表面形状的测量的制作方法

专利名称：表面形状的测量的制作方法
技术领域：
本发明涉及表面形状的测量方法，本发明特别适用于测量诸如工件之类的物体的径向形状或柱面形状。径向形状和物体的圆度有关，并且给出它偏离圆的指示。柱面形状提供物体的表面形状接近一个正圆柱体的程度的度量。
在现有的用于测量柱面形状的设备中，例如本申请人的TalyrondTR 200(商标)测量设备，在一转动支架或转台上安装一个要测量的大致圆柱形的工件。例如按本申请人的EP-A-0240150中描述的方式(这里参照引用了该申请的内容)确定该转动支架的中心和水平，使工件的柱面轴与转台的主轴重合，转台的主轴确定了一个转动轴基准。通过一个支柱确定一个轴向平直基准，所说支柱偏离该转动轴基准但和该转动轴基准平行。支柱携带一个探针臂，所说探针臂可沿支柱横向移动，使探针臂携带的一个触针能接触工件的表面。
旋转转台并且测量触针相对于轴向平直基准的位移，从而可测出工件的径向形状或柱面形状。因为柱体的轴与转动轴基准对齐，所以触针相对于轴向平直基准的位移就可给出在转动支架转动期间在每个角测量位置的半径的测量值。于是就可确定工件的横截面距圆形横截面的偏差值或径向形状。此外，沿轴向平直基准移动探针臂，在工件的不同的高度进行测量，从而可确定工件的柱面形状。通过适当的测量仪器，例如光学仪器或者线性可变微分传感器(LVDT)测量装置，对探针臂沿轴向平直基准的横向和纵向的移动进行测量。
使用这种设备进行测量的精度取决于转动轴基准的精度，尤其是对于柱面形状，取决于轴向平直基准的精度。有可能在±25nm(毫微米)内(典型值)确定主轴或转动轴基准，因而，一般来说，轴向平直基准的机械性能是径向形状和柱面形状的误差的限制来源。轴向平直基准的结构相关误差可能来源于例如结构的长期不稳定性，如随温度或其它环境因素的变化，轴向平直基准的实际平直度的误差，或者轴向平直基准平行于转动轴基准的平行度的误差，以及在确定轴向平直基准的支柱和在支柱上携带探针臂的托架之间的边界面的变化。
如Talyrond TR 200的使用手册16.8节所述，安装一个柱体，使其和转台的转动轴基准略有偏斜并垂直于该转动轴基准，从而即可检查横截线的平直度，实际上即是检查轴向平直基准的平直度。然后，通过沿支柱的纵向移动探针臂使触针沿工件表面轴向移动，并把触针离开轴向平直基准的位移随高度的变化画出曲线，形成第一平直度曲线。在转台转过了180°后重复上述步骤，形成第二平直度曲线。等分第一和第二平直度曲线的那条线应是一条直线，距该等分线的平直度的任何偏差都代表支柱或轴向平直基准的平直度的误差。等分线的斜率是支柱和柱形工件的任何剩余相关倾斜度的函数，并且和支柱的平直度无关。
期望在对工件进行测量之前能经常进行上述的平直度检查，以便可保证轴向平直基准的平直度落在可以接受的限值内并且可对设备进行校准。
本发明的一个实施例提供一种测量表面形状的方法，所说表面围绕一个轴是垂直对称的，例如具有柱面形状的表面，该方法在测量期间能够消除或至少减小参考基准在测量方向的任何偏差的影响效果。
在一个实施例中，使用检测装置对于在一表面上的测量点Pi(hy)至少获得两组数据，对每一测量来说点Pi(hy)都是不同的角度位置(相对于该表面和检测装置的相对转动所围绕的轴而言)，并且组合该至少两组数据，以补偿一个基准的例如平直度或平行度的偏差，检测装置进行的测量都是参照所说基准完成的。例如，为组合两组数据，取在该表面上同一位置测到的、并且是在检测装置相对于参考基准有两个不同的取向的情况下测到的两个值的平均值，从而给出在该位置的半径的指示值(即，从所说轴到该位置的距离)。可以取这两个测量值的差以给出参考基准的任何偏差或误差的指示值。这就允许在沿一表面的指定高度进行形状测量，这些测量和参考基准沿测量方向的误差没有关系。通过在沿物体表面的不同高度进行这样的测量，就可确定物体的形状，而不受参考基准沿测量方向的任何偏差或误差的影响。
在一个实施例中，使用两个检测装置获得一个表面上两个径向相对的点Pi(hy)和Pi+π(hy)的数据，从而可同时获得两组数据。在此例中，通过分开的两个检测装置确定的直径可与由组合两个检测装置逐个分别获得的极坐标数据(它们依据一个参考基准)获得的直径进行比较。这就能确定参考基准沿测量方向的任何偏差。可以针对在同一高度的其它点以及不同高度的相应点重复这些测量，以确定已对参考基准沿测量方向的任何偏差进行了补偿的表面的总体形状。
在另一实施例中，检测装置包括至少在两个不同方向可以偏斜的单个检测元件；以及，调节检测装置的偏斜以改变检测装置偏斜方向的装置。
通过把该表面安装在一转动支架上可实现该表面和检测装置的相对转动。作为另一种可能性，按可转动方式把检测装置安装到一支架上并且绕表面转动检测装置，就可实现该表面和检测装置的相对转动。
另一方面，本发明提供用于确定一个表面的形状、形态、结构、或圆度的设备，其中使用了具有可调偏斜装置的检测装置，因而检测装置可在不同方向偏斜。
下面将参照附图借助实例来描述本发明的实施例，其中

图1是适合于使用本发明方法的计量设备的一个实例的简化示意透视图；图2a和2b分别是图1所示的部分设备的示意侧视图和平面图，用于说明本发明方法的第一实施例的第一个步骤；图2c和2d是类似于图2a和2b的视图，用于说明本发明方法的第一实施例的第二个步骤；图3a-3d是说明实施本发明的方法的视图；图4a是适于用在本发明方法的第二实施例中的设备的一个实例的示意透视图；图4b是图4a所示设备的示意侧视图；图5a和5b是用于详细说明使用例如图4a和4b所示设备实施本发明方法的视图；图6a是适于用在本发明方法的第二实施例中的设备的第二实例的示意侧视图；图6b是图6所示的部分设备的顶视平面图；图7是说明适于用在本发明方法中的设备的另一实施例的原理的简化示意透视图；图8是适于用在实施本发明的方法中的设备的另一实施例的简化示意侧视立面图；图9是类似于图1所示设备但具有实施本发明方法的第三实施例的不同测量装置的设备的示意侧视图；图10是图9所示部分测量装置的放大视图，用于说明本发明方法的第三实施例；图11是类似于图10的示意图，用于说明图10所示测量装置的改进形式；图12是图9-11所示设备的部分测量装置的一个部分剖面图；图13a、b、和c是示意图，用于说明本发明的方法的变化；图14表示适于用在本发明方法中的一个改进的坐标测量设备的示意侧视图；以及图15是用于前述附图中表示的设备的一个控制系统的简化方块图。
