动态人工制品比较

摘要

一种使用坐标量测仪检查一系列工件的方法，包含下面的步骤：在坐标量测仪上高速测量校准人工制品(28)；产生对应于在校准人工制品和测量人工制品之间的差值的误差映射(30)；以相同的高速测量后续工件(34)并且使用误差映射修正后续工件的测量结果(36)。该人工制品可以是多个工件中的一个。

说明书

本发明涉及用于检查工件尺寸的坐标量测仪。该坐标量测仪包括，例如，坐标测量机(CMM)、机床、手动坐标测量臂和检查机器人。

在坐标测量机(CMM)上检查工件是工件生产出来之后的一个通常步骤，该坐标测量机具有一个套筒轴，将探头安装在该套筒轴上，并且在机器工作体积内在X，Y，Z三个正交方向驱动该探头。

可以通过使探头在接触工件表面时非常缓慢地移动来减少由探头的动态偏差引起的误差。

通常，在进行任何测量之前，要包括一个校准或“校正(datuming)”周期。在该周期内探头以相同的低速触摸参考物体从而得到校准。此步骤使得可以计算一偏移量，储存该偏移量，并使用其修正后续的测量读数，比如探头触针球的直径等因素。

我们的在先美国专利No.4991304公开了使用坐标测量机(CMM)检查一系列工件的方法，在该方法中首先通过使探头低速触摸比如基准球这样的参考物体从而对于每一预期的探测运动方向校准或校正该探头，以提供一组存储在计算机上并用于后续测量的修正偏移量。

将待测的第一工件放在CMM台上并低速测量工件表面上的一组点，以允许获得精确的读数。之后高速重复测量第一工件。计算并储存在低速读数和高速读数之间的差值。

对于每一测量点，存储的误差值考虑了在较高速度下机器结构的动态偏差。

将下一个待测工件安置在CMM台上并以较高速度获得读数。在这个速度下读数是不精确的，但是是可以重复的。通过累加相应的存储的误差值来调整每一高速读数，从而补偿由高速读数引起的误差。

这个方法具有通过仅从一个工件做出动态误差映射而以高速测量一系列标称相同的工件的优点。

但是，其缺点在于CMM必须被静态误差映射，以能够以低速精确测量部件。

美国专利5895442公开了一种方法，用于提高坐标量测仪在测量形状为几何形状的圆形、圆柱形、球形的元件时的测量精度。一组具有各自的直径并定义了圆形或者圆弓形测量线的已知形状(例如环形标尺)具有对应于直径及测量线的预先确定的第一组形状偏差。这些已知的形状位于坐标量测仪的不同的位置或平面上(XY，XZ，YZ)。通过坐标量测仪以不同的速度扫描这些测量线以获得第二组形状偏差。通过比较第一和第二组形状偏差产生修正值。当在坐标量测仪中测量真正的工件时，一旦所选的测量任务显示要以落在可疑范围之内的直径和扫描速度测量圆形、圆柱形或球形几何元件，软件就会通知用户具有修正值的相应的数据集。之后，用户可以决定是否使用这种修正方法。

本发明提供了一种使用坐标量测仪检查一系列工件的方法，在该方法中，移动工件传感探头，使其与每个工件及获得的位置读数具有位置传感关系，该方法包含下面的步骤(可以以任意适当的顺序排序)：

(a)不使用所述坐标量测仪校准人工制品；

(b)用坐标量测仪以所需速度测量所述人工制品，该所需速度用来测量后续的部件；

(c)产生对应于在所述人工制品的校准值和测量值之间的差值的误差映射或误差函数；

(d)用坐标量测仪以所述所需速度测量后续工件，并且

(e)使用误差映射或误差函数修正后续工件的测量值，从而消除或减少动态误差。

该人工制品可能包含一系列工件中的一个工件。作为选择的，该人工制品可能具有多个特征，其尺寸和位置近似该工件。人工制品可以具有和工件相同的表面加工或模仿工件的表面加工。

