RU2164338C2 - Method for calibrating coordinate system in working zone of coordinate measuring machine - Google Patents

Method for calibrating coordinate system in working zone of coordinate measuring machine Download PDF

Info

Publication number
RU2164338C2
RU2164338C2 RU98122583/28A RU98122583A RU2164338C2 RU 2164338 C2 RU2164338 C2 RU 2164338C2 RU 98122583/28 A RU98122583/28 A RU 98122583/28A RU 98122583 A RU98122583 A RU 98122583A RU 2164338 C2 RU2164338 C2 RU 2164338C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
standard
ball
machine
balls
coordinate measuring
Prior art date
Application number
RU98122583/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU98122583A (en
Inventor
А.Г. Лаптев
О.Л. Пухлов
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Лапик"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Лапик" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Лапик"
Priority to RU98122583/28A priority Critical patent/RU2164338C2/en
Publication of RU98122583A publication Critical patent/RU98122583A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2164338C2 publication Critical patent/RU2164338C2/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B5/00—Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques
    • G01B5/004—Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques for measuring coordinates of points
    • G01B5/008—Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques for measuring coordinates of points using coordinate measuring machines
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B21/00—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant
    • G01B21/02—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant for measuring length, width, or thickness
    • G01B21/04—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant for measuring length, width, or thickness by measuring coordinates of points
    • G01B21/042—Calibration or calibration artifacts

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • A Measuring Device Byusing Mechanical Method (AREA)

Abstract

FIELD: measurement technology; precision inspection (calibration) of optical coordinate measuring machines. SUBSTANCE: method involves measuring geometrical parameters of machine-structure base members in their relative position by means of double-ball standard mounted on machine table. Fastening device enables mounting first ball of standard in fixed position relative to machine table and second ball, for displacement depending on variations in spindle direction. Geometrical parameters are calculated using data obtained as follows. Standard is locked in position relative to machine table and coordinates of points on second-ball surface are measured. Then direction of standard is changed to give access to first ball and coordinates of points on second-ball are measured. Position of device that secures standard on machine table or positioning of standard in device is changed several times. Device implementing method for calibrating coordinate system in working zone of coordinate measuring machine has two balls rigidly fixed together by means of spindle made of material possessing low coefficient of linear expansion and seat for receiving one of balls; in addition, it is provided with standard fixture incorporating base used for its locking on machine table and rigidly coupled with seat receiving one of balls, as well as mandrel coupled with base for setting spindle carrying second ball in different positions. EFFECT: improved measurement accuracy. 3 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для прецизионной поверки (калибровки) координатно-измерительных машин (КИМ). The invention relates to measuring equipment and can be used for precision calibration (calibration) of coordinate measuring machines (CMM).

Известны метод определения погрешностей КИМ и устройство для его осуществления (см. Harvey A. "Coordinate measurement accuracy". Quality Today, 1986, nov. 26-30 "Точность координатных измерений")
Погрешности в данном способе определяются с помощью тетраэдра из углепластика с шарами в вершинах путем закрепления тетраэдра на столе КИМ и последующего измерения положения шаров. Эти данные используются для определения погрешности КИМ и поправок, которые могут быть учтены в программном обеспечении.A known method for determining CMM errors and a device for its implementation (see Harvey A. "Coordinate measurement accuracy". Quality Today, 1986, nov. 26-30 "Accuracy of coordinate measurements")
Errors in this method are determined using a carbon fiber tetrahedron with balls at the vertices by fixing the tetrahedron to the CMM table and then measuring the position of the balls. This data is used to determine the CMM error and corrections that can be taken into account in the software.

Недостатками метода и устройства для его реализации является то, что они не позволяют провести калибровку системы координат в рабочей зоне КИМ. The disadvantages of the method and device for its implementation is that they do not allow calibration of the coordinate system in the working area of the CMM.

Известен способ комплексной аттестации КИМ, который позволяет определить отклонение фактической системы координат от ортогональной декартовой системы координат. В этом способе осуществляют измерения координат точек на эталонной детали и определяют поле метрического тензора, описывающего эти отклонения. В качестве эталонной детали в данном способе может быть использован ступенчатый калибр или двухшаровый эталон (см. Бухман Ю.С., Шилюнас П.И. "Метод комплексной аттестации координатно-измерительных машин". Станкостроение Литвы, 1984 г., N 19, c.80-87). The known method of integrated certification of CMM, which allows you to determine the deviation of the actual coordinate system from the orthogonal Cartesian coordinate system. In this method, the coordinates of the points on the reference part are measured and the field of the metric tensor describing these deviations is determined. As a reference part in this method, a step gauge or a two-ball standard can be used (see Bukhman Yu.S., Šiljunas PI "Method for the integrated certification of coordinate measuring machines." Machine Tool of Lithuania, 1984, N 19, c .80-87).

