用于通過(guò)機(jī)床測(cè)量工件的方法和設(shè)備的制造方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】用于通過(guò)機(jī)床測(cè)量工件的方法和設(shè)備
[0001]本發(fā)明涉及一種用于測(cè)量零件，具體而言用于掃描機(jī)床設(shè)備上的零件的方法和設(shè)備。
[0002]眾所周知，在制造零件期間和之后檢驗(yàn)零件，同時(shí)零件仍位于機(jī)床設(shè)備中。此種檢驗(yàn)包含使用，例如，在W02012/098355中描述的接觸式測(cè)量探針測(cè)量零件。機(jī)床設(shè)備的操作環(huán)境通常具有許多在機(jī)床內(nèi)機(jī)械加工零件期間使用或產(chǎn)生的冷卻劑、切肩和其它污染物。包含測(cè)量探針的測(cè)量探針存儲(chǔ)在機(jī)床內(nèi)，使得所述測(cè)量探針可以測(cè)量目標(biāo)。
[0003]眾所周知，為了測(cè)量工件，將測(cè)量探針安裝在機(jī)床主軸中以相對(duì)于工件移動(dòng)。實(shí)際上，尤其在機(jī)床的情況下，探針通常為接觸觸發(fā)式探針，例如，如在第4，153，998號(hào)美國(guó)專(zhuān)利(麥克默特里)中描述，該接觸觸發(fā)式探針在探針的觸針接觸工件表面時(shí)產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)，并且該探針用來(lái)通過(guò)探針與工件的每一接觸采用離散單點(diǎn)測(cè)量。此觸發(fā)信號(hào)被用于機(jī)床的數(shù)字控制器(NC)的所謂的“跳躍”輸入。作為響應(yīng)，目標(biāo)和工件的相對(duì)移動(dòng)停止并且控制器采用機(jī)器的位置(即，主軸和探針相對(duì)于機(jī)器的位置)的瞬時(shí)讀取。這從在用于機(jī)器的移動(dòng)的伺服控制環(huán)路中提供位置反饋信息的機(jī)器的測(cè)量裝置(例如，編碼器)中獲取。使用此種系統(tǒng)的缺點(diǎn)在于，測(cè)量過(guò)程相對(duì)緩慢，從而在需要大量測(cè)量點(diǎn)的情況下導(dǎo)致較長(zhǎng)的測(cè)量時(shí)間。
[0004]還已知模擬測(cè)量探針(通常還被稱(chēng)為掃描探針)。接觸式模擬/掃描探針通常包括用于接觸工件表面的觸針，以及在測(cè)量觸針相對(duì)于探針主體的偏轉(zhuǎn)的探針內(nèi)的換能器。在第4，084，323號(hào)美國(guó)專(zhuān)利(麥克默特里)中示出實(shí)例。在使用時(shí)，模擬探針相對(duì)于工件的表面移動(dòng)，使得觸針掃描表面并且獲取探針換能器的輸出端的連續(xù)讀數(shù)。將探針偏轉(zhuǎn)輸出和機(jī)器位置輸出組合允許獲得坐標(biāo)數(shù)據(jù)，由此允許在整個(gè)掃描中以大量點(diǎn)發(fā)現(xiàn)工件表面的位置。因此，與實(shí)際可能使用接觸觸發(fā)式探針相比，模擬探針允許獲取工件表面形式的更詳細(xì)測(cè)量。將理解，在此類(lèi)掃描操作期間，探針(例如，觸針，例如，觸針尖端)相對(duì)于工件的表面不斷地滑動(dòng)。
[0005]觸針通常包括意圖用于在測(cè)量期間接觸工件/加工品的觸針尖端。通常，觸針尖端是球形的且制造為高精度，并且經(jīng)校準(zhǔn)以確保受控直徑，這對(duì)于確保使用觸針獲得的測(cè)量值的準(zhǔn)確性可能是非常重要的。觸針尖端的形狀/尺寸變化，甚至微米級(jí)的較小變化可能會(huì)對(duì)獲得的測(cè)量值的準(zhǔn)確性具有顯著不利影響。
