BR112012021932B1

BR112012021932B1 - Método de correção de erro para aparelho de posicionamento de coordenadas

Info

Publication number: BR112012021932B1
Application number: BR112012021932-4A
Authority: BR
Inventors: Kevyn Barry Jonas; Geoffrey McFarland; Peter Russell Hammond; Anthony Brown
Original assignee: Renishaw Plc; Metrology Software Products Limited
Priority date: 2010-03-04
Filing date: 2011-03-04
Publication date: 2020-02-11
Also published as: JP6113507B2; US20120323345A1; CN102792126A; EP2542858A1; EP2542858B1; CN102792126B; GB201003599D0; BR112012021932A2; JP2013521489A; WO2011107746A1; US9541385B2

Abstract

método de correção de erro para aparelho de posicionamento de coordenadas. um método de correção de erro para aparelho de posiconamento de coordenadas é descrito. o método compreende (i) tomar um primeiro conjunto de dados compreendendo um ou mais dos primeiros valores de dados, cada primeiro valor de dados descrevendo uma posição na superfície do primeiro objeto, (ii) tomar um segundo conjunto de dados compreendendo um ou mais dos segundos valores de dados, cada segundo valor de dados descrevendo uma posição na superfície do primeiro objeto, e (iii) calcular um mapa de erro compreendendo um ou mais valores de erro, cada valor de erro descrevendo uma diferença posicional entre a superfície como descrita pelo primeiro conjunto de dados e a superfície como descrito pelo segundo conjunto de dados. a normal da superfície do primeiro objeto é conhecida em cada posição descrita por cada primeiro valor de dados e a etapa (iii) compreende calcular cada valor de erro pela determinação da diferença posicional substancialmente na direção da normal de superfície conhecida. uma operaçãode medição ou processamento no primeiro objeto, ou um objeto nominalmente idêntico ao primeiro objeto, no qual posições na superfície do mesmo são corrigidas usando o mapa de erro calculado na etapa (iii).

Description

“MÉTODO DE CORREÇÃO DE ERRO PARA APARELHO DE POSICIONAMENTO DE COORDENADAS” [001] A presente invenção diz respeito a um aparelho e a um método melhorados para corrigir erros associados com medições tiradas utilizando um aparelho de posicionamento de coordenadas, tal como máquinas de medição de coordenadas (CMMs) ou ferramentas de máquinas.

[002] Um aparelho de posicionamento de coordenadas, tal como as máquinas de medição de coordenada (CMMs) e/ou as ferramentas de máquina numericamente controlada, são bastante conhecidos e largamente utilizados em processos de inspeção industriais. Em particular, é conhecida a utilização do aparelho de posicionamento de coordenadas para medir a posição de múltiplos pontos na superfície de uma parte (por exemplo, uma peça de trabalho) para verificar se ela foi fabricada dentro de tolerâncias desejadas. Medições tomadas com qualquer aparelho de posicionamento de coordenadas sempre possuirão um determinado nível de incerteza e muitas técnicas de calibração diferentes foram desenvolvidas pelos últimos anos para melhorar a precisão com a qual as posições dos pontos na superfície de uma parte podem ser medidas.

[003] Um tipo de método de correção ou calibração que é conhecido para aparelhos de posicionamento de coordenadas compreende a geração de um mapa de erro que descreve a diferença entre dois conjuntos de medições do mesmo objeto. O documento US7079969, por exemplo, descreve a criação de um mapa de erro que descreve a diferença entre medições calibradas de um artefato e medições de tal artefato tomadas em alta velocidade usando aparelhos de posicionamento de coordenadas. Também é descrito em US5426861 como um mapa de erro pode ser estabelecido de forma a descrever a diferença entre medições tomadas usando uma CMM de referência posicionada em uma sala limpa e medições tomadas usando uma CMM de piso de loja. Uma vez criados, tais mapas de erro são usados para corrigir medições subsequentes. Documento US2005/0283989 também descreve um processo onde pontos ao longo do trajeto

Petição 870190127601, de 03/12/2019, pág. 8/77 / 30 na superfície de um objeto são medidos durante calibração e varreduras mestres são usadas para corrigir uma varredura de inspeção subsequente.

[004] Documento WO2006/024844 descreve um método para alinhar o sistema de coordenadas do projeto auxiliado por computador (CAD) com o sistema de coordenadas de uma ferramenta de máquina. Isto se baseia no ajuste iterativo do alinhamento do CAD e dos sistemas de coordenadas de ferramenta de máquina para minimizar as diferenças posicionais entre CAD e os pontos de dados medidos para a mesma parte. WO2006/024844, no entanto, não descreve produzir qualquer tipo de mapa de erro que seja usado para corrigir medições subsequentes.

[005] Apesar de os métodos de correção de mapa de erro conhecidos dos tipos descritos naqueles documentos US7079969 e US5426861 serem úteis em vários casos, foi verificado pelos presentes inventores que aquelas técnicas possuem um número de desvantagens. Em particular, geração de mapa de erro descrevendo a diferença entre pontos de dados contidos em dois conjuntos de dados provou ter grande incidência de erro devido a tais problemas associados com conjuntos de dados correspondentes.

[006] Documento US2008/0083127 descreve varrer o mesmo trajeto em torno de um objeto usando diferentes desvios de estilete. US2006/053646 descreve a diferença de mapeamento entre as medições tomadas com sondas de medição por contato e sem contato. US2009/0307915 descreve um método de calibração de uma sonda por varredura.

[007] De acordo com um primeiro aspecto da presente invenção, um método de correção de erro para um aparelho de posicionamento de coordenadas é provido de tal forma que compreenda as etapas de:

(i) tomar um primeiro conjunto de dados que compreende um ou mais primeiros valores de dados, cada primeiro valor de dados descrevendo uma posição na superfície de um primeiro objeto, o primeiro conjunto de dados sendo derivado de medições do primeiro objeto tomadas usando um primeiro aparelho

Petição 870190127601, de 03/12/2019, pág. 9/77 / 30 de posicionamento de coordenadas, (ii) tomar um segundo conjunto de dados que compreende um ou mais segundos valores de dados, cada segundo valor de dados descrevendo uma posição na superfície de tal primeiro objeto, o segundo conjunto de dados sendo derivado de medições do primeiro objeto tomadas usando um segundo aparelho de posicionamento de coordenadas que é diferente daquele primeiro aparelho de posicionamento de coordenadas, e (iii) calcular um mapa de erro compreendendo um ou mais valores de erro, cada valor de erro descrevendo uma diferença posicional entre a superfície como descrita pelo primeiro conjunto de dados e a superfície como descrita pelo segundo conjunto de dados, onde a normal da superfície do primeiro objeto é conhecida em cada posição descrita por cada primeiro valor de dados e a etapa (iii) compreende calcular cada valor de erro mediante determinação daquela diferença posicional substancialmente na direção da normal da superfície conhecida, o referido método sendo distinguido pelo fato de compreender a etapa adicional (iv) de realizar uma operação de processamento ou de medição no primeiro objeto, ou em um objeto nominalmente idêntico ao primeiro objeto, no qual posições em sua superfície são corrigidas com o uso do mapa de erro calculado na etapa (iii).

[008] A presente invenção então compreende um método de correção de erro para uso com o aparelho de posicionamento de coordenadas. Na etapa (i) do método, um primeiro conjunto de dados é tomado tal que compreenda um ou mais dos primeiros valores de dados ou, de preferência, uma pluralidade de primeiros valores de dados. Tomar o primeiro conjunto de dados pode incluir recuperar ou acessar primeiro conjunto de dados previamente determinado ou gerar um primeiro conjunto de dados (por exemplo, tomando medições do primeiro objeto). Como explicado em maior detalhe abaixo, os primeiros valores de dados do primeiro conjunto de dados podem ser

Petição 870190127601, de 03/12/2019, pág. 10/77 / 30 derivados a partir de medições do primeiro objeto (por exemplo, adquiridos usando um aparelho de posicionamento de coordenadas de referência) ou a partir de dados de projeto associados com o primeiro objeto.

