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1、用于控制表面扫描坐标测量机的方法和设备的制作方法专利名称：用于控制表面扫描坐标测量机的方法和设备的制作方法技术领域：本发明一般涉及用于控制表面扫描坐标机的方法。背景技术：在表面扫描装置的技术领域中，所谓的坐标测量机常常用于测量未知表面的轮廓或用于检验已知表面的外形。为此目的，常用方法是建立与待由具有探针末端的探头测量的表面接触和将该末端沿着预定路径移动。当末端被移动时，描述末端的位置和因此描述表面的外形的位置数据被产生并且被记录。在该技术领域中主要的问题在于探头至待测量的表面并且在测量扫描之间的运动。一方面任何运动都必须尽可能快地被执行以便保持行进时间短。另一方面与表面的接触的建立必须以避免任
2、何碰撞或硬冲击的方式被执行。另一问题是在没有振动的情况下建立测量条件，即，末端和探头的位置，并且所述测量条件为获得数据而被最优化。在至表面的典型接近路径期间，若干振动和其它消极影响作用于探头。那些影响通过末端与表面的物理接触而增大。当前扫描路径接近方法通常包括将将局部表面法线用作接近矢量，借助控制伺服回路沿着该矢量移至远离表面的空间中的预击点，移向表面法线直到形成局部表面接触，然后继续直到达到限定的扫描探针偏移。该方法保持运动平行且垂直于表面法线，分离的表面法线意味着用于移动探头的长距离。在建立接触之后，扫描探针偏移由于来自控制伺服回路的“超调”而通常被绕过。于是系统远离局部表面，然后朝向局部
3、表面引导以a)下沉探针和坐标测量机(CMM)并且以b)获得限定的扫描探针偏移。在这一点上，限定的扫描路径运动能开始。该方法导致暂停，这些暂停在获得所需的最快速的生产量中无效。该常规的方法的典型顺序能在图8中看到。在US5，895，444中，公开了不同的方法，该方法涉及用于控制坐标测量设备的方法，其中该设备的探头和探针销根据期望的数据被控制驱动。探针销以可移动的方式附接至探头并且能在待测量的工件的表面上触地或能升离该表面。测量的速度通过选择在触地时或在升起时探头的运动方向以及朝向与触地点中的工件表面相切的平面的运动方向的投影之间的角度小于30而被增大。尽管该方法导致几乎平行于表面的切平面的运动并
4、且因此避免了上面提及的一些问题，但是它导致一些缺点。第一点是用于建立扫描探针偏移的增大的时间间隔，该扫描探针偏移要求平行于表面法线的运动。根据US5，895，444，这能通过利用具有其控制驱动销的活动探头来保障。然而，探头的该能力增加了该部分的复杂性和重量。另一缺点是在接触表面的点处平行于切平面的主要运动时的情况。因此由平行于表面法线起作用的力引起的效果不是有效的不且因此不能被校正。因此本发明的目的在于改善表面扫描机(具体地为坐标测量机)的控制。另一目的在于提供这样的方法，该方法允许在接触表面时或在接触表面之后立即获得可用数据。本发明的具体目的在于减少对探头的负面影响。发明内容这些目的通过实现
5、限定能被组合的若干发明的几个独立权利要求中的一些或所有独立权利要求的特征来实现。以另选或有利方式进一步改进本发明的特征在从属权利要求中描述。尽管所有独立发明的组合将改善控制表面扫描装置的方法，但是主要的是可以以独立和无关方式使用单个发明或不同发明的子集。这些发明的第一组的概念是从30的角度使限定路径扫描与坐标测量机(CMM)合成一体和分开，以便消除正规化矢量方法的暂停(停顿)并且从探针和CMM减振。在每个限定的路径扫描之前，CMM在不存在锐角转角以使运动减慢的路径中在测量部之间以定位速度移动探头。然后，探针被移到远离与扫描方向相反的局部表面定位的空间中的点，优选地在预限定或预设接触点处与表面的
