專利名稱：工業(yè)機器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及工業(yè)機器。
背景技術(shù)：
已知有諸如測量儀器、機床和機器人等的工業(yè)機器，這些工業(yè)機器配置有移動機構(gòu)，其沿著特定軸方向移動；和控制器，用于控制該移動機構(gòu)(例如，參見專利文獻1)。專利文獻1的位置測量裝置(工業(yè)機器)配置有臺板，其具有基準面；移動部件(移動機構(gòu))， 其沿著與該基準面平行的特定軸方向移動；和位置坐標計算部件(控制器)。專利文獻1所述的位置測量裝置采用位置測量裝置的運動學(xué)模型，以根據(jù)該位置測量裝置的移動誤差的幾何原因?qū)Ω髡`差(以下稱為幾何誤差)進行分類。在制造位置測量裝置時，預(yù)先測量該位置測量裝置的各個幾何誤差，并且針對各個幾何誤差計算用于校正各個幾何誤差的校正參數(shù)。位置測量裝置通過根據(jù)各個幾何校正參數(shù)和該位置測量裝置的運動學(xué)模型校正移動誤差(以下稱為精確空間校正)，來提高測量精度。然而，由于受到使用位置測量裝置的環(huán)境的溫度變化和位置測量裝置隨時間的變化的影響，各個幾何誤差發(fā)生變化，因此，盡管在制造位置測量裝置時預(yù)先測量了各個幾何誤差并計算出了各幾何誤差的校正參數(shù)，仍有時不能進行適當(dāng)?shù)木_空間校正。這是由于沒有考慮幾何誤差發(fā)生的變化。在專利文獻1的位置測量裝置中，通過將雙軸測角儀分別安裝至基準面和移動部件，對幾何誤差的橫擺誤差和俯仰誤差進行再測量。然后，可以通過再進行精確空間校正， 進行考慮到橫擺誤差和俯仰誤差的變化的適當(dāng)?shù)木_空間校正。注意，橫擺誤差是移動部件相對于在該移動部件的移動方向上的軸的角度誤差，而俯仰誤差是移動部件相對于與該移動部件的移動軸方向垂直且與基準面平行的軸的另一角度誤差。專利文獻1 日本特開2002-257535然而，在專利文獻1的位置測量裝置中，由于沒有再測量幾何誤差的直線度誤差， 因此不能對由該直線度誤差所引起的移動誤差進行適當(dāng)校正。即，不能進行考慮到直線度誤差的變化的適當(dāng)?shù)木_空間校正。為了解決該問題，可以考慮以下例如，通過向使用位置測量裝置的環(huán)境引入高價空調(diào)設(shè)備或提高移動部件的剛性，來抑制由于受到使用位置測量裝置的環(huán)境的溫度變化和位置測量裝置隨時間的變化的影響而產(chǎn)生的直線度誤差的變化。然而，這將導(dǎo)致制造成本和運行成本增加?？蛇x地，例如，可以考慮以下將移動部件安裝至由石材等制成的臺板并且增加該臺板的厚度，從而抑制直線度誤差的變化。然而，當(dāng)將移動部件安裝至由混凝土制成的座板時，不能抑制直線度誤差的變化。還可以考慮以下通過使用例如直規(guī)和激光長度檢測器再測量直線度誤差來進行直線度誤差的校正參數(shù)(以下稱為直線度誤差校正參數(shù))的修正計算。然而，由于需要采用諸如直規(guī)和激光長度檢測器等的儀器，因此，這將導(dǎo)致精確空間校正的成本和操作時間增加。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的說明性方面提供以下的工業(yè)機器即使在受到使用環(huán)境的溫度變化和/ 或隨時間發(fā)生的變化的影響時，該工業(yè)機器也能夠進行適當(dāng)?shù)木_空間校正。