在機(jī)床上測(cè)量的方法以及相應(yīng)的機(jī)床設(shè)備的制作方法
【專利摘要】一種方法，其應(yīng)用安裝在機(jī)床上的模擬探針掃描物體，以便沿著物體表面上的名義測(cè)量線收集掃描的測(cè)量數(shù)據(jù)，所述模擬探針具有優(yōu)選的測(cè)量范圍。所述方法包括控制所述模擬探針和/或物體以便根據(jù)相對(duì)運(yùn)動(dòng)路線執(zhí)行掃描操作，所述相對(duì)運(yùn)動(dòng)路線被構(gòu)造成使得基于物體表面的假設(shè)特性，將使所述模擬探針沿著所述物體表面上的名義測(cè)量線獲得在其優(yōu)選測(cè)量范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)，并且使得所述模擬探針移出其優(yōu)選測(cè)量范圍。
【專利說(shuō)明】在機(jī)床上測(cè)量的方法以及相應(yīng)的機(jī)床設(shè)備

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種測(cè)量制品的方法，尤其涉及一種應(yīng)用安裝在機(jī)床上的模擬測(cè)量工具掃描制品的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]已知將測(cè)量探針安裝在機(jī)床主軸中，用于相對(duì)于工件運(yùn)動(dòng)，以便測(cè)量所述工件。實(shí)踐中，所述探針通常是接觸觸發(fā)式探針，例如如美國(guó)專利N0.4，153，998 (McMurtry)中所描述的，它在所述探針的觸針接觸工件表面的時(shí)候產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)。獲得所述觸發(fā)信號(hào)以進(jìn)行機(jī)床的數(shù)字控制器(NC)的所謂的“跳躍”式輸入。作為響應(yīng)，停止物體和工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，并且所述控制器獲得機(jī)器位置的瞬時(shí)讀數(shù)(即，主軸和探針相對(duì)于機(jī)器的位置)。這從機(jī)器的測(cè)量裝置(諸如編碼器)中獲得，所述編碼器在用于機(jī)器運(yùn)動(dòng)的伺服控制環(huán)路中提供位置反饋信息。應(yīng)用這種系統(tǒng)的缺陷是:測(cè)量過(guò)程相對(duì)較慢，從而如果需要很多數(shù)目的測(cè)量點(diǎn)，則需要較長(zhǎng)的測(cè)量時(shí)間。
[0003]還已知模擬測(cè)量探針(通常也稱為掃描探針)。接觸式模擬探針通常包括用于接觸工件表面的觸針，以及位于所述探針內(nèi)的傳感器，所述傳感器測(cè)量所述觸針相對(duì)于探針本體的偏轉(zhuǎn)。美國(guó)專利N0.4，084，323 (McMurtry)中顯示了一個(gè)例子。在使用中，所述模擬探針相對(duì)于工件的表面移動(dòng)，從而所述觸針掃描所述表面，并且獲得所述探針傳感器的連續(xù)讀數(shù)。將所述探針的偏轉(zhuǎn)輸出與所述機(jī)器的位置輸出結(jié)合起來(lái)，就允許獲得坐標(biāo)數(shù)據(jù)，從而允許在整個(gè)掃描期間在非常多的點(diǎn)處發(fā)現(xiàn)工件表面的位置。因此，相比較應(yīng)用接觸觸發(fā)式探針實(shí)際可能獲得的測(cè)量，模擬探針允許獲得對(duì)工件表面形狀的更詳細(xì)的測(cè)量。
[0004]正如將要理解的以及下面結(jié)合圖2更詳細(xì)解釋的，模擬探針具有有限的測(cè)量范圍。而且，所述模擬探針可以具有優(yōu)選的測(cè)量范圍。所述模擬探針能夠獲得在其優(yōu)選測(cè)量范圍之外的數(shù)據(jù)，但是在這個(gè)范圍之外所獲得的數(shù)據(jù)可能是較不優(yōu)選的，例如因?yàn)樗赡鼙徽J(rèn)為相比較在優(yōu)選測(cè)量范圍內(nèi)所獲得的數(shù)據(jù)較不精確。優(yōu)選測(cè)量范圍的邊界可以根據(jù)許多不同因素改變，包括探針的類型、所使用的校準(zhǔn)常規(guī)，甚至例如被測(cè)量的物體。在許多情況下，優(yōu)選確保當(dāng)模擬探針沿著工件表面掃描時(shí)，使模擬探針保持在其優(yōu)選測(cè)量范圍內(nèi)。接觸式模擬探針的優(yōu)選測(cè)量范圍可以例如在任何給定尺寸下是+/-0.8毫米或者更小，例如在某些情況下小至在任何給定尺寸下是+/-0.3毫米?？梢詮挠|針的靜止位置測(cè)量這些數(shù)值。另外，實(shí)際優(yōu)選的測(cè)量范圍可以比以上給出的數(shù)字甚至更小，因?yàn)榭赡苄枰钌倭康钠D(zhuǎn)來(lái)輸入優(yōu)選測(cè)量范圍。因此，雖然從所述靜止位置所述優(yōu)選測(cè)量范圍可能是+/-0.5毫米，但是至少偏轉(zhuǎn)的第一個(gè)+/-0.05毫米或者例如偏轉(zhuǎn)的第一個(gè)+/-0.1毫米可能不在所述優(yōu)選測(cè)量范圍之內(nèi)(這將在下面結(jié)合圖2更詳細(xì)地解釋)。因此，正如將理解的，需要對(duì)探針/工件的位置關(guān)系進(jìn)行實(shí)時(shí)的管理，以便避免以下情況:模擬探針落到其優(yōu)選測(cè)量范圍之外。
[0005]這就是為什么即使已經(jīng)已知模擬探針本身很多年了，但模擬探針通常只是用于專用坐標(biāo)測(cè)量機(jī)器(CMMs)。這是因?yàn)镃MM具有專用的實(shí)時(shí)控制回路，以允許對(duì)探針偏轉(zhuǎn)進(jìn)行這種管理。特別地，在CMM中，提供一種控制器，所述控制器中裝載有程序，所述程序限定測(cè)量探針相對(duì)于工件運(yùn)動(dòng)的預(yù)定運(yùn)動(dòng)路線。所述控制器由所述程序產(chǎn)生電機(jī)控制信號(hào)，所述控制信號(hào)被用來(lái)觸發(fā)電機(jī)以便導(dǎo)致測(cè)量探針的運(yùn)動(dòng)。所述控制器還從機(jī)器的編碼器接收實(shí)時(shí)位置數(shù)據(jù)，以及從模擬探針接收偏轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)(在接觸式探針的情況下)。為了適應(yīng)工件的材料條件的變化，存在專門(mén)的控制回路布置。這包括反饋模塊，上述電機(jī)控制信號(hào)和偏轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)被供應(yīng)到所述反饋模塊中。所述反饋模塊應(yīng)用邏輯運(yùn)算，以(基于所述偏轉(zhuǎn)數(shù)據(jù))連續(xù)地更新偏移控制矢量，進(jìn)而在將所述偏移控制矢量發(fā)送至CMM的電機(jī)之前應(yīng)用它調(diào)節(jié)從所述程序產(chǎn)生的上述電機(jī)控制信號(hào)，以便在模擬探針掃描工件時(shí)試圖保持探針偏轉(zhuǎn)位于所述優(yōu)選測(cè)量范圍內(nèi)。這均發(fā)生在閉合控制環(huán)路內(nèi)，并且反應(yīng)時(shí)間小于l_2ms。例如在W02006/115923中對(duì)此進(jìn)行了描述。
[0006]對(duì)于探針定位的這種緊密控制，加上處理實(shí)時(shí)觸針偏轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)的能力，允許這種專門(mén)的CMM能夠掃描與它們的期望形狀偏離的復(fù)雜物體，甚至掃描未知形狀的物體。
