專利名稱：校正使用坐標(biāo)定位設(shè)備所獲得的測量的誤差的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種改進的設(shè)備和方法，用來校正使用坐標(biāo)定位設(shè)備所獲得的測量的誤差，該坐標(biāo)定位設(shè)備包括測量探針。
背景技術(shù)：
坐標(biāo)定位設(shè)備(諸如坐標(biāo)測量機(CMM)和數(shù)控機床)是熟知的，并且廣泛用在工業(yè)檢查過程中。具體地說，已知使用坐標(biāo)定位設(shè)備來測量零件(例如，工件)表面上的多個點的位置，以確認它已經(jīng)制造得在希望公差內(nèi)。用任何坐標(biāo)定位設(shè)備獲得的測量將始終具有特定水平的不確定性，并且在過去幾年已經(jīng)開發(fā)了多種不同的校準(zhǔn)技術(shù)，以改進在零件表面上的點位置可被測量的精度。US5426861 (Shelton)描述了誤差校正技術(shù)的例子，在該誤差校正技術(shù)中，用實驗室CMM可實現(xiàn)的精度用來改進車間地面(shop floor) CMM的測量精度，該實驗室CMM保持在清潔、溫度受控的環(huán)境中。具體地說，基準(zhǔn)零件由基于實驗室的第一 CMM測量，并且也由第二 CMM測量，該第二 CMM布置在生產(chǎn)環(huán)境中。第一 CMM因而可獲得具有高精度的測量，而第二 CMM易受由于溫度變化等而造成的測量不準(zhǔn)確度。由第一和第二 CMM獲得的表面測量的比較允許建造逐點誤差圖。第二 CMM然后用來測量在生產(chǎn)零件表面上的點，這些生產(chǎn)零件名義上與基準(zhǔn)零件相同，并且使用誤差圖來校正測量表面點的位置。然后可以使用誤差圖來校正應(yīng)用第二 CMM獲得的生產(chǎn)零件的表面位置測量，這些生產(chǎn)零件名義上與基準(zhǔn)零件相同。逐點校正過程(例如如在US5426861中描述的那樣)要求巨大誤差圖的創(chuàng)建，該誤差圖包括用于每個測量點的條目。本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，為提供位置校正而產(chǎn)生這樣一種誤差圖以及以后使用該圖通常難以實施。例如，在US5426861中描述的技術(shù)要求相同的或至少非常相似的測量控制軟件安裝在第一和第二 CMM上，以允許比較用不同測量機獲得的測量點，以建立逐點誤差圖。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種操作坐標(biāo)定位設(shè)備的方法，該坐標(biāo)定位設(shè)備具有測量探針，該方法按任何適當(dāng)順序包括如下步驟:(i)在一系列名義相同零件中取得第一零件，與第一零件的一個或多個特征相關(guān)聯(lián)的至少第一基準(zhǔn)幾何特性是已知的，(ii)使用坐標(biāo)定位設(shè)備來測量第一零件的一個或多個特征，并且由此確定第一測量幾何特性，該第一測量幾何特性與第一基準(zhǔn)幾何特性相對應(yīng)，(iii)確定第一特性校正值，該第一特性校正值描述第一基準(zhǔn)幾何特性與第一測量幾何特性之間的差別，(iv)使 用坐標(biāo)定位設(shè)備來測量在一系列名義相同零件中的一個或多個另外零件的一個或多個特征，并且對于每個另外零件，確定另外的測量幾何特性，該另外的測量幾何特性與第一基準(zhǔn)幾何特性相對應(yīng)，以及(V)將第一特性校正值應(yīng)用于每個另外的測量幾何特性。因此本發(fā)明包括一種方法，該方法用來校正當(dāng)使用坐標(biāo)定位設(shè)備測量一系列零件時產(chǎn)生的測量誤差，該坐標(biāo)定位設(shè)備包括測量探針。在方法的步驟(i)中，取得在一系列名義相同零件中的第一零件，該第一零件具有一個或多個特征；例如，第一零件可以是金屬工件，一個或多個特征(例如，孔、凸臺等等)已經(jīng)加工到該金屬工件中。與第一零件的一個或多個特征相關(guān)聯(lián)的第一基準(zhǔn)幾何特性是已知的(例如，由設(shè)計數(shù)據(jù)，或者由使用不同測量設(shè)備獲得的第一零件的測量)。第一基準(zhǔn)幾何特性可以包括例如與單個特征相關(guān)聯(lián)的幾何特性(例如，圓柱形孔的直徑或圓度)，或描述多個特征之間的關(guān)系的幾何特性(例如，兩個特征(諸如表面)的傾斜度、平行度或垂直度)。第一零件僅僅是使用坐標(biāo)定位設(shè)備要測量的一系列名義相同零件中的一個零件。所述系列中的第一和另外零件，盡管打算是相同的，但由于在它們的生產(chǎn)中涉及的各種制造公差，實際上不必實體相同。所述系列的第一和另外零件例如每個已經(jīng)通過名義相同的方法(例如，通過運行相同切削程序的機床)生產(chǎn)。然而，應(yīng)該注意，這里所使用的術(shù)語“第一零件”不是僅指在制造生產(chǎn)運行中首先制成的零件；術(shù)語“第一零件”僅僅指在所述系列中選中的一個零件。