[009] A etapa (ii) do método compreende tomar um segundo conjunto de dados que compreende um ou mais dos segundos valores de dados ou, mais preferivelmente uma pluralidade de segundos valores de dados. Tomar o segundo conjunto de dados pode compreender recuperar ou acessar um segundo conjunto de dados previamente determinado ou gerar um segundo conjunto de dados (por exemplo, tomando medições do primeiro objeto). Cada segundo conjunto de dados descreve uma posição (por exemplo, de um ponto, plano ou característica) na superfície de um primeiro objeto, mas os primeiro e segundo conjuntos de dados são preferivelmente gerados de diferentes maneiras; por exemplo, os primeiro e segundo conjuntos de dados podem ser derivados a partir de medições do primeiro objeto usando processos de medição diferentes e/ou aparelhos de medição diferentes.

[0010] Na etapa (iii) do método um mapa de erro é calculado de forma que descreve uma diferença posicional entre a superfície como descrita pelo primeiro conjunto de dados e a superfície descrito pelo segundo conjunto de dados. O mapa de erro gerado na etapa (iii) compreende uma ou mais valores de erro ou, mais preferivelmente, uma pluralidade de valores de erro. Como descrito em maior detalhe abaixo, a etapa (iii) pode compreender a diferença posicional entre os correspondentes primeiro e segundo valores de dados dos primeiro e segundo conjuntos de dados. Alternativamente, a etapa (iii) pode compreender achar a diferença posicional entre o primeiro valor de dados e o ponto no qual a normal de superfície associada com o primeiro valor de dados intersectam a superfície definida pelo segundo conjunto de dados.

[0011] Na etapa (iv) do método da presente invenção, o mapa de erro que foi calculado na etapa (iii) é usado para corrigir uma medição

Petição 870190127601, de 03/12/2019, pág. 11/77 / 30 subsequente do primeiro objeto (ou um objeto nominalmente idêntico do primeiro objeto) ou ajustar operações de processamento subsequente (por exemplo, usinagem) que são realizadas no primeiro objeto (ou um objeto nominalmente idêntico ao primeiro objeto). Em particular, pontos na superfície do primeiro objeto (ou um objeto nominalmente idêntico ao primeiro objeto) são corrigidos usando os valores de erro contidos no mapa de erro. Esta correção pode compreender atualizar pontos medidos para incluir os valores de erro ou instruções de usinagem de ajuste para levar em conta os valores de erro quando se define a superfície do objeto durante um processo de usinagem. Deve ser notado que a etapa de realizar operações de processamento em um objeto parcialmente feito ou em branco que tem por intenção formar um objeto nominalmente idêntico ao primeiro objeto.

[0012] De acordo com a presente invenção, a normal de superfície é conhecida em cada posição que é definida pelos um ou mais primeiros valores de dados. A normal de superfície pode ser conhecida a partir do conhecimento da geometria do primeiro objeto ou ela pode ser medida (por exemplo, se o primeiro objeto possui uma superfície de forma livre). A etapa (iii) do método compreende calcular cada valor de erro (por exemplo, a diferença na posição entre um primeiro valor de dados e um segundo valor de dados) substancialmente na direção de sua normal de superfície conhecida. Estes valores de erros são então usados para corrigir medições subsequentes do, ou de processos realizados no, primeiro objeto ou em um objeto nominalmente idêntico ao primeiro objeto.

[0013] Como destacado acima, é descrito em documentos tais como US5426861 e US7079969 como conjuntos de dados podem ser comparados para estabelecer um mapa de erro. No entanto, tais métodos da técnica anterior possuem a desvantagem de meramente estabelecer a magnitude da separação posicional de pontos correspondentes em diferentes conjuntos de dados. A presente invenção possui a vantagem de que, pelo estabelecimento

Petição 870190127601, de 03/12/2019, pág. 12/77 / 30 de uma diferença posicionai com as direções de normal de superfície conhecidas, os valores de erro que são gerados proveem uma descrição melhorada do erro ou da diferença posicional entre as superfícies descritas pelos primeiro e segundo conjuntos de dados. Isto foi descoberto para prover dados tendo precisão posicional aumentada quando o mapa de erro é usado para corrigir subsequentemente dados adquiridos.

[0014] Convenientemente, a etapa (iv) do método compreende as etapas de tomar um objeto adicional que é nominalmente idêntico ao primeiro objeto e usar um aparelho de posicionamento de coordenadas para medir o objeto adicional. Vantajosamente, o mapa de erro gerado na etapa (iii) do método pode então ser usado para corrigir as medições do objeto adicional. Em outras palavras, a presente invenção pode prover um método melhorado para reduzir erros na medição de uma série de objetos nominalmente idênticos usando um mapa de erro gerado usando um primeiro objeto naquela série.

[0015] Alternativamente, o mapa de erro gerado na etapa (iii) do método pode ser alimentado em uma etapa de processamento subsequente. Por exemplo, a etapa (iv) do método pode compreender a etapa de realizar uma operação de processamento para alterar a forma de superfície do primeiro objeto ou um objeto nominalmente idêntico ao primeiro objeto. O mapa de erro é preferivelmente usado para ajustar a forma da superfície produzida pela operação de processamento. A operação de processamento pode incluir qualquer operação que altere o primeiro objeto. A operação de processamento pode alternativamente compreender alterar outros objetos ou formar novos objetos (por exemplo, a partir de espaços em branco) que são nominalmente idênticos ao primeiro objeto. Vantajosamente, a operação de processamento inclui um processo de usinagem. O processo de usinagem pode compreender a remoção de material; por exemplo, moagem, viragem, trituração, formação (por exemplo, formação de vidro ou laser), ablação a laser ou usinagem de descarga elétrica. A operação de processamento pode

Petição 870190127601, de 03/12/2019, pág. 13/77 / 30 compreender a alteração do material do primeiro objeto ou objetos nominalmente idênticos ao primeiro objeto; por exemplo, fusão em superfície, etc. a operação de processamento pode compreender a deposição do material. Por exemplo, a operação de processamento pode compreender uma técnica de fabricação rápida ou de prototipagem rápida (por exemplo, impressão em 3D, sinterização a laser seletiva, estereolitografia e fabricação de objeto laminado) que adiciona o material ao primeiro objeto ou um objeto nominalmente idêntico ao primeiro objeto.

[0016] Vantajosamente, o método compreender a etapa de gerar os um ou mais primeiros valores de dados e/ou os um ou mais segundos valores de dados usando uma interpolação ou outro processo adequado que garanta que cada segundo valor de dados reside na normal de superfície conhecida de um primeiro valor de dados. Cada valor de erro calculado na etapa (iii) pode então compreender a diferença posicional entre um primeiro valor de dados e é associado ao segundo valor de dados com a normal de superfície conhecida. [0017] Ao invés de usar um processo de interpolação para gerar primeiro e segundo valores de dados apropriadamente alinhados, outras técnicas poderiam ser empregadas. Por exemplo, um método pode ser usado de forma que compreende projetar uma pluralidade de segundos valores de dados com a normal de superfície de um primeiro valor de dados e estabelecer qual projeção está mais perto daquele primeiro valor de dados. O método pode então compreender, para cada um de uma pluralidade de primeiros valores de dados, qualquer uma ou mais etapas de; definir um plano que inclui um primeiro valor de dados e é ortogonal a normal de superfície conhecida da mesma; projetar pelo menos parte dos segundos valores de dados com a normal de superfície conhecida do primeiro valor de dados e determinar a posição na qual as projeções do segundo valor de dados intersectam o plano definido; estabelecer qual das projeções de segundo valor de dados intersecta o plano definido em um ponto de interseção que está mais perto do primeiro

Petição 870190127601, de 03/12/2019, pág. 14/77 / 30 valor de dados selecionado; e calcular o valor de erro a partir da diferença posicionai entre o ponto de interseção mais perto e o segundo valor de dados associado a partir do qual ele foi projetado.

[0018] Qualquer aparelho de medição adequado pode ser usado para produzir os primeiro e/ou segundo conjuntos de dados. Preferivelmente, o método compreende a etapa de usar pelo menos um aparelho de posicionamento de coordenadas para medir o primeiro objeto. O pelo menos um aparelho de posicionamento de coordenadas pode compreender uma máquina de medição de coordenadas, um robô de inspeção, uma ferramenta de máquina, etc. Convenientemente, o aparelho de posicionamento de coordenadas compreende uma sonda de medição. A sonda de medição pode ser uma sonda de contato tendo uma agulha de contato de objeto ou uma sonda sem contato (por exemplo, indutiva, capacitiva, óptica, etc). A sonda de medição pode ser uma sonda de gatilho por toque que emite um sinal de gatilho quando movida em uma certa relação em relação a uma superfície ou uma sonda análoga (também chamada uma sonda de escaneamento) que mede a posição de um ponto na superfície de um objeto com relação ao corpo de sonda em um sistema de coordenadas local.

