形状测量设备和形状测量误差校正方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及诸如坐标测量装置等的形状测量设备以及使用该形状测量设备的形 状测量误差校正方法。
【背景技术】
[0002] 如今，为了测试对具有三维形状的加工物的处理的精度，例如采用诸如坐标测量 装置等的形状测量器。这种坐标测量装置通过例如使得扫描探测器的触针前端沿着三维形 状进行移位来进行形状测量。
[0003] 在使用这种坐标测量装置进行使用扫描探测器的测量的情况下，可能会由于伴随 安装有扫描探测器的滑块的移动的影响而发生测量误差。例如，在利用扫描探测器进行圆 形测量的情况下，发生称为"象限突起（quadrant projection)"的运动误差。"象限突起" 是指在扫描探测器的触针前端正进行圆形测量的情况下，机械地在坐标测量装置中的直角 坐标的象限之间进行切换时（在使各轴的运动方向反转时）形成突起形状的运动误差。这 种象限突起主要因测量装置的机械结构所引起的间隙（backlash)等而发生。
[0004] 图9示出使用通用坐标测量装置来对环规（环状被测物）进行形状测量的情况下 的测量结果。如图9所示，在第一象限和第四象限之间的边界区域P1以及第二象限和第三 象限之间的边界区域P2的测量波形中，观察到峰状测量误差。这些峰状测量误差是由使扫 描探测器在X轴方向上的运动反转时的间隙等发生的象限突起而引起的测量误差。同样 地，在第一象限和第二象限之间的边界区域P3以及第三象限和第四象限之间的边界区域 P4,观察到峰状测量误差。这些峰状测量误差是由使扫描探测器在Y轴方向上的运动反转 时的间隙等发生的象限突起而引起的测量误差。
[0005] 另一方面，在日本特开2007-315897中描述了一种校正扫描探测器测量误差的示 例性方法。根据此发明，使用基于标尺与滑块的前端之间的频率传递特性的校正滤波器来 估计滑块的前端的位置。另外，由于象限突起而发生的测量误差能够通过将估计值与扫描 探测器检测值相加以及计算出测量值来进行校正。
[0006] 在日本特开2007-315897所描述的坐标测量装置中，在防震台上设置有台，并且 该台的上表面设置为水平。Y轴方向延伸的Y轴驱动机构安装在该台的X轴方向的一端。 在Y轴驱动机构的顶部竖直设置梁支撑体，并且能够通过Y轴驱动机构在Y方向上驱动该 梁支撑体。另外，将在水平方向和X轴方向上延伸的梁安装在该梁支撑体的顶端。沿着梁 在X轴方向驱动立柱。另外，滑块安装在立柱上以使得该滑块在Z轴方向上是可驱动的，并 且扫描探测器安装在该滑块的前端。在具有上述提及的结构的坐标测量装置中，将被测物 (即，要进行测量的物体）放置在不可移动的台上，并且在预期被测物不会移动的状态下， 通过扫描探测器进行被测物的测量。在这样的测量设备中，以具有前端安装有扫描探测器 的可自由移位的滑块为前提来通过计算器进行校正。然而，在将日本特开2007-315897中 公开的校正方法应用于被测物已放置在移位台的状态下通过扫描探测器测量被测物的情 况时，存在无法进行适当校正的情况。
【发明内容】
[0007] 本发明提供一种能够在使放置在移位台上的被测物进行移位的同时利用扫描探 测器进行测量的情况下进行适当校正的形状测量设备和形状测量误差校正方法。
[0008] 根据本发明的形状测量设备包括：移位台，其被配置为在坐标轴方向上移位，所述 移位台包括要放置被测物的被测物放置部；扫描探测器，其包括端部具有端部球的触针，所 述扫描探测器被配置为使所述端部球与位于所述移位台的所述被测物放置部上的被测物 相接触，以进行扫描测量；端部球移位检测器，其在所述扫描探测器中位于所述触针的基端 侧，所述端部球移位检测器被配置为检测所述端部球的移位；标尺，其被配置为检测所述移 位台在坐标轴方向上的移位；以及计算器，其被配置为使用所述标尺所检测到的所述移位 台的移位和所述端部球移位检测器所检测到的所述端部球的移位，来计算测量值，其中，所 述计算器还被配置为基于从所述标尺到所述被测物放置部的第一频率传递特性，来对所述 标尺所检测到的所述移位台的坐标轴方向的移位进行校正处理，以及所述计算器还被配置 为基于从所述端部球到所述端部球移位检测器的第二频率传递特性，来对校正后的所述移 位台的坐标轴方向的移位进行校正处理。
[0009] 所述第一频率传递特性和所述第二频率传递特性各自为估计值。
[0010] 所述移位台被配置为在多个坐标轴方向上移位，所述第一频率传递特性是针对所 述移位台的各坐标轴作为实际测量值而测量出的，所述第一频率传递特性的估计值是作为 基于各个实际测量值的频率传递函数而计算出的。
