CN113790689B - 空间坐标测量仪器的标定方法 - Google Patents

Abstract

本发明描述了一种空间坐标测量仪器的标定方法，包括：测量标准杆的实际长度作为第一测长值；将空间坐标测量仪器置于位于承载面的支撑装置，并且第一旋转轴与承载面垂直；以垂直于承载面的方式固定标准杆，通过空间坐标测量仪器对标准杆的长度进行测量以获得第二测长值；以平行于承载面的方式固定标准杆，通过空间坐标测量仪器对标准杆的长度进行测量以获得第三测长值；基于第一测长值和第二测长值标定与基准距离相匹配的基准距离误差值，基于第一测长值、第三测长值、以及基准距离误差值标定第一旋转轴与第二旋转轴的异面误差值。根据本发明，能够提供一种提高空间坐标测量仪器的综合测量精度的标定方法。

Description

空间坐标测量仪器的标定方法

技术领域

本发明大体涉及一种智能制造装备产业，具体涉及一种空间坐标测量仪器的标定方法。

背景技术

在光学精密坐标测量仪器中，仪器的加工和装配过程往往会引入许多光学误差和结构误差，例如光速倾斜误差、光束偏移误差、两轴异面误差和基距误差等。这些光学误差和结构误差的引入会使仪器的坐标测量系统产生误差，最终影响仪器的综合测量精度。另外，在仪器的长途搬运过程、测量过程中受到碰撞或者测量环境的气象参数发生较大的变化时，也会引入上述误差。传统的误差的标定常常需要将坐标测量仪器返回实验室进行标定，需要复杂的标准仪器对坐标测量仪器进行校准，并且标定方法常常步骤繁琐耗时过多。

公开号为CN107860309A、专利名为“提高激光跟踪仪测量精度的方法和装置”的中国专利揭露了一种提高激光跟踪仪测量精度的方法，其基于长度标准装置对激光跟踪仪进行标定，获得多个标定点的观测量，其中观测量包括激光跟踪仪对标定点的水平观测量、天顶距观测量、边长观测量和长度观测量。通过计算得到标定点观测量的改正数及观测量平均值的精度；根据标定点的观测量、标定点观测量的改正数以及标定点观测量平均值的精度对目标点的观测量进行插值改正，获得目标点观测量的改正数；然后将目标点的观测量与目标点观测量的改正数相加，获得目标点改正后的观测量。

上述发明基于长度标准装置对激光跟踪仪进行标定，然后将标定获得的标定点的观测量用于对激光跟踪仪实际测量的目标点的观测量进行误差改正，从而提高激光跟踪仪的测量精度。利用上述方法虽然能够提高激光跟踪仪的测量精度，但是需要测量的数据过多，导致测量的步骤也相应过多并繁琐，测量的过程中会引入较大误差。此外，标定点改正数的计算过于复杂且繁琐。多个测量误差和计算误差的引入将会对激光跟踪仪的综合测量精度产生较大影响。

发明内容

本发明是有鉴于上述现有技术的状况而提出的，其目的在于提供一种能够提高空间坐标测量仪器的综合测量精度的标定方法。

为此，本发明第一方面提供一种空间坐标测量仪器的标定方法，所述空间坐标测量仪器配置为测量辅助测量装置的空间坐标，所述空间坐标测量仪器包括具有第一旋转轴和基准部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，所述第一旋转轴与所述第二旋转轴正交，其特征在于，所述标定方法包括：测量标准杆的实际长度作为第一测长值；将所述空间坐标测量仪器置于位于承载面的支撑装置，并且所述第一旋转轴与所述承载面垂直；以垂直于所述承载面的方式固定所述标准杆，通过所述空间坐标测量仪器对所述标准杆的长度进行测量以获得第二测长值；以平行于所述承载面的方式固定所述标准杆，通过所述空间坐标测量仪器对所述标准杆的长度进行测量以获得第三测长值；令经过所述第二旋转轴的轴线并平行于所述承载面的虚拟面与所述第一旋转轴的轴线的交点为所述空间坐标测量仪器的中心位置，令所述中心位置与所述基准部之间的距离为基准距离，基于所述第一测长值和所述第二测长值标定与所述基准距离相匹配的基准距离误差值，令所述第一旋转轴的轴线和所述第二旋转轴的轴线的线间距为异面误差值，基于所述第一测长值、所述第三测长值、以及所述基准距离误差值标定所述第一旋转轴与所述第二旋转轴的异面误差值。

在本发明所涉及的标定方法中，首先通过测量标准杆的实际长度值作为第一测长值，以及经空间坐标测量仪器测量出的标准杆在垂直于承载面的方向上的第二测长值和标准杆在平行于承载面的方向上的第三测长值，然后基于第一测长值和第二测长值标定空间坐标测量仪器的基准距离误差值，并且能够基于第一测长值、第三测长值和基准距离误差值标定空间坐标测量仪器的异面误差值。在这种情况下，无需返回实验室对坐标测量系统的误差进行标定，而是在空间坐标测量仪器的测量现场通过简单的测量步骤即可反向标定空间坐标测量仪器的基准距离误差值和异面误差值，进而利用系统补偿模型对坐标测量系统进行修正以提高空间坐标测量仪器的综合测量精度，同时也提高了空间坐标测量仪器的测量效率。

另外，在本发明第一方面所涉及的标定方法中，可选地，所述标准杆包括第一端部和第二端部，通过将所述辅助测量装置依次设置于所述第一端部和第二端部测量所述第一端部的坐标值和所述第二端部的坐标值。在这种情况下，基于第一端部的坐标值和第二端部的坐标值可以得到标准杆的第二测长值，也即纵向测长值。

