形状测量设备的控制方法和非易失性记录介质与流程

文档序号：24885834发布日期：2021-04-30 13:08阅读：104来源：国知局

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本发明涉及形状测量设备的控制方法。

背景技术：

已知有用于通过在扫描测量对象物体的表面的同时使触针针尖沿着该表面移动来测量该测量对象物体的形状的形状测量设备(例如，参见jp5274782b、jp6030339b和jp6063161b)。为了进行扫描测量，需要设置扫描测量所用的路径。

jp5274782b中所公开的设备将基于cad数据等的与扫描路径有关的设计数据(例如，非均匀有理b样条(nurbs)数据)转换成具有预定次数的多项式曲线组。

以下简要说明该过程。

首先，从外部cad系统等接收到包括路径信息的cad数据(例如，nurbs数据)，并且将该cad数据转换成点组数据。

各点的数据是坐标(x,y,z)和法线方向(p,q,r)的组合、即(x,y,z,p,q,r)。在本说明书中，将包括信息(x,y,z,p,q,r)的点组数据称为轮廓点数据。

接着，使各点的坐标沿法线方向偏移预定量。(该预定量具体是触针针尖半径r-基准偏转量e0。)将以这种方式获得的点组数据称为偏移轮廓点数据。

然后，将偏移轮廓点数据转换成具有预定次数的多项式曲线。这里，假定多项式是三次函数，并且曲线是参数三次曲线(pcc)。基于pcc来生成用于测量工件的路径。此外，将pcc分割成分割pcc。

通过根据分割pcc计算速度曲线，来获得探测器的移动速度(移动矢量)。(例如，基于分割pcc的各区段(segment)的曲率等来设置探测器的移动速度(移动矢量)。)基于移动速度来使探测器移动，使得触针针尖扫描测量对象物体的表面，即进行被动标称扫描测量。(注意，本说明书中的“标称”一词是指沿着基于物体的设计数据预先计算出的预定轨迹的扫描)。

此外，已知有用于在通过连续地计算偏转校正矢量来校正轨迹以保持探测器的偏转量恒定的同时、进行扫描测量的方法(jp6030339b)。在下文，这样的标称扫描被称为“主动标称扫描测量”。

以下简要说明jp6030339b中所公开的主动标称扫描测量。

在主动标称扫描测量中，通过以下的表达式1所表示的合成速度矢量v是用于移动探测器的命令。在基于合成速度矢量v来移动探测器时，进行在偏转量恒定的同时沿着pcc移动探测器(触针针尖)的工件表面扫描测量、即“主动标称扫描测量”。

v＝gf×vf+ge×ve+gc×vc…(表达式1)

参考图1，简要说明表达式1。在图1中，pcc(即，扫描路径)在与设计数据(轮廓点数据)偏移预定量(触针针尖半径r-基准偏转量e0)的位置处。(注意，图1示出由于加工误差等而导致实际工件与设计数据略微偏移。)

矢量vf是路径速度矢量。路径速度矢量vf具有从pcc上的插值点(i)向着下一插值点(i+1)的方向。

注意，路径速度矢量vf的大小例如是基于插值点(i)处的pcc的曲率来确定的(例如，jp6063161b)。

矢量ve是用于保持探测器的偏转量ep为预定基准偏转量e0(例如，0.3mm)的偏转量校正矢量。(偏转量校正矢量ve必须与工件的表面的法线平行。)

矢量vc是轨迹校正矢量。轨迹校正矢量与从探测器位置向着pcc绘制的垂线平行。在表达式1中，gf、ge和gc分别是扫描驱动增益、偏转方向校正增益和轨迹校正增益。

图2示出pcc的示例。

pccl_pcc是从点p1连接至点p7的线，并且pccl_pcc由p点分割成多个区段。(各区段也是pcc。)

各区段的终点是下一区段(pcc)的起点。将各区段的起点的坐标表示为(kx0,ky0,kz0)，并且将pcc的起点和终点之间的直线的长度表示为d。根据该定义，利用表示三次曲线的系数(kx3,kx2,…,kz1,kz0)通过以下的表达式(2)来表示pcc上的任意点处的坐标{x(s),y(s),z(s)}。

x(s)＝kx3s³+kx2s²+kx1s+kx0

y(s)＝ky3s³+ky2s²+ky1s+ky0

z(s)＝kz3s³+kz2s²+kz1s+kz0…(表达式2)

利用表达式(2)生成用于对测量对象物体进行扫描测量的路径，并且以利用合成速度矢量v(表达式1)沿着所计算出的pcc进行扫描测量的方式控制探测器。然后，获得对测量对象物体进行扫描测量的测量结果。

技术实现要素：

近来，测量对象物体的形状已相当复杂，并且已期望对具有复杂形状的工件进行快速且精确的扫描测量。例如，需要对图3所示的涡轮的叶片进行快速且精确的扫描测量。现有的坐标测量机(jp5274782b、jp6030339b和jp6063161b)各自具有彼此垂直的x驱动轴、y驱动轴和z驱动轴这三个驱动轴，并且利用这三个垂直的驱动轴使探测器相对于测量对象物体移动。

然而，利用现有的坐标测量机，随着测量对象物体的形状复杂化，探测器的运动也相应地复杂化。然后，探测器的移动速度变低，并且这需要很长时间来进行测量。此外，根据工件的形状，探测器的触针可能会干扰工件，并且不能进行测量。

本发明是提供一种形状测量设备的控制方法，尽管测量对象物体具有复杂形状，但该方法也能够通过缩短测量时间来提高测量效率。

根据本发明实施例的形状测量设备的控制方法是一种形状测量设备的控制方法，所述形状测量设备被配置为利用平移移动机构和旋转驱动机构使探测器和工件相对移动以通过使所述探测器沿着预先设置的扫描路径移动来对所述工件进行扫描测量，所述控制方法包括：

