CN112815901B - 坐标测量机、探测系统以及补偿探针元件处的力的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及坐标测量机、探测系统以及补偿探针元件处的力的方法。探测单元(16)包括致动器(21)，致动器(21)以如下方式布置和设计：能以可变的规定方式关于至少一个致动方向向探针元件施加反力，该反力取决于所施加的致动信号。接收关于探测单元(16)的预期运动的运动信息，该运动信息提供关于由于探测单元(16)的运动而出现的所引发的力所述探针元件相对于探测单元的预期位移行为的信息。基于运动信息针对至少一个具体运动点推导出探针元件的至少一个具体预期位移行为，并且基于该至少一个具体预期位移行为针对至少一个具体运动点确定致动信号，致动信号提供了针对具体运动点处的预期位移行为而由致动器(21)向探针元件施加规定反力。

Description

坐标测量机、探测系统以及补偿探针元件处的力的方法
本申请是申请号为201510954285.7、申请日为2015年12月17日、发明名称为“坐标测量机、探测系统以及补偿探针元件处的力的方法”的中国发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明总体上涉及一种用于补偿或避免对坐标测量机(CMM)的探针元件的作用的方法，认为由于按照给定测量路径移动该探针元件而产生这些作用。
背景技术
为了检查预定的物体参数，诸如物体的尺寸和形状，惯常的作法是在生产之后在诸如坐标测量机(CMM)之类的坐标定位设备上对工件进行检查。
在传统的3D坐标测量机中，探头被支撑成沿着三个相互垂直的轴线(在方向X、Y和Z上)运动。由此，能够将探头引导到坐标测量机的测量容积的空间中的任意点，并且可利用由探头承载的测量传感器(探测单元)对物体进行测量。
在简单形式的坐标测量机中，与各个轴线平行地安装的合适换能器能够确定探头相对于机器的基座的位置，并且因此能够确定正被传感器(例如，探测单元的探针顶端)接近的物体上的测量点的坐标。为了给探头提供可可动性，典型的坐标测量机可以包括布置有探头的框架结构和用于使框架结构的框架部件相对于彼此运动的驱动装置。
为了测量表面变化，已知基于使用触觉传感器和光学传感器的两种测量原理。
一般来说，为了给坐标测量机提供改进的测量精度，因此通常将坐标测量机的框架结构设计成具有高静态刚度。为了实现刚性和刚硬的机器设计，框架结构或其至少一些零件经常由诸如花岗岩之类的石头制成。除了诸如热稳定性和良好阻尼特性之类的所有积极作用之外，花岗岩还使得机器和可动框架元件非常重。另一方面，较大的重量也需要用于适当加速度的较大的力。
如果采用这种技术的话，则仍存在若干个可能的误差源。在相对于一个框架部件移动另一个框架部件时机器零件的激发共振或振动仅仅是动态误差的两个示例。而且，因来自机器外部的振动而产生的误差也需要考虑。另外，可能出现静态误差，例如缺少运动平直度、缺少轴线正交性或缺少线性驱动机构中的横向偏移。
根据许多解决方案，对上述误差仅仅进行静态分析，虽然这些误差还包括取决于轴线移动(特别是取决于移动轴线时的位置、速度、加速度和加加速度)的动态因素。利用依赖于速度的校准，以相当简单但不灵活的方式考虑到了该事实。尽管通过利用位置校准矩阵能够在数值上减少静态误差，但是当试图补偿动态误差时事情变得复杂得多。
当考虑到动态误差(诸如上述的振动或共振或动态力等)时，校准变得甚至更复杂，这些动态误差不仅会对产生有这些误差的轴线产生影响，而且这些动态误差会还会“串扰”其它轴线并且在系统的其它零件中导致误差。此外，根本作用还可能取决于环境条件，诸如温度、湿度、气压等，并且特别是，这些根本作用还将随着机器的使用寿命而变化。
在这种情况下，例如，必须考虑到机器的一个轴线的加速度(机器可能移动另外垂直轴线和探头)会导致坐标测量机的整个框架(例如探头)发生线性和角度动态偏转，这些偏转又会导致测量不确定性和误差。这些动态测量误差可以通过以低加速度进行测量(例如，通过因此优化的期望运动轨迹)来减小。
举例来说，对于误差处理，EP 1 559 990公开了一种坐标测量系统和对在坐标测量机中测量的坐标进行校正的方法，在坐标测量测量机器上安装具有各种重量的零件的同时测量几何误差。从每个零件重量对应的测量结果推导出补偿参数并存储补偿参数。与待测量零件的重量对应的补偿参数被适当地读出以校正该待测量的零件的测量坐标。
再举例来说，EP 1 687 589公开了在具有铰接探头的坐标测量机中进行误差补偿的方法，该铰接探头具有表面检测装置。该表面检测装置在测量过程中围绕铰接探头的至少一个轴线旋转。该方法包括如下步骤：确定设备的整体或一部分的刚度；确定与在任何具体时刻由铰接探头施加的载荷有关的一个或多个因素；以及确定在表面感测装置处由该载荷引起的测量误差。
在GB 2 425 840中公开了利用坐标测量机(CMM)对工件测量进行误差校正的另一个方案。由此，利用工件感测探针进行位置测量，在该工件感测探针中设置有测量加速度的装置。针对诸如由于振动引起的那些高频误差之类的高频(不可重复)误差以及诸如由于探针上的离心力引起的那些低频误差之类的低频(可重复)误差对这些测量进行校正。该校正方法包括：测量工件；从预定误差函数、误差图或误差查找表确定可重复测量误差；测量加速度并计算不可重复测量误差；组合第一和第二测量误差以确定总误差；以及使用总误差校正工件。预定误差图是使用具有已知尺寸的人工制品来计算的。
还已知使用安装在测量机器的探针中或其他运动零件上(例如，安装在Z柱上和/或基座工作台中)的加速度计，从而允许进行差分测量和/或评估外部施加的振动。在这种布置中，可以利用双重积分来测量探针位置的位移和误差，并且基于该信息，可以利用双重积分信号和标尺之差对读数进行调整。例如，WO 02/04883公开了这种准静态方案。
然而，根据以上方案，仅仅以计算方式考虑了在移动(加速)探测单元时探针元件的位移。
特别是当与CMM一起使用扫描探针并且采用相当高的移动速度来测量物体时，影响探针元件的动态作用增加并且引起了更多应该考虑的误差(例如，由于在连续接触表面时出现的接触力)。这致使计算更为复杂，结果导致误差无法完全通过计算而补偿。
一般来说，扫描探针的测量顶端可能在所有三个笛卡尔方向(x，y，z)上偏转，其中位于探测单元处的传感器针对各个方向测量这些偏转。一般来说，通过顺序地连接至彼此的“三曲系统”(每个方向一个)而允许并测量该偏转。
对于现有探针的一个主要要求是使得对测量零件(待测量物体)和机器的冲击最小，这意味着减小接触力。同时，轴线之间的交叉耦合必须最小，并且必须维持线性度。
低冲击力、最小的交叉耦合和线性度产生了弱(低共振)和/或大的探针结构
