CN110243322A - 测量装置 - Google Patents

Abstract

一种座标测量机(CMM)(1)包括：测量工件W的探针(40)；移动体(21)，其在支撑探针(40)的同时从驱动器(32)接收驱动力时移动；位置检测部(843)，其在移动体(21)移动的同时探针(40)测量工件W时检测移动体(21)的位置；位移获取部(844)，其基于检测传感器(50)的检测结果，获取移动体(21)移动时探针(40)的位移量；以及测量值获取部(845)，其基于由位置检测部(843)检测到的移动体(21)的位置和由位移获取部(844)获取的探针(40)的位移量来获取工件W的测量值。

Description

测量装置

技术领域

本发明涉及一种用探针测量待测物体的测量装置。

背景技术

作为测量装置，已经使用座标测量机(CMM)，其测量待测物体的坐标等，例如通过在三个正交轴的方向上移动探针(参见日本未审查专利出版号2012-002715)。在该测量装置中，探针由移动体支撑，移动体在三个正交轴的方向上移动。此外，测量装置通过在探针接触待测物体时检测移动体的位置来测量待测物体的坐标等。

发明内容

本发明要解决的问题

上述移动体在接收驱动力时移动，在其移动时可能变形。例如，当移动体移动以利用探针执行扫描测量时，由于接收驱动力引起的移动体的加速，可能发生移动体的弹性变形。如果移动体变形，则移动体支撑的探针的位置可能改变，从而导致测量值(比如待测物体的坐标)的误差。

本发明着眼于这一点，并且本发明的目的是即使探针由于移动体的变形而位移，也能够以高精度获得测量值。

解决问题的手段

根据本发明第一方面的测量装置包括：测量待测物体的探针；移动体，其在支撑探针的同时从驱动源接收驱动力时移动；位置检测部，其在移动体移动的同时探针测量待测物体时检测移动体的位置；位移获取部，其基于设置在移动体中的检测传感器的检测结果，获取在移动体移动的同时由于移动体的变形而引起的探针的位移量；以及测量值获取部，其基于由位置检测部检测到的移动体的位置和由位移获取部获取的探针的位移量来获取待测物体的测量值。

而且，移动体在接收到驱动力时可以移动和加速，并且当移动体移动和加速时，位移获取部可以获取由于移动体的变形而引起的探针的位移量。

而且，移动体可以具有支撑探针的杆状支撑构件，并且当支撑构件移动和加速时，位移获取部可以获取由于支撑构件的变形而引起的探针的位移量。

而且，支撑构件可以沿轴向方向在其第一端处支撑探针，在接收到驱动力时，移动体可以使支撑构件移动和加速，同时沿轴向方向保持支撑构件的第二端，并且当支撑构件移动和加速时，位移获取部可以获取由于支撑构件的偏转而引起的探针的位移量。

而且，测量值获取部可以通过使用位移获取部获取的探针的位移量，通过校正由位置检测部检测到的移动体的位置来获取待测物体的测量值。

测量装置还可以包括用作检测传感器的加速度传感器，其在移动体移动时检测支撑构件的加速度并且设置在支撑探针的支撑构件上，其中位移获取部可以基于由加速度传感器检测到的加速度来获取由于移动体的变形而引起的探针的位移量。

而且，位移获取部可以通过对由加速度传感器检测到的加速度进行积分来获取由于移动体的变形而引起的探针的位移量。

而且，基于(i)表示支撑构件的加速度与探针的位移量之间的对应关系的对应信息和(ii)由加速度传感器检测到的加速度，位移获取部可以获取由于移动体的变形而引起的探针的位移量。

而且，移动体可以包含多个移动构件，所述移动构件在彼此垂直的方向上移动，并且加速度传感器可以设置在支撑探针的多个移动构件之一的支撑构件上。

而且，移动体可以包含多个移动构件，所述移动构件在彼此垂直的方向上移动，加速度传感器设置在多个移动构件中的每一个上，并且位移获取部获取由于每个移动构件的变形而引起的探针的位移量。

而且，测量装置还可包括用作检测传感器的变形量检测传感器，其在移动体移动时检测移动体的变形量，其中位移获取部可以基于由变形量检测传感器检测到的变形量来获取由于移动体的变形而引起的探针的位移量。

