DE102018221657A1

DE102018221657A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Korrektur der räumlichen Genauigkeit

Info

Publication number: DE102018221657A1
Application number: DE102018221657.6A
Authority: DE
Inventors: Shinitirou Yanaka; Masayuki Nara
Original assignee: Mitutoyo Corp
Current assignee: Mitutoyo Corp
Priority date: 2017-12-14
Filing date: 2018-12-13
Publication date: 2019-06-19
Also published as: US11366447B2; JP2019105614A; JP6955990B2; CN109974644A; CN109974644B; US20190187660A1

Abstract

Eine Vorrichtung zur Korrektur der räumlichen Genauigkeit führt eine Korrektur der räumlichen Genauigkeit eines Positionierers durch, der unter Verwendung eines Längenmesswerts, der von einem Interferometer gemessen wird, und eines Messwerts des Satzes von räumlichen Koordinaten des Verschiebekörpers, der von dem Positionierer gemessen wird, einen Verschieber zu einem vorbestimmten Satz von räumlichen Koordinaten verschiebt. Der Längenmesswert und der Messwert für jeden Messpunkt werden durch Verschieben des Verschiebekörpers zu einer Vielzahl von aufeinanderfolgenden Messpunkten erfasst, eine oder mehrere wiederholte Messungen werden für mindestens einen der Vielzahl von Messpunkten durchgeführt, die nach Durchführung einer Messung des Längenmesswerts und des Messwertes für jeden der Vielzahl von Messpunkten gemessen werden, und die Vielzahl von Punkten wird nochmals gemessen, wenn ein Wiederholungsfehler des Längenmesswerts gleich oder größer als ein Schwellenwert ist.

Description

QUERVERWEIS ZU VERWANDTEN ANMELDUNGEN
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der am 14. Dezember 2017 eingereichten japanischen Anmeldung Nr. 2017-240065 , deren Offenbarung durch Bezugnahme hierin ausdrücklich in ihrer Gesamtheit mit aufgenommen wird.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Korrektur der räumlichen Genauigkeit, die einen Positionierfehler in einem Positioniermechanismus korrigieren, der einen Verschiebekörper an einen vorbestimmten Satz von räumlichen Koordinaten positioniert.
Beschreibung des Standes der Technik
Herkömmlicherweise ist ein Positioniermechanismus bekannt, der einen Verschiebekörper an einer vorgegebenen Koordinatenposition im Raum (räumliche Koordinaten) positioniert (verschiebt). Beispiele für solche Positioniermechanismen können eine Koordinatenmessmaschine (CMM), die eine Messsonde zum Messen einer Form eines Objekts verschiebt, eine Werkzeugmaschine, die ein Bearbeitungswerkzeug zum Bearbeiten eines Objekts verschiebt, ein Roboter, der einen Arm in eine vorbestimmte Position verschiebt, und dergleichen umfassen.
In einem solchen Positioniermechanismus muss ein Verschiebekörper genau an einen vorgegebenen Satz von räumlichen Koordinaten positioniert werden, und um dies zu erreichen, wurden Verfahren zur Korrektur der räumlichen Genauigkeit vorgeschlagen, bei denen für jede Achse in einem Positioniermechanismus Translationsfehler, Rotationsfehler und Rechtwinkligkeitsfehler zwischen den Achsen angemessen korrigiert werden und Positionierfehler reduziert werden (siehe, zum Beispiel, Umetsu et al. (2005) und die Spezifikation des Deutschen Patents Nr. 102007004934 ). Das in Umetsu et al. beschriebene Verfahren führt die Korrektur der räumlichen Genauigkeit mit einem Multilaterationsverfahren unter Verwendung eines nachführbaren Laserinterferometers durch. Außerdem ändert das im Deutschen Patent Nr. 102007004934 beschriebene Verfahren eine Position eines an einer Spitze einer Z-Spindel einer CMM befestigten Retroreflektors auf vier oder mehr Positionen und misst die Positionen des Retroreflektors an jeder Position mit der CMM. Gleichzeitig damit wird ferner eine Änderung des Abstandes zu dem Retroreflektor mit einem nachführbaren Laserinterferometer gemessen, das sich innerhalb eines Messbereichs der CMM befindet oder in dessen Nähe positioniert ist. Basierend auf diesen Messwerten wird dann mit dem Multilaterationsverfahren eine Position eines Drehzentrums des nachführbaren Laserinterferometers und ein absoluter Abstand von dem Drehzentrum des nachführbaren Laserinterferometers zu dem Retroreflektor berechnet.
Hierin wird ein Verfahren zur Korrektur der räumlichen Genauigkeit eines herkömmlichen Positioniermechanismus konkret beschrieben. 4 stellt eine Vorrichtung zur Korrektur der räumlichen Genauigkeit dar, die das Verfahren zur Korrektur der räumlichen Genauigkeit des Positioniermechanismus durchführt (in diesem Beispiel wird eine CMM 10 beschrieben). In 4 verwendet eine Vorrichtung zur Korrektur der räumlichen Genauigkeit 90 eine CMM 10, ein nachführbares Laserinterferometer 20 und einen PC 99. Die räumliche Genauigkeit der CMM 10 soll korrigiert werden.
Die CMM 10 umfasst eine Z-Spindel 102, an der eine Messsonde 101 befestigt ist, eine X-Führung 103, die die Z-Spindel 102 so hält, dass sie in einer X-Richtung verschiebbar ist, und eine Säule 104, an der die X-Führung 103 befestigt ist und die in einer Y-Richtung verschiebbar ist. Obwohl dies nicht in den Zeichnungen dargestellt ist, umfasst die CMM 10 ferner beispielsweise auch einen Y-Verschiebemechanismus, der die Säule 104 in der Y-Richtung verschiebt, einen X-Verschiebemechanismus, der die Z-Spindel 102 über die X-Führung 103 in der X-Richtung verschiebt, einen Z-Verschiebemechanismus, der die Z-Spindel 102 in einer Z-Richtung verschiebt, und verschiedene Skalen, die zum Beispiel die räumlichen Koordinaten der Messsonde 101 und der Z-Spindel 102 basierend auf einem Verschiebungsbetrag eines jeden Verschiebemechanismus messen. Ein Retroreflektor 105 ist ebenfalls an einer Spitze der Messsonde 101 angebracht. Die Messsonde 101 kann auch abgenommen werden und der Retroreflektor 105 kann an einer Spitzenposition der Z-Spindel 102 montiert werden.
Das nachführbare Laserinterferometer 20 wird in einem Messbereich der CMM 10 oder in dessen Nähe installiert. Das nachführbare Laserinterferometer 20 wird dem Retroreflektor 105 nachgeführt und misst einen Abstand von einem Drehzentrum M des nachführbaren Laserinterferometers 20 zu dem Retroreflektor 105.
Der PC 99 ist ein Computer, der mit der CMM 10 und dem nachführbaren Laserinterferometer 20 verbunden ist. Der PC 99 steuert die CMM 10 und das Laserinterferometer 20 und führt gleichzeitig eine Koordinatenmessung mit der CMM 10 und eine Längenmessung mit dem nachführbaren Laserinterferometer 20 durch.
In diesem Beispiel kann das nachführbare Laserinterferometer 20 normalerweise keinen absoluten Abstand messen. Dementsprechend werden bei Verwendung des in dem Deutschen Patent Nr. 102007004934 beschriebenen Verfahrens eine Position M eines Drehzentrums eines nachführbaren Laserinterferometers (nachfolgend abgekürzt als Drehzentrum M) und ein absoluter Abstand von dem Drehzentrum M zu dem Retroreflektor 105 mit dem Multilaterationsverfahren berechnet. Dann wird ein von dem nachführbaren Laserinterferometer 20 erfasster Längenmesswert d so voreingestellt, dass der Längenmesswert d den absoluten Abstand von dem Drehzentrum M zu dem Retroreflektor 105 anzeigt. Die an dieser Stelle berechneten Koordinaten (x_m, y_m, z_m) des Drehzentrums M und ein voreingestellter Wert des von dem nachführbaren Laserinterferometer 20 erfassten Längenmesswertes d sind jedoch Werte, die mit der Genauigkeit der CMM 10 vor der Korrektur ermittelt wurden und sind keine sehr genauen Werte. Wenn daher ein Korrekturparameter der räumlichen Genauigkeit Bα (im Folgenden abgekürzt als Korrekturparameter Bα) für die CMM 10 berechnet wird, können Korrekturkonstanten jeweils auf jeden Wert als eine unbekannte Größe angewendet werden, und die optimale Lösung für die Korrekturkonstanten kann zusammen mit dem Korrekturparameter Bα berechnet werden.
Nach der vorstehend beschriebenen Voreinstellung wird die Position des Retroreflektors 105 (nachfolgend Messpunkt X genannt) geändert und eine Vielzahl der Messpunkte X gemessen. Danach wird ein Tasterversatz (relative Position des Retroreflektors 105 gegenüber der Spitze der Z-Spindel 102 der CMM 10) und die Position des Drehzentrums M des nachführbaren Laserinterferometers (Einbauposition des nachführbaren Laserinterferometers 20) geändert und eine Vielzahl von Messpunkten X (insgesamt mehrere tausend Punkte) gemessen. Nachdem die Position des Drehpunktes M geändert wurde und der Tasterversatz geändert wurde, ändern sich die Koordinaten des Drehpunktes M und der voreingestellte Wert des Längenmesswertes d, und daher wird die Voreinstellung erneut durchgeführt. Daher wird auf die Position des Drehzentrums M (x_m, y_m, z_m) und den voreingestellten Wert des Längenmesswertes d jedes Mal, wenn sich die Position des Drehzentrums M ändert und sich der Tasterversatz ändert, ein anderer Wert angewendet.
Bei der Messung des Messpunktes X werden ein Messwert X_CMM (x_CMM, y_CMM, z_CMM) des von der CMM 10 erfassten Messpunktes X und der von dem nachführbaren Laserinterferometer 20 erfasste Längenmesswert d gleichzeitig gemessen. Da das Multilaterationsverfahren verwendet wird, ändert sich zudem das Drehzentrum M des nachführbaren Laserinterferometers 20 zu mindestens vier verschiedenen Positionen und wird dort gemessen. Nach Beendigung der Messung aller Messpunkte X wird dann aus den Messdaten (x_CMM, d) ein Korrekturparameter der CMM 10 berechnet. Bei der Berechnung des Korrekturparameters werden die an den mehreren tausend Messpunkten X gemessenen Messdaten in die nachstehenden Ausdrücke (1) und (2) eingesetzt, Simultangleichungen für die mehreren tausend Ausdrücke (1) und (2) werden erstellt, und der Korrekturparameter Bα der CMM 10 wird durch Lösen der Gleichungen mit der kleinsten Quadratmethode gefunden, wie beispielsweise in Umetsu et al.
