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1、(10)申请公布号 CN 102279586 A (43)申请公布日 2011.12.14 CN 102279586 A *CN102279586A* (21)申请号 201110151194.1 (22)申请日 2007.09.05 60/842,319 2006.09.05 US 200780038998.2 2007.09.05 G05B 19/401(2006.01) (71)申请人 森南产品公司 地址 美国密苏里 (72)发明人 RL雅克布斯梅耶尔 TP豪斯 CA米克 (74)专利代理机构 中国国际贸易促进委员会专 利商标事务所 11038 代理人 申发振 (54) 发明名称 通过将。
2、测量仪系统完全集成到机器控制中进 行加工参数的自动控制 (57) 摘要 本公开涉及通过将测量仪系统完全集成到机 器控制中进行加工参数的自动控制。一种机器控 制器， 包括 ： 存储器和处理器， 该处理器被配置为 运行机器控制和测量仪控制， 机器控制自动控制 用于至少部分作为与工件的参数相关的数据的函 数地对该工件进行加工处理的设备， 测量仪控制 用于自动控制测量设备， 以收集并处理与工件的 参数相关的数据。允许机器控制立即使用与工件 的参数相关的数据。控制器具有用于控制珩磨处 理和测量处理的特定用途， 其可以是处理中的或 处理后的， 并且可以用于孔尺寸测量和其它参数。 (30)优先权数据 (62。
3、)分案原申请数据 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 5 页 附图 5 页 CN 102279591 A1/1 页 2 1. 一种机器控制器， 包括 ： 用于运行机器控制和测量仪控制的装置， 所述机器控制自动控制用于至少部分作为与 工件的参数相关的数据的函数来对该工件进行加工处理的设备， 所述测量仪控制用于自动 控制测量仪设备以收集并处理与工件的参数相关的所述数据 ； 用于通过套接字接口在所述机器控制与所述测量仪控制之间建立通信并允许数据传 输和同步的装置， 从而允许所述机器控制立即使用所传输的与所述工件的参数相关的数。
4、 据。 2. 如权利要求 1 所述的机器控制器， 其中所述机器控制可自动运行以传输与至少一个 机器参数相关的数据， 从而允许所述数据由所述测量仪控制立即使用。 3. 如权利要求 1 所述的机器控制器， 其中所述用于进行加工处理的设备包括可操作以 珩磨所述工件的孔的珩磨机器。 4. 如权利要求 3 所述的机器控制器， 其中与所述工件的参数相关的数据包括与所述工 件的孔的尺寸相关的数据。 5. 如权利要求 3 所述的机器控制器， 其中与所述工件的参数相关的数据包括与所述工 件的孔的形状相关的数据。 6. 如权利要求 1 所述的机器控制器， 其中所述用于运行机器控制和测量仪控制的装置 被配置为使用所。
5、传输的数据同时运行所述机器控制和所述测量仪控制。 7. 如权利要求 1 所述的机器控制器， 包括所述测量仪设备， 其中所述用于进行加工处 理的设备包括可操作以珩磨所述工件的孔的珩磨机器， 并且其中所述测量仪设备包括气动 测量仪柱， 该气动测量仪柱包含与所述控制器通过接口连接的传感器， 用于向所述控制器 输出代表所述工件的孔的参数的数据以供所述测量仪控制使用。 8. 一种珩磨机器控制器， 包括 ： 用于运行机器控制和测量仪控制的装置， 所述机器控制自动控制用于至少部分作为与 工件的孔的参数相关的数据的函数来对该工件进行珩磨处理的设备， 所述测量仪控制用于 自动控制测量仪设备以收集并处理与该孔的参。