另外，在本发明第一方面所涉及的标定方法中，可选地，所述第一端部与所述第二端部到所述中心位置的距离相等。在这种情况下，能够便于测量出空间坐标测量仪器在测量过程中旋转的角度，方便后续误差的标定的计算。

另外，在本发明第一方面所涉及的标定方法中，可选地，通过多次测量所述第一端部和所述第二端部的坐标值获得所述第二测长值的平均值和所述第三测长值的平均值。在这种情况下，通过测量足够多的数据能够减小空间坐标测量仪器的测量误差进而得到准确的第二测长值。

另外，在本发明第一方面所涉及的标定方法中，可选地，令所述第一测长值和所述第二测长值的差值为第一误差值，若所述第一误差值大于第二预设值，则基于所述第一误差值标定所述基准距离误差值，进而利用系统补偿模型对所述空间坐标测量仪器的坐标测量系统进行修正。在这种情况下，能够基于第一测长值和第二测长值的差值反向标定基距误差值，进而能够实时补偿空间坐标测量仪器的测量误差以提高测量精度。

另外，在本发明第一方面所涉及的标定方法中，可选地，令所述第一测长值和所述第三测长值的差值为第二误差值，若所述第一误差值大于所述第二预设值或所述第二误差值大于第三预设值，则标定所述异面误差值，进而利用所述系统补偿模型对所述空间坐标测量仪器的坐标测量系统进行修正。在这种情况下，通过设定一定的误差范围判断空间坐标测量仪器是否达到测量精度要求，若达不到则可以及时标定异面误差进而提高测量仪器的测量精度。

另外，在本发明第一方面所涉及的标定方法中，可选地，基于所述第二误差值获得所述基准距离误差值与所述异面误差值的和，并基于所述基准距离误差值获得所述异面误差值。在这种情况下，能够通过计算获得异面误差值的具体量值。

另外，在本发明第一方面所涉及的标定方法中，可选地，所述基准部为所述辅助测量装置的初始放置点，所述空间坐标测量仪器测量所述标准杆的长度之前，将所述辅助测量装置置于所述基准部以对所述空间坐标测量仪器进行初始化。在这种情况下，能够使空间坐标测量仪器的坐标原点初始化。

另外，在本发明第一方面所涉及的标定方法中，可选地，以平行于所述承载面的方式固定所述标准杆时，所述标准杆与所述空间坐标测量仪器等高。在这种情况下，能够排除其他结构误差的干扰，使空间坐标测量仪器的测量精度更精准。

另外，在本发明第一方面所涉及的标定方法中，可选地，所述标准杆为标准铟瓦尺、标准碳钎维或含激光干涉仪的导轨，所述第一测长值通过双频干涉仪或三坐标测量仪器对所述标准杆进行测量。在这种情况下，基于高精度的精密量具或长度基准尺，再由具备高精度测量功能的测量仪器对标准杆进行测量，能够使测量结果最接近真实值，即测量的结果为标准杆的真实值。

根据本发明的标定方法，能够提供一种空间坐标测量仪器的标定方法，通过标定出误差的具体量值进而利用系统补偿模型以提高空间坐标测量仪器的综合测量精度。

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。

图1A是示出了本发明示例所涉及的空间坐标测量仪器的立体示意图。

图1B是示出了本发明示例所涉及的空间坐标测量仪器放置辅助测量装置时的立体示意图。

图2A是示出了本发明示例所涉及的第一旋转装置和第二旋转装置的简化示意图。

图2B是示出了本发明示例所涉及的第一旋转轴和第二旋转轴的简化示意图。

图3是示出了本发明示例所涉及的标准杆的第一测长值的示意图。

图4A是示出了本发明示例所涉及的第二测长值的场景示意图。

图4B是示出了本发明示例所涉及的测量第二测长值时的主视图。

图5A是示出了本发明示例所涉及的第三测长值的场景示意图。

图5B是示出了本发明示例所涉及的测量第三测长值时的俯视图。

图6是示出了本发明示例所涉及的基准距离的示意图。

图7是示出了本发明示例所涉及的中心位置和异面误差的示意图。

图8是示出了本发明示例所涉及的标定方法的流程图。

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。

本发明提供了一种空间坐标测量仪器的标定方法，空间坐标测量仪器配置为测量辅助测量装置的空间坐标。在一些示例中，空间坐标测量仪器可以包括具有第一旋转轴和基准部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，第一旋转轴与第二旋转轴正交。

在一些示例中，标定方法可以包括：测量标准杆的实际长度作为第一测长值；将所述空间坐标测量仪器置于位于承载面的支撑装置，并且所述第一旋转轴与所述承载面垂直；以垂直于所述承载面的方式固定所述标准杆，通过所述空间坐标测量仪器对所述标准杆的长度进行测量以获得第二测长值；以平行于所述承载面的方式固定所述标准杆，通过所述空间坐标测量仪器对所述标准杆的长度进行测量以获得第三测长值。在这种情况下，能够通过测量标准杆的实际长度值作为第一测长值，以及经空间坐标测量仪器测量出的标准杆在垂直于承载面的方向上的第二测长值和标准杆在平行于承载面的方向上的第三测长值。

