專利名稱：表面形狀的測(cè)量的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及表面形狀的測(cè)量方法，本發(fā)明特別適用于測(cè)量諸如工件之類的物體的徑向形狀或柱面形狀。徑向形狀和物體的圓度有關(guān)，并且給出它偏離圓的指示。柱面形狀提供物體的表面形狀接近一個(gè)正圓柱體的程度的度量。
在現(xiàn)有的用于測(cè)量柱面形狀的設(shè)備中，例如本申請(qǐng)人的TalyrondTR 200(商標(biāo))測(cè)量設(shè)備，在一轉(zhuǎn)動(dòng)支架或轉(zhuǎn)臺(tái)上安裝一個(gè)要測(cè)量的大致圓柱形的工件。例如按本申請(qǐng)人的EP-A-0240150中描述的方式(這里參照引用了該申請(qǐng)的內(nèi)容)確定該轉(zhuǎn)動(dòng)支架的中心和水平，使工件的柱面軸與轉(zhuǎn)臺(tái)的主軸重合，轉(zhuǎn)臺(tái)的主軸確定了一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸基準(zhǔn)。通過(guò)一個(gè)支柱確定一個(gè)軸向平直基準(zhǔn)，所說(shuō)支柱偏離該轉(zhuǎn)動(dòng)軸基準(zhǔn)但和該轉(zhuǎn)動(dòng)軸基準(zhǔn)平行。支柱攜帶一個(gè)探針臂，所說(shuō)探針臂可沿支柱橫向移動(dòng)，使探針臂攜帶的一個(gè)觸針能接觸工件的表面。
旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)并且測(cè)量觸針相對(duì)于軸向平直基準(zhǔn)的位移，從而可測(cè)出工件的徑向形狀或柱面形狀。因?yàn)橹w的軸與轉(zhuǎn)動(dòng)軸基準(zhǔn)對(duì)齊，所以觸針相對(duì)于軸向平直基準(zhǔn)的位移就可給出在轉(zhuǎn)動(dòng)支架轉(zhuǎn)動(dòng)期間在每個(gè)角測(cè)量位置的半徑的測(cè)量值。于是就可確定工件的橫截面距圓形橫截面的偏差值或徑向形狀。此外，沿軸向平直基準(zhǔn)移動(dòng)探針臂，在工件的不同的高度進(jìn)行測(cè)量，從而可確定工件的柱面形狀。通過(guò)適當(dāng)?shù)臏y(cè)量?jī)x器，例如光學(xué)儀器或者線性可變微分傳感器(LVDT)測(cè)量裝置，對(duì)探針臂沿軸向平直基準(zhǔn)的橫向和縱向的移動(dòng)進(jìn)行測(cè)量。
使用這種設(shè)備進(jìn)行測(cè)量的精度取決于轉(zhuǎn)動(dòng)軸基準(zhǔn)的精度，尤其是對(duì)于柱面形狀，取決于軸向平直基準(zhǔn)的精度。有可能在±25nm(毫微米)內(nèi)(典型值)確定主軸或轉(zhuǎn)動(dòng)軸基準(zhǔn)，因而，一般來(lái)說(shuō)，軸向平直基準(zhǔn)的機(jī)械性能是徑向形狀和柱面形狀的誤差的限制來(lái)源。軸向平直基準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)相關(guān)誤差可能來(lái)源于例如結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)期不穩(wěn)定性，如隨溫度或其它環(huán)境因素的變化，軸向平直基準(zhǔn)的實(shí)際平直度的誤差，或者軸向平直基準(zhǔn)平行于轉(zhuǎn)動(dòng)軸基準(zhǔn)的平行度的誤差，以及在確定軸向平直基準(zhǔn)的支柱和在支柱上攜帶探針臂的托架之間的邊界面的變化。
如Talyrond TR 200的使用手冊(cè)16.8節(jié)所述，安裝一個(gè)柱體，使其和轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸基準(zhǔn)略有偏斜并垂直于該轉(zhuǎn)動(dòng)軸基準(zhǔn)，從而即可檢查橫截線的平直度，實(shí)際上即是檢查軸向平直基準(zhǔn)的平直度。然后，通過(guò)沿支柱的縱向移動(dòng)探針臂使觸針沿工件表面軸向移動(dòng)，并把觸針離開軸向平直基準(zhǔn)的位移隨高度的變化畫出曲線，形成第一平直度曲線。在轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)過(guò)了180°后重復(fù)上述步驟，形成第二平直度曲線。等分第一和第二平直度曲線的那條線應(yīng)是一條直線，距該等分線的平直度的任何偏差都代表支柱或軸向平直基準(zhǔn)的平直度的誤差。等分線的斜率是支柱和柱形工件的任何剩余相關(guān)傾斜度的函數(shù)，并且和支柱的平直度無(wú)關(guān)。
期望在對(duì)工件進(jìn)行測(cè)量之前能經(jīng)常進(jìn)行上述的平直度檢查，以便可保證軸向平直基準(zhǔn)的平直度落在可以接受的限值內(nèi)并且可對(duì)設(shè)備進(jìn)行校準(zhǔn)。
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例提供一種測(cè)量表面形狀的方法，所說(shuō)表面圍繞一個(gè)軸是垂直對(duì)稱的，例如具有柱面形狀的表面，該方法在測(cè)量期間能夠消除或至少減小參考基準(zhǔn)在測(cè)量方向的任何偏差的影響效果。
在一個(gè)實(shí)施例中，使用檢測(cè)裝置對(duì)于在一表面上的測(cè)量點(diǎn)Pi(hy)至少獲得兩組數(shù)據(jù)，對(duì)每一測(cè)量來(lái)說(shuō)點(diǎn)Pi(hy)都是不同的角度位置(相對(duì)于該表面和檢測(cè)裝置的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)所圍繞的軸而言)，并且組合該至少兩組數(shù)據(jù)，以補(bǔ)償一個(gè)基準(zhǔn)的例如平直度或平行度的偏差，檢測(cè)裝置進(jìn)行的測(cè)量都是參照所說(shuō)基準(zhǔn)完成的。例如，為組合兩組數(shù)據(jù)，取在該表面上同一位置測(cè)到的、并且是在檢測(cè)裝置相對(duì)于參考基準(zhǔn)有兩個(gè)不同的取向的情況下測(cè)到的兩個(gè)值的平均值，從而給出在該位置的半徑的指示值(即，從所說(shuō)軸到該位置的距離)?？梢匀∵@兩個(gè)測(cè)量值的差以給出參考基準(zhǔn)的任何偏差或誤差的指示值。這就允許在沿一表面的指定高度進(jìn)行形狀測(cè)量，這些測(cè)量和參考基準(zhǔn)沿測(cè)量方向的誤差沒(méi)有關(guān)系。通過(guò)在沿物體表面的不同高度進(jìn)行這樣的測(cè)量，就可確定物體的形狀，而不受參考基準(zhǔn)沿測(cè)量方向的任何偏差或誤差的影響。
在一個(gè)實(shí)施例中，使用兩個(gè)檢測(cè)裝置獲得一個(gè)表面上兩個(gè)徑向相對(duì)的點(diǎn)Pi(hy)和Pi+π(hy)的數(shù)據(jù)，從而可同時(shí)獲得兩組數(shù)據(jù)。在此例中，通過(guò)分開的兩個(gè)檢測(cè)裝置確定的直徑可與由組合兩個(gè)檢測(cè)裝置逐個(gè)分別獲得的極坐標(biāo)數(shù)據(jù)(它們依據(jù)一個(gè)參考基準(zhǔn))獲得的直徑進(jìn)行比較。這就能確定參考基準(zhǔn)沿測(cè)量方向的任何偏差。可以針對(duì)在同一高度的其它點(diǎn)以及不同高度的相應(yīng)點(diǎn)重復(fù)這些測(cè)量，以確定已對(duì)參考基準(zhǔn)沿測(cè)量方向的任何偏差進(jìn)行了補(bǔ)償?shù)谋砻娴目傮w形狀。
在另一實(shí)施例中，檢測(cè)裝置包括至少在兩個(gè)不同方向可以偏斜的單個(gè)檢測(cè)元件；以及，調(diào)節(jié)檢測(cè)裝置的偏斜以改變檢測(cè)裝置偏斜方向的裝置。
通過(guò)把該表面安裝在一轉(zhuǎn)動(dòng)支架上可實(shí)現(xiàn)該表面和檢測(cè)裝置的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。作為另一種可能性，按可轉(zhuǎn)動(dòng)方式把檢測(cè)裝置安裝到一支架上并且繞表面轉(zhuǎn)動(dòng)檢測(cè)裝置，就可實(shí)現(xiàn)該表面和檢測(cè)裝置的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。
另一方面，本發(fā)明提供用于確定一個(gè)表面的形狀、形態(tài)、結(jié)構(gòu)、或圓度的設(shè)備，其中使用了具有可調(diào)偏斜裝置的檢測(cè)裝置，因而檢測(cè)裝置可在不同方向偏斜。
下面將參照附圖借助實(shí)例來(lái)描述本發(fā)明的實(shí)施例，其中

圖1是適合于使用本發(fā)明方法的計(jì)量設(shè)備的一個(gè)實(shí)例的簡(jiǎn)化示意透視圖；圖2a和2b分別是圖1所示的部分設(shè)備的示意側(cè)視圖和平面圖，用于說(shuō)明本發(fā)明方法的第一實(shí)施例的第一個(gè)步驟；圖2c和2d是類似于圖2a和2b的視圖，用于說(shuō)明本發(fā)明方法的第一實(shí)施例的第二個(gè)步驟；圖3a-3d是說(shuō)明實(shí)施本發(fā)明的方法的視圖；圖4a是適于用在本發(fā)明方法的第二實(shí)施例中的設(shè)備的一個(gè)實(shí)例的示意透視圖；圖4b是圖4a所示設(shè)備的示意側(cè)視圖；圖5a和5b是用于詳細(xì)說(shuō)明使用例如圖4a和4b所示設(shè)備實(shí)施本發(fā)明方法的視圖；圖6a是適于用在本發(fā)明方法的第二實(shí)施例中的設(shè)備的第二實(shí)例的示意側(cè)視圖；圖6b是圖6所示的部分設(shè)備的頂視平面圖；圖7是說(shuō)明適于用在本發(fā)明方法中的設(shè)備的另一實(shí)施例的原理的簡(jiǎn)化示意透視圖；圖8是適于用在實(shí)施本發(fā)明的方法中的設(shè)備的另一實(shí)施例的簡(jiǎn)化示意側(cè)視立面圖；圖9是類似于圖1所示設(shè)備但具有實(shí)施本發(fā)明方法的第三實(shí)施例的不同測(cè)量裝置的設(shè)備的示意側(cè)視圖；圖10是圖9所示部分測(cè)量裝置的放大視圖，用于說(shuō)明本發(fā)明方法的第三實(shí)施例；圖11是類似于圖10的示意圖，用于說(shuō)明圖10所示測(cè)量裝置的改進(jìn)形式；圖12是圖9-11所示設(shè)備的部分測(cè)量裝置的一個(gè)部分剖面圖；圖13a、b、和c是示意圖，用于說(shuō)明本發(fā)明的方法的變化；圖14表示適于用在本發(fā)明方法中的一個(gè)改進(jìn)的坐標(biāo)測(cè)量設(shè)備的示意側(cè)視圖；以及圖15是用于前述附圖中表示的設(shè)備的一個(gè)控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)化方塊圖。
