專利名稱：在機(jī)床上使用的測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用機(jī)床對工件進(jìn)行測量，特別是掃描測量。
背景技術(shù)：
公知的是，為了測量工件，要在與所述工件有相對運(yùn)動的機(jī)床軸上裝配測量探頭。實(shí)踐中，所述探頭典型地是一個接觸式觸發(fā)探頭，譬如美國專利No.4,153,998(McMurty)所描述，當(dāng)探頭觸針接觸工件表面時(shí)上述探頭會產(chǎn)生一個觸發(fā)信號。這個觸發(fā)信號會被所謂“跳躍式”地輸入到機(jī)床的數(shù)控器。作為回饋，所述控制器對所述機(jī)床位置進(jìn)行瞬時(shí)讀取(即所述軸和所述探頭相對所述機(jī)器的位置)。這是通過所述機(jī)器的測量裝置譬如用于所述機(jī)器運(yùn)動伺服控制回路提供位置反饋信息的編碼器或解碼器做到的。
在坐標(biāo)測量儀(CMM)領(lǐng)域，公知的是，采用以上所述的接觸式觸發(fā)探頭，或者采用模擬或掃描探頭來測量工件。已知一種模擬或觸發(fā)探頭帶有一個用來接觸所述工件表面的觸針及所述探頭內(nèi)用來測量所述觸針相對所述探頭本體偏斜的傳感器。在美國專利No.4,084,323(McMurty)中有個范例。這與使用觸發(fā)探頭便于執(zhí)行測量相比，能夠?qū)ぜ砻娴男螤钸M(jìn)行更詳細(xì)的測量。所述探頭相對所述工件表面運(yùn)動，以使所述觸針能掃描所述表面。從所述探頭傳感器的輸出、所述編碼器和其它所述機(jī)器測量裝置的輸出獲取連續(xù)讀數(shù)。通過以疊加的方式合并所述瞬時(shí)探頭輸出和所述瞬時(shí)機(jī)器輸出，在大量點(diǎn)處通過掃描動作獲得了關(guān)于工件表面的位置的數(shù)字化坐標(biāo)。
迄今為止，用剛才描述的用于坐標(biāo)測量儀的方式在機(jī)床上有效地采用模擬或掃描探頭是困難或不可能的。原因之一在于可市購的機(jī)床控制器的局限性。要注意，上述在坐標(biāo)掃描儀上的掃描方法需要能在高數(shù)據(jù)速率的情況下持續(xù)獲取通過所述機(jī)器編碼器或其它測量裝置得到的所述位置數(shù)據(jù)，以使其能添加至所述掃描中每個數(shù)據(jù)點(diǎn)的所述探頭輸出。常規(guī)機(jī)床控制器對此無能為力。它們的“跳躍式”輸入在所要求的高數(shù)據(jù)速率的情況下不能工作。因而，要用合理的速度進(jìn)行掃描，需要對所述控制器進(jìn)行修改，譬如使其能夠在所述伺服反饋回路中從所述機(jī)器編碼器或其它測量裝置的輸出直接取樣數(shù)據(jù)。本申請人Reinshaw已經(jīng)用商標(biāo)RENSCAN出售了能夠?qū)崿F(xiàn)這樣功能的系統(tǒng)。然而，這樣的修改對不同的所述控制器是不同的，這是不容易做到甚至是不可能的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個方面就是提供了一種在機(jī)床上測量工件的方法，包含以下步驟在模擬或掃描探頭和所述工件之間沿著包含所述探頭相對所述工件標(biāo)稱位置的預(yù)定路徑產(chǎn)生相對運(yùn)動；在所述運(yùn)動過程中，使用所述探頭輸出對所述工件表面相對所述探頭的位置進(jìn)行測量；以及合并所述從所述探頭輸出得到的位置測量和基于所述預(yù)定路徑的數(shù)據(jù)。
總的測量數(shù)據(jù)因此就是來自所述預(yù)定路徑的數(shù)據(jù)與所述探頭測量輸出的數(shù)據(jù)的合并。通過采用來自所述預(yù)定路徑的數(shù)據(jù)，就不需要從涉及所述探頭實(shí)際位置的所述機(jī)器伺服反饋回路獲取瞬時(shí)數(shù)據(jù)。
