专利名称：校正使用坐标定位设备所获得的测量的误差的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种改进的设备和方法，用来校正使用坐标定位设备所获得的测量的误差，该坐标定位设备包括测量探针。
背景技术：
坐标定位设备(诸如坐标测量机(CMM)和数控机床)是熟知的，并且广泛用在工业检查过程中。具体地说，已知使用坐标定位设备来测量零件(例如，工件)表面上的多个点的位置，以确认它已经制造得在希望公差内。用任何坐标定位设备获得的测量将始终具有特定水平的不确定性，并且在过去几年已经开发了多种不同的校准技术，以改进在零件表面上的点位置可被测量的精度。US5426861 (Shelton)描述了误差校正技术的例子，在该误差校正技术中，用实验室CMM可实现的精度用来改进车间地面(shop floor) CMM的测量精度，该实验室CMM保持在清洁、温度受控的环境中。具体地说，基准零件由基于实验室的第一 CMM测量，并且也由第二 CMM测量，该第二 CMM布置在生产环境中。第一 CMM因而可获得具有高精度的测量，而第二 CMM易受由于温度变化等而造成的测量不准确度。由第一和第二 CMM获得的表面测量的比较允许建造逐点误差图。第二 CMM然后用来测量在生产零件表面上的点，这些生产零件名义上与基准零件相同，并且使用误差图来校正测量表面点的位置。然后可以使用误差图来校正应用第二 CMM获得的生产零件的表面位置测量，这些生产零件名义上与基准零件相同。逐点校正过程(例如如在US5426861中描述的那样)要求巨大误差图的创建，该误差图包括用于每个测量点的条目。本发明人已经发现，为提供位置校正而产生这样一种误差图以及以后使用该图通常难以实施。例如，在US5426861中描述的技术要求相同的或至少非常相似的测量控制软件安装在第一和第二 CMM上，以允许比较用不同测量机获得的测量点，以建立逐点误差图。

发明内容
根据本发明的第一方面，提供了一种操作坐标定位设备的方法，该坐标定位设备具有测量探针，该方法按任何适当顺序包括如下步骤:(i)在一系列名义相同零件中取得第一零件，与第一零件的一个或多个特征相关联的至少第一基准几何特性是已知的，(ii)使用坐标定位设备来测量第一零件的一个或多个特征，并且由此确定第一测量几何特性，该第一测量几何特性与第一基准几何特性相对应，(iii)确定第一特性校正值，该第一特性校正值描述第一基准几何特性与第一测量几何特性之间的差别，(iv)使 用坐标定位设备来测量在一系列名义相同零件中的一个或多个另外零件的一个或多个特征，并且对于每个另外零件，确定另外的测量几何特性，该另外的测量几何特性与第一基准几何特性相对应，以及(V)将第一特性校正值应用于每个另外的测量几何特性。因此本发明包括一种方法，该方法用来校正当使用坐标定位设备测量一系列零件时产生的测量误差，该坐标定位设备包括测量探针。在方法的步骤(i)中，取得在一系列名义相同零件中的第一零件，该第一零件具有一个或多个特征；例如，第一零件可以是金属工件，一个或多个特征(例如，孔、凸台等等)已经加工到该金属工件中。与第一零件的一个或多个特征相关联的第一基准几何特性是已知的(例如，由设计数据，或者由使用不同测量设备获得的第一零件的测量)。第一基准几何特性可以包括例如与单个特征相关联的几何特性(例如，圆柱形孔的直径或圆度)，或描述多个特征之间的关系的几何特性(例如，两个特征(诸如表面)的倾斜度、平行度或垂直度)。第一零件仅仅是使用坐标定位设备要测量的一系列名义相同零件中的一个零件。所述系列中的第一和另外零件，尽管打算是相同的，但由于在它们的生产中涉及的各种制造公差，实际上不必实体相同。所述系列的第一和另外零件例如每个已经通过名义相同的方法(例如，通过运行相同切削程序的机床)生产。然而，应该注意，这里所使用的术语“第一零件”不是仅指在制造生产运行中首先制成的零件；术语“第一零件”仅仅指在所述系列中选中的一个零件。