用於坐標測量系統的方法

2023-06-26 05:30:36

專利名稱：用於坐標測量系統的方法
技術領域：
本發明涉及用於測量物體的方法，尤其涉及用於測量物體的一部分的面的方法， 所述部分由多個面組成。
背景技術：
在工件被製造完成之後將它們放在具有主軸的坐標測量機器(CMM)上進行檢查是公知的做法，所述主軸可以在機器的工作空間中沿三個正交方向x、Y、z被驅動。所述主軸可以支撐一測量探針，所述探針在例如通過它的觸針與被檢查工件的表面接觸而檢測所述表面時產生信號。通常，CMM包括計算機，所述計算機被編程以便讀取在工件不同位置的一系列坐標數據，以便執行對工件期望尺度(dimensions)的完整檢查。然後確定工件是否具有可接受的質量或者是否應當拋棄該工件。模擬(或掃描)接觸探針通常包括具有可偏轉觸針的外殼(即，探針本體)。所述觸針具有一表面接觸尖端，並且通過傳感器測量所述觸針從其安置位置的偏轉。觸針偏轉與CMM位置的組合被用來確定觸針尖端的位置(因此確定與它接觸的表面上點的坐標)。 在GB1551218中描述了這種模擬探針。已知通常圍繞兩個或多個軸線在鉸接探針頭上安裝測量探針，所述鉸接探針頭使得測量探針的方位改變。在歐洲專利EP0402440中描述了這種鉸接探針頭。所述鉸接探針頭使得能夠圍繞第一和第二正交軸線旋轉。在鉸接探針頭中設置電動機和傳感器以便使得圍繞所述鉸接探針頭的旋轉軸線連續地定位所述測量探針，其中所述位置被反饋至計算機。已經被證實應用傳統技術難以精確地測量的結構是閥，特別是閥座、閥導向器和閥芯。由於閥在內燃機中的使用，它們對於汽車工業是特別重要的。不良配合的閥影響發動機的效率。這可能是由於閥芯與閥座之間的差的密封或者由於閥座的位置防止閥完全打開。閥座、閥導向器或閥芯的形狀也是特別重要的。例如，如果它們不是均勻的圓形，就會阻止良好的配合併因此造成洩露。閥座的寬度也是特別重要的，該寬度是沿著閥芯所處區域的傾斜而獲得的尺度。採取傳統技術測量閥座是困難的且耗時的。通常，通過從閥座的頂部到底部沿著四條線進行測量而測量閥，每條線圍繞閥座的圓周間隔90° ；這些測量使得能夠確定閥座的輪廓。通過遵循特定高度的圓形測量路徑而測量閥座的圓周以便確定形狀以及與閥導向器的共中心性。通常通過安裝在CMM主軸上的模擬接觸探針進行這些測量，其具有測量速度低的缺點。使用所述測量來確定閥座的直徑是否位於公差內。然而，僅僅獲得四條測量線(即，不在它們之間)的數據。而且，由於測量點分布，難以確定閥座的圓度。

發明內容
本發明提供了用於測量物體的結構(尤其用於測量閥的結構)的改善的方法。
根據本發明的第一方面，提供了一種用於測量物體的結構的方法，所述方法包括 藉助對物體上至少所述結構的表面測量獲得多個數據點，從而獲得至少所述結構的圖像； 使大致複製物體的至少所述結構的模型與所述圖像相擬合，所述模型包括限定至少兩個可改變部分的參數，所述兩個部分在一公共點相連，所述擬合包括通過改變所述至少兩個可改變部分的至少一個而改變所述模型的形式。所述方法可以進一步包括從所擬合模型獲得關於至少所述結構的信息。應用本發明的方法，可以獲取關於所述物體的結構的精確信息(例如，包括大小信息和/或位置信息的尺度信息)。一旦控制所述模型的形式，使得它擬合至少所述結構的圖像，則可以從所述模型獲得精確的測量信息。對於在公共點相連的至少兩個可改變部分的整體模型的使用，使得模型的所述至少兩個部分與所述圖像同時擬合。已經發現，相比較例如分別與模型的不同部分(沒有以任何方式連接的模型的多個完全獨立的部分)擬合， 這能提供模型與圖像的更實際的擬合。當模型的每個部分之間沒有連接地被單獨處理並且每個部分分別擬合時，必須假設各相鄰部分相交的點，這就導致被用來獲得重要測量信息的模型方面的不精確性。本發明通過將具有至少兩個在公共點相連的可改變部分的模型與圖像擬合而避免了這個問題。所述可改變部分可以獨立地變化，因為每個部分可以彼此獨立地(即，單獨地或分別地)改變。因此，一個部分的改變不是必然地對其它部分具有敲擊效果(knock-on effect)。例如，其中一個部分的尺寸可以獨立於其它部分的尺寸改變。然而，正如將要理解的，因為各部分以某種方式相連(例如，系在一起)，所以其中一個部分的改變能對與其相連的其它部分產生敲擊效果，這取決於所述部分如何被改變以及所述模型如何被控制。例如，如果其中一個部分的位置和/或方位被改變，則這會對與其相連的其它部分具有影響。正如將要理解的，所述形式可以包括模型的形狀。所述形式可以包括模型的尺寸。 擬合可以進一步包括操縱模型與圖像的相對位置。正如將要理解的，所述圖像可以是結構的數字式圖像。所述圖像可以描述在二維空間中至少所述結構上的多個點的位置。所述圖像可以描述在三維測量空間中物體的至少所述結構上多個點的位置。因此，所述圖像可以包括公知的點雲(point cloud)。正如將要理解的，模型可以包括限定物體的結構的標稱幾何形狀的參數。這可以是物體的結構的期望或希望的幾何形狀。可以構造所述至少兩個可獨立改變部分的每一個以便複製物體的特定方面。物體的所述方面可以是將要獲得其測量信息的物體的任何方面。例如，所述至少兩個可獨立改變部分的每一個可以被構造成複製物體表面的一特定區域。所述至少兩個可獨立改變部分的至少一個可以被構造成複製物體的至少所述結構的一特定方面，諸如所述結構的表面的一特定區域。區域可以是物體的表面的一均勻區域。因此，所述至少兩個可獨立改變部分的每一個可以被構造成複製物體的不同均勻區域。至少一個參數可以限定所述各部分相連接的點。因此，至少一個參數可以複製物體的至少兩個方面(例如物體表面的至少兩個區域)的界面。這是有用的，因為可以從限定所述各部分相連接的點的至少一個參數得到所述測量信息。這就使得能關於物體不同方面交界的點獲得測量信息。例如，這使得能關於物體表面的不同區域相遇的點獲得測量信肩、ο
