空间精度校正方法和设备与流程

本发明涉及用于校正用于将移动体定位在预定的一组空间坐标处的定位机构中的定位误差的空间精度校正方法和设备。

背景技术：

传统上，已知用于将移动体定位在(移动至)空间中的预定坐标位置(空间坐标)处的定位机构。这种定位机构的示例可以包括：用于移动测量探测器以测量物体的形状的坐标测量机(cmm)、用于移动加工工具以对物体进行加工的机床以及用于将臂移动至预定位置的机器人等。

在这种定位机构中，移动体必须精确地定位在预定的一组空间坐标处，并且为了实现这一点，已经提出了如下的空间精度校正方法，其中，针对定位机构中的各轴，适当地校正平移误差、转动误差和轴之间的垂直度误差，并且降低了定位误差(例如，参见umetsu等人(2005)和德国专利102007004934的说明书)。umetsu等人描述的方法使用追踪型激光干涉仪，利用多点定位方法来进行空间精度校正。另外，德国专利102007004934中描述的方法将安装到cmm的z测杆的前端的后向反射器的位置改变到四个以上的场所，并使用cmm测量各场所中的后向反射器的位置。此外，与此同时，通过在cmm的测量范围内或位于其附近的追踪型激光干涉仪来测量到后向反射器的距离的变化。然后，基于这些测量值，利用多点定位方法来计算追踪型激光干涉仪的转动中心的位置和从追踪型激光干涉仪的转动中心到后向反射器的绝对距离。

这里，具体描述传统定位机构的空间精度校正方法。图7示出用于执行定位机构(在该示例中，描述了cmm10)的空间精度校正方法的空间精度校正设备。在图7中，空间精度校正设备90使用cmm10、追踪型激光干涉仪20和pc99。要校正cmm10的空间精度。

cmm10包括：z测杆102，其中测量探测器101被固定至z测杆102；x导轨103，其以使得能够沿x方向移动的方式保持z测杆102；以及柱104，其中x导轨103被固定至柱104并且柱104能够沿y方向移动。另外，虽然未在图中示出，但是cmm10还例如包括：y移动机构，其使柱104沿y轴方向移动；x移动机构，其使z测杆102沿x方向在x导轨103上移动；z移动机构，其使z测杆102沿z方向移动；以及各种标尺，其例如基于各移动机构的移动量来测量测量探测器101和z测杆102的空间坐标。在测量探测器101的前端处还安装后向反射器105。测量探测器101还可以被拆卸，并且后向反射器105安装在z测杆102的前端位置处。

追踪型激光干涉仪20安装在cmm10的测量范围内或其附近。追踪型激光干涉仪20追踪后向反射器105并测量从追踪型激光干涉仪20的转动中心m到后向反射器105的距离。

pc99是连接到cmm10和追踪型激光干涉仪20的计算机。pc99控制cmm10和追踪型激光干涉仪20，并且同时进行利用cmm10的坐标测量和利用追踪型激光干涉仪20的长度测量。

在该示例中，追踪型激光干涉仪20通常无法测量绝对距离。因此，使用德国专利102007004934中描述的方法，利用多点定位法来计算追踪型激光干涉仪的转动中心的位置m(下文中缩写为转动中心m)和从转动中心m到后向反射器105的绝对距离。然后，预设由追踪型激光干涉仪20获取到的测量长度值d，使得测量长度值d表示从转动中心m到后向反射器105的绝对距离。然而，在此时计算出的转动中心m的坐标(xm,ym,zm)和由追踪型激光干涉仪20获取到的测量长度值d的预设值是以校正之前的cmm10的精度求出的值，并不是非常准确的值。因此，当计算针对cmm10的空间精度校正参数bα(下文中缩写为校正参数bα)时，可以将校正常数作为未知量分别应用于各值，并且可以与校正参数bα一起计算出校正常数的最优解。

在上面描述的预设之后，变更后向反射器105的位置(下文中称为测量点x)且测量多个测量点x。然后，在此之后，变更触针偏移(后向反射器105相对于cmm10的z测杆102的前端的相对位置)和追踪型激光干涉仪的转动中心m的位置(追踪型激光干涉仪20的安装位置)，并且测量多个测量点x(总共几千个点)。在变更转动中心m的位置之后，并且在变更触针偏移之后，转动中心m的坐标和测量长度值d的预设值发生改变，因此再次进行预设。因此，每当转动中心m的位置发生改变以及每当触针偏移发生改变时，将不同的值应用于转动中心m的位置(xm,ym,zm)和测量长度值d的预设值。

在测量点x的测量中，同时测量由cmm10获取到的测量点x的测量值xcmm(xcmm,ycmm,zcmm)和由追踪型激光干涉仪20获取到的测量长度值d。此外，由于使用多点定位方法，因此追踪型激光干涉仪20的转动中心m改变到至少四个不同位置并且在至少四个不同位置处测量追踪型激光干涉仪20的转动中心m。然后，在所有测量点x的测量结束之后，根据测量数据(xcmm,d)来计算cmm10的校正参数。在校正参数的计算中，例如，如umetsu等人那样，将在几千个测量点x处测量的测量数据代入下面的表达式(1)和(2)中，准备几千个表达式(1)和(2)的联立方程，并且通过使用最小二乘法求解该方程来求出cmm10的校正参数bα。

[式1]

δp≡[δxδyδz]^t＝hbα…(1)

