專利名稱：坐標測量儀中的誤差補償方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種利用安裝在坐標定位裝置上的鉸接式探頭而對工件尺寸進行測量的方法。坐標定位裝置包括諸如坐標測量儀(CMM)，機床，手動坐標測量臂和檢查機器人(inspection robot)。
背景技術：
當生產出工件后，通常習慣將工件放在坐標測量儀(CMM)上進行檢查，所述坐標測量儀(CMM)具有其上安裝有探針的套筒，在所述儀器的工作容積內，所述探針能夠在三個正交方向X，Y和Z上進行驅動。
所述CMM可利用諸如激光干涉儀建立誤差對應關系，所述激光干涉儀能夠以低速對零件進行精確測量。
當以高速對工件進行測量時，儀器進行加速時會產生動態(tài)誤差。我們先前的美國專利No.4,991,304公開了一種對這些動態(tài)誤差進行校準的方法。在該方法中，將第一工件放置在坐標測量儀的平臺上，然后以低速對所述工件的一組表面點進行測量，以獲得精確讀數。然后以高速對所述第一工件進行重復測量。對高、低速獲得的讀數差異進行計算，并加以儲存。所儲存的每個測量點的誤差值都考慮到了以更高速測量時由于儀器構造而造成的動態(tài)偏差。
將下一個被測工件放置在所述CMM的平臺上，并獲得高速測量時的讀數。在這種高度測量下，所獲得的讀數并不準確，但卻可以重復。向每個高速讀數加入所述對應的儲存誤差值，然后對由于高速讀取而產生的誤差進行補償，從而對每個高速讀數進行調節(jié)。這種方法具有這樣的優(yōu)點，即，僅需從一個工件中獲得動態(tài)誤差的對應關系，然后便能夠對一整系列的名義上相同的工件進行高速測量。
這種方法允許利用CMM對待測工件進行較高速測量，但其速度存在上限，超出上限后，其結果則無法令人滿意。這可能是由于高速進行加速的CMM變得不一致和/或不穩(wěn)定，或是所述儀器無法獲得所需的加速度。
利用安裝在所述坐標測量儀上的高帶寬裝置，便能克服上述限制。美國專利No.5,189,806公開了這樣一種高帶寬裝置，該專利描述了一種鉸接式探頭，其能夠對具有兩個自由度的探針進行導向，從而該探針能用于對工件的表面進行掃描?？傮w而言，這樣的探頭包括兩個旋轉驅動機構，所述機構能夠使探針圍繞兩個大體正交的旋轉軸進行定向。
這樣的鉸接式探頭能夠進行快速且可重復的掃描。然而，這種鉸接式探頭在使用時具有校準耗時的缺點。而且，安裝在現有坐標測量儀上的所述鉸接式探頭的測量系統(tǒng)為五軸系統(tǒng)，這使得校準變得更為復雜。

發(fā)明內容
本發(fā)明的第一方面在于提供一種校準鉸接式探頭的方法，所述鉸接式探頭安裝在坐標定位裝置的臂上，其中安裝在所述鉸接式探頭上的表面檢測設備發(fā)生移動，從而使其與樣品和獲取的位置讀數形成位置-檢測關系，所述方法包括以任何適當的方式排序的下列步驟a)對真實測量值已定的樣品進行測量，其中在所述表面檢測設備和所述坐標定位裝置的臂之間存在相對位移；b)生成對應于在步驟a中獲得的測量值和所述樣品真實測量值之間差值的誤差函數或對應關系；c)對后續(xù)工件進行測量，其中在所述表面檢測設備和所述坐標測量儀的臂之間存在相對位移；以及d)利用在步驟b中生成的誤差函數或對應關系對步驟c中獲得的后續(xù)工件的測量值進行校準。
所述樣品的真實測量值可通過測量所述樣品而加以確定，其中所述表面檢測設備和坐標定位裝置的臂之間沒有相對位移。優(yōu)選地，上述步驟以低速進行，以消除動態(tài)誤差。
所述樣品真實測量值可利用校準后的樣品加以確定。
優(yōu)選地，所述校準后的樣品包括至少一個圓形輪廓。
所述表面檢測設備可包括諸如工件檢測探針或測頭。
