專利名稱：機(jī)器校準(zhǔn)工具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及坐標(biāo)測(cè)量機(jī)，更具體地，涉及用于校準(zhǔn)和校驗(yàn)這種機(jī)器的設(shè)備以及方法。
背景技術(shù)：
坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(CMM)被普遍地用于工件的尺寸檢驗(yàn)。通常，工件被固定到工作臺(tái)上， 探針——例如，使用接觸式傳感器的探針——在測(cè)量空間內(nèi)在CMM的臂上在三個(gè)維度上運(yùn)動(dòng)以在不同點(diǎn)處與工件接觸。當(dāng)探針接觸工件時(shí)，在χ、y和ζ方向上的測(cè)量刻度被讀取從而獲得工件上的所接觸的點(diǎn)的位置坐標(biāo)。通過(guò)接觸工件上的不同的點(diǎn)，能夠獲得對(duì)工件形體的量得尺寸。CMM在使用之前被校準(zhǔn)使得它可以精確地測(cè)量工件上的位置的坐標(biāo)。盡管CMM以嚴(yán)格的公差制造，但是由于刻度誤差、導(dǎo)軌的微小的變形、以及其他缺陷，導(dǎo)致出現(xiàn)機(jī)器誤差。對(duì)CMM的校準(zhǔn)可以用于制作誤差圖譜，該誤差圖譜可以包含在CMM操作軟件中以說(shuō)明機(jī)器誤差的原因，從而提高機(jī)器精確度。即使在CMM被校準(zhǔn)之后，CMM的精確度也應(yīng)當(dāng)定期地進(jìn)行校驗(yàn)。CMM的精確度會(huì)由于老化、溫度變化、或其他原因而逐漸降低。在一些情況下，CMM的精確度會(huì)由于不正確的處置而突然改變。諸如臺(tái)階式量規(guī)等各種精確度校驗(yàn)工具被用于定期地校驗(yàn)坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的精確度。總體而言，CMM的精確度通過(guò)測(cè)量具有精確地已知且穩(wěn)定的尺寸的工具進(jìn)行校驗(yàn)。 將由CMM測(cè)量得到的工具尺寸與已知尺寸相比較，已知尺寸與測(cè)得的尺寸之間的任何差異被認(rèn)為是由CMM或其使用的不精確造成的。這種不精確可以通過(guò)對(duì)坐標(biāo)測(cè)量機(jī)重新校準(zhǔn)而修正。當(dāng)測(cè)得的尺寸處于已知尺寸的可接受的范圍內(nèi)時(shí)，CMM的精確度被認(rèn)為得到校驗(yàn)。臺(tái)階式量規(guī)是在機(jī)械測(cè)試中用于校準(zhǔn)和/或校驗(yàn)CMM的精確度的一類工具。臺(tái)階式量規(guī)包括平行的測(cè)量表面(“臺(tái)階”)，所述測(cè)量表面之間具有已知的距離。當(dāng)使用臺(tái)階式量規(guī)來(lái)校驗(yàn)CMM的精確度時(shí)，探針測(cè)量表面之間的距離。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)一種實(shí)施方式，校準(zhǔn)工具包括長(zhǎng)形本體，該長(zhǎng)形本體包含陶瓷材料并具有伸長(zhǎng)方向。校準(zhǔn)工具還包括多個(gè)測(cè)量元件，所述多個(gè)測(cè)量元件包含陶瓷材料并與所述長(zhǎng)形本體一體地形成，每個(gè)測(cè)量元件至少包括面向第一方向的第一平面測(cè)量表面。每個(gè)測(cè)量元件的所述第一平面測(cè)量表面平行于所述多個(gè)測(cè)量元件中的每個(gè)其他測(cè)量元件的所述第一平面測(cè)量表面。根據(jù)另一實(shí)施方式，校準(zhǔn)工具包括單件式長(zhǎng)形本體，所述單件式長(zhǎng)形本體完全或基本上完全由陶瓷材料形成并具有伸長(zhǎng)方向，所述單件式長(zhǎng)形本體包括多個(gè)測(cè)量元件。每個(gè)測(cè)量元件包括面向第一方向的第一平面測(cè)量表面。每個(gè)測(cè)量元件的所述第一平面測(cè)量表面平行于所述多個(gè)測(cè)量元件中的每個(gè)其他測(cè)量元件的所述第一平面測(cè)量表面。


