CN111829436B - 用于控制坐标测量机器的方法以及坐标测量机器 - Google Patents

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Abstract

一种用于确定测量物体的尺寸和/或几何特性的坐标测量机器具有测量元件，该测量元件限定了参考点、并且可相对于测量物体接收座沿着多条移动轴线移动。所述多条移动轴线包括多条线性轴线和至少一条旋转轴线。为了相对于测量物体来控制测量元件，提供了该参考点的期望位置以及限定了容许速度和/或加速度的极限值的参数。根据该参考点的期望位置和这些参数来确定针对所述多条移动轴线的相应独立轴向位置的多个独立时间序列。这些独立时间序列在相继的独立轴向位置之间具有相应的独立时间区间。这些独立时间序列与共同的定时周期时钟同步，该定时周期时钟针对每个目标位置分别使用最长的独立时间区间。

Description

用于控制坐标测量机器的方法以及坐标测量机器
技术领域
本发明涉及一种用于控制坐标测量机器的方法，该坐标测量机器包括测量物体接收座和测量元件，其中，该测量元件限定用于对测量物体进行测量的参考点并且可相对于该测量物体接收座在测量体积内沿着多条移动轴线移动，并且其中，所述多条移动轴线包括多条线性轴线和至少一条旋转轴线，该方法包括以下步骤：
-提供该参考点在该测量体积内的多个期望位置，
-提供多个参数，这些参数限定了沿着所述多条移动轴线的容许速度和/或加速度的极限值，
-确定根据该参考点的期望位置和这些参数而变、该测量元件分别沿着所述多条线性轴线的多个相继目标位置系列，
-确定多个相继旋转角度值，每个旋转角度值代表该测量元件在这些相继目标位置处围绕该至少一条旋转轴线的适合的旋转角度，以及
-将该测量元件在第一限定的定时周期时钟内移动至这些相继目标位置并且使用该多个旋转角度值来旋转该测量元件。
本发明还涉及一种用于确定测量物体的尺寸和/或几何特性的坐标测量机器，该坐标测量机器包括测量物体接收座和测量元件，该测量元件限定用于对测量物体进行测量的参考点并且可相对于该测量物体接收座在测量体积内沿着多条移动轴线移动，并且其中，所述多条移动轴线包括多条线性轴线和至少一条旋转轴线，该坐标测量机器包括机器控制器，该机器控制器被配置用于使该测量元件根据控制数据沿着所述多条移动轴线移动，以记录该测量物体处的测量值，并且该坐标测量机器包括操纵终端，该操作终端包括：
-界面，该界面用于接收该参考点在该测量物体处的多个期望位置，
-存储器，该存储器中能够存储限定了该测量元件沿着所述多条移动轴线的容许速度和/或加速度的极限值的多个参数，以及
-处理器，该处理器被配置用于根据该参考点的期望位置和这些参数来确定该机器控制器的控制数据。
背景技术
从EP 0 866 390 B1中已知这样的方法和这样的坐标测量机器。
DE 195 29 547 A1披露了一种用于控制坐标测量机器的方法。在所述方法中，根据设定值数据来移动探头销(触觉测量元件)。在坐标测量机器的计算机中，根据测量物体的几何数据、比如CAD数据将机器控制器的所需控制数据确定为点序列。为此，计算机通过适当地选择点序列中的点之间的距离来确定速度曲线，该速度曲线旨在确保没有颠簸和震摇的移动过程和尽可能最短的测量时间。这种已知的方法在实践中被证明是值得的，但是局限于对具有触觉测量元件的坐标测量机器的控制，该触觉测量元件在测量体积内仅沿着线性轴线移动。
在开篇提及的EP 0 866 390 B1披露了使用触觉测量元件的另一种通用类型方法，其中，该测量元件现在可以相对于测量物体沿着线性轴线并且沿着至少一条旋转轴线移动。该旋转轴线可以借助于测量物体所搁置于其上的旋转台来实现。在其他变体中，坐标测量机器可以包括旋转枢转接头，探头销可以借助于该旋转枢转接头旋转并枢转到不同取向。这种已知方法涉及在确定探头头部的目标位置之后立即计算探头销的相关联的期望旋转角度值。如果为了获得期望旋转角度值所需的角速度和相关联的角加速度超过了预限定的最大值，则修正目标位置之间的距离，直到关于最大角速度和最大角加速度的条件可以被满足。随后，在限定的定时周期时钟内，使探头销在目标位置之间移动、并且还旋转所计算出的旋转角度。这种已知方法使得能够以自动化方式测量在测量物体上的几乎任何轮廓。