[0007]迄今為止，模擬探針還沒(méi)有廣泛地應(yīng)用于機(jī)床掃描場(chǎng)合。這是由于許多商業(yè)上可獲得的機(jī)床的內(nèi)在性質(zhì)，所述機(jī)床不會(huì)方便對(duì)CMM提供的模擬探針進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。這是因?yàn)闄C(jī)床主要被研制成機(jī)加工工件，并且在它們上面使用測(cè)量探針以測(cè)量工件基本上是事后的想法。因此機(jī)床通常不是構(gòu)造成用于利用來(lái)自模擬測(cè)量探針的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。事實(shí)上，情況常常是:機(jī)床沒(méi)有內(nèi)置的設(shè)置用于直接接收來(lái)自測(cè)量探針的偏轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)。相反，所述探針不得不與接口通訊(例如無(wú)線地)，所述接口接收所述探針偏轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)并且將所述數(shù)據(jù)傳輸給一個(gè)分離的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)隨后將所述偏轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)與機(jī)器位置數(shù)據(jù)結(jié)合起來(lái)，以便隨后形成完整的物體測(cè)量數(shù)據(jù)，例如如W02005/065884中所描述的。
[0008]這使得在機(jī)床上應(yīng)用模擬探針來(lái)獲得關(guān)于已知物體的掃描測(cè)量數(shù)據(jù)是困難的，這是因?yàn)榕c物體期望形狀的任何變化可能造成探針的過(guò)偏轉(zhuǎn)，因此造成測(cè)量過(guò)程失效(而在CMM上，探針的運(yùn)動(dòng)路線可以足夠快地更新以確保探針沒(méi)有過(guò)偏轉(zhuǎn))。這也使得難以在機(jī)床上應(yīng)用模擬探針來(lái)獲得關(guān)于未知物體的掃描測(cè)量數(shù)據(jù)，這是因?yàn)檫@內(nèi)在地需要足夠快地更新探針的運(yùn)動(dòng)路線以便避免過(guò)偏轉(zhuǎn)。
[0009]已經(jīng)研發(fā)了用于克服在機(jī)床上使用模擬掃描探針問(wèn)題的技術(shù)。例如，已知點(diǎn)滴供給技術(shù)，其中以點(diǎn)滴供給的方式將程序指令裝載到機(jī)床的控制器中。特別地，每個(gè)指令造成探針運(yùn)動(dòng)一個(gè)微小的距離(即，小于探針的優(yōu)選偏轉(zhuǎn)范圍)，分析所述探針的輸出以便確定偏轉(zhuǎn)的程度，這進(jìn)而又被用來(lái)產(chǎn)生下一個(gè)指令以饋送到控制器中。但是，這種技術(shù)相比較掃描技術(shù)仍然有很多限制，可以在CMM上應(yīng)用模擬掃描探針來(lái)執(zhí)行所述掃描技術(shù)。特別地，這種方法是非常慢并且效率低的。
[0010]W02008/074989描述了一種用于測(cè)量已知物體的工藝，它涉及如果第一測(cè)量操作導(dǎo)致過(guò)偏轉(zhuǎn)或欠偏轉(zhuǎn)，則根據(jù)調(diào)節(jié)的路徑重復(fù)測(cè)量操作。
[0011]當(dāng)在機(jī)床上應(yīng)用模擬探針時(shí)，該問(wèn)題也可以被進(jìn)一步組合，因?yàn)橛捎谒鼈兊臉?gòu)造(所述構(gòu)造允許它們能夠在機(jī)床提供的更嚴(yán)酷的環(huán)境中使用，它們暴露于更大的加速度和力，諸如在它們被自動(dòng)改變到機(jī)床主軸中或從機(jī)床主軸卸下時(shí))，相比較用于CMM的那些模擬探針，它們經(jīng)常具有小得多的測(cè)量范圍。因此相比較用在CMM上的模擬探針，這可以給予甚至更小的誤差空間。例如，機(jī)床模擬探針可以具有在任何尺寸下+/-0.8毫米的測(cè)量范圍或者更小(從觸針的靜止位置測(cè)量)，例如在有些情形下在任何給定尺寸下是+/-0.5毫米或者更小，例如在有些情形下在任何給定尺寸下不大于+/-0.3毫米。因此相比較用在CMM上的模擬探針，這能夠給予甚至更小的誤差空間。如上所述，可能也需要最小的偏轉(zhuǎn)以便進(jìn)入所述優(yōu)選測(cè)量范圍。
[0012]作為特定的例子，所述測(cè)量范圍可以由最大偏轉(zhuǎn)0.725毫米和最小偏轉(zhuǎn)0.125毫米(從觸針的靜止位置測(cè)量)限定。因此，在這種情況下，這可以意味著所述表面可以是距離名義尺寸+/-0.3毫米，同時(shí)保持精確的測(cè)量。但是，該數(shù)字可以更小，例如，已知對(duì)于表面不定性它可以小至+/-0.1毫米，這相應(yīng)于大約+/-0.325毫米的最大探針偏轉(zhuǎn)以及+/-0.125毫米的最小探針偏轉(zhuǎn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種應(yīng)用安裝在機(jī)床上的模擬探針掃描物體的方法，以便沿著所述物體表面上的名義測(cè)量線收集掃描的測(cè)量數(shù)據(jù)，所述模擬探針具有優(yōu)選測(cè)量范圍，所述方法包括:根據(jù)相對(duì)運(yùn)動(dòng)路線控制所述模擬探針和/或物體以便執(zhí)行掃描操作，所述相對(duì)運(yùn)動(dòng)路線被構(gòu)造成使得以下面的方式控制相對(duì)于所述物體表面的優(yōu)選測(cè)量范圍的位置:基于所述物體的表面的假設(shè)特性，使得沿著所述物體的表面上的所述名義測(cè)量線，所述模擬探針獲得在其優(yōu)選測(cè)量范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)，并且使得所述模擬探針越過(guò)其優(yōu)選測(cè)量范圍。
[0014]因此，代替試圖總是使模擬探針保持在優(yōu)選測(cè)量范圍之內(nèi)，本發(fā)明因此基于以下工作:預(yù)期模擬探針沿著物體表面上的名義測(cè)量線在它的優(yōu)選測(cè)量范圍之內(nèi)及之外運(yùn)動(dòng)。這可以是這樣的，預(yù)期模擬探針沿著物體表面上的名義測(cè)量線既在它的優(yōu)選測(cè)量范圍之內(nèi)也在它的優(yōu)選測(cè)量范圍之外獲得測(cè)量值。事實(shí)上，所述方法可以被構(gòu)造成使得如此控制模擬探針的優(yōu)選測(cè)量范圍相對(duì)于物體表面的位置，使得所述模擬探針沿著所述物體表面上的名義測(cè)量線謹(jǐn)慎地獲得在其優(yōu)選測(cè)量范圍之內(nèi)及之外的測(cè)量值。這可以改善應(yīng)用機(jī)床上的模擬探針獲得物體測(cè)量數(shù)據(jù)的效率。
[0015]所述相對(duì)運(yùn)動(dòng)路線可以被構(gòu)造成使得以下面的方式控制所述優(yōu)選測(cè)量范圍相對(duì)于物體表面的位置:基于物體表面的假設(shè)特性，使得沿著物體表面上的名義測(cè)量線，模擬探針獲得它的優(yōu)選測(cè)量范圍之內(nèi)的數(shù)據(jù)，以及使得模擬探針超過(guò)它的優(yōu)選測(cè)量范圍。所述相對(duì)運(yùn)動(dòng)路線可以被構(gòu)造成使得以下面的方式控制所述優(yōu)選測(cè)量范圍相對(duì)于所述物體表面的位置:基于物體表面的假設(shè)特性，使得沿著物體表面上的名義測(cè)量線，模擬探針獲得它的優(yōu)選測(cè)量范圍之內(nèi)的數(shù)據(jù)，以及使得所述模擬探針超出或者不到它的優(yōu)選測(cè)量范圍。
[0016]所述方法可以被如此地構(gòu)造，使得所述相對(duì)運(yùn)動(dòng)路線被構(gòu)造成在掃描操作期間，基于物體表面的假設(shè)特性，沿著與物體表面垂直的方向(例如高度)所述優(yōu)選測(cè)量范圍相對(duì)于物體表面的位置沿著所述名義測(cè)量線改變。
[0017]所述方法可以進(jìn)一步包括過(guò)濾從模擬探針獲得的數(shù)據(jù)，以便獲得選擇的掃描測(cè)量數(shù)據(jù)。所述方法可以包括過(guò)濾從模擬探針獲得的數(shù)據(jù)，以便獲得與主要從模擬探針的優(yōu)選測(cè)量范圍之內(nèi)或之外獲得的掃描測(cè)量數(shù)據(jù)相關(guān)的數(shù)據(jù)。所述方法可以包括過(guò)濾從模擬探針獲得的數(shù)據(jù)，以便獲得主要與從模擬探針的優(yōu)選測(cè)量范圍之內(nèi)獲得的掃描測(cè)量數(shù)據(jù)相關(guān)的選擇的掃描測(cè)量數(shù)據(jù)。所述方法可以包括過(guò)濾從模擬探針獲得的數(shù)據(jù)，以便獲得大致與僅僅從模擬探針的優(yōu)選測(cè)量范圍之內(nèi)獲得的掃描測(cè)量數(shù)據(jù)相關(guān)的選擇的掃描測(cè)量數(shù)據(jù)。
