專利名稱：旋轉(zhuǎn)零件的位置和變化的探測方法及設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于確定位置和變化的技術(shù)設(shè)備和方法的領(lǐng)域，更具體地涉及如權(quán)利 要求1的前序部分所定義的設(shè)備和如權(quán)利要求41的前序部分所定義的用于確定在機械加 工操作或機械控制活動的過程中出現(xiàn)的位置偏差和變化的方法。此外，本發(fā)明涉及用于使得接觸探頭形式的質(zhì)量控制工具的位置能夠與旋轉(zhuǎn)零件 的位置相關(guān)的質(zhì)量控制接觸探測方法，如權(quán)利要求66的前序部分所定義的。
背景技術(shù)：
為了通過只確定與典型的機器系統(tǒng)(可以是用于機械質(zhì)量控制的系統(tǒng))相關(guān)的重 要部分來簡化本公開內(nèi)容，在下面說明了部分通用術(shù)語的使用。術(shù)語“機器”表示任何生產(chǎn)或質(zhì)量控制機器，例如，用于銑肖lj、鉆孔、車肖lj、磨削、拋 光、切削、彎曲、成型等的加工中心、EDM(放電加工機)、CMM(坐標測量機)、接觸探頭和探針 位置感測機器、計算機視覺系統(tǒng)、甚至是簡單的機械支撐結(jié)構(gòu)等。“工件”表示待加工零件或?qū)⑹艿劫|(zhì)量控制的零件。工件上已被加工或已進行質(zhì)量 控制的實際區(qū)域被表示為“工作區(qū)域”。執(zhí)行工作區(qū)域的實際加工或質(zhì)量控制的零件或裝置被表示為“工作工具”。工作工 具可以是加工工具(用于銑削、車削、鉆孔等)、電火花腐蝕工具(EDM工具)、接觸探頭或探 針位置傳感器、光學成像傳感器、電磁傳感器等。機器的所有機械零件(包括不同的支撐結(jié)構(gòu)、工件、工作工具、工件夾具，以及本 發(fā)明的設(shè)備的零件)都被稱為“機器零件”。除非另外說明，否則，在本文檔中，工作工具或機器的其它不同零件等的“位置”都 典型地表示上述零件相對于另一零件的位置、方向，或位置和方向。術(shù)語“污染物”在上下文中代表不能永久停留在機器零件上的物質(zhì)，這種物質(zhì)是 油、水、碎片殘留物以及具有相似特性的其它物質(zhì)中的一種或多種。術(shù)語“堆積物(buildup) ”被定義為更持久地粘在零件上的物質(zhì)。術(shù)語“磨損(wear) ”涉及由于使用而引起的機器零件的尺寸變化。為了找到位置，或消除可能出現(xiàn)無法解釋的位置和幾何形狀變化的情況，通常使 用以下幾種技術(shù)，例如機械接觸探頭和探針感測、宏觀和微觀檢查、激光束阻礙感測以及 壓力傳感器感測，見“用于金屬加工工廠的現(xiàn)代機械工廠手冊”；編輯Woodrow Chapman, ISBN :1-56990-345-Χ ；2002, 2368 頁，(出版社=Hanser Gardner)和“機加工操作的現(xiàn)代 機械工廠指南” ；Woodrow Chapman ；ISBN 1-56990-357-3，2004，968 頁(出版社Hanser Gardner)。在許多情況中，沒有時間使機械零件的旋轉(zhuǎn)減速，以在靜止或基本靜止的狀態(tài)下 控制其位置。除了激光束阻礙以外，上述技術(shù)不具有控制高速旋轉(zhuǎn)工具的能力和足夠的瞬 時分辨率。接觸探頭通過使用位置感測探針尖端來確定靜止工件的位置。然而，如果使加 工工具在相反方向上緩慢旋轉(zhuǎn)，那么可使用接觸探頭方法的一個變型。在此情況中，接觸探頭“尖端”是加工工具對著旋轉(zhuǎn)的平面。對于全速運行的旋轉(zhuǎn)的工作工具的非接觸位置控制，可使工作工具靠近聚焦的激 光束并使用讀取激光束阻礙度的裝置。為了找到旋轉(zhuǎn)的機器零件(尤其是工作工具尖端) 的幾何形狀，重復記錄激光束阻礙并不是充分可靠的。理論上，激光阻礙單元可能能夠進行 此工作。然而，這種技術(shù)將是耗時的，并在零件污染物、磨損和堆積物之間區(qū)分時存在困難， 從而報告不可靠的位置數(shù)據(jù)。本發(fā)明的一個發(fā)明人在PCT/N02005/000336中描述了所謂的基準圖案如何與光 學技術(shù)組合以精確地將機械零件的位置彼此相關(guān)。該發(fā)明未考慮以高速旋轉(zhuǎn)的機器零件的 位置控制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，通過改進整體位置讀取精度和速度以及改進機器的機器零件處 理可靠性，來克服所有或部分上述限制和缺點。因此，本發(fā)明旨在用于通過找到工作工具 和不同的機器零件的位置來改進任何機器的機加工和質(zhì)量控制位置精度，消 除污染物的影 響，并特征化其上的堆積物、磨損和裂縫。本發(fā)明的設(shè)備對于在旋轉(zhuǎn)的工作工具上的應(yīng)用尤 其有用。本發(fā)明提供一種設(shè)備，該設(shè)備用于找到機加工零件和光學機加工零件與質(zhì)量控制 系統(tǒng)之間的零件位置關(guān)系，用于消除旋轉(zhuǎn)零件上的污染物的影響，用于特征化機器零件磨 損和裂縫以及旋轉(zhuǎn)零件上的加工物料的堆積物，并且，所述設(shè)備主要包括在所附獨立權(quán)利 要求1中闡述的特征。本發(fā)明提供一種用于找到機器零件、根據(jù)本發(fā)明制造的設(shè)備的零件的位置關(guān)系和 幾何形狀變化并且用于消除污染物的影響的方法，其包括在所附獨立權(quán)利要求41中闡述 的特征。權(quán)利要求1的設(shè)備和權(quán)利要求41的方法的其它有利特征在相應(yīng)的所附從屬權(quán)利 要求2-40和42-65中闡述。質(zhì)量控制接觸探測方法的發(fā)明性特征在所附權(quán)利要求66中定義，其其它實施方 式分別在權(quán)利要求67-70中闡述。本發(fā)明依賴于光學非接觸感測技術(shù)，并且旨在提供一種在線質(zhì)量控制技術(shù)，該在 線質(zhì)量控制技術(shù)可定期地且自動地提供關(guān)鍵旋轉(zhuǎn)機器零件的位置信息的更新，不用必須依 賴于外部質(zhì)量控制和校準裝置。本發(fā)明確定高速旋轉(zhuǎn)的零件的位置和尺寸，甚至當零件被油、水、加工碎片等殘留 物污染時。尤其是，本發(fā)明確定被稱為基準圖案的零件細節(jié)的位置和尺寸。本發(fā)明還能夠 導致消除污染物的影響并通過應(yīng)用基準圖案模型來確定旋轉(zhuǎn)零件的幾何形狀變化。本發(fā)明 通過在基準圖案模型和基準圖案圖像模型之間仔細辨別來確保高位置精度。


在并非必須按比例繪制的附圖中，相似的數(shù)字在幾個視圖中描述基本上相似的部 件。具有不同字母后綴的相似的數(shù)字代表基本上相似的部件的不同實例。附圖通常通過實 例的方式而不是通過限制的方式示出了本公開中討論的各種實施方式。
圖Ia至圖Ic主要示出了在操作中在具有旋轉(zhuǎn)零件的機器上使用的本發(fā)明設(shè)備的
第一實例。圖2a至圖2c主要示出了在操作中在具有旋轉(zhuǎn)零件的機器上使用的本發(fā)明設(shè)備的
第二實例。圖3a至圖3c主要示出了在操作中在具有旋轉(zhuǎn)零件的機器上使用的本發(fā)明設(shè)備的
第三實例。圖4a至圖4c主要示出了在操作中在具有旋轉(zhuǎn)零件的機器上使用的本發(fā)明設(shè)備的 第四實例。圖5a至圖5c主要示出了在操作中在具有旋轉(zhuǎn)零件的機器上使用的本發(fā)明設(shè)備的 第五實例，該設(shè)備具有兩對照明器和光學檢測器。圖6a至圖6c示出用于控制旋轉(zhuǎn)的工作工具的相同設(shè)備可輕易地適于檢查靜止 的工作工具，例如此圖的空載接觸探頭。圖7a至圖7b示出用于控制旋轉(zhuǎn)的工作工具的相同設(shè)備可輕易地適于檢查近似 靜止的工作工具，例如此圖的接觸探頭的觸發(fā)位置控制?，F(xiàn)在，首先參照圖1描述本發(fā)明。圖1至圖5示意性地舉例說明了本發(fā)明所覆蓋 的機器，其中，34表示與這些機器內(nèi)的旋轉(zhuǎn)零件整合的基準圖案。這些基準圖案34可以是 幾何零件細節(jié)或零件表面結(jié)構(gòu)。圖1示出了表示本發(fā)明的關(guān)鍵概念的功能圖。光學檢測器24和照明器42固定至 機器零件16。照明器42沿著光程56A照亮旋轉(zhuǎn)的機器零件22，光學檢測器24沿著光程 56B觀察相同的機械零件。在對零件位置探測器44的請求50的基礎(chǔ)上(包含對旋轉(zhuǎn)的機 器零件22的基準圖案模型36或基準圖案圖像模型52的參考)，零件位置探測器44限定 照明器42的控制54。照明器42在旋轉(zhuǎn)的機器零件22上提供脈沖照明，以光學地減少旋 轉(zhuǎn)斑點(blur)，并使得能夠重構(gòu)圖像曝光定時。用定時器38控制來自光學檢測器24的圖 像，用定時器40控制來自照明器42的光脈沖，并且，為了改進性能，定時器是同步的76。通 過光學檢測器24檢測形成機器零件22的部分的基準圖案34的圖像，轉(zhuǎn)換成基準圖案圖像 58，并由零件位置探測器44記錄。在零件變化約束(change constraint) 68的基礎(chǔ)上，零 件位置探測器44確定從基準圖案圖像58計算出的機器零件變化72相對于基準圖案圖像 模型52而變化。為了得到機器零件變化72，零件位置探測器44應(yīng)用關(guān)于零件幾何形狀關(guān) 系70 (此處考慮機器位置數(shù)據(jù)60)的知識。圖1是主要示出了機器的一個實例的示意圖，代表任何機器，例如，銑床、車床、鉆 孔機、開模EDM(放電加工機床)、CMM等。注意，為了清楚起見，光學組件26已經(jīng)圍繞ζ軸 轉(zhuǎn)動90度，S卩，工作工具22應(yīng)當平移穿過開縫、光學組件26的檢測區(qū)域78。該圖示出了 全速旋轉(zhuǎn)的銑刀22的位置控制。放大的工作工具尖端圖Ic示出了可能包含污染物62 (例 如，油、水和加工碎片殘留物)的銑刀。該工具也可能被需要可靠特征化的磨損66和堆積 物64所影響。圖2是主要示出了機器的一個實例的示意圖，代表任何機器，例如，銑床、車床、鉆 孔機、開模EDM(放電加工機床)、CMM、校準夾具等。該圖示出了旋轉(zhuǎn)的校準銷22的位置控 制如何幫助校準光學檢測器24和光學組件26相對于機器的對準和控制。
圖3是主要示出了機器的一個實例的示意圖，代表任何機器，例如，銑床、車床、鉆孔機、開模EDM(放電加工機床)、CMM等。該圖示出了旋轉(zhuǎn)的工作工具22的位置控制。圖 3b至圖3c的放大圖示出了桿形的EDM模具22。虛線表示基準圖案模型36，完全繪制的實 線表示已磨損的模具的輪廓。將基準圖案34A，34B的圖像記錄在一個旋轉(zhuǎn)掃描中，同時將 基準圖案34E，34F的圖像記錄在另一個旋轉(zhuǎn)掃描中。在圖3b至圖3c中，用矩形表示觀察 區(qū)域74的大小。圖4是主要示出了機器的一個實例的示意圖，代表任何機器，例如，銑床、車床、鉆 孔機、開模EDM(放電加工機床)、CMM等。該圖示出了旋轉(zhuǎn)的工作工具22的位置控制，其中 用反射光從其表面觀察工具。為了簡化，圖4b至圖4c中的放大圖示出了桿形的EDM模具 22。將基準圖案34A，34B的圖像記錄在一個旋轉(zhuǎn)掃描中，同時將基準圖案34E，34F的圖像 記錄在另一個旋轉(zhuǎn)掃描中?；鶞蕡D案是模具中的表面結(jié)構(gòu)34。在圖4b至圖4c中，用矩形 表示觀察區(qū)域74的大小。圖5示出了與別處示出的照明器和光學檢測器類似的兩個照明器42-光學檢測器 24設(shè)備的組合。照明器42A與光學檢測器24A之間的光程和照明器42B與光學檢測器24B 之間的光程的組合幫助對關(guān)于旋轉(zhuǎn)的工作工具22的全3D數(shù)據(jù)作三角測量。不需要將照明 器-檢測器組合布置在如所示出的一個光學組件26中。根據(jù)空間需求，可將它們分別放置 在機器內(nèi)。圖6示出了用于控制旋轉(zhuǎn)的工作工具22的相同設(shè)備，該設(shè)備可輕易地適于找到靜 止的工 作工具的位置，例如此圖的空載接觸探頭22。即，可用機器工具和質(zhì)量控制工具精確 地指向(refer to)空間中的相同位置。圖7示出了用于控制旋轉(zhuǎn)的工作工具22的相同設(shè)備，該設(shè)備可輕易地適于檢查基 本靜止的工作工具的位置，例如此圖的接觸探頭22的觸發(fā)位置控制。該圖表示，通過將玻 璃方塊100氣動地引入觀察區(qū)域(抵靠該區(qū)域，接觸探頭可觸發(fā))，可找到觸發(fā)位置。為了 找到此觸發(fā)位置，將透明的毛玻璃板34粘在玻璃方塊100上。為了給機器工具安排空間， 通過氣動控制將玻璃方塊從檢測區(qū)域拔出。
