專利名稱：快速測量的測量儀的制作方法
快速測量的測量儀
本發(fā)明涉及一種可簡便操作的一維長度測量儀，特別涉及一種測 高儀和多維坐標(biāo)測量裝置。
這些測量裝置用于測量物體的多維或三維外形。因此它在生產(chǎn)機(jī) 械部件時用于檢測工件不同制造過程中的制造精度。特殊情況下，執(zhí) 行許多簡單測量或者整個表面點(diǎn)對點(diǎn)測量。特別在整批工件需要被測
量時，測量的周期和復(fù)雜性會很高。
在DE10215188B4中描述一種帶有測量支柱的數(shù)字測高儀，支柱 支撐著測量滑塊，這樣滑塊能調(diào)節(jié)高度，滑塊上設(shè)置一帶有探測待測 物體測量元件的探測頭。 一電動機(jī)設(shè)置在支柱的底盤內(nèi)，用于探測頭 的垂直定位。它通過摩擦離合器以固定摩擦力矩驅(qū)動滑輪，離合器中 有一驅(qū)動皮帶覆蓋在滑輪上，同測量滑塊相連。測量滑塊上有一手柄， 可以在需要的時候手動定位測量滑塊。
運(yùn)行時支柱設(shè)置在固定的測量平臺上，同時操作員將待測物體放 置在平臺上，采用適合所選擇測量功能的方式。例如在測量上表面時， 待測物體應(yīng)放置在探測頭下方。之后操作員在電腦上點(diǎn)擊對應(yīng)測量功 能按鍵，如"從上方探測表面"，從而啟動所說的測量功能。
電機(jī)驅(qū)動測量滑塊滑向待測點(diǎn)，通過摩擦離合器以固定測量力矩 使用探測元件。相對于作為參考的測量平臺表面，計算和顯示測量點(diǎn) 的高度坐標(biāo)。
在實(shí)際應(yīng)用中證明這種測高儀十分有用。它可以使得操作員以簡 單的方式執(zhí)行不同的測量功能，如測量表面，鉆孔或者軸，從上或者從下。測量功能可以通過簡單的按鈕敲擊或者在電腦上的菜單進(jìn)行選 擇。不過為了這個目的，操作員不得不將眼光移離工作件，這可能會 擾亂工作流。
在另一種測高儀中，探測元件通過機(jī)械轉(zhuǎn)輪或者其它機(jī)械或電子 控制裝置運(yùn)動，直到接觸到待測表面。 一個接觸感應(yīng)器識別到這次探
測，隨后獲得和顯示測量值。DE3541043A1描述了一種采用接觸信號 感應(yīng)器和相應(yīng)處理邏輯的測高儀。
應(yīng)用接觸信號感應(yīng)器簡化了測量的工作，但也提高了測高儀裝置 的復(fù)雜性。而且沒有經(jīng)過充分的實(shí)踐，運(yùn)用控制裝置實(shí)現(xiàn)探測頭的精 確定位并不容易。此外采用機(jī)械控制部件如手柄或者轉(zhuǎn)輪操作也被認(rèn) 為比較復(fù)雜。因此DE3541043A1除了轉(zhuǎn)輪，另外增加了一個旋鈕，它 可以簡便了探測元件大減速驅(qū)動下的運(yùn)動。這種精確定位大大延長了 測量時間。而且這種測高儀不能執(zhí)行某些測量功能，如測量鉆孔或者 軸，或者說不能以簡單的方式執(zhí)行。
在US2004/0103548A1中描述了一種相似測高儀，包括一個可通 過手動曲柄進(jìn)行人工垂直方向定位的滑塊，其中滑塊上支撐著一個探 測頭，還包括一個測量和顯示系統(tǒng)，它能檢測到探測頭施加于工作件 的壓力并測得探測頭的位置。在測量過程中，操作員使用手動曲柄使 探測頭接觸工作件，并施加適當(dāng)?shù)膲毫υ诠ぷ骷稀y量系統(tǒng)測得壓 力的強(qiáng)度，方向和持續(xù)時間，并顯示在顯示屏上。當(dāng)壓力達(dá)到預(yù)先設(shè) 定的最低強(qiáng)度和很短的持續(xù)時間時，表示探測頭位置的測量值獲得并 顯示在顯示屏上。當(dāng)壓力維持相對長期的時間時，測量系統(tǒng)自動切換 到測量鉆孔或軸的運(yùn)行模式。隨后操作員通過曲柄控制壓力的強(qiáng)度， 他能夠探測軸或者鉆孔的一部分以獲得轉(zhuǎn)換點(diǎn)的最高或最低地。切換 允許模式時使用一種位置感應(yīng)器或者壓力感應(yīng)器。
在實(shí)際應(yīng)用中，還存在著坐標(biāo)測量儀，探測頭能在空間中兩個或
7三個方向進(jìn)行水平運(yùn)動，或者它能在單軸或者多軸上平移，詳見
DE19641720C2。為了執(zhí)行上述測量，大多數(shù)采用CNC控制系統(tǒng)，這 使得儀器變的昂貴，并要求操作員在應(yīng)用時具有必要的知識和經(jīng)歷。
基于上述背景，本發(fā)明的目的是提供一種單維或者多維坐標(biāo)的測 量儀，能夠根據(jù)所需測量功能簡便地實(shí)現(xiàn)測量工作。所需測量功能應(yīng) 當(dāng)是可執(zhí)行的，并且是快速，簡單和高精度。最好是釆用簡單的工具 完成。
本發(fā)明的另外一個目的是提供一種帶有處理和控制邏輯的坐標(biāo)測 量儀，可以使操作員在從定位到確定測量值的測量過程中，將他全部 的注意力放在工作件上。
這個目的由權(quán)利要求1中定義的坐標(biāo)測量儀來實(shí)現(xiàn)。
依照本發(fā)明的測量儀用于測量工件至少一維坐標(biāo)，可根據(jù)操作員 選擇的多個測量功能的一個進(jìn)行測量。測量儀包括一個底部，支撐著 探測頭在縱向運(yùn)動。探測頭可由操作員定位在各個不同的所需測量位 置。依照本發(fā)明的測量儀測量系統(tǒng)識別探測頭的運(yùn)動，產(chǎn)生一個測量 信號用于描述上述運(yùn)動。測量儀包括一個處理裝置，用于接收測量系 統(tǒng)提供的測量信號，根據(jù)預(yù)定規(guī)則處理和求值上述信號，從而通過描 述探測頭運(yùn)動的速度和方向來確定運(yùn)動的測量值，并且通過描述探測 頭的位置或者測量點(diǎn)的高度提供測量值。
