表面測量系統(tǒng)以及方法
【專利摘要】表面測量方法包括在二維中對多個第一不規(guī)則工件表面樣品進行觀測，并根據(jù)上述樣品的觀測，確定多個樣品的每一個上的表面波峰總數(shù)，以及通過在多個樣品的每一個上的表面波峰總數(shù)的統(tǒng)計變量得出控制范圍。針對第二不規(guī)則工件表面上的表面波峰總數(shù)，所述的控制范圍指出了一種超出公差的情況。本方法進一步包括對二維中第二不規(guī)則工件表面的一部分進行觀測，根據(jù)對第二不規(guī)則工件表面的一部分的觀測，確定在所述部分上表面波峰總數(shù)，并且將所述第二不規(guī)則工件表面的一部分上的表面波峰總數(shù)與控制范圍相比較，從而確定第二不規(guī)則工件表面是否是在超出公差的情況中。
【專利說明】表面測量系統(tǒng)以及方法
[0001]發(fā)明背景
[0002]1.公開領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明通常涉及磨料表面處理領(lǐng)域，并且更為具體的是涉及測量一種特別處理的表面形態(tài)的方法以及裝置。
[0004]2.相關(guān)性領(lǐng)域討論
[0005]磨料表面處理是一種針對材料、典型金屬表面清潔或者護理的過程，來加強、處理材料、典型金屬表面，用于接受一種涂層，所述涂層例如是油漆，或者用于其它的目的。在一中傳統(tǒng)的技術(shù)中，在高壓下對磨料介質(zhì)進行表面噴砂。經(jīng)處理的表面(即完全光滑或者“真正的”平面的三維變量)所得到的形態(tài)描述了表面的相對粗糙度，并且在應用于金屬(例如鋼)的多種涂料的性能中是一種公知的影響因素?，F(xiàn)有的用于量化表面不規(guī)則的標準通過ANSI B46.1-2009:表面紋理、表面粗糙度、波紋度以及紋理方向(美國機械工程師協(xié)會，2010 年 8 月 20 日，ISBN9780791832622)進行描述。
[0006]已經(jīng)對幾種已知的用于測量表面形態(tài)的技術(shù)進行了描述，例如，ASTMInternational Book of Standards,第 06.02 卷，油漆-產(chǎn)品以及應用(Paint-Productsand Applications);防護涂層(Protective Coatings);管道涂層(Pipeline Coatings),D4417(方法A、B以及C)。在ASTM D4417方法A中，一種光學比較儀(例如模板)用于比較被測量的表面，通常使用放大鏡。在ASTM D4417方法B中，將一種具有指針或者觸筆的壓力表放置在表面的不同位置上，從而測量表面波峰以及波谷之間的距離。在ASTM D4417方法C中，將一種具有可壓縮泡沫層的膠帶按壓至表面的一部分上，來獲取表面形態(tài)的印痕，之后用彈簧微計量劑進行測量。
[0007]這里所描述的已知的技術(shù)，例如是，美國專利申請?zhí)枮?008/0240520，命名為“用于觀測表面的方法以及系統(tǒng)”(“Method and System for examining a surface”)的專利；美國專利號為5，581，483，命名為“通過表面劃線數(shù)據(jù)的相關(guān)性分析觀測噴丸覆蓋范圍，，(" Measurement of Shot Peening Coverage by Correlation Analysis ofSurface Line Data”)的專利；美國專利號為5，814，722，命名為“用于測量表面上波峰的系統(tǒng)”("System for Measurement of Peaks on Surfaces")的專利；美國專利號為4，126，036,命名為“表面粗糙度分析儀”("Surface Roughness Analyzer")的專利；以及美國專利號為3，123，999，命名為“用于測量表面粗糙度波峰的設備Apparatus forMeasuring Surface Roughness Peaks")的專利。
[0008]發(fā)明概述
[0009]根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案，一種表明測量方法包括:對二維中多個樣品的第一不規(guī)則工件表面進行觀測；根據(jù)樣品的觀測，確定多個樣品中每一個的表面波峰總數(shù)；并且由每個樣品上的表面波峰總數(shù)的統(tǒng)計變量得出一種控制范圍。所述的控制范圍表明在第二不規(guī)則工件表面上的表面波峰總數(shù)超出公差的情況。該方法進一步包括對二維中第二不規(guī)則工件表面部分進行觀測；根據(jù)第二不規(guī)則工件表面部分的觀測，確定在部分表面上的表面波峰總數(shù)，并且將部分表面上的表面波峰總數(shù)與控制范圍相比較從而確定第二不規(guī)則工件表面是否是在超出公差的情況中。
[0010]在另一個實施方案中，對二維中第一不規(guī)則工件表面樣品的觀測可能包括對二維中第一不規(guī)則工件表面樣品進行光學觀測。在對二維中第二不規(guī)則工件表面部分的觀測可能包括對二維中第二不規(guī)則工件表面部分進行光學觀測。