所述樣品可為工件系列中的一個工件?？蛇x擇的，所述樣品的尺寸和位置特征可與所述工件相類似。所述樣品可具有與所述工件相同的表面光潔度，或者可選擇的，其可模仿所述工件的表面光潔度。
在步驟a)中，所述坐標測量儀的臂可以是靜止的。可選擇的，所述坐標測量儀的臂可以以恒定速率進行運動。這便消除了來自所述坐標測量儀的動態(tài)作用力(dynamic force)。
所得測量值可為離散測量值(即，使用觸發(fā)式探針)或連續(xù)測量值(即，使用掃描式探針)。
所述表面檢測設備可為接觸探針，例如模擬(掃描)式探針或觸發(fā)式探針。可選擇的，所述表面檢測設備可為非接觸式探針，例如電容式、感應式或光學式探針。
本發(fā)明的第二方面提供一種鉸接式探頭，其包括用于安裝在支架上的第一固定物和其上能安裝表面檢測設備的第二固定物，所述第二固定物能繞一個或多個軸線相對于第一固定物進行旋轉，其特征在于，所述鉸接式探頭設置至少一個機械式制動器，以圍繞至少一個軸線相對于所述第一固定物將所述第二固定物的位置鎖定；并且提供至少一個位置測量設備，以繞所述至少一個軸線相對于所述第一固定物確定所述第二固定物的位置。
優(yōu)選地，所述鉸接式探頭包括能圍繞至少一個軸線進行旋轉的旋轉部件，其中所述鎖具有能在所述第一位置和第二位置之間運動的鎖定部件，當其位于第一位置時，所述鎖與所述旋轉部件發(fā)生接合，以鎖定所述旋轉部件的位置；當其位于第二位置時，所述鎖與所述旋轉部件發(fā)生脫離，允許所述旋轉部件旋轉。
所述旋轉部件可包括傳動皮帶或驅動輪。
所述旋轉部件可具有齒形輪廓，其中在所述鎖上配置有齒形鎖部件，從而在所述第一位置內，所述鎖組件的輪齒與旋轉部件進行聯鎖。
所述鎖可具有致動器，以使所述鎖定部件在其第一位置和第二位置之間進行移動。
所述致動器和鎖定部件之間的接觸點能從所述鎖定部件和旋轉部件之間的接觸點橫向分開。所述鎖定部件可包括能圍繞樞軸點進行樞軸轉動的杠桿組件，其中，所述鎖定部件和旋轉部件之間的接觸點位于所述樞軸接合點和所述致動器與鎖定部件之間的接觸點之間。所述鎖定部件可包括杠桿組件?？商峁┢珘貉b置，從而在所述鎖定部件位于其第一位置內時，所述偏壓裝置可偏壓所述鎖定部件使其靠在所述旋轉部件上。


通過舉例并參看附圖，現在將對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行說明，其中圖1所示為具有鉸接式探頭的坐標測量儀(CMM)的立體圖；圖2所示為所述鉸接式探頭的剖面圖；圖3所示為所述方法的流程圖；圖4所示為利用所述處于鎖定下的鉸接式探頭進行測量的孔；圖5所示為利用所述處于非鎖定下的鉸接式探頭進行測量的孔；圖6所示為處于上部位置的機械式制動器；圖7所示為處于下部位置的圖6所示機械式制動器；圖8所示為校準樣品的第一實施例的立體圖；圖9所示為圖8所示校準樣品的剖面圖；圖10所示為校準樣品的第二實施例的側視圖；圖11和12分別表示處于鎖定位置和處于非鎖定位置的機械式制動器的第二實施例的側視圖；圖13和14分別表示處于鎖定位置和處于非鎖定位置的機械式制動器的第三實施例的側視圖；圖15和16分別表示處于鎖定位置和處于非鎖定位置的機械式制動器的第四實施例的側視圖；圖17所示為處于鎖定位置的機械式制動器的第五實施例；圖18所示為具有三個旋轉軸的鉸接式探頭的側視圖。
具體實施例方式
圖1所示為安裝于坐標測量儀上的鉸接式探頭。所述坐標測量儀10包括其上可放置工件的平臺12和相對于所述平臺12在X，Y和Z方向上可移動的臂14。鉸接式探頭16安裝在所述坐標測量儀(CMM)的臂14上。所述鉸接式探頭16允許安裝于其上的工件測量探針18圍繞兩個基本垂直的軸A1和A2進行轉動。
