一种测量仪的控制方法、装置和系统与流程

本发明涉及自动化控制领域，尤其涉及一种测量仪控制方法、装置和系统。

背景技术：

轮廓测量仪是应用于检测平面、球面、非球面、自由曲面等各种型面的零部件的测量设备，是各类精密器件检测的必备设备。现有技术中，测量仪与本地的控制端一一对应，操作人员通过操作控制端控制一个测量仪进行测量，测量效率低，且浪费人力资源；同时，每个控制端在控制测量的同时，还实现对测量结果的分析，从而需要每个控制端提供满足一定条件的硬件来支撑分析软件，对每个控制端的硬件水平都有较高的要求，造成硬件资源的浪费。

现有技术中存在的上述技术问题，目前尚未提出有效的解决方案。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种测量仪控制方法、装置和系统，能够提高测量效率，避免人力资源浪费和硬件资源浪费。

为了实现上述目的，本发明提供了一种测量仪控制方法。

其中，该方法包括接收用户输入的待测量工件的形状描述参数和测量速度；根据所述形状描述参数和所述测量速度计算测量轨迹；发送所述测量轨迹和所述测量速度至服务器，其中，所述服务器用于按照预定的程序控制测量仪测量待测量工件；接收所述服务器返回的测量结果；以及采用预定的分析方法分析所述测量结果得到测量指标值。

进一步地，在发送所述测量轨迹和所述测量速度至服务器之前，该方法还包括：响应于用户输入的标定操作，发送预设的标定速度和标定轨迹至所述服务器，其中，所述服务器还用于按照预定的程序控制所述测量仪测量标准工件；接收所述服务器返回的标定结果；对比所述标定结果和存储的所述标准工件的标准值，以得到所述测量仪的校准值；以及发送所述校准值至所述服务器，其中，所述服务器还用于根据所述校准值对所述测量仪进行校准。

进一步地，对比所述标定结果和存储的所述标准工件的标准值，以得到所述测量仪的校准值包括：根据所述标定结果和存储的所述标准工件的标准值得到测量误差；根据所述测量仪的理论设计值和所述测量误差计算所述测量仪的校准值。

进一步地，在采用预定的分析方法分析所述测量结果得到测量指标值之后，该方法还包括：将所述测量结果和所述测量指标值以图形的方式显示。

进一步地，采用预定的分析方法分析所述测量结果得到测量指标值的步骤包括：对球面数据进行最佳曲率半径拟合；对未知参数的曲线进行参数拟合；或者分析加工所述待测量工件的机床的零位偏差。

进一步地，所述测量轨迹由位置坐标和所述位置坐标处的速度的组成，根据所述形状描述参数和测量速度计算测量轨迹的步骤包括：根据所述形状描述参数确定测量仪的测针经过所述待测量工件的表面的多个所述位置坐标；针对每个所述位置坐标，根据所述测量速度和所述形状描述参数计算所述测针在所述位置坐标处的速度。

为了实现上述目的，本发明提供了另一种测量仪控制方法。

其中，该控制方法包括：接收客户端发送的测量轨迹和测量速度，其中，所述客户端用于根据用户输入的待测量工件的形状描述参数和测量速度计算所述测量轨迹；按照预定的程序控制测量仪以所述测量轨迹和测量速度测量待测量工件；以及发送测量结果至所述客户端。

为了实现上述目的，本发明提供了一种测量仪控制装置。

其中，该控制装置包括：用户操作界面，用于接收用户输入的待测量工件的形状描述参数和测量速度；测量轨迹计算模块，用于根据所述待测量工件的形状描述参数和测量速度计算测量轨迹；第一通信模块，用于发送所述测量轨迹和所述测量速度至服务器，并接收所述服务器返回的测量结果，其中，所述服务器用于按照预定的程序控制测量仪测量待测量工件；以及测量数据分析模块，用于采用预定的分析方法分析所述测量结果得到测量指标值。