[0011]在另一個實施方案中，本發(fā)明方法可能包括向操作者發(fā)出警報用于響應確定第二不規(guī)則工件表面是在超出公差的情況。在又一個實施方案中，向操作者發(fā)出警報可能包括下述至少一種:使燈光警報指示器發(fā)光、使聲音報警設備發(fā)聲、以及在操作員終端的用戶界面上顯示一種警報消息。
[0012]在另一個實施方案中，本發(fā)明方法可能包括測量多個樣品中至少一個的表面波峰的平均高度，并且將多個樣品中的每一個的表面波峰總數(shù)與平均高度進行比較，從而根據(jù)在第二不規(guī)則工件表面部分上的表面波峰總數(shù)能夠確定第二不規(guī)則工件表面的表面形態(tài)。在又一個實施方案中，本發(fā)明方法可能包括通過比較結(jié)果來確定第二不規(guī)則工件表面的表面形態(tài)，其中該表面形態(tài)表現(xiàn)為第二不規(guī)則工件表面的平均粗糙度Ra。
[0013]在另一個實施方案中，多個樣品可包括至少100個第一不規(guī)則工件表面樣品。在又一個實施方案中，每一個樣品的尺寸可為大約0.04平方英寸。在又一個實施方案中，控制范圍可通過在多個樣品的每一個上的表面波峰總數(shù)的+ / -3 Σ統(tǒng)計變量得出。
[0014]根據(jù)本申請的一個實施方案，一種表面測量系統(tǒng)包括一種敏感元件以及一種連接到敏感元件上的控制器?？刂破鞅慌渲糜糜谑褂妹舾性^測二維中第一不規(guī)則工件表面樣品；通過樣品的觀測，確定每個樣品表面波峰總數(shù)；通過在每個樣品上表面波峰總數(shù)的統(tǒng)計變量得出控制范圍，所述控制范圍用于指出一種超出公差的情況，該超出公差的情況針對在第二不規(guī)則工件表面上的表面波峰總數(shù)；使用敏感元件觀測二維中第二不規(guī)則工件表面的一部分；通過上述部分的觀測結(jié)果，確定部分表面上的表面波峰的總數(shù)；并且將部分表面上的表面波峰總數(shù)與控制范圍進行比較，從而確定第二不規(guī)則工件表面是否處于超出公差情況中。多個樣品中的每一個都具有基本上相同的尺寸，并且部分具有與多個樣品的其中之一基本上相同的尺寸。
[0015]在另一個實施方案中，敏感元件可包括一種照相機，所述照相機被配置用于拍攝部分第一不規(guī)則工件表面的圖像，并且拍攝第二不規(guī)則工件表面的一部分的圖像。在又一個實施方案中，敏感元件可包括一種測斜儀，所述測斜儀被配置用于確定照相機相對于部分不規(guī)則工件表面的角度。在又一個實施方案中，敏感元件可包括一種接近傳感器，所述接近傳感器被配置用于確定照相機與第一不規(guī)則工件表面、第二不規(guī)則工件表面、或者其兩者之間的距離。在又一個實施方案中，敏感元件可包括一種照明裝置，所述照明裝置被配置用于照亮第一不規(guī)則工件表面、第二不規(guī)則工件表面、或者其兩者。
[0016]在另一個實施方案中，所述裝置可包括一種用戶界面，所述用戶界面與控制器相連接。用戶界面可被配置用于向操作員發(fā)出報警以對控制器確定第二不規(guī)則工件表面是在超出公差的情況中進行響應。在又一個實施方案中，用戶界面可包括一種燈光警報指示器以及/或者一種聲音報警設備。
[0017]在另一個實施方案中，控制器可被配置用于測量至少一個樣品上的表面波峰平均高度，并且將每一個樣品上表面波峰總數(shù)與平均高度相比較，從而根據(jù)第二不規(guī)則工件表面的一部分上的表面波峰總數(shù)能夠確定第二不規(guī)則工件表面的表面形態(tài)。在又一個實施方案中，根據(jù)上述比較，控制器可被配置用于確定第二不規(guī)則工件表面的一部分的表面形態(tài)，其中表面形態(tài)表現(xiàn)為第二不規(guī)則工件表面的平均粗糙度Ra。在另一個實施方案中，每一個第一不規(guī)則工件表面樣品的尺寸可為大約0.04平方英寸。在又一個實施方案中，敏感元件可被控制用于對至少一個第一不規(guī)則工件表面的高度進行測量。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]這些附圖不打算依比例繪制。在這些附圖中，在各種不同的附圖中舉例說明的每個同一的或者幾乎同一的組成部分是用相似的數(shù)字表現(xiàn)的。為了清楚，并非每個組成部分可能在每幅附圖中都被分標注出來。在這些附圖中:
[0019]附圖1是根據(jù)本發(fā)明一個實施方案的表面形態(tài)測量系統(tǒng)的框圖；
[0020]附圖2A是對本發(fā)明一個實施方案中用來觀測的工件表面的一部分的俯視圖；
[0021]附圖2B是沿著附圖2A的切割線B-B’的橫截面正視圖；
[0022]附圖2C是沿著附圖2A的切割線C-C’的橫截面正視圖；
[0023]附圖3是根據(jù)本發(fā)明一個實施方案的表面形態(tài)測量方法的流程圖；
[0024]附圖4是根據(jù)本發(fā)明一個實施方案中的另一個流程圖，用來表示附圖3的表面測量方法的詳細步驟；
[0025]附圖5是本發(fā)明一個實施方案中的又一個流程圖，用來表示附圖3中表面測量方法的進一步詳細步驟；
[0026]附圖6闡述了在本發(fā)明的一個實施方案中用于顯示由附圖1所述的系統(tǒng)產(chǎn)生的處理數(shù)據(jù)的一種用戶界面；以及