具體實施例方式在以下詳細描述中，參照形成該描述的一部分的附圖，該描述通過具體實例公開， 但僅詳述如何實踐本發(fā)明的實施方式。充分詳細地描述這些實施方式，以使得本領(lǐng)域的技 術(shù)人員能夠?qū)嵺`本發(fā)明，并且，應(yīng)該理解可組合兩個或多個實施方式，或者，在不背離本發(fā) 明的概念的前提下，可進行結(jié)構(gòu)變化、邏輯變化和電變化以得到其它實施方式。因此，以下 詳細描述不是限制意義上的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求及其技術(shù)等同物限定。機器零件的術(shù)語“基準圖案”是任何幾何形狀特征，包括該零件本身的表面結(jié)構(gòu)。 “基準圖案圖像”是由光學檢測器呈現(xiàn)的基準圖案的圖像。“基準圖案圖像模型”是描述當 基準圖案以光學檢測器2D圖像投影出現(xiàn)時基準圖案的圖像幾何形狀特征(包括圖像失真 等)的數(shù)學模型。“基準圖案模型”是描述實際給出的或者通過反向投影看起來像是在空間 中給定的基準圖案的2D和3D幾何形狀的數(shù)學模型。即，基準圖案模型是通過數(shù)學圖像描 述用幾何學繪制基準圖案圖像模型的數(shù)學模型。在以下實例中，參考坐標框架位置(或簡單地叫做框架)代表部件(或更大結(jié)構(gòu) 的零件)相對于另一部件(或更大結(jié)構(gòu)的零件)的位置(包括方向)?？蚣芪恢玫恼f明可代表額定位置和測量位置。術(shù)語“框架關(guān)系”代表框架位置和以下事實部件或零件是機械 地或光學地互相連接的，或者更大結(jié)構(gòu)的零件是機械地互相連接的。在其一個最簡單的形 式中，框架關(guān)系可僅描述四個框架，例如，其代表機器支撐結(jié)構(gòu)、機器內(nèi)的運動零件、固定至 運動零件的零件，以及固定至支撐結(jié)構(gòu)的光學檢測器。然后，可從光學檢測器提供的數(shù)據(jù)確定固定至運動零件的零件的位置。在其它情 況中，參考框架關(guān)系可能代表更復雜的機械結(jié)構(gòu)。PCT/N02005/000336中描述了框架在本文 檔覆蓋的應(yīng)用內(nèi)的應(yīng)用的基本原理。實例 1圖Ia是通過實例的方式示出了可以代表任何機器(例如，銑床、車床、鉆孔機、開 模EDM、電線EDM、CMM等)的機器的示意圖。這些機器可裝配有一系列不同的機械構(gòu)造，但 是均可裝配有根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備。將這些機器的關(guān)鍵元件表示為工件支架28(執(zhí)行例如兩 個正交平移χ軸，y軸和圍繞所述軸的旋轉(zhuǎn)的運動)、工作工具支架10 (在此實例中，在χ軸 和ζ軸方向上執(zhí)行兩個平移)、工作工具卡盤12、位置編碼器14A，14B, 14C，以及支撐結(jié)構(gòu) 16。在此實例中，將支撐結(jié)構(gòu)表示為包括底座支撐部16、機器支撐連桿18和工作工具支撐 部20。此機器構(gòu)造和實例的目的是，找到工作工具22相對于光學檢測器24的位置的刀具 邊緣位置。通過光學組件26將光學檢測器24固定至底座支撐部16。在此實例中，將工作 工具22固定至工作工具卡盤12，并且，工作工具22是具有四個在旋轉(zhuǎn)圓周周圍均勻分布的 刀具的銑刀。通過工作工具支架10、工作工具支撐部20和工件支架28，相對于光學組件26 和底座支撐部16移動銑刀22，可執(zhí)行進行位置和幾何形狀測量所必需的位移。在處理過程 中，在位置編碼器14A，14B和14C的位置處讀取這些支架的位置。注意，為了易于圖示，已 將光學組件26圍繞ζ軸旋轉(zhuǎn)90度。圖Ia至圖Ic示出了銑刀22，其是用于加工工件30的生產(chǎn)工具。在銑刀22的尖 端處，具有實際執(zhí)行加工/切削動作的刀具32。本實例示出了在小直徑銑刀22以高速(例 如，以27000rpm(轉(zhuǎn)每分)的速度)旋轉(zhuǎn)的同時如何找到相對于其它機器零件的刀具邊緣 位置。我們假設(shè)，銑刀22是新的并具有四個干凈的刀具邊緣34，并假設(shè)使用參數(shù)基準圖案 模型36。我們還假設(shè)光學檢測器24的定時器38和照明器42的定時器40不交換同步信號 76。在本實例中，將分別找到每個刀具邊緣34的半徑距離和長度。當測量工具時，還讀取 位置編碼器14B和14C的位置。這些位置代表機器位置60。本實例在圖Ia至圖Ic中示出?？蓪⒘慵恢锰綔y器44體現(xiàn)為在計算機、個人計 算機、專用處理器等內(nèi)的處理。在此實例中，應(yīng)假設(shè)，通過兩臺計算機(機器NC(數(shù)字控制) 計算機46和專用于控制并監(jiān)測光學組件26的附加計算機48)來執(zhí)行零件位置探測器44 的處理。從另一計算機(未在圖Ia至圖Ic中示出)輸入請求50，表明機器零件是旋轉(zhuǎn)的 銑刀22。請求50用參數(shù)定義銑刀22類型(例如，圓頭、平直、具有刀片的銑頭等)、刀具數(shù) 量、額定尺寸；并且表明，應(yīng)在此信息的基礎(chǔ)上建立和應(yīng)用額定內(nèi)部基準圖案模型36。NC計 算機46將轉(zhuǎn)速是例如27000rpm的信息增加到請求50中。注意，在基準圖案模型36和基 準圖案圖像模型52之間進行辨別?；鶞蕡D案模型36是空間中2D/3D模型特征的描述?；?準圖案圖像模型52是包括圖像失真等的模型的2D投影圖像。零件位置探測器44能夠從 另一模型獲得一個模型的幾何形狀數(shù)據(jù)。請求50也可定義所需的測量質(zhì)量。照明器42從計算機48接收照明器42所必需的控制數(shù)據(jù)54以便沿著光程56A產(chǎn)生基準圖案34的脈沖 照明。為了產(chǎn)生可預(yù)計的光學檢測器24曝光定時并光學地停止旋轉(zhuǎn)運動，在本實例中， 照明器42包括以內(nèi)部定時器40提供的一定重復頻率(例如，1微秒)運行的專用電路。光 學檢測器24以定時器38提供的每秒60個圖像的速率自由運行。在銑刀以27000rpm的速 度旋轉(zhuǎn)的同時，光學檢測器沿著光程56B記錄基準圖案34 (刀具邊緣)的基準圖案圖像58。 將圖像傳送給計算機48。圖Ib至圖Ic中示出了銑刀22及其刀具邊緣34的放大并旋轉(zhuǎn) 的視圖。圖Ia至圖Ib的坐標軸表示不同視圖的方向。由照明器42在后面照亮刀具邊緣 34，并且，基準圖案圖像58是刀具邊緣34在不同角度方向上的陰影圖像。在來自NC計算 機46的輸入請求50的基礎(chǔ)上，計算機48計算待記錄的基準圖案圖像58的最佳數(shù)量。計 算機48還可將其照明計算以從經(jīng)驗知道會表現(xiàn)良好的標準數(shù)量的圖像為基礎(chǔ)。假設(shè)此數(shù) 量是100個圖像。對于圍繞圓周均勻分布的圖像，100個圖像導致每360/100 = 3. 6度就有 一個圖像。然后，計算機48計算使得照明器42能夠以100個基本均勻間隔的圖像照亮刀具 邊緣34的全部圓周的脈沖寬度和重復頻率。27000rpm等于每秒450轉(zhuǎn)。為了在1.66秒內(nèi) 覆蓋整個圓周(一共100個圖像，以每秒60個圖像的速率)，這將具有每秒450 (100/101) =445. 5個圖像的照明脈沖速率。為了光學地停止旋轉(zhuǎn)運動，脈沖寬度應(yīng)小于第100個旋 轉(zhuǎn)循環(huán)的通過時間，即小于1 (450*100) = 0. 0000222秒(22. 2微秒)。將這些照明參數(shù)作 為控制54的信號從計算機48發(fā)送至照明器42。照明器42包含專用電路，其在控制54的 基礎(chǔ)上能夠通過例如LED(發(fā)光二極管)產(chǎn)生所計算的照明脈沖。
基準圖案圖像58由已知裝置轉(zhuǎn)換/數(shù)字化，并將可用于計算機48的運算。計算 機48在1. 66秒內(nèi)保存這100個圖像。NC計算機46沒有延遲地記錄刀具22的機器位置 60，其由編碼器14B和14C的位置代表。光學檢測器24是2D(二維)陣列相機。通過光學 組件26將照明器42和光學檢測器24固定至底座支撐部16。由于在旋轉(zhuǎn)循環(huán)中的任意角度初始位置記錄此系列圖像，所以計算機48必須首 先將每個基準圖案圖像58指向其正確的角位置。為此，其將那些圖像的刀具邊緣位置的極 值+y的函數(shù)作為圖像數(shù)量的函數(shù)。從此函數(shù)，計算相對于圖像的最大角位置。對于四個刀 具邊緣，產(chǎn)生四個函數(shù)最大值。對于這些四個最大值中的每個，也將具有最接近的相鄰圖 像。將把這些圖像標記為刀具邊緣34的主要基準圖像58。假設(shè)旋轉(zhuǎn)軸線靠近圖像中心，并 假設(shè)銑刀直徑小于光學檢測器24的范圍寬度。這意味著，計算機48也可在y軸方向上重 復上述計算，在每個刀具上有效地產(chǎn)生兩個主要基準圖像58?；鶞蕡D案模型36在圖Ic中用虛線表示。為了清楚起見，與代表一個刀具邊緣34 的陰影輪廓的完全繪制的線相比，將其稍微向右移動。本實例假設(shè)刀具邊緣34是新的和干 凈的，即，假設(shè)污染物62小且邊緣沒有累積的堆積物64或沒有開始磨損66，即，在此實例 中，陰影圖像大約像是圖Ib中的放大圖。在本實例中，用被允許在y軸和ζ軸方向上移動 的刀具邊緣位置定義零件變化約束68。將零件變化約束68預(yù)定義并儲存在計算機48中。 該移動可能是由于銑刀22在卡盤12內(nèi)的定位所導致的，或者可能是由于將刀具邊緣34的 位置制造地與指定模型36的位置稍微不同的事實所導致的。NC計算機46處理機器位置60。在本實例中，將機器位置傳送至計算機48，以進行涉及機器位置60的框架環(huán)路評價(frame loopevaluations)。將位置編碼器14B的數(shù)據(jù)增 加至框架10的位置，代表工作工具支架10相對于工作工具支撐部20的位置。將位置編碼 器14C的數(shù)據(jù)增加至框架20的位置，代表其相對于機器支撐連桿18的位置。用之前已經(jīng)校準并儲存在計算機48中(在零件位置探測器44中)的零件幾何形 狀關(guān)系70來定義零件位置探測器44的初始條件。在光學組件26對準和校準的時候，已經(jīng) 建立與零件幾何形狀關(guān)系70相關(guān)的光學組件26。例如，見實例4。這確保初始的零件幾何 形狀關(guān)系70彼此一致(其中，光學檢測器24包括基準零件圖像模型52，銑刀22包括基準 圖案模型36)，即，例如，所有坐標框架正確地再現(xiàn)幾何形狀內(nèi)的任何空間位置，尤其確保圖 1的零件幾何形狀關(guān)系70的任何閉環(huán)中的位置計算復制其本身。通過更新計算機48的零件幾何形狀關(guān)系70，來維護刀具邊緣34的主要基準圖案 圖像58、這些圖像與上述最大位置的角距離以及相應(yīng)的機器位置數(shù)據(jù)60 (在最簡單的情況 中，不需要將機器位置數(shù)據(jù)60從NC計算機46傳送至計算機48。計算機48可假設(shè)一組固 定的機器位置數(shù)據(jù)60，并且，當NC計算機46接收零件變化數(shù)據(jù)72時其考慮機器位置數(shù)據(jù) 60)。計算機48首先計算基準圖案圖像58的原始數(shù)據(jù)版本，然后將這些數(shù)據(jù)旋轉(zhuǎn)(rotate) 到最大位置中。通過傳統(tǒng)的圖像處理邊緣探測程序來找到原始數(shù)據(jù)?？蛇x地，通過重復變 形樣條并找到樣條和原始數(shù)據(jù)之間的距離的最小平方和的最小值，計算機48對這些數(shù)據(jù) 在最小平方的意義上采用數(shù)學樣條(spline)。應(yīng)將這種樣條稱為適合的基準圖案圖像模型 52A。