在優(yōu)選實(shí)施例中，所述基于所述預(yù)定路徑的數(shù)據(jù)包含至少一個目標(biāo)或標(biāo)稱探頭輸出讀數(shù)。假定在所述預(yù)定路徑中所述探頭的標(biāo)稱位置準(zhǔn)確地反映了它的實(shí)際位置，那么所述工件誤差就是所述目標(biāo)或標(biāo)稱探頭輸出讀數(shù)與所述實(shí)際探頭輸出讀數(shù)之間的差值。
所述方法可以包含一個補(bǔ)償在所述預(yù)定路徑中的標(biāo)稱位置和所述探頭相對于所述工件的實(shí)際位置之間差值的步驟。


現(xiàn)在舉例描述該發(fā)明的實(shí)施例，參考附圖，其中圖1以圖表方式顯示了一個機(jī)床，圖2和圖3分別是等角視圖和平面圖，其顯示觸針末梢掃描工件，圖4是一個所述掃描中探頭測量的統(tǒng)計(jì)曲線圖，圖5是一個是顯示所述探頭測量與假定機(jī)器位置數(shù)據(jù)相結(jié)合的曲線圖，圖6顯示了一個正在被掃描的校準(zhǔn)樣品，圖7和圖8是解釋校準(zhǔn)方法的曲線圖，圖9是圖3的一個相對應(yīng)視圖，但顯示了所述參考點(diǎn)的測量，圖10和圖11是圖4和圖5的一個相對應(yīng)曲線圖，但使用了圖9的所述參考點(diǎn)測量，圖12是圖4的一個相對應(yīng)曲線圖，但顯示了一個沿直線測量的實(shí)施例，圖13和圖14圖解描繪了在對圖7和圖8中所述校準(zhǔn)方法進(jìn)行進(jìn)一步研究中所用的數(shù)學(xué)計(jì)算，圖15圖解描繪了另一種補(bǔ)償方法。
具體實(shí)施例方式
圖1顯示一個典型機(jī)床，其包含一個工作臺T和一根軸S，它們均能在電機(jī)M驅(qū)動下沿x、y、z方向彼此相對運(yùn)動。這個例子顯示，所述電機(jī)M驅(qū)動所述工作臺，而所述軸保持固定不動。然而，該發(fā)明同樣適用于其它的機(jī)床布置形式，比如所述相對運(yùn)動是在固定不動的所述機(jī)器工作臺或底座與移動的軸之間產(chǎn)生的。
通常，切削工具會裝在所述軸S上，但圖1卻顯示了模擬或掃描探頭P裝在所述軸上，這是為了對裝在所述工作臺T上的工件W執(zhí)行掃描測量。所述探頭P有一個用來接觸所述工件W表面的可偏斜觸針Q，且所述探頭P的傳感器(未圖示)在x、y、z三個方向測量所述觸針Q的偏斜，譬如在美國專利No.4,084,323所描述(將其作為參考并入在此處)。
所述探頭傳感器的所述輸出可以是模擬的或數(shù)字的。也可以使用其它形式的模擬或掃描探頭，包括那些通過非接觸的方式測量所述工件表面相對所述探頭的位置，所述非接觸方式譬如使用光學(xué)、電容或電感傳感器。
在掃描測量過程中，所述探頭P連續(xù)把所述數(shù)據(jù)從它的傳感器傳送到接收器RX中。所述信號傳輸優(yōu)選無線，例如光學(xué)或無線電方式，但也可用有線(hard-wired)傳輸方式替代。
所述探頭P被控制沿相對所述工件W的路徑移動以掃描其表面。這是在運(yùn)行于控制器10中的所述工件W的零件程序20的控制下完成的。所述零件程序在線路22上發(fā)出信號需求給伺服反饋回路24。所述伺服反饋回路24驅(qū)動所述電機(jī)M使所述機(jī)器沿所述所需路徑運(yùn)動。
如果運(yùn)行所述零件程序20的所述控制器10是常規(guī)的標(biāo)準(zhǔn)機(jī)床數(shù)控，則所述伺服反饋回路24亦是所述控制器10的組成部分?？蛇x地，所述控制器10可以是一臺獨(dú)立的計(jì)算機(jī)，在所述標(biāo)準(zhǔn)數(shù)控中輸送所述所需路徑數(shù)據(jù)給所述伺服反饋回路。它可以構(gòu)成所述探頭與所述機(jī)器標(biāo)準(zhǔn)控制之間接口的一部分。
