测量方法和设备与流程

测量方法和设备
[0001]
本发明涉及用于使用所测量的加速度来将扫描探头数据与沿着预编程扫描路径的位置对准的方法和设备。
[0002]
已知将测量探头安装在机床主轴中以相对于工件移动，以便测量工件。在实践中，探头通常是例如us 4153998所描述的触碰触发式探头，该触碰触发式探头在探头的触针接触工件表面时产生触发信号。此触发信号被馈送到机床的数值控制器的所谓的“跳过”输入。响应于所接收的触发信号，控制器取得机器位置的瞬时读数(即，主轴和探头相对于机器的位置)。这取自机器的测量装置，比如，编码器或旋转变压器，这些测量装置针对机器的移动在伺服控制环路中提供位置反馈信息。
[0003]
在坐标测量机(cmm)的领域中，已知使用如上所述的触碰触发式探头或扫描探头来测量工件。一种已知类型的扫描探头(有时称为模拟探头)具有用于接触工件表面的触针以及探头内的换能器，这些换能器测量触针相对于探头主体的偏转。示例示出在us 4084323中。与可以通过触发式探头方便地执行的测量相比，这能够对工件表面的形式进行更详细的测量。在使用中，探头相对于工件表面移动，以使得触针扫描表面。在扫描期间，从探头换能器的输出以及机器的编码器或其他测量装置的输出取得连续读数。通过组合瞬时探头输出和瞬时机器输出，在整个扫描运动中，在非常多的点获得工件表面的位置的数字化坐标数据。
[0004]
迄今为止，难以按照针对cmm描述的方式在机床上有效地使用模拟或扫描探头。一个原因在于商用机床控制器的局限性。应注意，上文关于cmm描述的扫描方法要求来自机器的编码器或其他测量装置的位置数据应以高数据速率连续可用，以使得该位置数据可以针对扫描中的每个数据点添加到探头输出。常规机床控制器无法做到这一点。它们的“跳过”输入无法在所需高数据速率下操作。因此，为了以合理速度执行扫描，有必要修改控制器，例如，以能够在伺服反馈环路中从机器的编码器或其他测量装置的输出直接对数据进行采样。然而，对控制器的这种修改因控制器而异，并且可能不容易，或者甚至可能不可能。
[0005]
先前在不修改机床的控制器的情况下为机床提供扫描功能的尝试包括wo 2005/031254中所公开的尝试。此处，探测系统沿着预定义路径前进，以便将探测系统相对于工件移动，与工件的相互作用所导致的触针的偏转被连续测量，并与探测系统沿着预定义路径的假定位置组合。探测系统沿着预定义路径的假定位置的使用提供了将触针偏转数据与假定的探头位置配对的手段。
[0006]
根据本发明的第一方面，提供了一种使用由机床承载的扫描探头来测量物体的方法，所述机床具有用于保持所述扫描探头的探头固持器和用于承载所述待测量物体的承载器，所述方法包括以下步骤：
[0007]
(i)使用所述机床以将所述探头固持器沿着预编程扫描路径相对于所述承载器移动，所述预编程扫描路径包括沿着所述预编程扫描路径的所述移动是以第一进给速率进行的至少一个第一区域、沿着所述预编程扫描路径的所述移动是以第二进给速率进行的至少一个第二区域、以及位于所述至少一个第一区域与所述至少一个第二区域之间的至少一个加速区，
[0008]
(ii)在遍历所述预编程扫描路径时，使用至少一个加速度计来测量所述探头固持器与所述承载器之间的加速度，
[0009]
(iii)在所述扫描探头由所述探头固持器保持并且所述物体由所述承载器承载的情况下，在遍历所述预编程扫描路径时，收集探头数据，所述扫描探头由此扫描所述物体的表面；以及
[0010]
(iv)使用在步骤(ii)中测量的所述加速度以识别所述预编程扫描路径的至少一个加速区，并由此确定收集步骤(iii)的所述探头数据的、沿着所述扫描路径的一个或多个位置。
[0011]
本发明涉及一种使用安装在机床上的扫描探头来测量物体(例如，工件)的方法。机床可以是用于加工物体的固定动力工具。例如，机床可以是加工中心、车床、铣床或磨床。机床因此可以用于切割、塑形和/或精加工物体。如上文所说明，机床无法实时提供对机器位置数据的访问。
[0012]
由机床承载的扫描探头可以是接触式探头。例如，接触式探头可以包括外壳、用于接触待测量物体的触针和用于测量触针相对于外壳的偏转的一个或多个换能器。替代性地，扫描探头可以是非接触式探头，例如，光学探头或感应探头。扫描探头可以例如向远程探头接口输出或流式传输探头数据。探头数据可以是触针偏转数据。触针偏转数据可以包括偏转量级，并且可以进一步包括关于触针偏转方向的信息。扫描探头可以无线地(例如，光学地或使用无线电波，比如，频率介于2.4ghz与2.485ghz或5.8ghz超高频(shf)ism频带之间的特高频(uhf)无线电波)输出或流式传输探头数据。扫描探头可以经由有线连接而输出或流式传输探头数据。无线通信的使用可以允许测量探头与机床一起使用，其中机床未提供有线连接，并且不需要改装这种有线连接。所述方法可以包括通过无线通信链路将步骤(ii)的所述加速度数据和步骤(iii)的所述探头数据传递到相关联的探头接口。
[0013]
所述方法的预编程扫描路径可以是由用户设置的扫描路径。当扫描探头由探头固持器固持并且待测量物体由承载器承载时，预编程扫描路径可以使扫描探头和待测量物体成测量关系，并且将扫描探头和待测量物体相对于彼此移动，以便测量待测量物体的表面。预编程扫描路径的遍历可以由机床的数值控制装置(nc)来控制。
[0014]
不同类型的机床可能以不同方式在承载器与探头固持器之间施加相对运动。相对运动可以包括移动探头固持器，同时承载器保持静止。替代性地，相对运动可以包括移动承载器，同时探头固持器保持静止。也可以移动探头固持器与承载器两者。相对运动的速度通常称为“进给速率”。进给速率可以是在遍历预编程扫描路径时探头固持器和/或扫描探头相对于承载器和/或待测量物体的速度。
[0015]
在步骤(ii)中测量的加速度可以是正的和/或可以是负的(即，减速度)。加速区可以是预编程刀具路径的区段，该区段处于命令进给速率的改变(例如，命令了与当前进给速率不同的进给速率)的、沿着预编程刀具路径的位置与实现所命令的进给速率的、沿着预编程刀具路径的位置之间。探头固持器可以相对于承载器加速，而加速区作为预编程刀具路径的一部分被遍历。第一进给速率可以与第二进给速率相同，例如，其中方向的改变由探头固持器的加速引起。
[0016]
在步骤(iv)中，在步骤(ii)中测量的加速度用于识别扫描路径的一个或多个加速区。这允许识别沿着扫描路径的一个或多个部分。接着，这些所识别的位置可以与对应探头
数据一起使用，以确定探头数据在物体的表面上的位置。与比如wo 2005/031254所公开的方法等现有技术方法相比，使用这样的所识别的位置提供了物体的较准确的测量。具体地，本发明可以允许扫描探头用在机床上，而不需要从机床获得位置数据。这可以允许更快的测量和设置过程，并且还可以允许扫描探头与以前不兼容的机床一起使用。因此，本发明将使用所测量的加速度识别预期出现这种加速度的、沿着扫描路径的点或位置。例如，不同进给速率的区段之间的加速区的位置。探头数据可以使用从加速度计数据(例如，基于获得探头数据的时间和基于使用加速度计测量的加速度数据的位置信息，探头数据可以被分配沿着预编程的扫描路径的位置)识别的位置沿着扫描路径对准。