现在参照图1，适合使用本发明方法的计量设备1的第一个实例包括一个工作台2(图1中仅示出它的一部分)，工作台2携带用于接纳待测工件(未示出)的一个转动支架或转台4。转台4有一个转动轴，在图1中用虚线A表示之。支柱5垂直于工作台2延伸，并且有一个用虚线B表示的纵轴。转台4的转动轴A确定了一个转动轴基准，而支柱5确定了一个平行于所说转动轴基准A的并穿过轴B的一个平面形状的轴向平直基准。
托架6可借助于例如电机(未示出)或手动地沿支柱5并平行于轴向平直基准B移动。托架6沿支柱5移动的方法是常规的，这里不作进一步的描述。通过适当的常规的线性传感器，例如在EP-A-0240151中描述的光学传感器装置(这里参照引用了该申请的内容)，可测量托架6沿支柱5的实际位置。
把一个探针臂7安装到托架6上，使探针臂7能沿轴向平直基准B的横向和转动轴基准A的径向移动。还可使用任何适宜形状的常规机构(例如丝杠)来相对于托架6移动探针臂7。借助于转臂8把触针9安装到探针臂7上。使用常规的适宜的传感器(未示出)来测量探针臂7的位置(并且因此测量了触针9的位置)。
在该设备的使用过程中，如图2a示意表示的那样，把大体柱面外部形状10a的工件10安装到转台4上，使工件10的转动轴与转动轴基准A重合。为此，例如可以使用EP-A-0240150中或者国际专利申请出版物No.WO 96/12162中公开的取中和调平设备，或使用任何其它适宜的公知的取中和调平技术。
把托架6调节到一个期望的测量起始高度，例如在大体圆柱形工件10的底面上方的高度h。然后沿托架6的横向驱动该可移动的探针臂7，直到触针9接触工件表面10a时为止。通过任何适当的机构，例如EP-A-0240151中描述的机构，都可以确定触针9和工件表面10a之间的触点，以使对探针臂7的驱动结果可保持触针9的偏移量在一相关传感器的操作范围内。转臂8应保持一固定的取向。在转动轴基准A和轴向平直基准B之间的距离减去触针9相对于轴向平直基准B的位移，给出工件10在高度为h的测量点P处的半径的度量R。
当工件10绕转动基准轴A转动时，对于工件的高度为h的每一个角度取向I都可获得一组半径值Pi(h1)。
沿支柱5驱动托架6，可进行沿工件的一个不同高度h2的测量，进而测出另一组半径值Pi(h2)。
在获得了足够多组在不同期望高度hy的数据后，可使用延伸的臂7和转臂8来驱动探针，以便可以接近并测量第二测量位置P’，所说第二测量位置P’和原来的测量位置P径向相对。
如有必要，可把托架6升高，以避免在工件和触针之间产生干扰。
然后，把触针9再次驱动到高度h1，并且获得另一组半径值P1(i+π)(h1)。然后可把托架b驱动到所有先前的高度hy，对每一高度都获得相应的一组半径数据Pi+π(hy)。
因此，在工件10的表面10a上的每一点Pi(hy)，这样获得的半径数据或极坐标数据都给出半径的两个测量值，在这两个测量值之间工件已经转过了180°。在每一个点Pi(hy)，取这两个测量值的平均值，就可补偿在轴向平直基准方面的误差。如前所述，这些误差可能来源于确定轴向平直基准的支柱5的平直度的结构误差、支柱5随时间的变化、以及例如在托架6和支柱5之间的界面的变化。一般来说，这样的偏差可能和偏离一个标称的圆形横截面工件的截面圆度的偏差在同一数量级。
图3a表示工件10在测量高度h的一个横截面10a’。虚线圆C代表半径为r的圆，它最接近工件10的截面形状。δr代表“不圆度”(“out of roundness”)，或者工件10在高度为h的测量点P的横截面偏离圆的偏差。
如以上所述，轴向平直基准B可能出于各种理由偏离平直。在图3a中，把轴向平直基准B偏离理想基准BI的偏差表示为δc。
考虑在工件表面上的一个特定点的半径的测量，整个数据组Pi(h)的取向为θ。在这一点测得的最接近于轴向平直基准B的半径(即图2a和2b中所示的位置)由下式给出Pθ(h)＝r-δr+δc 1)因此，半径Pi(h)取决于轴向平直基准B的平直度沿测量方向的任何误差δc。
当测量仪器处于图2c和2d所示的第二位置P’时，在该工件的表面(取向为θ)上的同一点测量的相同半径是Pθ’(h) ＝r-δr-δc 2)取方程1)和2)的平均值，则有1/2(Pθ(h)+Pθ’(h))＝r-δr 3)这是在取向θ的这样一个部件的真正半径，它和轴向平直基准B在测量方向的任何误差δc都不相关。
因此，对于围绕高度为h的工件的周边的所有θ值都取两个半径测量值Pθ(h)和Pθ’(h)的平均值，就可给出高度为h的横截面和形状的完整图象(因而给出工件10的径向形状的完整图象)，它和轴向平直基准B在测量方向的任何误差都不相关。
上述方法还可防止影响柱面形状测量的轴向平直基准的平直度不足。为了说明这种情况，现在参照图3b-3d；示意图3b-3d表示的是，当轴向平直基准B弯曲以致于从工件100观察的轴向平直基准B变为中凹时，使用实施本发明的方法去测量一个理想的柱体100的柱面形状。当然可以体会到，在图3b和3c中相当大地夸大了轴向平直基准B的平直度的不足程度。
如图3b所示，当在工件100的不同高度测量工件100的周边的点P的半径时，触针9处在图2a和2b所示的位置，最终的柱面形状数据组代表桶形的工件100，其原因在于轴向平直基准B是弯曲的。相反，当测量柱面形状时触针9从图3b所示位置移动了180°，如图3c所示，这时的柱面形状数据代表的是具有向内弯曲的表面的工件100。
把使用图3b所示结构获得的点Pi(hy)的半径的测量值与使用图3c所示结构获得的同一点Pi(hy)的半径的测量值组合起来，就可获得一组柱面形状数据，轴向平直基准B平直度不足的影响已从这组柱面形状数据中除去，因此工件100可正确地表示为图3d所示的一个完美的柱体。
因此，所确定的工件的表面形状和轴向平直基准沿测量方向的任何误差都不相关，因而在进行测量之前，不再需要或者至少较少需要进行校准以确定轴向平直基准B的平直度和/或平行度。
虽然图2a-2d表示的是对工件的外表面的柱面形状的测量，但是当然还可以想到，上述方法还可以应用到对工件的可接近的内表面的柱面形状的测量，正如本领域的普通技术人员所能想到的那样，要对探针臂和触针进行适当的修改。
图4a表示适用于本发明方法的第二实施例的设备1a的示意透视图。图4b是设备1a的示意侧视图，表示装在转台4上的工件12。