[0019] Vantajosamente, o pelo menos um aparelho de posicionamento de coordenadas é arranjado para medir (por exemplo, usando a sonda de medição) a posição de uma pluralidade de pontos na superfície do primeiro objeto. Preferivelmente, pelo menos um do primeiro conjunto de dados e do segundo conjunto de dados é derivado a partir de medições do primeiro objeto tomadas usando o pelo menos um aparelho de posicionamento de coordenadas. Como descrito abaixo, os primeiro e segundo conjuntos de dados podem ser derivados a partir de medições tomadas em diferentes aparelhos de posicionamento de coordenadas. Alternativamente, um dos primeiro e segundo conjuntos de dados pode ser derivado a partir de medições tomadas do primeiro objeto no aparelho de posicionamento de coordenadas

Petição 870190127601, de 03/12/2019, pág. 15/77 / 30 enquanto o outro conjunto de dados é derivado a partir de dados de projeto (por exemplo, dados de CAD) descrevendo o primeiro objeto.

[0020] Convenientemente, o método compreende a etapa de usar um primeiro aparelho de posicionamento de coordenadas compreendendo uma sonda de medição para medir a posição de uma pluralidade de pontos na superfície do primeiro objeto. O primeiro conjunto de dados pode então ser vantajosamente derivado a partir de medições do primeiro objeto tomadas usando o primeiro aparelho de posicionamento de coordenadas. Os primeiros valores de dados do primeiro conjunto de dados compreendem os dados posicionais brutos pelo primeiro aparelho de posicionamento de coordenadas. Vantajosamente, o método compreende a etapa de processar os dados posicionais brutos pelo primeiro aparelho de posicionamento de coordenadas para prover os primeiros valores de dados. Tal etapa de processamento pode compreender ajustar os dados posicionais brutos a uma certa forma ou função, filtrando (por exemplo, suavizando) os dados, tirando a média dos dados e/ou interpolando os dados.

[0021] É preferido que o primeiro aparelho de posicionamento de coordenadas seja calibrado. A calibração pode ser por padrão de referência ou rastreável; o primeiro aparelho de posicionamento de coordenadas pode então ser considerado como um aparelho de medição de referência. Vantajosamente, o primeiro aparelho de posicionamento de coordenadas é uma máquina de medição de coordenadas (CMM) que é dedicada a medição; a CMM pode então ser localizada em um ambiente limpo de temperatura controlada longe da linha de produção. Em uma modalidade preferida o primeiro aparelho de posicionamento de coordenadas compreende uma CMM serial; por exemplo, uma CMM de pórtico ou tipo ponte na qual movimentação de um eixo oco segurando a sonda de medição é construída a partir de múltiplos (por exemplo, três) eixos de movimento linear.

[0022] Como destacado acima, o método da presente invenção

Petição 870190127601, de 03/12/2019, pág. 16/77 / 30 compreende estabelecer uma diferença posicionai substancialmente com a direção normal de superfície na posição definida por cada primeiro valor de dados. A normal de superfície conhecida do primeiro objeto na posição definida por cada primeiro valor de dados pode ser inerente a partir da geometria do primeiro objeto, definida usando dados de projeto descrevendo o primeiro objeto, ou pode ser determinado (por exemplo, calculado/medido) na posição de cada primeiro ponto de dados.

[0023] Vantajosamente, o método compreende a etapa de calcular a normal de superfície do primeiro objeto em cada posição descrita por cada primeiro valor de dados usando os pontos medidos na superfície do primeiro objeto pelo primeiro aparelho de posicionamento de coordenadas. Em outras palavras, medições do primeiro objeto tomadas usando o aparelho de posicionamento de coordenadas podem ser usadas para estabelecer a direção normal de superfície em cada posição descrita por um primeiro valor de dados. Os dados da normal de superfície podem, por exemplo, ser derivados antes, durante ou depois de um processo de filtragem que é usado para gerar os primeiros valores de dados a partir de dados de medição brutos. Em cada exemplo, os um ou mais primeiros valores de dados podem ser derivados a partir das mesmas medições que são usadas para estabelecer a normal de superfície. Alternativamente, uma etapa separada pode ser realizada para analisar os primeiros valores de dados para determinar as direções da normal de superfície. Tais métodos são preferidos quando o primeiro objeto possui uma assim chamada superfície de forma livre.

[0024] Convenientemente, o primeiro objeto possui uma forma geométrica conhecida; por exemplo, o primeiro objeto pode ser de uma forma geométrica padrão ou a forma geométrica pode ser conhecida a partir de dados de projeto relacionados ao primeiro objeto. O primeiro objeto pode também compreender uma ou mais características de referência de superfícies. O método pode então compreender a etapa de usar o primeiro

Petição 870190127601, de 03/12/2019, pág. 17/77 / 30 aparelho de posicionamento de coordenadas para realizar uma operação de referência para estabelecer a orientação do primeiro objeto tal que a normal de superfície do primeiro objeto é conhecida em cada posição descrita por cada primeiro valor de dados. Tal etapa de referência efetivamente permite um sistema de coordenadas parcial ou local de ser estabelecido e desta forma prover a informação da normal de superfície necessária a partir da informação de forma geométrica conhecida. Tal etapa de referência pode ser realizada usando dados a partir do primeiro aparelho de posicionamento de coordenadas que é usado para derivar o primeiro conjunto de dados, ou a etapa de referência pode compreender uma série diferente de medições do primeiro objeto.

[0025] Como explicado acima, os primeiro e segundo conjuntos de dados podem ser derivados a partir de medições físicas do primeiro objeto. Alternativamente, pelo menos um do primeiro conjunto de dados e do segundo conjunto de dados pode ser convenientemente derivado a partir de dados de projeto do objeto. Os dados de projeto podem compreender dados de projeto auxiliados por computador (CAD) ou similares. Em outras palavras, dados de projeto que não foram derivados a partir de medições físicas do primeiro objeto podem ser usados para gerar os primeiro e/ou segundo conjuntos de dados. Tais dados de projeto podem também ou alternativamente ser usados para prover informação da normal de superfície.

[0026] Vantajosamente, o método compreende a etapa de usar um segundo aparelho de posicionamento de coordenadas para medir a posição de uma pluralidade de pontos na superfície do primeiro objeto. Preferivelmente, o segundo aparelho de posicionamento de coordenadas é usado para medir substancialmente a mesma parte do primeiro objeto que o primeiro aparelho de posicionamento de coordenadas. Os primeiro e segundo aparelhos de posicionamento de coordenadas podem medir pontos na mesma ou diferentes densidades e/ou distribuições. O segundo aparelho de posicionamento de

Petição 870190127601, de 03/12/2019, pág. 18/77 / 30 coordenadas pode ser de tipo similar ou diferente do primeiro aparelho de posicionamento de coordenadas descrito acima. Preferivelmente, o segundo aparelho de posicionamento de coordenadas compreende uma sonda de medição como descrita acima. Vantajosamente, o segundo conjunto de dados é derivado a partir de medições do primeiro objeto tomadas usando o segundo aparelho de posicionamento de coordenadas.

[0027] Os segundos valores de dados do segundo conjunto de dados compreendem os dados posicionais brutos gerados pelo segundo aparelho de posicionamento de coordenadas. Vantajosamente, o método compreende a etapa de processar os dados posicionais brutos gerados pelo segundo aparelho de posicionamento de coordenadas para prover os segundos valores de dados. Tal etapa de processamento compreende ajustar os dados posicionais brutos e/ou interpolar os dados. Uma etapa de processamento similar pode ser realizada para gerar o segundo conjunto de dados que foi usado para gerar o primeiro conjunto de dados.

