阅读说明：本技术 圆柱形测量销直径的测量方法和装置 (Method and device for measuring diameter of cylindrical measuring pin ) 是由 雷金纳德·盖尔斯蒂恩 于 2018-01-22 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种方案,根据该方案,能够在使用可负担得起的,非复杂的且通用的测量装置的同时,快速且准确地测量多个圆柱形测量销(1A-1E)的直径。简而言之,本发明的关键特征通过使用具有同时保持结构(12)的二维跟踪装置(10)形成,同时保持结构(12)用于相对于装置框架(11)同时将测量销保持在固定位置,同时测量销彼此并排,并且测量销的中心轴线彼此平行,并且通过抵靠和沿着测量销的圆柱形外表面的第一圆形部分和第二圆形部分的径向相对的第一部分和第二部分跟踪来执行第一联合跟踪操作和第二联合跟踪操作,由此确定直径的测量值。(The invention provides a solution according to which the diameters of a plurality of cylindrical measuring pins (1A-1E) can be measured quickly and accurately while using an affordable, uncomplicated and versatile measuring device. Briefly, the key features of the invention are formed by using a two-dimensional tracking device (10) with a simultaneous holding structure (12), while the holding structure (12) is used to simultaneously hold the measuring pins in a fixed position relative to the device frame (11), while the measuring pins are side by side with the central axes of the measuring pins parallel to each other, and by performing a first and a second joint tracking operation by tracking against and along radially opposite first and second portions of a first and a second circular portion of the cylindrical outer surface of the measuring pins, thereby determining a measurement value of the diameter.)

圆柱形测量销直径的测量方法和装置

技术领域

本发明涉及一种用于测量相应圆柱形测量销的相应直径的方法和装置。

背景技术

圆柱形测量销是具有例如±1μm的公差的高精度测试量规。圆柱形测量销使用简单，并且非常适于测量制造中的工件上的测试，例如用于测试钻孔。图1示出了具有直径2A、中心轴线3A和圆柱形外表面4A的这种圆柱形测量销1A的示例。

通常，圆柱形测量销在存储箱中是可用的。这种存储箱通常容纳一大组许多圆柱形测量销，所有这些测量销都具有在一定直径范围内的不同直径。例如，储存箱可容纳100个圆柱形测量销，其直径从10.00mm的最大直径到5.05mm的最小直径以0.05mm的步长彼此不同。图2示出了具有不同直径2A-2E、中心轴线3A-3E和圆柱形外表面4A-4E的五个这样的圆柱形测量销1A-1E的示例。

每当必须对这样的一组圆柱形测量销进行一次校准时，该组的所有圆柱形测量销的直径必须进行精确地测量。优选地，这通过使用可负担得起的、非复杂的和普遍适用的测量装置来实现。

如图3所示，已知通过在通用单轴长度测量机100中使用两点测量来测量这种圆柱形测量销的直径。在图3中，测量技术人员手动地将图1的圆柱形测量销1A放置在机器100的测量点101和102之间。在其右侧，测量销1A由固定测量点101接触。在测量力103的作用下，测量销1A在其左侧由可移动测量点102接触。可移动测量点102的位置由具有线性引导105的线性测量系统104测量。测量销1A的测量直径2A被确定为测量点101和102之间的距离。测量的直径2A显示在机器100的显示器106上。

这种基于通用单轴长度测量机100的已知测量方法具有一些缺点。一个缺点是通用单轴长度测量机的精度高度依赖于测量技术人员的技能和熟练程度。另外，测量一个测量销的直径通常需要几分钟(例如，五分钟)。这意味着测量一组例如100个测量销的直径可能需要多个小时。另一缺点是直径的测量只在测量销外表面上的一对相互相对的位置进行。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种方案，根据该方案，对于大组的圆柱形测量销，可以更快和更精确地测量测量销的直径，同时仍然使用可负担得起的、非复杂的和普遍适用的测量装置。

