截面形狀測量方法
2023-09-19 08:26:55
專利名稱：截面形狀測量方法
技術領域：
本發明涉及一種截面形狀測量方法。
背景技術：
以往，為了測量物品的形狀，進行有如下做法通過利用坐標測量機，使接觸式探頭與測量對象物的表面相接觸並使接觸式探頭仿形移動，從而獲取關於測量對象物的形狀的測量數據。例如，在文獻I (日本特表2009— 531695號公報)中，為了測量渦輪葉片的截面形狀，使用能夠任意調整探頭的前端方向的5軸控制的坐標測量機，使其沿測量對象物的表面蜿蜒運動而獲取表面形狀數據，或通過使其繞測量對象物的外周一周而獲取截面形狀數據。 關於截面形狀，在多數的測量對象物中，需要多個位置上的截面形狀。例如，對於隨著在渦輪葉片等的長邊方向上移動，翼形逐漸變化的渦輪葉片來說，要求正確地測量在長邊方向上以規定間隔移位了的多個位置上的截面形狀的方法。在這樣的截面形狀的測量中，通常，為了測量截面形狀，以一個部分程序(PartProgram)編制繞測量對象物一周的動作，對每一個要測量的截面位置執行相對應的程序。當各測量動作的位置變更時，需要有觸針的接觸、用於測量的移動、從測量對象物脫離、位置變更這樣的動作，由於在各動作中分別需要加速和減速，因此降低了作業效率。與此相對，在文獻2 (日本特開2009— 293992號公報)中，為了連續測量多個位置的截面形狀，當使觸針與測量對象物相接觸後，重複有如下這樣的處理在規定位置上測量截面形狀之後，保持該接觸狀態地變更位置，且在改變後位置上測量截面形狀。當一連串的截面形狀測量結束後，使觸針從測量對象物上脫離。在文獻2中，測量動作的起點和終點被設為在測量對象物的長邊方向上簡單地移動了的位置，用於測量的動作，即繞測量對象物一周的動作在各測量位置上均相同。但是，在測量對象物是圓筒形狀的情況下，並不是在多個位置上分別繞其一周，而是進行有以螺旋狀的軌跡測量表面形狀的動作。在描繪螺旋狀的軌跡的情況下，由於測量動作為連續的動作，因此能夠將移動速度設為恆定等，且能夠使測量動作之間的測量狀態穩定。在文獻3 (日本特表2009— 501321號公報)中，進行有這樣的螺旋狀的形狀測量，並且在該測量動作的前後，設定預掃描路徑(加速區間)和後掃描路徑(減速區間)，以穩定狀態進行在該預掃描路徑和後掃描路徑之間的用於進行螺旋狀的移動的區間中的測量動作，謀求測量數據的穩定化。雖然如上述文獻3那樣的、由加速區間和減速區間所帶來的測量數據的穩定化是有好處的，但是其不能夠做到直接將如上述文獻2那樣的多個截面形狀的連續測量和設置了加速區間和減速區間的測量組合起來。S卩，雖然文獻2的截面形狀測量以保持觸針與測量對象物的表面相接觸的狀態進行連續測量，但是每次繞測量對象物一周的測量動作都需要有變更測量位置的動作。因而，會造成一連串的測量動作的前後的加速、減速無效。另一方面，在文獻3中，雖然利用測量動作的前後的加速減速進行有穩定狀態下的測量，但是由於僅限定於螺旋狀的軌跡，因此不能夠直接測量多種截面形狀，為了獲得測量數據需要有複雜的運算處理等。
發明內容
