专利名称：工业机器的制作方法
技术领域：
本发明涉及工业机器。
背景技术：
已知有诸如测量仪器、机床和机器人等的工业机器，这些工业机器配置有移动机构，其沿着特定轴方向移动；和控制器，用于控制该移动机构(例如，参见专利文献1)。专利文献1的位置测量装置(工业机器)配置有台板，其具有基准面；移动部件(移动机构)， 其沿着与该基准面平行的特定轴方向移动；和位置坐标计算部件(控制器)。专利文献1所述的位置测量装置采用位置测量装置的运动学模型，以根据该位置测量装置的移动误差的几何原因对各误差(以下称为几何误差)进行分类。在制造位置测量装置时，预先测量该位置测量装置的各个几何误差，并且针对各个几何误差计算用于校正各个几何误差的校正参数。位置测量装置通过根据各个几何校正参数和该位置测量装置的运动学模型校正移动误差(以下称为精确空间校正)，来提高测量精度。然而，由于受到使用位置测量装置的环境的温度变化和位置测量装置随时间的变化的影响，各个几何误差发生变化，因此，尽管在制造位置测量装置时预先测量了各个几何误差并计算出了各几何误差的校正参数，仍有时不能进行适当的精确空间校正。这是由于没有考虑几何误差发生的变化。在专利文献1的位置测量装置中，通过将双轴测角仪分别安装至基准面和移动部件，对几何误差的横摆误差和俯仰误差进行再测量。然后，可以通过再进行精确空间校正， 进行考虑到横摆误差和俯仰误差的变化的适当的精确空间校正。注意，横摆误差是移动部件相对于在该移动部件的移动方向上的轴的角度误差，而俯仰误差是移动部件相对于与该移动部件的移动轴方向垂直且与基准面平行的轴的另一角度误差。专利文献1 日本特开2002-257535然而，在专利文献1的位置测量装置中，由于没有再测量几何误差的直线度误差， 因此不能对由该直线度误差所引起的移动误差进行适当校正。即，不能进行考虑到直线度误差的变化的适当的精确空间校正。为了解决该问题，可以考虑以下例如，通过向使用位置测量装置的环境引入高价空调设备或提高移动部件的刚性，来抑制由于受到使用位置测量装置的环境的温度变化和位置测量装置随时间的变化的影响而产生的直线度误差的变化。然而，这将导致制造成本和运行成本增加。可选地，例如，可以考虑以下将移动部件安装至由石材等制成的台板并且增加该台板的厚度，从而抑制直线度误差的变化。然而，当将移动部件安装至由混凝土制成的座板时，不能抑制直线度误差的变化。还可以考虑以下通过使用例如直规和激光长度检测器再测量直线度误差来进行直线度误差的校正参数(以下称为直线度误差校正参数)的修正计算。然而，由于需要采用诸如直规和激光长度检测器等的仪器，因此，这将导致精确空间校正的成本和操作时间增加。
发明内容
本发明的说明性方面提供以下的工业机器即使在受到使用环境的温度变化和/ 或随时间发生的变化的影响时，该工业机器也能够进行适当的精确空间校正。根据本发明的第一方面，一种工业机器，包括移动机构，用于沿着特定轴方向移动；控制器，用于控制所述移动机构；以及角度检测器，用于检测所述移动机构相对于与所述特定轴方向垂直的轴的角度，其中，所述控制器包括角度误差获取部，用于基于在所述移动机构移动时检测到的所述角度，针对所述移动机构的各个位置获取所述移动机构的角度误差；参数生成器，用于通过在所述移动机构的各个位置处对所述角度误差进行积分来生成各个直线度校正参数，所述直线度校正参数用于校正所述移动机构在所述特定轴方向上的直线度误差；以及校正部，用于基于所述直线度校正参数来校正所述移动机构的移动误差。根据上述结构，工业机器配置有角度检测器，该角度检测器用于检测移动机构相对于与特定轴方向垂直的轴的角度，例如用于检测移动机构的俯仰误差。参数生成器通过在移动机构的各个位置处对由角度误差获取部获取到的俯仰误差进行积分来生成直线度校正参数，并且校正部基于由参数生成器所生成的直线度校正参数进行精确空间校正。因此，即使当工业机器受到诸如使用环境的温度变动和由于时间经过而引起的变化等的因素的影响时，该工业机器也可以进行考虑到直线度误差的变化的适当的精确空间校正。根据本发明的第二方面，所述控制器可以包括存储部，所述存储部用于存储所述移动机构的角度误差和所述移动机构的直线度误差，以及其中，所述参数生成器通过在所述移动机构的各个位置处对预先存储在所述存储部中的所述移动机构的角度误差和所述角度误差获取部获取到的所述移动机构的角度误差之间的差进行积分来计算各个所述直线度误差的变化量，并且通过将各个所述直线度误差的变化量与预先存储在所述存储部中的所述移动机构的直线度误差相加，来生成所述直线度校正参数。