用于檢查工件的方法和設(shè)備的制作方法
【專利摘要】在測量設(shè)備上測量一系列名義相同的生產(chǎn)工件。為了針對溫度變化進(jìn)行校正，所述工件中的一個工件形成標(biāo)準(zhǔn)制品，其度量例如通過外部校準(zhǔn)是已知的。所述標(biāo)準(zhǔn)制品在兩個或者更多個溫度于所述測量設(shè)備上測量，產(chǎn)生所述標(biāo)準(zhǔn)制品在相應(yīng)溫度時對應(yīng)的的兩組或者更多組測量度量值。生成將所述標(biāo)準(zhǔn)制品的所述測量度量值與所述標(biāo)準(zhǔn)制品的已知度量相關(guān)聯(lián)的一個或者多個誤差圖或者查找表或者函數(shù)。所述一個或者多個誤差圖、查找表或函數(shù)依賴于測量所述標(biāo)準(zhǔn)制品時的相應(yīng)溫度。使用源自于所述一個或者多個誤差圖、查找表或函數(shù)的校正值來校正系列生產(chǎn)工件的測量結(jié)果。這些校正值根據(jù)獲得所述工件測量結(jié)果時的溫度來確定。
【專利說明】用于檢查工件的方法和設(shè)備
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于檢查工件度量的測量設(shè)備，更具體地說是涉及坐標(biāo)測量設(shè)備。坐標(biāo)測量設(shè)備包括例如坐標(biāo)測量機(CMM )、機床、手動坐標(biāo)測量臂和檢查機器人。
【背景技術(shù)】
[0002]在生產(chǎn)工件后在具有支撐探頭的可移動部件的坐標(biāo)測量機(CMM)上檢查它們是常規(guī)操作，所述探頭可以在該坐標(biāo)測量機的三維工作體積內(nèi)驅(qū)動。
[0003]CMM (或者其他坐標(biāo)測量設(shè)備)可以是所謂的笛卡爾機器，其中，支撐探頭的可移動部件經(jīng)由三個串聯(lián)的托架(carriage)安裝，所述三個串聯(lián)的托架可以各自在三個正交的方向X、Y、Z上移動。可以選擇的是，所述CMM可以是非笛卡爾機器，例如，包括3個或者6個可延伸的撐桿(strut)，所述撐桿各自在所述可移動部件和相對固定的基座部件或者框架之間平行連接。然后，通過協(xié)調(diào)(coordinate)所述3個或者6個撐桿的各自延伸來控制所述可移動部件(并且因而所述探頭)在所述X、Y、Z工作體積中的移動。非笛卡爾機器的一個實例示于國際專利申請W003/006837和W02004/063579中。
[0004]熱膨脹和收縮影響工件的測量結(jié)果。為了在變化的熱環(huán)境中精確地測量工件，從美國專利N0.5，257，460 (McMurtry)和5，426，861(Shelton)已知對參考工件或者具有與工件相似的尺寸或形狀的標(biāo)準(zhǔn)制品(master artefact)進(jìn)行測量。然后，將這些測量結(jié)果與受檢查的生產(chǎn)工件在相同的熱環(huán)境中的測量結(jié)果相比較。例如，如果標(biāo)準(zhǔn)制品/參考工件是一系列名義相同的工件中的已知的良好工件，則其可以用作比較所有其他工件的基準(zhǔn)。如果需要絕對式測量結(jié)果，則可以在更加精確的測量機器上校準(zhǔn)所述標(biāo)準(zhǔn)制品/參考工件。
[0005]如果在對一系列名義相同的工件進(jìn)行測量的過程中熱環(huán)境發(fā)生變化，則上述技術(shù)會發(fā)生問題。為了保持精確度，需要重新制定標(biāo)準(zhǔn)(即，對所述標(biāo)準(zhǔn)制品進(jìn)行重新制定標(biāo)準(zhǔn))以提供用于隨后比較測量的新基準(zhǔn)。這耗費時間。而且，在改變的環(huán)境中，需要如此重新制定標(biāo)準(zhǔn)的頻率是可變化的，并且可能是未知的或者難以確立的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的一個方面提供了一種在測量設(shè)備上進(jìn)行的測量方法，所述測量方法包括:
[0007]提供具有已知度量的標(biāo)準(zhǔn)制品，
[0008]在兩個或者更多個溫度于所述設(shè)備上測量所述標(biāo)準(zhǔn)制品，并產(chǎn)生所述標(biāo)準(zhǔn)制品在相應(yīng)溫度時的兩組或者更多組對應(yīng)的測量度量值，
[0009]測量所述標(biāo)準(zhǔn)制品被測量時的所述溫度，
[0010]生成將所述標(biāo)準(zhǔn)制品的所述測量度量值與所述標(biāo)準(zhǔn)制品的所述已知度量相關(guān)聯(lián)的一個或者多個誤差圖或者查找表或者函數(shù)，所述或者每個誤差圖、查找表或函數(shù)依賴于所述標(biāo)準(zhǔn)制品被測量時的所述相應(yīng)溫度。
[0011 ] 所述一個或者多個誤差圖、查找表或函數(shù)然后可以和所述相應(yīng)溫度的測量值一起存儲。
[0012]本發(fā)明的第二方面提供了一種在測量設(shè)備上進(jìn)行的測量方法，所述測量方法包括:
[0013]提供具有已知度量的標(biāo)準(zhǔn)制品，
[0014]在第一溫度于所述設(shè)備上測量所述標(biāo)準(zhǔn)制品，并產(chǎn)生所述標(biāo)準(zhǔn)制品在所述第一溫度時得到的第一組測量度量值，
[0015]在至少第一溫度于所述設(shè)備上測量所述標(biāo)準(zhǔn)制品，并產(chǎn)生所述標(biāo)準(zhǔn)制品在相應(yīng)的一個或者多個溫度時的至少第二組測量度量值，
[0016]生成將所述標(biāo)準(zhǔn)制品在至少所述第一和第二溫度時的所述測量度量值與測量所述度量值時的溫度和所述標(biāo)準(zhǔn)制品的所述已知度量相關(guān)聯(lián)的一個或者多個誤差圖或者查找表或者函數(shù)。
