专利名称：测量设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有探头和移动结构的测量设备，该探头与被测物体接触，该移动结构能够在预定的轴方向移动该探头。
背景技术：
传统地，已知诸如三维测量机之类的测量设备，其通过沿着轴方向(XYZ轴方向) 移动探头、并且使在探头上提供的测量头达到与被测物体接触来测量被测物体的形状等 (参见例如日本专利特许公开No. 2001-21303)。这种类型的测量设备通常配备有刻度 (scale)电路和探头电路，该刻度电路具有刻度计数器以检测探头沿着轴方向已经被移动至的位置，该探头电路具有接触计数器以在探头的测量头已经与被测物体接触时检测该被测物体的轮廓线状态。通常，探头被提供为可互换的，由于在探头被更换时配备有接触计数器的探头电路也被更换，因此将探头电路和刻度电路提供为分离的主体。
发明内容
在上述的传统测量设备中，通过软件来实现刻度计数器上的锁存和接触计数器上的锁存。图4是示出传统测量设备中的刻度计数器的锁存定时和接触计数器的锁存定时的图。在上述的传统测量设备中，当通过软件实现每个计数器的锁存时，需要读取控制配备有刻度计数器的电路的寄存器、以及读取控制配备有接触计数器的电路的寄存器。为此，由于这些寄存器的读取时间的差异，如图4所示，在刻度计数器的锁存定时和接触计数器的锁存定时之间将出现时间滞后。当这样的时间滞后出现时，存在例如以下现象用于执行测量处理的处理时间变得更长，或者所读取的坐标值的可靠度由于刻度计数器的锁存定时和接触计数器的锁存定时不同而可能下降。考虑到上述现象，本发明提供了一种测量设备，其能够实现所读取的坐标值的可靠度的改善并且能够加速锁存处理。本发明的特征是一种测量设备，具有探头，其具有能够与被测物体接触的测量头、和检测测量头与被测物体的接触并且输出接触信号的接触检测器；移动器，其沿着彼此垂直的三个轴方向来移动该探头；坐标检测器，其检测探头的位置坐标并且输出坐标检测信号；控制电路板，其具有集成电路，在该集成电路上安装有对接触信号进行计数的接触计数器和对坐标检测信号进行计数的刻度计数器；以及锁存器，其同时锁存接触计数器值和刻度计数器值。在本发明中，在被提供在构成该测量设备的控制电路板内的单个集成电路内安装接触计数器和刻度计数器，该接触计数器对检测该探头的测量头与被测物体的接触状态 (轮廓线状态)的接触信号进行计数，刻度计数器对从坐标检测器输出的坐标检测信号进行计数。这里，接触计数器和刻度计数器被安装在控制电路板上的单个集成电路内。因此， 当通过软件执行锁存控制时，例如，可以省略对每个寄存器的锁存控制，并且可以同时激活该接触计数器计数值的锁存和该刻度计数器计数值的锁存。相应地，可以提高测量处理速度，还可以测量在测量头与被测物体接触的瞬间探头的位置坐标，并且可以提高测量精度。在本发明的测量设备中，优选的是探头被提供为可与其它探头互换，所述其它探头在其关于从接触检测器输出的接触信号的信号格式方面不同；响应于在其信号格式方面不同的多个接触信号，控制电路板配备有能够输入每种接触信号的多个连接器；集成电路具有与在其信号格式方面不同的多个接触信号对应的多个接触计数器。在测量设备中，当探头被提供为依据被测物体的形状可互换并且更换另一探头时，由接触检测器输出的接触信号的信号格式也改变。在此情况下，传统地，还需要改变包含对从探头发送的接触信号进行计数的计数器的电路，这包含复杂的劳动。相反，在本实施例中，在控制电路板上提供的集成电路装配有与在其信号格式方面不同的多个接触信号对应的多个接触计数器。此外，当探头被更换为输出不同信号格式的接触信号的另一探头时， 连接器形状也可以具有不同的形状；然而，控制电路板配备有与不同信号格式的接触信号对应的多个连接器。在诸如本发明的结构中，即使当探头被更换为不同类型的探头时，也可以通过将更换后的探头连接到对应于该探头的信号格式的连接器来将接触信号输出至控制电路板。在控制电路板的集成电路中，由于对应于多个信号格式而提供多个接触计数器， 因此即使当探头被更换时，无需更换集成电路等也可以处理接触信号。因此，可以减少更换测量设备中的探头所包含的劳动。在本发明中，由于接触计数器和刻度计数器两者被安装在单个集成电路上，因此测量设备能够缩短寄存器的读取时间并且能够使得接触计数器计数值的锁存处理和刻度计数器计数值的锁存处理同时进行。相应地，可以缩短测量处理时间，并且可以以高精确度执行测量。