图4a所示的设备和图1所示设备的主要差别在于，托架6携带了两个探针臂7a和7b，每一个探针臂携带一个对应的触针9a和9b，从而形成一个双针测量装置90。在对应的安装部件11a和11b中容纳探针臂7a和7b，所说安装件11a和11b与托架6的导轨6a啮合，因此能沿导轨6a移动。为了沿导轨6a驱动安装件11a、11b，可以提供任何一种适宜的传动装置，例如可提供一个齿条齿轮型传动装置。可以对安装件11a和11b进行安排，使它们能被手动驱动或者通过一个电机(未示出)驱动，从而使电机沿一个方向的转动能导致托架10a和10b沿相对的两个方向移动。当然，还可独立地分别驱动安装件11a和11b，以提供较大的灵活性。
如在侧视图4b中更加清晰表示的，对托架6和安装件11a和11b进行安排，使得触针9a和9b的位置在沿转台4的一个直径上，在所示的实例中，在沿垂直于在转动轴基准A和在支柱5确定的轴向平直基准B之间的一条线的直径上。
可对探针臂7a和7b进行安装，使得探针臂7a和7b通过任何适宜的驱动装置可在安装件11a和11b内沿纵向移动，以实现触针9a和9b的位置沿平行于转动轴基准A的微调。
图4a所示的触针9a和9b是平行于转动轴基准延伸的细长部件。每个触针9a，9b都有一个尖端部分9c、9d，它们向外突出(即远离其它触针部分)，例如和触针成直角。因此如图4a和4b所示的触针9a和9b适于测量一个中空体或如图4b示意表示的工件12的内部表面的柱面形状。
如果提供双触针式装置，则可以对每个点Pi(hy)和与点Pi(hy)径向相对的每个点P’i(hy)同时进行测量，而不必重新定位探针或触针。这就是说，可以避免在上述参照图2和3描述的结构中由于重新定位触针引起的任何误差。还有，因为使用了一个触针对，所以才可以同时获得两组数据，一组数据属于点Pi(hy)，另一组数据属于点Pi+π(hy)，点Pi+π(hy)是点Pi(hy)绕工件周边移动了180°的点。这就减少了为获得柱面形状的全套数据所需的时间，使瞬时变化和热变化都不那么明显。
在使用图4a和4b所示的设备的过程中，要按前述方式在转台4上对中空工件12进行取中和调平，使所说工件的标称轴与转动轴基准A重合。然后，操作托架6，使触针9a和9b移入中空工件12内，直到它们达到一期望的测量高度h时为止。然后对安装件11a和11b进行驱动，使它们可将触针9a和9b移开，一直到触针9a和9b接触到工件12内表面上的对应的、径向相对的点Pi(hy)和Pi+π(hy)时为止。
使用与安装件11a和141b的驱动机构相关连的任何适宜的常规测量传感器来确定每个触针9a和9b的位置(例如，使用光学传感器装置，或电磁传感器装置)。因此，从触针9a和9b之一获得的测量值提供了在点Pi(hy)的半径的指示值，而从触针9a和9b中的另一个位置的测量值提供了在点Pi+π(hy)的半径的指示值。还可以分开触点9a和9b，以给出在点Pi(hy)和Pi+π(hy)之间的直径dc的测量值。这一直径dc和转动轴基准A及轴向平直基准B都没有关系，因此不涉及由轴向平直基准B沿直径dc的偏差引起的任何误差。
当然还可以看出，只使用这两个触针9a和9b中的一个触针也可以获得点Pi(hy)的极坐标径向数据的测量值。然而，如以上所述，因为使用两个触针可同时获得沿直径方向相对的两个点的测量值，因此明显减小了测量柱面形状所需的总时间，使本质上是临时的误差效果(例如，热效应)减至最小。
如以上参照图2和3所述描述的实例，在每一高度hy，并且依次针对每一测量位置P&P’进行测量，即按顺序Pi(h1)、Pi(h2)、Pi(h3)…Pi(hn)然后按顺序Pi’(h1)、Pi’(h2)、Pi’(h3)…Pi’(hn)进行测量，就可获得柱面形状数据Pik(hy)。
实践中，通过按任一顺序改变i、y、和k，就可确定描述柱面形状Pik(hy)所需的全部数据。
在图3所示的第二实施例中，最好在托架保持在高度hy时获得两个数据组Pi(hy)和P’i(hy)，从而可避免在把托架6重新定位到高度hy的过程中出现的误差，如果不是在这时同时得到两个数据组，这样的误差是有可能出现的。
显然可以看出，在高度为h、取向为θ的表面上的一点，由触针9a和9b之一测得的半径R再一次由下式给出Pθ(h) ＝r-δr+δc4)而在工件表面的同一点由另一触针测得的半径为P’θ(h) ＝r-δr-δc 5)其中δr再一次是该工件在被测点的不圆度，δc是轴向平直基准B沿测量方向的平直度偏差。
如以上参照图2a-3d所述，针对每一测量点Pi(hy)，可以组合从两个触针9a和9b中的每一个触针获得的径向极坐标数据，从而可获得一套和轴向平直基准沿测量方向的平直度误差无关的工件柱面形状数据。
图4a和4b所示的设备除了可以评价和轴向平直基准无关的(因此和任何误差δc无关的)表面外，还可以指示在一指定的待测高度轴向平直基准的平直度的实际不足δc。因此，令方程4)和5)相减，则有Pθ(h)-P’θ(h) ＝2δc 6)因此，取任意两个对应的数据点之间的差并用2除，即可给出δc。因此，可在一指定的检验取向θ，或者通过适当的对一系列θ值的平均过程，对δc作出评价。
在以上的说明中，假定被测的柱形表面的转动轴精确地定位在主轴的轴上。还假定触针(一个或多个)准确地定位在一直径上(即，在凸出处)。实践中，工件柱形表面的转动轴c和主轴的轴线A略有偏斜。
图5a和5b对此作了示意的说明。在图5a中，用一对触针9a和9b中的一个触针9a测量点Pi的半径。在图5b中，当工件12转过180°时，用另一个触针9b测量点Pi的半径。图5a和5b表示出工件柱形表面的转动轴c，所说转动轴c在和触针9a和9b之间的直径成α角的位置偏离主轴轴线A的距离为e(偏心率)。
在本领域中众所周知，由离轴旋转的一个圆上的一个点描绘出的表面在极坐标中可由一蚶线(也称蜗牛形曲线)(原文是Limicon-疑是Limacon的误写)近似表示。因此，在图5a中点Pi的半径Rp1由下式给出Rp1＝F+g+ecos(α) 7)其中，2F是两个测量装置或触针9a和9b(它们被手动调到部件直径)的零位置间的距离，g是两个测量装置之间的中心位置OF沿测量读数方向偏离主轴轴线A的偏差。因此，偏差g将包括轴向平直基准沿测量方向的平直度的任何误差δc。
