【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及用于校准坐标测量装置的方法以及包括铰接头并且可以采用多个配置的坐标测量系统。
技术介绍
1、在若干工业过程中都使用坐标测量系统来通过感测所制造的工件的表面上的离散点来确定所述工件的几何形状(特别是形状和尺寸)。这些系统使用精确的定位平台使坐标探针与工件接触或接近工件，以感测表面上的点。需要接触工件的探针通常被称为接触式坐标探针，而需要接近工件而不接触工件的探针通常称为非接触式探针，并且经常使用光学检测。
2、坐标测量系统可以采取坐标测量系统、坐标测量机器人或坐标测量机(cmm)的形式以及用于装备诸如机床或添加打印机这样的生产机器或检测系统的测量解决方案或设备的形式。具体地说，坐标测量系统可以被配置或设计为沿着一个、优选地彼此正交的两个、三个或更多个平移轴移动精确定位平台。在一些配置中，坐标测量系统可以另外包括构成另一自由度的用于工件的转台。
3、接触式探针在这些应用中非常受欢迎。它们在触针的顶端具有一个非常精确的球体，并且当球体接触工件表面时生成电信号。例如控制处理器或数字电路形式的控制器每当存在接触时存储定位平台的位置(和转台的位置，如果存在的话)，并且从这些数据计算出接触点的坐标或沿着接触轨迹的连续点的坐标，如果坐标测量机是这样驱动的话。
4、一些接触式探针被设计用于支持工件轮廓的连续测量(也称为扫描)。在该配置中，控制器可以通过连续地记录定位平台的位置(例如，坐标)以及在工件扫描期间由接触式探针提供的接触数据，以几何方式推导出沿着工件表面上的路径的坐标。
5、还
6、为了获得期望的坐标，控制器将由系统提供的瞬时或记录的数据转换成系统操作容积内的坐标，该数据尤其包括定位平台的坐标和坐标探针的位置和/或方位以及其运动学和结构数据(例如，接触式探针的接触球体的尺寸或光学探针的光轴的位置和方位)。为了提供精确系统所需的准确度和精确度二者(例如，在μm范围内操作)，必需在转换中考虑安装不准确性以及热膨胀。因此，通过校准过程来调节该变换，在该校准过程中将坐标测量系统和探针应用于其形状先验已知(例如，精确的球体)的人工制品。每当修改坐标系时，例如，当一个坐标探针改变为另一坐标探针时、定期地或在需要时，实行校准。
7、许多坐标测量系统都可以通过在定位平台和探针本身之间插置铰接探头来重新定向坐标探针，无论是接触式探针还是非接触式探针。该装置可以通过配置一个、两个、三个或多于三个的可旋转元件的角度来旋转探针。通常，铰接探头具有两个或三个旋转轴(最终一个与另一个正交)以覆盖大多数应用中所需的所有可能方位。许多探头具有两个转子，该两个转子一个接一个地处于具有正交旋转轴的串联配置中，并且为了简洁起见，本文献将主要参照该配置，但这不是本专利技术的实质特征。探头的旋转轴可以是连续的，在这种情况下，旋转角度由精密编码器读取，或者被分度，从而只允许一组离散的角度，例如，圆上的相互分开5°的72个位置。在分度探头中，通过精密加工的联轴器来确保角度的可重复性，并且可以通过电位计或通过简单的编码器读取位置。
8、铰接探头在测量复杂工件时是必不可少的，因为需要不同的方位来靠近所有所关注的点。然而，这些增加了坐标测量系统的校准难度。通常，需要对探头的每种可能配置进行不同的校准。即使使用插值，双轴系统的校准也可能过长并且可能大大降低机器的可用性。
9、例如从ep0759534中已知，通过确定存储了探针的一大组可能配置(方位和/或位置)的测量误差的误差图或表来校准坐标测量机。对于至少一些配置，可以用独立配置(或指标)校准(即，此后也称为“独立校准”或“模型无关校准”)来确定误差，而对于其余的配置，可以从这些独立校准中以数学方式进行误差的推断(例如，插值)。如在us4888877中公开的，还已知通过用通过校准数据的拟合确定的自适应参数建立设备的数学模型来校准坐标测量机。
10、通过用误差表校准，通过独立校准来分别确定表中的每个误差据认为是最精确的方法，但它不仅需要存储大量的数据，而且需要耗时的计算。数学模型试图用数量减少的方程和模型参数来捕获运动系统的复杂度，但在这样做时它们可能牺牲了一些准确度。
11、us6134506描述了一种3d测量设备的校准程序，该校准程序需依赖于调节已存储在存储器中的先前校准参数。
12、us5526576描述了一种坐标测量机，该坐标测量机基于将要获得的测量准确度来加载与选定的多个探针配置关联的数据文件之一。
13、ep0759534描述了一种用于校准坐标测量机的可移动臂上的铰接探头的方法。该方法涉及在铰接探头的数量减少的离散方位的误差确定，其中，中间方位的误差是被线性推断的。
14、ep1405036b1描述了一种用于具有旋转/枢转接头的坐标测量装置的校准方法，其中，识别然后校准给定测量所需的探针的唯一位置和角位置。
15、严苛的坐标测量机用户需要准确的测量(在μm范围内)，用不同的测量配置(特别是探针及其延伸部)工作并且使用探针围绕工件具有许多不同方位和定位的测量计划。这些用户需要针对方位和工具的所有可能组合校准他们的设备，并且必须足够频繁地重复校准，以补偿不可避免的热漂移和工具容差。在这些情况下，花费在校准上的非生产性时间会大大增长。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供克服现有技术的缺点和限制的校准坐标测量机的方法。
2、根据本专利技术，这些目的通过所附权利要求的目的来实现，尤其是通过用于在定位平台和坐标探针之间具有铰接探头的坐标测量系统的校准方法来实现，该方法包括其中收集(特别是确定)定义铰接探头的模型的第一组模型参数的第一校准。第一校准涉及在使铰接探头呈现(例如，表现)第一组配置中的所有配置的同时测量关于铰接探头的几何数据。优选地，在第一校准结束时存储这样的第一组模型参数。在通常与第一校准分开且不同的第二校准中，将铰接探头安装在坐标测量系统上，连接到坐标探针，并且在使铰接探头呈现第二组配置中的所有配置的同时使用该组装测量其几何形状已知的校准人工制品，之后确定与第一组模型参数一起定义所述铰接探头与坐标探针的组装的模型的附加模型参数。然后，由坐标探针安装在铰接头上的坐标测量系统使用该模型来测量工件表面上的点的坐标。
3、第一校准也可以称为“工厂校准”或“不可变校准”，因为它常常是探头制造的一部分，并且它相对于坐标探针是不可知的，但这并不意味着第一校准不能在现场重复或在情况需要修改时进行修改。第二校准也可以称为“附加校准步骤”或“本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于坐标测量系统的校准方法，其中，所述坐标测量系统包括连接到所述坐标测量系统的定位平台的铰接探头以及以可移除方式连接到所述铰接探头的坐标探针，其中，所述铰接探头能呈现与所述坐标探针的各种方位对应的多个配置，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一组配置包括比所述第二组配置更多的配置。
3.根据权利要求1所述的方法，所述方法包括将所述第一组模型参数的至少一部分存储在所述铰接探头中包括的非易失性存储器中。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一校准包括将所述铰接探头安装在校准坐标测量系统的定位平台上，将校准坐标探针连接到所述铰接探头并且利用所述坐标测量系统、所述坐标探针和所述铰接探头测量校准人工制品。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一校准包括将所述铰接探头安装在测量设备的测量容积中，并且利用所述测量设备获取所述铰接探头的位置和/或方位数据；优选地，所述测量设备是激光扫描仪、示踪器或干涉仪。
6.根据权利要求1所述的方法，所述方法包括将所述铰接探头安装在坐标测量机系统的定位平台上并
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述铰接探头具有一个、两个、三个或多于三个的旋转轴。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一校准和所述第二校准在不同的位置处执行，或者所述第一校准在所述铰接探头的制造地点或者在所述坐标测量设备的安装或组装地点执行。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，所述方法包括在所述第一校准和所述第二校准之间改变坐标探针。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一组配置包括所述铰接探头的不止200种配置，优选地所述铰接探头的不止500种配置，并且所述第二组配置包括所述铰接探头的少于24种配置，优选地所述铰接探头的少于12种配置；和/或所述第一组配置包括比所述第二组配置多至少十倍的配置，优选地比所述第二组配置多五十倍的配置。
