TWI495846B - 用於量測一零件之方法及裝置 - Google Patents

Description

用於量測一零件之方法及裝置

本發明係關於用於量測一零件之方法及裝置。本發明特別應用於使用一座標定位機(諸如一機床或座標量測機)量測一零件。

在機床中，已知藉由沿著一路徑移動一接觸探針，使得探針在表面上之多個點上接觸零件之一表面而使用一接觸探針量測一零件。接觸點之位置可判定自來自機床及接觸探針之信號及一合適形狀可擬合至這些點以獲得表面之一表示。亦已知在接觸探針被固定在適當位置的情況下旋轉零件。此等方法之實例描述於US3866829。

在US3866829中，接觸探針可平行於旋轉軸移動以在零件之不同高度上取得量測值。但是，亦已知在垂直於旋轉軸之方向上移動接觸探針，使得一零件之內圓及外圓可被量測，舉例而言，如EP0744678中所揭示。

量測值之誤差可能導致所產生表示之不準確。特定言之，在零件被旋轉且接觸探針固定的情況中，無法直接量測圓柱形/圓形零件之一直徑，但是所量測之位置必須與零件之一中心關聯以判定一直徑。旋轉可提供有關零件圍繞旋轉中心之偏擺(runout)的資訊，但是無法直接判定旋轉中心之位置，且亦無法判定零件相對於旋轉中心之偏心誤差。亦無法將零件之第一級圓度與零件之軸心漂移或偏心誤差分開。

US4852402揭示一種量測方法，其中一接觸探針在一齒輪旋轉的同時移動。接觸探針在正交於與接觸探針接觸之齒輪齒之一表面上之一點之一移動方向之一方向上移動。記錄與齒之一理想漸開線形狀之偏差。

US6154713揭示一種在量測與接觸探針之移動同時旋轉之一零件時判定一接觸探針之一路徑，使得一表面之量測總是在垂直於表面之一較佳量測方向上發生之方法。

US6327788揭示一種用一標稱平直接觸探針在一指定高度上量測一圓柱形零件之一組徑向值之方法，其係藉由在探針定位在一第一、固定徑向位置時相對於探針旋轉零件以獲得一第一組徑向值且隨後將探針移動至與第一位置直徑相反之一第二、固定徑向位置且旋轉零件以獲得一第二組徑向值。可在複數個不同高度上的各徑向位置上獲得值組。以此方式，針對零件上之各點，獲得兩個半徑之量測值。獲得各點上之半徑之量測值之平均數以補償接觸探針之平直度之誤差。

在一替代實施例中，取代平均各點上之半徑之量測值，使用一最小平方演算法將各組徑向值擬合至一圓。獲得擬合圓之平均值。一組徑向值之擬合圓隨後從平均值圓中減去且結果被加至該組之原始徑向值。

圖1a至圖1c針對一單個高度示意繪示此方法，其中具有半徑R1之一第一圓被擬合至針對接觸探針之一第一位置獲得之徑向值且具有半徑R2之一第二圓被擬合至針對接觸探針之一第二位置獲得之徑向值。針對值R1及R2獲得一平均半徑AV。平均半徑AV與圖解R1中之一組資料之一半徑之間之一差值隨後被加至具有半徑R1之圓被擬合至之半徑值以獲得表示最終形狀之一資料組。

據揭示，此第二實施例減小角相位誤差，角相位誤差可在接觸探針之兩個位置之角距無法準確獲知的情況下發生(即，針對接觸探 針之兩個位置量測之「相同點」實際上可為因各位置上之角度量測之誤差而稍微不同之點。因此，針對各點之徑向位置之簡單平均可能因量測值係針對稍微不同點而係錯誤平均。)

此一方法可消除由缺少接觸探針之平直度而產生的誤差，但是來自其他源之誤差(諸如零件從旋轉軸偏心、量測系統之其他零件之變形或偏擺)仍可能在零件之量測中產生顯著不準確。

根據本發明之一第一態樣，提供一種用安裝在一座標定位機上之一接觸探針量測一零件之方法，方法包括在零件及接觸探針各定位在座標定位機內之複數個不同位置上的情況下量測零件之一表面上之複數個點。

