CN108351203A - 利用基准模块对坐标测量机进行的误差补偿 - Google Patents

Abstract

本发明涉及补偿坐标测量机(2)中的误差的方法，该坐标测量机适于确定待测量物体上的测量点的至少一个空间坐标，所述坐标测量机(2)包括：基部(11)；用于接近所述测量点的探头(15)；用于将所述探头(15)连接至所述基部(11)的机器结构，所述机器结构包括至少一个第一结构性部件(12’、12’)和至少一个驱动机构，所述至少一个驱动机构可移动地连接所述基部(11)和所述第一结构性部件(12’、12’)，以提供所述探头(15)相对于所述基部(11)的可移动性；基准模块，该基准模块包括至少一个第一机械基准元件(21、21’)和分配给第一基准元件(21、21’)的至少一个第一传感器单元(22、22’)；以及适于执行建模功能的控制和处理单元。所述方法包括以下步骤：测量从所述第一基准元件(21、21’)至所述第一结构性部件(12’、12”)的距离，其中，所测量的距离指示所述第一结构性部件(12’、12”)的位移或变形；限定具有第一组状态变量的动态模型，所述状态变量与所述基准模块的一组物理特性有关并且表示所述基准模块的实际状态；通过基于所述动态模型的计算获得所述基准模块的所述实际状态；以及基于所述实际状态推导补偿参数。

Description

利用基准模块对坐标测量机进行的误差补偿

本发明总体上涉及用于补偿因运动或对(特别是坐标测量机的)测量装置的外部影响而出现的误差，涉及这种测量装置的较简单校准，以及涉及适于证明这种方法的相应装置。

通常的做法是，在诸如坐标测量机(CMM)的坐标定位装置上检查生产之后的工件，以便检查预定物体参数的正确性，比如物体的尺寸和形状。

在常规3D坐标测量机中，支撑探头(probe head)，以沿三个相互垂直的轴(沿方向X、Y、Z)移动。由此，可以将探头引导至坐标测量机的测量体积空间中的任何任意点，并且物体可利用由探头所携带的测量传感器(探针)测量。

在该机器的简单形式中，与每个轴平行安装的合适换能器能够确定探头相对于该机器的基部的位置，并因此，确定该物体上的被该传感器接近的测量点的坐标。为了提供探头的可移动性，典型坐标测量机可以包括在上面设置探头的框架结构以及用于相对于彼此移动框架结构的框架部件的驱动装置。

为了测量表面变化，已知基于触觉传感器和光学传感器的使用的两种测量原理。

一般来说，为提供具有改进测量精度的坐标测量机，其框架结构因此通常被设计成具有高静态刚度。为了实现刚性且坚硬的机器设计，其框架结构或至少一些部分通常由诸如花岗岩的石头制成。除了像热稳定性和良好的阻尼特性的所有正面效果以外，花岗岩还使得机器和可移动框架部件十分沉重。另一方面，高重量也需要高的力来获得合适的加速。

如果采用这种技术，仍然存在几个可能的误差源。当相对于另一部件移动一个框架部件时，机器部件的共振或振动只是动态误差的两个示例。

此外，要考虑从来自机器外部的振动出现的误差。另外，可能会发生像缺少运动平直度和缺乏轴的正交性，或者线性驱动机构中的侧向偏移的静态误差。同样，如因(例如，因太阳辐射或内部或外部热源而引起的)温度变化而造成的温度漂移、因缆索力及其变化的力而造成的滞后效应、以及部件重量可能是相关的影响。

根据许多方法，所提到的误差仅被静态分析，尽管它们还包括取决于轴的运动的动态因子，特别是取决于移动轴时的位置、速度、加速度以及加加速度(jerk)的动态因子。利用速度相关的校准，该事实以相当简单且僵硬的方式被考虑在内。虽然可以通过使用位置校准矩阵在数字上减少静态误差，但当尝试补偿动态误差时，事情会变得更加复杂。

在这种情况下，例如，必须考虑到机器的一个轴(其可以移动其他垂直轴和探头)的加速度可以引起坐标测量机的整个框架的线性和角动态偏斜(deflection)，这转而导致测量不确定性和误差。这些动态测量误差可以通过在低加速度下进行测量(例如，通过因此优化的期望运动轨迹)来减少。

已知的方法是通过称作输入整形的技术来尝试抑制由机器加速引起的偏斜、振动和/或振荡，所述技术控制调节变量(例如，推进马达的力和电流)，以便通过关于到驱动致动器控制的输出的相应操纵变量而绕开机械共振，并避免共振频率或者甚至主动反作用力振荡(counterforce oscillation)的刺激。

作为控制的一种形式，模型预测控制(其中，使用设备(plant)的当前状态作为初始状态，通过在每个采样时刻求解有限阶段的开环最优控制问题来获取当前控制动作)可以被应用于CMM。优化产生最佳控制序列，并且然后将序列中的第一控制应用于设备。

对于误差处理来说，示例性地，EP 1 559 990公开了一种坐标测量系统和校正在坐标测量机中测量的坐标、测量在将具有不同重量的部件被安装在该坐标测量机上时的几何误差的方法。补偿参数根据每个部件重量的测量结果获得并被存储。与待测量部件的重量相对应的补偿参数被恰当地读出，以校正该待测量部件的已测量的坐标。

作为另一示例，EP 1 687 589公开了一种在具有铰接探头的坐标测量机中的误差补偿的方法，所述铰接探头具有表面检测装置。该表面检测装置在测量期间围绕铰接探头的至少一个轴线旋转。该方法包括以下步骤：确定该装置的整个或部分的刚度，确定在任何特定时刻与铰接探头所施加的负载有关的一个或更多个因素，以及确定在表面感测装置处由该负载造成的测量误差。

为了处理上述误差，特别是，动态误差，通常要限定CMM的合适模型，其中，使得特别是CMM的框架结构的定位行为能够基于该模型来描述。示例性地，可以定义查找表，以便查找与CMM的框架部件的实际定位相关的校正值。CMM的这种建模随着CMM部件的重量(和刚度)降低而变得更加重要。

重量降低是与坐标测量机的设计相关的重要主题，就好像机器部件被构造为包括更少重量(以及更小刚度)，就可以通过产生影响坐标测量机的更小的力来实现各个部件的更快定位。另一方面，因降低的刚度和机器部件的(更快)运动而造成的机器振动和扭转的影响随着这些部件的重量降低而增加。因此，所获得的测量值的不确定性和由这种变形和振动而出现的误差相应地增大。

从EP 2 762 830已知一种用于动态模型的方法，该方法提供了因较小刚度的机器构造而引起的振荡误差的精确描述。

然而，通过使用这种建模方法，仍然存在因机器部件的运动或外部影响而出现的误差。再次考虑到建造不太重的测量机，从而为测量指定的工件提供更高的移动速度，机器的振荡仍然显著影响已测量的坐标或位置。此外，CMM的相应校准必须以非常精确且可重复的方式提供，这对于CMM的可靠校准过程而言是需要的，并且从而导致相对大的费力且耗时的校准和补偿方法。

现在，测量机通常按以下方式被设计：工具中心点处的探针借助于在一个X、Y、Z位置处尽可能再现的大而坚硬的结构在工作体积内移动。

针对干涉仪和人工制品的静态映射提供了去除因静态机械缺陷(例如，如果引导不直)而造成的可再现影响。

已知简单模型考虑因非均匀温度分布而造成的弯曲影响，例如，梁状结构(X梁)顶部和底部处的传感器允许相应弯曲曲线的计算。

在工作空间内的至少一个位置处的探针限定(校准)使因力和惯性而造成的变形的影响最小化。这种限定可以扩展至工作空间内的其它位置。这种影响可以通过如从EP 2762 830已知的一种建模来考虑

然而，为了能够将机器置于“车间”条件下或稍后的“在线”或稍后的“处理中”，该机器必须更鲁棒以承受那些恶劣的环境。一种策略可能是用球轴承或圆柱轴承来取代空气轴承。

这会因滞后效应而严重影响总体准确度或者影响降低因其它轴承而造成的可再现性。另外并且总的来说，总体轴承情况已经过度受限，这可能再次降低可再现性。

为了对因加速、探测(通过接触表面)、以及温度分布而造成的变形影响作出解释，并且为了最小化滞后效应并总体增加可再现性，根据本发明，将附加的结构和感测元件放置在机器结构内。

一种方式是附接附加的设计良好且相对较弱的结构，所述结构具有与原始CMM结构一样的在空间中(X、Y、Z)提供运动的能力-例如，附加结构必须能够在Y方向上提供无阻碍的可移动性-但要尽可能轻(为了使惯性影响最小化)，并与施加至测量机的任何外部负载(接触力)分离。至少可以有连接至工具中心点(探头固定在所述工具中心点处)的一个3-DoF(自由度，全部平移)。

该结构的其余部分可能是未连接的或者仅以松散的方式连接-不会发生力的耦合。在该情况下，针对每个移动轴，编码器(传感器单元的一部分)被附接至附加基准结构，以最终计算工具中心点在空间中的位置。

另外，所述工件必须被放置的基部(工作台)受该部分重量影响，并且因基部和连接到工具中心点的结构的变形而影响工具中心点及其在空间中的位置。

通过添加放置在基部周围的监视传感器来抵消该影响，可以克服这些影响-同时其可以用一些更具成本效益或具有其它优点(阻尼、重量轻)的材料来替代计量基部(metrological base)。计量基部意味着该基部必须是可再现的并且随着时间和/或温度是稳定(恒定)的。

然而，单独为此目的集成附加的传感器并不成本有效且足够精确。

因此，本发明的目的是，提供一种使得能够实现更精确且成本有效的方式来补偿上述坐标测量机的机械误差的系统和方法。

现在，参照借助于附加结构来补偿变形和/或偏斜的策略，其中，在生产中和在现场，可以使校准最小化，并且可以简化坐标测量机(CMM)的运输。

根据现有技术，典型CMM的静态补偿按借助于针对其自己的每个轴的干涉仪(至少一个)和调平装置(levelling device)(至少一个)的经典方式来完成，在该过程内，每个自由度针对沿轴线的位置的这种基准传感器(例如，具有足够光学器件以测量距离、平直度、倾斜、偏航、滚动和/或水平的干涉仪)来比较(静态地或以准静态方式)。CMM标尺值与由基准传感器所提供的值之间的差值被存储在查找表中。给出针对机器运动的校准和补偿以及对精确坐标的确定。此外，可以借助于附加的人工制品或传感器来测量机器轴线针对彼此的取向的关系(正交性)。

以上过程要求机器被完全组装、安装以及调节以便校准，此外，其需要复杂且耗时的过程来最终完成整个校准过程。

另选地，可以利用能够跟随目标(跟踪目标)的干涉仪进行更自动化的补偿方式。这样的干涉仪可以被定位在CMM上的不同位置处(或者可以使用一个以上的这种系统)，并且根据工具中心点(TCP)与干涉仪之间的不同相对位置来确定基准值。

