專利名稱：用于對(duì)機(jī)床上的工件進(jìn)行測(cè)量的方法和儀器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于通過測(cè)量頭對(duì)機(jī)床上的工件進(jìn)行測(cè)量的方法和儀器，所述機(jī)床具有附接至其上的測(cè)量頭，所述測(cè)量頭能夠相對(duì)于工件進(jìn)行移動(dòng)和回轉(zhuǎn)，所述測(cè)量頭包括三維偏置(offset)。
背景技術(shù)：
對(duì)于諸如加工中心或者多軸車削中心的機(jī)床，已經(jīng)提出了在加工之后不從機(jī)床拆卸工件的情況下對(duì)附接至該機(jī)床的工件的表面形狀進(jìn)行測(cè)量的多種技術(shù)。相應(yīng)地，測(cè)量頭附接至機(jī)床，通過使得測(cè)量頭相對(duì)于工件移動(dòng)而對(duì)工件進(jìn)行測(cè)量。 附接至機(jī)床的測(cè)量頭的長(zhǎng)度通常通過使用接觸式傳感器或儀表來單獨(dú)地進(jìn)行測(cè)量。此外，還可以在機(jī)床的預(yù)定位置以高精度安裝參考對(duì)象，例如參考球，并且通過使用測(cè)量頭對(duì)參考對(duì)象進(jìn)行測(cè)量而獲取測(cè)量頭的長(zhǎng)度。然而，在這種情況下，參考對(duì)象不得不通過使用千分表或類似物進(jìn)行初步測(cè)量。日本公布專利申請(qǐng)No. 4-203917描述了一種三維測(cè)量?jī)x表的標(biāo)定方法。這種技術(shù)涉及用于測(cè)量自由形式表面(例如，非球面透鏡)的形狀的三維測(cè)量?jī)x表。該測(cè)量?jī)x表通過使用探頭(等同于本發(fā)明的測(cè)量頭)來進(jìn)行測(cè)量。然而，這種三維測(cè)量?jī)x表并不適合于通過使用探頭來測(cè)量探頭本身的長(zhǎng)度。雖然這種基于常規(guī)技術(shù)的標(biāo)定方法使用了參考球形表面，但其還是必須單獨(dú)地使用另一測(cè)量?jī)x表來對(duì)參考球形表面進(jìn)行測(cè)量。本發(fā)明的目的是，提供一種用于對(duì)機(jī)床上的工件進(jìn)行測(cè)量的方法和儀器，設(shè)想本發(fā)明的目的是為了解決上述問題。所述方法和儀器能夠有效地使用測(cè)量頭固有的測(cè)量功能來對(duì)工件進(jìn)行測(cè)量，以獲取測(cè)量頭本身的三維偏置，并且能夠通過在任意位置簡(jiǎn)單地安裝參考對(duì)象(例如參考球)通過測(cè)量頭對(duì)工件進(jìn)行測(cè)量，而無需單獨(dú)地使用另一測(cè)量?jī)x表 (例如接觸式傳感器或者千分表)。在這里，上述術(shù)語“偏置”是一個(gè)向量，其具有測(cè)量頭的固有機(jī)器坐標(biāo)和測(cè)量頭的測(cè)量參考位置坐標(biāo)之間的長(zhǎng)度和方向。

發(fā)明內(nèi)容
為了達(dá)到上述目的，根據(jù)本發(fā)明提供了一種通過包括三維偏置的有線或無線測(cè)量頭來對(duì)工件進(jìn)行測(cè)量的第一方法，其中附接至機(jī)床的所述測(cè)量頭能夠相對(duì)于所述工件沿著三條垂直軸線或兩條垂直軸線移動(dòng)，并且能夠通過一個(gè)或更多回轉(zhuǎn)主軸而相對(duì)于所述工件改變角度方向，所述方法包括以下步驟在由所述測(cè)量頭改變的相對(duì)角度方向上對(duì)放置在任意位置的參考對(duì)象進(jìn)行多次測(cè)量；根據(jù)沿著三條垂直軸線從相對(duì)角度方向測(cè)量的測(cè)量結(jié)果的改變計(jì)算所述測(cè)量頭的三維偏置；以及
隨后，通過使用所述測(cè)量頭本身的三維偏置通過所述測(cè)量頭而對(duì)所述工件進(jìn)行測(cè)量。特別地，提供了一種通過包括三維偏置的有線或無線測(cè)量頭來對(duì)工件進(jìn)行測(cè)量的第二方法，其中附接至機(jī)床的所述測(cè)量頭能夠相對(duì)于所述工件沿著三條垂直軸線或兩條垂直軸線回轉(zhuǎn)和移動(dòng)，所述方法包括以下步驟使得所述測(cè)量頭回轉(zhuǎn)預(yù)定角度，以通過所述測(cè)量頭分別從第一方向和第二方向?qū)Ψ胖迷谌我馕恢玫膮⒖紝?duì)象進(jìn)行測(cè)量，從而獲取所述參考對(duì)象的固有特定點(diǎn)的坐標(biāo)；基于所述測(cè)量頭從所述第一方向?qū)λ鰠⒖紝?duì)象的特定點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量時(shí)的所述測(cè)量頭的第一機(jī)器坐標(biāo)以及所述測(cè)量頭從所述第二方向?qū)λ鰠⒖紝?duì)象的特定點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量時(shí)的所述測(cè)量頭的第二機(jī)器坐標(biāo)而對(duì)所述測(cè)量頭的三維偏置進(jìn)行計(jì)算；以及隨后，通過使用所述測(cè)量頭本身的三維偏置通過所述測(cè)量頭而對(duì)所述工件進(jìn)行測(cè)量。提供了一種通過使用包括三維偏置的有線或無線測(cè)量頭通過激光束來對(duì)工件進(jìn)行測(cè)量的第三方法，其中附接至機(jī)床的所述測(cè)量頭能夠相對(duì)于所述工件沿著三條垂直軸線的除了所述測(cè)量頭并不沿著移動(dòng)的一條軸線之外的兩條軸線回轉(zhuǎn)和移動(dòng)，所述方法包括以下步驟使得所述測(cè)量頭回轉(zhuǎn)預(yù)定角度，以通過所述測(cè)量頭分別從第一方向和第二方向?qū)Ψ胖迷谌我馕恢玫膮⒖紝?duì)象進(jìn)行測(cè)量，從而獲取所述參考對(duì)象的固有特定點(diǎn)的坐標(biāo)；根據(jù)所述測(cè)量頭從所述第一方向?qū)λ鰠⒖紝?duì)象的特定點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量時(shí)的所述測(cè)量頭的第一機(jī)器坐標(biāo)以及所述測(cè)量頭從所述第二方向?qū)λ鰠⒖紝?duì)象的特定點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量時(shí)的所述測(cè)量頭的第二機(jī)器坐標(biāo)，獲取在所述測(cè)量頭沿著移動(dòng)的兩條垂直軸線的方向上的各個(gè)偏置；通過預(yù)定裝置獲取所述激光束的傾斜角度，并且利用所述激光束的傾斜角度計(jì)算在所述測(cè)量頭并不沿著移動(dòng)的所述一條軸線的方向上的偏置；基于在所述測(cè)量頭沿著移動(dòng)的兩條垂直軸線的方向上的各個(gè)偏置并且基于在所述測(cè)量頭并不沿著移動(dòng)的一條軸線的方向上的偏置，計(jì)算所述測(cè)量頭的三維偏置；以及隨后，通過使用所述測(cè)量頭本身的三維偏置通過所述測(cè)量頭而對(duì)所述工件進(jìn)行測(cè)量。