校准坐标测量机数学模型以补偿变形导致动态误差的方法技术

本发明专利技术涉及校准坐标测量机数学模型以补偿变形导致动态误差的方法。一种校准数学模型以补偿由测量机的动态变形导致的误差的方法，该测量机配备有能够在测量空间内移动触针探头的移动单元，其中该模型响应于与所述驱动装置(13)的控制信号相关的至少一个输入量来提供多个输出量，所述输出量包括由变形引入的测量误差的至少一个分量以及至少一个由激光传感器检测到的并与变形相关的量。在校准步骤中，移动单元经受遵循正弦运动规律的、保持探头的末端被阻挡的、由可变频率的小幅值振荡构成的运动周期；在该运动周期期间，输入量和输出量被采样，并被提供给用于模型辨识的算法。

【技术实现步骤摘要】
校准坐标测量机数学模型以补偿变形导致动态误差的方法
本专利技术涉及一种校准坐标测量机的数学模型以补偿由变形导致的动态误差的方法。
技术介绍
众所周知，坐标测量机通常包括三个支架，这些支架可沿着笛卡尔参考系统的坐标轴移动并能在测量空间内移动测量传感器。所述测量机能够提供由测量传感器检测到的工件的坐标作为输出，所述坐标根据支架沿着各自轴线的位置被计算出。更具体地，坐标测量机包括：配备有沿着第一轴线运行的导引装置的基座结构，例如为花岗石或其他材料的底座或者柱状结构；可沿着第一轴线在基座结构上移动的第一支架；由第一支架承载并可沿着与第一轴线正交的第二轴线移动的第二支架；以及由第二支架承载并可沿着与前两个轴线正交的第三轴线相对于第二支架移动的第三支架。测量传感器由第三支架承载。一般说来，第一轴线是水平的；取决于测量机的类型，第二轴线可为水平的以及第三轴线为竖直的，或者第三轴线可为水平的以及第二轴线为竖直的。例如，在桥式或龙门式测量机中，第一支架包括限定第二轴线的水平横向构件，第二支架在所述水平横向构件上移动，并且第三支架由承载在第二支架上的竖直移动柱构成。相反，在水平悬臂式测量机中，第一支架包括限定第二轴线的竖直柱，第二支架沿所述竖直柱移动，并且第三支架由被第二支架承载的可水平移动的水平悬臂构成。支架的移动通过利用经由适当的运动机构将驱动力传递到支架的电动马达来实施，或者另选地由与支架自身一体形成的直线电动马达来实施。以越来越短的时间来实施测量周期所必需的加速度需要较高的驱动力，以致于由于动态(惯性)效应而引起测量机的移动部件的弹性变形。还由于移动部件的轻质结构，该变形对于测量精度可能是显著的。为了保证测量机的精度等级，必须对由弹性变形引起的测量误差进行估计，然后进行补偿。US2005/0102118阐述了使用激光来确定和补偿来自于坐标测量机中的弹性变形的误差。激光发射器和传感器被设置在坐标测量机的可动元件上，而反射器被设置在参考平面上。根据在一侧的反射器与在另一侧的发射器和传感器之间的相对运动来实施误差的确定和补偿。EP-A-2160565和EP-A-2167912阐述了一种测量机，其中激光传感器与测量机的可动构件相关，并提供与移动单元的动态变形相关的值；这些值借助数学模型来处理以便计算和补偿测量机的由动态变形所引起的测量误差。在校准步骤中，沿着Y轴和X轴的位置误差由安装在参考平面上的二维位置传感器直接测量，该二维位置传感器不受测量机的移动部件的变形影响，并测量由二维位置传感器所检测到的测量传感器的头部位置与由测量机所检测到的位置之间的差。至少在桥式测量机中，沿Z轴的位置误差被忽略不计。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种较简单、廉价的校准方法，该校准方法尤其能避免使用诸如二维传感器的附加仪器，并且该校准方法可与处于测量设置的测量机一起实施。前述目的由一种校准测量机的数学模型以补偿由动态变形导致的误差的方法来实现，所述测量机包括：用于在测量空间内移动触针探头的移动单元，该移动单元包括在驱动装置的驱动力下可沿轴线移动的至少一个构件，该探头包括配备有末端的触针；以及传感器，所述传感器被构造成实时检测与动态变形相关的至少一个量；其中，该模型响应于与所述驱动装置的控制信号相关的至少一个输入量来提供多个输出量，所述输出量包括由所述变形引入的测量误差的至少一个分量以及至少由所述传感器检测到的所述量，该校准方法包括以下步骤：控制所述移动单元，以执行能够产生动态变形的运动周期；在运动周期期间采集所述输入量和所述输出量的多个采样值；存储所述采样值；以及将所述采样值提供给辨识算法以定义所述模型，该校准方法的特征在于，在保持所述探头的所述触针的末端固定的情况下，以如下运动规律执行所述运动周期，所述运动规律为其幅值小于所述触针的所述末端相对于所述探头的保持凸缘的移动范围，其频谱代表所述测量机的动态使用状况。附图说明为了更好地理解本专利技术，下面将通过非限制性实施例以及参考附图来描述一些优选实施方式，在附图中：图1示出了根据本专利技术的桥式测量机；图2为图1的测量机的前视以及局部剖视图；图3为处于第一形式的动态变形的图1的测量机的支架的透视及示意图；图4为处于第二形式的动态变形的图3的支架的前视及示意图；图5为采用根据本专利技术的校准方法的动态变形补偿方法的框图；图6为用于执行补偿方法的模型的框图；图7示意性地示出了测量机的触针及工具；以及图8和9示出了与图3的支架的运动周期相关的物理量的趋势。具体实施方式图1示出了桥式测量机1，其包括移动单元7、以及配备有平坦水平上表面6或参考平面的底座5。移动单元7包括马达驱动的支架8，所述支架沿着测量空间的X-Y-Z笛卡尔参考系统的第一水平轴(Y轴)在底座5上移动。支架8具有桥式结构并包括两个竖直立柱8a及8b、以及在竖直立柱8a及8b的上端部之间延伸的上部水平横向构件8c。在底部，立柱8a包括马达驱动的滑动装置9，所述滑动装置9在平行于Y轴在引装置11上滑动且以已知的方式邻近于底座5的纵向边缘被获得。横向构件8c承载滑动装置10，所述滑动装置10沿着平行于参考系统的第二轴(X轴)的轴线在导引装置(未示出)上移动。可沿着参考系统的第三轴(Z轴)移动的竖直柱12安装在滑动装置10上。在底部，竖直柱12承载(已知类型的)测量传感器3，所述测量传感器包括限制在竖直柱12上的凸缘30、以及从凸缘30突出并以已知的方式弹性地限制于该凸缘上的触针31，该触针在沿着它自身的轴线以及沿着凸缘的互相垂直并垂直于触针的轴线的两个轴线的相对平移方面可能受限。触针31终止于能与要被测量的工件接触的球形末端。如果凸缘30刚性地固定于竖直柱12，那么在静止时触针31的轴线平行于Z轴，而且触针相对于凸缘30的三个自由度使得末端大体上能沿着X、Y及Z轴移动。另选地，凸缘30可借助已知类型且未示出的、具有两个旋转轴的铰接装置或关节装置来安装在竖直柱12上。支架8、滑动装置10和竖直柱12配备有相应的例如为直线马达的马达13(在图2中仅仅可看到一个)，所述马达控制沿着相应坐标轴线的运动。测量机1由配备有电源部分14a的控制单元14控制，该电源部分向支架8、滑动装置10和竖直柱12的相应电动马达提供电源电流IY、IX和IZ，以便沿着Y、X和Z轴移动测量传感器3并因此使该测量传感器定位在测量空间内。借助基于已知类型的算法的软件，测量机1通过检测滑动装置沿相应X、Y和Z轴的位置来提供测量传感器3在测量空间中的位置xa、ya、za作为输出。在上述的操作状况下，由于支撑测量传感器3的移动单元7的机械结构(主要为竖直立柱8a、横向构件8c、以及立柱8a的上端与横向构件8c之间的连接区域)经受了由使滑动装置9和10移动的电动马达所传递的力而导致的弹性变形，因此测量传感器3的位置受与所测得的值xa、ya、za有关的动态位置误差ex、ey、ez影响。图3和4中例示了测量机1的移动单元7的变形。图3示出了由支架8沿着Y轴运动引起的变形。该变形主要包括：·立柱8a的弯曲；·横向构件8c的弯曲；·立柱8a围绕Z轴的扭曲；以及·横向构件8c围绕X轴的扭曲。而图4示出了由滑动装置10沿着X轴运动所引起的变形。该变形主要包括：·立柱8a与横向构件8c之间的结合处本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种校准测量机的数学模型以补偿由动态变形引起的误差的方法，所述测量机包括：用于在测量空间内移动触针探头(3)的移动单元(7)，所述移动单元(7)包括在驱动装置(13)的驱动力下能够沿轴线移动的至少一个构件(8；12；42；56)，所述探头包括配备有末端(32)的触针(31)；以及传感器，所述传感器构造成实时检测与动态变形相关的至少一个量(mx，my)；其中，所述模型响应于与所述驱动装置(13)的控制信号相关的至少一个输入量来提供多个输出量，所述输出量包括由所述变形引入的测量误差的至少一个分量以及至少由所述传感器检测到的所述量，该校准方法包括以下步骤：控制所述移动单元(7)以执行能够产生动态变形的运动周期；在运动周期期间采集所述输入量和所述输出量的多个采样值；存储所述采样值；以及将所述采样值提供给辨识算法以定义所述模型；所述方法的特征在于，在保持所述探头(3)的所述触针(31)的末端(32)固定的情况下，以如下运动规律执行所述运动周期，所述运动规律为其幅值小于所述触针的所述末端相对于所述探头(3)的保持凸缘的移动范围，其频谱代表所述测量机的动态使用状况。