現(xiàn)在參照?qǐng)D1，適合使用本發(fā)明方法的計(jì)量設(shè)備1的第一個(gè)實(shí)例包括一個(gè)工作臺(tái)2(圖1中僅示出它的一部分)，工作臺(tái)2攜帶用于接納待測(cè)工件(未示出)的一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)支架或轉(zhuǎn)臺(tái)4。轉(zhuǎn)臺(tái)4有一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸，在圖1中用虛線A表示之。支柱5垂直于工作臺(tái)2延伸，并且有一個(gè)用虛線B表示的縱軸。轉(zhuǎn)臺(tái)4的轉(zhuǎn)動(dòng)軸A確定了一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸基準(zhǔn)，而支柱5確定了一個(gè)平行于所說(shuō)轉(zhuǎn)動(dòng)軸基準(zhǔn)A的并穿過(guò)軸B的一個(gè)平面形狀的軸向平直基準(zhǔn)。
托架6可借助于例如電機(jī)(未示出)或手動(dòng)地沿支柱5并平行于軸向平直基準(zhǔn)B移動(dòng)。托架6沿支柱5移動(dòng)的方法是常規(guī)的，這里不作進(jìn)一步的描述。通過(guò)適當(dāng)?shù)某Ｒ?guī)的線性傳感器，例如在EP-A-0240151中描述的光學(xué)傳感器裝置(這里參照引用了該申請(qǐng)的內(nèi)容)，可測(cè)量托架6沿支柱5的實(shí)際位置。
把一個(gè)探針臂7安裝到托架6上，使探針臂7能沿軸向平直基準(zhǔn)B的橫向和轉(zhuǎn)動(dòng)軸基準(zhǔn)A的徑向移動(dòng)。還可使用任何適宜形狀的常規(guī)機(jī)構(gòu)(例如絲杠)來(lái)相對(duì)于托架6移動(dòng)探針臂7。借助于轉(zhuǎn)臂8把觸針9安裝到探針臂7上。使用常規(guī)的適宜的傳感器(未示出)來(lái)測(cè)量探針臂7的位置(并且因此測(cè)量了觸針9的位置)。
在該設(shè)備的使用過(guò)程中，如圖2a示意表示的那樣，把大體柱面外部形狀10a的工件10安裝到轉(zhuǎn)臺(tái)4上，使工件10的轉(zhuǎn)動(dòng)軸與轉(zhuǎn)動(dòng)軸基準(zhǔn)A重合。為此，例如可以使用EP-A-0240150中或者國(guó)際專利申請(qǐng)出版物No.WO 96/12162中公開的取中和調(diào)平設(shè)備，或使用任何其它適宜的公知的取中和調(diào)平技術(shù)。
把托架6調(diào)節(jié)到一個(gè)期望的測(cè)量起始高度，例如在大體圓柱形工件10的底面上方的高度h。然后沿托架6的橫向驅(qū)動(dòng)該可移動(dòng)的探針臂7，直到觸針9接觸工件表面10a時(shí)為止。通過(guò)任何適當(dāng)?shù)臋C(jī)構(gòu)，例如EP-A-0240151中描述的機(jī)構(gòu)，都可以確定觸針9和工件表面10a之間的觸點(diǎn)，以使對(duì)探針臂7的驅(qū)動(dòng)結(jié)果可保持觸針9的偏移量在一相關(guān)傳感器的操作范圍內(nèi)。轉(zhuǎn)臂8應(yīng)保持一固定的取向。在轉(zhuǎn)動(dòng)軸基準(zhǔn)A和軸向平直基準(zhǔn)B之間的距離減去觸針9相對(duì)于軸向平直基準(zhǔn)B的位移，給出工件10在高度為h的測(cè)量點(diǎn)P處的半徑的度量R。
當(dāng)工件10繞轉(zhuǎn)動(dòng)基準(zhǔn)軸A轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，對(duì)于工件的高度為h的每一個(gè)角度取向I都可獲得一組半徑值Pi(h1)。
沿支柱5驅(qū)動(dòng)托架6，可進(jìn)行沿工件的一個(gè)不同高度h2的測(cè)量，進(jìn)而測(cè)出另一組半徑值Pi(h2)。
在獲得了足夠多組在不同期望高度hy的數(shù)據(jù)后，可使用延伸的臂7和轉(zhuǎn)臂8來(lái)驅(qū)動(dòng)探針，以便可以接近并測(cè)量第二測(cè)量位置P’，所說(shuō)第二測(cè)量位置P’和原來(lái)的測(cè)量位置P徑向相對(duì)。
如有必要，可把托架6升高，以避免在工件和觸針之間產(chǎn)生干擾。
然后，把觸針9再次驅(qū)動(dòng)到高度h1，并且獲得另一組半徑值P1(i+π)(h1)。然后可把托架b驅(qū)動(dòng)到所有先前的高度hy，對(duì)每一高度都獲得相應(yīng)的一組半徑數(shù)據(jù)Pi+π(hy)。
因此，在工件10的表面10a上的每一點(diǎn)Pi(hy)，這樣獲得的半徑數(shù)據(jù)或極坐標(biāo)數(shù)據(jù)都給出半徑的兩個(gè)測(cè)量值，在這兩個(gè)測(cè)量值之間工件已經(jīng)轉(zhuǎn)過(guò)了180°。在每一個(gè)點(diǎn)Pi(hy)，取這兩個(gè)測(cè)量值的平均值，就可補(bǔ)償在軸向平直基準(zhǔn)方面的誤差。如前所述，這些誤差可能來(lái)源于確定軸向平直基準(zhǔn)的支柱5的平直度的結(jié)構(gòu)誤差、支柱5隨時(shí)間的變化、以及例如在托架6和支柱5之間的界面的變化。一般來(lái)說(shuō)，這樣的偏差可能和偏離一個(gè)標(biāo)稱的圓形橫截面工件的截面圓度的偏差在同一數(shù)量級(jí)。
圖3a表示工件10在測(cè)量高度h的一個(gè)橫截面10a’。虛線圓C代表半徑為r的圓，它最接近工件10的截面形狀。δr代表“不圓度”(“out of roundness”)，或者工件10在高度為h的測(cè)量點(diǎn)P的橫截面偏離圓的偏差。
如以上所述，軸向平直基準(zhǔn)B可能出于各種理由偏離平直。在圖3a中，把軸向平直基準(zhǔn)B偏離理想基準(zhǔn)BI的偏差表示為δc。
考慮在工件表面上的一個(gè)特定點(diǎn)的半徑的測(cè)量，整個(gè)數(shù)據(jù)組Pi(h)的取向?yàn)棣?。在這一點(diǎn)測(cè)得的最接近于軸向平直基準(zhǔn)B的半徑(即圖2a和2b中所示的位置)由下式給出Pθ(h)＝r-δr+δc 1)因此，半徑Pi(h)取決于軸向平直基準(zhǔn)B的平直度沿測(cè)量方向的任何誤差δc。
當(dāng)測(cè)量?jī)x器處于圖2c和2d所示的第二位置P’時(shí)，在該工件的表面(取向?yàn)棣?上的同一點(diǎn)測(cè)量的相同半徑是Pθ’(h) ＝r-δr-δc 2)取方程1)和2)的平均值，則有1/2(Pθ(h)+Pθ’(h))＝r-δr 3)這是在取向θ的這樣一個(gè)部件的真正半徑，它和軸向平直基準(zhǔn)B在測(cè)量方向的任何誤差δc都不相關(guān)。
因此，對(duì)于圍繞高度為h的工件的周邊的所有θ值都取兩個(gè)半徑測(cè)量值Pθ(h)和Pθ’(h)的平均值，就可給出高度為h的橫截面和形狀的完整圖象(因而給出工件10的徑向形狀的完整圖象)，它和軸向平直基準(zhǔn)B在測(cè)量方向的任何誤差都不相關(guān)。
上述方法還可防止影響柱面形狀測(cè)量的軸向平直基準(zhǔn)的平直度不足。為了說(shuō)明這種情況，現(xiàn)在參照?qǐng)D3b-3d；示意圖3b-3d表示的是，當(dāng)軸向平直基準(zhǔn)B彎曲以致于從工件100觀察的軸向平直基準(zhǔn)B變?yōu)橹邪紩r(shí)，使用實(shí)施本發(fā)明的方法去測(cè)量一個(gè)理想的柱體100的柱面形狀。當(dāng)然可以體會(huì)到，在圖3b和3c中相當(dāng)大地夸大了軸向平直基準(zhǔn)B的平直度的不足程度。
如圖3b所示，當(dāng)在工件100的不同高度測(cè)量工件100的周邊的點(diǎn)P的半徑時(shí)，觸針9處在圖2a和2b所示的位置，最終的柱面形狀數(shù)據(jù)組代表桶形的工件100，其原因在于軸向平直基準(zhǔn)B是彎曲的。相反，當(dāng)測(cè)量柱面形狀時(shí)觸針9從圖3b所示位置移動(dòng)了180°，如圖3c所示，這時(shí)的柱面形狀數(shù)據(jù)代表的是具有向內(nèi)彎曲的表面的工件100。
把使用圖3b所示結(jié)構(gòu)獲得的點(diǎn)Pi(hy)的半徑的測(cè)量值與使用圖3c所示結(jié)構(gòu)獲得的同一點(diǎn)Pi(hy)的半徑的測(cè)量值組合起來(lái)，就可獲得一組柱面形狀數(shù)據(jù)，軸向平直基準(zhǔn)B平直度不足的影響已從這組柱面形狀數(shù)據(jù)中除去，因此工件100可正確地表示為圖3d所示的一個(gè)完美的柱體。
因此，所確定的工件的表面形狀和軸向平直基準(zhǔn)沿測(cè)量方向的任何誤差都不相關(guān)，因而在進(jìn)行測(cè)量之前，不再需要或者至少較少需要進(jìn)行校準(zhǔn)以確定軸向平直基準(zhǔn)B的平直度和/或平行度。
雖然圖2a-2d表示的是對(duì)工件的外表面的柱面形狀的測(cè)量，但是當(dāng)然還可以想到，上述方法還可以應(yīng)用到對(duì)工件的可接近的內(nèi)表面的柱面形狀的測(cè)量，正如本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所能想到的那樣，要對(duì)探針臂和觸針進(jìn)行適當(dāng)?shù)男薷摹?br> 圖4a表示適用于本發(fā)明方法的第二實(shí)施例的設(shè)備1a的示意透視圖。圖4b是設(shè)備1a的示意側(cè)視圖，表示裝在轉(zhuǎn)臺(tái)4上的工件12。
