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Technisches Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Bewerten
eines Positionsfehlers eines beweglichen Körpers, wie z. B. eines Messkopfs
oder eines Werkzeugs, und ein Verfahren zum Verbessern der Positionsgenauigkeit
unter Verwendung des Bewertungsverfahrens, die in einer dreidimensionalen
Koordinatenmessvorrichtung zum Bewegen des Messkopfs in drei zueinander
senkrechten axialen Richtungen oder in einer bewegenden Vorrichtung
wie z. B. einer Werkzeugmaschine zum Bewegen des Werkzeugs in biaxialen
oder triaxialen Richtungen, die zueinander senkrecht sind, verwendet
werden.
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Stand der Technik
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Mit
dem Fortschritt der automatisierten Maschinenbearbeitung mit hoher
Genauigkeit ist die dreidimensionale Koordinatenmessvorrichtung
dazu gezwungen, eine Funktion zum Bewerten der Maßgenauigkeit und
Formgenauigkeit zu haben, was in einer Fertigungslinie und einem
Fertigungssystem unentbehrlich ist. Unterdessen erfährt die
Steigerung der Messgenauigkeit um mehr als das vorliegende Niveau
durch die dreidimensionale Koordinatenmessvorrichtung als Hardware
ein Ergebnis der Steigerung der Fertigungsausgaben neben der begleitenden
Schwierigkeit in einer Fertigungstechnologie. In den letzten Jahren
wurde folglich eine Verbesserung in der Messgenauigkeit, die eine
Basisleistung als Vorrichtung ist, versucht, indem die Genauigkeit
der Vorrichtung bei deren Versand erfasst wurde und indem die Bewegung
des Messkopfs korrigiert wurde.
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Die
herkömmliche
Korrektur der Bewegung des Messkopfs ist jedoch diejenige, bei der
kumulative Fehler, die bestimmt werden, wenn der Messkopf für ein bestimmtes
Intervall gesandt wird, erhalten werden, und dann die Fehler im
Verhältnis
zum Intervall zugewiesen werden. Folglich soll die herkömmliche
Korrektur nicht die Korrektur durch Erfassen von Bewegungsfehlern
des Messkopfs innerhalb des Intervalls durchführen. Das vorstehend beschriebene
wird durch die wie folgt beschriebene Tatsache symbolisiert. Das
heißt,
in der vorliegenden Situation befindet sich das Bewertungsverfahren
selbst der Bewegungsfehler in der Stufe der Bewertung und des Vergleichs
der Fehler der Messvorrichtung in einer solchen Weise, dass eine
Kugelplatte, wie in 12 gezeigt, die ein Genauigkeitsstandard
ist und von führenden
Organisationen der Welt umhergeführt wird,
durch dreidimensionale Koordinatenmessvorrichtungen gemessen wird,
wie in 13 gezeigt, die führende Organisationen
der Welt besitzen, um nach einem Standardverfahren zu suchen.
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Im Übrigen ist
die Kugelplatte sehr teuer und hat ein beträchtliches Gewicht. Folglich
war deren Handhabung nicht leicht. Außerdem hat bei Tests, indem
die Kugelplatte umhergeführt
wurde, deren Ergebnis nicht den Punkt erreicht, dass ein Ergebnis
so systematisch erhalten wird, dass Fehlercharakteristiken der dreidimensionalen
Koordinatenmessvorrichtung festgesetzt werden können. Es ist zu beachten, dass 14(a) und 14(b) Beispiele
für das
Anzeigen von Ergebnissen der Fehlermessung durch die Kugelplatte
sind. 14(a) zeigt Richtungen und Größen von
Fehlern unter Verwendung von Stäben; 14(b) zeigt Fehler innerhalb einer gemessenen
Ebene durch Verformung von Gittern. Um Positionsfehler in drei axialen
Richtungen des Messkopfs durch Anordnen der Kugelplatte in einer
festgelegten Position in einem Raum zu erhalten, ist es erforderlich,
die Einstellung der sehr genauen Positionierung der Kugelplatte,
deren Handhabung kaum leicht ist, zu wiederholen. Das Obige kann
in der Realität
kaum erreicht werden und es ist äußerst schwierig,
durch das Vorangehende einen Fehlerraum zu erhalten.
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Obwohl
Raumfehler nicht erhalten werden, werden als Standardfehler-Kalibrierungsverfahren,
das für die
praktische Verwendung zur Verfügung
steht, aufgezählt:
ein Verfahren unter Verwendung eines Schrittmessers unter Verwendung
von Standardblöcken,
wie in 15 gezeigt; ein Verfahren unter
Verwendung eines normalen Blockmessers; ein Verfahren unter Verwendung
eines Teststabes, wie in 16 gezeigt;
ein Verfahren unter Verwendung eines Autokollimators, wie in 17 gezeigt;
und ein Verfahren unter Verwendung einer Lasermessvorrichtung, wie
in 18 gezeigt. In herkömmlichen
Verfahren wie z. B. dem vorstehend beschriebenen Verfahren unter
Verwendung des Teststabes, des Verfahrens unter Verwendung des Autokollimators, einer
Lasermessvorrichtung, einer Kugelplatte bzw. eines Schrittmessers
unter Verwendung der Standardblöcke
oder eines Umkehrverfahrens, wie in 19(a) und 19(b) gezeigt, bestehen jedoch Probleme,
dass deren Einstellung eine lange Zeit dauert, die automatische
Bewertung schwierig durchzuführen
ist, und die Genauigkeit der Messvorrichtungen schwierig aufrechtzuerhalten
ist.
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In
Anbetracht des Falls einer Werkzeugmaschine wird unterdessen neben
dem Autokollimator und einem geraden Lineal die Lasermessvorrichtung
verwendet, um die Bewegungsgenauigkeit einer Spitze eines Werkzeugs
zu bewerten. In der Realität
ist es jedoch aus den folgenden Gründen und dergleichen schwierig, den
Fehlerraum unter Verwendung des Obigen zu erhalten. Insbesondere
erfordern die Anordnung und Einstellung der Vorrichtungen Zeit,
die Vorrichtungen sind nicht zur Verwendung bei der Bewertung der
Werkzeugbewegung, selbst wenn sie für die Bewertung der Genauigkeit
von Werkstücken
geeignet sind, und die Vorrichtungen erfordern zu viel Arbeit und
Zeit beim Identifizieren von Fehlern in drei axialen Richtungen
einer vorbestimmten Position in einem Raum.
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Die
verschiedenen Verfahren, die bisher verwendet wurden, sind diejenigen,
bei denen eine angemessene Betrachtung hinsichtlich der Bewertung
der Genauigkeit gegeben wird. Vom Gesichtspunkt der Bedienbarkeit,
Produktivität,
des Preises oder dergleichen hinsichtlich der Messung sind jedoch
die obigen Vorrichtungen nicht notwendigerweise geeignet, um für verschiedene
Zwecke verwendet zu werden oder um Standardvorrichtungen zu sein.