依照本發(fā)明的邏輯規(guī)則包括決策邏輯，它能夠僅僅依據(jù)運(yùn)動測量 值和位置測量值自動測得操作員實(shí)現(xiàn)的定位。這些測量值來源于測量 系統(tǒng)輸出的測量信號，而不附加任何額外的測量手段，如壓力，作用 力或者接觸感應(yīng)器，并且不需要額外的與操作員之間的互動，特別是 無需按動某個鍵來自動探測和啟動操作員所要求的特定測量功能?；?于這個目的，決策邏輯根據(jù)測量信號分析操作員操作的探測頭運(yùn)動，從而探測到測量功能的起始點(diǎn)和測量方向。也可以這樣說，操作員在 某個方向的定位被視作為操作員在該方向?qū)嵤y量的某種意圖。
最簡單的例子中測量功能包括探測頭可能運(yùn)動方向上的平面掃
描。例如測高儀的決策邏輯認(rèn)可探測頭向下運(yùn)動，以區(qū)別"從上探測" 測量功能和"從下探測"測量功能。更進(jìn)一步的可能測量功能會是從 探測頭運(yùn)動方向或者相反方向?qū)︺@孔或者軸的掃描。
本文中"啟動測量功能"至少包括對當(dāng)前穩(wěn)定測量值的捕獲，以 此進(jìn)行后面的存儲，處理和顯示所述的測量值。測量功能最好還至少 包括以下后續(xù)處理工作的一部分啟動驅(qū)動掃描工件的電機(jī)，提供探 測頭電機(jī)驅(qū)動后給予探測頭以不變的測量力，獲取多個連續(xù)測量值， 存儲上述測量值，處理和顯示一個或多個測量值。
本發(fā)明使得快速和簡單的測量工作更加便利。操作員可以手動將 探測頭快速而精確的定位在所需測量位置。難以操作的精確定位手段 是不必要的。操作員不必點(diǎn)擊按鈕或者運(yùn)用控制裝置來啟動某個測量 功能。啟動測量功能是有本發(fā)明的處理裝置執(zhí)行。更有利的是操作員 只需將注意力集中在工件上，實(shí)現(xiàn)其定位，處理裝置會自動收集，處 理，保存和顯示相關(guān)數(shù)據(jù)。處理速度將大大提高，測量所需時間也大 大減少。特別適合平面的多點(diǎn)測試或多個工件測試。
根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實(shí)施例，自動探測和啟動測量功能只依據(jù) 測量信號，它們是由測試系統(tǒng)提供并依據(jù)那兒產(chǎn)生的變量，描述著探 測頭的運(yùn)動或位置。例如處理裝置的功能可設(shè)置為運(yùn)用簡單算術(shù)運(yùn)算， 根據(jù)探測頭的位置測量信號確定運(yùn)動方向，運(yùn)動速度，運(yùn)動距離和運(yùn) 動持續(xù)時間，以及將預(yù)定規(guī)則運(yùn)用到上述變量用于探測測量功能。無 需任何類似接觸感應(yīng)器的單獨(dú)探測手段。
根據(jù)本發(fā)明的一個高級實(shí)施例，決策邏輯使用特別簡單而有效的標(biāo)準(zhǔn)，包括比較邏輯，用于比較探測到和導(dǎo)出變量，它們都帶有規(guī)定 的參數(shù)值。上述的參數(shù)值中包括了被檢測變量的最小或最大初始值。 因此當(dāng)探測頭用最低的速度在最短的時間段內(nèi)在同一方向允許，就可 以自動識別出操作員要接觸某個方向平面的意圖。當(dāng)探測頭停止了， 這就意味著定位的結(jié)束。
決策邏輯也可用于識別對某個方向鉆孔或軸的探測。這在一個優(yōu) 選裝置中適用，它額外增加了一個帶有運(yùn)行探測頭的電機(jī)驅(qū)動裝置或 者一個測量力產(chǎn)生裝置。在識別探測頭定位后，決策邏輯自動命令驅(qū) 動裝置或者測量力產(chǎn)生裝置將探測頭同工件接觸，并給予它一固定的 測量力。隨后決策邏輯繼續(xù)分析一系列測量信號。當(dāng)信號值保持穩(wěn)定， 它確定了探測的平面。然而當(dāng)運(yùn)動速度持續(xù)不變在同一方向上減少時， 決策邏輯能推導(dǎo)出運(yùn)動控制的方向和探測的驅(qū)動方向，這同時適用于 鉆孔和軸的探測。隨后決策邏輯激活對應(yīng)測量功能的峰值記錄， 一旦 探測頭的當(dāng)前位置偏離記錄的峰值極小數(shù)量，以及運(yùn)動速度檢測到大 約為零時，就自動完成鉆孔或軸的最大或最小值測量。最大或最小值 就產(chǎn)生了。
根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實(shí)施例，決策邏輯能夠參數(shù)化。操作員可 以指定比較邏輯所需的參數(shù)值。因此在需要的時候適應(yīng)相關(guān)的運(yùn)行條 件，如某種測量方式和相應(yīng)工件，是可能的。在高級實(shí)施例中，有多 個預(yù)設(shè)和優(yōu)化參數(shù)設(shè)置提供給操作員，操作員可以簡單地根據(jù)其需求 從上述參數(shù)設(shè)置中選擇。也可以操作員自己任意定義特殊的參數(shù)值。
根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實(shí)施例，處理裝置能依據(jù)一個或多個參數(shù) 功能自動挑選適合的參數(shù)值，這些功能經(jīng)常使用。當(dāng)特定待測物體之 間的距離較大時，"最小運(yùn)動速度"和"運(yùn)動速度最小時間間隔"會 自動增加，以減少誤讀的概率。當(dāng)距離變小，上述參數(shù)自動減少。其 它參數(shù)如"最大運(yùn)動速度可變值"能夠自適應(yīng)成為之前測量的鉆孔或 軸參數(shù)的函數(shù)值。因此這種自學(xué)習(xí)適應(yīng)型處理裝置能更方便地精確自
