误差校正方法技术

一种对使用坐标定位设备获得的工件测量值进行误差校正的方法，包括步骤：测量工件；从预定误差函数、查找表或图谱确定可重复的测量误差；在测量工件时，测量加速度的至少一个函数并计算不可重复的测量误差；和组合可重复的误差和不可重复的误差，以确定总误差；和利用总误差来校正工件测量值。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及利用坐标定位设备测量工件。坐标定位设备可以包括坐标测量仪(CMM)、机床、手动坐标测量臂和检查机器人。本专利技术特别涉及校正 工件测量值中的误差。
技术介绍
工件生产出来之后，常见的做法是在坐标测量仪(CMM)进行检查， 该坐标测量仪具有主轴(quill )，探头安装到该主轴上，可以沿着三个正交 的方向x、 y和z在仪器的工作空间内驱动所述探头。作为过程控制的一部 分，利用安装在机床上的探头检查工件也是通常的做法。当探头接触工件表面时，通过降低仪器速度并导致探头非常緩慢地行 进，可以降低仪器动态偏转所导致的不精确性。我们早期的专利US4,333,238公开了一种在利用接触触发式探头进行测 量时补偿仪器动态偏转的方法。在高速测量时，所需的加速度可能导致仪器 以及安装有探头的主轴发生动态偏转，因此导致工件测量读数中存在误差。 在探头中设置加速度计，并由此确定接触触发式探头获取工件测量读数的瞬 间出现的动态偏转，可以克服这种误差。任何在加速度阈值以上进行的测量 都可以以较低的加速度重复。我们先前的专利US4，991,304公开了 一种利用坐标测量仪(CMM )检查 一系列工件的方法，其中通过让探头以緩慢的速度贴靠参考物体诸如基准 球，以提供一组校正偏差，为探头的每个希望的移动方向首先进行校正或校 准，并且这些校正偏差可以存储在计算机内，用于后续测量。将需要测量的第一工件置于CMM工作台上，并以低速测量工件表面上 的一组点，以获取精确的读数。然后以高速重复测量第一工件，计算并存储 低速读数和高速读数之间的差值。存储的每个测量点的误差值考虑了仪器结 构在高速下的动态偏转。将下一个需要测量的工件设置在CMM工作台上，并以高速获取读数。在该速度下，读数不精确，但是可以重复。每个高速读数通过增加相应的存 储误差值进行调节，因此补偿高速测量带来的误差。国际专利申请WO03/074968公开了 一种检查一系列工件的方法，其中 首先在高精度仪器上，例如在形状测量仪上校准样品(artefact),然后将其 置于坐标定位设备上。在坐标定位设备上以高速测量该样品，并从校准后的 样品的已知形状和在坐标定位设备上测量的样品测量形状之间的差值得出 误差函数或图谱。将该误差函数或图谱用于校正在坐标定位设备上高速下测 量的后续工件的测量值。这样做的优势在于，不需要绘制坐标定位设备的误 差图谱。US4991304和WO03/074968中公开的方法在仪器行为可以重复的速度 下工作良好。仪器驱动系统越平滑，就能实现越高的速度，同时不产生动态 误差，而校正图谱无法校正这种动态误差。一些坐标定位仪在高速下产生了明显的驱动振动。导致误差的振动来源 于仪器机械驱动器和控制系统。由这些振动(通常高于5Hz)导致的误差并 不适合以上所述的针对动态误差的补偿方法，因为振动在高速下会引起不可 重复的行为，而这种行为会导致测量误差。专利US6,412,329描述了 一种使用加速度计测量探头加速度来降低加速 度引发的测量误差的方法。将加速度信号进行积分，产生移动部件的速度信 号，该速度信号用在速度反馈控制回路(lo叩)中，产生校正信号。欧洲专利EP1311799公开了 一种校正因仪器部件的振动而由CMM位置 测量设备引发的坐标测量误差的方法。例如利用加速度计测量仪器移动部件 的加速度，并将该加速度值二重积分，产生表示因该加速度而导致的仪器部 件位移的信号。表示仪器部件位移的信号由仪器位置测量设备产生。使用数 据融合算法来处理两个如此获得的位移信号，以校正仪器产生的位移测量值 中的移动部件振动。上述两种方法存在的缺陷在于，在试图校正低频误差(通常为0-5Hz) 时，加速度计的漂移和噪声导致了问题，并因此导致校正不可靠
技术实现思路
