專利名稱：用于表面測(cè)量的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于測(cè)量表面特征的裝置和方法，特別是通過(guò)形成所述表面的數(shù)字化圖像來(lái)測(cè)量表面特征的裝置和方法。本發(fā)明還涉及一種使用活動(dòng)連接探頭進(jìn)行適應(yīng)性掃描的方法，所述活動(dòng)連接探頭能夠圍繞安裝在坐標(biāo)定位機(jī)器上的兩個(gè)或多個(gè)軸線對(duì)表面感測(cè)設(shè)備進(jìn)行定向，所述坐標(biāo)定位機(jī)器
例如是坐標(biāo)測(cè)量機(jī)器(CMM)、機(jī)床、活動(dòng)連接臂，等等。
背景技術(shù)：
根據(jù)常規(guī)操作，當(dāng)制造出來(lái)工件之后，在坐標(biāo)測(cè)量機(jī)器(CMM)上對(duì)其進(jìn)行;險(xiǎn)查，所述坐標(biāo)測(cè)量機(jī)器具有軸，所述軸能夠在機(jī)床的工作空間內(nèi)在X、 Y和Z三個(gè)正交方向被驅(qū)動(dòng)。所述軸可以攜帶測(cè)量探針，所述測(cè)量探針在檢測(cè)被檢查(例如通過(guò)測(cè)量探針的觸針與所述表面之間發(fā)生接觸而進(jìn)行檢查)的工件的表面時(shí)產(chǎn)生信號(hào)。
常見(jiàn)地，CMM包括被編程以在工件上的各種位置讀取一系列坐標(biāo)數(shù)據(jù)讀數(shù)的計(jì)算機(jī)，從而對(duì)工件的所需尺寸進(jìn)行完整的檢查。然后能夠確定工件是否具有可接受的質(zhì)量，或者是否應(yīng)當(dāng)拒絕該工件。
模擬(或掃描)接觸探針通常包括具有可偏轉(zhuǎn)觸針的外殼。所述觸針具有表面接觸末端，并且通過(guò)變換器測(cè)量其相對(duì)靜止位置的偏轉(zhuǎn)。使用觸針偏轉(zhuǎn)與CMM位置的組合來(lái)確定觸針末端的位置(因此確定觸針末端所接觸的表面上的點(diǎn)的坐標(biāo))。GB 1551218中描述了這種模擬探針。
已知可以將測(cè)量探針安裝在活動(dòng)連接探頭上，所述探頭能夠使得測(cè)量探針的定向發(fā)生變化，所述測(cè)量探針通常是圍繞兩個(gè)或多個(gè)軸線定向。這種活動(dòng)連接4笨頭在歐洲專利EP 0402440中有描述。所述活動(dòng)連接探針能夠圍繞第一正交軸線和第二正交軸線旋轉(zhuǎn)。在所述活動(dòng)連接探頭中設(shè)置馬達(dá)和變換器，從而使得測(cè)量探針能夠連續(xù)地圍繞所述活動(dòng)連接探頭的旋轉(zhuǎn)軸線定位，
5從計(jì)算機(jī)得到位置反饋。
已經(jīng)被證明難以使用常規(guī)技術(shù)進(jìn)行測(cè)量的特征是閥座。閥座由于其在內(nèi)燃機(jī)中的使用因而在汽車工業(yè)中具有特別的重要性。錯(cuò)誤安裝的閥門會(huì)影響發(fā)動(dòng)機(jī)的效率，原因是閥盤和閥座之間的密封不良或者是閥座的位置影響閥門充分地開啟。在引起不當(dāng)安裝的閥座的機(jī)械加工中存在四個(gè)主要因素。閥
座在閥體中的高度，這會(huì)阻礙閥門適當(dāng)?shù)亻_啟或關(guān)閉；閥座的形狀，如果閥座的形狀不是均勻的圓形，會(huì)阻礙良好配合并因此導(dǎo)致泄漏；閥座在閥體中的橫向位置的誤差，該因素會(huì)影響配合；以及閥座在閥體中的角度的誤差，該因素會(huì)導(dǎo)致僅僅在閥盤和閥座之間發(fā)生線接觸。
使用常規(guī)技術(shù)測(cè)量閥座是困難的且耗時(shí)的。通常，通過(guò)沿著從閥座頂部到閥座底部的四條線進(jìn)行測(cè)量來(lái)常規(guī)地測(cè)量閥門，其中每條線繞閥座的周長(zhǎng)間隔90度；這些測(cè)量使得能夠確定閥座的輪廓。通過(guò)在特定高度沿著環(huán)形測(cè)量路徑運(yùn)動(dòng)來(lái)使用導(dǎo)向器確定形狀和共中心性，從而測(cè)量閥座的周長(zhǎng)。通常使用安裝在CMM的軸上的模擬接觸探針進(jìn)行這些測(cè)量，缺點(diǎn)是測(cè)量速度比較慢。這些測(cè)量用于確定閥座的直徑是否在公差范圍內(nèi)。然而，僅僅能夠獲得四條測(cè)量線的數(shù)據(jù)(即，不能獲得四條測(cè)量線之間的數(shù)據(jù))。而且，由于測(cè)量點(diǎn)的分布，難以確定閥座的圓形(圓度)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第 一方面提供一種確定表面特征的尺寸和位置的方法，所述方法包括以下步驟