10動識別測量功能命令或意圖，從而更進(jìn)一步提高測量速度。
根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實(shí)施例，決策邏輯也包括根據(jù)測量儀的彈 性識別探測頭在運(yùn)動方向短暫反向運(yùn)動的邏輯。而且決策邏輯能從探 測頭運(yùn)動方向快速的變化，識別出這是由于探測頭在工件上的沖擊導(dǎo) 致的反彈。這些事件將被忽略。運(yùn)動方向的反向運(yùn)動的最大持續(xù)時間 和距離已被預(yù)先設(shè)定為參數(shù)，并能修改。
此外決策邏輯還包括取消進(jìn)展中的測量功能探測和終止已啟動測 量功能的邏輯。為此，操作員不必按任何鍵，只需改變探測頭的運(yùn)動 方向超過某個最短距離和最小運(yùn)動速度。這將被決策邏輯視為取消或 終止。
本發(fā)明所述的測量儀最好是一種測高儀，帶有垂直測量支柱，上 面支撐和引導(dǎo)著一個高度可調(diào)節(jié)的滑塊，滑塊上安裝著帶有探測元件 的探測頭。在改進(jìn)方案中，本發(fā)明所述的測量儀還包括了一種坐標(biāo)測 量裝置，可以在受限的二維或三維測量空間能進(jìn)行測量。這特別適用 于操作員手動沿兩個或三個軸上推動探測頭，這幾個軸都是互相垂直 的。探測頭也可安裝成能在單軸或者多軸上平移的形式。
探測頭最好包括一個帶有觸點(diǎn)的觸覺感應(yīng)元件，釆用適合的形狀， 如球形，這樣可以在測量過程中慢慢接觸工件。對于特定測量方法和 工件，如只允許接觸一個表面，能夠提供無接觸型探測元件，如光學(xué)、 磁力或電容式探測元件。
驅(qū)動裝置在運(yùn)行時同探測頭相連，用于驅(qū)動探測頭。這可以是手 動曲柄或者轉(zhuǎn)輪。然而在優(yōu)選實(shí)施例中是馬達(dá)驅(qū)動，特別是電機(jī)驅(qū)動。
在驅(qū)動裝置和探測頭之間的驅(qū)動系統(tǒng)最好引入一個離合器裝置， 可用于在驅(qū)動裝置和探測頭之間提供摩擦連接，直到達(dá)到所需扭矩。因此探測元件在以驅(qū)動方式掃描工件時，以已設(shè)定的測量力加載。摩 擦離合器包含一個固定并可精確調(diào)節(jié)的摩擦力矩，適用于這種情況。 不過也可使用磁力離合器。馬達(dá)作為測量力產(chǎn)生裝置和離合器配置在 一起，以獲得設(shè)定的固定測量力。測量力產(chǎn)生裝置也可通過活塞或者 其它適宜的預(yù)壓方式，采用彈簧元件粘結(jié)在測量滑塊或者探測頭上。
根據(jù)本發(fā)明所述的處理裝置最好是用于控制和監(jiān)測測量過程控制 裝置的一部分。例如處理裝置可以是電腦的型式，或者直接安裝在測 量裝置上，或者安裝在測高儀的測量支柱上，也可以放置遠(yuǎn)處，通過 硬線或者無線通訊連接?？刂蒲b置包括輸入手段，如用于操作員輸入 命令或者參數(shù)的鍵區(qū)。也可以提供一個單鍵或者其它激活方式，在需 要的情況下，允許操作員激活或接觸所述決策邏輯，使得操作員可以 進(jìn)行傳統(tǒng)處理，而無需自動測量功能命令探測。此外還可以提供一個 單鍵或者其它激活方式，操作員用來預(yù)先選擇隨后的測量是有關(guān)平面， 或者鉆孔或者軸。例如在預(yù)先選擇后， 一個或多個工件的眾多鉆孔能 按順序測量，而無需在測量過程中按任何一個鍵。
此外控制裝置包括輸出手段，用于輸出相關(guān)信息，包括測量值， 當(dāng)前執(zhí)行測量功能的檢驗(yàn)員。最好是根據(jù)由決策邏輯識別的測量功能 選擇輸出。其它數(shù)據(jù)也可輸出，如輸入?yún)?shù)或工件名稱等。輸出手段 也包括光學(xué)，聲學(xué)或者其它發(fā)信裝置，可以顯示特定的運(yùn)行條件，特 別是操作員的決策邏輯。這種發(fā)信裝置最好安裝在操作員的視線內(nèi)， 如測量滑塊。
本發(fā)明所述的方法和處理裝置，用于自動探測操作員的測量功能 命令或意圖以作為操作員定位的結(jié)果，提高了測量的舒適度和測量速 度，并且減少了操作失誤。操作員不必將眼光移離工件或者另一個樣 品。決策邏輯在沒有增加裝置生成成本的情況可以方便地實(shí)施。決策 邏輯最好包含在控制測量裝置的固件或者軟件內(nèi)。因此現(xiàn)有的測高儀 或者坐標(biāo)測量儀可以無障礙和快速的更替。不過作為硬件實(shí)施也是可
12能的。
本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例其它細(xì)節(jié)披露在附圖，描述或獨(dú)立權(quán)利要求內(nèi)。
下面通過圖形說明本發(fā)明的技術(shù)方案-

圖1為測高儀的簡化視圖2為圖l所述測高儀去除外表殼的局部剖視圖3為簡化結(jié)構(gòu)圖，說明圖1和圖2所述測高儀的控制裝置；
圖4為流程圖，說明本發(fā)明所述裝置自動識別測量功能命令的邏
輯；
圖5為流程圖，說明在探測軸或鉆孔時本發(fā)明所述的自動識別命 令邏輯；
圖6為根據(jù)本發(fā)明的多坐標(biāo)測量和測試裝置的示意性透視圖。