計算機48計算最符合上面計算的所旋轉(zhuǎn)的原始數(shù)據(jù)位置的基準圖案圖像模型52 的y軸和ζ軸位移。計算機48首先建立描述基準圖案圖像模型52的數(shù)學樣條函數(shù)。然后， 在y軸和ζ軸方向上重復移動此圖像模型，以最符合所旋轉(zhuǎn)的原始數(shù)據(jù)，其中，y軸位置代 表離旋轉(zhuǎn)中心的半徑距離，ζ軸位置代表刀具長度。通過以下方式來計算樣條位移將圖像 模型樣條在y軸和ζ軸方向上重復平移并找到樣條和原始數(shù)據(jù)之間的距離的最小平方和的 最小值。可替代地，可通過分別找到適合的基準圖案圖像模型52A和基準圖案圖像模型52 的y軸和ζ軸極值來找到這些位移，并將這些值彼此相減。對四個刀具邊緣34重復上述計 笪弁。注意，可將描述旋轉(zhuǎn)的刀具邊緣圖像58的適合的樣條函數(shù)52A轉(zhuǎn)換成新的基準圖 案圖像模型52，尤其代表此被確定的刀具邊緣的幾何形狀。此新模型使得可稍后檢查此特 定刀具邊緣相對于其目前條件的磨損和堆積物。如圖Ia所示，刀具邊緣34通過刀具32、銑刀22、工作工具卡盤12、工作工具支 架10、工作工具支撐部20、機器支撐結(jié)構(gòu)18和光學組件26而與光學檢測器24機械地互 相連接。刀具邊緣34也與光學檢測器24光學地互相連接。這產(chǎn)生我們所說的框架環(huán)路 (24-32-22-12-10-20-18-26-24)。零件位置探測器44接收探測刀具邊緣半徑(y)和長度 (ζ)位置的請求50。計算機48通過在y軸和ζ軸方向上平移基準圖案模型36來找到刀具 邊緣位置，以使得此環(huán)路中的所有框架位置變得彼此一致。通過從給定位置開始并計算通 過閉環(huán)繪制的位置，知道應(yīng)返回相同的位置。即，本發(fā)明的零件位置探測器44的一個關(guān)鍵 目的是，確保當在整個環(huán)路中繪制位置時，應(yīng)該將所有位置(是所給定的閉環(huán)的成員)繪制 回其自身上?，F(xiàn)在，當?shù)毒哌吘壙赡芴幱谙鄬τ诔跏蓟鶞蕡D案模型36的另一位置中時，環(huán) 路(24-32-22-12-10-20-18-26-24)的框架位置不再彼此一致。然后，零件位置探測器44施加零件變化約束68，其使得僅允許代表基準圖案模型36的框架在y軸和ζ軸方向上平移。除了由機器位置60維護的支架14B和14C位移以外，假設(shè)所有其它框架相對于彼此不 移動。PCT/N02005/000336描述了一系列可用來解決環(huán)路不一致的數(shù)學方法。這里，假 設(shè)通過求解一組線性方程來獲得恢復一致性的數(shù)學問題，所述方程描述不同框架之間的轉(zhuǎn) 換。這可通過使用用所謂的齊次坐標描述3D(三維)平移和旋轉(zhuǎn)的4X4矩陣來實現(xiàn)。在 本實例中，原始基準圖案圖像模型52的位置和新位置之間的y-ζ平移是兩個已知的值(通 過上述樣條最小平方計算得到)，并且，基準圖案模型36的y-z平移和所尋找(searched) 的零件變化72是兩個未知的值。通過此方法，零件位置探測器44計算基準圖案模型36的 平移，并由此也計算刀具邊緣的位置。如果移動基準圖案圖像模型52，那么光學檢測器24尺寸的主要部分(major fraction)、光學失真可能影響精確性。在此情況中，可能用非線性數(shù)學方法將基準圖案圖 像58與基準圖案圖像模型52進行比較。一個這種方法是，在初始基準圖案圖像模型52中 對其基準圖案模型36的對應(yīng)物繪制位置，然后改變基準圖案模型36的位置，并最終繪制從 基準圖案模型36返回至基準圖案圖像模型52的位置?？芍貜痛诉^程，但不是必須的。最 終步驟可以上述線性方法為基礎(chǔ)。通過此方法，當基準圖案圖像模型52移動時，其也改變 形狀以補償光學失真，并且，與基準圖案圖像59的比較將更精確。此(重復性)繪圖方法 的最終結(jié)果將是基準圖案圖像模型52的新的搜尋位置和形狀，以及基準圖案模型36的新 位置。由此基準圖案模型36的位置變化給出所搜尋的零件變化72。之前，看到如何通過修改(adapting)數(shù)學函數(shù)所記錄的幾何形狀(樣條)來建立 新的基準圖案圖像模型52A?？商娲?，可對每個刀具邊緣34采用移動的基準圖案模型36， 以代表此銑刀22的可替代的(alternative)的最佳配合適應(yīng)方式。假設(shè)工具是干凈的。因 此，也可將此新模型保存為新的基準圖案模型36，其與其ID —起描述此特定銑刀22，并且 使得可以之后檢查從此初始狀態(tài)開始的磨損和堆積物。實例2此實例與實例1類似，但是銑刀22的直徑較大且以例如7200rpm(轉(zhuǎn)每分鐘)的 較慢速度旋轉(zhuǎn)。照明器脈沖與光學檢測器圖像定時同步76。在本實例中，邊緣34可能被 油、水、加工碎片等的殘留物污染。銑刀22是具有ID(標識號)的工具。應(yīng)用尤其是為了 此標識工具而制造的基準圖案圖像模型52。實例1示出了如何制造這種模型。本實例在圖Ia至圖Ic中示出?？蓪⒘慵恢锰綔y器44體現(xiàn)為在計算機、個人計 算機、專用處理器等內(nèi)的處理。在此實例中，應(yīng)假設(shè)，通過計算機來執(zhí)行零件位置探測器44 的處理，該計算機將機器NC (數(shù)字控制)和專用于控制并監(jiān)測光學組件26的處理一起維 護。從鍵盤輸入請求50，表明機器零件是旋轉(zhuǎn)的銑刀22，以例如7200rpm的速度旋轉(zhuǎn)。請 求50指定銑刀22的ID，并且應(yīng)使用之前制造的基準圖案圖像模型52。該請求還可定義在 角度旋轉(zhuǎn)分辨率(例如，3. 6度)方面所需要的測量質(zhì)量。照明器42從位置檢測器44接收 控制54，以沿著光程56A產(chǎn)生基準圖案34的脈沖照明。為了光學地停止旋轉(zhuǎn)運動并獲得可預(yù)計的基準圖案圖像58的曝光和曝光定時， 在本實例中，照明器42是以內(nèi)部定時器40提供的一定重復頻率(例如，0.1微秒)運行的 專用電路。光學檢測器24以由定時器38提供的每秒45個圖像的定時速率自由運行。在銑刀以7200rpm的速度旋轉(zhuǎn)的同時，光學檢測器沿著光程58B記錄基準圖案34 (刀具邊緣) 的基準圖案圖像58。將圖像傳送給零件位置探測器44。在圖Ib至圖Ic的放大圖中示出了銑刀22及其刀具邊緣34的放大并旋轉(zhuǎn)的視圖。 圖Ia至圖Ib的坐標軸表示不同視圖的方向。在圖Ic中，指出由于油、水和加工碎片殘留 物而產(chǎn)生的污染物62。在本實例中，不假設(shè)刀具邊緣包含堆積物64或磨損66。由照明器 42在后面照亮刀具邊緣34，并且，基準圖案圖像58是刀具邊緣34在不同角度方向上的陰 影圖像。當銑刀以7200/60 = 120轉(zhuǎn)每秒的速度旋轉(zhuǎn)時，光學檢測器24以每秒45個圖像 的速率操作，每個圖像將具有非整數(shù)個通過的邊緣。即，如果將照明脈沖產(chǎn)生為連續(xù)系列的 均勻間隔的脈沖，那么基準圖案圖像58將在亮度上閃爍，并且，曝光的中心時間將以稍微 不可預(yù)計的方式改變。為了解決該問題，在本實例中，假設(shè)在照明器定時器40的0. 1微秒 精度內(nèi)，照明器脈沖定時與光學檢測器定時38同步76。零件位置探測器44計算對每個圖 像給出相同數(shù)量的脈沖的照明脈沖列(train)，并且此處，這些脈沖的精確的曝光中心時間 在銑刀圓周周圍導致可預(yù)計的但是稍微不均勻的角度隔開的記錄。在本實例中，將每個圖 像的脈沖數(shù)量減至2。在定義7200rpm工具轉(zhuǎn)速和3. 6度角度旋轉(zhuǎn)分辨率的輸入請求的基 礎(chǔ)上，零件位置探測器44計算每個圖像內(nèi)的脈沖寬度和脈沖距離。7200rpm等于120轉(zhuǎn)每 秒。為了在2. 22秒內(nèi)覆蓋整個圓周(360/3.6 = 100個圖像，以每秒45個圖像的速率)，這 將在每個圖像內(nèi)給出等于1/120秒的照明脈沖距離。為了光學地停止旋轉(zhuǎn)運動，脈沖寬度 應(yīng)小于角度分辨率寬度的通過時間，即小于(1/1 20)* (3. 6/360) = 0. 000083秒(83微秒)。
將這些照明參數(shù)作為控制54的信號從零件位置探測器44發(fā)送至照明器42。零件 位置探測器44的內(nèi)部脈沖計算確保在圖像偏移的附近不形成脈沖(“消隱”時期)。將整 個工具圓周分成100個角位置(100個圖像)。零件位置探測器44還確保每個圖像的脈沖 列的定時指的是相同的角位置，并確保下一個圖像指的是工具圓周周圍的另一角位置，直 到所有100個位置都覆蓋有基本均勻隔開的記錄為止。如果轉(zhuǎn)速小于圖像速率，那么此計 算可依賴于跳過每個圖像之間的角位置的質(zhì)數(shù)(小于100)?；鶞蕡D案圖像58由已知裝置 轉(zhuǎn)換/數(shù)字化，并將可用于零件位置探測器44的操作。零件位置探測器44在給定的2. 22 秒內(nèi)保存這100個圖像。零件位置探測器44無延遲地記錄銑刀22的位置(機器位置60)， 其由編碼器14B和14C的位置代表。本發(fā)明的一個想法是，光學檢測器24定時器38和/或照明器42定時器40不需 要與工具22的旋轉(zhuǎn)同步，即，轉(zhuǎn)速計讀取不是必須的。由于在旋轉(zhuǎn)循環(huán)中的任意角度初始 位置記錄此系列圖像，所以零件位置探測器44必須首先將每個基準圖案圖像58指向其確 定的角位置。為此，零件位置探測器44建立所有圖像的刀具邊緣位置的極值+y的函數(shù)作 為圖像數(shù)量的函數(shù)。從此函數(shù)，計算相對于這些圖像的最大角位置。對于四個刀具邊緣，其 產(chǎn)生四個函數(shù)最大值。對于這四個最大值中的每個，也將具有最接近的相鄰圖像。將把這 些圖像標記為刀具邊緣34的主要基準圖像58。假設(shè)工具直徑大到使旋轉(zhuǎn)軸線位于光學檢 測器24的觀察區(qū)域的外部，并假設(shè)刀具邊緣的極值+y位置靠近圖像中心。用工具在此位 置記錄四個主要邊緣圖像。然后，為了記錄另一側(cè)上的四個圖像，在記錄并分析另一系列之前，機器將把銑刀 其自身的直徑在y軸方向上移動。對于這些一側(cè)半徑位置測量，需要知道旋轉(zhuǎn)軸線的位置。假設(shè)之前已將旋轉(zhuǎn)軸線位置校準入零件位置探測器44，另外看實例4，其中描述了該類型 的校準的實例。在圖Ic中，基準圖案模型36用虛線表示。為了清楚起見，與代表一個主要 基準圖案圖像58的完全繪制的線相比，將其稍微向右移動。本實例假設(shè)刀具邊緣34包括 污染物62。在本實例中，用被允許在y軸和ζ軸方向上徑向移動的刀具邊緣位置定義零件 變化約束68。該移動可能是由于銑刀22在卡盤12內(nèi)的定位所導致的，或者可能是由于將 刀具邊緣34的位置制造地與指定模型的位置稍微不同的事實所導致的。如前所述，將機器位置數(shù)據(jù)60增加至相應(yīng)的框架位置。用之前已經(jīng)校準并儲存在 零件位置探測器44中的零件幾何形狀關(guān)系70來定義零件位置探測器44的初始條件。在光 學組件26對準和校準的時候，產(chǎn)生光學組件26的零件幾何形狀關(guān)系70。例如，見實例4。 這確保圖Ia的初始的零件幾何形狀關(guān)系70彼此一致(其中，光學檢測器24包括基準零件 圖像模型52，銑刀22包括基準圖案模型36)。在本實例中，基準圖案圖像模型52位于觀察 區(qū)域的中心，并被制成使得所有坐標框架正確地再現(xiàn)幾何形狀內(nèi)的任何空間位置，尤其是， 圖1的零件幾何形狀關(guān)系70的任何閉環(huán)中的位置計算復制其本身。將刀具邊緣34的主要基準圖案圖像58、來自上述最大位置的圖像角距離和相應(yīng) 的機器位置數(shù)據(jù)60注入零件位置探測器44的零件幾何形狀關(guān)系70。零件位置探測器44 首先計算主要基準圖案圖像58的原始數(shù)據(jù)版本，然后將這些數(shù)據(jù)旋轉(zhuǎn)到最大位置中。通過 傳統(tǒng)的圖像處理邊緣探測程序來找到原始數(shù)據(jù)。然后，零件位置探測器44計算最符合上面 計算的所旋轉(zhuǎn)的原始數(shù)據(jù)位置的基準圖案圖像模型52的y軸和ζ軸距離。零件位置探測 器44產(chǎn)生描述基準圖案圖像模型52的數(shù)學樣條函數(shù)。然后，其在y軸和ζ軸方向上重復 移動此圖像模型，以最符合所旋轉(zhuǎn)的原始數(shù)據(jù)。通過以下方式來計算樣條位移將模型樣條 在y軸和ζ軸方向上重復平移并找到樣條和原始數(shù)據(jù)之間的距離的最小平方和的最小值。