在表达式(1)中，δp≡(δx,δy,δz)^t是cmm10在各测量点x处获取到的测量值xcmm中的误差的矩阵，并且具体为后向反射器105的实际位置和测量值xcmm之间的误差。上标字符“t”表示转置矩阵。bα是由b样条函数表达的cmm10的校正参数的矩阵，b是b样条函数的基函数的矩阵，并且α是基函数的系数的矩阵。h是用于将校正参数bα转换为测量值xcmm的误差δp的矩阵，并且是由针对要校正的cmm10的机械结构和触针偏移信息配置的已知矩阵。此外，表达式(2)的左侧和右侧分别表达针对cmm10的测量值xcmm以及由追踪型激光干涉仪20的测量长度值d表达的从转动中心m到后向反射器105的距离。如在以上描述中所指出的，xm、ym和zm分别是在预设中测量的转动中心m的坐标的x、y和z分量。fd是测量长度值d的预设值的校正常数(下文中称为第一校正常数fd)，并且fxm、fym和fzm分别是转动中心m的坐标的校正常数fm(下文中称为第二校正常数fm)的x、y和z分量。第一校正常数fd和第二校正常数fm两者都是未知量，并且每当追踪型激光干涉仪的转动中心m的位置发生改变时以及每当触针偏移发生改变时，应用不同的校正常数。当求解表达式(1)和(2)的联立方程时，可以与校正参数bα一起求出这些校正常数。可以使用如上所述求出的校正参数bα来校正要校正的cmm10的空间精度。

非专利文献

measurementscienceandtechnology(测量科学与技术)16.12(2005)第2466-2472页的umetsukenta、ryosyufurutnani、sonkoosawa、toshiyukitakatsuji和tomizokurosawa.等人的“geometriccalibrationofacoordinatemeasuringmachineusingalasertrackingsystem(使用激光追踪系统对坐标测量机的几何校准)”。

在如上述的空间精度校正方法中，追踪型激光干涉仪20以转动中心m为基准点来测量长度。然而，当转动中心m的位置由于例如温度漂移或外部冲击而相对于cmm10的坐标原点偏移时，在追踪型激光干涉仪20的测量长度值d中可能包含由于转动中心m的位置偏移引起的误差。在这种情况下，通过上述德国专利102007004934或umetsu等人的方法，无法判断测量长度值d中是否包含上述误差，并且无法抑制转动中心m的位置偏移施加至测量长度值d的影响。因此，在包括该误差的情况下进行空间精度校正，这出现了不能进行高精度校正处理的问题。

技术实现要素：

本发明提供具有高校正精度的空间精度校正方法和设备。

根据本发明的空间精度校正方法是一种空间精度校正设备的空间精度校正方法，所述空间精度校正设备包括：定位机构，用于将移动体移动到预定的一组空间坐标，所述定位机构还具有安装到所述移动体的后向反射器；以及激光干涉仪，所述激光干涉仪具有基准点并测量从所述基准点到所述后向反射器的距离，所述方法使用所述激光干涉仪测量的测量长度值和所述定位机构测量的所述后向反射器的空间坐标的测量值来进行所述定位机构的空间精度校正。该方法包括测量步骤，其中将后向反射器移动按顺序到多个测量点，并且获取各测量点处的测量长度值和测量值。在测量步骤中，在针对多个测量点中的各测量点测量了测量长度值和测量值之后，针对所测量的多个测量点中的至少一个进行至少一次重复测量。在针对经历所述重复测量的测量点重复测量的测量长度值中的误差等于或大于预定阈值的情况下，再次测量多个测量点。

在该示例中，例如，可以通过针对经历了重复测量的测量点所获取到的多个测量长度值中的最大值和最小值之间的差来求出重复误差。在本发明中，在针对多个测量点测量了测量值和测量长度值之后，对被测量的测量点中的至少一个进行重复测量。然后，判断经历了重复测量的测量点的重复误差是否是等于或大于预定阈值。在判断为重复误差等于或大于阈值的情况下，针对多个测量点再次进行测量。在重复误差等于或大于阈值的情况下，激光干涉仪的位置(基准点的位置)可能由于温度漂移或外部冲击而移动，并且误差包含在测量长度值中。在这种情况下，存在误差包含在经历了重复测量的测量点之前的测量点中的可能性。在基于进行重复测量之前的测量值来计算校正参数的情况下，无法进行高精度校正。与此相对，在本发明中，在重复误差等于或大于阈值的情况下，对多个测量点再次进行测量。因此，可以针对各测量点获取到适当的测量长度值，并且可以计算高精度的校正参数。

在根据本发明的空间精度校正方法中，优选地，在测量步骤中，将多个测量点划分为多个测量线，并且在属于各测量线的所有测量点的测量长度值和测量值的测量结束之后，对属于该测量线的至少一个测量点进行至少一次重复测量。

在本发明中，将多个测量点划分为包括例如预定数量ka个测量点的多个测量线，并且针对各测量线进行重复测量。在这种情况下，与再次测量所有多个测量点的情况相比，可以快速获取到针对各测量点的适当测量值和测量长度值。

在根据本发明的空间精度校正方法中，优选地，该方法包括参数计算步骤，其中基于测量值、测量长度值和激光干涉仪的基准点的坐标来计算定位机构的空间精度校正的校正参数。在参数计算步骤中，优选通过针对各测量线、将第一校正常数应用于测量长度值并将第二校正常数应用于基准点的坐标来计算校正参数。

第一个校正常数是用以校正测量长度值的常数，并且第二校正常数是用以校正激光干涉仪的基准点坐标的位置偏移的常数。在本发明中，在参数计算步骤中，将针对各测量线分别不同的第二校正常数应用于各测量点的激光干涉仪的基准点坐标，并且将针对各线分别不同的第一校正常数应用于测量长度值。在这种情况下，例如，将针对各测量点的测量值和测量长度值代入上述表达式(1)和(2)中并准备联立方程，并且可以通过求解联立方程来同时求出第一校正常数和第二校正常数以及校正参数bα的适当值。在这种情况下，例如，在测量期间激光干涉仪的基准点(例如，德国专利102007004934中描述的追踪型激光干涉仪的转动中心m)的位置偏移逐渐增加的情况下，应用针对各测量线分别不同的第一校正常数和第二校正常数，因此，可以抑制影响，并且可以计算高精度的校正参数。