[0018]所述方法可以包括將所述過(guò)濾的數(shù)據(jù)整理成另一個(gè)數(shù)據(jù)組。因此，例如，所述另一個(gè)數(shù)據(jù)組可以包括與物體的表面相關(guān)的掃描測(cè)量數(shù)據(jù)，所述掃描測(cè)量數(shù)據(jù)在模擬探針的優(yōu)選測(cè)量范圍之內(nèi)獲得。所述另一個(gè)數(shù)據(jù)組可以作為物體的測(cè)量數(shù)據(jù)輸出。
[0019]因此，所述方法可以包括將在模擬探針的優(yōu)選測(cè)量范圍內(nèi)獲得的掃描測(cè)量數(shù)據(jù)作為物體的測(cè)量值收集和輸出。與上面相符合，這種收集和輸出可以包括過(guò)濾從模擬探針獲得的數(shù)據(jù)，以便獲得從模擬探針的優(yōu)選測(cè)量范圍內(nèi)獲得的選擇的物體測(cè)量數(shù)據(jù)，并且作為物體的測(cè)量值提供。
[0020]所述優(yōu)選測(cè)量范圍可以小于模擬探針的總的測(cè)量范圍。在接觸式探針的情況下，所述優(yōu)選測(cè)量范圍可以小于模擬探針的總的偏轉(zhuǎn)范圍。因此，所述優(yōu)選測(cè)量范圍可以是模擬探針的整個(gè)測(cè)量范圍的子集。如上所述，所述優(yōu)選測(cè)量范圍的精確邊界可以隨著探針的不同而改變，甚至對(duì)于給定探針隨著測(cè)量操作的不同而改變。它可以是對(duì)于任何給定的測(cè)量操作已經(jīng)校準(zhǔn)模擬探針的范圍，例如為了給出期望的精度水平。
[0021]所述方法可以包括基于在前一個(gè)掃描操作期間獲得的測(cè)量數(shù)據(jù)產(chǎn)生并實(shí)施(例如作為第二次掃描操作的一部分)模擬探針和物體的新的相對(duì)運(yùn)動(dòng)路線。所述新的相對(duì)運(yùn)動(dòng)路線可以包括模擬探針橫越穿過(guò)物體表面的大致相同的測(cè)量路線。然而，在這種情況下，所述相對(duì)運(yùn)動(dòng)可以被如此控制，使得所述模擬探針和物體的相對(duì)位置是這樣的，即:相比較物體之前的測(cè)量，模擬探針在其優(yōu)選測(cè)量范圍內(nèi)對(duì)于更大比例的測(cè)量路徑獲得測(cè)量值。特別地，模擬探針和物體要遵循的的新的相對(duì)運(yùn)動(dòng)路徑可以被如此構(gòu)造，使得模擬探針大致沿著相同名義線的整個(gè)長(zhǎng)度在其優(yōu)選測(cè)量范圍內(nèi)獲得測(cè)量數(shù)據(jù)。
[0022]物體和模擬探針可以被構(gòu)造成沿著預(yù)定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)路徑相對(duì)于彼此運(yùn)動(dòng)，從而所述模擬探針獲得沿著所述物體表面上的名義測(cè)量線的掃描的測(cè)量數(shù)據(jù)。
[0023]所述預(yù)定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)路徑可以被構(gòu)造成使得所述模擬探針以下面的方式行進(jìn):基于物體表面的假設(shè)特性，使得當(dāng)模擬探針沿著所述名義測(cè)量線運(yùn)動(dòng)時(shí)，模擬探針的優(yōu)選測(cè)量范圍的位置相對(duì)于物體的表面反復(fù)地升高和下降。因此，可以是這樣，以便基于物體表面的假設(shè)特性，所述模擬探針沿著所述名義測(cè)量線在其優(yōu)選測(cè)量范圍之內(nèi)和之外在獲得數(shù)據(jù)之間振蕩(例如，在優(yōu)選測(cè)量范圍之下和之內(nèi)，或者在優(yōu)選測(cè)量范圍之內(nèi)和之上，或者在優(yōu)選測(cè)量范圍之下、之內(nèi)和之上)。例如，所述預(yù)定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)路徑可以被如此構(gòu)造，使得當(dāng)模擬探針沿著所述名義測(cè)量線運(yùn)動(dòng)時(shí)它以起伏的正弦曲線或者波浪線方式運(yùn)動(dòng)。
[0024]所述預(yù)定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)路徑可以被如此構(gòu)造，使得基于所述物體表面的假設(shè)特性，當(dāng)所述模擬探針沿著所述名義測(cè)量線運(yùn)動(dòng)時(shí)，它被保持為與物體的表面成位置感測(cè)關(guān)系。對(duì)于上述實(shí)施例尤其是這種情況，在上述實(shí)施例中，所述預(yù)定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)路徑被構(gòu)造成使得模擬探針下面的方式行進(jìn)，即:基于物體表面的假設(shè)特性，使得當(dāng)模擬探針沿著所述名義測(cè)量線運(yùn)動(dòng)時(shí)，模擬探針的優(yōu)選測(cè)量范圍的位置相對(duì)于物體的表面反復(fù)地升高和下降。
[0025]所述相對(duì)運(yùn)動(dòng)路線可以被構(gòu)造成使得在掃描操作期間，所述模擬探針的優(yōu)選測(cè)量范圍沿著所述名義測(cè)量線橫越穿過(guò)物體多次。模擬探針和物體的位置關(guān)系對(duì)于不同的橫越可以是不同的。對(duì)于不同的橫越，所述模擬探針可以獲得在其整個(gè)測(cè)量范圍的不同區(qū)域中的測(cè)量數(shù)據(jù)。對(duì)于每次橫越，模擬探針和物體相對(duì)于彼此所采取的路線的形式可以是大致相同的，從而沿著物體的表面上的所述名義測(cè)量線多次測(cè)量所述物體。然而，對(duì)于不同的橫越，所述模擬探針和物體的位置可以相對(duì)于彼此偏移。
[0026]因此，所述運(yùn)動(dòng)路線可以被構(gòu)造成使得對(duì)于不同的橫越，所述模擬探針沿著物體表面上的相同的名義測(cè)量線，對(duì)于物體的不同部分獲得在其優(yōu)選測(cè)量范圍之內(nèi)的測(cè)量數(shù)據(jù)。對(duì)于連續(xù)的橫越，所述優(yōu)選測(cè)量范圍相對(duì)于所述表面采取的路線的形式可以是大致相同的。因此，在沿著名義測(cè)量線(優(yōu)選沿著名義測(cè)量線的整個(gè)長(zhǎng)度)的至少一個(gè)點(diǎn)處，所述路線距離所述表面的高度對(duì)于不同的橫越可以是不同的。特別地，所述橫越可以彼此偏移，從而對(duì)于不同的橫越，所述模擬探針沿著物體表面上的相同的名義測(cè)量線，獲得對(duì)于物體不同部分的在其優(yōu)選測(cè)量范圍內(nèi)的測(cè)量數(shù)據(jù)。換言之，所述運(yùn)動(dòng)路線可以被構(gòu)造成使得所述優(yōu)選測(cè)量范圍沿著所述名義測(cè)量線橫越穿過(guò)物體至少兩次，每次橫越大致彼此平行，但是相對(duì)于物體的表面位于不同的名義高度。所述名義高度可以隨著連續(xù)的橫越增加。優(yōu)選地，所述名義高度隨著連續(xù)的橫越減小。
[0027]因此，所述運(yùn)動(dòng)路線可以構(gòu)造成使得執(zhí)行至少第一次橫越和第二次橫越，并且在第二次橫越期間，所述模擬探針對(duì)于物體的至少一部分獲得在其優(yōu)選測(cè)量范圍之內(nèi)的測(cè)量數(shù)據(jù)，對(duì)于該物體的至少一部分，在第一次橫越期間是在探針的優(yōu)選測(cè)量范圍之外獲得數(shù)據(jù)的。
[0028]如上所述，對(duì)于不同的橫越，位于物體表面上方的所述模擬探針的優(yōu)選測(cè)量范圍的位置可以是不同的。在連續(xù)的橫越中，所述模擬探針的優(yōu)選測(cè)量范圍相對(duì)于物體表面的位置可以升高。優(yōu)選地，在連續(xù)的橫越中，所述模擬探針的優(yōu)選測(cè)量范圍相對(duì)于物體表面的位置下降。所述位置可以在相對(duì)于所述優(yōu)選測(cè)量范圍的參考點(diǎn)(例如，位于優(yōu)選測(cè)量范圍之內(nèi)的點(diǎn)，諸如優(yōu)選測(cè)量范圍的中點(diǎn))和所述物體的表面(例如物體的名義表面)之間測(cè)量。因此，例如，優(yōu)選地平均來(lái)說(shuō)，在連續(xù)的橫越中，所述優(yōu)選測(cè)量范圍的中心對(duì)于每次穿過(guò)所遵循的路線可以相對(duì)于物體的表面逐漸地下降(例如更靠近/穿刺更深)。這可以以逐步的方式發(fā)生，例如在每次橫越的結(jié)束。