使针对所述平移移动机构的移动命令与针对所述旋转驱动机构的转动命令同步，使得通过使所述探测器沿着所述扫描路径移动来对所述工件进行扫描测量。

在本发明的实施例中，所述方法还可以包括：

由操作员设置扫描路径和针对旋转台的转动角度命令；

基于与所述扫描路径有关的数据来生成平移速度矢量命令，所述平移速度矢量命令用于驱动并控制所述平移移动机构使得所述探测器沿着所述扫描路径移动；

基于所述转动角度命令来生成针对所述旋转驱动机构的转动命令；

校正所述平移速度矢量命令以减少所述转动命令的转动量，并且生成校正后平移速度矢量命令；以及

基于所述转动命令和所述校正后平移速度矢量命令，来驱动并控制所述旋转驱动机构和所述平移移动机构。

在本发明的实施例中，所述方法还可以包括：

由操作员设置扫描路径和针对旋转台的转动角度命令；

校正与所述扫描路径有关的数据以减少所述转动命令的转动量，并且生成校正后扫描路径数据；

基于所述校正后扫描路径数据，来生成用于驱动并控制所述平移移动机构的平移速度矢量命令；

基于所述转动角度命令来生成针对所述旋转驱动机构的转动命令；以及

基于所述转动命令和所述平移速度矢量命令来驱动并控制所述旋转驱动机构和所述平移移动机构。

在本发明的实施例中，所述方法还可以包括：

由操作员设置扫描路径；

基于与所述扫描路径有关的数据，来生成平移速度矢量命令，所述平移速度矢量命令用于驱动并控制所述平移移动机构使得所述探测器沿着所述扫描路径移动；

基于所述平移速度矢量命令来生成针对所述旋转驱动机构的转动命令；

校正所述平移速度矢量命令以减少所述转动命令的转动量，并且生成校正后平移速度矢量命令；以及

基于所述转动命令和所述校正后平移速度矢量命令来驱动并控制所述旋转驱动机构和所述平移移动机构。

在本发明的实施例中，优选地，

基于所述平移速度矢量命令来生成针对所述旋转驱动机构的转动命令包括：基于路径速度矢量vf的方向的变化来生成针对所述旋转驱动机构的转动命令，以及

所述路径速度矢量vf是具有从所述扫描路径上的一个插值点向着下一插值点的方向的矢量。

在本发明的实施例中，优选地，

基于所述平移速度矢量命令来生成针对所述旋转驱动机构的转动命令包括：基于由偏转量校正矢量ve和接近方向ap所形成的角度来生成针对所述旋转驱动机构的转动命令，

所述接近方向ap是所述平移移动机构使所述探测器接触所述工件的预定方向，以及

所述偏转量校正矢量ve是用于将所述探测器的偏转量ep校正为预定基准偏转量e0的矢量、并且具有与所述工件在接触点处的法线平行的方向。

在本发明的实施例中，优选地，

基于所述平移速度矢量命令来生成针对所述旋转驱动机构的转动命令包括：

计算虚拟圆c1，所述虚拟圆c1具有所述旋转驱动机构的转动中心oc作为中心，并且具有所述探测器和所述工件的接触点与所述转动中心oc之间的距离r1作为半径；

计算所述虚拟圆c1在所述接触点处的切线l1；

计算作为所述平移速度矢量命令在所述切线l1的方向上的元素的转动方向矢量vl1；以及

基于所述转动方向矢量vl1来生成针对所述旋转驱动机构的转动命令。

在本发明的实施例中，所述方法还可以包括：

由操作员设置扫描路径和针对所述旋转驱动机构的转动角度命令；

将与所述扫描路径有关的数据分割成多个区段，并且基于各区段的曲率来针对各区段设置所述平移移动机构的平移速度模式；

基于所述转动角度命令，针对各区段来计算该区段的开始处的转动角度值和该区段的结束处的转动角度值，并且针对各区段来生成角速度模式；

校正所述平移速度模式以减少由所述角速度模式所给出的所述转动命令的转动量，并且生成校正后平移速度模式；以及

根据基于所述校正后平移速度模式的合成速度矢量来驱动并控制所述平移移动机构，并且根据基于所述角速度模式的角速度命令来同时驱动并控制所述旋转驱动机构。

在本发明的实施例中，所述方法还可以包括：

由操作员设置扫描路径和针对所述旋转驱动机构的转动角度命令；

校正与所述扫描路径有关的数据以减少所述转动角度命令的转动量，并且生成校正后扫描路径数据；

将所述校正后扫描路径数据分割成多个区段，并且基于各区段的曲率针对各区段来设置所述平移移动机构的平移速度模式；

基于各区段的所述转动角度命令和所述平移速度模式，针对各区段来计算该区段的开始处的转动角度值和该区段的结束处的转动角度值；

针对各区段来生成角速度模式；以及

根据基于所述平移速度模式的合成速度矢量来驱动并控制所述平移移动机构，并且根据基于所述角速度模式的角速度命令来同时驱动并控制所述旋转驱动机构。

在本发明的实施例中，所述方法还可以包括：

由操作员设置扫描路径；

将与所述扫描路径有关的数据分割成多个区段，并且基于各区段的曲率针对各区段来设置所述平移移动机构的平移速度模式；

基于所述平移速度矢量命令来生成针对所述旋转驱动机构的转动命令；

基于所述转动命令，针对各区段来计算该区段的开始处的转动角度值和该区段的结束处的转动角度值，并且针对各区段来生成角速度模式；

校正所述平移速度模式以减少由所述角速度模式所给出的所述转动命令的转动量，并且生成校正后平移速度模式；以及

在本发明的实施例中，优选地，

针对各区段来生成所述角速度模式包括：

将角加速度的大小设置为预定的固定值；以及

通过为了生成所述角速度模式而从第一区段开始计算，来将用于维持恒定角速度的模式、用于最初加速然后维持恒定角速度的模式、以及用于最初维持恒定角速度然后减速的模式中的任一模式应用于各区段。