本發明的目的在於提供一種在穩定狀態下能夠進行測量，並且能夠直接測量多種截面形狀的截面形狀測量方法。一種截面形狀測量方法，該方法是使用接觸式的探頭，在測量對象物的多個測量位置上測量上述測量對象物的截面形狀的截面形狀測量方法，其特徵在於，當沿經過上述測量位置並且繞上述測量對象物一周的路徑移動上述探頭時，使上述探頭移動比上述測量對象物的一周的量長出規定的重複區間的距離，並且當使上述探頭向下一個上述測量位置移動時，使上述探頭的移動方向相對於上述截面形狀相互接鄰的方向傾斜而抵消上述重複區間的量。 在這樣的本發明中，通過在各測量位置上進行繞測量對象物一周的測量，能夠直接測量多個截面形狀，並且能夠利用重複區間進行探頭的加速和減速，能夠進行在加速和減速之間的穩定狀態下的測量。此時，跨比測量對象物的一周的量長出了規定的重複區間的距離來進行繞測量對象物一周的動作，從而作為進行測量動作的區間，能夠確保測量對象物的一周的量。另外，通過使探頭的移動方向相對於截面形狀相互接鄰的方向傾斜而抵消重複區間的量，即退回作為重複區間的量的多走的部分，能夠對齊位於各測量位置上的測量動作的起點和終點。在本發明中，期望上述重複區間是進行上述探頭的加速的加速區間和進行上述探頭的減速的減速區間，且上述加速區間與上述減速區間之間的測量區間是測量對象物的
一周的量。在這樣的本發明中，能夠在測量區間中進行的測量動作的之前或之後進行加速和減速，能夠在測量動作時將探頭設為穩定狀態，並且在測量區間中，能夠跨測量對象物的一周的量地確保穩定狀態下的測量動作。在本發明中，期望自作為上述截面形狀所獲得的測量數據獲取測量動作的起點和終點的位置，求出上述起點和上述終點的中點，分別將上述測量數據中的上述起點和上述終點變更為上述中點。在這樣的本發明中，即使在起點與終點的位置不同的情況下，也能夠使其一致。在進行這樣的調整的情況下，也期望效仿起點與終點的調整，依次變更起點和終點的附近區域的數據，且以使測量數據平順的方式進行調整。作為對象的附近區域，只要基於起點與終點的偏差量適當設定即可，偏差量較大的情況下增長區域，偏差量較小的情況下縮短區域即可。
圖I是表示本發明的一實施方式的裝置結構的立體圖。
圖2是表示上述實施方式的測量動作的示意圖。圖3是表示上述實施方式的起點終點的修正的示意圖。圖4是表示利用上述實施方式而進行的渦輪葉片的測量的示意圖。
具體實施例方式以下，基於
本發明的實施方式。[裝置結構]在圖I中，本實施方式的形狀測量裝置由5軸控制的三維測量機I和計算機2構成，該三維測量機I上支承有接觸式的探頭17且能夠任意控制探頭17的前端的三維位置和朝向，該計算機2驅動控制該三維測量機I且接收接觸位置的測量數據，執行在作為測量對象物的工件30的多個位置上的截面形狀測量處理。 三維測量機I具有上表面水平的平板11，平板11由除震臺10支承，並且在平板11上，設有支承接觸式的探頭17且使探頭17三維移動的移動機構19。移動機構19具有立設在平板11的兩端側的梁支承體12A、12B，且利用梁支承體12AU2B的上端支承有沿X軸方向延伸的梁13。梁支承體12A的下端利用Y軸驅動機構14在Y軸方向上被驅動。梁支承體12B的下端利用空氣軸承，以能夠在Y軸方向上自由移動的方式支承在平板11上。在梁13上支承有沿垂直方向(Z軸方向)延伸的立柱15，立柱15沿梁13在X軸方向上被驅動。在立柱15上支承有保持件16，保持件16沿立柱15在Z軸方向上被驅動。各軸的驅動機構具有檢測各軸的位置或移動量的功能。探頭17安裝在保持件16的下端。在探頭17的前端，形成有具有例如作為球形觸頭的前端球17A的測頭。探頭17具有使含有前端球17A的測頭相對於探頭17上的安裝在保持件16上的部分傾斜的功能和使相同的測頭繞探頭17上的安裝在保持件16上的部分的中心軸線旋轉的功能。通過上述的傾斜功能和旋轉功能，以及由移動機構19形成的三維移動，對探頭17進行5軸控制，能夠使前端球17A從任意方向與載置在平板11上的工件30的表面的任意位置相接觸。計算機2具有計算機主體21、操作用的鍵盤22、顯示裝置24以及印表機25。