6、数相关的数据 ； 用于通过套接字接口在所述机器控制与所述测量仪控制之间建立通信并允许数据传 输和同步的装置， 从而允许所述机器控制立即使用所传输的与该孔的参数相关的数据。 9. 如权利要求 8 所述的珩磨机器控制器， 其中所述机器控制可自动运行以传输与至少 一个机器参数相关的数据， 从而允许所述数据由所述测量仪控制立即使用。 10. 如权利要求 8 所述的珩磨机器控制器， 包括所述测量仪设备， 并且其中所述测量仪 设备包括气动测量仪柱， 该气动测量仪柱包含与所述控制器通过接口连接的传感器， 用于 向所述控制器输出代表所述工件的孔的参数的数据以供所述测量仪控制使用。 11. 如权利要求 8 所述。
7、的珩磨机器控制器， 其中与该孔的参数相关的数据包括与所述 孔的尺寸相关的数据。 12. 如权利要求 8 所述的珩磨机器控制器， 其中与该孔的参数相关的数据包括与所述 孔的形状相关的数据。 13. 如权利要求 8 所述的珩磨机器控制器， 其中所述用于运行机器控制和测量仪控制 的装置被配置为使用所传输的数据同时运行所述机器控制和所述测量仪控制。 权 利 要 求 书 CN 102279586 A CN 102279591 A1/5 页 3 通过将测量仪系统完全集成到机器控制中进行加工参数的 自动控制 0001 本申请是申请日为 2007 年 9 月 5 日、 申请号为 200780038998.2、。
8、 发明名称为 “通 过将测量仪系统完全集成到机器控制中进行加工参数的自动控制” 的中国发明专利申请的 分案申请。 0002 本申请要求 2006 年 9 月 5 日提交的美国临时申请 No.60/842,319 的优先权。 技术领域 0003 本发明总的涉及机器控制(machine control)。 更具体地， 本发明涉及通过将测量 仪 (gage) 系统集成到机器控制中来自动控制加工参数的系统。 背景技术 0004 在此通过参考将 Hoth 等在 2006 年 9 月 5 日提交名为 “AutomaticBore Size Control By completely Integrating。
9、 An Air Gage SystemInto The Machine Control” 的美国临时申请 No.60/842,319 的全部内容并入。 0005 利用来自在机器周期结束后立即测量加工特征的测量系统的信息反馈可以改进 机器的控制处理。这个原理特别适用于加工处理， 例如珩磨工件的孔。 0006 该信息用于补偿或偏置控制珩磨或其它加工操作的现有参数。 这可以针对处理中 或处理后测量进行。 0007 处理中测量涉及在机器周期期间确定或测量加工参数。在珩磨中， 处理中测量典 型地通过在珩磨机器周期期间测量孔来实现， 并且 可以利用合并到珩磨工具中的测量仪 能力。使用这种方法， 机器监控实。
10、际的测量仪测量以知道何时结束机器周期。当以这种方 式珩磨时， 周期的所有方面、 特别是涉及珩磨工具的进给系统 (feed system) 的方面， 由测 量仪读数来控制。 目前， 当以这种方式使用测量仪时， 在进行测量的时间与机器控制可以读 取测量值的时间之间会有一个时间段或等待时间， 这个等待时间通常是不期望的， 因为它 使得珩磨处理变慢。 0008 处理后测量通常涉及在机器周期结束之后测量孔或其它加工特征。 测量仪控制系 统会获取孔测量值， 然后处理数据以确定是否需要进行补偿。这一信息然后传送到机器控 制系统， 该机器控制系统通常会在下一机器周期开始时进行必要的调整。 0009 使测量仪系。