然而，一般来说，该系统(CMM)必须被完全组装，并且最后在利用上述方法中的一种进行一些校准测量之后，生成查找表，然后使用该查找表来补偿引导的机械影响和轴线针对彼此的正交性。

由于组装、校准然后作为一个部件运送坐标测量机是非常复杂的，需要相当大的工作量并且很容易出错(例如，由于运送期间的环境影响)，因而本发明的目的是，提供一种用于坐标测量机的校准、补偿并且特别是运输的更简单处理。

该目的通过实现独立权利要求的特征来实现。按另选或有利方式进一步开发本发明的特征在从属专利权利要求书中进行了描述。

本发明的一个方面涉及使用模块化基准模块的构思，所述基准模块包括基准元件和用于确定其与该基准元件的相对位置的感测单元。该基准元件和感测单元被共同地设置成，使得提供感测单元相对于基准元件(特别是沿着伸长的基准元件)的限定可移动性。

一般而言，由于基准模块的感测头和配对件(基准元件)必须被精确校准，因此，该感测系统的每个自由度都必须沿着定位方向以小的增量进行补偿，这将导致具有相对高的时间消耗和复杂度的、对最终部件的现场补偿。

本发明的构思是提供一种完全或部分校准且补偿的基准模块，其中，校准在不需要完全组装CMM的情况下被启用，而是可以通过在未安装状态下相对于基准元件直接校准感测单元来实现。

这意味着，对于生产，提供分离的设施来在不需要附接到CMM的情况下单独地完成基准模块的补偿。

最终的校准和补偿值(例如，对应查找表)可以被存储在数据库中或者直接与基准部件(传感器单元(感测单元)或基准元件)一起。由于传感器对基准元件处的定标(scaling)的限定测量，这些值提供了传感器单元相对于基准元件的限定位置。

然后，针对特定轴线，可以将该结构性部件(基准元件和传感器单元)连同查找表一起安装在一个CMM处。通过这样做，提供关于相应轴线的坐标的精确和可靠的确定。然后，该轴线针对目标自由度被完全补偿-无需附加的补偿。

特别是，感测头和/或配对件通过例如条形码或者RFID芯片等的某些措施(通过CMM)来标识。

基准模块的校准提供多达6个自由度(6DoF)的(自动化)校准，特别是同步进行一次校准。换句话说，提供校准使得基准模块能够以同步方式获得高达6个DoF，连同来自感测头的传感器值。

在稍后的步骤中，例如由于基准元件的取向可能仍然存在的误差可以以从如上所述的现有技术已知的经典方式来补偿(例如，通过利用调平装置等)。

此外，在进一步的步骤中，可以执行轴线针对彼此的正交性(偏斜度)的校准。

根据本发明的实施方式，主机器轴线(X轴、Y轴以及Z轴)中的至少一个轴线可以配备有相应基准模块，特别是其中，所述基准模块中的每一个都针对相应轴线测量和/或监视高达6个DoF。那么就不需要附加的轴线校准或需要减少的校准工作量。偏斜度(正交性)可能仍然需要被单独校准。

配备有基准模块的轴线和自由度不必在生产设施处被完全组装。最终组装件可以在客户地点完成。通过附接该基准模块，对于指定的自由度，至少相应的轴线被直接校准。

该基准模块和CMM可以包括用于结构性组合的相互匹配的部件。这种匹配部件(在CMM侧)优选地附接在限定位置处，该限定位置对CMM的可能发生的振动或振荡提供相对低的敏感度，特别地还考虑到温度漂移、滞后效应以及CMM和/或基准模块的局部偏斜。因此，可以预见基准元件被固定在CMM的特定点(贝塞尔点(Bessel point))处。特别是，通过使用有限元分析和/或使用用于描述坐标测量机和/或基准模块的振动行为的动态模型来确定这种位置。

将基准模块固定至CMM的另一方面涉及以可重复方式固定基准元件(配对件)，其中，相应查找表不必被改变。为此，附接部件可以以刚性方式设计并且可以刚性地固定至CMM和基准模块的部件两者。此外，可以提供相应的附接机构，所述附接机构使得能够进行高精度配合以最小化或避免所组合的部件之间的可能间隙(游隙)。此外，通过将基准模块固定在CMM上而产生的内部力不应影响相应的查找表。

然而，可以接受具有最低频度行为(沿轴线的位置)的错位(例如，由于温度变化、运输及其影响-大温度/湿度变化等)。因此，补偿必须在现场在少量的点处进行。以通过安装基准结构而没有引入外力的方式通过配对件的均衡固定可以实现适当的固定。

此外，读取头(传感器单元)和配对件(基准元件)被设计成可按如下这样的调节方式安装：当用这样的第二模块或其一部分替换第一模块时可以进一步使用针对第一基准模块的查找表。换句话说，提供模块化固定，使得各个基准模块在限定容限限制内被提供，而不是或仅可忽略地影响测量系统的准确度。

上述模块化基准系统的具体优点是简化了整个CMM系统运送和运输的要求，因为该系统不必被完全组装。此外，由于仅替换或重新校准基准模块而不是整个系统的可能性，所以整个CMM的可重复校准过程也被简化。例如，在机器发生毁损后，仅必须更换基准模块或其一部分，其中，仍然可以保证所需的准确度。

本发明由此涉及一种用于利用坐标测量机来提供精确坐标测量的方法。所述方法包括以下步骤：初始校准具有基准元件的独立基准模块，该基准元件具有限定定标。所述校准通过以下步骤来进行：参照相应绝对标准来测量所述基准元件的物理特性(以及可能设置的传感器单元的检测特性)，；以及基于所述测量获得针对所述基准模块的校准数据，所述校准数据提供关于传感器单元根据所述定标的相应检测部分相对于所述基准元件的的特定定位的信息。

在所述方法的一个实施方式中，所述传感器单元是所述基准模块的一部分，并且适于检测所述基准元件的所述定标，特别是其中，所述传感器的特性也被初始检测。

然而，根据另选实施方式，所述传感器单元可以由作为CMM自身的(组成)部分的传感器(例如，通常被用于读出CMM的线性标度的传感器(例如，线性编码器))来表示。那些所提及的所使用的传感器的变型也适用于下面更详细描述的基准模块的方法。

可以针对所述基准元件和传感器单元提供校准数据，或者可以针对这些部件中的仅一个单独地提供校准数据。所述传感器单元可以被设计成与特定基准元件一起使用，其中，所述传感器单元根据要与所述特定基准元件一起使用的强度(intension)来校准。

换句话说，所述基准模块以预校准状态被提供，以便与坐标测量机一起使用。此外，所述基准模块能够独自确定测量坐标，即，可以仅使用独立基准模块来获得相应坐标。所述基准模块的高达6-DOF信息可以被用于计算工具中心点相对于高达6-DOF运动的位置。

所提及的校准标准可以被设计为所述基准元件的目标形状，即，提供精确的目标尺度，或者可以由高精度且经校准的传感器单元来表示，所述传感器单元能够可靠地测量例如待校准的基准元件。

在校准之后，将所述基准模块附接至所述坐标测量机并且按以下方式将所述校准数据提供给所述坐标测量机的控制和处理单元：所述基准模块提供取向值的确定，该取向值表示所述传感器相对于所述基准元件的取向。

所述基准模块优选地被另外附接至所述坐标测量机的标准编码单元，该单元提供所述坐标测量机被设计为的坐标的测量。这样的编码单元最初与CMM集成以提供期望的测量特性。

特别是，可借助于所述传感器单元确定的取向值表示所述传感器单元相对于所述基准元件在至少两个自由度上的取向。

根据本发明的另外的实施方式，所述基准模块提供运动信息的确定，该运动信息与相对(例如，正交)于所述坐标测量机被设计为的规则运动的机器运动有关，特别是其中，规则机器运动是机器部件沿着线性机器轴线的运动。由此，这种可能的滚动或倾斜误差可以被获得并且可以应用相应的补偿。

在另外的实施方式中，将所述基准模块附接至所述CMM，使得其参照所述坐标测量机的至少一个轴线来提供位置和/或取向值的确定。

此外，可以通过所述基准模块及其相应安装部(mounting)来提供关于所述坐标测量机的至少一部分的结构性变形的信息。

根据具体实施方式，利用所述传感器单元在沿着所述基准元件的特定点处检测所述定标的部分，并且将所检测的所述定标的部分分配给所述传感器的相对于所述基准元件的相应相对位置，并且基于所述检测获得针对所述基准模块的所述校准数据。因此，可以提供所述传感器单元和所述基准元件的直接相互校准，并且可以执行高度精确的位置确定。

作为本发明的该方面的一个大的优点，可以将利用借助于所述基准模块和所述校准数据进行的从所述位置(例如，通过另外获得一个轴线的倾斜和/或滚动)和/或取向值获得的坐标的确定来代替借助于机器标尺进行机器坐标的确定或者通过借助于所述基准模块和所述校准数据进行的从所述位置(例如，通过另外获得一个轴线的倾斜和/或滚动)和/或取向值获得的坐标的确定来增强借助于机器标尺进行机器坐标的确定。

这意味着，通过将具有匹配传感器单元和基准元件的基准模块附接至CMM使能基于利用所述基准模块进行的测量来直接确定精确的坐标值。集成在所述CMM系统中的标尺和相应测量设备不再必需获得可靠的坐标。另外，组合是可能的，其中，仅针对第一轴线或者针对第一轴线和第二轴线设置基准模块。

关于所述基准模块的设计，所述基准元件可以被设计为伸长结构(基准梁)，其中,所述定标提供至少关于沿着所述结构的位置和/或相对于所述结构的位移和/或关于相对于所述结构的取向的信息，特别是体关于具有三个平移自由度(以及另外旋转自由度，例如，如果与沿着一个轴线位移的两个平移值组合)的相对位置的信息。当然，所述基准元件的另选设计是可用的(比较图2a、图2b)，所述设计提供相应位置信息的确定。这种设计优选地适于具有线性驱动元件的CMM结构。这种解决方案或类似的解决方案适于旋转CMM(例如，Scara)。

特别是，附接所述基准元件，使得所述基准元件至少大致平行于线性主机器轴线(X、Y、Z)中的一个延伸。这里，CMM也被提供为线性测量机(如门式CMM等)。特别地，该门被设计成可相对于基部沿着Y方向移动，并且所述基准元件被附接成沿Y方向上延伸(例如，在所述基部上)。所述传感器单元然后可以被附接至门腿中的一个，使得可以执行参照基准元件的位置测量。由此，可以确定所述基部与门腿或任何其它结构性部件或整体上多个结构性部件之间的错位、变形和/或弯曲。

