CN104864827A - 坐标测量机和坐标测量机的校正矩阵计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种坐标测量机和坐标测量机的校正矩阵计算方法。第一校正分量计算处理单元基于第一检测值和第二检测值来计算校正矩阵的对角分量。通过如下测量来获得第一检测值和第二检测值：使校准基准体和探测器在校准基准体的表面的法线方向上彼此相对地移动，以使得测量端部与校准基准体的表面在一点处相接触。第二校正分量计算处理单元基于第三检测值和第四检测值来计算校正矩阵的非对角分量。在测量端部的中心与校准基准体的基准点或基准线之间的相对距离维持恒定的情况下、通过使用测量端部对校准基准体的表面的扫描测量来获得第三检测值和第四检测值。

Description

坐标测量机和坐标测量机的校正矩阵计算方法

技术领域

本发明涉及一种用于使用包括接触型测量端部的探测器来进行扫描测量的坐标测量机以及坐标测量机的校正矩阵计算方法。

背景技术

坐标测量机通常与探测器组合使用。如果坐标测量机的主体侧的坐标系与探测器的坐标系一致，则将坐标测量机的主体侧的坐标系所表示的坐标测量机的驱动检测值{x_m,y_m,z_m}^T和探测器的坐标系所表示的探测器检测值{x_P,y_P,z_P}^T相加，从而计算如以下表达式(1)所示的测量结果{x,y,z}^T。

$\left\{\begin{array}{c}x\\ y\\ z\end{array}\right\}=\left\{\begin{array}{c}{x}_m\\ y_m\\ z_m\end{array}\right\}+\left\{\begin{array}{c}{x}_p\\ y_p\\ z_p\end{array}\right\}...\left(1\right)$

另一方面，如果坐标测量机的主体侧的坐标系与探测器的坐标系不一致，则发生误差。可以通过使用如表达式(2)所示的校正矩阵的坐标变换来减少由于坐标系之间的不一致所引起的误差的发生，并且已提出了多种计算校正矩阵的方法。

$\left\{\begin{array}{c}{x}_{p\_m}\\ y_{p\_m}\\ z_{p\_m}\end{array}\right\}=\left[\begin{array}{ccc}{A}_{11}& A_{12}& A_{13}\\ A_{21}& A_{22}& A_{23}\\ A_{31}& A_{32}& A_{33}\end{array}\right]\left\{\begin{array}{c}{x}_p\\ y_p\\ z_p\end{array}\right\}...\left(2\right)$

其中，

{x_{P_m},y_{P_m},z_{P_m}}^T：通过将探测器的坐标系转换到坐标测量机的主体侧的坐标系所获得的探测器检测值。

通过以下表达式(3)来表示考虑到误差所获得的测量结果{x,y,z}^T。

$\left\{\begin{array}{c}x\\ y\\ z\end{array}\right\}=\left\{\begin{array}{c}{x}_m\\ y_m\\ z_m\end{array}\right\}+\left\{\begin{array}{c}{x}_{p\_m}\\ y_{p\_m}\\ z_{p\_m}\end{array}\right\}...\left(3\right)$

在这方面，特表2009-534681号公报的PCT国际公开的公布日文翻译提出如下方法：利用第一按压量进行基准球的扫描测量，进而利用第二按压量进行基准球的扫描测量，并且通过使用作为这些测量的结果所获得的检测值来计算校正矩阵。

特表2005-507495号公报的PCT国际公开的公布日文翻译提出如下方法：在与基准球的弦平行的移动路径或正弦曲线路径上连续地改变按压量的情况下进行基准球的扫描测量，并且通过使用作为该测量的结果所获得的检测值来计算校正矩阵。

