專利名稱:表面測(cè)量探測(cè)器的使用的制作方法
本發(fā)明涉及使用表面測(cè)量探測(cè)器測(cè)量工件。具體地說，本發(fā)明涉及使用在諸如坐標(biāo)測(cè)量機(jī)器(CMM)(包括諸如三角架和六腳架的類似機(jī)器)、機(jī)器工具、手動(dòng)坐標(biāo)測(cè)量臂、機(jī)器人(例如工作檢查機(jī)器人)、和單軸線機(jī)器的坐標(biāo)定位設(shè)備上安裝的表面測(cè)量探測(cè)器來測(cè)量制品。
公知測(cè)量探測(cè)器具有觸針，該觸針在因?yàn)橛|針和物體表面之間的接觸而受力時(shí)是可偏斜的。在探測(cè)器內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)變換器(transducer)(通常在三個(gè)正交坐標(biāo)方向中)測(cè)量觸針的偏斜，以獲得關(guān)于表面位置的信息。在使用中，將這種探測(cè)器安裝在諸如坐標(biāo)測(cè)量機(jī)器(CMM)、機(jī)器工具、測(cè)量機(jī)器人的機(jī)器或其它坐標(biāo)定位設(shè)備上。該機(jī)器相對(duì)于待測(cè)量的物體移動(dòng)探測(cè)器。這可以包括機(jī)器的軸和/或床身相對(duì)于彼此移動(dòng)。機(jī)器中的測(cè)量器具給出關(guān)于探測(cè)器的相對(duì)位置的輸出，該輸出在和來自探測(cè)器本身的輸出結(jié)合時(shí)，能夠獲得關(guān)于物體的尺寸、形狀、位置、表面輪廓等的信息。
這種測(cè)量探測(cè)器可被稱為模擬探測(cè)器，以使其變換器的測(cè)量輸出同僅在和物體接觸的情況下產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)的探測(cè)器相區(qū)分。因?yàn)檫@種探測(cè)器通常用于掃描物體的表面輪廓，因此，也可以使用術(shù)語(yǔ)“掃描探測(cè)器”。即使使用術(shù)語(yǔ)“模擬探測(cè)器”，變換器的輸出事實(shí)上可以是模擬的或數(shù)字的。
這是無源探測(cè)器的實(shí)例，其中在測(cè)量期間，在懸掛的探測(cè)器機(jī)構(gòu)中的彈簧產(chǎn)生匹配于偏斜的力。這個(gè)接觸力隨著偏斜改變，但是是高度可重復(fù)的。
美國(guó)專利No.3,876,799公開了一種探測(cè)器，該探測(cè)器具有由一系列彈簧平行四邊形支撐的觸針，且其中提供電機(jī)以在觸針尖端和待測(cè)量的工件之間產(chǎn)生預(yù)定力。
這個(gè)探測(cè)器是有源掃描探測(cè)器的類型，其使用機(jī)動(dòng)機(jī)構(gòu)以控制觸針偏斜和調(diào)制和待測(cè)量部件的接觸力。在這種探測(cè)器中，電機(jī)產(chǎn)生接觸力，而不是彈簧產(chǎn)生接觸力。
還公知一種非接觸測(cè)量探測(cè)器，其中探測(cè)器通過非接觸方式，諸如電容、電感和光學(xué)測(cè)量從物體表面到探測(cè)器的距離。
在已知系統(tǒng)中，由探測(cè)器和機(jī)器結(jié)構(gòu)的偏斜引起測(cè)量誤差。例如，當(dāng)觸針偏斜時(shí)，例如，其由彈簧朝向零位置偏置，且這些力引起探測(cè)器觸針和機(jī)器結(jié)構(gòu)部件的彎曲。考慮現(xiàn)在要求的極端高精確性，這種偏斜盡管是小的，但仍然能夠影響測(cè)量的精確性。
我們?cè)谙鹊膰?guó)際專利申請(qǐng)WO92/20996描述了一種測(cè)量方法，其中這種探測(cè)器移動(dòng)到和待測(cè)量的物體表面接觸，且在進(jìn)行最初的接觸之后進(jìn)一步繼續(xù)移動(dòng)有限的距離。在這個(gè)移動(dòng)期間，在多個(gè)時(shí)刻同時(shí)記錄機(jī)器器具和探測(cè)器變換器的輸出。之后使用這些記錄的輸出，通過外推，計(jì)算機(jī)器測(cè)量器具的下述輸出值，即，該輸出值存在于探測(cè)器觸針處于零偏斜且仍然和表面相接觸的時(shí)刻。
這個(gè)方法允許將模擬探測(cè)器用作好像其是非常精確的觸摸觸發(fā)探測(cè)器，這是因?yàn)闄C(jī)器的輸出值是在觸針以和觸發(fā)探測(cè)器相同的方式接觸表面時(shí)的點(diǎn)確定的。這個(gè)方法的高精確性部分地來自于獲取很多數(shù)據(jù)點(diǎn)以確定接觸點(diǎn)的事實(shí)，使得誤差趨于達(dá)到平均。另外，特定優(yōu)點(diǎn)在于，確定的觸點(diǎn)對(duì)應(yīng)于觸針的零偏斜，以及觸針和物體之間的相應(yīng)零接觸力，使得不產(chǎn)生因?yàn)橛|針和/或機(jī)器結(jié)構(gòu)的彎曲引起的誤差。
如上所述，這個(gè)方法消除了由靜態(tài)測(cè)量力引起的誤差。但是，仍然產(chǎn)生動(dòng)態(tài)誤差。動(dòng)態(tài)誤差可以是，例如，由阻尼引起的或基于加速度的誤差，或例如，由振動(dòng)引起的基于加速度的誤差。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的第一方面提供了一種使用機(jī)器測(cè)量制品的方法，在該機(jī)器上安裝有用于相對(duì)于制品進(jìn)行相對(duì)移動(dòng)的測(cè)量探測(cè)器，所述機(jī)器具有至少一個(gè)測(cè)量器具，用于提供指出探測(cè)器相對(duì)位置的輸出，該探測(cè)器具有至少一個(gè)測(cè)量器具，以提供一個(gè)或多個(gè)探測(cè)器輸出，該探測(cè)器輸出和機(jī)器輸出結(jié)合指出了點(diǎn)在制品表面上的位置，該方法具有下面步驟，且這些步驟可以以任意適當(dāng)?shù)捻樞?a)確定制品表面上一個(gè)或多個(gè)點(diǎn)的近似位置；(b)使用在步驟(a)中確定的近似位置，以將探測(cè)器和制品中的至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)到探測(cè)器和表面的一個(gè)或多個(gè)所需相對(duì)位置，并且在所述位置處在制品表面上進(jìn)行所述點(diǎn)的一個(gè)或多個(gè)表面測(cè)量，其中在進(jìn)行一個(gè)或多個(gè)表面測(cè)量時(shí)，在探測(cè)器和制品之間沒有相對(duì)移動(dòng)；和(c)使用來自步驟(b)的數(shù)據(jù)，確定在表面上一個(gè)或多個(gè)點(diǎn)的位置，其中基本上減少了動(dòng)態(tài)誤差。
可通過利用測(cè)量探測(cè)器獲取一個(gè)或多個(gè)讀數(shù)，確定在表面上的點(diǎn)的近似位置。可在探測(cè)器和表面之間存在相對(duì)移動(dòng)時(shí)，獲取一個(gè)或多個(gè)讀數(shù)?？商鎿Q的，可在探測(cè)器相對(duì)于表面靜止時(shí)，獲取一個(gè)或多個(gè)讀數(shù)。
