CN113739700B - 坐标测量仪器的正交轴系统的调校方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种坐标测量仪器的正交轴系统的调校方法，包括：测量第一旋转轴的轴线和第二旋转轴的轴线的垂直误差，若垂直误差不小于第一预设值，基于垂直误差调整第一旋转轴的轴线和第二旋转轴的相对位置以降低垂直误差，测量第一旋转轴的轴线和第二旋转轴的轴线的异面误差，若异面误差小于第二预设值，基于垂直误差调整第一旋转轴的轴线和第二旋转轴的相对位置以降低异面误差，重复调整垂直误差以使垂直误差小于第一预设值，重复调整异面误差以使异面误差小于第二预设值。由此，能够降低坐标测量仪器的正交轴系统的垂直误差和异面误差。

Description

坐标测量仪器的正交轴系统的调校方法
技术领域
本公开大体涉及一种智能制造装备产业，具体涉及一种坐标测量仪器的正交轴系统的调校方法。
背景技术
在精密工业以及测量领域，人们在对大型机器进行装配的时候，经常需要通过精密仪器(例如激光测量仪器)对组装的目标物进行测试以提高装配精度，同时在完成机器的组装后，也需要对机器进行校准，且在装配过程中，除了对目标物或者目标物上的某个目标点进行三维坐标测量，还需要对目标物品或目标点的运动情况进行测量，也即，对它们的姿态进行检测，因此需要一种可以在三维坐标基础上，还能完成六个自由度测量的仪器。由此就出现了通过坐标测量仪器对目标物或者目标点进行姿态测量的测量方式。坐标测量仪器的测量精度主要取决于角度和距离的测量精度，为了提高坐标测量仪器的测量精度，需要保证坐标测量仪器中的正交轴系统(至少包括水平轴和俯仰轴)的异面误差和垂直误差。由此，针对坐标测量仪器的正交轴系统的异面误差和垂直误差的测量方法和调校方法显得非常重要。
专利文献(CN106705821A)中公开了一种回转轴系正交性测量方法及装置，该装置将两个标准球分别安装在俯仰旋转轴两端，通过调整标准球的球心与俯仰旋转轴轴线同轴，再测量两个标准球在同一方向上的最低或最高位置进而确定轴系正交性。然而，利用上述回转轴系正交性测量方法及装置，虽然能够得到两轴系正交测量结果，但是调整两个标准球的球心与俯仰轴的轴线同轴的过程中会引入误差。此外，两个标准球最低或者最高位置的测量也会引入误差。这两种误差的引入会对轴系正交性测量结果的准确度产生较大的影响。同时该方法无法获得异面误差。
发明内容
本发明有鉴于上述现有技术的状况而提出，其目的在于提供一种能够降低异面误差和垂直误差的坐标测量仪器的正交轴系统的调校方法。
为此，本发明提供了一种坐标测量仪器的正交轴系统的调校方法，所述坐标测量仪器包括具有第一旋转轴的第一旋转装置和设置于所述第一旋转装置并具有第二旋转轴的第二旋转装置，所述第二旋转装置能够围绕所述第一旋转装置旋转，所述正交轴系统由所述第一旋转轴和所述第二旋转轴构成，其特征在于，包括：测量所述第一旋转轴的轴线和所述第二旋转轴的轴线的垂直误差，所述垂直误差反映所述第一旋转轴的轴线和所述第二旋转轴的轴线之间的角度，测量所述垂直误差时，利用与所述第一旋转轴的轴线间隔第一预设距离的第一截面截取所述第二旋转轴以获得第一虚拟截面，旋转所述第一旋转轴以使所述第二旋转轴旋转第一预设角度，利用所述第一截面截取所述第二旋转轴以获得第二虚拟截面，基于所述第一虚拟截面和所述第二虚拟截面的几何中心的位置计算所述垂直误差，若所述垂直误差不小于第一预设值，基于所述垂直误差调整所述第一旋转轴的轴线和所述第二旋转轴的相对位置以降低所述垂直误差，测量所述第一旋转轴的轴线和所述第二旋转轴的轴线的异面误差，所述异面误差反映所述第一旋转轴的轴线和所述第二旋转轴的轴线之间的距离，若所述异面误差小于第二预设值，基于所述垂直误差调整所述第一旋转轴的轴线和所述第二旋转轴的相对位置以降低所述异面误差，重复调整所述垂直误差以使所述垂直误差小于所述第一预设值，重复调整所述异面误差以使所述异面误差小于所述第二预设值。
在这种情况下，能够在组装第一旋转轴和第二旋转轴时，测量并调整垂直误差，从而能够降低垂直误差，进而能够提高坐标测量仪器的测量精度。同时，由于在测量第一虚拟截面和第二虚拟截面时，使用了相同的截面截取第二旋转轴，由此能够获得在同一平面内的第一虚拟截面和第二虚拟截面，能够在测量第一虚拟截面和第二虚拟截面的几何中心时减少测头(例如三坐标测量仪的测头)在水平方向的移动，进而能够降低测量时引入的误差。同时，能够在调整垂直误差后进一步调整异面误差，进而能够提高坐标测量仪器的测量精度。同时，由于在调整异面误差时对第二旋转轴的移动幅度较小，从而降低了大幅移动第二旋转轴与第一旋转轴的相对位置对垂直误差的影响。重复调整异面误差和垂直误差能够进一步降低移动第二旋转轴与第一旋转轴的相对位置对垂直误差和异面误差的影响。
