用于控制表面扫描坐标测量机的方法和设备技术

一种改善表面扫描测量机速度同时使对被测量物体的表面的末端触地冲击最小的方法。具体地，所述方法控制具有探头的表面扫描测量机，所述探头具有接触待测量的物体的表面的远端探针末端。为此，所述方法选择具有法向矢量的（在所述表面上的）名义起始接触点，然后沿着接近路径朝向所述名义起始接触点移动所述远端探针末端。所述接近路径具有大致线性部，所述大致线性部从所述名义起始接触点大致线性地延伸至与所述表面隔开的某非接触点。所述大致线性部与所述法向矢量形成在大约20度至大约60度之间的角度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般涉及用于控制表面扫描坐标机的方法。
技术介绍
在表面扫描装置的
中，所谓的坐标测量机常常用于测量未知表面的轮廓或用于检验已知表面的外形。为此目的，常用方法是建立与待由具有探针末端的探头测量的表面接触和将该末端沿着预定路径移动。当末端被移动时，描述末端的位置和因此描述表面的外形的位置数据被产生并且被记录。在该
中主要的问题在于探头至待测量的表面并且在测量扫描之间的运动。一方面任何运动都必须尽可能快地被执行以便保持行进时间短。另一方面与表面的接触的建立必须以避免任何碰撞或硬冲击的方式被执行。另一问题是在没有振动的情况下建立测量条件，即，末端和探头的位置，并且所述测量条件为获得数据而被最优化。在至表面的典型接近路径期间，若干振动和其它消极影响作用于探头。那些影响通过末端与表面的物理接触而增大。当前扫描路径接近方法通常包括将将局部表面法线用作接近矢量，借助控制伺服回路沿着该矢量移至远离表面的空间中的预击点，移向表面法线直到形成局部表面接触，然后继续直到达到限定的扫描探针偏移。该方法保持运动平行且垂直于表面法线，分离的表面法线意味着用于移动探头的长距离。在建立接触之后，扫描探针偏移由于来自控制伺服回路的“超调”而通常被绕过。于是系统远离局部表面，然后朝向局部表面引导以a)下沉探针和坐标测量机(CMM)并且以b)获得限定的扫描探针偏移。在这一点上，限定的扫描路径运动能开始。该方法导致暂停，这些暂停在获得所需的最快速的生产量中无效。该常规的方法的典型顺序能在图8中看到。在US5，895，444中，公开了不同的方法，该方法涉及用于控制坐标测量设备的方法，其中该设备的探头和探针销根据期望的数据被控制驱动。探针销以可移动的方式附接至探头并且能在待测量的工件的表面上触地或能升离该表面。测量的速度通过选择在触地时或在升起时探头的运动方向以及朝向与触地点中的工件表面相切的平面的运动方向的投影之间的角度小于30°而被增大。尽管该方法导致几乎平行于表面的切平面的运动并且因此避免了上面提及的一些问题，但是它导致一些缺点。第一点是用于建立扫描探针偏移的增大的时间间隔，该扫描探针偏移要求平行于表面法线的运动。根据US5，895，444，这能通过利用具有其控制驱动销的活动探头来保障。然而，探头的该能力增加了该部分的复杂性和重量。另一缺点是在接触表面的点处平行于切平面的主要运动时的情况。因此由平行于表面法线起作用的力引起的效果不是有效的不且因此不能被校正。因此本专利技术的目的在于改善表面扫描机(具体地为坐标测量机)的控制。另一目的在于提供这样的方法，该方法允许在接触表面时或在接触表面之后立即获得可用数据。本专利技术的具体目的在于减少对探头的负面影响。
技术实现思路
这些目的通过实现限定能被组合的若干专利技术的几个独立权利要求中的一些或所有独立权利要求的特征来实现。以另选或有利方式进一步改进本专利技术的特征在从属权利要求中描述。尽管所有独立专利技术的组合将改善控制表面扫描装置的方法，但是主要的是可以以独立和无关方式使用单个专利技术或不同专利技术的子集。这些专利技术的第一组的概念是从>30°的角度使限定路径扫描与坐标测量机(CMM)合成一体和分开，以便消除正规化矢量方法的暂停(停顿)并且从探针和CMM减振。在每个限定的路径扫描之前，CMM在不存在锐角转角以使运动减慢的路径中在测量部之间以定位速度移动探头。然后，探针被移到远离与扫描方向相反的局部表面定位的空间中的点，优选地在预限定或预设接触点处与表面的表面矢量切线或切平面>30°且〈80° (或甚至〈70° )。在混合接近路径中，点矢量被设定为零以使观察器功能的影响无效，也就是说，探针的至伺服回路中的反馈以改变限定的扫描路径。当建立接触时，末端以特定偏移移动。