在相比步驟(a)中的測(cè)量更靠近表面的位置處，利用探測(cè)器進(jìn)行步驟(b)中的測(cè)量。探測(cè)器可具有可偏斜的觸針，且可以低觸針偏斜或低探測(cè)器力進(jìn)行步驟(b)中的表面測(cè)量。可替換的，探測(cè)器可包括非接觸探測(cè)器，且以有利的遠(yuǎn)離狀態(tài)進(jìn)行步驟(b)中的表面測(cè)量。
在探測(cè)器和制品之間不存在相對(duì)移動(dòng)時(shí)，獲取一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)讀數(shù)的步驟，可包括記錄很多數(shù)據(jù)讀數(shù)和對(duì)數(shù)據(jù)讀數(shù)進(jìn)行平均。
可通過利用測(cè)量探測(cè)器獲取兩個(gè)或更多個(gè)讀數(shù)，確定在表面上的點(diǎn)的近似位置，在不同觸針偏斜、探測(cè)器力或探測(cè)器遠(yuǎn)離狀態(tài)獲取所述讀數(shù)，且可外推關(guān)于所述兩個(gè)或更多個(gè)讀數(shù)的數(shù)據(jù)，以確定近似位置。由此減少靜態(tài)誤差。步驟(c)可包括從兩個(gè)或更多個(gè)表面測(cè)量外推數(shù)據(jù)，所述兩個(gè)或更多個(gè)表面位置具有不同的觸針偏斜、探測(cè)器力或探測(cè)器遠(yuǎn)離狀態(tài)。由此減少靜態(tài)誤差?？蓮牟襟E(a)獲得所述兩個(gè)或更多個(gè)表面測(cè)量中的至少一個(gè)。
探測(cè)器可包括線性探測(cè)器，且可從兩個(gè)或更多個(gè)位置獲得測(cè)量數(shù)據(jù)?？商鎿Q的，探測(cè)器可包括非線性探測(cè)器，且可從三個(gè)或更多個(gè)位置獲得測(cè)量數(shù)據(jù)。
可通過進(jìn)行物體表面上點(diǎn)的一個(gè)或多個(gè)表面測(cè)量，進(jìn)行步驟(a)中確定制品表面上的點(diǎn)的近似位置的步驟，其中在探測(cè)器和制品之間不存在相對(duì)移動(dòng)時(shí)，進(jìn)行一個(gè)或多個(gè)表面測(cè)量；其中以不同探測(cè)器力、觸針偏斜、或探測(cè)器遠(yuǎn)離狀態(tài)，收集步驟(a)中一個(gè)或多個(gè)表面測(cè)量中的至少一個(gè)和步驟(b)中一個(gè)或多個(gè)表面測(cè)量中的至少一個(gè)；和將該測(cè)量數(shù)據(jù)外推為對(duì)應(yīng)于制品表面上所述點(diǎn)的位置的數(shù)據(jù)。
可通過進(jìn)行物體表面上的點(diǎn)的兩個(gè)或更多個(gè)表面測(cè)量，進(jìn)行步驟(a)中確定制品表面上的點(diǎn)的近似位置的步驟，其中在探測(cè)器和制品之間不存在相對(duì)移動(dòng)時(shí)，進(jìn)行該測(cè)量，以不同探測(cè)器力、觸針偏斜、或探測(cè)器遠(yuǎn)離狀態(tài)，收集兩個(gè)或更多個(gè)表面測(cè)量；和將該測(cè)量數(shù)據(jù)外推為對(duì)應(yīng)于制品表面上所述點(diǎn)的位置的數(shù)據(jù)。
可通過進(jìn)行物體表面上的點(diǎn)的一個(gè)或多個(gè)表面測(cè)量，進(jìn)行步驟(a)中確定制品表面上點(diǎn)的近似位置的步驟，其中在探測(cè)器和制品之間存在恒定速度的相對(duì)移動(dòng)時(shí)，進(jìn)行一個(gè)或多個(gè)表面測(cè)量；且其中該步驟(a)和步驟(b)中的一個(gè)或多個(gè)測(cè)量具有相同的探測(cè)器偏斜、探測(cè)器力、或遠(yuǎn)離狀態(tài)，且其中該步驟(a)和(b)中測(cè)量的差值使得能夠確定動(dòng)態(tài)誤差。在進(jìn)行一個(gè)或多個(gè)表面測(cè)量的步驟中，在探測(cè)器和制品之間存在恒定速度的相對(duì)移動(dòng)時(shí)，進(jìn)行一個(gè)或多個(gè)表面測(cè)量，且其中探測(cè)器偏移或力小于步驟(a)和(b)中的，且其中對(duì)于動(dòng)態(tài)誤差，校正以較低探測(cè)器偏斜或力進(jìn)行的一個(gè)或多個(gè)表面測(cè)量。
本發(fā)明的第二方面提供了一種使用機(jī)器測(cè)量制品的方法，在該機(jī)器上安裝有用于相對(duì)于制品進(jìn)行相對(duì)移動(dòng)的測(cè)量探測(cè)器，所述機(jī)器具有至少一個(gè)測(cè)量器具，用于產(chǎn)生指出探測(cè)器相對(duì)位置的輸出，該探測(cè)器具有至少一個(gè)測(cè)量器具，以提供一個(gè)或多個(gè)探測(cè)器輸出，該探測(cè)器輸出和機(jī)器輸出結(jié)合指出了點(diǎn)在制品表面上的位置，該方法具有下面步驟，且這些步驟可以以任意適當(dāng)?shù)捻樞?a)在制品表面上進(jìn)行點(diǎn)的兩個(gè)或更多個(gè)表面測(cè)量，其中在探測(cè)器和制品之間不存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)進(jìn)行測(cè)量，以不同探測(cè)器力、觸針偏斜、或探測(cè)器遠(yuǎn)離狀態(tài)，收集兩個(gè)或更多個(gè)表面測(cè)量，(b)將該測(cè)量數(shù)據(jù)外推為對(duì)應(yīng)于制品表面上的所述點(diǎn)位置的數(shù)據(jù)。
探測(cè)器可具有可偏斜觸針，且該探測(cè)器可在至少兩個(gè)位置具有不同的觸針偏斜，且其中可外推該測(cè)量數(shù)據(jù)，以對(duì)應(yīng)于觸針的靜止位置。探測(cè)器可具有可偏斜觸針，且在至少兩個(gè)位置處，在觸針和制品表面之間可具有不同探測(cè)器力，且其中可外推測(cè)量數(shù)據(jù)，以對(duì)應(yīng)于零探測(cè)器力。探測(cè)器可包括非接觸探測(cè)器，且在至少兩個(gè)位置處，探測(cè)器可處于離開制品表面的不同遠(yuǎn)離狀態(tài)，且其中可外推測(cè)量數(shù)據(jù)，以確定表面位置。
探測(cè)器可包括線性探測(cè)器，且可從兩個(gè)或更多個(gè)位置獲得測(cè)量數(shù)據(jù)?？商鎿Q的，探測(cè)器可包括非線性探測(cè)器，且可從三個(gè)或更多個(gè)位置獲得測(cè)量數(shù)據(jù)。
在探測(cè)器和制品之間不存在相對(duì)移動(dòng)時(shí)獲取一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)讀數(shù)的步驟可包括記錄很多數(shù)據(jù)讀數(shù)和對(duì)該數(shù)據(jù)讀數(shù)進(jìn)行平均。