用可相对于测量物体沿着多条线性轴线并且沿着一条或多条旋转轴线移动的触觉测量元件对测量物体进行自动测量已经能够尤其快速地测量自由形式表面。然而，触觉测量元件在每个测量时刻仅给出测量物体的一个坐标测量值。因此，使用触觉测量元件对测量物体的完整3D测量(“3D扫描”)仅能困难地实现。
触觉测量元件的替代方案是可以无接触地、尤其光学地检测测量物体上的测量点的测量元件。举例而言，WO 2013/144293 A1披露了一种具有光源和图像传感器的测量元件，该光源产生光平面，该图像传感器捕捉从测量物体表面反射的光。该光平面在测量物体表面上产生线，该线在测量物体表面上提供彼此相邻的多个测量点。发明人以名称EagleEye II提供了另外的已知测量元件(其根据三角测量原理借助于投影到测量物体上的激光线来确定坐标测量值)，用于在生产机动车辆车身方面实现品质保证。
激光线各自在测量物体表面上的最佳对准以及此类测量元件的图像捕捉速率对坐标测量机器的控制提出了新要求，特别是在期望大面积自动测量时。
发明内容
在这种背景下，本发明的目的是阐述一种用于控制坐标测量机器的方法，所述方法在考虑许多不同的边界条件的情况下使得测量元件能够沿着多条线性轴线和旋转轴线快速且准确地移动。特别地，本发明的目的是阐述一种用于控制坐标测量机器的方法，所述方法使得能够用测量元件来对测量物体进行有效的大面积测量，该测量元件可以同时检测测量物体上的多个测量点。另外，本发明的目的是阐述一种坐标测量机器，其中测量元件可以以有效的方式被控制以便以自动的方式来扫描测量物体。
根据本发明的一个方面，所述目的是通过在开篇提及的类型的方法实现的，其中，根据该参考点的期望位置和这些参数来确定针对所述多条移动轴线的相应独立轴向位置的多个独立时间序列，其中，这些独立时间序列在相继的独立轴向位置之间具有相应的独立时间区间，并且其中，这些独立时间序列与共同的第二定时周期时钟同步，该时钟针对每个目标位置分别使用最长的独立时间区间。
根据另外的方面，提出了一种在开篇提及的类型的坐标测量机器，其中，该处理器被配置用于根据该参考点的期望位置和这些参数来确定针对所述多条移动轴线的相应独立轴向位置的多个独立时间序列，其中，这些独立时间序列在相继的独立轴向位置之间具有相应的独立时间区间，其中，该处理器还被配置用于使这些独立时间序列与共同的定时周期时钟同步，该时钟针对每个目标位置分别使用最长的独立时间区间，并且其中，该处理器还被配置用于根据这些独立时间序列以及该共同的定时周期时钟来确定该CMM控制器的控制数据。
该新颖的方法和对应的坐标测量机器在第一方法部分中首先以在时间上彼此不相关的方式来确定沿着线性轴线和旋转轴的时间上相继的轴向位置。因此，针对每条移动轴线的时间序列首先在相继的轴向位置之间具有相应的独立时间区间。与相应的独立轴向位置无关，时间序列也是独立地，因为它们在相继的轴向位置之间具有独立时间区间。因此，作为一种临时结果，该新颖的方法和对应的坐标测量机器针对独立的线性轴线和旋转轴线给出轴向位置的独立时间序列，其中，这些轴向位置旨在在后续控制过程期间各自同时获得。时间序列初始地是不同步的。
仅在第二方法部分中，这些独立时间序列彼此同步。在这种情况下，对于两个相继轴向位置之间的每个时间区间，分别使用“最慢”的移动轴线作为“前导轴线”。“慢”在此处不一定与轴线的移动速度的绝对值有关，而是与“最慢”的移动轴线(考虑了与该移动轴线有关的边界条件)从前一独立轴向位置到后一独立轴向位置所需的持续时间有关。因此，“慢”也可能是由于受影响的移动轴线必须跨过相对长的移动距离这一事实造成的。
因此，前导轴线功能在此典型地在同步过程中交替出现。举例而言，在从沿着移动轴线的所有第一轴向位置到所有相应的后续第二轴向位置所需的第一时间区间中，坐标测量机器的线性轴线(比如，X轴)例如可以具有前导轴线功能，而对于第二轴向位置与相应的后续第三轴向位置之间的稍后时间区间，旋转轴线具有前导轴线功能。移动轴线可以对于在多个相继时间区间上的时间同步具有前导轴线功能，但是在该新颖的方法和对应的坐标测量机器的情况下，前导轴线功能典型地在不同的移动轴线之间来回交替多次。在此，在各自情况下最长的时间区间，即，该移动轴线为了到达下一个独立轴向位置所需的最长的时间区间，始终决定了可用于让所有移动轴线从相应的前一第一独立轴向位置改变成后一第二独立轴向位置的持续时间。另一方面，最长时间区间还限制了沿着所有轴线的位置变化的持续时间，使得在考虑所有轴线的所有独立边界条件的情况下，同步的位置改变将尽可能快地发生。
