CN105387826A - 用于对尺寸偏差和工艺能力进行定量的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于独立于基准点而对尺寸偏差和工艺能力进行定量的方法和装置，更具体地涉及测量系统接收规定第一设计的测量点的设计值及与根据第一设计利用第一工艺所制造的第一零件的测量点相对应的值。所述系统计算第一零件的参考点，并且基于第一设计的第一零件的参考点之间的差异对接收值进行转换。该系统包括用第一角度对转换值实施旋转变换的旋转模块。所述系统包括误差最小化模块，该模块确定使变换值与规定的设计值之间的偏差最小化的第一角度的第一值。所述系统包括误差确定模块，该模块计算变换值与规定的设计值之间的偏差。该系统包括分析模块，该模块基于计算偏差而计算第一工艺的工艺度量。

Description

用于对尺寸偏差和工艺能力进行定量的方法和装置

相关申请的交叉引用

本发明要求于2014年7月7日提交的美国临时专利申请第62/021,582号的权益。上述专利申请的全部内容以参考的方式并入本文中。

技术领域

本发明涉及制造零件的尺寸偏差的确定，更具体地涉及独立于基准点对尺寸偏差和工艺能力进行定量。

背景技术

当设计零件(如车辆部件)时，可将制造公差赋予设计零件的各种尺寸和特征。在用于批量地制造零件的准备中，可执行该零件的一次或多次试运行。对所制造的测试零件进行测量以确定它们如何严密地符合设计零件的限定的规格。这些比较可以用于计算制造工艺能力，并且确定是否需要改变零件或工艺以提高制造工艺能力。

仅出于示例，图1A示出了具有参考点A₀、B₀和P₀的简单三角形零件设计。该三角形可对应于薄的平面型三角形，或者可代表零件的一个面或截面。可在点A₀、B₀和P₀的量值和方向上限定可接受的公差。

在图1B中，示出了根据图1A的设计的示例性制造零件。制造零件上的参考点被标记为A_m、B_m和P_m。图1B的制造零件可以例如利用坐标测量机进行测量，或者使用夹具(fixture)和量规进行人工测量。当把制造零件放置在夹具中或者放置入坐标测量机的保持机构中时，基于制造零件的所选择特征将制造零件对准。

例如，在图2A中，将制造零件定位在夹具中，使得点Am处在对应于设计点A0的零位置。从图中，可以看出设计点B0与制造零件点Bm之间的差异。另外，可以看出设计点P0与制造零件点Pm之间的差异，并且用误差箭头e1来标记该差异。

在图2B中，不同的基准点是用于固定制造零件。在这种情况下，将制造零件点Bm固定到夹具中的零点从而对应于设计点B0。相对于图2A，设计点P0与制造零件点Pm之间的误差(用e2标记)已在量值和方向两者上发生了变化。另外，现在在制造零件点Bm中没有测量误差，但在设计点Am中出现测量误差。正如从该简单的实例中可以看出，对基准点的选择可以改变设计点的测量误差。当确定零件的工艺能力时这会导致不确定性和误差并且导致难以确定零件的哪些点引起制造问题。

这里所提供的背景技术的描述是为了概括地介绍本发明上下文的目的。本发明的发明人的工作(就本背景技术一节中所描述的内容以及本发明的各方面而言，其可以不成为申请时的现有技术)并非以明确的方式或者以隐含的方式被认为是针对本发明的现有技术。

发明内容

方法包括：接收对应于根据第一设计利用第一制造工艺所制造的第一零件的测量点的多个值。第一设计规定了测量点的设计值。该方法还包括基于所接收的值而计算第一零件的参考点。该方法还包括基于第一零件的参考点与第一设计的参考点之间的差异而对接收值进行转换。该方法还包括：对转换值实施旋转变换以形成变换值。旋转变换包括第一角度。该方法还包括：确定使变换值与规定的设计值之间的偏差最小化的第一角度的第一值。该方法还包括计算(i)对应于第一值的转换值与(ii)规定的设计值之间的偏差。该方法还包括基于第一零件的计算偏差和多个其它零件的计算偏差而计算第一制造工艺的工艺度量。该方法还包括：基于工艺度量选择性地实施以下中的至少一种操作(i)对第一制造工艺进行调整、和(ii)选择用于制造第一设计的不同工艺选择。

在其它特征中，工艺度量是工艺能力和工艺能力指数中的至少一个。在其它特征中，测量点的各点的多个值包括一组坐标。对接收值进行转换包括：通过从第一零件的参考点的坐标中减去第一设计的参考点的坐标而确定转换坐标，对于测量点的各点，通过从该点的一组坐标中减去转换坐标而生成转换值。

在其它特征中，测量点的各点的多个值包括一组坐标。第一设计的参考点的坐标为零。对接收值进行转换包括：对于测量点的各点，通过从该点的一组坐标中减去第一零件的参考点的坐标而生成转换值。旋转变换的实施使转换值围绕零点旋转。

在其它特征中，第一设计的参考点是第一设计的质心。第一零件的参考点是第一零件的质心。在其它特征中，所述方法还包括计算第一设计的参考点，其中第一设计的参考点是第一设计的质心。在其它特征中，确定第一值包括：基于每个变换值与各自的规定设计值之间的各单独偏差的平方的总和，使误差度量最小化。在其它特征中，所述方法还包括：测量与第一零件的测量点相对应的值。

在其它特征中，所述方法还包括利用第一制造工艺制造第一零件。在其它特征中，基于第一零件的计算偏差和多个其它零件的计算偏差，而计算第一制造工艺的工艺度量。在其它特征中，所述方法还包括基于该工艺度量和第二制造工艺的工艺度量对第一制造工艺与第二制造工艺进行比较。在其它特征中，所述方法还包括确定多个工艺度量，包括其中多个工艺度量的每个工艺度量对应于第一设计的测量点的各个点的工艺度量。

在其它特征中，所述方法还包括：响应于该工艺度量，实施以下步骤中的至少一个：(i)修改第一设计和(ii)修改第一设计的一个或多个测量点的公差。在其它特征中，旋转变换包括第二角度和第三角度。旋转变换包括：围绕第一零件的第一坐标系统的z轴旋转达第一角度，从而形成第二坐标系统；围绕第二坐标系统的x轴旋转达第二角度，从而形成第三坐标系统；以及，围绕第三坐标系统的z轴旋转达第三角度。