(a) 從由表面特征的表面測(cè)量結(jié)果獲得的多個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)產(chǎn)生所述表面特征的數(shù)字化圖像；
(b) 將所述數(shù)字化圖像與所述表面特征的標(biāo)稱圖像擬合；以及
(c) 確定所述數(shù)字化圖像與所述標(biāo)稱圖像的偏差，由此確定所述表面特征的尺寸、位置和形狀偏差中的至少一個(gè)。
通過(guò)使用安裝在坐標(biāo)定位裝置上的表面感測(cè)設(shè)備，可以收集從所述特征的表面測(cè)量結(jié)果獲得的多個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)。所述表面感測(cè)設(shè)備可以包括測(cè)量探針，所述探針優(yōu)選安裝在活動(dòng)連接探頭上，所述探頭使得所述測(cè)量探針能夠圍繞兩個(gè)或多個(gè)軸線旋轉(zhuǎn)。所述表面感測(cè)設(shè)備優(yōu)選是接觸探針。所述坐標(biāo)定位裝
6置可以包括坐標(biāo)測(cè)量機(jī)器(CMM)、機(jī)床、非笛卡爾機(jī)器、活動(dòng)連接臂、機(jī)器人臂或手動(dòng)CMM。
產(chǎn)生數(shù)字化圖像的步驟優(yōu)選在軟件中實(shí)施(即，借助計(jì)算機(jī)程序)。優(yōu)選地，在載體，例如CD、 USB棒或其他介質(zhì)上提供所述計(jì)算機(jī)程序，當(dāng)所述計(jì)算機(jī)程序被裝載到計(jì)算機(jī)上時(shí)其實(shí)施本發(fā)明。還可以從互聯(lián)網(wǎng)上直接下載所述計(jì)算機(jī)程序。
在步驟(b)中將所述數(shù)字化圖像與標(biāo)稱圖像擬合的步驟優(yōu)選借助最佳擬合方法例如最小二乘方法進(jìn)行。優(yōu)選地，多個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)所涉及的表面積大于所述表面特征的表面積。所述數(shù)字化圖像的不同部分可以進(jìn)而擬合到標(biāo)稱圖像中。每個(gè)部分可以處于沿著所述表面特征的中心線的不同位置上。
所述標(biāo)稱圖像可以包括所述表面特征的CAD圖像。
在步驟(c)中確定的所述數(shù)字化圖像與所述標(biāo)稱圖像的偏差可以用于確定所述表面特征在零件中的橫向位置、所述表面特征在零件中的高度以及所述表面特征在零件中的角度。這一偏差可以用于確定所述表面特征的坐標(biāo)或者用于確定所述表面特征是否處于標(biāo)稱數(shù)據(jù)的公差范圍內(nèi)。
優(yōu)選地，所述多個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)獲自所述特征的接觸式表面測(cè)量結(jié)果。
優(yōu)選地，從螺旋測(cè)量輪廓收集所述表面測(cè)量結(jié)果。
本發(fā)明的第二方面提供一種用于確定表面特征的尺寸和位置的計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序包括適于在計(jì)算機(jī)上執(zhí)行時(shí)實(shí)施上述步驟的代碼。
本發(fā)明的第三方面包括一種用于掃描表面特征的方法，所述表面特征具有中心線和不一致的半徑，使用安裝在活動(dòng)連接探頭上的表面感測(cè)設(shè)備進(jìn)行掃描，所述活動(dòng)連接探頭使得能夠繞兩個(gè)或多個(gè)軸線旋轉(zhuǎn)，所述活動(dòng)連接探頭安裝在坐標(biāo)定位裝置上，所述方法包括以下步驟
對(duì)所述坐標(biāo)定位裝置進(jìn)行編程，從而使所述活動(dòng)連接探頭沿著所述表面輪廓的中心線運(yùn)動(dòng)；
對(duì)所述活動(dòng)連接探頭進(jìn)行編程，從而使所述表面感測(cè)設(shè)備在具有恒定半徑的圓環(huán)中運(yùn)動(dòng)；
