專利名稱：位置測(cè)定裝置和采用該裝置的工作設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在具有諸如坐標(biāo)測(cè)定機(jī)、機(jī)械工具、機(jī)器人等之類的坐標(biāo)空間機(jī)構(gòu)的移動(dòng)裝置中、用于補(bǔ)償所測(cè)得的坐標(biāo)位置的補(bǔ)償機(jī)構(gòu)的一種改進(jìn)。
背景技術(shù)：
在諸如坐標(biāo)測(cè)定機(jī)、機(jī)械工具、機(jī)器人等之類的多種移動(dòng)裝置中，已采用可在三維空間內(nèi)進(jìn)行位置測(cè)定的位置測(cè)定裝置來執(zhí)行精確的操作。
關(guān)于上述位置測(cè)定裝置，將通過舉個(gè)坐標(biāo)測(cè)定機(jī)的例子來進(jìn)行描述。在坐標(biāo)測(cè)定機(jī)中，可通過測(cè)定第一目標(biāo)位置和第二目標(biāo)位置的坐標(biāo)來確定從第一目標(biāo)位置至待測(cè)對(duì)象的第二目標(biāo)位置的距離。倘若連續(xù)采用上述方式，則可精確地領(lǐng)會(huì)所測(cè)對(duì)象的二維或三維形狀。
然而，在確定目標(biāo)位置的坐標(biāo)時(shí)，存在著這樣一種情況，即例如由于為檢測(cè)目標(biāo)位置而使諸如接觸型探頭等之類的檢測(cè)器移動(dòng)會(huì)在坐標(biāo)測(cè)定機(jī)的機(jī)械形狀中產(chǎn)生變形。因而，會(huì)在檢索精確的位置坐標(biāo)中發(fā)生誤差。因此，在已有技術(shù)中，為了預(yù)防上述機(jī)械形狀中的變形，已采用一種增加靜態(tài)剛性等的對(duì)策。
另外，為了測(cè)定包含在測(cè)定值內(nèi)的誤差、將幾何學(xué)誤差減至最小、且可使其與高精度相對(duì)應(yīng)，已出現(xiàn)了這樣一種裝置，它裝有用于以由基準(zhǔn)裝置所測(cè)得的幾何學(xué)誤差為基礎(chǔ)來計(jì)算幾何學(xué)誤差、并向所測(cè)得的位置坐標(biāo)提供補(bǔ)償量的軟件。
坐標(biāo)測(cè)定機(jī)的體積測(cè)定精度校正的關(guān)鍵點(diǎn)在于幾何學(xué)誤差。因此，圖5中的框圖示出了該軟件的基本運(yùn)行次序。如圖5所示，首先，此類軟件將諸如塊規(guī)或步規(guī)之類的長(zhǎng)度基準(zhǔn)裝置、或者諸如直角基準(zhǔn)裝置之類的角度基準(zhǔn)裝置安裝在坐標(biāo)測(cè)定機(jī)的工作臺(tái)上。然后，通過將這些基準(zhǔn)裝置設(shè)置成一個(gè)工件來進(jìn)行測(cè)定。接著，以這些測(cè)定值、在進(jìn)行測(cè)定時(shí)的位置的指令值、基準(zhǔn)裝置自身的誤差等為基礎(chǔ)來確定幾何學(xué)誤差數(shù)據(jù)。繼而，通過分析該誤差數(shù)據(jù)來確定具有適當(dāng)長(zhǎng)度的范圍。在各范圍內(nèi)，根據(jù)一函數(shù)(數(shù)據(jù)適合(fit))來使誤差近似，隨后，根據(jù)測(cè)定裝置的運(yùn)動(dòng)模型將這些誤差分類成每根軸上相應(yīng)的誤差種類，并準(zhǔn)備相對(duì)于所測(cè)坐標(biāo)的補(bǔ)償參數(shù)。儲(chǔ)存該參數(shù)，并相對(duì)于所測(cè)坐標(biāo)進(jìn)行補(bǔ)償。
由于在坐標(biāo)測(cè)定機(jī)所測(cè)得的幾何學(xué)誤差中通常包含有諸如角度誤差等之類的原因的影響，因而必須進(jìn)行一種誤差分離處理，以便作為相應(yīng)軸上的誤差來對(duì)待。在這種情況中，運(yùn)動(dòng)模型用于誤差的分離處理。通過采用運(yùn)動(dòng)模型所分離的幾何學(xué)誤差具有位于直角坐標(biāo)系統(tǒng)中的三個(gè)刻度誤差，每個(gè)誤差分別對(duì)應(yīng)于相應(yīng)的軸；垂直平面內(nèi)平直度中的三個(gè)誤差，每個(gè)誤差分別對(duì)應(yīng)于相應(yīng)的軸；水平平面內(nèi)平直度中的三個(gè)誤差，每個(gè)誤差分別對(duì)應(yīng)于相應(yīng)的軸；三個(gè)縱搖(pitching)誤差，每個(gè)誤差分別對(duì)應(yīng)于相應(yīng)的軸；三個(gè)首搖(yaw)誤差，每個(gè)誤差分別對(duì)應(yīng)于相應(yīng)的軸；三個(gè)橫搖(rolling)誤差，每個(gè)誤差分別對(duì)應(yīng)于相應(yīng)的軸；以及相應(yīng)的軸(xy軸、yz軸和zx軸)之間的三個(gè)垂直誤差，它總共具有二十一個(gè)誤差。該運(yùn)動(dòng)模型在計(jì)算補(bǔ)償參數(shù)時(shí)用來分離誤差，與此同時(shí)，在進(jìn)行補(bǔ)償時(shí)用來將相應(yīng)的補(bǔ)償參數(shù)轉(zhuǎn)變成坐標(biāo)空間上的誤差。
甚至在通過采用上述處理而存在相應(yīng)的軸中的誤差時(shí)，也能通過測(cè)定和補(bǔ)償誤差來提高坐標(biāo)測(cè)定機(jī)在幾何學(xué)誤差補(bǔ)償能力。因此，已經(jīng)能實(shí)現(xiàn)坐標(biāo)測(cè)定機(jī)的高精度了。
