在cnc机器中的激光测量系统和方法
在cnc机器中的激光测量系统和方法
【专利摘要】用于执行固定至CNC机器的XY平移台的工件的侧面测量的系统和方法包括将测距激光扫描仪耦合至CNC机器的工具支架，CNC机器可沿着X、Y和Z轴平移。该工件被耦合至XY平移台的反射器围绕，优选地与X和Y轴平行。激光扫描仪初始被定位在预定坐标，并且它的激光输出定向为朝向反射器中的一个反射器。测量从激光扫描仪到工件的距离，并且将该距离与激光扫描仪的位置关联以确定工件的坐标。然后沿着X和Y轴中的一个增量扫描仪，并且确定工件的另一个坐标。类似地扫描工件的外围，并且从其中确定侧面测量。
【专利说明】在CNC机器中的激光测量系统和方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本非临时专利申请要求于2012年7月5日提交的美国临时专利申请号61/668，324，题为 “LASER MEASUREMENT SYSTEM AND METHOD IN A CNC MACHINE”，以及于2013年3月15日提交的美国临时专利申请号61/798，836，题为“LASER MEASUREMENTSYSTEM AND METHOD IN A CNC MACHINE” 在 35U.S.C.§ 119(e)下的优先权，这两个专利通过引用的方式整体结合于此。
【技术领域】
[0003]本发明涉及计算机辅助制造领域。更具体地，本发明涉及用于测量将使用与CNC机器集成的激光测距仪加工的部分的系统和方法。
【背景技术】
[0004]CNC机器是计算机数字控制机器工具。CNC机器用于加工已知为“工件”的材料或部分。CNC机器包括工件固定于其上的平移台。平移台可以沿着X轴和Y轴移动。通常，X和Y轴定义基本水平的平面，但是其他的位移方向也是可能的。CNC机器进一步包括至少一个独立于工件固定于其上的平移台的工具支架。工具支架沿着X、Y和Z轴可平移并且可以连同或独立于平移台被平移。
[0005]在CNC机器可以加工工件之前，必须进行工件的详细侧面测量并且将其输入CNC机器。在现有技术中，使用机械测量仪器执行测量。测量通常包括大约100个数据点并且用将近I分钟。通过比较，在测量之后工件的实际加工仅用15秒。如果CNC机器平移台不包括固有地将工件摆放至平移台的固定系统，则期望解决工件关于CNC机器的坐标系固定中的歪斜，从而精确地加工工件。手工解决固定工件到平移台中的歪斜将在测量和歪斜数据输入CNC机器中花费额外的`时间。
[0006]目前执行工件的侧面测量的方法缓慢，产出少量的数据点并且不容易集成入CNC机器中。
【发明内容】
[0007]为了确保正确加工工件，必须正确测量工件的尺寸。除了别的之外，这些测量的尺寸指示未加工的工件是否满足产品规格并且确保在正确的位置机械加工工件。优选地，使用激光束光学测量尺寸，但是根据本发明的原理，也可以使用声波或其它测量技术。
[0008]在一个实施例中，飞行时间激光扫描仪耦合至CNC机器的XYZ可平移工具支架。工件固定到CNC机器的XY平移台。工件被固定至XY平移台的反射器包围，反射器诸如镜子或棱镜。可替换地，激光扫描仪合并安装在激光扫描仪输出处的反射器。CNC机器在XY平移台之上移动工具支架并因此移动激光扫描仪至预定的XYZ坐标。激光扫描仪的光束以相对由平移台定义的XY平面预定角度被朝向XY平移台定向。优选地，光束被定向为沿着Z轴垂直于XY平面，从而预定角度为相对于XY平面90°。光束被定向到沿着工件的边缘安装的反射器上，从而光束被反射器反射到工件的边缘上，被工件的边缘反射回至反射器并且到在激光扫描仪内的检测器。可替换地，光束被I禹合到激光扫描仪的输出的反射器反射，该激光扫描仪将光束定向到工件的边缘上。激光扫描仪测量从激光扫描仪到工件的边缘的距离。该距离与激光扫描仪的预定XYZ坐标关联以产生在工件的边缘上的点的XY坐标。然后沿着与反射器平行的轴平移激光扫描仪并且收集更多数据点。类似地扫描每个反射器，因而产生工件的侧面测量。根据目前要求的发明，仅在数秒中能够执行全部扫描，产生超过1000个数据点，因而在现有技术之上增量工件的侧面测量的速度和准确度两者。
[0009]CNC机器包括控制系统，该控制系统具有处理器、计算机可读存储介质、读/写存储器、用户接口、网络接口、其他I/o和辅助I/O。辅助I/O包括模拟和数字输入和输出。处理器和/或辅助I/o可以进一步包括PWM生成模块、中断控制器、数字信号处理模块、计数器、以及其他在嵌入式系统设计领域中已知的I/o。CNC机器控制软件包括一个或多个将以上描述的测量系统与CNC机器集成的程序。
[0010]在第一方面，在机器上执行进行具有多个反射边缘的工件的侧面测量的方法，伴随工件在相对于机器的固定位置，并且机器包括耦合至XYZ平移台的激光扫描仪，并且激光扫描仪初始定位在与工件相关的预定XYZ坐标处。该方法包括通过XYZ平移台将激光扫描仪定位于下一个XYZ坐标(第一次这步已完成，该“下一个”XYZ坐标是初始XYZ坐标)，使用由激光扫描仪发射的光束通过激光扫描仪读取从激光扫描仪到工件的多个反射边缘的第一反射边缘的反射点的距离，确定反射点的XY坐标，并且重复这些步骤以确定工件的反射边缘上的附加点的XY坐标直到已执行工件的全部侧面测量。执行侧面测量优选地包括确定在多个反射边缘的每一个上的多个点处的反射点的XY坐标。在一个实施例中，当已沿着工件的整个外围(例如沿着每个边缘)完成在离散距离处的测量，完全的侧面测量发生。在优选的实施例中，工件基本是矩形的并且工件基本与XYZ平移台的XY平面对准定向，从而重定位激光扫描仪包括沿着X和Y轴中的一个增量(increment)激光扫描仪的位置。该方法优选地也包括存储XY坐标。当响应于由激光扫描仪发射的光束没有接收到反射，存储无效坐标。在优选的实施例中，该方法进一步包括确定工件的标识符。优选地使用激光扫描仪扫描用于工件的标识符。从标识符中，可以获取与标识符相关联的预定的理想坐标集。该方法优选地进一步包括将存储的坐标与预定的理想坐标集相比较。在这种实施例中，机器进一步包括通知系统，并且该方法进一步包括发出以下其中一个通知:存储的坐标与预定的理想坐标集基本匹配以及基本不匹配。
[0011]在第二方面，用于执行具有多个反射边缘的工件的侧面测量的系统包括XYZ平移台、耦合至XYZ平移台的激光扫描仪、被配置为接收相对于XYZ平移台在固定位置的工件的台板、以及控制器。该控制器被配置为在关于工件的预定的下一个XYZ坐标处定位XYZ平移台、使用由激光扫描仪发射的光束控制激光扫描仪以读取到工件的多个反射边缘的第一反射边缘上的反射点的距离、确定反射点的XY坐标、并且重复这些步骤以确定工件的反射边缘上的附加点的XY坐标直到执行了工件的完全的侧面测量。在一些实施例中，台板包括多个被配置为将光束反射至工件的多个反射边缘的每一反射边缘的点上的反射器。优选地，工件基本是矩形的并且反射器被定位为与工件的反射边缘平行。在优选的实施例中，激光扫描仪包括被配置为将光束反射到工件的反射边缘的点上的反射器。在这种实施例中，XYZ平移台被配置为在垂直于台板的顶表面的Z轴上旋转激光扫描仪。在优选的实施例中，控制器被配置为重定位XYZ平移台至第二预定XYZ坐标，第二预定XYZ坐标在通过第一预定XYZ坐标并且平行于多个反射边缘中的一个反射边缘的线上。在一些实施例中，控制器被配置为将XYZ平移台重定位到在由多个反射器中的一个反射器的轴定义的直线上的第二预定XYZ坐标。