Daher war es tatsächlich
schwierig, eine Verbesserung der Genauigkeit der Vorrichtung zu
erreichen, indem die Bewegung des Messkopfs in einer solchen Weise
korrigiert wurde, dass der Fehlerraum durch das herkömmliche
Verfahren bewertet wird und als Grundfehlercharakteristik als Objekt
der Korrektur festgelegt wird, und eine Funktion der Hardware auf
einem gewissen Niveau sichergestellt wird.
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Im Übrigen haben
die Erfinder der vorliegenden Anmeldung ein Verfahren zum Messen
eines Geradheitsfehlers unter Verwendung eines sequentiellen Zweipunktverfahrens
in dem Artikel "Trend
of Straightness Measuring Method and Development of Sequential Two-Point
Method" vorgeschlagen,
das vorher auf den Seiten 25 bis 34 von "Production Research", Band 34, Nr. 6, veröffentlicht
im Juni 1982 vom Institute of Industrial Science, University of
Tokyo, dargestellt wurde. Das sequentielle Zwei-Punkt-Verfahren
ist dasjenige zum Erhalten eines Geradheitsfehlers einer Bewegung
eines Werkzeugtischs und eines Geradheitsfehlers einer Oberfläche eines
Objekts, die gleichzeitig und unabhängig voneinander gemessen werden
sollen. Insbesondere wird das sequentielle Zweipunktverfahren in
der folgenden Weise ausgeführt:
zwei Verschiebungssensoren, die mit einem Raum dazwischen auf dem
Werkzeugtisch angeordnet sind, werden in einer Richtung des Raums
mit einem Abstand gleich dem Raum bewegt und gleichzeitig wird eine
verschobene Größe jedes
Verschiebungssensors in Bezug auf die Oberfläche des zu messenden Objekts
gemessen, und folglich werden die obigen Geradheitsfehler aus Datenreihen
der verschobenen Größen der
zwei Verschiebungssensoren erhalten. Die Erfinder der vorliegenden
Anmeldung haben die Punkte erreicht, dass durch Anwendung des se quentiellen
Zweipunktverfahrens auf die Bewertung von Fehlern, wie vorstehend
beschrieben, im Vergleich zu den herkömmlichen Verfahren wie z. B.
dem Verfahren unter Verwendung des Teststabes, der Verfahren unter Verwendung
des Autokollimators, der Lasermessvorrichtung, der Kugelplatte und
des Stufenmessers unter Verwendung der Standardblöcke oder
des Umkehrverfahrens, wie in 19(a) und 19(b) gezeigt, die Einstellung weniger
Zeit dauert, die automatische Bewertung leicht durchgeführt werden
kann und die Genauigkeit der Messvorrichtung leicht aufrechterhalten
wird.
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Der
Artikel "Application
of a new Straightness Measurement Method to Large Machine Tool", von Tanaka et al.,
veröffentlicht
in den Annals of the CIRP, Band 30, Seiten 455–459, beschreibt die Anwendung
des Zweipunktverfahrens beim Messen der Geradheit einer Oberfläche und
der Werkzeugbewegung gleichzeitig in einer Dimension.
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Offenbarung der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung soll ein Fehlermessverfahren schaffen, das
das Problem des herkömmlichen
Verfahrens in Anbetracht von Eigenschaften des vorstehend beschriebenen
sequentiellen Zweipunktverfahrens vorteilhaft gelöst hat.
Ein Verfahren zum Bewerten eines Positionsfehlers einer bewegenden
Vorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass es die folgenden Schritte
umfasst. Insbesondere wird gemäß einem
in Anspruch 1 angegebenen Verfahren in einer bewegenden Vorrichtung,
die einen beweglichen Körper
in zwei axialen Richtungen oder in drei axialen Richtungen, die
zueinander senkrecht sind, bewegt, das Erhalten einer Geradheitsfehler-Kurve
durch das sequentielle Zweipunktverfahren, die einen Änderungszustand
eines Positionsfehlers des beweglichen Körpers entlang einer uniaxialen
Richtung aus vorbestimmten zwei axialen Richtungen angibt, für die andere
uniaxiale Richtung aus den vorbestimmten zwei axialen Richtungen
wiederholt, wobei der Positionsfehler auf eine zu den vorbestimmten
zwei axialen Richtungen aus den biaxialen oder triaxialen Richtungen
senkrechte Richtung bezogen ist. Anschließend werden Geradheitsfehler-Kurven,
die einen Änderungszustand
eines Positionsfehlers des beweglichen Körpers entlang der anderen uniaxialen
Richtung angeben, auf der Basis von Koordinatenpositionen beider
Enden einer Gruppe von bereits erhaltenen Geradheitsfehler-Kurven
erhalten, wobei der Positionsfehler auf die zu den vorbestimmten
zwei axialen Richtungen senkrechte Richtung bezogen ist. Die Geradheitsfehler-Kurven
in den Koordinatenpositionen beider Enden werden als Grenz-Geradheitsfehler-Kurven
festgelegt. Danach wird auf der Basis der Grenz- Geradheitsfehler-Kurven die Ausrichtung
der Gruppe von Geradheitsfehler-Kurven korrigiert, wodurch eine
Fehlerfläche
erhalten wird. Schließlich
wird gemäß der Fehlerfläche ein
zweidimensionaler Positionsfehler des beweglichen Körpers auf
einer planaren Oberfläche
mit den vorbestimmten zwei Achsen bewertet, wobei der zweidimensionale
Positionsfehler auf eine zur planaren Oberfläche senkrechte Richtung bezogen
ist.
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Gemäß dem Verfahren
zum Bewerten eines Positionsfehlers der bewegenden Vorrichtung der
vorliegenden Erfindung können
für die
Fehlerbewertung einer dreidimensionalen Koordinatenmessvorrichtung
und einer Vorrichtung mit einer dazu ähnlichen Struktur zum Messen
eines Halbleitersubstrats eines Glassubstrats für eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung
und dergleichen Geradheitsfehler-Kurven und eine planare Fehlerfläche einer
Bewegung eines Messkopfs gemessen werden. Neben dem Obigen hat außerdem das
sequentielle Zweipunktverfahren eine Eigenschaft, dass es in der
Lage ist, gleichzeitig eine Fehlerform eines zu messenden Substrats
und dergleichen zu messen. Gemäß dem Verfahren
der vorliegenden Erfindung können
in Bezug auf die andere bewegende Vorrichtung als die Messvorrichtung
wie z. B. eine Werkzeugmaschine die Geradheitsfehler-Kurve und die
planare Fehlerfläche
für die
Fehlerbewertung der Bewegung des beweglichen Körpers wie z. B. eines Werkzeugtischs
gemessen werden.