而且，移动体可以包含用于在三个正交轴的方向上移动的多个移动构件，其中变形量检测传感器设置在多个移动构件中的驱动源侧上的移动构件上。

而且，基于(i)表示移动体的变形量与探针的位移量之间的对应关系的对应信息和(ii)由变形量检测传感器检测到的变形量，位移获取部可以获取由于移动体的变形而引起的探针的位移量。

而且，测量装置还可包括用作检测传感器的位置检测传感器，其检测支撑构件的位置并且设置在支撑探针的支撑构件上，其中位移获取部可以基于位置检测传感器的检测结果来获取探针的位移量。

发明效果

根据本发明，实现了即使探针由于移动体的变形而引起位移也能够以高精度获得测量值的效果。

附图说明

图1是示出根据本发明第一实施例的座标测量机(CMM)1的示意性配置的框图。

图2是用于示出测量机器主体2的配置的示例的透视图。

图3A和3B各自是用于示出由于移动体21的变形而引起的探针40的位移状态的示意图。

图4是用于说明设置在移动体21中的加速度传感器50A的示意图。

图5是用于说明变型例1的示意图。

图6是用于说明变型例2的示意图。

图7是示出3D测量装置1的配置的变型示例的框图。

具体实施方式

<座标测量机(CMM)的配置>

将参照图1和图2描述根据本发明第一实施例的座标测量机(CMM)的配置。

图1是示出根据本发明第一实施例的座标测量机(CMM)1的示意性配置的框图。图2是用于示出测量机器主体2的配置的示例的透视图。如图1所示，座标测量机(CMM)1包括测量机器主体2、运动控制器7和主计算机8。

如图1和图2所示，测量机器主体2包括基座10、移动机构20、驱动机构30、探针40和检测传感器50。测量机器主体2测量放置在基座10上的工件W，如图2所示，其中探针40由移动机构20移动。

基座10形成为矩形板状，如图2所示。基座10具有放置表面11，其上放置作为待测物体的工件W。在基座10的沿X轴方向的第一端上，沿Y轴方向设置引导部12。引导部12引导移动机构20(具体地，移动机构20的柱22)沿Y轴方向的移动。

移动机构20是在支撑探针40的同时使探针40在测量空间内移动的机构。移动机构20包括在测量空间内沿三个正交轴(X轴、Y轴和Z轴)的方向移动的移动体21(图1)。移动体21设置成门形，以跨在基座10上，如图2所示。移动体21包括多个移动构件，用于沿三个正交轴的方向移动。具体地，移动体21包含柱22、梁23、滑块24、压头25和立柱26。

柱22设置成竖立在引导部12上。柱22可通过驱动机构30的驱动部件32(图1)在引导部12上沿Y轴方向移动。当测量开始时，移动体21由驱动柱22的驱动部件32加速。

梁23设置成沿X轴方向延伸。梁23在纵向方向上的第一端由柱22支撑，梁23在纵向方向上的第二端由立柱26支撑。梁23与柱22一起沿Y轴方向移动。

滑块24由梁23可移动地支撑，并且沿Z轴方向形成为管状。滑块24可通过驱动部件32在梁23上沿X轴方向移动。

压头25插入滑块24的内部，并与滑块24一起沿X轴方向移动。而且，压头25可通过驱动部件32在滑块24中沿Z轴方向移动。在该实施例中，压头25对应于支撑探针40的杆状支撑构件。压头25沿轴向方向在压头25的第一端支撑探针40。压头25可与滑块24一起沿X轴方向移动，而滑块24沿轴向方向保持压头25的第二端。而且，压头25可与梁23一起沿Y轴方向移动。

驱动机构30通过驱动移动体21使探针40沿X轴、Y轴和Z轴方向移动。如图1所示，驱动机构30具有驱动部件32和标度传感器34。

驱动部件32具有驱动源，例如电动机等，并使移动体21的柱22、梁23、滑块24和压头25移动。应当注意，驱动部件32包括X轴驱动器、Y轴驱动器和Z轴驱动器，并且可以分别在X轴、Y轴和Z轴方向上移动探针40。通过从驱动部件32接收驱动力，移动体21移动并加速。

