具有缺陷檢測(cè)系統(tǒng)的坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及鉸接臂和坐標(biāo)測(cè)量，更具體地涉及包含超聲波缺陷檢測(cè)的坐標(biāo)測(cè)量機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]直線式測(cè)量系統(tǒng)一也稱為坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(CMM)和鉸接臂測(cè)量機(jī)一用來產(chǎn)生非常準(zhǔn)確的幾何信息。通常，這些儀器捕獲物體的結(jié)構(gòu)特征，以用在質(zhì)量控制、電子再現(xiàn)和/或復(fù)制中。用于坐標(biāo)數(shù)據(jù)獲取的傳統(tǒng)設(shè)備的一個(gè)實(shí)施例為便攜式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(PCMM)，這是一種便攜式裝置，該便攜式裝置能夠在該裝置的測(cè)量球體內(nèi)進(jìn)行非常準(zhǔn)確的測(cè)量。這類裝置經(jīng)常包括安裝在臂的端部上的探針，所述臂包括通過接頭連接在一起的多個(gè)傳送構(gòu)件。臂的與探針相對(duì)的端部通常連接至可移動(dòng)基座。通常，接頭分成各個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度，每個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度都使用專用的旋轉(zhuǎn)換能器進(jìn)行測(cè)量。在測(cè)量過程中，臂的探針由操作員手動(dòng)移動(dòng)到測(cè)量球體內(nèi)的各個(gè)點(diǎn)。在每個(gè)點(diǎn)處，必須在給定的瞬間及時(shí)確定每個(gè)接頭的位置。因此，每個(gè)換能器輸出電信號(hào)，該電信號(hào)根據(jù)接頭在那個(gè)自由度中的移動(dòng)而變化。通常，探針也產(chǎn)生信號(hào)。這些位置信號(hào)以及探針信號(hào)通過臂傳送到記錄儀/分析儀。然后位置信號(hào)用來確定探針在測(cè)量球體內(nèi)的位置。例如，參見美國(guó)專利第5，829，148號(hào)和第7，174，651號(hào)，這些美國(guó)專利通過引用全文納入本文。
[0003]通常，需要具有高準(zhǔn)確性、高可靠性和耐用性、非常易于使用、低成本、超聲波缺陷檢測(cè)能力以及其他優(yōu)點(diǎn)的坐標(biāo)測(cè)量機(jī)。文中的公開內(nèi)容對(duì)這些特性中的至少一些提供改進(jìn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]在一個(gè)實(shí)施方式中，一種鉸接臂坐標(biāo)測(cè)量機(jī)包括能夠檢測(cè)所選物體的表面下面的缺陷的超聲波缺陷檢測(cè)系統(tǒng)。
[0005]在另一個(gè)實(shí)施方式中，一種鉸接臂坐標(biāo)測(cè)量機(jī)包括包含特征包的超聲波缺陷檢測(cè)系統(tǒng)，該特征包提供所述超聲波缺陷檢測(cè)系統(tǒng)的一部分功能性。
[0006]在另一個(gè)實(shí)施方式中，一種鉸接臂坐標(biāo)測(cè)量機(jī)包括超聲波缺陷檢測(cè)系統(tǒng)，該超聲波缺陷檢測(cè)系統(tǒng)提供將缺陷與坐標(biāo)測(cè)量數(shù)據(jù)疊加在顯示器上的能力。
[0007]在另一個(gè)實(shí)施方式中，一種鉸接臂坐標(biāo)測(cè)量機(jī)包括超聲波缺陷檢測(cè)系統(tǒng)，該超聲波缺陷檢測(cè)系統(tǒng)提供將缺陷包含進(jìn)所選物體的三維模型中的能力。