[0006]如在W02005/015121中提出，已發(fā)現(xiàn)通過(guò)接觸式探針的掃描可以產(chǎn)生可以影響探針/觸針/觸針尖端的計(jì)量性能的三個(gè)現(xiàn)象:
[0007]1.磨料磨損；
[0008]2.殘?jiān)a(chǎn)生和/或集合；
[0009]3.粘著磨損(還被稱(chēng)為粘著)。
[0010]在掃描操作期間，當(dāng)材料從觸針尖端移除時(shí)，磨料磨損引起掃描觸針尖端的形式改變。在檢驗(yàn)中，殘?jiān)a(chǎn)生和集合引起觸針尖端或零件的表面上的自由地或松散地粘著的顆粒。當(dāng)正進(jìn)行檢驗(yàn)的來(lái)自零件的材料粘附到觸針尖端時(shí)發(fā)生粘著磨損(粘著)。這與殘?jiān)a(chǎn)生/集合的不同之處在于，材料非常強(qiáng)烈地粘著(例如，其可以與觸針尖端的材料以化學(xué)方式粘合)并且累積集中于觸針的接觸面積的區(qū)域中。當(dāng)測(cè)量氧化層尚未完全形成于表面上的新機(jī)械加工的金屬(例如，鋁)時(shí)尤其如此。
[0011]所有三種類(lèi)型的磨損/粘著可以影響觸針尖端的形狀/大小，并且因此不利地影響測(cè)量操作的準(zhǔn)確性。已發(fā)現(xiàn)粘著磨損在沿著零件的表面掃描時(shí)是尤其嚴(yán)重的問(wèn)題并且可能將觸針的使用壽命減小至僅幾米。機(jī)床尤其如此，因?yàn)樵O(shè)計(jì)用于機(jī)床的探針可以具有更高的觸針彈簧力(例如，與坐標(biāo)測(cè)量機(jī)CMM相比以處理探針?biāo)┞兜南鄬?duì)較大振動(dòng)和力)并且還(如上所述)因?yàn)橥ǔＴ跈C(jī)械加工不久之后以及在有時(shí)間在表面上形成氧化層之前測(cè)量零件。
[0012]本發(fā)明提供一種使用測(cè)量探針來(lái)檢驗(yàn)機(jī)床上的加工品的改進(jìn)的方法，所述方法包括在測(cè)量期間在測(cè)量探針與加工品之間的接觸點(diǎn)處形成流體流。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種檢驗(yàn)機(jī)床上的加工品的方法，所述方法包括:沿著待檢驗(yàn)的加工品的表面掃描安裝在機(jī)床上的探針以獲得/收集測(cè)量數(shù)據(jù)；其特征在于，所述方法包括在所述掃描期間至少在探針與加工品之間的相互作用點(diǎn)處供應(yīng)流體流。
[0014]已發(fā)現(xiàn)供應(yīng)流體流將顯著增加探針/觸針/觸針尖端的使用壽命(在我們的實(shí)驗(yàn)中，已設(shè)法將探針/觸針/觸針尖端的使用壽命從1m (米)增加至20km (千米)，增加2000倍)。此種作用可以歸功于流體流的潤(rùn)滑作用。此外，我們發(fā)現(xiàn)這對(duì)測(cè)量準(zhǔn)確性不存在不利影響。實(shí)際上，由于顯著減少磨損和粘著(具體而言，粘著磨損)，可以提高掃描操作的準(zhǔn)確性。
[0015]將理解，至少一個(gè)流體流裝置可以提供流體流。流體流裝置可以包括用于傳遞已經(jīng)和/或天然地在機(jī)床的操作環(huán)境內(nèi)的流體流以便使流體流處于探針與加工品之間的相互作用點(diǎn)處的裝置。舉例來(lái)說(shuō)，流體流裝置可以包括用于移動(dòng)機(jī)床的操作環(huán)境內(nèi)的流體(例如，空氣等的氣體)的流體移位裝置，例如，風(fēng)扇。