[Formel 1]
$δ p \equiv {[\begin{matrix} δ x & δ y & δ z \end{matrix}]}^{T} = H B α$
$\sqrt{{(x_{C M M} + δ x) - (x_{m} + f_{x m})}^{2} + {(y_{C M M} + δ_{y}) - (y_{m} + f_{y m})}^{2} + {(z_{C M M} + δ z) - (z_{m} + f_{z m})}^{2}} = (d + F_{d})$
In Ausdruck (1) ist δρ≡ (δx, δy, δz)^T eine Matrix eines Fehlers in den von der CMM 10 an jedem Messpunkt X erfassten Messwerten X_CMM und ist insbesondere ein Fehler zwischen der aktuellen Position des Retroreflektors 105 und dem Messwert X_CMM. Das hochgestellte Zeichen „T“ stellt eine transponierte Matrix dar. Bα ist eine Matrix von Korrekturparametern für die CMM 10, ausgedrückt durch eine B-Spline-Funktion, B ist eine Matrix von Basisfunktionen der B-Spline-Funktionen und α ist eine Matrix von Koeffizienten für die Basisfunktionen. H ist eine Matrix, die den Korrekturparameter Bα in einen Fehler δp des Messwertes X_CMM umwandelt, und ist eine bekannte Matrix, die aus einer mechanischen Struktur und Tasterversatzinformation für die zu korrigierende CMM 10 konfiguriert ist. Außerdem drücken die linke beziehungsweise die rechte Seite des Ausdrucks (2) den Messwert X_CMM für die CMM 10 und den Abstand von dem Drehzentrum M zu dem Retroreflektor 105 aus, der durch den Längenmesswert d des nachführbaren Laserinterferometers 20 ausgedrückt wird. Wie in der obigen Beschreibung angegeben, sind x_m, y_m und z_m jeweils entsprechend x-, y- und z-Komponenten der in der Voreinstellung gemessenen Koordinaten des Drehzentrums M. F_d ist eine Korrekturkonstante für den voreingestellten Wert des gemessenen Längenwertes d (nachfolgend als erste Korrekturkonstante F_d bezeichnet), und f_xm , f_ym und f_zm sind jeweils entsprechend x-, y- und z-Komponenten einer Korrekturkonstante F_M für die Koordinaten des Drehzentrums M (nachfolgend als zweite Korrekturkonstante F_M bezeichnet). Die erste Korrekturkonstante F_d und die zweite Korrekturkonstante F_M sind beide unbekannte Größen, und eine unterschiedliche Korrekturkonstante wird jedes Mal angewendet, wenn die Position des Drehzentrums M des nachführbaren Laserinterferometers geändert wird und jedes Mal, wenn der Tasterversatz geändert wird. Diese Korrekturkonstanten können zusammen mit dem Korrekturparameter Bα bei der Lösung der Gleichungen der Ausdrücke (1) und (2) gefunden werden. Die räumliche Genauigkeit der zu korrigierenden CMM 10 kann mit dem Korrekturparameter Bα korrigiert werden, der wie oben beschrieben gefunden wird.
Nicht-Patent-Literatur
Umetsu, Kenta und Ryosyu Furutnani, Sonko Osawa, Toshiyuki Takatsuji und Tomizo Kurosawa. „Geometrie calibration of a coordinate measuring machine using a laser tracking system.“ Measurement Science and Technology 16.12 (2005): 2466-2472.
Bei einem Verfahren zur Korrektur der räumlichen Genauigkeit, wie dem vorstehend beschriebenen, misst das nachführbare Laserinterferometer 20 die Länge mit dem Drehzentrum M als Referenzpunkt. Wenn jedoch die Position des Drehzentrums M gegenüber einem Koordinatenursprung der CMM 10 beispielsweise durch Temperaturdrift oder eine äußere Einwirkung verschoben wird, kann ein Fehler durch den Positionsversatz des Drehzentrums M in den Längenmesswert d des nachführbaren Laserinterferometers 20 einfließen. In diesem Fall kann nicht bestimmt werden, ob der vorstehend beschriebene Fehler in den Längenmesswert d eingeflossen ist und die Auswirkungen des Positionsversatzes des Drehzentrums M auf den Längenmesswert d können durch die vorstehend beschriebenen Verfahren des Deutschen Patents Nr. 102007004934 oder Umetsu et al. nicht unterbunden werden. Folglich wird die Korrektur der räumlichen Genauigkeit mit dem enthaltenen Fehler durchgeführt, was das Problem darstellt, dass man einen hochgenauen Korrekturprozess nicht durchführen kann.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Korrektur der räumlichen Genauigkeit mit einem hohen Grad an Korrekturgenauigkeit bereit.
Ein Verfahren zur Korrektur der räumlichen Genauigkeit gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren, das einen Positioniermechanismus umfasst, der einen Verschiebekörper zu einem vorbestimmten Satz von räumlichen Koordinaten verschiebt, wobei der Positioniermechanismus ferner einen an dem Verschiebekörper montierten Retroreflektor und ein Laserinterferometer aufweist, das einen Referenzpunkt aufweist und einen Abstand von dem Referenzpunkt zu dem Retroreflektor misst, wobei das Verfahren eine Korrektur der räumlichen Genauigkeit des Positioniermechanismus unter Verwendung eines von dem Laserinterferometer gemessenen Längenmesswertes und eines von dem Positioniermechanismus gemessenen Messwertes für räumliche Koordinaten des Retroreflektors durchführt. Das Verfahren umfasst einen Messschritt, bei dem der Retroreflektor der Reihe nach zu der Vielzahl von Messpunkten verschoben wird und der Längenmesswert und der Messwert an jedem der Messpunkte erfasst werden. In dem Messschritt werden nach dem Messen des Längenmesswertes und des Messwertes für jeden der Vielzahl von Messpunkten mindestens eine oder mehrere wiederholte Messungen für mindestens einen der Vielzahl von gemessenen Messpunkten durchgeführt. Wenn ein Fehler in dem Längenmesswert, der in Bezug auf den Messpunkt, der der wiederholten Messung unterzogen wurde, wiederholt gemessen wird, gleich oder größer als ein vorgegebener Schwellenwert ist, wird die Vielzahl von Messpunkten nochmals gemessen.
In diesem Beispiel kann beispielsweise ein Wiederholungsfehler durch eine Differenz zwischen dem Maximalwert und dem Minimalwert aus der Vielzahl der Längenmesswerte gefunden werden, die in Bezug auf die der wiederholten Messung unterzogenen Messpunkte erfasst wurden. In der vorliegenden Erfindung wird nach dem Messen des Messwertes und des Längenmesswertes in Bezug auf die Vielzahl von Messpunkten die wiederholte Messung für mindestens einen der gemessenen Messpunkte durchgeführt. Dann wird für den Wiederholungsfehler des Messpunkts, der der wiederholten Messung unterzogen wurde, bestimmt, ob der Fehler gleich oder größer als ein vorgegebener Schwellenwert ist. Wenn bestimmt wird, dass der Wiederholungsfehler gleich oder größer als der Schwellenwert ist, wird die Messung für die Vielzahl von Messpunkten erneut durchgeführt. Wenn der Wiederholungsfehler gleich oder größer als der Schwellenwert ist, kann die Position des Laserinterferometers (Position des Referenzpunktes) aufgrund von Temperaturdrift oder eine äußere Einwirkung verschoben worden sein und der Fehler ist in den Längenmesswert eingeflossen. In diesem Fall besteht die Möglichkeit, dass der Fehler in die Messpunkte ab dem Messpunkt, der der wiederholten Messung unterzogen wurde, einbezogen wird. Wenn vor der wiederholten Messung ein Korrekturparameter aus dem Messwert berechnet wird, kann eine hochgenaue Korrektur nicht durchgeführt werden. Im Gegensatz dazu wird bei der vorliegenden Erfindung, wenn der Wiederholungsfehler gleich oder größer als der Schwellenwert ist, eine erneute Messung für die Vielzahl von Messpunkten durchgeführt. Dementsprechend kann in Bezug auf jeden Messpunkt ein angemessener Längenmesswert erfasst und ein hochgenauer Korrekturparameter berechnet werden.
Bei dem Verfahren zur Korrektur der räumlichen Genauigkeit gemäß der vorliegenden Erfindung werden bevorzugt in dem Messschritt eine Vielzahl von Messpunkten in eine Vielzahl von Messlinien unterteilt, und nach der Messung des Längenmesswertes und der Messwerte aller zu jeder der Messlinien gehörenden Messpunkte wird mindestens eine oder mehrere wiederholte Messungen für mindestens einen der zu der Messlinie gehörenden Messpunkte durchgeführt.
In der vorliegenden Erfindung wird die Vielzahl der Messpunkte in eine Vielzahl von Messlinien unterteilt, die beispielsweise eine vorbestimmte Anzahl Ka von Messpunkten umfassen, und die wiederholte Messung wird für jede Messlinie durchgeführt. In einem solchen Fall können im Vergleich zu einem Fall, in dem alle der Vielzahl von Messpunkten nochmals gemessen werden, angemessene Messwerte und Längenmesswerte in Bezug auf die einzelnen Messpunkte schnell erfasst werden.
Bei dem Verfahren zur Korrektur der räumlichen Genauigkeit gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst das Verfahren bevorzugt einen Parameterberechnungsschritt, in dem der Korrekturparameter der Korrektur zur räumlichen Genauigkeit des Positioniermechanismus basierend auf dem Messwert, dem Längenmesswert und den Koordinaten des Referenzpunktes des Laserinterferometers berechnet wird. In dem Parameterberechnungsschritt wird der Korrekturparameter bevorzugt durch Anwenden einer ersten Korrekturkonstante auf den Längenmesswert und einer zweiten Korrekturkonstante auf die Koordinaten des Referenzpunktes für jede Messlinie berechnet.
Die erste Korrekturkonstante ist eine Konstante zur Korrektur der Abweichung des Längenmesswertes und die zweite Korrekturkonstante ist eine Konstante zur Korrektur des Positionsversatzes der Referenzpunktkoordinaten des Laserinterferometers. Bei der vorliegenden Erfindung wird im Parameterberechnungsschritt die zweite Korrekturkonstante, die für jede Messlinie jeweils unterschiedlich ist, auf die Referenzpunktkoordinate des Laserinterferometers jedes Messpunktes angewendet und die erste Korrekturkonstante, die für jede Linie jeweils unterschiedlich ist, wird auf den Längenmesswert angewendet. In einem solchen Fall werden beispielsweise der Messwert und der Längenmesswert in Bezug auf jeden Messpunkt in die oben genannten Ausdrücke (1) und (2) eingesetzt und eine Simultangleichung aufgestellt, und es kann ein angemessener Wert für die erste Korrekturkonstante und die zweite Korrekturkonstante und den Korrekturparameter Bα durch Lösen der Simultangleichung gleichzeitig gefunden werden. In einem solchen Fall, beispielsweise in einem Fall, in dem der Positionsversatz des Referenzpunktes des Laserinterferometers (z.B. ein Drehzentrum M eines in dem Deutschen Patent Nr. 102007004934 beschriebenen nachführbaren Laserinterferometers) während der Messung allmählich zunimmt, werden die erste Korrekturkonstante und die zweite Korrekturkonstante, die jeweils für jede Messlinie unterschiedlich sind, angewendet und somit kann der Einfluss unterbunden werden und es kann ein hochgenauer Korrekturparameter berechnet werden.
Bei dem Verfahren zur Korrektur der räumlichen Genauigkeit der vorliegenden Erfindung werden für mindestens einen oder mehrere Messpunkte, die der wiederholten Messung unterzogen werden, bevorzugt, den anfänglich auf der Messlinie gemessenen Messpunkt zu umfassen. In der vorliegenden Erfindung wird bei der Durchführung der wiederholten Messung der gemessene Anfangsmesspunkt als Messpunkt für die wiederholte Messung mit einbezogen. Wenn die Position des nachführbaren Laserinterferometers aufgrund von Temperaturdrift oder einer äußeren Einwirkung während der Messung der Vielzahl von Messpunkten versetzt wird, unterscheidet sich der Längenmesswert aus der wiederholten Messung an dem anfänglich gemessenen Messpunkt immer von dem Längenmesswert vor der wiederholten Messung. Indem der anfänglich gemessene Messpunkt einer wiederholten Messung unterzogen wird, kann eine Bestimmung darüber, ob die Messung für die Vielzahl von Messpunkten nochmals durchgeführt werden soll, leicht und schnell durchgeführt werden.
Gemäß dem Verfahren zur Korrektur der räumlichen Genauigkeit der vorliegenden Erfindung wird bei der wiederholten Messung bevorzugt die Vielzahl der Messpunkte in umgekehrter Reihenfolge der Messung der Vielzahl der zuletzt gemessenen Messpunkte gemessen. In der vorliegenden Erfindung wird bei der Durchführung der wiederholten Messung die Messung in umgekehrter Reihenfolge der Messung der Vielzahl der zuletzt gemessenen Messpunkte durchgeführt. Dementsprechend ist es beispielsweise möglich, wenn der Längenmesswert durch Temperaturdrift allmählich erhöht oder verringert wird, den Effekt von Temperaturdrift und dergleichen aufzuheben, indem beispielsweise der kleinste Quadratwert zwischen dem Längenmesswert an jedem Messpunkt aus der wiederholten Messung und dem Längenmesswert von jedem der letzten Messpunkte gefunden wird. Wenn außerdem während der wiederholten Messung eine Temperaturdrift auftritt, führt im Vergleich zu einem Fall, in dem der Längenmesswert durch Verschieben eines jeden der Messpunkte in die gleiche Richtung mit dem letzten Messpunkt erfasst wird, ein Fall, in dem der gemessene Längenwert durch Verschieben der Messpunkte in umgekehrter Reihenfolge erfasst wird, zu einem größeren Wiederholungsfehler. Wird beispielsweise die Messung in der Reihenfolge von einem Messpunkt X₁ zu einem Messpunkt X_Ka durchgeführt, und wird die Messung wird in der Reihenfolge von dem Messpunkt X_Ka zu dem Messpunkt X₁ in der wiederholten Messung durchgeführt, dann wird die Differenz (Wiederholungsfehler) zwischen dem Längenmesswert während der wiederholten Messung und dem letzten Längenmesswert bei X₁ erhöht, wenn eine Temperaturdrift auftritt. Somit kann die Bestimmung, ob eine Messung für jeden Messpunkt nochmals durchgeführt werden soll, das heißt, die Bestimmung, ob der Fehler durch die Verschiebung des Drehzentrums M in den Längenmesswert eingeflossen ist, angemessen getroffen werden, und es kann eine hochgenaue räumliche Genauigkeitskorrektur durchgeführt werden.
In dem Verfahren zur Korrektur der räumlichen Genauigkeit gemäß der vorliegenden Erfindung wird vor der Durchführung des Messschrittes bevorzugt ein Vorabmessschritt eingefügt, in dem eine Vielzahl der wiederholten Messungen für die Vielzahl von Messpunkten durchgeführt wird und der Schwellenwert basierend auf der Standardabweichung des Fehlers durch die wiederholte Messung der Vielzahl von Messpunkten in dem Vorabmessschritt berechnet wird. Bei der vorliegenden Erfindung wird der Vorabmessschritt vor der Hauptmessung durchgeführt und der Längenmesswert für jeden Messpunkt wiederholt gemessen. Dann wird der Schwellenwert basierend auf der Standardabweichung des Wiederholungsfehlers durch die wiederholte Messung definiert (z.B. wird als Schwellenwert ein Wert eingestellt, der dem Dreifachen der Standardabweichung entspricht). In einem solchen Fall ist es im Vergleich zu einem Fall, in dem ein vorbestimmter Schwellenwert verwendet wird, möglich, den geeignetsten Schwellenwert entsprechend der Messumgebung einzustellen.
Das Verfahren zur Korrektur der räumlichen Genauigkeit gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren, umfassend einen Positioniermechanismus, der einen Verschiebekörper zu einem vorbestimmten Satz von räumlichen Koordinaten verschiebt, wobei der Positioniermechanismus ferner einen Retroreflektor aufweist, der an dem Verschiebekörper montiert ist und die Messung des Messwertes der räumlichen Koordinaten des Retroreflektors ermöglicht; ein Laserinterferometer, das den Referenzpunkt aufweist und einen Längenmesswert misst, der ein Abstand von dem Referenzpunkt zu dem Retroreflektor ist; und eine Steuervorrichtung, die mit dem Positioniermechanismus und dem Laserinterferometer verbunden ist. Die Steuervorrichtung verschiebt den Retroreflektor nacheinander zu der Vielzahl von Messpunkten und erfasst den Längenmesswert und den an jedem der Messpunkte gemessenen Messwert. Nach dem Messen des Längenmesswerts und des Messwerts in Bezug auf jeden der Vielzahl von Messpunkten wird mindestens eine oder mehrere wiederholte Messungen für mindestens einen der Vielzahl von gemessenen Messpunkten durchgeführt, und wenn der Fehler des Längenmesswerts aus der wiederholten Messung in Bezug auf die wiederholt gemessenen Messpunkte gleich oder größer als der vorbestimmte Schwellenwert ist, wird die Vielzahl von Messpunkten nochmals gemessen. In der vorliegenden Erfindung wird, ähnlich wie bei den oben beschriebenen Erfindungen, wenn der Wiederholungsfehler gleich oder größer als der Schwellenwert ist, eine erneute Messung für die Vielzahl von Messpunkten durchgeführt. Dementsprechend kann für jeden Messpunkt ein angemessener Längenmesswert erfasst werden und es kann ein hochgenauer Korrekturparameter berechnet werden.
Figurenliste
Die vorliegende Erfindung wird in der folgenden ausführlichen Beschreibung mit Bezugnahme auf die erwähnte Vielzahl von Zeichnungen durch nicht einschränkende Beispiele von Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung näher beschrieben, wobei gleiche Bezugsziffern gleiche Teile in den verschiedenen Ansichten der Zeichnungen darstellen, und wobei:

1 eine schematische Konfiguration einer Vorrichtung zur Korrektur der räumlichen Genauigkeit gemäß einer ersten Ausführungsform darstellt;
2 ein Flussdiagramm ist, das ein Verfahren zur Korrektur der räumlichen Genauigkeit gemäß der ersten Ausführungsform darstellt;
3 ein Flussdiagramm ist, das einen Messvorgang der ersten Ausführungsform darstellt;
4 eine beispielhafte Messreihenfolge von Messpunkten gemäß der ersten Ausführungsform darstellt;
5 eine beispielhafte Messreihenfolge von Messpunkten gemäß einer dritten Ausführungsform darstellt;
6 eine schematische Ansicht einer Konfiguration von Funktionen einer Steuervorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform darstellt; und
7 eine schematische Konfiguration einer herkömmlichen Vorrichtung zur Korrektur der räumlichen Genauigkeit darstellt.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die hierin gezeigten Einzelheiten sind beispielhaft und zum Zwecke der anschaulichen Erläuterung der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung und dienen dazu, die als am hilfreichsten und am leichtesten verständlich angesehene Beschreibung der Prinzipien und konzeptionellen Aspekte der vorliegenden Erfindung bereitzustellen. Diesbezüglich wird nicht versucht, strukturelle Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ausführlicher darzustellen, als es für das grundlegende Verständnis der vorliegenden Erfindung notwendig ist, wobei die Beschreibung zusammen mit den Zeichnungen den Fachleuten verdeutlicht, wie die Formen der vorliegenden Erfindung in der Praxis ausgeführt werden können.
Nachfolgend wird eine Vorrichtung zur Korrektur der räumlichen Genauigkeit gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. 1 stellt eine schematische Konfiguration einer Vorrichtung zur Korrektur der räumlichen Genauigkeit 1 gemäß der Ausführungsform dar. Die Vorrichtung zur Korrektur der räumlichen Genauigkeit 1 umfasst eine CMM 10, ein nachführbares Laserinterferometer 20 und eine Steuervorrichtung 30. In 1 weisen die CMM 10 und das nachführbare Laserinterferometer 20 die gleiche Konfiguration auf wie das in 4 dargestellte herkömmliche Beispiel. Insbesondere ist die CMM 10 äquivalent zu einem Positioniermechanismus oder einer Maschine in der vorliegenden Offenbarung und umfasst eine Messsonde 101, eine Z-Spindel 102, an der die Messsonde 101 befestigt ist, eine X-Führung 103, die die Z-Spindel 102 so hält, dass sie in eine X-Richtung verschiebbar ist, und eine Säule 104, an der die X-Führung 103 befestigt ist und die in eine Y-Richtung verschiebbar ist. Außerdem umfasst die CMM 10 einen Y-Verschiebemechanismus, einen X-Verschiebemechanismus, einen Z-Verschiebemechanismus und verschiedene Skalen, die jeweils nicht in den Zeichnungen dargestellt sind. Die CMM 10 positioniert ferner die Messsonde 101 (Verschiebungskörper oder Verschieber), indem die Messsonde 101 an eine Position mit vorbestimmten räumlichen Koordinaten verschoben wird, und misst die räumlichen Koordinaten der positionierten Messsonde 101 als einen Messwert X_CMM. In der vorliegenden Ausführungsform werden durch Steuern des Y-Verschiebemechanismus, des X-Verschiebemechanismus und des Z-Verschiebemechanismus die Messsonde 101 und die Z-Spindel 102, an der die Messsonde 101 befestigt ist, in XYZ-Richtungen verschoben, wodurch der Verschiebekörper der vorliegenden Erfindung konfiguriert wird. Darüber hinaus ist ein Retroreflektor 105, der Laserlicht von dem nachführbaren Laserinterferometer 20 reflektiert, an einer Spitzenposition der Messsonde 101 montiert, die den Verschiebungskörper konfiguriert. Die Messsonde 101 kann auch abgenommen und der Retroreflektor 105 an einer Spitzenposition der Z-Spindel 102 montiert werden.
