鉸接式探頭的製作方法
2023-12-11 15:52:47 1
專利名稱：鉸接式探頭的製作方法
技術領域：
本發明涉及使用電動掃描頭來掃描工件表面的方法，該掃描頭安裝在座標定位設備上，如座標測量機(CMM)、機器工具、手動座標測量臂和探測機器人。
背景技術：
國際專利申請W090/07097公開了在座標定位機上安裝電動的掃描頭。電動掃描頭使得安裝在電動掃描頭上的測頭可繞兩個垂直的軸線旋轉。因此測頭可繞這兩個軸線按角度定位，同時可通過座標定位機在該機器的工作容量內在任何位置定位該電動掃描頭。這樣的電動掃描頭為座標定位機提供了更大的掃描靈活性，因為電動掃描頭可按許多不同的朝向定位測頭。國際專利申請WO 90/07097進一步公開了電動掃描頭的旋轉軸線既可按定位方式操作也可按偏置方式操作。偏置方式使得可利用電動掃描頭的電機所施加的恆定轉矩來掃描表面。該專利申請還公開了可提供有關測頭的應變計陣列以檢測作用在測頭上的力。 來自應變計的數據用於調整電動掃描頭所施加的轉矩，儘可能把作用在測頭上的力保持為恆定。為了得到精確的高速掃描，希望在度量衡系統中儘可能降低移動物質量，並因此降低動態誤差。電動掃描頭允許繞旋轉軸線的高加速，因此適於用在高速掃描中。在掃描中，測頭的末端必須與被掃描部分的表面保持接觸。對已知部分掃描，CMM 和電動掃描頭可沿著預定的路徑。但是，對未知部分，需要調整測頭末端的路徑以將其保持在該部分的表面，但又不要用力過度而損壞探針的測頭或引起與該部分的碰撞。儘管電動掃描頭的電機可施加恆定的轉矩，諸如加速度、重力和表面摩擦等因素會影響測頭末端所受的力。另外，測頭末端所受的力會隨著該測頭相對於所述表面的角度而改變。因此，恆定的轉矩並不一定導致恆定的測頭末端力。因此，使用恆定轉矩的方法不適於高速掃描，因為它不能保證在測頭末端的恆定的力。需要測頭末端與表面之間的高接觸力以保證探針與表面的接觸。但不希望高接觸力的高速掃描，因會引起傳感器的損壞。因此希望儘可能降低接觸力。但是，為了利用諸如應變計之類的測力傳感器來測量低接觸力，測力傳感器必須安裝在柔性結構上。這樣的柔性結構不夠堅固，容易因掉落或碰撞而發生斷裂，這是以恆定力執行高速掃描的主要障礙。 因此，對於以恆定力高速掃描所需要的探針末端的小接觸力的檢測，依然存在待解決的問題。高速掃描所需要的高帶寬測力探針通常具有短範圍。因此，在待測部分與所期望形式的任何明顯的偏離(例如由於加工誤差或安裝等)可導致探針脫離範圍。
發明內容
本發明的第一方面提供一種測量系統，其中在探頭上安裝表面檢測裝置，所述探頭安裝在座標定位設備上；其中，可操作所述座標定位設備以產生所述探頭和表面輪廓之間的相對運動，並且其中，所述探頭包括一個或多個驅動裝置用於產生所述表面檢測這種繞一個或多個軸線的旋轉運動；其中，通過沿至少一個軸線驅動所述座標定位設備和探頭中的至少一個，相對於所述表面移動所述表面檢測裝置；其中，所述表面檢測裝置測量它與所述表面的距離；以及其中，驅動所述探頭，繞至少一個軸線旋轉所述表面檢測裝置，以把所述表面檢測裝置與所述表面的相對位置實時控制在預定範圍之內。該系統具有優點，可在預定範圍校準所述表面檢測裝置以儘可能提供精度。因此， 通過在該預定範圍校準表面檢測裝置，較之在該裝置的整個範圍，可得到更好的校準。所述表面檢測裝置包括帶有可偏斜測頭的接觸式探針，在這種情況下所述偏斜保持在預定範圍之內。