CN103328162B - 控制坐标测量仪的方法 - Google Patents

Abstract

在按照本发明的用于控制坐标测量仪(1)的方法中，所述坐标测量仪(1)具有多个为了定位探测头(50)而能马达驱动的轴，所述坐标测量仪(1)在至少一个用于定位所述探测头(50)的轴内相对于待测量的工件(3)移动，测量所述坐标测量仪(1)的变形，确定由变形所导致的实际位置与规定位置的偏差，并且控制所述坐标测量仪(1)的所述至少一个轴的驱动装置，用于补偿所述偏差。本发明还涉及一种用于执行所述方法的坐标测量仪。

Description

控制坐标测量仪的方法

本发明涉及一种控制坐标测量仪的方法和一种坐标测量仪。

坐标测量仪用于采集在测量物体的表面上的测量点的空间坐标。为此，坐标测量仪(KMG)具有用于容纳测量物体的基础结构以及多个可驱动的轴，由此坐标测量仪的探测头可以在测量范围内被置于相对于测量物体的任意位置。坐标测量仪尤其可以包括三个相互重叠安置的、彼此垂直的轴，用于探测头在三个空间方向上线性地移动。探测头可以有用于接触探测工件表面的探测器或者例如用于非接触探测工件表面的光学传感器。坐标测量仪的轴具有比例尺和位置检测器，控制装置根据该位置检测器的信号获得探测头的位置，并且还连同探测器或传感器的信号获得在物体表面上的测量点的坐标。坐标测量仪也可以具有一个或多个转轴，以便通过旋转运动将工件相对于探测器或传感器定向。

已知一种既接通又进行测量的探测头用于探测工件表面。接通的探测头在接触工件表面的一刻发出信号。根据同时所读取的坐标测量仪的轴的位置检测器的信号以及借助已知的探测器的长度和方向，坐标测量仪可以计算工件表面上的已探测的点。对于测量的探测头，例如通过探测器与工件表面接触并且探测头在测量范围内沿工件表面的方向移动的方法，测量相对于探测头的工件表面的位置。根据探测头的偏移(根据通过轴的位置检测器所确定的探测头的位置记录该偏移)，同样可以计算工件表面上的探测点的坐标。测量的探测头也可以是非接触的、尤其是光学的传感器，该传感器例如用于确定物体表面上的测量的距离。在这种情况下，由测量出的至探测头的距离和已知的传感器的方向，与坐标测量仪的轴的位置检测器的数据共同计算出测量点的坐标，而无需在探测时进行探测头的移动。

由于对测量工件表面的全面性和速度的要求不断提高，因此代替单个点的采集而沿工件表面的测量线进行持续的测量点采集，是有利的；这种测量方法被称为“扫描”。由此，尤其适用于测量的探测头。在此，探测器保持与工件表面的接触并且沿着测量线移动，其中，持续地或者以较短的时间周期采集测量点。根据探测头的相应偏移和坐标测量仪的轴的位置检测器的所属数据、计算出每个测量点的坐标。也可以通过非接触的、尤其光学的传感器进行扫描。

如果没有提供待扫描的外形的数据，则可以根据测量线的已测量部分的方向确定探测头的继续移动的方向。然而在此，探测头的所限定的测量范围和坐标测量仪的机械部件的惯性限制了扫描移动的速度。如果已经提供了待扫描的外形的额定数据，则探测头能够以较高的速度在如此预设的轨迹上被导引，使得探测器保持持续接触工件表面。随后，根据探测头的偏移确定实际的工件外形。在此所需要的是，监测探测头允许的测量范围，因为在实际外形与规定外形的偏差中，偏差大于测量范围或者甚至探测器从工件表面上抬起是无法进行测量的。当由于探测头的定位的失准所导致的探测头实际位置与规定位置误差，也是这样的。

探测头的定位误差，既可能产生静态的、几何外形上的偏差，例如轴的直线性偏差或角度偏差，也可能出现尤其由探测头的加速和制动以及坐标测量仪的机械结构所导致的动态变形。由于增加的测量速度和不断深化的坐标测量仪的轻型结构，使得动态偏差成为越来越重要的因素并且可能明显超过静态偏差的重要性。

已知例如在坐标测量仪的第一次运行调试中实施校准时，测量坐标测量仪的静态的、几何形状的偏差，并且在测量物体时相应地修正所采集到的坐标值。但是这种方式无法顾及坐标测量仪的几何偏差的改变，这种改变由在校准后例如通过导轨的磨损或温度影响所发生的变化所引起。

在John A.Bosch,Coordinate Measuring Machines and Systems(坐标测量仪和系统),New York1995中第279至300页的Kunzmann等人的文章中，描述了一种由坐标测量仪所采集的坐标值中计算修正值的方法。在此可以对坐标测量仪的三个轴的实时的运动误差进行采集，以便测量几何偏差的改变。由此，并没有避免探测头的实际位置与规定位置的偏差。

根据DE 195 18 268 A1，通过探测头在测量范围内对检测物体的多个位置的接触确定坐标测量仪的弹性弯曲性能。根据对于弯曲性能的测量值计算得出并保存修正值。在测量未知工件时，将坐标测量仪的测量软件中所保存的修正值与例如由比例尺传送的坐标测量值和设置的测量力共同计算。

