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专利名称：截面形状测量方法
技术领域：
本发明涉及一种截面形状测量方法。
背景技术：
以往，为了测量物品的形状，进行有如下做法通过利用坐标测量机，使接触式探头与测量对象物的表面相接触并使接触式探头仿形移动，从而获取关于测量对象物的形状的测量数据。例如，在文献I (日本特表2009— 531695号公报)中，为了测量涡轮叶片的截面形状，使用能够任意调整探头的前端方向的5轴控制的坐标测量机，使其沿测量对象物的表面蜿蜒运动而获取表面形状数据，或通过使其绕测量对象物的外周一周而获取截面形状数据。 关于截面形状，在多数的测量对象物中，需要多个位置上的截面形状。例如，对于随着在涡轮叶片等的长边方向上移动，翼形逐渐变化的涡轮叶片来说，要求正确地测量在长边方向上以规定间隔移位了的多个位置上的截面形状的方法。在这样的截面形状的测量中，通常，为了测量截面形状，以一个部分程序(PartProgram)编制绕测量对象物一周的动作，对每一个要测量的截面位置执行相对应的程序。当各测量动作的位置变更时，需要有触针的接触、用于测量的移动、从测量对象物脱离、位置变更这样的动作，由于在各动作中分别需要加速和减速，因此降低了作业效率。与此相对，在文献2 (日本特开2009— 293992号公报)中，为了连续测量多个位置的截面形状，当使触针与测量对象物相接触后，重复有如下这样的处理在规定位置上测量截面形状之后，保持该接触状态地变更位置，且在改变后位置上测量截面形状。当一连串的截面形状测量结束后，使触针从测量对象物上脱离。在文献2中，测量动作的起点和终点被设为在测量对象物的长边方向上简单地移动了的位置，用于测量的动作，即绕测量对象物一周的动作在各测量位置上均相同。但是，在测量对象物是圆筒形状的情况下，并不是在多个位置上分别绕其一周，而是进行有以螺旋状的轨迹测量表面形状的动作。在描绘螺旋状的轨迹的情况下，由于测量动作为连续的动作，因此能够将移动速度设为恒定等，且能够使测量动作之间的测量状态稳定。在文献3 (日本特表2009— 501321号公报)中，进行有这样的螺旋状的形状测量，并且在该测量动作的前后，设定预扫描路径(加速区间)和后扫描路径(减速区间)，以稳定状态进行在该预扫描路径和后扫描路径之间的用于进行螺旋状的移动的区间中的测量动作，谋求测量数据的稳定化。虽然如上述文献3那样的、由加速区间和减速区间所带来的测量数据的稳定化是有好处的，但是其不能够做到直接将如上述文献2那样的多个截面形状的连续测量和设置了加速区间和减速区间的测量组合起来。S卩，虽然文献2的截面形状测量以保持触针与测量对象物的表面相接触的状态进行连续测量，但是每次绕测量对象物一周的测量动作都需要有变更测量位置的动作。因而，会造成一连串的测量动作的前后的加速、减速无效。另一方面，在文献3中，虽然利用测量动作的前后的加速减速进行有稳定状态下的测量，但是由于仅限定于螺旋状的轨迹，因此不能够直接测量多种截面形状，为了获得测量数据需要有复杂的运算处理等。

发明内容
本发明的目的在于提供一种在稳定状态下能够进行测量，并且能够直接测量多种截面形状的截面形状测量方法。一种截面形状测量方法，该方法是使用接触式的探头，在测量对象物的多个测量位置上测量上述测量对象物的截面形状的截面形状测量方法，其特征在于，当沿经过上述测量位置并且绕上述测量对象物一周的路径移动上述探头时，使上述探头移动比上述测量对象物的一周的量长出规定的重复区间的距离，并且当使上述探头向下一个上述测量位置移动时，使上述探头的移动方向相对于上述截面形状相互接邻的方向倾斜而抵消上述重复区间的量。 在这样的本发明中，通过在各测量位置上进行绕测量对象物一周的测量，能够直接测量多个截面形状，并且能够利用重复区间进行探头的加速和减速，能够进行在加速和减速之间的稳定状态下的测量。此时，跨比测量对象物的一周的量长出了规定的重复区间的距离来进行绕测量对象物一周的动作，从而作为进行测量动作的区间，能够确保测量对象物的一周的量。另外，通过使探头的移动方向相对于截面形状相互接邻的方向倾斜而抵消重复区间的量，即退回作为重复区间的量的多走的部分，能够对齐位于各测量位置上的测量动作的起点和终点。在本发明中，期望上述重复区间是进行上述探头的加速的加速区间和进行上述探头的减速的减速区间，且上述加速区间与上述减速区间之间的测量区间是测量对象物的
