CN113945179A - 带有距离确定的坐标测量机的探测过程 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种使用坐标测量机执行探测过程的方法，坐标测量机包括用于探测物体的测量传感器和多个距离传感器、特别是至少三个距离传感器，其中，该方法包括：‑将具有传感器纵向轴线的测量传感器以及距离传感器一起在坐标测量机的工作空间中移动；‑使用这些距离传感器沿相应的传感器轴线采集到周围环境的距离测量值，传感器轴线沿传感器纵向轴线延伸；‑考虑到所有距离传感器的距离测量值来确定周围环境坐标，其中，这些周围环境坐标中的至少一个是关于与这些传感器轴线和/或与传感器纵向轴线成角度地延伸的坐标轴确定的。进一步地，本发明涉及一种布置和一种用于形成布置的模块，通过该布置，对应的探测过程可通过坐标测量机来实现。

Description

带有距离确定的坐标测量机的探测过程

技术领域

本发明涉及一种用于在坐标测量机中执行探测过程的方法、一种包括坐标测量机的布置以及一种形成该布置的模块。

背景技术

坐标测量机的使用是现有技术，特别是在测量工业产品时。坐标测量机可以用于确定和检查工件的尺寸、表面特性或一般而言质量特征。这里，以触觉方式探测工件的坐标测量机是已知的。为此使用的、由坐标测量机通过移动运动系统在工作空间中移动的测量传感器通常被称为触觉测量传感器。典型地，测量传感器包括布置在信号发生探头(又称为测量头或传感器头)处的触觉测量探针。通常，测量探针被实施为刚性测量值记录器并且可移动地安装在探头中。物体光学探测或一般而言物体光学采集也是已知的。为此，例如可以使用基于激光的测量传感器，例如白光传感器或三角测量传感器。

典型地，坐标测量机采集多个物体地点、特别是表面地点，以便确定它们的坐标。为此，测量传感器必须通过坐标测量机的移动运动系统在各个测量位置之间移动，并且适用时还必须根据要测量的物体地点适当地排列。为了在工作空间中在这些位置之间改变，典型地激活所谓的快移，在此期间可以容许坐标测量机的移动运动系统的移动速度增加，特别是轴向加速度增加。这样做的意图是减少所需的总体测量时间。相比之下，在要测量的物体地点附近，通常会改变到降低后的探测速度。这是基于这样的想法：通常，为了采集测量值(特别是在非扫描表面测量的情况下)，测量探针一接触表面和/或光学传感器一位于相对于物体的期望工作距离(例如指定焦距)处就应使坐标测量机停止。

移动的及时停止通过相应降低后的探测速度被简化，并应防止大探测力或与物体发生碰撞。在接近物体时选择太晚降低速度可能意味着在触觉测量探针与要测量的物体之间会产生明显的接触力。

迄今为止，探测速度通常由操作员选择作为经验值或指定为一般设置。这特别地涉及地点的选择、或者更一般地轴线位置的选择，意图从这些轴线位置改变到对应的探测速度。然而，认识到这并不总是有助于合适的测量操作。例如，不过在实际条件下可能发生过早或过晚的速度改变或制动，这会不必要地增加测量持续时间或者可能牵涉到例如由于测量探针与物体之间的冲撞造成的损坏。

DE 35 27 063C1中描述了一种基于传感器采集的周围环境条件来调整坐标测量机的速度的解决方案。其中，多个超声波传感器以圆形方式围绕坐标测量机的套筒轴分组。超声波传感器具有传感器轴线，可以沿着传感器轴线执行测量。这些传感器轴线平行于套筒轴轴线延伸，因此也平行于测量探针的纵向轴线延伸。换句话说，分别产生的声音波瓣沿上述轴线或部件延伸。传感器被设置为确定沿着它们适当排列的传感器轴线的距离测量值(这里又以简化方式称为距离值)。如果这些下降到低于指定的阈值，则可以推断出测量探针与周围环境之间发生碰撞的风险，并且坐标测量机会减慢速度。

此解决方案主要在避免在上述快移中的坐标测量机位移期间，即在要接近的不同测量位置之间改变时发生碰撞方面提供优势。此文件还包括对采集的障碍物可能是工件的影响的教导，因此还可以基于获得的传感器测量值提供增量减速。然而，没有说明应该如何成功区分物体与障碍物。因此，这种减速只是非常不准确，因此可能只能实现得太早或太晚。

例如，此文件披露了仅基于单个传感器或其测量信号低于阈值来确定障碍物的存在。如果是这种情况，则可以根据套筒轴在工作空间中的位置，并且显然在了解了已确定对应地低于阈值或其位置的传感器，可以确定障碍物在水平平面(即垂直于套筒轴轴线)中的坐标。然而，发现这通常使得无法获得对周围环境的足够采集准确度，因此仍然可能存在速度调整过早或过晚。

由此产生的缺点是，必须在机械水平上(例如是在探头中的触觉测量探针的弹性支架的形式)保持足够的弹性，以便补偿可能发生的过晚制动。然而，当将测量探针安装在探头中时，这进而会导致不利的固有重量偏移。如果测量探针在空间中倾斜，例如通过传统的旋转式转动接头，由于机械弹性，测量探针的固有重量会引起相对于探头的位移。比方说，测量探针会在其固有重量下相对于探头下垂，对应于上述固有重量偏移。测量探针因此离开其零位，而这不是由于与工件的接触引起的。为了保持足够的测量准确度，这种固有的重量偏移通常需要通过复杂的配衡措施来补偿。

在扫描物体探测或简单的点探测的情况下，弹性轴承或刚性极小的轴承也是不利的，例如这样由于产生的振动的衰减时间增加。

发明内容

因此，本发明的一个目的是在对要测量的物体的探测过程中改进坐标测量机的操作，特别是有助于基于需要的速度调整。

这个目的通过下文所述来实现。下文详细说明了有利的发展。

与上述现有技术相关的实施例和说明也可以涉及本解决方案，或者可以在其中被提供，条件是没有指定其他内容或者明显不是这种情况。

本发明的一个基本发现在于，需要改进的基于传感器的采集来确定周围环境坐标，特别是可能的障碍物或物体坐标，鉴于此，应该进行速度调整，特别是减速。特别地，本发明提出增加传感器的数量，传感器的测量信号或测量值被考虑用于确定对应坐标。

因此，关于上面讨论的DE 35 27 063 C1，应认识到确定的在所述水平平面的障碍物坐标始终与已经测量到所说明的高于阈值的传感器的地点重合。然而，因为其中的传感器以多路操作进行操作，所以不能排除仅随后激活的传感器可能测量到甚至更相关的高于阈值的可能性。此外，在被识别为高于阈值的那一刻，不采取周围的传感器及其测量值来确定与障碍物的范围有关的更准确的信息。这对于其中披露的教导可能是足够的，因为后者仅涉及避免碰撞。然而，如果像在当前情况下一样，应该监控探测过程(即有意测量和可能接触周围环境)，则与物体有关的更全面的信息是有利的，因为例如探测方向不需要直接与传感器轴线重合，即其他空间方向上的移动和周围环境坐标通常也是相关的。

一般而言，本解决方案改进了与周围环境相关的探测或接触提前识别。换言之，提供了精确的选项，用于及时并提高准确度地辨别测量传感器是否在周围环境附近。由于这种提高的准确度，还提供了在结构层面上放松上述安全预防措施的选项，在这种情况下，特意提供软弹簧元件或特意安装测量探针，使其刚性极小以便提高弹性。换句话说，这提供了将测量系统设计为刚性更大的选项，因为在工件探测期间测量探针的预期脉冲和/或补偿偏转移动被减小。