所述表面檢測裝置可包括非接觸式探針，如電容、電感或光學探針。在這種情況下，偏移保持在預定範圍。通過平行於偏斜或偏移向量來移動所述表面檢測裝置，把所述表面檢測裝置與所述表面的相對位置保持在所述預定範圍(該移動可沿著該向量的相同或相反方向)。對於二維或三維探針，根據表面檢測裝置的輸出來建立偏斜或偏移向量。對於一維探針，該偏斜向量等於表面法線，該表面法線可根據標定數據來假定，或使用歷史數據來預測。通過沿至少一個軸線驅動座標定位設備和探頭中的至少一個而得到的所述表面檢測裝置相對於所述表面的運動是通過沿著驅動向量移動而產生的，該驅動向量根據所述偏斜或偏移向量來確定。通過以近似90°旋轉所述偏斜或偏移向量來確定所述驅動向量。來自所述表面檢測裝置的反饋被用於驅動探頭，以實時調整表面檢測裝置的距
1 O本發明的第二方面提供一種鉸接式探頭，在該探頭上可安裝表面檢測裝置，所述鉸接式探頭提供所述表面檢測裝置繞至少一個軸線的旋轉運動；其中所述探頭裝配有至少一個旋轉測量裝置，用來測量所述表面檢測裝置繞所述至少一個軸線的角位移；以及其中所述至少一個旋轉測量裝置是誤差映射的。優選該至少一個旋轉測量裝置是與所述鉸接式探頭中其他誤差相獨立地誤差映射的。所述至少一個旋轉測量裝置可具有把所測量的所述表面測量裝置的角位移關聯至測量誤差的查找表、誤差函數或傅立葉序列。所述至少一個旋轉測量裝置具有把所測量的所述表面測量裝置的角位移關聯至所述表面測量裝置的校正角位移的查找表、誤差函數或傅立葉序列。
將參考
本發明的優選實施例，其中圖1是根據本發明的包括掃描設備的座標測量機的正視圖；圖2是電動掃描頭的截面圖；圖3示出了平面表面的曲線掃描；圖4示出了孔腔的掃描；圖5是示出反饋系統的流程圖；圖6示出了表面上的測頭末端及其相關聯的偏斜和驅動向量；圖7示出了用於預測未來表面點的歷史數據點；圖8示出了角幹涉測量設備；圖9是按第一朝向耦合至旋轉臺的掃描頭的側視圖；圖10是按第二朝向耦合至旋轉臺的掃描頭的側視圖；圖11示出了用於對掃描頭中的編碼器做誤差映射的非接觸式設備；以及圖12示出了用於對掃描頭中的編碼器做誤差映射的第二非接觸式設備。
具體實施例方式圖1示出了安裝在座標測量機(CMM)上的電動掃描頭。待測量的工件10安放在 CMM 14的臺面12上，並且電動掃描頭16安裝在CMM 14的主軸18上。可按已知的方式由電機相對於臺面沿著方向X、Y、Z驅動該軸。如圖2所示，電動掃描頭16包括由底座或機殼20形成的固定部分，用於支撐軸22 形式的可運動部分，軸22可通過電機Ml繞軸線Al相對於機殼20旋轉。軸22被保護在另外的機殼M中，該機殼M又支撐軸26，軸沈可通過電機M2繞垂直於軸線Al的軸線A2相對於機殼M旋轉。探針觀被安裝在電動掃描頭上，探針觀具有測頭四，測頭四具有工件接觸末端 30。這樣的布置使得掃描頭的電機Ml、M2可繞軸線Al或A2按角度定位工件接觸末端，並且CMM的電機可以在CMM的三維座標框架內的任何地方線性定位電動掃描頭，從而得到測頭末端與被掃描表面的預定關係。電機Ml、M2是直接驅動的，這使得電機可響應控制器的命令快速行動。低摩擦軸承，如空氣軸承(具有零摩擦)，還使得可響應探針繞Al和A2軸線的高速運動。空氣軸承還具有重量輕的優點。在CMM上還設置線性位置變換器，用於測量掃描頭的線性位移，以及在掃描頭中設置角位置變換器Tl和T2，用於測量測頭繞相應軸線A 1和A2的角位移。