確定在進(jìn)行測(cè)量時(shí)所述測(cè)量探針是否處于其測(cè)量范圍內(nèi)；以及
調(diào)整所述活動(dòng)連接探頭的運(yùn)動(dòng)，使得所述表面感測(cè)設(shè)備以一定的角度定位從而保持其位于其測(cè)量范圍內(nèi)。優(yōu)選地，所述表面感測(cè)設(shè)備是測(cè)量探針。所述測(cè)量探針可以包括接觸測(cè)量探針，更優(yōu)選地，包括模擬探針。
優(yōu)選地，所述測(cè)量是接觸式測(cè)量。
本發(fā)明的第四方面提供一種用于掃描表面特征的裝置，所述表面特征具有中心線和不一致的半徑，使用安裝在活動(dòng)連接探頭上的表面感測(cè)設(shè)備并且使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行掃描，所述活動(dòng)連接探頭使得能夠繞兩個(gè)或多個(gè)軸線旋轉(zhuǎn)，
所述活動(dòng)連接探頭安裝在坐標(biāo)定位裝置上，所述計(jì)算機(jī)能夠執(zhí)行以下步驟對(duì)所述坐標(biāo)定位裝置進(jìn)行編程，從而使所述活動(dòng)連接探頭沿著所迷表面
輪廓的中心線運(yùn)動(dòng)；
對(duì)所述活動(dòng)連接探頭進(jìn)行編程，從而使所述表面感測(cè)設(shè)備在具有恒定半
徑的圓環(huán)中運(yùn)動(dòng)；
確定在進(jìn)行測(cè)量時(shí)所述測(cè)量探針是否處于其測(cè)量范圍內(nèi)；以及調(diào)整所述活動(dòng)連接探頭的運(yùn)動(dòng)，使得所述表面感測(cè)設(shè)備以一定的角度定
位從而保持其位于其測(cè)量范圍內(nèi)。
本發(fā)明的第五方面提供一種確定閥座的尺寸和位置的方法，所述方法包
括以下步驟
(a) 沿螺旋路徑測(cè)量閥座的表面；
(b) 從由閥座的表面測(cè)量結(jié)果獲得的多個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)產(chǎn)生所述閥座的表面的數(shù)字化圖像；
(c) 將所述數(shù)字化圖像與所述閥座的表面的標(biāo)稱圖像擬合。優(yōu)選地，步驟(a)中的所述測(cè)量是接觸式測(cè)量。
在優(yōu)選實(shí)施方式中，所述方法包括以下額外步驟確定所述數(shù)字化圖像與所述標(biāo)稱圖像的偏差。所述偏差可以用于確定所述表面特征的尺寸、位置和形狀偏差中的至少一個(gè)。


下面參考以下附圖描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式的實(shí)例圖1是閥體中的閥座的立體圖；圖2是圖1的閥座的側(cè)視橫截面圖；圖3是閥盤的側(cè)3見(jiàn)8圖4是安裝在坐標(biāo)測(cè)量機(jī)器上的活動(dòng)連接探頭的立體圖；圖5是活動(dòng)連接探頭和測(cè)量探針的立體圖6是借助安裝在活動(dòng)連接探頭上的測(cè)量探針測(cè)量的閥座的示意圖；圖7是顯示確定表面特征的尺寸和位置的步驟的流程圖；圖8是閥座的數(shù)字化數(shù)據(jù)的示意圖；以及圖9是閥座的圓錐形表面的側(cè)視橫截面圖。
具體實(shí)施例方式
圖1和圖2分別示出了閥座的立體圖和橫截面圖。圖3示出了用于插入閥座中的閥盤的側(cè)視圖。這些閥門具有例如汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸蓋中存在的類型。
閥座IO定位于閥體12中。所述閥座包括圓錐形表面14，所述圓錐形表面14限定閥體內(nèi)的凹槽，其通向圓柱形孔16。所述閥盤18包括圓柱形桿20,所述圓柱形桿20的尺寸能夠緊密地安裝在閥座的圓柱形孔中。在所述圓柱形桿20的一端設(shè)置有盤構(gòu)件22,所述盤構(gòu)件22具有位于其周向表面上的圓錐形表面24。所述閥座和所述閥盤的盤構(gòu)件具有相對(duì)應(yīng)的圓錐形表面14和24,它們?cè)谒鲩y盤被插入到閥座中時(shí)形成密封件。
為了使閥門能夠良好工作，需要在閥座和閥盤的圓錐形表面之間實(shí)現(xiàn)良好配合。但是，如果閥座的圓錐形表面的形狀或位置不正確，則密封質(zhì)量會(huì)受到影響。例如，閥座的圓錐形表面可能會(huì)具有不正確的尺寸或者可能不是精確的圓形?？赡芤呀?jīng)在不正確的橫向位置或在不正確的高度機(jī)械加工了所述圓錐形表面，或者可能已經(jīng)以不正確的角度機(jī)械加工了所述圓錐形表面。