11、统与现有机器通过接口连接 0010 通常， 已知的采用处理中或处理后测量的机器会利用硬连线到现有机器的单独的 测量系统来这样做。 一个在机器上而另一个在测量系统上的两个控制器会通过某种类型的 电气装置 ( 例如分立的 I/O 线路或串行总线 ) 来进行通信。在某些情况下， 测量系统甚至 可以控制各种电动机或其它定位型装置来将测量仪放置在适当位置上以进行测量， 例如将 空气探头 (air probe) 安置在孔中。 0011 具有作为与机器分离的单元的测量仪系统的一个优点在于它可以在机器已经构 建并且可以运转之后被合并到机器中。 机器的初始设计不必考虑它需要与测量系统通过接 说 明 书 CN 1。
12、02279586 A CN 102279591 A2/5 页 4 口连接。 0012 这种类型的机器 / 测量仪系统的一个缺点在于等待时间 ( 即， 数据从测量控制系 统反馈到机器控制系统所花费的时间 ) 以及处理时间。由外部测量系统发送到机器的信息 通常会在时间上滞后太多而不能用于控制处理中测量操作或者动态显示数据。 另一缺点会 是用于实现附加测量系统的成本和时间。 在机器不具有用于与测量仪系统通过接口连接的 现有装置的情况下会尤其如此。除了需要两个控制系统之间的通信方法之外， 为了安全起 见还会需要物理硬件连接。一个实例是目前用在所有计算机控制机器上的紧急停止电路。 当按下紧急停止 按钮时。
13、， 故障状态存在， 并且所有机器运动立即停止。 在某些情况下， 可能 各种加工部件将由一个或两个系统控制， 因此在另一个处于故障状态下时两个系统必须通 信以停止所有运动。 0013 另外， 当采用分离的机器和测量控制时， 会存在对于将两个不同控制系统连接在 一起来说固有的冗余。由于两个系统都会需要电力， 非常可行的是每个系统都具有其自己 的电源， 包括用于电源电路的安全装置。两个系统都会具有其自己的显示器和控制器。结 果， 操作者将不得不学习操作两个不同的系统。 0014 所有这些事情都需要时间和金钱来设计和施行。 将某些空气测量集成到机器中可 能非常复杂， 涉及大量线缆和连接。系统越复杂， 。
14、它就变得越不可靠。 0015 因此， 寻求的是将测量系统集成到机器控制中的能力， 其为加工操作、 特别是珩磨 操作提供处理中和 / 或处理后测量的一个或更多优点， 并且其克服了上述一个或多个缺点 和不足。 发明内容 0016 本申请公开了一种集成的测量系统和机器控制， 其为加工操作、 特别是珩磨操作 提供了处理中和 / 或处理后测量的一个或更多优点， 并且其克服了上述一个或多个缺点和 不足， 特别是关于等待时间和复杂性。 0017 将测量仪控制集成到机器控制中 0018 根据本发明的一个优选方面， 将 “现货供应的” 测量仪系统添加到现有机器的困难 和缺点被减少或消除。不是将气动测量仪系统物理。
15、连接到现有机器， 而是将测量系统集成 到机器设计中。 换言之， 机器控制和测量仪控制二者驻留在相同的控制器中， 并且通过单个 接口或显示器来操作。 机器控制与测量仪控制之间的所有通信在相同控制器上通过采用通 信协议的软件和共享存储器来进行。并且， 根据本发明集成到机器设计中的测量仪控制系 统可以采用现有的测量仪处理和质量控制软件。 0019 这消除了由将测量仪系统添加 ( 而不是集成 ) 到机器中 ( 包括将气动测量仪系统 添加到珩磨机器中 ) 所引起的所有缺点。由于所有数据通过相同控制器上共享的存储器从 测量仪控制直接反馈回机器控制， 减少了等待时间， 从而允许对测量仪数据的改变立即响 应，。
16、 并且动态显示测量仪读数是可能的。 集成的成本和时间大大减少， 因为当将测量系统集 成到实际机器设计中时， 像电源、 安全电路之类的硬连线连接， 以及与分离的测量系统的通 信几乎都被消除。 由于降低的复杂性， 与具有两个分离的控制系统相比， 一个总体系统可能 更可靠。另外， 系统的较低成本和复杂性也归因于仅存在一个操作者将使用其来操作机器 的显示器和控制器。通过附加部件的减少， 也将很可能减少占地面积。 说 明 书 CN 102279586 A CN 102279591 A3/5 页 5 0020 结合机器和测量仪功能的控制， 消除了具有专用于提供机器控制系统与测量仪控 制系统之间通信的冗余部。
