铰接式探头制造技术

一种测量系统，具有安装在铰接式探头上的表面检测装置，所述铰接式探头又安装在座标定位设备上。通过沿至少一个轴线驱动所述座标定位装置和所述探头中的至少一个来相对于表面移动所述表面测量装置，从而扫描所述表面。所述表面检测装置测量其与所述表面的距离，并驱动所述探头绕至少一个轴线旋转所述表面检测装置，用于把所述表面检测装置与所述表面的相对位置实时控制在预定范围内。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及使用电动扫描头来扫描工件表面的方法，该扫描头安装在座标定位设备上，如座标测量机(CMM)、机器工具、手动座标测量臂和探测机器人。
技术介绍
国际专利申请W090/07097公开了在座标定位机上安装电动的扫描头。电动扫描头使得安装在电动扫描头上的测头可绕两个垂直的轴线旋转。因此测头可绕这两个轴线按角度定位，同时可通过座标定位机在该机器的工作容量内在任何位置定位该电动扫描头。这样的电动扫描头为座标定位机提供了更大的扫描灵活性，因为电动扫描头可按许多不同的朝向定位测头。国际专利申请WO 90/07097进一步公开了电动扫描头的旋转轴线既可按定位方式操作也可按偏置方式操作。偏置方式使得可利用电动扫描头的电机所施加的恒定转矩来扫描表面。该专利申请还公开了可提供有关测头的应变计阵列以检测作用在测头上的力。 来自应变计的数据用于调整电动扫描头所施加的转矩，尽可能把作用在测头上的力保持为恒定。为了得到精确的高速扫描，希望在度量衡系统中尽可能降低移动物质量，并因此降低动态误差。电动扫描头允许绕旋转轴线的高加速，因此适于用在高速扫描中。在扫描中，测头的末端必须与被扫描部分的表面保持接触。对已知部分扫描，CMM 和电动扫描头可沿着预定的路径。但是，对未知部分，需要调整测头末端的路径以将其保持在该部分的表面，但又不要用力过度而损坏探针的测头或引起与该部分的碰撞。尽管电动扫描头的电机可施加恒定的转矩，诸如加速度、重力和表面摩擦等因素会影响测头末端所受的力。另外，测头末端所受的力会随着该测头相对于所述表面的角度而改变。因此，恒定的转矩并不一定导致恒定的测头末端力。因此，使用恒定转矩的方法不适于高速扫描，因为它不能保证在测头末端的恒定的力。需要测头末端与表面之间的高接触力以保证探针与表面的接触。但不希望高接触力的高速扫描，因会引起传感器的损坏。因此希望尽可能降低接触力。但是，为了利用诸如应变计之类的测力传感器来测量低接触力，测力传感器必须安装在柔性结构上。这样的柔性结构不够坚固，容易因掉落或碰撞而发生断裂，这是以恒定力执行高速扫描的主要障碍。 因此，对于以恒定力高速扫描所需要的探针末端的小接触力的检测，依然存在待解决的问题。高速扫描所需要的高带宽测力探针通常具有短范围。因此，在待测部分与所期望形式的任何明显的偏离(例如由于加工误差或安装等)可导致探针脱离范围。
技术实现思路
本专利技术的第一方面提供一种测量系统，其中在探头上安装表面检测装置，所述探头安装在座标定位设备上；其中，可操作所述座标定位设备以产生所述探头和表面轮廓之间的相对运动，并且其中，所述探头包括一个或多个驱动装置用于产生所述表面检测这种绕一个或多个轴线的旋转运动；其中，通过沿至少一个轴线驱动所述座标定位设备和探头中的至少一个，相对于所述表面移动所述表面检测装置；其中，所述表面检测装置测量它与所述表面的距离；以及其中，驱动所述探头，绕至少一个轴线旋转所述表面检测装置，以把所述表面检测装置与所述表面的相对位置实时控制在预定范围之内。该系统具有优点，可在预定范围校准所述表面检测装置以尽可能提供精度。因此， 通过在该预定范围校准表面检测装置，较之在该装置的整个范围，可得到更好的校准。所述表面检测装置包括带有可偏斜测头的接触式探针，在这种情况下所述偏斜保持在预定范围之内。所述表面检测装置可包括非接触式探针，如电容、电感或光学探针。在这种情况下，偏移保持在预定范围。通过平行于偏斜或偏移向量来移动所述表面检测装置，把所述表面检测装置与所述表面的相对位置保持在所述预定范围(该移动可沿着该向量的相同或相反方向)。对于二维或三维探针，根据表面检测装置的输出来建立偏斜或偏移向量。