圖1舉例說明一種根據(jù)本發(fā)明的測量裝置，為測高儀1。它包括 一個平臺，放置在未詳細(xì)說明的穩(wěn)定測量平板上。平臺2最好用滑動 軸承、滾子軸承或者氣體軸承支撐在測量平板上，從而能人工移動測 量裝置和定位它的水平方向(x-y平面)。在平臺2上，測量支柱3突 起垂直向上，支撐和滑動著測量滑塊4。測量滑塊包括兩個插入孔6a， 6b分布在測量探針支撐的兩端。在本實(shí)施例中，支撐7安裝在低位插 入孔6b的末端，攜帶著一個探測頭或測量插入物8放置在向下突起的 末端，所述的測量插入物8作為探測針頭設(shè)置在這兒。因此根據(jù)支撐7 安裝在哪個插入孔6a， 6b和在哪個位置，即向上還是向下突起， 一共 包括四個不同的測量范圍。探測頭8包括球形探測梢9，它在掃描樣品 時作為實(shí)際的探測元件。探測梢9也能在不同測量情況下選擇圓柱形， 圓錐形或其它適合的形狀。
測量滑塊支撐在測量支柱上，這樣可以進(jìn)行垂直定位?；谶@個 目的，有一驅(qū)動帶lla， lib (見圖2)從測量滑塊4垂直向上延伸到滑輪輥?zhàn)?2，從那兒垂直向下延伸到平臺2內(nèi)的驅(qū)動輥?zhàn)?3，在驅(qū)動輥
子之后即為驅(qū)動帶llb，再延伸回測量滑塊4。此外在圖2的局部剖視 圖中，平臺內(nèi)有一驅(qū)動裝置，此處為電動機(jī)14，通過離合器15與驅(qū)動 輥?zhàn)?3相連。離合器15最好是一種滑動離合器，具有固定并可精確 調(diào)節(jié)的摩擦力矩，在掃描樣品時用設(shè)定的固定測量力加載接觸元件。 除了滑動離合器，也可使用其它使用離合器，如磁力離合器。
為了引導(dǎo)策略滑塊，在圖2未顯示的外殼下有一導(dǎo)向裝置16，測 量滑塊4可以沿著所述導(dǎo)向裝置滑動。所述測量滑塊放置在外殼內(nèi)， 這樣只有包括插入孔6a和6b的延長接收體17從垂直槽中突出，垂直 槽在外殼內(nèi)。手柄設(shè)置在接受體17上，能夠方便操作員手動調(diào)節(jié)測量 滑塊的高度。
有一個適宜的測量系統(tǒng)19用于識別探測元件在z方向的高度位 置。示意在圖3的測量系統(tǒng)19最好是一種長度測量系統(tǒng)，探測測量滑 塊4的位置和持續(xù)提供模擬或數(shù)字測量信號以描述所述位置。更適合 的是高分辨增強(qiáng)反射光測量系統(tǒng)19。不過其它先進(jìn)測量系統(tǒng)也是適合 的，如光學(xué)，磁力和電感式測量系統(tǒng)。對于困難的環(huán)境條件，能相對 抵抗污垢的磁力測量系統(tǒng)更有利。探測頭的位置也可通過探察輥?zhàn)?2， 13或者電動機(jī)14驅(qū)動軸的轉(zhuǎn)動位置間接獲得。
為了接收和處理探測到的測量信號和控制和檢測測量過程，有一 控制裝置放置在測量支柱3上，這兒所述的控制系統(tǒng)是指電腦21。所 述的控制系統(tǒng)包括輸出手段，即顯示包括測量值信息的顯示屏22，。 輸入手段，即單鍵。操作員運(yùn)用按鍵可人工往電腦中輸入命令或數(shù)據(jù)。 控制裝置21的細(xì)節(jié)公布在圖3。同時描繪了該控制裝置21的特殊功能 模塊。特殊功能模塊可在線路板上的硬件和/或作為程序一部分的軟件 或固件中執(zhí)行。程序可以在微處理器內(nèi)執(zhí)行。此外特殊功能模塊能作 為在此詳細(xì)描述其它功能模塊的一部分。如果討論到邏輯規(guī)則或控制 裝置21的邏輯，那么本發(fā)明的范圍就不再局限于任何一種上述裝置。
14如圖3所描述的，根據(jù)本發(fā)明的控制裝置21包含控制邏輯24。
控制邏輯控制著測量過程，測量信號的處理，命令、數(shù)據(jù)和參數(shù)的處
理，以及其它功能單元的功能?？刂七壿?4通過適合的通訊鏈接25 同測量系統(tǒng)19連接，從而接收測量信號25。測量信號通過輸入界面 26由測量系統(tǒng)19發(fā)出。此外控制邏輯同輸入裝置23，顯示屏或者其 它輸出裝置22，存儲裝置27存在數(shù)據(jù)鏈接。存儲裝置27保存了程序， 參數(shù)，測量值或者其它應(yīng)保存數(shù)據(jù)?？刂蒲b置21還包括輸出界面28， 通過輸出界面控制邏輯24可連接到遠(yuǎn)程電腦等類似裝置?？刂七壿?4 經(jīng)控制鏈接29控制著電動機(jī)?？刂七壿?4使用定時器30定期提供定 時信號。為保持圖形清晰程度，圖3忽略了一些可能需要的裝置，如 供能系統(tǒng)。
圖3中清楚地表示控制裝置21包括處理裝置或邏輯31。該處理 裝置或邏輯31用于接收測量系統(tǒng)19提供的測量信號，包含著邏輯規(guī) 則32，從而處理和評估所述的測量信號，并從測量值確定探測頭的位 置。處理邏輯用于將測量系統(tǒng)17發(fā)出的模擬信號轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號，或 者把數(shù)字信號轉(zhuǎn)變成適合處理的格式，過濾它們，監(jiān)測它們，使測量 值穩(wěn)定，確定測量點(diǎn)之間的距離(或者最大最小值，或者中心點(diǎn)，或 者軸或鉆孔的直徑)，接收確定的測量值或數(shù)據(jù)，或者轉(zhuǎn)發(fā)到其它單 元。
測高儀1正常運(yùn)行模式下前述功能描述如下
假設(shè)操作員想要執(zhí)行從上探測工件平面的測量功能。為達(dá)到該目 的，操作員將測量平板上的工件定位，使得探測元件9在待測點(diǎn)的上 方。隨后操作員垂直向下移動測量滑塊4以定位探測頭。