17、件或硬件的需求。在本发明中， 集成的一个重要方面是机器控制 与测量仪控制包 (package) 之间的通信。在两个包之间建立协议， 并允许数据传输和控 制功能的同步。协议能够以任何数目的方式实现， 并且不限于共享存储器或套接字接口 (sockets interface)。 0021 作为另一优点， 在一个控制器上具有两个系统提供了将附加的控制系统集成到机 器中的机会。除了测量仪系统之外， 可以容易地添加像统计过程控制 (SPC) 的其它相关控 制系统。根据机器控制的类型， 像文字处理和数据分析软件的其它常用软件包也可以被安 装和集成到机器控制中以辅助机器的操作。 附图说明 0022 图 1 是。
18、示出根据本发明的包括采用集成机器控制和测量仪控制的控制器的机床 的示意图 ； 0023 图 2 是包括本发明的集成机器控制和测量仪控制的、 图 1 的机床的硬件方面的简 化示意图 ； 0024 图 3 是示出根据本发明的集成机器控制和测量仪控制的功能方 面之间的关系的 框图 ； 0025 图 4 是示出根据本发明的用于处理中测量的集成机器控制和测量仪控制的操作 的步骤的高阶 (high-level) 流程图 ； 以及 0026 图 5 是示出根据本发明的用于处理后测量的集成机器控制和测量仪控制的操作 的步骤的另一高阶流程图。 具体实施方式 0027 现在参考附图， 其示出了根据本发明构建并且可。
19、以运转的集成机器控制和测量仪 控制的优选实施例的方面。 0028 在图 1 中， 示出了机床 10， 其意图作为根据本发明的其中可以集成机器控制和测 量仪控制的多种机器的代表。机床 10 特别是代表这样的珩磨机器， 其具有工具柱 (tool column)12 或用于支持和操作用于在工件中珩磨孔 ( 例如工件 18 中的孔 16) 的珩磨工具 14 的公知的构造和操作。通常， 在典型的珩磨处理期间， 圆柱形工具 14 被安置于工件的孔 中， 圆柱形工具 14 具有包含径向可扩展的外部元件的外表面， 该元件携带一层研磨剂。该 工具围绕其轴旋转并在孔内径向扩展以向其施加压力， 同时以公知的方式在其。
20、之间实行往 复运动(如相邻的垂直箭头所示)以用于研磨孔表面的材料或原料(stock)， 以便将孔珩磨 或抛光到期望大小和表面特性。 珩磨机器的代表性珩磨工具柱的相关方面的构造和操作的 更完整的描述包含在共同待决的Cloutier等人的名为 “Honing Feed System Having Full Control ofFeed Force， Rate and Position” 的美国专利申请 No.11/596,836 中， 在此通 过引用并入其全部公开内容。 0029 也参考图 2， 四个工件 18 被例示为在围绕旋转分度工作台 24 的顶表面 22 的等间 距位置处分别由相同数目的夹。
21、具 20 夹持。工作台 24 是市场可购买的装置， 其通过分度驱 动器 26 可以围绕其中心可控地旋转， 如图 1 的箭头所示， 从而使得能够以公知的方式选择 说 明 书 CN 102279586 A CN 102279591 A4/5 页 6 性地将工件 18 单独安置在预定分度位置处， 其孔 16 位于工具 14 下方。 0030 机床 10 另外包括在第二分度位置处与旋转分度工作台 24 相邻设 置的测量仪柱 28， 如图 1 所示 ( 对于图 2 的前视图而言测量仪柱 28 被例示为绕工作台旋转 )。测量仪柱 28 也具有公知的构造和操作， 并被例示为气动测量仪， 包括在第二分度位置处。