[0029]所述相對(duì)運(yùn)動(dòng)路線可以被構(gòu)造成使得前一橫越和后一橫越之間的差別足夠的小，從而如果沿著前一橫越?jīng)]有獲得表面測(cè)量數(shù)據(jù)，則后一橫越將不會(huì)造成模擬探針獲得超出它的整個(gè)測(cè)量范圍的物體表面測(cè)量數(shù)據(jù)，例如將不會(huì)造成模擬探針獲得超越其優(yōu)選測(cè)量范圍的數(shù)據(jù)?？蛇x地，所述橫越在不大于(例如小于)探針的整個(gè)測(cè)量范圍的各步中彼此偏離。例如，所述橫越可以在不大于(例如小于)探針的優(yōu)選測(cè)量范圍的各步中彼此偏移。
[0030]可以核對(duì)來(lái)自不同橫越的在優(yōu)選測(cè)量范圍內(nèi)獲得的表面測(cè)量數(shù)據(jù)，以便形成測(cè)量數(shù)據(jù)組，所述測(cè)量數(shù)據(jù)組代表沿著所述名義測(cè)量線的物體表面。如上所述，所述運(yùn)動(dòng)路線可以被構(gòu)造成使得對(duì)于不同的橫越，所述模擬探針沿著物體表面上的相同的名義測(cè)量線，獲得對(duì)于物體不同部分的在其優(yōu)選測(cè)量范圍之內(nèi)的測(cè)量數(shù)據(jù)。優(yōu)選地，所述運(yùn)動(dòng)路線被構(gòu)造成使得:在連續(xù)的穿越之間，針對(duì)其在優(yōu)選測(cè)量范圍內(nèi)獲得測(cè)量數(shù)據(jù)的所述表面部分交疊。在這種情況下，所述測(cè)量數(shù)據(jù)組可以代表沿著名義測(cè)量線的所述表面的連續(xù)長(zhǎng)度，并且優(yōu)選地代表沿著所述名義測(cè)量線的整個(gè)長(zhǎng)度的表面。然而，也可以是，所述部分不交疊，因此這可以意味著在測(cè)量數(shù)據(jù)組中可能有間隙。
[0031]所述物體的名義表面形狀可以不是已知的。所述物體的名義表面形狀可以是已知的。在這種情況下，穿過(guò)所述物體的測(cè)量路徑的形狀可以被構(gòu)造成大致平行于名義表面形狀。也就是，所述優(yōu)選測(cè)量范圍所采取的穿過(guò)所述物體的路徑大致平行于所述名義表面形狀。
[0032]所述模擬探針可以是非接觸式模擬探針，例如光學(xué)、電容或電感式探針。在這種情況下，所述優(yōu)選測(cè)量范圍可以是模擬探針的一部分(例如工件感測(cè)部分)與工件表面之間的距離或分離范圍。因此，所述優(yōu)選測(cè)量范圍可以包括與最大和最小探針-物體間隔相關(guān)的上邊界和下邊界或闕值。所述模擬探針可以是接觸式模擬探針。例如，所述模擬探針可以是具有用于接觸物體的可偏轉(zhuǎn)觸針的接觸式模擬探針。在這種情況下，所述優(yōu)選測(cè)量范圍可以是優(yōu)選觸針偏轉(zhuǎn)范圍。因此，所述優(yōu)選測(cè)量范圍可以包括與最大和最小觸針偏轉(zhuǎn)相關(guān)的上邊界和下邊界或闕值。
[0033]所述物體可以是在機(jī)器上被(和/或待)加工的物體，其中所述模擬探針安裝在所述機(jī)器上。因此，所述方法可以包括例如在上述測(cè)量步驟之前對(duì)物體進(jìn)行機(jī)加工的相同的機(jī)床?？蛇x地，可以在上述測(cè)量步驟之后進(jìn)行所述機(jī)加工。這種后測(cè)量機(jī)加工可以發(fā)生在相同的機(jī)床上，在所述機(jī)床上發(fā)生測(cè)量。這種后測(cè)量機(jī)加工可以基于在上述測(cè)量步驟期間獲得的測(cè)量數(shù)據(jù)。所述機(jī)床可以是切削機(jī)，諸如金屬切削機(jī)。
[0034]所述模擬探針可以是密封模擬探針。也就是，所述模擬探針可以被密封以便保護(hù)內(nèi)部傳感器部件免受外部污染。例如，所述探針可以包括探針本體，它容納用于直接或間接地測(cè)量物體表面的傳感器，其中所述傳感器被密封以防止外部污染。例如，在接觸式探針的情況下，所述探針可以包括探針本體、觸針元件以及用于測(cè)量觸針元件相對(duì)于殼體的位移的傳感器，其中提供至少第一柔性密封元件，它在探針本體與相對(duì)可移動(dòng)的觸針元件之間延伸，從而所述傳感器被包含在密封腔室內(nèi)，從而被密封以免受外部污染。
[0035]所述物體可以是葉片。例如，所述葉片可以是渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的葉片。
[0036]因此，本申請(qǐng)描述了一種應(yīng)用安裝在機(jī)床上的模擬探針掃描物體的方法，所述模擬探針具有優(yōu)選測(cè)量范圍，所述方法包括:執(zhí)行掃描測(cè)量操作，它包括相對(duì)于彼此移動(dòng)所述物體和模擬探針，使得所述模擬探針沿著物體表面上的名義測(cè)量線獲得掃描的測(cè)量數(shù)據(jù)，其中在沿著名義測(cè)量線的掃描測(cè)量操作期間所獲得的一些數(shù)據(jù)位于所述模擬探針的優(yōu)選測(cè)量范圍之內(nèi)，并且一些數(shù)據(jù)位于探針的優(yōu)選測(cè)量范圍之外。
[0037]根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了計(jì)算機(jī)程序，它包括指令，當(dāng)由機(jī)床設(shè)備執(zhí)行所述指令時(shí)，使得所述機(jī)床設(shè)備執(zhí)行上述方法。
[0038]根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供了一種計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，它包括指令，當(dāng)由機(jī)床設(shè)備實(shí)施所述指令時(shí)，使得所述機(jī)床設(shè)備執(zhí)行上述方法。
[0039]根據(jù)本發(fā)明的第四方面，提供了一種機(jī)床設(shè)備，它包括機(jī)床、安裝在機(jī)床上的模擬探針、以及控制器，所述控制器構(gòu)造成控制所述模擬探針與待測(cè)量物體之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，以便沿著物體表面上的名義測(cè)量線收集掃描的測(cè)量數(shù)據(jù)，特別是根據(jù)相對(duì)運(yùn)動(dòng)路線控制模擬探針和/或物體，使得所述優(yōu)選測(cè)量范圍相對(duì)于物體表面的位置以下面的方式被控制，即:基于所述物體的表面的假設(shè)特性，將使得所述模擬探針沿著物體表面上的名義測(cè)量線，獲得位于其優(yōu)選測(cè)量范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)，以及超出其優(yōu)選測(cè)量范圍。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0040]下面將參照附圖并僅僅借助例子來(lái)描述本發(fā)明的實(shí)施例，其中:
[0041]圖1是顯不了用于機(jī)床的系統(tǒng)架構(gòu)的不意圖；
[0042]圖2(a)至2(c)是顯示了模擬測(cè)量探針的測(cè)量范圍的示意圖；
[0043]圖3是系統(tǒng)流程圖，其顯示了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的在測(cè)量操作期間的控制流程；
[0044]圖4示意性地顯示了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的觸針尖端的名義路徑；
[0045]圖5(a)和5(b)示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的觸針尖端的名義路徑的側(cè)視圖和等角視圖；
[0046]圖6(a)和6(b)分別示出了根據(jù)本發(fā)明第三和第四實(shí)施例的觸針尖端的名義路徑；以及
