非球面镜面测量系统及方法

专利名称：非球面镜面测量系统及方法
技术领域：
本发明涉及一种测量系统及方法，尤其涉及一种针对非球面镜面的测量系统及方法。
背景技术：
对于当今的电子工业而言，从组件到系统、设计到生产，测量工作皆是不可或缺的一环 。工厂必须借助测量获知产品效能，作为产品设计的参考依据；在生产过程中，往往需要测 量设备把握厂房的命脉；而测量效率往往也与生产效率关系甚密，成为决定市场竞争力消长 的关键因素。
质量是一个企业保持长久发展能力的重要因素之一，如何保证和提高产品质量，是企业 活动中的重要内容。为了提高和保证产品质量，对产品实施检验是必不可少的，通过检验活 动提供产品及其制造过程的质量信息，按照这些信息对产品的制造过程实施控制——进行修 正和补偿活动，使废次品与返修品率降到最低程度，保证产品质量形成过程的稳定性及其产 出产品的一致性。
追求更高制造精度一直是制造业的目标，制造精度的提高不但取决于机床、刀具和数控 技术，而且取决于制造系统所采用测试手段所能达到的测量精度。由于非球面元件在光学设 计中得到越来越广泛的应用，对非球面元件面形参数的检测以及对非球面面形质量的评价提 出了更高的要求。随着现代开放式数控技术的发展，有效地利用了计算机的软件资源及强大 的运算能力对非球面元件进行测量，从而提高检验准确性。
然而，原有的测量非球面元件的装置过于复杂，处理不能实现自动化，测量精度不高， 且在测量过程中不能直观的体现测量数据，而测量同样的元件时仍然需要进行重复的操作。 此外，还需要耗费人力及时间进行手动编写代码以控制测量机台的操作，使得测量效率无法 有效提高，并且存在不可避免的人为误差。

发明内容
鉴于以上内容，有必要提供一种非球面镜面测量系统，其可以针对非球面镜面及相关模 具自动生成测量程序令测量机台对工件进行自动测量，提供多种扫描方式对工件采取不同方 式的测量，且能直观的反映出量测参数及结果。
此外，还有必要提供一种非球面镜面测量方法，其可以针对非球面镜面及相关模具自动 生成测量程序令测量机台对工件进行自动测量，提供多种扫描方式对工件采取不同方式的测量，且能直观的反映出量测参数及结果。
一种非球面镜面测量系统，该系统用于控制机台对工件进行测量，其包括扫描方式设 置模块，用于设置扫描方式以指引机台对工件进行测量，并根据扫描方式生成对应的测量路 径；参数设置模块，用于设置多个测量参数以及测量参数对应的数值，并获取工件的设计参 数；测量模块，用于根据生成的测量路径以及所设置的测量参数自动生成测量程序，令机台 依据该测量程序对工件进行测量，并获取测量数据；传送模块，用于传送测量程序至机台， 以及传送所获取的测量数据；及数据处理模块，用于对测量数据以及设计参数进行分析比对 ，判断该工件的加工是否合格，并输出包含该测量数据的数据文件以及分析结果。
一种非球面镜面测量方法，该方法用于控制机台对工件进行测量，其包括如下步骤扫 描方式设置步骤，设置扫描方式以指引机台对工件进行测量；测量路径生成步骤，根据扫描 方式生成相应的测量路径；测量参数设置步骤，设置多个测量参数及测量参数对应的数值； 设计参数获取步骤，获取工件的设计参数；测量程序生成步骤，根据生成的测量路径以及所 设置的测量参数自动生成测量程序，传送该测量程序至机台处；测量数据获取步骤，依据测 量程序对工件进行测量，并获取测量数据；比对步骤，对获取的测量数据与获取的工件设计 参数进行分析比对，从而判断该工件的加工是否合格；及输出步骤，输出包含测量数据的数 据文件以及分析结果。
相较于现有技术，所述的非球面镜面测量系统及方法，其可以针对非球面镜面及相关模 具自动生成测量路径令测量机台对工件进行自动测量，并且从系统内部实现测量数据与设计 数据的交换，实现自动对心功能。此外，还可直接对加工完成的工件进行机上测量，不必另 外拆卸工件，并可借助超精密加工机器的运控制，保证运动精度，避免拆卸误差，大大提 高测量精度以及测量效率。


图l是本发明非球面镜面测量系统的较佳实施例的硬件架构图。