Недостатком описанной методики является то, что она применима только для измерительных машин с ортогональной декартовой системой координат. The disadvantage of the described technique is that it is applicable only to measuring machines with an orthogonal Cartesian coordinate system.

Наиболее близкими к предлагаемым решениям являются способ оценки технических характеристик КИМ и двухшаровой эталон для определения объемной погрешности трехкоординатных измерительных машин (Callagha R.P. "Evaluating Coordinate Measuring Machine Performance", National Machine Tool Builders Assocation, 2 nd Biennal Interational Machine Tool Technical Conference, Sept. 5- 13, 1984 г., "Оценка параметров качества координатно-измерительных машин". Национальная Ассоциация Машиностроителей, 2-я ежедвухгодичная международная техническая конференция по станкам, сент. 5-13, 1984). Closest to the proposed solutions are a method for assessing the technical characteristics of a CMM and a two-ball standard for determining the volumetric error of three-coordinate measuring machines (Callagha RP "Evaluating Coordinate Measuring Machine Performance", National Machine Tool Builders Assocation, 2 nd Biennal Interational Machine Tool Technical Conference, Sept. 5 - 13, 1984, “Assessment of the quality parameters of coordinate measuring machines. National Association of Mechanical Engineers, 2 nd biennial international technical conference on machine tools, Sept. 5-13, 1984).

Способ заключается в определении с помощью двухшарового эталона геометрических параметров, определяющих взаимное расположение базовых элементов конструкции машины и корректировка геометрических параметров в соответствии с результатами измерений. The method consists in determining using a two-ball standard geometric parameters that determine the relative position of the basic structural elements of the machine and adjusting the geometric parameters in accordance with the measurement results.

Двухшаровый эталон выполнен в виде двух шаров, жестко соединенных между собой стержнем из материала с низким значением коэффициента линейного расширения. В эталоне предусмотрено магнитное гнездо для крепления шарика эталона. The two-ball standard is made in the form of two balls rigidly interconnected by a rod of material with a low coefficient of linear expansion. The standard provides a magnetic socket for attaching the ball standard.

Однако способ позволяет только оценивать параметры погрешностей и частично компенсировать систематические ошибки, возникающие в процессе измерений. В прототипе не описана методика калибровки КИМ. However, the method allows only to estimate the error parameters and partially compensate for the systematic errors that occur during the measurement process. The prototype does not describe the procedure for calibrating KIM.

Недостатком устройства является наличие магнитного элемента, что не позволяет работать со стальным наконечником щупа КИМ. The disadvantage of this device is the presence of a magnetic element, which does not allow working with the steel tip of the KIM probe.

Задачей настоящего изобретения является обеспечение возможности калибровки для уменьшения погрешности измерений. An object of the present invention is to enable calibration to reduce measurement error.

Поставленная задача решается тем, что в способе оценки параметров КИМ, включающем определение с помощью двухшарового эталона геометрических параметров, определяющих взаимное расположение базовых элементов конструкции машины и их корректировке в соответствии с результатами измерений, закрепляют эталон в устройство, позволяющее расположить первый шар эталона неподвижно относительно стола машины, а второй - с возможностью перемещения с изменением направления стержня эталона при сохранении положения первого шара в случае изменения положения второго шара, фиксируют эталон относительно стола КИМ, измеряют координаты точек поверхности второго шара, изменяют направление эталона для освобождения доступа к первому шару, измеряют координаты точек поверхности первого шара, несколько раз изменяют положение устройства с эталоном на столе машины или ориентацию эталона в устройстве, повторяют операции с момента первого фиксирования эталона относительно стола КИМ; по полученным данным рассчитывают геометрические параметры, определяющие взаимное расположение базовых элементов, путем решения соответствующей задачи оптимизации с учетом требований взаимной согласованности данных измерений и корректируют в соответствии с полученными значениями параметры программного обеспечения КИМ. The problem is solved in that in the method for evaluating the CMM parameters, including determining using a two-ball standard geometric parameters that determine the relative position of the basic structural elements of the machine and their adjustment in accordance with the measurement results, fix the standard in the device, allowing you to position the first ball of the standard motionless relative to the table machines, and the second - with the ability to move with a change in the direction of the rod of the standard while maintaining the position of the first ball in case of changing the floor After the second ball starts, fix the standard relative to the CMM table, measure the coordinates of the surface points of the second ball, change the direction of the standard to release access to the first ball, measure the coordinates of the surface points of the first ball, change the position of the device with the standard on the machine table or the orientation of the standard in the device several times, repeat operations from the moment of the first fixing of the standard relative to the CMM table; according to the obtained data, geometric parameters are calculated that determine the mutual arrangement of the basic elements by solving the corresponding optimization problem taking into account the requirements of mutual consistency of the measurement data and correct the CMM software parameters in accordance with the obtained values.

В качестве базовых элементов конструкции могут быть выбраны центры шарниров для закрепления измерителей на раме машины и на подвижной платформе с положения начала отсчета линейных (оптических) измерителей КИМ. As the basic structural elements, hinge centers can be selected for fixing the meters on the machine frame and on the movable platform from the reference point of the linear (optical) CMM meters.

Для решения поставленной задачи устройство для реализации способа, содержащее двухшаровый эталон в виде двух шаров, жестко соединенных между собой стержнем из материала с низким значением коэффициента линейного расширения, гнездо для размещения одного из шаров, дополнительно содержит приспособление для закрепления эталона, включающее основание для фиксации на столе КИМ, жестко связанное с гнездом для размещения одного из шаров, при этом гнездо выполнено с возможностью размещения в нем шара так, что его центр неподвижен относительно стола, оправку, связанную с основанием для фиксации положения стержня со вторым шаром в различных направлениях, при отсутствии смещения центра шара, помещенного в гнездо. To solve the problem, a device for implementing the method, containing a two-ball standard in the form of two balls, rigidly interconnected by a rod of material with a low coefficient of linear expansion, a slot for placing one of the balls, further comprises a device for fixing the standard, including a base for fixing on KIM table, rigidly connected with a nest for placing one of the balls, while the nest is configured to place a ball in it so that its center is stationary relative to ol, a mandrel associated with the base for fixing the position of the rod with the second ball in different directions, in the absence of a displacement of the center of the ball placed in the socket.

Изобретения поясняются чертежами. На фиг. 1 представлено устройство для реализации способа, а на фиг. 2 представлен общий вид КИМ, где:
1 - шары двухшарового эталона;
2 - стержень эталона;
3 - основание с элементами для закрепления;
4 - гнездо для размещения первого шара;
5 - оправка для фиксации стержня со вторым шаром;
6 - стол КИМ;
7 - измерительная рама;
8 - линейные измерители;
9 - платформа;
10 - щуп КИМ;
11 - силовая рама;
12 - пространство для размещения устройства для калибровки.The invention is illustrated by drawings. In FIG. 1 shows a device for implementing the method, and in FIG. 2 presents a General view of the CMM, where:
1 - balls of a two-ball standard;
2 - the rod of the standard;
3 - base with elements for fixing;
4 - a nest for placing the first ball;
5 - mandrel for fixing the rod with a second ball;
6 - KIM table;
7 - measuring frame;
8 - linear meters;
9 - platform;
10 - KIM probe;
11 - power frame;
12 - space for accommodating the device for calibration.

Калибровка заключается в определении данных о геометрической конфигурации координатно-измерительной машины и использовании этих данных при последующих измерениях. Calibration consists in determining data on the geometric configuration of the coordinate measuring machine and using this data for subsequent measurements.

Способ калибровки реализуется в три этапа: сначала, грубо, с использованием конструкторских чертежей определяются (либо непосредственно на собранной машине измеряются) геометрические параметры координатно-измерительной машины и заносятся в базу данных программного обеспечения, затем, при расположении двухшарового эталона в ряде положений и ориентаций на столе координатно-измерительной машины, производятся измерения координат точек на поверхностях шаров эталона, после чего исходя из всей совокупности данных этих измерений рассчитываются параметры, определяющие точность, и база данных программного обеспечения обновляется. The calibration method is implemented in three stages: first, roughly, using the design drawings, the geometric parameters of the coordinate measuring machine are determined (or directly measured on the assembled machine) and entered into the software database, then, when the two-ball standard is located in a number of positions and orientations on the table of the coordinate measuring machine, the coordinates of points are measured on the surfaces of the balls of the standard, after which, based on the totality of the data of these measurements, The parameters that determine the accuracy are given and the software database is updated.