如上所述，為了測(cè)定精確的位置坐標(biāo)，重要的是使移動(dòng)裝置與對(duì)應(yīng)于位置坐標(biāo)的基準(zhǔn)的基準(zhǔn)面之間的關(guān)系保持固定。其中，用于設(shè)置在基準(zhǔn)面上的移動(dòng)裝置的引導(dǎo)件擔(dān)當(dāng)了尤為重要的角色。即使在通過根據(jù)軟件利用空間精確補(bǔ)償來實(shí)現(xiàn)坐標(biāo)測(cè)定機(jī)的高精度時(shí)，倘若用于設(shè)置在基準(zhǔn)面上的移動(dòng)裝置的引導(dǎo)件因老化或溫度波動(dòng)而發(fā)生變化，則會(huì)直接導(dǎo)致坐標(biāo)測(cè)定機(jī)的精度惡化。因此，在已有技術(shù)中，是以上述相同的方式提供一種增加靜態(tài)剛性和控制環(huán)境溫度的對(duì)策。
然而，近年來已出現(xiàn)了一種大型坐標(biāo)測(cè)定機(jī)。關(guān)于上述大型裝置，由于也很難設(shè)置一溫控腔，因而在大多數(shù)情況下，該大型裝置將地基直接用作為基準(zhǔn)面。因此，即使在其溫度被完全控制的建筑物中，地基也會(huì)在夏冬兩季之間顯著地變化。根據(jù)目前的空間精確補(bǔ)償，已無法確保充分的精度。
另外，即使在小型裝置中，由于與基準(zhǔn)面相對(duì)應(yīng)的基底會(huì)老化，即使極小，對(duì)于更高的精度而言，它也不能被忽視。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述問題提出了本發(fā)明，本發(fā)明的第一個(gè)目的在于提供一種位置測(cè)定裝置，該裝置能抵抗裝置的老化和溫度波動(dòng)以高精度確保穩(wěn)定的精度，同時(shí)進(jìn)行既存的體積測(cè)定精度有效的校正。另外，本發(fā)明的第二個(gè)目的在于提供一種可獲得進(jìn)一步的精度穩(wěn)定性并提高可靠性、同時(shí)甚至在坐標(biāo)測(cè)定機(jī)中也能保持總目的特性的裝置。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明，提供了一種位置測(cè)定裝置，包括由目標(biāo)位置檢測(cè)器、移動(dòng)裝置和位置坐標(biāo)計(jì)算機(jī)所構(gòu)成的位置坐標(biāo)測(cè)定機(jī)構(gòu)；以由位置坐標(biāo)測(cè)定機(jī)構(gòu)所測(cè)得的位置坐標(biāo)為基礎(chǔ)將幾何學(xué)誤差分類、并且儲(chǔ)存由相應(yīng)的分類誤差所決定的補(bǔ)償參數(shù)的存儲(chǔ)器；用于讀出補(bǔ)償參數(shù)以補(bǔ)償誤差的誤差補(bǔ)償工具；以及以坐標(biāo)系統(tǒng)為基礎(chǔ)被測(cè)得的特定坐標(biāo)空間內(nèi)的目標(biāo)位置，其中，位置測(cè)定裝置包括在移動(dòng)裝置的移動(dòng)過程中、用于測(cè)定相對(duì)于基準(zhǔn)面的關(guān)系是否發(fā)生變化的檢測(cè)器；以及在發(fā)生變化的情況下、用于以由檢測(cè)器所測(cè)得的關(guān)系變化量為基礎(chǔ)校正由誤差補(bǔ)償工具補(bǔ)償位置坐標(biāo)的補(bǔ)償參數(shù)的至少任何其中之一和由誤差補(bǔ)償工具所補(bǔ)償?shù)奈恢米鴺?biāo)、以便消除因移動(dòng)裝置的移動(dòng)與基準(zhǔn)面之間的關(guān)系而對(duì)由位置坐標(biāo)計(jì)算機(jī)所算得的位置坐標(biāo)的影響的誤差校正工具。
在這種情況下，目標(biāo)位置檢測(cè)器相對(duì)于預(yù)定基準(zhǔn)面檢測(cè)坐標(biāo)空間內(nèi)的目標(biāo)位置。
另外，移動(dòng)裝置根據(jù)預(yù)定關(guān)系相對(duì)于基準(zhǔn)面移動(dòng)，以便由目標(biāo)位置檢測(cè)器檢測(cè)目標(biāo)位置，從而以使目標(biāo)位置檢測(cè)器移動(dòng)。
位置坐標(biāo)計(jì)算機(jī)從諸如移動(dòng)裝置的位移量之類的數(shù)據(jù)中計(jì)算出目標(biāo)位置。
另外，在本發(fā)明的位置測(cè)定裝置中，較佳的是，坐標(biāo)系統(tǒng)系一種xyz直角坐標(biāo)系統(tǒng)，其中坐標(biāo)系統(tǒng)沿垂直、水平和高度方向延伸。
另外，在本發(fā)明的位置測(cè)定裝置中，較佳的是，移動(dòng)裝置包括用于與x軸一致或平行移動(dòng)的水平方向移動(dòng)裝置；用于與y軸一致或平行移動(dòng)的垂直方向移動(dòng)裝置；以及用于與z軸一致或平行移動(dòng)的高度方向移動(dòng)裝置，并且檢測(cè)器設(shè)置在垂直方向移動(dòng)裝置、水平方向移動(dòng)裝置和高度方向移動(dòng)裝置的任何其中之一內(nèi)。
另外，在本發(fā)明的位置測(cè)定裝置中，較佳的是，檢測(cè)器由基準(zhǔn)側(cè)角度計(jì)和測(cè)量側(cè)角度計(jì)所構(gòu)成。
另外，在本發(fā)明的位置測(cè)定裝置中，較佳的是，移動(dòng)裝置包括由設(shè)置在基準(zhǔn)面上的直線形引導(dǎo)件和能夠沿著引導(dǎo)件移動(dòng)的垂直方向移動(dòng)機(jī)構(gòu)所構(gòu)成的垂直方向移動(dòng)裝置；由安裝在垂直方向移動(dòng)裝置的頂上、并平行于基準(zhǔn)面且垂直于垂直方向移動(dòng)裝置的移動(dòng)方向設(shè)置的直線形引導(dǎo)件和沿著引導(dǎo)件移動(dòng)的水平方向移動(dòng)機(jī)構(gòu)所構(gòu)成的水平方向移動(dòng)裝置；以及由安裝在水平方向移動(dòng)裝置上、且其端部設(shè)有目標(biāo)位置檢測(cè)器的桿狀件和使桿狀件沿垂直于基準(zhǔn)面的方向移動(dòng)的高度方向移動(dòng)機(jī)構(gòu)所構(gòu)成的高度方向移動(dòng)裝置，垂直方向移動(dòng)裝置將目標(biāo)位置檢測(cè)器沿基準(zhǔn)面上的一條特定直線移動(dòng)，水平方向移動(dòng)裝置在一垂直于垂直方向移動(dòng)裝置的移動(dòng)方向、且平行于基準(zhǔn)面的表面內(nèi)移動(dòng)，高度方向移動(dòng)裝置具有通過沿一垂直于基準(zhǔn)面的方向移動(dòng)而相對(duì)于基準(zhǔn)面的預(yù)定關(guān)系，并且檢測(cè)器由設(shè)置在垂直方向移動(dòng)裝置的引導(dǎo)件上的基準(zhǔn)側(cè)角度計(jì)和設(shè)置在垂直方向移動(dòng)機(jī)構(gòu)中的測(cè)定側(cè)角度計(jì)所構(gòu)成。