因此，有鑑於此，所述至少兩個可獨立改變部分可以複製物體表面的不同區域，並且可以沿著一公共邊相連。因此，模型的至少兩個可獨立改變部分的至少一個可以複製大致平面的物體表面的一區域。區域可以具有規則的或不規則的幾何形狀。因此，所述至少兩個可獨立改變部分的至少一個可以複製大致環形的物體表面的一區域。所述環形區域的橫截面形狀可以具有規則或不規則幾何形狀，例如，所述環形區域的橫截面形狀可以大致是圓形的、三角形的、方形的或者六邊形的。所述至少兩個可獨立改變部分的至少一個可以複製其構造大致是管狀的物體表面的一區域。例如，所述至少兩個可獨立改變部分的至少一個可以複製其構造大致是圓柱形的物體區域。選擇地，所述至少兩個可獨立改變部分的至少一個可以複製其構造大致是圓錐形的物體表面的一區域。擬合可以包括處理模型參數，使得所述至少兩個可獨立改變部分相互連接的點被改變。這可以包括操縱所述至少兩個可獨立改變部分相互連接的點的位置和/或方位。選擇地，這可以包括操縱所述至少兩個可獨立改變部分相互連接的點的形式。例如，當所述各部分通過邊連接時，這能包括操縱所述邊的形狀和/或尺度，所述至少兩個可獨立改變部分沿著所述邊連接。所述模型可以包括限定一系列至少三個可改變部分的參數，其中的至少一個部分 (「中間部分」)被連接至其它兩個部分。所述可改變部分是可以獨立地改變的，因為每個部分可以彼此獨立地(即，單獨地或分別地)改變，如上所述。所述至少三個可改變部分可以複製物體的表面的不同區域，並且所述中間部分可以沿著第一邊連接至其中一個部分以及沿著與第一邊大致相對的第二邊連接至其它部分。在這種情況下，所述參數可以描述不同區域的邊。擬合模型可以包括處理與所述邊有關的參數。例如，這可以包括處理所述參數以便改變邊的形式和/或邊的位置。所述測量信息可以包括所述大致相對的邊之間的距離。因此，所述測量信息可以包括所述中間部分的寬度。所述一系列至少三個可改變部分的至少一個可以是圓錐形部分。優選地，所述至少三個可獨立改變部分的所述中間部分是大致圓錐形的。優選地，所述模型包括至少三個可改變圓錐部分。所述圓錐部分可以會聚到一個公共軸線。所述圓錐形部分可以以不同角度會聚到所述公共軸線。在這種情況下，所述參數可以涉及以下邊，圓錐形部分沿著所述邊連接。例如，至少一個參數能描述中間圓錐形部分與第一相鄰圓錐部分的第一邊。至少一第二參數可以涉及角度，該角度位於所有圓錐形部分會聚到其上的軸線與相對於所述軸線所述圓錐形部分的斜線之間。至少一第三參數可以描述中間圓錐部分與第二相鄰圓錐部分的第二邊，第二邊與第一邊大致相對。所述至少第三參數可以描述所述第一和第二邊之間沿著所述軸線的高度。擬合可以包括識別所述圖像的不同部分。特別地，它可以包括識別至少兩個部分， 每個部分被推斷為與模型的所述至少兩個可改變部分的其中之一相關。擬合可以包括為圖像的每個不同部分應用不同誤差函數。另外，擬合可以包括識別圖像的至少一個連接部分， 推斷所述連接部分與以下點相關，所述至少兩個可獨立改變部分在所述點相連，並且擬合包括忽略所述至少一個連接部分。這可以改善所述擬合過程的效率。所述圖像可以包括與所述結構毗鄰的物體的至少一個部分。在這種情況下，優選模型的所述至少兩個可獨立改變部分的至少一個涉及所述結構，並且所述至少兩個可改變部分的至少一個涉及毗鄰所述結構的物體的所述部分。特別地，所述圖像可以包括均緊密毗鄰所述結構的物體的至少兩個部分。在這種情況下，優選所述模型包括至少三個可獨立改變部分，它們的至少其中一個涉及所述結構，它們的至少其中一個涉及與結構緊密鄰接的至少兩個部分的其中一個，它們的至少其中一個涉及與所述結構緊密鄰接的物體的至少兩個部分的另一個。已經發現這改善了模型與圖像的擬合併且進而改善了測量信息的精度。所述方法適用於獲得其尺度的合適的物體包括閥，特別是閥的閥座區域。擬合所述模型可以包括最佳擬合所述模型。也就是，所述方法可以包括處理限定所述模型的參數以發現與圖像的最佳擬合。所述最佳擬合可以包括應用最小二乘方最佳擬
I=I O可以將與物體的至少所述結構相關的測量信息與標稱數據比較。特別地，可以分析所述測量信息以確定物體的至少所述結構與標稱物體上的標稱結構的偏離。這可以例如提供形式誤差。可以應用安裝在坐標定位儀器上的表面感測裝置收集所述多個數據點。所述表面感測裝置可以包括測量探針。坐標定位儀器可以包括鉸接探針頭，其使得測量探針能圍繞兩個或多個軸線旋轉。所述表面感測裝置可包括非接觸測量探針。選擇地，所述表面感測裝置包括接觸測量探針。所述測量探針可以是雙狀態的或接觸觸髮式探針。特別地，所述接觸測量探針可以包括模擬(或掃描)測量探針，其中可以確定所述探針的觸針的偏轉程度。同樣，模擬或掃描探針可以提供與觸針偏轉相關的信息/數據流。所述坐標定位儀器可以包括坐標定位機器(CMM)、工具機、非笛卡爾機器、鉸接臂、機器人臂或手動CMM。本發明的方法可以包括獲取多個數據點的步驟(即，藉助對物體的至少所述結構的表面測量)。然而，正如將要理解的，不是必須是這個情況。例如，可以在執行本發明的方法之前已經獲得所述多個數據點。在這個情況下，獲得物體的結構的圖像可以包括接收所述圖像。例如，這可以包括從存儲裝置接收所述圖像，圖像被儲存在所述存儲裝置中。正如將要理解的，本發明的上述方法可以通過計算機執行。因此，所述步驟的至少一些可以通過至少一個處理器裝置執行。圖像和模型的至少一個可以從至少一個合適的存儲裝置獲得。所述至少一個存儲裝置可以位於執行本發明方法的計算機的當地或遠離它。 合適的存儲裝置包括諸如硬碟的磁存儲裝置、諸如快閃記憶體裝置的固態存儲裝置以及諸如緊湊光碟(CD)或數字多樣化光碟(DVD)的光學存儲裝置。在存儲裝置遠離計算機的情況下，圖像和/或模型可以經過通訊鏈路被獲取。正如將要理解的，所述通訊鏈路可以是有線的或無線的。因此，例如，圖像和模型的至少一個可以通過網際網路從遠程存儲裝置上獲得。根據本發明的第二方面，提供了一種計算機實施的方法，其用於測量物體的結構， 所述方法包括獲得物體上至少所述結構的圖像；將複製所述物體的至少所述結構的模型與所述圖像擬合，所述模型包括參數，所述參數限定在一公共點連接的至少兩個可改變部分，所述擬合包括通過改變所述至少兩個可改變部分的至少一個而改變所述模型的形式； 以及從所擬合模型獲得關於至少所述結構的信息。所述圖像可以包括例如多個數據點，它們例如藉助至少所述結構的表面測量而獲得。根據本發明的第三方面，提供了一種電腦程式產品，其包括電腦程式代碼，當由計算機實施時，所述代碼使得所述計算機執行上述方法。