[0028] O segundo aparelho de posicionamento de coordenadas convenientemente compreende um aparelho de posicionamento de coordenadas paralelas. O aparelho de posicionamento de coordenadas paralelas pode compreender uma plataforma de base conectada a uma plataforma móvel por uma pluralidade de pernas ou escoras extensíveis. Extensão das escoras juntas (isto é, em paralelo) produz a movimentação necessária da plataforma móvel (por exemplo, nas direções x, y, e z). Isto deveria ser contrastado com o aparelho de posicionamento de coordenadas seriais do tipo descrito acima no qual movimentações lineares ao longo de múltiplos (por exemplo, três) eixos lineares mutuamente ortogonais são alcançados pela montagem de deslizadores lineares em série.

[0029] Vantajosamente, a etapa (ii) compreende usar um processo de interpolação para calcular o um ou mais segundos valores de dados a partir da posição de uma pluralidade de pontos de superfície do primeiro objeto

Petição 870190127601, de 03/12/2019, pág. 19/77 / 30 medido pelo segundo aparelho de posicionamento de coordenadas. Preferivelmente, cada segundo valor de dados calculado na etapa (ii) é arranjado para repousar na normal de superfície de um primeiro valor de dados. Em outras palavras, dados coletados pelo segundo aparelho de posicionamento de coordenadas que descreve o perfil de superfície do primeiro objeto é interpolado para prover os segundos valores de dados que repousam na superfície do primeiro objeto e também intersectar a normal de superfície associada com os primeiros valores de dados.

[0030] Uma vez calculados, o mapa de erro da etapa (iii) pode ser usado para corrigir medições tomadas em objetos que são nominalmente idênticos ao primeiro objeto. Em particular, os valores de erro do mapa de erro podem, como apropriado, ser adicionados a ou subtraídos a partir de medições adquiridas para prover medições corrigidas. Vantajosamente, o método compreende a etapa adicional de usar o segundo aparelho de posicionamento de coordenadas para medir pelo menos um objeto adicional que é nominalmente idêntico ao primeiro objeto, em que as medições do pelo menos um primeiro objeto usando o segundo aparelho de posicionamento de coordenadas são corrigidas usando o mapa de erro calculado na etapa (iii). A correção baseada em mapa de erro pode ser aplicada após uma etapa de processamento apropriada ser aplicada aos dados de medição brutos que são coletados a partir do objeto adicional. Tal etapa de processamento pode compreender ajustar os dados posicionais brutos em uma certa forma ou função, filtrando (por exemplo, suavizando) os dados, calculado a média dos dados e/ou interpolando os dados (por exemplo, para prover pontos de dados que repousam nos dados da normal de superfície do mapa de erro).

[0031] Apesar da derivação de um mapa de erro único ser descrita acima, o método também pode compreender calcular uma pluralidade de mapas de erro entre três ou mais conjuntos de dados diferentes. Isto pode permitir, por exemplo, um primeiro mapa de erro a ser gerado para

Petição 870190127601, de 03/12/2019, pág. 20/77 / 30 mapeamento entre dados de projeto e dados a partir de uma CMM calibrada (de referência) e segundo mapa de erro a ser gerados para mapeamento entre a CMM calibrada (de referência) e um aparelho de posicionamento de coordenadas adicional. O método pode então compreender tomar um terceiro conjunto de dados compreendendo um ou mais terceiros valores de dados, cada terceiro valor de dados descrevendo uma posição na superfície do primeiro objeto. Vantajosamente, a etapa pode então ser realizada para calcular um segundo mapa de erro compreendendo um ou mais valores de erro, cada valor de erro descrevendo uma diferença posicional entre um segundo valor de dados e um terceiro valor de dados. Preferivelmente, dita diferença posicional é determinada substancialmente na direção da normal de superfície conhecida associada com o primeiro valor de dados.

[0032] Um programa de computador pode também ser provido para implementar o método descrito acima. Um carreador de programa de computador, tal como um disco óptico (por exemplo, um CD ou DVD) ou um dispositivo de memória flash, pode ser armazenado no programa de computador. Um computador programado para implementar o método também pode ser provido. Um aparelho de posicionamento de coordenadas compreendendo um controlador de computador também pode ser provido, em que o controlador de computador é programado para realizar um método de acordo com o primeiro aspecto da invenção.

[0033] Um método de correção de erro para o aparelho de posicionamento de coordenadas também é descrito aqui de forma que compreende as etapas de; (a) tomar um mapa de erro calculado para um primeiro objeto usando um método descrito aqui, em que um do primeiro conjunto de dados e do segundo conjunto de dados usado quando se calcula o mapa de erro são derivados a partir de medições tomadas usando um aparelho de posicionamento de coordenadas, (b) tomar um objeto adicional que é nominalmente idêntico ao primeiro objeto e usar o aparelho de

Petição 870190127601, de 03/12/2019, pág. 21/77 / 30 posicionamento de coordenadas para medir o objeto adicional, e (c) usar o mapa de erro da etapa (a) para corrigir as medições do objeto adicional tomada na etapa (b).

[0034] Um aparelho de posicionamento de coordenadas é descrito aqui de forma que compreende um controlador de computador, em que o controlador de computador armazena um mapa de erro calculado para um primeiro objeto usando um método como descrito aqui, em que um do um do primeiro conjunto de dados e do segundo conjunto de dados usado quando para calcular o mapa de erro são derivados a partir de medições tomadas usando um aparelho de posicionamento de coordenadas.

[0035] Também destacado aqui está um método de correção de erro para o aparelho de posicionamento de coordenadas que compreende as etapas de; (i) tomar um primeiro conjunto de dados compreendendo um ou mais primeiros valores de dados, cada primeiro valor de dados descreve uma posição na superfície de um primeiro objeto, (ii) tomar um segundo conjunto de dados compreendendo um ou mais segundos valores de dados, cada segundo valor de dados descreve uma posição na superfície do primeiro objeto, e (iii) calcular um mapa de erro compreendendo um ou mais valores de erro, cada valor de erro descrevendo uma diferença posicional entre a superfície como descrita pelo primeiro conjunto de dados e a superfície como descrita pelo segundo conjunto de dados, em que a normal de superfície do primeiro objeto é conhecida em cada posição descrita por cada primeiro valor de erro e a etapa (iii) compreende calcular cada valor de erro pela determinação da diferença posicional substancialmente na direção da normal de superfície conhecida. Qualquer uma das etapas descritas acima pode ser usada em tal método.

[0036] A invenção será descrita agora, por meio de exemplo apenas, com referência aos desenhos que acompanham, nos quais:

a Figura 1 ilustra o aparelho de posicionamento de coordenadas

Petição 870190127601, de 03/12/2019, pág. 22/77 / 30 paralelas, a Figura 2 mostra o mecanismo de posicionamento paralelo do aparelho da Figura 1 em maior detalhe, a Figura 3 exibe a máquina de medição de coordenadas seriais, a Figura 4 ilustra um objeto compreendendo um furo e uma superfície de referência, as Figuras 5 a a 5c mostram as etapas envolvidas quando se faz a medição do objeto da Figura 4 utilizando o aparelho de posicionamento de coordenadas, a Figura 6 ilustra a geração de um mapa de erro de acordo com a presente invenção para medições tomadas no furo mostrado na Figura 4, a Figura 7 mostra um objeto tendo uma superfície de forma livre, as Figuras 8a a 8c ilustram as etapas envolvidas quando se mede o objeto da Figura 7 utilizando o aparelho de posicionamento de coordenadas seriais da Figura 3, as Figuras 9a e 9b ilustram as etapas envolvidas quando se mede o objeto da Figura 7 utilizando o aparelho de posicionamento de coordenadas paralelas das Figuras 1 e 2, a Figura 10 ilustra a geração de um mapa de erro de acordo com a presente invenção para medições tomadas no objeto mostrado na Figura 7, a Figura 11 mostra a correção de dados adquiridos subsequentes usando o mapa de erro da Figura 10, e a Figura 12 ilustra o principio de um processo de correção de dois estágios da presente invenção.