本發(fā)明的第三方面提供了一種使用機(jī)器測(cè)量制品的方法，在該機(jī)器上安裝有用于相對(duì)于制品進(jìn)行相對(duì)移動(dòng)的測(cè)量探測(cè)器，所述機(jī)器具有至少一個(gè)測(cè)量器具，用于提供指出探測(cè)器相對(duì)位置的輸出，該探測(cè)器具有至少一個(gè)測(cè)量器具，以提供一個(gè)或多個(gè)探測(cè)器輸出，該探測(cè)器輸出和機(jī)器輸出結(jié)合指出了點(diǎn)在制品表面上的位置，該方法具有下面步驟，且這些步驟可以以任意適當(dāng)?shù)捻樞?a)在制品表面上進(jìn)行點(diǎn)的兩個(gè)或更多個(gè)表面測(cè)量，其中所述兩個(gè)或更多個(gè)表面測(cè)量具有相同的探測(cè)器偏斜或探測(cè)器力，且其中在探測(cè)器和制品之間以恒定速度相對(duì)運(yùn)動(dòng)的情況下進(jìn)行一個(gè)或多個(gè)表面測(cè)量，且在探測(cè)器和制品之間沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的情況下進(jìn)行一個(gè)或多個(gè)表面測(cè)量；(b)從步驟(a)確定動(dòng)態(tài)誤差；(c)在制品表面上進(jìn)行所述點(diǎn)的一個(gè)或多個(gè)表面測(cè)量，其中相比步驟(a)中的測(cè)量，以較小的探測(cè)器偏斜或探測(cè)器力進(jìn)行測(cè)量，且其中在探測(cè)器和制品之間以恒定速度相對(duì)運(yùn)動(dòng)的情況下進(jìn)行測(cè)量；(d)對(duì)于動(dòng)態(tài)誤差，校正步驟(c)的一個(gè)或多個(gè)表面測(cè)量，由此提供具有減小的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)誤差的測(cè)量。
本發(fā)明的第四方面提供了一種使用機(jī)器測(cè)量制品的設(shè)備，在該機(jī)器上安裝有用于相對(duì)于制品進(jìn)行相對(duì)移動(dòng)的測(cè)量探測(cè)器，所述機(jī)器具有至少一個(gè)測(cè)量器具，用于提供指出探測(cè)器相對(duì)位置的輸出，該探測(cè)器具有至少一個(gè)測(cè)量器具，以提供一個(gè)或多個(gè)探測(cè)器輸出，該探測(cè)器輸出和機(jī)器輸出結(jié)合指出了點(diǎn)在制品表面上的位置，該設(shè)備包括控制器，用于以任意適當(dāng)?shù)捻樞驁?zhí)行以下步驟(a)確定制品表面上一個(gè)或多個(gè)點(diǎn)的近似位置；
(b)使用在步驟(a)中確定的近似位置，以將探測(cè)器和制品中的至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)到探測(cè)器和表面的一個(gè)或多個(gè)所需相對(duì)位置，并且在所述位置處在制品表面上進(jìn)行所述點(diǎn)的一個(gè)或多個(gè)表面測(cè)量，其中在進(jìn)行一個(gè)或多個(gè)表面測(cè)量時(shí)，在探測(cè)器和制品之間沒有相對(duì)移動(dòng)；和(c)使用來自步驟(b)的數(shù)據(jù)，確定在表面上一個(gè)或多個(gè)點(diǎn)的位置，其中基本上減少了動(dòng)態(tài)誤差。
本發(fā)明的第五方面提供了一種使用機(jī)器測(cè)量制品的設(shè)備，在該機(jī)器上安裝有用于相對(duì)于制品進(jìn)行相對(duì)移動(dòng)的測(cè)量探測(cè)器，所述機(jī)器具有至少一個(gè)測(cè)量器具，用于產(chǎn)生指出探測(cè)器相對(duì)位置的輸出，該探測(cè)器具有至少一個(gè)測(cè)量器具，以提供一個(gè)或多個(gè)探測(cè)器輸出，該探測(cè)器輸出和機(jī)器輸出結(jié)合指出了點(diǎn)在制品表面上的位置，該設(shè)備包括控制器，用于以任意適當(dāng)?shù)捻樞驁?zhí)行以下步驟(a)對(duì)制品表面上的點(diǎn)進(jìn)行兩個(gè)或更多個(gè)表面測(cè)量，其中在探測(cè)器和制品之間不存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)進(jìn)行測(cè)量，以不同探測(cè)器力、觸針偏斜、或探測(cè)器遠(yuǎn)離狀態(tài)，收集兩個(gè)或更多個(gè)表面測(cè)量，(b)將該測(cè)量數(shù)據(jù)外推為對(duì)應(yīng)于制品表面上的所述點(diǎn)位置的數(shù)據(jù)。
本發(fā)明的第六方面提供了一種使用機(jī)器測(cè)量制品的設(shè)備，在該機(jī)器上安裝有用于相對(duì)于制品進(jìn)行相對(duì)移動(dòng)的測(cè)量探測(cè)器，所述機(jī)器具有至少一個(gè)測(cè)量器具，用于提供指出探測(cè)器相對(duì)位置的輸出，該探測(cè)器具有至少一個(gè)測(cè)量器具，以提供一個(gè)或多個(gè)探測(cè)器輸出，該探測(cè)器輸出和機(jī)器輸出結(jié)合指出了點(diǎn)在制品表面上的位置，該設(shè)備包括控制器，用于以任意適當(dāng)?shù)捻樞驁?zhí)行以下步驟(a)在制品表面上進(jìn)行點(diǎn)的兩個(gè)或更多個(gè)表面測(cè)量，其中所述兩個(gè)或更多個(gè)表面測(cè)量具有相同的探測(cè)器偏斜或探測(cè)器力，且其中在探測(cè)器和制品之間以恒定速度相對(duì)運(yùn)動(dòng)的情況下進(jìn)行一個(gè)或多個(gè)表面測(cè)量，且在探測(cè)器和制品之間沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的情況下進(jìn)行一個(gè)或多個(gè)表面測(cè)量；
(b)從步驟(a)確定動(dòng)態(tài)誤差；(c)在制品表面上進(jìn)行所述點(diǎn)的一個(gè)或多個(gè)表面測(cè)量，其中相比步驟(a)中的測(cè)量，以較小的探測(cè)器偏斜或探測(cè)器力進(jìn)行測(cè)量，且其中在探測(cè)器和制品之間以恒定速度相對(duì)運(yùn)動(dòng)的情況下進(jìn)行測(cè)量；(d)對(duì)于動(dòng)態(tài)誤差，校正步驟(c)的一個(gè)或多個(gè)表面測(cè)量，由此提供具有減小的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)誤差的測(cè)量。
通過參考附圖的實(shí)例的方式描述本發(fā)明，在附圖中圖1是本發(fā)明使用的CMM的圖形表示；圖2是現(xiàn)有技術(shù)方法中探測(cè)器輸出相對(duì)于CMM位置的視圖；圖3是探測(cè)器輸出相對(duì)于CMM位置的視圖，說明了朝向和遠(yuǎn)離表面的測(cè)量之間的讀數(shù)差值；圖4是探測(cè)器輸出相對(duì)于CMM位置的視圖，示出了因?yàn)樽枘嵋鸬幕谒俣鹊恼`差；圖5是示出了使用本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)方法獲得的探測(cè)器輸出相對(duì)于CMM位置的視圖；以及圖6是示出了本發(fā)明第三實(shí)施例的探測(cè)器輸出相對(duì)于CMM位置的視圖。
現(xiàn)在參考圖1和2描述使用掃描探測(cè)器進(jìn)行表面的觸摸觸發(fā)測(cè)量的已知方法。