探針可相對於零件沿著一掃描路徑移動，使得在機器中之相對遠離位置上及在沿著掃描路徑之相對遠離位置上量測沿著被量測之一曲線或表面緊密定位在一起的實質重合點。

掃描路徑可包括實質相同掃描路徑之多個掃描，在實質相同掃描路徑之單獨掃描上量測重合點。因此，可在掃描路徑之不同橫越期間藉由探針量測零件上之相同點或緊靠在一起的點。零件及接觸探針在座標量測機中之移動可使得相同掃描路徑相對於零件之不同橫越包括接觸探針相對於座標量測機沿著不同路徑的行進(此係因為零件亦相對於座標量測機移動)。以此方式，可在掃描路徑之不同橫越期間，在探針針對各量測定位在座標量測機中之相對遠離位置上的情況下量測零件上緊靠在一起的點。

掃描路徑可包括圍繞零件之複數個完整巡行，在零件之單獨完整巡行上量測重合點。各完整巡行可圍繞零件之相同周長。各完整巡行可在一方向上與另一(其他)完整巡行偏移。掃描路徑可為圍繞零件之螺旋線或三維螺旋環。

方法可包括在量測在被量測曲線或表面上相對緊靠在一起之實質重合點之間隔期間，量測在被量測曲線或表面上比實質重合點彼此相距更遠之其他點。

方法可包括在零件及接觸探針兩者在不同位置之間連續移動時，量測複數個點。

方法實現沿著一掃描路徑及/或在一系列離散移動中在短時間週期內相對於移動零件及/或接觸探針一次取得許多「獨立」量測值。可在假設點的誤差不相關且正常分佈的情況下一起分析在零件及接觸探針在機器中的不同位置上獲得之量測點雲(cloud)。更具體言之，量測在機器體積中之實質不同位置上之零件上緊靠彼此定位的點可減小量測不確定性，此係因為各量測可被視作「獨立」，其中存在一些(若有)量測常見之系統誤差。在獨立量測的情況下，量測不確定性在1/N之內，其中N係各點之量測次數。

接觸探針可為多軸接觸探針，其中量測可在複數個量測方向之任一者上透過探針之一觸針之偏轉執行，探針產生指示偏轉之量值及方向兩者之信號，方法包括移動接觸探針及零件，使得接觸探針在至少兩個量測方向上透過觸針之偏轉執行量測。以此方式，可避免歸因於探針之單個量測方向之系統誤差。

方法可包括將一分析曲線或表面擬合至複數個點以獲得表面之一表示。

各量測之誤差將取決於探針及零件在座標定位機內之位置。將一分析曲線或表面擬合至複數個點找到最佳擬合「平均化」所發生的誤差的量測點之一曲線或表面(或換言之，擬合形成一逼近函數，其試圖擷取零件之一形狀，同時消除歸因於誤差之變化)。「平均化」之類型將取決於用於評估最佳擬合複數個點之分析曲線或表面之方法。舉例而言，一最小平方演算法將使點與分析曲線或表面之間之一距離 之平方之和最小化。因此，表面之所得表示將考慮來自不同源之誤差，諸如接觸探針及/或座標定位機之變形及偏擺。

方法可包括在座標定位機內在不同位置之間旋轉零件。連續運動可包括探針及零件在非正交方向上的移動。舉例而言，零件及接觸探針兩者可沿著閉合路徑在相反方向(順時針/逆時針)上移動達獲得量測值之持續時間。零件及接觸探針可在相反方向上旋轉。此外或替代地，方法可包括零件在不同位置之間之平移(替代旋轉或除旋轉之外)。

方法可包括將座標定位機之一座標系(下文中稱作「量測座標系」)中之各點之一位置變換為界定零件上之點之相對位置之一零件座標系中之一位置。座標定位機中之零件之一位置可在量測各點時判定，使用所判定之零件之位置將量測座標系內之點之位置變換為零件座標系中之位置。在零件已被旋轉的情況中，變換包括基於零件已從參考位置旋轉過之角度之位置之旋轉變換。

一旦點已被變換至零件座標系中，即可將曲線或表面擬合至點。一分析曲線或表面之擬合可包括一最小平方擬合、一自由表面建模技術(諸如非均勻有理b樣條(NURBS)演算法)或其他適當擬合演算法。

