[发明专利]具有校准对象的旋转色度范围传感器系统及方法

说明书

一种用于坐标测量机(CMM)的色度范围传感器(CRS)光学探针的校准配置包含圆柱形校准对象和球形校准对象。所述圆柱形校准对象包含至少第一标称圆柱形校准表面，所述第一标称圆柱形校准表面具有沿Z方向延伸的中心轴线，所述中心轴线旨在大致平行于所述CRS光学探针的旋转轴线对准。所述球形校准对象包含具有第一多个表面部分的标称球形校准表面。所述CMM被操作以获得径向距离测量值并使用所述圆柱形校准对象的径向距离测量值来确定圆柱形校准数据，并使用所述球形校准对象的径向距离测量值来确定球形校准数据。

技术领域

本公开总体上涉及精密测量仪器，并且更具体地涉及诸如可以与坐标测量机(CMM)一 起使用以确定工件的测量值的色度范围传感器光学探针。

背景技术

在一种类型的坐标测量机中，用探针扫描工件的表面。在扫描之后，提供工件的三维轮 廓。在一种类型的扫描探针中，通过使探针的机械触点与沿工件表面的各个点接触来直接测 量工件。在一些情况下，机械触点是球。

在其它坐标测量机中，利用光学探针，该光学探针在不与表面物理接触的情况下测量工 件。某些光学探针(例如，三角测量探针)利用光来测量工件表面点，并且一些光学探针包括用于对工件表面的2-D部分进行成像的摄像机(例如，立体视觉系统或结构化光系统)。在 一些系统中，经由图像处理软件确定工件的几何元件的坐标。

使用光学和机械测量传感器两者的某些“组合”坐标测量机也是已知的。在美国专利号 4,908,951中描述了一种这样的装置，该专利的全部内容特此通过引用并入本文。所描述的设 备具有两个主轴，一个主轴承载机械探针，一个主轴保持具有光束路径的摄像机，激光学探 针同时反射到所述光束路径中以在Z坐标中(即，沿着摄像机的光学轴线)进行测量。

美国专利号5,825,666描述了一种光学坐标测量机，其中，该装置的光学接触探针在其远 端上、在标准探针的接触元件上具有第一目标，该专利的全部内容特此通过引用并入本文。 标准探针安装在摄像机上以对摄像机上的目标成像。该目标在X和Y坐标中的移动和位置由 机器的计算机图像处理系统指示。第二目标安装在探针的近端并指示Z坐标中的移动和位置。 第二目标可以遮蔽光电检测器，但是可以通过平行于X、Y平面的光束聚焦在摄像机上。平 行于X、Y平面的正交光束可以照射第二目标。然后，当使用星形探针时，计算机可以计算围绕Z轴的旋转。还公开了用于保持多个探针的自动更换架、探针保持器和用于选择性地安 装在摄像机上的透镜。

光学探针和/或坐标测量机还可以包含旋转元件，以例如使光学探针的光学笔相对于轴线 旋转。另外，光学元件可以包含放置在源光束路径中的反射元件，该反射元件沿与源光束不 同的方向引导测量光束。

相关问题涉及由坐标测量机使用旋转光学笔进行的测量的误差，诸如半径、旋转角度、 Z位置误差，其可以具有非线性分量。常规上，可以使用干涉仪来执行校准以解决此类误差。 然而，特别是对于旋转探针，使用干涉仪进行的校准难以准确地执行。另外，这种校准可能 难以在诸如制造设施之类的测量地点执行。

需要一种用于校准联接到坐标测量机的色度范围传感器光学探针的配置和方法，该坐标 测量机提供关于此类问题的改进。

发明内容

本发明内容的提供是为了以简化形式引入下文在具体实施方式中进一步描述的概念的选 择。本发明内容并非旨在标识要求保护的主题的关键特征，也并非旨在用于辅助确定所要求 保护的主题的范围。

提供了一种用于提供用于坐标测量机(CMM)的校准数据的校准系统。校准系统包含 CMM，该CMM包括光发生电路系统、波长检测电路系统和CMM控制电路系统，以及被配 置成联接到CMM的色度范围传感器(CRS)光学探针。所述CRS光学探针包括光学笔，所 述光学笔具有包含至少共焦孔径和色散光学器件部分的共焦光学路径。所述光学笔被配置成 相对于旋转轴线沿径向方向引导径向距离感测光束，使所述径向距离感测光束围绕所述旋转轴线旋转，并且沿靠近待测量工件表面的测量轴线将不同波长聚焦在不同距离处。校准系统包含圆柱形校准对象和球形校准对象。