在本发明的实施例中，所述方法还可以包括：

在生成最后一个区段的角速度模式之后、在所述扫描路径的终点处所述角速度不为零的情况下，计算所述旋转驱动机构在所述扫描路径的终点处停止所需的减速距离，并且校正所述角速度模式，使得所述旋转驱动机构从所述终点之前的所需减速距离起开始减速。

在本发明的实施例中，所述方法还可以包括：

对针对各区段所生成的多个所述角速度模式进行成块化；以及

使成块化后的角速度模式的加速/减速区域呈s状弯曲。

附图说明

图1是示意性示出设计数据、pcc和合成矢量之间的关系的图；

图2是示出pcc的示例的图；

图3是示出测量对象物体的示例的图；

图4是示出整个形状测量系统的结构的图；

图5是主机计算机和运动控制器的功能框图；

图6是示出柱状工件(测量对象物体)w的侧面上的用于进行扫描测量的路径蛇行运动(pathmeandering)的示例的图；

图7是示意性示出在扫描路径的分区(section)中设置转动角度(转动角度命令)的图；

图8是运动控制器的功能框图；

图9是示出平移速度模式的示例的图；

图10是示出将角度信息添加到平移速度模式的模式的示例的图；

图11是示出将各区段的移动距离li、开始速度vsi、加速/减速时间ta、恒定速度时间tc、最终速度vfi、开始时间ts和结束时间tf添加到平移速度模式的图；

图12是示出要应用于各区段的角速度模式的示例的图；

图13是示出与由平移移动机构移动的探测器同步的旋转台的角速度模式的示例的图；

图14是示出扫描测量运动的示例的图；

图15是示出扫描测量运动的示例的图；

图16是示出需要校正的角速度模式的图；

图17是示出正对通过线性函数给出的速度模式进行s状加速/减速处理的图；

图18是示出对通过线性函数给出的速度模式进行了s状加速/减速处理的图；

图19是示出倾斜旋转台机构的示例的图；

图20是示出具有转动轴的探测器的示例的图；

图21是示出第四典型实施例中的测量命令数据和校正后测量命令数据之间的关系的示例的图；

图22是示出校正后pcc的示例的图；

图23是运动控制器的功能框图；

图24是示出速度模式的示例的图；

图25是示出第五典型实施例中的运动控制器的结构的图；

图26是示出扫描测量所用的路径的示例的图；

图27是示出图26的沿着z轴的图的图；

图28是说明第六典型实施例的图；以及

图29是示出根据合成矢量v计算转动角度命令的示例的图。

附图标记说明

100形状测量系统

200坐标测量机

210测量台

220平移移动机构

221y滑块

222x滑块

223z轴柱

224z主轴

230探测器

231触针

232触针针尖

233支撑部

250旋转台机构

251旋转台

300运动控制器

310测量命令获取单元

330计数器单元

340驱动命令生成单元

341平移速度模式计划单元

342平移矢量命令生成单元

343平移矢量命令校正单元

344转动命令生成单元

350驱动控制单元

351平移移动机构控制单元

352转动驱动控制单元

500主机计算机

520存储单元

530形状分析单元

具体实施方式

参考附加至附图中的元素的附图标记来例示并说明本发明的实施例。

(第一典型实施例)

图4是示出整个形状测量系统100的结构的图。形状测量系统100包括坐标测量机200、用于控制坐标测量机200的驱动的运动控制器300、以及用于控制运动控制器300并进行所需的数据处理的主机计算机500。

坐标测量机200包括测量台210、平移移动机构220、探测器230和旋转台机构250。

平移移动机构220包括门状y滑块221、x滑块222、z轴柱223和z主轴224。y滑块221是以沿y方向在测量台210上可滑动的方式设置的。x滑块222在x方向上沿着y滑块221的梁滑动。z轴柱223固定到x滑块222。z主轴224沿z方向在z轴柱223内上下移动。

在y滑块221、x滑块222和z主轴224各自上，固定有驱动马达(未示出)和编码器(未示出)。驱动马达由来自运动控制器300的驱动控制信号驱动和控制。编码器检测y滑块221、x滑块222和z主轴224各自的移动量，并且将检测值输出至运动控制器300。探测器230附接至z主轴224的下端。

探测器230包括触针231和支撑部233。触针231在前端侧(-z轴方向侧)包括触针针尖232。支撑部233支撑触针231的基端侧(+z轴方向侧)。触针针尖232具有球形形状，并且与测量对象物体接触。

当向触针231施加外力时、即当使触针针尖232与测量对象物体接触时，支撑部233支撑触针231，使得触针231在一定范围内在x、y和z轴方向上可移动。支撑部233包括用于检测触针231在各轴方向上的位置的探测器传感器(未示出)。探测器传感器将检测值输出至运动控制器300。

旋转台机构250安装在测量台上，并且利用内置马达(未示出)使旋转台251转动。注意，旋转台251的转动轴与z轴平行。旋转台机构250包括将检测值输出至运动控制器300的旋转编码器(未示出)。

(主机计算机500的结构)