變換器Tl和T2 緊密耦合至負載(即探針)。這提供了探針的精確位置數據。掃描頭中的軸承是剛性的，保證變換器Tl和T2可以給出相對於地面的精確位置數據。探針具有可偏斜測頭四並且探針中的變換器測量測頭偏斜量。作為替換，可使用非接觸式探針。探針可以是一維的(如，檢測與表面距離的非接觸式探針)、二維的(如檢測沿X、Y偏斜的接觸式探針)或三維的(如檢測沿X、Y、Z偏斜的接觸式探針)。如圖1所示的垂直臂CMM，掃描頭16的Al軸線標定平行於CMM的Z軸線(沿著軸 18)。掃描頭可繞該軸線連續旋轉探針。掃描頭的A2軸線正交於其Al軸線。電動掃描頭具有低慣性結構，使得其適合於高速掃描。通過小而輕的結構得到低慣性結構。掃描頭還具有剛性結構和軸承，用於降低測量誤差。在圖3中示出了本發明的第一實施例，其中使用曲線掃描輪廓34來掃描平面表面 32。該CMM沿著某路徑移動探頭，同時電動掃描頭繞一個轉動軸線沿該CMM路徑的橫向震蕩探針，建立正弦輪廓。由探針中的變換器測量測頭四的偏斜。該偏斜儘可能保持接近期望範圍內的目標值。探針觀的輸出發送給控制器。如果該偏斜離開了目標值，則調整探針觀繞電動掃描頭的另外軸線的角度，並保持它接近目標值。圖4示出了利用該系統掃描孔腔或圓形輪廓的方法。在這種情況下，沿著孔腔38 的中心線36移動電動掃描頭16。使用電動掃描頭16的旋轉軸線Al、A2來繞著該孔腔的內周移動測頭末端30，這樣，CMM和電動掃描頭的組合運動引起測頭末端繞孔腔內表面沿螺旋路徑移動。在位置A，一個旋轉軸線驅動探針，並且另外的旋轉軸線被用於調整測頭偏斜。在位置B，則反過來。在A和B位置之間，這兩個軸線組合作用，驅動探針沿著螺旋輪廓線並調整偏斜。可使用這種技術測量其他表面輪廓，其中任何一個或兩個軸線用於調整探針的偏斜，並且另一個或兩個軸線用於驅動探針。圖5是示出用於控制測頭偏斜的反饋的流程圖。來自探針傳感器40的輸出I^s被傳送給中央處理單元(CPU)42。該輸出可包括一維、二維或三維數據。該CPU 40還從CMM 44的X、Y、Z軸線的編碼器和電動掃描頭46的Al和A2軸線的編碼器接收位置輸入I^x、Py、I^、PA1、PA2。CPU 42可根據CMM數據1 、Py、I^、電動掃描頭數據Pai、Pa2和探針傳感器數據I3S來計算表面位置。該CPU還可以對照目標值和預定的界限比較所計算的測頭偏斜。如果探針傳感器是二維或三維傳感器，則CPU可計算測頭末端的偏斜向量，這在圖6中示出。這是測頭末端30偏斜的方向。這個方向也是與應該調整測頭末端的位置的方向相平行的方向，調整測頭末端位置是為了把偏斜保持在預定界限之內並儘可能接近目標值。該偏斜向量還可用於生成驅動向量52，該向量是測頭末端30沿著表面94被驅動的方向。為了產生驅動向量，旋轉該偏斜向量大約90°。一般方向是已知的(如根據CAD 數據、部分程序或根據歷史數據點)，但這種計算保持驅動向量與該表面相切。一旦CPU確定了驅動向量和偏斜向量，則可向CMM和電動掃描頭髮送驅動命令Dx， Dy，Dz, Dai，DA2。驅動命令被發送給X、Y、Z軸線和一個或兩個電動掃描頭軸線，以沿著驅動向量驅動測頭末端。這些命令通過電壓或電流發送到相應的電機。按電壓或電流的形式把偏斜調整命令傳送給一個或兩個電動掃描頭旋轉軸線，從而按平行於偏斜向量的方向控制偏斜。利用來自探針的反饋實時調整偏斜和驅動。