专利名称:表面测量探测器的使用的制作方法
本发明涉及使用表面测量探测器测量工件。具体地说，本发明涉及使用在诸如坐标测量机器(CMM)(包括诸如三角架和六脚架的类似机器)、机器工具、手动坐标测量臂、机器人(例如工作检查机器人)、和单轴线机器的坐标定位设备上安装的表面测量探测器来测量制品。
公知测量探测器具有触针，该触针在因为触针和物体表面之间的接触而受力时是可偏斜的。在探测器内的一个或多个变换器(transducer)(通常在三个正交坐标方向中)测量触针的偏斜，以获得关于表面位置的信息。在使用中，将这种探测器安装在诸如坐标测量机器(CMM)、机器工具、测量机器人的机器或其它坐标定位设备上。该机器相对于待测量的物体移动探测器。这可以包括机器的轴和/或床身相对于彼此移动。机器中的测量器具给出关于探测器的相对位置的输出，该输出在和来自探测器本身的输出结合时，能够获得关于物体的尺寸、形状、位置、表面轮廓等的信息。
这种测量探测器可被称为模拟探测器，以使其变换器的测量输出同仅在和物体接触的情况下产生触发信号的探测器相区分。因为这种探测器通常用于扫描物体的表面轮廓，因此，也可以使用术语“扫描探测器”。即使使用术语“模拟探测器”，变换器的输出事实上可以是模拟的或数字的。
这是无源探测器的实例，其中在测量期间，在悬挂的探测器机构中的弹簧产生匹配于偏斜的力。这个接触力随着偏斜改变，但是是高度可重复的。
美国专利No.3,876,799公开了一种探测器，该探测器具有由一系列弹簧平行四边形支撑的触针，且其中提供电机以在触针尖端和待测量的工件之间产生预定力。
这个探测器是有源扫描探测器的类型，其使用机动机构以控制触针偏斜和调制和待测量部件的接触力。在这种探测器中，电机产生接触力，而不是弹簧产生接触力。
还公知一种非接触测量探测器，其中探测器通过非接触方式，诸如电容、电感和光学测量从物体表面到探测器的距离。
在已知系统中，由探测器和机器结构的偏斜引起测量误差。例如，当触针偏斜时，例如，其由弹簧朝向零位置偏置，且这些力引起探测器触针和机器结构部件的弯曲。考虑现在要求的极端高精确性，这种偏斜尽管是小的，但仍然能够影响测量的精确性。
我们在先的国际专利申请WO92/20996描述了一种测量方法，其中这种探测器移动到和待测量的物体表面接触，且在进行最初的接触之后进一步继续移动有限的距离。在这个移动期间，在多个时刻同时记录机器器具和探测器变换器的输出。之后使用这些记录的输出，通过外推，计算机器测量器具的下述输出值，即，该输出值存在于探测器触针处于零偏斜且仍然和表面相接触的时刻。
这个方法允许将模拟探测器用作好像其是非常精确的触摸触发探测器，这是因为机器的输出值是在触针以和触发探测器相同的方式接触表面时的点确定的。这个方法的高精确性部分地来自于获取很多数据点以确定接触点的事实，使得误差趋于达到平均。另外，特定优点在于，确定的触点对应于触针的零偏斜，以及触针和物体之间的相应零接触力，使得不产生因为触针和/或机器结构的弯曲引起的误差。
如上所述，这个方法消除了由静态测量力引起的误差。但是，仍然产生动态误差。动态误差可以是，例如，由阻尼引起的或基于加速度的误差，或例如，由振动引起的基于加速度的误差。
发明内容本发明的第一方面提供了一种使用机器测量制品的方法，在该机器上安装有用于相对于制品进行相对移动的测量探测器，所述机器具有至少一个测量器具，用于提供指出探测器相对位置的输出，该探测器具有至少一个测量器具，以提供一个或多个探测器输出，该探测器输出和机器输出结合指出了点在制品表面上的位置，该方法具有下面步骤，且这些步骤可以以任意适当的顺序(a)确定制品表面上一个或多个点的近似位置；(b)使用在步骤(a)中确定的近似位置，以将探测器和制品中的至少一个驱动到探测器和表面的一个或多个所需相对位置，并且在所述位置处在制品表面上进行所述点的一个或多个表面测量，其中在进行一个或多个表面测量时，在探测器和制品之间没有相对移动；和(c)使用来自步骤(b)的数据，确定在表面上一个或多个点的位置，其中基本上减少了动态误差。
可通过利用测量探测器获取一个或多个读数，确定在表面上的点的近似位置。可在探测器和表面之间存在相对移动时，获取一个或多个读数。可替换的，可在探测器相对于表面静止时，获取一个或多个读数。