发明内容

然而，特表2009-534681号公报的PCT国际公开的公布日文翻译所公开的现有技术的坐标测量机需要进行两次扫描测量，这导致测量时间增加。

此外，在特表2005-507495号公报的PCT国际公开的公布日文翻译所公开的现有技术的坐标测量机中，探测器的前端球沿与基准球的弦平行的移动路径移动，并且在使用基准球的测量期间，触针的按压量与测量方向都改变。因此，难以将按压量的变化对测量误差的影响与测量方向的变化对测量误差的影响分离。换句话说，特表2005-507495号公报的PCT国际公开的公布日语翻译所公开的发明存在如下问题：用于精确地计算探测器的校正矩阵的方法较为复杂。此外，在正弦曲线路径的情况下，移动路径的长度增加，由此导致测量时间的增加。

本发明的目的是提供一种坐标测量机和坐标测量机的校正矩阵计算方法，其能够便于计算校正矩阵以校正探测器检测值，并且缩短计算时间。

本发明的第一示例性方面是一种坐标测量机，包括：探测器，其包括触针，所述触针的前端侧设置有测量端部，所述探测器用于通过使所述测量端部与被测物相接触来进行测量；测量端部移位检测单元，其设置在所述探测器的所述触针的基端侧，并且用于检测所述测量端部的移位；驱动单元，用于使所述探测器在预定方向上移动；标尺单元，用于检测所述驱动单元使所述探测器移动时的所述探测器的移动量；以及校正矩阵计算单元，用于计算用以校正从所述探测器的所述测量端部移位检测单元所输出的检测值的校正矩阵，其中，所述校正矩阵计算单元包括：第一校正分量计算处理单元，用于基于从所述探测器的所述测量端部移位检测单元所输出的第一检测值和从所述标尺单元所输出的第二检测值来计算所述校正矩阵的对角分量，其中所述第一检测值和所述第二检测值是通过使校准基准体和所述探测器在所述校准基准体的表面的法线方向上彼此相对地移动以使得所述探测器的所述测量端部从所述法线方向与所述校准基准体的表面在一点处相接触而进行的测量所获得的；以及第二校正分量计算处理单元，用于基于从所述探测器的所述测量端部移位检测单元所输出的第三检测值和从所述标尺单元所输出的第四检测值来计算所述校正矩阵的非对角分量，其中所述第三检测值和所述第四检测值是在所述探测器的所述测量端部的中心与所述校准基准体的基准点或基准线之间的相对距离维持恒定的情况下、通过使用所述测量端部对所述校准基准体的表面的扫描测量所获得的。

在根据本发明第一示例性方面的坐标测量机中，在高效地获得计算校正矩阵所需的检测值之后，通过适当的计算方法来分别计算对角分量和非对角分量。这便于校正矩阵的计算，缩短了计算时间，并且使得可以精确地计算探测器的校正矩阵。

此外，在所述第一校正分量计算处理单元中，在所述探测器的所述测量端部从接近所述校准基准体的位置起在所述法线方向上移动之后，使所述探测器的移动发生反转，以使得所述测量端部在所述法线方向上移动、直到所述测量端部与所述校准基准体分离为止，并且从所述探测器的所述测量端部移位检测单元所输出的所述第一检测值和从所述标尺单元所输出的所述第二检测值是在从所述测量端部与所述校准基准体相接触的时刻起到所述测量端部与所述校准基准体分离的时刻为止的时间段内所获得的。

此外，在所述测量端部被控制为仅能够在三轴坐标系的一个轴方向上移位的状态下，使所述校准基准体和所述探测器在所述法线方向上彼此相对地移动以使得所述测量端部从所述法线方向与所述校准基准体的表面在一点处相接触。