因而所述機械臂14在所述坐標測量儀的X，Y和Z驅動裝置(未示出)的作用下，可在X，Y和Z方向移動。X，Y和Z上的刻度裝置(未示出)對所述臂14所在位置的即時坐標進行顯示。位于所述鉸接式探頭內的旋轉驅動裝置(未示出)能夠使所述探針圍繞所述兩個旋轉軸A1和A2進行運動。該運動由位于所述鉸接式探頭16內的旋轉刻度裝置(未示出)進行測量。指示所述探針測頭發(fā)生偏移的所述探針18的信號與來自所述CMM的X，Y和Z刻度裝置的讀數和所述鉸接式探頭旋轉刻度裝置相結合，來計算所述測頭尖端的所在位置，從而檢測所述工件表面。
如圖2所示，所述鉸接式探頭16包括由基部或外殼20形成的固定部分，所述固定部分對形成為軸22的可動部分進行支撐，所述可動部分在馬達M1的作用下，可圍繞A1軸相對于所述外殼20進行旋轉。所述軸22固定至另一外殼24上，所述外殼24又對軸26進行支撐，所述軸26在馬達M2的作用下，可圍繞垂直于所述A1軸的A2軸相對于所述外殼24進行旋轉。
帶有測頭28的探針18具有工件接觸端30，所述探針18安裝于所述鉸接式探頭16上。由于這種布置，從而所述探頭內的馬達M1，M2能夠使所述工件接觸端30圍繞所述A1軸和A2軸進行角定位，所述CMM(未示出)內的馬達能夠使所述鉸接式探頭16在CMM的三維坐標框架內的任意處進行線性定位，從而使所述測頭尖端30與被掃描表面形成預定關系。
線性位置傳感器(未示出)位于所述CMM上，用于測量所述鉸接式探頭16的線性位移，角位置傳感器T1和T2配置在所述鉸接式探頭16內，用于測量所述測頭38圍繞各個軸A1和A2發(fā)生的角位移。
參看圖3，在本檢查方法中使用下述步驟。從一系列被測量工件中選出一個工件，將其放置在所述坐標測量儀40的平臺12上?？蛇x的，也可使用與所述工件相仿的樣品，尤其是所述樣品與所述工件具有相稱的尺寸和/或位置特征。
鎖定所述鉸接式探頭的旋轉軸，或使其保持靜止，從而使所述探針18無法圍繞所述旋轉軸A1和A2發(fā)生轉動。從而所述系統(tǒng)事實上就是安裝在所述坐標測量儀上的探針。當所述鉸接式探頭這樣鎖定后，對所述工件或樣品進行掃描或測量步驟42。
圖4所示為由處于鎖定的鉸接式探頭16進行掃描的孔56。在這種情況下，所述CMM的臂14必須如箭頭A所示進行移動，以允許所述探針18的工件接觸端30對所述孔的內表面進行測量。
在本發(fā)明的下一步驟中，所述鉸接式探頭16處于非鎖定，從而所述探針18可以圍繞所述旋轉軸A1和A2進行運動。這樣，所述工件由處于非鎖定下的鉸接式探頭進行掃描或測量44。
圖5所示為由處于非鎖定的鉸接式探針16進行掃描的孔56。所述機械臂14可這樣定位，從而使其與所述孔56的對稱軸57對齊，并保持靜止，同時所述探針18圍繞所述鉸接式探頭16的旋轉軸進行運動。可選的，當所述探針18圍繞所述鉸接式探頭18的旋轉軸進行旋轉時，所述CMM的臂可沿著所述孔56的對稱軸57以恒定速度進行移動。在這種情況下，對所述孔的內表面進行螺旋式掃描。在這兩種情況下，也就是當所述臂14靜止或以恒定速度移動時，不向所述機器施加動態(tài)作用力。
在下一步驟中，將處于鎖定時的所述鉸接式探頭所得的掃描測量數據與處于非鎖定時的所述鉸接式探頭所得的掃描測量數據進行比較。這用于生成誤差函數或對應關系46。該誤差函數或對應關系用于確定所述鉸接式探頭在所述工件表面的每一點上造成的誤差。
將工件系列中的后續(xù)工件設置在所述坐標測量儀48上。優(yōu)選地，自動裝置(未示出)將用于生產流水作業(yè)的、大體相同的每個后續(xù)工件放置在所述CMM平臺的至少名義上的同一位置和方向上。利用處于非鎖定的鉸接式探頭對后續(xù)工件之一進行掃描。利用先前生成的誤差函數或對應關系52，對上述掃描所獲得的測量數據進行校準。
