專利名稱：三坐標(biāo)測量機(jī)的動態(tài)修正方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于三坐標(biāo)測量機(jī)的誤差修正技術(shù)，具體的涉及一種用于有效消除三坐標(biāo)測量機(jī)的阿貝誤差的動態(tài)修正方法。
背景技術(shù)：
三坐標(biāo)測量機(jī)為高精度的測量儀器，現(xiàn)有技術(shù)中的坐標(biāo)測量機(jī)不僅能夠在計算機(jī)控制下完成各種復(fù)雜測量，而且和可以通過與數(shù)控機(jī)床交換信息，實現(xiàn)對加工的控制，并且還可以根據(jù)測量數(shù)據(jù)，實現(xiàn)反求工程。現(xiàn)有技術(shù)中的坐標(biāo)測量機(jī)主要由主機(jī)機(jī)械系統(tǒng)(X 軸、Y軸、Z軸機(jī)構(gòu))，測頭系統(tǒng)、電氣控制硬件系統(tǒng)和計算機(jī)數(shù)據(jù)處理軟件系統(tǒng)組成?，F(xiàn)有三坐標(biāo)測量機(jī)多采用兩并行的水平導(dǎo)軌作為Y軸，其上架設(shè)支撐X軸移動梁，X軸移動梁上設(shè)置Z軸，Z軸上固定有測量探頭，實現(xiàn)X、Y、Z軸向的移動和測量。由于X軸移動梁的驅(qū)動是采用一組或兩組電動機(jī)構(gòu)，所有X軸移動梁在兩水平導(dǎo)軌上移動時，會因為其左右兩端部于水平導(dǎo)軌上的移動位移不一致，而產(chǎn)生移動的阿貝誤差。目前國內(nèi)外均采用如下方式解決該橫向的X軸移動梁的位移誤差即在Y軸向的兩水平向?qū)к壣戏謩e設(shè)置一套光柵和讀數(shù)系統(tǒng)，Y向的兩條導(dǎo)軌各設(shè)一套獨立的傳動機(jī)構(gòu)，控制器讀取Y軸向的兩條基準(zhǔn)光柵的數(shù)據(jù)，然后控制器根據(jù)數(shù)據(jù)的差值指示橫梁兩端的電機(jī)加速或減速，將橫梁兩端的同步性保持在一定的范圍內(nèi)，目前最好的同步性可以控制誤差在 0. Olmm以內(nèi)，但由于設(shè)備的調(diào)試和安裝較困難，測量和運動速度低，維護(hù)費用高。由于阿貝誤差的存在，使得現(xiàn)有三坐標(biāo)測量機(jī)的X軸移動梁的跨度受到較大的限制。因為阿貝誤差是移動梁的一個角擺誤差，測量時如果移動梁的跨度越大，其阿貝誤差可能越大。例如現(xiàn)有的移動橋式三坐標(biāo)測量機(jī)的最大X軸移動梁的跨度一般為1.ail左右，有的廠商采用了高質(zhì)量鋁質(zhì)χ軸移動梁，使得移動橋式三坐標(biāo)測量機(jī)的最大χ軸移動梁的跨度達(dá)到1. 5m，現(xiàn)有的龍門式三坐標(biāo)測量機(jī)的最大X軸移動梁的跨度為細(xì)。但由于阿貝誤差的存在，該類三坐標(biāo)測量機(jī)在對產(chǎn)品進(jìn)行測量時必須先將測量機(jī)的位移速度降低，從而降低X軸橫梁的角擺，減少阿貝誤差，然后再進(jìn)行測量，導(dǎo)致測量速度較慢，效率低。通過使用現(xiàn)在的發(fā)明方法，能將移動橋式三坐標(biāo)測量機(jī)的X梁跨度做到細(xì)甚至更寬，龍門式三坐標(biāo)測量機(jī)的X梁跨度做到6m甚至更寬，提高了大跨距測量的測量精度和通過性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種有效消除X軸移動橫梁因為角擺運動所產(chǎn)生的阿貝誤差的三坐標(biāo)測量機(jī)的動態(tài)修正方法，其可以做到快速的對每一個測量點進(jìn)行實時的補(bǔ)正，并且不用對現(xiàn)有三坐標(biāo)測量機(jī)進(jìn)行大量改動，實現(xiàn)成本低，效果佳，能有效提高三坐標(biāo)測量機(jī)的測量精度和測量效率，保證在較高測量速度下測量精度的穩(wěn)定性和可靠性，可用于X軸移動橫梁過長和X軸移動橫梁剛性過弱而產(chǎn)生的扭擺誤差對測量結(jié)果產(chǎn)生的影響消除。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下一種三坐標(biāo)測量機(jī)的動態(tài)修正方法，其特征在于所述修正方法包括
