專利名稱:計(jì)量裝置的制作方法
本發(fā)明是有關(guān)計(jì)量裝置，特別是涉及用于測量諸如園度和直線性等外形以及它們的誤差的裝置。
一種已知的計(jì)量裝置，包括一個(gè)用來安放工件的可旋轉(zhuǎn)部件;用來旋轉(zhuǎn)該部件的第一驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu);一個(gè)在可旋轉(zhuǎn)部件旋轉(zhuǎn)期間用來檢測工件表面的傳感器;用來相對于該工件的安放部件而移動(dòng)的支撐該傳感器的機(jī)構(gòu);為了實(shí)現(xiàn)傳感器有效移動(dòng)的第二驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu);以及為了從提供計(jì)量數(shù)據(jù)的傳感器上得到接收信號進(jìn)行處理的數(shù)字計(jì)算機(jī)。
在上述已知裝置使用時(shí)，工作被放在可轉(zhuǎn)動(dòng)的支撐座上，如有必要時(shí)可進(jìn)行對中和找平。測量工件外形時(shí)將工件旋轉(zhuǎn)，使得傳感器能越過工件表面。當(dāng)傳感器越過工件表面時(shí)，傳感器輸出一個(gè)信號，這個(gè)信號是隨工件外形的特征而變化的。在測量工件外形時(shí)，關(guān)鍵問題是為檢測出工件外形的最小變化，需要傳感器有高的分辨率的矛盾。例如，一個(gè)優(yōu)于20毫微米的分辨率和一個(gè)允許外形有較大變化的工件要求有寬的工件范圍去調(diào)節(jié)是一個(gè)矛盾。因此，一個(gè)理想的傳感器將包括一個(gè)觸針和變換器，變換器輸出一個(gè)信號，這個(gè)信號和觸針移動(dòng)的至少幾個(gè)毫米的距離是線性關(guān)系，在其工作范圍內(nèi)，使用上述的高分辨率效果幾乎都是很顯著的。直到目前為止，還不能生產(chǎn)出一種符合這些要求的令人滿意的變換器。因此，對工件外形的測量是相當(dāng)?shù)芈?，為了適應(yīng)具有較大變化外形的工件，需要操作人員反復(fù)地改變傳感器的位置，這種操作過程是極不方便的。
現(xiàn)有技術(shù)裝置的另一個(gè)問題是由于變換器工作范圍的限制，使得對中和找平工序必定很困難。特別是，在對中和找平之前，必須保證工件被放置在安放工件裝置上的某一位置，這個(gè)位置的任何對中誤差應(yīng)保證在變換器的工作范圍之內(nèi)。這個(gè)位置過去是由人眼來確定的，其結(jié)果使得在對中工序開始時(shí)，由于對中誤差不在變換器的工作范圍之內(nèi)，而使對中無法進(jìn)行，這就要調(diào)整傳感器表面的位置或者調(diào)整工件的位置。因此，這種操作既費(fèi)時(shí)又不方便。
本發(fā)明的目的之一是要解決上述的問題。
本發(fā)明解決上述問題是利用計(jì)算機(jī)根據(jù)來自傳感器所得到的信號去控制工件和傳感器之間的相對移動(dòng)，這樣使得傳感器是沿著工件的表面，并且根據(jù)該信號及傳感器的位移來獲得計(jì)量數(shù)據(jù)。
由此可見，一個(gè)具有很高的分辨率(例如優(yōu)于20毫微米，更好一些可達(dá)12毫微米。)，而具有小的工作范圍(例如小于0.4毫米)的傳感器，可用來檢測工作外形的最小變化量。當(dāng)工件的外形有大的變化時(shí)，可在數(shù)字計(jì)算機(jī)的控制下由驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的工作來調(diào)節(jié)，其計(jì)量數(shù)據(jù)的偏差取決于變換器的輸出和傳感器移動(dòng)兩方面。傳感器的位置因而可由高分辨率來確定，盡管在實(shí)際中并沒有必要由傳感器本身提供這樣高的分辨率。例如，如在前面已經(jīng)提到的傳感器的最佳分辨率為20毫微米，而當(dāng)用第二驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)時(shí)，只要優(yōu)于500毫微米(最好是200毫微米)就可以確定傳感器的位置，這與現(xiàn)有技術(shù)裝置相比，改善了至少一個(gè)數(shù)量級。
所偏移的尺寸可移動(dòng)傳感器來調(diào)整，這取決于傳感器所移動(dòng)的范圍。在實(shí)際中，傳感器在徑向方向至少可移動(dòng)100毫米，在軸向方向至少移動(dòng)100毫米，在一個(gè)最佳的特殊例子中，傳感器在徑向可移動(dòng)200毫米距離，在軸向可移動(dòng)500毫米距離。