附圖不應(yīng)認(rèn)為是按比例繪制的。在附圖中，在不同圖示中所示出的每個(gè)相同或近似相同的部件由同樣的附圖標(biāo)記表示。為清楚起見，并非每個(gè)部件在每個(gè)附圖中都被標(biāo)記出。在附圖中圖1為現(xiàn)有技術(shù)的CMM的一個(gè)示例的立體圖。圖2為根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式的校準(zhǔn)工具的局部剖視立體圖。圖3為根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式的校準(zhǔn)工具的俯視圖。圖4為根據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)施方式的校準(zhǔn)工具的俯視圖。圖5為根據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)施方式的的校準(zhǔn)工具的正視圖。圖6為校準(zhǔn)工具的側(cè)視圖，其中出于說(shuō)明的目的移除了一個(gè)長(zhǎng)形框架構(gòu)件。圖7為本發(fā)明的校準(zhǔn)工具的再一實(shí)施方式的俯視圖。
具體實(shí)施例方式根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，諸如臺(tái)階式量規(guī)的單件式校準(zhǔn)工具由單個(gè)陶瓷塊形成。 臺(tái)階式量規(guī)包括多個(gè)用于在校準(zhǔn)和/或校驗(yàn)CMM時(shí)使用的平行的、基本為平面的測(cè)量表面。 通過(guò)提供單件式校準(zhǔn)工具，與由可移除地結(jié)合的部件或多種材料形成的工具相比，能夠減少由多種因素——包括環(huán)境因素、制造缺陷、以及在使用和運(yùn)輸期間的損壞——造成的測(cè)量表面的相對(duì)距離和方位的變化。例如，在單件式工具中，能夠減小溫度變化、施加在工具上的外力、和/或工具自身重量對(duì)工具的測(cè)量表面的均一性和完整性的影響。通過(guò)使用陶瓷材料，可以實(shí)現(xiàn)工具的低熱膨脹。此外，陶瓷材料具有高的強(qiáng)度與重量比，這有助于進(jìn)一步減小由工具自身重量在工具中引起的的下陷以及其他變形。耐腐蝕性、防潮性以及高硬度是陶瓷材料所具有的對(duì)用作校準(zhǔn)工具材料而言進(jìn)一步的潛在有益的性質(zhì)。一些已知的臺(tái)階式量規(guī)包括安裝到鋼質(zhì)體部的陶瓷探測(cè)凸耳。由于陶瓷和鋼的熱膨脹系數(shù)不同，當(dāng)臺(tái)階式量規(guī)在與臺(tái)階式量規(guī)被校準(zhǔn)時(shí)的初始基準(zhǔn)溫度不同的溫度下使用時(shí)，會(huì)產(chǎn)生誤差。例如，當(dāng)測(cè)量單個(gè)探測(cè)凸耳兩側(cè)之間的距離時(shí)，陶瓷探測(cè)凸耳的熱膨脹系數(shù)對(duì)熱膨脹誤差起主導(dǎo)作用。相反地，當(dāng)測(cè)量在鋼質(zhì)體部上間隔較遠(yuǎn)的兩個(gè)探測(cè)凸耳之間的距離時(shí)，鋼質(zhì)體部的熱膨脹系數(shù)將對(duì)熱膨脹誤差起主導(dǎo)作用。如上所述，通常的CMM軟件針對(duì)熱膨脹進(jìn)行適應(yīng)性調(diào)整，但是，通常僅允許將單個(gè)用于量規(guī)的熱膨脹系數(shù)的值輸入到軟件中。因此，校準(zhǔn)工具的不同部分具有不同熱膨脹系數(shù)會(huì)造成顯著誤差。在圖1中示出了傳統(tǒng)的橋式CMMlO的一種實(shí)施方式。CMMlO包括基座12 ；工作臺(tái) 14，工件16固定到該工作臺(tái)14上；臂18 ；以及探針組件20，該探針組件20安裝到臂上以感測(cè)與工件的接觸并提供指示該接觸的信號(hào)。探針組件20能夠沿三個(gè)正交軸線χ軸、y軸和 ζ軸在整個(gè)測(cè)量空間內(nèi)運(yùn)動(dòng)。為沿y軸22移動(dòng)，橋M由兩個(gè)導(dǎo)軌沈可移動(dòng)地支承。導(dǎo)軌可由支腿觀支承在基座12上。導(dǎo)軌沈之一或兩者包括刻度尺30，從刻度尺30上獲取讀數(shù)以確定橋的相應(yīng)端部的位置。