移动装置的位置误差评价方法和根据其评价结果改善移动精度的方法

专利名称：移动装置的位置误差评价方法和根据其评价结果改善移动精度的方法
技术领域：
本发明涉及评价移动物体如测头或刀具的位置误差的方法和利用评价方法改善位置精度的方法，它被用于在三个相互垂直的轴线方向移动测头的三维坐标测量装置或在相互垂直的二轴或三轴线方向移动刀具的移动装置如机床内。
背景技术：
随着自动高精度机械加工的发展，三维坐标测量装置必须具有评价尺寸精度和形状精度的功能，这在生产线和生产系统中是不可缺少的。其间借助于作为硬件的三维测量装置使测量精度高于现有水平除了在制造技术上增加难度之外还增加制造成本。因此，近几年，已尝试通过在其装运方面保持装置的精度及测头的修正移动，改善作为装置基本性能的测量精度。
然而，测头移动的传统修正是在测头移动某一间隔时获得确定的累积误差，而随后与间隔成比例地分配该误差。因此，传统修正不是通过在间隔内控制测头的移动误差来执行修正的。用随后所述的事实表示上述内容。即，在目前的状况下，移动误差的自我评价方法是处在以如图12所示的球板的方式评价和比较测量装置误差的阶段，作为精度标准并由世界主要组织(World′s leading organizations)普通采用的球板如图13所示通过由研究标准方法的世界主要组织所具有的三维测量装置所测量。
顺便地说，该球板十分昂贵且相当重。因此，不易操纵。此外，在采用球板的测试中，其结果未能达到如可以规定三维测量装置误差特性那样获取系统结果的那样。注意图14(a)和14(b)是展示球板误差测量结果的例子。图14(a)利用线条表示误差的方向和大小；图14(b)用网格的变形表示测量平面内的误差。为了通过将球板固定于空间规定的位置获得测头在三个轴线方向的位置误差，必须重复难于操纵的球板高精度定位调节，上述操作实际上很难实现，并且极难获得前述的误差空间。
尽管未获得空间误差，可用于实际应用的标准误差校验方法列举如下采用图15所示的标准块的光步规方法；利用普通块规的方法；利用图16所示的测试棒方法；利用图17所示的自动准直仪方法和利用图18所示的激光测量装置的方法。然而，在常用的方法中，如上述的分别利用测试棒的方法、利用准直仪、激光测量装置、球板及采用标准块的光步规的方法，或如图19(a)和图19(b)所示的反相的方法，都存在其调节花费时间长，自动评价难以执行及测量装置的精度难以维持的问题。
同时，就机床而言，除了自动准直仪和直尺外，激光测量装置被用于评价刀尖的移动精度。然而，实际上，由于下述原因和类似的理由，利用上述方法难以获得误差空间。具体地，装置的配置和调节需要时间，即使该装置适于评价工件的精度也不会用作刀具移动的评价，而且装置识别在空间预定位置三个轴线方向的误差，需要太多的工作和时间。
前文所采用的各种方法其中预定的条件根据评价精度被给出。然而，从适用性、生产率、价格和类似的相关测量结果来看，上述装置未必适用于各种功能或适于标准装置。因此，以误差空间由传统方法来评价并作为基本误差特性设定修正的目标这样的方式，实际上借助于修正测头的移动难以实现在装置精度方面的改进，并且硬件的功能被固定于某一水平。
顺便地说，本申请的发明人已在文章“Trend of StraightnessMeasuring Method and Development of Sequential Two-point Method(直线测量方法的趋势和连续两点法的发展)”中提出一种利用连续两点法测量直线误差的方法，它在东京大学工业科学院1982年6月出版的“产品研究”第34卷第6期25-34页中提出过。连续二点法是用于获取要彼此同时及独立地测量的刀具台直线移动误差和一个物体表面的直线误差的方法。具体地连续二点法以下列方式被进行以一个间隙排列在刀具台上的二个位移传感器在间隙的方向上以等于间隙的间距被移动，而同时，关于要被测量的物体表面测量每个位移传感器的位移量，并因此由二个位移传感器位移量的数据列获得上述直线误差。本申请的发明人通过连续二点法的申请对上述误差的评价，已实现各项目的，即与传统的方法如利用测试棒的方法，利用自动准直仪、激光测量装置，球板和采用标准块的光步规的方法或如图19(a)和19(b)所示的反相法相比，调节花费的时间更少，自动评价可以方便地执行并且测量装置的精度易于保持。