參考附圖，圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)中公知的坐標(biāo)測(cè)量機(jī)器(CMM)2。CMM2具有安裝有待測(cè)量物體5的機(jī)器臺(tái)3和可相對(duì)于機(jī)器臺(tái)3以x、y和z方向移動(dòng)的軸4。機(jī)器軸和/或機(jī)器臺(tái)可移動(dòng)，以產(chǎn)生機(jī)器軸和臺(tái)之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。提供變換器(沒有示出)，以測(cè)量軸在x、y和z方向相對(duì)于機(jī)器臺(tái)的相對(duì)位置。其它設(shè)置的變化方案是已知的，在該變化方案中以其它方式提供物體和探測(cè)器之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，例如，通過移動(dòng)物體同時(shí)使探測(cè)器保持靜止。
在CMM2的軸4上安裝探測(cè)器6。探測(cè)器6具有可偏斜觸針7，該觸針7具有工件接觸尖端8。在探測(cè)器中提供變換器，以測(cè)量觸針的偏斜。在美國(guó)專利No.5,390,424中描述了這種觸針的實(shí)例，其中相對(duì)于固定結(jié)構(gòu)支撐觸針，例如，該固定結(jié)構(gòu)是三個(gè)串聯(lián)連接的平行彈簧。由光學(xué)裝置感測(cè)觸針相對(duì)于固定結(jié)構(gòu)的位移，該光學(xué)裝置包括在觸針?biāo)B接的部件上提供的三個(gè)光學(xué)標(biāo)尺，且相應(yīng)的讀取頭位于和光學(xué)標(biāo)尺相鄰的固定結(jié)構(gòu)上。
通過機(jī)器控制器朝向物體驅(qū)動(dòng)探測(cè)器。在這個(gè)移動(dòng)期間，CMM變換器的讀數(shù)被連續(xù)饋入形成整個(gè)機(jī)器控制系統(tǒng)的一部分的計(jì)算機(jī)中。
在觸針處于其靜止位置(也就是，當(dāng)沒有外力作用在觸針上時(shí)其占據(jù)的位置)時(shí)，將探測(cè)器變換器的輸出設(shè)定為零。
一旦觸針尖端因?yàn)楹臀矬w接觸而偏斜，探測(cè)器變換器的輸出開始改變。這使得將信號(hào)發(fā)送到機(jī)器控制器(以已知方式)，以開始讀取機(jī)器標(biāo)尺和輸出計(jì)算機(jī)的值。計(jì)算機(jī)允許機(jī)器進(jìn)一步行進(jìn)有限量，且之后機(jī)器停止并倒轉(zhuǎn)。在倒轉(zhuǎn)移動(dòng)期間，以間隔的方式同時(shí)記錄機(jī)器變換器和探測(cè)器變換器的輸出。控制器停止該機(jī)器，且計(jì)算機(jī)通過讀數(shù)和反向外推(extrapolate)，從讀數(shù)計(jì)算概念上的曲線(例如，直線)，以找到在觸針球接觸表面的時(shí)刻存在的每個(gè)機(jī)器標(biāo)尺的讀數(shù)。這是在探測(cè)器變換器輸出最后在等于觸針靜止位置程度時(shí)的點(diǎn)處每個(gè)機(jī)器標(biāo)尺的讀數(shù)。
圖2由視圖表示示出了由機(jī)器的計(jì)算機(jī)進(jìn)行的計(jì)算。所示的垂直軸線表示探測(cè)器變換器的輸出，且水平軸線表示一個(gè)軸線的CMM變換器輸出。當(dāng)機(jī)器在探測(cè)器觸針和表面之間接觸之后繼續(xù)其有限移動(dòng)時(shí)，探測(cè)器輸出隨著觸針偏斜而增加。從探測(cè)器輸出繪制直線10，并反向外推，以找到在表示零的探測(cè)器輸出處的測(cè)量標(biāo)尺讀數(shù)。在這個(gè)點(diǎn)12，探測(cè)器觸針處于其停止位置，且因此在觸針和物體之間的力是零。
該方法消除了由靜態(tài)測(cè)量力引起的誤差。但是測(cè)量仍然包括動(dòng)態(tài)誤差。這可包括例如由阻尼引起的基于速度的誤差和例如由探測(cè)器的振動(dòng)引起的基于加速的誤差。
圖3示出了朝向或遠(yuǎn)離表面移動(dòng)探測(cè)器時(shí)獲得的不同測(cè)量數(shù)據(jù)。線14示出了朝向表面移動(dòng)探測(cè)器獲得的測(cè)量數(shù)據(jù)，且線16示出了遠(yuǎn)離表面移動(dòng)探測(cè)器獲得的測(cè)量數(shù)據(jù)。當(dāng)反向外推測(cè)量數(shù)據(jù)時(shí)，在朝向表面移動(dòng)期間獲得的測(cè)量數(shù)據(jù)在零探測(cè)器力處產(chǎn)生了第一測(cè)量值18，且在探測(cè)器向外移動(dòng)方向中使用測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行外推，產(chǎn)生測(cè)量關(guān)于零探測(cè)器力的第二測(cè)量值20。該測(cè)量值18，20之間的差值是因?yàn)閯?dòng)態(tài)誤差。例如，探測(cè)器在其以相反方向移動(dòng)期間的速度是這個(gè)誤差的原因。探測(cè)器在不同方向移動(dòng)的不同速度增加了計(jì)算這個(gè)誤差的困難。
圖4示出了因?yàn)椴涣甲枘岬奶綔y(cè)器引起的誤差。振動(dòng)引起測(cè)量數(shù)據(jù)的誤差，這在外推之前必須被平均。在阻尼的探測(cè)器中，振動(dòng)可具有低頻率，且因此必須在足夠長(zhǎng)的時(shí)間平均該測(cè)量數(shù)據(jù)。在過阻尼的探測(cè)器中，在探測(cè)器到達(dá)其穩(wěn)定狀態(tài)之前有滯后。
現(xiàn)在參考圖5描述本發(fā)明。圖5示出了探測(cè)器輸出相對(duì)于CMM位置的視圖。如上所述，將探測(cè)器安裝到諸如坐標(biāo)測(cè)量機(jī)器(CMM)的機(jī)器或向探測(cè)器提供相對(duì)于工件相對(duì)移動(dòng)的機(jī)器工具上。探測(cè)器朝向工件移動(dòng)，直到使得觸針尖端和工件的表面相接觸。探測(cè)器繼續(xù)朝向工件移動(dòng)一定距離，從而使得探測(cè)器觸針偏斜。探測(cè)器倒轉(zhuǎn)并在觸針尖端保持與表面相的第一位置14停止。在探測(cè)器在這個(gè)第一位置14靜止時(shí)，獲取測(cè)量數(shù)據(jù)。探測(cè)器繼續(xù)其倒轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，直到觸針尖端仍然和表面相接觸的第二位置16，并獲取測(cè)量數(shù)據(jù)。之后探測(cè)器繼續(xù)其倒轉(zhuǎn)移動(dòng)，直到觸針尖端脫離和表面的接觸。
在第一和第二位置，優(yōu)選地允許探測(cè)器在進(jìn)行測(cè)量之前停留(settle)。一旦探測(cè)器停留，在探測(cè)器在這些位置靜止時(shí)進(jìn)行若干測(cè)量。對(duì)多個(gè)測(cè)量獲取的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行平均。因?yàn)樵谔綔y(cè)器靜止時(shí)進(jìn)行的這些測(cè)量中，不存在動(dòng)態(tài)誤差。因此，消除了因?yàn)橹T如振動(dòng)和阻尼的效果引起的誤差。反向外推在兩個(gè)位置獲取的平均測(cè)量數(shù)據(jù)，以確定在零觸針偏斜且因此探測(cè)器力為零處的測(cè)量標(biāo)尺讀數(shù)。因?yàn)槭褂猛馔萍夹g(shù)，消除了靜態(tài)測(cè)量力誤差。