由DE 10 2005 040 223 A1已知，通过主动的减振器抑制探测头的振动。该减振器包括可自主移动的主体和使主体反向于振动而运动的调节线路。然而由此会造出设计费用升高以及坐标测量仪的相互重叠安置的轴出现所不希望的整体运动的质量增加。此外，也无法完全消除所有出现的动态变形。

根据DE 43 42 312 A1规定，借助加速传感器获取坐标测量仪中的干扰振动的时间变化曲线。传感器的测量值借助所保存的修正参数来计算，以便修正与振动相关的测量误差。在WO 2009/001165A1中公开一种用于计算在坐标测量仪中由动态变形所导致的测量误差的修正值的方法。在此，在校准过程中，通过安置在坐标测量仪的运动的轴内的激光传感器获取坐标测量仪的动态变形，并且通过轴的驱动装置的供电电流修正。由此获得一种计算测量误差的修正值的模式，这些测量误差是通过坐标测量仪的轴的动态变形而产生的。

在上述方法中，由坐标测量仪的动态变形而导致的探测头的位置偏差被规定了公差；由此产生的测量误差被从计算上修正。然而，随着坐标测量仪的运行速度、探测速度和扫描速度的升高，动态变形很容易就会超出探测头的测量范围。由此例如可能在扫描中探测头的定位根据额定数据出现在一个空间位置中，其与在额定数据中预设的位置发生这样的偏差，使得即便实际的工件表面与规定外形相符合，但是仍无法或至少无法准确地进行探测。尽管通过对可能的采集到的坐标值进行相应的修正，仍无法实现准确的坐标测量。相应地这也适用于非接触的通常也具有限定的测量范围的探测器。

在不属于同一类的公开文献DE 196 30 205 A1中，为了改进机床的加工精度建议，光学模块中具有发生光束的发射器，该发射器的光束对准安置在横刀架上的局部分辨的接收器。横刀架至光束的偏差被测量并且在设备控制器中被评估，该控制器输出用于修正偏差的横刀架驱动的调节信号。

在DE 10 2007 004 971 A1中公开了一种用于修正定位系统的方法，其中通过测量件、例如激光干涉仪或几何校准器测得系统几何偏差，并且根据偏差计算得出用于定位系统的修正值。通过将之前获得的长时间有效的修正值加入已建立的用于定位功能的程序的控制编码中，产生特定系统的程序。

根据DE 102 57 856 A1，在坐标测量仪中获取探测头测量信号和/或其时间的导数(Ableitung)，用于获取探测头内出现的振动，并且作为干扰数值在驱动调节回路中耦合。

所述的解决方案在避免定位误差上是不令人满意的，并且部分解决方案具有相对较高的成本费用。

本发明所要解决的技术问题是，提供一种用于控制坐标测量仪的方法以及一种坐标测量仪，其不具有上述缺点。

所述技术问题通过独立权利要求中所提供的一种方法以及一种坐标测量仪得以解决。

在按照本发明的控制坐标测量仪的方法中，所述坐标测量仪具有多个可马达驱动的轴，所述坐标测量仪的至少一个轴被驱动，用于使探测头相对于测量物体、也就是待测量的工件移动。所述坐标测量仪的轴尤其可以运动地相互重叠地安装并且可被如此驱动，使得探测头可以相对于工件在三个空间方向上移动。所述轴分别包括测量装置和移动装置，其中，测量装置尤其可以被设计为附带位置检测器的比例尺，并且移动装置例如可以包括直线导轨、驱动装置和滑座或机械支撑结构。探测头可以被设计用于容纳机械探测器，所述探测器可以在与工件表面接触下采集测量点。但是，探测头也可以承载非接触式探测器、例如光学传感器。因为探测头用于采集测量点，所以探测头被称为测量头。

此外，在坐标测量仪移动时，坐标测量仪的变形被采集，尤其是由静力和/或动态力作用所导致的几何变化，以及例如由磨损或温度改变而引起的几何变化。因为探测头尤其安置在相应轴的支撑结构上，该轴安装在坐标测量仪的所有其它轴上，所以轴的变形直接或间接地影响探测头的实际空间位置，由此其能够与根据位置检测器的信号而测得的空间位置产生偏差。所述变形可以取决于探测头的位置或坐标测量仪的轴的位置。所述变形尤其是弹性变形，例如是构件的弹性弯曲或振动。

在下一个步骤中测得，可通过任意参数测量的变形对探测头或探测器的实际位置的影响。如果探测头为了到达规定位置如此运行，使得根据轴的位置检测器的信号所确定的探测头的空间位置与规定位置一致，则由于坐标测量仪的变形使探测头的实际位置从规定位置上发生偏差。为了将实际位置与规定位置的由变形而引起的偏差与经测量的变形相配属，例如可以使用一种坐标测量仪的几何模型。借助所述模型根据测量的变形计算相关探测头的偏差，或者借助探测器的已知的数据计算相关探测器的偏差。在最简单的情况下，变形已被作为几何偏差被测量，所述几何偏差直接地或者仅根据校准给出探测头或探测器的实际位置与规定位置的偏差。通常，探测头在规定位置上无需一定是静止的；规定位置例如可以是下一个测量点，但也可以是在至下一个测量点的轨迹的中间点，又或者在扫面时所运行的测量线上的点。

