机器校准工具制造技术

本发明专利技术提供了一种校准工具，该校准工具包括基本上完全由陶瓷材料制成并具有伸长方向的长形本体。包含陶瓷材料的多个测量元件与长形本体一体地形成，每个测量元件包括面向第一方向的第一平面测量表面。每个测量元件的第一平面测量表面平行于所述多个测量元件中的每个其他测量元件的第一平面测量表面。该校准工具可以为由单块陶瓷材料形成的单件式的台阶式量规。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术总体上涉及坐标测量机，更具体地，涉及用于校准和校验这种机器的设备以及方法。
技术介绍
坐标测量机(CMM)被普遍地用于工件的尺寸检验。通常，工件被固定到工作台上， 探针——例如，使用接触式传感器的探针——在测量空间内在CMM的臂上在三个维度上运动以在不同点处与工件接触。当探针接触工件时，在χ、y和ζ方向上的测量刻度被读取从而获得工件上的所接触的点的位置坐标。通过接触工件上的不同的点，能够获得对工件形体的量得尺寸。CMM在使用之前被校准使得它可以精确地测量工件上的位置的坐标。尽管CMM以严格的公差制造，但是由于刻度误差、导轨的微小的变形、以及其他缺陷，导致出现机器误差。对CMM的校准可以用于制作误差图谱，该误差图谱可以包含在CMM操作软件中以说明机器误差的原因，从而提高机器精确度。即使在CMM被校准之后，CMM的精确度也应当定期地进行校验。CMM的精确度会由于老化、温度变化、或其他原因而逐渐降低。在一些情况下，CMM的精确度会由于不正确的处置而突然改变。诸如台阶式量规等各种精确度校验工具被用于定期地校验坐标测量机的精确度。总体而言，CMM的精确度通过测量具有精确地已知且稳定的尺寸的工具进行校验。 将由CMM测量得到的工具尺寸与已知尺寸相比较，已知尺寸与测得的尺寸之间的任何差异被认为是由CMM或其使用的不精确造成的。这种不精确可以通过对坐标测量机重新校准而修正。当测得的尺寸处于已知尺寸的可接受的范围内时，CMM的精确度被认为得到校验。台阶式量规是在机械测试中用于校准和/或校验CMM的精确度的一类工具。台阶式量规包括平行的测量表面(“台阶”)，所述测量表面之间具有已知的距离。当使用台阶式量规来校验CMM的精确度时，探针测量表面之间的距离。
技术实现思路
根据一种实施方式，校准工具包括长形本体，该长形本体包含陶瓷材料并具有伸长方向。校准工具还包括多个测量元件，所述多个测量元件包含陶瓷材料并与所述长形本体一体地形成，每个测量元件至少包括面向第一方向的第一平面测量表面。每个测量元件的所述第一平面测量表面平行于所述多个测量元件中的每个其他测量元件的所述第一平面测量表面。根据另一实施方式，校准工具包括单件式长形本体，所述单件式长形本体完全或基本上完全由陶瓷材料形成并具有伸长方向，所述单件式长形本体包括多个测量元件。每个测量元件包括面向第一方向的第一平面测量表面。每个测量元件的所述第一平面测量表面平行于所述多个测量元件中的每个其他测量元件的所述第一平面测量表面。附图说明附图不应认为是按比例绘制的。在附图中，在不同图示中所示出的每个相同或近似相同的部件由同样的附图标记表示。为清楚起见，并非每个部件在每个附图中都被标记出。在附图中图1为现有技术的CMM的一个示例的立体图。图2为根据本专利技术的一种实施方式的校准工具的局部剖视立体图。图3为根据本专利技术的另一实施方式的校准工具的俯视图。图4为根据本专利技术的又一实施方式的校准工具的俯视图。图5为根据本专利技术的又一实施方式的的校准工具的正视图。图6为校准工具的侧视图，其中出于说明的目的移除了一个长形框架构件。图7为本专利技术的校准工具的再一实施方式的俯视图。具体实施例方式根据本专利技术的一个方面，诸如台阶式量规的单件式校准工具由单个陶瓷块形成。 台阶式量规包括多个用于在校准和/或校验CMM时使用的平行的、基本为平面的测量表面。 