发明内容
本发明是要提供一种考虑上述连续二点法的特性，有益地解决传统方法中问题的误差测量方法。根据本发明一个移动装置的位置误差评价方法特征在于包括下列步骤。具体地，根据权利要求1规定的方法，在彼此垂直的二轴或三轴方向上移动可移动物体的移动装置中，由连续二点法获得在沿预定的二轴线方向中的一个轴方向表示可移动物体位置误差的变化状态的直线误差曲线，它被重复用于预定二轴方向以外的其它单轴方向，该位置误差涉及与二轴或三轴方向中预定的二轴方向正交的一个方向。随后，根据多个已获取的直线误差曲线两端的坐标位置，获得表示可移动物体的位置误差沿其它单轴方向变化状态的直线误差曲线，该位置误差与垂直于预定二轴方向的方向有关。在两端坐标位置上的直线误差曲线被设置为边界直线误差曲线。此后，根据边界直线误差曲线，修正该组直线误差曲线的排列，由此获得误差表面。最后，根据误差表面，在包括预定二轴的平面上可移动物体的二维位置误差被评价，该二维位置误差与垂直于该平面的一个方向有关。
根据本发明移动装置的位置误差评价方法，对于三维坐标测量装置和带有测量半导体基片，用于液晶显示装置及类似装置的玻璃基片的类似结构装置的误差评价，测头移动的直线误差曲线和平面误差表面可以被测量。此外，除了上述内容外，连续二点法具有能同时测量要被测量的基片和类似物体误差形状的特性。根据本发明的方法，除了测量装置，就移动装置如机床而言，可以测量用于可移动物体如刀具台移动误差评价的直线误差曲线和平面误差表面。
应注意到，根据本发明如权利要求2所规定的移动装置位置误差评价方法，在三个轴线方向的每个方向上的预定坐标范围内，关于与包括预定二轴垂直的平面垂直的单轴方向，以重复权利要求1所规定的方法获得误差表面这样的方式可以获得误差空间。此外，可以根据误差空间，评价在预定坐标范围的空间内可移动物体的三维位置误差。
根据本发明的移动装置位置误差评价方法，在作为基础将测头直线移动误差曲线看作可移动物体的时，如上所述，由连续二点法获得误差空间。因此关于测量误差的性质可以更详细地被评价。根据本发明的方法，带有由作为基础的连续二点法所获得的直线误差曲线的误差空间的识别，在下列各项中是最好的。具体地，误差空间的识别作为空间是全面的，用于测量的测试仪或类似仪器的调节花费的时间更少，并且可以获得对应于坐标轴的系统误差。
此外，根据本发明如权利要求3所规定的移动装置位置误差评价方法，在已由连续二点法获得的位置误差的各个点中的一个中间点上，根据位置误差的特性，一个位置误差可以由一维或多维插入法获得。
在上述方式中，在已由连续二点法获得的位置误差的多个点中的一个中间点上，由插入法获得位置误差。因此，即使由连续二点法获得位置误差的那些点在一定程度上被分隔，仍可以在那些点之间的某点上获得位置误差。因此，借助连续二点法可以增加测量的速度，并且可以在更短的时间内获取直线误差曲线和误差表面。
根据权利要求4，本发明一种改进移动装置三维位置精度的方法，特征在于包括以下步骤在用于控制移动装置操作的控制装置中保持数据，该数据表示由权利要求2或3所规定的方法所获得的误差空间；并且在上述误差空间的数据中利用补偿误差的修正关系式，修正由移动装置所移动的可移动物体的位置。
根据本发明改进移动装置三维位置精度的方法，如上所述，表示由连续二点法所获得的误差空间的数据被保持在控制装置中，并且根据在控制装置保存的数据，一种利用在误差空间数据中补偿误差的修正关系式修正误差的运动，通过比如控制装置的CNC(计算机数控)功能提供给移动装置。此外，作为装置的实际功能，刀具的测量精度和移动精度的改进可以实现。因此，在借助设备的硬件配置改进精度到达价格升高不可避免的阶段时，改进装置的性能而抑制价格升高是可以预期的。