提供了一種通過使用附接至機(jī)床并且包括三維偏置的有線或無線測(cè)量頭通過激光束來對(duì)附接至工作臺(tái)的工件進(jìn)行測(cè)量的第四方法，所述工作臺(tái)能夠圍繞所述機(jī)床上的回轉(zhuǎn)中心進(jìn)行回轉(zhuǎn)，所述方法包括以下步驟將具有固有特定點(diǎn)的參考對(duì)象放置在所述工作臺(tái)上的任意位置；通過所述測(cè)量頭對(duì)面對(duì)第一方向的所述工作臺(tái)上的所述參考對(duì)象進(jìn)行測(cè)量，從而獲取所述測(cè)量頭的第一機(jī)器坐標(biāo)的點(diǎn)集(point group)以及離開參考位置的距離數(shù)據(jù)，所述參考位置是所述激光束的焦點(diǎn)；使用所獲取的點(diǎn)集和距離數(shù)據(jù)計(jì)算實(shí)際參考對(duì)象的特定點(diǎn)的坐標(biāo)和第一虛擬參考對(duì)象的第一特定點(diǎn)的坐標(biāo)；
隨后，使得所述工作臺(tái)圍繞所述回轉(zhuǎn)中心回轉(zhuǎn)預(yù)定角度；通過所述測(cè)量頭對(duì)面對(duì)第二方向的所述工作臺(tái)上的所述參考對(duì)象進(jìn)行測(cè)量，從而獲取所述測(cè)量頭的第二機(jī)器坐標(biāo)的點(diǎn)集以及離開所述參考位置的距離數(shù)據(jù)；使用所獲取的點(diǎn)集和距離數(shù)據(jù)計(jì)算實(shí)際參考對(duì)象的特定點(diǎn)的坐標(biāo)和第二虛擬參考對(duì)象的第二特定點(diǎn)的坐標(biāo)；基于虛擬三角形與實(shí)際三角形全等的事實(shí)獲取所述測(cè)量頭的三維偏置，所述虛擬三角形由所述第一虛擬參考對(duì)象的第一特定點(diǎn)、所述第二虛擬參考對(duì)象的第二特定點(diǎn)和虛擬回轉(zhuǎn)中心形成，所述實(shí)際三角形由所述工作臺(tái)回轉(zhuǎn)所述預(yù)定角度之前和之后的所述實(shí)際參考對(duì)象的各個(gè)特定點(diǎn)和實(shí)際回轉(zhuǎn)中心形成；以及隨后，通過使用所述測(cè)量頭本身的三維偏置通過所述測(cè)量頭而對(duì)所述工件進(jìn)行測(cè)量。提供了一種通過使用包括三維偏置的有線或無線測(cè)量頭通過激光束來對(duì)工件進(jìn)行測(cè)量的第五方法，其中附接至機(jī)床的所述測(cè)量頭能夠相對(duì)于所述工件沿著三條垂直軸線的除了所述測(cè)量頭并不沿著移動(dòng)的一條軸線之外的兩條軸線回轉(zhuǎn)和移動(dòng)，工作臺(tái)能夠圍繞所述機(jī)床上的回轉(zhuǎn)中心回轉(zhuǎn)，所述方法包括以下步驟將具有固有特定點(diǎn)的參考對(duì)象放置在所述工作臺(tái)上的任意位置；通過所述測(cè)量頭對(duì)面對(duì)第一方向的所述工作臺(tái)上的所述參考對(duì)象進(jìn)行測(cè)量，從而獲取所述測(cè)量頭的第一機(jī)器坐標(biāo)的點(diǎn)集以及離開參考位置的距離數(shù)據(jù)，所述參考位置是所述激光束的焦點(diǎn)；使用所獲取的點(diǎn)集和距離數(shù)據(jù)計(jì)算實(shí)際參考對(duì)象的特定點(diǎn)的坐標(biāo)和第一虛擬參考對(duì)象的第一特定點(diǎn)的坐標(biāo)；隨后，使得所述工作臺(tái)圍繞所述回轉(zhuǎn)中心回轉(zhuǎn)預(yù)定角度；通過所述測(cè)量頭對(duì)面對(duì)第二方向的所述工作臺(tái)上的所述參考對(duì)象進(jìn)行測(cè)量，從而獲取所述測(cè)量頭的第二機(jī)器坐標(biāo)的點(diǎn)集以及離開所述參考位置的距離數(shù)據(jù)；使用所獲取的點(diǎn)集和距離數(shù)據(jù)計(jì)算實(shí)際參考對(duì)象的特定點(diǎn)的坐標(biāo)和第二虛擬參考對(duì)象的第二特定點(diǎn)的坐標(biāo)；基于虛擬三角形與實(shí)際三角形全等的事實(shí)獲取所述測(cè)量頭沿著移動(dòng)的所述兩條垂直軸線的方向上的各個(gè)偏置，所述虛擬三角形由所述第一虛擬參考對(duì)象的所述第一特定點(diǎn)、所述第二虛擬參考對(duì)象的所述第二特定點(diǎn)和虛擬回轉(zhuǎn)中心形成，所述實(shí)際三角形由所述工作臺(tái)回轉(zhuǎn)所述預(yù)定角度之前和之后的所述實(shí)際參考對(duì)象的所述各個(gè)特定點(diǎn)和所述實(shí)際回轉(zhuǎn)中心形成；通過預(yù)定裝置獲取所述激光束的傾斜角度，并且利用所述激光束的傾斜角度計(jì)算在所述測(cè)量頭并不沿著移動(dòng)的所述一條軸線的方向上的偏置；基于在所述測(cè)量頭沿著移動(dòng)的所述兩條垂直軸線的方向上的各個(gè)偏置并且基于在所述測(cè)量頭并不沿著移動(dòng)的所述一條軸線的方向上的偏置，計(jì)算所述測(cè)量頭的三維偏置；以及隨后，通過使用所述測(cè)量頭本身的三維偏置通過所述測(cè)量頭而對(duì)所述工件進(jìn)行測(cè)量。
提供了一種通過使用包括三維偏置的有線或無線測(cè)量頭通過激光束來對(duì)工件進(jìn)行測(cè)量的第六方法，其中附接至機(jī)床的所述測(cè)量頭能夠相對(duì)于所述工件沿著三條垂直軸線或者兩條垂直軸線回轉(zhuǎn)和移動(dòng)，工作臺(tái)能夠圍繞所述機(jī)床上的回轉(zhuǎn)中心回轉(zhuǎn)，所述方法包括以下步驟獨(dú)立地通過根據(jù)所述第二、第三或第四方法的每個(gè)程序或者通過多個(gè)所述程序的組合獲取在所述測(cè)量頭沿著移動(dòng)的兩條垂直軸線的方向上的各個(gè)偏置；通過根據(jù)所述第三或第四方法的每個(gè)程序，獲取在所述測(cè)量頭的剩余一條軸線的方向上的偏置；基于在所述測(cè)量頭沿著移動(dòng)的兩條垂直軸線的方向上的各個(gè)偏置以及所述剩余一條軸線的方向上的偏置，計(jì)算所述測(cè)量頭的三維偏置；以及隨后，通過使用所述測(cè)量頭本身的三維偏置通過所述測(cè)量頭而對(duì)所述工件進(jìn)行測(cè)量。提供了一種機(jī)床上的工件測(cè)量?jī)x器，用于通過所述第一至第六方法的任意一種方法通過使用所述測(cè)量頭而對(duì)所述工件進(jìn)行測(cè)量。根據(jù)本發(fā)明的用于在機(jī)床上對(duì)工件進(jìn)行測(cè)量的方法和儀器根據(jù)上述方式進(jìn)行配置，從而能夠有效地使用測(cè)量頭固有的測(cè)量功能來對(duì)工件進(jìn)行測(cè)量，以獲取測(cè)量頭本身的三維偏置，并且能夠通過在任意位置簡(jiǎn)單地安裝參考對(duì)象(例如參考球)通過使用測(cè)量頭對(duì)工件進(jìn)行測(cè)量，而無需單獨(dú)地使用另一測(cè)量?jī)x表(例如接觸式傳感器或者千分表)。