在本发明的空间精度校正方法中，优选地，经历重复测量的至少一个测量点包括在测量线上初始测量的测量点。在本发明中，当进行重复测量时，包括所测量的初始测量点作为用于重复测量的测量点。在多个测量点的测量期间追踪型激光干涉仪的位置由于温度漂移或外部冲击而偏移时，在初始测量的测量点处的重复测量的测量长度值始终与重复测量前的测量长度值不同。因此，通过使初始测量的测量点经历重复测量，可以容易且快速地判断是否应该针对多个测量点再次进行测量。

根据本发明的空间精度校正方法，在重复测量中，优选地，以与最近测量的多个测量点的测量相反的顺序测量多个测量点。在本发明中，当进行重复测量时，以与最近测量的多个测量点的测量相反的顺序进行测量。因此，当测量长度值由于例如温度漂移等而逐渐增加或减小时，例如，通过求出重复测量的各测量点处的测量长度值与各最近测量点的测量长度值之间的最小二乘值，可以抵消温度漂移的影响。另外，当在进行重复测量期间发生温度漂移时，与通过沿与最近测量点的方向相同的方向移动各测量点来获取测量长度值的情况相比，通过以相反的顺序移动测量点来获得测量长度值的情况产生更大的重复误差。例如，按从测量点x1到测量点xka的顺序进行测量，并且在重复测量中按从测量点xka到测量点x1的顺序进行测量，当发生温度漂移时，x1处的重复测量期间的测量长度值和最近测量长度值之间的差(重复误差)增加。因此，可以适当地判断是否针对各测量点再次进行测量，即，判断在测量长度值中是否包括由于转动中心m的移动而引起的误差，并且可以进行高精度的空间精度校正。

在根据本发明的空间精度校正方法中，在进行测量步骤之前，优选地，包括对多个测量点进行多次重复测量的初步测量步骤，并且基于在初步测量步骤中多个测量点的重复测量中的误差的标准偏差来计算阈值。在本发明中，在主测量之前进行初步测量步骤，并且重复测量针对各测量点的测量长度值。然后，基于重复测量中的重复误差的标准偏差来定义阈值(例如，将标准偏差的三倍的值设置为阈值)。在这种情况下，与使用预定阈值的情况相比，可以根据测量环境来设置最适当的阈值。

根据本发明的空间精度校正设备包括：定位机构，用于将移动体移动到预定的一组空间坐标，所述定位机构还具有安装到所述移动体的后向反射器并且使得能够测量后向反射器的空间坐标的坐标值；激光干涉仪，其具有基准点并测量作为从所述基准点到所述后向反射器的距离的测量长度值；以及控制装置，其连接到定位机构和激光干涉仪。控制装置将后向反射器按顺序移动到多个测量点，并且获取各测量点处测量的测量长度值和测量值。在针对多个测量点中的各测量点测量了测量长度值和测量值之后，针对所测量的多个测量点中的至少一个进行至少一次重复测量，并且在来自针对重复测量的测量点的重复测量的测量长度值的误差等于或大于预定阈值的情况下，再次测量多个测量点。在本发明中，与上述发明相同，在重复误差等于或大于阈值的情况下，对多个测量点再次进行测量。因此，可以针对各测量点获取适当的测量长度值，并且可以计算高精度的校正参数。

附图说明

在以下的详细说明中，通过本发明的典型实施例的非限制性示例的方式参考所述的多个附图来进一步说明本发明，其中在附图的几个视图中，相同的附图标记表示相似的部件，并且其中：

图1示出根据第一实施例的空间精度校正设备的示意性结构；

图2是示出根据第一实施例的空间精度校正方法的流程图；

图3是示出第一实施例的测量处理的流程图；

图4示出根据第一实施例的测量点的典型测量顺序；

图5示出根据第三实施例的测量点的典型测量顺序；

图6示出根据第四实施例的控制装置的功能结构的示意图；以及

图7示出传统空间精度校正设备的示意性结构。

具体实施方式

这里所示的细节是举例，并且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得在实践中如何能够实现本发明的各种形式对于本领域技术人员而言是明显的。

在下文中，描述根据本发明的实施例的空间精度校正设备。图1示出根据本实施例的空间精度校正设备1的示意性结构。空间精度校正设备1包括cmm10、追踪型激光干涉仪20和控制装置30。在图1中，cmm10和追踪型激光干涉仪20具有与图7所示的传统示例相同的结构。具体地，cmm10与本发明中的定位机构或定位机等效，并且包括测量探测器101、固定测量探测器101的z测杆102、以使得能够沿x方向移动的方式保持z测杆102的x导轨103以及固定x导轨103并且能够沿y方向移动的柱104。另外，cmm10还包括均未在附图中示出的y移动机构、x移动机构、z移动机构和各种标尺。cmm10还通过将测量探测器101移动至具有预定空间坐标的位置来定位测量探测器101(移动体或移动器)，并且将所定位的测量探测器101的空间坐标测量为测量值xcmm。在本实施例中，通过控制y移动机构、x移动机构和z移动机构，使测量探测器101和固定测量探测器101的z测杆102沿xyz方向移动，从而构成本发明的移动体。此外，在构成移动体的测量探测器101的前端位置处安装用于反射来自追踪型激光干涉仪20的激光的后向反射器105。也可以将测量探测器101拆卸，并且将后向反射器105安装至z测杆102的前端位置。