[0008]在另一個(gè)實(shí)施方式中，一種缺陷檢測(cè)系統(tǒng)包括:坐標(biāo)測(cè)量機(jī)，該坐標(biāo)測(cè)量機(jī)具有基座、一個(gè)或多個(gè)傳送構(gòu)件、將所述一個(gè)或多個(gè)傳送構(gòu)件連接至所述基座的一個(gè)或多個(gè)鉸接構(gòu)件、以及位于遠(yuǎn)端的缺陷檢測(cè)傳感器，所述坐標(biāo)測(cè)量機(jī)被配置為測(cè)量所述缺陷檢測(cè)傳感器的位置；以及處理器，該處理器被配置為將由所述坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)量的所述缺陷檢測(cè)傳感器的位置與由所述缺陷檢測(cè)傳感器檢測(cè)的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)起來。
[0009]在另一個(gè)實(shí)施方式中，一種感測(cè)物體中的缺陷的方法包括:將位于坐標(biāo)測(cè)量機(jī)上的缺陷傳感器抵靠物體定位；用所述缺陷傳感器感測(cè)所述物體的特征；用所述坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)量所述缺陷傳感器的位置；以及將所述缺陷傳感器的位置與所述物體的感測(cè)到的特征關(guān)聯(lián)起來。
[0010]在另一個(gè)實(shí)施方式中，一種感測(cè)物體中的缺陷的方法包括:在多個(gè)位置處將位于坐標(biāo)測(cè)量機(jī)上的缺陷傳感器抵靠所述物體定位；在所述多個(gè)位置中每個(gè)位置處用所述缺陷傳感器感測(cè)所述物體的特征；用所述坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)量所述缺陷傳感器在所述多個(gè)位置處的位置，在所述多個(gè)位置，所述缺陷傳感器的特征正在被感測(cè)；以及將所述缺陷傳感器的位置與在所述多個(gè)位置處感測(cè)的特征關(guān)聯(lián)起來。
[0011]在另一個(gè)實(shí)施方式中，一種用坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)量數(shù)據(jù)的方法包括:將所述坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的探針移動(dòng)到第一探針位置；用探針測(cè)量物體上的表面位置；以及用所述坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)量所述表面位置下方的缺陷點(diǎn)。
[0012]在另一個(gè)實(shí)施方式中，一種用坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)量數(shù)據(jù)的方法包括:將所述坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的探針移動(dòng)到物體上的多個(gè)表面位置；測(cè)量所述多個(gè)表面位置；以及用所述坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)量所述多個(gè)表面位置中的每個(gè)表面位置下方的缺陷點(diǎn)。
[0013]在另一個(gè)實(shí)施方式中，一種用坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)量數(shù)據(jù)的方法，該方法包括:將所述坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的探針移動(dòng)到物體上的多個(gè)表面位置；測(cè)量所述多個(gè)表面位置；以及在第一探針位置用所述坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的探針測(cè)量所述物體的所述多個(gè)表面位置中每個(gè)表面位置下方的缺陷起始點(diǎn)、缺陷終止點(diǎn)和后表面。
[0014]在另一個(gè)實(shí)施方式中，一種用坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)量數(shù)據(jù)的方法包括:將所述坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的非接觸式激光掃描儀移動(dòng)到第一探針位置；用所述非接觸式激光掃描儀測(cè)量物體上的表面位置；以及用所述坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)量所述表面位置下方的缺陷點(diǎn)。