[0027]附圖7A和7B分別是在分發(fā)明的一個實施方案中的一種敏感頭裝置的側(cè)視圖以及仰視圖。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0028]本發(fā)明的目的僅僅是一種解釋，而不是一種限制性的概括，同時本發(fā)明詳細的對所有附圖所引用的內(nèi)容進行描述。本發(fā)明在其應用方面不局限于在下列的描述中說明部分，以及在附圖中描述或者舉例說明的組成部分的構(gòu)造以及安排的細節(jié)。本發(fā)明能夠有其它實施方案以及以各種不同的方式實踐或者實施。另外，本申請中所用的措辭以及術(shù)語是用于描述的目的，不應該被認為是限制性的描述。本文中所使用的“包括”、“包含”、“具有”、“含有”及其變化，都是用于強調(diào)其后便所列出的項及其等效表示，以及其他的項。
[0029]根據(jù)上文所討論的內(nèi)容，在本發(fā)明的領(lǐng)域中已經(jīng)公開了一些用于測量表面形態(tài)的技術(shù)。但是，根據(jù)本發(fā)明多種實施方案可知，所述的已知技術(shù)并不能很好的應用于實際的生產(chǎn)過程。例如，光學比較器的缺陷在于，因為并不是所有的表面形態(tài)都是相同的，所以一個具有豐富經(jīng)驗的觀測員必須對比較器工具與被觀測表面間存在的任何差異進行解釋，不論是實際存在的還是通過觀測得到的。這些觀測結(jié)果對于觀測員而言可能是非常主觀的，并且通過所述的觀測結(jié)果無法收集到分析數(shù)據(jù)。在另一個實例中，使用探針或者觸筆的手持式壓力計的缺陷在于，一些測量必須針對表面上不同的點，并且取其平均從而提供出準確的讀數(shù)。如果不能精確地使用壓力計，這種技術(shù)也容易產(chǎn)生誤差。在又一個實例中，泡沫膠帶的一個缺陷在于，針對需要足夠數(shù)量的表面測量而言，這種技術(shù)是昂貴的并且是費時的。[0030]因此，正如本發(fā)明所描述的，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠預測到，上述這些公知技術(shù)并沒有充分的利用表面二維測量與統(tǒng)計模型之間可預測的相關(guān)性，所述統(tǒng)計模型的產(chǎn)生是基于相對少量材料的控制樣品。例如，根據(jù)本申請一個實施方案所述，一種表面形態(tài)的非接觸式測量可通過表面光學觀測實現(xiàn)。這種觀測，例如，可通過一種機器視覺系統(tǒng)實現(xiàn)。表面處理技術(shù)是根據(jù)材料的公知特性，得到工件表面粗糙度以及在表面上觀測到的波峰數(shù)量之間的相關(guān)性。此外，由于波峰-波峰之間的平均距離可用于描述表面形態(tài)，因而所得的相關(guān)性也可將波峰總數(shù)與波峰-波峰之間的平均距離相關(guān)性聯(lián)，并且因此得出平均表面粗超度(例如根據(jù)ANSI標準進行量化)。其進一步可預測出本發(fā)明所公開的方法以及裝置的實施方案為了快速處理能夠進行自動化，并且可被用于人工干預相對少量的實際生產(chǎn)過程中。
[0031]附圖1描述了根據(jù)本發(fā)明其中一個實施方案的表面形態(tài)測量系統(tǒng)100的框圖。系統(tǒng)100包括傳感探頭110、控制器112、以及一個或者多個用戶界面系統(tǒng)114。在操作過程中，傳感探頭110放置于工件116 (例如金屬片)附近，所述工件116可相對于傳感探頭110移動(例如，在傳送帶上)。傳感探頭110包括一中或者多種下述部分:照相機120、一個或者多個燈122或者其它照明裝置、傾斜儀124、以及接近傳感器126 (例如，感應式接近傳感器、雙透射LED測距傳感器、激光測距傳感器、或者其它被配置用于測量金屬表面存在以及/或者不存在的設備)。根據(jù)接近傳感器126以及工件210之間的距離，可以使用不同的測距技術(shù)。例如，感應式接近傳感器適用于二者之間的距離大約為I英寸的情況，以及雙透射LED或者激光測距傳感器適用于二者之間的距離大約為3英寸的情況。在一些實施方案中，照相機120以及/或者燈122并入到具有單獨的可編程控制器的常規(guī)機器視覺系統(tǒng)中，也可以被本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解。
[0032]傳感探頭110的每一個部分可物理地連接到框架128或者其它支撐結(jié)構(gòu)上，從而使照相機120、燈122、測斜儀124、以及/或者接近傳感器126總是保持與其他任一部分基本固定的空間位置關(guān)系以及方向。應當理解的是，傳感探頭110的每個元件可包括連接部件，所述連接部件可允許調(diào)整各自的位置，其例如是在設置程序或者校準程序中。傳感探頭110通過一個或者多個通訊接口 118連接到控制器112上，提供用于，除了別的之外的，控制以及監(jiān)控數(shù)據(jù)(例如，照相機控制、圖像采集、光照控制、傳感器監(jiān)控等)的交換。其它接口(未顯示)也可包含到系統(tǒng)100中用于為傳感探頭110的各個元件提供電源。