方法可包括基於零件在量測期間之預期位移而在座標量測機內判定一路徑供接觸探針行進。可基於設定準則選擇接觸探針之路徑及/或零件之位移。舉例而言，可選擇接觸探針之路徑及/或零件之位移，使得零件之整個表面可在接觸探針之有限量測角內量測及/或確保跨可用於此等量測之一體積之顯著範圍取得量測值及/或確保接觸探針及/或移動零件之底座之加速/減速在所定義限值內。

零件可在離散步驟或在連續運動中被移動至不同位置。

方法可包括移動接觸探針及零件，使得接觸探針環繞零件多 次。

方法可包括選擇接觸探針之路徑及/或零件之位移，使得在座標定位機中相對遠離之兩個或更多個位置上量測在零件上緊靠彼此定位之相同點或諸點。

根據本發明之一第二態樣，提供一種座標定位機，其包括：一第一底座，其用於安裝一接觸探針以在座標定位機內移動；一第二底座，其用於安裝一零件以在座標定位機內移動；及一控制器，其用於控制第一底座及第二底座之移動，其中控制器經配置以控制第一底座及第二底座之移動以在零件及接觸探針各定位在座標定位機內之複數個不同位置上的情況下，用接觸探針量測零件之一表面上之複數個點。

控制器可經配置以控制第一底座及第二底座之移動以沿著一掃描路徑相對於零件移動探針，使得在機器中之相對遠離位置上及在沿著掃描路徑之相對遠離位置上量測沿著被量測之一曲線或表面緊密定位在一起之實質重合點。因此，可在掃描路徑之不同橫越期間藉由探針量測在零件上緊靠在一起的點。零件及接觸探針在座標量測機中之移動可使得相同掃描路徑相對於零件之不同橫越包括接觸探針相對於座標量測機沿著不同路徑行進(此係因為零件亦相對於座標量測機移動)。以此方式，可在掃描路徑之不同橫越期間，在探針針對各量測定位在座標量測機中之相對遠離位置上的情況下，量測在零件上緊靠在一起的點。

控制器可經配置以控制第一底座及第二底座之移動以在零件及接觸探針兩者在不同位置之間連續移動時用接觸探針量測複數個點。

接觸探針可為多軸接觸探針，其中量測可在複數個量測方向之任一者上透過探針之觸針之偏轉執行，探針產生指示偏轉之量值及方向兩者之信號，控制器經配置以控制第一底座及第二底座之移動，使 得在連續運動期間，接觸探針在至少兩個量測方向上透過觸針之偏轉執行量測。

座標定位機可包括用於分析來自座標定位機及接觸探針之信號之一評估單元，評估單元經配置以將一分析曲線或表面擬合至複數個點以獲得表面之一表示。

座標定位機可為一機床或一座標量測機(CMM)。

根據本發明之第一第三態樣，提供一種其上具有指令之資料載體，其中當指令被一處理器執行時，使處理器控制一座標定位機之第一底座及第二底座之移動，第一底座用於將一接觸探針安裝在座標定位機內且一第二底座用於將一零件安裝在座標定位機內，其中處理器移動第一底座及第二底座以在零件及接觸探針兩者在座標定位機內之不同位置之間連續移動時，用接觸探針量測零件之一表面上之複數個點。

處理器移動第一底座及第二底座以相對於零件沿著一掃描路徑移動探針，使得在機器中之相對遠離位置上及在沿著掃描路徑之相對遠離位置上量測沿著被量測之一曲線或表面緊密定位在一起的實質重合點。

第一底座可用於安裝一多軸接觸探針，其中量測可在複數個量測方向之任一者上透過探針之觸針之偏轉執行，探針產生指示偏轉之量值及方向兩者之信號，且處理器可控制第一底座及第二底座之移動，使得接觸探針在至少兩個量測方向上透過觸針之偏轉執行量測。

根據本發明之一第四態樣，提供一種其上具有指令之資料載體，其中當指令被一處理器執行時，使處理器接收使用安裝在一座標定位機上之一接觸探針在一零件之一表面上量測之複數個點之量測資料，其中複數個點在零件及接觸探針各定位在座標定位機內之複數個不同位置上的情況下獲得，且使處理器將一分析曲線或表面擬合至複 數個點以獲得表面之一表示。