按常規(guī)，所述伺服回路24從所述機(jī)器測量系統(tǒng)收到位置反饋信息，如編碼器或解碼器(未圖示)。所述伺服回路24驅(qū)動電機(jī)以試圖使如由所述機(jī)器測量系統(tǒng)所指示的所述實(shí)際路徑與所述零件程序20的所需機(jī)器路徑保持一致。
圖2和圖3更詳細(xì)地顯示了所述觸針Q掃描所述工件W的表面。作為一個簡單的例子，它顯示正在掃描一個所述圓孔30內(nèi)表面，目的是測定其偏心度。這個例子中，所述零件程序20發(fā)出指令使所述探頭和工件沿預(yù)定的圓形機(jī)器路徑32相對移動。這個機(jī)器路徑具有預(yù)定半徑，該預(yù)定半徑要比所述圓孔30的半徑稍小一點(diǎn)，這樣選擇是為了容納所述觸針末梢的半徑。這樣選擇也是為了確保即使所述圓孔30的表面與完全圓形存在任何可能的偏差，所述觸針末梢仍能接觸到其表面并在所述探頭的測量范圍之內(nèi)(即所述探頭內(nèi)傳感器測量時(shí)所述觸針?biāo)试S的偏斜)。
圖4顯示了所述觸針Q相對所述探頭P的可能偏斜，由所述探頭內(nèi)傳感器測得，并對應(yīng)圍繞所述孔30的時(shí)間或角度位置形成曲線圖。具體地，所述曲線圖代表徑向偏斜，在當(dāng)前例子中該徑向偏斜可以通過所述探頭的x軸和y軸輸出計(jì)算出來。線條34代表在所述孔具有準(zhǔn)確的尺寸和圓形形狀的情況下所期望的所述探頭標(biāo)稱輸出。線條36代表所述孔過小時(shí)的所述探頭輸出。線條38代表所述孔尺寸超過時(shí)的所述探頭輸出。正弦曲線40代表所述孔從它的標(biāo)稱位置偏離中心情況。當(dāng)然，其它與所述標(biāo)稱線條34的偏差也是可能的，例如如果所述孔30的表面偏離所述預(yù)定圓形時(shí)發(fā)生的不規(guī)則偏差。
再回來參考圖1，所述控制器10除了運(yùn)行所述零件程序20之外還運(yùn)行測量程序12。該測量程序12負(fù)責(zé)在沿著圖4中時(shí)間/角度位置軸的位置處以合適的高數(shù)據(jù)速率獲取大量的數(shù)據(jù)讀數(shù)。為此，它合并了兩個數(shù)據(jù)源。一個是從所述接收器RX收到的所述探頭P輸出，另一個是所述假定或所需的瞬時(shí)機(jī)器位置(即所述軸S與所述探頭P相對所述工作臺T的所述位置)。后者來自于所述零件程序20設(shè)定的所述預(yù)定路徑，如箭頭14所示。這與現(xiàn)有技術(shù)形成對比，在現(xiàn)有技術(shù)中，其來自于所述機(jī)器伺服反饋回路的所述編碼器或解碼器或其它位置測量裝置。
以下是一種合并這些數(shù)據(jù)源的方法。對于沿所述機(jī)器路徑的大量數(shù)據(jù)點(diǎn)中的每個數(shù)據(jù)點(diǎn)，所述相應(yīng)的探頭輸出和假定的機(jī)器位置以相加的方式合并起來，如圖5所繪。這里，線條42代表所述預(yù)設(shè)的機(jī)器路徑32的半徑，其來自于所述零件程序20中的所述測量程序12。對于每個數(shù)據(jù)點(diǎn)(即在每個時(shí)刻或角度位置)，這這增加了所述探頭的輸出，如圖4所示。結(jié)果用圖5的線條44顯示。在用于控制圓形路徑里的運(yùn)動的零件程序20里，常規(guī)G代碼(G-code)可以簡單使用所述預(yù)設(shè)機(jī)器路徑的半徑。
另一個優(yōu)選的合并所述數(shù)據(jù)源的方法如下。所述程序12包括一個探頭偏斜的目標(biāo)或標(biāo)稱值。譬如，可以選擇所述預(yù)定的機(jī)器路徑以用來產(chǎn)生一個標(biāo)稱或目標(biāo)探頭偏斜(徑向)D目標(biāo)。這是在所述工件符合它的標(biāo)稱尺寸與位置的情況下可見的偏斜值。所述D目標(biāo)值可以基于預(yù)定路徑預(yù)先編程到所述程序12中，或者可以利用與預(yù)定路徑有關(guān)的零件程序20收到的值由程序12計(jì)算所述D目標(biāo)值。測量進(jìn)行的同時(shí)，程序12也經(jīng)過接收器RX收到實(shí)際探頭偏斜值D實(shí)際。它通過將這兩個數(shù)據(jù)源以相減的方式合并來比較這兩個數(shù)據(jù)源，以給出在任意位置處的實(shí)際變化誤差誤差＝D實(shí)際-D目標(biāo)譬如，如果目標(biāo)偏斜是100微米，實(shí)際偏斜是101微米，那么該工件尺寸的誤差就是1微米。
