CN101287958B - 用于测量探头的信号发送装置 - Google Patents

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Abstract

本发明说明了一种测量探头(12、110、250)，诸如接触触发式探头或者模拟探头，其包括可偏转探针部分(14)和用于将探针偏转数据发送到远程探头接口(20、104、254)的无线通信单元(18)。所述无线通信单元(18)布置成发送包括探针偏转数据和探头标识码的数字数据包。所述无线通信单元(18)允许由使用者设定所述探头标识码。所述测量探头(12、110、250)可以经由无线电频率(RF)的扩展频谱链路(106)与关联的探头接口(20、104、254)通信。

Description

用于测量探头的信号发送装置
技术领域
本发明涉及与坐标测量设备一起使用的测量探头，所述坐标测量设备诸如坐标测量机(CMM)、机床、手动坐标测量臂和检查机器人。本发明特别涉及用于这种测量探头的无线发送装置。
背景技术
坐标测量设备通常装备有测量设备，例如接触触发式探头，在测量过程中，通过在接触表面时发送触发信号，所述测量设备能建立工件或其他物体的几何形状。所述测量探头具有探针，其在与所述表面接触时偏转并导致触发信号产生。这种触发信号用来冻结量表或其他测量装置的输出，该输出指示了探头的位置，因此指示了该表面的位置。
在特定情况下，例如在难于直接将探头导线连接到机器控制器的时候，采用无线发送系统，通常经由接口将探头信号传达到机器控制器。如果环境中存在多于一个系统，则因系统之间的干扰会产生问题。传统上，通过采用固定频带系统，使每个探头-接口对设定到不同频率来解决这个问题。在需要使用替换探头或接口的情况下，只能将其设定到相同的固定频带。但是在发送系统设定到固定频带的时候，在采用无线电发送系统的情况下，来自其他源诸如步话机的干扰会导致问题，因为其导致数据丢失。
对于上述干扰问题的一种解决方案是使用扩展频谱无线电链路，诸如跳频链路，此时探头和接口以同步序列切换通道。这种系统的示例在WO2004/057552(Renishaw等)中给出。为了在建立这种链路的同时还允许在探头和接口之间进行实时数据传输，探头和接口排他地配对在一起。通过在探头制造时为每个测量探头分配独特标识码来实现这种配对。这种独特ID码包括在探头发送的数字数据包中。由使用者实施初始“配对”程序，其中所述接口获知将要与其一起使用的探头的独特标识码。一旦配对以后，该接口将仅处理包含该配对探头独特标识码的通信。这样防止了探头和接口从任何其他接口或探头接收信息，从而允许多个接口/探头对在紧密靠近的情况下操作。
尽管WO2004/057552中说明的系统允许在单个探头和接口之间建立可靠的通信，但是其还存在缺陷。最显著的是，WO2004/057552的装置需要使用者施行“配对”程序，每次要求将不同探头用于给定接口。这非常不方便，因为许多不同的探头并不是同时与一个接口一起使用，例如用来测量不同类型的特征。
发明内容
根据本发明的第一方面，测量探头包括可偏转探针部分和用于将探针偏转数据发送到远程探头接口的无线通信单元，其中所述无线通信单元布置成发送包括探针偏转数据和探头标识码的数字数据包，其特征在于，所述无线通信单元允许由使用者设定所述探头标识码。
本发明因此提供了一种测量探头，例如接触触发式探头或模拟探头，其包括无线(例如，扩展频谱)通信单元用于以数字数据包的形式向远程探头接口发送探针偏转数据(例如，有关触发事件的数据)。为了允许关联的探头接口仅读取所要求的数字数据包，每个数据包包括探头标识(ID)码。无线通信单元允许使用者设定包括在所发送数据包中的该探头标识码。如以下更为详细地说明，例如使用者可以从许多预编程专用标识码(IDs)中选择探头ID码和/或从远程探头接口将克隆标识码(IDc)加载到测量探头，从而设定该探头标识码。