在相比步骤(a)中的测量更靠近表面的位置处，利用探测器进行步骤(b)中的测量。探测器可具有可偏斜的触针，且可以低触针偏斜或低探测器力进行步骤(b)中的表面测量。可替换的，探测器可包括非接触探测器，且以有利的远离状态进行步骤(b)中的表面测量。
在探测器和制品之间不存在相对移动时，获取一个或多个数据读数的步骤，可包括记录很多数据读数和对数据读数进行平均。
可通过利用测量探测器获取两个或更多个读数，确定在表面上的点的近似位置，在不同触针偏斜、探测器力或探测器远离状态获取所述读数，且可外推关于所述两个或更多个读数的数据，以确定近似位置。由此减少静态误差。步骤(c)可包括从两个或更多个表面测量外推数据，所述两个或更多个表面位置具有不同的触针偏斜、探测器力或探测器远离状态。由此减少静态误差。可从步骤(a)获得所述两个或更多个表面测量中的至少一个。
探测器可包括线性探测器，且可从两个或更多个位置获得测量数据。可替换的，探测器可包括非线性探测器，且可从三个或更多个位置获得测量数据。
可通过进行物体表面上点的一个或多个表面测量，进行步骤(a)中确定制品表面上的点的近似位置的步骤，其中在探测器和制品之间不存在相对移动时，进行一个或多个表面测量；其中以不同探测器力、触针偏斜、或探测器远离状态，收集步骤(a)中一个或多个表面测量中的至少一个和步骤(b)中一个或多个表面测量中的至少一个；和将该测量数据外推为对应于制品表面上所述点的位置的数据。
可通过进行物体表面上的点的两个或更多个表面测量，进行步骤(a)中确定制品表面上的点的近似位置的步骤，其中在探测器和制品之间不存在相对移动时，进行该测量，以不同探测器力、触针偏斜、或探测器远离状态，收集两个或更多个表面测量；和将该测量数据外推为对应于制品表面上所述点的位置的数据。
可通过进行物体表面上的点的一个或多个表面测量，进行步骤(a)中确定制品表面上点的近似位置的步骤，其中在探测器和制品之间存在恒定速度的相对移动时，进行一个或多个表面测量；且其中该步骤(a)和步骤(b)中的一个或多个测量具有相同的探测器偏斜、探测器力、或远离状态，且其中该步骤(a)和(b)中测量的差值使得能够确定动态误差。在进行一个或多个表面测量的步骤中，在探测器和制品之间存在恒定速度的相对移动时，进行一个或多个表面测量，且其中探测器偏移或力小于步骤(a)和(b)中的，且其中对于动态误差，校正以较低探测器偏斜或力进行的一个或多个表面测量。
本发明的第二方面提供了一种使用机器测量制品的方法，在该机器上安装有用于相对于制品进行相对移动的测量探测器，所述机器具有至少一个测量器具，用于产生指出探测器相对位置的输出，该探测器具有至少一个测量器具，以提供一个或多个探测器输出，该探测器输出和机器输出结合指出了点在制品表面上的位置，该方法具有下面步骤，且这些步骤可以以任意适当的顺序(a)在制品表面上进行点的两个或更多个表面测量，其中在探测器和制品之间不存在相对运动时进行测量，以不同探测器力、触针偏斜、或探测器远离状态，收集两个或更多个表面测量，(b)将该测量数据外推为对应于制品表面上的所述点位置的数据。
探测器可具有可偏斜触针，且该探测器可在至少两个位置具有不同的触针偏斜，且其中可外推该测量数据，以对应于触针的静止位置。探测器可具有可偏斜触针，且在至少两个位置处，在触针和制品表面之间可具有不同探测器力，且其中可外推测量数据，以对应于零探测器力。探测器可包括非接触探测器，且在至少两个位置处，探测器可处于离开制品表面的不同远离状态，且其中可外推测量数据，以确定表面位置。
探测器可包括线性探测器，且可从两个或更多个位置获得测量数据。可替换的，探测器可包括非线性探测器，且可从三个或更多个位置获得测量数据。
在探测器和制品之间不存在相对移动时获取一个或多个数据读数的步骤可包括记录很多数据读数和对该数据读数进行平均。