圖4示出了用于根據(jù)本發(fā)明測(cè)量閥座的裝置。包含閥座的工件安裝在坐標(biāo)定位裝置，例如坐標(biāo)測(cè)量機(jī)器(CMM) 30上。CMM30具有臺(tái)32,在所述臺(tái)32上安裝有工件。Z柱相對(duì)于所述臺(tái)32可以在X、 Y和Z方向上運(yùn)動(dòng)，該運(yùn)動(dòng)由一系列托架36、 38和34實(shí)現(xiàn)，所述托架36、 38和34能夠分別在X、 Y和Z方向上運(yùn)動(dòng)，每個(gè)托架上都設(shè)有支承裝置、馬達(dá)和變換器(未示出)。
在CMM的Z柱34上安裝有活動(dòng)連接〗笨頭40，所述活動(dòng)連接探頭提供安裝在其上的表面感測(cè)設(shè)備例如測(cè)量探針的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。參考圖5更加詳細(xì)地描述了所述活動(dòng)連接探頭。
如圖5所示，所述活動(dòng)連接掃描探頭40包括由安裝在Z柱34上的第一外殼42形成的固定部件。所述第一外殼42支承活動(dòng)部件46，所述活動(dòng)部件46可以借助馬達(dá)(未示出)相對(duì)于所述第一外殼42繞軸線Al旋轉(zhuǎn)。活動(dòng)部件44固定在第二外殼46上，所述第二外殼46進(jìn)而支承軸48，所述軸48可以借助馬達(dá)(未示出)相對(duì)于所述第二外殼46繞軸線A2旋轉(zhuǎn)，軸線A2基本上垂直于軸線Al。
表面感測(cè)設(shè)備在該實(shí)例中是接觸測(cè)量探針50,其安裝在所述活動(dòng)連接探頭的軸48上。所述接觸測(cè)量#:針50上設(shè)有^:針外殼52和可偏轉(zhuǎn)觸針54,所述可偏轉(zhuǎn)觸針54具有工件接觸末端56。
上述布置使得所述活動(dòng)連接探頭的馬達(dá)能夠?qū)y(cè)量探針50的工件接觸末端56有角度地繞軸線A1或A2定位，并且CMM的馬達(dá)(未示出)能夠?qū)⑺龌顒?dòng)連接探頭線性地定位在CMM的三維坐標(biāo)框架內(nèi)的任何位置，從而使觸針末端與正在被掃描的表面處于預(yù)定關(guān)系。
在CMM上設(shè)置有線性位置變換器(未示出)，用于測(cè)量所述活動(dòng)連接探頭的線性位移，并且在所述活動(dòng)連接探頭上設(shè)置角度位置變換器(未示出)，用于測(cè)量觸針圍繞各個(gè)軸線Al和A2的角度位移。所述測(cè)量探針上還設(shè)置有變換器，用于確定觸針的偏轉(zhuǎn)。
通過(guò)控制器來(lái)控制CMM和所述活動(dòng)連接探頭的運(yùn)動(dòng)，所述控制器可以包括預(yù)約控制器(bespoke controller)或個(gè)人計(jì)算機(jī)(PC) 58。所述控制器發(fā)送驅(qū)動(dòng)命令給CMM和活動(dòng)連接探頭，從而驅(qū)動(dòng)它們各自的馬達(dá)并由此對(duì)測(cè)量探針進(jìn)行定位。
所述控制器從CMM、活動(dòng)連接探頭和測(cè)量探針中的變換器接收反饋，使得其能夠確定探針末端的位置。'
所述活動(dòng)連接探頭可以安裝在其他類型的坐標(biāo)定位裝置上，例如安裝在機(jī)床或者手動(dòng)CMM的主軸上，或者安裝在機(jī)器人臂或活動(dòng)連接臂上。所述坐標(biāo)測(cè)量機(jī)器并不限于笛卡爾類型的機(jī)器，如圖4所示的，還可以是非笛卡爾類型，如國(guó)際專利申請(qǐng)WO 95/20747中所描述的。
使用WO 90/07097中公開的用于測(cè)量孔的技術(shù)，但是通過(guò)調(diào)整掃描以考慮不一致的半徑(即，圓錐形而不是圓柱形表面)來(lái)測(cè)量閥座的圓錐形表面。圖6示出了正在被圖4和圖5中示出的裝置掃描的豎直閥座的側(cè)視圖。
在第一步驟中，例如從CAD數(shù)據(jù)或從直接測(cè)量結(jié)果來(lái)確定閥座的中心 線和最大半徑。還測(cè)量剛好位于閥座上方和下方的閥座區(qū)域，因此在選^^最 大半徑時(shí)必須考慮這一點(diǎn)。