[0033]照相機120能夠被配置用于觀測以及鑒別工件116的特征，其中包括工件表面變形以及不規(guī)則部分，并且可被配置用于將與工件相關(guān)性的數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇刂破?12。例如，照相機120可被配置用于獲取工件表面210部分圖像(例如，每個具有大約0.04平方英寸面積的部分)。當傳感探頭110以及/或者工件116相對于其他部件進行移動時，照相機可獲取表面210不同部分的圖像。因此，至少根據(jù)一個實施方案，當工件116正在進行表面處理時，系統(tǒng)100可用于實時地測量表面210。在一個實施方案中，照相機120被配置用于在至少大約11微米或者大約0.5立方厘米分辨率中對表面變化進行觀測。
[0034]根據(jù)上文所描述的內(nèi)容可知，至少在一個實施方案中，系統(tǒng)100包括一種非接觸表面測量系統(tǒng)。測斜儀124以及接近傳感器126應用于系統(tǒng)100中來鑒別傳感探頭110相對于工件116的方向，而不需要與工件進行物理性地接觸。測斜儀124向控制器112提供數(shù)據(jù)，所述的控制器與傳感探頭110相對于重力的角度相關(guān)性。所述的數(shù)據(jù)用于，在其它部分之間，確定傳感探頭110是否正確地與工件116進行校準(例如，平行于表面)。接近傳感器126向控制器提供與傳感探頭110以及工件116表面之間的距離相關(guān)性的數(shù)據(jù)。所述數(shù)據(jù)同樣用于校準的目的。
[0035]用戶界面系統(tǒng)114與控制器112連接。用于界面系統(tǒng)114可包括多種類型的裝置以及/或者系統(tǒng)，這些裝置以及/系統(tǒng)被配置用于將信息傳輸?shù)娇刂破?20中，以及將信息從控制器120傳輸出來，同時使一種或者多種系統(tǒng)100的用于與控制器實現(xiàn)控制、監(jiān)控、以及其他方式的互動?？墒褂玫挠脩艚缑娴膶嵤├ㄒ环N人-機界面(HMI)(例如一種圖像化的人-機界面(HMI) JnFuji HM1-V815X, Fuji Electric Corporation of America,Fremont, Calif.售賣)，一種web月艮務器132以及web瀏覽器134,以及/或者一種電子郵箱(電子郵件)服務器136以及電子郵件客戶端138.在一種實施方案中，HMI執(zhí)行軟件實現(xiàn)了安全通信(例如，TELLUS 以及 V-Server 軟件，同樣為 Fuji Electric Corporation ofAmerica銷售)。在一個實施方案中，數(shù)據(jù)記錄器140可被連接到控制器112上，用于捕獲和存儲系統(tǒng)100產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，例如與表面形態(tài)測量相關(guān)的數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)可在之后被用戶進行檢索，用于進一步分析或者報告的目的。
[0036]根據(jù)一個實施方案可知，在系統(tǒng)100正常操作期間，工件116經(jīng)歷的一種表面處理形式，例如噴砂，這一處理過程在觀測以及測量之前進行。所述處理對工件116的表面進行處理，并且使得該表面形成一種形態(tài)，所述形態(tài)能夠顯示出一組波峰以及波谷。當在橫截面觀測時，波峰通常所指出的在表面上的點為，比假想平面較高的點，其中假想平面基本上平行于表面。假想平面可以，例如，被放置在最高點以及最低點之間的平均高度的表面上，或者在其它的高度上。同樣地，波谷通常所指出的在表面上的點為比假想平面較低的點。因此，如果觀測者在一種基本上與假象表面角度垂直的方向上(例如，從上方進行觀測)對工件116表面進行觀測時，波峰將比波谷更接近觀測者。同樣地，最高的波峰將比最低的波谷更接近觀測者。
[0037]根據(jù)一個實施方案可知，系統(tǒng)100能夠用于觀測并測量工件116的表面，例如，從而確定表面形態(tài)是否是在所期望的規(guī)格、控制范圍、或者通過波峰和/或波谷表面鑒別的公差內(nèi)。系統(tǒng)100可進一步被配置用于鑒別表面變化以及不規(guī)則性，其中表面變化以及不規(guī)則性是由在表面處理期間發(fā)生的其他情況所導致的，這些其他情況例如是振動、溫度、輪轉(zhuǎn)速、以及壓力。根據(jù)本發(fā)明現(xiàn)在所描述的可知，波峰以及波谷，其是可通過照相機120 (或者通過一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)被配置用于對由照相機所產(chǎn)生的圖像進行分析)進行鑒別的，可被用于描述工件116表面的特性，例如粗糙度。粗超度能夠通過由一種完全平坦的形式得到的表面偏差進行定量。大偏差可于高粗糙度相對應。
