CN103620338B

CN103620338B - 表面测量系统以及方法

Info

Publication number: CN103620338B
Application number: CN201280029744.5A
Authority: CN
Inventors: R·比特泽; J·琼斯
Original assignee: Wheelabrator Group Inc
Current assignee: Wheelabrator Group Inc
Priority date: 2011-06-29
Filing date: 2012-06-22
Publication date: 2017-02-15
Anticipated expiration: 2032-06-22
Also published as: RU2608326C2; CA2834401A1; RU2014102719A; US8620033B2; EP2726813B1; MY173286A; WO2013003222A1; CA2834401C; BR112013032808A2; EP2726813A4; EP2726813A1; CN103620338A; US20130002444A1; MX2013013352A

Abstract

表面测量方法包括在二维中对多个第一不规则工件表面样品进行观测，并根据上述样品的观测，确定多个样品的每一个上的表面波峰总数，以及通过在多个样品的每一个上的表面波峰总数的统计变量得出控制范围。针对第二不规则工件表面上的表面波峰总数，所述的控制范围指出了一种超出公差的情况。本方法进一步包括对二维中第二不规则工件表面的一部分进行观测，根据对第二不规则工件表面的一部分的观测，确定在所述部分上表面波峰总数，并且将所述第二不规则工件表面的一部分上的表面波峰总数与控制范围相比较，从而确定第二不规则工件表面是否是在超出公差的情况中。

Description

表面测量系统以及方法

发明背景

1.公开领域

本发明通常涉及磨料表面处理领域，并且更为具体的是涉及测量一种特别处理的表面形态的方法以及装置。

2.相关性领域讨论

磨料表面处理是一种针对材料、典型金属表面清洁或者护理的过程，来加强、处理材料、典型金属表面，用于接受一种涂层，所述涂层例如是油漆，或者用于其它的目的。在一中传统的技术中，在高压下对磨料介质进行表面喷砂。经处理的表面(即完全光滑或者“真正的”平面的三维变量)所得到的形态描述了表面的相对粗糙度，并且在应用于金属(例如钢)的多种涂料的性能中是一种公知的影响因素。现有的用于量化表面不规则的标准通过ANSI B46.1-2009：表面纹理、表面粗糙度、波纹度以及纹理方向(美国机械工程师协会，2010年8月20日，ISBN9780791832622)进行描述。

已经对几种已知的用于测量表面形态的技术进行了描述，例如，ASTMInternational Book of Standards，第06.02卷，油漆-产品以及应用(Paint-Productsand Applications)；防护涂层(Protective Coatings)；管道涂层(Pipeline Coatings)，D4417(方法A、B以及C)。在ASTM D4417方法A中，一种光学比较仪(例如模板)用于比较被测量的表面，通常使用放大镜。在ASTM D4417方法B中，将一种具有指针或者触笔的压力表放置在表面的不同位置上，从而测量表面波峰以及波谷之间的距离。在ASTM D4417方法C中，将一种具有可压缩泡沫层的胶带按压至表面的一部分上，来获取表面形态的印痕，之后用弹簧微计量剂进行测量。

这里所描述的已知的技术，例如是，美国专利申请号为2008/0240520，命名为“用于观测表面的方法以及系统”(“Method and System for examining a surface”)的专利；美国专利号为5,581,483，命名为“通过表面划线数据的相关性分析观测喷丸覆盖范围”(″Measurement of Shot Peening Coverage by Correlation Analysis of Surface LineData”)的专利；美国专利号为5,814,722，命名为“用于测量表面上波峰的系统”(″Systemfor Measurement of Peaks on Surfaces″)的专利；美国专利号为4,126,036，命名为“表面粗糙度分析仪”(″Surface Roughness Analyzer″)的专利；以及美国专利号为3,123,999，命名为“用于测量表面粗糙度波峰的设备”(″Apparatus for Measuring SurfaceRoughness Peaks″)的专利。

发明概述

根据本发明的一个实施方案，一种表明测量方法包括：对二维中多个样品的第一不规则工件表面进行观测；根据样品的观测，确定多个样品中每一个的表面波峰总数；并且由每个样品上的表面波峰总数的统计变量得出一种控制范围。所述的控制范围表明在第二不规则工件表面上的表面波峰总数超出公差的情况。该方法进一步包括对二维中第二不规则工件表面部分进行观测；根据第二不规则工件表面部分的观测，确定在部分表面上的表面波峰总数，并且将部分表面上的表面波峰总数与控制范围相比较从而确定第二不规则工件表面是否是在超出公差的情况中。

在另一个实施方案中，对二维中第一不规则工件表面样品的观测可能包括对二维中第一不规则工件表面样品进行光学观测。在对二维中第二不规则工件表面部分的观测可能包括对二维中第二不规则工件表面部分进行光学观测。

在另一个实施方案中，本发明方法可能包括向操作者发出警报用于响应确定第二不规则工件表面是在超出公差的情况。在又一个实施方案中，向操作者发出警报可能包括下述至少一种：使灯光警报指示器发光、使声音报警设备发声、以及在操作员终端的用户界面上显示一种警报消息。

在另一个实施方案中，本发明方法可能包括测量多个样品中至少一个的表面波峰的平均高度，并且将多个样品中的每一个的表面波峰总数与平均高度进行比较，从而根据在第二不规则工件表面部分上的表面波峰总数能够确定第二不规则工件表面的表面形态。在又一个实施方案中，本发明方法可能包括通过比较结果来确定第二不规则工件表面的表面形态，其中该表面形态表现为第二不规则工件表面的平均粗糙度Ra。

在另一个实施方案中，多个样品可包括至少100个第一不规则工件表面样品。在又一个实施方案中，每一个样品的尺寸可为大约0.04平方英寸。在又一个实施方案中，控制范围可通过在多个样品的每一个上的表面波峰总数的+／-3∑统计变量得出。

根据本申请的一个实施方案，一种表面测量系统包括一种敏感元件以及一种连接到敏感元件上的控制器。控制器被配置用于使用敏感元件观测二维中第一不规则工件表面样品；通过样品的观测，确定每个样品表面波峰总数；通过在每个样品上表面波峰总数的统计变量得出控制范围，所述控制范围用于指出一种超出公差的情况，该超出公差的情况针对在第二不规则工件表面上的表面波峰总数；使用敏感元件观测二维中第二不规则工件表面的一部分；通过上述部分的观测结果，确定部分表面上的表面波峰的总数；并且将部分表面上的表面波峰总数与控制范围进行比较，从而确定第二不规则工件表面是否处于超出公差情况中。多个样品中的每一个都具有基本上相同的尺寸，并且部分具有与多个样品的其中之一基本上相同的尺寸。

在另一个实施方案中，敏感元件可包括一种照相机，所述照相机被配置用于拍摄部分第一不规则工件表面的图像，并且拍摄第二不规则工件表面的一部分的图像。在又一个实施方案中，敏感元件可包括一种测斜仪，所述测斜仪被配置用于确定照相机相对于部分不规则工件表面的角度。在又一个实施方案中，敏感元件可包括一种接近传感器，所述接近传感器被配置用于确定照相机与第一不规则工件表面、第二不规则工件表面、或者其两者之间的距离。在又一个实施方案中，敏感元件可包括一种照明装置，所述照明装置被配置用于照亮第一不规则工件表面、第二不规则工件表面、或者其两者。

在另一个实施方案中，所述装置可包括一种用户界面，所述用户界面与控制器相连接。用户界面可被配置用于向操作员发出报警以对控制器确定第二不规则工件表面是在超出公差的情况中进行响应。在又一个实施方案中，用户界面可包括一种灯光警报指示器以及／或者一种声音报警设备。

在另一个实施方案中，控制器可被配置用于测量至少一个样品上的表面波峰平均高度，并且将每一个样品上表面波峰总数与平均高度相比较，从而根据第二不规则工件表面的一部分上的表面波峰总数能够确定第二不规则工件表面的表面形态。在又一个实施方案中，根据上述比较，控制器可被配置用于确定第二不规则工件表面的一部分的表面形态，其中表面形态表现为第二不规则工件表面的平均粗糙度Ra。在另一个实施方案中，每一个第一不规则工件表面样品的尺寸可为大约0.04平方英寸。在又一个实施方案中，敏感元件可被控制用于对至少一个第一不规则工件表面的高度进行测量。

附图说明

这些附图不打算依比例绘制。在这些附图中，在各种不同的附图中举例说明的每个同一的或者几乎同一的组成部分是用相似的数字表现的。为了清楚，并非每个组成部分可能在每幅附图中都被分标注出来。在这些附图中：

附图1是根据本发明一个实施方案的表面形态测量系统的框图；

附图2A是对本发明一个实施方案中用来观测的工件表面的一部分的俯视图；

附图2B是沿着附图2A的切割线B-B’的横截面正视图；

附图2C是沿着附图2A的切割线C-C’的横截面正视图；

附图3是根据本发明一个实施方案的表面形态测量方法的流程图；

附图4是根据本发明一个实施方案中的另一个流程图，用来表示附图3的表面测量方法的详细步骤；

附图5是本发明一个实施方案中的又一个流程图，用来表示附图3中表面测量方法的进一步详细步骤；

附图6阐述了在本发明的一个实施方案中用于显示由附图1所述的系统产生的处理数据的一种用户界面；以及

附图7A和7B分别是在分发明的一个实施方案中的一种敏感头装置的侧视图以及仰视图。

发明内容

本发明的目的仅仅是一种解释，而不是一种限制性的概括，同时本发明详细的对所有附图所引用的内容进行描述。本发明在其应用方面不局限于在下列的描述中说明部分，以及在附图中描述或者举例说明的组成部分的构造以及安排的细节。本发明能够有其它实施方案以及以各种不同的方式实践或者实施。另外，本申请中所用的措辞以及术语是用于描述的目的，不应该被认为是限制性的描述。本文中所使用的“包括”、“包含”、“具有”、“含有”及其变化，都是用于强调其后便所列出的项及其等效表示，以及其他的项。

根据上文所讨论的内容，在本发明的领域中已经公开了一些用于测量表面形态的技术。但是，根据本发明多种实施方案可知，所述的已知技术并不能很好的应用于实际的生产过程。例如，光学比较器的缺陷在于，因为并不是所有的表面形态都是相同的，所以一个具有丰富经验的观测员必须对比较器工具与被观测表面间存在的任何差异进行解释，不论是实际存在的还是通过观测得到的。这些观测结果对于观测员而言可能是非常主观的，并且通过所述的观测结果无法收集到分析数据。在另一个实例中，使用探针或者触笔的手持式压力计的缺陷在于，一些测量必须针对表面上不同的点，并且取其平均从而提供出准确的读数。如果不能精确地使用压力计，这种技术也容易产生误差。在又一个实例中，泡沫胶带的一个缺陷在于，针对需要足够数量的表面测量而言，这种技术是昂贵的并且是费时的。

因此，正如本发明所描述的，本领域技术人员能够预测到，上述这些公知技术并没有充分的利用表面二维测量与统计模型之间可预测的相关性，所述统计模型的产生是基于相对少量材料的控制样品。例如，根据本申请一个实施方案所述，一种表面形态的非接触式测量可通过表面光学观测实现。这种观测，例如，可通过一种机器视觉系统实现。表面处理技术是根据材料的公知特性，得到工件表面粗糙度以及在表面上观测到的波峰数量之间的相关性。此外，由于波峰-波峰之间的平均距离可用于描述表面形态，因而所得的相关性也可将波峰总数与波峰-波峰之间的平均距离相关性联，并且因此得出平均表面粗超度(例如根据ANSI标准进行量化)。其进一步可预测出本发明所公开的方法以及装置的实施方案为了快速处理能够进行自动化，并且可被用于人工干预相对少量的实际生产过程中。

附图1描述了根据本发明其中一个实施方案的表面形态测量系统100的框图。系统100包括传感探头110、控制器112、以及一个或者多个用户界面系统114。在操作过程中，传感探头110放置于工件116(例如金属片)附近，所述工件116可相对于传感探头110移动(例如，在传送带上)。传感探头110包括一中或者多种下述部分：照相机120、一个或者多个灯122或者其它照明装置、倾斜仪124、以及接近传感器126(例如，感应式接近传感器、双透射LED测距传感器、激光测距传感器、或者其它被配置用于测量金属表面存在以及／或者不存在的设备)。根据接近传感器126以及工件210之间的距离，可以使用不同的测距技术。例如，感应式接近传感器适用于二者之间的距离大约为1英寸的情况，以及双透射LED或者激光测距传感器适用于二者之间的距离大约为3英寸的情况。在一些实施方案中，照相机120以及／或者灯122并入到具有单独的可编程控制器的常规机器视觉系统中，也可以被本领域技术人员所理解。

传感探头110的每一个部分可物理地连接到框架128或者其它支撑结构上，从而使照相机120、灯122、测斜仪124、以及／或者接近传感器126总是保持与其他任一部分基本固定的空间位置关系以及方向。应当理解的是，传感探头110的每个元件可包括连接部件，所述连接部件可允许调整各自的位置，其例如是在设置程序或者校准程序中。传感探头110通过一个或者多个通讯接口118连接到控制器112上，提供用于，除了别的之外的，控制以及监控数据(例如，照相机控制、图像采集、光照控制、传感器监控等)的交换。其它接口(未显示)也可包含到系统100中用于为传感探头110的各个元件提供电源。

照相机120能够被配置用于观测以及鉴别工件116的特征，其中包括工件表面变形以及不规则部分，并且可被配置用于将与工件相关性的数据传输到控制器112。例如，照相机120可被配置用于获取工件表面210部分图像(例如，每个具有大约0.04平方英寸面积的部分)。当传感探头110以及／或者工件116相对于其他部件进行移动时，照相机可获取表面210不同部分的图像。因此，至少根据一个实施方案，当工件116正在进行表面处理时，系统100可用于实时地测量表面210。在一个实施方案中，照相机120被配置用于在至少大约11微米或者大约0.5立方厘米分辨率中对表面变化进行观测。

根据上文所描述的内容可知，至少在一个实施方案中，系统100包括一种非接触表面测量系统。测斜仪124以及接近传感器126应用于系统100中来鉴别传感探头110相对于工件116的方向，而不需要与工件进行物理性地接触。测斜仪124向控制器112提供数据，所述的控制器与传感探头110相对于重力的角度相关性。所述的数据用于，在其它部分之间，确定传感探头110是否正确地与工件116进行校准(例如，平行于表面)。接近传感器126向控制器提供与传感探头110以及工件116表面之间的距离相关性的数据。所述数据同样用于校准的目的。

用户界面系统114与控制器112连接。用于界面系统114可包括多种类型的装置以及／或者系统，这些装置以及／系统被配置用于将信息传输到控制器120中，以及将信息从控制器120传输出来，同时使一种或者多种系统100的用于与控制器实现控制、监控、以及其他方式的互动。可使用的用户界面的实施例包括一种人-机界面(HMI)(例如一种图像化的人-机界面(HMI)，如Fuji HMI-V815X，Fuji Electric Corporation of America，Fremont，Calif.售卖)，一种web服务器132以及web浏览器134，以及／或者一种电子邮箱(电子邮件)服务器136以及电子邮件客户端138.在一种实施方案中，HMI执行软件实现了安全通信(例如，TELLUS以及V-Server软件，同样为Fuji Electric Corporation of America销售)。在一个实施方案中，数据记录器140可被连接到控制器112上，用于捕获和存储系统100产生的数据，例如与表面形态测量相关的数据。这些数据可在之后被用户进行检索，用于进一步分析或者报告的目的。

根据一个实施方案可知，在系统100正常操作期间，工件116经历的一种表面处理形式，例如喷砂，这一处理过程在观测以及测量之前进行。所述处理对工件116的表面进行处理，并且使得该表面形成一种形态，所述形态能够显示出一组波峰以及波谷。当在横截面观测时，波峰通常所指出的在表面上的点为，比假想平面较高的点，其中假想平面基本上平行于表面。假想平面可以，例如，被放置在最高点以及最低点之间的平均高度的表面上，或者在其它的高度上。同样地，波谷通常所指出的在表面上的点为比假想平面较低的点。因此，如果观测者在一种基本上与假象表面角度垂直的方向上(例如，从上方进行观测)对工件116表面进行观测时，波峰将比波谷更接近观测者。同样地，最高的波峰将比最低的波谷更接近观测者。

根据一个实施方案可知，系统100能够用于观测并测量工件116的表面，例如，从而确定表面形态是否是在所期望的规格、控制范围、或者通过波峰和／或波谷表面鉴别的公差内。系统100可进一步被配置用于鉴别表面变化以及不规则性，其中表面变化以及不规则性是由在表面处理期间发生的其他情况所导致的，这些其他情况例如是振动、温度、轮转速、以及压力。根据本发明现在所描述的可知，波峰以及波谷，其是可通过照相机120(或者通过一种系统，该系统被配置用于对由照相机所产生的图像进行分析)进行鉴别的，可被用于描述工件116表面的特性，例如粗糙度。粗超度能够通过由一种完全平坦的形式得到的表面偏差进行定量。大偏差可于高粗糙度相对应。

根据一个实施方案可知，当经过处理后，例如喷砂，可以理解特定材料(例如，钢或者铁)的表面形态将具备可预测的特性。也就是说，在通过表面处理过程(也被称作工作过度的表面)断裂、撕破、或者损坏之前，材料的性质使得表面仅可能是被操作或者形变至一定的程度。因此，在任何相邻的波峰以及波谷(或者相邻的波峰、或者相邻的波谷)之间的最大斜率，是在表面高度相对于沿着假想平面距离变化时的比率，所述最大斜率能够用置信水平进行计算，从而得到对于给定的平均粗糙度或者Ra而言，足以用来确定任意相邻的波峰以及波谷之间的平均期望距离的最大斜率。综上所述，接受观测的任意给定面积的表面内，具有针对一种相对应的平均粗糙度的可预测的波峰数量。由于，在表面形态(例如，粗糙度)、波峰之间的平均距离以及在观测部分表面上的波峰数量之间，具有一种可预测的关联，工件表面116的表面形态能够通过对表面波峰数量的计数进行确定，其中表面波峰数量是在一定的二维观测面积视图中发现的。例如，如果观测面积包括大量的波峰，能够得出该表面具备相对粗糙(或者高)的形态(以及一种相对短的波峰与波峰的距离)，而如果波峰数量相对低，能够得出该表面具有相对平坦(或者低)的形态(以及一种相对长的波峰与波峰的距离)。

附图2A是一种部分示例性工件表面210的二维俯视图，例如通过附图1的照相机120观测到的。被观测区域X乘以Y的区域，虽然通常面积将是正方形，但是本发明并不需要如此。例如，观测面积可为大约0.04平方英寸(即，0.2英寸乘以0.2英寸)。针对照明以及照相机或者放大镜的应用，例如上文中针对附图1的系统10中所描述的，例如，通过一种机器视觉系统，或者通过操作人员，能够观测到在工件表面210上的变形以及不规则性。工件表面210的图像上显示的是在或者高于临界高度h上的一种或者多种表面波峰，其中每一个在212出处显示。附图2B先生是了沿着切割线B-B’的工件表面210的横截面，显示出沿着横截面的相应波峰212。附图2C显示了另一种沿着切割线C-C’的工件表面210的横截面，显示出沿着横截面的相应波峰212。根据使用已知的图像处理技术的波峰相对于表面上其他点的高度，每一个波峰212可以通过观测进行鉴别。换言之，临界高度h可以设定为在或者高于鉴别的和计数的每个波峰之上，和低于没有观测到或计数的波峰之下。

根据一个实施方案可知，虽然其它的因素可被用于确定临界高度也是应当可以理解的，但是临界高度能够被确立为是在最低点之上的表面平均高度。例如，一些波峰可以是针对恰当地表述表面形态而言是不够高的，并且因此这些波峰不应该被计数或者应当被忽略。在实施例中，附图2A的工件表面210，有七个波峰，每一个都在212位置上鉴别的，其是在临界高度上或者高于临界高度。

附图3是根据一个实施方案的一种表面测量过程300的流程图。附图1所述的系统100能够在至少两种模式中进行操作：示教模式310以及运行模式312，分别在附图4以及附图5中对其中每一个模式进行进一步的详细描述。首先，一旦传感探头110被安装并且配置，系统100进入到示教模式310。在示教模式310期间，或者在示教模式310之前，在通过系统100测量之前在限定的条件下，对工件116进行处理，例如通过喷砂或者喷丸进行处理。所述的限定条件可包括单独、定期观测(例如，通过操作员)来确保所述过程是连续控制的；如果该过程失控，南无示教模式310可能需要被重新启动。在示教模式310期间，不论是自动地或者是通过手动的，对处理的表面进行观测，作为配置过程的一部分，“示教”系统100对随后用于实时测量工件116的测量参数进行变换。一旦系统100完成了示教模式310，系统100则进入运行模式312中。

根据一个实施方案可知，附图4显示的是，当在示教模式310中操作期间，针对上述附图3所描述的表面测量过程300的流程图。在框图320中，对工件116表面的样品进行观测。所述样品应该具有基本相同的面积作为，或者充分地表示，每个后续的样本。照相机120得到了样品的图像，并且将其发送到控制器112中从而进行分析。应当理解的是，在一些实施方案中，照相机120能够是机器视觉系统的一个不封，所述机器视觉系统可以包括一种用于分析图像的单独的控制器；在一些其它的实施方案中，图像处理能够通过控制器12来实施，或者通过一种相类似的处理装置来实施。

在框图322中，控制器112对在样品上的每个波峰进行识别以及计数。框图320以及322可对任意不同样品n(即，一个或者多个样品)的数量进行重复操作，如在框图324所指出的那样。例如，一百个(100)样品可在示教模式310过程中被分析。在示教模式310中，样品数量应当实施直至得到所期望的结果，其中期望的结果可与通过统计分析来进行确定。

在框图326中，对标准偏差以及在每个样品中计数的平均波峰数量进行计算。在框图328中，根据标准偏差、平均数量或者他们二者，对一种或者多种控制范围进行计算。例如，根据标准偏差、平均数量或者他们二者，派生出一种统计模式，其中可对+／-3-∑偏差进行计算，这是本领域技术人员这应当能够理解的。控制范围可依据相应的+／-3-∑值。在另一个实施例中，统计过程控制是围绕一个已知的变量(例如，与用于编码)进行的，其包括所有与改变量相关性的已知过程变量。这使得过程控制范围的数学模式(例如，在表面处理过程中使用的)可以被建立，对特定部分的处理的表面的固有变化进行计算。例如，一种很大的变化将导致控制点被广泛扩散。所述数学模式也能够使用于确定怎样能够并可重复的实施表面处理过程。控制范围将在，上文所描述的，运行模式312中使用。

根据一个实施方案可知，附图5显示的是上文附图3中所描述的表面测量过程300的流程图。在框图350中，对工件116表面的面积进行观测。该面积具有基本相同的面积大小，作为或者表现为每一个在示教模式过程310中观测的样品。照相机120得到了样品的图像，并且将其发送到控制器112(或者其它的处理器)中从而进行分析。在框图352中，对图像中的每一个表面波峰都进行鉴别以及计数。在框图354中，最亲爱观测面积中计数的波峰数量与一个或者更多之前得出的控制范围进行比较，例如，+／-3-∑能够被用来定义一种公差范围。在框图356中，如果部分数量在控制范围之外(例如，欧博峰数量在上限值之上或者在下限值之下)，那么工件116处于一种超出公差的条件下并且向操作员发出警报(框图358)。否则，过程12可通过观察工件116表面不同区域来继续框图350操作。过程312可无限期地继续下去，或者继续进行直到发生预设定的情况(例如，操作员的干预)。

可以理解的是，在框图350中描述的向操作员发出的警报可以采取多种不同的方式。例如，可以通过一系列靠近表面处理设备固定的在指示灯向操作员发出警报，可以通过在HMI130上的信息向操作员发出警报，可以通过在Web浏览器134上显示的信息向操作员发出警报，以及／或者通过在电子邮件客户端138上的电子邮件消息向操作员发出警报。在一个实施例中，如果对于单一表面观测区域的波峰计数是在控制范围之外，那么绿色的指示灯将变为黄色。此外，一种声音报警设备可发声从而进一步吸引操作员的注意。其它的应急响应可自动地进行，例如，自动地使表面处理设备停止。一旦发出警报，操作员可以进行后续的操作从而确定工件116表面是否是在超出限制范围的情况中，例如通过使用其他的技术进行手动测量，或者通过系统100重新校准。

附图6显示的是，根据一个实施方案，用于显示通过附图1的系统产生的处理数据的用户界面。至少可以显示三种类型的数据，例如，当运行附图3-5中的过程300时，沿着时间线602实时更新的数据。可以显示在用户界面600上的一种类型的数据是波峰计数数据610，其中波峰计数数据610表示在每个表面观测区域计数的波峰数量。同时，显示出控制范围上限612以及控制范围下线614。控制范围上限612以及下线614可以，例如，表示在示教模式过程310中产生的+／-3-∑范围。

可以显示在用户界面600上的另一种类型的数据是计算的平均粗糙度620，或者Ra，其中平均粗糙度620或者Ra是工件116表面形态的量化表现形式。同时显示出显示了控制范围上限622以及控制范围下线624。所述控制范围上限622以及下线624，例如，可以表示在示教模式过程310中产生的+／-3-∑范围。

可以显示在用户界面600上的另一种类型的数据是每平方英寸630上的波峰数量。同时显示出显示了控制范围上限632以及控制范围下线634。所述控制范围上限632以及下线634，例如，可以表示在示教模式过程310中产生的+／-3-∑范围。

附图7A以及7B显示的是传感探头的一个实施方案，例如附图1中的传感探头110。附图7A是侧视图，并且附图7B是仰视图。传感探头110包括用于支撑照相机120的框架128，灯122，测斜仪124，以及接近传感器126。传感探头110可以被设置，从而使工件116基本上与传感探头的底部平行，使得照相机对准工件166的表面210，并且接近传感器基本上与表面平行。测斜仪124可被用于确保传感探头110上述描述的方向与工件116的方向相对应。

根据本发明的各个方面以及功能，包括附图6显示的用户界面600，可以作为专用的硬件或者软件在一个或者多个专用或者通用计算机系统中进行实施。所述的计算机系统可包括一个处理器，所述的处理器执行一系列的指令从而产生处理数据。处理器可以是市售的处理器，例如Intel Pentium处理器、Motorola PowerPC处理器、SGI MIPS处理器、SunUltraSPARC处理器、或者Hewlett-Packard PARISC处理器，也可以是任何零星的处理器或者控制器，如许多其他可用的处理器以及控制器。所述计算机系统可以包括专门编程的、专用硬件，例如，制作用于执行本发明具体操作的一种专用集成电路(ASIC)。其他的技术方案可以使用通用计算设备执行相同的功能。

计算机系统可以包括一种操作系统，该操作系统管理包括在计算机系统中的硬件元件的至少一个部分。通常，处理器或者控制器执行一种操作系统，该操作系统可以是，例如，Microsoft Corporation公司市售的Windows NT操作系统、Windows2000(Windows ME)操作系统、Windows XP操作系统或者Windows Vista操作系统，Apple Computer公司市售的MAC OS系统X操作系统，多种基于Linux的操作系统版本的其中之一(例如，Red Hat Inc.市售的企业版Linux操作系统、Sun Microsystems市售的Solaris操作系统，或者从不同来源得到的UNIX操作系统)。也可以使用许多其他的操作系统，并且本发明中的技术方案并非旨在对任何具体的实现方式进行限定。

处理器以及操作系统一起定义一种计算机平台，可对高级编程语言中的应用程序进行编写。这些部分应用可以是可执行的、中级的、例如，C-，字节码或者解释代码，其用通信网络(例如，英特网)进行通信，使用通信协议(例如，TCP／IP)。类似的，符合本发明公开的方面可以通过使用面向对象标准语言来实现，例如，Net、Small Talk、Java、C++、Ada、或者C#(C-Sharp)。也可以使用其他的面向对象标准语言。或者，可以使用功能性的、脚本、或者逻辑编程设计语言。

此外，本申请中的各个方面以及功能可以在非编程语言环境中实现，例如，当在浏览器程序窗口中观测时，在HIML、XML或者其他格式中创建的文本呈现图形用户界面方面或者执行其他的功能。进一步，本申请的各种实施方案可以按编程或者非编程元件，或者其任意组合实现。例如，在数据一个网页可以使用HTML来实现，在网页中调用的数据对象可以在C++中编写。因此，前文的描述以及附图仅通过实施例的方式呈现。因此，本发明不局限于具体的程序设计语言，并且也可以使用任意适当的程序语言。因此，已经描述了本申请的至少一个实施方案的若干方面，应当理解的是，应理解的是本领域普通技术人员将很容易想到不同的改变、修饰以及改进。这种改变、修饰以及改进旨在是本披露的一部分，并且旨在包括在本发明的精神以及范围内。因此，上文的描述以及附图仅用于举例。

Claims

1.一种表面测量方法，包括：

对二维中多个第一不规则工件表面样品进行观测，多个样品的每一个具有基本相同的尺寸；

根据上述样品的观测，确定在多个样品的每一个上的表面波峰总数；

通过在多个样品的每一个上的表面波峰总数的统计变量得出控制范围，所述的控制范围用于指出在第二不规则工件表面上的表面波峰总数超出公差的情况；

对二维中第二不规则工件表面的一部分进行观测，该部分具有与多个样品其中之一基本相同的尺寸；

根据第二不规则工件表面的一部分的观测，确定在该部分上的表面波峰总数；

将所述第二不规则工件表面的一部分上的表面波峰总数与控制范围相比较，从而确定第二不规则工件表面是否处于超出公差的情况中；以及

测量多个样品的至少一个之上的表面波峰的平均高度，以及将多个样品的每一个上的表面波峰总数与平均高度进行相关性，从而能够根据在第二不规则工件表面的一部分上的表面波峰总数来确定第二不规则工件表面的表面形态。

2.根据权利要求1所述的方法，其中对二维中多个第一不规则工件表面样品进行观测包括对二维中的多个第一不规则工件表面样品进行光学观测，并且其中对二维中第二不规则工件表面的一部分进行观测包括对二维中第二不规则工件表面的一部分进行光学观测。

3.根据权利要求1所述的方法，进一步包括向操作员发出警报以响应第二不规则工件表面确定是在超出公差的情况中。

4.根据权利要求3所述的方法，其中向操作员发出警报包括下列至少其中之一：灯光警报指示器发光、声音报警设备发声、以及在操作员终端的用户界面上显示一种警报消息。

5.根据权利要求1所述的方法，进一步包括根据所述相关性确定第二不规则工件表面的表面形态，其中表面形态表现为第二不规则工件表面的平均粗糙度Ra。

6.根据权利要求1所述的方法，其中所述多个样品包括至少100个第一不规则工件表面样品。

7.根据权利要求1所述的方法，其中每个样品的尺寸为0.04平方英寸。

8.根据权利要求1所述的方法，其中控制范围是通过在多个样品每一个上的表面波峰总数的+/-3∑统计变量得到的。

9.一种表面测量装置，包括：

传感单元；以及

连接到传感单元上的控制器，所述控制器配置用于：

使用传感单元，观测二维中多个第一不规则工件表面样品，所述多个样品的每一个具有基本相同的尺寸；

根据上述样品的观测，确定多个样品的每一个上的表面波峰总数；

通过在多个样品的每一个上的表面波峰总数的统计变量得出控制范围，所述的控制范围用于对在第二不规则工件表面上的表面波峰总数指出超出公差的情况；

使用传感单元，观测二维中第二不规则工件表面的一部分，所述部分具有与多个样品的其中之一基本相同的尺寸；

根据所述部分的观测，确定所述部分上的表面波峰总数；

将上述部分上的表面波峰总数与控制范围相比较，来确定第二不规则工件表面是否处于超出公差的情况中；以及

10.根据权利要求9所述的装置，其中传感单元包括一种照相机，所述照相机被配置用于拍摄部分第一不规则工件表面的图像以及第二不规则工件表面的一部分的图像。

11.根据权利要求10所述的装置，其中所述传感单元包括一种测斜仪，所述测斜仪被配置用于确定照相机相对于部分不规则工件表面的角度。

12.根据权利要求10所述的装置，其中传感单元包括一种接近传感器，其被配置用于确定照相机与第一不规则工件表面以及第二不规则工件表面至少其中之一之间的距离。

13.根据权利要求10所述的装置，其中传感单元包括一种照明装置，其被配置用于对第一不规则工件表面以及第二不规则工件表面至少其中之一进行照明。

14.根据权利要求9所述的装置，进一步包括一种与控制器连接的用户界面，其被配置用于向操作员发出警报以响应控制器确定第二不规则工件表面处于超出公差的情况。

15.根据权利要求14所述的装置，其中所述用户界面包括一种灯光警报指示器以及一种声音报警设备。

16.根据权利要求9所述的装置，其中控制器进一步被配置用于依据所述相关性确定第二不规则工件表面的表面形态，其中所述表面形态表现为第二不规则工件表面的平均粗糙度Ra。

17.根据权利要求9所述的装置，其中每一个第一不规则工件表面样品的尺寸为0.04平方英寸。

18.根据权利要求9所述的装置，其中传感单元被配置用于第一不规则工件表面的至少一个表面波峰高度的测量。