6、表面矢量切线或切平面30且80 (或甚至70 )。在混合接近路径中，点矢量被设定为零以使观察器功能的影响无效，也就是说，探针的至伺服回路中的反馈以改变限定的扫描路径。当建立接触时，末端以特定偏移移动。因此，从空间中的起始点，CMM控制伺服系统引导探针以在预定扫描速度下沿着预描述的混合接近路径立即扫描，直到如图6所示附接至探针的探针销(即触针)接触如由探针的偏转借助其传感器测量的局部表面并且继续直到达到限定的扫描探针偏转。为了清楚这在附图中如虚线所表示，但是它实际上是探针偏转(探针偏转=扫描探针偏移)。然后预限定路径被自动修改，由此控制系统改变限定的扫描路径以获得:a)限定的扫描偏移jPb)使探
7、针和/或坐标测量机的任何振动衰减的最佳方法。具有表面法向矢量的限定的扫描路径于是在所述扫描探针偏移下且在预限定扫描速度下产生。与现有技术方案形成对比，该方法包括这样的路径，该路径的接近速度具有法向速度分量和切向速度分量，该法向速度分量平行于接触点处的表面法线，该切向速度分量平行于接触点处的表面的切平面，并且其中法向速度分量与切向速度分量的关系在2:1至1:2的范围内，或者换言之，接触点处的接近路径的矢量和接触点处的切平面之间的角度在大于30至80的范围内，例如，合适的路径能具有基本上45的角度。要点在于沿两个方向(与表面法线相切和与表面法线垂直)，保持显著的速度分量。通过那些速度，沿两个方向起
8、作用的力的影响存在并且能在一个单个接近中被补偿。另一个优点在于避免了任何静摩擦或粘附摩擦，这允许立即测量并且抑制由于从静摩擦到滑动的转变而引起的振动。第二方法包括标记数据，即，记录描述或注释所获得的位置数据的附加数据。因此，返回点被标记为它们的预期精度并且参考具体的扫描段以有利于改善分析。该发明方法的细节在本文关于图11来实现和说明。参考附图中示意地示出的工作示例,仅仅通过示例在下面更详细地描述或说明根据本发明的几个方法。具体地，图8示出了根据现有技术的用于扫描表面的方法；图9示出了现有技术方案与当前发明的比较；图1OA至C示出了在不同位置处用于与表面接触的接触点的接近路径；图11示出了用于一
9、起记录用于探针的位置数据和指示路径的具体类型的数据的示例；图12示出了将所有独立发明结合成一个组合方法，该组合方法用于控制用于坐标测量机的表面扫描，以及图13示出了能与本发明一起使用的触针的示例。具体实施例方式图8示出了现有技术的方法，其中探头的末端从垂直于表面的起始位置I被移动。在建立在接触点2处与表面接触的物理接触之后，末端被移至预定偏移并且随后扫描开始。在停止点3处末端被竖直移开至升起位置4，被移至另一起始点5并且再次开始该过程。因此，该方法能分成不同顺序步骤。1.CMM移至预击点并且暂停直到满足“就位区”区和探针振荡标准。2.CMM沿着表面法线向下移动探针至所述部分并且暂停，直到在可接
10、受振动限度内满足命令扫描探针偏移。3.CMM利用观察器沿着命令扫描路径扫描以保持命令扫描探针偏移。在扫描结束时的暂停通常来自控制器的在扫描速度下传送所请求点密度、数据采集和数据传送速度的能力。4.CMM收回到收回点。5.CMM移到下一个扫描顺序的预击点并且重复该过程。图9示出了现有技术方案与当前发明的比较以便示出在扫描时CMM下沉暂停的消除。如上所述，该方法的目的在于消除所有暂停时间(停顿)并且具有进出扫描路径的连续运动，其中要点是在从起始局部表面接触至限定扫描探针偏移下沉探针和CMM的同时暂停。现有技术方法在预击点21处开始并且等待下沉探针I。然后CMM控制伺服在限定扫描速度下沿着局部表面矢
11、量10朝向局部表面2驱动探针I并且继续直到达到限定的扫描探针偏移5。然后系统远离和朝向局部表面搜索，直到探针和CMM已下沉到预定量。然后测量限定扫描路径。根据本发明的方法的目的之一是监控探针X、Y和Z输出，同时朝向局部表面(接近路径)扫描，并且在探针的输出达到预定值24时，伺服控制起动朝向扫描方向25的CMM运动。在沿扫描方向25的该运动期间，探针比限定的路径偏移5更进一步地被驱动到局部表面2中并且将探针的偏移逐渐减小到限定的扫描偏移5。该下沉路径6用于下沉探针和CMM以防止局部表面上的运动振动和“跳动”。振动量受许多因素影响，这些因素包括，但不限于限定的扫描速度、限定的扫描探针偏移、局部表面