对于半导体基片，用于大尺寸图象显示装置及类似装置的玻璃基片，需要纳米级的平面形状的精度评价。对于上述精度评价，考虑采用使用机械平台如工作台的普通直角坐标系的三维坐标测量装置或采用旋转工作台的极坐标系的三维坐标测量装置。在上面的装置中，通过硬件的修改可提高最大精度，从而实现所需要的测量精度和解决方案。因此，通过对上述装置引进连续二点测量法并通过对其应用本发明的方法，更高精度的功能可以提供给按传统方法的思想产生的测量装置。此外，其作用在于生产技术方面改进了加工精度。
应注意到，在本发明的位置误差评价方法被应用于极坐标系的三维坐标测量装置时，取代彼此正交的三个轴的，是可以使用彼此正交的二个轴和绕该二轴中的一个轴的旋转角。在上述情况下，沿直角坐标系移动一个位移传感器所测量的位置误差数据可以转换到极坐标系。同时，通过沿着极坐标系径向和周向移动位移传感器可以直接获得位置误差数据。
此外，在本发明改进如权利要求5所规定的移动装置三维位置精度的方法中，通过围绕移动装置周围环境的变化预先获得误差空间数据和通过在对应于使用中的移动装置周围环境的误差空间数据中利用补偿误差的修正关系式，可以根据采用的移动装置修正由移动装置所移动的可移动物体的位置。
误差空间的矩阵结构受周围环境、使用条件诸如此类因素的影响在某些情况下被假定是要变化的。就上述情况而言，由于与传统方法相比借助于连续二点法可以自动和轻易地获得误差空间，简易的修正可以通过把构成误差空间的矩阵赋予上述条件的变化而被执行。
具体地，如权利要求5所述，误差空间数据被预先获得和储存，误差空间数据与周围环境，通常是装置周围的温度有关，在结构的表示点上，温度由于强烈而频繁的使用及类似原因而升高。因此，通过监视真实的环境，可以进行每个误差空间的修正。此外，面对在测量装置或机床的周围环境的变化，可以保持机床的测量精度和移动精度。


图1是根据本发明，在一个评价移动装置位置误差方法的例子中，表示由一组误差曲线构成误差表面过程的流程图。
图2(a)至2(g)是表示流程图过程内容的说明图。
图3是说明用于实施方法的三维坐标测量装置的透视图。
图4是表示三维坐标测量装置测量状态的示意图。
图5是表示借助于举例的方法进行的连续二点法测量原理的示意图。
图6是根据举例的方法表示测头位移传感器不平整度的说明图。
图7是由举例的方法获得误差表面的一个实例。
图8是根据举例的方法表示在一个误差空间中用于获得给定位置误差的修正程序的流程图。
图9是在可以用于举例的方法的线性插入法中表示坐标设置的说明图。
图10是在线性插入法中表示插入方法的示意图。
图11(a)至11(d)是表示可以用于举例的方法的多余数据合成方法的说明图。
图12是表示用于传统误差测量方法中的球板的透视图。
图13是表示利用球板的误差测量方法的说明图。
图14(a)和14(b)是表示利用球板的误差测量结果的说明图。
图15是表示利用光步规的传统误差测量方法的说明图。
图16是表示利用测试棒的传统误差测量方法的说明图。
图17是表示利用自动准直仪的传统误差测量方法的说明图。
图18(a)是表示利用激光的传统误差测量方法的说明图；图18(b)是光学路径的组成图。
图19(a)至19(d)是表示传统误差测量方法反相方法的说明图。
具体实施例方式
下文，本发明的最佳实施例将根据一个实例参照附图被详细说明。在这里，图1是作为根据本发明移动装置位置误差评价方法的实例，表示在一个三维坐标测量装置的位置误差评价方法中流程的流程图。图2(a)至2(g)是表示图1所示流程的说明图。图3是表示对其应用上述实例的一个三维坐标测量装置的例子的透视图。