为了实现上述目的，本发明提供了一种测量仪控制装置。

其中，该控制装置包括：第二通信模块，用于接收客户端发送的测量轨迹和测量速度，并发送测量结果至所述客户端，其中，所述客户端用于根据用户输入的待测量工件的形状描述参数和测量速度计算所述测量轨迹；以及控制模块，用于按照预定的程序控制测量仪以所述测量轨迹和测量速度测量待测量工件。

为了实现上述目的，本发明提供了一种测量仪控制系统。

其中，该控制系统包括：客户端，用于接收用户输入的待测量工件的形状描述参数和测量速度，根据所述待测量工件的形状描述参数和测量速度计算测量轨迹，发送所述测量轨迹和所述测量速度至服务器，接收所述服务器返回的测量结果，采用预定的分析方法分析所述测量结果得到测量指标值；所述服务器，与所述客户端相连接，用于接收客户端发送的测量轨迹和测量速度，按照预定的程序控制测量仪以所述测量轨迹和测量速度测量待测量工件，发送测量结果至所述客户端；以及所述测量仪，与所述服务器相连接，用于在所述服务器的控制下测量待测量工件。

本发明基于客户端/服务器的模式，在客户端，接收用户输入的待测量工件的形状描述参数和测量速度，根据待测量工件的形状描述参数和测量速度计算测量轨迹，发送测量轨迹和测量速度至服务器，其中，在测量仪一端的服务器按照预定的程序控制测量仪测量待测量工件，然后客户端接收服务器返回的测量结果，采用预定的分析方法分析测量结果得到测量指标值，将测量控制和测量结果分析通过与服务器通信的客户端统一实现，可以实现一个客户端对应多个服务器，能够提高测量效率，节省人力资源，在与测量仪一一对应的服务器只需按照客户端的指令控制测量仪完成相应动作即可，对服务器的硬件要求低，能够避免硬件资源浪费。

附图说明

图1为本发明第一实施例提供的测量仪控制方法的流程图；

图2为本发明第二实施例提供的测量仪控制方法的流程图；

图3为本发明第二实施例提供的测量指标值显示图；

图4为本发明第三实施例提供的测量仪控制方法的流程图；

图5为本发明第四实施例提供的测量仪控制装置的框图；

图6为本发明第五实施例提供的测量仪控制装置的框图；

图7为本发明第六实施例提供的测量仪控制装置的框图；

图8为本发明第七实施例提供的测量仪控制系统的框图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，在下面的具体实施方式中，将对本发明作进一步详细的说明。

第一实施例

如图1所示，该实施例提供了一种测量仪的控制方法，该控制方法的执行主体为客户端，以实现对测量的控制和测量结果的分析，具体包括如下的步骤S102至步骤S110。

步骤S102：接收用户输入的待测量工件的形状描述参数和测量速度。

在客户端提供接收用户输入的端口，例如在客户端设置人机交互界面，人机交互界面可响应用户的操作，从而通过人机交互界面接收用户输入的待测量工件的形状描述参数和测量速度；也可在客户端设置无线通信连接模块，能够接收用户通过移动通信终端发送的信息，从而通过无线通信连接模块接收用户输入的待测量工件的形状描述参数和测量速度。

其中，待测量工件的形状描述参数根据待测量的工件不同而不同，例如，待测量工件1为球面工件时，相应地形状描述参数包括球面的曲率半径R(凹面为正值，凸面为负值)；待测量工件2为非球面工件时，相应地形状描述参数包括非球面的中心曲率半径R，偏心率k,如果带有高次项，还要输入相应的10个高次项系数。

测量速度是指测量仪测针在工件表面的移动速度。

测量速度可以为0.25毫米/秒、0.5毫米/秒、1.0毫米/秒、1.25毫米/秒、1.5毫米/秒和2.0毫米/秒，用户可根据实际需要选择不同的测量速度。

步骤S104：根据待测量工件的形状描述参数和测量速度计算测量轨迹。

为了得到较好的测量结果，必须保证测针在工件表面的移动速度是恒速的，为此，必须根据工件的形状描述参数预先计算出测针在工件不同位置处的移动速度。一系列的位置坐标及对应的移动速度数据我们称之为测量轨迹。具体地，计算测量轨迹的方法可采用如下的方法：