在點(diǎn)16獲取的測(cè)量數(shù)據(jù)的精確性比在點(diǎn)14獲取的測(cè)量數(shù)據(jù)的精確性更加重要，這是因?yàn)辄c(diǎn)16更接近外推的值。因此，對(duì)于較靠近表面的位置，探測(cè)器可以保持更長(zhǎng)時(shí)間靜止，以保證測(cè)量數(shù)據(jù)的精確性。獲取最少兩個(gè)位置的數(shù)據(jù)，以使在這些位置的測(cè)量數(shù)據(jù)線性配合，對(duì)于其它類型的配合，必須從至少三個(gè)位置獲得測(cè)量數(shù)據(jù)。
雖然上述說明描述了在向外探測(cè)器運(yùn)動(dòng)中在第一和第二位置停止的探測(cè)器，但是，還可以在探測(cè)器在向內(nèi)運(yùn)動(dòng)的類似位置靜止時(shí)進(jìn)行測(cè)量。還可以在探測(cè)器向內(nèi)和向外運(yùn)動(dòng)期間進(jìn)行測(cè)量。
因?yàn)楫?dāng)探測(cè)器靜止時(shí)收集數(shù)據(jù)，在測(cè)量位置之間探測(cè)器的速度不影響測(cè)量數(shù)據(jù)，因此，使用這個(gè)方法允許探測(cè)器以快速移動(dòng)。
這個(gè)方法還適于用于有源探測(cè)器。在這個(gè)情況中，以特定的觸針偏斜使探測(cè)器保持在物體的表面并改變探測(cè)器力。以兩個(gè)或更多個(gè)不同探測(cè)器力處，探測(cè)器力保持恒定，同時(shí)以這個(gè)探測(cè)器力進(jìn)行若干表面測(cè)量。反向外推在這些不同探測(cè)器力值處獲取的測(cè)量數(shù)據(jù)，以對(duì)應(yīng)于零測(cè)量力。
該方法還適于非接觸探測(cè)器，諸如電容和電感探測(cè)器。典型地在基準(zhǔn)球面上校準(zhǔn)非接觸探測(cè)器。但是，本地拓?fù)?，例如，氣割?burredges)和削邊(chamfered edges)能夠引起測(cè)量讀數(shù)的誤差。非接觸探測(cè)器朝向待測(cè)量的物體表面移動(dòng)。其在離表面不同距離的兩個(gè)或更多個(gè)位置停止，且在這些不同位置獲取測(cè)量讀數(shù)。如前所述，外推在這些位置的測(cè)量讀數(shù)，以找到對(duì)應(yīng)于和表面相接觸的探測(cè)器的測(cè)量值。
對(duì)于在特定表面上的探測(cè)器，探測(cè)器離表面的距離和測(cè)量數(shù)據(jù)之間的數(shù)學(xué)關(guān)系是已知的，例如，三次多項(xiàng)式。如果不知道數(shù)學(xué)關(guān)系，必須在進(jìn)行外推之前，作為第一步驟從數(shù)據(jù)確定該數(shù)學(xué)關(guān)系。
將參考圖6描述本發(fā)明的第二實(shí)施例，圖6示出了探測(cè)器輸出相對(duì)于CMM位置的視圖。
在該方法中，在探測(cè)器位于待測(cè)量的物體表面附近時(shí)，從探測(cè)器的僅一個(gè)靜止位置進(jìn)行表面測(cè)量。作為第一步驟，確定表面的近似位置，以使得用于靜止測(cè)量的探測(cè)器位置位于靠近表面。
通過進(jìn)行單一測(cè)量20確定表面的近似位置，而不需要探測(cè)器靜止。這個(gè)測(cè)量給出誤差帶內(nèi)的近似表面測(cè)量，該誤差帶也就是對(duì)應(yīng)于零觸針偏斜或零探測(cè)器力的可能CMM位置的帶。
之后，在位置24使探測(cè)器保持靜止，該位置24位于表面內(nèi)但是在表面附近，使用觸針的近似位置確定在何處放置探測(cè)器。如前所述，在這個(gè)位置進(jìn)行若干測(cè)量并進(jìn)行平均。在探測(cè)器靜止時(shí)確定的表面測(cè)量產(chǎn)生了精確的表面測(cè)量。
如圖6所示，在連續(xù)收集數(shù)據(jù)的同時(shí)，使探測(cè)器朝向表面移動(dòng)。當(dāng)探測(cè)器通過偏斜閾值20，例如300μm時(shí)，鎖存探測(cè)器和機(jī)器數(shù)據(jù)。這個(gè)鎖存的數(shù)據(jù)22用于確定近似表面位置24。
從探測(cè)器增益(從探測(cè)器校準(zhǔn)獲知)確定線21的斜率。
之后，探測(cè)器朝向這個(gè)近似表面位置，例如，位于表面內(nèi)20μm的位置26移動(dòng)。在這個(gè)位置26，進(jìn)行測(cè)量，同時(shí)探測(cè)器相對(duì)于表面靜止。如前所述，在這個(gè)位置進(jìn)行若干表面測(cè)量并進(jìn)行平均。在探測(cè)器靜止時(shí)產(chǎn)生的測(cè)量數(shù)據(jù)28給出精確的表面位置30。如前所述，從探測(cè)器的增益確定線29的斜率。例如，因?yàn)樵跈C(jī)器工作容積不同位置處的增益的不同值，引起了增益校準(zhǔn)中的誤差。這個(gè)是測(cè)量靠近表面的方法的優(yōu)點(diǎn)在于，如果增益中存在誤差且因此斜率29存在誤差，則可以最小化產(chǎn)生的測(cè)量誤差。
在近似表面位置24和精確表面位置30之間的差值給出系統(tǒng)32的動(dòng)態(tài)誤差。
如果確定近似表面位置的第一步驟包括在不同探測(cè)器偏斜、探測(cè)器力或探測(cè)器遠(yuǎn)離狀態(tài)時(shí)進(jìn)行兩個(gè)表面測(cè)量，且在探測(cè)器靜止時(shí)進(jìn)行每次測(cè)量，則得到更加精確的位置測(cè)量。通過經(jīng)這兩個(gè)測(cè)量點(diǎn)的外推，確定近似表面位置。這個(gè)外推還更加精確地確定線21的斜率，且因此更加精確地確定探測(cè)器的增益。這個(gè)增益用于從靠近表面的測(cè)量來確定表面位置。消除了探測(cè)器增益的誤差引起的測(cè)量誤差。
如前所述，之后，在先前步驟中確定的近似表面位置內(nèi)和附近的位置處，將探測(cè)器保持靜止。
該第二實(shí)施例的方法適于有源和無源接觸探測(cè)器。
該第二實(shí)施例的方法還適于非接觸探測(cè)器。在該情況中，在離開表面第一距離處的位置以非接觸方式進(jìn)行第一測(cè)量，以確定近似表面測(cè)量。之后，非接觸探測(cè)器從表面移動(dòng)到由近似表面位置確定的最優(yōu)遠(yuǎn)離狀態(tài)。對(duì)于一些探測(cè)器，例如，電容探測(cè)器，這可以是靠近表面的位置。在其它類型的探測(cè)器中，例如，光學(xué)探測(cè)器，這可能是更遠(yuǎn)離表面的“掃過點(diǎn)(sweet spot)”遠(yuǎn)離狀態(tài)。在第二位置中，在探測(cè)器靜止的同時(shí)進(jìn)行表面測(cè)量，且可獲取很多讀數(shù)并進(jìn)行平均，以確定精確的表面位置。
下面參考圖7和8描述本發(fā)明的第三實(shí)施例。圖7示出了探測(cè)器輸出相對(duì)于CMM位置的視圖，且圖8是示出了該方法的流程圖。