一周的量。在这样的本发明中，能够在测量区间中进行的测量动作的之前或之后进行加速和减速，能够在测量动作时将探头设为稳定状态，并且在测量区间中，能够跨测量对象物的一周的量地确保稳定状态下的测量动作。在本发明中，期望自作为上述截面形状所获得的测量数据获取测量动作的起点和终点的位置，求出上述起点和上述终点的中点，分别将上述测量数据中的上述起点和上述终点变更为上述中点。在这样的本发明中，即使在起点与终点的位置不同的情况下，也能够使其一致。在进行这样的调整的情况下，也期望效仿起点与终点的调整，依次变更起点和终点的附近区域的数据，且以使测量数据平顺的方式进行调整。作为对象的附近区域，只要基于起点与终点的偏差量适当设定即可，偏差量较大的情况下增长区域，偏差量较小的情况下缩短区域即可。


图I是表示本发明的一实施方式的装置结构的立体图。
图2是表示上述实施方式的测量动作的示意图。图3是表示上述实施方式的起点终点的修正的示意图。图4是表示利用上述实施方式而进行的涡轮叶片的测量的示意图。
具体实施例方式以下，基于

本发明的实施方式。[装置结构]在图I中，本实施方式的形状测量装置由5轴控制的三维测量机I和计算机2构成，该三维测量机I上支承有接触式的探头17且能够任意控制探头17的前端的三维位置和朝向，该计算机2驱动控制该三维测量机I且接收接触位置的测量数据，执行在作为测量对象物的工件30的多个位置上的截面形状测量处理。 三维测量机I具有上表面水平的平板11，平板11由除震台10支承，并且在平板11上，设有支承接触式的探头17且使探头17三维移动的移动机构19。移动机构19具有立设在平板11的两端侧的梁支承体12A、12B，且利用梁支承体12AU2B的上端支承有沿X轴方向延伸的梁13。梁支承体12A的下端利用Y轴驱动机构14在Y轴方向上被驱动。梁支承体12B的下端利用空气轴承，以能够在Y轴方向上自由移动的方式支承在平板11上。在梁13上支承有沿垂直方向(Z轴方向)延伸的立柱15，立柱15沿梁13在X轴方向上被驱动。在立柱15上支承有保持件16，保持件16沿立柱15在Z轴方向上被驱动。各轴的驱动机构具有检测各轴的位置或移动量的功能。探头17安装在保持件16的下端。在探头17的前端，形成有具有例如作为球形触头的前端球17A的测头。探头17具有使含有前端球17A的测头相对于探头17上的安装在保持件16上的部分倾斜的功能和使相同的测头绕探头17上的安装在保持件16上的部分的中心轴线旋转的功能。通过上述的倾斜功能和旋转功能，以及由移动机构19形成的三维移动，对探头17进行5轴控制，能够使前端球17A从任意方向与载置在平板11上的工件30的表面的任意位置相接触。计算机2具有计算机主体21、操作用的键盘22、显示装置24以及打印机25。计算机主体21具有未图示的运算处理装置和存储装置等，并且借助于未图示的接口与探头17相连接。利用外部操作启动计算机2，使计算机2执行存储的程序，从而能够控制三维测量机I的动作，处理来自探头17的信号并输出指定的测量结果。[测量顺序]在本实施方式中，以计算机2执行测量程序，从而从计算机2向三维测量机I输送动作指令，在三维测量机I中进行规定的测量动作。具体地说，探头17的方向被控制，并且该探头17利用移动机构19相对于平板11被三维移动，使前端球17A与工件30的周面相接触，进行工件30的表面形状的仿形测量，从而连续地测量工件30的多个位置上的截面形状。在图2中，作为测量对象物的工件30，例如是圆筒状的物体，其连续的方向(圆筒形状的中心轴线方向)被设为连续方向L。
在本实施方式中，在以规定间隔配置在工件30的连续方向L上的多个测量位置
S1、S2……上，测量工件30的截面形状F1、F2……。因此，在本实施方式中，移动探头17，使前端球17A依次与工件30的测量位置SI相接触，进行工件30的一周的量的仿形形状测量，并且向下一个测量位置S2、……移动，进而进行同样的一周的量的仿形形状测量。此时，基于本发明，如下那样进行含有探头17的移动的测量动作。在测量动作之前，在工件30的周面31上，预先设定与探头17的动作相关的加速位置Aa、基准位置An、减速位置Ad。上述的各位置Aa、An、Ad是在各测量位置SI、S2、......上限制探头17的从接触、