[0047]圖7示出了根據(jù)本發(fā)明又一實(shí)施例的根據(jù)初步掃描的觸針尖端的名義路徑，以及基于在所述初步掃描期間所獲得的數(shù)據(jù)而產(chǎn)生的隨后掃描。

【具體實(shí)施方式】
[0048]參照?qǐng)D1，顯示了包括機(jī)床4、控制器6、PC8以及發(fā)射器/接收器接口 10的機(jī)床設(shè)備2。所述機(jī)床4包括用于移動(dòng)主軸12的電機(jī)(未示出)，所述主軸12相對(duì)于位于工作臺(tái)15上的工件16保持模擬探針14。所述主軸12 (以及因此所述模擬探針14)的位置應(yīng)用編碼器或類似物以已知方式精確地測(cè)量。這種測(cè)量提供了在機(jī)器坐標(biāo)系統(tǒng)(x，y，z)中限定的主軸位置數(shù)據(jù)。數(shù)字控制器(NC) 18 (它是控制器6的一部分)控制主軸12在機(jī)床的工作區(qū)域中的X、1、z運(yùn)動(dòng)以及收與主軸位置相關(guān)的所接收的數(shù)據(jù)。
[0049]正如將理解的，在替換實(shí)施例中，可以通過(guò)工作臺(tái)15相對(duì)于主軸的運(yùn)動(dòng)而提供在x、y和z維度的任意一個(gè)或所有中的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。另外，模擬探針14和工件16的相對(duì)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)可以由主軸12的一部分(例如安裝在主軸上的旋轉(zhuǎn)/鉸接頭)和/或工作臺(tái)15的一部分(例如旋轉(zhuǎn)工作臺(tái))所提供。另外，所述運(yùn)動(dòng)可能被限制為更少的維度，例如，僅僅X和/或y。另外，所述實(shí)施例包括笛卡爾機(jī)床，然而將會(huì)理解這不是必須的情況，也可以是非笛卡爾機(jī)床。另外，許多其它不同類型的機(jī)床，包括車床，平行運(yùn)動(dòng)機(jī)器，以及機(jī)器人臂是已知的，并且可以用于本發(fā)明。
[0050]在所述實(shí)施例中，模擬探針14是接觸式模擬探針，其包括探針本體20、從所述探針本體20延伸的工件接觸觸針22，并且所述模擬探針14具有表面檢測(cè)區(qū)域，所述表面檢測(cè)區(qū)域的形式是位于觸針22的遠(yuǎn)端的工件接觸尖端24(在這個(gè)情況下是球形觸針球的形式)。所述模擬探針14測(cè)量觸針22在探針幾何系統(tǒng)(a、b、c)中的偏轉(zhuǎn)(然而，正如將要理解的，這不是必然的情況，例如，模擬探針可以測(cè)量在僅僅一個(gè)或二個(gè)維度上的偏轉(zhuǎn)，或者甚至提供表示偏轉(zhuǎn)程度的輸出，而沒(méi)有指示偏轉(zhuǎn)的方向)。所述探針14還包括發(fā)射器/接收器(未示出)，所述發(fā)射器/接收器與所述發(fā)射器/接收器接口 10無(wú)線地通訊(例如，借助無(wú)線電、光學(xué)或其它無(wú)線傳輸機(jī)構(gòu))。
[0051]如上所述，模擬測(cè)量探針具有有限的測(cè)量范圍。例如關(guān)于接觸式模擬探針，它們可以具有在X、y和Z維度上偏轉(zhuǎn)的物理最大量。不僅如此，探針還能夠構(gòu)造成使得它在最大物理范圍的特定子范圍內(nèi)最佳地工作。例如，圖2(a)示出了圖1的模擬探針，實(shí)線表示在靜止位置(例如未偏轉(zhuǎn))時(shí)觸針22的位置。以虛線顯示的最外觸針位置表示觸針在X維度上的最大物理偏轉(zhuǎn)。然而，可以是這樣的:探針被構(gòu)造成使得當(dāng)觸針偏轉(zhuǎn)的量小于所述最大物理量時(shí)觸針偏轉(zhuǎn)。也可以是這樣的:所述探針被構(gòu)造成使得當(dāng)觸針偏轉(zhuǎn)最小下闕值時(shí)它是最精確的。例如，所述模擬探針14可以具有優(yōu)選測(cè)量范圍，所述優(yōu)選測(cè)量范圍的最上和最下邊界通過(guò)圖2(a)中以虛線表示的觸針位置顯示。因此，如所見(jiàn)的，在接近觸針靜止位置的中間存在死空間d’(在X維度上)，它位于所述優(yōu)選測(cè)量范圍之外。
[0052]正如將理解的，對(duì)于y維度上偏轉(zhuǎn)也是同樣的情況。另外，在所述實(shí)施例中，在z軸上也具有最大物理偏轉(zhuǎn)范圍，以及z軸偏轉(zhuǎn)的子范圍(優(yōu)選測(cè)量范圍)，在所述z軸偏轉(zhuǎn)的子范圍中所述探針構(gòu)造成提供最精確的結(jié)果。
[0053]圖2(b)所示的虛線28示意性地顯示了在X和z維度上獲得的模擬探針14的優(yōu)選測(cè)量范圍的幅度。正如將理解的，這種范圍實(shí)際上沿著三個(gè)維度延伸，因此實(shí)際上大約是在中間切有小孔的壓扁半球的形狀。
[0054]圖2(c)的虛線還示意性地顯示了用于非接觸式探針(諸如電感式探針)的優(yōu)選測(cè)量范圍。所述內(nèi)部和外部虛線表示對(duì)于最佳測(cè)量性能的最小和最大探針/工件分離邊界。正如將要理解的，用于非接觸式探針的所示優(yōu)選測(cè)量范圍可以是用于探針的整個(gè)測(cè)量范圍或者整個(gè)測(cè)量范圍的僅僅一個(gè)子集。正如將要理解的，所述整個(gè)測(cè)量范圍可以被認(rèn)為是稱為非接觸式探針的表面檢測(cè)區(qū)域。
[0055]正如將要理解的，所述優(yōu)選測(cè)量范圍的尺寸將隨著探針的不同而改變。對(duì)于接觸式模擬探針，它可以例如在任何給定維度上不超過(guò)+/-0.8毫米，例如在任何給定維度上不超過(guò)+/-0.725毫米，例如在任何給定維度上不超過(guò)+/-0.5毫米，例如在一些情形下在任何給定維度上不超過(guò)+/-0.3毫米(從觸針靜止位置獲取)。當(dāng)然，也可能具有緊緊圍繞觸針位置的死區(qū)，在觸針進(jìn)入優(yōu)選測(cè)量范圍之前，觸針不得不偏轉(zhuǎn)超過(guò)所述死區(qū)，它例如可以是從觸針靜止位置起在任何給定維度上不小于+/-0.2毫米，例如在任何給定維度上從所述觸針靜止位置不小于+/-0.1毫米，例如在任何給定維度上不小于+/-0.125毫米(仍從觸針靜止位置測(cè)量)。
[0056]如上所述，本發(fā)明偏離以下傳統(tǒng)的觀點(diǎn):探針必須被保持成使得沿著物體表面上的名義測(cè)量線，探針總是在它的優(yōu)選測(cè)量范圍內(nèi)收集數(shù)據(jù)。相反，從以下描述的實(shí)施例中清楚可見(jiàn)，本發(fā)明允許既在探針優(yōu)選測(cè)量范圍之內(nèi)也在探針優(yōu)選測(cè)量范圍之外獲得沿著名義測(cè)量線的測(cè)量，并且隨后按照需要過(guò)濾。
[0057]圖3顯示了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例所涉及的大體過(guò)程100。所述方法從步驟102開(kāi)始，在步驟102中，待測(cè)量零件的模型裝載到PC8中。如下面更詳細(xì)解釋的，在待測(cè)量工件是未知的實(shí)施例中，該步驟不是必須被執(zhí)行。在步驟104中，產(chǎn)生限定用于模擬探針14的運(yùn)動(dòng)路線的程序，以獲得工件16的掃描測(cè)量數(shù)據(jù)。在所述實(shí)施例中，運(yùn)動(dòng)路線被構(gòu)造成使得模擬探針將沿著物體表面上的名義測(cè)量線在它的優(yōu)選測(cè)量范圍之內(nèi)和之外獲得測(cè)量數(shù)據(jù)。正如將要理解的，在工件16也能移動(dòng)或者代替模擬探針14移動(dòng)(例如借助可移動(dòng)工作臺(tái)15)的實(shí)施例中，程序也可以限定工件16的運(yùn)動(dòng)路線。換言之，步驟104包括規(guī)劃模擬探針14與工件16之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)路線，使得模擬探針14能夠收集關(guān)于工件16的掃描測(cè)量數(shù)據(jù)。在步驟106中，所述程序借助API26被裝載到NC18中。步驟108涉及執(zhí)行所述測(cè)量操作并記錄測(cè)量數(shù)據(jù)。特別地，執(zhí)行所述測(cè)量操作包括NC18解釋程序的指令并且產(chǎn)生電機(jī)控制信號(hào)，所述電機(jī)控制信號(hào)被用來(lái)指示機(jī)床的四個(gè)電機(jī)(未示出)，以便根據(jù)預(yù)定的運(yùn)動(dòng)路線移動(dòng)模擬探針14。記錄測(cè)量數(shù)據(jù)包括多個(gè)過(guò)程。特別地，主軸位置數(shù)據(jù)Ouy和z)(如上所述由機(jī)床4上的編碼器提供)經(jīng)由NC18傳遞給PC8。而且，探針偏轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)(a、b、c)(如上所述通過(guò)模擬探針獲得)也經(jīng)由探針發(fā)送器/接收器接口 10被傳遞給PC8。PC8將主軸位置數(shù)據(jù)(x、y、z)和探針偏轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)(a、b、c)結(jié)合起來(lái)以便提供一組測(cè)量值，所述測(cè)量值限定表面在機(jī)器坐標(biāo)幾何系統(tǒng)中的位置。