本发明的探头相对于现有技术WO2004/057552所述这类具有单个出厂设定(即，固定)探头ID码的探头来说，具有许多优势。特别是本发明允许多个测量探头不同时与单个探头接口一起使用，而保证不会与其他位于附近的接口和探头系统发生干扰。
因此本发明允许一种坐标测量设备(例如机床)与单个探头接口和多个测量探头配合。不同测量探头例如具有不同长度或配置的探针，选用来探测不同工件或工件的不同特征。这些测量探头每一个可以存储在工具更换设备中，然后在希望利用所要求的测量探头进行测量时，其可以加载到机器心轴中。因此，使用者可以设置与机器关联的全部测量探头，以发送包括相同探头标识码的数据包，从而允许探头接口读取来源于任何所述测量探头的数据包。与现有技术的系统不同，这样允许(非同时)使用任何所述探头，而不需要每次执行“配对”操作，接口可以从不同的探头收集数据。
具有优势的是，无线通信单元可以置于接收模式，此时可以从远程探头接口获取至少一个克隆标识码。这样允许执行配对操作，其中一个或多个探头ID码从探头接口加载到测量探头中。克隆ID码可以是永久编程在探头接口中的标识码，或者是从其他测量探头加载到该接口中的标识码。例如，克隆ID码可以是另一个测量探头的独特标识码的拷贝。
可以方便地布置测量探头，使得使用者可以选择至少一个克隆标识码作为探头标识码用于发送。例如，可以在克隆标识码和探头存储的任何其他标识码之间切换探头标识码(即，与每个数据包一起发送的码)。
无线通信单元可以有利地存储一个独特标识码，或者多于一个独特标识码。优选地，然后使用者可以选择是否将所述独特标识码作为所述探头标识码用于发送。在这种布置中，可以在“主”模式和“克隆”模式之间切换测量探头，在所述“主”模式中，探头标识码是独特标识码，而在所述“克隆”模式中，存储的克隆标识码作为探头标识码输出。
无线通信单元可以方便地存储多个专用标识码，且使用者可以设置无线通信单元来输出所述多个专用标识码中的任意一个作为所述探头标识码。这些专用标识码是除任何其他码(例如，克隆标识码或独特标识码)之外的码，所述的其他码也可以由测量探头的无线通信单元存储。
优选所述无线通信单元存储至少2个，至少5个或者至少10个专用标识码。更优选所述无线通信单元存储16个专用标识码。这些专用标识码(IDs)可以作为一定范围的产品的标准。例如，一组16个IDs码可以用作一定范围的测量探头和接口产品的标准。
计划与这种测量探头一起使用的接口也可以以相同专用标识码(IDs)编程，以使在系统设定过程中不需要配对程序。在安装到坐标测量设备之前，终端使用者，或者甚至供应商则可以将所述测量探头和接口预设为相同的标识码。
如果测量探头一次可以存储多于一个标识码(例如，如果存储独特标识码、克隆标识码和/或专用标识码的组合)，则可以布置成包括选择装置，用来在不同标识码之间切换。因此，所述探头具有优势地包括集成选择装置(例如，安装在探头上的开关或传感器)，以允许使用者选择将要作为所述探头标识码发送的标识码。提供这种集成选择装置，就不需要为探头建立任何类型的通信链路来设定探头标识码。
便利的是，集成选择装置包括可偏转探针部分。探头因此可以包括EP1373995(Renishaw公司)中所述的触发逻辑系统。换句话说，探头可以布置成进入编程模式(例如，在插入电池时)，此时手动偏转(触发)探针可以来选择所需的探头标识码和/或将探头置于接收模式来接收克隆标识码。
优选地，探头还包括这样的装置，其向使用者传达有关将要作为所述数字数据包一部分发送的探头标识码的信息。例如，探头可以包括一个或多个发光二极管(LED)。这些二极管可以是不同颜色的并且可以布置成以一定序列闪烁以辨别所选探头标识码，例如LED可以闪烁编码序列，以指示选择了哪个专用标识码(IDs1至IDs16)。