非暂时性计算机可读介质中存储有可在处理器中执行的指令，并且这些指令配置成执行接收对应于根据第一设计利用第一制造工艺所制造的第一零件的测量点的多个值。第一设计规定测量点的设计值。所述指令进一步配置成基于接收值而执行第一零件的参考点的计算。所述指令进一步配置成基于第一零件的参考点与第一设计的参考点之间的差异执行对接收值的转换。所述指令还配置成对转换值执行实施旋转变换而生成变换值。旋转变换包括第一角度。所述指令还配置成确定使变换值与规定的设计值之间的偏差最小化的第一角度的第一值。所述指令还配置成执行计算(i)对应于第一值的变换值与(ii)规定的设计值之间的偏差。所述指令还配置成基于第一零件的计算偏差和多个其它零件的计算偏差而执行计算第一制造工艺的工艺度量。所述指令还配置成基于工艺度量选择性地执行以下中的至少一个：(i)对第一制造工艺进行调整和(ii)对用于制造第一设计的不同工艺进行选择。

在其它特征中，工艺度量是工艺能力和工艺能力指数中的一个。在其它特征中，测量点的各点的多个值包括一组坐标。对接收值进行转换包括：通过从第一零件的参考点的坐标中减去第一设计的参考点的坐标而确定转换坐标，并且对于测量点的各点，通过从该点的一组坐标中减去转换坐标而生成转换值。

在其它特征中，测量点的各点的多个值包括一组坐标。用于第一设计的参考点的这些坐标为零。对接收值进行转换包括：对于测量点的各点，通过从该点的一组坐标中减去第一零件的参考点的坐标而生成转换值。旋转变换的实施使转换值围绕零点旋转。

在其它特征中，第一设计的参考点是第一设计的质心。第一零件的参考点是第一零件的质心。在其它特征中，所述指令还配置成计算第一设计的参考点，其中第一设计的参考点是第一设计的质心。在其它特征中，确定第一值包括基于每个变换值与各自的规定的设计值之间的各单独偏差的平方的总和而使误差度量最小化。在其它特征中，所述指令还配置成测量与第一零件的测量点相对应的值。

在其它特征中，指令还配置成利用第一制造工艺执行制造第一零件。在其它特征中，基于第一零件的计算偏差和多个其它零件的计算偏差而计算第一制造工艺的工艺度量。在其它特征中，所述指令还配置成基于所述工艺度量和第二制造工艺的工艺度量对第一制造工艺与第二制造工艺进行比较。在其它特征中，所述指令还配置成确定多个工艺度量，包括其中多个工艺度量中的每个工艺度量对应于第一设计的测量点中的各自一个的工艺度量。

在其它特征中，所述指令还配置成响应于工艺度量执行以下操作中的至少一个：(i)修改第一设计、和(ii)修改第一设计的一个或多个测量点的公差。在其它特征中，旋转变换包括第二角度和第三角度。旋转变换包括围绕第一零件的第一坐标系统的Z轴旋转达第一角度，从而形成第二坐标系统；围绕第二坐标系统的X轴旋转达第二角度，从而形成第三坐标系统；以及，围绕第三坐标系统的Z轴旋转达第三角度。

测量系统接收规定第一设计的测量点的设计值、及与根据第一设计利用第一工艺所制造的第一零件的测量点相对应的值。该系统计算第一零件的参考点，并且基于第一设计的第一零件的参考点之间的差异对接收值进行转换。所述系统包括旋转模块。该模块用第一角度对转换值实施旋转变换。所述系统包括误差最小化模块，该模块确定使变换值与规定的设计值之间的偏差最小化第一角度的第一值。所述系统包括误差确定模块，该模块计算变换值与规定的设计值之间的偏差。所述系统包括分析模块，该模块基于计算偏差而计算第一工艺的工艺度量。

在其它特征中，工艺度量是工艺能力和工艺能力指数中的一个。在其它特征中，第一设计的参考点是第一设计的质心。第一零件的参考点是第一零件的质心。第一设计的参考点的坐标为零。测量点的各点的多个值包括一组坐标。对接收值进行转换包括：对于测量点的各点，通过从该点的一组坐标中减去第一零件的参考点的坐标而生成转换值。旋转变换的实施使转换值围绕零点旋转。

在其它特征中，设计输入模块配置成计算第一设计的参考点并且对第一设计的规定的设计值进行转换从而将第一设计的参考点定位在坐标系统的零点。在其它特征中，确定第一值包括基于每个变换值与各自规定的设计值之间的各单独偏差的平方的总和，而使误差度量最小化。