接着，以下说明主机计算机500。

图5是主机计算机500和运动控制器300的功能框图。主机计算机500包括中央处理单元(cpu)511和存储器，并且通过运动控制器300控制坐标测量机200。cpu511执行测量控制程序，由此实现本实施例中的测量运动。主机计算机500根据需要连接至输出装置(显示器和打印机)和输入装置(键盘和鼠标)。

主机计算机500还包括存储单元520和形状分析单元530。存储单元520存储与测量对象物体(工件)w的形状有关的设计数据(cad数据或nurbs数据等)、在测量中获得的测量数据、以及用于控制整个测量运动的测量控制程序。

形状分析单元530基于从运动控制器300输出的测量数据来计算与测量对象物体有关的表面形状数据，并且进行形状分析以计算所计算出的与测量对象物体有关的表面形状数据的误差或失真等。

形状分析单元530进一步将包括与扫描路径有关的信息的设计数据(cad数据或nurbs数据等)转换成pcc以生成测量命令数据。这里，说明测量命令数据的生成。

例如，假定期望通过在图6中例示的柱状工件(测量对象物体)w的侧面上进行蛇行运动来对该工件w进行扫描测量。在这种情况下，利用传统技术，操作员设置了图6所示的扫描路径(蛇行运动路径)，并且扫描路径例如已被设置为cad数据。在本实施例中，操作员将与扫描路径有关的信息和此时的旋转台251的转动角度值作为命令值输入。

例如，如图7所示，将扫描路径分割成一些分区。然后，针对各分区，设置用于测量该分区的起点的旋转台251的转动角度θs和用于测量该分区的终点的旋转台251的转动角度θf。(分区的终点也是下一分区的起点。)假定该转动角度命令以与cad数据链接的方式嵌入在与扫描路径有关的信息中。在图7的示例中，将旋转台251的转动角度在第一分区(分区1)的起点ps处设置为“0°”，并且在该分区的终点pf处设置为“+10°”，等等。(在实际的扫描测量运动中，在触针针尖232在第一分区中进行扫描移动期间，旋转台251转动了10°。)

形状分析单元530利用如现有技术所述的方法将cad数据转换成点组数据(轮廓点数据)→偏移轮廓点数据→pcc。

然而，从与扫描路径有关的信息提取转动角度命令，并且在生成pcc之后将该转动角度命令添加到pcc的相应分区。通过将转动角度命令添加到pcc所获得的数据在本实施例中被称为“测量命令数据”(见图8)。

(运动控制器300的结构)

图8是运动控制器300的功能框图。以下说明运动控制器300。运动控制器300包括测量命令获取单元310、计数器单元330、驱动命令生成单元340和驱动控制单元350。

测量命令获取单元310从主机计算机500获取测量命令数据。

(在本实施例中，测量命令数据是通过将转动角度命令添加到pcc数据所获得的数据。)

计数器单元330对从编码器输出的检测信号进行计数以测量各个滑块的位移量，并且对从探测器传感器输出的检测信号进行计数以测量探测器230(触针231)的位移量。

根据所测量到的滑块和探测器230的位移量，获得触针针尖232的坐标位置pp(以下称为探测器位置pp)。

另外，根据计数器单元330所测量到的触针231的位移量(探测器传感器的检测值(px,py,pz))，获得触针针尖232的偏转量(矢量ep的绝对值)。同样，计数器单元330对旋转编码器所检测到的检测信号进行计数，以获得旋转台机构250的转动角度。

驱动命令生成单元340包括平移速度模式计划单元341、平移矢量命令生成单元342、转动命令生成单元344和平移矢量命令校正单元343。

测量命令数据是通过将转动角度命令添加到pcc数据所获得的。

首先，平移速度模式计划单元341和平移矢量命令生成单元342按照传统方式从pcc生成合成速度矢量v。也就是说，在本实施例中，平移速度模式计划单元341和平移矢量命令生成单元342也从pcc生成合成速度矢量v。平移速度模式计划单元341将pcc分割成分割pcc，并且根据分割pcc计算速度曲线，以计算由平移移动机构220移动的探测器230的移动速度(移动矢量)(参见图9)。也就是说，由平移移动机构220移动的探测器230的移动速度(移动矢量)是基于分割pcc的各区段的曲率设置的，由此生成图9所例示的平移速度模式。申请人详细公开了如何将速度模式应用于分割pcc的各区段和例如jp6063161b等中的图9所示的一系列速度模式(速度计划)。

转动命令生成单元344生成用于旋转台机构250的转动驱动命令。这里，用于旋转台机构250的转动驱动命令无需被给出为坐标值(角度值)，而是需要被给出为不断变化的“角速度”。要求转动命令生成单元344将测量命令数据中所包括的“转动角度命令”转换成角速度命令。另外，要求转动命令生成单元344生成转动角度命令，以使旋转台251的旋转与利用平移移动机构220的探测器230的移动同步，使得探测器230沿着操作员所设置的扫描路径对工件的表面进行扫描测量。

转动命令生成单元344从测量命令获取单元310获取包括转动角度命令的测量命令数据，并且进一步从平移速度模式计划单元341获取平移速度模式(图9)。在图10中示出转动命令生成单元344所获取到的平移速度模式。该模式与由平移速度模式计划单元341生成的图9中的平移速度模式相同，但将角度信息添加至该平移速度模式。在测量命令数据中，分区1的起点处的旋转台251的角度已被设置为-10°，并且分区1的终点(分区2的起点)处的旋转台251的角度已被设置为+10°。这里，平移速度模式计划单元341将扫描路径(校正后pcc)分割成多个区段，并且将平移速度模式应用于各区段。转动命令生成单元344针对平移速度模式的各区段设置角速度模式，以使利用平移移动机构220的探测器230的平移移动与旋转台251的转动移动同步。