Das nachführbare Laserinterferometer 20 ist äquivalent zu einem Laserinterferometer in der vorliegenden Erfindung und wird in einem Messbereich der CMM 10 (z.B. einem Tisch 106 oder dergleichen, auf der ein Messobjekt platziert wird) oder in dessen Nähe installiert. Obwohl in den Zeichnungen nicht dargestellt, umfasst das nachführbare Laserinterferometer 20 beispielsweise eine Laserlichtquelle, die Laserlicht emittiert, einen Lichtseparator, der das Laserlicht in Messlicht und Referenzlicht trennt, einen Lichtempfänger, der Störlicht empfängt, das eine Mischung aus dem Referenzlicht und dem vom Retroreflektor 105 reflektierten Laserlicht (Rückkehrlicht) ist, und einen zweiachsigen Drehmechanismus, der eine Emissionsrichtung des Messlichts (Laserlicht) steuert. Außerdem verfolgt das nachführbare Laserinterferometer 20 den Retroreflektor 105 durch Steuern des zweiachsigen Drehmechanismus derart, dass eine optische Achse des vom Retroreflektor 105 reflektierten Rückkehrlichts mit einer optischen Achse des emittierten Lichts übereinstimmt. Insbesondere umfasst der zweiachsige Drehmechanismus einen horizontalen Drehmechanismus, der die Emissionsrichtung des Lasers um eine rechtwinklige Achse dreht, die parallel zu einer Z-Achse ist, und die Emissionsrichtung des Lasers in eine horizontale Richtung schwenkt, und einen Z-Drehmechanismus, der eine Drehung um eine horizontale Achse bewirkt, die orthogonal zu der rechtwinkligen Achse ist und die Emissionsrichtung des Lasers in die Z-Richtung schwenkt. Außerdem ist ein Schnittpunkt zwischen der senkrechten Achse und der horizontalen Achse ein Drehzentrum M des nachführbaren Laserinterferometers 20 und dient in der vorliegenden Erfindung als Referenzpunkt. Das nachführbare Laserinterferometer 20 nutzt die Interferenz zwischen dem Referenzlicht und dem Rückkehrlicht von dem Retroreflektors 105, um einen Abstand von dem Drehpunkt M des zweiachsigen Drehmechanismus zu dem Retroreflektor 105 zu messen. Der mit dem nachführbaren Laserinterferometer 20 gemessene Abstand wird als Längenmesswert d bezeichnet.
Die Steuervorrichtung 30 ist sowohl mit der CMM 10 als auch mit dem nachführbaren Laserinterferometer 20 verbunden. Zudem steuert die Steuervorrichtung 30 die CMM 10 und das nachführbare Laserinterferometer 20, erfasst den Messwert X_CMM für die Position des Retroreflektors 105 von der CMM 10 und den Längenmesswert d von dem nachführbaren Laserinterferometer 20 und führt einen Prozess zur Korrektur der räumlichen Genauigkeit der CMM 10 durch.
Insbesondere wird die Steuervorrichtung 30 von einem Computer, wie beispielsweise einem Personalcomputer, konfiguriert und umfasst beispielsweise einen Speicher, der von einem Datenspeicher oder dergleichen konfiguriert wird, und einen Rechner, der von einer CPU (Central Processing Unit) oder dergleichen konfiguriert wird. Außerdem ruft der Rechner, wie in 1 dargestellt, ein im Speicher gespeichertes Programm ab und führt es aus, und die Steuerung 30 führt dabei Betriebsvorgänge als eine Messpunktsteuerung 31, ein Messergebniserfasser 32, ein Fehlerbestimmer 33, ein Korrekturwertrechner 34 und dergleichen durch.
Die Messpunktsteuerung 31 verschiebt den Retroreflektor 105 an einen vorbestimmten Messpunkt X. In der vorliegenden Ausführungsform werden eine Vielzahl von Messpunkten, an denen eine Messung ausgeführt wird, und ein Messauftrag für die Messpunkte vorab definiert. In diesem Beispiel wird in der vorliegenden Ausführungsform die Vielzahl der Messpunkte in eine Vielzahl von Messlinien unterteilt, die eine vorgegebene Anzahl Ka von Messpunkten umfassen, und die Messpunktsteuerung 31 misst nacheinander jeden der zur Messlinie gehörenden Messpunkte, und misst dann nochmals mindestens einen der zur Messlinie gehörenden Messpunkte (wiederholte Messung).
Der Messergebniserfasser 32 erfasst die Messergebnisse für jeden Messpunkt. Mit anderen Worten, der Messergebniserfasser 32 synchronisiert beispielsweise die CMM 10 und das nachführbare Laserinterferometer 20 und bewirkt, dass der Messwert X_CMM und der Längenmesswert d für den Messpunkt X gleichzeitig gemessen werden. Die Messsonde 101 kann ferner an dem Messpunkt X durch die Messpunktsteuerung 31 gestoppt werden und der Messwert X_CMM und der Längenmesswert d können im Wesentlichen gleichzeitig gemessen werden.
Der Fehlerbestimmer 33 berechnet in Bezug auf den wiederholt gemessenen Messpunkt eine Differenz (Wiederholungsfehler Δd_C1) zwischen dem wiederholt gemessenen Längenmesswert d und dem anfänglich gemessenen Längenmesswert d (vor der wiederholten Messung) und bestimmt, ob der Wiederholungsfehler Δd_C1 einen Schwellenwert S überschreitet. Der Korrekturwertrechner 34 berechnet einen Korrekturparameter Bα basierend auf dem Messwert X_CMM und dem von dem Messergebniserfasser 32 erfassten Längenmesswert d. Ausführliche Prozesse der Messpunktsteuerung 31, des Messergebniserfassers 32, des Fehlerbestimmers 33 und des Korrekturwertrechners 34 werden später beschrieben.
Verfahren zur Korrektur der räumlichen Genauigkeit Im Folgenden wird ein von der Vorrichtung zur Korrektur der räumlichen Genauigkeit 1 durchgeführtes Verfahren zur Korrektur der räumlichen Genauigkeit (Prozess zur Korrektur der räumlichen Genauigkeit) beschrieben, in dem ein Korrekturparameter zur Korrektur der räumlichen Koordinaten der CMM 10 berechnet wird. In dem Prozess zur Korrektur der räumlichen Genauigkeit gemäß der vorliegenden Ausführungsform werden die Position des Drehzentrums M des nachführbaren Laserinterferometers 20 (Einbauposition des nachführbaren Laserinterferometers 20) und ein Tasterversatz (relative Position des Retroreflektors 105 in Bezug auf die Z-Spindel) modifiziert und die Messwerte X_CMM und die Längenmesswerte d für die Vielzahl der Messpunkte X werden erfasst und es wird der Korrekturparameter Bα berechnet. In diesem Beispiel wird die vorliegende Ausführungsform so beschrieben, dass sie eine Variable aufweist, die den mit n bezeichneten Tasterversatz angibt (wobei n eine ganze Zahl von 1 bis nmax ist und ein Anfangswert n = 1 ist) und eine Variable aufweist, die die mit m bezeichnete Position des Drehzentrums M des nachführbaren Laserinterferometers 20 anzeigt (wobei m eine ganze Zahl von 1 bis mmax ist und ein Anfangswert m = 1 ist).
2 ist ein Flussdiagramm, das den Prozess zur Korrektur der räumlichen Genauigkeit (Verfahren zur Korrektur der räumlichen Genauigkeit) gemäß der vorliegenden Ausführungsform darstellt. Bei dem Prozess zur Korrektur der räumlichen Genauigkeit gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird zunächst die Position des Drehzentrums M des nachführbaren Laserinterferometers 20 auf eine m-te Einbauposition (Schritt S1) eingestellt. Der Tasterversatz (Position des Retroreflektors 105) wird auf eine Position eines n-ten Versatzmusters eingestellt (Schritt S2). In den Schritten S1 und S2 kann ein Bediener beispielsweise die Montageposition des Retroreflektors 105 und die Einbauposition des nachführbaren Laserinterferometers 20 manuell ändern, oder die Montageposition des Retroreflektors 105 und die Einbauposition des nachführbaren Laserinterferometers 20 kann automatisch geändert werden. So kann beispielsweise eine motorisierte Sonde, die in der Lage ist, eine Ausrichtung des Tasters unter Verwendung eines elektrischen Antriebs zu ändern, als die Messsonde 101 verwendet werden, und die relative Position des Retroreflektors 105 in Bezug auf die Z-Spindel 102 kann durch eine von der Steuervorrichtung 30 ausgeführte Steuerung verschoben werden. Außerdem kann das nachführbare Laserinterferometer 20 von einem beweglichen Arm gehalten werden, der in Bezug auf die XYZ-Richtungen verschiebbar ist, und die Einbauposition des nachführbaren Laserinterferometers 20 kann durch Steuern des beweglichen Arms durch eine von der Steuervorrichtung 30 ausgeführte Steuerung auf eine vorbestimmte Position eingestellt werden. Danach führt die Steuervorrichtung 30 einen Messvorgang (Messschritt) der Messwerte X_CMM und der Längenmesswerte d für die Vielzahl der Messpunkte X (Schritt S3) durch.
3 ist ein Flussdiagramm, das einen Messprozess für die Messwerte X_CMM und die Längenmesswerte d der Vielzahl von Messpunkten X gemäß der vorliegenden Ausführungsform darstellt. In dem Messprozess von Schritt S3 wird, ähnlich einem herkömmlichen Verfahren zur Korrektur der räumlichen Genauigkeit, zunächst eine Voreinstellung durchgeführt, bei der die Position des Drehzentrums M des nachführbaren Laserinterferometers 20 und ein absoluter Abstand von dem Drehzentrum M zu dem Retroreflektor 105 definiert werden (Schritt S11). In Schritt S11 wird, wie beispielsweise in der Spezifikation des Deutschen Patents Nr. 102007004934 und Umetsu et al. (2005), ein Multilaterationsverfahren verwendet, um die Koordinaten des Drehzentrums M und den absoluten Abstand von dem Drehzentrum M zu dem Retroreflektor 105 zu berechnen, und die Voreinstellung erfolgt so, dass der von dem nachführbaren Laserinterferometer 20 erfasste Längenmesswert d dem absoluten Abstand von dem Drehzentrum M zu dem Retroreflektor 105 entspricht.
Als Nächstes steuert die Steuervorrichtung 30 die CMM 10, verschiebt den Retroreflektor 105 zu der Vielzahl von Messpunkten X und führt eine Messung mit der CMM 10 und eine Längenmessung mit dem nachführbaren Laserinterferometer 20 für jeden der Messpunkte X durch. Für diese Messungen setzt die Steuervorrichtung 30 zunächst eine Variable a, die die Messlinie angibt, auf einen Anfangswert (a = 1) (Schritt S12), und setzt dann eine Variable A, die den zu jeder Messlinie gehörenden Messpunkt X angibt, auf einen Anfangswert (A = 1) (Schritt S13). Die Variable a ist eine ganze Zahl von 1 bis amax, und „Messlinie La“ bezeichnet eine a-te Messlinie L. Darüber hinaus ist die Variable A eine ganze Zahl von 1 bis Ka, und ein Messpunkt X_A bezeichnet einen Messpunkt X, der der als A-ter auf der Messlinie gemessen wird. Die Anzahl Ka der Messpunkte X, die in der Messlinie L umfasst sind, kann für jede Messlinie L ein anderer Wert sein, oder kann der gleiche Wert sein.
Zudem steuert die Messpunktsteuerung 31 die CMM 10 und verschiebt den Retroreflektor 105 zu einem Messpunkt X_A auf einer Messlinie L_a (Schritt S14). Der Messergebniserfasser 32 misst den Messpunkt X_A auf der Messlinie L_a mit der CMM 10 und dem nachführbaren Laserinterferometer 20 und erfasst den von der CMM 10 gemessenen Messwert X_CMM bzw. den von dem nachführbaren Laserinterferometer 20 gemessenen Längenmesswert d (Schritt S15). In Schritt S15 können die CMM 10 und das nachführbare Laserinterferometer 20 synchronisiert werden und der Messwert X_CMM und der Längenmesswert d können gleichzeitig erfasst werden; der Retroreflektor 105 kann ferner an einer Position angehalten werden, die dem Messpunkt X_A entspricht, und die Messung durch die CMM 10 und die Messung durch das nachführbare Laserinterferometer 20 können nacheinander durchgeführt werden.
Danach bestimmt die Messpunktsteuerung 31, ob die Variable A gleich Ka ist (Schritt S16). Insbesondere bestimmt die Messpunktsteuerung 31, ob die Messung für alle (für Ka) der zur Messlinie L_a gehörenden Messpunkte X beendet ist. Wenn die Messpunktsteuerung 31 in Schritt S16 eine „Nein“-Bestimmung erreicht, wird 1 zu der Variablen A (Schritt S17) addiert und der Prozess kehrt zu Schritt S14 zurück. Das heißt, es werden nacheinander Messpunkte X an Ka Punkten von A = 1 bis A = Ka der Messlinie L_a gemessen. In dem Beispiel von 4 gehört beispielsweise eine Anzahl K1 von Messpunkten X zu der Messlinie L₁ und der Messwert X_CMM und der Längenmesswert d werden aufeinanderfolgend von einem Messpunkt X₁ , Messpunkt X₂ , Messpunkt X₃ , .... Messpunkt X_K1-1 und einem Messpunkt X_K1 gemessen.
Erreicht die Messpunkt-Steuerung 31 dagegen in Schritt S16 eine „Ja“-Bestimmung, verschiebt die Messpunktsteuerung 31 den Retroreflektor 105 zu einem vorbestimmten Messpunkt X_Ca auf der Messlinie L_a (Schritt S18). Dann führt der Messergebniserfasser 32 die wiederholte Messung an dem Messpunkt X_Ca durch das nachführbare Laserinterferometer 20 (Schritt S19) durch. In der vorliegenden Ausführungsform ist der für die wiederholte Messung zu messende Messpunkt X_Ca der Messpunkt X₁ . Mit anderen Worten, auf der Messlinie L_a verschiebt die Messpunktsteuerung 31 den Retroreflektor 105 zu einer Position des anfänglich gemessenen Messpunkts X₁ und führt die Messung an dem Messpunkt X₁ mit dem nachführbaren Laserinterferometer 20 durch. Dementsprechend wird, wie in 4 gezeigt, bei Beendigung der Messung des Messpunktes X_K1 auf der Messlinie L₁ nicht die Messung des Messpunktes X₁ auf einer Messlinie L₂ , sondern die Messung des Längenmesswertes d in Bezug auf den Messpunkt X₁ auf der Messlinie L₁ wiederholt. Die Anzahl der Messungen der wiederholten Messung in Schritt S19 kann einmalig oder zweifach oder mehr sein. Auch wenn die Messung einmal in Schritt S19 durchgeführt wird, wird die Messung in Bezug auf den Messpunkt X_Ca insgesamt zweimal durch Messungen in den Schritten S15 und S19 durchgeführt.
Als Nächstes bestimmt der Fehlerbestimmer 33 basierend auf den Messergebnissen der wiederholten Messung in Schritt S19, ob ein Wiederholungsfehler Δd gleich oder größer als ein vorbestimmter Schwellenwert S (Schritt S20) ist. Insbesondere extrahiert der Fehlerbestimmer 33 den größten Messwert d_{max_Ca} und den kleinsten Messwert d_{min_Ca} aus dem durch Messung in Schritt S15 erfassten Längenmesswert d und mindestens einem oder mehreren Längenmesswerten d, die durch die wiederholte Messung in Schritt S19 erfasst werden. Dann bestimmt der Fehlerbestimmer 33, ob ein Wiederholungsfehler Δd_Ca (= d_{max_Ca} - d_{min_Ca}) gleich oder größer als der vorbestimmte Schwellenwert S ist.
Wenn der Fehlerbestimmer 33 in Schritt S20 eine „Ja“-Bestimmung (Δd_Ca ≥ S) erreicht, kehrt der Prozess zu Schritt S13 zurück. Mit anderen Worten, die Messpunktsteuerung 31 steuert die CMM 10 und verschiebt den Retroreflektor 105 zum Anfangsmesspunkt X₁ auf der Messlinie L_a und misst nochmals den Messwert X_CMM und den Längenmesswert d von den Messpunkten X₁ bis X_Ka . Somit wird die Messung jedes zur Messlinie L_a gehörenden Messpunktes X wiederholt, bis er als Δd_Ca < S in Schritt S20 bestimmt wird.
Wenn unterdessen die Messpunktsteuerung 31 in Schritt S20 eine „Nein“-Bestimmung (Δd_Ca < S) erreicht, bestimmt die Messpunkt-Steuerung 31, ob die Variable a gleich a_max ist (Schritt S21). Wenn die Messstellensteuerung 31 in Schritt S21 eine „Nein“-Bestimmung erreicht, wird 1 zur Variablen a (Schritt S22) addiert und der Prozess kehrt zu Schritt S13 zurück. Insbesondere wird jeder zur nächsten Messlinie L_a gehörende Messpunkt X gemessen, bis der Wiederholungsfehler Δd_Ca kleiner als der Schwellenwert S ist.
In einem in 4 gezeigten Beispiel werden Messungen in Bezug auf die Messlinie L₁ für die Messwerte X_CMM und die Längenmesswerte d von den Messpunkten X₁ bis X_K1 nacheinander von (i) bis (iv) durch die Messungen in Schritt S13 bis Schritt S17 durchgeführt. Dann wird, wie durch (v) in 4 dargestellt, die wiederholte Messung durch Zurückkehren zum Messpunkt X₁ durchgeführt. In dem in 4 gezeigten Beispiel ist der berechnete Wiederholungsfehler Δd_C1 in Bezug auf die Messlinie L₁ kleiner als der Schwellenwert S. In einem solchen Fall wird, wie in 4 gezeigt, nach Durchführung der wiederholten Messung des Messpunktes X₁ und ohne eine nochmalige Durchführung der Messung der Messpunkte X₁ bis X_K1, ein Messobjekt zum Anfangsmesspunkt X₁ auf der Messlinie L₂ , wie durch (vi) dargestellt, bewegt und die Messung für jeden zur Messlinie L₂ gehörenden Messpunkt X beginnt.
Ähnlich der Messlinie L₁ werden ferner Messungen in Bezug auf die Messlinie L₂ für die Messwerte X_CMM und die Längenmesswerte d von den Messpunkten X₁ bis X_K2 nacheinander von (i) bis (iv) durch die Messungen in Schritt S13 bis Schritt S17 durchgeführt, woraufhin die wiederholte Messung nach Rückkehr zu dem durch (v) dargestellten Messpunkt X₁ durchgeführt wird. In dem in 4 dargestellten Beispiel ist ein berechneter Wiederholungsfehler Δd_C2 in Bezug auf die Messlinie L₁ gleich oder größer als der Schwellenwert S. Wie in 4 unter (vi) bis (ix) dargestellt werden in einem solchen Fall nach der Wiederholung der Messung des Messpunktes X₁ die Messungen in Schritt S13 bis S17 nochmals durchgeführt und der Messwert X_CMM und der Messlängenwert d für jeden Messpunkt X von den Messpunkten X₁ bis X_K2 nochmals gemessen. Weiterhin, wie durch (x) dargestellt, werden die Wiederholungsmessung der Messung X₁ und die Bestimmung des Wiederholungsfehlers Δd_C2 nochmals durchgeführt. Wenn der Wiederholungsfehler Δd_C2 als kleiner als der Schwellenwert S bestimmt wird, geht der Prozess zur nächsten Messlinie L₃ weiter, wie durch (xi) dargestellt.
Wenn die Messpunktsteuerung 31 eine „Ja“-Bestimmung in Schritt S21 erreicht und die Messwerte X_CMM und die Längenmesswerte d für alle Messpunkte X in allen Messlinien L gemessen wurden, dann wird der Messvorgang für den Fall beendet, dass der Tasterversatz ein n-tes Versatzmuster ist und die eingestellte Position des Laserinterferometers 20 eine m-te Position ist.
Danach bestimmt die Steuereinrichtung 30, ob die Variable n gleich nmax ist (Schritt S4), und wenn die Steuereinrichtung 30 eine „Nein“-Bestimmung erreicht, wird 1 zur Variablen n (Schritt S5) addiert und der Prozess kehrt zu Schritt S2 zurück. Wenn in Schritt S4 eine „Ja“-Bestimmung erfolgt, bestimmt die Steuereinrichtung außerdem, ob die Variable m gleich mmax ist (Schritt S6). Wenn eine „Nein“-Bestimmung erfolgt, wird 1 zur Variablen m addiert und die Variable n auf den Anfangswert 1 gesetzt (Schritt S7) und der Prozess kehrt zu Schritt S1 zurück. Wenn dann in Schritt S6 eine „Ja“-Bestimmung erreicht wird, verwendet der Korrekturwertrechner 34 den Messwert X_CMM und den Längenmesswert d und berechnet einen Korrekturparameter (Schritt S8: Parameterberechnungsschritt). In Schritt S8 wendet die Steuervorrichtung 30, ähnlich einem herkömmlichen Verfahren zur Korrektur der räumlichen Genauigkeit, die mehreren tausend Messwerte X_CMM (x_CMM, y_CMM, z_CMM) und die durch den Messvorgang von Schritt S3 gemessenen Längenmesswerte d in den nachfolgend angegebenen Ausdrücke (1) und (2) an, und es werden Simultangleichungen für mehrere tausend Ausdrücke (1) und (2) erzeugt.
[Formel 2]
$δ p \equiv {[\begin{matrix} δ x & δ y & δ z \end{matrix}]}^{T} = H B α$
$\sqrt{{(x_{C M M} + δ x) - (x_{m} + f_{x m})}^{2} + {(y_{C M M} + δ_{y}) - (y_{m} + f_{y m})}^{2} + {(z_{C M M} + δ z) - (z_{m} + f_{z m})}^{2}} = (d + F_{d})$
In Ausdruck (1) ist δρ≡(δx, δy, δz)^T eine Matrix eines Fehlers in den von der CMM 10 an jedem Messpunkt X erfassten Messwerten X_CMM und insbesondere ein Fehler zwischen der aktuellen Position des Retroreflektors 105 und dem Messwert X_CMM. Das hochgestellte Zeichen „T“ stellt eine transponierte Matrix dar. Außerdem ist Bα eine durch eine B-Spline-Funktion ausgedrückte Matrix von Korrekturparametern für die CMM 10, B ist eine Matrix von Basisfunktionen von B-Spline-Funktionen und α ist eine Matrix von Koeffizienten für die Basisfunktionen. H ist eine Matrix, die den Korrekturparameter Bα in einen Fehler δp der CMM 10 umwandelt und aus einer mechanischen Struktur und Tasterversatzinformation der zu korrigierenden CMM 10 konfiguriert ist. In diesem Beispiel ist die mechanische Strukturinformation für die CMM 10 ein durch die individuelle CMM 10 vorgegebener Wert, und die Tasterversatzinformation ist ein durch ein Versatzmuster vorbestimmter Wert in Bezug auf die während der Messung eingestellte Variable n. Zudem drücken die linke und rechte Seite des Ausdrucks (2) jeweils den Messwert X_CMM für die CMM 10 und den Abstand von dem Drehzentrum M zu dem Retroreflektor 105 aus, der durch den Längenmesswert d des nachführbaren Laserinterferometers ausgedrückt wird. x_m, y_m und z_m sind jeweils x-, y- und z-Komponenten der in der Voreinstellung gemessenen Koordinaten des Drehzentrums M. Die erste Korrekturkonstante F_d ist eine Korrekturkonstante für den voreingestellten Wert des Längenmesswertes d. f_xm , f_ym und f_zm sind jeweils x-, y- und z-Komponenten der zweiten Korrekturkonstante F_M . Die zweite Korrekturkonstante F_M ist eine Korrekturkonstante für die Koordinate des Drehzentrums M. Die erste Korrekturkonstante F_d und die zweite Korrekturkonstante F_M sind beide unbekannte Größen, und bei jeder Änderung der Position des Drehzentrums M und bei jeder Änderung des Tasterversatzes wird eine andere Korrekturkonstante angewendet. Diese Korrekturkonstanten können zusammen mit dem Korrekturparameter Bα bei der Lösung der Simultangleichungen der Ausdrücke (1) und (2) gefunden werden. Daher ermöglicht der Korrekturwertrechner 34 das Finden des Korrekturparameters Bα der CMM 10 beispielsweise durch Lösen der Simultangleichungen unter Verwendung des Verfahrens des kleinsten Quadrats.
Vorteil der vorliegenden Ausführungsform
Die Vorrichtung zur Korrektur der räumlichen Genauigkeit 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform umfasst eine CMM 10, die ein Positionierungsmechanismus ist; ein nachführbares Laserinterferometer 20, das in einem Messbereich der CMM 10 oder in dessen Nähe installiert ist; und eine Steuervorrichtung 30, die so angeschlossen ist, dass sie mit der CMM 10 und dem nachführbaren Laserinterferometer 20 kommunizieren kann. In dem Prozess zur Korrektur der räumlichen Genauigkeit, bei dem die Raumkoordinaten der CMM 10 korrigiert werden, führt die Steuereinrichtung 30 den Messschritt (Messverfahren) der Messwerte X_CMM durch die CMM 10 an jedem Messpunkt X und der Längenmesswerte d durch das nachführbare Laserinterferometer 20 durch aufeinanderfolgendes Verschieben des Retroreflektor 105 an die Vielzahl der Messpunkte X durch, wobei der Retroreflektor 105 an einer Spitzenposition der Messsonde 101 der CMM 10 vorgesehen ist. Zu diesem Zeitpunkt unterteilt die Steuereinrichtung 30 die Vielzahl der Messpunkte X in eine Vielzahl von Messlinien L_a (a = 1~a_max). Nachdem die Messung in Bezug auf jeden zur Messlinie L_a gehörenden Messpunkt X beendet ist, wird die wiederholte Messung für den Längenmesswert d des vorbestimmten Messpunktes Xca unter den zu der Messlinie L_a gehörenden Messpunkten X durchgeführt.
Dann wird eine Bestimmung darüber vorgenommen, ob der Wiederholungsfehler Δd_Ca gleich oder größer als der Schwellenwert S ist, wenn die wiederholte Messung für die Messung Xca durchgeführt wird. Wenn der Wiederholungsfehler gleich oder größer als der Schwellenwert S ist, werden der Messwert X_CMM und der Längenmesswert d von jedem zur Messlinie L_a gehörenden Messpunktes X nochmals gemessen. Dementsprechend wird Δd_Ca ≥ S verwirklicht, wenn die Position des nachführbaren Laserinterferometers 20 durch Temperaturdrift oder eine äußere Einwirkung verschoben wird und somit wird die Messung jedes Messpunktes X nochmals durchgeführt. Dementsprechend kann für jeden Messpunkt X der Messwert X_CMM und der Längenmesswert d erfasst werden und der Korrekturparameter Bα kann bei der Korrektur der räumlichen Genauigkeit genau berechnet werden.
Außerdem wird jedes Mal, wenn die Messung für die Anzahl Ka der zur Messlinie L_a , bei der die Vielzahl der Messpunkte unterteilt wird, gehörenden Messpunkte X beendet ist, die wiederholte Messung für den zur Messlinie L_a gehörenden Messpunkt X_Ca durchgeführt. In einem solchen Fall können z.B. im Vergleich zu einem Fall, in dem die wiederholte Messung für den vorbestimmten Messpunkt X durchgeführt wird, nachdem die Messung aller Messpunkte X durchgeführt wird, ohne die Messlinie L_a einzustellen, angemessene Messwerte und Längenmesswerte für jeden Messpunkt X schnell erfasst werden.
In der vorliegenden Ausführungsform ist von den zur Messlinie L_a gehörenden Messpunkten X der zuerst auf der Messlinie L_a gemessene Messpunkt X₁ die Messung X_Ca , bei der die wiederholte Messung durchgeführt wird. In den Schritten S14 und S15 kann das nachführbare Laserinterferometer 20 durch Temperaturdrift oder die äußere Einwirkung in der Mitte des aufeinanderfolgenden Messens des Messwert X_CMM und des Längenmesswert d eines jeden Messpunktes X der Messlinie L_a verschoben werden. In einem solchen Fall umfasst die wiederholte Messung des anfänglich gemessenen Messpunktes X₁ immer den Wiederholungsfehler aufgrund von Positionsversatz. Durch eine wiederholte Messung des Messpunktes X₁ kann daher schnell und einfach bestimmt werden, ob sich die Position des nachführbaren Laserinterferometers 20 aufgrund von Temperaturdrift oder äußeren Einwirkungen verschoben hat.
Zweite Ausführungsform
Als Nächstes wird eine zweite Ausführungsform beschrieben. In der folgenden Beschreibung werden den mit den zuvor beschriebenen Abschnitten identischen Abschnitten identische Bezugsziffern zugeordnet und deren Beschreibung wird weggelassen oder vereinfacht. Gemäß der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform werden in dem Parameterberechnungsschritt in Schritt S8 Werte des Messwertes X_CMM und des in Schritt S3 erfassten Längenmesswertes d in die Ausdrücke (1) und (2) eingesetzt und der Korrekturparameter unter Verwendung des Verfahrens des kleinsten Quadrats berechnet. Zu diesem Zeitpunkt wurden verschiedene Korrekturkonstanten auf die erste Korrekturkonstante F_d (Korrekturkonstante des Längenmesswertes d) und die zweite Korrekturkonstante F_M (Korrekturkonstante der Koordinaten des Drehzentrums M) angewendet, wenn die Position des Drehzentrums M geändert wird und wenn der Tasterversatz geändert wird. Im Gegensatz dazu werden in einer zweiten Ausführungsform, wenn die Position des Drehzentrums M geändert wird und zusätzlich der Tasterversatz geändert wird, sowie wenn die Messlinie L_a geändert wird, unterschiedliche Korrekturkonstanten auf die erste Korrekturkonstante F_d bzw. die zweite Korrekturkonstante F_M angewendet, um den von der ersten Ausführungsform abweichenden Korrekturparameter zu berechnen.
Mit anderen Worten, die erste Ausführungsform ermöglicht das Erfassen des Positionsversatzes des Drehzentrums M, der während eines Zeitraums vom Zeitpunkt der Erstmessung in Schritt S15 bis die wiederholten Messung in Schritt S19 durchgeführt wird, erzeugt wird. In einem Fall, in dem beispielsweise der Positionsversatz des Drehzentrums M über die Messung der Vielzahl von Messlinien L_a zunimmt (oder abnimmt), wird die Messgenauigkeit jedoch reduziert. Aus diesem Grund wird in der zweiten Ausführungsform für jede Messlinie L_a eine zweite Korrekturkonstante F_Ma auf die Position des Drehzentrums M angewendet. Außerdem wird für jede Messlinie L_a eine erste Korrekturkonstante F_da auf den Längenmesswert d eines jeden Messpunktes X, der zur Messlinie L_a gehört, angewendet. Die erste Korrekturkonstante F_da und die zweite Korrekturkonstante F_Ma werden für jede Messlinie L_a mit jeweils unterschiedlichen Werten (Konstante) eingestellt.
Nach der Durchführung der Messung, ähnlichen wie in der ersten Ausführungsform, ersetzt der Korrekturwertrechner 34 die mehreren tausend Messwerte X_CMM (x_CMM, y_CMM, z_CMM) und Längenmesswerte d durch den nachfolgend angegebenen Ausdruck (1) und Ausdruck (3), und es werden Gleichungen für mehrere tausend Ausdrücke (1) und (3) erzeugt. f_xma, f_yma und f_zma sind jedoch jeweils x-, y- und z-Komponenten der zweiten Korrekturkonstante F_Ma .
[Formel 3]
$\sqrt{{(x_{C M M} + δ x) - (x_{m} + f_{x m a})}^{2} + {(y_{C M M} + δ_{y}) - (y_{m} + f_{y m a})}^{2} + {(z_{C M M} + δ z) - (z_{m} + f_{z m a})}^{2}} = (d + F_{d a})$
Daher berechnet der Korrekturwertrechner 34 den Korrekturparameter Bα, indem er die Gleichungen für die obigen Ausdrücke (1) und (3) mit dem Verfahren des kleinsten Quadrats löst. Zu diesem Zeitpunkt wird ferner gleichzeitig eine optimale Lösung für die erste Korrekturkonstante Fda und die zweite Korrekturkonstante F_Ma berechnet.
In der vorstehend genannten vorliegenden Ausführungsform können auch dann, wenn die Position des nachführbaren Laserinterferometers 20 durch eine Temperaturdrift oder dergleichen über die Messung der Vielzahl von Messlinien hinweg verschoben wird, die Auswirkungen des Versatzes unterbunden werden und ein hochgenauer Korrekturparameter berechnet werden, indem die Korrekturkonstanten F_Ma und F_da angewendet werden, die jeweils für jede Messlinie L_a verschieden sind.
Dritte Ausführungsform
Als nächstes wird eine dritte Ausführungsform beschrieben. In der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform ist der Messpunkt Xca für die wiederholte Messung in Schritt S19 der Anfangsmesspunkt X₁ auf der Messstrecke L_a . Im Gegensatz dazu unterscheidet sich die dritte Ausführungsform von der oben beschriebenen ersten Ausführungsform dadurch, dass die Vielzahl der zu den Messlinien L_a gehörenden Messpunkte X als Messpunkt X_Ca gemessen werden.
5 stellt eine beispielhafte Messreihenfolge von Messpunkten gemäß der dritten Ausführungsform dar. Insbesondere ist in der vorliegenden Ausführungsform der Messpunkt X_Ca für die wiederholte Messung alle Messpunkte X, die in den Messlinien L_a umfasst sind, und die Messung erfolgt in einer zur letzten Messrichtung der Messpunkte umgekehrten Richtung. In dem in 5 dargestellten Beispiel gehört beispielsweise eine Anzahl Ka von Messpunkten X zur Messlinie L_a . In einem solchen Fall wird in Schritt S15, in der Reihenfolge von den Messpunkten X₁ , X₂ , X₃ ...bis X_Ka , das heißt, in der Reihenfolge von (i), (ii), (iii)...bis (iv), wie durch Pfeile in 5 dargestellt, die Messung für die Anzahl Ka von Messpunkten X durchgeführt. Andererseits wird bei der wiederholten Messung in Schritt S19 die Messung in umgekehrter Richtung von der Messreihenfolge in Schritt S15 (Messpunkte von X_Ka , X_Ka-1, X_Ka-3... bis X₁ ) durchgeführt, das heißt, in der Reihenfolge von (v), (vi) ... bis (vii), (viii), wie durch Pfeile in 5 dargestellt. Wenn die wiederholte Messung mehrmals durchgeführt wird, werden die Messungen abwechselnd in Rückwärtsrichtung und Vorwärtsrichtung durchgeführt. Der Fehlerbestimmer 33 berechnet den Wiederholungsfehler Δd_Ca in Bezug auf jeden der Vielzahl von Messpunkten Xca (in der vorliegenden Ausführungsform alle Messpunkte X, die zur Messlinie L_a gehören) und die Messung wird nochmals durchgeführt, wenn mindestens ein Wiederholungsfehler Δd_Ca vorliegt, der gleich oder größer als der Schwellenwert S ist.