所述活動(dòng)連接探頭的旋轉(zhuǎn)中心(即，軸線Al和A2的交叉點(diǎn))與閥座 的中心線對(duì)齊。調(diào)節(jié)所述活動(dòng)連接探頭的A2探頭角度(即，軸48繞軸線 A2的位置)，使得測(cè)量探針50的工件接觸末端56與閥座的內(nèi)表面在剛好圓 錐形表面上方的位置發(fā)生接觸?？梢哉{(diào)節(jié)所述活動(dòng)連接探頭的Al探頭角度 (即，構(gòu)件44繞軸線A1的位置)，從而使工件接觸末端56在圍繞閥座中心 線的環(huán)形路徑上運(yùn)動(dòng)。
通過(guò)在使工件接觸末端在圍繞軸線Al的環(huán)形路徑上運(yùn)動(dòng)的時(shí)候使活動(dòng) 連接探頭沿中心線運(yùn)動(dòng)，對(duì)包括圓錐形表面的閥座的區(qū)域進(jìn)行螺旋掃描。螺 旋輪廓的使用具有在單個(gè)掃描中進(jìn)行測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)，并且該輪廓嗨得益于比 CMM的動(dòng)態(tài)響應(yīng)更高的活動(dòng)連接纟笨頭的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。
CMM和活動(dòng)連接探頭的這種運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生了沿圓柱形表面的螺旋掃描路 徑。但是，在掃描進(jìn)行過(guò)程中對(duì)掃描進(jìn)行調(diào)整，以適應(yīng)正在測(cè)量的區(qū)域的實(shí) 際形狀(即，圓錐形表面)。
將所述測(cè)量探針保持在限定的測(cè)量范圍內(nèi)，例如保持在限定的觸針偏轉(zhuǎn) 范圍內(nèi)(例如，在40-50微米之間)。如果偏轉(zhuǎn)超出了所述范圍，則調(diào)整所 述活動(dòng)連接探頭的探頭角度，以使偏轉(zhuǎn)回到其范圍內(nèi)。以這樣的方式，對(duì)掃 描進(jìn)行調(diào)整以適應(yīng)表面形狀。
在圖6所示的實(shí)例中，調(diào)節(jié)A2探頭角度，以減小環(huán)形掃描的半徑，由 此使測(cè)量探頭保持在其限定觸針偏轉(zhuǎn)范圍之內(nèi)。
對(duì)于水平閥座或者其他定向，對(duì)軸線Al和A2的組合進(jìn)行調(diào)整，從而 使探頭保持在其測(cè)量范圍之內(nèi)。
這種適應(yīng)性掃描的方法具有下面的優(yōu)點(diǎn)可以對(duì)簡(jiǎn)單的掃描輪廓進(jìn)行編 程(即，圓錐形表面)，并且在掃描過(guò)程中對(duì)掃描輪廓進(jìn)行調(diào)整，從而適合 更為復(fù)雜的形狀，由此提供編程的便易性。
雖然上述實(shí)例描述了螺旋形掃描，但是所述掃描還可以包括一系列環(huán)形 掃描，其中所述活動(dòng)連接探頭沿著中心線逐步地運(yùn)動(dòng)。這種適應(yīng)性掃描的技術(shù)適合于其他表面特征，例如鼻錐體。 使用上述測(cè)量系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于，由于所述活動(dòng)連接探頭具有高的取樣速 率，因此所述測(cè)量系統(tǒng)使得能夠非?？焖俚禺a(chǎn)生具有高的點(diǎn)密度的測(cè)量數(shù) 據(jù)。還可以使用常規(guī)的測(cè)量技術(shù)來(lái)收集測(cè)量數(shù)據(jù)，但是獲得所需數(shù)量的數(shù)據(jù) 所需要的時(shí)間表明，這些方法是不實(shí)際的。
例如，通過(guò)上述方法，可以在不到四分鐘內(nèi)測(cè)量12個(gè)閥座和36個(gè)閥門 導(dǎo)向器，然而，常規(guī)的技術(shù)將需要花費(fèi)幾乎半個(gè)小時(shí)。
使用接觸測(cè)量探針具有以下優(yōu)點(diǎn)數(shù)據(jù)點(diǎn)具有好的正確率并且具有針對(duì) 所測(cè)量區(qū)域的詳細(xì)細(xì)節(jié)，但是也可以使用非接觸測(cè)量探針，所述非接觸測(cè)量 探針例如是光學(xué)探針、電容探針或電感探針。
一旦已經(jīng)收集了閥座的測(cè)量數(shù)據(jù)，就可以使用所述測(cè)量數(shù)據(jù)來(lái)確定閥座 的位置和/或尺寸，如參考圖7所描述的。