根据本发明，控制坐标测量仪的至少一个轴的驱动装置，用于补偿探测头的实际位置与规定位置的偏差。尤其控制驱动装置用于补偿探测器的、例如机械探测器的探测球头或光线探测器的探测范围的位置偏差。由此根据所测得的偏差如此使轴的驱动装置运动，使得沿轴的方向实际到达的位置与规定位置一致。为此，例如可以对驱动调节进行相应干预。

通过在探测头定位时为了工件的测量而测量坐标测量仪的变形，可以特别准确和全面地获得坐标测量仪的几何变化。尤其是通过在测量待测量的工件的测量过程中获取变形，并且不仅在检测头事先的测量中或者在坐标测量仪的运行调试中进行的校准，可以在工件测量时获取坐标测量仪当前的几何外形或者当前的几何变化。

通过控制坐标测量仪的至少一个轴的驱动装置，用于补偿探测头的实际位置与规定位置的偏差，从而实际上以更高的精确度到达探测头的规定位置。由此，主动地补偿并由此平衡了坐标测量仪的几何变化。这意味着例如即便坐标测量仪发生静态和/或动态变形，仍然准确地移动到测量点，也意味着在根据额定数据扫描时准确地运行预设的轨迹，并且从一个测量点到下一个测量点的预设的轨迹被准确地保持。由此尤其可以避免，超出测量的探测头的测量范围或者甚至接触式探测器不再与工件表面接触。此外，减小了与工件发生碰撞的危险。反之，按照本发明的方法所带来的优点也在于，在不出现上述缺点的情况下可以实现坐标测量仪的不太僵硬的结构方式。此外，可以省去为了避免因磨损和/或温度变化而引起变形所采取的高成本的措施。这特别是对于根据额定数据进行扫描是具有优势的。

经测量的变形尤其可以是由于坐标测量仪的移动而引起的坐标测量仪的动态变形。这种动态变形尤其可以与沿至少一个轴的加速度有关，坐标测量仪沿该轴移动。在此，所述变形可以在被加速的构件上出现，也就是例如在另外的安置在滑座上的轴的支撑结构上，所述滑座通过至少一个轴的移动而被加速。但是也可以通过用于加速施加的力的反作用使未加速的构件变形。通过测量由于坐标测量仪的移动而导致的坐标测量仪的动态变形，由此确定所引起的探测头实际位置与规定位置的偏差，并且为了补偿偏差而控制坐标测量仪的至少一个轴的驱动装置，从而使探测头在出现动态变形时也以较高的精确度达到规定位置。由此，坐标测量仪的结构方式也可以具有较低的刚性和较少的移动质量和/或较高的能动性。

根据按照本发明的方法的优选的实施方式，坐标测量仪在第一轴上被驱动，并且测量横向于第二轴的方向、尤其在第一轴的方向上的变形。由此测量相应的变形、例如弯曲，所述变形造成探测头的位置在横向于第二轴的方向上或在第一轴的方向上出现偏差。所述属于已测量的变形的探测头的实际位置与规定位置的偏差至少在第一轴的方向上被确定，并且如此控制坐标测量仪的第一轴的驱动装置，使得以更高的精确度到达规定位置。由此，一般情况下便实现了对探测头的实际位置与规定位置的偏差的主要部分的补偿。

当坐标测量仪具有三个分别相互垂直安置的轴时，由于沿第一轴的移动，因此在垂直于第一轴方向的方向上也会出现变形。由此以特别有利的方式，也可以控制另外的垂直于第一轴安置的轴的驱动装置，用于使探测头达到规定位置。由此实现了准确度的提高，因为探测头在多个空间方向上被准确地定位在规定位置。

在执行按照本发明的方法时坐标测量仪沿第一轴被驱动，该第一轴可以是坐标测量仪的任何一个轴，这与坐标测量仪的运动学结构或轴的布置无关。当坐标测量仪被设计为具有三个垂直的相互重叠安置的轴时，这尤其可以既是装配在坐标测量仪的基础结构上的运动的第一轴，也可以是安置在通过第一轴可沿第一轴的方向移动的滑座上的运动的第二轴，还可以是安置在通过运动的第二轴可移动的且支撑探测头的滑座上的运动的第三轴。

在优选方式中，按照本发明的方法适用于坐标测量仪的多个轴，在特别优选的方式中，用于由三个运动的相互重叠安置的轴构成的三坐标测量仪的三个轴。由此，例如可以在Z轴移动时测量Y轴在X和Z方向以及X轴在Y和Z方向上的变形，并且通过驱动装置补偿探测头的实际位置与规定位置在X、Y和Z方向上的相应偏差。相应补偿也可以在Y轴移动和/或Z轴移动时实现。由此能够以特别高的精确度到达探测头的空间上的规定位置。

此外有利的是，基于之前进行的校准测量、确定测量到的变形和由此导致的探测头的实际位置从规定位置上的偏差之间的关联。由此可利用的事实是，即便是在当前的测量过程中的坐标测量仪的变形与在之前的校准测量过程中的变形不同时，通常也可以通过校准测量足够准确地得到测量到的变形和由此导致的探测头的实际位置与规定位置上的偏差之间的关联。该校准测量例如可以是在动态条件下实施的在具有已知几何数据的在检测体上的测量。但是例如也可以考虑，通过施加静态作用力模仿相关变形、并且对由此产生的探测头位置的偏差进行测量。此外，可以引入坐标测量仪的计算模型、例如有限元法(FEM)模型，用于确定由变形而引起的偏差。在最简单的情况下，能够以一个方式测量所述变形，使得变形的测量值与位置偏差成比例。在这种情况下，测量到的变形与探测头的位置的偏差的关联是一个简单的尺度。由此，确定坐标测量仪的变形与探测头的实际位置与规定位置的偏差的相互关系；这种关联可以被保存在坐标测量仪的控制装置中，例如以表格、矩阵或通过参数确定的函数的形式。当坐标测量仪为了定位探测头而移动时，读取所存储的数据并且由测量到的变形得出探测头的实际位置与规定位置的相应偏差。在考虑到探测器的长度和方向的情况下，同样可以得出探测器的实际位置与规定位置的偏差。由此，能够以简单的方式补偿所述变形。