换句话说，所述基准元件被附接至所述坐标测量机的第一结构性部件并且所述传感器单元被附接至所述坐标测量机的第二结构性部件，特别是其中，所述基准元件和所述传感器单元按基本无载方式被附接至所述坐标测量机，即，按避免部件内的任何应力的方式来固定。

根据另选设计，所述基准元件被设计为提供旋转机器运动的位置信息。所述基准元件可以具有圆形形状并且被附接环绕相应测量机的旋转轴线。所述传感器单元可以被相应地附接至相邻机器部件(例如，通过将基准模块连接在一起)，使得可以执行对圆形基准元件的位置测量。

参照基准元件的定标的设计，所述基准元件的所述定标可以包括结构和/或图案，所述结构和/或图案在由所述传感器单元进行检测时，提供关于所述传感器单元相对于所述基准元件的绝对取向的信息，特别是其中，所述信息提供具有三个旋转自由度的相对取向。因此，所述传感器单元相对于所述基准元件的状态确定被提供有高达六个自由度。

为了提供坐标和/或误差的精确测量，关于所述基准模块的实际状态的准确知识可以是可用的，特别是所述基准元件的实际状态的准确知识可以是可用的。为此，基准模块(基准元件和/或传感器单元)由高度环境稳定的材料制成，即，在出现例如温度或湿度变化等时，所述部件保持在限定容限限制内。此外，所述基准模块可以按非连接方式固定(考虑机器的振动)。另选地或者另外，可以基于利用动态模型对所述模块进行建模来获得所述基准模块的当前状态。这里，所述材料不需要提供最佳的稳定性，而是提供可以通过具有高精度的相应模型来描述的物理行为。

因此，可以提供数字动态模型，所述数字动态模型描述所述基准元件和/或所述传感器单元(特别是所述整个基准模块)因机器运动和/或外部影响(例如，热影响或热变化)而造成的变形和/或振动。因此，所述动态模型提供所述基准模块或元件在任何时刻(特别是在工件的测量期间)的当前状态的计算。

基于所述基准元件的实际状态，特别是所述基准模块的实际状态，可以获得(并补偿)由所述CMM测量的所述坐标，其中，通过基于所述动态模型的计算，获得所述实际状态。所述基准模块的可能误差行为可以借助于所述动态模型来描述，其中，关于这种误差的知识使得能够对应地补偿相应坐标测量。

根据本发明的具体实施方式，提供查找表，该查找表包括针对所述传感器单元相对于所述基准元件的位置和/或取向的位置和/或取向值，其中，所述位置和/或取向值被分配给表示所述定标的相应检测部分的特定检测信号。

此外，另外或者另选地，为所述传感器单元和/或基准元件提供特定的查找表，所述查找表包括测量信号(针对所述传感器)与特定分配距离值之间的关系，和/或包括针对所述基准元件的、取决于该部件的物理特性(特别是定标特性)的位置信息。

因此，通过为相应基准部件提供对应查找表，以相对简单的形式提供CMM系统的(重新或初始)校准。

可以基于所述校准数据(即，根据所述基准元件的物理特性的测量和/或所述传感器单元的检测特性)来生成所述查找表，所述基准模块的特定特征与相对位置和/或取向信息之间的定义关系被确定并存储在相应数据库中。所述查找表可以与所述CMM、所述基准模块(或其一个部件)一起直接被提供或外部地(例如，通过数据云或网络服务器)被提供。

关于所述基准模块的模块化设计和附接模块部件的改进灵活性，本发明的另外的方面涉及以下方法：，在利用(CMM的)控制和处理单元保持所述校准数据的一部分的同时，单独替换所述基准元件或所述传感器单元，并且利用替换的基准元件或替换的传感器单元进行坐标测量，并且校准数据的剩余部分和添加部分与被替换部件有关。如已经提到，因此，所述基准模块的所述部件中的仅一个可以独自改变，其中，仍然提供用于测量坐标的给定要求(除用于执行测量的一些低频漂移影响以外)。由于每个模块化部件独自且参照匹配配对件的类型而被精确校准，因此，这可以伴随着维持针对剩余部件(其未被替换)或者甚至针对两个模块化部件的给定的一组校准参数来进行。

本发明还涉及一种独立基准模块，该独立基准模块适于向利用坐标测量机进行的精确测量提供补偿和校准。所述基准模块包括具有限定定标的基准元件(特别是被设计和设置为检测所述定标的至少一部分的传感器单元)以及一组校准数据。

根据本发明，所述基准模块被设计成可按独立方式至少部分地校准，使得可通过传感器单元检测的所述定标的一部分提供关于所述传感器单元相对于所述基准元件的绝对位置的信息，该信息表示所述校准数据。此外，所述基准模块被设计成，按基本无载方式被附接至所述坐标测量机，其中，所述基准元件要被附接至所述坐标测量机的第一结构性部件(并且所述传感器单元要被附接至所述坐标测量机的第二结构性部件)。在附接状态下，所述基准模块提供取向值的确定，该取向值表示所述传感器单元相对于所述基准元件的取向。

所述独立基准模块可以另外被附接至所述坐标测量机的标准编码单元，该单元提供所述坐标测量机被设计为的坐标的测量。

特别是，可借助于所述传感器单元确定的取向值表示所述传感器单元相对于所述基准元件在至少两个自由度上的取向。

此外，特别是，所述基准模块提供运动信息的确定，该运动信息和与所述坐标测量机被设计为的规则运动正交的相对机器运动有关，特别是其中，规则机器运动是一机器部件沿着线性机器轴线的运动。

在一个实施方式中，所述传感器单元可以是所述基准模块的一部分，并且被设置并设计为检测所述定标，其中，所述传感器单元将必须被附接至第二结构性部件。

特别是，所述基准模块包括附接单元，该附接单元与所述坐标测量机处的对应附接单元匹配，其中，所述附接单元以相对于所述坐标测量机的限定位置和/或取向来提供所述基准元件和/或所述传感器单元的模块化安装和拆卸。

此外，本发明还涉及包括这种模块化基准模块的坐标测量机。所述CMM包括具有多个结构性部件的机器结构，其中，所述结构性部件包括至少一个基部和探头，并且其中，所述机器结构提供将所述探头连接至所述基部。所述CMM具体地还包括至少一个驱动机构，所述至少一个驱动机构用于提供所述探头相对于所述基部的可移动性。

如上提到的，所述坐标测量机包括如上所述的基准模块。所述基准模块按预校准状态设置，其中，所述基准元件被附接至所述坐标测量机的第一结构性部件并且所述传感器单元被附接至所述坐标测量机的第二结构性部件，所述坐标测量机的控制和处理单元包括根据所述预校准状态的一组校准数据，并且所述基准模块提供所述传感器单元与所述基准元件之间的位置和/或取向值的确定。

在一个实施方式中，所述CMM包括至少一个驱动机构，所述至少一个驱动机构用于提供所述探头相对于所述基部的可移动性。

特别是，所述基准元件和所述传感器单元按基本无载方式被附接至所述坐标测量机。

根据优选实施方式，所述控制和处理单元被配置成，仅基于由所述独立基准模块的所述传感器单元提供的测量数据来确定用于测量的坐标。

本发明的另一方面涉及用于在所提到的附加结构的帮助下来补偿由温度变化而产生的变形和/或偏斜的策略。

在坐标测量机中，温度补偿通常在位于所述CMM自身周围的特定位置处的分布式温度传感器的帮助下来完成。使用德尔塔(detla)和绝对值来解释均匀效应)(homogeneouseffect)(线性体积收缩/膨胀)并解释因环境和内部热源而造成的非均匀效应。

温度补偿可以被细分成标尺补偿(针对三个笛卡尔方向)、均匀结构效应的补偿以及非均匀结构效应的补偿。

例如，如果诸如线性编码器的标尺被独立地安装在所述机器上，以允许独立于支撑结构的热膨胀，并且如果局部温度传感器测量绝对温度和所述测量内的变化，则在获知标尺本身的CTE值的情况下，可以补偿沿着标尺本身的收缩或膨胀。为了确定体积结构性收缩或膨胀，将绝对和相对变化与结构性部件的CTE一起考虑在内。所述温度测量被解释为均匀场，即，不考虑“弯曲效应”。

对于非均匀温度补偿及其结构性影响，温度的局部差异和随时间的局部差异变化被考虑，并通过考虑相对于材料的热膨胀和CTE值的长度变化来将其转化为“弯曲”。为了能够将机器置于恶劣的环境中-逐步从“车间”状态开始，并且然后延伸至“在线”和“处理中”状态，这些现有技术的补偿策略可能不够，并且限制了总体性能。

因此，本发明的目的是，提供一种改进的坐标测量机CMM和方法，其中，由温度变化而造成的误差可以以改进的方式来补偿。

特别是，所述CMM的每个线性驱动机构(沿X、Y、Z方向)的位移误差和/或所述CMM的框架结构中的偏斜和变形(例如，弯曲)应当被意识到并被精确地补偿。

特定目的是，提供这样一种方法，其中，因非均匀温度分布而造成的轴线弯曲是可解决的。

所述标尺的温度引起的膨胀或收缩可以与目前的补偿策略类似地被处理。机械基准元件基于“度量衡”材料并与所述结构的其余部分热分离。这些影响的补偿可能适用并导致更好的总体补偿，然而，所述标尺必须刚性地连接至所述基准元件。这也可以与所述标尺的松散固定相结合，其中，所述标尺的温度被测量并被相应地补偿。

另选地，在所述基准元件内部，可能放置完全免受环境影响(即，绝缘)的附加梁，其中一个端部被固定到所述基准元件的第一端部，而另一端部包括用于测量该设置的低频影响(独立于动力学)的传感器。例如，该传感器可以测量所述基准元件在至少一个自由度(沿轴向)上的距离变化。所述传感器可以基于电容或电感原理或涡流，或者可以是PSD或其它基于光学的侧向位移传感器(lateral displacement sensor)。

另选地或者另外，可以基于表示所述基准模块的实际状态的模型来描述和计算所述基准元件和/或所述传感器单元的因外部(环境)影响而造成的物理行为。特别是，所述基准元件的膨胀、收缩或弯曲可以基于这样的模型来确定(例如，通过当前温度值和关于所述基准元件和/或发热源(例如，马达功率耗散或传感器单元功率耗散)的安装或固定的知识的附加使用)。上面已经描述了对所述基准模块的至少一部分进行建模的原理，并且下面将对其进行更详细描述。

非均匀温度分布会导致框架元件弯曲。解决该问题的一个解决方案包括使用包括机械基准元件和位移传感器的基准系统，所述位移传感器用于连续测量至少一个自由度。由于结构性部件的弯曲与所述基准系统完全分离，所以这仍保持不受这种弯曲的影响，并且因此是可重复的。所述基准结构本身的弯曲可能由于非均匀温度分布而发生，其也可以被精确地补偿。与此相关联的影响通常明显小于该框架处的对应影响(至少为2倍)。