如先前的實(shí)施例中，將工件放置在CMM的臺(tái)上，且將測(cè)量探測(cè)器安裝在CMM的主軸(quill)上。探測(cè)器朝向工件的表面移動(dòng)。當(dāng)探測(cè)器觸針接觸到工件時(shí)，探測(cè)器繼續(xù)其移動(dòng)，直到達(dá)到預(yù)先定義的偏斜。在探測(cè)器的運(yùn)動(dòng)期間，在探測(cè)器觸針接觸表面的位置處鎖存探測(cè)器輸出，并進(jìn)行第一測(cè)量40，以恒定速度和已知的預(yù)先定義的偏斜(例如，0.3mm偏斜)進(jìn)行該第一測(cè)量。
在第二步驟中，探測(cè)器倒轉(zhuǎn)離開工件的表面。當(dāng)探測(cè)器處于和第一測(cè)量相同的偏斜時(shí)(例如，0.3mm)，探測(cè)器停止，且在探測(cè)器靜止時(shí)進(jìn)行第二表面測(cè)量42。
因?yàn)樘綔y(cè)器靜止，因此第二測(cè)量具有零動(dòng)態(tài)誤差。但是，存在探測(cè)器力引起的靜態(tài)誤差。
在圖7上，曲線52是從校準(zhǔn)獲得的探測(cè)器增益。這個(gè)曲線假定系統(tǒng)的無限剛性。但是，如果沿平行于曲線52的曲線54向下外推來自第二測(cè)量42的數(shù)據(jù)，則產(chǎn)生的表面數(shù)據(jù)將具有由于靜態(tài)誤差es引起的測(cè)量誤差。
當(dāng)在相同探測(cè)器偏斜進(jìn)行第一和第二測(cè)量40，42時(shí)，它們將經(jīng)歷相同探測(cè)器力，且因此經(jīng)歷相同的靜態(tài)誤差。測(cè)量之間的差值是因?yàn)檫M(jìn)行第一測(cè)量的速度引起的動(dòng)態(tài)誤差ed。因此，可以從第一和第二測(cè)量40，42之間的差值確定動(dòng)態(tài)誤差44。
來自第二測(cè)量42的測(cè)量數(shù)據(jù)(或可替換的和更加接近的第一測(cè)量40)能夠用于近似工件的表面。這使得能夠選擇將是低偏斜的第三測(cè)量的位置。
之后，使探測(cè)器移動(dòng)遠(yuǎn)離工件，且以恒定速度和以低偏斜進(jìn)行第三測(cè)量46。因?yàn)檫@個(gè)探測(cè)器以低探測(cè)器偏斜(例如，10μm)進(jìn)行，因此存在因?yàn)樘綔y(cè)器力引起的最小靜態(tài)誤差。但是，因?yàn)樘綔y(cè)器以恒定速度移動(dòng)，因此存在動(dòng)態(tài)誤差。能夠從測(cè)量數(shù)據(jù)減去先前確定的動(dòng)態(tài)誤差44。從而移除動(dòng)態(tài)誤差。
因此，對(duì)于靜態(tài)和動(dòng)態(tài)誤差，均已經(jīng)校正了該校正表面位置50。
只要?jiǎng)討B(tài)誤差和速度之間的關(guān)系已知，則不需要以相同速度進(jìn)行第一和第二測(cè)量。對(duì)于大多數(shù)系統(tǒng)，速度和動(dòng)態(tài)誤差之間的關(guān)系是線性的，且因此不需要附加步驟就可以得到。對(duì)于具有非線性關(guān)系的系統(tǒng)，可通過以和第一測(cè)量相同偏斜但不同的速度進(jìn)行若干測(cè)量來確定該關(guān)系。
因此，表示探測(cè)器實(shí)際增益的曲線56不同于從校準(zhǔn)得到的曲線52，因?yàn)樵撉€56考慮了靜態(tài)誤差。曲線57考慮靜態(tài)和動(dòng)態(tài)誤差。
如同其它實(shí)施例，其也適于用于有源探測(cè)器。在該情況中，以相同探測(cè)器力進(jìn)行第一和第二測(cè)量，并以相比第一和第二測(cè)量低的探測(cè)器力進(jìn)行第三測(cè)量。
在所有這些實(shí)施例中，可由控制器執(zhí)行計(jì)算。這包括機(jī)器控制器或單獨(dú)的控制器(例如，PC)。
上述實(shí)施例描述了安裝在三軸線機(jī)器上的探測(cè)器，其中停止機(jī)器的移動(dòng)，以使得探測(cè)器靜止。但是，可在其它類型的機(jī)器上安裝該探測(cè)器。例如，將該探測(cè)器安裝在旋轉(zhuǎn)軸線、多軸線機(jī)器、或五軸線或六軸線機(jī)器工具上。
可在具有大約兩個(gè)軸線的旋轉(zhuǎn)移動(dòng)的鉸接探測(cè)器頭上安裝探測(cè)器。在歐洲專利EP 0402440 B1中描述了這種鉸接探測(cè)器頭，該鉸接探測(cè)器頭允許探測(cè)器圍繞第一和第二優(yōu)選正交的軸線旋轉(zhuǎn)。由電機(jī)控制該移動(dòng)，并由在探測(cè)器頭中提供的變換器測(cè)量該移動(dòng)。可再將探測(cè)器頭安裝在具有，例如，線性軸線的機(jī)器上。探測(cè)器頭不需要藕接于該機(jī)器。
權(quán)利要求
1.一種使用機(jī)器測(cè)量制品的方法，在該機(jī)器上安裝有用于相對(duì)于制品進(jìn)行相對(duì)移動(dòng)的測(cè)量探測(cè)器，所述機(jī)器具有至少一個(gè)測(cè)量器具，用于提供指出探測(cè)器相對(duì)位置的輸出，該探測(cè)器具有至少一個(gè)測(cè)量器具，以提供一個(gè)或多個(gè)探測(cè)器輸出，該探測(cè)器輸出和機(jī)器輸出結(jié)合指出了點(diǎn)在制品表面上的位置，該方法具有下面步驟，且這些步驟可以以任意適當(dāng)?shù)捻樞?a)確定制品表面上一個(gè)或多個(gè)點(diǎn)的近似位置；(b)使用在步驟(a)中確定的近似位置，以將探測(cè)器和制品中的至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)到探測(cè)器和表面的一個(gè)或多個(gè)所需相對(duì)位置，并且在所述位置處在制品表面上進(jìn)行所述點(diǎn)的一個(gè)或多個(gè)表面測(cè)量，其中在進(jìn)行一個(gè)或多個(gè)表面測(cè)量時(shí)，在探測(cè)器和制品之間沒有相對(duì)移動(dòng)；和(c)使用來自步驟(b)的數(shù)據(jù)，確定在表面上一個(gè)或多個(gè)點(diǎn)的位置，其中基本上減少了動(dòng)態(tài)誤差。
2.如權(quán)利要求
1所述的方法，其中，通過利用測(cè)量探測(cè)器獲取一個(gè)或多個(gè)讀數(shù)，確定在表面上的點(diǎn)的近似位置。
3.如權(quán)利要求
2所述的方法，其中，在探測(cè)器和表面之間存在相對(duì)移動(dòng)時(shí)，獲取一個(gè)或多個(gè)讀數(shù)。
4.如權(quán)利要求
2所述的方法，其中，在探測(cè)器相對(duì)于表面靜止時(shí)，獲取一個(gè)或多個(gè)讀數(shù)。
5.如權(quán)利要求
2-4中任何一項(xiàng)所述的方法，其中，在相比步驟(a)中的測(cè)量更靠近表面的位置處，利用探測(cè)器進(jìn)行步驟(b)中的測(cè)量。
6.如任何一項(xiàng)前述權(quán)利要求
所述的方法，其中，探測(cè)器具有可偏斜的觸針，且其中，低觸針偏斜或低探測(cè)器力進(jìn)行步驟(b)中的表面測(cè)量。
