專利名稱：表面形狀的測量的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及表面形狀的測量方法，本發(fā)明特別適用于測量諸如工件之類的物體的徑向形狀或柱面形狀。徑向形狀和物體的圓度有關(guān)，并且給出它偏離圓的指示。柱面形狀提供物體的表面形狀接近一個(gè)正圓柱體的程度的度量。
在現(xiàn)有的用于測量柱面形狀的設(shè)備中，例如本申請(qǐng)人的TalyrondTR 200(商標(biāo))測量設(shè)備，在一轉(zhuǎn)動(dòng)支架或轉(zhuǎn)臺(tái)上安裝一個(gè)要測量的大致圓柱形的工件。例如按本申請(qǐng)人的EP-A-0240150中描述的方式(這里參照引用了該申請(qǐng)的內(nèi)容)確定該轉(zhuǎn)動(dòng)支架的中心和水平，使工件的柱面軸與轉(zhuǎn)臺(tái)的主軸重合，轉(zhuǎn)臺(tái)的主軸確定了一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸基準(zhǔn)。通過一個(gè)支柱確定一個(gè)軸向平直基準(zhǔn)，所說支柱偏離該轉(zhuǎn)動(dòng)軸基準(zhǔn)但和該轉(zhuǎn)動(dòng)軸基準(zhǔn)平行。支柱攜帶一個(gè)探針臂，所說探針臂可沿支柱橫向移動(dòng)，使探針臂攜帶的一個(gè)觸針能接觸工件的表面。
旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)并且測量觸針相對(duì)于軸向平直基準(zhǔn)的位移，從而可測出工件的徑向形狀或柱面形狀。因?yàn)橹w的軸與轉(zhuǎn)動(dòng)軸基準(zhǔn)對(duì)齊，所以觸針相對(duì)于軸向平直基準(zhǔn)的位移就可給出在轉(zhuǎn)動(dòng)支架轉(zhuǎn)動(dòng)期間在每個(gè)角測量位置的半徑的測量值。于是就可確定工件的橫截面距圓形橫截面的偏差值或徑向形狀。此外，沿軸向平直基準(zhǔn)移動(dòng)探針臂，在工件的不同的高度進(jìn)行測量，從而可確定工件的柱面形狀。通過適當(dāng)?shù)臏y量儀器，例如光學(xué)儀器或者線性可變微分傳感器(LVDT)測量裝置，對(duì)探針臂沿軸向平直基準(zhǔn)的橫向和縱向的移動(dòng)進(jìn)行測量。
使用這種設(shè)備進(jìn)行測量的精度取決于轉(zhuǎn)動(dòng)軸基準(zhǔn)的精度，尤其是對(duì)于柱面形狀，取決于軸向平直基準(zhǔn)的精度。有可能在±25nm(毫微米)內(nèi)(典型值)確定主軸或轉(zhuǎn)動(dòng)軸基準(zhǔn)，因而，一般來說，軸向平直基準(zhǔn)的機(jī)械性能是徑向形狀和柱面形狀的誤差的限制來源。軸向平直基準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)相關(guān)誤差可能來源于例如結(jié)構(gòu)的長期不穩(wěn)定性，如隨溫度或其它環(huán)境因素的變化，軸向平直基準(zhǔn)的實(shí)際平直度的誤差，或者軸向平直基準(zhǔn)平行于轉(zhuǎn)動(dòng)軸基準(zhǔn)的平行度的誤差，以及在確定軸向平直基準(zhǔn)的支柱和在支柱上攜帶探針臂的托架之間的邊界面的變化。
如Talyrond TR 200的使用手冊(cè)16.8節(jié)所述，安裝一個(gè)柱體，使其和轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸基準(zhǔn)略有偏斜并垂直于該轉(zhuǎn)動(dòng)軸基準(zhǔn)，從而即可檢查橫截線的平直度，實(shí)際上即是檢查軸向平直基準(zhǔn)的平直度。然后，通過沿支柱的縱向移動(dòng)探針臂使觸針沿工件表面軸向移動(dòng)，并把觸針離開軸向平直基準(zhǔn)的位移隨高度的變化畫出曲線，形成第一平直度曲線。在轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)過了180°后重復(fù)上述步驟，形成第二平直度曲線。等分第一和第二平直度曲線的那條線應(yīng)是一條直線，距該等分線的平直度的任何偏差都代表支柱或軸向平直基準(zhǔn)的平直度的誤差。等分線的斜率是支柱和柱形工件的任何剩余相關(guān)傾斜度的函數(shù)，并且和支柱的平直度無關(guān)。
期望在對(duì)工件進(jìn)行測量之前能經(jīng)常進(jìn)行上述的平直度檢查，以便可保證軸向平直基準(zhǔn)的平直度落在可以接受的限值內(nèi)并且可對(duì)設(shè)備進(jìn)行校準(zhǔn)。
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例提供一種測量表面形狀的方法，所說表面圍繞一個(gè)軸是垂直對(duì)稱的，例如具有柱面形狀的表面，該方法在測量期間能夠消除或至少減小參考基準(zhǔn)在測量方向的任何偏差的影響效果。
在一個(gè)實(shí)施例中，使用檢測裝置對(duì)于在一表面上的測量點(diǎn)Pi(hy)至少獲得兩組數(shù)據(jù)，對(duì)每一測量來說點(diǎn)Pi(hy)都是不同的角度位置(相對(duì)于該表面和檢測裝置的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)所圍繞的軸而言)，并且組合該至少兩組數(shù)據(jù)，以補(bǔ)償一個(gè)基準(zhǔn)的例如平直度或平行度的偏差，檢測裝置進(jìn)行的測量都是參照所說基準(zhǔn)完成的。例如，為組合兩組數(shù)據(jù)，取在該表面上同一位置測到的、并且是在檢測裝置相對(duì)于參考基準(zhǔn)有兩個(gè)不同的取向的情況下測到的兩個(gè)值的平均值，從而給出在該位置的半徑的指示值(即，從所說軸到該位置的距離)?？梢匀∵@兩個(gè)測量值的差以給出參考基準(zhǔn)的任何偏差或誤差的指示值。這就允許在沿一表面的指定高度進(jìn)行形狀測量，這些測量和參考基準(zhǔn)沿測量方向的誤差沒有關(guān)系。通過在沿物體表面的不同高度進(jìn)行這樣的測量，就可確定物體的形狀，而不受參考基準(zhǔn)沿測量方向的任何偏差或誤差的影響。
在一個(gè)實(shí)施例中，使用兩個(gè)檢測裝置獲得一個(gè)表面上兩個(gè)徑向相對(duì)的點(diǎn)Pi(hy)和Pi+π(hy)的數(shù)據(jù)，從而可同時(shí)獲得兩組數(shù)據(jù)。在此例中，通過分開的兩個(gè)檢測裝置確定的直徑可與由組合兩個(gè)檢測裝置逐個(gè)分別獲得的極坐標(biāo)數(shù)據(jù)(它們依據(jù)一個(gè)參考基準(zhǔn))獲得的直徑進(jìn)行比較。這就能確定參考基準(zhǔn)沿測量方向的任何偏差?？梢葬槍?duì)在同一高度的其它點(diǎn)以及不同高度的相應(yīng)點(diǎn)重復(fù)這些測量，以確定已對(duì)參考基準(zhǔn)沿測量方向的任何偏差進(jìn)行了補(bǔ)償?shù)谋砻娴目傮w形狀。
在另一實(shí)施例中，檢測裝置包括至少在兩個(gè)不同方向可以偏斜的單個(gè)檢測元件；以及，調(diào)節(jié)檢測裝置的偏斜以改變檢測裝置偏斜方向的裝置。
通過把該表面安裝在一轉(zhuǎn)動(dòng)支架上可實(shí)現(xiàn)該表面和檢測裝置的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。作為另一種可能性，按可轉(zhuǎn)動(dòng)方式把檢測裝置安裝到一支架上并且繞表面轉(zhuǎn)動(dòng)檢測裝置，就可實(shí)現(xiàn)該表面和檢測裝置的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。
另一方面，本發(fā)明提供用于確定一個(gè)表面的形狀、形態(tài)、結(jié)構(gòu)、或圓度的設(shè)備，其中使用了具有可調(diào)偏斜裝置的檢測裝置，因而檢測裝置可在不同方向偏斜。
下面將參照附圖借助實(shí)例來描述本發(fā)明的實(shí)施例，其中

圖1是適合于使用本發(fā)明方法的計(jì)量設(shè)備的一個(gè)實(shí)例的簡化示意透視圖；圖2a和2b分別是圖1所示的部分設(shè)備的示意側(cè)視圖和平面圖，用于說明本發(fā)明方法的第一實(shí)施例的第一個(gè)步驟；圖2c和2d是類似于圖2a和2b的視圖，用于說明本發(fā)明方法的第一實(shí)施例的第二個(gè)步驟；圖3a-3d是說明實(shí)施本發(fā)明的方法的視圖；圖4a是適于用在本發(fā)明方法的第二實(shí)施例中的設(shè)備的一個(gè)實(shí)例的示意透視圖；圖4b是圖4a所示設(shè)備的示意側(cè)視圖；圖5a和5b是用于詳細(xì)說明使用例如圖4a和4b所示設(shè)備實(shí)施本發(fā)明方法的視圖；圖6a是適于用在本發(fā)明方法的第二實(shí)施例中的設(shè)備的第二實(shí)例的示意側(cè)視圖；圖6b是圖6所示的部分設(shè)備的頂視平面圖；圖7是說明適于用在本發(fā)明方法中的設(shè)備的另一實(shí)施例的原理的簡化示意透視圖；圖8是適于用在實(shí)施本發(fā)明的方法中的設(shè)備的另一實(shí)施例的簡化示意側(cè)視立面圖；圖9是類似于圖1所示設(shè)備但具有實(shí)施本發(fā)明方法的第三實(shí)施例的不同測量裝置的設(shè)備的示意側(cè)視圖；圖10是圖9所示部分測量裝置的放大視圖，用于說明本發(fā)明方法的第三實(shí)施例；圖11是類似于圖10的示意圖，用于說明圖10所示測量裝置的改進(jìn)形式；圖12是圖9-11所示設(shè)備的部分測量裝置的一個(gè)部分剖面圖；圖13a、b、和c是示意圖，用于說明本發(fā)明的方法的變化；圖14表示適于用在本發(fā)明方法中的一個(gè)改進(jìn)的坐標(biāo)測量設(shè)備的示意側(cè)視圖；以及圖15是用于前述附圖中表示的設(shè)備的一個(gè)控制系統(tǒng)的簡化方塊圖。