根據本發明的第四方面，提供了一種計算機可讀介質，其承載上述電腦程式代碼。本申請還描述了一種用於確定平面中物體輪廓信息的方法，包括沿著延伸通過所述平面的測量路徑獲得物體的一系列三維表面測量；從延伸通過所述平面的一系列表面測量得出描述平面中物體輪廓的至少一部分的數據。這使得可以獲得關於平面中物體表面的二維輪廓的信息，而不用實際上執行那個平面中表面輪廓的完整測量。相反，可以從測量信息得出(例如投映)所述二維輪廓信息， 所述測量信息通過以下掃描獲得，所述掃描延伸通過所述平面並且沿三維延伸。因此，為了確定物體在一特定平面中的輪廓，沒有必要確保在所述掃描操作期間測量所述精確的平面。相反，可以測量包含所述平面的更寬的區域，並且從所述掃描得出關於所述平面的特定數據。正如將要理解的，描述所述輪廓的至少一部分的數據可以包括以下數據，即能夠從其中得出平面中表面輪廓的形式的數據。正如將要理解的，所述形式可以包括所述輪廓的形狀。所述形式可以包括所述輪廓的尺寸。所述數據可以包括例如多個離散點，所述離散點描述平面中所述表面的二維位置數據。選擇地，所述數據可以包括例如函數，例如兩個點之間的曲線，其描述平面中表面的形狀和尺寸。正如將要理解的，所述輪廓可以是在平面中獲得的物體表面的形狀。因此，本發明將在測量物體期間所獲得的三維數據減少至包含在所述平面中的關於物體形狀的二維數據。所述平面可以相對於物體以任何方位延伸穿過所述物體表面的至少一部分。特別地，所述平面可以大致垂直於沿著物體長度延伸的軸線延伸。例如，所述平面可以是橫向平面。例如，所述平面可以是在概念上將物體分成上部和下部的平面。所述平面大致平行於沿著物體長度延伸的軸線延伸。因此，所述平面可以在沿著物體長度的多個點與所述測量路徑相交。例如，所述平面可以是矢狀平面。例如，所述平面可以是在概念上將物體分成左部和右部的平面。所述輪廓可以是平面中物體的大致完整橫截面輪廓。所述輪廓可以是平面中物體的部分橫截面輪廓。可以通過從表面測量系列的至少一些在平面上投映表面輪廓而得出描述所述輪廓至少一部分的數據。投映可以包括將至少一個表面測量平移到所述平面上。這可以包括將至少一個表面測量輸送到所述平面上。投映可以包括在表面測量與平面之間將表面測量沿著與物體形狀一致的方向投映到平面上。特別地，可以通過將最近的表面測量投映到平面上而得出描述平面上點的數據。這可以是在表面測量與平面之間沿著平面的表面形狀具有離所述平面最短距離的表面測量。可以通過從表面測量系列的子集在平面上投映表面輪廓而得出描述所述表面輪廓至少一部分的數據。所述子集可以包括包含在帶中的表面測量描述所述表面輪廓至少一部分的數據，所述帶也包含所述平面。所述子集可以只包括包含在帶中的表面測量，所述帶也包含所述平面。所述表面測量的子集可以位於所述平面的相對兩側，從所述子集投映所述輪廓。子集中的所述表面測量可以描述圍繞物體表面的完整旋轉。得出描述輪廓至少一部分的數據可以包括從表面測量系列的子集在平面中投映表面輪廓。所述表面測量系列的子集可以與物體的兩個不同均勻部分之間(例如，在物體的兩個不同的大致均勻形狀的部分之間)的邊界相交。在這種情況下，當平面延伸穿過物體的兩個不同均勻部分的第一個時，對於在兩個不同均勻部分的另一個上獲得的那些表面測量，投映可以包括沿著與兩個不同均勻部分的另一個的形狀一致的方向投映所述表面測量那個部分的範圍，然後沿著與兩個不同均勻部分的第一個的形狀一致的不同方向投映所述表面測量。所述方法可以包括從表面測量系列選擇連續表面測量的第一子集。所述第一子集可以描述圍繞所述物體表面的大致完整旋轉。將為其確定所述輪廓的平面可以被包含在由所述表面測量的第一子集描述的帶中。所述平面可以位於所述帶中所述第一和最後表面測量之間的大致中點。可以通過從連續表面測量的第一子集中的至少一些表面測量在平面上投映表面輪廓而得出描述所述表面輪廓至少一部分的數據。可以通過從連續表面測量的第一子集中的至少一半表面測量在平面上投映表面輪廓而得出描述表面輪廓至少一部分的數據。可以通過從連續表面測量的第一子集中的大致所有表面測量在平面上投映表面輪廓而得出描述所述表面輪廓至少一部分的數據。所述方法可以包括選擇表面測量的多個子集並且對於每個子集在平面上投映表面的至少一部分。所述方法可以包括從描述圍繞物體表面的完整旋轉的表面測量系列選擇連續表面測量的多個子集。因此，所述方法可以包括在多個子集的每一個中確定關於平面的輪廓信息。所述方法可以進一步包括從標稱輪廓信息確定至少部分輪廓的得出。特別地，所述方法可以包括分析與平面中的物體輪廓相關的所得出數據以確定從標稱數據得出至少部分輪廓。特別地，所述方法可以包括分析與平面中的物體輪廓相關的所得出數據以確定所述至少部分輪廓的形式誤差。例如，在輪廓是圓形的實施例中，所述形式誤差可以包括輪廓的圓度。確定所述偏差可以包括將標稱輪廓數據(例如，標稱輪廓模型)與所得出數據擬合。擬合可以包括最佳擬合。所述最佳擬合可以包括應用最小二乘方最佳擬合。確定所述偏差可以包括從所擬合的標稱輪廓確定所得出數據的至少一些的偏差。因此，所述方法可以包括分析與平面中物體輪廓相關的所得出數據以確定它是否符合預定標準。特別地，它可以包括分析與平面中物體輪廓相關的所得出數據以確定它是否符合預定的形狀標準，例如預定的圓度標準。所述測量路徑可以傾斜地延伸通過所述平面。所述測量路徑可以圍繞物體周長的至少一部分沿著物體長度伸展。所述測量路徑可以以大致周期的方式圍繞物體周長沿著物體的長度伸展。所述測量路徑可以沿著物體長度振蕩。所述測量路徑可以沿著物體長度以大致纏繞的方式伸展。優選地，所述測量路徑沿著物體長度以大致螺旋形方式伸展。對於延伸穿過物體的多個平面的每一個，所述方法可以包括從傾斜於所述平面延伸的所述表面測量系列確定與那個平面的物體表面輪廓相關的數據。特別地，所述方法可以進一步包括從延伸通過多個平面的測量系列得出與那些表面的物體表面輪廓相關的數據。所述物體的橫向截面輪廓可以大致是圓的，特別是大致圓形的。然而，不是必須是這個情況。例如，所述橫截面輪廓可以是橢圓形的。或者其它規則/不規則形狀，例如，方形、六邊形等。物體的橫截面尺寸可以沿其長度是非均勻的。因此，所述物體可以例如是圓錐形的。選擇地，物體的橫截面尺寸可以是大致沿其長度的。例如，所述物體可以是圓柱形的。