以测量口径为D，曲率半径为R的凸球面为例：在全口径范围内，按等间距采样，1000等分，则移动轨迹的位置坐标可表示为：x[i]＝-D/2+dx。其中dx＝D/1000,i从0到1000。而移动轨迹的速度则表示为：v[i]＝v_set×cos(θ)。其中v_set为设定的测量速度，而θ则为点x[i]处球面的切线与X轴的夹角。

步骤S106：发送测量轨迹和测量速度至服务器。

在客户端和服务器定义好通信协议实现客户端与服务器之间的通信，客户端将计算好的测量轨迹和用户输入的测量速度发送至服务器，以使服务器按照预定的程序控制测量仪，使得测量仪按照客户端发送的测量轨迹和测量速度测量待测量工件。测量仪完成测量后，将测量结果反馈至服务器，服务器再将测量结果发送至客户端。

步骤S108：接收服务器返回的测量结果。

步骤S110：采用预定的分析方法分析测量结果得到测量指标值。

根据不同的测量结果和测量指标值，在客户端内预设执行不同分析方法的分析模块，针对接收到的测量结果和目的测量指标值，调用合适的分析模块进行分析。

例如，测量结果包括一系列的(x[i],z[i])的数据点，即测量表面指定位置处的矢高值，测量指标值包括测量数据与理论面形之间的误差曲线，全口径上最大误差与最小误差的差值(PV)。

其中，预定的分析方法包括对球面数据进行最佳曲率半径拟合的方法，该方法用于根据测量数据得到一个最佳的曲率半径，使测量的误差数据的均方根最小。

预定的分析方法还包括对未知参数的曲线进行参数拟合的方法，该方法用于在不知道被测工件的实际方程时，可用最次抛物面方程来拟合出一个最佳的高次抛物面方程，使测量的误差数据的均方根最小，该方法可应用在反向工件中。

预定的分析方法还包括分析工件零位偏差的方法。实际机床加工工件时，机床的零位不准，会使加工出来的零件产生很大的误差。该方法假定测量误差就是由于这一零位不准而引起的，依据测量到的误差数据来反推机床的零位，该方法可应用于调整机床的零位误差。

采用该实施例提供的测量仪的控制方法，用户可操作客户端，在客户端输入待测量工件的形状描述参数和测量速度，由客户端自动计算出测量轨迹，并将测量轨迹和测量速度发送至服务器,服务器控制测量仪完成测量后返回测量结果，客户端对测量结果进行分析而得到测量指标值，将分析过程和测量过程分割开来，与测量仪对应一一设置的服务器只需实现控制测量仪和与客户端的通信功能，对硬件要求低；执行分析过程的客户端可对应多个服务器，也即对应多个测量仪，能够提高测量效率，节省人力资源，避免硬件资源的浪费。

第二实施例

如图2所示，该实施例在上述第一实施例的基础上，提供了一种测量仪的控制方法的优选实施例，具体包括如下的步骤S202至步骤S220。

步骤S202：响应于用户输入的标定操作，发送预设的标定速度和标定轨迹至服务器。

在正式测量之前，用户可选择先对测量仪进行标定，以对测量仪校准。在客户端的人机操作界面上设置接收用户标定操作的控件，例如在触摸显示屏上设置一个“标定”按钮，用户按下该按钮的操作为标定操作，客户端响应于该标定操作，触发执行预定的标定程序，具体地，预设标定速度和标定轨迹存储在客户端，预定的标定程序的第一步即为获取该预设标定速度和标定轨迹发送至服务器端。

服务器在接收到标定速度和标定轨迹时，仍然按照预定的程序控制测量仪进行测量，与正常测量过程不同的是，在进行仪器标定时，测量仪测量的是标准工件，测量后，服务器仍然将测量标准工件的结果，也即标定结果返回至客户端。