[0038]根據(jù)一個實施方案可知，當經(jīng)過處理后，例如噴砂，可以理解特定材料(例如，鋼或者鐵)的表面形態(tài)將具備可預測的特性。也就是說，在通過表面處理過程(也被稱作工作過度的表面)斷裂、撕破、或者損壞之前，材料的性質(zhì)使得表面僅可能是被操作或者形變至一定的程度。因此，在任何相鄰的波峰以及波谷(或者相鄰的波峰、或者相鄰的波谷)之間的最大斜率，是在表面高度相對于沿著假想平面距離變化時的比率，所述最大斜率能夠用置信水平進行計算，從而得到對于給定的平均粗糙度或者Ra而言，足以用來確定任意相鄰的波峰以及波谷之間的平均期望距離的最大斜率。綜上所述，接受觀測的任意給定面積的表面內(nèi)，具有針對一種相對應的平均粗糙度的可預測的波峰數(shù)量。由于，在表面形態(tài)(例如，粗糙度)、波峰之間的平均距離以及在觀測部分表面上的波峰數(shù)量之間，具有一種可預測的關(guān)聯(lián)，工件表面116的表面形態(tài)能夠通過對表面波峰數(shù)量的計數(shù)進行確定，其中表面波峰數(shù)量是在一定的二維觀測面積視圖中發(fā)現(xiàn)的。例如，如果觀測面積包括大量的波峰，能夠得出該表面具備相對粗糙(或者高)的形態(tài)(以及一種相對短的波峰與波峰的距離)，而如果波峰數(shù)量相對低，能夠得出該表面具有相對平坦(或者低)的形態(tài)(以及一種相對長的波峰與波峰的距離)。
[0039]附圖2A是一種部分示例性工件表面210的二維俯視圖，例如通過附圖1的照相機120觀測到的。被觀測區(qū)域X乘以Y的區(qū)域，雖然通常面積將是正方形，但是本發(fā)明并不需要如此。例如，觀測面積可為大約0.04平方英寸(即，0.2英寸乘以0.2英寸)。針對照明以及照相機或者放大鏡的應用，例如上文中針對附圖1的系統(tǒng)10中所描述的，例如，通過一種機器視覺系統(tǒng)，或者通過操作人員，能夠觀測到在工件表面210上的變形以及不規(guī)則性。工件表面210的圖像上顯示的是在或者高于臨界高度h上的一種或者多種表面波峰，其中每一個在212出處顯示。附圖2B先生是了沿著切割線B-B’的工件表面210的橫截面，顯示出沿著橫截面的相應波峰212。附圖2C顯示了另一種沿著切割線C-C’的工件表面210的橫截面，顯示出沿著橫截面的相應波峰212。根據(jù)使用已知的圖像處理技術(shù)的波峰相對于表面上其他點的高度，每一個波峰212可以通過觀測進行鑒別。換言之，臨界高度h可以設定為在或者高于鑒別的和計數(shù)的每個波峰之上，和低于沒有觀測到或計數(shù)的波峰之下。
[0040]根據(jù)一個實施方案可知，雖然其它的因素可被用于確定臨界高度也是應當可以理解的，但是臨界高度能夠被確立為是在最低點之上的表面平均高度。例如，一些波峰可以是針對恰當?shù)乇硎霰砻嫘螒B(tài)而言是不夠高的，并且因此這些波峰不應該被計數(shù)或者應當被忽略。在實施例中，附圖2A的工件表面210，有七個波峰，每一個都在212位置上鑒別的，其是在臨界高度上或者高于臨界高度。
[0041]附圖3是根據(jù)一個實施方案的一種表面測量過程300的流程圖。附圖1所述的系統(tǒng)100能夠在至少兩種模式中進行操作:示教模式310以及運行模式312，分別在附圖4以及附圖5中對其中每一個模式進行進一步的詳細描述。首先，一旦傳感探頭110被安裝并且配置，系統(tǒng)100進入到示教模式310。在示教模式310期間，或者在示教模式310之前，在通過系統(tǒng)100測量之前在限定的條件下，對工件116進行處理，例如通過噴砂或者噴丸進行處理。所述的限定條件可包括單獨、定期觀測(例如，通過操作員)來確保所述過程是連續(xù)控制的；如果該過程失控，南無示教模式310可能需要被重新啟動。在示教模式310期間，不論是自動地或者是通過手動的，對處理的表面進行觀測，作為配置過程的一部分，“示教”系統(tǒng)100對隨后用于實時測量工件116的測量參數(shù)進行變換。一旦系統(tǒng)100完成了示教模式310，系統(tǒng)100則進入運行模式312中。
[0042]根據(jù)一個實施方案可知，附圖4顯示的是，當在示教模式310中操作期間，針對上述附圖3所描述的表面測量過程300的流程圖。在框圖320中，對工件116表面的樣品進行觀測。所述樣品應該具有基本相同的面積作為，或者充分地表示，每個后續(xù)的樣本。照相機120得到了樣品的圖像，并且將其發(fā)送到控制器112中從而進行分析。應當理解的是，在一些實施方案中，照相機120能夠是機器視覺系統(tǒng)的一個不封，所述機器視覺系統(tǒng)可以包括一種用于分析圖像的單獨的控制器；在一些其它的實施方案中，圖像處理能夠通過控制器12來實施，或者通過一種相類似的處理裝置來實施。
[0043]在框圖322中，控制器112對在樣品上的每個波峰進行識別以及計數(shù)?？驁D320以及322可對任意不同樣品n ( S卩，一個或者多個樣品)的數(shù)量進行重復操作，如在框圖324所指出的那樣。例如，一百個(100)樣品可在示教模式310過程中被分析。在示教模式310中，樣品數(shù)量應當實施直至得到所期望的結(jié)果，其中期望的結(jié)果可與通過統(tǒng)計分析來進行確定。