例如也可能的是，在零件系列中的第一零件在無關(guān)緊要方面與在系列中的以后零件稍微不同；例如，第一零件可以不包括非關(guān)鍵特征或標(biāo)記，這些非關(guān)鍵特征或標(biāo)記可以存在于所述系列中的其它零件上。本發(fā)明的方法也包括步驟(ii):使用坐標(biāo)定位設(shè)備來測量第一零件的一個或多個特征，并且由此確定第一測量幾何特性，該第一測量幾何特性與第一基準(zhǔn)幾何特性相對應(yīng)。這樣一種測量步驟可以方便地包括:使用坐標(biāo)定位設(shè)備來測量在第一零件的一個或多個特征的每一個的表面上的多個點的位置。具體地說，坐標(biāo)定位設(shè)備優(yōu)選布置成相對于第一零件運動測量探針，以允許測量在第一零件的表面上的多個點。如果測量探針包括模擬測量探針(該模擬測量探針具有可撓曲觸針)，則步驟(ii)可以包括:坐標(biāo)定位設(shè)備沿在第一零件的表面上的路徑掃描測量探針的觸針末端，同時收集觸針撓曲數(shù)據(jù)和描述在坐標(biāo)定位設(shè)備的工作包跡內(nèi)的測量探針的位置的數(shù)據(jù)。在機器坐標(biāo)系統(tǒng)中在第一零件的表面上的多個點的位置，然后可通過按已知方式 組合觸針撓曲和探針位置數(shù)據(jù)而產(chǎn)生。同樣應(yīng)該注意，在步驟(ii)中導(dǎo)出的第一測量幾何特性不僅僅是單個數(shù)據(jù)點(SP，在第一零件的表面上的單個數(shù)據(jù)點)，而且是與第一零件的一個或多個特征相關(guān)聯(lián)的幾何特性；這在下面更詳細地描述。這樣一種幾何特性優(yōu)選地使用在第一零件的一個或多個特征的每一個的表面上的多個點的測量位置而建立。步驟(ii)因此便利地包括:將由坐標(biāo)定位設(shè)備測量的多個點擬合成一函數(shù)，以建立第一測量幾何特性。換句話說，第一測量幾何特性可以由多個位置數(shù)據(jù)點數(shù)學(xué)地導(dǎo)出，這些多個位置數(shù)據(jù)點使用坐標(biāo)定位設(shè)備取得。第一零件的第一測量幾何特性(它與第一基準(zhǔn)幾何特性相對應(yīng))因而優(yōu)選地由在第一零件的表面上的多個點的位置確定，該位置由坐標(biāo)定位設(shè)備測量。本發(fā)明的方法也涉及執(zhí)行步驟(iii):確定第一特性校正值，該第一特性校正值描述第一基準(zhǔn)幾何特性與第一測量幾何特性之間的差別。這可以包括例如將第一測量幾何特性與對應(yīng)的第一基準(zhǔn)幾何特性相比較，以得到第一特性校正值。換句話說，將使用坐標(biāo)定位設(shè)備所測量的第一零件的測量幾何特性，與其對應(yīng)基準(zhǔn)幾何特性相比較。然后計算第一特性校正值，該第一特性校正值描述對應(yīng)測量幾何特性與基準(zhǔn)幾何特性之間的差別。在步驟
(iii)中確定的差別可以描述在對應(yīng)測量幾何特性和基準(zhǔn)幾何特性之間的整體差別的全部或僅僅部分。這個步驟可以包括例如:將由坐標(biāo)定位設(shè)備所測量的孔半徑與名義孔半徑相比較，并且建立半徑校正值。同樣，應(yīng)該注意，第一特性校正值描述幾何特性的差別，并且不描述在第一零件的表面上的各個點的位置的偏差。本發(fā)明也包括執(zhí)行步驟(iv):使用坐標(biāo)定位設(shè)備來測量在一系列名義相同零件中的一個或多個另外零件的一個或多個特征。對于每個另外零件，由這樣的測量確定另外的測量幾何特性，每個另外的測量幾何特性也與第一基準(zhǔn)幾何特性相對應(yīng)。本發(fā)明的方法的步驟(V)然后包括:將第一特性校正值應(yīng)用于每個另外的測量幾何特性。例如，步驟(V)可以包括:使用第一特性校正值校正每個另外的測量幾何特性，由此為每個另外零件提供第一誤差校正測量幾何特性。換句話說，對于在系列中的每個另外零件，由第一特性校正值產(chǎn)生校正幾何特性，該第一特性校正值通過將第一測量幾何特性與其對應(yīng)的第一基準(zhǔn)幾何特性相比較而確定。不像現(xiàn)有技術(shù)方法那樣實施由坐標(biāo)定位設(shè)備取得的表面位置測量的逐點校正，本發(fā)明的方法對于第一零件的一個或多個特征的第一幾何特性產(chǎn)生第一校正值。這樣一種第一校正值可以用來校正名義上與第一零件相同的零件的以后測量的幾何特性，這些測量幾何特性在坐標(biāo)定位設(shè)備上獲得。因此本發(fā)明的方法避免了需要產(chǎn)生和存儲巨大的逐點誤差校正圖，并且代之以創(chuàng)建幾何校正值，以補償零件的特征(一個或多個)的測量幾何特性的任何誤差。這樣一種幾何校正值的使用也減少了一些數(shù)據(jù)點對準(zhǔn)困難，當(dāng)使用巨大誤差圖進行逐點表面校正時，可產(chǎn)生這些數(shù)據(jù)點對準(zhǔn)困難。本發(fā)明的方法因而允許使用坐標(biāo)定位設(shè)備，按比已知逐點校正技術(shù)更簡單和更方便的方式，準(zhǔn)確地求出零件的測量幾何特性。本發(fā)明特別適于供坐標(biāo)定位設(shè)備使用，該坐標(biāo)定位設(shè)備在生產(chǎn)環(huán)境中操作，并由此要求頻繁的重新校準(zhǔn)(例如，由于環(huán)境的溫度變化等等)。