步骤S204：接收服务器返回的标定结果。

步骤S206：对比标定结果和存储的标准工件的标准值，以得到测量仪的校准值。

对某一确定的标准工件，可将其标准值存储于客户端，客户端接收到标定结果后，预定的标定程序的第二步是将存储的标准工件的标准值取出，并与标定结果进行比对。

例如：以标准值包括口径为120mm，曲率半径为79.999mm的标准球面(PV<0.1微米)作为标准工件，口径大小的曲率半径大小预存于客户端。

设测量仪有R1,R2及θ三个关键参数，分别为测量臂长度、摆动臂长度及二臂之间的夹角，该三个关键参数的初始值应为理论设计值，但由于实际加工及安装的误差存在，使得实际值与理论设计值之间有所偏差。在假定测量结果的误差是由于这一误差所造成的条件下，首先根据标定结果，也即测量到的口径大小和曲率半径的测量实际值与上述标准值进行比对得到误差数据，根据该误差数据即可可分析出实际的R1ˊ,R2ˊ及θˊ。如，仪器理论设计值为：R1＝120mm，R2＝67mm，而θ＝2.17。经过标定测量后的测量仪的校准值为：R1＝1.234954e+02,R2＝6.724108e+01,θ＝2.169565e+00。

步骤S208：发送校准值至服务器。

在得到校准值后，发送至服务器，由服务器根据校准值对测量仪进行校准，校准后的测量仪能够准确测量工件，提高测量的准确性。在测量仪完成校准后，服务器会给客户端反馈一个标定完成信号，以通知客户端可正式开始测量。

步骤S210：接收服务器返回的标定完成信号。

步骤S212：接收用户输入的待测量工件的形状描述参数和测量速度。

客户端在接收到标定完成信号后，可以通过声、光信号进行标示，以指示用户可进行测量，用户此时输入待测量工件的形状描述参数和测量速度。

或者，用户在输入标定操作之后，便将待测量工件的形状描述参数和测量速度输入至客户端。客户端自动先进行标定过程，在接收到标定完成信号后，再自动进入测量过程。

步骤S214：根据待测量工件的形状描述参数和测量速度计算测量轨迹。

该步骤只需在接收到待测量工件的形状描述参数和测量速度后执行，具体执行的时序并不限于本实施例中给出的执行时序。

步骤S216：发送测量轨迹和测量速度至服务器，并接收服务器返回的测量结果。

步骤S218：采用预定的分析方法分析测量结果得到测量指标值。

步骤S220：将测量结果和测量指标值以图形的方式显示。

具体地，对于测量结果和测量指标值，可以采用图形进行显示，例如图3显示有原始的矢高数据和分析后的误差数据。

采用该实施例提供的测量仪控制方法，在测量前先对测量仪进行自动标定和校准，提高测量的准确性；在标定时，只需用户输入标定操作即可，客户端自动完成标定过程，并自动根据标定结果得到校准值发送至服务器自动进行校准，操作简单方便。

第三实施例

如图4所示，该实施例提供了一种测量仪的控制方法，该控制方法的执行主体为服务器，以按照客户端的指令控制测量仪完成相应的动作，并将测量仪的测量结果返回至客户端，具体包括如下的步骤S302至步骤S306。

步骤S302：接收客户端发送的测量轨迹和测量速度。

在服务器和客户端定义好通信协议实现服务器与客户端之间的通信，客户端根据用户输入的待测量工件的形状描述参数和测量速度计算测量轨迹，然后将计算好的测量轨迹和用户输入的测量速度发送至服务器，服务器接收后控制测量仪进行测量。