根據(jù)本發(fā)明的第一方面，一種工業(yè)機器，包括移動機構(gòu)，用于沿著特定軸方向移動；控制器，用于控制所述移動機構(gòu)；以及角度檢測器，用于檢測所述移動機構(gòu)相對于與所述特定軸方向垂直的軸的角度，其中，所述控制器包括角度誤差獲取部，用于基于在所述移動機構(gòu)移動時檢測到的所述角度，針對所述移動機構(gòu)的各個位置獲取所述移動機構(gòu)的角度誤差；參數(shù)生成器，用于通過在所述移動機構(gòu)的各個位置處對所述角度誤差進行積分來生成各個直線度校正參數(shù)，所述直線度校正參數(shù)用于校正所述移動機構(gòu)在所述特定軸方向上的直線度誤差；以及校正部，用于基于所述直線度校正參數(shù)來校正所述移動機構(gòu)的移動誤差。根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，工業(yè)機器配置有角度檢測器，該角度檢測器用于檢測移動機構(gòu)相對于與特定軸方向垂直的軸的角度，例如用于檢測移動機構(gòu)的俯仰誤差。參數(shù)生成器通過在移動機構(gòu)的各個位置處對由角度誤差獲取部獲取到的俯仰誤差進行積分來生成直線度校正參數(shù)，并且校正部基于由參數(shù)生成器所生成的直線度校正參數(shù)進行精確空間校正。因此，即使當(dāng)工業(yè)機器受到諸如使用環(huán)境的溫度變動和由于時間經(jīng)過而引起的變化等的因素的影響時，該工業(yè)機器也可以進行考慮到直線度誤差的變化的適當(dāng)?shù)木_空間校正。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，所述控制器可以包括存儲部，所述存儲部用于存儲所述移動機構(gòu)的角度誤差和所述移動機構(gòu)的直線度誤差，以及其中，所述參數(shù)生成器通過在所述移動機構(gòu)的各個位置處對預(yù)先存儲在所述存儲部中的所述移動機構(gòu)的角度誤差和所述角度誤差獲取部獲取到的所述移動機構(gòu)的角度誤差之間的差進行積分來計算各個所述直線度誤差的變化量，并且通過將各個所述直線度誤差的變化量與預(yù)先存儲在所述存儲部中的所述移動機構(gòu)的直線度誤差相加，來生成所述直線度校正參數(shù)。一般設(shè)置直條狀的引導(dǎo)部作為沿著特定軸方向移動的移動機構(gòu)，其中，該引導(dǎo)部通過多點固定而被安裝到基座。對于這種移動機構(gòu)，由于工業(yè)機器的使用環(huán)境的溫度變化以及由于基座的熱膨脹系數(shù)和引導(dǎo)部的熱膨脹系數(shù)之間的差異，使得在引導(dǎo)部中發(fā)生撓曲 (起伏)，并由此移動機構(gòu)的直線度誤差變化。與由于加工而產(chǎn)生的引導(dǎo)部的起伏相比，由于熱膨脹系數(shù)的差異而產(chǎn)生的引導(dǎo)部的起伏較大。在這里所述的實施例的工業(yè)機器中，通過在制造工業(yè)機器期間預(yù)先測量幾何誤差來計算各個幾何誤差的校正參數(shù)。因此，通過基于根據(jù)制造工業(yè)機器時移動機構(gòu)的直線度誤差生成的直線度校正參數(shù)對移動機構(gòu)的移動誤差進行校正，可以對由于因加工而產(chǎn)生的引導(dǎo)部的小起伏所引起的移動誤差進行適當(dāng)校正。此外，通過基于根據(jù)各個直線度誤差的變化量生成的直線度校正參數(shù)對移動機構(gòu)的移動誤差進行校正，可以對由于因熱膨脹系數(shù)的差異而產(chǎn)生的引導(dǎo)部的大起伏所引起的移動誤差進行適當(dāng)校正。