專利名稱：動態(tài)人工制品比較的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于檢查工件尺寸的坐標(biāo)量測儀。該坐標(biāo)量測儀包括，例如，坐標(biāo)測量機(jī)(CMM)、機(jī)床、手動坐標(biāo)測量臂和檢查機(jī)器人。
在坐標(biāo)測量機(jī)(CMM)上檢查工件是工件生產(chǎn)出來之后的一個通常步驟，該坐標(biāo)測量機(jī)具有一個套筒軸，將探頭安裝在該套筒軸上，并且在機(jī)器工作體積內(nèi)在X，Y，Z三個正交方向驅(qū)動該探頭。
可以通過使探頭在接觸工件表面時非常緩慢地移動來減少由探頭的動態(tài)偏差引起的誤差。
通常，在進(jìn)行任何測量之前，要包括一個校準(zhǔn)或“校正(datuming)”周期。在該周期內(nèi)探頭以相同的低速觸摸參考物體從而得到校準(zhǔn)。此步驟使得可以計算一偏移量，儲存該偏移量，并使用其修正后續(xù)的測量讀數(shù)，比如探頭觸針球的直徑等因素。
我們的在先美國專利No.4991304公開了使用坐標(biāo)測量機(jī)(CMM)檢查一系列工件的方法，在該方法中首先通過使探頭低速觸摸比如基準(zhǔn)球這樣的參考物體從而對于每一預(yù)期的探測運(yùn)動方向校準(zhǔn)或校正該探頭，以提供一組存儲在計算機(jī)上并用于后續(xù)測量的修正偏移量。
將待測的第一工件放在CMM臺上并低速測量工件表面上的一組點(diǎn)，以允許獲得精確的讀數(shù)。之后高速重復(fù)測量第一工件。計算并儲存在低速讀數(shù)和高速讀數(shù)之間的差值。
對于每一測量點(diǎn)，存儲的誤差值考慮了在較高速度下機(jī)器結(jié)構(gòu)的動態(tài)偏差。
將下一個待測工件安置在CMM臺上并以較高速度獲得讀數(shù)。在這個速度下讀數(shù)是不精確的，但是是可以重復(fù)的。通過累加相應(yīng)的存儲的誤差值來調(diào)整每一高速讀數(shù)，從而補(bǔ)償由高速讀數(shù)引起的誤差。
這個方法具有通過僅從一個工件做出動態(tài)誤差映射而以高速測量一系列標(biāo)稱相同的工件的優(yōu)點(diǎn)。
但是，其缺點(diǎn)在于CMM必須被靜態(tài)誤差映射，以能夠以低速精確測量部件。
美國專利5895442公開了一種方法，用于提高坐標(biāo)量測儀在測量形狀為幾何形狀的圓形、圓柱形、球形的元件時的測量精度。一組具有各自的直徑并定義了圓形或者圓弓形測量線的已知形狀(例如環(huán)形標(biāo)尺)具有對應(yīng)于直徑及測量線的預(yù)先確定的第一組形狀偏差。這些已知的形狀位于坐標(biāo)量測儀的不同的位置或平面上(XY，XZ，YZ)。通過坐標(biāo)量測儀以不同的速度掃描這些測量線以獲得第二組形狀偏差。通過比較第一和第二組形狀偏差產(chǎn)生修正值。當(dāng)在坐標(biāo)量測儀中測量真正的工件時，一旦所選的測量任務(wù)顯示要以落在可疑范圍之內(nèi)的直徑和掃描速度測量圓形、圓柱形或球形幾何元件，軟件就會通知用戶具有修正值的相應(yīng)的數(shù)據(jù)集。之后，用戶可以決定是否使用這種修正方法。
本發(fā)明提供了一種使用坐標(biāo)量測儀檢查一系列工件的方法，在該方法中，移動工件傳感探頭，使其與每個工件及獲得的位置讀數(shù)具有位置傳感關(guān)系，該方法包含下面的步驟(可以以任意適當(dāng)?shù)捻樞蚺判?(a)不使用所述坐標(biāo)量測儀校準(zhǔn)人工制品；(b)用坐標(biāo)量測儀以所需速度測量所述人工制品，該所需速度用來測量后續(xù)的部件；(c)產(chǎn)生對應(yīng)于在所述人工制品的校準(zhǔn)值和測量值之間的差值的誤差映射或誤差函數(shù)；(d)用坐標(biāo)量測儀以所述所需速度測量后續(xù)工件，并且(e)使用誤差映射或誤差函數(shù)修正后續(xù)工件的測量值，從而消除或減少動態(tài)誤差。
該人工制品可能包含一系列工件中的一個工件。作為選擇的，該人工制品可能具有多個特征，其尺寸和位置近似該工件。人工制品可以具有和工件相同的表面加工或模仿工件的表面加工。