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Es
ist zu beachten, dass gemäß dem Verfahren
zum Bewerten eines Positionsfehlers der bewegenden Vorrichtung der
vorliegenden Erfindung, wie in Anspruch 2 angegeben, ein Fehlerraum
in einer solchen Weise erhalten werden kann, dass das Erhalten der
Fehlerfläche
durch das in Anspruch 1 angegebene Verfahren in Bezug auf die zur
planaren Oberfläche
mit den vorbestimmten zwei Achsen senkrechte uniaxiale Richtung
innerhalb vorbestimmter Koordinatenbereiche in jeder der drei axialen
Richtungen wiederholt wird. Folglich kann ein dreidimensionaler
Positionsfehler des beweglichen Körpers in einem Raum innerhalb
des vorbestimmten Koordinatenbereichs gemäß dem Fehlerraum bewertet werden.
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Gemäß dem Verfahren
zum Bewerten eines Positionsfehlers der bewegenden Vorrichtung der
vorliegenden Erfindung wird, während
eine gerade Bewegungsfehlerkurve des Messkopfs als beweglicher Körper als
Grundlagen genommen wird, der Fehlerraum durch das sequentielle
Zweipunktverfahren erhalten, wie vorstehend beschrieben. Folglich
kann eine auf einen Messfehler bezogene Leistung genauer bewertet
werden. Die Identifikation des Fehlerraums mit der durch das sequentielle
Zweipunktverfahren erhaltenen Geradheitsfehler-Kurve als Grundlagen
gemäß dem Verfahren
der vorliegenden Erfindung ist in den folgenden Punkten ausgezeichnet.
Insbesondere ist die Identifikation des Fehlerraums umfassend, da
der Raum, die Einstellung von Instrumenten und dergleichen zum Implementieren
der Messung weniger Zeit dauert und systematische Fehler entsprechend
den Koordinatenachsen erhalten werden können.
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Gemäß dem Verfahren
zum Bewerten eines Positionsfehlers der bewegenden Vorrichtung der
vorliegenden Erfindung, wie in Anspruch 3 angegeben, kann überdies
an einem Zwischenpunkt der Punkte, wo der Positionsfehler durch
das sequentielle Zweipunktverfahren erhalten wurde, ein Positionsfehler
durch eindimensionale oder mehrdimensionale Interpolation auf der
Basis von Charakteristiken des Positionsfehlers erhalten werden.
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In
der vorstehend beschriebenen Weise wird am Zwischenpunkt der Punkte,
wo der Positionsfehler durch das sequentielle Zweipunktverfahren
erhalten wurde, der Positionsfehler durch Interpolation erhalten. Selbst
wenn die Punkte, wo der Positionsfehler durch das sequentielle Zweipunktverfahren
erhalten wird, in einem gewissen Umfang beabstandet sind, kann der
Positionsfehler folglich an dem Punkt zwischen diesen Punkten erhalten
werden. Daher kann die Geschwindigkeit der Messung durch das sequentielle
Zweipunktverfahren erhöht
werden und die Geradheitsfehler-Kurve und die Fehlerfläche können in
einem kürzeren
Zeitraum erhalten werden.
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Ein
Verfahren zum Verbessern der dreidimensionalen Positionsgenauigkeit
einer bewegenden Vorrichtung der vorliegenden Erfindung gemäß Anspruch
4 ist dadurch gekennzeichnet, dass es die Schritte umfasst: Halten
von Daten in einer Steuervorrichtung zum Steuern einer Operation
der bewegenden Vorrichtung, wobei die Daten den durch das in Anspruch
2 oder 3 angegebene Verfahren erhaltenen Fehlerraum angeben; und
unter Verwendung eines relationalen Korrekturausdrucks zum Kompensieren
eines Fehlers in den obigen Fehlerraumdaten Korrigieren einer Position
des beweglichen Körpers,
der durch die bewegende Vorrichtung bewegt wird.
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Gemäß dem Verfahren
zum Verbessern der dreidimensionalen Positionsgenauigkeit einer
bewegenden Vorrichtung der vorliegenden Erfindung werden die Daten,
die den durch das sequentielle Zweipunktverfahren erhaltenen Fehlerraum
angeben, wie vorstehend beschrieben, in der Steuervorrichtung gehalten
und eine Bewegung auf der Basis der in der Steuervorrichtung gehaltenen
Daten zum Korrigieren des Fehlers unter Verwendung des relationalen
Korrekturausdrucks zum Kompensieren des Fehlers in den Fehlerraumdaten wird
der bewegenden Vorrichtung beispielsweise durch eine CNC-Funktion
(Funktion einer numerischen Computersteuerung) der Steuervorrichtung
gegeben. Folglich kann die Verbesserung der Messgenauigkeit und
Bewegungsgenauigkeit eines Werkzeugs, die tatsächliche Funktionen der Vorrichtung
sind, erreicht werden. Folglich kann in dem Zustand des Erreichens
der Stufe, in der der Preisanstieg im Fall der Verbesserung der Genauigkeit
durch die Hardwarekonfiguration der Vorrichtung unvermeidlich ist,
eine Verbesserung der Vorrichtungsleistung erwartet werden, während der
Preisanstieg eingeschränkt
wird.
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Für ein Halbleitersubstrat,
ein Glassubstrat für
eine Bildanzeigevorrichtung mit großer Größe und dergleichen ist eine
Genauigkeitsbewertung in einer planaren Form in der Größenordnung
von nm erforderlich. Für
die obige Genauigkeitsbewertung wird die Verwendung einer dreidimensionalen
Koordinatenmessvorrichtung eines senkrechten rechtwinkligen Koordinatensystems
unter Verwendung einer Maschinenplatte als Tisch oder einer dreidimensionalen
Koordinatenmessvorrichtung eines Polarkoordinatensystems, die einen Tisch
dreht, betrachtet. In den obigen Vorrichtungen wird die maximale
Genauigkeit durch Hardwaremodifikation verbessert, wodurch auf das
Erreichen der erforderlichen Messgenauigkeit und -auflösung abgezielt
wird. Durch Einführen
des sequentiellen Zweipunktmessverfahrens in die obigen Vorrichtungen
und durch Anwenden des Verfahrens der vorliegenden Erfindung darauf
kann daher eine Funktion mit weiterer höherer Genauigkeit für die Messvorrichtung
geboten werden, die von der Idee des herkömmlichen Verfahrens abgeleitet
ist. Folglich kann ein Beitrag zur Verbesserung der Verarbeitungsgenauigkeit
in einer Fertigungstechnologie geleistet werden.
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Es
ist zu beachten, dass, wenn das Verfahren zum Bewerten eines Positionsfehlers
der vorliegenden Erfindung auf die dreidimensionale Koordinatenmessvorrichtung
des Polarkoordinatensystems angewendet wird, anstelle von drei zueinander
senkrechten Achsen zwei zueinander senkrechte Achsen und ein Drehwinkel
um eine Achse von den zwei Achsen verwendet werden können. Im
obigen Fall können
Positionsfehlerdaten, die durch Bewegen eines Verschiebungssensors
entlang eines orthogonalen Koordinatensystems gemessen werden, in
das Polarkoordinatensystem umgesetzt werden. Unterdessen können die
Positionsfehlerdaten direkt durch Bewegen des Verschiebungssensors
radial und auf dem Umfang entlang des Polarkoordinatensystems erhalten
werden.
