在机床上进行模拟测量扫描的方法和对应的机床设备的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种测量人工制品（arte化ct)的方法，具体地说，设及一种使用安装 在机床上的模拟测量工具扫描人工制品的方法。
【背景技术】
[0002] 已知在机床主轴上安装测量探头来相对于工件进行运动，W便对工件进行测量。 在实践上，例如，如在美国专利No. 4, 153, 998 (McMud^)中描述的，探头通常是接触触发 式探头，当探头的触针接触工件表面时，该种探头产生触发信号。该触发信号被获取到机床 的数字控制器（NC)的所谓的"跳跃"输入端。作为响应，对象和工件的相对运动停止，控制 器获取机床位置（即；主轴与探头相对于机床的位置）的瞬时读数。该是从机床的测量装 置（例如编码器）获得的，测量装置在机床运动的伺服控制环中提供位置反馈信息。使用该 种系统的缺点是，如果需要大量的测量点，则测量过程相对缓慢，从而导致测量时间较长。
[0003] 还已知模拟测量探头（一般还被称为扫描探头）。接触式模拟探头通常包括用 于接触工件表面的触针W及位于探头内的换能器，该换能器测量触针相对于探头本体的偏 转。在美国专利No. 4,084,323(McMudry)中示出了一个示例。在使用时，相对于工件的表 面移动模拟探头，从而触针扫描所述表面并且从探头换能器的输出获得连续的读数。将探 头偏转输出和机床位置输出组合，可W获得坐标数据，由此在整个扫描的非常大量的点处 发现工件表面的位置。模拟探头因而可W获得比使用接触触发式探头在实践上可获得的更 详细的工件表面的形式的测量。
[0004] 如将理解的（W及下面连同图2更详细地描述的），模拟探头具有有限的测量范 围。此外，模拟探头可能具有优选的测量范围。模拟探头可能能够获得位于其优选测量范围 之外的数据，但是在该范围之外获得的数据可能并不是优选的，例如，该是因为其可能被认 为是比在优选测量范围内获得的数据不精确的数据。优选测量范围的边界可能根据许多不 同因素而变化，该些因素包括探头的类型、所使用的校准程序、W及甚至例如正被测量的对 象。在许多情况下，确保模拟探头在其沿着工件的表面扫描时都保持位于其优选测量范围 内可能是优选的。接触式模拟探头的优选测量范围可W在任何给定维度中例如为+/-〇.8mm 或更小，例如在某些情况下，在任何给定维度中如+/-〇. 3mm-样小。（该些值可W根据触针 休止位置测量）。此外，实际优选测量范围可能甚至比W上给出的数字更小，该是因为为了 进入优选测量范围可能需要最小量的偏转。因而，尽管优选测量范围可能为距离休止位置 的+/-0. 5mm，但是至少起初的+/-0. 5mm的偏转或者例如起初的+/-0. 1mm的偏转可能不在 该优选测量范围内（同样，该将在下面连同图2更详细地说明）。因而，如将理解的，需要实 时管理探头/工件的位置关系，W避免模拟探头落入其优选测量范围之外的情形。
[0005] 该就是为什么尽管模拟探头本身已经已知多年但仍然通常仅仅供专用的坐标测 量机器（CMM)使用的原因。CMM具有专用的实时控制环，W便能够对探头偏转进行该种管 理。具体地说，在CMM中，设置一个控制器，在该控制器中加载一个程序，该程序限定了测量 探头相对于工件运动所沿的预定运动路线。该控制器从所述程序产生马达控制信号，该些 马达控制信号用来启动马达w引起测量探头运动。该控制器还从机床的编码器接收实时 位置数据并且从模拟探头接收偏转数据（在接触式探头的情况下）。为了适应工件的材料 状况的变化，存在专用的控制环布置。该包括反馈模块，上述的马达控制信号和偏转数据 被馈送到该反馈模块中。所述反馈模块使用逻辑来（根据偏转数据）连续地更新偏移控 制向量，该偏移控制向量又用来在从所述程序产生的上述马达控制信号被发送到CMM之前 调节上述马达控制信号，从而在模拟探头扫描工件时将探头偏转尽量保持在优选测量范围 内。该些都是在小于1ms至2ms的响应时间的情况下在闭环控制环内发生的。例如，在W0 2006/115923中描述了该些。此外，在之前可从民enishaw饭plc获得的切clone?数字机器 中实现了该种使用来自模拟探头本身的实时数据的实时控制环。在该机器中，模拟探头被 控制成沿着预定路径前进，该路径具体为横跨含有未知对象的边界区域的2D光栅路径。当 在其路径中检测到未知或意外的特征时，运动速度显著降低，从而可W利用实时控制在未 知或意外的特征上不丢失特征表面地或不使探头过度偏转地引导模拟探头。此外，如果/ 当在未知或意外的特征附近扫描的探头再次位于随后的光栅扫描上时，则随后预测存在未 知或意外的特征，从而使得速度降低W能够实现实时控制W在意外的特征上引导探头。