可以展示与多个人员的时间同步，所有人员都沿着带有独立目标点的相应独立路线规划前行。每个人从他/她从当前的独立目标点改变至他/她的下一个独立目标点可以具有均匀的持续时间。对于每个位置变化，由需要最长时间进行他/她当前位置改变的那个人来确定所述均匀的持续时间。然后，由此来引导其他所有人。在过早到达他们的下一目标点的事件中，他们可以等到其他所有人都已经到达其相应的下一独立目标点，和/或他们可以降低其独立移动速度直到到达下一个目标点，最后一种通常是优选的。
以类似的方式，在同步之后，所有移动轴线可具有均匀长度的时间区间，以从前一独立轴向位置到达后一独立轴向位置。对于每个时间区间，通过将最长时间区间各自用作所有移动轴线的均匀的同步区间，来确定这些具有均匀长度的时间区间的相应长度。在以这种方式完成同步之后，然后可以根据均匀的时间区间来确定沿着独立移动轴线的独立移动速度。
因此，该新颖的方法和对应的坐标测量机器首先接收多个期望位置，测量元件的参考点旨在在测量体积内被定位在这些期望位置处。原则上，测量元件可以是触觉测量元件。然而，优选地，测量元件是可以同时检测测量物体上的多个测量点的光学测量元件。优选地，被同时检测的这些测量点沿着一条线，比如在例如激光三角测量传感器的情况下和/或在限定的面积内，比如在例如条纹投影传感器的情况下。
优选地，这些期望位置代表测量物体表面上的多个选定测量点。有利的是，可以根据表示测量物体的数据集、比如CAD数据集或在相同类型的测量物体上获取的测量数据集来确定期望位置。在采用触觉测量元件的示例性实施例中，参考点可以是探头球的球中心点。在光学测量元件的情况下，参考点可以是测量光学单元的焦点。在一些情况下，参考点是所谓的工具中心点(TCP)。参考点的期望位置限定了相对于测量物体表面的期望测量路径，参考点旨在沿着该测量路径移动。在优选的示例性实施例中，期望位置是期望测量路径的离散支撑点，该测量路径的其余部分是连续的。
另外，该新颖的方法和对应的坐标测量机器使用限定了测量元件沿着所述多条移动轴线的速度和/或加速度的上限值和/或下限值的多个参数。另外的参数可以包括测量元件的大小和/或重量、和/或参考点的期望位置、和/或测量元件相对于测量物体的取向。这些期望位置和参数形成输入变量，根据所述输入变量来确定最终用于使测量元件移动的独立控制数据。
基于参考点的期望位置和这些参数来确定测量元件沿着线性轴线和旋转轴线的多个目标位置。与现有技术相比，确定沿着移动轴线的相应独立轴向位置的多个独立时间序列，就好像使得可以沿着移动轴线以彼此不相关的方式进行不同的移动前进。仅在后面的方法部分中，使这些独立时间序列与共同的定时周期时钟同步并且由此相组合而形成组合的移动前进。有利的是，在此可以假设，测量元件沿着每条移动轴线并且在每个时间区间内的移动可以各自以沿着相应轴线的在考虑开篇提及的参数的情况下可能的最大可能加速度和速度进行。因此，首先假设沿着所有移动轴线的移动尽可能快。因此，测量元件在同步之后也尽可能快地移动。
另外，考虑了仅部分地适用于独立轴向移动的多种不同的边界条件，该新颖的方法和对应的坐标测量机器使得测量元件能够沿着多条移动轴线进行协调的总体移动。特别地，该新颖的方法和对应的坐标测量机器适合于使光学测量元件自动移动，从而能够以有效的方式对测量物体进行完整的3D扫描。因此，上文提及的目的得以完全实现。
在本发明的一个优选构型中，根据该多个期望位置，借助于插值来确定该参考点在该测量体积内的期望测量路径，其中，根据该期望测量路径来确定这些相继目标位置系列。
优选地，该期望测量路径是借助于样条插值、尤其使用三次-二次贝兹曲线样条(cubic-quadratic Bezier spline)来确定的。根据此类期望测量路径来确定相继目标位置使得能够以有效的方式控制测量元件在测量体积内没有颠簸和震摇。
在另外的构型中，首先根据这些参数来确定该参考点沿着该多个期望位置的多个位置相关性期望径向速度曲线和位置相关性期望切线速度曲线。特别有利的是，使用上文提及的期望测量路径来确定所提及的两个期望速度曲线。
确定期望的径向速度曲线使得能够以简单的方式考虑由于测量元件的弯曲移动而产生的离心力、并且确保测量元件的横向加速度保持在预限定的最大值以下。这有利地促进提高测量准确度、并且减少磨损。确定位置相关性期望切线速度曲线使得能够以简单的方式将移动方向上的速度和加速度保持在预限定的极限值内。这也有利地促进提高测量准确度并且实现高的测量分辨率。