至此，在所述孔30周圍的每個單個位置處都考慮了誤差。這可能是所期望的，譬如確定誤差形式。然而，所述程序12執(zhí)行數(shù)據(jù)擬合算法以整體考慮所述誤差也是有可能的。譬如，在發(fā)現(xiàn)正弦誤差的地方，如圖4中40所示，這樣一個算法可以確定所述孔的真正中心點(diǎn)以及它距離標(biāo)稱中心點(diǎn)的偏差。并且/或者，這樣的算法可以確定所述孔的平均半徑和與這個值的偏差。
當(dāng)然，所描述的該方法不局限于圖2-5所示的圓形形狀，還能夠應(yīng)用于確定許多其它加工特征的形狀。
譬如，圖12描繪了沿著標(biāo)稱平面工件表面檢查一條直線的情況。這里，線條60代表當(dāng)所述探頭沿該直線由零件程序驅(qū)動時(shí)探頭偏差的預(yù)定的標(biāo)稱或目標(biāo)值。所述程序12從所述探頭收到的實(shí)際值經(jīng)過一個最佳擬合算法，以確定最佳直線擬合，所述線條62代表該最佳直線擬合。這就使所述程序12計(jì)算所述線條62相對標(biāo)稱線條60的斜率和偏移變得簡單，并且相應(yīng)地體現(xiàn)出了所測得的所述工件表面位置及方向誤差。
為了確定所測得的是何種特征，可以對所述數(shù)據(jù)應(yīng)用一種智能擬合算法，然后選擇并執(zhí)行合適的方法來計(jì)算其誤差。
已描述的方法給出了相當(dāng)精確的結(jié)果。譬如，如果所述孔30事先是用一個裝在所述軸S里的切削工具、按照所述控制器10中的一個切削零件程序加工的，該工具可能會承受切削過程中所施加的負(fù)荷產(chǎn)生的偏斜。這可以導(dǎo)致所述孔具有不正確的尺寸和形狀。由于所述探頭P不承受這樣的切削負(fù)荷，所以它能夠測量這樣的誤差。既然它執(zhí)行一個掃描操作，它就能在整個圓周上測量與正確形狀的偏差，同時(shí)能測量簡單尺寸，例如所述孔的直徑或半徑及中心點(diǎn)。這是相對于常規(guī)接觸式觸發(fā)探頭來說的一個優(yōu)勢。
與給出詳細(xì)測量一樣，所述方法也能夠用于加工工件的校正，即所述程序能輸出一個通過/未通過的指示，來表明工件是否在期望的規(guī)定公差之內(nèi)。
這種測量也能用于過程控制，例如在最終切削之前修正加工偏移(工具偏移)。這使最終切削能對所關(guān)注的工件特征精確地給出需要的尺寸。同樣，所述測量能夠用于修正后期加工的工件偏移量，如發(fā)現(xiàn)所測得的所述特征位置與其標(biāo)稱位置不同。
圖3-5的所述方法也能夠用于任務(wù)設(shè)置，即設(shè)置一個具有已事先在其它機(jī)器上加工出的特征的工件。為了定位這些存在的特征，在一臺新機(jī)器上執(zhí)行這個方法。新機(jī)器譬如可以是一臺座標(biāo)鏜床，該座標(biāo)鏜床用于在所述工件上鏜孔，所述孔相對于已有特征精確定位。還有，由于所述特征形狀能被掃描，并且一個最佳擬合算法能夠擬合它們至標(biāo)稱形狀，這就能提供比常規(guī)接觸式觸發(fā)探頭更精確的數(shù)據(jù)。