[0006] 该种对探头位置的紧密控制W及实时处理触针偏转数据的能力使得该种专用的CMM能够扫描从预期形状偏离的复杂物品，甚至能够扫描未知形状的物品。
[0007] 时至今日，模拟探头尚未广泛用于机床扫描应用。该是因为许多商业上可获得的 机床的固有性质所决定的，该些机床不方便对CMM提供的模拟探头进行实时控制。该是因 为机床主要被开发用来对工件进行机械加工，在机床上使用测量探头来对工件进行测量实 质上是之后才想到的。因此，机床通常并不是被构造成用来使用来自模拟测量探头的数据 进行实时控制。实际上，往往是该种情况，即机床的控制器没有任何用于从测量探头直接接 收偏转数据的内置设置。相反，例如如在W02005/065884中描述的，探头必须与一个接口进 行通信（例如W无线的方式），所述接口接收探头偏转数据并且将数据传送至单独的系统， 该系统随后将偏转数据与机床位置数据结合，从而随后形成完整的对象测量数据。
[000引该使得难W在机床上使用模拟探头来获得关于已知对象的扫描测量数据，因为来 自对象的预期形状的任何变化都可能导致探头过度偏转并因而致使测量过程失败（而在 CMM上，探头的运动路线可W被足够快速地更新W确保探头不会过度偏转）。该还使得难W 在机床上使用模拟探头来获得关于未知对象的扫描测量数据，因为该必然要求足够快速地 更新探头的运动路线从而避免过度偏转。
[0009] 已经提出了用于克服在机床上使用模拟扫描探头的问题的技术。例如，已知一种 点滴馈送（化ipfeed)技术，其中将程序指令W点滴馈送方式加载到机床的控制器中。具 体地说，每个指令都使得探头移动微小距离（即小于探头的优选偏转范围），并且对探头的 输出进行分析W确定偏转的程度，该偏转的程度又用来产生将要被馈送到控制器的下一个 指令。然而，该种技术相比于能够在CMM上使用模拟扫描探头进行的扫描技术来说仍然受 到极大限制。具体地说，该种方法非常慢且效率低下。
[0010] W02008/074989描述了一种用于测量已知对象的过程，该过程设及如下步骤：如 果第一测量操作导致过度偏转或欠偏转，则根据所调整的路径重复测量操作。
[0011] 当在机床上使用模拟探头时该问题可能被进一步复杂化，因为由于其构造（该使 得它们能够在比机床提供的环境更严酷的环境中使用，并且例如当它们自动改变到机床主 轴内/从机床主轴出来时它们暴露于更大的加速度和力），它们经常具有比供CMM使用的那 些探头小得多的测量范围，例如在任何给定维度中为+/-〇.8mm或更小（从触针休止位置测 量），例如在一些情况下，在任何给定维度中为+/-〇. 5mm或更小，并且例如在一些情况下在 任何给定维度中不大于+/-〇. 3mm。因此，与在CMM上使用的模拟探头相比，该会给予误差更 小的余量。如上所述，为了进入优选测量范围，还可能需要最小偏转。
[0012] 作为具体示例，测量范围可W由0. 725mm的最大偏转和0. 125mm的最小偏转（从 触针休止位置测量）来限定。因而，在该种情况下，该可能意味着表面可能在保持精确测量 的同时可能距离标称+/-〇. 3mm。然而，该数字可能更小，对于表面不确定性来说，已知可W 与+/-0. 1mm-样小，该相当于大约+/-0. 325mm的最大探头偏转和+/-0. 125mm的最小探头 偏转。
【发明内容】
[0013] 根据本发明的第一方面，提供了一种使用安装在机床设备上的模拟测量探头建立 用于对象的表面的测量数据组的方法，该机床设备通过多个偏移的横向移动来获得所述表 面的扫描测量数据，其中随后的横向移动从之前的横向移动偏移，使得通过一系列横向移 动，所述模拟探头的表面检测区域i)侧向地横跨所述对象并且/或者ii)远离或朝向所述 对象前进，并且其中用于至少一个随后的横向移动的所述对象和模拟探头的相对运动路线 是基于在至少一个之前的横向移动过程中获得的数据生成和/或更新的。
[0014] 因而，从之前的横向移动获得的测量数据可W用来确定沿着随后的横向移动的运 动路线。该能够提高获得扫描测量数据的效率。具体地说，该能够用来确保所述模拟探头 和对象在随后的横向移动过程中避免不期望的情形，例如接触式模拟探头过度偏转（例如 W不能（例如，可靠地）获得测量数据的程度延伸或延伸超过不能（例如，可靠地）获得测 量数据的程度，并且/或者W所述模拟探头冒着断裂的风险的程度延伸或延伸超过所述模 拟探头冒着断裂的风险的程度）。在优选在第一（例如，优选）测量范围内获得数据的实施 方式中，该可W用来帮助避免所述模拟探头超过其优选测量范围（例如，获得超过其优选 测量范围的数据）。在一些情况下，该可W用来帮助维持所述模拟探头的测量值在其第一 (例如，优选）测量范围内。
[0015] 如将理解的，模拟探头的表面检测区域可W是所述模拟探头能够检测到所述对象 的表面并因此收集关于所述对象的测量数据的空间区