为了补偿实际位置与规定位置的偏差，也就是说，为了通过探测头或探测器准确地到达规定位置，有利的是，用于定位探测头而移动的轴的驱动装置形成位置调节回路，偏差的一部分被耦合在所述位置调节回路中，尤其是测得的在相应轴的方向上的偏差。驱动装置的调节回路尤其包括相应轴的位置检测器，使得根据位置检测器的信号移动至轴的规定位置。这种调节方式是已知的。在该调节回路中，与测量到的变形相关联的偏差值例如直接作为反向耦合值被耦合。由此，以特别简单的方式可以实现对实际位置与规定位置的偏差的补偿。此外，在驱动调节回路中的这种耦合可以实现高频率的调节，尤其是以大于由移动而引起的坐标测量仪的固有振动频率的频率来调节。由此，可以有效地抑制这种振动。

在有利的方式中，在探测头相对于待测量的工件定位时、持续地测量坐标测量仪的变形，也就是说以所述的间隔频率进行测量。尤其可以实时地以大于坐标测量仪可能的固有频率的频率、进行用于测量变形的测量值的采集。由此，测量值的采集例如以至少约200Hz的频率进行，在此坐标测量仪的主要机械振动的固有频率通常明显低于上述频率。从而实现了特别全面的测量值的采集，由此可以实现对偏差的很大程度上的补偿。

根据本发明的另一个实施方式，附加地可以实现测量点的已测量的坐标值的计算上的修正。这种修正方法已知用于与几何形状相关的测量误差的计算上的修正。通过对已采集的测量值的修正可以提高精确度。

根据本发明的实施方式，计算上的修正并不延展到静态的、几何相关的偏差，该偏差可以通过坐标测量仪运行调试时的校准被测得，或者未延展到由静态变形而导致的测量误差。这种误差以有利的方式通过对实际位置与规定位置的偏差的补偿而避免，同时另外的与几何相关的测量误差以有利的方式被从计算上修正；最后也能够适用于尺度误差。在坐标测量仪的运行调试时的校准过程中，可以确定相应的修正值并且保存在坐标测量仪的控制装置中，在所述控制装置上可以再次读取测量值的修正值。这种方法还作为计算机辅助精度(CAA)是已知。

根据本发明的另一个实施方式，通过控制坐标测量仪的驱动装置只有已测量的实际位置与规定位置的偏差的一部分得到补偿。通常，坐标测量仪的能动性被限制，其中，自身的调节以及驱动装置的刚性还有坐标测量仪的轴的惯性和刚性都是重要因素。由此，通过在一个或多个驱动调节回路中耦合测量到的偏差便可以限制且最小化这种偏差。通过仅补偿一部分偏差，可以确保避免出现不稳定性和调节振动。已测量的偏差的其他部分可以在计算上被修正。

在特别有利的方式中，尤其在持续采集实际位置与规定位置的偏差时，通过控制驱动装置补偿低频部分，同时在计算上修正高频部分。为此，例如可以对测量到的偏差的时间曲线进行过滤，使得低频部分、例如频率在约50Hz或约100Hz以下的偏差部分被耦合在坐标测量仪的相关轴的驱动装置的位置调节回路中、或者相关多个轴的驱动装置的位置调节回路中。偏差的高频部分可以被引入探测点的已测量坐标的计算上的修正中。在相应的方式中，也可以根据空间频率进行过滤；低空间频率的部分，其例如是在轴的整个运行行程中的具有半波、单波或双波的大幅度波形，可以通过在位置调节回路中的耦合被补偿，同时对于高空间频率的部分，其例如是粗糙或短周期的波，可以进行计算上的修正。

以这种方式可以避免实际位置与规定位置间的偏差，所述偏差也可以在驱动装置的受限的运动过程中或者坐标测量仪被驱动时被调整。低频部分比高频部分经常具有更大的振幅。通过补偿低频部分，由此在绝大多数情况下例如可以避免例如超越探测头的测量范围。因此，尤其也可以通过静态的几何结构误差避免实际位置与规定位置间的偏差；在此特别有利的是，经测量的偏差反映出坐标测量仪的当前状态，并且由此也反映出当前的几何结构误差，这种几何结构误差例如可能是由于磨损或温度影响，使得其与之前的测量结果、和尤其与坐标测量仪的运行调试时的结果有所不同。由于一个或多个相应的调节回路的受限的能动性而无法或无法完全补偿的偏差的高频部分，通过对已测量的探测坐标的计算上的修正而被修正。这种修正在大多数情况下就足够了，因为高频偏差所产生的影响通常比低频偏差要小得多。