特别地，提出了一种用于在(或使用)坐标测量机中执行探测过程的方法，其中，坐标测量机包括用于探测物体(测量物体)的测量传感器和多个(优选地非接触式)距离传感器，特别是至少三个距离传感器。该方法包括：

-使具有传感器纵向轴线的测量传感器、以及距离传感器(优选地一起)在坐标测量机的工作空间中移动；

-使用距离传感器沿相应的传感器轴线采集到周围环境的距离测量值，其中，每条传感器轴线沿着(例如以非正交方式，但也不一定平行于)传感器纵向轴线延伸；

-基于，或换言之，考虑所有距离传感器的距离测量值来确定(或，换言之，计算)周围环境坐标(例如，对于至少一个周围环境地点)。

优选地，基于距离测量值确定周围环境坐标，所述周围环境坐标与坐标轴相关，坐标轴与传感器纵向轴线和/或传感器轴线成角度地延伸。

传感器轴线沿着传感器纵向轴线的范围可以被理解为意味着传感器轴线的排列包括不等于零的向量分量，该向量分量平行于传感器纵向轴线延伸。然而，也可以存在与传感器纵向轴线正交延伸的非零向量分量，使得传感器轴线与传感器纵向轴线倾斜地或成角度地延伸，但优选地不完全与其正交。

如上所述，测量传感器可以以光学或触觉方式操作。然而，在不限制其含义的情况下，下文通常采用探头上的触觉测量探针。就本文的论点基于触觉测量传感器的排列、轴线或其他空间特性的程度而言，这可以涉及触觉测量探针的对应排列、轴线或空间特性，但不一定也与探头的排列、轴线或空间特性有关。换句话说，触觉测量探针可以定义本文考虑的触觉测量传感器的空间排列。

通常，测量传感器可以采集物体例如在指定器具坐标系中的坐标值。测量准确度可以大于距离传感器的测量准确度，例如至少高1.5倍。测量传感器可以基于与距离传感器的测量原理不同的测量原理。特别是，测量传感器可以不是超声波传感器或不以非接触方式操作。传感器纵向轴线可以对应于光学传感器的光轴，例如电磁辐射沿着该光轴被测量传感器辐射到测量场景中。在触觉测量探针的情况下，传感器纵向轴线可以与触针的轴线重合。特别地，测量探针可以包括长形轴，长形轴相应地限定传感器纵向轴线或与传感器纵向轴线重合。

工作空间可以是包括坐标测量机可以到达的所有位置的虚拟空间。作为替代方案或附加于其，此空间可以包含坐标测量机可以进行测量的那些可能物体地点。原则上以本身已知的方式，坐标测量机可以采集要测量的物体的空间坐标，特别是其表面坐标。

距离传感器可以优选地以非接触和/或非触觉方式操作，即不与物体接触以便确定测量值。特别地，距离传感器可以被配置为将辐射(例如电磁辐射或超声波辐射)辐射到物体上或者通常沿着传感器轴线辐射到周围环境中。反射的辐射分量然后可以再次沿着传感器轴线从周围环境反射回距离传感器。距离传感器可以在此基础上生成距离测量值。适合的传感器的示例包括超声波传感器或光学距离传感器，例如激光雷达传感器或三角测量传感器，这些传感器优选地均将激光辐射辐射到周围环境中。进一步替代地，也可以使用雷达传感器。特别地，可以使用所谓的超短程雷达系统(例如，针对超过10cm的距离)。

优选地，距离传感器分布在测量传感器周围或在其间包括测量传感器。如下文仍将说明的，距离传感器可以例如跨越三角形、四边形或通常多边形形状。测量传感器可以被布置在此形状或其包括的覆盖区内，优选地居中。作为替代方案或附加于其，传感器纵向轴线可以与此形状或覆盖区相交，优选地同样居中相交。距离传感器可以被布置在与传感器轴线和/或传感器纵向轴线成角度地、特别是与传感器纵向轴线正交延伸的平面中。

所确定的周围环境坐标可以定义至少二维坐标向量，但优选地定义空间(即3维)坐标向量，通过该坐标向量在对应的二维或三维坐标系中定义周围环境地点的相对位置。例如，可以以此方式定义在机器坐标系中的相对位置。周围环境坐标均可以形成此坐标向量的坐标部分或坐标分量。

至少一个周围环境地点可以是虚拟地点或真实周围环境中的物理地点。第一情况涉及这样一种情形，即仅近似真实周围环境的坐标，即例如不是由距离传感器直接测量的地点的坐标，基于距离值被确定。在某些情况下，此地点可以不是周围环境的物理特征或可以不对应于周围环境。而是，其可以是虚拟的，例如，定位于实际物体表面上方的空白空间中。然而，为了探测提前识别的目的，其可以有助于对周围环境中的真实条件的足够准确的近似。

单个周围环境坐标可以定义与所考虑坐标系的坐标轴之一相关的相对位置。与现有技术相比，可以提供的是考虑距离测量值来确定所有(但至少两个)周围环境坐标(即，例如对应的X、Y、Z坐标系中的X、Y和Z坐标)。相比之下，距离传感器的可能坐标，即例如其位置，可以优选地最多部分地包括在周围环境坐标的确定中。优选地，仅在如下讨论的距离测量值彼此之间存在不容许偏差的情况下，各个周围环境坐标才可以等同于距离传感器的位置。通常(即，距离测量值彼此之间没有不容许偏差)，距离传感器的位置优选地至少不是独立地和/或不是在不考虑距离测量值的情况下确定各个周围环境坐标。这与现有技术中的解决方案不同，在现有技术中，至少各个坐标(特别是在与传感器纵向轴线正交的平面中)等同于距离传感器的位置。

因此，所确定的那些周围环境坐标中的至少各个周围环境坐标可以位于水平空间平面中和/或位于与传感器纵向轴线和/或传感器轴线成角度地延伸的平面中。因此，还可以确定在距传感器轴线和/或传感器纵向轴线侧向距离处和/或沿着与传感器轴线和/或传感器纵向轴线成角度地延伸的坐标轴的所采集周围环境的相对位置或坐标。再一次，这有利地基于实际距离测量值来实现，这样提高了与距离传感器位置的全面均衡相关的准确度。

特别地，优选实施例提供了，基于所有距离测量值确定的周围环境坐标中的至少一个周围环境坐标位于距传感器轴线和/或传感器纵向轴线一定距离处，例如与其侧向距离处，和/或在相对于其的非平行平面中。换言之，可以基于距离测量值确定周围环境坐标，所述周围环境坐标与坐标轴相关，坐标轴与传感器纵向轴线和/或传感器轴线成角度地延伸。基于距离测量值确定的周围环境坐标中的至少一个周围环境坐标可以相应优选地不沿着传感器轴线和/或传感器纵向轴线线之一。

这也代表了与开头讨论的现有技术的偏差，其中所确定的周围环境坐标通常直接位于传感器轴线上。在横向于传感器轴线的平面中的坐标由距离传感器的位置固定地规定，并且与本披露的优选示例性实施例相比之下，不是基于距离测量值来确定或计算的。特别地，由于考虑了多个距离传感器的多个距离测量值，本情况反而还有助于一个地点的周围环境坐标的确定，该地点可以说是位于这些传感器之间和/或实际上由这些传感器采集的物体地点之间。进一步地，所有坐标可以优选地被确定、特别是基于实际采集的测量值被计算并且不被假设为结构上固定的或者不等同于距离传感器的位置坐标。结果，可以更精确地近似周围环境中的实际条件。

