用于表征仪表误差的方法和装置制造方法及图纸

一种用于表征表面测量仪表中的仪表误差的方法，包括获得表示第一参考对象的已知表面形式的第一校准测量数据，和获得表示第二参考对象的已知表面形式的第二校准测量数据。第二校准测量数据的至少一部分表示测量范围，其与第一校准测量数据的测量范围的至少一部分重叠。获得表征仪表误差的共同误差函数。

Method and apparatus for characterizing instrument errors

A method for the characterization of surface instrument error in measuring instruments, including calibration measurement data represent the first known surface form a first reference object, and obtain second calibration measurement data of known surface forms second reference object. Second at least a portion of the calibration measurement data indicates a measuring range that overlaps at least a portion of the measurement range of the first calibration measurement data. A common error function is obtained to characterize the instrument errors.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于表征仪表误差的方法和装置本公开涉及空间测量装置以及用于修正空间测量(例如表面的测量，例如通过用测量探头跟随表面所获得的表面测量)中的误差的方法和装置。一些表面测量仪表包括用于跟随工件的表面的测量探头和变换器，该变换器根据测量探头响应于表面特性(诸如纹理或形式)的移动来提供信号。例如，测量探头可横越测量路径并沿着该测量路径跟随表面的形式，同时记录测量探头在横越方向上的位置，以及变换器基于测量探头在测量方向上的偏转提供信号。自然地，这样的表面测量的准确度取决于在测量探头的移动和由变换器提供的信号之间的关系的线性。在这种关系中的非线性提供了在由这样的仪表产生的任何测量中的系统误差的分量。这种仪表误差可能由各种不同的源引起。例如，测量探头在测量方向上的移动在其跟随表面形式时可能与测量方向没有精确地对准。例如，测量探头可被枢转地安装并被这样限制以跟随弧形而不是线性的路径。这样的测量探头的示例包括安装在枢转臂上的测量探头，例如安装在触针臂上的触针。在这样的示例中，所谓的弧形误差意味着测量探头的移动没有与测量方向精确地对准，并且取决于触针臂的偏转量。此外，变换器自身可具有非线性响应。例如，如果变换器包括线性可变差动变换器(LVDT)，则在LVDT的核芯和线圈之间的耦合中非线性改变可特别是在测量范围的末端处发生。弯曲的衍射光栅或干涉仪也可用作变换器，以基于测量探头的偏转提供信号，并且这些也可能通过表面测量仪表在表面的表征中引起非线性。作为另一示例，测量探头自身可以是有限的尺寸。在这样的示例中，测量探头与表面的相互作用可以是表面与测量探头之间的接触角的函数。例如，在具有圆形尖端的接触触针中，由测量探头测量的表面高度取决于接触角和触针尖端半径。这些相同的效果适用于接触式和非接触式测量两者。例如，扫描隧穿显微镜的尖端的相互作用区域或磁探头的相互作用区域两者都可以是有限的尺寸，于是这种相互作用区域的形状也可根据正被测量的表面和测量探头之间的角引入依赖关系。解决这些问题的一种方式是通过测量跨标准参考对象(诸如球体或倾斜的光学平面)的已知表面形式的路径来校准测量仪表。这些和其他参考对象可按照严格容差来制造，并且因此在已知的形式和所测量的形式之间的差值可用于表征仪表误差。这样的校准的准确度取决于不仅了解这样的参考对象的形状而且了解其位置。该位置常常不是已知的。解决这个问题的一种方式是进行测量，其包括参考对象的对称轴且对于参考对象的对称轴优选是对称的。例如，如果参考对象是已知半径的球体，那么关于参考球体的顶是对称的测量可唯一地限定其位置。然而，对于一些仪表，测量对称参考对象的两侧是不可能的。例如，测量探头相对于参考对象的几何形状和尺寸可排除这种情况。本公开的方面和实施例解决了表面测量中的仪表误差。这些中的一些方面和实施例在所附权利要求书中进行了陈述，且现在将参照附图仅通过示例来描述一些实施例，其中：图1示出了计量仪表的示例的示意性立体图；图2示出了在图1中所示的计量仪表的部分的图示，其图示了计量仪表的触针在测量操作期间如何移动；图3示出了计量仪表的功能框图；图4示出了测量探头执行测量的图示；以及图5示出了测量数据和仪表误差的表征的示例。在附图中，类似的参考数字指示类似的元素。本公开提供了用于表征表面测量仪表中的仪表误差的方法和装置。如上所述，本公开可发现特定的应用，其中校准测量数据没有完全地限定其从中被采集的对象。例如，如果参考对象是球体，则校准数据可不唯一地限定球体的中心的位置，即使半径是已知先验的。可获得两组校准测量数据，每个具有至少部分相互重叠的测量范围，并且每个表示不同参考对象的已知表面形式。常见模型可适用于这些组的校准测量数据，以便表征仪表误差。该模型可包括两个参考对象的已知表面形式和仪表误差的期望形式。通过使这样的模型适用于第一校准测量数据和第二校准测量数据二者一起，能够确定两组校准数据共同的误差函数例如独立于正被测量的对象的表面形式。该共同的误差函数可表征仪表误差。仪表误差的期望形式的一个示例是在Z(测量方向)上的三次多项式，其可用于表征枢转安装的触针臂中的弧形误差。在该示例中，共同的误差函数可包括基于作为两组校准数据的整体的模型的拟合所修改的这种期望形式。以下参照图1和图2描述了本公开在其中可以是有用的一个装置。虽然参考这样的装置进行了描述，但是将认识到，本公开的方法可与其他类型的装置一起使用。更详细地，图1示出了用于测量表面特性(特别是表面形式和纹理或粗糙度中的至少一个)的计量仪表1的示意性立体图。计量仪表可基于由英国英格兰莱斯特的TaylorHobson有限公司供应的FormTalysurf系列的计量仪表。在该配置中，计量仪表1具有被设计为放置在工作台或桌子100上的基座2。工件支座3被安装到基座2且承载工件支撑平台4。工件支撑平台4可以使固定的或者可以借助于机械化的滚珠丝杠布置(未在图1中示出)在Y方向(其进入到图1中的纸的平面中)上相对于支座3可移动。基座2还带有柱5，其限定了竖直或Z轴参考基准。柱架6被安装到柱5，以便在Z方向(其沿着柱向上和向下)上可移动。在该配置中，柱架6在Z方向上的移动由机械化的导杆传动布置(未在图1中示出)实现，但是任何适合形式的传动机构可被使用并且在示例中柱架可以是手动可移动的。柱架6带有测量探头架7，其在图1中的X方向上相对于柱架6是可移动的。在该配置中，测量探头架7被安装成凭借机械化的皮带轮传动布置(图1中不可见)或任何其他合适形式的传动机构，沿着被安装在柱架6内的X轴基准杆是可滑动的，且在X方向上沿着X轴基准杆被推动或拉动。测量探头架7运载包括围绕枢轴8d(图1中不可见，参见图2)可枢转的触针臂8a的触针的测量探头8，并且在其自由端运载触针尖端8b，其被布置为与待测量的表面进行接触，使得当测量探头8在X方向上横越待测量的表面时，触针臂8a枢转以使触针尖端8b能够在Z方向上跟随表面的变化。被安装在基座2上的计量仪表的组件形成计量仪表1的测量系统1a。计量仪表1还具有数据采集、处理和控制系统(DAPCS)9，其通过测量系统1a控制测量操作并处理从测量系统1a接收的数据。DAPCS9由与测量系统连接的计算设备10(以个人计算机、工作站等的形式)组成。测量探头8可包括枢转安装的触针。这意味着触针尖端8b沿着弧形路径移动且不精确垂直于正被测量的表面的平面。该弧形移动用图形在图2中示出，其中曲线200表示触针尖端8b在其之上横越的对象的表面(在该示例中是参考球体的表面)。如图2中所图示的，变换器90耦合到测量探头8和DACPS9。变换器被配置为感测触针臂8a关于枢轴8d的移动。变换器还被配置为基于测量探头在测量方向Z上的偏转向DACPS提供信号。在操作中，DACPS9控制柱架6以在待测量的表面200上移动测量探头8，使得测量探头沿着从起点502到终点506的测量路径跟随表面200。DACPS在其跟随表面时记录在测量探头的横越方向X上的位置以及其在测量方向Z上的偏转。图2示出了触针臂8a的两个位置。以虚线示出的位置是在触针臂8a有效水平时，以及以实线示出的位置是在触针臂8a已经被枢转使得触针尖端8b接触测量范围的一端502时。如从图2中可见的，触针尖端8b的弧形移动随着本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于表征表面测量仪表中的仪表误差的方法，所述方法包括：获得表示第一参考对象的已知表面形式的第一校准测量数据；获得表示第二参考对象的已知表面形式的第二校准测量数据，其中所述第二校准测量数据的至少一部分表示与所述第一校准测量数据的测量范围的至少一部分重叠的测量范围；将所述已知表面形式的模型和所述仪表误差的所述期望形式的模型拟合到所述第一校准测量数据和所述第二校准测量数据两者，以确定：描述所述第一参考对象的所述已知表面形式的第一参数；描述所述第二参考对象的所述已知表面形式的第二参数；以及表示所述仪表误差的共同误差函数；其中，通过将所述模型拟合到所述第一校准测量数据和所述第二校准测量数据两者所获得的所述共同误差函数表征所述仪表误差。