[0037] Se referindo àquela Figura 1, um aparelho de posicionamento de coordenadas paralelas é mostrado. O aparelho compreende um leito 2 fixado a uma plataforma de base ou superior 4 por uma pluralidade de escoras de suporte 6. As escoras de suporte 6 são suficientemente rígidas para garantir

Petição 870190127601, de 03/12/2019, pág. 23/77 / 30 que a plataforma de base 4 seja segura em uma posição fixada com relação ao leito 2. A plataforma de base 4 também é anexada a uma plataforma móvel 8 por um mecanismo de posicionamento paralelo restrito 10. Para fins de clareza, detalhes com relação ao mecanismo de posicionamento paralelo 10 são omitidos da Figura 1 e o mecanismo é mostrado em detalhe na Figura 2. A plataforma de base 4, a plataforma móvel 8 e o mecanismo de posicionamento paralelo 10 assim formam uma máquina de posicionamento paralelo restrito que controla o movimento translacional da plataforma móvel 8 ao longo de três eixos (X, Y, Z). [0038] A plataforma móvel 8 carreia uma sonda de medição 18 tendo uma agulha defletora 20. Uma parte 24 a ser medida pela sonda de medição 18 também é mostrada localizada no leito 2 do aparelho. Um controlador de computador 22 é provido para controlar operações do aparelho, em particular para controlar movimento da plataforma móvel 8 e para receber dados de medição a partir da sonda de medição 18.

[0039] Sonda de medição 18 pode ser uma sonda SP25 como vendida pela RENISHAW PLC, Wotton-under-edge, Gloucestershire, Reino Unido. A sonda de medição SP25 é uma assim chamada sonda de escaneamento ou sonda análoga que emite medições de deflexão de ponta de agulha em seu sistema de coordenada local. A sonda 18 é movida (isto é, pelo movimento da plataforma móvel 8) de forma que a ponta da agulha traça um caminho na superfície da parte 24. O controlador 22 recebe a deflexão de ponta de agulha a partir da sonda de medição 18 e dados do aparelho de posicionamento de coordenadas paralelas se referindo a posição da sonda de medição. Estes são combinados para permitir que aquelas posições de múltiplos pontos na superfície da parte sejam encontradas no sistema de coordenadas de máquina (isto é, com relação a um ponto fixado ou a origem da máquina).

[0040] Apesar de o presente exemplo mostrar uma sonda de medição análoga, também seria possível tomar medições usando uma assim chamada de sonda de gatilho por toque que emite sinal quando a agulha é defletida. Se tal

Petição 870190127601, de 03/12/2019, pág. 24/77 / 30 sonda de gatilho por toque foi usada, a agulha seria acionada em contato com uma pluralidade de pontos de medição diferente na superfície da parte. Dados se referindo a posição da sonda de medição quando o sinal de gatilho é emitido pode então ser usada para estabelecer a posição dos pontos de contato da superfície. Também deve ser notado que apesar da sonda de medição 18 ser uma sonda de contato, por outro lado também seria possível usar uma sonda de medição sem contato (por exemplo, óptica, indutiva, capacitiva, etc). [0041] Se referindo àquela Figura 2, o mecanismo de posicionamento paralelo usado no aparelho da Figura 1 será agora descrito em maior detalhe, note que a ilustração do mecanismo de posicionamento paralelo restrito dado na Figura 2 é invertida (isto é, de cabeça para baixo) se comparada da Figura 1. [0042] O mecanismo de posicionamento paralelo restrito compreende uma plataforma de base 4 que é montada em uma plataforma móvel ou estágio 8 por uma pluralidade de escoras. Em particular, a plataforma de base 4 e a plataforma móvel 8 são ligadas por três escoras telescópicas energizadas 40, as extremidades das quais são conectadas as respectivas plataformas pelas articulações pivô. Cada escora telescópica energizadas 40 possui um motor 42 para aumentar ou diminuir seu comprimento e um codificador de posição (restrito dentro do alojamento do motor e, portanto, não visível na Figura 2) para medir seu comprimento. Três dispositivos antirrotacionais 44 também são providos para restringir os três graus de rotação entre a plataforma de base 4 e a plataforma móvel 8; deve ser notado que os dispositivos antirrotacionais são passivos e não compreendem um motor ou qualquer outro tipo de atuador. A extensão das escoras telescópicas energizadas 40 da máquina então provê apenas movimento translacional (não rotacional) entre a plataforma de base 4 e as plataformas móveis 8. Em outras palavras, a plataforma móvel 8 pode ser transladada no espaço com relação a plataforma de base 4 fixada e tal translação pode ser descrita em termos do movimento ao longo dos eixos X, Y e Z. O controlador 22 como mostrado na Figura 1 então ativa os vários

Petição 870190127601, de 03/12/2019, pág. 25/77 / 30 motores que estendem e retraem as escoras telescópicas energizadas 40 para mover a sonda de medição 18 e também receber retorno dos codificadores de posição se referindo a extensão de escora a partir da qual as posições da plataforma móvel e ainda da sonda de medição podem ser determinadas.

[0043] Se referindo àquela Figura 3, uma máquina de medição de coordenadas seriais 102 é mostrada. Como descrita em maior detalhe abaixo, a CMM 102 pode ser usada como uma máquina de medição de referência. A CMM 102 compreende uma base ou mesa 104 na qual um objeto (por exemplo, uma parte tal como a parte 24 descrita abaixo) pode ser posicionada e um pórtico 106 que é móvel com as direções x e y com respeito a base 104. O pórtico 106 inclui um eixo oco 108 que é móvel com a direção z com relação ao pórtico 106. Codificadores de posição são providos em cada eixo da CMM 102 para medir a posição do eixo oco nas direções x, y e z. Pode ser observado que três (x, y, z) eixos do movimento da CMM são construídos de uma maneira serial.

[0044] O eixo oco 108 carreia uma cabeça de sonda de indexação 110, tal como uma cabeça de sonda motorizada Renishaw PH10. A cabeça de sonda de indexação 110 compreende uma porção de anexação de base que é anexada ao eixo oco 108 e uma porção de anexação de sonda que carrega uma sonda de escaneamento 112 dotada de uma agulha defletora 114. A sonda de escaneamento 112, a qual pode compreender uma sonda RENISHAW SP25, inclui transdutores internos que medem qualquer deflexão da agulha 114 para longe de uma assim chamada posição de descanso ou neutra. Qualquer deflexão da agulha 114 é assim medida pela sonda de escaneamento 112 em seu sistema de coordenadas (a, b, c) local (de sonda). Para fins de melhorar a capacidade de escanear objetos complexos, a cabeça de sonda de indexação 110 permite que a sonda de escaneamento 112 seja girada, com relação ao eixo oco, em torno dos eixos ortogonais A1 e A2 e travados em qualquer uma das múltiplas posições indexadas. No caso de uma cabeça de sonda Renishaw PH10, a

Petição 870190127601, de 03/12/2019, pág. 26/77 / 30 sonda pode ser indexada em qualquer uma das outras 720 posições indexadas diferentes. Um controlador 116 controla a operação da CMM.

[0045] Se referindo à Figura 4, uma parte simples 140 a ser medida é mostrada. A parte 140 compreende um furo cilíndrico 142 e um par de superfícies de referência 144a e 144b. A parte 140 assim possui um furo cilíndrico 142 tendo um raio nominal em uma certa profundidade de furo. As superfícies de referência 144a e 144b proveem uma posição de referência ou de origem para quaisquer medições do furo 142.

[0046] Se referindo às Figuras 5a a 5c, o primeiro estágio na coleção de dados e processos de análise para medir parte 140 descrita com referência à Figura 4 é ilustrado.

[0047] A Figura 5a mostra os resultados de uma primeira etapa (de medição) na qual parte 140 é posicionada em um aparelho de posicionamento de coordenadas seriais do tipo descrito com referência à Figura 3. O aparelho de posicionamento de coordenadas seriais pode ser precisamente calibrado com uso de técnicas conhecidas e pode ser localizado em um ambiente controlado (por exemplo, limpo e de temperatura estável). A CMM serial é usada para coletar múltiplos dados ou pontos de medição 152 na superfície interna do furo cilíndrico 142. A forma nominal da superfície também é mostrada na Figura 5a pela linha pontilhada 150. A incerteza de posição associada com cada ponto de medição 152 também é mostrada na Figura 5a pelas barras de erro.

[0048] Deve ser notado que cada um dos pontos de medição coletados 152 deve tipicamente compreender uma posição descrita no sistema de coordenadas (x, y, z) da CMM paralela. Para facilidade de entendimento, as ilustrações da Figura 5a mostram apenas duas dimensões (isto é, os pontos de medição ilustrados repousam em um plano único). De ainda ser notado que, para clareza, apenas uma seção do furo é ilustrada na Figura 5a e que os pontos de medição tomados nas superfícies de referência são omitidos.