通常可以提供的是，用于确定至少一个周围环境坐标的距离测量值通过计算彼此组合或彼此比较并且因此在确定坐标时被考虑。

例如，可以将至少两个距离传感器的距离测量值平均。在位于距离传感器之间或其传感器轴线的位置之间的位置，可以利用平均值来计算那里的周围环境坐标(例如在Z方向上)。进一步地，例如，对于用于取向目的的第一物体识别，可以使用从总体上由距离传感器确定的距离值中的最小距离值。然而，下面说明的变型是优选的；根据此，线性方程组被形成(或者作为尚未插入的值/变量的函数被求解)并且考虑分别确定的距离测量值来求解所述方程组。设置这样一个方程组可以相当于计算三个虚拟平面的虚拟交点，周围环境坐标定义了这个交点的相对位置。

至少在没有如下文所说明的距离测量值的不容许偏差的正常操作期间，可以在包括优选地所有考虑的空间方向上的距离测量值的情况下确定周围环境坐标。

如果距离测量值彼此有偏差，特别是超出容许的偏差阈值或容许的差，则也可以选择被考虑用于确定坐标的距离测量值。

例如，如果距离测量值之一明显大于其他距离测量值(例如在每种情况下超过指定倍数，例如至少超过1.5倍)，则只有一个距离测量值可以被考虑在内。这优选地是最小的距离测量值。后者可以等同于第一周围环境坐标(例如竖直坐标)。其他周围环境坐标，特别是在与第一周围环境坐标正交的方向上(例如水平坐标)，可以基于已经提供此距离测量值的那个距离传感器的位置(特别是，可以等同于这个位置)来确定。然而，因为在这种情况下首先考虑所有距离测量值并且从中做出选择以便确定周围环境坐标，所以在这种情况下也基于或换言之考虑所有距离传感器的距离测量值来确定周围环境坐标。

在一个距离测量值与其他距离测量值存在上述偏差的情况下，替代地可以执行下面说明的计算，但忽略相应偏差的距离测量值。代替然后确定三个平面的交点，获得两个平面的交线。然后优选地确定沿着这条交线的预定点(或作为对应点)的周围环境坐标。为此，特别是可以考虑最靠近测量传感器的点，特别是位于可能的测量探针的探测元件处的点。这通常是具有沿两条坐标轴、特别是沿如下所述的优选坐标系的X轴和Y轴的坐标0的点，其可以形成周围环境坐标计算的基础。

距离测量值之一显著小于其他两个距离测量值的影响也可能存在偏差。例如，两个距离测量值可以比第三距离测量值大预定倍数，例如大至少1.5倍。在这种情况下，也可以基于最小距离测量值和已经采集此距离测量值的距离传感器的位置再一次确定周围环境坐标。

作为本发明的一般方面，可以在附加地考虑距离传感器的坐标的情况下(即，除了考虑距离测量值之外)确定至少一些周围环境坐标。本文提到的所有坐标都可以涉及共用坐标系，特别是机器坐标系。在这方面，已知测量台表面形成水平平面并且与其正交延伸的第三轴线可以对应于竖直空间轴线，重力沿着该竖直空间轴线起作用。

例如，从距离传感器的角度来看，周围环境坐标可以是足够准确地代表周围环境或近似周围环境的坐标。如上所述，周围环境坐标不一定可以分配给周围环境的真实或物理点。例如，周围环境坐标可以被分配给近似真实周围环境的虚拟点(参见下面的平面交点)。

通常，可以指定要维持的最小距离；测量传感器应相对于周围环境观察这一点。这可以是定义测量传感器在快移中可以移位最高达到的距离的最小距离。如果低于最小距离，则可能改变到降低后的探测速度。周围环境可以被维持或者根据所确定的距离值和/或周围环境坐标的规定被进一步减小，直到在测量传感器与物体之间存在期望的工作距离为止。如下文仍将说明的，这可能需要确定测量传感器是否实际上正在移动到要测量的物体，或者是否位于代表碰撞风险的(未知)障碍物附近。

周围环境坐标可以用作确定测量传感器与周围环境之间的当前距离的参考点。换言之，周围环境坐标可以用作周围环境的参考点。测量传感器的当前坐标可以以本身已知的方式根据坐标测量机的移动轴线的位置和测量传感器的已知尺寸(例如，在触觉测量探针的情况下的轴长度)被推导出。

本文提出的解决方案(即方法和布置以及模块的)的实施例提供了，基于周围环境坐标确定是否低于测量传感器与周围环境之间的预定最小距离。如上所述，为此可以将当前的测量传感器位置(特别是其可能的探针端头)与周围环境坐标进行比较，或者可以计算测量传感器与这些周围环境坐标之间的距离。

如果已低于最小距离，则坐标测量机的移动速度随后可以降低，精确地，优选地，降低到高于0mm/s的值。因此，不需要立即完全减速；取而代之，可以仅以降低后的速度启动探测程序。特别地，与低于最小距离之前的速度相比，速度的降低可以包括至少10％或至少20％。然后可以基于连续确定的与周围环境的距离(特别是根据作为参考点的周围环境坐标)进一步降低移动速度，即其可以基于距离不断降低。当例如以本身已知的方式通过登记触觉测量探针的对应偏转的测量传感器探头或者通过登记其到达的工作距离的光学传感器确定物体探测时，移动速度可以出于记录测量值的目的而被降低到0mm/s。有效制动也是可能的。

相应地，一个发展提供了测量传感器是触觉测量传感器，要被探测的物体作为周围环境被采集，并且降低后的移动速度(或通常高于0mm/s的移动速度)被维持一直到检测到测量传感器(特别是其测量探针)与物体之间接触为止。降低后的移动速度可以是当低于最小距离时设置的降低后的移动速度；然而，降低后的移动速度也可以是然后仍然进一步被改变、特别是基于距离被进一步降低的速度。

上述变型有助于基于需要激活探测观察，因此防止速度降低过早或过晚。

通常可以提供的是，距离传感器连续地采集周围环境和/或根据这些传感器的输出频率连续地输出距离测量值。这里，通常可以提供的是，距离传感器并行操作并且并行进行测量。取决于所使用的传感器测量原理，这可能需要辐射到周围环境中的距离传感器的信号彼此不同(例如是超声波信号或具有传感器特定频率的波)。然而，距离传感器也可以串联工作，其中，各个距离传感器进行的系列测量可以尽可能快地彼此挨着，以便提高所确定的坐标值的意义。代替串联测量，这也可以称为顺序和/或相继激活的测量。这里优选地连续重复对应的串联测量循环，以便能够连续地确定周围环境坐标。

通常，距离传感器的采集范围可以是圆柱形和/或圆锥形并且沿着相应的传感器轴线延伸。特别地，采集范围可以沿着传感器轴线延伸，并且截面尺寸增大，其中，可以至少暂时地实现增大，随后也可以再次锥形化。在超声波传感器的情况下，采集区域可以是所谓的声音波瓣并且可以相应地沿着传感器轴线延伸，首先以加宽的方式然后再次以锥形化的方式延伸。

如下文仍将更详细地说明的，采集区域可以彼此叠覆。这可以以这样的方式实现，使得这些采集区域也在测量传感器的区域中，特别是可能的探针端头(例如，比如探测球或探测盘的探测元件)的区域中叠覆。进一步地，可以以这样的方式实现叠覆，使得这些采集区域至少在区域中限定围绕对应的端头或探测元件的球形或至少半球形的区域，在该区域中，距离值确定始终可以至少用一个或优选地至少两个距离传感器实现。这有助于紧邻测量传感器可靠地采集周围环境轮廓，这有利于探测过程的基于需要的控制。