圖4a所示的設(shè)備和圖1所示設(shè)備的主要差別在于，托架6攜帶了兩個(gè)探針臂7a和7b，每一個(gè)探針臂攜帶一個(gè)對(duì)應(yīng)的觸針9a和9b，從而形成一個(gè)雙針測(cè)量裝置90。在對(duì)應(yīng)的安裝部件11a和11b中容納探針臂7a和7b，所說(shuō)安裝件11a和11b與托架6的導(dǎo)軌6a嚙合，因此能沿導(dǎo)軌6a移動(dòng)。為了沿導(dǎo)軌6a驅(qū)動(dòng)安裝件11a、11b，可以提供任何一種適宜的傳動(dòng)裝置，例如可提供一個(gè)齒條齒輪型傳動(dòng)裝置?？梢詫?duì)安裝件11a和11b進(jìn)行安排，使它們能被手動(dòng)驅(qū)動(dòng)或者通過(guò)一個(gè)電機(jī)(未示出)驅(qū)動(dòng)，從而使電機(jī)沿一個(gè)方向的轉(zhuǎn)動(dòng)能導(dǎo)致托架10a和10b沿相對(duì)的兩個(gè)方向移動(dòng)。當(dāng)然，還可獨(dú)立地分別驅(qū)動(dòng)安裝件11a和11b，以提供較大的靈活性。
如在側(cè)視圖4b中更加清晰表示的，對(duì)托架6和安裝件11a和11b進(jìn)行安排，使得觸針9a和9b的位置在沿轉(zhuǎn)臺(tái)4的一個(gè)直徑上，在所示的實(shí)例中，在沿垂直于在轉(zhuǎn)動(dòng)軸基準(zhǔn)A和在支柱5確定的軸向平直基準(zhǔn)B之間的一條線的直徑上。
可對(duì)探針臂7a和7b進(jìn)行安裝，使得探針臂7a和7b通過(guò)任何適宜的驅(qū)動(dòng)裝置可在安裝件11a和11b內(nèi)沿縱向移動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)觸針9a和9b的位置沿平行于轉(zhuǎn)動(dòng)軸基準(zhǔn)A的微調(diào)。
圖4a所示的觸針9a和9b是平行于轉(zhuǎn)動(dòng)軸基準(zhǔn)延伸的細(xì)長(zhǎng)部件。每個(gè)觸針9a，9b都有一個(gè)尖端部分9c、9d，它們向外突出(即遠(yuǎn)離其它觸針部分)，例如和觸針成直角。因此如圖4a和4b所示的觸針9a和9b適于測(cè)量一個(gè)中空體或如圖4b示意表示的工件12的內(nèi)部表面的柱面形狀。
如果提供雙觸針式裝置，則可以對(duì)每個(gè)點(diǎn)Pi(hy)和與點(diǎn)Pi(hy)徑向相對(duì)的每個(gè)點(diǎn)P’i(hy)同時(shí)進(jìn)行測(cè)量，而不必重新定位探針或觸針。這就是說(shuō)，可以避免在上述參照?qǐng)D2和3描述的結(jié)構(gòu)中由于重新定位觸針引起的任何誤差。還有，因?yàn)槭褂昧艘粋€(gè)觸針對(duì)，所以才可以同時(shí)獲得兩組數(shù)據(jù)，一組數(shù)據(jù)屬于點(diǎn)Pi(hy)，另一組數(shù)據(jù)屬于點(diǎn)Pi+π(hy)，點(diǎn)Pi+π(hy)是點(diǎn)Pi(hy)繞工件周邊移動(dòng)了180°的點(diǎn)。這就減少了為獲得柱面形狀的全套數(shù)據(jù)所需的時(shí)間，使瞬時(shí)變化和熱變化都不那么明顯。
在使用圖4a和4b所示的設(shè)備的過(guò)程中，要按前述方式在轉(zhuǎn)臺(tái)4上對(duì)中空工件12進(jìn)行取中和調(diào)平，使所說(shuō)工件的標(biāo)稱軸與轉(zhuǎn)動(dòng)軸基準(zhǔn)A重合。然后，操作托架6，使觸針9a和9b移入中空工件12內(nèi)，直到它們達(dá)到一期望的測(cè)量高度h時(shí)為止。然后對(duì)安裝件11a和11b進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，使它們可將觸針9a和9b移開，一直到觸針9a和9b接觸到工件12內(nèi)表面上的對(duì)應(yīng)的、徑向相對(duì)的點(diǎn)Pi(hy)和Pi+π(hy)時(shí)為止。
使用與安裝件11a和141b的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)相關(guān)連的任何適宜的常規(guī)測(cè)量傳感器來(lái)確定每個(gè)觸針9a和9b的位置(例如，使用光學(xué)傳感器裝置，或電磁傳感器裝置)。因此，從觸針9a和9b之一獲得的測(cè)量值提供了在點(diǎn)Pi(hy)的半徑的指示值，而從觸針9a和9b中的另一個(gè)位置的測(cè)量值提供了在點(diǎn)Pi+π(hy)的半徑的指示值。還可以分開觸點(diǎn)9a和9b，以給出在點(diǎn)Pi(hy)和Pi+π(hy)之間的直徑dc的測(cè)量值。這一直徑dc和轉(zhuǎn)動(dòng)軸基準(zhǔn)A及軸向平直基準(zhǔn)B都沒(méi)有關(guān)系，因此不涉及由軸向平直基準(zhǔn)B沿直徑dc的偏差引起的任何誤差。
當(dāng)然還可以看出，只使用這兩個(gè)觸針9a和9b中的一個(gè)觸針也可以獲得點(diǎn)Pi(hy)的極坐標(biāo)徑向數(shù)據(jù)的測(cè)量值。然而，如以上所述，因?yàn)槭褂脙蓚€(gè)觸針可同時(shí)獲得沿直徑方向相對(duì)的兩個(gè)點(diǎn)的測(cè)量值，因此明顯減小了測(cè)量柱面形狀所需的總時(shí)間，使本質(zhì)上是臨時(shí)的誤差效果(例如，熱效應(yīng))減至最小。
如以上參照?qǐng)D2和3所述描述的實(shí)例，在每一高度hy，并且依次針對(duì)每一測(cè)量位置P&P’進(jìn)行測(cè)量，即按順序Pi(h1)、Pi(h2)、Pi(h3)…Pi(hn)然后按順序Pi’(h1)、Pi’(h2)、Pi’(h3)…Pi’(hn)進(jìn)行測(cè)量，就可獲得柱面形狀數(shù)據(jù)Pik(hy)。
實(shí)踐中，通過(guò)按任一順序改變i、y、和k，就可確定描述柱面形狀Pik(hy)所需的全部數(shù)據(jù)。
在圖3所示的第二實(shí)施例中，最好在托架保持在高度hy時(shí)獲得兩個(gè)數(shù)據(jù)組Pi(hy)和P’i(hy)，從而可避免在把托架6重新定位到高度hy的過(guò)程中出現(xiàn)的誤差，如果不是在這時(shí)同時(shí)得到兩個(gè)數(shù)據(jù)組，這樣的誤差是有可能出現(xiàn)的。
顯然可以看出，在高度為h、取向?yàn)棣鹊谋砻嫔系囊稽c(diǎn)，由觸針9a和9b之一測(cè)得的半徑R再一次由下式給出Pθ(h) ＝r-δr+δc4)而在工件表面的同一點(diǎn)由另一觸針測(cè)得的半徑為P’θ(h) ＝r-δr-δc 5)其中δr再一次是該工件在被測(cè)點(diǎn)的不圓度，δc是軸向平直基準(zhǔn)B沿測(cè)量方向的平直度偏差。
如以上參照?qǐng)D2a-3d所述，針對(duì)每一測(cè)量點(diǎn)Pi(hy)，可以組合從兩個(gè)觸針9a和9b中的每一個(gè)觸針獲得的徑向極坐標(biāo)數(shù)據(jù)，從而可獲得一套和軸向平直基準(zhǔn)沿測(cè)量方向的平直度誤差無(wú)關(guān)的工件柱面形狀數(shù)據(jù)。
圖4a和4b所示的設(shè)備除了可以評(píng)價(jià)和軸向平直基準(zhǔn)無(wú)關(guān)的(因此和任何誤差δc無(wú)關(guān)的)表面外，還可以指示在一指定的待測(cè)高度軸向平直基準(zhǔn)的平直度的實(shí)際不足δc。因此，令方程4)和5)相減，則有Pθ(h)-P’θ(h) ＝2δc 6)因此，取任意兩個(gè)對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)點(diǎn)之間的差并用2除，即可給出δc。因此，可在一指定的檢驗(yàn)取向θ，或者通過(guò)適當(dāng)?shù)膶?duì)一系列θ值的平均過(guò)程，對(duì)δc作出評(píng)價(jià)。
在以上的說(shuō)明中，假定被測(cè)的柱形表面的轉(zhuǎn)動(dòng)軸精確地定位在主軸的軸上。還假定觸針(一個(gè)或多個(gè))準(zhǔn)確地定位在一直徑上(即，在凸出處)。實(shí)踐中，工件柱形表面的轉(zhuǎn)動(dòng)軸c和主軸的軸線A略有偏斜。
圖5a和5b對(duì)此作了示意的說(shuō)明。在圖5a中，用一對(duì)觸針9a和9b中的一個(gè)觸針9a測(cè)量點(diǎn)Pi的半徑。在圖5b中，當(dāng)工件12轉(zhuǎn)過(guò)180°時(shí)，用另一個(gè)觸針9b測(cè)量點(diǎn)Pi的半徑。圖5a和5b表示出工件柱形表面的轉(zhuǎn)動(dòng)軸c，所說(shuō)轉(zhuǎn)動(dòng)軸c在和觸針9a和9b之間的直徑成α角的位置偏離主軸軸線A的距離為e(偏心率)。
在本領(lǐng)域中眾所周知，由離軸旋轉(zhuǎn)的一個(gè)圓上的一個(gè)點(diǎn)描繪出的表面在極坐標(biāo)中可由一蚶線(也稱蝸牛形曲線)(原文是Limicon-疑是Limacon的誤寫)近似表示。因此，在圖5a中點(diǎn)Pi的半徑Rp1由下式給出Rp1＝F+g+ecos(α) 7)其中，2F是兩個(gè)測(cè)量裝置或觸針9a和9b(它們被手動(dòng)調(diào)到部件直徑)的零位置間的距離，g是兩個(gè)測(cè)量裝置之間的中心位置OF沿測(cè)量讀數(shù)方向偏離主軸軸線A的偏差。因此，偏差g將包括軸向平直基準(zhǔn)沿測(cè)量方向的平直度的任何誤差δc。
當(dāng)把工件轉(zhuǎn)過(guò)180°變?yōu)閳D5b所示位置時(shí)，則點(diǎn)Pi在極坐標(biāo)中的方程由下式給出Rp2＝F+g+ecos(α+π)8)然而，如上所述，這些觸針可以略微偏出一點(diǎn)，偏離的距離(cresting distance)為H。對(duì)于圖5a所示的工件表面上的點(diǎn)Pi的第一位置，這由下式給出sinθ1=HRP1(x+θ1)....9)]]>其中，θ1是在期望的測(cè)量位置Pi和實(shí)際的測(cè)量位置之間的角度(偏離的角度-cresting angle)，Rp1(x+θ1)代表在工件12周邊上偏離測(cè)量點(diǎn)Pi的偏離角為θ1的點(diǎn)的測(cè)量值。
