确定机床或测量机中的几何误差的方法技术

本发明专利技术提供了一种确定机床或测量机中的几何误差的方法，该测量机具有用于在测量空间内移动标靶的移动单元，该方法包括以下步骤：在测量空间内确定第一方向；利用移动单元将标靶沿着该方向移动到多个点；利用测量装置测量每个点距离沿着第一方向定位的原点的横坐标；利用机器获得每个点的坐标；对测量空间内的多个方向重复前述的步骤；以及根据由测量装置测得的横坐标和由机器获得的点的坐标来确定所述机器的误差参数。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种确定才几床或测量才几中的几^可误差的方法。本专利技术优选地《旦不是排他地应用于测量才几，为了简洁起见，随 后的描述参照测量机进行，但仅仅是以实例的方式。
技术介绍
从WO2005/019769中可知道一种确定才几器中几祠3吴差的方法， 在该专利中操作机器以使测量空间中的背反射器(back-reflector ) 沿着相对于坐标轴定向的三维网格(grid)移动，并接着获得网格 点。反射器,皮位于一几器底座(machine bed)上且包括干涉〗义的光学 跟踪装置或"激光跟踪器"跟踪；每个所获得的网格点与同激光源 相关耳关的预定参考点之间的实际距离由干涉测量法测量；如所知 的，这个3巨离可在不存在干涉4义的未知死鴻4圣(dead path)的情况 下^皮确定。用跟踪器激光在测量才几底座上的不同位置4丸行相同的梯:作次序。才艮据机器的动力学模型，处理所获得的点的坐标以及由干涉仪 测得的距离，以计算才几器的误差参^:。上面简要描述的已知方法具有如下缺点需要极为精确的、因 此复杂、高成本的能够沿着激光束的方向变化进行连续的干涉测量 的激光跟踪器。此外，对于激光跟踪器的每个位置，它引入了千涉仪的死路径、 以及激光^L踪器位置形式的额外未知量。
技术实现思路
本专利技术目的是提供一种确定笛卡尔机器中的几何误差的方法，i殳计该方法以消除通常与已知方法相关的前述*夹点。根据本专利技术，提供了 一种确定机床或测量机(该测量机包括用 于在测量空间内移动标革巴的移动单元)中的几祠^吴差的方法，该方 包括以下步骤在测量空间内确定方向；利用移动单元将标靶沿着 所述方向移动到多个点；利用测量装置测量每个所述点距离沿着所 述方向定位的原点的横坐标；利用所述机器获得每个点的坐标；对 测量空间内的多个方向重复前述的步骤；以及才艮据测量装置测得的 横坐标和由所述机器获得的点的坐标来确定所述机器的误差参数。附图说明将参照附图，通过实例的方式描述本专利技术的优选且非限制性的 实施例，附图中图1示出了根据本方法操作的测量机和千涉仪测量装置；图2示出了图1的干涉仪测量装置。具体实施例方式图1中的标号l表示作为整体的测量机，该测量机包括平的 底座2,该底座具有水平参考面3且用于支撑将^^皮测量的物体(未 示出)，该水平参考面平4亍于一组三个的笛卡尔轴X、 Y、 Z中的两 个水平轴X、 Y;以及移动单元4。单元4包括可沿着轴Y相对于底座2移动的桥"l妄件(bridge ) 5，并进而包括两个竖直件6和7，以及在竖直件6和7之间延伸且 平行于轴X的横向构件8。单元4还包括托架(carriage) 9,托架安装至4黄向构件8且 可沿着轴X在一黄向构〗牛8上移动；以及测量头部10，安装至纟乇架9 并可沿着轴Z相^j"于^6架9移动。头部10的底端方^J也安装有已知的双轴连接装置11，该双轴 连接装置用于定向地支撑使用中的探针(未示出)且方便地包括具 有垂直轴A(即，平行于轴Z)和水平轴B (即，平4亍于平面XY)的双轴"肘节"。为了才艮据本专利技术的方法来确定才几器1的几何误差，连接装置配 备有包括背反射器12的标靶，该背反射器可以是任何已知类型的， 例如猫眼或三面直角冲菱4竟。才艮据本专利技术的方法还4吏用干涉4义测量装置13来实施，即，这 样一种仪器它能够产生激光束14且使该激光束沿着可随两个转 动自由度(方位角和仰角)变化的方向而定向，并且利用干涉测量 法确定沿这个方向定位的背反射器相对于预定原点的一黄坐标。装置13 (图2)方便地包括已知的商用干涉仪15、以及具有两 个自由度的光束偏转器19。光束偏转器19可以通过已知的配备有 镜子17的读数器(indexing head) 16限定，镜子接收由干涉仪15 产生的激光束14,并沿着由4竟子17的方位限定的方向反射该激光束。