根據本發明之一第五態樣，提供一種用安裝在一座標定位機上之一接觸探針量測一零件之方法，方法包括在零件及接觸探針各定位在座標定位機內之複數個不同位置上的情況下量測零件之一表面上之複數個點及將各點變換至一共同零件座標系中，其中基於點被量測時座標定位機中零件之所判定位置界定零件上之複數個點之相對位置。

方法可包括記錄有關零件相對於座標定位機中之一零件參考點之一位置之零件位置資料且基於零件位置資料將各點變換至一共同零件座標系中。零件可被安裝在一回轉工作台上且位置資料可為回轉工作台之角定向。

根據本發明之一第六態樣，提供一種座標定位機，其包括一第一底座，其用於安裝一接觸探針以在座標定位機內移動；一第二底座，其用於安裝一零件以在座標定位機內移動；一控制器，其用於控制第一底座及第二底座之移動；及一評估單元，其用於分析來自座標定位機及接觸探針之信號，其中控制器經配置以控制第一底座及第二底座之移動以在零件及接觸探針各定位在座標定位機內之複數個不同位置上的情況下用接觸探針量測零件之一表面上之複數個點，且評估單元經配置以將各點變換至一共同零件座標系中，其中基於點被量測時座標定位機中之零件之所判定位置界定零件上之複數個點之相對位置。

指令在被處理器執行時可使處理接收零件位置資料連同量測資料，零件之所判定位置判定自零件位置資料。複數個點之各點可與零件位置資料中所含之一零件位置關聯。

本發明之上述態樣之資料載體可為用於為一機器提供指令之一適當媒體，諸如非暫態資料載體，舉例而言，一軟碟、一CD ROM、一DVD ROM/RAM(包含-R/-RW及+R/+RW)、一HD DVD、一藍光(Blu Ray(TM))碟、一記憶體(諸如一記憶條(Memory Stick(TM))、一SD卡、一小型快閃記憶卡或類似記憶體)、一磁碟機(諸如一硬碟機)、一磁帶、任意磁性/光學儲存體或一暫態資料載體，諸如一線或光纖上之一信號或一無線信號，舉例而言，經由一有線或無線網路發送之信號(諸如一網際網路下載、一FTP傳輸或類似物)。

1‧‧‧座標定位機

2‧‧‧機床

3‧‧‧接觸探針

4‧‧‧零件

4a‧‧‧中心軸

5‧‧‧回轉工作台

5a‧‧‧旋轉軸

6‧‧‧套管

7‧‧‧臂

8‧‧‧臂

9‧‧‧基座

10‧‧‧控制器

11‧‧‧探針頭

11a‧‧‧路徑

12‧‧‧評估單元

13‧‧‧點線框

14a‧‧‧編碼器

14b‧‧‧編碼器

14c‧‧‧編碼器

14d‧‧‧編碼器

15‧‧‧分析曲線

15a‧‧‧馬達

15b‧‧‧馬達

15c‧‧‧馬達

15d‧‧‧馬達

16‧‧‧量測座標系

20‧‧‧掃描路徑

115‧‧‧曲線

204‧‧‧非圓柱形零件

215‧‧‧曲線

216‧‧‧路徑

220‧‧‧掃描路徑

304‧‧‧零件

320‧‧‧螺旋掃描路徑

P‧‧‧位置

PC‧‧‧點

PC1‧‧‧點

PC2‧‧‧點

PC10‧‧‧點

T‧‧‧旋轉變換

圖1a、圖1b及圖1c展示量測一圓柱形零件之一先前技術方法；圖2係根據本發明之一實施例之裝置之一示意圖；圖3a係根據本發明之一實施例量測之一圓柱形零件之一透視圖；圖3b繪示相對於圓柱形零件由接觸探針橫越之一掃描路徑；圖4係繪示使用圖3中所示之方法量測之資料之記錄及處理之一流程圖；圖5展示根據本發明之一實施例之將一曲線擬合至一零件上量測之複數個點之一方法；圖6a係當使用根據本發明之一實施例之一方法執行一量測時獲得之探針偏轉之一資料曲線圖；圖6b係在補償旋轉軸及零件中心與預期位置之偏移之後圖6a中所示之探針偏轉資料內之殘值之資料曲線圖；圖7a係根據本發明之一實施例量測之一進一步零件之一示意圖； 圖7b繪示相對於進一步零件由接觸探針橫越之一掃描路徑；及圖8展示另一零件及圍繞該零件之一掃描路徑之一示意圖。