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.05.06 GB 1407984.21.一种用于表征表面测量仪表中的仪表误差的方法，所述方法包括：获得表示第一参考对象的已知表面形式的第一校准测量数据；获得表示第二参考对象的已知表面形式的第二校准测量数据，其中所述第二校准测量数据的至少一部分表示与所述第一校准测量数据的测量范围的至少一部分重叠的测量范围；将所述已知表面形式的模型和所述仪表误差的所述期望形式的模型拟合到所述第一校准测量数据和所述第二校准测量数据两者，以确定：描述所述第一参考对象的所述已知表面形式的第一参数；描述所述第二参考对象的所述已知表面形式的第二参数；以及表示所述仪表误差的共同误差函数；其中，通过将所述模型拟合到所述第一校准测量数据和所述第二校准测量数据两者所获得的所述共同误差函数表征所述仪表误差。2.根据权利要求1所述的方法，其中，拟合包括选择所述第一参数、所述第二参数和所述共同误差函数，以减小所述模型与所述第一校准测量数据和所述第二校准测量数据两者之间的差值。3.根据权利要求2所述的方法，其中，减小所述差值包括减小共同优值函数，其中，所述共同优值函数取决于所述模型与所述第一校准测量数据和所述第二校准测量数据两者之间的所述差值。4.根据上述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述共同误差函数包括所述测量仪表的测量探头的位置的函数。5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述仪表被配置为通过跟随横越方向上的测量路径来获得指示表面的测量方向上的所述位置的测量数据，其中所述测量探头的所述位置包括在所述测量方向和所述横越方向中的至少一个方向上的位置。6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述共同误差函数包括作为在所述测量方向上的测量位置的函数的在所述测量方向上的所述误差的模型。7.根据权利要求5或6所述的方法，其中，所述共同误差函数包括作为在所述测量方向上的位置的函数在所述横越方向上的所述误差的模型。8.根据上述权利要求中的任一项所述的方法，其中：所述第一参数包括所述第一参考对象的位置和所述第一参考对象的曲率半径中的至少一个；以及所述第二参数包括所述第二参考对象的位置和所述第二参考对象的曲率半径中的至少一个。9.根据权利要求8所述的方法，其中，以下中的至少一个是已知先验的：所述第一参考对象的所述位置、所述第一参考对象的所述曲率半径、所述第二参考对象以及所述第二参考对象的所述曲率半径。10.根据上述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述第一校准测量数据和第二校准测量数据中的至少一个表示相对于从其获得该测量数据的所述参考表面不对称的测量路径。11.根据上述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述共同误差函数包括基础函数的线性和。12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述基础函数包括多项式函数、样条函数、指数函数和正弦曲线中的至少一个。13.根据上述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述参考对象的每一个包括曲面。14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述曲面至少是部分球形。15.根据上述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述模型基于(Xji-aj)2+(Zji-bj)2＝Rj2其中，Zji＝A*Zmji+B*Zmji2+C*Zmji3，Xji＝Xmji+D*Zji+E*Zji2+F*Zji3X指示所述测...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖少军，
申请(专利权)人：泰勒霍普森有限公司，
类型：发明
国别省市：英国,GB