[0017]
包括探头固持器的机床的第一部分可以是相对于包括承载器的机床的第二部分可移动的。第一部分还可以包括刀架。在优选实施例中，探头固持器由刀架提供(即，探头固持器可以保持切割刀具与扫描探头两者)。有利地，探头固持器可以是用于接纳刀柄(例如，hsk柄或类似物)的机床主轴。接着，探头可以安装到这种刀柄，以允许探头被主轴保持。承载器可以形成机床的一部分，或者承载器可以是单独装置。例如，承载器可以是旋转式工作台或放置在机床基座上的夹具。
[0018]
如上文所解释，步骤(iii)必定是在扫描探头由探头固持器保持并且物体由承载器承载的情况下执行的，以允许扫描物体。可选地，步骤(ii)是在探头固持器中具有扫描探头的情况下执行的。方便地，步骤(ii)可以是在待测量物体由承载器承载的情况下执行的。也可以在探头固持器中具有或不具有扫描探头和/或待测量物体由承载器承载或没有由承载器承载的情况下，在步骤(ii)中测量探头固持器与承载器之间的加速度。如果步骤(ii)是在探头固持器中没有扫描探头的情况下执行的，那么探头固持器相对于承载器的加速度被监控。
[0019]
可选地，在步骤(ii)中测量探头固持器与承载器之间的加速度是在扫描探头没有由探头固持器固持的情况下执行的。可选地，在步骤(ii)中测量探头固持器与承载器之间的加速度是在待测量物体没有由承载器承载的情况下执行的。这允许在扫描探头被安装到探头固持器和/或待测量物体被安装到承载器之前(或之后)执行加速度遍次。因此，加速度将被测量一次，并用于确定针对多个待测量物体(例如，待测量物体的多个实例)收集探头数据的、沿着扫描路径的一个或多个位置。在扫描探头由探头固持器固持并且待测量物体由承载器承载的情况下测量探头固持器与承载器之间的加速度可以允许在与测量加速度相同的预编程扫描路径的遍历中获得探头数据。因此，步骤(ii)和步骤(iii)可以同时执行。
[0020]
进给速率可以是预编程扫描路径的命令速度。第一进给速率可以不同于第二进给速率，以便有加速区位于它们之间。可选地，第二进给速率高于第一进给速率。
[0021]
在步骤(ii)中测量加速度可以在扫描探头中、和/或探头固持器上、和/或物体承载器上使用一个或多个加速度计。一个或多个加速度计可以包括至少一个衬里加速度计和/或至少一个旋转加速度计。一个或多个加速度计可以是定制的加速度计。可以设置多个加速度计。
[0022]
测量加速度可以包括以预定义间隔测量加速度。预定义间隔可以是基于时间的间隔，例如，加速度可以至少每25ms(40hz)、可选地至少每12.5ms(80hz)、可选地至少每10ms(100hz)、可选地至少每1ms(1khz)、可选地在1ms到10ms的范围中、可选地每1.7ms或1.77ms
进行测量。加速度可以以短于1ms的时间间隔测量。测量探头数据可以包括以预定义间隔测量探头数据。预定义间隔可以是基于时间的间隔，例如，至少每25ms(40hz)、可选地至少每12.5ms(80hz)、可选地至少每10ms(100hz)、可选地至少每1ms(1khz)、可选地在1ms到10ms的范围中、可选地至少每1.7ms或1.77ms。探头数据可以按短于1ms的时间间隔取得。探头数据可以被连续读取。加速度可以按与探头数据相同的采样率测量。与探头数据相比，加速度可以按不同采样率测量。通过知晓所测量的加速度的时基和探头数据的时基，可以建立所测量的加速度何时出现与探头数据何时出现之间的关系。
[0023]
可选地，所述预编程扫描路径包括所述扫描探头与所述待测量物体成测量关系的接合区段。对于接触式扫描探头，接合区段可以包括移动扫描探头触针与待测量物体接触。在接合区段期间，这种接触式探头的触针可以从初始位置偏转到接合区段最大偏转，触针的这种偏转可以相对于接触式探头的外壳。接合区段可以提供测量探头相对于待测量物体的移动，所述移动可以用于识别所测量的加速度和探头数据中的共同时间点。这可以允许建立所测量的加速度何时出现与探头数据何时出现之间的关系。
[0024]
可选地，在接合区段之后设置了停顿。停顿可以是探头固持器与承载器之间的相对移动的短暂停止。停顿可以小于1s、更优选地小于0.5s、更优选地小于0.1s。停顿可以是至少约0.05s。停顿可以小于0.05s。在接合区段之后设置停顿可以确保探头定位在接合区段的末尾的期望地方。探头数据记录的中断可以设置在探头路径的方向突然改变处。探头数据的这种中断可以用于确保在处理数据时考虑方向的任何突然改变。
[0025]
如上所述，可以使用不同时基(例如，不同时钟)来收集探头数据和所测量的加速度。所述所测量的加速度的时基和所述探头数据的时基可以基于接合区段的所测量的加速度和探头数据特性而匹配。换句话说，将接合区段用作可识别特征，时基可以彼此同步。
[0026]
可以设置时钟来控制探头数据和/或加速度的采样率。扫描探头可以包括时钟。可以通过无线电接收器或其他无线通信来设置时钟。时钟可以经由硬连线链路(例如，机床控制器)来设置或从探头接口单元来设置。时钟可以允许探头数据和加速度数据的测量符合共同时基。如果扫描探头包括加速度计(或多个加速度计)，那么共用时钟可以用于在步骤(iii)中收集探头数据以及在步骤(ii)中收集加速度。
[0027]
使用抗混叠手段，可以防止高频噪声(其中一个可能来源是机床)混叠到较低频率中。例如，通过以足够高的速率对加速度进行采样，或者通过加速度计结合模拟滤波器，所述模拟滤波器使频率大于采样频率(奈奎斯特频率(nyquist frequency))一半的任何信号衰减。
[0028]
校正可以应用到加速度和/或由此导出的信息。校正可以假设所命令的进给速率是已知的。校正可以进一步假设所命令的进给速率在加速区的末尾实现。校正还可以假设加速区之前的所命令的进给速率是已知的并且已实现。校正可以基于至少一个已知的参考位置。例如，至少一个已知的参考位置可以是接合区段的末尾和/或预编程扫描路径的末尾和/或在任何脱离区段之前。换句话说，可以假设在加速区的开始和末尾，探头固持器和承载器的相对速度将采用所命令的进给速率值。例如，当对加速度(和/或由此导出的信息)应用校正时，可以假设第一进给速率和第二进给速率是已知的。
[0029]
校正可以应用到从所测量的加速度导出的进给速率信息和/或位置信息。可选地，校正应用到加速度信息和/或进给速率信息和/或位置信息。所应用的校正可以是单次校
正，或者可以包括可以依序应用的一系列校正。例如，校正可以应用到所测量的加速度(或从所测量的加速度导出的进给速率)，以使得进给速率表示物理上实际的进给速率(例如，没有无限加速的区域)。
[0030]