所述方法可以進一步包括將一線條與毗鄰一線條(所述線條沿著物體的長度延伸並且在沿著物體長度的多個點與測量路徑相交)的表面測量的選集擬合。所述方法可以進一步包括將至少一第二線條與毗鄰一線條(該線條沿著物體長度延伸並且在沿著物體長度的多個點與測量路徑相交)的表面測量的第二選集擬合，其中表面測量的第一和至少第二選集沒有公共的表面測量。所述平面可以沿著物體的長度延伸，使得它在沿著物體長度的多個點與測量路徑相交。特別地，所述平面可以大致平行於物體的縱軸線延伸。所述方法可以進一步包括將一線條與所得出數據擬合。正如將要理解的，所述線條可以沿著物體的縱軸線大致遵循物體的標稱輪廓。因此，根據物體的標稱形狀，所述線條可以是單個直線。所述線條可以包括沿著其長度的至少一個彎曲。所述線條可以是彎曲的。所述方法可以進一步包括得出描述第二平面中物體輪廓的至少一部分的第二數據，所述第二平面沿著物體的長度延伸，使得它在沿著物體長度的多個點與測量路徑相交。 特別地，所述第二平面可以大致平行於物體的縱軸線延伸。所述方法可以進一步包括將一第二線條與所述第二數據擬合。所述第二平面可以圍繞物體的外圍與所述平面間隔開。優選地，所述第一和第二平面每個均大致平行於物體的縱軸線延伸。可以使用所擬合的線條來獲得關於物體平直度的信息。正如將要理解的，所述物體可以包括閥。特別地，所述物體可以包括閥座或閥導向器的至少一個。正如將要理解的，所述方法可以是計算機實施的。因此，可以提供包括電腦程式代碼的電腦程式產品，當計算機實施所述代碼時，使得計算機執行上述方法。另外，可以提供計算機可讀介質，該介質承載上述電腦程式代碼。本申請進一步描述了沿著物體長度確定表面形式的方法，所述方法包括沿著一測量路徑獲得物體的表面測量系列，以獲得物體的第一和第二端之間的多個測量，所述測量路徑以周期地延伸穿過物體長度的方式沿著所述長度伸展；將一線條與毗鄰一線條(該線條沿著物體的長度延伸並且在沿著物體長度的多個點處與所述測量路徑相交)的表面測量的選集擬合。擬合可以包括在表面測量與線條之間沿著與物體的形狀一致的方向將至少一些表面測量投映到一平面上，所述平面延伸穿過所述表面並且沿著將要擬合的線條的長度。投映到所述平面上的表面測量可以是毗鄰所述平面的那些表面測量。特別地，投映到所述平面上的表面測量可以是以下那些沿著所述平面的表面測量，它們在表面測量與平面之間在沿著物體形狀的維度中具有到平面最短的距離。擬合可以包括將所述線條與平面上所投映的點擬合。所述方法可以進一步包括將至少一第二線條與毗鄰一線條(該線條沿著物體長度延伸並且在沿著物體長度的多個點處與測量路徑相交)的表面測量的第二選集擬合，其中所述表面測量的第一和至少第二選集沒有公共的表面測量。所述表面測量的第一和至少第二選集可以被包含在彼此平行延伸的線條中。所述被擬合的線條可以被用來獲得關於物體平直度的信息。


下面將僅藉助例子參照以下附圖描述本發明的實施例，其中圖1是閥體中的閥的示意性透視圖2是圖1的閥座部和閥導向器的側視橫截面視圖；圖3是閥芯的側視圖；圖4是安裝在坐標測量機器上的鉸接探針頭的透視圖；圖5是鉸接探針頭和測量探針的透視圖；圖6是由安裝在鉸接探針頭上的測量探針測量的閥座部件和閥導向器的示意圖；圖7是流程圖，其顯示了測量和檢查閥的方法的高級別步驟；圖8是流程圖，其顯示了分析在測量閥期間所獲得數據的步驟；圖9是流程圖，其顯示了用於確定和檢查所述閥座寬度的步驟；圖10是流程圖，其顯示了用於確定和檢查所述閥座和閥導向器圓度的步驟；圖11(a)是示意圖，其顯示了閥座部件以及由圖5所示測量探針的觸針尖端獲得的沿著閥座部件的螺旋形測量路徑；圖11(b)是示意圖，其顯示了閥導向器以及由圖5所示的測量探針的觸針尖端獲得的沿著閥導向器的螺旋形測量路徑；圖12是用來限定圖15所示模型的參數的示意圖；圖13(a)是示意圖，其顯示了在測量閥座部件期間所獲得的數據點如何與限定閥座部件的模型的第一組參數相關；圖13(b)是示意圖，其顯示了在測量閥座部件期間所獲得的數據點如何與限定閥座部件的模型的第二組參數相關；圖14(a)顯示了將在螺旋掃描閥座期間所獲得的多個數據點投映到平面上，用於計算平面中閥座的圓度；圖14(b)顯示了將在螺旋掃描具有圓柱形閥導向器的閥座部件的邊界期間所獲得的多個數據點投映到平面上，用於計算平面中閥座部件的圓度；圖15是用來確定閥座部件尺度的模型的示意圖；圖16是顯示沿著閥座的圓度變化的圖表；圖17(a)和(b)顯示了從螺旋形掃描信息確定平直度信息；以及圖18顯示了被投映測量點與標稱數據的偏差以便確定關於閥導向器輪廓的信肩、ο
具體實施例方式參照圖1-3，閥座部件10位於閥體12中。所述閥座部件10包括許多結構，特別是圓錐區域14，所述圓錐區域14在閥體中限定一凹進，其導向形狀大致為圓柱形的閥導向器 16。如圖11更詳細顯示的，閥座部件10實際上包括三個圓錐形結構上部圓錐區域11、中間圓錐區域13 (後面稱作「閥座13」)以及下部圓錐區域15。參照圖3，閥芯18包括圓柱杆20，其大小貼合地配合在閥導向器16中。芯構件22被設置在杆20的一端，所述閥構件 22在其外周表面上具有圓錐表面M。所述閥座部件10和閥芯的芯構件具有相應的圓錐表面14、24，當閥芯被插入所述閥座中時，所述圓錐表面14、對形成密封。特別地，所述圓錐表面M被構造成抵靠閥座13貼合地配合。需要製造成具有高精度的閥座部件10的一個結構是閥座13 ；為了對閥進行好的操作，需要在閥座13與閥芯18的圓錐表面M之間具有好的配合。而且，重要的是，閥導向器16的形狀儘可能地接近圓形。如果閥座13或者閥導向器16被錯誤地成型或者定位，則密封的質量受損。例如，閥座13或者閥導向器16的圓柱表面可能被錯誤地定尺寸或者不是精確地為圓形。所述表面可以以錯誤的橫向位置或者錯誤的高度被機加工或者以錯誤的角度被機加工。圖4顯示了用來測量本發明閥的裝置。包含閥座部件10和閥導向器16的工件被安裝在坐標定位裝置上，諸如坐標測量機器(CMM) 30。所述CMM30具有工作檯32，工件可以被安裝在所述工作檯32上。Z柱可以相對於所述工作檯32沿X、Y、Z移動，分別能沿X、Y、 Z移動的一系列託架36、38、34使得可以進行這個運動，每個託架設有支撐裝置、電機和傳感器(未顯示)。鉸接探針頭40被安裝在CMM的Z柱34上，其提供表面感測裝置(諸如安裝在其上的測量探針)的旋轉運動。參照圖5更詳細地描述所述鉸接探針頭。如圖5所示，鉸接掃描頭40包括固定部件，所述固定部件由安裝在Z柱34上的第一外殼42形成。