之后操作員激活鍵盤23上對應(yīng)的測量功能鍵，指示控制裝置21 平面是從上接觸。隨后控制裝置21控制電機(jī)14，從而帶動探測頭接觸 待測平面或者保持探測頭接觸待測平面，并用固定測量力加載測量元件8。測量系統(tǒng)19提供的測量信號25通過處理邏輯32以適合方式進(jìn) 行處理，從而確定穩(wěn)定的測量值。該測量值顯示了測量點(diǎn)的高度坐標(biāo)， 并顯示在顯示屏22上，存儲在存儲裝置27。在取得測量值后，測量滑 塊4再次垂直往上移動，工件移動到其它位置，另一個測量過程又能 執(zhí)行了。
當(dāng)操作員想要確定鉆孔的最低點(diǎn)時，操作員把探測元件8偏心放 置在鉆孔減切塊的上方，根據(jù)最小值從側(cè)面偏移，并激活對應(yīng)的輸入 裝置從而啟動所述的測量功能。當(dāng)執(zhí)行測量功能時，探測元件9不得 不碾過最低點(diǎn)一次或多次。為了這個目的，操作員水平移動工件或者 測高儀。處理邏輯31確定對應(yīng)的測量值，確定最低點(diǎn)處的高度坐標(biāo)。 其它測量功能也可用相同方式執(zhí)行，分別啟動，參照工件定位工件， 以及激活對應(yīng)的輸入裝置23，如上部鉆孔剪切塊的測量，從上或從下 對軸的掃描，確定軸或鉆孔的直徑和中心，計算兩個平面的距離等等。
根據(jù)本發(fā)明所述的控制裝置21還包括延伸的運(yùn)行模式，使得更自 動化更快的測量工作更加方便?；谶@個目的，處理裝置31邏輯規(guī)則 包含決策邏輯33，可實(shí)現(xiàn)對操作員定位的自動識別，自動識別操作員 分別想執(zhí)行的測量功能，然后啟動它們。探測僅僅依靠測量系統(tǒng)19提 供的測量信號25，而不需要額外的感應(yīng)器或。
處理裝置31的處理邏輯包括邏輯規(guī)則，該規(guī)則在測量系統(tǒng)19提 供的測量信號25中確定附加相關(guān)變量。這些變量至少包括測量滑塊4 的運(yùn)動速度，運(yùn)動方向，運(yùn)動持續(xù)時間和運(yùn)動加速度。決策邏輯33分 析這些變量，從而自動識別出操作員啟動某個測量功能的意圖。在優(yōu) 選實(shí)施例中決策邏輯33包括比較邏輯，用于比較處理邏輯32確定的 變量和預(yù)先確定的參數(shù)值，以及比較應(yīng)用在確定變量上的預(yù)設(shè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī) 則。決策邏輯33的細(xì)節(jié)參照圖4和圖5描述在后，說明了自動識別操
作員在一定方向上啟動平面/鉆孔/軸探測命令或意圖的過程。圖4說明了探測平面的測量過程。測量過程起始于模塊37，此時 操作員將工件放在平板上適合測量的位置，并把測量滑塊移向待測表
面。模塊38中比較邏輯32比較由處理邏輯32確定的運(yùn)動速度v和第 一參數(shù)Vmin， Vmin表示最低運(yùn)行速度。如果沒有超過最小運(yùn)動速度 Vmin，模塊39中經(jīng)過時間指示器T則為零，運(yùn)動速度繼續(xù)監(jiān)測。如果 超過最低運(yùn)動速度Vmin，模塊41內(nèi)的經(jīng)過時間指示器T同初始值Tmax 進(jìn)行比較。如果Tmax沒有達(dá)到，經(jīng)過時間指示器T在模塊42內(nèi)增加， 處理過程回到模塊38。否則，如果T二Tmax，那么測量滑塊4已經(jīng)在 最小運(yùn)動間隔用最小運(yùn)動速度移動，識別到了測量滑塊的定位信息。 隨后接觸方向是模塊43從測量值值中確認(rèn)，例如確定了向上或向下。 多余的時間指示器T2和Th初始化并歸零。
隨后決策邏輯確認(rèn)定位過程是否完成，即測量滑塊已經(jīng)停止。因 此模塊44把運(yùn)動速度和表示停頓速度的參數(shù)Vmax進(jìn)行比較，如果 v<Vmax，模塊46驗(yàn)證滑塊停頓的最小時間周期是否滿足(T2》 T2，max )。如果不符合，經(jīng)過時間指示器T2在模塊47增大，繼續(xù) 監(jiān)控停頓速度。如果初始值達(dá)到T2， tnax，模塊48測量功能由控制裝 置21啟動，通過電動機(jī)帶到探測元件同待測平面接觸，加載固定的測 量力從而確定當(dāng)前測量值。 一旦模塊49確認(rèn)測量值足夠穩(wěn)定，確認(rèn)值 不再會變化，模塊51獲取測量值，存儲并顯示在適應(yīng)測量功能的顯示 器22。這時程序回到起始模塊37,從而繼續(xù)測量滑塊隨后定位的識別。
操作員能夠在對應(yīng)的測量點(diǎn)上通過人工定位測量滑塊在多個連續(xù) 點(diǎn)上測量平面，根據(jù)本發(fā)明的決策邏輯自動識別和執(zhí)行相應(yīng)的測量功 能。操作員不必將眼光移離工件，因此他的工作量不會打斷。自動識 別提高檢測工作的舒適度和測量的執(zhí)行速度，并且減少了操作員的失 誤次數(shù)。
操作員能夠在任何時候取消命令識別，即啟動測量功能簽的定位 識別，而無需為此激活電腦的某個鍵。為達(dá)到這個目的，操作員往與接觸方向相反的方向人工移動測量滑塊一段足夠的距離，這段距離是
由代表決策邏輯33的模塊52和模塊53取消命令所需條件確定的。決 策邏輯33在模塊52中判斷相反方向速度絕對值是否大于最小速度 Vmin，即是否v〈Vmin。如果不符合，程序回到模塊44以檢測停頓速 度。否則將同掃描相反方向的運(yùn)動距離和初始值Smax (模塊53)進(jìn)行 比較，從而來確定這僅僅是一次短暫反復(fù)還是測量滑塊4運(yùn)動方向的 長距離反復(fù)。短暫直線反復(fù)可能是由于摩擦離合器的彈性和測高儀1 的機(jī)械裝置，它們具有一定的滯后性。這種短暫反復(fù)不會導(dǎo)致命令識 別的取消。然而當(dāng)探測到長距離反復(fù)，即s〉Smax，命令識別取消，程 序回到起步37，見圖4。