[0017]在上述方面中的任一方面，一個誤差圖或者查找表或者函數(shù)可以在多個相應(yīng)溫度將所述標(biāo)準(zhǔn)制品的測量度量值和所述標(biāo)準(zhǔn)制品的已知度量相關(guān)聯(lián)?？梢赃x擇的是，相應(yīng)的誤差圖或者查找表或者函數(shù)可以在相應(yīng)的所述溫度將所述標(biāo)準(zhǔn)制品的測量度量值和所述標(biāo)準(zhǔn)制品的已知度量相關(guān)聯(lián)。
[0018]所述標(biāo)準(zhǔn)制品可以具有與待測量工件的特征的度量相似的特征。例如，其可以具有形狀、尺寸或者位置相似的特征。其可以是形成待測量的一系列名義相同的工件之一的工件。
[0019]所生成的一個或者多個誤差圖或者查找表或者函數(shù)可以被用來校正生產(chǎn)工件的隨后測量結(jié)果。這樣的方法可以包括在所述設(shè)備上測量生產(chǎn)工件以獲得測量工件度量值；并測量獲得所述測量工件度量值時的溫度。然后采用源自于根據(jù)獲得所述工件度量值時的溫度確定的所述誤差圖或者查找表或者函數(shù)的校正值來校正所述測量工件度量值。
[0020]本發(fā)明的第三方面提供了一種在測量設(shè)備上測量工件的方法，所述方法包括:
[0021]以參考工件形式提供標(biāo)準(zhǔn)制品，所述參考工件具有已知度量，
[0022]在第一溫度于所述設(shè)備上測量所述參考工件，并產(chǎn)生所述參考工件在所述第一溫度時得到的第一組測量度量值，
[0023]生成將所述參考工件在所述第一溫度時的所述測量度量值與所述參考工件的所述已知度量相關(guān)聯(lián)的至少一個誤差圖或者查找表或者函數(shù)，
[0024]在所述設(shè)備上測量生產(chǎn)工件以獲得測量工件度量值，并測量獲得所述工件度量值時的溫度，以及
[0025]采用源自于所述誤差圖、查找表或函數(shù)的校正值來校正所述工件度量值，
[0026]其中，所述校正值根據(jù)獲得所述工件度量值時的溫度來確定。
[0027]在一個有利的方式中，上述方法可以進(jìn)一步包括:
[0028]在至少一個另外的溫度測量所述參考工件，并產(chǎn)生所述參考工件在相應(yīng)的一個或者多個溫度時的至少另外一組測量度量值，
[0029]其中，所述誤差圖或者查找表或者函數(shù)還將所述參考工件在另外的所述一個或者多個溫度時的所述測量度量值與所述參考工件的所述已知度量相關(guān)聯(lián)。
[0030]在一個可以選擇的有利的方式中，所述方法可以進(jìn)一步包括:
[0031]在至少一個另外的溫度測量所述參考工件，并產(chǎn)生所述參考工件在相應(yīng)的一個或者多個溫度時的至少另外一組測量度量值，
[0032]生成將所述參考工件在另外的所述一個或者多個溫度時的測量度量值與所述參考工件的所述已知度量相關(guān)聯(lián)，以及
[0033]根據(jù)獲得所述工件度量值時的溫度，采用來自于所述至少一個另外的誤差圖或者查找表或者函數(shù)的校正值來校正所述工件度量值。
[0034]于是，在這些可以選擇的方式中，可以存在一個提供對應(yīng)于多個溫度的校正值的綜合的圖、查找表或者函數(shù)，或者可以存在針對不同的溫度的獨立的誤差圖、查找表或者函數(shù)。
[0035]在本發(fā)明的上述方面的任意方面，所述方法可以包括檢查測量或者準(zhǔn)備測量生產(chǎn)工件時的溫度是否在預(yù)定的公差內(nèi)對應(yīng)于所述誤差圖或者查找表或者函數(shù)中的一個誤差圖或者查找表或者函數(shù)的溫度，如果對應(yīng)，則采用源自于對應(yīng)的誤差圖或者查找表或者函數(shù)的校正值來校正所述工件度量值。
[0036]在本發(fā)明的上述方面的任意方面，所述方法可以包括檢查測量或者準(zhǔn)備測量生產(chǎn)工件時的溫度是否在預(yù)定的公差內(nèi)對應(yīng)于所述誤差圖或者查找表或者函數(shù)的溫度，如果不對應(yīng)，則對所述標(biāo)準(zhǔn)制品進(jìn)行重新制定標(biāo)準(zhǔn)并產(chǎn)生所述標(biāo)準(zhǔn)制品在所述相應(yīng)溫度時的另一
組測量度量值。
[0037]可以選擇的是，如果在獲得所述工件測量值時的溫度和誤差圖或者查找表或者函數(shù)的溫度之間存在差異，那么可以例如通過內(nèi)插法或者外推法由一個或者多個所述誤差圖或者查找表確定校正值。例如，這可以通過擬合將在不同溫度獲得的測量值相關(guān)聯(lián)的函數(shù)來進(jìn)行；或者可以通過使用溫度差異和工件的材料的熱膨脹系數(shù)進(jìn)行計算來進(jìn)行?？梢赃x擇的是，如果溫度差異大于希望的公差，那么可以摒棄該工件測量值。
[0038]在本發(fā)明的上述方面的任意方面，所述標(biāo)準(zhǔn)制品可以具有與待測量的生產(chǎn)工件的特征相對應(yīng)的度量(它們的形狀、尺寸和/或位置)的特征?；蛘咚鰳?biāo)準(zhǔn)制品可以是一系列名義相同的生產(chǎn)工件中的一個工件。在提到生產(chǎn)工件時，其可以是一系列名義相同的工件中的一個工件。
[0039]已知的標(biāo)準(zhǔn)制品度量可以從所述測量設(shè)備的外部來源獲得。這可以通過校準(zhǔn)所述標(biāo)準(zhǔn)制品來獲得。所述標(biāo)準(zhǔn)制品可以在更精確的測量系統(tǒng)上(可能在獨立的溫度受控的環(huán)境中)校準(zhǔn)。這種系統(tǒng)可以是經(jīng)確認(rèn)的絕對式測量系統(tǒng)。可以選擇的是，在參考工件的情況中，其度量可以由該參考工件的設(shè)計數(shù)據(jù)獲得。