該坐標(biāo)量測儀可以對于幾何誤差進(jìn)行修正或不進(jìn)行修正。
該工件傳感探頭可以是接觸式探頭，比如模擬(掃描)探頭或觸摸觸發(fā)式探頭。作為選擇的，該工件傳感探頭也可以是非接觸式探頭，比如電容，電感或者光學(xué)探頭。
現(xiàn)在將通過參考附圖以實(shí)例的方式描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，在附圖中

圖1是坐標(biāo)測量機(jī)(CMM)的示意圖；和圖2是本方法的流程圖。
如圖1所示的坐標(biāo)測量機(jī)(CMM)包括工作臺10，工件12可以放置在其上。優(yōu)選的，本方法由自動裝置(沒有示出)執(zhí)行，該裝置將產(chǎn)品線中一連串基本相同的工件12中的每一個放在工作臺10至少標(biāo)稱相同的位置和方向上。將模擬探頭14安裝在機(jī)器的套筒軸(沒有示出)中，盡管也可以使用其他類型的探頭(包括接觸觸發(fā)式探頭)。該套筒軸和探頭可以在X，Y和Z驅(qū)動器16的動作下在X，Y和Z方向上運(yùn)動，并且該驅(qū)動器16由計算機(jī)18控制。X，Y和Z標(biāo)尺20(包括用于輸出標(biāo)尺的計數(shù)器)顯示其中安裝了探頭14的套筒軸的位置的三維瞬時坐標(biāo)。來自探頭14的信號22指示探測觸針的偏差，并且將該信號22和來自CMM的X，Y和Z標(biāo)尺20的讀數(shù)結(jié)合以計算觸針尖的位置，從而了解工件的表面。作為選擇的，如果是接觸觸發(fā)式探頭，指示探頭接觸工件12表面的信號鎖定標(biāo)尺20，并且計算機(jī)18得到工件表面的X，Y和Z坐標(biāo)的讀數(shù)。
直到現(xiàn)在所描述的都是現(xiàn)有機(jī)器。計算機(jī)18包括一程序，其使得探頭14掃描工件表面，或?qū)τ诮佑|觸發(fā)式探頭，其使得探頭14在多個不同點(diǎn)接觸工件12的表面，從而足以獲得用于所需檢查操作的所有需要的尺寸和工件形狀。
參考圖2，下面的過程用在本檢查方法中。首先校準(zhǔn)一系列待測工件中的一個工件24。在非常精確的儀器上通過諸如形狀測量，或者在標(biāo)準(zhǔn)儀器上通過多次測量或以多方向測量，來將該工件的尺寸和形狀校準(zhǔn)到最佳可能的標(biāo)準(zhǔn)?，F(xiàn)在這個工件就可以用作校準(zhǔn)母件。
作為選擇的，可以使用接近工件的校準(zhǔn)人工制品，具體的說是具有與工件的特征匹配的大小和/或位置特征的人工制品。例如，可以在圓度機(jī)器上校準(zhǔn)該人工制品。需要該人工制品具有和待測量或待掃描的一系列工件相同的表面加工，或者模仿該系列工件的表面加工。
將該校準(zhǔn)母件或人工制品安置在坐標(biāo)測量機(jī)上26，例如CMM，并以所需速度掃描或測量28。該所需速度是剩余的一系列工件也將按其進(jìn)行測量的速度，并且優(yōu)選的是高速度，以最大化吞吐量。該所需速度必須允許坐標(biāo)測量機(jī)在所需限度內(nèi)可重復(fù)地執(zhí)行掃描或測量。
從以所需速度測量或掃描校準(zhǔn)母件或人工制品的結(jié)果與校準(zhǔn)母件或人工制品的已知尺寸和形狀(得自校準(zhǔn))產(chǎn)生誤差映射30。作為選擇的，也可以使用誤差函數(shù)，例如多項(xiàng)式誤差函數(shù)。
將一系列工件中的后續(xù)工件安置在CMM上32并且由CMM測量或掃描34。這些后續(xù)工件的相關(guān)數(shù)據(jù)由誤差映射或誤差函數(shù)修正36。理想地，以和之前基本相同的速度測量或掃描后續(xù)部件。此外，因?yàn)闇y量系統(tǒng)根據(jù)它在機(jī)器工作范圍內(nèi)的位置而不同地動態(tài)執(zhí)行，理想地，將后續(xù)工件放在與校準(zhǔn)母件或人工制品基本相同的位置。
本方法允許坐標(biāo)定位機(jī)執(zhí)行高精度高速度測量。