本发明的第三方面提供了一种使用机器测量制品的方法，在该机器上安装有用于相对于制品进行相对移动的测量探测器，所述机器具有至少一个测量器具，用于提供指出探测器相对位置的输出，该探测器具有至少一个测量器具，以提供一个或多个探测器输出，该探测器输出和机器输出结合指出了点在制品表面上的位置，该方法具有下面步骤，且这些步骤可以以任意适当的顺序(a)在制品表面上进行点的两个或更多个表面测量，其中所述两个或更多个表面测量具有相同的探测器偏斜或探测器力，且其中在探测器和制品之间以恒定速度相对运动的情况下进行一个或多个表面测量，且在探测器和制品之间没有相对运动的情况下进行一个或多个表面测量；(b)从步骤(a)确定动态误差；(c)在制品表面上进行所述点的一个或多个表面测量，其中相比步骤(a)中的测量，以较小的探测器偏斜或探测器力进行测量，且其中在探测器和制品之间以恒定速度相对运动的情况下进行测量；(d)对于动态误差，校正步骤(c)的一个或多个表面测量，由此提供具有减小的静态和动态误差的测量。
本发明的第四方面提供了一种使用机器测量制品的设备，在该机器上安装有用于相对于制品进行相对移动的测量探测器，所述机器具有至少一个测量器具，用于提供指出探测器相对位置的输出，该探测器具有至少一个测量器具，以提供一个或多个探测器输出，该探测器输出和机器输出结合指出了点在制品表面上的位置，该设备包括控制器，用于以任意适当的顺序执行以下步骤(a)确定制品表面上一个或多个点的近似位置；
(b)使用在步骤(a)中确定的近似位置，以将探测器和制品中的至少一个驱动到探测器和表面的一个或多个所需相对位置，并且在所述位置处在制品表面上进行所述点的一个或多个表面测量，其中在进行一个或多个表面测量时，在探测器和制品之间没有相对移动；和(c)使用来自步骤(b)的数据，确定在表面上一个或多个点的位置，其中基本上减少了动态误差。
本发明的第五方面提供了一种使用机器测量制品的设备，在该机器上安装有用于相对于制品进行相对移动的测量探测器，所述机器具有至少一个测量器具，用于产生指出探测器相对位置的输出，该探测器具有至少一个测量器具，以提供一个或多个探测器输出，该探测器输出和机器输出结合指出了点在制品表面上的位置，该设备包括控制器，用于以任意适当的顺序执行以下步骤(a)对制品表面上的点进行两个或更多个表面测量，其中在探测器和制品之间不存在相对运动时进行测量，以不同探测器力、触针偏斜、或探测器远离状态，收集两个或更多个表面测量，(b)将该测量数据外推为对应于制品表面上的所述点位置的数据。
本发明的第六方面提供了一种使用机器测量制品的设备，在该机器上安装有用于相对于制品进行相对移动的测量探测器，所述机器具有至少一个测量器具，用于提供指出探测器相对位置的输出，该探测器具有至少一个测量器具，以提供一个或多个探测器输出，该探测器输出和机器输出结合指出了点在制品表面上的位置，该设备包括控制器，用于以任意适当的顺序执行以下步骤(a)在制品表面上进行点的两个或更多个表面测量，其中所述两个或更多个表面测量具有相同的探测器偏斜或探测器力，且其中在探测器和制品之间以恒定速度相对运动的情况下进行一个或多个表面测量，且在探测器和制品之间没有相对运动的情况下进行一个或多个表面测量；
(b)从步骤(a)确定动态误差；(c)在制品表面上进行所述点的一个或多个表面测量，其中相比步骤(a)中的测量，以较小的探测器偏斜或探测器力进行测量，且其中在探测器和制品之间以恒定速度相对运动的情况下进行测量；(d)对于动态误差，校正步骤(c)的一个或多个表面测量，由此提供具有减小的静态和动态误差的测量。
通过参考附图的实例的方式描述本发明，在附图中图1是本发明使用的CMM的图形表示；图2是现有技术方法中探测器输出相对于CMM位置的视图；图3是探测器输出相对于CMM位置的视图，说明了朝向和远离表面的测量之间的读数差值；图4是探测器输出相对于CMM位置的视图，示出了因为阻尼引起的基于速度的误差；图5是示出了使用本发明的实现方法获得的探测器输出相对于CMM位置的视图；以及图6是示出了本发明第三实施例的探测器输出相对于CMM位置的视图。
现在参考图1和2描述使用扫描探测器进行表面的触摸触发测量的已知方法。
参考附图，图1示出了现有技术中公知的坐标测量机器(CMM)2。CMM2具有安装有待测量物体5的机器台3和可相对于机器台3以x、y和z方向移动的轴4。机器轴和/或机器台可移动，以产生机器轴和台之间的相对运动。提供变换器(没有示出)，以测量轴在x、y和z方向相对于机器台的相对位置。其它设置的变化方案是已知的，在该变化方案中以其它方式提供物体和探测器之间的相对运动，例如，通过移动物体同时使探测器保持静止。
