用于校准坐标测量装置的方法制造方法及图纸

为了校准坐标测量装置，提供具有已知特性的参考测量对象。记录所述参考测量对象上的多个参考测量值。基于所述参考测量值且基于所述参考测量对象的所述已知特性，确定校准数据，其中所述校准数据包括第一数目的多项式系数，所述第一数目的多项式系数被设计为基于至少一个多项式变换校正非线性测量误差。根据本发明专利技术的一方面，在迭代方法中将所述第一数目的多项式系数减少到较少的第二数目，其中形成多项式系数的多个对，并且其中如果在对的所述多项式系数之间的统计相关性大于限定的阈值，则消除该对的多项式系数。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于校准坐标测量机的方法，该方法包括以下步骤-在所述坐标测量机的测量体积中提供具有已知特性的参考测量对象；-对所述参考测量对象采集多个参考测量值；以及-使用所述参考测量值且使用所述已知特性确定校准数据，-其中所述校准数据包括第一数目的多项式系数，所述第一数目的多项式系数被 选择为借助于至少一个多项式变换来校正所述坐标测量机的非线性测量误差。本专利技术还涉及一种坐标测量机，其包括用于测量对象的接纳器(rec印tion)，包括 用于产生所述测量对象的位置依赖测量值的传感器，并且包括用于控制所述传感器且用于 处理所述测量值的评估和控制单元，其中所述评估和控制单元被设计为使用具有已知特性 的参考测量对象确定校准数据，并且其中所述校准数据包括多个多项式系数，所述多项式 系数被选择为借助于至少一个多项式变换来校正所述坐标测量机的非线性测量误差。
技术介绍
从EP 1 051 596B1大体上可知这种类型的方法和坐标测量机，但该出版物没有 详细公开坐标测量机的结构。根据本专利技术的坐标测量机具有可以相对于测量对象移动的传感器。测量对象通常 被放置在测量台或另一合适的接纳器上。该传感器相对于测量对象而被放置在限定的位置 中。随后，通过评估该传感器在测量体积中的位置以及如果合适，由该传感器提供的进一步 测量的数据，在测量对象上确定限定的测量点的空间坐标。这样的坐标测量机可被用于通 过在多个测量点处采集空间坐标而确定测量对象的包括形状和外形轮廓的几何尺度。因 此，坐标机被通常应用于对工件的质量控制。在许多情况下，坐标机具有所谓的触觉式测量传感器。这是一种具有传感器基部 的传感器，所述传感器基部可以相对于测量对象移动。该传感器还具有探测元件，其通常为 探针的形式，通过该探针，实现与测量对象上的测量点的接触。探测元件可以相对于传感器 基部移动，从而该探测元件在测量点的接触期间偏斜。传感器中的测量元件用于确定相对 于传感器基部的这些偏斜，以实现高测量精确度。通常，使用所谓的变换矩阵将探测元件相 对于传感器基部的偏斜变换成坐标系统，该坐标系统规定传感器在测量体积中的位置。在 校准操作中计算变换矩阵的系数，其中对具有已知特性的参考测量对象采集参考测量值。在开头处提到的EP 1 051 596B1公开了这样一种校准方法，其中，首先确定在探 针的端部上设置的探球的位置和半径，并且其中随后计算变换矩阵的系数。此外，根据EP 1 051 596B1的方法提供了使用多个另外的参考测量值来确定误差表，该误差表代表根据探 测元件的偏斜量值变化和根据各自的测量位置变化的测量偏差。该误差表可以被提供为所 谓的查找表的形式或者具有多项式系数的多项式函数的形式。在后一情况下，多项式函数 用于通过借助于多项式函数来计算对于传感器系统的非线性行为的线性化而校正非线性 测量偏差。因此，校准不仅包括对变换矩阵的系数的确定，还包括对代表剩余的非线性测量 偏差的合适的多项式系数的确定。根据EP 1 051 596B1的方法需要大量的参考测量值，因此相当费时。这是不利 的，因为在坐标测量机的操作期间经常需要重复校准以实现高精确度的测量。为了加快具有测量传感器的坐标测量机的校准，希望使必须通过校准确定的参数 或系数的数目最小化。需要确定的参数/系数越少，所需的参考测量值也越少。另一方面， 最小化不应导致忽略显著的测量偏差。通过对改进的校准方法的查找发现，用于校正非线性的多项式变换可部分地导致 在未受到参考测量值支持的点处的强测量偏差。换言之，即使当多项式变换在受到参考测 量值支持的那些内插点处获得非常好的校正结果，所述多项式变换也会引起“新的”非线性测量偏差。
技术实现思路
