[发明专利]探针的校准

说明书

技术领域

本发明涉及一种校准用于坐标定位机器的探针的方法。

背景技术

坐标定位机器例如是坐标测量机器、机床和活动连接的测量臂，坐标定位机器包括能够彼此相对运动的臂和平台。可以在这种机器上设置探针，用于检测工件。探针通常可以是数字探针或模拟探针。

为了能够将探针用作检测设备，必须首先校准探针。探针校准的第一方面是相对于安装有探针的机器来识别探针接触尖端。这可以称作基准化(datuming)或鉴定(qualification)。在检测过程中，安装有探针的机器被驱动朝向工件运动。

对于数字探针，与表面的接触导致探针信号的状态发生变化(从0到1，或反之亦然)，发射触发信号并锁存机器输出。机器的锁存位置连同尖端鉴定信息能够用于识别工件的位置。

在模拟探测系统中，当触针尖端接触工件时触针发生偏转，探针中的测量变换器产生代表触针沿三个正交坐标轴的偏转的输出，所述三个正交坐标轴可以称作探针的a、b和c轴。这些输出和尖端鉴定(信息)能够一起用于识别工件的位置。当与表面接触时，探针信号发生变化，例如，数值逐渐增大。一旦信号超过临界值，认为已经发生接触。临界值设定为使得由于机器振动导致的假触发的影响最小。为了确定在哪里发生接触，必须将信号强度的变化与机器轴的运动相关联。一种方法是通过监测探针的电压输出并使用校准矩阵将电压输出与沿三个机器轴的运动相关联来校准该系统。

因而，对于数字探针，唯一需要的就是尖端鉴定或基准化方法。但是，对于模拟探针，必须将探针的输出信号与机器轴的运动相关联，这需要其他校准方法。该校准方法涉及基准化步骤和解算(resolve)校准矩阵。这形成了探针校准的第二方面。

一种鉴定或基准化方法是使设置在机器上的球体在至少四个不同的周向位置接触触针，由此确定触针尖端的中心。

国际专利申请No.WO00/25087中描述了一种对模拟探针进行校准的方法，其中在机器上安装校准人工制品。探针被驱动朝向所述制品运动，例如沿机器的其中一个轴运动，直至探针测量设备的输出超过预定值(临界值)的增量表明已经与所述制品表面发生接触。在已经证实触针接触后，获得一组机器x、y、z和探针a、b、c坐标数据。机器继续运动，直至机器运动超过所证实的接触点达选定距离，获得另一组x、y、z和a、b、c数据。

记录位于三个轴上的探针测量变换器的a、b、c输出的变化并将其与沿每个机器轴的机器测量设备的变化相关联。在其他两个正交方向上重复这个过程，所述其他两个正交方向可以是其他两个机器轴。从上述几组数据，对于该特定探针方位，能够建立探针转换矩阵，该矩阵将a、b、c轴上的探针输出与机器的x、y、z坐标系统相关联。能够通过将相关的探针输出乘以相关的矩阵项而得到探针偏转的相关机器轴分量。

国际专利申请No.WO02/073128中描述了对模拟探针进行校准的替代方法。

经常希望使探针相对于机器重新定向，从而能够检测工件的不同定向的表面。探针可以在探针头上定向，所述探针头可以是分度类型的，此时探针能够重新定向到多个离散的位置，或者所述探针头可以是连续类型的，此时任何角定向都是可能的。

影响可重新定向探针的测量结果的准确性的因素有很多。这些因素包括机器误差例如轴的垂直度、弯曲和直线度误差；探针头误差，包括弯曲和定位；以及探针和触针误差，包括弯曲。弯曲误差可能部分由重力引起，部分由动力例如加速引起。

通常，当对测量探针进行分度时，必须对于探针的各个方位相对于机器轴进行校准，从而确定触针尖端的正确位置，即，实施重新基准化或重新鉴定方法。而且，如果探针是模拟变换器，则必须对每个探针头位置(或方位)实施上述校准方法和基准化步骤，在所述校准方法中对于特定的探针方位建立校准矩阵。由于实施该方法以获得一个这样的矩阵需要几分钟的时间，因此要完成整个校准过程可能需要进行数小时。

在欧洲专利No.759534中，通过使用来自当前位置位于其间的两个位置的基准数据推断当前尖端位置来简化重新基准化步骤。虽然该方法得到了简化，但是使用该方法仍然必须获得多个基准读数。

或者，对于连续探针头，可以设置编码器，其提供探针的实际角位置。但是，仍然必须建立探针和触针之间的关系。因此，仍然要在每个方位或多个(如果进行推断)方位对探针进行基准化。