對於電動掃描頭和CMM，該CPU產生同步的驅動命令。這保證了由掃描頭提供的旋轉運動不會超前或滯後於CMM的線性運動。這種同步具有優點，對掃描表面，例如，對自由形狀的表面，掃描頭和CMM可提供對應於驅動向量的繞其相應軸線的運動(如為了避開非預期的障礙)。為了得到實時偏斜控制，重要的是探針傳感器可以產生探針偏斜的快速而準確的測量。通過光學裝置來實現探針偏斜的快速而準確的測量方法。歐洲專利申請EP 1，505，362公開了光學變換器，用於檢測其中安裝了測頭的測頭保持器的偏斜。每個變換器包括雷射二極體光源，該光源向位於測頭保持器的諸如反射器的光學裝置投射光束。從該光學裝置反射的光入射在位置敏感檢測器上，該位置敏感檢測器的輸出指出了反射光的入射位置，並因此指出了測頭保持器的位移。美國專利申請US 6，633，051公開了一種測頭組件，具有相對剛性的空心測頭承載件和相對柔性的空心測頭。在該測頭組件中設置光學變換器系統，並且該光學變換器系統包括把光束定向至測頭末端的固定光源，以及位於該末端的後向反射組件，用於把光束反射回固定檢測器。這樣的安排使得當該末端與表面接觸時，可直接測量測頭末端的橫向位移。這樣的安排具有優點，它檢測了測頭末端的位置，因此考慮了測頭彎曲。這兩種設置都具有這樣的優點輕便、靈敏和高解析度，並且所公開的內容通過引用併入本申請。為了使探針適合於高速掃描，探針需要具有高結構共振(high structural resonance)，即它必須足夠剛性，使得能夠以高速度沿測量路逕行進。但是，剛性探針具有範圍窄的缺點。因此需要反饋，用於把探針保持在它的測量範圍之內。本發明也適合於非接觸式探針，如電容、電感或光學探針。在這種情況下，探針的偏移量要保持在預定的界限之內，儘可能接近偏移目標。在預定的界限之外，探針可能不是線性地運動或者是未經校準的。非接觸式探針可具有標量傳感器，在這種情況下，傳感器輸出可給出距表面的距離，但不能給出有關方向的任何信息。因此，僅依賴傳感器輸出，沒有足夠的數據來確定應該沿哪個方向移動探針以調整偏移。另外，由於不能根據傳感器數據來確定偏斜向量，因此也不能確定驅動向量。在這種情況下，可使用歷史數據來確定適當的偏斜向量。如圖7所示，歷史數據點 P1、P2和P3被用來預測表面58上下一個表面點P4的位置。根據該預測位置，還可以預測在點P4的表面法線56。該方法在美國專利5，334，918中描述，其內容通過引用結合於此。取偏斜向量，使其位於預測的表面法線56。因此，根據測量數據知道表面點的位置，並且使用歷史數據估計偏斜向量的方向。通過移動一個或兩個旋轉軸線來調整偏移，以沿著偏斜向量移動探針。如前所述，可通過旋轉偏斜向量90°來確定驅動向量。但是，利用二維或三維探針，由傳感器可得到足夠的數據來確定偏斜向量，不需要使用歷史數據。電動掃描頭可執行快速掃描，因它具有高自然頻率，並且可高速定位探針末端。電動掃描頭還具有高伺服帶寬。這意味著可在大的距離範圍內移動探針，因此可有效調整測頭的偏斜。另外，電動掃描頭的移動是由直接驅動的電機來控制的，可保證對 CPU命令的快速響應，因此使得實時反饋成為可能。可通過不同範圍的探針來使用這種設備，例如，可利用具有不同探針長度的探針。 對每種探針的目標偏斜可編程在控制器中。因此，各探針可相互取代，而電動掃描頭可繼續使用反饋在特定探針的界限內調整測頭偏斜。可校準這些探針，使得它們具有小的目標偏斜和範圍。