[發(fā)明專利]用于檢查工件的方法和設(shè)備

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201380025681.0
• 申請(qǐng)日: 2013-03-21
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104303009B
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-08-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 凱文·巴里·喬納斯
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 瑞尼斯豪公司
• 主分類號(hào): G01B21/04
• 分類號(hào): G01B21/04
• 代理公司: 北京明和龍知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司11281
• 代理人: 郁玉成

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及用于檢查工件的維度的坐標(biāo)測(cè)量設(shè)備。坐標(biāo)測(cè)量設(shè)備包括例如坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(CMM)、機(jī)床、手動(dòng)坐標(biāo)測(cè)量臂和檢查機(jī)器人。

背景技術(shù)

在生產(chǎn)工件之后，在具有支撐探頭的可移動(dòng)部件的坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(CMM)上檢查它們是已知的，所述探頭可以在該坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的三維工作體積內(nèi)驅(qū)動(dòng)。

CMM(或者其他坐標(biāo)測(cè)量設(shè)備)可以是所謂的笛卡爾式機(jī)器，其中，支撐探頭的可移動(dòng)部件經(jīng)由三個(gè)串聯(lián)的托架(carriage)安裝，所述三個(gè)串聯(lián)的托架可以各自在三個(gè)正交的方向X、Y、Z上移動(dòng)。可以選擇的是，所述CMM可以是非笛卡爾式機(jī)器，例如，包括3個(gè)或者6個(gè)可延伸的撐桿(strut)，所述撐桿各自在所述可移動(dòng)部件和相對(duì)固定的基座部件或者框架之間平行連接。然后，通過(guò)協(xié)調(diào)(coordinate)所述3個(gè)或者6個(gè)撐桿的各自延伸來(lái)控制所述可移動(dòng)部件(并且因而控制所述探頭)在所述X、Y、Z工作體積中的移動(dòng)。非笛卡爾式機(jī)器的一個(gè)實(shí)例示于國(guó)際專利申請(qǐng)WO 03/006837和WO 2004/063579中。

通過(guò)產(chǎn)生從這種坐標(biāo)測(cè)量設(shè)備的整個(gè)Y、Y、Z工作體積發(fā)現(xiàn)的測(cè)量誤差的圖來(lái)校準(zhǔn)這種坐標(biāo)測(cè)量設(shè)備是已知的。例如，美國(guó)專利No.4,819,195(Bell等)描述了使用校準(zhǔn)裝備例如激光干涉儀、電子水準(zhǔn)儀等以產(chǎn)生統(tǒng)計(jì)誤差(即，即使在設(shè)備沒(méi)有移動(dòng)的時(shí)候也發(fā)生的誤差)的圖。這種圖針對(duì)在整個(gè)X、Y、Z工作體積上呈網(wǎng)格分布的每個(gè)點(diǎn)給出了針對(duì)21種不同統(tǒng)計(jì)誤差來(lái)源的校正值。

一種精確度較低的替代方式是使用包括多個(gè)球的“森林”的校準(zhǔn)裝置。這些球精確地為球形，具有精確地已知的維度，并且它們被安裝在該裝置中，以以精確已知的相互關(guān)系在三個(gè)維度中間隔開(kāi)。該裝置被放置在坐標(biāo)測(cè)量設(shè)備的工作體積中并且使用所述坐標(biāo)測(cè)量設(shè)備移動(dòng)探頭來(lái)測(cè)量所述球。通過(guò)與所述球的已知維度和間隔進(jìn)行比較，這產(chǎn)生了在X、Y、Z工作體積上的網(wǎng)點(diǎn)分布處發(fā)現(xiàn)的測(cè)量誤差的粗制圖。可以使用其他校準(zhǔn)制品例如環(huán)規(guī)等來(lái)代替球。但是，如果需要高精確度，那么該技術(shù)將需要使用數(shù)量非常大的球，如10,000個(gè)球，這是不現(xiàn)實(shí)的。