另外，在本發(fā)明的位置測(cè)定裝置中，較佳的是，角度計(jì)系雙軸角度水準(zhǔn)器。
另外，在本發(fā)明的位置測(cè)定裝置中，較佳的是，角度計(jì)系激光角度水準(zhǔn)器。
另外，在本發(fā)明的位置測(cè)定裝置中，較佳的是，坐標(biāo)系統(tǒng)系雙軸直角坐標(biāo)系統(tǒng)。
另外，在本發(fā)明的位置測(cè)定裝置中，較佳的是，由檢測(cè)器所測(cè)得的關(guān)系變化量包含有相對(duì)于沿特定直線方向的軸的縱搖誤差和首搖誤差。
另外，在本發(fā)明的位置測(cè)定裝置中，較佳的是，還可設(shè)置用于保存由檢測(cè)器所測(cè)得的關(guān)系變化量的存儲(chǔ)器，并且檢測(cè)器被可分離地設(shè)置。
另外，為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的工作設(shè)備的特點(diǎn)在于設(shè)有本發(fā)明的位置測(cè)定裝置。


圖1是本發(fā)明位置測(cè)定裝置的一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)概要框圖；圖2是本發(fā)明第二實(shí)施例的結(jié)構(gòu)概要框圖；圖3是與本發(fā)明的一實(shí)施例相對(duì)應(yīng)的位置測(cè)定裝置的結(jié)構(gòu)視圖；圖4是本發(fā)明大型位置測(cè)定裝置的一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)視圖；以及圖5是示出了一種用于向位置坐標(biāo)增加補(bǔ)償量的軟件的基本運(yùn)行次序的框圖。
具體實(shí)施例方式
下面將利用本發(fā)明的一實(shí)施例來詳細(xì)描述本發(fā)明。
圖1示出了本發(fā)明位置測(cè)定裝置的一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)概要框圖。
圖1所示的本發(fā)明位置測(cè)定裝置2設(shè)有由目標(biāo)位置檢測(cè)器6、移動(dòng)裝置8和位置坐標(biāo)計(jì)算機(jī)10所構(gòu)成的位置坐標(biāo)測(cè)定機(jī)構(gòu)12。另外，它具有幾何學(xué)誤差測(cè)量工具14和誤差補(bǔ)償工具16。另外，它以三軸坐標(biāo)系統(tǒng)為基礎(chǔ)測(cè)定特定三維空間內(nèi)的目標(biāo)位置。
在這種情況中，目標(biāo)位置檢測(cè)器6相對(duì)于預(yù)定基準(zhǔn)面4檢測(cè)坐標(biāo)空間內(nèi)的目標(biāo)位置。
另外，移動(dòng)裝置8根據(jù)預(yù)定關(guān)系相對(duì)于基準(zhǔn)面4移動(dòng)，以便由目標(biāo)位置檢測(cè)器6檢測(cè)目標(biāo)位置，從而使目標(biāo)位置檢測(cè)器6移動(dòng)。
位置坐標(biāo)計(jì)算機(jī)10以諸如移動(dòng)裝置8的位移量(移動(dòng)量)之類的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)計(jì)算出目標(biāo)位置的位置坐標(biāo)。
幾何學(xué)誤差測(cè)量工具14以由位置坐標(biāo)測(cè)定機(jī)構(gòu)12所測(cè)得的位置坐標(biāo)為基礎(chǔ)測(cè)量和計(jì)算出幾何學(xué)誤差。將該誤差分類，并且相對(duì)于各分類誤差計(jì)算出補(bǔ)償參數(shù)。
誤差補(bǔ)償工具16利用由幾何學(xué)誤差測(cè)量工具14所算得的補(bǔ)償參數(shù)來補(bǔ)償該誤差。
另外，本發(fā)明位置測(cè)定裝置中的特征在于設(shè)有相對(duì)于位置坐標(biāo)測(cè)定機(jī)構(gòu)12可分離地設(shè)置的關(guān)系變化測(cè)定機(jī)構(gòu)(檢測(cè)器)18，以及誤差校正工具20。
在這種情況下，在移動(dòng)裝置8的運(yùn)動(dòng)過程中，關(guān)系變化測(cè)定機(jī)構(gòu)18檢測(cè)相對(duì)于基準(zhǔn)面4是否發(fā)生變化。
另外，在發(fā)生任何變化的情況下，誤差校正工具20還以由關(guān)系變化測(cè)定機(jī)構(gòu)18所測(cè)得的關(guān)系位移量為基礎(chǔ)校正由誤差補(bǔ)償工具16所補(bǔ)償?shù)奈恢米鴺?biāo)，以便消除因相對(duì)于基準(zhǔn)面4的關(guān)系變化和移動(dòng)裝置8的運(yùn)動(dòng)而對(duì)由位置坐標(biāo)計(jì)算機(jī)10所算得的位置坐標(biāo)的影響。
因此，甚至在因老化和溫度波動(dòng)而帶來測(cè)量誤差時(shí)，也能由誤差校正工具20校正誤差。因此，可實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的第一個(gè)目的，即可進(jìn)行正確體積測(cè)定精度校正。