為了獲得最好的結果，對于利用所述處于非鎖定的探頭進行的初始測量而言(44，圖3)，使用大體上相同的測量途徑對后續(xù)工件進行測量(50，圖3)。
本方法利用了所述CMM的精確性和鉸接式探頭的可重復性，從而能夠在無須對所述鉸接式探頭進行校準的情況下，對工件進行快速精確的測量。
本方法對所述鉸接式探頭內的幾何誤差進行校準。本方法還可用于對諸如由于所述鉸接頭的彎曲或所述CMM套筒的扭曲而造成的動態(tài)誤差進行校準。為了對動態(tài)誤差進行校準，在步驟42中對所述工件進行低速掃描，以獲得沒有動態(tài)誤差的測量數據。然后在步驟44中對所述工件進行高速掃描，從而在步驟46中所生成的誤差對應關系或誤差函數既包括幾何誤差，還包括由于快速掃描而造成的動態(tài)誤差。在步驟50中以高速進行后續(xù)測量。在步驟52中利用所述誤差對應關系或誤差函數對在該掃描中產生的動態(tài)誤差進行校準。
然而，如果所述鉸接式探頭具有良好的機械設計，則動態(tài)誤差可以忽略不計，這樣在每種情況下，所述工件均可以以任意速度進行測量。
雖然上述說明針對使用掃描探針的情況，但其也適用于利用觸發(fā)式探針進行的測量，此時對所述工件表面上的點進行離散測量。而且，本方法也適于諸如電容式探針、感應式探針或光學式探針這樣的非接觸式探針。所述鉸接式探頭的旋轉軸可以不同方式進行鎖定。例如，所述鉸接式探頭可靜止保持在伺服馬達上，或者還可使用單獨的鎖定設備。
圖6和圖7所示為用于鎖定所述鉸接式探頭旋轉軸的機械式制動器。所述制動器60包括制動器襯墊84，所述襯墊84可推至驅動輪的傳動帶86上，從而鎖定運動。所述制動器84可由具有高摩擦系數的橡膠制成。所述制動器襯墊通過杠桿機構而推靠至所述傳動帶上，下文將會對所述杠桿機構進行更為詳細的說明。銷拴62在開關式螺線管的作用下可上下移動。圖6所示為處于上部位置的銷拴62，圖7所示為處于下部位置的銷拴62。所述銷拴的下端通過樞軸64連接至第一臂66和第二臂68。所述第一臂66的一端通過所述樞軸64連接至所述銷拴62，其另一端通過另一樞軸70連接至第三臂74。所述第三臂74的一端配置有樞軸78，所述第三臂74可圍繞所述樞軸78相對于固定面88進行旋轉。
所述第二臂68的一端通過所述樞軸62連接至所述銷拴62，其另一端通過另一樞軸72連接至第四臂76。所述第四臂76的另一端通過樞軸80而連接到固定面82。所述第四臂在鄰近所述傳動帶86的表面上配置有制動器襯墊84。
圖6所示為所述銷拴62處于其上部位置且所述制動器襯墊84處于其分離位置時的情形?？上蛩鲩_關式螺線管中通入電流，以將所述銷拴62推至圖7所示的下部位置內。銷拴62和其樞軸64發(fā)生這樣的向下運動，使第一和第二臂66，68圍繞樞軸64進行轉動，并向外移動，從而更靠近水平位置。所述第一和第二臂66，68發(fā)生這樣的運動使第三和第四臂74，76圍繞其各自的樞軸78，80進行旋轉，從而將其靠近所述第一和第二臂66，68的端部推離所述銷拴62。從而所述制動器襯墊84被推靠在所述傳動帶86上，以起到制動器的作用。位于所述固定塊88中的螺絲釘90用作限動件，以對所述第三臂74和所述第四臂76的最大運動進行限定。
圖11和圖12所示為所述機械式制動器的第二實施例。圖11所示為通過傳動皮帶140對從動輪142進行驅動的主動輪144。所述制動器為夾緊式制動器，其中，閘皮處于鎖定位置時推靠在所述傳動皮帶上，而處于非鎖定位置時保持離開所述傳動皮帶。所述閘皮149在圖11所示的鎖定位置和圖12所示的非鎖定位置之間圍繞樞軸150進行旋轉。所述樞軸150包括諸如凸輪這樣的調節(jié)裝置，所述調節(jié)裝置能夠對所述閘皮149的位置進行微調。