步骤S304：按照预定的程序控制测量仪以测量轨迹和测量速度测量待测量工件。

服务器一端设置执行控制测量仪的程序的模块，在接收到测量轨迹和测量速度后，服务器调用该模块控制测量仪对待测量工件进行测量，测量完成后，接收测量仪返回的测量结果。

步骤S306：发送测量结果至客户端。

接收到测量仪返回的测量结果后，将其发送至客户端，由客户端进行分析。

采用该实施例提供的测量仪的控制方法，与测量仪对应设置的服务器无需进行测量结果的分析，功能简单，对硬件要求低。

优选地，在进行测量之前，还需对测量仪进行标定和校准。该标定过程与正常测量过程一致，不同之处在于标定时接收到的是客户端预存的标定轨迹和标定速度，测量的是标准工件。在完成标定后将标定结果发送至客户端。

客户端会对标定结果进行分析，分析后计算得到校准值发送至服务器。服务器在接收到校准值后对测量仪进行校准，并在校准完成后向客户端反馈校准完成信号。

以上是本发明提供的方法实施例，本发明还提供了装置实施例，需要说明的是，在客户端的测量仪的控制装置用于执行上述任意一种在客户端的测量仪的控制方法，在服务器的测量仪的控制装置用于执行上述任意一种在服务器的测量仪的控制方法。

第四实施例

如图5所示，该实施例提供了一种测量仪的控制装置，该控制装置位于客户端，与上述执行主体为客户端的测量仪的控制方法相对应，具体包括用户操作界面410、测量轨迹计算模块420、第一通信模块430和测量数据分析模块440。

其中，用户操作界面410用于接收用户输入的待测量工件的形状描述参数和测量速度。测量轨迹计算模块420用于根据待测量工件的形状描述参数和测量速度计算测量轨迹。第一通信模块430用于发送测量轨迹和测量速度至服务器，并接收服务器返回的测量结果，其中，服务器用于按照预定的程序控制测量仪测量待测量工件。测量数据分析模块440用于采用预定的分析方法分析测量结果得到测量指标值。

优选地，该装置还包括显示模块，用于在采用预定的分析方法分析测量结果得到测量指标值之后，将测量结果和测量指标值以图形的方式显示。

优选地，测量数据分析模块440采用预定的分析方法分析测量结果得到测量指标值时，具体执行的步骤包括：对球面数据进行最佳曲率半径拟合；对未知参数的曲线进行参数拟合；或者分析加工待测量工件的机床的零位偏差。

优选地，测量轨迹由位置坐标和位置坐标处的速度的组成，测量轨迹计算模块420根据形状描述参数和测量速度计算测量轨迹时，具体执行的步骤包括：根据形状描述参数确定测量仪的测针经过待测量工件的表面的多个位置坐标；针对每个位置坐标，根据测量速度和形状描述参数计算测针在位置坐标处速度。

第五实施例

如图6所示，该实施例在上述第四实施例的基础上，提供了一种测量仪的控制装置的优选实施例，该控制装置具体包括用户操作界面510、测量轨迹计算模块520、测量数据分析模块530、测量数据显示模块540、第一通信模块550和仪器标定模块560。

用户操作界面510用于接收用户输入的待测量工件的形状描述参数、测量速度和标定操作。测量轨迹计算模块520用于根据待测量工件的形状描述参数和测量速度计算测量轨迹。第一通信模块550用于在用户操作界面510接收到标定操作后，发送预设的标定速度和标定轨迹至服务器，还用于接收服务器返回的标定结果。仪器标定模块560用于对比标定结果和存储的标准工件的标准值，以得到测量仪的校准值，第一通信模块550还用于发送校准值至服务器。

在完成标定和校准之后，第一通信模块550还用于发送测量轨迹和测量速度至服务器，并接收服务器返回的测量结果。测量数据分析模块530用于采用预定的分析方法分析测量结果得到测量指标值。测量数据显示模块540用于采用预定的分析方法分析测量结果得到测量指标值。

优选地，仪器标定模块560在对比标定结果和存储的标准工件的标准值，得到测量仪的校准值时，具体执行的步骤包括：根据标定结果和存储的标准工件的标准值得到测量误差；根据测量仪的理论设计值和测量误差计算测量仪的校准值。

