[发明专利]用于校准扫描头部的装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于校准扫描头部的装置和方法。具体地，本发明涉及 一种用于校准马达驱动的扫描头部中的测量标尺的装置和方法。

背景技术

从国际专利申请No.WO90/07097知道，可以将马达驱动的扫描头部安 装在坐标测量仪上。马达驱动的扫描头部能让安装在马达驱动的扫描头部上 的触针围绕两个正交轴线转动。所述触针可以关于这两条轴线成角度地定 位，同时所述马达驱动的扫描头部可以借助坐标定位仪定位在所述仪器的工 作空间内的任何位置上。

这种马达驱动的扫描头部提供了一种扫描灵活性更大的坐标定位仪，因 为马达驱动的扫描头部可以将探头或触针定位在许多不同方位。

马达驱动的扫描头部能够使得安装在其上的探头、触针或其他设备围绕 一个或多个轴线转动。因此，所述马达驱动的扫描头部设有一个或多个变换 器来测量围绕所述一个或多个轴线的转动。这些变换器通常是编码器，包括 测量标尺和读取头。为了进行精确测量，对测量标尺进行校准。

国际专利申请WO2006/114567公开了一种校准马达驱动的扫描头部内 的编码器或测量标尺的方法。所述马达驱动的扫描头部直接耦联至经校准的 旋转台。所述扫描头部围绕它的转动轴线之一转动，同时，所述扫描头部中 的编码器读数与所述旋转台中的编码器读数同时被记录下来。然后将来自扫 描头部编码器的位置读数与经校准的旋转台位置读数进行比较。

该方法的缺点在于，马达驱动的扫描头部必须与经校准的旋转台精确对 准。

国际专利申请WO2006/114567还公开了一种使用角度干涉仪来校准马 达驱动的扫描头部中的编码器的方法。将折射物体安装在位于角度干涉仪的 光路中的扫描头部上。所述扫描头部围绕它的转动轴线之一转动，同时，扫 描头部编码器和干涉仪装置获取测量结果。

发明内容

根据本发明第一方面，提供一种利用参照物体来校准位于扫描头部中的 测量标尺的方法，所述方法包括以下步骤：

(i)使安装在所述扫描头部上的表面感测设备围绕所述扫描头部的至 少一个轴线转动，从而使所述表面感测设备相对于所述参照物体运动到多个 不同的角度方位(angular orientation)；

(ii)在步骤(i)的每个不同的角度方位，使用所述表面感测设备测量 所述参照物体的至少一个性能；以及

(iii)使用步骤(ii)中测量的所述参照物体的性能，建立针对所述扫 描头部的至少一个测量标尺的误差图或函数。

本发明因此提供用于校准一个或多个测量标尺的方便技术，该技术测量 所谓的有源或马达驱动的扫描头部的一个或多个转动轴线的角度方位。具体 地，所述方法涉及使表面感测设备(例如，测量探头)围绕扫描头部的一个 或多个轴线转动，进入多个不同的角度方位。在每个这些不同的角度方位， 使用表面感测设备测量参照物体的至少一个性能(例如，参照物体的校准尺 寸和/或物体特征的位置)。

对测得的性能进行分析，例如，比较测得的性能与参照物体的已知(例 如，预定的或校准的)性能或者分析参考物体的一个或多个固定位置特征的 测量位置的变化，使得能够针对一个或多个测量标尺建立误差图或函数。所 述误差图或函数可以然后应用于使用扫描头部进行的后面的测量，由此，减 小或消除与测量扫描头部的转动方位相关联的一个或多个测量标尺(例如， 编码器)的任何误差。

与上述使用校准的旋转台的现有技术的校准方法相比，本发明的方法具 有以下优点：不需要扫描头部的转动轴线与校准的旋转台的转动轴线精确对 准。而且，在所述现有技术方法中，不可能从完全与扫描头部的测量标尺相 关的误差去卷积由于校准的旋转台与扫描头部的转动轴线之间的偏心度所 导致的误差。相对照，本发明提供了不存在这种偏心度的方法，由此提供了 不仅比已知技术能够更容易实施而且还能够提供改善的校准精度的校准技 术。

有利地，所述参照物体是具有至少一个校准(例如，已知的或精确地预 先测量的)性能的校准物体。然后步骤(iii)可以有利地包括从步骤(ii) 测得的参照物体的性能与参照物体的一个或多个校准性能之间的差异来建 立误差图或函数。额外地或者择一地，可以从在对性能进行测量的每个不同 的角度方位处测得的性能(例如，物体的固定位置特征的测量位置)的变化 建立误差图或函数。