根據(jù)本發(fā)明，通過存儲移動機構(gòu)的角度誤差和制造工業(yè)機器時移動機構(gòu)的直線度誤差，參數(shù)生成器可以通過將制造工業(yè)機器時移動機構(gòu)的直線度誤差與直線度誤差的變化量相加來生成直線度校正參數(shù)。因而，工業(yè)機器可以對以下兩個移動誤差進行適當(dāng)校正由于因加工而產(chǎn)生的引導(dǎo)部的小起伏所引起的移動誤差、和由于因熱膨脹系數(shù)差異而產(chǎn)生的引導(dǎo)部的大起伏所引起的移動誤差。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面，所述工業(yè)機器可以是配置有所述移動機構(gòu)和所述控制器的測量儀器。在這種測量儀器中，由于通常將要測量的對象安裝到基座以進行測量，因此除了測量儀器的使用環(huán)境的溫度變化和測量儀器隨時間的變化以外，移動機構(gòu)的直線度誤差還由于安裝在基座上的要測量的對象的重量而變化。為了解決該問題，例如，盡管可以考慮制造剛性較高的基座從而抑制移動誤差的變化，但這將導(dǎo)致成本增加。根據(jù)本發(fā)明，即使測量儀器受到例如放置在基座上的要測量的對象的重量的影響，該測量儀器也可以進行考慮到直線度誤差的變化的適當(dāng)?shù)木_空間校正。


將基于以下附圖來詳細說明本發(fā)明的典型實施例，其中圖1是示出根據(jù)典型實施例的三維測量儀器的概要結(jié)構(gòu)的圖；圖2是示出根據(jù)典型實施例的移動機構(gòu)的撓曲角度(deflection angle)和撓曲量(deflection amount)之間的關(guān)系的圖；圖3是示出根據(jù)典型實施例的校正部進行精確空間校正之前和之后的直線度誤差的圖形；以及圖4是示出根據(jù)典型實施例的精確空間校正的方法的流程圖。
具體實施例方式以下將基于附圖來解釋第一典型實施例。三維測量儀器的概要結(jié)構(gòu)圖1是示出根據(jù)第一典型實施例的三維測量儀器1的概要結(jié)構(gòu)的圖。在以下解釋中，圖1的向上方向是+Z軸方向，并且與Z軸方向垂直相交的兩個軸分別是X軸和Y軸。 如圖ι所示，用作工業(yè)機器的三維測量儀器1包括主體2、安裝到主體2的兩個雙軸測角儀 31、32以及用于控制主體2和雙軸測角儀31、32的控制器4。主體2包括基座21和設(shè)置到基座21的滑動機構(gòu)22?；?1被形成為具有用于安裝要測量的對象(圖中未示出)的平面211的矩形板狀。在基座21的-X軸方向側(cè)形成導(dǎo)軌212，其中導(dǎo)軌212朝+Z軸方向側(cè)突出并且被形成為沿著Y軸方向的直條狀。導(dǎo)軌212 沿著Y軸方向引導(dǎo)滑動機構(gòu)22?；瑒訖C構(gòu)22包括立柱221，其安裝至導(dǎo)軌212并被設(shè)置成可在導(dǎo)軌212上沿著Y 軸方向移動；橫梁222，其由立柱221所支撐并且沿著X軸方向延伸；滑動件223，其被形成為沿著Z軸方向延伸的管狀，并被設(shè)置成可在橫梁222上沿著X軸方向移動；以及滑枕224， 其插入滑動件223中，并被設(shè)置成可在滑動件223內(nèi)沿著Z軸方向移動。在橫梁222的+X軸方向端形成沿著Z軸方向伸出的支撐柱225。在滑枕2M的-Z 軸方向端安裝用于測量被測對象的測頭(圖中未示出)?；瑒訖C構(gòu)22配備有用于驅(qū)動立柱221、滑動件223和滑枕224的驅(qū)動部(圖中未示出)，從而在控制器4的控制下使測頭沿著X、Y和Z軸方向移動。在以下的解釋中，本典型實施例的移動機構(gòu)由導(dǎo)軌212和立柱 221構(gòu)成，以沿著特定軸方向(Y軸方向)移動。