基于详细说明、权利要求和附图，本发明的其它应用范围将变得清楚。详细说明和具体实例意图只是为了说明的目的而并非意图限制本发明的范围。

本发明还公开了以下方案。

方案1.一种方法，包括：

接收与根据第一设计利用第一制造工艺所制造的第一零件的测量点相对应的多个值，其中，所述第一设计规定用于所述测量点的设计值；

基于所述接收的值来计算所述第一零件的参考点；

基于所述第一零件的所述参考点与所述第一设计的参考点之间的差异而对所述接收的值进行转换；

对所述转换值实施旋转变换以生成变换值，其中，所述旋转变换包括第一角度；

确定使所述变换值与所述规定的设计值之间的偏差最小化的所述第一角度的第一值；

计算(i)对应于所述第一值的所述变换值与(ii)所述规定的设计值之间的偏差；

基于所述第一零件的所述计算偏差及用于多个其它零件的计算偏差而计算所述第一制造工艺的工艺度量；及

基于所述工艺度量，选择性地执行以下操作的至少一者：(i)调整所述第一制造工艺和(ii)选择不同的用于制造所述第一设计的工艺。

方案2.如方案1所述的方法，其中，所述工艺度量是工艺能力和工艺能力指数中的一个。

方案3.如方案1所述的方法，其中，

所述多个值包括对于所述测量点的各点的对于所述点的一组坐标；并且

对所述接收的值进行转换包括：

通过从所述第一零件的所述参考点的坐标中减去所述第一设计的所述参考点的坐标而确定转换坐标；及

对于所述测量点的各点，通过从所述点的所述一组坐标中减去所述转换坐标而生成所述转换值。

方案4.如方案1所述的方法，其中，

所述多个值包括对于所述测量点的各点的对于所述点的一组坐标；并且

所述第一设计的所述参考点的坐标为零；

对所述接收的值进行转换包括，对于所述测量点的各点，通过从对于所述点的所述一组坐标中减去所述第一零件的所述参考点的坐标而生成所述转换值；并且

实施所述旋转变换使所述转换值围绕零点旋转。

方案5.如方案1所述的方法，其中，所述第一设计的所述参考点是所述第一设计的质心；并且

所述第一零件的所述参考点是所述第一零件的质心。

方案6.如方案5所述的方法，还包括计算所述第一设计的所述参考点，其中，所述第一设计的所述参考点是所述第一设计的质心。

方案7.如方案1所述的方法，其中，确定所述第一值包括基于每个所述变换值与所述各自的规定的设计值之间的各单独偏差的平方的总和而使误差度量最小化。

方案8.如方案1所述的方法，还包括测量与所述第一零件的所述测量点相对应的值。

方案9.如方案1所述的方法，还包括利用所述第一制造工艺制造所述第一零件。

方案10.如方案1所述的方法，其中，基于所述第一零件的所述计算偏差和多个其它零件的计算偏差而计算所述第一制造工艺的所述工艺度量。

方案11.如方案1所述的方法，还包括基于所述工艺度量和所述第二制造工艺的工艺度量，对所述第一制造工艺与第二制造工艺进行比较。

方案12.如方案1所述的方法，还包括确定包括所述工艺度量的多个工艺度量，其中，每个所述多个工艺度量与所述第一设计的各自一个的所述测量点相对应。

方案13.如方案1所述的方法，响应于所述工艺度量，所述方法还包括以下至少一种情况(i)修改所述第一设计和(ii)修改所述第一设计的一个或多个所述测量点的公差。

方案14.如方案1所述的方法，其中，所述旋转变换包括第二角度和第三角度；并且

所述旋转变换包括：

围绕所述第一零件的第一坐标系统的z轴旋转达所述第一角度，从而形成第二坐标系统；

围绕所述第二坐标系统的z轴旋转达所述第二角度，从而形成第三坐标系统；及

围绕所述第三坐标系统的z轴旋转达所述第三角度。

方案15.一种可在处理器中执行的非暂时性计算机可读介质存储指令，所述指令配置成执行：

接收与根据第一设计利用第一制造工艺所制造的第一零件的测量点相对应的多个值，其中，所述第一设计规定所述测量点的设计值；

基于所述接收的值计算所述第一零件的参考点；

基于所述第一零件的所述参考点与所述第一设计的参考点之间的差异而对所述接收的值进行转换；

向所述转换值实施旋转变换从而生成变换值，其中，所述旋转变换包括第一角度；

确定用于使所述变换值与所述规定的设计值之间的偏差最小化的所述第一角度的第一值；

计算(i)对应于所述第一值的所述变换值与(ii)所述规定的设计值之间的偏差；

基于所述第一零件的所述计算偏差和多个其它零件的计算偏差而计算所述第一制造工艺的工艺度量；及

基于所述工艺度量而选择性地执行以下操作的至少一者：(i)调整所述第一制造工艺和(ii)选择用于制造所述第一设计的不同工艺。

方案16.一种测量系统，包括：

设计输入模块，所述设计输入模块配置成接收规定第一设计的多个测量点的设计值；

测量输入模块，所述测量输入模块配置成接收与根据所述第一设计利用第一制造工艺所制造的第一零件的测量点相对应的多个值；

参考确定模块，所述参考确定模块配置成基于所述接收的值计算所述第一零件的参考点；

转换模块，所述转换模块配置成基于所述第一零件的所述参考点与所述第一设计的参考点之间的差异而对所述接收的值进行转换；

旋转模块，所述旋转模块配置成向所述转换值实施旋转变换以生成变换值，其中，所述旋转变换包括第一角度；

误差最小化模块，所述误差最小化模块配置成确定使所述变换值与所述规定的设计值之间的偏差最小化的所述第一角度的第一值；

误差确定模块，所述误差确定模块配置成计算(i)对应于所述第一值的所述变换值与(ii)所述规定的设计值之间的偏差；

分析模块，所述分析模块配置成基于所述第一零件的所述计算偏差和多个其它零件的计算偏差而计算所述第一制造工艺的工艺度量；及

报告模块，所述报告模块配置成报告所述工艺度量。

方案17.如方案16所述的测量系统，其中，所述工艺度量是工艺能力和工艺能力指数中的一个。

方案18.如方案16所述的测量系统，其中，

所述第一设计的所述参考点是所述第一设计的质心；

所述第一零件的所述参考点是所述第一零件的质心；

所述第一设计的所述参考点的坐标为零；

所述多个值包括对于所述测量点的各点的对于所述点的一组坐标；并且

对所述接收的值进行转换包括，对于所述测量点的各点，通过从所述点的所述一组坐标中减去所述第一零件的所述参考点的坐标而生成所述转换值；及

施加所述旋转变换使所述转换值围绕零点旋转。

方案19.如方案16所述的测量系统，其中，所述设计输入模块配置成计算所述第一设计的所述参考点并且对所述第一设计的所述规定的设计值进行转换从而将所述第一设计的所述参考点定位在坐标系统的零点。