具有优势的是，测量探头的无线通信单元操作(即，发送和/或接收)在无线电频率(RF)。优选无线通信单元在所述测量探头和远程接口之间提供(半双工)扩展频谱无线电链路。便利的是，扩展频谱无线电链路包括跳频链路和直接序列链路至少其中之一。可替代的是，无线电通信单元可以操作在非RF频率，例如操作光学波长(包括红外线和紫外线)。
如上所述，无线通信单元发送的数据包包括探针偏转数据和探头标识码。所述数据包还可以包括额外的数据，例如时序数据(例如，触发事件的时间标记)和电池状态数据至少其中之一。
便利的是，测量探头可以是接触触发式探头。可偏转探针部分则可以包括接触触发机构，而探针偏转数据可以包括触发状态(例如，被触发或保持不动)数据。
可替代的是，测量探头可以是模拟探头或扫描探头。在模拟探头中，可偏转探针部分可以包括测量探针偏转的装置(例如，一个或多个应变计)，且所述探针偏转数据可以包括与探针偏转量有关的信息。
测量探头可以具有探针部分，其包括用来保持可拆卸探针的探针保持件。换句话说，探针可以可释放地连接到测量探头主体，并可以独立于测量探头本身来销售。可替代的是，探针部分可以包括工件接触探针，其永久附着在探头上。
如上所述，本发明的多个测量探头可以与探头接口一起使用。在这种布置中，优选任一次由不超过一个测量探头来发送数据(即，探头优选不同时发送数据包)。为了保证在任一次只有所需探头接通，所述探头具有优势地包括激活设备，用于根据需要自动将探头“接通”或“断开”，其中所述激活设备与无线通信单元分立。激活设备可以是销柄开关或旋转开关，以使仅在测量探头安装在机器心轴或者被机器旋转时，才能将其接通。
这样保证了任一次仅有一个探头一直活动地发送数据包。
根据本发明第二方面，提供了一种用来从一个或多个测量探头接收探针偏转数据的探头接口，所述一个或多个测量探头中的每一个布置成发送包括探头标识码的数据包，其特征在于，所述接口配置成存储多个标识码。优选所述接口仅读取包括与存储的标识码匹配的探头标识码的数据包。
与现有技术中仅可以存储单个标识码的探头接口不同，本发明的探头接口可以存储多个标识码。在多个测量探头(诸如以上所述那些探头)将要与该接口一起使用时，提供这种接口具有优势，尽管并不是必不可少。
具有优势的是，所述接口可以预编程或出厂设定为存储一个或多个专用标识码。这些专用标识码可以相应于一个或多个关联的测量探头所存储的专用标识码。所述接口还可以包括用来接收和存储测量探头的探头标识码的装置。
便利的是，所述接口布置成不同时从多个测量探头接收数据，其中所述接口配置成仅读取包括探头标识码的数据包，所述探头标识码相应于所述接口存储的一个或多个标识码。例如，所述探头接口可以布置成读取包括选定的其中一个专用标识码的数据包。可替代的是，所述探头接口可以布置成读取包括所述多个存储的标识码或其任何子集的数据包。
在优选实施例中，所述接口可以配置成存储多个标识码并读取包括探头标识码的数据包，该探头标识码相应于任何一个所述多个存储的标识码。以此方式，所述探头接口可以与多于一个测量探头配对，且非同时地从所述的多于一个的测量探头读取数据。与所述接口关联的所述测量探头可以发送具有相同或不同探头标识码的数据包，例如，所述接口可以与本发明第一方面的探头一起使用和/或与前述WO2004/057552中说明的那种具有出厂设定探头标识码的探头一起使用。
所述接口存储的一个或多个标识码可以方便地加载到关联的测量探头中。因此，所述接口可以包括向关联的测量探头发送标识码的装置，例如所述接口可以向根据本发明第一发面操作在“克隆”模式的测量探头发送标识码。
具有优势的是，所述探头接口操作(即，发送和/或接收)在无线电频率(RF)。优选所述接口经由(半双工)扩展频谱无线电链路与关联的测量探头通信。便利的是，所述扩展频谱无线电链路包括跳频链路和直接序列链路的至少其中之一。可替代的是，无线通信单元可以操作在非RF频率，例如操作在光学波长(包括红外线和紫外线)。所述接口还可以具有(例如，硬式布线)链路，用于与控制计算机通信。