橋支承沿與y軸22垂直的χ軸34的方向移動(dòng)的滑架32。 通常稱為ζ軸滑枕或垂直滑枕的臂18安裝到滑架32上，臂18沿ζ軸36移動(dòng)并承載探針組件20。在圖2中示出單件式校準(zhǔn)工具100的一種實(shí)施方式。工具基本完全由諸如碳化硅陶瓷的陶瓷材料制成，并形成長(zhǎng)形本體的形狀。在圖2中示出了短的校準(zhǔn)工具以方便說(shuō)明，但在一些實(shí)施方式中，校準(zhǔn)工具可以具有一米或更長(zhǎng)的總長(zhǎng)度或任何其他合適的長(zhǎng)度。工具100包括兩個(gè)長(zhǎng)形框架構(gòu)件104，這兩個(gè)長(zhǎng)形框架構(gòu)件104在長(zhǎng)形本體的伸長(zhǎng)方向上彼此平行地延伸。支承橫構(gòu)件106從一個(gè)長(zhǎng)形框架構(gòu)件104延伸到另一個(gè)長(zhǎng)形框架構(gòu)件104。支承橫構(gòu)件106可以為工具提供結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，并且還為測(cè)量元件IlOa提供支承。測(cè)量元件IlOa可以沿與長(zhǎng)形本體的伸長(zhǎng)方向大致平行的方向從支承橫構(gòu)件106延伸。 測(cè)量元件IlOa中的每一個(gè)在端部處具有一面，該面包括平面測(cè)量表面120a。工具的平面測(cè)量表面120a提供了 CMM探針可以探測(cè)的表面，以測(cè)試CMM對(duì)測(cè)量表面之間的距離的測(cè)量精確度。平面測(cè)量表面120a(或至少其一部分)以高精確度彼此平行， 作為提供用于距離測(cè)量的一致基礎(chǔ)的一部分。差的平行性會(huì)導(dǎo)致在通過(guò)接觸式傳感器接觸測(cè)量表面上的不同局部點(diǎn)的情況下距離測(cè)量不準(zhǔn)確?？梢栽诿總€(gè)支承橫構(gòu)件106的相對(duì)兩側(cè)上設(shè)置類似的測(cè)量元件(圖2中未示出)， 該測(cè)量元件可以包括與測(cè)量表面120a朝向相反的測(cè)量表面。例如，如圖3所示，平面測(cè)量表面220a面向第一方向，而平面測(cè)量表面220b可以面向與第一方向相反的第二方向。通過(guò)提供面向相反方向的測(cè)量表面，能夠進(jìn)行雙向測(cè)量，作為與針對(duì)CMM的驗(yàn)收和校驗(yàn)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)標(biāo)準(zhǔn)相符的一部分。雙向測(cè)量是距離的測(cè)量，其中，第一表面由沿第一方向移動(dòng)的接觸式探針接觸，而第二表面由沿與第一方向相反的第二方向移動(dòng)的接觸式探針接觸。在本文公開的實(shí)施方式中，雖然總體上面向給定方向的測(cè)量表面幾乎相等地間隔開，但是測(cè)量表面可以以任何適當(dāng)?shù)木嚯x彼此間隔開。例如，在圖3中通過(guò)俯視圖示出的臺(tái)階式量規(guī)的實(shí)施方式中，面向第一方向的每個(gè)測(cè)量表面220a與其最靠近的測(cè)量表面220a 相隔約40mm。類似地，每個(gè)測(cè)量表面220b與其最靠近的測(cè)量表面220b相隔約40mm。在一些實(shí)施方式中，面向相反方向的相鄰測(cè)量表面相隔的距離可以為面向相同方向的相鄰測(cè)量表面之間的距離的一半。例如，在圖3的實(shí)施方式中，測(cè)量表面220a與最靠近的測(cè)量表面 220b之間的距離可以為約20mm。當(dāng)然，在各種實(shí)施方式中可以使用其他適合的測(cè)量表面之間的距離。對(duì)于本文公開的實(shí)施方式中的每一個(gè)來(lái)說(shuō)，相鄰測(cè)量表面之間的實(shí)際距離不需要以極緊密的公差制造。只要相鄰測(cè)量表面之間的距離制造成處于合理的公差范圍內(nèi)，例如在一些實(shí)施方式中在100微米之內(nèi)，實(shí)際距離可由高精確度認(rèn)證的CMM在量規(guī)校準(zhǔn)過(guò)程期間確定，而且結(jié)果可以記錄在量規(guī)校準(zhǔn)證書上。