現(xiàn)在參照?qǐng)D1，適合使用本發(fā)明方法的計(jì)量設(shè)備1的第一個(gè)實(shí)例包括一個(gè)工作臺(tái)2(圖1中僅示出它的一部分)，工作臺(tái)2攜帶用于接納待測工件(未示出)的一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)支架或轉(zhuǎn)臺(tái)4。轉(zhuǎn)臺(tái)4有一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸，在圖1中用虛線A表示之。支柱5垂直于工作臺(tái)2延伸，并且有一個(gè)用虛線B表示的縱軸。轉(zhuǎn)臺(tái)4的轉(zhuǎn)動(dòng)軸A確定了一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸基準(zhǔn)，而支柱5確定了一個(gè)平行于所說轉(zhuǎn)動(dòng)軸基準(zhǔn)A的并穿過軸B的一個(gè)平面形狀的軸向平直基準(zhǔn)。
托架6可借助于例如電機(jī)(未示出)或手動(dòng)地沿支柱5并平行于軸向平直基準(zhǔn)B移動(dòng)。托架6沿支柱5移動(dòng)的方法是常規(guī)的，這里不作進(jìn)一步的描述。通過適當(dāng)?shù)某Ｒ?guī)的線性傳感器，例如在EP-A-0240151中描述的光學(xué)傳感器裝置(這里參照引用了該申請(qǐng)的內(nèi)容)，可測量托架6沿支柱5的實(shí)際位置。
把一個(gè)探針臂7安裝到托架6上，使探針臂7能沿軸向平直基準(zhǔn)B的橫向和轉(zhuǎn)動(dòng)軸基準(zhǔn)A的徑向移動(dòng)。還可使用任何適宜形狀的常規(guī)機(jī)構(gòu)(例如絲杠)來相對(duì)于托架6移動(dòng)探針臂7。借助于轉(zhuǎn)臂8把觸針9安裝到探針臂7上。使用常規(guī)的適宜的傳感器(未示出)來測量探針臂7的位置(并且因此測量了觸針9的位置)。
在該設(shè)備的使用過程中，如圖2a示意表示的那樣，把大體柱面外部形狀10a的工件10安裝到轉(zhuǎn)臺(tái)4上，使工件10的轉(zhuǎn)動(dòng)軸與轉(zhuǎn)動(dòng)軸基準(zhǔn)A重合。為此，例如可以使用EP-A-0240150中或者國際專利申請(qǐng)出版物No.WO 96/12162中公開的取中和調(diào)平設(shè)備，或使用任何其它適宜的公知的取中和調(diào)平技術(shù)。
把托架6調(diào)節(jié)到一個(gè)期望的測量起始高度，例如在大體圓柱形工件10的底面上方的高度h。然后沿托架6的橫向驅(qū)動(dòng)該可移動(dòng)的探針臂7，直到觸針9接觸工件表面10a時(shí)為止。通過任何適當(dāng)?shù)臋C(jī)構(gòu)，例如EP-A-0240151中描述的機(jī)構(gòu)，都可以確定觸針9和工件表面10a之間的觸點(diǎn)，以使對(duì)探針臂7的驅(qū)動(dòng)結(jié)果可保持觸針9的偏移量在一相關(guān)傳感器的操作范圍內(nèi)。轉(zhuǎn)臂8應(yīng)保持一固定的取向。在轉(zhuǎn)動(dòng)軸基準(zhǔn)A和軸向平直基準(zhǔn)B之間的距離減去觸針9相對(duì)于軸向平直基準(zhǔn)B的位移，給出工件10在高度為h的測量點(diǎn)P處的半徑的度量R。
當(dāng)工件10繞轉(zhuǎn)動(dòng)基準(zhǔn)軸A轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，對(duì)于工件的高度為h的每一個(gè)角度取向I都可獲得一組半徑值Pi(h1)。
沿支柱5驅(qū)動(dòng)托架6，可進(jìn)行沿工件的一個(gè)不同高度h2的測量，進(jìn)而測出另一組半徑值Pi(h2)。
在獲得了足夠多組在不同期望高度hy的數(shù)據(jù)后，可使用延伸的臂7和轉(zhuǎn)臂8來驅(qū)動(dòng)探針，以便可以接近并測量第二測量位置P’，所說第二測量位置P’和原來的測量位置P徑向相對(duì)。
如有必要，可把托架6升高，以避免在工件和觸針之間產(chǎn)生干擾。
然后，把觸針9再次驅(qū)動(dòng)到高度h1，并且獲得另一組半徑值P1(i+π)(h1)。然后可把托架b驅(qū)動(dòng)到所有先前的高度hy，對(duì)每一高度都獲得相應(yīng)的一組半徑數(shù)據(jù)Pi+π(hy)。
因此，在工件10的表面10a上的每一點(diǎn)Pi(hy)，這樣獲得的半徑數(shù)據(jù)或極坐標(biāo)數(shù)據(jù)都給出半徑的兩個(gè)測量值，在這兩個(gè)測量值之間工件已經(jīng)轉(zhuǎn)過了180°。在每一個(gè)點(diǎn)Pi(hy)，取這兩個(gè)測量值的平均值，就可補(bǔ)償在軸向平直基準(zhǔn)方面的誤差。如前所述，這些誤差可能來源于確定軸向平直基準(zhǔn)的支柱5的平直度的結(jié)構(gòu)誤差、支柱5隨時(shí)間的變化、以及例如在托架6和支柱5之間的界面的變化。一般來說，這樣的偏差可能和偏離一個(gè)標(biāo)稱的圓形橫截面工件的截面圓度的偏差在同一數(shù)量級(jí)。
圖3a表示工件10在測量高度h的一個(gè)橫截面10a’。虛線圓C代表半徑為r的圓，它最接近工件10的截面形狀。δr代表“不圓度”(“out of roundness”)，或者工件10在高度為h的測量點(diǎn)P的橫截面偏離圓的偏差。
如以上所述，軸向平直基準(zhǔn)B可能出于各種理由偏離平直。在圖3a中，把軸向平直基準(zhǔn)B偏離理想基準(zhǔn)BI的偏差表示為δc。
考慮在工件表面上的一個(gè)特定點(diǎn)的半徑的測量，整個(gè)數(shù)據(jù)組Pi(h)的取向?yàn)棣取Ｔ谶@一點(diǎn)測得的最接近于軸向平直基準(zhǔn)B的半徑(即圖2a和2b中所示的位置)由下式給出Pθ(h)＝r-δr+δc 1)因此，半徑Pi(h)取決于軸向平直基準(zhǔn)B的平直度沿測量方向的任何誤差δc。
當(dāng)測量儀器處于圖2c和2d所示的第二位置P’時(shí)，在該工件的表面(取向?yàn)棣?上的同一點(diǎn)測量的相同半徑是Pθ’(h) ＝r-δr-δc 2)取方程1)和2)的平均值，則有1/2(Pθ(h)+Pθ’(h))＝r-δr 3)這是在取向θ的這樣一個(gè)部件的真正半徑，它和軸向平直基準(zhǔn)B在測量方向的任何誤差δc都不相關(guān)。
因此，對(duì)于圍繞高度為h的工件的周邊的所有θ值都取兩個(gè)半徑測量值Pθ(h)和Pθ’(h)的平均值，就可給出高度為h的橫截面和形狀的完整圖象(因而給出工件10的徑向形狀的完整圖象)，它和軸向平直基準(zhǔn)B在測量方向的任何誤差都不相關(guān)。
上述方法還可防止影響柱面形狀測量的軸向平直基準(zhǔn)的平直度不足。為了說明這種情況，現(xiàn)在參照?qǐng)D3b-3d；示意圖3b-3d表示的是，當(dāng)軸向平直基準(zhǔn)B彎曲以致于從工件100觀察的軸向平直基準(zhǔn)B變?yōu)橹邪紩r(shí)，使用實(shí)施本發(fā)明的方法去測量一個(gè)理想的柱體100的柱面形狀。當(dāng)然可以體會(huì)到，在圖3b和3c中相當(dāng)大地夸大了軸向平直基準(zhǔn)B的平直度的不足程度。
如圖3b所示，當(dāng)在工件100的不同高度測量工件100的周邊的點(diǎn)P的半徑時(shí)，觸針9處在圖2a和2b所示的位置，最終的柱面形狀數(shù)據(jù)組代表桶形的工件100，其原因在于軸向平直基準(zhǔn)B是彎曲的。相反，當(dāng)測量柱面形狀時(shí)觸針9從圖3b所示位置移動(dòng)了180°，如圖3c所示，這時(shí)的柱面形狀數(shù)據(jù)代表的是具有向內(nèi)彎曲的表面的工件100。
把使用圖3b所示結(jié)構(gòu)獲得的點(diǎn)Pi(hy)的半徑的測量值與使用圖3c所示結(jié)構(gòu)獲得的同一點(diǎn)Pi(hy)的半徑的測量值組合起來，就可獲得一組柱面形狀數(shù)據(jù)，軸向平直基準(zhǔn)B平直度不足的影響已從這組柱面形狀數(shù)據(jù)中除去，因此工件100可正確地表示為圖3d所示的一個(gè)完美的柱體。
因此，所確定的工件的表面形狀和軸向平直基準(zhǔn)沿測量方向的任何誤差都不相關(guān)，因而在進(jìn)行測量之前，不再需要或者至少較少需要進(jìn)行校準(zhǔn)以確定軸向平直基準(zhǔn)B的平直度和/或平行度。
雖然圖2a-2d表示的是對(duì)工件的外表面的柱面形狀的測量，但是當(dāng)然還可以想到，上述方法還可以應(yīng)用到對(duì)工件的可接近的內(nèi)表面的柱面形狀的測量，正如本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所能想到的那樣，要對(duì)探針臂和觸針進(jìn)行適當(dāng)?shù)男薷摹?br> 圖4a表示適用于本發(fā)明方法的第二實(shí)施例的設(shè)備1a的示意透視圖。圖4b是設(shè)備1a的示意側(cè)視圖，表示裝在轉(zhuǎn)臺(tái)4上的工件12。