当把工件转过180°变为图5b所示位置时，则点Pi在极坐标中的方程由下式给出Rp2＝F+g+ecos(α+π)8)然而，如上所述，这些触针可以略微偏出一点，偏离的距离(cresting distance)为H。对于图5a所示的工件表面上的点Pi的第一位置，这由下式给出sinθ1=HRP1(x+θ1)....9)]]>其中，θ1是在期望的测量位置Pi和实际的测量位置之间的角度(偏离的角度-cresting angle)，Rp1(x+θ1)代表在工件12周边上偏离测量点Pi的偏离角为θ1的点的测量值。
使用适当的数字计算信息包或软件程序，例如使用“Maple5”(它是一种符号数学信息包，由加拿大的Maple Software公司生产)，就可针对θ解出上述方程。
使用上述的数学信息包来求解偏离角θ1，使之成为偏离误差距离H的一个级数，从而可以给出θ1=H(F+g+ecos(α)+H2esin(α)(F+g+ecos(α))3+O(H3)....10)]]>其中，该级数在H3阶的那些项是截尾的。
通过类比，由下式给出在图5b所示的位置2的偏离误差Hsinθ2=HRP2(x+θ2).......11)]]>使用相同的数学信息包来求解θ2，使之成为H的一个级数，从而给出θ2=H(R-g-ecos(α))+H2esin(α)(F-g-ecos(α))3+O(H3)...12)]]>来自图5a中的触针9a的并具有按方程10)给出的偏离误差的信号S1为S1＝RP1(x+θ1)cos(θ1)13)来自于图5b的位置2的触针9b的(即，该部件已转过180°)并具有按方程12)给出的偏离误差的信号为S2＝RP2(x+π-θ2)cos(θ2) 14)对S1进行求解，使之成为偏离误差H的一个泰勒级数，从而给出S1=(F+g+ecos(α))-Hesin(α)(F+g+ecos(α))+O(H2).....15)]]>类似地，对S2进行求解，使之成为偏离误差H的一个泰勒级数，从而给出S2=(F-g+ecos(α))+Hesin(α)F-g-ecos(α)+O(H2)....16)]]>取这两个信号S1和S2的平均值，并且将其展开成偏离误差H的一个泰勒级数，从而给出
其中，和方程10)和12)一样，0代表所指示的幂次的阶的那些项。若把方程17)的级数转换成偏离误差或偏离距离H的一个多项式，则可以给出PS＝(F+ecos(α))+(-1/2(esin(α)F+g+ecosα)+1/2(esin(α)F-g-ecos(α))))H....18)]]>典型的情况是，F＝1.25mm，g＝-.005mm，e＝0.001mm，以及H＝0.001mm。
因此F比g和e大得多，所以方程18)中的Sinα项彼此极其相似，可有效地相互抵消。因此，对于一阶近似，通过取来自图5a的触针9a的信号和来自图5b的触针9b的信号的平均值获得的半径的测量值不受偏离误差H或偏差g的影响。
在以上所述的实例中，工件本身是转动的。然而，还可能设想出其它的安排，其中的测量装置(一个或多个触针)是转动的，但工件是不转的。
图6a极其示意地表示出这样一种类型的设备1b，它适合于使用本发明的方法。图6a中所示的设备和图4a和4b中所示的设备类似，也是一种双针型测量系统。但在图6a所示的设备中，省去了转台4，代之以一个可转动的主轴40(可具有任何适当的常规形状)，所说主轴40安装到臂6a上，臂6a固定到支柱5上。
主轴40携带一个框架60，框架60具有向下悬垂的臂61，携带用于探针臂7a和7b的相应的安装件63的一个十字杆62可滑动地安装到所说的臂61上。十字杆62沿臂61可以移动，它的移动方式和图1中托架6沿支柱5移动方式类似。在该例中，臂61确定了轴向平直基准B或参考基准B。确定十字杆62相对于臂61的位置的方式和图1中用来确定托架6的位置的方式类似。
图6b是部分图6a的设备的顶视平面图，更加清晰地表示出十字杆62和探针臂7a和7b的安排。这一安排使触针9a和9b能沿工件13的高度方向移动，因而能在不同的高度进行测量。
在图6a所示的实例中，对触针9a和9b进行设计，使它们具有向内指向的尖端部分9c和9d，用于测量外表面。然而，可用图4所示的触针代替图6a和6b所示的触针9a和9b，以便可以测量内表面，同时要对设备的部件的尺寸进行适当的限定以使触针可容纳在待测工件的内部。
使用图6所示设备16的方式和使用图4a和4b所示设备的方式类似，只是在这种情况下要把工件13安装到工作台2上，使工件13与主轴轴线A’和主轴40对齐，而不是转动转台4来获得极坐标数据。
在上述实例中，通过升高或降低触针(一个或多个)测量沿工件不同高度的径向形状，就可确定柱面形状。然而，测量柱面形状的另一种方式是提供两个或多个触针、或者触针对，这些触针沿确定轴向平直基准的方向彼此分开经过校准的固定距离。
图7示意地表示一个设备的一部分，以说明提供一系列双针测量装置90a的原理。在图7所示的实例中，把3个双针测量装置90安装到一个共用的支架61上，使这些双针测量装置与部件轴名义上对齐，所说部件轴确定了和轴向平直基准B等效的等效物。当然，如果期望只在沿工件的3个不同高度进行测量，那么，就可把携带这些双针测量装置的支架固定到支柱5上。
如图7极其示意地表示的，每一个双针测量装置90a都是一个固定的U形件91形式，它具有垂直于支架或托架6’延伸的臂91a和91b。每个臂91a和91b的自由端都按一适宜的常规方式支撑一个触针9c(在图7中用箭头简单表示之)。
在图7所示的结构中，把U形件91的臂91a和91b固定就位。但还可以按类似于以上参照图4a讨论过的方式把臂91a和91b安装在导轨上，从而可以调节每个双针测量装置90a的触针9c的标称分开距离，因而使用同一个设置可以测量尺寸不同的工件。
在图7所示设备的操作中，按常规方式在转台上(图7没示出)安装工件14并取中，使工件14在测量装置90a的两个对应触针之间定位。然后，按常规方式驱动触针，使它们与工件表面接触。然后，在沿工件14的3个高度h1、h2、和h3按上述方式同时进行径向数据组Pθ(h)的测量。因为如上所述使用实施本发明的方法补偿了轴向平直基准的平直度偏差，所以没有必要相互校准双针测量装置90a。当然，应该用常规的方法校准每一个单个测量装置。此外，为保证双针测量装置90a适应性，还需要对装置的分开距离进行校准。
可以对图7所示的结构进行改进，使其能同时测量工件内表面多个不同高度的径向形状。
