利用移动坐标测量机来确定空间坐标的方法和系统的制作方法_2

文档序号:8269121阅读:来源:国知局
头的几个厘米的无光束测量的坐标测量装置中的使用的预定范围,上述干涉测量方法是优选的。在这个调频干涉测量法中,使用了应该在短时间内许可宽带调谐的源。而且,具有几个厘米的相干长度的窄带特性是需要的。源的调谐经由校准干涉仪(interferometer)参照,其长度被非常精确地获知。为了消除或减少环境影响,诸如例如源自测量机的温度改变或振动,在测量干涉仪中,基准表面在光学探头内被尽可能远地放置在表面上,或这样的表面被用作基准表面使得实现了公共路径干涉仪。如果从这个表面回到单模光纤输入足够量的光,则这是有利的,然而尽可能远的其它光学转变不应该将信号反馈到这个光纤中。激光源优选地形式为具有光学半导体放大器作为放大介质和可调谐滤光器元件的光纤环激光器。可调谐元件可以形成为法布里-珀罗滤光器(Fabry-Perotfilter)或形成为声可调谐光纤布拉格光栅(Bragg grating)。另外的元件是光学親合器或绝缘体,其在这样的系统中的使用和集成为本领域技术人员所知。如果在测量中期望较高的重复率,则光纤环激光器能够延长数千米的光学长度,重复率对应于光在光纤环中的传输时间的倒数。
[0030]和从现有技术获知的坐标测量机一样,对于根据本发明的移动坐标测量机的校准,能够使用标准化的校准对象。如果本发明的CMM适于测量钻孔,则能够使用形成为中空圆柱体的校准对象。至少一个但优选地多个不同的校准对象(即不同直径的中空圆柱体)应该被用于校准。利用这个校准过程,能够补偿可复现的测量误差,诸如测量线性、光束取向或摆动的误差。
[0031]在优选实施方式中,传感器装置被设计用于同时发射超过一个的测量光束。例如,在孔内部测量的情况下,由触针在相反方向(具有180°的角度)上发射的两个测量光束能够用来解决摆动问题。利用彼此平行地发射的两个测量光束,能够检测触针的旋转轴是否与孔的中心轴平行。附加的垂直测量光束能够检测到孔的底部的距离进而检测孔的深度。利用在同一水平面在不同的方向上发射的多个测量光束,即六个或更多个测量光束,触针的完整旋转不是必需的,而是仅360°除以测量光束的数量的旋转。利用足够大数量的测量光束,触针的旋转将是完全不必要的。
[0032]在优选实施方式中,触针或整个传感器装置单元是可更换的。因此,利用相同的CMM,能够例如通过光学装置以及通过触觉装置来执行不同的测量任务。另选地,触针能够被构建为可适应的。例如,利用可适应的触针,用户能够选择第二测量光束的方向是否应该与第一测量光束平行或正交的。
[0033]优选地,基座能够包括用于扫描要测量的对象或特征的表面的扫描器装置。扫描器装置具体地包括可绕与触针相同的旋转轴旋转的线激光器。扫描器装置能够用于测量不能够由触针测量的特定表面特征。这样能够检测到表面及其特征的生产误差和损坏。例如,能够利用对角地对准的激光线光束来测量埋头螺栓的头部及其与对象的表面的对准。然后能够检测到螺栓头部与埋头螺孔的表面之间的间隙-作为不好地插入的螺栓的指示器。并且,扫描器装置能够用来测量CMM相对于表面或特征的对准。
[0034]在优选实施方式中,移动坐标测量机包括存储和计算装置,具体地用于存储所测量到的数据和/或测量程序并且用于计算针对已知可复现误差的补偿。
[0035]优选地,移动坐标测量机包括用于与外部设备交换数据的无线通信装置,所述外部设备诸如手持显示和控制设备、本地或远程计算机或外围勘测设备。无线通信装置例如能够基于蓝牙或无线局域网连接。
[0036]在优选实施方式中,移动坐标测量机包括使得能实现它相对于对象或相对于基准坐标系统的位置和取向的准确确定的主动装置和/或被动装置。
[0037]主动装置可以是内部勘测装置,允许主动地确定CMM相对于对象例如相对于要测量的局部结构或相对于对象上的可见特征的位置和取向。并且,内部勘测装置能够确定CMM相对于外部勘测装置的位置和取向,所述外部勘测装置确定对象的相对位置和取向。