本发明的第二示例性方面是一种坐标测量机的校正矩阵计算方法，所述坐标测量机包括：标尺单元，用于检测用以使探测器在预定方向上移动的驱动单元移动所述探测器时的所述探测器的移动量，所述探测器包括用于检测测量端部的移位的测量端部移位检测单元，所述测量端部配置在所述探测器的触针上并且用于与被测物相接触；以及校正矩阵计算单元，用于计算用以校正从所述探测器的所述测量端部移位检测单元所输出的检测值的校正矩阵，所述校正矩阵计算方法包括以下步骤：一点接触测量步骤，用于通过使校准基准体和所述探测器在所述校准基准体的表面的法线方向上彼此相对地移动以使得所述测量端部从所述法线方向与所述校准基准体的表面在一点处相接触，来实际测量并获得从所述探测器的所述测量端部移位检测单元所输出的第一检测值和从所述标尺单元所输出的第二检测值；第一校正矩阵计算步骤，用于基于所述一点接触测量步骤中所获得的所述第一检测值和所述第二检测值来计算所述校正矩阵的对角分量；扫描测量步骤，用于在所述探测器的所述测量端部的中心与所述校准基准体的基准点或基准线之间的相对距离维持恒定的情况下、通过使用所述测量端部对所述校准基准体的表面的扫描测量，来实际测量并获得从所述探测器的所述测量端部移位检测单元所输出的第三检测值和从所述标尺单元所输出的第四检测值；以及第二校正矩阵计算步骤，用于基于所述扫描测量步骤中所获得的所述第三检测值和所述第四检测值来计算所述校正矩阵的非对角分量。

在根据本发明第二示例性方面的坐标测量机的校正矩阵计算方法中，在高效地获得计算校正矩阵所需的检测值之后，通过适当的计算方法来分别计算对角分量和非对角分量。这便于校正矩阵的计算，缩短了计算时间，并且使得可以精确地计算探测器的校正矩阵。

此外，在所述一点接触测量步骤中，在所述探测器的所述测量端部从接近所述校准基准体的位置起在所述法线方向上移动、直到从所述探测器的所述测量端部移位检测单元所输出的检测值达到预定值之后，使所述探测器的移动发生反转，以使得所述测量端部在所述法线方向上移动、直到所述测量端部与所述校准基准体分离为止，并且从所述探测器的所述测量端部移位检测单元所输出的所述第一检测值和从所述标尺单元所输出的所述第二检测值是在从所述测量端部与所述校准基准体相接触的时刻起到所述测量端部与所述校准基准体分离的时刻为止的时间段内所获得的。

此外，在所述一点接触测量步骤中，在所述测量端部被控制为仅能够在三轴坐标系的一个轴方向上移位的状态下，使所述校准基准体和所述探测器在所述法线方向上彼此相对地移动以使得所述测量端部从所述法线方向与所述校准基准体的表面在一点处相接触。

根据本发明，可以便于计算用以校正从探测器的测量端部移位检测单元所输出的检测值的校正矩阵，并且缩短计算时间。

根据以下给出的详细说明和仅以例示方式给出的而并非被认为限制本发明的附图，将更充分地理解本发明的上述及其它目的、特征和优点。

附图说明

图1是示出根据本发明典型实施例的坐标测量机的立体图；

图2是示意性示出根据本发明典型实施例的坐标测量机的示意框图；

图3是示出探测器的校正矩阵的计算的流程图；

图4是示出基准球的一点接触测量的流程图；

图5是示出X轴方向的一点接触测量的流程图；

图6是示出执行一点接触测量的状态的图；以及

图7是示出在X轴、Y轴和Z轴上使测量球与基准球一点接触的状态的正视图。

具体实施方式

下面将参考附图详细说明根据本发明的坐标测量机和坐标测量机的校正矩阵计算方法的优选典型实施例。

坐标测量机1的示意结构

如图1和2所示，坐标测量机1包括坐标测量机主体2、操作部件4和主机计算机5。坐标测量机主体2包括用于测量被测物的各种驱动机构以及用于控制这些机构的驱动的驱动控制单元31。操作部件4通过操作杆手动操作坐标测量机主体2。主机计算机5向坐标测量机主体2提供预定指令并执行运算处理。