图2是本发明非球面镜面测量系统的功能模块图。
图3是本发明非球面镜面测量方法的较佳实施例的流程图。
图4是本发明非球面镜面测量系统的操作界面示意图。
具体实施例方式
如图1所示，是本发明非球面镜面测量系统较佳实施方式的硬件架构图。该非球面镜面 测量系统2 (下文称"本系统")建构在计算机l中，所述计算机1还包括计时器板卡3、计数 器板卡4及存储装置5。计算机1与多个机台6 (图中只标示两个机台6)相连接，使得本系统2可控制机台6对工件、模具、或其他产品进行测量并获取相关测量数据，从而判断该工件的 加工是否合格。该机台l可以是数控机床、测量机床等不同类型的具备测量功能的计算机数 控(CNC， Computer Numerical Control)机床。
所述的计时器板卡3及计数器板卡4，分别提供一个计时器30及计数器40，用于在测量工 件的过程中计算相关测量参数，例如，定位测量时间、计算测量时间、测量点计数等。所述 的存储装置5用于存储各类数据以及控制机台6进行测量的代码或者程序，其中，各类数据可 包括工件的设计参数、测量路径、测量数据、测量数据曲线图以及其他相关数据。
所述的存储装置5用于存储各类数据，包括设计数据、测量数据、设置的参数等。
本系统2提供一个操作界面，用于显示各类设置的参数、各类装置的状态、测量点的坐 标值、测量路径、以及测量数据等内容(如图6所示操作界面8)。用户可通过所述的操作界 面88进行相关操作，例如选择探针对工件的扫描方式、输入参数、査询计时器30以及计数 器40的工作状态等操作。
所述的机台6中包括一个CNC控制器60，该CNC控制器60用于接收数控代码(Numerical Control Codes)从而驱动机台6中的其它设备对工件进行测量。
如图2所示，是本发明非球面镜面测量系统的功能模块图。本系统2安装于计算机1内， 其包括七个功能模块，分别是测量模式设定模块20、设备控制装置21、扫描方式设置模块 22、参数设置模块23、测量模块24、传送模块25及数据处理模块26。
所述的测量模式设定模块20用于设定不同的测量模式，以供用户测量工件时可根据实际 情况进行选择。在本较佳实施方式中，该测量模式设定模块20提供两种测量模式自动测量 模式以及手动测量模式，并且该自动测量模式为本系统2默认的测量模式。其中，自动测量 模式是根据待测量工件的设计参数、机台6上的探针半径、探针对工件的扫描方式等数据自 动生成用于机台6 (例如，CNC机床)上测量工件的测量程序，利用该测量程序对工件进行自 动测量；手动测量模式可调整相关参数及工件位置，对工件进行对心以及手动操纵机台6对 工件进行测量等操作。
所述的设备控制装置21用于在测量开始之前，启动计时器板卡3中的计时器30以及计数 器板卡4中的计数器40，使得计时器30、计数器40在测量开始后计算相关参数及测量点信息 ，例如，测量时间、测量点数目等。计时器30及计数器40所计算的相关参数及测量点信息可 用于转换、计算出测量距离等数据。测量完成后，所述的设备控制装置21即关闭计时器30及 计数器40。
扫描方式设置模块22用于设置多种扫描方式指引机台6上的探针对工件进行测量。在本较佳实施方式中，可设定六种类型的扫描方式，包括从X轴的正方向向X轴的负方向运动， 从X轴的负方向向X轴的正方向运动，从X轴的中心点同时向X轴的正、负方向运动，从Y轴的 正方向向Y轴的负方向运动，从Y轴的负方向向Y轴的正方向运动，从Y轴的中心点同时向Y轴 的正、负方向运动。所述的X轴的中心点及Y轴的中心点可以同为坐标系的原点。扫描方式在 第一次设置成功后，无需在后续的测量流程中再次设置，但可根据测量要求进行修改。
所述的扫描方式设置模块22还用于根据所选择的扫描方式生成相应的测量路径，并在本 系统2提供的操作界面8中模拟演示该测量路径。所述的测量路径即为机台6上的探针在测量 工件时的行进路径。