另外，在本发明所涉及的调校方法中，可选地，测量所述异面误差时，利用与所述第一旋转轴的轴线间隔第二预设距离的第二截面截取所述第二旋转轴以获得第三虚拟截面，旋转所述第一旋转轴以使所述第二旋转轴旋转第一预设角度，利用所述第二截面截取所述第二旋转轴以获得第四虚拟截面，基于所述第三虚拟截面和所述第四虚拟截面的几何中心计算所述异面误差，获得第三虚拟截面时，所述第二旋转轴与所述第二截面之间具有第二预设角度。在这种情况下，可以令第三虚拟截面和第四虚拟截面的几何中心的距离大于或等于第一旋转轴的轴线和第二旋转轴的轴线之间的距离的两倍，由此能够利用更大的数值反映第一旋转轴的轴线和第二旋转轴的轴线之间的距离，提高测量精度。
另外，在本发明所涉及的调校方法中，可选地，所述第二旋转装置包括第一支承部和第二支承部，所述第二旋转轴可旋转地设置在所述第一支承部与所述第二支承部之间。在这种情况下，能够令第二旋转轴沿第二方向旋转。
另外，在本发明所涉及的调校方法中，可选地，所述第二旋转装置还包括设置在所述第一支承部的第一轴承和设置在所述第二支承部的第二轴承，所述第二旋转轴通过所述第一轴承和所述第二轴承安装于所述第二旋转装置。在这种情况下，能够提高第二旋转轴旋转时的稳定性，并且由于第一轴承的轴心和第二轴承的轴心所在的直线即第二旋转轴的轴线，由此能够通过调整第一轴承和第二轴承的位置控制第二旋转轴的姿态。
另外，在本发明所涉及的调校方法中，可选地，若所述垂直误差不小于所述第一预设值，调整所述第一轴承与所述第一支承部的相对位置或所述第二轴承与所述第二支承部的相对位置以调整所述第一旋转轴的轴线和所述第二旋转轴的轴线之间的角度。在这种情况下，能够有效降低垂直误差。
另外，在本发明所涉及的调校方法中，可选地，若所述异面误差不小于所述第二预设值，调整所述第一轴承与所述第一支承部的相对位置和所述第二轴承与所述第二支承部的相对位置以调整所述第一旋转轴的轴线和所述第二旋转轴的轴线之间的距离。在这种情况下，能够减少异面误差。
另外，在本发明所涉及的调校方法中，可选地，所述第一轴承包括第一定位螺钉，所述第一定位螺钉配置为将所述第一轴承定位于第一支承部，所述第二轴承包括第二定位螺钉，所述第二定位螺钉配置为将所述第二轴承定位于第二支承部。在这种情况下，能够通过拧紧第一定位螺钉将第一轴承定位，并且能够通过松开第一定位螺钉已对第一轴承的位置进行调整。同时，能够通过拧紧第二定位螺钉将第二轴承定位，并且能够通过松开第二定位螺钉已对第二轴承的位置进行调整。
另外，在本发明所涉及的调校方法中，可选地，调整所述第一轴承与所述第一支承部的相对位置时，松开所述第一定位螺钉并基于所述垂直误差或所述异面误差对所述第一轴承进行调整，并在调整所述第一轴承与所述第一支承部的相对位置后，拧紧所述第一定位螺钉；调整所述第二轴承与所述第二支承部的相对位置时，松开所述第二定位螺钉并基于所述垂直误差或所述异面误差对所述第二轴承进行调整，并在调整所述第二轴承与所述第二支承部的相对位置后，拧紧所述第二定位螺钉。在这种情况下，能够通过拧紧第一定位螺钉将第一轴承定位，并且能够通过松开第一定位螺钉已对第一轴承的位置进行调整。同时，能够通过拧紧第二定位螺钉将第二轴承定位，并且能够通过松开第二定位螺钉已对第二轴承的位置进行调整。
另外，在本发明所涉及的调校方法中，可选地，当所述垂直误差小于所述第一预设值并且所述异面误差小于所述第二预设值时，对所述第一轴承和所述第二轴承进行固定。在这种情况下，能够固定调校后的垂直误差和异面误差，并固定第一旋转轴和第二旋转轴的相对位置关系。
另外，在本发明所涉及的调校方法中，可选地，若所述异面误差不小于所述第二预设值，调整所述第二旋转装置与所述第一旋转装置的相对位置以调整所述第一旋转轴的轴线和所述第二旋转轴的轴线之间的距离。在这种情况下，能够避免调整第一轴承和第二轴承是对垂直误差的影响。
根据本发明，能够提供一种能够降低异面误差和垂直误差的坐标测量仪器的正交轴系统的调校方法。
附图说明
现在将仅通过参考附图的例子进一步详细地解释本发明的实施例，其中：
图1是示出了本公开所涉及的坐标测量仪器的示意图。
图2是示出了本公开所涉及的坐标测量仪器的第二旋转装置的示意图。