計算機主體21具有未圖示的運算處理裝置和存儲裝置等，並且藉助於未圖示的接口與探頭17相連接。利用外部操作啟動計算機2，使計算機2執行存儲的程序，從而能夠控制三維測量機I的動作，處理來自探頭17的信號並輸出指定的測量結果。[測量順序]在本實施方式中，以計算機2執行測量程序，從而從計算機2向三維測量機I輸送動作指令，在三維測量機I中進行規定的測量動作。具體地說，探頭17的方向被控制，並且該探頭17利用移動機構19相對於平板11被三維移動，使前端球17A與工件30的周面相接觸，進行工件30的表面形狀的仿形測量，從而連續地測量工件30的多個位置上的截面形狀。在圖2中，作為測量對象物的工件30，例如是圓筒狀的物體，其連續的方向(圓筒形狀的中心軸線方向)被設為連續方向L。
在本實施方式中，在以規定間隔配置在工件30的連續方向L上的多個測量位置
S1、S2……上，測量工件30的截面形狀F1、F2……。因此，在本實施方式中，移動探頭17，使前端球17A依次與工件30的測量位置SI相接觸，進行工件30的一周的量的仿形形狀測量，並且向下一個測量位置S2、……移動，進而進行同樣的一周的量的仿形形狀測量。此時，基於本發明，如下那樣進行含有探頭17的移動的測量動作。在測量動作之前，在工件30的周面31上，預先設定與探頭17的動作相關的加速位置Aa、基準位置An、減速位置Ad。上述的各位置Aa、An、Ad是在各測量位置SI、S2、......上限制探頭17的從接觸、
加速、測量、減速到向下一個位置移動的位置，從加速位置Aa到基準位置An被設為加速區間Ea,從基準位置An到減速位置Ad被設為減速區間Ed。以基準位置An為基準，繞工件30 —周的區間(一周的量)被設為測量區間En，從靠前的測量位置(例如測量位置SI)的減速位置Ad到下一個測量位置(例如測量位置S2)的加速位置Aa的區間，被設為用於使探頭17向下一個測量位置移動的轉移區間Em。另外，例如只要以相對於將工件30的連續方向L視為中心(頂點)的角度位置限定上述的加速位置Aa、基準位置An、減速位置Ad，並決定該加速位置Aa、基準位置An、減速位置Ad在連續方向L的位置(在各測量位置S1、S2、……上的位置)，從而能夠將它們確定為加速位置Aa、基準位置An、減速位置Ad在具體的周面31上的具體的點的位置(在截面形狀F1、F2、......的輪廓線上的位置)即可。在上述的設定之後，移動探頭17，進行具體的測量。首先，為了測量第I測量位置SI上的截面形狀F1，使探頭17向測量位置SI的作為加速位置Aa的點Pl移動，使前端球17A在該點Pl上與周面31相接觸(配置工序)。接著，移動探頭17，以使前端球17A與周面31相接觸的狀態，使探頭17沿加速區間Ea加速並移動，並以在作為基準位置An的點P2處，使探頭17形成規定的測量速度(相對於周面31的相對速度)的方式加速探頭17，使探頭17以該規定的測量速度經過點P2 (加速工序)。當探頭17經過點P2後，以該規定的測量速度繼續探頭17的移動，並使其以維持上述測量速度的狀態繞工件30 —周，記錄跨一周的量的測量區間En地與周面31滑動接觸的前端球17A的位置(測量工序)。當探頭17經過測量區間En，再次返回作為基準位置An的點P2後，使其以該狀態經過點P2，並且沿減速區間Ed移動並減速，使其在作為減速位置Ad的點P3處停止(減速工序)。接著，為了轉移到下一個測量位置(第2測量位置S2)上的測量，以使前端球17A與周面31相接觸的狀態，使探頭17沿周面31傾斜(相對於連續方向L傾斜的狀態)地移動(轉移工序)。