在举例的方法中，首先设置如图3所示用于三维坐标测量装置的带有x，y，z三个轴向的坐标空间，其中门形框架的延伸方向如图所示被设置为X轴。在这里，取代探头的是在如图4所示的上述三维坐标测量装置中安装测头P，以便用连续二点法测量误差。测头P具有二个安装在其顶部的非接触式激光位移传感器。一台通过执行连续二点法计算误差空间的普通计算机被放置。通过一个模拟/数字转换器，上述二个位移传感器的输出信号被输入到计算机内。然后，让那二个位移传感器面对尽可能平整的目标板OB。接着，在二个位移传感器之间形成的空间的方向上，以等于其空间的间距移动测头P时，测量被重复。图5是表示上面测量原理的示意图，其中M表示位移传感器。
应注意到，在连续二点法中使用的位移传感器的类型不限于上述类型。此外，上述的“Trend of Straightness Measuring Method andDevelopment of Sequential Two-point Method(直线测量法的趋势和连续二点法的发展)”应作为连续二点法本身细节的参考。
接着，关于如图3所示的具有x，y，z轴的直角坐标系的(x，y，z)系统，设想由(Xi、Yj、Zk)构成的平面。在这里，i、j、k被设置如下i＝0、1、……l；j＝0、1、……m；k-0、1、……n。在采取(Xi、Yo、Zo)，并且连续二点法沿X轴应用时，测头沿X轴的直线误差曲线以下列方式被获得。
在测头上的二个位移传感器被设定为A和B；测头和目标板表面的直线误差为X和Z；而由位移传感器测量的值为D。则，由下文所示的简单关系获得Xk和Zk。在这种情况下，假定在测头运动时，不产生测头旋转的偏转运动。
Xk＝Xk-1-DkA+D(k-1)B(1)
Zk＝Xk+DkA-D0A(2)X0＝0，X1＝0，Y0＝0 (3)在重复(Xi、Yj、Zo)的上述过程时，即对于Yi，其中j是整数，在X轴方向获得的一组直线误差曲线可以相对于Z＝0的平面被获得。
根据基本理论，二个位移传感器的顶部彼此成一直线。然而，实际上，总是存在微小的不平整度Δ(见图6)。在测量的直线误差曲线中，lΔ在测量的最后阶段被累积起来，其中发送二点的次数被设置为l，由此以叠加的方式被获得。因此，在关于Yo移动测头的直线误差曲线中，通过修正不平整度，误差曲线可以借助于在X轴上测量范围的二端上设置误差δz至0而被给出。其间，关于与关于Yi获得的Xi有关的直线误差曲线，其中j＝1，……m，即使在lΔ构成其端点的修正值时，同时设置其始点为0，则建立δz≠0，且因此δz(Yjm)最后保留。
如根据上述那组直线误差曲线构成平面误差表面的方法，通过设置(Xo、Yj、Zo)和(X1、Yj、Zo)j＝0，1，……m来获得在Y轴方向上的直线误差曲线。具体地，在X轴方向上那组直线误差曲线的每个起点和终点上，在垂直于那些曲线的方向上获取直线误差曲线。在这种情况下，二个用于在X轴方向获得误差曲线的位移传感器，通过绕一条垂直轴线旋转而被直接使用。因此，顶部不平整度Δ被保持并在Y轴方向的直线误差曲线的评价中可以立即被考虑。在以Y轴方向上带有最初配置的二个位移传感器测量上述内容时，与用于评价在X轴方向上考虑的顶部不平整度同样的方法被单独使用。此外，可以获得在Y轴方向上的直线误差曲线。然而，鉴于在各个直线误差曲线的最后阶段允许δz的评价，对于保持测量精度和操作效率是有效的，以通过旋转上述位移传感器，直接使用用于X轴方向测量的位移传感器。
在X轴方向上获得的那组直线误差曲线被叠加在Y轴方向上直线误差曲线的相对位置，它在X轴线方向上获得的每个曲线的始点和终点上被获得。由此，可以通过组合在X轴方向上获得的那组直线误差曲线构成平面误差表面，该组曲线作为因子被相互独立地获得。
根据该组误差曲线构成误差表面的上述过程可以依据图1流程图所示的程序被执行。图2(a)至(g)表示程序在各个步骤的图形。换句话说，根据图1所示的程序，在步骤S1中，在X方向的直线误差曲线，如图2(a)所示，相对于y＝0，……m的各个值而首先获得。接着，在步骤S2中，如图2(b)所示，根据在x＝1和y＝0时所获得的误差计算修正量Δ。
随后，在步骤S3中，如图2(c)所示，由上述修正量Δ修正在X轴线方向上的各个直线误差曲线。接着在步骤S4中，如图2(d)所示，在Y轴方向获得x＝0和x＝1各值的直线误差曲线。