校準(zhǔn)通常由能夠?yàn)殚L(zhǎng)度標(biāo)準(zhǔn)提供可溯源性的國(guó)家計(jì)量機(jī)構(gòu)(匪I)執(zhí)行。通常，高精確度認(rèn)證的CMM使用接觸式探針以大致定位測(cè)量表面，然后高精確度CMM使用激光干涉儀來(lái)測(cè)量測(cè)量表面之間的距離。例如，接觸式探針與測(cè)量表面的接觸可以觸發(fā)激光干涉儀執(zhí)行測(cè)量。一旦校準(zhǔn)工具上的測(cè)量表面之間的實(shí)際距離確定，在一段時(shí)期內(nèi)，這些距離可作為校準(zhǔn)工具的已知距離用于驗(yàn)收和校驗(yàn)測(cè)試?？梢栽谝欢螘r(shí)間之后或一定使用次數(shù)之后進(jìn)行校準(zhǔn)工具的后續(xù)校驗(yàn)。在一些實(shí)施方式中，例如在圖2中示出的實(shí)施方式中，平面測(cè)量表面120a定位成使得校準(zhǔn)工具的中性彎曲軸122與每個(gè)測(cè)量表面相交。在一些實(shí)施方式中，中性彎曲軸在每個(gè)表面120a上的大致相同的相對(duì)位置處與每個(gè)表面120a相交。相較于與中性彎曲軸間隔開的測(cè)量點(diǎn)，處于或靠近中性彎曲軸處的預(yù)定測(cè)量點(diǎn)減小了因由于下陷或其他彎曲變形造成的每個(gè)表面120a上的測(cè)量點(diǎn)之間的距離的變化所引起的誤差。為了本文中的目的，長(zhǎng)
6形校準(zhǔn)工具的中性彎曲軸被認(rèn)為是工具的在彎曲過(guò)程中不經(jīng)歷大的縱向應(yīng)變的橫截面。校準(zhǔn)工具的一些實(shí)施方式可以與接觸式探針一起使用。另一些實(shí)施方式可以與非接觸式探針一起使用。例如，盡管平面測(cè)量表面120a可以為由接觸式探針?biāo)佑|的接觸表面，在一些實(shí)施方式中，測(cè)量表面120a可以與激光掃描器或其他適合的非接觸式探針一起使用以用于初始的工具校準(zhǔn)，或用于諸如非接觸式CMM的機(jī)器的校準(zhǔn)和/或校驗(yàn)。在圖3中示出的實(shí)施方式中，支承橫構(gòu)件206各自具有約12mm的厚度，并且每個(gè)測(cè)量元件210a、210b從它們各自的橫構(gòu)件的表面向外伸出約4mm。在一些實(shí)施方式中，可以采用其他合適的橫構(gòu)件厚度以及測(cè)量元件伸出長(zhǎng)度。例如，橫構(gòu)件206可以具有約7mm的厚度，而測(cè)量元件從橫構(gòu)件伸出約6. 5mm。在一些實(shí)施方式中，可以從約IOmm厚的橫構(gòu)件伸出約5mm的測(cè)量元件。圖4示出校準(zhǔn)工具300的替代實(shí)施方式，其中，由于測(cè)量元件310a、310b的側(cè)壁 330與支承橫構(gòu)件306的表面形成鈍角A，所以測(cè)量元件310a、310b具有大致呈梯形的橫截面形狀。成角度的側(cè)壁可以方便制造期間將工具從模具中移除。例如，如圖4所示，測(cè)量元件310a、3IOb可以具有彎曲的、略微內(nèi)凹的側(cè)壁330。在另一些實(shí)施方式中，側(cè)壁330可以為平直的，或者可以兼具彎曲部分和平直部分。需要指出的是，不是必需需要支承橫構(gòu)件來(lái)為校準(zhǔn)工具提供結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。在一些實(shí)施方式中，一個(gè)或多個(gè)支承橫構(gòu)件可以從一個(gè)長(zhǎng)形框架構(gòu)件朝相對(duì)的長(zhǎng)形框架構(gòu)件延伸，但與該相對(duì)的長(zhǎng)形框架構(gòu)件間隔開。在圖5中示出橫構(gòu)件406上形成的測(cè)量元件410a的正視圖。平面測(cè)量表面420a 可以通過(guò)將模制陶瓷構(gòu)件的測(cè)量元件410a機(jī)加工成具有平坦表面而形成。例如，可通過(guò)噴射研磨工藝——其形成具有高平直度的平面狀表面——對(duì)每個(gè)測(cè)量元件410a的端部進(jìn)行光整。在一些實(shí)施方式中，整個(gè)平面測(cè)量平面上的任何點(diǎn)都可以用作探針的測(cè)量點(diǎn)，而在另一些實(shí)施方式中，可以設(shè)立特定的“精確”接觸區(qū)域(舉例來(lái)說(shuō)，平面測(cè)量表面的子區(qū)域)。