CN102954776B - 具有用作底座或机座的混凝土块的测量机，以及补偿由该块的变形产生的测量误差的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及具有用作底座或机座的混凝土块的测量机、以及补偿由该块的变形产生的测量误差的方法。坐标测量机包括：用作底座或机座的混凝土块(1)；以及嵌入在所述块(1)或附接在其上且构造成检测所述块自身的变形的多个线性变形传感器(S1，…，S10)，用于补偿测量机的由所述变形产生的测量误差。

Description

具有用作底座或机座的混凝土块的测量机，以及补偿由该块 的变形产生的测量误差的方法

技术领域

本发明涉及具有用作底座或机座的混凝土块的测量机，以及涉及用于补偿由所述块的变形产生的测量误差的方法。

背景技术

坐标测量机在一些情况下包括用作底座的混凝土块。这特别发生在大尺寸测量机的情况中，例如举例而言龙门架测量机，其中柱状物被约束在底座上；或水平臂测量机(其常常设置有相互配合的两个臂)，其中供承载有测量臂的溜座在其上滑动的机座以静定或非静定方式被约束在底座上。

由于其低成本且易于生产，混凝土最近已经也被建议使用在较小尺寸测量机(例如桥型测量机)上，以取代由花岗石或铸铁制成的传统机座。

发明内容

本发明的目的在于提供一种测量机，该测量机配置有具有底座或机座功能的混凝土块，其中检测由载荷(工件或由机座支撑的测量机移动部件的重量)和材料的尺寸不稳定性随时间变化两者产生的该块的尺寸和/或几何变化，以便补偿由此产生的误差。

前述目的通过一种坐标测量机实现，该坐标测量机包括用作底座或机座的混凝土块，其特征在于，该坐标测量机包括嵌入在该块中或附接在其上并且构造成检测该块自身变形的多个线性变形传感器，用于补偿测量机的由所述变形产生的测量误差。

本发明还涉及一种用于补偿测量机的由用作测量机自身底座或机座的混凝土块的变形产生的误差的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

-将多个线性变形传感器嵌入所述块内或附接到其上；

-借助所述传感器来检测所述块的变形状态；以及

-通过基于的块的检测变形状态计算的校正数据来校正源自所述块的变形的测量误差。

附图说明

为了更好的理解本发明，下面借由非限定的实例并且参考附图描述某些优选实施例，在附图中：

图1是根据本发明获取的测量机的底座块的原理示意图；

图2是龙门架测量机的原理示意图，其采用了图1的底座块；

图3示出了双水平臂测量机的实施例的示例，其采用了图1的底座块；

图4、5、6、7和8分别示出了图1的块的相应变形模式；

图9示出了根据本发明的变形的底座块；以及

图10示出了根据本发明的进一步实施例的桥式测量机。

具体实施方式

参见图1，由1总体上表示用于测量机的底座块。

该块1由混凝土制成并且具有平行六面体形状，该块具有可用作测量面来定位待测工件的顶面3、以及底面4。作为矩形形状的面3和4具有主侧边5和副侧边6；块1具有比侧边5和6显著更小的厚度或深度7。

具有分别平行于主侧边5、次侧边6、以及块1的厚度或深度7的轴X、Y、Z的笛卡尔参考系统可与块1关联。

根据本发明，该块1设置有嵌入在构成块自身的材料中或附接在其表面的多个线性变形传感器S1，...，S10。

术语“线性传感器”此处用来表示沿着测量线延伸且构造成检测由沿着所述线的变形引起的长度差。

这些传感器因此基本上检测材料沿着测量线的平均变形。这些传感器S1，...，S10适宜由光纤干涉测量型传感器制成。例如，可以使用由SMARTEC SA(瑞士)销售的商标名称为SOFO的传感器。呈现为大体伸长管状的所述传感器利用通过测量光纤路径和参考光纤路径之间的不平衡性检测其自身两端之间的距离的原理。

传感器S1，...，S10连接到读取单元8，其因此接收并且处理这些传感器的信号，并且与测量机的控制单元(未示出)通信以便向所述控制单元提供与块1的变形相关的信号，并且，该信号可以常规方式用于补偿测量机的几何误差。

这些传感器的数量和位置可根据待检测的变形来改变。

在示出的使用十个传感器的例子中，其中的五个(S1，...，S5)嵌入在顶面3附近或附接在该顶面上，且另外五个(S6，...，S10)嵌入在底面4的附近或附接在该底面上。

传感器S1和S2沿着平行于X轴的方向沿着顶面3的主侧边5布置。传感器S3如图1所示沿着平行于Y轴的方向，例如在中心线附近相对于顶面3横向设置，或要么沿着其中一个副侧边6横向设置。传感器S4和S5相对于彼此成十字形布置并且相对于顶面3的侧边5、6以45°倾斜。