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在三坐標(biāo)測量機(jī)的兩并行的Y軸向?qū)к墏?cè)分別設(shè)置位移測量裝置；在三坐標(biāo)測量機(jī)進(jìn)行測量時，該位移測量裝置分別獲取一 X軸向移動梁于Y軸向?qū)к壣系膬晌灰茢?shù)據(jù)，該X軸移動梁上的位移測量裝置也同步獲取測量探頭于該X軸向移動梁上的一位移數(shù)據(jù)；三坐標(biāo)測量機(jī)根據(jù)上述三位移數(shù)據(jù)進(jìn)行計算，得出測量探頭于所述Y軸向?qū)к壠矫鎯?nèi)的實時位移數(shù)據(jù)。 在實際應(yīng)用中，測量探頭可以為接觸式觸發(fā)測頭，影像測頭和激光測頭。
具體實施方式
中，所述三坐標(biāo)測量機(jī)包括移動橋式、單邊高架式和龍門式三坐標(biāo)測量機(jī)。一實施方式中，所述修正方法包括在三坐標(biāo)測量機(jī)對每一測量點進(jìn)行測量時，均同步獲取所述三組位移數(shù)據(jù)，并計算出測量探頭于所述Y軸向?qū)к壠矫鎯?nèi)的實時位移數(shù)據(jù)，作為Y軸向位移數(shù)據(jù)對外輸出。一實施例中，該動態(tài)修正方法中所述根據(jù)所述三位移數(shù)據(jù)進(jìn)行計算的方法包括以Y軸向?qū)к壍乃矫娼⒆鴺?biāo)系，以其中一 Y軸向?qū)к壍奈灰茰y量裝置的零點作為坐標(biāo)零點；根據(jù)位移測量裝置分別獲取一 X軸向移動梁Y軸向?qū)к壣系膬晌灰茢?shù)據(jù)分別給出兩組坐標(biāo)數(shù)據(jù)；根據(jù)測量探頭于該X軸向移動梁上的一位移數(shù)據(jù)，與所述兩組坐標(biāo)數(shù)據(jù)，得出該測量探頭于該坐標(biāo)系內(nèi)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)。另一實施例中，該動態(tài)修正方法進(jìn)一步包括三坐標(biāo)測量機(jī)通過其控制器，根據(jù)上述三位移數(shù)據(jù)進(jìn)行計算，得出測量探頭于所述Y軸向?qū)к壠矫鎯?nèi)的實時位移數(shù)據(jù)，然后傳送給三坐標(biāo)測量機(jī)的測量分析計算機(jī)，進(jìn)行匯總輸出。再一實施例中，所述修正方法進(jìn)一步包括三坐標(biāo)測量機(jī)通過其控制器，將所述三位移數(shù)據(jù)傳送給三坐標(biāo)測量機(jī)的測量分析計算機(jī)，進(jìn)行計算，得出測量探頭于所述Y軸向?qū)к壠矫鎯?nèi)的實時位移數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行匯總輸出。又一實施方式中，所述位移測量裝置為包括光柵尺和掃描頭的光柵測量裝置。該三坐標(biāo)測量機(jī)的動態(tài)修正方法通過設(shè)置位移測量裝置實時地測量三坐標(biāo)測量機(jī)不同移動梁的移動數(shù)據(jù)，借助三坐標(biāo)測量機(jī)的控制器或測量分析計算機(jī)實現(xiàn)實時運算和數(shù)據(jù)的傳輸，消除了三坐標(biāo)測量機(jī)的阿貝誤差，能夠準(zhǔn)確的獲取每一測量點的實際位置數(shù)據(jù)，并可以三坐標(biāo)數(shù)據(jù)的方式輸出測量結(jié)果，提高了測量精度和操作可行性。