在一些實(shí)施方式中，形成在支承橫構(gòu)件的測(cè)量元件上的平面測(cè)量表面可以在從頂部到底部的方向上相對(duì)于長(zhǎng)形本體居中和/或相對(duì)于橫構(gòu)件居中。例如，如在圖6的左側(cè)上示出的，支承橫構(gòu)件206相對(duì)于長(zhǎng)形框架構(gòu)件204的頂面230和底面232在框架構(gòu)件204 的從頂部到底部的方向上居中。測(cè)量元件210a、2IOb相對(duì)于支承橫構(gòu)件206的頂面246和底面247在支承橫構(gòu)件206的從頂部到底部的方向上居中。在圖6中示出的實(shí)施方式中， 長(zhǎng)形框架構(gòu)件204具有平行于縱向軸線250的伸長(zhǎng)方向、以及從長(zhǎng)形框架構(gòu)件204的開口側(cè)朝長(zhǎng)形框架構(gòu)件204的相對(duì)側(cè)在垂直于伸長(zhǎng)方向的方向上延伸的從頂部到底部的方向。 支承橫構(gòu)件206的從頂部到底部的方向可以平行于長(zhǎng)形框架構(gòu)件204的從頂部到底部的方向，并沿與長(zhǎng)形本體的伸長(zhǎng)方向垂直的方向從頂面對(duì)6向底面247延伸。需要指出的是，術(shù)語(yǔ)“頂”和“底”不一定要求頂面總是相對(duì)于地面和/或機(jī)器表面保持在底面之上。在使用期間，校準(zhǔn)工具可以以多種方位中的任何一種定位，且根據(jù)工具的方位，頂面可以位于底面的下方或側(cè)旁(相對(duì)于地面和/或機(jī)器表面)。對(duì)于觸針242和接觸式傳感器244的組合長(zhǎng)度L1短于從支承橫構(gòu)件的頂面246到平面測(cè)量表面220a的測(cè)量區(qū)域的距離L2的探針組件240來(lái)說(shuō)，探頭M8的從觸針242到邊緣243的距離通常會(huì)小于測(cè)量元件210a的長(zhǎng)度，使得當(dāng)移動(dòng)接觸式傳感器2M與測(cè)量表面220a接觸時(shí)，探頭M8的邊緣243不與橫構(gòu)件206相互接觸。
為操縱從觸針542到邊緣543的距離大于自橫構(gòu)件506開始的測(cè)量元件510a的長(zhǎng)度的探頭，在一些實(shí)施方式中，橫構(gòu)件506可以偏離長(zhǎng)形框架構(gòu)件204的中心。例如，如在圖6的右側(cè)上示出的，支承橫構(gòu)件506朝校準(zhǔn)工具200的底部定位，而測(cè)量元件510a、5IOb 仍然相對(duì)于長(zhǎng)形框架構(gòu)件204居中。于是，從支承橫構(gòu)件506的頂部546到平面測(cè)量表面 520a的測(cè)量區(qū)域的距離縮短，因此盡管其探頭548的從觸針542到邊緣543的距離大于測(cè)量表面520離橫構(gòu)件506的距離，但仍容許接觸式傳感器544到達(dá)測(cè)量表面520a。相同的校準(zhǔn)工具上可以包括不同位置的橫構(gòu)件，例如，后續(xù)橫構(gòu)件在它們的位置上可以交錯(cuò)。在一些實(shí)施方式中，所有的橫構(gòu)件定位在相同的位置。此外，在另一些實(shí)施方式中測(cè)量元件不需要一定相對(duì)于長(zhǎng)形框架構(gòu)件204居中。例如，在一些實(shí)施方式中測(cè)量元件可以朝校準(zhǔn)工具的頂面定位，這可以允許探針容易地接近和/或方便制造。在一些實(shí)施方式中測(cè)量表面可以形成在凹部?jī)?nèi)而不是作為凸部的面。例如，如圖 7所示，單件式校準(zhǔn)工具600由陶瓷材料形成。支承橫構(gòu)件606貫穿工具的長(zhǎng)度并跨接兩個(gè)縱向框架構(gòu)件604。孔608可以作為鑄造過(guò)程的一部分而形成。可以以任何適當(dāng)?shù)闹圃旃に囋诿總€(gè)孔608的相對(duì)側(cè)中機(jī)加工出諸如槽612a、612b的凹部，從而形成平面測(cè)量表面 620a、620b。替代凹部，在一些實(shí)施方式中，呈凸部形式的測(cè)量元件可以從孔608的周面延伸。