[0038]另外或另选地,同样能够提供被动装置。例如,被动装置可以是可由外部勘测设备(诸如立体相机系统或激光跟踪器)检测的可见特征。可见特征的检测使得能够优选地在六个自由度(6-DoF)上检测移动坐标测量机相对于勘测设备的位置和取向。例如,这能够利用一个相机或多个相机(即立体相机系统)或具有附加相机的激光跟踪器来实现。例如在具有提交编号11192216.7的欧洲专利申请中公开了这种类型的激光跟踪器系统。外部勘测设备还能够被设计为确定对象进而局部结构的位置和取向。出于这个目的,还能够将可检测的可见特征固定地放置在对象的表面上。
[0039]在另一个优选实施方式中,移动坐标测量机能够例如借助于相机来自主地检测对象的表面上的局部结构,诸如孔。另选地或另外,能够通过预先存储的CAD数据或通过外部相机系统来提供局部结构的位置。移动坐标测量机优选地还包括自主移动单元以在表面上方自主地移动到被检测局部结构,以尤其在已相对于结构-例如在中心在孔上方-定位了它本身之后自主地测量局部结构,并且然后以自主地移动到下一个局部结构。直立装置能够包括可以可由电机装置驱动以在表面上移动移动CMM的轮和/或辊。这些轮和/或辊还可以是能缩进的,以便确保可靠且限定的直立。另选地,自主移动单元包括行走功能性,在所述行走功能性中,能够以能够通过在表面上“行走”到遥远位置(具体地,被检测局部结构)来再定位移动坐标测量机的这样一种方式来移动移动CMM的腿。并且,能够提供用于沿着轨道驱动CMM的装置,轨道暂时或永久地是对象的一部分,或暂时附接至对象并且连接要测量的局部结构的结构的一部分。
[0040]在下文中,将通过参照附图的示例性实施方式详细地描述本发明,其中:
[0041]图1a和图1b示出了放置在大对象上的根据本发明的移动CMM ;
[0042]图2a至图2c用截面图示出了根据本发明的移动CMM的示例性实施方式;
[0043]图3a至图3c示出了根据本发明的移动CMM的定位装置的两个优选实施方式;
[0044]图4a和图4b示出了具有光学传感器装置的根据本发明的移动CMM的触针的第一实施方式;
[0045]图5a至图5c示出了具有光学传感器装置的根据本发明的移动CMM的触针的另外的实施方式;
[0046]图6a和图6b示出了具有触觉传感器装置的根据本发明的移动CMM的触针的实施方式;
[0047]图7a和图7b示出了根据本发明的系统的两个优选实施方式,CMM具有用于确定它的位置和取向的视觉特征;以及
[0048]图8a和图8b示出了根据本发明的系统的两个以上的实施方式,CMM和对象具有用于确定CMM相对于表面的位置和取向的视觉特征。
[0049]在图1a中描绘了已由用户4放置在大对象3 (这里为机身的一部分)的表面30上的移动CMM 1,对象3具有多个钻孔2。移动CMM I定中心在钻孔2中的一个钻孔的上方,自主地测量钻孔2的内表面。
[0050]测量结果借助于无线连接9发送到外部显示和控制设备40并且显示给用户4。因为移动CMM I本身直立在表面30上,所以用户4在测量过程期间使他的手自由。用户4还能够借助于无线连接9利用外部显示和控制设备40来控制移动CMM I的功能。
[0051]在图1b中,另外,提供了勘测仪器以用于检测大对象3的结构、确定对象3的孔2的位置和/或确定移动CMM I相对于最近孔2或相对于基准坐标系统的实际位置和取向。在该示例中,勘测仪器和激光跟踪器设备6—样。为了评估,移动CMM I和激光跟踪器设备6的测量结果借助于无线连接9、9’发送到外部计算机45。显然,无线连接9、9’还能够用基于有线的连接代替。
[0052]在图2a至图2c中用示意截面图描绘了根据本发明的移动CMM I的第一实施方式。
[0053]图2a示出了放置在工件的表面30上并且定位在要测量的钻孔2上方的移动CMM1在孔2周围的表面30是平的并且孔2的中心轴8与表面30正交。移动CMM I包括基座10和可借助于驱动机构12沿着旋转轴7移向基座10的主要垂直构件20。触针21附接至又附接至主要垂直构件20的辅助垂直构件22-辅助垂直构件22是可选的,触针21还能够直接附接至垂直构件20。触针21和垂直
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