該三坐標(biāo)測量機(jī)的動態(tài)修正方法可通過對現(xiàn)有三坐標(biāo)測量機(jī)進(jìn)行位移測量裝置增設(shè)并更新軟件來實現(xiàn)，可以適用于移動橋式、單邊高架式和龍門式三坐標(biāo)測量機(jī)等具有相類似雙Y軸向?qū)к壍娜鴺?biāo)測量機(jī)。該動態(tài)修正方法可以借助位移測量裝置獲取的位移數(shù)據(jù)，通過數(shù)學(xué)計算得到每一測量點的準(zhǔn)確位移數(shù)據(jù)，動態(tài)的替換并修正輸出數(shù)據(jù)結(jié)果，提高測量精度。根據(jù)位移測量裝置獲得的位移數(shù)據(jù)進(jìn)行每一測量點的準(zhǔn)確位置數(shù)據(jù)的獲取計算可以通過多種方式進(jìn)行。利用在Y軸向?qū)к壠矫鎯?nèi)構(gòu)建的二維坐標(biāo)系進(jìn)行對應(yīng)投影點的坐標(biāo)數(shù)據(jù)計算，是獲取測量點的Y軸坐標(biāo)數(shù)據(jù)的最佳方式。由于Y軸向?qū)к壣系腦軸向移動梁的兩端位移數(shù)據(jù)可以通過位移測量裝置獲得，而X軸向移動梁上的位移測量裝置能夠獲取測量探頭于X軸向移動梁的位移，同時兩個Y軸向?qū)к壷g的距離是已知的?？梢娫谠摱S坐標(biāo)系內(nèi)可以根據(jù)已知的位移數(shù)據(jù)或者坐標(biāo)數(shù)據(jù)，計算得到測量探頭在該二維坐標(biāo)系內(nèi)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)。該計算部分可以由控制器來完成，也可以通過測量分析計算機(jī)來完成，使得該三坐標(biāo)測量機(jī)對外的三坐標(biāo)數(shù)據(jù)輸出為精確的不存在阿貝誤差的三坐標(biāo)數(shù)值。應(yīng)用該動態(tài)修正方法的三坐標(biāo)測量機(jī)可以忽視阿貝誤差的存在，不需要在每一測量點進(jìn)行測量前的傳動位移調(diào)整，因此其測量的穩(wěn)定性和精確性顯著提高，同時控制器或測量分析計算機(jī)的計算時間可以忽略不計，相應(yīng)的測量速度也有較大提升。由于該三坐標(biāo)測量機(jī)的動態(tài)修正方法無須考慮由于X軸向移動梁的角擺所導(dǎo)致的阿貝誤差，因此可以改善X軸向移動梁的跨度，突破現(xiàn)有移動橋式、單邊高架式和龍門式三坐標(biāo)測量機(jī)X軸向移動梁的跨度限制，實現(xiàn)更大跨度X軸向移動梁的設(shè)計，提高三坐標(biāo)測量機(jī)的應(yīng)用范圍和通過性。本發(fā)明的有益效果在于，該三坐標(biāo)測量機(jī)動的動態(tài)修正方法設(shè)計合理，應(yīng)用成本低，可以適用于現(xiàn)有三坐標(biāo)測量機(jī)的改進(jìn)和新三坐標(biāo)測量機(jī)的制造，其有效地消除了阿貝誤差對測量結(jié)果的影響，還有效地提高了測量速度和效率。下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明做進(jìn)一步的闡述。


圖1是本發(fā)明具體實施方式
中該修正方法的坐標(biāo)系示意圖。
具體實施例方式該三坐標(biāo)測量機(jī)的動態(tài)修正方法可用于現(xiàn)有各種三坐標(biāo)測量機(jī)的阿貝誤差消除， 例如移動橋式、單邊高架式和龍門梁式三坐標(biāo)測量機(jī)等需要雙Y軸向?qū)к壍娜鴺?biāo)測量機(jī)。首先，需要在三坐標(biāo)測量機(jī)上設(shè)置相應(yīng)的位移測量裝置，該位移測量裝置可采用包括光柵尺和掃描頭的光柵測量裝置。兩并行的Y軸向?qū)к墏?cè)，以及X軸向移動梁上分別設(shè)置有位移測量裝置。