在這種情況下，校正參數(shù)儲(chǔ)存在存儲(chǔ)器(未圖示)中，由誤差補(bǔ)償工具16讀出，并且用于補(bǔ)償誤差。
另外，由誤差校正工具20所算得的誤差補(bǔ)償數(shù)據(jù)儲(chǔ)存在存儲(chǔ)器(未圖示)中，由誤差校正工具20讀出，并且用于通過向被位置坐標(biāo)補(bǔ)償?shù)恼`差進(jìn)一步施加誤差校正量而進(jìn)行正確體積測(cè)定精度校正。
另外，圖2示出了本發(fā)明第二實(shí)施例的結(jié)構(gòu)概要框圖。在這種情況下，在圖2中，相同的標(biāo)號(hào)用于表示與圖1相同的元件，這里就不再贅述了。
圖2中的位置測(cè)定裝置2被構(gòu)成為當(dāng)位置坐標(biāo)測(cè)定機(jī)構(gòu)12計(jì)算出特定的位置坐標(biāo)時(shí)，由幾何學(xué)誤差測(cè)量工具14所算得的位置坐標(biāo)中的補(bǔ)償參數(shù)被讀出。在用誤差補(bǔ)償工具16補(bǔ)償來自信息的位置坐標(biāo)時(shí)，補(bǔ)償位置坐標(biāo)的誤差補(bǔ)償工具16的補(bǔ)償參數(shù)由誤差校正工具20校正。該裝置被構(gòu)成為可計(jì)算出精確的位置坐標(biāo)。甚至在上述實(shí)施例中，也能獲得相同的效果。
圖3是與本發(fā)明的一實(shí)施例相對(duì)應(yīng)的位置測(cè)定裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。在圖3中，相同的標(biāo)號(hào)用于表示與圖1相同的元件，這里就不再贅述了。
如圖3所示，與本發(fā)明的第一實(shí)施例相對(duì)應(yīng)的位置測(cè)定裝置設(shè)有與基準(zhǔn)面相對(duì)應(yīng)的基底4。另外，它設(shè)有控制器22和數(shù)據(jù)處理器24。
控制器22控制諸如移動(dòng)裝置8等之類的裝置。
數(shù)據(jù)處理器24進(jìn)行諸如位置測(cè)定數(shù)據(jù)及其分析之類的多種數(shù)據(jù)處理。
根據(jù)本發(fā)明，位置坐標(biāo)計(jì)算機(jī)10由控制器22和數(shù)據(jù)處理器24所構(gòu)成。諸如由移動(dòng)裝置8所移動(dòng)的目標(biāo)位置的位移之類的數(shù)據(jù)通過設(shè)置在控制器22中的接口26由控制器22接收。由控制器22所接收的數(shù)據(jù)被傳送至數(shù)據(jù)處理器24作分析。另外，數(shù)據(jù)處理器24計(jì)算出位置坐標(biāo)。
另外，在該實(shí)施例中，幾何學(xué)誤差測(cè)量工具14測(cè)量諸如預(yù)先由測(cè)量基準(zhǔn)器等所測(cè)得的位置測(cè)定裝置2的運(yùn)動(dòng)特性和連同該運(yùn)動(dòng)一起的變形之類的數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)儲(chǔ)存在諸如設(shè)置在數(shù)據(jù)處理器24中的硬盤之類的校正參數(shù)存儲(chǔ)器中，作為補(bǔ)償參數(shù)。
另外，誤差補(bǔ)償工具16系一種用于通過利用幾何學(xué)誤差測(cè)量工具14的幾何學(xué)誤差信息來向由位置坐標(biāo)測(cè)定機(jī)構(gòu)12所測(cè)得的位置坐標(biāo)施加體積測(cè)定精度校正的軟件。該軟件以與幾何學(xué)誤差測(cè)量工具14相同的方式儲(chǔ)存在數(shù)據(jù)處理器的硬盤等之中。該軟件以用戶的要求或裝置的操作程序?yàn)榛A(chǔ)自動(dòng)運(yùn)行。
另外，誤差校正工具20系一種用于以關(guān)系變化測(cè)定機(jī)構(gòu)18的測(cè)量結(jié)果為基礎(chǔ)進(jìn)一步校正因移動(dòng)裝置8的運(yùn)動(dòng)與基準(zhǔn)面(基底4)之間的關(guān)系發(fā)生變化而包含在由誤差補(bǔ)償工具16所補(bǔ)償?shù)奈恢米鴺?biāo)中的誤差的軟件。另外，誤差校正工具20和由該誤差校正工具20所算得的誤差校正數(shù)據(jù)以與幾何學(xué)誤差測(cè)量工具14和誤差補(bǔ)償工具16相同的方式儲(chǔ)存在數(shù)據(jù)處理器的硬盤等之中。
當(dāng)位置坐標(biāo)測(cè)定機(jī)構(gòu)12根據(jù)上述方式計(jì)算出特定的位置坐標(biāo)時(shí)，從存儲(chǔ)器中讀出位置坐標(biāo)中的幾何學(xué)誤差特性。從讀出的信息中計(jì)算出由誤差補(bǔ)償工具16進(jìn)行位置坐標(biāo)補(bǔ)償?shù)恼`差。然后，通過誤差校正工具20來進(jìn)一步校正因裝置老化的影響所帶來的誤差、因溫度波動(dòng)而造成的變形等。因此，由于可從測(cè)定值中消除因老化、溫度波動(dòng)等所帶來的誤差，因而可確保正確體積測(cè)定精度校正。
另外，根據(jù)第二實(shí)施例，當(dāng)位置坐標(biāo)測(cè)定機(jī)構(gòu)12計(jì)算出特定的位置坐標(biāo)時(shí)，從存儲(chǔ)器中讀出位置坐標(biāo)中的幾何學(xué)誤差特性。為了實(shí)現(xiàn)考慮到因裝置老化的影響所帶來的誤差、因溫度波動(dòng)而造成的變形等的校正，通過誤差校正工具20來校正由誤差補(bǔ)償工具16的補(bǔ)償參數(shù)補(bǔ)償?shù)恼`差。