对于一维探针，该偏斜向量等于表面法线，该表面法线可根据标定数据来假定，或使用历史数据来预测。通过沿至少一个轴线驱动座标定位设备和探头中的至少一个而得到的所述表面检测装置相对于所述表面的运动是通过沿着驱动向量移动而产生的，该驱动向量根据所述偏斜或偏移向量来确定。通过以近似90°旋转所述偏斜或偏移向量来确定所述驱动向量。来自所述表面检测装置的反馈被用于驱动探头，以实时调整表面检测装置的距1 O本专利技术的第二方面提供一种铰接式探头，在该探头上可安装表面检测装置，所述铰接式探头提供所述表面检测装置绕至少一个轴线的旋转运动；其中所述探头装配有至少一个旋转测量装置，用来测量所述表面检测装置绕所述至少一个轴线的角位移；以及其中所述至少一个旋转测量装置是误差映射的。优选该至少一个旋转测量装置是与所述铰接式探头中其他误差相独立地误差映射的。所述至少一个旋转测量装置可具有把所测量的所述表面测量装置的角位移关联至测量误差的查找表、误差函数或傅立叶序列。所述至少一个旋转测量装置具有把所测量的所述表面测量装置的角位移关联至所述表面测量装置的校正角位移的查找表、误差函数或傅立叶序列。附图说明将参考附图说明本专利技术的优选实施例，其中图1是根据本专利技术的包括扫描设备的座标测量机的正视图；图2是电动扫描头的截面图；图3示出了平面表面的曲线扫描；图4示出了孔腔的扫描；图5是示出反馈系统的流程图；图6示出了表面上的测头末端及其相关联的偏斜和驱动向量；图7示出了用于预测未来表面点的历史数据点；图8示出了角干涉测量设备；图9是按第一朝向耦合至旋转台的扫描头的侧视图；图10是按第二朝向耦合至旋转台的扫描头的侧视图；图11示出了用于对扫描头中的编码器做误差映射的非接触式设备；以及图12示出了用于对扫描头中的编码器做误差映射的第二非接触式设备。具体实施例方式图1示出了安装在座标测量机(CMM)上的电动扫描头。待测量的工件10安放在 CMM 14的台面12上，并且电动扫描头16安装在CMM 14的主轴18上。可按已知的方式由电机相对于台面沿着方向X、Y、Z驱动该轴。如图2所示，电动扫描头16包括由底座或机壳20形成的固定部分，用于支撑轴22 形式的可运动部分，轴22可通过电机Ml绕轴线Al相对于机壳20旋转。轴22被保护在另外的机壳M中，该机壳M又支撑轴26，轴沈可通过电机M2绕垂直于轴线Al的轴线A2相对于机壳M旋转。探针观被安装在电动扫描头上，探针观具有测头四，测头四具有工件接触末端 30。这样的布置使得扫描头的电机Ml、M2可绕轴线Al或A2按角度定位工件接触末端，并且CMM的电机可以在CMM的三维座标框架内的任何地方线性定位电动扫描头，从而得到测头末端与被扫描表面的预定关系。电机Ml、M2是直接驱动的，这使得电机可响应控制器的命令快速行动。低摩擦轴承，如空气轴承(具有零摩擦)，还使得可响应探针绕Al和A2轴线的高速运动。空气轴承还具有重量轻的优点。在CMM上还设置线性位置变换器，用于测量扫描头的线性位移，以及在扫描头中设置角位置变换器Tl和T2，用于测量测头绕相应轴线A 1和A2的角位移。变换器Tl和T2 紧密耦合至负载(即探针)。这提供了探针的精确位置数据。扫描头中的轴承是刚性的，保证变换器Tl和T2可以给出相对于地面的精确位置数据。探针具有可偏斜测头四并且探针中的变换器测量测头偏斜量。作为替换，可使用非接触式探针。探针可以是一维的(如，检测与表面距离的非接触式探针)、二维的(如检测沿X、Y偏斜的接触式探针)或三维的(如检测沿X、Y、Z偏本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种铰接式探头，在该探头上可安装表面检测装置，所述铰接式探头提供所述表面检测装置绕至少一个轴线的旋转运动；其中所述探头装配有至少一个旋转测量装置，用来测量所述表面检测装置绕所述至少一个轴线的角位移；以及其中所述至少一个旋转测量装置是误差映射的。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：若弗雷·麦克法兰，赖清河，尼古拉斯·约翰·韦斯顿，伊恩·威廉·麦克莱恩，
申请(专利权)人：瑞尼斯豪公司，
类型：发明
国别省市：GB