校準(zhǔn)坐標(biāo)測(cè)量機(jī)數(shù)學(xué)模型以補(bǔ)償變形導(dǎo)致動(dòng)態(tài)誤差的方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)涉及校準(zhǔn)坐標(biāo)測(cè)量機(jī)數(shù)學(xué)模型以補(bǔ)償變形導(dǎo)致動(dòng)態(tài)誤差的方法。一種校準(zhǔn)數(shù)學(xué)模型以補(bǔ)償由測(cè)量機(jī)的動(dòng)態(tài)變形導(dǎo)致的誤差的方法，該測(cè)量機(jī)配備有能夠在測(cè)量空間內(nèi)移動(dòng)觸針探頭的移動(dòng)單元，其中該模型響應(yīng)于與所述驅(qū)動(dòng)裝置(13)的控制信號(hào)相關(guān)的至少一個(gè)輸入量來提供多個(gè)輸出量，所述輸出量包括由變形引入的測(cè)量誤差的至少一個(gè)分量以及至少一個(gè)由激光傳感器檢測(cè)到的并與變形相關(guān)的量。在校準(zhǔn)步驟中，移動(dòng)單元經(jīng)受遵循正弦運(yùn)動(dòng)規(guī)律的、保持探頭的末端被阻擋的、由可變頻率的小幅值振蕩構(gòu)成的運(yùn)動(dòng)周期；在該運(yùn)動(dòng)周期期間，輸入量和輸出量被采樣，并被提供給用于模型辨識(shí)的算法。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
校準(zhǔn)坐標(biāo)測(cè)量機(jī)數(shù)學(xué)模型以補(bǔ)償變形導(dǎo)致動(dòng)態(tài)誤差的方法
本專利技術(shù)涉及一種校準(zhǔn)坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的數(shù)學(xué)模型以補(bǔ)償由變形導(dǎo)致的動(dòng)態(tài)誤差的方法。
技術(shù)介紹
眾所周知，坐標(biāo)測(cè)量機(jī)通常包括三個(gè)支架，這些支架可沿著笛卡爾參考系統(tǒng)的坐標(biāo)軸移動(dòng)并能在測(cè)量空間內(nèi)移動(dòng)測(cè)量傳感器。所述測(cè)量機(jī)能夠提供由測(cè)量傳感器檢測(cè)到的工件的坐標(biāo)作為輸出，所述坐標(biāo)根據(jù)支架沿著各自軸線的位置被計(jì)算出。更具體地，坐標(biāo)測(cè)量機(jī)包括：配備有沿著第一軸線運(yùn)行的導(dǎo)引裝置的基座結(jié)構(gòu)，例如為花崗石或其他材料的底座或者柱狀結(jié)構(gòu)；可沿著第一軸線在基座結(jié)構(gòu)上移動(dòng)的第一支架；由第一支架承載并可沿著與第一軸線正交的第二軸線移動(dòng)的第二支架；以及由第二支架承載并可沿著與前兩個(gè)軸線正交的第三軸線相對(duì)于第二支架移動(dòng)的第三支架。測(cè)量傳感器由第三支架承載。一般說來，第一軸線是水平的；取決于測(cè)量機(jī)的類型，第二軸線可為水平的以及第三軸線為豎直的，或者第三軸線可為水平的以及第二軸線為豎直的。例如，在橋式或龍門式測(cè)量機(jī)中，第一支架包括限定第二軸線的水平橫向構(gòu)件，第二支架在所述水平橫向構(gòu)件上移動(dòng)，并且第三支架由承載在第二支架上的豎直移動(dòng)柱構(gòu)成。相反，在水平懸臂式測(cè)量機(jī)中，第一支架包括限定第二軸線的豎直柱，第二支架沿所述豎直柱移動(dòng)，并且第三支架由被第二支架承載的可水平移動(dòng)的水平懸臂構(gòu)成。支架的移動(dòng)通過利用經(jīng)由適當(dāng)?shù)倪\(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)將驅(qū)動(dòng)力傳遞到支架的電動(dòng)馬達(dá)來實(shí)施，或者另選地由與支架自身一體形成的直線電動(dòng)馬達(dá)來實(shí)施。以越來越短的時(shí)間來實(shí)施測(cè)量周期所必需的加速度需要較高的驅(qū)動(dòng)力，以致于由于動(dòng)態(tài)(慣性)效應(yīng)而引起測(cè)量機(jī)的移動(dòng)部件的彈性變形。還由于移動(dòng)部件的輕質(zhì)結(jié)構(gòu)，該變形對(duì)于測(cè)量精度可能是顯著的。為了保證測(cè)量機(jī)的精度等級(jí)，必須對(duì)由彈性變形引起的測(cè)量誤差進(jìn)行估計(jì)，然后進(jìn)行補(bǔ)償。US2005/0102118闡述了使用激光來確定和補(bǔ)償來自于坐標(biāo)測(cè)量機(jī)中的彈性變形的誤差。激光發(fā)射器和傳感器被設(shè)置在坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的可動(dòng)元件上，而反射器被設(shè)置在參考平面上。根據(jù)在一側(cè)的反射器與在另一側(cè)的發(fā)射器和傳感器之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)來實(shí)施誤差的確定和補(bǔ)償。EP-A-2160565和EP-A-2167912闡述了一種測(cè)量機(jī)，其中激光傳感器與測(cè)量機(jī)的可動(dòng)構(gòu)件相關(guān)，并提供與移動(dòng)單元的動(dòng)態(tài)變形相關(guān)的值；這些值借助數(shù)學(xué)模型來處理以便計(jì)算和補(bǔ)償測(cè)量機(jī)的由動(dòng)態(tài)變形所引起的測(cè)量誤差。在校準(zhǔn)步驟中，沿著Y軸和X軸的位置誤差由安裝在參考平面上的二維位置傳感器直接測(cè)量，該二維位置傳感器不受測(cè)量機(jī)的移動(dòng)部件的變形影響，并測(cè)量由二維位置傳感器所檢測(cè)到的測(cè)量傳感器的頭部位置與由測(cè)量機(jī)所檢測(cè)到的位置之間的差。至少在橋式測(cè)量機(jī)中，沿Z軸的位置誤差被忽略不計(jì)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于提供一種較簡(jiǎn)單、廉價(jià)的校準(zhǔn)方法，該校準(zhǔn)方法尤其能避免使用諸如二維傳感器的附加儀器，并且該校準(zhǔn)方法可與處于測(cè)量設(shè)置的測(cè)量機(jī)一起實(shí)施。前述目的由一種校準(zhǔn)測(cè)量機(jī)的數(shù)學(xué)模型以補(bǔ)償由動(dòng)態(tài)變形導(dǎo)致的誤差的方法來實(shí)現(xiàn)，所述測(cè)量機(jī)包括：用于在測(cè)量空間內(nèi)移動(dòng)觸針探頭的移動(dòng)單元，該移動(dòng)單元包括在驅(qū)動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)力下可沿軸線移動(dòng)的至少一個(gè)構(gòu)件，該探頭包括配備有末端的觸針；以及傳感器，所述傳感器被構(gòu)造成實(shí)時(shí)檢測(cè)與動(dòng)態(tài)變形相關(guān)的至少一個(gè)量；其中，該模型響應(yīng)于與所述驅(qū)動(dòng)裝置的控制信號(hào)相關(guān)的至少一個(gè)輸入量來提供多個(gè)輸出量，所述輸出量包括由所述變形引入的測(cè)量誤差的至少一個(gè)分量以及至少由所述傳感器檢測(cè)到的所述量，該校準(zhǔn)方法包括以下步驟：控制所述移動(dòng)單元，以執(zhí)行能夠產(chǎn)生動(dòng)態(tài)變形的運(yùn)動(dòng)周期；在運(yùn)動(dòng)周期期間采集所述輸入量和所述輸出量的多個(gè)采樣值；存儲(chǔ)所述采樣值；以及將所述采樣值提供給辨識(shí)算法以定義所述模型，該校準(zhǔn)方法的特征在于，在保持所述探頭的所述觸針的末端固定的情況下，以如下運(yùn)動(dòng)規(guī)律執(zhí)行所述運(yùn)動(dòng)周期，所述運(yùn)動(dòng)規(guī)律為其幅值小于所述觸針的所述末端相對(duì)于所述探頭的保持凸緣的移動(dòng)范圍，其頻譜代表所述測(cè)量機(jī)的動(dòng)態(tài)使用狀況。