标度传感器34是检测在由驱动机构30驱动的移动机构20的X轴、Y轴和Z轴方向上的移动量(移动后的移动机构20的位置)的传感器。标度传感器34例如是线性编码器，并且包括(i)具有刻度并用作标尺的标度，以及(ii)从刻度获取位置信息的检测器。

探针40是用于测量放置在基座10上的工件W的探针。例如，探针40通过在接触工件W的同时移动来执行工件W的3D位置的扫描测量。探针40具有探针传感器42，其例如可以检测与工件W接触。

检测传感器50是检测移动体21的变形量(例如支撑探针40的压头25的变形量)的传感器。如下面将详细描述，检测传感器50检测当在测量开始时从驱动部件32接收驱动力时移动体21加速时将发生的移动体21的变形量。检测传感器50例如设置在移动体21中。

运动控制器7执行测量机器主体2的驱动控制。如图1所示，运动控制器7具有驱动控制部72和计数部74。通过接收来自主计算机8的命令，驱动控制部72执行驱动机构30的驱动部件32的驱动控制。

计数部74对从标度传感器34和探针传感器42输出的脉冲信号进行计数。计数部74具有标度计数器742和探针计数器744。

标度计数器742对从标度传感器34输出的脉冲信号进行计数，并测量移动体21在X轴、Y轴和Z轴方向上的位置(下文中也称为标度位置)。标度计数器742将测量的标度位置输出到主计算机8。

探针计数器744对从探针传感器42输出的脉冲信号进行计数，并测量探针40在X轴、Y轴和Z轴方向上的位置(下文中也称为探针位置)。探针计数器744将测量的探针位置输出到主计算机8。

主计算机8是向运动控制器7发出命令并执行诸如工件W的形状分析的计算的处理装置。主计算机8具有例如存储部82和控制部84，如图1所示。

存储部82存储要由控制部84执行的程序和各种类型的数据。控制部84通过执行存储在存储部82中的程序来控制测量机器主体2的操作。控制部84用作移动命令部842、位置检测部843、位移获取部844和测量值获取部845。

移动命令部842向驱动控制部72发出命令，并使移动机构20的移动体21(例如柱22、梁23、滑块24和压头25)沿X轴、Y轴和Z轴方向移动。

位置检测部843检测移动体21在X轴、Y轴和Z轴方向上的移动(即标度位置)之后的位置。例如，位置检测部843根据标度计数器742的测量结果检测标度位置。

位移获取部844获取当移动体21移动时由于移动体21的变形而引起的探针40的位移量。通过接收来自驱动部件32的驱动力，移动体21移动并加速，并且移动体21可能由于移动体21的加速而弹性变形。由于移动体21的弹性变形，探针40(具体地，与探针40的工件W接触的尖端位置40a)将位移。鉴于此，位移获取部844获取当随着移动体21接收驱动力而移动和加速时由于移动体21的变形引起的探针40的位移量。例如，位移获取部844获取当移动体21的压头25移动和加速时由于压头25的变形(具体地，偏转)引起的探针40的位移量。

图3A和3B各自是用于说明由于移动体21的变形而引起的尖端位置40a的位移的示意图。在图3A和3B中，为方便起见，仅示出了探针40的尖端位置40a，并且省略了探针40的其他部分。而且，图3A示出了变形前的移动体21，图3B示出了变形后的移动体21。这里，当移动体21在从驱动部件32接收到驱动力时而加速时，移动体21的压头25从图3A所示的状态弹性变形(偏转)到图3B所示的状态。压头25的偏转量与移动体21的加速度成比例地增加。支撑有压头25的探针40的尖端位置40a的位置也将根据压头25的偏转从图3A所示的位置位移到图3B所示的位置。当探针40的尖端位置40a以这种方式位移时，可能发生工件W的测量值的误差。应当注意，上面已经提供了由于压头25的变形而引起的探针40的尖端位置40a的位移的说明，但是实施例不限于此。探针40的尖端位置40a可能由于柱22、梁23或滑块24的变形而位移。