例如也可能的是，在零件系列中的第一零件在无关紧要方面与在系列中的以后零件稍微不同；例如，第一零件可以不包括非关键特征或标记，这些非关键特征或标记可以存在于所述系列中的其它零件上。本发明的方法也包括步骤(ii):使用坐标定位设备来测量第一零件的一个或多个特征，并且由此确定第一测量几何特性，该第一测量几何特性与第一基准几何特性相对应。这样一种测量步骤可以方便地包括:使用坐标定位设备来测量在第一零件的一个或多个特征的每一个的表面上的多个点的位置。具体地说，坐标定位设备优选布置成相对于第一零件运动测量探针，以允许测量在第一零件的表面上的多个点。如果测量探针包括模拟测量探针(该模拟测量探针具有可挠曲触针)，则步骤(ii)可以包括:坐标定位设备沿在第一零件的表面上的路径扫描测量探针的触针末端，同时收集触针挠曲数据和描述在坐标定位设备的工作包迹内的测量探针的位置的数据。在机器坐标系统中在第一零件的表面上的多个点的位置，然后可通过按已知方式 组合触针挠曲和探针位置数据而产生。同样应该注意，在步骤(ii)中导出的第一测量几何特性不仅仅是单个数据点(SP，在第一零件的表面上的单个数据点)，而且是与第一零件的一个或多个特征相关联的几何特性；这在下面更详细地描述。这样一种几何特性优选地使用在第一零件的一个或多个特征的每一个的表面上的多个点的测量位置而建立。步骤(ii)因此便利地包括:将由坐标定位设备测量的多个点拟合成一函数，以建立第一测量几何特性。换句话说，第一测量几何特性可以由多个位置数据点数学地导出，这些多个位置数据点使用坐标定位设备取得。第一零件的第一测量几何特性(它与第一基准几何特性相对应)因而优选地由在第一零件的表面上的多个点的位置确定，该位置由坐标定位设备测量。本发明的方法也涉及执行步骤(iii):确定第一特性校正值，该第一特性校正值描述第一基准几何特性与第一测量几何特性之间的差别。这可以包括例如将第一测量几何特性与对应的第一基准几何特性相比较，以得到第一特性校正值。换句话说，将使用坐标定位设备所测量的第一零件的测量几何特性，与其对应基准几何特性相比较。然后计算第一特性校正值，该第一特性校正值描述对应测量几何特性与基准几何特性之间的差别。在步骤
(iii)中确定的差别可以描述在对应测量几何特性和基准几何特性之间的整体差别的全部或仅仅部分。这个步骤可以包括例如:将由坐标定位设备所测量的孔半径与名义孔半径相比较，并且建立半径校正值。同样，应该注意，第一特性校正值描述几何特性的差别，并且不描述在第一零件的表面上的各个点的位置的偏差。本发明也包括执行步骤(iv):使用坐标定位设备来测量在一系列名义相同零件中的一个或多个另外零件的一个或多个特征。对于每个另外零件，由这样的测量确定另外的测量几何特性，每个另外的测量几何特性也与第一基准几何特性相对应。本发明的方法的步骤(V)然后包括:将第一特性校正值应用于每个另外的测量几何特性。例如，步骤(V)可以包括:使用第一特性校正值校正每个另外的测量几何特性，由此为每个另外零件提供第一误差校正测量几何特性。换句话说，对于在系列中的每个另外零件，由第一特性校正值产生校正几何特性，该第一特性校正值通过将第一测量几何特性与其对应的第一基准几何特性相比较而确定。不像现有技术方法那样实施由坐标定位设备取得的表面位置测量的逐点校正，本发明的方法对于第一零件的一个或多个特征的第一几何特性产生第一校正值。这样一种第一校正值可以用来校正名义上与第一零件相同的零件的以后测量的几何特性，这些测量几何特性在坐标定位设备上获得。因此本发明的方法避免了需要产生和存储巨大的逐点误差校正图，并且代之以创建几何校正值，以补偿零件的特征(一个或多个)的测量几何特性的任何误差。这样一种几何校正值的使用也减少了一些数据点对准困难，当使用巨大误差图进行逐点表面校正时，可产生这些数据点对准困难。本发明的方法因而允许使用坐标定位设备，按比已知逐点校正技术更简单和更方便的方式，准确地求出零件的测量几何特性。本发明特别适于供坐标定位设备使用，该坐标定位设备在生产环境中操作，并由此要求频繁的重新校准(例如，由于环境的温度变化等等)。与第一零件的一个或多个特征相关联的第一基准几何特性可以包括名义基准几何特性。