[发明专利]用于直尺平直度测量的顺序多探头方法

说明书

本发明涉及用于直尺平直度测量的顺序多探头方法，该方法采用利用沿导轨移动的滑架沿直尺顺序测量的多探头装置。

本发明也涉及用于测量具有可移动部件的机器中的位置误差的装置以及用于直尺平直度测量的直尺和测量系统，所述测量系统包括利用依导轨移动的滑架(carriage)沿直尺顺序测量的多探头装置。

本发明也涉及用于直尺平直度测量的测量系统，所述系统包括利用依导轨移动的滑架沿直尺顺序测量的多探头装置。

机床和多轴机械设备要求和高精密工程的发展相一致的高标准精度。只有当能够精确测量和计算机床部件的误差时，才能获得制造中的高精度。

坐标测量机被用于诸如机床零件等工件的1、2或3维检查。工件通常被固定在固定台上，并采用可在一、二或三维方向移动的测量探头。为了测量在工件上点的位置，使探头与该点接触，或以例如电容性等其它方式进行测量，在机器上的测量标尺或其它传感器上读出测量结果。探头可以是任意种类，探头可以与直尺接触的接触探头，可以是光学探头，或可以是基于涡流或电容的非接触探头。点的位置通常被表示成机器的工作容积中的X、Y和Z坐标。为了测量两点间的距离，相继地测量这些点，读出点的坐标，通过坐标计算得出距离。现有技术的坐标测量机通常具有诸如高精度测量系统、电接触探头、马达驱动、计算机控制的驱动以及数据的计算机采集和处理等特征。

一种公知的坐标测量机是移动桥式机。桥架在平台上沿导轨在Y方向上移动。滑架在桥架上沿导轨在X方向上移动。与每个可移动部件关联的标尺指示可移动部件在三个轴向上的位置。

坐标测量机的精确度受限于标尺或其它测量装置的误差以及限制机器运动的导轨或其它部件的误差。提高精确度的一种方法是简单地改进建造技术并减小系统的容差，使得误差得以减小。然而，随着所需的精确度增加以及工件的尺寸增加，减小误差的花费变得极越来越昂贵。精密直尺被用于作为沿直尺方向上线性度校准的方法。

当前用于直尺校准的解决方法是(常)用激光测量工具测量各个机器的“各个机器误差”并存储起来。然后，努力保持相同的条件，使得“各个机器误差”保持不变。这要求对诸如温度和湿度等条件有非常好的控制，使用通常(非常)昂贵的材料诸如微晶玻璃(Zerodur)和殷钢(invar)等以尽可能减小已确定的“各个机器误差”的偏离。尽管那样，在任何可能影响配置的服务活动后，不得不有规律地重复测量过程。

用于测量和计算这些误差的各种技术是众所周知的。在这些技术中，常采用直尺作为标尺用于测量机床组件或机床移动部件的误差。为了使测量精确，精密直尺的平直度本身必须被精密和精确地测量，即，必须精确测量直尺表面误差。

在SPIE vol.2101测量技术与智能仪器(Measurement technologyand intelligent Instruments)(1993)，483页，Li等描述了一种用于精密直尺的平直度测量的顺序三点方法。在本发明的概念中，“多探头”测量意味着至少使用三个探头。在该测量中，配置有三个探头的滑架沿导轨移动并在直尺上顺序地测量几组点(至少三个)。利用所测量的几组点，Li等说，可以不依赖于导轨的误差或滑架的偏航误差计算直尺的平直度。

然而，虽然作者Li等宣称可以计算直尺的平直度，但是发明者意识到系统误差依然存在。测量中的系统误差随直尺长度增加累积。该系统误差不能或不易与直尺的真实偏差进行区分。它也难以提供实时的测量结果。

实际上，公知的用于校准坐标测量机的先前系统都相对复杂且昂贵。此外，校准过程耗时长、复杂、昂贵且易于产生误差。

本发明的目的在于提供如“发明领域”部分所说明的具有提高的精确度以及/或相对简单以及/或更适于实时测量的方法、装置和系统。

为此目的，该方法、装置和系统的特征在于滑架沿直尺的一个表面移动以获得测量结果，并继而沿直尺的相反表面移动以获得测量结果。

本发明基于以下理解：

理想地，顺序多探头测量结果应该无导轨或滑架的系统误差，然而，发明者意识到系统误差依然存在。