本發(fā)明將用附圖所示的例子進(jìn)一步說明。
圖1是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例給出的計(jì)量裝置的透視圖。
圖2是圖1所示的計(jì)量裝置的部分詳細(xì)透視圖。
圖3是圖2中箭頭Ⅲ所指方向的正透圖。
圖4是圖2中箭頭Ⅳ所指方向的正透圖。
圖5是圖1中所示的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的方框圖。
圖6是一個(gè)凸輪，表示根據(jù)本發(fā)明的最佳方案進(jìn)行的最佳操作的例子。
圖7、8和9表示根據(jù)本發(fā)明的更進(jìn)一步的最佳方案分別進(jìn)行平直度，園柱度和園錐度測量的方法。
圖1中的計(jì)量裝置包括一張工作臺2，工作臺上裝有一個(gè)用以放置工件(未畫出)的轉(zhuǎn)盤4?；?是在柱8上作垂直移動(dòng)并帶有一個(gè)水平移動(dòng)的臂10。用于接觸工件表面的觸針12是包括在線性變換器14內(nèi)，它可以是感性也可以是容性，它置于臂16的一端，臂16的另一端接到臂10的自由端上，以便于作樞軸移動(dòng)，圖中箭頭18的方向是表示和水平方向成45°的軸20為軸心作樞軸移動(dòng)的方向。
在圖2中可以更清楚地看出，臂16分別是以軸20在圖2中實(shí)線和點(diǎn)劃線所示的兩個(gè)位置之間作180°的旋轉(zhuǎn)。在實(shí)線位置，觸針12是垂直的，而在點(diǎn)劃線位置，觸針是水平的。這樣的安置使得當(dāng)臂16處于圖2所示的兩個(gè)位置的任一個(gè)位置時(shí)，觸針的頂端12a基本上位于轉(zhuǎn)盤4的經(jīng)向面上相同的位置。馬達(dá)3安裝在臂10內(nèi)，為了使臂10能在圖示的兩個(gè)位置之間被驅(qū)動(dòng)，馬達(dá)3通過一個(gè)螺桿和齒輪傳動(dòng)裝置5與臂16連接。觸針12和變換器14的安裝使得觸針12相對于變換器14僅在一個(gè)方向偏移。但是，變換器14是安裝在臂16中，它以7為軸旋轉(zhuǎn)，最好是以30°為一級旋轉(zhuǎn)270°。例如，如果變換器14以7為軸旋轉(zhuǎn)90°，在這90°變化的平面內(nèi)觸針12是可偏移的。安裝在臂16中的馬達(dá)9用來旋轉(zhuǎn)變換器14。當(dāng)臂16在圖中所示的實(shí)線位置時(shí)，觸針12是處在垂直方向，例如為了檢測被安放在轉(zhuǎn)盤4上的工件的內(nèi)表面，變換器14通常保持在一個(gè)可使觸針12在相對于轉(zhuǎn)盤4的徑向平面上移動(dòng)的位置上。然而，當(dāng)臂16在圖2所示的點(diǎn)劃線位置時(shí)，則觸針12是處在水平方向，變換器14可被轉(zhuǎn)到這兩個(gè)位置的任一個(gè)位置。在前一個(gè)位置時(shí)，觸針12可在水平面移動(dòng)，而在后一位置時(shí)，觸針12可在垂直面移動(dòng)，在前者的位置上，適于檢測一個(gè)工件的側(cè)表面，而在后者位置上時(shí)，適于檢測上表面。當(dāng)工件的欲測量表面處于其它方向時(shí)，可將變換器14沿軸7旋轉(zhuǎn)到一個(gè)使觸針12可在被測表面上正常移動(dòng)的位置。
在圖3中，為了按箭頭11所指的方向在水平方向上驅(qū)動(dòng)臂10，馬達(dá)35被安裝在滑架6中。從馬達(dá)35到臂10的傳動(dòng)是通過一個(gè)齒輪齒條機(jī)構(gòu)13或其它的合適的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(如滾球螺旋)來完成的。臂10按箭頭11所指的方向移動(dòng)，使得變換器14在水平方向移動(dòng)，因而觸針12的頂端12a相對轉(zhuǎn)盤4的軸線徑向地向內(nèi)或向外移動(dòng)，12a在整個(gè)移動(dòng)期間仍是在徑向平面上。來自安裝在滑架6中的光源15的光直接射向一個(gè)安裝在臂10上的線性光柵19，光柵19上的光反射到光轉(zhuǎn)換器21，光轉(zhuǎn)換器21提供一個(gè)輸出信號(最好是正交信號)，從這些輸出信號就可以得知臂10的位置和速度。從圖3還可以看出，另外一個(gè)光轉(zhuǎn)換器23提供了來自轉(zhuǎn)盤4的位置和轉(zhuǎn)盤速度的信號，轉(zhuǎn)盤是由馬達(dá)33驅(qū)動(dòng)的，由于轉(zhuǎn)盤4可轉(zhuǎn)動(dòng)，借助于光源25和光柵27就可獲得轉(zhuǎn)盤4的位置和旋轉(zhuǎn)速度。