本发明借助于本发明示例实施例的非限制性示例、参考所提到的多幅附图在下面的详细说明中进一步描述，其中，贯穿附图的若干视图，相似的参考标号表示相似的部分， 在附图中，图1图示根据本发明的一个实施例的三维测量机(测量设备)的总体结构；图2是图示在该实施例的设备主体上安装的控制电路板的总体结构的框图；图3图示了实施例中的锁存定时；以及图4图示了传统测量设备中的锁存定时。
具体实施例方式这里示出的细节仅仅是示例以及用于本发明的实施例的例示性讨论的目的，并且出于提供被认为是本发明的原理和构思方面的最有用且容易理解的说明的原因而呈现。在这点上，不试图示出比对于本发明的基本理解所需的细节更多的本发明的结构细节，利用使得实际上可以如何体现本发明的形式对于本领域技术人员而言显而易见的附图来进行说明。下文中，基于附图来说明根据本发明的一个实施例的三维测量机(测量设备)。下文中，基于附图来说明本发明的实施例。图1图示了三维测量机的总体结构，该三维测量机在本发明的一个实施例中是工业机器。图2是图示在该实施例的设备主体上安装的控制电
4路板的总体结构的框图。在图1中，三维测量机1(测量设备)配备有设备主体2和控制设备(未示出)，该控制设备输入从设备主体2的驱动控制器输出的或者从设备主体2输出的测量结果数据。 该控制设备配置有运动控制器，其控制设备主体2的运动；主机，其激活每种类型的处理， 诸如测量结果制表等。运动控制器配备有操作器，其中通过用户的控制而输入操作信号，并且该操作器基于从该操作器输入的操作信号或者基于从主机输入的控制信号而控制设备主体2的驱动器。主机基于由设备主体2测量的测量结果数据而执行数据制表，依据测量结果数据生成被测物体10的图像数据、等等。设备主体2具有达到与被测物体10的表面直接接触的测量头211，并且该设备主体2配备有测量被测物体10的探头21 ；移动结构22，其移动探头21，同时还保持探头21 的基座端侧(+Z轴方向侧)；基座23，移动结构22直立在该基座23上；以及控制电路板沈， 其配备在设备主体2内(参见图2)。探头21配备有接触检测传感器212(接触传感器)，其在测量头211接触被测物体 10时检测接触压力，并且向控制电路板沈输出接触信号。例如，在测量头211接触被测物体10时，接触检测传感器212输出具有与接触压力对应的电平值的接触信号。探头21还被提供为可自由地附接到移动结构22以及从移动结构22拆卸，并且可以例如取决于被测物体10的多样性或测量位置而被更换。这里，用于度量螺杆深度的探头、具有比其它探头的触针长的触针的探头、低测量压力探头等是可互换探头21的示例。还可以将探头更换为具有从接触检测传感器212输出的不同信号格式的接触信号的探头。当接触信号的信号格式不同时，探头21和控制电路板沈之间的接触连接器的形状也不同；然而，在控制电路板 26上提供有与接触信号的多种信号格式对应的多个连接器，并且变得可以通过将探头与对应连接器连接而向控制电路板26输入接触信号。在本实施例中，取决于接触信号的信号格式的不同并且以SP型探头和MPP型探头为例，提供如下示例，其中提供SP连接器272A来连接SP型探头并提供MPP连接器272B来连接MPP型探头。移动结构22(移动器)配备有滑动结构M，其在保持探头21的基座端侧的同时使能探头21的滑动移动；以及驱动结构(未示出)，其通过驱动滑动结构M来移动探头21。滑动结构M配备有柱状物M1，其从基座23上的两个X轴方向端沿着+Z轴方向延伸，并且提供为在沿Y轴方向提供的引导物231上沿Y轴方向可滑动地移动；横梁M2， 由柱状物241支撑并且沿X轴方向延伸；滑动块M3，被形成为沿Z轴方向延伸的圆柱形状并且提供为沿X轴方向在横梁242上可滑动地移动；撞槌M4，其被提供为在被插入到滑动块M3的内部的同时穿过滑动块M3的内部沿着Z轴方向可滑动地移动。滑动结构M还配备有在横梁上M2的+X轴方向侧的端部上沿Z轴方向延伸的支撑物M5。驱动结构在支撑柱状物241的同时，配备有Y轴驱动器(未示出)，其沿着Y轴方向滑动移动；X轴驱动器(未示出)，其通过在横梁242上滑动而沿着X轴方向移动滑动块 Μ3 ；以及Z轴驱动器(未示出)，其通过滑动穿过滑动块Μ3的内部而沿着Z轴移动撞槌 2440这些驱动结构每个配备有未示出的驱动电机(驱动源)、以及将从驱动电机供应的驱动力传输到滑动结构M的驱动传输结构。