扫描性能(速度、加速度)因而受到探测单元(探头)本身的限制，因为激发了共振，留下了线性带，加速度引起的动态力导致探针感测元件偏转，并且(更重要的是)可能发生抬离。
为了减轻这些作用，现有的扫描探针借助于粘性流体对接触问题进行阻尼。众所周知的是，这些流体的特性取决于环境条件，并且在使用寿命和生产期间可能变化。因而，阻尼力可能随着时间变化并且不是众所周知的。
此外，这些流体只能施加与偏转速度相关的被动力。阻尼力因此受到限制，并且针对可以随着相应的测量系统而发生的具体共振频率来设计。由于现有探针的被动特性(使用粘性流体)，在待接触表面处仍然可能发生一定速度的抬离作用。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种用于在移动探针时补偿特别是避免探针元件的位移误差的改进的方法和系统(CMM)。
本发明的进一步目的是为待测量物体的各个测量点提供更精确和可靠的测量值。
本发明的构思是通过向探针元件主动施加可调节的反力(例如，轨迹相关阻尼力；和/或依赖于加速度的反力，该反力补偿惯性作用；和/或依赖于速度的反力，该反力补偿科氏作用；和/或依赖于位置/取向的反力，该反力补偿重力作用)来维持与探针元件的较低接触力，而且克服了上述缺陷。
该方案不仅着眼于如从现有技术中已知的恒定接触力或预先规定的力，而且解决了向探针元件施加精确和已知(且变化)的力，以便根据由于移动探测单元而出现的影响提供探针元件的改进位置稳定性。
本发明涉及一种用于至少部分地补偿，特别地避免，探测单元的探针元件(分别相对于探测单元本身或探头)的位移，即补偿所引发的力的方法。在本发明的意义上，探针元件的位移优选被理解为(探针元件的)的探针顶端的错位或触针的弯曲，其中所述触针和/或所述探针顶端代表所述探针元件。此外，所述探针元件(例如，所述触针和/或所述探针顶端)的振荡也应被理解为相应的位移。特别地，所述探针元件的任何种类的变形代表这种元件的位移。所述探测单元被附接至坐标测量机并且通过所述坐标测量机而沿着具有许多运动点的规定运动路径运动(特别地所述探测单元被附接至探头或通过该探头沿着具有许多运动点的规定运动路径移动)，以接近物体处的测量点。
所述探测单元包括至少一个致动器，该致动器以如下方式布置和设计：能以可变的规定方式关于至少一个致动方向向所述探针元件施加(反)力。该(反)力取决于施加至所述致动器的致动信号，该致动信号使得所述致动器能够向所述探针元件施加可变力。
该方法包括接收关于所述探测单元的预期、测量或计划的运动的运动信息，其中该运动信息提供关于由于所述探测单元的运动而影响所述探针元件的力的信息。
影响所述探针元件的这种力例如是由惯性力(例如，重力、离心力和/或科氏力)或由场力(例如，重力、由于静电场或磁场等引起的力)引发的。
基于所述运动信息推导出用于至少一个具体运动点的至少一个力参数。例如，可以基于该运动信息，计算用于所述至少一个具体运动点的所述探针元件上的力作用，例如，力的幅度和/或方向。此外，基于所述至少一个力参数确定用于所述至少一个具体运动点的对应致动信号，该致动信号提供了针对在所述具体运动点处影响所述探针元件的力由所述致动器施加规定反力。
特别地，所述致动信号与所述致动器处的目标电流相关，以便施加规定的目标反力。
在所述运动信息提供关于所述探测单元的预期运动的信息的情况下，在所述探测单元(恰好)到达所述具体运动点之前，可以向所述致动器提供所述致动信号。该致动信号可以基于由已知运动轨迹给出的信息来施加。
通过这样做，能向所述探针元件施加调节好的反力，该调节好的反力以对应方式抵消在所述探针元件处引起的力(由所引起的力导致的预期位移)，并因而使所述探针元件保留在期望参考位置或保留在该位置周围的规定参考带内。
关于在探测单元到达运动点之后施加所述致动信号，该方案优选基于所述探测单元的运动的测量(该测量代表所述运动信息)来施加，其中所述测量信息用于确定所述致动信号。可以使用给出关于例如探测单元处的可能振荡的信息的加速度计来进行相应的测量。因而，能够提供对振荡的对应阻尼。
所述致动器(例如，音圈)可以用来通过利用该致动器作为发生器来被动地或主动地影响系统中的动能而对探针(元件)的动态行为进行阻尼。
根据该被动方案，可以通过连接至所述致动器的电阻器来消灭赋予所述探测元件的动能，其中该致动器的引发电流通过该电阻器来放电。“被动”在这里涉及电阻的相应设置。这样，能够实现对振荡的适当阻尼。这里的反力应该理解为对应的被动阻尼。
根据该主动方案，动能被相应主动引起的反力抵消。这可以通过向所述致动器施加相应的电流的控制器来进行，其中主动引起的反力直接依赖于所施加的电流。另选地或附加地，所设置的电阻器的电阻被相应地进行修改。
这里，可以基于关于所述探针元件处的预期力的信息引起可预测的反力，或者可以基于例如速度的测量(例如，通过测量致动器上的电压)来引起反作用的反力。
由所述致动器施加的施加反力可以从施加至所述致动器的电流的测量来计算以增加精度。
换句话说，可以测量所述致动器处的电流，并且可以基于该电流推导出用于实际反力的精确测量，特别地其中所施加的电流取决于所述致动信号，和/或基于所测量的电流实现所述致动信号。所述致动器处的电流可以对应于由于所述致动信号而施加的电流，或者可以对应于由于外部冲击(惯性或场力)而由所述致动器的引起的致动产生的电流，一般地说，所述致动器处的电流由可在所述致动器直接测量的电流表示。通过这样做，提供对所述系统引起的力进行直接且精确的测量，其中这样精确信息可以能够对探测单元中的动力学更精确建模。而且，基于致动信号和实际出现的反力的比较，可以对所述致动信号提供修改，以便精确地实现所要求的反力。
因此，通过确定所述致动器处的电流，并且精确地获知如此引起的力以及附加地获知所述探针元件(触针)的弹簧特性，可以推导出所述探针元件处的总力。
这些构思涉及扫描探针，也涉及任何其他类型的接触探针，例如具有用于接触待测量物体的探针元件的接触触发式探针。
作用在机器上的探针元件的合力优选是接触力(物体和探针元件之间的力)、惯性力(包括加速度力、离心力和/或科氏力)、场力(例如，重力、由于静电场或磁场引起的力)、致动(位移)力和/或阻尼力的组合。可以相对容易地对接触和惯性作用进行建模或计算，而施加至探针元件的阻尼力——根据现有技术——一般来说还没有以所需精度水平获知。
在该新方案内，对所施加的精确抵消力(阻尼和/或致动力)的获知提供了更高精度，因为由于接触力和探针惯性引起的机器的其余部分(也就是说，除了探测单元及其探针元件以外)的偏转都被其它装置和(动态)模型考虑在内。另外，通过测量在所述致动器处当前施加的电流能够提供对抵消力的更精确确定。
为了以更高速度和动力学驱动坐标测量机，并且维持较低接触力，本发明的构思提供了保持接触力较低和/或探针从理想位置的偏转较低，但是能够以高速驱动。