图3是示出了本公开所涉及的坐标测量仪器的第二旋转轴和光学主体连接时的示意图。
图4是示出了本公开所涉及的未安装第二旋转轴时的正交轴系统的立体示意图。
图5是示出了本公开所涉及的已安装第二旋转轴时的正交轴系统的立体示意图。
图6是示出了本公开所涉及的调校方法的流程图。
图7是示出了本公开所涉及的测量第一虚拟截面的几何中心的空间坐标的示意图。
图8是示出了本公开所涉及的测量第二虚拟截面的几何中心的空间坐标的示意图。
图9是示出了本公开所涉及的测量第三虚拟截面的几何中心的空间坐标的示意图。
图10是示出了本公开所涉及的测量第四虚拟截面的几何中心的空间坐标的示意图。
具体实施方式
以下，参考附图，详细地说明本发明的优选实施方式。在下面的说明中，对于相同的部件赋予相同的符号，省略重复的说明。另外，附图只是示意性的图，部件相互之间的尺寸的比例或者部件的形状等可以与实际的不同。
需要说明的是，本发明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，例如所包括或所具有的一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可以包括或具有没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
另外，在本发明的下面描述中涉及的小标题等并不是为了限制本发明的内容或范围，其仅仅是作为阅读的提示作用。这样的小标题既不能理解为用于分割文章的内容，也不应将小标题下的内容仅仅限制在小标题的范围内。
本实施方式涉及一种坐标测量仪器的正交轴系统的调校方法，坐标测量仪器是一种用于跟踪辅助测量装置并测量辅助测量装置的空间坐标和姿态的坐标测量仪器。“坐标测量仪器”也可以称为“坐标测量装置”，“辅助测量装置”也可以称为“姿态靶球”、“姿态靶标”、“靶标”或者“靶球”。“坐标测量仪器的正交轴系统的调校方法”也可以称为“调校方法”。通过本实施方式所涉及的坐标测量仪器，能够跟踪靶球然后测量靶球的空间坐标和姿态。
本实施方式所涉及的一种坐标测量仪器的正交轴系统的调校方法中，坐标测量仪器包括具有第一旋转轴的第一旋转装置和设置于第一旋转装置并具有第二旋转轴的第二旋转装置，第二旋转装置能够绕着第一旋转装置旋转，正交轴系统由第一旋转轴和第二旋转轴构成。
在一些示例中，调校方法可以包括：测量第一旋转轴的轴线和第二旋转轴的轴线的垂直误差，垂直误差反映第一旋转轴的轴线和第二旋转轴的轴线之间的角度，测量垂直误差时，利用与第一旋转轴的轴线间隔第一预设距离的第一截面截取第二旋转轴以获得第一虚拟截面，旋转第一旋转轴以使第二旋转轴旋转第一预设角度，利用第一截面截取第二旋转轴以获得第二虚拟截面，基于第一虚拟截面和第二虚拟截面的几何中心的位置计算垂直误差，若垂直误差不小于第一预设值，基于垂直误差调整第一旋转轴的轴线和第二旋转轴的相对位置以降低垂直误差。在这种情况下，能够在组装第一旋转轴和第二旋转轴时，测量并调整垂直误差，从而能够降低垂直误差，进而能够提高坐标测量仪器的测量精度。同时，由于在测量第一虚拟截面和第二虚拟截面时，使用了相同的截面截取第二旋转轴，由此能够获得在同一平面内的第一虚拟截面和第二虚拟截面，能够在测量第一虚拟截面和第二虚拟截面的几何中心时减少测头(例如三坐标测量仪的测头)在水平方向的移动，进而能够降低测量时引入的误差。
在一些示例中，测量第一旋转轴的轴线和第二旋转轴的轴线的异面误差，异面误差反映第一旋转轴的轴线和第二旋转轴的轴线之间的距离，若异面误差小于第二预设值，基于垂直误差调整第一旋转轴的轴线和第二旋转轴的相对位置以降低异面误差。在这种情况下，能够在调整垂直误差后进一步调整异面误差，进而能够提高坐标测量仪器的测量精度。同时，由于在调整异面误差时对第二旋转轴的移动幅度较小，从而降低了大幅移动第二旋转轴与第一旋转轴的相对位置对垂直误差的影响。
在一些示例中，可以重复调整垂直误差以使垂直误差小于第一预设值，重复调整异面误差以使异面误差小于第二预设值。在这种情况下，能够进一步降低移动第二旋转轴与第一旋转轴的相对位置对垂直误差和异面误差的影响。
以下，结合附图，对本实施方式所涉及的调校方法进行详细说明。
图1是示出了本公开所涉及的坐标测量仪器的示意图。图2是示出了本公开所涉及的坐标测量仪器的第二旋转装置的示意图。图3是示出了本公开所涉及的坐标测量仪器的第二旋转轴和光学主体连接时的示意图。图4是示出了本公开所涉及的未安装第二旋转轴时的正交轴系统的立体示意图。图5是示出了本公开所涉及的已安装第二旋转轴时的正交轴系统的立体示意图。
在一些示例中，如图1所示，坐标测量仪器1可以包括第一旋转装置10、第二旋转装置20和光学主体30。
在一些示例中，第一旋转装置10可以设置有第一旋转轴11(未图示)。在一些示例中，第一旋转轴11可以称为方位轴或水平旋转轴。在一些示例中，第一旋转轴11可以沿第一方向旋转，优选地，第一方向可以为水平方向。
在一些示例中，如图1所示，第二旋转装置20设置于第一旋转装置10。在一些示例中，第二旋转装置20可以设置于第一旋转装置10，在这种情况下，第二旋转装置20能够在第一旋转轴11的带动下沿第一方向旋转。
在一些示例中，如图2和图4所示，第二旋转装置20可以并具有第二旋转轴23。在一些示例中，第二旋转轴23可以称为俯仰轴或俯仰旋转轴。在一些示例中，第二旋转轴23可以沿第二方向旋转，在一些示例中，第一旋转轴11的旋转方向可以与第二旋转轴23的旋转方向正交，优选地，第二方向可以为竖直方向。在一些示例中，光学主体30可以设置于第二旋转装置20的第二旋转轴23。在这种情况下，光学主体30能够在第一旋转轴11的带动下沿第一方向旋转，并且光学主体30能够在第二旋转轴23的带动下沿第二方向旋转。
在一些示例中，如图2和图5所示，第二旋转装置20还可以包括第一支承部21和第二支承部22，第二旋转轴23可旋转地设置在第一支承部21与第二支承部22之间。在这种情况下，能够令第二旋转轴23沿第二方向旋转。
在一些示例中，第二旋转装置20也可以只包括第一支承部21，并且第二旋转轴23可旋转地设置在第一支承部21。在这种情况下，能够只使用第一支承部21支承第二旋转轴23，从而简化了第二旋转装置20的结构。
在一些示例中，如图2所示，第二旋转装置20还可以包括设置在第一支承部21的第一轴承211和设置在第二支承部22的第二轴承221，第二旋转轴23通过第一轴承211和第二轴承221安装于第二旋转装置20。在这种情况下，能够提高第二旋转轴23旋转时的稳定性，并且由于第一轴承211的轴心和第二轴承221的轴心所在的直线即第二旋转轴23的轴线，由此能够通过调整第一轴承211和第二轴承221的位置控制第二旋转轴23的姿态。
在一些示例中，第一轴承211可以包括第一定位螺钉(未图示)，第一定位螺钉配置为将第一轴承211定位于第一支承部21，第二轴承221可以包括第二定位螺钉(未图示)，第二定位螺钉配置为将第二轴承221定位于第二支承部22。在这种情况下，能够通过拧紧第一定位螺钉将第一轴承211定位，并且能够通过松开第一定位螺钉以对第一轴承211的位置进行调整。同时，能够通过拧紧第二定位螺钉将第二轴承221定位，并且能够通过松开第二定位螺钉以对第二轴承221的位置进行调整。
在一些示例中，第一支承部21可以包括第一夹块(未图示)，在一些示例中，第一夹块可以将第一轴承211定位于第一支承部21。例如，第一夹块可以包括夹持部，并将第一轴承211与第一支承部21夹持在一起。
在一些示例中，第二支承部22可以包括第二夹块(未图示)，在一些示例中，第二夹块可以将第二轴承221定位于第二支承部22。例如，第二夹块可以包括夹持部，并将第二轴承221与第二支承部22夹持在一起。
在一些示例中，如图3所示，在光学主体座31的两个侧面的几何中心可以具有开孔，开孔的大小可以与第二旋转轴23的直径相匹配。在这种情况下，能够令第二旋转轴23穿过光学主体座31，从而第二旋转轴23能够带动光学主体座31一起旋转，同时，这样光束能够通过第二旋转轴23进入光学主体座31，从而能够令光束很好地通过多个光学元件的几何中心，提高光能的利用率并且便于光束的调节。
在一些示例中，如图3所示，第二旋转轴23可以包括突起部231，突起部231可以是从第二旋转轴23的侧面向外延伸的突起，并且突起部231可以与光学主体座31的侧面相配合。在这种情况下，能够对光学主体座31进行定位。
在一些示例中，能够对第二旋转轴23的径向圆跳动进行测量，并对径向圆跳动小于第二预设阈值的第二旋转轴23进行装配，在一些示例中，第二预设阈值可以小于5微米，例如预设值可以为2微米、2.5微米、2.8微米、3微米、3.4微米、4微米、4.5微米、5微米。在这种情况下，能够提高光学主体座31与第二旋转轴23的位置精度。
图6是示出了本公开所涉及的正交轴系统的正交性的调校方法的流程图。在一些示例中，如图6所示，调校方法的可以包括：测量垂直误差(步骤S100)、调整垂直误差(步骤S200)、测量异面误差(步骤S300)、调整异面误差(步骤S400)、重复调整垂直误差以使垂直误差小于第一预设值(步骤S500)、重复调整异面误差以使异面误差小于第二预设值(步骤S600)。