在一些示例中，可以令经过第二旋转轴的轴线并平行于承载面的虚拟面与第一旋转轴的轴线的交点为空间坐标测量仪器的中心位置，令中心位置与基准部之间的距离为基准距离，可以基于第一测长值和第二测长值标定基准距离误差值。在一些示例中，可以令第一旋转轴的轴线和第二旋转轴的轴线的线间距为异面误差值，可以基于第一测长值、第三测长值、和基准距离误差值标定第一旋转轴与第二旋转轴的异面误差值。在这种情况下，能够基于第一测长值和第二测长值标定空间坐标测量仪器的基准距离误差值，并且能够基于第一测长值、第三测长值和基准距离误差值标定空间坐标测量仪器的异面误差值。

本实施方式涉及一种空间坐标测量仪器的标定方法，是空间坐标测量仪器的误差的标定方法，以下有时也简称为标定方法。在本发明中，空间坐标测量仪器可以是激光跟踪仪，但本发明所涉及的标定方法也可以适用于其他包括两个轴正交的空间坐标测量仪器。通过本实施方式涉及的标定方法，能够标定出空间坐标测量仪器的结构误差，例如标定出基准距离误差和异面误差等，进而通过系统补偿模型对空间坐标测量仪器的坐标测量系统进行修正以提高空间坐标测量仪器的综合测量精度。以下，结合附图，具体说明本实施方式所涉及的空间坐标测量仪器的标定方法。

图1A是示出了本发明示例所涉及的空间坐标测量仪器1的立体示意图。图1B是示出了本发明示例所涉及的空间坐标测量仪器1放置辅助测量装置2时的立体示意图。

在本实施方式中，如图1A所示，空间坐标测量仪器1可以包括第一旋转装置11、基准部112和第二旋转装置12。

在一些示例中，基准部112可以设置于第一旋转装置11的外周。

在一些示例中，基准部112可以具有基准面，基准面可以配置为放置辅助测量装置2（稍后描述）。在一些示例中，基准部112也可以称为“鸟巢”。

在一些示例中，基准面可以具有基准距离位置A，基准距离位置A位于基准面的中心且呈凹槽状。具体而言，基准部112可以为辅助测量装置2的初始放置点，空间坐标测量仪器1测量标准杆3（稍后描述）的长度之前，可以将辅助测量装置2置于基准部112以对空间坐标测量仪器1进行初始化。在这种情况下，能够使空间坐标测量仪器1的坐标原点初始化。在一些示例中，基准部112放置辅助测量装置2的位置可以是基准距离位置A。

在一些示例中，基准部112可以为棱柱体。具体而言，如图1A所示，基准部112可以为设置在第一旋转装置11的外侧。基准部112可以具有依次连接的第一侧面、第二侧面、第三侧面、第四侧面、第五侧面和第六侧面，其中，第一侧面可以为与第一旋转装置11连接的侧面，第四侧面可以为基准面。本发明不限于此，基准面也可以通过其他方式与第一旋转装置11连接，包括但不限于通过机械臂连接、通过支架连接或通过至少一个支柱连接等。

在一些示例中，基准部112以可拆卸的方式设置于第一旋转装置11。在另外一些示例中，基准部112和第一旋转装置11可以一体成型。

在一些示例中，辅助测量装置2可以称为“姿态靶球”、“姿态靶标”、“靶标”或者“靶球”，本实施方式涉及的空间坐标测量仪器1可以跟踪辅助测量装置2并测量辅助测量装置2的空间坐标。如图1B所示，在一些示例中，辅助测量装置2可以呈球形结构，其内部可以嵌入一个空心的角锥棱镜用以反射激光。在这种情况下，空间坐标测量仪器1能够根据入射的激光与反射的激光获得辅助测量装置2的空间坐标。

图2A是示出了本发明示例所涉及的第一旋转装置11和第二旋转装置12的简化示意图。图2B是示出了本发明示例所涉及的第一旋转轴111和第二旋转轴121的简化示意图。

在一些示例中，第二旋转装置12可以具有支承部，支承部包括第一支承部122和第二支承部123，在第一支承部122和第二支承部123上分别设置有通孔。具体而言，第一支承部122可以具有第一通孔124，第二支承部123可以具有第二通孔125。

在一些示例中，第二旋转装置12可以设置于第一旋转装置11的上方并且可以围绕第一旋转装置11旋转。由此，第二旋转装置12能够跟随第一旋转装置11的转动而转动。在一些示例中，可以通过驱动装置（未图示）例如驱动电机驱动第一旋转轴111旋转进而带动第一旋转装置11旋转。在一些示例中，第一旋转轴111可以安装于第一旋转装置11，第二旋转轴121可以安装于第二旋转装置12。在一些示例中，第一旋转轴111和第二旋转轴121可以正交以构成空间坐标测量仪器1的正交轴系统。在这种情况下，基于第一旋转轴111和第二旋转轴121正交，能够提高空间坐标测量仪器1的测量精度。在一些示例中，第二旋转轴121可以通过第一通孔124和第二通孔125安装于第一支承部122和第二支承部123之间。

图3是示出了本发明示例所涉及的标准杆3的第一测长值L1的示意图。

在本实施方式所涉及的标定方法中，可以预先准备一根标准杆3，通过测量出标准杆3的实际长度作为第一测长值L1。在一些示例中，可以在实验室预先测量标准杆3的第一测长值L1。由此，便于后续在测量现场利用标准杆3的第一测长值对空间坐标测量仪器1进行误差校正。

在一些示例中，标准杆3可以经过高精度加工。由此，能够获得高精度的标准杆3以减少后续测量误差。在一些示例中，标准杆3可以为细长的长方体状。在另一些示例中，标准杆3可以为细长的圆柱状或多边形棱柱体状。

在一些示例中，第一测长值L1可以是标准杆3的实际长度值，同时也可以称为标准杆3的理论值。在一些示例中，第一测长值L1可以通过具有精密测量性能的精密量具（未图示）或者高精度的长度基准尺（未图示）获得，例如可以通过标准铟瓦尺、标准碳钎维棒或含激光干涉仪的导轨测量获得，精密量具和高精度的长度基准尺的测量误差可以达到微米级别。在这种情况下，由于精密量具和长度基准尺对标准杆3的测量误差非常小，因此可以认为测量的结果就是标准杆3的实际长度值。

在一些示例中，可以在具有恒定气象参数的实验室中采用导轨和激光干涉仪测量标准杆3的实际长度。在一些示例中，可以在激光跟踪仪的测量现场采用标准铟瓦尺或标准碳钎维棒测量标准杆3的实际长度。

在一些示例中，优选地，标准杆3可以是经过高精度加工的精密量具或长度基准尺，例如标准杆3可以是标准铟瓦尺、标准碳纤维或含激光干涉仪的导轨。在一些示例中，可以通过双频干涉仪或三坐标测量仪器对标准杆3进行测量以获得第一测长值L1。在这种情况下，基于高精度的精密量具或长度基准尺，再由具备高精度测量功能的测量仪器对标准杆3进行测量，能够使测量结果最接近真实值，即测量的结果为标准杆3的真实值。

在本实施方式所涉及的标定方法中，为了获得空间坐标测量仪器1测量标准杆3的测量长度值，可以先将空间坐标测量仪器1置于支撑装置4上，支撑装置4可以位于承载面（未图示）。在一些示例中，支撑装置4之下可以安装有可移动的滑轮或滚轮。由此，能够便于移动空间坐标测量仪器1。在一些示例中，空间坐标测量仪器1的第一旋转轴111可以与承载面垂直。在一些示例中，若第一旋转轴111与承载面不垂直，可以通过调节机构（未图示）或者调节方法对空间坐标测量仪器1进行调节以保持第一旋转轴111与承载面垂直。在这种情况下，能够提高空间坐标测量仪器1的测量精度。

在一些示例中，承载面可以是平稳的地面。在一些示例中，承载面可以是水平的平面。由此，支撑装置4能够保持稳固状态位于承载面上，进而保持空间坐标测量仪器1的水平。在一些示例中，承载面的平面度偏差可以小于第一预设值。在一些示例中，第一预设值可以为1微米至10微米。例如，第一预设值可以为1微米、2微米、3微米、4微米、5微米、6微米、7微米、8微米、9微米或10微米等。在一些示例中，承载面的水平度偏差越小，空间坐标测量仪器1的测量误差将会越小。

图4A是示出了本发明示例所涉及的第二测长值L2的场景示意图。图4B是示出了本发明示例所涉及的测量第二测长值L2时的主视图。

在一些示例中，第二测长值L2可以通过空间坐标测量仪器1测量标准杆3在竖直方向上的长度获得。在一些示例中，第二测长值L2也可以称为空间坐标测量仪器1的纵向测长值。在一些示例中，竖直方向可以是垂直于承载面的方向。在另一些示例中，竖直方向可以是平行于第一旋转轴111的轴线的方向。

在一些示例中，可以将标准杆3以垂直于承载面的方式固定于空间坐标测量仪器1的前方。由此，空间坐标测量仪器1能够对标准杆3进行测量。在另一些示例中，可以将标准杆3以平行于第一旋转轴111的轴线的方式固定于空间坐标测量仪器1的前方。

在一些示例中，可以通过固定机构（未图示）将标准杆3以垂直于承载面的姿态固定于空间坐标测量仪器1的前方。在一些示例中，可以将标准杆3固定于空间坐标测量仪器1的正前方。在一些示例中，标准杆3和空间坐标测量仪器1的在水平方向上的距离可以与标准杆3的长度相关。在一些示例中，固定机构可以是具有固定标准杆3功能的支架。在另一些示例中，固定机构还可以是其他具有固定功能的装置。在这种情况下，标准杆3可以以垂直于承载面的姿态被固定于空间坐标测量仪器1的前方。

在一些示例中，标准杆3可以包括第一端部31和第二端部32，通过将辅助测量装置2依次设置于第一端部31和第二端部32可以测量第一端部31的坐标值和第二端部32的坐标值。在这种情况下，基于第一端部31的坐标值和第二端部32的坐标值可以得到标准杆3的第二测长值L2，也即纵向测长值。

具体而言，可以先将辅助测量装置2固定在第一端部31，空间坐标测量仪器1可以基于辅助测量装置2获得第一端部31的坐标值；然后将辅助测量装置2移至第二端部32，空间坐标测量仪器1可以基于辅助测量装置2获得第二端部32的坐标值。在一些示例中，当标准杆3以垂直于承载面的方式固定于空间坐标测量仪器1的前方时，第一端部31的坐标值可以称为第一坐标值，第二端部32的坐标值可以称为第二坐标值。在这种情况下，基于第一坐标值和第二坐标值能够获得标准杆3在竖直方向上的测量长度作为第二测长值L2，也即纵向测长值。