加速、测量、减速到向下一个位置移动的位置，从加速位置Aa到基准位置An被设为加速区间Ea,从基准位置An到减速位置Ad被设为减速区间Ed。以基准位置An为基准，绕工件30 —周的区间(一周的量)被设为测量区间En，从靠前的测量位置(例如测量位置SI)的减速位置Ad到下一个测量位置(例如测量位置S2)的加速位置Aa的区间，被设为用于使探头17向下一个测量位置移动的转移区间Em。另外，例如只要以相对于将工件30的连续方向L视为中心(顶点)的角度位置限定上述的加速位置Aa、基准位置An、减速位置Ad，并决定该加速位置Aa、基准位置An、减速位置Ad在连续方向L的位置(在各测量位置S1、S2、……上的位置)，从而能够将它们确定为加速位置Aa、基准位置An、减速位置Ad在具体的周面31上的具体的点的位置(在截面形状F1、F2、......的轮廓线上的位置)即可。在上述的设定之后，移动探头17，进行具体的测量。首先，为了测量第I测量位置SI上的截面形状F1，使探头17向测量位置SI的作为加速位置Aa的点Pl移动，使前端球17A在该点Pl上与周面31相接触(配置工序)。接着，移动探头17，以使前端球17A与周面31相接触的状态，使探头17沿加速区间Ea加速并移动，并以在作为基准位置An的点P2处，使探头17形成规定的测量速度(相对于周面31的相对速度)的方式加速探头17，使探头17以该规定的测量速度经过点P2 (加速工序)。当探头17经过点P2后，以该规定的测量速度继续探头17的移动，并使其以维持上述测量速度的状态绕工件30 —周，记录跨一周的量的测量区间En地与周面31滑动接触的前端球17A的位置(测量工序)。当探头17经过测量区间En，再次返回作为基准位置An的点P2后，使其以该状态经过点P2，并且沿减速区间Ed移动并减速，使其在作为减速位置Ad的点P3处停止(减速工序)。接着，为了转移到下一个测量位置(第2测量位置S2)上的测量，以使前端球17A与周面31相接触的状态，使探头17沿周面31倾斜(相对于连续方向L倾斜的状态)地移动(转移工序)。然后，与第I测量位置SI相同，使探头17向测量位置S2的作为加速位置Aa的点P4移动(配置工序)。之后，与第I测量位置SI相同，进行加速工序(到点P5为止加速)、测量工序(绕行一周返回点P5)、减速工序(在点P6停止)，从而对第2测量位置S2上的截面形状F2进行测量。以下，通过对各测量位置重复相同的工序组，能够测量多个测量位置S1、S2、……上的截面形状F1、F2、……。在计算机2上，连续地记录有上述的探头17的位置。具体地说，从前端球17A在第I测量位置SI的作为加速位置Aa的点Pl处与周面31相接触后，直到前端球17A在最后的测量位置处从周面31脱离的期间内，计算机2始终记录有前端球17A的位置。针对这样的原始数据，通过利用在测量工序中移动的测量区间En，提取工件30的在各测量位置S1、S2、……上的一周的量的数据，从而能够获取截面形状F1、F2、……。SP，通过在测量位置SI中，提取从最初经过点P2的时刻起(起点)到绕工件30 —周返回到点P2的时刻为止(终点)的数据，能够获得第I测量位置SI上的截面形状F1。关于其他的测量位置S2、……，通过相同地提取，也能够获得截面形状F2、……。
另外，在本实施方式中，以使形成截面形状F1、F2、……的测量数据形成为闭合的环状的方式，进行起点与终点的修正。如图3所示，当探头17绕工件30 —周时，因三维测量机I的动作精度的关系，该探头17再次经过的点P2丨有时会相对于最初经过的点P2产生微小的偏差。在该情况下，作为截面形状Fl的轮廓数据,起点为点P2,终点为点P2丨,并不闭合为环状。与此相对，在本实施方式中，在计算机2的数据处理中，假设有连接最初经过的点P2与再次经过的点P2'的直线，将成为这两个点的中点的点P2"替换至截面形状Fl的轮廓数据的作为起点并且也作为终点的点。进而，在截面形状Fl的轮廓数据中，调整例如相当于加速区间Ea和减速区间Ed的区域的数据，以在替换后的作为起点并且也作为终点的点P2"处平顺地连续的方式进行修正。通过进行这样的起点和终点的修正，能够获得由闭合的环状的测量数据所生成的截面形状F1、F2、……。采用以上那样的本实施方式，具有以下的效果。在各测量位置SI、S2、……上，通过绕工件30—周的测量，能够直接测量多个截面形状FI、F2、……，并且利用作为重复区间的加速区间Ea和减速区间Ed，能够进行探头17的加速和减速，在测量区间En上，能够进行无加速或无减速的稳定状态下的测量。在各测量位置S1、S2、……上，由于跨比工件30的一周的量长出规定的重复区间(加速区间Ea与减速区间Ed的和)的距离进行绕工件30 —周的动作，因此作为测量区间En能够确保工件30的一周的量。