非接觸式探針可同樣校準，使得偏移目標和範圍都相同於並對應於接觸式探針的目標偏斜和範圍。電動掃描頭可實時地按其掃描頭幾何學特性來補償誤差。在電動掃描頭的裝配期間可能產生這樣的誤差。使用已知的方法來校準掃描頭以理解其參數。這樣的方法可包括利用掃描頭測量已知尺寸的部分，如基準球(datum ball)，並因此收集用於校準掃描頭的測量誤差。由於校準了電動掃描頭，當響應於反饋驅動掃描頭的電機來調整表面檢測裝置的位置時，就考慮了這些誤差。該CMM對於有關其線性驅動(如擺動、俯仰和滾動)的轉動誤差是誤差映射的。掃描頭對於轉動誤差也是誤差映射的。對於組合的CMM和掃描頭轉動誤差，測量數據要實時進行誤差校正，因此提供同步的誤差校正。還可以使用相同的CMM和掃描頭誤差映射數據來對CMM和掃描頭所需要的信號進行實時的誤差校正，以得到同步的誤差校正。這種高速掃描方法適合於測量未知部分。CMM所遵循的路徑可編程到控制器中，或通過操縱杆來手工控制。還編程電動掃描頭的掃描移動，如曲線掃描輪廓。在掃描期間，驅動電動掃描頭的至少一個轉動軸線以控制偏斜，如上所述。還可調整控制CMM和電動掃描頭的至少一個軸線的驅動向量，如上所述。在電動掃描頭中的角位置變換器Tl和T2可包括旋轉編碼器。對於電動掃描頭的測量要求來說，市場上可購買的旋轉編碼器不夠精確，因此需要進行誤差映射。掃描頭包括許多誤差源，例如，幾何誤差和由引力或加速引起的變形。對編碼器建立獨立於其他誤差(如幾何誤差)的誤差映射是有益的。旋轉編碼器既可以在安裝到電動掃描頭之前進行誤差映射，也可以在安裝到電動掃描頭之後進行誤差映射。安裝之後的編碼器誤差映射具有這樣的優點，對於因安裝編碼器而引起的誤差，如變形和偏離，可進行調節。可通過對照參考標準驅動掃描頭來對掃描頭中的編碼器進行誤差映射。下面參考附圖8說明使用角幹涉計的編碼器誤差映射的第一方法。在國際專利申請WO 96/31752中公開了一種合適的角幹涉計。這種角幹涉計包括雷射器60，用於產生相干光的光束。偏振光分束器和稜鏡64把該光束分離成一對正交偏振的、平行延伸的光束 66、68。這些光束各穿過玻璃塊70、72，玻璃塊70、72分別是安裝在掃描頭的安裝座74上的折射人工件。光束66、68然後通過一對回射器70、72平行於它們的入射路徑反射回來，沿著光束傳播的方向按等於光束間間隔的距離相互分離，以降低相位噪聲。重新組合這些光束以產生幹涉光束。掃描頭的旋轉導致光束66和68的相關路徑的改變，並因此導致相干光束的相位移動，這可用於確定掃描頭的角位移。光束66、68是沿軸向間隔開的，使得人工品具有較低的慣性矩，並允許大範圍的角位移。在電動掃描頭上安裝摺射人工件，當利用掃描頭編碼器和幹涉計設備進行測量時，該折射人工件各自繞每個軸線旋轉。兩組測量值用於建立誤差函數和查找表。由於幹涉計只能取得有限角度的讀數，使用一種滑動離合裝置，使得編碼器可在整個範圍內進行誤差映射。來自每個角度區的各組測量數據被合併在一起，用於建立整個範圍的測量數據。根據所記錄的掃描頭角度和幹涉計所測量的角位置之間的差異得到掃描頭角度的誤差。