位移获取部844基于设置在移动体21中的检测传感器50的检测结果来获取探针40的位移量。作为检测传感器50，加速度传感器50A设置在移动体21中，如图4所示。

图4是用于说明设置在移动体21中的加速度传感器50A的示意图。加速度传感器50A设置在压头25上，压头25是支撑探针40的支撑构件。具体地，加速度传感器50A设置在压头25的尖端侧处。当在移动体21移动时压头25变形时，加速度传感器50A检测压头25的加速度。当移动体21在三个正交轴(X轴、Y轴和Z轴)的方向上移动时，加速度传感器50A获取压头25在每个轴向方向上的加速度。以这种方式，可以精确地获得压头25在每个轴向方向上的变形量。

位移获取部844基于由加速度传感器50A检测到的加速度，获取由于移动体21的变形而引起的探针40的位移量。例如，位移获取部844通过对由加速度传感器50A检测到的加速度进行积分来获取由于移动体21的变形而引起的探针40的位移量。具体地，位移获取部844通过对由加速度传感器50A检测到的加速度进行二阶积分来获得压头25的偏转量，从而获取探针40的尖端位置40a的位移量。而且，由于通过使用由加速度传感器50A检测到的测量数据获得了压头25的偏转量，因此提高了精度。

基于(i)表示压头25的加速度与探针40的位移量之间的对应关系的对应信息和(ii)由加速度传感器50A检测到的加速度，位移获取部844可获取由于移动体21的变形而引起的探针40的位移量。上述对应信息是作为结构的移动体21的特征模型(传递函数)信息。对应信息例如存储在存储部82中(图1)。通过参考特征模型信息，位移获取部844可以获取与加速度传感器50A检测到的加速度对应的探针40的位移量。在这种情况下，更容易获得探针40的位移量，因为不需要通过对加速度进行二阶积分来计算移动体21的偏转量。

应当注意，在上面的描述中，加速度传感器50A设置在压头25上，但是实施例不限于此。例如，加速度传感器50A可以设置在柱22、梁23和压头25中的每一个上。在这种情况下，多个加速度传感器50A适当地检测在柱22、梁23和压头25的每个轴向方向上的相应变形量。基于柱22、梁23和压头25的相应变形量，位移获取部844以高精度获取由于柱22、梁23和压头25的变形而引起的探针40的变形量。位移获取部844可以通过考虑到移动体21的移动方向来调节柱22、梁23和压头25的变形量。

测量值获取部845基于移动体21的位置(标度位置)和探针40的位置获取工件W的测量值。如果探针40由于移动体21的变形而位移，则测量值获取部845获取考虑到探针40的位移量的测量值。也就是说，测量值获取部845基于由位置检测部843检测到的移动体21的位置和由位移获取部844检测到的探针40的位移量来获取工件W的测量值。具体地，测量值获取部845通过使用位移获取部844获取的探针40的位移量，通过校正由位置检测部843检测到的移动体21的位置来获取工件W的测量值。这样，即使在利用探针40测量工件W时移动体21变形，也可以抑制测量误差的发生。

应当注意，为了减小测量误差，可以设想增加移动体21的刚度作为在其加速时抑制移动体21的变形的措施。如果移动体21的刚度将被增加，则移动体21的大型化将是不可避免的，这将最终导致移动体21的重量增加。然而，如果获取了工件W的计测值同时考虑到如上述的本实施例中的探针40的位移量，则移动体21的重量不会增加，因为不需要增加移动体21的刚度。

在以上描述中，检测传感器50用作图4中所示的加速度传感器50A，但是实施例不限于此。例如，检测传感器50可以是图5所示的变形量检测传感器50B或图6所示的位置检测传感器50C。

(变型例1)

图5是用于说明变型例1的示意图。应当注意，为方便起见，图5中省略了探针40。在变型例1中，设置变形量检测传感器50B来代替加速度传感器50A。变形量检测传感器50B例如是应变仪传感器或位移传感器，并且检测在移动体21移动时其的变形量。

变形量检测传感器50B设置在移动体21的柱22上(具体地，在柱22和梁23的连接部分周围)，如图5所示。当移动体21开始移动时，柱22在从设置在引导部12(图2)中的驱动部件32接收到驱动力时加速。因此，可以认为变形量检测传感器50B设置在使移动体21加速的驱动部件32附近。这样，可以精确地获取当在从驱动部件32接收到驱动力时移动体21加速时会发生的移动体21的变形量。

