專利名稱：坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(cmm)和補(bǔ)償坐標(biāo)測(cè)量機(jī)誤差的方法
坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(CMM)和補(bǔ)償坐標(biāo)測(cè)量機(jī)誤差的方法本發(fā)明大體涉及一種根據(jù)權(quán)利要求1的用于確定測(cè)量點(diǎn)的至少一個(gè)空間坐標(biāo)的坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(CMM coordinate measuring machine)，并且涉及一種根據(jù)權(quán)利要求18的補(bǔ)償坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(CMM)誤差的方法。在已生產(chǎn)出工件之后，通常的做法是在諸如坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(CMM)之類的坐標(biāo)定位裝置上檢查工件，其中該坐標(biāo)測(cè)量機(jī)具有在其工作空間內(nèi)的可動(dòng)探頭。在傳統(tǒng)的三維測(cè)量機(jī)中，探頭被支撐以沿著三個(gè)互相垂直的軸(沿X、Y以及Z方向)運(yùn)動(dòng)。在簡(jiǎn)單形式的機(jī)器中，平行于每個(gè)軸安裝的適當(dāng)?shù)膫鞲衅髂艽_定探頭相對(duì)于機(jī)器基座的位置，以確定由探針接近的物體上的測(cè)量點(diǎn)的坐標(biāo)。如果采用這種技術(shù)則存在若干個(gè)可能的誤差源。運(yùn)動(dòng)平直度和軸正交性的缺失是這些誤差的一個(gè)主要原因。另一個(gè)誤差原因是滑架繞垂直于它們運(yùn)動(dòng)方向的軸的角旋轉(zhuǎn)。 通常被稱為阿貝誤差的這種誤差不但取決于旋轉(zhuǎn)而且還取決于線性驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中的橫向偏移。其它誤差源可能包括例如振動(dòng)、溫度變化、壓力變化、濕度變化、坐標(biāo)測(cè)量機(jī)框架結(jié)構(gòu)部件的老化等的外部影響。尤其可能出現(xiàn)下列誤差因素·軸上的標(biāo)尺誤差，·軸上的水平平直度誤差， 軸上的豎向平直度誤差， 軸上的俯仰誤差， 軸上的橫擺誤差， 軸上的滾轉(zhuǎn)誤差，以及 軸之間的角度誤差。而且，坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的框架結(jié)構(gòu)中的薄弱性也會(huì)造成誤差，所述薄弱性可能導(dǎo)致例如坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的支腿或橋部彎曲。已經(jīng)做出許多嘗試來(lái)為提到的各種誤差源提供校正。例如，已知通過(guò)各種手段將考慮到的和已知的誤差引入傳感器。然而，這種校正僅適用于測(cè)量空間中給定的位置。替代技術(shù)是對(duì)機(jī)器進(jìn)行校準(zhǔn)，測(cè)量在各點(diǎn)處存在的誤差并且存儲(chǔ)這些誤差，使得當(dāng)實(shí)際使用機(jī)器時(shí)可以應(yīng)用這些誤差。示例性地結(jié)合這樣的校準(zhǔn)方法，對(duì)于每個(gè)軸(x、y、 ζ)和每個(gè)線性驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，測(cè)量出一些與軸線相關(guān)的幾何誤差，這些誤差例如為俯仰、橫擺、 平直度(在兩個(gè)正交軸中)和滾轉(zhuǎn)。所述測(cè)量能夠通過(guò)某種增量(例如每20mm)來(lái)進(jìn)行， 將所采集的數(shù)據(jù)儲(chǔ)存在校準(zhǔn)表(在機(jī)器中或軟件中)并且在運(yùn)行機(jī)器時(shí)使用，使得表中的數(shù)據(jù)校正基于位置的幾何誤差。除了上述以外，當(dāng)然存在軸(x、y、z)之間的傾斜度并且對(duì)于每個(gè)軸存在某些標(biāo)尺因素。該校準(zhǔn)方法通常在完成組裝的機(jī)器上進(jìn)行?？梢韵胂蟮剑@種校準(zhǔn)過(guò)程是漫長(zhǎng)的，尤其是對(duì)于大型機(jī)器。然而，在使用期間機(jī)器的任何“調(diào)整”都將使校準(zhǔn)無(wú)效。該校準(zhǔn)方法的另一個(gè)缺點(diǎn)在于，它們僅關(guān)注完全可重復(fù)的誤差。還需要在與機(jī)器工作狀態(tài)相同的條件下校準(zhǔn)探針。這意味著如果機(jī)器以100毫米 /秒運(yùn)行，則校準(zhǔn)過(guò)程也應(yīng)該以該速度執(zhí)行，并且如果由于一些原因需要改變運(yùn)轉(zhuǎn)速度，則需要以新速度重新校準(zhǔn)機(jī)器。必須考慮的另一方面在于探針的加速度引起坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的動(dòng)態(tài)偏斜，進(jìn)而引起測(cè)量誤差?？梢酝ㄟ^(guò)以低加速度進(jìn)行測(cè)量來(lái)減少這些測(cè)量誤差。然而，生產(chǎn)率要求增大生產(chǎn)量以及加快檢查速度。因此，探針在測(cè)量期間經(jīng)歷更高的加速度，導(dǎo)致系統(tǒng)(尤其是坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的框架結(jié)構(gòu))產(chǎn)生更大的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)偏斜。這導(dǎo)致不準(zhǔn)確地報(bào)告探針的X、Y、Z幾何位置。尤其是一些坐標(biāo)測(cè)量機(jī)在高速下表現(xiàn)出顯著的驅(qū)動(dòng)振動(dòng)。導(dǎo)致振動(dòng)的一個(gè)誤差源是機(jī)器的機(jī)械驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。因?yàn)檎駝?dòng)在高速度下引起不可重復(fù)的行為，這導(dǎo)致測(cè)量誤差，所以由這些振動(dòng)(通常5Hz以上)引起的誤差不適合于上述動(dòng)態(tài)誤差補(bǔ)償計(jì)算方法。此外，在坐標(biāo)測(cè)量機(jī)中采用多種探針以在標(biāo)尺坐標(biāo)系統(tǒng)內(nèi)測(cè)量，該標(biāo)尺坐標(biāo)系統(tǒng)包括沿著構(gòu)造三維測(cè)量空間的軸布置的參考標(biāo)尺。為向坐標(biāo)測(cè)量機(jī)提供改良的測(cè)量精度， 要求其框架結(jié)構(gòu)具有高靜態(tài)剛度。示例性地，EP 1 559 990公開(kāi)了一種坐標(biāo)測(cè)量系統(tǒng)和校正在坐標(biāo)測(cè)量機(jī)中測(cè)量的坐標(biāo)的方法。因此，當(dāng)將具有各種重量的工件安裝在坐標(biāo)測(cè)量機(jī)上時(shí)，測(cè)量幾何誤差。從工件重量的測(cè)量結(jié)果推導(dǎo)出補(bǔ)償參數(shù)并存儲(chǔ)。適當(dāng)?shù)刈x取與待測(cè)工件重量對(duì)應(yīng)的補(bǔ)償參數(shù)， 以校正所測(cè)到的待測(cè)工件的坐標(biāo)。作為另一個(gè)實(shí)例，EP 1 687 589公開(kāi)了在帶有鉸接探頭的坐標(biāo)測(cè)量機(jī)中的誤差補(bǔ)償方法，該鉸接探頭具有表面檢測(cè)裝置。在測(cè)量期間，該表面檢測(cè)裝置繞鉸接探頭的至少一個(gè)軸旋轉(zhuǎn)。該方法包括以下步驟確定設(shè)備的整體或部分的剛度，確定在任何特定瞬間與由鉸接探頭施加的負(fù)荷相關(guān)的一個(gè)或更多個(gè)因素，以及確定在表面感測(cè)裝置處由負(fù)荷引起的
測(cè)量誤差。而且，GB 2 042 719公開(kāi)了一種具有三個(gè)互相垂直軸的測(cè)量裝置，其中由繞各軸旋轉(zhuǎn)引起的誤差被校正。GB 2 425 840公開(kāi)了對(duì)通過(guò)坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(CMM)進(jìn)行的工件測(cè)量進(jìn)行誤差校正的另一種方法。因此，通過(guò)工件感測(cè)探針進(jìn)行位置測(cè)量，其中提供測(cè)量加速度的裝置。為諸如由振動(dòng)引起的那些誤差之類的高頻(不可重復(fù)的)誤差和諸如探針上的離心力引起的那些誤差之類的低頻(可重復(fù)的)誤差而進(jìn)行校正測(cè)量。校正方法包括測(cè)量工件；從預(yù)定的誤差函數(shù)、誤差映射或者誤差查找表確定可重復(fù)的測(cè)量誤差；測(cè)量加速度并計(jì)算不可重復(fù)的測(cè)量誤差；使第一測(cè)量誤差和第二測(cè)量誤差結(jié)合以確定總誤差；以及利用該總誤差來(lái)校正工件測(cè)量。利用已知尺寸的人工制品計(jì)算預(yù)定的誤差映射。還已知使用裝配在機(jī)器的探針(或Z柱)中的加速計(jì)和基臺(tái)中的加速計(jì)(用于微分測(cè)量)。通過(guò)二重積分測(cè)量探針位置的位移和誤差，并且從該位移和誤差可以通過(guò)二重積分信號(hào)和標(biāo)尺之差來(lái)調(diào)節(jié)讀數(shù)。然而，當(dāng)利用加速計(jì)時(shí)，當(dāng)頻率相對(duì)低時(shí)加速計(jì)通常將會(huì)產(chǎn)生噪聲。這會(huì)使信噪比很差。此外，僅可以在加速期間測(cè)量差，這通常意味著可能必需從標(biāo)尺位置計(jì)算加速度并且比較該加速度與測(cè)量到的加速度，并且對(duì)差值求二重積分。然而，這可能對(duì)精確計(jì)算探針的準(zhǔn)確位置來(lái)說(shuō)不是足夠的信息。利用這種方法還不會(huì)允許測(cè)量靜態(tài)變化(即，與動(dòng)態(tài)變化相結(jié)合的摩擦沒(méi)有被考慮到)。因此本發(fā)明的目的在于提供一種改良的坐標(biāo)測(cè)量機(jī)CMM和坐標(biāo)測(cè)量方法，其中能以改良方式補(bǔ)償由動(dòng)態(tài)效應(yīng)(例如，當(dāng)運(yùn)行高速掃描時(shí))引起的誤差、由低強(qiáng)度結(jié)構(gòu)或靜態(tài)變化(例如由摩擦或坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的框架結(jié)構(gòu)上的負(fù)荷引起的變化)引起的誤差和/或由外部影響(例如溫度變化、振動(dòng)、壓力)引起的誤差。