通过使用具有图像或相机传感器的光学测量元件，还有利的是，测量元件沿着期望测量路径的速度与图像或相机传感器的图像捕捉速率相适配。如果测量元件沿着期望测量路径太快地移动，则这对测量分辨率是不利的。相比而言，如果测量元件太慢地移动，则这对生产率不利。确定这两个期望的速度曲线使得能够以简单的方式在测量准确度、测量分辨率以及测量速度方面优化测量元件相对于测量物体的移动。
在另外的构型中，根据该位置相关性期望径向速度曲线并且根据该位置相关性期望切线速度曲线，来确定在该测量体积内该参考点的期望时间速度曲线。
在这种构型中，这两个单独的位置相关性期望速度曲线组合形成共同的时间性期望速度曲线。该构型提供了以下简单的可能性：根据共同的参考变量来得出测量元件沿着所述多条移动轴线的移动。
在另外的构型中，该测量元件限定了具有多个测量点的测量线，其中，该测量线延伸经过该参考点。
在这种构型中，该新颖的方法和对应的坐标测量机器尤其使用根据三角测量原理工作的激光线传感器。这种类型的测量元件使得能够同时记录沿着测量线的多个测量点、并且因此特别适合于对测量物体进行完整的3D扫描。该新颖的方法和对应的坐标测量机器的优点特别地与此类测量元件组合地显现。
在另外的构型中，根据该测量线的空间取向来确定该测量元件的相继目标位置系列以及这些相继旋转角度值。优选地，还根据测量物体表面的相应取向、尤其根据测量物体表面的相应局部法向量来确定这些目标位置和旋转角度值。
该构型有利地促进优化在每个测量时刻该测量元件在各自情况下最佳地朝向测量物体表面、尤其朝向测量物体表面的相应局部取向的测量线。因此，这种构型促进在测量物体的3D扫描期间实现均匀地高的测量准确度。
在特别优选的示例性实施例中，为了获得沿着期望测量路径的每个期望位置，以恒定的距离并且在测量物体表面的期望点处的相应表面法线的方向上生成辅助点，并且确定平行于期望测量路径的、特别地呈样条插值形式的第二插值曲线。由此，用关于测量物体表面的每个期望位置处的法线方向的信息来补充该期望测量路径，并且经补充的期望测量路径使得能够以简单的方式针对每个测量点来确定测量元件在测量物体表面处的最佳取向。
在另外的构型中，横向于沿着该参考点的该多个期望位置的路径，即，因此横向于上文提及的期望测量路径，来选择测量线的空间取向。在一些优选的示例性实施例中，测量线的取向被选择成在各自的情况下垂直于期望测量路径。在另外的优选的示例性实施例中，可以使得测量线与期望测量路径之间形成的角度是可选择的，使得操作者可以输入测量线与期望测量路径之间的期望角度作为参数值。
在另外的构型中，将该测量线的空间取向选择为使得该参考点沿着该多个期望位置领先于或落后于该测量元件。
该构型有利地减少由镜面反射性测量物体表面处的不希望的反射引起的测量误差。
在另外的构型中，根据相应独立轴向位置的该多个独立时间序列来确定用于该坐标测量机器的机器控制器的控制数据序列。
有利的是，使用与共同的定时周期时钟同步的时间序列来确定该控制数据序列。该构型的优点在于，可以将相应独立轴向位置的时间序列非常简单且快速地转化为对于坐标测量机器的独立轴线的控制数据。优选地，坐标测量机器的控制器(CMM控制器)的控制数据包括针对每条移动轴线的单独控制数据序列，这些控制数据序列直接根据相应的相关联时间序列和同步的轴向位置来确定。
在另外的构型中，用预限定的控制数据定时周期时钟来确定该控制数据序列，该控制数据定时周期时钟是通过确定中间位置根据该共同的第二定时周期时钟得出。
该构型有利地促进对控制数据提供与机器控制器相适配的定时周期时钟，其中，该控制数据定时周期时钟可以与这些独立轴向位置序列的共同的定时周期时钟不同。该构型使得能够将该新颖的方法简单地适配用于具有不同控制数据定时周期时钟的不同坐标测量机器。确定中间位置是使时间序列与更高的控制数据定时周期时钟相适配的非常有效的可能性。
不言而喻，在不脱离本发明的范围的情况下，上述特征还以及有待在下文解释的那些特征不但可以在各自情况下以指定的组合来使用，而且还可以以其他组合来使用或者单独使用。
附图说明
在附图中展示了本发明的多个示例性实施例并且在以下的说明中对其进行更详细的说明。在附图中：
图1示出了新颖的坐标测量机器的一个示例性实施例，
图2示出了图1的坐标测量机器的测量元件在沿着测量物体表面移动期间的简化展示，
图3示出了具有多个期望位置的示例性期望测量路径，以及
图4示出了用于阐释该新颖方法的一个示例性实施例的流程图。
具体实施方式