所述第一外殼42支撐可移動部件44，所述可移動部件44可以通過電機 (未顯示)相對於第一外殼42圍繞軸線Al旋轉。所述可移動部件44被緊固至第二外殼 46，第二外殼46進而支撐軸48，軸48可以通過電機(未顯示)相對於外殼46圍繞軸線Α2 旋轉，軸線Α2大致垂直於軸線Al。表面感測裝置(在該例子中是接觸測量探針50)被安裝在鉸接探針頭的軸48上。 所述接觸測量探針50設有探針外殼52以及可偏轉觸針Μ，所述觸針M具有工件接觸尖端 56。上述布置使得鉸接探針頭的電機可以圍繞軸線Al或Α2成角度地定位測量探針50 的工件接觸尖端56以及CMM的電機(未顯示)可以將鉸接探針頭線性地定位在CMM的三維坐標框架中的任何地方，以便使觸針尖端與被掃描的表面成預定關係。在CMM上設置線性位置傳感器(未顯示)，用於測量鉸接探針頭的線性位移，並且在鉸接探針頭(未顯示)中設置角度位置傳感器，用於測量觸針關於相應軸線Al和Α2的角位移。所述測量探針50還設有傳感器以便確定觸針M的偏轉。CMM和鉸接探針頭的運動由控制器控制，所述控制器例如可以包括定製控制器和 /或計算機58(例如，諸如個人電腦(PC)等的通用計算機)。所述控制器將驅動指令發送給CMM和鉸接探針頭以便驅動它們各自的電動機並因此定位測量探針。控制器從CMM中的傳感器、鉸接探針頭和測量探針接收反饋，這使得它能確定探針尖端的位置。鉸接探針頭可以被安裝在其它類型的坐標定位裝置上，諸如在工具機主軸、手動 CMM、自動臂或者鉸接臂上。坐標測量機器並不限於笛卡爾類型的機器(如圖4所述)，它還可以是非笛卡爾類型的，如國際專利申請W095/20747中所描述的。下面將參照圖6-13描述裝置的操作方法的例子。通過圖7的流程圖100顯示了該方法的高級別概括。所述方法開始於步驟102，其中控制器58控制探針50來執行對閥座部件10的螺旋掃描，以便獲得數據點雲(即，點雲)形式的閥座部件的圖像，所述數據點的每一個均描述三維空間中閥座部件10上的一個特定點。應用W090/07097所披露的用於測量鑽孔的技術，但是修改掃描以考慮非均勻半徑(即，是圓錐形而不是圓柱形表面)，來掃描閥座部件 10的圓錐形表面14，如下更詳細描述的。
圖6顯示了被圖4和5所示裝置掃描的豎直閥座部件10的側視圖，圖11 (a)顯示了在測量閥座部件10期間觸針尖端56可以採取的示例路徑17。如圖所示，路徑17循環地沿著閥座部件10的長度延伸，特別地，圍繞其內表面以螺旋形方式。正如將要理解的，可以應用非螺旋形路徑來獲得類似效果。例如，所述路徑可以沿著閥座部件10的長度以振蕩的方式(即，鉸接探針頭使得觸針尖端在其沿著閥座部件10的長度前進時前後移動或旋轉) 延伸。在第一步驟中，例如通過CAD數據或者直接測量來確定閥座部件10的中心線和最大半徑。。正好在閥座13上方和下方的閥座部件10的區域也被測量，因此在選擇最大半徑時必須考慮這個。鉸接探針頭的旋轉中心(S卩，Al和A2軸線的交點)與閥座部件10的中心線對準。 調節鉸接探針頭的A2頭角度(S卩，軸48關於軸線A2的位置)，使得正好在圓錐形表面的上方測量探針50的工件接觸尖端56與閥座部件10的內表面接觸。可以調節鉸接探針頭的Al頭角度(S卩，構件44關於軸線Al的位置)以便關於閥座部件10的中心線沿著圓形路徑移動所述工件接觸尖端56。通過沿著所述中心線移動鉸接探針頭同時圍繞Al軸線沿著圓形路徑移動工件接觸尖端來執行閥座部件10的螺旋形掃描。螺旋形輪廓的使用具有以單個掃描執行測量的優點，並且所述輪廓還得益於鉸接探針頭比CMM更高的動力響應。CMM和鉸接頭的所述運動沿著圓柱形表面產生了螺旋形掃描。然而，所述掃描在其行進期間被改變以便適應被測量區域(即，圓錐形表面)的實際形狀。所述測量探針50被保持在限定的測量範圍，諸如限定的觸針偏轉範圍(例如，在 40-50微米之間)。如果所述偏轉位於該範圍之外，則鉸接探針頭40的頭角度被調節以便使偏轉返回到所述範圍之內。通過這種方式，所述掃描適應於所述表面形狀。在圖6所示例子中，調節A2頭角度以便減小圓形掃描的半徑，從而將探針保持在其限定的觸針偏轉範圍內。對於水平閥座部件或其它方位，調節Al和A2軸線的組合以便將測量探針50保持在其測量範圍內。一旦已經通過測量探針50掃描閥座10，就在步驟104通過測量探針50掃描閥導向器。應用用於測量鑽孔的技術(如W090/07097所描述的)掃描閥座部件10的圓柱形表面14。特別地，如圖11(b)所顯示的，測量探針50的尖端56的路徑19循環地沿著閥導向器16的長度行進，特別地，圍繞它的內表面以螺旋形方式。而且，可以使用非螺旋形路徑來獲得類似效果。例如，所述路徑可以以振蕩的方式沿著閥導向器16的長度行進。使用接觸測量探針50具有以下優點數據點的良好精度，具有相對被測量區域的小的細節，但是也可以使用非接觸測量探針，例如光學探針、電容探針或電感探針。然後在步驟106例如通過控制器58分析在步驟102和104獲得的多個數據點，以便確定並檢查閥座13和閥導向器16的形狀，如下面參照圖8更詳細描述的。在分析所述數據之後，在步驟108輸出閥信息。這例如可以包括在存儲裝置中儲存所述輸出以備後用， 和/或藉助諸如可視顯示單元等可視指示裝置將輸出提供給使用者以供使用者解釋。所述方法終止於步驟110。正如將要理解的，不需要由控制測量信息的獲得的相同的控制器/計算機58分析所述數據。相反，可以將在步驟102和/或104獲得的多個數據點提供給另一個處理器裝置，諸如另一個計算機，所述計算機分析數據以便獲得測量信息。在圖8的流程圖200中顯示了分析數據的高級別步驟106。特別地，分析數據包括在步驟202確定閥座13的寬度「W」 (下面參照圖9更詳細地描述)，以及在步驟204確定關於閥座13和閥導向器16的圓度信息(下面參照圖10更詳細地描述)。在圖9的流程圖300中更詳細地顯示了確定和檢查閥座13的過程202。特別地， 確定和檢查閥座13的寬度包括在步驟302獲得與在步驟102所測量的閥座部件10相應的參考模型。可以從例如位於控制器58中的存儲裝置中取得所述參考模型。可以例如經由網際網路從遠程設置的計算機或存儲裝置取得所述參考模型。選擇地，可以由使用者經由與控制器58相連的輸入裝置(未顯示)輸入所述參考模型。正如將要理解的，所述參考模型可以包括一組限定標稱閥座部件幾何形狀的參數。