从所校正的进给速率导出的位置信息可以被校正，以确保位置信息表示物理上实际的情形，而不会导致相关联的进给速率表示物理上不真实的情形。这种校正可以是立方的，并应用到位置信息(或任何数学等同物)。通过将校正应用到所测量的加速度或由此导出的信息，可以操纵所测量的数据以产生整个探头路径的实际的移动信息，例如，将校正应用到从加速区的所测量的加速度导出的进给速率信息可以用于去除加速区的所导出的进给速率信息与加速区之后出现的已知进给速率之间的任何不连续性，和/或去除加速区的所导出的位置信息与位于加速区的末尾的假设或估计位置之间的任何不连续性。
[0031]
所述方法可以包括以下步骤：(v)从在所述至少一个加速区中收集的所述所测量或所校正的加速度导出进给速率数据。还可以执行步骤(vi)，所述步骤包括将校正应用到所述进给速率数据，以确保所述进给速率数据与所述至少一个参考位置相符。
[0032]
可选地，步骤(ii)是在所述预编程扫描路径的第一次遍历期间执行的，并且步骤(iii)是在所述预编程扫描路径的第二次遍历期间执行的。也就是说，步骤(ii)和步骤(iii)可以一起执行。替代性地，步骤(ii)和(iii)可以依序执行。例如，加速度遍次(步骤(ii))和偏转遍次(步骤(iii))可以是单独的遍次，即，预编程扫描路径可以被遍历两次。加速度遍次可以在待测量物体由承载器承载之前进行。加速度遍次可以在待测量物体已从承载器移除之后进行。加速度遍次可以在待测量物体由承载器承载时进行。即使扫描探头单独包括加速度计(或多个加速度计)，并且因此在两个遍次期间必须由探头固持器承载，提供单独的加速度遍次和偏转遍次也能够减少每秒从扫描探头传输的信息量。这可以降低功率需要并延长测量探头的电池寿命。提供单独的加速度遍次和偏转遍次可以允许步骤(ii)包括多个遍次，可以从这些遍次中计算平均加速度。此外，步骤(iii)可以包括多个遍次，以便获得平均探头偏转。来自一个或多个加速度遍次的所测量的加速度可以与一个或多个偏转遍次的探头数据组合。
[0033]
在探头路径的遍历中收集的所测量的加速度(在所述遍历中也收集了探头数据)可以与来自后续(或先前)偏转遍次的探头数据组合。代替单独的遍次，可以同时收集探头数据和加速度数据，即步骤(ii)和步骤(iii)可以在扫描路径的单次遍历期间被收集。
[0034]
可选地，设置避免加速区的错误识别的阈值。可以基于第一进给速率与第二进给速率之间的进给速率差来设置阈值。可选地，选择预编程扫描路径，以使得第一进给速率与第二进给速率之间的差为至少300毫米/分钟。可选地，第一进给速率与第二进给速率之间的差小于300毫米/分钟。可以选择预编程扫描路径，以使得测量探头相对于待测量物体的最大加速度为至少5毫伽。可选地，测量探头相对于待测量物体的最大加速度小于5毫伽。可选地，测量探头相对于待测量物体的最大加速度大于5毫伽。选择预编程扫描路径以使得加速区具有至少最小值的加速度值可以允许设置可以避免加速区的错误识别的阈值。可选地，所述第一进给速率或所述第二进给速率为零。可选地，所述第二进给速率大于所述第一进给速率。优选地，所述第一进给速率和所述第二进给速率非零。
[0035]
本发明还扩展到一种计算机程序，所述计算机程序在被执行时使上述方法得以实施。还可以提供存储这种计算机程序的计算机程序产品。
[0036]
根据本发明的第二方面，提供了一种设备，该设备包括机床、用于获取探头数据的扫描探头、以及控制器，
[0037]
所述机床具有用于保持所述扫描探头的探头固持器、用于承载待测量物体的承载器以及用于测量所述探头固持器相对于所述承载器的加速度的至少一个加速度计，
[0038]
所述控制器被配置为执行以下步骤：
[0039]
(i)使用所述机床以将所述探头固持器沿着预编程扫描路径相对于所述承载器移动，所述预编程扫描路径包括沿着所述预编程扫描路径的所述移动是以第一进给速率进行的至少一个第一区域、沿着所述预编程扫描路径的所述移动是以第二进给速率进行的至少一个第二区域、以及位于所述至少一个第一区域与所述至少一个第二区域之间的至少一个加速区，
[0040]
(ii)在遍历所述预编程扫描路径时，使用所述至少一个加速度计来测量所述探头固持器与所述承载器之间的加速度，
[0041]
(iii)在所述扫描探头由所述探头固持器保持并且所述物体由所述承载器承载的情况下，在遍历所述预编程扫描路径时，收集探头数据，所述扫描探头由此扫描所述物体的表面；以及
[0042]
(iv)使用在步骤(ii)中测量的所述加速度以识别所述预编程扫描路径的至少一个加速区，并由此确定收集步骤(iii)的所述探头数据的、沿着所述扫描路径的一个或多个位置。
[0043]
这提供了一种具有扫描探头的机床，所述机床允许收集更准确的测量信息，而不需要从机床获得位置数据。有利地，这可以允许测量物体，而不需要确保由机床提供的位置数据是在足够高的速率下提供的。这可以允许更快的测量/设置过程，并且还可以允许将测量探头(比如，扫描探头)与以前不兼容的机床一起使用，并且与现有技术(比如，wo 2005/031254中所公开的现有技术)相比，可以允许获得更准确的测量数据。
[0044]
可选地，所述至少一个加速度计被配置为测量扫描探头与待测量物体可以定位到的机床的部分之间的加速度。可选地，所述至少一个加速度计被配置为测量所述测量探头与所述待测量物体之间的加速度。所述探头可以包括加速度计。所述承载器可以包括加速度计。所述探头固持器可以包括加速度计。所述控制器可以是机床控制器。
[0045]
根据本发明的第三方面，提供了一种用于将扫描探头数据与沿着预编程扫描路径的位置匹配的计算机实施的方法，
[0046]
所述预编程扫描路径是机床探头固持器相对于承载器移动的路径，并且包括沿着所述预编程扫描路径的所述移动是以第一进给速率进行的至少一个第一区域、沿着所述预编程扫描路径的所述移动是以第二进给速率进行的至少一个第二区域以及位于所述至少一个第一区域与所述至少一个第二区域之间的至少一个加速区，
[0047]
所述方法包括以下步骤：
[0048]
(i)接收加速度数据，所述加速度数据描述在遍历所述预编程扫描路径时所述探头固持器相对于所述承载器的所测量的加速度，
[0049]
(ii)接收在遍历所述预编程扫描路径时由所述探头固持器固持的扫描探头收集的探头数据，
[0050]
(iii)使用在步骤(i)中接收的所述加速度数据以识别所述预编程扫描路径的至
少一个加速区，并由此确定收集在步骤(ii)中接收的所述探头数据的、沿着所述扫描路径的一个或多个位置。
[0051]
在步骤(i)中，接收在遍历预编程扫描路径时在探头固持器与承载器之间测量的加速度数据可以包括在加速度数据的测量完成之后接收加速度。替代性地，步骤(i)中接收在遍历预编程扫描路径时在探头固持器与承载器之间测量的加速度数据可以包括在加速度数据的测量完成之前接收加速度数据的至少一部分。
[0052]
步骤(ii)可以包括在探头数据的收集完成之后接收探头数据。替代性地，步骤(ii)可以包括在探头数据的收集完成之前接收探头数据的至少一部分。