下面結合圖9說明對編碼器進行誤差映射的第二方法。圖9示出了電動掃描頭16 直接耦合至校準的旋轉臺，該直接耦合與Al軸線對齊。該旋轉臺具有固定構件82，構件82 安裝在底座上，並且，可旋轉構件84安裝在軸承上，可繞軸線相對於固定外殼82旋轉。旋轉編碼器用於測量可旋轉構件相對於固定構件的旋轉。這種耦合包括安裝在掃描頭16的探針安裝座88上的軸86。軸86在繞其縱向軸線的轉動中是扭轉剛性的，但允許沿X和Y 的平移以及關於其縱向軸線之外的所有軸線的少量傾斜。掃描頭然後繞Al軸線旋轉，並且同時記錄旋轉臺中的編碼器讀數與掃描頭中的編碼器讀數。然後比較來自掃描頭編碼器的位置讀數和校準的旋轉臺位置讀數。如圖10所示，對A2軸線的編碼器進行誤差映射。圖10所述的旋轉臺在側部安裝， 因此軸86從旋轉臺80水平延伸。L形的盤90設置在該軸的自由端，並且該L形盤90的水平部分安裝在探頭的探針安裝座88上。軸86因此與A2軸線對齊。這樣，探頭16繞其A2 軸線的旋轉引起旋轉臺80的旋轉部分84的旋轉。掃描頭繞其A2軸線旋轉，並且同時記錄來自掃描頭和旋轉臺的編碼器讀數。根據掃描頭編碼器讀數和旋轉臺編碼器讀數之間的差異來確定掃描頭讀數中的誤差。可按下述方法校準旋轉臺中的編碼器。如圖9所示，掃描頭16耦合至旋轉臺80， 利用軸86把掃描頭和旋轉臺剛性耦合在一起。當把掃描頭和所耦合的旋轉臺旋轉預定的量之後(如轉一圈)，掃描頭相對於旋轉臺繞其Al軸線旋轉，並且該過程按這種新對準重複。通過按幾個旋轉對準繞Al軸線重複該過程，可數學操作測量結果，使得導出僅來自一個編碼器(本例中是旋轉臺中的旋轉編碼器)的誤差。對於校準旋轉臺中編碼器的步驟，掃描頭可由另外的包括旋轉編碼器的裝置替換，例如第二旋轉臺。在校準旋轉臺中編碼器的替換方法中，第二旋轉編碼器直接耦合至旋轉臺。如前述，旋轉臺和第二旋轉編碼器一起旋轉，同時記錄來自兩個旋轉編碼器的讀數。在旋轉預定量(如一圈)之後，第二旋轉編碼器斷開耦合併繞其軸線旋轉至新的角對準。如果使用增量式的而非絕對的編碼器，轉動的旋轉編碼器或者必須隨著它們被重新定向繼續記錄它們的位置，或者必須具有參考標記，使得在重新定向之後可建立它們的時間位置。按第二旋轉編碼器繞其軸線的幾個旋轉對準重複該過程。如前述，這使得可導出僅來自一個編碼器的誤差，因此使得可進行旋轉臺的旋轉編碼器的誤差映射。該方法具有優點，當第二旋轉臺安裝在旋轉臺中與編碼器相同的軸承上，消除了來自未對準軸承的誤差。圖11示出了圖9所示方法的一種變化。在該實施例中，掃描頭16直接安裝在檢測器90(如C⑶或psd)之上。光源92安裝在電動掃描頭16上，用於產生入射在檢測器90 上的光束94。隨著掃描頭繞其軸線Al旋轉，光束94射在檢測器90上的位置將改變。因此編碼器讀數可與檢測器上的光束位置比較。根據所記錄的掃描頭角度和記錄的檢測器上的光束位置之間的差異可得到掃描頭角度的誤差。可建立查找表來關聯所報告的掃描頭角度和誤差校正。作為替換，可建立查找表來關聯所記錄的掃描頭角度和校正的掃描頭角度。
可以對查找表中各增量之間的掃描頭角度的誤差校正做插值，例如，通過線性或光滑的插值。可定義多項式函數把報告的掃描頭角度關聯至誤差，或把報告的掃描頭角度關聯至校正角度。該多項式函數可與整個角度範圍相關。作為替換，可定義幾個多項式函數，每個與某個角度範圍相關。作為替換，誤差函數可被建模成傅立葉序列，存儲該傅立葉序列的係數。圖12示出了映射掃描頭中編碼器的另外實施例。在這種設備中，校準的光源100、 光束分裂器102和光學檢測器104(如χ、y位置檢測器psd)安裝在掃描頭16上。掃描頭 16位於旋轉臺106之上，旋轉臺106具有旋轉盤108，旋轉盤108通過軸承可旋轉地安裝在固定構件109上。