坐標測量機精度補償方法及裝置

《坐標測量機精度補償方法及裝置》是愛佩儀中測（成都）精密儀器有限公司於2012年7月31日申請的專利，該專利公布號為CN102768016A，公布日為2012年11月7日，發明人是劉寧、周姝。

《坐標測量機精度補償方法及裝置》採用雷射跟蹤法測量坐標測量機的實際運動軌跡，通過計算機比較測量所得的參數與設定的參數得出精度補償值，對坐標測量機進行補償。實現此方法的裝置包括坐標測量機、計算機、雷射跟蹤儀、靶標和兩根不同長度的適配桿。靶標通過適配桿安裝在坐標測量機的懸臂上，通過雷射跟蹤儀測量並記錄靶標的運動軌跡，得到坐標測量機的實際運行參數。使用長度不同的兩種適配桿，可以得出向量補償值，進而對坐標測量機進行更全面、更準確地精度補償。

2021年11月，《坐標測量機精度補償方法及裝置》獲得2020年度四川專利獎創新創業獎。

（概述圖為《坐標測量機精度補償方法及裝置》的摘要附圖）

基本介紹

• 中文名：坐標測量機精度補償方法及裝置
• 公布號：CN102768016A
• 公布日：2012年11月7日
• 申請號：2012102711723
• 申請日：2012年7月31日
• 申請人：愛佩儀中測（成都）精密儀器有限公司
• 地址：四川省成都市龍泉驛區經濟開發區南一段333號
• 發明人：劉寧、周姝
• 專利代理機構：成都虹橋專利事務所
• 代理人：劉世平
• Int.Cl.：G01B11/00(2006.01)I
• 類別：發明專利

專利背景

傳統的坐標測量機的誤差補償法是利用坐標測量機的自身的CAD模型預先設定若干個測量點，坐標測量機按照一定的路徑在測量點之間運行，當坐標測量機運行到各個測量點時，利用測量設備對每個軸分別進行數據採集，獲取誤差值，然後輸入計算機，計算機通過軟體計算出補償值，並進行誤差補償。這裡可以忽略測量設備自身的誤差，因為測量設備都是經過有關部門標定的，測量設備通常是使用雷射干涉儀，但是由於其中每一項參數都需要單獨採集，每次採集需要調整雷射干涉儀，並運行相應的測量步驟。如此，便耗費了大量的時間。而且由於每一項參數只能在某一個位置測量，不能夠完全表達空間任意點的誤差值，數據的準確性得不到保證。而且由於雷射干涉儀工作時間過長，熱漂移也會影響到數據採集的準確性。

發明內容

專利目的

《坐標測量機精度補償方法及裝置》所要解決的技術問題是提供一種坐標測量機精度補償方法，運用此方法可以快速、準確地標定坐標測量機的測量誤差並進行補償，操作時間短，受環境影響小，補償數據可靠性高。

技術方案

《坐標測量機精度補償方法及裝置》包括以下步驟：

步驟1）利用坐標測量機自身的CAD模型，設定若干個測量點，記錄每個測量點的坐標參數，並設定途徑每個測量點的運行路徑；

步驟2）將第一適配桿的一端與懸臂連線，並在所述第一適配桿的另一端安裝靶標；

步驟3）固定並啟動雷射跟蹤儀，調節雷射跟蹤儀的出光方向，使雷射束照射在所述靶標上；

步驟4）啟動坐標測量機，主機按照控制系統的輸出命令運行，使靶標按照步驟1）中設定的路徑運動，雷射跟蹤儀跟蹤靶標，並在每個測試點記錄雷射跟蹤儀與靶標之間的距離和雷射束偏轉的角度值；

步驟5）控制系統計算出各個測量點之間的設定距離值，得出數據組a1，輸入計算機；雷射跟蹤儀計算出靶標在各個測量點之間運行的測量距離值，得出數據組b1，輸入計算機；

步驟6）計算機比較數據組a1與數據組b1，計算出距離精度補償值，並反饋給控制系統進行補償。

雷射跟蹤儀始終跟隨靶標，實時採集靶標的坐標參數，所有測量點的參數一次性採集完成，減少調整次數，節省時間，而且由於測量時間短，測量環境相對變化小，雷射跟蹤儀受環境影響，尤其是溫度影響小，測量數據更準確。