所述閘皮的位置由螺線管146進行驅動。在圖11所示的鎖定位置內，所述螺線管146將銷拴148推靠到所述閘皮149上，使其圍繞所述樞軸150進行旋轉，從而進入其鎖定位置。在鎖定位置內，所述螺線管146向上推動所述銷拴148，使其與所述閘皮149脫離接觸，復位彈簧152偏壓所述閘皮使其進入其非鎖定位置內。
圖13和圖14所示為本發(fā)明的第三實施例。所述實施例類似于圖11和圖12所述實施例，并且用相同的附圖標記來表示類似特征。
提供從固定面158延伸至所述驅動輪140附近的杠桿組件154。撓性件156允許所述杠桿組件進行轉動，并使所述杠桿偏離于所述傳動皮帶。
當所述制動器處于圖13所示的鎖定位置時，所述閘皮149推靠在所述杠桿154上，所述杠桿154又推靠在所述傳動皮帶140上。當所述制動器處于它的非鎖定位置時，所述閘皮149在復位彈簧152的作用下被偏壓向其停止位置，所述杠桿組件154被所述撓性件156偏壓至其停止位置。所述杠桿組件起到分離部件的作用，其將所述杠桿和傳動皮帶之間的接觸點與所述閘皮和杠桿之間的接觸點分離開來。所述杠桿組件防止所述制動器在所述驅動件的兩個旋轉方向上發(fā)生過度鎖定(overlocking)或卡塞，所述傳動皮帶的厚度和驅動輪的圓度發(fā)生變化都可能造成上述過度鎖定或卡塞。
所述杠桿組件154的弱化部分155能夠起到彈簧桿的作用。從而當所述閘皮149產生擠靠所述杠桿組件的作用力F時，所述杠桿能夠在長度L的范圍內發(fā)生彎曲，從而允許所述傳動皮帶厚度和驅動輪圓度產生任何誤差。
如圖6和7以及11-14所述的制動器系統(tǒng)是非增量式(non-incremental)的系統(tǒng)，從而允許所述驅動輪鎖定在任意位置。
圖15和16所示為所述機械式制動器的第四實施例。該實施例具有一些與圖13和14共有的部件，并且相似的特征以相同的附圖標記來表示。
在圖15和16中，所述制動器作用在所述驅動輪142上，而不是作用在位于所述驅動輪一側上的傳動皮帶上。沿著所述驅動輪142的圓周配置有齒形表面160。例如，可提供具有齒形輪廓外表面的環(huán)。在所述杠桿組件154上配置有互補齒形組件162。從而在如圖15所述的鎖定位置內，所述驅動輪的齒形表面160內的輪齒與所述杠桿的齒形組件162相接合，以將所述驅動輪142鎖定在位。由于該實施例具有聯鎖輪齒，所以所述制動器可以將所述驅動輪保持在增量位置(incremental position)內，例如1°。該實施例的優(yōu)點在于，即使所述皮帶厚度和/或輪的圓度具有誤差，其也能有效工作。一旦所述輪齒接合后，所述杠桿組件的撓性能夠使所述閘皮施加以更大的作用力F，以將所述杠桿偏壓進入制動位置，保證所述制動器發(fā)揮作用。
在任一上述實施例中，還可配置旋轉編碼器系統(tǒng)，例如可將其設置在所述驅動輪上。如圖13和14所示，該旋轉編碼器系統(tǒng)可包括安裝在所述驅動輪上的旋轉刻度環(huán)和安裝在所述驅動輪附近的某一相對固定面上的讀數頭。在所述制動位置內的任何輕微運動都能由所述編碼器和施加到測量數據上的校準值而讀出。