此外在有利的方式中规定，虽然经过按照本发明的对一个或多个驱动装置的控制，但仍然遗留的实际位置与规定位置的偏差的一部分在计算上被修正。这种例如可以实现在一个或多个轴的一个或多个位置调节回路中进行粗略的补偿，同时所述遗留偏差的至少一部分在计算上被修正。由此，例如能够以特别简单的方式避免超过探测头的测量范围，并且实现已探测的测量点的经修正的坐标的特别高的精度。

根据按照本发明的方法的特别优选的实施方式，通过至少一个传感器测量变形，所述传感器包括发射器和对位置敏感的接收器，其中发射器和接收器沿轴的方向彼此间隔地被安置在坐标测量仪的轴上。发射器尤其产生指向接收器的光束，其中在此“光线”的定义也包括以下所述的红外线(IR)和紫外线(UV)。位置敏感的接收器产生信号，该信号与光束在接收器上的照射点或照射范围有关。接收器的信号与坐标测量仪的轴的变形相关，并且由此可以用于测量变形。因此可以简便和可靠地测量变形，尤其坐标测量仪的动态变形。

在此特别有利的是，发射器的光束基本沿坐标测量仪的相应轴的方向发射并且如此安置接收器，使得光束在接收器上的照射点或照射范围的偏差在横向于轴的方向被测量。接收器尤其可以具有光感面，其横向于轴的方向安置。光束在接收器上的照射点或照射范围相对于起始点的偏差与横向于轴方向的轴的相关范围的偏差相一致，并且由此可以用于对轴的变形的测量。

发射器尤其考虑是发光二极管(LED)或激光二极管，其可以具有准直光，从而使光束的与距离相关的横截面的形状恒定。发射器在该意义上例如也可以是光导体的输出端，从外侧光源产生的光束通过该光导体被引导至待照射的坐标测量仪的轴。

在有利的方式中，接收器可以使用位置敏感二极管(PSD)。这种位置敏感二极管能够以特别简便和廉价的方式测量二维坐标中的横向偏差。在PSD的输出端例如有两个模拟信号可供使用，该信号示出所照射的光分布的重心与两个方向上的PSD的中点的距离。模拟信号可以在模数转换后继续被处理、或者直接被耦合入坐标测量仪的轴的驱动调节器中。同样由PSD所提供使用的亮度信息可以用于检查测量的可靠性或者用于识别干扰或发射器停机。例如也可以使用具有相应评估单元的四象限二极管或CCD摄像机作为位置敏感的接收器，以用于确定相关的照射光束的偏移。

根据本发明的设计方案，发射器和位置敏感的接收器安置在坐标测量仪的相应轴的同一个构件上，例如安置在轴的支承结构上。由此，固定在该构件上的发射器的光束在同样固定在该构件上的接收器上的照射点的改变直接显示出该构件变形。

根据本发明的另一个设计方案，发射器和接收器被固定在轴的可相互移动的不同的构件上，例如发射器固定在固定的构件上并且接收器安置在轴的移动的构件上，或者反之。由此，例如可以特别精确地测量轴的例如导轨的变形。

在有利的方式中，发射器或接收器被安置在移动构件的质量重心的区域内，例如安置在相对坐标测量仪的轴可移动的滑块的质量重心的区域内。这样所具有的优点是，光束在接收器上与中心位置的偏差直接示出了对于探测头的位置有重要影响构件的变形、尤其动态变形。

同样有利的是，发射器或接收器被安置在由相关轴的导轨支撑的移动构件的区域内。在这种情况下，也可以将光束在接收器上的照射区域的偏差直接用作对于探测头有重要影响的构件的变形的量值。支撑区域也可以与构件的质量重心的区域相重合。

此外有利的是，发射器和/或接收器被安置在轴的或轴的相关构件的末端区域内。由此在发射器和接收器之间实现了特别长的光程，从而使接收器的信号特别敏感地示出轴的变形。当发射器安置在轴的一个末端区域并且接收器安置轴的与其相对置的末端区域时，尤其适用于这种情况。由此，轴的变形的测量可以具有较高的精度。因此还可以直接测量与变形相关的探测头的位置偏差；变形的测量值由此特别精确地示出位置偏差，并且在必要时可以直接地或根据比例耦合入驱动中，以用于补偿偏差。

根据本发明的特别优选的实施方式，探测头安置在固定装置上，所述固定装置包括至少一个另外的调节驱动装置，由此使探测头可以相对于固定装置移动。固定装置尤其安置在坐标测量仪的测量臂上。如此控制调节驱动装置，使得探测头的实际位置与规定位置的偏差的至少一部分被补偿。

由此通过调节驱动装置，使得只有探测头相对固定装置移动。在此，固定装置尤其如此设计，使得探测头的不是直接属于探测器或传感器的结构元件配属于固定装置，并且由此在探测头相对于固定装置移动时不会随动，例如用于供电的装置或用于更换探测头的装置。因此，可以通过调节驱动装置进一步减小移动的质量。

因为通过调节驱动装置只相对移动较小的质量，所以可以产生具有特别高动态的移动。由此，例如可以分解坐标测量仪在不同频率下的已测量的动态变形，其中，具有相对较高振幅但较低频率的变形的部分被坐标测量仪的轴的驱动装置补偿，并且具有相对较低振幅但较高频率的变形的部分通过探测头的固定装置的调节驱动装置被补偿。为此，相应的变形的部件能够以类似的方式(如在轴驱动中所述的)被耦合在调节驱动装置中。在优选方式中，在三坐标测量仪中调节驱动装置具有三个彼此相互垂直的轴线，其中，沿在三个轴线方向中的每一个方向探测头的实际位置与规定位置的偏差通过对探测头固定装置的调节驱动装置的控制而被补偿。由此，可以尤其最大可能地使探测头或探测器的实际位置与规定位置的偏差最小化，这在高动态的测量方法中、如根据额定数据快速扫描过程中也可以应用。