圖15示意性地顯示了適用於上述方法的模型60。在目前例子中，被測量的物體是包括三個圓錐的閥座部件10，所述三個圓錐具有共享相同軸線的不同角度。因此，所述模型 60包括描述上部圓錐部分62、中間圓錐部分64和下部圓錐部分66的參數，它們分別與閥座部件10的三個圓錐區域11、13和15相關。特別地，模型60包含一組描述三個圓錐部分的參數，所述三個圓錐部分共有(例如會聚在)公共軸線「d」，參數限定所述圓錐部分的邊界，例如，沿著公共軸線「d」的圓錐部分的高度「h」的邊界，並且還限定圓錐部分與公共軸線「d」的角度「α 」。參照圖12更詳細地描述限定所述模型的一組參數，圖12顯示了模型60的一部分。特別地，中間圓錐部分64(8卩，與閥座13對應的模型60的部分)可以相對於軸線「d」 被限定，軸線「d」用方向和空間中的位置來限定。例如，可以通過四個參數限定所述軸線， 即限定沿X維度和Y維度(即，彼此垂直的維度)軸線的平移位置以及還限定關於X維度和Y維度的軸線的旋轉位置。所述中間圓錐部分64還可以用以下來限定半徑「r」，它是軸線「d」與沿垂直於軸線「d」獲得的中間圓錐部分64的最窄部分(S卩，中間圓錐部分64與下部圓錐部分66之間的相交點65)之間的距離衝間圓錐部分64的表面的斜線與軸線「d」 之間的夾角「 α 2」 ；高度「H」，它是中間圓錐部分64與相鄰的上部圓錐部分62及下部圓錐部分66之間的交點沿軸線「d」的距離(其與α 2、P和r結合限定了中間圓錐部分64與上部圓錐部分66之間的交點63，即，它們相連的點)；以及半徑「r」沿著軸線「d」獲得的位置 「P」。這些參數的變化方式使得每個區域62、64、66可以獨立地改變(例如，α 3和α 1可以獨立於0 2改變)。然而，每個區域通過至少一個公共點連接至(例如，系至)它的相鄰區域，因此處理一些參數可以影響不同區域的形式和/或位置(根據改變的是什麼)。例如， 如果改變α 2、P或r中的任何一個，那麼中間圓錐部分64和上部圓錐部分66之間的空間點63改變。根據如何設置模型60，這種改變可以僅僅影響上部圓錐部分66的位置和/或它的尺寸和方位。然而，正如所看到的，α 1的改變對於中間圓錐部分64或下部圓錐部分 66不會具有敲擊效應。正如將要理解的，與模型的結構相關的這些參數對應於物體上的限定所述區域的那些結構。例如，在所述實施例中，圓錐部分通過它們彼此的界面限定，並且這些參數描述了這些界面的位置和形式。閥座13的寬度「W」 (沿著角度「 α 2」的中間圓錐部分64的長度)是閥座部件10 的其中一個重要特性，它難以用傳統方法測量。然而，中間圓錐部分64的寬度「W」由其沿著所述圓錐角度的長度限定並且可以通過H和圓錐角度「α 2」確定。上部圓錐部分62可以由第二角度限定，下部圓錐部分66可以以第三角度限定。接下來的步驟304包括處理模型60的參數以便找到最能描述在對閥座部件10螺旋掃描102期間所收集的點雲的參數組。正如將要理解的，處理所述參數可以改變模型60 的形式(即，模型的形狀和/或尺寸)以及模型60在三維測量空間中的位置。最能描述點雲的參數組可以是當點雲到模型的距離量級的平方和為最小時。這就是公知的最小二乘方最佳擬合。在所述實施例中，模型的可獨立改變部分與點雲有效地大致同時地擬合，而不是分別地或依次地擬合(例如，不是尋找其中一個部分的最佳擬合，然後一旦確定了，就繼續尋找下一部分的最佳擬合，而不考慮前面部分的擬合)。步驟304可以利用誤差函數「f」，它報告對於數據云的任何點到模型的最短距離可以被使用。這種誤差函數是公知的，並且適用於諸如平面、圓、球、圓柱或圓錐等簡單幾何形狀。然而，在上述例子中將被擬合的形狀不是簡單的幾何形狀。相反，它是包括一系列圓錐區域的三維形狀。因此，需要計算模型與測量信息之間誤差的不同的方法來執行最小二乘方擬合(下面將更詳細地描述)。在所述實施例中，閥座部件10利用接觸探針50測量，所述接觸探針50具有固定尺寸的觸針球56，觸針球56接觸閥座部件10的表面。在測量步驟102和104期間，所述控制器實際上記錄觸針尖端56的中心的位置。因此，實際被測量數據位於與閥座部件10的實際表面平行的表面上。正如將要理解的，平行表面是從它的任何點到參考表面之間的最小距離恆定的表面。對於所有簡單的幾何結構，所述平行表面是相同的種類平面的平行表面是沿著平面法線方向偏離的平面；圓柱的平行表面是圓柱，其直徑是與觸針的尖端半徑偏離的表面的直徑。然而，如上所述，閥座部件10不是簡單的幾何結構並且它的平行表面不是同一種類；因此，在步驟102獲得的點雲將不代表與模型60相同種類的形狀。這在圖13(a)中示意性地顯示，該圖顯示了與閥座部件10的圓錐區域相對應的點雲70的形狀是圓錐形的，然而，在兩個圓錐的交叉處點雲具有部分環面的形狀。因此，用於計算模型與測量信息之間誤差的方法將這些因數(即，尖端半徑影響和不相似平行形狀影響)考慮在內。特別地，所述方法包括對於測量信息的不同部分使用不同的誤差函數。特別地，用於特定數據點的誤差函數取決於數據點在沿著所述軸線的何處。例如，參照圖13(a)，用於特定點的誤差函數取決於是否數據點被推斷出落在下部圓錐區域80 ( 「圓錐1」)，下部/中部環面區域82 ( 「環面1/2」)、中間圓錐區域84 ( 「圓錐2」)、中間/上部環面區域86 ( 「環面2/3」)或者上部圓錐區域88 ( 「圓錐3」)。直到完成最佳擬合，所述方法都不知道哪些測量點涉及哪個區域。因此，所述方法基於模型的參數推測哪些測量點信息落入哪個區域。 這可以通過將模型的區域投映到測量信息上而進行。因此，模型參數反映實際測量點越好， 則關於哪些測量點涉及哪個區域的假設就越好。在圖13(a)所顯示的例子中，模型參數非常好地反映了實際測量點，因此所述區域到測量點上的投映提供了關於哪些測量點涉及哪個區域的好的假設。在圖13(b)所示例子中，所述模型參數不是較好地反映實際測量點，因此所述區域到測量點上的投映提供了關於哪些測量點涉及哪個區域的不好的假設。
用於每個區域的實際誤差函數可以是任何已知的標準誤差函數。然而，用在誤差函數中的特定值對於不同部分在每個誤差函數之間變化，這是由於每個部分中模型的不同特性。而且，所使用的誤差函數通過考慮尖端半徑而對尖端56的半徑進行補償。這可以例如通過從所計算誤差中減去尖端半徑而進行。然後可以應用以下等式來計算用於具有給定參數組的模型的距離平方的總和 (「F，，)