[0012]在第三方面，用当运行时执行以上方法中的任一种方法的处理器可执行指令编程永久计算机可读介质。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]在以下附图的详细描述中，所描述的实施例旨在说明本要求的发明的特征。类似的标记代表类似或相同的元件。
[0014]图1图示根据某些实施例的用于激光测量的系统。
[0015]图2A图示根据某些实施例的用于执行工件的侧面测量的系统的部分侧截面图。
[0016]图2B图示根据某些实施例的用于执行工件的侧面测量的系统的部分侧截面图。
[0017]图3A图示根据系统实施例的具有圆角的工件的侧面测量。
[0018]图3B图不根据某些实施例的具有偏移的工件的侧面测量。
[0019]图4A图示根据某些实施例的用于执行工件的侧面测量的测量网格。
[0020]图4B图示图4A的测量网格的侧截面图。
[0021]图5图示根据某些实施例的工件的侧面测量的方法的步骤。
[0022]图6图示根据某些实施例的识别工件以执行侧面测量的方法的步骤。
【具体实施方式】
[0023]图1图不根据某些实施例的用于工件的侧面测量的系统100。系统100包括系统支撑105、具有检测器115的激光扫描仪系统110 (图2A和2B中所示)、XY平移台120、由多个保持件140以及相关联的紧固件145保持的多个反射器130 (图2A和2B所述)，以及将被测量的工件150。工件150具有多个反射边缘135。工件150安装至XY平移台120从而工件150可以在由XY平移台120的顶表面定义的平面中在XY方向平移。激光扫描仪系统110被定向为使得从激光扫描仪系统110发射的激光束160 (图2A和2B中所示)基本垂直于工件150和XY平移台120的平面。在多个反射器130中激光束160被定向为朝向反射器130。多个反射器130被围绕工件150的外围定位从而激光束160由反射器130朝向工件150的反射边缘135反射，然后由反射边缘135反射回165 (图2A和2B中所示)至反射器130，并且然后被反射到检测器115并且由检测器115接收。激光扫描仪系统110测量从激光扫描仪系统110到工件150的距离。该距离和激光扫描仪的XYZ坐标用于确定光束160的反射边缘135上的反射点的XY坐标。存储该坐标。然后平行于多个反射器130中的一个反射器平移激光扫描仪系统110，并且进行并存储另一测量。本领域的技术人员将认识在本发明的精神内的修改。作为一个示例，扫描仪系统110被安装至XYZ平移台并且工件150可以保持在固定位置。
[0024]图2A图示用于执行工件150的侧面测量的系统100的侧截面图。CNC机器(未示出)包括XY平移台120、具有检测器115的激光扫描仪系统110、以及通过具有紧固件145的保持件140被保持至XY平移台120的反射器130。激光扫描仪110由CNC机器被相对于XY平移台120定位在预定的Z坐标处。在工件150的侧面测量期间预定Z坐标将保持恒定。激光扫描器110发射由反射器130反射至工件150的光束160。光束160由工件150的反射边缘135反射，产生进而被反射器130向上反射到检测器115的反射光束165。通过计算光束160和如以上描述所反射的反射光束165的“飞行时间”,激光扫描仪系统110计算从激光扫描仪110到工件并且回到检测器115的距离。光束160和165的往返行程除以二以获得从激光扫描仪系统110到工件150的反射边缘135的单向光束行进距离。从光束160的总的单向行进距离减去光束160在Z方向上的单向行进距离以获得从反射器130上的反射点到工件150的距离。然后由反射器130从反射点的坐标加上或减去从反射器130上的反射点到工件150的距离以获得在工件150上的反射光束165的反射点的XY坐标。(图4提供坐标计算的详细描述。)激光扫描仪110沿着反射器130的轴180(图4中所示)增量式平移，在每个增量处确定工件150的附加坐标。类似地扫描工件150的每个反射边缘135，因而生成工件150的完整的坐标集。仅为了说明的目的，从激光扫描仪系统110发射的光束160示出为从反射光束165偏移。实际上，本领域的技术人员将认识到光束160和165基本一致。虽然已根据激光扫描仪描述本发明，但是本领域的技术人员将认识到也可以使用声波扫描仪。然而，激光扫描仪是优选的因为它的高准确度。
[0025]图2B图示根据某些实施例用于在CNC机器上执行工件的侧面测量的系统100的侧截面图。在本实施例中，单独的反射器130通过反射器臂170机械地耦合至激光扫描仪系统110。反射器130安装在距激光扫描仪系统110预定固定距离处。将激光扫描仪系统110安装至XY平移台(未示出)并且固定支架120’代替图2A的XY平移台120。沿着平行于反射边缘135的线扫描工件150的反射边缘135，类似于如图1和2A所示沿着反射器130的中心线扫描。然后激光扫描系统旋转90°，在这个示例中是沿着Z轴顺时针旋转，并且类似地扫描工件150的下一个反射边缘135。如以上图1和图2A中所描述的，类似地扫描矩形工件150的两个剩下反射边缘135的每一个以获得工件150的坐标。
[0026]图3A图示具有半径R的圆角的工件150的侧面测量。图3A图示侧面测量系统的局部平面图。为了清楚，省略保持件140和紧固件145。所示的侧面测量系统100包括多个绕工件150的外围固定的反射器130。在侧面测量系统100的该实施例中，反射器130朝向工件150的反射边缘135反射光束160，反射边缘135进而将光束160反射回以生成反射光束165,该反射光束由结合至激光扫描系统110的检测器115检测。从激光扫描仪110向下发射光束160-1到160-5。通过指示光束方向的箭头线的末端的开口环示出例如160-1的光束照射在反射器130上的点。如果工件150具有圆形的或其他非直角的反射边缘135，则反射光束165将不会被检测器115检测到。示出多个光束160-1到160-5和反射光束165-1到165-5。平行于第一和第二反射光束165-1和165-2各自的入射光束160-1和160-2反射第一和第二反射光束165-1和165-2。通过检测器115检测和测量光束165-1和165-2。在反射边缘135的弯曲部分处，第三和第四光束160-3和160-4照射在反射边缘135上。因此，不通过检测器115检测反射光束165-3和165-4。光束160-5被反射回165-5检测器115，因为光束160-5在与光束160-5成直角的工件150的反射边缘135处照射在工件150上。