附圖說明為了更好地理解本專利技術(shù)，下面將通過非限制性實(shí)施例以及參考附圖來描述一些優(yōu)選實(shí)施方式，在附圖中：圖1示出了根據(jù)本專利技術(shù)的橋式測(cè)量機(jī)；圖2為圖1的測(cè)量機(jī)的前視以及局部剖視圖；圖3為處于第一形式的動(dòng)態(tài)變形的圖1的測(cè)量機(jī)的支架的透視及示意圖；圖4為處于第二形式的動(dòng)態(tài)變形的圖3的支架的前視及示意圖；圖5為采用根據(jù)本專利技術(shù)的校準(zhǔn)方法的動(dòng)態(tài)變形補(bǔ)償方法的框圖；圖6為用于執(zhí)行補(bǔ)償方法的模型的框圖；圖7示意性地示出了測(cè)量機(jī)的觸針及工具；以及圖8和9示出了與圖3的支架的運(yùn)動(dòng)周期相關(guān)的物理量的趨勢(shì)。具體實(shí)施方式圖1示出了橋式測(cè)量機(jī)1，其包括移動(dòng)單元7、以及配備有平坦水平上表面6或參考平面的底座5。移動(dòng)單元7包括馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的支架8，所述支架沿著測(cè)量空間的X-Y-Z笛卡爾參考系統(tǒng)的第一水平軸(Y軸)在底座5上移動(dòng)。支架8具有橋式結(jié)構(gòu)并包括兩個(gè)豎直立柱8a及8b、以及在豎直立柱8a及8b的上端部之間延伸的上部水平橫向構(gòu)件8c。在底部，立柱8a包括馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的滑動(dòng)裝置9，所述滑動(dòng)裝置9在平行于Y軸在引裝置11上滑動(dòng)且以已知的方式鄰近于底座5的縱向邊緣被獲得。橫向構(gòu)件8c承載滑動(dòng)裝置10，所述滑動(dòng)裝置10沿著平行于參考系統(tǒng)的第二軸(X軸)的軸線在導(dǎo)引裝置(未示出)上移動(dòng)。可沿著參考系統(tǒng)的第三軸(Z軸)移動(dòng)的豎直柱12安裝在滑動(dòng)裝置10上。在底部，豎直柱12承載(已知類型的)測(cè)量傳感器3，所述測(cè)量傳感器包括限制在豎直柱12上的凸緣30、以及從凸緣30突出并以已知的方式彈性地限制于該凸緣上的觸針31，該觸針在沿著它自身的軸線以及沿著凸緣的互相垂直并垂直于觸針的軸線的兩個(gè)軸線的相對(duì)平移方面可能受限。觸針31終止于能與要被測(cè)量的工件接觸的球形末端。如果凸緣30剛性地固定于豎直柱12，那么在靜止時(shí)觸針31的軸線平行于Z軸，而且觸針相對(duì)于凸緣30的三個(gè)自由度使得末端大體上能沿著X、Y及Z軸移動(dòng)。另選地，凸緣30可借助已知類型且未示出的、具有兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸的鉸接裝置或關(guān)節(jié)裝置來安裝在豎直柱12上。支架8、滑動(dòng)裝置10和豎直柱12配備有相應(yīng)的例如為直線馬達(dá)的馬達(dá)13(在圖2中僅僅可看到一個(gè))，所述馬達(dá)控制沿著相應(yīng)坐標(biāo)軸線的運(yùn)動(dòng)。測(cè)量機(jī)1由配備有電源部分14a的控制單元14控制，該電源部分向支架8、滑動(dòng)裝置10和豎直柱12的相應(yīng)電動(dòng)馬達(dá)提供電源電流IY、IX和IZ，以便沿著Y、X和Z軸移動(dòng)測(cè)量傳感器3并因此使該測(cè)量傳感器定位在測(cè)量空間內(nèi)。借助基于已知類型的算法的軟件，測(cè)量機(jī)1通過檢測(cè)滑動(dòng)裝置沿相應(yīng)X、Y和Z軸的位置來提供測(cè)量傳感器3在測(cè)量空間中的位置xa、ya、za作為輸出。在上述的操作狀況下，由于支撐測(cè)量傳感器3的移動(dòng)單元7的機(jī)械結(jié)構(gòu)(主要為豎直立柱8a、橫向構(gòu)件8c、以及立柱8a的上端與橫向構(gòu)件8c之間的連接區(qū)域)經(jīng)受了由使滑動(dòng)裝置9和10移動(dòng)的電動(dòng)馬達(dá)所傳遞的力而導(dǎo)致的彈性變形，因此測(cè)量傳感器3的位置受與所測(cè)得的值xa、ya、za有關(guān)的動(dòng)態(tài)位置誤差ex、ey、ez影響。圖3和4中例示了測(cè)量機(jī)1的移動(dòng)單元7的變形。圖3示出了由支架8沿著Y軸運(yùn)動(dòng)引起的變形。該變形主要包括：·立柱8a的彎曲；·橫向構(gòu)件8c的彎曲；·立柱8a圍繞Z軸的扭曲；以及·橫向構(gòu)件8c圍繞X軸的扭曲。而圖4示出了由滑動(dòng)裝置10沿著X軸運(yùn)動(dòng)所引起的變形。