參考圖2，一座標定位機1包括：一機床2；及一接觸探針3(在本實施例中，一多軸接觸探針)，其被安裝在機床2上用於量測一零件4。機床包括一回轉工作台5，其上可安裝零件4。回轉工作台5包括一旋轉軸5a。接觸探針3被安裝至一套管6，該套管6被安裝在臂7及8上，使得接觸探針3可相對於一基座9在三個線性方向x、y及z上移動。探針3之移動範圍將受機床2之構造限制且不會跨被安裝在機床2中之一零件之整個體積延伸。在本實施例中，探針3可在其內移動之體積由點線框13指示。

馬達15a、15b、15c、15d在控制器10(諸如用適當軟體程式化之處理器)的控制下移動回轉工作台5、套管6及臂7及8。套管6、臂7、8及回轉工作台5中之編碼器14a、14b、14c、14d產生指示工作台5、套管6及臂7、8之位置之信號，可從其判定接觸探針3及零件4在機床2之一量測座標系16中的位置。

接觸探針3具有傳感器，其在探針3偏轉(諸如透過與零件4接觸)時產生一信號。從由接觸探針3及編碼器14a、14b、14c、14d產生之信號，可在量測系統內判定探針頭11與零件4的接觸點。藉由評估單元12(其可為用適當軟體程式化之一處理器，且可為與用作控制器10之處理器相同或不同之處理器)記錄及處理以此方式量測之零件4上之複數個點。接觸探針3可無線地與評估單元12通信。

現將參考圖3a、圖3b及圖4描述根據本發明之一實施例之用座標定位機1量測一零件之方法。在本實施例中，零件4係標稱圓柱形且安裝在回轉工作台5上，使得其中心軸4a與回轉工作台5之旋轉軸5a大致 對準。藉由在一個回轉方向上(在圖式中，逆時針)旋轉工作台5且同時在另一方向上(在圖式中，順時針)沿著相對於機床2之一路徑11a(在本實施例中，圓形路徑)移動接觸探針3而記錄零件4之表面上之點之量測值。零件4及探針3之組合運動使接觸探針3橫越相對於零件4之一掃描路徑20(圖3b中之虛線所示)，其允許探針頭11量測圍繞零件4之一圓周隔開的點。工作台5之旋轉及探針3之移動被執行為一連續移動，但是離散步驟係可行的但較不需要。量測值可舉例而言，在接觸探針3係一掃描探針的情況下被連續記錄，或舉例而言，在接觸探針3係一觸發式探針的情況下被記錄為若干離散點。

來自接觸探針3及機床2之編碼器14a、14b、14c及回轉工作台5之編碼器14d之信號被發送至評估單元12。評估單元12判定在機床2之一量測座標系16中使用接觸探針3量測之點之一位置P。在圖4中，針對探針3及零件4之特定位置之零件4上之點之個別量測值展示在行A中且行B展示在機床2之座標系16中被繪製在一起的這些點。在本實施例中，評估單元隨後藉由一適當旋轉變換T將此等點之位置P變換為一零件座標系中之位置PC(如行C中所示)，其中界定零件4上之點之相對位置。將量測座標系16中之一位置P變換為零件座標系中之一位置PC所需之旋轉T可判定自當相對於參考位置量測點時，機床2中之零件4之一位置，諸如當第一點被量測時，零件4之一位置。變換T可判定自回轉工作台5在兩個量測之間已旋轉之角度(由行A之曲線圖中之虛線(初始位置)與實線(當前位置)之間之弧度指示)，其可判定自回轉工作台5中之編碼器14d之信號。

在本實施例中，零件4旋轉了180°且探針3在機床中行進之路徑係相反方向上之180°的弧形。以此方式，巡行零件4之整個圓周所花的時間小於僅回轉工作台5或探針3按相同速度移動的情況。