[0053]
可以提供一种用于实施计算机实施的方法的数据处理设备。可以提供一种计算机程序，所述计算机程序当由计算机执行时实施所述方法。还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括指令，所述指令当由计算机执行时使所述计算机执行上述方法。计算机实施的方法可以使计算机控制机床执行上述方法。计算机可以形成机床控制器的一部分。
[0054]
加速度数据可以包括加速度数据时基信息。探头数据可以包括探头数据时基信息。加速度数据可以从至少一个加速度计导出。
[0055]
上文在所述方法的上下文中描述的任何特征可以包含在本发明的第二方面的设备和/或本发明的第三方面的计算机程序产品中。
[0056]
本文还描述了一种使用探头数据以识别探头路径上的点的加速度特性的方法。可选地，探头数据是偏转数据。可选地，探头路径上的点是接合区段的一部分。此方法可以用于将探头数据与加速度数据对准。
[0057]
本文还描述了一种使用由机床承载的扫描探头来测量物体的方法，所述机床具有用于保持所述扫描探头的探头固持器和用于承载所述待测量物体的承载器。所述方法可以包括以下步骤中的一个或多个：
[0058]
(i)使用所述机床以将所述探头固持器沿着预编程扫描路径相对于所述承载器移动，所述预编程扫描路径包括沿着所述预编程扫描路径的所述移动是以第一进给速率进行的至少一个第一区域、沿着所述预编程扫描路径的所述移动是以第二进给速率进行的至少一个第二区域、以及位于所述至少一个第一区域与所述至少一个第二区域之间的至少一个加速区。
[0059]
(ii)在遍历所述预编程扫描路径时，使用至少一个加速度计来测量所述探头固持器与所述承载器之间的加速度。
[0060]
(iii)在所述扫描探头由所述探头固持器保持并且所述物体由所述承载器承载的情况下，在遍历所述预编程扫描路径时，收集探头数据，所述扫描探头由此扫描所述物体的表面。
[0061]
(iv)使用在步骤(ii)中测量的所述加速度以识别所述预编程扫描路径的至少一个加速区，并由此确定收集步骤(iii)的所述探头数据的、沿着所述扫描路径的一个或多个位置。
[0062]
所述方法可以包括其他方面的一个或多个步骤或特征。
[0063]
现在将仅通过举例方式、参考附图来描述本发明，在附图中：
[0064]
图1示出了机床的示意图；
[0065]
图2示出了使用假定位置的现有技术方法的示例的位置误差；
[0066]
图3展示了探头路径；
[0067]
图4示出了图3的探头路径的区段的所测量的加速度数据；
[0068]
图5示出了基于图3的探头路径的一部分的所测量的加速度数据和所命令的进给速率数据的所计算的进给速率；
[0069]
图6示出了基于图3的探头路径的一部分的所调整的加速度数据和所命令的进给速率数据的所计算的进给速率；
[0070]
图7示出了图6的数据的位置误差；
[0071]
图8示出了基于图6的进给速率数据的所计算的位置数据；
[0072]
图9示出了基于所调整的进给速率数据的位置数据；
[0073]
图10是数据对d
n
、t
n
的位置与时间的曲线图；以及
[0074]
图11是展示了根据本发明的实施例的方法的流程图。
[0075]
图1示出了机床，该机床包括工作台42和主轴40，工作台和主轴可在电机44的作用下在方向x、y、z上相对于彼此移动。主轴40由电机驱动，为了清楚起见，这些电机未被示出。
[0076]
通常，切割刀具将安装在主轴40中，然而如图1所示，扫描探头安装在主轴40中，以便对安装在工作台42上的工件50执行扫描。扫描探头具有用于接触工件50的表面的可偏转触针，并且扫描探头中的换能器(未示出)测量触针在方向x、y、z上的偏转，例如如us 4084323(通过援引并入本文)中所描述的那样。扫描探头中的换能器可以连续测量触针的偏转，或者可以按预定时间间隔取得读数。扫描探头换能器的输出可以是模拟的或数字的。
[0077]
在扫描期间，扫描探头通过无线(例如，光学)链路以例如1000个样本/秒的速率连续地将数据从其换能器传输到接收器rx。虽然信号传输优选是无线的(例如，光学的或无线电的)，但是也可以改为使用硬接线传输。
[0078]
机床被编程为将扫描探头沿着预先编程路径相对于工件50移动，以便扫描工件50的表面。这是在控制器10中运行的用于工件50的零件程序20的控制下进行的。零件程序使需求信号在线路22上发送到伺服反馈环路24。伺服反馈环路24驱动电机，以实现沿着所需路径的期望运动。
[0079]
如果运行零件程序20的控制器10是机床的常规标准数值控制装置，那么伺服反馈环路24也形成控制器10的一部分。替代性地，控制器10可以是单独的计算机，将所需路径数据馈送到标准数值控制装置中的伺服反馈环路。其可以形成探头与机器的标准控制装置之间的接口的一部分。
[0080]
如常规的那样，伺服环路24从机器的测量系统(比如，编码器或旋转变压器(未示出))接收位置反馈信息，并以由时钟控制的预定频率/速率被收集。伺服环路24驱动电机，以便倾向于根据来自零件程序20的所需机器路径，保持如机器的测量系统指示的实际路径。
[0081]
图2示出了当使用wo 2005/031254的假定位置方法测量示例工件时，x轴和y轴的实际位置和假定位置之间的差或误差。如果在伺服反馈环路中从机器的编码器或其他测量装置的输出中直接对数据进行采样得以实现，那么可以将差量化。然而，如上所述，这种采样所需的修改因控制器而异，并且可能不容易，或者甚至可能不可能。如图2中可见，y轴误差在一些点处超过60mm。在一些情况下，发现这是因为该方法忽略了机器运动中的未知因
素，比如，加速度和内插参数。
[0082]
根据本发明，图1示出了包括加速度计34的扫描探头30。在此特定实施例中，加速度计是mems加速度计，特别是由美国马萨诸塞州诺伍德的模拟装置公司(analogue devices inc.,norwood,ma,usa)生产的adxl355 3轴mems加速度计。加速度计34的输出与接收器rx光学通信。此处，加速度计输出1000个样本/秒。
[0083]
扫描探头30包括时钟(未示出)。扫描探头30的时钟可以用于控制用于测量可偏转触针32的偏转的换能器的采样速率/频率。在当前实施例中，加速度计34设有内部时钟以驱动加速度数据收集。然而，可以使用共用时钟以控制换能器和加速度计的采样数据速率/频率。
[0084]
从加速度计34和/或换能器收集数据的时钟与控制控制器10内的机器定位的时钟之间的漂移理想上较低。
[0085]
在此实施例中，加速度计结合有模拟滤波器，该模拟滤波器使频率大于采样频率(奈奎斯特频率)一半的任何信号衰减，这防止了高频噪声(其中一个可能来源是机床)混叠到较低频率中。因为用加速度计34测量的加速度数据含有噪声，所以可以使用低通滤波器去除一部分噪声，比如，与机器振动相关的噪声。