[0027]图3B图示根据某些实施例的具有偏移的工件150的侧面测量。这个视图图示侧面测量系统100的局部平面图。为了清楚，省略保持件140和紧固件145。所示的侧面测量系统100包括多个围绕工件150的外围固定的反射器130。如图3A中的实施例，光束160通过反射器130朝向工件150的反射边缘135反射。反射边缘135将光束160反射回至反射器130作为由结合至激光扫描系统110的检测器115检测的反射光束165。如果工件150具有在反射边缘135或其他非直角边缘的偏移，则反射光束165将不会被检测器115检测。示出多个光束160-10到160-15以及反射光束165-10到165-15。第一反射光束165-10被平行于入射光束160-10反射。将通过检测器115检测和测量反射光束165-10。第二光束160-11照射在工件150的边缘的偏移部分处的反射边缘135上。因此，反射光束165-11将不会被检测器115检测。光束160-12到160-15被反射回至检测器115作为反射光束165-12到165-15，因为光束160-12到160-15照射在反射边缘135的与光束160-12到160-15成直角的部分上。
[0028]图4A图示用于执行工件150的侧面测量的测量网格。要素180代表工件150的反射边缘135的扫描路径的中心线。在其中多个反射器130固定在XY平移台120上的实施例中，要素180代表反射器130的轴以及用于激光扫描系统110的扫描路径。在其中激光扫描仪系统100包括反射器130的实施例中，要素180代表激光系统110的扫描路径。要素180叠加在任意XY坐标空间上，XY平移台120移动工件150通过该XY坐标空间，或在其中工件150保持静止并且平移激光扫描仪系统110的实施例中激光扫描仪系统110平移通过该XY坐标空间。图4B是图4A的网格跨过线A-A的侧截面图，用于进一步说明系统100的要素。要素180在四个任意命名的点(Xc^YciK (Xc^Y1)'(X^Y1)、(XnYci)相交。以下在图5中描述用于执行扫描的步骤。图4A和4B图示用于确定工件150的坐标的计算原理。如在图4B中所示，在高度Cl1处在任意扫描点(Xtl, Yi)之上定位激光扫描系统110。通过在反射器130上的点(Xc^Yi)处定向激光光束160进行测量。激光扫描系统110测量发射光束160和它的反射165(示出为160/165)的往返行程，除以二以得到一个方向的行程，减去(I1，并且获得屯。工件在测量点处的坐标是α+n)。激光扫描系统110在Y方向增量(垂直于页面的平面)，同时X坐标保持恒定在在每个增量处，测量工件150的反射边缘135的距离并且确定工件150的坐标。在第`二位置(X1, Yj)处，通过如虚线110’所示的激光扫描系统进行另一个测量。计算发射光束160’和反射光束165’(示出为160’ /165’ )的往返行程距离并且将其除以二以得到一个方向的行程，减去Cl1，并且获得dj。因此在测量点处工件150的坐标是(X1-Clj, Yj)。图4B也图示了识别被测量的部分的类型的部件ID区域190。部件ID可以被传送至CNC机器以获取针对具有部件ID的部分的特定类型的CNC信息。图6示出方法600的步骤以扫描部件ID区域190。
[0029]图5图示了根据某些实施例的工件的侧面测量的方法500的步骤。该方法在步骤505处开始，其中对于将测量的部件类型确定部件ID。部件ID可以人工地输入侧面测量系统或在部件ID区域190通过激光扫描系统110扫描。侧面测量扫描在激光扫描仪系统的第一位置处Xtl, Ytl开始。在步骤510，在Y方向增量激光扫描系统位置并且如在图4B中以上所描述的进行测量。在步骤515处，如果激光扫描仪系统的Y坐标等于Y1,则对于具有等于Xtl的X坐标的反射边缘在Y方向的测量扫描停止，并且该方法前进至步骤520。否则，该方法返回至步骤510。在步骤520，在X方向增量初始在Xtl, Y1的激光扫描系统的位置并且进行测量。在步骤525，如果激光扫描仪系统的X坐标等于X1,则对于具有等于Y1的Y坐标的反射边缘测量扫描停止，并且方法前进至步骤530。否则，该方法返回至步骤520。在步骤530，在Y方向减量初始在XnY1的激光扫描系统的位置，并且进行测量。在步骤535处，如果激光扫描系统位置的Y坐标等于Ytl,对于具有等于X1的X坐标的反射边缘测量扫描停止，并且该方法前进至步骤540。否则，该方法返回至步骤530。在步骤540，在X方向减量初始在X1, Ytl的激光扫描仪位置，并且进行测量。在步骤545，如果激光扫描仪系统位置的X坐标等于Xtl,则对于具有等于Ytl的Y坐标的反射边缘测量扫描停止，并且方法500结束。否则方法返回至步骤540。
[0030]作为一个示例，以预定方式移动激光扫描，从而其以离散偏移横穿工件的整个外围。在其他实施例中，激光扫描可以横穿少于工件整个外围，扫描足够数目的点从而仍然可以做出工件的准确测量。
[0031]图6图示根据某些实施例的识别工件以用于执行侧面测量的方法600的步骤。如在图4B中所示，部件ID区域190位于工件150的反射边缘上。在步骤605，初始激光扫描仪系统定位在Xtl, Ytl处。部件ID位置在XnYci处结束。在步骤610，激光扫描系统的X坐标增量并且进行测量。将测量平移至如上所示的坐标中。在步骤615，如果激光扫描仪的X坐标等于X1，则方法前进至步骤620。否则方法返回至步骤610。在步骤620，解码部件ID的坐标。以下讨论从坐标解码部件ID。
[0032]系统集成
[0033]本文所描述的侧面测量过程是在工件的加工过程中的预处理过程。因此，侧面测量系统可以集成到现有的CNC机器中。在这种集成中，激光扫描系统接口连接至CNC机器中的处理器，从而将通过激光扫描系统生成的工件的坐标作为数据发送至CNC机器。已对CNC机器编程以加工工件并且因此CNC机器包含在机器加工之前和期间描述工件的数据。可以将由激光扫描系统生成的坐标与存储在CNC机器中的工件的设计数据进行比较。为了促进该比较，CNC数据可以被引用至部件ID。将被机器加工的工件以及其侧面测量也可以由部件ID引用。
[0034]解码部件ID
[0035]本文所描述的部件ID是用于工件150的特殊类别的标识符。部件ID使工件150的特定类型或形状与CNC指令相关联，CNC指令将加工特定类型或形状的所有工件150。在执行侧面测量过程之前，部件ID可以人工输入至CNC机器。可替换地，可以从工件150本身上的标签或加工扫描部件ID。激光扫描系统110检测反射的存在和缺失，并且如果存在反射计算从激光系统到工件150上的反射点的距离。因此，激光扫描系统可以检测工件150在反射边缘135上的加工的深度和宽度。然后可以从各种深度、宽度和/或反射性的工件150上的部件ID区域190的加工中构造部件ID。将宽度、深度和/或反射性的扫描模式发送至CNC机器并且根据在CNC机器中存储的模式将其变换为部件ID。