这些驱动结构利用驱动电机的驱动力分别滑动移动柱状物Ml、滑动块对3、以及撞槌M4。设备主体2还配备有坐标检测器，其检测柱状物Ml、滑动块对3、以及撞槌244在每个轴方向的位置。具体地，在引导物231上沿Y轴方向提供Y轴刻度(未示出)，并且在柱状物241上提供读取Y轴刻度的值的Y轴刻度传感器25Y(参见图2、。还在横梁242上沿X轴方向提供X轴刻度(未示出)，并且在滑动块243上提供读取X轴刻度的值的X轴刻度传感器25Χ(参见图2、。还在撞槌244上沿Z轴方向提供Z轴刻度(未示出)，并且在保持撞槌244可在Z轴方向移动的滑动块Μ3内部提供读取Z轴刻度的值的Z轴刻度传感器 25Ζ (参见图幻。Y轴刻度传感器25Υ、X轴刻度传感器25Χ、以及Z轴刻度传感器2 分别与每个都被提供在控制电路板26上的刻度连接器271Y、271X和271Ζ连接，并且向控制电路板26输出坐标检测信号(Y坐标检测信号、X坐标检测信号、Z坐标检测信号)。如图2所示，通过提供每种类型的连接器27、集成电路观、锁存控制器四等来配置控制电路板26。控制电路板沈还配备有CPU(未示出)和存储器(未示出)，从该CPU 和存储器来配置该锁存控制器四。即，该锁存控制器四通过读取并执行CPU已经保存在存储器中的程序(软件)来起作用。每种类型的连接器27配备有刻度连接器271和探头连接器272。刻度连接器271 配备有连接X轴刻度传感器的X连接器271X、连接Y轴刻度传感器的Y连接器271Y和连接 Z轴刻度传感器的Z连接器271Z。X坐标检测信号从X刻度传感器输入到X连接器271X，Y 坐标检测信号从Y刻度传感器输入到Y连接器271Y，Z坐标检测信号从Z刻度传感器输入到Z连接器271Z。输入的坐标检测信号被输入至安装在FPGA^上的刻度计数器观2。探头连接器272配备有SP连接器272A和MPP连接器272B。SP连接器272A是如下的元件，其在SP型探头21附接到移动结构22时与连接器连接，并且输入从SP型探头21 中的接触检测传感器212输出的接触信号。MPP连接器272B在MPP型探头21附接到移动结构22时与连接器连接，并且输入从MPP型探头21中的接触检测传感器212输出的接触信号。集成电路观由允许用户配置其结构的FPGA(现场可编程门阵列)或ASIC(专用集成电路)来配置。如图2所示，集成电路观安装有接触计数器281和刻度计数器观2。 接触计数器281配备有用于SP探头的接触寄存器^lA,其对从SP连接器272A输入的接触信号进行A/D转换并锁存值；和用于MPP探头的接触计数器^lB,其对从MPP连接器272B 输入的接触信号进行计数。刻度计数器282对通过刻度连接器271从X刻度传感器25X、Y 刻度传感器25Υ、和Z刻度传感器2 输入的坐标检测信号进行计数。如上所述，锁存控制器四通过CPU读取在存储器中存储的软件而起作用，并且锁存来自接触计数器281和刻度计数器观2的计数值。图3示出了本实施例中用于接触计数器的锁存定时和用于刻度计数器的锁存定时。当接触信号的电平值超过预定值时，锁存控制器四同时锁存接触计数器的计数值和刻度计数器观2的计数值。这里，例如，当配备有接触计数器的电路板和配备有刻度计数器的电路板是不同的板时，并且当由软件锁存控制器四来控制锁存时，锁存控制器四必须在读取控制每个电路板的每个寄存器之后执行锁存控制。在此情况下，如图4所示，仅仅在用于寄存器读取处理的时间，在接触计数器的锁存定时和刻度计数器的锁存定时之间出现滞后。相反，在本实施例中，由于接触计数器 281和刻度计数器282安装在单个集成电路观上，由于寄存器读取时间的差异而造成的锁存定时的延迟消失。相应地，如图3所示，可以使得接触计数器的锁存定时和刻度计数器观2的锁存定时同步。这意味着可以在测量头211以大于所定义值的压力接触被测物体10的瞬间读取探头21的位置坐标。如上所述，本实施例中的三维测量机1的设备主体2配备有探头21，该探头21配备有测量头211和接触检测传感器212，接触检测传感器212在测量头211接触被测物体 10时输出与接触压力对应的接触信号；移动结构22，其沿着X^轴方向移动探头21 ；以及刻度传感器，每个刻度传感器(25X、25Y、25Z)检测探头21在CTZ轴方向的移动位置。设备主体2的控制电路板沈配备有集成电路观，在该集成电路观上安装了接触计数器281和刻度计数器观2，接触计数器281对从接触检测传感器212输入的接触信号进行计数，刻度计数器282对从每个刻度传感器(25Χ、25Υ、25Ζ)输入的坐标检测信号进行计数。