在對一測量點進(jìn)行三坐標(biāo)測量時，除利用測量探頭獲取測量點Z軸向的位移數(shù)據(jù)外，兩并行的Y軸向?qū)к墏?cè)的位移測量裝置分別獲取一 X軸向移動梁于Y軸向?qū)к壣系膬晌灰茢?shù)據(jù)，該X軸移動梁上的位移測量裝置也同步獲取測量探頭于該X軸向移動梁上的一位移數(shù)據(jù)；然后，以Y軸向?qū)к壍乃矫娼⒍S坐標(biāo)系，以其中一 Y軸向?qū)к壍奈灰茰y量裝置的零點作為坐標(biāo)零點；根據(jù)位移測量裝置獲取的一 X軸向移動梁在Y軸向?qū)к壣系膬晌灰茢?shù)據(jù)，得出兩組坐標(biāo)數(shù)據(jù)；根據(jù)測量探頭在該X軸向移動梁上的一位移數(shù)據(jù)，與上述兩組坐標(biāo)數(shù)據(jù)，得出該測量探頭于該坐標(biāo)系的坐標(biāo)數(shù)據(jù)。最后，三坐標(biāo)測量機(jī)通過其控制器，對上述三位移數(shù)據(jù)進(jìn)行計算，得出測量探頭于 Y軸向?qū)к壠矫鎯?nèi)的實時位移數(shù)據(jù)，然后傳送給三坐標(biāo)測量機(jī)的測量分析計算機(jī)，進(jìn)行匯總輸出。在實際應(yīng)用中，該計算的過程也可以由測量分級計算機(jī)來完成，即三坐標(biāo)測量機(jī)通過其控制器，將三位移數(shù)據(jù)傳送給三坐標(biāo)測量機(jī)的測量分析計算機(jī)，進(jìn)行計算，得出測量探頭于所述Y軸向?qū)к壠矫鎯?nèi)的實時位移數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行匯總輸出。如圖1所述為在進(jìn)行計算的步驟中建立的坐標(biāo)系。在坐標(biāo)系內(nèi)，以Y軸向的一水平向?qū)к墳閄軸，該水平向?qū)к壣衔灰茰y量裝置的起始點為零點，即0為坐標(biāo)零點，建立二維坐標(biāo)系。其中AXC軸為X軸移動梁，X表示測量探頭于該坐標(biāo)系內(nèi)的正投影位置。點A、C在坐標(biāo)系內(nèi)的由兩水平向?qū)к墏?cè)分別設(shè)置的位移測量裝置獲取，其坐標(biāo)分別為A(0，yA)、C(AE，yc)，AE為兩Y軸向?qū)к夐g的距離，為一恒定值，也是已知數(shù)值。AX的長度也是一已知數(shù)值，)(C的長度可以由X軸移動梁上設(shè)置的位移測量裝置獲取。如圖所示，為三坐標(biāo)測量機(jī)在一測量點時于該二維坐標(biāo)內(nèi)的數(shù)值，則X相對該坐標(biāo)系的坐標(biāo)為X(AE-XD，yc+CD)，因為AE和yc已知，現(xiàn)在只需求》)和⑶即可。其中，
權(quán)利要求
1.一種三坐標(biāo)測量機(jī)的動態(tài)修正方法，其特征在于所述修正方法包括 在三坐標(biāo)測量機(jī)的兩并行的Y軸向?qū)к墏?cè)分別設(shè)置位移測量裝置；在三坐標(biāo)測量機(jī)進(jìn)行測量時，該位移測量裝置分別獲取一 X軸向移動梁于Y軸向?qū)к壣系膬晌灰茢?shù)據(jù)，該X軸移動梁上的位移測量裝置也同步獲取測量探頭于該X軸向移動梁上的一位移數(shù)據(jù)；三坐標(biāo)測量機(jī)根據(jù)上述三位移數(shù)據(jù)進(jìn)行計算，得出測量探頭于所述Y軸向?qū)к壠矫鎯?nèi)的實時位移數(shù)據(jù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三坐標(biāo)測量機(jī)的動態(tài)修正方法，其特征在于所述三坐標(biāo)測量機(jī)包括移動橋式、單邊高架式和龍門式三坐標(biāo)測量機(jī)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三坐標(biāo)測量機(jī)的動態(tài)修正方法，其特征在于所述修正方法包括在三坐標(biāo)測量機(jī)對每一測量點進(jìn)行測量時，均同步獲取所述三組位移數(shù)據(jù)，并計算出測量探頭于所述Y軸向?qū)к壠矫鎯?nèi)的實時位移數(shù)據(jù)，作為Y軸向位移數(shù)據(jù)對外輸出。