在CMM2的轴4上安装探测器6。探测器6具有可偏斜触针7，该触针7具有工件接触尖端8。在探测器中提供变换器，以测量触针的偏斜。在美国专利No.5,390,424中描述了这种触针的实例，其中相对于固定结构支撑触针，例如，该固定结构是三个串联连接的平行弹簧。由光学装置感测触针相对于固定结构的位移，该光学装置包括在触针所连接的部件上提供的三个光学标尺，且相应的读取头位于和光学标尺相邻的固定结构上。
通过机器控制器朝向物体驱动探测器。在这个移动期间，CMM变换器的读数被连续馈入形成整个机器控制系统的一部分的计算机中。
在触针处于其静止位置(也就是，当没有外力作用在触针上时其占据的位置)时，将探测器变换器的输出设定为零。
一旦触针尖端因为和物体接触而偏斜，探测器变换器的输出开始改变。这使得将信号发送到机器控制器(以已知方式)，以开始读取机器标尺和输出计算机的值。计算机允许机器进一步行进有限量，且之后机器停止并倒转。在倒转移动期间，以间隔的方式同时记录机器变换器和探测器变换器的输出。控制器停止该机器，且计算机通过读数和反向外推(extrapolate)，从读数计算概念上的曲线(例如，直线)，以找到在触针球接触表面的时刻存在的每个机器标尺的读数。这是在探测器变换器输出最后在等于触针静止位置程度时的点处每个机器标尺的读数。
图2由视图表示示出了由机器的计算机进行的计算。所示的垂直轴线表示探测器变换器的输出，且水平轴线表示一个轴线的CMM变换器输出。当机器在探测器触针和表面之间接触之后继续其有限移动时，探测器输出随着触针偏斜而增加。从探测器输出绘制直线10，并反向外推，以找到在表示零的探测器输出处的测量标尺读数。在这个点12，探测器触针处于其停止位置，且因此在触针和物体之间的力是零。
该方法消除了由静态测量力引起的误差。但是测量仍然包括动态误差。这可包括例如由阻尼引起的基于速度的误差和例如由探测器的振动引起的基于加速的误差。
图3示出了朝向或远离表面移动探测器时获得的不同测量数据。线14示出了朝向表面移动探测器获得的测量数据，且线16示出了远离表面移动探测器获得的测量数据。当反向外推测量数据时，在朝向表面移动期间获得的测量数据在零探测器力处产生了第一测量值18，且在探测器向外移动方向中使用测量数据进行外推，产生测量关于零探测器力的第二测量值20。该测量值18，20之间的差值是因为动态误差。例如，探测器在其以相反方向移动期间的速度是这个误差的原因。探测器在不同方向移动的不同速度增加了计算这个误差的困难。
图4示出了因为不良阻尼的探测器引起的误差。振动引起测量数据的误差，这在外推之前必须被平均。在阻尼的探测器中，振动可具有低频率，且因此必须在足够长的时间平均该测量数据。在过阻尼的探测器中，在探测器到达其稳定状态之前有滞后。
现在参考图5描述本发明。图5示出了探测器输出相对于CMM位置的视图。如上所述，将探测器安装到诸如坐标测量机器(CMM)的机器或向探测器提供相对于工件相对移动的机器工具上。探测器朝向工件移动，直到使得触针尖端和工件的表面相接触。探测器继续朝向工件移动一定距离，从而使得探测器触针偏斜。探测器倒转并在触针尖端保持与表面相的第一位置14停止。在探测器在这个第一位置14静止时，获取测量数据。探测器继续其倒转运动，直到触针尖端仍然和表面相接触的第二位置16，并获取测量数据。之后探测器继续其倒转移动，直到触针尖端脱离和表面的接触。
在第一和第二位置，优选地允许探测器在进行测量之前停留(settle)。一旦探测器停留，在探测器在这些位置静止时进行若干测量。对多个测量获取的测量数据进行平均。因为在探测器静止时进行的这些测量中，不存在动态误差。因此，消除了因为诸如振动和阻尼的效果引起的误差。反向外推在两个位置获取的平均测量数据，以确定在零触针偏斜且因此探测器力为零处的测量标尺读数。因为使用外推技术，消除了静态测量力误差。
在点16获取的测量数据的精确性比在点14获取的测量数据的精确性更加重要，这是因为点16更接近外推的值。因此，对于较靠近表面的位置，探测器可以保持更长时间静止，以保证测量数据的精确性。获取最少两个位置的数据，以使在这些位置的测量数据线性配合，对于其它类型的配合，必须从至少三个位置获得测量数据。