当平移速度模式计划单元341生成平移速度模式时，针对各区段seg(i)，计算移动距离li、开始速度vsi、加速/减速时间ta、恒定速度时间tc和最终速度vfi(参见图11)。

由于针对各区段seg(i)计算出了加速/减速时间ta和恒定速度时间tc，因此各区段的开始时间ts和结束时间tf是已知的，并且各区段seg(i)所需的时间t(区段移动时间tseg)也是已知的。

转动命令生成单元344基于该信息来将角度信息分配到各区段seg(i)。

转动命令生成单元344针对各区段计算该区段的开始处的转动角度值θs和该区段的结束处的转动角度值θf。

分区1的起点处的旋转台251的角度已被设置为10°，并且分区1的终点处的旋转台251的角度已被设置为+10°。

这里，分区1已由平移速度模式计划单元341分割成区段1至区段4。因此，转动命令生成单元344根据各区段所需的时间(区段移动时间t)来在分区1期间成比例地分配总转动量(在本说明书中为10°)。

因此，如图10所例示，获得旋转台251在各区段的起点和终点处的转动角度θ1、θ2、θ3等。然后，还获得了旋转台251在各区段期间的转动量θ(区段转动量θ)。

转动命令生成单元344将角速度命令模式应用于各区段。此时，转动命令生成单元344将角速度命令模式顺次应用于第一区段seg1。这是因为，前一区段seg(i-1)的结束角速度ωf成为下一区段seg(i)的开始角速度ωs。

这里，作为要应用于各区段的角速度模式，准备了图12所示的五个模式。

第一角速度模式是用于使旋转台251以恒定角速度ω转动的角速度模式。

区段的开始角速度ωs由前一区段seg(i-1)的角速度模式确定。也就是说，前一区段seg(i-1)的结束角速度ωf是下一区段seg(i)的开始角速度，并且如果应用第一角速度模式，则维持开始角速度ωs。如果ωs×t＝θ成立，则第一角速度模式是适用的。

第二角速度模式和第三角速度模式是用于最初加速然后维持恒定角速度ω的角速度模式。

这里，“加速”是指增大角速度的绝对值。

如果左转动方向是正方向，则沿右转动方向加速意味着“减速”，但这被认为是沿负方向“加速”。然后，例如考虑到角速度ω(转速)的大小，可以认为第二角速度模式和第三角速度模式是相同的，因为这两个模式各自具有用于最初增大转速的调整时间段ta、然后具有恒定转速的时间段。(也就是说，两个模式仅在转动方向上存在差异)。

这里，假定将第一角速度模式应用于区段seg(i)，但该模式对于区段转动量θ是不够的。此时，加速时间被表示为ta，并且恒定速度时间被表示为tc，并且求解以下的联立方程。

ta+tc＝t

ωs·ta+(α·ta²/2)+ωf·tc＝θ

ωf＝ωs+α·ta

在这些方程中，α是旋转台251的加速度(的大小)，并且假定旋转台251的加速度的大小固定到预定值。也就是说，旋转台251尽可能快地加速或减速以到达目标角速度，并且尽可能长地保持恒定角速度。(不调整加速度的大小。)顺便提及，加速度α的大小优选被设置为对旋转台251的加速度的阻力的约一半。这是因为，尽管在生成角速度模式(速度模式)时以旋转台251线性地加速为前提的计算是高效的，但在实际运动控制中，将加速/减速曲线转换成s状曲线，以实现平稳的加速/减速控制。

通过求解上述方程，获得了加速时间ta、恒定速度时间tc和结束角速度ωf。注意，在第二模式和第三模式中，允许保持加速的情况。

这是ta＝t(tc＝0)的情况。

第四角速度模式和第五角速度模式是旋转台251最初以恒定角速度ωs转动然后减速的角速度模式。

这里，假定将第一角速度模式应用于区段seg(i)，但超过了区段转动量θ。

此时，将恒定速度时间表示为tc，将减速时间表示为ta，并且求解以下的联立方程。

ta+tc＝t

ωs·tc+ωs·ta-(α·ta²/2)＝θ

ωf＝ωs-α·ta

通过求解上述方程，获得了恒定速度时间tc、减速时间ta和结束角速度ωf。注意，在第四模式和第五模式中，许可保持减速的情况。

这是ta＝t(tc＝0)的情况。

以这种方式，当从第一区段顺次计算角速度模式时，如图13所示，获得与利用平移移动机构220的探测器230的移动同步的旋转台251的角速度模式。

在生成平移速度模式之后，平移速度模式计划单元341组合相邻区段以进行成块化(blocking)(jp6063161b)，但转动命令生成单元344优选基于被成块化之前的平移速度模式来将角速度模式应用于各区段。以块为单位将角速度模式应用于被成块化后的平移速度模式是可能的，但如果块单位变大，则不能适当地获得旋转台251的角速度模式。角加速度α是可变的或者准备更多的角速度模式也是可以的(例如，jp6063161b)，但计算变得非常复杂。在本实施例中，基于被成块化之前的平移速度模式将角速度模式应用于各区段，并且通过减少角速度模式的数量并将加速度的大小设置为恒定来以简单的计算应用角速度模式。另外，由于将角速度模式应用于各区段会增加分区的数量，因此容易进行同步。注意，旋转台251使工件w转动的主要目的是避免探测器230和工件w之间的干扰，并且当工件w以一定角速度沿一定方向转动一定时间时，基本上可以避免干扰。复杂而微妙的运动主要通过平移移动机构220沿着校正后pcc移动探测器以及主动扫描测量中的偏转控制来实现。