因此，从空间中的起始点，CMM控制伺服系统引导探针以在预定扫描速度下沿着预描述的混合接近路径立即扫描，直到如图6所示附接至探针的探针销(即触针)接触如由探针的偏转借助其传感器测量的局部表面并且继续直到达到限定的扫描探针偏转。为了清楚这在附图中如虚线所表示，但是它实际上是探针偏转(探针偏转=扫描探针偏移)。然后预限定路径被自动修改，由此控制系统改变限定的扫描路径以获得:a)限定的扫描偏移jPb)使探针和/或坐标测量机的任何振动衰减的最佳方法。具有表面法向矢量的限定的扫描路径于是在所述扫描探针偏移下且在预限定扫描速度下产生。与现有技术方案形成对比，该方法包括这样的路径，该路径的接近速度具有法向速度分量和切向速度分量，该法向速度分量平行于接触点处的表面法线，该切向速度分量平行于接触点处的表面的切平面，并且其中法向速度分量与切向速度分量的关系在2:1至1:2的范围内，或者换言之，接触点处的接近路径的矢量和接触点处的切平面之间的角度在大于30°至80°的范围内，例如，合适的路径能具有基本上45°的角度。要点在于沿两个方向(与表面法线相切和与表面法线垂直)，保持显著的速度分量。通过那些速度，沿两个方向起作用的力的影响存在并且能在一个单个接近中被补偿。另一个优点在于避免了任何静摩擦或粘附摩擦，这允许立即测量并且抑制由于从静摩擦到滑动的转变而引起的振动。第二方法包括标记数据，即，记录描述或注释所获得的位置数据的附加数据。因此，返回点被标记为它们的预期精度并且参考具体的扫描段以有利于改善分析。该专利技术方法的细节在本文关于图11来实现和说明。附图说明参考附图中示意地示出的工作示例,仅仅通过示例在下面更详细地描述或说明根据本专利技术的几个方法。具体地，图8示出了根据现有技术的用于扫描表面的方法；图9示出了现有技术方案与当前专利技术的比较；图1OA至C示出了在不同位置处用于与表面接触的接触点的接近路径；图11示出了用于一起记录用于探针的位置数据和指示路径的具体类型的数据的示例；图12示出了将所有独立专利技术结合成一个组合方法，该组合方法用于控制用于坐标测量机的表面扫描，以及图13示出了能与本专利技术一起使用的触针的示例。具体实施例方式图8示出了现有技术的方法，其中探头的末端从垂直于表面的起始位置I被移动。在建立在接触点2处与表面接触的物理接触之后，末端被移至预定偏移并且随后扫描开始。在停止点3处末端被竖直移开至升起位置4，被移至另一起始点5并且再次开始该过程。因此，该方法能分成不同顺序步骤。1.CMM移至预击点并且暂停直到满足“就位区”区和探针振荡标准。2.CMM沿着表面法线向下移动探针至所述部分并且暂停，直到在可接受振动限度内满足命令扫描探针偏移。3.CMM利用观察器沿着命令扫描路径扫描以保持命令扫描探针偏移。在扫描结束时的暂停通常来自控制器的在扫描速度下传送所请求点密度、数据采集和数据传送速度的能力。4.CMM收回到收回点。5.CMM移到下一个扫描顺序的预击点并且重复该过程。图9示出了现有技术方案与当前专利技术的比较以便示出在扫描时CMM下沉暂停的消除。如上所述，该方法的目的在于消除所有暂停时间(停顿)并且具有进出扫描路径的连续运动，其中要点是在从起始局部表面接触至限定扫描探针偏移下沉探针和CMM的同时暂停。现有技术方法在预击点21处开始并且等待下沉探针I。然后CMM控制伺服在限定扫描速度下沿着局部表面矢量10朝向局部表面2驱动探针I并且继续直到达到限定的扫描探针偏移本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.09.13 US 61/382,1261.一种用于控制表面扫描坐标测量机的方法，所述表面扫描坐标测量机具有探头，所述探头具有远端探针末端，所述远端探针末端构造成用于接触待测量的物体的表面，所述方法包括: 在所述表面上选择名义起始接触点，所述名义起始接触点具有法向矢量；并且 沿着接近路径朝向所述名义起始接触点移动所述远端探针末端，所述接近路径具有大致线性部，所述大致线性部从所述名义起始接触点大致线性地延伸到与所述表面隔开的某非接触点，所述大致线性部与所述法向矢量形成在大约20度至大约60度之间的角度。2.根据权利要求1所述的方法，该方法还包括: 沿着偏移路径移动所述远端探针末端并且将所述远端探针末端从与所述名义起始接触点相关的接触点移至起始扫描点； 从所述起始扫描点沿着扫描路径并且沿着所述物体的所述表面移动所述远端探针末端， 所述远端探针末端沿着所述接近路径、所述偏移路径和所述扫描路径在这些路径之间连续移动。