22、可插入工件 18的孔16中的空气探头30， 用于测量孔的大小以及可选的一个或多个其它特性， 例如但不 限于平直度、 形状、 轮廓和关于其中心轴的中心性。优选地， 探头运动传统地受伺服控制， 即， 是垂直可移动的， 如所附箭头所示， 以使测量可以在沿着孔长度方向上的一个或多个位 置处进行， 并且测量仪柱 28 能够用于输出代表测量值的一个信号或多个信号以供机床 10 使用， 如将要说明的。 0031 机床 10 包括基于处理器的控制器 32， 其优选使用工业 PC 体系结构， 具有 CPU， 该 CPU 以公知的方式被连接以经由合适的接口 ( 即， 能够插入控制器 32 的插槽中的接口卡、 适当。
23、的驱动器 ) 操作性地控制工具柱 12、 旋转分度工作台 24 的分度驱动器 26 和测量仪柱 28 以及加工和测量过程中使用的其它伺服装置， 并且经由传导路径 34( 例如， 线束的导线、 单独的或成束的线缆、 或者无线网络 ) 连接到相应设备。测量仪柱 28 的传感器也以公知的 方式经由适当的接口(即， 插入卡等)和传导路径(即， 导线34)适当地连接到控制器CPU。 测量仪的其它传感器(如果使用的话)也能够以这种或其它适当方式连接到控制器32。 控 制器 32、 工具柱 12、 驱动器 26 和测量仪柱 28 还经由适当的传导路径 34( 例如导线等 ) 连 接到适当的电源 36， 用于。
24、从其接收电力， 例如调节的线电压。 0032 也参照图 3， 控制器 32 的系统体系结构使用传统的控制总线 ( 由箭头 38 表示 ) 在 CPU 和其它装置之间进行通信， 这里的其它装置包括加工和测量仪设备及其它机器伺服 装置以及连接到输入和显示装置 40 的操作者接口， 该输入和显示装置 40 可以是例如传统 CRT或平板显示器， 其具有触摸屏功能和/或专用开关、 键盘等。 控制器32被配置并可操作 为多任务， 包括同时运行若干软件程序， 包括机器控制程序和测量控制程序， 这两种程序都 可以是私有的或第三方供应的。这些程序采用共享存储器 ( 由箭头 42 表示 ) 来使得程序 在运行 的。
25、同时能够经由共享存储器 ( 即， CPU 的 RAM 的一部分 ) 彼此访问数据。这是有利 的， 因为它有助于测量仪程序的所选数据、 特别是新近捕获的测量仪测量数据 ( 以及较旧 数据)基本上一被存储在共享存储器42中就能够由机器控制程序访问， 且存储在共享存储 器 42 中的所选的机器控制数据 ( 例如， 运行状态数据、 位置数据 ) 对于测量仪控制程序是 直接和立即可用的， 而无需通过硬连线的接口或连接(即， 控制总线38或数据总线、 或者其 它可能的较慢通信路径 ) 来传输， 从而使得程序可以无延迟地使用其它程序的数据， 因而 这极大地减少了如上所述的其它控制方法所普遍的等待时间。 00。
26、33 图 3 图示了控制器 32 可以同时执行的操作或处理， 以例示由采用共享存储器 42 的本发明系统所获得的运行速度上的优点。具体地， 控制器 32 可操作以运行测量程序， 该 程序可以包括例如孔尺寸测量处理， 用于确定作为来自测量仪柱的传感器的输入 ( 在接收 到该数据时 ) 以及其它信息的函数的、 由测量仪柱 28 的探头测量的孔的尺寸和其它特性。 同时， 例如， 以文本和 / 或图形的形式输出所选择的数据， 并通过显示装置 40 显示该数据。 同时， 来自该处理的所选数据还被存储在共享存储器 42 中， 并可以由机器控制基本上立即 访问， 以用于例如与孔尺寸测量处理同时运行的珩磨处理。