与开头讨论的现有技术相比之下，现有技术中采集区域不重叠，特别是不在测量传感器附近，更不用说包括测量传感器本身，因此实际上可能一旦紧邻测量传感器确定物体轮廓，就降低移动速度，或者即使紧邻测量传感器也可以监测与周围环境的距离(例如就维持上述最小距离方面)。在开头讨论的现有技术中，特意不提供这一点，因为所述现有技术主要涉及为了避免碰撞而在快移中制动机器移动，而不涉及探测过程。

在一种发展，提供了确定距离传感器是采集已知物体(特别是要测量的物体)还是未知物体。取决于确定结果，然后可以适当地调整测量传感器和距离传感器在工作空间中的移动。一般而言，采集未知物体可以表明存在碰撞风险，并且在那种情况下可以激活紧急停止或执行规避移动。相比之下，如果采集了已知(或换言之预期的)物体，特别是要测量的物体，则考虑到工作空间中明显没有异常情况，可以激活探测程序或如最初设想的那样继续进行操作。例如，还可以对坐标测量机的行程进行编程，以绕过限定的障碍物。因此，如果识别出距离传感器当前正在采集预期的障碍物，则坐标测量机的操作可以在最初指定的行程的基础上不受影响地继续进行。然而，如已经提到的，原则上也可以提供与距离相关的速度降低，然而其程度可以取决于传感器采集的物体的类型或恶名而不同。

例如，在这种情况下，可以提供的是在采集的已知物体的情况下比在未知的采集的周围环境的情况下容许更高的降低后的移动速度。这是基于这样的想法，即指定的行程、特别是编程的探测过程原则上适合于具有一定概率的已知或预期物体，因此不需要采取单独的安全措施。相比之下，如果移动是为了接近未知周围环境，则不可能排除在那里也仍然存在未被距离传感器采集的其他与碰撞相关的干扰轮廓。在这方面，在这种情况下，移动速度可以再次被附加地降低，以便能够在有疑问时尽可能突然地停止和/或以便降低可能的接触力的大小。

作为替代方案或附加于其，可以提供的是，要观察的最小距离被选择为在已知或预期物体的情况下比在未知周围环境的情况下更小。换言之，在已知物体的情况下比在未知周围环境的情况下可以容许以更高的速度和更大程度(即达到更小距离)的接近。这是基于与上面结合移动速度所说明的相同的动机。

进一步附加地或替代地，可以提供的是，移动速度的与距离相关的降低在已知物体的情况下比在未知周围环境的情况下更不明显，特别是一旦已经低于最小距离时。换言之，与距离相关的速度降低在未知周围环境的情况下比在已知物体的情况下可以更明显(例如，增加更明显)。

为了确定传感器系统采集的物品是已知特征还是未知特征，可以采取例如(虚拟)工作空间模型或一般存储的与操作情况、测量任务、物体和/或坐标测量机的设计相关的信息。例如，可以在提前存储的这种信息的范围内(特别是使用工作空间模型)定义存在或预期障碍物的位置以及要测量的物体的位置。

公知的是，可以至少近似地通过相关物体和单元的CAD模型来指定这种信息。围绕对应物体模型的安全界限的设置也是已知的，其表现同样可以通过工作空间内的坐标值来描述。因此，基于始终已知的测量传感器位置，可以检查测量传感器位置当前是否位于工作空间中(特别是工作空间模型中)的已知或预期物体附近，并且在此基础上，可以单独或任意组合地采取上述措施。

根据进一步的变型，设置至少三个距离传感器。这些距离传感器的(优选地空间)坐标可以被假设为是已知的或者可以基于坐标测量机的轴线位置确定。取决于这些坐标和/或相应确定的距离测量值，可以设置和/或求解线性方程组。这可以在假设距离传感器采集周围环境中的相同点状地点或确定与其相关的距离值的情况下进行。这对于切换到探测模式的当前目的来说可能是足够准确的。此地点的坐标(优选地是完整的空间坐标)可以通过求解线性方程组来确定作为周围环境坐标。

这可以相当于确定三个(虚拟)平面的交点，其位置基于确定的距离值来定义。更精确地，这些平面可以均具有作为法向量的传感器轴线之一并且沿着传感器轴线与距离传感器间隔开相应的测量距离值。在这种情况下，法向量彼此不平行。可以为每个距离传感器(实际上)定义这样的平面，并且平面的交点可以代表点或地点，所有距离传感器对其的采集被假定为假设。

确定周围环境坐标作为对应的交点可以包括提前设置和求解适当的方程组，并且例如通常取决于距离传感器及其传感器轴线的定位和/或排列。尤其是，尚未量化的交点的坐标可以取决于传感器系统尚未采集的距离测量值来确定，即这些坐标可以根据距离值被确定和/或定义。通过使用在实际操作期间存在或采集的距离测量值，然后可以基于其确定在每种情况下当前寻求的周围环境坐标。换言之，可以求解一般定义的关系式或一般定义的函数，在其中周围环境坐标仅被例如哑元或变量量化。

方程组的上述设置和/或解和/或通用方程的确定或基于随后插入的距离测量值的所寻求坐标的计算方法可以形成本文披露的方法的单独度量，并且可以相应地被要求保护。

本发明还涉及一种布置，该布置具有：

-坐标测量机，该坐标测量机例如包括移动运动系统，该移动运动系统优选地具有至少一条线性轴线、进一步优选地具有优选地以成对的方式彼此正交地延伸的多条移动轴线；

-用于(触觉或光学)探测物体的测量传感器，该测量传感器具有传感器纵向轴线；

-多个、特别是至少三个距离传感器，每个距离传感器被设置为沿着相应的传感器轴线采集到周围环境的距离测量值，每条传感器轴线沿着传感器纵向轴线延伸(但优选地与其成角度)；以及

-确定装置，该确定装置被设置为基于所有距离传感器的距离测量值确定周围环境坐标，

其中优选地，基于距离测量值确定周围环境坐标，所述周围环境坐标与坐标轴相关，坐标轴与传感器纵向轴线和/或传感器轴线成角度地延伸。

确定装置可以是可数字和/或电气操作的。这可以是计算机装置。该计算机装置可以包括至少一个处理器和/或存储装置。程序指令可以存储在存储装置中，并且在由处理器装置执行时有助于或执行本文说明的确定装置的功能。确定装置可以包括在坐标测量机中或集成在坐标测量机中。例如，这个确定装置可以是坐标测量机的控制装置。距离传感器可以相应地经由通信链路(特别是数据线)将它们的距离测量值传输到确定装置，然后所述确定装置执行距离测量值的期望的评估并且更准确地执行所期望的坐标确定。确定装置(或通常特别是坐标测量机的控制装置)可以进一步被设置为执行坐标测量机的操作，特别是其移动控制，并且进一步特别地执行根据本文所述的变型中的任一变型的移动速度调整。

如所述的，距离传感器的(三维和/或空间)采集区域可以在每种情况下与其他距离传感器的采集区域重叠。根据一个变型，提供的是，对应的采集区域在至少一个空间区域中重叠在一起。这可以是包括测量传感器、特别是其可能的探测元件(例如探针端头)的空间区域。