隨後諸如使用一最小平方擬合演算法將一分析曲線15擬合至零 件座標系中的點以獲得零件4之一表示。此由圖4之行C中之最後一個曲線圖繪示。

在另一實施例中，探針3之一路徑及/或回轉工作台5之一旋轉使得接觸探針3多次橫越相對於零件4之相同掃描路徑20，使得可在掃描路徑20之不同橫越期間藉由探針量測在零件4之表面上緊靠在一起的相同點或諸點。因此，可在兩個或更多個位置P中量測在零件4上緊靠彼此定位的實質重合點，該兩個或更多個位置P在機床2中相對遠離且在沿著掃描路徑20之相對遠離位置上。此等點之位置P被變換為零件座標系中之點PC且可由此一方法產生之一點雲之圖解展示在圖5中。將一曲線115擬合至雲之所有點PC以獲得零件之一表示。此一方法可減小量測不確定性，此係因為在機床2中之相對遠離位置上之零件4上緊靠在一起定位之相同點或諸點之量測可被視為實質獨立，使得結合探針3圍繞零件4之回轉之量測不確定性之減小將趨向於1/N，其中N係轉數。

如圖中3a所示，零件4之中心可從回轉工作台5之旋轉軸5a偏移達一距離Δ。(在圖3a中，為簡明起見而誇大偏移)。在處理量測值期間，最初可假設零件4以回轉工作台5之一旋轉軸5a之一位置為中心且旋轉軸5a之位置係先前(舉例而言)使用校準判定之一位置。但是，旋轉軸5a之位置可能與先前判定之位置不同，舉例而言歸因於零件4之重量、隨時間之漂移、溫度變化等。如圖6a中所示，在分析中使用與零件4之旋轉軸及中心軸4a之實際位置偏移之位置可導致探針偏轉資料中之正弦假影。半周正弦波由探針在機器體積中未以旋轉軸5a為中心之移動導致。此正弦波賦予有關零件4之旋轉之中心軸4a及零件4之直徑之資訊。較高頻率正弦波由零件4之中心軸4a與旋轉軸5a未對準導致。此較高頻率正弦波賦予有關零件4之中心與旋轉軸5a之偏移及零件4之圓度之資訊。在圖6a之開始及結束時所見之大偏轉係探針接 觸及離開零件之表面。

如圖6b中所示，藉由在分析結果時，將X及Y方向上之合適偏移加至假設的零件4之中心及假設的旋轉軸之位置，可減小或甚至消除量測結果中之此等正弦假影(只留下點與基線之偏差(諸如相對於零件之一探針位置))。合適的偏移可判定自擬合至資料之正弦函數。偏移之一量值可判定自正弦波之振幅及相位方向。偏移可能需沿著Z軸計算，此係因為旋轉軸5a可能不平行於探針3之Z軸。

合適的偏移可在迭代過程中判定，其中在各迭代中，基於使用旋轉軸之當前假設位置判定之零件4之一位置將機器的座標系中所量測之點變換至零件座標系中。在零件座標系中，正弦函數被擬合至針對零件之旋轉軸及中心之各者判定之點PC及偏移。結果被分析以判定是否仍有任意正弦假影。若有，則零件之旋轉軸及中心之新位置(舊位置加上偏移)用於下一迭代中。此過程繼續直至正弦假影被消除或減小至可接受位準內。隨後採用零件4之中心與旋轉軸5a之所量測之偏移及旋轉軸之位置作為在最終迭代中判定的位置。

圖7a及圖7b繪示本發明之進一步實施例，其中量測一非圓柱形零件204。在本實例中，非圓柱形零件204具有大於探針3可在其內移動之點線框13之尺寸之一長度。零件204被安裝在回轉工作台5上。如圖7a中所示，選擇機床2中零件204之旋轉及探針3之路徑216，使得即使零件204上所量測之點在零件204之特定定向上可能落在探針3可量測一零件之點線框13外，仍可量測零件204上之一表面之一完整周長。接觸探針3相對於零件204之掃描路徑220展示在圖7b中。

如在先前實施例中，機床2之座標系16中所量測之點之位置P被T變換為零件座標系中之點PC。曲線215被擬合至零件座標系中之點以獲得零件之一表示。圖7a中未展示，但是在實踐中，接觸探針3將多次橫越掃描路徑220，而接觸探針在機床2內之路徑216可僅被橫越 一次或至少比掃描路徑220次數少。此允許在機床2中之相對遠離位置上量測在零件204上相對緊靠在一起的點(諸如PC1及PC10)。