一般设置直条状的引导部作为沿着特定轴方向移动的移动机构，其中，该引导部通过多点固定而被安装到基座。对于这种移动机构，由于工业机器的使用环境的温度变化以及由于基座的热膨胀系数和引导部的热膨胀系数之间的差异，使得在引导部中发生挠曲 (起伏)，并由此移动机构的直线度误差变化。与由于加工而产生的引导部的起伏相比，由于热膨胀系数的差异而产生的引导部的起伏较大。在这里所述的实施例的工业机器中，通过在制造工业机器期间预先测量几何误差来计算各个几何误差的校正参数。因此，通过基于根据制造工业机器时移动机构的直线度误差生成的直线度校正参数对移动机构的移动误差进行校正，可以对由于因加工而产生的引导部的小起伏所引起的移动误差进行适当校正。此外，通过基于根据各个直线度误差的变化量生成的直线度校正参数对移动机构的移动误差进行校正，可以对由于因热膨胀系数的差异而产生的引导部的大起伏所引起的移动误差进行适当校正。根据本发明，通过存储移动机构的角度误差和制造工业机器时移动机构的直线度误差，参数生成器可以通过将制造工业机器时移动机构的直线度误差与直线度误差的变化量相加来生成直线度校正参数。因而，工业机器可以对以下两个移动误差进行适当校正由于因加工而产生的引导部的小起伏所引起的移动误差、和由于因热膨胀系数差异而产生的引导部的大起伏所引起的移动误差。
根据本发明的第三方面，所述工业机器可以是配置有所述移动机构和所述控制器的测量仪器。在这种测量仪器中，由于通常将要测量的对象安装到基座以进行测量，因此除了测量仪器的使用环境的温度变化和测量仪器随时间的变化以外，移动机构的直线度误差还由于安装在基座上的要测量的对象的重量而变化。为了解决该问题，例如，尽管可以考虑制造刚性较高的基座从而抑制移动误差的变化，但这将导致成本增加。根据本发明，即使测量仪器受到例如放置在基座上的要测量的对象的重量的影响，该测量仪器也可以进行考虑到直线度误差的变化的适当的精确空间校正。
将基于以下附图来详细说明本发明的典型实施例，其中图1是示出根据典型实施例的三维测量仪器的概要结构的图；图2是示出根据典型实施例的移动机构的挠曲角度(deflection angle)和挠曲量(deflection amount)之间的关系的图；图3是示出根据典型实施例的校正部进行精确空间校正之前和之后的直线度误差的图形；以及图4是示出根据典型实施例的精确空间校正的方法的流程图。
具体实施例方式以下将基于附图来解释第一典型实施例。三维测量仪器的概要结构图1是示出根据第一典型实施例的三维测量仪器1的概要结构的图。在以下解释中，图1的向上方向是+Z轴方向，并且与Z轴方向垂直相交的两个轴分别是X轴和Y轴。 如图ι所示，用作工业机器的三维测量仪器1包括主体2、安装到主体2的两个双轴测角仪 31、32以及用于控制主体2和双轴测角仪31、32的控制器4。主体2包括基座21和设置到基座21的滑动机构22。基座21被形成为具有用于安装要测量的对象(图中未示出)的平面211的矩形板状。在基座21的-X轴方向侧形成导轨212，其中导轨212朝+Z轴方向侧突出并且被形成为沿着Y轴方向的直条状。导轨212 沿着Y轴方向引导滑动机构22。滑动机构22包括立柱221，其安装至导轨212并被设置成可在导轨212上沿着Y 轴方向移动；横梁222，其由立柱221所支撑并且沿着X轴方向延伸；滑动件223，其被形成为沿着Z轴方向延伸的管状，并被设置成可在横梁222上沿着X轴方向移动；以及滑枕224， 其插入滑动件223中，并被设置成可在滑动件223内沿着Z轴方向移动。在横梁222的+X轴方向端形成沿着Z轴方向伸出的支撑柱225。在滑枕2M的-Z 轴方向端安装用于测量被测对象的测头(图中未示出)。滑动机构22配备有用于驱动立柱221、滑动件223和滑枕224的驱动部(图中未示出)，从而在控制器4的控制下使测头沿着X、Y和Z轴方向移动。在以下的解释中，本典型实施例的移动机构由导轨212和立柱 221构成，以沿着特定轴方向(Y轴方向)移动。双轴测角仪31安装至平面211，并且以平面211的各个初始角度作为基准检测平面211相对于X轴和Y轴的角度。