[0058]步驟110包括PC8過(guò)濾所記錄的測(cè)量數(shù)據(jù)。在所述特定實(shí)施例中，這包括:對(duì)于在模擬探針的優(yōu)選測(cè)量范圍內(nèi)獲得的測(cè)量數(shù)據(jù)，PC8過(guò)濾所記錄的測(cè)量數(shù)據(jù)。正如將理解的，所述數(shù)據(jù)可以以其它方式過(guò)濾，例如，對(duì)于在模擬探針的優(yōu)選測(cè)量范圍之外獲得的測(cè)量數(shù)據(jù)。正如從以上描述的不同實(shí)施例中清楚可見(jiàn)的，所述過(guò)濾如何執(zhí)行以及所獲得的最終結(jié)果根據(jù)實(shí)施例的不同而改變。
[0059]例如(并且如下面更詳細(xì)解釋的)，圖4顯示了根據(jù)本發(fā)明的用于測(cè)量已知零件的技術(shù)，其中以波浪形的方式將觸針尖端移動(dòng)穿過(guò)工件16，以便收集位于它的優(yōu)選測(cè)量范圍之內(nèi)和之外的數(shù)據(jù)。圖5顯示了一種技術(shù)，其通過(guò)在不同的名義觸針尖端位置穿過(guò)零件表面上的相同的名義測(cè)量線來(lái)回橫越而測(cè)量未知零件，并且圖6顯示了類似的技術(shù)，但是它應(yīng)用于測(cè)量已知零件。
[0060]首先參照?qǐng)D4，它顯示了觸針尖端24可以構(gòu)造成使得它的總運(yùn)動(dòng)(由淡虛線30表示)大體平行于工件16的表面17。然而，如深色虛線32所示，模擬探針和工件16的相對(duì)運(yùn)動(dòng)路線被構(gòu)造成使得當(dāng)所述名義觸針尖端中心點(diǎn)23沿著物體16的表面17上的名義測(cè)量線19行進(jìn)時(shí)，它朝著所述表面以及遠(yuǎn)離所述表面波浪形起伏。所述虛圓24A、24B、24C代表沿著物體16的表面上的所述名義測(cè)量線在三個(gè)不同點(diǎn)處觸針尖端的名義位置。正如將要理解的，這些觸針尖端位置24A、24B、24C是名義的，因?yàn)檫@是如果物體不在那里，則尖端將沿著所述名義測(cè)量線在那些點(diǎn)處的位置。所述名義測(cè)量線19 (它在顯示本發(fā)明不同實(shí)施例的圖5(b)中更容易看見(jiàn))是在物體的表面17上的線，在所述線上將要收集測(cè)量數(shù)據(jù)。所述線是名義的，因?yàn)檫@是在物體上的期望的測(cè)量線。正如將要理解的，如果所述物體16的位置和/或材料條件與所期望的不同，則所述實(shí)際測(cè)量線可以是不同的。
[0061]例如可以通過(guò)在探針橫越穿過(guò)所述工件16時(shí)改變探針相對(duì)于工件16的表面17的基準(zhǔn)距而實(shí)現(xiàn)所述名義觸針尖端中心點(diǎn)23的這種波浪起伏?？蛇x地，如果探針被安裝在鉸接頭上，那么這可以通過(guò)改變探針關(guān)于所述頭的旋轉(zhuǎn)軸線的至少一個(gè)的角位置而實(shí)現(xiàn)。
[0062]在所述實(shí)施例中，所述運(yùn)動(dòng)路線被如此地構(gòu)造，使得所述名義波浪起伏運(yùn)動(dòng)32被構(gòu)造成使得對(duì)于理想工件16 (即，實(shí)際工件精確地對(duì)應(yīng)于模型工件)，所述探針14的觸針22被構(gòu)造成當(dāng)探針14沿著工件16的表面17行進(jìn)時(shí)，探針14的觸針22在過(guò)偏轉(zhuǎn)與欠偏轉(zhuǎn)之間振蕩，在其間所述模擬探針14收集在它的優(yōu)選測(cè)量范圍之內(nèi)的測(cè)量數(shù)據(jù)。例如，如圖4所示，在名義觸針尖端位置24A，所述觸針偏轉(zhuǎn)是這樣的，使得探針14獲得在它的優(yōu)選測(cè)量范圍之內(nèi)的測(cè)量數(shù)據(jù)，而觸針的名義觸針尖端位置24B和24C分別是欠偏轉(zhuǎn)的和過(guò)偏轉(zhuǎn)的。因此，從圖4的實(shí)施例可以看出，當(dāng)所述觸針尖端24穿過(guò)所述表面行進(jìn)時(shí)，在它的優(yōu)選測(cè)量范圍內(nèi)將僅僅獲得觸針偏轉(zhuǎn)位于它的偏轉(zhuǎn)范圍之內(nèi)的選擇部分(由虛線和點(diǎn)劃線區(qū)段34顯示)，因此僅僅獲得從測(cè)量探針獲得的數(shù)據(jù)的選擇部分。
[0063]正如將理解的，所述觸針中心尖端的起伏位置的幅值A(chǔ)在圖4中顯著地夸大以便幫助顯示。正如將理解的，所述幅值A(chǔ)的程度將依據(jù)許多因素改變，包括優(yōu)選測(cè)量范圍的程度、可偏轉(zhuǎn)觸針的實(shí)際物理范圍的程度、名義工件尺寸以及表面位置的期待變化水平。然而，僅僅借助例子，所述幅值A(chǔ)可以小于5毫米，例如小于2毫米，并且例如大于0.5毫米，例如是I毫米。而且，所述波浪起伏運(yùn)動(dòng)的間距P將依據(jù)許多因素改變，諸如以上所述的那些以及例如所需測(cè)量的密度，例如可以小于100毫米，并且例如大于10毫米，例如是50毫米。
[0064]雖然圖4的方法導(dǎo)致在探針的優(yōu)選測(cè)量范圍之內(nèi)獲得僅僅一些測(cè)量數(shù)據(jù)，但是該測(cè)量方法能夠有助于確保在優(yōu)選測(cè)量范圍內(nèi)獲得至少一些測(cè)量數(shù)據(jù)，而不管工件16的材料條件與所期望的不同。例如，參照?qǐng)D4，如果工件16的實(shí)際位置稍微偏離，使得它的表面17位于更靠近所述名義探針尖端中心線32的一部分，則將仍然獲得測(cè)量數(shù)據(jù)，但是代替在由虛線和點(diǎn)劃線部分34示出的點(diǎn)處獲得測(cè)量數(shù)據(jù)，所述優(yōu)選測(cè)量數(shù)據(jù)將在名義探針尖端中心線32的峰值處獲得。
[0065]圖5(a)和5(b)顯示了一個(gè)替換實(shí)施例，其中待測(cè)量零件是未知的。在這種情況下，沒(méi)有零件模型在步驟102被裝載到PC中，并且步驟104包括產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)動(dòng)路線，所述標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)動(dòng)路線可以被用來(lái)獲得關(guān)于未知零件的測(cè)量數(shù)據(jù)。所述零件可以是未知的，因?yàn)樗闹辽僖粋€(gè)特征的形狀和尺寸是未知的并且將要被確定。在所述實(shí)施例中，所述預(yù)定運(yùn)動(dòng)路線被構(gòu)造成使得所述名義探針尖端中心23沿著物體16的表面17上的相同名義測(cè)量線19來(lái)回運(yùn)動(dòng)，但是在距離表面17的不同名義距離處，如虛線40所示。在所示實(shí)施例中，穿過(guò)物體表面的每次橫越大體是沿著直線，并且也被限制在一個(gè)平面內(nèi)，然而正如將要理解的，這不是必然的情況。實(shí)際上，例如，每次橫越可以涉及造成所述名義觸針尖端中心點(diǎn)波浪起伏，非常類似圖4所示情形。另外，每次橫越的路徑可以沿著側(cè)移方向(例如一側(cè)到一側(cè)的運(yùn)動(dòng))曲折行進(jìn)。而且，所述預(yù)定運(yùn)動(dòng)路線不是必須沿著前后方式移動(dòng)所述名義探針尖端中心。例如，每次橫越可以發(fā)生在相同方向上。而且，每次橫越可以例如包括穿過(guò)物體表面以彎曲(例如螺旋式)方式移動(dòng)所述名義探針尖端中心。