优选地，每个距离传感器的采集区域与至少一个其他距离传感器、优选地至少两个其他距离传感器的采集区域的至少一部分重叠。对应的重叠区域可以设置在测量传感器附近。特别地，可以以这样的方式选择采集区域和/或其重叠，使得测量传感器和至少其探测元件在所有侧面都被对应的采集区域包围，即从距离传感器观看时没有被测量传感器遮挡(即，在测量传感器附近、特别是在其可能的采样元件附近没有不可能进行采集的空间区域)。这对于控制探测过程是有利的，因为于是可以特别可靠地监测测量传感器附近的区域。

作为该方法和布置以及还有以下描述的模块的进一步一般方面，可以提供的是传感器轴线与传感器纵向轴线成角度地延伸。例如，传感器轴线可以与传感器纵向轴线成大于0°到最高达70°之间的角度、例如成20°到40°之间的角度相交。相交角可以是能够内接在指定轴线之间的最小可能角度。这允许采集区域能够如所描述的那样彼此重叠和/或能够包括测量传感器和/或探测元件。由于仍然保留平行于传感器纵向轴线的(向量)方向分量，传感器轴线仍然(至少部分地)沿着传感器纵向轴线延伸。

作为本文提出的解决方案的进一步一般方面，可以提供跨越(虚拟)三角形、特别是等腰三角形的至少三个距离传感器。测量传感器可以定位在这个三角形内，或者传感器纵向轴线可以与三角形外形内的三角形平面相交。换言之，当测量传感器的位置，特别是其探测元件的位置被投影到三角形的平面中时，所述位置可以位于该三角形内。

这有助于使用少量的距离传感器可靠地确定期望的周围环境坐标。特别地，这允许可靠地并且以很少的支出确定上述平面交点。

本发明还涉及一种模块，其中，该模块包括距离传感器和根据上述变型中的任一个的测量传感器的至少一部分或换言之部件(特别是触觉测量探针)，并且进一步包括接口，通过该接口可以将模块联接到坐标测量机。特别地，因此该模块可以被提供和/或设置为形成根据上述方面中的任一个方面的布置。如从可替换的测量传感器、特别是测量探针还已知的，接口可以是机械接口，用于引入到以互补方式设计的坐标测量机的接口(例如，在其套筒轴处或在探头/传感器头处)。在本情况下，优选地在该过程中还建立数据链路(即，通信接口优选地还设置和/或集成在上述接口中)，以便将距离测量值传输到控制装置、特别是上述确定装置。

作为部件，触觉测量传感器可以至少包括测量探针和探头。其中，例如，模块可以包括测量探针。然而，模块优选地不包括探头。取而代之，模块可以联接到布置在坐标测量机上或由坐标测量机通过接口包括的探头。如果测量传感器是光学测量传感器，则优选地，模块包括测量传感器整体但至少包括其测量值记录光学部件。

换言之，该模块因此可以是结构一体的、可单独管理和/或通常可整体替换的部件或组件。其尺寸可以显著小于坐标测量机的尺寸。模块可以整体连接到坐标测量机，或者换言之，可以替换。以类似于已知的探针互换过程的方式，这可以自动地实现，即不需要人工干预来将前述接口彼此联接。

设置这样的模块提供的优点是距离传感器可以针对给定的测量传感器被适当地选择、定位和/或排列。特别地，这涉及其采集区域的范围、采集区域的可能的重叠和/或覆盖范围，或换言之，测量传感器的包络，特别是其探测元件的包络。这是因为，取决于例如触觉测量探针的范围，为了建立上述重叠和/或包络的目的，可能需要适当地排列距离传感器，特别是其传感器轴线。因此，集成到共用模块中可以确保距离传感器相对于测量传感器适当地排列，并且能够在联接到坐标测量机之后立即开始测量操作，从而节省时间和精力。

作为一般的方面，可以提供的是，距离传感器的距离值在任何情况下都通过设置在坐标测量机中的通信链路(例如，通过通信总线)传输到确定装置。这确保了模块或通常距离传感器可以在现有坐标测量机的情况下被使用或改装，而无需全面的硬件适配。

特别地，距离测量值可以用作用于控制坐标测量机的位置测量值，只要尚未确定低于最小距离即可。通常，这些位置测量值与联接的测量传感器的参考点相关，测量传感器的空间相对位置例如基于移动运动系统的当前轴线位置和/或这些轴线的已知尺寸和测量传感器的已知尺寸被计算。相比之下，根据一个实施例，可以提供的是，基于距离测量值，即例如基于各个移动轴线的尺寸和轴线值以及距离测量值来确定这种位置信息，直到低于最小距离为止。

例如，在准确度方面要求高的定位的情况下，例如在插入钻孔中或在钻孔内导航时，距离传感器的距离值可以用作直接受控的变量。可以以距离信号具有相等大小或变得相等这样的方式来控制位置。

当插入钻孔中时，可以选择距离信号的总和达到局部最大值的横向位置(相对于钻孔轴线的横向)。为此可以实现横向搜索移动或向侧面的搜索移动。

作为其替代方案或附加于其，识别至少一个距离信号中(或连续输出的距离值中和/或距离值的时间曲线中)的阶跃或扭结可以在插入钻孔中时局部化钻孔的边缘。特别地，阶跃可以发生在距离信号的时间曲线中。如果不同传感器的距离信号的阶跃相互有偏差(特别是在发生阶跃时距离信号的时间和/或其距离值)，这表明相对于钻孔的非同心排列并且可以提示横向补偿运动。

应当理解，该布置和模块可以包括任何进一步的特征以提供本文描述的所有功能、操作状态和交互。特别地，根据本文说明的任何方面的方法可以通过该布置和该模块来实现，并且该布置和该模块可以具有相应地需要的特征和发展。所有与方法特征相关的说明和发展同样可以适用于该布置和该模块的相同特征，或者可以设置在其中。

附图说明

下面将基于所附示意图说明本发明的示例性实施例。在这种情况下，相同或以相同方式起作用的特征可以在整个附图中设置有相同的标记。

图1示出了根据本发明的一个示例性实施例的布置的示意图，该布置包括坐标测量机和根据本发明的模块。

图2示出了图1的模块的单独立体图。

图3示出了在操作期间模块的侧视图。

图4示出了在操作期间模块的示意图。

图5示出了用于突出显示基于获得的距离测量值的移动坐标计算的说明性略图。

图6示出了根据本发明的方法的流程图。

图7A至图7C示出了使用例如图1至图4的模块测量钻孔。

具体实施方式

图1所示的布置200包括门式坐标测量机(CMM)211。门式坐标测量机包括测量台201，柱202、203以在笛卡尔坐标系的Y方向上可移动的方式布置该测量台上。坐标系是单独绘制的并且可以是机器坐标系，其原点例如位于测量台表面上。

要测量的物体100位于测量台201上。进一步地，由虚线指示的是虚拟工作空间102的外形，在其中可以进行坐标测量。

柱202、203与横梁204一起形成CMM 211的门架。横梁204在其相反端分别连接至柱202和203上。没有更详细地描绘出的电动马达使得柱202、203在Y方向上沿着Y移动轴线线性移动。这里，例如，两个柱202、203中的每个柱被分配一个电动马达。横梁204与横向滑动件207相组合，该横向滑动件是例如通过空气轴承沿横梁204来沿笛卡儿坐标系的X方向可移动的。横向滑动件207相对于横梁204的当前位置可以基于分刻度206来确定。横梁204在X方向上(即沿X移动轴线)的移动由进一步的电动马达来驱动。