圖4a所示的設(shè)備和圖1所示設(shè)備的主要差別在于，托架6攜帶了兩個(gè)探針臂7a和7b，每一個(gè)探針臂攜帶一個(gè)對(duì)應(yīng)的觸針9a和9b，從而形成一個(gè)雙針測量裝置90。在對(duì)應(yīng)的安裝部件11a和11b中容納探針臂7a和7b，所說安裝件11a和11b與托架6的導(dǎo)軌6a嚙合，因此能沿導(dǎo)軌6a移動(dòng)。為了沿導(dǎo)軌6a驅(qū)動(dòng)安裝件11a、11b，可以提供任何一種適宜的傳動(dòng)裝置，例如可提供一個(gè)齒條齒輪型傳動(dòng)裝置?？梢詫?duì)安裝件11a和11b進(jìn)行安排，使它們能被手動(dòng)驅(qū)動(dòng)或者通過一個(gè)電機(jī)(未示出)驅(qū)動(dòng)，從而使電機(jī)沿一個(gè)方向的轉(zhuǎn)動(dòng)能導(dǎo)致托架10a和10b沿相對(duì)的兩個(gè)方向移動(dòng)。當(dāng)然，還可獨(dú)立地分別驅(qū)動(dòng)安裝件11a和11b，以提供較大的靈活性。
如在側(cè)視圖4b中更加清晰表示的，對(duì)托架6和安裝件11a和11b進(jìn)行安排，使得觸針9a和9b的位置在沿轉(zhuǎn)臺(tái)4的一個(gè)直徑上，在所示的實(shí)例中，在沿垂直于在轉(zhuǎn)動(dòng)軸基準(zhǔn)A和在支柱5確定的軸向平直基準(zhǔn)B之間的一條線的直徑上。
可對(duì)探針臂7a和7b進(jìn)行安裝，使得探針臂7a和7b通過任何適宜的驅(qū)動(dòng)裝置可在安裝件11a和11b內(nèi)沿縱向移動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)觸針9a和9b的位置沿平行于轉(zhuǎn)動(dòng)軸基準(zhǔn)A的微調(diào)。
圖4a所示的觸針9a和9b是平行于轉(zhuǎn)動(dòng)軸基準(zhǔn)延伸的細(xì)長部件。每個(gè)觸針9a，9b都有一個(gè)尖端部分9c、9d，它們向外突出(即遠(yuǎn)離其它觸針部分)，例如和觸針成直角。因此如圖4a和4b所示的觸針9a和9b適于測量一個(gè)中空體或如圖4b示意表示的工件12的內(nèi)部表面的柱面形狀。
如果提供雙觸針式裝置，則可以對(duì)每個(gè)點(diǎn)Pi(hy)和與點(diǎn)Pi(hy)徑向相對(duì)的每個(gè)點(diǎn)P’i(hy)同時(shí)進(jìn)行測量，而不必重新定位探針或觸針。這就是說，可以避免在上述參照?qǐng)D2和3描述的結(jié)構(gòu)中由于重新定位觸針引起的任何誤差。還有，因?yàn)槭褂昧艘粋€(gè)觸針對(duì)，所以才可以同時(shí)獲得兩組數(shù)據(jù)，一組數(shù)據(jù)屬于點(diǎn)Pi(hy)，另一組數(shù)據(jù)屬于點(diǎn)Pi+π(hy)，點(diǎn)Pi+π(hy)是點(diǎn)Pi(hy)繞工件周邊移動(dòng)了180°的點(diǎn)。這就減少了為獲得柱面形狀的全套數(shù)據(jù)所需的時(shí)間，使瞬時(shí)變化和熱變化都不那么明顯。
在使用圖4a和4b所示的設(shè)備的過程中，要按前述方式在轉(zhuǎn)臺(tái)4上對(duì)中空工件12進(jìn)行取中和調(diào)平，使所說工件的標(biāo)稱軸與轉(zhuǎn)動(dòng)軸基準(zhǔn)A重合。然后，操作托架6，使觸針9a和9b移入中空工件12內(nèi)，直到它們達(dá)到一期望的測量高度h時(shí)為止。然后對(duì)安裝件11a和11b進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，使它們可將觸針9a和9b移開，一直到觸針9a和9b接觸到工件12內(nèi)表面上的對(duì)應(yīng)的、徑向相對(duì)的點(diǎn)Pi(hy)和Pi+π(hy)時(shí)為止。
使用與安裝件11a和141b的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)相關(guān)連的任何適宜的常規(guī)測量傳感器來確定每個(gè)觸針9a和9b的位置(例如，使用光學(xué)傳感器裝置，或電磁傳感器裝置)。因此，從觸針9a和9b之一獲得的測量值提供了在點(diǎn)Pi(hy)的半徑的指示值，而從觸針9a和9b中的另一個(gè)位置的測量值提供了在點(diǎn)Pi+π(hy)的半徑的指示值。還可以分開觸點(diǎn)9a和9b，以給出在點(diǎn)Pi(hy)和Pi+π(hy)之間的直徑dc的測量值。這一直徑dc和轉(zhuǎn)動(dòng)軸基準(zhǔn)A及軸向平直基準(zhǔn)B都沒有關(guān)系，因此不涉及由軸向平直基準(zhǔn)B沿直徑dc的偏差引起的任何誤差。
當(dāng)然還可以看出，只使用這兩個(gè)觸針9a和9b中的一個(gè)觸針也可以獲得點(diǎn)Pi(hy)的極坐標(biāo)徑向數(shù)據(jù)的測量值。然而，如以上所述，因?yàn)槭褂脙蓚€(gè)觸針可同時(shí)獲得沿直徑方向相對(duì)的兩個(gè)點(diǎn)的測量值，因此明顯減小了測量柱面形狀所需的總時(shí)間，使本質(zhì)上是臨時(shí)的誤差效果(例如，熱效應(yīng))減至最小。
如以上參照?qǐng)D2和3所述描述的實(shí)例，在每一高度hy，并且依次針對(duì)每一測量位置P&P’進(jìn)行測量，即按順序Pi(h1)、Pi(h2)、Pi(h3)…Pi(hn)然后按順序Pi’(h1)、Pi’(h2)、Pi’(h3)…Pi’(hn)進(jìn)行測量，就可獲得柱面形狀數(shù)據(jù)Pik(hy)。
實(shí)踐中，通過按任一順序改變i、y、和k，就可確定描述柱面形狀Pik(hy)所需的全部數(shù)據(jù)。
在圖3所示的第二實(shí)施例中，最好在托架保持在高度hy時(shí)獲得兩個(gè)數(shù)據(jù)組Pi(hy)和P’i(hy)，從而可避免在把托架6重新定位到高度hy的過程中出現(xiàn)的誤差，如果不是在這時(shí)同時(shí)得到兩個(gè)數(shù)據(jù)組，這樣的誤差是有可能出現(xiàn)的。
顯然可以看出，在高度為h、取向?yàn)棣鹊谋砻嫔系囊稽c(diǎn)，由觸針9a和9b之一測得的半徑R再一次由下式給出Pθ(h) ＝r-δr+δc4)而在工件表面的同一點(diǎn)由另一觸針測得的半徑為P’θ(h) ＝r-δr-δc 5)其中δr再一次是該工件在被測點(diǎn)的不圓度，δc是軸向平直基準(zhǔn)B沿測量方向的平直度偏差。
如以上參照?qǐng)D2a-3d所述，針對(duì)每一測量點(diǎn)Pi(hy)，可以組合從兩個(gè)觸針9a和9b中的每一個(gè)觸針獲得的徑向極坐標(biāo)數(shù)據(jù)，從而可獲得一套和軸向平直基準(zhǔn)沿測量方向的平直度誤差無關(guān)的工件柱面形狀數(shù)據(jù)。
圖4a和4b所示的設(shè)備除了可以評(píng)價(jià)和軸向平直基準(zhǔn)無關(guān)的(因此和任何誤差δc無關(guān)的)表面外，還可以指示在一指定的待測高度軸向平直基準(zhǔn)的平直度的實(shí)際不足δc。因此，令方程4)和5)相減，則有Pθ(h)-P’θ(h) ＝2δc 6)因此，取任意兩個(gè)對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)點(diǎn)之間的差并用2除，即可給出δc。因此，可在一指定的檢驗(yàn)取向θ，或者通過適當(dāng)?shù)膶?duì)一系列θ值的平均過程，對(duì)δc作出評(píng)價(jià)。
在以上的說明中，假定被測的柱形表面的轉(zhuǎn)動(dòng)軸精確地定位在主軸的軸上。還假定觸針(一個(gè)或多個(gè))準(zhǔn)確地定位在一直徑上(即，在凸出處)。實(shí)踐中，工件柱形表面的轉(zhuǎn)動(dòng)軸c和主軸的軸線A略有偏斜。
圖5a和5b對(duì)此作了示意的說明。在圖5a中，用一對(duì)觸針9a和9b中的一個(gè)觸針9a測量點(diǎn)Pi的半徑。在圖5b中，當(dāng)工件12轉(zhuǎn)過180°時(shí)，用另一個(gè)觸針9b測量點(diǎn)Pi的半徑。圖5a和5b表示出工件柱形表面的轉(zhuǎn)動(dòng)軸c，所說轉(zhuǎn)動(dòng)軸c在和觸針9a和9b之間的直徑成α角的位置偏離主軸軸線A的距離為e(偏心率)。
在本領(lǐng)域中眾所周知，由離軸旋轉(zhuǎn)的一個(gè)圓上的一個(gè)點(diǎn)描繪出的表面在極坐標(biāo)中可由一蚶線(也稱蝸牛形曲線)(原文是Limicon-疑是Limacon的誤寫)近似表示。因此，在圖5a中點(diǎn)Pi的半徑Rp1由下式給出Rp1＝F+g+ecos(α) 7)其中，2F是兩個(gè)測量裝置或觸針9a和9b(它們被手動(dòng)調(diào)到部件直徑)的零位置間的距離，g是兩個(gè)測量裝置之間的中心位置OF沿測量讀數(shù)方向偏離主軸軸線A的偏差。因此，偏差g將包括軸向平直基準(zhǔn)沿測量方向的平直度的任何誤差δc。
當(dāng)把工件轉(zhuǎn)過180°變?yōu)閳D5b所示位置時(shí)，則點(diǎn)Pi在極坐標(biāo)中的方程由下式給出Rp2＝F+g+ecos(α+π)8)然而，如上所述，這些觸針可以略微偏出一點(diǎn)，偏離的距離(cresting distance)為H。對(duì)于圖5a所示的工件表面上的點(diǎn)Pi的第一位置，這由下式給出sinθ1=HRP1(x+θ1)....9)]]>其中，θ1是在期望的測量位置Pi和實(shí)際的測量位置之間的角度(偏離的角度-cresting angle)，Rp1(x+θ1)代表在工件12周邊上偏離測量點(diǎn)Pi的偏離角為θ1的點(diǎn)的測量值。