在另一實施例中，取代將二維曲線擬合至據信在相同平面內的一組點，點可被三維量測且三維表面在被變換至零件座標系中時可被擬合至所量測之點。

圖8係將一表面擬合至複數個所量測點之一實例。在本實施例中，零件304係一圓柱形零件。如前，藉由在移動探針的同時移動零件304而掃描零件304。在本實施例中，移動使得探針橫越相對於零件304之一螺旋掃描路徑320。舉例而言，零件304可在探針旋轉及平移(諸如在z方向上)移動的同時旋轉。在此一配置中，各點PC1、PC2僅被掃描一次。但是，螺旋掃描路徑320之匝相對於被量測表面之大小足夠緊密(通常，匝比圖式中所示之匝緊密，此一特徵為簡明起見而未展示)，使得鄰近匝上之相應點PC1、PC2在表面上足夠緊靠彼此以被視為實質重合(各匝因此係沿著與先前掃描實質相同路徑之掃描)。特定言之，可能在鄰近匝之間及相應點PC1與PC2之間發生之表面之任意變化與可能源自探針或座標定位機的量測值誤差相比相對較小。在某種意義上，此類似於上述二維實施例，其中量測掃描路徑的各橫越上之完全相同點可能不可行，但是所量測點足夠緊靠在一起以擷取在機器之量測值誤差內之表面之任意偏差係足夠的。

選擇零件304及探針之移動使得在機器中之相對遠離位置上量測螺旋之鄰近匝上之相應點PC1、PC2。以此方式，量測值可被視為「獨立」。此外，在點PC1與PC2之間移動時，探針沿著螺旋掃描路徑320行進比被量測表面上之點PC1與PC2之間之距離大得多的距離；換言之，選擇掃描路徑使得探針在已掃描不與點PC1重合之點後返回與先前掃描點PC1實質重合之一點PC2。以此方式，可在零件及探針移位至相應點PC2將被量測之新位置時，在其他量測點上收集量測資料。

應瞭解，參考圖8描述之掃描方法可適用於其他形狀之零件，且尤其適合包括一曲面之形狀，諸如其他圓柱形形狀、錐形、環形、孔或類似形狀。

應瞭解可對上述實施例進行修改及更改而不脫離如本文中界定之本發明之範疇。

3‧‧‧接觸探針

4‧‧‧零件

4a‧‧‧中心軸

5‧‧‧回轉工作台

5a‧‧‧旋轉軸

11‧‧‧探針頭

11a‧‧‧路徑

Claims (25)