尤其是，所述坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的每個(gè)線性驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(沿X、Y、Z方向)中的位移誤差和 /或坐標(biāo)測(cè)量機(jī)框架結(jié)構(gòu)中的例如由負(fù)荷、探針的運(yùn)動(dòng)和/或加速度引起的偏轉(zhuǎn)和變形(例如彎曲)都能被精確地識(shí)別和補(bǔ)償。該目的通過(guò)實(shí)現(xiàn)獨(dú)立權(quán)利要求的特征來(lái)達(dá)到。在從屬權(quán)利要求中描述了以替代或有利方式進(jìn)一步發(fā)展本發(fā)明的特征。本發(fā)明涉及一種用于確定待測(cè)物體上的測(cè)量點(diǎn)的至少一個(gè)空間坐標(biāo)的坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(CMM)。該坐標(biāo)測(cè)量機(jī)包括至少一個(gè)基座(特別是靜態(tài)基座，例如用于支撐待測(cè)物體的測(cè)量工作臺(tái))、用于接近測(cè)量點(diǎn)的探頭以及用于將探頭連接至基座的框架結(jié)構(gòu)。所述框架結(jié)構(gòu)包括至少第一框架部件和第二框架部件；以及至少一個(gè)線性驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述至少一個(gè)線性驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)可動(dòng)地連接所述第一框架部件和所述第二框架部件，以使所述探頭能夠至少沿第一方向(χ，γ，ζ)相對(duì)于所述基座運(yùn)動(dòng)。其中，所述至少一個(gè)線性驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括沿所述第一方向的線性導(dǎo)向件；可動(dòng)構(gòu)件，該可動(dòng)構(gòu)件為了沿所述導(dǎo)向件運(yùn)動(dòng)而被支承部支撐；以及線性測(cè)量?jī)x器，該線性測(cè)量?jī)x器用于確定所述可動(dòng)構(gòu)件沿所述第一方向(χ，γ，ζ)的第一驅(qū)動(dòng)位置。根據(jù)本發(fā)明，第一基準(zhǔn)路徑由設(shè)計(jì)為基準(zhǔn)光束的至少第一光學(xué)基準(zhǔn)元件提供，其中，所述基準(zhǔn)光束沿著所述線性驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的所述導(dǎo)向件延伸，使得所述基準(zhǔn)路徑平行于所述第一方向(Χ，Υ，Ζ)。此外，至少一個(gè)位移傳感器被配置給所述基準(zhǔn)光束，所述基準(zhǔn)光束和所述位移傳感器是如此設(shè)計(jì)和布置的，即，所述可動(dòng)構(gòu)件相對(duì)于所述第一基準(zhǔn)路徑的位移能夠被測(cè)量， 以表明所述可動(dòng)構(gòu)件相對(duì)正常支承位置的平移位移和/或旋轉(zhuǎn)位移。尤其是，所述位移傳感器可包括感光探測(cè)器元件，該感光探測(cè)器元件被構(gòu)造成用于測(cè)量距所述基準(zhǔn)光束的距離和/或所述基準(zhǔn)光束的入射位置，所述距離或者所述入射位置表明了所述可動(dòng)構(gòu)件沿垂直于所述第一方向(X，Y，Ζ)的方向相對(duì)于所述第一基準(zhǔn)路徑的位移。更詳細(xì)地，所述位移傳感器還可包括分束器，該分束器用于分出(couple out)所述基準(zhǔn)光束的至少一部分并且將其引向所述感光探測(cè)器元件。其中，所述感光探測(cè)器元件例如被構(gòu)造成CXD陣列、CMOS陣列、PSD或者象限探測(cè)器。示例性地，在所述線性導(dǎo)向件設(shè)置在所述第一框架部件上或者由所述第一框架部件提供并且所述可動(dòng)構(gòu)件設(shè)置在所述第二框架部件上或者由所述第二框架部件提供的情況下，可以在第一框架部件上安裝提供基準(zhǔn)光束的激光源，并且能夠?qū)⑺鲋辽僖粋€(gè)位移傳感器按照面向所述激光源的方式附接到所述第二框架部件。其中，所述激光源例如可被設(shè)計(jì)成具有準(zhǔn)直光學(xué)器件的激光二極管。根據(jù)本發(fā)明的另外一個(gè)拓展方式，還給基準(zhǔn)光束配置兩個(gè)或更多個(gè)位移傳感器， 尤其是三至五個(gè)，所述基準(zhǔn)光束和所述位移傳感器是如此設(shè)計(jì)和布置的，即，從所述可動(dòng)構(gòu)件上的規(guī)定位置至基準(zhǔn)光束的兩個(gè)或更多個(gè)距離和/或基準(zhǔn)光束的入射位置能夠由位移傳感器測(cè)量，其中，所述設(shè)計(jì)具有這樣的構(gòu)造，從而所述距離或者所述入射位置表明了可動(dòng)構(gòu)件相對(duì)正常支承位置的平移位移和旋轉(zhuǎn)位移。所述坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(CMM)還包括計(jì)算單元，該計(jì)算單元用于確定空間坐標(biāo)。根據(jù)本發(fā)明，不僅驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的線性位置(例如，第一線性驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的第一驅(qū)動(dòng)位置)而且可動(dòng)構(gòu)件的被測(cè)量的平移位移和/或旋轉(zhuǎn)位移被考慮用于確定空間坐標(biāo)。因此，所述空間坐標(biāo)的確定至少根據(jù)以下因素執(zhí)行·所述第一線性驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的所述第一驅(qū)動(dòng)位置，和·所述可動(dòng)構(gòu)件的相對(duì)正常支承位置的平移位移和/或旋轉(zhuǎn)位移。根據(jù)本發(fā)明的方法方面，執(zhí)行下列步驟 通過(guò)產(chǎn)生沿著所述線性驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的所述導(dǎo)向件延伸的基準(zhǔn)光束來(lái)提供平行于所述第一方向(x，Y，Z)的第一基準(zhǔn)路徑，·測(cè)量所述可動(dòng)構(gòu)件相對(duì)于所述第一基準(zhǔn)路徑的至少一個(gè)位移，從而所述至少一個(gè)位移表明了所述可動(dòng)構(gòu)件相對(duì)正常支承位置的平移位移和/或旋轉(zhuǎn)位移，以及 通過(guò)使用所確定的實(shí)際的至少一個(gè)位移來(lái)補(bǔ)償由本發(fā)明和上述的坐標(biāo)測(cè)量機(jī)執(zhí)行測(cè)量而產(chǎn)生的誤差，尤其是線性驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)支承部的薄弱性(weakness)。根據(jù)本發(fā)明，無(wú)需(至少不是必須)如從現(xiàn)有技術(shù)已知的那樣預(yù)先對(duì)組裝機(jī)器進(jìn)行與軸線相關(guān)的幾何誤差的獨(dú)立且漫長(zhǎng)的校準(zhǔn)過(guò)程。因此，由于與軸線相關(guān)的幾何誤差能夠被與真實(shí)測(cè)量并行或同時(shí)地感測(cè)到，因此根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)執(zhí)行根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的校準(zhǔn)方法來(lái)補(bǔ)償誤差的缺點(diǎn)(即，耗時(shí)的校準(zhǔn)過(guò)程； 使校準(zhǔn)無(wú)效的各種狀況；僅完全可重復(fù)的誤差才能夠被考慮等等)能夠被消除或者至少被相當(dāng)大地降低。根據(jù)本發(fā)明的坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的另一方面，不但可以提供基準(zhǔn)光束(即，第一光學(xué)基準(zhǔn)元件)，而且可以在框架結(jié)構(gòu)上布置第二或更多個(gè)基準(zhǔn)元件，每個(gè)基準(zhǔn)元件均用于提供沿框架結(jié)構(gòu)的一部分的、基本上無(wú)負(fù)載的基準(zhǔn)路徑，其中能夠向每個(gè)基準(zhǔn)元件配置至少一個(gè)位移傳感器，尤其是兩至五個(gè)位移傳感器。根據(jù)更為一般的方面，基準(zhǔn)元件和位移傳感器是如此設(shè)計(jì)和布置的，即，所述框架結(jié)構(gòu)的位移和/或變形能夠相對(duì)于無(wú)負(fù)載的基準(zhǔn)路徑被測(cè)量。其中，所述第二或更多個(gè)基準(zhǔn)元件均可以被設(shè)計(jì)成與上述第一光學(xué)基準(zhǔn)元件類似的另外的基準(zhǔn)光束。然而，另選地，第二或更多個(gè)基準(zhǔn)元件中的一個(gè)或更多個(gè)也可以被設(shè)計(jì)成沿著框架部件的一部分延伸的機(jī)械基準(zhǔn)元件，其中機(jī)械基準(zhǔn)元件能夠以基本上無(wú)負(fù)載的方式固定地緊固到框架部件。關(guān)于作為更為一般的方面的光學(xué)和機(jī)械的另選實(shí)施方式，第二或更多個(gè)基準(zhǔn)元件能夠被布置在框架結(jié)構(gòu)上，用于提供沿框架結(jié)構(gòu)的一部分的基本上無(wú)負(fù)載的基準(zhǔn)路徑。此外，給基準(zhǔn)元件配置至少一個(gè)位移傳感器，其中，基準(zhǔn)元件和位移傳感器是如此設(shè)計(jì)和布置的，即，框架結(jié)構(gòu)的在相應(yīng)部分的區(qū)域中的位移和/或變形能夠以相對(duì)于基準(zhǔn)路徑的方式被測(cè)量。尤其是，基準(zhǔn)元件和位移傳感器是如此設(shè)計(jì)和布置的，即，基準(zhǔn)路徑和框架部件的規(guī)定部位之間的距離能夠由位移傳感器測(cè)量，其中，所述距離表明了框架部件在相應(yīng)部分的區(qū)域中的位移和/或變形。通常，基準(zhǔn)元件可以在線性驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)上和其中一個(gè)框架部件的至少一部分上延伸。其中，基準(zhǔn)元件被固定地緊固到第一框架部件，并且位移傳感器是如此布置的，即，從基準(zhǔn)元件到框架部件上的規(guī)定部位的距離是能夠測(cè)量的。例如，機(jī)械基準(zhǔn)元件可被如此安裝， 艮口，其沿平行于可動(dòng)構(gòu)件的線性運(yùn)動(dòng)方向的線性驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)延伸，其中，所述基準(zhǔn)元件以不受來(lái)自坐標(biāo)測(cè)量機(jī)框架結(jié)構(gòu)的力影響的方式安裝。然后，一個(gè)或更多個(gè)位移傳感器能夠被布置成檢測(cè)可動(dòng)構(gòu)件的規(guī)定部位與機(jī)械基準(zhǔn)元件之間的距離。該距離可表明可動(dòng)構(gòu)件相對(duì)正常支承位置的平移位移(在多于一個(gè)測(cè)量距離的情況下，還能夠表明旋轉(zhuǎn)位移)。