实施致动器的小型或紧凑音圈的使用允许施加特定且取决于任务的反力(阻尼作用)，其中这些力通过测量和/或计算总是已知的，并且还能够被建模。
此外，振动或振荡的可变阻尼允许以更有效的方式将偏转保持在一定限度内，以避免机器轴之间的交叉耦合。
本发明的主要优点是避免或减少了探测单元或探头内的任何附加阻尼流体，这种附加阻尼流体将不利地影响对所施加的力的获知和精确探测力的精确提取。
因此，通过使用本发明，可以提供小型、紧凑且轻质的探测单元，其中该探测单元包括“弱”挠曲(以提供小的接触力)，并且其中可以通过小的致动器例如通过音圈来补偿和/或阻尼探针元件处的动态力。通过这样替换已知的阻尼流体和这样对惯性(包括加速度、离心力和/或重力)力进行补偿，能够维持所述探针元件的低刚度，因此实现了对待测量零件的冲击较低，同时能够进行高动态运动。
结果，能够确定并相应地补偿探头和机器上的精确力冲击。接触力不必保持恒定(与现有技术方案相比)。
换句话说，通常关于本发明，对允许注入和/或提取能量的可控元件(致动器，例如音圈)的创造性使用提供了在探针元件和探头之间产生主动可变的反力和/或被动可变阻尼力。这种元件用来产生抵消作用在探针元件和探头之间的惯性力(例如，加速度、离心力、科氏力和/或重力)的力，并且用来提供探针元件和探头之间的专用任务阻尼。在探测或扫描过程期间可以以自适应的以及电子的方式修改具体的阻尼和反作用特性。这些特征可以根据测量过程的实际状态(例如，关于速度、加速度、触针长度、触针取向、重力作用等等)来设定或调整。因而，阻尼力变得可预测。
为了计算CMM上的总的力冲击，考虑接触力、惯性力、致动力和阻尼力，并且以高频进行计算。结果，从低频到高频机器上的力冲击都是清楚的。
根据本发明的实施方式，所述运动信息提供了关于在所述探针元件处由于移动所述探测单元引起的(由于探测单元的加速度引起的)预期惯性力特别是加速度、离心力或科氏力和/或预期场力特别是重力的信息，其中所述预期惯性力影响所述探针元件特别是探针顶端处相对于所述探测单元的具体位移力。此外，所述致动信号被确定成使得可由所述致动器施加的合成反力相对应地抵消所述预期惯性力，并且所述致动信号(例如，作为偏移信号)被提供给所述致动器，使得对所述探针元件处的所述具体位移力进行补偿。
上述方案提供了减少或避免所述探针元件的(将来的)预期位移，如果不进行抵消，该探针元件将发生这些预期位移。通过施加具体确定的控制信号(即，与预期惯性作用对应，该预期惯性作用将导致探针顶端发生位移)，抵消和避免或减少了这些有害的位移。计算可能位移所依据的主要变量是描述所述探测单元特别地在CMM的坐标系统内的将来或当前运动的运动参数。
根据本发明的进一步实施方式，所述运动信息提供关于在所述探针元件处由于移动所述探测单元引起的动态作用特别是振荡的信息。所述致动信号基于所述运动信息或(所述探针元件的)所述力参数而被确定并提供给所述致动器，使得特别地通过考虑所述坐标测量机和/或所述探测单元的结构设计特别地通过使用动态模型而对所述动态作用进行消除或阻尼。
通过这样做，通过所述致动器向所述探针元件施加阻尼，其中该阻尼作用对应于以相反方式确定的振动作用。在这种情况下，所述控制信号可以被实施为所述致动器的驱动电路的可变电阻。因而，减少和阻尼了原始(即，在没有施加任何阻尼的情况下)发生的振动，这提供了(位置)更稳定的探针元件，并且防止了这种振动作用与CMM的其他结构部件发生交叉耦合。
特别地，可以基于所述运动信息以规定的采样频率连续地修改所述致动信号，使得关于所述动态作用的幅度(例如，探针顶端的振荡的幅度)得以减小，从而使减少的幅度保持低于预定阈值，特别地其中关于所述动态作用的振荡频率对应于控制频率或采样频率的倍数。
可以针对所述探针元件处的预期或测量的振荡来调节所述致动器的抵消致动力，使得在振荡的具体时刻通过相反力方向引起真实的相反作用。
由所述致动器施加的抵消振荡可以包括与所述探针元件的振荡频率或所述探针元件的振荡频率的倍数或一部分对应的频率。特别地，针对所述探针元件的振荡以规定相移施加该振荡。
所述探针元件的抵消振荡的方案优选涉及当前引起的力(与预期引起的力相比)以及对这种当前影响的补偿。
在本发明的情况下，所述致动信号可以根据用于具体运动点(特别是用于连续运动点)的运动信息而连续地实现，从而针对所述具体运动点的引起的力或预期位移向所述探针元件施加相应的反力。这提供了在整个测量过程期间连续地并且适应运动路径地施加具体的反力。
因而，提供了振动的实时主动阻尼和/或惯性(例如，加速度、科氏加速度和/或重力)的主动补偿，并且能够对期望测量点进行更精确测量和/或对整个CMM的静态和动态作用进行建模。
根据本发明的实施方式，基于所述运动信息针对所述至少一个具体运动点通过所述探针元件的至少一个具体预期位移或所述探针元件处引起的力(例如，场力或惯性力)来推导出所述力参数。另选地或附加地，通过使用查找表确定所述探针元件的至少一个具体预期位移或测量的位移(速度)或在该探针元件处引起的力来确定所述力参数，所述查找表提供了所述探测单元的预期运动和/或测量运动与所引发的力之间的相关性。
在本发明的情况下，所述运动信息可以提供关于所述探测单元的预期运动的关系。这种预期运动可以是基于描述测量装置、所述探测单元和/或所述探针元件在运动时的行为(例如，振动)的动态模型而推导出。例如，可以对自然频率和它们的激励进行建模和计算。当然，基于模型的计算也可以提供关于当前(与预期的相比)运动状态的信息。除了基于模型的关于所述运动信息的计算之外或作为该计算的替换方案，可以提供对机器特性的测量，其中该测量给出了关于当前运动参数(例如，运动速度、方向和/或加速度)特别是关于相应参数的改变的信息。可以设置加速度和/或陀螺仪传感器来提供这样的测量。此外，所述运动信息可以包含关于所述探测单元的计划运动(即计划运动路径)的信息，其中该信息可以基于已知的部分程序来确定。因此，可以通过计划轨迹提供关于当前和预期运动参数以及引起的力的信息。
现在参照位移的发生以及针对具体方向和方向相关分量施加反力，通常将理解的是，在本发明的情况下，基于所述运动信息，能够计算多个位移作用和相关冲击方向，并且针对至少一个具体冲击幅度和方向确定将要施加的具体抵消作用。这种一个或多个冲击方向(可以据此施加补偿)取决于致动器的设计和布置以及致动器的致动方向。
换句话说，发生的位移可以包括对应于CMM的X轴的第一作用方向和对应于CMM的Y轴的第二作用方向。所述致动器可以被布置成使得能够在X方向上施加致动力。所述致动信号被确定成使得在将其施加至所述致动器时，施加在X方向(与X轴平行)上的反力，该反力特别地关于其幅度和时间行为与第一作用方向(X轴)上的对应位移分量相对应。