位移获取部844(图1)基于由变形量检测传感器50B检测到的变形量，获取由于移动体21的变形而引起的探针40的位移量。基于(i)表示移动体21的变形量与探针40的位移量之间的对应关系的对应信息和(ii)由变形量检测传感器50B检测到的变形量，位移获取部844获取由于移动体21的变形而引起的探针40的位移量。上述对应信息是作为结构的移动体21的特征模型(传递函数)信息。对应信息例如存储在存储部82中(图1)。通过参考特征模型信息，位移获取部844可以获取与变形量检测传感器50B检测到的变形量对应的探针40的位移量。

测量值获取部845采用由位移获取部844获取的探针40的位移量，通过校正由位置检测部843检测到的移动体21的位置来获取工件W的测量值。这样，即使在利用探针40测量工件W时移动体21变形，也可以抑制测量误差的发生。

(变型例2)

图6是用于说明变型例2的示意图。应当注意，为方便起见，图6中省略了探针40。在变型例2中，设置位置检测传感器50C来代替加速度传感器50A。位置检测传感器50C设置在移动体21的压头25上，并检测压头25的位置。

位置检测传感器50C设置在移动体21的压头25上，如图6所示。具体地，位置检测传感器50C设置在压头25的尖端侧(支撑探针40的一侧)。

位移获取部844(图1)基于位置检测传感器50C的检测结果获取探针40的位移量。例如，当压头25变形时，位移获取部844通过检测变形压头25的位置(例如，变形前压头的基准位置的位移)来估计探针40的位移量。通过使用以这种方式获取的探针40的位移量，即使在利用探针40测量工件W时移动体21变形，也可以抑制测量误差的发生。

在以上描述中，主计算机8具有用作位置检测部843的控制部84等，但是实施例不限于此。例如，如图7所示，控制部84可以设置在运动控制器7中。图7是示出CMM 1的配置的变型示例的框图。在图7所示的CMM1中，运动控制器7具有存储部82和控制部84。然而，主计算机8具有向移动命令部842发出命令的测量命令部85和处理由测量值获取部845获取的测量值的测量值处理部86。此外，代替探针计数器744(参考图1)，在图7中提供了探针检测部75，其不使用任何计数器来检测探针40的位置。

<本实施例的效果>

基于设置在移动体21中的检测传感器50(例如设置在压头25上的加速度传感器50A)的检测结果，上述CMM 1获取当移动体21移动时由于移动体21的变形(例如当压头25移动和加速时压头的偏转)而引起的探针40的位移量。然后，CMM 1基于移动体21的检测位置(标度位置)和获得的探针40的位移量来获取工件W的测量值。这样，基于由检测传感器50检测到的测量数据，可以高精度地获得由于移动体21的变形而引起的探针40的位移量。另外，由于通过反映获得的探针40的位移量来校正工件W的测量值，因此可以抑制测量误差的发生。特别地，通过使用由检测传感器50检测的测量数据，即使探针40由于移动体21的变形而位移，也可以高精度地获取测量值。

在以上描述中，探针40是接触工件W的接触型探针，但是实施例不限于此。例如，探针40可以是非接触型探针，比如激光设备、相机等。

此外，在上面的描述中，移动机构20使探针40在三个正交轴的每个方向上移动，但是实施例不限于此。例如，移动机构20可以在X轴、Y轴和Z轴中的任一个的一个或两个轴向方向上移动探针40。

而且，在以上描述中，移动体21具有如图2所示的门形结构。但是实施例不限于此。移动体21可以具有其他结构，只要其可以在支撑探针40的状态下移动即可。

基于示例性实施例解释本发明。本发明的技术范围不限于上述实施例中说明的范围，并且可以在本发明的范围内进行各种改变和修改。例如，装置的分配和集成的具体实施例不限于上述实施例，其全部或部分可以配置有功能上或物理上分散或集成的任何单元。此外，通过它们的任意组合产生的新示例性实施例包括在本发明的示例性实施例中。此外，由组合带来的新示例性实施例的效果也具有原始示例性实施例的效果。