[0086]
还已发现，通过确保加速度计34在使用中尽可能靠近主轴轴线，可以降低因主轴40的振动(比如，当主轴40解锁且旋转时出现的振动)所引起的噪声。
[0087]
图3示出了预定义探头路径100的实施例，扫描探头30沿着该预定义探头路径相对于工件50移动，以便用扫描探头30的触针32扫描工件50的表面。由零件程序20命令的探头路径100是大体上矩形的，并且包括笔直区段104a、104b、104c、104d(统称为笔直区段104)和圆角106a、106b、106c、106d(统称为圆角106)。在此实施例中，笔直区段104与机床移动方向x、y、z对准，在此实施例中，与机床移动方向x、y对准。
[0088]
为了使测量循环时间不会过长，期望扫描探头30沿着探头路径100移动，而不会不必要地缓慢行进并且不会损失准确度。通常情况是，为了围绕圆角106准确地推进扫描探头30，机床的主轴40必须以比沿着笔直区段104推进探头所需的更慢的进给速率前进。因此，零件程序20可以命令圆角106的第一进给速率和笔直区段104的第二进给速率。
[0089]
在零件程序20的控制下，触针与工件50接触，并在工件50的表面上沿着连续路径扫描。零件程序20控制沿着探头路径100的移动的速度，以使得扫描探头30(以及因此触针32)针对圆角区段106减慢，而针对笔直区段104加快。
[0090]
当用户正设置比如零件程序20等零件程序时，通常可以对要遵循的路径的形状进行编程以及针对探头路径的区段设置期望的进给速率。然而，通常不可能(或至少不是普遍可能)对加速度值进行编程(以及因此对出现加速度的探头路径100的区段进行编程)。这些值可以由控制器10决定，并且取决于能够执行特定的所命令的运动的机床。因此，值可能因机床而异。由于磨损，同一台机器随着时间的推移可能会有进一步变化。这产生如下情形，探头路径100是已知的，但是不总是可能仅独自从零件程序20知晓沿着探头路径100从何处获得触针偏转数据。因此，有可能知晓探头将沿着探头路径100行进到“何处”，而不知晓探头“何时”已到达沿着探头路径100的某个点。
[0091]
当设置探头路径100时，优选地，用户记住以下设计考虑中的一个、一些、许多或全部：(i)探头路径100应由固定进给速率的区段与进给速率发生改变的、沿着探头路径100的
少量位置构成，(ii)在探头路径方向的任何突然改变处应存在停顿(或记录中断)，(iii)进给速率的改变应出现在探头路径100的合理笔直区段上，(iv)机床应能够在拐角处实现所编程的进给速率，(v)探头路径100的区段应足够长，以使机床加速到期望进给速率。在当前实施例中，还可以包含探头路径100的以下设计考虑；(vi)进给速率的改变应至少300毫米/分钟，(vii)5毫伽的加速度值应得以实现，并优选维持至少0.1s。第一进给速率与第二进给速率之间的此进给速率差设置了可以避免当前实施例的adxl 355 3轴mems加速度计的加速区的错误识别的阈值。
[0092]
图3示出了点110。在此实施例中，点110是开始工件50的扫描的、沿着探头路径100的位置。零件程序20控制主轴40，以使得触针32与工件50接触，并且扫描探头30的触针32的预定位移得以实现，这通常被称为探头路径100的“接合区段”。为了清楚起见，图3中未示出探头路径100的接合区段。在当前实施例中，在已出现接合区段之后，主轴40(以及因此扫描探头30)可以暂时保持静止。一些机床控制器倾向于控制主轴40的运动，以使围绕所编程的方向突然改变的运动平滑化(例如，使主轴40围绕拐角以圆形方式行进，而不是产生急拐角运动)。在接合区段之后保持主轴40静止允许克服这种趋势。能够识别接合区段的末尾允许点110是沿着探头路径100的已知参考位置。
[0093]
零件程序20命令探头沿着探头路径100推进。在此实施例中，零件程序20命令机床将扫描探头30沿着探头路径100在顺时针方向上移动。点110被选择成使得在点114h处，扫描探头30以零件程序20所命令的第一进给速率沿着探头路径100移动，即，点110被选择成使得到点114h的距离允许机床在点114h处(或之前)达到第一进给速率。
[0094]
在当前实施例中，扫描探头30从点110处的静止加速而达到第二进给速率(高于第一进给速率)，这出现在假想点114i(此处，点114i没有在零件程序20中设置，而是取决于机床的实际加速度，所以点114i的确切位置是未知的，并因此被描述为假想的)，点110和114i限定了初始加速区109a。在移动穿过初始加速区109a期间，扫描探头从静止加速到第二进给速率。接着，扫描探头以第二进给速率移动，直到假想点112h。接着，扫描探头30减速(始于假想点112h)，以在点114h处实现第一进给速率。探头路径100的在假想点112h与点114h之间的部分形成加速区108h。扫描探头30以零件程序20命令的第一进给速率围绕圆角106a推进。如图所示，圆角106a是探头路径100的在点114h与112a之间的区段。
[0095]
探头路径100的第一笔直区段104a在点112a与点114b之间延伸。当探头在点112a处到达笔直区段104a时，零件程序20命令第二进给速率。点114b是标记笔直区段104a与圆角106b之间的边界的点。零件程序20已被配置成使得在点114b处，机床正以第一进给速率沿着探头路径100推进扫描探头30。
[0096]
在点112a处，机床开始将主轴40加速，以便使扫描探头30以第二进给速率沿着探头路径100移动。图3示出了实现第二进给速率的假想点114a。探头路径100的在点112a与假想点114a之间的区段被定义为加速区108a。应了解，加速区的长度将取决于第一进给速率与第二进给速率122之间的差以及机床主轴40加速的速率。如上所述，机床将主轴40加速的速率取决于许多因素，这些因素可以在不同机床之间变化，和/或可以由于磨损等而在同一机床上长时间变化。因此，不可能针对每个机床知晓沿着探头路径100的假想点114a的确切位置。
[0097]
一旦已实现第二进给速率122，扫描探头30就以第二进给速率122沿着笔直区段
104a移动，直到到达假想点112b。如上所述，零件程序20要求扫描探头30从点114b以第一进给速率沿着探头路径100推进。为了在点114b处实现第一进给速率，机床使主轴40减速。开始减速的点在图3中被示出为假想点112b。第二加速区108b由点112b和114b限定。如同加速区108a一样，加速区108b的长度取决于多个因素，这些因素是机床特定的并且可能由于磨损等而随时间变化。因此，不可能针对每个机床都知晓沿着探头路径100的点112b的确切定位。
[0098]