Двухшаровый эталон представляет собой два шара 1, жестко соединенные между собой стержнем 2 из жесткого материала с низким значением коэффициента линейного расширения. Для закрепления эталона используют устройство, выполненное следующим образом. Оно содержит основание с элементами для закрепления 3 на столе машины 6, состоящее из стойки и прижимной планки, которое жестко связано с гнездом 4 для размещения одного из шаров эталона, так что центр помещенного в гнездо шара неподвижен относительно стола. Гнездо 4 может быть, например, выполнено содержащим участки трех опорных плоскостей, однозначно определяющие положение помещенного в гнездо шара. Стержень со вторым шаром поддерживается оправкой 5, связанной с основанием, с элементами для закрепления 3, так что стержень 2 эталона может быть сориентирован в различных направлениях и зафиксирован в этих положениях при отсутствии смещения центра шара, помещенного в гнездо 4. Оправка 5 может быть связана с основанием, с элементами для закрепления, например, шарнирно-консольно. Измерения проводятся следующим образом. Устройство закрепляется на столе машины (КИМ) 6. В него устанавливается двухшаровый эталон, ориентируется в заданном направлении и фиксируется. Осуществляют измерения координат точек на поверхности второго шара, затем снимают фиксацию и изменяют направление эталона, освобождая доступ для сбора информации с первого шара. Измеряют координаты точек поверхности первого шара. Эти измерения повторяют при других положениях устройства на столе координатно-измерительной машины и других ориентациях направления стержня эталона. Количество измеряемых точек на поверхности шаров и набор положений устройства и ориентаций стержня эталона 2 определяется необходимой точностью измерений. Полученные данные математически обрабатываются. В результате расчетов получаются значения геометрических параметров, определяющих взаимное расположение базовых элементов конструкции машины, и этими значениями заменяются соответствующие параметры измерительной машины в базе данных программного обеспечения, чем обеспечивается точность измерений при последующей работе на этой машине. The two-ball standard consists of two balls 1, rigidly interconnected by a rod 2 of rigid material with a low coefficient of linear expansion. To fix the standard using a device made as follows. It contains a base with elements for fixing 3 on the table of the machine 6, consisting of a rack and a clamping plate, which is rigidly connected to the socket 4 to accommodate one of the balls of the standard, so that the center of the ball placed in the socket is stationary relative to the table. Socket 4 can, for example, be made containing sections of three reference planes that uniquely determine the position of the ball placed in the socket. The rod with the second ball is supported by a mandrel 5 connected to the base with fixing elements 3, so that the standard rod 2 can be oriented in different directions and fixed in these positions in the absence of a displacement of the center of the ball placed in the socket 4. The mandrel 5 can be connected with base, with elements for fixing, for example, articulated-cantilever. Measurements are carried out as follows. The device is mounted on the machine table (CMM) 6. A two-ball standard is installed in it, oriented in a given direction and fixed. Measure the coordinates of points on the surface of the second ball, then remove the fixation and change the direction of the standard, freeing up access to collect information from the first ball. The coordinates of the surface points of the first ball are measured. These measurements are repeated at other positions of the device on the table of the coordinate measuring machine and other orientations of the reference rod direction. The number of measured points on the surface of the balls and the set of positions of the device and the orientations of the rod of reference 2 is determined by the necessary measurement accuracy. The data obtained is mathematically processed. As a result of the calculations, the values of the geometric parameters that determine the relative position of the basic elements of the machine design are obtained, and the corresponding parameters of the measuring machine in the software database are replaced with these values, which ensures the accuracy of measurements during subsequent work on this machine.

Координатно-измерительная машина, для которой был реализован этот способ, содержит стол 6, измерительную раму 7 с шарнирно расположенными на ней линейными измерителями 8, также закрепленными шарнирно на платформе 9, щуп КИМ 10, силовую раму 11, пространство для размещения устройства для калибровки 12. Каждый линейный измеритель измеряет расстояние между парой шарниров, один из которых находится на жесткой неподвижной раме 7 машины, а другой - на подвижной платформе 9. Шесть линейных измерителей 8 обеспечивают измерение шести таких расстояний, что однозначно определяет положение платформы относительно рамы и жестко связанного с ней стола 6 координатно-измерительной машины. Начало отсчета линейных измерителей, в качестве которых применены лазерные интерферометры, задается специальными контактными датчиками начального положения. При проведении измерений на машине платформа перемещается до достижения касания измерительного наконечника щупового датчика 10 с поверхностью детали. В этот момент программное обеспечение машины пересчитывает данные вышеописанных измерителей в декартовы координаты наконечника щупа; для наконечника в форме шарика, который используется для калибровки, это координаты центра этого шарика. По этим декартовым координатам при проведении измерений на машине рассчитываются контролируемые размеры измеряемой детали. Для минимизации погрешности измерений в программном обеспечении должны быть максимально точно установлены истинные размеры, описывающие взаимное расположение шарниров для закрепления линейных измерителей 8 и положение датчиков начальной установки измерителей. Для описанной координатно-измерительной машины в качестве вышеупомянутых базовых элементов приняты центры шарниров для закрепления линейных измерителей 8 на измерительной раме 7 и на платформе 9 и положения датчиков начальной установки линейных измерителей. В качестве определяемого в калибровке набора размеров может использоваться любой набор величин, однозначно определяющий взаимное расположение шарниров на раме и, отдельно, взаимное расположение шарниров на платформе. Входными данными расчета является совокупность измеренных в вышеописанной процедуре координат точек поверхности шаров эталона при его расположении в нескольких местах рабочей зоны машины и при нескольких ориентациях его стержня. Для проведения калибровки необходимо проведение измерений не менее чем в 6-ти различных направлениях. Желательно охватить возможно большую часть рабочей зоны машины. Для расчета искомого набора размеров решается задача оптимизации исходя из требования взаимной согласованности данных измерений. Ищется минимум критерия, описывающего отклонения измеренных точек от идеального эталона. Такой критерий может быть выбран бесчисленным количеством способов. В нашей конкретной реализации критерий взят в виде взвешенной суммы квадратов отклонений измеренных точек от поверхности идеальных шаров и расстояний между центрами шаров в каждом положении эталона от номинального значения этого расстояния:

Figure 00000002

где p1 и p2 - весовые коэффициенты, выбираемые в зависимости от числа измеряемых точек на шарах и числа различных положений эталона так, чтобы уравнять влияние отдельных измерений на результат, np - индекс обозначения суммирования по измеренным точкам, ne - индекс обозначения суммирования по положениям эталона,
Figure 00000003
- вектор декартовых координат измеренной точки,
Figure 00000004
вектор координат центра шара, соответствующего данной измеренной точке,
Figure 00000005
векторы координат центров первого и второго шаров в данном положении эталона, R - радиус шара эталона, соответствующего данной измеренной точке, L - номинальное расстояние между центрами шаров эталона.The coordinate measuring machine for which this method was implemented includes a table 6, a measuring frame 7 with linear meters 8 pivotally mounted on it, also pivotally mounted on the platform 9, a KIM probe 10, a power frame 11, a space for accommodating the calibration device 12 Each linear meter measures the distance between a pair of hinges, one of which is on the rigid fixed frame 7 of the machine, and the other on the movable platform 9. Six linear meters 8 measure six such distances that о uniquely determines the position of the platform relative to the frame and the table 6 of the coordinate measuring machine rigidly connected to it. The reference point of linear meters, in which laser interferometers are used, is set by special contact sensors of the initial position. When taking measurements on a machine, the platform moves until it reaches the measuring tip of the probe 10 with the surface of the part. At this point, the machine software recalculates the data of the above meters in the Cartesian coordinates of the probe tip; for a ball-shaped tip that is used for calibration, these are the coordinates of the center of the ball. Based on these Cartesian coordinates during measurements on the machine, the controlled dimensions of the measured part are calculated. To minimize the measurement error in the software, the true dimensions should be set as accurately as possible, describing the relative position of the hinges for fixing the linear meters 8 and the position of the sensors for the initial installation of the meters. For the described coordinate measuring machine, the centers of the hinges for fixing the linear meters 8 on the measuring frame 7 and on the platform 9 and the position of the sensors of the initial installation of linear meters are adopted as the aforementioned basic elements. Any set of values that uniquely determines the mutual arrangement of the hinges on the frame and, separately, the relative position of the hinges on the platform, can be used as the set of sizes defined in the calibration. The input to the calculation is the totality of the coordinates of the points of the surface of the balls of the standard measured in the above procedure when it is located in several places of the working area of the machine and with several orientations of its rod. To carry out the calibration, it is necessary to take measurements in at least 6 different directions. It is advisable to cover as much of the working area of the machine as possible. To calculate the desired set of sizes, the optimization problem is solved based on the requirement of mutual consistency of the measurement data. We seek a minimum of a criterion that describes the deviations of the measured points from the ideal standard. Such a criterion can be selected in countless ways. In our specific implementation, the criterion is taken as a weighted sum of squares of deviations of the measured points from the surface of ideal balls and the distances between the centers of the balls in each position of the standard from the nominal value of this distance:
Figure 00000002

where p 1 and p 2 are weight coefficients selected depending on the number of measured points on the balls and the number of different positions of the standard so as to equalize the effect of individual measurements on the result, np is the index of the designation of summation over the measured points, ne is the index of the designation of summation over the positions reference
Figure 00000003
is the vector of the Cartesian coordinates of the measured point,
Figure 00000004
the coordinate vector of the center of the ball corresponding to a given measured point,
Figure 00000005
vectors of coordinates of the centers of the first and second balls in a given position of the standard, R is the radius of the ball of the standard corresponding to the given measured point, L is the nominal distance between the centers of the balls of the standard.

Набор искомых независимых переменных зависит от применяемого варианта расчета и особенностей решаемой задачи. Во всяком случае в него входит набор величин, однозначно определяющих взаимное расположение выбранных базовых элементов; в описываемой конкретной реализации это набор координат шарниров на раме, из которого исключены 6 величин, описывающих смещение и поворот рамы как целого (12 переменных), аналогичный набор координат шарниров на платформе (12 переменных) и 6 переменных, описывающих положение датчиков начальной установки линейных измерителей. Дополнительно в состав независимых переменных должны обязательно входить 3 величины, определяющие положение наконечника измерительного щупа относительно платформы. Сюда могут входить неизвестные координаты центров шаров эталона; иначе они должны рассчитываться по измеренным точкам. В описываемой конкретной реализации лучший результат дал последний вариант. The set of desired independent variables depends on the applied calculation option and the specifics of the problem being solved. In any case, it includes a set of quantities that uniquely determine the relative position of the selected basic elements; in the specific implementation described, this is a set of hinge coordinates on the frame, from which 6 values are excluded that describe the displacement and rotation of the frame as a whole (12 variables), a similar set of hinge coordinates on the platform (12 variables) and 6 variables describing the position of the sensors for initial installation of linear meters . In addition, the independent variables must necessarily include 3 quantities that determine the position of the probe tip relative to the platform. This may include unknown coordinates of the centers of the balls of the standard; otherwise they must be calculated from the measured points. In the described specific implementation, the best result was given by the last option.

Номинальное расстояние между центрами шаров эталона может либо быть заданной константой (в этом случае это расстояние должно быть предварительно определено с большой точностью на независимом оборудовании), либо может быть включено в состав искомых независимых переменных (в этом случае эта величина может быть известна заранее лишь в грубом приближении). Последний вариант предпочтителен, если линейные измерители могут быть прокалиброваны точнее межцентрового расстояния эталона; так в описываемой конкретной реализации этот вариант дал лучшие результаты, так как линейными измерителями служили лазерные интерферометры. Радиусы шаров эталона также могут считаться как заданными константами, так и независимыми переменными; здесь практически всегда предпочтителен последний вариант, так относительная погрешность радиуса шара всегда хуже относительной погрешности межцентрового расстояния эталона просто потому, что радиус шара значительно меньше этого расстояния. Наконец, в состав независимых переменных могут входить специфические для данной координатно-измерительной машины величины. В описываемой конкретной реализации введения таких величин не потребовалось. The nominal distance between the centers of the balls of the standard can either be a given constant (in this case, this distance must be pre-determined with great accuracy on independent equipment), or it can be included in the desired independent variables (in this case, this value can be known only in advance rough approximation). The latter option is preferred if the linear meters can be calibrated more accurately than the center distance of the standard; so in the particular implementation described, this option gave better results, since laser interferometers served as linear meters. The radii of the balls of the standard can also be considered as given constants, as well as independent variables; here, the latter option is almost always preferable, since the relative error of the radius of the ball is always worse than the relative error of the center-to-center distance of the standard simply because the radius of the ball is much smaller than this distance. Finally, independent variables may include values specific to a given coordinate measuring machine. In the described specific implementation, the introduction of such quantities was not required.

Для вышеописанного критерия и набора независимых переменных решается задача оптимизации - поиска минимума критерия. В описываемой реализации мы применили разновидность широко известного метода Ньютона, а именно метод Гаусса-Ньютона с глобализацией по методу Левенберга-Маркварта (смотри, например, книгу: Дж.Деннис, Р.Шнабель. Численные методы безусловной оптимизации и решения нелинейных уравнений. Москва, Мир, 1988, параграф 10.2). В промежуточных вычислениях используются стандартные алгоритмы, применяемые в программном обеспечении данной координатно-измерительной машины. For the above criterion and a set of independent variables, the optimization problem is solved - the search for the minimum criterion. In the described implementation, we applied a variation of the well-known Newton method, namely the Gauss-Newton method with globalization according to the Levenberg-Marquart method (see, for example, the book: J. Dennis, R. Schnabel. Numerical methods for unconditional optimization and solving nonlinear equations. Moscow, World, 1988, paragraph 10.2). In the intermediate calculations, standard algorithms used in the software of this coordinate measuring machine are used.

Claims (3)

1. Способ калибровки координатно-измерительной машины, включающий определение с помощью двухшарового эталона геометрических параметров, определяющих взаимное расположение базовых элементов конструкции машины, и корректировку этих параметров в соответствии с результатами измерений, отличающийся тем, что закрепляют эталон в устройство, позволяющее расположить первый шар неподвижно относительно стола машины, а второй - с возможностью перемещения с изменением направления стержня эталона, при сохранении положения первого шара, при изменении положения второго шара, фиксируют эталон относительно стола координатно-измерительной машины, измеряют координаты точек поверхности второго шара, изменяют направление эталона для освобождения доступа к первому шару, измеряют координаты точек поверхности первого шара; несколько раз изменяют положение устройства на столе машины или ориентацию эталона в устройстве, повторяют операции с момента первого фиксирования эталона относительно стола координатно-измерительной машины; по полученным данным рассчитывают геометрические параметры, определяющие взаимное расположение базовых элементов, путем решения соответствующей задачи оптимизации исходя из требования взаимной согласованности данных измерений и корректируют в соответствии с полученными значениями параметры программного обеспечения координатно-измерительной машины. 1. A method of calibrating a coordinate measuring machine, including determining with a two-ball standard geometric parameters that determine the relative position of the basic structural elements of the machine, and adjusting these parameters in accordance with the measurement results, characterized in that they fix the standard in a device that allows the first ball to be stationary relative to the table of the machine, and the second - with the ability to move with a change in the direction of the rod of the standard, while maintaining the position of the first ball, when changing the position of the second ball, fix the standard relative to the table of the coordinate measuring machine, measure the coordinates of the surface points of the second ball, change the direction of the standard to release access to the first ball, measure the coordinates of the surface points of the first ball; several times change the position of the device on the machine table or the orientation of the standard in the device, repeat the operation from the moment of the first fixing of the standard relative to the table of the coordinate measuring machine; according to the obtained data, geometric parameters are calculated that determine the mutual arrangement of the basic elements, by solving the corresponding optimization problem based on the requirement of mutual consistency of the measurement data and correct the coordinate software of the coordinate measuring machine in accordance with the obtained values. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве базовых элементов конструкции машины выбраны центры шарниров для закрепления измерителей на раме машины и на подвижной платформе и датчики начала отсчета линейных измерителей. 2. The method according to claim 1, characterized in that the hinge centers for fixing the meters on the frame of the machine and on the movable platform and the reference sensors of linear meters are selected as the basic structural elements of the machine. 3. Устройство для осуществления способа калибровки системы координат, содержащее двухшаровый эталон в виде двух шаров, соединенных между собой стержнем из жесткого материала с низким значением коэффициента линейного расширения, гнездо для размещения одного из шаров, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит приспособление для закрепления эталона, включающее основание с элементами для закрепления на столе машины, жестко связанное с гнездом для размещения одного из шаров эталона так, что центр помещенного в гнездо шара неподвижен относительно стола, оправку, связанную (например, шарнирно-консольно) с основанием, предназначенную для фиксации положения стержня со вторым шаром в положениях, различающихся направлением стержня эталона, при отсутствии смещения центра шара, помещенного в гнездо. 3. A device for implementing a method of calibrating a coordinate system containing a two-ball standard in the form of two balls interconnected by a rod of rigid material with a low coefficient of linear expansion, a slot for placing one of the balls, characterized in that it further comprises a device for fixing the standard including a base with elements for fixing on the machine table, rigidly connected with a socket for placing one of the balls of the standard so that the center of the ball placed in the socket is stationary relative to the table, a mandrel associated (for example, articulated-cantilever) with the base, designed to fix the position of the rod with the second ball in positions that differ in the direction of the rod of the standard, in the absence of displacement of the center of the ball placed in the socket.
RU98122583/28A 1998-12-10 1998-12-10 Method for calibrating coordinate system in working zone of coordinate measuring machine RU2164338C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU98122583/28A RU2164338C2 (en) 1998-12-10 1998-12-10 Method for calibrating coordinate system in working zone of coordinate measuring machine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU98122583/28A RU2164338C2 (en) 1998-12-10 1998-12-10 Method for calibrating coordinate system in working zone of coordinate measuring machine