锁存控制器四同时锁存来自被安装在集成电路观上的接触计数器281的计数值和来自刻度计数器 282的计数值。利用这样的结构，在接触信号的电平超过所定义值的瞬间，锁存控制器四将锁存来自接触计数器的计数值和来自刻度计数器观2的计数值。为此，由于锁存定时是同时的，因此在测量头211接触被测物体10的瞬间探头的位置坐标可以被正确地测量， 并且可以改善测量精度。此外，由于接触计数器281和刻度计数器282被安装在集成电路 28内部，因此锁存每个寄存器所花费的时间量可以被缩短，从而测量处理中所涉及的时间可以被压缩并且测量处理可以被快速地执行。控制电路板沈配备有用于SP型探头的SP连接器272Α和用于MPP型探头的MPP 连接器272Β、以及集成电路观，在该集成电路观上安装了 SP探头接触寄存器^lA,其通过对在SP型探头中使用的接触信号进行A/D转换而进行锁存；以及MPP探头的接触寄存器^lB,其对在MPP型探头中使用的接触信号进行计数。为此，即使例如在探头21已经从 SP型探头改变为MPP型探头时，通过简单地将更换后的探头21连接至对应连接器272Α或 272Β，可以容易地执行探头21的更换，而无需更换接触计数器、集成电路观、控制电路板沈寸寸。本发明不限于上述实施例的形式；其还包括下面指示的在实现本发明目的的范围之内的变型。例如，在上述实施例中，给出了锁存控制器四经由软件起作用的示例。然而，提供硬件锁存控制器等的结构也是可接受的。在此情况下，该结构可以是控制电路板沈配备有锁存控制电路，并且该锁存控制电路锁存来自接触计数器281和刻度计数器282的计数值。 即使在这样的结构中，锁存控制电路仍能够使得对于来自接触计数器的计数值和来自刻度计数器洲2的计数值的锁存瞬间同时，并且可以实现与上述实施例相似的效果。特定的结构和过程在具体化本发明时可以适当地改变为除了在实现本发明目的的范围之内的那些之外的其他的结构。本公开的特征可以在执行测量处理的测量设备中采用。注意，以上示例仅仅被提供用于解释的目的，而绝不应被解释为限制本发明。尽管已经参考示例实施例说明了本发明，但应理解这里已经使用的词语是说明和例示的词语， 而非限制的词语。在所附权利要求的视野内，在不偏离在本发明各方面中的其范围和精神的情况下，如此刻声明和修改的，可以作出改变。尽管这里已经参考具体结构、材料和实施例说明了本发明，但是本发明不意图被限制于这里公开的细节；相反，本发明扩展到例如在所附权利要求的范围内的所有功能上的等效结构、方法和使用。本发明不限于上述实施例，在不偏离本发明范围的情况下，可以有各种变型和修改。
权利要求
1.一种测量设备，包括 探头，包括测量头，被配置为与被测物体接触；和接触检测器，被配置为检测该测量头与被测物体的接触，并且该接触检测器还被配置为输出接触信号； 移动器，被配置为沿着彼此垂直的三个轴方向来移动该探头； 坐标检测器，被配置为检测探头的位置坐标，并且还被配置为输出坐标检测信号； 控制电路板，具有集成电路，在该集成电路上安装有接触计数器和刻度计数器，该接触计数器被配置为对接触信号进行计数，该刻度计数器被配置为对坐标检测信号进行计数； 以及锁存器，被配置为同时锁存接触计数器值和刻度计数器值。
2.如权利要求1所述的测量设备，其中，探头能够与其它探头互换，它们中的每个在从接触检测器输出的接触信号的信号格式方面不同；控制电路板包括多个连接器，所述多个连接器被配置为响应于在信号格式方面不同的多个接触信号而输入接触信号中的每一个；以及集成电路具有与在信号格式方面不同的多个接触信号对应的多个接触计数器。
全文摘要
一种三维测量机(测量设备)，其提供探头，其具有能够与被测物体接触的测量头、和检测测量头与被测物体的接触并且输出接触信号的接触检测器；移动结构，其沿着彼此垂直的三个轴方向来移动该探头；刻度检测器，其检测探头的位置坐标并且输出坐标检测信号；控制电路板，其具有集成电路，在该集成电路上安装有对接触信号进行计数的接触计数器和对坐标检测信号进行计数的刻度计数器；以及锁存器，其同时锁存接触计数器值和刻度计数器值。
文档编号G01B21/00GK102419162SQ20111026062
公开日2012年4月18日 申请日期2011年9月5日 优先权日2010年9月3日
发明者水上一己, 熊谷英树 申请人:株式会社三丰