方案20.如方案16所述的测量系统，其中，确定所述第一值包括基于每个所述变换值与所述各自的规定设计值之间的各单独偏差的平方的总和而使误差度量最小化。

附图说明

基于详细说明和附图，将更全面地了解本发明。

图1A是根据现有技术的示范性零件设计的俯视图。

图1B是根据现有技术的示范性制造零件的俯视图。

图2A根据现有技术的设计零件与制造零件之间的比较的俯视图。

图2B是根据现有技术的设计零件与制造零件之间的第二比较的俯视图。

图3A是示范性零件设计的俯视图。

图3B是示范性制造零件的俯视图。

图4A是制造零件的转换的俯视图。

图4B是在转换之后的制造零件的旋转的俯视图。

图5是根据本发明的示范性计算装置的高水平硬件图。

图6是示范性测量系统的功能方框图。

图7A是显示设计和制造工艺的示范性操作的流程图。

图7B是显示测量转换过程的示范性操作的流程图。

图8是标示出测量点的示范性零件的俯视图。

图9A-图9B共同地是一组示范性零件的各测量点的测量偏差和体积参数的图表。

图10A-图10B共同地是该组零件的变换测量偏差和所形成的统计参数的图表。

图11A是该组零件的各测量点的测量偏差的图。

图11B是该组零件的转换的测量偏差的图。

在附图中，附图标记可用于标示类似和/或相同的元件。

具体实施方式

在图3A中，示出了类似于图1A的简单三角形零件的设计。设计点A₀、B₀和P₀被限定用于设计零件。在图3B中示出了根据图3A的设计的制造零件的测量。可使用坐标测量机或者提供使用由操作者人工地定位的测头来采集这些测量值。这些测量点是A_m、B_m和P_m。

应注意，制造零件看上去相对于设计零件旋转。可基于将零件附接到测量夹具的方式而形成旋转。例如，碎屑在夹具自身或者零件上的堆积会导致零件以一个角度就坐在夹具上。通常，与图示的相比旋转将较不明显，因此为了说明的目的而将图3B放大。

根据本发明，对制造零件的测量点进行转换然后使其旋转测从而使测量点与设计尺寸之间的误差最小化。这排除或者至少减少图2A和图2B中所示的基准依赖性。基于该转换所计算的制造偏差允许更准确地对工艺进行评估，例如通过更准确地计算工艺能力。该转换也建立了用于在不依赖于如下变量的情况下对制造零件与工艺进行比较的前后一致的机制：(i)被选择用于对准的基准点、和(ii)在制造零件与测量夹具的界面处所产生的偏移。

具体地，本发明的各种实施例包括确定制造零件的计算点的：图3B中的点C_m。然后对制造零件的测量点进行转换，使得制造零件的计算的点C_m具有与设计零件的计算点C₀相同的坐标。这些计算点可以分别是制造零件和设计零件的中心点。在各种实施例中，中心点可被定义为在两个或三个维度中的质心。

在图4A中显示制造零件已经过转换，使得制造零件的计算点C_m与设计零件的计算点C₀一致。如下面更详细的描述，然后使制造零件旋转，如图4B中所示，以使测量点与设计点之间的总体误差最小化。

为了确定期望的旋转角度，对制造零件的测量点实施旋转变换。象征性地实施该转换，从而可以求出转换的角度。然后对制造零件的经转换的测量点与设计点进行比较，以确定作为旋转角度的函数的偏差。对这些角度进行选择以使误差度量最小化，该误差度量可以是，例如偏差的绝对值的总和或者每个偏差的平方的总和。

一旦确定并实施使感兴趣的误差度量最小化的旋转变换，可以确定所形成的零件与设计之间的偏差。这些偏差可以用于确定零件自身是否符合设计标准，并且可以用于其它变换测量以便确定工艺的精确度。精确度可以用术语“工艺能力”表示。

更正式地，就具有n个测量点的三维零件A而言，是在每个n测量点处的一组偏差。就三个尺寸而言，是代表测量点i的各尺寸中的偏差的1×3误差向量。偏差组E可以用n×3矩阵表示：

$E=\left[\begin{array}{ccc}{e}_{1x}& e_{1y}& e_{1z}\\ e_{2x}& e_{2y}& e_{2z}\\ .& .& .\\ .& .& .\\ .& .& .\\ e_{nx}& e_{ny}& e_{nz}\end{array}\right]$

其中，e_ix、e_iy和e_iz是的x、y和z分量。

另一个矩阵P₀被定义为代表设计零件的标称尺寸(设计尺寸)：

$P_0=\left[\begin{array}{ccc}{p}_{01x}& p_{01y}& p_{01z}\\ p_{02x}& p_{02y}& p_{02z}\\ .& .& .\\ .& .& .\\ .& .& .\\ p_{0nx}& p_{0ny}& p_{0nz}\end{array}\right]$

其中p_0ix、p_0iy和p_0iz是设计零件的第i维度的x、y和z坐标。

假设P_m代表制造零件的测量尺寸：

$P_m=\left[\begin{array}{ccc}{p}_{m1x}& p_{m1y}& p_{m1z}\\ p_{m2x}& p_{m2y}& p_{m2z}\\ .& .& .\\ .& .& .\\ .& .& .\\ p_{mnx}& p_{mny}& p_{mnz}\end{array}\right]$

其中p_mix、p_miy和p_miz是制造零件的第i维度的x、y和z坐标。

偏差E的定义是：

E＝P_m-P₀

假设标称零件的几何质心是c₀并且制造零件的质心是c_m。以如下方式计算转换的量d：

d＝c_m-c₀＝[d_x，d_y，d_z]

其中c_m、c₀和d各自为1×3的向量。

转换后的制造零件的坐标P′₀为：

$P_0^{\′}=P_0+\left[\begin{array}{c}1\\ 1\\ .\\ .\\ .\\ 1\end{array}\right]d$

其中P′₀为n×3矩阵。

就具有几何对称的测量点的零件而言，质心可以简单地计算成所有测量点的中心(平均值)：

$d_x=\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}(p_{mix}-p_{0ix})$

$d_y=\frac{1}{R}\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}(p_{miy}-p_{0iy})$

$d_z=\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}(p_{miz}-p_{0iz})$

根据欧拉氏旋转定理，可以使用三个角度来描述任何三维旋转。用于一组3个欧拉角的普通写法是：(i)第一，围绕z轴旋转达角度(ii)第二，围绕新x轴(x′)旋转达角度θ∈[0，π]；和(iii)第三，围绕新的z轴(z′)旋转达角度ψ。