[0011] 根据本发明的形状测量误差校正方法包括：使用端部球移位检测器来检测扫描探 测器的设置于触针的端部球的移位，所述扫描探测器用于通过使所述端部球与被测物相接 触来进行扫描测量；使用标尺来检测能够在坐标轴方向上移位并且具有用于放置被测物的 被测物放置部的移位台的移位；将基于从所述标尺到所述被测物放置部的第一频率传递特 性对所述标尺所检测到的所述移位台的移位进行校正得到的值作为第一校正值输出；将基 于从所述端部球到所述端部球移位检测器的第二频率传递特性对所述第一校正值进行校 正得到的值作为第二校正值输出；以及通过将所述第二校正值与所述端部球移位检测器所 检测到的所述端部球的移位相加，来计算测量值。
[0012] 所述第一频率传递特性和所述第二频率传递特性各自为估计值。
[0013] 所述移位台能够在多个坐标轴方向上移位，所述第一频率传递特性是针对所述移 位台的各坐标轴作为实际测量值而测量出的，所述第一频率传递特性的估计值是作为基于 各个实际测量值的频率传递函数而计算出的。
[0014] 另外，根据本发明的形状测量误差校正方法基于所述第一频率传递特性来对从所 述标尺所检测到的所述移位台的移位中减去表示被测物的形状的设计值所得到的值进行 校正；将所述设计值与所述第二校正值相加；以及将相加后的第二校正值与所述端部球移 位检测器所检测到的所述端部球的移位相加，并且计算测量值。
[0015] 所述第二校正值是基于从所述端部球到触针安装部的第三频率传递特性进行校 正、之后基于从所述触针安装部到所述端部球移位检测器的第四频率传递特性对校正后的 值进一步进行校正所得到的值。
[0016] 根据本发明，能够在使放置在移位台上的被测物进行移位的同时利用扫描探测器 进行测量的情况下，进行适当的校正。
[0017] 通过以下的详细说明和附图阐述了本发明。附图仅为了便于理解而被引用的，并 不是用来限制本发明。
【附图说明】
[0018] 在以下的详细说明中，参考所述的多个附图、通过本发明的典型实施例的非限制 性示例的方式对本发明进行了进一步说明，其中在附图的几个视图中，相同的附图标记表 示相同的部件，其中：
[0019] 图1是根据本发明的形状测量设备的实施例的示意图；
[0020] 图2是根据第一实施例的计算器的框图；
[0021] 图3是根据第一实施例的形状测量误差校正处理的框图；
[0022] 图4是根据第一实施例的估计值测量设备的示意图；
[0023] 图5是根据第二实施例的计算器的框图；
[0024] 图6是根据第二实施例的形状测量误差校正处理的框图；
[0025] 图7示出根据第二实施例的模拟结果；
[0026] 图8是本发明所使用的坐标测量装置的立体图；以及
[0027] 图9示出传统的模拟结果。
【具体实施方式】
[0028] 这里所示的细节是举例，仅用于例示性地论述本发明的实施例的目的，并且是为 了提供被认为是针对本发明的原理和概念方面的最有用和最容易理解的说明而呈现的。在 这方面，没有尝试以比本发明的基本理解所需的细节更详细的方式示出本发明的结构细 节，其中利用附图所进行的说明使本领域技术人员显而易见地明白在实践中可以如何实现 本发明的各形式。
[0029] 以下参考附图来说明根据本发明的形状测量设备和形状测量误差校正方法的实 施例。在各多个附图中，向相同的元件分配相同的附图标记，并且在需要时省略重复的说 明。
[0030] 第一实施例
[0031] 如图1和8中所示，形状测量设备100经由图中未示出的线缆连接至坐标测量装 置1和计算机2。
[0032] 坐标测量装置1包括安装在地面上的架台4和竖直设置在架台4上的门状支撑架 5。架台4包括能够在Y轴方向上进行移位的移位台3。支撑架5包括一对固定在架台4上 的支撑柱6以及延伸以与支撑柱6桥接的梁7。向梁7设置沿垂直方向延伸并且能够沿着 梁7在X方向进行移位的立柱2,并且在该立柱2上安装了在垂直方向（Z轴方向）上下移 动的滑块8。
[0033] 通过Y轴方向上延伸的Y轴驱动机构（图中未示出）在Y轴方向上驱动移位台3。 通过X轴方向上延伸的X轴驱动机构（图中未示出）在X轴方向上驱动立柱2。通过Z轴 方向上延伸的Z轴驱动机构（图中未示出）在Z轴方向上驱动滑块8。另外，通过从XYZ轴 驱动控制器18输出的脉冲信号来控制各伺服马达。
[0034] 坐标测量装置1包括用于测量在X、Y和Z轴方向各自的移位量的标尺19b。标尺 19b由以下构成：用于测量移位台3的Y轴方向的移位量（位置变化）的Y轴标尺19by ;用 于测量立柱2的X轴方向的移位量的X轴标尺19bx ;以及用于测量滑块8的Z轴