專利名稱:具有用作底座或機座的混凝土塊的測量機,以及補償由該塊的變形產(chǎn)生的測量誤差的方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及具有用作底座或機座的混凝土塊的測量機,以及涉及用于補償由所述塊的變形產(chǎn)生的測量誤差的方法。
背景技術(shù):
坐標測量機在一些情況下包括用作底座的混凝土塊。這特別發(fā)生在大尺寸測量機的情況中,例如舉例而言龍門架測量機,其中柱狀物被約束在底座上;或水平臂測量機(其常常設(shè)置有相互配合的兩個臂),其中供承載有測量臂的溜座在其上滑動的機座以靜定或非靜定方式被約束在底座上。由于其低成本且易于生產(chǎn),混凝土最近已經(jīng)也被建議使用在較小尺寸測量機(例如橋型測量機)上,以取代由花崗石或鑄鐵制成的傳統(tǒng)機座。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種測量機,該測量機配置有具有底座或機座功能的混凝土塊,其中檢測由載荷(工件或由機座支撐的測量機移動部件的重量)和材料的尺寸不穩(wěn)定性隨時間變化兩者產(chǎn)生的該塊的尺寸和/或幾何變化,以便補償由此產(chǎn)生的誤差。前述目的通過一種坐標測量機實現(xiàn),該坐標測量機包括用作底座或機座的混凝土塊,其特征在于,該坐標測量機包括嵌入在該塊中或附接在其上并且構(gòu)造成檢測該塊自身變形的多個線性變形傳感器,用于補償測量機的由所述變形產(chǎn)生的測量誤差。本發(fā)明還涉及一種用于補償測量機的由用作測量機自身底座或機座的混凝土塊的變形產(chǎn)生的誤差的方法,其特征在于,所述方法包括以下步驟-將多個線性變形傳感器嵌入所述塊內(nèi)或附接到其上;-借助所述傳感器來檢測所述塊的變形狀態(tài);以及-通過基于的塊的檢測變形狀態(tài)計算的校正數(shù)據(jù)來校正源自所述塊的變形的測量誤差。
為了更好的理解本發(fā)明,下面借由非限定的實例并且參考附圖描述某些優(yōu)選實施例,在附圖中圖I是根據(jù)本發(fā)明獲取的測量機的底座塊的原理示意圖;圖2是龍門架測量機的原理示意圖,其采用了圖I的底座塊;圖3示出了雙水平臂測量機的實施例的示例,其采用了圖I的底座塊;圖4、5、6、7和8分別示出了圖I的塊的相應(yīng)變形模式;圖9示出了根據(jù)本發(fā)明的變形的底座塊;以及圖10示出了根據(jù)本發(fā)明的進一步實施例的橋式測量機。
具體實施例方式參見圖1,由I總體上表示用于測量機的底座塊。
該塊I由混凝土制成并且具有平行六面體形狀,該塊具有可用作測量面來定位待測工件的頂面3、以及底面4。作為矩形形狀的面3和4具有主側(cè)邊5和副側(cè)邊6 ;塊I具有比側(cè)邊5和6顯著更小的厚度或深度7。具有分別平行于主側(cè)邊5、次側(cè)邊6、以及塊I的厚度或深度7的軸X、Y、Z的笛卡爾參考系統(tǒng)可與塊I關(guān)聯(lián)。根據(jù)本發(fā)明,該塊I設(shè)置有嵌入在構(gòu)成塊自身的材料中或附接在其表面的多個線性變形傳感器SI,...,SlO。術(shù)語“線性傳感器”此處用來表示沿著測量線延伸且構(gòu)造成檢測由沿著所述線的變形引起的長度差。這些傳感器因此基本上檢測材料沿著測量線的平均變形。這些傳感器SI,. . . ,SlO適宜由光纖干涉測量型傳感器制成。例如,可以使用由SMARTEC SA(瑞士)銷售的商標名稱為SOFO的傳感器。呈現(xiàn)為大體伸長管狀的所述傳感器利用通過測量光纖路徑和參考光纖路徑之間的不平衡性檢測其自身兩端之間的距離的原理。傳感器SI,...,SlO連接到讀取單元8,其因此接收并且處理這些傳感器的信號,并且與測量機的控制單元(未示出)通信以便向所述控制單元提供與塊I的變形相關(guān)的信號,并且,該信號可以常規(guī)方式用于補償測量機的幾何誤差。這些傳感器的數(shù)量和位置可根據(jù)待檢測的變形來改變。在示出的使用十個傳感器的例子中,其中的五個(SI,. . .,S5)嵌入在頂面3附近或附接在該頂面上,且另外五個(S6,...,S10)嵌入在底面4的附近或附接在該底面上。