图8极其示意地表示图6a所示设备的一种改进形式。在图8所示实例中，框架60和悬臂61由一刚性杆65代替，径向相对延伸的臂对66a、b、c都固定连接到刚性杆65上，每个所说的臂都携带一个对应的触针9e。图8所示的设备与图6a所示设备的区别还在于，按照和图1所示相似的方式在支柱5上支撑一个可移动的托架6。然而，可以使用任何适宜的装置使刚性杆65与部件轴名义上对齐。例如，可通过一个框架来携带主轴40和刚性杆65，对该框架进行设计，使其很轻便并且可直接固定到待测的工件上。像图7的设备那样，通过对齐双针测量装置9e来确定参考基准B。
在此例中，首先把工件15安装到工作台2上，使工件15与主轴40的转动轴A’对齐。然后降低托架6，以便把携带探针臂66和触针9c的十字杆65插入该中空工件中。一旦杆65已正确地插入中空工件15中，就驱动探针臂66c以使触针9c与工件15的内表面接触。然后，按上述方式通过转动主轴40在3个不同高度中的每一高度取径向形状的测量值。
图8所示设备的优点是，如图6所示设备那样，双针测量装置9e的对齐(在此情况下，由十字杆65确定)并不重要，因为按以上所述已补偿了任何偏差或误差。
当然，还可对图8所示设备进行改进，即在工作台2上提供转台4，并且固定十字杆65使其不能相对于托架6转动。
当然，还可对图7和8所示设备进行改进，以提供任何期望数目的双针测量装置对。还可以把图7的双针测量装置安装在类似于图1所示的托架6的一个可移动的托架上，从而可在沿工件的3个高度中的两个或更多个高度同时获得3组极坐标数据。类似地，可以移动图8所示的托架6，以便能在3个高度中的多于一个高度进行测量。
图9用类似于图2a的视图表示实施本发明方法的另一种方式。图9所示的设备类似于图1和2a所示的设备，只是由可移动的探针臂7携带的测量装置9有所不同。现在只描述和参照图1和2a以上描述的设备不同的图9所述设备的那些方面。
图9所述设备的触针包括一个携带触针92a的触针臂92，触针92a例如可以是红宝石或兰宝石球的形状。对触针臂92进行安排，使其能沿转动轴的径向延伸的方向绕轴转动，从而使触针尖92a能够接触内表面100a的一个直径的相对端Pi和Pi+θ，如图10更加清晰可见。
为了测量表面100a的柱面性，使托架6处于期望的第一测量高度h1，并且定位探针臂7，从而使探针臂8’和转动轴基准A对齐。为此，可使用一个长度固定的探针臂，或者可驱动一个可移动的探针臂7以使所述臂8’与转动轴基准A对齐。
然后，通过一个偏斜装置(下面将会描述)使触针臂92绕轴转动，从而使它可与点Pi(h1)接触。然后让携带工件100的转台4绕转动轴A转动，从而对每一角度取向i都可获得该工件在高度h1的一组半径值Pi(h1)。
然后使用下面将要描述的偏斜装置使触针臂92绕轴转动，从而使触针尖92a与工件内表面100a上和点Pi径向相对的点Pi+π接触。然后，针对每个角度取向获得工件在高度h1的另一组半径值Pi+π(h1)。
沿支柱5驱动托架6到新的高度hy，并且在每个高度hy重复对Pi(hy)和Pi+π(hy)的半径值测量，从而完成了沿工件不同高度的测量。
按另一种方式，可首先在不同高度hy获得Pi(hy)的半径值组，然后偏斜装置反向，并在不同高度hy获得Pi+π(hy)的半径值组。
然后，如以上所述，对已获得的径向数据或极坐标数据Pi(hy)和Pi+π(hy)进行处理，从而获得代表该内表面100的柱面性的数据。
虽然图9和10是示意的，但也可看出，触针臂92的绕轴转动将引起弧形运动，这种弧形运动将在进行接触的那个高度产生误差。通过使用密度尽可能接近工件100的孔直径的触针尖92a以保持弧形运动最小，就可把这种误差减至最小。这样一种方法专门用于测量直径范围为5-10mm的球的柱面性。
如果要测量较大直径的球的柱面性，则可以如图11所示使用改进形式的测量装置G’，其中的触针臂92的自由端携带一个十字杆92’，所说十字杆92’在每一端都有一个触针尖92a’。这种改进形式的测量装置G’可用于测量直径明显大于触针尖92a’的直径的内球的柱面性，同时还限制了触针臂92的弧形运动。如果期望，可借助于例如测微计调节装置等调节十字杆92’的长度，使测量装置G’成为适合于各种不同直径孔的最佳装置。
图12是部分探针臂8’的一个剖面图，表示在两个径向相对的位置之间偏斜触针臂92的方式。为简单起见，图12中省去了电连接、以及其它的常规部件，例如探针臂80’的后插栓，它们用于和探针臂7相连接。
如图12所示，探针臂8’有一个外壳80，外壳80有一开口80a，触针支撑臂81的一个端部81a就从开口80a伸出。如图12中虚线所示，通过一个弹簧夹片82使触针臂92的端部92’在触针支撑臂81的端部81a的一个凹槽内固定就位。
借助于挠性弹簧84把触针支撑臂81安装到一安装块83上，所说挠性弹簧84确定了该触针支撑臂81的转动轴。把U形弹簧86安装到销钉85上，所说销钉85沿触针支撑臂81的横向延伸。在U形弹簧86的两个自由端之间夹紧销钉87，该销钉87偏心安装在鼓形物88上。鼓形物88或者手动转动，或者借助于一个电机(未示出)(例如直流齿轮电机)转动。
弹簧86形成触针臂92的偏斜装置。图12中所示的弹簧86处在中性位置或中间位置，其中的触针臂92或偏向左，或偏向右，如图9-11所示。
当鼓形物88沿逆时针方向转到某一角度时，销钉87移动穿过这个角度，使弹簧86向触针支撑臂81施加一个偏斜力，从而使触针臂92在图12中向下转动。相反，当鼓形物88沿顺时针方向转动时，销钉87的移动施加一个偏斜力，使触针臂92在图12中向上移动。
使用任何适当形式的轴编码器，例如霍尔效应设备，就可检测鼓形物88的转动。让鼓形物进行不同程度的转动，就可沿顺时针和逆时针这两个方向施加不同程度偏斜力。例如，鼓形物在顺时针和逆时针这两个方向可以有两组位置，以给出中等的和强烈的偏斜。若使用适当的轴编码器，并且对鼓形物88进行机动驱动，则可在计算机控制下实现偏斜的调节，其中的轴编码器向计算机的处理装置提供信号，以指示鼓形物88的位置。利用一个线性可变微分传感器(LVDT)200按常规方式检测触针支撑臂81的绕轴转动，所说传感器200包括安装到安装块83上的一对线圈201、202，和固定到由触针支撑臂携带的轴204上的铁芯203。
借助于一端固定到外壳80中的安装块89上的金属片300来限制触针支撑臂81的绕轴移动。金属片300的自由端容纳在一凹槽81b中，凹槽81b设在触针支撑臂的后端。调节螺丝301确定金属板300的初始位置。例如可通过穿过外壳中的孔80’的一个改锥来调节该调节螺丝。限位螺丝302限制金属板300向上移动，因此限制了触针支撑臂81的端部向上移动。