所述的参数设置模块23用于设置多个测量参数，以及测量参数对应的默认值。测量参数 可包括探针半径、扫描步距、数据传输速率、数据传输协议等。每一测量参数对应一个默 认值，用户也可根据测量要求或者实际情况进行修改，例如不同机台的探针半径存在差异 ，可输入实际使用的机台6上的探针半径。
所述的参数设置模块23还用于获取工件的设计参数，该设计参数用来确定测量参数，其 包括进给速度、进入/退出位置、工件外形参数等数据。
所述的测量模块24用于根据生成的测量路径以及所设置的测量参数自动生成测量程序， 该测量程序可直接控制机台6依照测量程序对工件进行自动测量。此外，所述的测量程序的 代码可在本系统2提供的操作界面图8显示。
例如生成的测量程序可以是G-code程序，该G-code程序可通过传送模块25传送至机台 6中的CNC控制器60处，然后CNC控制器60根据该G-code程序发出命令来驱动机台6上的主轴 (Z轴)马达及滑台(XY轴)马达开始对工件进行测量。
所述的传送模块25用于将生成的测量程序传送至机台6，以便测量模块24控制机台6依据 该测量程序对工件进行测量。
测量模块24还用于获取测量数据。在机台6对工件进行测量的过程中，测量模块24可探 测机台6上的探针在工件外轮廓上的运行轨迹，并获取测量点的坐标值、测量点的数目、测 量时间等测量数据，以及根据测量的进程自动计算出探针当前走完的测量路径的距离、探针 在测量时的运行速度等数据。此外，测量模块24进一步用于提供自动对心功能以确保工件处 在正确的测量位置处。在手动测量模式下，用户可手动进行对心操作。
传送模块25将测量模块24所获取的测量数据传送至数据处理模块26中。所述的数据处理 模块26用于对测量数据与参数设置模块23获取的工件设计参数进行分析比对，判断该工件的 加工是否合格，并输出包含测量数据的数据文件以及分析结果。其中，测量数据包括测量点的坐标值、测量点的数目、测量路径的距离、计时器30及计数器40所获取的相关数据等。 测量数据通过数据处理模块26以不同的格式输出，例如，以mod为后缀名的数据文件、
以omm为后缀名的数据文件、以及以txt为后缀名的数据文件。不同格式的数据文件可供不同
的系统或者装置识别及调用。
在本较佳实施方式中，在本系统2所提供的操作界面8中所显示的测量数据为多个指定点
的坐标值(如图4所示)，例如起点坐标值、终点坐标值、探针的退出点的坐标值、当前
测量点的坐标值等，其中，当前测量点的坐标值随着探针的移动而改变。
所述的传送模块25将数据文件及分析结果传送至计算机1中的存储装置5中。 如图3所示，是本发明非球面镜面测量方法的较佳实施例的流程图。下述各步骤是在系
统2默认的自动测量模式下进行的。首先，步骤S2，扫描方式设置模块22设置多种扫描方式
以指引机台6上的探针对工件进行测量。扫描方式在第一次设置成功后，无需在后续的测量
流程中再次设置，只需选择所需的扫描方式即可，并且扫描方式可根据测量要求进行修改。 步骤S4，扫描方式设置模块22根据所选择的扫描方式生成相应的测量路径，并在本系统
2提供的操作界面8中模拟演示该测量路径。所述的测量路径即为机台6上的探针在测量工件
时的行进路径。
步骤S6，参数设置模块23设置多个测量参数以及测量参数对应的默认值，并获取工件的 设计参数。测量参数可包括探针半径、扫描步距、数据传输速率、数据传输协议等。每一 测量参数对应一个默认值，用户可根据测量要求或者机台6的实际情况进行修改，例如不 同机台的探针半径存在差异，可输入实际使用的机台6上的探针半径。所述的设计参数用来 确定测量参数，其包括进给速度、进入/退出位置、工件外形参数等数据。
步骤S8，测量模块24根据生成的测量路径以及所设置的测量参数自动生成测量程序，该 测量程序通过传送模块25传送至机台6处的CNC控制器60中。所述的测量程序的代码可在本系 统2提供的操作界面8中显示。
步骤S 10，设备控制装置21启动计时器板卡3中的计时器30以及计数器板卡4中的计数器 40，使计时器30、计数器40在测量开始后得以计算相关参数及测量点信息，例如，测量时间 、测量点数目等。计时器30及计数器40所计算的相关参数及测量点信息可用于转换、计算出 测量距离等数据。