追踪型激光干涉仪20与本发明中的激光干涉仪等效，并且安装在cmm10的测量范围内(例如，放置被测物的载物台106等)或其附近。虽然未在图中示出，但是追踪型激光干涉仪20例如包括用于发射激光的激光光源、用于将激光分离成测量光和参考光的光分离器、用于接收作为参考光和由后向反射器105反射的激光(返回光)的合成的干涉光的光接收器、以及用于控制测量光(激光)的发射方向的两轴转动机构。另外，追踪型激光干涉仪20通过控制两轴转动机构来追踪后向反射器105，使得由后向反射器105反射的返回光的光轴与发射光的光轴一致。更具体地，两轴转动机构包括：水平转动机构，其使激光的发射方向以与z测杆平行的垂直轴为中心转动，并且沿水平方向扫描激光的发射方向；以及z转动机构，其使得以与垂直轴正交的水平轴为中心转动，并沿z方向扫描激光的发射方向。此外，垂直轴和水平轴之间的交叉点是追踪型激光干涉仪20的转动中心m，并且在本发明中用作基准点。追踪型激光干涉仪20使用参考光和来自后向反射器105的返回光之间的干涉来测量从两轴转动机构的转动中心m到后向反射器105的距离。由追踪型激光干涉仪20测量的距离被指定为测量长度值d。

控制装置30连接到cmm10和追踪型激光干涉仪20这两者。此外，控制装置30控制cmm10和追踪型激光干涉仪20，分别从cmm10获取后向反射器105的位置的测量值xcmm和来自追踪型激光干涉仪20的测量长度值d，并进行cmm10的空间精度校正处理。

具体地，控制装置30包括诸如个人计算机等的计算机，并且例如还包括由存储器等构成的存储部和由cpu(中央处理单元)等构成的计算器。此外，如图1所示，计算器检索并执行存储在存储部中的程序，并且控制装置30由此执行作为测量点控制器31、测量结果获取器32、误差判断器33和校正值计算器34等的操作。

测量点控制器31将后向反射器105移动到预定测量点x。在本实施例中，预先定义进行测量的多个测量点和测量点的测量顺序。在该示例中，在本实施例中，多个测量点被划分为包括预定数量ka的测量点的多个测量线，并且测量点控制器31按顺序测量属于测量线的各测量点，然后再次测量(重复测量)属于该测量线的测量点至少之一。

测量结果获取器32获取各测量点的测量结果。换句话说，测量结果获取器32例如使cmm10和追踪型激光干涉仪20同步，并且使得测量值xcmm和测量点x的测量长度值d同时被测量。还可以通过测量点控制器31使测量探测器101在测量点x处停止，并且可以大致同时对测量值xcmm和测量长度值d进行测量。

误差判断器33针对重复测量的测量点，计算重复测量出的测量长度值d和(重复测量之前)初始测量出的测量长度值d之间的差(重复误差δdc1)，并判断重复误差δdc1是否超过阈值s。校正值计算器34基于由测量结果获取器32获取到的测量值xcmm和测量长度值d来计算校正参数bα。稍后描述测量点控制器31、测量结果获取器32、误差判断器33和校正值计算器34的详细处理。

空间精度校正方法

在下文中，描述由空间精度校正设备1进行的空间精度校正方法(空间精度校正处理)，其中计算用于校正cmm10的空间坐标的校正参数。在根据本实施例的空间精度校正处理中，变更追踪型激光干涉仪20的转动中心m的位置(追踪型激光干涉仪20的安装位置)和触针偏移(后向反射器105相对于z测杆的相对位置)，并且获取针对多个测量点x的测量值xcmm和测量长度值d，并且计算校正参数bα。在该示例中，本实施例被描述为具有表示触针偏移的指定为n的变量(其中n是从1至nmax的整数，并且初始值是n＝1)以及表示追踪型激光干涉仪20的转动中心m的位置的指定为m的变量(其中m是从1至mmax的整数，并且初始值是m＝1)。

图2是示出根据本实施例的空间精度校正处理(空间精度校正方法)的流程图。在根据本实施例的空间精度校正处理中，首先，将追踪型激光干涉仪20的转动中心m的位置设置成第m个安装位置(步骤s1)。将触针偏移(后向反射器105的位置)设置成第n个偏移模式的位置(步骤s2)。在步骤s1和s2中，操作者可以例如手动变更后向反射器105的安装位置和追踪型激光干涉仪20的安装位置，或者后向反射器105的安装位置和追踪激光干涉仪20的安装位置可以被自动变更。例如，可以使用能够使用电驱动器变更触针的取向的电动探测器作为测量探测器101，并且后向反射器105相对于z测杆102的相对位置可以通过由控制装置30执行的控制来移动。另外，追踪型激光干涉仪20可以由能够相对于xyz方向移动的可移动臂保持，并且追踪型激光干涉仪20的安装位置可以通过经由控制装置30执行的控制来控制可移动臂而设置到预定位置。此后，控制装置30针对多个测量点x进行测量值xcmm和测量长度值d的测量处理(测量步骤)(步骤s3)。

图3是示出根据本实施例的针对多个测量点x的测量值xcmm和测量长度值d的测量处理的流程图。在步骤s3的测量处理中，与传统的空间精度校正处理相同，进行如下的第一预设：定义追踪型激光干涉仪20的转动中心m的位置和从转动中心m到后向反射器105的绝对距离(步骤s11)。在步骤s11中，如在德国专利102007004934的说明书中和umetsu等人(2005)那样，例如，使用多点定位方法来计算转动中心m的坐标和从转动中心m到后向反射器105的绝对距离，并且进行预设以使得通过追踪型激光干涉仪20所获取到的测量长度值d等于从转动中心m到后向反射器105的绝对距离。

