坐标测量机制造技术

本发明专利技术涉及一种用于确定被测量的物体上的测量点的至少一个空间坐标的坐标测量机，该坐标测量机具有第一框架元件（11），第二框架元件（4），用于沿运动方向相对于所述第一框架元件（11）移动所述第二框架元件（4）的具有马达的线性驱动单元（7），以及用于确定所述第二框架元件相对于所述第一框架元件的驱动位置的位置测量仪器。其中所述驱动单元具有有限刚度和运动时的动态偏转。所述测量机包括从所述驱动单元（12）到所述第二框架元件（4）的机械联接器（3），所述联接器（3）包括固定至所述驱动单元（12）的第一部分（3A）和固定至所述第二框架元件（4）的第二部分（3B），这两个部分（3A、3B）能借助主动补偿致动器（5）相对于彼此移动。所述主动补偿致动器（5）被构建成对着所述驱动单元（12）偏移所述第二框架元件（4）以引入相反位移使得所述动态偏转至少部分地被补偿。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】坐标测量机
本专利技术一般涉及用于确定测量点的至少一个空间坐标的坐标测量机(CMM)并且涉及补偿坐标测量机中的误差的方法。
技术介绍
在已生产出工件之后，一般做法是在坐标定位装置(诸如坐标测量机)上检查它们，该坐标测量机具有在机器的工作空间内可移动的测量探头。在常规的三维测量机中，探头被支撑以沿着三个相互垂直的轴(沿方向X、Y和Z)，也称为具有相对彼此或多或少正交的线性轴的笛卡尔构造，进行运动。在该机器的简单形式中，合适的传感器平行于每条轴安装并且用来确定探头相对于机器的基部的位置。根据传感器的值来确定由探头处的探针所接近的物体上的测量点的坐标。轴通常由推进电动机驱动，该推进电动机由专用控制器控制，该专用控制器包括根据测量程序或者通过使用者输入(例如借助操纵杆)来移动轴的数字计算单元。如果采用这样的技术，则存在几种可能的误差来源。缺少运动中的准直度和轴的正交性，线性驱动机构中的横向偏移或滑架绕垂直于它们的运动方向的轴的角旋转只是几个实例。特别是，以下误差因素可能出现：●轴上的标度误差，●轴上的水平准直度误差，●轴上的竖直准直度误差，●轴上的俯仰误差，●轴上的偏摆误差，●轴上的滚转误差，●轴上的角度误差。已经进行了许多尝试以对提到的各种误差来源提供校正。例如，已知通过各种手段将预备和已知的误差引入传感器。一个替代技术是校准机器，从而测量存在于各个点处的误差并且存储这些误差，从而当机器在测量使用时能补偿这些误差。这样的校准过程的执行是冗长的，对于大型机器尤其如此。校准方法的缺点还在于，它们将仅注意完全可重复的误差并且在与机器的工作状态相同的条件下校准探针也是重要的。这意味着例如，如果机器在测量时以100mm/sec运行，则校准程序也应该以该速度来执行，并且如果，由于某种原因，运行的速度需要改变，则需要以该新的速度重新校准机器，这是因为误差至少部分地取决于运动的动力学。所提及的误差在许多方法中仅被静态地分析，尽管它们也包括动态因素，这些动态因素取决于轴的运动，尤其是取决于当移动轴时的位置、速度、加速度以及急动度(jerk)。在取决于速度的校准的情况下，该事实以相当简单且不可变的方式被考虑。虽然静态误差能通过使用位置校准矩阵而在数值上减小，但是当试图补偿动态误差时事情变得复杂得多。在考虑动态误差时校准变得甚至更复杂，这些动态误差诸如是振动、共振、动力等，这些动态误差不仅能影响其上出现有该误差的轴，而且能“串扰”到其他轴并且导致系统的其他部分中的误差。此外，潜在影响也取决于环境条件，诸如温度、湿度、气压等，并且特别地，它们还将在机器的使用期限内改变。而且，对于在工件上履行不同的测量任务来说必要的探头的更换能带来负荷条件的变化并且导致不同的动态和误差行为。包括活动部和/或附加轴的探头的主动或被动的使用能导致主轴的不同行为，这取决于探头的实际姿势。机器的轴的动态行为(因为机器框架的两个元件能沿运动方向相对于彼此移动)也能根据轴的实际驱动位置而变化。例如，必须考虑的是，机器的一个轴的加速度(能进一步移动垂直轴和探头)能引起坐标测量机的整个框架的线性和角动态偏转，该偏转继而导致测量不确定性和误差。这些动力学测量误差可以通过以低加速度进行测量而被减小，例如通过因此被优化的期望运动的轨迹而被减小。然而，为了提高生产率，需要增大的生产量以及提高检查速度。因此，机器将在测量期间经历较高的加速度，并且将产生系统的较大的动态的结构偏转。这导致探针的X、Y、Z几何位置的错误报告，从而导致降低的精确性或者甚至导致工件的不准确的测量。那些误差甚至更严重，这是因为常常需要CMM达到在微米甚至更低的范围内的测量精度。具体地，坐标测量机能显现驱动振动，该驱动振动就期望的测量精度而言是显著的。导致振动的误差的主要来源是机器的机械驱动系统。驱动振动也取决于驱动的运行速度。由这些振动(通常以5Hz以上的频率发生)引起的误差不适用于如上所述的补偿动态误差的计算方法，尤其是因为振动在很大程度上不是可重复行为，因此所形成的测量误差不能被以数学方式来模拟和均衡。而且，不理想的轴承能引入摩擦并导致振动。存在已知的被动阻尼元件，它们将机械低通或带通滤波器引入机械系统以尽可能地减小振动和急动度。那些被动阻尼元件例如通过使用传动系统中的一些“弹性”和“阻尼”带或者通过平行于轴的空气或液体阻尼器，能是机器的一体部分。那些被动阻尼器的缺点例如是以下事实，即，它们能减小系统的刚度、引入由不期望的偏转(或位移)造成的从理想的运动轨迹的偏转并且它们甚至引入附加的机械共振频率。其他方法，如例如由纽约的Convolve公司宣传的方法试图借助称作输入成形的技术来抑制由机器的加速度引起的偏转、振动和/或振荡，该输入成形技术控制调节变量，例如推进电动机的力或电流，使得忽略机械共振并且避免激发共振频率或者甚至通过输出至驱动致动器控制的相应的的操纵变量来避免主动反作用力振荡。而且，作为控制的一种形式的模型预测控制能应用于CMM，在该控制形式中，通过利用工厂的当前状态作为初始状态来解决每个采样瞬间的有限水平开环最优控制问题从而获得当前的控制作用。最优化产生最优控制序列并且该序列中的第一控制被施加至工厂。此外，各种探头和探针用于坐标测量机以例如通过沿轴布置的基准刻度来在刻度坐标系统内测量，这些轴构造三维测量空间。为了提供具有提高的测量精度的坐标测量机，因此需要其框架结构具有高静态刚度。为了获得刚性且硬的机器设计，框架结构或至少其部分常常由诸如花岗岩的石头制成。除了如热稳定性和良好的阻尼特性的所有正面效应之外，花岗岩还使机器和活动框架元件非常重。另一侧上的高重量也需要用于足够加速度的高力。除期望框架具有高刚度之外，所提及的实施空间精度校正技术的软件的引入能减小几何误差并且帮助获得高精度测量结果。CMM系统中的另一个问题还在于以下事实，即，不同的探针将具有不同的重量和特性，因此机器的机械共振频率将受影响。而且，机器的空间位置影响机械共振，因此简单的线性误差模型常常不足以在数值上补偿那些影响。示例性地，EP1559990公开了一种坐标测量系统和当具有各种重量的部件安装在坐标测量机上时校正在坐标测量机中测量的坐标、测量几何误差的方法。补偿参数从每一重量部件的测量结果获得并且被存储。与待测量的部件的重量对应的补偿参数被适当读取出以校正待测量的部件的测量的坐标。作为另一示例，EP1687589公开了一种在具有带表面检测装置的铰接探头的坐标测量机中误差补偿的方法。表面检测装置在测量期间绕铰接探头的至少一个轴旋转。所述方法包括以下步骤：确定设备的整体或部分的刚度，确定涉及在任何特定瞬间由铰接探头施加的负荷的一个或多个因素，并且确定在表面感测装置处由负荷引起的测量误差。