用于坐标测量装置和测量X射线CT设备的坐标对准工具的制作方法

本发明涉及一种用于测量x射线ct设备和坐标测量装置的坐标对准工具。特别地，本发明涉及一种用于测量x射线ct设备和坐标测量装置的坐标对准工具，其中所述坐标对准工具使得能够易于对准由三维坐标测量装置(在下文中称为坐标测量装置)获取的测量数据和由所述测量x射线ct设备获取的测量数据的坐标，并且其中所述坐标对准工具使得能够高精度地高效测量外部尺寸和内部尺寸。

背景技术：

医疗x射线ct设备在20世纪70年代被引入实际应用中，基于该技术，用于工业产品的x射线ct设备在20世纪80年代初期出现。自此以后，工业x射线ct设备已用于观察和检查不正确地铸造的金属部件中的孔隙、焊接部件的焊接问题、电子电路部件的电路图案缺陷等，它们难以从外部视角检查。同时，随着近期3d打印机的普及，不仅对观察和检查由3d打印机创建的工件的内部的需求在增长，而且对内部配置的3d尺寸测量及其精度的需求也在增长。

关于该技术中的上述趋势，测量x射线ct设备正在以德国为中心的地区普及(参见日本专利申请公开no.2002-71345和no.2004-12407)。在测量x射线ct设备中，将测量对象放置在旋转台的中心，并且在旋转测量对象的同时执行x射线照射。

图1示出了用于进行测量的通用x射线ct设备1的配置。x射线ct设备1配置有屏蔽x射线的外壳10、控制器20，控制pc22等。外壳10在其中包括：射出x射线13(形状为锥形束)的x射线源12；检测x射线13的x射线检测器14；旋转台16，测量对象w放置在旋转台16上，且旋转台16旋转测量对象w以进行ct成像；以及xyz位移机构18，其调整投影到x射线检测器14上的测量对象w的位置或放大率。控制器20控制上述装置，并且控制pc22向控制器20发出来自用户的指令。

除了控制每个装置之外，控制pc22包括显示投影到x射线检测器14上的测量对象w的投影图像的功能，以及重新配置来自测量对象w的多个投影图像的层析图像的功能。

如图2所示，从x射线源12射出的x射线13通过穿过旋转台16上的测量对象w到达x射线检测器14。测量对象w的层析图像由以下方式来产生：通过使用x射线检测器，在旋转测量对象w的同时获得测量对象w在各个方向上的透射图像(投影图像)，并且通过使用重新配置算法(例如，反投影法、连续近似方法等)重新配置图像。

通过控制xyz位移机构18的xyz轴和旋转台16的θ轴，可以移动测量对象w的位置，并且可以调整测量对象w的图像捕获范围(位置、放大率)或图像捕获角度。

虽然测量x射线ct设备(其获得测量对象的非破坏性层析图像)可以测量内部配置，但对测量对象的外部尺寸的测量并未达到坐标测量装置的精度。

因此，为了满足尺寸测量更精确的要求，已经提出了一种复合测量系统，其中坐标测量装置安装在x射线ct设备内(日本专利no.5408873(第【0084】段和图8))或在x射线ct设备附近(日本专利no.3427046)。在复合测量系统中，由x射线ct设备获得的3d尺寸已经基于由使用坐标测量装置的测量获得的外部尺寸进行校准，以实现高精度。

日本专利no.5408873(第【0084】段和图8)描述了将参照物50放置在旋转台60上并执行校准，而日本专利申请公开no.2002-55062(权利要求1、第【0012】段和图1)描述了具有校准夹具的样品基部10安装在旋转台3a上，并且将样品11设置在中心。

然而，如日本专利no.5408873(第【0084】段和图8)所述，当坐标测量装置安装在测量x射线ct设备内并同时仍然试图提供坐标测量装置的充分功能时，设备的总尺寸增加，并且阻挡x射线的铅外壳的质量增加。此外，存在例如需要采取措施阻挡x射线到达坐标测量装置或探头的问题。

另一方面，当坐标测量装置的功能被限制并且该装置被安装时，可以采取上述措施，然而，可以以高精度测量的测量对象的范围最终减少。

另外，必须依次使用坐标测量装置和x射线ct设备进行测量，因此在一个操作时，另一个停止。因此，两个都很昂贵的坐标测量装置和x射线ct设备不能同时使用。这影响了工作效率，特别是当必须对大量生产的工件进行连续测量时。

另一方面，当坐标测量装置和x射线ct设备分离地放置时，两个装置可以独立地有效地使用。然而，需要对准两组测量数据的坐标以便进行匹配。

日本专利no.5408873(第【0084】段和图8)和日本专利申请公开no.2002-55062(权利要求1、第【0012】段和图1)都用于校准旋转台的旋转中心位置的偏差，而不用于对准由测量x射线ct设备获取的测量数据的坐标和由坐标测量装置获取的测量数据的坐标。