因为对于调节驱动装置通常一个较小的调节范围就足够了，所以调节驱动装置能够以有利的方式被设计为压电式驱动装置。这种驱动装置的另外的优点的在于，具有较高的强度、较高的调节频率和较低的重量。由此借助压电式驱动装置，可以实现坐标测量仪的特别高的动态，只要不出现实际位置与规定位置间的较大的偏差即可。

按照本发明的坐标测量仪包括至少两个、尤其三个发动机驱动的轴，所述轴分别包括至少一个位置测量系统(尤其比例尺和位置检测器)和至少一个驱动装置。此外，这些轴可以包括另外的结构元件，如导轨、支承结构或电缆导引装置等。在此，第二轴运动地安装在第一轴上，也就是说，第二轴配属有能与第一轴共同移动的滑座。此外，第三轴可以规定，其运动地安装在第二轴上。坐标测量仪还包括探测头，所述探测头安置在相应的轴的测量臂或悬臂上，该轴运动地安装在其他一个或多个轴上，并且所述探测头由此可以在第二和第三空间方向上相对于工件移动。所述工件可以放置在坐标测量仪的基础结构上。所述探测头可以安置在具有调节驱动装置的固定装置上，并且设计用于容纳探测器，该探测器可以被设计为机械或光学探测器。此外，坐标测量仪还具有用于控制轴的控制装置。按照本发明，所述坐标测量仪被设计用于执行如前所述的方法。由此，能够以简单且廉价的方式实现一种坐标测量仪，其允许较高的速度，只要探测头没有大幅度地从规定位置或规定轨道上偏移即可。这种坐标测量仪也可以设计为轻型结构式的。

根据一个实施方式，按照本发明的坐标测量仪可以附加地或代替探测头而使用用于加工工件的加工头。按照本发明的坐标测量仪的动态变形被主动地补偿，由此加工头的实际位置与规定位置的偏差可以被最小化并且实现特别精确的对工件的加工。

应该理解的是，上述和下述技术特征不仅只适用于所述的组合，而是可以在另外的组合中或单独地应用，只要不超越本发明的框架即可。

由以下对优选实施例和附图的说明获得本发明另外的设计方案。在附图中，分别示意性地示出：

图1示出根据本发明实施例的坐标测量仪的示意图；

图2示出沿根据图1的坐标测量仪的Y轴剖切所得的纵剖面示意图；

图3示出沿根据图1的坐标测量仪的X轴剖切所得的纵剖面示意图。

在图1中示范性地示出按照本发明的坐标测量仪。坐标测量仪1包括基础结构，其具有用于容纳工件3的工作台2和固定的柱10。工作台2可以包括旋转台4，在所述旋转台4上围绕竖轴可旋转地安置工件3。工件3可以借助夹紧件被夹紧(未示出)在工作台2或旋转台4上。

柱10支承直线形的导轨11、11’，Z滑座20沿竖直方向(Z)可移动地安置在所述导轨11、11’上，如图1通过箭头12所示。Z轴以及其它轴的上的导轨例如可以设计为具有空气轴承或液压静力支承装置的滚动导轨或滑动导轨。所述Z滑座20通过驱动装置，例如通过使安装在Z滑座20上的未示出的转轴螺母移动的转轴13来驱动。该转轴13与未示出的马达连接。例如也可以设置线性驱动来代替转轴驱动，其中，例如能够替代转轴13而安装定子、并在Z滑座20上安置线性驱动的动力装置(未示出)；这以适当的方式适用于其余的轴。此外，柱10还支承比例尺14，例如是金属带或玻璃比例尺，与Z滑座20相连接的检测器、例如光学或磁力增量式检测器在所述比例尺14上取值(未示出)。

在Z滑座20上安置直线形的导轨21、21’，Y滑座30沿水平方向(Y)可移动地安置在所述导轨21、21’上，如图1中通过箭头22所示。Y滑座30通过驱动装置，例如通过使安装在Y滑座30上的未示出的转轴螺母移动的转轴23，能够驱动地沿Y方向运动。转轴23通过未示出马达驱动。此外，Z滑座20还支承比例尺24，其与安装在Y滑座30上的检测器共同作用(未示出)。

在Y滑座30内安置有沿水平的、与Y方向成直角的方向(X)可移动的水平臂40，如图1中通过箭头32所示。在图1中未示出用于臂40的可测量的移动的导轨、驱动装置和比例尺。水平臂40在其前端41上支承有测头50，其具有用于探测器的容纳空间。在图1中象征性地示出具有探测球头52的探测杆51作为探测器，然而所述探测器也可以例如被设计为光学传感器。

在图1所示的实施例中，通过用于导引和移动Z滑座20的构件、尤其通过导轨11、11’、驱动转轴13和比例尺14以及支承这些元件的柱10的结构构成Z轴。通过导轨21、21’、驱动转轴23和比例尺24以及支承这些元件的Z滑座20的结构形成Y轴。X轴由水平臂40、沿X方向移动的其它构件，如导轨、驱动装置和比例尺以及相应的Y滑座30的支承结构所构成。在图1示例性示出的坐标测量仪中，Y轴动态地构建在Z轴上，并且X轴构建在Y轴上。本发明并不局限于这种坐标测量仪的构造方式。