圖1至圖9示出了本發(fā)明的第一實(shí)施方案，圖1是裝備有具有有線測(cè)量頭的工件測(cè)量?jī)x器的機(jī)床的立體圖；圖2是裝備有具有無線測(cè)量頭的工件測(cè)量?jī)x器的機(jī)床的立體圖；圖3是示出了非接觸式測(cè)量頭的配置的示意圖；圖4是示出了接觸式測(cè)量頭的配置的示意圖；圖5是一幅解釋性的圖，其中參考球在測(cè)量頭回轉(zhuǎn)之前進(jìn)行測(cè)量；圖6是一幅解釋性的圖，其中參考球在測(cè)量頭回轉(zhuǎn)之后進(jìn)行測(cè)量；圖7是一幅解釋性的圖，示出了由測(cè)量頭測(cè)量的各個(gè)元素之間的關(guān)系；圖8A是一幅解釋性的圖，示出了用于獲取參考球的中心點(diǎn)的方法；圖8B是一幅解釋性的圖，示出了用于獲取參考球的中心點(diǎn)的另一種方法；圖8C示出了參考對(duì)象是多角棱錐時(shí)的外部視圖；圖8D示出了參考對(duì)象是長(zhǎng)方體時(shí)的外部視圖；圖9是示出了獲取測(cè)量頭的三維偏置的程序的流程圖；圖10至圖13示出了本發(fā)明的第二實(shí)施方案，圖10是裝備有具有有線測(cè)量頭的工件測(cè)量?jī)x器的機(jī)床的立體圖；圖11是裝備有具有無線測(cè)量頭的工件測(cè)量?jī)x器的機(jī)床的立體圖；圖12A和圖12B是解釋性的圖，示出了利用激光束的傾斜角度對(duì)沿著Y軸線的偏置進(jìn)行計(jì)算；圖13是一幅解釋性的圖，示出了用于獲取激光束的傾斜角度的一種裝置；
圖14至圖19示出了本發(fā)明的第三實(shí)施方案，圖14是裝備有具有有線測(cè)量頭的工件測(cè)量?jī)x器的機(jī)床的立體圖；圖15是裝備有具有無線測(cè)量頭的工件測(cè)量?jī)x器的機(jī)床的立體圖；圖16是一幅解釋性的圖，其中參考球在工作臺(tái)回轉(zhuǎn)之前進(jìn)行測(cè)量；圖17是一幅解釋性的圖，其中參考球在工作臺(tái)回轉(zhuǎn)之后進(jìn)行測(cè)量；圖18是示出了用于獲取測(cè)量頭的三維偏置的方法的解釋性的圖；以及圖19是示出了獲取測(cè)量頭的三維偏置的程序的流程圖。
具體實(shí)施例方式對(duì)于根據(jù)本發(fā)明的用于對(duì)工件進(jìn)行測(cè)量的方法中的機(jī)床l、la和101，附接至機(jī)床 l、la和101的有線或無線測(cè)量頭10、10a和IOb可以沿著三條垂直軸線或者兩條垂直軸線相對(duì)于工件移動(dòng)。在測(cè)量頭10、10a和IOb中，相對(duì)于工件的角度方向能夠通過一個(gè)或更多回轉(zhuǎn)主軸改變。然后，通過包括三維偏置R的測(cè)量頭10、IOa和IOb對(duì)工件進(jìn)行測(cè)量。在這種方法中，通過測(cè)量頭10、10a和IOb對(duì)放置在任意位置上的參考對(duì)象30、30a 和30b進(jìn)行多次測(cè)量，同時(shí)測(cè)量頭10、10a和IOb改變相對(duì)角度方向。根據(jù)沿著三條垂直軸線從相對(duì)角度方向測(cè)量的測(cè)量結(jié)果的改變計(jì)算測(cè)量頭10、10a和IOb的三維偏置R。隨后， 通過使用測(cè)量頭10、IOa和IOb本身的三維偏置R通過測(cè)量頭10、IOa和IOb而對(duì)工件進(jìn)行測(cè)量(圖1至圖19)。因此，能夠達(dá)到以下目的有效地使用測(cè)量頭固有的測(cè)量功能來對(duì)工件進(jìn)行測(cè)量， 以獲取測(cè)量頭本身的三維偏置，并且通過測(cè)量頭對(duì)工件進(jìn)行測(cè)量，而無需單獨(dú)地使用另一測(cè)量?jī)x表(例如接觸式傳感器或者千分表)。在每個(gè)以下實(shí)施方案中，顯示了機(jī)床是多軸車削中心的情況。機(jī)床也可以是立式加工中心、臥式加工中心、車床或磨床。(第一實(shí)施方案)以下將參考圖1至圖9對(duì)本發(fā)明的第一實(shí)施方案進(jìn)行描述。圖1是裝備有具有有線測(cè)量頭的工件測(cè)量?jī)x器的機(jī)床的立體圖，圖2是裝備有具有無線測(cè)量頭的工件測(cè)量?jī)x器的機(jī)床的立體圖。圖3是示出了非接觸式測(cè)量頭的配置的示意圖，圖4是示出了接觸式測(cè)量頭的配置的示意圖。圖5是一幅解釋性的圖，其中參考球在測(cè)量頭回轉(zhuǎn)之前進(jìn)行測(cè)量；圖6是一幅解釋性的圖，其中參考球在測(cè)量頭回轉(zhuǎn)之后進(jìn)行測(cè)量；圖7是一幅解釋性的圖，示出了由測(cè)量頭測(cè)量的各個(gè)元素之間的關(guān)系。圖8A是一幅解釋性的圖，示出了用于獲取參考球的中心點(diǎn)的方法；圖8B是一幅解釋性的圖，示出了用于獲取參考球的中心點(diǎn)的另一種方法；圖8C示出了參考對(duì)象是多角棱錐時(shí)的外部視圖；圖8D示出了參考對(duì)象是長(zhǎng)方體時(shí)的外部視圖。圖9是示出了獲取測(cè)量頭的三維偏置的程序的流程圖。如圖1至圖3所示，本實(shí)施方案描述了機(jī)床1是多軸車削中心的情況。機(jī)床1包括刀架3、支撐工件4的頭架5、支撐工件4的端部的輔助頭架(或尾架)6以及轉(zhuǎn)塔7。頭架5的卡盤8夾持工件4并且旋轉(zhuǎn)地對(duì)其進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，如箭頭Cl所示。轉(zhuǎn)塔7具有附接在其上的多個(gè)刀具。安裝在刀架3上的主軸2具有可拆卸地安裝在其上的刀具18，用于對(duì)工件4進(jìn)行車削或切削。刀具18是通過ATC(自動(dòng)換刀裝置)16進(jìn)行更換的。刀具18對(duì)夾持至頭架5的卡盤8的工件4進(jìn)行加工。