當(dāng)測量功能已經(jīng)啟動，可以用手改變測量滑塊的運(yùn)動方向，從而 停止該測量功能，而不需按某個鍵。所用邏輯同取消測量功能識別大 致相同。在圖4中改進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)中，在最小時間間隔(56模塊中Th〉Th,max) 同掃描方向相反方向上的最小運(yùn)動速度(54模塊中v<-Vmin)對于停 止測量是必要條件。滯后時間周期計數(shù)器在模塊55定期累加。如果條 件54和56滿足，模塊57開始的測量功能將停止。
根據(jù)本發(fā)明的決策模塊也使得在軸或鉆孔中掃描時進(jìn)行自動命令 識別變得容易。圖5顯示了相關(guān)的流程圖。初始運(yùn)動分析過程在電機(jī) 控制啟動(模塊48)前同掃描平面識別相同。不過測量工作根據(jù)以下 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行進(jìn)一步分析當(dāng)運(yùn)動方向變化非?？煊商綔y元件對工件的沖 擊引起的反彈發(fā)生(模塊58)。忽略這些反彈。當(dāng)運(yùn)動速度在不變的 運(yùn)動方向上持續(xù)減少，此時鉆孔或軸正在被掃描(模塊59)?？梢詮?電機(jī)控制和測量滑塊的移動方向推導(dǎo)出在進(jìn)行何種掃描(模塊60)。 當(dāng)電機(jī)控制著下行，測量滑塊的運(yùn)動方向符合電機(jī)控制的運(yùn)動方向， 此時在測量鉆孔。當(dāng)測量滑塊的運(yùn)動方向同電機(jī)控制的運(yùn)動方向相反， 此時在測量軸。當(dāng)電機(jī)控制的運(yùn)動方向向上，標(biāo)準(zhǔn)也就改變。在這種 情況下當(dāng)探測頭的運(yùn)動方向符合電機(jī)控制的運(yùn)動方向，此時進(jìn)行軸測當(dāng)決策邏輯33確定操作員在某個方向執(zhí)行鉆孔測量和軸測量，無
論是向上還是向下，存儲裝置27中相應(yīng)峰值記錄被激活以獲得測量值 (模塊61)。當(dāng)測量滑塊4當(dāng)前位置偏離初始記錄值最小數(shù)量并且運(yùn) 動速度大約為零，測量工作結(jié)束。在這個例子中峰值記錄存儲的測量 值反映了鉆孔或軸的最大或最小值。當(dāng)滑塊的實(shí)際位置大幅偏離峰值 記錄，無論運(yùn)動速度為多少，當(dāng)前測量將中止。
根據(jù)本發(fā)明比較儀邏輯使用的初始值和限制都是可調(diào)節(jié)參數(shù)，它 們是依據(jù)當(dāng)前測量條件以適合方式制定的。例如它可以通過操作員在 多個預(yù)設(shè)參數(shù)設(shè)置中根據(jù)他的要求來制定。在一優(yōu)選實(shí)施例中對于本
發(fā)明的決策邏輯33提供了以下經(jīng)驗(yàn)參數(shù)值在確定兩個測量值之間的 時間間隔大約10到50ms。能夠識別時鐘頻率為2ms的極緩慢運(yùn)動。 為了不測得偶而的反彈，最小運(yùn)動速度Vmin大約為5mm/s。為了降低 摩擦離合器和測高儀其它部件的滯后性影響，運(yùn)動方向的短暫反復(fù)假 設(shè)最大移動距離SmaX = 2mm。測量功能識別取消的判斷標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)動方向 的長距離反復(fù)可以用至少Smax = 50mm的驅(qū)動距離來識別。用于取消 測量功能的最小運(yùn)動速度Vmin為50mm/s。反彈只有在運(yùn)動方向改變 至少持續(xù)280ms才被確認(rèn)。為了確定鉆孔和軸掃描，最大運(yùn)動速度大 約5mm/s，最大速度變化值大約為lmm/s2。根據(jù)運(yùn)行環(huán)境，參數(shù)值可 以和此處所列的參考值有很大不同。
除了預(yù)設(shè)和優(yōu)化的參數(shù)設(shè)置，操作員也可以自己通過輸入裝置23 隨意輸入特定參數(shù)值。作為本發(fā)明的改進(jìn)型，控制裝置可以依據(jù)已執(zhí) 行的測量功能改進(jìn)參數(shù)值。例如當(dāng)被測平面的距離比較大，此時Vmin 和Smax對于短暫驅(qū)動方向反復(fù)和長距離驅(qū)動方向反復(fù)自動增加，從而 減少了誤讀的風(fēng)險。根據(jù)之前測量的鉆孔和軸直徑，用于確認(rèn)反彈或 者持續(xù)運(yùn)動速度減少的參數(shù)能自動修改。這樣測量的執(zhí)行速度能夠進(jìn) 一步加快。對本發(fā)明的進(jìn)一步修改和改進(jìn)是可能的。例如轉(zhuǎn)輪或者手動曲柄 可以用于人工驅(qū)動裝置。其它最新控制裝置也能用于掃描。不過推薦 使用本發(fā)明的程序，測量滑塊由操作員手動定位，驅(qū)動電機(jī)14用于掃 描工件并提供固定的測量力，這些都使得探測元件9快速精確的定位
簡單化。除了摩擦離合器15，還可以使用其它相似的離合器，如磁力 離合器。測量力產(chǎn)生裝置14， 15也可以設(shè)置為彈簧系統(tǒng)。
