專利名稱：尺寸測量柱和輸入指令來轉(zhuǎn)換測量柱的測量模式的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及尺寸測量柱，特別是單垂直軸尺寸測量柱和輸入指令來轉(zhuǎn)換測量柱的測量模式的方法。
一般的測量柱有高度通常在50厘米和2米之間的殼體10并允許對(duì)探針頭12的垂直位置以幾個(gè)微米或小于幾個(gè)微米的精度進(jìn)行測量。待測工件3靠近測量柱1放置。探針頭作垂直移動(dòng)以便?？吭诖郎y工件的垂直坐標(biāo)需要測量的部位。測量柱1可以固定在有助于水平移動(dòng)的氣墊支承板14上。這種測量柱可參考專利文件US4287612和US38-95356所作的介紹。這種測量柱已經(jīng)進(jìn)一步被本發(fā)明人以注冊(cè)商標(biāo)’MICRO-HITE’和TESA-HITE實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化。
目前的測量柱通常設(shè)置了可根據(jù)不同的模式來進(jìn)行測量的測量和顯示系統(tǒng)2，例如，顯示一點(diǎn)的絕對(duì)高度或兩個(gè)連續(xù)的測量點(diǎn)的差。測量系統(tǒng)的控制鍵21允許測量模式進(jìn)行轉(zhuǎn)換。有用的測量模式的不同示例在上述的專利US3895356進(jìn)行了介紹。
還知道測量柱可以測量孔的內(nèi)徑或待測桿件外徑。對(duì)此必需連續(xù)測量兩個(gè)返回點(diǎn)，即，孔或桿的最低點(diǎn)和最高點(diǎn)，以及計(jì)算這兩個(gè)極端點(diǎn)的高度差。
利用單軸測量柱來測定孔或桿的極端點(diǎn)存在著不同的系統(tǒng)和方法。例如，有些裝置允許探針頭沿與這張紙面垂直的X軸水平滑動(dòng)。通過在Z軸施加垂直壓力，探針頭12到達(dá)并?？吭诳椎淖畹忘c(diǎn)，接著是最高點(diǎn)。在這兩個(gè)點(diǎn)完成測量并計(jì)算差值來決定直徑和/或孔的中心。但是這些機(jī)械裝置價(jià)格昂貴并對(duì)測量系統(tǒng)的整體精度產(chǎn)生影響。另外待測孔的尺寸受到探針頭的水平移動(dòng)的最大幅度的限制。最后，這些裝置難以適應(yīng)測量外徑，如測量桿的直徑。
這種系統(tǒng)還能夠自動(dòng)確定孔或桿的返回點(diǎn)(極端點(diǎn))。要進(jìn)行這項(xiàng)工作，必須輸入測量和顯示系統(tǒng)2一個(gè)指令使系統(tǒng)轉(zhuǎn)換到返回點(diǎn)搜索模式。該指令一般是通過選擇設(shè)置在控制屏或接近探針頭12的曲柄(未示出)上的控制按紐21來輸入。待測工件3或測量柱1然后作水平移動(dòng)并保持探針頭和工件之間的作用力，以便掃描極端點(diǎn)附近的區(qū)域并至少一次越過返回點(diǎn)。極端點(diǎn)計(jì)算的算法確定返回點(diǎn)的垂直坐標(biāo)，聽覺和/或光學(xué)信號(hào)對(duì)計(jì)算出的點(diǎn)的垂直坐標(biāo)進(jìn)行確定。然后必須取消自動(dòng)返回點(diǎn)搜索模式的選擇，接著移動(dòng)探針頭進(jìn)行新的測量，例如，確定其它孔或桿的極端點(diǎn)位置以便計(jì)算其直徑。
這些系統(tǒng)不能很方便地得到管理操作的重要數(shù)字，這使裝置的使用不是很直觀。另外，必須讓待測工件3或用于控制探針頭的垂直位置的曲柄13移走以便轉(zhuǎn)換到返回點(diǎn)搜索模式。另外設(shè)置其功能只是轉(zhuǎn)換測量模式的控制按紐21增加了裝置的成本。
根據(jù)本發(fā)明，這些目標(biāo)通過具有對(duì)應(yīng)的獨(dú)立權(quán)利要求中的特征和在附屬權(quán)利要求中介紹的優(yōu)選實(shí)施例的變化的一種方法和一種測量柱得以實(shí)現(xiàn)。
特別地，這些目的通過一種使轉(zhuǎn)換測量模式的指令輸入到尺寸測量柱的方法得以實(shí)現(xiàn)，其中模式轉(zhuǎn)換指令只是利用探針頭的位置進(jìn)行輸入。