[0040]測量設(shè)備可以是坐標(biāo)測量設(shè)備，例如坐標(biāo)測量機。
[0041]參考工件或者生產(chǎn)工件的測量度量值可以簡單地為該工件的表面上的各個點的坐標(biāo)測量結(jié)果?？梢赃x擇的是，所述測量度量值可以是所述參考工件或者生產(chǎn)工件的特征的測量度量。它們可以得自于點的這些坐標(biāo)測量結(jié)果。
[0042]本發(fā)明的又一方面提供了測量設(shè)備和軟件，所述測量設(shè)備被構(gòu)造成執(zhí)行上述方法，而所述軟件被設(shè)計成使測量設(shè)備執(zhí)行所述方法。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0043]本發(fā)明的優(yōu)選的實施方式現(xiàn)在將通過舉例的方式參照如下附圖進(jìn)行描述，其中:
[0044]圖1是非笛卡爾坐標(biāo)測量設(shè)備或機器(CMM)的圖示。[0045]圖2圖示地顯示了所述機器的計算機控制系統(tǒng)的一部分。
[0046]圖3是顯示了在一個或者多個工作日期間在一般工廠中環(huán)境溫度的變化的圖表。
[0047]圖4是示出在優(yōu)選的實施方式中發(fā)生的過程的示意圖。
[0048]圖5和6是使CMM執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的的方法的軟件程序在計算機控制系統(tǒng)運行時的流程圖。
【具體實施方式】
[0049]在圖1所示的坐標(biāo)測量機中，待測量的工件10被放置在工作臺12(其構(gòu)成該機器的固定結(jié)構(gòu)的一部分)上。具有主體14的探頭被安裝至可移動平臺部件16上。所述探頭具有可移位的細(xì)長觸針18，所述可移位的細(xì)長觸針18在使用中與工件10接觸以進(jìn)行度量測量。
[0050]可移動平臺部件16由支撐機構(gòu)20 (只顯示其一部分)固定至機器的固定結(jié)構(gòu)。在本實施例中，支撐機構(gòu)20如國際專利申請W003/006837和W02004/063579所述。其包括在平臺16和機器的固定結(jié)構(gòu)之間平行延伸的3個套筒式可延伸撐桿22。每個撐桿22的每個末端全部分別可樞轉(zhuǎn)地連接至平臺16或者所述固定結(jié)構(gòu)，并且由各自的馬達(dá)延伸和收縮。延伸的量由各自的編碼器測量。用于每個撐桿22的馬達(dá)和編碼器構(gòu)成控制所述撐桿的延伸和收縮的伺服環(huán)路的一部分。在圖1中，在它們的伺服環(huán)路中的三個馬達(dá)和編碼器一般以附圖標(biāo)記24示出。
[0051]支撐機構(gòu)20還包括3個被動防旋轉(zhuǎn)器件32 (在圖1中只顯示其中的I個)。所述防旋轉(zhuǎn)器件在平臺16和機器的固定結(jié)構(gòu)之間平行延伸。每個防旋轉(zhuǎn)器件針對一個旋轉(zhuǎn)自由度約束平臺16。結(jié)果，平臺16僅在三個平移自由度上可移動，但是不能傾斜或者旋轉(zhuǎn)。所述防旋轉(zhuǎn)器件的更多討論請參見美國專利N0.6，336，375。
[0052]參照圖1和2，計算機控制26在已針對工件10的測量所編寫的部件程序34的控制下對可移動平臺16進(jìn)行定位。為了實現(xiàn)所述定位，控制26協(xié)調(diào)3個撐桿22的各自的延伸。程序例行程序(program routine) 36將X、Y、Z笛卡爾坐標(biāo)中的命令從所述部件程序變換(transform)成對應(yīng)的所述撐桿所要求的非笛卡爾長度。這樣產(chǎn)生針對伺服環(huán)路24中的每一個的指令信號28，因而其結(jié)果是，3個撐桿22延伸或收縮以對平臺16進(jìn)行定位。每個伺服環(huán)路以已知的方式動作以驅(qū)動各自的馬達(dá)從而使編碼器輸出遵循所述指令信號28，從而管控以使它們均衡。
[0053]控制26還從構(gòu)成伺服環(huán)路的一部分的編碼器接收測量信號30。這些指示每個撐桿22的即時非笛卡爾長度。它們由程序例行程序38變換回到笛卡爾X、Y、Z坐標(biāo)以供所述部件程序34使用。
[0054]探頭14可以是觸摸觸發(fā)式探頭，該探頭在觸針18接觸工件10時向計算機控制26發(fā)出觸發(fā)信號?？梢赃x擇的是，探頭可以是所謂的測量探頭或者模擬探頭，從而向控制26提供模擬或數(shù)字輸出，其測量觸針18相對于探頭的主體14在3個正交方向X、Y、Z上的位移。代替接觸式探頭，其可以是非接觸式探頭例如光學(xué)探頭。
[0055]在使用時，不管是在點對點測量模式中還是在掃描工件的表面時，在部件程序的控制下，平臺16移動以對探頭14相對于工件10進(jìn)行定位。對于觸摸觸發(fā)式測量，在其接收到觸摸觸發(fā)信號時，計算機控制26從撐桿22的編碼器獲取非笛卡爾測量信號30的即時讀數(shù)，并且變換例行程序38處理這些讀數(shù)以確定接觸工件表面的點的X、Y、Z笛卡爾坐標(biāo)位置。在測量探頭或者模擬探頭的情況中，所述控制將探頭的即時輸出與由撐桿的測量信號30變換成笛卡爾坐標(biāo)的的即時數(shù)值結(jié)合。在掃描的情況中，這可以在大量的點處進(jìn)行以確定工件表面的形式。如果需要，可以使用來自測量探頭或者模擬探頭的反饋來改變指令信號28，使得機器移動探頭以便將其保持在工件表面的希望的測量范圍內(nèi)。
[0056]圖3是顯示一個或者多個工作日期間一般工廠中的環(huán)境溫度的變化的圖表。該圖示出了環(huán)境溫度如何從一個工作班次到下一個工作班次發(fā)生變化。例如，在夜間班次42的過程中溫度在40處降到其最低點。在上午班次44的過程中又上升，在下午/旁晚班次48的過程中在46處升到最高溫度。在隨后的天數(shù)中重復(fù)相似的循環(huán)。