27、中。作为另一实例， 如果机器控 制正在运行伺服或其它设备， 例如在运行测量仪柱 28 以将空气探头 30 降低到位于其下的 说 明 书 CN 102279586 A CN 102279591 A5/5 页 7 工件的孔中， 则该位置信息可以存储在共享存储器 42 中， 并可以由例如测量仪控制器立即 和直接地访问， 从而使得其能够在适当的时间收集传感器数据， 或者将传感器数据与位置 数据 ( 例如探头在工件孔中的位置 ) 准确地关联。作为再一实例， 先前珩磨的工件的孔尺 寸数据可以由测量程序确定并存储在共享存储器 42 中， 以供机器控制程序立即使用来调 整珩磨参数， 例如进给系统位置和 / 或。
28、进给力、 行程速度、 停留时间 (dwell time) 等， 用于 补偿工具磨损、 校正缺陷和 / 或对目标孔施加特定的期望特性。这也使得能够更快地实现 操作者输入， 例如期望的孔校正参数。此外， 共享存储器 42 可以被配置为允许由其它程序 ( 例如但不限于统计过程控 制程序 ) 访问和进行数据收集， 所述其它程序也可以由控制器 32 运行。 0034 现在参照图 4 和图 5， 其分别示出了流程图 44 和 46， 用于例示处理中测量例程和 处理后测量例程的代表性步骤。 特别参考图4的流程图44， 在计算工具补偿值之后， 利用来 自测量仪周期的共享存储器中的数据执行机器和测量仪周期。在该。
29、例程中， 在用于在某种 程度上珩磨工件或部件的一个机器周期之后， 该部件作为测量仪周期的部件而被测量。测 量仪周期通过测量仪进行测量， 并且只有当来自测量仪周期的共享数据指示该工件或部件 已经被珩磨的令人满意时， 才结束机器周期。否则， 机器控制再次运行机器周期， 并且必要 时重复上述循环， 直到令人满意的测量仪数据出现。 当结束机器周期时， 机器控制将利用测 量仪数据来计算新的工具补偿值。该数据也可以用于其它目的， 例如统计过程控制。 0035 更特别地参考图 5 的流程图 46， 在由机器控制基于来自先前测量仪周期的共享存 储器中的数据进行的工具补偿值的计算之后， 由机器控制开始机器周期。。
30、在结束机器周期 之后， 机器控制将工件或部件移动到测量仪。对于机器 10， 这将涉及分度工作台 24 将该部 件安置在测量仪柱下方。 然后由测量仪控制启动测量仪周期， 通过机器控制， 测量仪探头被 移动到该部件的孔中。进行测量仪周期， 并当其结束时， 测量仪控制处理数据， 该数据由机 器控制使用来计算新的工具补偿值。 因此， 很明显， 在这里例示的上述步骤可以利用共享数 据进行， 其方式便利， 消除了其它控制方法中被发现成问题的大量等待时间。此外， 该优点 是使用简化的设备实现的， 该简化的设备包括由单个电源可操作的单个控制器， 并且其可 以与单个 I/O 装置 ( 例如触摸屏等 ) 进行接口。
31、连接。 0036 应该理解， 在阅读本申请公开的内容时， 本领域技术人员将会想到并可以做出在 本发明的原理和范围内的、 在已经被描述和例示以解释本发明实质的部分的细节、 材料、 步 骤和布置上的变化。前述说明例示了本发明的优选实施例， 但在不脱离本发明范围的情况 下基于本 说明书的概念可以在其它实施例中采用。 因而， 随后的权利要求意图宽泛地保护 本发明以及所示的具体形式。 说 明 书 CN 102279586 A CN 102279591 A1/5 页 8 图 1 说 明 书 附 图 CN 102279586 A CN 102279591 A2/5 页 9 图 2 说 明 书 附 图 CN 102279586 A CN 102279591 A3/5 页 10 图 3 说 明 书 附 图 CN 102279586 A CN 102279591 A4/5 页 11 图 4 说 明 书 附 图 CN 102279586 A CN 102279591 A5/5 页 12 图 5 说 明 书 附 图 CN 102279586 A 。