這種方法具有利用特定方式的探針頭的位置來進(jìn)行模式轉(zhuǎn)換的優(yōu)點(diǎn)，這種特定方式不同于用于測量一個(gè)位置的方式并允許模式轉(zhuǎn)換可以顯示，因此不必要為了轉(zhuǎn)換測量模式使待測工件3或高度控制曲軸3移走，另外不需要額外的按紐。
測量模式的轉(zhuǎn)換最好通過預(yù)先制定的控制探針頭位置的精確裝置管理操作來輸入并通過聲音和/或視覺信號(hào)來確定。這樣可以避免系統(tǒng)本能地或違背使用者的愿望地轉(zhuǎn)換測量模式的危險(xiǎn)。
本發(fā)明根據(jù)對(duì)測量柱的使用者的觀察，發(fā)現(xiàn)使用者的注意力集中在探針頭12的軌跡和各個(gè)位置。對(duì)使用者的測試顯示通過對(duì)位置或軌跡的作用而不是通過對(duì)測量柱的控制屏2的操作來輸入轉(zhuǎn)換測量模式指令更加快速和直觀。
根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施例，這些目標(biāo)進(jìn)一步通過在大于預(yù)定值的時(shí)間間隔將探針頭壓在待測工件上來輸入測量模式轉(zhuǎn)換的指令的方法得以實(shí)現(xiàn)。
這些特征具有非?？焖俸椭庇^的模式轉(zhuǎn)變的優(yōu)點(diǎn)一旦探針頭壓在工件上的時(shí)間超過預(yù)定的門檻值，測量和顯示系統(tǒng)就轉(zhuǎn)換測量模式。該轉(zhuǎn)換可以通過聲音和/或視覺信號(hào)來確定。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選的特征，測量柱可以測量將探針頭壓在待測工件上的壓力。轉(zhuǎn)換測量模式的指令最好也是通過該壓力的作用來輸入，例如，通過在預(yù)定的時(shí)間間隔內(nèi)保持壓力恒定。
測量模式的轉(zhuǎn)換最好通過用于控制探針頭的位置的預(yù)先制定的裝置管理操作來輸入，并通過聲音和/或視覺信號(hào)進(jìn)行確定。這樣就保證了可以防止系統(tǒng)自發(fā)地或違背使用者意愿地轉(zhuǎn)換測量模式的危險(xiǎn)。
顯示器20的上部2000可以顯示測量值，在這個(gè)示例中是通過7位數(shù)字2000來顯示的。此值可以根據(jù)選擇的測量模式對(duì)應(yīng)探針頭的絕對(duì)垂直位置，可以對(duì)應(yīng)兩個(gè)位置的差值，對(duì)應(yīng)直徑等。從下面可以進(jìn)一步看到顯示器20的這個(gè)2000部分在本發(fā)明的框架范圍內(nèi)用作條線圖來表示探針頭壓在待測工件上的壓力。標(biāo)志2001表示目前測量有一個(gè)還是兩個(gè)探針頭來測量直徑。標(biāo)志2002表示是否希望顯示最后兩個(gè)探針頭之間的差值或是平均值，例如選擇顯示孔的中心或直徑。
顯示器的下部201通過標(biāo)志2010來顯示程序化的功能鍵210的目前的功能。三角形符號(hào)2011可以表示增量或變量的移動(dòng)方向或選擇的菜單。
控制屏2還包括控制按鈕21，其包括程序化的功能鍵210和具有預(yù)定功能的鍵211，例如開關(guān)鍵及打印鍵等。
測量和顯示系統(tǒng)2可以根據(jù)多個(gè)顯著差別的測量模式來工作，測量模式可通過鍵210-211或根據(jù)本發(fā)明的探針頭12的移動(dòng)來選擇?？梢缘玫降臏y量模式包括不需要考慮探針常數(shù)的坐標(biāo)測量，因此允許單一方向(朝頂部或底部)的測量，如測量帶臺(tái)階的工件。
內(nèi)或外直徑的測量，并可以搜索返回點(diǎn)。
測量并可以連續(xù)顯示探針頭的位置。
測量與直線垂直的偏差。
沿不同軸的測量。
其它。
可以理解本發(fā)明還可以用于任何形式的控制屏或程序化的終端。然而所提出具有顯示器和按鈕設(shè)置的控制屏已經(jīng)拓展了測量柱，使測量柱可以降低開發(fā)新測量柱的成本。另外使用者已經(jīng)習(xí)慣了這種類型的控制屏。另外還可以重新制定測量柱和測量顯示系統(tǒng)的程序以便使用本發(fā)明而無須進(jìn)行修正顯示器和控制按鈕。
參考圖3到8，現(xiàn)在介紹確定工件上的孔30的返回點(diǎn)應(yīng)遵循的步驟。在測量內(nèi)徑的示例中，所作介紹更具體地涉及到確定孔300的最低點(diǎn)(最小300)的示例。應(yīng)當(dāng)理解一致或類似的步驟可用于測定最高點(diǎn)(最大301)和測量桿的外徑時(shí)測定極端點(diǎn)。
