[发明专利]用于确定工具定位机器的状态的系统

说明书

本发明涉及用于确定工具定位机器的状态的系统。一种用于提供工具定位机器(5)的至少一部分的状态信息的系统，所述工具定位机器(5)被实施为操纵机器或者被实施为坐标测量机器。所述系统包括所述工具定位机器(5)，该工具定位机器(5)限定机器坐标系统并且具有基座(31)和机器结构。该机器结构包括：工具头和用于将所述工具头联接至所述基座的结构部件(32‑34)；至少一个驱动机构，用于提供所述机器结构相对于所述基座(31)的运动性的；位置确定系统，用于获得所述机器结构在所述机器坐标系统中的至少一个坐标；和控制单元，该控制单元适合于控制所述机器结构的运动。所述系统包括校准装备，该校准装备包括至少两个校准部件。

技术领域

本发明总体上涉及用于补偿坐标测量机器(CMM)中的长期偏差的方法和系统。

背景技术

通常的实践是在生产之后在诸如坐标测量机器(CMM；举例来说，用于定位机器)之类的坐标定位设备上检验工件，以便检查预定物体参数(如物体的尺寸和形状)的正确性。

在传统的3D坐标测量机器中，探头被支撑成沿着三个相互垂直的轴线(在方向x、y和z上)运动。由此，能够将探头引导到坐标测量机器的测量空间的空间中的任何任意点，并且可利用由探头承载的测量传感器(探针)测量物体。

在这种机器的一种简单形式中，与每个轴线平行地安装的适当换能器能够确定探头和所设置的探针相对于机器的基座的位置，并因此能够确定该探针接近的物体上的测量点的坐标。为了提供探头的可动性，典型的坐标测量机器可以包括布置探头的框架结构和用于使该框架结构的框架部件相对于彼此移动的驱动装置。

为了测量表面变化，已知基于使用触觉传感器和光学传感器的两种测量原理。

一般来说，为了给坐标测量机器提供高测量精度，其框架结构因此通常被设计成具有高静态刚度。为了实现刚硬且刚性的机器设计，框架结构或其至少多个部分经常由诸如花岗岩之类的石头制成。除了诸如热稳定性和良好的阻尼特性之类的积极作用之外，花岗岩或其他刚硬材料还使得机器和可动框架元件相当笨重。另一方面，较高重量也使得合适的加速度也需要较高的力。

然而，减轻重量是与坐标测量机器设计有关的主题，因为如果将机器部件构建成包括较小重量(因此较低刚度)，就能够通过引起影响坐标测量机器的更少的力实现相应部件的更快定位。另一方面，随着这些零件的重量减轻，由刚度减小和机器(更快)运动引起的机器振动和扭曲的影响增加。因而，由于这些变形和振动而发生的获得测量值和误差的不确定性也相应地增加。因此，虽然特别是考虑到重量减轻，但是也对于传统机器，精确误差处理仍是重要的方面。

对于两种方案(重量较重和重量较轻)，相应CMM的初始校准程序对于确定相应系统的静态误差和可重复误差尤其必要。为了维持即稳定又精确的测量要求，由于考虑到随着时间而影响测量系统的外部影响，例如环境参数(温度、湿度等)的改变或机械冲击，优选在限定间隔内进行这种校准。

CMM的校准可以提供模型的改进，该模型描述在一定条件下CMM的静态和/或动态行为。由此，当前校准参数可以用于实现限定模型以便更精确地并且适合当前条件地描述CMM的行为。

典型地，通过校准程序获得所谓的补偿图，其中该补偿图提供通过测量物体的测量点获得的每个测量值的补偿。这种图可以被设计为一种查找表，即，对于CMM的每个轴线的每个坐标或对于CMM的每个轴线的限定坐标步长，提供对应的补偿值，并且将原始测量值替换为被补偿的测量值。另选地，确定指定方程，并且将这些方程应用于测量出的位置值以计算对应的校正值，因而提供一种补偿图。

对于误差处理，例如，EP 1 559 990公开了一种坐标测量系统和方法，该方法校正在坐标测量机器中测量的坐标，并且在不同重量的零件安装在坐标测量机器上的同时测量几何误差。从按照零件重量测量的结果获得补偿参数并存储。与待测量零件的重量对应的补偿参数被适当读出以对待测量零件的测量坐标进行校正。