在该背景下，本专利技术的目的是提供一种校准坐标测量机的方法，通过该方法，可以 更容易地且以更高的精确度校正从非线性系统产生的测量误差。特别地，本专利技术的目的是 提供一种稳健的校准方法，即使远离受到参考测量值支持的测量位置，该校准方法也能够 实现精确的测量。本专利技术的另一个目的是提供一种合适的坐标测量机。根据本专利技术的一方面，通过在开头提到的类型的方法实现这些目的，其中在迭代 方法中将多项式系数的第一数目减少到较少的第二数目，其中形成多项式系数的多个对， 并且其中在所述对的多项式系数之间的统计学相关性大于限定的阈值的每一种情况下，可 以消除所述对的多项式系数。根据本专利技术的另一方面，通过在开头提到的类型的坐标测量机实现该目的，其中 所述评估和控制单元被设计为在迭代方法中将多项式系数的第一数目减少到较少的第二 数目，其中形成多项式系数的多个对，并且其中在所述对的多项式系数之间的统计相关性 大于限定的阈值的每一种情况下，可以消除所述对的多项式系数。有利地以具有程序代码的计算机程序的形式实现该新颖的方法，该计算机程序被 存储在合适的数据介质上且被设计为当程序代码在坐标测量机的评估和控制单元中运行 时执行该新颖的校准方法。该新颖的校准方法仍然是基于使用多项式变换来校正坐标测量机的非线性测量 误差的构思。然而，发现校正质量强烈依赖于在校准过程中确定哪些和多少多项式系数。发 现多项式的过大的数目导致这样的变换方程，虽然这些变换方程在受到参考测量值支持的 那些点处获得了良好的校正结果，但它们会在其他点处引起强烈的非线性偏差。可通过使 用用于特定校准任务的多项式系数的“最优”集合而避免该问题。困难在于找到多项式系数 的该“最优”集合。该新颖的校准方法可以通过使用迭代方法而克服该困难，该迭代方法用 于优化所使用的多项式系数的数目。在该过程中，从最初提供的多项式系数集合中消除“不 必要的”多项式系数。特别地，消除对至少一个其他多项式系数具有强烈的统计相关性的多 项式系数。换言之，消除这样的多项式系数，这些多项式系数不能获得用于校正非线性测量 偏差的合适的独立分量。发现以该方式确定的校准数据能够在未受到参考测量值支持的点 处实现更精确的测量结果而不显著地破坏在受到参考测量值支持的测量位置处的精确度。该新颖方法允许确定用于校正非线性测量误差的多项式系数的减小的集合而不 破坏利用校准数据测量的精确度。另外，多项式系数的选择和确定是自学习的。因此，该新 颖方法自动地调整用于不同的测量环境。用于校准的开销因此而减少。此外，在将来的校 准任务期间能够在可比的测量条件下使用通过迭代过程获得的值，以从一开始就明确地减 少要确定的校正系数的数目。因此，每个校准操作为将来的校准操作提供先验值，并且这可 用于进一步加快校准操作。总之，该新颖方法为具有多维、非线性传感器单元的坐标测量机提供了一种简单、 快速且稳健的校准。因此，完全实现了上述目的。在本专利技术的细化中，相关值被确定作为用于每对多项式系数的统计相关性的量 度，其中所述相关值代表所述对的多项式系数之间的交叉相关性。在该细化的优选示例性实施例中，确定每对的两个多项式系数之间的所谓的相关 系数。所述相关系数是对所述多项式系数的各自的标准偏差归一化的特征数。其可位于-ι 与1之间。其是在一对的两个多项式系数之间的线性统计相关性的量度。然而，替代使用 相关系数，还可以使用在数学上与其有关的另一变量，例如，(非归一化的)协方差。一般 而言，该细化被限制为对在每对的多项式系数之间的线性统计相本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于校准坐标测量机（１０）的方法，包括以下步骤：－在所述坐标测量机（１０）的测量体积中提供（４８）具有已知特性的参考测量对象（３２）；－对所述参考测量对象（３２）采集（５２）多个参考测量值；以及－使用所述参考测量值且使用所述已知特性确定（５８，６４，６６）校准数据，－其中所述校准数据包括第一数目的多项式系数（ＰＫ），所述第一数目的多项式系数（ＰＫ）被选择为借助于至少一个多项式变换来校正所述坐标测量机（１０）的非线性测量误差，其特征在于，在迭代方法（７０，７２，７４）中将所述第一数目的多项式系数（ＰＫ）减少到较少的第二数目，其中形成（８０）多项式系数的多个对，并且其中在对的所述多项式系数之间的统计相关性大于限定的阈值时的每种情况下消除（８８）所述对的所述多项式系数。

【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：S昆兹曼，T赫尔德，T恩格尔，
申请(专利权)人：卡尔蔡司工业测量技术有限公司，
类型：发明
国别省市：DE