與第一零件的一個或多個特征相關(guān)聯(lián)的第一基準(zhǔn)幾何特性可以包括名義基準(zhǔn)幾何特性。這樣一種名義基準(zhǔn)幾何特性可以方便地從設(shè)計數(shù)據(jù)(例如CAD模型)導(dǎo)出，該設(shè)計數(shù)據(jù)與第一零件相關(guān)聯(lián)。例如，步驟(i)可以包括:取得或處理與第一零件相關(guān)聯(lián)的設(shè)計數(shù)據(jù)，以提供第一基準(zhǔn)幾何 特性。在這樣一個例子中，步驟(iii)然后可以包括:將步驟(i)的名義基準(zhǔn)幾何特性與步驟(ii)的測量幾何特性相比較，以得到特性校正值。有利地，步驟(i)包括步驟:使用基準(zhǔn)坐標(biāo)定位設(shè)備來測量第一零件。第一基準(zhǔn)幾何特性然后可以包括測量基準(zhǔn)幾何特性，該測量基準(zhǔn)幾何特性從由基準(zhǔn)坐標(biāo)定位設(shè)備取得的第一零件的測量得到。換句話說，從基準(zhǔn)坐標(biāo)定位設(shè)備得到的基準(zhǔn)測量便利地用來確定至少一個測量基準(zhǔn)幾何特性，該至少一個測量基準(zhǔn)幾何特性與第一零件的一個或多個特征相關(guān)聯(lián)。有利地，基準(zhǔn)坐標(biāo)定位設(shè)備是與坐標(biāo)位置設(shè)備不同的機器，該坐標(biāo)位置設(shè)備實施本發(fā)明的方法。方便地，基準(zhǔn)坐標(biāo)定位設(shè)備包括預(yù)校準(zhǔn)坐標(biāo)測量機。這種CMM可以是串行機器，如常規(guī)橋型CMM，其按照適當(dāng)?shù)膰一驀H標(biāo)準(zhǔn)而校準(zhǔn)?；鶞?zhǔn)坐標(biāo)定位設(shè)備可以相對于坐標(biāo)定位設(shè)備遠程地布置，在該坐標(biāo)定位設(shè)備上進行在方法的步驟(ii)中獲得的測量。使用基準(zhǔn)坐標(biāo)定位設(shè)備測量第一零件的步驟、和/或確定該第一零件的第一基準(zhǔn)幾何特性的步驟，可以按要求在步驟(ii )之前或之后進行。
有利地，第一零件的一個或多個特征包括第一特征。然后可以提供至少一個基準(zhǔn)幾何特性，該至少一個基準(zhǔn)幾何特性單獨地描述第一特征的幾何特性。在這樣一個例子中，第一基準(zhǔn)幾何特性可以方便地描述第一特征的尺寸(例如，半徑)、形狀、直度、平度、圓度及圓柱度的至少一個。例如，第一基準(zhǔn)幾何特性可以描述形式為孔的第一特征的半徑。第一零件可以包括多個特征。方便地，第一零件的一個或多個特征可以包括至少第一特征和第二特征。在這樣一個例子中，第一基準(zhǔn)幾何特性可以描述第一特征和第二特征之間的關(guān)系。有利地，第一基準(zhǔn)幾何特性可以包括第一特征相對于第二特征的平行度、垂直度、傾斜度、位置、同心度、同軸度、對稱度、圓形跳動或總跳動的至少一個。應(yīng)該注意，第一零件也可以包括一個或多個其它特征或幾何特性，該一個或多個其它特征或幾何特性可以或者可以不在所述方法期間被測量。第一零件優(yōu)選地包括加工零件。第一零件可以通過金屬切削、模壓、鑄造、鍛造、蝕刻等等而形成。第一零件可以包括金屬、合金、復(fù)合材料、塑料等等。作為例子，第一零件可以包括發(fā)動機氣缸體。優(yōu)選地是，第一零件的特征的第一基準(zhǔn)/測量幾何特性與該零件的關(guān)鍵制造參數(shù)相關(guān)。換句話說，本發(fā)明的方法優(yōu)選地用來檢查加工零件是否已經(jīng)制造得在希望公差內(nèi)?？捎脕矶x公差的幾何特性的例子在英國標(biāo)準(zhǔn)308 (ISBNO 580 33204 7)中概述，該英國標(biāo)準(zhǔn)308的內(nèi)容通過參考的方式包括在本文。在步驟(iii)中確定的第一特性校正值可以包括在測量幾何特性與關(guān)聯(lián)(名義或測量)基準(zhǔn)幾何特性之間的標(biāo)量差。有利地，第一特性校正值包括在測量幾何特性與關(guān)聯(lián)基準(zhǔn)幾何特性之間的向量差。換句話說，優(yōu)選的是，第一特性校正值既包括幅度又包括方向。例如，特性校正值可以包括半徑誤差的幅度(例如，按SI或任意單位)加上該半徑誤差的方向(例如，測量半徑是小于還是大于名義半徑)。所述方法可以只使用第一零件的第一基準(zhǔn)幾何特性。有利地，與第一零件的一個或多個特征相關(guān)聯(lián)的至少一個附加基準(zhǔn)幾何特性是已知的。每個附加基準(zhǔn)幾何特性可以涉及第一零件的相同或不同的特征。因此所述方法的步驟(ii)也可以包括確定至少一個附加測量幾何特性，該至少一個附加測量幾何特性與至少一個附加基準(zhǔn)幾何特性相對應(yīng)。每個附加測量幾何特性可以由測量點計算(該測量點也用來確定第一測量幾何特性)，和/或由使用坐標(biāo)定位設(shè)備取得的第一零件的附加測量計算。