[0036]工件的非反射部分
[0037]如以上在图3A和3B中所描述的，工件150不需要仅包括直角反射边缘。在测量期间，可以通过检测器115在测量期间响应于激光扫描系统110发射光束160而没有接收到反射光束165来检测其他反射边缘中的弯曲边缘或偏移。非反射区域作为无效坐标存储。无效坐标为例如，负坐标、太大为明显无效的坐标、或其他逻辑无效坐标值。然后可以将这些非反射区域的坐标与在CNC机器中的理想的坐标集相比较以确定工件150是否与理想坐标一致。如果所测量的坐标与理想坐标的偏差大于阈值量，从而可以做出工件150具有错误部件ID的逻辑推论，则在启动CNC机器的加工过程之前可以对侧面测量/CNC系统的操作者发出适当的通知。这种比较可以识别工件150的不良制造，并且也可以识别工件150上的不适当的部件ID。在两种情况中，在对工件机加工之前，通过将侧面测量坐标与CNC机器中的理想坐标相比较产生较少的废品。
[0038]提高扫描效率
[0039]如以上所描述的，侧面测量系统可以与CNC机器集成。CNC机器包含用于工件150的加工指令。加工指令可以通过工件的部件ID引用。通过将激光测量过程集成到CNC机器中，可以预处理用于工件150的理想坐标以确定工件150的每个反射边缘135的非反射区域位于什么地方。然后，本文所描述的侧面测量过程可以被修改以跳过这些非反射区域，因而通过不浪费扫描反射边缘的非反射部分的时间来提高侧面测量的速度。
[0040]在操作中，工件被放置在台板上并且固定在台板上。工件通常是具有反射边缘的基本矩形。激光扫描仪对工件的整个外围测量反射边缘的坐标并且存储这些坐标。在反射边缘上的每个激光测量之间的增量可以变化以实现扫描速度和收集的数据点质量之间的平衡。在通过CNC机器的机械加工过程之前，存储侧面测量坐标并将其传送至CNC机器。
[0041]已描述具体实施例用以说明本文要求的发明的特征。对于本领域的技术人员将很容易明白，可以对这些实施例做出修改而不偏离由附加权利要求定义的本发明的精神和范围。
【权利要求】
1.一种用于执行具有多个反射边缘的工件的侧面测量的方法，所述工件在相对于包括耦合至XYZ平移台的激光扫描仪的机器的固定位置处，所述激光扫描仪初始定位在相对于所述工件的预定XYZ坐标处，所述方法包括: a.通过所述XYZ平移台，将所述激光扫描仪定位到下一个XYZ坐标； b.通过所述激光扫描仪，使用由所述激光扫描仪发射的光束读取从所述激光扫描仪到所述工件的所述多个反射边缘中的第一反射边缘上的反射点的距离； C.确定所述反射点的XY坐标； d.重复步骤a、b和c直到已执行所述工件的全部侧面测量。
2.根据权利要求1所述的方法，其中执行侧面测量包括确定所述多个反射边缘的每个反射边缘上的多个点处的反射点的XY坐标。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述工件基本是矩形的，并且所述工件基本与所述XYZ平移台的所述XY平面对齐定向，并且重定位所述激光扫描仪包括沿着所述X和Y轴中的一个增量所述激光扫描仪的位置。
4.根据权利要求2所述的方法，进一步包括存储所述XY坐标。
5.根据权利要求4所述的方法,其中当响应于所述激光扫描仪发射的所述光束而未接收到反射时，存储无效坐标。
6.根据权利要求5所述的方法，进一步包括确定用于所述工件的标识符。
7.根据权利要求6所述的方法，其中确定用于所述工件的标识符包括使用所述激光扫描仪扫描所述标识符。
8.根据权利要求6所述的方法，进一步包括获取与所述标识符相关联的预定理想坐标集。
9.根据权利要求8所述的方法，进一步包括将所述存储的坐标与所述预定理想坐标集相比较。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述机器进一步包括通知系统，并且所述方法进一步包括发出以下一个通知:所述存储的坐标与所述预定理想坐标集基本匹配以及基本不匹配。
11.一种用于执行具有多个反射边缘的工件的侧面测量的系统，包括: a.XYZ平移台； b.耦合至所述XYZ平移台的激光扫描仪； c.被配置为接收在相对于所述XYZ平移台的固定位置的所述工件的台板； d.控制器，被配置为: 1.将所述XYZ平移台定位在相对于所述工件的预定的下一个XYZ坐标处； ?.使用由所述激光扫描仪发射的光束，控制所述激光扫描仪以读取到所述工件的所述多个反射边缘的第一反射边缘上的反射点的距离； ii1.确定所述反射点的XY坐标；以及 iv.重复步骤i到iii直到确定了针对预定数目的反射点的XY坐标。
12.根据权利要求11所述的系统，其中所述台板包括多个被配置为将所述光束反射至所述工件的所述多个反射边缘的每一个反射边缘上的点上的反射器。
13.根据权利要求11所述 的系统，其中所述激光扫描仪包括被配置为将所述光束反射至所述工件的反射边缘上的点上的反射器。
14.根据权利要求13所述的系统，其中所述XYZ平移台被配置为在Z轴，垂直于所述台板的顶表面，旋转所述激光扫描仪。
15.根据权利要求13所述的系统，其中所述控制器被配置为将所述XYZ平移台重定位到第二预定XYZ坐标，所述第二预定XYZ坐标在通过所述第一预定XYZ坐标并且平行于所述多个反射边缘的一个反射边缘的线上。
16.根据权利要求12所述的系统，其中所述控制器被配置为将所述XYZ平移台重定位到在由所述多个反射器中的一个反射器的轴定义的线上的第二预定XYZ坐标。
17.一种用处理器可执行指令编程的永久性计算机可读介质，当执行所述处理器可执行指令时，执行进行具有多个反射边缘的工件的侧面测量的方法，所述工件相对于机器在固定位置，所述机器包括耦合至XYZ平移台的激光扫描仪，所述激光扫描仪初始被定位在相对于所述工件的预定XYZ坐标处，所述方法包括: a.通过所述XYZ平移台，将所述激光扫描仪定位到下一个XYZ坐标处；并且 b.通过所述激光扫描仪，使用由所述激光扫描仪发射的光束读取从所述激光扫描仪到所述工件的所述多个反射边缘中的第一反射边缘上的反射点的距离； C.确定所述反射点的XY坐标； d.重复步骤a、b和c直 到已执行所述工件的全部侧面测量。
【文档编号】G05B19/401GK103809514SQ201310285436
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2013年7月5日 优先权日:2012年7月5日
【发明者】杰哈德·则伯, 卓力 申请人:弗莱克斯电子有限责任公司