使用適當(dāng)?shù)臄?shù)字計(jì)算信息包或軟件程序，例如使用“Maple5”(它是一種符號(hào)數(shù)學(xué)信息包，由加拿大的Maple Software公司生產(chǎn))，就可針對(duì)θ解出上述方程。
使用上述的數(shù)學(xué)信息包來(lái)求解偏離角θ1，使之成為偏離誤差距離H的一個(gè)級(jí)數(shù)，從而可以給出θ1=H(F+g+ecos(α)+H2esin(α)(F+g+ecos(α))3+O(H3)....10)]]>其中，該級(jí)數(shù)在H3階的那些項(xiàng)是截尾的。
通過(guò)類比，由下式給出在圖5b所示的位置2的偏離誤差Hsinθ2=HRP2(x+θ2).......11)]]>使用相同的數(shù)學(xué)信息包來(lái)求解θ2，使之成為H的一個(gè)級(jí)數(shù)，從而給出θ2=H(R-g-ecos(α))+H2esin(α)(F-g-ecos(α))3+O(H3)...12)]]>來(lái)自圖5a中的觸針9a的并具有按方程10)給出的偏離誤差的信號(hào)S1為S1＝RP1(x+θ1)cos(θ1)13)來(lái)自于圖5b的位置2的觸針9b的(即，該部件已轉(zhuǎn)過(guò)180°)并具有按方程12)給出的偏離誤差的信號(hào)為S2＝RP2(x+π-θ2)cos(θ2) 14)對(duì)S1進(jìn)行求解，使之成為偏離誤差H的一個(gè)泰勒級(jí)數(shù)，從而給出S1=(F+g+ecos(α))-Hesin(α)(F+g+ecos(α))+O(H2).....15)]]>類似地，對(duì)S2進(jìn)行求解，使之成為偏離誤差H的一個(gè)泰勒級(jí)數(shù)，從而給出S2=(F-g+ecos(α))+Hesin(α)F-g-ecos(α)+O(H2)....16)]]>取這兩個(gè)信號(hào)S1和S2的平均值，并且將其展開成偏離誤差H的一個(gè)泰勒級(jí)數(shù)，從而給出
其中，和方程10)和12)一樣，0代表所指示的冪次的階的那些項(xiàng)。若把方程17)的級(jí)數(shù)轉(zhuǎn)換成偏離誤差或偏離距離H的一個(gè)多項(xiàng)式，則可以給出PS＝(F+ecos(α))+(-1/2(esin(α)F+g+ecosα)+1/2(esin(α)F-g-ecos(α))))H....18)]]>典型的情況是，F(xiàn)＝1.25mm，g＝-.005mm，e＝0.001mm，以及H＝0.001mm。
因此F比g和e大得多，所以方程18)中的Sinα項(xiàng)彼此極其相似，可有效地相互抵消。因此，對(duì)于一階近似，通過(guò)取來(lái)自圖5a的觸針9a的信號(hào)和來(lái)自圖5b的觸針9b的信號(hào)的平均值獲得的半徑的測(cè)量值不受偏離誤差H或偏差g的影響。
在以上所述的實(shí)例中，工件本身是轉(zhuǎn)動(dòng)的。然而，還可能設(shè)想出其它的安排，其中的測(cè)量裝置(一個(gè)或多個(gè)觸針)是轉(zhuǎn)動(dòng)的，但工件是不轉(zhuǎn)的。
圖6a極其示意地表示出這樣一種類型的設(shè)備1b，它適合于使用本發(fā)明的方法。圖6a中所示的設(shè)備和圖4a和4b中所示的設(shè)備類似，也是一種雙針型測(cè)量系統(tǒng)。但在圖6a所示的設(shè)備中，省去了轉(zhuǎn)臺(tái)4，代之以一個(gè)可轉(zhuǎn)動(dòng)的主軸40(可具有任何適當(dāng)?shù)某Ｒ?guī)形狀)，所說(shuō)主軸40安裝到臂6a上，臂6a固定到支柱5上。
主軸40攜帶一個(gè)框架60，框架60具有向下懸垂的臂61，攜帶用于探針臂7a和7b的相應(yīng)的安裝件63的一個(gè)十字桿62可滑動(dòng)地安裝到所說(shuō)的臂61上。十字桿62沿臂61可以移動(dòng)，它的移動(dòng)方式和圖1中托架6沿支柱5移動(dòng)方式類似。在該例中，臂61確定了軸向平直基準(zhǔn)B或參考基準(zhǔn)B。確定十字桿62相對(duì)于臂61的位置的方式和圖1中用來(lái)確定托架6的位置的方式類似。
圖6b是部分圖6a的設(shè)備的頂視平面圖，更加清晰地表示出十字桿62和探針臂7a和7b的安排。這一安排使觸針9a和9b能沿工件13的高度方向移動(dòng)，因而能在不同的高度進(jìn)行測(cè)量。
在圖6a所示的實(shí)例中，對(duì)觸針9a和9b進(jìn)行設(shè)計(jì)，使它們具有向內(nèi)指向的尖端部分9c和9d，用于測(cè)量外表面。然而，可用圖4所示的觸針代替圖6a和6b所示的觸針9a和9b，以便可以測(cè)量?jī)?nèi)表面，同時(shí)要對(duì)設(shè)備的部件的尺寸進(jìn)行適當(dāng)?shù)南薅ㄒ允褂|針可容納在待測(cè)工件的內(nèi)部。
使用圖6所示設(shè)備16的方式和使用圖4a和4b所示設(shè)備的方式類似，只是在這種情況下要把工件13安裝到工作臺(tái)2上，使工件13與主軸軸線A’和主軸40對(duì)齊，而不是轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)4來(lái)獲得極坐標(biāo)數(shù)據(jù)。
在上述實(shí)例中，通過(guò)升高或降低觸針(一個(gè)或多個(gè))測(cè)量沿工件不同高度的徑向形狀，就可確定柱面形狀。然而，測(cè)量柱面形狀的另一種方式是提供兩個(gè)或多個(gè)觸針、或者觸針對(duì)，這些觸針沿確定軸向平直基準(zhǔn)的方向彼此分開經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)的固定距離。
圖7示意地表示一個(gè)設(shè)備的一部分，以說(shuō)明提供一系列雙針測(cè)量裝置90a的原理。在圖7所示的實(shí)例中，把3個(gè)雙針測(cè)量裝置90安裝到一個(gè)共用的支架61上，使這些雙針測(cè)量裝置與部件軸名義上對(duì)齊，所說(shuō)部件軸確定了和軸向平直基準(zhǔn)B等效的等效物。當(dāng)然，如果期望只在沿工件的3個(gè)不同高度進(jìn)行測(cè)量，那么，就可把攜帶這些雙針測(cè)量裝置的支架固定到支柱5上。
如圖7極其示意地表示的，每一個(gè)雙針測(cè)量裝置90a都是一個(gè)固定的U形件91形式，它具有垂直于支架或托架6’延伸的臂91a和91b。每個(gè)臂91a和91b的自由端都按一適宜的常規(guī)方式支撐一個(gè)觸針9c(在圖7中用箭頭簡(jiǎn)單表示之)。
在圖7所示的結(jié)構(gòu)中，把U形件91的臂91a和91b固定就位。但還可以按類似于以上參照?qǐng)D4a討論過(guò)的方式把臂91a和91b安裝在導(dǎo)軌上，從而可以調(diào)節(jié)每個(gè)雙針測(cè)量裝置90a的觸針9c的標(biāo)稱分開距離，因而使用同一個(gè)設(shè)置可以測(cè)量尺寸不同的工件。
在圖7所示設(shè)備的操作中，按常規(guī)方式在轉(zhuǎn)臺(tái)上(圖7沒(méi)示出)安裝工件14并取中，使工件14在測(cè)量裝置90a的兩個(gè)對(duì)應(yīng)觸針之間定位。然后，按常規(guī)方式驅(qū)動(dòng)觸針，使它們與工件表面接觸。然后，在沿工件14的3個(gè)高度h1、h2、和h3按上述方式同時(shí)進(jìn)行徑向數(shù)據(jù)組Pθ(h)的測(cè)量。因?yàn)槿缟纤鍪褂脤?shí)施本發(fā)明的方法補(bǔ)償了軸向平直基準(zhǔn)的平直度偏差，所以沒(méi)有必要相互校準(zhǔn)雙針測(cè)量裝置90a。當(dāng)然，應(yīng)該用常規(guī)的方法校準(zhǔn)每一個(gè)單個(gè)測(cè)量裝置。此外，為保證雙針測(cè)量裝置90a適應(yīng)性，還需要對(duì)裝置的分開距離進(jìn)行校準(zhǔn)。
可以對(duì)圖7所示的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，使其能同時(shí)測(cè)量工件內(nèi)表面多個(gè)不同高度的徑向形狀。
圖8極其示意地表示圖6a所示設(shè)備的一種改進(jìn)形式。在圖8所示實(shí)例中，框架60和懸臂61由一剛性桿65代替，徑向相對(duì)延伸的臂對(duì)66a、b、c都固定連接到剛性桿65上，每個(gè)所說(shuō)的臂都攜帶一個(gè)對(duì)應(yīng)的觸針9e。圖8所示的設(shè)備與圖6a所示設(shè)備的區(qū)別還在于，按照和圖1所示相似的方式在支柱5上支撐一個(gè)可移動(dòng)的托架6。然而，可以使用任何適宜的裝置使剛性桿65與部件軸名義上對(duì)齊。例如，可通過(guò)一個(gè)框架來(lái)攜帶主軸40和剛性桿65，對(duì)該框架進(jìn)行設(shè)計(jì)，使其很輕便并且可直接固定到待測(cè)的工件上。像圖7的設(shè)備那樣，通過(guò)對(duì)齊雙針測(cè)量裝置9e來(lái)確定參考基準(zhǔn)B。
在此例中，首先把工件15安裝到工作臺(tái)2上，使工件15與主軸40的轉(zhuǎn)動(dòng)軸A’對(duì)齊。然后降低托架6，以便把攜帶探針臂66和觸針9c的十字桿65插入該中空工件中。一旦桿65已正確地插入中空工件15中，就驅(qū)動(dòng)探針臂66c以使觸針9c與工件15的內(nèi)表面接觸。然后，按上述方式通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)主軸40在3個(gè)不同高度中的每一高度取徑向形狀的測(cè)量值。
圖8所示設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)是，如圖6所示設(shè)備那樣，雙針測(cè)量裝置9e的對(duì)齊(在此情況下，由十字桿65確定)并不重要，因?yàn)榘匆陨纤鲆蜒a(bǔ)償了任何偏差或誤差。