存在附接至主軸2的若干類型的刀具18，例如用于車削的刀具或者由主軸2旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)刀具。機(jī)床1作為車床工作，用于通過刀架3的刀具18或者通過轉(zhuǎn)塔7的刀具對(duì)工件4 進(jìn)行車削；并且作為加工中心工作，用于通過刀架3的刀具18對(duì)工件4進(jìn)行切削。當(dāng)機(jī)床1用作車床的時(shí)候，工件4旋轉(zhuǎn)以被刀具18車削，而附接至主軸2的刀具 18并不旋轉(zhuǎn)?？商娲?，工件4旋轉(zhuǎn)以被附接至轉(zhuǎn)塔7的刀具車削。當(dāng)機(jī)床1用作加工中心的時(shí)候，刀具18被主軸2旋轉(zhuǎn)以對(duì)工件4進(jìn)行切削，工件 4不旋轉(zhuǎn)。在這種場(chǎng)合，刀架3展現(xiàn)了其作為加工中心的主軸頭的功能性。從機(jī)床1的前部看的上和下、后和前、左和右方向分別定義為X軸線方向、Y軸線方向和Z軸線方向。相互垂直的X軸線、Y軸線和Z軸線構(gòu)成了三條垂直軸線。安裝在機(jī)床1的機(jī)身12上的Z軸線移動(dòng)構(gòu)件13被Z軸線驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)，以沿著Z 軸線移動(dòng)。安裝在ζ軸線移動(dòng)構(gòu)件13上的X軸線移動(dòng)構(gòu)件14被X軸線驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)，以沿著X軸線移動(dòng)。安裝在X軸線移動(dòng)單元14上的Y軸線移動(dòng)構(gòu)件15被Y軸線驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)，以沿著Y軸線移動(dòng)。輔助頭架6安裝為面對(duì)頭架5，并且可以沿著平行于Z軸線的Zl軸線移動(dòng)。輔助頭架6的卡盤能夠夾持工件4并且使得工件4如箭頭C2所示進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)塔7可以分別沿著平行于X軸線的Xl軸線以及沿著平行于Z軸線的Z2軸線進(jìn)行移動(dòng)。機(jī)床1受到機(jī)床控制單元的控制，機(jī)床控制單元包括NC (數(shù)字控制)單元11和 PLC (可編程邏輯控制器)。NC單元11分別對(duì)Z軸線驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、X軸線驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和Y軸線驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制。 NC單元11對(duì)輔助頭架6的移動(dòng)機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)塔7的移動(dòng)機(jī)構(gòu)以及ATC 16進(jìn)行控制，ATC 16自動(dòng)對(duì)主軸2上的刀具18進(jìn)行更換。刀架3 (其是可移動(dòng)單元)安裝在Y軸線移動(dòng)構(gòu)件15的前面。工件測(cè)量?jī)x器20 的有線測(cè)量頭10附接至圖1中所示的機(jī)床1上的刀架3。使用圖2中所示的機(jī)床1，工件測(cè)量?jī)x器20a的無線測(cè)量頭IOa能夠附接至刀架3。如圖1和圖2中所示，刀架3分別由Z軸線移動(dòng)構(gòu)件13、X軸線移動(dòng)構(gòu)件14和Y 軸線移動(dòng)構(gòu)件15驅(qū)動(dòng)，并且分別沿著Z軸線、X軸線和Y軸線移動(dòng)。Y軸線移動(dòng)構(gòu)件15的中心軸線(即，B軸線)平行于Y軸線。附接至刀架3的刀具18以及測(cè)量頭10和IOa分別由Z軸線移動(dòng)構(gòu)件13、X軸線移動(dòng)構(gòu)件14和Y軸線移動(dòng)構(gòu)件15驅(qū)動(dòng)，并且分別沿著Z軸線、X軸線和Y軸線移動(dòng)。從而，可拆卸地附接至刀架3的主軸2的刀具18以及附接至刀架3的測(cè)量頭10 和IOa可以沿著三條(或兩條)垂直軸線相對(duì)于工件4移動(dòng)。如箭頭Bl所示，刀架3能夠圍繞用于回轉(zhuǎn)的B軸線進(jìn)行回轉(zhuǎn)。因此，附接至刀架3的測(cè)量頭10和IOa也能夠圍繞B軸線進(jìn)行回轉(zhuǎn)。容納有線測(cè)量頭10的外殼19附接至圖1中所示的機(jī)床1的刀架3的前部。外殼 19支撐測(cè)量頭10，從而使得測(cè)量頭10能夠進(jìn)入其中并且從其中離開。在使用測(cè)量頭10的時(shí)候測(cè)量頭10從外殼19向下突出，在不使用測(cè)量頭10的時(shí)候測(cè)量頭10回縮進(jìn)入外殼19。測(cè)量頭10對(duì)于處于從外殼19向下暴露的狀態(tài)中的工件4 進(jìn)行測(cè)量。支撐測(cè)量頭10的外殼19可以安置在刀架3的側(cè)面。圖1中所示的工件測(cè)量?jī)x器20包括控制機(jī)床1的NC單元11、附接至刀架3以對(duì)工件4進(jìn)行測(cè)量的有線測(cè)量頭10以及對(duì)工件測(cè)量?jī)x器20進(jìn)行控制的測(cè)量?jī)x器控制單元 (例如，個(gè)人計(jì)算機(jī))24。附接至刀架3的測(cè)量頭10經(jīng)由線40電連接至工件測(cè)量?jī)x器20。當(dāng)通過工件測(cè)量?jī)x器20對(duì)工件4進(jìn)行測(cè)量的時(shí)候，測(cè)量指令或離開工件4的距離的數(shù)據(jù)通過線40在刀架 3的測(cè)量頭10和測(cè)量?jī)x器控制單元M之間進(jìn)行發(fā)送。在工件測(cè)量?jī)x器20中，由測(cè)量頭10測(cè)量的距離數(shù)據(jù)經(jīng)由線40從測(cè)量頭10輸出至測(cè)量?jī)x器控制單元24。NC單元11將測(cè)量頭10的位置數(shù)據(jù)輸出至測(cè)量?jī)x器控制單元24。測(cè)量?jī)x器控制單元M通過進(jìn)行基于位置數(shù)據(jù)和距離數(shù)據(jù)的計(jì)算而獲取工件4的二維或三維形狀數(shù)據(jù)。因此，工件測(cè)量?jī)x器20能夠進(jìn)行工件4的二維或三維測(cè)量。