雙軸測角儀31安裝至平面211，并且以平面211的各個初始角度作為基準檢測平面211相對于X軸和Y軸的角度。雙軸測角儀32安裝至立柱221，并且以立柱221的初始角度作為基準檢測立柱221相對于X軸和Y軸的角度。即，雙軸測角儀32作為角度檢測部件(角度檢測器)，用于檢測移動機構(gòu)相對于與特定軸方向(Y軸方向)垂直且與安裝有雙軸測角儀31的平面211平行的軸(X軸方向)的角度?？梢酝ㄟ^求出由雙軸測角儀32檢測到的角度和由雙軸測角儀31檢測到的角度之間的差來計算立柱221分別相對于X軸方向、 Y軸方向的角度誤差。在本典型實施例中，采用雙軸測角儀31、32在立柱221已移動至-Y 軸方向時檢測到的角度作為初始角度?？刂破?包括中央處理單元(CPU)；存儲部41，其配置有存儲器；角度誤差獲取部42 ；參數(shù)生成器43，用于生成用于校正移動機構(gòu)在Y軸方向上的直線度誤差(以下簡稱為直線度誤差)的直線度校正參數(shù)；和校正部44，用于基于由參數(shù)生成器43生成的直線度校正參數(shù)校正移動機構(gòu)的移動誤差，即用于進行精確空間校正。存儲部41存儲控制器4所使用的數(shù)據(jù)，并且存儲在制造三維測量儀器1時預(yù)先測量出的三維測量儀器1的各個幾何誤差(例如，俯仰誤差和直線度誤差等)以及基于上述各個幾何誤差計算出的各個幾何誤差的校正參數(shù)。所采用的測量各個移動誤差的方法和計算各個幾何誤差的校正參數(shù)的方法分別與專利文獻1的位置測量裝置所采用的方法相同。 還將用于生成直線度校正參數(shù)并進行精確空間校正的校正程序存儲在存儲部41中。在立柱221從位于-Y軸方向側(cè)的一端向位于+Y軸方向側(cè)的另一端移動時，角度誤差獲取部42針對立柱221的各個位置，基于利用雙軸測角儀32檢測到的相對于X軸的角度和利用雙軸測角儀31檢測到的相對于X軸的角度之間的差獲取立柱221的角度誤差 (俯仰誤差)。參數(shù)生成器43通過在立柱221的各個位置處對角度誤差獲取部42獲取到的各個俯仰誤差進行積分，生成直線度校正參數(shù)。圖2是示出移動機構(gòu)的撓曲角度θ和撓曲量y之間的關(guān)系的圖。為了簡化解釋， 將移動機構(gòu)看作為簡支梁，當(dāng)移動機構(gòu)的位置為X時，該移動機構(gòu)的撓曲角度θ和撓曲量 y之間的關(guān)系通常為圖2所示，并且可以由以下的等式(1)來表示，其中，C是積分常數(shù)。y = - / θ dx+C 等式(1)因而，可以通過在位置X處對相對于各個位置X的撓曲角度θ進行積分來計算撓曲量y。即，如果移動機構(gòu)是立柱221，則通過在立柱221的位置處對相對于立柱221的各個位置的立柱221的俯仰誤差(撓曲角度)進行積分，可以計算出相對于立柱221的各個位置的直線度誤差(撓曲量)。具體地，參數(shù)生成器43通過在立柱221的各位置處對預(yù)先存儲在存儲部41中的俯仰誤差和由角度誤差獲取部42獲取到的俯仰誤差之間的差進行積分，計算各個直線度誤差的變化量。注意，由于雙軸測角儀31、32的初始角度用作基準角度，因此當(dāng)立柱221的位置為0時直線度誤差為0。結(jié)果，等式(1)的積分常數(shù)C為0。然后，參數(shù)生成器43通過將存儲在存儲部41中的直線度誤差與直線度誤差的變化量相加來生成直線度校正參數(shù)。校正部44基于由參數(shù)生成器43所生成的直線度校正參數(shù)來進行精確空間校正。圖3是示出校正部44進行精確空間校正之前和之后的直線度誤差的圖形。在圖 3中，縱軸表示直線度誤差并且橫軸表示立柱221的位置。與校正部44進行精確空間校正之前的直線度誤差(由圖3的正方形標記所示)相比，校正部44進行了精確空間校正之后的直線度誤差(由圖3的三角形標記所示)減小了。