Petição 870190127601, de 03/12/2019, pág. 27/77 / 30 [0049] Se referindo, a seguir, à Figura 5b, uma etapa de suavização ou filtragem é realizada nos pontos de dados de medição 152. Por exemplo, um filtro recursivo é aplicado aos pontos de medição 152 para prover os pontos de dados filtrados 162 mostrados na Figura 5b que repousa na curva filtrada 156. Os pontos de dados filtrados 162 estão localizados em posições arbitrarias em torno da circunferência do furo cilíndrico e a densidade e a distribuição dos pontos 162 depende da configuração do aparelho de posicionamento de coordenadas. Deve ser notado que o processo de filtragem aplicado aos dados mostrados na Figura 5a é relativamente fraco e na pratica um efeito de filtragem mais forte mais provavelmente deve ser implementado. [0050] Se referindo à Figura 5c, é mostrado como os pontos de dados filtrados 162 podem ser interpolados para gerar pontos de dados interpolados 176 em posições angulares predefinidas na superfície interna do furo em relação as superfícies de referência 144a e 144b. Por exemplo, uma posição angular zero 172 pode ser definida pela interseção da normal de superfície da superfície de referência 144a com o eixo central 174 do furo. Os pontos de dados interpolados 176 podem então ser calculados em certas posições angulares definidas 171 com relação a posição zero 172.

[0051] Num segundo estágio do processo, a parte 140 é removida do aparelho de posicionamento de coordenadas seriais e localizado no aparelho de posicionamento de coordenadas paralelas como descrito com referência as Figuras 1 e 2. Aquele aparelho de posicionamento de coordenadas paralelas pode ser completamente descalibrado ou pode ser calibrado a uma precisão relativamente baixa (por exemplo, uma precisão abaixo da qual é aceitável para fins de medição). O processo descrito acima é então repetido usando o aparelho de posicionamento de coordenadas paralelas ao invés do aparelho de posicionamento de coordenadas seriais. Em particular, o referido aparelho de posicionamento de coordenadas paralelas é usado para coletar dados de medição na superfície interna do furo e da superfície de referência. Estes dados são

Petição 870190127601, de 03/12/2019, pág. 28/77 / 30 então filtrados da maneira descrita acima. Uma etapa de interpolação é então realizada na qual pontos de medição de superfície são gerados nas mesmas orientações angulares (isto é, definidos com relação a superfície de referência) que foram usados no processo de interpolação do aparelho de posicionamento de coordenadas seriais.

[0052] Apesar do processo de interpolação ser descrito para ambos os conjuntos de dados (isto é, CPA seriais e CPA paralelas) deve ser notado que também seria possível interpolar apenas um conjunto de dados para alinhar o mesmo com outro conjunto. Também deve ser lembrado que, como descrito em maior detalhe acima, alternativas a tais processos de interpolação também são possíveis.

[0053] Se referindo àquela Figura 6, um terceiro estágio no processo é mostrado no qual dados coletados usando o aparelho de posicionamento de coordenadas seriais é comparado aos coletados usando o aparelho de posicionamento de coordenadas paralelas. Em particular, a Figura 6 mostra pontos de dados interpolados 176 adquiridos usando o aparelho de posicionamento de coordenadas seriais e a linha de ajuste de dados filtrados 156 associada. Em adição, a Figura 6 mostra pontos de dados interpolados 182 adquiridos usando o aparelho de posicionamento de coordenadas paralelas junto com a linha de ajuste de dados filtrados 184 associada. As posições angulares definidas 171 também são mostradas.

[0054] A Figura 6 então mostra pares correspondentes de pontos de dados interpolados que descrevem a posição de um ponto nas superfícies de furo como medidas usando os aparelhos de posicionamento de coordenadas paralelas e serial. Em particular, pares de pontos 176 e 182 são mostrados de forma a se referir a mesma posição angular na superfície interna do furo como medido usando os aparelhos de posicionamento de coordenadas seriais e paralelas, respectivamente. Valores de erro ou diferença Δ1 - Δ3 entre os pares de pontos 184 e 186 podem então ser estabelecidos. Tais valores de erro

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Δ então descrevem a diferença posicionai com a normal de superfície local da superfície de furo para uma pluralidade de posições angulares. Um valor de erro é assim derivado para cada par correspondente de pontos interpolados 176 e 182 e tais valores de erro são armazenados, junto com a informação angular associada, como um mapa de erro.

[0055] Conforme explicado acima, o aparelho de posicionamento de coordenadas seriais é completamente calibrado e pode ser considerado como uma boa aproximação para prover medições de posição de referência ou reais. Os valores de erro do mapa de erro então proveem as incertezas posicionais que estão presentes quando se usa aparelho de posicionamento de coordenadas paralelas para medir a parte 140. Se o mesmo aparelho de posicionamento de coordenadas paralelas é usado para medir outra parte que é normalmente idêntica a parte 140, a filtragem acima descrita e o processo de interpolação podem ser realizados nos dados de medição coletados para obter pontos de dados de medição em posições (definidas com relação a superfície de referência) que correspondem a aqueles dos valores de erro do mapa de erro. Os valores de erros contidos no mapa de erro podem então ser aplicados a cada um dos pontos de dados interpolados e desta forma corrigir tais pontos de dados para levar em conta imprecisões do aparelho de posicionamento de coordenadas paralelas. Em outras palavras, cada valor de erro pode ser usado para deslocar um ponto de dados interpolados com a normal de superfície e desta forma remover ou reduzir os erros em tais medições que surgem a partir de imprecisões no aparelho de posicionamento de coordenadas paralelas.

[0056] No exemplo acima, a geometria da parte 140 é usada para permitir que valores de erro sejam definidos com a normal de superfície local. Em outras palavras, conhecimento da geometria da parte provê a informação de normal de superfície que é usada na geração e uso dos valores de erro contidos no mapa de erro. Por exemplo, quando se mede, uma informação de normal de superfície de furo pode ser obtida a partir do ajuste (por exemplo,

Petição 870190127601, de 03/12/2019, pág. 30/77 / 30 um eixo central do furo pode ser encontrado a partir dos pontos medidos na superfície interna do furo e desta forma prover a informação da normal de superfície necessária). Uma variante do método pode, no entanto, também ser aplicada as assim chamadas superfícies de forma livre não tendo propriedades geométricas padrão.

[0057] Se referindo àquela Figura 7, uma parte 200 é mostrada tendo uma superfície de forma livre 202. Será agora descrito com referência àquelas Figuras 8 a 12 como tal superfície 202 pode ser medida.

[0058] Se referindo àquelas Figuras 8a a 8c, um primeiro estágio do processo é ilustrado no qual a superfície 202 da parte 200 é medido usando um aparelho de posicionamento de coordenadas seriais (de referência).

[0059] Como mostrado na Figura 8a, uma etapa de medição inicial compreende o aparelho de posicionamento de coordenadas seriais para medir a posição de uma pluralidade de pontos 212 na superfície 202 da parte 200. A incerteza associada com cada ponto de medição 212 é mostrada pelas barras de erro. O perfil nominal 210 da superfície 202 também é mostrado.

[0060] Se referindo àquela Figura 8b, uma etapa de filtragem é então realizada. Esta etapa de filtragem usa um filtro recursivo para suavizar os pontos de medição 212 para produzir uma série de pontos de dados filtrados 218 que repousam em uma curva ou superfície filtrada 216. Ao invés de um filtro recursivo, outras técnicas de filtragem adequadas podem ser usadas (por exemplo, um filtro de suavização, um filtro médio de rolagem, etc).

