补偿由于测量机器的机床在工件载荷下变形引起的测量误差的方法及根据该方法操作的测量机器技术

本发明专利技术提供了一种补偿测量机器（１）的测量误差的方法，该测量误差源自于待测量工件施加在机床上的载荷引起的机床（２）的变形，所述方法包括：第一采集步骤，在该步骤中采集与工件重量和工件在机床（２）上的搁置模式有关的数据；以及第二计算步骤，在该步骤中根据所述数据计算校正值。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种补偿测量机器的测量误差的方法以及根据所述方法操作的测量 机器，该测量误差源自待测量工件施加在机床上的载荷所引起的机床变形。
技术介绍
如公知的那样，测量机器通常设有固定底座或机床以及移动单元，该移动单元被 设计成使一测量头根据坐标轴相对于机床在位于机床上方的测量空间内移动。移动单元通 常包括沿相对于机床为纵向的轴线移动的主车架(carriage)，以及由主车架承载且可沿相 应坐标轴移动的一个或多个车架。机床可以是一体的，例如由花岗岩或铸铁制成，或者可以包括这样一组构件，所述 构件彼此刚性固定以形成相当刚性的结构。机床通常具有两个功能支撑和约束被测量的 工件；以及沿机器的其中一个坐标轴定义用于移动单元的导向，尤其是用于机器主车架的 导向。前述类型的测量机器通常设有补偿几何误差的系统，S卩，设有补偿由于机器的构 造缺陷而产生的测量误差的系统，这些构造缺陷例如为坐标轴的直线性误差、坐标轴之间 的正交性缺陷等。当前具有严格几何性质的补偿技术通常不考虑由于机床在待测量工件的重量下 的弹性变形导致的测量误差。当待测量的工件具有相当大的重量时(例如，在硬模、引擎部 件，大尺寸铸件的情形中)，所述误差可能是不可忽略的，且可能削弱机器精度。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种补偿方法，所述方法将解决已知方法固有的缺点，并且 尤其能够将由工件的重量导致的机床变形所引起的测量误差考虑在内。前述目的是通过根据权利要求1的补偿方法实现的。本专利技术还涉及根据所述方法操作的测量机器。附图说明为了更好地理解本专利技术，下面结合附图以非限制性实例的方式描述本专利技术的优选 实施例，其中-图1是根据本专利技术方法操作的测量机器的示意透视图；-图2是图1中机器的示意侧视图，其中无载荷；-图3是图2中机器的示意侧视图，其中示意性地示出了由于将工件放置在机床上 而导致的几何变形；-图4示出了在机床上有载荷的情况下，机器主车架的纵摇旋转(pitch rotation)和横摇旋转(roll rotation)根据移动路径的变化；-图5是机床的示意透视图，其示出了工件重量引起的变形；-图6是本专利技术方法的方框图；以及-图7是一测量方法的方框图，该测量方法使用利用本专利技术方法获得的校正的补 偿映射(map)。具体实施例方式参考图1，门座(portal)测量机器整体以1表示。现在就指出的是，形成本专利技术主 题的方法可用于补偿不同架构(例如具有水平臂或支柱)的机器的误差。机器1包括具有被设计成支撑待测量物体(未示出)的水平工作表面3的平面机 床2，以及可相对于机床2沿坐标轴移动的单元4。单元4包括可相对于机床2沿水平轴Y移动的主门座车架5 (下面为了简洁，称为 “门座5”)。门座5设有一对立柱(upright)6和7以及在立柱6和7之间延伸的横梁8，横 梁8平行于水平轴X且垂直于轴Y。单元4还包括由横梁8承载并可在横梁上沿轴X移动的辅车架9，和由辅车架 9承载并可相对于该辅车架沿与轴X和Y正交的竖直轴Z移动的测量柱(measurement column)10。接触探针11可通过两轴连接设备(articulation device)(未示出)安装在柱10 的底端。门座5、车架9、和柱10可在由测量和控制单元12控制的相应电机(未示出)的 控制下移动。该测量和控制单元连接到与机器轴以及与探针11关联的位置传感器(未示 出)，以便接收来自探针的信号，从而能够采集机器轴的瞬时坐标。机器1装配有补偿几何误差的系统(该系统本身是已知的)。补偿是基于存储的 映射13进行的，该映射是在无载荷条件下经传统类型机器的动力学模型确定的。