同样地，传感器S6和S7沿着平行于X轴的方向沿着底面4的主侧边5布置。传感器S8沿着平行于Y轴的方向相对于底面4横向布置。传感器S9和S10相对于彼此成十字形布置且相对于底面4的侧边5、6以45°倾斜。

该结构适于具有正方形或类似正方形的块，也就是，其中主表面的主侧边和副侧边具有相同大小的长度，并且其中假定变形的状态可认为沿着每个轴是一致的。

在块呈现明显伸长的形状的情况中，或者期望考虑沿着每个轴的变形变化时，必须使用更大量的传感器(例如，在长度方向上的两个或更多传感器和/或相互成十字形设置的很多传感器对)。例如，可以使用两组或更多组的上述类型的十个传感器。

在图2和图3中示出坐标测量机实施例的两个例子，其采用了上述类型的底座块1。

图2中示出的是龙门架型测量机9，其设置有沿着每个主侧边5限制到底座块1上的两排柱状物10a、10b。这些柱状物支撑设置有平行于X轴的导轨(未示出)的相应横梁11a、11b，沿着平行于Y轴的方向延伸的横向构件13的相应两端沿着横梁11a、11b滑动。在横向构件13上沿着平行于Y轴的方向可滑动的是溜座14，该溜座继而承载沿着平行于Z轴的方向可动且设计为设置有测量传感器(未示出)的测量柱15。

图3中示出的是双水平臂型测量机16，其设置有沿着底座块1的主侧边5延伸且以静定或静不定的方式限制在底座块1上的两个机座17a、17b。机座17a、17b的每个都设置有导轨(未示出)，用于供设置有相应竖直支柱19a、19b的相应溜座18a、18b分别沿着平行于X轴的方向的滑动。在支柱19a、19b上可沿着竖直方向(Z)滑动的是相应溜座20a、20b，这些溜座承载了沿着平行于Y轴方向延伸且沿着所述轴可滑动的相应测量臂21a、21b。

下面验证的是块1某些典型的变形模式，且对于这些变形模式中的每个，示出了如何使用传感器来检测这些变形。

1.纵向弯曲(在XZ平面内)

为了检测在纵向平面XZ(图4)内的弯曲，使用了位于块1的长侧边5附近的传感器S1，S2；S6，S7。可方便地在两个侧边上作出检测，沿着两个侧边，设置了测量机的移动单元的导轨(未示出)。

如果Δl₁，Δl₂，Δl₆，Δl₇是由对应传感器测量的长度变化，那么块的左边缘和右边缘的纵向曲率角θ_XZ-sx和θ_XZ-dx可通过下面等式计算：

θ_XZ-sx＝arctan[(Δl₁-Δl₆)/h] [1]

θ_XZ-dx＝arctan[(Δl₂-Δl₇)/h] [2]

其中h是每对传感器S1，S6和S2，S7之间的竖直距离。

在龙门架测量机中，该检测可用来补偿XZ平面内的滚动、俯仰和直线性。

在以静定方式限制在基座上的双臂测量机中可以实现在关于X轴的两个臂之间的角度补偿，可以从静止的点的具体布置来推导所述角度(对所述角度有可能通过三重轴的重新对准过程来补偿)。

2.横向弯曲(在YZ平面内)

为了检测在衡向平面YZ内的弯曲(图5)，采用了传感器S3和S8。任选地，除了在中间位置的单对传感器，也可使用沿着块1的相应副侧边延伸的两对传感器。

如果Δl₃，Δl₈是由相应的传感器测量的长度变化，块的横向曲率角θ_YZ可通过下面等式计算：

θ_YZ＝arctan[(Δl₃-Δl₈)/h] [3]

该测量可用在双水平臂测量机中用于补偿臂之间相对于X轴的角度误差(其可通过三重轴(triad)的重新对准过程而恢复)。

3.在块平面的弯曲(平面XY)

在块的平行于平面XY的中间平面中的弯曲再次使用传感器S1，S2；S6，S7来检测。弯曲角度θ_XY(图6)可通过下面等式计算：

θ_XY＝arctan[(Δl₁-(Δl₂)/d]＝arctan[(Δl₆-Δl₇)/d] [4]

其中d是每对传感器S1，S2和S6，S7之间的横向距离。

该测量可用于补偿XY平面内导轨的直线误差和在龙门型测量机和在具有以非静定方式支撑的机座的水平臂测量机中的偏航误差(其中，即，在XY平面中机座的变形可引起机座结构中的扭曲)。