由圖4可看到，安裝在滑架6中的馬達(dá)37與齒條和齒輪機(jī)構(gòu)39(或其它合適的機(jī)構(gòu)，如鏈輪和鏈條)一起沿箭頭41所指的方向垂直驅(qū)動(dòng)滑架6。為了均衡這種移動(dòng)，安裝了一個(gè)恒力彈簧(圖中未畫出)。在柱8上裝有光柵43，光柵43將來自裝在滑架6中的光源27的光反射到裝在滑架6上的光轉(zhuǎn)換器31，光轉(zhuǎn)換器31提供信號(最好是正交信號)，從這些信號可以得到滑架6的位置和移動(dòng)速度。
在圖1和圖5中可看到一臺主計(jì)算機(jī)22，這臺主機(jī)帶有一個(gè)鍵盤24，一個(gè)磁盤驅(qū)動(dòng)器26和一臺打印機(jī)28，它們被安置在工作臺2上面，用以控制計(jì)量裝置，處理測量結(jié)果并輸出所需的計(jì)量數(shù)據(jù)，主機(jī)可選用IBM兼容PC。
如圖5所示，該裝置包括的各個(gè)微處理器的編號為30，32，34，36，38，和40。微處理器30用作主控制器，它接受來自主機(jī)22的關(guān)于該裝置執(zhí)行操作的各種指令。這些指令被主控制器30存貯，主控制器30根據(jù)存貯在與主控制器相連接的存貯器中的程序指示和控制其它的各個(gè)微處理器，為了執(zhí)行由主機(jī)22提供的這些指令，借助一個(gè)從動(dòng)驅(qū)動(dòng)器處理器30a。其余的每一個(gè)微處理器都有與它相連的存貯器存貯必要的程序，以實(shí)現(xiàn)從主控制器30接受指令。因此，微處理器32，34和36被指定為從動(dòng)裝置。
從動(dòng)裝置32控制轉(zhuǎn)盤4的轉(zhuǎn)速。從動(dòng)裝置34控制臂10的徑向移動(dòng)。從動(dòng)裝置36控制滑架6的垂直移動(dòng)。根據(jù)我們的如下的待批專利申請，從動(dòng)裝置32，34和36最好分別控制馬達(dá)33、35和37的速度。
國家 申請?zhí)栍? 8530577中國 86107433丹麥 5531/86歐洲 86309681.4西德 P/297385/4印度 892/MAS/86日本 還不了解美國 940506蘇聯(lián) 4028602.24為了在進(jìn)行測量之前對工件進(jìn)行對中和校平，從動(dòng)裝置38接受來自通迅網(wǎng)絡(luò)45的指令并控制對中和校平馬達(dá)38a，這時(shí)轉(zhuǎn)盤4水平地和/或樞軸地轉(zhuǎn)動(dòng)。對中和校平的方法按我們專利申請所披露的方法更好一些，同時(shí)申請和在先申請這一方法的申請?zhí)枮?605325和8624396的英國專利申請，發(fā)明人是ANthony Bruce Barnaby和Michael Walter MillS。
微處理器40接收來自測量電路41的數(shù)據(jù)，測量電路41是接收變換器14和三個(gè)插入器42，44和46中的一個(gè)的輸出信號并將此信號數(shù)字化，這三個(gè)插入器是分別接收來自光電轉(zhuǎn)換器23，21和31的信號，這三個(gè)光電轉(zhuǎn)換器是分別用于檢測轉(zhuǎn)盤4的轉(zhuǎn)速，臂10的徑向(水平)移動(dòng)和滑架6的垂直移動(dòng)的。這三個(gè)插入器的作用是分辨光柵27，19和43的柵距的極小的數(shù)值，以提供表明轉(zhuǎn)盤4、臂10和滑架6的精確的位置的數(shù)據(jù)。在最佳實(shí)施例中，插入器所提供的變換器14在徑向(水平)方向位置上的分辨率大約是200毫微米，在軸向(垂直)方向大約是500毫微米，工件旋轉(zhuǎn)位置的可分辨度為3孤度秒。本發(fā)明沒有限定任何特別的分辨率，但是最佳的分辨率在徑向和垂直方向優(yōu)于1微米，旋轉(zhuǎn)分辨率優(yōu)于100孤度秒(最好優(yōu)于10孤度秒)。如像已經(jīng)指出的，變換器14最好能給出一個(gè)能分辨出觸針12的頂端12a的位置優(yōu)于20毫微米(最好是12毫微米)的輸出信號。因此，關(guān)于觸針12的偏移和在徑向(R)及在垂直方向(Z)變換器14的配置以及轉(zhuǎn)盤4的實(shí)際旋轉(zhuǎn)位置(O)的高分辨率數(shù)據(jù)，在測量期間被連續(xù)地送給微處理器40。這些數(shù)據(jù)由微處理器40記錄和存貯起來并饋送到主機(jī)22中，以便根據(jù)存貯在與主機(jī)22相連接的存貯器中的程序來執(zhí)行這些數(shù)據(jù)所需的計(jì)算。