该坐标量测仪可以对于几何误差进行修正或不进行修正。

该工件传感探头可以是接触式探头，比如模拟(扫描)探头或触摸触发式探头。作为选择的，该工件传感探头也可以是非接触式探头，比如电容，电感或者光学探头。

现在将通过参考附图以实例的方式描述本发明的优选实施例，在附图中：

图1是坐标测量机(CMM)的示意图；和

图2是本方法的流程图。

如图1所示的坐标测量机(CMM)包括工作台10，工件12可以放置在其上。优选的，本方法由自动装置(没有示出)执行，该装置将产品线中一连串基本相同的工件12中的每一个放在工作台10至少标称相同的位置和方向上。将模拟探头14安装在机器的套筒轴(没有示出)中，尽管也可以使用其他类型的探头(包括接触触发式探头)。该套筒轴和探头可以在X，Y和Z驱动器16的动作下在X，Y和Z方向上运动，并且该驱动器16由计算机18控制。X，Y和Z标尺20(包括用于输出标尺的计数器)显示其中安装了探头14的套筒轴的位置的三维瞬时坐标。来自探头14的信号22指示探测触针的偏差，并且将该信号22和来自CMM的X，Y和Z标尺20的读数结合以计算触针尖的位置，从而了解工件的表面。作为选择的，如果是接触触发式探头，指示探头接触工件12表面的信号锁定标尺20，并且计算机18得到工件表面的X，Y和Z坐标的读数。

直到现在所描述的都是现有机器。计算机18包括一程序，其使得探头14扫描工件表面，或对于接触触发式探头，其使得探头14在多个不同点接触工件12的表面，从而足以获得用于所需检查操作的所有需要的尺寸和工件形状。

参考图2，下面的过程用在本检查方法中。首先校准一系列待测工件中的一个工件24。在非常精确的仪器上通过诸如形状测量，或者在标准仪器上通过多次测量或以多方向测量，来将该工件的尺寸和形状校准到最佳可能的标准。现在这个工件就可以用作校准母件。

作为选择的，可以使用接近工件的校准人工制品，具体的说是具有与工件的特征匹配的大小和/或位置特征的人工制品。例如，可以在圆度机器上校准该人工制品。需要该人工制品具有和待测量或待扫描的一系列工件相同的表面加工，或者模仿该系列工件的表面加工。

将该校准母件或人工制品安置在坐标测量机上26，例如CMM，并以所需速度扫描或测量28。该所需速度是剩余的一系列工件也将按其进行测量的速度，并且优选的是高速度，以最大化吞吐量。该所需速度必须允许坐标测量机在所需限度内可重复地执行扫描或测量。

从以所需速度测量或扫描校准母件或人工制品的结果与校准母件或人工制品的已知尺寸和形状(得自校准)产生误差映射30。作为选择的，也可以使用误差函数，例如多项式误差函数。

将一系列工件中的后续工件安置在CMM上32并且由CMM测量或扫描34。这些后续工件的相关数据由误差映射或误差函数修正36。理想地，以和之前基本相同的速度测量或扫描后续部件。此外，因为测量系统根据它在机器工作范围内的位置而不同地动态执行，理想地，将后续工件放在与校准母件或人工制品基本相同的位置。

本方法允许坐标定位机执行高精度高速度测量。

由于本方法涉及比较校准母件或人工制品的动态误差和相同或类似于校准人工制品的工件的动态误差，所以该方法不需要修正静态误差。使用校准母件或人工制品使得CMM不需要修正几何误差。因为CMM不再需要经常性地校准，从而具有加快处理过程并减少校准成本的优点。

因此，本方法补偿了动态误差和静态误差而不需要修正CMM的几何误差。

在上述方法的优选变形中，可以例如通过使用母件或者人工制品的基准特征建立校准母件或人工制品的局部坐标系。这可以在高精确度CMM校准母件工件或人工制品之前或之后进行。之后，将在校准过程中获得的校准母件或人工制品的精确测量结果存储在这个局部坐标系中。

之后，在其上以高速测量一系列工件中的第一工件的CMM上建立同样的局部坐标系。如上所述，可以使用工件的基准特征建立该坐标系。因此，测量和误差修正在这个局部坐标系而不是在CMM坐标系中发生。这使得可以很容易地将来自母件或人工制品的校准的精确数据和从这一系列工件收集到的数据相关联。

本方法也适于用在接触式探头，比如光学、电容或电感探头。