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In
dem Verfahren zum Verbessern der dreidimensionalen Positionsgenauigkeit
der bewegenden Vorrichtung der vorliegenden Erfindung, wie in Anspruch
5 angegeben, kann ferner eine Position des beweglichen Körpers, der
durch die bewegende Vor richtung bewegt wird, unter Verwendung der
bewegenden Vorrichtung korrigiert werden, indem vorher die Fehlerraumdaten
gemäß einer Änderung
der Umgebung, die die bewegende Vorrichtung umgibt, erhalten werden
und indem ein relationaler Korrekturausdruck für die Kompensation eines Fehlers
in den Fehlerraumdaten entsprechend der Umgebung, die die bewegende
Vorrichtung bei der Verwendung umgibt, verwendet wird.
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Es
wird angenommen, dass eine Matrixstruktur des Fehlerraums in einigen
Fällen
durch die Außenumgebung,
die Verwendungsbedingungen und dergleichen geändert wird. Im Hinblick auf
das Obige kann, da der Fehlerraum durch das sequentielle Zweipunktverfahren
im Vergleich zum herkömmlichen
Verfahren automatisch und leicht erhalten werden kann, eine leichte
Korrektur ausgeführt
werden, indem eine Matrix, die einen Fehlerraum strukturiert, den Änderungen
der obigen Bedingungen verliehen wird.
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Insbesondere,
wie in Anspruch 5 angegeben, werden die Fehlerraumdaten vorher erhalten
und gespeichert, wobei die Fehlerraumdaten auf die Außenumgebung,
typischerweise die Umgebungstemperatur der Vorrichtung, den Temperaturanstieg
in einem repräsentativen
Punkt der Struktur auf Grund einer intensiven und wiederholten Verwendung
und dergleichen bezogen sind. Durch Überwachen der Umgebung in einer
realen Umgebung kann folglich die Korrektur für jeden Fehlerraum durchgeführt werden.
Folglich können
gegen die Änderung
der Außenumgebung
der Messvorrichtung oder der Werkzeugmaschine die Messgenauigkeit und
Bewegungsgenauigkeit eines Werkzeugs aufrechterhalten werden.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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1 ist
ein Ablaufplan, der eine Verarbeitung zum Bilden einer Fehlerfläche aus
einer Gruppe von Fehlerkurven in einem Beispiel eines Verfahrens
zum Bewerten eines Positionsfehlers einer bewegenden Vorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt.
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2(a) bis 2(g) sind
erläuternde
Ansichten, die Inhalte der Verarbeitung des Ablaufplans zeigen.
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3 ist
eine perspektivische Ansicht, die eine dreidimensionale Koordinatenmessvorrichtung
veranschaulicht, die zur Implementierung des Verfahrens des Beispiels
verwendet wird.
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4 ist
eine erläuternde
Ansicht, die einen Zustand der Messung durch die dreidimensionale
Koordinatenmessvorrichtung zeigt.
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5 ist
eine schematische Ansicht, die ein Messprinzip eines sequentiellen
Zweipunktverfahrens zeigt, das durch das Verfahren des Beispiels
ausgeführt
wird.
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6 ist
eine erläuternde
Ansicht, die eine Unregelmäßigkeit
von Verschiebungssensoren eines Messkopfs gemäß dem Verfahren des Beispiels
zeigt.
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7 ist
ein Beispiel einer Fehlerfläche,
die durch das Verfahren des Beispiels erhalten wird.
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8 ist
ein Ablaufplan, der eine Korrekturprozedur zum Erhalten von Fehlern
in einer gegebenen Position in einem Fehlerraum gemäß dem Verfahren
des Beispiels zeigt.
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9 ist
eine erläuternde
Ansicht, die eine Koordinateneinstellung in einer linearen Interpolation
zeigt, die in dem Verfahren des Beispiels verwendet werden kann.
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10 ist
eine schematische Ansicht, die ein Interpolationsverfahren bei der
linearen Interpolation zeigt.
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11(a) bis 11(d) sind
erläuternde
Ansichten, die ein Verschmelzungsverfahren von redundanten Daten
zeigen, das bei dem Verfahren des Beispiels verwendet werden kann.
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12 ist
eine perspektivische Ansicht, die eine Kugelplatte zeigt, die in
einem herkömmlichen
Fehlermessverfahren verwendet wird.
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13 ist
eine erläuternde
Ansicht, die das Fehlermessverfahren unter Verwendung der Kugelplatte zeigt.
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14(a) und 14(b) sind
erläuternde
Ansichten, die Ergebnisse der Fehlermessung unter Verwendung der
Kugelplatte zeigen.
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15 ist
eine erläuternde
Ansicht, die ein herkömmliches
Fehlermessverfahren unter Verwendung eines Stufenmessers zeigt.
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16 ist
eine erläuternde
Ansicht, die ein herkömmliches
Fehlermessverfahren unter Verwendung eines Teststabes zeigt.
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17 ist
eine erläuternde
Ansicht, die ein herkömmliches
Fehlermessverfahren unter Verwendung eines Autokollimators zeigt.
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18(a) ist eine erläuternde Ansicht, die ein herkömmliches
Fehlermessverfahren unter Verwendung eines Lasers zeigt;
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18(b) ist eine Zustandsansicht eines optischen
Weges.
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19(a) bis 19(d) sind
erläuternde
Ansichten, die ein herkömmliches
Fehlermessverfahren durch ein Umkehrverfahren zeigen.
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Beste Art zur Ausführung der
Erfindung
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Nachstehend
wird eine Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung im Einzelnen auf der Basis eines Beispiels
mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Hier ist 1 ein
Ablaufplan, der einen Verarbeitungsablauf in einem Verfahren zum
Be werten eines Positionsfehlers einer dreidimensionalen Koordinatenmessvorrichtung
als Beispiel eines Verfahrens zum Bewerten eines Positionsfehlers
einer bewegenden Vorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt. 2(a) bis 2(g) sind erläuternde Ansichten, die die
in 1 gezeigte Verarbeitung zeigen. 3 ist
eine perspektivische Ansicht, die ein Beispiel der dreidimensionalen
Koordinatenmessvorrichtung zeigen, auf die das vorstehend beschriebene
Beispiel angewendet wird.
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In
dem Verfahren des Beispiels wird zuerst ein Koordinatenraum mit
drei axialen Richtungen von X, Y und Z für die dreidimensionale Koordinatenmessvorrichtung
festgelegt, wie in 3 gezeigt, wobei eine Erstreckungsrichtung
eines torförmigen
Rahmens als X-Achse festgelegt wird, wie in der Zeichnung gezeigt.
Anstelle einer Sonde wird hier ein Messkopf P in der vorangehenden
dreidimensionalen Koordinatenmessvorrichtung für den Zweck der Fehlermessung
durch ein sequentielles Zweipunktverfahren installiert, wie in 4 gezeigt.