因此，可連同來自由誤差補(bǔ)償工具16所算得的位置坐標(biāo)的幾何學(xué)誤差一起，從測(cè)定值中消除因老化、溫度波動(dòng)等所帶來的誤差。因此，還可確保正確體積測(cè)定精度校正。
在這種情況下，在本發(fā)明中，較佳的是，相對(duì)于基準(zhǔn)面的三軸坐標(biāo)系統(tǒng)系一種沿垂直、水平和高度方向延伸的xyz直角坐標(biāo)系統(tǒng)。在采用上述三軸直角坐標(biāo)系統(tǒng)的情況中，易于領(lǐng)會(huì)所測(cè)位置坐標(biāo)的位置關(guān)系，并且關(guān)于位置坐標(biāo)計(jì)算等的計(jì)算式也更為簡(jiǎn)單。因此，可減輕裝置在計(jì)算處理方面中的負(fù)擔(dān)。
另外，在本發(fā)明中，較佳的是，移動(dòng)裝置由用于與x軸一致或平行移動(dòng)的水平方向移動(dòng)裝置、用于與y軸一致會(huì)平行移動(dòng)的垂直方向移動(dòng)裝置、以及用于與z軸一致或平行移動(dòng)的高度方向移動(dòng)裝置所構(gòu)成。如上所述，當(dāng)移動(dòng)裝置的移動(dòng)方向與相應(yīng)的軸一致或平行時(shí)，可使位置測(cè)量中的計(jì)算處理更為簡(jiǎn)化。因此，可大大地減輕裝置在計(jì)算處理方面中的負(fù)擔(dān)。
在這種情況下，在圖3所示的本發(fā)明的第一實(shí)施例中，移動(dòng)裝置8是由垂直方向移動(dòng)裝置、水平方向移動(dòng)裝置和高度方向移動(dòng)裝置所構(gòu)成的。
垂直方向移動(dòng)裝置由設(shè)置在與基準(zhǔn)面相對(duì)應(yīng)的基底4上的直線形引導(dǎo)件28、和能夠沿著該引導(dǎo)件28移動(dòng)的垂直方向移動(dòng)機(jī)構(gòu)30所構(gòu)成。
水平方向移動(dòng)裝置由安裝在垂直方向移動(dòng)裝置的頂上、并平行于基準(zhǔn)面且垂直于垂直方向移動(dòng)裝置的移動(dòng)方向設(shè)置的直線形引導(dǎo)件32、和沿著該引導(dǎo)件32移動(dòng)的水平方向移動(dòng)機(jī)構(gòu)34所構(gòu)成。
高度方向移動(dòng)裝置由安裝在水平方向移動(dòng)裝置上、且其端部設(shè)有目標(biāo)位置檢測(cè)器6的桿狀件36、和將該桿狀件36沿垂直于與基準(zhǔn)面相對(duì)應(yīng)的基底4的方向驅(qū)動(dòng)的高度方向移動(dòng)機(jī)構(gòu)38所構(gòu)成。
因此，垂直方向移動(dòng)裝置可將目標(biāo)位置檢測(cè)器6相對(duì)于基準(zhǔn)面4在一條特定直線上移動(dòng)。水平方向移動(dòng)裝置可在一垂直于該垂直方向移動(dòng)裝置的移動(dòng)方向、且平行于基準(zhǔn)面4的表面內(nèi)移動(dòng)。高度方向移動(dòng)裝置可沿著垂直于基準(zhǔn)面4的方向移動(dòng)。
結(jié)果，可將目標(biāo)位置檢測(cè)器6移動(dòng)到由垂直方向移動(dòng)裝置的移動(dòng)范圍、水平方向移動(dòng)裝置的移動(dòng)范圍以及高度方向移動(dòng)裝置的移動(dòng)范圍所限定的特定三維空間內(nèi)的任意地點(diǎn)。
另外，可明確地區(qū)分垂直、水平和高度方向中相應(yīng)的移動(dòng)裝置使目標(biāo)位置檢測(cè)器6以什么關(guān)系相對(duì)于基準(zhǔn)面4移動(dòng)。這樣易于分析位置計(jì)算和誤差校正。結(jié)果，可大大地減輕裝置在計(jì)算處理方面中的負(fù)擔(dān)，并可使相對(duì)于移動(dòng)裝置8的運(yùn)動(dòng)的控制容易化。
另外，在該實(shí)施例中，關(guān)系變化測(cè)定機(jī)構(gòu)18由設(shè)置在垂直分析移動(dòng)裝置的引導(dǎo)件28上的基準(zhǔn)側(cè)角度計(jì)40、和設(shè)置在垂直分析移動(dòng)機(jī)構(gòu)30中的測(cè)定側(cè)角度計(jì)42所構(gòu)成。
在該實(shí)施例中，在具有上述移動(dòng)裝置的情況下，較佳的是，關(guān)系變化測(cè)定機(jī)構(gòu)18設(shè)置在設(shè)于基準(zhǔn)面上的移動(dòng)裝置的引導(dǎo)件和移動(dòng)機(jī)構(gòu)中。上述設(shè)置在基準(zhǔn)面上的引導(dǎo)件和移動(dòng)機(jī)構(gòu)與移動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)與基準(zhǔn)面之間的關(guān)系直接相關(guān)。因此，設(shè)置在基準(zhǔn)面上的引導(dǎo)件與移動(dòng)機(jī)構(gòu)之間的關(guān)系的變化對(duì)于誤差具有重要的意義，并可通過測(cè)定關(guān)系變化來測(cè)定移動(dòng)裝置和基準(zhǔn)面的整個(gè)運(yùn)動(dòng)變化。
根據(jù)本發(fā)明，因關(guān)系變化測(cè)定機(jī)構(gòu)，故足以利用能夠測(cè)定相對(duì)于與移動(dòng)方向相一致的一特定直線方向中的軸的縱搖誤差和首搖誤差，這樣就能采用多種檢測(cè)器。然而，尤其較佳的是，關(guān)系變化測(cè)定機(jī)構(gòu)由可獲知上述運(yùn)動(dòng)關(guān)系變化的基準(zhǔn)側(cè)角度計(jì)和測(cè)定側(cè)角度計(jì)所構(gòu)成。
另外，在上述角度計(jì)中，倘若采用雙軸角度水準(zhǔn)器或激光角度水準(zhǔn)器，則可尤其較佳地測(cè)定關(guān)系變化。
