表面形状的测量制造技术

一种确定有关诸如工件之类的物体的表面形状的信息的方法，该方法包括：使用相对于参考基准可移动的因而可跟踪该表面的检测装置检测该表面，在表面和检测装置之间实现绕一转动轴的相对转动，并且使用由检测装置进行的测量确定有关表面形状的信息，其特征在于：使用由检测装置在转动轴周围等角度分开的至少两个位置进行的测量来补偿该参考基准的任何误差。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及表面形状的测量方法，本专利技术特别适用于测量诸如工件之类的物体的径向形状或柱面形状。径向形状和物体的圆度有关，并且给出它偏离圆的指示。柱面形状提供物体的表面形状接近一个正圆柱体的程度的度量。在现有的用于测量柱面形状的设备中，例如本申请人的TalyrondTR 200(商标)测量设备，在一转动支架或转台上安装一个要测量的大致圆柱形的工件。例如按本申请人的EP-A-0240150中描述的方式(这里参照引用了该申请的内容)确定该转动支架的中心和水平，使工件的柱面轴与转台的主轴重合，转台的主轴确定了一个转动轴基准。通过一个支柱确定一个轴向平直基准，所说支柱偏离该转动轴基准但和该转动轴基准平行。支柱携带一个探针臂，所说探针臂可沿支柱横向移动，使探针臂携带的一个触针能接触工件的表面。旋转转台并且测量触针相对于轴向平直基准的位移，从而可测出工件的径向形状或柱面形状。因为柱体的轴与转动轴基准对齐，所以触针相对于轴向平直基准的位移就可给出在转动支架转动期间在每个角测量位置的半径的测量值。于是就可确定工件的横截面距圆形横截面的偏差值或径向形状。此外，沿轴向平直基准移动探针臂，在工件的不同的高度进行测量，从而可确定工件的柱面形状。通过适当的测量仪器，例如光学仪器或者线性可变微分传感器(LVDT)测量装置，对探针臂沿轴向平直基准的横向和纵向的移动进行测量。使用这种设备进行测量的精度取决于转动轴基准的精度，尤其是对于柱面形状，取决于轴向平直基准的精度。有可能在±25nm(毫微米)内(典型值)确定主轴或转动轴基准，因而，一般来说，轴向平直基准的机械性能是径向形状和柱面形状的误差的限制来源。轴向平直基准的结构相关误差可能来源于例如结构的长期不稳定性，如随温度或其它环境因素的变化，轴向平直基准的实际平直度的误差，或者轴向平直基准平行于转动轴基准的平行度的误差，以及在确定轴向平直基准的支柱和在支柱上携带探针臂的托架之间的边界面的变化。如Talyrond TR 200的使用手册16.8节所述，安装一个柱体，使其和转台的转动轴基准略有偏斜并垂直于该转动轴基准，从而即可检查横截线的平直度，实际上即是检查轴向平直基准的平直度。然后，通过沿支柱的纵向移动探针臂使触针沿工件表面轴向移动，并把触针离开轴向平直基准的位移随高度的变化画出曲线，形成第一平直度曲线。在转台转过了180°后重复上述步骤，形成第二平直度曲线。等分第一和第二平直度曲线的那条线应是一条直线，距该等分线的平直度的任何偏差都代表支柱或轴向平直基准的平直度的误差。等分线的斜率是支柱和柱形工件的任何剩余相关倾斜度的函数，并且和支柱的平直度无关。期望在对工件进行测量之前能经常进行上述的平直度检查，以便可保证轴向平直基准的平直度落在可以接受的限值内并且可对设备进行校准。本专利技术的一个实施例提供一种测量表面形状的方法，所说表面围绕一个轴是垂直对称的，例如具有柱面形状的表面，该方法在测量期间能够消除或至少减小参考基准在测量方向的任何偏差的影响效果。在一个实施例中，使用检测装置对于在一表面上的测量点Pi(hy)至少获得两组数据，对每一测量来说点Pi(hy)都是不同的角度位置(相对于该表面和检测装置的相对转动所围绕的轴而言)，并且组合该至少两组数据，以补偿一个基准的例如平直度或平行度的偏差，检测装置进行的测量都是参照所说基准完成的。例如，为组合两组数据，取在该表面上同一位置测到的、并且是在检测装置相对于参考基准有两个不同的取向的情况下测到的两个值的平均值，从而给出在该位置的半径的指示值(即，从所说轴到该位置的距离)。