在一些示例中，当标准杆3以垂直于承载面的方式固定于空间坐标测量仪器1的前方时，第一端部31与第二端部32到空间坐标测量仪器1的中心位置B（稍后描述）的距离可以大致相等。优选地，中心位置B可以与标准杆3的中点位置33等高，换言之，中心位置B和标准杆3的中点位置33的连线可以垂直于标准杆3。在这种情况下，能够便于测量出空间坐标测量仪器1在测量过程中旋转的角度，方便后续误差的标定的计算。

图5A是示出了本发明示例所涉及的第三测长值L3的场景示意图。图5B是示出了本发明示例所涉及的测量第三测长值L3时的俯视图。

在一些示例中，第三测长值L3可以通过空间坐标测量仪器1测量标准杆3在水平方向上的长度获得。在一些示例中，第三测长值L3也可以称为空间坐标测量仪器1的横向测长值。在一些示例中，水平方向可以是平行于承载面的方向。在另一些示例中，水平方向可以是垂直于第一旋转轴111的轴线的方向。

在一些示例中，可以将标准杆3以平行于承载面的方式固定于空间坐标测量仪器1的前方。由此，空间坐标测量仪器1能够对标准杆3进行测量。在另一些示例中，可以将标准杆3以垂直于第一旋转轴111的轴线的方式固定于空间坐标测量仪器1的前方。

在一些示例中，可以通过固定机构将标准杆3以平行于承载面的姿态固定于空间坐标测量仪器1的前方。在一些示例中，当以平行于承载面的方式固定标准杆3时，标准杆3与空间坐标测量仪器1可以等高。在一些示例中，当以平行于承载面的方式固定标准杆3时，标准杆3与空间坐标测量仪器1的中心位置B可以等高。在这种情况下，能够排除其他结构误差的干扰，使空间坐标测量仪器1的测量精度更精准。在一些示例中，在测量第三测长值的过程中，中心位置B和标准杆3的中点位置33的连线可以垂直于标准杆3。换言之，第一端部31与第二端部32到空间坐标测量仪器1的中心位置B的距离可以相等。在这种情况下，能够便于测量出空间坐标测量仪器1在测量过程中旋转的角度，方便后续误差的标定的计算。

在一些示例中，固定机构可以是具有固定标准杆3功能的支架。在另一些示例中，固定机构还可以是其他具有固定功能的装置。在这种情况下，标准杆3可以以平行于承载面的姿态被固定于空间坐标测量仪器1的前方。

在一些示例中，当标准杆3处于水平方向时，通过将辅助测量装置2依次设置于第一端部31和第二端部32可以测量第一端部31的坐标值和第二端部32的坐标值。在这种情况下，基于第一端部31的坐标值和第二端部32的坐标值可以得到标准杆3的第三测长值L3，也即横向测长值。

具体而言，可以先将辅助测量装置2固定在第一端部31，空间坐标测量仪器1可以基于辅助测量装置2获得第一端部31的坐标值；然后将辅助测量装置2移至第二端部32，空间坐标测量仪器1可以基于辅助测量装置2获得第二端部32的坐标值。由此，能够基于辅助测量装置获得第一端部和第二端部的坐标值。

在一些示例中，当标准杆3以平行于承载面的方式固定于空间坐标测量仪器1的前方时，第一端部31的坐标值可以称为第三坐标值，第二端部32的坐标值可以称为第四坐标值。在这种情况下，基于第三坐标值和第四坐标值能够获得标准杆3在水平方向上的测量长度作为第三测长值L3，也即横向测长值。

在一些示例中，可以同时在标准杆3的两个端部放置辅助测量装置2。在这种情况下，能够同时测量第一端部31和第二端部32的坐标值，进而减小操作步骤引入的误差。

在本实施方式所涉及的标定方法中，可以通过多次测量第一端部31和第二端部32的坐标值获得第二测长值L2的平均值和第三测长值L3的平均值。具体而言，在一些示例中，当标准杆3处于竖直方向时，可以通过多次测量第一坐标值和第二坐标值并基于多个第一坐标值和多个第二坐标值获得多个第二测长值L2，然后计算多个第二测长值L2的平均值。在这种情况下，通过测量足够多的数据能够减小空间坐标测量仪器1的测量误差进而得到准确的第二测长值L2。

在一些示例中，当标准杆3处于水平方向时，可以通过多次测量第三坐标值和第四坐标值并基于多个第三坐标值和多个第四坐标值获得多个第三测长值L3，然后计算多个第三测长值L3的平均值。在这种情况下，通过测量足够多的数据能够得到准确的第三测长值L3。

在一些示例中，可以对多个第一坐标值、多个第二坐标值、多个第三坐标值和多个第四坐标值进行预处理，例如可以移除其中异常的坐标值。在这种情况下，能够减小第二测长值L2和第三测长值L3的测量误差。

图6是示出了本发明示例所涉及的基准距离L的示意图。图7是示出了本发明示例所涉及的中心位置B和异面误差的示意图。

如图7所示，在本实施方式所涉及的标定方法中，可以令经过第二旋转轴121的轴线并平行于承载面的虚拟面Z与第一旋转轴111的轴线的交点为空间坐标测量仪器1的中心位置B。在一些示例中，第一旋转轴111的轴线可以称为第一轴线1111，第二旋转轴121的轴线可以称为第二轴线1211，即可以令经过第二轴线1211并平行于承载面的虚拟面Z与第一轴线1111的交点为空间坐标测量仪器1的中心位置B。

如图6所示，在本实施方式所涉及的标定方法中，可以令中心位置B与基准部112之间的距离为基准距离L。在一些示例中，基准距离L可以是中心位置B与基准距离位置A之间的距离。在一些示例中，基准距离位置A可以是一个凹槽，基准距离L可以是中心位置B与凹槽中心之间的距离。

在一些示例中，空间坐标测量仪器1的基准距离L在出厂时会进行标定，但是由于空间坐标测量仪器1的震动等因素的影响，基准距离L会发生一定的变化并产生一定的误差从而影响空间坐标测量仪器1的测量误差。因此，需要对与基准距离L相匹配的基准距离误差值（以下简称基距误差值）定期标定。在这种情况下，通过标定出基距误差值进而能够提高测量仪器的综合测量精度。

在一些示例中，空间坐标测量仪器1可以与不同类型的辅助测量装置2相组合，与不同类型的辅助测量装置2相组合可以有不同的基距误差值。在这种情况下，为了提高空间坐标测量仪器1的测量精度，需要标定出基距误差值的具体量值。

在一些示例中，基距误差值对空间坐标测量仪器1的第二测长值L2（即纵向测长值）的测量精度比较敏感。换言之，基距误差值可以影响空间坐标测量仪器1的第二测长值L2的测量精度。在一些示例中，基距误差值越大，第二测长值L2的测量误差越大。因此，在空间坐标测量仪器1对目标点进行测量之前，标定出基距误差值的具体量值对是具有重要意义的，通过标定的基距误差值的具体量值进而能够提高空间坐标测量仪器1的综合测量精度。

在一些示例中，可以令第一测长值L1和第二测长值L2的差值为第一误差值，若第一误差值大于第二预设值，则基于第一误差值标定基距误差值，进而利用系统补偿模型对空间坐标测量仪器1的坐标测量系统进行修正。在这种情况下，能够基于第一测长值L1和第二测长值L2的差值反向标定基距误差值，进而能够实时补偿空间坐标测量仪器1的测量误差以提高综合测量精度。在一些示例中，第一误差值也可以称为纵向测长误差值。

在一些示例中，第二预设值可以为15微米至30微米，例如第二预设值可以为15微米、16微米、17微米、18微米、19微米、20微米、21微米、22微米、23微米、24微米、25微米、26微米、27微米、28微米、29微米或30微米等。若第一误差值不大于第二预设值，则说明空间坐标测量仪器1的测量精度在允许的误差范围内，此时可以不标定基距误差值对空间坐标测量仪器1进行实时补偿。

在一些示例中，若第一误差值大于第二预设值，则说明空间坐标测量仪器1的测量精度超过了允许的误差范围，此时可以标定基距误差值以对空间坐标测量仪器1进行实时补偿。由此，能够提高空间坐标测量仪器1的综合测量精度。

在一些示例中，第一误差值可以与基距误差值为一次线性关系。在一些示例中，第一误差值可以为基距误差值乘以第一预设倍数，第一预设倍数可以与测量第二测长值L2时空间坐标测量仪器1在竖直方向上的第一旋转角度θ相关。在一些示例中，第一旋转角度θ可以是空间坐标测量仪器1测量第一坐标值和第二坐标值时，第二旋转轴121从第一端部31到第二端部32的过程中旋转的角度。在一些示例中，第一旋转角度θ可以是空间坐标测量仪器1测量第一坐标值和第二坐标值时，第二旋转轴121从第一端部31到标准杆3的中点位置33的过程中旋转的角度。

在一些示例中，第一预设倍数可以与第一旋转角度θ的三角函数相关，例如第一预设倍数可以包括sinθ、cosθ或θ等。在一些示例中，第一预设倍数还可以包括预设常数，例如预设常数可以为-3、-2、-1、0、1、2或3等。如上所述，则第一预设倍数可以包括-3sinθ、-2sinθ、-sinθ、sinθ、2sinθ、3sinθ、-3cosθ、-2cosθ、-cosθ、cosθ、2cosθ、3cosθ、-3θ、-2θ、-θ、θ、2θ或3θ等。在一些示例中，可以根据测量的方法选择第一预设倍数。如图4B所示，在一些示例中，第一旋转角度θ可以为空间坐标测量仪器1在测量过程中旋转的半角。在一些示例中，第一旋转角度θ可以为空间坐标测量仪器1在测量过程中旋转的完整的角度。

如上所述，在一些示例中，可以令参数K1表示为第一预设倍数，参数f表示为基距误差值，参数ΔL1表示为第一误差值，则第一误差值与基距误差值的关系可以由数学公式（1）表示：

（1）

其中，ΔL1为第一误差值，K1为第一预设倍数，f为基距误差值。

理想情况下，空间坐标测量仪器1的中心位置B指的是第一轴线1111与第二轴线1211的交点，但由于加工装配过程中会引入一些误差，导致第一轴线1111和第二轴线1211有一定的错位量。如上所述，实际中可以令经过第二轴线1211并平行于承载面的虚拟面Z与第一轴线1111的交点为空间坐标测量仪器1的中心位置B。

如上所述，在一些示例中，第一轴线1111和第二轴线1211之间有一定的错位量。换言之，第一轴线1111和第二轴线1211并不是像理想情况下那样相交，而是有一定的线间距δ。在一些示例中，可以令第一旋转轴111和第二旋转轴121的线间距δ为异面误差值。

在一些示例中，基距误差值和异面误差值对空间坐标测量仪器1的第三测长值L3（即横向测长值）的测量精度比较敏感，基距误差值和异面误差值可以共同影响第三测长值L3的测量精度。在一些示例中，基距误差值与异面误差值之和越大，第三测长值L3的测量误差越大。因此，在空间坐标测量仪器1对目标点进行测量之前，标定出异面误差值的具体量值是具有重要意义的，通过标定的异面误差值进而能够提高空间坐标测量仪器1的综合测量精度。

在本实施方式所涉及的标定方法中，可以基于第一测长值L1、第三测长值L3和基距误差值标定异面误差值，进而能够实时补偿空间坐标测量仪器1的测量误差以提高综合测量精度。以下将详细说明如何获得异面误差值。

在一些示例中，可以令第一测长值L1和第三测长值L3的差值为第二误差值。如上所述，基距误差值和异面误差值可以共同影响空间坐标测量仪器1第三测长值L3的测量精度，若第一误差值大于第二预设值或第二误差值大于第三预设值，则需要标定异面误差值。在这种情况下，通过设定一定的误差范围判断空间坐标测量仪器1是否达到测量精度要求，若达不到则可以及时标定异面误差值进而提高测量仪器的测量精度。

在一些示例中，第三预设值可以为15微米至30微米，例如第三预设值可以为15微米、16微米、17微米、18微米、19微米、20微米、21微米、22微米、23微米、24微米、25微米、26微米、27微米、28微米、29微米或30微米等。若第一误差值不大于第二预设值或第二误差值不大于第三预设值，则说明空间坐标测量仪器1的测量精度在允许的误差范围内，此时可以不标定基距误差值对空间坐标测量仪器1进行实时补偿。

在一些示例中，若第一误差值大于第二预设值或第二误差值大于第三预设值，则说明空间坐标测量仪器1的测量精度超过了允许的误差范围，此时可以标定异面误差值以对空间坐标测量仪器1进行实时补偿。由此，能够提高空间坐标测量仪器1的综合测量精度。

在一些示例中，第二误差值可以与基距误差值为一次线性关系。在一些示例中，第二误差值可以与异面误差值为一次线性关系。在一些示例中，第二误差值可以与基距误差值和异面误差值的和为一次线性关系。

在一些示例中，第二误差值可以为基距误差值乘以第二预设倍数。在一些示例中，第二误差值可以为异面误差值乘以第二预设倍数。在一些示例中，第二误差值可以为基距误差值与异面误差值之和乘以第二预设倍数。

在一些示例中，第二预设倍数可以与测量第三测长值L3时空间坐标测量仪器1在水平方向上的第二旋转角度Φ相关。在一些示例中，第二预设倍数可以与第二旋转角度Φ的三角函数相关。例如第二预设倍数可以包括sinΦ或Φ等。在一些示例中，第二预设倍数还可以包括预设常数，例如预设常数可以为-3、-2、-1、0、1、2或3等。如上所述，则第二预设倍数可以包括-3sinΦ、-2sinΦ、-sinΦ、sinΦ、2sinΦ、3sinΦ、-3Φ、-2Φ、-Φ、Φ、2Φ或3Φ等。在一些示例中，可以根据测量的方法选择第二预设倍数。如图5B所示，在一些示例中，第二旋转角度Φ可以为空间坐标测量仪器1在测量过程中旋转的半角。在一些示例中，第二旋转角度Φ可以为空间坐标测量仪器1在测量过程中旋转的完整的角度。在一些示例中，第二旋转角度Φ可以与第一旋转角度θ相同。

如上所述，在一些示例中，可以令参数K2表示为第二预设倍数，参数f表示为基距误差值，参数g表示为异面误差值，参数ΔL2表示为第二误差值，则第二误差值、基距误差值和异面误差值的关系可以由数学公式（2）表示：

（2）

其中，ΔL2为第二误差值，K2为第二预设倍数，f为基距误差值，g为异面误差值。

在一些示例中，基于第二误差值可以获得基距误差值与异面误差值之和，同时如上所述基于第一误差值可以获得基距误差值。在这种情况下，能够通过计算获得异面误差值的具体量值。

图8是示出了本发明示例所涉及的标定方法的流程图。以下，结合图8对空间坐标测量仪器1的标定方法进行详细说明。

在一些示例中，本发明示例所涉及的标定方法可以包括如下步骤：获得第一测长值L1（步骤S100）、放置空间坐标测量仪器1（步骤S200）、获得第二测长值L2（步骤S300）、获得第三测长值L3（步骤S400）、获得基距误差值（步骤S500）、并且获得异面误差值（步骤S600）。

在一些示例中，在步骤S100中，可以通过双频干涉仪或三坐标测量仪器测量标准杆3的实际长度即第一测长值L1。

在一些示例中，在步骤S200中，可以将空间坐标测量仪器1放置于位于承载面的支撑装置4上，空间坐标测量仪器1的第一旋转轴111可以与承载面垂直。

在一些示例中，在步骤S300中，可以通过固定装置将标准杆3以垂直于承载面的方式将其固定在空间坐标测量仪器1的前方，空间坐标测量仪器1的中心位置B和标准杆3的中点位置33的连线可以垂直于标准杆3；然后将辅助测量装置2设置在第一端部31上，空间坐标测量仪器1基于辅助测量装置2获得第一端部31的坐标值（即第一坐标值）；移动辅助测量装置2将其设置于第二端部32上，空间坐标测量仪器1基于辅助测量装置2获得第二端部32的坐标值（即第二坐标值）。基于第一坐标值和第二坐标值获得空间坐标测量仪器1的第二测长值L2（即纵向测长值）。