在第一步驟中，通過(guò)測(cè)量所述表面并由此收集多個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)58來(lái)捕獲數(shù) 字化圖像。
所描述的收集測(cè)量數(shù)據(jù)的方法使得能夠產(chǎn)生所測(cè)量表面的數(shù)字化圖像， 該數(shù)字化圖像具有高的點(diǎn)密度。所述表面現(xiàn)在由一組離散的點(diǎn)來(lái)表示。
現(xiàn)在將所述數(shù)字化數(shù)據(jù)與具有所需形式和尺寸的形狀60擬合。對(duì)于閥 座實(shí)例，使用最小二乘方法將所述數(shù)字化數(shù)據(jù)與具有圓錐形表面的所需尺寸 的圓錐最佳擬合。所述圓錐形表面的所需尺寸可以從設(shè)計(jì)凝:據(jù)(例如，CAD 數(shù)據(jù))中得知。還可以使用其他最佳擬合技術(shù)，例如Chebychev技術(shù)。
閥座由多個(gè)圓錐組成，并且單獨(dú)地對(duì)每個(gè)感興趣的圓錐進(jìn)行擬合。
所述數(shù)字化數(shù)據(jù)包含來(lái)自閥座上方和閥座下方的數(shù)據(jù)，并且必須在擬合 之前或者在部分?jǐn)M合過(guò)程之前去除多余的數(shù)據(jù)。
結(jié)合圖8描述一種去除數(shù)據(jù)的方法。圖8示出了與所掃描區(qū)域的數(shù)字化 圖像有關(guān)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)(data cloud )。區(qū)域66中的數(shù)據(jù)是與閥座的圓錐形表面 有關(guān)的測(cè)量數(shù)據(jù)，然而，區(qū)域68和區(qū)域70中的數(shù)據(jù)是分別與閥座上方和閥 座下方的區(qū)域有關(guān)的測(cè)量數(shù)據(jù)。
選擇數(shù)據(jù)A的條帶，所述條帶包含橫切中心線72的點(diǎn)云數(shù)據(jù)的一部分。 選擇所述條帶的高度h,使其略微小于閥座的圓錐形表面的高度。如上所述， 將數(shù)據(jù)A的這一條帶與圓錐進(jìn)行擬合。通過(guò)使數(shù)據(jù)A的所述條帶沿中心線
1272向上運(yùn)動(dòng)，重復(fù)這一方法，使得數(shù)據(jù)的不同重疊條帶與所述圓錐擬合。圖 8示出了已經(jīng)沿中心線向上運(yùn)動(dòng)的數(shù)據(jù)條帶B和數(shù)據(jù)條帶C。當(dāng)數(shù)據(jù)條帶與 閥座的圓錐形表面相對(duì)應(yīng)時(shí)(即，不是上方和下方的區(qū)域)，就實(shí)現(xiàn)了最佳 擬合。
一旦所述數(shù)字化圖像已經(jīng)與所述表面特征的標(biāo)稱圖像擬合，就能夠確定 所述數(shù)字化圖像與所述標(biāo)稱圖像的偏差64。這一數(shù)據(jù)將提供閥座在閥體內(nèi)的 橫向位置以及閥座的圓錐形表面的角度。
可以使用閥座的圓錐形表面與標(biāo)稱數(shù)據(jù)的對(duì)比結(jié)果來(lái)確定閥座是否處 于公差范圍之內(nèi)。與用于測(cè)量閥座的常規(guī)技術(shù)不同，能夠獲得針對(duì)整個(gè)閥座 的數(shù)據(jù)，而不僅僅是閥座的某些區(qū)域的數(shù)據(jù)。
圖9示出了用于確定閥座是否在閥體內(nèi)位于正確的高度的方法。使用最 佳擬合數(shù)據(jù)，在已知的高度h，從閥體內(nèi)的固定表面確定直徑d的數(shù)值。將 直徑d的數(shù)值與該高度處的標(biāo)稱直徑進(jìn)行對(duì)比，并且確定所述直徑是否處于 公差范圍內(nèi)。對(duì)于不同的h數(shù)值，可以重復(fù)上述操作。反過(guò)來(lái)，可以通過(guò)選 擇高度來(lái)進(jìn)行上述操作，以匹配已知的直徑。
雖然上述實(shí)施方式描述了針對(duì)閥座的測(cè)量，但是本發(fā)明的使用數(shù)字化數(shù)
特征。在其他應(yīng)用中，對(duì)于測(cè)量面密封(face seal )，這是特別有用的方法。 對(duì)于表面特征而言，不必具有如上所述的相對(duì)于中心線的對(duì)稱性，但是這的 確便于提高掃描速率。