然而，已描述的方法還是有一些不精確之處，譬如因?yàn)樗鏊欧芈?4的伺服失諧。伺服失諧來自實(shí)際位置和需求位置的差異。譬如，在所述x-y平面沿一個圓形路徑運(yùn)動時(shí)，在正弦路徑上的x軸和y軸伺服機(jī)構(gòu)分別驅(qū)動其相應(yīng)馬達(dá)M，所述正弦路徑之間可以存在標(biāo)稱90度的相位誤差差異。由于不同的軸響應(yīng)特性，所述x軸伺服機(jī)構(gòu)的實(shí)際位置可以比所述y軸伺服機(jī)構(gòu)更快或更慢趕上所需位置。如果所述指令路徑與所述機(jī)器的軸有交角的話也會產(chǎn)生失諧，但如果所述路徑與所述軸之一平行的話則問題不大。也存在其它的伺服出錯原因，如機(jī)器的編碼器或解碼器或其它測量系統(tǒng)的偏移或刻度誤差。
因而，可能的情況是，在任何給定的瞬時(shí)，所述機(jī)器的實(shí)際位置(即所述軸S和所述探頭P相對所述工作臺T的實(shí)際位置)不會正好在所述線條22上與所述零件程序20需求位置相吻合。因此在所述線條14提供給所述測量程序12的假定位置值與實(shí)際位置之間會存在差異。
因此，為更精確起見，參考圖6、7和8將描述一個可選的校準(zhǔn)過程。所述校準(zhǔn)使用一個已知尺寸和形狀的樣品，其應(yīng)該優(yōu)選地(但不是必需地)與所述要測量的工件和特征相當(dāng)接近。譬如，在圖2和3測量所述圓孔30的情況下，所述樣品可以是已經(jīng)精確知道半徑和形狀的環(huán)形量具的內(nèi)表面46(圖6)。這是通過控制機(jī)器沿圓形路徑48移動的零件程序20掃描，所述圓形路徑48對應(yīng)于圖3中的路徑32。
圖7中，線條50表示所述樣品的精確已知的形狀和半徑。線條52表示使用上述任意方法使用測量程序12得到的測量值。這兩根線條之間的偏差表示當(dāng)它是沿所述控制的機(jī)器路徑移動時(shí)，所述假定機(jī)器位置值和所述實(shí)際位置值之間的瞬時(shí)誤差。
把所述線條50和52上相應(yīng)點(diǎn)的值相減，得到的值位于曲線54上，如圖8所示。這表明，為了校正所述假定機(jī)器位置和所述實(shí)際機(jī)器位置之間的差異，沿所述機(jī)器路徑的任何位置(用圓弧測量中的時(shí)間和角度來衡量)都需要校正半徑。這些半徑校正值儲存在控制器10內(nèi)。在對生產(chǎn)工件W進(jìn)行測量時(shí)，為獲得精確的測量，所述測量程序12把這些校正值同所述假定機(jī)器位置值與從所述探頭P獲得的測量數(shù)據(jù)合并起來。
如果所述樣品46與所述工件特征尺寸不同(如前者是一個半徑不同的圓周)以及/或如果所述樣品和工件是在不同的線速度或角速度下進(jìn)行掃描的，那么這可以用數(shù)學(xué)計(jì)算得以補(bǔ)償。這在圖13中示出。
假定掃描為等速掃描，對于相同的距離，隨著所述動作的發(fā)生，相對于曲率改變隨著時(shí)間變大的、半徑為R2的圓周，半徑為R1的圓周曲率改變較小。換句話說，角α1小于角α2。這導(dǎo)致譬如伺服失諧，該伺服失諧致使圓周R2的差異大于圓周R1，即該差值越大導(dǎo)致誤差越大，使伺服失諧導(dǎo)致的橢圓形最大半徑不同于標(biāo)稱值。
可以通過測量所述標(biāo)稱圓周與從所述R1圓周得到的橢圓之間的差異來補(bǔ)償這種差值，然后對所述R2圓周進(jìn)行同樣處理。
然后如果所述測量過的孔半徑在R1和R2之間，能夠使用插值法的方式來進(jìn)行補(bǔ)償。譬如，當(dāng)R1大于R2
CR1→err1CR2→err2這里CR1是一個半徑為R1的圓周CR2是一個半徑為R2的圓周且如上所論，err1被認(rèn)為比err2要??；假定是線性插值，其在接近的尺寸間是一種可接受的假定，那么參考圖14tan(α)=err-err1R1-R=err2-err1R1-R2]]>因而err=(err2-err1)*(R1-R)(R1-R2)+err1]]>這就是通過插值法計(jì)算出來的誤差(實(shí)際和標(biāo)稱間的差異)。
以上討論在對于用相同尺寸的樣品在不同的速度下進(jìn)行的測量也是有效的，即所述樣品在不同但接近的速度下(對線性插值而言)且所述誤差被記錄(與標(biāo)稱的偏差)。那么插值算法應(yīng)該用于計(jì)算在所述兩個不同速度之間的一個速度導(dǎo)致的誤差。這個算法與上面那個是相似的。