為了消除污染物62的影響，零件位置探測器44然后沿著樣條且在離圖像模型52 一定閾值距離之外去除所有小于一定長度的原始數(shù)據(jù)。為了提高精度，可重復此去除處理 若干次。最終結(jié)果是稍微移動的基準圖案圖像模型52?？蛇x地，通過重復變形樣條并找到樣條和原始數(shù)據(jù)之間的距離的最小平方和的最小值，零件位置探測器44對剩余的原始數(shù)據(jù)在最小平方的意義上采用數(shù)學樣條。應(yīng)將此樣 條稱為適合的基準圖案圖像模型52A?？商娲?，可通過分別找到適合的基準圖案圖像模型 52A和基準圖案圖像模型52的y軸和ζ軸極值來找到這些位移，并將這些值彼此相減。對 所有四個刀具邊緣重復上述計算。注意，可將描述旋轉(zhuǎn)的刀具邊緣圖像58 (其中，消除了污 染物62的影響)的適合的基準圖案圖像樣條函數(shù)52Α轉(zhuǎn)換成新的基準圖案圖像模型52， 尤其代表此被確定的刀具邊緣的幾何形狀。此新模型使得可稍后檢查此特定刀具邊緣的 磨損和堆積物。注意，除了本實例中的所有樣條計算以外，許多其它平滑適應(yīng)函數(shù)(smooth adaptationfunctions) nTiH^fiftXi^o如圖Ia所示，刀具邊緣34通過刀具32、銑刀22、工作工具卡盤12、工作工具支 架10、工作工具支撐部20、機器支撐結(jié)構(gòu)18和光學組件26而與光學檢測器24機械地互 相連接?；鶞蕡D案34也與光學檢測器24光學地互相連接。這產(chǎn)生我們所說的框架環(huán)路 (24-32-22-12-10-20-18-26-24)。零件位置探測器44接收或發(fā)出探測刀具邊緣半徑(y) 和長度(ζ)位置的請求50?；鶞蕡D案圖像模型52的圖像位移的結(jié)果是，零件位置探測器 44通過在y軸和ζ軸方向上平移基準圖案模型36并通過確保此環(huán)路中的所有框架位置變得彼此一致來找到刀具邊緣位置34。如果將刀具邊緣相對于初始基準圖案模型52平移，那 么環(huán)路(24-32-22-12-10-20-18-26-24)的框架位置不再彼此一致。然后，零件位置探測器 44施加零件變化約束68，其僅使得僅允許代表基準圖案模型36的框架在y軸和ζ軸方向 上平移。除了由機器位置60維護的支架14Β和14C位移以外，假設(shè)所有其它框架相對于彼 此不移動。使用之前的用所謂的齊次坐標描述三維平移和旋轉(zhuǎn)的4X4矩陣。在本實例中，使 基準圖案圖像模型52與基準圖案圖像58保持一致的y-z平移是兩個已知的值(通過上述 樣條最小平方計算得到)，并且，基準圖案模型36的y-z平移和所尋找的零件變化72的是 兩個未知的值。通過此方法，零件位置探測器44計算基準圖案模型36的平移，并由此也計 算刀具邊緣的位置。
之前，說明了如何通過修改數(shù)學函數(shù)的幾何形狀(樣條)來產(chǎn)生新的基準圖案圖 像模型52?？商娲?，可對每個刀具邊緣34采用移動的基準圖案模型36，以代表確定的銑 刀22的可替代的最佳配合適應(yīng)方式。已消除了污染物62的影響。因此，也可將此新模型 保存為基準圖案模型36，其描述甚至可攜帶污染物的此特定銑刀22，并且使得仍然可以之 后檢查工具的磨損和堆積物。實例3此實例與實例1和2類似，但是光學檢測器24的定時被照明器42同步76，并且， 銑刀22是具有七個刀具32的使用過的工具。即，除了刀具邊緣可能被油、水、加工碎片等 的殘留物污染的事實以外，刀具邊緣幾何形狀可能由于堆積物64和磨損66而變形。本實 例還證明了在之前階段根據(jù)相同工具的幾何形狀修改的基準圖案圖像模型52如何幫助特 征化此使用過的工具。本實例在圖Ia至圖Ic中示出?？蓪⒘慵恢锰綔y器44體現(xiàn)為在計算機、個人計 算機、專用處理器等內(nèi)的處理。在此實例中，應(yīng)假設(shè)，通過兩臺交換信息的計算機(其中，一 臺計算機維護機器NC(數(shù)字控制)46，同時，另一臺48控制專門用來控制并監(jiān)測光學組件 26的處理)來執(zhí)行零件位置探測器44的處理。從鍵盤輸入請求50，表明機器零件是旋轉(zhuǎn) 的銑刀22。NC計算機將轉(zhuǎn)速控制為例如5000rpm。請求50用銑刀22的ID指定銑刀22， 并且應(yīng)使用之前定義的ID基準圖案圖像模型52。該之前定義的模型可能最初來自CAD圖 或來自與例如由實例1和2描繪的測量類似的測量。該請求可定義在角度旋轉(zhuǎn)分辨率(例 如，3. 6度)方面所需要的測量質(zhì)量；可使用零件位置探測器的其它內(nèi)部參數(shù)。照明器42從位置檢測器44接收控制54，以沿著光程56A產(chǎn)生基準圖案34的脈沖 照明。為了光學地停止旋轉(zhuǎn)運動并獲得正確的圖像曝光定時，在本實例中，照明器42是以 內(nèi)部定時器40提供的一定重復頻率(例如，1.6微秒)運行的專用電路。在本實例中，光 學檢測器24具有使其定時器38與照明器內(nèi)部定時器40的降頻轉(zhuǎn)換同步的輸入，以每秒產(chǎn) 生50個圖像。在銑刀以5000rpm的速度旋轉(zhuǎn)的同時，光學檢測器24沿著光程56B記錄基 準圖案34(刀具邊緣)的基準圖案圖像58。將圖像傳送給零件位置探測器44。在圖Ic中 示出了銑刀22及其刀具邊緣34的放大并旋轉(zhuǎn)的視圖。圖Ia至圖Ic的坐標軸表示不同視 圖的方向。在圖Ic中，指出可能由于油、水和加工碎片殘留物而產(chǎn)生的污染物62。該圖還 示意性地示出了堆積物64和磨損66。由照明器42在后面照亮刀具邊緣34，并且，基準圖 案圖像58是刀具邊緣34在不同角度方向上的陰影圖像。
當銑刀以5000/60 = 83. 33轉(zhuǎn)每秒的速度旋轉(zhuǎn)時，光學檢測器24以每秒50個圖 像的速率操作，每個圖像將具有非整數(shù)個通過的邊緣。即，如果將照明脈沖產(chǎn)生為連續(xù)系列 的均勻間隔的脈沖，那么檢測器24的圖像將在亮度上閃爍，并且，曝光的平均時間將以不 可預(yù)計的方式改變。為了解決該問題，在本實例中，假設(shè)光學檢測器定時器38與照明定時 器40同步76。然后，零件位置探測器44計算對每個圖像給出相同數(shù)量的脈沖的照明脈沖 列，并且此處，這些脈沖的精確的平均曝光時間對銑刀圓周周圍的角度間隔產(chǎn)生可預(yù)計的 但是稍微不均勻的圖像參考。然而，此微小變化由零件位置探測器44控制并考慮。在本實 例中，將每個圖像的脈沖數(shù)量減至1。在定義5000rpm工具轉(zhuǎn)速和1.8度角度旋轉(zhuǎn)分辨率的 輸入請求的基礎(chǔ)上，零件位置探測器44計算每個圖像內(nèi)的脈沖寬度和脈沖位置。5000rpm 等于83. 33轉(zhuǎn)每秒。為了在4秒內(nèi)覆蓋整個圓周(360/1.8 = 200個圖像，以每秒50個 圖像的速率)，這將給出接近每秒83. 33個脈沖的照明脈沖速率。為了光學地停止旋轉(zhuǎn)運 動，脈沖寬度應(yīng)典型地小于相當于一個旋轉(zhuǎn)循環(huán)的一部分(1.8/360)的通過時間，即小于 (1/88. 33)*(1· 8/360) = 0. 000056 秒(56 微秒)。將這些照明參數(shù)作為控制54的信號從零件位置探測器44發(fā)送至照明器42。零件 位置探測器44的內(nèi)部脈沖計算確保在圖像偏移的附近不形成脈沖(“消隱”時期)。將整 個工具圓周分成200個角位置(200個圖像)。零件位置探測器44還確保下一個圖像指的 是工具圓周周圍的下一角位置，直到所有200個位置都被覆蓋為止。如果轉(zhuǎn)速小于圖像速 率，那么此計算可依賴于跳過每個圖像之間的角位置的質(zhì)數(shù)(小于200)。基準圖案圖像58 由已知裝置轉(zhuǎn)換/數(shù)字化，并將可用于零件位置探測器44的操作。零件位置探測器在4秒 內(nèi)保存這200個圖像。零件位置探測器44無延遲地記錄銑刀22的機器位置60，其由編碼 器14B和14C的位置代表。由于在旋轉(zhuǎn)循環(huán)中的任意角度初始位置記錄此系列圖像，所以零件位置探測器44 必須首先將每個基準圖案圖像58指向確定的角位置。為此，零件位置探測器44建立這些 圖像的刀具邊緣位置的極值+y的函數(shù)作為圖像數(shù)量的函數(shù)。從此函數(shù)，計算相對于這些圖 像的最大角位置。對于七個刀具邊緣，其產(chǎn)生七個函數(shù)最大值。對于這七個最大值中的每 個，也將具有最接近的相鄰圖像。然而，由于這些數(shù)據(jù)可能包含污染物62和堆積物64的作 用，所以零件位置探測器44首先計算基準圖案圖像58的原始數(shù)據(jù)版本(通過傳統(tǒng)的邊緣 探測程序來計算原始數(shù)據(jù))。然后，為了找到所有圖像的圖像邊緣投影的可靠的最大位置， 通過沿著圖像外圍尋找局部凸起來消除污染物62和堆積物64的影響。為了幫助此處理， 其還產(chǎn)生在最小平方距離的意義上將其自身適應(yīng)于外圍原始數(shù)據(jù)的平滑數(shù)學樣條函數(shù)，并 去除那些在樣條外伸出一定閾值的原始數(shù)據(jù)，與實例2中描述的處理類似。然后，可找到刀 具邊緣位置的極值+y。將把那些最靠近所找到的最大值的圖像標記為刀具邊緣34的主要 基準圖像58。假設(shè)工具直徑大到使旋轉(zhuǎn)軸線位于光學檢測器24的觀察區(qū)域的外部，并假設(shè)刀 具邊緣的極值+y位置靠近圖像中心。用工具在此位置記錄七個主要邊緣圖像。然后，為 了記錄另一側(cè)上的七個圖像，在記錄并分析另一系列之前，機器將把銑刀其自身的直徑在y 軸方向上移動。對于這些一側(cè)半徑位置測量，需要知道旋轉(zhuǎn)軸線的位置。在本實例中，之前 已將旋轉(zhuǎn)軸線位置校準入零件位置探測器44，或從這些兩側(cè)測量計算得到。實例4描述了 該類型的校準的實例。在圖Ic中，基準圖案模型36用虛線表示。為了清楚起見，與代表一個主要基準圖案圖像58的完全繪制的線相比，將其稍微向右移動。本實例假設(shè)刀具邊緣34 可能包括污染物62、堆積物64和磨損66。在本實例中，用被允許在y軸和ζ軸方向上徑向 移動的刀具邊緣位置定義零件變化約束68。該移動可能是由于銑刀22在卡盤12內(nèi)的定位 所導致的，或者可能是由于將刀具邊緣的位置制造地與模型的位置稍微不同的事實所導致 的，或者是由于一系列其它可能的原因所導致的。如前所述，將機器位置數(shù)據(jù)60增加至相應(yīng)的框架位置。在精確的失真校準的基礎(chǔ) 上，使基準圖案圖像模型52和基準圖案模型36彼此繪制。為了簡單起見，將基準圖案圖像 模型52放置在觀察區(qū)域的中心。這確保初始的零件幾何形狀關(guān)系70彼此一致(其中，光 學檢測器24包括基準零件圖像模型52，銑刀22包括基準圖案模型36)，尤其是確保零件幾 何形狀關(guān)系70的任何閉環(huán)中的位置計算復制其本身。為了找到基準圖案圖像偏移，計算幾乎遵循與例如實例2中完全相同的過程。最 終結(jié)果是移動的ID基準圖案圖像模型52。此模型現(xiàn)在用來特征化堆積物64和磨損66。將 那些在圖像模型外部伸出的原始數(shù)據(jù)識別為可能的堆積物64，并且，位置探測器44通過一 些量度標準(measures)對其進行特征化，例如，凸起的數(shù)量、凸起的位置、離模型最大的凸 起距離、凸起的面積、凸起的長度等。將那些在模型內(nèi)的原始數(shù)據(jù)識別為可能的磨損66，并 且，位置探測器通過一些量度標準對其進行特征化，例如，磨損的數(shù)量、磨損的位置、離模型 最大的磨損距離、磨損的面積、磨損的長度等。如之前所注意的，除了本實例中的所有樣條 計算以外，許多平滑適應(yīng)函數(shù)也可良好地進行此工作。