[0044]在框圖326中，對標準偏差以及在每個樣品中計數(shù)的平均波峰數(shù)量進行計算。在框圖328中，根據(jù)標準偏差、平均數(shù)量或者他們二者，對一種或者多種控制范圍進行計算。例如，根據(jù)標準偏差、平均數(shù)量或者他們二者，派生出一種統(tǒng)計模式，其中可對+ / -3-Σ偏差進行計算，這是本領(lǐng)域技術(shù)人員這應當能夠理解的?？刂品秶梢罁?jù)相應的+ / -3-Σ值。在另一個實施例中，統(tǒng)計過程控制是圍繞一個已知的變量(例如，與用于編碼)進行的，其包括所有與改變量相關(guān)性的已知過程變量。這使得過程控制范圍的數(shù)學模式(例如，在表面處理過程中使用的)可以被建立，對特定部分的處理的表面的固有變化進行計算。例如，一種很大的變化將導致控制點被廣泛擴散。所述數(shù)學模式也能夠使用于確定怎樣能夠并可重復的實施表面處理過程?？刂品秶鷮⒃?，上文所描述的，運行模式312中使用。
[0045]根據(jù)一個實施方案可知，附圖5顯示的是上文附圖3中所描述的表面測量過程300的流程圖。在框圖350中，對工件116表面的面積進行觀測。該面積具有基本相同的面積大小，作為或者表現(xiàn)為每一個在示教模式過程310中觀測的樣品。照相機120得到了樣品的圖像，并且將其發(fā)送到控制器112 (或者其它的處理器)中從而進行分析。在框圖352中，對圖像中的每一個表面波峰都進行鑒別以及計數(shù)。在框圖354中，最親愛觀測面積中計數(shù)的波峰數(shù)量與一個或者更多之前得出的控制范圍進行比較，例如，+ / -3-Σ能夠被用來定義一種公差范圍。在框圖356中，如果部分數(shù)量在控制范圍之外(例如，歐博峰數(shù)量在上限值之上或者在下限值之下)，那么工件116處于一種超出公差的條件下并且向操作員發(fā)出警報(框圖358)。否則，過程12可通過觀察工件116表面不同區(qū)域來繼續(xù)框圖350操作。過程312可無限期地繼續(xù)下去，或者繼續(xù)進行直到發(fā)生預設定的情況(例如，操作員的干預)。
[0046]可以理解的是，在框圖350中描述的向操作員發(fā)出的警報可以采取多種不同的方式。例如，可以通過一系列靠近表面處理設備固定的在指示燈向操作員發(fā)出警報，可以通過在ΗΜΙ130上的信息向操作員發(fā)出警報，可以通過在Web瀏覽器134上顯示的信息向操作員發(fā)出警報，以及/或者通過在電子郵件客戶端138上的電子郵件消息向操作員發(fā)出警報。在一個實施例中，如果對于單一表面觀測區(qū)域的波峰計數(shù)是在控制范圍之外，那么綠色的指示燈將變?yōu)辄S色。此外，一種聲音報警設備可發(fā)聲從而進一步吸引操作員的注意。其它的應急響應可自動地進行，例如，自動地使表面處理設備停止。一旦發(fā)出警報，操作員可以進行后續(xù)的操作從而確定工件116表面是否是在超出限制范圍的情況中，例如通過使用其他的技術(shù)進行手動測量，或者通過系統(tǒng)100重新校準。
[0047]附圖6顯示的是，根據(jù)一個實施方案，用于顯示通過附圖1的系統(tǒng)產(chǎn)生的處理數(shù)據(jù)的用戶界面。至少可以顯示三種類型的數(shù)據(jù)，例如，當運行附圖3-5中的過程300時，沿著時間線602實時更新的數(shù)據(jù)。可以顯示在用戶界面600上的一種類型的數(shù)據(jù)是波峰計數(shù)數(shù)據(jù)610，其中波峰計數(shù)數(shù)據(jù)610表示在每個表面觀測區(qū)域計數(shù)的波峰數(shù)量。同時，顯示出控制范圍上限612以及控制范圍下線614?？刂品秶舷?12以及下線614可以，例如，表示在示教模式過程310中產(chǎn)生的+ / -3-Σ范圍。[0048]可以顯示在用戶界面600上的另一種類型的數(shù)據(jù)是計算的平均粗糙度620，或者Ra，其中平均粗糙度620或者Ra是工件116表面形態(tài)的量化表現(xiàn)形式。同時顯示出顯示了控制范圍上限622以及控制范圍下線624。所述控制范圍上限622以及下線624，例如，可以表示在示教模式過程310中產(chǎn)生的+ / -3- Σ范圍。
[0049]可以顯示在用戶界面600上的另一種類型的數(shù)據(jù)是每平方英寸630上的波峰數(shù)量。同時顯示出顯示了控制范圍上限632以及控制范圍下線634。所述控制范圍上限632以及下線634，例如，可以表示在示教模式過程310中產(chǎn)生的+ / -3-Σ范圍。
[0050]附圖7A以及7B顯示的是傳感探頭的一個實施方案，例如附圖1中的傳感探頭110。附圖7A是側(cè)視圖，并且附圖7B是仰視圖。傳感探頭110包括用于支撐照相機120的框架128，燈122，測斜儀124，以及接近傳感器126。傳感探頭110可以被設置，從而使工件116基本上與傳感探頭的底部平行，使得照相機對準工件166的表面210，并且接近傳感器基本上與表面平行。測斜儀124可被用于確保傳感探頭110上述描述的方向與工件116的方向相對應。
[0051]根據(jù)本發(fā)明的各個方面以及功能，包括附圖6顯示的用戶界面600，可以作為專用的硬件或者軟件在一個或者多個專用或者通用計算機系統(tǒng)中進行實施。所述的計算機系統(tǒng)可包括一個處理器，所述的處理器執(zhí)行一系列的指令從而產(chǎn)生處理數(shù)據(jù)。處理器可以是市售的處理器,例如Intel Pentium處理器、Motorola PowerPC處理器、SGI MIPS處理器、SunUltraSPARC處理器、或者Hewlett-Packard PARISC處理器，也可以是任何零星的處理器或者控制器，如許多其他可用的處理器以及控制器。所述計算機系統(tǒng)可以包括專門編程的、專用硬件，例如，制作用于執(zhí)行本發(fā)明具體操作的一種專用集成電路(ASIC)。其他的技術(shù)方案可以使用通用計算設備執(zhí)行相同的功能。