1. 一種用安裝在一座標定位機上之一接觸探針量測一零件之方法，該方法包括當該零件及該接觸探針兩者在該座標定位機內之不同位置之間連續移動時，量測該零件上之複數個點，該探針沿著界定於該零件之參考框架中之一掃描路徑移動，以量測沿著被量測之一曲線或表面緊密定位在一起的多組實質重合點且使得每一組實質重合點在該機器之相對遠離位置上及在沿著該掃描路徑之相對遠離位置上量測。
2. 如請求項1之方法，其中該掃描路徑包括實質相同掃描路徑之多個掃描，在該實質相同掃描路徑之單獨掃描上量測每一組重合點之實質重合點。
3. 如請求項1之方法，其中該掃描路徑包括圍繞該零件之複數個完整巡行，在該零件之單獨完整巡行上量測每一組重合點之實質重合點。
4. 如請求項3之方法，其中各完整巡行係圍繞該零件之相同周長。
5. 如請求項3之方法，其中各完整巡行在一方向上與另一(其他)完整巡行偏移。
6. 如請求項5之方法，其中該掃描路徑係圍繞該零件之一螺旋線或三維螺旋環。
7. 如請求項1至6中任一項之方法，該方法包括在量測每一組實質重合點之點期間，量測在該被量測曲線或表面上比該等實質重合點彼此相距更遠之其他點。
8. 如請求項1至6中任一項之方法，其中連續運動包括該探針及該零件在非正交方向上的移動。
9. 如請求項1至6中任一項之方法，其中該接觸探針係一多軸接觸探針，其中量測可在複數個量測方向之任一者上透過該探針之一觸針之偏轉執行，該探針產生指示該偏轉之量值及方向兩者之信號，該方法包括移動該接觸探針及該零件，使得在該連續運動期間，該接觸探針在該等量測方向之至少兩者上透過該觸針之偏轉執行量測。
10. 如請求項1至6中任一項之方法，其包括將一分析曲線或表面擬合至該複數個點以獲得該零件之一表示。
11. 如請求項1至6中任一項之方法，其包括將一量測座標系中之各點之一位置變換為其中界定該零件上之該等點之相對位置之一零件座標系中之一位置。
12. 如請求項11之方法，其中在各點被量測時判定該座標定位機中之該零件之一位置，使用該零件之該所判定位置將該座標定位機內之該點之該位置變換為該零件座標系中之該位置。
13. 如請求項11之方法，其包含一旦該等點已被變換至該零件座標系中，將一分析曲線或表面擬合至該複數個點以獲得該零件之一表示。
14. 如請求項1至6中任一項之方法，其包括在該座標定位機內在該等不同位置之間旋轉該零件。
15. 如請求項1至6中任一項之方法，其包括該零件在該座標定位機內在該等不同位置間之一平移。
16. 如請求項1至6中任一項之方法，其包括基於該零件在量測期間之一預期位移判定該接觸探針行進之一路徑。
17. 如請求項16之方法，其中該接觸探針之該路徑及/或該零件之位移係基於設定準則選擇。
18. 如請求項17之方法，其中該等設定準則包括該接觸探針之一有 限量測範圍。
19. 如請求項17之方法，其包括選擇該接觸探針之一路徑及/或該零件之一位移，使得在該座標定位機中相對遠離之兩個或更多個位置上量測每一組之該等實質重合點。
20. 一種座標定位機，其包括：一第一底座，其用於安裝一接觸探針以在該座標定位機內移動；一第二底座，其用於安裝一零件以在該座標定位機內移動；及一控制器，其用於控制該第一底座及該第二底座之移動，其中該控制器經配置以控制該第一底座及該第二底座之移動以在該零件及該接觸探針兩者在該座標定位機內之不同位置之間連續移動時，用該接觸探針量測該零件之一表面上之複數個點，該探針沿著界定於該零件之參考框架中之一掃描路徑移動，以量測沿著被量測之一曲線或表面緊密定位在一起之多組實質重合點且使得每一組實質重合點在該機器之相對遠離位置上及在沿著該掃描路徑之相對遠離位置上量測。
21. 如請求項20之座標定位機，其包括一評估單元，其用於分析來自該座標定位機及該接觸探針之信號，該評估單元經配置以將一分析曲線或表面擬合至該複數個點以獲得該表面之一表示。
22. 如請求項20或21之座標定位機，其中該評估單元經配置以將各點變換至一共同零件座標系中，其中基於該點被量測時該座標定位機中該零件之一所判定位置界定該零件上之該複數個點之相對位置。
23. 一種其上具有指令之資料載體，其中當該等指令被一處理器執行時，使該處理器控制一座標定位機之第一底座及第二底座之移動，該第一底座用於在該座標定位機內安裝一接觸探針且一第二底座用於在該座標定位機內安裝一零件，其中該處理器移 動該第一底座及該第二底座以在該零件及該接觸探針兩者在該座標定位機內之不同位置之間連續移動時，用該接觸探針量測該零件之一表面上之複數個點，該探針沿著界定於該零件之參考框架中之一掃描路徑移動，以量測沿著被量測之一曲線或表面緊密定位在一起之多組實質重合點且使得每一組實質重合點在該機器之相對遠離位置上及在沿著該掃描路徑之相對遠離位置上量測。
24. 如請求項23之資料載體，其中當該等指令被一處理器執行時，使該處理器接收使用安裝在該座標定位機上之該接觸探針在一零件之一表面上量測之該複數個點之該量測資料，且使該處理器將一分根曲線或表面擬合至該複數個點以獲得該表面之一表示。
25. 如請求項23或24之資料載體，其上具有指令，其中當該等指令被一處理器執行時，使該處理器將各點變換至一共同零件座標系中，其中基於該點被量測時該座標定位機中之該零件之一所判定位置界定該零件上之該複數個點之相對位置。