随后，在步骤S5中，如图2(e)所示，由前述修正量Δ修正在Y轴方向上的各直线误差曲线。在此后的步骤S6中，如图2(f)所示，以其两端位于在Y轴方向上由于x＝0和x＝1各值所获得的各直线误差曲线上这种方式，修正X轴方向上的各直线误差曲线。
在最后的步骤S7中，如图2(g)所示，在X轴方向和Y轴方向的直线误差在X＝1时相互比较。这个通过比较检验测量效力的步骤，在检查误差是否是三维坐标测量装置的正常精度时，比较的误差过大的情况下，是用于执行重新测量的。图7是一个通过上述过程获得误差表面测量的例子。
重复上述方法及获取一组平面误差表面，以便在所需要的坐标位置，提供X、Y和Z轴方向的误差分量。由此，可以获得三维坐标测量装置的误差空间。该误差空间可以通过采用与各坐标位置有关的误差分量作为要素分量的一个矩阵来规定。
因此，根据本发明改进三维位置精度的方法，由上述矩阵构成修正关系式，其中在各个坐标位置的误差分量被设置为零。根据上述公式，移动探头以便在三维坐标测量装置的CNC功能的指令下补偿上述误差量。此外，可能实现三维坐标测量装置的高准确测量功能。
此外，除了三维坐标测量装置，上述方法可以被用于任何移动装置如机床。由此，可以实现可移动物体高准确性的移动。
另外，设想上述误差空间要受其中配置三维坐标测量装置的移动装置和类似装置的环境，或受随着时间的推移装置的状态变化的影响。
通常，其间放置三维坐测量装置的高精度移动装置或类似装置的环境在恒温下被调节。然而，可以设想，在不令人满意的温度条件下使用该装置。在这种情况下，移动装置受环境温度的影响。此外，有移动装置因其连续运行而部分加热的可能性。此外，也有因移动装置长期使用由磨损，轻微变形或类似原因而改变误差空间的可能性。
根据在误差空间中的这种变化，装置的精度可以以下列方式被保持。具体地，弄清楚在测量误差空间时和实际使用装置时其间环境和装置状态的相互关系。然后，根据环境和装置状态的变化，通过测量误差空间预先获得修正关系式。此外，根据实际使用装置时环境和装置的状态修正误差关系式。
此外，有关测量位置，其估算值之间的中间位置可以根据在测量位置上的误差，借助于直线、曲线或表面插入法来进行。
换句话说，可由连续二点法获得其误差的测量点是不连续的。然而，在给定测量点上的修正量可以利用下文所述的插入法来计算。
获得误差的点被称为(xi、yi、zi)，而在那点上z分量的误差被设为ez(i，i，i)。应注意到，关于x分量和y分量，也遵循与上述完全相同的过程。在这种情况下，在某个测量点(x、y、z)的误差ez被估算，并随后从测量结果减去ez，由此实现空间误差的修正。这个空间误差的修正如图8所示的流程所示。
应注意到，必须精确地获取在点(x、y、z-ez)的误差。然而，因为ez足够小，是不难升高的，只要在点(x、y、z)的误差如上所述被估算出。
作为估算误差ez的原则方法，可考虑下列三种方法(1)线性插入法(双直线插入法)(2)高阶插入法(3)最小二乘法上述三种方法将顺次说明。(1)线性插入法(双直线插入法)如图9所示，注意力将集中在点(x、y、z)附近的八个测量点上，它们具有由连续二点法获得的空间误差。
在等式rx=(x-xi)(xi+1-xi),ry=(y-yi)(yi+1-yi),rz=(z-zi)(zi+1-zj)]]>被设置时，由图10所示的线性插入法的示意图变得很清楚，空间误差ez(x、y、z)由下列等式所获得ez(x，y，z)＝(1-rx)(1-ry)(1-rz)·ez(i，i，i)+rx(1-ry)(1-rz)·ez(i+1，i，i)+(1-rx)ry(1-rz)·ez(i，i+1，i)+rxry(1-rz)·ez(i+1，i+1，i)+(1-rx)(1-ry)rz·ez(i，i，i+1)+rx(1-ry)rz·ez(i+1，i，i+1)+(1-rx)ryrz·ez(i，i+1，i+1)+rxryrz·ez(i+1，i+1，i+1)作为上述方法的特征，列举以下各点·计算简单·空间误差ex(x，y，z)在边界线上(图10的立方体各个边)是连续的，而ex(x，y，z)的导数是不连续的。