坐标测量机主体2的结构

如图1所示，坐标测量机主体2包括用于测量被测物的探测器10。探测器10包括触针10b和测量端部移位检测单元P。触针10b的前端设置有球形的测量端部10a。测量端部移位检测单元P在触针10b的基端部检测测量端部10a的移动(移位)。通过坐标测量机主体2的驱动单元40(参见图2)，可以使探测器10的测量端部移位检测单元P在三维方向上移动。

坐标测量机主体2包括门形的支撑框12，该支撑框12能够在设置于地板等上的面板11上沿Y轴方向移动。支撑框12包括能够在面板11上沿Y轴方向移动的一对支柱12a和12b以及在水平方向上延伸以桥接支柱12a和12b之间的空间的梁12c。柱体13沿梁12c在X轴方向上移动。柱体13安装有沿垂直方向(Z轴方向)上下移动的滑块14。探测器10的测量端部移位检测单元P固定于滑块14的下端。

如图1和2所示，坐标测量机主体2包括用于沿X轴方向、Y轴方向和Z轴方向移动探测器10的驱动单元40。驱动单元40包括X轴驱动单元401X、Y轴驱动单元401Y和Z轴驱动单元401Z。X轴驱动单元401X包括沿梁12c在X轴方向上延伸的X轴驱动机构。Y轴驱动单元401Y包括沿面板11的一侧在Y轴方向上延伸的Y轴驱动机构。Z轴驱动单元401Z包括沿柱体13延伸的方向在Z轴方向上延伸的Z轴驱动机构。

此外，在坐标测量机主体2中，用于检测柱体13、支撑框12和滑块14的各轴方向的位置的标尺传感器252被分割为X轴标尺传感器252X、Y轴标尺传感器252Y和Z轴标尺传感器252Z。标尺传感器252是用于输出与柱体13、支撑框12和滑块14各自的移动量相对应的脉冲信号的位置传感器。

探测器10的探测器传感器213被分割为各自检测测量端部10a在相应轴方向的移位的X轴探测器传感器213X、Y轴探测器传感器213Y和Z轴探测器传感器213Z。正如各标尺传感器252那样，各探测器传感器213是用于输出与触针10b在各轴方向的移动量相对应的脉冲信号的位置传感器。

此外，坐标测量机主体2包括驱动控制单元31和计数器单元32。驱动控制单元31根据来自操作部件4或主机计算机5的指令来控制驱动单元40。计数器单元32对从标尺传感器252和探测器传感器213所输出的脉冲信号的数量进行计数。计数器单元32包括标尺计数器321和探测器计数器322。标尺计数器321对从各标尺传感器252所输出的脉冲信号的数量进行计数，并测量移动量。探测器计数器322对从各探测器传感器213所输出的脉冲信号的数量进行计数，并测量测量端部10a的移动量。将标尺计数器321和探测器计数器322所检测到的值输出至主机计算机5。

根据上述结构，标尺单元S包括标尺传感器252和标尺计数器321，并且测量端部移位检测单元P包括探测器传感器213和探测器计数器322。

主机计算机5的结构

主机计算机5包括CPU(中央处理单元)和存储器等，并且通过向驱动控制单元31提供预定指令来控制坐标测量机主体2。主机计算机5包括指示单元51、移动量获得单元52、测量值计算单元53、校正矩阵计算单元54以及用于存储主机计算机5要使用的数据的存储单元55。

指示单元51向驱动控制单元31提供预定指令，并使坐标测量机主体2的驱动单元40进行动作。具体地，指示单元51针对驱动单元40输出用以基于与被测物有关的轮廓CAD数据来使测量端部10a移动的位置指示值。将与被测物有关的轮廓CAD数据存储在存储单元55。

移动量获得单元52获得计数器单元32所测量得到的测量端部10a的移动量(xp,yp,zp)以及驱动单元40的移动量(xm,ym,zm)。在这种情况下，移动量获得单元52基于探测器10所限定的笛卡尔坐标系来获得测量端部10a的移动量，并且基于驱动单元40所限定的笛卡尔坐标系来获得驱动单元40的移动量。