在步骤S100中，可以测量第一旋转轴11的轴线和第二旋转轴23的轴线的垂直误差。
在一些示例中，垂直误差可以用于反映第一旋转轴11的轴线和第二旋转轴23的轴线之间的角度。
在一些示例中，垂直误差可以是第一旋转轴11的轴线和第二旋转轴23的轴线之间的角度。在一些示例中，由于第一旋转轴11的轴线和第二旋转轴23的轴线不在同一平面内，第一旋转轴11的轴线和第二旋转轴23的轴线之间的角度可以是将第一旋转轴11的轴线平移至第二旋转轴23的轴线所在平面后，第一旋转轴11的轴线和第二旋转轴23的轴线之间的角度。
在一些示例中，垂直误差可以是第一旋转轴11的轴线和第二旋转轴23的轴线之间的角度减90度。在这种情况下，能够更加直观地表示第一旋转轴11的轴线和第二旋转轴23的轴线的垂直误差。在一些示例中，垂直误差可以是第二旋转轴23两端的竖直方向上的距离，竖直方向可以是指第一旋转轴11的轴线的方向。在这种情况下，能够通过同种方式表示第一旋转轴11的轴线和第二旋转轴23的轴线的垂直误差，进而能够基于测量的方式选择便于计算的方式表示垂直误差。
图7是示出了本公开所涉及的测量第一虚拟截面S1的几何中心的空间坐标的示意图。图8是示出了本公开所涉及的测量第二虚拟截面S2的几何中心的空间坐标的示意图。
在一些示例中，如图7和图8所示，测量垂直误差时，可以利用与第一旋转轴11的轴线间隔第一预设距离的第一截面A截取第二旋转轴23以获得第一虚拟截面S1，旋转第一旋转轴11以使第二旋转轴23旋转第一预设角度，利用第一截面A截取第二旋转轴23以获得第二虚拟截面S2，基于第一虚拟截面S1和第二虚拟截面S2的几何中心的位置计算垂直误差。
在一些示例中，测量垂直误差时，可以将坐标测量仪器1放置于承载面4上，承载面4的水平度可以小于于第一预设阈值。在一些示例中，第一预设阈值可以为1微米至8微米。例如，第一预设阈值可以为1微米、2微米、3微米、4微米、5微米、6微米、7微米或8微米等。
在一些示例中，第一旋转轴11与承载面4之间可以保持一定的垂直度。由此，能够提高调校方法的准确性。在一些示例中，第一旋转轴11与承载面4之间的垂直度越小，测量结果的误差越小。
在一些示例中，第一截面A截取第二旋转轴23以获得第一虚拟截面S1时，第一截面A可以与第一旋转轴11的轴线间隔第一预设距离，在一些示例中，第一预设距离小于第二旋转轴23的长度的一半。
在一些示例中，第一截面A截取第二旋转轴23以获得第一虚拟截面S1时，可以利用测量仪41获得第一虚拟截面S1各个测量点(第一测量点)的空间坐标。
在一些示例中，第一截面A可以垂直于承载面4，在这种情况下，利用测量仪41获得第一虚拟截面S1各个测量点(第一测量点)的空间坐标时，测量仪41可以在一个平面内移动，由此能够减少测量仪41的在一个方向上的自由度，从而能够减少测量仪41在该方向移动时引入误差，进而能够提高测量精度。
在一些示例中，坐标测量仪器1可以是三坐标测量仪41，三坐标测量仪41可以是一种具有可作三个方向移动的探测器。
在一些示例中，坐标测量仪器1可以通过支架42安装于承载面4上。
在一些示例中，三坐标测量仪41可以采用接触式测量方式。在另外一些示例中，三坐标测量仪41也可以采用非接触式测量方式。在这种情况下，由于三坐标测量仪41的测量具有较高的准确度和便捷性，能够提高测量效率。
在一些示例中，可以通过测量仪41获取第一虚拟截面S1的多个第一测量点的空间坐标。例如，可以将测量仪41的探针在第一截面A内饶第一虚拟截面S1旋转一周，并测量第一虚拟截面S1边缘的多个第一测量点的空间坐标。也可以将测量仪41的探针在第一截面A内饶第一虚拟截面S1旋转多周，并测量第一虚拟截面S1边缘的多个第一测量点的空间坐标。在这种情况下，能够获得第一虚拟截面S1的多个第一测量点的空间坐标，进而能够通过多个第一测量点的空间坐标获得第一虚拟截面S1几何中心的空间坐标。
在一些示例中，多个第一测量点可以包括至少5个第一测量点，例如，第一测量点的个数可以为5个、6个、7个、8个、9个、10个、20个或50个等。在这种情况下，能够得到足够的第一测量点以获得第一虚拟截面S1的几何中心的空间坐标，并能够减小该空间坐标的求定误差。
在一些示例中，如上所述，可以旋转第一旋转轴11以使第二旋转轴23旋转第一预设角度，并利用第一截面A截取第二旋转轴23以获得第二虚拟截面S2。在一些示例中，第一预设角度可以为180°的奇数倍。在这种情况下，能够获得第二虚拟截面S2。在一些示例中，通过第一截面A获取第二虚拟截面S2的几何中心的空间坐标与过第一截面A获取第一虚拟截面S1的几何中心的空间坐标的方式类似，在此不再赘述。
在一些示例中，可以基于第一虚拟截面S1和第二虚拟截面S2的几何中心的位置计算垂直误差。在一些示例中，可以基于第一虚拟截面S1和第二虚拟截面S2的几何中心之间的距离获得垂直误差。
在一些示例中，可以获得第一旋转轴11的轴线到第一截面A的距离，并基于第一旋转轴11的轴线到第一截面A的距离以及基于第一虚拟截面S1和第二虚拟截面S2的几何中心之间的距离获得垂直误差。
在步骤S200中，可以调整垂直误差。若垂直误差不小于第一预设值，调整第一轴承211与第一支承部21的相对位置或第二轴承221与第二支承部22的相对位置以调整第一旋转轴11的轴线和第二旋转轴23的轴线之间的角度。在这种情况下，能够有效降低垂直误差。
在一些示例中，调整第一轴承211与第一支承部21的相对位置时，可以松开第一定位螺钉并基于垂直误差或异面误差对第一轴承211进行调整，并在调整第一轴承211与第一支承部21的相对位置后，拧紧第一定位螺钉。在一些示例中，调整第二轴承221与第二支承部22的相对位置时，松开第二定位螺钉并基于垂直误差或异面误差对第二轴承221进行调整，并在调整第二轴承221与第二支承部22的相对位置后，拧紧第二定位螺钉。在这种情况下，能够通过调整第一轴承211和/或第二轴承221的位置调整第一旋转轴11和第二旋转轴23的位置关系。
在一些示例中，若垂直误差不小于第一预设值，可以在第一旋转轴11的轴线的方向上调整第一轴承211或第二轴承221的位置。在一些示例中，若垂直误差为第二旋转轴23两端的竖直方向上的距离，并且垂直误差为5微米，可以将第一轴承211(或第二轴承221)在竖直方向移动5微米，在这种情况下，能够根据垂直误差调整第一轴承211(或第二轴承221)的位置以降低垂直误差。
在步骤S300中，可以测量异面误差。
图9是示出了本公开所涉及的测量第三虚拟截面S3的几何中心的空间坐标的示意图。图10是示出了本公开所涉及的测量第四虚拟截面S4的几何中心的空间坐标的示意图。
在一些示例中，异面误差反映第一旋转轴11的轴线和第二旋转轴23的轴线之间的距离。在一些示例中，异面误差可以是将第一旋转轴11的轴线平移至第二旋转轴23的轴线所在的平面的平移距离。在一些示例中，异面误差可以是第二旋转轴23的轴线与第二截面B的交点(也即第三虚拟截面S3的几何中心)和第一旋转轴11旋转180°的奇数倍后第二旋转轴23的轴线与第二截面B的交点(也即第四虚拟截面S4的几何中心)之间的距离。
在一些示例中，如图9和图10所示，测量异面误差时，可以利用与第一旋转轴11的轴线间隔第二预设距离的第二截面B截取第二旋转轴23以获得第三虚拟截面S3。将第一旋转轴11旋转第一预设角度后，可以利用第二截面B截取第二旋转轴23以获得第四虚拟截面S4。
在一些示例中，测量异面误差时，可以将坐标测量仪器1放置于承载面4上，承载面4的水平度可以小于于第一预设阈值。
在一些示例中，第二截面B截取第二旋转轴23以获得第三虚拟截面S3时，可以利用测量仪41获得第三虚拟截面S3各个测量点(第三测量点)的空间坐标。
在一些示例中，第二截面B可以垂直于承载面4，在这种情况下，利用测量仪41获得第三虚拟截面S3各个测量点(第三测量点)的空间坐标时，测量仪41可以在一个平面内移动，由此能够减少测量仪41的在一个方向上的自由度，从而能够减少测量仪41在该方向移动时引入误差，进而能够提高测量精度。
在一些示例中，可以通过测量仪41获取第三虚拟截面S3的多个第三测量点的空间坐标。例如，可以将测量仪41的探针在第二截面B内饶第三虚拟截面S3旋转一周，并测量第三虚拟截面S3边缘的多个第三测量点的空间坐标。也可以将测量仪41的探针在第一截面A内饶第三虚拟截面S3旋转多周，并测量第三虚拟截面S3边缘的多个第三测量点的空间坐标。在这种情况下，能够获得第一虚拟截面S1的多个第三测量点的空间坐标，进而能够通过多个第三测量点的空间坐标获得第三虚拟截面S3几何中心的空间坐标。
在一些示例中，多个第三测量点可以包括至少5个第三测量点，例如，第三测量点的个数可以为5个、6个、7个、8个、9个、10个、20个或50个等。在这种情况下，能够得到足够的第三测量点以获得第三虚拟截面S3的几何中心的空间坐标，并能够减小该空间坐标的求定误差。