傳感器SI和S2沿著平行于X軸的方向沿著頂面3的主側(cè)邊5布置。傳感器S3如圖I所示沿著平行于Y軸的方向,例如在中心線附近相對于頂面3橫向設(shè)置,或要么沿著其中一個副側(cè)邊6橫向設(shè)置。傳感器S4和S5相對于彼此成十字形布置并且相對于頂面3的側(cè)邊5、6以45°傾斜。同樣地,傳感器S6和S7沿著平行于X軸的方向沿著底面4的主側(cè)邊5布置。傳感器S8沿著平行于Y軸的方向相對于底面4橫向布置。傳感器S9和SlO相對于彼此成十字形布置且相對于底面4的側(cè)邊5、6以45°傾斜。該結(jié)構(gòu)適于具有正方形或類似正方形的塊,也就是,其中主表面的主側(cè)邊和副側(cè)邊具有相同大小的長度,并且其中假定變形的狀態(tài)可認為沿著每個軸是一致的。在塊呈現(xiàn)明顯伸長的形狀的情況中,或者期望考慮沿著每個軸的變形變化時,必須使用更大量的傳感器(例如,在長度方向上的兩個或更多傳感器和/或相互成十字形設(shè)置的很多傳感器對)。例如,可以使用兩組或更多組的上述類型的十個傳感器。在圖2和圖3中不出坐標測量機實施例的兩個例子,其米用了上述類型的底座塊
Io圖2中示出的是龍門架型測量機9,其設(shè)置有沿著每個主側(cè)邊5限制到底座塊I上的兩排柱狀物10a、10b。這些柱狀物支撐設(shè)置有平行于X軸的導(dǎo)軌(未示出)的相應(yīng)橫梁
Ila、I lb,沿著平行于Y軸的方向延伸的橫向構(gòu)件13的相應(yīng)兩端沿著橫梁I la、I Ib滑動。在橫向構(gòu)件13上沿著平行于Y軸的方向可滑動的是溜座14,該溜座繼而承載沿著平行于Z軸的方向可動且設(shè)計為設(shè)置有測量傳感器(未示出)的測量柱15。圖3中示出的是雙水平臂型測量機16,其設(shè)置有沿著底座塊I的主側(cè)邊5延伸且以靜定或靜不定的方式限制在底座塊I上的兩個機座17a、17b。機座17a、17b的每個都設(shè)置有導(dǎo)軌(未示出),用于供設(shè)置有相應(yīng)豎直支柱19a、19b的相應(yīng)溜座18a、18b分別沿著平行于X軸的方向的滑動。在支柱19a、19b上可沿著豎直方向(Z)滑動的是相應(yīng)溜座20a、20b,這些溜座承載了沿著平行于Y軸方向延伸且沿著所述軸可滑動的相應(yīng)測量臂21a、21b。下面驗證的是塊I某些典型的變形模式,且對于這些變形模式中的每個,示出了如何使用傳感器來檢測這些變形。I.縱向彎曲(在XZ平面內(nèi))
為了檢測在縱向平面XZ(圖4)內(nèi)的彎曲,使用了位于塊I的長側(cè)邊5附近的傳感器S1,S2 ;S6,S7??煞奖愕卦趦蓚€側(cè)邊上作出檢測,沿著兩個側(cè)邊,設(shè)置了測量機的移動單元的導(dǎo)軌(未示出)。如果Λ I1, Δ I2, Δ I6, Δ I7是由對應(yīng)傳感器測量的長度變化,那么塊的左邊緣和右邊緣的縱向曲率角Θ Xz_sx和Θ Xz_dx可通過下面等式計算θ χζ-sx = arctan [ ( Δ I1- Δ I6) /h][I]Θ Xz_dx = arctan [ ( Δ I2- Δ I7) /h][2]其中h是每對傳感器SI,S6和S2,S7之間的豎直距離。在龍門架測量機中,該檢測可用來補償XZ平面內(nèi)的滾動、俯仰和直線性。在以靜定方式限制在基座上的雙臂測量機中可以實現(xiàn)在關(guān)于X軸的兩個臂之間的角度補償,可以從靜止的點的具體布置來推導(dǎo)所述角度(對所述角度有可能通過三重軸的重新對準過程來補償)。2.橫向彎曲(在YZ平面內(nèi))為了檢測在衡向平面YZ內(nèi)的彎曲(圖5),采用了傳感器S3和S8。任選地,除了在中間位置的單對傳感器,也可使用沿著塊I的相應(yīng)副側(cè)邊延伸的兩對傳感器。如果Λ13,Λ I8是由相應(yīng)的傳感器測量的長度變化,塊的橫向曲率角θγζ可通過下面等式計算θ YZ = arctan [ ( Δ I3- Δ I8) /h][3]該測量可用在雙水平臂測量機中用于補償臂之間相對于X軸的角度誤差(其可通過三重軸(triad)的重新對準過程而恢復(fù))。3.在塊平面的彎曲(平面XY)在塊的平行于平面XY的中間平面中的彎曲再次使用傳感器SI,S2 ;S6,S7來檢測。彎曲角度θ χγ(圖6)可通過下面等式計算Θ ^ = arctan [ ( Δ I1- ( Δ I2) /d] = arctan [ ( Δ I6- Δ I7) /d] [4]其中d是每對傳感器SI,S2和S6,S7之間的橫向距離。該測量可用于補償XY平面內(nèi)導(dǎo)軌的直線誤差和在龍門型測量機和在具有以非靜定方式支撐的機座的水平臂測量機中的偏航誤差(其中,即,在XY平面中機座的變形可引起機座結(jié)構(gòu)中的扭曲)。