根據(jù)圖5所示的結(jié)構(gòu)，歸納起來該計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是由三級構(gòu)成。主機(jī)22代表第一級，它允許操作人員輸入指令，把適當(dāng)?shù)闹噶钏偷街骺刂破鞑臄?shù)據(jù)記錄器40接受數(shù)據(jù)，為了提供所需的信息，主機(jī)22完成對這些數(shù)據(jù)的計(jì)算。主控制器30代表第二級，它從主機(jī)22接受指令，按照存貯在與主控制器30相聯(lián)接的存貯器中的程序傳送適當(dāng)?shù)闹噶畹礁鱾€(gè)從動(dòng)裝置，通過從動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)器30a來完成主機(jī)指示的必要的操作。從屬裝置32，34，36和38以及數(shù)據(jù)記錄器40代表第三級，根據(jù)存貯在與它們分別連接的存貯器中的程序，按主機(jī)22的指令，主控制器指示第三級執(zhí)行更進(jìn)一步的操作功能。最好主控制器的配置使得從主機(jī)22依次順序接受的指令可以同時(shí)存貯在相連接的存貯器的不同部分，這樣使得這些指令可以通過主控制器30依次起作用。
在前面已經(jīng)提到的變換器14是一個(gè)線性變換器。因而，變換器14的輸出信號代表了觸針12偏移的程度。然而，已經(jīng)指出過變換器提供了所需的分辨率的高度，例如分辨率優(yōu)于20毫微米則受到它的工作范圍的限制，也就是說，受到觸針12的頂端12a移動(dòng)范圍的限制，在這范圍內(nèi)才能提供一個(gè)具有所需分辨率的線性輸出信號，這是一個(gè)很大的限制。具體地說，具有適當(dāng)?shù)姆直媛实淖儞Q器可以有一個(gè)不大于0.4毫米的范圍。根據(jù)本發(fā)明所提供的一個(gè)優(yōu)選的方案來克服這個(gè)問題，當(dāng)接收的信息(來自于測量電路41的信號)超過一個(gè)予定的門限時(shí)，主控制器30輸送一個(gè)指令到從動(dòng)裝置34，觸發(fā)馬達(dá)35轉(zhuǎn)動(dòng)，使得臂10移動(dòng)，直至測量電路41的輸出信號返回一個(gè)予定值，例如予定值是一個(gè)零值(例如在這里可以是O)。當(dāng)變換器14處于使觸針可在徑向平面上移動(dòng)的位置，且臂16是在圖2所示的任一位置時(shí)，這個(gè)指令被送出。如果臂16是處于圖2中的點(diǎn)劃線的位置，則它帶的觸針12是水平的，如果變換器14被轉(zhuǎn)到這個(gè)位置，在這位置上觸針可在垂直面上移動(dòng)(也就是平行于轉(zhuǎn)盤4的軸)，當(dāng)來自測量電路41的輸出超過予定的門限時(shí)，主控制器30送出一個(gè)指令到從動(dòng)裝置36，使馬達(dá)37被驅(qū)動(dòng)。此外，在適當(dāng)?shù)那闆r下，為使轉(zhuǎn)盤4可以旋轉(zhuǎn)，主控制器30應(yīng)當(dāng)使得在來自變換器14的信號的控制下使馬達(dá)33被驅(qū)動(dòng)，當(dāng)其信號超過一個(gè)予定的門限時(shí)，馬達(dá)33被驅(qū)動(dòng)，變換器14則沿著工件表面在水平和/或垂直方向移動(dòng)。因此，在安置在轉(zhuǎn)盤4上的工件轉(zhuǎn)動(dòng)期間，在所有的情況下，觸針12都是沿著工件表面移動(dòng)的。當(dāng)盡可能調(diào)整適應(yīng)外形變化大的工件時(shí)，可以得到高分辨率的測量結(jié)果，因?yàn)楫?dāng)這些變化大的外形與觸針相接觸時(shí)，臂10或滑架6適當(dāng)?shù)匾苿?dòng)，這樣觸針的頂端總是沿著工件的表面移動(dòng)，觸針不會偏移到工作范圍之外。主計(jì)算機(jī)22得到所需的計(jì)量信息，例如關(guān)于外形或外形誤差的信息，這兩種計(jì)量信息來自于從變換器14所得到的信號和來自從光轉(zhuǎn)換器23、21、31和有關(guān)的插入器42、44和46得到的信號。
另一方面，由于驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)盤4和/或臂10和/或滑架6的馬達(dá)的速度變化，則使觸針越過工件表面的速度也變化，以致可能形成數(shù)據(jù)的聚集，例如在一個(gè)最佳方案中，表面特征相同而半徑不同的情況下，測量結(jié)果也是相等的，從而測出相等的表面寬度，并且僅依賴于所選定的表面速度。特別是，最好是在工件表面上固定距離所分割的各點(diǎn)取出信號，不管如何，按照下述方法，這總是可以做到的，例如工件不同部分的曲率不同，為了補(bǔ)償不同的曲率，由于改變提到過的一個(gè)或多個(gè)速度，數(shù)據(jù)采集率不用改變。例如，為了達(dá)到這個(gè)目的，主控制器30從插入器42、44和46及測量電路41讀出位置數(shù)據(jù)，根據(jù)接收到的這個(gè)數(shù)據(jù)以及存貯在與主控制器30連接的存貯器中的程序來改變馬達(dá)的速度。