这样一种名义基准几何特性可以方便地从设计数据(例如CAD模型)导出，该设计数据与第一零件相关联。例如，步骤(i)可以包括:取得或处理与第一零件相关联的设计数据，以提供第一基准几何 特性。在这样一个例子中，步骤(iii)然后可以包括:将步骤(i)的名义基准几何特性与步骤(ii)的测量几何特性相比较，以得到特性校正值。有利地，步骤(i)包括步骤:使用基准坐标定位设备来测量第一零件。第一基准几何特性然后可以包括测量基准几何特性，该测量基准几何特性从由基准坐标定位设备取得的第一零件的测量得到。换句话说，从基准坐标定位设备得到的基准测量便利地用来确定至少一个测量基准几何特性，该至少一个测量基准几何特性与第一零件的一个或多个特征相关联。有利地，基准坐标定位设备是与坐标位置设备不同的机器，该坐标位置设备实施本发明的方法。方便地，基准坐标定位设备包括预校准坐标测量机。这种CMM可以是串行机器，如常规桥型CMM，其按照适当的国家或国际标准而校准。基准坐标定位设备可以相对于坐标定位设备远程地布置，在该坐标定位设备上进行在方法的步骤(ii)中获得的测量。使用基准坐标定位设备测量第一零件的步骤、和/或确定该第一零件的第一基准几何特性的步骤，可以按要求在步骤(ii )之前或之后进行。
有利地，第一零件的一个或多个特征包括第一特征。然后可以提供至少一个基准几何特性，该至少一个基准几何特性单独地描述第一特征的几何特性。在这样一个例子中，第一基准几何特性可以方便地描述第一特征的尺寸(例如，半径)、形状、直度、平度、圆度及圆柱度的至少一个。例如，第一基准几何特性可以描述形式为孔的第一特征的半径。第一零件可以包括多个特征。方便地，第一零件的一个或多个特征可以包括至少第一特征和第二特征。在这样一个例子中，第一基准几何特性可以描述第一特征和第二特征之间的关系。有利地，第一基准几何特性可以包括第一特征相对于第二特征的平行度、垂直度、倾斜度、位置、同心度、同轴度、对称度、圆形跳动或总跳动的至少一个。应该注意，第一零件也可以包括一个或多个其它特征或几何特性，该一个或多个其它特征或几何特性可以或者可以不在所述方法期间被测量。第一零件优选地包括加工零件。第一零件可以通过金属切削、模压、铸造、锻造、蚀刻等等而形成。第一零件可以包括金属、合金、复合材料、塑料等等。作为例子，第一零件可以包括发动机气缸体。优选地是，第一零件的特征的第一基准/测量几何特性与该零件的关键制造参数相关。换句话说，本发明的方法优选地用来检查加工零件是否已经制造得在希望公差内。可用来定义公差的几何特性的例子在英国标准308 (ISBNO 580 33204 7)中概述，该英国标准308的内容通过参考的方式包括在本文。在步骤(iii)中确定的第一特性校正值可以包括在测量几何特性与关联(名义或测量)基准几何特性之间的标量差。有利地，第一特性校正值包括在测量几何特性与关联基准几何特性之间的向量差。换句话说，优选的是，第一特性校正值既包括幅度又包括方向。例如，特性校正值可以包括半径误差的幅度(例如，按SI或任意单位)加上该半径误差的方向(例如，测量半径是小于还是大于名义半径)。所述方法可以只使用第一零件的第一基准几何特性。有利地，与第一零件的一个或多个特征相关联的至少一个附加基准几何特性是已知的。每个附加基准几何特性可以涉及第一零件的相同或不同的特征。因此所述方法的步骤(ii)也可以包括确定至少一个附加测量几何特性，该至少一个附加测量几何特性与至少一个附加基准几何特性相对应。每个附加测量几何特性可以由测量点计算(该测量点也用来确定第一测量几何特性)，和/或由使用坐标定位设备取得的第一零件的附加测量计算。在这样一个实施例中，步骤(iii)可以有利地包括:确定至少一个附加特性校正值，该至少一个附加特性校正值描述在每个附加基准几何特性与关联的附加测量几何特性之间的差别。步骤(iv)然后可以包括:使用坐标定位设备也测量在名义相同零件系列中的一个或多个另外零件，并且对于每个另外零件，确定测量几何特性，该测量几何特性与每个附加基准几何特性相对应。