【专利摘要】用于执行固定至CNC机器的XY平移台的工件的侧面测量的系统和方法包括将测距激光扫描仪耦合至CNC机器的工具支架，CNC机器可沿着X、Y和Z轴平移。该工件被耦合至XY平移台的反射器围绕，优选地与X和Y轴平行。激光扫描仪初始被定位在预定坐标，并且它的激光输出定向为朝向反射器中的一个反射器。测量从激光扫描仪到工件的距离，并且将该距离与激光扫描仪的位置关联以确定工件的坐标。然后沿着X和Y轴中的一个增量扫描仪，并且确定工件的另一个坐标。类似地扫描工件的外围，并且从其中确定侧面测量。
【专利说明】在CNC机器中的激光测量系统和方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本非临时专利申请要求于2012年7月5日提交的美国临时专利申请号61/668，324，题为 “LASER MEASUREMENT SYSTEM AND METHOD IN A CNC MACHINE”，以及于2013年3月15日提交的美国临时专利申请号61/798，836，题为“LASER MEASUREMENTSYSTEM AND METHOD IN A CNC MACHINE” 在 35U.S.C.§ 119(e)下的优先权，这两个专利通过引用的方式整体结合于此。
【技术领域】
[0003]本发明涉及计算机辅助制造领域。更具体地，本发明涉及用于测量将使用与CNC机器集成的激光测距仪加工的部分的系统和方法。
【背景技术】
[0004]CNC机器是计算机数字控制机器工具。CNC机器用于加工已知为“工件”的材料或部分。CNC机器包括工件固定于其上的平移台。平移台可以沿着X轴和Y轴移动。通常，X和Y轴定义基本水平的平面，但是其他的位移方向也是可能的。CNC机器进一步包括至少一个独立于工件固定于其上的平移台的工具支架。工具支架沿着X、Y和Z轴可平移并且可以连同或独立于平移台被平移。
[0005]在CNC机器可以加工工件之前，必须进行工件的详细侧面测量并且将其输入CNC机器。在现有技术中，使用机械测量仪器执行测量。测量通常包括大约100个数据点并且用将近I分钟。通过比较，在测量之后工件的实际加工仅用15秒。如果CNC机器平移台不包括固有地将工件摆放至平移台的固定系统，则期望解决工件关于CNC机器的坐标系固定中的歪斜，从而精确地加工工件。手工解决固定工件到平移台中的歪斜将在测量和歪斜数据输入CNC机器中花费额外的`时间。
[0006]目前执行工件的侧面测量的方法缓慢，产出少量的数据点并且不容易集成入CNC机器中。
【发明内容】
[0007]为了确保正确加工工件，必须正确测量工件的尺寸。除了别的之外，这些测量的尺寸指示未加工的工件是否满足产品规格并且确保在正确的位置机械加工工件。优选地，使用激光束光学测量尺寸，但是根据本发明的原理，也可以使用声波或其它测量技术。
[0008]在一个实施例中，飞行时间激光扫描仪耦合至CNC机器的XYZ可平移工具支架。工件固定到CNC机器的XY平移台。工件被固定至XY平移台的反射器包围，反射器诸如镜子或棱镜。可替换地，激光扫描仪合并安装在激光扫描仪输出处的反射器。CNC机器在XY平移台之上移动工具支架并因此移动激光扫描仪至预定的XYZ坐标。激光扫描仪的光束以相对由平移台定义的XY平面预定角度被朝向XY平移台定向。优选地，光束被定向为沿着Z轴垂直于XY平面，从而预定角度为相对于XY平面90°。光束被定向到沿着工件的边缘安装的反射器上，从而光束被反射器反射到工件的边缘上，被工件的边缘反射回至反射器并且到在激光扫描仪内的检测器。可替换地，光束被I禹合到激光扫描仪的输出的反射器反射，该激光扫描仪将光束定向到工件的边缘上。激光扫描仪测量从激光扫描仪到工件的边缘的距离。该距离与激光扫描仪的预定XYZ坐标关联以产生在工件的边缘上的点的XY坐标。然后沿着与反射器平行的轴平移激光扫描仪并且收集更多数据点。类似地扫描每个反射器，因而产生工件的侧面测量。根据目前要求的发明，仅在数秒中能够执行全部扫描，产生超过1000个数据点，因而在现有技术之上增量工件的侧面测量的速度和准确度两者。
[0009]CNC机器包括控制系统，该控制系统具有处理器、计算机可读存储介质、读/写存储器、用户接口、网络接口、其他I/o和辅助I/O。辅助I/O包括模拟和数字输入和输出。处理器和/或辅助I/o可以进一步包括PWM生成模块、中断控制器、数字信号处理模块、计数器、以及其他在嵌入式系统设计领域中已知的I/o。CNC机器控制软件包括一个或多个将以上描述的测量系统与CNC机器集成的程序。
[0010]在第一方面，在机器上执行进行具有多个反射边缘的工件的侧面测量的方法，伴随工件在相对于机器的固定位置，并且机器包括耦合至XYZ平移台的激光扫描仪，并且激光扫描仪初始定位在与工件相关的预定XYZ坐标处。该方法包括通过XYZ平移台将激光扫描仪定位于下一个XYZ坐标(第一次这步已完成，该“下一个”XYZ坐标是初始XYZ坐标)，使用由激光扫描仪发射的光束通过激光扫描仪读取从激光扫描仪到工件的多个反射边缘的第一反射边缘的反射点的距离，确定反射点的XY坐标，并且重复这些步骤以确定工件的反射边缘上的附加点的XY坐标直到已执行工件的全部侧面测量。执行侧面测量优选地包括确定在多个反射边缘的每一个上的多个点处的反射点的XY坐标。在一个实施例中，当已沿着工件的整个外围(例如沿着每个边缘)完成在离散距离处的测量，完全的侧面测量发生。在优选的实施例中，工件基本是矩形的并且工件基本与XYZ平移台的XY平面对准定向，从而重定位激光扫描仪包括沿着X和Y轴中的一个增量(increment)激光扫描仪的位置。该方法优选地也包括存储XY坐标。当响应于由激光扫描仪发射的光束没有接收到反射，存储无效坐标。在优选的实施例中，该方法进一步包括确定工件的标识符。优选地使用激光扫描仪扫描用于工件的标识符。从标识符中，可以获取与标识符相关联的预定的理想坐标集。该方法优选地进一步包括将存储的坐标与预定的理想坐标集相比较。在这种实施例中，机器进一步包括通知系统，并且该方法进一步包括发出以下其中一个通知:存储的坐标与预定的理想坐标集基本匹配以及基本不匹配。
[0011]在第二方面，用于执行具有多个反射边缘的工件的侧面测量的系统包括XYZ平移台、耦合至XYZ平移台的激光扫描仪、被配置为接收相对于XYZ平移台在固定位置的工件的台板、以及控制器。该控制器被配置为在关于工件的预定的下一个XYZ坐标处定位XYZ平移台、使用由激光扫描仪发射的光束控制激光扫描仪以读取到工件的多个反射边缘的第一反射边缘上的反射点的距离、确定反射点的XY坐标、并且重复这些步骤以确定工件的反射边缘上的附加点的XY坐标直到执行了工件的完全的侧面测量。在一些实施例中，台板包括多个被配置为将光束反射至工件的多个反射边缘的每一反射边缘的点上的反射器。优选地，工件基本是矩形的并且反射器被定位为与工件的反射边缘平行。在优选的实施例中，激光扫描仪包括被配置为将光束反射到工件的反射边缘的点上的反射器。在这种实施例中，XYZ平移台被配置为在垂直于台板的顶表面的Z轴上旋转激光扫描仪。在优选的实施例中，控制器被配置为重定位XYZ平移台至第二预定XYZ坐标，第二预定XYZ坐标在通过第一预定XYZ坐标并且平行于多个反射边缘中的一个反射边缘的线上。在一些实施例中，控制器被配置为将XYZ平移台重定位到在由多个反射器中的一个反射器的轴定义的直线上的第二预定XYZ坐标。