F=2/2^1 +Σ,—2 +Σ/2—3 +Σ/2—w(1) 與圓錐區域中的那些點的數目相比，部分環面區域82、84中的點的數目相對較小。因此，為了簡化並增加用於確定最佳擬合參數的方法的效率，可以在為具有給定參數組的模型確定距離的平方總和(「F」)期間忽略認為與部分環面區域82、84有關的測量信息。 因此，可以如下確定F F=Σ/2 畫》+Σ/2 卿 2+P)然後F值被最小化以便獲得限定與點雲擬合的最佳閥座的參數組。所述最小化是最小二乘方優化，其可以例如用已知高斯-牛頓(Gauss-Newton)最小化或者它的變量之一 (諸如列文伯格-馬誇爾特(levenberg-marquardt)最小化)來執行。下面通過描述所擬合模型60的參數在步驟308確定閥座部件10的尺度。特別地，例如，現在可以從以下參數精確地確定被測量物體的閥座13的寬度「W」，所述參數限定中間圓錐部分64與其相鄰上部圓錐部分62及下部圓錐部分64之間的界面的位置。最佳擬合模型還允許確定閥座部件10的各部分的其它特定尺度和位置。特別地， 它允許確定閥座13上的量規直徑(例如，沿著軸線「d」閥座13的位置)、閥座上量規的位置、閥座的寬度、閥座的角度、上部圓錐和下部圓錐的角度。然後可以將由被擬合模型60確定的尺度與標稱尺度比較以確定閥座部件10的尺度與期望尺度的偏差。例如，可以在步驟310將寬度「W」與閥座的標稱寬度比較以便確定被測量閥座部件10的閥座13與期望尺度符合的如何。在圖10所示流程圖中更詳細地顯示了用於確定和檢查閥座13及閥導向器16圓度數據的過程204。將結合確定和檢查閥座13的圓度來描述所述過程，但是正如將要理解的，可以使用相同的方法來檢查閥導向器16的圓度。所述過程開始於步驟402，從螺旋數據(其延伸通過所述平面)獲得在特定橫向平面中閥座13的橫截面輪廓。例如，圖14(a) 示意性地顯示了在對閥座13螺旋掃描期間所獲得的一系列測量點70。所述獲得通過以下來執行首先在測量信息中識別包含第一完整螺旋線的連續測量點的帶，然後識別延伸穿過所述圓錐並且包含螺旋線的中部(即，位於最高測量點與最低測量點中間的點)的平面。 接下來的步驟包括沿著與測量點70和平面72之間的物體形狀一致的方向(即，沿著局部圓錐母線)投映螺旋線中的每個測量點70，平面72的圓度有待確定。因此，可以通過考慮測量點與平面之間物體的形狀將實際測量點映射到平面上而得出平面上的點。正如將要理解的，所述方法不是必須包括將每個被測量點投映到平面中。相反，可以使用被測量點的僅僅一些的選集，例如可以使用每隔一個的測量點。在任何情況下，所投映的點被最佳地擬合在一個圓上，並且然後按照普通方式確定所述圓度，例如通過確定具有最佳擬合圓的被投映點的最小誤差與最大誤差之間的跨度。可以沿著閥座13的長度多次重複所述過程以便確定閥座沿其長度的圓度。例如， 這可以包括沿著閥座滑動形成完整螺旋線的點的選集，然後對於螺旋數據的新的選集重複所述投映和圓度確定步驟。圖16顯示了一個圖表，其顯示了對於沿閥座13長度獲得的100 個不同的完整螺旋部分所確定的圓度誤差，每個均使用上述方法確定。正如所看見的，所述圓度誤差沿著閥座13的長度變化。正如將要理解的，在進行一圈螺旋掃描期間所獲得的一系列測量點可以穿過閥座部件的兩個不同區域之間的邊界。在進行一圈螺旋掃描期間所獲得的所述一系列測量點可以穿過閥座部件與閥導向器之間(例如在閥的兩個不同均勻部分之間)的邊界。在這些情況下，點到平面的投映需要考慮兩個區域的母線，所述平面穿過閥並且位於在進行一圈螺旋掃描期間所獲得的測量點區域中。例如，圖14(b)顯示了以下情形在進行一圈螺旋掃描期間所獲得的測量點71與閥座部件10的下部圓錐區域15與閥導向器16之間的邊界交叉。 因此，從所述螺旋數據得出特定平面73中下部圓錐區域15的橫截面輪廓需要沿著與下部圓錐區域15的形狀一致的方向將一些點(例如，在下部圓錐區域15的圓錐表面上所測量的那些點)投映到平面73上，並且沿著與圓柱形閥導向器16形狀一致的方向(即，與圓柱形閥導向器16的軸線平行)對於部分路徑投映一些點(例如，在圓柱形閥導向器16上所測量的那些點)，並且然後沿著與下部圓錐區域15的形狀一致的方向對於餘下的路徑將一些點投映到平面73上。在所述實施例中，測量點沿著直線被投映到平面上。然而，正如將要理解的，不是必須是這種情況，例如，如果測量點與測量點投映到其上的平面之間的物體形狀是彎曲的， 則可以沿著相同形狀的曲面將測量點投映到所述平面上。作為確定圓度數據的補充或替代，可以通過從螺旋數據投映到平面上的點確定消耗信息(例如，描述閥座的表面輪廓位置相對於固定軸線沿著閥座長度如何改變的信息)。正如將要理解的，上述用於確定並檢查閥座13的圓度的方法還可以用於檢查閥導向器16的圓度。總之，通過沿著閥導向器的軸線將螺旋線中的每個測量點投映到圓度待定的平面上而進行螺旋掃描過程，可以從由所述螺旋掃描過程所獲得的數據得出特定平面中的閥導向器16的橫截面輪廓。在上述實施例中，由螺旋掃描確定並且相對標稱數據進行檢查的閥的輪廓涉及橫向平面中的閥的輪廓。然而，正如將要理解的，其它平面(例如矢狀平面)中的閥的輪廓可以通過螺旋掃描並且相對標稱數據進行檢查而確定。例如，可以確定並檢查閥導向器16 的平直度輪廓。如何進行的一個例子結合圖17(a)和17(b)進行了描述。在更寬泛的意義上，這通過以下進行毗鄰沿著閥導向器16的長度延伸(在這種情況下，大致平行於閥導向器16的縱軸線)的線條進行螺旋掃描，將至少一條直線90與所述螺旋掃描期間所獲得的測量點75的點選集94進行擬合，所述線條在沿著物體長度的多個點處與由測量點75限定的路徑交叉。更特別地，這可以通過以下進行首先將圓柱體96(即，被測量物體的期望形狀)與測量點75擬合，然後從被擬合圓柱體96獲得中心軸線A。然後可以識別由虛線和雙點劃線95所顯示的矢狀平面(S卩，大致平行於閥導向器的縱軸線延伸的平面)，該平面包含縱軸線A以及要為其確定輪廓信息的閥導向器16的表面的線條。選擇離平面95最近的沿著測量路徑的測量點，然後以與平面和測量點之間的物體的形狀符合的方式將所述測量點投映到平面95上。