注意，为了驱动并控制旋转台251，优选对角速度模式进行成块化。例如，可以对图13所示的所有区段seg1至seg6进行成块化。例如，由于区段seg4的后半部分的减速和区段seg5的前半部分的加速是相同的加速，因此优选将这两者作为一系列加速时间来处理。

平移矢量命令生成单元342如在现有技术中所述，基于所设置的扫描路径信息(这里为校正后pcc)和图11所示的平移速度模式(平移速度计划)来生成合成速度矢量v。

v＝gf×vf+ge×ve+gc×vc…(表达式1)

平移矢量命令校正单元343校正平移矢量命令生成单元342所生成的合成矢量v以减少旋转台251的转动量，并且生成转动校正后合成速度矢量vamd(校正后平移速度矢量命令)。这里，假定平移移动机构220没有沿右方向(箭头a)移动探测器230，而是旋转台251沿图14的左方向(箭头b)转动。此时，校正合成矢量v以减少旋转台251的转动量。

因而，将在图14的状态下从旋转台251的转动轴指向探测器230(触针针尖232)的矢量称为半径矢量r。另外，将旋转台251的角速度矢量表示为ω。

将旋转台251在探测器230(触针针尖232)的位置处的速度(矢量)表示为vθ＝ω×r，并且如下通过从合成速度矢量v中减去vθ来表示转动校正后合成速度矢量vamd。

转动校正后合成速度矢量vamd＝gf×vf+ge×ve+gc×vc–gθ×vθ

驱动控制单元350包括用于驱动并控制平移移动机构220的平移移动机构控制单元351、以及用于驱动并控制旋转台机构250的转动驱动控制单元352(参见图8)。

平移矢量命令校正单元343将转动校正后合成速度矢量vamd供给至平移移动机构控制单元351。

转动命令生成单元344将角速度命令作为转动驱动命令供给至转动驱动控制单元352。

维持了基于平移速度模式的合成速度矢量与基于角速度模式的转动驱动命令(角速度命令)之间的对应关系(链接)，并且将彼此同步的转动校正后合成速度矢量vamd和转动驱动命令分别供给至平移移动机构控制单元351和转动驱动控制单元352。然后，平移移动机构控制单元351将基于转动校正后合成速度矢量vamd的平移移动信号供给至平移移动机构220，并且转动驱动控制单元352将基于转动驱动命令的转动驱动信号供给至旋转台机构250，并且这些信号彼此同步。

以这种方式生成的移动信号和转动驱动信号驱动平移移动机构220和旋转台机构250，由此例如获得如图15所示的扫描测量运动。也就是说，平移移动机构220所移动的探测器230例如仅仅是在z轴方向上笔直下降。旋转台251根据探测器230的移动而顺时针地或逆时针地转动。结果，在柱状工件w的侧面上利用路径蛇行运动来进行扫描测量。

作为测量数据，利用探测器230的编码器和平移移动机构220的编码器来获取触针针尖232的三维坐标，并且利用旋转编码器获取旋转台机构250的转动量。为了分析工件(测量对象物体)w的形状，必需考虑旋转台机构250的转动量。

根据具有这样的结构的本实施例，可以进行利用旋转台机构250的转动的扫描测量。

在传统的坐标测量机中，利用彼此垂直的三个驱动轴使探测器230和工件w相对移动，但在本实施例中，利用除了包括这三个轴之外还包括旋转台机构250的转动轴的四个轴来使探测器230和工件w相对移动。以这种方式，具有彼此垂直的三个轴的平移移动机构220与转动驱动的旋转台机构250协作，并且可以减少并简化探测器230的运动。这可以在利用复杂的扫描路径对具有复杂形状的工件进行扫描测量时缩短测量时间并提高测量效率。

在作为比较例的圆度测量机的情况下，圆度测量机的探测器仅在xz平面中前后移动。可选地，探测器的可移动方向局限于预定限制面。另外，用于旋转台机构的转动命令和用于平移移动机构的移动命令不是同步地供给的。单独驱动旋转台机构和平移移动机构，并且仅组合这两个机构的结果。

相比之下，在本发明中，旋转台机构固定到坐标测量机。探测器可以自然地沿y方向移动。通过使用于旋转台机构的转动命令与用于平移移动机构的移动命令同步，利用期望的扫描路径进行扫描测量。此时，通过利用旋转台机构的转动，可以减少平移移动机构的探测器的移动量。

已存在包括平移移动机构和旋转台机构这两者的坐标测量机。作为旋转台机构，在本实施例中存在旋转台，并且还存在具有转动驱动轴的已知多轴探测器。然而，操作员很难将包括转动运动的扫描测量命令作为部件程序来编写，并且受到许多限制。特别地，难以将转动命令作为角速度来供给。

在通过将平移移动机构与旋转台机构组合来对工件进行扫描测量时，通常编写如下的测量部件程序，该测量部件程序用于使得平移移动机构将探测器移动到期望位置并停止平移移动，然后使得旋转台机构以预定的角速度使探测器或旋转台转动。坐标测量机为了在使平移移动与旋转移动同步的同时沿着相当复杂的路径进行扫描测量运动，期望要嵌入扫描路径信息中的角度信息是与坐标测量机的坐标命令类似的角度值。

然而，要供给至旋转台机构250的转动命令是角速度，并且要求转动命令生成单元344生成角速度命令。在这方面，根据本实施例，只要操作员仅在扫描路径中设置角度信息，转动命令生成单元344就生成与平移速度模式同步的角速度模式，并且进行平移驱动和转动驱动同步的扫描测量。

(第二典型实施例)