為得到更全面的精度參數，還包括以下步驟：

步驟7）拆下第一適配桿，換裝第二適配桿，重複步驟3）和步驟4）；

步驟8）控制系統計算出各個測量點之間的設定向量值，得出數據組a2,輸入計算機；雷射跟蹤儀計算出靶標在各個測量點之間的測量向量值，得出數據組b2，輸入計算機； 步驟9）計算機比較數組據a2和數據組b2，計算出向量精度補償值，並反饋給坐標測量機進行補償。

通過使用兩根長度不同的適配桿，得出測量點之間的向量參數，既有距離值，又有角度值，補償數據更全面，對坐標測量機的補償更精確。

用於此坐標測量機精度補償方法的裝置，包括坐標測量機和計算機，所述坐標測量機包括主機和控制系統，在所述主機上設定有懸臂，還包括雷射跟蹤儀、靶標和第一適配桿；所述計算機分別與所述控制系統和雷射跟蹤儀連線，所述第一適配桿的一端與所述懸臂連線，另一端與所述靶標連線。

為實現步驟7）至步驟9），還包括第二適配桿，所述第二適配桿的長度與所述第一適配桿的長度不同。

改善效果

《坐標測量機精度補償方法及裝置》的有益效果是：本坐標測量機精度補償方法創造性的將雷射跟蹤技術運用在對坐標測量機的標定上，通過雷射跟蹤儀、靶標和兩根長度不同的適配桿測量出坐標測量機運動到空間內任意一點的位置誤差，並通過計算機運算得出精度補償數據。該方法比傳統標定方法的效率有顯著提高，並且獲得的數據更全面，更能反映真實狀況，補償方法也更科學，更精確。只需在初始點對雷射跟組儀和靶標進行校準，中間過程無需調整，所以標定時間短，溫度等環境因素對數據採集的誤差影響相對較少。

附圖說明

圖1是用於《坐標測量機精度補償方法及裝置》的裝置的結構示意圖。

權利要求

1.《坐標測量機精度補償方法及裝置》包括以下步驟：步驟1）利用坐標測量機自身的CAD模型，設定若干個測量點，記錄每個測量點的坐標參數，並設定途徑每個測量點的運行路徑；步驟2）將第一適配桿（7）的一端與懸臂（4）連線，並在所述第一適配桿（7）的另一端安裝靶標（6）；步驟3）固定並啟動雷射跟蹤儀（5），調節雷射跟蹤儀（5）的出光方向，使雷射束照射在所述靶標（6）上；步驟4）啟動坐標測量機，主機（1）按照控制系統（2）的輸出命令運行，使靶標（6）按照步驟1）中設定的路徑運動，雷射跟蹤儀（5）跟蹤靶標（6），並在每個測試點記錄雷射跟蹤儀（5）與靶標（6）之間的距離和雷射束偏轉的角度值；步驟5）控制系統（2）計算出各個測量點之間的設定距離值，得出數據組a1，輸入計算機（3）；雷射跟蹤儀（5）計算出靶標（6）在各個測量點之間運行的測量距離值，得出數據組b1，輸入計算機（3）；步驟6）計算機（3）比較數據組a1與數據組b1，計算出距離精度補償值，並反饋給控制系統（2）進行補償；步驟7）拆下第一適配桿（7），換裝第二適配桿，重複步驟3）和步驟4）；步驟8）控制系統（2）計算出各個測量點之間的設定向量值，得出數據組a2,輸入計算機；雷射跟蹤儀（5）根據此次測量得出的數據與數據組b1結合計算出各個測量點之間的測量向量值，得出數據組b2，輸入計算機；步驟9）計算機（3）比較數據組a2和數據組b2，計算出向量值精度補償值，並反饋給坐標測量機進行補償。