因而，根据本发明，影响所述探针元件的所引发的力的关于第一方向的第一分量由于通过设定所述致动信号而在致动方向上施加规定反力而得以补偿，所述第一方向至少基本平行于所述致动方向。
根据本发明的具体实施方式，推导出关于运动的所述探针元件的加速度值和/或速度值，特别是所发生的加速度的幅度和方向，并且基于所述加速度值和/或所述速度值设置所述致动信号。这种加速度或速度信息给出了关于在具体运动参数上预期的惯性作用、科氏作用和/或重力作用的进一步信息。
如以上已经提及的，提供了对所述探测单元的运动冲击的补偿，从而使得所述探针元件保留在规定探针带内。换句话说，基于所述运动信息设置所述致动信号，使得针对规定设定点(特别是工具中心点)来补偿由于移动所述探测单元引起的所述探针元件的预期位移(以及由此引起的惯性作用)，其中探针顶端保持位于所述设定点周围的规定公差带内。
关于所述探测单元(特别是所述探针元件)的运动的信息可以由如下各项给出或基于如下各项给出：
·提供测量路径的部分程序，所述探测单元将沿着该测量路径运动；和/或
·给定运动轨迹；和/或
·位于所述坐标测量机处的编码单元(特别地由加速度计和/或探测偏转测量装置和/或标尺检测单元表示)，该编码单元提供机器部件的运动信息，特别是位置和/或速度和/或加速度；和/或
·表示所述坐标测量机和/或所述探测单元的结构设计和机械行为的模型。
特别地，通过使用该模型，能够考虑到并通过施加规定致动力来补偿系统中的振荡或振动，这些振荡或振动是在移动CMM的部件时激发的，并且被转移或引发至所述探测单元或其探针元件处。
根据另一个方面，所述运动信息提供用于预期运动的相应运动点(即，用于沿着运动路径的许多点)的关于位置、运动速度、所发生的加速度、惯性力、振动作用和/或预期接触力的信息。
本发明还涉及一种用于坐标测量机的探测系统。该探测系统包括：探测单元，该探测单元具有：探针元件；和致动器，该致动器以如下方式布置和布置：能以可变方式关于至少至少一个致动方向向所述探针元件施加力，该力取决于所施加的致动信号。该系统进一步包括控制和处理单元，该控制和处理单元用于：控制所述探测单元沿着具有许多运动点的规定运动路径的运动；并且提供用于所述致动器的致动信号。
根据本发明，所述控制和处理单元适合于接收关于所述探测单元的预期运动和/或测量运动的运动信息，该运动信息提供关于由于所述探测单元的运动而影响所述探针元件的引起的力的信息。(通过所述控制和处理单元)基于所述运动信息推导出用于至少一个具体运动点的力参数。特别地，可通过所述控制和处理单元基于所述运动信息计算用于所述至少一个具体运动点的探针元件的至少一个具体力参数(用于补偿预期位移)。
此外，所述控制和处理单元适合于基于所述力参数确定用于所述至少一个具体运动点的所述致动信号，该致动信号提供了在所述具体运动点处针对所述探针元件的引起的力由所述致动器向所述探针元件施加规定反力。
特别地，特别地在沿着所述运动路径运动时所述探测单元(恰好)到达具体运动点之前将所述致动信号提供给所述致动器，以便特别地预先抵消预期位移。特别地，所述控制和处理单元适合于执行以上概括的任何方法。
根据本发明的实施方式，所述致动器被实施为电磁致动器，特别地被实施为音圈。这种电磁致动器提供了所施加力的精确和高动态可调节性。此外，精确地获知所施加的力，并且/或者能够(通过电流测量)给整个系统精确地确定所施加的力，这给系统提供了更精确的建模。
可以以马达模式利用音圈和其他电磁致动器，以向系统注入(和主动提取)运动能量，因而与驱动单元一起施加变化力。这允许施加反力以补偿由于运动和/或振动引起的力。
另一方面，音圈可以以发电机模式利用，以从系统提取运动能量，因而与电阻元件一起用作被动阻尼元件。通过使用诸如电位计或电子控制电阻器(例如，晶体管，特别是MosFet)之类的可变电阻元件，所述音圈用作可变被动阻尼元件，该可变被动阻尼元件允许根据任务和/或运动信息改变阻尼特性。
音圈和其它电磁致动器的这两种操作可以通过将更多线圈集成到其设计中或通过将两种操作模式电组合而能够进行组合。这可以通过将电子控制的电阻器和电子控制的电流源组合而实现。
另选地，所述致动器可以表示为气动或液压致动器。
本发明的另一个实施方式涉及致动器的控制。所述探测系统包括连接至所述致动器的阻抗元件，其中所述阻抗元件提供对能由所述致动器施加的偏移信号的调节，特别是偏移反力(该偏移反力优选由所述偏移信号限定)和/或调节在所述探针元件处发生的动态作用的阻尼。一般来说，所述阻挡元件能够控制所述致动器，以便针对具体时刻施加良好规定的力。
在这种情况下，偏移(所述致动信号)可通过调节所述阻抗元件的电流来设定；和/或所述动态作用的阻尼可通过调节所述阻抗元件的电阻来调节，特别地，其中所述控制信号由所述电流和/或电阻表示。
本发明还涉及一种坐标测量机，该坐标测量机包括：根据如上所述的任一个实施方式的探测系统；基座；机器结构，该机器结构具有将所述探测单元连接至所述基座的结构部件；至少一个驱动机构，该至少一个驱动机构用于提供所述探测单元相对于所述基座的可动性。
如从现有技术已知的，所述机器结构可以根据桥式或并联运动结构或根据任何其他类型的典型CMM来实施。
此外，本发明还涉及一种计算机程序产品，该计算机程序产品具有计算机可执行指令，特别地当在以上的探测系统的控制和处理单元上运行时该计算机可执行指令执行并分别控制如上所述的方法。
在下文中，将联系上下文以上面描述的最一般的方案或以更具体的实施方式来描述本发明的一些具体优点。
通过使用本发明，能够显著地增加扫描性能，因为导致感测元件偏转(探针元件相对于探测单元)的加速度力被主动地补偿，因而即使在(例如，通过音圈施加的依赖于加速度的偏置电流引起的)大惯性力的情况下也能够将该偏转保持在最佳的范围内。
而且，由于探测单元的一个或多个音圈用作被动适应的阻尼元件(例如，横跨音圈的短路、电子控制的电阻器(例如，MosFet))，因此能够显著增加扫描性能。
另外，由于最小化或避免了抬离(在执行扫描程序时与待扫描物体脱离接触)，并且由于能够有效地阻尼激发的探针共振或补偿惯性、科氏和/或重力作用，因此能够显著增加扫描性能。由于放松了要求而不必保持接触力恒定，因此需要较小的致动器和较少的功耗。
如上所述，可以计算加速度并因而可以计算惯性，并且精确地获知音圈的抵消力，因此精确获知作用在待测量零件上的合力。这也有助于对整个CMM进行更精确的(动态)建模。
此外，作用在探测单元上的合力用来计算由于接触力引起的机器偏转(其它现有技术的阻尼振荡并增加刚性的策略不允许以这种简单精确方式提取接触力)。
作为另一个优点，探测单元的阻尼特性能动态改变并能电子控制。探针阻尼可以根据具体测量任务来调节。
而且，与力需要恒定的应用相比，探针处产生的热也较少。
通过控制流过音圈的偏置电流能够动态地补偿运动引起的根据预测的惯性力、离心力和/或重力的探针偏转。作为控制系统的输入，不需要对所发生的探针偏转进行实时测量。因而，探针偏转不需要任何控制环。