接着，零件程序20控制机床以第一进给速率围绕圆角106b推进扫描探头30。在到达笔直区段104b(该笔直区段在点112c与114d之间延伸)时，零件程序20命令第二进给速率。扫描探头30在(点112c与假想点114c之间的)加速区108c中加速。接着，扫描探头30以第二进给速率沿着假想点114c与假想点112d之间的笔直区段104b的一部分推进。扫描探头30沿着(假想点112d与点114d之间的)加速区108d减速，以便将扫描探头30的移动从第二进给速率减慢到第一进给速率。
[0099]
零件程序20控制机床以第一进给速率围绕圆角106c推进扫描探头30。在到达笔直区段104c(该笔直区段在点112e与114f之间延伸)时，零件程序20命令第二进给速率。扫描探头30在(点112e与假想点114e之间的)加速区108e中加速。接着，扫描探头30以第二进给速率沿着假想点114e与假想点112f之间的笔直区段104c的一部分推进。扫描探头30沿着(假想点112f与点114f之间的)加速区108f减速，以便将扫描探头30的移动从第二进给速率减慢到第一进给速率。
[0100]
接着，零件程序20控制机床以第一进给速率围绕圆角106d推进扫描探头30。在到达笔直区段104d(该笔直区段始于点112g)时，零件程序20命令第二进给速率。扫描探头30在(点112g与假想点114g之间的)加速区108g中加速。接着，扫描探头30以第二进给速率沿着假想点114g与假想点112i之间的笔直区段104d的一部分推进。扫描探头30沿着(假想点112i与点110之间的)最后的加速区109b减速，以便将扫描探头30的移动从第二进给速率减慢到静止。使探头静止可以允许点110用作探头路径100上的已知参考位置。
[0101]
加速区108a至108h统称为加速区108。加速区108a、108c、108e、108g是扫描探头从第一进给速率加速到第二进给速率的加速区。加速区108b、108d、108f、108h是扫描探头从第二进给速率减速到第一进给速率的加速区。在当前实施例中，零件程序20已被配置成使得加速区108位于探头路径100的笔直区段上。
[0102]
初始加速区109a是扫描探头在接合区段之后从静止加速的加速区。最后的加速区109b是扫描探头减速到静止的加速区。在最后的加速区109b之后，扫描探头的触针32脱离与工件50的表面的接触。初始加速区109a和最后的加速区109b统称为加速区109。在当前实施例中，零件程序20已被配置成使得加速区109位于探头路径100的笔直区段上。
[0103]
以这种方式，扫描探头30沿着探头路径100传送，其中与待测量物体相关的测量信息得以收集，起始于点110并结束于点110。点110可以是用户定义的点，并且可以位于沿着探头路径100的其他地方，因此加速区109可以位于沿着探头路径100的其他地方。
[0104]
在当前实施例中，扫描探头30通过无线链路同时连续地将数据从换能器和加速度计传输到接收器rx。以此方式，可能在扫描探头沿着探头路径100的单一遍次中收集所有数据。
[0105]
应了解，当以恒定速度行进时，比如当探头以第二进给速率沿着探头路径100的笔
直区段104a的至少一部分推进时，如果所命令的进给速率得以维持，那么基本上没有加速度。应进一步了解，当探头以恒定速度行进而同时以第一进给速率围绕圆角106推进时，由于探头路径100的弯曲性质，将会有垂直于探头路径100的加速度，但是如果所命令的进给速率得以维持，那么基本上没有沿着探头路径100(即，与其相切)的加速度。
[0106]
图4示出了相对于时间绘制的、当扫描探头30沿着探头路径100的笔直区段104a推进时、沿着探头路径100的加速度。探头处于加速区108a、108b中的时间可以从这样的数据中识别出。此处，加速区108a可以被视为出现在第一时间t
i
与第二时间t
ii
之间的第一峰值116。加速区108b可以被视为出现在第三时间t
iii
与第四时间t
iv
之间的第二峰值118。在时间t
i
，探头处于沿着探头路径100的位置112a处，在时间t
ii
，探头处于沿着探头路径100的位置114a处，在时间tii
i
，探头处于沿着探头路径100的位置112b处，并且在时间t
iv
，探头处于沿着探头路径100的位置114b处。因为加速区108a中的加速度为正，所以第一峰值116为正。然而，当加速区108b中的加速度为负(即，减速度)时，第二峰值118为负。
[0107]
可能仅通过对所获取的加速度数据进行双重积分来获得位置测量值，然而，所测量的加速度数据中的任何误差都可能导致所计算的位置数据中的大误差。例如，当求积分以产生速度(进给速率)数据时，所测量的加速度数据中的恒定误差将在速度数据中引入相对于时间而线性变化的误差，并且速度数据的进一步积分以获得位置数据将在位置数据中产生二次误差。因此，当使用所测量的加速度数据的双重积分以提供位置信息时，必须特别注意任何误差的大小，并且加速度数据的双重积分可能仅短期适用。如从图4可见，加速度误差不是恒定误差，而是包含噪声，这样，典型误差与噪声密度乘以扫描持续时间的3/2次幂成正比。
[0108]
通过如下所述进行处理，可以从加速度数据提取更准确的位置信息，而不是对加速度数据进行双重积分。一般来说，一旦已实现进给速率，机床便能够保持所命令的进给速率，如上所述，这将沿着探头路径100产生零加速度的区段。图4中的数据包括从探头路径100的点112a到探头路径100的点114b获得的加速度数据。在此数据中，当探头从应用于圆角106a的探头路径100的第一进给速率加速时，存在探头沿着探头路径100的加速度，直到在点114a处实现了笔直区段104a的第二进给速率122。接着，扫描探头30以第二进给速率122(沿着探头路径100的恒定速度)沿着探头路径100推进，并且在图4的加速度数据内可以看到(点112b、114b之间的)第二加速区108b。图4所示的加速度数据是大体上对称的，因而对于所描述的两个加速区108a、108b具有基本上相似的加速度量值。情况不需如此。因为加速度曲线将由机床决定，所以点112a与114a之间的加速度不需要类似于点112b与114b之间的加速度，并且数据可能不是对称的。
[0109]
加速区108和109从加速度数据中被识别为加速度数据内的峰值，比如，峰值116、118。加速区108、109的识别允许识别进给速率固定的区域。
[0110]
接着，针对每个固定进给速率区段而选择时间t1、t2...t
n
，并且将初始距离值d1、d2...d
n
分配给时间t1、t2...t
n
中的每一个。每个时间t1、t2...t
n
可以是落入每个固定进给速率区段内的任何时间。
[0111]
距离值d1、d2...d
n
可以基于沿着探头路径100的已知位置来选择，或者可以通过任何其他方法来选择。
[0112]
还参考图10，示出了针对整个探头路径100，使用数据对t
n
、d
n
相对于时间绘制的探