在步骤(V)中，可以将合适的附加特性校正值应用于另外零件的每一个的每个测量几何特性。本发明的方法可以在任何类型的坐标定位设备上实施。该坐标定位设备可以包括坐标测量机或机床，该坐标测量机专用于测量，该机床既可用于测量，也可用于机加工操作。优选地，坐标定位设备包括并行运动坐标定位设备。并行坐标定位设备可以包括基础平台，该基础平台由多个可延伸支柱连接到可动平台上。处于平行的支柱的延伸产生可动平台的要求运动(例如，在x、y及z方向上)。这应该与传统串行或桥型坐标定位设备相反，在该传统串行或 桥型坐标定位设备中，沿多个(例如，三个)相互正交直线轴的直线运动通过串行安装直线滑块而实现。该方法当应用于并行运动坐标定位设备时，特别有利，因为用这样的设备取得的测量是可重复的，但设备难以准确地误差映像。本发明因而也克服了对于设备的测量体积的准确初始误差映像的需要，并且代之以使用至少一个特性校正值，以校正一系列零件的测量几何特性。坐标定位设备可以包括任何已知类型的测量探针。测量探针可以是非接触(例如，光学、电感、电容等等)式探针。有利地，坐标定位设备的测量探针包括接触式测量探针，该接触式测量探针具有可挠曲触针。所述方法的步骤(ii)然后可以便利地包括:移动测量探针，从而可挠曲触针的末端接触零件表面上的多个点。接触式测量探针可以是触及触发探针，该触及触发探针在触针挠曲时发出触发信号。有利地，接触式测量探针是扫描或模拟测量探针，该扫描或模拟测量探针在其局部坐标系中提供触针挠曲的测量。优选地，测量探针是SP25探针，该SP25探针由位于英国格洛斯特郡Wotton-unde r-edge的瑞尼斯豪公司所制造。根据本发明的第二方面，坐标定位设备包括测量探针和控制器，其中，控制器编程为对于在一系列名义相同零件中的第一零件实施误差校正技术，该第一零件具有一个或多个特征，其中，控制器存储至少第一基准几何特性，该至少第一基准几何特性与第一零件的一个或多个特征相关联，由控制器实施的误差校正技术包括以下步骤:使用测量探针测量第一零件的一个或多个特征，并且由此计算第一零件的第一测量几何特性，第一测量几何特性与第一基准几何特性相对应，和将第一基准几何特性与第一测量几何特性相比较，并且计算第一特性校正值，其中，控制器存储第一特性校正值，该第一特性校正值用来校正一个或多个另外零件的测量几何特性，该一个或多个另外零件在名义上与第一零件相同。这里也描述的是一种用来确定坐标定位设备的测量误差的方法，该坐标定位设备包括测量探针，该方法包括以下步骤:(i)在一系列零件中取得第一零件，该第一零件具有一个或多个特征，其中，与一个或多个特征相关联的至少一个基准几何特性是已知的；(ii)使用坐标定位设备来测量在第一零件的一个或多个特征的每一个的表面上的多个点的位置，并且由此确定第一零件的至少一个测量几何特性，其中，至少一个测量几何特性与至少一个基准几何特性相对应；以及(iii)将步骤(i )的至少一个基准几何特性与步骤(ii )的至少一个测量几何特性相比较，并由此得到至少一个特性校正值。这里也呈现一种用于坐标定位设备的误差校正的方法，该方法包括以下步骤:(a)取得至少一个特性校正值，对于第一零件按上述方式已经计算该至少一个特性校正值，其中，第一零件包括一个或多个特征，并且一个或多个特征的至少一个基准几何特性是已知的，(b)使用坐标定位设备来测量在第二零件的一个或多个特征的每一个的表面上的多个点的位置，该第二零件在名义上与第一零件相同，并且由此确定第二零件的至少一个测量几何特性，该至少一个测量几何特性与至少一个基准几何特性相对应，以及(C)使用步骤(a)的至少一个 特性校正值,校正在步骤(b)中测量的至少一个测量几何特性，由此为第二零件提供至少一个误差校正测量几何特性。