测量值计算单元53基于移动量获得单元52所获得的测量端部10a的移动量和驱动单元40的移动量，来计算测量端部10a的位置。调整驱动单元40的移动量，以指示测量端部10a不再移动的情况下(即，测量端部10a的移动量为0的情况下)的测量端部10a的位置。

在坐标测量机1中，如果与驱动单元40侧的移动测量有关的坐标系和与测量端部10a侧的移动测量有关的坐标系不一致，则发生测量误差。由于该原因，在正规测量被测物之前，有必要预先校正这种误差。

在开始测量时，用作校准基准体的基准球60设置在面板11上的预定位置处。将由红宝石制成的测量球10a用作测量端部。

如图3所示，通过测量球10a与基准球60略微接触的触摸测量，来获得基准球60的中心坐标(步骤1)。沿X轴方向、Y轴方向和Z轴方向上分别执行测量球10a在一点处与基准球60点接触的状态下要进行的测量(以下称为“一点接触测量”)(步骤2)。以下将X轴上的一点接触测量称为“步骤2x”。以下将Y轴上的一点接触测量称为“步骤2y”。以下将Z轴上的一点接触测量称为“步骤2z”。

基于坐标测量机1在步骤2所获得的探测器10所检测到的检测值(即，从测量端部移位检测单元P所输出的第一检测值)和驱动单元40所检测到的检测值(即，从标尺单元S所输出的第二检测值)，来计算校正矩阵(参见以上表达式(2'))的对角分量A₁₁、A₂₂和A₃₃(步骤3)。稍后说明用于计算校正矩阵的对角分量的具体方法。

接着，将测量球10a压抵基准球60，并且在维持测量球10a的恒定按压量的情况下，在基准球60的表面上使用测量球10a来进行扫描测量(步骤4)。基于坐标测量机1在步骤4所获得的探测器10所检测到的检测值(即，从测量端部移位检测单元P所输出的第三检测值)和驱动单元40所检测到的检测值(即，从标尺单元S所输出的第四检测值)，来计算校正矩阵的非对角分量A₁₂、A₁₃、A₂₁、A₂₃、A₃₁和A₃₂(步骤5)。稍后说明用于计算校正矩阵的非对角分量的具体方法。

将通过采用X轴方向上的一点接触测量(步骤2x)作为示例来说明用于计算校正矩阵的对角分量的具体方法或步骤2的细节。

为了防止探测器10的测量球10a在Y轴方向和Z轴方向上移位，如图5所示，将探测器10的这两个轴固定(步骤21x)。如在例如日本特许第2628523号所公开的，用于以测量球10a仅在一个轴方向移动这样的方式来调节测量球10a的结构是已知的。

如图5～7所示，测量球10a在基准球60的表面的法线方向上移动，以使得探测器10的测量球10a从法线方向与基准球60的表面在一点处接触(步骤22x)。在这种情况下，探测器10的测量球10a以如下方式进行移动：从接近基准球60的位置起靠近基准球60。在这种情况下，在测量球10a与基准球60接触之后，移动测量球10a直到从测量端部移位检测单元P所输出的检测值达到预定值为止，并且连续地获得从测量端部移位检测单元P和标尺单元S所输出的检测值(步骤23x)。

在从测量端部移位检测单元P所输出的检测值达到预定值之后，使测量球10a的移动反转。之后，测量球10a在法线方向移动，直到测量球10a与基准球60分离为止(步骤24x)。此外，在使移动反转之后，连续地获得从测量端部移位检测单元P和标尺单元S所输出的检测值(步骤25x)。换句话说，在测量球10a与基准球60接触的时刻和测量球10a与基准球60分离的时刻之间的时间段内，连续地获得从测量端部移位检测单元P和标尺单元S所输出的检测值。