使用適當(dāng)?shù)臄?shù)字計(jì)算信息包或軟件程序，例如使用“Maple5”(它是一種符號(hào)數(shù)學(xué)信息包，由加拿大的Maple Software公司生產(chǎn))，就可針對(duì)θ解出上述方程。
使用上述的數(shù)學(xué)信息包來求解偏離角θ1，使之成為偏離誤差距離H的一個(gè)級(jí)數(shù)，從而可以給出θ1=H(F+g+ecos(α)+H2esin(α)(F+g+ecos(α))3+O(H3)....10)]]>其中，該級(jí)數(shù)在H3階的那些項(xiàng)是截尾的。
通過類比，由下式給出在圖5b所示的位置2的偏離誤差Hsinθ2=HRP2(x+θ2).......11)]]>使用相同的數(shù)學(xué)信息包來求解θ2，使之成為H的一個(gè)級(jí)數(shù)，從而給出θ2=H(R-g-ecos(α))+H2esin(α)(F-g-ecos(α))3+O(H3)...12)]]>來自圖5a中的觸針9a的并具有按方程10)給出的偏離誤差的信號(hào)S1為S1＝RP1(x+θ1)cos(θ1)13)來自于圖5b的位置2的觸針9b的(即，該部件已轉(zhuǎn)過180°)并具有按方程12)給出的偏離誤差的信號(hào)為S2＝RP2(x+π-θ2)cos(θ2) 14)對(duì)S1進(jìn)行求解，使之成為偏離誤差H的一個(gè)泰勒級(jí)數(shù)，從而給出S1=(F+g+ecos(α))-Hesin(α)(F+g+ecos(α))+O(H2).....15)]]>類似地，對(duì)S2進(jìn)行求解，使之成為偏離誤差H的一個(gè)泰勒級(jí)數(shù)，從而給出S2=(F-g+ecos(α))+Hesin(α)F-g-ecos(α)+O(H2)....16)]]>取這兩個(gè)信號(hào)S1和S2的平均值，并且將其展開成偏離誤差H的一個(gè)泰勒級(jí)數(shù)，從而給出
其中，和方程10)和12)一樣，0代表所指示的冪次的階的那些項(xiàng)。若把方程17)的級(jí)數(shù)轉(zhuǎn)換成偏離誤差或偏離距離H的一個(gè)多項(xiàng)式，則可以給出PS＝(F+ecos(α))+(-1/2(esin(α)F+g+ecosα)+1/2(esin(α)F-g-ecos(α))))H....18)]]>典型的情況是，F(xiàn)＝1.25mm，g＝-.005mm，e＝0.001mm，以及H＝0.001mm。
因此F比g和e大得多，所以方程18)中的Sinα項(xiàng)彼此極其相似，可有效地相互抵消。因此，對(duì)于一階近似，通過取來自圖5a的觸針9a的信號(hào)和來自圖5b的觸針9b的信號(hào)的平均值獲得的半徑的測量值不受偏離誤差H或偏差g的影響。
在以上所述的實(shí)例中，工件本身是轉(zhuǎn)動(dòng)的。然而，還可能設(shè)想出其它的安排，其中的測量裝置(一個(gè)或多個(gè)觸針)是轉(zhuǎn)動(dòng)的，但工件是不轉(zhuǎn)的。
圖6a極其示意地表示出這樣一種類型的設(shè)備1b，它適合于使用本發(fā)明的方法。圖6a中所示的設(shè)備和圖4a和4b中所示的設(shè)備類似，也是一種雙針型測量系統(tǒng)。但在圖6a所示的設(shè)備中，省去了轉(zhuǎn)臺(tái)4，代之以一個(gè)可轉(zhuǎn)動(dòng)的主軸40(可具有任何適當(dāng)?shù)某Ｒ?guī)形狀)，所說主軸40安裝到臂6a上，臂6a固定到支柱5上。
主軸40攜帶一個(gè)框架60，框架60具有向下懸垂的臂61，攜帶用于探針臂7a和7b的相應(yīng)的安裝件63的一個(gè)十字桿62可滑動(dòng)地安裝到所說的臂61上。十字桿62沿臂61可以移動(dòng)，它的移動(dòng)方式和圖1中托架6沿支柱5移動(dòng)方式類似。在該例中，臂61確定了軸向平直基準(zhǔn)B或參考基準(zhǔn)B。確定十字桿62相對(duì)于臂61的位置的方式和圖1中用來確定托架6的位置的方式類似。
圖6b是部分圖6a的設(shè)備的頂視平面圖，更加清晰地表示出十字桿62和探針臂7a和7b的安排。這一安排使觸針9a和9b能沿工件13的高度方向移動(dòng)，因而能在不同的高度進(jìn)行測量。
在圖6a所示的實(shí)例中，對(duì)觸針9a和9b進(jìn)行設(shè)計(jì)，使它們具有向內(nèi)指向的尖端部分9c和9d，用于測量外表面。然而，可用圖4所示的觸針代替圖6a和6b所示的觸針9a和9b，以便可以測量內(nèi)表面，同時(shí)要對(duì)設(shè)備的部件的尺寸進(jìn)行適當(dāng)?shù)南薅ㄒ允褂|針可容納在待測工件的內(nèi)部。
使用圖6所示設(shè)備16的方式和使用圖4a和4b所示設(shè)備的方式類似，只是在這種情況下要把工件13安裝到工作臺(tái)2上，使工件13與主軸軸線A’和主軸40對(duì)齊，而不是轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)4來獲得極坐標(biāo)數(shù)據(jù)。
在上述實(shí)例中，通過升高或降低觸針(一個(gè)或多個(gè))測量沿工件不同高度的徑向形狀，就可確定柱面形狀。然而，測量柱面形狀的另一種方式是提供兩個(gè)或多個(gè)觸針、或者觸針對(duì)，這些觸針沿確定軸向平直基準(zhǔn)的方向彼此分開經(jīng)過校準(zhǔn)的固定距離。
圖7示意地表示一個(gè)設(shè)備的一部分，以說明提供一系列雙針測量裝置90a的原理。在圖7所示的實(shí)例中，把3個(gè)雙針測量裝置90安裝到一個(gè)共用的支架61上，使這些雙針測量裝置與部件軸名義上對(duì)齊，所說部件軸確定了和軸向平直基準(zhǔn)B等效的等效物。當(dāng)然，如果期望只在沿工件的3個(gè)不同高度進(jìn)行測量，那么，就可把攜帶這些雙針測量裝置的支架固定到支柱5上。
如圖7極其示意地表示的，每一個(gè)雙針測量裝置90a都是一個(gè)固定的U形件91形式，它具有垂直于支架或托架6’延伸的臂91a和91b。每個(gè)臂91a和91b的自由端都按一適宜的常規(guī)方式支撐一個(gè)觸針9c(在圖7中用箭頭簡單表示之)。
在圖7所示的結(jié)構(gòu)中，把U形件91的臂91a和91b固定就位。但還可以按類似于以上參照?qǐng)D4a討論過的方式把臂91a和91b安裝在導(dǎo)軌上，從而可以調(diào)節(jié)每個(gè)雙針測量裝置90a的觸針9c的標(biāo)稱分開距離，因而使用同一個(gè)設(shè)置可以測量尺寸不同的工件。
在圖7所示設(shè)備的操作中，按常規(guī)方式在轉(zhuǎn)臺(tái)上(圖7沒示出)安裝工件14并取中，使工件14在測量裝置90a的兩個(gè)對(duì)應(yīng)觸針之間定位。然后，按常規(guī)方式驅(qū)動(dòng)觸針，使它們與工件表面接觸。然后，在沿工件14的3個(gè)高度h1、h2、和h3按上述方式同時(shí)進(jìn)行徑向數(shù)據(jù)組Pθ(h)的測量。因?yàn)槿缟纤鍪褂脤?shí)施本發(fā)明的方法補(bǔ)償了軸向平直基準(zhǔn)的平直度偏差，所以沒有必要相互校準(zhǔn)雙針測量裝置90a。當(dāng)然，應(yīng)該用常規(guī)的方法校準(zhǔn)每一個(gè)單個(gè)測量裝置。此外，為保證雙針測量裝置90a適應(yīng)性，還需要對(duì)裝置的分開距離進(jìn)行校準(zhǔn)。
可以對(duì)圖7所示的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，使其能同時(shí)測量工件內(nèi)表面多個(gè)不同高度的徑向形狀。
圖8極其示意地表示圖6a所示設(shè)備的一種改進(jìn)形式。在圖8所示實(shí)例中，框架60和懸臂61由一剛性桿65代替，徑向相對(duì)延伸的臂對(duì)66a、b、c都固定連接到剛性桿65上，每個(gè)所說的臂都攜帶一個(gè)對(duì)應(yīng)的觸針9e。圖8所示的設(shè)備與圖6a所示設(shè)備的區(qū)別還在于，按照和圖1所示相似的方式在支柱5上支撐一個(gè)可移動(dòng)的托架6。然而，可以使用任何適宜的裝置使剛性桿65與部件軸名義上對(duì)齊。例如，可通過一個(gè)框架來攜帶主軸40和剛性桿65，對(duì)該框架進(jìn)行設(shè)計(jì)，使其很輕便并且可直接固定到待測的工件上。像圖7的設(shè)備那樣，通過對(duì)齊雙針測量裝置9e來確定參考基準(zhǔn)B。
在此例中，首先把工件15安裝到工作臺(tái)2上，使工件15與主軸40的轉(zhuǎn)動(dòng)軸A’對(duì)齊。然后降低托架6，以便把攜帶探針臂66和觸針9c的十字桿65插入該中空工件中。一旦桿65已正確地插入中空工件15中，就驅(qū)動(dòng)探針臂66c以使觸針9c與工件15的內(nèi)表面接觸。然后，按上述方式通過轉(zhuǎn)動(dòng)主軸40在3個(gè)不同高度中的每一高度取徑向形狀的測量值。
圖8所示設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)是，如圖6所示設(shè)備那樣，雙針測量裝置9e的對(duì)齊(在此情況下，由十字桿65確定)并不重要，因?yàn)榘匆陨纤鲆蜒a(bǔ)償了任何偏差或誤差。