接着，控制装置30控制cmm10，将后向反射器105移动至多个测量点x，并针对各测量点x进行利用cmm10的测量和利用追踪型激光干涉仪20的长度测量。对于这些测量，控制装置30首先将表示测量线的变量a设置为初始值(a＝1)(步骤s12)，然后将表示属于各测量线的测量点x的变量a设置为初始值(a＝1)(步骤s13)。变量a是从1至amax的整数，并且“测量线la”表示第a个测量线l。此外，变量a是从1至ka的整数，测量点xa表示测量线上第a个测量的测量点x。包括在测量线l中的测量点x的数量ka对于各个测量线l可以是不同的值，或者对于各个测量线l可以是相同的值。

此外，测量点控制器31控制cmm10并将后向反射器105移动到测量线la上的测量点xa(步骤s14)。测量结果获取器32利用cmm10和追踪型激光干涉仪20测量测量线la上的测量点xa，并分别获取由cmm10测量到的测量值xcmm和由追踪型激光干涉仪20测量到的测量长度值d(步骤s15)。在步骤s15中，可以使cmm10和追踪型激光干涉仪20同步，并且可以同时获取测量值xcmm和测量长度值d；还可以使后向反射器105停止在与测量点xa相对应的位置，并且可以按顺序执行利用cmm10的测量和利用追踪型激光干涉仪20的测量。

此后，测量点控制器31判断变量a是否等于ka(步骤s16)。具体地，测量点控制器31判断属于测量线la的全部(ka个)测量点x的测量是否已经结束。在测量点控制器31在步骤s16中判断为“否”的情况下，向变量a加1(步骤s17)，并且处理返回到步骤s14。即，连续测量属于测量线la的从a＝1到a＝ka的ka个点处的测量点x。例如，在图4的示例中，数量k1个测量点x属于测量线l1，并且按测量点x1、测量点x2、测量点x3、...测量点xk1-1和测量点xk1的顺序测量测量值xcmm和测量长度值d。

另一方面，在测量点控制器31在步骤s16中判断为“是”的情况下，测量点控制器31将后向反射器105移动到测量线la上的预定测量点xca(步骤s18)。然后，测量结果获取器32进行利用追踪型激光干涉仪20的测量点xca处的重复测量(步骤s19)。在本实施例中，进行重复测量的待测量的测量点xca是测量点x1。换句话说，在测量线la上，测量点控制器31将后向反射器105移动到初始测量的测量点x1的位置，并利用追踪型激光干涉仪20对测量点x1进行测量。因此，如图4所示，当测量线l1上的测量点xk1的测量结束时，不测量测量线l2上的测量点x1，而是重复针对测量线l1上的测量点x1的测量长度值d的测量。步骤s19中的重复测量的测量次数可以是一次，也可以是两次或更多次。即使在步骤s19中进行一次测量，也利用步骤s15和s19中的测量总共进行了两次针对测量点xca的测量。

接着，误差判断器33基于步骤s19中的重复测量的测量结果来判断重复误差δd是否等于或大于预定阈值s(步骤s20)。具体而言，误差判断器33从通过步骤s19中所获取到的一个或多个测量长度值至少之一以及通过步骤s15中的测量所获取到的测量长度值d中提取最大测量值dmax_ca和最小测量值dmin_ca。然后，误差判断器33判断重复误差δdca(＝dmax_ca–dmin_ca)是否大于或等于预定阈值s。

在误差判断器33在步骤s20中判断为“是”(δdca≧s)的情况下，处理返回到步骤s13。换句话说，测量点控制器31控制cmm10并将后向反射器105移动到测量线la上的初始测量点x1，并再次测量从测量点x1到测量值xka的测量值xcmm和测量长度值d。因此，重复属于测量线la的各测量点x的测量，直到在步骤s20中判断为δdca＜s为止。

另一方面，在测量点控制器31在步骤s20中判断为“否”(δdca＜s)的情况下，测量点控制器31判断变量a是否等于amax(步骤s21)。在测量点控制器31在步骤s21中判断为“否”的情况下，向变量a加1(步骤s22)，并且处理返回到步骤s13。具体而言，对属于下一测量线la的各测量点x进行测量，直到重复误差δdca小于阈值s为止。

在图4所示的示例中，针对测量线l1，利用步骤s13至步骤s17的测量，按从(i)至(iv)的顺序从测量点x1至xk1进行测量值xcmm和测量长度值d的测量。然后，如图4中的(v)所示，通过返回到测量点x1进行重复测量。在图4所示的示例中，所计算出的相对于测量线l1的重复误差δdc1小于阈值s。在这种情况下，如图4所示，在进行测量点x1的重复测量之后，不再次进行对测量点x1至xk1的测量，如(vi)所示，测量对象移动到测量线l2上的初始测量点x1，并且开始针对属于测量线l2的各测量点x的测量。

此外，与测量线l1相同，针对测量线l2，利用步骤s13至步骤s17的测量，按从(i)至(iv)的顺序从测量点x1至xk2进行测量值xcmm和测量长度值d的测量，之后在如(v)所示返回到测量点x1之后进行重复测量。在图4所示的示例中，所计算出的相对于测量线l2的重复误差δdc2等于或大于阈值s。在这种情况下如图4的(vi)至(ix)所示，在重复对测量点x1的测量之后，再次进行步骤s13至s17中的测量，并且再次测量从测量点x1至xk2的各测量点x的测量值xcmm和测量长度值d。此外，如(x)所示，再次进行测量点x1的重复测量和重复误差δdc2的判断。在重复误差δdc2被判断为小于阈值s的情况下，如(xi)所示，处理进入下一测量线l3。

然后，在测量点控制器31在步骤s21中判断为“是”，并且已经测量了所有测量线l中的所有测量点x的测量值xcmm和测量长度值d的情况下，针对触针偏移是第n个偏移模式并且追踪型激光干涉仪20的设置位置是第m个位置的情况的测量处理结束。