然后以根据如下的三个基本旋转矩阵B、C和D表示通用的旋转矩阵A：

$\begin{array}{c}A=BCD\\ =\left[\begin{array}{ccc}\cos \mathrm{\ψ}& \sin \mathrm{\ψ}& 0\\ -\sin \mathrm{\ψ}& \cos \mathrm{\ψ}& 0\\ 0& 0& 1\end{array}\right]\left[\begin{array}{ccc}1& 0& 0\\ 0& \cos \mathrm{\θ}& \sin \mathrm{\θ}\\ 0& -\sin & \cos \mathrm{\θ}\end{array}\right]\left[\begin{array}{ccc}\cos \mathrm{\φ}& \sin \mathrm{\φ}& 0\\ -\sin \mathrm{\φ}& \cos \mathrm{\φ}& 0\\ 0& 0& 1\end{array}\right]\\ =\left[\begin{array}{ccc}\cos \mathrm{\ψ}\cos \mathrm{\φ}-\cos \mathrm{\θ}\sin \mathrm{\φ}\sin \mathrm{\ψ}& \cos \mathrm{\ψ}\sin \mathrm{\φ}+\cos \mathrm{\θ}\cos \mathrm{\φ}\sin \mathrm{\ψ}& \sin \mathrm{\ψ}\sin \mathrm{\θ}\\ -\sin \mathrm{\ψ}\cos \mathrm{\φ}-\cos \mathrm{\θ}\sin \mathrm{\φ}\cos \mathrm{\ψ}& -\sin \mathrm{\ψ}\sin \mathrm{\φ}+\cos \mathrm{\θ}\cos \mathrm{\φ}\cos \mathrm{\ψ}& \cos \mathrm{\ψ}\sin \mathrm{\θ}\\ \sin \mathrm{\θ}\sin \mathrm{\φ}& -\sin \cos \mathrm{\φ}& \cos \mathrm{\θ}\end{array}\right]\end{array}$

转换后的标称零件的坐标以及旋转为：

P″₀＝P′₀A^T

其中P″₀是n×3矩阵。

然后，可以确定使标称零件与制造零件之间总偏差最小化(偏差的平方的总和)的一组欧拉角。优化问题可以表示如下：

$\left\{\begin{array}{c}\underset{\mathrm{\φ},\mathrm{\θ},\mathrm{\ψ}}{\min }\left|E^{\′\′}\right|\\ E^{\′\′}=P_m-P_0^{\′\′}\\ P_0^{\′\′}=P_0^{\′}{A}^T\\ P_0^{\′}=P_0+\left[\begin{array}{c}1\\ 1\\ .\\ .\\ .\\ 1\end{array}\right]d\end{array}\right.$

在图5中，示出了计算装置100的示范性实施例的简化的硬件。在各种实施例中，计算装置100是执行本发明中所描述方法的装置或者该装置的一部分。

处理器104执行来自存储器108的指令，并且即可操作(读出和/或写入)存储在存储器108中的数据。通常，存储器108包括易失性存储器，诸如动态随机存取存储器。处理器104可能地经由芯片组(未图示)与非易失性存储器112进行通信，该存储器112可包括起指令和/或数据的高速缓存作用的闪速存储器。

在各种实施例中，非易失性存储器112也可包括更大容量和更低成本的存储器。例如，光学驱动器、磁带机或者磁存储介质(如硬盘驱动器)可用于将数据存储在非易失性存储器112中。可将数据和/或指令的有效部分缓存于存储器108和/或非易失性存储器112(可包括闪速存储器)的各部分中。

输入装置116接收用户输入，并且可包括诸如键盘、鼠标、触摸板、数字化突片等的装置。显示器120将数据显示给用户，并且在各种实施例中可与形式为触摸屏的触感输入装置合并。通信接口124允许计算装置100与其它计算装置进行通信，例如经由局域网或广域网(如互联网)。局域网可包括有线网络或者无线网络。

计算装置100可经由通信接口124与远距离计算装置(未图示)相互作用。可将一些处理从处理器104卸载到远距离的计算装置。可将远距离计算装置放置在其中可以在不干扰用户的情况下产生额外的热和噪声的位置。该位置也可满足其它条件，诸如容易接入电源，备用电源系统和灭火系统的存在，及经调节的环境条件(包括温度和/或湿度)。

因此，远距离计算装置可执行当在处理器104中执行时将会占用大量时间的任务。远距离计算装置可加速这些任务，并且可使用户计算装置100恢复用于其它功能同时远距离的计算装置正在执行处理。远距离计算装置可服务于多个用户，并且可与其它远距离计算装置(未图示)相互作用以加载平衡处理请求。

为了使说明简洁，将许多公知的部件、总线、和普通计算装置的装置省略。仅出于示例，音频输入和输出未示出，图形卡和加速器未示出，以及诸如存储器108与非易失性存储器112之间的直接存储器存取(DMA)的技术未图示。

计算装置100也可与物理维度测量装置140相互作用。通信接口124可经由局域网与物理维度测量装置140相互作用。可替代地，物理维度测量装置140可采用不同的开放式或专有协议(如RS232)与计算装置100相互作用。

在各种实施例中，可利用其它机制(诸如人工数据录入)将来自物理维度测量装置140的数据提供至计算装置100。当对物理维度测量装置140进行人工控制时更有可能发生，正如与计算机控制相反。

物理维度测量装置140在制造被夹具160所支撑的零件150上的特定点处进行测量。夹具160可将零件150固定就位，例如通过使用夹持器。在一些实施例中，作用于零件150上的重力可足以产生防止零件150相对于夹具160移动的摩擦。物理维度测量装置140基于用于此目的的添加到设计零件的特征来确认在平直表面上的某些点(诸如图3B的点B_m)。例如，在点B_m处形成凹陷或突起从而允许利用物理维度测量装置140来确定其位置。在其它实例中，可将目视指示器(诸如刻蚀的或突出的十字准线)用作参照物。

在图6中，示出了可由计算装置100执行的示例性测量系统200的功能方框图。设计输入模块204接收关于设计零件的数据。可将该数据存储于存储模块208中，并且可由设计输入模块204对该数据进行解析和变换以便使用于测量系统200。