在圖3所示的第一實(shí)施例中，將雙軸角度水準(zhǔn)器用作為關(guān)系變化測(cè)定機(jī)構(gòu)。該雙軸角度水準(zhǔn)器連接在設(shè)于控制器22中的接口26上?；鶞?zhǔn)側(cè)雙軸角度水準(zhǔn)器40和測(cè)定側(cè)雙軸角度水準(zhǔn)器42的測(cè)定值通過接口26由控制器22接收。將所測(cè)得的數(shù)據(jù)傳送至數(shù)據(jù)處理器24，并以所測(cè)得的變化量為基礎(chǔ)決定由誤差校正工具20所進(jìn)行的校正。
具有上述結(jié)構(gòu)的本發(fā)明第一實(shí)施例的自動(dòng)體積測(cè)定精度校正的流程如下首先，用戶等對(duì)與安裝在基底4上的待測(cè)對(duì)象相對(duì)應(yīng)的工件等進(jìn)行位置測(cè)定。接著，當(dāng)獲得位置坐標(biāo)時(shí)，通過執(zhí)行自動(dòng)體積測(cè)定精度校正從存儲(chǔ)器中讀出誤差，并通過誤差補(bǔ)償工具16進(jìn)行補(bǔ)償。
隨后，垂直方向移動(dòng)機(jī)構(gòu)30在y軸移動(dòng)范圍中自動(dòng)移動(dòng)一個(gè)來回，并且此時(shí)，基準(zhǔn)側(cè)雙軸基底水準(zhǔn)器40和測(cè)定側(cè)雙軸基底水準(zhǔn)器42進(jìn)行測(cè)定。通過取兩者之間的差值來拾取y軸縱搖原始數(shù)據(jù)和y軸首搖原始數(shù)據(jù)。根據(jù)該實(shí)施例，由于采用了雙軸角度水準(zhǔn)器，因而可同時(shí)測(cè)定兩根軸。
從所測(cè)得的y軸縱搖原始數(shù)據(jù)和y軸首搖原始數(shù)據(jù)中計(jì)算出當(dāng)前y軸移動(dòng)范圍內(nèi)的各相應(yīng)部分中的角度誤差，藉由校正既存的角度誤差。繼而，在體積測(cè)定精度校正中由誤差校正工具20再次校正由誤差補(bǔ)償工具16進(jìn)行位置坐標(biāo)補(bǔ)償?shù)恼`差。
另外，在其元件與上述裝置相同的本發(fā)明第二實(shí)施例中的自動(dòng)體積測(cè)定精度校正的流程如下首先，用戶等對(duì)與安裝在基底4上的待測(cè)對(duì)象相對(duì)應(yīng)的工件等進(jìn)行位置測(cè)定。接著，從存儲(chǔ)器中讀出補(bǔ)償參數(shù)，從而準(zhǔn)備用誤差補(bǔ)償工具16進(jìn)行補(bǔ)償。
隨后，垂直方向移動(dòng)機(jī)構(gòu)30在y軸移動(dòng)范圍中自動(dòng)移動(dòng)一個(gè)來回，并且此時(shí)，基準(zhǔn)側(cè)雙軸基底水準(zhǔn)器40和測(cè)定側(cè)雙軸基底水準(zhǔn)器42進(jìn)行測(cè)定。從所測(cè)得的y軸縱搖原始數(shù)據(jù)和y軸首搖原始數(shù)據(jù)中計(jì)算出當(dāng)前y軸移動(dòng)范圍內(nèi)的各相應(yīng)部分中的角度誤差，藉由校正既存的角度誤差。繼而，計(jì)算出由誤差補(bǔ)償工具16用于補(bǔ)償位置坐標(biāo)的補(bǔ)償參數(shù)應(yīng)被校正多少。根據(jù)該計(jì)算結(jié)果，誤差校正工具20向由誤差補(bǔ)償工具16進(jìn)行的補(bǔ)償?shù)难a(bǔ)償參數(shù)增加一校正量，并且誤差補(bǔ)償工具16進(jìn)行體積測(cè)定精度校正。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，在任一實(shí)施例中可始終確定新的誤差信息，并可保證穩(wěn)定的精度。
另外，近年來已出現(xiàn)一種此類的大型位置測(cè)定裝置。在上述大型裝置的情況中，基底在大多數(shù)情況下被用作為基準(zhǔn)面。
圖4示出了上述大型位置測(cè)定裝置的一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
在這種情況下，在圖4中，向圖3中諸元件的標(biāo)號(hào)加上100所獲得的標(biāo)號(hào)用于表示與圖3中的元件相對(duì)應(yīng)的諸元件，這里就不再贅述了。
如圖4所示，根據(jù)該實(shí)施例，地基(基底)104被直接用作為基準(zhǔn)面。移動(dòng)裝置108的垂直方向移動(dòng)裝置由直接設(shè)置在地基104上的引導(dǎo)件128和垂直方向移動(dòng)機(jī)構(gòu)130所構(gòu)成。
如上所述，根據(jù)該實(shí)施例，由于引導(dǎo)件128是直接固定在地基104上的，因而該地基104的變化會(huì)直接影響到引導(dǎo)件128。因此，移動(dòng)裝置的整個(gè)幾何學(xué)精度就會(huì)發(fā)生變化。
然而，即使移動(dòng)裝置的幾何學(xué)精度因地基104的變化而發(fā)生變化，根據(jù)本發(fā)明的位置測(cè)定裝置，仍然能由關(guān)系變化測(cè)定機(jī)構(gòu)118測(cè)定該變化，并且由誤差校正工具120來消除誤差的影響。因此，可實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的第二個(gè)目的，即不會(huì)因基底的變化而減小精度。
根據(jù)與上述本發(fā)明的一實(shí)施例相對(duì)應(yīng)的位置測(cè)定裝置，通過采用一組校正側(cè)和測(cè)定側(cè)角度計(jì)、接口126、控制器122和數(shù)據(jù)處理器124可易于構(gòu)成一種自動(dòng)體積測(cè)定精度校正裝置。