精確空間校lH方法現(xiàn)在解釋精確空間校正方法。圖4是示出精確空間校正方法的流程圖。當(dāng)執(zhí)行存儲在存儲部41中的校正程序時，如圖4所示，控制器4執(zhí)行以下的步驟Sl S3。當(dāng)執(zhí)行校正程序時，角度誤差獲取部42控制移動機構(gòu)以使立柱221移動，并且獲取俯仰誤差(Si 角度誤差獲取步驟)。當(dāng)通過角度誤差獲取步驟Sl已獲取到俯仰誤差時， 參數(shù)生成器43生成直線度校正參數(shù)(S2 參數(shù)生成步驟)。當(dāng)通過參數(shù)生成步驟S2已生成直線度校正參數(shù)時，然后由校正部44進行精確空間校正(S3:校正步驟)。因而，控制器4 通過執(zhí)行步驟Sl S3，生成直線度校正參數(shù)并且進行精確空間校正。這種典型實施例展現(xiàn)了以下效果。(1)三維測量儀器1配置有雙軸測角儀31、32。參數(shù)生成器43通過在移動機構(gòu)的各個位置處對由角度誤差獲取部42獲取到的俯仰誤差進行積分來生成直線度校正參數(shù)， 并且校正部44基于由參數(shù)生成器43所生成的直線度校正參數(shù)進行精確空間校正。因此， 即使當(dāng)三維測量儀器1受到諸如使用環(huán)境的溫度變動和由于時間經(jīng)過而產(chǎn)生的變化等的因素的影響時，三維測量儀器1也可以進行考慮到直線度誤差的變化的適當(dāng)?shù)木_空間校正。(2)參數(shù)生成器43可以通過將制造三維測量儀器1時產(chǎn)生的移動機構(gòu)的直線度誤差與直線度誤差的變化量相加來生成直線度校正參數(shù)。因而，三維測量儀器1可以適當(dāng)校正由于因加工等而產(chǎn)生的導(dǎo)軌212的小起伏所引起的移動誤差以及由于因熱膨脹系數(shù)差異而產(chǎn)生的導(dǎo)軌212的大起伏所引起的移動誤差。典型實施例的變形例本發(fā)明不限于以上典型實施例，并且例如，本發(fā)明包括能夠?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明目的的范圍內(nèi)的各種變形和改進。例如，在以上典型實施例中，移動機構(gòu)由導(dǎo)軌212和立柱221構(gòu)成并且沿著特定軸方向(Y軸方向)移動。作為替代，例如，移動機構(gòu)可以由橫梁222和滑動件223構(gòu)成并且沿著X軸方向移動。注意，在這種情況下，可以將雙軸測角儀分別安裝至基座21的平面211和滑動件223。換言之，具有移動機構(gòu)沿著特定軸方向移動的結(jié)構(gòu)就足夠了。在本典型實施例中，三維測量儀器1配置有兩個雙軸測角儀31、32，并且通過求出由雙軸測角儀32檢測到的角度和由雙軸測角儀31檢測到的角度之間的差來計算立柱221 相對于X軸和Y軸的角度誤差。然而，例如，可以制成如下的結(jié)構(gòu)當(dāng)要由雙軸測角儀31檢測到的角度已知時，三維測量儀器1僅配置雙軸測角儀32。換言之，可以制成具有以下的角度檢測部件(角度檢測器)的結(jié)構(gòu)，該角度檢測部件檢測移動機構(gòu)相對于與特定軸方向垂直的軸的角度，以使得角度誤差獲取部可以獲取到移動機構(gòu)的角度誤差。在本典型實施例中，參數(shù)生成器43通過將直線度誤差的變化量與存儲在存儲部 41中的直線度誤差相加來生成直線度校正參數(shù)。