【附圖說明】
[0015]從下面結(jié)合附圖進(jìn)行的詳細(xì)描述中將明了本發(fā)明的其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)，所述附圖示出了本發(fā)明的示例性實(shí)施方式，其中:
[0016]圖1是鉸接臂的立體圖；
[0017]圖1A是圖1的鉸接臂的分解圖；
[0018]圖2是圖1的鉸接臂的傳送構(gòu)件的立體圖，所述傳送構(gòu)件具有關(guān)聯(lián)的鉸接構(gòu)件；
[0019]圖2A是圖2的傳送構(gòu)件的立體圖，其中去除了蓋部分；
[0020]圖2B是圖2A的傳送構(gòu)件的放大立體圖；
[0021]圖2C是圖2的鉸接構(gòu)件的放大橫截面圖；
[0022]圖2D是圖2B的傳送構(gòu)件的放大橫截面圖；
[0023]圖2E是圖2的傳送構(gòu)件和鉸接構(gòu)件的局部分解側(cè)視圖；
[0024]圖3是圖1的鉸接臂的手柄的立體圖；
[0025]圖4是圖1的鉸接臂的基座和特征包的立體圖；
[0026]圖5是編碼器的說明性實(shí)施方式的平面圖；
[0027]圖6是操作鉸接臂的方法的流程圖；
[0028]圖7是包含超聲波缺陷檢測(cè)系統(tǒng)的便攜式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的一個(gè)實(shí)施方式的立體圖；
[0029]圖8是超聲波缺陷檢測(cè)系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施方式的立體圖；以及
[0030]圖9是包括缺陷的所選物體的橫截面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031]可以與本文描述的實(shí)施方式一起使用的坐標(biāo)獲取構(gòu)件的某些實(shí)施方式的進(jìn)一步描述，可以在申請(qǐng)日為2010年3月26日、發(fā)明名稱為“具有模塊功能性的坐標(biāo)測(cè)量機(jī)”的美國(guó)專利第8，151，477號(hào)中找到，該美國(guó)專利通過引用全文納入本文。
[0032]圖1和圖1A示出根據(jù)本發(fā)明的便攜式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(PCMM)的一個(gè)實(shí)施方式。在示出的實(shí)施方式中，PCMM I可以包括基座10、多個(gè)剛性傳送構(gòu)件20、坐標(biāo)獲取構(gòu)件50以及多個(gè)鉸接構(gòu)件30-36，所述鉸接構(gòu)件形成將剛性傳送構(gòu)件20相互連接的“接頭組件”。鉸接構(gòu)件30-36與傳送構(gòu)件20以及鉸鏈(如下所述)一起被配置為提供一個(gè)或多個(gè)旋轉(zhuǎn)和/角度自由度。通過各個(gè)鉸接構(gòu)件30-36和傳送構(gòu)件20，PCMM I可以沿各個(gè)空間取向?qū)?zhǔn)，由此允許將坐標(biāo)獲取構(gòu)件50精確地定位和定向在三維空間中。
[0033]可以使用手動(dòng)、自動(dòng)、半自動(dòng)和/或任何其他調(diào)節(jié)方法來調(diào)節(jié)剛性傳送構(gòu)件20和坐標(biāo)獲取構(gòu)件50的位置。在一個(gè)實(shí)施方式中，PCMM I通過各個(gè)鉸接構(gòu)件30-36設(shè)有七個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)軸線。然而，應(yīng)理解，對(duì)可以使用的運(yùn)動(dòng)軸線的數(shù)目沒有嚴(yán)格限制，可以將更少或另外的運(yùn)動(dòng)軸線包含在PCMM設(shè)計(jì)中。