虽然上述说明描述了在向外探测器运动中在第一和第二位置停止的探测器，但是，还可以在探测器在向内运动的类似位置静止时进行测量。还可以在探测器向内和向外运动期间进行测量。
因为当探测器静止时收集数据，在测量位置之间探测器的速度不影响测量数据，因此，使用这个方法允许探测器以快速移动。
这个方法还适于用于有源探测器。在这个情况中，以特定的触针偏斜使探测器保持在物体的表面并改变探测器力。以两个或更多个不同探测器力处，探测器力保持恒定，同时以这个探测器力进行若干表面测量。反向外推在这些不同探测器力值处获取的测量数据，以对应于零测量力。
该方法还适于非接触探测器，诸如电容和电感探测器。典型地在基准球面上校准非接触探测器。但是，本地拓扑，例如，气割边(burredges)和削边(chamfered edges)能够引起测量读数的误差。非接触探测器朝向待测量的物体表面移动。其在离表面不同距离的两个或更多个位置停止，且在这些不同位置获取测量读数。如前所述，外推在这些位置的测量读数，以找到对应于和表面相接触的探测器的测量值。
对于在特定表面上的探测器，探测器离表面的距离和测量数据之间的数学关系是已知的，例如，三次多项式。如果不知道数学关系，必须在进行外推之前，作为第一步骤从数据确定该数学关系。
将参考图6描述本发明的第二实施例，图6示出了探测器输出相对于CMM位置的视图。
在该方法中，在探测器位于待测量的物体表面附近时，从探测器的仅一个静止位置进行表面测量。作为第一步骤，确定表面的近似位置，以使得用于静止测量的探测器位置位于靠近表面。
通过进行单一测量20确定表面的近似位置，而不需要探测器静止。这个测量给出误差带内的近似表面测量，该误差带也就是对应于零触针偏斜或零探测器力的可能CMM位置的带。
之后，在位置24使探测器保持静止，该位置24位于表面内但是在表面附近，使用触针的近似位置确定在何处放置探测器。如前所述，在这个位置进行若干测量并进行平均。在探测器静止时确定的表面测量产生了精确的表面测量。
如图6所示，在连续收集数据的同时，使探测器朝向表面移动。当探测器通过偏斜阈值20，例如300μm时，锁存探测器和机器数据。这个锁存的数据22用于确定近似表面位置24。
从探测器增益(从探测器校准获知)确定线21的斜率。
之后，探测器朝向这个近似表面位置，例如，位于表面内20μm的位置26移动。在这个位置26，进行测量，同时探测器相对于表面静止。如前所述，在这个位置进行若干表面测量并进行平均。在探测器静止时产生的测量数据28给出精确的表面位置30。如前所述，从探测器的增益确定线29的斜率。例如，因为在机器工作容积不同位置处的增益的不同值，引起了增益校准中的误差。这个是测量靠近表面的方法的优点在于，如果增益中存在误差且因此斜率29存在误差，则可以最小化产生的测量误差。
在近似表面位置24和精确表面位置30之间的差值给出系统32的动态误差。
如果确定近似表面位置的第一步骤包括在不同探测器偏斜、探测器力或探测器远离状态时进行两个表面测量，且在探测器静止时进行每次测量，则得到更加精确的位置测量。通过经这两个测量点的外推，确定近似表面位置。这个外推还更加精确地确定线21的斜率，且因此更加精确地确定探测器的增益。这个增益用于从靠近表面的测量来确定表面位置。消除了探测器增益的误差引起的测量误差。
如前所述，之后，在先前步骤中确定的近似表面位置内和附近的位置处，将探测器保持静止。
该第二实施例的方法适于有源和无源接触探测器。
该第二实施例的方法还适于非接触探测器。在该情况中，在离开表面第一距离处的位置以非接触方式进行第一测量，以确定近似表面测量。之后，非接触探测器从表面移动到由近似表面位置确定的最优远离状态。对于一些探测器，例如，电容探测器，这可以是靠近表面的位置。在其它类型的探测器中，例如，光学探测器，这可能是更远离表面的“扫过点(sweet spot)”远离状态。在第二位置中，在探测器静止的同时进行表面测量，且可获取很多读数并进行平均，以确定精确的表面位置。
下面参考图7和8描述本发明的第三实施例。图7示出了探测器输出相对于CMM位置的视图，且图8是示出了该方法的流程图。