7.如權(quán)利要求
1-5中任何一項(xiàng)所述的方法，其中，探測(cè)器具有可偏斜的觸針，且其中以低探測(cè)器力進(jìn)行步驟(b)中的表面測(cè)量。
8.如權(quán)利要求
1-5中任何一項(xiàng)所述的方法，其中，探測(cè)器包括非接觸探測(cè)器，且其中以有利的遠(yuǎn)離狀態(tài)進(jìn)行步驟(b)中的表面測(cè)量。
9.如權(quán)利要求
1-8中任何一項(xiàng)所述的方法，其中，在探測(cè)器和制品之間不存在相對(duì)移動(dòng)時(shí)，獲取一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)讀數(shù)的步驟，包括記錄很多數(shù)據(jù)讀數(shù)和對(duì)數(shù)據(jù)讀數(shù)進(jìn)行平均。
10.如權(quán)利要求
2-9中任何一項(xiàng)所述的方法，其中，通過利用測(cè)量探測(cè)器獲取兩個(gè)或更多個(gè)讀數(shù)，確定在表面上的點(diǎn)的近似位置，以不同觸針偏斜、探測(cè)器力、或探測(cè)器遠(yuǎn)離狀態(tài)獲取所述讀數(shù)，且外推相對(duì)于所述兩個(gè)或更多個(gè)讀數(shù)的數(shù)據(jù)，以確定近似位置。
11.如任何一項(xiàng)前述權(quán)利要求
所述的方法，其中，步驟(c)包括從兩個(gè)或更多個(gè)表面測(cè)量外推數(shù)據(jù)，所述兩個(gè)或更多個(gè)表面位置具有不同的觸針偏斜、探測(cè)器力或探測(cè)器遠(yuǎn)離狀態(tài)。
12.如權(quán)利要求
11所述的方法，其中，從步驟(a)獲得所述兩個(gè)或更多個(gè)表面測(cè)量中的至少一個(gè)。
13.如權(quán)利要求
10-12中任何一項(xiàng)所述的方法，其中，探測(cè)器是線性探測(cè)器，且從兩個(gè)或更多個(gè)位置獲得測(cè)量數(shù)據(jù)。
14.如權(quán)利要求
10-12中任何一項(xiàng)所述的方法，其中，探測(cè)器是非線性探測(cè)器，且其中從三個(gè)或更多個(gè)位置獲得測(cè)量數(shù)據(jù)。
15.如任何一項(xiàng)前述權(quán)利要求
所述的方法，其中，通過進(jìn)行物體表面上的點(diǎn)的一個(gè)或多個(gè)表面測(cè)量，進(jìn)行步驟(a)中確定制品表面上點(diǎn)的近似位置的步驟，其中在探測(cè)器和制品之間存在恒定速度的相對(duì)移動(dòng)時(shí)，進(jìn)行一個(gè)或多個(gè)表面測(cè)量；且其中該步驟(a)和步驟(b)中的一個(gè)或多個(gè)測(cè)量具有相同的探測(cè)器偏斜、探測(cè)器力、或遠(yuǎn)離狀態(tài)，且其中該步驟(a)和(b)中測(cè)量的差值使得能夠確定動(dòng)態(tài)誤差。
16.如權(quán)利要求
15所述的方法，其中，該方法包括進(jìn)行一個(gè)或多個(gè)表面測(cè)量的步驟，其中在探測(cè)器和制品之間存在恒定速度的相對(duì)移動(dòng)時(shí)，進(jìn)行一個(gè)或多個(gè)表面測(cè)量，且其中探測(cè)器偏移或力小于步驟(a)和(b)中的，且其中對(duì)于動(dòng)態(tài)誤差，校正以較低探測(cè)器偏斜或力進(jìn)行的一個(gè)或多個(gè)表面測(cè)量。
17.一種使用機(jī)器測(cè)量制品的方法，在該機(jī)器上安裝有用于相對(duì)于制品進(jìn)行相對(duì)移動(dòng)的測(cè)量探測(cè)器，所述機(jī)器具有至少一個(gè)測(cè)量器具，用于產(chǎn)生指出探測(cè)器相對(duì)位置的輸出，該探測(cè)器具有至少一個(gè)測(cè)量器具，以提供一個(gè)或多個(gè)探測(cè)器輸出，該探測(cè)器輸出和機(jī)器輸出結(jié)合指出了點(diǎn)在制品表面上的位置，該方法具有下面步驟，且這些步驟可以以任意適當(dāng)?shù)捻樞?a)在制品表面上進(jìn)行點(diǎn)的兩個(gè)或更多個(gè)表面測(cè)量，其中在探測(cè)器和制品之間不存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)進(jìn)行測(cè)量，以不同探測(cè)器力、觸針偏斜、或探測(cè)器遠(yuǎn)離狀態(tài)，收集兩個(gè)或更多個(gè)表面測(cè)量，(b)將該測(cè)量數(shù)據(jù)外推為對(duì)應(yīng)于制品表面上的所述點(diǎn)位置的數(shù)據(jù)。
18.如權(quán)利要求
17所述的方法，探測(cè)器具有可偏斜觸針，且該探測(cè)器在至少兩個(gè)位置具有不同的觸針偏斜，且其中外推該測(cè)量數(shù)據(jù)，以對(duì)應(yīng)于觸針的靜止位置。
19.根據(jù)權(quán)利要求
17-18中任何一項(xiàng)所述的方法，其中，探測(cè)器具有可偏斜觸針，且在至少兩個(gè)位置處、在觸針和制品表面之間具有不同探測(cè)器力，且其中可外推測(cè)量數(shù)據(jù)，以對(duì)應(yīng)于零探測(cè)器力。
20.根據(jù)權(quán)利要求
17-18中任何一項(xiàng)所述的方法，其中，探測(cè)器包括非接觸探測(cè)器，且在至少兩個(gè)位置處，探測(cè)器可處于離開制品表面的不同遠(yuǎn)離狀態(tài)，且其中可外推測(cè)量數(shù)據(jù)，以確定表面位置。
21.根據(jù)權(quán)利要求
17-20中任何一項(xiàng)所述的方法，其中，探測(cè)器是線性探測(cè)器，且從兩個(gè)或更多個(gè)位置獲得測(cè)量數(shù)據(jù)。
22.根據(jù)權(quán)利要求
17-20中任何一項(xiàng)所述的方法，其中，探測(cè)器是非線性探測(cè)器，且從三個(gè)或更多個(gè)位置獲得測(cè)量數(shù)據(jù)。
23.根據(jù)權(quán)利要求
17-22中任何一項(xiàng)所述的方法，其中，在探測(cè)器和制品之間不存在相對(duì)移動(dòng)時(shí)獲取一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)讀數(shù)的步驟，包括記錄很多數(shù)據(jù)讀數(shù)和對(duì)該數(shù)據(jù)讀數(shù)進(jìn)行平均。