可在竖直方向上移动的套筒轴208安装在横向滑动件207上并且下端通过可选安装装置210连接到探头209。套筒轴208可以由进一步的电动马达移动，优选地相对于横向滑动件207在笛卡尔坐标系的Z方向沿Z移动轴线移动。探头209可以通过CMM的电动马达进入横梁204下方的区域中的几乎任何位置。以已知的方式，探头(或传感器头)209包含测量部件或信号发生部件，以便捕获测量探针11的偏转。

根据本发明的一个示例性实施例的模块10通过坐标测量机211的传感器接口附接到探头209。下面仍将在图2的基础上对此进行详细说明。例如，该探头包括触觉测量探针11，触觉测量探针与探头209一起是坐标测量机211的测量传感器12的构成部分。为了增加测量探针11相对于物体100的移动性，在探头209与模块10之间可以可选地附加地设置有至少一个旋转接头。优选地，模块10既不包括探头209也不包括可选的旋转接头，而是包括作为测量传感器12的一部分(或换言之组件)的测量探针11。

进一步展示了控制装置300，该控制装置控制CMM 211的可移动部分沿着移动轴线的移动。控制装置300还被设置用于执行在说明书的概述部分中说明的步骤中的一个或多个步骤。进一步地，控制装置包括(或其形成)确定装置302并且其通过通信链路304连接到(特别是模块10的)所有测量单元以便从其中接收和评估测量值。更精确地，控制装置优选地在每种情况下连接到移动轴线X、Y、Z中的每一条移动轴线的至少一个增量测量并且从其中接收关于相应轴线的坐标值。

图2示出了图1的模块10的单独立体图示。再一次，可以识别测量探针11。测量探针是本身已知的触针，其包括长形轴14和探测元件16。例如，探测元件被实施为探测球。测量探针11还具有传感器纵向轴线L，轴14沿该传感器纵向轴线延伸。换言之，传感器纵向轴线L的相对位置由轴14确定，因为传感器纵向轴线L居中地延伸穿过该轴并沿该轴延伸。

如下文仍将说明的，测量探针11相对于载体17居中定位。载体17是板状部件。在背朝测量探针11的背面18处，所述载体具有未单独展示的接口20，该接口优选地既是机械接口又是数据传输接口(即有助于机械连接和数据传输链路两者)。通过此接口20，模块10相应地能够以机械和数据传输方式联接到传感器头209。作为设置物理数据链路或数据链路接口的替代方案，还可以建立无线数据链路，例如使用蓝牙。来自模块10的距离测量值可以通过所描述的数据链路中的任一个传输到确定装置302。

模块10进一步具有包括三个距离传感器S1、S2、S3的传感器布置。在这种情况下，传感器S2背朝图2中的观察者指向，因此只能识别其部分。距离传感器(在下文中又仅称为传感器)S1-S3以纯粹示例性的方式具有信号源20和信号接收器22，信号源和信号接收器彼此分开形成或彼此间隔开布置。信号源20可以将测量信号(或者传感器信号)辐射到周围环境中并且信号接收器22可以接收由周围环境反射的信号分量。然后，可以基于接收到的此分量生成距离测量值。传感器S1-S3仅通过示例方式被实施为超声波传感器或声换能器。信号源20相应地将声波辐射到周围环境中，声波可以在周围环境中的反射之后由信号接收器22测量。距离值可以以本身已知的方式基于辐射的信号与接收到的信号之间的确定的飞行时间差来生成。替代性测量原理或传感器设计在说明书的一般部分中被指定。

进一步地，示出了传感器S1-S3中的每一个传感器的传感器轴线A1-A3。传感器S1-S3均沿着这些轴线A1-A3向周围环境中发射信号(在所示情况下为声波，但替代地也是电磁辐射，特别是激光辐射)。可以识别传感器轴线A1-A3均与纵向轴线L相交，但是与探测元件16的距离很小(例如从载体17的角度看，特别是在此探测元件16下方)。

如下文仍将说明的，传感器S1-S3的采集区域因此沿着传感器轴线A1-A3并且与纵向轴线L成角度地(但沿着该纵向轴线)延伸并且彼此重叠。特别地，这以这样的方式被实现，使得这些在探测元件16附近重叠并且所有采集区域优选地在那里是一致的。以这种方式，测量探针11、特别是探测元件16可以以这样的方式被采集区域包围，或者换言之，被采集区域包住，使得可以特别是在探测元件16周围限定虚拟的球形或半球形空间，在该空间内可以在每个位置进行距离测量。这可以通过下面将更详细说明的距离传感器A1-A3相对于测量探针11的布置和排列来实现，在这种情况下，从传感器S1-S3观看时测量探针11以这样的方式不会覆盖或遮蔽任何空间区域，使得传感器S1-S3能够在那里执行距离测量。

图3示出了图2的模块10的示意性大大简化的侧视图(例如对应于根据图1的ZY平面)。再一次，可以识别具有背面接口20的载体17和上面布置有探测元件16的测量探针11。进一步地，示出了距离传感器S1、S3中的两个，第二距离传感器S2没有被单独示出，因为其被测量探针11覆盖。可以识别传感器S1-S3(然而，其也相应地适用于不可见传感器S2)相对于传感器纵向轴线L的倾斜排列。更精确地，相应的传感器轴线A1、A3与传感器纵向轴线L成例如30°的角度W相交。还示出了传感器S1、S3的采集区域E1、E3的由波前指示的范围，其中，不可见传感器S2具有类似的采集区域E2。采集区域E1-E3是三维的并且从传感器S1-S3开始以圆锥形方式扩展。以本身已知的方式，这些采集区域也可以在距传感器S1-S3一定距离处再次锥形化，产生波瓣形形式，但这在当前情况下没有单独示出。

由于传感器轴线A1-A3相对于纵向轴线L的倾斜定位或倾斜度，可以识别采集区域E1-E3在探测元件16的区域中彼此重叠。以上指定了由此可获得的优点。

应注意采集区域E1-E3仅为说明目的示意性展示的事实。优选地，这些采集区域相对于相应的传感器轴线A1-A3具有更小的横向尺寸，例如更小的截面尺寸，尤其是直径。这考虑了如下情况，即在所示情况下确定的距离值仅关于沿传感器轴线A1-A3的距离而不是与其横向的距离被定义。换言之，在所示的示例中，在采集区域E1-E3的截面平面内反射超声辐射的地点的精确位置没有被空间分辨确定。然而，在确定周围环境坐标时这种与传感器相关的不清晰度可以至少部分地通过当前考虑来自多个传感器S1-S3的距离测量值来补偿(特别是在下面描述的计算方法的范围内)。

通常，应提及通过距离测量值能够在这些虚拟空间区域或体积范围内被采集并且具有足够的质量，传感器的采集区域E1-E3可以以本身已知的方式定义。定义采集区域的足够标准是已知的，特别是在超声波传感器的环境下。换言之，音频信号或声波也存在于这里所示的采集区域之外，所述音频信号或声波已经由传感器S1-S3发射但在反射之后不能以足够的质量再次被采集。因此，这些不分配给采集区域E1-E3。

图4示出了载体17的平面图，更精确地，示出了图2的背面18的平面图。然而，出于说明的目的以透明方式示出了载体17，并且附加地，省略了将覆盖探测元件16的视线的其他部件。作为模块10的其余部件，除了载体17的外形之外，仍然可以通过它们相应的采集区域E1-E3来识别距离传感器S1-S3。采集区域E1-E3的图示被选择为是非常示意性的并且被放大。相应环代表尺寸，特别是沿着相应传感器轴线A1-A3的采集区域E1-E3的截面，其中，作为简化，在展示截面外形时，没有单独考虑这些轴线A1-A3的倾斜位置。如关于图3所说明的，截面没有优选尺寸。根据图3的图示，显而易见的是存在从传感器S1-S3开始沿相应传感器轴线A1-A3的截面尺寸(即对应的小圆)，然后圆形尺寸沿着传感器轴线A1-A3相继变宽。