在图1中，总体上用附图标记10表示出新颖的坐标测量机器的一个示例性实施例。坐标测量机器10在此具有底座12，门架14被布置在该底座上而沿Y方向可移动。门架14载有滑动件16，该滑动件被安装成沿X方向可移动。滑动件16载有套筒18，该套筒在此被安装成沿Z方向可移动。附图标记20表示沿着三条移动轴线X、Y、Z布置的线性刻度，从而可以借助于适合的传感器(在此未示出)来确定门架14、滑动件16、以及套筒18沿着轴线X、Y、Z的相应位置。
坐标测量机器10是具有彼此正交布置的三条线性轴线的坐标测量机器的一个示例性实施例。在另外的示例性实施例中，该新颖的坐标测量机器可以是水平臂坐标测量机器、悬臂设计的坐标测量机器、桥式设计的具有静止柱和可移动桥的坐标测量机器、或例如具有静止门架的坐标测量机器，其中工件接收座沿着一条或两条线性轴线可移动。总体上，该新颖的坐标测量机器的示例性实施例可以具有任何运动学构造，以使得能够将测量元件相对于测量物体沿着多条线性轴线移动。这包括将测量物体可移动地固持在旋转台上或固持在以某种其他方式可移动的测量物体接收座内的坐标测量机器。
在套筒18的自由下端处布置了更换接口22，多轴旋转接头24在此固定至所述接口上。旋转接头24载有测量元件26，该测量元件可相对于测量物体28沿着线性轴线X、Y、Z并且沿着旋转轴线(下文解释的)移动。图1通过举例展示了如何借助于测量元件26来在孔洞29的区域中测量该测量物体28。
附图标记30表示评估与控制单元。评估与控制单元30包括CMM控制器32，该控制器根据控制数据来致动坐标测量机器10的驱动器(在此未单独示出)、并且相应地提供测量元件26相对于测量物体28沿着线性轴线和旋转轴线的移动。
评估与控制单元30还包括操作终端34，该操作终端具有监测器36和键盘38。在典型的示例性实施例中，操作终端34是借助于可商购的个人计算机来实现，该个人计算机可以用操作系统、比如
Figure BDA0002461314220000091
Linux或MacOS来操作并且在其上运行软件，该软件首先使得能够生成机器控制器32的控制数据、并且其次用于评估所获得的测量结果。举例而言，可参考测量与评估软件
Figure BDA0002461314220000101
其由申请人商业地提供。
操作终端34如本身已知地具有处理器40，在该新颖方法的一个示例性实施例中，在该处理器上运行该测量与评估软件。操作终端34还具有存储器42，该存储器中存储了或者可以存储多个参数，所述参数限定了测量元件26沿着坐标测量机器10的移动轴线的容许速度和/或加速度的极限值。在一些示例性实施例中，这些参数可以通过操作终端34被输入、选择和/或编辑。
尽管该新颖的坐标测量机器和新颖的方法的示例性实施例可以用触觉测量元件来实施，但是在优选的示例性实施例中，坐标测量机器10具有进行非接触测量的测量元件26、优选地光学测量元件。在一些优选的示例性实施例中，测量元件26是激光三角测量传感器，比如由例如本申请人以商品名称EagleEye II商业地提供的。图2示出了此类测量元件的极简化展示。
如图2所示，在优选的示例性实施例中，测量元件26可以相对于测量物体28围绕一条、两条、或甚至三条旋转轴线旋转或枢转。举例而言，在此展示了三条旋转轴线A、B、和C。有利的是，B轴在此与A轴和C轴正交地延伸。特别有利的是，A轴和C轴在此大致彼此平行地延伸并且在B轴的方向上相对于彼此横向地偏离。另外，在另外的示例性实施例中，测量物体28可以安装在旋转台上、和/或可相对于测量元件26围绕一条、两条或三条旋转轴线旋转(在此未示出)。
测量元件26在此如本身已知地具有光源(未示出)，所述光源将光线44投射到测量物体表面上。在一些示例性实施例中，光源是激光二极管，其将激光线44投射到测量物体表面上。测量元件26在此还具有相机传感器(未示出)，该相机传感器相对于光源布置为限定的位置和取向。测量元件26借助于相机传感器来捕捉物体表面和光线44的图像。接着可以基于三角测量关系，根据这些图像来计算光线44照射的物体表面与测量元件26之间的距离。与本示例性实施例不同，在其他示例性实施例中，测量元件26可以将其他光图案投射到物体表面上，例如具有多个平行条纹的光图案。
在所有优选的示例性实施例中，测量元件26限定了用于对测量物体进行测量的参考点46。在此展示的示例性实施例中，参考点46位于测量线44的中心并且优选地在相机传感器的焦点处。在其他示例性实施例中，参考点可以被限定在测量元件26上的其他地方，比如在触觉测量元件的探头球的球中心点处。在一些示例性实施例中，参考点是测量元件26的所谓工具中心点(TCP)。