如從現(xiàn)有技術(shù)本身已知的那樣，線性驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)可包括沿第一方向的線性導(dǎo)向件； 可動(dòng)構(gòu)件，該可動(dòng)構(gòu)件為了沿著導(dǎo)向件運(yùn)動(dòng)而被支承部支撐；以及線性測(cè)量?jī)x器，該線性測(cè)量?jī)x器用于確定可動(dòng)構(gòu)件沿第一方向(X，Y，Z)的第一驅(qū)動(dòng)位置。此外，坐標(biāo)測(cè)量機(jī)可包括計(jì)算單元，該計(jì)算單元用于根據(jù)至少第一驅(qū)動(dòng)位置來(lái)確定待測(cè)點(diǎn)(其由探針接近)的空間坐標(biāo)。根據(jù)本發(fā)明，還考慮所檢測(cè)到的變形和/或所述位移來(lái)確定空間坐標(biāo)。例如，所感測(cè)的位移和/或變形在計(jì)算探頭相對(duì)于基點(diǎn)位置的空間位置時(shí)可被直接考慮，和/或可被使用，以便與通過(guò)線性測(cè)量?jī)x器確定行進(jìn)位置相關(guān)地補(bǔ)償量尺誤差。作為基準(zhǔn)元件在包括驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的坐標(biāo)測(cè)量機(jī)部分上延伸的實(shí)施方式的另選，其中一個(gè)基準(zhǔn)元件還可被如此設(shè)計(jì)和布置，即，其僅沿著框架結(jié)構(gòu)的不可動(dòng)部分延伸(例如，沿著支腿或橋部的至少一部分)?；鶞?zhǔn)元件能夠以例如平行于框架結(jié)構(gòu)表面并且與框架結(jié)構(gòu)表面(尤其最小限度地)間隔開(kāi)的方式安裝。尤其是，基準(zhǔn)元件能夠僅在其一端被固定至框架結(jié)構(gòu)，并且位移傳感器可被布置用于檢測(cè)基準(zhǔn)元件的另一端與所面對(duì)的框架結(jié)構(gòu)規(guī)定部位之間的距離。這意味著僅基準(zhǔn)元件的第一端被固定地附接到框架結(jié)構(gòu)，并且位移傳感器被如此布置，即，變形和/或位移是通過(guò)測(cè)量框架結(jié)構(gòu)規(guī)定部位的相對(duì)于所面對(duì)的基準(zhǔn)元件第二端的位置來(lái)表明的。如上所述，其中第二或更多個(gè)基準(zhǔn)元件中的一個(gè)可被設(shè)計(jì)成沿著框架結(jié)構(gòu)的第一部分延伸的細(xì)長(zhǎng)的機(jī)械基準(zhǔn)元件，例如，基準(zhǔn)框架或基準(zhǔn)桿?；鶞?zhǔn)框架或桿以基本無(wú)負(fù)載的方式被固定地緊固到框架結(jié)構(gòu)。尤其是，基準(zhǔn)框架可以僅在其一端被緊固到框架結(jié)構(gòu)。位移傳感器能夠被構(gòu)造成光學(xué)傳感器、電容傳感器或電感傳感器，并且可被布置在基準(zhǔn)框架上或者布置在框架結(jié)構(gòu)上的規(guī)定部位處。所感測(cè)的距離表明框架結(jié)構(gòu)的已知部分的變形或表明線性驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中的位移(例如，可動(dòng)構(gòu)件從其通常支承位置起的位移)。機(jī)械基準(zhǔn)元件可由不易受到溫度、壓力、濕度、老化或類似因素影響而出現(xiàn)變形的材料制成。示例性地，機(jī)械基準(zhǔn)元件(例如，基準(zhǔn)桿)可包括鎳鐵合金或碳纖維材料或者由鎳鐵合金或碳纖維材料組成。作為基準(zhǔn)元件的機(jī)械設(shè)計(jì)的另選方式，根據(jù)本發(fā)明，第一基準(zhǔn)元件(以及第二或更多個(gè)基準(zhǔn)元件中的一個(gè)或更多個(gè))也能夠被設(shè)計(jì)作為基準(zhǔn)光束，尤其是準(zhǔn)直或聚焦的激光束，該準(zhǔn)直或聚焦的激光束沿著框架結(jié)構(gòu)的已知部分延伸?；鶞?zhǔn)光束可由直接安裝在框架結(jié)構(gòu)的已知部位上的激光源發(fā)射，并且沿限定的已知方向發(fā)出。尤其是，激光束平行于坐標(biāo)測(cè)量機(jī)框架結(jié)構(gòu)的表面。其中，位移傳感器能夠被構(gòu)造成感光探測(cè)元件，該感光探測(cè)元件被構(gòu)造成用于測(cè)量距基準(zhǔn)光束的距離和/或基準(zhǔn)光束的入射位置。尤其是，位移傳感器可進(jìn)一步包括分束器，該分束器用于分出至少一部分基準(zhǔn)光束并且將其引向感光探測(cè)器元件。感光探測(cè)器元件可以被設(shè)計(jì)成CCD陣列、CMOS陣列、PSD傳感器或象限探測(cè)器。其中，基準(zhǔn)路徑在功能上由基準(zhǔn)元件產(chǎn)生或代表。在基準(zhǔn)元件被設(shè)計(jì)成機(jī)械基準(zhǔn)元件的情況下，基準(zhǔn)路徑可例如由其表面來(lái)代表，其中，元件的形狀可以在將其安裝在坐標(biāo)測(cè)量機(jī)上之前被高精確地測(cè)量并校準(zhǔn)。在基準(zhǔn)元件被設(shè)計(jì)成基準(zhǔn)光束的情況下，所述路徑可由光束的光軸代表。此外，根據(jù)本發(fā)明，還能夠?yàn)槊總€(gè)基準(zhǔn)元件配置兩個(gè)或更多個(gè)位移傳感器，尤其是三至五個(gè)，其中，基準(zhǔn)元件和位移傳感器是如此設(shè)計(jì)和布置的，即，第一基準(zhǔn)元件(即，基準(zhǔn)路徑)和框架結(jié)構(gòu)上的規(guī)定部位之間的兩個(gè)或更多個(gè)距離能夠由位移傳感器測(cè)量到。感測(cè)到的距離因此能夠表明在框架結(jié)構(gòu)第一部分區(qū)域中的、具有一個(gè)以上自由度的位移和/或變形。根據(jù)常見(jiàn)方式的坐標(biāo)測(cè)量機(jī)，優(yōu)選地框架結(jié)構(gòu)包括四個(gè)框架部件和可動(dòng)地連接該四個(gè)框架部件的三個(gè)線性驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，用于提供探頭相對(duì)于基座在第一方向X、第二方向Y、 第三方向Z上的可動(dòng)性。如本身已知的，每個(gè)線性驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)均可包括沿第一方向X、第二方向Y或者第三方向Z的線性導(dǎo)向件；可動(dòng)構(gòu)件，該可動(dòng)構(gòu)件為了沿著導(dǎo)向件運(yùn)動(dòng)而被支承部支撐；以及線性測(cè)量?jī)x器，該線性測(cè)量?jī)x器用于分別確定所述可動(dòng)構(gòu)件的分別沿第一方向X、第二方向Y或第三方向Z的第一驅(qū)動(dòng)位置、第二驅(qū)動(dòng)位置和第三驅(qū)動(dòng)位置。坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的計(jì)算單元能夠被設(shè)計(jì)用于根據(jù)至少第一驅(qū)動(dòng)位置、第二驅(qū)動(dòng)位置和第三驅(qū)動(dòng)位置以及根據(jù)本發(fā)明根據(jù)由位移傳感器表明的變形和/或位移來(lái)確定空間坐標(biāo)?？傊ㄟ^(guò)測(cè)量框架結(jié)構(gòu)的規(guī)定部位和基準(zhǔn)元件/路徑之間的距離，能夠感測(cè)并確定框架結(jié)構(gòu)的位移和/或偏轉(zhuǎn)以及行進(jìn)構(gòu)件(滑架)的位移。相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)有利的是， 該方法可以被用于補(bǔ)償靜態(tài)變化(由摩擦引入的變化等)以及動(dòng)態(tài)效應(yīng)(探頭的加速度)。還提供一種補(bǔ)償如上所述的坐標(biāo)測(cè)量機(jī)中的誤差的方法，所述坐標(biāo)測(cè)量機(jī)確定待測(cè)物體上的測(cè)量點(diǎn)的至少一個(gè)空間坐標(biāo)。根據(jù)該方法，測(cè)量在第一部分區(qū)域中的框架結(jié)構(gòu)相對(duì)于基本無(wú)負(fù)載的外部基準(zhǔn)元件的至少一個(gè)位移，所述外部基準(zhǔn)元件沿著框架結(jié)構(gòu)的第一部分延伸并且布置在其上。通過(guò)至少使用所確定的實(shí)際位移和/或變形來(lái)補(bǔ)償誤差，尤其是線性驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)支承部中的薄弱性和/或框架結(jié)構(gòu)的材料中的變形(由探針的負(fù)荷和/ 或溫度、壓力、濕度的變化引起)。因此，無(wú)需(至少不是必須)如從現(xiàn)有技術(shù)已知的那樣預(yù)先針對(duì)組裝機(jī)器上的與軸線相關(guān)的幾何誤差執(zhí)行獨(dú)立且漫長(zhǎng)的校準(zhǔn)過(guò)程。在將基準(zhǔn)元件設(shè)計(jì)成光學(xué)基準(zhǔn)(準(zhǔn)直的激光束或類似物)的情況下，可以認(rèn)為光束是直的，并且能夠通過(guò)使用位移傳感器(其測(cè)量相對(duì)于光束的優(yōu)選沿不同方向的偏離) 直接測(cè)量出與軸線相關(guān)的幾何誤差。在基準(zhǔn)元件被設(shè)計(jì)成機(jī)械基準(zhǔn)(例如物理“梁”)的情況下，基準(zhǔn)“梁”可以在其安裝到坐標(biāo)測(cè)量機(jī)上之前被獨(dú)立測(cè)量并校準(zhǔn)。通過(guò)這樣處理，就能達(dá)到針對(duì)光束所實(shí)現(xiàn)的相同結(jié)果，即，精確掌握機(jī)械基準(zhǔn)元件的形狀和走向(course)。這通常意味著幾何精度存在于基準(zhǔn)元件中而不是存在于機(jī)器結(jié)構(gòu)中。因此，由于與軸線相關(guān)的幾何誤差能夠與真正的測(cè)量并行或同時(shí)地感測(cè)到，因此根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)執(zhí)行根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的校準(zhǔn)方法來(lái)補(bǔ)償誤差的缺點(diǎn)(即，耗時(shí)的校準(zhǔn)過(guò)程； 使校準(zhǔn)無(wú)效的各種狀況；僅完全可重復(fù)的誤差能夠被考慮等等)能夠被消除或者至少被相當(dāng)大地降低。
下面將參照附圖中示意性地示出的可行實(shí)施方式的實(shí)施例更加詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明，附圖中