設置旋轉編碼器來測量旋轉盤108的角位置。旋轉盤108設置有豎直的柱體110，在該柱體上安裝回射器112。當掃描頭16上的光學器件與回射器112對齊，從光源100投射的光束將通過光束分裂器102到達回射器112。回射器112把光束反射至光束分裂器，光束分裂器把光束反射至檢測器104。旋轉臺的可旋轉盤108以恆定的速度旋轉。掃描頭16繞其Al軸線按照與旋轉盤相匹配的速度旋轉，保持入射在檢測器104上的光束。控制器使用來自檢測器104的反饋來控制掃描頭的速度。當旋轉盤108和掃描頭16以相同的速度旋轉，兩組編碼器的輸出被同時記錄，因此使得掃描頭編碼器可被誤差映射。隨著掃描頭16旋轉，psd的x、y通道之一報告旋轉臺和參考編碼器之間朝向上的差異。該psd的另外通道報告回射器相對於該掃描頭的高度的任何變化，並因此可以報告掃描頭軸線和參考軸線之間的角未對準。可通過調整旋轉臺106的擺動和俯仰省去這些。 旋轉臺106安裝在縱橫搖擺傾斜臺114上，使得可進行這種調整。其他僅有的未對準是當掃描頭的旋轉中心不在旋轉臺的旋轉中心上。這可以看作是每個旋轉發生的掃描頭和旋轉臺編碼器輸出之間的正弦差。可改變掃描頭或旋轉臺的X、 y位置來最小化這種一階誤差。這樣掃描頭和旋轉臺的旋轉軸線就一致了。這樣，掃描頭編碼器和旋轉臺編碼器之間其餘的差異就是所關注的差異，可用於對活動掃描頭編碼器進行誤差映射，如前所述。如果旋轉臺編碼器未校準，按照所描述的使用耦合軸使一個編碼器進行誤差映射的相同方式，通過把回射器柱體移動至可旋轉盤上的若干不同角度並重複數據收集，可產生掃描頭和可旋轉盤之間的多個相關角度。可利用與圖10所示相類似的布置，按相同的方式映射掃描頭的A2軸線，其中旋轉臺在其側部安裝，並且光學器件安裝在L形託架上。
權利要求
1.一種鉸接式探頭，在該探頭上可安裝表面檢測裝置，所述鉸接式探頭提供所述表面檢測裝置繞至少一個軸線的旋轉運動；其中所述探頭裝配有至少一個旋轉測量裝置，用來測量所述表面檢測裝置繞所述至少一個軸線的角位移；以及其中所述至少一個旋轉測量裝置是誤差映射的。
2.如權利要求1所述的鉸接式探頭，其中所述至少一個旋轉測量裝置是與所述鉸接式探頭中其他誤差相獨立地誤差映射的。
3.如權利要求1或2所述的鉸接式探頭，其中所述至少一個旋轉測量裝置具有把所測量的所述表面測量裝置的角位移關聯至測量誤差的查找表、誤差函數或傅立葉序列。
4.如權利要求1或2所述的鉸接式探頭，其中所述至少一個旋轉測量裝置具有把所測量的所述表面測量裝置的角位移關聯至所述表面測量裝置的校正角位移的查找表、誤差函數或傅立葉序列。
全文摘要
一種測量系統，具有安裝在鉸接式探頭上的表面檢測裝置，所述鉸接式探頭又安裝在座標定位設備上。通過沿至少一個軸線驅動所述座標定位裝置和所述探頭中的至少一個來相對於表面移動所述表面測量裝置，從而掃描所述表面。所述表面檢測裝置測量其與所述表面的距離，並驅動所述探頭繞至少一個軸線旋轉所述表面檢測裝置，用於把所述表面檢測裝置與所述表面的相對位置實時控制在預定範圍內。
文檔編號G01B21/04GK102305613SQ20111020990
公開日2012年1月4日 申請日期2006年4月10日 優先權日2005年4月26日
發明者伊恩·威廉·麥克萊恩, 尼古拉斯·約翰·韋斯頓, 若弗雷·麥克法蘭, 賴清河 申請人:瑞尼斯豪公司