為了找到與基準圖案圖像偏移相當?shù)幕鶞蕡D案模型偏移，本實例的計算幾乎遵循 與例如實例2中完全相同的過程。識別框架環(huán)，施加零件變化約束68，并且，計算那些產(chǎn)生 之前找到的圖像偏移的基準圖案模型36的偏移。通過這種方法，零件位置探測器44計算 基準圖案模型36的平移，從而也計算刀具邊緣位置。另外，通過反向成像，零件位置探測器 44計算可能的堆積物64和磨損66的尺寸，并將該信息增加至零件變化72的數(shù)據(jù)。實例 4圖2a至圖2c是通過實例的方式示出了機器的示意圖，該機器可代表任何機器，例 如，銑床、鉆孔機、車床、開模EDM、電線EDM、CMM，或簡單的固定對準/校準夾具。此機器構(gòu) 造和實例的目的是，幫助對準和/或初始化/校準相對于機器位置的光學檢測器24的位置 和光程56B的位置(方向軸)。在本實例中，工作工具22是校準銷。本實例示出，在安裝、 重新校準或維修時，如何控制光學組件26相對于機器位置的y軸和ζ軸位置并圍繞χ軸和 y軸傾斜。這通過使用校準銷22來實現(xiàn)，校準銷22的長度已被預(yù)先校準。此實例還示出 了如何控制具有更復雜形狀的旋轉(zhuǎn)的工作工具的位置和幾何形狀。如圖2b至圖2c所示， 將銷尖端制成不對稱的，以幫助包括圍繞ζ軸傾斜的校準。此銷可具有一系列不同形狀，但 是，在本實例中，其本質(zhì)上由兩個刀片22’和22”組成，這兩個刀片以接近區(qū)域的光學深度 的距離隔開。這由圖2b至圖2c的兩個投影圖表示。刀片邊緣平行于銷桿22”’并具有與 其基本相同的長度。已經(jīng)高精度地測量(預(yù)校準)其長度。將校準銷22安裝在工具卡盤 12中，并通過使用卡盤和銷座上的一些機械定位點，或者通過凸緣-凸緣機械接觸，使校準 銷22將其自身定位在ζ軸方向上。將此銷以3610rpm的給定速度旋轉(zhuǎn)。如果在校準設(shè)備、 EDM或CMM機器中進行校準，那么轉(zhuǎn)速會更慢，例如，在60rpm的范圍內(nèi)。本實例在圖2a至圖2c中示出。可將零件位置探測器44體現(xiàn)為在計算機、個人計算機、專用處理器等內(nèi)的處理。在此實例中，通過一臺從機器NC (數(shù)字控制)46接收控制的 計算機48和一臺控制并監(jiān)測光學組件26的計算機來執(zhí)行零件位置探測器44的處理。兩 臺計算機通過局域網(wǎng)連接。此連接處理請求50?？商娲兀赏ㄟ^鍵盤將請求50輸入零 件位置探測器44。在之前的階段，已將零件幾何形狀關(guān)系70和零件變化約束68存入零件 位置探測器44。請求50識別校準銷22并指定例如3610rpm(圍繞ζ軸)的轉(zhuǎn)速。假設(shè)，描 述3D(三維)銷尖端幾何形狀的預(yù)校準的內(nèi)部基準圖案圖像模型52已在之前被校準并存 入零件位置探測器44中。通過記錄基準圖案34的360個圖像來找到校準銷22的位置，在 此情況中是旋轉(zhuǎn)的銷尖端的幾何形狀。照明器42從位置檢測器44接收控制54，以沿著光 程56Α產(chǎn)生基準圖案34的脈沖照明。
為了產(chǎn)生清晰(sharp)的圖像，光學地停止運動，在此情況中，照明器42的脈沖產(chǎn) 生是監(jiān)測基準圖案圖像58的相同計算機48內(nèi)的實時內(nèi)核(kernel)。光學檢測器24以由 定時器38提供的每秒60個圖像的定時器速率自由運行。在銷子以3610rpm的速度旋轉(zhuǎn)的 同時，光學檢測器沿著光程56B記錄基準圖案34(校準銷尖端)的基準圖案圖像58。將圖 像傳送給零件位置探測器44。由照明器光源80 (例如，LED)在后面照亮銷尖端34，并且， 基準圖案圖像58代表銷尖端34在不同角度方向上的陰影圖像(為了便于繪制圖2，將光源 80拉到照明器42之外，即使其是照明器42的一部分)。當校準銷22以3610/60 = 60. 1667轉(zhuǎn)每秒的速度旋轉(zhuǎn)且照相機以每秒60個圖像 的速率操作時，記錄位置將使每個圖像偏移1/360個圓周。為了確保照明器42的脈沖與 光學檢測器定時器38同步，假設(shè)零件位置探測器的實時內(nèi)核使照明器42的脈沖與所接收 的基準圖案圖像58同步。在定義3610rpm工具轉(zhuǎn)速和360/360 = 1度角度旋轉(zhuǎn)分辨率的 輸入請求的基礎(chǔ)上，零件位置探測器44計算每個圖像內(nèi)的脈沖寬度和脈沖距離。3610rpm 等于每秒60. 1667轉(zhuǎn)。在6秒內(nèi)覆蓋整個圓周(一共360個圖像，以每秒60個圖像的 速率)。為了光學地停止旋轉(zhuǎn)運動，脈沖寬度應(yīng)小于角度分辨率距離的通過時間，即小于 (1/60)*(1/360) = 0. 000046秒(46微秒)。將這些照明參數(shù)作為控制54的信號(未在圖 Ia中示出)從零件位置探測器44發(fā)送至照明器42。零件位置探測器44的內(nèi)部脈沖計算 確保，在圖像偏移的附近不形成脈沖(“消隱”時期)。將整個工具圓周分成360個均勻間 隔的角位置(360個圖像)。圖2b至圖2c中示出了基準圖案34的兩個放大圖。圖2a至圖2c的坐標軸表示 不同視圖的方向。在大多數(shù)情況中，例如，如果將校準銷22從工具變換器固定至工具卡盤 12，那么其圍繞ζ軸的初始方向是未知的。旋轉(zhuǎn)使得可能記錄一系列圖像并在之后選擇最 佳的圖像。圖Ib至圖Ic的兩個視圖表示最感興趣的方向。如果將觀察路徑56B的光軸安 裝為導致圍繞y軸傾斜的偏移，那么基準圖案圖像58將顯示兩個具有不同ζ軸高度的邊 緣，如圖2c的示意圖所示。在相同的視圖中，22’和22”邊緣的平均ζ軸位置給出ζ軸位 置。通過從所有旋轉(zhuǎn)角收集數(shù)據(jù)，圍繞χ軸的主軸(spindle axis)方向及其偏轉(zhuǎn)可從校準 銷桿22”’的方向找到。桿22”’是圓柱形的。由于可在旋轉(zhuǎn)循環(huán)中的任意角度初始位置記錄此系列圖像，所以零件位置探測器 44必須首先將每個基準圖案圖像58指向其確定的角位置。為此，零件位置探測器44產(chǎn)生 刀片22’和22”之間的y軸距離的函數(shù)。從此函數(shù)，其計算當該距離等于預(yù)校準值時的角 位置，與圖2b至圖2c放大圖的方向相對應(yīng)。將具有兩個最靠近這些位置的相鄰圖像。將把這些圖像標記為銷尖端34的主要基準圖案圖像58。假設(shè)，銷直徑過小以至于其適合于在光學檢測器24的觀察區(qū)域的內(nèi)部。在本實例 中，用被允許在y軸和ζ軸方向上偏移并圍繞χ軸和y軸旋轉(zhuǎn)的銷尖端位置定義零件變化 約束68。此偏移可能是由于校準銷22在觀察區(qū)域內(nèi)的y軸和Z軸定位所導致的。此旋轉(zhuǎn) 可能是由于未將圍繞χ軸的光學檢測器24的方向和相對于機器圍繞y軸傾斜的觀察路徑 56B完美地對準的事實所導致的。確?？蚣墉h(huán)一致性的初始化遵循上述主要要點。將銷尖端34的主要基準圖案圖 像58、離上述給定的刀片22’-22”y軸距離的圖像角度距離和相應(yīng)的機器位置數(shù)據(jù)60注入 零件位置探測器44的零件幾何形狀關(guān)系70。零件位置探測器44首先計算主要基準圖案圖 像58的原始數(shù)據(jù)版本，然后將這些數(shù)據(jù)旋轉(zhuǎn)到給定位置的方向中。然后，零件位置探測器 44計算最符合上面計算的所旋轉(zhuǎn)的原始數(shù)據(jù)位置的基準圖案圖像模型52的y軸和ζ軸距 離、刀片22’和22”的平均ζ軸位置和ζ軸位置差、以及銷桿22”’的角度方向。零件位置 探測器44產(chǎn)生描述包含三個不同子元件的基準圖案圖像模型52的數(shù)學樣條函數(shù)。為了最 佳地符合原始數(shù)據(jù)，其首先在y軸和ζ軸方向上圍繞χ軸重復移動整個圖像模型。然后，通 過對它們中的 每個重復進行重復處理，來微調(diào)子元件的位置。通過以下方式來計算樣條位 移將模型樣條在y軸和ζ軸方向上重復平移、圍繞χ軸旋轉(zhuǎn)、并找到樣條和原始數(shù)據(jù)之間 的距離的最小平方和的最小值。對用圍繞ζ軸旋轉(zhuǎn)180度而分開的兩個主要基準圖案圖像 中的每個重復該處理。 在替代方式中，可使用通過在實例1的結(jié)尾中描述的模型之間繪制位置的重復性 方法。然后，將子元件作為組移動，而不是分別移動。如圖2a所示，校準銷22通過工作工具卡盤12、工作工具支架10、工作工具支撐部 20、機器支撐連桿18和光學組件26而與光學檢測器24機械地互相連接?；鶞蕡D案34也 與光學檢測器24光學地互相連接。這產(chǎn)生我們所說的環(huán)路(24-22-12-10-20-18-26-24)。 零件位置探測器44接收請求50，以找到校準銷22的y軸和ζ軸位移以及χ軸和y軸旋轉(zhuǎn)。 將基準圖案圖像模型52的子元件從其初始狀態(tài)的位置移動。零件位置探測器44通過在y 軸和ζ軸方向上三維地移動裝配的基準圖案模型36 (不是分開的子元件)并圍繞χ軸和y 軸旋轉(zhuǎn)，來找到校準銷22的新位置，以獲得此環(huán)中的所有框架位置再次變得彼此一致。通 過從給定位置開始并計算在某一閉環(huán)中繪制的位置，知道應(yīng)返回相同的位置。即，本發(fā)明的 零件位置探測器44確保，當在整個環(huán)路中繪制位置時，應(yīng)該將所有位置(是所給定的閉環(huán) 的成員(member))繪制回其自身上。如果相對于初始的基準圖案圖像模型52平移、旋轉(zhuǎn)并 扭曲基準圖案圖像58，那么，環(huán)路(24-22-12-10-20-18-26-24)的框架位置不再彼此一致。 然后，零件位置探測器44施加零件變化約束68，其使得僅允許代表基準圖案模型36的框 架在y軸和ζ軸方向上平移，并圍繞χ軸和y軸旋轉(zhuǎn)。除了由機器位置60維護的支架位移 14B和14C以外，假設(shè)所有其它框架相對于彼此不移動。通過求解一組線性方程來獲得恢復一致性的數(shù)學問題，所述方程描述不同框架之 間的轉(zhuǎn)換。這可通過使用用所謂的齊次坐標描述三維平移和旋轉(zhuǎn)的4X4矩陣來實現(xiàn)。在 本實例中，基準圖案圖像模型52和基準圖案圖像58之間的桿22”’子元件的y軸平移和χ 軸旋轉(zhuǎn)、刀片22’子元件的ζ軸偏移、和刀片22”子元件的ζ軸偏移是四個已知的值(通過 上述樣條最小平方計算得到)。基準圖案模型36和所尋找的零件變化72的3D (三維)y軸和Z軸平移以及X軸和1軸旋轉(zhuǎn)是四個未知的值。通過此方法，零件位置探測器44計算基準圖案模型36的位移，并由此也計算校準銷22的位置。對來自兩個主要基準圖案圖像58 的數(shù)據(jù)組完成上述處理。從所找到的值來看，平均的χ軸旋轉(zhuǎn)代表旋轉(zhuǎn)軸角度，平均的y軸 平移代表旋轉(zhuǎn)軸y軸位置，平均的ζ軸平移代表校準銷34的長度。平均的y軸旋轉(zhuǎn)角度代 表光軸相對于機器的旋轉(zhuǎn)。零件位置探測器44將所有這些數(shù)據(jù)作為零件變化72輸出至例 如監(jiān)控器，作為反饋輸出至對光學組件26進行生產(chǎn)、對準或維修對準操作的操作員。將最 終數(shù)據(jù)作為零件幾何形狀關(guān)系70的一部分保存。也可為之后的參考、對準、校準和控制而 保存此校準銷22的基準圖案模型36的新位置。實例5此實例描述了如何控制可能由殘留物污染的EDM模具22的位置和磨損。與刀具 和接觸探頭尖端相比，EDM模具可具有復雜的形狀，其沒有固定的半徑位置。圖3b至圖3c 的示意圖示出了兩個給定旋轉(zhuǎn)角的簡單模具22的陰影圖像。為了示意的目的，從許多表示 兩個基準圖案34A和34B (是一個旋轉(zhuǎn)掃描中模具22的控制的一部分)以及兩個其它基準 圖案34E和34F(是另一個旋轉(zhuǎn)掃描中的模具控制的一部分)的位置中選擇兩個旋轉(zhuǎn)位置。 完全繪制的線表示具有磨損的模具22，虛線表示基準圖案模型36的幾何形狀?；鶞蕡D案模 型36可能來自CAD圖或來自沒有磨損的相同模具的之前記錄。模具以例如70rpm的速度 旋轉(zhuǎn)。本實例在圖3a至圖3c中示出?？蓪⒘慵恢锰綔y器44體現(xiàn)為在計算機、個人計 算機、專用處理器等內(nèi)的處理。在此實例中，應(yīng)假設(shè)，通過兩臺計算機(機器NC計算機46 和控制并監(jiān)測光學組件26的計算機48)來執(zhí)行零件位置探測器44的處理。兩臺計算機通 過局域網(wǎng)連接。此連接處理請求50和產(chǎn)生的零件變化72的數(shù)據(jù)。在之前的階段，已將零 件幾何形狀關(guān)系70存入零件位置探測器44。請求50識別模具22并指定例如70rpm(圍繞 ζ軸)的轉(zhuǎn)速。假設(shè)，將描述3D(三維)模具幾何形狀的基準圖案模型36作為請求50的 一部分存入計算機48中(零件位置探測器44從基準圖案模型36得到基準圖案圖像模型 52)。為了簡單地描述控制原理，在本實例中，具有棱鏡形模具22的χ-y平面橫截面是 長方形的，并且，將檢查代表四個離旋轉(zhuǎn)中心具有相等半徑距離的轉(zhuǎn)角的圍繞圓周的四個 基準圖案34。