Auf diese Weise kann von den zur Messlinie L_a gehörenden Messpunkten X durch Erstellen der Vielzahl der Messpunkte X für die wiederholte Messung der Positionsversatz des nachführbaren Laserinterferometers 20 genau bestimmt werden. Weiterhin kann während der wiederholten Messung durch Messen eines jeden Messpunktes in der Reihenfolge der Umkehrrichtung von der letzten Messreihenfolge ein Einfluss von Temperaturdrift wirksam verhindert werden. Mit anderen Worten, in einem Fall, in dem während der wiederholten Messung und der Messung der Vielzahl von Messpunkten X eine Temperaturdrift erzeugt wird, kann an jedem Messpunkt X auch ein Fehler in den durch die wiederholte Messung erfassten Messwert einfließen. Im Gegensatz dazu ist es möglich, wenn die Messungen jedes Messpunktes X abwechselnd in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung durchgeführt werden, den Einfluss der Temperaturdrift im Wesentlichen aufzuheben und den Längenmesswert nahezu dann zu erfassen, wenn keine Temperaturdrift vorhanden ist, indem dessen kleinste quadratische Werte berechnet werden. Während auch in diesem Fall ein gewisser Versatzfehler verbleibt, kann jedoch durch Anwenden der Korrekturkonstanten F_Ma und Fda für jede Messlinie L_a , wie in der vorstehend genannten zweiten Ausführungsform, der Versatzfehler reduziert werden.
Vierte Ausführungsform
In der vorstehend genannten ersten Ausführungsform verwendet der Fehlerbestimmer 33 den vorbestimmten Schwellenwert S, um zu bestimmen, ob für den Wiederholungsfehler Δd_Ca gilt, dass Δd_Ca ≥ S ist. Im Gegensatz dazu unterscheidet sich die vorliegende Ausführungsform von der ersten Ausführungsform dadurch, dass der Schwellenwert S gemäß den Ergebnissen der Vorabmessung geändert wird.
6 stellt eine schematische Darstellung einer Konfiguration von Funktionen der Steuervorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform dar. Eine Steuervorrichtung 30A der vorliegenden Ausführungsform, ähnlich der ersten Ausführungsform, dient als Messpunktsteuerung 31, Messergebniserfasser 32, Fehlerbestimmer 33, Korrekturwertrechner 34 und dient weiterhin als ein Schwellenwertdefinierer 35. Der Schwellenwertdefinierer 35 definiert den Schwellwert S basierend auf den Messergebnissen, wenn die Vorabmessung des Längenmesswertes d für jeden Messpunkt X durchgeführt wird.
Insbesondere wird in der vorliegenden Ausführungsform in dem Messprozess in Schritt S3, nach der Voreinstellung in Schritt S11, die Vorabmessung vor der Messung („der Hauptmessung“) des Messwertes X_CMM und des Längenmesswertes d in Bezug auf jeden Messpunkt X durchgeführt. Bei der Vorabmessung wird der Retroreflektor 105 in der Reihenfolge eines jeden zur beliebigen Messlinie L_a gehörenden Messpunktes X (X₁ bis X_Ka ) verschoben und misst den Längenmesswert d für jeden Messpunkt X, und weiterhin wird die wiederholte Messung jedes Messpunktes X der Messlinie L_a nochmals durchgeführt. Danach berechnet der Schwellenwertdefinierer 35 den Wiederholungsfehler Δd in Bezug auf jeden Messpunkt X und definiert als den Schwellenwert S einen Wert, der dreimal so hoch ist wie die Standardabweichung des Wiederholungsfehlers Δd.
Im Vorstehenden wird ein Beispiel zur Definition des Schwellenwerts S durch die Vorabmessung der beliebigen einen Messlinie L_a (z.B. einer anfänglichen Messlinie L₁ ) beschrieben. Die Messung kann jedoch für die Vielzahl der Messlinien L_a durchgeführt werden und es kann die wiederholte Messung jedes Messpunktes X aller Messlinien L_a (a = 1~amax) durchgeführt werden. In einem solchen Fall kann der Schwellenwert S der Messlinie L₁ basierend auf dem Ergebnis der Vorabmessung der Messlinie L₁ definiert werden und es kann für jede Messlinie ein anderer Schwellenwert S definiert werden. Weiterhin wird in der vorstehend genannten Vorabmessung ein Beispiel beschrieben, bei dem die anfängliche Messung und eine einmalig wiederholte Messung für jeden Messpunkt X durchgeführt werden (es werden zwei Längenmesswerte d erfasst). Durch Ausführen mehrerer wiederholter Messungen kann jedoch der Schwellenwert S basierend auf dem Wiederholungsfehler Δd_Ca definiert werden, der aus mindestens drei oder mehr Längenmesswerten d berechnet wird.
In der vorliegenden Ausführungsform können die folgenden Wirkungen und Vorteile erzielt werden. Mit anderen Worten, wenn der vorbestimmte Wert als Schwellenwert S verwendet wird, kann beispielsweise der Schwellenwert S für Betriebsumgebungen oder einzelne Unterschiede der CMM 10 oder des nachführbaren Laserinterferometers 20 zu klein oder zu groß sein. Wenn der Schwellenwert S zu klein ist, gibt es einen Fall, in dem der Wiederholungsfehler Δd_Ca auch nach Wiederholen einer Vielzahl von Prozessen von Schritt S12 bis Schritt S20 nicht gleich oder kleiner als der Schwellenwert S wird. In einem solchen Fall wird eine längere Zeit für den Prozess zur Korrektur der räumlichen Genauigkeit benötigt. Wenn andererseits der Schwellenwert S zu groß ist, ist der im Längenmesswert d enthaltene Fehler größer und der hochgenaue Prozess zur Korrektur der räumlichen Genauigkeit wird schwierig. Als Reaktion darauf wird in der vorliegenden Ausführungsform die Vorabmessung eines jeden Messpunktes X durchgeführt, und basierend auf dem Ergebnis der Vorabmessung kann der Schwellenwertbestimmer 35 den geeignetsten Schwellenwert S entsprechend den Betriebsumgebungen oder den individuellen Unterschieden der CMM 10 oder des nachführbaren Laserinterferometers 20 definieren. Daher kann die ungünstige Situation, in der der, wie oben beschrieben, erneut bestimmte Schwellenwert S verwendet wird, verbessert werden und der Prozess zur Korrektur der räumlichen Genauigkeit kann schnell und mit einem hohen Maß an Genauigkeit durchgeführt werden.
Modifikation
Darüber hinaus ist die vorliegende Erfindung nicht auf die vorstehend beschriebene Ausführungsform beschränkt, sondern kann Modifikationen in einem Umfang umfassen, der nicht von der Aufgabe der vorliegenden Erfindung abweicht. So wird beispielsweise in der ersten bis vierten Ausführungsform die CMM 10 als Beispiel für einen Positioniermechanismus angegeben, wobei jedoch die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt ist. Wie vorstehend angegeben, kann jeder Mechanismus, der einen Verschiebekörper durch Verschieben des Verschiebekörpers an einen vorbestimmten Satz von Raumkoordinaten positioniert, als Positioniermechanismus eingesetzt werden. So kann beispielsweise der Positioniermechanismus eine Werkzeugmaschine mit einem Bearbeitungswerkzeug sein, das ein Objekt spanend bearbeitet, poliert oder ähnliche Arbeiten an einem Objekt, wie dem Verschiebekörper ausführt, wobei die Werkzeugmaschine das Bearbeitungswerkzeug in eine vorbestimmte Koordinatenposition verschiebt. Der Positioniermechanismus kann ferner ein Transportroboter mit einem Greifarm sein, der ein Objekt als den Verschiebekörper greift, wobei der Transportroboter das gegriffene Objekt in eine vorbestimmte Position transportiert.
In den vorstehend genannten Ausführungsformen wird die Vielzahl der Messpunkte X in eine Vielzahl von Messlinien L_a unterteilt, und jedes Mal, wenn die Messung der Messlinie L_a beendet wird, wird ein Beispiel beschrieben, bei dem die wiederholte Messung für mindestens einen Messpunkt X durchgeführt wird, der zur Messlinie L_a gehört. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. So kann beispielsweise jedes Mal, wenn die Messung einer vorbestimmten Anzahl (z.B. zwei) von Messlinien L_a beendet wird, die wiederholte Messung für die Messpunkte X durchgeführt werden, die in der vorbestimmten Anzahl der Messlinien L_a umfasst sind. Außerdem kann nach Messen aller Messpunkte X unabhängig von der Messlinie L_a die wiederholte Messung von mindestens einem Messpunkt (z.B. die zum ersten Mal gemessenen Messung X1) unter allen Messpunkten X durchgeführt werden.
In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform ist ein Beispiel angegeben, bei dem die Anzahl der Messpunkte X (Anzahl Ka von Messpunkten), die zur Messlinie L_a gehören, für jede Messlinie L_a ein anderer Wert ist, aber die Anzahl der Messpunkte X, die zu jeder Messlinie L_a gehören, kann auch eine gleiche Anzahl Ka von Messpunkten sein.
Ein Verfahren zum Definieren der Messpunkte X, die zur Messlinie L_a in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform gehören, kann ein beliebiges Verfahren sein. Beispielsweise können Messpunkte mit einem Abstand, der innerhalb eines vorbestimmten Wertes von einem voreingestellten Referenzmesspunkt liegt, in einer einzigen Messlinie L_a aufgenommen werden. Mit anderen Worten, die nahe beieinander liegenden Messpunkte X können in der gleichen Messlinie L_a aufgenommen werden. Wenn die Vielzahl von Messpunkten aufeinanderfolgend gemessen wird, können zudem die Messlinien L_a an den Messpunkten geteilt werden, die innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne gemessen werden können. Insbesondere sind die Vielzahl von Messpunkten X, die innerhalb einer vorbestimmten ersten Zeit t ab Beginn der Messung gemessen werden, die zur Messlinie L₁ gehörenden Messpunkte X, und die Messpunkte X, die innerhalb einer zweiten Zeit 2t ab der ersten Zeit t gemessen werden, sind die zur Messlinie L₂ gehörenden Messpunkte X. Zudem sind in einem solchen Fall die Zeitintervalle für die Messlinien L_a nicht unbedingt konstant. So können beispielsweise die Messpunkte X, die innerhalb einer ersten Zeit t₁ ab Beginn der Messung gemessen werden, als die zur Messlinie L₁ gehörenden Messpunkte X bezeichnet werden, und die Messpunkte X, die ab dem ersten Zeitpunkt t₁ bis zu einer zweiten Zeit t₂ (t₁ ≠ t₂ - t₁ ) gemessen werden, können als die zur Messlinie L₂ gehörenden Messpunkte X bezeichnet werden.
In der ersten Ausführungsform war der zur Messlinie L_a gehörende Anfangsmesspunkt X₁ für die wiederholte Messung bestimmt, das zu messende Objekt kann jedoch auch ein anderer Messpunkt X sein. Wenn jedoch die wiederholte Messung durchgeführt wird, wird der Wiederholungsfehler an der in der ersten Hälfte auf der Messlinie L_a gemessenen Messstelle X am größten. Daher wird als Messpunkt X für die wiederholte Messung bevorzugt einer der Messpunkte X_A zwischen A = 1 bis A = Ka/2 einbezogen. Außerdem kann in der ersten Ausführungsform neben dem Messpunkt X₁ auch ein anderer Messpunkt X als Messpunkt X_Ca für die wiederholte Messung eingestellt werden. Wenn beispielsweise in den Schritten S13 bis S17 der Messwert X_CMM und der Längenmesswert d für jeden Messpunkt X nacheinander gemessen werden, können die Messpunkte X, die an den ungeraden Zahlen gemessen werden, das Objekt für die wiederholte Messung sein.
In der vorstehend beschriebenen zweiten Ausführungsform ist ein Beispiel angegeben, bei dem die erste Korrekturkonstante Fda auf den Längenmesswert d eines jeden Messpunktes X angewendet wird und die zweite Korrekturkonstante F_Ma auf die Koordinaten des Drehzentrums M des nachführbaren Laserinterferometers 20 angewendet wird. Eine Korrekturkontante kann aber auch auf nur einen von dem Längenmesswert d und dem Drehzentrum angewendet werden. Wenn beispielsweise die erste Korrekturkonstante Fda nur auf den Längenmesswert d angewendet wird, können in Ausdruck (3), wie oben beschrieben, Simultangleichungen aufgestellt werden, wobei f_xma, f_yma und f_zma auf 0 gesetzt werden, um den Korrekturparameter Bα zu finden.
In der vierten Ausführungsform berechnet der Schwellenwertbestimmer 35 unter Verwendung der Ergebnisse der in der Vorabmessung durchgeführten wiederholten Messung den Wiederholungsfehler Δd und definiert als Schwellenwert S einen Wert, der dreimal so hoch ist wie die Standardabweichung des Wiederholungsfehlers Δd. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. So kann beispielsweise ein Wert, der das Zweifache der Standardabweichung des Wiederholungsfehlers Δd ist, als Schwellenwert S definiert werden, und ferner kann der Wert durch Addieren eines vorbestimmten Wertes zur Standardabweichung erfasst werden.
In jeder der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen ist das nachführbare Laserinterferometer 20 mit dem Drehzentrum M als Referenzpunkt als Beispiel für ein Laserinterferometer angegeben, jedoch kann die vorliegende Erfindung auch ein Laserinterferometer einsetzen, das keine Nachführfunktion hat. Bei jeder Verschiebung eines Messpunktes X muss jedoch die Längenmessrichtung zur Messung des Abstands mit dem Laserinterferometer geändert werden. Dementsprechend werden in einem solchen Fall bevorzugt eine Vielzahl von Messpunkten entlang der Längenmessrichtung des Laserinterferometers (auf einer geraden Linie) definiert, und nachdem der Retroreflektor 105 zu jedem Messpunkt verschoben wurde, werden der Messwert X_CMM und der Längenmesswert d gemessen. Außerdem wird die Längenmessrichtung bevorzugt in eine Vielzahl von Richtungen geändert, und die Vielzahl von Messpunkten X wird bevorzugt für jede Längenmessrichtung definiert.
Die vorliegende Erfindung kann zur Korrektur der räumlichen Genauigkeit eines Positioniermechanismus, wie einer Koordinatenmessmaschine (CMM), einer Werkzeugmaschine, eines Roboters oder dergleichen verwendet werden, der einen Verschiebekörper durch Verschieben des Verschiebekörpers in eine vorgegebene Koordinatenposition positioniert.
Es wird darauf hingewiesen, dass die vorgenannten Beispiele lediglich zum Zwecke der Erläuterung bereitgestellt wurden und in keiner Weise als Einschränkung der vorliegenden Erfindung zu verstehen sind. Obwohl die vorliegende Erfindung mit Bezug auf Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, versteht es sich, dass die hierin verwendeten Wörter vielmehr Wörter der Beschreibung und Erläuterung als Wörter der Einschränkung sind. Änderungen können im Rahmen der beigefügten Ansprüche in der derzeit gültigen Fassung vorgenommen werden, ohne vom Schutzumfang und Erfindungsgedanken der vorliegenden Erfindung in ihren Aspekten abzuweichen. Obwohl die vorliegende Erfindung hierin mit Bezug auf bestimmte Strukturen, Materialien und Ausführungsformen beschrieben wurde, soll sich die vorliegende Erfindung nicht auf die hierin offenbarten Einzelheiten beschränken; vielmehr erstreckt sich die vorliegende Erfindung auf alle funktional gleichwertigen Strukturen, Verfahren und Verwendungen, wie sie im Schutzumfang der beigefügten Ansprüche liegen.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, und es können verschiedene Abänderungen und Modifikationen möglich sein, ohne vom Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2017240065 [0001]
DE 102007004934 [0004, 0009, 0014, 0021, 0037]

Claims

Verfahren zur Korrektur der räumlichen Genauigkeit mit einem Positioniermechanismus, der einen Verschiebekörper zu einem vorbestimmten Satz von räumlichen Koordinaten verschiebt, wobei der Positioniermechanismus ferner einen an dem Verschiebekörper montierten Retroreflektor und ein Laserinterferometer, das einem Referenzpunkt aufweist und einen Abstand von dem Referenzpunkt zu dem Retroreflektor misst, aufweist, wobei das Verfahren eine Korrektur der räumlichen Genauigkeit des Positioniermechanismus unter Verwendung eines von dem Laserinterferometer gemessenen Längenmesswerts und eines von dem Positioniermechanismus gemessenen Messwertes für räumliche Koordinaten des Retroreflektors durchführt, wobei das Verfahren umfasst: ein Messprozess, umfassend: Verschieben des Retroreflektors zu einer Vielzahl von aufeinanderfolgenden Messpunkten, und Erfassen des Längenmesswertes und des Messwertes an jedem der Messpunkte, und nach dem Messen des Längenmesswertes und des Messwertes für jeden der Vielzahl von Messpunkten: Durchführen mindestens einer oder mehrerer wiederholter Messungen für mindestens einen der Vielzahl von gemessenen Messpunkten, und wenn ein Fehler bei der wiederholten Messung des Längenmesswertes für den Messpunkt, der der wiederholten Messung unterzogen wird, gleich oder größer als ein vorbestimmter Schwellenwert ist, nochmaliges Messen der Vielzahl von Messpunkten wird.
Verfahren zur Korrektur der räumlichen Genauigkeit nach Anspruch 1, wobei der Messprozess ferner umfasst: Unterteilen einer Vielzahl von Messpunkten in eine Vielzahl von Messlinien; und nachdem die Messung des Längenmesswertes und des Messwertes aller zu jeder der Messlinien gehörenden Messpunkte beendet ist, Durchführen mindestens einer oder mehrerer wiederholter Messungen für mindestens einen zu der Messlinie gehörenden Messpunkt.
Verfahren zur Korrektur der räumlichen Genauigkeit nach Anspruch 2, ferner umfassend: Berechnen eines Korrekturparameters der Korrektur der räumlichen Genauigkeit des Positioniermechanismus basierend auf dem Messwert, dem Längenmesswert und den Koordinaten des Referenzpunkts des Laserinterferometers, wobei das Berechnen des Korrekturparameters das Anwenden einer ersten Korrekturkonstante auf den Längenmesswert und einer zweiten Korrekturkonstante auf die Koordinaten des Referenzpunkts für jede Messlinie umfasst.
Verfahren zur Korrektur der räumlichen Genauigkeit nach Anspruch 2 oder 3, wobei mindestens ein oder mehrere Messpunkte, die der wiederholten Messung unterzogen werden, den anfänglich auf der Messlinie gemessenen Messpunkt umfassen.
Verfahren zur Korrektur der räumlichen Genauigkeit nach Anspruch 2 oder 3, wobei das Durchführen von mindestens einer oder mehreren wiederholten Messungen das Messen der Vielzahl von Messpunkten in einer umgekehrten Reihenfolge der Messung der Vielzahl von Messpunkten, die zuletzt gemessen wurden, umfasst.
Verfahren zur Korrektur der räumlichen Genauigkeit nach Anspruch 1, ferner umfassend: einen Vorabmessprozess, umfassend das mehrmalige Durchführen der wiederholten Messung für die Vielzahl von Messpunkten, bevor der Messprozess durchgeführt wird, wobei der Schwellenwert basierend auf einer Standardabweichung des Fehlers durch die wiederholte Messung der Vielzahl von Messpunkten in dem Vorabmessprozess berechnet wird.
Verfahren zur Korrektur der räumlichen Genauigkeit nach Anspruch 2, 3 oder 4, ferner umfassend: einen Vorabmessprozess, umfassend das mehrmalige Durchführen der wiederholten Messung für die Vielzahl von Messpunkten, bevor der Messprozess durchgeführt wird, wobei der Schwellenwert basierend auf einer Standardabweichung des Fehlers durch die wiederholte Messung der Vielzahl von Messpunkten in dem Vorabmessprozess berechnet wird.
Verfahren zur Korrektur der räumlichen Genauigkeit nach Anspruch 4, ferner umfassend: einen Vorabmessprozess, umfassend das mehrmalige Durchführen der wiederholten Messung für die Vielzahl von Messpunkten, bevor der Messprozess durchgeführt wird, wobei der Schwellenwert basierend auf einer Standardabweichung des Fehlers durch die wiederholte Messung der Vielzahl von Messpunkten in dem Vorabmessverfahren berechnet wird.
Vorrichtung zur Korrektur der räumlichen Genauigkeit, umfassend: eine Positioniermaschine, die einen Verschieber zu einem vorbestimmten Satz von räumlichen Koordinaten verschiebt, wobei die Positioniermaschine einen Retroreflektor umfasst, der an dem Verschieber montiert ist, wobei der Positioniermechanismus dazu konfiguriert ist, einen Messwert der räumlichen Koordinaten des Retroreflektors zu messen; ein Laserinterferometer, das einen Referenzpunkt aufweist und dazu konfiguriert ist, einen Längenmesswert zu messen, der ein Abstand von dem Referenzpunkt zu dem Retroreflektor ist; und eine Steuerung, die mit der Positioniermaschine und dem Laserinterferometer wirkverbunden ist, wobei die Steuerung einen Prozessor und einen Speicher, der eine Anweisung speichert, umfasst, wobei der Prozessor beim Ausführen der in dem Speicher gespeicherten Anweisung Betriebsvorgänge durchführt, die umfassen: Verschieben des Retroreflektors zu einer Vielzahl von aufeinanderfolgenden Messpunkten, Erfassen des Längenmesswerts und des Messwertes an jedem der Messpunkte, Durchführen mindestens einer oder mehrerer wiederholter Messungen für mindestens einen der Vielzahl von Messpunkten, die nach Durchführung einer Messung des Längenmesswerts und des Messwertes für jeden der Vielzahl von Messpunkten gemessen werden, und wenn ein Fehler durch die wiederholte Messung des Längenmesswertes in Bezug auf den Messpunkt, der der wiederholten Messung unterzogen wurde, gleich oder größer als ein vorbestimmter Schwellenwert ist, nochmaliges Messen der Vielzahl von Messpunkten.