校準(zhǔn)工具可以用于校準(zhǔn)CMM和/或在使用一段時(shí)間之后校驗(yàn)CMM的方面。例如， 校準(zhǔn)工具可專門地用于校驗(yàn)使用不同校準(zhǔn)工具校準(zhǔn)過(guò)的CMM?；蛘?，在一些實(shí)施方式中，單個(gè)校準(zhǔn)工具可既用于校準(zhǔn)又用于校驗(yàn)CMM。陶瓷材料具有低熱膨脹系數(shù)，當(dāng)在與校準(zhǔn)工具最初被校準(zhǔn)的基準(zhǔn)溫度不同的溫度下使用校準(zhǔn)工具時(shí)，低熱膨脹系數(shù)是有利的。盡管許多CMM通過(guò)基于測(cè)量溫度和基準(zhǔn)溫度進(jìn)行修正來(lái)解決這種溫度差異，但溫度測(cè)量的誤差會(huì)引起與熱膨脹系數(shù)值成比例的誤差。 因此，一些實(shí)施方式中可使用具有低熱膨脹系數(shù)——例如介于2. 2ppm/° K至4. 6ppm/° K 之間(含端值)——的陶瓷材料。具有在這個(gè)范圍之外的熱膨脹系數(shù)的陶瓷材料可以用于形成本文公開的校準(zhǔn)工具，且除陶瓷之外的其他材料也可以在一些實(shí)施方式中使用。將描述基本上完全由陶瓷材料制成的單件式校準(zhǔn)工具的制造方法的一種實(shí)施方式。首先，制備具有適當(dāng)尺寸的模腔的模具。將陶瓷材料以及熔融的粘結(jié)劑添加到模具中。 一旦材料冷卻，將模制件(通常稱為“坯體”)從模具中取出，并燒制坯體以燒結(jié)該模制件。 然后在燒制過(guò)的陶瓷模制件上機(jī)加工出測(cè)量表面。例如，可使用噴射研磨機(jī)將測(cè)量延伸部的端面研磨成平面測(cè)量表面。當(dāng)然，也可以使用其他制造方法來(lái)形成本文公開的校準(zhǔn)工具。 在一些實(shí)施方式中，可以在測(cè)量延伸部或支承橫構(gòu)件中形成凹部，其中，凹部包括平面測(cè)量表面。通過(guò)高精確度CMM初始地校準(zhǔn)諸如臺(tái)階式量規(guī)的校準(zhǔn)工具的方法的一種實(shí)施方式包括以下步驟。首先，采取措施限定測(cè)量線(通常稱為中心線)，將沿該測(cè)量線測(cè)量測(cè)量表面。為限定該測(cè)量線，第一步驟包括測(cè)量臺(tái)階式量規(guī)的頂面上的至少三個(gè)對(duì)齊點(diǎn)以建立頂平面。然后在縱向外側(cè)面上測(cè)量對(duì)齊點(diǎn)以建立量規(guī)的縱向方向。最后，在校準(zhǔn)工具的端面上測(cè)量點(diǎn)。從這些測(cè)量中，建立位于校準(zhǔn)工具的頂部拐角處的基準(zhǔn)點(diǎn)。然后相對(duì)于這個(gè)拐拐角基準(zhǔn)點(diǎn)限定出測(cè)量線。測(cè)量線建立后，高精確度CMM從拐角基準(zhǔn)點(diǎn)沿測(cè)量線測(cè)量每個(gè)測(cè)量表面的距離以確立測(cè)量表面離基準(zhǔn)點(diǎn)的距離。當(dāng)然，這個(gè)方法僅為校準(zhǔn)方法的一個(gè)示例，也可以使用其他適合的校準(zhǔn)方法。使用校準(zhǔn)工具以校驗(yàn)CMM或其他機(jī)器的方法的一種實(shí)施方式包括以下步驟。沿 CMM的第一軸線——例如χ軸——保持校準(zhǔn)工具，并對(duì)例如五個(gè)不同長(zhǎng)度的五個(gè)不同長(zhǎng)度進(jìn)行距離測(cè)量。每個(gè)測(cè)量以雙向方式進(jìn)行，且為五個(gè)長(zhǎng)度中的每一個(gè)進(jìn)行三次測(cè)量。在校準(zhǔn)工具以總計(jì)至少九個(gè)不同校準(zhǔn)工具方位沿y軸、ζ軸、以及至少六個(gè)不同斜方位定位的情況下重復(fù)進(jìn)行這個(gè)程序。將結(jié)果與已知的校準(zhǔn)工具的尺寸相比較以判斷CMM是否一致。當(dāng)然，其他適當(dāng)?shù)男ｒ?yàn)方法也可以與本文公開的校準(zhǔn)工具的實(shí)施方式一起使用， 包括符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)10360-2系列在以下主題下的方法“產(chǎn)品幾何量技術(shù)規(guī)范(GPQ-用于坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(CMM)的驗(yàn)收檢測(cè)和復(fù)檢檢測(cè)”(Geometrical product specifications (GPS)-Acceptance and reverification test for coordinate measuring machines (CMM))。