根据本专利技术的方法，装置13纟皮连续地i殳定在才几器1的测量空 间内的不同位置处；并且在装置13的每个4立置中，沿着不同方向 连续;也产生;敫光束14，下文中每个方向由可变下标j表示。适当地选择装置13在测量空间内的连续位置的凄t目、以及从 每个位置产生的激光束的数目和方向，以覆盖整个测量空间，这在 随后将更详细地解释。机器1装备有第一控制单元18，该第一控制单元用于控制沿着 各个坐标轴驱动机器的移动部件5、 9、 IO的电动机(未示出)，并 且该第 一控制单元在使用中还获取并存储由探针获得的坐标。装置13由用于沿着预定方向定向激光束14的第二控制单元20 控制，并且，如果该第二控制单元是针对第一控制单元设计的，则 它可以结合在第一控制单元18中，或者为了同步的目的，该第二 控制单元可以与第一4空制单元18相耳关。装置13方便地包括光接收器21，该光接收器用于跟据从背反 射器返回的激光束的强度来产生信号。光接收器21方便地通过第 二控制单元20连接至第一控制单元18,以^使得第一控制单元能够 根据所述信号通过反馈控制来使背反射器12沿着光束方向移动。下面描述实施才艮据本专利技术的方法的一种实施方式。在将装置13设置到测量空间内的第一位置处后，沿着由单位 矢量n]定义的第一方向(j=l)产生第一激光束14。随后操作机器1,以将背反射器12沿着光束的方向设置到连续 的点Pn处。针对每个点，都获得矢量Pu(u),该矢量的组成部分是 由机器1获得的点坐标且包含因误差参数u (未知)造成的误差、 以及每个点相对于原点的横坐标ln (该横坐标采用干涉测量方法测 量并且可々I定它是精确的)。原点可以沿着光束方向4壬意选取，并 且事实上，原点通过将装置13中的干涉4义的计数器调零来设定。横坐标由装置13测得的每个点沿着由单位矢量n！限定的线对 齐，并且每个点可以在与装置结合为一体的参照系统中通过精确的 矢量liHiin!表达。为了在机器1的机器-轴参照系统中比较由机器测得的矢量lu 与对应的Pn,两者必需都在相同的参照系统中表达，这通过由未知 旋转矩阵R,和平移矢量t,限定的旋转-平移来实现。随后将装置设置到多个连续位置j处，对于每个位置j，重复针 对位置j二l而描述的相同的步骤。随后，可以计算误差参ltu,这通过针对每个点，相对于误差参数将误差函数(由机器1的参照系统中的矢量Pij(U)(受误差的影响)与旋转变换矢量lij之间的差的总和来定义)最小化成旋转矩阵 Rj,并最小化成平移矢量tj来实现/ ( 1 )其中Pij(U)表示根据误差参数u的第j条激光束上第i个点的机器坐标；lij表示点的坐标，这些点的横坐标相对于共用原点由装置在与 它结合为 一体的参照系统中获得；Rj和tj分别表示旋转矩阵和平移矢量，通过它们将矢量lij转换到才凡器参照系统(N.B.对于激光束的每个方向j均具有一个矩阵 r和一个矢量t )。假设关于Rj初始近似值的小角度可直接从由机器1获得的坐标 中得到，问题是可分离变量的其中之一，并且旋转-平移(Rj， tj) 可分别预先估计。这些解法使得光束14的每条线j均与对应的点 Pij的最小二乘行一致，并^f吏得多个点lij的重心与多个点Py的对应 重心一致。因此(1 ) 3皮简^f匕成其中nj表示根据点Pjj计算的最小二乘行j的单位矢量；^表示通过机器获得的点沿第j条激光束的重心，即本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种确定机床（１）或测量机中的几何误差的方法，所述测量机包括用于在测量空间内移动标靶的移动单元（４），所述方法包括以下步骤：　在测量空间内确定方向；　利用所述移动单元（４）将所述标靶沿着所述方向移动到多个点；　利用测量装置（１３）测量每个所述点距离沿着所述方向定位的原点的横坐标；　利用所述机器（１）获得每个所述点的坐标；　对所述测量空间内的多个方向重复前述的步骤；以及　根据由所述测量装置（１３）测得的横坐标以及由所述机器（１）获得的所述点的坐标来确定所述机器的误差参数。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：亚历山德罗巴尔萨莫，米凯莱韦尔迪，
申请(专利权)人：海克斯康测量技术有限公司，国家测量技术研究院INRIM，
类型：发明
国别省市：IT[意大利]