[0057]當(dāng)然，待測量的工件和測量工件的機器遭遇這些溫度波動，除非校正，否則測量結(jié)果是不精確的。在上述現(xiàn)有技術(shù)方法中，其針對制品進(jìn)行比較測量以獲得精確度，該方法一直需要在一天中的多個時間點重新制定標(biāo)準(zhǔn)(即重新測量制品)，只要溫度發(fā)生了變化，例如在圖3中在50Α至D、52、52A至C示出的點處。
[0058]在圖1中示出的本發(fā)明的實施方式包括紅外溫度傳感器54，該傳感器可以方便地安裝在可移動平臺部件16上以找到(address)正在被測量的工件10的位置并測量它的溫度?？梢赃x擇的是，紅外傳感器54A可以被安裝在CMM的固定結(jié)構(gòu)例如可選的撐架或支架56上，以測量工件溫度。這種紅外傳感器可以簡單地獲得工件表面的區(qū)域的溫度的平均讀數(shù)，或者其可以是被布置成識別并獲取特定工件特征的溫度的熱成像傳感器。
[0059]在另一個可以選擇的方式中，如果CMM具有用于自動交換探頭14的裝置，則其可以與接觸工件10的表面并駐留在那里一段時間以測量工件表面的溫度的接觸式溫度傳感器(未示出)交換。這種可交換的接觸式溫度傳感器在美國專利N0.5011297中有描述?；蛘邷囟葌鞲衅?例如熱電偶)可以手動地放置在工件的表面上，如54D處所示。
[0060]在又一個可以選擇的方式中，可以設(shè)置任何適當(dāng)類型的簡單的環(huán)境溫度傳感器(例如熱電偶)以獲取環(huán)境溫度，而不是專門測量工件的溫度。
[0061]圖1顯示了這樣可以選擇的溫度傳感器54B，其安裝至平臺16或者探頭14。在該位置，該探頭能夠測量工件10附近的環(huán)境溫度，不受到馬達(dá)生成的熱的不利影響。另一個選擇是溫度傳感器54C，其安裝至機器的固定結(jié)構(gòu)，或者獨立于機器，以獲取背景環(huán)境溫度。
[0062]可以使用兩個或者更多個溫度傳感器，例如一個靠近工件，例如傳感器54或者54B或者54D，另一個例如54C，其獲取背景環(huán)境溫度?？刂?6然后可以被編程為使用來自兩個或者更多個溫度傳感器的讀數(shù)的加權(quán)平均數(shù)，例如90%來自背景傳感器，而10%來自靠近工件的傳感器。可以通過試錯法調(diào)整相對權(quán)重以獲得良好的結(jié)果。
[0063]在使用中，所描述的設(shè)備可以用來檢查名義相同或者基本相同的一系列生產(chǎn)工件，例如在它們從生產(chǎn)線下線的時候，或者在它們在機床上制造的時候。為此，計算機控制26可以操縱如圖4至6所示的程序。這些過程的一些步驟可以手動執(zhí)行，或者包括手動介入。例如，在需要將物品放置在CMM的工作臺12上的時候，這可以通過手動進(jìn)行或者通過機器人進(jìn)行。
[0064]在這個方法的開始(圖4和5中的步驟60)，標(biāo)準(zhǔn)制品一參考工件一被放置在CMM的工作臺12上。所述標(biāo)準(zhǔn)制品/參考工件可以是一系列名義相同或者基本相同的生產(chǎn)工件中的第一個工件，由此具有與隨后待測量工件的度量相似的特征?；蛘?，其可以是專門制造的制品，該制品具有一個或者很多個特征，所述特征具有與一系列生產(chǎn)工件中的工件的特征相似的度量(此處對參考工件的參考等效地適用于這樣專門制造的制品，反之亦然)。
[0065]例如，特征可以具有相似的形狀，和/或它們的尺寸和/或位置可以相對應(yīng)。和/或特征之間的度量關(guān)系可以相對應(yīng)。例如，所述標(biāo)準(zhǔn)制品/參考工件可以具有諸如孔等特征，所述孔間隔與生產(chǎn)工件的對應(yīng)特征相似的距離?；蛘?，其可以具有與生產(chǎn)工件的平行表面相對應(yīng)的平行表面。所述標(biāo)準(zhǔn)制品或者參考工件不是非得完美地加以制造；其度量可以偏離名義設(shè)計值。
[0066]適當(dāng)校準(zhǔn)所述標(biāo)準(zhǔn)制品/參考工件的度量，使得它們是已知的(圖4，步驟62)。在一個優(yōu)選的實施方式中，它們從圖1的測量設(shè)備外部來源獲知。這可以通過在獨立的測量設(shè)備例如更精確的坐標(biāo)測量機上測量所述標(biāo)準(zhǔn)制品/參考工件的度量來進(jìn)行(圖5，步驟64)。該機器本身已經(jīng)被校準(zhǔn)，并且根據(jù)可追溯的標(biāo)準(zhǔn)被確認(rèn)為絕對式測量系統(tǒng)，并且其可以在溫度受控的環(huán)境中使用。
[0067]可以選擇的是，如果圖1的坐標(biāo)測量設(shè)備本身已經(jīng)校準(zhǔn)過，那么可以在例如25°C等標(biāo)準(zhǔn)溫度在該坐標(biāo)測設(shè)備上測量制品度量一圖4，步驟66 (不過，像下文所建議的那樣，如果圖1中的坐標(biāo)測量設(shè)備沒有校準(zhǔn)過，這是不可行的)。
[0068]另一種可能是，制品的度量可以僅通過從該制品的設(shè)計數(shù)據(jù)(例如繪圖或者CAD文件)獲得它們而從外部來源獲知。這假設(shè)該制品已經(jīng)按照設(shè)計數(shù)據(jù)得以精確制造，因此如果該制品不是一系列待測量的工件中的一個工件的話，這是特別適合的。
[0069]在步驟68 (圖4)，在第一溫度測量已知標(biāo)準(zhǔn)制品/參考工件的度量。取決于一天的時間，該第一溫度可以是圖3中示出的溫度中的任意溫度，例如溫度50A。如圖5中所示，測量所述參考工件的步驟68 (以任意順序)包括步驟70和72。
