[发明专利]机器几何形状监测

说明书

本发明涉及机器几何形状监测。用于循环地确定机器(1)的几何形状的静态和/或动态特性的变化的机器状态监测系统(2)。所述机器(1)构造有位置编码器(4)以相对于第二机器部分(3)得出至少第一机器部分(5)的坐标信息，所述第一机器部分(5)和所述第二机器部分(3)可借助机动化驱动单元(13)相对于彼此移动。根据本发明，所述监测系统(2)包括至少一个校准监测单元(6)，该校准监测单元(6)具有光学的至少二维测量位置感测单元，所述感测单元固定到所述第一机器部分(5)并且构造成光学地感测设置在所述第二机器部分(3)处的人工制品(3)的至少二维位置信息。

技术领域

本发明总体分别涉及一种用于监测机器几何形状的系统或方法；在机器使用期间感测机器的几何特性的偏差；以及相应的设置；校准监测单元和计算机程序。

背景技术

机器通常需要机器部分相对于另一个机器部分精确定位，例如坐标测量机器(这里也简称为CMM)通常在工业上用于测量对象的几何特征。其中要求的精确度通常相当高，例如在微米或微米以下的范围内。为了达到这一点，CMM通常建成刚性或准刚性的，具有高分辨率位置编码器以精确地确定测量探针在探头处的位置，该探头绕对象以至少一个(优选三个或更多个)自由度移动以用于接触(＝碰触)，但在一些实施方式中也有非接触式几何测量。优选地，存在用于使探头在多个轴上移动的驱动单元。CMM还包括或连接到可编程计算单元和/或控制器，该可编程计算单元和/或控制器评估几何测量并且可选地根据测量程序自动移动测量头。

在本发明意义上的机器可以是具有平行运动性和/或三角运动性，最好具有线性和/或转动驱动和编码器的任何类型的CMM，例如，实施成笛卡尔、悬臂、桥式、龙门架、选择顺应性装配机器手臂、六足、三脚架、antropomorphic机器人、水平臂、铰接臂或坐标格网尺臂的CMM。可以在EP 2 705 935、US 7 841 097、US 7 810 248、WO 1995/020747、US 5 604593、EP 1 322 905、WO 2015/082935等中找到实施例。本发明意义上的机器还可以是表面扫描装置，或形式测量装置，或形状测量装置。而且，机床或类似的加工机器可以是本发明意义上的机器的实施方式，但，特别地，不仅在配备或可配备测量探针时才是本发明的实施方式。

为了达到期望的高精确度，必须定期校准机器。已知通过用测量探针探测或扫描固体、高度精确和众所周知的参考对象来完成这种操作，例如，借助一个或多个配备有红宝石球的触针碰触参考对象表面。为了提高精确度，这可以在机器的测量容积内多次和/或在不同位置处进行，从而可以通过大量运算得出一种机器的校准映射。

但是，如机器框架内的温度分布不均匀之类的环境影响；如湿度、阳光或通风、机器或测量探针的磨损、漂移、机械变形、或甚至在机器的花岗岩板上放置工件(重量)之类的其他环境影响扭曲了机器的几何形状，从而扭曲了机器沿某自由度行进的方式。而且，例如来自线束等的滞后效应会有影响。因此，这也会影响机器的绝对精确度和性能。

发明内容

因此，本发明的目的是改进机器，特别是改进或验证其精确度。可以实时和/或周期性的补偿环境影响。特别是在安装有作用对象的机器基座和移动的机器部分之间，如安装在机器探头处的测量传感器也将用于对象测量。尤其应该补偿如漂移、变形之类的非重复和/或非常规影响。

特别是如果必须在车间的工艺链中联机进行测量，则环境可能非常苛刻并且比专用的、有空调的和专门设计的测量设备更容易出错。为了实现精确测量，机器需要监测来自诸如温度波动之类的环境的影响，并对它们作出反应。虽然可以测量温度，但是它们对整个机器几何形状的实际影响并不总是能够仅根据那些温度值被精确预测。由于气候变化、机器或环境负荷条件、沉降、磨损等，许多偏差是不可再生或不可逆的可重复性长期影响。