[0066]如圖所示，在連續(xù)的橫越中，模擬探針的優(yōu)選測(cè)量范圍的位置將相對(duì)于物體16的表面17下降。特別地，它在所述表面上方沿著所述名義測(cè)量線的平均位置在連續(xù)的橫越中下降。在所述實(shí)施例中，在第一次橫越中，所述觸針尖端24沒(méi)有足夠地偏轉(zhuǎn)以進(jìn)入它的優(yōu)選偏轉(zhuǎn)范圍，并因此在所述優(yōu)選測(cè)量范圍內(nèi)沒(méi)有獲得數(shù)據(jù)。在第二次橫越中，所述表面17的頂峰使得觸針尖端24在它的優(yōu)選偏轉(zhuǎn)范圍內(nèi)偏轉(zhuǎn)，并且因此對(duì)于所述穿過(guò)的一部分(由虛線和點(diǎn)劃線部分42顯示)在探針的優(yōu)選測(cè)量范圍內(nèi)獲得測(cè)量數(shù)據(jù)。正如對(duì)于第三次和第四次橫越所看見(jiàn)的，觸針在它的優(yōu)選測(cè)量范圍之內(nèi)偏轉(zhuǎn)，以便對(duì)于所述經(jīng)過(guò)的部分42獲得在探針的優(yōu)選測(cè)量范圍之內(nèi)的測(cè)量數(shù)據(jù)。在步驟110期間，已經(jīng)在優(yōu)選測(cè)量范圍內(nèi)獲得的測(cè)量數(shù)據(jù)的這些部分42可以從整個(gè)測(cè)量數(shù)據(jù)組中被過(guò)濾并且整理，以便提供關(guān)于所述物體的一組新的測(cè)量數(shù)據(jù)，所有這些都在模擬探針14的優(yōu)選測(cè)量范圍之內(nèi)獲得。在所示實(shí)施例中，探針尖端中心23的名義路線是這樣的，即:在所述優(yōu)選測(cè)量范圍內(nèi)獲得的數(shù)據(jù)的部分42在連續(xù)穿越之間交疊。然而，不是必須是這個(gè)情況，因此這意味著:在任何最終數(shù)據(jù)組中可能存在間隙，從在模擬探針14的優(yōu)選測(cè)量范圍內(nèi)獲得的數(shù)據(jù)中產(chǎn)生所述最終數(shù)據(jù)組。而且，對(duì)于圖4，在每次穿越之間朝著工件的步進(jìn)被夸大以便于顯示。所述步進(jìn)的實(shí)際尺寸取決于多個(gè)因數(shù)而變化，包括探針的測(cè)量范圍，但是通?？梢岳缧≈?.2毫米以及大至
0.8毫米。另外，雖然顯示的是名義觸針尖端中心點(diǎn)在每次橫越之后朝著所述物體步進(jìn)，但是不是必須是這種情況。例如，所述名義觸針尖端中心點(diǎn)可以名義上沿著所述穿越的長(zhǎng)度逐漸地靠近，從而它沿著每個(gè)橫越逐漸地接近物體。
[0067]在結(jié)合圖5描述的實(shí)施例中，所述模擬探針的觸針偏轉(zhuǎn)超過(guò)它的優(yōu)選測(cè)量范圍，但是永遠(yuǎn)不會(huì)偏轉(zhuǎn)超過(guò)它的最大偏轉(zhuǎn)闕值。然而，在其它實(shí)施例中，它可能是這樣的:物體的形狀和尺寸和/或相對(duì)運(yùn)動(dòng)的預(yù)定路徑是這樣的，使得所述模擬探針存在其觸針偏轉(zhuǎn)超過(guò)它的最大偏轉(zhuǎn)闕值的風(fēng)險(xiǎn)。在這個(gè)情況下，在掃描操作期間，所述模擬探針的輸出能夠被監(jiān)控以便對(duì)于這種情形進(jìn)行檢查并且采取校正行為。這種校正行為可以是暫?；蛑袛鄴呙璨僮鳌？蛇x地，這種校正行為可以是調(diào)節(jié)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的預(yù)定路徑，從而避免觸針偏轉(zhuǎn)超出其最大偏轉(zhuǎn)闕值。例如，在每次橫越的結(jié)束時(shí)，可以確定是否在下一次橫越或者在今后的橫越中觸針可能偏轉(zhuǎn)超出它的最大偏轉(zhuǎn)闕值，如果是這樣，就調(diào)節(jié)所述相對(duì)運(yùn)動(dòng)的預(yù)定路徑。
[0068]即使工件的名義形狀是已知的，結(jié)合圖5所述的用于未知零件的所采用的這種光柵方法也是有用的。例如，參考圖6 (a)，顯示了一種情形，即:工件16的實(shí)際表面形狀17與它的名義表面形狀17’偏離，因?yàn)樗哂形搭A(yù)期的凹陷27。因此，如果觸針尖端24要遵循大致平行于預(yù)期名義表面形狀17的路徑50，則它將導(dǎo)致對(duì)于所述表面的凹陷部分在模擬探針的優(yōu)選測(cè)量范圍之內(nèi)不會(huì)獲得測(cè)量數(shù)據(jù)。然而，如圖6(b)所示，應(yīng)用采取光柵方法的路徑52允許過(guò)濾和整理沿著路徑52所獲得的測(cè)量數(shù)據(jù)(它是在模擬探針的優(yōu)選測(cè)量范圍之內(nèi)獲得的(該數(shù)據(jù)由虛線和點(diǎn)劃線部分54顯示))，以便因此提供對(duì)于實(shí)際表面形狀17的、針對(duì)整個(gè)名義測(cè)量線19的、在模擬探針的優(yōu)選測(cè)量范圍內(nèi)所獲得的測(cè)量數(shù)據(jù)。
[0069]正如將理解的，可以以許多不同的方法實(shí)現(xiàn)所述過(guò)濾。例如，它可以在源頭進(jìn)行，因?yàn)橹挥性谔结樀膬?yōu)選測(cè)量范圍之內(nèi)所獲得的數(shù)據(jù)才由模擬探針和/或接收器/發(fā)射器接口 10報(bào)告?？蛇x地，報(bào)告來(lái)自模擬探針的所有數(shù)據(jù)，只有那些在模擬探針的優(yōu)選測(cè)量范圍內(nèi)獲得的測(cè)量值與心軸(即，模擬探針)位置數(shù)據(jù)相結(jié)合。在替換實(shí)施例中，所有模擬探針數(shù)據(jù)與心軸位置數(shù)據(jù)結(jié)合，隨后將所述結(jié)合數(shù)據(jù)過(guò)濾以便除掉包含位于優(yōu)選測(cè)量范圍之外的模擬探針數(shù)據(jù)的所述結(jié)合數(shù)據(jù)。
[0070]上述實(shí)施例過(guò)濾并校對(duì)在模擬探針的優(yōu)選測(cè)量范圍之內(nèi)獲得的數(shù)據(jù)。正如將理解的，這不是必須的情況，事實(shí)上，例如，根據(jù)本發(fā)明的方法可以過(guò)濾并校對(duì)位于所述優(yōu)選測(cè)量范圍之外的數(shù)據(jù)，或者實(shí)際上僅僅報(bào)告位于優(yōu)選測(cè)量范圍之外的數(shù)據(jù)。例如當(dāng)知道何時(shí)零件位于公差之外(以及可能地例如位于公差之外多少)才重要的時(shí)候，這可能是有用的。
[0071]在上面描述的實(shí)施例中，模擬探針和物體相對(duì)于彼此沿著其移動(dòng)的路徑是預(yù)定的。特別地，在開(kāi)始掃描操作之前確定所述整個(gè)路徑。然而，不是必須是這種情況。例如，相對(duì)于結(jié)合圖5和圖6所描述的實(shí)施例，可以在逐個(gè)橫越的基礎(chǔ)上產(chǎn)生所述相對(duì)運(yùn)動(dòng)路徑。例如，可以完成沿著所述名義測(cè)量線的第一次橫越，并且如果確定了不是所有沿著名義測(cè)量線獲得的測(cè)量數(shù)據(jù)均位于模擬探針的優(yōu)選測(cè)量范圍之內(nèi)，則可以執(zhí)行隨后的橫越，在該隨后的橫越中，探針的優(yōu)選測(cè)量范圍的位置沿著所述名義測(cè)量線沿著所述橫越相對(duì)于所述物體位于不同的位置。該過(guò)程可以被連續(xù)地重復(fù)，直到沿著所述名義測(cè)量線的整個(gè)長(zhǎng)度已經(jīng)獲得了位于模擬探針的優(yōu)選測(cè)量范圍之內(nèi)的測(cè)量數(shù)據(jù)。