在一些示例中，可以旋转第一旋转轴11以使第二旋转轴23旋转第一预设角度，并利用第二截面B截取第二旋转轴23以获得第四虚拟截面S4。如上所述，第一预设角度可以为180°的奇数倍。
在一些示例中，通过第二截面B获取第四虚拟截面S4的几何中心的空间坐标与过第二截面B获取第三虚拟截面S3的几何中心的空间坐标的方式类似，在此不再赘述。
在一些示例中，获得第三虚拟截面S3和第四虚拟截面S4的几何中心的空间坐标后，可以基于第三虚拟截面S3和第四虚拟截面S4的几何中心计算异面误差。具体而言，可以计算第三虚拟截面S3和第四虚拟截面S4的几何中心之间的距离作为异面误差。
在一些示例中，获得第三虚拟截面S3时，第二旋转轴23与第二截面B之间具有第二预设角度。在一些示例中，第二预设角度可以是不大于90°的任意角度。例如，第二预设角度可以为20°、30°、45°、或90°等。在这种情况下，可以令第三虚拟截面S3和第四虚拟截面S4的几何中心的距离大于或等于第一旋转轴11的轴线和第二旋转轴23的轴线之间的距离的两倍，由此能够利用更大的数值反映第一旋转轴11的轴线和第二旋转轴23的轴线之间的距离，提高测量精度。
在步骤S400中，可以对异面误差进行调整。
在一些示例中，若异面误差不小于第二预设值，可以调整第一轴承211与第一支承部21的相对位置和第二轴承221与第二支承部22的相对位置以调整第一旋转轴11的轴线和第二旋转轴23的轴线之间的距离。在这种情况下，能够减少异面误差。
在一些示例中，若异面误差是将第一旋转轴11的轴线平移至第二旋转轴23的轴线所在的平面的平移距离，则可以直接根据异面误差获得第一轴承211与第二轴承221需要调整的距离，例如异面误差为5微米，则可以同时调整第一轴承211和第二轴承221，并令第一轴承211和第二轴承221沿着与第一旋转轴11的轴线和第二旋转轴23的轴线正交的方向移动5微米。
在一些示例中，异面误差是第二旋转轴23的轴线与第二截面B的交点(也即第三虚拟截面S3的几何中心)和第一旋转轴11旋转180°的奇数倍后第二旋转轴23的轴线与第二截面B的交点(也即第四虚拟截面S4的几何中心)之间的距离。则可以基于异面误差计算第一旋转轴11的轴线平移至第二旋转轴23的轴线所在的平面的平移距离，并对第一轴承211和第二轴承221的位置进行调整。
在一些示例中，可以使用另一种方式调整第一旋转轴11的轴线与第二旋转轴23的轴线的距离进行调整。例如，在一些示例中，若异面误差不小于第二预设值，调整第二旋转装置20与第一旋转装置10的相对位置以调整第一旋转轴11的轴线和第二旋转轴23的轴线之间的距离。具体而言，第二旋转装置20可以通过平移机构(未图示)与第一旋转轴11接合，平移机构具有滑轨，并且可以通过调整平移机构以使第二旋转装置20沿着滑轨方向与第一旋转轴11(第一旋转装置10)相对移动。在这种情况下，能够避免调整第一轴承211和第二轴承221是对垂直误差的影响。
在步骤S500中，可以重复调整垂直误差以使垂直误差小于第一预设值。在步骤S600中，重复调整异面误差以使异面误差小于第二预设值。在这种情况下，能够降低调整垂直误差和异面误差时引入的其他误差对正交轴系统的影响，提高调校方法的精确度。
在一些示例中，当垂直误差小于第一预设值并且异面误差小于第二预设值时，对第一轴承211和第二轴承221进行固定。在这种情况下，能够固定调校后的垂直误差和异面误差，并固定第一旋转轴11和第二旋转轴23的相对位置关系。
以上在具体实施方式中描述了本发明的各种实施例。尽管这些描述直接描述了上述实施例，但是应该理解的是，本领域技术人员可以想到对这里示出和描述的特定实施例的修改和/或变形。落入本说明书范围内的任何这样的修改或变形也意图包括在其中。除非特别指出，否则发明人的意图是说明书和权利要求书中的词语和短语被赋予普通技术人员的普通和习惯的含义。
已经呈现了本申请人在提交本申请时已知的本发明的各种实施例的以上描述，并且旨在用于说明和描述的目的。本说明并非旨在穷尽本发明，也不将本发明限制于所公开的确切形式，并且根据上述教导可以进行许多修改和变形。所描述的实施例用于解释本发明的原理及其实际应用，并且使得本领域的其他技术人员能够以各种实施例以及适合于预期的特定用途的各种修改来利用本发明。因此，旨在本发明不限于公开的用于实现本发明所披露的特定实施例。