現(xiàn)在描述提高測量精確度的另一種方法，參考圖9、10和11。這是通過修改上面方法而來的，因?yàn)樗褂昧怂龃郎y工件W表面的參考點(diǎn)。實(shí)踐中，這將是待掃描路徑上的所述孔30里的點(diǎn)。
圖9選擇了四個參考點(diǎn)R。在每個參考點(diǎn)上，所述機(jī)器被驅(qū)動，以使所述觸針末梢Q徑向接近所述參考點(diǎn)R，如箭頭56所示。所述探頭P可被用于接觸式觸發(fā)模式，其中閾值被限定在所述探頭測量范圍之內(nèi)，在所述探頭上產(chǎn)生觸發(fā)信號。然后，采用與常規(guī)接觸式觸發(fā)探頭一樣的方式，該觸發(fā)信號被傳送到所述機(jī)器控制器的常規(guī)跳躍式輸入。該操作的結(jié)果是，控制器為每個參考點(diǎn)R產(chǎn)生坐標(biāo)值。因而，所述參考點(diǎn)R是機(jī)器位置真實(shí)值，而非假定的機(jī)器位置值。
作為采用所述跳躍式輸入來獲取觸發(fā)值的優(yōu)選的另一方式，所述機(jī)器能被驅(qū)動至所述參考點(diǎn)，再停止，然后所述探頭輸出能被判斷并疊加到所述機(jī)器的位置，以得到所述值R。該值的精確性能夠通過靜止平均值提高，即在所述停止位置暫停一段時(shí)間，獲取所述探頭輸出的多個讀數(shù)，并對它們?nèi)∑骄?。這樣能夠獲得精確測量，因?yàn)樗鰴C(jī)器是靜止不動的，所以就沒有伺服誤差。
圖10和11對應(yīng)圖4和5，并顯示了參考點(diǎn)是如何用于計(jì)算所述測量結(jié)果的。圖10中，線條58表示使用如前的假定位置值而從掃描得到的所述探頭測量值。這些值以和圖4所示同樣的方式偏移了所述標(biāo)稱值34。圖11顯示了所述參考點(diǎn)R的四個值。為了產(chǎn)生最終測量值，所述測量程序12使用最佳擬合算法，把圖10中線條58的值添加到這些參考點(diǎn)R上。因此，調(diào)整使用假定位置確定的值，以與這些已知值R相一致。
既然已知所述值R為真實(shí)值，那么圖11中所述線條58上的中間值要比其它情況的值要更精確。這個增強(qiáng)方法因此使用把掃描和參考點(diǎn)合并的方法，以提高掃描測量的整體精確度。
圖15亦圖解了提供補(bǔ)償以提高精確度的另一種方法。曲線B顯示了在正常的優(yōu)選速度下掃描一個圓周的結(jié)果。它包括因間隙或其它伺服誤差導(dǎo)致的變形。曲線A顯示了在更低的速度下掃描所述同一圓周特征的結(jié)果，能看到變形被避免了。
因而，該發(fā)明的一個進(jìn)一步實(shí)施例利用了這個事實(shí)。所述圓周被慢速和快速掃描，記錄產(chǎn)生的探頭輸出數(shù)據(jù)。繼而形成該特征的誤差對應(yīng)關(guān)系，該對應(yīng)關(guān)系包含所述特征周圍每個位置的誤差校正值。使用減法(B-A)可以做到這些。對每個位置而言，用常速掃描期間的所述探頭輸出B減去慢速掃描期間的相應(yīng)的所述探頭輸出A。
該誤差對應(yīng)關(guān)系可通過以下方式生成，即掃描生產(chǎn)標(biāo)稱相同的工件的流水線中的第一個(first-off)工件，或者一件具有期望尺寸和形狀的樣品，或者如果圖13和14的補(bǔ)償方法被應(yīng)用的話所述樣品甚至可以有不同的尺寸。該誤差對應(yīng)關(guān)系繼而被所述程序12儲存，以便當(dāng)測量后續(xù)工件的相似特征時(shí)可以用到。
此類后續(xù)測量按照如上所描述的方法執(zhí)行，譬如圖3至5相關(guān)的方法。如前所述，這可以確定特征尺寸(通過對比所述實(shí)際探頭輸出和所述零件程序20中的假定值)?？蛇x地，它可以通過對比所述實(shí)際探頭輸出和所述目標(biāo)探頭輸出(D實(shí)際-D目標(biāo))來確定特征中的誤差。