然後，與第I測量位置SI相同，使探頭17向測量位置S2的作為加速位置Aa的點P4移動(配置工序)。之後，與第I測量位置SI相同，進行加速工序(到點P5為止加速)、測量工序(繞行一周返回點P5)、減速工序(在點P6停止)，從而對第2測量位置S2上的截面形狀F2進行測量。以下，通過對各測量位置重複相同的工序組，能夠測量多個測量位置S1、S2、……上的截面形狀F1、F2、……。在計算機2上，連續地記錄有上述的探頭17的位置。具體地說，從前端球17A在第I測量位置SI的作為加速位置Aa的點Pl處與周面31相接觸後，直到前端球17A在最後的測量位置處從周面31脫離的期間內，計算機2始終記錄有前端球17A的位置。針對這樣的原始數據，通過利用在測量工序中移動的測量區間En，提取工件30的在各測量位置S1、S2、……上的一周的量的數據，從而能夠獲取截面形狀F1、F2、……。SP，通過在測量位置SI中，提取從最初經過點P2的時刻起(起點)到繞工件30 —周返回到點P2的時刻為止(終點)的數據，能夠獲得第I測量位置SI上的截面形狀F1。關於其他的測量位置S2、……，通過相同地提取，也能夠獲得截面形狀F2、……。
另外，在本實施方式中，以使形成截面形狀F1、F2、……的測量數據形成為閉合的環狀的方式，進行起點與終點的修正。如圖3所示，當探頭17繞工件30 —周時，因三維測量機I的動作精度的關係，該探頭17再次經過的點P2丨有時會相對於最初經過的點P2產生微小的偏差。在該情況下，作為截面形狀Fl的輪廓數據,起點為點P2,終點為點P2丨,並不閉合為環狀。與此相對，在本實施方式中，在計算機2的數據處理中，假設有連接最初經過的點P2與再次經過的點P2'的直線，將成為這兩個點的中點的點P2"替換至截面形狀Fl的輪廓數據的作為起點並且也作為終點的點。進而，在截面形狀Fl的輪廓數據中，調整例如相當於加速區間Ea和減速區間Ed的區域的數據，以在替換後的作為起點並且也作為終點的點P2"處平順地連續的方式進行修正。通過進行這樣的起點和終點的修正，能夠獲得由閉合的環狀的測量數據所生成的截面形狀F1、F2、……。採用以上那樣的本實施方式，具有以下的效果。在各測量位置SI、S2、……上，通過繞工件30—周的測量，能夠直接測量多個截面形狀FI、F2、……，並且利用作為重複區間的加速區間Ea和減速區間Ed，能夠進行探頭17的加速和減速，在測量區間En上，能夠進行無加速或無減速的穩定狀態下的測量。在各測量位置S1、S2、……上，由於跨比工件30的一周的量長出規定的重複區間(加速區間Ea與減速區間Ed的和)的距離進行繞工件30 —周的動作，因此作為測量區間En能夠確保工件30的一周的量。另外，在轉移區間Em上，由於使探頭17的移動方向相對於工件30的連續方向L(截面形狀FI、F2、……相互接鄰的方向)傾斜而抵消重複區間的量(即退回作為重複區間的量的多走的部分)，因此能夠在相同的基準位置An上對齊位於各測量位置S1、S2、……上的測量動作的起點和終點。而且，由於在測量區間En的作為起點的點P2和測量區間En的作為終點的點P2 ^不同的情況下，也會對該兩個點進行修正並使該兩個點一致為點P2"，因此能夠將各測量位置S1、S2、……上的截面形狀F1、F2、……的測量數據設為環狀地閉合的形式。另外，本發明並不限定於上述的實施方式，在能夠達成本發明的目的的範圍內的變形等也包括在本發明內。