可从CAD(计算机辅助设计)用户界面和/或由支持的CAD或CAE(计算机辅助工程)程序输出的CAD文件中接收设计数据。在各种实施例中，测量系统200可与CAD或CAE程序结合，例如作为插件或模块。

测量输入模块212接收关于一个或多个制造零件的数据。该数据可直接地经由网络或者间接地通过人工输入或者另一机制(诸如由物理维度测量装置140打印且施加到零件的计算机可读条形码)而来自于物理维度测量装置140。可将制造零件的测量解析成内部存储格式并且存储在存储模块208中。

质心确定模块216确定各零件的计算点。在本实例中，计算点是质心。质心确定模块216也可以计算设计零件的质心，或者可经过设计输入模块204与其它设计数据一起接收该信息。

转移模块220使测量点转移从而使制造零件的质心与设计零件的质心对准。仅出于示例，在存储于存储模块208之前可将设计数据归一化至其质心，使得设计零件的质心处在坐标系统的零点处并且设计零件的各点的坐标是由它们与质心的距离而限定。因此，通过简单地从制造零件的每个测量点中减去制造零件的质心的坐标，可以使制造零件与设计零件对准。将转换的测量点存储于存储模块208中。

误差最小化模块224确定使经转换和旋转的测量点与设计点之间的误差最小化的一组角度。当把零件作为二维零件进行处理时，一组角度可包括单个角度，或者可使该组中的其它角度变为零。就三维零件而言，这组角度可包括二个或三个角度。可将来自旋转模块228的所确定组的角度存储在存储模块208中，以避免如果对于给定的测量零件重复该工艺必须重新计算这些角度。

旋转模块228对测量点实施所确定的旋转变换并且将变换点提供至误差确定模块232。误差确定模块确定制造零件与设计零件之间的偏差(已总体地最小化)。将这些确定的偏差存储于存储模块208中。

因此，存储模块208存储各制造零件的误差数据。存储模块208可存储关于这些误差元数据的，包括与该零件相对应的设计迭代的识别，物理零件自身的识别，和用于形成该零件的工艺迭代的识别。

其它元数据可包括制造零件的时间和测量零件尺寸的时间。当使用多个物理维度测量装置时，元数据可反映哪个装置被使用，当涉及到操作者时，元数据可指定操作者的身份，诸如通过姓名或者员工号。

分析模块236对由制造工艺的某个迭代所产生的一组零件的误差数据进行分析。基于此分析，可以确定工艺能力。其它分析可以包括各设计点的误差的统计计算，并且可以用绝对距离或者相对于设计点与设计质心之间距离的距离的百分数来表示误差。另外，存储模块208可以以向量而不是仅以标量的形式存储各设计点的误差。然后可利用向量数学计算方差、算术平均值、标准差。

报告模块240将误差数据和工艺能力数据报告给用户并且可包括单独零件的图形矩阵和测量点(如图9A-图10B中所示)、以及偏差的图(如图11A和图11B中所示)。报告可采用各种形式并且可利用电子通信信道或者物理打印输出而传输给各种用户。基于这些报告，可将零件的设计更新以适应不能达到零件的某些限制的工艺限制。另外，可对制造工艺进行修改以纠正制造零件中的持久缺陷。

可通过计制造零件的尺寸的平均值μ并且计算制造零件的该值的标准差σ，而确定给定尺寸或规格的工艺能力。然后，工艺能力是将规格上限值与规格下限值之间的差异除以六与标准差σ的乘积：

$C_p=\frac{USL-LSL}{6\mathrm{\σ}}$

一般来说，工艺能力数越高则越好。

如果工艺的平均值μ不是规格上限与规格下限之间的中间值，那么该工艺能力会过高估计了工艺的能力。为了解释朝向规格上限或规格下限的工艺平均值的偏差，将工艺能力指数定义为在工艺能力上限与工艺能力下限之间的最小值：

$C_{p,lower}=\frac{\mathrm{\μ}-LSL}{3\mathrm{\σ}}$

$C_{p,upper}=\frac{USL-\mathrm{\μ}}{3\mathrm{\σ}}$

C_pk＝min[C_p，lower，C_p，upper]

在图7A中，示出了示范性的设计和制造工艺。控制开始于步骤304，其中对零件进行设计或者导入以前设计的零件的设计参数。作为零件设计的部分，规定测量点、公差和期望的工艺能力。在步骤308，利用所选择的工艺来制造零件。在步骤312，确定设计零件的质心。

在步骤316，首先选择制造零件。在步骤320，将所选择的零件放置在夹具中，其中对所选择零件的测量点进行测量。在步骤324，控制将测量点转换到所选择零件上，诸如图7B中更详细地示出。在步骤328，在进行变换时控制确定所选择零件的制造偏差。在步骤332，如果存在来自制造运行的其它零件，则控制转移至步骤336；否则，控制转移至步骤340。在步骤336，对下一个零件进行选择并且控制返回至步骤320。

在步骤340，对在步骤328中所变换的制造偏差进行统计分析。在步骤344，控制确定统计结果是否满足设计约束条件。例如，这些约束条件可以是：每个测量点具有预定阈值的工艺能力。如果满足约束条件，则控制结束；否则，控制转移至步骤348。在步骤348，对一个或多个制造工艺、设计、公差或者期望的工艺能力进行调整。然后，控制返回至步骤308。

在图7B中，示出了示范性的转换。控制开始于404，其中确定所选择零件的质心。在步骤408，控制基于所选择零件的质心与零件的设计质心之间的差异，对所选择零件的测量点进行转换。在步骤412，控制确定旋转，该旋转使设计的测量点与所选择零件的变换测量点之间的偏差的平方的总和最小化。在步骤416，控制将所确定的旋转91转换施加到所选择零件的测量点，并且控制返回至图6A。

在以下的附图中，设计并制造了示范性的零件，示出了部分的本发明的潜在优点。在图8中，示出了具有经标记的测量点的制造零件的俯视图。在该实例中，测量点被限定在z方向上，其中x轴和y轴在附图的平面中，并且z轴在垂直于附图的平面的方向上延伸。