在這樣一個實施例中，步驟(iii)可以有利地包括:確定至少一個附加特性校正值，該至少一個附加特性校正值描述在每個附加基準(zhǔn)幾何特性與關(guān)聯(lián)的附加測量幾何特性之間的差別。步驟(iv)然后可以包括:使用坐標(biāo)定位設(shè)備也測量在名義相同零件系列中的一個或多個另外零件，并且對于每個另外零件，確定測量幾何特性，該測量幾何特性與每個附加基準(zhǔn)幾何特性相對應(yīng)。在步驟(V)中，可以將合適的附加特性校正值應(yīng)用于另外零件的每一個的每個測量幾何特性。本發(fā)明的方法可以在任何類型的坐標(biāo)定位設(shè)備上實施。該坐標(biāo)定位設(shè)備可以包括坐標(biāo)測量機或機床，該坐標(biāo)測量機專用于測量，該機床既可用于測量，也可用于機加工操作。優(yōu)選地，坐標(biāo)定位設(shè)備包括并行運動坐標(biāo)定位設(shè)備。并行坐標(biāo)定位設(shè)備可以包括基礎(chǔ)平臺，該基礎(chǔ)平臺由多個可延伸支柱連接到可動平臺上。處于平行的支柱的延伸產(chǎn)生可動平臺的要求運動(例如，在x、y及z方向上)。這應(yīng)該與傳統(tǒng)串行或橋型坐標(biāo)定位設(shè)備相反，在該傳統(tǒng)串行或 橋型坐標(biāo)定位設(shè)備中，沿多個(例如，三個)相互正交直線軸的直線運動通過串行安裝直線滑塊而實現(xiàn)。該方法當(dāng)應(yīng)用于并行運動坐標(biāo)定位設(shè)備時，特別有利，因為用這樣的設(shè)備取得的測量是可重復(fù)的，但設(shè)備難以準(zhǔn)確地誤差映像。本發(fā)明因而也克服了對于設(shè)備的測量體積的準(zhǔn)確初始誤差映像的需要，并且代之以使用至少一個特性校正值，以校正一系列零件的測量幾何特性。坐標(biāo)定位設(shè)備可以包括任何已知類型的測量探針。測量探針可以是非接觸(例如，光學(xué)、電感、電容等等)式探針。有利地，坐標(biāo)定位設(shè)備的測量探針包括接觸式測量探針，該接觸式測量探針具有可撓曲觸針。所述方法的步驟(ii)然后可以便利地包括:移動測量探針，從而可撓曲觸針的末端接觸零件表面上的多個點。接觸式測量探針可以是觸及觸發(fā)探針，該觸及觸發(fā)探針在觸針撓曲時發(fā)出觸發(fā)信號。有利地，接觸式測量探針是掃描或模擬測量探針，該掃描或模擬測量探針在其局部坐標(biāo)系中提供觸針撓曲的測量。優(yōu)選地，測量探針是SP25探針，該SP25探針由位于英國格洛斯特郡Wotton-unde r-edge的瑞尼斯豪公司所制造。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，坐標(biāo)定位設(shè)備包括測量探針和控制器，其中，控制器編程為對于在一系列名義相同零件中的第一零件實施誤差校正技術(shù)，該第一零件具有一個或多個特征，其中，控制器存儲至少第一基準(zhǔn)幾何特性，該至少第一基準(zhǔn)幾何特性與第一零件的一個或多個特征相關(guān)聯(lián)，由控制器實施的誤差校正技術(shù)包括以下步驟:使用測量探針測量第一零件的一個或多個特征，并且由此計算第一零件的第一測量幾何特性，第一測量幾何特性與第一基準(zhǔn)幾何特性相對應(yīng)，和將第一基準(zhǔn)幾何特性與第一測量幾何特性相比較，并且計算第一特性校正值，其中，控制器存儲第一特性校正值，該第一特性校正值用來校正一個或多個另外零件的測量幾何特性，該一個或多個另外零件在名義上與第一零件相同。這里也描述的是一種用來確定坐標(biāo)定位設(shè)備的測量誤差的方法，該坐標(biāo)定位設(shè)備包括測量探針，該方法包括以下步驟:(i)在一系列零件中取得第一零件，該第一零件具有一個或多個特征，其中，與一個或多個特征相關(guān)聯(lián)的至少一個基準(zhǔn)幾何特性是已知的；(ii)使用坐標(biāo)定位設(shè)備來測量在第一零件的一個或多個特征的每一個的表面上的多個點的位置，并且由此確定第一零件的至少一個測量幾何特性，其中，至少一個測量幾何特性與至少一個基準(zhǔn)幾何特性相對應(yīng)；以及(iii)將步驟(i )的至少一個基準(zhǔn)幾何特性與步驟(ii )的至少一個測量幾何特性相比較，并由此得到至少一個特性校正值。這里也呈現(xiàn)一種用于坐標(biāo)定位設(shè)備的誤差校正的方法，該方法包括以下步驟:(a)取得至少一個特性校正值，對于第一零件按上述方式已經(jīng)計算該至少一個特性校正值，其中，第一零件包括一個或多個特征，并且一個或多個特征的至少一個基準(zhǔn)幾何特性是已知的，(b)使用坐標(biāo)定位設(shè)備來測量在第二零件的一個或多個特征的每一個的表面上的多個點的位置，該第二零件在名義上與第一零件相同，并且由此確定第二零件的至少一個測量幾何特性，該至少一個測量幾何特性與至少一個基準(zhǔn)幾何特性相對應(yīng)，以及(C)使用步驟(a)的至少一個 特性校正值,校正在步驟(b)中測量的至少一個測量幾何特性，由此為第二零件提供至少一個誤差校正測量幾何特性。