为了将所述弯曲与基准元件分开，所述基准元件的端部以在不改变梁的直线度的情况下允许热膨胀和体积膨胀的方式被固定。例如，这些要求借助于所述基准元件相对于轴线的“均衡”固定(如明确限定的三点固定)来满足，或者借助于梁本身的开始和结束处的基于挠曲的连接来满足。

在测量之间允许所述基准元件相对于机器轴线的刚性运动；然而，在至少一个测量周期期间，该基准元件必须保持稳定。

如果假设所述机器可以被看作可再现的机器，则允许所述位移传感器及其子元件在测量周期之间漂移，但不在一个测量周期内漂移。以静态方式在没有任何负载的情况下对轴线进行扫描，稍后通过应用高级过滤而允许补偿漂移(偏移)。

为了在一个测量周期内实现鲁棒性，所述感测头和配对件另外可以尽可能好地与环境和/或任何热源分离。这可以在基于陶瓷的连接元件(立方体、矩形主体、球体)和/或小接触区域或者利用具有高耐热的接触区域(陶瓷、玻璃)的帮助下，通过到原始结构性元件的热绝缘但硬连接来实现。另外，大的导热率/绝热和/或低CTE材料允许轴线之间的更好的分开。

本发明的一个方面涉及一种补偿坐标测量机中的误差的方法，该坐标测量机适于确定待测量物体上的测量点的至少一个空间坐标，所述坐标测量机包括：

-具有多个结构性部件的机器结构，其中，所述结构性部件至少包括基部和用于接近所述测量点的一个探头，并且其中，所述机器结构提供将所述探头连接至所述基部，

-基准模块，该基准模块包括基准元件和被分配给该基准元件的传感器单元，其中，所述基准元件以针对第一结构性部件的已知相对位置被附接至该第一结构性部件，并且所述传感器单元以针对第二结构性部件的已知相对位置被附接至该第二结构性部件，以及

-控制和处理单元，该控制和处理单元适于执行建模功能。

根据本发明的该方面，所述方法包括以下步骤：

-借助于所述传感器单元获得所述基准元件与所述第二结构性部件之间的距离和/或角度，其中，所获得的距离和/或角度指示所述第一结构性部件和/或所述第二结构性部件的位移或变形，

-利用第一组状态变量限定动态模型，所述状态变量与所述基准模块的一组物理特性有关并且表示所述基准模块的实际状态，

-通过基于所述动态模型的计算获得所述基准模块的所述实际状态，以及

-至少基于所述实际状态来推导补偿参数，特别是还基于从所述基准元件所述到第二结构性部件的距离来推导补偿参数。

在该方法的一个实施方式中，所述机器结构包括至少一个驱动机构，所述至少一个驱动机构可移动地连接所述结构性部件中的至少两个，以提供所述探头相对于所述基部的可移动性。

在另一实施方式中，所述状态变量与所述基准元件的一组物理特性有关并且表示所述基准元件的实际状态，所述基准元件的所述实际状态通过基于所述动态模型的计算获得。

在另一实施方式中，所述方法包括以下步骤：确定所述第二结构性部件相对于所述第一结构性部件的位置，特别是其中，所述方法包括以下步骤：确定所述第二结构性部件相对于所述基准元件的位置。

在又一实施方式中，所述方法还包括以下步骤：

-监视所述第一组状态变量中的至少一个状态变量，并且基于该监视，确定所述至少一个状态变量的变化，

-利用关于所述至少一个状态变量的所确定的变化的更新后的状态变量来设定第二组状态变量，以及

-使用所述第二组状态变量作为所述第一组状态变量来更新所述动态模型，特别是其中，所述坐标测量机的至少一部分的实际状态至少基于所述第二组状态变量来计算。

在另外的实施方式中，所述方法包括以下步骤：通过基于所述动态模型的计算获得所述机器结构或其一部分的实际状态。

可选地，所述方法包括以下步骤：如果所获得的距离和/或角度超出一预定义阈值，则向用户发出警告信号，和/或向所述坐标测量机发出停止命令。

本发明的另一方面涉及一种用于确定待测量物体上的测量点的至少一个空间坐标的坐标测量机，该坐标测量机包括：

-具有多个结构性部件的机器结构，其中，所述结构性部件至少包括基部和用于接近所述测量点的探头，并且其中，所述机器结构提供将所述探头连接至所述基部，

-基准模块，该基准模块包括基准元件和被分配给该基准元件的传感器单元，其中，所述基准元件以针对第一结构性部件的已知相对位置被附接至该第一结构性部件，并且所述传感器单元以针对第二结构性部件的已知相对位置被附接至该第二结构性部件，以及

-控制和处理单元，该控制和处理单元适于执行建模功能。

根据本发明的该方面，所述基准元件和所述传感器单元按以下方式被设计和设置：可借助于所述传感器单元获得所述基准元件与所述第二结构性部件之间的距离和/或角度，其中，所获得的距离和/或角度指示所述第一结构性部件和/或所述第二结构性部件的位移或变形。在执行所述建模功能时，基于所测量的距离来限定具有第一组状态变量的动态模型，所述状态变量与所述基准模块的一组物理特性有关并且表示所述基准模块的实际状态，所述第一组状态变量被提供给所述控制和处理单元，并且所述基准模块的实际状态通过基于动态模型的计算获得。

在坐标测量机的一个实施方式中，所述状态变量与所述基准元件的一组物理特性有关并且表示所述基准元件的实际状态，所述基准元件的实际状态通过基于所述动态模型的计算获得。

在所述坐标测量机的另一实施方式中，所述机器结构包括至少一个驱动机构，所述至少一个驱动机构可移动地连接所述结构性部件中的至少两个，以提供所述探头相对于所述基部的可移动性。

在一个实施方式中，所述驱动机构是线性驱动机构，该线性驱动机构可移动地连接所述基部和另一结构性部件，以提供所述探头相对于所述基部的沿第一方向的可移动性，并且所述基准元件沿第一方向延伸。

在该坐标测量装置的一个实施方式中，所述基准元件具有第一端部和第二端部，其中，那些端部中的至少一个端部通过固定装置被固定到所述第一结构性部件(特别是所述基部)，以允许与所述第一结构性部件的变形和/或振荡分离的所述第一基准元件沿第一方向的膨胀。

在该坐标测量装置的一个实施方式中，所述固定装置是松配固定装置(loosefixation means)，所述松配固定装置包括均衡三点固定、基于挠曲的连接、松配固定轴承和/或四点V形槽连接。

在一个实施方式中，所述固定装置包括热绝缘材料，特别是陶瓷或玻璃，该热绝缘材料用于使所述基准元件与所述第一结构性部件热绝缘。这对于所述传感器单元来说同样如此。

在所述坐标测量机的另一实施方式中，所述基准模块适于确定所述第二结构性部件相对于所述第一结构性部件的位置。特别是，所述基准元件包括机器可读标尺，并且所述传感器单元适于基于所述标尺获得所述第一结构性部件相对于所述第一机械基准元件的位置。

在所述坐标测量装置的又一实施方式中，在执行所述建模功能时，

-监视所述第一组状态变量中的至少一个状态变量，并且基于该监视，确定所述至少一个状态变量的变化，

-利用关于所述至少一个状态变量的所确定的变化的更新后的状态变量来设定第二组状态变量，以及

-使用所述第二组状态变量作为所述第一组状态变量来更新所述动态模型，特别是其中，所述基准模块的实际状态至少基于所述第二组状态变量来计算。

在又一实施方式中，所述基准元件和所述传感器单元在至少五个自由度上直接机械连接。

在另一实施方式中，所述基准元件包括内部传感器单元，该内部传感器单元用于确定所述基准元件的尺度变化，所述尺寸变化具体地包括温度引起的膨胀、收缩或弯曲。

本发明的另一方面涉及基准元件到CMM的改进的固定。根据该方面的、用于确定待测量物体上的测量点的至少一个空间坐标的坐标测量机包括：具有多个结构性部件的机器结构，其中，所述结构性部件至少包括基部和用于接近所述测量点的探头，其中，所述机器结构提供将所述探头连接至所述基部；以及基准模块，该基准模块包括沿第一方向延伸的机械基准元件和被分配给所述基准元件的至少一个传感器单元，所述基准元件和所述传感器单元按如下方式被设计和设置：可获得所述基准元件与所述传感器单元之间的距离和/或角度。根据本发明的该方面，所述基准元件通过固定装置被固定到第一结构性部件，以允许与所述第一结构性部件的变形和/或振荡分离的所述基准元件沿所述第一方向的膨胀，其中，可通过所述传感器单元获得的距离和/或角度指示所述第一结构性部件的位移或变形。

在本发明背景下，应当理解，通过所述传感器单元获得的所述距离和/或角度不仅指示所述第一结构性部件的位移或变形，而且还可以表示出现在相应结构性部件与针对所述基准模块的一部分或者所述第二结构性部件的一部分的部件相关的连接点(例如，在针对所述传感器单元在所述第二结构性部件处的连接点处或周围)之间的结构性误差。

在本发明的一个实施方式中，所述CMM包括至少一个(线性)驱动机构，该线性驱动机构可移动地连接所述基部和另一结构性部件，以提供所述探头相对于所述基部的沿第一方向的可移动性。

在所述CMM的一个实施方式中，所述固定装置包括基于挠曲的连接。

在所述CMM的另一实施方式中，所述固定装置适于作为均衡三点固定。

在所述CMM的另一实施方式中，所述固定装置适于作为双V形槽连接，特别是在每个端部处的一个V形槽连接。

在另外的实施方式中，所述固定装置包括热绝缘材料，特别是陶瓷或玻璃，该热绝缘材料用于使所述基准元件热绝缘。

在所述CMM的一个实施方式中，所述传感器单元适于并且被设置成，在至少三个自由度上，特别是在六个自由度上，检测所述第一结构性部件相对于所述基准元件的位置。

在所述CMM的另一实施方式中，基准元件和传感器单元在五个自由度上机械连接，特别是直接机械连接。

在又一实施方式中，实际尺寸与标称尺寸的偏差包括温度引起的结构性偏斜和/或变形、所述基准元件沿第一方向的膨胀和/或收缩、和/或所述基准元件的弯曲。

在所述CMM的另一实施方式中，如果所获得的距离和/或角度超出一预定义阈值，则所述基准模块适于向用户发出警告信号，和/或向所述坐标测量机发出停止命令。

以上方法涉及主要以外骨架方式(即，暴露的)安装至或可安装至坐CMM的基准模块。然而，另选地或者另外，所述基准元件和/或传感器单元可以以内骨架方式设置，和/或可以被设置为集成在一个或更多个相应结构性部件(例如，一个或两个门腿中，或者连接横梁(桥)中)中。特别是，所述基准元件可以是横梁的集成(但仍然可模块化更换)部分，并且所述传感器被设置成可相对于所述横梁移动(在梁的外部或内部)。