如先前的实施例中，将工件放置在CMM的台上，且将测量探测器安装在CMM的主轴(quill)上。探测器朝向工件的表面移动。当探测器触针接触到工件时，探测器继续其移动，直到达到预先定义的偏斜。在探测器的运动期间，在探测器触针接触表面的位置处锁存探测器输出，并进行第一测量40，以恒定速度和已知的预先定义的偏斜(例如，0.3mm偏斜)进行该第一测量。
在第二步骤中，探测器倒转离开工件的表面。当探测器处于和第一测量相同的偏斜时(例如，0.3mm)，探测器停止，且在探测器静止时进行第二表面测量42。
因为探测器静止，因此第二测量具有零动态误差。但是，存在探测器力引起的静态误差。
在图7上，曲线52是从校准获得的探测器增益。这个曲线假定系统的无限刚性。但是，如果沿平行于曲线52的曲线54向下外推来自第二测量42的数据，则产生的表面数据将具有由于静态误差es引起的测量误差。
当在相同探测器偏斜进行第一和第二测量40，42时，它们将经历相同探测器力，且因此经历相同的静态误差。测量之间的差值是因为进行第一测量的速度引起的动态误差ed。因此，可以从第一和第二测量40，42之间的差值确定动态误差44。
来自第二测量42的测量数据(或可替换的和更加接近的第一测量40)能够用于近似工件的表面。这使得能够选择将是低偏斜的第三测量的位置。
之后，使探测器移动远离工件，且以恒定速度和以低偏斜进行第三测量46。因为这个探测器以低探测器偏斜(例如，10μm)进行，因此存在因为探测器力引起的最小静态误差。但是，因为探测器以恒定速度移动，因此存在动态误差。能够从测量数据减去先前确定的动态误差44。从而移除动态误差。
因此，对于静态和动态误差，均已经校正了该校正表面位置50。
只要动态误差和速度之间的关系已知，则不需要以相同速度进行第一和第二测量。对于大多数系统，速度和动态误差之间的关系是线性的，且因此不需要附加步骤就可以得到。对于具有非线性关系的系统，可通过以和第一测量相同偏斜但不同的速度进行若干测量来确定该关系。
因此，表示探测器实际增益的曲线56不同于从校准得到的曲线52，因为该曲线56考虑了静态误差。曲线57考虑静态和动态误差。
如同其它实施例，其也适于用于有源探测器。在该情况中，以相同探测器力进行第一和第二测量，并以相比第一和第二测量低的探测器力进行第三测量。
在所有这些实施例中，可由控制器执行计算。这包括机器控制器或单独的控制器(例如，PC)。
上述实施例描述了安装在三轴线机器上的探测器，其中停止机器的移动，以使得探测器静止。但是，可在其它类型的机器上安装该探测器。例如，将该探测器安装在旋转轴线、多轴线机器、或五轴线或六轴线机器工具上。
可在具有大约两个轴线的旋转移动的铰接探测器头上安装探测器。在欧洲专利EP 0402440 B1中描述了这种铰接探测器头，该铰接探测器头允许探测器围绕第一和第二优选正交的轴线旋转。由电机控制该移动，并由在探测器头中提供的变换器测量该移动。可再将探测器头安装在具有，例如，线性轴线的机器上。探测器头不需要藕接于该机器。
权利要求
1.一种使用机器测量制品的方法，在该机器上安装有用于相对于制品进行相对移动的测量探测器，所述机器具有至少一个测量器具，用于提供指出探测器相对位置的输出，该探测器具有至少一个测量器具，以提供一个或多个探测器输出，该探测器输出和机器输出结合指出了点在制品表面上的位置，该方法具有下面步骤，且这些步骤可以以任意适当的顺序(a)确定制品表面上一个或多个点的近似位置；(b)使用在步骤(a)中确定的近似位置，以将探测器和制品中的至少一个驱动到探测器和表面的一个或多个所需相对位置，并且在所述位置处在制品表面上进行所述点的一个或多个表面测量，其中在进行一个或多个表面测量时，在探测器和制品之间没有相对移动；和(c)使用来自步骤(b)的数据，确定在表面上一个或多个点的位置，其中基本上减少了动态误差。
2.如权利要求
1所述的方法，其中，通过利用测量探测器获取一个或多个读数，确定在表面上的点的近似位置。
3.如权利要求
2所述的方法，其中，在探测器和表面之间存在相对移动时，获取一个或多个读数。
4.如权利要求
2所述的方法，其中，在探测器相对于表面静止时，获取一个或多个读数。
5.如权利要求