可以取这两个测量值的差以给出参考基准的任何偏差或误差的指示值。这就允许在沿一表面的指定高度进行形状测量，这些测量和参考基准沿测量方向的误差没有关系。通过在沿物体表面的不同高度进行这样的测量，就可确定物体的形状，而不受参考基准沿测量方向的任何偏差或误差的影响。在一个实施例中，使用两个检测装置获得一个表面上两个径向相对的点Pi(hy)和Pi+π(hy)的数据，从而可同时获得两组数据。在此例中，通过分开的两个检测装置确定的直径可与由组合两个检测装置逐个分别获得的极坐标数据(它们依据一个参考基准)获得的直径进行比较。这就能确定参考基准沿测量方向的任何偏差。可以针对在同一高度的其它点以及不同高度的相应点重复这些测量，以确定已对参考基准沿测量方向的任何偏差进行了补偿的表面的总体形状。在另一实施例中，检测装置包括至少在两个不同方向可以偏斜的单个检测元件；以及，调节检测装置的偏斜以改变检测装置偏斜方向的装置。通过把该表面安装在一转动支架上可实现该表面和检测装置的相对转动。作为另一种可能性，按可转动方式把检测装置安装到一支架上并且绕表面转动检测装置，就可实现该表面和检测装置的相对转动。另一方面，本专利技术提供用于确定一个表面的形状、形态、结构、或圆度的设备，其中使用了具有可调偏斜装置的检测装置，因而检测装置可在不同方向偏斜。下面将参照附图借助实例来描述本专利技术的实施例，其中附图说明图1是适合于使用本专利技术方法的计量设备的一个实例的简化示意透视图；图2a和2b分别是图1所示的部分设备的示意侧视图和平面图，用于说明本专利技术方法的第一实施例的第一个步骤；图2c和2d是类似于图2a和2b的视图，用于说明本专利技术方法的第一实施例的第二个步骤；图3a-3d是说明实施本专利技术的方法的视图；图4a是适于用在本专利技术方法的第二实施例中的设备的一个实例的示意透视图；图4b是图4a所示设备的示意侧视图；图5a和5b是用于详细说明使用例如图4a和4b所示设备实施本专利技术方法的视图；图6a是适于用在本专利技术方法的第二实施例中的设备的第二实例的示意侧视图；图6b是图6所示的部分设备的顶视平面图；图7是说明适于用在本专利技术方法中的设备的另一实施例的原理的简化示意透视图；图8是适于用在实施本专利技术的方法中的设备的另一实施例的简化示意侧视立面图；图9是类似于图1所示设备但具有实施本专利技术方法的第三实施例的不同测量装置的设备的示意侧视图；图10是图9所示部分测量装置的放大视图，用于说明本专利技术方法的第三实施例；图11是类似于图10的示意图，用于说明图10所示测量装置的改进形式；图12是图9-11所示设备的部分测量装置的一个部分剖面图；图13a、b、和c是示意图，用于说明本专利技术的方法的变化；图14表示适于用在本专利技术方法中的一个改进的坐标测量设备的示意侧视图；以及图15是用于前述附图中表示的设备的一个控制系统的简化方块图。现在参照图1，适合使用本专利技术方法的计量设备1的第一个实例包括一个工作台2(图1中仅示出它的一部分)，工作台2携带用于接纳待测工件(未示出)的一个转动支架或转台4。转台4有一个转动轴，在图1中用虚线A表示之。支柱5垂直于工作台2延伸，并且有一个用虚线B表示的纵轴。转台4的转动轴A确定了一个转动轴基准，而支柱5确定了一个平行于所说转动轴基准A的并穿过轴B的一个平面形状的轴向平直基准。托架6可借助于例如电机(未示出)或手动地沿支柱5并平行于轴向平直基准B移动。托架6沿支柱5移动的方法是常规的，这里不作进一步的描述。通过适当的常规的线性传感器，例如在EP-A-0240151中描述的光学传感器装置(这里参照引用了该申请的内容)，可测量托本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：P·瑟顿，M·米尔斯，P·J·斯科特，R·G·怀特，D·R·怀特勒，
申请(专利权)人：泰勒·霍布森有限公司，
类型：发明
国别省市：