當(dāng)然，還可對(duì)圖8所示設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)，即在工作臺(tái)2上提供轉(zhuǎn)臺(tái)4，并且固定十字桿65使其不能相對(duì)于托架6轉(zhuǎn)動(dòng)。
當(dāng)然，還可對(duì)圖7和8所示設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)，以提供任何期望數(shù)目的雙針測(cè)量裝置對(duì)。還可以把圖7的雙針測(cè)量裝置安裝在類似于圖1所示的托架6的一個(gè)可移動(dòng)的托架上，從而可在沿工件的3個(gè)高度中的兩個(gè)或更多個(gè)高度同時(shí)獲得3組極坐標(biāo)數(shù)據(jù)。類似地，可以移動(dòng)圖8所示的托架6，以便能在3個(gè)高度中的多于一個(gè)高度進(jìn)行測(cè)量。
圖9用類似于圖2a的視圖表示實(shí)施本發(fā)明方法的另一種方式。圖9所示的設(shè)備類似于圖1和2a所示的設(shè)備，只是由可移動(dòng)的探針臂7攜帶的測(cè)量裝置9有所不同。現(xiàn)在只描述和參照?qǐng)D1和2a以上描述的設(shè)備不同的圖9所述設(shè)備的那些方面。
圖9所述設(shè)備的觸針包括一個(gè)攜帶觸針92a的觸針臂92，觸針92a例如可以是紅寶石或蘭寶石球的形狀。對(duì)觸針臂92進(jìn)行安排，使其能沿轉(zhuǎn)動(dòng)軸的徑向延伸的方向繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使觸針尖92a能夠接觸內(nèi)表面100a的一個(gè)直徑的相對(duì)端Pi和Pi+θ，如圖10更加清晰可見。
為了測(cè)量表面100a的柱面性，使托架6處于期望的第一測(cè)量高度h1，并且定位探針臂7，從而使探針臂8’和轉(zhuǎn)動(dòng)軸基準(zhǔn)A對(duì)齊。為此，可使用一個(gè)長(zhǎng)度固定的探針臂，或者可驅(qū)動(dòng)一個(gè)可移動(dòng)的探針臂7以使所述臂8’與轉(zhuǎn)動(dòng)軸基準(zhǔn)A對(duì)齊。
然后，通過(guò)一個(gè)偏斜裝置(下面將會(huì)描述)使觸針臂92繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使它可與點(diǎn)Pi(h1)接觸。然后讓攜帶工件100的轉(zhuǎn)臺(tái)4繞轉(zhuǎn)動(dòng)軸A轉(zhuǎn)動(dòng)，從而對(duì)每一角度取向i都可獲得該工件在高度h1的一組半徑值Pi(h1)。
然后使用下面將要描述的偏斜裝置使觸針臂92繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使觸針尖92a與工件內(nèi)表面100a上和點(diǎn)Pi徑向相對(duì)的點(diǎn)Pi+π接觸。然后，針對(duì)每個(gè)角度取向獲得工件在高度h1的另一組半徑值Pi+π(h1)。
沿支柱5驅(qū)動(dòng)托架6到新的高度hy，并且在每個(gè)高度hy重復(fù)對(duì)Pi(hy)和Pi+π(hy)的半徑值測(cè)量，從而完成了沿工件不同高度的測(cè)量。
按另一種方式，可首先在不同高度hy獲得Pi(hy)的半徑值組，然后偏斜裝置反向，并在不同高度hy獲得Pi+π(hy)的半徑值組。
然后，如以上所述，對(duì)已獲得的徑向數(shù)據(jù)或極坐標(biāo)數(shù)據(jù)Pi(hy)和Pi+π(hy)進(jìn)行處理，從而獲得代表該內(nèi)表面100的柱面性的數(shù)據(jù)。
雖然圖9和10是示意的，但也可看出，觸針臂92的繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)將引起弧形運(yùn)動(dòng)，這種弧形運(yùn)動(dòng)將在進(jìn)行接觸的那個(gè)高度產(chǎn)生誤差。通過(guò)使用密度盡可能接近工件100的孔直徑的觸針尖92a以保持弧形運(yùn)動(dòng)最小，就可把這種誤差減至最小。這樣一種方法專門用于測(cè)量直徑范圍為5-10mm的球的柱面性。
如果要測(cè)量較大直徑的球的柱面性，則可以如圖11所示使用改進(jìn)形式的測(cè)量裝置G’，其中的觸針臂92的自由端攜帶一個(gè)十字桿92’，所說(shuō)十字桿92’在每一端都有一個(gè)觸針尖92a’。這種改進(jìn)形式的測(cè)量裝置G’可用于測(cè)量直徑明顯大于觸針尖92a’的直徑的內(nèi)球的柱面性，同時(shí)還限制了觸針臂92的弧形運(yùn)動(dòng)。如果期望，可借助于例如測(cè)微計(jì)調(diào)節(jié)裝置等調(diào)節(jié)十字桿92’的長(zhǎng)度，使測(cè)量裝置G’成為適合于各種不同直徑孔的最佳裝置。
圖12是部分探針臂8’的一個(gè)剖面圖，表示在兩個(gè)徑向相對(duì)的位置之間偏斜觸針臂92的方式。為簡(jiǎn)單起見，圖12中省去了電連接、以及其它的常規(guī)部件，例如探針臂80’的后插栓，它們用于和探針臂7相連接。
如圖12所示，探針臂8’有一個(gè)外殼80，外殼80有一開口80a，觸針支撐臂81的一個(gè)端部81a就從開口80a伸出。如圖12中虛線所示，通過(guò)一個(gè)彈簧夾片82使觸針臂92的端部92’在觸針支撐臂81的端部81a的一個(gè)凹槽內(nèi)固定就位。
借助于撓性彈簧84把觸針支撐臂81安裝到一安裝塊83上，所說(shuō)撓性彈簧84確定了該觸針支撐臂81的轉(zhuǎn)動(dòng)軸。把U形彈簧86安裝到銷釘85上，所說(shuō)銷釘85沿觸針支撐臂81的橫向延伸。在U形彈簧86的兩個(gè)自由端之間夾緊銷釘87，該銷釘87偏心安裝在鼓形物88上。鼓形物88或者手動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)，或者借助于一個(gè)電機(jī)(未示出)(例如直流齒輪電機(jī))轉(zhuǎn)動(dòng)。
彈簧86形成觸針臂92的偏斜裝置。圖12中所示的彈簧86處在中性位置或中間位置，其中的觸針臂92或偏向左，或偏向右，如圖9-11所示。
當(dāng)鼓形物88沿逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)到某一角度時(shí)，銷釘87移動(dòng)穿過(guò)這個(gè)角度，使彈簧86向觸針支撐臂81施加一個(gè)偏斜力，從而使觸針臂92在圖12中向下轉(zhuǎn)動(dòng)。相反，當(dāng)鼓形物88沿順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，銷釘87的移動(dòng)施加一個(gè)偏斜力，使觸針臂92在圖12中向上移動(dòng)。
使用任何適當(dāng)形式的軸編碼器，例如霍爾效應(yīng)設(shè)備，就可檢測(cè)鼓形物88的轉(zhuǎn)動(dòng)。讓鼓形物進(jìn)行不同程度的轉(zhuǎn)動(dòng)，就可沿順時(shí)針和逆時(shí)針這兩個(gè)方向施加不同程度偏斜力。例如，鼓形物在順時(shí)針和逆時(shí)針這兩個(gè)方向可以有兩組位置，以給出中等的和強(qiáng)烈的偏斜。若使用適當(dāng)?shù)妮S編碼器，并且對(duì)鼓形物88進(jìn)行機(jī)動(dòng)驅(qū)動(dòng)，則可在計(jì)算機(jī)控制下實(shí)現(xiàn)偏斜的調(diào)節(jié)，其中的軸編碼器向計(jì)算機(jī)的處理裝置提供信號(hào)，以指示鼓形物88的位置。利用一個(gè)線性可變微分傳感器(LVDT)200按常規(guī)方式檢測(cè)觸針支撐臂81的繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)，所說(shuō)傳感器200包括安裝到安裝塊83上的一對(duì)線圈201、202，和固定到由觸針支撐臂攜帶的軸204上的鐵芯203。
借助于一端固定到外殼80中的安裝塊89上的金屬片300來(lái)限制觸針支撐臂81的繞軸移動(dòng)。金屬片300的自由端容納在一凹槽81b中，凹槽81b設(shè)在觸針支撐臂的后端。調(diào)節(jié)螺絲301確定金屬板300的初始位置。例如可通過(guò)穿過(guò)外殼中的孔80’的一個(gè)改錐來(lái)調(diào)節(jié)該調(diào)節(jié)螺絲。限位螺絲302限制金屬板300向上移動(dòng)，因此限制了觸針支撐臂81的端部向上移動(dòng)。
在圖12所示的測(cè)量裝置的操作中，當(dāng)通過(guò)移動(dòng)托架6并調(diào)節(jié)可移動(dòng)的探針臂7(如果適當(dāng)?shù)脑?在期望的高度把觸針尖92a定位在工作100的內(nèi)孔中時(shí)，或者手動(dòng)或者借助一個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)可轉(zhuǎn)動(dòng)的鼓形物88，使銷釘87偏心移動(dòng)，將觸針臂92偏斜向兩個(gè)相對(duì)的位置之一，從而使該觸針臂92在該偏斜力的作用下繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)，直到觸針尖92a與工件的內(nèi)表面100a接觸時(shí)為止。
正如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解的那樣，應(yīng)對(duì)圓度測(cè)量設(shè)備(例如正在介紹的這種設(shè)備)進(jìn)行設(shè)計(jì)，使其能測(cè)量微米數(shù)量級(jí)的移動(dòng)，而在偏斜力作用下觸針尖92a在到達(dá)工件表面100a之前移動(dòng)的距離就是微米數(shù)量級(jí)。因此，雖然把LVDT設(shè)計(jì)成能檢測(cè)觸針支撐臂(因此還有觸針尖92a)在偏斜力作用下在整個(gè)可能的移動(dòng)范圍內(nèi)的位置，然而在偏斜力影響下該設(shè)備在繞軸移動(dòng)期間獲得的測(cè)量值將要超出期望的測(cè)量范圍。對(duì)與工件內(nèi)表面100a接觸的觸點(diǎn)進(jìn)行確定，使其成為由LVDT提供的信號(hào)導(dǎo)出的測(cè)量值落在該期望范圍內(nèi)的那一點(diǎn)。因此不必知道該位置的絕對(duì)值，這是因?yàn)檎谶M(jìn)行測(cè)量的位置并不是在工件表面上該點(diǎn)的絕對(duì)位置，而是這個(gè)特定高度工件表面100a的極坐標(biāo)變化或不圓度。