在上述實施方式中，將作為起點的點P2和作為終點的點P2 』修正為作為各自的中點的點P2",但是也可以修正為作為起點的點P2或作為終點的點P2丨之中的任一項。另外，在起點和終點的修正時，為了平滑地進行變化，將附近區域的數據也進行了修正，但是進行這樣的修正的附近區域，也可以如上述實施方式那樣，與加速區域Ea和減速區域Ed相一致，或者也可以另外設定其他的區間。例如，在作為起點的點P2和作為終點的點P2丨之間的偏差較大的情況下，施加修正的附近區域也增大，相反，在偏差較小的情況下，縮小進行修正的附近區域即可。而且，也可以省略附近區域的修正，僅將點P2的輪廓數據和點P2 '的輪廓數據間的平均值設為作為點P2"的輪廓數據的修正。如此一來，作為輪廓數據的平滑性比進行附近區域的修正的情況降低，但是能夠更加簡單地進行運算處理。在上述實施方式中，將加速區間Ea和減速區間Ed設為大致相同的長度，但是也可以將二者設為不同的長度，也可以在實施中適當設定各自的長度。
上述實施方式設為當在減速區間Ed中到達減速位置Ad後，暫時停止並向轉移區間Em移動的方式，但是也可以在不在減速位置Ad處停止的情況下，在描繪平緩的圓弧狀軌跡的同時向轉移區間Em移動。相同地，在從轉移區間Em向加速區間Ea移動時，也可以在不在加速位置Aa處暫時停止的情況下，在描繪平緩的圓弧狀軌跡的同時向加速區間Ea移動。在上述實施方式中，作為測量對象物，使用了圓筒狀的工件30，但是測量對象物也可以是其他的形狀，例如如圖4所示，能夠適當地將本發明使用於渦輪葉片30A。而且，本發明並不限於渦輪葉片30A，也能夠應用於其他的翼材、長條的加工品等。而且，本發明並不限於長條的測量對象物，對於塊狀、其他的塊狀的測量對象物也能夠應用。
權利要求
1.一種截面形狀測量方法，該方法是使用接觸式的探頭，在測量對象物的多個測量位置上測量上述測量對象物的截面形狀的截面形狀測量方法，其特徵在於， 當沿經過上述測量位置並且繞上述測量對象物一周的路徑移動上述探頭時，使上述探頭移動比上述測量對象物的一周的量長出了規定的重複區間的距離， 並且當使上述探頭向下一個上述測量位置移動時，使上述探頭的移動方向相對於上述截面形狀相互接鄰的方向傾斜而抵消上述重複區間的量。
2.根據權利要求I所述的截面形狀測量方法，其特徵在於， 上述重複區間是進行上述探頭的加速的加速區間和進行上述探頭的減速的減速區間，上述加速區間與上述減速區間之間的測量區間是測量對象物的一周的量。
3.根據權利要求I或2所述的截面形狀測量方法，其特徵在於， 自作為上述截面形狀所獲得的測量數據獲取測量動作的起點和終點的位置，求出上述起點和上述終點的中點，分別將上述測量數據中的上述起點和上述終點變更為上述中點。
全文摘要
本發明提供一種截面形狀測量方法，該方法是使用接觸式的探頭(17)測量工件(30)的多個測量位置(S1、S2、……)上的截面形狀(F1、F2、……)的截面形狀測量方法，當沿經過上述測量位置(S1、S2、……)並且繞工件(30)一周的路徑移動探頭(17)時，使探頭(17)移動如下距離，即在作為測量對象物的一周的量的測量區間(En)上增加了比該測量區間長出了作為規定的重複區間的加速區間(Ea)和減速區間(Ed)的距離，並且，作為使探頭(17)向下一個測量位置移動時的轉移區間(Em)，其使探頭(17)的移動方向相對於與截面形狀相鄰相互接鄰的連續方向(L)傾斜而抵消重複區間的量。
文檔編號G01B21/20GK102798368SQ20121016773
公開日2012年11月28日 申請日期2012年5月25日 優先權日2011年5月27日
發明者道脅宏和 申請人:株式會社三豐