另外，在本發(fā)明的該實(shí)施例中描述了在每次測(cè)定工件時(shí)將垂直方向移動(dòng)機(jī)構(gòu)130在y軸移動(dòng)范圍中自動(dòng)移動(dòng)一個(gè)來回的實(shí)施例。此外，通過定期或者諸如每天、每月或每半年之類的任意時(shí)間將垂直方向移動(dòng)機(jī)構(gòu)130在y軸移動(dòng)范圍中自動(dòng)移動(dòng)就可收集y軸縱搖原始數(shù)據(jù)和y軸首搖原始數(shù)據(jù)。以該數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)可計(jì)算出y軸移動(dòng)范圍內(nèi)的各相應(yīng)部分中的角度誤差，從而用誤差校正工具12來校正補(bǔ)償位置坐標(biāo)的補(bǔ)償參數(shù)?？刹捎枚ㄆ谛?zhǔn)，其中補(bǔ)償參數(shù)由誤差補(bǔ)償工具16儲(chǔ)存在諸如設(shè)置在數(shù)據(jù)處理器124中的硬盤之類的存儲(chǔ)器中。根據(jù)上述元件，由于通過采用根據(jù)最近的定期校準(zhǔn)已經(jīng)被校正的補(bǔ)償參數(shù)可進(jìn)行體積測(cè)定精度校正，因而可減少在每次工件測(cè)定時(shí)移動(dòng)y軸以便校準(zhǔn)所需的工作小時(shí)。
另外，根據(jù)本發(fā)明的該實(shí)施例，其結(jié)構(gòu)被做成為設(shè)有幾何學(xué)誤差測(cè)量工具114。然而，并不總是要設(shè)有該工具，也可采用一種不設(shè)有該幾何學(xué)誤差測(cè)量工具114的簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)。即，該結(jié)構(gòu)可被做成將幾何學(xué)誤差測(cè)量工具設(shè)置在外部，以來自位置坐標(biāo)計(jì)算機(jī)的位置坐標(biāo)為基礎(chǔ)計(jì)算出補(bǔ)償參數(shù)，并將該補(bǔ)償參數(shù)儲(chǔ)存在位置測(cè)定裝置的存儲(chǔ)器中。根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，誤差補(bǔ)償工具116可通過與位置坐標(biāo)計(jì)算機(jī)110的輸出相對(duì)應(yīng)的位置坐標(biāo)以及從存儲(chǔ)器中讀出的補(bǔ)償參數(shù)來相對(duì)于該位置坐標(biāo)進(jìn)行體積測(cè)定精度校正。在這種情況下，誤差校正工具120還可以儲(chǔ)存在存儲(chǔ)器中的誤差校正數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)校正補(bǔ)償參數(shù)，或者進(jìn)一步校正由補(bǔ)償參數(shù)進(jìn)行位置坐標(biāo)補(bǔ)償?shù)目臻g精度，以便進(jìn)行正確體積測(cè)定精度校正。由于在補(bǔ)償參數(shù)儲(chǔ)存在位置測(cè)定裝置的存儲(chǔ)器內(nèi)之后，置于外部的幾何學(xué)誤差測(cè)、定裝置對(duì)于本位置測(cè)定裝置而言不再需要，因而可將其取出。因而具有可使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化的優(yōu)點(diǎn)。
另外，在基底型坐標(biāo)測(cè)定機(jī)的情況下，甚至基底因老化或溫度波動(dòng)而變形，自動(dòng)體積測(cè)定精度校正裝置也能維持交貨時(shí)的穩(wěn)定的精度。
另外，在基底型坐標(biāo)測(cè)定機(jī)的情況下，甚至其上安放有該坐標(biāo)測(cè)定機(jī)的基底發(fā)生變化，自動(dòng)空間精度補(bǔ)償裝置也能維持穩(wěn)定的精度。
另外，本發(fā)明還可應(yīng)用到將諸如攝像機(jī)之類的攝影裝置在直角平面內(nèi)移動(dòng)、以便對(duì)工件進(jìn)行二維測(cè)定的圖象測(cè)定裝置、以及諸如機(jī)械工具之類的工作設(shè)備上。由此，可始終施加具有高精度的體積測(cè)定精度校正。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的位置測(cè)定裝置，可維持穩(wěn)定的精度。
權(quán)利要求
1.一種位置測(cè)定裝置，包括用于相對(duì)于預(yù)定基準(zhǔn)面檢測(cè)坐標(biāo)空間內(nèi)的目標(biāo)位置的目標(biāo)位置檢測(cè)器；根據(jù)預(yù)定關(guān)系相對(duì)于基準(zhǔn)面移動(dòng)、以使所述目標(biāo)位置檢測(cè)器移動(dòng)、從而由所述目標(biāo)位置檢測(cè)器檢測(cè)目標(biāo)位置的移動(dòng)裝置；用于以諸如所述移動(dòng)裝置的位移量之類的數(shù)據(jù)計(jì)算出目標(biāo)位置的位置坐標(biāo)的位置坐標(biāo)計(jì)算機(jī)；由所述目標(biāo)位置檢測(cè)器、所述移動(dòng)裝置和所述位置坐標(biāo)計(jì)算機(jī)所構(gòu)成的位置坐標(biāo)測(cè)定機(jī)構(gòu)；以由所述位置坐標(biāo)測(cè)定機(jī)構(gòu)所測(cè)得的位置坐標(biāo)為基礎(chǔ)將幾何學(xué)誤差分類、并且儲(chǔ)存由相應(yīng)的分類誤差所決定的補(bǔ)償參數(shù)的存儲(chǔ)器；用于讀出補(bǔ)償參數(shù)以補(bǔ)償誤差的誤差補(bǔ)償工具；以及以坐標(biāo)系統(tǒng)為基礎(chǔ)被測(cè)得的特定坐標(biāo)空間內(nèi)的目標(biāo)位置，其中，所述位置測(cè)定裝置包括在所述移動(dòng)裝置的移動(dòng)過程中、用于測(cè)定相對(duì)于所述基準(zhǔn)面的關(guān)系是否發(fā)生變化的檢測(cè)器；以及在發(fā)生變化的情況下、用于以由所述檢測(cè)器所測(cè)得的關(guān)系變化量為基礎(chǔ)校正由所述誤差補(bǔ)償工具補(bǔ)償位置坐標(biāo)的補(bǔ)償參數(shù)的至少任何其中之一和由所述誤差補(bǔ)償工具所補(bǔ)償?shù)奈恢米鴺?biāo)、以便消除因所述移動(dòng)裝置的移動(dòng)與基準(zhǔn)面之間的關(guān)系而對(duì)由位置坐標(biāo)計(jì)算機(jī)所算得的位置坐標(biāo)的影響的誤差校正工具。