通过提供单件式校准工具，与由可移除地结合的部件或多种材料形成的工具相比，能够减少由多种因素——包括环境因素、制造缺陷、以及在使用和运输期间的损坏——造成的测量表面的相对距离和方位的变化。例如，在单件式工具中，能够减小温度变化、施加在工具上的外力、和/或工具自身重量对工具的测量表面的均一性和完整性的影响。通过使用陶瓷材料，可以实现工具的低热膨胀。此外，陶瓷材料具有高的强度与重量比，这有助于进一步减小由工具自身重量在工具中引起的的下陷以及其他变形。耐腐蚀性、防潮性以及高硬度是陶瓷材料所具有的对用作校准工具材料而言进一步的潜在有益的性质。一些已知的台阶式量规包括安装到钢质体部的陶瓷探测凸耳。由于陶瓷和钢的热膨胀系数不同，当台阶式量规在与台阶式量规被校准时的初始基准温度不同的温度下使用时，会产生误差。例如，当测量单个探测凸耳两侧之间的距离时，陶瓷探测凸耳的热膨胀系数对热膨胀误差起主导作用。相反地，当测量在钢质体部上间隔较远的两个探测凸耳之间的距离时，钢质体部的热膨胀系数将对热膨胀误差起主导作用。如上所述，通常的CMM软件针对热膨胀进行适应性调整，但是，通常仅允许将单个用于量规的热膨胀系数的值输入到软件中。因此，校准工具的不同部分具有不同热膨胀系数会造成显著误差。在图1中示出了传统的桥式CMMlO的一种实施方式。CMMlO包括基座12 ；工作台 14，工件16固定到该工作台14上；臂18 ；以及探针组件20，该探针组件20安装到臂上以感测与工件的接触并提供指示该接触的信号。探针组件20能够沿三个正交轴线χ轴、y轴和 ζ轴在整个测量空间内运动。为沿y轴22移动，桥M由两个导轨沈可移动地支承。导轨可由支腿观支承在基座12上。导轨沈之一或两者包括刻度尺30，从刻度尺30上获取读数以确定桥的相应端部的位置。桥支承沿与y轴22垂直的χ轴34的方向移动的滑架32。 通常称为ζ轴滑枕或垂直滑枕的臂18安装到滑架32上，臂18沿ζ轴36移动并承载探针组件20。在图2中示出单件式校准工具100的一种实施方式。工具基本完全由诸如碳化硅陶瓷的陶瓷材料制成，并形成长形本体的形状。在图2中示出了短的校准工具以方便说明，但在一些实施方式中，校准工具可以具有一米或更长的总长度或任何其他合适的长度。工具100包括两个长形框架构件104，这两个长形框架构件104在长形本体的伸长方向上彼此平行地延伸。支承横构件106从一个长形框架构件104延伸到另一个长形框架构件104。支承横构件106可以为工具提供结构的稳定性，并且还为测量元件IlOa提供支承。测量元件IlOa可以沿与长形本体的伸长方向大致平行的方向从支承横构件106延伸。 测量元件IlOa中的每一个在端部处具有一面，该面包括平面测量表面120a。工具的平面测量表面120a提供了 CMM探针可以探测的表面，以测试CMM对测量表面之间的距离的测量精确度。平面测量表面120a(或至少其一部分)以高精确度彼此平行， 作为提供用于距离测量的一致基础的一部分。差的平行性会导致在通过接触式传感器接触测量表面上的不同局部点的情况下距离测量不准确。可以在每个支承横构件106的相对两侧上设置类似的测量元件(图2中未示出)， 该测量元件可以包括与测量表面120a朝向相反的测量表面。例如，如图3所示，平面测量表面220a面向第一方向，而平面测量表面220b可以面向与第一方向相反的第二方向。通过提供面向相反方向的测量表面，能够进行双向测量，作为与针对CMM的验收和校验的国际标准化组织(ISO)标准相符的一部分。双向测量是距离的测量，其中，第一表面由沿第一方向移动的接触式探针接触，而第二表面由沿与第一方向相反的第二方向移动的接触式探针接触。在本文公开的实施方式中，虽然总体上面向给定方向的测量表面几乎相等地间隔开，但是测量表面可以以任何适当的距离彼此间隔开。例如，在图3中通过本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：威廉默斯·威克斯，约翰·兰格莱斯，大卫·哈维，彼得·希克斯，
申请(专利权)人：海克斯康测量技术有限公司，
类型：发明
国别省市：