雖然以上參照?qǐng)D12描述的測(cè)量裝置主要期望用來(lái)測(cè)量?jī)?nèi)孔，但是這樣一種反向偏斜測(cè)量裝置還可用在其它的期望測(cè)量?jī)蓚€(gè)相對(duì)表面的情況。例如，這種反向偏斜測(cè)量裝置可用在圖2a-2d所示的設(shè)備中，圖2a中的觸針向左偏斜，在圖2c中的觸針向右偏斜。這種反向偏斜測(cè)量裝置還可用于需要對(duì)相對(duì)的表面進(jìn)行相對(duì)測(cè)量的情況，例如可從下邊測(cè)量下表面并從上邊測(cè)量上表面，從而就可確定一個(gè)物體的厚度的任何變化。
在上述實(shí)施例中，對(duì)每一高度的兩組極坐標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行平均，以補(bǔ)償參考基準(zhǔn)B的變化。下面參照?qǐng)D13a-13c描述處理極坐標(biāo)數(shù)據(jù)組以補(bǔ)償垂直基準(zhǔn)B的誤差的另一種方法。這種方法可用在以上所述的任何一個(gè)實(shí)施例中。
圖13a在A1表示在第一組測(cè)量期間在3個(gè)高度h1、h2、和h3獲得的極坐標(biāo)數(shù)據(jù)，即測(cè)量點(diǎn)Pi的極坐標(biāo)數(shù)據(jù)。圖13B在A2表示在第二組測(cè)量期間在高度h1、h2和h3獲得的對(duì)應(yīng)極坐標(biāo)數(shù)據(jù)，即和圖13a所示的測(cè)量值有角度差的測(cè)量值，一般來(lái)說(shuō)是在點(diǎn)Pi+π取的測(cè)量值。
按此方法，和針對(duì)每一個(gè)y值求兩種數(shù)據(jù)Pi(hy)和Pi+π(hy)的平均值的方法不同，把每一組極坐標(biāo)數(shù)據(jù)Pi(hy)和Pi+π(hy)擬合成一個(gè)圓。如由H Dagnell M.A.所著的題目的“Lets Talk Rourdness”的書中所述，按英國(guó)、美國(guó)、和日本的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了4種不同的參考圓，即最小二乘方圓、最小區(qū)域參考圓、最大內(nèi)接參考圓、和最小外切參考圓。在本發(fā)明的情況下，采用最小二乘方圓方法，其中圓的數(shù)學(xué)定義是對(duì)于該圓來(lái)說(shuō)，從該圓到該斷面輪廓測(cè)到的、足夠多數(shù)目的等距分開的徑向點(diǎn)的平方和有最小的值。使用任何適宜的常規(guī)最小二乘方擬合算法都可完成這一擬合過(guò)程。在圖13a的C1表示已獲得的最小二乘方圓Ci(h1)、Ci(h2)和Ci(h3)。
用在取向Pi+π取的第二組數(shù)據(jù)可完成同樣的過(guò)程，從而導(dǎo)出如圖13b所示的最小二乘方圓Ci+π(h1)、Ci+π(h2)、和Ci+π(h3)，如圖13b所示。
求出在每個(gè)高度hy的參考圓Ci(hy)和Ci+π(hy)的平均值，從而給出如圖13c所示的數(shù)據(jù)C。然后，把高度hy的最小二乘方圓Ci(hy)從該高度的平均圓C(hy)中減去，并且加到該高度的原始極坐標(biāo)數(shù)據(jù)Pi(hy)上。最終的數(shù)據(jù)Pc(hy)就代表Z對(duì)垂直軸基準(zhǔn)B的任何誤差校正過(guò)的、高度hy的表面100a的實(shí)際形狀。
以上參照?qǐng)D13描述的方法的優(yōu)點(diǎn)在于，明顯減小了在不精確知道兩個(gè)測(cè)量位置的角度差的條件下可能產(chǎn)生的角度相位誤差，這是因?yàn)檫@樣一些誤差對(duì)基準(zhǔn)圓的半徑或位置僅有微小的影響的緣故。這應(yīng)該避免在表面100a的變化波長(zhǎng)很短的情況下可能發(fā)生的虛假平均的問(wèn)題。
當(dāng)然還應(yīng)認(rèn)識(shí)到，通過(guò)扣除適當(dāng)?shù)膮⒖紙A組Ci(hy)或Ci+π(hy)，就可把圖13所示的校正加到數(shù)據(jù)組Pi(hy)或數(shù)據(jù)組Pi+π(hy)上。
實(shí)施本發(fā)明的方法還可以應(yīng)用到一種改進(jìn)的坐標(biāo)測(cè)量設(shè)備上，其中例如如GB-A-1137238或GB-A-2160975(這里參照引用了它們的內(nèi)容)所述，測(cè)量是在x、y、z直角坐標(biāo)系內(nèi)進(jìn)行的。
圖14極其示意地表示一個(gè)改進(jìn)的按本發(fā)明的方法使用的坐標(biāo)測(cè)量設(shè)備的實(shí)例。
如圖14所示，該坐標(biāo)測(cè)量設(shè)備包括一個(gè)工作臺(tái)20，它攜帶兩個(gè)導(dǎo)軌21a和21b，所說(shuō)導(dǎo)軌21a和21b沿垂直于紙面方向(x方向)彼此平行地分開延伸。對(duì)U形框架22進(jìn)行支撐，使得所說(shuō)框架22可以通過(guò)任何適宜的驅(qū)動(dòng)裝置并且使用任何適當(dāng)形狀的軸承裝置沿導(dǎo)軌21a和21b進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。U形框架22的十字桿22a攜帶一個(gè)可移動(dòng)的托架23，托架23支撐一個(gè)支撐件24。通過(guò)任何適當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)可使支撐件24沿Z方向相對(duì)于托架23移動(dòng)。將適當(dāng)?shù)臏y(cè)量傳感器(例如上述的光傳感器或者電磁傳感器)與x、y、和z方向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)相連，以便能確定支撐件24攜帶的探針的x、y、和z坐標(biāo)的準(zhǔn)確位置。
上述坐標(biāo)測(cè)量設(shè)備的部件是常規(guī)的。
如圖14所示，工作臺(tái)20設(shè)有一個(gè)和圖1所示類似的轉(zhuǎn)動(dòng)支架或轉(zhuǎn)臺(tái)4b。在這種情況下，Z軸支撐24攜帶一個(gè)固定的探針臂7a，探針臂7a攜帶單個(gè)的觸針9a。可按照以上參照?qǐng)D2a-2d和3a-3d所述的方式使用圖14所示的坐標(biāo)測(cè)量設(shè)備，即使托架23沿十字桿22a移動(dòng)，在待測(cè)工件15的高度為h的周邊上的一個(gè)點(diǎn)P進(jìn)行半徑的第一次測(cè)量，其中的托架23在第一位置y1；并且當(dāng)轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)過(guò)180°并且托架23移動(dòng)到圖14中虛線所示的位置y2時(shí)，在待測(cè)點(diǎn)P對(duì)半徑進(jìn)行第二次測(cè)量。然后按照以上參照?qǐng)D2a-2d和3a-3d所述確定徑向和柱面形狀。作為另一種可能性，可對(duì)圖14所示設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)，即用一個(gè)或多個(gè)測(cè)徑規(guī)來(lái)代替單個(gè)觸針，這可使以上參照?qǐng)D4描述的方法更趨完美。
在上述的每個(gè)實(shí)例中，一般來(lái)說(shuō)都通過(guò)從設(shè)備的傳感器接收輸入信號(hào)的適當(dāng)編程的計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)來(lái)計(jì)算徑向形狀和柱面形狀的數(shù)據(jù)。圖15表示的是一個(gè)適宜的處理系統(tǒng)的簡(jiǎn)化方塊圖，該系統(tǒng)包括與一存貯器相連的中央處理單元50，所說(shuō)存貯器包括用于分別存貯操作程序和數(shù)據(jù)的ROM和RAM。
在工件柱面形狀的測(cè)量期間，通過(guò)計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)記錄來(lái)自傳感器的數(shù)據(jù)，并且按上述方式用這些數(shù)據(jù)來(lái)確定工件的徑向和柱面形狀。圖15表示的中央處理單元50與3個(gè)傳感器T1、T2和T3相連，它們提供代表轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)、托架沿支柱5的高度、和探針臂7的位置的信號(hào)。當(dāng)然，如以上所述，傳感器的數(shù)目取決于特定的設(shè)備。因此，若使用例如如圖12所示的可機(jī)動(dòng)反向偏斜的測(cè)量裝置，則要提供具有適宜的軸編碼器形式的另一個(gè)傳感器T4，以提供表示測(cè)量裝置偏斜的信號(hào)。一般還要經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)某Ｒ?guī)的控制接口電路(圖中未示出)把中央處理單元50連到電機(jī)M1、M2、和M3，分別用于控制轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)，托架的高度、和延伸臂7的位置。還有，若使用機(jī)動(dòng)可反向偏斜的測(cè)量裝置，一般要經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)某Ｒ?guī)控制接口電路(未示出)把中央處理單元50連到電機(jī)M4，以控制反向偏斜的測(cè)量裝置的電機(jī)M4的操作。
該處理系統(tǒng)可設(shè)有鍵盤形式的輸入設(shè)備52，可與鼠標(biāo)52a或者其它適當(dāng)?shù)闹甘驹O(shè)備相接，使用戶能輸入有關(guān)例如設(shè)備的最近的校準(zhǔn)的信息、或者關(guān)于要使用的特定方法的指令。此外，還可將一個(gè)顯示單元(例如，陰極射線管53)與控制處理單元50相連，通過(guò)使用適當(dāng)?shù)某Ｒ?guī)軟件對(duì)用將要提供的設(shè)備進(jìn)行的測(cè)量進(jìn)行可視的顯示?？梢蕴峁┮粋€(gè)輸出設(shè)備，例如打印機(jī)或繪圖機(jī)，以此作為可視顯示單元的替換物或者將其附加到可視顯示單元上，從而可以提供例如以制成表格的徑向數(shù)據(jù)形式出現(xiàn)的測(cè)量數(shù)據(jù)的硬拷貝和/或以曲線形式表示的測(cè)量數(shù)據(jù)的硬拷貝。