也描述坐标定位设备，该坐标定位设备包括测量探针，并且提供控制器，其中，控制器编程为对于在一系列名义相同零件中的零件实施误差校正技术，该零件具有一个或多个特征，其中，控制器存储至少一个基准几何特性，该至少一个基准几何特性与零件的一个或多个特征相关联，由控制器实施的误差校正技术包括步骤:使用测量探针来测量在零件的一个或多个特征的每一个的表面上的多个点的位置，并且由此计算零件的至少一个测量几何特性，所述至少一个测量几何特性与至少一个基准几何特性相对应，以及将至少一个基准几何特性与至少一个测量几何特性相比较，并且计算至少一个特性校正值。有利地，控制器存储至少一个特性校正值，用来校正一个或多个另外零件的测量几何特性，该一个或多个另外零件在名义上与第一零件相同。


现在参照附图，仅作为例子将描述本发明，在附图中:图1表明本发明的坐标定位设备的实施例，图2更详细地显示图1的设备的并行定位机构，

图3a和3b显示待测量零件的例子，该零件包括多个特征，并且表明这些特征的几何特性，图4表明串行(基准)坐标测量机，以及图5a_5c表明在图中如何代表各种几何特性，这些几何特性符合BS308。
具体实施例方式参照图1，表示一种并行坐标定位设备，该并行坐标定位设备按照本发明是可操作的。该设备包括底座2，该底座2由多根支撑支柱6固定到上部或基础平台4上。支撑支柱6是足够刚性的，以保证将基础平台4相对于底座2保持在固定位置中。基础平台4也由约束并行定位机构10附接到可动平台8上。为了清楚，从图1中省略涉及并行定位机构10的细节，并且机构详细地表示在图2中。基础平台4、可动平台8及并行定位机构10因而形成约束并行定位机，该约束并行定位机控制可动平台8沿三根轴线(X、Y、Z)的平移运动。可动平台8携带测量探针18，该测量探针18具有可挠曲触针20。待由测量探针18测量的零件24也表示成放置在设备的底座2上。提供计算机控制器22，该计算机控制器22用来控制设备的操作，特别是用来控制可动平台8的运动，并且用来从测量探针18接收测量数据。测量探针18可以是SP25探针，该SP25探针由位于英国格洛斯特郡ffotton-under-edge的瑞尼斯豪公司所销售。SP25测量探针是所谓的扫描探针或模拟探针，该扫描探针或模拟探针在其局部坐标系中输出触针末端挠曲的测量。探针18被移动(即，通过可动平台8的运动)，从而触针末端跟踪在零件24的表面上的路径。控制器22接收来自测量探针18的触针末端挠曲数据以及与测量探针的位置相关的来自并行坐标定位设备的数据。这些被组合以便能够在机器坐标系统中发现在零件的表面上的多个点的位置(即，相对于机器的固定点或原点)。尽管本例子表示模拟测量探针，但也可能的是，使用所谓的触及触发探针取得测量，该触及触发探针每当触针挠曲时输出触发信号。如果使用这样一种触及触发探针，则将触针驱动成与零件表面上的多个点相接触。当发出触发信号时与测量探针的位置相关的数据可用来建立表面接触点的位置。也应该注意，尽管测量探针18是接触式探针，但也可能的是，代之以使用非接触(例如，光学、电感、电容等等)式测量探针。参照图2，现在将更详细地描述在图1的设备中使用的约束并行定位机构，注意到与图1的视图相比，在图2中给出的约束并行定位机构的图示是颠倒的(即，上下颠倒)。约束并行定位机构包括基础平台4，该基础平台4由多根支柱安装到可动平台或工作台8上。具体地说，基础平台4和可动平台8由三根动力伸缩支柱40连接，这三根动力伸缩支柱40的端部由枢轴接头连接到相应平台上。每根动力伸缩支柱40具有:马达42，以增大或减小其长度；和位置编码器(包含在马达壳体内，并因此在图2中不可见)，以测量其长度。也提供三个抗转动装置44，以约束在基础平台4与可动平台8之间的三个转动自由度；应该注意，抗转动装置是无源的，并且不包括马达或其它类型的执行器。机器的动力伸缩支柱40的延伸因而仅提供在基础平台4与可动平台8之间的平移(非转动)运动。换句话说，可动平台8在空间中可相对于固定基础平台4平移，并且这样的平移可以用沿X、Y及Z轴的运动来描述。因此图1所示的控制器22致动各个马达，这些马达使动力伸缩支柱40延伸和收缩，以使测量探针18运动，并且控制器22也从位置编码器接收与支柱延伸相关的反馈，由该反馈可确定可动平台的以及因此测量探针的位置。现在也参照图3a和3b，更详细地表示在上述并行坐标定位设备的底座2上放置的零件24。