作为本发明的一个重要方面，可以基于探针元件和探测单元或探头之间由于惯性力(例如，加速度、科氏加速度和/或重力)发生的差来影响音圈的偏置电流。通过控制流过音圈的偏置电流(不使用探针偏转作为控制系统的输入)，能够根据预测惯性力对探针偏转进行动态补偿。
本发明的方案允许有效地阻尼振动，而无需附加控制器或集成到现有控制器。由此得到了探针的可动态改变的电子控制的阻尼特性。(使用上述元件和策略)的根据本发明的方案提出了将探针偏转保持在一定限度内，以避免或最小化机器轴之间的交叉耦合。该方案不适合于使力保持恒定。
此外，本发明的方案应该被理解为不是被设计成闭合控制回路(类似于闭环回路)，而是被设计为没有直接系统反馈(开环)和“仅仅”使用具体输入来设置致动信号的控制方案。
此外，探针偏转机构可以被集成到CMM的现有的定位/扫描环内，以有助于更精确地进行CMM的全局控制。
可以借助于基于具体模型的补偿来补偿由于探针元件的接触、惯性、重力和/或阻尼作用对机器引起的冲击。
根据另一个实施方式，可以将主动元件(致动器)与精确的机械结构热分离，以在总体上使加热作用及它们的影响最小化。另选地，根据给定的要求，可以尽可能好地将致动器热连接以将废热作用有效地扩散到整个结构。
作为本发明的另一个实施方式，可以将主动元件(即致动器)远离度量结构放置以使它们的热影响最小。无源换能器可以将主动元件与精确的度量结构相连接。
附图说明
下面参照在图中示意性示出的工作实施例仅仅通过示例的方式更详细地描述或说明根据本发明的方法和装置。具体地说：
图1示出了根据本发明的门式坐标测量机的实施方式；
图2a和图2b示出了根据本发明的探测单元和探测单元的致动器；以及
图3示出了描绘通过采用根据本发明的方法利用坐标测量机进行的测量过程的流程图。
具体实施方式
在图1中，描绘了根据本发明的门架式坐标测量机1(CMM)的示例性实施方式，坐标测量机1包括基座11和框架结构，该框架结构用于将探头15和连接至探头15的探测单元16联接至基座11，所述框架结构包括能够相对于彼此移动的若干个框架部件12、13、14。第一框架部件12是具有两个门架腿的门架，这两个门架腿通过位于它们的上端的桥接部分而相连。受到驱动机构(未示出)的驱动，框架部件12能够沿着基座11的纵向边缘运动。该方向对应于第一方向Y。框架部件12的运动特别是通过附接至基座11的齿条进行的，该齿条与框架部件12上的齿轮啮合。
托架14可移动地布置在框架之间12的桥接部分上。托架14(托架14也被看做另一个框架部件)的运动也可以通过齿条和齿轮实现。构成另一个框架部件的竖直杆13(套管、Z撞杆(ram))可移动地结合至托架14中。在竖直杆13的底部处设置具有探测单元16的探头15(在本发明的环境中，探头15也被认为是CMM的结构部件)。
探头15可以在方向X、Y和Z上移动到坐标测量机1的测量容积(工作区)中的任何期望点。该测量容积由基座11和框架部件12、13限定，特别是通过托架14的可移动范围来限定。三个空间方向X、Y和Z优选彼此正交，虽然对本发明来说不是必须的。应该注意，没有示出用于驱动框架部件并因而驱动探头15的驱动机构和控制器。
待测量物体5在基座11上位于测量容积的空间中。
具有探针元件(触针)的探测单元16布置在探头15上，探头15紧固在杆13的下自由端上。触针以本身公知的方式用于接触待测量物体5。然而，本发明不限于触觉式坐标测量机，并且同样可以用于以非接触方式接近测量点的坐标测量机，也就是例如具有光学扫描头的坐标测量机。
探头15被设计成用于将探测单元指向任何具体方向的铰接探头15。另选地，探头15可以以非铰接方式实现，以针对探头15以规定取向保持所附接的探测单元16。
可动构件和引导件之间的两种最普通类型的轴承是空气轴承或滚珠轴承(例如，线性循环加轨道)。空气轴承给出的优点是在运动时没有摩擦(这可能引入不同种类的误差，例如角误差或滞后)。空气轴承的缺点是刚性低于滚珠轴承，因此特别是会产生动态误差。在滚珠轴承类型中，轴承系统的刚度通常较高，但是存在摩擦，并且摩擦力会引入误差。
总而言之，坐标测量机1被构建成用来确定待测量物体5上的测量点的三个空间坐标，因此包括用于提供探测单元16相对于基座11在第一、第二和第三方向(X、Y和Z方向)上的可动性的三个线性驱动机构以及特别包括提供附加旋转自由度的机器部件(例如，铰接探头)。
各线性驱动机构分别具有线性引导件：一个在第一方向上，一个在第二方向，一个在第三方向上(X、Y和Z方向)。在一简单的实施方式中，Y方向驱动机构的线性引导件由基座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接件的两个或三个表面形成，并且Z方向驱动机构的线性引导件由X托架构件中的立方体孔形成。
此外，各线性驱动机构包括被支撑成通过轴承沿着引导件运动的可动构件。特别地，Y方向驱动机构的可动构件被实施为相对于上述的基座11的两个或三个引导表面具有相互面对表面的Y托架。X方向驱动机构的可动构件被实施为相对于上述的桥接件的两个或三个引导表面具有相互面对表面的X托架14。并且，Z方向驱动机构的可动构件由相对于X托架中的立方体孔的内表面具有相互面对表面的Z柱13(套管)形成。
而且，各线性驱动机构分别包括用于确定各可动构件分别在第一、第二或第三方向(X、Y和Z方向)上的第一、第二或第三位置的线性测量仪器。
在图1的该示例性实施方式中，门架腿均具有允许第一框架部件12在Y方向上运动的可动Y托架。
作为Y测量仪器的一部分的测量标尺10Y示意性地表示在基座11的长边上，其中测量标尺10Y与Y方向平行地延伸。该测量标尺可以是例如具有增量编码或绝对编码的玻璃测量标尺，通过该玻璃测量标尺能够确定Y托架在Y方向上的驱动位置。应理解的是，测量仪器可以另外包含用于读取测量标尺10Y的合适传感器，不过为了简化，没有在这里示出。然而，应该指出的是，本发明不限于使用玻璃测量标尺，因此还可以使用其它测量仪器来记录驱动机构的可动构件的驱动/行进位置。
另一个测量标尺10X与X方向平行地布置在第一框架构件12的桥接部分上。最后，另一个测量标尺10Z也与Z方向平行地布置在Z撞杆上。通过作为线性测量仪器的一部分的测量标尺10X、10Z，可以以本身公知方式度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管13在Z方向上的当前驱动位置。
在所示出的实施方式中，基座11包括具有花岗岩表面板的工作台，该工作台用于支撑待测量物体5，将在该工作台上确定测量点的空间坐标。