雖然在上述實(shí)例中，在工件的一個(gè)指定高度的單個(gè)位置進(jìn)行了極坐標(biāo)數(shù)據(jù)的兩次測(cè)量，但如果期望，通過(guò)在工件的周邊提供例如3個(gè)或多個(gè)等角度分開的觸針，就可以進(jìn)行3次或多次這樣的測(cè)量。
還有，雖然在上述實(shí)例中首先在一個(gè)指定高度獲得一組極坐標(biāo)數(shù)據(jù)，但有可能發(fā)生的情況、或者在某些情況下期望發(fā)生的情況是沿工件或部件的軸向移動(dòng)觸針(一個(gè)或多個(gè))以獲得不同高度h的數(shù)據(jù)，然后再實(shí)現(xiàn)工件和檢測(cè)裝置之間的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。
如果期望，在提供一個(gè)雙針測(cè)量裝置的情況下，通過(guò)確定兩個(gè)測(cè)量裝置的相對(duì)分開角度就可進(jìn)行直徑的第一次測(cè)量。第一次測(cè)量與軸向平直基準(zhǔn)B的任何誤差無(wú)關(guān)，并且可以和直徑的第二次測(cè)量進(jìn)行比較，所說(shuō)第二次測(cè)量是通過(guò)組合在兩個(gè)相對(duì)的點(diǎn)用兩個(gè)觸針測(cè)到的半徑而獲得的，從而可以給出在該直徑處的軸向平直基準(zhǔn)的實(shí)際偏差和誤差的指示值。
雖然以上的實(shí)例描述了確定工件表面的柱面形狀的方法，但本發(fā)明還可用于確定任何適宜表面的形狀，例如繞轉(zhuǎn)動(dòng)軸名義上對(duì)稱的任何表面。例如，本發(fā)明可用于確定不變的多面體、橢球、或不規(guī)則的截面的表面形狀，或者錐體表面，例如截頭錐體表面或錐體表面，或者用于確定非不變的截面的表面。
本發(fā)明還可用于確定由一機(jī)床(例如車床或磨床)產(chǎn)生的任何表面的形狀。例如，可把該設(shè)備作為一個(gè)配件提供給車床或磨床，例如把一個(gè)雙針測(cè)量裝置對(duì)固定到正在操作中的車床或磨床的刀架或主軸上以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)、獲得數(shù)據(jù)，這時(shí)的工件或部件還仍舊在機(jī)床的卡盤或夾緊裝置中。這樣一種安排可以在用機(jī)床加工部件的中間階段測(cè)量工件的表面形狀，以檢查正在進(jìn)行的加工過(guò)程是否正常。
雖然以上描述了本發(fā)明的特殊實(shí)例，但各種改進(jìn)和替換對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)都是顯而易見的。
權(quán)利要求
1.一種確定有關(guān)諸如工件之類的物體的表面形狀的信息的方法，該方法包括使用相對(duì)于參考基準(zhǔn)可移動(dòng)的因而可跟蹤該表面的檢測(cè)裝置檢測(cè)該表面，在表面和檢測(cè)裝置之間實(shí)現(xiàn)繞一轉(zhuǎn)動(dòng)軸的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，并且使用由檢測(cè)裝置進(jìn)行的測(cè)量確定有關(guān)表面形狀的信息，其特征在于使用由檢測(cè)裝置在轉(zhuǎn)動(dòng)軸周圍等角度分開的至少兩個(gè)位置進(jìn)行的測(cè)量來(lái)補(bǔ)償該參考基準(zhǔn)的任何誤差。
2.一種確定名義上繞軸對(duì)稱的表面形狀的方法，該方法包括實(shí)現(xiàn)該表面和相對(duì)于參考基準(zhǔn)可以移動(dòng)的檢測(cè)裝置之間的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使檢測(cè)裝置可以跟蹤該表面，并用使用檢測(cè)裝置在沿該表面的所說(shuō)軸的多個(gè)不同的距離進(jìn)行測(cè)量以確定該表面的形狀，其特征在于對(duì)于沿該表面的所說(shuō)軸的每一距離，利用由檢測(cè)裝置在繞所說(shuō)轉(zhuǎn)動(dòng)軸的至少兩個(gè)等角度分開的位置進(jìn)行的測(cè)量來(lái)補(bǔ)償該參考基準(zhǔn)的任何偏差或誤差。
3.如權(quán)利要求1或2的方法，該方法包括使用在分開180°的兩個(gè)位置進(jìn)行的兩次測(cè)量來(lái)補(bǔ)償參考基準(zhǔn)的任何偏差或誤差。
4.如權(quán)利要求1、2、或3的方法，該方法包括使用在該表面上的相同位置但不同的檢測(cè)裝置和該表面之間的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)角度得到的測(cè)量值，以此作為至少兩個(gè)測(cè)量值。
5.如權(quán)利要求4的方法，該方法包括確定兩個(gè)測(cè)量值的平均值，以獲得該位置的半徑值。
6.一種確定名義上繞軸對(duì)稱的表面形狀的方法，該方法包括使用相對(duì)于參考基準(zhǔn)可移動(dòng)的因而可跟蹤該表面的檢測(cè)裝置檢測(cè)該表面，在該表面和檢測(cè)裝置之間實(shí)現(xiàn)相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，并且使用檢測(cè)裝置在沿該表面的所說(shuō)軸的多個(gè)不同的測(cè)量距離或高度進(jìn)行測(cè)量以確定該表面的形狀，其特征在于對(duì)于沿所說(shuō)軸的每一測(cè)量距離，使用檢測(cè)裝置去獲得在表面上一指定位置距參考基準(zhǔn)的第一位移測(cè)量值，在該表面和檢測(cè)裝置之間實(shí)現(xiàn)180°的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，然后使用檢測(cè)裝置獲得在表面上同一指定位置距參考基準(zhǔn)的第二位移測(cè)量值，并且使用第一和第二測(cè)量值的平均值提供代表該指定位置的數(shù)據(jù)。
7.如權(quán)利要求4、5、或6的方法，該方法包括從兩個(gè)測(cè)量值之間的差確定參考基準(zhǔn)的任何偏差。
8.如前述權(quán)利要求中任何一個(gè)所述的方法，該方法包括使用具有兩個(gè)相對(duì)的檢測(cè)元件的一個(gè)檢測(cè)裝置來(lái)同時(shí)檢測(cè)表面上的兩個(gè)相對(duì)的位置。
9.如權(quán)利要求8的方法，該方法包括通過(guò)確定兩個(gè)檢測(cè)元件的相對(duì)分開角度使用檢測(cè)裝置對(duì)兩個(gè)相對(duì)的位置之間的距離進(jìn)行第一次測(cè)量，確定每個(gè)檢測(cè)元件距參考基準(zhǔn)的位移，組合兩個(gè)位移以提供兩個(gè)相對(duì)的位置之間的距離的第二次測(cè)量，以及比較第一和第二距離測(cè)量以確定參考基準(zhǔn)的任何偏差。
10.如前述權(quán)利要求中任何一個(gè)所述的方法，該方法包括使用一個(gè)檢測(cè)裝置在兩個(gè)相對(duì)的位置進(jìn)行測(cè)量，所說(shuō)檢測(cè)裝置具有單個(gè)檢測(cè)元件，該檢測(cè)元件可偏斜向兩個(gè)相對(duì)位置中的每一個(gè)，并可使兩組測(cè)量之間的偏斜反向。
11.如權(quán)利要求1-4、6、8、和10中任何一個(gè)所述的方法，該方法包括把在至少兩個(gè)位置中的每一個(gè)位置得到的測(cè)量值擬合到一個(gè)相應(yīng)的圓，從至少兩個(gè)位置的圓的平均值扣除一個(gè)圓，以確定參考基準(zhǔn)的任何偏差或誤差。
12.如權(quán)利要求1-4、6、8、和10中任何一個(gè)所述的方法，該方法包括；通過(guò)在至少兩個(gè)位置之一得到的測(cè)量值上加上一個(gè)差值來(lái)補(bǔ)償參考基準(zhǔn)的任何誤差或偏差，所說(shuō)差值是在擬合到所說(shuō)那個(gè)位置的測(cè)量值的一個(gè)圓和擬合到在至少兩個(gè)位置中的每一個(gè)位置的測(cè)量值的圓的平均值之間的差。
13.如前述權(quán)利要求中任何一個(gè)所述的方法，該方法包括使用檢測(cè)裝置在該表面和檢測(cè)裝置之間以不同的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)度數(shù)至少進(jìn)行兩次測(cè)量，所說(shuō)檢測(cè)裝置在該表面的所說(shuō)軸的周圍分布有一組位置，所說(shuō)測(cè)量是在檢測(cè)裝置的每一個(gè)位置進(jìn)行的。
14.如前述權(quán)利要求中任何一個(gè)所述的方法，該方法包括提供沿參考基準(zhǔn)的多個(gè)分隔開的檢測(cè)裝置，以便同時(shí)在沿該表面的所說(shuō)軸分隔開的多個(gè)位置進(jìn)行測(cè)量。
15.如前述權(quán)利要求中任何一個(gè)所述的方法，該方法包括通過(guò)把該表面安裝在轉(zhuǎn)動(dòng)支架上并且轉(zhuǎn)動(dòng)該支架來(lái)實(shí)現(xiàn)該表面和檢測(cè)裝置之間的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。
16.如權(quán)利要求1-14中任何一個(gè)所述的方法，該方法包括；通過(guò)按可轉(zhuǎn)動(dòng)方式把檢測(cè)裝置安裝到一支架上并轉(zhuǎn)動(dòng)該檢測(cè)裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)該表面和檢測(cè)裝置的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。