[0052]計算機系統(tǒng)可以包括一種操作系統(tǒng)，該操作系統(tǒng)管理包括在計算機系統(tǒng)中的硬件元件的至少一個部分。通常，處理器或者控制器執(zhí)行一種操作系統(tǒng)，該操作系統(tǒng)可以是，例如，Microsoft Corporation 公司市售的 Windows NT 操作系統(tǒng)、Windows2000 (Windows ME)操作系統(tǒng)、Windows XP操作系統(tǒng)或者Windows Vista操作系統(tǒng)，Apple Computer公司市售的MAC OS系統(tǒng)X操作系統(tǒng)，多種基于Linux的操作系統(tǒng)版本的其中之一(例如，Red HatInc.市售的企業(yè)版Linux操作系統(tǒng)、Sun Microsystems市售的Solaris操作系統(tǒng),或者從不同來源得到的UNIX操作系統(tǒng))。也可以使用許多其他的操作系統(tǒng)，并且本發(fā)明中的技術(shù)方案并非旨在對任何具體的實現(xiàn)方式進行限定。
[0053]處理器以及操作系統(tǒng)一起定義一種計算機平臺，可對高級編程語言中的應用程序進行編寫。這些部分應用可以是可執(zhí)行的、中級的、例如，C-，字節(jié)碼或者解釋代碼，其用通信網(wǎng)絡(例如，英特網(wǎng))進行通信，使用通信協(xié)議(例如，TCP / IP)。類似的，符合本發(fā)明公開的方面可以通過使用面向?qū)ο髽藴收Z言來實現(xiàn)，例如，Net、Small Talk、Java、C++、Ada、或者C#(C-Sharp)。也可以使用其他的面向?qū)ο髽藴收Z言?；蛘?，可以使用功能性的、腳本、或者邏輯編程設計語言。
[0054]此外，本申請中的各個方面以及功能可以在非編程語言環(huán)境中實現(xiàn)，例如，當在瀏覽器程序窗口中觀測時，在HML、XML或者其他格式中創(chuàng)建的文本呈現(xiàn)圖形用戶界面方面或者執(zhí)行其他的功能。進一步，本申請的各種實施方案可以按編程或者非編程元件，或者其任意組合實現(xiàn)。例如，在數(shù)據(jù)一個網(wǎng)頁可以使用HTML來實現(xiàn)，在網(wǎng)頁中調(diào)用的數(shù)據(jù)對象可以在C++中編寫。因此，前文的描述以及附圖僅通過實施例的方式呈現(xiàn)。因此，本發(fā)明不局限于具體的程序設計語言，并且也可以使用任意適當?shù)某绦蛘Z言。因此，已經(jīng)描述了本申請的至少一個實施方案的若干方面，應當理解的是，應理解的是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將很容易想到不同的改變、修飾以及改進。這種改變、修飾以及改進旨在是本披露的一部分，并且旨在包括在本發(fā)明的精神以及范圍內(nèi)。因此，上文的描述以及附圖僅用于舉例。
【權(quán)利要求】
1.一種表面測量方法，包括: 對二維中多個第一不規(guī)則工件表面樣品進行觀測，多個樣品的每一個具有基本相同的尺寸； 根據(jù)上述樣品的觀測，確定在多個樣品的每一個上的表面波峰總數(shù)； 通過在多個樣品的每一個上的表面波峰總數(shù)的統(tǒng)計變量得出控制范圍，所述的控制范圍用于指出在第二不規(guī)則工件表面上的表面波峰總數(shù)超出公差的情況； 對二維中第二不規(guī)則工件表面的一部分進行觀測，該部分具有與多個樣品其中之一基本相同的尺寸； 根據(jù)第二不規(guī)則工件表面的一部分的觀測，確定在該部分上的表面波峰總數(shù)；以及將所述第二不規(guī)則工件表面的一部分上的表面波峰總數(shù)與控制范圍相比較，從而確定第二不規(guī)則工件表面是否處于超出公差的情況中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中對二維中多個第一不規(guī)則工件表面樣品進行觀測包括對二維中的多個第一不規(guī)則工件表面樣品進行光學觀測，并且其中對二維中第二不規(guī)則工件表面的一部分進行觀測包括對二維中第二不規(guī)則工件表面的一部分進行光學觀測。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進一步包括向操作員發(fā)出警報以響應第二不規(guī)則工件表面確定是在超出公差的情況中。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中向操作員發(fā)出警報包括下列至少其中之一:燈光警報指示器發(fā)光、聲音 報警設備發(fā)聲、以及在操作員終端的用戶界面上顯示一種警報消息。