Der Messkopf P besitzt zwei kontaktlose Laserverschiebungssensoren,
die an seiner Spitze installiert sind. Ein gewöhnlicher Computer ist zur Berechnung
eines Fehlerraums durch Durchführen
des sequentiellen Zweipunktverfahrens angeordnet. Durch einen Analog/Digital-Umsetzer
werden Ausgangssignale der vorangehenden zwei Verschiebungssensoren
in den Computer eingegeben. Dann werden diese zwei Verschiebungssensoren
einer Objektplatte OB zuwenden lassen, die so weit wie möglich abgeflacht
ist. Anschließend wird
die Messung wiederholt, während
der Messkopf P in einer Richtung eines Raums, der zwischen den zwei Verschiebungssensoren
hergestellt ist, in einem Abstand gleich dem Raum dazwischen bewegt
wird. 5 ist eine schematische Ansicht, die ein Prinzip
der obigen Messung zeigt, bei der M die Verschiebungssensoren bedeutet.
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Es
ist zu beachten, dass die Art des Verschiebungssensors, der im sequentiellen
Zweipunktverfahren verwendet wird, nicht auf den vorstehend beschriebenen
begrenzt ist. Außerdem
sollte auf das vorstehend beschriebene "Trend of Straightness Measuring Method
and Development of Sequential Two-Point Method" für Details
des sequentiellen Zweipunktverfahrens selbst Bezug genommen werden.
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Als
nächstes
wird eine planare Oberfläche,
die durch (Xi, Yj,
Zk) gebildet ist, in Bezug auf das (X, Y, Z)-System
entwickelt, das ein orthogonales Koordinatensystem mit den Achsen
von X, Y und Z, die in 3 gezeigt sind, ist. Hier sind
i, j und k folgendermaßen
festgelegt: i = 0, 1, ... l; j = 0, 1, ... m; k = 0, 1, ... n. Wenn (Xi, Y0, Z0)
genommen wird und das sequentielle Zweipunktverfahren entlang der
X-Achse ange wendet wird, wird eine Geradheitsfehler-Kurve entlang
der X-Achse des Messkopfs in der folgenden Weise erhalten.
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Die
zwei Verschiebungssensoren am Messkopf werden auf A und B; die Geradheitsfehler
des Messkopfs und der Oberfläche
der Objektplatte auf X und Z; und die durch die Verschiebungssensoren
gemessenen Werte auf D gesetzt. Dann werden Xk und
Zk durch einfache Beziehungen zwischen diesen
erhalten, die im Folgenden gezeigt sind. In diesem Fall wird angenommen,
dass eine Gierungsbewegung, die eine Drehung des Messkopfs ist,
nicht vorliegt, wenn sich der Messkopf in Bewegung befindet. Xk = Xk-1 – DkA + D(k-1)B (1) Zk = Xk +
DkA – D0A (2) X0 = 0, X1 =
0, Y0 = 0 (3)
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Wenn
der vorstehend beschriebene Prozess für (Xi,
Yj, Z0) wiederholt
wird, d. h. für
Yj, wobei j eine ganze Zahl ist, kann eine
Gruppe der in der X-Achsen-Richtung erhaltenen Geradheitsfehler-Kurven
relativ zu einer Ebene von Z = 0 erhalten werden.
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Auf
der Basis der fundamentalen Theorie werden die Spitzen der zwei
Verschiebungssensoren aufeinander ausgerichtet. Praktisch bleibt
jedoch immer eine geringfügige
Unregelmäßigkeit Δ (siehe 6).
In der gemessenen Geradheitsfehler-Kurve wird 1 Δ in der letzten Stufe der Messung
akkumuliert, wobei die Anzahl von Malen des Sendens von zwei Punkten
als 1 festgelegt wird, wobei es somit in einer überlagerten Weise erhalten
wird. Daher kann in der Geradheitsfehler-Kurve der Messkopfbewegung
in Bezug auf Y0 durch Korrigieren der Unregelmäßigkeit
die Fehlerkurve durch Einstellung eines Fehlers δz auf
0 an beiden Enden eines Messbereichs auf der X-Achse gegeben werden.
Hinsichtlich einer Geradheitsfehler-Kurve relativ zu Xi,
die in Bezug auf Yj erhalten wird, wobei
j = 1, ... m, wird unterdessen, selbst wenn die Korrektur hinsichtlich
des Endes davon durch 1 Δ durchgeführt wird,
während
der Beginn davon auf 0 eingestellt wird, δz ≠ 0 festgelegt
und somit bleibt resultierend δz(Yjm).
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Als
Mittel zum Bilden einer planaren Fehlerfläche auf der Basis der vorstehend
beschriebenen Gruppe von Geradheitsfehler-Kurven wird eine Geradheitsfehler-Kurve
in der Y-Achsen-Richtung erhalten, indem j = 0, 1, ... m in (X0, Yj, Z0)
und (Xl, Yj, Z0) gesetzt wird. Insbesondere wird an jedem
des Beginnes und des Endes der Gruppe von Geradheitsfehler-Kurven
in der X-Achsen-Richtung eine Geradheitsfehler-Kurve in einer zu diesen
Kurven senkrechten Richtung erhalten. In diesem Fall werden die zwei
Verschiebungssensoren, die beim Erhalten der Fehlerkurven in der
X-Achsen-Richtung
verwendet werden, direkt verwendet, indem sie um eine vertikale
Achsenlinie gedreht werden. Folglich wird die Spitzenunregelmäßigkeit Δ beibehalten
und kann bei der Bewertung der Geradheitsfehler-Kurve in der Y-Achsen-Richtung
unmittelbar berücksichtigt
werden. Im Fall der Messung des Vorangehenden mit zwei Verschiebungssensoren,
die ursprünglich
in der Y-Achsen-Richtung angeordnet sind, wird dasselbe Verfahren
wie dasjenige, das beim Bewerten der in der X-Achsen-Richtung betrachteten
Spitzenunregelmäßigkeit
verwendet wird, separat verwendet. Folglich kann die Geradheitsfehler-Kurve
in der Y-Achsen-Richtung erhalten werden. In Anbetracht dessen,
dass die Bewertung von δz in der letzten Stufe der jeweiligen Geradheitsfehler-Kurven
ermöglicht
wurde, ist es jedoch effektiv, um die Messgenauigkeit und die Betriebseffizienz
aufrechtzuerhalten, die bei der Messung der X-Achsen-Richtung verwendeten Verschiebungssensoren
durch Drehen derselben, wie vorstehend beschrieben, direkt zu verwenden.
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Die
Gruppe von Geradheitsfehler-Kurven, die in der X-Achsen-Richtung
erhalten wird, wird in relevanten Positionen der Geradheitsfehler-Kurve
in der Y-Achsen-Richtung überlagert,
die am Anfang und am Ende jeder in der X-Achsen-Richtung erhaltenen
Kurve erhalten wird. Folglich kann die planare Fehlerfläche durch Kombinieren
der Gruppe von in der X-Achsen-Richtung erhaltenen Geradheitsfehler-Kurven, die unabhängig voneinander
erhalten werden, als Faktor gebildet werden.
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Die
vorstehend beschriebene Verarbeitung zum Bilden der Fehlerfläche auf
der Basis der Gruppe von Fehlerkurven kann gemäß der im Ablaufplan von 1 gezeigten
Prozedur ausgeführt
werden. 2(a) bis 2(g) zeigen
Diagramme in jeweiligen Schritten der Prozedur. Mit anderen Worten,
gemäß der in 1 gezeigten
Prozedur werden in Schritt S1 die Geradheitsfehler-Kurven in der
X-Achsen-Richtung zuerst relativ zu den jeweiligen Werten von y
= 0, ..., m erhalten, wie in 2(a) gezeigt.
Anschließend
wird in Schritt S2, wie in 2(b) gezeigt,
eine Korrekturgröße Δ auf der
Basis eines Fehlers berechnet, der erhalten wird, wenn x = 1 und
y = 0.
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Anschließend wird
in Schritt S3, wie in 2(c) gezeigt,
jede Geradheitsfehler-Kurve in der X-Achsen-Richtung durch die vorangehende
Korrekturgröße Δ korrigiert.
In Schritt S4 im Anschluss daran, wie in 2(d) gezeigt,
werden die Geradheitsfehler-Kurven
in der Y-Achsen-Richtung für
die jeweiligen Werte von x = 0 und x = 1 erhalten.
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Anschließend wird
in Schritt S5, wie in 2(e) gezeigt,
jede Geradheitsfehler-Kurve in der Y-Achsen-Richtung durch die vorangehende
Korrekturgröße Δ korrigiert.
In Schritt S6 anschließend
daran, wie in 2(f) gezeigt, werden
die jeweiligen Geradheitsfehler-Kurven in der X-Achsen-Richtung
in einer solchen Weise korrigiert, dass beide Enden davon auf den
jeweiligen Geradheitsfehler-Kurven in der Y-Achsen-Richtung angeordnet
werden, die für
die jeweiligen Werte von x = 0 und x = 1 erhalten werden.
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Im
letzten Schritt S7, wie in 2(g) gezeigt,
werden die Geradheitsfehler in der X-Achsen-Richtung und Y-Achsen-Richtung
miteinander verglichen, wenn x = 1. Dieser Schritt der Untersuchung
der Gültigkeit
der Messung durch den Vergleich dient zum Durchführen einer erneuten Messung
in dem Fall, in dem die verglichenen Fehler übermäßig sind, wenn geprüft wird,
ob die Fehler diejenigen mit etwa der normalen Genauigkeit der dreidimensionalen
Koordinatenmessvorrichtung sind oder nicht. 7 ist ein
Beispiel der Messung einer Fehlerfläche, die durch die vorstehend
beschriebene Verarbeitung erhalten wird.
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Das
vorstehend beschriebene Verfahren wird wiederholt und eine Gruppe
von planaren Fehlerflächen wird
erhalten, um Fehlerkomponenten in den X-, Y- und Z-Achsen-Richtungen in den
erforderlichen Koordinatenpositionen zu bieten. Folglich kann der
Fehlerraum der dreidimensionalen Koordinatenmessvorrichtung erhalten
werden. Der Fehlerraum kann durch eine Matrix definiert werden,
wobei die Fehlerkomponenten, die auf die jeweiligen Koordinatenpositionen
bezogen sind, als Elementkomponenten genommen werden.
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Daher
werden gemäß dem Verfahren
zum Verbessern der dreidimensionalen Positionsgenauigkeit der vorliegenden
Erfindung relationale Korrekturausdrücke aus der vorangehenden Matrix
konstruiert, wobei die Fehlerkomponenten in den jeweiligen Koordinatenpositionen
auf Null gesetzt werden. Auf der Basis der obigen Ausdrücke wird
die Sonde so, dass die Größe der vorangehenden
Fehler kompensiert wird, unter dem Befehl einer CNC-Funktion der
dreidimensionalen Koordinatenmessvorrichtung bewegt. Folglich kann
eine sehr genaue Messfunktion der dreidimensionalen Koordinatenmessvorrichtung
erreicht werden.
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Außerdem kann
das vorangehende Verfahren auf beliebige bewegende Vorrichtungen
wie z. B. eine Werkzeugmaschine neben der dreidimensionalen Koordinatenmessvorrichtung
angewendet werden. Folglich kann ein beweglicher Körper, der
in seiner Bewegung sehr genau ist, erreicht werden.
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Im Übrigen ist
der vorangehende Fehlerraum so entwickelt, dass er durch die Umgebung,
in der die bewegende Vorrichtung der dreidimensionalen Koordinatenmessvorrichtung
und dergleichen angeordnet ist, oder durch die Zustandsänderung
der Vorrichtung mit dem Verlauf der Zeit beeinflusst wird.
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Gewöhnlich wird
die Umgebung, in der die sehr genaue bewegende Vorrichtung der dreidimensionalen
Koordinatenmessvorrichtung und dergleichen angeordnet ist, auf eine
konstante Temperatur eingestellt. Es ist jedoch denkbar, dass die
Vorrichtung unter den Bedingungen mit einer nicht zufrieden stellenden
Temperatur verwendet wird. In einem solchen Fall wird die bewegende
Vorrichtung durch die Umgebungstemperatur beeinflusst. Überdies
besteht eine Möglichkeit,
dass die bewegende Vorrichtung durch einen kontinuierlichen Betrieb
derselben teilweise erhitzt wird. Ferner besteht auch eine Möglichkeit,
dass der Fehlerraum durch Abrieb, Mikroverformung oder dergleichen
bei der Langzeitverwendung der bewegenden Vorrichtung geändert wird.
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In
Bezug auf eine solche Änderung
des Fehlerraums kann die Genauigkeit der Vorrichtung in der folgenden
Weise aufrechterhalten werden. Insbesondere werden gegenseitige
Beziehungen der Umgebung und des Zustandes der Vorrichtung zwischen
der Zeit der Messung des Fehlerraums und der Zeit der tatsächlichen Verwendung
der Vorrichtung geklärt.
Dann werden die relationalen Korrekturausdrücke vorher durch Messen des
Fehlerraums gemäß den Änderungen
der Umgebung und des Zustandes der Vorrichtung erhalten. Folglich
werden die relationalen Korrekturausdrücke gemäß der Umgebung und dem Zustand
der Vorrichtung zum Zeitpunkt der tatsächlichen Verwendung der Vorrichtung
modifiziert.
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Hinsichtlich
der Zwischenpositionen, die zwischen den Messpositionen liegen,
kann außerdem
deren Abschätzung
mittels einer geradlinigen, Kurven- oder Oberflächeninterpolation auf der Basis
von Fehlern in den Messpositionen ausgeführt werden.
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Mit
anderen Worten, Messpunkte, deren Fehler durch das sequentielle
Zweipunktverfahren erhalten werden können, sind diskret. Eine Korrekturgröße an einem
gegebenen Messpunkt kann jedoch unter Verwendung des Interpolationsverfahrens
berechnet werden, wie nachstehend beschrieben.