12、光洁度等。假定控制器伺服控制认识到这些(和其它)确定振动量的因素，则针对多种情况能得出特定下沉路径。在一些情况下下沉路径可以要求探针远离局部表面被驱动，并且，在没有离开表面接触的情况下，使前述路径26相反。图1OA至IOC示出了例如不同位置处的接触点的接近路径的细节。图9的说明中所提及的振动能通过以不同于表面矢量10的角度利用接近扫描3同时移向局部表面2，或者换言之通过示出沿两个方向的重要分量的运动来减小。因此，接近角度必须大于30并且能从大于30到接近表面法线10，或接近80。这些角范围原则上对应于在2:1至相反关系的范围内的法向速度分量与切向速度分量的关系，优选地在1.7 I至I 1.7的
13、相反关系的范围内。如果实际局部表面未位于如由名义表面2所述的位置则能引起问题。这两种情况是:.实际表面位置40不在沿着图1OB所示的名义表面矢量10的位置上。在该情况下，整个下沉扫描路径6和限定的扫描路径7从它们的名义路径44被重新定位到这样的点处，在该点处CMM以与图9的说明中所述的相同的方式被伺服控制。.实际表面位置42不在与图1OBC所示的名义表面矢量10相反的位置上。在该情况下，接近扫描路径由CMM控制器改变从而形成新的接近路径43，该新的接近路径位于从接近角度混合到名义表面矢量的抛物曲线上。控制伺服沿着新的接近路径移动CMM并且继续直到接触实际的局部表面42。一旦获得局部接触，CMM
14、就以与图9的说明中所述的相同的方式被伺服控制。图11示出了用于一起记录用于作为返回点标记的探针销的位置数据和指示路径的具体类型的数据的示例。当扫描数据从CMM控制器被返回到宿主软件以用于分析时，某些标记能设定成允许宿主软件a)将点分段成多个部分以便执行对预定限定扫描路径的分析而不考虑接近路径和下沉路径，并且b)允许对于关于每个点的定性特性进行偏差分析。这些标记、点和质量关于图11来限定。对于每个扫描段，被分配以唯一的点标记号并且将该点标记号从宿主软件发送到控制器。由预击点21开始，第一扫描接近段例如将被分配以如用附图标记27表示的“I”的标记，并且下沉段将被分配以如用附图标记28表示的“2”的
15、标记，限定路径扫描段将被分配以如用附图标记29表示的3的标记等等，直到所有的段都被分配。从这些返回标记，宿主软件能区分扫描段并且只分析相关的段。一旦期望的扫描段已被分解成单独的段，质量标记就能用于进一步分析每个点。利用限定参数，来自实际扫描数据组33的每个点均将被给予质量标记，这取决于限定的扫描探针偏移被遵循的程度。这样，当分析扫描段时能忽略无关的点。例如，如果扫描点落在“良好的”公差带30内，则将被给予O的质量标记；在下一个公差带31内但是超过第一个公差带的点将被给予5的质量标记，并且如果点超过最后的公差带32，则它将被给予9的质量标记。该质量标记的分配能被无限地限定。图12示出了将所有独立
16、发明结合成一个组合方法，该方法用于在消除预击暂停的情况下用于坐标测量机的表面扫描。在实施如图9至图11所示的前述发明的情况下，可以消除在预击点21处的暂停，因为这不再在限定的扫描之前对所形成的下沉有影响。在每个限定的路径扫描之前，CMM在不存在锐角转角以使运动缓慢的路径中在测量点之间以定位速度移动探针I至远离与扫描方向相反的局部表面2定位的空间中的点，该点距表面矢量切线930且80并且在距待测量的所述表面的特定偏移dl处。混合接近路径3将其矢量设定成O以使观察器功能无效。从空间中的该点，然后CMM控制伺服系统引导探针I以以预限定扫描速度沿着规定的混合接近路径3立即扫描，直到如借助其传感器由探针的偏转4测量的探针销8接触局部表面并且继续直到达到限定的扫描探针偏移5。为了清楚这如虚线所示，但是它实际上是探针偏转(探针偏转=扫描探针偏移)。然后自动修改6预限定路径，由此控制系统改变限定扫描7路径以获得:a)限定的扫描偏移；和b)使探针和/或坐标测量机的任何振动衰减的最佳方法。然后具有表面法向矢量10的限定的