[0012]在第三方面，用当运行时执行以上方法中的任一种方法的处理器可执行指令编程永久计算机可读介质。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]在以下附图的详细描述中，所描述的实施例旨在说明本要求的发明的特征。类似的标记代表类似或相同的元件。
[0014]图1图示根据某些实施例的用于激光测量的系统。
[0015]图2A图示根据某些实施例的用于执行工件的侧面测量的系统的部分侧截面图。
[0016]图2B图示根据某些实施例的用于执行工件的侧面测量的系统的部分侧截面图。
[0017]图3A图示根据系统实施例的具有圆角的工件的侧面测量。
[0018]图3B图不根据某些实施例的具有偏移的工件的侧面测量。
[0019]图4A图示根据某些实施例的用于执行工件的侧面测量的测量网格。
[0020]图4B图示图4A的测量网格的侧截面图。
[0021]图5图示根据某些实施例的工件的侧面测量的方法的步骤。
[0022]图6图示根据某些实施例的识别工件以执行侧面测量的方法的步骤。
【具体实施方式】
[0023]图1图不根据某些实施例的用于工件的侧面测量的系统100。系统100包括系统支撑105、具有检测器115的激光扫描仪系统110 (图2A和2B中所示)、XY平移台120、由多个保持件140以及相关联的紧固件145保持的多个反射器130 (图2A和2B所述)，以及将被测量的工件150。工件150具有多个反射边缘135。工件150安装至XY平移台120从而工件150可以在由XY平移台120的顶表面定义的平面中在XY方向平移。激光扫描仪系统110被定向为使得从激光扫描仪系统110发射的激光束160 (图2A和2B中所示)基本垂直于工件150和XY平移台120的平面。在多个反射器130中激光束160被定向为朝向反射器130。多个反射器130被围绕工件150的外围定位从而激光束160由反射器130朝向工件150的反射边缘135反射，然后由反射边缘135反射回165 (图2A和2B中所示)至反射器130，并且然后被反射到检测器115并且由检测器115接收。激光扫描仪系统110测量从激光扫描仪系统110到工件150的距离。该距离和激光扫描仪的XYZ坐标用于确定光束160的反射边缘135上的反射点的XY坐标。存储该坐标。然后平行于多个反射器130中的一个反射器平移激光扫描仪系统110，并且进行并存储另一测量。本领域的技术人员将认识在本发明的精神内的修改。作为一个示例，扫描仪系统110被安装至XYZ平移台并且工件150可以保持在固定位置。
[0024]图2A图示用于执行工件150的侧面测量的系统100的侧截面图。CNC机器(未示出)包括XY平移台120、具有检测器115的激光扫描仪系统110、以及通过具有紧固件145的保持件140被保持至XY平移台120的反射器130。激光扫描仪110由CNC机器被相对于XY平移台120定位在预定的Z坐标处。在工件150的侧面测量期间预定Z坐标将保持恒定。激光扫描器110发射由反射器130反射至工件150的光束160。光束160由工件150的反射边缘135反射，产生进而被反射器130向上反射到检测器115的反射光束165。通过计算光束160和如以上描述所反射的反射光束165的“飞行时间”,激光扫描仪系统110计算从激光扫描仪110到工件并且回到检测器115的距离。光束160和165的往返行程除以二以获得从激光扫描仪系统110到工件150的反射边缘135的单向光束行进距离。从光束160的总的单向行进距离减去光束160在Z方向上的单向行进距离以获得从反射器130上的反射点到工件150的距离。然后由反射器130从反射点的坐标加上或减去从反射器130上的反射点到工件150的距离以获得在工件150上的反射光束165的反射点的XY坐标。(图4提供坐标计算的详细描述。)激光扫描仪110沿着反射器130的轴180(图4中所示)增量式平移，在每个增量处确定工件150的附加坐标。类似地扫描工件150的每个反射边缘135，因而生成工件150的完整的坐标集。仅为了说明的目的，从激光扫描仪系统110发射的光束160示出为从反射光束165偏移。实际上，本领域的技术人员将认识到光束160和165基本一致。虽然已根据激光扫描仪描述本发明，但是本领域的技术人员将认识到也可以使用声波扫描仪。然而，激光扫描仪是优选的因为它的高准确度。
[0025]图2B图示根据某些实施例用于在CNC机器上执行工件的侧面测量的系统100的侧截面图。在本实施例中，单独的反射器130通过反射器臂170机械地耦合至激光扫描仪系统110。反射器130安装在距激光扫描仪系统110预定固定距离处。将激光扫描仪系统110安装至XY平移台(未示出)并且固定支架120’代替图2A的XY平移台120。沿着平行于反射边缘135的线扫描工件150的反射边缘135，类似于如图1和2A所示沿着反射器130的中心线扫描。然后激光扫描系统旋转90°，在这个示例中是沿着Z轴顺时针旋转，并且类似地扫描工件150的下一个反射边缘135。如以上图1和图2A中所描述的，类似地扫描矩形工件150的两个剩下反射边缘135的每一个以获得工件150的坐标。
[0026]图3A图示具有半径R的圆角的工件150的侧面测量。图3A图示侧面测量系统的局部平面图。为了清楚，省略保持件140和紧固件145。所示的侧面测量系统100包括多个绕工件150的外围固定的反射器130。在侧面测量系统100的该实施例中，反射器130朝向工件150的反射边缘135反射光束160，反射边缘135进而将光束160反射回以生成反射光束165,该反射光束由结合至激光扫描系统110的检测器115检测。从激光扫描仪110向下发射光束160-1到160-5。通过指示光束方向的箭头线的末端的开口环示出例如160-1的光束照射在反射器130上的点。如果工件150具有圆形的或其他非直角的反射边缘135，则反射光束165将不会被检测器115检测到。示出多个光束160-1到160-5和反射光束165-1到165-5。平行于第一和第二反射光束165-1和165-2各自的入射光束160-1和160-2反射第一和第二反射光束165-1和165-2。通过检测器115检测和测量光束165-1和165-2。在反射边缘135的弯曲部分处，第三和第四光束160-3和160-4照射在反射边缘135上。因此，不通过检测器115检测反射光束165-3和165-4。光束160-5被反射回165-5检测器115，因为光束160-5在与光束160-5成直角的工件150的反射边缘135处照射在工件150上。