为了使用测量元件26来对测量物体进行测量，使测量元件26相对于测量物体移动以使得参考点46沿着在此确切地在测量物体的表面上延伸的路径48移动。在优选的示例性实施例中，测量元件26的相机传感器在移动期间以限定的时间区间来捕捉测量物体表面和测量线44各自的图像。在图2中，用附图标记44′、44、44″和44″′指示了测量线44沿着路径48的四个时间上相继的位置。
另外，在图2中，附图标记46’指示了变体，其中在沿着路径48的移动中参考点46领先于测量元件26。这可以通过测量元件26沿路径48的方向枢转来实现。在其他示例性实施例中，测量元件26可以在测量移动期间枢转，使得参考点46在移动中落后于测量元件26。另外，在另外的示例性实施例中，测量线44、44′、44″、44″′可以相对于路径48倾斜地定向。如下文更详细地解释的，在优选的示例性实施例中，在确定机器控制器32的控制数据时考虑了测量线44相对于移动路径48的期望取向。
在图3中，用附图标记50表示期望测量路径，参考点46旨在沿着该测量路径在测量物体表面上移动。在优选的示例性实施例中，借助于样条插值来确定期望测量路径50，这使用多个期望位置S1、S2、S3、S4作为支撑点。在一些优选的示例性实施例中，经过期望位置Si的序列设置三次-二次贝兹曲线样条，以确定期望测量路径50。在这种情况下，这些期望位置可以被指定为原则上可自由限定的坐标系中的向量。
有利的是，在此针对每个期望位置确定辅助点Hi，如图3中的辅助点H1所指示的。辅助点Hi在相应的表面法线Ni(如表面法线N1所指示的)的方向上与期望点Si保持恒定的距离。在此，经过这些辅助点设置另外的三次-二次贝兹曲线样条。因此，这两个样条以类似于铁轨的方式延伸，其中，在期望位置处的相应表面法线形成“铁路枕木”。在该新颖方法的优选的示例性实施例中，可以有利地使用经过辅助点Hi的辅助样条，以获得测量线44在物体表面上的相应最佳取向。
现在将参见图4来解释该新颖方法的一个示例性实施例。
起点是例如由坐标测量机器10的操作者基于测量物体28的CAD数据选择和/或限定的多个期望位置Si。根据步骤54，经由操作终端34、例如通过操作者借助于键盘38和/或使用鼠标、触笔或某种其他输入装置，基于测量物体的CAD表示来读入这些期望位置。根据步骤56，从存储器42读取和/或由操作终端34的操作者输入多个参数58。参数58尤其包括下面提及的参数中的一个或多个参数：参考点46的速度vTCP、参考点46的加速度/减速度aTCP、测量元件26沿着线性轴线的速度vCMM、测量元件沿着线性轴线的加速度aCMM、测量元件围绕旋转轴线A、B、C的角速度ω和/或角加速度α、参考点46(参见图2的附图标记46)沿着移动路径48的超前角或落后角、以及在测量线44与移动路径48之间的角度。
根据步骤60，使用样条插值、通过读入的期望位置来确定期望测量路径50。根据步骤62，在此在距期望测量路径50为恒定距离d处确定辅助样条64(参见图3)。
接着根据步骤66，确定参考点46沿着期望测量路径50的位置相关性期望径向速度曲线(曲率相关性期望速度曲线)。这可以有利地通过使用参考点46的容许加速度极限值amaxTCP来实现。在每个期望位置Si处，径向加速度vi 2/r旨在小于加速度amaxTCP。因此，必须在每个期望位置处对于径向速度保持下式成立：
Figure BDA0002461314220000121
其中，ρi是在期望位置Si处的相继多项式曲率的平均曲率。此外，径向速度旨在为：
Figure BDA0002461314220000122
即，曲率相关性速度旨在不超过最大容许速度的极限值。由此，在步骤66中，获得沿着期望测量路径50的曲率相关性/径向速度曲线。
步骤68涉及确定参考点46沿着期望测量路径50移动的位置相关性切向速度曲率(加速度相关性速度曲线)。在切线速度曲线的开始和结束处，下式成立：
v`0＝v`n-1＝U，
即，在移动开始和结束时的速度为0。
对于给定的amax和给定的距离，对于具有递增指数的切向速度曲线中的速度增大，下式递归地成立
Figure BDA0002461314220000131
并且i＝1，n-2，
其中，切向速度曲线的速度不得超过曲率相关性速度曲线的速度