双轴测角仪32安装至立柱221，并且以立柱221的初始角度作为基准检测立柱221相对于X轴和Y轴的角度。即，双轴测角仪32作为角度检测部件(角度检测器)，用于检测移动机构相对于与特定轴方向(Y轴方向)垂直且与安装有双轴测角仪31的平面211平行的轴(X轴方向)的角度。可以通过求出由双轴测角仪32检测到的角度和由双轴测角仪31检测到的角度之间的差来计算立柱221分别相对于X轴方向、 Y轴方向的角度误差。在本典型实施例中，采用双轴测角仪31、32在立柱221已移动至-Y 轴方向时检测到的角度作为初始角度。控制器4包括中央处理单元(CPU)；存储部41，其配置有存储器；角度误差获取部42 ；参数生成器43，用于生成用于校正移动机构在Y轴方向上的直线度误差(以下简称为直线度误差)的直线度校正参数；和校正部44，用于基于由参数生成器43生成的直线度校正参数校正移动机构的移动误差，即用于进行精确空间校正。存储部41存储控制器4所使用的数据，并且存储在制造三维测量仪器1时预先测量出的三维测量仪器1的各个几何误差(例如，俯仰误差和直线度误差等)以及基于上述各个几何误差计算出的各个几何误差的校正参数。所采用的测量各个移动误差的方法和计算各个几何误差的校正参数的方法分别与专利文献1的位置测量装置所采用的方法相同。 还将用于生成直线度校正参数并进行精确空间校正的校正程序存储在存储部41中。在立柱221从位于-Y轴方向侧的一端向位于+Y轴方向侧的另一端移动时，角度误差获取部42针对立柱221的各个位置，基于利用双轴测角仪32检测到的相对于X轴的角度和利用双轴测角仪31检测到的相对于X轴的角度之间的差获取立柱221的角度误差 (俯仰误差)。参数生成器43通过在立柱221的各个位置处对角度误差获取部42获取到的各个俯仰误差进行积分，生成直线度校正参数。图2是示出移动机构的挠曲角度θ和挠曲量y之间的关系的图。为了简化解释， 将移动机构看作为简支梁，当移动机构的位置为X时，该移动机构的挠曲角度θ和挠曲量 y之间的关系通常为图2所示，并且可以由以下的等式(1)来表示，其中，C是积分常数。y = - / θ dx+C 等式(1)因而，可以通过在位置X处对相对于各个位置X的挠曲角度θ进行积分来计算挠曲量y。即，如果移动机构是立柱221，则通过在立柱221的位置处对相对于立柱221的各个位置的立柱221的俯仰误差(挠曲角度)进行积分，可以计算出相对于立柱221的各个位置的直线度误差(挠曲量)。具体地，参数生成器43通过在立柱221的各位置处对预先存储在存储部41中的俯仰误差和由角度误差获取部42获取到的俯仰误差之间的差进行积分，计算各个直线度误差的变化量。注意，由于双轴测角仪31、32的初始角度用作基准角度，因此当立柱221的位置为0时直线度误差为0。结果，等式(1)的积分常数C为0。然后，参数生成器43通过将存储在存储部41中的直线度误差与直线度误差的变化量相加来生成直线度校正参数。校正部44基于由参数生成器43所生成的直线度校正参数来进行精确空间校正。图3是示出校正部44进行精确空间校正之前和之后的直线度误差的图形。在图 3中，纵轴表示直线度误差并且横轴表示立柱221的位置。与校正部44进行精确空间校正之前的直线度误差(由图3的正方形标记所示)相比，校正部44进行了精确空间校正之后的直线度误差(由图3的三角形标记所示)减小了。
精确空间校lH方法现在解释精确空间校正方法。图4是示出精确空间校正方法的流程图。当执行存储在存储部41中的校正程序时，如图4所示，控制器4执行以下的步骤Sl S3。当执行校正程序时，角度误差获取部42控制移动机构以使立柱221移动，并且获取俯仰误差(Si 角度误差获取步骤)。当通过角度误差获取步骤Sl已获取到俯仰误差时， 参数生成器43生成直线度校正参数(S2 参数生成步骤)。当通过参数生成步骤S2已生成直线度校正参数时，然后由校正部44进行精确空间校正(S3:校正步骤)。因而，控制器4 通过执行步骤Sl S3，生成直线度校正参数并且进行精确空间校正。这种典型实施例展现了以下效果。(1)三维测量仪器1配置有双轴测角仪31、32。参数生成器43通过在移动机构的各个位置处对由角度误差获取部42获取到的俯仰误差进行积分来生成直线度校正参数， 并且校正部44基于由参数生成器43所生成的直线度校正参数进行精确空间校正。