2-4中任何一项所述的方法，其中，在相比步骤(a)中的测量更靠近表面的位置处，利用探测器进行步骤(b)中的测量。
6.如任何一项前述权利要求
所述的方法，其中，探测器具有可偏斜的触针，且其中，低触针偏斜或低探测器力进行步骤(b)中的表面测量。
7.如权利要求
1-5中任何一项所述的方法，其中，探测器具有可偏斜的触针，且其中以低探测器力进行步骤(b)中的表面测量。
8.如权利要求
1-5中任何一项所述的方法，其中，探测器包括非接触探测器，且其中以有利的远离状态进行步骤(b)中的表面测量。
9.如权利要求
1-8中任何一项所述的方法，其中，在探测器和制品之间不存在相对移动时，获取一个或多个数据读数的步骤，包括记录很多数据读数和对数据读数进行平均。
10.如权利要求
2-9中任何一项所述的方法，其中，通过利用测量探测器获取两个或更多个读数，确定在表面上的点的近似位置，以不同触针偏斜、探测器力、或探测器远离状态获取所述读数，且外推相对于所述两个或更多个读数的数据，以确定近似位置。
11.如任何一项前述权利要求
所述的方法，其中，步骤(c)包括从两个或更多个表面测量外推数据，所述两个或更多个表面位置具有不同的触针偏斜、探测器力或探测器远离状态。
12.如权利要求
11所述的方法，其中，从步骤(a)获得所述两个或更多个表面测量中的至少一个。
13.如权利要求
10-12中任何一项所述的方法，其中，探测器是线性探测器，且从两个或更多个位置获得测量数据。
14.如权利要求
10-12中任何一项所述的方法，其中，探测器是非线性探测器，且其中从三个或更多个位置获得测量数据。
15.如任何一项前述权利要求
所述的方法，其中，通过进行物体表面上的点的一个或多个表面测量，进行步骤(a)中确定制品表面上点的近似位置的步骤，其中在探测器和制品之间存在恒定速度的相对移动时，进行一个或多个表面测量；且其中该步骤(a)和步骤(b)中的一个或多个测量具有相同的探测器偏斜、探测器力、或远离状态，且其中该步骤(a)和(b)中测量的差值使得能够确定动态误差。
16.如权利要求
15所述的方法，其中，该方法包括进行一个或多个表面测量的步骤，其中在探测器和制品之间存在恒定速度的相对移动时，进行一个或多个表面测量，且其中探测器偏移或力小于步骤(a)和(b)中的，且其中对于动态误差，校正以较低探测器偏斜或力进行的一个或多个表面测量。
17.一种使用机器测量制品的方法，在该机器上安装有用于相对于制品进行相对移动的测量探测器，所述机器具有至少一个测量器具，用于产生指出探测器相对位置的输出，该探测器具有至少一个测量器具，以提供一个或多个探测器输出，该探测器输出和机器输出结合指出了点在制品表面上的位置，该方法具有下面步骤，且这些步骤可以以任意适当的顺序(a)在制品表面上进行点的两个或更多个表面测量，其中在探测器和制品之间不存在相对运动时进行测量，以不同探测器力、触针偏斜、或探测器远离状态，收集两个或更多个表面测量，(b)将该测量数据外推为对应于制品表面上的所述点位置的数据。
18.如权利要求
17所述的方法，探测器具有可偏斜触针，且该探测器在至少两个位置具有不同的触针偏斜，且其中外推该测量数据，以对应于触针的静止位置。
19.根据权利要求
17-18中任何一项所述的方法，其中，探测器具有可偏斜触针，且在至少两个位置处、在触针和制品表面之间具有不同探测器力，且其中可外推测量数据，以对应于零探测器力。
20.根据权利要求
17-18中任何一项所述的方法，其中，探测器包括非接触探测器，且在至少两个位置处，探测器可处于离开制品表面的不同远离状态，且其中可外推测量数据，以确定表面位置。
21.根据权利要求
17-20中任何一项所述的方法，其中，探测器是线性探测器，且从两个或更多个位置获得测量数据。
22.根据权利要求
17-20中任何一项所述的方法，其中，探测器是非线性探测器，且从三个或更多个位置获得测量数据。
23.根据权利要求
17-22中任何一项所述的方法，其中，在探测器和制品之间不存在相对移动时获取一个或多个数据读数的步骤，包括记录很多数据读数和对该数据读数进行平均。