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Ein
Punkt, an dem ein Fehler erhalten wird, wird auf (xi,
yi, zi) gesetzt
und ein Fehler der z-Komponente an diesem Punkt wird auf ez(i, i, i) gesetzt. Es ist zu beachten, dass
exakt demselben Prozess wie dem Obigen auch hinsichtlich der x-Komponente und
y-Komponente gefolgt wird. In diesem Fall wird ein Fehler ez an einem gewissen Messpunkt (x, y, z) abgeschätzt und
dann wird ez von einem Messergebnis subtrahiert,
wodurch die Korrektur eines Raumfehlers ermöglicht wird. Eine solche Korrektur
des Raumfehlers folgt dem Ablauf, wie in 8 gezeigt.
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Es
ist zu beachten, dass ein Fehler an einem Punkt (x, y, z-ez) streng erhalten werden muss. Da jedoch ez ausreichend klein ist, entsteht kein Problem,
solange der Fehler am Punkt (x, y, z) abgeschätzt wird, wie vorstehend beschrieben.
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Als
Hauptverfahren zum Abschätzen
des Fehlers ez sind die folgenden drei Verfahren
denkbar.
- (1) Lineare Interpolation (bilineare
Interpolation)
- (2) Interpolation höherer
Ordnung
- (3) Verfahren der kleinsten Quadrate
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Die
obigen drei Verfahren werden nacheinander erläutert.
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(1) Lineare Interpolation (bilineare Interpolation)
-
Wie
in 9 gezeigt, wird die Aufmerksamkeit auf acht Messpunkte
in der Nähe
des Punkts (x, y, z) gerichtet, die Raumfehler aufweisen, die durch
das sequentielle Zweipunktverfahren erhalten werden.
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Wenn
die Gleichungen von:
festgelegt werden, wie aus
einer schematischen Ansicht der linearen Interpolation, die in
10 gezeigt
ist, ersichtlich ist, wird der Raumfehler e
z(x,
y, z) durch die folgende Gleichung erhalten:
ez(x, y, z)
= (1 – rx)(1 – ry)(1 – rz)·ez(i, i, i) + rx(1 – ry)(1 – rz)·ez(i + 1, i, i)
+ (1 – rx)ry(1 – rz)·ez(i, i + 1, i) + rxry(1 – rz)·ez(i + 1, i + 1, i)
+ (1 – rx)(1 – ry)rz·ez(i, i, i + 1) + rz(1 – ry)rz·ez(i + 1, i, i + 1)
+ (1 – rx)ryrz·ez(i, i + 1, i + 1) + rxryrz·ez(i + 1, i + 1, i + 1) -
Als
Eigenschaften des obigen Verfahrens werden die folgenden Punkte
aufgezählt.
- • Die
Berechnung ist einfach.
- • Der
Raumfehler ez(x, y, z) ist an den Grenzlinien
(Seiten des Würfels
von 10) kontinuierlich und die Ableitung von ez(x, y, z) ist diskontinuierlich.
- • Die
acht Messpunkte müssen
Scheitel eines Quaders sein.
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(2) Interpolation höherer Ordnung
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Als
fortgeschrittene Form der linearen Interpolation von (1) wird eine
Interpolation höherer
Ordnung denkbar durchgeführt,
um die Interpolationsgenauigkeit zu verbessern und die Glattheit
zu verwirklichen. Die Interpolation höherer Ordnung entspricht einer
B-Spline-Oberflächenanpassung
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Die
B-Spline-Oberfläche
und dergleichen wird an eine Oberfläche angepasst, in der z konstant
ist. Anwendbare Verfahren sind: ein Verfahren zum Berechnen einer
Korrekturgröße am Punkt
(x, y, z) durch Durchführen
der linearen Interpolation in Bezug auf eine Korrekturgröße eines
Raums, die an zwei Oberflächen
erhalten wird, durch die der Punkt sandwichartig eingefügt wird;
und ein Verfahren zum Anwenden der B-Spline-Interpolation nacheinander auf
die drei axialen Richtungen der x-, y- und z-Achsen.
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Als
Eigenschaften des obigen Verfahrens werden die folgenden Punkte
aufgezählt.
- • Der
Raumfehler ez(x, y, z) ist an Grenzlinien
(Seiten des Würfels
von 10) kontinuierlich und die Ableitung und die zweite
Ableitung von ez(x, y, z) sind auch kontinuierlich.
- • Eine
Anzahl von Messpunkten sind erforderlich (Messpunkte von 4 × 4 × 4 sind
im Fall einer Würfelanpassung
erforderlich).
- • Die
Gültigkeit
einer erhaltenen Lösung
ist unbestimmt.
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(3) Verfahren der kleinsten Quadrate
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Unter
der Annahme, dass der Raumfehler ez(x, y,
z) einem gewissen Modell entspricht, wird eine Anpassung davon an
das Modell ausgeführt.
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Hier
wird ein lineares Modell in Bezug auf x, y und z als einfachstes
Modell entwickelt. Insbesondere wird angenommen, dass die folgende
Gleichung festgelegt werden kann. ez =
ax + by + cz + d
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Dann
wird das Verfahren der kleinsten Quadrate angewendet. Ein Messpunkt,
an dem ein Raumfehler durch das sequentielle Zweipunktverfahren
erhalten wird, wird auf (xi, yi,
zi) gesetzt und ein gemessener Wert des
Raumfehlers am Messpunkt (xi, yi,
zi) wird auf ezi(i
= 1, ..., m) gesetzt. Folglich wird der folgende relationale Ausdruck
zwischen dem gemessenen Wert des Raumfehlers und unbekannten Parametern
(a, b, c, d) hergestellt.
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-
Der
vorangehende Ausdruck wird durch die Gleichung ersetzt: y = Ax
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Es
wird angenommen, dass eine Unsicherheit jeder Komponente ezi von y ein Wert ist, der unbekannt und
zu anderen identisch ist, und dass keine Korrelation zwischen den
Komponenten davon besteht. Die Streuung der Unsicherheit wird als σ2 festgelegt.
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In
diesem Fall ist die Lösung
der kleinsten Quadrate durch die folgende Gleichung gegeben: x ^ = (ATA)–1ATy
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Die
Berechnung der obigen Gleichung führt zur folgenden Formel:
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Ein
abgeschätzter
Wert von σ
2 ist durch die folgende Gleichung gegeben:
-
Unter
Verwendung dieses abgeschätzten
Werts wird eine Kovarianzmatrix Cx der Unsicherheit der vorangehenden
Lösung
der kleinsten Quadrate durch die folgende Gleichung berechnet:
-
Der
Raumfehler am Punkt (x, y, z) und die Unsicherheit davon werden
durch die folgenden Gleichungen berechnet: êz(x, y, z) = âx + b ^y + ĉz + d ^ σ ^ez 2 = [x y z 1]Cx[x y z 1]T
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Als
Eigenschaften des vorstehend beschriebenen Verfahrens werden die
folgenden Punkte aufgezählt:
- • Der
Raumfehler ez(x, y, z) ist an Grenzlinien
(Seiten des Würfels
in der obigen Zeichnung) diskontinuierlich. (Folglich besteht eine
Möglichkeit,
dass das Verfahren unbrauchbar ist, wenn die Kontinuität des Weges
verlangt wird, wie z. B. in der Entwicklung zu einer Werkzeugmaschine).