为了解决上述常规问题，设想了本发明，并且本发明使得能够易于对准由测量x射线ct设备获取的测量数据的坐标和由坐标测量装置获取的测量数据的坐标，并且允许高效地执行对外部尺寸和内部尺寸的高精度测量。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明提供了基部和固定器。所述基部具有至少两个接地面，以保持适于由坐标测量装置进行测量的姿态，以及适于由测量x射线ct设备进行测量的姿态。所述固定器将测量对象固定到所述基部。

在该示例中，适于由所述坐标测量装置进行测量的所述姿态可以是匹配所述坐标测量装置的参考平面和所述测量对象的参考平面的姿态。

此外，适于由测量x射线ct设备进行测量的所述姿态可以是倾斜姿态，其有助于获得x射线透射图像。

此外，可以进一步提供布置在所述基部上的至少三个标准球(masterball)。

此外，所述固定器可以是卡盘、粘合剂或双面胶带。

由于所述测量对象的坐标由根据本发明的坐标对准工具确定，故可以以与所述测量x射线ct设备和所述坐标测量装置相同的坐标进行测量。因此，作为与所述测量x射线ct设备分离地布置的所述坐标测量装置的全部功能和性能的结果的高精度测量数据，可以在使用时与由所述测量x射线ct设备获取的测量数据对准，并且因此可以高精度地测量外部尺寸和内部尺寸。特别地，当提供标准球时，通过为所述球之间的尺寸赋值，可以同时校准测量x射线ct设备的放大率。

附图说明

参考所附的多个附图，通过本发明的示范性实施例的非限制性示例，在下面的详细描述中进一步描述本发明，其中相同的附图标记在全部附图的若干视图中表示相似的部件，其中：

图1示出了用于进行测量的通用x射线ct设备的整体配置的截面；

图2示出了用于进行测量的通用x射线ct设备的主要部分的布置的透视图；

图3示出了根据本发明的坐标对准工具的第一实施例，其中(a)图中示出了单独的工具的配置的透视图；(b)图中示出了安装了工件的状态的透视图；(c)图中示出了用于坐标测量装置的测量姿态的侧视图，以及(d)图中示出了用于测量x射线ct设备的测量姿态的侧视图；

图4示出了可用于本发明的示范性坐标测量装置的透视图；

图5示出了有助于使用测量x射线ct设备进行测量的姿态的侧视图；

图6是示出了使用第一实施例的测量的过程的流程图；

图7示出了从中心坐标获得基于标准球的坐标系的方法的透视图；以及

图8示出了根据本发明的坐标对准工具的第二实施例的侧视图。

具体实施方式

本文所示的细节仅作为示例，并且仅为了说明性地讨论本发明的实施例的目的，并且为了提供被认为是对本发明的原理和概念方面最有用和容易理解的描述而呈现。在这方面，没有试图显示比对基本理解本发明所必需的结构细节更详细的本发明的结构细节，使用附图进行的描述使得本发明的形式如何在实践中实现对于本领域技术人员来说是显而易见的。

在下文中，参照附图详细描述了本发明的实施例。此外，本发明不受以下实施例和示例中描述的内容的限制。此外，本领域技术人员容易想到的元件以及本质上等同的或以其他方式相同的元件包含在以下示例和实施例的组合要求内。此外，可以适当地组合或选择性地利用下文所述的书面实施例和示例内公开的组合要求。

如图3的(a)图至(d)图中所示，根据本发明的第一实施例中的坐标对准工具50包括基部52、卡盘54和三个标准球58a、58b和58c。基部52具有三叉的形状，并且包括四个接地面52a、52b、52c和52d，以将基部保持(即维持或设置)(c)在适于由坐标测量装置进行测量的姿态，以及(d)适于由测量x射线ct设备进行测量的姿态。卡盘54将测量对象w固定到基部52。具有相对于彼此的不同高度的三个标准球58a、58b和58c分别布置在杆56a、56b和56c上，杆56a、56b和56c在基部52的在三个方向上延伸的臂上。

在基部52的中心底部部分处，水平接地面52a(例如，平行于工件w的底面)形成为采取适于由坐标测量装置进行测量的水平姿态。

基部52还包括在三个方向上延伸的臂，并且相应的臂的底面形成了倾斜的接地面52b、52c和52d，以采取适于由测量x射线ct设备进行测量的姿态，而且杆56a、56b和56c分别植入每个臂中，并且标准球58a、58b和58c分别布置在其顶部。

可以根据测量对象w改变接地面52b、52c和52d的倾斜角，例如使得所有三个角度相同或每个臂的角度不同。替代地，可以延伸接地面52a，并且可以省略接地面52c和52d。