本专利技术提供一种对使用坐标定位设备获得的工件测量值进行误差校正 的方法，在所述设备中，工件安装在所述设备的床体上，而工件感测探头相 对于该床体移动到与每个工件呈位置感测关系，并获得位置读数，而且设置 有用于测量探头相对于床体的加速度的至少一个函数的装置，所述方法包括以任何适当顺序排列的以下步骤(a) 测量工件；(b) 从预定误差函数、查找表或图谱确定可重复的测量误差；(c) 在测量工件时，测量加速度的至少一个函数并计算不可重复的测 量误差；和(d) 组合步骤(b)和(c)中获得的可重复的误差和不可重复的误差， 以确定总误差；和(e) 利用步骤(d)中确定的总误差来校正工件测量值。 该方法允许更为精确地表示工件，因为可以调节了可重复的误差和不可重复的误差两者。可重复的误差通常指的是低频(例如，小于5Hz)误差。它们归因于例 如探头的离心力。不可重复的误差通常指的是高频(例如，大于5Hz)误差。 它们归因于例如仪器振动。CMM通常在大约5-15Hz的频率下机械解耦，意味着高于约5Hz的数 据可能包含仪器振动，因此不可重复。可以利用加速度计确定不可重复的误差。该方法可以包括确定预定误差函数、查找表或图谱的步骤。步骤(b)中的预定误差函数、查找表或图谱可以通过以测量速度(优 选为高速)测量尺寸已知的样品来确定，其中测量误差从已知尺寸和测量尺 寸之间的差值来确定。所述样品可以包括需要测量的一系列工件其中之一。可以选择的是，所 述样品可以具有与工件的尺寸和形状特征相类似的特征。样品的形状可以通过在坐标定位设备上以低速测量所述样品来确定。可 以选择的是，可以通过在单独的高精度坐标定位设备诸如形状测量仪上进行 测量来确定所述样品的形状。可以在探头以一定范围的频率振荡时，利用探头获取所述样品的测量读数来确定步骤(b)中的预定误差函数、查找表或图谱。从已知尺寸和测量 尺寸之间的差值确定测量误差。因此可以从探头加速度和测量误差之间的关 系来确定误差函数、查找表或图谱。步骤(a)中测量样品的步骤可以包括扫描所述样品。 本专利技术的第二方面提供一种对使用坐标定位设备获取的工件测量值进 行误差校正的设备，在所述设备中，工件安装在所述设备的床体上，且工件 感测探头相对于该床体移动到与每个工件呈位置感测关系并获取位置读数， 而且设置有用于测量探头相对于所述床体的加速度的至少一个函数的装置， 所述设备包括控制器，该控制器适配地以任何适当的顺序执行以下步骤(a) 测量工件；(b) 从预定误差函数、查找表或图谱确定可重复的测量误差；(c) 在测量工件时，测量加速度的至少一个函数并计算不可重复的测 量误差；和(d) 组合步骤(b)和(c)中获得的可重复的误差和不可重复的误差， 以确定总误差；和(e) 利用步骤(d)中确定的总误差来校正工件测量值。 本专利技术的第三方面提供一种对使用坐标定位设备获取的工件测量值进行误差校正的方法，在所述设备中，工件安装在所述设备的床体上，且工件感测探头相对于该床体移动到与每个工件呈位置感测关系并获取位置读数，而且设置有用于确定探头相对于所述床体的加速度的至少一个函数的装置，所述方法包括以下步骤利用工件测量探头扫描样品，同时确定探头的加速度或加速度的函数； 将样品的测量尺寸与该样品的已知尺寸相比较，以确定测量误差； 创建误差函数、图谱或查找表，它们至少将探头的加速度或加速度的函数与测量误差关联起来；扫描后续工件，同时至少确定探头的加速度或本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种对使用坐标定位设备获得的工件测量值进行误差校正的方法，在所述设备中，工件安装在所述设备的床体上，而工件感测探头相对于该床体移动到与每个工件呈位置感测关系，并获得位置读数，而且设置有用于测量探头相对于该床体的加速度的至少一个函数的装置，所述方法包括以任何适当顺序排列的以下步骤：　（ａ）测量工件；　（ｂ）从预定误差函数、查找表或图谱确定可重复的测量误差；　（ｃ）在测量工件时，测量加速度的至少一个函数并计算不可重复的测量误差；和　（ｄ）组合步骤（ｂ）和（ ｃ）中获得的可重复的误差和不可重复的误差，以确定总误差；和　（ｅ）利用步骤（ｄ）中确定的总误差来校正工件测量值。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：若弗雷麦克法兰，凯维恩巴里乔纳斯，詹姆斯弗格斯罗伯逊，尼古拉斯约翰韦斯顿，赖清河，
申请(专利权)人：瑞尼斯豪公司，
类型：发明
国别省市：GB[英国]