當(dāng)在圖2中所示的機(jī)床1上對(duì)工件4進(jìn)行測(cè)量的時(shí)候，無線測(cè)量頭IOa可拆卸地附接至刀架3的主軸2。NC單元11對(duì)ATC 16進(jìn)行控制，ATC 16自動(dòng)地更換附接至主軸2 的刀具18和測(cè)量頭10a。因此，附接至刀架3的主軸2的刀具18或測(cè)量頭IOa分別由Z軸線移動(dòng)構(gòu)件13、 X軸線移動(dòng)構(gòu)件14和Y軸線移動(dòng)構(gòu)件15驅(qū)動(dòng)，并且分別沿著Z軸線、X軸線和Y軸線移動(dòng)?？刹鹦兜馗浇又恋都?的主軸2的刀具18和測(cè)量頭IOa能夠相對(duì)于工件4沿著三條垂直軸線(或兩條垂直軸線)移動(dòng)，并且圍繞B軸線進(jìn)行回轉(zhuǎn)，如箭頭Bl所示。在圖2中所示的工件測(cè)量?jī)x器20a包括NC單元11、可拆卸地附接至主軸2以對(duì)工件4進(jìn)行測(cè)量的無線測(cè)量頭10a、與測(cè)量頭IOa來來回回進(jìn)行傳遞和接收的收發(fā)器23以及對(duì)工件測(cè)量?jī)x器20a進(jìn)行控制的測(cè)量?jī)x器控制單元M。當(dāng)通過工件測(cè)量?jī)x器20a對(duì)工件4進(jìn)行測(cè)量的時(shí)候，包括測(cè)量指令和離開工件4 的距離的數(shù)據(jù)的信號(hào)F在收發(fā)器23和附接至主軸2的測(cè)量頭IOa之間通過無線方式進(jìn)行傳遞和接收。對(duì)于工件測(cè)量?jī)x器20a，包括由測(cè)量頭IOa測(cè)量的數(shù)據(jù)的信號(hào)F通過無線方式從測(cè)量頭IOa傳遞至收發(fā)器23。通過收發(fā)器23從測(cè)量頭IOa接收的關(guān)于工件4的距離數(shù)據(jù)輸出至測(cè)量?jī)x器控制單元對(duì)。NC單元11將測(cè)量頭IOa的位置數(shù)據(jù)輸出至測(cè)量?jī)x器控制單元 24。測(cè)量?jī)x器控制單元M通過執(zhí)行基于位置數(shù)據(jù)和距離數(shù)據(jù)的計(jì)算而獲取工件4的二維或三維形狀數(shù)據(jù)。通過這種方式，工件測(cè)量?jī)x器20a能夠進(jìn)行工件4的二維或三維測(cè)量。如圖1至圖3中所示，機(jī)床1上的工件測(cè)量?jī)x器20和20a以及使用該儀器對(duì)工件進(jìn)行測(cè)量的方法能夠通過使用激光束21 (可替代地，超聲波、熱或電磁波，未示出)，通過附接至刀架3作為機(jī)床1的可移動(dòng)單元的有線測(cè)量頭10 (或無線測(cè)量頭IOa)以非接觸的方式對(duì)工件4進(jìn)行測(cè)量。在這里，測(cè)量頭10和IOa設(shè)置了參考位置1 和固有機(jī)器坐標(biāo)Pb，參考位置1 存在于激光束21的軸線上，固有機(jī)器坐標(biāo)1 位于激光束21的相反方向。測(cè)量頭10和IOa 的參考位置1 是由激光振蕩器產(chǎn)生的激光束21聚焦的點(diǎn)。
激光束21照射并聚焦在工件4的表面上的測(cè)量點(diǎn)上，然后在工件4的表面上的測(cè)量點(diǎn)等同于參考位置1 時(shí)，激光束21在測(cè)量點(diǎn)處被反射。反射的激光束21會(huì)聚為測(cè)量頭 10和IOa中的(XD[電荷耦合器件]照相機(jī)的成像側(cè)上的環(huán)狀圖像。本發(fā)明還能夠應(yīng)用于接觸式有線(或無線)測(cè)量頭IOb (圖4)，以及上文描述的非接觸式測(cè)量頭10和10a。換言之，本發(fā)明的測(cè)量頭具有以下功能的一個(gè)或兩個(gè)使用激光束21、超聲波、熱或電磁波以非接觸的方式對(duì)工件4進(jìn)行測(cè)量，以及通過與工件4接觸的接頭22以接觸的方式對(duì)工件進(jìn)行測(cè)量。當(dāng)測(cè)量頭是具有接頭22的接觸類型的時(shí)候，附接至機(jī)床的有線或無線測(cè)量頭IOb 使得接頭22與工件4接觸并且對(duì)工件4進(jìn)行測(cè)量。對(duì)于接觸式測(cè)量頭10b，接頭22的端部與工件4接觸的位置就是參考位置1^。如圖1至圖3中所示，測(cè)量頭10和IOa測(cè)量到達(dá)工件4的距離Dl和D2，假定參考位置1 處的距離是士0謹(jǐn)。例如，如果工件4從參考位置1 向下分離距離Dl，測(cè)量頭10和IOa從參考位置 Pa向下移動(dòng)距離Dl。其結(jié)果是，參考位置1 與工件4的表面匹配，從而激光束21聚焦在該表面上。由于到達(dá)工件4的距離Dl (例如，Dl = +5mm)根據(jù)測(cè)量頭的移動(dòng)是已知的，所以表面上的工件4的位置得以測(cè)量。相反地，如果工件4從參考位置1 向上分離距離D2，測(cè)量頭10和IOa從參考位置 Pa向上移動(dòng)距離D2。然后，參考位置1 與工件4的表面匹配，從而激光束21聚焦在該表面上。其結(jié)果是，由于到達(dá)工件4的距離D2(例如，D2 = -5mm)根據(jù)測(cè)量頭的移動(dòng)是已知的，所以表面上的工件4的位置得以測(cè)量。對(duì)于測(cè)量頭10和10a，理想情況是，平行于X軸線(豎直方向)穿過固有機(jī)器坐標(biāo) Pb的軸線CLl等同于在測(cè)量頭10和IOa處產(chǎn)生的激光束21的軸線方向。然而，經(jīng)常出現(xiàn)的情況是，由于測(cè)量頭10和IOa制造或組裝時(shí)出現(xiàn)的誤差，激光束 21的軸線對(duì)于平行于X軸線的軸線CLl是傾斜的。例如，對(duì)于激光束21，我們假定，激光束 21在X、Z平面中以傾斜角度α傾斜，并且激光束21在X、Y平面中以傾斜角度β傾斜。其結(jié)果是，測(cè)量頭10和IOa包括三⑶維偏置R。測(cè)量頭10和IOa的三維偏置R 是一個(gè)向量，其具有測(cè)量頭的測(cè)量參考位置1 的坐標(biāo)和測(cè)量頭的固有機(jī)器坐標(biāo)(例如，主軸2的端部的位置) 之間的長(zhǎng)度和方向。因此，當(dāng)通過工件測(cè)量?jī)x器20和20a上的測(cè)量頭10和IOa對(duì)工件4進(jìn)行測(cè)量的時(shí)候，需要三維偏置R來對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行計(jì)算，三維偏置R包括激光束21的光學(xué)軸線的定向以及在光學(xué)軸線上從參考位置(激光束21的焦點(diǎn)) 到測(cè)量頭10和IOa的固有機(jī)器坐標(biāo)1 的長(zhǎng)度。因此，能夠通過使用測(cè)量頭10和IOa本身的三維偏置R通過測(cè)量頭10和IOa而對(duì)工件4進(jìn)行測(cè)量。接下來，將對(duì)獲取測(cè)量頭10和IOa的三維偏置R的方法進(jìn)行描述。如圖1至圖9中所示，測(cè)量頭10和IOa與刀架3—起回轉(zhuǎn)預(yù)定角度θ。通過測(cè)量頭10和10a，分別從第一方向El和第二方向E2對(duì)參考球(即，標(biāo)準(zhǔn)球體)30 (其是放置在任意位置上的參考對(duì)象)進(jìn)行測(cè)量。因此，從NC單元11獲取了參考對(duì)象(參考球30)的固有特定點(diǎn)(在這里為中心點(diǎn)Al)的坐標(biāo)(xc，yc, zc)。