具体地说，图3a表示零件24的剖开侧视图，图3b表示零件24的顶部的视图。可看到零件24包括大体圆柱形孔50，该大体圆柱形孔50具有中心轴线52，该中心轴线52在x-z平面中相对于基准面54倾斜角度0。因而可认为零件24包括第一特征(孔50)和第二特征(基准 面54)。零件24也具有与第一和第二特征相关联的特定的几何特性。例如，零件24的一个或多个几何特性可以包括孔的半径r、孔的中心轴线相对于基准面倾斜的角度0、或在孔中心与基准面之间的间隔“a”。因而可看到，与第一和第二特征相关联的几何特性可以包括单个特征或多个特征的几何特性；应该注意，在机器坐标系统中测量的在零件表面上的单个点的位置，不是该零件的几何特性。在本发明的方法的第一步骤中，将零件24放置在并行坐标定位设备的底座2上，该并行坐标定位设备以上参照图1和2描述。在这个例子中，所述一个或多个基准几何特性包括圆柱孔的名义半径r、和孔的中心线轴线相对于基准面的名义倾斜角0。这些基准几何特性可以在以前已经测量(例如，使用下面更详细描述的校准CMM)，或者可以从用于零件24的设计数据(例如，CAD/CAM数据)导出。—旦将零件24放置在并行坐标定位设备上，就使测量探针18沿路径运动，该路径允许扫描零件24的表面。扫描路径允许收集在零件24的表面上(特别是在第一和第二特征50和54的区域中)的多个点的位置，由该位置可求出零件24的一个或多个测量几何特性。例如，可以收集在孔的内表面上的多个测量点，由此允许使用数值(例如，最小平方和)拟合过程确定孔的半径r。在机器坐标系中使用这样的拟合过程也可以确定孔的中心轴线。在基准面上获得的多重测量然后也可以用来求出在机器坐标中基准面的位置。然后可以确定中心孔轴线相对于基准面的倾斜角0。一旦已经求出测量几何特性，就将它们与关联基准几何特性相比较，并且确定特性校正值。例如，可以将基准孔半径与测量孔半径相比较，并且确定孔半径校正值。类似地，可以比较倾斜角e的基准和测量值(即，在孔轴线与基准面之间的倾斜度)，以建立倾斜角校正值。因而可看到使用这种方法确定的特性校正值，以允许使用并行坐标定位设备测量的几何特性被映像或校正，以与关联基准几何特性相符。这避免了误差映像并行坐标定位设备的需要-这种需要实际上难以实现，但仍然允许使用设备来确定精确的几何特性。确定特性校正值的上述方法优选地在一系列名义相同零件的第一零件上进行。特性校正值然后可用来校正测量的几何特性，所述测量的几何特性由使用坐标定位设备对于另外零件取得的测量而确定，这些另外零件名义上与第一零件相同。换句话说，对于在待被测量的一系列相同零件中的第一零件，使用坐标定位设备可以确定特性校正值，并且这样的特性校正值用来校正在所述系列中的其它零件的以后测量几何特性。在所述系列中的另外零件的测量优选地发生在并行坐标定位机器的类似区域中，但本发明消除了进行测量的逐点校正的需要，这些测量由并行坐标定位设备获得。代之以，由在零件的表面上测量的多个点求出测量几何特性，校正所述测量几何特性(例如，在本例中的半径r和倾斜角0 )。已经发现该过程比逐点校正实施简单，同时也提供了校正到必要精度的测量。参照图4,表示串行坐标测量机102,该串行坐标测量机102用来测量零件的基准几何特性。CMM 102包括基座或台架104和门架106，在该基座或台架104上可放置物体(例如，诸如上述零件24之类的零件)，该门架106相对于基座104沿X和y方向是可运动的。门架106包括主轴108，该主轴108相对于门架106沿z方向是可运动的。位置编码器提供在CMM 102的每个轴线上，以测量主轴在x、y及z方向上的位置。可看到，CMM运动的三个(x、y、z)轴线按串行方式建立。主轴108携带分度探头110，如瑞尼斯豪的PH 10机动探头。CMM 102可以当作基准测量机。分度探头110包 括基座附接部分和探针附接部分，该基座附接部分附接到主轴108上，该探针附接部分携带扫描探针112，该扫描探针112具有可挠曲触针114。扫描探针112 (它可以包括瑞尼斯豪SP25探针)包括内部传感器，所述内部传感器测量触针114远离所谓中性或静止位置的任何挠曲。