訊。
（2）時刻資訊的發送 所述中，舉下述結構為例進行了說明，即，驅動單元200及測量裝置300在將狀態值及測量值發送至控制裝置100時，不將表示這些值的測量時機的時刻資訊通知給控制裝置100，但並不限定於此。
驅動單元200及測量裝置300也可如以下那樣，將表示測量時機的時刻資訊通知給控制裝置100。
在測量系統1中，在從驅動單元200發送至控制裝置100的狀態值中，附加有與所述狀態值關聯的時刻資訊。所述時刻資訊表示獲取到所關聯的動作值的時機等。這樣，驅動單元200將表示工件W的位置的資訊、與表示獲取到表示所述位置的資訊的時機的來自計時器的時刻資訊相關聯地，做為狀態值而輸出。
同樣，在從測量裝置300發送至控制裝置100的測量值中，附加有與所述測量值關聯的時刻資訊。所述時刻資訊例如表示獲取到所關聯的測量值的時機、或者照射有用於獲取所關聯的測量值的測量光的時機等。這樣，測量裝置300將通過測量工件W而獲取的測量值、與表示獲取到所述測量值的時機的來自計時器的時刻資訊相關聯地，做為測量值而輸出。
控制裝置100使用與狀態值及測量值分別關聯的時刻資訊，對狀態值及測量值之間的時間關係進行調整後，產生工件W的形狀資訊。更具體而言，控制裝置100基於一個或多個狀態值，來算出與測量值中所含的時刻資訊關聯的位置，並且基於跟共同的時刻資訊關聯的、所算出的位置與測量值的組合，來產生工件W的輪廓檔。
（3）顯示處理 控制裝置100也可不僅顯示表示輪廓檔的圖表，還基於使用者指示來將測量值的時間序列資料、狀態值的時間序列資料等各種資料顯示於外部的顯示器等。
而且，控制裝置100也可在測量的中途即時更新圖表。或者，控制裝置100也可在一個測量物件的測量結束的時間點顯示圖表。
＜G.附注＞ 〔1〕一種測量系統1，其包括：控制裝置100；以及測量裝置300，以第1週期（測量週期Tb）來對測量物件W進行測量，且將通過所述測量而獲得的測量值發送至所述控制裝置100，所述測量裝置300使用以比所述第1週期（測量週期Tb）長的第2週期（發送週期Ta）而發送的第1訊框（訊框#K1、#K2、#K3、…），將待發送的所述測量值、與包含所述待發送的測量值的個數資訊的第1附加資訊發送至所述控制裝置100，所述控制裝置100使用所述第1附加資訊，產生將多個所述測量值按照時間序列排列而成的第1時間序列資料。
〔2〕所述第1附加資訊還包含所述第1訊框的識別編號。 〔3〕所述控制裝置100基於所述第1週期（測量週期Tb）與所述第1訊框的接收時刻，來算出所述測量裝置300得到所述測量值時的時刻資訊，且算出所述第1訊框的接收時刻、與成為所述第1訊框的基準的接收時機的差值，利用所述差值來對所算出的時刻資訊進行修正。
〔4〕還包括：驅動裝置200，使所述測量裝置300與所述測量物件W之間的相對位置關係發生變化，所述驅動裝置200具有下述功能，即，以第3週期來測量所述驅動裝置200的動作狀態，且將通過所述測量而獲得的狀態值發送至所述控制裝置100，使用以比所述第3週期長的第4週期而發送的第2訊框（訊框#D1、#D2、#D3、…），將待發送的所述狀態值、與包含所述待發送的狀態值的個數資訊的第2附加資訊發送至所述控制裝置100，所述控制裝置100使用所述第2附加資訊，產生將多個所述狀態值按照時間序列排列而成的第2時間序列資料。
〔5〕所述控制裝置100基於所述第1時間序列資料與所述第2時間序列資料，而產生一輪廓檔，所述輪廓檔是以時間序列來表示所述測量值與所述狀態值的對應關係。
〔6〕所述控制裝置100對所述第1時間序列資料及所述第2時間序列資料的每個，進行資料插值處理，使用所述插值後的第1時間序列資料及所述插值後的第2時間序列資料，來產生所述輪廓檔。
〔7〕所述測量裝置300將所述第1時間序列資料中的所述資料插值的方法指示給所述控制裝置100。
〔8〕一種方法，是測量系統1中的方法，所述測量系統1包括控制裝置100與測量裝置300，所述測量裝置300將通過以第1週期（測量週期Tb）對測量物件進行測量而獲得的測量值發送至所述控制裝置100，所述方法包括下述步驟：所述測量裝置300使用以比所述第1週期（測量週期Tb）長的第2週期（發送週期Ta）而發送的第1訊框（訊框#K1、#K2、#K3、…），將待發送的所述測量值、與包含所述待發送的測量值的個數資訊的附加資訊發送至所述控制裝置100；以及所述控制裝置100使用所述附加資訊，產生將多個所述測量值按照時間序列排列而成的時間序列資料。
應認為，此次揭示的實施方式在所有方面僅為例示，並非限制者。本發明的範圍是由權利要求書而非所述實施方式的說明所示，且意圖包含與權利要求書均等的含義及範圍內的所有變更。