17.一種確定有關(guān)諸如工件之類的物體的表面形狀的信息的設(shè)備，包括相對(duì)于一個(gè)參考基準(zhǔn)可以移動(dòng)因而可跟蹤該表面的檢測(cè)裝置，在該表面和檢測(cè)裝置之間實(shí)現(xiàn)相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的裝置，以及從檢測(cè)裝置得到的測(cè)量值確定有關(guān)表面形狀信息的裝置，其特征在于提供處理裝置，以便使用由檢測(cè)裝置在轉(zhuǎn)動(dòng)軸周圍等角度分開的至少兩個(gè)位置得到測(cè)量值去補(bǔ)償參考基準(zhǔn)的任何誤差或偏差。
18.一種用于確定名義上繞軸對(duì)稱的表面形狀的設(shè)備，該設(shè)備包括；相對(duì)于一個(gè)參考基準(zhǔn)可以移動(dòng)因而可跟蹤該表面的檢測(cè)裝置，實(shí)現(xiàn)該表面和檢測(cè)裝置的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的裝置，使用檢測(cè)裝置在沿該表面的軸的多個(gè)不同距離進(jìn)行測(cè)量以確定該表面形狀的裝置，其特征在于提供處理裝置，用于使用由檢測(cè)裝置在繞轉(zhuǎn)動(dòng)軸等角度分開的至少兩個(gè)位置得到的測(cè)量值去補(bǔ)償在沿該表面的軸的每一距離的參考基準(zhǔn)的任何偏差或誤差。
19.如權(quán)利要求17或18的設(shè)備，其中處理裝置適于使用在分開180°的兩個(gè)位置得到的兩個(gè)測(cè)量值去補(bǔ)償參考基準(zhǔn)的任何偏差或誤差。
20.如權(quán)利要求17、18、或19的設(shè)備，其中處理裝置適于使用在表面的同一位置的、在檢測(cè)裝置和該表面之間不同相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)角度得到的測(cè)量值作為所說(shuō)至少兩個(gè)測(cè)量值。
21.如權(quán)利要求20的設(shè)備，其中處理裝置適于確定兩個(gè)測(cè)量值的平均值以獲得該位置的一個(gè)測(cè)量值。
22.如權(quán)利要求20或21的設(shè)備，其中處理裝置適于從兩個(gè)測(cè)量值之間的差確定參考基準(zhǔn)的任何偏差或誤差。
23.一種確定名義上繞軸對(duì)稱的表面形狀的設(shè)備，包括相對(duì)于一個(gè)參考基準(zhǔn)可以移動(dòng)因而可跟蹤該表面的檢測(cè)裝置，實(shí)現(xiàn)該表面和檢測(cè)裝置相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的裝置，以及使用檢測(cè)裝置在沿該表面的軸的多個(gè)不同測(cè)量距離進(jìn)行測(cè)量以確定該表面形狀的裝置；其特征在于還包括控制裝置，用于對(duì)每一個(gè)沿該表面的軸的測(cè)量距離使用檢測(cè)裝置獲得在表面上一指定位置距離參考基準(zhǔn)的位移的第一測(cè)量值，在該表面和檢測(cè)裝置之間使它們相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)180°，并且然后使用檢測(cè)裝置獲得在該表面上的同一指定位置距參考基準(zhǔn)的位移的第二測(cè)量值；以及，處理裝置，用于確定第一和第二測(cè)量值的平均值，以提供代表該指定位置的數(shù)據(jù)。
24.如權(quán)利要求17-23中任何一個(gè)所述的設(shè)備，其中檢測(cè)裝置包括兩個(gè)相對(duì)的檢測(cè)元件，用于同時(shí)檢測(cè)該表面上的相應(yīng)的相對(duì)的位置。
25.如權(quán)利要求24的設(shè)備，其中的處理裝置還包括通過(guò)確定兩個(gè)檢測(cè)元件的相對(duì)分開對(duì)兩個(gè)相對(duì)位置之間的距離進(jìn)行第一次測(cè)量的裝置；確定每個(gè)檢測(cè)元件自參考基準(zhǔn)的位移并且組合該兩個(gè)位移以提供第一和第二位置之間的距離的第二次測(cè)量的裝置，以及，比較在該第一和第二位置之間的距離的第一和第二測(cè)量值以確定參考基準(zhǔn)的任何偏差或誤差的裝置。
26.如權(quán)利要求17-23中任何一個(gè)所述的設(shè)備，其中對(duì)檢測(cè)裝置進(jìn)行安排以便在兩個(gè)相對(duì)位置進(jìn)行測(cè)量，所說(shuō)檢測(cè)裝置包括一個(gè)單個(gè)的檢測(cè)元件，它可向兩個(gè)相對(duì)位置的每一個(gè)偏斜；以及，使兩組測(cè)量之間的偏斜反向的裝置。
27.如權(quán)利要求17-20、24、25、和26中任何一個(gè)所述的設(shè)備，其中對(duì)處理裝置進(jìn)行安排，以便把在至少兩個(gè)位置中的每一個(gè)位置測(cè)得的測(cè)量值擬合到一個(gè)相應(yīng)的圓，并且從至少兩個(gè)位置得到的圓的平均值扣除一個(gè)圓，從而可確定參考基準(zhǔn)的任何偏差或誤差。
28.如權(quán)利要求17-20中任何一個(gè)所述的設(shè)備，其中對(duì)處理裝置進(jìn)行安排，以便通過(guò)在至少兩個(gè)位置之一上測(cè)得的測(cè)量值上加上一個(gè)差值來(lái)補(bǔ)償參考基準(zhǔn)的任何誤差或偏差，所說(shuō)的差值是在擬合到這些測(cè)量值的一個(gè)圓和擬合到在至少兩個(gè)位置中的每一個(gè)位置測(cè)得的測(cè)量值的圓的平均值之間的差。
29.如權(quán)利要求17-29中任何一個(gè)所述的設(shè)備，其中處理裝置適于使用由檢測(cè)裝置在至少兩個(gè)位置測(cè)得的測(cè)量值去補(bǔ)償參考基準(zhǔn)的平直度的相應(yīng)偏差，所說(shuō)的兩個(gè)位置在繞該表面的所說(shuō)軸周圍分布的多個(gè)位置中的每一個(gè)位置的轉(zhuǎn)動(dòng)軸周圍等角度分開。
30.如權(quán)利要求17-29中任何一個(gè)所述的設(shè)備，其中提供多個(gè)沿參考基準(zhǔn)相互分隔開的檢測(cè)裝置，以便在該表面上多個(gè)分開的位置可同時(shí)進(jìn)行測(cè)量。
31.如權(quán)利要求17-30中任何一個(gè)所述的設(shè)備，其中實(shí)現(xiàn)該表面和檢測(cè)裝置相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的裝置包括一個(gè)用于此物體的轉(zhuǎn)動(dòng)支架。
32.如權(quán)利要求17-30中任何一個(gè)所述的設(shè)備，其中實(shí)現(xiàn)該表面和檢測(cè)裝置相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的裝置包括一個(gè)用于檢測(cè)裝置的可轉(zhuǎn)動(dòng)的安裝件。
33.一種用于確定一個(gè)表面的形狀、形態(tài)、結(jié)構(gòu)、或圓度的設(shè)備，包括用于跟蹤一個(gè)表面的檢測(cè)裝置；實(shí)現(xiàn)該表面和檢測(cè)裝置之間相對(duì)移動(dòng)的裝置；在一指定方向偏斜檢測(cè)裝置的偏斜裝置；以及，自動(dòng)調(diào)節(jié)檢測(cè)裝置偏斜方向的裝置。
34.如權(quán)利要求33的設(shè)備，其中檢測(cè)裝置包括一個(gè)可繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝的臂，偏斜裝置包括耦合在臂和一支架之間的彈簧偏斜裝置，調(diào)節(jié)裝置包括一個(gè)調(diào)節(jié)支架位置的電機(jī)。
35.如權(quán)利要求34的設(shè)備，其中的支架偏心地安裝在一個(gè)可轉(zhuǎn)動(dòng)的鼓形物上，該電機(jī)適于繞鼓形物的軸轉(zhuǎn)動(dòng)鼓形物。
36.一種在確定一個(gè)表面的形狀、形態(tài)、結(jié)構(gòu)、或圓度的設(shè)備中使用的檢測(cè)裝置，該檢測(cè)裝置具有適于跟蹤一個(gè)表面的一個(gè)檢測(cè)元件并且提供沿一指定方向偏斜檢測(cè)元件的偏斜裝置；以及，自動(dòng)調(diào)節(jié)偏斜以改變檢測(cè)元件偏斜方向的裝置。
37.如權(quán)利要求36的檢測(cè)裝置，其中檢測(cè)元件包括一個(gè)可繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)安裝的臂，偏斜裝置包括耦合在臂和一支架之間的彈簧偏斜裝置，并且調(diào)整裝置包括一個(gè)移動(dòng)支架位置的電機(jī)。
38.如權(quán)利要求36的檢測(cè)裝置，其中的支架偏心地安裝在一可轉(zhuǎn)動(dòng)的鼓形物上，對(duì)電機(jī)進(jìn)行安排以便可轉(zhuǎn)動(dòng)該鼓形物來(lái)調(diào)節(jié)支架的位置。
全文摘要
通過(guò)觸針(9)檢測(cè)工件(10)的名義上的柱面表面(10a),觸針(9)相對(duì)于確定參考基準(zhǔn)(B)的支柱(5)沿該表面的軸動(dòng)軸(A)的徑向可以移動(dòng),從而觸針(9)可以在沿表面的一個(gè)指定高度跟蹤柱面表面。實(shí)現(xiàn)工件(10)和觸針(9)繞表面(10a)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸(A)的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng),并且使用觸針(9)的位移來(lái)確定有關(guān)在該高度的表面的徑向形狀的信息。在不同高度沿表面重復(fù)這些測(cè)量113確定它的柱面形狀。測(cè)量觸針和工件轉(zhuǎn)動(dòng)180°的前、后觸針(9)在每一高度自表面上的一個(gè)指定點(diǎn)的位移,用最終的測(cè)量值來(lái)補(bǔ)償參考基準(zhǔn)的任何誤差和偏差。
文檔編號(hào)G01B21/20GK1207807SQ9619979
公開日1999年2月10日 申請(qǐng)日期1996年12月6日 優(yōu)先權(quán)日1995年12月7日
發(fā)明者P·瑟頓, M·米爾斯, P·J·斯科特, R·G·懷特, D·R·懷特勒 申請(qǐng)人:泰勒·霍布森有限公司