任一情況下，所述測量都可以按照所述誤差對應(yīng)關(guān)系采用校正法得到補(bǔ)償，即在每個位置的相應(yīng)測量值減去儲存的誤差值。
對于其它實(shí)施例，圖9-11和15的方法不僅適合于圓形特征，也能用于確定許多其它加工特征的形狀。
權(quán)利要求
1.一種在機(jī)床上測量工件的方法，包括以下步驟在模擬或掃描探頭及所述工件間、沿包括所述探頭相對所述工件的標(biāo)稱位置的預(yù)定路徑產(chǎn)生相對運(yùn)動；在所述運(yùn)動中，使用所述探頭的輸出對所述工件表面相對所述探頭的位置進(jìn)行測量；以及將從所述探頭的輸出得到的位置測量值與基于所述預(yù)定路徑的數(shù)據(jù)合并。
2.一種根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述合并步驟的結(jié)果給出所述工件的尺寸。
3.一種根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述基于預(yù)定路徑的數(shù)據(jù)至少包括一個目標(biāo)或標(biāo)稱探頭輸出讀數(shù)。
4.一種根據(jù)權(quán)利要求1或3的方法，其中所述合并步驟的結(jié)果給出所述工件的尺寸的誤差值。
5.一種根據(jù)前述任何一項(xiàng)權(quán)利要求的方法，包括一個補(bǔ)償預(yù)定路徑中的標(biāo)稱位置與所述探頭相對于所述工件的實(shí)際位置之間差異的步驟。
6.一種根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其中的補(bǔ)償步驟使用來自已知尺寸和形狀的樣品的數(shù)據(jù)。
7.一種根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中的樣品與被測工件的特征有近似的尺寸。
8.一種根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中所述樣品與被測工件的特征有不相似的尺寸，或是在不相似的速度下進(jìn)行測量，且所述補(bǔ)償包括用來校正這種尺寸或速度差異的插值。
9.一種根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其中所述補(bǔ)償步驟使用從所述工件表面測得的參考點(diǎn)的數(shù)據(jù)。
10.一種根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其中所述補(bǔ)償步驟使用通過比較慢速和快速掃描工件表面確定的誤差對應(yīng)關(guān)系。
11.一種用于機(jī)床的控制器或探頭接口，其被編程以執(zhí)行根據(jù)前述任何一項(xiàng)權(quán)利要求的方法。
全文摘要
在機(jī)床上，程序(12)由掃描或模擬探頭P接收數(shù)據(jù)，以測量工件W的特征。該數(shù)據(jù)在掃描過程中與假定機(jī)器位置數(shù)據(jù)相結(jié)合。這樣就可避免切斷伺服反饋回路(24)來獲得實(shí)際測量的機(jī)器位置數(shù)據(jù)。假定機(jī)器位置數(shù)據(jù)可從控制掃描動作的零件程序(20)中獲取。這里敘述了用于補(bǔ)償在假定機(jī)器位置值與實(shí)際值之間誤差的幾種方法。
文檔編號G01B21/04GK1856691SQ200480027721
公開日2006年11月1日 申請日期2004年9月24日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月24日
發(fā)明者杰弗里·麥克法蘭 申請人:瑞尼斯豪公司