雖然描述了位于坐標(biāo)測(cè)量機(jī)器上的活動(dòng)連接掃描探頭在收集測(cè)量數(shù)據(jù) 方面的用途，也可以使用其他的技術(shù)，但是，上述技術(shù)具有高速和高正確率 的優(yōu)點(diǎn)。
與現(xiàn)有技術(shù)形成對(duì)照，這種方法具有下面的優(yōu)點(diǎn)能夠收集感興趣的整 個(gè)區(qū)域的數(shù)據(jù)，其中在感興趣的區(qū)域上沿線性或環(huán)形路徑獲得離散的測(cè)量結(jié) 果。
1權(quán)利要求
1.一種確定表面特征的尺寸和位置的方法，所述方法包括以下步驟(a)從由表面特征的表面測(cè)量結(jié)果獲得的多個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)產(chǎn)生所述表面特征的數(shù)字化圖像；(b)將所述數(shù)字化圖像與所述表面特征的標(biāo)稱圖像擬合；以及(c)確定所述數(shù)字化圖像與所述標(biāo)稱圖像的偏差，由此確定所述表面特征的尺寸、位置和形狀偏差中的至少一個(gè)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中通過(guò)使用安裝在坐標(biāo)定位裝置上的 表面感測(cè)設(shè)備來(lái)收集從所述表面特征的表面測(cè)量結(jié)果獲得的多個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述表面感測(cè)設(shè)備包括測(cè)量探針。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的方法，其中所述表面感測(cè)設(shè)備安裝在活動(dòng) 連接探頭上，所述活動(dòng)連接探頭使得測(cè)量探針能夠圍繞兩個(gè)或多個(gè)軸線旋 轉(zhuǎn)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的方法，其中所述表面感測(cè)設(shè)備優(yōu)選是接觸 探針。
6. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中通過(guò)最佳擬合方法來(lái)實(shí) 施步驟(b)中的將所述數(shù)字化圖像與標(biāo)稱圖像擬合的步驟。
7.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述多個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)所涉及 的表面積大于所述表面特征的表面積。
8. 根據(jù)上述權(quán)利要求7所述的方法，其中進(jìn)而將所述數(shù)字化圖像的不同 部分與標(biāo)稱圖像擬合。
9. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中使用在步驟(c)中確 定的所述數(shù)字化圖像與所述標(biāo)稱圖像的偏差來(lái)確定以下至少之一所述表面 特征在零件中的橫向位置、所述表面特征在零件中的高度以及所述表面特征 在零件中的角度。
10. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中從對(duì)所述表面特征的 接觸式表面測(cè)量結(jié)果獲得所述多個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)。
11. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中從螺旋測(cè)量輪廓收集所述表面測(cè)量結(jié)果。
12. —種用于確定表面特征的尺寸和位置的計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程 序包含代碼，當(dāng)在計(jì)算機(jī)上執(zhí)行所述代碼時(shí)，所述代碼適于實(shí)施根據(jù)權(quán)利要 求1-11中任一項(xiàng)所述的步驟。