2.用於權利要求1所述坐標測量機精度補償方法的裝置，包括坐標測量機和計算機（3），所述坐標測量機包括主機（1）和控制系統（2），在所述主機（1）上設定有懸臂（4），其特徵在於：還包括雷射跟蹤儀（5）、靶標（6）和第一適配桿（7）；所述計算機（3）分別與所述控制系統（2）和雷射跟蹤儀（5）連線，所述第一適配桿（7）的一端與所述懸臂（4）連線，另一端與所述靶標（6）連線，還包括第二適配桿，所述第二適配桿與所述第一適配桿（7）的長度不同。

實施方式

如圖1所示，《坐標測量機精度補償方法及裝置》採用雷射跟蹤連續標定的方式。在懸臂4上安裝第一適配桿7和靶標6，雷射跟蹤儀5可以設定在主機1的基座上，也可以設定在地面或其他固定位置。

雷射跟蹤儀5和坐標測量機的控制系統2均與計算機3連線。靶標6能夠以自身的光束反射點為軸在X、Y、Z三個方向上轉動。雷射跟蹤儀5作為測量設備，和傳統方法使用的雷射干涉儀同樣，都不需要考慮自身的誤差，經過相關部門標定後，可以作為基準。當然，由於雷射跟蹤儀5自身的精度極高，和雷射跟蹤測量原理，雷射跟蹤儀5的擺放位置局限性小，雷射跟蹤儀5與靶標6之間距離的遠近不會影響測量精度。

通過控制系統2在坐標測量機的量程範圍內選取若干個測量點，並計算出最佳運行路徑，測量點的數量越多，標定和計算誤差值越準確，一般會設定200個測量點。固定好並啟動雷射跟蹤儀5後，調整雷射跟蹤儀5的出光方向，使雷射束照射到位於初始位置的靶標6上，並記錄此時雷射跟蹤儀5與靶標6之間的距離值和雷射束出光方向的角度值。啟動坐標測量機，主機1安裝控制系統2預先設定的路徑運行，靶標6在測量點之間運動時，雷射跟蹤儀5始終跟蹤靶標6，靶標6自動旋轉，保證在不同位置時都可以將雷射束反射回雷射跟蹤儀5。每到一個測量點，雷射跟蹤儀5都會測量並記錄雷射跟蹤儀5與靶標6之間的距離值和雷射束偏轉的角度值，並計算出兩個測量點之間的距離值，得出一個數據組b1。由於測量點的坐標參數是利用坐標測量機自身的CAD模型設定的，所以控制系統2可以計算出各個測量點之間設定的距離值，得出另外一個數據組a1，其實數據組a1在設定測量點時就已經得出。將兩組數據輸入計算機3，計算機3就可以通過軟體計算出設定距離值與測量距離值之間的差值，並得出坐標測量機的精度誤差值，計算機3根據切比雪夫多項式原理綜合分析得出的精度補償值，並反饋給控制系統2進行補償。

整個標定和測量過程一次性完成，而且雷射跟蹤儀5始終自動跟隨靶標6，中途不需要停機調整，確保了測量數據的連續性和準確性。而且相比於雷射干涉儀，雷射跟蹤儀5受溫度等環境因素的影響小，測量所得數據更加準確。採用此方法對坐標測量機進行精度補償，準確性和效率都大大提高。為得到更全面的數據，在測量完一組數據後，將第一適配桿7拆下，換裝第二適配桿，第二適配桿與第一適配桿7的長度不同。按照上述步驟重複測量一次，由於適配桿的長度發生變化，相當於所有測量點同時向某一個方向平移了同樣的距離，雷射跟蹤儀5根據此次測量得出的數據與數據組b1結合計算出各個測量點之間的測量向量值，得出數據組b2。控制系統2計算出各個測量點的設定向量值，得出數據組a2。將數據組a2和數據組b2輸入計算機3進行比較，即可得出向量精度補償值，反饋給控制系統2。第一適配桿7與第二適配桿的長度差越大，得出的向量精度補償值越準確。向量精度補償值可以更全面、更準確的反映出坐標測量機的精度水平，從而更精確地對坐標測量機進行精度補償和校正。

榮譽表彰

2021年11月，《坐標測量機精度補償方法及裝置》獲得2020年度四川專利獎創新創業獎。