也描述坐標(biāo)定位設(shè)備，該坐標(biāo)定位設(shè)備包括測量探針，并且提供控制器，其中，控制器編程為對于在一系列名義相同零件中的零件實施誤差校正技術(shù)，該零件具有一個或多個特征，其中，控制器存儲至少一個基準(zhǔn)幾何特性，該至少一個基準(zhǔn)幾何特性與零件的一個或多個特征相關(guān)聯(lián)，由控制器實施的誤差校正技術(shù)包括步驟:使用測量探針來測量在零件的一個或多個特征的每一個的表面上的多個點的位置，并且由此計算零件的至少一個測量幾何特性，所述至少一個測量幾何特性與至少一個基準(zhǔn)幾何特性相對應(yīng)，以及將至少一個基準(zhǔn)幾何特性與至少一個測量幾何特性相比較，并且計算至少一個特性校正值。有利地，控制器存儲至少一個特性校正值，用來校正一個或多個另外零件的測量幾何特性，該一個或多個另外零件在名義上與第一零件相同。


現(xiàn)在參照附圖，僅作為例子將描述本發(fā)明，在附圖中:圖1表明本發(fā)明的坐標(biāo)定位設(shè)備的實施例，圖2更詳細地顯示圖1的設(shè)備的并行定位機構(gòu)，

圖3a和3b顯示待測量零件的例子，該零件包括多個特征，并且表明這些特征的幾何特性，圖4表明串行(基準(zhǔn))坐標(biāo)測量機，以及圖5a_5c表明在圖中如何代表各種幾何特性，這些幾何特性符合BS308。
具體實施例方式參照圖1，表示一種并行坐標(biāo)定位設(shè)備，該并行坐標(biāo)定位設(shè)備按照本發(fā)明是可操作的。該設(shè)備包括底座2，該底座2由多根支撐支柱6固定到上部或基礎(chǔ)平臺4上。支撐支柱6是足夠剛性的，以保證將基礎(chǔ)平臺4相對于底座2保持在固定位置中?；A(chǔ)平臺4也由約束并行定位機構(gòu)10附接到可動平臺8上。為了清楚，從圖1中省略涉及并行定位機構(gòu)10的細節(jié)，并且機構(gòu)詳細地表示在圖2中?；A(chǔ)平臺4、可動平臺8及并行定位機構(gòu)10因而形成約束并行定位機，該約束并行定位機控制可動平臺8沿三根軸線(X、Y、Z)的平移運動?？蓜悠脚_8攜帶測量探針18，該測量探針18具有可撓曲觸針20。待由測量探針18測量的零件24也表示成放置在設(shè)備的底座2上。提供計算機控制器22，該計算機控制器22用來控制設(shè)備的操作，特別是用來控制可動平臺8的運動，并且用來從測量探針18接收測量數(shù)據(jù)。測量探針18可以是SP25探針，該SP25探針由位于英國格洛斯特郡ffotton-under-edge的瑞尼斯豪公司所銷售。SP25測量探針是所謂的掃描探針或模擬探針，該掃描探針或模擬探針在其局部坐標(biāo)系中輸出觸針末端撓曲的測量。探針18被移動(即，通過可動平臺8的運動)，從而觸針末端跟蹤在零件24的表面上的路徑。控制器22接收來自測量探針18的觸針末端撓曲數(shù)據(jù)以及與測量探針的位置相關(guān)的來自并行坐標(biāo)定位設(shè)備的數(shù)據(jù)。這些被組合以便能夠在機器坐標(biāo)系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)在零件的表面上的多個點的位置(即，相對于機器的固定點或原點)。盡管本例子表示模擬測量探針，但也可能的是，使用所謂的觸及觸發(fā)探針取得測量，該觸及觸發(fā)探針每當(dāng)觸針撓曲時輸出觸發(fā)信號。如果使用這樣一種觸及觸發(fā)探針，則將觸針驅(qū)動成與零件表面上的多個點相接觸。當(dāng)發(fā)出觸發(fā)信號時與測量探針的位置相關(guān)的數(shù)據(jù)可用來建立表面接觸點的位置。也應(yīng)該注意，盡管測量探針18是接觸式探針，但也可能的是，代之以使用非接觸(例如，光學(xué)、電感、電容等等)式測量探針。參照圖2，現(xiàn)在將更詳細地描述在圖1的設(shè)備中使用的約束并行定位機構(gòu)，注意到與圖1的視圖相比，在圖2中給出的約束并行定位機構(gòu)的圖示是顛倒的(即，上下顛倒)。約束并行定位機構(gòu)包括基礎(chǔ)平臺4，該基礎(chǔ)平臺4由多根支柱安裝到可動平臺或工作臺8上。具體地說，基礎(chǔ)平臺4和可動平臺8由三根動力伸縮支柱40連接，這三根動力伸縮支柱40的端部由樞軸接頭連接到相應(yīng)平臺上。每根動力伸縮支柱40具有:馬達42，以增大或減小其長度；和位置編碼器(包含在馬達殼體內(nèi)，并因此在圖2中不可見)，以測量其長度。也提供三個抗轉(zhuǎn)動裝置44，以約束在基礎(chǔ)平臺4與可動平臺8之間的三個轉(zhuǎn)動自由度；應(yīng)該注意，抗轉(zhuǎn)動裝置是無源的，并且不包括馬達或其它類型的執(zhí)行器。機器的動力伸縮支柱40的延伸因而僅提供在基礎(chǔ)平臺4與可動平臺8之間的平移(非轉(zhuǎn)動)運動。換句話說，可動平臺8在空間中可相對于固定基礎(chǔ)平臺4平移，并且這樣的平移可以用沿X、Y及Z軸的運動來描述。因此圖1所示的控制器22致動各個馬達，這些馬達使動力伸縮支柱40延伸和收縮，以使測量探針18運動，并且控制器22也從位置編碼器接收與支柱延伸相關(guān)的反饋，由該反饋可確定可動平臺的以及因此測量探針的位置。