作為前述內(nèi)容的一個(gè)例子，圖6示出了一個(gè)凸輪50，對這個(gè)凸輪輪廓的測量是測量一個(gè)ds的距離的間隔。凸輪52部分的ds距離是在以旋轉(zhuǎn)中心54為中心的半徑r1上，它對著的角度是a，為了能在固定的速度下采集數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)盤4的旋轉(zhuǎn)速度將和測量凸輪53部分時(shí)不同，這里53部分的ds是在半徑r2上，對著的角度是b。因此，主控制器與用于改變轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)速度的程序相聯(lián)，程序把各種參數(shù)加以處理，以便在被測的表面，觸針在固定增益的位置上，數(shù)據(jù)可以以恒定的速率采集。為此目的，轉(zhuǎn)盤的旋轉(zhuǎn)速度可根據(jù)以下的公式來控制dQdt=1RV2-(dsdt+dRdt)2]]>
這里V是在橫過工件表面時(shí)，變換器所需的恒定的橫越速度，S是來自線性輸出變換器14的信號，R是由插入器44得來的信號，插入器44的信號是來自表明變換器14的徑向位置的變換器21。
圖7表示平直度測量的一個(gè)最佳操作。在圖7中，一個(gè)工件(圖中未畫出)的表面60被放置在轉(zhuǎn)盤4上，觸針12沿螺旋線62橫越工件表面60。在轉(zhuǎn)盤4旋轉(zhuǎn)時(shí)，這樣做導(dǎo)致臂10相應(yīng)地徑向向內(nèi)或徑向向外移動(dòng)，不論測量是由中心，還是由表面60的邊緣開始的。在一個(gè)最佳工作狀態(tài)中，轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動(dòng)速度改變，以旋轉(zhuǎn)中心起的觸針距離以線性函數(shù)而變化，這就使得橫越工件表面的觸針的直線橫越速度保持一定。來自觸針12的數(shù)據(jù)在固定的時(shí)間或間隔被記錄下來。另外的工作狀態(tài)，如旋轉(zhuǎn)速度保持一定也是可能的。
在圖8中，利用觸針12越過一個(gè)螺旋(螺線)軌跡66來測量表面為64的圓柱體。為此目的，在對中和找平以后，當(dāng)垂直移動(dòng)滑架6時(shí)，使轉(zhuǎn)盤4旋轉(zhuǎn)。在這一測量中，移動(dòng)速度是保持一定和每次的數(shù)據(jù)在固定的時(shí)間間隔里被記錄，這些固定的間隔每次都是在沿著觸針越過表面所移動(dòng)的軌跡的固定增量距離上記錄數(shù)據(jù)。每次測量都接收到一個(gè)圍繞表面64旋轉(zhuǎn)的數(shù)，也就是說螺旋或螺線是多次往返的。應(yīng)當(dāng)注意的是，為了確定園柱體的軸，在園柱體的表面64上，觸針可以旋轉(zhuǎn)一個(gè)螺旋或螺線的軌跡。
在圖9的例子中，用觸針12往返數(shù)次而旋轉(zhuǎn)一個(gè)螺旋軌跡72來測量表面為70的園錐體。為此目的，在對中和找平之后，當(dāng)垂直移動(dòng)滑架6和徑向(水平)移動(dòng)臂10時(shí)，旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)盤4。如果觸針是從表面70的相對寬的位置向相對窄的位置移動(dòng)時(shí)，則徑向移動(dòng)方向是朝內(nèi)的，反之亦然。臂10的徑向移動(dòng)是根據(jù)變換器14的輸出信號數(shù)值來控制的，這就使得在測量過程中，觸針12同園錐面70保持連續(xù)接觸狀態(tài)。另外，轉(zhuǎn)盤4的角速度可由變換器44指出的臂10的徑向位置的線性函數(shù)來控制，這使得觸針越過表面70的線性速度保持恒定，數(shù)據(jù)是在固定的時(shí)間間隔被記錄。
雖然描述了某些最佳的測量方法，但該裝置當(dāng)然也可以進(jìn)行其它各種測量，例如表面的粗糙度、園度、直線度、平直度、垂直度、錐度、同軸度、平行度、有規(guī)則和無規(guī)則形狀的尺寸。
在最佳實(shí)施例中，變換器的位置和/或一個(gè)或多個(gè)馬達(dá)的速度是順序地或同時(shí)地變化的，這使變換器是沿著被測件的輪廓進(jìn)行測量和/或使測量可以在固定的間隔表面進(jìn)行，和現(xiàn)有技術(shù)裝置相比，本裝置可以更快和更有效地實(shí)現(xiàn)測量。