24.一种使用机器测量制品的方法，在该机器上安装有用于相对于制品进行相对移动的测量探测器，所述机器具有至少一个测量器具，用于提供指出探测器相对位置的输出，该探测器具有至少一个测量器具，以提供一个或多个探测器输出，该探测器输出和机器输出结合指出了点在制品表面上的位置，该方法具有下面步骤，且这些步骤可以以任意适当的顺序(a)在制品表面上进行点的两个或更多个表面测量，其中所述两个或更多个表面测量具有相同的探测器偏斜或探测器力，且其中在探测器和制品之间以恒定速度相对运动的情况下进行一个或多个表面测量，且在探测器和制品之间没有相对运动的情况下进行一个或多个表面测量；(b)从步骤(a)确定动态误差；(c)在制品表面上进行所述点的一个或多个表面测量，其中相比步骤(a)中的测量，以较小的探测器偏斜或探测器力进行测量，且其中在探测器和制品之间以恒定速度相对运动的情况下进行测量；(d)对于动态误差，校正步骤(c)的一个或多个表面测量，由此提供具有减小的静态和动态误差的测量。
25.一种使用机器测量制品的设备，在该机器上安装有用于相对于制品进行相对移动的测量探测器，所述机器具有至少一个测量器具，用于提供指出探测器相对位置的输出，该探测器具有至少一个测量器具，以提供一个或多个探测器输出，该探测器输出和机器输出结合指出了点在制品表面上的位置，该设备包括控制器，用于以任意适当的顺序执行以下步骤(a)确定制品表面上一个或多个点的近似位置；(b)使用在步骤(a)中确定的近似位置，以将探测器和制品中的至少一个驱动到探测器和表面的一个或多个所需相对位置，并且在所述位置处在制品表面上进行所述点的一个或多个表面测量，其中在进行一个或多个表面测量时，在探测器和制品之间没有相对移动；和(c)使用来自步骤(b)的数据，确定在表面上一个或多个点的位置，其中基本上减少了动态误差。
26.一种使用机器测量制品的设备，在该机器上安装有用于相对于制品进行相对移动的测量探测器，所述机器具有至少一个测量器具，用于产生指出探测器相对位置的输出，该探测器具有至少一个测量器具，以提供一个或多个探测器输出，该探测器输出和机器输出结合指出了点在制品表面上的位置，该设备包括控制器，用于以任意适当的顺序执行以下步骤(a)对制品表面上的点进行两个或更多个表面测量，其中在探测器和制品之间不存在相对运动时进行测量，以不同探测器力、触针偏斜、或探测器远离状态，收集两个或更多个表面测量，(b)将该测量数据外推为对应于制品表面上的所述点位置的数据。
27.一种使用机器测量制品的设备，在该机器上安装有用于相对于制品进行相对移动的测量探测器，所述机器具有至少一个测量器具，用于提供指出探测器相对位置的输出，该探测器具有至少一个测量器具，以提供一个或多个探测器输出，该探测器输出和机器输出结合指出了点在制品表面上的位置，该设备包括控制器，用于以任意适当的顺序执行以下步骤(a)在制品表面上进行点的两个或更多个表面测量，其中所述两个或更多个表面测量具有相同的探测器偏斜或探测器力，且其中在探测器和制品之间以恒定速度相对运动的情况下进行一个或多个表面测量，且在探测器和制品之间没有相对运动的情况下进行一个或多个表面测量；(b)从步骤(a)确定动态误差；(c)在制品表面上进行所述点的一个或多个表面测量，其中相比步骤(a)中的测量，以较小的探测器偏斜或探测器力进行测量，且其中在探测器和制品之间以恒定速度相对运动的情况下进行测量；(d)对于动态误差，校正步骤(c)的一个或多个表面测量，由此提供具有减小的静态和动态误差的测量。
专利摘要
一种使用安装有测量探测器的机器测量制品的方法。该方法具有下面步骤确定制品表面上一个或多个点的近似位置；使用这个近似位置，以将探测器和制品中的至少一个驱动到探测器和制品的一个或多个所需相对位置，和在所述位置处，在制品表面上进行所述点的一个或多个表面测量，其中在进行一个或多个表面测量时，在探测器和制品之间不存在相对移动；和，使用来自测量的数据，确定表面上一个或多个点的位置，其中显著减少动态误差。
文档编号G01B21/04GK1993600SQ20058002672
公开日2007年7月4日 申请日期2005年8月5日
发明者凯维恩·巴里·乔纳斯, 若弗雷·麦克法兰 申请人:瑞尼斯豪公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan