[发明专利]坐标测量机、探测系统以及补偿探针元件处的力的方法

说明书

本发明涉及坐标测量机、探测系统以及补偿探针元件处的力的方法。探测单元(16)包括致动器(21)，致动器(21)以如下方式布置和设计：能以可变的规定方式关于至少一个致动方向向探针元件施加反力，该反力取决于所施加的致动信号。接收关于探测单元(16)的预期运动的运动信息，该运动信息提供关于由于探测单元(16)的运动而出现的所引发的力所述探针元件相对于探测单元的预期位移行为的信息。基于运动信息针对至少一个具体运动点推导出探针元件的至少一个具体预期位移行为，并且基于该至少一个具体预期位移行为针对至少一个具体运动点确定致动信号，致动信号提供了针对具体运动点处的预期位移行为而由致动器(21)向探针元件施加规定反力。

本申请是申请号为201510954285.7、申请日为2015年12月17日、发明名称为“坐标测量机、探测系统以及补偿探针元件处的力的方法”的中国发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明总体上涉及一种用于补偿或避免对坐标测量机(CMM)的探针元件的作用的方法，认为由于按照给定测量路径移动该探针元件而产生这些作用。

背景技术

为了检查预定的物体参数，诸如物体的尺寸和形状，惯常的作法是在生产之后在诸如坐标测量机(CMM)之类的坐标定位设备上对工件进行检查。

在传统的3D坐标测量机中，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的测量容积的空间中的任意点，并且可利用由探头承载的测量传感器(探测单元)对物体进行测量。

在简单形式的坐标测量机中，与各个轴线平行地安装的合适换能器能够确定探头相对于机器的基座的位置，并且因此能够确定正被传感器(例如，探测单元的探针顶端)接近的物体上的测量点的坐标。为了给探头提供可可动性，典型的坐标测量机可以包括布置有探头的框架结构和用于使框架结构的框架部件相对于彼此运动的驱动装置。

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，为了给坐标测量机提供改进的测量精度，因此通常将坐标测量机的框架结构设计成具有高静态刚度。为了实现刚性和刚硬的机器设计，框架结构或其至少一些零件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阻尼特性之类的所有积极作用之外，花岗岩还使得机器和可动框架元件非常重。另一方面，较大的重量也需要用于适当加速度的较大的力。

如果采用这种技术的话，则仍存在若干个可能的误差源。在相对于一个框架部件移动另一个框架部件时机器零件的激发共振或振动仅仅是动态误差的两个示例。而且，因来自机器外部的振动而产生的误差也需要考虑。另外，可能出现静态误差，例如缺少运动平直度、缺少轴线正交性或缺少线性驱动机构中的横向偏移。

根据许多解决方案，对上述误差仅仅进行静态分析，虽然这些误差还包括取决于轴线移动(特别是取决于移动轴线时的位置、速度、加速度和加加速度)的动态因素。利用依赖于速度的校准，以相当简单但不灵活的方式考虑到了该事实。尽管通过利用位置校准矩阵能够在数值上减少静态误差，但是当试图补偿动态误差时事情变得复杂得多。

当考虑到动态误差(诸如上述的振动或共振或动态力等)时，校准变得甚至更复杂，这些动态误差不仅会对产生有这些误差的轴线产生影响，而且这些动态误差会还会“串扰”其它轴线并且在系统的其它零件中导致误差。此外，根本作用还可能取决于环境条件，诸如温度、湿度、气压等，并且特别是，这些根本作用还将随着机器的使用寿命而变化。

在这种情况下，例如，必须考虑到机器的一个轴线的加速度(机器可能移动另外垂直轴线和探头)会导致坐标测量机的整个框架(例如探头)发生线性和角度动态偏转，这些偏转又会导致测量不确定性和误差。这些动态测量误差可以通过以低加速度进行测量(例如，通过因此优化的期望运动轨迹)来减小。