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的示例性橋式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)；圖2示出了作為機(jī)械基準(zhǔn)元件的基準(zhǔn)桿，它僅在其一個(gè)端部上安裝至框架結(jié)構(gòu)；圖3示出了用于χ滑架的作為光學(xué)基準(zhǔn)元件的基準(zhǔn)激光束；圖4示出了線性X驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其中，作為基準(zhǔn)元件的準(zhǔn)直基準(zhǔn)激光束沿著橋部延伸并且在X滑架上布置兩個(gè)位移傳感器；圖5示出了光學(xué)位移傳感器，每個(gè)光學(xué)位移傳感器均用于測(cè)量距基準(zhǔn)激光束的距 1 ；圖6示出了具有機(jī)械基準(zhǔn)元件的橋式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的側(cè)視圖，其中為基準(zhǔn)元件配置了位移傳感器；圖7示出了具有機(jī)械基準(zhǔn)元件的橋式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的側(cè)視圖，其中為基準(zhǔn)元件配置了位移傳感器；圖8示出了具有機(jī)械基準(zhǔn)元件的橋式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的側(cè)視圖，其中為基準(zhǔn)元件配置了位移傳感器；圖9示出了根據(jù)本發(fā)明的具有機(jī)械基準(zhǔn)元件和光學(xué)基準(zhǔn)元件的龍門(mén)式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的前視圖；圖10示出了圖9的龍門(mén)式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的側(cè)視圖；圖11示出了橋式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的前視圖，其具有用于表明橋部彎曲的光學(xué)基準(zhǔn)元件；圖12示出了橋式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的前視圖，其具有用于表明橋部彎曲的光學(xué)基準(zhǔn)元件；以及圖13示出了橋式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的前視圖，其具有用于表明橋部彎曲的光學(xué)基準(zhǔn)元件。在圖1中，示出了根據(jù)本發(fā)明的坐標(biāo)測(cè)量機(jī)1的示例性實(shí)施方式，該坐標(biāo)測(cè)量機(jī)1 具有用于將探頭6連接到基座3的框架結(jié)構(gòu)15(其中，框架結(jié)構(gòu)15包括若干個(gè)能相對(duì)于彼此運(yùn)動(dòng)的框架部件14、22、24)。詳細(xì)地，坐標(biāo)測(cè)量機(jī)1包括基座3，在該基座3上布置由支承部支撐的門(mén)14(作為其中一個(gè)框架部件)，使得該門(mén)能沿縱向(Y方向)運(yùn)動(dòng)。門(mén)14具有兩個(gè)門(mén)腿16、18，這兩個(gè)門(mén)腿16、18在它們的上端由橋部20連接。X滑架22被放置在橋部20 (作為另一個(gè)框架部件)上，該X滑架22可以沿著橋部被驅(qū)動(dòng)，即沿連接兩個(gè)門(mén)腿16、18的空間方向(X方向)被驅(qū)動(dòng)?；瑮U或2柱對(duì)(作為另一個(gè)框架部件)可以沿第三空間方向(Z方向)被移動(dòng)。因此，2柱對(duì)由與X滑架22成一體的支承部支撐以沿Z方向運(yùn)動(dòng)。這三個(gè)空間方向X、Y和Z優(yōu)選地相互正交，但是這對(duì)本發(fā)明來(lái)說(shuō)不是必需的。通常，坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的框架結(jié)構(gòu)的部件(即，X滑架、X梁(橋))可以由鋁、花崗巖、 陶瓷或者鋼/鐵制成并且具有與負(fù)荷適配的壁厚和剛度?？蓜?dòng)構(gòu)件和導(dǎo)向件之間的最普通的兩種支承部是空氣支承部或機(jī)械支承部(例如線性循環(huán)附加軌道)?？諝庵С胁康膬?yōu)點(diǎn)在于，運(yùn)動(dòng)中不存在摩擦(摩擦?xí)氩煌愋偷恼`差，像角度誤差或滯后)?？諝庵С胁康娜秉c(diǎn)在于剛度通常低于機(jī)械支承部，使得會(huì)出現(xiàn)特別是動(dòng)態(tài)誤差。在機(jī)械類型中，支承系統(tǒng)中的剛度通常較高，但是存在摩擦并且摩擦力會(huì)引起誤差。然而，本發(fā)明可以應(yīng)用這兩種類型的支承部?？傊?，坐標(biāo)測(cè)量機(jī)1被構(gòu)造成用于確定待測(cè)物體12上的測(cè)量點(diǎn)13的三個(gè)空間坐標(biāo)，因此坐標(biāo)測(cè)量機(jī)1包括三個(gè)線性驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，以提供探頭6相對(duì)于基座3沿第一方向(X 方向)、第二方向(Y方向)和第三方向(Z方向)的可動(dòng)性。每個(gè)線性驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)均具有線性導(dǎo)向件，分別地，一個(gè)線性導(dǎo)向件沿第一方向(X方向)，一個(gè)線性導(dǎo)向件沿第二方向(Y方向)，一個(gè)線性導(dǎo)向件沿第三方向(Z方向)。在簡(jiǎn)單的實(shí)施方式中，Y方向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的線性導(dǎo)向件由基座3的形成邊緣的兩個(gè)表面形成，X方向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的線性導(dǎo)向件由橋部20的兩個(gè)或三個(gè)表面形成，并且Z方向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的線性導(dǎo)向件由X滑架構(gòu)件中的立方孔形成。此外，每個(gè)線性驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)均包括可動(dòng)構(gòu)件，該可動(dòng)構(gòu)件為了沿著導(dǎo)向件運(yùn)動(dòng)而被支承部支撐。尤其是，X方向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的可動(dòng)構(gòu)件被實(shí)施為Y滑架觀，該Y滑架觀具有與上面提到的基座3的兩個(gè)導(dǎo)向表面相面對(duì)的表面。X方向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的可動(dòng)構(gòu)件被實(shí)施為X 滑架22，該X滑架22具有與上面提到的橋部20的兩個(gè)或三個(gè)導(dǎo)向表面相面對(duì)的表面。并且，Z方向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的可動(dòng)構(gòu)件由Z柱M形成，該Z柱M具有與X滑架22中的立方孔的內(nèi)表面相面對(duì)的表面。而且，每個(gè)線性驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)均包括線性測(cè)量?jī)x器，該線性測(cè)量?jī)x器用于確定每個(gè)可動(dòng)構(gòu)件分別沿第一方向(X方向)、第二方向(Y方向)或第三方向(Z方向)的第一驅(qū)動(dòng)位置、第二驅(qū)動(dòng)位置或第三驅(qū)動(dòng)位置。Z柱M的下自由端緊固有探頭6，探頭6上示例性布置有觸針。以本身公知的方式使用觸針，以接觸待測(cè)物體12。然而，本發(fā)明并不限于接觸式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)，也可以使用以非接觸方式接近測(cè)量點(diǎn)的坐標(biāo)測(cè)量機(jī)，即，例如具有光學(xué)掃描頭的坐標(biāo)測(cè)量機(jī)。更普遍地， 探頭6可以被設(shè)計(jì)成用于布置接觸式探針，例如掃描式或接觸觸發(fā)式探針，或者用于布置非接觸式探針，特別是光學(xué)探針、電容探針或電感探針。此外，本發(fā)明不限于如這里所示的門(mén)橋式設(shè)計(jì)的坐標(biāo)測(cè)量機(jī)。本發(fā)明同樣地可以用于如圖9和圖10所示的龍門(mén)式設(shè)計(jì)的坐標(biāo)測(cè)量機(jī)，其中僅橋部20可以沿著在上方固定安置的軌道行進(jìn)，該橋部20具有兩個(gè)支撐件，這兩個(gè)支撐件用作非常短的支腳。而且，本發(fā)明通?？梢杂糜谒蓄愋偷淖鴺?biāo)測(cè)量機(jī)，即，用于被設(shè)計(jì)成并聯(lián)運(yùn)動(dòng)機(jī)器 (parallel-kinematics machine)的坐標(biāo)測(cè)量機(jī)以及用于具有線性或串聯(lián)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的坐標(biāo)測(cè)量機(jī)。示例性地，坐標(biāo)測(cè)量機(jī)可以被設(shè)計(jì)成橋式、L橋式、水平臂式、懸臂式或龍門(mén)式等。在圖1的該示例性實(shí)施方式中，每個(gè)門(mén)腿16、18均具有可動(dòng)的Y滑架觀，該Y滑架 28允許包括橋部20的門(mén)14沿Y方向運(yùn)動(dòng)。在基座3的長(zhǎng)邊示意性示出了作為Y測(cè)量?jī)x器的一部分的測(cè)量標(biāo)尺30Y，其中標(biāo)尺30Y平行于Y方向延伸。該標(biāo)尺可以是玻璃測(cè)量標(biāo)尺，例如具有增量編碼或絕對(duì)編碼，通過(guò)該玻璃測(cè)量標(biāo)尺能確定Y滑架觀在Y方向上的驅(qū)動(dòng)位置。應(yīng)當(dāng)理解，測(cè)量?jī)x器還可以包括用于對(duì)測(cè)量標(biāo)尺30Y進(jìn)行讀取的適當(dāng)?shù)膫鞲衅?，不過(guò)為了簡(jiǎn)化而未在這里示出這些傳感器。然而，應(yīng)當(dāng)指出，本發(fā)明不限于使用玻璃測(cè)量標(biāo)尺，因此也可以與其它測(cè)量?jī)x器一起使用以記錄驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的可動(dòng)構(gòu)件的驅(qū)動(dòng)/行進(jìn)位置。