3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述大致线性部与所述法向矢量形成在大约20度至大约55度之间的角度。4.根据权利要求1所述的方法，该方法还包括: 沿着释放路径移动所述远端探针末端，在所述释放路径中所述远端探针末端远离与所述物体的所述表面的接触移动，所述释放路径在所述扫描路径之后开始， 所述远端探针末端沿着所述扫描路径和所述释放路径在这两个路径之间连续运动。5.根据权利要求4所述的方法，该方法还包括: 在所述表面上选择第二名义起始接触点，所述第二名义起始接触点具有第二法向矢量；并且 在从所述释放路径移动所述远端探针末端之后，沿着第二接近路径将所述远端探针末端移动成与所述第二名义起始接触点接触，所述第二接近路径具有第二大致线性部，所述第二大致线性部从所述第二名义接触点大致线性地延伸到与所述表面隔开的某第二非接触点，所述第二大致线性部与所述第二法向矢量形成在大约20度至大约59度之间的角度。6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述远端探针末端沿着所述释放路径和所述第ニ接近路径在这两个路径之间连续移动。7.根据权利要求1所述的方法，该方法还包括: 向下移动所述探头，并且在将所述远端探针末端移动成与和所述名义起始接触点相关的接触点接触之后以ー偏移下沉所述探头，所述探头在以所述偏移下沉之前超调该偏移。8.根据权利要求1所述的方法，该方法还包括: 向下移动所述探头，并且在将所述远端探针末端移动成与和所述名义起始接触点相关的接触点接触之后以ー偏移下沉所述探头，所述探头在以所述偏移下沉之前在该偏移的上下振荡。9.一种控制表面扫描坐标测量机的方法，所述表面扫描坐标测量机具有探头，所述探头具有远端探针末端，所述远端探针末端构造成用于接触待测量的物体的表面，所述方法包括:在所述表面上选择名义起始接触点，所述名义起始接触点具有法向矢量； 沿着接近路径朝向所述名义起始接触点移动所述远端探针末端，所述接近路径具有大致线性部，所述大致线性部从所述名义起始接触点大致线性地延伸至与所述表面隔开的某非接触点，所述大致线性部与所述法向矢量形成小于大约60度的角度；并且 沿着偏移路径将所述远端探针末端移至起始扫描点， 所述远端探针末端沿着所述接近路径和所述偏移路径在这两个路径之间连续移动。10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述大致线性部与所述法向矢量形成在大约0度至大约5度之间的角度。11.根据权利要求9所述的方法，该方法还包括将所述远端探针末端移动成与所述表面上的实际接触点接触，所述实际接触点与所述名义起始接触点相关，所述偏移路径在所述实际接触点处开始。12.根据权利要求11所述的方法，该方法还包括: 在没有接触所述实际接触点的情况下将所述远端探针末端移动通过所述名义起始接触点；并且 在所述远端探针末端通过所述名义起始接触点之后并且在所述远端探针末端接触所述实际接触点之前，减小所述接近路径相对于所述法向矢量的角度。13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述接近路径在所述远端探针末端通过所述名义起始接触点之后并且在所述远端探针末端接触所述实际接触点之前具有对数形状。14.一种用于接触待测量的物体的表面的表面扫描测量机，所述表面扫描测量机包 括: 具有远端探针末端的探头； 控制器，所述控制器与所述探头操作地联接，所述控制器构造成在所述表面上选择名义起始接触点，所述名义起始接触点具有法向矢量；以及 驱动机构，所述驱动机构与所述控制器操作地联接，所述驱动机构构造成与所述控制器协作以沿着接近路径朝向所述名义起始接触点移动所述远端探针末端，所述接近路径具有大致线性部，所述大致线性部从所述名义起始接触点大致线性地延伸到与所述表面隔开的某非接触点，所述大致线性部与所述法向矢量形成在大约20度至大约60度之间的角度。15.根据权利要求14所述的表面扫描测量机，其中，所述驱动机构构造成与所述控制器协作以沿着偏移路径从与所述名义起始接触点相关的实际接触点移动所述远端探针末端并且将所述远端探针末端移至起始扫描点，所述驱动机构还构造成与所述控制器协作以从所述起始扫描点沿着扫描路径并且沿着所述物体的所述表面移动所述远端探针末端， 所述远端探针末端沿着所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·P·拉辛，
申请(专利权)人：赫克斯冈技术中心，
类型：
国别省市：