在图12所示的测量装置的操作中，当通过移动托架6并调节可移动的探针臂7(如果适当的话)在期望的高度把触针尖92a定位在工作100的内孔中时，或者手动或者借助一个电机转动可转动的鼓形物88，使销钉87偏心移动，将触针臂92偏斜向两个相对的位置之一，从而使该触针臂92在该偏斜力的作用下绕轴转动，直到触针尖92a与工件的内表面100a接触时为止。
正如本领域普通技术人员可以理解的那样，应对圆度测量设备(例如正在介绍的这种设备)进行设计，使其能测量微米数量级的移动，而在偏斜力作用下触针尖92a在到达工件表面100a之前移动的距离就是微米数量级。因此，虽然把LVDT设计成能检测触针支撑臂(因此还有触针尖92a)在偏斜力作用下在整个可能的移动范围内的位置，然而在偏斜力影响下该设备在绕轴移动期间获得的测量值将要超出期望的测量范围。对与工件内表面100a接触的触点进行确定，使其成为由LVDT提供的信号导出的测量值落在该期望范围内的那一点。因此不必知道该位置的绝对值，这是因为正在进行测量的位置并不是在工件表面上该点的绝对位置，而是这个特定高度工件表面100a的极坐标变化或不圆度。
虽然以上参照图12描述的测量装置主要期望用来测量内孔，但是这样一种反向偏斜测量装置还可用在其它的期望测量两个相对表面的情况。例如，这种反向偏斜测量装置可用在图2a-2d所示的设备中，图2a中的触针向左偏斜，在图2c中的触针向右偏斜。这种反向偏斜测量装置还可用于需要对相对的表面进行相对测量的情况，例如可从下边测量下表面并从上边测量上表面，从而就可确定一个物体的厚度的任何变化。
在上述实施例中，对每一高度的两组极坐标数据进行平均，以补偿参考基准B的变化。下面参照图13a-13c描述处理极坐标数据组以补偿垂直基准B的误差的另一种方法。这种方法可用在以上所述的任何一个实施例中。
图13a在A1表示在第一组测量期间在3个高度h1、h2、和h3获得的极坐标数据，即测量点Pi的极坐标数据。图13B在A2表示在第二组测量期间在高度h1、h2和h3获得的对应极坐标数据，即和图13a所示的测量值有角度差的测量值，一般来说是在点Pi+π取的测量值。
按此方法，和针对每一个y值求两种数据Pi(hy)和Pi+π(hy)的平均值的方法不同，把每一组极坐标数据Pi(hy)和Pi+π(hy)拟合成一个圆。如由H Dagnell M.A.所著的题目的“Lets Talk Rourdness”的书中所述，按英国、美国、和日本的标准规定了4种不同的参考圆，即最小二乘方圆、最小区域参考圆、最大内接参考圆、和最小外切参考圆。在本发明的情况下，采用最小二乘方圆方法，其中圆的数学定义是对于该圆来说，从该圆到该断面轮廓测到的、足够多数目的等距分开的径向点的平方和有最小的值。使用任何适宜的常规最小二乘方拟合算法都可完成这一拟合过程。在图13a的C1表示已获得的最小二乘方圆Ci(h1)、Ci(h2)和Ci(h3)。
用在取向Pi+π取的第二组数据可完成同样的过程，从而导出如图13b所示的最小二乘方圆Ci+π(h1)、Ci+π(h2)、和Ci+π(h3)，如图13b所示。
求出在每个高度hy的参考圆Ci(hy)和Ci+π(hy)的平均值，从而给出如图13c所示的数据C。然后，把高度hy的最小二乘方圆Ci(hy)从该高度的平均圆C(hy)中减去，并且加到该高度的原始极坐标数据Pi(hy)上。最终的数据Pc(hy)就代表Z对垂直轴基准B的任何误差校正过的、高度hy的表面100a的实际形状。
以上参照图13描述的方法的优点在于，明显减小了在不精确知道两个测量位置的角度差的条件下可能产生的角度相位误差，这是因为这样一些误差对基准圆的半径或位置仅有微小的影响的缘故。这应该避免在表面100a的变化波长很短的情况下可能发生的虚假平均的问题。
当然还应认识到，通过扣除适当的参考圆组Ci(hy)或Ci+π(hy)，就可把图13所示的校正加到数据组Pi(hy)或数据组Pi+π(hy)上。
实施本发明的方法还可以应用到一种改进的坐标测量设备上，其中例如如GB-A-1137238或GB-A-2160975(这里参照引用了它们的内容)所述，测量是在x、y、z直角坐标系内进行的。
图14极其示意地表示一个改进的按本发明的方法使用的坐标测量设备的实例。
如图14所示，该坐标测量设备包括一个工作台20，它携带两个导轨21a和21b，所说导轨21a和21b沿垂直于纸面方向(x方向)彼此平行地分开延伸。对U形框架22进行支撑，使得所说框架22可以通过任何适宜的驱动装置并且使用任何适当形状的轴承装置沿导轨21a和21b进行驱动。U形框架22的十字杆22a携带一个可移动的托架23，托架23支撑一个支撑件24。通过任何适当的驱动机构可使支撑件24沿Z方向相对于托架23移动。将适当的测量传感器(例如上述的光传感器或者电磁传感器)与x、y、和z方向驱动机构相连，以便能确定支撑件24携带的探针的x、y、和z坐标的准确位置。
上述坐标测量设备的部件是常规的。
如图14所示，工作台20设有一个和图1所示类似的转动支架或转台4b。在这种情况下，Z轴支撑24携带一个固定的探针臂7a，探针臂7a携带单个的触针9a。可按照以上参照图2a-2d和3a-3d所述的方式使用图14所示的坐标测量设备，即使托架23沿十字杆22a移动，在待测工件15的高度为h的周边上的一个点P进行半径的第一次测量，其中的托架23在第一位置y1；并且当转台转过180°并且托架23移动到图14中虚线所示的位置y2时，在待测点P对半径进行第二次测量。然后按照以上参照图2a-2d和3a-3d所述确定径向和柱面形状。作为另一种可能性，可对图14所示设备进行改进，即用一个或多个测径规来代替单个触针，这可使以上参照图4描述的方法更趋完美。
在上述的每个实例中，一般来说都通过从设备的传感器接收输入信号的适当编程的计算机处理系统来计算径向形状和柱面形状的数据。图15表示的是一个适宜的处理系统的简化方块图，该系统包括与一存贮器相连的中央处理单元50，所说存贮器包括用于分别存贮操作程序和数据的ROM和RAM。
在工件柱面形状的测量期间，通过计算机处理系统记录来自传感器的数据，并且按上述方式用这些数据来确定工件的径向和柱面形状。图15表示的中央处理单元50与3个传感器T1、T2和T3相连，它们提供代表转台的转动、托架沿支柱5的高度、和探针臂7的位置的信号。当然，如以上所述，传感器的数目取决于特定的设备。因此，若使用例如如图12所示的可机动反向偏斜的测量装置，则要提供具有适宜的轴编码器形式的另一个传感器T4，以提供表示测量装置偏斜的信号。一般还要经过适当的常规的控制接口电路(图中未示出)把中央处理单元50连到电机M1、M2、和M3，分别用于控制转台的转动，托架的高度、和延伸臂7的位置。还有，若使用机动可反向偏斜的测量装置，一般要经过适当的常规控制接口电路(未示出)把中央处理单元50连到电机M4，以控制反向偏斜的测量装置的电机M4的操作。