這種誤差圖可以采取校正值的查找表的形式，所述校正值的查找表將應(yīng)用于X、Y、Z工作體積上呈網(wǎng)格分布的相應(yīng)點(diǎn)處的測(cè)量。可選的是，可以利用多項(xiàng)式誤差函數(shù)來(lái)擬合這些點(diǎn)處的誤差以確定在其他點(diǎn)處的誤差。

美國(guó)專利No.5,594,668和No.5,895,442(轉(zhuǎn)讓給Zeiss)產(chǎn)生了在整個(gè)X、Y、Z工作體積發(fā)生的動(dòng)態(tài)誤差的圖。動(dòng)態(tài)誤差的發(fā)生是設(shè)備的各個(gè)零件或探頭在加速運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中彎曲的結(jié)果。

如上所述的誤差圖在工件的隨后測(cè)量中使用。使用針對(duì)X、Y、Z相關(guān)位置在誤差圖中記錄的對(duì)應(yīng)的統(tǒng)計(jì)誤差或動(dòng)態(tài)誤差來(lái)校正通過(guò)設(shè)備進(jìn)行的X、Y、Z坐標(biāo)測(cè)量。或者在誤差函數(shù)的情況中，根據(jù)針對(duì)X、Y、Z相關(guān)位置的函數(shù)的值確定所需要的校正。

美國(guó)專利No.7,079,969(轉(zhuǎn)讓給Renishaw)針對(duì)統(tǒng)計(jì)誤差和動(dòng)態(tài)誤差進(jìn)行校正而無(wú)需在設(shè)備的整個(gè)X、Y、Z工作體積上的這種誤差的完整圖。經(jīng)校準(zhǔn)的制品與待測(cè)量的工件名義上相同。其以所希望的快速度在坐標(biāo)測(cè)量設(shè)備上進(jìn)行測(cè)量。將所得的測(cè)量結(jié)果與根據(jù)制品的校準(zhǔn)獲知的維度進(jìn)行比較。這被用來(lái)生成在制品的測(cè)量過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的統(tǒng)計(jì)誤差和動(dòng)態(tài)誤差的誤差圖。然后使用這種誤差圖來(lái)校正隨后以相同的快速度在名義上相同的工件上進(jìn)行的測(cè)量。

在美國(guó)專利No.7,079,969中描述的技術(shù)的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是誤差圖專門用于在所述制品和名義上相同的工件上實(shí)際進(jìn)行的測(cè)量。不需要對(duì)坐標(biāo)測(cè)量設(shè)備的整個(gè)X、Y、Z體積上的誤差進(jìn)行作圖。然而，作為一個(gè)必然的結(jié)果，如果設(shè)備擬用于在具有不同形狀的工件和/或位于所述設(shè)備的工作體積的不同部分中的工件上進(jìn)行精確的測(cè)量和/或采用不同的測(cè)量速度進(jìn)行精確的測(cè)量的話，則需要進(jìn)一步的校準(zhǔn)。要么美國(guó)專利No.7,079,969中所描述的程序必須在每次準(zhǔn)備測(cè)量新的工件時(shí)重復(fù)，要么必須產(chǎn)生整個(gè)機(jī)器的統(tǒng)計(jì)誤差和/或動(dòng)態(tài)誤差的圖。

本申請(qǐng)人的共同待決國(guó)際專利申請(qǐng)No.WO 2013/021157描述了其中根據(jù)測(cè)量的溫度產(chǎn)生一個(gè)或者多個(gè)誤差圖、查找表或函數(shù)的方法和設(shè)備。優(yōu)選的是，這針對(duì)在兩個(gè)或者更多個(gè)溫度的測(cè)量來(lái)進(jìn)行。在所述溫度中的每一個(gè)溫度測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)制品(master artefact)或者參考工件。這些誤差圖、查找表或函數(shù)對(duì)在所述標(biāo)準(zhǔn)制品或參考工件以及名義上相同的隨后工件上實(shí)際進(jìn)行的測(cè)量具有特異性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的一個(gè)方面提供了一種用于在維度測(cè)量設(shè)備上測(cè)量生產(chǎn)工件的方法，所述方法包括：