此后，控制装置30判断变量n是否等于nmax(步骤s4)，并且在控制装置30判断为“否”的情况下，向变量n加1(步骤s5)并且该处理返回到步骤s2。另外，在步骤s4中判断为“是”的情况下，控制装置判断变量m是否等于mmax(步骤s6)。在判断为“否”的情况下，向变量m加1，并将变量n设置为初始值1(步骤s7)，并且处理返回到步骤s1。然后，在步骤s6中，当判断为“是”的情况下，校正值计算器34使用测量值xcmm和测量长度值d并计算校正参数(步骤s8：参数计算步骤)。在步骤s8中，与传统的空间精度校正方法相似，控制装置30将通过步骤s3的测量处理所测量的几千个测量值xcmm(xcmm,ycmm,zcmm)和测量长度值d应用到下面给出表达式的(1)和(2)中，并生成几千个表达式(1)和(2)的联立方程。

[式2]

δp≡[δxδyδz]^t＝hbα…(1)

在表达式(1)中，δp≡(δx,δy,δz)^t是cmm10在各测量点x处获取到的测量值xcmm中的误差的矩阵，并且具体为后向反射器105的实际位置和测量值xcmm之间的误差。上标字符“t”表示转置矩阵。另外，bα是由b样条函数表达的cmm10的校正参数的矩阵，b是b样条函数的基函数的矩阵，并且α是基函数的系数的矩阵。h是用于将校正参数bα转换为cmm10的误差δp的矩阵，并且由要校正的cmm10的机械结构和触针偏移信息配置成。在该示例中，cmm10的机械结构信息是由各个cmm10预先确定的值，并且触针偏移信息是由相对于在测量期间所设置的变量n的偏移模式预先确定的值。此外，表达式(2)的左侧和右侧分别表达针对cmm10的测量值xcmm以及由追踪型激光干涉仪的测量长度值d表达的从转动中心m到后向反射器105的距离。并且，xm、ym和zm分别是在预设中测量的转动中心m的坐标的x、y和z分量。第一校正常数fd是测量长度值d的预设值的校正常数。并且，fxm、fym和fzm分别是第二校正常数fm的x、y和z分量。第二校正常数fm是针对转动中心m的坐标的校正常数。第一校正常数fd和第二校正常数fm两者都是未知量，并且每当转动中心m的位置发生改变时以及每当触针偏移发生改变时，应用不同的校正常数。当求解表达式(1)和(2)的联立方程时，可以与校正参数bα一起求出这些校正常数。因此，校正值计算器34使得能够通过例如使用最小二乘法求解联立方程来求出cmm10的校正参数bα。

本实施例的优点

根据本实施例的空间精度校正设备1包括：cmm10，其是定位机构；追踪型激光干涉仪20，其安装在cmm10的测量范围内或其附近；控制装置30，其能够以与cmm10和追踪型激光干涉仪20通信的方式连接。在校正cmm10的空间坐标的空间精度校正处理中，控制装置30通过按顺序将后向反射器105移动到多个测量点x来在各测量点x处进行利用cmm10的测量值xcmm和利用追踪型激光干涉仪20的测量长度值d的测量步骤(测量处理)，其中后向反射器105设置在cmm10的测量探测器101的前端位置处。此时，控制装置30将多个测量点x划分为多个测量线la(a＝1～amax)。在针对属于测量线la的各测量点x的测量结束之后，针对属于测量线la的测量点x中的预定测量点xca的测量长度值d，进行重复测量。然后，判断在针对测量点xca进行重复测量的情况下的重复误差δdca是否等于或大于阈值s。在重复误差等于或大于阈值s的情况下，再次测量属于测量线la的各测量点x的测量值xcmm和测量长度值d。因此，在追踪型激光干涉仪20的位置由于温度漂移或外部冲击而移动的情况下实现了δdca≧s，因此再次进行各测量点x的测量。因此，可以获取到各测量点x的适当测量值xcmm和测量长度值d，并且可以在空间精度校正中精确地计算出校正参数bα。

另外，每当针对属于对多个测量点进行划分所得到的测量线la的数量ka个测量点x的测量结束时，进行针对属于测量线la的测量点xca的重复测量。在这种情况下，例如，与在不设置测量线la的情况下进行所有测量点x的测量之后进行预定测量点x的重复测量的情况相比，可以快速获取到针对各测量点x的适当测量值和测量长度值。

在本实施例中，在属于测量线la的测量点x中，首先在测量线la上测量的测量点x1是进行重复测量的测量点xca。在步骤s14和s15中，在按顺序测量测量线la的各测量点x的测量值xcmm和测量长度值d的过程中，追踪型激光干涉仪20可能由于温度漂移或外部冲击而移动。在这种情况下，初始测量的测量点x1的重复测量始终包括由于位置偏移而引起的重复误差。因此，通过进行对测量点x1的重复测量，可以快速且容易地判断出追踪型激光干涉仪20的位置是否由于温度漂移或外部冲击而移动。

第二实施例

接着，描述第二实施例。在以下描述中，与先前描述的部分相同的部分被分配相同的附图标记，并且省略或简化其描述。根据上述第一实施例，在步骤s8的参数计算步骤中，将在步骤s3中获取到的测量值xcmm和测量长度值d的值代入表达式(1)和(2)，并通过使用最小二乘法来计算校正参数。此时，在转动中心m的位置发生改变的情况下以及在触针偏移发生改变的情况下，将不同的校正常数应用于第一校正常数fd(测量长度值d的校正常数)和第二校正常数fm(转动中心m的坐标的校正常数)。与此相反，在第二实施例中，当转动中心m的位置发生改变时，除了在触针偏移发生改变的情况下，还在测量线la发生改变的情况下，将不同的校正常数分别应用于第一校正常数fd和第二校正常数fm，以计算校正参数，这点与第一实施例不同。