[0027]图3B图示根据某些实施例的具有偏移的工件150的侧面测量。这个视图图示侧面测量系统100的局部平面图。为了清楚，省略保持件140和紧固件145。所示的侧面测量系统100包括多个围绕工件150的外围固定的反射器130。如图3A中的实施例，光束160通过反射器130朝向工件150的反射边缘135反射。反射边缘135将光束160反射回至反射器130作为由结合至激光扫描系统110的检测器115检测的反射光束165。如果工件150具有在反射边缘135或其他非直角边缘的偏移，则反射光束165将不会被检测器115检测。示出多个光束160-10到160-15以及反射光束165-10到165-15。第一反射光束165-10被平行于入射光束160-10反射。将通过检测器115检测和测量反射光束165-10。第二光束160-11照射在工件150的边缘的偏移部分处的反射边缘135上。因此，反射光束165-11将不会被检测器115检测。光束160-12到160-15被反射回至检测器115作为反射光束165-12到165-15，因为光束160-12到160-15照射在反射边缘135的与光束160-12到160-15成直角的部分上。
[0028]图4A图示用于执行工件150的侧面测量的测量网格。要素180代表工件150的反射边缘135的扫描路径的中心线。在其中多个反射器130固定在XY平移台120上的实施例中，要素180代表反射器130的轴以及用于激光扫描系统110的扫描路径。在其中激光扫描仪系统100包括反射器130的实施例中，要素180代表激光系统110的扫描路径。要素180叠加在任意XY坐标空间上，XY平移台120移动工件150通过该XY坐标空间，或在其中工件150保持静止并且平移激光扫描仪系统110的实施例中激光扫描仪系统110平移通过该XY坐标空间。图4B是图4A的网格跨过线A-A的侧截面图，用于进一步说明系统100的要素。要素180在四个任意命名的点(Xc^YciK (Xc^Y1)'(X^Y1)、(XnYci)相交。以下在图5中描述用于执行扫描的步骤。图4A和4B图示用于确定工件150的坐标的计算原理。如在图4B中所示，在高度Cl1处在任意扫描点(Xtl, Yi)之上定位激光扫描系统110。通过在反射器130上的点(Xc^Yi)处定向激光光束160进行测量。激光扫描系统110测量发射光束160和它的反射165(示出为160/165)的往返行程，除以二以得到一个方向的行程，减去(I1，并且获得屯。工件在测量点处的坐标是α+n)。激光扫描系统110在Y方向增量(垂直于页面的平面)，同时X坐标保持恒定在在每个增量处，测量工件150的反射边缘135的距离并且确定工件150的坐标。在第`二位置(X1, Yj)处，通过如虚线110’所示的激光扫描系统进行另一个测量。计算发射光束160’和反射光束165’(示出为160’ /165’ )的往返行程距离并且将其除以二以得到一个方向的行程，减去Cl1，并且获得dj。因此在测量点处工件150的坐标是(X1-Clj, Yj)。图4B也图示了识别被测量的部分的类型的部件ID区域190。部件ID可以被传送至CNC机器以获取针对具有部件ID的部分的特定类型的CNC信息。图6示出方法600的步骤以扫描部件ID区域190。
[0029]图5图示了根据某些实施例的工件的侧面测量的方法500的步骤。该方法在步骤505处开始，其中对于将测量的部件类型确定部件ID。部件ID可以人工地输入侧面测量系统或在部件ID区域190通过激光扫描系统110扫描。侧面测量扫描在激光扫描仪系统的第一位置处Xtl, Ytl开始。在步骤510，在Y方向增量激光扫描系统位置并且如在图4B中以上所描述的进行测量。在步骤515处，如果激光扫描仪系统的Y坐标等于Y1,则对于具有等于Xtl的X坐标的反射边缘在Y方向的测量扫描停止，并且该方法前进至步骤520。否则，该方法返回至步骤510。在步骤520，在X方向增量初始在Xtl, Y1的激光扫描系统的位置并且进行测量。在步骤525，如果激光扫描仪系统的X坐标等于X1,则对于具有等于Y1的Y坐标的反射边缘测量扫描停止，并且方法前进至步骤530。否则，该方法返回至步骤520。在步骤530，在Y方向减量初始在XnY1的激光扫描系统的位置，并且进行测量。在步骤535处，如果激光扫描系统位置的Y坐标等于Ytl,对于具有等于X1的X坐标的反射边缘测量扫描停止，并且该方法前进至步骤540。否则，该方法返回至步骤530。在步骤540，在X方向减量初始在X1, Ytl的激光扫描仪位置，并且进行测量。在步骤545，如果激光扫描仪系统位置的X坐标等于Xtl,则对于具有等于Ytl的Y坐标的反射边缘测量扫描停止，并且方法500结束。否则方法返回至步骤540。
[0030]作为一个示例，以预定方式移动激光扫描，从而其以离散偏移横穿工件的整个外围。在其他实施例中，激光扫描可以横穿少于工件整个外围，扫描足够数目的点从而仍然可以做出工件的准确测量。
[0031]图6图示根据某些实施例的识别工件以用于执行侧面测量的方法600的步骤。如在图4B中所示，部件ID区域190位于工件150的反射边缘上。在步骤605，初始激光扫描仪系统定位在Xtl, Ytl处。部件ID位置在XnYci处结束。在步骤610，激光扫描系统的X坐标增量并且进行测量。将测量平移至如上所示的坐标中。在步骤615，如果激光扫描仪的X坐标等于X1，则方法前进至步骤620。否则方法返回至步骤610。在步骤620，解码部件ID的坐标。以下讨论从坐标解码部件ID。
[0032]系统集成
[0033]本文所描述的侧面测量过程是在工件的加工过程中的预处理过程。因此，侧面测量系统可以集成到现有的CNC机器中。在这种集成中，激光扫描系统接口连接至CNC机器中的处理器，从而将通过激光扫描系统生成的工件的坐标作为数据发送至CNC机器。已对CNC机器编程以加工工件并且因此CNC机器包含在机器加工之前和期间描述工件的数据。可以将由激光扫描系统生成的坐标与存储在CNC机器中的工件的设计数据进行比较。为了促进该比较，CNC数据可以被引用至部件ID。将被机器加工的工件以及其侧面测量也可以由部件ID引用。
[0034]解码部件ID
[0035]本文所描述的部件ID是用于工件150的特殊类别的标识符。部件ID使工件150的特定类型或形状与CNC指令相关联，CNC指令将加工特定类型或形状的所有工件150。在执行侧面测量过程之前，部件ID可以人工输入至CNC机器。可替换地，可以从工件150本身上的标签或加工扫描部件ID。激光扫描系统110检测反射的存在和缺失，并且如果存在反射计算从激光系统到工件150上的反射点的距离。因此，激光扫描系统可以检测工件150在反射边缘135上的加工的深度和宽度。然后可以从各种深度、宽度和/或反射性的工件150上的部件ID区域190的加工中构造部件ID。将宽度、深度和/或反射性的扫描模式发送至CNC机器并且根据在CNC机器中存储的模式将其变换为部件ID。