头路径100距离信息。该信息定义了沿着探头路径100的距离d。此处，距离d是从结合图3描述的点110沿着探头路径(在顺时针方向上)的距离。点110是沿着探头路径100的已知位置。这意味着当前实施例的加速区109a的开始和加速区109b的结束是已知的。
[0113]
因此，图10所示的数据对t1、d1对应于沿着探头路径100在假想点114i与假想点112h之间的点(如图3所示)。数据对t2、d2对应于沿着探头路径100在点114h与点112a之间的点。数据对t3、d3对应于沿着探头路径100在假想点114a与假想点112b之间的点(t3也在图4中示出)。数据对t4、d4对应于沿着探头路径100在点114b与点112c之间的点。数据对t5、d5对应于沿着探头路径100在假想点114c与假想点112d之间的点。数据对t6、d6对应于沿着探头路径100在点114d与点112e之间的点。数据对t7、d7对应于沿着探头路径100在假想点114e与假想点112f之间的点。数据对t8、d8对应于沿着探头路径100在点114f与点112g之间的点。数据对t9、d9对应于沿着探头路径100在假想点114g与假想点112i之间的点。例如，这允许通过假设机器在时间t
ii
与t
iii
之间(包含点t3)之间以所命令的第二进给速率移动，来求出点114a与点112b之间在任意时间t沿着刀具路径100的距离的近似值。
[0114]
为了提供整组的距离信息d，需要填充固定进给速率区段之间的间隙。这些间隙对应于加速区。对应于适当加速区的所测量的加速度用于填充固定进给速率区段之间的间隙，如现将参考图5至图7所描述的那样。
[0115]
图5对应于点112a(加速度数据中的所识别的第一峰值116的开始)与图4的点114b和112b之间的点之间的时间段中的进给速率。点112a与114a之间的所测量的加速度数据已被求积分以得出进给速率数据124。在位置114a之后，绘制了所命令的第二进给速率122。如可见的，进给速率在t
i
时的值为f
’
(对应于第一进给速率)并且在t
ii
时的值为f”。可以看出，f”大于第二进给速率122。在进给速率数据124和第二进给速率122之间存在不连续性126。这可能是由于加速度数据中存在的误差(比如，噪声)或者是由于固定进给速率数据的定位(例如，由于(d2，t2)、(d3，t3)等的值)。为了补偿此误差，下式的线性校正v
c
[0116]
v
c
＝mt+k
ꢀꢀ
(1)
[0117]
(其中t是时间并且m和k是常数)应用到从加速度数据导出的进给速率数据。m和k的值被挑选以便从数据中去除不连续性126，并且针对不同情形和加速度计将不同。此过程假设加速区前后的进给速率是已知的，例如，已实现所命令的进给速率。在此实施例中，假设机床的探头固持器在时间t
i
之前即刻以第一进给速率移动，并且机床的探头固持器在时间t
ii
实现第二进给速率122。
[0118]
图6示出了当扫描探头从时间t
i
的第一进给速率加速到时间t
ii
的第二进给速率时的不连续性126的去除，这是因为不连续性126将表示无限加速度。有时没有形成所识别的加速度峰值的一部分(比如，如上所述从图4所示的加速度数据识别出的峰值116、118)，那么采用适当的所命令的进给速率。
[0119]
图7示出了对应于图6所示的进给速率的附加位置误差与所测量的主轴40的进给速率，以便演示此阶段的进给速率数据的准确性。主轴40的准确进给速率数据可以通过从机床直接对信息采样来获得。如上文所讨论的，获得每台机床的这种信息是不切实际的，或者可能是不可能的。
[0120]
图8示出了通过将图6所示的进给速率信息求积分而获得的位置信息。如图8中可见的，存在不连续性128。不连续性128表示物理上不真实的情形(这种位置的阶跃改变将需
要无限加速度，并且因此不会出现)。图8所示的数据可以使用下式的校正p
c
来校正
[0121]
p
c
＝at3+bt2+ct+d
ꢀꢀ
(2)
[0122]
其中t是时间，并且a、b、c和d是常数，该校正应用到图6的位置数据。a、b、c和d的值被挑选以便从位置数据中去除不连续性128，同时确保t
i
和t
ii
的进给速率不受影响。a、b、c和d的值针对不同情形将不同。所校正的位置数据示出在图9中，并且表示物理上可能的路径。
[0123]
通过两次求微分将整组的距离数据d转换为加速度数据，以得出经拟合的加速度数据。比较经拟合的加速度数据和所测量的加速度数据。调整参数d
n
，并针对新参数d
n
重复计算对应于加速区108、109的位置信息。重复此过程，直到经拟合的加速度与所测量的加速度之间的差最小化。可以通过使用最小二乘法，例如，非线性最小二乘法，比如莱文伯格-马夸特(levenberg-marquardt)非线性求解器，来调整参数d
n
。
[0124]
当使用adxl 355 3轴mems加速度计时，噪声以高频机器振动为主。通过对残差进行滤波，优选地通过应用高斯滤波器，在传递给求解器之前，可以提高拟合的质量。
[0125]
此过程提供了将沿着探头路径100的距离与时间相关联的方法。因为由扫描探头30收集的偏转数据是相对于时间记录的，所以上述方法提供了一种将偏转数据与沿着探头路径100的距离相关联的方法。
[0126]
图11是展示了上述匹配偏转数据与沿着探头路径100的位置的方法的流程图。在步骤200，获得探头路径100，该探头路径包含探头路径100的每个区段的所命令的进给速率以及开始位置和结束位置。接着，在步骤202，收集加速度数据和偏转数据。对所收集的加速度数据进行沿着探头路径100出现的加速度峰值的分析，以便识别加速区108、109何时出现。在步骤204中，对加速区108、109之间的区段分配适当的固定进给速率。在步骤206，确定固定进给速率区段的位置数据，针对每个固定进给速率区段而选择任意时间t1、t2...t
n
，并且将初始距离值d1、d2...d
n
分配给时间t1、t2...t
n
中的每一个。为了提供整组的距离数据d，在步骤208，使用以实际的方式从加速度数据导出的位置信息来填入固定进给速率区段(即，加速区108、109)之间的距离信息d。在此实施例中，这通过以下方式来实现：将校正v
c
应用到进给速率数据，以使得进给速率数据与实际的(即，物理上可能的，没有不连续性)情形相符，并且将第二校正p
c
应用到位置数据，以使得位置数据(以及可以由此导出的进给速率数据)与实际的(即，物理上可能的，没有不连续性)情形相符。
[0127]
一旦已从步骤208获得整组的距离数据d，在步骤210，通过两次求微分将整组的距离数据d转换为加速度数据，以给出经拟合的加速度数据。比较经拟合的加速度数据和所测量的加速度数据。在第一次比较之后，该方法进行到步骤212。在步骤212，调整参数d
n
，并基于d
n
的新值而重新计算固定进给速率区段的位置数据。在步骤212中，可以通过使用最小二乘法(例如，非线性最小二乘法，比如，莱文伯格-马夸特非线性求解器)来调整参数d
n