現(xiàn)在也參照圖3a和3b，更詳細地表示在上述并行坐標(biāo)定位設(shè)備的底座2上放置的零件24。具體地說，圖3a表示零件24的剖開側(cè)視圖，圖3b表示零件24的頂部的視圖?？煽吹搅慵?4包括大體圓柱形孔50，該大體圓柱形孔50具有中心軸線52，該中心軸線52在x-z平面中相對于基準(zhǔn)面54傾斜角度0。因而可認為零件24包括第一特征(孔50)和第二特征(基準(zhǔn) 面54)。零件24也具有與第一和第二特征相關(guān)聯(lián)的特定的幾何特性。例如，零件24的一個或多個幾何特性可以包括孔的半徑r、孔的中心軸線相對于基準(zhǔn)面傾斜的角度0、或在孔中心與基準(zhǔn)面之間的間隔“a”。因而可看到，與第一和第二特征相關(guān)聯(lián)的幾何特性可以包括單個特征或多個特征的幾何特性；應(yīng)該注意，在機器坐標(biāo)系統(tǒng)中測量的在零件表面上的單個點的位置，不是該零件的幾何特性。在本發(fā)明的方法的第一步驟中，將零件24放置在并行坐標(biāo)定位設(shè)備的底座2上，該并行坐標(biāo)定位設(shè)備以上參照圖1和2描述。在這個例子中，所述一個或多個基準(zhǔn)幾何特性包括圓柱孔的名義半徑r、和孔的中心線軸線相對于基準(zhǔn)面的名義傾斜角0。這些基準(zhǔn)幾何特性可以在以前已經(jīng)測量(例如，使用下面更詳細描述的校準(zhǔn)CMM)，或者可以從用于零件24的設(shè)計數(shù)據(jù)(例如，CAD/CAM數(shù)據(jù))導(dǎo)出?！⒘慵?4放置在并行坐標(biāo)定位設(shè)備上，就使測量探針18沿路徑運動，該路徑允許掃描零件24的表面。掃描路徑允許收集在零件24的表面上(特別是在第一和第二特征50和54的區(qū)域中)的多個點的位置，由該位置可求出零件24的一個或多個測量幾何特性。例如，可以收集在孔的內(nèi)表面上的多個測量點，由此允許使用數(shù)值(例如，最小平方和)擬合過程確定孔的半徑r。在機器坐標(biāo)系中使用這樣的擬合過程也可以確定孔的中心軸線。在基準(zhǔn)面上獲得的多重測量然后也可以用來求出在機器坐標(biāo)中基準(zhǔn)面的位置。然后可以確定中心孔軸線相對于基準(zhǔn)面的傾斜角0。一旦已經(jīng)求出測量幾何特性，就將它們與關(guān)聯(lián)基準(zhǔn)幾何特性相比較，并且確定特性校正值。例如，可以將基準(zhǔn)孔半徑與測量孔半徑相比較，并且確定孔半徑校正值。類似地，可以比較傾斜角e的基準(zhǔn)和測量值(即，在孔軸線與基準(zhǔn)面之間的傾斜度)，以建立傾斜角校正值。因而可看到使用這種方法確定的特性校正值，以允許使用并行坐標(biāo)定位設(shè)備測量的幾何特性被映像或校正，以與關(guān)聯(lián)基準(zhǔn)幾何特性相符。這避免了誤差映像并行坐標(biāo)定位設(shè)備的需要-這種需要實際上難以實現(xiàn)，但仍然允許使用設(shè)備來確定精確的幾何特性。確定特性校正值的上述方法優(yōu)選地在一系列名義相同零件的第一零件上進行。特性校正值然后可用來校正測量的幾何特性，所述測量的幾何特性由使用坐標(biāo)定位設(shè)備對于另外零件取得的測量而確定，這些另外零件名義上與第一零件相同。換句話說，對于在待被測量的一系列相同零件中的第一零件，使用坐標(biāo)定位設(shè)備可以確定特性校正值，并且這樣的特性校正值用來校正在所述系列中的其它零件的以后測量幾何特性。在所述系列中的另外零件的測量優(yōu)選地發(fā)生在并行坐標(biāo)定位機器的類似區(qū)域中，但本發(fā)明消除了進行測量的逐點校正的需要，這些測量由并行坐標(biāo)定位設(shè)備獲得。代之以，由在零件的表面上測量的多個點求出測量幾何特性，校正所述測量幾何特性(例如，在本例中的半徑r和傾斜角0 )。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)該過程比逐點校正實施簡單，同時也提供了校正到必要精度的測量。參照圖4,表示串行坐標(biāo)測量機102,該串行坐標(biāo)測量機102用來測量零件的基準(zhǔn)幾何特性。CMM 102包括基座或臺架104和門架106，在該基座或臺架104上可放置物體(例如，諸如上述零件24之類的零件)，該門架106相對于基座104沿X和y方向是可運動的。門架106包括主軸108，該主軸108相對于門架106沿z方向是可運動的。位置編碼器提供在CMM 102的每個軸線上，以測量主軸在x、y及z方向上的位置?？煽吹?，CMM運動的三個(x、y、z)軸線按串行方式建立。主軸108攜帶分度探頭110，如瑞尼斯豪的PH 10機動探頭。CMM 102可以當(dāng)作基準(zhǔn)測量機。分度探頭110包 括基座附接部分和探針附接部分，該基座附接部分附接到主軸108上，該探針附接部分攜帶掃描探針112，該掃描探針112具有可撓曲觸針114。掃描探針112 (它可以包括瑞尼斯豪SP25探針)包括內(nèi)部傳感器，所述內(nèi)部傳感器測量觸針114遠離所謂中性或靜止位置的任何撓曲。