·该八个测量点必须是长方体的各个顶端。(2)高阶插入法如(1)线性插入法表示的，高阶插入法被假定执行，以便改善插入法的精度和实现平滑性。高阶插入法对应于B样板表面的拟合。
B样板表面和类似的表面适合于z是常数的表面。可应用的技术是关于在借助其插入该点的二个表面上所获得的空间修正量，通过执行线性插入法计算在点(x，y，z)修正量的技术；和将B样板插入法连续地应用于x、y和z轴三个轴向的技术。
作为上述方法的特性，列举如下几点。
·空间误差ez(x，y，z)在边界线上(图10立方体的各边)是连续的，而且ez(x，y，z)的导数和二次导数也是连续的。
·需要多个测量点(在立体拟合的情况下需要4×4×4个测量点)。
·所获得的解的效力是不确定的。(3)最小二乘法假设空间误差ez(x，y，z)符合某一模型，按适合其的模型执行。
在这里，关于x、y和z的线性模型设想为最简单的模型。具体地，假设可以设置下列等式。
ez＝ax+by+cz+d然后应用最小平方法。在此由连续二点法获得空间误差的测量点，被设置为(xi、yi、zi)，并且在测量点(xi、yi、zi)上空间误差的测量值被设为ezi(i＝1，……m)。由此，在空间误差的测量值和未知参数(a，b，c，d)之间建立下列关系式ez1...ezm=x1y1z11...xmymzm1abcd]]>上述公式由等式y＝Ax代替。
假设y的各个分量ezi是一个未知的且等于其它分量的值并且在其分量之间没有修正。误差的方差被设置为σ2在这种情况下，最小二乘法由下列等式给出x^=(ATA)-1ATy]]>上述等式的计算得出下列公式 σ2的估算值由下列等式给出σ^2=1m-4|y-Ax^|2=1m-4Σ{ezi-(a^xi+b^yi+c^zi+d^)}2]]>利用这个估算值，上述最小二乘法不确定性的协方差距阵Cx由下列等式计算Cx=σ^2(ATA)-1]]>在点(x，y，z)上的空间误差和其不确定性由下列等式计算e^z(x,y,z)=a^x+b^y+c^z+d^]]>σ^ez2=xyz1Cxxyz1T]]>作为上述方法的特性，列举下列几点·空间误差ez(x，y，z)在边界线上(上图立方体的各个边)是不连续的。(因此，在要求路径的连续性如改进成机床时，有可能不能使用该方法)。
·在配置和测量点的数量上没有限制。(实际上，在点(x，y，z)附近的八个点同样适合于(1))·要获得的方案在效力上是高的。(应注意到它以模型合适为前提)·空间误差的误差估算和拟合效力的检验是可能的。
·模型的适应性检验是必需的。
可以想象，上述三种方法哪种合适取决于要作为对象的三维坐标测量装置的特性，应用及诸如此类的内容。通常，切实可行的是设想采用下列两种方法中的任一种其中计算简单且连续的双直线插入法；和尽管不连续但能估算空间误差的误差和能评价拟合效力的最小二乘法。
检验上述误差修正技术的应用在给定的环境中是否相当合理的方法将在下文提出。
通过使用在由连续二点法获得误差处的测量点的每个第二点，来执行拟合。然后，计算在剩余点的误差。由计算所获得的误差和由连续二点法所获得的误差被相互比较。如果两个值较接近，可以认为误差修正技术是合适的。并且在同时，根据那时二个值之间的差，设想能够估算在由误差修正技术修正后，一个值的误差的大小。
此外，在利用连续二点法测量空间误差时，合成测量的多余数据方法的例子将在下文被提出。
如图11(a)至11(d)所示，根据该方法，例如在图11(a)中所示的两种数据，如数据1和数据2被合成。首先，如图11(b)所示，其间具有相互冗余的部分的数据1和2中的数据2完全受到偏移修正(在各个数据1和2中获得冗余部分的平均值，而且平均值之间的差被设置为一个偏移值)。
接着，如图11(c)所示，在数据1和2相互冗余部分的各个点上获得平均值，并且所获得的平均值被设置为新的测量值。