如图7中的一长一短交替的点划线所示，探测器10的测量球10a从法线方向沿Y轴压抵基准球60，由此以与上述步骤2x相同的方式来执行步骤2y(参见图4)。类似地，如图7中的一长两短交替的点划线所示，在触针10b直立的状态下，探测器10的测量球10a从法线方向(箭头A所示的方向)沿Z轴压抵基准球60，由此以与上述步骤2y相同的方式来执行步骤2z(参见图4)。

将说明用于基于从测量端部移位检测单元P所输出的第一检测值和从标尺单元S所输出的第二检测值来计算校正矩阵的对角分量A₁₁、A₂₂和A₃₃的处理。该计算处理由第一校正分量计算处理单元54A执行(参见图2)。

在步骤2x(步骤21x～步骤25x)中，由于坐标测量机主体2在探测器10的两个轴固定以防止测量球10a在Y轴方向和Z轴方向移位的状态下沿X轴方向移动，因而标尺单元S和测量端部移位检测单元P各自在Y轴方向和Z轴方向的移位为“0”。关于X轴方向的移位，在测量球10a与基准球60在一点处接触的状态下获得检测值。因此，可以认为，从坐标测量机1中的标尺单元S所输出的检测值的绝对值等于从探测器10的测量端部移位检测单元P所输出的并在使用校正矩阵的坐标变换之后所获得的检测值的绝对值；并且认为，这些检测的符号反转。也就是说，可以认为，坐标测量机所检测到的检测值和探测器所检测到的检测值满足以下表达式(4)。

{x_m1 x_m2 … x_mn}-{x_m1 x_m1 … x_m1}＝-A₁₁{x_p1 x_p2 … x_pn}.........(4)

其中，

{x_m1 x_m2 … x_mn}：标尺单元的检测值

{x_p1 x_p2 … x_pn}：测量端部移位检测单元的检测值

可以通过对表达式(4)例如应用最小二乘法进行直线近似，来容易地计算校正矩阵的对角分量A₁₁。

以同样的方式，可以根据步骤2y中获得的从标尺单元S所输出的检测值和从测量端部移位检测单元P所输出的检测值，来容易地计算校正矩阵的对角分量A₂₂，并且可以根据步骤2z中获得的从标尺单元S所输出的检测值和从测量端部移位检测单元P所输出的检测值，来容易地计算校正矩阵的对角分量A₃₃。

接下来，将说明用于基于从测量端部移位检测单元P所输出的第三检测值和从标尺单元S所输出的第四检测值来计算校正矩阵的非对角分量A₁₂、A₁₃、A₂₁、A₂₃、A₃₁和A₃₂的处理。该计算处理由第二校正分量计算处理单元54B执行(参见图2)。

在步骤4中，在维持测量球10_a相对于基准球60的按压量恒定、并且维持探测器10的测量球10a的中心和基准球60的基准点(中心)之间的相对距离恒定的情况下，使用测量球10a对基准球60的表面进行扫描测量。

在假定通过利用恒定按压量使用基准球60进行扫描测量来获得N组的从测量端部移位检测单元P所输出的检测值和从标尺单元S所输出的检测值的情况下，第i个检测值的半径误差由以下的表达式(5)来表示。

其中，

{x_mi，y_mi，z_mi}^T：从标尺单元所输出的第i个检测值

{x_pi，y_pi，z_pi}^T：从测量端部移位检测单元所输出的第i个检测值

{x_c，y_c，z_c}^T：基准球的中心位置

R：测量球的半径和基准球的半径的总和

X＝{A₁₂，A₁₃，A₂₁，A₂₃，A₃₁，A₃₂，x_c，y_c，z_c，R}^T：未知变量

表达式(5)中所记载的矢量P_m、P_C和P_R的关系如图7所示。

评价函数由以下的表达式(6)来表示。

$J\left(X\right)=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{f_i}^2\left(X\right)...\left(6\right)$