Figure BDA0002461314220000132
Figure BDA0002461314220000133
接着步骤70涉及根据位置相关性速度曲线v＝v(Si)通过关系
Figure BDA0002461314220000134
Δt来确定时间相关性速度曲线v＝v(ti)。在这种情况下，下式成立t0＝0
并且递归地
Figure BDA0002461314220000135
接着步骤72和74涉及确定分别沿着线性轴线X、Y、Z和旋转轴线A、B的适合的轴向位置。通过边界条件，即，每个期望位置处从测量元件26到测量物体表面的向量Ti旨在与法向量Ni反平行，并且每个期望位置处的测量线46旨在垂直于移动路径48延伸，可以计算期望位置处的旋转角度。另外，在此可以通过对测量元件26在测量体积内的期望位置使用样条插值来确定测量元件26沿着线性轴线的轴向位置。作为步骤72和74的结果，获得了沿着每条线性轴线的目标位置的时间序列以及针对每条旋转轴线的旋转角度的时间序列，即，因此获得了独立轴向位置的时间序列。
接着根据步骤76，根据沿着轴线的相应最大可能的速度和加速度来将所获得的时间序列同步，以得到这些独立移动的相关性。取决于最大容许速度和加速度，从第一轴向位置i到下一个轴向位置i+1的每次改变需要独立时间区间，并且沿着独立轴线的独立时间区间可以在期望位置之间变化。接着对于每个期望位置，最长时间区间在各自情况下用作基础：
tsi＝tsi-1+max(tai-tai-1)，其中，i＝1，2，3…n-1并且ts0＝0。
字母a在此代表沿着每条轴线的移动。相应地，对于每个同步的时间区间tsi-1、tsi，分别采用时间上最长的移动作为同步的基础，并且将其他轴线的相应较短的移动持续时间延长到时间上最长的轴向移动。以此方式，沿着线性轴线和旋转轴线的轴向位置的所有时间序列获得共同的时间基础、并且在时间和空间上相关联。
机器控制器32典型地需要以限定的控制数据定时周期时钟来连续控制测量元件26的控制数据，该时钟与步骤74、76的轴向位置的同步定时周期时钟不同。因此，在此步骤78涉及确定针对每条移动轴线的中间位置Zi，使得对于所有的Δt控制，当前控制数据各自可用于独立轴向移动。
图3展示了期望测量路径50上的两个中间位置Z1和Z2。例如，可以用递归的方法将中间位置Zi插入期望测量路径50上，以根据步骤72至76、基于其来确定经修改的同步时间序列。这在图3中用附图标记指示。
根据步骤80，将控制数据在控制数据定时周期时钟Δt控制内传递至CMM控制器32，并且通过所传递的控制数据以本身已知的方式使测量元件26移动。

Claims (13)

1.一种用于控制坐标测量机器(10)的方法，该坐标测量机器包括测量物体接收座(12)和测量元件(26)，其中，该测量元件(26)限定用于对测量物体(28)进行测量的参考点(46)并且可相对于该测量物体接收座(12)在测量体积内沿着多条移动轴线移动，并且其中，该多条移动轴线包括多条线性轴线(X，Y，Z)和至少一条旋转轴线(A，B，C)，该方法包括以下步骤：
-提供该参考点(46)在该测量体积内的多个期望位置(S1，S2，S3，S4)，
-提供多个参数(58)，这些参数限定了沿着所述多条移动轴线的容许速度和/或加速度的极限值，
-根据该参考点(46)的期望位置(S1，S2，S3，S4)和这些参数(58)确定该测量元件(26)分别沿着所述多条线性轴线(X，Y，Z)的多个相继目标位置系列，
-确定多个相继旋转角度值，每个旋转角度值代表该测量元件(26)在这些相继目标位置处围绕该至少一条旋转轴线(A，B，C)的适合的旋转角度，以及
-将该测量元件(26)在限定的第一定时周期时钟内移动至这些相继目标位置并且使用多个旋转角度值来旋转该测量元件(26)，
