[发明专利]应用于量测的双球杆系统及其误差补偿方法

说明书

本发明是一种应用于量测的双球杆系统及其误差补偿方法，利用参考双球杆以及校正单元建立误差补偿的基准，根据校正单元提供的中心距离，建立各支工作双球杆的中心距离函数，借此得出工作双球杆在各种位移感测值下精确的中心距离。此外，由于参考双球杆与工作双球杆受到相同的环境温度影响，故通过量测参考双球杆受环境温度变化所产生的热误差位移，可同时对工作双球杆的中心距离进行热误差补偿。

技术领域

本发明是一种应用于量测的双球杆系统及其误差补偿方法，特别是指一种使用校正单元建立参考机制，并通过参考机制补偿量测中几何误差及热误差的双球杆系统及其误差补偿方法。

背景技术

工业用的加工或组装机器或装置例如工具机及机器手臂，各零组件的定位及运动误差直接决定机器的品质好坏，为提升机器或装置的整体精度，在零组件组装阶段即要以量测装置控制各零组件的组装品质，在组装完成后更要以量测装置量测整体的误差表现，针对特定的误差例如几何误差或热误差，以适当方法加以补偿。

双球杆是许多量测装置的关键组件，其两端具有球轴承元件，例如量测球或是球窝，并与量测装置中其它组件上的球轴承元件互补配合，双球杆上安装有位移感测器，例如线性可变差分变压器(LVDT)、激光干涉仪、磁性尺或是光学尺等，用以量测双球杆二末端球轴承中心间的距离或位移变化，本说明书中称此双球杆两端量测球中心间的距离为双球杆中心距离。

已知的LVDT双球杆量测装置所量测的行程较短，约小于5mm，且激光双球杆的价格昂贵。而采用光学尺或磁性尺等线性量测尺作为位移感测器的双球杆，不仅可以降低成本，也可轻易将量测范围增加至100mm以上。由于使用光学尺的双球杆的量测范围加大，使得量测路径不局限于单一圆路径，可以是工作空间内的任意路径及其组合，或是受测机器受测线性轴或转动轴运动所产生的路径，应用范围极大。在本说明书中，称使用光学尺的位移感测器的双球杆为光学尺双球杆。

导致光学尺双球杆中心距离有误差的原因极多，可大致分为二类：几何误差及热误差。例如：光栅尺安装后不在二量测球中心的连线上、光栅尺方向与二量测球中心的连线不平行、或是双球杆的结构受重力影响而产生挠曲变形，此类误差为几何误差，具有时不变特性；另一方面，环境温度变化会造成光学尺双球杆元件的热胀冷缩，使读头相对光栅尺产生移动，这类误差则为热误差，具有时变特性。

由于光学尺读头内部有电子线路，通电后会产生热量，读头热源的功率虽然很小，但因光学尺双球杆各元件的质量也小，读头热源也会造成不可忽略的热误差。光学尺双球杆的时不变几何误差与时变热误差是一并反映在位移量测中，使光学尺双球杆的中心距离与位移感测器量测值间的关系变得非常复杂，并不具简单及恒定的线性关系，且即使使用其他例如磁性尺或激光双球杆作为位移感测器，上述的热误差仍然无法避免。

因此，目前所习用的双球杆量测装置虽然可以通过使用光学尺或量测尺增大量测行程，但仍未能克服光学尺双球杆的中心距离误差问题，不具备足够的量测精度。

发明内容

为此，鉴于目前双球杆量测技术在中心距离误差控制上所遭遇的障碍，本发明提出一种应用于量测的双球杆系统及其误差补偿方法，期望通过消除目标装置中双球杆的几何误差以及热误差，以得到最佳的量测精度。

依据本发明的一实施方式，提供一种应用于量测的双球杆系统，包含一校正单元、至少一双球杆为参考双球杆、至少一双球杆为工作双球杆以及一量测模块。