附图标记列表

1 座标测量机

21 移动体

32 驱动部件

40 探针

40a 尖端位置

50 检测传感器

50A 加速度传感器

50B 变形量检测传感器

50C 位置检测传感器

843 位置检测部

844 位移获取部

845 测量值获取部

W 工件

Claims (14)

1.一种测量装置，包括：

测量待测物体的探针；

移动体，其在支撑探针的同时从驱动源接收驱动力时移动；

位置检测部，其在移动体移动的同时探针测量待测物体时检测移动体的位置；

位移获取部，其基于设置在移动体中的检测传感器的检测结果，获取在移动体移动的同时由于移动体的变形而引起的探针的位移量；以及

测量值获取部，其基于由位置检测部检测到的移动体的位置和由位移获取部获取的探针的位移量来获取待测物体的测量值。

2.根据权利要求1所述的测量装置，其中，所述移动体在接收到所述驱动力时移动和加速，并且

当所述移动体移动和加速时，所述位移获取部获取由于移动体的变形而引起的探针的位移量。

3.根据权利要求2所述的测量装置，其中，所述移动体具有支撑所述探针的杆状支撑构件，并且

当所述支撑构件移动和加速时，所述位移获取部获取由于支撑构件的变形而引起的探针的位移量。

4.根据权利要求3所述的测量装置，其中，所述支撑构件沿轴向方向在其第一端处支撑所述探针，

在接收到所述驱动力时，所述移动体使支撑构件移动和加速，同时沿轴向方向保持支撑构件的第二端，并且

当支撑构件移动和加速时，所述位移获取部获取由于支撑构件的偏转而引起的探针的位移量。

5.根据权利要求1所述的测量装置，其中，所述测量值获取部通过使用所述位移获取部获取的探针的位移量，通过校正由所述位置检测部检测到的移动体的位置来获取待测物体的测量值。

6.根据权利要求1所述的测量装置，还包括：

用作检测传感器的加速度传感器，其在移动体移动时检测支撑构件的加速度并且设置在支撑探针的支撑构件上，其中，所述位移获取部基于由加速度传感器检测到的加速度来获取由于移动体的变形而引起的探针的位移量。

7.根据权利要求6所述的测量装置，其中，所述位移获取部通过对由所述加速度传感器检测到的加速度进行积分来获取由于移动体的变形而引起的探针的位移量。

8.根据权利要求6所述的测量装置，其中，基于(i)表示支撑构件的加速度与探针的位移量之间的对应关系的对应信息和(ii)由加速度传感器检测到的加速度，所述位移获取部获取由于移动体的变形而引起的探针的位移量。

9.根据权利要求6所述的测量装置，其中，所述移动体包含多个移动构件，所述移动构件在彼此垂直的方向上移动，并且

所述加速度传感器设置在支撑探针的多个移动构件之一的支撑构件上。

10.根据权利要求6所述的测量装置，其中，所述移动体包含多个移动构件，所述移动构件在彼此垂直的方向上移动，

所述加速度传感器设置在多个移动构件中的每一个上，并且

所述位移获取部获取由于每个移动构件的变形而引起的探针的位移量。

11.根据权利要求1所述的测量装置，还包括：

用作检测传感器的变形量检测传感器，其在所述移动体移动时检测移动体的变形量，其中，所述位移获取部基于由所述变形量检测传感器检测到的变形量来获取由于移动体的变形而引起的探针的位移量。

12.根据权利要求11所述的测量装置，其中，所述移动体包含用于在三个正交轴的方向上移动的多个移动构件，其中，所述变形量检测传感器设置在所述多个移动构件中的驱动源侧上的移动构件上。

13.根据权利要求11所述的测量装置，其中，基于(i)表示移动体的变形量与探针的位移量之间的对应关系的对应信息和(ii)由变形量检测传感器检测到的变形量，所述位移获取部获取由于移动体的变形而引起的探针的位移量。

14.根据权利要求1所述的测量装置，还包括：

用作检测传感器的位置检测传感器，其检测支撑构件的位置并且设置在支撑探针的支撑构件上，其中，所述位移获取部基于位置检测传感器的检测结果来获取探针的位移量。