换句话说，第一实施例使得能够检测在从步骤s15中的初始测量的定时起、直到步骤s19中进行重复测量为止的时间段期间产生的转动中心m的位置的偏移。然而，例如，在转动中心的位置的偏移随着多个测量线la的测量而增加(或减少)的情况下，测量精度降低。有鉴于此，在第二实施例中，针对各测量线la，将第二校正常数fma应用于转动中心m的位置。另外，针对各测量线la，将第一校正常数fda应用于属于测量线la的各测量点x的测量长度值d。针对各测量线la，第一校正常数fda和第二校正常数fma分别设置有不同的值(常数)。

在进行与第一实施例相同的测量后，校正值计算器34将几千个测量值xxcmm(xcmm,ycmm,zcmm)和测量长度值d代入下面给出的表达式(1)和表达式(3)中，并生成几千个表达式(1)和(3)的联立方程。然而，fxma、fyma和fzma分别是第二校正常数fma的x、y和z分量。

[式3]

因此，校正值计算器34通过使用最小二乘法求解上述表达式(1)和(3)的联立方程来计算校正参数bα。此时，还同时计算出第一校正常数fda和第二校正常数fma的最优解。

在上述的本实施例中，即使在追踪型激光干涉仪20的位置在多个测量线的测量中由于温度漂移等而偏移的情况下，通过向各测量线la应用分别不同的校正常数fma和fda，也可以抑制偏移的影响，并且可以计算出高精度的校正参数。

第三实施例

接着，描述第三实施例。在上述第一实施例中，步骤s19中的重复测量的测量点xca是测量线la上的初始测量点x1。与此相对，第三实施例与上述第一实施例的不同之处在于，将属于测量线la的多个测量点x作为测量点xca进行测量。

图5示出根据第三实施例的典型的测量点的测量顺序。具体地，在本实施例中，针对重复测量的测量点xca是测量线la中包括的所有测量点x，并且测量沿与测量点的最近测量方向相反的方向进行。在图5所示的示例中，例如，数量ka个测量点x属于测量线la。在这种情况下，在步骤s15中，按照测量点x1、x2、x3、...、xka的顺序，即按如图5示出的箭头所示的(i)、(ii)、(iii)、...、(iv)的顺序，针对数量ka个测量点x进行测量。另一方面，在步骤s19的重复测量中，沿与步骤s15中的测量顺序相反的方向(测量点xka、xka-1、xka-3、...、x1的顺序)，即，按如图5中的箭头所示的(v)、(vi)、...、(vii)、(viii)的顺序进行测量。在进行多次重复测量的情况下，交替地进行反向测量和正向测量。误差判断器33计算针对多个测量点xca(在本实施例中，属于测量线la的所有测量点x)的各测量点的重复误差δdca，并在存在等于或大于阈值s的至少一个重复误差δdca的情况下再次进行测量。

这样，在属于测量线la的测量点x中，通过使多个测量点x用于重复测量，可以精确地判断出追踪型激光干涉仪20的位置偏移。此外，在重复测量期间，通过按与最近测量顺序反向的顺序测量各测量点，可以有效地抑制温度漂移的影响。换句话说，在重复测量期间和多个测量点x的测量期间发生温度漂移的情况下，通过各测量点x处的重复测量所获取到的测量值中同样可能包含误差。与此相对，例如，在正向和反向之间交替地进行各测量点x的测量的情况下，通过计算最小二乘值可以基本上抵消温度漂移的影响并且可以获取到接近于不存在温度漂移时的测量长度值。尽管在这种情况下仍然存在一些偏移误差，然而，如上述第二实施例中那样，通过对各测量线la应用校正常数fma和fda，可以减小偏移误差。

第四实施例

在上述第一实施例，误差判断器33使用预定阈值s来判断重复误差δdca是否为δdca≧s。与此相对，本实施例与第一实施例的不同之处在于，阈值s根据初步测量结果而改变。

图6示出根据第四实施例的控制装置的功能结构的示意图。与第一实施例相同，本实施例的控制装置30a用作测量点控制器31、测量结果获取器32、误差判断器33和校正值计算器34，并且还用作阈值定义器35。阈值定义器35基于进行针对各测量点x的测量长度值d的初步测量时的测量结果来定义阈值s。

具体地，在本实施例中，在步骤s3的测量处理中，在步骤s11的预设之后，在针对各测量点x的测量值xcmm和测量长度值d的测量(“主测量”)之前进行初步测量。在初步测量中，后向反射器105按属于任意测量线la的各测量点x(x1至xka)的顺序移动，并测量针对各测量点x的测量长度值d，并且还再次进行对测量线la的各测量点x的重复测量。在此之后，阈值定义器35计算针对各测量点x的重复误差δd并定义重复误差δd的标准偏差的三倍的值作为阈值s。

在上文中，描述了通过任意一个测量线la(诸如初始测量线l1)的初步测量来定义阈值s的示例。然而，可以针对多个测量线la进行该测量，并且可以进行对所有测量线la(a＝1～amax)的各测量点x的重复测量。在这种情况下，可以基于测量线l1的初步测量的结果来定义测量线l1的阈值s，并且可以针对各测量线定义不同的阈值s。此外，在上述初步测量中，描述了针对各测量点x进行初始测量和一次重复测量(获取两个测量长度值d)的示例。然而，通过进行更多次重复测量，可以基于根据至少三个以上的测量长度值d所计算出的重复误差δdca来定义阈值s。

在本实施例中，可以实现以下效果和优点。换句话说，在使用预定值作为阈值s的情况下，例如，阈值s对于cmm10或追踪型激光干涉仪20的操作环境或个体差异而言可能过小或过大。在阈值s过小的情况下，存在如下情况：即使在重复从步骤s12至步骤s20的处理多次之后，重复误差δdca不会变得等于或小于阈值s。在这种情况下，空间精度校正处理需要更长的时间。另一方面，在阈值s过大的情况下，包括在测量长度值d中的误差更大，并且高精度空间精度校正处理变得困难。作为响应，在本实施例中，进行各测量点x的初步测量，并且基于所述初步测量的结果，阈值定义器35可以根据cmm10或追踪型激光干涉仪20的操作环境或个体差异来定义最适当的阈值s。因此，可以改善如上所述使用预定的阈值s的不利情况，并且可以快速且高精度地进行空间精度校正处理。