由于本方法涉及比較校準(zhǔn)母件或人工制品的動態(tài)誤差和相同或類似于校準(zhǔn)人工制品的工件的動態(tài)誤差，所以該方法不需要修正靜態(tài)誤差。使用校準(zhǔn)母件或人工制品使得CMM不需要修正幾何誤差。因?yàn)镃MM不再需要經(jīng)常性地校準(zhǔn)，從而具有加快處理過程并減少校準(zhǔn)成本的優(yōu)點(diǎn)。
因此，本方法補(bǔ)償了動態(tài)誤差和靜態(tài)誤差而不需要修正CMM的幾何誤差。
在上述方法的優(yōu)選變形中，可以例如通過使用母件或者人工制品的基準(zhǔn)特征建立校準(zhǔn)母件或人工制品的局部坐標(biāo)系。這可以在高精確度CMM校準(zhǔn)母件工件或人工制品之前或之后進(jìn)行。之后，將在校準(zhǔn)過程中獲得的校準(zhǔn)母件或人工制品的精確測量結(jié)果存儲在這個局部坐標(biāo)系中。
之后，在其上以高速測量一系列工件中的第一工件的CMM上建立同樣的局部坐標(biāo)系。如上所述，可以使用工件的基準(zhǔn)特征建立該坐標(biāo)系。因此，測量和誤差修正在這個局部坐標(biāo)系而不是在CMM坐標(biāo)系中發(fā)生。這使得可以很容易地將來自母件或人工制品的校準(zhǔn)的精確數(shù)據(jù)和從這一系列工件收集到的數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)。
本方法也適于用在接觸式探頭，比如光學(xué)、電容或電感探頭。
權(quán)利要求
1.一種使用坐標(biāo)量測儀檢查一系列工件的方法，其中移動工件傳感探頭，使其與每個工件及獲得的位置讀數(shù)具有位置傳感關(guān)系，該方法包含下面的步驟(可以以任意適當(dāng)?shù)捻樞蚺判?(a)使用所述坐標(biāo)量測儀校準(zhǔn)人工制品；(b)用坐標(biāo)量測儀以所需速度測量所述人工制品，該所需速度用來測量后續(xù)部件；(c)對應(yīng)于在所述人工制品的校準(zhǔn)值和測量值之間的差值產(chǎn)生誤差映射或誤差函數(shù)；(d)用坐標(biāo)量測儀以所述所需速度測量后續(xù)工件；并且(e)使用誤差映射或誤差函數(shù)修正后續(xù)工件的測量，從而消除或減少動態(tài)誤差。
2.如權(quán)利要求1所述的檢查一系列工件的方法，其中，該人工制品包含一系列工件中的一工件。
3.如權(quán)利要求1所述的檢查一系列工件的方法，其中，該人工制品具有特征，其大小和位置與工件近似。
4.如權(quán)利要求1或3中任一條所述的檢查一系列工件的方法，其中，該人工制品具有和工件相同的表面加工。
5.如權(quán)利要求1至3中任一條所述的檢查一系列工件的方法，其中，該人工制品的表面加工模仿工件的表面加工。
6.如前面任一權(quán)利要求所述的檢查一系列工件的方法，其中，該坐標(biāo)量測儀被修正了幾何誤差。
7.如權(quán)利要求1至5中任一條所述的檢查一系列工件的方法，其中，該坐標(biāo)量測儀未被修正幾何誤差。
8.如前面任一權(quán)利要求所述的檢查一系列工件的方法，其中，對于人工制品建立局部坐標(biāo)系，并且其中，在此局部坐標(biāo)系中存儲工件的測量和誤差數(shù)據(jù)。
9.如前面任一權(quán)利要求中所述的檢查一系列工件的方法，其中，該工件傳感探頭是接觸式探頭。
10.如權(quán)利要求1-8中任一條所述的檢查一系列工件的方法，其中，該工件傳感探頭是非接觸式探頭。
全文摘要
一種使用坐標(biāo)量測儀檢查一系列工件的方法，包含下面的步驟在坐標(biāo)量測儀上高速測量校準(zhǔn)人工制品(28)；產(chǎn)生對應(yīng)于在校準(zhǔn)人工制品和測量人工制品之間的差值的誤差映射(30)；以相同的高速測量后續(xù)工件(34)并且使用誤差映射修正后續(xù)工件的測量結(jié)果(36)。該人工制品可以是多個工件中的一個。
文檔編號G01B5/008GK1639541SQ03805194
公開日2005年7月13日 申請日期2003年3月6日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月6日
發(fā)明者本杰明·羅萊·泰勒, 杰弗瑞·姆法蘭 申請人:瑞尼斯豪公司