在所述制動器系統(tǒng)的另一實施例中，所述制動器可用于將所述鉸接式探頭保持在某一可重復位置內。圖17所示為以樞軸方式安裝在固定物182上的制動器襯墊184。所述固定物又安裝在壓電疊塊(piezostack)188上。與前述實施例類似，將所述制動器襯墊擠靠到諸如驅動輪186這樣的旋轉部分上，從而鎖定所述鉸接式探針。通過所述編碼器190的位置讀數而確定所述鉸接式探頭的位置。如果所述鉸接式探頭不在其預期位置，該實施例能夠對其位置進行調整。所述制動器襯墊184與所述旋轉部分186保持接觸，同時向所述壓電疊塊188施加以一定的電壓，以調節(jié)其高度h。這具有移動所述制動器襯墊184的位置、從而轉動與所述制動器襯墊相接觸的驅動輪186的功能。從而可以調節(jié)所述驅動輪186的位置，直至所述編碼器190的輸出給出預期位置。所述壓電疊塊188具有散熱小的優(yōu)點。而且所述壓電疊塊以能夠進行微調的較小運動(幾百微米)而產生很大的作用力。也可使用其它的致動器，例如液壓油缸。
該機械式制動器適用于任何類型的、其一部分可相對于另一部分進行旋轉的鉸接式探頭。例如，所述制動器適用于美國專利No.RE35510所公開的探頭，其中所述鉸接式探頭在多個分度角位置(indexedangular position)之間移動。
當所述鉸接式探頭圍繞兩個或三個軸旋轉時，可為每個軸都配置一個機械式制動器。
所述表面檢測設備可包括諸如表面檢測探頭，測頭或照相機。
圖18所示為安裝有照相機198的鉸接式探頭18。所述照相機198可圍繞三個軸192，194，196進行旋轉。
雖然上述實施例所描述的制動器作用在傳動皮帶或驅動輪上，但所述制動器也可作用在任何旋轉部分上，例如軸或馬達小齒輪。
在上述所有實施例中，所述機械鎖利用摩擦來鎖定所述鉸接式探頭。雖然在上述實施例中，所述鎖件由螺線管進行致動，但也可使用其它方式，例如液壓、氣動、馬達、壓電或重力。所述機械鎖經致動而進入其接合或非接合位置，但一旦就位，則再無須動力。
還可使用其它類型的制動器，諸如盤式制動器。
還可使用制動器部件和旋轉部分不發(fā)生接觸的制動器。電磁制動器可包括一個或多個緊鄰鐵制旋轉部分的電磁體。開啟所述用于防止旋轉部分發(fā)生旋轉的電磁體，從而開動所述制動器。
與感應鉸接式探頭的馬達而將其保持在某一位置的方法相比，利用機械鎖而鎖定所述鉸接式探頭的軸具有多個優(yōu)點。利用機械鎖，允許所述鉸接式探頭的馬達停止運行，從而降低了所述系統(tǒng)的溫度。熱量的減少提高了所述系統(tǒng)的度量精度(metrology)。而且，相比于對所述馬達進行伺服，所述機械鎖提供一種固定系統(tǒng)，從而提高了所述系統(tǒng)的度量精度(metrology)。
在本發(fā)明的第二實施例中，通過掃描校準后的樣品而對所述鉸接式探頭進行校準。
圖8所示為包括具有不同直徑的圓形輪廓102，104，106的樣品100。這些圓形輪廓102，104，106已由諸如成形測量設備進行了校準，從而其尺寸已知。
所述圓形輪廓具有中心線110，并且可利用第一和第二分度設備112，114將該中心線定向為所需方向，例如機器的X，Y和Z軸。
校準后的樣品100的中心線110定向對齊于第一軸線，例如所述機器的X軸。所述機械臂將所述鉸接式探頭和探針移動到某一對齊于該軸線的位置內，從而通過使所述探針圍繞所述鉸接式探頭的A1軸和A2軸進行旋轉，而對所述圓形輪廓進行掃描，同時所述機械臂保持靜止。
所述圓形輪廓102，104，106優(yōu)選地以高速進行掃描，即，以用于后續(xù)測量的速度進行掃描。
所述圓形輪廓的測量值與已知形式的圓形輪廓進行比較，以生成關于所述方向和測量速度的誤差對應關系。然后利用分度設備將所述樣品100的中心線對齊于一個新方向，重復上述方式，以生成關于該新方向的新的誤差對應關系。
一旦在不同方向上，例如以7.5°的增量，對所述被校準樣品100進行測量后，可將所得數據進行內插運算，從而獲得所述樣品在這些方向之間的位置的誤差數據。相類似的，可對關于不同直徑圓形輪廓的數據進行內插運算，從而生成圓形輪廓在所述測量值之間的直徑誤差數據。所述內插運算可包括諸如線性最優(yōu)擬合和多項式最優(yōu)擬合這樣的技術。