可以通过使用例如非线性最小二乘法，通过计算使得表达式(6)的评价函数最小的“X”，来计算校正矩阵的非对角分量A₁₂、A₁₃、A₂₁、A₂₃、A₃₁和A₃₂。也可以使用诸如Levenberg-Marquardt方法等的一般解决方案来进行该计算。

这样，通过第一校正分量计算处理单元54A和第二校正分量计算处理单元54B来获得校正矩阵的值，并且将所获得的校正矩阵的值用作使用测量球10a的正常扫描测量的校正值。

根据坐标测量机1和校正矩阵计算方法，在高效地获得计算校正矩阵所需的检测值之后，通过适当的计算方法来各自计算对角分量和非对角分量。这便于校正矩阵的计算，缩短了计算时间，并且可以精确地计算探测器的校正矩阵。

本发明并不限于以上典型实施例，并且如下所述，可以在不背离本发明的范围的情况下以各种方式进行修改。

尽管在探测器10的两个轴固定的状态下在上述步骤2中进行一点接触测量，但也可以在探测器10的轴不固定的情况下进行一点接触测量。在这种情况下，本发明还可以应用于探测器10不具有用于固定探测器10的各轴的机构的情况。

可选地，可以针对坐标测量机1的X轴、Y轴和Z轴、使测量端部10a在倾斜方向上向着基准球60的中心移动，来进行一点接触测量。此外，可以在四个以上的方向上进行一点接触测量。

考虑探测器的检测值或从测量端部移位检测单元P所输出的检测值中所包括的噪声的影响，可以在探测器的检测值等于或大于阈值的情况下，来获得从测量端部移位检测单元P所输出的检测值和从标尺单元S所输出的检测值。

如果在探测器的两个轴不固定的情况下进行一点接触测量，则可以通过例如使用日本特开2013-15464所公开的表达式(5)计算校正矩阵，来计算该校正矩阵的对角分量，并且可以仅使用由此所获得的对角分量。

测量球10a和基准球60其中之一是可移位的，或这两者可以同时移位。上述典型实施例示出一种球形的测量端部，但测量端部还可以具有任何形状。上述典型实施例示出一种球形的校准基准体，但该校准基准体还可以具有诸如圆柱体、棱柱、多边形柱或这些柱体中央形成有凹部的形状等的任意形状。

在使用球的情况下，将球的中心用作基准点。在使用圆柱体或棱柱等的情况下，将穿过该形状中心的对称轴用作基准轴线(基准线)。

根据由此所述的本发明，显然可以以各种方式来对本发明的实施例进行改变。这些改变不被视为背离本发明的精神和范围，并且对于本领域技术人员而言将是显而易见的所有这种修改都意图包含在所附权利要求书的范围内。

Claims (6)

1.一种坐标测量机，包括：

探测器，其包括触针，所述触针的前端侧设置有测量端部，所述探测器用于通过使所述测量端部与被测物相接触来进行测量；

测量端部移位检测单元，其设置在所述探测器的所述触针的基端侧，并且用于检测所述测量端部的移位；

驱动单元，用于使所述探测器在预定方向上移动；

标尺单元，用于检测所述驱动单元使所述探测器移动时的所述探测器的移动量；以及

校正矩阵计算单元，用于计算用以校正从所述探测器的所述测量端部移位检测单元所输出的检测值的校正矩阵，

其中，所述校正矩阵计算单元包括：

第一校正分量计算处理单元，用于基于从所述探测器的所述测量端部移位检测单元所输出的第一检测值和从所述标尺单元所输出的第二检测值来计算所述校正矩阵的对角分量，其中所述第一检测值和所述第二检测值是通过使校准基准体和所述探测器在所述校准基准体的表面的法线方向上彼此相对地移动以使得所述探测器的所述测量端部从所述法线方向与所述校准基准体的表面在一点处相接触而进行的测量所获得的；以及