参考图1，工作表面3上标识有用于机器的几何补偿的固定参考设定位置 (reference setting position)REF0还定义了笛卡尔参考系xyz，其具有平行于机器的轴 X、Y、Z的轴和位于点REF的原点。补偿映射是以已知方式通过检测沿轴x、y、z以彼此之间有一定距离的方式适当设 置的点处的误差参数而获得的，因此这里不做详细说明。例如用干涉仪(interferometer) 针对前述的每个点执行相对于点REF的位置差分(differential position)测量，以及例 如用位于点REF的固定的倾斜仪(inclinometer)和安装在可移动单元4上的倾斜仪执行 倾斜差分(differential inclination)测量。根据本专利技术，提出了一种额外的补偿方法，其还能够确定由于待测量的工件放置 在机床2上而导致的机床变形的影响。为了计量目的，所述影响基本导致了轴Y的几何构 型变化，即，导致了门座5的构造随其沿移动路径的位置变化而产生变化。通过图3与图2 的比较示意性地突出显示了所述变化，在图3中机床2上载有重量W，在图2中机床未受加载。轴Y的几何变化类似于由机器的几何误差导致的变化，所述几何误差包括在机器 1的几何补偿映射13中，并且是在无载荷的情况下确定的。因而，例如使用有限元数值模拟 模型计算的由于重量导致的空间方位角(attitude)变化，可作为附加校正输入到现有补5偿映射中。以该方式，可获得所检查的变形现象的补偿。可例如以如下一种方式在机器中进行数值模拟 在机器1的测量和控制单元12中结合限元模型和相应计算程序；在每次放置工 件时，起动并运行计算程序；以及 在机器1的测量和控制单元12中存储包含机床变形数据的映射，这些数据是预 先一次性(once and for all)对一预定义组载荷情况计算得到的。下面描述上述第二实施方式实施例的例子。根据假设，假定机床2变形引起的门座5的主空间方位角变化是绕水平轴(x和y) 的旋转，而其他分量被忽略。然而，该补偿方法应被当作通用的并可用于任何变形分量。绕轴X和y的旋转被称为纵摇(pitch)和横摇(roll)，其对应于如上所述惯常使 用的几何补偿所考虑的旋转，并且是参照相对于点REF固定的参考系x、y、z来理解的。对于机床2上的一组基本载荷条件，可以使用有限元计算建立这样一种映射，所 述映射包含根据门座5沿移动路径的位置变化的门座的纵摇旋转和横摇旋转值。例如，作为基本载荷条件，可以假定，在位于工作表面3上的与轴X，Y对准且具有 预设间距(如100mm)的格栅上的点上(图1)施加单位垂直力F(如lkN)。对于每个基本 载荷条件，即，对于属于格栅的每个单位力施加点，存在利用有限元方法预先计算的根据门 座位置沿其移动路径变化(即，根据Y变化)而变化的门座纵摇和横摇旋转值。图4中的曲线示出了对于给定基本载荷条件，门座5的随Y变化的纵摇和横摇旋 转值的变化曲线。通过对所有预定基本载荷条件计算随车架位置变化的纵摇旋转和横摇旋转，可以 创建预定变形映射14，其存储在机器1的测量和控制单元12中，作为该给定机器模型的特 征。将通过以下特征组来定义与将待测量的给定工件放置在机床上相对应的实际载 荷条件，所述特征共同作用以确定相关情形中传递到机床的载荷，也就是-工件和可能的支撑和固定装备的总重量；-总载荷质心的位置；以及-在工作表面上的搁置模式(restingmode)(搁置点或搁置区域的数目和位置)。搁置点、质心等的不同位置被理解为相对于参考系XY的坐标。根据本专利技术的优选实施例，该方法本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种补偿测量机器（１）的测量误差的方法，所述测量误差源自于待测量工件施加在测量机器（１）的机床（２）上的载荷引起的机床（２）的变形，其特征在于，所述方法包括：第一采集步骤（１５），在所述第一采集步骤中采集与所述工件的重量和所述工件在所述机床上的约束条件有关的数据；以及第二计算步骤（１６，１７，１８，１９），在所述第二计算步骤中，根据所述数据计算校正值。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：洛伦佐梅洛，
申请(专利权)人：海克斯康测量技术有限公司，
类型：发明
国别省市：IT[意大利]