權(quán)利要求
1.計(jì)量裝置包括一個(gè)用來安放一件工件的可旋轉(zhuǎn)部件(4)，用以旋轉(zhuǎn)該部件的第一驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(33)，在可旋轉(zhuǎn)部件旋轉(zhuǎn)期間為了檢測安放在可旋轉(zhuǎn)部件(4)上的一件工件的表面的傳感器(12、14)，用來相對于工件安放部件(4)移動(dòng)并支撐傳感器(12、14)的部件(10)，用來使該傳感器(12、14)移動(dòng)的第二驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(35、37)，和為了提供計(jì)量數(shù)據(jù)而處理從該傳感器(12、14)得到的接收信號的數(shù)字計(jì)算機(jī)部件(22、30、40)，其特征是，該數(shù)字計(jì)算機(jī)部件(22、30、40)按照從該傳感器(12、14)得到的信號來控制工件和傳感器(12、14)之間的相對移動(dòng)，使得該傳感器沿著工件表面并根據(jù)該信號和該傳感器的移動(dòng)來提供計(jì)量數(shù)據(jù)。
2.按照權(quán)利要求
1所述的裝置，其特征是，所說的支撐部件(10)支撐該傳感器(12、14)在一個(gè)相對于該可旋轉(zhuǎn)部件(4)的徑向方向移動(dòng)。
3.按照權(quán)利要求
1所述的裝置，其特征是，所說的支撐部件(10)支撐該傳感器(12、14)在一個(gè)相對于該可旋轉(zhuǎn)部件(4)的軸向方向移動(dòng)。
4.按照權(quán)利要求
1所述的裝置，其特征是，所說的支撐部件(10)支撐該傳感器(12、14)在相對于該可旋轉(zhuǎn)部件(4)的徑向和軸向兩個(gè)方向移動(dòng)。
5.按照權(quán)利要求
2或4所述的裝置，其特征是，所說的該傳感器(12、14)可在相對于該可旋轉(zhuǎn)部件(4)的一個(gè)徑向平面上檢測一件工件的外形和所說的計(jì)算機(jī)部件可按照從該傳感器(12、14)得到的信號去控制該第二驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(35)在徑向方向去移動(dòng)該傳感器，以使得傳感器(12、14)是沿著該工件表面。
6.按照權(quán)利要求
3或4所述的裝置，其特征是，所說的傳感器(12、14)是用來檢測平行于可旋轉(zhuǎn)部件(4)的軸的工件的外形，所說的計(jì)算機(jī)部件(22、30、40)可控制該第二驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(27)，按照從該傳感器(12、14)得到的信號，使得該傳感器(12、14)沿著工件表面在軸向方向上移動(dòng)。
7.按照權(quán)利要求
4所述的裝置，其特征是，所說的傳感器(12、14)可選擇地工作在徑向平面上去檢測工件外形的第一狀態(tài)或在軸向平面上去檢測工件外形的第二狀態(tài)，該計(jì)算機(jī)部件(22、30、40)相應(yīng)地去控制傳感器(12。14)在徑向或軸向的任一個(gè)方向上移動(dòng)。
8.按照上述任何權(quán)利要求
所述的裝置，其特征是，所說的數(shù)字計(jì)算機(jī)部件的工件是根據(jù)由該傳感器(12、14)得到的信號去控制第一驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(33)，使得傳感器(12、14)沿著該工件表面。
9.按照上述任何權(quán)利要求
所述的裝置，其特征是，所說的傳感器(12、14)包括一個(gè)具有同工件表面相接觸的一個(gè)頂端的觸針(12)和一個(gè)在單一平面上響應(yīng)于觸針(12)偏移產(chǎn)生的信號的變換器(14)，為了從第一狀態(tài)變到第二狀態(tài)，該變換器(14)和觸針(12)一起可旋轉(zhuǎn)。
10.按照上述任何權(quán)利要求
所述的裝置，其特征是，該傳感器(12、14)產(chǎn)生一個(gè)相對于被檢測表面變化為線性的輸出信號。
11.按照權(quán)利要求
10所述的裝置，其特征是，所說的計(jì)算機(jī)部件(22、30、40)控制該第二驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(35、37)以保持該傳感器(12、14)靜止不動(dòng)，直到其輸出信號超過一予定門限。