该处理系统可设有键盘形式的输入设备52，可与鼠标52a或者其它适当的指示设备相接，使用户能输入有关例如设备的最近的校准的信息、或者关于要使用的特定方法的指令。此外，还可将一个显示单元(例如，阴极射线管53)与控制处理单元50相连，通过使用适当的常规软件对用将要提供的设备进行的测量进行可视的显示。可以提供一个输出设备，例如打印机或绘图机，以此作为可视显示单元的替换物或者将其附加到可视显示单元上，从而可以提供例如以制成表格的径向数据形式出现的测量数据的硬拷贝和/或以曲线形式表示的测量数据的硬拷贝。
虽然在上述实例中，在工件的一个指定高度的单个位置进行了极坐标数据的两次测量，但如果期望，通过在工件的周边提供例如3个或多个等角度分开的触针，就可以进行3次或多次这样的测量。
还有，虽然在上述实例中首先在一个指定高度获得一组极坐标数据，但有可能发生的情况、或者在某些情况下期望发生的情况是沿工件或部件的轴向移动触针(一个或多个)以获得不同高度h的数据，然后再实现工件和检测装置之间的相对转动。
如果期望，在提供一个双针测量装置的情况下，通过确定两个测量装置的相对分开角度就可进行直径的第一次测量。第一次测量与轴向平直基准B的任何误差无关，并且可以和直径的第二次测量进行比较，所说第二次测量是通过组合在两个相对的点用两个触针测到的半径而获得的，从而可以给出在该直径处的轴向平直基准的实际偏差和误差的指示值。
虽然以上的实例描述了确定工件表面的柱面形状的方法，但本发明还可用于确定任何适宜表面的形状，例如绕转动轴名义上对称的任何表面。例如，本发明可用于确定不变的多面体、椭球、或不规则的截面的表面形状，或者锥体表面，例如截头锥体表面或锥体表面，或者用于确定非不变的截面的表面。
本发明还可用于确定由一机床(例如车床或磨床)产生的任何表面的形状。例如，可把该设备作为一个配件提供给车床或磨床，例如把一个双针测量装置对固定到正在操作中的车床或磨床的刀架或主轴上以实现转动、获得数据，这时的工件或部件还仍旧在机床的卡盘或夹紧装置中。这样一种安排可以在用机床加工部件的中间阶段测量工件的表面形状，以检查正在进行的加工过程是否正常。
虽然以上描述了本发明的特殊实例，但各种改进和替换对本领域的普通技术人员来说都是显而易见的。
权利要求
1.一种确定有关诸如工件之类的物体的表面形状的信息的方法，该方法包括使用相对于参考基准可移动的因而可跟踪该表面的检测装置检测该表面，在表面和检测装置之间实现绕一转动轴的相对转动，并且使用由检测装置进行的测量确定有关表面形状的信息，其特征在于使用由检测装置在转动轴周围等角度分开的至少两个位置进行的测量来补偿该参考基准的任何误差。
2.一种确定名义上绕轴对称的表面形状的方法，该方法包括实现该表面和相对于参考基准可以移动的检测装置之间的相对转动，从而使检测装置可以跟踪该表面，并用使用检测装置在沿该表面的所说轴的多个不同的距离进行测量以确定该表面的形状，其特征在于对于沿该表面的所说轴的每一距离，利用由检测装置在绕所说转动轴的至少两个等角度分开的位置进行的测量来补偿该参考基准的任何偏差或误差。
3.如权利要求1或2的方法，该方法包括使用在分开180°的两个位置进行的两次测量来补偿参考基准的任何偏差或误差。
4.如权利要求1、2、或3的方法，该方法包括使用在该表面上的相同位置但不同的检测装置和该表面之间的相对转动角度得到的测量值，以此作为至少两个测量值。
5.如权利要求4的方法，该方法包括确定两个测量值的平均值，以获得该位置的半径值。
6.一种确定名义上绕轴对称的表面形状的方法，该方法包括使用相对于参考基准可移动的因而可跟踪该表面的检测装置检测该表面，在该表面和检测装置之间实现相对转动，并且使用检测装置在沿该表面的所说轴的多个不同的测量距离或高度进行测量以确定该表面的形状，其特征在于对于沿所说轴的每一测量距离，使用检测装置去获得在表面上一指定位置距参考基准的第一位移测量值，在该表面和检测装置之间实现180°的相对转动，然后使用检测装置获得在表面上同一指定位置距参考基准的第二位移测量值，并且使用第一和第二测量值的平均值提供代表该指定位置的数据。
7.如权利要求4、5、或6的方法，该方法包括从两个测量值之间的差确定参考基准的任何偏差。
8.如前述权利要求中任何一个所述的方法，该方法包括使用具有两个相对的检测元件的一个检测装置来同时检测表面上的两个相对的位置。
9.如权利要求8的方法，该方法包括通过确定两个检测元件的相对分开角度使用检测装置对两个相对的位置之间的距离进行第一次测量，确定每个检测元件距参考基准的位移，组合两个位移以提供两个相对的位置之间的距离的第二次测量，以及比较第一和第二距离测量以确定参考基准的任何偏差。
10.如前述权利要求中任何一个所述的方法，该方法包括使用一个检测装置在两个相对的位置进行测量，所说检测装置具有单个检测元件，该检测元件可偏斜向两个相对位置中的每一个，并可使两组测量之间的偏斜反向。
11.如权利要求1-4、6、8、和10中任何一个所述的方法，该方法包括把在至少两个位置中的每一个位置得到的测量值拟合到一个相应的圆，从至少两个位置的圆的平均值扣除一个圆，以确定参考基准的任何偏差或误差。
12.如权利要求1-4、6、8、和10中任何一个所述的方法，该方法包括；通过在至少两个位置之一得到的测量值上加上一个差值来补偿参考基准的任何误差或偏差，所说差值是在拟合到所说那个位置的测量值的一个圆和拟合到在至少两个位置中的每一个位置的测量值的圆的平均值之间的差。
13.如前述权利要求中任何一个所述的方法，该方法包括使用检测装置在该表面和检测装置之间以不同的相对转动度数至少进行两次测量，所说检测装置在该表面的所说轴的周围分布有一组位置，所说测量是在检测装置的每一个位置进行的。
14.如前述权利要求中任何一个所述的方法，该方法包括提供沿参考基准的多个分隔开的检测装置，以便同时在沿该表面的所说轴分隔开的多个位置进行测量。
15.如前述权利要求中任何一个所述的方法，该方法包括通过把该表面安装在转动支架上并且转动该支架来实现该表面和检测装置之间的相对转动。