然而，可以制成如下的結(jié)構(gòu)參數(shù)生成器通過在移動機構(gòu)的各個位置處對由角度誤差獲取部獲取到的移動機構(gòu)的角度誤差進行積分來計算直線度誤差，并然后基于所計算出的直線度誤差生成直線度校正參數(shù)。在以上典型實施例中，例示出三維測量儀器1作為工業(yè)機器的例子，然而本發(fā)明可以應(yīng)用于諸如輪廓測量儀器等的其它測量儀器，或者應(yīng)用于諸如機床或機器人等的其它工業(yè)機器。換言之， 本發(fā)明適用于配置有基座、移動機構(gòu)和控制器的任何工業(yè)機器。
權(quán)利要求
1.一種工業(yè)機器，包括移動機構(gòu)，用于沿著特定軸方向移動；控制器，用于控制所述移動機構(gòu)；以及角度檢測器，用于檢測所述移動機構(gòu)相對于與所述特定軸方向垂直的軸的角度，其中，所述控制器包括角度誤差獲取部，用于基于在所述移動機構(gòu)移動時檢測到的所述角度，針對所述移動機構(gòu)的各個位置獲取所述移動機構(gòu)的角度誤差；參數(shù)生成器，用于通過在所述移動機構(gòu)的各個位置處對所述角度誤差進行積分來生成各個直線度校正參數(shù)，所述直線度校正參數(shù)用于校正所述移動機構(gòu)在所述特定軸方向上的直線度誤差；以及校正部，用于基于所述直線度校正參數(shù)來校正所述移動機構(gòu)的移動誤差。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工業(yè)機器，其特征在于，所述控制器還包括存儲部，所述存儲部用于存儲所述移動機構(gòu)的角度誤差和所述移動機構(gòu)的直線度誤差，以及其中，所述參數(shù)生成器通過在所述移動機構(gòu)的各個位置處對預(yù)先存儲在所述存儲部中的所述移動機構(gòu)的角度誤差和所述角度誤差獲取部獲取到的所述移動機構(gòu)的角度誤差之間的差進行積分來計算各個所述直線度誤差的變化量，并且通過將各個所述直線度誤差的變化量與預(yù)先存儲在所述存儲部中的所述移動機構(gòu)的直線度誤差相加，來生成所述直線度校正參數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的工業(yè)機器，其特征在于，所述工業(yè)機器是配置有所述移動機構(gòu)和所述控制器的測量儀器。
全文摘要
一種工業(yè)機器，包括移動機構(gòu)，用于沿著特定軸方向移動；控制器，用于控制所述移動機構(gòu)；以及角度檢測器，用于檢測所述移動機構(gòu)相對于與所述特定軸方向垂直的軸的角度，其中，所述控制器包括角度誤差獲取部，用于基于在所述移動機構(gòu)移動時檢測到的角度，針對所述移動機構(gòu)的各個位置獲取所述移動機構(gòu)的角度誤差；參數(shù)生成器，用于通過在所述移動機構(gòu)的各個位置處對所述角度誤差進行積分來生成各個直線度校正參數(shù)，所述直線度校正參數(shù)用于校正所述移動機構(gòu)在所述特定軸方向上的直線度誤差；以及校正部，用于基于所述直線度校正參數(shù)來校正所述移動機構(gòu)的移動誤差。
文檔編號G01B21/00GK102288141SQ201110167570
公開日2011年12月21日 申請日期2011年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月18日
發(fā)明者川村香苗, 町田信美, 福田滿, 規(guī)矩智茂雄 申請人:株式會社三豐