【技术特征摘要】
2011.07.06 EP 11425179.61.一种校准测量机的数学模型以补偿由动态变形引起的误差的方法，所述测量机包括：用于在测量空间内移动触针探头的移动单元(7)，所述移动单元(7)包括在驱动装置的驱动力下能够沿轴线移动的至少一个可动构件，所述探头包括配备有末端的触针(31)；以及传感器，所述传感器构造成实时检测与所述移动单元的动态变形相关的至少一个量(mx，my)；其中，所述模型响应于与所述驱动装置的控制信号相关的至少一个输入量来提供多个输出量，所述输出量包括由所述变形引入的测量误差的至少一个分量以及至少由所述传感器检测到的所述量，该校准方法包括以下步骤：控制所述移动单元(7)以执行能够产生动态变形的运动周期；在运动周期期间采集所述输入量和所述输出量的多个采样值；存储所述采样值；以及将所述采样值提供给辨识算法以定义所述模型；所述方法的特征在于，在保持所述探头的所述触针(31)的末端固定的情况下，以如下运动规律执行所述运动周期，所述运动规律为其幅值小于所述触针的所述末端相对于所述探头的保持凸缘的移动范围，其频谱代表所述测量机的动态使用...

【专利技术属性】
技术研发人员：G·加斯科，
申请(专利权)人：海克斯康测量技术有限公司，
类型：发明
国别省市：