关于旋转式CMM，像Scara型CMM一样，所述基准元件可以被设置在结构性部件的内部(例如，Scara机器的臂内部)，其中，所述基准元件的第一端部可以连接至臂可以围绕其旋转的轴线或轴，并且所述传感器单元可以被设置在被安装至臂的内壳体的所述基准元件的第二端部附近或该第二端部处或者被设置在下一个臂段的轴线或轴处。据此，当所述基准元件与臂机械分离时，可以检测到臂的可能变形。

下面，参照附图中示意性地示出的工作示例，完全通过示例的方式，对根据本发明的方法和装置进行更详细描述或说明。具体地，

图1示出了根据本发明的坐标测量机的第一示例性实施方式；

图2a至图2b示出了根据本发明的、具有基准元件和传感器单元的模块化基准模块的实施方式；

图3a至图3b示出了根据本发明的、包括基准模块的坐标测量机的另一示例性实施方式；

图4a至图4b示出了CMM的基准模块的实施方式；

图5示出了基准元件的实施方式；

图6示出了基准元件的固定的第一示例性实施方式；以及

图7a至图7d示出了基准元件的固定的第二示例性实施方式。

在图1中，描绘了门式坐标测量机1(CMM)的示例性实施方式。坐标测量机1包括：基部11以及用于将探头15连接至基部11的框架结构，该框架结构包括可相对于彼此移动的多个框架部件12、13、14。第一框架部件12是具有两个门腿的门，所述两个门腿在其上端通过桥接部分连接。通过驱动机构(未示出)驱动，框架部件12能够沿基部11的纵向侧运动。该方向对应于第一方向X。框架部件12的运动具体可以通过附接至基部11的齿条来执行，该齿条与框架部件12上的小齿轮啮合。一般而言，CMM 1包括结构性部件11-15，即，框架结构12-14、基部11以及探头15。

滑架14被可移动地设置在框架部件12的桥接部分上。滑架14(其要被视为另外的框架部件)的运动也可以通过齿条和小齿轮实现。构建另外的框架部件的竖直杆13(套筒，Z轴柱塞(Z-ram))被可移动地并入滑架14中。在竖直杆13的底部设置了探头15。

该探头15可沿X、Y以及Z方向运动至坐标测量机1的测量体积(工作区域)中的任何期望点。测量体积由基部11和框架部件12、13来限定，并且特别是，根据滑架14的可移动范围来限定。尽管对于本发明来说不是必需的，但这三个空间方向X、Y以及Z优选地彼此正交。应注意到，未示出用于驱动框架部件并由此用于驱动探头15的驱动机构和控制器。

待测量物体5被定位在基部11上的测量体积的空间中。

探头15被固定至杆13的下自由端上，在探头15上示例性地设置触针。该触针以本身已知的方式用于接触待测量的物体5。然而，本发明不限于触觉式坐标测量机，而是同样可以被用于以非接触方式接近测量点的坐标测量机，即，例如具有光学扫描头的坐标测量机。更一般地，探头15可以被设计成用于布置接触探针，例如，扫描或接触式触发探针，或者非接触式探针，特别是光学、电容或电感探针、关节式探针或三角测量传感器。

可移动构件与引导件之间的两种最常见的轴承类型是空气轴承或球轴承(例如，线性循环加轨道(linear circulating plus rails))。空气轴承具有在运动中没有摩擦的优点(其可能引入不同种类的误差，如角度误差或滞后)。空气轴承的缺点是刚度低于球轴承，使得可能出现特别是动态误差。在球轴承类型方面，轴承系统的刚度通常较高，并且针对典型的脏且多灰的车间条件而言它们更鲁棒，但存在摩擦并且摩擦力可能带来误差。然而，本发明可以应用于这两种类型的轴承。

综上，坐标测量机1被构建成用于确定待测量物体5上的测量点的三个空中坐标，并且因此，包括用于提供探头15相对于基部11在第一方向、第二方向以及第三方向(X、Y以及Z方向)上的可移动性的三个线性驱动机构，并且特别是，提供附加旋转自由度的机械部件(例如，关节式探针)。

每个线性驱动机构具有一个线性引导件，分别为在第一方向上的一个线性引导件、在第二方向上的一个线性引导件、以及在第三方向上的一个线性引导件(X、Y以及Z方向)。在简单的实施方式中，Y方向驱动机构的线性引导件由基部11的两个边缘构建表面形成，X方向驱动机构的线性引导件由桥的两个或三个表面形成，而Z方向驱动机构的线性引导件由X方向滑架构件中的立方孔形成。

此外，每个线性驱动机构都包括可移动构件，所述可移动构建被轴承支撑以沿着引导件运动。特别是，Y方向驱动机构的可移动构件被具体实施为Y滑架，所述Y滑架具有相对于基部11的上述两个或三个引导表面的相互面对的表面。X方向驱动机构的可移动构件被具体实施为X滑架14，所述X滑架14具有相对于桥的上述两个或三个引导表面的相互面对的表面。而且，Z方向驱动机构的可移动构件由Z柱13(套筒)形成，该Z柱具有相对于X滑架中的立方孔的内表面相互面对的表面。

此外，每个线性驱动机构都包括线性测量仪器，以分别确定每个可移动构件分别沿第一方向、第二方向或第三方向(X、Y和Z方向)的第一驱动位置、第二驱动位置或第三驱动位置。

在图1的该示例性实施方式中，门腿都具有允许第一框架部件12在Y方向上的运动的可移动Y滑架。

作为Y测量仪器的一部分的测量标尺10Y在基部11的长边上被示意性地表示，其中，标尺10Y平行于Y方向延伸。该标尺可以是玻璃测量标尺，例如，具有增量或绝对编码，利用所述编码可以确定Y滑架在Y方向上的驱动位置。应当理解，测量仪器还可以包含用于读取测量标尺10Y的合适的传感器，但是为简单起见，在此没有对这些传感器加以表示。然而，应当指出，本发明不限于使用玻璃测量标尺，因此也可以使用其它测量仪器来记录驱动机构的可移动构件的驱动/行进位置。

另一测量标尺10X平行于X方向被布置在第一框架部件12的桥状部分上。最后，另一测量标尺10Z也平行于Z方向被布置在Z轴柱塞上。借助于作为线性测量仪器的一部分的测量标尺10X、10Z，可以以本身已知的方式计量地记录第二框架构件14在X方向上的当前驱动位置和套筒13在Z方向上的当前驱动位置。

在所示实施方式中，基部11包括或者被构建为用于支撑待测量物体5的具有花岗岩表面板的台子，在台子上旨在确定测量点的空间坐标。

未示出的是控制和处理单元，所述控制和处理单元被设计成致动坐标测量机1的马达驱动装置，以使探头15行进至测量点。该控制和处理单元包括处理器和存储器。特别是，该控制和处理单元被设计为确定物体5上的测量点的三个空间坐标作为所述三个驱动机构的至少第一驱动位置、第二驱动位置以及第三驱动位置的函数、

对于手动操作来说，该控制单元可以连接至用户操纵台。该控制单元还可以完全自动接近并测量待测量物体5的测量点。

因为技术人员完全已知通用种类的坐标测量机的设计以及不同线性引导件和不同线性测量仪器的设计，所以必须理解，可以对不同特征进行许多修改和组合。所有这些修改例都落入本发明的范围内。

由此，本发明总体上可以与所有类型的坐标测量机一起使用，即，与被设计为并行运动机器的CMM一起使用，以及与具有线性或串行运动的CMM一起使用。示例性地，所述CMM可以被设计为桥型、L桥型、水平臂型、悬臂梁型或台架型机器，或者可以被设计为关节臂，或Scara型机器。

根据本发明，CMM 1被设计用于将具有基准元件和传感器单元的基准模块附接至CMM 1的结构性部件11-15。这种基准模块使得能够利用CMM 1的探针来确定待测量点的精确坐标。标尺10X、10Y和/或10Z由此可能是多余的，这意味着可以用该基准模块完全替换该标尺。

此外，不需要(或者仅减少工作量)对CMM本身的可能的轴线误差进行校准和/或补偿，但是可以使用预先校准的基准模块直接提供这种校准或校准的一部分以进行坐标测量。

图3a和3b示出了根据本发明的CMM 1的另外的些实施方式。

此外，根据本发明，控制和处理单元包括用于基于表示该基准模块(其至少一部分)的物理参数的模型动态地特别是连续地计算坐标测量机1的偏斜的功能，其。对于这种动态计算，监视(例如，通过测量物理特性或通过计算参数)对基准模块(或其一部分)的激励和/或对该基准模块的外部冲击，并且根据该监视来更新系统变量。在限定时间间隔内执行监视和更新参数的处理。因此，相应系统参数(例如，温度变化)和相关物理特性(即，物理特性的值)的变化被确定，和/或被另外存储在数据库中，并且可以基于该模型和来自数据库的值执行偏斜计算。通过考虑几个物理参数的历史(它们被设定用于由随时间模型的表示该基准模块的至少一部分)，可以进行对在该基准模块处发生的变形和/或振动的实时动态计算，并且可以补偿因该偏斜而造成的误差。使得能够计算固有频率，并且它们的影响也可以被校正。可以计算因热影响而造成的位移。

因此，限定模型以及执行监测物理参数和计算根据本发明的基准模块的实际状态允许减少因CMM 1的动态和/或变形行为而造成的误差。上述功能为建模基准参数并且为计算(特别是校正或补偿偏斜，即，为动态改变CMM 1偏斜)提供了改进且精确的基础。

图2a示出了根据本发明的基准模块20a的第一实施方式。基准模块20a包括基准元件21a，该基准元件21a被设计成伸长形状(即，以基准梁的形式)，并且包括方形轮廓。基准模块20a还包括传感器单元22a，该传感器单元22a被设计成使得可以通过传感器单元22a感测基准元件21a的至少一侧，特别是每一侧。由于基准模块20a的具体设计，使得传感器单元22a能够进行沿着基准元件21a的伸长方向相对运动和垂直于该伸长方向的小的相对运动。

基准元件21a优选地包括标尺(未示出)，特别是处于沿着整个伸长部的至少三个表面上。该标尺例如可以通过利用传感器单元22a感测定标来提供用于提供传感器单元22a相对于基准元件21a的位置确定的增量和/或绝对编码。使能至少关于伸长方向确定该位置。

根据本发明的更具体实施方式，可以参照三个(正交)方向确定相对位置和取向。为此，传感器单元22a可以包括多个距离感测装置，以提供关于传感器单元22a相对于基准元件21a的可能位移的信息。这种信息例如可以描述在传感器单元22a被刚性固定并且被设计成使得传感器单元22a本身几乎不出现或者仅仅出现可忽略的扭曲或误差的情况下该基准元件的可能弯曲。