通过改变所有标准球58a、58b和58c所布置的高度，可以高精度地确定坐标系。此外，标准球的两个或三个高度可以是相同的。

基部52和卡盘54优选地由透射x射线的材料配置。

在坐标对准工具50上安装有工件w(测量对象)的状态中，如图3的(b)图中所示，坐标对准工具50布置为在测量x射线ct设备(在图1和图2中示出)的旋转台16上使用，或在坐标测量装置60(由图4中的示例示出)的表面板62上使用。

坐标测量装置60包括：表面板62(参考平面)；门式框架64，其具有在表面板62上在前后方向(y轴方向)上可移动的一对柱64a和64b，以及桥接在柱64a和64b之上的梁64c；可移动柱66，其在门式框架64的梁64c上在左右方向(x轴方向)上移动；可移动滑块68，其在柱66上在垂直方向(z轴方向)上移动；固定到滑块68的底端的探头70；以及固定到探头70的尖端(图中的下端)的触针72a和例如球形的测量探针72b。

在该实施例中，在工件w固定到坐标对准工具50的情况下，使用三个标准球58a、58b和58c来确定工件w相对于坐标对准工具50的坐标。以此方式，确定了工件w的坐标，并且因此可以在不同的设备上以相同的坐标进行测量。

当使用坐标测量装置进行测量时，为了进行高精度测量，可以使用水平部署(如图3的(c)图中所示)，以允许在与测量装置的坐标轴对准的姿态(例如水平姿态)中进行测量。另一方面，当使用测量x射线ct设备进行测量时，可以使用成角度的部署(如图3的(d)图中所示)，以允许在有助于获得x射线透射图像的姿态(倾斜姿态)中进行测量。在该示例中，有助于使用测量x射线ct设备进行测量的姿态，如图5所示，是没有面垂直于旋转台16的旋转轴c的状态。因此，可以在适于每个测量装置的姿态中执行测量。

下面参考图6详细描述测量过程。

首先，在步骤101中，将工件w安装在坐标对准工具50上、并且与卡盘54固定。

在步骤102中，坐标对准工具50以有助于使用坐标测量装置60进行测量的姿态(例如，图3的(c)图中所示的水平姿态)布置在坐标测量装置60的表面板62上。

然后，在步骤103中，使用坐标测量装置60测量三个标准球58a、58b和58c，并找到中心坐标。

接下来，进行到步骤104，使用中心坐标找到基于标准球的坐标系。具体地，如图7所示，(1)可以使用三点生成平面，(2)可以使用平面和单个点生成垂直于平面的线，以及(3)可以使用两点找到与平面水平的线。

然后，在步骤105中，在获得的坐标系中测量工件w。

在步骤106中，坐标对准工具50以有助于使用测量x射线ct设备进行测量的姿态(例如，图3的(d)图中所示的倾斜姿态)布置在测量x射线ct设备的旋转台16上。

然后，在步骤107中，使用测量x射线ct设备测量三个标准球58a、58b和58c，找到中心坐标。

接下来，在步骤108中，以与步骤104相同的方式，使用中心坐标找到基于标准球的坐标系。

然后，在步骤109中，在获得的坐标系中测量工件w。

接下来，进行到步骤110，通过使用在步骤105中获得的坐标测量装置的外部测量数据来校准在步骤109中获得的x射线ct设备的测量数据，来获得最终测量数据。

以此方式，通过利用使用坐标测量装置获得的外部测量数据来校准使用x射线ct设备获得的测量数据，可以执行高精度的测量。

根据本实施例，工件w可以容易地与卡盘54固定。此外，将工件w固定到坐标对准工具50上的方法不限于此。如图8中的第二实施例所示，基座55(而不是卡盘54)设置到坐标对准工具50，并且可以使用粘合剂、双面胶带等将工件w固定到基座55的工件安装面55a。

此外，基部52的形状不限于具有三个分离臂的形状。

当可以单独使用工件w对准坐标系时，只要可以将工件w布置为适于坐标测量装置和测量x射线ct设备的姿态，就可以省略标准球。

要注意的是，前述实施例仅仅是为了解释的目的而提供的，并不能解释为对本发明的限制。虽然已经参考示例性实施例描述了本发明，但是应当理解，这里使用的词是描述和说明的词语，而不是限制的词语。在所附权利要求书的权限范围内，可以进行修改，如目前所述的和修改的，而在各方面不脱离本发明的范围和精神。虽然本文已经参照特定的结构、材料和实施例对本发明进行了描述，但本发明并不限于本文公开的细节；相反，本发明延伸到所有功能等同的结构、方法和用途，例如在所附权利要求的范围内。

本发明不限于上述实施例，在不脱离本发明的范围的情况下，可以进行各种变型和修改。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2016年11月2日提交的日本申请no.2016-215672的权益，该日本申请的公开内容通过引用方式明确地并入本文。