在圖3，探針頭12可通過曲柄13的作用或移動(dòng)工件3或測量柱1與工件3的孔30的內(nèi)表面上任何點(diǎn)相接觸。測量和顯示系統(tǒng)的顯示器20即刻進(jìn)入條線圖模式利用數(shù)字2000顯示探針頭的壓力。壓力還可以通過控制曲柄13的扭矩來復(fù)制。
測量系統(tǒng)還可以檢測壓力的方向，并且在這個(gè)示例中在條線圖中以負(fù)值顯示。在一變化的實(shí)施例，還可以不顯示壓力而顯示探針頭12的位置或壓力外的其它量。
如果壓力很快釋放，探測點(diǎn)的測量就要考慮并要顯示在顯示器20上。相反如果探針頭12固定地保持在工件3上的位置，如圖5所示，測量和顯示系統(tǒng)在預(yù)定的時(shí)間后自動(dòng)轉(zhuǎn)換模式，如在0.5秒，并進(jìn)入返回點(diǎn)搜索模式。這種轉(zhuǎn)換最好通過聲響或顯示器20的變動(dòng)來指示。在圖6所示的示例中顯示的標(biāo)志2002表示希望確定孔中心的坐標(biāo)。
為了確定孔30的最低點(diǎn)300，待測工件3或測量柱1通過曲柄13控制工件和探針頭12之間的壓力然后可在水平方向移動(dòng)，以便掃描臨近極端點(diǎn)的區(qū)域并至少一次越過返回點(diǎn)300(見圖7)。圖8中的顯示器連續(xù)地顯示探針頭12和工件3之間的壓力。返回點(diǎn)的測量當(dāng)壓力超過預(yù)定的允許間隔和在顯示器20上概略地顯示時(shí)會(huì)被取消。在這種情況下，測量和顯示系統(tǒng)回復(fù)到最初的測量模式。
只要探針頭在預(yù)定間隔內(nèi)將壓力施加在待測工件上，測量柱就會(huì)保持返回點(diǎn)的搜索模式。測量和顯示系統(tǒng)將確定在這個(gè)模式下的探針頭的軌跡。極點(diǎn)計(jì)算的算法自動(dòng)地確定這個(gè)軌跡的最低點(diǎn)(返回點(diǎn)300)的坐標(biāo)。在兩個(gè)最接近的極值測量點(diǎn)可以進(jìn)行插值計(jì)算。一旦極端點(diǎn)值已經(jīng)出現(xiàn)就會(huì)發(fā)出聲響信號(hào)(嘟嘟聲)和/或光學(xué)信號(hào)2011。為了得到更精確的測量，還可能連續(xù)在圍繞返回點(diǎn)300的附近區(qū)域在相對(duì)的方向上掃描多次。這種情況下極端點(diǎn)的測量要重視。在使用者產(chǎn)生多個(gè)相對(duì)方向上連續(xù)的返回點(diǎn)而沒有釋放壓力時(shí)，測得的返回點(diǎn)只有多個(gè)返回點(diǎn)的垂直位置在預(yù)定的間隔內(nèi)才是有效的。
會(huì)發(fā)生沒有經(jīng)驗(yàn)或沒有注意的使用者沿孔的最低點(diǎn)的方向移動(dòng)探針頭，然后在沒有到達(dá)返回點(diǎn)300時(shí)就返回。在這種情況下，極端點(diǎn)將由返回點(diǎn)構(gòu)成，這將與孔的最低點(diǎn)300出現(xiàn)差距。為了避免不正確的測量，返回點(diǎn)的測量將最好僅在探針頭的軌跡的垂直位置的導(dǎo)數(shù)在極端點(diǎn)接近0時(shí)為有效。
一旦發(fā)現(xiàn)了極端點(diǎn)300，使用者可以通過釋放探針頭12與工件3分開來確認(rèn)該測量。測量和顯示系統(tǒng)2通過立刻脫離返回點(diǎn)搜索模式和顯示計(jì)算出的返回點(diǎn)坐標(biāo)對(duì)壓力的下降作出反應(yīng)。
為了測量孔30的直徑和/或中心的坐標(biāo)302，可以移動(dòng)探針頭12到孔的上部，重新開始相同的搜索模式來發(fā)現(xiàn)孔的上極端點(diǎn)301。測量和顯示系統(tǒng)可以設(shè)置程序既顯示孔的中心302(位置300和301的平均值)又顯示直徑(這兩個(gè)值的差)。在孔或工件的其它極端點(diǎn)不需要搜索即可發(fā)現(xiàn)，例如在半圓孔，的情況下還可以直接測量這個(gè)其它點(diǎn)的垂直坐標(biāo)，然后顯示兩個(gè)極端點(diǎn)的距離。還可以在同一測量中混合具有同一方向上的返回點(diǎn)的幾何圖形的兩次測量。