[0070]在步驟70中，在部件程序34的命令下，通過將探頭14相對于標(biāo)準(zhǔn)制品或參考工件移動而對所述標(biāo)準(zhǔn)制品或參考工件的度量進(jìn)行測量，以獲得在該工件表面上的各希望的點處的坐標(biāo)測量結(jié)果。每個獨立的點的坐標(biāo)測量結(jié)果本身可以被視為測量度量值?？梢赃x擇的是，根據(jù)這些坐標(biāo)測量結(jié)果，可以推出特征的測量度量值，例如圓形特征的直徑，溝槽的寬度、凸緣的厚度等?；蛘?，所述推出的測量度量值可以是特征之間的關(guān)系。例如，它們可以是特征如孔的間距，或者它們可以表示名義相互平行的表面的平行性。在這些情況的任意情況中，將這些測量度量值存儲為控制26的存儲介質(zhì)62中的比較值。
[0071]在步驟72中，所述標(biāo)準(zhǔn)制品或者參考工件的第一溫度讀數(shù)由溫度傳感器54(或者一個或者多個所提到的其他類型的傳感器，如54A、54B或者54C)讀取。將對應(yīng)的第一溫度值與所述度量測量值一起存儲。
[0072]現(xiàn)在在74步驟中計算第一誤差圖或者查找表或者誤差函數(shù)。這對在第一溫度時參考工件的測量度量和已知度量進(jìn)行比較并將它們相關(guān)聯(lián)。第一誤差圖或者查找表或者函數(shù)也和對應(yīng)的第一溫度值一起存儲在控制26的存儲介質(zhì)62中。它們可以存儲在存儲介質(zhì)的硬盤上的文件或者文件夾中，或者存儲在易失性(volatile)或者非易失性存儲器中。
[0073]在實現(xiàn)包含在圖4的框線A內(nèi)并且還顯示在圖6中的本發(fā)明的第一實施方式中，所述方法按照如下進(jìn)行。使用一系列的生產(chǎn)工件10替換所述標(biāo)準(zhǔn)制品/參考工件，每個生產(chǎn)工件按順序放置在工作臺12上。在步驟76中，針對每個工件，在部件程序34的控制下進(jìn)行度量測量。這產(chǎn)生與所述標(biāo)準(zhǔn)制品或者參考工件的如上所討論的類型相同的測量度量值。在此之前或者之后，在步驟78中，從傳感器54 (或者54A、54B、54C)讀取溫度讀數(shù)。在步驟80中，所述程序確定步驟78中讀取的溫度是否等于(或者在預(yù)定公差內(nèi)充分地接近)步驟68中的誤差圖或者查找表或者函數(shù)所記錄的溫度。如果答案是“是”，則在步驟82中應(yīng)用誤差圖或者查找表或者函數(shù)，以校正測量結(jié)果。結(jié)果存儲在存儲介質(zhì)62中。
[0074]然后更換工件，并針對系列生產(chǎn)工件中的每個生產(chǎn)工件重復(fù)步驟76、78、80和82。這繼續(xù)直到步驟80導(dǎo)致答案“否”的時候一換言之，直到溫度已經(jīng)改變到不再充分地接近記錄誤差圖或者查找表或者函數(shù)時的溫度的程度。
[0075]沒有必要為每一個被測量(步驟76)的單獨工件檢查溫度(步驟78)。如果溫度仍然充分地接近記錄誤差圖、查找表或函數(shù)時的溫度，通常只按周期間隔檢查就夠了。例如，這可以按有規(guī)律的時間間隔進(jìn)行檢查，或者在測量預(yù)定數(shù)量的工件之后進(jìn)行檢查。可以選擇的是，可以在測量每件工件之前或者之后監(jiān)控溫度，以檢查溫度是否已經(jīng)改變超過預(yù)定的量。如果溫度沒有改變，或者溫度改變處在先前數(shù)值的預(yù)定公差內(nèi)，那么對系列工件中的下一個工件重復(fù)步驟76、80和82。
[0076]如圖3所示，預(yù)期溫度將在日周期中發(fā)生變化。如果在步驟80中確定溫度已經(jīng)改變超過預(yù)定的公差(即，答案為“否”)，那么可以只是停止測量過程，并且例如通過報警信號警告操作者。然而，存在若干種備用選擇。
[0077]在一種選擇中(步驟88)，可以將標(biāo)準(zhǔn)制品/參考工件重新裝載到工作臺12上并重新制定標(biāo)準(zhǔn)(通過對其進(jìn)行重新測量)。系統(tǒng)可以采用報警信號警告操作者如此進(jìn)行。這個步驟88在新的溫度創(chuàng)建新的誤差圖、查找表或者函數(shù)，并進(jìn)一步顯示在圖4和5中。本質(zhì)上，在步驟90、92和94中重復(fù)步驟70、72和74。這些測量結(jié)果再次和步驟92中測量的對應(yīng)的改變溫度值一起存儲在存儲介質(zhì)62中。當(dāng)然，可以使用在步驟78中獲得的最近的溫度值，以代替步驟92中獨立的溫度讀數(shù)。另外，如下文所討論的那樣，步驟88的結(jié)果可以被合并到單獨的、綜合的超組(super-set)誤差圖或表，而不是創(chuàng)建獨立的新的誤差圖或表。
[0078]圖4中的框線B展示在兩個或者更多個溫度對誤差圖或者查找表或者函數(shù)的這種創(chuàng)建(步驟68和88)形成本發(fā)明的另一個優(yōu)選實施方式。
[0079]現(xiàn)在如上所述(步驟76、78、80、82)對系列工件中的進(jìn)一步的工件進(jìn)行測量和校正，不過使用來自標(biāo)準(zhǔn)制品/參考工件的重新制定標(biāo)準(zhǔn)的測量結(jié)果的新的誤差圖、表或函數(shù)。于是，系列工件中的這些進(jìn)一步的工件的測量結(jié)果的校正考慮了該改變的溫度。
[0080]考慮圖3應(yīng)當(dāng)可以理解的是，如此重新制定標(biāo)準(zhǔn)(重新測量參考工件)在工作班次模式過程中不同環(huán)境溫度在日周期中的不同點50A-D、52、52A-C處發(fā)生。如圖5中的88處所示的環(huán)路所示，可以在日周期過程中在必要時重復(fù)很多次。結(jié)果，隨著時間的推移，計算機控制26建立起很多不同的誤差圖、表或函數(shù)，覆蓋工作日所經(jīng)歷的整個溫度范圍。或者其形成逐漸增多的綜合的超組誤差圖、表或函數(shù)，如下文所討論的那樣。本質(zhì)上，計算機“學(xué)會” 了在不同溫度所需要的校正。