为此，本发明提供了根据所附独立权利要求1的方法以及根据所附独立权利要求5的装置。本发明的优选实施方式由附加的从属权利要求2-4和6-8提供。

因此，本发明提供了一种用于测量相应的圆柱形测量销的相应直径的方法，所述相应的圆柱形测量销包括相应的中心轴线和相应的圆柱形外表面，所述方法包括以下步骤：

·设置二维跟踪装置，该二维跟踪装置包括：

-装置框架，

-同时保持结构，连接至所述装置框架，并且包括配置成用于实现同时保持条件的相应夹持器，在所述同时保持条件中，所述相应夹持器同时夹紧到所述相应圆柱形测量销上，从而相对于所述装置框架将所述相应圆柱形测量销保持在相应固定位置，同时所述相应圆柱形测量销彼此并排，并且所述相应圆柱形测量销各自的中心轴线彼此平行，

跟踪结构，连接至所述装置框架，并且包括第一跟踪点和第二跟踪点，

驱动结构，其配置成用于实现在所述同时保持条件下，第一跟踪点通过在垂直于中心轴线的第一平面中抵靠并沿着相应圆柱形测量销的相应圆柱形外表面的相应第一圆形部分跟踪来执行第一联合跟踪操作，并且驱动结构配置成用于实现在所述同时保持条件下，第二跟踪点通过在垂直于所述中心轴线的第二平面中抵靠并沿着相应圆柱形测量销的相应圆柱形外表面的相应第二圆形部分跟踪来执行第二联合跟踪操作，其中，如相对于所述相应的中心轴线观察，所述相应的第一圆形部分的至少相应的第一部分在直径上与所述相应的第二圆形部分的至少相应的第二部分相对，

-检测结构，配置用于检测所述第一跟踪点相对于所述装置框架的第一相对位置，并且配置用于检测所述第二跟踪点相对于所述装置框架的第二相对位置，

-处理器，配置用于基于在所述第一联合跟踪操作期间对所述第一跟踪点的所述第一相对位置的所述检测，并且基于在所述第二联合跟踪操作期间对所述第二跟踪点的所述第二相对位置的所述检测，确定所述相应直径的相应测量值，

·实现所述同时保持条件，

·执行所述第一联合跟踪操作，

·执行所述第二联合跟踪操作，

·通过所述处理器确定所述相应直径的所述相应测量值。

简而言之，本发明的关键特征通过使用具有所述同时保持结构的二维跟踪装置来形成，从而通过抵靠且沿着第一圆形部分和第二圆形部分的所述径向相对的第一部分和第二部分进行跟踪来执行所述第一联合跟踪操作和第二联合跟踪操作，从而确定在所述同时保持条件下测量销的直径的测量值。注意，二维跟踪装置是可负担得起的、非复杂的和普遍适用的测量装置。由于所述同时保持结构能够抵靠且沿着多个测量销共同沿着径向相对的圆形部分跟踪，因此快速且精确地测量多个测量销的直径。

例如，如果同时保持结构配置用于同时夹紧到10个圆柱形测量销上，则测量大组例如100个测量销的直径可几乎比基于通用单轴长度测量机的上述已知测量方法快10倍。另外，与上述已知的测量方法相比，本发明还提供了更高的精度，因为每个直径测量均不是基于一对径向相对的单点，而是基于一对径向相对的圆形部分。这意味着每个直径测量均可例如基于数学最佳拟合算法，根据该算法，所测量的直径被确定为最佳拟合该对径向相对的圆形部分的圆的直径。

在本发明的优选实施方式中，同时保持结构是二维跟踪装置的可更换模块，因为同时保持结构可从装置框架上拆卸下来，并且可通过二维跟踪装置的使用者附接至装置框架。同时保持结构的这种可互换的特性允许(可承受的和非复杂的)二维跟踪装置保持普遍适用。这不仅适用于多种其它测量目的，例如涉及测量与测量销完全不同的物体，而且适用于与测量多个测量销相关的多种测量目的，如根据本发明。例如，可以获得作为可更换模块的各种不同的同时保持结构的存货，每个模块均特别设计用于例如夹紧到不同种类的测量销和/或不同数量的测量销上。