4.关于X轴的扭转

关于X轴的扭转采用传感器S4、S5、S9和S10检测。扭转角度θ_t(图7)可由下述公式计算：

或者

该测量可用于补偿龙门测量机中的滚动误差和水平臂测量机中的两臂之间关于Y轴的角度误差(可能由通过三重轴的重新对准来恢复所述误差)。

5.在平面XY内的差动蠕变变形可再次采用传感器S4、S5、S9和S10检测。蠕变角度θ_p(图8)可通过下述公式来计算：

或者

该测量可用于补偿龙门测量机中X轴和Y轴之间的正交误差以及在水平臂测量机中沿着X的三重轴之间的相对滑动误差(有可能通过三重轴的重新对准来恢复所述误差)。

图9示出了本发明的变形，其中块1具有沿着X方向伸长的形状，其可例如出现在龙门测量机中。

在这种情况中，由于变形状态沿着X轴均匀的假定明显偏离于实际情况，因此可以使用沿着X轴沿着块1的每个主侧边相互对准的两个(或更多)传感器(S1，S11；S2，S12；S6，S16；S7，S17)，并且两个或更多对传感器设置为沿着块的每个主表面相对于彼此成十字形(S4，S5；S14，S15；S9，S10；S19，S20)。

在平面YZ中的弯曲可考虑为忽略的情况中，可以省略横向传感器S3。

图10示出了测量机21的桥，该桥设置有由混凝土制成的机座22，该基座承载用于测量机的主溜座25的导轨23、24。机座22的变形可通过与之前描述的相类似的传感器S1，S2，...，S10(未示出)系统来检测。

在之前描述的基础上，已经部分证明本发明提供了用于补偿来源于混凝土块的变形的测量误差的方法。

具体地，该方法包括以下步骤：

-将多个线性测量传感器嵌入在块内或附接在块上；

-借助传感器来检测块的变形状态(在操作期间，周期性地或连续地进行)；以及

-通过基于块的检测变形状态计算的校正数据来校正源自块的变形的测量误差。

一旦确定变形，误差的补偿可采用任何传统技术来补偿，例如基于用于测量机几何补偿的相同原理来补偿。

最后，清楚的是，可以对此处描述的测量机做出修改和变形，由此不脱离本发明的保护范围。

特别地，本发明还可应用于没有底座但设置有混凝土制成的地面上的机座的龙门架或(单个或双个)水平臂测量机。

传感器可以是不同类型的。

根据本申请，传感器的数量和布置可改变。

Claims (14)

1.一种坐标测量机，所述坐标测量机包括具有底座或机座功能的混凝土块(1)，其特征在于，所述坐标测量机包括嵌入在该块(1)内或附接在所述块上并且构造成检测所述块自身的变形的多个线性变形传感器(S1，…，S10)，用于补偿所述测量机的由所述变形产生的测量误差。

2.根据权利要求1所述的测量机，其特征在于，所述传感器(S1，…，S10)构造成检测沿着测量线的平均变形。

3.根据权利要求1所述的测量机，其特征在于，所述传感器具有沿一条线的伸长形状且检测其沿着所述线的距离变化。

4.根据权利要求1所述的测量机，其特征在于，所述传感器(S1，…，S10)是光纤干涉测量型传感器。

5.根据权利要求1所述的测量机，其特征在于，所述块具有平行六面体的形状，所述平行六面体的形状包括两个主表面，所述两个主表面是顶面(3)和底面(4)，所述传感器(S1，…，S10)布置在这两个主表面(3,4)附近或这两个主表面上。

6.根据权利要求5所述的测量机，其特征在于，所述测量机包括位于每个主表面(3,4)的各自纵向侧边附近的至少两对传感器(S1，S2；S6，S7)。

7.根据权利要求5所述的测量机，其特征在于，所述测量机包括相对于每个主表面(3,4)的纵向侧边(5)横向布置的至少一对传感器(S3，S8)。

8.根据权利要求5所述的测量机，其特征在于，所述测量机包括在每个主表面(3,4)上相对于彼此成十字形布置的至少两对传感器(S4，S5；S9，S10)，并且每个传感器均相对于主表面(3,4)的侧边(5,6)以45°倾斜。

9.根据权利要求1所述的测量机，其特征在于，所述测量机是龙门架型测量机，并且所述混凝土块(1)构成所述测量机的底座。

10.根据权利要求1所述的测量机，其特征在于，所述测量机是水平臂类型测量机，并且所述混凝土块(1)构成所述测量机的底座。

11.根据权利要求1所述的测量机，其特征在于，所述测量机是桥式测量机，并且所述混凝土块构成所述测量机的设置有导轨(23,24)的机座(22)。

12.一种用于补偿测量机的由混凝土块(1)的变形产生的误差的方法，该混凝土块具有作为测量机自身的底座或机座的功能，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

-将多个线性变形传感器(S1，…，S10)嵌入所述块(1)内或附接在所述块上；

-借助所述传感器(S1，…，S10)来检测所述块(1)的变形状态；以及

-通过基于检测到的所述块(1)的变形状态计算出的校正数据，来校正源自所述块(1)的变形的测量误差。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述检测所述块(1)的变形状态的步骤在所述测量机的操作期间周期性地执行。

14.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述检测所述块(1)的变形状态的步骤在所述测量机的操作期间连续地执行。