没有示出的是控制和处理单元，该控制和处理单元被设计成启动坐标测量机1的马达驱动器，以便使得探头15行进到测量点。该控制和处理单元包括处理器和存储器。特别地，该控制和处理单元被设计成至少根据三个驱动机构的第一、第二和第三驱动位置来确定物体5上的测量点的三个空间坐标。
为了进行手动操作，可以将控制单元连接至用户控制台。控制单元也可以完全自动地接近并测量待测量物体5的测量点。
因为通用类型的坐标测量机的设计以及不同的线性引导件和不同的线性测量仪器的设计对技术人员来说是公知的，所以必须理解可以对不同特征进行许多修改和组合。所有这些修改均在本发明的范围内。
因而，本发明可以普遍地与所有类型的坐标测量机一起使用，也就说可以与被设计为并联运动机器的CMM和具有线性或串联运动的CMM一起使用。举例来说，CMM可以被设计为桥式、L形桥式、水平臂式、悬臂式或龙门式机器，或者可以被设计为铰接臂。此外，本发明还涉及具有旋转轴线的坐标测量机，诸如具有铰接头的Scara型和德尔塔运动(并联运动)机器。
此外，根据本发明，探测单元16包括电磁致动器(参见图2a和图2b)，该电磁致动器提供向探测单元16的探针元件(即，触针和/或探针顶端)可变地施加可变限定力。这种致动器可以例如以音圈的形式构建。
该致动器用来通过在探测单元和探针元件之间施加抵消力(counteractingforce)来抵消在探针元件处出现的力。当沿着轴线X、Y或Z中的任一个或围绕由铰接探头15限定的旋转轴线或任何其它机器轴线在测量容积中移动探头16或测探单元16时在探针元件处引起所述出现的力。因而，当探测单元16的运动路径已知时，可以通过对探针元件在进行这种运动时的行为进行计算和/或建模来测量或预测出现的力。探针元件的长度和质量是已知的，并且用于这种计算和/或建模的典型输入变量也是已知的。
可以在移动探测单元的任何具体时刻向系统施加规定的抵消力。因而，探针元件的阻尼和/或致动力是已知的(例如，基于当前测量的计算)，这导致对整个测量系统(包括CMM结构)的建模更精确。
抵消力使探针元件保持在规定参考区域内(例如，参照了工具中心点，TCP)，虽然(由探针元件的加速度、科式加速度和重力作用产生的)外力影响探针元件。由致动器产生的该抵消力抵消了该外力。
通过这样做，可以提供用于探针元件的连续偏移(致动)信号，其中偏移信号是利用测量系统的运动信息(但是探针元件偏转对运动信息没有贡献(可忽略))的主动导引信号(开环控制)方案。会这样受到影响的关键变量涉及探针元件(探针顶端)相对于参考点的位置，并且与现有技术相比，没有集中于测量物体5时施加的规定接触力。该偏移(致动)信号提供了向探针元件施加规定偏移(致动)力(与导引控制方案具有可比性)。
致动器被连接到CMM 1的控制和处理单元。该控制和处理单元接收(或者甚至产生或提供)运动信息，该运动信息提供了关于探测单元的(将来)运动的信息。基于该运动信息，得出通过移动探测单元施加至探针元件的实际或预期出现的力和(惯性)力(例如，离心和/或重力作用)。
此外，在下一个步骤中，生成致动信号，使得在利用该致动器施加该信号时，通过该致动器引发具体反力并将该反力施加至探针元件。在到达具体运动点(针对该运动点计算控制信号)之前或时或位于预定运动点之前或时将致动信号传送至致动器，也就是说，当探测单元位于具体运动点(＝沿着测量路径的点)时的情况下抵消探针单元处的预期或实际惯性力。
运动信息提供了在按照计划移动探测单元16时探针元件发生或将发生的移位的种类和幅度的信息。而且，该运动信息，特别是与描绘CMM 1的机械和/或动态行为的模型一起，提供了关于在按照计划移动CMM 1的情况下引起的振荡(振动)的信息。
因而，作为本发明的进一步方面，可以通过控制和处理单元提供作为致动信号的阻尼信号，该阻尼信号可以基于运动信息得出，该运动信息给出了关于CMM 1处出现的动态作用(例如，振动/振荡)的信息，也就是说，关于CMM1或探测单元16的至少一个具体结构元件的信息。
通过向致动器施加阻尼信号，由致动器引起反振动力(例如，反振荡，即具有规定相移的振荡)，这会对探针元件处出现的动态作用产生阻尼作用。
因而，不仅通过本发明提供了用于(将来的)惯性力、科氏力或重力的偏移控制(补偿信号)，而且还能够实现对探针元件的振动进行主动和/或被动阻尼。这三个方案有助于利用相应的CMM 1进行更精确测量，这是因为：一方面，所引发的抵消力是已知的(这使得能够对运动的CMM 1进行更精确的建模)并且探针元件保持位于预先规定的信任区内(需要的计算补偿较少)，并且另一方面，振动影响对探针元件的影响(使探针元件移位)较小。
应理解的是，可以针对当前或将来的惯性力进行偏移控制(补偿信号)，或者可以对探针元件的振动进行主动或被动阻尼，或者执行至少两种这样方案的组合。
基于关于探测单元16的已知运动的信息来控制和引发主动或被动阻尼或偏移控制。换句话说，可以从已知运动路径计算探针元件处或该探针元件的(由惯性力、场力和/或动态作用引发的)期望力或位移，并且这种期望的位移通过可控制的致动器来主动地(主动地施加抵消力)和/或被动地(例如通过借助于电阻器进行阻尼而从系统提取能量)抵消，也就说通过在探测单元到达运动路径上的具体点(针对该具体点计算反力)之前或(最晚)在到达该具体点时施加规定的反力和/或可调节的阻尼特性来抵消。应该在时间或位置维度的意义上来理解到达具体运动点。而且，根据以上方案，即基于对探测单元的运动的获知，不仅可以抵消预期力，而且可以处理当前正在出现的力(这些力可以进行测量或基于模型得出)。
图2a示出了根据本发明的探测单元16，探测单元16可以是根据本发明的探测系统的一部分；该探测系统另外包括控制和处理单元。
探测单元16包括触针26，触针26在其下端具有探针顶端27。在本发明的意义上，触针26和/或探针顶端27(组合地或独立地)代表探测单元16的探针元件。触针26被联接至弹簧25，以为触针26提供Z方向上的规定运动范围。此外，探测单元16包括感测单元28，感测单元28能够测量探针元件在至少一个方向上相对于探测单元16的位移。
此外，探测单元16包括致动器21，致动器21被联接至探针元件，因而提供了向探针元件施加规定的力。
如能够看到的，致动器21包括两个元件22、23，其中一个元件23被连接至探测单元的主体，另一个元件22被连接至探针元件。该致动器被设计成电驱动，也就是说，例如可通过施加规定电流和提供规定电阻来调节所引发的力的种类和幅度。
根据优选实施方式(如图所示)，该致动器被设计成音圈形式，该音圈具有作为第一部件的线圈元件22(感应器)和作为第二部件的(例如，永)磁体元件23。
通过向线圈元件22施加规定电流，可向探针元件施加规定的偏移(导引控制)力。这允许以规定好的方式抵消外部引发的力(例如，由于加速度产生的力)，并且允许通过单独地连续调节电流而以连续方式不断补偿外部力。