12.按照權(quán)利要求
10或11所述的裝置，其特征是，在所說的計(jì)算機(jī)部件(22、30、40)中，當(dāng)其輸出為一予定值時(shí)，根據(jù)所存貯的對應(yīng)傳感器(12、14)位置的信號提供計(jì)量數(shù)據(jù)。
13.按照上述任何權(quán)利要求
所述的裝置，其特征是，所說的傳感器(12、14)具有優(yōu)于20毫微米的分辨率。
14.按照權(quán)利要求
13所述的裝置，其特征是，所說的傳感器(12、14)可以分辨到12毫微米。
15.按照權(quán)利要求
14所述的裝置，其特征是，所說的傳感器(12、14)適于檢測外形的變化達(dá)到0.4毫米。
16.根據(jù)上述任何權(quán)利要求
所述的裝置，其特征是，對傳感器(12、14)位置的分辨至少在一個(gè)方向上分辨到500毫微米以內(nèi)。
17.按照權(quán)利要求
16所述的裝置，其特征是，在至少一個(gè)方向上傳感器(12、14)的位置可被分辨到200毫微米以內(nèi)。
18.按照上述任何權(quán)利要求
所述的裝置，其特征是，工件安放部件(4)的旋轉(zhuǎn)位置可分辨到5弧度秒以內(nèi)。
19.按照上述任何權(quán)利要求
所述的裝置，其特征是，所說的傳感器(12、14)適于分辨到小于20毫微米，在徑向和軸向方向傳感器的位置分辨到1微米以內(nèi)，工件安放部件(4)的旋轉(zhuǎn)位置分辨到100弧度秒以內(nèi)。
20.按照上述任何權(quán)利要求
所述的裝置，其特征是，傳感器適于分辨到小于20毫微米，傳感器的位置在徑向可分辨到200毫微米以內(nèi)，在軸向可分辨到500毫微米以內(nèi)，工件安放部件的旋轉(zhuǎn)位置可分辨到5弧度秒內(nèi)。
21.按照上述任何權(quán)利要求
所述的裝置，其特征是，所說的計(jì)算機(jī)部件(22、30、40)是可控制該驅(qū)動(dòng)部件(33、35、37)，使傳感器(12、14)越過工件表面的橫越速度保實(shí)質(zhì)上的恒定。
22.按照權(quán)利要求
21所述的裝置，其特征是所說的計(jì)算機(jī)部件(40)可在橫越速度適當(dāng)?shù)暮愣ㄆ陂g，在適當(dāng)固定時(shí)間間隔上記錄數(shù)據(jù)。
23.按照上述任何權(quán)利要求
所述的裝置，其特征是，檢測部件(23、21、31)用于分別檢測工件安放部件(4)的旋轉(zhuǎn)位置和傳感器(12、14)的位置，所說的計(jì)算機(jī)部件進(jìn)而也響應(yīng)該檢測部件(23、21、31)。
24.按照權(quán)利要求
3所述的裝置，其特征是，插入器部件(42、44、46)響應(yīng)于該檢測部件(23、21、31)，以便從該檢測部件(23、21、31)得到比上述檢測部件的分辨率要高的位置數(shù)據(jù)。
25.按照上述任何權(quán)利要求
所述的裝置，其特征是，所說的計(jì)算機(jī)部件包括多個(gè)從動(dòng)裝置(32、34、36)，每個(gè)從動(dòng)裝置都控制一個(gè)各自不同的驅(qū)動(dòng)部件，主計(jì)算機(jī)(30)用來對各從動(dòng)計(jì)算機(jī)(32、34、36)提供指令。
26.按照權(quán)利要求
25所述的裝置，其特征是，所說的計(jì)算機(jī)部件包括一個(gè)附加的計(jì)算機(jī)(30a)，通過該附加計(jì)算機(jī)(30a)，主計(jì)算機(jī)(30)與各個(gè)從動(dòng)計(jì)算機(jī)(32、34、36)進(jìn)行通訊。
27.按照權(quán)利要求
25或26所述的裝置，其特征是，所說的計(jì)算機(jī)部件包括一個(gè)主計(jì)算機(jī)(22)，它包括人工數(shù)據(jù)輸入部件(24)和給主計(jì)算機(jī)(30)提供指令根據(jù)由該人工數(shù)據(jù)輸入部件(21)的輸入數(shù)據(jù)去完成特殊的測量。
28.按照權(quán)利要求
25、26或27所述的裝置，其特征是，所說的計(jì)算機(jī)部件包括一個(gè)用于記錄計(jì)量數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)(40)。
29.按照上述任何權(quán)利要求
所述的裝置，其特征是，所說的計(jì)算機(jī)部件(22、30、40)是用傳感器(12.14)越過一個(gè)工件上的一個(gè)或多個(gè)螺旋軌跡來完成園柱體的測量。