觸針114的任何撓曲因而由掃描探針112在其局部(探針)坐標(biāo)(a，b，c)系中測量。為了改進掃描復(fù)雜物體的能力，分度探頭110允許掃描探針112相對于主軸圍繞正交軸線Al和A2轉(zhuǎn)動并且鎖定在多個分度位置的任一個中。在瑞尼斯豪的PHlO探頭的情況下，探針可以分度到720個不同分度位置的任一個中?？刂破?16控制CMM的操作。串行CMM 102按已知方式校準(zhǔn)，例如使用可跟蹤校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)。CMM也優(yōu)選地布置在清潔、溫度受控環(huán)境中，以使測量精度最大化。這允許在物體的表面上的點在機器坐標(biāo)系中以高測量精度級被測量。本發(fā)明因而可以包括以下步驟:使用串行CMM 102來測量在零件(如以上參照圖1至3描述的零件24)的表面上的多個點。然后可抽取零件的一個或多個基準(zhǔn)幾何特性(例如，半徑!■和傾斜角0 )。將這些測量基準(zhǔn)幾何值看作基準(zhǔn)(真實)值，并且使用上述并行CMM測量這些相同的幾何特性。在圖3a和3b中顯示的幾何特性的例子僅僅是說明性的。圖5a_5c (它們按照BS308:Part3:1990畫出)表明零件的另外例子，這些零件每個包括多個特征，并且在這些零件中可定義至少一個幾何特性，該至少一個幾何特性描述在多個特征之間的關(guān)系。圖5a表示作為幾何特性的例子的傾斜度。在圖中表示的傾斜表面定義為相對于基準(zhǔn)面A具有60°的傾斜度。該圖也規(guī)定這種傾斜度如何應(yīng)該在0.1°的公差內(nèi)實現(xiàn)。圖5b表示作為幾何特性的例子的相對位置。該圖表示標(biāo)識孔的中心如何必須布置成離基準(zhǔn)表面A為30mm，并且離基準(zhǔn)表面B為60mm。該圖也規(guī)定這些距離如何應(yīng)該精確到0.1mm內(nèi)。圖5c表示作為幾何特性的例子的平行度。該圖表示孔的壁如何應(yīng)該平行于基準(zhǔn)表面A到0.1°內(nèi)。圖5a至5c僅僅是幾何特性和公差典型地在設(shè)計文件等中如何圖形表示的少量例子。這樣的幾何特性的多個另外例子在以上提到的BS308文件的第三部分的第一節(jié)中描述，并且這樣的例子通過參考由此包括在這里。也應(yīng)該記住，以上實施例僅僅是本發(fā)明的例子。具體地說，重要的是要注意，本發(fā)明的方法可用來校正串行坐標(biāo)定位設(shè)備，而不僅僅是校正以上所描述的并行坐標(biāo)定位設(shè)備。此外，零件的基準(zhǔn)幾何特性可按多種不同方式確定。盡管為得到零件的測量基準(zhǔn)幾何特性而使用基準(zhǔn)(例如，校準(zhǔn))CMM是有利的，但它決不是可將零件的要求基準(zhǔn)幾何特性求到高精度級的唯一方式。例如從設(shè)計數(shù)據(jù)也可導(dǎo)出零件的一個或多個特征的數(shù)值基準(zhǔn)幾何特性。也可能的是，導(dǎo)出在多個不同導(dǎo)出幾何特性之間的特性校正值。例如，除獲得特性校正值(該特性校正值描述由串行(基準(zhǔn))坐標(biāo)定位設(shè)備和并行坐標(biāo)定位設(shè)備所測量的幾何特性之間的差別)之外，也可能得到以下特性校正值，該特性校正值描述由串行(基準(zhǔn))坐標(biāo)定位設(shè)備所測量的幾何特性與關(guān)聯(lián)名義幾何特性之間的差別。按這種方式，由并行坐標(biāo)定位設(shè)備所測量的幾何特性可以被校正 以便允許與使用串行(基準(zhǔn))坐標(biāo)定位設(shè)備獲得的測量基準(zhǔn)幾何特性相比較，并且進一步被校正，用于與從設(shè)計數(shù)據(jù)導(dǎo)出的名義基準(zhǔn)幾何特性相比較。
權(quán)利要求
1.一種操作坐標(biāo)定位設(shè)備的方法，該坐標(biāo)定位設(shè)備具有測量探針，所述方法按任何適當(dāng)順序包括如下步驟: (i)在一系列名義相同零件中取得第一零件，與第一零件的一個或多個特征相關(guān)聯(lián)的至少第一基準(zhǔn)幾何特性是已知的， (ii)使用坐標(biāo)定位設(shè)備來測量第一零件的所述一個或多個特征，并且由此確定第一測量幾何特性，該第一測量幾何特性與第一基準(zhǔn)幾何特性相對應(yīng)， (iii)確定第一特性校正值，該第一特性校正值描述第一基準(zhǔn)幾何特性與第一測量幾何特性之間的差別， (iv)使用坐標(biāo)定位設(shè)備來測量在一系列名義相同零件中的一個或多個另外零件的一個或多個特征，并且對于每個另外零件，確定另外的測量幾何特性，該另外的測量幾何特性與第一基準(zhǔn)幾何特性相對應(yīng)，以及 (V )將第一特性校正值應(yīng)用于每個另外的測量幾何特性。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，第一零件的一個或多個特征包括至少第一特征和第二特征，其中，第一基準(zhǔn)幾何特性描述在第一特征和第二特征之間的關(guān)系。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，第一基準(zhǔn)幾何特性包括第一特征相對于第二特征的平行度、垂直度、傾斜度、位置、同心度、同軸度、對稱度、圓形跳動或總跳動的至少一個。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，第一零件的一個或多個特征包括第一特征，并且第一基準(zhǔn)幾何特性單獨地描述第一特征的幾何特性。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，第一基準(zhǔn)幾何特性描述第一特征的尺寸、形狀、直度、平度、圓度及圓柱度的·至少一個。