4.關(guān)于X軸的扭轉(zhuǎn)關(guān)于X軸的扭轉(zhuǎn)采用傳感器S4、S5、S9和SlO檢測。扭轉(zhuǎn)角度Θ t (圖7)可由下述公式計算θχ = 4 · Δ/4 / /zV2 = -4 · Δ/5 /[5]或者θ{ = 4 · Δ/9 / h4l = —4 · Alw / / λ/2[6]該測量可用于補償龍門測量機中的滾動誤差和水平臂測量機中的兩臂之間關(guān)于Y軸的角度誤差(可能由通過三重軸的重新對準來恢復(fù)所述誤差)。 5.在平面XY內(nèi)的差動蠕變變形可再次采用傳感器S4、S5、S9和SlO檢測。蠕變角度θ ρ (圖8)可通過下述公式來計算Op = 4 · Δ/4 / h42 = -4 · Al5 / h42[5]或者θρ= 4· M9/ h4l = -4 · Alw / Λλ/2間該測量可用于補償龍門測量機中X軸和Y軸之間的正交誤差以及在水平臂測量機中沿著X的三重軸之間的相對滑動誤差(有可能通過三重軸的重新對準來恢復(fù)所述誤差)。圖9示出了本發(fā)明的變形,其中塊I具有沿著X方向伸長的形狀,其可例如出現(xiàn)在龍門測量機中。在這種情況中,由于變形狀態(tài)沿著X軸均勻的假定明顯偏離于實際情況,因此可以使用沿著X軸沿著塊I的每個主側(cè)邊相互對準的兩個(或更多)傳感器(SI,Sll ;S2,S12 ;S6, S16 ;S7, S17),并且兩個或更多對傳感器設(shè)置為沿著塊的每個主表面相對于彼此成十字形(S4, S5 ;S14, S15 ;S9, SlO ;S19, S20)。在平面YZ中的彎曲可考慮為忽略的情況中,可以省略橫向傳感器S3。圖10示出了測量機21的橋,該橋設(shè)置有由混凝土制成的機座22,該基座承載用于測量機的主溜座25的導(dǎo)軌23、24。機座22的變形可通過與之前描述的相類似的傳感器SI,S2,· · ·,SlO (未示出)系統(tǒng)來檢測。在之前描述的基礎(chǔ)上,已經(jīng)部分證明本發(fā)明提供了用于補償來源于混凝土塊的變形的測量誤差的方法。具體地,該方法包括以下步驟-將多個線性測量傳感器嵌入在塊內(nèi)或附接在塊上;-借助傳感器來檢測塊的變形狀態(tài)(在操作期間,周期性地或連續(xù)地進行);以及-通過基于塊的檢測變形狀態(tài)計算的校正數(shù)據(jù)來校正源自塊的變形的測量誤差。—旦確定變形,誤差的補償可采用任何傳統(tǒng)技術(shù)來補償,例如基于用于測量機幾何補償?shù)南嗤韥硌a償。最后,清楚的是,可以對此處描述的測量機做出修改和變形,由此不脫離本發(fā)明的保護范圍。特別地,本發(fā)明還可應(yīng)用于沒有底座但設(shè)置有混凝土制成的地面上的機座的龍門架或(單個或雙個)水平臂測量機。
傳感器可以是不同類型的。根據(jù)本申請,傳感器的數(shù)量和布 置可改變。
權(quán)利要求
1.一種坐標測量機,所述坐標測量機包括具有底座或機座功能的混凝土塊(1),其特征在于,所述坐標測量機包括嵌入在該塊(I)內(nèi)或附接在所述塊上并且構(gòu)造成檢測所述塊自身的變形的多個線性變形傳感器(Si,…,SlO),用于補償所述測量機的由所述變形產(chǎn)生的測量誤差。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的測量機,其特征在于,所述傳感器(SI,-,S10)構(gòu)造成檢測沿著測量線的平均變形。