30.按照上述任何權(quán)利要求
所述的裝置，其特征是，所說的計(jì)算機(jī)部件(22、30、40)是用傳感器(12、14)越過工件表面的螺旋線軌跡來完成園錐體的測量。
31.按照上述任何權(quán)利要求
所述的裝置，其特征是，所說的計(jì)算機(jī)部件(22、30、40)是用傳感器(12、14)越過工件表面的螺旋線軌跡來完成平直性的測量。
32.計(jì)量裝置包括一個(gè)工件支撐件(4)，一個(gè)用來檢測在支撐件(4)的工件表面的傳感器(12、14)，用來在支撐件(4)和傳感器(12、14)之間引起移動(dòng)以使傳感器(12、14)越過工件表面的多個(gè)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(33、35、37)，以及在測量操作期間用來得到計(jì)量數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)部件(22、30;32、34、36)，其特征是，計(jì)算機(jī)部件包括帶有用來輸入完成一個(gè)所需測量操作的指令的數(shù)據(jù)輸入部件(24)和借助于該傳感器(12、14)得到的數(shù)據(jù)去完成計(jì)算的主計(jì)算機(jī)(22)，用于接受來自該主計(jì)算機(jī)(22)的規(guī)定所要完成一個(gè)計(jì)量操作的指令的主計(jì)算機(jī)(30)和多個(gè)從動(dòng)計(jì)算機(jī)(32、34、36)用于分別控制該驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(33、35、37)，該主計(jì)算機(jī)(30)給從動(dòng)計(jì)算機(jī)(32、34、36)發(fā)出指令，根據(jù)所要完成的計(jì)量操作去控制該驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)以完成該操作。
33.按照權(quán)利要求
32所述的裝置，其特征是，一個(gè)附加計(jì)算機(jī)(40)用于記錄在測量期間所得到的數(shù)據(jù)并將該記錄數(shù)據(jù)傳送到主計(jì)算機(jī)(22)。
34.按照權(quán)利要求
32或33所述的裝置，其特征是，所說的主計(jì)算機(jī)(30)還接受來自傳感器(12、14)的信息和傳感器(12、14)的位置。
35.計(jì)量裝置包括一個(gè)用來安放工件的可旋轉(zhuǎn)部件(4)，用來旋轉(zhuǎn)該部件的第一驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(33)，用來在其旋轉(zhuǎn)期間檢測可旋轉(zhuǎn)部件(4)上面的工件表面的傳感器(12、14)，用來支撐該傳感器(12、14)相對于該工件安放部件(4)而移動(dòng)的部件(10)，第二驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(35、37)用來使得傳感器(12、14)移動(dòng)，數(shù)字計(jì)算機(jī)部件(22、30、40)的配置使得接受自該傳感器(12、14)得到的信號以提供計(jì)量數(shù)據(jù)，其特征是，該計(jì)算機(jī)部件(22、30、40)根據(jù)自該傳感器(12、14)得來的信號去控制該驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(33、35、37)以使得該傳感器(12、14)以適當(dāng)?shù)暮愣ㄋ俣仍竭^工件的表面。
專利摘要
計(jì)量裝置，特別是涉及用于測量工件的外形。它有一個(gè)轉(zhuǎn)盤4和一個(gè)變換器14及與之相連接的觸針12，使得觸針的頂端12a相對于轉(zhuǎn)盤4徑向和垂直移動(dòng)。由于高的分辨率與大的工作范圍而引起的問題是用一個(gè)具有12毫微米的分辨率和僅僅有0.4毫米工作范圍的變換器/觸針12，14來解決的。安裝在臂10上的變換器14，由計(jì)算機(jī)30根據(jù)變換器14的輸出在徑向/垂直方向移動(dòng)，使得觸針12沿著工件表面移動(dòng)。
文檔編號G01B7/008GK87102434SQ87102434
公開日1987年11月25日 申請日期1987年3月4日
發(fā)明者休·羅杰斯·萊恩, 彼得·迪安·翁揚(yáng) 申請人:蘭克·泰勒·霍布森有限公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan