CN105358935A - 用于检查工件的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

一系列标称上相同的工件(10)接收自制造过程并在测量设备(10、16、20、40)上被测量。由于热量在该制造过程期间被引入，该工件是在非周围温度下被接收的，但是例如通过机器人(48)以可重复方式将该工件放置在该测量设备上，使得当被测量时，该工件的非周围温度是可重复的。在该非周围温度下将该工件(10)中的一个作为参考工件进行测量，并且将这些测量与从外部来源获得的校准值进行比较，以便生成误差映射或误差函数。该误差映射或误差函数用于校正在可重复的非周围温度下被测量的该系列中的后续工件(10)的测量。

Description

用于检查工件的方法和设备
技术领域
本发明涉及用于检查工件的尺寸的测量设备，并更具体地涉及坐标测量设备。坐标测量设备包括例如坐标测量机器(CMM)、机床、手动坐标测量臂和检查机器人。
背景技术
在已经生产工件之后，通常的实践方式是在具有支撑探针的可移动构件的坐标测量机器(CMM)上检查它们，探针可在机器的三维工作空间内受到驱动。
CMM(或其它坐标测量设备)可以是所谓的笛卡尔机器，其中支撑探针的可移动构件通过分别在三个正交方向X、Y、Z中可移动的三个串联连接的托架进行安装。另选地，其可以是非笛卡尔机器，例如，包括三个或六个可延伸支柱，每个在可移动构件或相对固定的基座构件或框架之间平行连接。然后通过协调三个或六个支柱的相应延伸来控制可移动构件(并因此探针)在X、Y、Z工作容积中的移动。非笛卡尔机器的示例在国际专利申请WO03/006837和WO2004/063579中示出。
热膨胀和收缩影响工件的测量。为了更准确地测量工件，从美国专利No.5,257,460(McMurtry)和No.5,426,861(Shelton)已知的是测量参考工件或母件加工品(masterartefact)，其具有与工件类似的大小和形状的特征。这些测量然后与被检查的生产工件的测量进行比较。例如，如果母件加工品/参考工件是一系列标称上相同的工件中的已知良好工件，那么其可用作与所有其它工件进行比较的基准。如果要求绝对测量，那么可在更准确的测量机器上校准母件加工品/参考工件。
在美国专利No.5,426,861(Shelton)中，在参考工件已被校准之后，其被允许适应环境温度，在该环境温度中将测量生产工件。如果参考工件和生产工件在同一温度下，则可有效地比较参考工件和生产工件的测量。然而，如果生产工件所处的温度与CMM或在其上测量该生产工件的其它测量设备的环境温度不同，则出现问题。通常如果生产工件刚从生产机器诸如机床或焊接设备被输送，其中该生产工件被加热至高于环境温度，则上述问题发生。在一些情况中，生产工件可处于低于环境温度的温度下，例如，如果其已经经过使用诸如液氮或液态二氧化碳等冷却剂进行的低温加工过程。
美国专利No.5,257,460(McMurtry)通过将参考工件保持在生产该生产工件的机床的热环境中而部分地克服了该问题。在机床自身上进行测量。然而，加工过程在生产工件中产生热，因此生产工件仍可具有不同于参考工件的温度，即使其在同一热环境中。此外，可期望在独立的测量设备上脱离机床执行测量，以便最小化机床不加工工件的时间。
发明内容
本发明提供测量一系列基本上和/或标称上相同的工件的方法，其中所述系列中的每个工件接收自制造过程并被放置在测量设备上，所述方法包括：
(a)在非周围温度下在所述测量设备上将所述工件中的一个或者具有多个部件的加工品作为参考工件进行测量，以产生所述参考工件的测量尺寸值，所述多个部件的大小和形状接近所述工件；
(b)从在所述测量设备外部的来源获得所述尺寸值的校准值；以及
(c)生成误差映射或查找表或误差函数，所述误差映射或查找表或误差函数使所述非周围温度下的所述参考工件的测量尺寸值与对应的所述校准值相关。
所述尺寸值可以是工件部件的大小，诸如长度、宽度、直径、半径等等。或者它们可以是所述工件表面上的点的坐标位置。或者它们可以是轮廓或形状数据，例如，描述所述工件的自由形状表面。或者它们可以是其它测量，诸如凸台或孔的圆度，或表面的平坦度或者两个或两个以上表面的方正度。它们可以是可在所述工件的设计图中规定的任何尺寸值，例如，根据国际标准诸如ISO1660、ISO14660、ISO128、ISO406或ASMEY14.5。
在一个优选实施例中，在步骤(b)之前执行步骤(a)。可通过在所述参考温度下校准所述参考工件获得所述校准值。
可在所述非周围温度的预定容差内的温度下，在所述测量设备上测量所述系列中的其它工件，以产生测量尺寸值，其对应于所述参考工件的测量尺寸值，并且可使用所述误差映射或查找表或误差函数校正所述其它工件的测量尺寸值。
因此，在本发明的有利实施例中，可在由于对所述参考工件进行生产或处理的加工过程或其它制造过程而导致的非周围温度下测量所述参考工件。所述系列中的其它生产工件经历类似的一个或多个过程，使得它们在被测量时具有与所述参考工件类似的非周围温度。这改善了所述参考工件与所述生产工件之间的比较的有效性，并因此提高所述校正的准确性。
所述系列中的每个工件可接收自所述制造过程，并以规定每个工件的温度在所述预定容差内的可重复方式放置在所述测量设备上。例如，这在自动生产线上趋于是可靠的，其中所述工件从生产机器到测量机器的输送时间可趋于是足够可重复的。例如，可通过机器人在机器之间输送工件，但也可手动输送。
如果其它工件的测量温度与所述非周围温度的差值大于所述预定容差，那么可在新温度下重新测量所述参考工件，以产生其新的测量尺寸值并生成新的误差映射或查找表或误差函数，所述新的误差映射或查找表或误差函数使所述新温度下的所述新的测量尺寸值与对应的所述校准值相关。
另选地，可在不同于所述非周围温度的第二温度下重新测量所述参考工件，并可生成误差映射或查找表或误差函数，其通过所述非周围温度和所述第二温度之间的内插或来自所述非周围温度和所述第二温度的外插，而使第三温度下所述参考工件的尺寸值与对应的所述校准值相关。
另选地，可测量所述系列中的其它工件的温度，并且如果所述温度与所述非周围温度的差值大于预定容差，则可以：
在非周围温度下在所述测量设备上将所述其它工件作为新参考工件进行测量，以产生所述新参考工件的测量尺寸值；
从在所述测量设备外部的来源获得尺寸值的校准值；以及
生成新的误差映射或查找表或误差函数，其使新参考工件的测量尺寸值与对应校准值相关。
所述参考工件可储存在保温装置中，例如加热装置诸如烘箱，或者冷却装置诸如冷藏机或冷冻机。所述保温装置可被调整而将所述参考工件的温度调整至所述其它工件的测量温度，以在预定容差内。
可通过例如在独立的CMM上或其它测量设备上在所述测量设备外部测量所述参考工件来获得步骤(b)中的所述校准值。外部测量设备可以能够实现可追溯至国际标准的测量，但这不是必要的。
另选地，可从所述参考工件的尺寸或坐标点的标称设计值来获得所述校准值，例如，从图纸或从计算机辅助设计(CAD)系统中的模型。这依赖于假设根据图纸或CAD模型足够准确地制造了所述参考工件。
本发明的其他方面提供了被配置来执行上述方法中的任一种方法的测量设备，以及被配置而致使测量设备执行该种方法的软件。所述测量设备可以是坐标测量设备，诸如坐标测量机器。
附图说明
现在将参考随附附图通过示例的方式描述本发明的优选实施例，其中：
图1是非笛卡尔测量设备或坐标测量机器(CMM)的图解表示；
图2图解地示出机器的计算机控制系统的一部分；
图3图解地示出自动生产系统的若干工厂机器成型部分；
图4至图6为示出根据本发明的优选方法的流程图；
图7示出用于图6方法中的温度阈值；以及
图8示出用于图3自动生产系统中的机器人的夹持器。
具体实施方式
在图1中示出的测量设备或坐标测量机器中，将待测量的工件10放置在工作台12(其形成机器的固定结构的一部分)上。具有主体14的探针安装于可移动平台构件16。该探针具有可移置细长触针18，其在使用时与工件10接触以便作出尺寸测量。
可移动平台构件16通过支撑机构20安装于机器的固定结构，其中示出该支撑机构20的仅一部分。在本示例中，支撑机构20如在国际专利申请WO03/006837和WO2004/063579中所描述的。该支撑机构20包括三个伸缩的可延伸支柱22，每个在平台16和机器的固定结构之间延伸，从而形成所谓的并行操作或非笛卡尔机器。每个支柱22的每个端部分别普遍可枢转地连接到平台16或固定结构，并通过相应的马达延伸和收缩。通过相应的编码器测量延伸的量。用于每个支柱22的马达和编码器形成伺服回路的部分，该伺服回路控制支柱的延伸和收缩。在图1中，大体上由参考数字24指示它们的三个相应伺服回路中的三个马达和编码器。
支撑机构20还包括三个被动式防转装置32(图1中仅示出其中的一个)。该防转装置在平台16和机器的固定结构之间平行延伸。每个防转装置针对一个旋转自由度约束平台16。因此，平台16仅以三个平移自由度可移动，但不可倾斜或旋转。关于此类防转装置的进一步论述参见美国专利No.6,336,375。国际专利申请WO03/006837和WO2004/063579和美国专利No.6,336,375以引用方式并入本文。
参考图1和图2，在已被写入用于工件10的测试的部件加工程序34的控制下，计算机控制26定位可移动平台16。为实现该目的，控制26协调三个支柱22的相应延伸。程序例程(programroutine)36将来自部件加工程序的X、Y、Z笛卡尔坐标中的命令转换为支柱所需的对应非笛卡尔长度。程序例程36对伺服回路24中的每个产生指令信号28，其结果是，三个支柱22延伸或收缩以相应地定位平台16。每个伺服回路以已知方式运行以驱动相应的马达，以致使编码器输出遵循指令信号28，从而趋于使它们平衡。
控制26还从编码器接收测量信号30，该编码器形成伺服回路的一部分。这些测量信号指示支柱22中每个的瞬时非笛卡尔长度。通过程序例程38将这些测量信号转换回笛卡尔X、Y、Z坐标，以供部件加工程序34使用。
探针14可以是触发式探针，其在触针18接触工件10时向计算机控制26发出触发信号。另选地，该探针可以是将模拟或数字输出提供到控制26的所谓的测量或模拟探针，其测量在三个正交方向X、Y、Z中触针18相对于探针的主体14的位移。该探针可以是诸如光学探针的非接触探针，而不是此类接触探针。
在点对点测量模式中或者在横贯或沿工件的表面扫描中，平台16在使用时被移动以在部件加工程序的控制下相对于工件10定位探针14。对于触发式测量，当接收触发式信号时，计算机控制26获得来自支柱22的编码器的非笛卡尔测量信号30的瞬时读数，并且转换例程38处理这些瞬时读数以确定在工件表面上被接触的点的X、Y、Z笛卡尔坐标位置。在测量或模拟探针的情况下，该控制使探针的瞬时输出和从支柱的测量信号30转换成笛卡尔坐标的瞬时值结合。在扫描的情况下，这以大量点完成，以确定工件表面的形状。如果需要，来自测量或模拟探针的反馈可用于改变指令信号28，使得机器移动探针以使其保持在工件表面的所希望的测量范围内。
图1中示出的本发明的实施例包括红外线温度传感器54，该红外线温度传感器54可方便地安装在可移动平台构件16上，以便处理被测量的工件10并测量其温度。另选地，红外线传感器54A可安装于CMM的固定结构，例如，安装在任选托架或支架56上，以便测量工件温度。该红外线传感器可以仅仅获取工件表面区域的温度的平均读数，或者其可以是被布置用来识别并获取特定工件特征的温度的热成像传感器。
在另一个替代方案中，如果CMM具有用于自动交换探针14的设施，那么其可被交换为接触式温度传感器(未示出)，该接触式温度传感器与工件10的表面接触并停留在此一段时间以便测量工件10的温度。该可交换接触式温度传感器在美国专利No.5011297中有所描述，该专利以引用方式并入本文。或者温度传感器(诸如热电偶)可被手动地放置在工件的表面上，如在54B处所示。
当标称上或基本上相同的一系列生产工件10离开生产线时或者当在机床上制造它们时，图1和图2中所描述的测量设备在使用时可用于检查该生产工件10。图3示出示例生产系统，其中在40处图解地示出图1和图2的测量设备或CMM。还通过示例的方式图解地示出了机床42、44和清洗站46。具有铰接式臂50和夹持器52的机器人48被设置以用于任选地通过清洗站46将在机床42、44上生产的工件10输送到测量设备40，以便去除木屑和冷却剂。机器人在其自身的计算机控制与其它机器的计算机控制协调下操作。另选地，可手动将工件10从机床或清洗站输送到测量机器。应当理解，该生产系统中示出的机器仅仅是示例。又如另一个示例，测量设备40可以是铸造厂中自动输送线的一部分，其中手动地或通过机器人将铸件输送到该自动输送线以便进行测量。或者其可接收在压印或冲压车间生产的制品。
作为上述温度传感器54、54A或54B的替代形式，温度传感器54C可位于如图8中示出的机器人夹持器52中，以便当工件10被输送到测量设备40时测量工件10的温度。传感器54C可安装在弹簧柱塞55上以维持与工件的接触。这具有优点，即如果发现工件的温度在下述公差带之一以外，则因此将不测量工件，那么甚至不需要将其放置在测量设备上。这节约了时间。
CMM40的计算机控制26可操作程序，该程序执行如图4到图6所示的过程。这些过程的一些步骤可手动地执行，或者包括手动干预。例如，在要求将制品放置在CMM的工作台12上的情况下，可手动地完成或由机器人48完成。
在图4所示的过程的开始处，(步骤60)，机器人48获取在机床42、44中的一个上生产的一系列生产工件10中的一个，并将其放置在CMM40的工作台12上。该工件10可以是待生产系列中的第一个，并用作母件加工品或参考工件。由于工件10是一系列标称上或基本上相同的生产工件中的工件之一，其因此具有尺寸与待测量的后续工件类似的特征。因此，例如，该特征可具有类似形状，和/或它们的大小和/或位置可一致。和/或该特征之间的尺寸关系可一致。例如，母件加工品/参考工件可具有特征诸如孔，该孔以与生产工件的对应特征相似的距离间隔开。或者其可具有平行表面，该平行表面对应于生产工件的平行表面。不需要完美地制造母件加工品或参考工件；其尺寸可脱离标称设计值。
参考工件10刚刚经历热生产制造过程，诸如在机床42、44上加工。因此，当其被放置在CMM40的工作台12上时，参考工件10将处于某个温度Tm下，该温度Tm将不是机器本身的周围温度或环境温度。然而，在自动生产系统中，所有的后续工件10将经历与参考工件相同的热生产制造过程。此外，机器人48将每个工件从机床输送到测量设备40所用的时间将基本上相同。因此，如果工作条件不存在偏差，则当将后续的工件放置在工作台12上时，它们也将趋于具有与参考工件相同的温度Tm。在测量设备40上接收工件10时的温度Tm为基本上可重复的。
如果清洗步骤的持续时间和清洗液的温度是基本上可重复的，那么即使通过清洗站46将参考工件10输送到测量设备40，在测量设备40上接收该参考工件10时的温度Tm也将是基本上可重复的。
同样地，机床42或44可以是执行低温加工的机床，例如，使用诸如液氮或液态二氧化碳等的冷却剂，使得当在CMM40上被接收时，参考工件10的温度Tm低于周围温度，而不是高于周围温度。但是如果低温加工过程是可重复的，则温度Tm仍将是可重复的。
以上描述的参考工件10是一系列标称上或基本上相同的生产工件中的一个。然而，也可使用专门生产的加工品作为参考工件。该加工品应具有多个特征，这些特征的大小和形状接近或匹配或对应于该系列的生产工件。当然，接近或匹配的特征被选择对应于当检查生产工件时将被测量的关键特征。优选地，加工品由与生产工件的材料相同的材料制成，使得该加工品具有相同的热膨胀系数。另选地，加工品可由具有与生产工件类似的热膨胀系数的材料制成。应将加工品加热到或冷却到温度Tm，在该温度Tm下通过测量设备40从生产线接收生产工件。
在图4的步骤62中，CMM40测量参考工件10，从而产生在温度Tm下的一组测量数据。该测量数据可为例如工件表面上预定点的坐标，或者其可为源自此类测量坐标点的工件特征的尺寸。测量数据存储在CMM40的计算机控制20中，或者存储在独立的计算机中。
在步骤64中，参考工件10例如通过机器人48从CMM40移除并被运送在独立的测量设备(未示出)上用于校准。这可以是位于在受控热条件下的测量实验室中的更准确的CMM。允许将参考工件10冷却(或加热)到标准校准温度T0。在步骤65中，通过在独立的CMM或其它测量设备上测量参考工件10以对其进行校准，从而产生另一组测量数据。如同步骤62中的测量，该测量数据可为例如工件表面上预定点的坐标，或者其可为源自此类测量坐标点的工件特征的尺寸。
在步骤66中，比较来自步骤62和65的数据组，并生成误差映射。该误差映射使测量温度Tm与校准温度T0之间的测量差异相关。这可通过CMM40的计算机控制26生成或者通过独立的计算机生成，例如，控制测量实验室中的校准机器的计算机。在任一种情况下，误差映射目前可被存储在CMM40的计算机控制26中以如下所述使用。
该系列中的后续工件10的测量现在如下进行。
基本上在可重复温度Tm下从制造过程接收每个工件10(步骤60)。在该可重复温度下在测量设备40上测量该工件10(步骤62)，从而产生可具有坐标点或测量尺寸的一组测量数据，如上所述。在步骤68中，使用从步骤66接收的误差映射校正测量数据。
所得的校正测量被存储在计算机控制26中，或根据需要从计算机控制26传输出来以用于进一步使用(步骤69)。从测量设备40卸下工件(步骤76)。
这些校正测量具有改善的准确度，这是因为针对实际温度Tm对测量进行了校正，其中实际温度Tm为当从制造过程接收工件10时对工件10进行测量时的温度。不仅仅针对测量设备40的周围温度校正该测量。
图5示出修改的过程。该系列中的第一参考工件10以可重复方式接收自制造过程，并在测量设备40上进行测量，如图4中所示(步骤60和步骤62)。然后，在步骤70中，CMM40的计算机控制26从所得的一组测量数据创建第一误差映射M1。通过将参考工件10的测量坐标点或测量尺寸与此类坐标点或尺寸的标称设计值相比较来完成该过程，例如，如工件10的设计图中所示。此类设计值的优选来源为工件10的计算机辅助设计(CAD)文件。
接着，在图4的步骤64中，首先离开的参考工件10被送到测量实验室中的更准确CMM并被校准。然而，与图4不同的是未生成在温度Tm和温度T0下的测量之间的误差映射。相反，在图5的步骤72中，生成了在温度T0下的校准测量数据与在步骤70中使用的标称设计值(例如，CAD值)之间的第二误差映射M2。这可由控制测量实验室中CMM的计算机执行。该误差映射M2被发送到测量设备40的计算机控制26。
该系列中的后续工件的测量如下所示进行。
如先前在步骤60和步骤62中接收并测量每个后续工件10，以产生在温度Tm下的一组测量数据。然后，在步骤74中，计算机控制26使用误差映射M1和误差映射M2两者校正该组测量数据。对于每个点，其可加上来自映射M1的相应误差值，并且然后加上来自映射M2的相应误差值。另选地，为节约时间，来自M1和M2的相应误差值可已经被提前加在一起。结果被存储在计算机控制26中，或根据需要被输送以供使用(步骤69)。
这具有相对于标称设计值(CAD值)对所校正的测量进行校正的优点。该测量可被反馈到制造过程中，例如，以调整机床42或机床44以便校正后续工件10的制造。在图5过程的更简单版本中，对于步骤74可仅使用误差映射M1(其使参考工件的测量数据与标称设计值相关)来校正测量。可省略误差映射M2以及创建该误差映射M2的步骤64、65、72。虽然准确性较低，但这具有不需要送出参考工件以在独立的更准确的CMM上进行测量的优点。
如目前所述，甚至不需要测量当测量工件10时的温度Tm。仅仅通过假设制造过程以及将工件10输送到测量设备40的过程是可重复的，便可获得有用的结果，使得温度Tm本身为基本上可重复的。
然而，该假设不总是真的，例如如果在工作日过程期间机床和测量设备的环境工作温度存在偏差。
图3因此示出任选的温度控制烘箱92，其用作保温装置以将参考工件维持在所希望的参考温度，最初为温度Tm。根据需要，机器人48可将参考工件10输送到烘箱92并再次返回。在低温加工的情况下，其中参考温度Tm可低于周围温度，可通过另一个合适的保温装置诸如冷藏机或冷冻机来代替烘箱92。通过运行测量程序的计算机控制来控制保温装置的温度。另选地，可通过独立的计算机或可编程逻辑控制器(PLC)控制保温装置的温度。
在这些情况中的任一种情况下，计算机控制或独立的计算机或PLC接收来自上述各种可选温度传感器中的一个(例如，传感器54、54A、54B或54C)的输入。
图6示出图4和图5所示方法的进一步发展，其利用保持在烘箱92或其它保温装置中的参考工件。以下讨论将仅仅参考烘箱，但应理解，可视情况使用其它保温装置来代替。
以类似于图4(步骤60、步骤62、步骤64、步骤66)或图5(步骤60、步骤62、步骤70、步骤64、步骤72)的方式创建初始误差映射。这些利用参考工件，其中使用温度传感器诸如54、54A、54B或54C中的一个测量该参考工件的温度Tm。然后通过机器人48或手动地将参考工件放置在烘箱92中，并且将烘箱的温度调节器93初始地设置为使烘箱温度Toven保持在温度Tm，以便当温度随时间改变时，使参考工件追踪与生产工件相同的温度。通过计算机控制适当地执行烘箱的温度调节。另选地，可通过以上提到的独立的计算机或PLC而在图6的独立回路中执行该温度调节。
图6示出当该系列中的后续工件被放置在测量设备40上以便被测量时的修改程序。
图6中的程序不同地进行，这取决于待测量的工件是否为参考工件(母件工件)或标准生产工件。设置或不设置母件旗标(masteringflag)MF以指示所要求的是哪种。在预备步骤80中，实行检查以验证是否设置了母件旗标MF。如果没有，那么如图4或图5中从制造过程接收生产工件，步骤60。在步骤82中，合适地使用上述温度传感器诸如54、54A、54B或54C中的一个测量其温度T。
然后步骤84确定生产工件的测量温度T是高于还是低于温度Tm的容差阈值±Δ1，在图4或图5中针对该温度Tm确定误差映射。换句话说，T-Tm的绝对值是否大于Δ1？图7中示出了阈值±Δ1之间的该温度容差带。
值±Δ1被选择从而使得在该容差带内，基于在温度Tm下获得的误差映射的校正产生可接受的测量结果，并且不需要调整烘箱的温度，参考工件被保持在该烘箱中。在该情况下，程序如图4或图5中进行。以标准方式测量生产工件(步骤62)。使用该误差映射或多个映射校正测量(图4的步骤68或图5的步骤74)。输出结果(步骤69)并从测量设备40卸下工件(步骤76)。
如果步骤84确定工件的温度T在容差带之外、高于或低于容差阈值±Δ1，那么计算机控制(或烘箱的独立计算机或PLC)将烘箱92的温度调节器93重新设置为新温度T(步骤86)。这趋于使参考工件保持在追踪温度T的温度下，其中在温度T下该系列中的新工件离开生产过程，但将不可避免地存在小的时滞。因此，值±Δ1被选择作为在烘箱温度的该重新设置是所希望的情况下的值。
另选地，可监测温度变化的趋势并将烘箱温度调节到高于或低于T的值，其预期此类改变。这样可减小或消除以上提到的时滞。
在步骤86中重新设置烘箱温度之后，然后步骤88确定生产工件的测量温度T是高于还是低于温度Tm的容差阈值±Δ2，在图4或图5中针对该温度Tm确定误差映射。换句话说，T-Tm的绝对值是否大于Δ2？阈值±Δ2之间的该温度容差带大于先前的值±Δ1之间的带，并且也在图7中示出。
在该较大容差带±Δ2内，基于在温度Tm下获得的误差映射的校正仍产生可接受的测量结果。如果步骤88确定不超过阈值±Δ2，那么程序如在图4或图5(步骤62；步骤68或步骤74；步骤69和步骤76)中进行。
然而，如果在步骤88中超过阈值±Δ2，那么设置母件旗标MF(步骤90)。这指示下一次运行应为“重测母件(re-mastering)”，即应重新测量参考工件或母件工件并生成新的误差映射。因此，值±Δ2被选择为以下所述值，该值指示虽然基于当前误差映射的校正仍是可接受的，但正在接近可接受性的极限。
接下来，步骤94确定生产工件的测量温度T是高于还是低于温度Tm的容差阈值±Δ3。同样，在图7中指示对应容差带。值±Δ3被选择从而使得如果超过该温度带，那么基于当前误差映射的校正将不产生在预定可接受的容差极限内的有效测量结果。在该情况下，从测量设备40卸下工件(步骤96)并且不测量该工件。在通过机器人夹持器52中的传感器54C测量工件温度的情况下，甚至不需要将工件装载到测量设备40上，而是仅仅将其丢弃或放置到一侧。这样节约时间。
然而，假设在步骤94中未超过容差带±Δ3，则工件的测量和测量结果的校正以标准方式进行(步骤62；步骤68或步骤74；步骤69和步骤76)。
程序然后再次运行。如果在预备步骤80中没有设置母件旗标MF，那么从制造过程接收另一个工件(步骤60)；测量该工件并校正测量，如上所描述。
然而，如果在步骤80中设置了母件旗标MF，那么如下进行重测母件。在步骤98中，命令机器人48从烘箱92移除母件/参考工件(其中该烘箱的温度已经追踪接收自制造过程的工件的温度T)。将该工件放置在测量设备40上并进行测量(步骤62)。还可从烘箱移除参考工件并手动地将其放置在设备上。然后，检测母件旗标MF，步骤100将过程流程转向步骤102。这里，创建新的误差映射M1，如图5的步骤70中所示。另选地，假设已经存储了原始校准数据，则在图4的步骤66中生成的误差映射可被重新生成并被该新的误差映射代替。
接下来，在步骤104中，将在上述程序的各种步骤中使用的值Tm改变为参考工件的新值T，在该新值T下重测母件已经进行了。并且在步骤106中，移除母件旗标MF，准备在步骤80处开始下一次运行。
机器人48现在替换烘箱92中的参考工件(步骤112)。或者手动地进行替换。系统准备实施测量并校正来自生产过程的系列中所接收的其它生产工件。
可从当前被测量的该系列中的其它工件创建新的参考工件，而非通过现有参考工件进行以上重测母件过程。例如，这可在当发现已经超过容差带±Δ2或±Δ3时完成。在步骤62中测量当前工件，并且然后创建新的误差映射。这可如在步骤64至步骤66(图4)中进行。或者如在步骤70、步骤64、步骤65、步骤72(图5)中创建新的映射M1和映射M2。或者如在步骤70(图5)中仅创建新映射M1。
作为用于使参考工件保持在独立的保温装置诸如烘箱92中的替代方案，可将该参考工件保持在生产机器(诸如在图3中看到的机床42、机床44中的一个)的工作容积内。然后该参考工件将经历与生产工件相同的热环境，并且因此其将趋于追踪从生产机器接收工件时的温度Tm的变化。有效地，生产机器本身用作保温装置。
作为使参考工件保持在独立的保温装置中的另一个替代方案，可在将工件输送到测量设备40之前，控制或调整离开生产线的工件的温度Tm。目的在于减少或阻止该温度的任何偏差。实现该目的的一种方式为控制在清洗站46中清洗工件的时间。可通过温度传感器诸如54、54A、54B、54C中的一个监测清洗之后工件的温度，并且可调节后续工件的清洗时间以便趋于保持温度Tm恒定。控制或调节离开生产线的工件的温度Tm的另一种方式为在将该工件输送到测量设备40之前，将它们放置在温度控制腔室中一段时间，使得它们适应腔室的温度。
图5和图6的方法可使用专门生产的加工品作为参考工件，如以上关于图4描述，而不是来自该系列的生产工件中的一个。如先前所述，该加工品应具有多个特征，其大小和形状接近或匹配或对应于该系列的生产工件；该加工品应优选地具有与生产工件的热膨胀系数相同的或类似的热膨胀系数；并且该加工品应被加热或冷却到适当的温度Tm。
还应注意上面，所描述的方法给出了改善的准确性，因为它们针对实际温度Tm校准测量，其中在该温度Tm下，当从制造过程接收工件10时测量该工件10。不仅仅针对测量设备40的周围温度校正该测量。然而，另外可监测测量设备40的周围温度。然后，如果周围温度变化大于预定阈值，则可进行重测母件过程，例如通过设置母件旗标MF并执行步骤98至步骤112(图6)以生成新的误差映射。这具有以下优点：后续的校正考虑测量设备40的部件的热膨胀或收缩。可通过放置在测量设备40上或附近的环境温度传感器监测周围温度。或者可通过测量放置在测量设备40上或放置在测量设备40附近的目标特征的已知长度、指示设备温度变化的长度变化来监测该周围温度。具有已知长度的目标可以是具有低热膨胀系数的一块材料，诸如不变钢，尽管可使用例如具有高热膨胀系数的其它材料。
在以上描述的方法中的任一种方法中，误差映射可采用查找表的形式，该查找表给出每个测量值的误差校正或校正值。或者不是映射，可以是已知方式生成误差函数(例如，多项数误差函数)，该误差函数给出任何测量输入值的校正或校正值。
作为独立的温度传感器诸如传感器54、54A、54B、54C的替代形式，可使用测量设备40本身作为温度传感器。这可通过测量工件的特征来完成，该特征具有已知的或校准的长度并因此通过其热膨胀提供温度参考。
该部分的一个示例如下所示。在该示例中，机床42、机床44中的一个是车床，并且另一个是铣床。在车床上的车削操作产生具有特定直径的特征。之后在铣床上进行引入热、改变直径的铣削操作。可在将工件输送到铣床之前，通过测量得知特征直径。或者如果信赖车床上的车削操作的能力以进行保证，则可简单地假设该特征直径为稳定的已知值。然后在工件已经从铣床输送到测量设备40之后，重新测量直径。然后使用其热膨胀系数的知识推断出工件的温度Tm。
已经讨论了在以上方法中创建的误差映射、查找表或误差函数与温度Tm相关，在该温度Tm下从生产过程接收参考工件。然而，可产生与一些其它温度相关的误差映射、查找表或误差函数，当在该另一个温度下接收生产工件时，该误差映射、查找表或误差函数是可用的。
进行该过程的一种方式为根据所需温度差和工件材料的热膨胀系数，调整用于创建误差映射或查找表或误差函数的测量尺寸值。
当已经在第二温度下重新测量了参考工件时，例如，在重测母件过程期间，另一种方式是有用的。目前存在两种温度(并且可能更多温度)下的参考工件的测量数据。这些数据可内插或外插以创建在在第三温度下的误差映射或查找表或误差函数。

Claims (33)

1.一种测量一系列基本上或标称上相同的工件的方法，其中所述系列中的每个工件接收自制造过程并被放置在测量设备上，所述方法包括：
(a)在非周围温度下在所述测量设备上将所述工件中的一个或者具有多个部件的加工品作为参考工件进行测量，以产生所述参考工件的测量尺寸值，所述多个部件的大小和形状接近所述工件；
(b)从在所述测量设备外部的来源获得所述尺寸值的校准值；以及
(c)生成误差映射或查找表或误差函数，所述误差映射或查找表或误差函数使非周围温度下的所述参考工件的测量尺寸值与对应的所述校准值相关。
2.根据权利要求1所述的方法，其中在所述测量设备上测量所述系列的其它工件以产生测量尺寸值，并且其中所述系列中的每个工件接收自所述制造过程，并以可重复方式放置在所述测量设备上，所述方式规定每个工件的所述非周围温度为可重复的。
3.根据权利要求2所述的方法，其中可重复的所述非周围温度在预定容差内是可重复的。
4.根据权利要求2或权利要求3所述的方法，其中使用所述误差映射或查找表或误差函数校正所述其它工件的测量尺寸值。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中在所述非周围温度的预定容差内的温度下，在所述测量设备上测量所述系列的其它工件，以产生测量尺寸值，其对应于所述参考工件的测量尺寸值，并且使用所述误差映射或查找表或误差函数校正所述其它工件的测量尺寸值。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述系列中的每个工件接收自所述制造过程，并且以规定每个工件的温度在所述预定容差内的可重复方式放置在所述测量设备上。
7.根据权利要求2至6中任一项所述的方法，包括控制或调整接收自所述制造过程的工件的所述温度以减少或阻止其温度的任何偏差的步骤。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中在(c)中生成的所述误差映射或查找表或误差函数使在(a)中所述非周围温度下的所述参考工件的测量尺寸值与对应的所述校准值相关。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中(a)在(b)之前执行。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中通过在参考温度下校准所述参考工件获得所述校准值。
11.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中所述误差映射或查找表或误差函数使用热膨胀系数使来自步骤(a)的在不同温度下的所述参考工件的测量尺寸值与对应的所述校准值相关。
12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，包括测量所述系列中的其它工件的温度，并且如果所述温度与所述非周围温度的差值大于预定容差，则：
在新温度下重新测量所述参考工件，以产生所述参考工件的新的测量尺寸值；以及
生成新的误差映射或查找表或误差函数，所述新的误差映射或查找表或误差函数使所述新温度下的所述新的测量尺寸值与对应的所述校准值相关。
13.一种测量一系列基本上或标称上相同的工件的方法，其中所述系列中的每个工件接收自制造过程并被放置在测量设备上，所述方法包括：
(a)在非周围温度下在所述测量设备上将所述工件中的一个或者具有多个部件的加工品作为参考工件进行测量，以产生所述参考工件的测量尺寸值，所述多个部件的大小和形状接近所述工件；
(b)从在所述测量设备外部的来源获得所述尺寸值的校准值；以及
(c)生成误差映射或查找表或误差函数，所述误差映射或查找表或误差函数使非周围温度下的所述参考工件的测量尺寸值与对应的所述校准值相关；
进一步包括：
测量所述系列中的其它工件的温度，并且如果所述温度与所述非周围温度的差值大于预定容差，则：
在新温度下重新测量所述参考工件，以产生所述参考工件的新的测量尺寸值，以及
生成新的误差映射或查找表或误差函数，所述新的误差映射或查找表或误差函数使所述新温度下的所述新的测量尺寸值与对应的所述校准值相关。
14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中在不同于所述非周围温度的第二温度下重新测量所述参考工件，并生成误差映射或查找表或误差函数，其通过所述非周围温度与所述第二温度之间的内插或来自所述非周围温度和所述第二温度的外插，使第三温度下的所述参考工件的尺寸值与对应的所述校准值相关。
15.根据前述权利要求中任一项所述的方法，包括监测所述测量设备的周围温度或环境温度，并且如果所述周围温度或环境温度变化大于预定容差，则：
重新测量所述参考工件，以产生所述参考工件的新的测量尺寸值，以及
生成新的误差映射或查找表或误差函数，其使在已变化的所述周围温度下的所述新的测量尺寸值与对应的所述校准值相关。
16.根据权利要求12至15中任一项所述的方法，包括在所述重新测量之前，在保温装置中储存所述参考工件。
17.根据权利要求16所述的方法，其中所述保温装置为加热装置。
18.根据权利要求16所述的方法，其中所述保温装置为冷却装置。
19.根据权利要求16至18中任一项所述的方法，包括调整所述保温装置以将所述参考工件的温度调整至所述其它工件的测量温度，以在预定容差内。
20.根据前述权利要求中任一项所述的方法，包括测量所述系列中的其它工件的温度，并且如果所述温度与所述非周围温度的差值大于预定容差，则：
在非周围温度下在所述测量设备上将所述其它工件作为新参考工件进行测量，以产生所述新参考工件的测量尺寸值；
从在所述测量设备外部的来源获得尺寸值的校准值；以及
生成新的误差映射或查找表或误差函数，其使所述新参考工件的测量尺寸值与对应校准值相关。
21.一种测量一系列基本上或标称上相同的工件的方法，其中所述系列中的每个工件接收自制造过程并被放置在测量设备上，所述方法包括：
(a)在非周围温度下在所述测量设备上将所述工件中的一个或者具有多个部件的加工品作为参考工件进行测量，以产生所述参考工件的测量尺寸值，所述多个部件的大小和形状接近所述工件；
(b)从在所述测量设备外部的来源获得所述尺寸值的校准值；以及
(c)生成误差映射或查找表或误差函数，所述误差映射或查找表或误差函数使非周围温度下的所述参考工件的测量尺寸值与对应的所述校准值相关；
进一步包括：
测量所述系列中的其它工件的温度，并且如果所述温度与所述非周围温度的差值大于预定容差，则：
在非周围温度下在所述测量设备上将所述其它工件作为新参考工件进行测量，以产生所述新参考工件的测量尺寸值；
从在所述测量设备外部的来源获得尺寸值的校准值；以及
生成新的误差映射或查找表或误差函数，其使所述新参考工件的测量尺寸值与对应校准值相关。
22.根据权利要求12、权利要求20或权利要求21所述的方法，其中通过测量所述工件的部件的已知或校准长度来测量所述工件的温度，其通过其热膨胀提供温度参考。
23.根据权利要求1至11中任一项所述的方法，包括在所述非周围温度下的所述测量之前，在保温装置中储存所述参考工件。
24.根据权利要求23所述的方法，其中所述保温装置为加热装置。
25.根据权利要求24所述的方法，其中所述保温装置为冷却装置。
26.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述制造过程为机床上的切割过程。
27.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述非周围温度比所述测量设备的环境温度热。
28.根据权利要求1至26中任一项所述的方法，其中所述非周围温度比所述测量设备的环境温度冷。
29.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中通过在所述测量设备外部测量所述参考工件来获得(b)中的所述校准值。
30.根据权利要求29所述的方法，其中通过在独立的坐标测量机器上测量所述参考工件来获得(b)中的所述校准值。
31.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中从所述参考工件的尺寸或坐标点的标称设计值来获得(b)中的所述校准值。
32.一种被配置来执行根据前述权利要求中任一项所述的方法的测量设备。
33.一种用于测量设备的软件程序，所述软件程序被配置而使所述设备执行根据权利要求1至31中任一项所述的方法。
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