接下來，從NC單元11獲取了測(cè)量頭10和IOa從第一方向El對(duì)參考對(duì)象(參考球30)的特定點(diǎn)(中心點(diǎn)Al)進(jìn)行測(cè)量時(shí)測(cè)量頭10和1(^的第一機(jī)器坐標(biāo)？1&1，71，21)。 此外，從NC單元11獲取了測(cè)量頭10和IOa從第二方向E2對(duì)參考對(duì)象(參考球30)的特定點(diǎn)(中心點(diǎn)Al)進(jìn)行測(cè)量時(shí)測(cè)量頭10和IOa的第二機(jī)器坐標(biāo)P2 (x2, y2，z2)?；诘谝粰C(jī)器坐標(biāo)Pl(xl，yl，zl)和第二機(jī)器坐標(biāo)P2 (x2，y2，O，對(duì)測(cè)量頭10和 IOa的三維偏置R進(jìn)行計(jì)算。隨后，工件測(cè)量?jī)x器20和20a通過使用測(cè)量頭10和IOa本身的三維偏置R通過測(cè)量頭10和IOa而對(duì)工件4進(jìn)行測(cè)量。在下文中將對(duì)獲取測(cè)量頭10和IOa的三維偏置R的程序進(jìn)行具體描述。首先，刀架3定向至X軸線，從而測(cè)量頭10和IOa定位為向下面對(duì)(步驟101)。轉(zhuǎn)塔7 (或頭架5的卡盤8)定位于非旋轉(zhuǎn)狀態(tài)并處于預(yù)定位置。在這種狀態(tài)下， 參考球30經(jīng)由支撐構(gòu)件31臨時(shí)放置在轉(zhuǎn)塔7 (或頭架5的卡盤8)上(步驟102)。在這種場(chǎng)合，不必以高精度將支撐構(gòu)件31和參考球30附接于初步確定的給定位置，可以將它們附接于任意位置。優(yōu)選的是，支撐構(gòu)件31的一部分或全部由永磁體制成，因?yàn)橹螛?gòu)件31和參考球30從而能夠容易地附接至轉(zhuǎn)塔7以及從轉(zhuǎn)塔7拆卸。示出了具有中心點(diǎn)Al的參考球30是參考對(duì)象的情況(圖8A和圖8B)。在這里， 參考對(duì)象可以是多角棱錐30a (圖8C)(例如具有作為特定點(diǎn)的頂點(diǎn)A2的三棱錐或四棱錐) 或者具有作為固有特定點(diǎn)的頂點(diǎn)A3的長(zhǎng)方體30b (圖8D)。在參考球30已經(jīng)定位至轉(zhuǎn)塔7之后，刀架3手動(dòng)移動(dòng)以將測(cè)量頭10和IOa定位在參考球30的正上方。其結(jié)果是，測(cè)量頭10和IOa向下回轉(zhuǎn)以面對(duì)參考球30 (步驟103)。然后，測(cè)量頭10和IOa獲取參考球30的中心點(diǎn)Al的坐標(biāo)(步驟104)。在這種情況下，如圖8A中所示，通過激光束21對(duì)參考球30的輪廓的多個(gè)位置分別進(jìn)行測(cè)量，通過使用最小二乘方法根據(jù)每次測(cè)量獲得的點(diǎn)而獲取中心點(diǎn)Al的坐標(biāo)?？商娲?，作為用于獲取中心點(diǎn)Al的坐標(biāo)的另一種方法，通過螺旋方式分別對(duì)參考球30的外周界上的若干點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，如圖8B中所示。中心點(diǎn)Al的坐標(biāo)能夠通過最小二乘方法根據(jù)測(cè)量獲取的若干點(diǎn)而獲得。圖8A和圖8B中的線L表示激光束21的軌跡，用于在通過激光束21進(jìn)行測(cè)量的時(shí)候掃描參考球30的表面。一般而言，能夠通過最小二乘方法進(jìn)行以下計(jì)算。使用m組坐標(biāo)X，y, ζ對(duì)參考球 30的中心點(diǎn)Al的坐標(biāo)(xc，yc, zc)和半徑r進(jìn)行計(jì)算。球體(參考球30)的方程式給出如下(x-xc) 2+(y_yc)2+(z-zc)2 = r2......(1)系數(shù)a、b、c和d同樣在以下方程式中使用。xc = -a/2 ......(2)yc = -b/2 ......(3)zc = -c/2 ......(4)r = SQRT [ (a2+b2+c2)/4-d]......(5)然后，球體的方程式通過如下方程式來表達(dá)。(x2+y2+z2) +ax+by+cz+d = 0......(6)
在數(shù)學(xué)分析中已知的是，每個(gè)變量的偏導(dǎo)數(shù)必須為0(零)。5J/5a = Σ [(X2+y2+ζ2)+ax+by+cz+d] X (χ) = 0……(7)5J/5b = Σ[(X2+y2+Z2)+ax+by+CZ+d]X(y) = 0……(8)5J/5c= Σ [(xH^+z^+ax+by+cz+d] X(Z)=O...... (9)aj/Sd= Σ [(x2+y2+z2)+ax+by+cz+d]X(l)=0...... (10)從上述方程式中獲得了以下方程式。
權(quán)利要求
1.一種通過包括三維偏置(R)的有線或無線測(cè)量頭(10、10a、IOb)來對(duì)工件(4)進(jìn)行測(cè)量的方法，其中附接至機(jī)床(l、la、101)的所述測(cè)量頭(10、10a、10b)能夠相對(duì)于所述工件(4)沿著三條垂直軸線或兩條垂直軸線移動(dòng)，并且能夠通過一個(gè)或更多回轉(zhuǎn)主軸而相對(duì)于所述工件(4)改變角度方向，所述方法包括以下步驟在由所述測(cè)量頭(10、10a、10b)改變的所述相對(duì)角度方向上對(duì)放置在任意位置的參考對(duì)象(30、30a、30b)進(jìn)行多次測(cè)量；根據(jù)沿著所述三條垂直軸線從相對(duì)角度方向測(cè)量的測(cè)量結(jié)果的改變計(jì)算所述測(cè)量頭 (IOUOaUOb)的所述三維偏置(R)；以及隨后，通過使用所述測(cè)量頭(10、10a、IOb)本身的所述三維偏置(R)通過所述測(cè)量頭 (IOUOaUOb)而對(duì)所述工件(4)進(jìn)行測(cè)量。
2.一種通過包括三維偏置(R)的有線或無線測(cè)量頭(10、10a、IOb)來對(duì)工件(4)進(jìn)行測(cè)量的方法，其中附接至機(jī)床(1)的所述測(cè)量頭(10、10a、IOb)能夠相對(duì)于所述工件(4)沿著三條垂直軸線或兩條垂直軸線回轉(zhuǎn)和移動(dòng)，所述方法包括以下步驟使得所述測(cè)量頭(IOUOaUOb)回轉(zhuǎn)預(yù)定角度(θ )，以通過所述測(cè)量頭(IOUOaUOb) 分別從第一方向(El)和第二方向(Ε》對(duì)放置在任意位置的參考對(duì)象(30、30a、30b)進(jìn)行測(cè)量，從而獲取所述參考對(duì)象(30、30a、30b)的固有特定點(diǎn)(A1、A2、A3)的坐標(biāo)；基于所述測(cè)量頭(10、10a、IOb)從所述第一方向(El)對(duì)所述參考對(duì)象(30、30a、30b) 的所述特定點(diǎn)(A1、A2、A3)進(jìn)行測(cè)量時(shí)的所述測(cè)量頭(10、10a、10b)的第一機(jī)器坐標(biāo)(Pl) 以及所述測(cè)量頭(10、10a、10b)從所述第二方向(E》對(duì)所述參考對(duì)象(30、30a、30b)的所述特定點(diǎn)(A1、A2、A3)進(jìn)行測(cè)量時(shí)的所述測(cè)量頭(10、10a、10b)的第二機(jī)器坐標(biāo)(P2)而對(duì)所述測(cè)量頭(10、10a、IOb)的所述三維偏置(R)進(jìn)行計(jì)算；以及隨后，通過使用所述測(cè)量頭(10、10a、IOb)本身的所述三維偏置(R)通過所述測(cè)量頭 (IOUOaUOb)而對(duì)所述工件(4)進(jìn)行測(cè)量。
3.一種通過使用包括三維偏置(R)的有線或無線測(cè)量頭(10、10a)通過激光束來對(duì)工件(4)進(jìn)行測(cè)量的方法，其中附接至機(jī)床(Ia)的所述測(cè)量頭(10、10a)能夠相對(duì)于所述工件(4)沿著三條垂直軸線的除了所述測(cè)量頭(10、10a)并不沿著移動(dòng)的一條軸線之外的兩條軸線回轉(zhuǎn)和移動(dòng)，所述方法包括以下步驟使得所述測(cè)量頭(10、10a)回轉(zhuǎn)預(yù)定角度(θ )，以通過所述測(cè)量頭(10、10a)分別從第一方向(El)和第二方向(Ε》對(duì)放置在任意位置的參考對(duì)象(30)進(jìn)行測(cè)量，從而獲取所述參考對(duì)象(30)的固有特定點(diǎn)(Al)的坐標(biāo)；根據(jù)所述測(cè)量頭(10、10a)從所述第一方向(El)對(duì)所述參考對(duì)象(30)的所述特定點(diǎn) (Al)進(jìn)行測(cè)量時(shí)的所述測(cè)量頭(10、10a)的第一機(jī)器坐標(biāo)(Pl)以及所述測(cè)量頭(10、10a) 從所述第二方向(Ε》對(duì)所述參考對(duì)象(30)的所述特定點(diǎn)(Al)進(jìn)行測(cè)量時(shí)的所述測(cè)量頭 (IOUOa)的第二機(jī)器坐標(biāo)(Ρ2)，獲取在所述測(cè)量頭(10、10a)沿著移動(dòng)的兩條垂直軸線的方向上的各個(gè)偏置(Rx和Rz)；通過預(yù)定裝置獲取所述激光束的傾斜角度(α和β )，并且利用所述激光束的傾斜角度(α和β)計(jì)算在所述測(cè)量頭(10、10a)并不沿著移動(dòng)的所述一條軸線的方向上的偏置(Ry)；基于在所述測(cè)量頭(10、10a)沿著移動(dòng)的所述兩條垂直軸線的方向上的所述各個(gè)偏置 (Rx和Rz)并且基于在所述測(cè)量頭(10、10a)并不沿著移動(dòng)的所述一條軸線的方向上的所述偏置(Ry)，計(jì)算所述測(cè)量頭(10、10a)的所述三維偏置(R)；以及隨后，通過使用所述測(cè)量頭(10、10a)本身的所述三維偏置(R)通過所述測(cè)量頭(10、 IOa)而對(duì)所述工件(4)進(jìn)行測(cè)量。
4.一種通過使用附接至機(jī)床(101)并且包括三維偏置(R)的有線或無線測(cè)量頭(10、 IOa)通過激光束來對(duì)附接至工作臺(tái)(106)的工件(4)進(jìn)行測(cè)量的方法，所述工作臺(tái) (106)能夠圍繞所述機(jī)床(101)上的回轉(zhuǎn)中心(01)進(jìn)行回轉(zhuǎn)，所述方法包括以下步驟將具有固有特定點(diǎn)(Al)的參考對(duì)象(30)放置在所述工作臺(tái)(106)上的任意位置； 通過所述測(cè)量頭(10、10a)對(duì)面對(duì)第一方向(Ell)的所述工作臺(tái)(106)上的所述參考對(duì)象(30)進(jìn)行測(cè)量，從而獲取所述測(cè)量頭(10、10a)的第一機(jī)器坐標(biāo)(Pb)的點(diǎn)集以及離開參考位置(Pa)的距離數(shù)據(jù)，所述參考位置是所述激光束的焦點(diǎn)；使用所獲取的點(diǎn)集和距離數(shù)據(jù)計(jì)算所述實(shí)際參考對(duì)象(30)的所述特定點(diǎn)(Al)的坐標(biāo)和第一虛擬參考對(duì)象(30f)的第一特定點(diǎn)(Ala)的坐標(biāo)；隨后，使得所述工作臺(tái)(106)圍繞所述回轉(zhuǎn)中心(01)回轉(zhuǎn)預(yù)定角度(Θ)； 通過所述測(cè)量頭(10、10a)對(duì)面對(duì)第二方向(E12)的所述工作臺(tái)(106)上的所述參考對(duì)象(30)進(jìn)行測(cè)量，從而獲取所述測(cè)量頭(10、10a)的第二機(jī)器坐標(biāo)(Pb)的點(diǎn)集以及離開所述參考位置(Pa)的距離數(shù)據(jù)；使用所獲取的點(diǎn)集和距離數(shù)據(jù)計(jì)算所述實(shí)際參考對(duì)象(30)的所述特定點(diǎn)(Bi)的坐標(biāo)和第二虛擬參考對(duì)象(30g)的第二特定點(diǎn)(Bla)的坐標(biāo)；基于虛擬三角形(Ga)與實(shí)際三角形(G)全等的事實(shí)獲取所述測(cè)量頭(10和IOa)的三維偏置(R)，所述虛擬三角形(Ga)由所述第一虛擬參考對(duì)象(30f)的所述第一特定點(diǎn) (Ala)、所述第二虛擬參考對(duì)象(30g)的所述第二特定點(diǎn)(Bla)和虛擬回轉(zhuǎn)中心(Ola)形成，所述實(shí)際三角形(G)由所述工作臺(tái)(106)回轉(zhuǎn)所述預(yù)定角度(Θ)之前和之后的所述實(shí)際參考對(duì)象(30)的所述各個(gè)特定點(diǎn)(Al和Bi)和所述實(shí)際回轉(zhuǎn)中心(01)形成；以及隨后，通過使用所述測(cè)量頭(10、10a)本身的所述三維偏置(R)通過所述測(cè)量頭(10、 IOa)而對(duì)所述工件(4)進(jìn)行測(cè)量。