触针114的任何挠曲因而由扫描探针112在其局部(探针)坐标(a，b，c)系中测量。为了改进扫描复杂物体的能力，分度探头110允许扫描探针112相对于主轴围绕正交轴线Al和A2转动并且锁定在多个分度位置的任一个中。在瑞尼斯豪的PHlO探头的情况下，探针可以分度到720个不同分度位置的任一个中。控制器116控制CMM的操作。串行CMM 102按已知方式校准，例如使用可跟踪校准标准。CMM也优选地布置在清洁、温度受控环境中，以使测量精度最大化。这允许在物体的表面上的点在机器坐标系中以高测量精度级被测量。本发明因而可以包括以下步骤:使用串行CMM 102来测量在零件(如以上参照图1至3描述的零件24)的表面上的多个点。然后可抽取零件的一个或多个基准几何特性(例如，半径!■和倾斜角0 )。将这些测量基准几何值看作基准(真实)值，并且使用上述并行CMM测量这些相同的几何特性。在图3a和3b中显示的几何特性的例子仅仅是说明性的。图5a_5c (它们按照BS308:Part3:1990画出)表明零件的另外例子，这些零件每个包括多个特征，并且在这些零件中可定义至少一个几何特性，该至少一个几何特性描述在多个特征之间的关系。图5a表示作为几何特性的例子的倾斜度。在图中表示的倾斜表面定义为相对于基准面A具有60°的倾斜度。该图也规定这种倾斜度如何应该在0.1°的公差内实现。图5b表示作为几何特性的例子的相对位置。该图表示标识孔的中心如何必须布置成离基准表面A为30mm，并且离基准表面B为60mm。该图也规定这些距离如何应该精确到0.1mm内。图5c表示作为几何特性的例子的平行度。该图表示孔的壁如何应该平行于基准表面A到0.1°内。图5a至5c仅仅是几何特性和公差典型地在设计文件等中如何图形表示的少量例子。这样的几何特性的多个另外例子在以上提到的BS308文件的第三部分的第一节中描述，并且这样的例子通过参考由此包括在这里。也应该记住，以上实施例仅仅是本发明的例子。具体地说，重要的是要注意，本发明的方法可用来校正串行坐标定位设备，而不仅仅是校正以上所描述的并行坐标定位设备。此外，零件的基准几何特性可按多种不同方式确定。尽管为得到零件的测量基准几何特性而使用基准(例如，校准)CMM是有利的，但它决不是可将零件的要求基准几何特性求到高精度级的唯一方式。例如从设计数据也可导出零件的一个或多个特征的数值基准几何特性。也可能的是，导出在多个不同导出几何特性之间的特性校正值。例如，除获得特性校正值(该特性校正值描述由串行(基准)坐标定位设备和并行坐标定位设备所测量的几何特性之间的差别)之外，也可能得到以下特性校正值，该特性校正值描述由串行(基准)坐标定位设备所测量的几何特性与关联名义几何特性之间的差别。按这种方式，由并行坐标定位设备所测量的几何特性可以被校正 以便允许与使用串行(基准)坐标定位设备获得的测量基准几何特性相比较，并且进一步被校正，用于与从设计数据导出的名义基准几何特性相比较。
权利要求
1.一种操作坐标定位设备的方法，该坐标定位设备具有测量探针，所述方法按任何适当顺序包括如下步骤: (i)在一系列名义相同零件中取得第一零件，与第一零件的一个或多个特征相关联的至少第一基准几何特性是已知的， (ii)使用坐标定位设备来测量第一零件的所述一个或多个特征，并且由此确定第一测量几何特性，该第一测量几何特性与第一基准几何特性相对应， (iii)确定第一特性校正值，该第一特性校正值描述第一基准几何特性与第一测量几何特性之间的差别， (iv)使用坐标定位设备来测量在一系列名义相同零件中的一个或多个另外零件的一个或多个特征，并且对于每个另外零件，确定另外的测量几何特性，该另外的测量几何特性与第一基准几何特性相对应，以及 (V )将第一特性校正值应用于每个另外的测量几何特性。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，第一零件的一个或多个特征包括至少第一特征和第二特征，其中，第一基准几何特性描述在第一特征和第二特征之间的关系。