[发明专利]坐标测量机的动态监测和建模

说明书

技术领域

本发明大体上涉及一种用于提供坐标测量机的动态状况信息的方法，并且涉及一种用于执行该方法的坐标测量机。

背景技术

惯例的做法是在坐标定位装置(例如坐标测量机(CMM))上对生产之后的工件进行检查，用来检查预定目标参数的正确性，如目标的尺寸和形状。

在常规的三维坐标测量机中，探头被支撑为用于沿着三个相互垂直的轴线(沿方向X、Y和Z)而运动。因此，探头可以被引导到坐标测量机的测量体积的空间内的任意一点处，并且由探头携带的测量传感器(探针)使得所述目标是能够测量的。

在测量机的一个简单形式中，平行于每个轴线安装的合适的传送器能够确定探头相对于测量机基座的位置，进而确定传感器所靠近的目标上的测量点的坐标。为了提供探头的可移动性，典型的坐标测量机可包括：其上布置有探头的框架结构；以及驱动装置，该驱动装置用于使框架结构的框架构件相对于彼此进行运动。

为了测量表面变量，已知基于使用触觉传感器和光学传感器的两种测量原理。

通常，为了提供具有改进测量精度的坐标测量机，因而其框架结构通常设计为具有较高的静态刚度。为了获得稳定和刚性的机器设计，通常框架结构或至少部分框架结构由石头制成，例如花岗岩。除了象热稳定性和良好的阻尼特性之类的所有积极效果之外，花岗岩还使得机器和可动框架元件相当重。另一方面，较大的重量对于适当的加速度还需要较大的力。

如果应用该技术，则还具有几个可能的误差源。当相对于另一部件移动一个框架部件时，机器零件的共振或振动正好是动态误差的两个实例。而且，来自机器外部的振动产生的误差也要被考虑。此外，可能发生静态误差，例如缺乏运动的直线度和各轴的正交度或线性驱动机构中的横向偏移。

根据许多的方法，仅静态地分析所述误差，尽管这些误差也包括取决于轴的运动的动态因素，尤其是当轴移动时取决于位置、速度、加速度和加速度变化率。通过基于速度的校正，而以相对简单和不灵活的方式考虑了这个事实。尽管静态误差可通过使用位置校正矩阵在数值上被降低，但当试图补偿动态误差时事情会变得更加复杂。

当考虑到动态误差时，例如所述的振动或共振或动态力等等，校正甚至会变得更复杂，这些动态误差不仅能影响产生误差的轴，而且还能够“串扰”到其它的轴，并且导致系统其它部分上的误差。此外，潜在的影响也取决于环境条件，例如温度、湿度、空气压力等等，并且尤其是它们也将在机器的整个使用寿命期间变化。

在那种情况中，例如，必须考虑到机器一个轴(其能够移动另外的垂直轴和探头)的加速度能够导致坐标测量机的整个框架的线性和有角度的动态偏差，所述动态偏差继而导致测量的不确定性和误差。这些动态测量误差可通过在较低的加速度下进行测量而被减少，例如通过因此被优化的所期望的运动轨迹。

已知的方法是，通过被称为输入成形的技术来试图抑制由机器的加速产生的偏差、振动和／或摆动，该技术控制调节变量，例如推进马达的力或电流，从而通过对驱动致动器控制的输出的因而被操纵的变量而绕开机械共振并避免共振频率或者乃至积极的反作用力振荡的激励。

而且，模型预测控制作为以下的控制形式能够被应用于坐标测量机(CMM)，在所述控制形式中，利用装置的当前状态作为初始状态，通过在每个采样瞬间解决有限阶段的开环优化控制问题而获得当前的控制动作。该优化产生最优控制序列，并且序列中的第一个控制因此被应用于所述装置。

误差处理的示例EP1559990公开了一种坐标测量系统以及校正在坐标测量机

中所测量的坐标的方法，从而测量在坐标测量机上安装具有不同重量的部件时产生的几何误差。从每一部件的重量的测量结果中推导出补偿参数，并且存储该补偿参数。适当地读出对应于待被测量的部件的重量的补偿参数，以校正待被测量的部件的已测出的坐标。

作为另一个示例，EP1687589公开了一种坐标测量机中的误差补偿方法，该测量机具有包括表面检测装置的铰接的探头。该表面检测装置在测量期间绕所述铰接的探头的至少一个轴而旋转。该方法包括以下步骤：确定设备的整个或部分的刚度；确定与负载相关的一个或多个因子，该负载由铰接的探头在任意特定时刻施加；以及确定由所述负载引起的表面检测装置处的测量误差。