[0081]因此，在步驟80中確定溫度已經(jīng)發(fā)生改變之后，并且在進(jìn)行至利用標(biāo)準(zhǔn)制品/參考工件進(jìn)行重新制定標(biāo)準(zhǔn)步驟88之前，步驟80首先檢查是否可以重新使用已經(jīng)存儲在存儲介質(zhì)62中的標(biāo)準(zhǔn)制品/參考工件的現(xiàn)有校正值或者測量結(jié)果，而不是重新制定標(biāo)準(zhǔn)。現(xiàn)有數(shù)值可以直接使用，或者通過外推法或者內(nèi)插法加以使用。[0082]在一個簡單的實施方式中，在步驟78確定的新的溫度值可以與先前已經(jīng)和誤差圖或者查找表一起存儲的溫度值比較，以看看在期望的公差范圍內(nèi)是否找到匹配。如果找至|J，那么步驟82可以重新使用來自存儲介質(zhì)62中的對應(yīng)的誤差圖或表的測量或者校正值，而不是重新制定標(biāo)準(zhǔn)。圖6的程序繼續(xù)測量和比較系列工件中的工件(步驟76)，但是使用從存儲介質(zhì)62中檢索到的先前存儲的校正或比較值。于是，更換工作臺12上的標(biāo)準(zhǔn)制品并對其重新制定標(biāo)準(zhǔn)的耗時的步驟是不需要的。不僅在當(dāng)天晚些時候，而且在以后的日子里，如果根本不需要重新制定標(biāo)準(zhǔn)(如圖3右手部分所示)，這是非常節(jié)省時間的。
[0083]另一方面，如果在步驟80中發(fā)現(xiàn)沒有對應(yīng)的充分接近當(dāng)前溫度的對應(yīng)現(xiàn)有數(shù)據(jù)組的話，或者如果現(xiàn)有數(shù)據(jù)對于外推法或者內(nèi)插法而言不夠(見下文)的話，那么進(jìn)行如上所述的重新制定標(biāo)準(zhǔn)步驟88。
[0084]如上文所討論的那樣，針對每個溫度創(chuàng)建并存儲查找表的獨立誤差圖。然而，如圖4和5中的步驟96所示，可以在將所有的數(shù)據(jù)和相應(yīng)溫度值一起合并在單個圖、查找表或者函數(shù)中。例如，每個新的誤差圖或表或者函數(shù)可以將測量結(jié)果與一個或者多個以前的表相關(guān)聯(lián)，而不是直接退到標(biāo)準(zhǔn)制品/參考工件的已知度量。于是，這些隨后的誤差圖或表或函數(shù)僅僅間接地向回與參考工件相關(guān)聯(lián)。所有這樣的誤差圖、表或函數(shù)都可以組合成單個誤差圖或者表，形成與不同溫度相對應(yīng)的誤差圖或者表的超組，這種超組隨著時間的推移而不斷增加，因為針對不同溫度的數(shù)據(jù)被加入其中。
[0085]溫度傳感器應(yīng)該能夠以絕對精確度測量溫度不是必須的。因為所述方法將測量溫度與先前存儲的溫度測量結(jié)果相比較，因此更加重要的是溫度測量結(jié)果應(yīng)該是可重復(fù)的而不是要絕對的精確。
[0086]所述方法的以上簡單的實施方式在圖3中所示的日周期或者工作班次模式的一部分中的點52A-C具有與該周期的先前部分中的對應(yīng)的點50A-C相同的溫度的情況下是有用的。只要已經(jīng)在對應(yīng)的溫度(在期望的公差內(nèi))進(jìn)行過測量，就可以使用預(yù)先存儲在存儲介質(zhì)62中的現(xiàn)有比較或校正值，而不是重新制定標(biāo)準(zhǔn)。為便于此，可以對步驟78進(jìn)行編程以檢查具體的預(yù)定溫度，例如按預(yù)定的溫度變化如5°C進(jìn)行劃分。
[0087]代替重新制定標(biāo)準(zhǔn)步驟88的另一個選擇是，由現(xiàn)有的誤差圖或者查找表通過外推法推出適當(dāng)?shù)男Ｕ?可選步驟84)。例如，如果假設(shè)工件的材料具有線性的熱膨脹系數(shù)，表中現(xiàn)有的值可以根據(jù)該系數(shù)或者根據(jù)與相似工件的實踐經(jīng)驗簡單地乘以一個乘數(shù)。
[0088]可以選擇的是，在一個更加復(fù)雜的實施方式中，如果在步驟78中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前溫度位于兩個或者更多個先前存儲的溫度之間，那么可以通過在對應(yīng)的存儲圖或表中的對應(yīng)的數(shù)值之間通過內(nèi)插法產(chǎn)生所需的比較或者校正值。例如，在圖3中，點53出現(xiàn)在兩個先前存儲的點50A和50B之間的溫度處。在這種情況下，可以在點50A和50B處獲得的兩個相鄰的測量數(shù)據(jù)組中的對應(yīng)數(shù)值之間通過線性內(nèi)插法確定所需的比較或者校正值。為了獲得更加精確的結(jié)果，在存在4個或更多個先前存儲的對應(yīng)于跨在點53處的溫度的溫度值50A-50D的數(shù)據(jù)組的情況下，則可以在步驟70進(jìn)行二次內(nèi)插法。當(dāng)然，所述內(nèi)插法考慮了在點53處實際測得的溫度，與50A-D處的存儲數(shù)據(jù)組的存儲溫度值比較。還可以考慮溫度改變的方向(增加或者降低)，并且還可以考慮它的改變速率。
[0089]除了線性或者二次方程函數(shù)之外，還可以使用其他多項式或者非多項式函數(shù)進(jìn)行內(nèi)插法，例如三次或者二次樣條或者對數(shù)函數(shù)，將該函數(shù)擬合在若干個不同溫度處獲得的對應(yīng)比較或者校正值。
[0090]在又一個備用選擇中，不是產(chǎn)生新的比較或者校正值組來校正具體的測量結(jié)果，而是可以在步驟96中使用內(nèi)插法建立誤差或者校正函數(shù)或者系數(shù)，即公式或者系數(shù)。然后在步驟86中將這些應(yīng)用于每個測量結(jié)果以對其進(jìn)行校正。當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)制品被測量或者被重新測量(步驟88)并且和相關(guān)溫度值一起存儲在存儲介質(zhì)62中而不是存儲查比較測量值或校正值的查找表或者圖時，可以確定這種誤差或者校正函數(shù)或者系數(shù)。在這種方法的一個實施方式中，校正函數(shù)或者系數(shù)可以被送到將來自編碼器的非笛卡爾測量結(jié)果變換成笛卡爾式測量值的例行程序38中。可以選擇的是，校正函數(shù)或者系數(shù)可以由部件程序34應(yīng)用于工件測量。