[0036]工件的非反射部分
[0037]如以上在图3A和3B中所描述的，工件150不需要仅包括直角反射边缘。在测量期间，可以通过检测器115在测量期间响应于激光扫描系统110发射光束160而没有接收到反射光束165来检测其他反射边缘中的弯曲边缘或偏移。非反射区域作为无效坐标存储。无效坐标为例如，负坐标、太大为明显无效的坐标、或其他逻辑无效坐标值。然后可以将这些非反射区域的坐标与在CNC机器中的理想的坐标集相比较以确定工件150是否与理想坐标一致。如果所测量的坐标与理想坐标的偏差大于阈值量，从而可以做出工件150具有错误部件ID的逻辑推论，则在启动CNC机器的加工过程之前可以对侧面测量/CNC系统的操作者发出适当的通知。这种比较可以识别工件150的不良制造，并且也可以识别工件150上的不适当的部件ID。在两种情况中，在对工件机加工之前，通过将侧面测量坐标与CNC机器中的理想坐标相比较产生较少的废品。
[0038]提高扫描效率
[0039]如以上所描述的，侧面测量系统可以与CNC机器集成。CNC机器包含用于工件150的加工指令。加工指令可以通过工件的部件ID引用。通过将激光测量过程集成到CNC机器中，可以预处理用于工件150的理想坐标以确定工件150的每个反射边缘135的非反射区域位于什么地方。然后，本文所描述的侧面测量过程可以被修改以跳过这些非反射区域，因而通过不浪费扫描反射边缘的非反射部分的时间来提高侧面测量的速度。
[0040]在操作中，工件被放置在台板上并且固定在台板上。工件通常是具有反射边缘的基本矩形。激光扫描仪对工件的整个外围测量反射边缘的坐标并且存储这些坐标。在反射边缘上的每个激光测量之间的增量可以变化以实现扫描速度和收集的数据点质量之间的平衡。在通过CNC机器的机械加工过程之前，存储侧面测量坐标并将其传送至CNC机器。
[0041]已描述具体实施例用以说明本文要求的发明的特征。对于本领域的技术人员将很容易明白，可以对这些实施例做出修改而不偏离由附加权利要求定义的本发明的精神和范围。
【权利要求】
1.一种用于执行具有多个反射边缘的工件的侧面测量的方法，所述工件在相对于包括耦合至XYZ平移台的激光扫描仪的机器的固定位置处，所述激光扫描仪初始定位在相对于所述工件的预定XYZ坐标处，所述方法包括: a.通过所述XYZ平移台，将所述激光扫描仪定位到下一个XYZ坐标； b.通过所述激光扫描仪，使用由所述激光扫描仪发射的光束读取从所述激光扫描仪到所述工件的所述多个反射边缘中的第一反射边缘上的反射点的距离； C.确定所述反射点的XY坐标； d.重复步骤a、b和c直到已执行所述工件的全部侧面测量。
2.根据权利要求1所述的方法，其中执行侧面测量包括确定所述多个反射边缘的每个反射边缘上的多个点处的反射点的XY坐标。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述工件基本是矩形的，并且所述工件基本与所述XYZ平移台的所述XY平面对齐定向，并且重定位所述激光扫描仪包括沿着所述X和Y轴中的一个增量所述激光扫描仪的位置。
4.根据权利要求2所述的方法，进一步包括存储所述XY坐标。
5.根据权利要求4所述的方法,其中当响应于所述激光扫描仪发射的所述光束而未接收到反射时，存储无效坐标。
6.根据权利要求5所述的方法，进一步包括确定用于所述工件的标识符。
7.根据权利要求6所述的方法，其中确定用于所述工件的标识符包括使用所述激光扫描仪扫描所述标识符。
8.根据权利要求6所述的方法，进一步包括获取与所述标识符相关联的预定理想坐标集。
9.根据权利要求8所述的方法，进一步包括将所述存储的坐标与所述预定理想坐标集相比较。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述机器进一步包括通知系统，并且所述方法进一步包括发出以下一个通知:所述存储的坐标与所述预定理想坐标集基本匹配以及基本不匹配。
11.一种用于执行具有多个反射边缘的工件的侧面测量的系统，包括: a.XYZ平移台； b.耦合至所述XYZ平移台的激光扫描仪； c.被配置为接收在相对于所述XYZ平移台的固定位置的所述工件的台板； d.控制器，被配置为: 1.将所述XYZ平移台定位在相对于所述工件的预定的下一个XYZ坐标处； ?.使用由所述激光扫描仪发射的光束，控制所述激光扫描仪以读取到所述工件的所述多个反射边缘的第一反射边缘上的反射点的距离； ii1.确定所述反射点的XY坐标；以及 iv.重复步骤i到iii直到确定了针对预定数目的反射点的XY坐标。
12.根据权利要求11所述的系统，其中所述台板包括多个被配置为将所述光束反射至所述工件的所述多个反射边缘的每一个反射边缘上的点上的反射器。
13.根据权利要求11所述 的系统，其中所述激光扫描仪包括被配置为将所述光束反射至所述工件的反射边缘上的点上的反射器。
14.根据权利要求13所述的系统，其中所述XYZ平移台被配置为在Z轴，垂直于所述台板的顶表面，旋转所述激光扫描仪。
15.根据权利要求13所述的系统，其中所述控制器被配置为将所述XYZ平移台重定位到第二预定XYZ坐标，所述第二预定XYZ坐标在通过所述第一预定XYZ坐标并且平行于所述多个反射边缘的一个反射边缘的线上。
16.根据权利要求12所述的系统，其中所述控制器被配置为将所述XYZ平移台重定位到在由所述多个反射器中的一个反射器的轴定义的线上的第二预定XYZ坐标。
17.一种用处理器可执行指令编程的永久性计算机可读介质，当执行所述处理器可执行指令时，执行进行具有多个反射边缘的工件的侧面测量的方法，所述工件相对于机器在固定位置，所述机器包括耦合至XYZ平移台的激光扫描仪，所述激光扫描仪初始被定位在相对于所述工件的预定XYZ坐标处，所述方法包括: a.通过所述XYZ平移台，将所述激光扫描仪定位到下一个XYZ坐标处；并且 b.通过所述激光扫描仪，使用由所述激光扫描仪发射的光束读取从所述激光扫描仪到所述工件的所述多个反射边缘中的第一反射边缘上的反射点的距离； C.确定所述反射点的XY坐标； d.重复步骤a、b和c直 到已执行所述工件的全部侧面测量。
【文档编号】G05B19/401GK103809514SQ201310285436
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2013年7月5日 优先权日:2012年7月5日
【发明者】杰哈德·则伯, 卓力 申请人:弗莱克斯电子有限责任公司
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