6.根據(jù)任一以上權(quán)利要求所述的方法，其中，第一基準(zhǔn)幾何特性包括名義幾何特性，該名義幾何特性從設(shè)計數(shù)據(jù)導(dǎo)出，該設(shè)計數(shù)據(jù)與第一零件相關(guān)聯(lián)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至5任一項所述的方法，其中，步驟(i)包括步驟:使用基準(zhǔn)坐標(biāo)定位設(shè)備來測量第一零件，其中，第一基準(zhǔn)幾何特性包括測量基準(zhǔn)幾何特性，該測量基準(zhǔn)幾何特性從使用基準(zhǔn)坐標(biāo)定位設(shè)備取得的第一零件的測量獲得。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，基準(zhǔn)坐標(biāo)定位設(shè)備包括預(yù)校準(zhǔn)、橋型坐標(biāo)測量機。
9.根據(jù)任一以上權(quán)利要求所述的方法，其中，步驟(ii)包括:使用坐標(biāo)定位設(shè)備來測量在第一零件的一個或多個特征的每一個的表面上的多個點的位置。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，步驟(ii)包括:將由坐標(biāo)定位設(shè)備測量的多個點擬合成一函數(shù)，以建立第一測量幾何特性。
11.根據(jù)任一以上權(quán)利要求所述的方法，其中，在步驟(iii)中確定的第一特性校正值包括在第一測量幾何特性與第一基準(zhǔn)幾何特性之間的向量差。
12.根據(jù)任一以上權(quán)利要求所述的方法，其中，坐標(biāo)定位設(shè)備包括并行運動坐標(biāo)定位設(shè)備。
13.根據(jù)任一以上權(quán)利要求所述的方法，其中，與第一零件的一個或多個特征相關(guān)聯(lián)的至少一個附加基準(zhǔn)幾何特性是已知的。
14.根據(jù)任一以上權(quán)利要求所述的方法，其中，坐標(biāo)定位設(shè)備的測量探針包括接觸式測量探針，該接觸式測量探針具有可撓曲觸針。
15.一種坐標(biāo)定位設(shè)備，其包括測量探針和控制器，其中，控制器編程為對于在一系列名義相同零件中的第一零件實施誤差校正技術(shù)，該第一零件具有一個或多個特征，其中，控制器存儲至少第一基準(zhǔn)幾何特性，該至少第一基準(zhǔn)幾何特性與第一零件的所述一個或多個特征相關(guān)聯(lián)，由控制器實施的誤差校正技術(shù)包括步驟: 使用測量探針來測量第一零件的一個或多個特征，并且由此計算第一零件的第一測量幾何特性，第一測量幾何特性與第一基準(zhǔn)幾何特性相對應(yīng)，和 將第一基準(zhǔn)幾何特性與第一測量幾何特性相比較，并且計算第一特性校正值， 其中，控制器存儲第一特性校正值， 該第一特性校正值用來校正一個或多個另外零件的測量幾何特性，該一個或多個另外零件在名義上與第一零件相同。
全文摘要
描述了一種操作坐標(biāo)定位設(shè)備的方法，該坐標(biāo)定位設(shè)備具有測量探針(18)。該方法包括步驟在一系列名義相同零件中取得第一零件(24)，與第一零件(24)的一個或多個特征相關(guān)聯(lián)的至少第一基準(zhǔn)幾何特性是已知的。也進行步驟使用坐標(biāo)定位設(shè)備測量第一零件(24)的一個或多個特征，并且由此確定第一測量幾何特性，該第一測量幾何特性與第一基準(zhǔn)幾何特性相對應(yīng)。然后確定第一特性校正值，該第一特性校正值描述在第一基準(zhǔn)幾何特性與第一測量幾何特性之間的差別。然后使用坐標(biāo)定位設(shè)備測量在一系列名義相同零件中的一個或多個另外零件的一個或多個特征，并且對于每個另外零件，確定另外的測量幾何特性，該另外的測量幾何特性與第一基準(zhǔn)幾何特性相對應(yīng)。然后將第一特性校正值應(yīng)用于每個另外的測量幾何特性。也描述了一種對應(yīng)坐標(biāo)定位設(shè)備。
文檔編號G01B21/04GK103250025SQ201180011742
公開日2013年8月14日 申請日期2011年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月1日
發(fā)明者凱維恩·巴里·喬納斯 申請人:瑞尼斯豪公司