5.一種通過使用包括三維偏置的有線或無線測(cè)量頭通過激光束來對(duì)工件進(jìn)行測(cè)量的方法，其中附接至機(jī)床的所述測(cè)量頭能夠相對(duì)于所述工件沿著三條垂直軸線的除了所述測(cè)量頭并不沿著移動(dòng)的一條軸線之外的兩條軸線回轉(zhuǎn)和移動(dòng)，工作臺(tái)能夠圍繞所述機(jī)床上的回轉(zhuǎn)中心回轉(zhuǎn)，所述方法包括以下步驟將具有固有特定點(diǎn)的參考對(duì)象放置在所述工作臺(tái)上的任意位置； 通過所述測(cè)量頭對(duì)面對(duì)第一方向的所述工作臺(tái)上的所述參考對(duì)象進(jìn)行測(cè)量，從而獲取所述測(cè)量頭的第一機(jī)器坐標(biāo)的點(diǎn)集以及離開參考位置的距離數(shù)據(jù)，所述參考位置是所述激光束的焦點(diǎn)；使用所獲取的點(diǎn)集和距離數(shù)據(jù)計(jì)算所述實(shí)際參考對(duì)象的所述特定點(diǎn)的坐標(biāo)和第一虛擬參考對(duì)象的第一特定點(diǎn)的坐標(biāo)；隨后，使得所述工作臺(tái)圍繞所述回轉(zhuǎn)中心回轉(zhuǎn)預(yù)定角度；通過所述測(cè)量頭對(duì)面對(duì)第二方向的所述工作臺(tái)上的所述參考對(duì)象進(jìn)行測(cè)量，從而獲取所述測(cè)量頭的第二機(jī)器坐標(biāo)的點(diǎn)集以及離開所述參考位置的距離數(shù)據(jù)；使用所獲取的點(diǎn)集和距離數(shù)據(jù)計(jì)算所述實(shí)際參考對(duì)象的所述特定點(diǎn)的坐標(biāo)和第二虛擬參考對(duì)象的第二特定點(diǎn)的坐標(biāo)；基于虛擬三角形與實(shí)際三角形全等的事實(shí)獲取所述測(cè)量頭沿著移動(dòng)的所述兩條垂直軸線的方向上的各個(gè)偏置，所述虛擬三角形由所述第一虛擬參考對(duì)象的所述第一特定點(diǎn)、 所述第二虛擬參考對(duì)象的所述第二特定點(diǎn)和虛擬回轉(zhuǎn)中心形成，所述實(shí)際三角形由所述工作臺(tái)回轉(zhuǎn)所述預(yù)定角度之前和之后的所述實(shí)際參考對(duì)象的所述各個(gè)特定點(diǎn)和所述實(shí)際回轉(zhuǎn)中心形成；通過預(yù)定裝置獲取所述激光束的傾斜角度，并且利用所述激光束的傾斜角度計(jì)算在所述測(cè)量頭并不沿著移動(dòng)的所述一條軸線的方向上的偏置；基于在所述測(cè)量頭沿著移動(dòng)的所述兩條垂直軸線的方向上的所述各個(gè)偏置并且基于在所述測(cè)量頭并不沿著移動(dòng)的所述一條軸線的方向上的所述偏置，計(jì)算所述測(cè)量頭的所述三維偏置；以及隨后，通過使用所述測(cè)量頭本身的所述三維偏置通過所述測(cè)量頭而對(duì)所述工件進(jìn)行測(cè)量。
6.一種通過使用包括三維偏置(R)的有線或無線測(cè)量頭(10、10a)通過激光束來對(duì)工件進(jìn)行測(cè)量的方法，其中附接至機(jī)床的所述測(cè)量頭(10、10a)能夠相對(duì)于所述工件沿著三條垂直軸線或者兩條垂直軸線回轉(zhuǎn)和移動(dòng)，工作臺(tái)能夠圍繞所述機(jī)床上的回轉(zhuǎn)中心回轉(zhuǎn)，所述方法包括以下步驟獨(dú)立地通過根據(jù)權(quán)利要求2、3或4的每個(gè)所述程序或者通過多個(gè)所述程序的組合獲取在所述測(cè)量頭(10、10a)沿著移動(dòng)的所述兩條垂直軸線的方向上的各個(gè)偏置；通過根據(jù)權(quán)利要求3或4的每個(gè)所述程序，獲取在所述測(cè)量頭(10、10a)的剩余一條軸線的方向上的偏置；基于在所述測(cè)量頭(10、10a)沿著移動(dòng)的所述兩條垂直軸線的方向上的各個(gè)偏置以及所述剩余一條軸線的方向上的偏置，計(jì)算所述測(cè)量頭(10、10a)的所述三維偏置(R)；以及隨后，通過使用所述測(cè)量頭(10、10a)本身的所述三維偏置(R)通過所述測(cè)量頭(10、 IOa)而對(duì)所述工件進(jìn)行測(cè)量。
7.一種機(jī)床上的工件測(cè)量?jī)x器，用于通過根據(jù)權(quán)利要求1至6的的任意一項(xiàng)所述的測(cè)量方法通過使用所述測(cè)量頭(10、10a、IOb)而對(duì)所述工件(4)進(jìn)行測(cè)量。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于對(duì)機(jī)床上的工件進(jìn)行測(cè)量的方法和儀器。附接至機(jī)床的測(cè)量頭(10)回轉(zhuǎn)預(yù)定角度θ。然后，從第一方向(E1)和第二方向(E2)由測(cè)量頭(10)對(duì)參考球(30)測(cè)量。因此，獲取參考球的中心點(diǎn)(A1)的坐標(biāo)。測(cè)量頭的第一機(jī)器坐標(biāo)(P1)是測(cè)量頭從第一方向?qū)⒖记虻闹行狞c(diǎn)(A1)測(cè)量時(shí)的坐標(biāo)。測(cè)量頭的第二機(jī)器坐標(biāo)(P2)是測(cè)量頭從第二方向?qū)⒖记虻闹行狞c(diǎn)(A1)測(cè)量時(shí)的坐標(biāo)?；跍y(cè)量頭的第一機(jī)器坐標(biāo)(P1)和第二機(jī)器坐標(biāo)(P2)，獲取測(cè)量頭的三維偏置。隨后，通過使用測(cè)量頭的三維偏置由測(cè)量頭對(duì)工件測(cè)量。其結(jié)果是，獲取了測(cè)量頭的三維偏置，從而能夠通過測(cè)量頭對(duì)工件進(jìn)行測(cè)量，因?yàn)橛行У厥褂昧藴y(cè)量頭固有的測(cè)量功能而無需單獨(dú)地使用另一測(cè)量?jī)x表。
文檔編號(hào)G01B21/00GK102275094SQ20111016029
公開日2011年12月14日 申請(qǐng)日期2011年6月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月10日
發(fā)明者森田尚義, 濱中宏和, 西川靜雄 申請(qǐng)人:株式會(huì)社森精機(jī)制作所