然而，基准元件21a被如此设计并由使得不存在因外部(例如，热)影响而造成的弯曲的材料(例如，微晶玻璃(Zerodur))构建。另选地，基准元件21a由这样材料制成，所述材料因外部影响而造成的行为可以以非常可靠的方式描述和/或建模。因此，基准元件21a的形状在每个测量实例中通过结构上避免任何弯曲和变形，或者通过计算基准元件21a的当前状态来获知。

如果基准元件21a被设计成允许其结构(特别是其伸长部)的改变，那么基准元件21a优选地通过至少为该基准元件21a的一个端部提供线性轴承或挠曲系统来支撑，以便能够不受阻碍地延伸或收缩基准元件21a的长度。

通过这样做，即，通过获知基准模块20a的实际状态，传感器单元22a相对于基准元件21a的任何错位给出关于基准模块20a所附接到的CMM的结构变形的信息。

根据本发明，基准模块20a独自被校准和/或补偿。为此，独立基准模块20a被校准，例如，通过使用提供传感器单元22a沿着基准元件21a的精确位置和/或取向变化的干涉仪。因此，传感器单元22a提供相应的测量值。这些测量被比较并且基于所述比较来获得对利用传感器单元22a进行位置确定的补偿。

优选地，可以测量(例如，高达六个自由度)沿着和/或垂直于伸长部的位置、围绕伸长轴或与垂直于所述伸长轴的轴的取向(角度)的任何组合。

另选地或者另外，传感器单元22a和/或基准元件21a被独立地校准并且为这些部件中的一个或每个提供相应的校准数据。这种单独校准通过使用相应绝对标准来完成，该绝对标准针对基准元件21a提供目标形状和/或尺度或者针对传感器单元22a提供目标测量性能。将标准值与针对基准模块部件确定的相应值进行比较，并基于该比较获得校准数据。该方法使得能够不单独地替换整个基准模块20a，而是还能够仅替换传感器单元22a或基准元件21a并提供相应的校准数据，其中，在这种单独替换之后仍然提供精确的坐标测量。

一组特定类型基准元件可以适于匹配的一组特定类型传感器单元，其中，针对这些部件中的每一个或针对每组部件提供单独的校准数据。为每组部件提供相应的校准标准。

基准模块20a可以提供用于确定(坐标测量机的)结构性元件的相对位置和/或取向的完全校准和补偿的系统，所述结构性元件被设计为可相对于彼此运动并且相应的模块部件(基准元件21a和传感器单元22a)附接至所述结构性元件。

因此，通过将预先校准的基准模块20a附接至CMM(即，沿着线性轴线中的一个的基准元件和传感器单元)，使得在CMM结构沿着该轴运动时提供该基准元件的感测，可以提供通过仅使用基准模块20a确定的相应坐标值。不再需要CMM的典型内部定标或感测系统来进行位置确定。

使用该方法还使得能够简单且快速地替换CMM的测量系统，例如，在机器毁损等情况下，而无需对系统进行完全的重新校准。为了更好地测量可靠性，可以确定基准元件和/或传感器的可能歪斜并考虑精确补偿。

图2b示出了根据本发明的基准模块20b的第二实施方式。与图2a的实施方式相比，基准元件21b包括三角形形状，并且传感器单元22b对应地被设计成感测基准元件21b的至少两个表面。

应当理解，在本发明的意义上，本发明不限于以上所示实施方式，而是可以特别是关于基准元件的形状(例如，圆形、多面体或“I”形)和传感器单元的设计进行许多修改，所述基准元件和所述传感器单元提供相对位置和/或取向测量。

图3a和3b示出了根据本发明的坐标测量机2的实施方式。其中，那些实施方式还涉及使用基准元件21、21'和传感器单元22、22'进行误差补偿的一般方法，涉及温度误差补偿并且涉及基准模块的部件(即，基准元件21、21'和/或传感器单元22、22')的模块化附接。

CMM 2包括：基部11、第一腿部12’、支撑腿部12”、由桥支撑的滑架14，以及可在Z方向上移动的Z轴柱塞13。第一腿部12'和支撑腿部12”是桥的一部分。

该桥可沿Y方向移动，滑架14可沿X方向移动。

两个示出的实施方式都包括两个基准元件21、21'(这里：基准梁)，其中一个基准元件沿着Y轴延伸，而另一个基准元件沿着X轴延伸。为两个实施方式设置各自的传感器单元22、22'，使得能够检测到基准梁21、21'的距离和/或确定沿着梁21、21'的位置或位置变化。该实施方式主要在各个基准模块的附接方面不同。

图3a和3b描绘了本发明的总体构思。这是将外骨架策略与能够检测一个相对移动部分的至少一个自由度的智能感测元件22、22'相结合。该感测元件可以提供高达六个自由度的确定-这意味着完整获知该相对移动部件针对另一个在空间中定位的地方。可能需要连接自由度来将外骨架驱动至期望位置。其意味着沿(一个或更多个轴的)移动方向的连接，如所示沿Y或X方向。基准元件21、21'和传感器22、22'以基本上无载方式被安装，使得结构内不会产生或只产生最小的应力。

对于外骨架与原始结构之间的其余自由度，可以在智能感测元件的帮助下来实现连接，所述智能传感元件最少检测一个自由度，直至所有六个自由度。

这意味着除了针对移动方向以外，同时还可以集成附加的感测元件，所述附加的感测元件测量多个部分的与移动方向和取向正交的相对运动。

这又允许不仅有一个“全局外骨架”仅紧密地连接在工具中心点-而且还有“局部附接的外骨架”。例如，“桥接”一个移动方向与另一移动方向并在该子结构链内分离外部影响(惯性、接触力、部分重量、温度影响等)。那些“桥接元件”中的一个可以单独使用或与其它“桥接元件”结合使用。

图3a示出了用于独立“桥接”变型(例如，与用于描述和计算其间灵活性的模型组合)的实施方式。图3b示出了两个“桥接元件”的组合。

如可以从图3a看出，传感器单元22被安装在将该传感器单元22直接与第一框架部件12'(第一腿部)机械连接的连接件23上。基准元件21被安装在基部11上。另一传感器单元22'被连接至滑架14并且能够进行朝向固定至门腿12’、12”的另一基准元件22'的测量。两个基准模块(每个都包括基准元件和传感器单元)分开连接至CMM结构。

根据该第一策略，避免了连接至移动体的附加基准结构性元件之间的机械连接。

基准模块的配对件部分(基准元件21、21')沿着期望移动轴线连接至原始结构的相对移动部分(这里：基部11或X梁)。在沿着一个期望轴移动CMM结构时，感测头22、22'在基准模块的配对件部分21、21'之上行进，并且连续测量沿着相对于移动方向的至少一个正交方向的位置或位移。

因此，优选地，未在外骨架上实现附加的轴承。感测头可以按这样的方式安装：直接连接(机械地)至一个移动轴线并且连接至针对下一轴线(与图3b相比)的配对件(基准元件)。这将意味着原始结构与“外骨架”的完全分开。

图3b描绘了被安装在连接件24上的传感器单元22，该连接件24将传感器单元22与第二基准模块(基准元件21')机械地连接并且间接地与框架部件12'连接。

固定感测头的另一方式是将其固定在原始结构上的一个位置处，其中可以测量所有的轴承影响(滞后、不可重复性、动力学、温度)以及作用于原始主体的局部变形。

基准元件21、21'可以机械地连接至发生大部分全局偏斜的区域(避免局部偏斜的影响)。其基本上意味着可以附接物理模型或附加传感器，以考虑第一轴线的一个感测元件相对于后续轴线之间的“全局偏斜”。

在局部力输入到结构性元件(例如，大的腿部、x梁)的某个距离处的局部偏斜之后，几何地发生“全局偏斜”。力输入发生在轴承位置(固定点)和与其它结构性元件(例如，从大的腿部到X梁)的交界处。

优选地，基准模块的基准元件21、21'部分以如下方式连接至该结构的其余部分：对抗温度影响(均匀和非均匀)和抗原始结构的偏斜呈鲁棒性。特别是，通过这样做，除基准元件21、21'本身的惯性力之外，没有附加的力被引入至相对外骨架的基准元件21、21'。

基准元件21、21'可以被固定在两端处或靠近两端在特定点(贝塞尔点)处或者仅在一端处或靠近一端(参见图3a)。其间，可以以抵消重力影响的方式支撑基准元件21、21'。因此，这种支撑以如下方式来设计：不因原始CMM结构本身的弯曲/偏斜而按相关方式引入任何力。在沿着配对元件的两点处的固定因此被优选地实现。

此外，这种连接应当以在针对CMM结构的消除大部分局部变形影响的位置/点处连接的方式来完成。

此外，另选地或者另外，在基准模块的附加结构元件与移动方向上的原始CMM元件之间提供了强机械连接。在该情况下，附加的结构性元件可以按生成沿一个移动方向的附加引导元件的方式来设计。

因此，实现了鲁棒的局部引导元件，其优选地具有最小化的质量并且能够与力冲击分离。然而，基准元件21、21'可以包含引导元件(例如，管和平坦表面)和一个或更多个轴承(例如，与平坦轴承组合的圆柱形空气轴承)以及沿移动方向连接至原始结构的滑架。该轴承提供鲁棒性和可重复性(无滞后、最小化的非重复跳动(runout))。

与上述方法相对的优点是避免沿着配对件的长“标尺”，其可能对于生成和/或生成是困难和/或昂贵的和/或难于适当地固定至配对件。对于这种策略，只有局部感测单元必须被安装在配对件上。

尽管在图3a和3b中，基准模块被示出与结构性部件分离(即，暴露的)，但另选地，这些可以被设置成集成在相应的结构性部件中，例如，集成到门腿12'、12”中的一个或两个中，或者集成到连接横梁中。另外，在旋转CMM(例如，Scara，这里未示出)的情况下，基准模块可以被集成到或放置在旋转CMM的结构性部件内，例如，将基准元件或传感器单元连接至驱动器、主轴或轴承和/或轴中的一个。

将基准模块附接至图3a和3b的CMM结构的方法涉及上面或下面提到的本发明的所有方面，即，基准模块可以模块化地附接或替换至CMM，可以提供绝对坐标确定，并且可以能够补偿动态引起的误差(例如，振动、共振等)和/或温度误差(变形、错位、弯曲等)。

此外，基准模块的内部变形可以使用针对各个基准模块的物理模型来描述和计算。

图4a和4b示出了图3a和3b中描绘的CMM的基准模块20的两个示例性实施方式。基准模块20包括被安装在CMM的基部上的梁形基准元件21，和被分配给基准元件21并适于确定相对于基准元件21的位置的传感器单元22。基准元件21沿平行于第一框架部件12的运动方向的第一方向Y延伸。