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的測量機,其特征在于,所述傳感器具有沿一條線的伸長形狀且檢測其沿著所述線的距離變化。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的測量機,其特征在于,所述傳感器(SI,-,S10)是光纖干涉測量型傳感器。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的測量機,其特征在于,所述塊具有平行六面體的形狀,所述平行六面體的形狀包括兩個主表面,所述兩個主表面是頂面(3)和底面(4),所述傳感器(SI,-,S10)布置在這兩個主表面(3,4)附近或這兩個主表面上。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的測量機,其特征在于,所述測量機包括位于每個主表面(3,4)的各自縱向側(cè)邊附近的至少兩對傳感器(SI,S2 ;S6, S7)。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的測量機,其特征在于,所述測量機包括相對于每個主表面(3,4)的縱向側(cè)邊(5)橫向布置的至少一對傳感器(S3, S8)。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的測量機,其特征在于,所述測量機包括在每個主表面(3,4)上相對于彼此成十字形布置的至少兩對傳感器(S4,S5 ;S9, S10),并且每個傳感器均相對于主表面(3,4)的側(cè)邊(5,6)以45。傾斜。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的測量機,其特征在于,所述測量機是龍門架型測量機,并且所述混凝土塊(I)構(gòu)成所述測量機的底座。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的測量機,其特征在于,所述測量機是水平臂類型測量機,并且所述混凝土塊(I)構(gòu)成所述測量機的底座。
11.根據(jù)權(quán)利要求I所述的測量機,其特征在于,所述測量機是橋式測量機,并且所述混凝土塊構(gòu)成所述測量機的設(shè)置有導(dǎo)軌(23,24)的機座(22)。
12.一種用于補償測量機的由混凝土塊(I)的變形產(chǎn)生的誤差的方法,該混凝土塊具有作為測量機自身的底座或機座的功能,其特征在于,所述方法包括以下步驟 -將多個線性變形傳感器(SI,…,S10)嵌入所述塊(I)內(nèi)或附接在所述塊上; -借助所述傳感器(SI,…,S10)來檢測所述塊(I)的變形狀態(tài);以及 -通過基于檢測到的所述塊(I)的變形狀態(tài)計算出的校正數(shù)據(jù),來校正源自所述塊(I)的變形的測量誤差。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法,其特征在于,所述檢測所述塊(I)的變形狀態(tài)的步驟在所述測量機的操作期間周期性地執(zhí)行。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法,其特征在于,所述檢測所述塊(I)的變形狀態(tài)的步驟在所述測量機的操作期間連續(xù)地執(zhí)行。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有用作底座或機座的混凝土塊的測量機、以及補償由該塊的變形產(chǎn)生的測量誤差的方法。坐標測量機包括用作底座或機座的混凝土塊(1);以及嵌入在所述塊(1)或附接在其上且構(gòu)造成檢測所述塊自身的變形的多個線性變形傳感器(S1,…,S10),用于補償測量機的由所述變形產(chǎn)生的測量誤差。
文檔編號G01B21/00GK102954776SQ201210375448
公開日2013年3月6日 申請日期2012年8月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月12日
發(fā)明者M·威爾迪, L·梅爾洛, 阿爾貝托·塔雷佐 申請人:海克斯康測量技術(shù)有限公司