然后，如图11(d)所示，在需要升高时执行零点修正。
上述合成方法可以被用于，比如在X轴和Y轴方向的测量结果，在正向和负向的测量结果及由同一技术所获得的多个测量结果的合成和类似的方面。
然而，作为前提，要求各数据组的绝对值没有意义，而只是相对测量值有意义，并且如果补偿(偏差)消除时，即白色误差(white error)，在数据组中没有测量值之间的修正。
应注意到，最好，在各种数据修正以前如零点校正以前执行数据的合成。
如已经叙述的，作为本发明的方法的特点列举的是，随着时间的推移对应于测量装置变化的误差空间的再评价和诸如此类事情，由于要采用的简单装置和简易过程而易于执行。
在本发明的方法中，作为要测量的误差空间计算的对象，绝不必使用像球板这样的高精度对象，而是利用通常可用于商业应用的铝板即已足够。
如上所述，本发明能显示优点的技术领域如测量加工部件如机械部件形状的技术；其中在测量性能方面通过用一个矩阵表示误差空间和通过依据表示的误差空间构成修正关系式能改进本发明的信息处理技术；其中本发明随着精度的改善，能进行满足已改进精度的高精度机械部件的制造的生产和加工技术；和其中本发明能应用于机床的刀具移动的生产和加工技术。
权利要求
1.一种移动装置的位置误差评价方法，包括以下步骤在相互垂直的二轴或三轴方向上移动可移动物体的移动装置中，由连续二点法获得表示所述可移动物体在沿所述二轴或三轴方向中预定的单轴方向上位置误差变化状态的直线误差曲线，对于所述二轴方向中的另一单轴方向重复上述步骤，所述的位置误差与垂直于所述预定二轴方向的一个方向有关；根据一组已获得的所述直线误差曲线二端的坐标位置，获得表示在可移动物体沿另一单轴方向的位置误差中的变化状态的直线误差曲线，所述位置误差与垂直于所述预定二轴方向的那个方向有关，并在作为边界直线误差曲线的二端的坐标位置上设置直线误差曲线；根据所述的边界直线误差曲线，通过修正所述直线误差曲线组的排列来获取误差表面；以及在包括所述预定二个轴线的平面上，根据所述误差表面评价所述移动物体的二维位置误差，所述的二维位置误差与垂直于平面的一个方向有关。
2.一种移动装置的位置误差评价方法，包括以下步骤根据权利要求1所述的方法，在预定的坐标范围内在三个轴的每个轴线方向上以关于垂直于包括所述预定二轴线的平面的单轴方向重复获得所述误差表面这样的方式，获取误差空间；根据所述误差空间，在所述预定坐标范围内的空间中，评价所述可移动物体的三维位置误差。
3.如权利要求1或2所述的移动装置位置误差评价方法，其中在由所述连续二点法已获得位置误差处的各个点中的一个中间点上，根据位置误差的特性，借助于一维或多维插入法获得位置误差。
4.一种改善移动装置三维位置精度的方法，包括如下步骤在用于控制所述移动装置运行的控制装置中保持数据，所述的数据表示由根据权利要求2和3之一的方法所获得的所述误差空间；及利用在误差空间数据中用于补偿误差的修正关系式，修正由所述移动装置移动的所述可移动物体的位置。
5.一种如权利要求4改进移动装置三维位置精度的方法，还包括以下步骤根据围绕所述移动装置周围环境的变化，预先获得所述误差空间数据；及根据使用所述移动装置，通过使用用于补偿所述误差空间数据中的误差的修正关系式，修正由所述移动装置所移动的所述可移动物体的位置，所述误差空间数据对应于围绕使用中所述移动装置周围的环境。
全文摘要
在相互垂直的二轴或三轴方向上移动可移动物体的移动装置中，由连续二点法，利用关于与上述二或三轴中的确定二轴方向相垂直的一个方向的移动物体的位置误差来确定表示可移动物体在沿预定二轴线方向中的单轴方向的位置误差变化状态的直线误差曲线；对该二轴方向中的另一单轴方向重复直线误差曲线确定。
文档编号B23Q15/24GK1392950SQ01802781
公开日2003年1月22日 申请日期2001年1月22日 优先权日2000年8月18日
发明者佐藤芳, 梅田和昇 申请人:学校法人中央大学