1‧‧‧測量系統2‧‧‧檢查裝置4‧‧‧基部6‧‧‧載台10‧‧‧馬達12‧‧‧編碼器14‧‧‧滾珠絲杠20‧‧‧現場網路100‧‧‧控制裝置102、202、302‧‧‧計時器104‧‧‧處理器106‧‧‧主記憶體108‧‧‧快閃記憶體110‧‧‧系統程式112‧‧‧使用者程式112A‧‧‧序列程式112B‧‧‧運動程式112C‧‧‧形狀資訊產生程式114‧‧‧晶片組116‧‧‧網路控制器118‧‧‧記憶卡介面120‧‧‧記憶卡122‧‧‧內部匯流排控制器124‧‧‧現場網路控制器125‧‧‧同步管理功能126‧‧‧I/O單元128‧‧‧內部匯流排200‧‧‧驅動單元204、304‧‧‧現場網路控制器206‧‧‧驅動控制器208‧‧‧主電路210‧‧‧脈衝計數器300‧‧‧測量裝置306‧‧‧拍攝控制器308‧‧‧資料處理部310‧‧‧感測頭312‧‧‧發光源314‧‧‧受光元件316‧‧‧透鏡2061、2062、3081、3082‧‧‧緩衝器#1~#10‧‧‧測量值#D1、#D2、#D3、#K1、#K2、#K3‧‧‧訊框S1~S4、S11~S14‧‧‧步驟SQ1~SQ10‧‧‧序列Ta、Tc‧‧‧發送週期Tb、Td‧‧‧測量週期W‧‧‧工件Δt0、Δt1、Δt2‧‧‧差值
圖1是表示測量系統的概略結構的圖。 圖2是表示本實施方式的測量系統的整體結構例的示意圖。 圖3是表示構成本實施方式的測量系統的控制裝置的硬體（hardware）結構例的示意圖。 圖4是表示構成本實施方式的測量系統的驅動單元（drive nit）的硬體結構例的示意圖。 圖5是表示構成本實施方式的測量系統的測量裝置的硬體結構例的示意圖。 圖6是用於說明訊框的發送時機的圖。 圖7A至圖7D是用於說明訊框的結構的圖。 圖8是用於說明在測量裝置與控制裝置之間執行的處理流程的序列圖。 圖9是用於說明在測量裝置中執行的訊框發送處理流程的流程圖。 圖10是用於說明在控制裝置中執行的處理流程的流程圖。 圖11A至圖11C是用於說明在外部顯示器上顯示的圖像的圖。 圖12是用於說明訊框的波動的圖。
1‧‧‧測量系統
100‧‧‧控制裝置
300‧‧‧測量裝置
#1~#10‧‧‧測量值
Ta‧‧‧發送週期
Tb‧‧‧測量週期
#K1、#K2、#K3‧‧‧訊框

Claims (7)

  1. 一種測量系統，包括：控制裝置；測量裝置，以第1週期來對測量物件進行測量，且將通過所述測量裝置而獲得的測量值發送至所述控制裝置；以及驅動裝置，使所述測量裝置與所述測量物件之間的相對位置關係發生變化，所述測量裝置使用以比所述第1週期長的第2週期而發送的第1訊框，將待發送的所述測量值、與包含所述待發送的測量值的個數資訊的第1附加資訊發送至所述控制裝置，所述控制裝置使用所述第1附加資訊，產生將多個所述測量值按照時間序列排列而成的第1時間序列資料，所述驅動裝置具有下述功能，即，以第3週期來測量所述驅動裝置的動作狀態，且將通過所述驅動裝置的測量而獲得的狀態值發送至所述控制裝置，使用以比所述第3週期長的第4週期而發送的第2訊框，將待發送的所述狀態值、與包含所述待發送的狀態值的個數資訊的第2附加資訊發送至所述控制裝置，所述控制裝置使用所述第2附加資訊，產生將多個所述狀態值按照時間序列排列而成的第2時間序列資料。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的測量系統，其中所述第1附加資訊還包含所述第1訊框的識別編號。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的測量系統，其中所述控制裝置基於所述第1週期與所述第1訊框的接收時刻，來算出所述測量裝置得到所述測量值時的時刻資訊，且算出所述第1訊框的接收時刻、與成為所述第1訊框的基準的接收時機的差值，利用所述差值來對所算出的時刻資訊進行修正。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的測量系統，其中所述控制裝置基於所述第1時間序列資料與所述第2時間序列資料，而產生一輪廓檔，所述輪廓檔是以時間序列來表示所述測量值與所述狀態值的對應關係。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的測量系統，其中所述控制裝置對所述第1時間序列資料及所述第2時間序列資料的每個，進行資料插值處理，使用插值後的所述第1時間序列資料及插值後的所述第2時間序列資料，來產生所述輪廓檔。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的測量系統，其中所述測量裝置將所述第1時間序列資料中的所述資料插值的方法指示給所述控制裝置。
  7. 一種用於測量系統的方法，所述測量系統包括控制裝置、測量裝置與驅動裝置，所述測量裝置將通過以第1週期對測量物件進行測量而獲得的測量值發送至所述控制裝置，所述驅動裝 置使所述測量裝置與所述測量物件之間的相對位置關係發生變化，所述用於測量系統的方法包括下述步驟：所述測量裝置使用以比所述第1週期長的第2週期而發送的第1訊框，將待發送的所述測量值、與包含所述待發送的測量值的個數資訊的第1附加資訊發送至所述控制裝置；以及所述控制裝置使用所述第1附加資訊，產生將多個所述測量值按照時間序列排列而成的時間序列資料，所述驅動裝置執行下述功能，即，以第3週期來測量所述驅動裝置的動作狀態，且將通過所述驅動裝置的測量而獲得的狀態值發送至所述控制裝置，使用以比所述第3週期長的第4週期而發送的第2訊框，將待發送的所述狀態值、與包含所述待發送的狀態值的個數資訊的第2附加資訊發送至所述控制裝置，所述控制裝置使用所述第2附加資訊，產生將多個所述狀態值按照時間序列排列而成的第2時間序列資料。
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