步骤S12，测量模块24控制机台6依据该测量程序对工件进行测量。
步骤S14，测量模块24获取测量数据，并通过传送模块25将所述测量数据传送至数据处 理模块26。例如机台6根据该测量程序对工件进行测量过程中，测量模块24探测机台6上的
8探针在工件外轮廓上的运行轨迹，并获取测量点的坐标值、测量点的数目、测量时间等测量 数据，以及根据测量的进程自动计算出探针当前走完的测量路径的距离、探针在测量时的运 行速度等数据。
步骤S16，设备控制装置21关闭计时器30以及计数器40。
步骤S18，数据处理模块26对获取的测量数据与参数设置模块23获取的工件设计参数进 行分析比对，从而判断该工件的加工是否合格。
步骤S20，数据处理模块26输出包含测量数据的数据文件以及分析结果，通过传送模块 25将数据文件及分析结果传送至计算机1中的存储装置5中，并结束本流程。测量数据通过数 据处理模块26以不同的格式输出，例如，以mod为后缀名的数据文件、以omm为后缀名的数据 文件、以及以txt为后缀名的数据文件。不同格式的数据文件可供不同的系统或者装置识别 及调用。
步骤S2至步骤S14可以循环进行从而获得更为精确的测量数据。例如，可通过步骤S2设 置不同的扫描方式，继而生成不同的测量路径及相应的测量程序，从而指引探针对工件进行 测量。又如，也可通过步骤S8设置不同的测量参数及对应的数值。
此外，在其他实施方式中，还可在步骤S10之前利用测量模块24执行自动对心功能以确 保工件处在正确的测量位置处。在手动测量模式下，用户可手动进行对心操作。
如图4所示，是本发明非球面镜面测量系统的操作界面示意图。本系统2为用户提供一个 互动的操作界面8，用于显示各类设置的参数、各类装置的状态、测量点的坐标值、测量路 径、以及测量数据等内容(如图6所示操作界面图)。用户可通过所述的操作界面8进行相关 操作，例如选择探针对工件的扫描方式、输入参数、査询计时器30以及计数器40的工作状 态等操作。
所述的操作界面8可包括多个栏位，不仅仅局限于如图4中所示的各个栏位，例如测量 模式选择81、装置状态82、参数设置83、扫描方式选择84、测量路径85、测量程序生成86、 测量控制87、测量程序代码88以及测量位置89。
测量模式选择81提供两个选框，分别是手动选框以及自动选框，以供选择对工件的测量 模式，在不同测量模式下，本系统2的各模块或装置执行不同的操作。装置状态82用于显示 计时器30以及计数器40的开启/关闭状态。参数设置83对应参数设置模块23所设置的多个测 量参数(图4中未示出)以及测量参数对应的默认值，其中，测量参数可包括探针半径、 扫描步距、数据传输速率、数据传输协议等。
扫描方式选择84提供扫描方式设置模块22所设置的各种扫描方式(图4中未示出)进行选择，在本较佳实施方式中，包括六种扫描方式从X轴的正方向向X轴的负方向运动，从X 轴的负方向向X轴的正方向运动，从X轴的中心点同时向X轴的正、负方向运动，从Y轴的正方 向向Y轴的负方向运动，从Y轴的负方向向Y轴的正方向运动，从Y轴的中心点同时向Y轴的正 、负方向运动。所述六种扫描方式以选项的形式表现在操作界面8中，每次测量的时候可以 选择其中一种扫描方式。
测量路径85用于生成测量路径，并模拟、演示该测量路径。所述测量路径是探针在测量 工件时的行进轨迹。
测量程序生成86是一个控制选框，用于根据测量路径令测量模块24生成相应的测量程序 。测量控制87包括两个命令选框用于控制测量的开始以及结束。
测量程序代码88用于显示所生成的测量程序的代码。测量位置89用于显示测量过程中多 个指定点的坐标值，例如起点坐标值、终点坐标值、探针的退出点的坐标值、当前测量点 的坐标值等，其中，当前测量点的坐标值随着探针的移动而改变。
所述操作界面8中的栏位或者栏位中显示的内容可根据测量需求进行调整。
权利要求