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU98122583A RU98122583A (en) 2000-09-20
RU2164338C2 true RU2164338C2 (en) 2001-03-20

Family

ID=20213403

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU98122583/28A RU2164338C2 (en) 1998-12-10 1998-12-10 Method for calibrating coordinate system in working zone of coordinate measuring machine

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2164338C2 (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103697824A (en) * 2013-12-26 2014-04-02 北京信息科技大学 System calibration method for measuring head of coordinate measuring machine
RU2671374C1 (en) * 2017-05-04 2018-10-30 Общество с ограниченной ответственностью "ПИКАСО 3Д" (ООО "Пикасо 3Д") Method for calibrating 3d-printer table
CN108955530A (en) * 2018-08-20 2018-12-07 珠海市运泰利自动化设备有限公司 A kind of convenient calibration system of mechanical optical position and its scaling method
CN112325773A (en) * 2020-10-30 2021-02-05 上海交通大学 Method for calibrating beam direction vector and origin position of laser displacement sensor
RU2793563C1 (en) * 2022-08-24 2023-04-04 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" Method for automatic calibration of 3d printer platform

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103697824A (en) * 2013-12-26 2014-04-02 北京信息科技大学 System calibration method for measuring head of coordinate measuring machine
CN103697824B (en) * 2013-12-26 2016-04-13 北京信息科技大学 For the system calibrating method of the gauge head of coordinate measuring machine
RU2671374C1 (en) * 2017-05-04 2018-10-30 Общество с ограниченной ответственностью "ПИКАСО 3Д" (ООО "Пикасо 3Д") Method for calibrating 3d-printer table
CN108955530A (en) * 2018-08-20 2018-12-07 珠海市运泰利自动化设备有限公司 A kind of convenient calibration system of mechanical optical position and its scaling method
CN108955530B (en) * 2018-08-20 2024-04-16 珠海市运泰利自动化设备有限公司 Mechanical optical position convenient calibration system and calibration method thereof
CN112325773A (en) * 2020-10-30 2021-02-05 上海交通大学 Method for calibrating beam direction vector and origin position of laser displacement sensor
CN112325773B (en) * 2020-10-30 2021-12-10 上海交通大学 Method for calibrating beam direction vector and origin position of laser displacement sensor
RU2793563C1 (en) * 2022-08-24 2023-04-04 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" Method for automatic calibration of 3d printer platform

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4732362B2 (en) Method for calibrating the geometry of a multi-axis measurement system
EP1698954B1 (en) Method for calibrating parallel kinematic mechanism
Santolaria et al. Articulated arm coordinate measuring machine calibration by laser tracker multilateration
US6985238B2 (en) Non-contact measurement system for large airfoils
US5649368A (en) Method for calibrating a coordinate measuring apparatus having two pivot axes
Ostrowska et al. Verification of articulated arm coordinate measuring machines accuracy using lasertracer system as standard of length
US20070176130A1 (en) Measuring arrangement comprising a plurality of distance sensors, calibrating device therefor, and method for determining the topography of a surface
RU2164338C2 (en) Method for calibrating coordinate system in working zone of coordinate measuring machine
EP0887618A2 (en) Method for calibrating a system for measuring contours
KR102035334B1 (en) Method for measuring geometric errors of 4-axis machine tools
CA1310092C (en) Method for determining position within the measuring volume of a coordinate measuring machine and the like and system therefor
JP2000081329A (en) Shape measurement method and device
Šafarič et al. Measurement setup and procedure for precise step gauge calibration
CN114396929A (en) Laser gyroscope cavity diaphragm hole form and position tolerance detection method
Klobucar et al. Automatic high resolution measurement set-up for calibrating precise line scales
Bosemann et al. Inspection of large CMMs by sequential multilateration using a single laser tracker
Liu et al. The application of the double-readheads planar encoder system for error calibration of computer numerical control machine tools
JP2003075147A (en) Method and device for measurement of flatness
Maurer et al. Calculation of the reference surface error by analyzing a multiple set of sub-measurements
JPH0933244A (en) Shape measuring method
JP3633863B2 (en) Autonomous determination method of systematic error of surface profile measurement system using calibration object
JP2003254747A (en) Straightness measurement method
JP2003035529A (en) Systematic error measuring method in flatness measuring system on object surface to be inspected, flatness measuring method and apparatus using the same
JP2003232625A (en) Method of measuring straightness
Pegna et al. Multifringe pattern analysis of circular zone plates

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20121211