在图9A-图9B中，示出了测量点的图表，其中各行对应于不同的测量点。根据本发明，这些测量点尚未经过变换。作为例子示出了十个制造零件，各零件对应于各自的列450-4、450-5、450-6、450-7、450-8、450-9、450-10、450-11、450-12、和450-13。

列450-1显示测量点数。将各行分在两页中，其中图9A中显示各行的前半部分并且图9B中显示后半部分。图中示出了在点与零件的交叉点处的各点的实际测量偏差。仅出于示例，零件1的点4具有-0.277毫米的偏差。

低的公差列450-2对应于点的设计值与该点的规格下限之间的差异。高的公差列450-3对应于点的规格上限与该点的设计值之间的差异。因此，低和高公差落在零的任一侧。零件的测量偏差超过规定公差的测量点是用封闭的方框来标示。例如，零件1的点8(列450-4)超过0.6公差，因此被边界包围。

工艺能力(“C_p”)列450-14和工艺能力指数(“C_pk”)列450-15显示在进行转换前的每个测量点的工艺能力和工艺能力指数。应注意，虽然点27和28都具有2.31的相对较高的工艺能力，但这些点中的每个点的工艺能力指数实际上为负值，因为这些点的平均值是在公差之外。

如图9A-9B中所示，多个零件的许多点似乎超过规格值。另外，点27和28超过每个单个制造零件的规格公差，并且对于除一个零件外的所有零件，点40的测量值均超过公差值。

对图9A-9B与图10A-图10B相比较，其中根据本发明具有相同测量值的相同零件已经过变换。图10A-图10B中的列(460-1至460-15)对应于图9A-图9B的列，显示了在执行转换之后的10个零件(列460-4，460-5、460-6、460-7、460-8、460-9、460-10、460-11、460-12、和460-13)的每个零件的偏差数。基于修正的偏差数，分别对工艺能力列460-14和工艺能力指数列460-15进行更新。

通过图10A-图10B的目视检查可知，在图9A-图9B中超过所限定公差的各点的数显著地较低。实际上，除了可应经历一些制造异常的零件7外，仅有六个点超过规定的公差。此外，仅有两个点(点38和点10)其中多于一个的零件显示在规定公差之外的偏差。

零件设计者和工艺设计者的注意力然后可以集中于下降至低于较小数量的点，例如1.33的工艺能力。当查看没有转换的图9A-图9B时，难以确定向哪里实施零件和制造工艺设计的改进。图10A-10B的工艺能力和工艺能力指数不再是基准依赖性的，因此可以使用于更广范围的测量装置、操作者、和制造工艺。由于基准选择所产生的变化可通过本发明而排除或减小，从而显示真实的工艺变化。

在图11A中，示出了每个零件的偏差的图。在这种情况下，示出了十个零件的各零件的x轴上的各测量点的y轴上的偏差(以毫米为单位)的图。应注意偏差的平均值较高，因此许多的零件落在从-0.6至0.6的公差区域500的外部。示出了平均偏差的粗线并且标记为504。另外，经过测量点的零件7的偏差被标记为508。

同时，在图11B中，绘出了变换偏差。现在它们是大约以零为中心，并且许多的点落在公差区域500内。示出了平均偏差的粗线并且标记为524。另外，经过测量点的零件7的偏差被标记为528。

前面的描述在本质上只是说明性的而绝不是意图限制本发明、其应用或使用。本发明的广义教示可以采用多种形态而实施。因此，虽然本发明包括具体实例，但本发明的真实范围不应受如此限制，因为在研究附图、说明书和所附权利要求时其它修改将变得清楚。本文中使用的短语“A、B和C中的至少一个”应当被理解成表示逻辑(A或B或C)，利用非排他性的逻辑“或”，并且不应理解成表示“至少一个的A、至少一个的B、和至少一个的C”。应当理解的是，在不改变本发明的原理的前提下，方法中的一个或多个步骤可按不同的顺序(或者同时地)执行。

在包括下面定义的本申请中，术语“模块”或术语“控制器”可用术语“电路”代替。术语“模块”可以指代以下元件、是以下元件的一部分，或者包括以下元件：专用集成电路(ASIC)；数字、模拟、或混合的模拟/数字离散电路；数字、模拟、或混合模拟/数字集成电路；组合逻辑电路；现场可编程门阵列(FPGA)；执行代码的处理器电路(共享、专用、或成组的)；存储由处理器电路所执行代码储存器电路(共享、专用、或成组的)；提供所述功能的其它合适的硬件部件；或者上述的部分或全部的组合，诸如在系统芯片中。

模块可包括一个或多个接口电路。在一些实例中，接口电路可包括连接到局域网(LAN)、互联网、广域网(WAN)、或者其组合的有线或无线接口。本发明的任何给定模块的功能可分布在经由接口电路所连接的多个模块中。例如，多个模块可允许负载平衡。在另一个实例中，服务器(也称为远距离服务器、或云服务器)模块可实现支持客户模块的一些功能。

上面使用的术语“代码”可包括软件、固件、和/或微码，并且可指代程序、例程、函数、类、数据结构、和/或对象。术语“共享处理器电路”包括执行部分或全部的来自多个模块的代码的单个处理器电路。术语“成组处理器电路”包括连同其它处理器电路执行来自一个或多个模块的部分或全部的代码的处理器电路。所提及的多个处理器电路包括：在不连续芯片上的多个处理器电路、在单个芯片上的多个处理器、单个处理器电路的多个芯、单个处理器电路的多个线程、或者上述的组合。术语“共享储存器电路”包括存储来自多个模块的部分或全部代码的单个存储电路。术语“成组存储电路”包括结合其它存储器存储来自一个或多个模块的部分或全部代码的存储电路。

术语“储存器电路”是术语“计算机可读介质”的子集。本文中使用的术语“计算机可读介质”不包括经过介质(诸如载波)传播的暂时性的电信号或电磁信号；因此，术语“计算机可读介质”可以认为是有形的和非暂时性的。非暂时性的有形计算机可读介质的非限制性例包括非易失性存储电路(诸如闪速存储电路或者屏蔽只读存储电路)、易失性存储电路(诸如静态随机存取存储电路和动态随机存取存储电路)、以及次级存储器，诸如磁存储器(诸如磁带或者硬盘驱动器)和光存储器。

