[發明專利]形狀測量機和用于校正形狀測量誤差的方法

在審

• 申請號: 201310398126.4
• 申請日: 2013-09-04
• 公開（公告）號: CN103673963A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發明（設計）人: 中川英幸;石川修弘
• 申請（專利權）人: 株式會社三豐
• 主分類號: G01B21/20
• 分類號: G01B21/20
• 代理公司: 北京林達劉知識產權代理事務所(普通合伙) 11277
• 代理人: 劉新宇

技術領域

本發明涉及一種形狀測量機和用于校正形狀測量誤差的方法。例如，本發明涉及諸如坐標測量機等的形狀測量機和用于校正其形狀測量時的誤差的方法。

背景技術

目前，使用諸如坐標測量機(以下還稱為CMM)等的形狀測量機來檢查具有3D(三維)形狀的產品的加工精度(或者處理精度)。這類CMM通過例如沿3D形狀移動掃描探頭來進行形狀測量。

例如，在通過使用諸如CMM等的形狀測量機進行使用掃描探頭的測量時，由于安裝有掃描探頭的滑塊的移動的影響而發生測量誤差。例如，當通過使用掃描探頭測量環形物時，發生被稱為“象限投影”的運動誤差。象限投影是在掃描探頭的圓周運動中改變測量機的機械正交坐標系統的象限時(在反轉各軸上的運動方向時)所發生的投影狀運動誤差。此外，由于該象限投影，發生投影狀測量誤差。象限投影主要由測量機的機械結構產生的反沖(backlash)等所導致。

圖13示出通過使用代表性的坐標測量機測量環規(要測量的環狀物體)的形狀所獲得的測量結果。如圖13所示，在測量波形的第四象限和第一象限之間的邊界區域P1及第二象限和第三象限的邊界區域P2中，觀察到投影測量誤差。它們是由在反轉掃描探頭在X軸方向上的運動時發生的反沖等所導致的象限投影而產生的測量誤差。

此外，公開號為2007-315897的日本未審查的專利申請公開了一種用于對使用掃描探頭的測量中的誤差進行校正的方法的例子。根據該技術，基于標尺和滑塊尖端之間的頻率傳遞特性，通過使用校正濾波器來估計滑塊尖端的位置。然后，通過將估計值和探頭檢測值相加來計算測量值，從而使得可以校正由于象限投影而發生的測量誤差。

發明內容

然而，本發明人發現上述技術存在下面的問題。上述公開號為2007-315897的日本未審查的專利申請的技術可以消除用于通過CMM的滑塊而檢測探頭的位移量的標尺單元和滑塊的尖端之間的頻率傳遞特性所產生的測量誤差。然而，根據掃描測量中所使用的探頭的類型，可能發生滑塊的尖端的位置和掃描探頭的尖端球體的基準位置之間的相對位移。注意，掃描探頭的尖端球體的基準位置是在尖端球體與被測體沒有接觸時尖端球體的位置。當掃描探頭的響應差、由此掃描探頭的尖端球體的基準位置不能跟隨滑塊尖端的位置的移動時，這樣的相對位移變得明顯。當發生這樣的相對位移時，上述技術不能消除由從滑塊的尖端到與被測體接觸的探頭的尖端的頻率傳遞特性所產生的測量誤差。

根據本發明第一方面的形狀測量機，其包括：掃描探頭，用于通過使用設置在被安裝至所述掃描探頭的一端的觸針的尖端處的尖端球體來進行掃描測量，其中，所述尖端球體被配置成能夠與被測體接觸；滑塊，其以能夠移動的方式進行配置，并且用于在所述掃描探頭的與所述尖端球體相對的另一端處支持所述掃描探頭；標尺單元，用于檢測所述滑塊的位移；尖端球體位移檢測單元，用于檢測所述掃描探頭的所述尖端球體相對于所述掃描探頭和所述滑塊之間的連接部的位移；以及計算單元，用于根據所述標尺單元所檢測到的所述滑塊的位移和所述尖端球體位移檢測單元所檢測到的所述尖端球體的位移，來計算測量值，其中，所述計算單元包括：校正濾波器，用于輸出校正值，其中，所述校正值是通過基于從所述標尺單元到所述尖端球體的頻率傳遞特性來校正所述標尺單元所檢測到的所述滑塊的位移而獲得的，以及第一加法器，用于將所述校正值和所述尖端球體位移檢測單元所檢測到的所述尖端球體的位移進行相加，以及所述校正濾波器包括：第一濾波器，用于基于從所述標尺單元到所述掃描探頭和所述滑塊之間的連接部的頻率傳遞特性，來校正所述標尺單元所檢測到的所述滑塊的位移，以及第二濾波器，用于輸出基于從所述掃描探頭和所述滑塊之間的連接部到所述尖端球體的頻率傳遞特性來校正所述第一濾波器所校正后的值而獲得的值，作為所述校正值。

根據本發明第二方面的形狀測量機，是上述形狀測量機，其中，所述第一濾波器基于從所述標尺單元到所述掃描探頭和所述滑塊之間的連接部的頻率傳遞特性的估計值，來校正所述標尺單元所檢測到的所述滑塊的位移，以及所述第二濾波器基于從所述掃描探頭和所述滑塊之間的連接部到所述尖端球體的頻率傳遞特性的估計值，來校正所述第一濾波器所校正后的值。

根據本發明第三方面的形狀測量機，是上述形狀測量機，其中，所述頻率傳遞特性是針對所述滑塊的各移動方向軸而實際測量出的，以及所述頻率傳遞特性的估計值是針對所述滑塊的各移動方向軸、作為基于頻率傳遞特性的實際測量值的傳遞函數而計算出的。