。重复步骤208到210。在步骤210之后，在所测量的加速度数据与经拟合的加速度数据之间进行比较。一旦步骤210之后的比较发现经拟合的加速度与所测量的加速度之间的差被最小化，该方法便进行到步骤214。如果所测量的加速度数据与经拟合的加速度数据之间的差没有最小化，那么该方法进行到步骤212。在步骤214，将如此获得的距离与时间信息用于将基于时间的偏转信息与沿着探头路径100的距离相关联。
[0128]
在运行上述方法之前，可能需要校准加速度计34的原始输出。为了计算加速度计
34的零值，可以在机器不移动时收集两秒钟的数据。来自加速度计34的每个轴线的平均读数可以从那个轴线的所有后续读数中被减去。这可以用于去除零点和去除重力。如果使用这种校准步骤，那么加速度计读数将对加速度计的旋转敏感。如果移动限于3轴测量，那么这种校准适合使用。如果旋转(例如，5轴移动)是期望的，那么可以执行进一步的校准步骤来为加速度计的不同取向找到零值(此处将不描述这样的进一步的校准步骤)。
[0129]
可以执行第二校准步骤，以便确定每个加速度计轴线的灵敏度、加速度计34的取向和机器轴线配置。此处，执行x-y平面、x-z平面和y-z平面中的一系列已知半径的圆。因为来自每个加速度计轴线的输出预期包括偏移零值并具有对应于加速度计34经受的离心力的幅度的正弦波和余弦波，所以可以使用算法来将正弦波与如此获得的加速度计数据拟合。
[0130]
已观察到当前实施例的adxl 355 3轴mems加速度计显示出线性行为。可以配置其他合适的校准常式以补偿加速度计中的任何非线性。
[0131]
现将描述第二实施例。第二实施例类似于上述第一实施例，但加速度数据和偏转数据不是同时测量的。这可以具有特定应用，其中扫描探头30用电池操作，并且同时输出加速度数据和偏转数据可能将电池寿命降低到不可接受的水平。
[0132]
在此实施例中，执行加速度遍次，该加速度遍次包括在测量加速度数据并经由光学接口传输该加速度数据时，将扫描探头30沿着探头路径100推进。执行偏转遍次，该偏转遍次包括在测量偏转数据并以光学方式传输该偏转数据时，将扫描探头30沿着探头路径100推进。与本实施例中的情况一样，可以在加速度遍次之后执行偏转遍次。
[0133]
在此第二实施例中，可能需要匹配数据的时标(例如，对准两组数据的开始时间)。在探头路径100的接合区段期间，控制主轴40，以用于最初使扫描探头30的触针32与工件50接触，以便在将扫描探头30沿着探头路径100移动之前实现触针32的预定偏转。此处，主轴40在垂直于探头路径100的方向上移动，以使得主轴40到达开始沿着探头路径100的扫描的点110。在加速度遍次的接合区段期间收集加速度数据，并且在接合区段之后立即提供停顿。这种停顿可以是约0.05秒。在加速度遍次期间，待测量物体不需要安装在机床上。在偏转遍次的接合区段期间收集偏转数据，并且在接合区段之后立即提供停顿。这种停顿可以是约0.05秒，以便与加速度遍次的停顿匹配。因为触针32在接合区段期间的偏转是因机器运动所致，所以在接合区段期间的偏转数据为机器运动所特有。将在偏转遍次的接合区段期间收集的偏转数据两次求微分，以提供触针偏转加速度数据。当触针32在接合区段期间通过沿着垂直于含有起始点110的探头路径100的部分的方向的移动而正移动到工件50的表面上的点上时，触针偏转加速度数据可以与在从加速度遍次开始的引领期间收集的加速度数据相匹配。这允许识别加速度遍次和偏转遍次期间的对应时间，因为偏转遍次的接合区段的所计算的触针偏转加速度数据将具有与加速度遍次的接合区段期间测量的加速度数据相似的特性。
[0134]
在第三实施例中，该方法包括加速度遍次和偏转遍次。主轴位置数据是在加速度遍次的接合区段期间收集的，或者可以比如通过使用上述方法从加速度数据导出。主轴位置数据可以被绘制为主轴40距探头路径100的点110的距离，即，距探头路径100的接合区段的末尾的距离。在偏转遍次的接合区段期间，测量触针32的偏转。这可以被绘制为相对于接合区段的最大偏转的偏转。因为至少在接合区段的最后部分期间，作为时间的函数的主轴
位置的曲线对应于作为时间的函数的探头偏转的曲线，所以主轴位置的曲线和探头偏转的曲线可以匹配，以在加速度遍次与偏转遍次之间对准数据。
[0135]
在第四实施例中，该方法包括加速度遍次和偏转遍次。加速度数据和偏转数据可以使用在探头路径100的脱离区段(未示出)期间获得的信息来对准。当在扫描探头已沿着探头路径100推进之后到达点110时，在测量循环的末尾出现脱离区段。脱离区段可以沿着垂直于含有点110的探头路径100的区段的方向出现。在脱离区段期间，扫描探头30的触针32之间的接触断开，并且机床的主轴40将探头从工件50移开。这可以允许工件50从机床移除，或者可以允许扫描探头30从机床的主轴40移除，以允许工件50的进一步加工。
[0136]
在包括加速度遍次和偏转遍次的第五实施例中，可以使用在接合区段和脱离区段期间获得的信息来对准加速度数据和偏转数据。
[0137]
虽然上述第一实施例是结合adxl 355 3轴mems加速度计来描述的，但是也可以使用其他加速度计。加速度计34可以是mems加速度计。加速度计可以具有模数转换器，或者可以设置单独的模数转换器。加速度计的加速度数据被传递到模数转换器，该模数转换器可以与加速度计一起安装在集成电路板上。模数转换器可以被配置为防止高频噪声(比如，机器振动)混叠到较低频率中。在加速度计噪声密度小于加速度计的分辨率除以采样频率的平方根的情况下，可以设置模数转换器。
[0138]
在上述第一实施例中，设置了形成扫描探头30的一部分的单一加速度计34。情况不必如此，并且加速度计34也不必设置为扫描探头30的一部分。加速度计34可以与扫描探头分开附着到机床。加速度计34或附加的加速度计可以设置在机床的工作台42上。加速度计可以附着到待测量物体。这允许监控由工作台42的移动引起的工件50和探头30的相对移动。
[0139]
刀具路径100上的位置110的选择可以是在期望恒定进给速率的区段的开始时，比如，112a(在这种情况下，恒定期望进给速率的区段是笔直区段104a)、114b(在这种情况下，恒定期望进给速率的区段是圆角106b)等。在又进一步的实施例中，探头路径100上的位置110可以是探头路径100上的任何位置。
[0140]
校正v
c
和/或校正p
c
可以具有不同于结合第一实施例而公开的形式，或者等效的校正可以应用到该方法的不同阶段。例如，校正v
c
(该校正相对于时间而线性变化，并应用到进给速率数据)具有等效校正a
c
，该等效校正是恒定校正(相对于时间)并将应用到加速度数据。
[0141]
形成初始位置信息(比如结合图11的步骤204所描述的)可以使用完全假定的位置、或者沿着探头路径的已知开始和结束位置以及它们之间的假定位置来执行。
[0142]
扫描探头可以是非接触式探头，比如，电容探头、感应探头或视频探头。该方法也可以与其他类型的测量探头一起使用。