变形例

此外，本发明不限于上述实施例，而可以包括不脱离本发明的目的的范围内的修改。例如，在第一实施例至第四实施例中，给出cmm10作为定位机构的示例，但是本发明不限于此。如上所述，可以采用通过使移动体移动来将移动体定位到预定的一组空间坐标的任何机构作为定位机构。例如，定位机构可以是具有用于在作为移动体的物体上切割、抛光或进行类似作业的加工工具的机床，其中机床将加工工具移动到预定的坐标位置。定位机构还可以是具有用于把持作为移动体的物体的把持臂的传送机器人，其中该传送机器人将被把持的物体传送到预定位置。

在上述实施例中，描述了如下示例：将多个测量点x划分为多个测量线la，并且每当测量线la的测量结束时，针对属于测量线la的至少一个测量点x进行重复测量。然而，本发明不限于此。例如，每当预定数量(例如两个)的测量线la的测量结束时，可以针对预定数量的测量线la中包括的测量点x进行重复测量。另外，与测量线la无关地、在测量完所有测量点x之后，可以进行所有测量点x中的至少一个测量点(例如，第一次测量的测量点x1)的重复测量。

在上述实施例中，给出了如下示例：属于测量线la的测量点x的数量(测量点数量ka)对于各测量线la是不同的值，但是属于各测量线la的测量点x的数量可以是相同的测量点数量ka。

在上述实施例中定义属于测量线la的测量点x的方法可以是任何方法。例如，距预设基准测量点的距离在预定值内的测量点可以包括在一个测量线la中。换言之，被定位成彼此靠近的测量点x可以包括在同一测量线la上。此外，当按顺序测量多个测量点时，可以以在预定的时间量内能够测量到的测量点来划分测量线la。具体地，在从测量开始起的预定第一时间t内测量到的多个测量点x是属于测量线l1的测量点x，以及在从第一时间t起的第二时间2t内测量到的测量点x是属于测量线l2的测量点x。此外，在这种情况下，测量线la的时间间隔不一定是恒定的。例如，在从测量开始起的第一时间t1内测量到的测量点x可以被指定为属于测量线l1的测量点x，以及从第一时间t1起、直到第二时间t2((t1≠t2-t1))为止测量到的测量点x可以被指定为属于测量线l2的测量点x。

在第一实施例中，属于测量线la的初始测量点x1用于重复测量，然而，待测对象可以是其它测量点x。然而，在进行重复测量的情况下，重复误差在测量线la的前半部分测量到的测量点x处变得最大。因此，作为用于重复测量的测量点x，优选地包括a＝1～a＝ka/2之间的测量点xa之一。另外，在第一实施例中，除了测量点x1之外，还可以将其它测量点x设置为用于重复测量的测量点xca。例如，在步骤s13至s17中，在按顺序测量各测量点x的测量值xcmm和测量长度值d的情况下，以奇数测量到的测量点x可以是用于重复测量的对象。

在上面描述的第二实施例，给出如下示例：将第一校正常数fda应用于各测量点x的测量长度值d，并且将第二校正常数fma应用于追踪型激光干涉仪20的转动中心m的坐标。然而，校正常数也可以仅应用于测量长度值d和转动中心m中的一个。例如，在仅将第一校正常数fda应用于测量长度值d的情况下，在上述给出的表达式(3)中，可以在将fxma、fyma和fzma设置为0的情况下来创建联立方程，以求出校正参数bα。

在第四实施例中，阈值定义器35使用在初步测量中进行的重复测量的结果来计算重复误差δd，并且将重复误差δd的标准偏差的三倍的值定义为阈值s。然而，本发明不限于此。例如，可以将重复误差δd的标准偏差的两倍的值定义为阈值s，并且还可以通过将预定值与标准偏差相加来获取该值。

在上述各实施例中，给出具有作为基准点的转动中心m的追踪型激光干涉仪20作为激光干涉仪的示例，但是本发明也可以采用不具有追踪功能的激光干涉仪。然而，每当测量点x被移动时，必须变更利用激光干涉仪测量距离的长度测量方向。因此，在这种情况下，优选地，在激光干涉仪的长度测量方向上(在直线上)定义多个测量点，并且一旦后向反射器105已经移动到各测量点，则测量测量值xcmm和测量长度值d。另外，长度测量方向优选地改变为多个方向，并且优选地针对各长度测量方向定义多个测量点x。

本发明可以用于诸如坐标测量机(cmm)、机床或机器人等的用于通过使移动体移动来将移动体定位至预定坐标位置的定位机构的空间精度校正。

注意，已提供的上述示例仅用于说明的目的，并且决没有被构造成对本发明的限制。尽管已参考典型实施例说明了本发明，但应当理解，这里已使用的词语是用于描述和说明的词语，而不是用于进行限制的词语。在没有背离本发明的各方面的精神和范围的情况下，可以在如当前陈述和修改的权利要求书的界限内进行改变。尽管这里已参考特定结构、材料和实施例说明了本发明，但本发明并不意图局限于这里所公开的细节；相反，本发明扩展至诸如处于所附权利要求书的范围内等的在功能上等同的所有结构、方法和用途。

本发明不限于上述实施例，并且可以在没有背离本发明的范围的情况下进行各种改变和修改。

相关申请的交叉引用

本申请要求2017年12月14日提交的日本专利申请2017-240065的优先权，在此通过引用明确包含其全部内容。