在第一典型实施例中，说明了用于生成角速度模式的转动命令生成单元344的处理。

这里考虑扫描测量的终点。

当探测器230的前端(触针针尖232)到达设置扫描路径的终点时，期望利用平移移动机构220的探测器230的移动和旋转台251的转动驱动急剧停止。

生成供平移移动机构220和旋转台251在最后区段中减速以在扫描路径的终点处停止的速度模式，但角速度在最后区段中不能充分减速以在扫描路径的终点处为零。由于该原因，转动命令生成单元344针对包括最后区段的所有区段临时生成角速度模式，并且在角速度在终点处不能充分减速为零的情况下，计算停止所需的减速时间(减速距离)以校正角速度模式。例如，最初生成的角速度模式用图16所示的实线表示，并且在终点超过其速度。在这种情况下，校正角速度模式以在终点之前从一个区段或者在需要的情况下从两个区段开始减速，使得角速度在终点处为零。利用用于校正角速度模式的该处理，当探测器230到达扫描路径的终点时，利用平移移动机构220的探测器230的移动和旋转台251的转动按照操作员的期望停止。

(第三典型实施例)

在第三典型实施例中，说明s状加速/减速处理。

在第一典型实施例中，将角加速度α设置为预定固定值，并且加速/减速时间的角速度是相对于时间的线性函数。然而，在旋转台的控制中，优选角速度逐渐加速和逐渐减速。申请人在jp6050636b中公开了对由线性函数给出的速度模式进行s状加速/减速处理(例如，参见图17)。利用s状加速/减速处理，可以平滑地转动旋转台并且获得如下的角速度模式，该角速度模式用于通过例如对要连接的图13所示的角速度模式的区段seg4和seg5进行成块化然后进行s状加速/减速处理来如图18所示平滑地改变转动方向。

(变形例1)

在上述实施例中，设置了旋转台机构的仅一个转动轴，但可以设置两个或更多个转动轴。

例如，如图19所示，可以采用能够进一步使旋转台倾斜的倾斜旋转台机构。在这种情况下，转动轴的数量是两个。可选地，如图20所示，存在具有两个转动轴的已知探测器，并且可以采用具有一个转动轴的单轴探测器，或者可以采用具有两个转动轴的双轴探测器。另外，作为组合的变化，可以组合并采用具有一个转动轴的单轴探测器与旋转台机构。当然，可以组合具有两个转动轴的双轴探测器与倾斜旋转台机构。

当将扫描路径设置为测量命令时，操作员还针对各转动轴设置转动角度命令。如上所述，利用转动命令生成单元344计算各转动轴的角速度模式。如果转动轴的数量为两个或更多个，则用于从平移矢量命令减少转动量的校正仍然有效。

(第四典型实施例)

接着，以下说明本发明的第四典型实施例。

第四典型实施例中的基本结构与第一典型实施例中的基本结构相同，但在第四典型实施例中，主机计算机500的形状分析单元530校正pcc。

现在，参考图21。

直到形状分析单元530生成pcc、然后通过将转动角度命令添加至pcc的相应分区来生成“测量命令数据”为止的处理与第一典型实施例相同。在第四典型实施例中，形状分析单元530生成通过使pcc转动并移动转动角度命令的转动量所获得的校正后pcc，以减少旋转台机构250的转动量。(这样的坐标转换处理与由运动控制器300进行相比，由主机计算机500更快地进行。)

当转动角度命令的转动量从pcc减少时，校正后pcc变成如图22所示的平滑曲线。(也就是说，预计会获得缓和的、整体的曲率小、或者曲率的变化少的曲线。如果适当地供给转动角度命令，则校正后pcc在极端情况下可以是直线。)通过将针对各分区的转动角度命令添加至校正后pcc所获得的数据被称为“校正后测量命令数据”。将“校正后测量命令数据”从主机计算机500(形状分析单元)发送至运动控制器300。

接着，以下说明运动控制器300中的处理。

参考图23。

与第一典型实施例(图8)的不同之处在于，第四典型实施例中的运动控制器300没有设置平移矢量命令校正单元343。平移速度模式计划单元341和平移矢量命令生成单元342利用传统方法从校正后pcc生成合成速度矢量v。也就是说，平移速度模式计划单元341将校正后pcc分割成分割pcc，并且从分割pcc计算速度曲线以计算探测器230的移动速度(移动矢量)(参见图24)。平移矢量命令生成单元342如在现有技术中所述生成合成速度矢量v。

处理本身与传统方法相同，并且与第一典型实施例中的处理相同，但在第四典型实施例中，pcc被校正为平滑。因此，如果用相同的处理生成速度模式，则如图24所示，速度模式的速度整体增加。随后的处理与第一典型实施例中的处理相同，并且省略了重复说明。

根据第四典型实施例，可以进一步缩短测量时间。

(第五典型实施例)

接着，以下说明本发明的第五典型实施例。

在第五典型实施例中，操作员不设置转动角度命令，而是运动控制器300(或主机计算机500)自动从pcc生成转动角度命令作为扫描路径。

在第五典型实施例中，操作员仅按传统方式那样设置扫描路径。主机计算机500的形状分析单元530将扫描路径转换成pcc作为测量命令数据，并且将该数据供给至运动控制器300。直到此时为止的处理与传统方法相同。

图25示出第五典型实施例中的运动控制器300的结构。与第一典型实施例的不同之处在于，转动命令生成单元344计算针对旋转台机构250的转动角度命令。

这里，假定操作员如图26所示设置扫描测量所用的路径。另外，假定pcc上的插值点被设置为p1、p2、p3等。此时，从插值点p1指向插值点p2的路径速度矢量被表示为vf1。直到获得该矢量为止的处理由平移矢量命令生成单元342进行。(然后，平移矢量命令生成单元342生成合成速度矢量v。该处理与传统方法相同。)