在圖3b和圖3c中，圖案34A和34B示出了四個圖案34A、34B、34C和34D中的兩 個。由于模具22圍繞ζ軸旋轉(zhuǎn)，所以所有基準圖案指的是相同的ζ軸高度，如34A和34B 所指示的。在圖3b至圖3c中，用小長方形表示觀察區(qū)域74的大小。如果模具22是圓柱 體，g卩，橫截面是圓形，那么可檢查(study)圖案(例如圍繞圓形的360個圖案)的整個圓 周。照明器42從位置探測器44接收控制54，以沿著光程56A產(chǎn)生基準圖案34A、34B、34C 和34D的脈沖照明。為了產(chǎn)生清晰圖像，光學地停止運動，照明器42在此情況中是調(diào)節(jié)光 源的電路。光學檢測器24以由定時器38提供的每秒60個圖像的定時速率自由運行。在 模具以70rpm的速度旋轉(zhuǎn)的同時，光學檢測器沿著光程56B記錄基準圖案34(模具22的轉(zhuǎn) 角)的基準圖案圖像58。記錄360個圖像。將圖像傳送給零件位置探測器44。由照明器42在后面照亮模具22，并且，基準圖 案圖像58代表模具在不同角度方向上的陰影圖像。當模具22以70/60 = 1. 1667轉(zhuǎn)每秒的速度旋轉(zhuǎn)且光學檢測器以每秒60個圖像的速率操作時，記錄位置將使每個圖像偏移7/360 個圓周。為了用一系列圖像填充整個圓周，此分數(shù)的分母應(yīng)始終是質(zhì)數(shù)，例如在此實例中是 7，并且，用此質(zhì)數(shù)分成的圖像總數(shù)不應(yīng)是整數(shù)。用數(shù)字76表示的照明器42的脈沖與光學 檢測器定時器38同步。在定義70rpm工具轉(zhuǎn)速和360/360 = 1度角度旋轉(zhuǎn)分辨率的輸入 請求的基礎(chǔ)上，零件位置探測器44計算脈沖寬度和脈沖距離。60rpm等于每秒1. 1667轉(zhuǎn)。 在6秒內(nèi)覆蓋整個圓周(一共360個圖像，以每秒60個圖像的速率)。為了光學地停止旋 轉(zhuǎn)運動，脈沖寬度應(yīng)小于角度分辨率距離的通過時間，即小于(1/60)*(1/360) = 0. 000046 秒(46微秒)。 將這些照明參數(shù)作為控制54的信號從零件位置探測器44發(fā)送至照明器42。零件 位置探測器44的內(nèi)部脈沖計算確保，在圖像偏移的附近不形成脈沖(“消隱”時期)。將整 個工具圓周分成360個均勻間隔的角位置(360個圖像)?；鶞蕡D案圖像58由已知裝置轉(zhuǎn) 換/數(shù)字化，并將可用于零件位置探測器44的操作。零件位置探測器在6秒內(nèi)保存這360 個圖像。零件位置探測器44無延遲地記錄模具22的機器位置60。圖3b至圖3c示出了基準圖案34的兩個視圖。圖3a至圖3c的坐標軸表示不同 視圖的方向。圖3a和圖3b的視圖代表所記錄的360個圖像中的兩個。旋轉(zhuǎn)使得可能記錄 一系列圖像并在之后選擇最感興趣的圖像。圖3b和圖3c的兩個視圖表示基準圖案34A和 34B轉(zhuǎn)角的檢測的所選方向。代表其它兩個轉(zhuǎn)角的方向的34C和34D未示出。由于在旋轉(zhuǎn) 循環(huán)中的任意角度初始位置記錄此系列圖像，所以零件位置探測器44必須首先找到每個 基準圖案圖像58的正確的角位置。為此，零件位置探測器44產(chǎn)生極值+y與陰影距離的截 尾函數(shù)(truncated function)?？蓮?D基準圖案模型36計算適當?shù)纳嵛?truncation)。 然后，其計算離基準圖案圖像58的類似的+y距離。移動這些函數(shù)以找到最佳重疊區(qū)域。 通過使用所找到的偏移，零件位置探測器44計算所記錄的圖像58的角方向。該偏移可能 與圖像不一致，但是這四個轉(zhuǎn)角位置的每個都將有最近的相鄰圖像，以及離那些轉(zhuǎn)角位置 的相應(yīng)角距離。將把這四個圖像標記為圖案34A、34B、34C和34D的主要基準圖案圖像58。 在本實例中，用被允許在y軸和ζ軸方向上徑向偏移的每個模具轉(zhuǎn)角模型36的位置來定義 零件變化約束68。此偏移是由y軸和ζ軸模具磨損66導致的。如前所述，將機器位置數(shù)據(jù)60增加至相應(yīng)的框架位置。在精確的失真校準的基礎(chǔ) 上，使基準圖案圖像模型52和基準圖案模型36彼此繪制。為了簡單起見，將基準圖案圖像 模型52放置在觀察區(qū)域的中心。這確保初始的零件幾何形狀關(guān)系70彼此一致(其中，光 學檢測器24包括基準零件圖像模型52，模具22包括基準圖案模型36)，尤其是確保圖2的 零件幾何形狀關(guān)系70的任何閉環(huán)中的位置計算復制其本身。將轉(zhuǎn)角的主要基準圖案圖像58、離上述理想方向的距離中的角度距離和相應(yīng)的機 器編碼器位置60注入零件位置探測器44的零件幾何形狀關(guān)系70。零件位置探測器44首 先計算主要基準圖案圖像58的原始數(shù)據(jù)版本，并將這些數(shù)據(jù)旋轉(zhuǎn)到理想位置的角度方向 中。通過傳統(tǒng)的圖像處理邊緣探測程序來找到原始數(shù)據(jù)。然后，零件位置探測器44計算最 符合上面計算的所旋轉(zhuǎn)的原始數(shù)據(jù)位置的基準圖案圖像模型52的轉(zhuǎn)角元件的各個y軸和 ζ軸位移。零件位置探測器44產(chǎn)生描述包含四個不同子元件的基準圖案圖像模型52的數(shù) 學樣條函數(shù)。然后，通過對它們中的每個重復進行重復處理，來微調(diào)子元件的位置。通過以 下方式來計算樣條位移將模型樣條在y軸和ζ軸方向上重復平移、并找到樣條和原始數(shù)據(jù)之間的距離的最小平方和的最小值。對每個主要基準圖案圖像58重復該處理。如圖3a所示，模具22通過工作工具卡盤21、工作工具支架10、工作工具支 撐部20、機器支撐連桿18和光學組件26而與光學檢測器24機械地互相連接?；?準圖案34也通過光與光學檢測器24光學地互相連接。這產(chǎn)生我們所說的框架環(huán)路 (24-22-21-10-20-18-26-24)。零件位置探測器44接收請求50，以找到模具轉(zhuǎn)角34的y軸 和ζ軸磨損。移動基準圖案圖像模型52的子元件。零件位置探測器44通過在法線平行于 觀察方向的平面上三維地移動各個基準圖案模型36的轉(zhuǎn)角位置，并通過確保此環(huán)路中的 所有框架位置變得彼此一致，來找到轉(zhuǎn)角34的新位置。通過從給定位置開始并計算在圖3a 中的某一閉環(huán)中繪制的位置，知道應(yīng)返回相同的位置。即，本發(fā)明的零件位置探測器44的 一個目的是，確保當在整個環(huán)路中繪制位置時，應(yīng)該將所有位置(是所給定的閉環(huán)的成員) 繪制回其自身上。如果相對于初始基準圖案圖像模型52平移基準圖案圖像58，那么環(huán)路 (24-22-21-10-20-18-26-24)的框架位置不再彼此一致。然后，零件位置探測器44施加零 件變化約束68，其使得僅允許代表基準圖案模型36的各個轉(zhuǎn)角在y軸和ζ軸方向上平移。通過求解一組線性方程來獲得恢復環(huán)路一致性的數(shù)學問題，所述方程描述不同框 架之間的轉(zhuǎn)換。這可通過使用用所謂的齊次坐標描述3D(三維)平移和旋轉(zhuǎn)的4X4矩陣 來實現(xiàn)。在本實例中，基準圖案圖像模型52和基準圖案圖像58之間的每個轉(zhuǎn)角子元件的 y-z平移是四個已知的值(通過上述樣條最小平方計算得到)。四對基準圖案模型36子元 件的有效的2D平移(所尋找的零件變化72)是四對未知的 值。通過此方法，零件位置探測 器44計算基準圖案模型36子元件的位移，并由此也計算模具22的磨損。計算機48將這 些數(shù)據(jù)作為零件變化72輸出至NC計算機46，以允許NC計算機作出磨損是否可接受的決 定。將零件變化72保存為零件幾何形狀關(guān)系70的一部分。也可為之后的參考而保存此模 具22的基準圖案模型36的新位置。本實例描述了基準圖案34A至34D的記錄。通過在ζ軸方向上移動模具22、在y 軸方向上移動旋轉(zhuǎn)軸位置、以及重復旋轉(zhuǎn)處理，可記錄其它基準圖案，如圖3a中的基準圖 案34E至34F所示。如果需要的話，可在模具22上重復多次此旋轉(zhuǎn)處理。實例6此實例在圖4a至圖4c中示出。其目的是，在將模具從機器中取出并將其放回之 后，控制模具位置。從記錄的角度，此實例與實例5類似，但是，這里在反射幾何形狀中示出 并觀察EDM模具22，而不是在實例5的陰影布置上。基準圖案34A至34D是模具本身的表 面結(jié)構(gòu)。在取出模具22之前，基準圖案圖像模型52是表面結(jié)構(gòu)34A至34D的實際圖像。然 后，在放回模具之后，記錄基準圖案圖像58。PCT/N02005/000336中描述了用于探測基準圖 案圖像模型偏移(例如，52的偏移)的技術(shù)。與允許模型子元件獨立移動的實例5相比，在 此情況中，將基準圖案模型36作為整體三維地平移和旋轉(zhuǎn)，以找到新的六個自由度的模具 位置。對于實例5和實例6，EDM模具轉(zhuǎn)速小于旋轉(zhuǎn)的銑刀的轉(zhuǎn)速。這使得能以階段 (step)且重復的方式旋轉(zhuǎn)模具并記錄基準圖案圖像58。如果將模具設(shè)置在精確定義其ζ 軸旋轉(zhuǎn)角的卡盤中，那么使得如何將基準圖案圖像58表示為正確的ζ軸角位置的上述描述 更簡單。實例7
實例1至實例6描述了根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備，其中主要使用一個照明器42和一個光 學檢測器24。為了獲得全3D的控制，不僅需要記錄圖像的y-z位置。這在圖5中示出，其 中，將兩個照明器42-光學檢測器24設(shè)備的組合表示為照明器42A-光學檢測器24A和照 明器42B-光學檢測器24B。不需要將照明器-檢測器組合放在所示一個光學組件26中。 根據(jù)空間需求，可將其分開放置。圖5b從不同的觀察方向(如副坐標軸所示)示出了圖5a 中的光學設(shè)備。54A和54B分別表示檢測器24A和24B與零件位置探測器44之間的連桿 (link)。58A和58B分別表示零件位置探測器44與檢測器24A和24B之間的連桿。質(zhì)量控制工具位置對旋轉(zhuǎn)工具位置在機器內(nèi)部適當?shù)厥褂媒佑|探頭以進行質(zhì)量控制。通過將PCT/N02005/000336的 發(fā)明與本發(fā)明組合，質(zhì)量控制工具的位置可與旋轉(zhuǎn)的機器工具的位置相關(guān)。在位置控制的 過程中，工件卡盤12將接觸探頭22保持在靜止位置中。圖6示出了用接觸探頭22代替圖 1的銑刀22的實例。接觸探頭22通過用一定的力接觸工件30的表面來在工件30上找到 位置，直到內(nèi)部處理觸發(fā)獲得特定接觸狀態(tài)為止，然后，機器運動停止。接觸探頭尖端是硬 質(zhì)材料(例如紅寶石)的球體。在觸發(fā)時，讀取位置編碼器14B和14C的位置。這些位置 代表接觸探頭尖端34的位置。接觸探頭34的尖端的空載位置與觸發(fā)時的位置不同。圖7 示出了在所述PCT/N02005/000336中公開的設(shè)備的修改，并且可將其用來找到接觸探頭的 空載位置。圖7示出了如何找到接觸探頭的觸發(fā)位置。為了測試接觸探頭22的觸發(fā)位置，氣 動桿102將具有基準圖案34A(附接于玻璃方塊100上)的玻璃方塊100帶到光學檢測器 24的觀察區(qū)域中。接觸探頭與玻璃方塊相對地移動，直到其觸發(fā)為止，然后停止。然后，可 通過例如在所述PCT/N02005/000336中公開的方式找到玻璃方塊100的位置。如果假設(shè)接觸探頭22的空載和觸發(fā)位置之間的距離隨著時間不會變化太大，那 么不需要在每次使用接觸探頭的時候重復圖7的觸發(fā)接觸探頭校準。由于現(xiàn)在能夠在觸發(fā) 接觸探頭22的同時校準接觸探頭22的位置，并能夠可靠地將該位置表示為光學檢測器24 的位置，然后可簡化接觸探頭22的位置校準。為了完成整個接觸探頭校準，僅需要記錄接 觸探頭尖端的圖像58，并用圖形處理計算其相對于光學檢測器24的位置。為此，拉回氣動 桿102，從而，玻璃方塊100和基準圖案34A在光學檢測器24的觀察區(qū)域之外。通過使用機 器，將空載的接觸探頭22帶入觀察區(qū)域中，如圖6所示。然后，除非彼此交換接觸探頭22， 或其從校準離開，可都讀取空載接觸探頭22的增加觸發(fā)偏移的位置，并用這些數(shù)據(jù)進行接 觸探頭位置校準。應(yīng)該指出，在接觸探測方法中，觸發(fā)位置的探測包括使用一個附接于玻璃 方塊且覆蓋玻璃方塊本身的透明的毛玻璃板。可以想象，使本發(fā)明的設(shè)備適于由基準圖案清潔裝置支撐，該裝置通過吹氣或在 吹氣之后吹清潔劑來清洗旋轉(zhuǎn)零件的基準圖案。此外，可以想象，將零件位置探測器44、零 件變化約束68、零件幾何形狀關(guān)系70和請求50的輸入分布在從以下組中所選擇的設(shè)備的 不同單元上計算機、電子處理器、嵌入式處理器和硬接線電子裝置，所述單元能夠為了找 到零件變化72的目的而交換數(shù)據(jù)。