24.一種使用機(jī)器測(cè)量制品的方法，在該機(jī)器上安裝有用于相對(duì)于制品進(jìn)行相對(duì)移動(dòng)的測(cè)量探測(cè)器，所述機(jī)器具有至少一個(gè)測(cè)量器具，用于提供指出探測(cè)器相對(duì)位置的輸出，該探測(cè)器具有至少一個(gè)測(cè)量器具，以提供一個(gè)或多個(gè)探測(cè)器輸出，該探測(cè)器輸出和機(jī)器輸出結(jié)合指出了點(diǎn)在制品表面上的位置，該方法具有下面步驟，且這些步驟可以以任意適當(dāng)?shù)捻樞?a)在制品表面上進(jìn)行點(diǎn)的兩個(gè)或更多個(gè)表面測(cè)量，其中所述兩個(gè)或更多個(gè)表面測(cè)量具有相同的探測(cè)器偏斜或探測(cè)器力，且其中在探測(cè)器和制品之間以恒定速度相對(duì)運(yùn)動(dòng)的情況下進(jìn)行一個(gè)或多個(gè)表面測(cè)量，且在探測(cè)器和制品之間沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的情況下進(jìn)行一個(gè)或多個(gè)表面測(cè)量；(b)從步驟(a)確定動(dòng)態(tài)誤差；(c)在制品表面上進(jìn)行所述點(diǎn)的一個(gè)或多個(gè)表面測(cè)量，其中相比步驟(a)中的測(cè)量，以較小的探測(cè)器偏斜或探測(cè)器力進(jìn)行測(cè)量，且其中在探測(cè)器和制品之間以恒定速度相對(duì)運(yùn)動(dòng)的情況下進(jìn)行測(cè)量；(d)對(duì)于動(dòng)態(tài)誤差，校正步驟(c)的一個(gè)或多個(gè)表面測(cè)量，由此提供具有減小的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)誤差的測(cè)量。
25.一種使用機(jī)器測(cè)量制品的設(shè)備，在該機(jī)器上安裝有用于相對(duì)于制品進(jìn)行相對(duì)移動(dòng)的測(cè)量探測(cè)器，所述機(jī)器具有至少一個(gè)測(cè)量器具，用于提供指出探測(cè)器相對(duì)位置的輸出，該探測(cè)器具有至少一個(gè)測(cè)量器具，以提供一個(gè)或多個(gè)探測(cè)器輸出，該探測(cè)器輸出和機(jī)器輸出結(jié)合指出了點(diǎn)在制品表面上的位置，該設(shè)備包括控制器，用于以任意適當(dāng)?shù)捻樞驁?zhí)行以下步驟(a)確定制品表面上一個(gè)或多個(gè)點(diǎn)的近似位置；(b)使用在步驟(a)中確定的近似位置，以將探測(cè)器和制品中的至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)到探測(cè)器和表面的一個(gè)或多個(gè)所需相對(duì)位置，并且在所述位置處在制品表面上進(jìn)行所述點(diǎn)的一個(gè)或多個(gè)表面測(cè)量，其中在進(jìn)行一個(gè)或多個(gè)表面測(cè)量時(shí)，在探測(cè)器和制品之間沒有相對(duì)移動(dòng)；和(c)使用來自步驟(b)的數(shù)據(jù)，確定在表面上一個(gè)或多個(gè)點(diǎn)的位置，其中基本上減少了動(dòng)態(tài)誤差。
26.一種使用機(jī)器測(cè)量制品的設(shè)備，在該機(jī)器上安裝有用于相對(duì)于制品進(jìn)行相對(duì)移動(dòng)的測(cè)量探測(cè)器，所述機(jī)器具有至少一個(gè)測(cè)量器具，用于產(chǎn)生指出探測(cè)器相對(duì)位置的輸出，該探測(cè)器具有至少一個(gè)測(cè)量器具，以提供一個(gè)或多個(gè)探測(cè)器輸出，該探測(cè)器輸出和機(jī)器輸出結(jié)合指出了點(diǎn)在制品表面上的位置，該設(shè)備包括控制器，用于以任意適當(dāng)?shù)捻樞驁?zhí)行以下步驟(a)對(duì)制品表面上的點(diǎn)進(jìn)行兩個(gè)或更多個(gè)表面測(cè)量，其中在探測(cè)器和制品之間不存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)進(jìn)行測(cè)量，以不同探測(cè)器力、觸針偏斜、或探測(cè)器遠(yuǎn)離狀態(tài)，收集兩個(gè)或更多個(gè)表面測(cè)量，(b)將該測(cè)量數(shù)據(jù)外推為對(duì)應(yīng)于制品表面上的所述點(diǎn)位置的數(shù)據(jù)。
27.一種使用機(jī)器測(cè)量制品的設(shè)備，在該機(jī)器上安裝有用于相對(duì)于制品進(jìn)行相對(duì)移動(dòng)的測(cè)量探測(cè)器，所述機(jī)器具有至少一個(gè)測(cè)量器具，用于提供指出探測(cè)器相對(duì)位置的輸出，該探測(cè)器具有至少一個(gè)測(cè)量器具，以提供一個(gè)或多個(gè)探測(cè)器輸出，該探測(cè)器輸出和機(jī)器輸出結(jié)合指出了點(diǎn)在制品表面上的位置，該設(shè)備包括控制器，用于以任意適當(dāng)?shù)捻樞驁?zhí)行以下步驟(a)在制品表面上進(jìn)行點(diǎn)的兩個(gè)或更多個(gè)表面測(cè)量，其中所述兩個(gè)或更多個(gè)表面測(cè)量具有相同的探測(cè)器偏斜或探測(cè)器力，且其中在探測(cè)器和制品之間以恒定速度相對(duì)運(yùn)動(dòng)的情況下進(jìn)行一個(gè)或多個(gè)表面測(cè)量，且在探測(cè)器和制品之間沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的情況下進(jìn)行一個(gè)或多個(gè)表面測(cè)量；(b)從步驟(a)確定動(dòng)態(tài)誤差；(c)在制品表面上進(jìn)行所述點(diǎn)的一個(gè)或多個(gè)表面測(cè)量，其中相比步驟(a)中的測(cè)量，以較小的探測(cè)器偏斜或探測(cè)器力進(jìn)行測(cè)量，且其中在探測(cè)器和制品之間以恒定速度相對(duì)運(yùn)動(dòng)的情況下進(jìn)行測(cè)量；(d)對(duì)于動(dòng)態(tài)誤差，校正步驟(c)的一個(gè)或多個(gè)表面測(cè)量，由此提供具有減小的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)誤差的測(cè)量。
專利摘要
一種使用安裝有測(cè)量探測(cè)器的機(jī)器測(cè)量制品的方法。該方法具有下面步驟確定制品表面上一個(gè)或多個(gè)點(diǎn)的近似位置；使用這個(gè)近似位置，以將探測(cè)器和制品中的至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)到探測(cè)器和制品的一個(gè)或多個(gè)所需相對(duì)位置，和在所述位置處，在制品表面上進(jìn)行所述點(diǎn)的一個(gè)或多個(gè)表面測(cè)量，其中在進(jìn)行一個(gè)或多個(gè)表面測(cè)量時(shí)，在探測(cè)器和制品之間不存在相對(duì)移動(dòng)；和，使用來自測(cè)量的數(shù)據(jù)，確定表面上一個(gè)或多個(gè)點(diǎn)的位置，其中顯著減少動(dòng)態(tài)誤差。
文檔編號(hào)G01B21/04GK1993600SQ20058002672
公開日2007年7月4日 申請(qǐng)日期2005年8月5日
發(fā)明者凱維恩·巴里·喬納斯, 若弗雷·麥克法蘭 申請(qǐng)人:瑞尼斯豪公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan