制造方法和设备与流程

制造方法和设备
1.本发明涉及制造方法和制造设备。
2.用于部件的自动化组装的设备是已知的。例如，us 6266869描述了一种用于组装计算机硬盘驱动器的各个部件的设备和相关联的方法。特别地，us 6266869描述了一种组装设备或机器人，其包括可以沿着三条正交轴线(x、y和z)移动的臂。该可移动臂承载了用于拾取部件的真空夹头、粘合剂分配喷嘴以及用于固化所沉积的粘合剂的紫外光源。放置在设备的平层上的托盘承载了多个待组装的部件。在使用中，首先使用胶水喷嘴将粘合剂分配到第一部件的所选区域上。然后由真空夹头拾取第二部件并且将其放置在第一部件上。这些部件被局部成像系统成像，以建立这些部件相对于彼此的位置。然后使用来自uv光源的uv辐射来固化该粘合剂。以这种方式，可以自动地组装硬盘驱动器的各个子组件。尽管us 6266869中描述的类型的自动化组装设备允许某些部件的自动化组装，但是这样的设备以高精度组装复杂结构的能力是有限的。
3.先前也已经提出使用stewart平台或六足机器来完成部件的放置。例如，de 10055185描述了一种使用六足机器将部件放置在安装于可旋转台上的衬底上的技术。然而，与us 6266869一样，使用这样的设备进行复杂制品的高精度自动化制造的能力是有限的。
4.根据本发明的第一方面，提供了一种用于制造制品的方法，该方法包括使用坐标测量机器来获得制品的第一(已经组装好的)零件的(坐标)测量结果，并且根据第一零件的(坐标)测量结果相对于第一零件以预定的空间关系来定位该制品的第二零件。
5.坐标测量机器特别适于测量物体的点坐标，并且与定位机器不同，定位机器被提供用于将部件在该机器的工作体积内定位(例如，被支撑在该机器的可移动平台上)。这样的定位机器特别适于定位或放置物体的任务，但不特别适于执行测量功能，至少不适于测量物体的表面上的点坐标。定位机器的常见示例是例如在pcb制造业中使用的拾取放置机器，该机器盲目地从托盘中拾取零件并且将这些零件放置在pcb衬底上。需要例如使用参考特征或基准来进行某种配准过程，以确保该机器在从正确的位置拾取并且pcb处于机器预期其所在的位置，但是拾取放置机器不对已经在pcb上的零件执行任何测量，特别是在放置后续部件时不依赖于此测量结果。
6.本发明的实施例可以被认为是一种度量辅助的制造方法，其中坐标测量机器(或度量机器)被用于以高精度来测量零件的主要目的，但是还被赋予了基于所进行的测量、相对于被测量的零件来放置或定位其他零件的附加功能。利用这样的技术，制造方法的精度仅受坐标测量机器本身的精度限制，并且不依赖于例如复杂和/或昂贵的夹具系统。此外，在优选实施例中，其中，被放置或组装到制品上的零件保持离开制品的表面并且(例如通过在间隙中施加可固化粘合剂并使之固化)被固定在适当位置，其上将被放置零件的衬底不需要特别精确地形成或保持，因为被组装到衬底上的零件的相对定位完全由坐标测量机器的度量精度决定，而与衬底或夹具完全无关；基于坐标测量机器的精度，零件以正确相对位置有效地“浮动”在衬底上方。坐标测量机器的这种新型用途提供了显著的制造优点。
7.该制品的第一零件可以是或可以包括该制品的特征(例如，一体特征)，其中，该第
二零件相对于该特征被定位。换句话说，第一零件不一定是可与制品分离的(或先前已经组装或放置到制品上的)零件；取而代之，第一零件可以简单地是制品的一体部分，比如孔、凹部、突起或形成在制品的表面上或表面中的其他这样的几何形状或特征。
8.该方法可以包括使用该坐标测量机器来获得该第二零件的(坐标)测量结果，其中，根据该第一零件和该第二零件的(坐标)测量结果，该第二零件相对于该第一零件以该预定的空间关系被定位。
9.该第一零件的测量结果可以用于建立用于该第一零件的参考系；该第二零件的测量结果可以用于建立用于该第二零件的参考系；可以建立该第一参考系与该第二参考系之间的关系；并且可以使用所建立的关系将该第一零件和该第二零件移动到共用参考系中的预定的空间关系。
10.建立该第一参考系与该第二参考系之间的关系可以包括确定与这两个参考系中共用或重合的至少一个点或特征相关的位置信息。
11.该共用参考系可以是第一零件的参考系。
12.第一参考系和第二参考系可以分别是第一坐标系和第二坐标系。所建立的关系可以是第一坐标系与第二坐标系之间的坐标变换。
13.预定的空间关系可以以多于三个自由度定义(或指定)，并且可以获得(第一零件和/或第二零件的)测量结果，并且这些测量结果可以是能够实现这一点的类型。
14.相对于第一零件来定位第二零件可以包括使(或控制该机器来使)该第二零件相对于该第一零件在多于三个自由度上移动，例如在四个自由度或五个自由度或六个自由度上移动。相对于第一零件来定位第二零件可以包括致动该机器的在数量上对应于自由度的轴线。例如，相对于第一零件来定位第二零件可以包括致动该机器的四条轴线(以使该第二零件相对于该第一零件在四个自由度上移动)，或者致动该机器的五条轴线(以使该第二零件相对于该第一零件在五个自由度上移动)，或者致动该机器的六条轴线(以使该第二零件相对于该第一零件在六个自由度上移动)。相应地，取决于所涉及的自由度的数量，相对于第一零件来定位第二零件可以被称为四轴定位、五轴定位或六轴定位。例如通过将第一零件和第二零件中的一者或两者支撑在旋转式台上，或者经由铰接头(比如雷尼绍公司(renishaw)探针头)，定位甚至可以是在多于六个自由度上。
15.(第一零件和/或第二零件的)测量结果可以是三维测量结果，即在三个维度上的测量结果。
16.(第一零件和/或第二零件的)测量结果可以在三个或更多个自由度上。
17.这些测量结果可以通过在三个或更多个自由度上、优选地在四个自由度上、更优选地在五个自由度上、并且更优选地在六个自由度上移动(或控制该机器来引起移动)来获得。
18.这些测量结果可以通过使(或控制该机器来使)测量装置在三个或更多个自由度上、优选地在四个自由度上、更优选地在五个自由度上、并且更优选地在六个自由度上移动来获得。测量装置可以是下文列出的类型(例如，探针、接触探针、触碰探针、触碰触发探针、模拟探针、扫描探针或基于相机的测量装置)。
19.获得(第一零件和/或第二零件的)测量结果可以包括致动该机器的三条或更多条轴线(或自由度)，例如四条轴线或五条轴线或六条轴线。例如，当机器是包括六个可伸出腿
(对应于六条轴线)的六足坐标测量机器时，这些测量结果可以通过致动所有六个可伸出腿(所有六条轴线)来获得。
20.(第一零件和/或第二零件的)测量结果可以是坐标测量结果。
21.(第一零件和/或第二零件的)测量结果可以是点坐标测量结果。
22.(第一零件和/或第二零件的)测量结果可以是(或可以包括)机器坐标(或由其得出的坐标)。机器坐标可以在机器坐标系内定义(例如，与零件坐标系或全局坐标系相对)。
23.相对于第一零件来定位第二零件可以包括控制该机器采用一系列不同的机器坐标(在机器坐标系内)。
24.(第一零件和/或第二零件的)测量结果和该第二零件的定位可以是基于相同机器坐标系(或在相同机器坐标系内执行)。
25.坐标测量机器可以包括多个(或一组)测量换能器(例如，线性和/或旋转式编码器；或长度测量换能器和/或角度测量换能器)，其中，相同的所述多个(或一组)测量换能器被用于获得(或得出)(第一零件和/或第二零件)的测量结果并且基于这些测量结果来定位第二零件。
26.测量结果可以基于坐标测量机器的整个度量回路或者由其得出。这与例如通过附连至定位机器(比如机器人)的末端执行器上的基于相机或基于激光的视觉系统进行测量的系统不同，其中该机器人仅仅用于将视觉系统放置在目标的范围内，并且基于来自该视觉系统的实时反馈将末端执行器(和由末端执行器保持的任何部件)引向目标，而不考虑来自构成铰接机器人臂的旋转式接头的旋转式编码器的测量结果。根据本发明的实施例，有可能确定一组完整的机器坐标，这组机器坐标在被机器设定时，使第二零件相对于第一零件以预定的空间关系被放置。
27.相对于第一零件以预定的空间关系来定位第二零件可以包括：根据(第一零件和/或第二零件的)测量结果来计算一组机器坐标，这将使该第一零件和该第二零件定位成该预定的空间关系；以及控制该机器采用计算出的机器坐标。可以控制该机器直接或基本上直接采用计算出的机器坐标，即基本上通过单次移动。这将与例如可能基于来自单独的相机或成像系统的视觉反馈而执行的一系列迭代或递增的较小移动形成对比。
28.该方法可以包括控制该机器将该第一零件和该第二零件保持在该预定的空间关系，同时执行操作以将处于该预定的空间关系的该第一零件和该第二零件固定。这可以使得第二零件能够从第二平台释放，而第一零件和第二零件仍处于预定的空间关系，而不需要来自第二平台的支撑。
29.控制该机器将该第一零件和该第二零件保持在该预定的空间关系可以包括控制该机器维持计算出的机器坐标。
30.该固定操作可以包括：施加固定介质，该固定介质在该第二零件与该第一零件处于该预定的空间关系时与该第二零件接触；以及活化该固定介质以将处于该预定的空间关系的该第一零件和该第二零件固定。
31.该方法可以包括在将该第一零件和该第二零件移动到该预定的空间关系之前施加该固定介质，并且然后在该第一零件和该第二零件处于该预定的空间关系时活化该固定介质。
32.该固定介质可以是可固化粘合剂，其中，活化该固定介质可以包括固化该粘合剂。
33.该固定操作可以包括焊接过程，其中该固定介质及该固定介质的活化是执行焊接过程的结果。例如，固定材料可以是焊接过程产生的焊接(例如，熔化的)材料，其中，该固定材料的活化是焊接材料的硬化或冷却。
34.焊接过程可以是激光焊接过程，但还可以是结合过程、摩擦焊接过程、电子束焊接过程、热空气结合过程或电化学过程。
35.有利地，当第一零件和第二零件处于预定的空间关系时，该第二零件不直接接触(例如，不触碰)该制品的任何其他零件，至少不以会妨碍或干扰或影响该预定的空间关系的方式直接接触其他零件。
36.该方法可以包括当处于该预定的空间关系时在该制品的第二零件与任何其他零件之间留下间隙。
37.该间隙可以至少部分地被在固定操作中施加的固定介质桥接。
38.该间隙优选地至少为25μm、更优选地至少为50μm、更优选地至少为100μm，例如被确定为相关零件之间的重叠区域的平均值。
39.该方法可以包括使用所建立的关系来确定施加固定介质的位置。
40.该机器可以包括可相对于彼此移动的第一平台和第二平台，并且该方法可以包括将第一零件支撑在该第二平台上以及将第二零件支撑在该第一平台上。相对于第一零件来定位第二零件可以包括控制该机器使第一平台和第二平台相对于彼此移动。
41.将第二零件支撑在第一平台上可以包括使用被支撑在该第一平台上的拾取装置来拾取该第二零件。
42.该拾取装置可以包括夹持器。
43.该第二零件在被第一平台支撑时，可以运动学地(或至少伪运动学地)联接到拾取装置。该拾取装置可以设置有一组运动学(或至少伪运动学)特征，当第二零件由第一平台支撑时，这些特征与第二零件接合。该第二零件可以设置有对应的一组运动学(或至少伪运动学)特征，这些特征与拾取装置的运动学(或至少伪运动学)特征接合。在拾取装置与第二零件之间的相对约束需要在小于六个自由度上的情况下，则与该拾取装置的运动学(或至少伪运动学)特征接合的第二零件表面可以被相应地设计，以便实现所需的约束程度。例如，在第二零件是球珠的情况下，并且相对于拾取装置的约束仅需要在三个平移自由度上(允许围绕球珠的中心在三个自由度上旋转)，则通过在该拾取装置上具有运动学特征(例如，在对应于球珠的球形表面上布置三个点状触点)来实现足够的运动学联接。
44.该方法可以包括使用该第二零件的模型以及借助于运动学联接对该第二零件相对于该第一平台的位置的了解来获得该第二零件的测量结果，而不是使用该坐标测量机器来获得该第二零件的测量结果。
45.第一平台可以是可移动平台，并且第二平台可以是固定平台。
46.该方法可以包括使用被支撑在该第一平台上的第一探针来测量该第一零件。
47.利用该第一探针来测量该第一零件可以包括使该第一平台和该第二平台相对于彼此移动，以使该第一探针与该第一零件处于感测关系。
48.该第一探针可以是可移动探针。
49.该第一探针可以是接触探针。该第一探针可以是触碰探针。该第一探针可以是触碰触发探针。该第一探针可以是模拟探针。该第一探针可以是扫描探针。
50.该方法可以包括使用被支撑在该第二平台上的第二探针来测量该第二零件。
51.利用该第二探针来测量该第二零件可以包括使该第一平台和该第二平台相对于彼此移动，以使该第二探针与该第二零件处于感测关系。
52.该第二探针可以是固定探针。
53.该第二探针可以是接触探针。该第二探针可以是触碰探针。该第二探针可以是触碰触发探针。该第二探针可以是模拟探针。该第二探针可以是扫描探针。
54.该方法可以包括利用该第二探针来测量该第一探针和/或者反过来，以建立该第一参考系与该第二参考系之间的关系。
55.利用该第二探针来测量该第一探针和/或者反过来可以包括使该第一平台和该第二平台相对于彼此移动，以使该第一探针和该第二探针彼此处于感测关系。
56.第一探针和第二探针可以各自包括触针尖端(具有触针尖端的触针)。当第一平台和第二平台相对于彼此处于将使第一探针和第二探针的触针尖端(的相应中心)位于相同位置的位置时，该共用或重合点可以是该第一探针和该第二探针的触针尖端的中心点。
57.当该第一探针和该第二探针中的一者是触碰触发探针并且该第一探针和该第二探针中的另一者是扫描探针或模拟探针时，该方法可以包括使用外推至零技术来测量或表征该触碰触发探针的触针尖端的表面并且由其确定该触针尖端的中心点。
58.该第二零件可以被支撑在可旋转工作台上。该可旋转工作台可以被支撑在第一平台上。相对于第二零件来定位第一零件可以包括控制该机器使可旋转工作台相对于第一平台旋转。
59.制品(以及与其一起的第一零件)可以被支撑在可旋转工作台上。该可旋转工作台可以被支撑在第二平台上。相对于第二零件来定位第一零件包括控制该机器使工作台相对于第二平台旋转。
60.第一平台和第二平台可以相对于彼此在多于三个自由度上移动，以相对于第一零件来定位第二零件。
61.第一零件可以是制品的支撑件或衬底零件。
62.该第一零件和该第二零件可以是该制品的在该制品的使用中具有功能的操作性零件，而不仅仅是仅在制品该制造期间具有功能的参考特征、基准等。
63.这些零件可以是最终制品的功能上和/或机械地和/或光学地相互关联的零件。
64.在所得制品中该第二零件可以被支撑在第一零件上。如果以这种方式支撑若干零件，就会产生堆叠式或串联式布置。在该固定操作中使用的固定介质可以被设置在第一零件与第二零件之间。在该固定操作中使用的固定介质可以被设置成与第一零件和第二零件接触。
65.在所得制品中该第一零件和该第二零件可以被支撑在该制品的基础零件上。可能的情况下是第一零件和第二零件不是直接支撑在彼此上。如果以这种方式支撑若干零件，就会产生并排或并联的布置。在该固定操作中使用的固定介质可以被设置在第二零件与基础零件之间。在该固定操作中使用的固定介质可以被设置成与第二零件和基础零件接触。
66.零件的并联布置与串联布置的组合也是可能的。
67.第一零件可以是或可以包括该制品的基础零件或衬底。
68.该方法可以包括使用除探针外的测量装置来获得测量结果。可以使用比如相机等
测量装置。这种基于相机的测量装置可以包括至少两个、优选地三个成像传感器，这些成像传感器相对于目标(即，被测量的零件)以不同的相应角度或取向布置。可以使用非接触测量装置。可以使用光学测量装置。
69.获得零件的测量结果可以包括获得该零件的一个或多个特征的测量结果。
70.获得零件的测量结果可以包括获得该零件的表面上的一个或多个离散点的测量结果。
71.该坐标测量机器可以是适于通过利用探针来感测物理物体的表面上的离散点而在三个维度上测量该物体的几何形状或几何特征的机器。
72.该坐标测量机器可以是具有坐标测量装置、比如探针的机器，该坐标测量装置用于测量物体的表面上的点的坐标。
73.该坐标测量机器可以是非笛卡尔坐标测量机器。
74.该坐标测量机器可以是并联运动学坐标测量机器。这样的测量机器可以具有多个并联地布置而不是串联地布置的度量轴线和/或驱动轴线，使得与相应轴线相关联的定位误差不会像它们在串联运动学坐标测量机器中那样是累积的；这通常使得测量精度提高并且度量结果更好。
75.该坐标测量机器可以包括多个可伸出腿。
76.该坐标测量机器可以是包括六个可伸出腿的六足坐标测量机器。或者该机器可以是包括五个可伸出腿的五足机器。或者该机器可以是包括四个可伸出腿的四足机器。
77.该坐标测量机器可以呈具有多个串联布置的旋转式接头的铰接臂的形式。这可以被认为类似于通常被称为机器人臂的机器。
78.该坐标测量机器的测量精度(或误差)可以小于50μm、更优选地小于25μm、更优选地小于10μm、更优选地小于5μm、并且更优选地小于1μm。
79.该坐标测量机器的机器坐标可以包括分别与多个可伸出腿的长度相关和/或从该长度得出的值。
80.这多个测量换能器可以分别与这多个可伸出腿相关联。
81.第二零件和用于获得第一零件的测量结果的测量装置(例如，探针)可以同时被支撑在机器的共用平台上，当测量该第一零件以及当定位第二零件时，该平台被移动。
82.该方法可以包括对制品的一个或多个附加的第二零件重复该方法。在该方法的每次重复执行中，第一零件可以是由该方法的任何先前执行产生的该制品的任何一个或多个零件。
83.在该方法的至少一次重复执行中第一零件可以包括来自该方法的任何先前执行的至少一个第二零件。
84.在该方法的后续执行中，来自该方法的先前执行的第二零件(现在被认为是第一零件，因为它已经被放置在制品上，新的第二零件正在被放置)可以是由坐标测量机器测量的零件之一，并且被用于定位该新的第二零件。也有可能的是，在该方法的后续执行中不测量来自该方法的先前执行的第二零件(现在是第一零件，因为它已经被放置在制品上)，而是在定位新的第二零件时依赖于对制品的其他零件的(新的或预先存在的)测量结果。
85.在该方法的至少一次重复执行中使用该机器来获得第一零件的测量结果可以相当于使用在该方法的先前执行中获得的该第一零件的测量结果。换句话说，如果在该方法
的先前执行中已经测量了第一零件，则不需要再次测量，仅仅需要(使用坐标测量机器，例如其机器控制器)取得已经对第一零件获得的测量结果。
86.该第二零件或每个第二零件可以是或可以形成轴承组件的一部分，该轴承组件用于坐标定位机器的可伸出腿；或者可以是触针的球珠或尖端，该触针用于测量探针。该第一零件可以是或可以形成读取头或读取头保持器的一部分，该读取头或读取头保持器用于坐标定位机器的可伸出腿；或者可以是触针的杆，该触针用于测量探针。
87.相应地，本发明适用于制造用于坐标定位机器的可伸出腿和/或用于测量探针的触针的方法。
88.根据本发明的第二方面，提供了一种制造具有多个零件的制品的方法，该方法包括：对于这多个零件中的第一所选零件，至少执行根据本发明第一方面的方法的测量步骤和定位步骤，以将第一所选零件定位在制品上；以及对于该多个中零件的每个随后所选零件，至少执行根据本发明第一方面的方法的定位步骤，并且可选地还执行测量步骤，以将随后所选零件定位在制品上，其中，该定位步骤使用当对当前所选零件和/或任一先前所选零件执行该方法时获得的测量结果。
89.这多个零件中的至少一个可以是在执行该方法的过程期间由这多个零件中的多个其他零件制成的模块。
90.根据本发明的第三方面，提供了一种制造系统或设备，该制造系统或设备包括坐标测量机器，该坐标测量机器被配置为执行根据本发明的第一方面或第二方面的方法。
91.根据本发明的第四方面，提供了一种计算机程序，该计算机程序在被用于坐标测量机器的控制器运行时，使该控制器操作该坐标测量机器来执行根据本发明的第一方面或第二方面的方法。
92.根据本发明的第五方面，提供了一种计算机可读介质，在其中存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令用于控制坐标测量机器执行根据本发明第一方面或第二方面的方法。
93.零件的“位置”应被理解为零件的在适当数量的自由度上的位置和/或取向。特别地，术语“位置”和“定位”不应被理解为限于仅描述平移移动(例如，在x轴、y轴、z轴上的移动)，而是旨在描述在相关数量的自由度上的平移移动和旋转移动或它们的组合。例如，在位置是以六个自由度定义的情况下，则位置和取向两者是相关的。然而，如果位置是仅以三个自由度定义的，则这可能包括或不包括取向。本文使用的术语“位置”和“定位”将被相应地解释。
94.现在将通过示例的方式参考附图，在附图中：
95.图1a是六足坐标测量机器的示意图，该六足坐标测量机器具有六个可伸展腿；
96.图1b是自下而上布置的示意图，比如图1a所示；
97.图1c是自上向下布置的示意图，是图1b的自下而上布置的替代方案；
98.图2至图12是示意图，示出了体现本发明的制造方法的各个阶段；
99.图13是示出由该方法得到的制品的示意图；
100.图14是概述根据本发明的实施例的制造方法的流程图；
101.图15至图22是展示本发明的实施例中参考系的构思的示意图；
102.图23展示了通过体现本发明的方法制造的制品的多个零件的更现实的布置；
103.图24和图25提供了通过体现本发明的方法制造的制品的更现实且实际的实现方式；
104.图26示出了确定探针重合点与被支撑在移动平台上的制品的零件上的特定点之间的偏离量，用于在改变移动平台的旋转中心时使用；
105.图27展示了已经重复该制造方法来将制品的附加第二零件并排放置在基础零件上；
106.图28展示了图27的替代方案，其中第一零件仅包括先前实施例的基础零件；
107.图29和图30分别展示了图27和图28的并排布置的替代性堆叠布置；
108.图31展示了使用该构思来组装一个或多个模块，然后应用相同的构思来将这一个或多个模块组装成更大的整体(或复杂的产品)；
109.图32展示了将体现本发明的方法应用于度量触针的制造；
110.图33示出了第二零件到基础零件上的替代性放置，其中，第二零件的至少一个点触碰该基础零件；以及
111.图34更详细地示出了轴承组件的v形槽如何与夹持器的球珠运动学地接合。
112.图1a示意性地展示了非笛卡尔坐标测量机器10。该坐标测量机器10总体包括可移动平台12和固定平台14，该可移动平台和该固定平台由设置在它们之间的多个伸缩式或可伸出腿16支撑并且相对于彼此移动。可移动平台12和固定平台14也可以被称为工作台(或结构或零件)，并且可伸出腿16也可以被称为支柱(或致动器)。在存在六个这样的可伸出腿16的情况下(如图1a所展示)，该机器通常被称为六足机器。
113.可伸出腿16通常经由球接头18安装在平台12、14上，其中，每个腿16在其一端或两端处具有各自的球接头18(如图1a所展示)，或者在一端或两端处与相邻的腿16共享一个球接头18。每个可伸出腿16通常被形成为一对管，其中，通过驱动机构(例如，线性马达)使一个管在另一个管内伸缩地移动，以提供可伸出腿16的伸出和缩回，如每个可伸出腿16内的箭头所指示，并且如例如在wo 2017/174966中更详细描述的。如wo 2007/144573中所述，还可以在每个支柱的驱动零件和度量零件之间提供一定程度的分离。
114.通过将腿16伸出不同的量可以实现可移动平台12与固定平台14之间的不同的相对位置。任意时刻的相对位置由多个长度测量换能器17监控，其中，每个可伸出腿16有一个这样的换能器。每个长度测量换能器17可以包括与读取头配对的编码器标尺，其中，编码器标尺适当地安装在一对伸缩管中的一个上，并且读取头适当地安装在另一个伸缩管上。腿16的伸出因此导致编码器标尺移动经过读取头，从而允许测量可伸出腿16的长度。计算机控制器15操作来设定每个可伸出腿16的长度，以提供平台12、14之间所需的相对移动。通过具有六个这样的长度测量换能器17，可以在六个对应的相应自由度(三个平移自由度和三个旋转自由度)上测量相对位置。
115.工件19安装在下(固定)平台14上，并且测量探针13安装在上(可移动)平台12上。在上(可移动)平台12和下(固定)平台14之间限定了工作体积(或操作体积)11，其中，通过操作这些可伸出腿16将测量探针13定位(即，被移动到期望位置)在工作体积11中。图1a的布置可以被称为自下而上布置，因为可伸出腿16从固定平台14向上伸出到可移动平台12。这种布置在图1b中示意性地展示。替代性地，如图1c中示意性地展示的，对于自上向下布置，可伸出腿16从固定平台14向下伸出到可移动平台12，其中，测量探针13安装至可移动平
台12的下表面，并且工件安装至固定平台(或结构)14的在可移动平台下方的另一部分。在wo 2019/073246中更详细地讨论了这些类型的布置，该文献还描述了非六足驱动布置与六足度量布置的结合使用。
116.现在将参考图2至图12来描述根据本发明的实施例的制造方法。该方法可以被描述为一种度量辅助制造或组装方法，利用了参考图1a描述的类型的坐标定位机器10。图2至图12示出了在该方法的不同阶段中的机器10，这将在下面变得清楚。
117.本实施例的机器10包括一组可伸出腿16、第一平台12和第二平台14，其中，第一平台12通过可伸出支腿16的操作可相对于第二平台14移动，正如上文参考图1a所描述的。相应地，在本实施例中，第一平台12是可移动平台，并且第二平台14是固定平台。本实施例的机器10与图1a所示的机器的不同之处主要在于附接到可移动平台12的东西和放置在固定平台14上的东西，当然还在于机器如何操作。