當(dāng)然，還可對(duì)圖8所示設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)，即在工作臺(tái)2上提供轉(zhuǎn)臺(tái)4，并且固定十字桿65使其不能相對(duì)于托架6轉(zhuǎn)動(dòng)。
當(dāng)然，還可對(duì)圖7和8所示設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)，以提供任何期望數(shù)目的雙針測量裝置對(duì)。還可以把圖7的雙針測量裝置安裝在類似于圖1所示的托架6的一個(gè)可移動(dòng)的托架上，從而可在沿工件的3個(gè)高度中的兩個(gè)或更多個(gè)高度同時(shí)獲得3組極坐標(biāo)數(shù)據(jù)。類似地，可以移動(dòng)圖8所示的托架6，以便能在3個(gè)高度中的多于一個(gè)高度進(jìn)行測量。
圖9用類似于圖2a的視圖表示實(shí)施本發(fā)明方法的另一種方式。圖9所示的設(shè)備類似于圖1和2a所示的設(shè)備，只是由可移動(dòng)的探針臂7攜帶的測量裝置9有所不同?，F(xiàn)在只描述和參照?qǐng)D1和2a以上描述的設(shè)備不同的圖9所述設(shè)備的那些方面。
圖9所述設(shè)備的觸針包括一個(gè)攜帶觸針92a的觸針臂92，觸針92a例如可以是紅寶石或蘭寶石球的形狀。對(duì)觸針臂92進(jìn)行安排，使其能沿轉(zhuǎn)動(dòng)軸的徑向延伸的方向繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使觸針尖92a能夠接觸內(nèi)表面100a的一個(gè)直徑的相對(duì)端Pi和Pi+θ，如圖10更加清晰可見。
為了測量表面100a的柱面性，使托架6處于期望的第一測量高度h1，并且定位探針臂7，從而使探針臂8’和轉(zhuǎn)動(dòng)軸基準(zhǔn)A對(duì)齊。為此，可使用一個(gè)長度固定的探針臂，或者可驅(qū)動(dòng)一個(gè)可移動(dòng)的探針臂7以使所述臂8’與轉(zhuǎn)動(dòng)軸基準(zhǔn)A對(duì)齊。
然后，通過一個(gè)偏斜裝置(下面將會(huì)描述)使觸針臂92繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使它可與點(diǎn)Pi(h1)接觸。然后讓攜帶工件100的轉(zhuǎn)臺(tái)4繞轉(zhuǎn)動(dòng)軸A轉(zhuǎn)動(dòng)，從而對(duì)每一角度取向i都可獲得該工件在高度h1的一組半徑值Pi(h1)。
然后使用下面將要描述的偏斜裝置使觸針臂92繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使觸針尖92a與工件內(nèi)表面100a上和點(diǎn)Pi徑向相對(duì)的點(diǎn)Pi+π接觸。然后，針對(duì)每個(gè)角度取向獲得工件在高度h1的另一組半徑值Pi+π(h1)。
沿支柱5驅(qū)動(dòng)托架6到新的高度hy，并且在每個(gè)高度hy重復(fù)對(duì)Pi(hy)和Pi+π(hy)的半徑值測量，從而完成了沿工件不同高度的測量。
按另一種方式，可首先在不同高度hy獲得Pi(hy)的半徑值組，然后偏斜裝置反向，并在不同高度hy獲得Pi+π(hy)的半徑值組。
然后，如以上所述，對(duì)已獲得的徑向數(shù)據(jù)或極坐標(biāo)數(shù)據(jù)Pi(hy)和Pi+π(hy)進(jìn)行處理，從而獲得代表該內(nèi)表面100的柱面性的數(shù)據(jù)。
雖然圖9和10是示意的，但也可看出，觸針臂92的繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)將引起弧形運(yùn)動(dòng)，這種弧形運(yùn)動(dòng)將在進(jìn)行接觸的那個(gè)高度產(chǎn)生誤差。通過使用密度盡可能接近工件100的孔直徑的觸針尖92a以保持弧形運(yùn)動(dòng)最小，就可把這種誤差減至最小。這樣一種方法專門用于測量直徑范圍為5-10mm的球的柱面性。
如果要測量較大直徑的球的柱面性，則可以如圖11所示使用改進(jìn)形式的測量裝置G’，其中的觸針臂92的自由端攜帶一個(gè)十字桿92’，所說十字桿92’在每一端都有一個(gè)觸針尖92a’。這種改進(jìn)形式的測量裝置G’可用于測量直徑明顯大于觸針尖92a’的直徑的內(nèi)球的柱面性，同時(shí)還限制了觸針臂92的弧形運(yùn)動(dòng)。如果期望，可借助于例如測微計(jì)調(diào)節(jié)裝置等調(diào)節(jié)十字桿92’的長度，使測量裝置G’成為適合于各種不同直徑孔的最佳裝置。
圖12是部分探針臂8’的一個(gè)剖面圖，表示在兩個(gè)徑向相對(duì)的位置之間偏斜觸針臂92的方式。為簡單起見，圖12中省去了電連接、以及其它的常規(guī)部件，例如探針臂80’的后插栓，它們用于和探針臂7相連接。
如圖12所示，探針臂8’有一個(gè)外殼80，外殼80有一開口80a，觸針支撐臂81的一個(gè)端部81a就從開口80a伸出。如圖12中虛線所示，通過一個(gè)彈簧夾片82使觸針臂92的端部92’在觸針支撐臂81的端部81a的一個(gè)凹槽內(nèi)固定就位。
借助于撓性彈簧84把觸針支撐臂81安裝到一安裝塊83上，所說撓性彈簧84確定了該觸針支撐臂81的轉(zhuǎn)動(dòng)軸。把U形彈簧86安裝到銷釘85上，所說銷釘85沿觸針支撐臂81的橫向延伸。在U形彈簧86的兩個(gè)自由端之間夾緊銷釘87，該銷釘87偏心安裝在鼓形物88上。鼓形物88或者手動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)，或者借助于一個(gè)電機(jī)(未示出)(例如直流齒輪電機(jī))轉(zhuǎn)動(dòng)。
彈簧86形成觸針臂92的偏斜裝置。圖12中所示的彈簧86處在中性位置或中間位置，其中的觸針臂92或偏向左，或偏向右，如圖9-11所示。
當(dāng)鼓形物88沿逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)到某一角度時(shí)，銷釘87移動(dòng)穿過這個(gè)角度，使彈簧86向觸針支撐臂81施加一個(gè)偏斜力，從而使觸針臂92在圖12中向下轉(zhuǎn)動(dòng)。相反，當(dāng)鼓形物88沿順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，銷釘87的移動(dòng)施加一個(gè)偏斜力，使觸針臂92在圖12中向上移動(dòng)。
使用任何適當(dāng)形式的軸編碼器，例如霍爾效應(yīng)設(shè)備，就可檢測鼓形物88的轉(zhuǎn)動(dòng)。讓鼓形物進(jìn)行不同程度的轉(zhuǎn)動(dòng)，就可沿順時(shí)針和逆時(shí)針這兩個(gè)方向施加不同程度偏斜力。例如，鼓形物在順時(shí)針和逆時(shí)針這兩個(gè)方向可以有兩組位置，以給出中等的和強(qiáng)烈的偏斜。若使用適當(dāng)?shù)妮S編碼器，并且對(duì)鼓形物88進(jìn)行機(jī)動(dòng)驅(qū)動(dòng)，則可在計(jì)算機(jī)控制下實(shí)現(xiàn)偏斜的調(diào)節(jié)，其中的軸編碼器向計(jì)算機(jī)的處理裝置提供信號(hào)，以指示鼓形物88的位置。利用一個(gè)線性可變微分傳感器(LVDT)200按常規(guī)方式檢測觸針支撐臂81的繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)，所說傳感器200包括安裝到安裝塊83上的一對(duì)線圈201、202，和固定到由觸針支撐臂攜帶的軸204上的鐵芯203。
借助于一端固定到外殼80中的安裝塊89上的金屬片300來限制觸針支撐臂81的繞軸移動(dòng)。金屬片300的自由端容納在一凹槽81b中，凹槽81b設(shè)在觸針支撐臂的后端。調(diào)節(jié)螺絲301確定金屬板300的初始位置。例如可通過穿過外殼中的孔80’的一個(gè)改錐來調(diào)節(jié)該調(diào)節(jié)螺絲。限位螺絲302限制金屬板300向上移動(dòng)，因此限制了觸針支撐臂81的端部向上移動(dòng)。
在圖12所示的測量裝置的操作中，當(dāng)通過移動(dòng)托架6并調(diào)節(jié)可移動(dòng)的探針臂7(如果適當(dāng)?shù)脑?在期望的高度把觸針尖92a定位在工作100的內(nèi)孔中時(shí)，或者手動(dòng)或者借助一個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)可轉(zhuǎn)動(dòng)的鼓形物88，使銷釘87偏心移動(dòng)，將觸針臂92偏斜向兩個(gè)相對(duì)的位置之一，從而使該觸針臂92在該偏斜力的作用下繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)，直到觸針尖92a與工件的內(nèi)表面100a接觸時(shí)為止。