該變形主要包括：·立柱8a與橫向構(gòu)件8c之間的結(jié)合處本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種校準(zhǔn)測(cè)量機(jī)的數(shù)學(xué)模型以補(bǔ)償由動(dòng)態(tài)變形引起的誤差的方法，所述測(cè)量機(jī)包括：用于在測(cè)量空間內(nèi)移動(dòng)觸針探頭(3)的移動(dòng)單元(7)，所述移動(dòng)單元(7)包括在驅(qū)動(dòng)裝置(13)的驅(qū)動(dòng)力下能夠沿軸線移動(dòng)的至少一個(gè)構(gòu)件(8；12；42；56)，所述探頭包括配備有末端(32)的觸針(31)；以及傳感器，所述傳感器構(gòu)造成實(shí)時(shí)檢測(cè)與動(dòng)態(tài)變形相關(guān)的至少一個(gè)量(mx，my)；其中，所述模型響應(yīng)于與所述驅(qū)動(dòng)裝置(13)的控制信號(hào)相關(guān)的至少一個(gè)輸入量來提供多個(gè)輸出量，所述輸出量包括由所述變形引入的測(cè)量誤差的至少一個(gè)分量以及至少由所述傳感器檢測(cè)到的所述量，該校準(zhǔn)方法包括以下步驟：控制所述移動(dòng)單元(7)以執(zhí)行能夠產(chǎn)生動(dòng)態(tài)變形的運(yùn)動(dòng)周期；在運(yùn)動(dòng)周期期間采集所述輸入量和所述輸出量的多個(gè)采樣值；存儲(chǔ)所述采樣值；以及將所述采樣值提供給辨識(shí)算法以定義所述模型；所述方法的特征在于，在保持所述探頭(3)的所述觸針(31)的末端(32)固定的情況下，以如下運(yùn)動(dòng)規(guī)律執(zhí)行所述運(yùn)動(dòng)周期，所述運(yùn)動(dòng)規(guī)律為其幅值小于所述觸針的所述末端相對(duì)于所述探頭(3)的保持凸緣的移動(dòng)范圍，其頻譜代表所述測(cè)量機(jī)的動(dòng)態(tài)使用狀況。

【技術(shù)特征摘要】
2011.07.06 EP 11425179.61.一種校準(zhǔn)測(cè)量機(jī)的數(shù)學(xué)模型以補(bǔ)償由動(dòng)態(tài)變形引起的誤差的方法，所述測(cè)量機(jī)包括：用于在測(cè)量空間內(nèi)移動(dòng)觸針探頭的移動(dòng)單元(7)，所述移動(dòng)單元(7)包括在驅(qū)動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)力下能夠沿軸線移動(dòng)的至少一個(gè)可動(dòng)構(gòu)件，所述探頭包括配備有末端的觸針(31)；以及傳感器，所述傳感器構(gòu)造成實(shí)時(shí)檢測(cè)與所述移動(dòng)單元的動(dòng)態(tài)變形相關(guān)的至少一個(gè)量(mx，my)；其中，所述模型響應(yīng)于與所述驅(qū)動(dòng)裝置的控制信號(hào)相關(guān)的至少一個(gè)輸入量來提供多個(gè)輸出量，所述輸出量包括由所述變形引入的測(cè)量誤差的至少一個(gè)分量以及至少由所述傳感器檢測(cè)到的所述量，該校準(zhǔn)方法包括以下步驟：控制所述移動(dòng)單元(7)以執(zhí)行能夠產(chǎn)生動(dòng)態(tài)變形的運(yùn)動(dòng)周期；在運(yùn)動(dòng)周期期間采集所述輸入量和所述輸出量的多個(gè)采樣值；存儲(chǔ)所述采樣值；以及將所述采樣值提供給辨識(shí)算法以定義所述模型；所述方法的特征在于，在保持所述探頭的所述觸針(31)的末端固定的情況下，以如下運(yùn)動(dòng)規(guī)律執(zhí)行所述運(yùn)動(dòng)周期，所述運(yùn)動(dòng)規(guī)律為其幅值小于所述觸針的所述末端相對(duì)于所述探頭的保持凸緣的移動(dòng)范圍，其頻譜代表所述測(cè)量機(jī)的動(dòng)態(tài)使用...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：G·加斯科，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：海克斯康測(cè)量技術(shù)有限公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：