多个这种探头接口还可以相结合地用于从一个或多个测量探头读取数据。
根据本发明的第三方面，一种用于坐标定位机的工具组包括至少一个根据本发明第一方面的测量探头和至少一个根据本发明第二方面用来从所述至少一个测量探头接收探针偏转数据的探头接口。所述工具组可以提供给诸如机器的坐标测量设备，或者将该设备改进。
具有优势的是，该工具组包括多个测量探头，其中每个测量探头配置成输出具有相同探头标识码的数据包。例如，每个测量探头可以设定成输出包括相同专用标识码的数据包。
所述工具组的所述至少一个探头接口可以布置成仅读取包含特定探头标识码或多个探头标识码的数据，例如所述探头接口可以仅识别由所述工具组的所述至少一个测量探头输出的探头标识码。所述探头接口可以存储一个或多个预定探头标识码(例如，其可以存储一个或多个上述这类专用标识码)和/或可以布置成接收并存储来自所述工具组的所述至少一个测量探头的探头标识码。
所述工具组具有优势地可以包括多个探头接口，其每一个可以置于坐标测量设备上不同的位置，用来接收来自所述至少一个测量探头的探针偏转数据。提供多个探头接口允许在至少一个测量探头移动到机器不同部分的时候，读取来自至少一个测量探头的数据。在所述工具组安装到大型坐标测量设备，其中测量探头和特别接口之间的信号路径可能被机器其他部件阻碍的时候，这样做尤其具有优势。在采用多个探头接口的时候，可以经由从活动测量探头接收的信号最强或质量最佳的探头接口收集用于测量目的的探头数据。可替代的是，来自多于一个接口的数据可以组合。
如果所述工具组包括单个测量探头和多个探头接口，则每个探头接口可以布置成仅读取包括该单个测量探头的探头标识码的数据包。如果该工具组包括多个测量探头，则每个测量探头可以具有优势地配置成输出具有相同探头标识码的数据包。如果在范围内，则每个探头接口可以读取来自所述多个测量探头中的任一个的数据包。因此，所述工具组可以提供测量装置，其中一个或多个探头接口可以从单个探头接收数据或者(非同时地)从多个探头接收数据。
具有优势的是，所述工具组的所述至少一个探头接口包括本发明第二方面的探头接口。可替代的是，可以提供已知类型的探头接口。
本发明还涉及包含如上所述测量探头、接口或工具组的坐标测量设备。
根据本发明的第四方面，一种使用测量探头的方法，包括步骤(i)：采用包括偏转探针部分和用来向远程探头接口发送探针偏转数据的无线通信单元的测量探头，其中所述无线通信单元布置成在使用中发送包括探针偏转数据和探头标识码的数据包，所述探头标识码的特征由包括设定探头标识码的步骤(ii)的方法所限定。步骤(ii)可以包括从多个专用标识码中选择任何一个和/或从探头接口接收克隆标识码。
根据本发明的第五方面，一种测量装置包括至少一个探头接口和多个测量探头，其中所述测量探头布置成不同时向所述探头接口发送数字数据包，所述数字数据包包括探针偏转数据和探头标识码，其中所述多个测量探头中的每一个配置成在使用中输出包括相同探头标识码的数据包。所述探头接口和所述测量探头可以经由扩展频谱无线电链路通信。可以具有优势地提供多个探头接口来接收数字数据包。
根据本发明的第六方面，一种测量装置包括多个探头接口和至少一个测量探头，其中所述至少一个测量探头布置成向所述多个探头接口发送数字数据包，所述数字数据包包括探针偏转数据和探头标识码，其中所述多个探头接口每一个配置成在使用中读取包含所述探头标识码的数据包。所述装置可以具有优势地包括多个测量探头。
附图说明
现在将借助示例，参照附图来说明本发明，其中：
图1示意性地示出了本发明的坐标测量设备；
图2示意性地示出了本发明的替代实施例；
图3示出了本发明进一步的实施例；
图4示出了本发明的实施例；和
图5示出了本发明的替代实施例。
具体实施方式