进一步地，图4示出了传感器S1-S3跨越虚拟等腰三角形30。传感器S1-S3之间的角距离ZA相应地在每种情况下是120°。在这种情况下，包含跨越的三角形30的(虚拟)平面以示例性方式平行于接口20和/或正交于传感器纵向轴线L延伸。相应地，传感器轴线A1-A3也相对于此平面倾斜。

由于传感器S1-S3的这种布置，可以识别它们的采集区域E1-E3分别在探测元件16附近彼此重叠，并且更精确地，所有采集区域E1-E3在那里彼此重叠。从探测元件16开始，这之后是大面积区域(当在薄片平面或径向方向上考虑时)，在大面积区域中，至少两个采集区域E1-E3重叠，然后才与被仅仅一个采集区域E1-E3覆盖或包住的区域邻接。然而，总体上，再一次清楚的是，采集区域E1-E3的布置以这样的方式被选择，使得传感器S1-S3中的至少一个可以在探测元件16周围的大空间体积中采集距离测量值以便能够精确地控制探测过程。

图5示出了基于图4的图示的示意性略图。绘制了以类似于图1的方式选择和排列的坐标系；然而，由于观察到的模块10的取向，其轴线与图1的图示有偏差。未详细展示模块10。然而，传感器S1、S3和S2的位置已被标记。这些传感器可以以这样的方式被布置，使得传感器S1位于Y轴上并且跨越的三角形30位于XY平面内。应当理解，坐标系的选择纯粹是示例性的，并且还可以提供的是，将为模块10选择的坐标系(其是下面描述的坐标确定的基础)变换成图1的上级机器坐标系。

传感器S1、S3、S2沿示意性绘制的圆K的圆周均匀分布(也参见图4的平面图中的沿17的类似布置)。这些传感器都与坐标系原点的距离相同。再一次绘制的是传感器轴线A1、A2、A3相对于传感器纵向轴线L的倾斜角W，为了说明目的，图5中仅绘制了传感器轴线A3。

作为优选假设，认为三个传感器S1、S3、S2采集周围环境中的相同地点。进一步地，考虑到受限采集区域E1-E3和所考虑的距离的大小，优选地假设与相应传感器S1、S2、S3的距离相同的地点位于公共平面中(而不例如围绕相应的传感器轴线A1、A2、A3位于空心球半壳中)。鉴于设置下面的平面方程，这提高了准确度。

以示例性方式指示传感器S3的传感器轴线A3的范围。下面给出的关于传感器S3的说明类似地适用于传感器S1、S2。在所示的操作状态下，模块10已经接近周围环境并且例如接近物体100，其表面区段被粗略地标记。由于垂直于传感器轴线A3的采集区域E3的二维范围(即在垂直于此轴线A3延伸的平面EA(距离平面)内)，沿传感器测量轴线S3测量的距离值只能是有界限的，准确度合格。为了提高周围环境的采集准确度，本示例性实施例提出考虑所有传感器S1-S3的对应平面EA或距离平面，这些平面在分别测量的距离处垂直于相应传感器轴线A1-A3延伸(仅针对图5中的传感器S3示出)。这些平面EA的相应法向量平行于相应的传感器轴线A1-A3延伸或与其重合。传感器轴线A1-A3也可以被称为相应传感器S1-S3的观察方向到周围环境中的线。

提出确定传感器S1-S3的距离平面EA的交点，并且更精确地，优选地确定其完整的空间坐标作为周围环境坐标。特别地，这还涉及XY平面中的坐标，即垂直于传感器纵向轴线L，或者一般而言，既不平行于传感器轴线A1-A3也不平行于传感器纵向轴线L的平面中的坐标。与纯粹考虑距离值相比，这也允许在此平面内更紧密地界定采集的测量点的位置。

由于传感器轴线A1-A3的倾斜排列，有利地提供了位置也沿竖直展示的Z轴计算；即，后者并不像在使用单个传感器时在现有技术中有时实现的那样简单地等同于测量的距离值。

如上所述，假设最靠近探测元件16的检测到的物体地点位于三个距离平面EA的交点中。其具有位置向量

是三个距离平面EA的位置点的位置向量，以下适用于其：

(I)

寻求正规形式的距离平面EA的平面方程：

(II)

其中e＝1...3是距离传感器S1-S3的编号；

是这个距离传感器S1-S3的观察方向或传感器轴线A1-A3的线；d是这个距离传感器S1-S3的距离测量值；以及

是距离平面EA在这个距离传感器S1-S3方向上的法向量。

因此，

对应于从坐标原点到距离传感器S1-S3的观察方向或传感器轴线A1-A3的线上的点的位置向量，这个点与距离传感器S1-S3的距离为d。

将(I)插入(II)中得到以下结果：

(III)

以下适用于距离传感器S1-S3的观察方向或传感器轴线A1-A3的线，其中

作为距离传感器S1-S3的地点以及λ作为

沿直线的距离参数：

(IV)

相应的法向量(即传感器轴线S1-S3的方向)可以在所考虑的坐标系中根据如下所述的基于图5说明的距离传感器S1-S3的位置确定，其中30°的值可以追溯到这些示例性位置。两个角函数的乘积可以追溯到如下事实，即法向量特别是到XY平面的投影形成了确定特别是其X和Y分量的基础：

(V)

(VI)

(VII)

据此，三个距离传感器的观察方向或传感器轴线S1-S3的线出现以下情况：

(VIII)

(IX)

(X)

如果(VIII)、(IX)、(X)被插入到(III)中并且如果在每种情况下都简化了表达式，则获得以下方程组(XI)、(XII)、(XIII)，其中最后一排(XI)、(XII)、(XIII)分别形成最简化的表达式：

(XI)

(XII)

(XIII)

此方程组包含交点坐标v_x、v_y、v_z作为唯一的未知数。方程组可以求解v_x、v_y、v_z并提前存储(例如在制造商处或在当前测量操作之前)。通过插入当前距离测量值d₁-d₃，然后可以获得v_x、v_y、v_z的值作为寻求的周围环境坐标。

应当注意，距离传感器S1-S3的位置至少间接地(参见与30°相关的角函数)包括在前述方程组(XI-XIII)中。然而，交点坐标v_x、v_y、v_z以及因此还有周围环境坐标并非仅基于这些位置来确定，因为距离测量值d₁-d₃也始终包括在内。总之，坐标因此基于不同传感器S1-S3的距离测量值d₁-d₃被确定。

在所示的示例中，以上说明的计算由连续接收距离值d₁-d₃的确定装置302执行。随后，优选地确定测量探针11、特别是探测元件16与计算的(虚拟)平面交点之间的距离。特别地，距离向量优选地形成为使得使对应测量的物体100或者一般而言周围环境坐标相对于模块10定位的方向也可确定。

然后，基于此距离向量的绝对值，确定装置302能够检查当前是否观察到测量探针11、特别是探测元件16与周围环境之间的最小距离。附加于其或作为其替代方案，可以鉴于模块10的当前移动方向可以检查测量探针11当前是否正朝着对应的交点移动。如果低于最小距离并且可选地在前述方向上存在对应的移动，则可以根据说明书的一般部分中描述的变型中的任一个变型来调整测量探针11的移动。特别地，可以降低移动速度。

