[发明专利]坐标测量机（CMM）和补偿坐标测量机中的误差的方法

说明书

本发明大体涉及一种根据权利要求1所述的用于对测量点的至少一个空间坐标进行确定的坐标测量机(CMM)，并且涉及一种根据权利要求13所述的补偿坐标测量机(CMM)中的误差的方法。

在已生产出工件之后，通常的做法是在诸如坐标测量机(CMM)之类的坐标定位装置上检查工件，其中该坐标测量机具有在其工作空间内的可动探头。

在传统的三坐标测量机中，探头被支撑以沿着三个互相垂直的轴(沿X、Y以及Z方向)运动。

在简单形式的机器中，平行于每个轴安装的适当的传感器能确定探头相对于机器的基座的位置，因此，能确定由探针接近的物体上的测量点的坐标。

如果采用这种技术则存在若干个可能的误差源。缺乏运动中的直线度和轴的正交性是这种误差的一个主要原因。另一个误差原因是滑架绕垂直于它们的运动方向的轴进行角旋转。通常被称为阿贝误差的这种误差不但取决于旋转而且还取决于线性驱动机构中的横向偏移。

具体地，可能出现下列误差因素：

●轴上的标尺误差，

●轴上的水平直线度误差，

●轴上的垂直直线度误差，

●轴上的俯仰误差(pitching errors)，

●轴上的偏摆误差，

●轴上的滚转误差，以及

●轴之间的角度误差。

已经做出许多尝试来为提到的各种误差原因提供校正。例如，已知通过各种方法将考虑到的和已知的误差引入传感器。然而，这种校正仅适用于测量空间中给定的位置。可替代的技术是对机器进行校准，测量在各点处存在的误差并且存储这些误差，使得当实际使用机器时可以应用这些误差。如可以想象的，这种校准过程是漫长的，尤其是对于大型机器。然而，在使用期间机器的任何“复原”都将使校准无效。关于校准方法的另一个缺点在于它们将仅关注完全可重复的误差。还需要在与机器的工作状态相同的条件下校准探针。这意味着如果机器以100毫米/秒运行，则校准过程也应该以该速度执行，并且如果由于一些原因需要改变运转速度，则需要以该新的速度重新校准机器。

必须考虑的另一方面在于探针的加速度引起坐标测量机的动态变位，进而引起测量误差。可以通过以低加速度进行测量来减少这些测量误差。然而，生产力要求增大的生产量以及增大的检查速度。因此，探针在测量期间经历更高的加速度，导致系统产生更大的动态结构变位。这导致不准确地报告探针的X、Y、Z几何位置。

具体地，一些坐标测量机在高速下表现出显著的驱动振动。导致振动的主要误差原因是机器的机械驱动系统。因为振动在高速度下引起不可重复的行为，这导致测量误差，所以由这些振动(通常5Hz以上)引起的误差不适合于上述动态误差补偿计算方法。

此外，在坐标测量机中采用多种探针以在标尺坐标系统内测量，该标尺坐标系统包括沿着构造三维测量空间的轴布置的参考标尺。为向坐标测量机提供改良的测量精度，要求其结构具有高静态刚度。另外，引入软件空间精度校正技术能尽可能低地减少几何误差以支持较高的精度。

示例性地，EP1559990公开了一种坐标测量系统和校正在坐标测量机中测量的坐标的方法。因此，当将具有各种重量的工件安装在坐标测量机上时，测量几何误差。从每一工件重量的测量结果取得补偿参数并存储。适当地读取与待测量的工件重量对应的补偿参数以校正所测到的待测量的工件的坐标。

作为另一个实例，EP1687589公开了在带有铰接探头的坐标测量机中的误差补偿方法，该铰接探头具有表面检测装置。在测量期间该表面检测装置绕铰接探头的至少一个轴旋转。该方法包括以下步骤：确定设备的整体或部分的刚度，确定在任何特定瞬间与由铰接的探头施加的负荷相关一个或多个因素，以及确定在表面感测装置处由负荷引起的测量误差。

而且，GB2042719公开了一种具有三个互相垂直轴的测量装置，其中由绕各个轴旋转引起的误差被校正。

GB2425840公开了对通过坐标测量机(CMM)进行的工件测量进行误差校正的另一种方法。因此，通过工件感测探针进行位置测量，其中提供测量加速度的装置。为诸如由振动引起的那些误差之类的高频(不可重复的)误差和诸如探针上的离心力引起的那些误差之类的低频(可重复的)误差而进行校正测量。校正方法包括：测量工件；从预定的误差函数、误差映射或者误差查找表确定可重复的测量误差；测量加速度并计算不可重复的测量误差；使第一测量误差和第二测量误差结合以确定总误差；以及利用该总误差来校正工件测量。利用已知尺寸的人工制品计算预定的误差映射。