图1示出了具有测量探头10的坐标测量机100，所述探头一端经由心轴或套管轴12连接到坐标测量机100，远端连接到带有尖端16的可偏转探针14。所述信号发送系统包括两个部件，探头站点或无线通信单元18连接到探头10，而机器站点或接口20安装到机器22的静止部分并连接到机器控制器24。
利用扩展频谱链路在探头站点18和机器站点20之间传递数据，在这种情况下利用跳频无线通信链路，这种链路以已知形式诸如串行二进制数据离散包来发送数据。
坐标测量机100设置有另外两个探头32、34，它们安装在保持件30中。这两个另外的探头32、34可以通过手动或者自动断开探头10和心轴12之间的接头而以本领域已知方式与目前所用的探头10互换。
机器站点20和第一探头或主探头(在该示例中为探头10)由站点20发送握手通信而配对在一起，所述探头10通过提供其排他辨识码--IDe来作出响应。这种IDe存储在机器站点20中，在目前的系统中，该站点仅响应具有该辨识码的探头，该设备站点扫描覆盖每个可用通道，寻找该IDe，如果找到IDe，则接受与该IDe一起发送的数据。在国际专利申请No.WO2004/057552中对此有详细解释，该申请通过引用方式并入本说明中。
为了让机器站点20能与不同探头通信，在该实施例中，探头32、34设置有两个标识区。第一标识区IDe是排他标识码，该标识码在制造时分配给所述探头。第二区IDc是克隆标识区，其开始是空白的。当坐标测量机100一次仅使用一个探头时，通过克隆第二探头以使其对于设备站点来看好像是第一探头或主探头，则第一探头可以与第二探头互换。通过将替换探头32、34设置在“克隆模式”来实现这种互换，以使在它们初次引入配对的机器站点20时，不将其IDe给予所述站点，而是将存储在所述站点中的标识接收到它们的IDc区。一旦探头32、34成为主探头10的克隆或者附属，则它们都可以互换或与所述站点一起使用。
如果因为某些原因，希望不同站点使用其中一个克隆探头，可以将其从克隆模式切换到排他模式并与新站点配对，或者可以从存储器中擦除克隆标识，并让新IDc如上所述那样进入。
在替代实施例中，与主探头提供被克隆的IDe不同，由接口或机器控制器来提供该IDe。现在参照图2，在第一探头50和机器站点60配对在一起时，机器站点60将其IDe发送给第一探头50且该标识码存储在第一探头50的克隆标识区(IDc)。这种程序对于另外的探头52、54重复进行。在该实施例中，全部探头50、52、54处于“克隆模式”。
图3示出了机器站点104，其经由无线发送链路106与探头110通信。
探头110设置有独特标识码(IDe)和16个专用标识码IDs1至IDs16。与具有主探头和克隆探头不同，与特别设备一起使用的每个探头都设定为相同的IDs。第一探头以正常方式与机器站点配对且机器站点存储该选定的IDs。机器站点将与任何其他设定为该IDs的探头通信。
如果在机器环境中存在多于一组接口和探头，则它们每一个设定为不同的IDs，以防止交叉会话。
图4示出了另一种实施例，机器站点204由此分配有排他码IDe以及一组专用标识码IDs。在该实施例中，机器站点204和探头200通过探头200发送握手通信而配对在一起，机器站点204通过提供其IDe或在其被选定时提供一组IDs码其中之一来响应该握手通信。该ID存储在探头200的克隆标识区，以使两者配对在一起。另外的探头可以以相同方式配对到相同的机器，而且如果需要的话，额外的机器站点可以设置成使用相同的专用标识码。
图5示出了本发明更进一步的实施例。在该实施例中，接口254设置有缓存256，其中可存储大量不同探头的标识码，例如10个(ID1到ID10)。在接口与探头配对时，探头250的IDe存储在缓存256的下一个自由区。在缓存充满的情况下，最早或第一个输入的码被覆盖。在该实施例中，在接口试图与探头通信时，该接口扫描每一个依次存储的标识的每一个可用通道。