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三坐標(biāo)測量機(jī)的動態(tài)修正方法，其特征在于所述根據(jù)所述三位移數(shù)據(jù)進(jìn)行計算的方法包括以Y軸向?qū)к壍乃矫娼⒆鴺?biāo)系，以其中一 Y軸向?qū)к壍奈灰茰y量裝置的零點作為坐標(biāo)零點；根據(jù)位移測量裝置分別獲取一X軸向移動梁Y軸向?qū)к壣系膬晌灰茢?shù)據(jù)分別給出兩組坐標(biāo)數(shù)據(jù)；根據(jù)測量探頭于該X軸向移動梁上的一位移數(shù)據(jù)，與所述兩組坐標(biāo)數(shù)據(jù)，得出該測量探頭于該坐標(biāo)系內(nèi)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三坐標(biāo)測量機(jī)的動態(tài)修正方法，其特征在于所述修正方法進(jìn)一步包括三坐標(biāo)測量機(jī)通過其控制器，根據(jù)上述三位移數(shù)據(jù)進(jìn)行計算，得出測量探頭于所述Y 軸向?qū)к壠矫鎯?nèi)的實時位移數(shù)據(jù)，然后傳送給三坐標(biāo)測量機(jī)的測量分析計算機(jī)，進(jìn)行匯總輸出。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三坐標(biāo)測量機(jī)的動態(tài)修正方法，其特征在于所述修正方法進(jìn)一步包括三坐標(biāo)測量機(jī)通過其控制器，將所述三位移數(shù)據(jù)傳送給三坐標(biāo)測量機(jī)的測量分析計算機(jī)，進(jìn)行計算，得出測量探頭于所述Y軸向?qū)к壠矫鎯?nèi)的實時位移數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行匯總輸出O
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三坐標(biāo)測量機(jī)的動態(tài)修正方法，其特征在于所述位移測量裝置為包括光柵尺和掃描頭的光柵測量裝置。
全文摘要
一種三坐標(biāo)測量機(jī)的動態(tài)修正方法，包括在三坐標(biāo)測量機(jī)的兩并行的Y軸向?qū)к墏?cè)分別設(shè)置位移測量裝置；在三坐標(biāo)測量機(jī)進(jìn)行測量時，該位移測量裝置分別獲取一X軸向移動梁于Y軸向?qū)к壣系膬晌灰茢?shù)據(jù)，該X軸移動梁上的位移測量裝置也同步獲取測量探頭于該X軸向移動梁上的一位移數(shù)據(jù)；三坐標(biāo)測量機(jī)根據(jù)上述三位移數(shù)據(jù)進(jìn)行計算，得出測量探頭于所述Y軸向?qū)к壠矫鎯?nèi)的實時位移數(shù)據(jù)。該三坐標(biāo)測量機(jī)動的動態(tài)修正方法設(shè)計合理，應(yīng)用成本低，可以適用于現(xiàn)有三坐標(biāo)測量機(jī)的改進(jìn)和新三坐標(biāo)測量機(jī)的制造，其有效地消除了阿貝誤差對測量結(jié)果的影響，還有效地提高了測量速度和效率。
文檔編號G01B11/00GK102175147SQ20111000347
公開日2011年9月7日 申請日期2011年1月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月10日
發(fā)明者甘太喜 申請人:昆山雙虎電子科技有限公司