在图4a中，传感器单元22被安装在将该传感器单元22直接与第一框架部件12机械连接的连接件23上；这对应于图3a的CMM设置。在图4b中，传感器单元22被安装在连接件23上，该连接件23将传感器单元22与第二基准模块机械地连接进，并且由此间接地与框架部件12连接；这对应于图3b的CMM设置。

基准元件21和传感器单元22按可测量从第一基准元件21到传感器单元所附接的框架部件的至少一个距离的这种方式来设计和设置。所测量距离与标称距离值之间的差值指示第一框架部件12的位移或变形。另外，获知基准元件21和/或传感器单元22的当前状态(或者根据描述模型或者通过向基准模块分别提供稳定的特性和轴承)以精确确定该位移或变形。

图5以截面图示出了基准元件21的示例性实施方式。梁形元件是中空的并且包括附加的感测头52，该附加感测头52被固定至基准元件内壁的第一端部。管状元件50以绝缘方式被固定在基准元件21的另一端处的固定件53中并且朝向第一端部延伸，其中，管状元件50的编码器元件51的相对位置可由感测头52检测。管状元件50与基准元件21绝缘并且优选由具有低CTE值的材料制成。利用该设置，基准元件21的膨胀、收缩、弯曲或其它尺度变化(例如，由于温度变化)是可确定的。

图6示出了第一基准模块20的另外的示例性实施方式，基准元件21借助于基于挠曲的连接件30被安装至基部。挠曲允许基准元件21沿第一方向Y膨胀或收缩(例如，由于温度变化)，而不发生基准元件21的任何弯曲效应和侧向运动。

图7a至图7d示出了第一基准模块20的另外的示例性实施方式，基准元件21通过均衡三点固定装置40被安装至基部。

图7a以侧视图示出了：基准元件21在第一端部处通过均衡固定装置的轴向基准部分40a固定至基部11，并且在第二端部处通过均衡固定装置的支撑部分40b固定。基准元件21包括可由传感器单元22的传感器22a、22b读取的感测标尺29，以便确定基准元件21与传感器单元22之间的相对位置，并因此确定与传感器单元22所连接至的第一框架元件12的相对位置(特别是在六个自由度(6DOF)上)。

图7b以仰视图示出了基准元件21。在轴向基准部分40a处，基准元件21包括锥形凹陷41和矩形凹陷42；在支撑部分40b处，其包括球体43。图7c和图7d以截面图(图7b中的虚线)示出了基准元件21的两个端部。图7c示出了包括轴向基准部分40a的第一端部。基准元件21的这个端部由两个球形部件44、45支撑，两个球形部件44、45在锥形凹陷41处和矩形凹陷42处与基准元件21接触并且停留在两个支撑部件46、47上。图7d示出了包括支撑部分40b的第二端部。基准元件21的这个端部由球体43所停留的第三支支撑件48支撑。

该均衡三点固定装置允许基准元件21沿第一方向Y膨胀或收缩(例如，由于温度变化)，而不发生基准元件21的任何弯曲效应。

应当理解，在本发明的意义上，本发明不限于以上所示实施方式，但可以特别是关于基准元件的形状和传感器单元的设计进行许多修改，这提供相对位置和/或取向测量。

Claims (51)

1.一种用于利用坐标测量机来提供精确坐标测量的方法，该方法包括以下步骤：

·通过以下步骤初始校准具有带限定定标的基准元件的独立基准模块：

□参照相应绝对标准测量所述基准元件的物理特性，并且

□基于所述测量获得针对所述基准模块的校准数据，所述校准数据提供关于传感器单元根据所述定标的相应检测部分相对于所述基准元件的特定定位的信息，并且

·随后将所述基准模块被附接至所述坐标测量机并且按以下方式将所述校准数据提供给所述坐标测量机的控制和处理单元：所述基准模块借助于所述传感器单元提供取向值的确定，所述取向值表示所述传感器相对于所述基准元件的取向。

2.根据权利要求1所述的方法，

其特征在于，

所述基准模块被另外附接至所述坐标测量机的标准编码单元，该单元提供所述坐标测量机被设计为的坐标的测量。

3.根据权利要求1或2所述的方法，

其特征在于，

能够借助于所述传感器单元确定的所述取向值表示所述传感器单元相对于所述基准元件在至少两个自由度上的取向。

4.根据权利要求1至3中的任一项所述的方法，

其特征在于，

所述基准模块提供运动信息的确定，该运动信息和与所述坐标测量机被设计为的规则运动正交的相对机器运动有关，特别是其中，规则机器运动是机器部件沿线性机器轴线的运动。

5.根据权利要求1至4中的任一项所述的方法，

其特征在于，

所述传感器单元是所述基准模块的一部分，并且适于检测所述基准元件的所述定标，特别是，其中，所述传感器单元的特性被初始获得。

6.根据权利要求1至5中的任一项所述的方法，

其特征在于，

·利用所述传感器单元在沿着所述基准元件的特定点处检测所述定标的部分，

·将所检测的所述定标的部分分配给所述传感器的相对于所述基准元件的相应相对位置，以及

·基于所述检测获得针对所述基准模块的所述校准数据。

7.根据权利要求1至6中的任一项所述的方法，

其特征在于，

借助于所述坐标测量机的机器标尺进行的机器坐标的确定由借助于所述基准模块和所述校准数据进行的从所述位置和/或取向值获得的坐标的确定替换。

8.根据权利要求1至7中的任一项所述的方法，

其特征在于，

所述基准元件被设计为伸长结构，其中，所述定标提供关于沿着所述结构的位置和关于相对于所述结构的取向的信息，特别是关于相对位置和具有至少两个自由度的取向的信息。

9.根据权利要求1至8中的任一项所述的方法，

其特征在于，

所述基准模块被附接至所述坐标测量机，使得所述基准模块提供

·参照所述坐标测量机的至少一个轴线的所述取向值的确定，和/或

·关于所述坐标测量机的至少一部分的结构变形的信息。

10.根据权利要求1至9中的任一项所述的方法，

其特征在于，

·附接所述基准元件，使得所述基准元件至少大致平行于线性机器轴线(X、Y、Z)中的一个延伸，和/或

·将所述基准元件附接至所述坐标测量机的第一结构性部件并将所述传感器单元附接至所述坐标测量机的第二结构性部件，特别是其中，所述基准元件和所述传感器单元按基本无载方式被附接至所述坐标测量机。

11.根据权利要求1至10中的任一项所述的方法，

其特征在于，

所述基准元件被设计为提供旋转机器运动的位置信息，特别是具有环状形状的旋转机器运动的位置信息。

12.根据权利要求1至11中的任一项所述的方法，

其特征在于，

所述基准元件的所述定标包括结构和/或图案，所述结构和/或图案在由所述传感器单元检测时，提供关于所述传感器单元相对于所述基准元件的绝对取向的信息，特别是其中，所述信息提供具有三个旋转自由度的相对取向。

13.根据权利要求1至12中的任一项所述的方法，

其特征在于，

提供数字动态模型，所述数字动态模型描述所述基准元件的由于机器运动和/或外部影响而造成的变形和/或振动，特别是所述基准模块的由于机器运动和/或外部影响而造成的变形和/或振动，

特别是其中，由所述坐标测量机测量的坐标基于所述基准元件的实际状态来补偿，特别是基于所述基准模块的实际状态来补偿，所述实际状态通过基于所述动态模型的计算而获得。

14.根据权利要求1至13中的任一项所述的方法，

其特征在于，

提供查找表，该查找表包括针对所述传感器单元相对于所述基准元件的相对位置和/或取向的位置和/或取向值，其中，所述位置和/或取向值被分配给表示所述定标的相应部分的特定检测信号。

15.根据权利要求14所述的方法，

其特征在于，

基于所述校准数据生成所述查找表。

16.根据权利要求1至15中的任一项所述的方法，

其特征在于，

·替换所述基准元件或所述传感器单元，同时

□保持与所述基准模块的其余部件有关的校准数据，并且

□与所述控制和处理单元交换与所述基准模块的替换的部件有关的所述校准数据，并且

·利用替换的基准元件和/或替换的传感器单元进行坐标测量。

17.一种独立基准模块，该独立基准模块适于提供利用坐标测量机进行的精确测量的补偿，所述基准模块包括：

·具有限定定标的基准元件，以及

·一组校准数据，

其特征在于，

·所述基准模块被设计成能够按独立方式至少部分地校准，使得能够由传感器单元检测的所述定标的一部分提供关于所述传感器单元相对于所述基准元件的取向的信息，该信息表示所述校准数据，

·所述基准模块被设计成，按基本无载方式附接至所述坐标测量机，其中，所述基准元件要被附接至所述坐标测量机的第一结构性部件，并且

·在附接状态下，所述基准模块提供取向值的确定，该取向值表示所述传感器单元相对于所述基准元件的取向。

18.根据权利要求17所述的独立基准模块，

其特征在于，

所述基准模块被另外附接至所述坐标测量机的标准编码单元，该单元提供所述坐标测量机被设计为的坐标的测量。

19.根据权利要求17或18所述的独立基准模块，

其特征在于，

能够借助于所述传感器单元确定的所述取向值表示所述传感器单元相对于所述基准元件在至少两个自由度上的取向。

20.根据权利要求17至19中的任一项所述的独立基准模块，

其特征在于，

所述基准模块提供运动信息的确定，该运动信息和与所述坐标测量机被设计为的规则运动正交的相对机器运动有关，特别是其中，规则机器运动是机器部件沿着线性机器轴线的运动。

21.根据权利要求17至20中的任一项所述的独立基准模块，

其特征在于，

所述传感器单元是所述基准模块的一部分，并且被设计且被设置为检测所述定标的至少一部分，其中，所述传感器单元要被附接至所述坐标测量机的第二结构性部件。

22.根据权利要求17至21中的任一项所述的独立基准模块，

其特征在于，

所述基准模块包括附接单元，该附接单元与所述坐标测量机处的对应附接单元匹配，其中，所述附接单元以相对于所述坐标测量机的限定位置和/或取向来提供所述基准元件和/或所述传感器单元的模块化安装和拆卸。