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，第一基准几何特性包括第一特征相对于第二特征的平行度、垂直度、倾斜度、位置、同心度、同轴度、对称度、圆形跳动或总跳动的至少一个。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，第一零件的一个或多个特征包括第一特征，并且第一基准几何特性单独地描述第一特征的几何特性。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，第一基准几何特性描述第一特征的尺寸、形状、直度、平度、圆度及圆柱度的·至少一个。
6.根据任一以上权利要求所述的方法，其中，第一基准几何特性包括名义几何特性，该名义几何特性从设计数据导出，该设计数据与第一零件相关联。
7.根据权利要求1至5任一项所述的方法，其中，步骤(i)包括步骤:使用基准坐标定位设备来测量第一零件，其中，第一基准几何特性包括测量基准几何特性，该测量基准几何特性从使用基准坐标定位设备取得的第一零件的测量获得。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，基准坐标定位设备包括预校准、桥型坐标测量机。
9.根据任一以上权利要求所述的方法，其中，步骤(ii)包括:使用坐标定位设备来测量在第一零件的一个或多个特征的每一个的表面上的多个点的位置。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，步骤(ii)包括:将由坐标定位设备测量的多个点拟合成一函数，以建立第一测量几何特性。
11.根据任一以上权利要求所述的方法，其中，在步骤(iii)中确定的第一特性校正值包括在第一测量几何特性与第一基准几何特性之间的向量差。
12.根据任一以上权利要求所述的方法，其中，坐标定位设备包括并行运动坐标定位设备。
13.根据任一以上权利要求所述的方法，其中，与第一零件的一个或多个特征相关联的至少一个附加基准几何特性是已知的。
14.根据任一以上权利要求所述的方法，其中，坐标定位设备的测量探针包括接触式测量探针，该接触式测量探针具有可挠曲触针。
15.一种坐标定位设备，其包括测量探针和控制器，其中，控制器编程为对于在一系列名义相同零件中的第一零件实施误差校正技术，该第一零件具有一个或多个特征，其中，控制器存储至少第一基准几何特性，该至少第一基准几何特性与第一零件的所述一个或多个特征相关联，由控制器实施的误差校正技术包括步骤: 使用测量探针来测量第一零件的一个或多个特征，并且由此计算第一零件的第一测量几何特性，第一测量几何特性与第一基准几何特性相对应，和 将第一基准几何特性与第一测量几何特性相比较，并且计算第一特性校正值， 其中，控制器存储第一特性校正值， 该第一特性校正值用来校正一个或多个另外零件的测量几何特性，该一个或多个另外零件在名义上与第一零件相同。
全文摘要
描述了一种操作坐标定位设备的方法，该坐标定位设备具有测量探针(18)。该方法包括步骤在一系列名义相同零件中取得第一零件(24)，与第一零件(24)的一个或多个特征相关联的至少第一基准几何特性是已知的。也进行步骤使用坐标定位设备测量第一零件(24)的一个或多个特征，并且由此确定第一测量几何特性，该第一测量几何特性与第一基准几何特性相对应。然后确定第一特性校正值，该第一特性校正值描述在第一基准几何特性与第一测量几何特性之间的差别。然后使用坐标定位设备测量在一系列名义相同零件中的一个或多个另外零件的一个或多个特征，并且对于每个另外零件，确定另外的测量几何特性，该另外的测量几何特性与第一基准几何特性相对应。然后将第一特性校正值应用于每个另外的测量几何特性。也描述了一种对应坐标定位设备。
文档编号G01B21/04GK103250025SQ201180011742
公开日2013年8月14日 申请日期2011年2月28日 优先权日2010年3月1日
发明者凯维恩·巴里·乔纳斯 申请人:瑞尼斯豪公司