对于使用许多接口或站点以及许多探头的情况，例如在大型测量机上的时候，最简单的操作模式是让每个机器控制器和探头分配有相同的标识码，不论其是否处于排他、专用或者克隆模式。
在各种情况下，所需最少条件是所有探头都知道所有机器站点的标识码，或者所有机器站点都知道所有探头的标识码。
尽管利用跳频扩展频谱链路说明了本发明，但是也可以使用其他扩展频谱系统，例如直接序列。通信链路不必是无线电，也可以替代使用经由其他频率的发送方式。
虽然给出的具体示例采用接触触发式探头，但是本发明同样适用于模拟探头、扫描探头和其他与测量设备一起使用的传感器，例如球感仪。在给出的示例中，机器站点或接口和机器控制器作为单独部件示出，但是实践中这两者可以相结合。

Claims (24)

1.一种测量探头，包括可偏转探针部分和用于将探针偏转数据发送到远程探头接口的无线通信单元，其中所述无线通信单元布置成发送包括探针偏转数据和探头标识码的数字数据包，其特征在于，所述无线通信单元允许由使用者设定所述探头标识码。
2.如权利要求1所述的测量探头，其中，所述无线通信单元可以置于接收模式，其中可以从远程探头接口获取至少一个克隆标识码。
3.如权利要求2所述的测量探头，其中，使用者可以选择至少一个克隆标识码作为所述探头标识码用于发送。
4.如前述权利要求任一项所述的测量探头，其中所述无线通信单元存储唯一的标识码，使用者可以选择是否将所述唯一的标识码作为所述探头标识码用于发送。
5.如权利要求1所述的测量探头，其中所述无线通信单元存储多个标识码，使用者可以选择所述多个标识码中的任何一个作为所述探头标识码用于发送。
6.如权利要求5所述的测量探头，其中，所述无线通信单元存储至少10个所述标识码。
7.如权利要求6所述的测量探头，其中，所述无线通信单元存储16个所述标识码。
8.如权利要求3所述的测量探头，包括集成选择装置，以允许使用者选择将要作为所述探头标识码发送的标识码。
9.如权利要求8所述的测量探头，其特征在于，所述集成选择装置包括所述可偏转探针部分。
10.如权利要求1所述的测量探头，包括这样的装置，其向使用者传达有关将要作为所述数字数据包的一部分发送的探头标识码的信息。
11.如权利要求10所述的测量探头，其特征在于，所述传达信息的装置包括至少一个发光二极管。
12.如权利要求1所述的测量探头，其中，所述无线通信单元以无线电频率操作。
13.如权利要求12所述的测量探头，其中，所述无线通信单元在所述测量探头和远程接口之间提供扩展频谱无线电链路。
14.如权利要求13所述的测量探头，其中，所述扩展频谱无线电链路包括跳频链路或直接序列链路。
15.如权利要求1所述的测量探头，其特征在于，所述数字数据包包括额外的数据，所述额外的数据包括时序数据和电池状态数据的至少其中之一。
16.如权利要求1所述的测量探头，包括接触触发式探头。
17.如权利要求1所述的测量探头，包括模拟探头。
18.如权利要求1所述的测量探头，其中，所述探针部分包括用来保持可拆卸探针的探针保持件。
19.如权利要求1所述的测量探头，包括激活设备，用于根据需要自动将所述探头“接通”或“断开”，其中所述激活设备与无线通信单元分立。
20.一种用于坐标定位机的工具组，包括至少一个如权利要求1至19任一项所述的测量探头和至少一个用来从所述至少一个测量探头接收探针偏转数据的探头接口。
21.如权利要求20所述的工具组，包括多个测量探头，其中每个测量探头配置成输出具有相同探头标识码的数据包。
22.如权利要求20所述的工具组，包括多个探头接口。
23.如权利要求20所述的工具组，其中，所述至少一个探头接口设置为存储多个标识码。
24.一种坐标定位机，包含如权利要求1至19任一项所述的测量探头。
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