另一個(gè)測(cè)量標(biāo)尺30X平行于X方向被布置在橋部20上。最后，另一個(gè)測(cè)量標(biāo)尺30Z 平行于ζ方向還被布置在Z柱M上。借助于作為線性測(cè)量?jī)x器的一部分的測(cè)量標(biāo)尺30X、 30Z，可以以本身公知的方式以計(jì)量學(xué)方式記錄X滑架22沿X方向的當(dāng)前驅(qū)動(dòng)位置和Z柱對(duì)沿Z方向的當(dāng)前驅(qū)動(dòng)位置。在所示的實(shí)施方式中，基座3包括工作臺(tái)，該工作臺(tái)具有用于支撐待測(cè)物體12的花崗巖表面板，其上的測(cè)量點(diǎn)13的空間坐標(biāo)是需要測(cè)定的。還示出了控制和計(jì)算單元11，該控制和計(jì)算單元11被設(shè)計(jì)成致動(dòng)坐標(biāo)測(cè)量機(jī)1的馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器，使得探頭6行進(jìn)到測(cè)量點(diǎn)13。對(duì)于手動(dòng)操作，控制單元11可以被連接至用戶控制臺(tái)32。對(duì)于控制單元11來(lái)說(shuō)，也可以完全自動(dòng)地接近并測(cè)量待測(cè)物體12的測(cè)量點(diǎn)13?？刂坪陀?jì)算單元11包括處理器34和多個(gè)存儲(chǔ)器36、38。尤其是，控制和計(jì)算單元 11被設(shè)計(jì)成用于根據(jù)三個(gè)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的至少第一驅(qū)動(dòng)位置、第二驅(qū)動(dòng)位置和第三驅(qū)動(dòng)位置來(lái)確定物體12上的測(cè)量點(diǎn)13的三個(gè)空間坐標(biāo)。根據(jù)本發(fā)明，如下列圖中更詳細(xì)地示出的，可以安裝基準(zhǔn)元件71，使得該基準(zhǔn)元件 71沿著平行于可動(dòng)構(gòu)件的線性運(yùn)動(dòng)方向Y的線性驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)延伸，其中，基準(zhǔn)元件71不被加載，因此不受由坐標(biāo)測(cè)量機(jī)框架結(jié)構(gòu)帶來(lái)的力的影響。例如，基準(zhǔn)元件71被設(shè)計(jì)成由激光源75發(fā)出的準(zhǔn)直基準(zhǔn)激光束。能夠在可動(dòng)構(gòu)件的滑架上布置一個(gè)或更多個(gè)位移傳感器9a、 9b，使得它們能夠檢測(cè)在可動(dòng)構(gòu)件的規(guī)定部位和基準(zhǔn)激光束之間的距離。這些距離表明可動(dòng)構(gòu)件的相對(duì)正常支承位置的平移位移或旋轉(zhuǎn)位移(例如，沿X方向和/或Z方向的平移位移或俯仰誤差)。從而，感測(cè)到的一個(gè)位移或多個(gè)位移因此可以被進(jìn)一步使用，例如，以便·與通過(guò)線性測(cè)量?jī)x器對(duì)行進(jìn)位置進(jìn)行確定相關(guān)地直接補(bǔ)償標(biāo)尺誤差；和/或·與通過(guò)控制和計(jì)算單元11對(duì)探頭位置進(jìn)行計(jì)算(即，當(dāng)從待測(cè)物體上的測(cè)量點(diǎn)的空間坐標(biāo)推導(dǎo)出時(shí))有關(guān)地補(bǔ)償滑架(移動(dòng)構(gòu)件)的感測(cè)到的水平平直度誤差、豎向平直度誤差、俯仰誤差、橫擺誤差和/或滾轉(zhuǎn)誤差。因?yàn)橐话泐愋偷淖鴺?biāo)測(cè)量機(jī)的設(shè)計(jì)以及不同的線性導(dǎo)向件和不同的線性測(cè)量?jī)x器的設(shè)計(jì)為本領(lǐng)域技術(shù)人員所了解，所以應(yīng)該理解到可以進(jìn)行不同特征的多種變化和組合。所有這些變化都落在本發(fā)明的范圍內(nèi)。圖2示出了作為機(jī)械基準(zhǔn)元件72a、72b的兩個(gè)基準(zhǔn)桿，該兩個(gè)基準(zhǔn)桿僅在其端部上安裝至該框架結(jié)構(gòu)。由此，為了簡(jiǎn)化僅連同X滑架22和Z梁M —起示出了橋部22 (X 梁)，作為坐標(biāo)測(cè)量機(jī)部件。X滑架22由支承部支撐以相對(duì)于橋部20進(jìn)行線性X運(yùn)動(dòng)，橋部20自身充當(dāng)線性X導(dǎo)向件。Z導(dǎo)向件可以由X滑架構(gòu)件22中的立方孔形成，2梁對(duì)可通過(guò)該立方孔沿著Z軸運(yùn)動(dòng)。機(jī)械基準(zhǔn)元件7h、72b優(yōu)選地由具高尺寸穩(wěn)定性和高堅(jiān)固程度的材料制成，使得其不易受如溫度、壓力、濕度、老化等的外部影響。尤其是，機(jī)械基準(zhǔn)元件72a、72b可僅在其一個(gè)端部上被固定地緊固到該框架結(jié)構(gòu)，使得其沿著該框架結(jié)構(gòu)的一部分平行延伸。這使得基準(zhǔn)元件能夠以不受來(lái)自坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的框架結(jié)構(gòu)的力影響的方式安裝，從而由基準(zhǔn)元件產(chǎn)生的基準(zhǔn)路徑完全或至少基本上不被加載。為第一基準(zhǔn)桿7 (其沿著該橋部延伸)配置一個(gè)位移傳感器9a，用于測(cè)量從滑架22的規(guī)定部位到由第一基準(zhǔn)桿7 產(chǎn)生的基準(zhǔn)路徑的距離。位移傳感器9a可以被附接到滑架22，從而能夠測(cè)量至該基準(zhǔn)路徑的距離。例如，所感測(cè)的距離表明滑架22相對(duì)正常支承位置的平移位移(例如，相對(duì)于X 梁20的引導(dǎo)表面沿滑架22的Z方向的平移位移)。而且，為第二基準(zhǔn)桿72b配置一個(gè)另外的位移傳感器％，其中，第二基準(zhǔn)桿72b在其一個(gè)端部上固定地附接到Z梁M。第二基準(zhǔn)桿72b平行于Z梁M延伸，并且與該Z梁 24間隔開(kāi)一規(guī)定距離，從而相對(duì)于Z驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中的薄弱性(weakness)的位移測(cè)量與Z梁 24的負(fù)荷條件無(wú)關(guān)。因此，位移傳感器9b能夠被安裝在X滑架22上，并且面向第二基準(zhǔn)桿 72b，以測(cè)量從X滑架22(用作2梁對(duì)的Z運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)向件)到第二基準(zhǔn)桿72b的距離。該距離與Z驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中的實(shí)際支承距離相關(guān)，該距離因此表明沿X方向從通常支承狀態(tài)起的平移位移。圖3示出了用于X滑架22的、作為基準(zhǔn)元件的準(zhǔn)直或聚焦的基準(zhǔn)激光束71。由此，為了簡(jiǎn)化僅連同X滑架22和和Z梁24(其可沿Z方向相對(duì)于X滑架22運(yùn)動(dòng))一起示出了橋部20，作為坐標(biāo)測(cè)量機(jī)部件。激光源75安裝在X梁20(坐標(biāo)測(cè)量機(jī)橋部)的一側(cè)，從而激光束71在X方向上且平行于橋部20地發(fā)揮作用。該基準(zhǔn)光束代表了基準(zhǔn)路徑。激光源75示例性地可以被設(shè)計(jì)成具有準(zhǔn)直光學(xué)器件的激光二極管。為基準(zhǔn)激光束71配置位移傳感器9。位移傳感器9按照面向激光源75的方式附接到X滑架22。位移傳感器9被設(shè)計(jì)成感光探測(cè)器元件，該感光探測(cè)器元件被構(gòu)造為用于測(cè)量基準(zhǔn)激光束71的入射位置。例如，該感光探測(cè)器元件可以被設(shè)計(jì)成CCD矩陣陣列、CMOS 矩陣陣列、PSD傳感器(位敏器件)或者象限探測(cè)器。激光束71的所感測(cè)的入射位置表明了 X滑架22沿正交于X方向的平移位移(尤其是為沿Y方向和Z方向的平移位移)。如果將準(zhǔn)直光束作為基準(zhǔn)，則光束的截面寬度可被限定，并且為了精確地確定光束的入射位置，可以將射束點(diǎn)的中心或中點(diǎn)確定為準(zhǔn)確的入射位置。根據(jù)特定的實(shí)施方式，還可以確定、分析并使用射束點(diǎn)在傳感器上的形狀，以獲得X滑架的俯仰誤差和/或橫擺誤差。例如，基準(zhǔn)光束的半長(zhǎng)軸沿Z方向取向的橢圓形投影表明了 X滑架的俯仰誤差；而基準(zhǔn)光束的半長(zhǎng)軸沿Y方向取向的橢圓形投影表明了 X滑架的橫擺誤差。因此，所表明和所確定的平移位移和/或旋轉(zhuǎn)位移能夠?yàn)樽鴺?biāo)測(cè)量機(jī)校準(zhǔn)單元所用，以確定由探頭接近的測(cè)量點(diǎn)的空間坐標(biāo)。在圖4中，示出了根據(jù)本發(fā)明的坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的線性X驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的近距離前視圖。與圖3類似，準(zhǔn)直或聚焦的基準(zhǔn)激光束71被用作光學(xué)基準(zhǔn)元件。激光束71在X方向上且平行于橋部20 (X梁)地發(fā)揮作用?；鶞?zhǔn)光束71代表了
基準(zhǔn)路徑。放置在X滑架22的頂部上的兩個(gè)位移傳感器9a、9b (以虛線表示)測(cè)量X滑架22 相對(duì)于基準(zhǔn)元件71的位移。更詳細(xì)地如圖5所示，位移傳感器9a、9b可包括分束器91a、 91b，所述分束器91a、91b用于分出一部分基準(zhǔn)光束71并且將其引向感光探測(cè)器元件92a、 92b。其中，感光探測(cè)器92a、92b被構(gòu)造用于確定所分出并被反射的光束的入射位置。例如，感光探測(cè)器元件92a、92b可以被設(shè)計(jì)成CCD矩陣陣列、CMOS矩陣陣列、PSD傳感器或者象限探測(cè)器。同樣，基準(zhǔn)光束的反射部分在探測(cè)器上的入射點(diǎn)被用于確定滑架22在Y-Z平面中的平移位移。通過(guò)考慮兩個(gè)位移傳感器9a、9b兩者所探測(cè)的反射束的入射點(diǎn)，還能夠確定(尤其是通過(guò)微分分析兩個(gè)傳感器的輸出)滑架22的旋轉(zhuǎn)位移(即，橫擺誤差和俯仰誤差)。作為上述實(shí)施方式的傳感器(其包括用于分出一部分基準(zhǔn)光束并將其引到感光探測(cè)器元件的分束器)的另選，還可以使用用于確定基準(zhǔn)光束的入射位置的透明感光探測(cè)器元件。圖6示出了具有機(jī)械基準(zhǔn)元件72的橋式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)1的側(cè)視圖，其中，為基準(zhǔn)元件72配置位移傳感器9，以測(cè)量至工作臺(tái)表面61的距離。坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的框架結(jié)構(gòu)受到承載力和起重力的影響。然而，根據(jù)本發(fā)明，基準(zhǔn)元件 72被附接至框架結(jié)構(gòu)，使得基本上無(wú)承載力和起重力作用于基準(zhǔn)元件72 (或者說(shuō)，由基準(zhǔn)元件形成的基準(zhǔn)路徑)。例如，機(jī)械基準(zhǔn)元件72僅在其上端安裝在坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的X梁20 (橋部)的一側(cè)。 