权利要求1一种非球面镜面测量系统，用于控制机台对工件进行测量，其特征在于，该系统包括扫描方式设置模块，用于设置扫描方式以指引机台对工件进行测量，并根据扫描方式生成对应的测量路径；参数设置模块，用于设置多个测量参数以及测量参数对应的数值，并获取工件的设计参数；测量模块，用于根据生成的测量路径以及所设置的测量参数自动生成测量程序，令机台依据该测量程序对工件进行测量，并获取测量数据；传送模块，用于传送测量程序至机台，以及传送所获取的测量数据；及数据处理模块，用于对测量数据以及设计参数进行分析比对，判断该工件的加工是否合格，并输出包含该测量数据的数据文件以及分析结果。
2.如权利要求l所述的非球面镜面测量系统，其特征在于，该系统还 包括测量模式设定模块，用于设定不同的测量模式，包括自动测量模式以及手动测量模式。
3.如权利要求l所述的非球面镜面测量系统，其特征在于，该系统还 包括设备控制装置，用于启动及关闭计时器以及计数器，使得计时器及计数器在测量过程中 获取及计算测量点信息。
4.如权利要求l所述的非球面镜面测量系统，其特征在于，该扫描方 式设置模块所设置的扫描方式包括如下类型从X轴的正方向向X轴的负方向运动；从X轴的 负方向向X轴的正方向运动；从X轴的中心点同时向X轴的正、负方向运动；从Y轴的正方向向 Y轴的负方向运动；从Y轴的负方向向Y轴的正方向运动；以及从Y轴的中心点同时向Y轴的正、负方向运动。
5.如权利要求l所述的非球面镜面测量系统，其特征在于，所述的扫描方式设置模块还用于模拟及演示所生成的测量路径。
6.一种非球面镜面测量方法，用于控制机台对工件进行测量，其特征在于，该方法包括如下步骤扫描方式设置步骤，设置扫描方式以指引机台对工件进行测量； 测量路径生成步骤，根据扫描方式生成相应的测量路径； 测量参数设置步骤，设置多个测量参数及测量参数对应的数值； 设计参数获取步骤，获取工件的设计参数；测量程序生成步骤，根据生成的测量路径以及所设置的测量参数自动生成测量程序， 传送该测量程序至机台处；测量数据获取步骤，依据测量程序对工件进行测量，并获取测量数据；比对步骤，对获取的测量数据与获取的工件设计参数进行分析比对，从而判断该工件 的加工是否合格；及输出步骤，输出包含测量数据的数据文件以及分析结果。
7.如权利要求6所述的非球面镜面测量方法，其特征在于，该方法在 测量路径生成步骤之后还包括如下步骤模拟及演示所生成的测量路径。
8.如权利要求6所述的非球面镜面测量方法，其特征在于，该方法还 包括如下步骤在测量数据获取步骤之前，启动计时器及计数器；令计时器及计数器在测量过程中获取及计算测量点信息；及在测量数据获取步骤之后，关闭计时器及计数器。
9.如权利要求6所述的非球面镜面测量方法，其特征在于，所述的扫 描方式包括如下类型从X轴的正方向向X轴的负方向运动；X轴的负方向向X轴的正方向运动 ;从X轴的中心点同时向X轴的正、负方向运动；从Y轴的正方向向Y轴的负方向运动；从Y轴 的负方向向Y轴的正方向运动；以及从Y轴的中心点同时向Y轴的正、负方向运动。
10.如权利要求6所述的非球面镜面测量方法，其特征在于，该方法 在测量数据获取步骤之前还包括如下步骤设定测量模式，包括自动测量模式以及手动测量模式。
全文摘要
一种非球面镜面测量方法包括如下步骤设置扫描方式以指引机台对工件进行测量；根据扫描方式生成相应的测量路径；设置多个测量参数及测量参数对应的数值；获取工件的设计参数；根据生成的测量路径以及所设置的测量参数自动生成测量程序，传送该测量程序至机台处；获取测量数据；对获取的测量数据与获取的工件设计参数进行分析比对，从而判断该工件的加工是否合格；及输出包含测量数据的数据文件以及分析结果。本发明还提供一种非球面镜面测量系统。利用本发明可自动生成测量程序令测量机台对工件进行自动测量，并直观的反映出量测参数及结果。
文档编号G05B19/04GK101424925SQ200710202340
公开日2009年5月6日 申请日期2007年10月31日 优先权日2007年10月31日
发明者庆 刘, 李军旗, 欧阳渺安 申请人:鸿富锦精密工业(深圳)有限公司;鸿海精密工业股份有限公司