這在圖17(b)中更清楚地顯示，為顯示起見，該圖顯示了實際上沿著測量路徑98 (由細的點劃螺旋線表示)僅僅獲得幾個測量點97 (由十字光標表示)。如實心箭頭所示，選擇離平面95(由粗十字光標表示)最近的測量點並且將其(以與測量點和平面95之間的物體表面的形狀一致的方式)投映到平面95上。因此，在該實施例中，所述測量點沿著與物體的圓柱體形狀的曲率一致的曲線被投映。然後使線條90與投映到平面95 上的點100最佳擬合。然後通過計算點94與線條90的偏離而確定平直度。如圖18所示(例如，為顯示方便，圖18是投映到平面95上的點100相對於所示最佳擬合線條90的相對位置的放大圖)可以通過確定和最佳擬合線條的最大偏離(max)與和最佳擬合線條的最小偏離(min) 之間的跨度而確定所測量閥導向器16的平直度輪廓的形式誤差。正如將要理解的，可以將所述相同的技術用於閥座部件10以便確定閥座部件10 沿著其長度的輪廓。因此，在這種情況下，將要與投映到平面(該平面完全包含軸線「d」並且徑向向外地延伸穿過閥座部件10的表面)上的點擬合的線條將不是平直的，而是包括三條交叉的直線(如圖12所示)。對於圍繞螺旋掃描的測量點75的多個這樣的點，這可以重複多次(例如如線條92 所示)。正如將要理解的，為了顯示的清楚起見，圖中所示的測量點的螺旋線非常鬆散，但是實際上是非常緊的螺旋線。雖然上述實施例描述了對閥座和閥導向器的測量，但是通過相對於平面(該平面延伸穿過物體)傾斜延伸的物體的一系列表面測量值確定與物體在平面中的表面輪廓相關的信息的所述相同方法適用於其它表面特徵。在所有應用中，它是用於測量表面密封的特別有用的方法。表面結構沒有必要如所描述的那樣關於中心線具有對稱性，但是這確實減慢了掃描速度。雖然描述了在坐標測量機器上使用鉸接掃描頭用於搜集測量信息，但是也可以使用其它技術，但是上述技術具有速度和精度上的優點。上述閥的類型例如可以存在於汽車發動機的氣缸蓋中。
權利要求
1.一種用於測量物體的結構的方法，所述方法包括獲得所述物體上至少所述結構的圖像，所述圖像包括藉助對至少所述結構的表面測量而獲取的多個數據點；將大致複製物體的至少所述結構的模型與所述圖像擬合，所述模型包括限定至少兩個可獨立改變部分的參數，所述兩個部分在一公共點相連，所述擬合包括通過改變所述至少兩個可獨立改變部分的至少一個而改變所述模型的形式；以及從所擬合模型獲得關於至少所述結構的信息。
2.根據前面任何權利要求所述的方法，其中，至少一個參數限定所述各部分相連的點。
3.根據權利要求2所述的方法，其中，從限定所述各部分相連的點的所述至少一個參數得出所述信息。
4.根據前面任何權利要求所述的方法，包括處理所述各部分相連的點。
5.根據權利要求4所述的方法，包括處理所述各部分相連的點的位置。
6.根據前面任何權利要求所述的方法，其中，所述至少兩個可獨立改變部分的每個複製所述物體的表面上的一不同區域，並且所述至少兩個部分沿著一公共邊連接。
7.根據權利要求6所述方法，其中，所述區域在構造上成環形。
8.根據權利要求7所述的方法，其中，至少一個區域在構造上大致是圓錐形的。
9.根據前面任何權利要求所述的方法，其中，所述模型包括限定一系列至少三個可獨立改變部分的參數，所述至少三個部分中至少一個中間部分與其它兩個部分相連。
10.根據權利要求9所述的方法，其中，所述至少三個可獨立改變部分的每個均複製所述物體的表面上的一不同區域，並且所述至少三個可獨立改變部分的其中一個沿著第一邊連接至所述至少三個可獨立改變部分的其它的其中一個，並且沿著與所述第一邊大致相對的第二邊連接至所述至少三個可獨立改變部分的另一個。
11.根據權利要求8-10中的任何一個所述的方法，其中，所述信息包括所述大致相對的邊之間的距離。
12.根據前面任何權利要求所述的方法，其中，擬合包括識別所述圖像的不同部分，包括至少兩個部分，每個部分被推斷與所述模型的所述至少兩個可獨立改變部分的其中一個相關。
13.根據權利要求12所述的方法，其中，擬合包括為所述圖像的每個不同部分應用不同的誤差函數。
14.根據前面任何權利要求所述的方法，包括識別所述圖像的至少一個連接部分，所述連接部分被推斷與所述至少兩個可獨立改變部分相連的點相關，並且所述擬合包括忽略所述至少一個連接部分。
15.根據前面任何權利要求所述的方法，其中，所述圖像包括物體的毗鄰所述結構的至少一個部分。
16.根據權利要求15所述的方法，其中所述模型的所述至少兩個可獨立改變部分的至少一個與所述結構相關，並且所述至少兩個可獨立改變部分的至少一個與物體的毗鄰所述結構的部分相關。
17.根據前面任何權利要求所述的方法，其中，擬合所述模型包括最佳擬合所述模型。
18.根據前面任何權利要求所述的方法，其中，所述結構包括閥的閥座。
19.根據前面任何權利要求所述的方法，其中，獲得信息包括獲得關於所述物體上至少所述結構的測量信息。
20.根據前面任何權利要求所述的方法，其中，所述至少兩個可改變部分大致同時地與所述模型擬合。
21.一種用於測量物體的結構的計算機實施的方法，所述方法包括 獲取物體上至少所述結構的圖像；將複製物體的至少所述結構的模型與所述圖像擬合，所述模型包括限定至少兩個可獨立改變部分的參數，所述至少兩個部分在一公共點相連，所述擬合包括通過改變所述至少兩個可獨立改變部分的至少一個而改變所述模型的形式；以及從所擬合模型獲得關於至少所述結構的信息。
22.—種電腦程式產品，包括電腦程式代碼，當所述代碼由計算機實施時使得所述計算機執行如權利要求21所述的方法。
23.一種計算機可讀介質，其承載如權利要求22所述的電腦程式代碼。
全文摘要
本發明涉及一種用於測量物體的結構的方法，所述方法包括藉助至少對物體上結構的表面測量獲取多個數據點，從而獲得至少所述結構的圖像。將大致複製物體的至少所述結構的模型與所述圖像擬合。所述模型包括限定至少兩個可獨立改變部分的參數，所述兩個部分在一公共點連接。所述擬合包括通過改變所述至少兩個可獨立改變部分的至少一個而改變所述模型的形式。所述方法還包括從所擬合模型獲得關於至少所述結構的信息。
文檔編號G01B5/008GK102197274SQ200980143127
公開日2011年9月21日 申請日期2009年10月29日 優先權日2008年10月29日
發明者瓊·路易斯·格熱西亞克 申請人:瑞尼斯豪公司