虽然已经示出和描述了本发明的特定实施例，但是对于本领域技术人员而言显而易见的是，基于本发明的教导，可以做出变形和修改而不偏离本发明及其更广泛的方面，因此所附权利要求将在其范围内涵盖在本发明的真实精神和范围内的所有这些改变和修改。本领域技术人员将理解，一般而言，本发明中使用的术语一般意图为“开放”术语(例如术语“包括”应被解释为“包括但不限于”，术语“具有”应被解释为“至少具有”，术语“包括”应被解释为“包括但不限于”等)。

Claims (10)

1.一种坐标测量仪器的正交轴系统的调校方法，所述坐标测量仪器包括具有第一旋转轴的第一旋转装置和设置于所述第一旋转装置并具有第二旋转轴的第二旋转装置，所述第二旋转装置能够围绕所述第一旋转装置旋转，所述正交轴系统由所述第一旋转轴和所述第二旋转轴构成，其特征在于，包括：测量所述第一旋转轴的轴线和所述第二旋转轴的轴线的垂直误差，所述垂直误差反映所述第一旋转轴的轴线和所述第二旋转轴的轴线之间的角度，测量所述垂直误差时，利用与所述第一旋转轴的轴线间隔第一预设距离的第一截面截取所述第二旋转轴以获得第一虚拟截面，旋转所述第一旋转轴以使所述第二旋转轴旋转第一预设角度，利用所述第一截面截取所述第二旋转轴以获得第二虚拟截面，基于所述第一虚拟截面和所述第二虚拟截面的几何中心的位置计算所述垂直误差，若所述垂直误差不小于第一预设值，基于所述垂直误差调整所述第一旋转轴的轴线和所述第二旋转轴的相对位置以降低所述垂直误差，测量所述第一旋转轴的轴线和所述第二旋转轴的轴线的异面误差，所述异面误差反映所述第一旋转轴的轴线和所述第二旋转轴的轴线之间的距离，测量所述异面误差时，利用与所述第一旋转轴的轴线间隔第二预设距离的第二截面截取所述第二旋转轴以获得第三虚拟截面，旋转所述第一旋转轴以使所述第二旋转轴旋转第一预设角度，利用所述第二截面截取所述第二旋转轴以获得第四虚拟截面，基于所述第三虚拟截面和所述第四虚拟截面的几何中心计算所述异面误差，若所述异面误差不小于第二预设值，基于所述异面误差调整所述第一旋转轴的轴线和所述第二旋转轴的相对位置以降低所述异面误差，重复调整所述垂直误差以使所述垂直误差小于所述第一预设值，重复调整所述异面误差以使所述异面误差小于所述第二预设值。
2.根据权利要求1所述的调校方法，其特征在于：
获得第三虚拟截面时，所述第二旋转轴与所述第二截面之间具有第二预设角度。
3.根据权利要求1所述的调校方法，其特征在于：
所述第二旋转装置包括第一支承部和第二支承部，所述第二旋转轴可旋转地设置在所述第一支承部与所述第二支承部之间。
4.根据权利要求3所述的调校方法，其特征在于：
所述第二旋转装置还包括设置在所述第一支承部的第一轴承和设置在所述第二支承部的第二轴承，所述第二旋转轴通过所述第一轴承和所述第二轴承安装于所述第二旋转装置。
5.根据权利要求4所述的调校方法，其特征在于：
若所述垂直误差不小于所述第一预设值，调整所述第一轴承与所述第一支承部的相对位置或所述第二轴承与所述第二支承部的相对位置以调整所述第一旋转轴的轴线和所述第二旋转轴的轴线之间的角度。
6.根据权利要求4所述的调校方法，其特征在于：
若所述异面误差不小于所述第二预设值，调整所述第一轴承与所述第一支承部的相对位置和所述第二轴承与所述第二支承部的相对位置以调整所述第一旋转轴的轴线和所述第二旋转轴的轴线之间的距离。
7.根据权利要求5或6所述的调校方法，其特征在于：
所述第一轴承包括第一定位螺钉，所述第一定位螺钉配置为将所述第一轴承定位于第一支承部，所述第二轴承包括第二定位螺钉，所述第二定位螺钉配置为将所述第二轴承定位于第二支承部。
8.根据权利要求7所述的调校方法，其特征在于：
调整所述第一轴承与所述第一支承部的相对位置时，松开所述第一定位螺钉并基于所述垂直误差或所述异面误差对所述第一轴承进行调整，并在调整所述第一轴承与所述第一支承部的相对位置后，拧紧所述第一定位螺钉；
调整所述第二轴承与所述第二支承部的相对位置时，松开所述第二定位螺钉并基于所述垂直误差或所述异面误差对所述第二轴承进行调整，并在调整所述第二轴承与所述第二支承部的相对位置后，拧紧所述第二定位螺钉。
9.根据权利要求4所述的调校方法，其特征在于：
当所述垂直误差小于所述第一预设值并且所述异面误差小于所述第二预设值时，对所述第一轴承和所述第二轴承进行固定。
10.根据权利要求3所述的调校方法，其特征在于：
若所述异面误差不小于所述第二预设值，调整所述第二旋转装置与所述第一旋转装置的相对位置以调整所述第一旋转轴的轴线和所述第二旋转轴的轴线之间的距离。
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