基準(zhǔn)元件72沿著支腿18延伸，并且如此在工作臺(tái)6的邊緣的一部分上延伸，即，基準(zhǔn)元件 72與工作臺(tái)6的邊緣間隔開(kāi)(小距離)。基準(zhǔn)傳感器9能夠被設(shè)計(jì)成光學(xué)距離傳感器或者電容距離傳感器，并且被如此安裝在基準(zhǔn)元件72上，S卩，能夠測(cè)量從基準(zhǔn)元件72 (即，從傳感器的位置)至工作臺(tái)6的上表面和側(cè)表面61的距離。這些距離表明線性Y驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的平移位移和/或旋轉(zhuǎn)位移(例如，沿X方向和Z 方向的平移位移以及旋轉(zhuǎn)位移例如俯仰誤差、滾轉(zhuǎn)誤差和橫擺誤差)。例如，能夠給基準(zhǔn)元件安裝三個(gè)距離傳感器，以測(cè)量至工作臺(tái)的上表面的距離 (用于表示俯仰誤差和沿Z方向的平移位移)，并且能夠給基準(zhǔn)元件安裝兩個(gè)距離傳感器， 以測(cè)量至工作臺(tái)的側(cè)表面的兩個(gè)距離(用于表示橫擺誤差和沿X方向的平移位移)。能夠根據(jù)傳感器輸出的組合得出滾轉(zhuǎn)誤差。由于基準(zhǔn)元件72直接安裝到X梁20 (橋部)的一側(cè)，因此X梁20 (橋部)的位置能夠直接相對(duì)于坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的工作臺(tái)6來(lái)參照，從而測(cè)量與坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的支腿18的實(shí)際負(fù)荷條件無(wú)關(guān)(或者，坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的支腿18的實(shí)際負(fù)荷條件能夠被確定或考慮，以推導(dǎo)出探頭的測(cè)量位置)。因此，所感測(cè)的位移可被用于校正探頭相對(duì)于基座的位置的計(jì)算。圖7示出了具有機(jī)械基準(zhǔn)元件72的橋式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的側(cè)視圖?；鶞?zhǔn)元件72被實(shí)施為基準(zhǔn)桿并且被用以感測(cè)坐標(biāo)測(cè)量機(jī)框架結(jié)構(gòu)(即支腿18)中的薄弱性和變形。坐標(biāo)測(cè)量機(jī)框架結(jié)構(gòu)的支腿18中的這種薄弱性和變形例如可由負(fù)荷、振動(dòng)、動(dòng)態(tài)效應(yīng)、溫度波動(dòng)、 壓力波動(dòng)、老化、濕度變化等引起。在所示的實(shí)施方式中，作為基準(zhǔn)元件72的基準(zhǔn)桿被固定地附接到坐標(biāo)測(cè)量機(jī)框架結(jié)構(gòu)的(Y滑架)支腳28，并且沿著支腿18延伸達(dá)至橋部20的一側(cè)。兩個(gè)位移傳感器 9a、9b安裝到橋部20，面向基準(zhǔn)桿72的松弛端(即，未固定附接到該框架結(jié)構(gòu)的自由端)。位移傳感器9a、9b測(cè)量在基準(zhǔn)桿72延伸經(jīng)過(guò)的框架結(jié)構(gòu)部分(即支腿18)中的位移(即，如彎曲這樣的變形)。因此，被安裝到橋部的位移傳感器9a、9b的位置是相對(duì)于無(wú)負(fù)載的基準(zhǔn)桿72的上端來(lái)參照的。
示例性地，支腿18的變形將引起從位移傳感器9a、9b至基準(zhǔn)桿72上端的規(guī)定部位的距離的變化。該距離能夠由位移傳感器9a、9b (例如被實(shí)施為光學(xué)距離傳感器或者電容距離傳感器)測(cè)量，并且被用于當(dāng)確定測(cè)量位置時(shí)計(jì)算補(bǔ)償坐標(biāo)測(cè)量機(jī)支腿18的被感測(cè)到的變形。通過(guò)使用本發(fā)明意義上的機(jī)械基準(zhǔn)元件和/或光學(xué)基準(zhǔn)元件，盡管坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的承載部件可能具有比較低的尺寸穩(wěn)定性和比較低的堅(jiān)固程度，也能夠確保測(cè)量的高精度。 即使在基準(zhǔn)元件自身失去了精確測(cè)量所需的尺寸穩(wěn)定性(如由老化效應(yīng)等引起)的情況下，與更換框架結(jié)構(gòu)的老化部分(即支腿)相比，它們也可以被更容易且較不麻煩地更換。 因此，根據(jù)本發(fā)明，坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的壽命可以被延長(zhǎng)，即使在老化效應(yīng)的情況下，基準(zhǔn)元件也能夠較為輕松地更新和更換，因此，通過(guò)將薄弱框架部分相對(duì)于基準(zhǔn)元件來(lái)參照并根據(jù)本發(fā)明補(bǔ)償這種薄弱性，就可以持續(xù)確保精確測(cè)量。圖8示出了一個(gè)實(shí)施方式，在該實(shí)施方式中圖6和7的特征是互相結(jié)合的。與圖6類似，示出了具有機(jī)械基準(zhǔn)元件72的橋式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)1的側(cè)視圖。機(jī)械基準(zhǔn)元件72僅在其上端安裝在坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的X梁20 (橋部)的一側(cè)。基準(zhǔn)元件72沿著支腿 18延伸，并且如此在工作臺(tái)6的邊緣的一部分上延伸，即，其與工作臺(tái)6的邊緣和支腳觀間隔開(kāi)(小距離)。示例性地，在基準(zhǔn)元件72的松弛下端上安裝了四個(gè)位移傳感器9a，以測(cè)量至工作臺(tái)表面61的距離，并且附加地，與圖7的實(shí)施方式類似，在基準(zhǔn)元件72的松弛下端上安裝三個(gè)位移傳感器％，以測(cè)量至支腳觀的規(guī)定部位的距離。至支腳觀的這些距離表明支腿部件18的變形。基準(zhǔn)傳感器9a、9b能夠被設(shè)計(jì)成光學(xué)距離傳感器或電容距離傳感器并被安裝在基準(zhǔn)元件72上，使得能夠測(cè)量出從基準(zhǔn)元件72 (即，從傳感器的位置)至工作臺(tái)6的上表面和側(cè)表面61以及支腳觀表面的距離。因此，所表明和確定的位移與變形能夠被用以校正相對(duì)于基座的探針位置的計(jì)
笪弁。采用根據(jù)圖8的實(shí)施方式的這種設(shè)置可以改善地補(bǔ)償坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的支承部/接合部中的薄弱性，并且可以補(bǔ)償坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的承載框架結(jié)構(gòu)中的薄弱性(如支腿彎曲)。圖9和圖10分別示出了根據(jù)本發(fā)明的龍門(mén)式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)1的側(cè)視圖和正視圖，該龍門(mén)式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)1具有第二機(jī)械基準(zhǔn)元件72和第一光學(xué)基準(zhǔn)元件71。如圖所示，龍門(mén)式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)不具有位于Y/W軸和X20軸之間的可動(dòng)的支腿/支腳(或者至少它們非常短)。X梁20由支承部直接(即不具有支腳或僅具有非常短的支腳)支撐以沿著Y梁50和W梁52在Y方向上運(yùn)動(dòng)，Y梁50和W梁52由四個(gè)支柱M、56、 58承載。如本領(lǐng)域技術(shù)人員本身已知的，支柱被剛性地安裝在測(cè)量工作臺(tái)上。此外，在X驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、Y/W驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)以及Z驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中存在線性測(cè)量?jī)x器(為了簡(jiǎn)化，僅示出在X驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和Y/W驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中的線性測(cè)量?jī)x器)。第二基準(zhǔn)元件72附接到X梁20的一側(cè)，并且延伸達(dá)至工作臺(tái)的邊緣。與圖6類似，安裝到基準(zhǔn)元件72的位移傳感器9b測(cè)量至工作臺(tái)的上表面和側(cè)表面的規(guī)定部位的距離。這些距離表明由例如Y支承部中的薄弱性引起的X梁20的位移，Y支承部為橋部20 (X 梁)相對(duì)于Y梁50和Z梁52運(yùn)動(dòng)提供協(xié)助。此外，與圖4類似，將準(zhǔn)直或聚焦的基準(zhǔn)激光束用作第一基準(zhǔn)元件71。因此，激光源75被安裝至X梁20的一端，以投射基準(zhǔn)激光束。該激光束在X方向上且平行于橋部20 (X 梁)地發(fā)揮作用。該基準(zhǔn)光束代表了基準(zhǔn)路徑。在X滑架22的頂部上放置兩個(gè)位移傳感器9a，所述位移傳感器測(cè)量X滑架22相對(duì)于基準(zhǔn)光束71的位移。X滑架22的這些位移例如可能由X支承部中的薄弱性引起，X支承部給X滑架22 相對(duì)于X梁20的運(yùn)動(dòng)提供支持。圖11示出了橋式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的前視圖，該橋式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)具有光學(xué)基準(zhǔn)元件，用于表明橋部的彎曲。光學(xué)基準(zhǔn)元件被實(shí)施為準(zhǔn)直或聚焦的基準(zhǔn)激光束71。激光源75安裝在X梁20 (坐標(biāo)測(cè)量機(jī)橋部)的一側(cè)，從而激光束71在X方向上且平行于橋部20地發(fā)揮作用?；鶞?zhǔn)元件71代表了基準(zhǔn)路徑。為基準(zhǔn)激光束71配置位移傳感器9。由此，位移傳感器9被安裝至X梁20 (坐標(biāo)測(cè)量機(jī)橋部)的另一側(cè)，使得其面向激光源75。位移傳感器9被設(shè)計(jì)成感光探測(cè)器元件，該感光探測(cè)器元件被構(gòu)造為用于測(cè)量基準(zhǔn)激光束的入射位置。例如，感光探測(cè)器元件可以被設(shè)計(jì)成CCD矩陣陣列、CMOS矩陣陣列、PSD傳感器(位敏器件)或者象限探測(cè)器。激光束71的所感測(cè)的入射位置表明X梁20的變形。在準(zhǔn)直光束作為基準(zhǔn)的情況下，光束的截面寬度可被限定，為了精確確定光束的入射位置，射束點(diǎn)的中心或中點(diǎn)可以被確定為準(zhǔn)備的入射位置。