最好通過新設(shè)計(jì)的測量和顯示系統(tǒng)2來應(yīng)用本發(fā)明的方法，或通過新的測量和顯示系統(tǒng)的指令程序來應(yīng)用。因此可以商業(yè)化新測量柱，也可以是新的測量和顯示系統(tǒng)2，或以適當(dāng)?shù)挠?jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)承載體銷售的計(jì)算程序，例如可以設(shè)計(jì)裝入現(xiàn)存的測量系統(tǒng)的磁盤或光盤，EEPROM類型的的電子卡以及閃盤。
雖然上面的介紹主要涉及單垂直軸尺寸測量柱的特定情況，本發(fā)明也可以應(yīng)用于探針頭沿多個(gè)軸移動(dòng)的測量柱(坐標(biāo)測量系統(tǒng))。在這種情況下，模式轉(zhuǎn)換指令也可以通過移動(dòng)探針頭沿任何軸或可能的軸的組合來輸入。
另外還可以通過移動(dòng)探針頭12輸入其他的指令來轉(zhuǎn)換測量模式。因此可以通過使探針頭處于多個(gè)保留位置如在測量柱的頂部，或使其處于特定的軌跡和/或強(qiáng)烈地增大壓力來重設(shè)或校準(zhǔn)測量系統(tǒng)。還可設(shè)想通過曲柄來輸入顯示模式指令以便選擇顯示語言或測量單位。
轉(zhuǎn)換測量模式最好通過用于控制探針頭位置的裝置13的精確管理操作來輸入。這可以確保防止系統(tǒng)自發(fā)地或違背使用者意愿的轉(zhuǎn)換測量模式的危險(xiǎn)。一些模式轉(zhuǎn)換可以用相關(guān)于探針頭正常測量移動(dòng)的指令來產(chǎn)生?？梢栽O(shè)想根據(jù)探針頭的移動(dòng)的速度來改進(jìn)測量精度和/或分辨率。
權(quán)利要求
1.一種轉(zhuǎn)換測量模式的指令輸入配置有探針頭的尺寸測量柱的方法，其特征在于，所述轉(zhuǎn)換測量模式的指令唯一利用所述探針頭的位置輸入。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述轉(zhuǎn)換測量模式的指令通過在大于預(yù)定值的時(shí)間間隔將所述探針頭壓在待測工件上來輸入。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，當(dāng)所述探針頭在小于預(yù)定值的時(shí)間間隔內(nèi)壓在所述待測工件上時(shí)探針頭進(jìn)行測量。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述轉(zhuǎn)換模式的指令使所述測量柱進(jìn)入搜索所述待測工件返回點(diǎn)的模式。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述測量柱的顯示器的狀態(tài)根據(jù)所述轉(zhuǎn)換模式改變，以便表示所述探針頭相對(duì)所述待測工件的壓力。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，只要所述探針頭在待測工件上施加足夠的壓力，所述測量柱就保持在所述返回點(diǎn)搜索模式，在處于所述搜索模式的所述探針頭的軌跡上自動(dòng)測定所述返回點(diǎn)。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，當(dāng)所述壓力超過預(yù)先設(shè)定的允許時(shí)間間隔，就不再考慮所述返回點(diǎn)的測量。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，處于所述搜索模式的所述探針頭的軌跡的垂直極端點(diǎn)被確定為所述返回點(diǎn)。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，僅當(dāng)所述探針頭的垂直位置的導(dǎo)數(shù)在所述極端點(diǎn)接近于0時(shí)，所述返回點(diǎn)是有效的。
10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，圍繞所述返回點(diǎn)的區(qū)域在壓力沒釋放的情況下沿相對(duì)的方向連續(xù)掃描許多次；所述測得的返回點(diǎn)僅當(dāng)多個(gè)測得的返回點(diǎn)的垂直位置處于確定的間隔內(nèi)時(shí)才有效。