正如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解的那樣，應(yīng)對(duì)圓度測量設(shè)備(例如正在介紹的這種設(shè)備)進(jìn)行設(shè)計(jì)，使其能測量微米數(shù)量級(jí)的移動(dòng)，而在偏斜力作用下觸針尖92a在到達(dá)工件表面100a之前移動(dòng)的距離就是微米數(shù)量級(jí)。因此，雖然把LVDT設(shè)計(jì)成能檢測觸針支撐臂(因此還有觸針尖92a)在偏斜力作用下在整個(gè)可能的移動(dòng)范圍內(nèi)的位置，然而在偏斜力影響下該設(shè)備在繞軸移動(dòng)期間獲得的測量值將要超出期望的測量范圍。對(duì)與工件內(nèi)表面100a接觸的觸點(diǎn)進(jìn)行確定，使其成為由LVDT提供的信號(hào)導(dǎo)出的測量值落在該期望范圍內(nèi)的那一點(diǎn)。因此不必知道該位置的絕對(duì)值，這是因?yàn)檎谶M(jìn)行測量的位置并不是在工件表面上該點(diǎn)的絕對(duì)位置，而是這個(gè)特定高度工件表面100a的極坐標(biāo)變化或不圓度。
雖然以上參照?qǐng)D12描述的測量裝置主要期望用來測量內(nèi)孔，但是這樣一種反向偏斜測量裝置還可用在其它的期望測量兩個(gè)相對(duì)表面的情況。例如，這種反向偏斜測量裝置可用在圖2a-2d所示的設(shè)備中，圖2a中的觸針向左偏斜，在圖2c中的觸針向右偏斜。這種反向偏斜測量裝置還可用于需要對(duì)相對(duì)的表面進(jìn)行相對(duì)測量的情況，例如可從下邊測量下表面并從上邊測量上表面，從而就可確定一個(gè)物體的厚度的任何變化。
在上述實(shí)施例中，對(duì)每一高度的兩組極坐標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行平均，以補(bǔ)償參考基準(zhǔn)B的變化。下面參照?qǐng)D13a-13c描述處理極坐標(biāo)數(shù)據(jù)組以補(bǔ)償垂直基準(zhǔn)B的誤差的另一種方法。這種方法可用在以上所述的任何一個(gè)實(shí)施例中。
圖13a在A1表示在第一組測量期間在3個(gè)高度h1、h2、和h3獲得的極坐標(biāo)數(shù)據(jù)，即測量點(diǎn)Pi的極坐標(biāo)數(shù)據(jù)。圖13B在A2表示在第二組測量期間在高度h1、h2和h3獲得的對(duì)應(yīng)極坐標(biāo)數(shù)據(jù)，即和圖13a所示的測量值有角度差的測量值，一般來說是在點(diǎn)Pi+π取的測量值。
按此方法，和針對(duì)每一個(gè)y值求兩種數(shù)據(jù)Pi(hy)和Pi+π(hy)的平均值的方法不同，把每一組極坐標(biāo)數(shù)據(jù)Pi(hy)和Pi+π(hy)擬合成一個(gè)圓。如由H Dagnell M.A.所著的題目的“Lets Talk Rourdness”的書中所述，按英國、美國、和日本的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了4種不同的參考圓，即最小二乘方圓、最小區(qū)域參考圓、最大內(nèi)接參考圓、和最小外切參考圓。在本發(fā)明的情況下，采用最小二乘方圓方法，其中圓的數(shù)學(xué)定義是對(duì)于該圓來說，從該圓到該斷面輪廓測到的、足夠多數(shù)目的等距分開的徑向點(diǎn)的平方和有最小的值。使用任何適宜的常規(guī)最小二乘方擬合算法都可完成這一擬合過程。在圖13a的C1表示已獲得的最小二乘方圓Ci(h1)、Ci(h2)和Ci(h3)。
用在取向Pi+π取的第二組數(shù)據(jù)可完成同樣的過程，從而導(dǎo)出如圖13b所示的最小二乘方圓Ci+π(h1)、Ci+π(h2)、和Ci+π(h3)，如圖13b所示。
求出在每個(gè)高度hy的參考圓Ci(hy)和Ci+π(hy)的平均值，從而給出如圖13c所示的數(shù)據(jù)C。然后，把高度hy的最小二乘方圓Ci(hy)從該高度的平均圓C(hy)中減去，并且加到該高度的原始極坐標(biāo)數(shù)據(jù)Pi(hy)上。最終的數(shù)據(jù)Pc(hy)就代表Z對(duì)垂直軸基準(zhǔn)B的任何誤差校正過的、高度hy的表面100a的實(shí)際形狀。
以上參照?qǐng)D13描述的方法的優(yōu)點(diǎn)在于，明顯減小了在不精確知道兩個(gè)測量位置的角度差的條件下可能產(chǎn)生的角度相位誤差，這是因?yàn)檫@樣一些誤差對(duì)基準(zhǔn)圓的半徑或位置僅有微小的影響的緣故。這應(yīng)該避免在表面100a的變化波長很短的情況下可能發(fā)生的虛假平均的問題。
當(dāng)然還應(yīng)認(rèn)識(shí)到，通過扣除適當(dāng)?shù)膮⒖紙A組Ci(hy)或Ci+π(hy)，就可把圖13所示的校正加到數(shù)據(jù)組Pi(hy)或數(shù)據(jù)組Pi+π(hy)上。
實(shí)施本發(fā)明的方法還可以應(yīng)用到一種改進(jìn)的坐標(biāo)測量設(shè)備上，其中例如如GB-A-1137238或GB-A-2160975(這里參照引用了它們的內(nèi)容)所述，測量是在x、y、z直角坐標(biāo)系內(nèi)進(jìn)行的。
圖14極其示意地表示一個(gè)改進(jìn)的按本發(fā)明的方法使用的坐標(biāo)測量設(shè)備的實(shí)例。
如圖14所示，該坐標(biāo)測量設(shè)備包括一個(gè)工作臺(tái)20，它攜帶兩個(gè)導(dǎo)軌21a和21b，所說導(dǎo)軌21a和21b沿垂直于紙面方向(x方向)彼此平行地分開延伸。對(duì)U形框架22進(jìn)行支撐，使得所說框架22可以通過任何適宜的驅(qū)動(dòng)裝置并且使用任何適當(dāng)形狀的軸承裝置沿導(dǎo)軌21a和21b進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。U形框架22的十字桿22a攜帶一個(gè)可移動(dòng)的托架23，托架23支撐一個(gè)支撐件24。通過任何適當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)可使支撐件24沿Z方向相對(duì)于托架23移動(dòng)。將適當(dāng)?shù)臏y量傳感器(例如上述的光傳感器或者電磁傳感器)與x、y、和z方向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)相連，以便能確定支撐件24攜帶的探針的x、y、和z坐標(biāo)的準(zhǔn)確位置。
上述坐標(biāo)測量設(shè)備的部件是常規(guī)的。
如圖14所示，工作臺(tái)20設(shè)有一個(gè)和圖1所示類似的轉(zhuǎn)動(dòng)支架或轉(zhuǎn)臺(tái)4b。在這種情況下，Z軸支撐24攜帶一個(gè)固定的探針臂7a，探針臂7a攜帶單個(gè)的觸針9a?？砂凑找陨蠀⒄?qǐng)D2a-2d和3a-3d所述的方式使用圖14所示的坐標(biāo)測量設(shè)備，即使托架23沿十字桿22a移動(dòng)，在待測工件15的高度為h的周邊上的一個(gè)點(diǎn)P進(jìn)行半徑的第一次測量，其中的托架23在第一位置y1；并且當(dāng)轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)過180°并且托架23移動(dòng)到圖14中虛線所示的位置y2時(shí)，在待測點(diǎn)P對(duì)半徑進(jìn)行第二次測量。然后按照以上參照?qǐng)D2a-2d和3a-3d所述確定徑向和柱面形狀。作為另一種可能性，可對(duì)圖14所示設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)，即用一個(gè)或多個(gè)測徑規(guī)來代替單個(gè)觸針，這可使以上參照?qǐng)D4描述的方法更趨完美。
在上述的每個(gè)實(shí)例中，一般來說都通過從設(shè)備的傳感器接收輸入信號(hào)的適當(dāng)編程的計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)來計(jì)算徑向形狀和柱面形狀的數(shù)據(jù)。圖15表示的是一個(gè)適宜的處理系統(tǒng)的簡化方塊圖，該系統(tǒng)包括與一存貯器相連的中央處理單元50，所說存貯器包括用于分別存貯操作程序和數(shù)據(jù)的ROM和RAM。
在工件柱面形狀的測量期間，通過計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)記錄來自傳感器的數(shù)據(jù)，并且按上述方式用這些數(shù)據(jù)來確定工件的徑向和柱面形狀。圖15表示的中央處理單元50與3個(gè)傳感器T1、T2和T3相連，它們提供代表轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)、托架沿支柱5的高度、和探針臂7的位置的信號(hào)。當(dāng)然，如以上所述，傳感器的數(shù)目取決于特定的設(shè)備。因此，若使用例如如圖12所示的可機(jī)動(dòng)反向偏斜的測量裝置，則要提供具有適宜的軸編碼器形式的另一個(gè)傳感器T4，以提供表示測量裝置偏斜的信號(hào)。一般還要經(jīng)過適當(dāng)?shù)某Ｒ?guī)的控制接口電路(圖中未示出)把中央處理單元50連到電機(jī)M1、M2、和M3，分別用于控制轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)，托架的高度、和延伸臂7的位置。還有，若使用機(jī)動(dòng)可反向偏斜的測量裝置，一般要經(jīng)過適當(dāng)?shù)某Ｒ?guī)控制接口電路(未示出)把中央處理單元50連到電機(jī)M4，以控制反向偏斜的測量裝置的電機(jī)M4的操作。