在一些實(shí)施方式中校準(zhǔn)工具的測(cè)量表面的平行度可以通過(guò)干涉儀測(cè)試來(lái)檢測(cè)。在另一些實(shí)施方式中，可使用接觸探針，以通過(guò)測(cè)量沿校準(zhǔn)工具的中心線的多個(gè)距離、然后測(cè)量沿與中心線偏離一定距離一一例如Imm——的線的多個(gè)距離，來(lái)檢查測(cè)量表面的平行度。 也可以使用四條線——一條線從中心線向上偏移，另一條線從中心線向下偏移，還有兩條線偏移至中心線的兩側(cè)。根據(jù)校準(zhǔn)工具的分離方面，非單件式校準(zhǔn)工具可以基本上完全由諸如陶瓷材料的單一材料形成。例如，單件式陶瓷長(zhǎng)形本體可以形成為不具有測(cè)量表面，且可以單獨(dú)地形成并機(jī)加工陶瓷的探測(cè)凸耳。在探測(cè)凸耳被機(jī)加工成具有精確的測(cè)量表面之后，可將探測(cè)凸耳熔接到長(zhǎng)形本體上。在一些實(shí)施方式中，可以先將陶瓷的探測(cè)凸耳熔接到陶瓷的長(zhǎng)形本體上，然后可以進(jìn)行噴射研磨以在探測(cè)凸耳的端部上形成測(cè)量表面。在已如此描述了本發(fā)明的至少一種實(shí)施方式的若干方面之后，應(yīng)當(dāng)理解的是，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠容易地想到各種替代方式、變型、以及改進(jìn)。這些替代方式、變型、以及改進(jìn)被認(rèn)為是本公開的一部分，并被認(rèn)為落在本發(fā)明的精神和范圍之內(nèi)。因此，前述說(shuō)明書和附圖僅為示例。
權(quán)利要求
1.一種校準(zhǔn)工具，包括長(zhǎng)形本體，所述長(zhǎng)形本體包含陶瓷材料并具有伸長(zhǎng)方向；以及多個(gè)測(cè)量元件，所述多個(gè)測(cè)量元件包含陶瓷材料并與所述長(zhǎng)形本體一體地形成，每個(gè)測(cè)量元件至少包括面向第一方向的第一平面測(cè)量表面，其中每個(gè)測(cè)量元件的所述第一平面測(cè)量表面平行于所述多個(gè)測(cè)量元件中的每個(gè)其他測(cè)量元件的所述第一平面測(cè)量表面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的校準(zhǔn)工具，其中，每個(gè)測(cè)量元件包括第二平面測(cè)量表面，所述第二平面測(cè)量表面平行于所述第一平面測(cè)量表面，每個(gè)第二平面測(cè)量表面面向與所述第一方向相反的第二方向。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的校準(zhǔn)工具，其中，每個(gè)測(cè)量元件包括凸部，所述凸部從支承構(gòu)件沿與所述長(zhǎng)形本體的所述伸長(zhǎng)方向平行的方向延伸，且每個(gè)平面測(cè)量表面包括其中一個(gè)所述凸部的端面。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的校準(zhǔn)工具，其中，沿著所述長(zhǎng)形本體的所述伸長(zhǎng)方向截取的所述凸部的橫截面呈梯形形狀。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的校準(zhǔn)工具，其中，所述工具具有中性彎曲軸，且所述中性彎曲軸與所述平面測(cè)量表面中的每一個(gè)都相交。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的校準(zhǔn)工具，其中，每個(gè)平面測(cè)量表面包括接觸區(qū)域，且所述中性彎曲軸與所述接觸區(qū)域中的每一個(gè)都相交。