[0061] Se referindo àquela Figura 8c, os vetores da normal de superfície 220 associados com cada ponto filtrado 218 são estabelecidos. Os vetores da normal de superfície 220 podem ser encontrados antes, durante ou depois do processo de filtragem. Por exemplo, os vetores da normal de superfície podem ser conhecidos a partir do plano de inspeção original. Preferivelmente, os vetores da normal de superfície são encontrados durante o processo de filtragem. Os dados da normal de superfície podem ser calculados de várias

Petição 870190127601, de 03/12/2019, pág. 31/77 / 30 maneiras alternativas. Os vetores da normal de superfície 220 podem, por exemplo, ser estabelecidos a partir da normal de uma linha unindo dois pontos filtrados adjacentes. Alternativamente, como mostrado na inserção da Figura 8c, uma linha 222 pode ser definida usando dois pontos filtrados 218 localizados em ambos os lados de um ponto filtrado alvo 218'. O vetor da normal de superfície 220' para o ponto filtrado alvo 218' pode então ser definido como o vetor que é ortogonal a linha 222 e intersecta o ponto filtrado alvo 218'. As posições dos pontos filtrados alvo 218 e a informação descrevendo os vetores da normal de superfície 220 são armazenados.

[0062] Se referindo àquelas Figuras 9a e 9b, um segundo estágio do processo é ilustrado no qual a superfície 202 do objeto 200 é medido usando um aparelho de posicionamento de coordenadas paralelas. Neste exemplo, o aparelho de posicionamento de coordenadas paralelas é o aparelho a ter o erro corrigido e assim possui incertezas relativamente grandes associadas com medições adquiridas. Deve-se observar que, no entanto, as incertezas não são aleatórias e que as medições adquiridas possuem um alto nível de repetição.

[0063] A Figura 9a ilustra as medições tomadas usando o aparelho de posicionamento de coordenadas paralelas. Em particular, a Figura 9a mostra a posição medida de uma pluralidade de pontos 232 na superfície 202 da parte 200. Aquele perfil de superfície nominal 210 da parte também é mostrado. As incertezas associadas com tais pontos medidos 232 são mostrados pelas barras de erro associadas. Como pode ser observado em comparação à Figura 8a, os pontos de dados 232 tomados com aparelho de posicionamento de coordenadas paralelas são tomados em diferentes locais e em diferentes densidades do que os pontos medidos usando o aparelho de posicionamento de coordenadas seriais.

[0064] A Figura 9b mostra uma série de pontos filtrados 238 que são derivados a partir dos pontos medidos 232 por um processo de filtragem. O mesmo, ou um diferente, processo de filtragem pode ser aplicado a medições das máquinas de posicionamento de coordenadas seriais ou paralelas. As séries

Petição 870190127601, de 03/12/2019, pág. 32/77 / 30 de pontos de dados filtrados 238 repousam na curva ou superfície filtrada 236. [0065] Se referindo agora àquela Figura 10, os resultados das medições da superfície 202 tomados usando ambos os aparelhos de posicionamento de coordenadas seriais ou paralelas são mostrados. Em particular, os pontos de medição filtrados 218 e os vetores da normal de superfície 220 medidos com uso daquele aparelho de posicionamento de coordenadas seriais são mostrados junto com os pontos de medição filtrados 238 adquiridos usando o aparelho de posicionamento de coordenadas paralelas. Um processo de ajuste adequado (por exemplo, soma dos quadrados mínimos) pode ser realizado para alinhar os dados do respectivo aparelho de posicionamento de coordenadas da maneira mostrada.

[0066] Um processo de interpolação é, então, realizado nos pontos de medição filtrados 238 para gerar pontos de medição interpolados 240 que ficam localizados nos vetores da normal de superfície 220 associados com os pontos de medição filtrados 218. O processo de interpolação pode incluir, por exemplo, a interpolação linear, interpolação polinomial (por exemplo, interpolação cúbica) ou interpolação de rolagem. O número de pontos utilizados na interpolação irá ajustar a precisão dos pontos de medição interpolados. Como ilustrado em mais detalhe na inserção da Figura 10, valores de correção de erro Δ juntamente com vetores da normal de superfície 220 são usados para descrever as diferenças posicionais em medições tomadas usando os aparelhos de posicionamento de coordenadas seriais e paralelas. Os vários valores de correção de erro Δ e os vetores da normal de superfície associados são armazenados como um mapa de erro.

[0067] Se referindo àquela Figura 11, uso do mapa de erro mencionado acima irá agora ser descrito quando se utiliza o aparelho de posicionamento de coordenadas paralelas para medir a superfície de um objeto adicional que é nominalmente idêntico a superfície 202.

[0068] Primeiramente, o aparelho de posicionamento de coordenadas

Petição 870190127601, de 03/12/2019, pág. 33/77 / 30 cinemáticas paralelas é arranjado para medir múltiplos pontos na superfície do objeto. Tais pontos medidos são então filtrados para prover uma série de pontos de dados filtrados 250 que repousam na curva filtrada 252. Um processo de interpolação (por exemplo, do tipo descrito acima) é então realizado para gerar pontos medidos interpolados 254 na curva 252 e, também intersectar os vetores da normal de superfície 220 do mapa de erro gerado previamente descrito com referência à Figura 10.

[0069] Os valores de correção de erro do mapa de erro são aplicados aos pontos interpolados 254 para gerar pontos de medição corrigidos 256. Em outras palavras, posição de cada um dos pontos interpolados 254 é deslocada com o vetor da normal de superfície 220 pelo valor de erro associado Δ. Desta maneira, incertezas posicionais associadas com o aparelho de posicionamento de coordenadas paralelas são reduzidas e a precisão das medições se aproxima daquela do aparelho de posicionamento de coordenadas seriais.

[0070] Os exemplos acima descrevem um processo de geração de mapa de erro no qual medições tomadas com o aparelho de posicionamento de coordenadas paralelas são comparadas com medições de um aparelho de posicionamento de coordenadas seriais (pré-calibrado) que é assumida para prover valores de medição reais. No entanto é importante notar que o método pode ser usado para gerar um mapa de erro entre quaisquer dois conjuntos de dados que descrevem uma superfície particular. Por exemplo, o mapa de erro pode ser gerado para conjuntos de dados adquiridos usando quaisquer dois aparelhos de posicionamento de coordenadas diferentes ou para configurações diferentes do mesmo aparelho de posicionamento de coordenadas. Ainda, um dos conjuntos de dados que descreve a superfície pode ser gerado a partir de dados de projeto ao invés de ser diretamente medido.

[0071] Informação da normal de superfície pode também ser definida de diferentes maneiras daquelas como descritas acima. Por exemplo, o método descrito acima com referência àquelas Figuras 7 a 11 usa o vetor da normal de

Petição 870190127601, de 03/12/2019, pág. 34/77 / 30 superfície 220 que é derivado de medições tomadas utilizando aquele aparelho de posicionamento de coordenadas seriais. Os dados da normal de superfície podem alternativamente ser definidos usando as medições filtradas tomadas usando aquele aparelho de posicionamento de coordenadas paralelas. Em uma alternativa adicional, os dados da normal de superfície podem ser definidos usando a informação de forma de superfície nominal derivada a partir de dados de projeto de uma maneira similar ao processo aplicada ao furo geométrico conhecido descrito com referência àquelas Figuras 4 a 6. Em tal exemplo, os dados de ambos os aparelhos de posicionamento de coordenadas seriais e paralelas podem ser interpolados para repousar no vetor da normal de superfície nominal dos dados de projeto.

[0072] Deve-se notar também que mais de um mapa de erro pode ser criado para corrigir medições. Este processo será agora descrito em mais detalhe. [0073] Se referindo àquela Figura 12, um processo de mapeamento de erro duplo é ilustrado. Em particular, Figura 12 mostra um perfil de superfície de projeto 300 para um objeto que é formado a partir de múltiplos pontos de dados criados usando um pacote de projeto de computador, perfil de superfície de referência 302 que foi medido usando um aparelho de posicionamento de coordenadas seriais (de referência) em uma parte feita ao projeto relevante e um perfil de superfície 304 da mesma parte como medida usando um aparelho de posicionamento de coordenadas paralelas. Cada um dos perfis de superfície 300, 302 e 304 compreende múltiplos pontos de dados; exemplos de tais pontos de dados são mostrados apenas na inserção da Figura 12.

[0074] O processo de correção descrito acima com referência àquelas Figuras 7 a 11 pode, então, ser utilizado para gerar um primeiro mapa de erro compreendendo vetores normais de superfície e os valores de correção com a normal de superfície que descreve as diferenças posicionais entre ditos pontos medidos utilizando o aparelho de posicionamento de coordenadas seriais; por exemplo, entre os pontos 308 e 310. Um segundo mapa de erro também pode

Petição 870190127601, de 03/12/2019, pág. 35/77 / 30 ser gerado, de uma maneira análoga, para mapear diferenças posicionais entre os pontos no perfil de superfície de referência 302 e o perfil de superfície de projeto 300; por exemplo, entre os pontos 306 e 308. O primeiro mapa de erro corrige, desta maneira, diferenças entre medições tomadas com as máquinas de posicionamento de coordenadas seriais e paralelas, enquanto o segundo mapa de erro leva em conta diferenças entre dados de projeto e as medições tomadas com a máquina de posicionamento de coordenadas seriais. Assim, as medições subsequentes de objetos tomadas empregando o aparelho de posicionamento de coordenadas paralelas pode ser mapeado de volta ao mencionado aparelho de posicionamento de coordenadas de referência usando o primeiro mapa de erro, e então de volta aos dados de projeto usando o referido segundo mapa de erro. Medições adquiridas usando dito aparelho de posicionamento de coordenadas paralelas podem, assim, ser mapeadas de volta aos dados de projeto.

[0075] Os métodos descritos acima com referência aos vários desenhos demonstram como um mapa de erro produzido para uma primeira parte pode ser usado para, por exemplo, corrigir medições de ou as partes (por exemplo, nominalmente idênticas). O mapa de erro pode, no entanto, também ser usado para corrigir processos subsequentes que formam ou de alguma forma alteram uma parte. Por exemplo, os vários erros contidos no mapa de erro podem ser usados para prover uma correção ponto a ponto para uma parte que deve ser fabricada a partir de uma peça em branco. Isto pode ser atingido, por exemplo, pela alteração de dados de CAD utilizando o mapa de erro, tal que instruções de usinagem atualizadas (por exemplo, códigos de comando de ferramenta de máquina) podem ser criados. Estas instruções atualizadas podem permitir, deste modo, várias correções de erro a ser incorporadas no processo de usinagem. Similarmente, o mapa de erro pode ser usado para definir onde a necessidade de um material extra a ser adicionado a uma parte. Por exemplo, dito mapa de erro pode ser usado num processo de reforma de lâmina de turbina para definir onde existe necessidade de material extra a ser adicionado à lâmina da turbina.

Petição 870190127601, de 03/12/2019, pág. 36/77 / 30 [0076] Deve novamente ser lembrado que os métodos descritos acima são meramente dois exemplos dimensionais da presente invenção onde técnicas são aplicáveis a formas tridimensionais na prática. Adicionalmente, as várias incertezas posicionais são muito exageradas nos vários desenhos, enquanto as densidades de pontos coletados são muito menores do que seriam tipicamente coletadas. O exemplo acima são assim meramente exemplos ilustrativos e não devem de maneira nenhuma ser observadas para limitar o escopo da presente invenção.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Método de correção de erro para aparelho de posicionamento de coordenadas, compreendendo as etapas de:

(i) tomar um primeiro conjunto de dados que compreende um ou mais primeiros valores de dados (176; 218), cada primeiro valor de dados (176; 218) descrevendo uma posição na superfície de um primeiro objeto (140; 200), dito primeiro conjunto de dados sendo derivado de medições do primeiro objeto tomadas usando um primeiro aparelho de posicionamento de coordenadas, (ii) tomar um segundo conjunto de dados que compreende um ou mais segundos valores de dados (182; 240), cada segundo valor de dados (182; 240) descrevendo uma posição na superfície de tal primeiro objeto (140; 200), dito segundo conjunto de dados sendo derivado de medições do primeiro objeto tomadas usando um segundo aparelho de posicionamento de coordenadas que é diferente do primeiro aparelho de posicionamento de coordenadas, e (iii) calcular um mapa de erro compreendendo um ou mais valores de erro (Δ), cada valor de erro (Δ) descrevendo uma diferença posicional entre a superfície como descrita por aquele primeiro conjunto de dados (176; 218) e a superfície como descrita por aquele segundo conjunto de dados (182; 240), em que a normal da superfície (171; 220) do primeiro objeto é conhecida em cada posição descrita por cada primeiro valor de dados (176), e a etapa (iii) compreende calcular cada valor de erro (Δ) mediante determinação da diferença posicional substancialmente na direção da normal da superfície (171; 220) conhecida, caracterizado pelo fato de que o referido método compreende a etapa adicional (iv) de realizar uma operação de processamento ou de medição no primeiro objeto (140; 200), ou em um objeto nominalmente idêntico àquele primeiro objeto, no qual posições na superfície do mesmo são corrigidas com o uso do mapa de erro calculado na etapa (iii).
2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo

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2 / 4 fato de que a mencionada etapa (iv) compreende as etapas de tomar um objeto adicional que é nominalmente idêntico ao primeiro objeto (140; 200); usar um aparelho de posicionamento de coordenadas para medir o objeto adicional; e, usar o mapa de erro para corrigir as medições (254) do objeto adicional.
3. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que aquela etapa (iv) compreende a etapa de realizar uma operação de processamento para alterar a forma da superfície do primeiro objeto (140; 200) ou de um objeto nominalmente idêntico ao primeiro objeto, em que o mapa de erro é utilizado para ajustar a forma da superfície produzida pela operação de processamento.
4. Método de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que a operação de processamento compreende adicionar material a, ou remover material a partir de, o primeiro objeto (140; 200) ou de um objeto que é nominalmente idêntico ao primeiro objeto.
5. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a

4, caracterizado pelo fato de compreender a etapa de gerar dito(s) um ou mais primeiros valores de dados (176; 218) e/ou dito(s) um ou mais segundos valores de dados (182; 240) usando um processo de interpolação que garanta que cada segundo valor de dados resida na normal da superfície (171; 220) conhecida de um primeiro valor de dados, em que cada valor de erro (Δ) calculado na etapa (iii) compreende a diferença posicional entre um primeiro valor de dados (176; 218) e seu associado segundo valor de dados (182; 240) com a normal da superfície conhecida.
6. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a

5, caracterizado pelo fato de que o dito primeiro aparelho de posicionamento de coordenadas compreende uma máquina de medição de coordenadas calibrada compreendendo uma sonda de medição e primeiro conjunto de dados é derivado de medições de uma pluralidade de pontos na superfície do primeiro objeto (140; 200) tomadas usando o primeiro aparelho de posicionamento de coordenadas.

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7. Método de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que compreende a etapa de calcular a normal da superfície do primeiro objeto (200) em cada posição descrita por cada primeiro valor de dados (218) usando os pontos medidos na superfície do primeiro objeto (200) pelo primeiro aparelho de posicionamento de coordenadas.
8. Método de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o primeiro objeto (140) possui uma forma geométrica conhecida e o método compreende a etapa de usar o primeiro aparelho de posicionamento de coordenadas para realizar operação de referência para estabelecer a orientação do primeiro objeto tal que a normal da superfície (171) do primeiro objeto (140) seja conhecida em cada posição descrita por cada primeiro valor de dados (176).
9. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que o dito segundo aparelho de posicionamento de coordenadas compreende uma sonda de medição (18; 112) e o segundo conjunto de dados é derivado de medições da posição de uma pluralidade de pontos na superfície do primeiro objeto tomadas usando o referido segundo aparelho de posicionamento de coordenadas.
10. Método de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o segundo aparelho de posicionamento de coordenadas compreende um aparelho de posicionamento de coordenadas paralelas.
11. Método de acordo com a reivindicação 9 ou reivindicação

10, caracterizado pelo fato de que a dita etapa (ii) compreende usar um processo de interpolação para calcular aquele(s) um ou mais segundos valores de dados (182; 240) a partir da posição de uma pluralidade de pontos na superfície do primeiro objeto quando medidos pelo segundo aparelho de posicionamento de coordenadas, em que cada segundo valor de dados calculado naquela etapa (ii) é arranjado para residir na normal da superfície de um primeiro valor de dados.
12. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a

11, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de:

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- tomar um terceiro conjunto de dados que compreende um ou mais terceiros valores de dados, cada dito terceiro valor de dados descrevendo uma posição na superfície do primeiro objeto; e

- calcular um segundo mapa de erro compreendendo um ou mais valores de erro, cada valor de erro descrevendo uma diferença posicional entre um segundo valor de dados e um terceiro valor de dados, diferença posicional essa sendo determinada substancialmente na direção da normal da superfície conhecida associada com o primeiro valor de dados.