該處理系統(tǒng)可設(shè)有鍵盤形式的輸入設(shè)備52，可與鼠標(biāo)52a或者其它適當(dāng)?shù)闹甘驹O(shè)備相接，使用戶能輸入有關(guān)例如設(shè)備的最近的校準(zhǔn)的信息、或者關(guān)于要使用的特定方法的指令。此外，還可將一個(gè)顯示單元(例如，陰極射線管53)與控制處理單元50相連，通過使用適當(dāng)?shù)某Ｒ?guī)軟件對(duì)用將要提供的設(shè)備進(jìn)行的測量進(jìn)行可視的顯示?？梢蕴峁┮粋€(gè)輸出設(shè)備，例如打印機(jī)或繪圖機(jī)，以此作為可視顯示單元的替換物或者將其附加到可視顯示單元上，從而可以提供例如以制成表格的徑向數(shù)據(jù)形式出現(xiàn)的測量數(shù)據(jù)的硬拷貝和/或以曲線形式表示的測量數(shù)據(jù)的硬拷貝。
雖然在上述實(shí)例中，在工件的一個(gè)指定高度的單個(gè)位置進(jìn)行了極坐標(biāo)數(shù)據(jù)的兩次測量，但如果期望，通過在工件的周邊提供例如3個(gè)或多個(gè)等角度分開的觸針，就可以進(jìn)行3次或多次這樣的測量。
還有，雖然在上述實(shí)例中首先在一個(gè)指定高度獲得一組極坐標(biāo)數(shù)據(jù)，但有可能發(fā)生的情況、或者在某些情況下期望發(fā)生的情況是沿工件或部件的軸向移動(dòng)觸針(一個(gè)或多個(gè))以獲得不同高度h的數(shù)據(jù)，然后再實(shí)現(xiàn)工件和檢測裝置之間的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。
如果期望，在提供一個(gè)雙針測量裝置的情況下，通過確定兩個(gè)測量裝置的相對(duì)分開角度就可進(jìn)行直徑的第一次測量。第一次測量與軸向平直基準(zhǔn)B的任何誤差無關(guān)，并且可以和直徑的第二次測量進(jìn)行比較，所說第二次測量是通過組合在兩個(gè)相對(duì)的點(diǎn)用兩個(gè)觸針測到的半徑而獲得的，從而可以給出在該直徑處的軸向平直基準(zhǔn)的實(shí)際偏差和誤差的指示值。
雖然以上的實(shí)例描述了確定工件表面的柱面形狀的方法，但本發(fā)明還可用于確定任何適宜表面的形狀，例如繞轉(zhuǎn)動(dòng)軸名義上對(duì)稱的任何表面。例如，本發(fā)明可用于確定不變的多面體、橢球、或不規(guī)則的截面的表面形狀，或者錐體表面，例如截頭錐體表面或錐體表面，或者用于確定非不變的截面的表面。
本發(fā)明還可用于確定由一機(jī)床(例如車床或磨床)產(chǎn)生的任何表面的形狀。例如，可把該設(shè)備作為一個(gè)配件提供給車床或磨床，例如把一個(gè)雙針測量裝置對(duì)固定到正在操作中的車床或磨床的刀架或主軸上以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)、獲得數(shù)據(jù)，這時(shí)的工件或部件還仍舊在機(jī)床的卡盤或夾緊裝置中。這樣一種安排可以在用機(jī)床加工部件的中間階段測量工件的表面形狀，以檢查正在進(jìn)行的加工過程是否正常。
雖然以上描述了本發(fā)明的特殊實(shí)例，但各種改進(jìn)和替換對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說都是顯而易見的。
權(quán)利要求
1.一種確定有關(guān)諸如工件之類的物體的表面形狀的信息的方法，該方法包括使用相對(duì)于參考基準(zhǔn)可移動(dòng)的因而可跟蹤該表面的檢測裝置檢測該表面，在表面和檢測裝置之間實(shí)現(xiàn)繞一轉(zhuǎn)動(dòng)軸的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，并且使用由檢測裝置進(jìn)行的測量確定有關(guān)表面形狀的信息，其特征在于使用由檢測裝置在轉(zhuǎn)動(dòng)軸周圍等角度分開的至少兩個(gè)位置進(jìn)行的測量來補(bǔ)償該參考基準(zhǔn)的任何誤差。
2.一種確定名義上繞軸對(duì)稱的表面形狀的方法，該方法包括實(shí)現(xiàn)該表面和相對(duì)于參考基準(zhǔn)可以移動(dòng)的檢測裝置之間的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使檢測裝置可以跟蹤該表面，并用使用檢測裝置在沿該表面的所說軸的多個(gè)不同的距離進(jìn)行測量以確定該表面的形狀，其特征在于對(duì)于沿該表面的所說軸的每一距離，利用由檢測裝置在繞所說轉(zhuǎn)動(dòng)軸的至少兩個(gè)等角度分開的位置進(jìn)行的測量來補(bǔ)償該參考基準(zhǔn)的任何偏差或誤差。
3.如權(quán)利要求1或2的方法，該方法包括使用在分開180°的兩個(gè)位置進(jìn)行的兩次測量來補(bǔ)償參考基準(zhǔn)的任何偏差或誤差。
4.如權(quán)利要求1、2、或3的方法，該方法包括使用在該表面上的相同位置但不同的檢測裝置和該表面之間的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)角度得到的測量值，以此作為至少兩個(gè)測量值。
5.如權(quán)利要求4的方法，該方法包括確定兩個(gè)測量值的平均值，以獲得該位置的半徑值。
6.一種確定名義上繞軸對(duì)稱的表面形狀的方法，該方法包括使用相對(duì)于參考基準(zhǔn)可移動(dòng)的因而可跟蹤該表面的檢測裝置檢測該表面，在該表面和檢測裝置之間實(shí)現(xiàn)相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，并且使用檢測裝置在沿該表面的所說軸的多個(gè)不同的測量距離或高度進(jìn)行測量以確定該表面的形狀，其特征在于對(duì)于沿所說軸的每一測量距離，使用檢測裝置去獲得在表面上一指定位置距參考基準(zhǔn)的第一位移測量值，在該表面和檢測裝置之間實(shí)現(xiàn)180°的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，然后使用檢測裝置獲得在表面上同一指定位置距參考基準(zhǔn)的第二位移測量值，并且使用第一和第二測量值的平均值提供代表該指定位置的數(shù)據(jù)。
7.如權(quán)利要求4、5、或6的方法，該方法包括從兩個(gè)測量值之間的差確定參考基準(zhǔn)的任何偏差。
8.如前述權(quán)利要求中任何一個(gè)所述的方法，該方法包括使用具有兩個(gè)相對(duì)的檢測元件的一個(gè)檢測裝置來同時(shí)檢測表面上的兩個(gè)相對(duì)的位置。
9.如權(quán)利要求8的方法，該方法包括通過確定兩個(gè)檢測元件的相對(duì)分開角度使用檢測裝置對(duì)兩個(gè)相對(duì)的位置之間的距離進(jìn)行第一次測量，確定每個(gè)檢測元件距參考基準(zhǔn)的位移，組合兩個(gè)位移以提供兩個(gè)相對(duì)的位置之間的距離的第二次測量，以及比較第一和第二距離測量以確定參考基準(zhǔn)的任何偏差。
10.如前述權(quán)利要求中任何一個(gè)所述的方法，該方法包括使用一個(gè)檢測裝置在兩個(gè)相對(duì)的位置進(jìn)行測量，所說檢測裝置具有單個(gè)檢測元件，該檢測元件可偏斜向兩個(gè)相對(duì)位置中的每一個(gè)，并可使兩組測量之間的偏斜反向。
11.如權(quán)利要求1-4、6、8、和10中任何一個(gè)所述的方法，該方法包括把在至少兩個(gè)位置中的每一個(gè)位置得到的測量值擬合到一個(gè)相應(yīng)的圓，從至少兩個(gè)位置的圓的平均值扣除一個(gè)圓，以確定參考基準(zhǔn)的任何偏差或誤差。
12.如權(quán)利要求1-4、6、8、和10中任何一個(gè)所述的方法，該方法包括；通過在至少兩個(gè)位置之一得到的測量值上加上一個(gè)差值來補(bǔ)償參考基準(zhǔn)的任何誤差或偏差，所說差值是在擬合到所說那個(gè)位置的測量值的一個(gè)圓和擬合到在至少兩個(gè)位置中的每一個(gè)位置的測量值的圓的平均值之間的差。
13.如前述權(quán)利要求中任何一個(gè)所述的方法，該方法包括使用檢測裝置在該表面和檢測裝置之間以不同的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)度數(shù)至少進(jìn)行兩次測量，所說檢測裝置在該表面的所說軸的周圍分布有一組位置，所說測量是在檢測裝置的每一個(gè)位置進(jìn)行的。
14.如前述權(quán)利要求中任何一個(gè)所述的方法，該方法包括提供沿參考基準(zhǔn)的多個(gè)分隔開的檢測裝置，以便同時(shí)在沿該表面的所說軸分隔開的多個(gè)位置進(jìn)行測量。
15.如前述權(quán)利要求中任何一個(gè)所述的方法，該方法包括通過把該表面安裝在轉(zhuǎn)動(dòng)支架上并且轉(zhuǎn)動(dòng)該支架來實(shí)現(xiàn)該表面和檢測裝置之間的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。
16.如權(quán)利要求1-14中任何一個(gè)所述的方法，該方法包括；通過按可轉(zhuǎn)動(dòng)方式把檢測裝置安裝到一支架上并轉(zhuǎn)動(dòng)該檢測裝置來實(shí)現(xiàn)該表面和檢測裝置的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。