[0034]在圖1示出的PCMM I的實(shí)施方式中，鉸接構(gòu)件30_36可以根據(jù)它們關(guān)聯(lián)的運(yùn)動(dòng)構(gòu)件的運(yùn)行分成兩個(gè)功能組，即:I)那些鉸接構(gòu)件30，32，34，36 (以下稱“旋轉(zhuǎn)接頭”)，它們與旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)關(guān)聯(lián)，那些鉸接構(gòu)件與特定的和不同的傳送構(gòu)件關(guān)聯(lián)；以及2)那些鉸接構(gòu)件31，33,35(以下稱“鉸鏈接頭”或“鉸鏈”)，它們?cè)试S在兩個(gè)相鄰構(gòu)件之間或在坐標(biāo)獲取構(gòu)件30及其相鄰構(gòu)件之間形成的相對(duì)角度發(fā)生改變。雖然示出的實(shí)施方式包括定位為產(chǎn)生七個(gè)運(yùn)動(dòng)軸線的四個(gè)旋轉(zhuǎn)接頭和三個(gè)鉸鏈接頭，但是可以想到在其他實(shí)施方式中，可以改變鉸鏈接頭和旋轉(zhuǎn)接頭的數(shù)目和位置，以在PCMM中獲得不同的運(yùn)動(dòng)特性。如，具有六個(gè)運(yùn)動(dòng)軸線的基本類似裝置可能僅缺少坐標(biāo)獲取構(gòu)件50和相鄰鉸接構(gòu)件20之間的旋轉(zhuǎn)接頭30。在另外其他實(shí)施方式中，旋轉(zhuǎn)接頭和鉸鏈接頭可以以不同組合進(jìn)行組合和/或使用。
[0035]如在現(xiàn)有技術(shù)(例如參見美國(guó)專利第5，829，148號(hào)，該美國(guó)專利特此通過引用納入本文)中已知以及在圖2D中示出的，傳送構(gòu)件20可以包括一對(duì)同心雙管結(jié)構(gòu)，該同心雙管結(jié)構(gòu)具有通過第一軸承和第二軸承共軸地旋轉(zhuǎn)安裝在外管狀套20b內(nèi)的內(nèi)管狀軸20a，所述第一軸承靠近相鄰構(gòu)件的第一端安裝，所述第二軸承位于該構(gòu)件的相對(duì)端，所述同心雙管結(jié)構(gòu)可以定位在雙軸線殼體100內(nèi)。傳送構(gòu)件20操作為將運(yùn)動(dòng)從傳送構(gòu)件的一端傳送到傳送構(gòu)件的另一端。傳送構(gòu)件20又與鉸接構(gòu)件30-36連接起來以形成接頭組件。
[0036]鉸鏈接頭又部分地由從傳送構(gòu)件的一端延伸的軛28 (見圖1A)、延伸穿過鉸接構(gòu)件31，33，35的旋轉(zhuǎn)軸以及鉸接構(gòu)件31，33，35本身的組合構(gòu)成，鉸接構(gòu)件31，33，35圍繞所述旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)以形成鉸鏈或鉸鏈接頭。
[0037]每個(gè)鉸鏈或旋轉(zhuǎn)接頭具有自己的專用運(yùn)動(dòng)換能器，所述運(yùn)動(dòng)換能器的形式為可以在圖2C中看到的編碼器37。有利地，鉸鏈和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)換能器至少部分以及更優(yōu)選地完全定位在雙軸線殼體100內(nèi)、位于各自的鉸接構(gòu)件30-36內(nèi)。
[0038]在各個(gè)實(shí)施方式中，坐標(biāo)獲取構(gòu)件50包括接觸敏感構(gòu)件55 (在圖1中示為硬探針)，接觸敏感構(gòu)件55被配置為接合所選物體的表面并且根據(jù)探針接觸而產(chǎn)生坐標(biāo)數(shù)據(jù)。在示出的實(shí)施方式中，坐標(biāo)獲取構(gòu)件50還包括非接觸式掃描和檢測(cè)部件，所述非接觸式掃描和檢測(cè)部件不必需要與所選物體直接接觸來獲取幾何數(shù)據(jù)。如圖所示，所述非接觸式掃描裝置包括可以用來在不直接接觸物體的情況下獲得幾何數(shù)據(jù)的非接觸式坐標(biāo)檢測(cè)裝置(示為激光坐標(biāo)檢測(cè)裝置/激光掃描儀)。非接觸掃描裝置可以包括相機(jī)或其他光學(xué)裝置70，相機(jī)或其他光學(xué)裝置70與文中未示出的激光器結(jié)合起來起作用。應(yīng)理解，多個(gè)坐標(biāo)獲取構(gòu)件構(gòu)造是可能的，包括:接觸敏感探針、非接觸式掃描裝置、