[0091]應(yīng)當(dāng)理解的是，所描述的優(yōu)選方法包括針對具有已知度量的制品進(jìn)行的比較測量。這意味著對于圖1中的坐標(biāo)測量設(shè)備而言其本身沒有必要非得經(jīng)過校準(zhǔn)，這是因為僅僅根據(jù)設(shè)備的可重復(fù)性(其測量結(jié)果的可重復(fù)性)就能夠獲得精確的結(jié)果。在這些情況下，設(shè)備起到比對儀的作用，并且為了得到絕對的精確度，它沒有必要經(jīng)過校準(zhǔn)或者被確認(rèn)為絕對測量系統(tǒng)。然而，如果需要的話，它可以經(jīng)過這樣的確認(rèn)。
[0092]當(dāng)然，應(yīng)當(dāng)理解的是，可以對上述實施方式進(jìn)行很多改進(jìn)，例如按照下文所述。
[0093]可以使用用于支撐探頭14的其他支撐機構(gòu)，而不是帶有如圖1所示的3個可延伸撐桿的支撐機構(gòu)20。例如，可以使用六腳支撐機構(gòu)，其帶有可樞轉(zhuǎn)地平行安裝在可移動部件16和機器的固定結(jié)構(gòu)之間的六個可延伸撐桿。每個這樣的撐桿由如上文所述形成伺服環(huán)路的編碼器和馬達(dá)延伸和收縮。每個撐桿的延伸和收縮由計算機控制協(xié)調(diào)以控制可移動部件在5個或者6個自由度中的移動(于是探頭14可以通過圍繞X和Y軸線傾斜以及在X、Y和Z方向上平移而定向)。編碼器的輸出由計算機控制讀取并在要進(jìn)行測量時變換成笛卡爾坐標(biāo)。
[0094]可以選擇的是，用于可移動部件16和探頭14的支撐機構(gòu)可以是常規(guī)的笛卡爾CMM,其具有3個串聯(lián)布置的分別在X、Y和Z方向上移動的托架。
[0095]如果需要，在以上布置的任意布置中，探頭14可以通過探頭頭安裝至可移動部件16，所述探頭頭可以在一個或者兩個軸線上旋轉(zhuǎn)以對探頭進(jìn)行定向。若干個適合的探頭頭可以從本 申請人:/受讓人Renishaw pic.獲得。所述探頭頭可以是分度(indexing)類型，例如Renishaw PHlO型，其可以鎖定在多個方位中的任何方位中。或者，其可以是可連續(xù)旋轉(zhuǎn)式探頭頭，例如Renishaw PH20型。或者探頭本身可以具有一個或者兩個連續(xù)旋轉(zhuǎn)的軸，例如 Renishaw REVO?或者 GYRO? 探頭。
[0096]本發(fā)明不限于使用在所描述的自動CMM上。本發(fā)明可以用于使用針對已知制品的比較測量的任何形式的工件檢查。例如，已知使用標(biāo)準(zhǔn)固定測量儀結(jié)合具有已知度量的制品。所述固定測量儀具有被用來比較制品和工件的一個或者多個特征的一個或者多個測量變換器(measurement transducer)。這些測量變換器可以采用接觸式探頭例如LVDT或者利用光束和對應(yīng)的光檢測器的非接觸式探頭的形式。根據(jù)本發(fā)明，固定測量儀使用的校正值可以在各種不同的溫度確定，并且和它們對應(yīng)溫度值一起存儲。在使用時，測量工件或環(huán)境的溫度，將所述溫度與存儲的溫度值比較，并且選定對應(yīng)的校正值組并應(yīng)用于所進(jìn)行的測量?？梢赃x擇的是，和上述自動方法一樣，通過外推法或者在兩個或者更多個存儲的數(shù)值組之間的內(nèi)插法來確定所需的校正值。
【權(quán)利要求】
1.一種在測量設(shè)備上進(jìn)行的測量方法，所述測量方法包括: 以參考工件形式提供標(biāo)準(zhǔn)制品，所述參考工件是待測量的一系列名義相同的工件中的一個工件，所述標(biāo)準(zhǔn)制品具有從所述測量設(shè)備的外部來源獲知的度量， 在兩個或者更多個溫度于所述設(shè)備上測量所述標(biāo)準(zhǔn)制品，并產(chǎn)生所述標(biāo)準(zhǔn)制品在相應(yīng)溫度時的兩組或者更多組對應(yīng)的測量度量值， 測量在所述標(biāo)準(zhǔn)制品被測量時的所述溫度， 生成將所述標(biāo)準(zhǔn)制品的所述測量度量值與所述標(biāo)準(zhǔn)制品的已知度量相關(guān)聯(lián)的一個或者多個誤差圖或者查找表或者函數(shù)，所述或者每個誤差圖、查找表或函數(shù)依賴于所述標(biāo)準(zhǔn)制品被測量時的所述相應(yīng)溫度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量方法，其中，一個誤差圖或者查找表或者函數(shù)在多個所述相應(yīng)溫度將所述標(biāo)準(zhǔn)制品的所述測量度量值與所述標(biāo)準(zhǔn)制品的所述已知度量相關(guān)聯(lián)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量方法，其中，相應(yīng)的誤差圖或者查找表或者函數(shù)在相應(yīng)的所述溫度將所述標(biāo)準(zhǔn)制品的所述測量度量值與所述標(biāo)準(zhǔn)制品的所述已知度量相關(guān)聯(lián)。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的測量方法，所述測量方法進(jìn)一步包括: 在所述設(shè)備上測量生產(chǎn)工件以獲得測量工件度量值，并測量獲得所述工件度量值時的溫度，以及 采用源自于所述誤差圖、查找表或函數(shù)的校正值來校正所述工件度量值， 其中，所述校正值根據(jù)獲得所述工 件度量值時的溫度來確定。