根據(jù)一個(gè)特定實(shí)施方式，還可以確定、分析并使用投射在傳感器上的射束點(diǎn)的形狀，用以推導(dǎo)出X梁20的變形?；鶞?zhǔn)光束71的入射位置(即，傳感器相對(duì)于基準(zhǔn)光束的相對(duì)位置)表明了 X梁20 的相應(yīng)的尺寸條件(關(guān)于偏轉(zhuǎn)或彎曲)。因此，X梁20的被表明且被推導(dǎo)出的變形或偏轉(zhuǎn)能夠被坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的計(jì)算單元使用，以確定由探頭接近的測(cè)量點(diǎn)的空間坐標(biāo)。圖12與圖11類似地示出了橋式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)1的前視圖，該橋式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)具有光學(xué)基準(zhǔn)元件71的另一個(gè)另選實(shí)施方式，用以表明橋部20的變形、尤其是彎曲。根據(jù)圖12的實(shí)施方式，用于基準(zhǔn)激光束72的激光源75和傳感器9安裝在X梁20 的相同端上，并且在另一端安裝有用于回射基準(zhǔn)光束71的反射棱鏡76。X梁20的變形(尤其是彎曲)可以如針對(duì)圖11描述的類似方式進(jìn)行。然而，激光源75和傳感器9在X梁20 的同一端上的安裝可以提供關(guān)于激光源75和傳感器9 (與控制系統(tǒng)相連)的控制和供電方面的優(yōu)點(diǎn)。與如圖11所示的實(shí)施方式類似，圖13示出了具有光學(xué)基準(zhǔn)元件71的橋式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)1的另一個(gè)實(shí)施方式，光學(xué)基準(zhǔn)元件71用于表明橋部20的變形。除了激光源75位于X梁20的一端上并且第一光學(xué)傳感器9a位于X梁20的另一端上之外(與圖11類似)，還安裝了第二光學(xué)傳感器％，用以測(cè)量X梁20的位于大約該梁中部的位置的位移。示例性地，第二傳感器能夠被安裝在機(jī)械傳感器保持件76上，該機(jī)械傳感器保持件76自身被固定至X梁20的下表面(為了不禁止X滑架22的運(yùn)動(dòng))。傳感器 9b表明了 X梁20相對(duì)于基準(zhǔn)光束71的變形。例如，第二位移傳感器9b可以包括分束器，所述分束器用于分出基準(zhǔn)光束71的一部分，并且將其引向感光探測(cè)器元件。其中，感光探測(cè)器可以被構(gòu)造為用于確定所分出并被反射的光束的入射位置，如例如已結(jié)合圖5所示的那樣?；鶞?zhǔn)光束的被反射的部分在探測(cè)器上的入射點(diǎn)被用于確定X梁20 (其中傳感器保持件76被安裝至X梁20)的中部位置相對(duì)于基準(zhǔn)光束71的位移。因此，X梁20的變形 (即彎曲)能夠從入射點(diǎn)推導(dǎo)出，并被用于補(bǔ)償當(dāng)計(jì)算由探頭接近的測(cè)量點(diǎn)的空間坐標(biāo)時(shí)的變形誤差。作為傳感器9b的上述實(shí)施方式(即，包括分束器，該分束器用于分出一部分基準(zhǔn)光束并且將其引到感光探測(cè)器元件上)的另選方式，還可將用于確定基準(zhǔn)光束的入射位置的透明感光探測(cè)器元件用作第二位移傳感器。如上面結(jié)合橋式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)以及其它類型的坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(例如L橋式、水平臂式、 懸臂式或龍門(mén)式等)所描述的，針對(duì)使用基準(zhǔn)元件(其以基本不被加載的方式安裝至框架結(jié)構(gòu))和位移傳感器，框架結(jié)構(gòu)中的動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)和幾何誤差(框架材料中的薄弱性)和/或X 驅(qū)動(dòng)、Y/W驅(qū)動(dòng)和Z驅(qū)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)構(gòu)件與導(dǎo)向件之間的誤差位移可相應(yīng)地被感測(cè)并且被補(bǔ)償。因此，盡管在上面參照一些優(yōu)選實(shí)施方式部分地說(shuō)明了本發(fā)明，但是必須理解，可以對(duì)實(shí)施方式的不同特征進(jìn)行多種變更和結(jié)合。所有這些變更都落在所附的權(quán)利要求的范圍內(nèi)。根據(jù)本發(fā)明的一些上述實(shí)施方式僅對(duì)于一個(gè)線性驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)或僅對(duì)于坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的一部分示例性地示出。然而，本發(fā)明的方法當(dāng)然還可以或另選地適用于每個(gè)其它驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的其它部分。此外，本發(fā)明的原理可適用于被設(shè)計(jì)為并聯(lián)運(yùn)動(dòng)機(jī)器的坐標(biāo)測(cè)量機(jī)以及適用于具有線性或串聯(lián)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的坐標(biāo)測(cè)量機(jī)，如圖中所示。
權(quán)利要求
1.一種坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(1)，其用于確定待測(cè)物體(12)上的測(cè)量點(diǎn)(13)的至少一個(gè)空間坐標(biāo)，所述坐標(biāo)測(cè)量機(jī)包括 基座⑶； 探頭(6)，所述探頭用于接近所述測(cè)量點(diǎn)(13)； 框架結(jié)構(gòu)(15)，所述框架結(jié)構(gòu)(15)用于將所述探頭(6)連接到所述基座(3)，所述框架結(jié)構(gòu)(15)包括□至少第一框架部件和第二框架部件(14，22，24)；以及 至少一個(gè)線性驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述至少一個(gè)線性驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)可動(dòng)地連接所述第一框架部件和所述第二框架部件(14，22，24)，以提供所述探頭(6)相對(duì)于所述基座C3)沿第一方向 (X，Y，Z)的可動(dòng)性，其中，所述至少一個(gè)線性驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括□沿所述第一方向的線性導(dǎo)向件；□可動(dòng)構(gòu)件，所述可動(dòng)構(gòu)件為了沿著所述導(dǎo)向件運(yùn)動(dòng)而被支承部支撐；以及□線性測(cè)量?jī)x器，所述線性測(cè)量?jī)x器用于確定所述可動(dòng)構(gòu)件沿所述第一方向(X，Y，Z) 的第一驅(qū)動(dòng)位置，所述坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的特征在于 被設(shè)計(jì)為基準(zhǔn)光束(71)的至少第一光學(xué)基準(zhǔn)元件，用以提供第一基準(zhǔn)路徑，其中，所述基準(zhǔn)光束(71)沿著所述線性驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的所述導(dǎo)向件延伸，從而所述基準(zhǔn)路徑平行于所述第一方向(Χ，Υ，Ζ)；以及 為所述基準(zhǔn)光束(71)配置的至少一個(gè)位移傳感器(9，9a，9b)，所述基準(zhǔn)光束(71)和所述位移傳感器(9，9a，9b)是如此設(shè)計(jì)和布置的，即，所述可動(dòng)構(gòu)件相對(duì)于所述第一基準(zhǔn)路徑的位移是能夠被測(cè)量的，用以表明所述可動(dòng)構(gòu)件相對(duì)正常支承位置的平移位移和/或旋轉(zhuǎn)位移。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(1)，其特征在于所述位移傳感器(9，9a，9b)被構(gòu)造成感光探測(cè)器元件，所述感光探測(cè)器元件被構(gòu)造成用于測(cè)量距所述基準(zhǔn)光束(71)的距離和/或所述基準(zhǔn)光束(71)的入射位置，用以表明所述可動(dòng)構(gòu)件沿垂直于所述第一方向(X，Y，Z)的方向相對(duì)于所述第一基準(zhǔn)路徑的位移。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(1)，其特征在于所述位移傳感器(9，9a，9b)還包括分束器(91a，91b)，所述分束器用于分出所述基準(zhǔn)光束(71)的至少一部分并且將其引到所述感光探測(cè)器元件(92a，92b)上。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(1)，其特征在于所述感光探測(cè)器元件(92a，92b)被構(gòu)造成CXD陣列、CMOS陣列、PSD或者象限探測(cè)器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(1)，其特征在于為所述基準(zhǔn)光束(71)配置兩個(gè)或更多個(gè)位移傳感器(9，9a，9b)，尤其是三至五個(gè)位移傳感器，所述基準(zhǔn)光束(71)和所述位移傳感器(9，9a，9b)是如此設(shè)計(jì)和布置的，即，從所述可動(dòng)構(gòu)件上的規(guī)定位置至所述基準(zhǔn)光束(71)的兩個(gè)或更多個(gè)距離和/或所述基準(zhǔn)光束 (71)的入射位置能夠由所述位移傳感器(9，9a，9b)測(cè)量，其中，所述距離或者所述入射位置表明了所述可動(dòng)構(gòu)件相對(duì)正常支承位置的平移位移和/或旋轉(zhuǎn)位移。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(1)，其特征在于所述坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(1)包括計(jì)算單元(11)，所述計(jì)算單元用于至少根據(jù)以下因素來(lái)確定所述空間坐標(biāo) 所述第一驅(qū)動(dòng)位置，和 所述可動(dòng)構(gòu)件相對(duì)正常支承位置的所述平移位移和/或旋轉(zhuǎn)位移。