[0016]流體流裝置可以包括至少一個(gè)出口，例如，流體通過(guò)其離開(kāi)流體流裝置以便使流體流處于探針與加工品之間的相互作用點(diǎn)處的出口。所述出口可以包括至少一個(gè)開(kāi)口、多孔部件、穿孔部件和/或流體可滲透膜，或類(lèi)似者，流體可以通過(guò)這些部件引入到機(jī)床的操作環(huán)境中。
[0017]流體流裝置可以包括至少一個(gè)出口，流體通過(guò)所述出口引入到機(jī)床的操作環(huán)境中以便使流體流處于探針與加工品之間的相互作用點(diǎn)處。
[0018]流體流裝置可以是定向的。具體而言，流體流裝置可以具有可以用于引導(dǎo)流體的至少一個(gè)噴嘴或類(lèi)似者。在所述掃描期間，可以通過(guò)至少一個(gè)流體流裝置朝向探針與加工品之間的相互作用點(diǎn)引導(dǎo)流體。流體可以被直接引導(dǎo)至探針與加工品之間的相互作用點(diǎn)處。流體可以通過(guò)至少一個(gè)流體流裝置被引導(dǎo)至探針與加工品之間的接觸點(diǎn)附近。任選地，在所述掃描期間，流體可以通過(guò)至少一個(gè)流體流裝置被引導(dǎo)至與探針與加工品之間的實(shí)際相互作用點(diǎn)分離但充分接近的點(diǎn)處，以便在所述掃描期間使流體流至少處于探針與加工品之間的相互作用點(diǎn)處。
[0019]流體流裝置可以包括用于存儲(chǔ)與本發(fā)明的方法一起使用的流體的至少一個(gè)流體儲(chǔ)槽。流體流裝置可以包括用于將流體從流體儲(chǔ)槽供應(yīng)到至少一個(gè)出口的至少一個(gè)泵。流體流裝置可以包括至少一個(gè)流體調(diào)節(jié)器，所述流體調(diào)節(jié)器在本發(fā)明的方法期間用于調(diào)節(jié)所使用的流體。流體調(diào)節(jié)器可以包括至少一個(gè)過(guò)濾器，所述過(guò)濾器經(jīng)配置以在本發(fā)明的方法期間從流體中清除污染物。流體調(diào)節(jié)器可以包括至少一個(gè)溫度調(diào)節(jié)器，用于在本發(fā)明的方法期間將流體的溫度控制在(例如)預(yù)定溫度的預(yù)定范圍內(nèi)。
[0020]探針可以包括流體流裝置的至少一部分。舉例來(lái)說(shuō)，探針可以包括至少一個(gè)出口，流體從所述出口引入操作環(huán)境以便在探針與加工品之間的相互作用點(diǎn)處形成流體流。例如，探針可以包括至少一個(gè)噴嘴，流體從所述噴嘴，例如朝向探針與加工品之間的接觸點(diǎn)附近噴射，例如直接在所述接觸點(diǎn)處噴射。任選地，探針可以包括至少一個(gè)穿孔或多孔組件，流體通過(guò)所述穿孔或多孔組件引入到機(jī)床的操作環(huán)境中以便使流體流處于探針與加工品之間的相互作用點(diǎn)處。舉例來(lái)說(shuō)，探針可以包括從探針主體延伸的觸針。觸針可以包括意圖用于在測(cè)量操作期間接觸加工品的尖端。觸針和/或觸針尖端可以是穿孔的和/或多孔的。因此，這可以有助于流體流出到機(jī)床的操作環(huán)境中以便使流體流處于探針與加工品之間的相互作用點(diǎn)處。因此，可能需要提供管道來(lái)將流體供應(yīng)到觸針和/或觸針尖端。這可以提供于探針本身內(nèi)，例如，提供于觸針中。探針可以包括用于存儲(chǔ)與本發(fā)明的方法一起使用的流體的至少一個(gè)流體儲(chǔ)槽。探針可以包括用于將流體傳送到流體流裝置的至少一個(gè)出口的至少一個(gè)管道。
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