以高速對所述樣品進行測量后，所述誤差對應關系對動態(tài)誤差進行校準。然而如先前討論所述，如果所述鉸接式探頭具有良好的機械設計，可能并不需要進行這個步驟。
利用關于相應方向的誤差對應關系，對利用安裝在所述鉸接式探頭上的探針進行測量的后續(xù)工件進行校準。
圖10所示為可選型樣品120，其中配置有多個具有不同直徑圓形輪廓122，124，126的圓錐130，132，134，所述不同直徑對齊于不同的機器的軸，從而無須分度設備。
上述說明對安裝在CMM上的鉸接式探頭進行了描述。但本發(fā)明適用于具有一個或多個運動軸的任何類型的坐標定位裝置。例如所述鉸接式探頭可安裝在單軸系統(tǒng)上。
權利要求
1.一種對鉸接式探頭進行校準的方法，所述鉸接式探頭安裝在坐標定位裝置的臂上，其中安裝在所述鉸接式探頭上的表面檢測設備發(fā)生運動，從而使其與樣品和獲取的位置讀數形成位置-檢測關系，所述方法包括以任何適當的方式排序的下列步驟a)對真實測量值已定的樣品進行測量，其中在所述表面檢測設備和所述坐標定位裝置的臂之間存在相對位移；b)生成對應于在步驟a中獲得的測量值和所述樣品真實測量值之間差值的誤差函數或對應關系；c)對后續(xù)工件進行測量，其中在所述表面檢測設備和所述坐標測量儀的臂之間存在相對位移；以及d)利用在步驟b中生成的誤差函數或對應關系對步驟c中獲得的后續(xù)工件的測量值進行校準。
2.如權利要求1所述的方法，其中通過使用校準后的樣品而確定所述樣品的真實測量值。
3.如權利要求2所述的方法，其中所述校準后的樣品包括至少一個圓形輪廓。
4.如權利要求1所述的方法，其中，當所述表面檢測設備和所述坐標定位裝置的臂之間不存在相對位移時，測量所述樣品，從而確定所述樣品的真實測量值。
5.如權利要求4所述方法，其中，以低速進行當所述表面檢測設備和所述坐標定位裝置的臂之間不存在相對位移時測量所述樣品的步驟。
6.如權利要求4所述的方法，其中所述樣品包括所述工件系列中的一個工件。
7.如權利要求4所述的方法，其中所述樣品具有近似于所述工件的尺寸和位置的特征。
8.如權利要求7所述的方法，其中所述樣品的特征若不同于所述工件的特征，則通過內插運算獲得步驟d)中的校準結果。
9.如前面權利要求中任一項所述的方法，其中在步驟a)中，所述坐標測量儀的臂處于靜止狀態(tài)。
10.如權利要求1-7中任一項所述的方法，其中在步驟a)中，所述坐標測量儀的臂以恒定速率進行運動。
11.如前面權利要求中任一項所述的方法，其中所述測量包括連續(xù)測量。
12.如權利要求1-10中任一項所述的方法，其中所述測量包括離散測量。
13.如前面權利要求中任一項所述的方法，其中所述表面檢測設備為接觸式探針。
14.如權利要求1-12中任一項所述的方法，其中所述表面檢測設備為非接觸式探針。
15.如權利要求4所述的方法，其中鎖定機構防止所述表面檢測設備和所述坐標定位裝置的臂之間發(fā)生相對運動。
16.如權利要求4所述的方法，其中所述鉸接式探頭設置有至少一個馬達，以使所述表面檢測設備相對于所述坐標定位裝置的臂進行旋轉，并且其中所述至少一個馬達用于防止所述表面檢測設備和所述坐標定位裝置的臂之間發(fā)生相對運動。
17.如前面權利要求中任一項所述的方法，其中以高速執(zhí)行步驟a)和步驟c)。
18.如權利要求4所述的方法，其中在步驟c)中以及在確定所述樣品的真實測量值時，使用基本相同的測量途徑。