11.根据权利要求1所述的方法，其中，附加模型参数的所述确定包括针对所述附加模型参数中的一个或更多个参数定义范围或最小值或最大值。
12.根据权利要求12所述的方法，所述方法包括选择性准确校准第三组配置，其中，确定所述工件的表面上的点的坐标包括当所述铰接探头的配置处于所述第三组配置中时覆盖或校正所述组装的模型。
13.根据权利要求12所述的方法，所述方法包括基于所述工件的模型来定义所述第三组配置。
14.根据权利要求12所述的方法，所述方法包括针对所述第三组配置记录所述定位平台的位置与所述坐标探针的参考点的位置之间的对应表。
15.一种坐标测量系统，所述坐标测量系统包括定位平台、连接到所述定位平台的铰接探头以及可移除方式连接到所述铰接探头的坐标探针，其中，所述铰接探头能呈现与所述坐标探针的各种方位对应的多个配置，所述坐标测量系统被配置为：
16.根据权利要求15所述的坐标测量系统，所述坐标测量系统包括存储所述第一组模型参数的至少一部分的非易失性存储器。
17.根据权利要求15所述的坐标测量系统，所述坐标测量系统被配置为当所述铰接探头的配置处于第三组配置中时独立覆盖或校正所述组装的所述模型；优选地，所述坐标测量系统被配置为独立校准所述铰接探头的所述第三组配置以覆盖或校正所述组装的所述模型。
...【技术特征摘要】
1.一种用于坐标测量系统的校准方法，其中，所述坐标测量系统包括连接到所述坐标测量系统的定位平台的铰接探头以及以可移除方式连接到所述铰接探头的坐标探针，其中，所述铰接探头能呈现与所述坐标探针的各种方位对应的多个配置，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一组配置包括比所述第二组配置更多的配置。
3.根据权利要求1所述的方法，所述方法包括将所述第一组模型参数的至少一部分存储在所述铰接探头中包括的非易失性存储器中。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一校准包括将所述铰接探头安装在校准坐标测量系统的定位平台上，将校准坐标探针连接到所述铰接探头并且利用所述坐标测量系统、所述坐标探针和所述铰接探头测量校准人工制品。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一校准包括将所述铰接探头安装在测量设备的测量容积中，并且利用所述测量设备获取所述铰接探头的位置和/或方位数据；优选地，所述测量设备是激光扫描仪、示踪器或干涉仪。
6.根据权利要求1所述的方法，所述方法包括将所述铰接探头安装在坐标测量机系统的定位平台上并且在所述第二校准之前将坐标探针连接到所述铰接探头。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述铰接探头具有一个、两个、三个或多于三个的旋转轴。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一校准和所述第二校准在不同的位置处执行，或者所述第一校准在所述铰接探头的制造地点或者在所述坐标测量设备的安装或组装地点执行。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，所述方法包括在所述第一校准和所述第二校准之间改变坐标探针。
10.根据权利要求1所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：贝亚特·埃比舍尔，S·贝尔加马斯基尼，C·德格拉芬里德，J·沙尔多南，D·马内蒂，S·阿日达里，
申请(专利权)人：特莎有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。