17.一種確定有關(guān)諸如工件之類的物體的表面形狀的信息的設(shè)備，包括相對(duì)于一個(gè)參考基準(zhǔn)可以移動(dòng)因而可跟蹤該表面的檢測裝置，在該表面和檢測裝置之間實(shí)現(xiàn)相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的裝置，以及從檢測裝置得到的測量值確定有關(guān)表面形狀信息的裝置，其特征在于提供處理裝置，以便使用由檢測裝置在轉(zhuǎn)動(dòng)軸周圍等角度分開的至少兩個(gè)位置得到測量值去補(bǔ)償參考基準(zhǔn)的任何誤差或偏差。
18.一種用于確定名義上繞軸對(duì)稱的表面形狀的設(shè)備，該設(shè)備包括；相對(duì)于一個(gè)參考基準(zhǔn)可以移動(dòng)因而可跟蹤該表面的檢測裝置，實(shí)現(xiàn)該表面和檢測裝置的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的裝置，使用檢測裝置在沿該表面的軸的多個(gè)不同距離進(jìn)行測量以確定該表面形狀的裝置，其特征在于提供處理裝置，用于使用由檢測裝置在繞轉(zhuǎn)動(dòng)軸等角度分開的至少兩個(gè)位置得到的測量值去補(bǔ)償在沿該表面的軸的每一距離的參考基準(zhǔn)的任何偏差或誤差。
19.如權(quán)利要求17或18的設(shè)備，其中處理裝置適于使用在分開180°的兩個(gè)位置得到的兩個(gè)測量值去補(bǔ)償參考基準(zhǔn)的任何偏差或誤差。
20.如權(quán)利要求17、18、或19的設(shè)備，其中處理裝置適于使用在表面的同一位置的、在檢測裝置和該表面之間不同相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)角度得到的測量值作為所說至少兩個(gè)測量值。
21.如權(quán)利要求20的設(shè)備，其中處理裝置適于確定兩個(gè)測量值的平均值以獲得該位置的一個(gè)測量值。
22.如權(quán)利要求20或21的設(shè)備，其中處理裝置適于從兩個(gè)測量值之間的差確定參考基準(zhǔn)的任何偏差或誤差。
23.一種確定名義上繞軸對(duì)稱的表面形狀的設(shè)備，包括相對(duì)于一個(gè)參考基準(zhǔn)可以移動(dòng)因而可跟蹤該表面的檢測裝置，實(shí)現(xiàn)該表面和檢測裝置相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的裝置，以及使用檢測裝置在沿該表面的軸的多個(gè)不同測量距離進(jìn)行測量以確定該表面形狀的裝置；其特征在于還包括控制裝置，用于對(duì)每一個(gè)沿該表面的軸的測量距離使用檢測裝置獲得在表面上一指定位置距離參考基準(zhǔn)的位移的第一測量值，在該表面和檢測裝置之間使它們相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)180°，并且然后使用檢測裝置獲得在該表面上的同一指定位置距參考基準(zhǔn)的位移的第二測量值；以及，處理裝置，用于確定第一和第二測量值的平均值，以提供代表該指定位置的數(shù)據(jù)。
24.如權(quán)利要求17-23中任何一個(gè)所述的設(shè)備，其中檢測裝置包括兩個(gè)相對(duì)的檢測元件，用于同時(shí)檢測該表面上的相應(yīng)的相對(duì)的位置。
25.如權(quán)利要求24的設(shè)備，其中的處理裝置還包括通過確定兩個(gè)檢測元件的相對(duì)分開對(duì)兩個(gè)相對(duì)位置之間的距離進(jìn)行第一次測量的裝置；確定每個(gè)檢測元件自參考基準(zhǔn)的位移并且組合該兩個(gè)位移以提供第一和第二位置之間的距離的第二次測量的裝置，以及，比較在該第一和第二位置之間的距離的第一和第二測量值以確定參考基準(zhǔn)的任何偏差或誤差的裝置。
26.如權(quán)利要求17-23中任何一個(gè)所述的設(shè)備，其中對(duì)檢測裝置進(jìn)行安排以便在兩個(gè)相對(duì)位置進(jìn)行測量，所說檢測裝置包括一個(gè)單個(gè)的檢測元件，它可向兩個(gè)相對(duì)位置的每一個(gè)偏斜；以及，使兩組測量之間的偏斜反向的裝置。
27.如權(quán)利要求17-20、24、25、和26中任何一個(gè)所述的設(shè)備，其中對(duì)處理裝置進(jìn)行安排，以便把在至少兩個(gè)位置中的每一個(gè)位置測得的測量值擬合到一個(gè)相應(yīng)的圓，并且從至少兩個(gè)位置得到的圓的平均值扣除一個(gè)圓，從而可確定參考基準(zhǔn)的任何偏差或誤差。
28.如權(quán)利要求17-20中任何一個(gè)所述的設(shè)備，其中對(duì)處理裝置進(jìn)行安排，以便通過在至少兩個(gè)位置之一上測得的測量值上加上一個(gè)差值來補(bǔ)償參考基準(zhǔn)的任何誤差或偏差，所說的差值是在擬合到這些測量值的一個(gè)圓和擬合到在至少兩個(gè)位置中的每一個(gè)位置測得的測量值的圓的平均值之間的差。
29.如權(quán)利要求17-29中任何一個(gè)所述的設(shè)備，其中處理裝置適于使用由檢測裝置在至少兩個(gè)位置測得的測量值去補(bǔ)償參考基準(zhǔn)的平直度的相應(yīng)偏差，所說的兩個(gè)位置在繞該表面的所說軸周圍分布的多個(gè)位置中的每一個(gè)位置的轉(zhuǎn)動(dòng)軸周圍等角度分開。
30.如權(quán)利要求17-29中任何一個(gè)所述的設(shè)備，其中提供多個(gè)沿參考基準(zhǔn)相互分隔開的檢測裝置，以便在該表面上多個(gè)分開的位置可同時(shí)進(jìn)行測量。
31.如權(quán)利要求17-30中任何一個(gè)所述的設(shè)備，其中實(shí)現(xiàn)該表面和檢測裝置相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的裝置包括一個(gè)用于此物體的轉(zhuǎn)動(dòng)支架。
32.如權(quán)利要求17-30中任何一個(gè)所述的設(shè)備，其中實(shí)現(xiàn)該表面和檢測裝置相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的裝置包括一個(gè)用于檢測裝置的可轉(zhuǎn)動(dòng)的安裝件。
33.一種用于確定一個(gè)表面的形狀、形態(tài)、結(jié)構(gòu)、或圓度的設(shè)備，包括用于跟蹤一個(gè)表面的檢測裝置；實(shí)現(xiàn)該表面和檢測裝置之間相對(duì)移動(dòng)的裝置；在一指定方向偏斜檢測裝置的偏斜裝置；以及，自動(dòng)調(diào)節(jié)檢測裝置偏斜方向的裝置。
34.如權(quán)利要求33的設(shè)備，其中檢測裝置包括一個(gè)可繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝的臂，偏斜裝置包括耦合在臂和一支架之間的彈簧偏斜裝置，調(diào)節(jié)裝置包括一個(gè)調(diào)節(jié)支架位置的電機(jī)。
35.如權(quán)利要求34的設(shè)備，其中的支架偏心地安裝在一個(gè)可轉(zhuǎn)動(dòng)的鼓形物上，該電機(jī)適于繞鼓形物的軸轉(zhuǎn)動(dòng)鼓形物。
36.一種在確定一個(gè)表面的形狀、形態(tài)、結(jié)構(gòu)、或圓度的設(shè)備中使用的檢測裝置，該檢測裝置具有適于跟蹤一個(gè)表面的一個(gè)檢測元件并且提供沿一指定方向偏斜檢測元件的偏斜裝置；以及，自動(dòng)調(diào)節(jié)偏斜以改變檢測元件偏斜方向的裝置。
37.如權(quán)利要求36的檢測裝置，其中檢測元件包括一個(gè)可繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)安裝的臂，偏斜裝置包括耦合在臂和一支架之間的彈簧偏斜裝置，并且調(diào)整裝置包括一個(gè)移動(dòng)支架位置的電機(jī)。
38.如權(quán)利要求36的檢測裝置，其中的支架偏心地安裝在一可轉(zhuǎn)動(dòng)的鼓形物上，對(duì)電機(jī)進(jìn)行安排以便可轉(zhuǎn)動(dòng)該鼓形物來調(diào)節(jié)支架的位置。
全文摘要
通過觸針(9)檢測工件(10)的名義上的柱面表面(10a),觸針(9)相對(duì)于確定參考基準(zhǔn)(B)的支柱(5)沿該表面的軸動(dòng)軸(A)的徑向可以移動(dòng),從而觸針(9)可以在沿表面的一個(gè)指定高度跟蹤柱面表面。實(shí)現(xiàn)工件(10)和觸針(9)繞表面(10a)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸(A)的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng),并且使用觸針(9)的位移來確定有關(guān)在該高度的表面的徑向形狀的信息。在不同高度沿表面重復(fù)這些測量113確定它的柱面形狀。測量觸針和工件轉(zhuǎn)動(dòng)180°的前、后觸針(9)在每一高度自表面上的一個(gè)指定點(diǎn)的位移,用最終的測量值來補(bǔ)償參考基準(zhǔn)的任何誤差和偏差。
文檔編號(hào)G01B21/20GK1207807SQ9619979
公開日1999年2月10日 申請(qǐng)日期1996年12月6日 優(yōu)先權(quán)日1995年12月7日
發(fā)明者P·瑟頓, M·米爾斯, P·J·斯科特, R·G·懷特, D·R·懷特勒 申請(qǐng)人:泰勒·霍布森有限公司