如在说明书的一般部分中进一步说明的，在该过程中还可以检查距离传感器S1-S3是否采集到已知物体或未知物体(或未知周围环境)。在未知周围环境的情况下，一般而言可以在更早的时间或更小的距离引入更大的速度降低。例如，在未知周围环境的情况下，移动速度可以在100mm的距离处降低50％，而在已知物体的情况下，这只能在10mm的距离处实现。附加于其或作为替代方案，在未知物体的情况下，速度可以在10mm的距离处降低到20％和/或在5mm的距离处降低到10％。一旦达到1mm的距离，就可以引入紧急停止和可选地输出碰撞警告。相比之下，在已知物体的情况下，移动速度降低到50％只能在10mm的距离处实现，降低到10％可以在5mm的距离处实现，并且降低到5％可以在1mm的距离处实现。然后，也可以切换到探测模式(例如通过使用测量探针11走过所谓的探测搜索路径)。

最后，图6示出了根据本发明的方法的流程图，上面已经通过概述的方式对该方法进行了说明。在步骤S1中，确定装置302从所有距离传感器S1-S3接收距离测量值。在步骤S2中，参考点的完整空间坐标以及在所示示例中三个虚拟平面的虚拟交点的完整空间坐标基于这些距离测量值被计算为周围环境坐标。在步骤S3中，确定探测元件16与此交点之间的距离向量。在步骤S4中，此向量的绝对值被确定为距离值，并且将该距离值与最小距离进行比较。如果距离值下降到最小距离以下，则在步骤S5中降低移动速度。随后，距离可以如所描述的那样连续被更新并且移动速度可以随着距离减小而相继地或者增量地进一步降低，直到已经确定测量探针11与物体100之间的接触。上面提及了附加地确定和考虑方向的选项，例如在步骤S3的环境中。

图7a示出了使用类似于前述图的模块10测量钻孔400。展示了模块10的侧视图，因此并非所有传感器S1-S3都是可识别的。例如，以下仅提及了两个被成像的传感器S1-S2。

钻孔400沿钻孔轴线BA延伸。测量传感器12应尽可能精确地沿这条钻孔轴线BA排列，即居中放置在钻孔400中。为此，在本情况下使用传感器S1-S2的距离值，这些距离值形成测量传感器12的开环位置控制或优选地闭环位置控制的基础。

在图7A的情况下，模块10仍然布置在距钻孔400比较大距离Z1处。传感器S1-S2提供相同的距离测量值。传感器轴线A1、A2与在钻孔400的周围环境中的物体表面402相交。

在图7B的情况下，距钻孔400的距离Z2减小。可以识别传感器轴线A1、A2已经伸入钻孔400中。当传感器轴线A1、A2从测量钻孔400附近的物体表面402变为在钻孔400的内部测量时，每个传感器S1-S2的时间测量值曲线发生阶跃。这针对图7C中的传感器S1、S2之一以示例方式示出并由SK表示。

在测量传感器12和钻孔轴线BA的一致排列的情况下，传感器S1-S2提供相同的距离值。附加地，图7C中的阶跃SK发生在相同的时刻和相同的距离值处。

在非同心排列的情况下，传感器S1-S2在它们相应的测量值曲线中发生阶跃SK时具有不同的时刻和距离值。在所示的传感器轴线S1、S2的轮廓的情况下，为了建立同心性的目的，模块10随后可以沿着x轴发生位移。如果传感器S2的阶跃在比较中延迟发生，则在正x方向上实现位移，如果传感器S1是这种情况，则在负x方向上实现位移。

Claims (10)

1.一种使用坐标测量机(211)执行探测过程的方法，其中，该坐标测量机(211)包括用于探测物体(100)的测量传感器(12)和多个距离传感器(S1-S3)、特别是至少三个距离传感器(S1-S3)，

并且其中，该方法包括：

-将具有传感器纵向轴线(L)的测量传感器(12)以及距离传感器(S1-S3)一起在该坐标测量机(211)的工作空间(102)中移动；

-使用这些距离传感器(S1-S3)沿相应的传感器轴线(A1-A3)采集到周围环境的距离测量值(D1-D3)，该传感器轴线沿该传感器纵向轴线(L)延伸；

-考虑所有距离传感器(S1-S3)的距离测量值(d₁-d₃)来确定周围环境坐标，

其中，这些周围环境坐标(X，Y，Z)中的至少一个是关于与这些传感器轴线(A1-A3)和/或与该传感器纵向轴线(L)成角度地延伸的坐标轴(X，Y)确定的。

2.根据权利要求1所述的方法，

进一步包括：

-使用这些周围环境坐标(X，Y，Z)来确定是否已经低于该测量传感器(12)与周围环境之间的预定最小距离；

如果是这种情况：

-则将该坐标测量机(211)的移动速度降低到高于0mm/s的值。

3.根据权利要求2所述的方法(10)，

其中，该测量传感器(12)是触觉测量传感器(12)，要被探测的该物体(100)作为周围环境被采集并且维持大于0mm/s的移动速度，直到检测到该测量传感器(12)与该物体(100)之间接触为止。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法(10)，

进一步包括：

-确定这些距离传感器(S1-S3)是否正在采集已知物体(100)或未知周围环境；以及

-在此确定的基础上改变该移动。

5.根据权利要求2和4所述的方法(10)，

其中，在已知物体(100)的情况下比在未知周围环境的情况下容许更高的降低后的移动速度，

和/或其中，该最小距离在已知物体(100)的情况下比在未知周围环境的情况下更小。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法(10)，

其中，设置了至少三个距离传感器(S1-S3)并且确定三个平面的交点的周围环境坐标(X，Y，Z)，其中，考虑到这些距离值(d₁-d₃)之一来定义每个平面的相对位置，

和/或其中，通过求解基于这些距离值(d₁-d₃)设置的方程组来确定这些周围环境坐标(X，Y，Z)。

7.一种布置(200)，包括：

-坐标测量机(211)；

-测量传感器(12)，该测量传感器用于探测物体(100)并具有传感器纵向轴线(L)；

-多个距离传感器(S1-S3)，特别是至少三个距离传感器(S1-S3)，每个距离传感器被设置为沿着相应的传感器轴线(A1-A3)采集到周围环境的距离测量值(d₁-d₃)，该传感器轴线沿传感器纵向轴线(L)延伸；以及

-确定装置(302)，该确定装置被设置为考虑所有距离传感器(S1-S3)的距离测量值(d₁-d₃)确定周围环境坐标(X，Y，Z)，其中，这些周围环境坐标(X，Y，Z)中的至少一个是关于坐标轴(X，Y)确定的，该坐标轴与这些传感器轴线(A1-A3)和/或与该传感器纵向轴线(L)成角度地延伸。

8.根据权利要求7所述的布置(200)，

其中，每个距离传感器(S1-S3)的采集区域(E1-E3)与至少一个其他距离传感器(S1-S3)的采集区域(E1-E3)的至少一部分重叠。

9.根据权利要求7或8所述的布置(200)，

其中，这些传感器轴线(A1-A3)与该传感器纵向轴线(L)成角度(W)延伸，和/或

其中，设置了至少三个距离传感器(S1-S3)，这些距离传感器跨越三角形(30)，特别是等腰三角形(30)。

10.一种用于形成根据权利要求7至9中任一项所述的布置(200)的模块(10)，

其中，该模块(10)至少包括这些距离传感器(S1-S3)以及该测量传感器(12)的至少一个部件、以及接口(20)，该模块(10)能够通过该接口联接到该坐标测量机(211)。

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