更优选地，同时保持结构配置成使得：

当同时保持结构从装置框架上拆卸时，使用者可以将相应的圆柱形测量销安装到同时保持结构上

当使用者随后将同时保持结构与安装到其上的相应圆柱形测量销一起附接至装置框架上时，自动地实现所述同时保持条件。

通过这种方式，可以在将一个或多个可更换模块附接至装置框架之前，将多个测量销预先安装到一个或多个可更换模块上。这进一步提高了测量多个测量销的速度。例如，在装置中测量安装到第一可更换的同时保持结构的第一多个测量销的时间期间，测量技术人员可能已将第二多个测量销预先安装到第二可更换的同时保持结构。依此类推，以进一步提高测量引脚的倍率。通过这种方式，测量技术人员和装置可以彼此并行工作，从而将工作的速度和效率提高大约另一因子2。

在本发明的另一优选实施方式中，可以在二维跟踪装置的轴向方向上调节同步保持结构相对于装置框架的位置，其中所述轴向方向被限定为平行于所述中心轴线，如在所述同步保持条件中所看到的。这允许在沿着测量销的中心轴的各种不同轴向位置处快速执行直径测量。

附图说明

本发明的上述方面和其它方面将从以下仅通过非限制性实例并参考附图中的示意图描述的实施方式中变得显而易见并得以阐明。

图1以立体图形式示出了与本发明结合使用的圆柱形测量销的示例。

图2示出了具有不同直径的一组圆柱形测量销的示例。

图3示出了如现有技术中已知的、通过在通用单轴长度测量机中使用两点测量来测量圆柱形测量销的直径。

图4示出了根据本发明的二维跟踪装置的实施方式的示例，其中二维跟踪装置的同时保持结构在图4中未示出，而是在图5中分别示出。

图5示出了与图4的二维跟踪装置的装置框架连接的同时保持结构的实施方式的示例的细节，其中在图5的情况下，上述同时保持条件对于图2的各个圆柱形测量销有效，同时执行上述第一联合跟踪操作。

图6再次示出了图5的细节和情况，然而，这次执行上述第二联合跟踪操作而不是图5的第一联合跟踪操作。

图7示出了在图5的第一联合跟踪操作期间检测到的上述相应的第一圆形部分的第一曲线图，结合在图6的第二联合跟踪操作期间检测到的上述相应的第二圆形部分的第二曲线图。

图8示出了根据本发明的二维跟踪装置的另一实施方式的示例的细节，其中两个同时保持结构同时连接至图4的二维跟踪装置的装置框架。

图1-8中所用的附图标记以下述方式涉及本发明的上述部分和方面、以及相关的部分和方面。在所有附图1-8中，相同的附图标记表示相同的部分和方面。

1A-1J 圆柱形测量销

1K-1L 精确校准设定标准销

2A-2E 直径

3A-3E 中心轴线

4A-4E 圆柱形外表面

10 二维跟踪装置

11 装置框架

12 同时保持结构

14A-14F 夹持器

15 跟踪结构

16A-16B 驱动结构

17A-17C 检测结构

18 处理器

21 第一跟踪点

22 第二跟踪点

23 装置框架的保持器

24 同时保持结构的底板

25 跟踪臂

26 铰链轴

27 扫描单元

28 水平引导件

29 竖直引导件

31 受控向下压力

32 受控向上压力

41 下部水平梁

42 上部水平梁

51 相应第一圆形部分的第一图

52 相应第二圆形部分的第二图

具体实施方式

基于上面的介绍性描述，包括对附图的以上简要描述，以及基于在附图中使用的以上解释的附图标记，图1-8的所示示例大部分是容易自解释的。下面给出了额外的解释。

图中的阴影线部分4、5、6、8表示二维跟踪装置10的装置框架11。在附图中可以看出的是，装置框架11包括保持器23。该保持器23配置成用于与同时保持结构12的底板24连接(参见图5、6、8)，以便实现上述同时保持条件。

图4示出了二维跟踪装置10的跟踪结构15。跟踪结构15包括双侧跟踪臂25，双侧跟踪臂25具有第一跟踪点21和第二跟踪点22。跟踪臂25可绕安装在扫描单元27上的铰链轴26旋转。扫描单元27可由所示的第一马达16B在水平引导件28上水平移动，该水平引导件28可由所示的第二马达16A在竖直引导件29上竖直移动。第一马达16B和第二马达16A是二维跟踪装置10的上述驱动结构的部分。