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的校準(zhǔn)工具，其中，每個(gè)測(cè)量元件由支承橫構(gòu)件一體地支承，所述支承橫構(gòu)件橫向于所述長(zhǎng)形本體的所述伸長(zhǎng)方向延伸。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的校準(zhǔn)工具，其中，每個(gè)平面測(cè)量表面相對(duì)于相應(yīng)的測(cè)量元件的表面是凹進(jìn)的。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的校準(zhǔn)工具，其中，所述長(zhǎng)形本體包括通過(guò)橫構(gòu)件彼此連接的第一長(zhǎng)形框架構(gòu)件和第二長(zhǎng)形框架構(gòu)件，所述橫構(gòu)件垂直于所述長(zhǎng)形框架構(gòu)件。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的校準(zhǔn)工具，其中，所述校準(zhǔn)工具包括由單塊陶瓷形成的臺(tái)階式量規(guī)。
11.一種校準(zhǔn)工具，包括單件式長(zhǎng)形本體，所述單件式長(zhǎng)形本體完全由陶瓷材料形成、并具有伸長(zhǎng)方向，所述單件式長(zhǎng)形本體包括多個(gè)測(cè)量元件，每個(gè)測(cè)量元件包括面向第一方向的第一平面測(cè)量表面， 其中每個(gè)測(cè)量元件的所述第一平面測(cè)量表面平行于所述多個(gè)測(cè)量元件中的每個(gè)其他測(cè)量元件的所述第一平面測(cè)量表面。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的校準(zhǔn)工具，其中，每個(gè)測(cè)量元件包括第二平面測(cè)量表面，所述第二平面測(cè)量表面平行于所述第一平面測(cè)量表面，每個(gè)第二平面測(cè)量表面面向與所述第一方向相反的第二方向。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的校準(zhǔn)工具，其中，所述工具具有中性彎曲軸，且所述中性彎曲軸與所述平面測(cè)量表面中的每一個(gè)都相交。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的校準(zhǔn)工具，其中，每個(gè)測(cè)量元件包括相應(yīng)的凸部，所述凸部從支承構(gòu)件沿與所述長(zhǎng)形本體的所述伸長(zhǎng)方向平行的方向延伸，且每個(gè)平面測(cè)量表面包括其中一個(gè)所述凸部的端面，沿所述長(zhǎng)形本體的所述伸長(zhǎng)方向截取的每個(gè)所述凸部的橫截面呈梯形形狀。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的校準(zhǔn)工具，其中，所述校準(zhǔn)工具包括由單塊陶瓷形成的臺(tái)階式量規(guī)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種校準(zhǔn)工具，該校準(zhǔn)工具包括基本上完全由陶瓷材料制成并具有伸長(zhǎng)方向的長(zhǎng)形本體。包含陶瓷材料的多個(gè)測(cè)量元件與長(zhǎng)形本體一體地形成，每個(gè)測(cè)量元件包括面向第一方向的第一平面測(cè)量表面。每個(gè)測(cè)量元件的第一平面測(cè)量表面平行于所述多個(gè)測(cè)量元件中的每個(gè)其他測(cè)量元件的第一平面測(cè)量表面。該校準(zhǔn)工具可以為由單塊陶瓷材料形成的單件式的臺(tái)階式量規(guī)。
文檔編號(hào)G01B21/00GK102538727SQ20111042141
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2011年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月16日
發(fā)明者大衛(wèi)·哈維, 威廉默斯·威克斯, 彼得·?？怂? 約翰·蘭格萊斯 申請(qǐng)人:?？怂箍禍y(cè)量技術(shù)有限公司