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進一步包括測量多個樣品的至少一個之上的表面波峰的平均高度，以及將多個樣品的每一個上的表面波峰總數(shù)與平均高度進行相關(guān)性，從而能夠根據(jù)在第二不規(guī)則工件表面的一部分上的表面波峰總數(shù)來確定第二不規(guī)則工件表面的表面形態(tài)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，進一步包括根據(jù)所述相關(guān)性確定第二不規(guī)則工件表面的表面形態(tài)，其中表面形態(tài)表現(xiàn)為第二不規(guī)則工件表面的平均粗糙度Ra。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述多個樣品包括至少100個第二不規(guī)則工件表面樣品。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中每個樣品的尺寸為大約0.04平方英寸。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中控制范圍是通過在多個樣品每一個上的表面波峰總數(shù)的+ / -3 Σ統(tǒng)計變量得到的。
10.一種表面測量裝置，包括: 傳感單元；以及 連接到傳感單元上的控制器，所述控制器配置用于: 使用傳感單元，觀測二維中多個第一不規(guī)則工件表面樣品，所述多個樣品的每一個具有基本相同的尺寸； 根據(jù)上述樣品的觀測，確定多個樣品的每一個上的表面波峰總數(shù)； 通過在多個樣品的每一個上的表面波峰總數(shù)的統(tǒng)計變量得出控制范圍，所述的控制范圍用于對在第二不規(guī)則工件表面上的表面波峰總數(shù)指出超出公差的情況； 使用傳感單元，觀測二維中第二不規(guī)則工件表面的一部分，所述部分具有與多個樣品的其中之一基本相同的尺寸；根據(jù)所述部分的觀測，確定所述部分上的表面波峰總數(shù)；以及 將上述部分上的表面波峰總數(shù)與控制范圍相比較，來確定第二不規(guī)則工件表面是否處于超出公差的情況中。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置，其中傳感單元包括一種照相機，所述照相機被配置用于拍攝部分第一不規(guī)則工件表面的圖像以及第二不規(guī)則工件表面的一部分的圖像。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的裝置，其中所述傳感單元包括一種測斜儀，所述測斜儀被配置用于確定照相機相對于部分不規(guī)則工件表面的角度。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的裝置，其中傳感單元包括一種接近傳感器，其被配置用于確定照相機與第一不規(guī)則工件表面以及第二不規(guī)則工件表面至少其中之一之間的距離。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的裝置，其中傳感單元包括一種照明裝置，其被配置用于對第一不規(guī)則工件表面以及第二不規(guī)則工件表面至少其中之一進行照明。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置，進一步包括一種與控制器連接的用戶界面，其被配置用于向操作員發(fā)出警報以響應控制器確定第二不規(guī)則工件表面處于超出公差的情況。
16.根據(jù)權(quán)利要求16所述的裝置，其中所述用戶界面包括一種燈光警報指示器以及一種聲音報警設備。
17.根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置，其中控制器進一步被配置用于對多個樣品中至少一個上的表面波峰的平均高度進行測量，并且將多個樣品中至少一個上的表面波峰總數(shù)與平均高度進行相關(guān)性，從而根據(jù)在第二不規(guī)則工件表面一部分上的表面波峰總數(shù)能夠確定出第二不規(guī)則工件表面的表面形態(tài)。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的裝置，其中控制器進一步被配置用于依據(jù)所述相關(guān)性確定第二不規(guī)則工件表面的表面形態(tài)，其中所述表面形態(tài)表現(xiàn)為第二不規(guī)則工件表面的平均粗糙度Ra。`
19.根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置，其中每一個第一不規(guī)則工件表面樣品的尺寸為大約0.04平方英寸。
20.根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置，其中傳感單元被配置用于第一不規(guī)則工件表面的至少一個表面波峰高度的測量。
【文檔編號】G01B7/34GK103620338SQ201280029744
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2012年6月22日 優(yōu)先權(quán)日:2011年6月29日
【發(fā)明者】R·比特澤, J·瓊斯 申請人:維爾貝萊特集團公司