[0072]在其它實(shí)施例中，本發(fā)明的方法可以包括基于在前一個(gè)掃描操作期間(例如，在根據(jù)圖4、5和6的實(shí)施例的掃描操作期間)所獲得的測(cè)量數(shù)據(jù)產(chǎn)生并實(shí)施模擬探針和物體的新的相對(duì)運(yùn)動(dòng)路線(例如作為第二掃描操作的一部分)。所述新的相對(duì)運(yùn)動(dòng)路線可以包括所述模擬探針穿過(guò)物體的表面橫越大致相同的測(cè)量線。然而，在該情況下，可以控制所述相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從而模擬探針和物體的相對(duì)位置是這樣的:相比較對(duì)于物體的之前測(cè)量，模擬探針對(duì)于測(cè)量路徑的更大部分獲得位于它的優(yōu)選測(cè)量范圍之內(nèi)的測(cè)量值。特別地，模擬探針和物體所要遵循的所述新的相對(duì)運(yùn)動(dòng)路徑可以被如此構(gòu)造，使得所述模擬探針獲得沿著相同名義線的大致整個(gè)長(zhǎng)度的位于它的優(yōu)選測(cè)量范圍之內(nèi)的測(cè)量數(shù)據(jù)。
[0073]這是圖7所顯示的情況，圖7是圖6 (b)的復(fù)制，除了實(shí)線56顯示探針尖端中心的路徑之外，從由虛線52所顯示的掃描期間所獲得的數(shù)據(jù)中產(chǎn)生所述探針尖端中心的路徑。
[0074]上述掃描操作可以以高速執(zhí)行(例如，工件感測(cè)部(例如觸針尖端24)和物體相對(duì)于彼此以至少16mm/s行進(jìn)，優(yōu)選至少以25mm/s行進(jìn)，更優(yōu)選至少以50mm/s行進(jìn)，特別優(yōu)選以至少100mm/S行進(jìn)，例如至少以250mm/s行進(jìn))，原因是探針15是否獲得位于它的優(yōu)選測(cè)量范圍之外的數(shù)據(jù)是沒(méi)有關(guān)系的。
【權(quán)利要求】
1.一種應(yīng)用接觸式模擬探針掃描物體以便沿著所述物體的表面上的名義測(cè)量線收集掃描的測(cè)量數(shù)據(jù)的方法，所述接觸式模擬探針包括用于接觸安裝在機(jī)床上的物體的可偏轉(zhuǎn)觸針，所述模擬探針具有優(yōu)選測(cè)量范圍，所述方法包括: 根據(jù)相對(duì)運(yùn)動(dòng)路線控制所述接觸式模擬探針和/或物體以便執(zhí)行掃描操作，所述相對(duì)運(yùn)動(dòng)路線被構(gòu)造成使得基于所述物體的表面的假設(shè)特性，使得沿著所述物體的表面上的所述名義測(cè)量線，所述模擬探針獲得位于其優(yōu)選測(cè)量范圍之內(nèi)的數(shù)據(jù)，以及使得所述模擬探針移出其優(yōu)選測(cè)量范圍。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，包括收集和輸出在所述接觸式模擬探針的優(yōu)選測(cè)量范圍之內(nèi)獲得的掃描的測(cè)量數(shù)據(jù)，作為所述物體的測(cè)量值。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述收集和輸出包括將從所述接觸式模擬探針獲得的數(shù)據(jù)過(guò)濾，以便獲得從接觸式模擬探針的優(yōu)選測(cè)量范圍之內(nèi)獲得的選擇的物體測(cè)量數(shù)據(jù)，并作為所述物體的測(cè)量值提供。
4.根據(jù)前面任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中，所述接觸式模擬探針以以下方式行進(jìn):基于物體的表面的假設(shè)特性，使得當(dāng)所述接觸式模擬探針沿著所述名義測(cè)量線運(yùn)動(dòng)時(shí)，所述接觸式模擬探針的優(yōu)選測(cè)量范圍的位置相對(duì)于所述物體的表面反復(fù)地升高和下降。
5.根據(jù)前面任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中，當(dāng)所述接觸式模擬探針運(yùn)動(dòng)時(shí)，保持它與所述物體的表面的位置感測(cè)關(guān)系，以便收集沿著所述名義測(cè)量線的數(shù)據(jù)。
6.根據(jù)前面任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中，所述相對(duì)運(yùn)動(dòng)路線被構(gòu)造成使得在所述掃描操作期間，所述接觸式模擬探針的優(yōu)選測(cè)量范圍沿著所述名義測(cè)量線橫越穿過(guò)所述物體多次。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，對(duì)于不同的橫越，所述接觸式模擬探針沿著所述名義測(cè)量線對(duì)于所述物體的不同部分在其優(yōu)選測(cè)量范圍內(nèi)獲得測(cè)量數(shù)據(jù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的方法，其中，對(duì)于連續(xù)的橫越，所述優(yōu)選測(cè)量范圍相對(duì)于所述表面所采取的路線的形式大致是相同的，但是對(duì)于不同的橫越，在沿著所述名義測(cè)量線的至少一個(gè)點(diǎn)處所述路線距離所述表面的高度是不同的。
9.根據(jù)權(quán)利要求6至8中任意一項(xiàng)所述的方法，其中，來(lái)自不同橫越的在所述優(yōu)選測(cè)量范圍內(nèi)獲得的表面測(cè)量數(shù)據(jù)被核對(duì)，以便形成測(cè)量數(shù)據(jù)組，所述測(cè)量數(shù)據(jù)組代表沿著所述名義測(cè)量線的物體的表面。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，包括:作為第二掃描操作的一部分，產(chǎn)生并執(zhí)行所述模擬探針和物體的新的相對(duì)運(yùn)動(dòng)路線。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述新的相對(duì)運(yùn)動(dòng)路線包括所述接觸式模擬探針穿過(guò)所述物體的表面橫越大致相同的測(cè)量線，但是所述相對(duì)運(yùn)動(dòng)被如此控制，使得相比較所述掃描操作的運(yùn)動(dòng)路線，所述接觸式模擬探針對(duì)于更大比例的運(yùn)動(dòng)路線在其優(yōu)選測(cè)量范圍內(nèi)獲得測(cè)量。
12.根據(jù)前面任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中，所述接觸式模擬探針的優(yōu)選測(cè)量范圍是所述接觸式模擬探針的偏轉(zhuǎn)的優(yōu)選范圍。
13.一種計(jì)算機(jī)程序，包括指令，當(dāng)所述指令由機(jī)床設(shè)備實(shí)施時(shí)使得所述機(jī)床設(shè)備執(zhí)行前面任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法。
14.一種計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，包括指令，當(dāng)所述指令由機(jī)床設(shè)備實(shí)施時(shí)使得所述機(jī)床設(shè)備執(zhí)行如權(quán)利要求1至12中任意一項(xiàng)所述的方法。
15.一種機(jī)床設(shè)備，包括機(jī)床、具有安裝在機(jī)床上的可偏轉(zhuǎn)觸針的接觸式模擬探針、以及控制器，所述控制器構(gòu)造成控制所述接觸式模擬探針與待測(cè)量物體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，以便收集沿著所述物體的表面上的名義測(cè)量線的掃描的測(cè)量數(shù)據(jù)，特別是以便根據(jù)相對(duì)運(yùn)動(dòng)路線控制所述接觸式模擬探針和/或物體，從而以下面的方式控制所述優(yōu)選測(cè)量范圍相對(duì)于所述物體的表面的位置:基于所述物體的表面的假設(shè)特性，將使得沿著所述物體的表面上的所述名義測(cè)量線，所述接觸式模擬探針獲得在其優(yōu)選測(cè)量范圍之內(nèi)的數(shù)據(jù)，以及超越其優(yōu)選測(cè)量范圍。
【文檔編號(hào)】G05B19/401GK104487801SQ201380024772
【公開(kāi)日】2015年4月1日 申請(qǐng)日期:2013年4月16日 優(yōu)先權(quán)日:2012年4月18日
【發(fā)明者】邁克爾·伍爾德里奇, 保羅·穆?tīng)? 約翰·奧爾德 申請(qǐng)人:瑞尼斯豪公司