5.一種在測量設(shè)備上進(jìn)行的測量方法，所述方法包括: 以參考工件形式提供標(biāo)準(zhǔn)制品，所述參考工件具有從所述測量設(shè)備的外部來源獲知的度量， 在第一溫度于所述設(shè)備上測量所述參考工件，并產(chǎn)生所述參考工件在所述第一溫度時得到的第一組測量度量值， 生成將所述參考工件在所述第一溫度時的所述測量度量值與所述參考工件的已知度量相關(guān)聯(lián)的至少一個誤差圖或者查找表或者函數(shù)， 在所述設(shè)備上測量生產(chǎn)工件以獲得測量工件度量值，并測量獲得所述工件度量值時的溫度，以及 采用源自于所述誤差圖、查找表或函數(shù)的校正值來校正所述工件度量值， 其中，所述校正值根據(jù)獲得所述工件度量值時的溫度來確定。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或權(quán)利要求5所述的方法，所述方法包括檢查測量或者準(zhǔn)備測量生產(chǎn)工件時的溫度是否在預(yù)定的公差內(nèi)對應(yīng)于所述誤差圖或者查找表或者函數(shù)的溫度，并且如果對應(yīng)，則采用源自于對應(yīng)的誤差圖或者查找表或者函數(shù)的校正值校正所述工件度量值。
7.根據(jù)權(quán)利要求4、權(quán)利要求5或權(quán)利要求6所述的方法，所述方法包括檢查測量或者準(zhǔn)備測量生產(chǎn)工件時的溫度是否在預(yù)定的公差內(nèi)對應(yīng)于所述誤差圖或者查找表或者函數(shù)的溫度，并且如果不對應(yīng)，則重新測量所述標(biāo)準(zhǔn)制品并產(chǎn)生所述標(biāo)準(zhǔn)制品在相應(yīng)溫度時的另一組測量度量值。
8.根據(jù)權(quán)利要求4至7中任一項所述的方法，其中，所述生產(chǎn)工件是一系列名義相同的工件中的一件工件。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中，所述測量設(shè)備被確認(rèn)為不是絕對式測量系統(tǒng)。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中，所述測量設(shè)備被確認(rèn)為是絕對式測量系統(tǒng)。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中，已知的標(biāo)準(zhǔn)制品度量是通過校準(zhǔn)所述標(biāo)準(zhǔn)制品來獲得的。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述標(biāo)準(zhǔn)制品在獨立的測量系統(tǒng)上校準(zhǔn)，所述獨立的測量系統(tǒng)被確認(rèn)為是絕對式測量系統(tǒng)。
13.根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項所述的方法，其中，形成所述標(biāo)準(zhǔn)制品的所述工件的所述已知度量從該工件的設(shè)計數(shù)據(jù)獲得。
14.根據(jù)前述權(quán)利要求4至8中任一項所述的測量方法，其中，所述校正值根據(jù)獲得所述工件度量值時的溫度從所述一個或者多個誤差圖、查找表或函數(shù)通過外推法或者內(nèi)插法得到。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，所述校正值采用源自于兩個或者更多個誤差圖或者查找表的函數(shù)通過內(nèi)插法得到。
16.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中，所述測量度量值是所述制品或者工件的表面上的各個點的坐標(biāo)測量結(jié)果。
17.根據(jù)權(quán)利要求1至15中任一項所述的方法，其中，所述測量度量值是所述制品或者工件的特征的測量度量。
18.根據(jù)權(quán)利要求1至15中任一項所述的方法，其中，所述測量度量值是所述制品或者工件的特征之間的度量關(guān)系。
19.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中，所述測量設(shè)備是坐標(biāo)測量設(shè)備。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中，所述坐標(biāo)測量設(shè)備包括被安裝成圍繞一個或者兩個軸線旋轉(zhuǎn)的探頭。
21.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中，所述測量設(shè)備包括接觸式探頭。
22.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中，所述測量設(shè)備包括非接觸式探頭。
23.測量設(shè)備，該測量設(shè)備被構(gòu)造成執(zhí)行前述權(quán)利要求中任一項所述的方法。
24.用于測量設(shè)備的軟件程序，所述軟件程序被設(shè)計成使所述設(shè)備執(zhí)行權(quán)利要求1至23中任一項所述的方法。
【文檔編號】G01B5/00GK103827623SQ201280044062
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2012年8月9日 優(yōu)先權(quán)日:2011年8月9日
【發(fā)明者】凱文·巴里·喬納斯, 利奧·克里斯托弗·薩默維爾 申請人:瑞尼斯豪公司