根据图1，在Z柱10上安装有发射器15、例如具有光学准直器的激光二极管，所述光学准直器将准直的光束平行于Z方向对准对位置敏感的接收器16。发射器25安置在Z滑座20上、并且将准直的光束平行于Y方向对准对位置敏感的接收器26。此外，Y滑座30支承有图1中未示出的发射器，该发射器将光束平行于X轴对准安装在水平臂40的前端41附近的对位置敏感的接收器36上。所述光束分别用虚线表示。

为了将探测头50以及探测器、例如具有探测球头52的探测杆51相对于工件3在测量范围内定位，三个相互构建的坐标测量仪的轴分别沿X、Y和Z方向在设定的区域内活动。在此，探测头的位置由三个轴内的位置检测器测取。探测球头52的位置根据探测头50的位置并连同探测杆51的已知长度和定向而获得；相应地，光学探测器的触点也是这样获得。借助旋转台4可以如此定向工件3，使得可以囊括在工件3的所有面上的测量点以及例如不同方向的钻孔内的测量点；为此，探测头50也可以装配一个或多个转动关节。

然而尤其在坐标测量仪动态运行时，通常根据轴的位置检测器的信号所测取的位置并是不该时间点得实际位置。如果为了定位探测头而使例如坐标测量仪的Z轴移动、并使Z滑座20沿Z方向加速，则由于惯性力会使水平臂40变形，从而造成自由前端41相对于Z滑座20首先反向于加速方向产生偏转。在另外的移动过程中可能出现同样造成沿移动方向偏转的振动。相应地，沿Z方向移动的制动也是这种结果。尤其是在快速移动到工件3上的下一个触点后，在Z方向上还会保持振动；这种动态变形在扫描时也会产生。因为变形，探测头50或探测球头52在Z方向上的实际位置与由Z轴的检测器的位置数据所计算出的位置产生了偏差。当Z轴移动到预设的规定位置时，则探测头由于以上原因无法处于规定位置。

从配属于X轴的发射器所发射的光束在接收器36上的照射点的移动中会显现出臂40的动态变形。通过接收器36的信号可以测量这种移动。根据所测量出的移动的探测球头52的位置与规定位置的偏差，例如取决于接收器36的安装位置以及X轴的位置和探测杆52的长度。这些决定因素事先是可以被测取的。由此，根据接收器36的信号可以在任何时间点确定Z方向上的位置与由位置检测器所测取到的位置的偏差。如果在Z轴的驱动装置的位置调节回路中将该偏差与额定值相耦合，由此尽管会出现动态变形，探测头50和探测球头52也会被定位在规定位置上。

此外，在Z轴移动时Z滑座也可能发生变形，由此同样会影响探测头的实际Z轴位置。以相应的方式，这种变形通过接收器26测量。

在类似的方式中，通过Y轴的加速移动、在探测头在Y方向的实际位置与由Y轴检测器测量的位置之间产生偏差。这种偏差也通过接收器36被测量并且能够以类似的方式被补偿。

轴的移动会反作用于坐标测量仪的基础结构。根据通过配属于Z轴的发射器15所发射的光束的照射点在接收器16上的移动可以测量Z轴的动态变形，该变形同样可以影响探测头的实际位置。

原则上，动态变形不仅取决于加速度，也取决于速度，该变形能够例如通过驱动装置在具有摩擦的导轨上的作用而产生。然而在一般情况下，由上述情况而引起的偏差小于所述的其它原因所引起的动态变形。在通常情况下，所述变形之间的相互作用较小并且可以被忽略。

此外，还可能出现与所有轴的位置相关的静态变形或几何形状的改变。这些情况也能够以类似的方式由接收器16、26、36测量、并且为了补偿探测头的相应的位置偏差而在驱动装置中耦合。

为了清楚明了，在图1中未示出电缆和其它供电线路、另外的外壳和遮盖物以及坐标测量仪的控制装置。所述控制装置尤其可以包括电气或电子组件以及用于坐标测量仪的供电、控制和操作的处理器。

为了明确发射器和接收器的安装，在图2中示出沿Y轴方向的纵剖面图。在Z滑座20上在Z轴导轨附近固定有将光束对准接收器26的发射器25，所述接收器26安装在可沿Y方向移动的Y滑座30上。如在图2中通过点划线所示出的，沿Z方向的加速导致Z滑座20的变形，并且由此导致光束在接收器26上的照射点沿Z方向的移动。通过接收器26的输出信号测量所述移动，并且对由此所造成的探测头50或探测球头52相对于规定位置的偏差进行补偿。

图3示出沿X轴方向的纵剖面图。在Y滑座30内，水平臂40上可移动地安置有支承件31、31’、31”、31”’。所述支承件31、31’、31”、31”’例如可以配属于水平臂40、并且与未示出的导轨共同作用。然而，臂40自身也可以具有导引面，在该导引面上例如作用一定数量的空气轴承。在Y滑座30上优选在质量重心附近安装发射器35，其将光束沿X方向对准在接收器36上。如图3中的点划线所示，沿Z方向的加速度导致水平臂40的变形，并且由此导致光束在接收器36上的照射点的移动。通过接收器36的输出信号测量这种移动、并且用于探测头50或探测球头52的相应位置偏差的补偿。接收器离臂40的前端41越近并且因此离探测头50越近，则所测量的移动越能准确地反映在相应方向上的探测头50的位置偏差。如图3所示，探测球头52的位置偏差还取决于探测杆51的长度。在图3中还可以识别出属于Y轴的接收器26。