本发明中所描述的装置和方法可以部分地或全部地由专用计算机执行，该专用计算机是通过将通用计算机配置成执行一个或多个的具体化为计算机程序的特定功能而形成。计算机程序包括处理器可执行存储在至少一个非暂时性的有形计算机可读介质中的指令。计算机程序也可包括或者依赖于存储的数据。计算机程序可包括与专用计算机的硬件相互主体的基本输入/输出系统(BIOS)、与专用计算机的特定装置相互作用的器件驱动器、一个或多个操作系统、用户应用程序、后台服务和应用程序等。

计算机程序可包括：(i)汇编代码；(ii)由编译器从源代码中所生成的目标代码；(iii)由解释器执行的源代码；(iv)由即时编译器编译和执行的源代码；(v)用于语法分析的描述性文本，诸如HTML(超文本标记语言)或XML(可扩展标记语言)等。作为例子，源代码可用C、C++、C#、Objective-C、Haskell、Go、SQL、Lisp、ASP、Perl、HTML5、Ada、ASP(动态服务器页面)、Perl、Scala、Erlang，Ruby、VisualLua、或者来编写。

权利要求中所详述的要素均并非意图是在35U.S.C.§112(f)的含义中的装置加功能的限定要素，除非使用短语“用于......的装置，，明确地详述该元素，或者在使用短语“用于......的操作”或者“用于......的步骤”的方法权利要求的情况下。

Claims (10)

1.一种方法，包括：

接收与根据第一设计利用第一制造工艺所制造的第一零件的测量点相对应的多个值，其中，所述第一设计规定用于所述测量点的设计值；

基于所述接收的值来计算所述第一零件的参考点；

基于所述第一零件的所述参考点与所述第一设计的参考点之间的差异而对所述接收的值进行转换；

对所述转换值实施旋转变换以生成变换值，其中，所述旋转变换包括第一角度；

确定使所述变换值与所述规定的设计值之间的偏差最小化的所述第一角度的第一值；

计算(i)对应于所述第一值的所述变换值与(ii)所述规定的设计值之间的偏差；

基于所述第一零件的所述计算偏差及用于多个其它零件的计算偏差而计算所述第一制造工艺的工艺度量；及

基于所述工艺度量，选择性地执行以下操作的至少一者：(i)调整所述第一制造工艺和(ii)选择不同的用于制造所述第一设计的工艺。

2.如权利要求1所述的方法，其中，所述工艺度量是工艺能力和工艺能力指数中的一个。

3.如权利要求1所述的方法，其中，

所述多个值包括对于所述测量点的各点的对于所述点的一组坐标；并且

对所述接收的值进行转换包括：

通过从所述第一零件的所述参考点的坐标中减去所述第一设计的所述参考点的坐标而确定转换坐标；及

对于所述测量点的各点，通过从所述点的所述一组坐标中减去所述转换坐标而生成所述转换值。

4.如权利要求1所述的方法，其中，

所述多个值包括对于所述测量点的各点的对于所述点的一组坐标；并且

所述第一设计的所述参考点的坐标为零；

对所述接收的值进行转换包括，对于所述测量点的各点，通过从对于所述点的所述一组坐标中减去所述第一零件的所述参考点的坐标而生成所述转换值；并且

实施所述旋转变换使所述转换值围绕零点旋转。

5.如权利要求1所述的方法，其中，所述第一设计的所述参考点是所述第一设计的质心；并且

所述第一零件的所述参考点是所述第一零件的质心。

6.如权利要求5所述的方法，还包括计算所述第一设计的所述参考点，其中，所述第一设计的所述参考点是所述第一设计的质心。

7.如权利要求1所述的方法，其中，确定所述第一值包括基于每个所述变换值与所述各自的规定的设计值之间的各单独偏差的平方的总和而使误差度量最小化。

8.如权利要求1所述的方法，还包括测量与所述第一零件的所述测量点相对应的值。

9.一种可在处理器中执行的非暂时性计算机可读介质存储指令，所述指令配置成执行：

接收与根据第一设计利用第一制造工艺所制造的第一零件的测量点相对应的多个值，其中，所述第一设计规定所述测量点的设计值；

基于所述接收的值计算所述第一零件的参考点；

基于所述第一零件的所述参考点与所述第一设计的参考点之间的差异而对所述接收的值进行转换；

向所述转换值实施旋转变换从而生成变换值，其中，所述旋转变换包括第一角度；

确定用于使所述变换值与所述规定的设计值之间的偏差最小化的所述第一角度的第一值；

计算(i)对应于所述第一值的所述变换值与(ii)所述规定的设计值之间的偏差；

基于所述第一零件的所述计算偏差和多个其它零件的计算偏差而计算所述第一制造工艺的工艺度量；及

基于所述工艺度量而选择性地执行以下操作的至少一者：(i)调整所述第一制造工艺和(ii)选择用于制造所述第一设计的不同工艺。

10.一种测量系统，包括：

设计输入模块，所述设计输入模块配置成接收规定第一设计的多个测量点的设计值；

测量输入模块，所述测量输入模块配置成接收与根据所述第一设计利用第一制造工艺所制造的第一零件的测量点相对应的多个值；

参考确定模块，所述参考确定模块配置成基于所述接收的值计算所述第一零件的参考点；

转换模块，所述转换模块配置成基于所述第一零件的所述参考点与所述第一设计的参考点之间的差异而对所述接收的值进行转换；

旋转模块，所述旋转模块配置成向所述转换值实施旋转变换以生成变换值，其中，所述旋转变换包括第一角度；

误差最小化模块，所述误差最小化模块配置成确定使所述变换值与所述规定的设计值之间的偏差最小化的所述第一角度的第一值；

误差确定模块，所述误差确定模块配置成计算(i)对应于所述第一值的所述变换值与(ii)所述规定的设计值之间的偏差；

分析模块，所述分析模块配置成基于所述第一零件的所述计算偏差和多个其它零件的计算偏差而计算所述第一制造工艺的工艺度量；及

报告模块，所述报告模块配置成报告所述工艺度量。