2.如權(quán)利要求1所述的位置測(cè)定裝置，其特征在于，所述坐標(biāo)系統(tǒng)系一種xyz直角坐標(biāo)系統(tǒng)，其中所述坐標(biāo)系統(tǒng)沿垂直、水平和高度方向延伸。
3.如權(quán)利要求2所述的位置測(cè)定裝置，其特征在于，所述移動(dòng)裝置包括用于與x軸一致或平行移動(dòng)的水平方向移動(dòng)裝置；用于與y軸一致或平行移動(dòng)的垂直方向移動(dòng)裝置；以及用于與z軸一致或平行移動(dòng)的高度方向移動(dòng)裝置，并且所述檢測(cè)器設(shè)置在所述垂直方向移動(dòng)裝置、所述水平方向移動(dòng)裝置和所述高度方向移動(dòng)裝置的任何其中之一內(nèi)。
4.如權(quán)利要求3所述的位置測(cè)定裝置，其特征在于，所述檢測(cè)器由基準(zhǔn)側(cè)角度計(jì)和測(cè)量側(cè)角度計(jì)所構(gòu)成。
5.如權(quán)利要求4所述的位置測(cè)定裝置，其特征在于，所述移動(dòng)裝置包括由設(shè)置在基準(zhǔn)面上的直線形引導(dǎo)件和能夠沿著所述引導(dǎo)件移動(dòng)的垂直方向移動(dòng)機(jī)構(gòu)所構(gòu)成的垂直方向移動(dòng)裝置；由安裝在所述垂直方向移動(dòng)裝置的頂上、并平行于基準(zhǔn)面且垂直于垂直方向移動(dòng)裝置的移動(dòng)方向設(shè)置的直線形引導(dǎo)件和沿著所述引導(dǎo)件移動(dòng)的水平方向移動(dòng)機(jī)構(gòu)所構(gòu)成的水平方向移動(dòng)裝置；以及由安裝在水平方向移動(dòng)裝置上、且其端部設(shè)有所述目標(biāo)位置檢測(cè)器的桿狀件和使所述桿狀件沿垂直于基準(zhǔn)面的方向移動(dòng)的高度方向移動(dòng)機(jī)構(gòu)所構(gòu)成的高度方向移動(dòng)裝置，垂直方向移動(dòng)裝置將所述目標(biāo)位置檢測(cè)器沿基準(zhǔn)面上的一條特定直線移動(dòng)，水平方向移動(dòng)裝置在一垂直于所述垂直方向移動(dòng)裝置的移動(dòng)方向、且平行于基準(zhǔn)面的表面內(nèi)移動(dòng)，高度方向移動(dòng)裝置具有通過沿一垂直于基準(zhǔn)面的方向移動(dòng)而相對(duì)于基準(zhǔn)面的預(yù)定關(guān)系，并且所述檢測(cè)器由設(shè)置在垂直方向移動(dòng)裝置的引導(dǎo)件上的基準(zhǔn)側(cè)角度計(jì)和設(shè)置在垂直方向移動(dòng)機(jī)構(gòu)中的測(cè)定側(cè)角度計(jì)所構(gòu)成。
6.如權(quán)利要求4所述的位置測(cè)定裝置，其特征在于，所述角度計(jì)系雙軸角度水準(zhǔn)器。
7.如權(quán)利要求4所述的位置測(cè)定裝置，其特征在于，所述角度計(jì)系激光角度水準(zhǔn)器。
8.如權(quán)利要求1所述的位置測(cè)定裝置，其特征在于，所述坐標(biāo)系統(tǒng)系雙軸直角坐標(biāo)系統(tǒng)。
9.如權(quán)利要求8所述的位置測(cè)定裝置，其特征在于，由所述檢測(cè)器所測(cè)得的關(guān)系變化量包含有相對(duì)于沿特定直線方向的軸的縱搖誤差和首搖誤差。
10.如權(quán)利要求1所述的位置測(cè)定裝置，其特征在于，還可設(shè)置用于保存由所述檢測(cè)器所測(cè)得的關(guān)系變化量的存儲(chǔ)器，并且所述檢測(cè)器被可分離地設(shè)置。
11.一種包括如權(quán)利要求1所述的位置測(cè)定裝置的工作設(shè)備。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于提供一種位置測(cè)定裝置,該裝置能抵抗裝置的老化和溫度波動(dòng)以高精度確保穩(wěn)定的精度,同時(shí)進(jìn)行既存的體積測(cè)定精度有效的校正。為了實(shí)現(xiàn)該目的,根據(jù)本發(fā)明,在以坐標(biāo)系統(tǒng)為基礎(chǔ)相對(duì)于預(yù)定基準(zhǔn)面(4)測(cè)定特定坐標(biāo)空間內(nèi)的目標(biāo)位置以補(bǔ)償誤差的位置測(cè)定裝置中,設(shè)有在移動(dòng)裝置(8)的移動(dòng)過程中、用于測(cè)定相對(duì)于基準(zhǔn)面(4)的關(guān)系是否發(fā)生變化的檢測(cè)器(18),還設(shè)有在發(fā)生變化的情況下、用于以由檢測(cè)器(18)所測(cè)得的關(guān)系變化量為基礎(chǔ)校正由誤差補(bǔ)償工具(16)補(bǔ)償位置坐標(biāo)的補(bǔ)償參數(shù)的至少任何其中之一和由誤差補(bǔ)償工具(16)所補(bǔ)償?shù)奈恢米鴺?biāo)的誤差校正工具(20)。
文檔編號(hào)G01B21/00GK1374502SQ02106699
公開日2002年10月16日 申請(qǐng)日期2002年3月4日 優(yōu)先權(quán)日2001年3月5日
發(fā)明者小倉(cāng)勝行, 松本正和, 杉田耕造 申請(qǐng)人:株式會(huì)社三豐