權(quán)利要求
一種被構(gòu)造為找到至少一個旋轉(zhuǎn)零件的位置關(guān)系和幾何形狀變化的設(shè)備，當所述旋轉(zhuǎn)零件處于旋轉(zhuǎn)模式時，所述旋轉(zhuǎn)零件附接于機器或形成機器零件，所述零件的所述變化由其生產(chǎn)和使用的狀態(tài)導致，以在所述旋轉(zhuǎn)零件上確定任何具有污染物的位置、并且以便之后消除或補償所述旋轉(zhuǎn)零件上存在的這種污染物的影響，所述設(shè)備包括-檢測區(qū)域(78)，所述旋轉(zhuǎn)零件(22)位于所述檢測區(qū)域中；-至少一對面向所述檢測區(qū)域(78)的光學檢測器(24)和照明器(42)；-可操作地連接至所述光學檢測器(24)的第一定時器(38)；-可操作地連接至所述照明器(42)的第二定時器(40)；-零件位置探測器(44)，具有用于定義所述照明器(42)的光調(diào)制特性和發(fā)光控制(54)的裝置；-所述照明器(42)被構(gòu)造為解析所述控制(54)，并且從其產(chǎn)生所述旋轉(zhuǎn)零件(22)的調(diào)制照明；-所述零件位置探測器(44)具有用于產(chǎn)生、接收和儲存至少一個與相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)參考件相關(guān)的預(yù)制基準圖案模型(36)或基準圖案圖像模型(52)以由此建立該參考件的至少一個基準圖案模型的裝置；-公共支撐部(16)，具有附接于其的所述至少一對照明器(42)和光學檢測器(24)；-所述光學檢測器(24)被構(gòu)造為建立被照亮的旋轉(zhuǎn)零件的至少一個基準圖案(34)的一圖像組(58)；-所述零件位置探測器(44)被構(gòu)造為-用數(shù)學方法特征化所述檢測區(qū)域(78)與所述檢測器(24)之間的光學成像，以便能夠通過基準圖案圖像模型(52)與基準圖案模型(36)之間的映射位置從基準圖案圖像模型(52)建立基準圖案模型(36)，或者反之亦然，-從所述光學檢測器(24)接收所述被照亮的旋轉(zhuǎn)零件(22)的至少一個基準圖案(34)的圖像組(58)，-建立與所述圖像組(58)相關(guān)的基準圖案圖像模型(52)，-應(yīng)用所述旋轉(zhuǎn)零件(22)、與所述機器相關(guān)的其它零件、所述支撐部(16)、所述照明器(42)和所述檢測器(24)的幾何形狀位置相互關(guān)系(70)，并且-定義并應(yīng)用與所述旋轉(zhuǎn)零件(22)、所述機器及其零件、所述支撐部(16)、所述照明器(42)和所述檢測器(24)相關(guān)的變化約束(68)，并且-接收并解析定義所述旋轉(zhuǎn)零件(22)的旋轉(zhuǎn)狀態(tài)的請求(50)和關(guān)于待應(yīng)用的基準圖案模型(36)或基準圖案圖像模型(52)的信息，其中，所述零件位置探測器(44)被進一步構(gòu)造為-消除與所述基準圖案圖像(58)相關(guān)的污染物(62)的影響，以建立被污染物(62)較少影響的基準圖案圖像代表，-通過根據(jù)所述旋轉(zhuǎn)零件(22)的變化約束(68)修改至少一個所述幾何形狀位置相互關(guān)系(70)，來確定所述旋轉(zhuǎn)零件的所述基準圖案圖像代表與所述基準圖案圖像模型(52)之間的差異和位移，-確定將相對于基準圖案圖像模型(52)產(chǎn)生基準圖案圖像差異和位移的機器零件變化(72)，并且-使得機器或機器操作員考慮所述機器零件變化(72)，-使得所選擇的機器零件影響所需變化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，為了同步(76)操作，將所述定時器(38；40)互 相連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的設(shè)備，其中，通過所述零件位置探測器(44)將所述定時 器(38 ；40)互相連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述零件位置探測器(44)具有輸入端，以將機器 位置(60)增加至所述零件幾何形狀關(guān)系(70)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，與成像光學裝置相結(jié)合的所述光學檢測器(24) 解析所述旋轉(zhuǎn)零件(22)的表面加工結(jié)構(gòu)或鑄造結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，通過其它機器零件將所述照明器(42)和所述光 學檢測器(24)緊固至所述支撐部(16)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，遠心型的所述光學檢測器(24)位于基準圖案 (34)的一側(cè)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述設(shè)備適于由基準圖案(34)的清洗裝置支撐， 所述清洗裝置是能夠通過吹氣或在吹氣之后吹清潔劑來清洗所述旋轉(zhuǎn)零件的所述基準圖 案(34)的類型。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，在表面上規(guī)則地或不規(guī)則地分布一系列基準圖 案(34)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述零件位置探測器(44)被構(gòu)造為通過將機器 位置數(shù)據(jù)(60)輸入機器計算機數(shù)字控制單元來控制機器定位。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述零件位置探測器(44)具有用于從鍵盤、按 鍵單元、機器計算機數(shù)字控制單元、處理器和計算機中的一個接收所述零件變化約束(68) 的輸入端。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述零件位置探測器(44)具有用于從鍵盤、按 鍵單元、機器計算機數(shù)字控制單元、處理器和計算機中的一個接收所述零件幾何形狀關(guān)系 (70)的輸入端。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述零件位置探測器(44)具有用于從鍵盤、 按鍵單元、機器計算機數(shù)字控制單元、處理器和計算機中的一個接收所述請求(50)的輸入端。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述零件位置探測器(44)具有用于從鍵盤、按 鍵單元、機器計算機數(shù)字控制單元、處理器和計算機中的一個接收所述機器位置(60)的輸 入端。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述零件位置探測器(44)被構(gòu)造為將所述零件 變化(72)輸出至監(jiān)控器、計算機數(shù)字控制單元、處理器和計算機中的一個。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述零件位置探測器(44)被構(gòu)造為應(yīng)用圖像校 準數(shù)據(jù)，以相對于基準圖案圖像模型(52)的位置繪制基準圖案模型(36)的位置。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述零件位置探測器(44)被構(gòu)造為應(yīng)用光線跟 蹤數(shù)據(jù)，以相對于基準圖案圖像模型(52)的位置繪制基準圖案模型(36)的位置。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述光學檢測器(24)被緊固至工具支架、工件 支架和所述機器的支撐結(jié)構(gòu)中的一個。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述照明器(42)被固定至工具支架、工件支架 和所述機器的支撐結(jié)構(gòu)中的一個。
20.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述零件幾何形狀關(guān)系(70)被預(yù)編程入計算 機、電子處理器、嵌入式處理器和硬接線電子裝置中的一個。
21.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述零件變化約束(68)被預(yù)編程入計算機、電 子處理器、嵌入式處理器和硬接線電子裝置中的一個。
22.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述零件幾何形狀關(guān)系(70)包含預(yù)校準的機器 零件和基準圖案(34)的位置。
23.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述零件變化約束(68)包含預(yù)校準的機器零件 和基準圖案(34)的位置。
24.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述零件位置探測器(44)是計算機、電子處理 器、嵌入式處理器和硬接線電子裝置中的一個。
25.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述零件位置探測器(44)、所述零件變化約束 (68)、所述零件幾何形狀關(guān)系(70)和所述請求(50)的輸入端被分布在從計算機、電子處理 器、嵌入式處理器和硬接線電子裝置的組中所選擇的設(shè)備的不同單元上，所述單元能夠交 換數(shù)據(jù)以便找到所述零件變化(72)。
26.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，通過有序離散位置數(shù)據(jù)、數(shù)學參數(shù)曲線、數(shù)學參 數(shù)表面、圖像、2D CAD圖、3D CAD圖和算法中的一個來代表所述基準圖案模型(36 ；52)。
27.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述零件位置探測器(44)被構(gòu)造為從CAD圖或 數(shù)學參數(shù)描述中建立基準圖案模型(36)。
28.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述零件位置探測器(44)被構(gòu)造為從基準圖案 圖像(58)或數(shù)學參數(shù)描述中建立基準圖案圖像模型(52)。
29.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述基準圖案圖像模型(52)是基準圖案圖像 (58)。
30.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述零件位置探測器(44)被構(gòu)造為通過去除 離基準圖案圖像模型(52)超過確定閾值距離延伸的基準圖案圖像數(shù)據(jù)來消除污染物的影 響。
31.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述零件位置探測器(44)被構(gòu)造為通過計算在 所述基準圖案圖像模型(52)的外部伸出的細節(jié)的基準圖案圖像距離和面積來特征化所述 零件變化(72)的堆積物(64)的部分。