- • Es
besteht keine Begrenzung für
die Anordnung und die Anzahl von Messpunkten (Im Wesentlichen sind acht
Punkte in der Nähe
des Punkts (x, y, z) ähnlich
zu (1) geeignet).
- • Eine
zu erhaltende Lösung
ist hinsichtlich der Gültigkeit
hoch. (Es ist zu beachten, dass vorausgesetzt wird, dass das Modell
geeignet ist.)
- • Die
Abschätzung
der Unsicherheit des Raumfehlers und die Untersuchung der Gültigkeit
der Anpassung sind möglich.
- • Die
Untersuchung der Eignung des Modells ist erforderlich.
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Es
ist denkbar, dass es von den Eigenschaften, den Anwendungen und
dergleichen der dreidimensionalen Koordinatenmessvorrichtung abhängt, dass
es ein Thema ist, welches der obigen drei Verfahren geeignet ist.
Im Allgemeinen wird gedacht, dass es praktisch ist, dass eines der
folgenden zwei Verfahren verwendet wird: die bilineare Interpolation,
bei der die Berechnung einfach und kontinuierlich ist; und das Verfahren
der kleinsten Quadrate, das die Unsicherheit des Raumfehlers abschätzen und
die Gültigkeit
der Anpassung bewerten kann, selbst wenn eine Diskontinuität auftritt.
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Ein
Verfahren zum Überprüfen, ob
die Anwendungen der vorstehend beschriebenen Fehlerkorrekturverfahren
in einer gegebenen Umgebung geeignet möglich sind oder nicht, wird
nachstehend vorgeschlagen.
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Die
Anpassung wird unter Verwendung von jedem zweiten Punkt der Messpunkte
durchgeführt,
wo ein Fehler durch das sequentielle Zweipunktverfahren erhalten
wurde. Dann wird ein Fehler an den restlichen Messpunkten berechnet.
Der durch die Berechnung erhaltene Fehler und der durch das sequentielle
Zweipunktverfahren erhaltene Fehler werden miteinander verglichen.
Wenn die zwei Werte nahe genug beieinander liegen, kann das Fehlerkorrekturverfahren
als geeignet betrachtet werden. Gleichzeitig wird auf der Basis einer
Differenz zwischen den zwei Werten zu der Zeit auch gedacht, dass
es möglich
ist, den Betrag eines Fehlers eines Werts abzuschätzen, nachdem
er durch das Fehlerkorrekturverfahren korrigiert wurde.
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Ferner
wird ein Beispiel eines Verfahrens zum Verschmelzen von redundanten
Daten, die beim Messen des Raumfehlers unter Verwendung des sequentiellen
Zweipunktverfahrens gemessen werden, nachstehend vorgeschlagen.
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Gemäß dem Verfahren,
wie in 11(a) bis 11(d) gezeigt,
werden zwei Arten von Daten wie beispielsweise Daten 1 und Daten
2, die in 11(a) gezeigt sind, verschmolzen.
Wie in 11(b) gezeigt, werden zuerst
die Daten 2 der Daten 1 und 2 mit zueinander redundanten Teilen
darin vollständig
einer Versatzkorrektur unterzogen (Mittelwerte der redundanten Teile
werden in den jeweiligen Daten 1 und 2 erhalten und eine Differenz
zwischen den Mittelwerten wird als Versatz festgelegt).
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Anschließend, wie
in 11(c) gezeigt, werden Mittelwerte
an jeweiligen Punkten der zueinander redundanten Teile der Daten
1 und 2 erhalten und die erhaltenen Mittelwerte werden als neue
gemessene Werte festgelegt.
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Wie
in 11(d) gezeigt, wird dann eine Nullpunktkorrektur
durchgeführt,
wenn die Notwendigkeit entsteht.
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Das
vorstehend beschriebene Verschmelzungsverfahren kann bei der Verschmelzung
und dergleichen beispielsweise von Messergebnissen in der x-Achsen-Richtung und y-Achsen-Richtung,
von Messergebnissen in positiven und negativen Richtungen und von
mehreren Messergebnissen, die durch ein identisches Verfahren erhalten
werden, verwendet werden.
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Als
Voraussetzung ist es jedoch erforderlich, dass Absolutwerte der
jeweiligen Datengruppen keine Bedeutung haben, sondern nur relative
gemessene Werte Bedeutungen haben, und dass keine Korrelation zwischen
den gemessenen Werten in den Datengruppen besteht, wenn die Versätze (Abweichungen)
entfernt werden, d. h. weiße
Fehler.
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Es
ist zu beachten, dass wünschenswerterweise
die Verschmelzung der Daten vor verschiedenen Datenkorrekturen wie
z. B. Nullpunktausrichtung durchgeführt wird.
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Wie
bereits beschrieben, wird als Eigenschaften des Verfahrens der vorliegenden
Erfindung aufgezählt,
dass die erneute Bewertung des Fehlerraums entsprechend Veränderungen
der Messvorrichtung mit dem Verlauf der Zeit und dergleichen auf
Grund der zu verwendenden einfachen Vorrichtung und der leichten Verarbeitung
leicht durchgeführt
wird.
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Als
für die
Fehlerraumberechnung zu messender Gegenstand ist es im Verfahren
der vorliegenden Erfindung absolut unnötig, ein solches Objekt mit
hoher Genauigkeit wie die Kugelplatte zu verwenden, und die Verwendung
einer Aluminiumplatte, die kommerziell erhältlich ist, reicht im Allgemeinen
aus.
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Industrielle Anwendbarkeit
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Wie
vorstehend beschrieben, ist die vorliegende Erfindung in der Lage,
Vorteile für
technische Gebiete zu bieten, wie z. B.: eine Technologie zum Messen
von Formen von verarbeiteten Teilen wie z. B. Maschinenteilen; eine
Informationsverarbeitungstechnologie, wobei die Erfindung die Verbesserung
der Messleistung durch Ausdrücken
des Fehlerraums mit einer Matrix und durch Konstruieren des relationalen
Korrekturausdrucks auf der Basis des ausgedrückten Fehlerraums ermöglicht;
eine Fertigungs- und Bearbeitungstechnologie, wobei die Erfindung
die Herstellung von sehr genauen Maschinenteilen ermöglicht,
die eine verbesserte Genauigkeit zusammen mit der Genauigkeitsverbesserung
erfüllt;
und eine Fertigungs- und Bearbeitungstechnologie, wobei die Erfindung
auf die Werkzeugbewegung der Werkzeugmaschine anwendbar ist.