因此， 即使当三维测量仪器1受到诸如使用环境的温度变动和由于时间经过而产生的变化等的因素的影响时，三维测量仪器1也可以进行考虑到直线度误差的变化的适当的精确空间校正。(2)参数生成器43可以通过将制造三维测量仪器1时产生的移动机构的直线度误差与直线度误差的变化量相加来生成直线度校正参数。因而，三维测量仪器1可以适当校正由于因加工等而产生的导轨212的小起伏所引起的移动误差以及由于因热膨胀系数差异而产生的导轨212的大起伏所引起的移动误差。典型实施例的变形例本发明不限于以上典型实施例，并且例如，本发明包括能够实现本发明目的的范围内的各种变形和改进。例如，在以上典型实施例中，移动机构由导轨212和立柱221构成并且沿着特定轴方向(Y轴方向)移动。作为替代，例如，移动机构可以由横梁222和滑动件223构成并且沿着X轴方向移动。注意，在这种情况下，可以将双轴测角仪分别安装至基座21的平面211和滑动件223。换言之，具有移动机构沿着特定轴方向移动的结构就足够了。在本典型实施例中，三维测量仪器1配置有两个双轴测角仪31、32，并且通过求出由双轴测角仪32检测到的角度和由双轴测角仪31检测到的角度之间的差来计算立柱221 相对于X轴和Y轴的角度误差。然而，例如，可以制成如下的结构当要由双轴测角仪31检测到的角度已知时，三维测量仪器1仅配置双轴测角仪32。换言之，可以制成具有以下的角度检测部件(角度检测器)的结构，该角度检测部件检测移动机构相对于与特定轴方向垂直的轴的角度，以使得角度误差获取部可以获取到移动机构的角度误差。在本典型实施例中，参数生成器43通过将直线度误差的变化量与存储在存储部 41中的直线度误差相加来生成直线度校正参数。然而，可以制成如下的结构参数生成器通过在移动机构的各个位置处对由角度误差获取部获取到的移动机构的角度误差进行积分来计算直线度误差，并然后基于所计算出的直线度误差生成直线度校正参数。在以上典型实施例中，例示出三维测量仪器1作为工业机器的例子，然而本发明可以应用于诸如轮廓测量仪器等的其它测量仪器，或者应用于诸如机床或机器人等的其它工业机器。换言之， 本发明适用于配置有基座、移动机构和控制器的任何工业机器。
权利要求
1.一种工业机器，包括移动机构，用于沿着特定轴方向移动；控制器，用于控制所述移动机构；以及角度检测器，用于检测所述移动机构相对于与所述特定轴方向垂直的轴的角度，其中，所述控制器包括角度误差获取部，用于基于在所述移动机构移动时检测到的所述角度，针对所述移动机构的各个位置获取所述移动机构的角度误差；参数生成器，用于通过在所述移动机构的各个位置处对所述角度误差进行积分来生成各个直线度校正参数，所述直线度校正参数用于校正所述移动机构在所述特定轴方向上的直线度误差；以及校正部，用于基于所述直线度校正参数来校正所述移动机构的移动误差。
2.根据权利要求1所述的工业机器，其特征在于，所述控制器还包括存储部，所述存储部用于存储所述移动机构的角度误差和所述移动机构的直线度误差，以及其中，所述参数生成器通过在所述移动机构的各个位置处对预先存储在所述存储部中的所述移动机构的角度误差和所述角度误差获取部获取到的所述移动机构的角度误差之间的差进行积分来计算各个所述直线度误差的变化量，并且通过将各个所述直线度误差的变化量与预先存储在所述存储部中的所述移动机构的直线度误差相加，来生成所述直线度校正参数。
3.根据权利要求1或2所述的工业机器，其特征在于，所述工业机器是配置有所述移动机构和所述控制器的测量仪器。
全文摘要
一种工业机器，包括移动机构，用于沿着特定轴方向移动；控制器，用于控制所述移动机构；以及角度检测器，用于检测所述移动机构相对于与所述特定轴方向垂直的轴的角度，其中，所述控制器包括角度误差获取部，用于基于在所述移动机构移动时检测到的角度，针对所述移动机构的各个位置获取所述移动机构的角度误差；参数生成器，用于通过在所述移动机构的各个位置处对所述角度误差进行积分来生成各个直线度校正参数，所述直线度校正参数用于校正所述移动机构在所述特定轴方向上的直线度误差；以及校正部，用于基于所述直线度校正参数来校正所述移动机构的移动误差。
文档编号G01B21/00GK102288141SQ201110167570
公开日2011年12月21日 申请日期2011年6月20日 优先权日2010年6月18日
发明者川村香苗, 町田信美, 福田满, 规矩智茂雄 申请人:株式会社三丰