[发明专利]误差校准

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于校准安装在机器上的测量探头的方法，特别涉及一 种用于确定探头校准矩阵的方法。

背景技术

在例如机械工具和测量探头的测量系统中，存在多种影响读取精度的因 素。这些因素包括误差，例如机器误差，其包括：平直度和垂直度误差；动 态误差；以及将探头读数转换成机器轴读数所导致的误差。为了缓和这些影 响，在进行任何测量之前需要对机器和测量探头进行校准。

已经开发了各种技术来校准这种测量设备。这些技术包括在机器的工作 范围内在不同的部位进行扫描，以形成机器的误差映射。也已知使用不同的 探头偏转来扫描标准的工件，以便生成关于偏转的误差映射函数。当随后测 量实际工件时使用该误差映射来检查容差。

另一种技术是使用校准物(calibration artefact)(通常为球体)，以便形成 校准矩阵，用于将探头(a，b，c)轴读数与机器(x，y，z)轴读数相关联。 问题在于，还存在其他结合到探头校准矩阵中的影响因素。这些因素可被分 成全局机器误差、局部机器误差和动态误差。标准探头校准过程将所有这些 因素组合成单个探头校准矩阵，该探头校准矩阵仅为在与校准过程中所用的 相同的机械区域中以相同速度进行的测量提供将探头轴读数到机器座坐标 的准确转换。

一般说来，以相同的速度进行校准和测量过程，使得可以减轻动态误差， 例如来自加速度的动态误差。但是，当工件的轮廓或者待扫描的小的特征突 然改变时，整个测量过程可以进行的速度将受到限制。

发明内容

根据根本发明的第一方面，提供一种校准安装在机器上的测量探头的方 法，所述测量探头具有触针，所述触针具有工件接触尖端，其中，所述方法 包括确定探头校准矩阵，所述探头校准矩阵使探头输出与机器坐标系统相关 联，所述方法包括如下步骤：

(i)使用第一探头偏转扫描校准物，以便获得第一机器数据；

(ii)使用第二探头偏转扫描校准物，以便获得第二机器数据；以及

(iii)使用所述第一机器数据和所述第二机器数据获得纯探头校准矩 阵，其中基本上消除了任何机器误差。

本发明因此提供了测量探头校准技术，其中通过测量探头采用第一和第 二探头偏转进行校准物(例如球体)的两种扫描。这提供了第一机器数据和 第二机器数据，根据这些数据可确定纯探头校准矩阵，其中基本上去除或者 消除了机器误差。使用该方法确定的纯探头校准矩阵因此允许探头坐标系统 中的探头输出转换成机器轴分量；也就是说，探头偏转的相关的机器轴分量 可以通过将每个探头输出分量乘以相关的矩阵项而获得。如下面描述的，一 旦知道了纯探头校准矩阵，则可以建立校准矩阵来校正机器几何和动态误 差。

根据本发明的方法提供了一种纯探头校准矩阵，其基本上不受存在的机 器误差的影响同时扫描校准物。相反，现有技术中的技术提供具有机器误差 的探头校准矩阵，这些机器误差来自整体机器误差和局部机器误差的结合。 现有技术中的校准技术因此提供给了仅在机器的获取测量数据的区域附近 有效的探头校准矩阵，因此对测量工件的每个其他区域需要重新计算探头校 准矩阵。通过确定纯探头矩阵，本发明因此较少了校准机器所需要的时间并 且允许在机床的工作范围内的任何位置的测量探头输出(例如，a，b，c数 值组)被精确地转换成机器坐标系统。如下面更详细的描述的，建立根据本 发明的纯探头校准矩阵还允许量化动态误差，从而便于进行变速扫描。

有利的是，所述探头输出包括在探头坐标系统中定义的探头输出数据。 步骤(i)因此还包括获取与所述第一机器数据相对应的第一探头输出数据。 此外，所述步骤(ii)还可包括获取与所述第二机器数据相对应的第二探头 输出数据。在这种情况下，所述步骤(iii)可方便地包括使用所述第一机器 数据、所述第二机器数据、所述第一探头输出数据和所述第二探头输出数据 来获取纯探头校准矩阵。换句话说，可以对两个不同的探头偏转的每个在校 准物的表面上的多个点获取机器数据(例如x，y，z值)和探头输出数据(例 如a，b，c值)的相应数据对。