其特征在于，根据该参考点(46)的期望位置(S1，S2，S3，S4)和这些参数(58)来确定针对所述多条移动轴线的相应独立轴向位置的多个独立时间序列，其中，这些独立时间序列在相继的独立轴向位置之间具有相应的独立时间区间，并且，这些独立时间序列与共同的第二定时周期时钟同步，该第二定时周期时钟针对每个目标位置分别使用最长的独立时间区间。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述多个期望位置(S1，S2，S3，S4)，借助于插值来确定该参考点(46)在该测量体积内的期望测量路径(50)，其中，根据该期望测量路径(50)来确定这些相继目标位置系列。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，根据这些参数(58)来确定该参考点(46)沿着所述多个期望位置(S1，S2，S3，S4)的位置相关性期望径向速度曲线(66)和位置相关性期望切线速度曲线(68)。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，根据该位置相关性期望径向速度曲线并且根据该位置相关性期望切线速度曲线，来确定在该测量体积内该参考点(46)的期望时间速度曲线。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，该测量元件(26)限定具有多个测量点的测量线(44)，其中，该测量线延伸经过该参考点(46)。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，根据该测量线(44)的空间取向来确定该测量元件(26)的该多个相继目标位置系列以及该多个相继旋转角度值。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，横向于沿着该参考点的该多个期望位置(S1，S2，S3，S4)的路径(50)来选择该测量线(44)的空间取向。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，将该测量线(44)的空间取向被选择为使得该参考点(46)沿着该多个期望位置(S1，S2，S3，S4)领先于或落后于该测量元件(26)。
9.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，根据相应独立轴向位置的多个独立时间序列来确定用于该坐标测量机器(10)的机器控制器(32)的控制数据序列。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，用预限定的控制数据定时周期时钟来确定该控制数据序列，该控制数据定时周期时钟是通过确定中间位置(Zi)根据该共同的第二定时周期时钟得出的。
11.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，该测量物体接收座(12)包括旋转台。
12.一种用于确定测量物体(28)的几何特性的坐标测量机器，包括测量物体接收座(12)和测量元件(26)，该测量元件限定用于对测量物体(28)进行测量的参考点(46)并且可相对于该测量物体接收座(12)在测量体积内沿着多条移动轴线移动，并且其中，所述多条移动轴线包括多条线性轴线(X，Y，Z)和至少一条旋转轴线(A，B，C)，该坐标测量机器包括CMM控制器(32)，该控制器被配置用于使该测量元件(26)根据控制数据沿着所述多条移动轴线移动，以记录该测量物体(28)处的测量值，并且该坐标测量机器包括操作终端(34)，该操作终端包括：
-界面(38)，该界面接收该参考点(46)在该测量物体(28)处的多个期望位置，
-存储器(42)，该存储器中能够存储限定了该测量元件(26)沿着所述多条移动轴线的容许速度和/或加速度的极限值的多个参数，以及
-处理器(40)，该处理器被配置用于根据该参考点(46)的期望位置和这些参数来确定该CMM控制器(32)的控制数据，
其特征在于，该处理器(40)被配置用于根据该参考点(46)的期望位置(S1，S2，S3，S4)和这些参数(58)来确定针对所述多条移动轴线的相应独立轴向位置的多个独立时间序列，其中，这些独立时间序列在相继的独立轴向位置之间具有相应的独立时间区间，其中，该处理器(40)还被配置用于使这些独立时间序列与共同的定时周期时钟同步，该共同的定时周期时钟针对每个目标位置分别使用最长的独立时间区间，并且其中，该处理器(40)还被配置用于根据这些独立时间序列以及该共同的定时周期时钟来确定用于该CMM控制器(32)的控制数据。
13.一种包括程序代码的计算机程序产品，该计算机程序产品被配置用于当在根据权利要求12所述的坐标测量机器的处理器(40)上运行该程序代码时执行根据权利要求1至11中任一项所述的方法。
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