从运动信息推导出关于将为合适补偿而施加的电流的获知，该运动信息描述了探测单元16被附接至CMM的探头并且通过CMM而运动时的预期运动。可以由此计算探针元件的对应运动或位移行为。可以基于该运动信息推导出惯性力和/或场力(加速度力、离心力、科氏力、弯曲力、重力作用等等)。基于关于探测单元运动的测量也可以推导出在探针元件处引发的力(像惯性力或场力)。
为了阻尼探针元件处出现的振动，将可控可变电阻器连接至致动器21。通过调节电阻器的电阻，可以阻尼(补偿)探针元件的具体振动或振荡。也可以基于所述运动信息推导出关于所出现的振动的信息。特别地，另外使用测量系统(CMM和/或探测单元)的模型来收集关于出现的振动的信息。
当前方案的一个优点是精确获知将由致动器引入到系统内的力，这允许对整个测量系统进行更精确的动态建模。
图2b示出了根据本发明的由探测单元16提供的致动器21的另选实施方式。这里，电磁主动可控元件22被附接在探测单元16的主体的一侧，其中(无源)电磁部件23被连接至探针元件。通过使用更大数量的相应部件，可以执行对所施加的力的更精确的调节，甚至能够产生更大的力。
图3示出了流程图，该流程图描绘了通过采用根据本发明的方法利用坐标测量机进行的测量过程。
在第一步骤31中，向测量系统提供用于利用坐标测量机测量物体的部分程序。这种部分程序可以包含关于物体的尺寸和/或位置信息，即物体的长度、高度、宽度和形状和/或在CMM的测量容积内物体的期望位置或取向。
而且，测量路径可以通过该部分程序来限定。测量路径提供了关于如何移动CMM的探测单元以测量具体物体(如果物体已经已知)的信息。通常，关于物体的形状以及关于所要求的测量物体的精度来修改这种路径。特别地，也给出用于移动和/或旋转(在铰接探头的情况下)探测单元的速度参数。
因而，该部分程序能够以自动方式测量感兴趣的物体。该探测单元被沿着测量路径引导(由步骤32描述)，其中在与物体保持接触的同时扫描多个测量点或者与探测单元的探针元件单独接触来测量多个测量点。
通过使用附接至探测单元的相应传感器并且感测探针元件的和/或探针元件处的运动和/或力来针对这些测量点中的每个点来确定接触力。可以确定期望的接触力，其中该系统可以被控制成使得在对物体进行接触时不会超过这种期望力。
当移动探测单元时，在探针元件的一侧引发惯性力和/或动态作用(例如振动)，这会导致对所得到的测量值产生负面影响的引发的力、位移误差或振动误差。为了减少或完全避免这种影响，采用了根据本发明的方法。
如步骤33所示，基于部分程序推导出关于探测单元的计划运动的信息，其中从关于该计划运动的信息可推导出通过移动探测单元而在探针元件上出现的影响(力、位移行为)。在扫描真实表面时这种计划运动可能发生修改。
这种影响可以基于所使用的探测单元的已知参数(例如，触针的长度和尺寸、触针和/或探针顶端的质量)进行计算，特别是基于模型(模型描述了坐标测量机和/或探测单元的动态行为)来进行计算。另外，可以基于关于探测单元特性和探测单元的预期运动的获知来计算在探针元件处产生的预期加速度力。而且，加速度力可以通过所附接的提供关于当前发生的振荡的信息的加速度计来测量。
因此，步骤33提供了关于预期影响和所得到的出现力作用(位移行为，例如，惯性力，重力作用和/或位移)的信息，也就是说，提供了关于在探测单元按照计划移动时在探针元件处出现的主要依赖于运动参数的影响。这种信息可以针对具体运动点，即沿着测量路径的相应点，精确提供相应的影响。
此外或者另选地，步骤33可以提供关于在探针元件处引起的实际振荡的信息。这种振荡作用也可以基于相应的动态模型和/或观测仪(卡尔曼估计器)来计算，并且/或者可以基于实际振荡的直接测量而推导出(例如，在探测单元处使用加速度计)。
通过获知在按照计划移动探测单元时对探针元件的预期和/或当前影响并因此获知例如探针元件处出现的力，能够推导出相应的致动信号，该致动信号提供了对探测单元的致动器的适当控制，以便主动地向探针元件施加力和/或主动地阻尼探针元件的振动(步骤34)。
可以提供用于提供相应偏移反力的确定偏移信号来抵消惯性力，和/或可以提供用于提供主动反振荡或被动阻尼的确定振荡信号以抵消出现的振动。这些信号可以由公共控制信号来表示。
至少针对一个具体测量点(相应的运动信息对该测量点是可得到的)确定该致动信号，也就是说，针对(至少)一个具体测量(运动)点推导出通过移动探测单元而出现的影响，并且确定与该具体测量点相关的致动信号。推导出致动信号，以使得当将该信号施加至致动器时，由该致动器提供了相应的反力，从而抵消该点处的(预期和/或当前的)运动影响(例如，惯性力或振动)。
如上所述，该致动信号特别地针对用于探针元件的偏移控制或探针元件的阻尼以规定的可变方式驱动致动器。
根据致动器的设计和布置，可以利用至少一个规定致动方向而引发将由致动器施加的反力。应该理解的是，在本发明的情况下，致动信号被设置成使得抵消预期位移行为的至少一个具体方向分量，其中该方向分量对应于致动器的至少一个致动方向。
用于测量路径的具体运动点的确定致动信号被供应至致动器或用于控制该致动器的相应电路(步骤35)，其中致动器的控制暂时适应于探测单元的运动。这意味着根据相对于具体运动点的位置来控制致动器，也就是说，当到达具体运动点时或位于具体运动点时(当探测单元的位置与运动点或运动点周围的规定公差带对应时)，致动器具体引发规定反力，针对该规定反力预先确定对应位移。
通过这样做，可以针对任何具体运动点执行对预期和当前引发的力的单独可变的良好控制补偿(抵消)，由此通过减少或避免在探针元件处由于这些影响(位移行为)出现的作用而提供惯性力或振动的连续补偿。
由于向致动器施加了致动信号，因此在系统中特别是在探针元件中引发了校正力，该校正力提供了在测量时间的任何具体时刻更可靠且精确地确定特别是探针顶端的位置(36)。一方面，探针顶端的位置是从CMM的结构元件的相关位置(例如，来自相应的位置编码器)和从探头(特别是作为铰接探头构件的探头)的具体排列(取向)推导出的，并且另一方面，探针顶端的位置是从精确地获知探测单元处引发的力和通过移动探测单元而带来的影响推导出的。
将信息放置在一起使得可以以相对较高的精度和可靠性确定物体处的测量点的位置(由步骤37表示)，因为考虑并且主动(调节)抵消了预期或当前的惯性力和振动作用。
尽管以上部分地参照一些具体实施方式例示了本发明，但是必须理解的是，可以对实施方式的不同特征进行各种修改和组合，并且这些不同特征可以与现有技术中已知的阻尼和前馈原理和/或坐标测量机组合。

Claims (15)

1.一种用于补偿探测单元(16)的探针元件处的力的方法，所述探测单元(16)被附接至坐标测量机(1)并且通过所述坐标测量机(1)而沿着具有许多运动点的规定运动路径运动，以接近物体(5)处的测量点，