在用跟踪臂25的第一跟踪点21执行的跟踪操作期间，第一跟踪点21将以受控的向下压力31(见图4)压靠在相关的测量物体上。在用跟踪臂25的第二跟踪点22执行的跟踪操作期间，第二跟踪点22将以受控的向上压力32(参见图4)压靠在相关的测量物体上。

在跟踪操作期间，通过装置10的检测结构的第一读取器/信号输出装置17C来检测跟踪臂25相对于扫描单元27的旋转角度30。同时，借助于装置10的检测结构的第二读取器/信号输出装置17B来检测扫描单元27相对于水平引导器28的水平位置，同时借助于装置10的检测结构的第三读取器/信号输出装置17A来检测水平引导器28相对于竖直引导器29的竖直位置。

应注意的是，图4、5、6、8的视图具有沿着上述轴向方向的观察方向，即平行于圆柱形测量销的中心轴线，如在同时保持条件下所考虑的。另外，应注意的是，图5、6示出了同时保持结构12的下部水平梁41和上部水平梁42，同时从观看者的角度来看，示出两侧跟踪臂25在所示的一对梁41、42的前面。应当理解的是，同时保持结构12实际上具有两对相同的这些梁41、42。这些对梁在轴向方向上相互间隔开，同时双侧跟踪臂25位于两对梁41、42之间的轴向某处。图5、6仅示出了轴向最远的一对梁41、42以及轴向位于其前面的两侧跟踪臂25。

在图5中可看到的是，在所示的例子中，同时保持结构12的夹持器14A-14F中的每个均由每个下部水平梁41中的V形槽与从每个上部水平梁42悬挂的推动器弹簧相结合而形成。在图5的情况下，夹持器14A-14E分别被夹紧到圆柱形测量销1A-1E上，而夹持器14F被夹紧到精确校准的设定标准销1K上。该精确校准的设定标准销1K是具有精确证明直径的圆柱形销。当执行上述第一联合跟踪操作和第二联合跟踪操作时，如图5和6所示，也可将设定标准销1K与圆柱形测量销1A-1E一起跟踪。在这些扫描过程中并入设定标准销1K使得处理器18能够在确定圆柱形测量销1A-1E的相应直径2A-2E的相应测量值时应用适当的微调设定，例如以补偿其中第一示踪点21和第二示踪点22之间的距离不够精确的情况。

图7示出了在由第一跟踪点21执行的第一联合跟踪操作期间检测到的圆柱形销1A-1E和1K的第一圆形部分的第一图51，如图5所示。图7还示出了在由第二跟踪点22执行的第二联合跟踪操作期间检测到的圆柱形销1A-1E和1K的第二圆形部分的第二图52，如图6所示。基于这些第一图51和第二图52，处理器18例如基于数学最佳拟合算法来确定圆柱形测量销1A-1E的直径2A-2E的测量值，根据该数学最佳拟合算法，每个测量值均被确定为最佳拟合所涉及的一对径向相对的第一圆形部分和第二圆形部分的圆的直径。

图8示出了一种情况，在该情况下，图5和6的保持结构12的两个相同样本通过其底板24同时连接至图4的二维跟踪装置10的装置框架11的保持器23。这两个保持结构12中的上部保持结构保持第一多个圆柱形测量销1A-1E以及精确校准的设定标准销1K。这两个保持结构12中的下部保持结构保持第二多个圆柱形测量销1F-1J以及精确校准的设定标准销1L。

虽然已经在前面的描述和附图中详细描述和说明了本发明，但是应将这种描述和说明认为是示例性的和/或说明性的，而不是限制性的；本发明不限于所公开的实施方式。

通过研究附图、公开内容和所附权利要求书，本领域技术人员在实施所要求保护的发明时可以理解和实现所公开的实施方式的其它变型。在权利要求中，词语“包括”"不排除其它元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。单个处理器或其它单元可实现权利要求中所述的几个项目的功能。为了进行清楚和简明的描述，在此将特征公开为相同或单独实施方式的一部分，然而，应当理解的是，本发明的范围可包括具有所公开的所有或一些特征的组合的实施方式。在相互不同的从属权利要求中陈述某些措施的事实并不表示不能有利地使用这些措施的组合。不应将权利要求中的任何附图标记解释为限制范围。