第二校正分量计算处理单元，用于基于从所述探测器的所述测量端部移位检测单元所输出的第三检测值和从所述标尺单元所输出的第四检测值来计算所述校正矩阵的非对角分量，其中所述第三检测值和所述第四检测值是在所述探测器的所述测量端部的中心与所述校准基准体的基准点或基准线之间的相对距离维持恒定的情况下、通过使用所述测量端部对所述校准基准体的表面的扫描测量所获得的。

2.根据权利要求1所述的坐标测量机，其中，在所述第一校正分量计算处理单元中，在所述探测器的所述测量端部从接近所述校准基准体的位置起在所述法线方向上移动之后，使所述探测器的移动发生反转，以使得所述测量端部在所述法线方向上移动、直到所述测量端部与所述校准基准体分离为止，并且从所述探测器的所述测量端部移位检测单元所输出的所述第一检测值和从所述标尺单元所输出的所述第二检测值是在从所述测量端部与所述校准基准体相接触的时刻起到所述测量端部与所述校准基准体分离的时刻为止的时间段内所获得的。

3.根据权利要求1或2所述的坐标测量机，其中，在所述测量端部被控制为仅能够在三轴坐标系的一个轴方向上移位的状态下，使所述校准基准体和所述探测器在所述法线方向上彼此相对地移动以使得所述测量端部从所述法线方向与所述校准基准体的表面在一点处相接触。

4.一种坐标测量机的校正矩阵计算方法，所述坐标测量机包括：标尺单元，用于检测用以使探测器在预定方向上移动的驱动单元移动所述探测器时的所述探测器的移动量，所述探测器包括用于检测测量端部的移位的测量端部移位检测单元，所述测量端部配置在所述探测器的触针上并且用于与被测物相接触；以及校正矩阵计算单元，用于计算用以校正从所述探测器的所述测量端部移位检测单元所输出的检测值的校正矩阵，所述校正矩阵计算方法包括以下步骤：

一点接触测量步骤，用于通过使校准基准体和所述探测器在所述校准基准体的表面的法线方向上彼此相对地移动以使得所述测量端部从所述法线方向与所述校准基准体的表面在一点处相接触，来实际测量并获得从所述探测器的所述测量端部移位检测单元所输出的第一检测值和从所述标尺单元所输出的第二检测值；

第一校正矩阵计算步骤，用于基于所述一点接触测量步骤中所获得的所述第一检测值和所述第二检测值来计算所述校正矩阵的对角分量；

扫描测量步骤，用于在所述探测器的所述测量端部的中心与所述校准基准体的基准点或基准线之间的相对距离维持恒定的情况下、通过使用所述测量端部对所述校准基准体的表面的扫描测量，来实际测量并获得从所述探测器的所述测量端部移位检测单元所输出的第三检测值和从所述标尺单元所输出的第四检测值；以及

第二校正矩阵计算步骤，用于基于所述扫描测量步骤中所获得的所述第三检测值和所述第四检测值来计算所述校正矩阵的非对角分量。

5.根据权利要求4所述的坐标测量机的校正矩阵计算方法，其中，在所述一点接触测量步骤中，在所述探测器的所述测量端部从接近所述校准基准体的位置起在所述法线方向上移动、直到从所述探测器的所述测量端部移位检测单元所输出的检测值达到预定值之后，使所述探测器的移动发生反转，以使得所述测量端部在所述法线方向上移动、直到所述测量端部与所述校准基准体分离为止，并且从所述探测器的所述测量端部移位检测单元所输出的所述第一检测值和从所述标尺单元所输出的所述第二检测值是在从所述测量端部与所述校准基准体相接触的时刻起到所述测量端部与所述校准基准体分离的时刻为止的时间段内所获得的。

6.根据权利要求4或5所述的坐标测量机的校正矩阵计算方法，其中，在所述一点接触测量步骤中，在所述测量端部被控制为仅能够在三轴坐标系的一个轴方向上移位的状态下，使所述校准基准体和所述探测器在所述法线方向上彼此相对地移动以使得所述测量端部从所述法线方向与所述校准基准体的表面在一点处相接触。