其中所述探测单元(16)包括致动器(21)，该致动器(21)被布置和设计成能以可变的规定方式关于至少一个致动方向向所述探针元件施加反力，该反力取决于所施加的致动信号，
其特征在于，
●接收关于所述探测单元(16)的预期运动的运动信息，该运动信息提供关于力的信息，该力由于所述探测单元(16)的运动而影响所述探针元件；
●基于所述运动信息推导出用于至少一个具体运动点的力参数，所述力参数是通过基于所述运动信息针对所述至少一个具体运动点计算所述探针元件的至少一个具体预期位移而推导出的；
●基于所推导出的力参数确定用于所述至少一个具体运动点的所述致动信号，该致动信号提供了针对在所述至少一个具体运动点处影响所述探针元件的所述力由所述致动器(21)向所述探针元件施加规定反力，
其中：
●所述运动信息提供了关于在所述探针元件处由于移动所述探测单元(16)引起的预期惯性力的信息，其中所述预期惯性力影响所述探针元件处相对于所述探测单元(16)的具体位移力；
●所述致动信号被确定成使得能由所述致动器(21)施加的合成反力相对应地抵消所述预期惯性力；并且
●所述致动信号被提供给所述致动器(21)，使得所述探针元件处的所述具体位移力被补偿。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
●所述运动信息提供关于在所述探针元件处由于移动所述探测单元(16)引起的动态作用的信息；并且
●基于所述运动信息或所述力参数确定所述致动信号并将所述致动信号提供给所述致动器(21)，使得对所述动态作用进行阻尼。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述力参数是通过如下方式推导出的：
●使用查找表确定所述探针元件的至少一个具体预期位移或确定影响该探针元件的力，所述查找表提供了所述探测单元(16)的预期运动与所引发的力之间的相关性。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，
在所述探测单元到达所述具体运动点之前所述运动信息提供关于所述探测单元的预期运动的信息的情况下，将所述致动信号提供给所述致动器(21)。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，
影响所述探针元件的所引发的力的关于第一方向的第一分量由于通过设定所述致动信号而在致动方向上施加规定反力而得以补偿，所述第一方向至少基本平行于所述致动方向。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，
●推导出关于运动的所述探针元件的加速度值和/或速度值；并且
●基于所述加速度值和/或所述速度值设置所述致动信号。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，
●针对具体运动点，根据所述运动信息连续地实现所述致动信号，使得能向所述探针元件施加关于所述具体运动点的所引发的力的相应反力；并且/或者
●基于所述运动信息设置所述致动信号，使得参照规定设定点，补偿由于移动所述探测单元而引起的所述探针元件的预期位移，其中探针顶端保持在设定点周围的规定公差带内。
8.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，
所述运动信息基于：
●提供测量路径的部分程序，所述探测单元(16)将沿着该测量路径运动；或
●给定运动轨迹；或
●位于所述坐标测量机(1)处的编码单元，该编码单元提供机器部件的运动信息；或
●表示所述坐标测量机(1)和/或所述探测单元(16)的结构设计和机械行为的模型；
并且/或者
所述运动信息提供用于预期运动的运动点的关于位置、运动速度、所出现的加速度、惯性力和/或接触力的信息。
9.一种用于坐标测量机(1)的探测系统，该探测系统包括：
●探测单元(16)，该探测单元(16)具有：
□探针元件；和
□致动器(21)，该致动器(21)被布置和设计成能以可变方式关于至少一个致动方向向所述探针元件施加力，该力取决于所施加的致动信号，
●控制和处理单元，该控制和处理单元用于：
□控制所述探测单元(16)沿着具有许多运动点的规定运动路径的运动；并且
□提供用于所述致动器(21)的所述致动信号，
其特征在于，
所述控制和处理单元适合于：
●接收关于所述探测单元(16)的预期运动的运动信息，该运动信息提供关于力的信息，该力由于所述探测单元(16)的运动而影响所述探针元件；
●基于所述运动信息推导出用于至少一个具体运动点的力参数，所述力参数是通过基于所述运动信息针对所述至少一个具体运动点计算所述探针元件的至少一个具体预期位移而推导出的；并且
●基于所述力参数确定用于所述至少一个具体运动点的所述致动信号，该致动信号提供了针对影响所述探针元件的力在所述具体运动点处由所述致动器(21)向所述探针元件施加规定反力，
其中：
●所述运动信息提供了关于在所述探针元件处由于移动所述探测单元(16)引起的预期惯性力的信息，其中所述预期惯性力影响所述探针元件处相对于所述探测单元(16)的具体位移力；
●所述致动信号被确定成使得能由所述致动器(21)施加的合成反力相对应地抵消所述预期惯性力；并且
●所述致动信号被提供给所述致动器(21)，使得所述探针元件处的所述具体位移力被补偿。
10.根据权利要求9所述的探测系统，其特征在于，所述致动器(21)为电磁致动器/或所述致动器(21)为气动或液压致动器。
11.根据权利要求9或10所述的探测系统，其特征在于，所述探测系统包括连接至所述致动器(21)的阻抗元件，所述阻抗元件提供：
●调节能由所述致动器(21)施加的偏移信号；和/或
●调节对在所述探针元件处出现的动态作用的阻尼，
其中
●偏移能通过调节所述阻抗元件的电流来设定；和/或
●对所述动态作用的阻尼能通过调节所述阻抗元件的电阻来调节。
12.根据权利要求9所述的探测系统，其特征在于，在沿着所述运动路径运动时所述探测单元到达所述具体运动点之前，将所述致动信号提供给所述致动器(21)，用于预先抵消预期位移。
13.根据权利要求9所述的探测系统，其特征在于，所述控制和处理单元适合于执行根据权利要求1或2所述的方法。
14.根据权利要求9所述的探测系统，其特征在于，所述致动器(21)为音圈。
15.一种坐标测量机(1)，该坐标测量机(1)包括：
●根据权利要求9至14中任一项所述的探测系统；
●基座(11)；
●机器结构，该机器结构具有将所述探测单元(16)连接至所述基座(11)的结构部件(12，13，14，15)；以及
●至少一个驱动机构，该至少一个驱动机构用于提供所述探测单元(16)相对于所述基座(11)的可动性。
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