在一些示例中，在步骤S400中，可以通过固定装置将标准杆3以平行于承载面的方式将其固定在空间坐标测量仪器1的前方，空间坐标测量仪器1的中心位置B可以与标准杆3等高且和标准杆3的中点位置33的连线可以垂直于标准杆3；然后将辅助测量装置2设置在第一端部31上，空间坐标测量仪器1基于辅助测量装置2获得第一端部31的坐标值（即第三坐标值）；移动辅助测量装置2将其设置于第二端部32上，空间坐标测量仪器1基于辅助测量装置2获得第二端部32的坐标值（即第四坐标值）。基于第三坐标值和第四坐标值获得空间坐标测量仪器1的第三测长值L3（即横向测长值）。

在一些示例中，在步骤S500中，可以令经过第二轴线1211并平行于承载面的虚拟面Z与第一轴线1111的交点作为空间坐标测量仪器1的中心位置B，令中心位置B与基准距离位置A之间的距离为基准距离L。在一些示例中，可以基于步骤S100中获得的第一测长值L1和步骤S300中获得的第二测长值L2的获得第一误差值，然后可以基于数学公式（1）获得基距误差值。

在一些示例中，在步骤S600中，可以令第一轴线1111和第二轴线1211的线间距δ为异面误差值。在一些示例中，可以基于步骤S100中获得的第一测长值L1和步骤S400中获得的第三测长值L3获得第二误差值。在一些示例中，可以基于数学公式（2）获得基距误差值和异面误差值之和，然后基于步骤S500中获得的基距误差值获得异面误差值。

根据本发明，基于第一测长值L1和第二测长值L2能够标定出基距误差值，基于第一测长值L1和第三测长值L3能够标定出基距误差值和异面误差值之和，进而可以得到异面误差值，通过系统补偿模型对空间坐标测量仪器1的坐标测量系统进行修正以提高空间坐标测量仪器1的综合测量精度。

虽然以上结合附图和示例对本发明进行了具体说明，但是可以理解，上述说明不以任何形式限制本发明。本领域技术人员在不偏离本发明的实质精神和范围的情况下可以根据需要对本发明进行变形和变化，这些变形和变化均落入本发明的范围内。

Claims (10)

1.一种空间坐标测量仪器的标定方法，所述空间坐标测量仪器配置为测量辅助测量装置的空间坐标，所述空间坐标测量仪器包括具有第一旋转轴和基准部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，所述第一旋转轴与所述第二旋转轴正交，其特征在于，所述标定方法包括：测量标准杆的实际长度作为第一测长值；将所述空间坐标测量仪器置于承载面的支撑装置，并且所述第一旋转轴与所述承载面垂直；以垂直于所述承载面的方式固定所述标准杆，通过所述空间坐标测量仪器对所述标准杆的长度进行测量以获得第二测长值；以平行于所述承载面的方式固定所述标准杆，通过所述空间坐标测量仪器对所述标准杆的长度进行测量以获得第三测长值；令经过所述第二旋转轴的轴线并平行于所述承载面的虚拟面与所述第一旋转轴的轴线的交点为所述空间坐标测量仪器的中心位置，令所述中心位置与所述基准部的基准面的凹槽状中心之间的距离为基准距离，令所述承载面的平面度偏差小于第一预设值，所述第一测长值和所述第二测长值的差值为第一误差值，若所述第一误差值大于第二预设值，则基于所述第一误差值标定与所述基准距离相匹配的基准距离误差值；令所述第一测长值和所述第三测长值的差值为第二误差值，所述第一旋转轴的轴线和所述第二旋转轴的轴线的线间距为异面误差值，若所述第一误差值大于所述第二预设值或所述第二误差值大于第三预设值，则基于所述第二误差值和所述基准距离误差值标定所述第一旋转轴与所述第二旋转轴的异面误差值。

2.如权利要求1所述的标定方法，其特征在于：

所述标准杆包括第一端部和第二端部，通过将所述辅助测量装置依次设置于所述第一端部和第二端部测量所述第一端部的坐标值和所述第二端部的坐标值。

3.如权利要求2所述的标定方法，其特征在于：

所述第一端部与所述第二端部到所述中心位置的距离相等。

4.如权利要求2所述的标定方法，其特征在于：

通过多次测量所述第一端部和所述第二端部的坐标值获得所述第二测长值的平均值和所述第三测长值的平均值。

5.如权利要求1所述的标定方法，其特征在于：

基于所述第一误差值标定所述基准距离误差值，进而利用系统补偿模型对所述空间坐标测量仪器的坐标测量系统进行修正。

6.如权利要求5所述的标定方法，其特征在于：

基于所述第二误差值和所述基准距离误差值标定所述异面误差值，进而利用所述系统补偿模型对所述空间坐标测量仪器的坐标测量系统进行修正。

7.如权利要求1所述的标定方法，其特征在于：

基于所述第二误差值获得所述基准距离误差值与所述异面误差值的和，并基于所述基准距离误差值获得所述异面误差值。

8.如权利要求1所述的标定方法，其特征在于：

所述基准部为所述辅助测量装置的初始放置点，所述空间坐标测量仪器测量所述标准杆的长度之前，将所述辅助测量装置置于所述基准部以对所述空间坐标测量仪器进行初始化。

9.如权利要求1所述的标定方法，其特征在于：

以平行于所述承载面的方式固定所述标准杆时，所述标准杆与所述空间坐标测量仪器等高。

10.如权利要求1所述的标定方法，其特征在于：

所述标准杆为标准铟瓦尺、标准碳钎维或含激光干涉仪的导轨，所述第一测长值通过双频干涉仪或三坐标测量仪器对所述标准杆进行测量。

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