另外，在转移区间Em上，由于使探头17的移动方向相对于工件30的连续方向L(截面形状FI、F2、……相互接邻的方向)倾斜而抵消重复区间的量(即退回作为重复区间的量的多走的部分)，因此能够在相同的基准位置An上对齐位于各测量位置S1、S2、……上的测量动作的起点和终点。而且，由于在测量区间En的作为起点的点P2和测量区间En的作为终点的点P2 ^不同的情况下，也会对该两个点进行修正并使该两个点一致为点P2"，因此能够将各测量位置S1、S2、……上的截面形状F1、F2、……的测量数据设为环状地闭合的形式。另外，本发明并不限定于上述的实施方式，在能够达成本发明的目的的范围内的变形等也包括在本发明内。
在上述实施方式中，将作为起点的点P2和作为终点的点P2 ’修正为作为各自的中点的点P2",但是也可以修正为作为起点的点P2或作为终点的点P2丨之中的任一项。另外，在起点和终点的修正时，为了平滑地进行变化，将附近区域的数据也进行了修正，但是进行这样的修正的附近区域，也可以如上述实施方式那样，与加速区域Ea和减速区域Ed相一致，或者也可以另外设定其他的区间。例如，在作为起点的点P2和作为终点的点P2丨之间的偏差较大的情况下，施加修正的附近区域也增大，相反，在偏差较小的情况下，缩小进行修正的附近区域即可。而且，也可以省略附近区域的修正，仅将点P2的轮廓数据和点P2 '的轮廓数据间的平均值设为作为点P2"的轮廓数据的修正。如此一来，作为轮廓数据的平滑性比进行附近区域的修正的情况降低，但是能够更加简单地进行运算处理。在上述实施方式中，将加速区间Ea和减速区间Ed设为大致相同的长度，但是也可以将二者设为不同的长度，也可以在实施中适当设定各自的长度。
上述实施方式设为当在减速区间Ed中到达减速位置Ad后，暂时停止并向转移区间Em移动的方式，但是也可以在不在减速位置Ad处停止的情况下，在描绘平缓的圆弧状轨迹的同时向转移区间Em移动。相同地，在从转移区间Em向加速区间Ea移动时，也可以在不在加速位置Aa处暂时停止的情况下，在描绘平缓的圆弧状轨迹的同时向加速区间Ea移动。在上述实施方式中，作为测量对象物，使用了圆筒状的工件30，但是测量对象物也可以是其他的形状，例如如图4所示，能够适当地将本发明使用于涡轮叶片30A。而且，本发明并不限于涡轮叶片30A，也能够应用于其他的翼材、长条的加工品等。而且，本发明并不限于长条的测量对象物，对于块状、其他的块状的测量对象物也能够应用。
权利要求
1.一种截面形状测量方法，该方法是使用接触式的探头，在测量对象物的多个测量位置上测量上述测量对象物的截面形状的截面形状测量方法，其特征在于， 当沿经过上述测量位置并且绕上述测量对象物一周的路径移动上述探头时，使上述探头移动比上述测量对象物的一周的量长出了规定的重复区间的距离， 并且当使上述探头向下一个上述测量位置移动时，使上述探头的移动方向相对于上述截面形状相互接邻的方向倾斜而抵消上述重复区间的量。
2.根据权利要求I所述的截面形状测量方法，其特征在于， 上述重复区间是进行上述探头的加速的加速区间和进行上述探头的减速的减速区间，上述加速区间与上述减速区间之间的测量区间是测量对象物的一周的量。
3.根据权利要求I或2所述的截面形状测量方法，其特征在于， 自作为上述截面形状所获得的测量数据获取测量动作的起点和终点的位置，求出上述起点和上述终点的中点，分别将上述测量数据中的上述起点和上述终点变更为上述中点。
全文摘要
本发明提供一种截面形状测量方法，该方法是使用接触式的探头(17)测量工件(30)的多个测量位置(S1、S2、……)上的截面形状(F1、F2、……)的截面形状测量方法，当沿经过上述测量位置(S1、S2、……)并且绕工件(30)一周的路径移动探头(17)时，使探头(17)移动如下距离，即在作为测量对象物的一周的量的测量区间(En)上增加了比该测量区间长出了作为规定的重复区间的加速区间(Ea)和减速区间(Ed)的距离，并且，作为使探头(17)向下一个测量位置移动时的转移区间(Em)，其使探头(17)的移动方向相对于与截面形状相邻相互接邻的连续方向(L)倾斜而抵消重复区间的量。
文档编号G01B21/20GK102798368SQ20121016773
公开日2012年11月28日 申请日期2012年5月25日 优先权日2011年5月27日
发明者道胁宏和 申请人:株式会社三丰