32.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述零件位置探測器(44)被構(gòu)造為通過計算在 所述基準圖案圖像模型(52)的內(nèi)部延伸的細節(jié)的基準圖案圖像(58)的距離和面積來特征 化所述零件變化(72)的磨損(66)的部分。
33.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述零件位置探測器(44)被構(gòu)造為通過將基準 圖案圖像(58)與基準圖案圖像模型(52)之間的均方距離減到最小來計算它們之間的位移 和旋轉(zhuǎn)。
34.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述零件位置探測器(44)被構(gòu)造為通過計算相關(guān)度最大處的位移來找到所述基準圖案圖像(58)相對于所述基準圖案圖像模型(52)的位 移。
35.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述零件位置探測器(44)被構(gòu)造為通過求解 一組線性方程來確定零件位移變化(72)，在所述線性方程中，相對于所述基準圖案圖像模 型(52)的所述基準圖案圖像(58)位移和旋轉(zhuǎn)是已知值，并且相對于其初始位置的所述基 準圖案模型(36)位移和旋轉(zhuǎn)是未知值。
36.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述第一定時器(38)是專用電路、計算機程序 的實時內(nèi)核和專用處理器中的一個。
37.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述第二定時器(40)是專用電路、計算機程序 的實時內(nèi)核和專用處理器中的一個。
38.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述旋轉(zhuǎn)零件(22)是銑刀、車刀、EDM線、EDM 模具、接觸探頭、校準銷和光學傳感器中的一個。
39.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述光學檢測器(24)包含高速照相機。
40.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述零件位置探測器(44)被構(gòu)造為通過以下 方式確定零件位移變化(72)改變所述基準圖案模型(36)的位置、繪制所述基準圖案模型 (36)相對于所述基準圖案圖像模型(52)的位置、將所述基準圖案圖像模型(52)與所述基 準圖案圖像(58)進行比較，并重復處理直到實現(xiàn)所述基準圖案圖像模型(52)與所述基準 圖案圖像(58)之間的最佳匹配為止。
41.一種用于找到至少一個旋轉(zhuǎn)零件的位置關(guān)系和幾何形狀變化的方法，當所述零件 處于旋轉(zhuǎn)模式中時，所述旋轉(zhuǎn)零件附接于機器或形成機器零件，所述零件的所述變化由其 生產(chǎn)和使用的狀態(tài)導致，在所述旋轉(zhuǎn)零件上確定任何具有缺陷或污染物的位置、并且以便 之后消除所述旋轉(zhuǎn)零件上存在的這種污染物的影響，所述方法包括以下步驟a)在零件位置探測器中建立并儲存預(yù)制設(shè)置的旋轉(zhuǎn)參考件的基準圖案模型或基準圖 案圖像模型，以在其中建立所述參考件的基準圖案模型，b)將所述旋轉(zhuǎn)零件安置在檢測區(qū)域中，所述檢測區(qū)域具有至少一對照明器和附接于公 共機器相關(guān)支撐部的光學檢測器，c)使得所述照明器用時間控制的光照亮所述旋轉(zhuǎn)零件，d)使所述光學檢測器建立被照亮的旋轉(zhuǎn)零件的一基準圖案圖像組，所述光學檢測器以 時間控制的方式輸出所述圖像，e)在所述零件位置探測器中儲存所述旋轉(zhuǎn)零件的所述圖像組，f)通過所述零件位置探測器提供基準圖案模型和與所述圖像組相關(guān)的基準圖案圖像 模型，g)通過所述零件位置探測器應(yīng)用所述旋轉(zhuǎn)零件、與所述機器及其零件相關(guān)的其它零 件、所述支撐部、所述照明器和所述檢測器的幾何形狀和位置相互關(guān)系，h)通過所述零件位置探測器定義并應(yīng)用與所述旋轉(zhuǎn)零件、所述機器及其零件、所述支 撐部、所述照明器和所述檢測器相關(guān)的變化約束，i)將定義所述旋轉(zhuǎn)零件的旋轉(zhuǎn)狀態(tài)的請求和關(guān)于所述基準圖案模型或與所述旋轉(zhuǎn)零 件相關(guān)的圖像模型的信息輸入至所述零件位置探測器，j)通過所述零件位置探測器確定所述基準圖案圖像模型與所述旋轉(zhuǎn)零件的基準圖案圖像之間的幾何形狀位移和差異，其包括所述旋轉(zhuǎn)零件上的相關(guān)污染物的去除，k)根據(jù)所述變化約束，通過所述零件位置探測器修改至少一個所述幾何形狀和位置相 互關(guān)系，以確定至少一個能夠產(chǎn)生所述基準圖案圖像差異和位移的機器零件變化，并且 1)激活所選擇的一個或多個機器零件，以影響所需變化。
42.根據(jù)權(quán)利要求41所述的方法，其中，所述照明器和所述光學檢測器的定時器具有 同步操作。
43.根據(jù)權(quán)利要求41所述的方法，其中，通過所述零件位置探測器將機器位置增加至 所述零件幾何形狀關(guān)系。
44.根據(jù)權(quán)利要求41所述的方法，其中，所述旋轉(zhuǎn)零件的所述基準圖案的觀察是在所 述基準圖案的一側(cè)上的遠心類型的觀察。
45.根據(jù)權(quán)利要求41所述的方法，其中，通過吹氣或在吹氣之后吹清潔劑來物理地清 洗所述旋轉(zhuǎn)零件。
46.根據(jù)權(quán)利要求41所述的方法，其中，應(yīng)用圖像校準數(shù)據(jù)，以相對于基準圖案圖像模 型的位置繪制基準圖案模型的位置。
47.根據(jù)權(quán)利要求41所述的方法，其中，應(yīng)用光線跟蹤數(shù)據(jù)，以繪制基準圖案模型對基 準圖案圖像模型位置的位置。
48.根據(jù)權(quán)利要求41所述的方法，其中，預(yù)編程所述零件幾何形狀關(guān)系。
49.根據(jù)權(quán)利要求41所述的方法，其中，預(yù)編程所述零件變化約束。
50.根據(jù)權(quán)利要求41所述的方法，其中，所述零件幾何形狀關(guān)系包含預(yù)校準的機器零 件和基準圖案位置。
51.根據(jù)權(quán)利要求41所述的方法，其中，所述零件變化約束包含預(yù)校準的機器零件和基準圖案位置。
52.根據(jù)權(quán)利要求41所述的方法，其中，分配所述零件位置探測器、所述零件變化約 束、所述零件幾何形狀關(guān)系和所述請求輸入端，以為了找到所述零件變化而交換數(shù)據(jù)。
53.根據(jù)權(quán)利要求41所述的方法，其中，所述基準圖案模型是數(shù)學參數(shù)曲線。
54.根據(jù)權(quán)利要求41所述的方法，其中，通過有序離散位置數(shù)據(jù)、數(shù)學參數(shù)曲線、數(shù)學 參數(shù)表面、圖像、2D CAD圖、3D CAD圖和算法中的一個來代表所述基準圖案模型(36 ；52)。
55.根據(jù)權(quán)利要求41所述的方法，其中，從CAD圖或數(shù)學參數(shù)描述中建立基準圖案模型。
56.根據(jù)權(quán)利要求41所述的方法，其中，從基準圖案圖像或數(shù)學參數(shù)描述中建立基準 圖案圖像模型。
57.根據(jù)權(quán)利要求41所述的方法，其中，所述基準圖案圖像模型是基準圖案圖像。
58.根據(jù)權(quán)利要求41所述的方法，其中，通過去除離基準圖案圖像模型超過確定閾值 距離延伸的基準圖案圖像數(shù)據(jù)來消除污染物的影響。
59.根據(jù)權(quán)利要求41所述的方法，其中，通過計算在所述基準圖案圖像模型的外部伸 出的細節(jié)的基準圖案圖像距離和面積來特征化所述零件變化的堆積物部分。
60.根據(jù)權(quán)利要求41所述的方法，其中，通過計算在所述基準圖案圖像模型的內(nèi)部延 伸的細節(jié)的基準圖案圖像的距離和面積來特征化所述零件變化的磨損部分。
61.根據(jù)權(quán)利要求41所述的方法，其中，通過將基準圖案圖像與基準圖案圖像模型之間的均方距離減到最小來計算它們之間的位移和旋轉(zhuǎn)。
62.根據(jù)權(quán)利要求41所述的方法，其中，通過計算相關(guān)度最大處的位移來找到所述基 準圖案圖像相對于所述基準圖案圖像模型的位移。
63.根據(jù)權(quán)利要求41所述的方法，其中，通過求解一組線性方程來確定零件位移變化， 在所述線性方程中，相對于所述基準圖案圖像模型的所述基準圖案圖像位移和旋轉(zhuǎn)是已知 值，并且相對于其初始位置的所述基準圖案模型位移和旋轉(zhuǎn)是未知值。
64.根據(jù)權(quán)利要求41所述的方法，其中，使用一算法來找到所述基準圖案的輪廓，從此 輪廓計算基準圖案圖像模型(52)及其初始位置，并確定此初始基準圖案圖像模型(52)和 所述基準圖案圖像(58)之間的差異和位移。
65.根據(jù)權(quán)利要求64所述的方法，其中，從所述初始基準圖案圖像模型(52)建立初始 基準圖案模型(36)，作為確定所述零件變化(72)的基礎(chǔ)，所述零件變化(72)產(chǎn)生所述基準 圖案圖像(58)相對于所述初始基準圖案圖像模型(52)的差異和位移。
66.一種質(zhì)量控制接觸探測方法，用于使得接觸探頭形式的質(zhì)量控制工具的位置能夠 與附接于機器或形成機器零件的旋轉(zhuǎn)零件的位置相關(guān)，所述旋轉(zhuǎn)零件例如是加工刀具，包 括在設(shè)備中的所述機器被構(gòu)造為當處于旋轉(zhuǎn)模式時找到所述至少一個旋轉(zhuǎn)零件的位置關(guān) 系和幾何形狀變化，零件的所述變化由其生產(chǎn)和使用的狀態(tài)導致，以在所述旋轉(zhuǎn)零件上確 定任何具有污染物的位置、并且以便之后消除或補償所述旋轉(zhuǎn)零件上存在的這種污染物的 影響，所述方法包括以下步驟-使得非旋轉(zhuǎn)接觸探頭從空載位置移動至加載位置，以用預(yù)定力接觸氣動桿支撐的玻 璃方塊的多個表面位置中的至少一個，直到獲得特定的接觸狀態(tài)以表現(xiàn)觸發(fā)狀態(tài)為止，-通過所述設(shè)備的光學檢測器光學地檢測玻璃方塊被照亮的位置，并由此當發(fā)生觸發(fā) 時檢測所述接觸探頭的尖端的位置，并且-記錄所述接觸探頭的接觸位置，以使所述探頭的位置參考所述光學檢測器的位置。
67.根據(jù)權(quán)利要求66所述的接觸探測方法，其中，將所述接觸制成待讀取的觸發(fā)位置 編碼器。
68.根據(jù)權(quán)利要求66所述的接觸探測方法，其中，所述觸發(fā)位置的探測包括使用一個 附接于所述玻璃方塊并且覆蓋所述玻璃方塊本身的透明的毛玻璃板。
69.根據(jù)權(quán)利要求66所述的接觸探測方法，其中，通過記錄空載接觸探頭尖端的圖像 并通過圖像處理計算其相對于所述光學檢測器的位置，最終完成整個接觸探頭校準。
70.根據(jù)權(quán)利要求66所述的接觸探測方法，其中，最終操作包括拉回所述氣動桿，從 而，將玻璃方塊和其上的所述基準圖案從所述光學檢測器的光學觀察區(qū)域拉出。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于找到至少一個旋轉(zhuǎn)零件的位置關(guān)系和幾何形狀變化的設(shè)備和方法，當所述旋轉(zhuǎn)零件處于旋轉(zhuǎn)模式時，其附接于機器或形成機器零件，該零件的所述變化由其生產(chǎn)和使用狀態(tài)導致，以在所述旋轉(zhuǎn)零件上確定任何具有污染物的位置，并且之后消除或補償所述旋轉(zhuǎn)零件上存在的這種污染物的影響。
文檔編號G01B21/04GK101842188SQ200780101311
公開日2010年9月22日 申請日期2007年9月17日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月17日
發(fā)明者克里斯蒂安·阿斯克蘭, 古茲曼·斯萊特門, 埃斯彭·施滕貝格, 托爾施泰因·歐沙·格雷格, 讓-菲利普·貝祖赫特 申請人:科諾普提卡股份有限公司