在簡化裝置中，有一按鍵提供給操作員，按鍵可以設(shè)置在電腦， 最好是在操作員測量時他目光范圍內(nèi)的測量支柱3，或者測量滑塊4上。 如果是啟動測量平面的功能或者測量鉆孔和軸的尺寸，操作員可以用 一只手選擇?？刂蒲b置21自動識別定位，然后自動轉(zhuǎn)為電機(jī)驅(qū)動的掃 描和執(zhí)行所選擇的測量功能。在2D測量過程中，許多鉆孔和軸的檢測 是按順序一個接一個進(jìn)行，所有工件無需再次激活那個按鍵。
圖1所描述的另一個裝置，配有的額外信號裝置能顯示自動命令 識別的狀態(tài)和操作員測量功能的啟動情況。為了這個目的，LEDs可以 裝配在測量支柱3和測量滑塊4上，可以顯示例如定位確認(rèn)在進(jìn)行， 定位已經(jīng)確認(rèn)或者測量值已獲得，測量已完成等信息。當(dāng)然其它信號 裝置的實(shí)施都是可能的，例如單個信號燈表示行動或者停止，可閃爍 表面狀態(tài)，或者是一種聲學(xué)信號裝置。
依據(jù)本發(fā)明的自動確認(rèn)定位和測量功能的概念也可適用于多維坐 標(biāo)測量裝置。圖6簡要描繪了一種三維坐標(biāo)測量裝置，簡便了在三維 空間測量的操作。為了這個目的，門柱63 (portal)支撐和引導(dǎo)著第一 測量滑塊4a，手柄18a用于測量滑塊4a的手動調(diào)節(jié)。支撐臂64進(jìn)一 步安裝在測量滑塊4a，所述支撐臂在同x方向垂直的y方向凸起。另 一個測量滑塊4b支撐在支撐臂并延y方向運(yùn)動，那兒還有一手柄18b 用于測量滑塊的移動。測量滑塊4b進(jìn)一步支撐在z方向延伸的導(dǎo)引件 66， z方向同x—y平面垂直。導(dǎo)引件66在z方向?qū)б硪粋€測量滑塊 4c。測量滑塊4c包括一個手柄18c，并安裝有一探測元件9在低位末端。未明示更多信息的測量系統(tǒng)19同測量滑塊4a， 4b， 4c相連，所述 的測量系統(tǒng)確定探測元件的各個x， y， z位置。
操作員可以通過手柄18a， 18b， 18c移動探測元件到測量空間內(nèi) 的任何位置，并依據(jù)本發(fā)明的控制裝置21識別定位和所需的測量功能。 通過例如獲得坐標(biāo)的測量值和顯示它們來啟動操作員所想測量功能。 因此最后驅(qū)動的運(yùn)動確定了掃描方向。除了沿著x， y和z軸的線性運(yùn) 動，還可以提供探測元件在至少一個樞軸線上的轉(zhuǎn)動。
測高儀1包括裝有垂直運(yùn)動測量滑塊4的測量支柱3，這樣它能 用手移動，也可以經(jīng)離合器裝置15采用電機(jī)14驅(qū)動。測量滑塊4裝 有探測頭8，探測頭8可以在工件測量點(diǎn)上施加固定的測量力。所述測 量力由驅(qū)動電機(jī)14和離合器裝置15產(chǎn)生。測量系統(tǒng)識別探測頭8的 高度坐標(biāo)，并將所述的高度坐標(biāo)提交給控制裝置用于進(jìn)一步的處理和 求值。
控制裝置21包含自動進(jìn)行測量過程的邏輯33。這個邏輯識別在 某個方向的探測頭8定位。定位由操作員手動完成，隨后控制驅(qū)動電 機(jī)14以適合工作方式實(shí)施工件掃描和根據(jù)測量系統(tǒng)19發(fā)送的信號確 定相應(yīng)測量的測量值?？刂蒲b置21能完全自動識別操作員測量平面或 鉆孔或軸的意圖，在一個方向或者想法方向，并獨(dú)立啟動操作員所想 測量功能。
權(quán)利要求
1. 一種測量儀，特別是根據(jù)操作員選擇的一個或多個測量功能執(zhí)行至少一維坐標(biāo)測量，包括一個平臺(3；63，6，66)，安裝著一個探測頭(8)可以縱向運(yùn)動，從而由操作員定位在相應(yīng)測量位置，包括一個測量系統(tǒng)(19)用于識別探測頭(8)的運(yùn)動和產(chǎn)生描述所述運(yùn)動的測量信號(25)；包括一個處理裝置(31)，可接收測量系統(tǒng)(19)發(fā)送的測量信號(25)，根據(jù)預(yù)設(shè)邏輯規(guī)則處理和求值，從而確定運(yùn)動測量值，采用探測頭(8)的運(yùn)動速度和移動方向描述探測頭(8)的運(yùn)動特征，提供位置測量值來描述探測頭(8)的位置，其中的邏輯規(guī)則包括僅僅依據(jù)運(yùn)動測量值和位置測量值自動識別操作員定位的決策邏輯(33)，其中所述邏輯可識別操作員的所想測量功能并啟動所述測量功能。
2. 如權(quán)利要求l所述的測量儀，其特征在于測量功能包括掃描平 面，鉆孔或軸，無論是沿著探測頭(8)運(yùn)動方向還是相反方向。
3. 如權(quán)利要求l所述的測量儀，其特征在于測量功能的啟動包含 獲得當(dāng)前測量值，并且包含啟動以下至少一個步驟啟動電機(jī)掃描工 件，使用固定測量力加載探測頭(8)，獲取一系列連續(xù)測量值，保存， 處理或顯示一個或多個測量值。
4. 如權(quán)利要求l所述的測量儀，其特征在于決策邏輯(33)依據(jù) 描述探測頭(8)運(yùn)動或位置的測量信號(25)和導(dǎo)出變量值實(shí)現(xiàn)自動 識別和啟動測量功能，所述的導(dǎo)出變量包含至少一個變量運(yùn)動方向； 運(yùn)動速度，運(yùn)動距離和/或探測頭(8)運(yùn)動持續(xù)時間。
5. 如權(quán)利要求4所述的測量儀，其特征在于決策邏輯(33)包括比較邏輯(34)，用于比較測得或?qū)С鰩в性O(shè)定參數(shù)值的變量，設(shè)定 參數(shù)值包含最大最小初始值。
6. 如權(quán)利要求5所述的測量儀，其特征在于參數(shù)值是可調(diào)整的。