118.工具支撑件22经由套筒20附接到第一(可移动)平台12，其中，第一(可移动)测量探针30、夹持器50和涂胶器90附接到工具支撑件22。在第二(固定)平台14上，设置了第二(固定)测量探针40，以及在该方法中制造(或组装)的制品的各个零件60、70和80。由于仅在二个维度上示意性地呈现三维机器存在局限性仅在图8(这是该方法开始实施的阶段)中示出涂胶器90，但是所有三个工具40、50和90都同时被支撑在工具支撑件22上(并且因此也经由套筒20支撑在可移动平台12上)。套筒20具有合适的长度，以将工具支撑件22(特别是工具40、50和90)放置在机器的工作体积11中的合适位置。
119.利用以上布置，尤其可以看到存在两个探针：第一(可移动)探针30设置在第一(可移动)平台12上，并且第二(固定)探针40设置在第二(固定)平台14上。这种布置的原因将在下文中变得清楚。第一探针30具有触针尖端(或探针尖端)32，并且第二探针40具有触针尖端(或探针尖端)42。
120.同样如图2所示，正被组装的制品具有：基础零件60；第一零件70，该第一零件已经固定到基础零件60；以及第二零件80，该第二零件将以与第一零件70的预定的空间关系放置(作为该方法的一部分)到基础零件60上。第一零件70具有代表性特征72，并且第二零件80具有代表性特征82，并且特别重要的是，在最终制品中，这些代表性特征72、82相对于彼此精确地定位。基础零件60(以及与其一起的第一零件70)经由第一支撑件21被支撑在固定平台14上，而第二零件80经由第二支撑件23被支撑在固定平台14上；这些固定的支撑件21、23用于将所支撑的零件升高到更方便进行测量和/或操纵的高度，但是也可以提供夹具功能以将所支撑的零件保持在适当位置。
121.现在简要地参考其他已知的制造技术，将本发明的实施例纳入背景中，当将部件组装到印刷电路板上时，将部件绝对地或相对于其他部件、非常精确地定位在电路板上通常不是关键的。相反，允许合理程度的制造容差，因为仅仅需要将部件的触点定位在电路板上正确的相应焊盘上方，以使得该部件将经由焊料与该焊盘电接触。在这方面，大多数印刷电路板组件(pcba)的制造是使用包括回流软焊接阶段的表面安装技术进行的。在这种技术中，在部件放置之前，板的焊盘被镀上焊膏。然后使用自动化“拾取和放置”机器将部件依次放置在板的适当焊盘上，释放每个部件以使其仅被未固化的焊膏非常松散地保持，即部件在被拾取和放置机器释放之前没有被固定或没有被牢固地保持在适当位置。然后将板放置到回流焊接炉中，该回流焊接炉通常包括多级，用于逐渐加热(例如，使用经加热的气体或
红外辐射)整个板，直到达到焊膏熔化或回流的温度为止。然后，板慢慢冷却，于是熔融的焊料凝固并且将部件牢固地固定在适当位置。
122.通过如上所述的pcba的制造，由于焊盘的尺寸相对较大，部件在电路板上的放置不需要非常精确。对于us 6266869(上文进一步描述)的基于图像的系统方法，其中正组装在一起的部件被成像(例如视频)系统成像以建立它们相对于彼此的位置，该方法计算量大(并且因此相对缓慢)，并且由于是基于图像的方法而相对不精确。此外，部件在被机器释放之后、并且在回流焊接炉中被加工之前，可能会轻微偏离量，但这在pcba制造的背景下无关紧要，因为不要求精确的空间定位，仅要求可靠的电连接。
123.对于本发明的实施例，假设需要比这些已知方法可能达到的更高的位置精度，并且特别地，假设第一零件70和第二零件80必须相对于彼此以预定的空间关系精确地固定。
124.考虑到这一点，在图2中可以看出，由于基础零件60的表面上有小缺陷(例如，凸起)62，因此第一零件70(特别是代表性特征72)相对于基础零件60成微小角度。重要的是，第二零件80(特别是代表性特征82)与第一零件70(特别是代表性特征72)精确地对准，而不管与已经放置的零件相关联的任何位置不精确或缺陷。例如，如果采用简单的拾取放置机器将第二零件80放置在基础零件60上，如以上提到的pcba示例，则基础零件60上的缺陷62的存在将不会被考虑，从而第二零件80(特别是代表性特征82)将不会最终与第一零件70(特别是代表性特征72)精确地对准。还可能的是，基于图像的方法无法检测到这样的小缺陷或未对准和/或无法以足够高的刷新速率来检测。对于pcba制造来说，假设衬底完全是平面的就足够了，但是本发明的实施例适用于将零件70、80精确定位在有缺陷和/或非平面的衬底或基础零件60上。
125.现在参考图3，使第一平台12和第二平台14相对于彼此移动，以使第一探针30与第一零件70处于感测关系。如上所述，第一平台12和第二平台14的相对移动是通过在控制器15的控制下改变可伸出腿16的长度来实现的(见图1a)。这相当于利用第一探针30在一个或多个点处测量第一零件70，以提供一组测量结果。例如，如果已知第一零件70总体上是立方形的，则可以在第一零件70的每一侧面上进行测量，以确立侧面的位置以及每一侧的平面的取向如何。如果必要，可以进行进一步测量(比如在一个或多个拐角处)，以便更好地表征第一零件70，或者如果仅必须例如确定关于顶表面的平面的信息，也可以进行更少的测量。第一零件70的这些测量结果被用于建立用于第一零件70的参考系。第一零件70的这些测量结果是三维点坐标测量结果。它们可以共同被认为是在多于三个自由度上的测量结果，因为它们定义了第一零件70的位置(三个平移自由度)和取向(至少一个旋转自由度，优选地三个旋转自由度)两者。
126.如图4所示，在该实施例中，也利用第一探针30来测量基础零件60，以便建立用于基础零件60的参考系。如果需要定位基础零件60上的一个或多个特征，这可能是必要的，这些特征用于确定第二零件80将被放置在基础零件60上的确切位置。例如，在基础零件60上可以存在一个或多个定位特征(例如，标记或凹部)，第二零件80将被放置在该定位特征上方或其中，使得第二零件80相对于第一零件70的定位部分地由第一零件70上的特征确定，并且部分地由基础零件60上的特征确定。
127.可以方便地认为，第一零件70包括基础零件60，因此图3和图4示出了利用第一探针30来测量第一零件70(包括基础零件60)的单一步骤，以便建立用于第一零件70(包括基
础零件60)的参考系。换句话说，第一零件70本身可以具有多个零件，并且这多个零件中的任何一个或多个可以与确定用于第一零件的参考系以及第二零件80相对于第一零件70如何定位相关。
128.在该实施例中，第一探针30(以及第二探针40)是接触或触碰探针。触碰探针是众所周知的。例如，为了利用第一探针30进行测量，控制该机器来使触针尖端32与被测量的物体接触。当感测到触碰时，记录机器坐标(例如，可伸出腿16的长度)，并且根据这些机器坐标可以计算触碰点的x、y、z坐标。这假设了机器已经被校准而提供了机器坐标(比如图1a所示的长度测量换能器17的输出)与触针尖端的坐标、或者至少触针所附接到的支撑件的坐标之间的某种映射。机器校准技术的共同目标通常是指明所涉及机器的参数模型，其中，使用了多个参数来表征机器的几何形状。最初对这些参数分配未经校准的值，作为机器几何形状的起点。在校准期间，(基于对机器参数的当前估计值)将机器移动到多种不同的姿势。对于每个姿势，使用经校准的测量装置来测量实际姿势，从而可以确定假定的机器姿势与实际机器姿势之间的误差的指示。于是校准该机器的任务相当于使用已知的数值优化或误差最小化技术(比如列文伯格-马夸尔特(levenberg-marquardt)算法)来确定各种机器参数的使误差最小化的一组值。
129.在图5所示的步骤中，接着使用第一探针30来测量第二探针40(或者反过来)，并且这些测量结果被用于建立上文为第一零件70确定的参考系与将为第二零件80确定的参考系(见下文)之间的关系。这相当于测量探针重合位置，该探针重合位置是将使第一探针30的触针尖端32处于与第二探针40的触针尖端42完全相同的位置的机器位置(即，第一平台12和第二平台14的相对位置)。由于在实践中不可能做到这一点，因此这是通过用第一触针尖端32围绕第二触针尖端42进行触碰测量来实现的，并且对这些测量结果拟合一个球面，以便确定重合点所在的位置(即，第二触针尖端42的中心的位置)。两个探针30、40可以布置成具有不同的刚度，以确保当两个触针尖端32、42彼此接触时，第二探针40优先于第一探针30触发，或者第一探针30优先于第二探针40触发。
130.如上所述，使用两个触碰触发探针的重合探针校准可能潜在地受到探针杆和运动学弹簧在x轴和y轴方向相对于z轴方向的不同刚度的影响。为了克服这一点，还可以使用模拟或扫描探针而不是使用两个触碰触发探针，来测量触碰触发探针。模拟探针通常在x轴、y轴和z轴上具有比触碰触发探针更均匀的刚度或响应。此外，如果使用模拟探针来测量触碰触发探针，则可以采用例如在wo 2005/059471或wo 2004/005849中描述的“外推至零”技术来提供另一个探针的尖端表面的非常精确的测量结果，由该尖端表面可以如以上提到的执行球面拟合来确定探针重合位置。在触碰触发探针离位并触发之前，可以在模拟探针经历的偏转的范围内执行外推。可以使模拟探针相对于触碰触发探针移动，或者反过来。
131.如上所述，在该示例中，制品的第一零件70已经设置在第二(固定)平台14上，而第二零件80仍在等待在支撑件23上使用。下一步是将制品的第二零件80支撑在第一平台12上，使得该第二零件可以被移动并且被放置在制品上的适当位置。在该实施例中，这是通过使用经由支撑件22支撑在第一平台12上的夹持器50从支撑件23拾取第二零件80来实现的，如图6所展示。控制该机器(通过适当改变各个可伸出腿16的长度)来使夹持器50与第二零件80非常接近。夹持器50包括吸垫52，该吸垫在夹持器50非常接近第二零件80时被激活，该吸垫以足够的力将第二零件80保持在夹持器50上，使得该第二零件可以克服重力作用而被
提升离开支撑件23。
132.在夹持器50的面向第二零件80的表面上，夹持器50设置有一组三个球珠54，这些球珠以运动学方式与第二零件80的面向夹持器50的表面上的对应的一组三个v形槽84接合。这确保了第二零件80相对于夹持器50的可预测且一致的位置，这有助于后续的测量步骤。这还确保了如果第二零件80例如由于吸垫52中的略微的吸力损失或因为第二零件80被轻微敲击而略微滑动离开夹持器50，则第二零件80将在再次恰当联接时以精确地相同的相对位置再次联接。
133.运动学设计的构思包括使用最少数量的约束来约束本体的运动学自由度，并且特别包括避免过度约束。这确保了本体相对于保持装置的可高度重复的定位，并且意味着本体将以可预测的、可重复的且已知的方式坐于保持装置上。这在h.j.j.braddick的“mechanical design of laboratory apparatus”(chapman&hall，伦敦，1960年，11-30页)、以及j.g.skakoon的“exact constraint：knowing how much is enough-and how much too much-is a key to successful design”(mechanical engineering，2009年9月，32-36页)中进行了描述。应当理解，理论上的运动学联接需要纯粹的点接触，这在实践中是不可能的。相反，在实践中，接触将在小面积上发生，这可以被认为是有益的，因为它分散了负载，所以术语“运动学联接”将被理解为覆盖伪运动学联接或准运动学联接，其具有小的接触面积而不是点接触面积。即使是通过小面积接触，仍可以认为满足了运动学设计要求，其中，实际接触面积取决于相关应用。
134.如图7所示，在已经拾取了第二零件80以便与第一平台12一起移动后，然后利用第二探针40来测量第二零件80，以建立用于第二零件80的参考系。这完全等同于上文参考图3所描述的内容，但是这一次，测量与第二零件80相关并且这些测量由第二探针40的触发来提供，该第二探针被支撑在第二(固定)平台14上。第二零件80的测量结果是三维点坐标测量结果。它们可以共同被认为是在多于三个自由度上的测量结果，因为它们定义了第二零件80的位置(三个平移自由度)和取向(至少一个旋转自由度，优选地三个旋转自由度)两者。
135.目前，第一参考系(即，第一零件70的参考系)与第二参考系(即，第二零件80的参考系)之间的关系尚未建立，因此由第一探针30对第一零件70进行的测量基本上独立于由第二探针40对第二零件70进行的测量。换句话说，在与两个不同探针30、40相关联的相应测量之间尚未建立起联系。这就是从图5所示步骤中获得的信息开始使用的地方，因为在该步骤中确定的探针重合位置可以被用于建立第一参考系与第二参考系之间的联系或关系，或者建立共用参考系。如图8至图12所示，在随后的步骤中使用在这两个参考系之间建立的关系，来将第一零件70和第二零件80移动到共用参考系中的预定的空间关系，并且将处于该预定的空间关系的第一零件70和第二零件80相对于彼此固定。建立两个参考系之间的关系的这个想法将在下面参考图15至图22进行进一步解释。
136.建立了两个参考系之间的关系之后，如图8所展示，由涂胶器90将一些可固化粘合剂64施加到基础零件60上的要放置第二零件80的地方。然后，如图9所示，控制该机器(通过适当改变各个可伸出腿16的长度)来使第一(可移动)平台12相对于第二(固定)平台14旋转，使得第二零件80在共用参考系中与第一零件70恰当对准。方便的是，使平台12、14相对旋转来提供与例如位于第二零件80底部的点86重合的固定旋转点，但是这不是必须的。
137.然后，在已经利用建立的关系实现了在共用参考系中第二零件80相对于第一零件70的正确对准(取向)，但是还不是正确的位置(如图10所示)之后，控制该机器(通过适当改变各个可伸出腿16的长度)来使第一(可移动)平台12相对于第二(固定)平台14移动，以便将第二零件80在公共参考系内相对于第一零件70以正确的空间关系(在位置和取向两方面)定位，而在第一零件70与第二零件80之间故意留下间隙。在未固化的粘合剂64已经被施加在正确的位置的情况下，第二零件80仍然被机器相对于第一零件70保持和支撑，而未固化的粘合剂64填充第一零件与第二零件之间的间隙。如图11所示，夹持器50上的uv源向粘合剂64施加uv射线56以使其固化。第二零件80可以对uv射线至少部分地透明(例如，由塑料材料形成)，或者uv射线可以施加在第二零件80周围；替代性地，可以在支撑件22上或者甚至在机器中的其他地方设置单独的uv源。
138.如图12所示，由于粘合剂现在已固化，将第一平台12背离第二平台14移动，而将组装后的制品留在支撑件21上，其中，第一零件70和第二零件80现在相对于彼此精确地固定在基础零件60上。最终制品100在图13中以特写示出，其展示了所描述的方法如何得到第一零件70和第二零件80的代表性特征72、82之间的期望对准，尽管在基础零件60的表面上存在缺陷62。
139.在图14的流程图总结了上述方法。
140.在图15至图22中示意性地总结了使用固定探针和移动探针的构思、以及建立两个参考系之间的关系的想法，这两个参考系由这两个探针分别测量。类似于图2至图12中使用的表示，图15示出了可相对于彼此移动的可移动平台和固定平台。当然，这两个平台均是可移动的，因为重要的是两个平台之间的相对移动，而不是一个平台或另一个平台的绝对定位；只不过在实践中将一个平台固定并且将另一个平台移动是很方便的。该固定平台支撑或承载了在参考系a中彼此处于固定关系的一个探针和多个物体，而移动平台支撑或承载了在参考系b中彼此处于固定关系的一个探针和多个物体。一开始并不知道参考系a和b是如何相互关联的。
141.在图16中，移动该可移动平台，以使可移动探针与固定平台上的物体之一的点(特征或拐角)处于感测关系。这个点的坐标被记录为向量a1。这些坐标可以是定义处于该特定姿势(即，使可移动探针尖端与物体上的该特定点接触的姿势)的这些平台的相对位置的一组机器坐标，例如六足机器中的相应可伸出腿的长度，或者甚至是来自用于得出这些长度的换能器17的原始读数。然而，在这个展示中，假设坐标a1被记录为笛卡尔x、y、z坐标，是基于机器的已知几何形状从机器坐标得出(变换得到)的，使得法向量运算适用。
142.然后，在图17中，使用可移动探针感测物体的另一个点(特征或拐角)，其中，点坐标被记录为向量a2。随后利用可移动探针来感测固定平台上的另一个物体的点(特征或表面)，并且将该点记录为具有点坐标a3。随后，在图19至图21中，移动该可移动平台，以使这些可移动物体的点或特征与固定探针处于感测关系，从而分别得到点坐标b1、b2和b3。