23.一种包括具有多个结构性部件(11、12、13、14)的机器结构的坐标测量机，所述结构性部件至少包括：

·基部(11)，以及

·探头(15)，该探头用于接近测量点，

其中，所述机器结构提供将所述探头连接至所述基部，

其特征在于，

所述坐标测量机包括根据权利要求17至22中的任一项所述的基准模块，所述基准模块以预校准状态被设置，其中，

·所述基准元件被附接至所述坐标测量机的第一结构性部件并且所述传感器单元被附接至所述坐标测量机的第二结构性部件，

·所述坐标测量机的控制和处理单元包括根据所述预校准状态的一组校准数据，并且

·所述基准模块提供取向值的确定，该取向值表示所述传感器单元相对于所述基准元件的取向。

24.根据权利要求23所述的坐标测量机，

其特征在于，

至少一个驱动机构，所述至少一个驱动机构用于提供所述探头相对于所述基部的可移动性。

25.根据权利要求23或权利要求24所述的坐标测量机，

其特征在于，

·所述基准元件和所述传感器单元按基本无载方式被附接至所述坐标测量机，和/或

·所述控制和处理单元被配置成仅基于由独立基准模块的所述传感器单元提供的测量数据来确定用于测量的坐标。

26.一种补偿坐标测量机(1、2)中的误差的方法，该坐标测量机适于确定待测量物体(5)上的测量点的至少一个空间坐标，所述坐标测量机(1、2)包括：

·具有多个结构性部件的机器结构，所述结构性部件(11、12、13、14)至少包括：

□基部(11)，以及

□探头(15)，该探头用于接近所述测量点，

其中，所述机器结构提供将所述探头连接至所述基部，

·基准模块(20)，所述基准模块(20)包括基准元件(21)和被分配给所述基准元件(21)的传感器单元(22)，其中，所述基准元件(21)以针对第一结构性部件的已知相对位置被附接至所述第一结构性部件，并且所述传感器单元(22)以针对第二结构性部件的已知相对位置被附接至所述第二结构性部件，以及

·控制和处理单元，该控制和处理单元适于执行建模功能，

该方法包括以下步骤：

·借助于所述传感器单元获得所述基准元件(21)与所述第二结构性部件之间的距离和/或角度，其中，所获得的距离和/或角度指示所述第一结构性部件和/或所述第二结构性部件的位移或变形，

·限定具有第一组状态变量的动态模型，所述状态变量与所述基准模块(20)的一组物理特性有关并且表示所述基准模块(20)的实际状态，

·通过基于所述动态模型的计算获得所述基准模块(20)的所述实际状态，以及

·至少基于所述实际状态推导补偿参数。

27.根据权利要求26所述的方法，

其特征在于，

所述机器结构包括至少一个驱动机构，所述至少一个驱动机构可移动地连接所述结构性部件(11、12、13、14)中的至少两个，以提供所述探头(15)相对于所述基部(11)的可移动性。

28.根据权利要求26或权利要求27所述的方法，

其特征在于，

·所述状态变量与所述基准元件(21)的一组物理特性有关并且表示所述基准元件(21)的实际状态，并且

·所述基准元件(21)的所述实际状态通过基于所述动态模型的计算获得。

29.根据权利要求26至28中的任一项所述的方法，

其特征在于，

确定所述第二结构性部件相对于所述第一结构性部件的位置，特别是其中，所述方法包括确定所述第二结构性部件相对于所述基准元件(21)的位置。

30.根据权利要求26至29中的任一项所述的方法，

其特征在于，

·监视所述第一组状态变量中的至少一个状态变量，并且基于该监视，确定所述至少一个状态变量的变化，

·利用关于所述至少一个状态变量的所确定的变化的更新后的状态变量来设定第二组状态变量，以及

·使用所述第二组状态变量作为所述第一组状态变量来更新所述动态模型，特别是其中，所述坐标测量机的至少一部分的实际状态至少基于所述第二组状态变量来计算。

31.根据权利要求26至30中的任一项所述的方法，

其特征在于，

通过基于所述动态模型的计算获得所述机器结构或其一部分的实际状态。

32.根据权利要求26至31中的任一项所述的方法，

其特征在于，

如果所获得的距离和/或角度超出一预定义阈值，则向用户发出警告信号，和/或向所述坐标测量机(1、2)发出停止命令。

33.一种用于确定待测量物体(5)上的测量点的至少一个空间坐标的坐标测量机(1、2)，该坐标测量机(1、2)包括：

·具有多个结构性部件的机器结构，所述结构性部件(11、12、13、14)至少包括：

□基部(11)，以及

□探头(15)，该探头用于接近所述测量点，

其中，所述机器结构提供将所述探头连接至所述基部，

·基准模块(20)，所述基准模块(20)包括基准元件(21)和被分配给所述基准元件(21)的传感器单元(22)，其中，所述基准元件(21)以针对第一结构性部件的已知相对位置被附接至所述第一结构性部件，并且所述传感器单元(22)以针对第二结构性部件的已知相对位置被附接至所述第二结构性部件，以及

·控制和处理单元，所述控制和处理单元适于执行建模功能，

其特征在于，

所述基准元件(21)和所述传感器单元(22)按以下方式被设计和设置：能够借助于所述传感器单元获得所述基准元件(21)与所述第二结构性部件之间的距离和/或角度，其中，所获得的距离和/或角度指示所述第一结构性部件和/或所述第二结构性部件的位移或变形，

其中，在执行所述建模功能时，

·基于所测量的距离限定具有第一组状态变量的动态模型，所述状态变量与所述基准模块(20)的一组物理特性有关并且表示所述基准模块(20)的实际状态，

·所述第一组状态变量被提供给所述控制和处理单元，并且

·所述基准模块(20)的所述实际状态通过基于所述动态模型的计算来获得。

34.根据权利要求33所述的坐标测量机，

其特征在于，

·所述状态变量与所述基准元件(21)的一组物理特性有关并且表示所述基准元件(21)的实际状态，并且

·所述基准元件(21)的所述实际状态通过基于所述动态模型的计算获得。

35.根据权利要求33或权利要求34所述的坐标测量机，

其特征在于，

所述机器结构包括至少一个驱动机构，所述至少一个驱动机构可移动地连接所述结构性部件(11、12、13、14)中的至少两个，以提供所述探头(15)相对于所述基部(11)的可移动性。

36.根据权利要求35所述的坐标测量机，

其特征在于，

·所述驱动机构是线性驱动机构，所述线性驱动机构可移动地连接所述基部(11)和另一结构性部件，以提供所述探头(15)相对于所述基部(11)沿第一方向(Y)的可移动性，并且

·所述基准元件(21)沿所述第一方向(Y)延伸。

37.根据权利要求33至36中的任一项所述的坐标测量机，

其特征在于，

所述基准元件(21)具有第一端部和第二端部，其中，所述端部中的至少一个通过固定装置被固定到所述第一结构性部件，特别是被固定到所述基部(11)，以允许与所述第一结构性部件的变形和/或振荡分离的第一基准元件(21)沿第一方向(Y)的膨胀。

38.根据权利要求37所述的坐标测量机，

其特征在于，

所述固定装置是松配固定装置，所述松配固定装置包括

·均衡三点固定，

·基于挠曲的连接，

·固定松配轴承，和/或

·四点V形槽连接。

39.根据权利要求37或权利要求38所述的坐标测量机，

其特征在于，

所述固定装置包括热绝缘材料，特别是陶瓷或玻璃，所述热绝缘材料用于使所述基准元件与所述第一结构性部件热绝缘。

40.根据权利要求33至39中的任一项所述的坐标测量机，

其特征在于，

所述基准模块适于确定所述第二结构性部件相对于所述第一结构性部件的位置，特别是其中，

·所述基准元件(21)包括机器可读标尺，并且

·所述传感器单元(22)适于基于所述标尺推断所述第一结构性部件相对于第一机械基准元件(21)的位置。

41.根据权利要求33至40中的任一项所述的坐标测量机，

其特征在于，

在执行所述建模功能时，

·监视所述第一组状态变量中的至少一个状态变量，并且基于该监视，确定所述至少一个状态变量的变化，

·利用关于所述至少一个状态变量的所确定的变化的更新后的状态变量来设定第二组状态变量，以及

·使用所述第二组状态变量作为所述第一组状态变量来更新所述动态模型，特别是其中，所述基准模块(20)的所述实际状态至少基于所述第二组状态变量来计算。

42.根据权利要求33至41中的任一项所述的坐标测量机，

其特征在于，

所述基准元件(21)和所述传感器单元(22)在六个自由度上直接机械连接。

43.根据权利要求33至42中的任一项所述的坐标测量机，

其特征在于，

所述基准元件(21)包括内部传感器单元(52)，所述内部传感器单元(52)用于确定所述基准元件(21)的尺度变化，特别是，所述尺度变化包括温度引起的膨胀、收缩或弯曲。

44.一种用于确定待测量物体(5)上的测量点的至少一个空间坐标的坐标测量机(1、2)，所述坐标测量机(1、2)包括：

·具有多个结构性部件的机器结构，所述结构性部件(11、12、13、14)至少包括：

□基部(11)，以及

□探头(15)，该探头用于接近所述测量点，

其中，所述机器结构提供将所述探头连接至所述基部，以及

·基准模块(20)，所述基准模块(20)包括沿第一方向(Y)延伸的机械基准元件(21)和被分配给所述基准元件(21)的至少一个传感器单元(22)，所述基准元件(21)和所述传感器单元(22)按以下方式被设计和设置：能够获得所述基准元件(21)与所述传感器单元(22)之间的距离和/或角度，

其特征在于，

所述基准元件(21)通过固定装置被固定到第一结构性部件，以允许与所述第一结构性部件的变形和/或振荡分离的所述基准元件(21)至少沿所述第一方向(Y)的膨胀，其中，能够通过所述传感器单元(22)获得的所述距离和/或所述角度指示所述第一结构性部件的位移或变形。

45.根据权利要求44所述的坐标测量机，

其特征在于，

所述固定装置包括基于挠曲的连接(30)。

46.根据权利要求44所述的坐标测量机，

其特征在于，

所述固定装置适于为均衡三点固定(40)或者作为四点V形槽连接。

47.根据权利要求44至46中的任一项所述的坐标测量机，

其特征在于，

所述固定装置包括热绝缘材料，特别是陶瓷或玻璃，所述热绝缘材料用于使所述基准元件(21)热绝缘。

48.根据权利要求44至47中的任一项所述的坐标测量机，

其特征在于，

所述传感器单元(22、52)适于并且被设置成在至少三个自由度上，特别是在六个自由度上，检测所述第一结构性部件相对于所述基准元件(21、51)的位置。

49.根据权利要求44至48中的任一项所述的坐标测量机，

其特征在于，

所述基准元件(51)和所述传感器单元(52)在六个自由度上机械连接，特别是直接机械连接。

50.根据权利要求44至49中的任一项所述的坐标测量机，

其特征在于，

实际尺度相对于标称尺度的偏差包括：

·温度引起的结构性偏斜和/或变形，

·所述基准元件(21)沿所述第一方向(Y)的膨胀和/或收缩，和/或

·所述基准元件(21)的弯曲。

51.根据权利要求44至50中的任一项所述的坐标测量机，

其特征在于，

如果所述距离超出一预定义阈值，则所述基准模块(20)适于向用户发出警告信号，和/或向所述坐标测量机(1、2)发出停止命令。