7. 如權(quán)利要求5所述的測量儀，其特征在于處理裝置(31)可以 依據(jù)至少一個已執(zhí)行測量功能自動修正參數(shù)值。
8. 如權(quán)利要求l所述的測量儀，其特征在于決策邏輯(33)包含 一種邏輯，所述邏輯可以確定探測頭(8)運(yùn)動的速度(v)，并同表示最小運(yùn)動速度的第 一個初始值(Vmin)進(jìn)行比較；確定至少具有最小運(yùn)動速度探測頭運(yùn)動的時間間隔(T)，并同表 示最小時間間隔的第二個初始值(Tmin)進(jìn)行比較，確定探測頭(8)運(yùn)動的方向；根據(jù)比較的結(jié)果確定探測頭的定位，選擇和啟動包括測量方向合 適的測量功能。
9. 如權(quán)利要求8所述的測量儀，其特征在于包含一個測量力產(chǎn)生 裝置(14， 15)，用于以固定測量力加載測量頭(8)，其中決策邏輯(33)包含一種邏輯，所述邏輯可以 確定探測頭(8)的移動方向； 識別在固定方向上運(yùn)動速度持續(xù)減少；比較探測頭(8)的運(yùn)動方向和測量力產(chǎn)生裝置(14， 15)有效方向；基于上述內(nèi)容，確定掃描鉆孔或者軸，以及執(zhí)行掃描的方向。
10. 如權(quán)利要求1所述的測量儀，其特征在于決策邏輯(33)包 含識別由于測量儀(1)彈性引起的探測頭(8)運(yùn)動方向短期反復(fù)。
11.如權(quán)利要求1所述的測量儀，其特征在于決策邏輯(33)包 含識別由于物理原因引起的探測頭(8)反彈。
12.如權(quán)利要求l所述的測量儀，其特征在于決策邏輯(33)包含 取消進(jìn)程中識別測量功能邏輯和停止己啟動測量功能邏輯。
13. 如權(quán)利要求1所述的測量儀，其特征在于決策邏輯(33)能 由操作員激活或取消。
14. 如權(quán)利要求l所述的測量儀，其特征在于探測頭(8)包含觸 覺型感應(yīng)元件(9)。
15. 如權(quán)利要求1所述的測量儀，其特征在于探測頭(8)包含無 需接觸就可掃描的掃描元件。
16. 如權(quán)利要求l所述的測量儀，其特征在于包含一個手柄(18; 18a， 18b， 18c)可用于人工驅(qū)動探測頭(8)。
17.如權(quán)利要求1所述的測量儀，其特征在于包括一個驅(qū)動裝置 (14)，同探測頭(8)相連用于驅(qū)動所述探測頭。
18.如權(quán)利要求17所述的測量儀，其特征在于驅(qū)動裝置(14)包 含一個馬達(dá)，特別是一種電動機(jī)。
19. 如權(quán)利要求17或者18所述的測量儀，其特征在于在驅(qū)動系 統(tǒng)中有一個離合器裝置(15)介于驅(qū)動裝置(14)和探測頭(8)之間， 用于在所述部件中提供摩擦連接，直到滿足規(guī)定的轉(zhuǎn)矩。
20. 如權(quán)利要求19所述的測量儀，其特征在于離合器裝置(14) 是一種滑動離合器。
21. 如權(quán)利要求l所述的測量儀，其特征在于測量力產(chǎn)生裝置(14， 15)當(dāng)工件在掃描時，以固定測量力加載探測頭(8)。
22. 如權(quán)利要求1所述的測量儀，其特征在于測量系統(tǒng)(19)是 一種長度測量系統(tǒng)，特別是一種增強(qiáng)反射光測量系統(tǒng)。
23. 如權(quán)利要求1所述的測量儀，其特征在于處理裝置(31)是 用于控制測量過程的控制裝置(21)的一部分，控制裝置(21)包括 用于輸入命令或數(shù)據(jù)的輸入裝置(23)和用于輸出信息的輸出裝置(22)。
如權(quán)利要求1所述的測量儀，其特征在于包含一個信號裝置 (62)，向操作員顯示決策邏輯(33)的當(dāng)前狀態(tài)。
24. —種依據(jù)前述權(quán)利要求的測量儀，其特征在于包含帶有測量 支柱(3)的測高儀(1)，支柱裝有和導(dǎo)引測量滑塊(4)，這樣它可 以在縱向定位，探測頭(8)安裝在所述測量滑塊(4)上。
25. 如權(quán)利要求1所述的測量儀，其特征在于包含一種坐標(biāo)測量 裝置(r)，探測頭(8)可設(shè)置在兩維測量平面或者三維測量空間。
全文摘要
測高儀1包括裝有垂直運(yùn)動測量滑塊4的測量支柱3，這樣它能用手移動，也可以經(jīng)離合器裝置15采用電機(jī)14驅(qū)動。測量滑塊4裝有探測頭8，探測頭8可以在工件測量點(diǎn)上施加固定的測量力。所述測量力由驅(qū)動電機(jī)14和離合器裝置15產(chǎn)生。測量系統(tǒng)識別探測頭8的高度坐標(biāo)，并將所述的高度坐標(biāo)提交給控制裝置用于進(jìn)一步的處理和求值?？刂蒲b置21包含自動進(jìn)行測量過程的邏輯33。這個邏輯識別在某個方向的探測頭8定位。定位由操作員手動完成，隨后控制驅(qū)動電機(jī)14以適合工作方式實(shí)施工件掃描和根據(jù)測量系統(tǒng)19發(fā)送的信號確定相應(yīng)測量的測量值。控制裝置21能完全自動識別操作員測量平面或鉆孔或軸的意圖，在一個方向或者想法方向，并獨(dú)立啟動操作員所想測量功能。
文檔編號G05B19/42GK101449222SQ200780018143
公開日2009年6月3日 申請日期2007年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月18日
發(fā)明者佐倫·奧斯特里奇, 延斯·斯托克伯格, 彼得·斯特拉克 申請人:陸馬爾股份有限公司