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(1)，其特征在于 所述線性導(dǎo)向件設(shè)置在所述第一框架部件(14，22，24)上或者由所述第一框架部件 (14，22，24)提供，并且所述可動(dòng)構(gòu)件設(shè)置在所述第二框架部件(14，22，24)上或者由所述第二框架部件(14，22，24)提供，并且， 為所述基準(zhǔn)光束(71)設(shè)置的激光源(7 被安裝在所述第一框架部件(14，22，24) 上，并且所述至少一個(gè)位移傳感器(9，9a，9b)按照面向所述激光源(7 的方式附接到所述第二框架部件(14，22，24)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(1)，其特征在于 所述激光源(7 被設(shè)計(jì)成具有準(zhǔn)直光學(xué)器件的激光二極管。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求1至8中的任一項(xiàng)所述的坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(1)，其特征在于 所述框架結(jié)構(gòu)(15)包括 四個(gè)框架部件(6，14，22，24)；以及 三個(gè)線性驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述三個(gè)線性驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)可動(dòng)地連接所述四個(gè)框架部件(6，14，22， M)，用于提供所述探頭(6)相對(duì)于所述基座C3)沿第一方向、第二方向和第三方向(X，Y， Z)的可動(dòng)性，每個(gè)線性驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)具有□沿所述第一方向、所述第二方向或所述第三方向(X，Y，Z)的線性導(dǎo)向件； □可動(dòng)構(gòu)件，所述可動(dòng)構(gòu)件為了沿著所述導(dǎo)向件運(yùn)動(dòng)而被支承部支撐；以及 □線性測(cè)量?jī)x器，所述線性測(cè)量?jī)x器用于分別確定所述可動(dòng)構(gòu)件的分別沿所述第一方向、所述第二方向或所述第三方向(X，Y，Ζ)的第一驅(qū)動(dòng)位置、第二驅(qū)動(dòng)位置或第三驅(qū)動(dòng)位置，并且， 所述坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(1)包括計(jì)算單元(11)，所述計(jì)算單元用于至少根據(jù)以下因素來(lái)確定所述空間坐標(biāo)□所述第一驅(qū)動(dòng)位置、所述第二驅(qū)動(dòng)位置和所述第三驅(qū)動(dòng)位置，和 □由所述位移傳感器(9，9a，9b)表明的所述可動(dòng)構(gòu)件相對(duì)其相應(yīng)的正常支承位置的所述平移位移和/或旋轉(zhuǎn)位移。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(1)，其特征在于 在所述框架結(jié)構(gòu)(1 上布置第二或更多個(gè)基準(zhǔn)元件(71，72)，每個(gè)所述基準(zhǔn)元件均用于提供沿所述框架結(jié)構(gòu)(15)的一部分的基本上無(wú)負(fù)載的基準(zhǔn)路徑； 其中，為每個(gè)所述基準(zhǔn)元件(71,7 配置至少一個(gè)位移傳感器(9，9a，9b)，尤其是二至五個(gè)位移傳感器，所述基準(zhǔn)元件(71,7 和所述位移傳感器(9，9a，9b)是如此設(shè)計(jì)和布置的，即，所述框架結(jié)構(gòu)(15)的位移和/或變形是能夠相對(duì)于相應(yīng)基準(zhǔn)路徑被測(cè)量的。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求1至10中任一項(xiàng)所述的坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(1)，其特征在于所述第二或更多個(gè)基準(zhǔn)元件(71,7 均被設(shè)計(jì)成 沿著所述框架結(jié)構(gòu)(1 的相應(yīng)部分延伸的機(jī)械基準(zhǔn)框架(72)，其中，所述基準(zhǔn)框架 (72)以基本無(wú)負(fù)載的方式被固定地緊固至所述框架結(jié)構(gòu)(15)，尤其是所述基準(zhǔn)框架(72)僅在其一個(gè)端部緊固至所述框架結(jié)構(gòu)(15)，或者 另外的基準(zhǔn)光束，尤其是準(zhǔn)直或聚焦的激光束，所述基準(zhǔn)光束沿著所述框架結(jié)構(gòu)(15) 的相應(yīng)部分延伸。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至11中任一項(xiàng)所述的坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(1)，其特征在于所述坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(1)被設(shè)計(jì)成并聯(lián)運(yùn)動(dòng)機(jī)器或者具有線性或串聯(lián)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的機(jī)器，尤其是所述坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(1)是根據(jù)下列類型之一設(shè)計(jì)的 橋式， L橋式， 水平臂式， 懸臂式， 龍門(mén)式。
13.根據(jù)權(quán)利要求1至12中任一項(xiàng)所述的坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(1)，其特征在于 在所述探頭(6)上布置接觸式探針或者非接觸式探針，所述接觸式探針尤其是掃描式探針或接觸觸發(fā)式探針，所述非接觸式探針尤其是光學(xué)探針、電容探針或電感探針，和/ 或 所述基座(3)包括工作臺(tái)(6)，所述工作臺(tái)具有用于支撐待測(cè)物體(12)的花崗巖表面板。
14.一種補(bǔ)償權(quán)利要求1至13之一所述的坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(1)中的誤差的方法，所述坐標(biāo)測(cè)量機(jī)確定待測(cè)物體(1 上的測(cè)量點(diǎn)(1 的至少一個(gè)空間坐標(biāo)，所述坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(1)包括 基座⑶； 探頭(6)，所述探頭用于接近所述測(cè)量點(diǎn)(1 ；和 框架結(jié)構(gòu)(15)，所述框架結(jié)構(gòu)(15)用于將所述探頭(6)連接到所述基座(3)，其中， 所述框架結(jié)構(gòu)(15)包括至少一個(gè)線性驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述至少一個(gè)線性驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)用于提供所述探頭(6)沿第一方向(X，Y，Z)相對(duì)于所述基座(3)的可動(dòng)性，其中所述至少一個(gè)線性驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括□沿所述第一方向的線性導(dǎo)向件；□可動(dòng)構(gòu)件，所述可動(dòng)構(gòu)件為了沿著所述導(dǎo)向件運(yùn)動(dòng)而被支承部支撐；以及 □線性測(cè)量?jī)x器，所述線性測(cè)量?jī)x器用于確定所述可動(dòng)構(gòu)件沿所述第一方向(X，Y，Ζ) 的第一驅(qū)動(dòng)位置， 其特征在于 通過(guò)產(chǎn)生沿著所述線性驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的所述導(dǎo)向件延伸的基準(zhǔn)光束(71)來(lái)提供平行于所述第一方向(Χ，Υ，Ζ)的第一基準(zhǔn)路徑， 測(cè)量所述可動(dòng)構(gòu)件相對(duì)于所述第一基準(zhǔn)路徑的至少一個(gè)位移，從而所述至少一個(gè)位移表明了所述可動(dòng)構(gòu)件相對(duì)正常支承位置的平移位移和/或旋轉(zhuǎn)位移，以及 通過(guò)使用所確定的至少一個(gè)實(shí)際位移來(lái)補(bǔ)償誤差，尤其是所述線性驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的所述支承部中的薄弱性。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于確定待測(cè)物體(12)上的測(cè)量點(diǎn)(13)的至少一個(gè)空間坐標(biāo)的坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(1)。所述坐標(biāo)測(cè)量機(jī)包括基座(3)；探頭(6)，所述探頭用于接近所述測(cè)量點(diǎn)(13)；以及框架結(jié)構(gòu)(15)，所述框架結(jié)構(gòu)用于將所述探頭(6)連接到所述基座(3)。由此，所述框架結(jié)構(gòu)包括至少第一框架部件和第二框架部件(14，22，24)；以及至少一個(gè)線性驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(2)，所述至少一個(gè)線性驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)可動(dòng)地連接所述第一框架部件和所述第二框架部件(14，22，24)，以提供所述探頭(6)相對(duì)于所述基座(3)沿第一方向(X，Y，Z)的可動(dòng)性。根據(jù)本發(fā)明，由基準(zhǔn)光束(71)提供第一基準(zhǔn)路徑，其中所述基準(zhǔn)光束(71)沿著所述線性驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的所述導(dǎo)向件延伸，使得所述基準(zhǔn)路徑平行于所述第一方向(X，Y，Z)。此外，為所述基準(zhǔn)光束(71)配置至少一個(gè)位移傳感器(9，9a，9b)，所述基準(zhǔn)光束(71)和所述位移傳感器(9，9a，9b)被設(shè)計(jì)并布置成使得，所述線性驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的所述可動(dòng)構(gòu)件相對(duì)于所述第一基準(zhǔn)路徑的位移能夠被測(cè)量，以表明所述可動(dòng)構(gòu)件從通常的支承位置的平移位移和/或旋轉(zhuǎn)位移。
文檔編號(hào)G01B21/04GK102472616SQ201080030123
公開(kāi)日2012年5月23日 申請(qǐng)日期2010年7月2日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月3日
發(fā)明者克努特·西爾克斯, 波·佩特爾松 申請(qǐng)人:萊卡地球系統(tǒng)公開(kāi)股份有限公司