用于利用坐标测量机(CMM)的工件测量的误差校正的另一方法在GB2425840中被公开。因此，利用工件感测探针来进行位置测量，其中提供测量加速度的装置。针对两个诸如那些由振动引起的误差的高频(不可重复)误差以及诸如那些由探针上的离心力引起的误差的低频(可重复)误差来校正测量。该校正方法包括测量工件，从预定误差函数、误差图或者误差查阅表确定可重复测量误差，测量加速度并且计算不可重复测量误差，将第一测量误差和第二测量误差结合以确定总误本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.03.29 EP 11160313.01.一种坐标测量机(100)，所述坐标测量机用于确定被测量物体(107)上的测量点(108)的至少一个空间坐标，所述坐标测量机具有：·第一框架元件，·第二框架元件，·具有马达(21)的线性驱动单元(12)，所述线性驱动单元用于沿运动方向相对于所述第一框架元件移动所述第二框架元件，以及·位置测量仪器，所述位置测量仪器用于确定所述第二框架元件相对于所述第一框架元件的驱动位置，其中，所述线性驱动单元(12)具有有限刚度和在运动时的动态偏转，所述坐标测量机的特征在于，从所述线性驱动单元(12)至所述第二框架元件的机械联接器(3)，所述机械联接器(3)包括固定至所述线性驱动单元(12)的第一部分(3A)和固定至所述第二框架元件的第二部分(3B)，这两个部分(3A、3B)能通过主动补偿致动器而相对于彼此移动，其中所述机械联接器(3)和所述主动补偿致动器被构建成，使得对着所述线性驱动单元(12)偏移所述第二框架元件以引入用于至少部分地补偿所述动态偏转(43)的相反位移。2.根据权利要求1所述的坐标测量机(100)，其特征在于，所述第一部分(3A)和第二部分(3B)能够沿所述线性驱动单元(12)的所述运动方向相对于彼此移动。3.根据权利要求1所述的坐标测量机(100)，其特征在于，所述动态偏转(43)包括：·在所述第一框架元件和第二框架元件的加速/减速下所述线性驱动单元(12)中的动态变形，和/或·由所述第一框架元件和第二框架元件的运动激发的所述线性驱动单元(12)中的瞬态振荡。4.根据权利要求1至3中任一项所述的坐标测量机(100)，其特征在于，所述机械联接器(3)包括位于该机械联接器的所述第一部分(3A)和所述第二部分(3B)之间的柔性元件(6)，并且所述相反位移能够通过借助所述主动补偿致动器使所述柔性元件(6)变形来引入。5.根据权利要求4所述的坐标测量机(100)，其特征在于，所述机械联接器(3)包括位移传感器，该位移传感器被构建且布置成确定所述动态偏转(43)。6.根据权利要求5所述的坐标测量机(100)，其特征在于，所述动态偏转(43)由所述位移传感器根据测量到的所述线性驱动单元(12)的一部分的几何形状变化或者根据测量到的力或加速度来确定。7.根据权利要求6所述的坐标测量机(100)，其特征在于，所述主动补偿致动器被构建成用作用于确定所述动态偏转(43)的所述位移传感器。8.根据权利要求1至3中的任一项所述的坐标测量机(100)，其特征在于，所述主动补偿致动器由控制回路根据由位移传感器确定的所述动态偏转(43)来驱动，使得所述动态偏转(43)由所述相反位移至少部分地补偿。9.根据权利要求1至3中的任一项所述的坐标测量机(100)，其特征在于，所述主动补偿致动器包括磁致动器。10.根据权利要求9所述的坐标测量机(100)，其特征在于，所述磁致动器为音圈。11.根据权利要求1至3中的任一项所述的坐标测量机(100)，其特征在于，所述主动补偿致动器包括基于压电活性材料的驱动器...

【专利技术属性】
技术研发人员：波·佩特尔松，克努特·西尔克斯，伯恩哈德·施普伦格，
申请(专利权)人：赫克斯冈技术中心，
类型：
国别省市：