13. —種確定閥座的尺寸和位置的方法，所述方法包括以下步驟(a) 沿螺旋路徑測(cè)量閥座的表面；(b) 從由閥座的表面測(cè)量結(jié)果獲得的多個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)產(chǎn)生所述閥座的表面的 數(shù)字化圖像；(c) 將所述數(shù)字化圖像與所述閥座的表面的標(biāo)稱圖像擬合。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中在步驟(a)中的測(cè)量是接觸式 測(cè)量。
15. 根據(jù)權(quán)利要求13或14所述的方法，其包括以下額外步驟確定所 述數(shù)字化圖像與所述標(biāo)稱圖像的偏差。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其包括以下步驟使用所述偏差來(lái)確 定所述表面特征的尺寸、位置和形狀偏差中的至少一個(gè)。
17. —種用于掃描表面特征的方法，所述表面特征具有中心線和不一致 的半徑，使用安裝在活動(dòng)連接探頭上的表面感測(cè)設(shè)備進(jìn)行掃描，所述活動(dòng)連 接探頭使得能夠繞兩個(gè)或多個(gè)軸線旋轉(zhuǎn)，所述活動(dòng)連接探頭安裝在坐標(biāo)定位 裝置上，所述方法包括以下步驟對(duì)所述坐標(biāo)定位裝置進(jìn)行編程，從而使所述活動(dòng)連接探頭沿著所述表面 輪廓的中心線運(yùn)動(dòng)；對(duì)所述活動(dòng)連接探頭進(jìn)行編程，從而使所述表面感測(cè)設(shè)備在具有恒定半 徑的圓環(huán)中運(yùn)動(dòng)；確定在進(jìn)行測(cè)量時(shí)所述測(cè)量探針是否處于其測(cè)量范圍內(nèi)；以及調(diào)整所述活動(dòng)連接探頭的運(yùn)動(dòng)，使得所述表面感測(cè)設(shè)備以一定的角度定 位從而保持其位于其測(cè)量范圍內(nèi)。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中所述表面感測(cè)設(shè)備是測(cè)量探針。
19. 根據(jù)權(quán)利要求17或18所述的方法，其中所述測(cè)量是接觸式測(cè)量。
20. —種用于掃描表面特征的裝置，所述表面特征具有中心線和不一致 的半徑，使用安裝在活動(dòng)連接探頭上的表面感測(cè)設(shè)備并且使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行掃描，所述活動(dòng)連接探頭使得能夠繞兩個(gè)或多個(gè)軸線旋轉(zhuǎn)，所述活動(dòng)連接探頭 安裝在坐標(biāo)定位裝置上，所述計(jì)算機(jī)能夠執(zhí)行以下步驟對(duì)所述坐標(biāo)定位裝置進(jìn)行編程，從而使所述活動(dòng)連接探頭沿著所述表面輪廓的中心線運(yùn)動(dòng)；對(duì)所述活動(dòng)連接探頭進(jìn)行編程，^v而使所述表面感測(cè)設(shè)備在具有恒定半徑的圓環(huán)中運(yùn)動(dòng)；確定在進(jìn)行測(cè)量時(shí)所述測(cè)量探針是否處于其測(cè)量范圍內(nèi)；以及 調(diào)整所述活動(dòng)連接探頭的運(yùn)動(dòng)，使得所述表面感測(cè)設(shè)備以一定的角度定位從而保持其位于其測(cè)量范圍內(nèi)。
全文摘要
一種用于確定表面特征的尺寸和位置的方法，所述表面特征例如是閥座。測(cè)量所述特征的表面，例如借助接觸式探針使用螺旋掃描路徑進(jìn)行測(cè)量，并且使用從所述掃描獲得的多個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)來(lái)產(chǎn)生數(shù)字化圖像。將所述數(shù)字化圖像與所述表面特征的標(biāo)稱圖像(例如，CAD數(shù)據(jù))進(jìn)行擬合。使用所述數(shù)字化圖像與所述標(biāo)稱圖像之間的偏差來(lái)確定所述表面特征的尺寸、位置和形狀偏差中的至少一個(gè)。
文檔編號(hào)G01B21/04GK101669009SQ200880013684
公開日2010年3月10日 申請(qǐng)日期2008年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月24日
發(fā)明者哈立德·馬穆爾, 瓊·路易斯·格熱西亞克 申請(qǐng)人:瑞尼斯豪公司