143.虽然这些点坐标a1至a3和b1至b3都是在相同机器坐标系内测量的(因为对于所有这样的测量都控制的是相同组可伸出腿，并且因此每个点坐标都由一组共用的机器坐标(例如，一组腿长度)来表示)，但是仍然不知道全局参考系(或坐标系)中的一个参考系a(或相当于坐标系a)中的坐标如何与另一个参考系b(或相当于坐标系b)中的坐标相关。例如，已知相同参考系内的点在空间上是如何相关的(例如，a2-a1是参考系a中从点1到点2的向
量)，但不知道不同参考系中的点在空间上是如何相关的(例如，b2-a1此时不是有效的考虑因素)。在图22所示的步骤中建立参考系之间的关系。
144.从概念上讲，是通过使这些平台移动以将这两个探针尖端的感测点(即，其相应的中心)带到相同点(即，全局坐标空间中的相同位置(重合点))来建立关系的。当确定已经发生这种情况时，在两个参考系a和b之间已经建立了联系，从而允许在共用参考系c(其可以是全局参考系或是这两个参考系a和b之一)内考虑这两个平台上的各个物体并将其相互关联。
145.当处于图22所示的重合位置时，该点在参考系a中记录为a4，并且在参考系b中记录为b4。但这也可以在共用参考系中记录为点c0。重合点c0有效地将两个参考系a和b联系在一起。现在，图20中测得的点b2可以在共用参考系c中表示为c0 (b2-b4)，并且图17中测得的点a2可以在共用参考系c中表示为c0 (a2-a4)。
146.现在再次返回图2至图13的示意图，在这些示意图中，第一零件70和第二零件80被示出为并排布置在最终制品上(特别参见图13)。第一零件70被描述为具有代表性特征72，并且第二零件80被描述为具有代表性特征82，并且描述了在最终制品中这些代表性特征72、82相对于彼此精确地定位是重要的。现在将参考图23至图25来描述该示意性示例的实际应用。
147.图23示出了构成制品100的零件60、70、80的简单的重新布置。在图23的表示中，基础零件60是具有纵向轴线90的长形管(在该示例中具有方形截面)，并且第一零件70和第二零件80沿着基础零件(管)60的纵向轴线90成直线布置。第一零件70和第二零件80仍然示意性地示出，但是现在很明显的是，代表性特征72、82在横向于纵向轴线90的方向上对准。基础零件(管)60构成第一管60，并且制品100还包括第二管66(在该示例中也具有方形截面)，第二管在第一管60内部伸缩地滑动。第一零件70代表上文关于图1a提到的类型的测量编码器的读取头，并且对应的编码器标尺68设置在第二管66上。
148.相应地，已经通过体现本发明的方法(如上所述)制造出的制品100对应于上述可伸出腿16中的一个，因而坐标测量机器10已经用于制造用于在另一个这样的坐标测量机器中使用的可伸出腿16。第二零件80代表允许第二管66在第一管60内滑动的轴承，其中，代表性特征82是轴承的轴。代表性特征72是读取头的感测部，该感测部在实践中必须相对于编码器标尺68精确地对准以获得最准确的度量结果，并且第二管66在第一管60内的对准是由第二零件(轴承)80的对准来限定的。由于该方法已经确保第二零件(轴承)80相对于第一零件(读取头)精确地对准，因此结果得到的是精确地成形的制品(可伸出腿)100，在该制品中编码器标尺68与读取头传感器72精确对准。
149.图24示出了用于在这样的制品100中使用的轴承组件800的更现实的表示。轴承组件800对应于第二零件80。轴承组件800包括被支撑在轴820上的轮子860，其中，轴820对应于上述代表性特征82。对应于上述v形槽84的运动学定位特征840设置在轴承组件800的一侧上，其中，轮子860从轴承组件800的另一侧最显著地突出。运动学定位特征840包括两组三个v形槽(即，总共六个)，以允许轴承组件800被夹持器50(具有三个球珠54)在两个不同的取向上(或者在六个不同取向中的任何一个取向上，因为利用仅三个旋转对称的v形槽，就已经可以在三个不同取向中的任何一个取向上进行拾取)拾取。图34更详细地示出了轴承组件800的v形槽840如何与夹持器50的球珠54运动学地接合。
150.图25示出了四个这样的轴承组件800(对应于四个第二零件80)是如何组装到外管600(对应于基础零件60)上的，这些轴承组件被部分地放置穿过在外管600中形成的对应数量的开孔(或凹穴)610。轴承组件800的凸缘830比开孔610宽，并且因此不能穿过开孔610，而是经由粘合剂64坐于外管600上并被该外管支撑，该粘合剂填充如上所述故意留在轴承组件800与外管600之间的间隙。轮子860在被组装时突出穿过开孔610，从而沿着内管660(对应于图23的内管66)延伸。
151.内管660具有正方形截面，并且对于内管660的两个相邻侧中的每一侧均存在两个轴承组件800。内管660通过磁性方式保持与轴承组件800接触，其中，在每个轴承组件800中设置有磁体(未示出)，并且内管至少部分地由磁性材料形成。在内管660的第三侧(在图25的视图中刚好被遮挡)上设置有编码器标尺680。读取头安装块(或支架)700设置在外管600中形成的开孔630内，读取头710安装在安装块700中。安装块700对应于上述第一零件70，并且读取头的传感器部720对应于代表性特征72。电力线缆730向读取头710提供电力，并且携带来自读取头710的传感器信号。
152.现在将描述基于图24和图25所示的特定实施例和特征的制造方法。该方法总体上与上文参考例如图2至图12描述的内容一致，但具有与本实施例的特定上下文相关的一些附加特征；然而，这些附加特征还可以应用于以上更一般性的传授内容。
153.首先，确定“套筒偏离量”。这包括在移动平台12被设定为多个取向的情况下，使用移动探针30来测量固定球珠的中心。使用球珠中心来计算移动平台12的旋转中心。调节控制器15中的“套筒偏离量”值，使得当命令移动平台12旋转时，旋转中心是围绕移动探针尖端32。
154.接下来，确定“探针重合位置”，该探针重合位置是相对于固定探针40来校准移动探针30的位置。通过用一个探针尖端32、42来测量另一个探针尖端42、32来建立移动探针30与固定探针40之间的关系。这是使用触碰和球面拟合来找到中心点而完成的。两个探针30、40被选择为具有不同的刚度，从而两者中的已知的一个就会触发。假设触针的偏转关于z轴对称，从而x-y位置是熟知的；z轴位置不太为人所知(但已充分知道)。
155.然后，使用移动探针30来测量管600，以确定管600的坐标系(或简称为“csys”)，该坐标系被表示为tubecsys。坐标系tubecsys等同于如上所述第一零件的参考系，并且在这种上下文中，第一零件包括管600和读取头支架700。坐标系tubecsys是如下确定的：
156.(a)使用利用移动探针30围绕管600进行的触碰来找到管600的圆柱体的轴线；
157.(b)使用利用移动探针30在一个或多个凹穴610的前部和后部进行的触碰来确定管600的z轴位置；
158.(c)使用利用移动探针30在读取头支架700的侧面上进行的触碰来拟合一个平面和该平面的轴线，该平面的轴线用于给出管600的取向；以及
159.(d)使用来自(a)、(b)和(c)的测量结果为管600和读取头支架700创建坐标系tubecsys。
160.随后，拾取轴承组件800。由三个球珠和一个吸盘组成的运动学拾取特征用于从托盘支撑件23拾取轴承组件800。如上所述，轴承组件800具有六个位置，形成两组三个v形槽。
161.然后，使用固定探针40来测量轴承组件800，以给出轴承组件800的坐标系，表示为bearingcsys。坐标系bearingcsys等同于如上所述第二零件的参考系。坐标系bearingcsys
是如下确定的：
162.(a)使用利用固定探针40进行的触碰和对这些测量结果拟合的圆柱体来测量轴承轴820，以确定轴820的向量方向；
163.(b)使用利用固定探针40进行的触碰来测量轴820的端部，以找到轴820的z中心；
164.(c)使用利用固定探针30进行的触碰来测量平面，以给出轴承组件800的取向；以及
165.(d)使用来自(a)、(b)和(c)的测量结果为轴承组件800创建坐标系bearingcsys。
166.此后，将移动平台12的旋转中心(从移动探针尖端32)移动到轴承组件800的底部。为了实现这一点，计算从“重合探针位置”到bearingcsys原点的偏离量，并且然后偏离已知的距离(在该特定示例中，这是z方向上的负5mm)，以到达轴承组件800的底部(即，在轮子860的底部)；这在图26中示意性地展示。该偏离量然后被添加到控制器15中的“套筒偏离量”上，以将机器旋转点移动到轴承组件800的底部的中心。移动平台12现在可以在a轴、b轴或c轴上旋转(因为机器是非笛卡尔的，所以移动平台12具有a轴、b轴、c轴，而不是x轴、y轴、z轴)，并且轴承的底部的中心将保持在固定位置。
167.然后在tubecsys中将uv粘合剂珠粒精确地施加到管600上的相关凹穴610周围。
168.需要进行坐标变换来将轴承组件800精确地移动到适当位置(这等同于如上所述的第一参考系与第二参考系之间的关系)：
169.t＝bearingcsys-1
×
tubecsys
170.其中，t是4x4坐标变换矩阵。坐标系以及坐标系之间的变换的构思是本领域技术人员容易理解的，但是进一步的解释也可以在以下文献中找到：m.orsag、c.korpela、p.oh、s.bogdan的“coordinate systems and transformations”，“aerial manipulation”一章(19-31页)，2018年，其属于“advances in industrial control”系列丛书(印刷isbn 978-3-319-61020-7；线上isbn 978-3-319-61022-1；从https：//www.springer.com/cda/content/document/cda_downloaddocument/9783319610207-c2.pdf下载)的一部分。举例来说，一些变换矩阵和运算如下所示：
171.3d的x轴旋转：
172.3d的z轴旋转：
173.3d的y轴旋转：
174.3d的标尺：
175.3d的平移：
176.矩阵乘法：
177.下面提供一些伪代码来说明将在控制器15中发生的一些上述步骤。
178.重新调用探针重合位置：
179.point probeoffset＝(point)commondata[
″
probecoincidentposition
″
]；
[0180]
重新调用轴承组件坐标系：
[0181]
csys bearingcsys＝(csys)commondata[
″
frontbearingcsys
″
]；
[0182]
计算轴承点中心与移动平台探针尖端之间的偏离量，并且平移至轴承的底部：
[0183]
bearingpos＝[bearingcsys.m.m30，bearingcsys.m.m31，bearingcsys.m.m32]；
[0184]
offset＝probeoffset-bearingpos [0，0，-5]；
[0185]
其中，以上语句中的[0，0，-5]是(如以上提到的)z轴上负5mm的偏离量。
[0186]
重新调用管坐标系：
[0187]
csys tubecsys＝(csys)commondata[
″
tubecsys
″
]；
[0188]
计算变换：
[0189]
t＝bearingcsys^-1*tubecsys；
[0190]
根据t计算角度x、角度y和角度z。
[0191]
将移动平台12的旋转点移动到“偏离量”：
[0192]
settipoffset(offset)；
[0193]
使移动平台12旋转：
[0194]
movetoangle(angles.x，angles.y，angles.z，100，100)；
[0195]
将本地坐标设定为tubecsys；这允许机器在tubecsys坐标中定位，并且在已经将套筒偏离量移动到轴承的底部之后，轴承的底部现在被定位：
[0196]
mc.setcsys(tubecsys)；
[0197]
me.uselocalcsys()；
[0198]
现在，轴承组件800可以相对于管坐标系tubecsys定位。轴承组件800被定位成使得在管600与该轴承组件之间存在间隙；通常大约100μm的间隙是合适的。
[0199]
轴承组件800然后在适当位置固化。将uv光源安装在移动平台12上。该光源被用于使粘合剂固化，因此将轴承组件800冻结在适当位置。
[0200]
在上述实施例中，利用第二探针40来测量第二零件80。在替代性实施例中，第二零
件的这些测量结果可以替代地借助于用于将第二零件80支撑在第一平台12上的运动学联接的可重复性和准确性，并且根据对第二零件80的形状(例如，根据第二零件80的cad模型)的了解，从第二零件相对于第一平台12的已知位置和取向来假定或推断。相应地，在本发明的另一个实施例中，不需要第二探针40。
[0201]
在替代性实施例中，代替使用固定触碰探针和移动触碰探针，可以替代地使用固定成像相机和移动成像相机。为了将来自一个相机的测量结果与来自另一个相机的测量结果联系起来(等同于在前述实施例中测量重合点)，一个相机(比如传感器)上的关键特征可以用另一个相机成像。为了以三个维度进行测量，成像相机可以包括相对于目标以不同的相应角度或取向布置的三个成像传感器，或者可以以不同的相应角度采用三个单独的成像相机。类似地，在另一个实施例中可以采用光学测量装置(比如基于条纹的系统)，其中条纹被投射到物体或零件的表面上，并且其中这些条纹被成像和分析以获得物体或零件的测量结果。
[0202]
作为以上实施例的延伸，制品100可以被支撑在可旋转工作台上，其中，该可旋转工作台本身被支撑在第二平台14上。接着，将第一零件70相对于第二零件80定位可以包括控制该机器使工作台相对于第二平台14旋转的步骤。这使得零件能够组装到制品100的不同的侧面或表面上(否则这些侧面或表面是不可触及的)，并且有效地提供了一种系统，该系统具有多于六条轴线(或自由度)来工作，即，来自坐标测量机器本身的六条轴线(或自由度)加上由旋转式工作台提供的另一旋转轴线。或者总体可以存在六个自由度，其中例如五个自由度是由坐标测量机器提供，并且第六个自由度是由旋转式工作台提供。实际上，这些相应的零件可以提供任何合适数量和组合的轴线。制品和被放置的零件中的一者或两者也可以经由铰接头(比如renishaw 探针头)来支撑，以提供附加的自由度(轴线)。
[0203]
类似地，第二零件80本身可以被支撑在可旋转工作台上，其中，用于第二零件80的可旋转工作台被支撑在第一平台12上，使得将第一零件70相对于第二零件80定位接着可以包括控制该机器使用于第二零件80的可旋转工作台相对于第一平台12旋转的步骤。这可以与用于第一零件70的可旋转工作台一起提供或者代替其被提供，并且为系统提供甚至更大的制造灵活性。
[0204]
对第一零件70和第二零件80的测量在上文被描述为在多于三个自由度上的测量，因为它们限定了该零件(或至少其关键特征)的位置(三个平移自由度)和取向(一个、两个或三个旋转自由度)两者。即使这些测量是在三个自由度上从而限定了该零件的位置(三个平移自由度)但没有限定取向(旋转自由度)，还是提供了优于已知系统的优点。在典型的pcba制造系统中，部件的放置仅在相对于衬底的两个自由度上(即，相对于衬底在x轴和y轴上)被控制到任意程度的精度，因为衬底被假设为是平面的，并且由于相对大的焊膏块，部件的绝对高度并不重要，这意味着确保部件足够接近而能触碰焊膏即可。
[0205]
图27展示了已经对放置在基础零件60上的三个第二零件80-1、80-2和80-3重复上述过程。
[0206]
如上所述，第一零件70可以方便地被认为包括基础零件60，从而图3和图4示出了利用第一探针30来测量第一零件70(包括基础零件60)的单一步骤。实际上，如图28所示，在替代性布置中，不存在“第一零件”本身，并且仅存在基础零件60，因而该示例中的“第一零件”仅是基础零件60。“制品的第一零件”在此可以替代地被称为“制品的现有的或已经组装
的或已经放置的零件”，并且“制品的第二零件”在此可以替代地被称为“制品的新的或将要组装的或将要放置的零件”。此外，一旦基于对基础零件60的测量结果，第二零件80-0已经被组装到制品100上，则得到的布置(即，基础零件60和第二零件80-0)接着可以被认为是“第一零件”(或“已经组装的零件”)，以用于基于“第一零件”(即，基础零件60和第二零件80-0)的测量结果来添加另一个第二零件80-1的后续步骤。当放置第二零件80-1时，所使用的测量结果可以仅仅是先前获得的基础零件60的测量结果，或者可以对现在放置的第二零件80-0获得新的测量结果，或者可以使用这些测量结果的组合。当放置另外的第二零件80-2和80-3时，类似的考虑也适用。
[0207]