19.一種鉸接式探頭，包括用于安裝在支架上的第一固定物和其上能安裝表面檢測設備的第二固定物，第二固定物能相對于第一固定物而圍繞一個或多個軸線進行旋轉，其特征在于，所述鉸接式探頭設置有至少一個機械式制動器，以繞至少一個軸線相對于第一固定物將第二固定物的位置鎖定；并且提供至少一個位置測量設備，以繞所述至少一個軸線相對于第一固定物確定在所述鎖定位置內的第二固定物的位置。
20.如權利要求19所述的鉸接式探頭，其中所述鉸接式探頭包括能圍繞至少一個軸線進行旋轉的旋轉部件，其中所述鎖具有在所述第一位置和第二位置之間移動的鎖定部件，當其位于第一位置時，所述鎖與所述旋轉部件發(fā)生接合，以鎖定所述旋轉部件的位置；當其位于第二位置時，所述鎖與所述旋轉部件發(fā)生脫離，允許所述旋轉部件旋轉。
21.如權利要求20所述的鉸接式探頭，其中所述旋轉部件包括傳動皮帶。
22.如權利要求20所述的鉸接式探頭，其中所述旋轉部件包括驅動輪。
23.如權利要求20所述的鉸接式探頭，其中所述旋轉部件設置有齒形輪廓，其中在所述鎖上配置有齒形鎖組件，從而在第一位置內，所述制動器組件的齒與所述旋轉部件進行聯鎖。
24.如權利要求19-23中任一項所述的鉸接式探頭，其中所述鎖具有致動器，以使所述鎖定部件在其第一位置和第二位置之間進行移動。
25.如權利要求24所述的鉸接式探頭，其中所述致動器和鎖定部件之間的接觸點能從所述鎖定部件和旋轉部件之間的接觸點橫向分開。
26.如權利要求25所述的鉸接式探頭，其中所述鎖定部件包括能夠圍繞樞軸點進行樞軸轉動的杠桿組件，其中，所述鎖定部件和旋轉部件之間的接觸點位于所述樞軸接合點和所述致動器與鎖定部件之間的接觸點之間。
27.如權利要求19-25中任一項所述的鉸接式探頭，其中所述鎖定部件包括杠桿組件。
28.如權利要求20-27中任一項所述的鉸接式探頭，其中配置有偏壓裝置，從而在所述鎖定部件位于其第一位置內時，所述偏壓裝置偏壓所述鎖定部件使其靠在所述旋轉部件上。
29.如權利要求19-28中任一項所述的鉸接式探頭，其中配置有至少一個致動器，以繞所述至少一個軸相對于第一固定物對第二固定物的位置進行微調。
30.如權利要求29所述的鉸接式探頭，其中來自所述位置測量設備的反饋用于確定所需的調節(jié)量。
31.如權利要求29或30所述的鉸接式探頭，其中所述鉸接式探頭包括能圍繞至少一個軸線進行旋轉的旋轉部件，并且其中所述鎖具有在第一位置和第二位置之間運動的鎖定部件，當其位于第一位置時，所述鎖與所述旋轉部件發(fā)生接合，以鎖定所述旋轉部件的位置；當其位于第二位置時，所述鎖與所述旋轉部件發(fā)生脫離，允許所述旋轉部件旋轉，從而當所述鎖定部件與所述旋轉部件相接合時，所述至少一個致動器用于改變所述鎖定部件的位置。
32.如權利要求29-31中任一項所述的鉸接式探頭，其中所述至少一個致動器包括至少一個壓電疊塊。
全文摘要
一種校準鉸接式探頭的方法，包括利用安裝在所述鉸接式探頭上的工件檢測探針對已知尺寸的樣品進行測量的步驟，其中，所述鉸接式探頭處于非鎖定。生成對應于所述樣品測量的值和其已知尺寸之間差值的誤差函數對應關系。利用非鎖定的所述鉸接式探頭和相應所使用的修正值對后續(xù)工件進行測量。利用安裝在鉸接式探頭上的探針對所述樣品進行測量，從而確定其真實尺寸，其中，所述鉸接式探頭的軸處于鎖定。提供一種機械鎖，以鎖定所述鉸接式探頭的軸。
文檔編號G01B5/012GK1856690SQ200480027339
公開日2006年11月1日 申請日期2004年9月22日 優(yōu)先權日2003年9月22日
發(fā)明者戴維·羅伯特·麥克默特里, 若弗雷·麥克法蘭, 賴清河, 斯蒂芬·詹姆斯·特魯爾, 尼古拉斯·約翰·韋斯頓 申請人:瑞尼斯豪公司