16.如权利要求1-14中任何一个所述的方法，该方法包括；通过按可转动方式把检测装置安装到一支架上并转动该检测装置来实现该表面和检测装置的相对转动。
17.一种确定有关诸如工件之类的物体的表面形状的信息的设备，包括相对于一个参考基准可以移动因而可跟踪该表面的检测装置，在该表面和检测装置之间实现相对转动的装置，以及从检测装置得到的测量值确定有关表面形状信息的装置，其特征在于提供处理装置，以便使用由检测装置在转动轴周围等角度分开的至少两个位置得到测量值去补偿参考基准的任何误差或偏差。
18.一种用于确定名义上绕轴对称的表面形状的设备，该设备包括；相对于一个参考基准可以移动因而可跟踪该表面的检测装置，实现该表面和检测装置的相对转动的装置，使用检测装置在沿该表面的轴的多个不同距离进行测量以确定该表面形状的装置，其特征在于提供处理装置，用于使用由检测装置在绕转动轴等角度分开的至少两个位置得到的测量值去补偿在沿该表面的轴的每一距离的参考基准的任何偏差或误差。
19.如权利要求17或18的设备，其中处理装置适于使用在分开180°的两个位置得到的两个测量值去补偿参考基准的任何偏差或误差。
20.如权利要求17、18、或19的设备，其中处理装置适于使用在表面的同一位置的、在检测装置和该表面之间不同相对转动角度得到的测量值作为所说至少两个测量值。
21.如权利要求20的设备，其中处理装置适于确定两个测量值的平均值以获得该位置的一个测量值。
22.如权利要求20或21的设备，其中处理装置适于从两个测量值之间的差确定参考基准的任何偏差或误差。
23.一种确定名义上绕轴对称的表面形状的设备，包括相对于一个参考基准可以移动因而可跟踪该表面的检测装置，实现该表面和检测装置相对转动的装置，以及使用检测装置在沿该表面的轴的多个不同测量距离进行测量以确定该表面形状的装置；其特征在于还包括控制装置，用于对每一个沿该表面的轴的测量距离使用检测装置获得在表面上一指定位置距离参考基准的位移的第一测量值，在该表面和检测装置之间使它们相对转动180°，并且然后使用检测装置获得在该表面上的同一指定位置距参考基准的位移的第二测量值；以及，处理装置，用于确定第一和第二测量值的平均值，以提供代表该指定位置的数据。
24.如权利要求17-23中任何一个所述的设备，其中检测装置包括两个相对的检测元件，用于同时检测该表面上的相应的相对的位置。
25.如权利要求24的设备，其中的处理装置还包括通过确定两个检测元件的相对分开对两个相对位置之间的距离进行第一次测量的装置；确定每个检测元件自参考基准的位移并且组合该两个位移以提供第一和第二位置之间的距离的第二次测量的装置，以及，比较在该第一和第二位置之间的距离的第一和第二测量值以确定参考基准的任何偏差或误差的装置。
26.如权利要求17-23中任何一个所述的设备，其中对检测装置进行安排以便在两个相对位置进行测量，所说检测装置包括一个单个的检测元件，它可向两个相对位置的每一个偏斜；以及，使两组测量之间的偏斜反向的装置。
27.如权利要求17-20、24、25、和26中任何一个所述的设备，其中对处理装置进行安排，以便把在至少两个位置中的每一个位置测得的测量值拟合到一个相应的圆，并且从至少两个位置得到的圆的平均值扣除一个圆，从而可确定参考基准的任何偏差或误差。
28.如权利要求17-20中任何一个所述的设备，其中对处理装置进行安排，以便通过在至少两个位置之一上测得的测量值上加上一个差值来补偿参考基准的任何误差或偏差，所说的差值是在拟合到这些测量值的一个圆和拟合到在至少两个位置中的每一个位置测得的测量值的圆的平均值之间的差。
29.如权利要求17-29中任何一个所述的设备，其中处理装置适于使用由检测装置在至少两个位置测得的测量值去补偿参考基准的平直度的相应偏差，所说的两个位置在绕该表面的所说轴周围分布的多个位置中的每一个位置的转动轴周围等角度分开。
30.如权利要求17-29中任何一个所述的设备，其中提供多个沿参考基准相互分隔开的检测装置，以便在该表面上多个分开的位置可同时进行测量。
31.如权利要求17-30中任何一个所述的设备，其中实现该表面和检测装置相对转动的装置包括一个用于此物体的转动支架。
32.如权利要求17-30中任何一个所述的设备，其中实现该表面和检测装置相对转动的装置包括一个用于检测装置的可转动的安装件。
33.一种用于确定一个表面的形状、形态、结构、或圆度的设备，包括用于跟踪一个表面的检测装置；实现该表面和检测装置之间相对移动的装置；在一指定方向偏斜检测装置的偏斜装置；以及，自动调节检测装置偏斜方向的装置。
34.如权利要求33的设备，其中检测装置包括一个可绕轴转动地安装的臂，偏斜装置包括耦合在臂和一支架之间的弹簧偏斜装置，调节装置包括一个调节支架位置的电机。
35.如权利要求34的设备，其中的支架偏心地安装在一个可转动的鼓形物上，该电机适于绕鼓形物的轴转动鼓形物。
36.一种在确定一个表面的形状、形态、结构、或圆度的设备中使用的检测装置，该检测装置具有适于跟踪一个表面的一个检测元件并且提供沿一指定方向偏斜检测元件的偏斜装置；以及，自动调节偏斜以改变检测元件偏斜方向的装置。
37.如权利要求36的检测装置，其中检测元件包括一个可绕轴转动安装的臂，偏斜装置包括耦合在臂和一支架之间的弹簧偏斜装置，并且调整装置包括一个移动支架位置的电机。
38.如权利要求36的检测装置，其中的支架偏心地安装在一可转动的鼓形物上，对电机进行安排以便可转动该鼓形物来调节支架的位置。
全文摘要
通过触针(9)检测工件(10)的名义上的柱面表面(10a),触针(9)相对于确定参考基准(B)的支柱(5)沿该表面的轴动轴(A)的径向可以移动,从而触针(9)可以在沿表面的一个指定高度跟踪柱面表面。实现工件(10)和触针(9)绕表面(10a)的转动轴(A)的相对转动,并且使用触针(9)的位移来确定有关在该高度的表面的径向形状的信息。在不同高度沿表面重复这些测量113确定它的柱面形状。测量触针和工件转动180°的前、后触针(9)在每一高度自表面上的一个指定点的位移,用最终的测量值来补偿参考基准的任何误差和偏差。
文档编号G01B21/20GK1207807SQ9619979
公开日1999年2月10日 申请日期1996年12月6日 优先权日1995年12月7日
发明者P·瑟顿, M·米尔斯, P·J·斯科特, R·G·怀特, D·R·怀特勒 申请人:泰勒·霍布森有限公司