一種三坐標測量機二維平臺誤差的高精度校正方法
2023-04-27 03:42:31
專利名稱：一種三坐標測量機二維平臺誤差的高精度校正方法
技術領域：
本發明屬於精密測量領域，尤其涉及一種三坐標測量機二維平臺誤差的高精度校正方法。
背景技術：
超精密加工技術的高速發展對相應的三維檢測設備的測量精度提出了更高的要求。三坐標測量機(Coordinate Measuring Machining, CMM)作為傳統的通用型高精度測量儀器，在工件形位誤差的檢測中有著不可替代的作用，並正朝著尺寸小型化以及納米級精度的方向發展。超精密三坐標測量機研究的關鍵是對其進行形位誤差測量與不確定度評定，進而保證其微納米級的測量精度。三坐標測量機是一個具有較多誤差源的複雜系統，國內外學者對其誤差修正方法進行了廣泛的研究。為實現測量誤差的高精度校正，必須準確得到測量機各個單項誤差。根據坐標測量機校準規範JJF1064-2010的要求，校準尺寸測量示值誤差時一般使用量塊或雷射幹涉儀(大型坐標測量機的補充測量使用雷射幹涉儀進行位置示值誤差測量)作為標準器。通過測量標準器上標記點的測量值與標準值之間的差異得出被標定的示值誤差，並進行擬合和補償，進而實現對待測坐標測量機的校正。但該方法使用一維標準檢具進行單項誤差檢測，耗時長、專用儀器及裝置造價昂貴、數據處理繁瑣。尤其是當待測的精密平臺為超大規模集成電路製造、高密度存儲設備加工以及光纖對接等超精密加工領域使用的納米級或者亞納米級超精密工作檯時，傳統的坐標測量機標定技術因無法找到更高精度的標準計量儀器而無法應用。
發明內容
本發明要解決的技術問題是利用精度等級較低的柵格板有效地分離出三坐標測量機的二維平臺誤差以及所使·用的柵格板標尺誤差，進而實現二維平臺的高精度校正。一種三坐標測量機二維平臺誤差的高精度校正方法如下:I)選用nXn的方形柵格板，η為自然數，將該柵格板固定在三坐標測量機平臺上，並且柵格方向與坐標測量機的X、y軸導軌運動方向對齊；2)以柵格板為基準建立坐標系，利用該三坐標測量機測得原始位姿狀態下對應柵格板上所有標記點中心位置的坐標數據M1 ；3)將柵格板相對於原始位姿分別沿X軸正、負方向各平移一個柵格距離，利用三坐標測量機分別測得柵格板上所有標記點中心位置的坐標數據M2和M3 ；4)將柵格板平移回步驟2)中的原始位姿，並將其分別相對原始位姿逆時針旋轉至90°、180°和270°位置，利用三坐標測量機分別測得對應柵格板上所有標記點中心位置的坐標數據為m4、m5、m6 ；5)將步驟2)到步驟4)中所測得的六組坐標數據Mp M2, M3> M4, M5和M6代入相應的六位姿誤差分離方程組，即:
權利要求
1.一種三坐標測量機二維平臺誤差的高精度校正方法，其特徵在於它的步驟如下: 1)選用nXn的方形柵格板，η為自然數，將該柵格板固定在三坐標測量機平臺上，並且柵格方向與坐標測量機的X、y軸導軌運動方向對齊； 2)以柵格板為基準建立坐標系，利用該三坐標測量機測得原始位姿狀態下對應柵格板上所有標記點中心位置的坐標數據M1 ； 3)將柵格板相對原始位姿分別沿X軸正、負方向各平移一個柵格距離，利用三坐標測量機分別測得柵格板上所有標記點中心位置的坐標數據M2和M3 ； 4)將柵格板平移回步驟2)中的原始位姿，並將其分別相對原始位姿逆時針旋轉至90°、180°和270°位置，利用三坐標測量機分別測得對應柵格板上所有標記點中心位置的坐標數據為M4、M5、M6 ； 5)將步驟2)到步驟4)中所測得的六組坐標數據W、M2、M3、M4、MjPM6代入相應的六位姿誤差分離方程組，即:~
全文摘要
本發明公開了一種三坐標測量機二維平臺誤差的高精度校正方法。利用精度要求低於或等於待測三坐標測量機二維平臺的剛性柵格板作為輔助測量裝置，並根據測得的六位姿狀態下坐標測量機上各個標記點的坐標，運用基於最小二乘法的自校正算法將待測二維平臺誤差以及所使用的柵格板標尺誤差從原始測量數據中分離出來，由此可實現對三坐標測量機二維平臺的高精度校正。本發明可有效地獲得待測的三坐標測量機二維平臺誤差，其測量精度可達到亞微米量級；同時該發明無需昂貴的專用高精度輔助裝置，具有較高的可靠性，為三坐標測量機二維平臺誤差提供了一種高精度的校正方法，並具有極高的實際應用價值。
文檔編號G01B21/00GK103234496SQ201310106750
公開日2013年8月7日 申請日期2013年3月28日 優先權日2013年3月28日
發明者王道檔, 郭天太, 鄒慧, 王福民, 劉維, 趙軍, 孔明 申請人:中國計量學院