第六实施例

如图7所示，该实施例提供了一种测量仪的控制装置，该控制装置位于服务器，与上述执行主体为服务器的测量仪的控制方法相对应，具体包括第二通信模块610和控制模块620。

第二通信模块610用于接收客户端发送的测量轨迹和测量速度，并发送测量结果至客户端，其中，客户端用于根据用户输入的待测量工件的形状描述参数和测量速度计算测量轨迹。控制模块620用于按照预定的程序控制测量仪以测量轨迹和测量速度测量待测量工件。

优选地，在进行测量之前，还需对测量仪进行标定和校准。该标定过程与正常测量过程一致，不同之处在于标定时接收到的是客户端预存的标定轨迹和标定速度，测量的是标准工件。在完成标定后将标定结果发送至客户端。具体地，第二通信模块610还用于接收客户端发送标定速度和标定轨迹，控制模块620还用于按照预定的程序控制测量仪以标定轨迹和标定速度测量标准工件。第二通信模块610还用于发送标定结果至客户端，并接收客户端发送的校准值。该测量仪的控制装置还包括校准模块，用于根据校准值对测量仪进行校准。

第七实施例

如图8所示，该实施例提供了一种测量仪的控制系统，该控制系统包括测量仪710、与测量仪一一对应的服务器720和与服务器720相通信的客户端730。

其中，客户端730用于接收用户输入的待测量工件的形状描述参数和测量速度，根据待测量工件的形状描述参数和测量速度计算测量轨迹，发送测量轨迹和测量速度至服务器，接收服务器返回的测量结果，采用预定的分析方法分析测量结果得到测量指标值。服务器720与客户端730相连接，例如通过TCP/IP协议进行通信连接，用于接收客户端发送的测量轨迹和测量速度，按照预定的程序控制测量仪以测量轨迹和测量速度测量待测量工件，发送测量结果至客户端。测量仪710与服务器720相连接，例如通过RS232实现连接，用于在服务器720的控制下测量待测量工件。

具体地，客户端730主要负责指挥服务端的测量动作，及测量结果的数据分析。主要包括：用户操作界面、测量数据显示模块、测量轨迹计算模块、测量数据分析模块、通信模块和仪器标定模块。其中，用户操作界面，负责用户设置测量参数，并启动测试；测量数据显示模块，负责以图形形式显示测量结果和分析结果；测量轨迹计算模块，负责根据测量工件，计算测量轨迹，并把它传递给测量仪的服务端，进行测量；测量数据分析模块，负责对测量结果进行分析，获得测量需要的指标项；通信模块负责在客户端与服务端之间交互信息，协同完成工件的测量；仪器标定模块，负责对仪器进行标定。服务器720负责接收客户端的指令，并按要求指挥测量仪710完成相应动作。

该系统的工作过程描述如下：首先，用户通过客户端730的仪器标定模块完成仪器的标定，测量精度达到要求。通过用户操作界面设置测量工件的待测量工件的形状描述参数及测量速度后，启动测量。测量轨迹模块根据用户的输入，自动计算出测量轨迹。通信模块把测量轨迹和测量参数传递给服务器，并指令服务器开始测量，并返回测量结果。客户端接收到服务器的测量结果后，由数据显示模块负责把测量结果以图形方式展现出来。测量数据分析模块对测量结果数据进行分析，给出最终的测量指标值，完成整个测量过程。

对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域的技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为根据本发明，某些步骤可以采用其他顺去或同时执行；其次，本领域技术人员也应该知悉，上述方法实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本发明所必须的。

对于前述的各装置实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的模块组合，但是本领域的技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的模块组合的限制，因为根据本发明，某些模块可以采用其他模块执行；其次，本领域技术人员也应该知悉，上述装置实施例均属于优选实施例，所涉及的模块并不一定是本发明所必须的。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。对于装置实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上对本发明所提供的一种测量仪的控制方法、装置和系统进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。