11.一種尺寸測量柱，包括一探針頭，設(shè)計(jì)用來與所述待測工件接觸；一所述探針頭的移動(dòng)機(jī)構(gòu)；一測量和顯示系統(tǒng)，可確定和顯示所述探針頭的位置；所述測量和顯示系統(tǒng)可根據(jù)多個(gè)不同的模式工作；其特征在于，至少一個(gè)所述測量模式能夠不需要任何其它操作而通過在所述探針頭位置的作用來選擇。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的測量柱，其特征在于，所述測量模式可以通過在大于預(yù)定值的時(shí)間間隔將所述探針頭壓在待測工件上來選擇。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的測量柱，其特征在于，所述探針頭壓在所述待測工件上短于所述預(yù)定值的時(shí)間間隔時(shí)，進(jìn)行所述探測點(diǎn)的測量。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的測量柱，其特征在于，所述測量模式是一種搜索所述待測工件的返回點(diǎn)的模式。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的測量柱，其特征在于，還包括顯示器，其狀況根據(jù)所述轉(zhuǎn)換模式進(jìn)行改動(dòng)，以便顯示所述探針頭相對(duì)所述待測工件的壓力的情況。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的測量柱，其特征在于，只要所述探針頭在待測工件上施加足夠的壓力就仍保持返回點(diǎn)搜索模式，所述返回點(diǎn)在處于所述搜索模式的所述探針頭的軌跡內(nèi)自動(dòng)確定。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的測量柱，其特征在于，所述返回點(diǎn)的測量在所述壓力超過預(yù)定的允許間隔時(shí)不加以考慮。
18.根據(jù)權(quán)利要求14所述的測量柱，其特征在于，處于所述搜索模式的所述探針頭的垂直軌跡的極端點(diǎn)被確定為所述返回點(diǎn)。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的測量柱，其特征在于，僅當(dāng)所述探針頭的垂直位置的導(dǎo)數(shù)在所述極端點(diǎn)接近于0時(shí)，所述返回點(diǎn)是有效的。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的測量柱，其特征在于，圍繞所述返回點(diǎn)的區(qū)域在壓力沒釋放的情況下沿相對(duì)的方向連續(xù)掃描許多次；所述測得的返回點(diǎn)僅當(dāng)多個(gè)測得的返回點(diǎn)的垂直位置處于確定的間距內(nèi)時(shí)才有效。
21.計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)載體包括用于尺寸測量柱的測量和顯示系統(tǒng)的指令程序，所述程序使所述測量柱的探針頭的位置得以測定和顯示，所述程序能夠根據(jù)多個(gè)不同的模式使所述測量和顯示系統(tǒng)工作；其特征在于，所述程序可通過在所述探針頭位置的作用使另一個(gè)測量模式被選擇。
全文摘要
一種使轉(zhuǎn)換測量模式的指令輸入單垂直軸尺寸測量柱的方法。轉(zhuǎn)換模式的指令可通過在大于預(yù)定值的時(shí)間間隔將探頭壓在待測量的工件上來輸入。測量和顯示系統(tǒng)然后進(jìn)入待測量工件的返回點(diǎn)的搜索模式。所述單軸測量柱可用于內(nèi)徑和外徑的測量。所述方法可用最少的管理操作完成孔的最小和最大點(diǎn)的測量。
文檔編號(hào)G01B7/008GK1374501SQ0113945
公開日2002年10月16日 申請(qǐng)日期2001年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2001年3月14日
發(fā)明者C·H·朱菲雷, P·約蒂爾 申請(qǐng)人:布朗和沙普.特薩有限公司