因此，在图28所示的示例中，所有零件80-0至80-3都“浮动”在基础零件60上方，从而允许将这些零件80-0至80-3相对于彼此非常精确地放置(达到坐标测量机器的精度)，而不受基础零件60中的任何缺陷或不规则性的影响。此外，与图27所示的实施例不同，零件80-0至80-3没有相对于直接附接到基础零件60的零件70对准或放置，而是所有零件80-0至80-3都有效地以“自由形式”放置成其期望的相对取向，并且经由基础零件60和固定或支撑材料64(例如，可固化粘合剂或焊接)被固定/保持在这些相对取向上。这允许非常精确且灵活的制造或组装方法。
[0208]
图29和图30分别示出了图27和图28的并排布置的堆叠式替代方案，其中，每个新的第二零件80被放置在前一个第二零件80顶上。
[0209]
如图31所展示，作为上述实施例的延伸，成品制品可以被认为是独立的模块，比如图31所展示的模块100-2，其形成更大的整体(或复杂产品)的一部分。这样的模块100-2可以被认为是“第二零件”，该第二零件本身由坐标测量机器拾取，并且以与上述内容完全类似的方式放置成与制品的“第一零件”(例如，第一零件70和/或基础零件60和/或在先前一系列步骤中创建的另一个这样的多零件模块100-1)处于期望的空间关系。以这种方式，可以产生更复杂的产品110。图31还展示了高度非平面的基础零件60、以及在非平面基础零件60上的零件的复杂布置，由于坐标测量机器的固有测量精度及其在多于三个自由度(即，位置和取向)上将零件相对于彼此定位的能力，本发明的实施例特别适合于应对这种布置。
[0210]
上述实施例使用可固化粘合剂作为固定介质，但是应当注意焊接也适合作为固定过程。焊接是一种通过使用高热将零件熔化在一起(熔化的材料是固定介质)并且允许它们冷却从而引起熔合(冷却过程有效地活化了固定介质)来连接材料的过程。焊接不同于并不熔化基础金属的低温接合技术(比如硬焊和软焊)，但是在本发明的实施例中，这些也是适合于固定过程的技术。除了熔化基础材料之外，通常对接合部添加填充材料以形成熔融材料池(焊接池；或固定介质)，该熔融材料池冷却而形成可能比基础材料更坚固的接合部。也可以将压力与热结合使用或者单独使用来产生焊接。许多不同的能量源可以用于焊接，包括气火焰(化学)、电弧(电气)、激光、电子束、摩擦和超声波。
[0211]
已经提及了具有多个长度测量(或距离测量或位移测量)换能器的坐标测量机器，比如图1a所示的长度测量换能器17。这样的长度测量换能器被用于测量线性接头中的相对运动，从而提供对机器的两个零件之间相对移动的衡量。坐标测量机器还可以包括一个或多个旋转式接头，并且因此还可以具有一个或多个对应的角度测量换能器；例如，当坐标测量机器呈具有串联布置的多个旋转式接头的铰接臂的形式时(类似于通常被称为机器人臂的机器)，就会是这种情况。如果采用这种串联运动学坐标测量机器，为了避免通常与轴线
的串联运动学布置相关联的不准确性，采用如uk专利申请号1918165.0中披露的机器架构将是有益的。各种长度测量换能器和角度测量换能器可以被统称为测量换能器。这些测量换能器的输出可以被认为是或可以用于得出机器的任何特定构型或姿势的机器坐标(例如，图1a的平台12和14的相对定位)。这些测量换能器的输出是在确定或读取机器的构型(姿势)(用于测量操作)以及在设定或改变机器的构型(姿势)(用于定位操作)时使用。
[0212]
上文描述了体现本发明的制造方法的一种示例性应用，其中坐标测量机器用于制造用于另一个这样的坐标测量机器的可伸出腿。体现本发明的制造方法的另一种示例性应用是制造用于测量探针(比如上文描述的且如图2所展示的探针30)的触针。
[0213]
这样的应用将参考图32(其类似于图26所示的示意图)进行描述，但针对触针而不是可伸出腿的制造进行了适配。触针具有杆310，触针尖端(或球珠)320将附连到该杆上；触针球珠320的直径可以小到2μm。期望该触针尖端320尽可能精确地(并且同心地)定位在杆310上。
[0214]
基本方法等同于上述方法，因此这里不再详细描述。图32与图26的不同之处在于具有不同类型的夹持器，该夹持器在图32的实施例中呈抽吸管500形式。抽吸管500具有内部通道510，空气可以通过被抽吸穿过该内部通道，从而将触针尖端320吸入并且保持在抽吸管500端部上的杯状物520中。杯状物520的内表面可以具有运动学特征530，以使得球珠320能够坐于杯状物内的可预测且可重复的位置；例如，三个突起(来自凹形零件球形表面)将适合作为运动学特征，如图32的虚线轮廓a中最清楚地展示的。这形成了一种三脚架布置，其非常稳定并且允许球珠320可预测地坐于杯状物520内。这三个点状接触产生三个约束，即不多于也不少于所需的约束(从而通过避免过度约束来满足运动学设计考虑)。通过三个约束，球珠320因此在三个平移自由度上被约束，但是可以在三个旋转自由度上绕其中心自由旋转；这并不重要，因为球珠320是球面对称的。
[0215]
如在先前实施例中，已经利用移动探针30测量了杆310的端部，则考虑到利用探针30获得的杆310的测量结果，将一块可固化粘合剂(或钎焊膏)640施加到杆310的端部。然后使用先前描述的方法将球珠320相对于杆310精确定位，再次考虑了用探针30获得的杆310的测量结果。优选地，在球珠320与杆310之间维持间隙，其中机器仍然将零件相对于彼此保持，同时粘合剂640被固化。这产生了如图32的虚线轮廓b内所包含的左侧图示中所示的触针。
[0216]
也可以在由机器维持相对位置的同时部分地(而不是完全地)固化粘合剂640，例如通过在可固化粘合剂上持续短时间地吹送暖空气；随后是完全固化(烧结)操作，其中机器已经释放了球珠320，并且部分地固化的粘合剂640具有足够的强度或保持力将球珠320保持在相对于杆310的固定位置，同时零件被转移到烧结站并烧结(完全固化)。粘合剂640也有可能具有足够的保持力来将零件保持在固定的相对位置，即使该粘合剂没有首先被部分地固化。
[0217]
因为在这个示例中，球珠320在杆310上的取向无关紧要(因为球珠是球形的)，所以在球珠320与杆310之间留有间隙不是必须的；相反，球珠320可以被定位成用于触碰杆310的端部，如图32的虚线轮廓b内所包含的右侧图示中所示。在该示例性应用中最重要的是球珠320与杆310同心地定位；换句话说，球珠320相对于杆310的纵向轴线的径向定位比沿着杆310的纵向轴线的定位更重要。
[0218]
从上文可以明显看出，并不总是需要在被放置到制品上的零件周围留有间隙，或者甚至根本不需要间隙。例如，本技术的实施例还用于非常精确地并且以非常紧密的容差将零件精确地组装到制品上，以将该零件与该制品上的对应零件或特征接合，而不必留下任何间隙。例如，这可能是这样的情况：具有圆柱形突起的零件被紧密地定位到具有圆柱形凹部或孔的制品中或其上，其中，突起贴合地且紧密地坐于凹部内(并且触碰该凹部)。本发明提供了这种组装过程的新型途径，其中使用坐标测量机器来获得制品的特征(例如，圆柱形凹部)的三维测量结果，并且基于这些测量结果使用多轴定位(例如，四轴、五轴或六轴定位)将零件的特征(例如，圆柱形突起)相对于制品的特征定位成预定的空间关系(以多个自由度)。
[0219]
应当理解，在被放置的零件周围的一些地方可能会留有间隙，但在其他地方不会；例如，如果零件相对于制品的表面的取向、而非在制品的表面上方的高度，是重要的，则该零件可以被放置成用于在一点(或多个点)处触碰该制品，但是仍然相对于制品被保持和固定在期望的取向。这在图33中被展示，其与图13的不同之处仅在于，第二零件80被定位成用于在圈出的点处触碰基础零件60，但是在其他地方保持高于基础零件60；换句话说，在第二零件80周围不存在间隙。这意味着第二零件80在基础零件60上方的高度将受到表面中的缺陷(比如凸起62)的影响，但是该第二零件相对于基础零件60(以及其他已经放置的零件，比如第一零件70)的取向仍然可以被控制。
[0220]
应当理解，坐标测量机器10的操作可以由在机器10上运行的程序控制，并且特别是由在坐标测量机器控制器上运行的程序控制，比如在图1a中示意性地展示的控制器15。应当理解，对可伸出腿的控制可以通过在控制器15上操作的程序来提供。这样的操作程序可以被存储在计算机可读介质上，或者可以比如被体现在比如从互联网的网站提供的可下载数据信号等信号中。所附权利要求应被理解为本身涵盖了操作程序，或者被理解为是载体上的记录，或者被理解为是信号，或者为任何其他形式。