转动命令生成单元344使用平移矢量命令生成单元342所生成的路径速度矢量vf1和vf2等来生成针对旋转台机构250的转动角度命令。路径速度矢量vf1和vf2等是基于设计值的探测器230的行进方向。例如，通过将路径速度矢量vf1与路径速度矢量vf2进行比较，获知行进方向上的变化量。通过用旋转台机构250的转动来补偿该行进方向上的变化量的一部分或全部，平移移动机构220的驱动量相应地减少。

说明了用于从路径速度矢量vf1和vf2等生成针对旋转台机构250的转动角度命令的方法作为示例。图27是示出图26的沿着z轴的图的图。(也就是说，假定该图被投射在xy平面上。)这里，平行于z轴的矢量被称为矢量z。另外，矢量z和路径速度矢量vf1的交叉乘积矢量被表示为vr1。在xy平面上，由矢量vr1和路径速度矢量vf2形成的夹角被表示为θ1。当通过从θ1中减去90°来计算“θ1-90°”时，解与从路径速度矢量vf1到路径速度矢量vf2的行进方向上的变化相对应。(这意味着当在xy平面上观看时的路径速度矢量的方向上的变化。)

因而，针对旋转台机构250的转动角度命令是作为θ1的函数的f(θi)。(这里，后缀为i(i＝1,2,3,…)。适当确定了函数f的系数等。)一旦确定了转动角度命令，平移矢量命令校正单元343就从合成速度矢量v减少转动量以生成转动校正后合成速度矢量vamd(校正后平移速度矢量命令)。后续处理已在第一典型实施例中进行了说明并且被省略。

(第六典型实施例)

在第五典型实施例中使用路径速度矢量vf，但在第六典型实施例中使用偏转量校正矢量ve来计算针对旋转台机构250的转动角度命令。

参考图28，以下说明第六典型实施例。

在该示例中，从右向左的方向(即，“-x方向”)被称为预定接近方向ap。

当在xy平面上观看时，如果维持工件w的法线方向与探测器230(触针针尖232)和工件w的接触点处的接近方向ap平行，则可以用探测器230(触针针尖232)测量工件w。

偏转量校正矢量ve是探测器230的偏转量ep为预定基准偏转量e0(例如，0.3mm)的矢量，并且是根据探测器230(触针针尖232)的位移方向计算出的。偏转量校正矢量ve必须是与工件w的表面的法线平行的矢量。因此，转动命令生成单元344计算由接近方向上的矢量ap(接近矢量ap)和偏转量校正矢量ve形成的角度，以生成用于使旋转台251转动的转动角度命令，使得接近矢量ap与偏转量校正矢量ve平行。一旦确定了转动角度命令，平移矢量命令校正单元343将从合成速度矢量v减少该转动量以生成转动校正后合成速度矢量vamd(校正后平移速度矢量命令)。后续处理已在第一典型实施例中进行了说明，并且被省略。

(第七典型实施例)

在第五典型实施例中使用路径速度矢量vf并且在第六典型实施例中使用偏转量校正矢量ve来计算针对旋转台机构250的转动角度命令，但在第七典型实施例中使用合成速度矢量v来计算针对旋转台机构250的转动角度命令。

假定矢量投影在xy平面上。

在图29中，在pcc上设置插值点p1、p2、p3等，平移矢量命令生成单元342生成合成矢量v1和v2等。

这里，在合成矢量v1的元素中，旋转台机构250的转动方向上的元素由旋转台机构250处理。

转动命令生成单元344例如按照如下生成转动角度命令。假定旋转台机构250的转动中心被表示为oc，并且虚拟圆c1具有点p1与中心oc之间的距离作为半径r1。通过在点p1处绘制虚拟圆c1的切线l1，计算出合成矢量v1的元素中的沿着切线l1的方向的元素。(确切地说，将合成矢量v1投影在xy平面上，并且计算出投影在切线l1上的矢量。)以这种方式计算出的矢量被称为转动方向矢量vl1。

通过使旋转台机构250反向转动了转动方向矢量vl1的转动量，旋转台的转动方向上的元素针对平移移动机构220变为零。也就是说，转动命令生成单元344生成具有与转动方向矢量vl1相反的方向、并且用于使旋转台251转动了转动方向矢量vl1的相同转动量的转动角度命令。一旦确定了转动角度命令，平移矢量命令校正单元343就从合成矢量v减少转动量以生成转动校正后合成速度矢量vamd(校正后平移速度矢量命令)。后续处理已在第一典型实施例中进行了说明并且被省略。

注意，本发明不限于上述实施例，并且可以在不偏离范围的情况下适当修改。

在上述实施例中，例示出主动标称扫描测量，但可以进行被动标称扫描测量。

作为示例，运动控制器300与主机计算机500分离，但运动控制器300与主机计算机500可以集成，并且构成坐标测量机的控制器。

在上述实施例中，例示了具有触针针尖作为用于通过与测量对象物体接触来检测该物体的接触球的探测器。然而，探测器不限于接触探测器，并且包括在触针针尖不与物体接触时检测该物体的探测器。作为这种非接触式探测器，存在已知的静电电容探测器或光学探测器。

测量控制程序可以通过诸如因特网等的通信部件、或者诸如cd-rom或存储卡等的(非易失性)记录介质安装在主机计算机的存储单元中。可选地，测量控制程序可以存储在可以与主机计算机分开准备的服务器等中，并且测量控制程序的各所需部分可以由主机计算机通过诸如因特网等的通信部件、lan线缆、或者电话线路等顺次加载。可选地，安装在远离坐标测量机的远程位置的服务器可以作为主机计算机直接控制坐标测量机和运动控制器。