与图1和3所示相反地，发射器35和接收器36例如可以安置在水平臂40的下方。与图3不同的是，反射器35也可以固定在水平臂40上。在此，安装在尽可能受变形影响小或者不受影响的区域内是有利的，例如当发射器或接收器安置在臂40上时，应安装在轴承件31、31’之间。在另外的轴内，发射器和接收器也可以分别安置在相同的或者相互可移动的构件上。在图1至3中在一个或多个轴内、相应的发射器和接收器的位置可以相应地调换。

作为接收器例如可以使用具有约10x10mm大小感光面的PSD，并且作为发射器例如可以使用具有约1mW功率的激光二极管。PSD发射两个模拟电压信号，其示出在两个方向内的光束的位置，其中，1mV例如可以与1μm相对应。PSD的电压信号例如可以具有200Hz的频率。电压信号可以根据模数转换被再处理。尤其可以分别根据发射器和接收器的安置位置，使数字化的信号可以直接作为补偿输入到相应轴的位置调节装置中。由此，可以达到例如5kHz的特别高的调节频率。

附图标记列表

1 坐标测量仪

2 工作台

3 工件

4 旋转台

10 柱

11,11’ 导轨

12 箭头

13 转轴

14 比例尺

15 发射器

16 接收器

20 Z滑座

21,21’ 导轨

22 箭头

23 转轴

24 比例尺

25 发射器

26 接收器

30 Y滑座

31,31’,31”,31”’ 支承件

32 箭头

35 发射器

36 接收器

40 臂

41 末端

50 探测头

51 探测杆

52 探测球头

Claims (15)

1.一种用于控制坐标测量仪(1)的方法，所述坐标测量仪(1)具有多个为了定位探测头(50)而能马达驱动的轴，其中，所述坐标测量仪(1)沿至少一个轴为了定位所述探测头(50)而相对于待测量的工件(3)发生移动，测量所述坐标测量仪(1)的变形，确定由该变形所导致的实际位置与规定位置的偏差，并且控制所述坐标测量仪(1)的所述至少一个轴的驱动装置，用于补偿所述偏差，其特征在于，控制所述坐标测量仪的所述至少一个轴的驱动装置，用于补偿由于变形而导致实际位置与规定位置的偏差的低频部分，并且对测量点的已测量的坐标值进行计算上的修正，用来修正所述偏差的高频部分。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，被测量的坐标测量仪(1)的变形是通过所述至少一个轴的移动而导致的动态变形。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，沿着第一轴驱动所述坐标测量仪(1)，测量在所述第一轴的方向上的变形，确定所述探测头(50)在所述第一轴的方向上的实际位置与规定位置的偏差，并且控制所述坐标测量仪(1)的所述第一轴的驱动装置，用于补偿所述偏差。

4.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，由变形所导致的所述探测头(50)的实际位置与规定位置的偏差根据先前进行的校准测量而被确定。

5.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述至少一个轴的驱动装置与位置检测器构成位置调节回路，并且所述偏差的一部分被耦合在所述位置调节回路中。

6.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，持续测量所述坐标测量仪的变形。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，通过至少一个传感器测量变形，所述传感器包括发射器(15、25、35)和对位置敏感的接收器(16、26、36)，其中，在所述坐标测量仪(1)的轴上相互间隔地安置所述发射器和所述接收器。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述发射器(15、25、35)沿平行于轴的方向发射光束，并且所述接收器(16、26、36)被如此安置，使得横向于所述轴的方向测量所述光束在所述接收器上的照射点的偏差。

9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述发射器(15、25、35)和所述接收器(16、26、36)被安置在所述轴的同一个构件上或者所述轴的可相互移动的构件上。

10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述发射器(15、25、35)和所述接收器(16、26、36)被安置在所述轴的同一个构件上或者所述轴的可相互移动的构件上。

11.如权利要求7至10之一所述的方法，其特征在于，所述发射器(15、25、35)或所述接收器(16、26、36)被安置在质量重心的区域内和/或移动构件的支撑区域内。

12.如权利要求7至10之一所述的方法，其特征在于，所述发射器(15、25、35)和/或所述接收器(16、26、36)被安置在所述轴的末端区域(41)内。

13.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述发射器(15、25、35)和/或所述接收器(16、26、36)被安置在所述轴的末端区域(41)内。

14.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述探测头(50)安置在固定装置上，所述固定装置包括至少一个调节驱动装置，用于使所述探测头(50)相对于所述固定装置移动，并且所述探测头(50)的实际位置与规定位置的偏差的一部分通过所述调节驱动装置被补偿。

15.一种坐标测量仪，包括至少两个被驱动的轴，所述轴分别包括至少一个位置测量系统和至少一个驱动装置，其中，第二轴运动地安装在第一轴上，此外所述坐标测量仪还包括探测头(50)和控制装置，所述探测头(50)在至少两个空间方向上相对于工件(3)可移动，其特征在于，所述坐标测量仪被设计用于执行如前述权利要求之一所述的方法。