專利名稱：用于測(cè)量工件的方法、校準(zhǔn)方法以及坐標(biāo)測(cè)量?jī)x其中考慮探測(cè)器的與方向相關(guān)的柔性的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于測(cè)量工件的方法以及一種相應(yīng)的坐標(biāo)測(cè)量?jī)x。本發(fā)明還涉及一種用于校準(zhǔn)探測(cè)器的校準(zhǔn)方法。本發(fā)明尤其涉及使用坐標(biāo)測(cè)量?jī)x的坐標(biāo)測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域， 該坐標(biāo)測(cè)量?jī)x具有帶有可偏移的探測(cè)器(特別是帶有探針)的傳感器，在該探測(cè)器的自由端部上安置一探測(cè)體(通常是測(cè)球)，該測(cè)球探測(cè)要測(cè)量的工件。
背景技術(shù)：
在該坐標(biāo)測(cè)量技術(shù)中經(jīng)常使用傳感器(特別是探頭)，其中，在傳感器上固定一探針，該探針在笛卡爾坐標(biāo)系的三個(gè)坐標(biāo)方向上可移動(dòng)。為此，已知的傳感器在其內(nèi)部具有一機(jī)構(gòu)，通過(guò)該機(jī)構(gòu)，探針可以在三個(gè)坐標(biāo)方向上偏移。為此該機(jī)構(gòu)通常具有三個(gè)導(dǎo)向裝置， 這些導(dǎo)向裝置中的每一個(gè)允許在坐標(biāo)測(cè)量?jī)x的三個(gè)坐標(biāo)方向之一上移動(dòng)。為此三個(gè)導(dǎo)向裝置中的每一個(gè)平行于坐標(biāo)測(cè)量?jī)x的運(yùn)動(dòng)方向之一取向。在TR Technische Rundschau，1993 年第四/30 期第 20-25 頁(yè)，作者 Werner Lotze 的標(biāo)題為“具有多自由度的測(cè)量探測(cè)器”的文獻(xiàn)中描述了一種用于推導(dǎo)具有三自由度的測(cè)量探測(cè)器的特性的模型。根據(jù)該模型該探測(cè)器具有三個(gè)交叉的彈性平行導(dǎo)向裝置和對(duì)應(yīng)的測(cè)量值接收器。這些彈性導(dǎo)向裝置這樣構(gòu)造，使得它們?cè)谌齻€(gè)方向上分別具有線性的、具有給定的柔度的彈性特性曲線。所有三個(gè)導(dǎo)向裝置可自由運(yùn)動(dòng)，使得固定在探針上的測(cè)球可以在每個(gè)空間方向上偏移。在探測(cè)工件表面的情況下，從工件表面作用在測(cè)球上的力可以被描述為測(cè)量力矢量f，該測(cè)量力矢量同樣地使探針和探測(cè)器的探測(cè)系統(tǒng)偏移。該偏移又可以通過(guò)一矢量即偏移矢量a來(lái)描述，該矢量等于探測(cè)器夾緊裝置的移動(dòng)矢量與探針的變形矢量的矢量和。該模型的出發(fā)點(diǎn)是測(cè)量力和探測(cè)器偏移之間以及探測(cè)器偏移和測(cè)量信號(hào)之間的嚴(yán)格線性。變形矢量ν和力矢量f之間的關(guān)聯(lián)通過(guò)柔度矩陣N表達(dá)，該矩陣為3 X 3矩陣。為了理解該關(guān)系可以跟蹤這種情況下的偏移力矢量f以恒定的量值經(jīng)過(guò)所有的空間方向，該量值可以歸一化到值1。然后該矢量就描述一標(biāo)準(zhǔn)球。所有偏移矢量V的總體描述一個(gè)空間橢圓體，該橢圓體可以被稱為影響橢圓體或者柔度橢圓體。測(cè)量力f的方向和探針的變形矢量ν只在該橢圓體的三個(gè)主軸線方向上重合。這些軸線方向同時(shí)是柔度矩形Nt的三個(gè)本征矢量。探測(cè)器夾緊裝置(關(guān)于測(cè)球中心點(diǎn))的偏移s也可以被描述為矢量方程式，其中偏移矢量s等于由測(cè)量彈簧引起的柔度矩陣Nf與測(cè)量力矢量f相乘。總偏移a作為矢量可以因此表達(dá)為偏移矢量s和探針變形矢量ν的和。相應(yīng)地可以定義總?cè)岫染仃嘚ges，該總?cè)岫染仃嚨扔陉P(guān)于探針變形的柔度矩陣Nt和由于測(cè)量彈簧的柔度矩陣Nf的總和。此外所述文獻(xiàn)導(dǎo)出探測(cè)器夾緊裝置的偏移矢量s和總偏移矢量a之間的關(guān)系，其方式在于，矢量a乘以矩陣M等于矢量s，該矩陣M被稱為彈性傳遞矩陣。探測(cè)器的關(guān)于這三個(gè)坐標(biāo)軸線的三個(gè)輸出信號(hào)ul，u2, u3最初作為探測(cè)器的測(cè)量參數(shù)供使用。這些輸出信號(hào)可以被記為矢量U。該矢量u等于探測(cè)器夾緊裝置的偏移矢量s乘以傳遞矩陣B。該傳遞矩陣B和彈性傳遞矩陣M的乘積可以被逆變換，使得獲得所謂探測(cè)器矩陣K。該矩陣K的九個(gè)系數(shù)包含探測(cè)器的全部的運(yùn)動(dòng)學(xué)特性、彈性特性和對(duì)于信號(hào)生成重要的特性。在實(shí)踐中，通過(guò)按照校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)專門校準(zhǔn)來(lái)求得這些系數(shù)。借助探測(cè)器矩陣K可以根據(jù)由坐標(biāo)測(cè)量?jī)x提供的測(cè)球瞬時(shí)位置參數(shù)并根據(jù)探測(cè)器測(cè)量信號(hào)計(jì)算當(dāng)前的測(cè)量點(diǎn)位置，即測(cè)球探觸工件表面處的點(diǎn)位置。在該問(wèn)題的方程式化時(shí)值得注意的是測(cè)量力或者根據(jù)量值或者根據(jù)方向出現(xiàn)。該測(cè)量力因此對(duì)于一階的測(cè)量過(guò)程沒(méi)有作用。相應(yīng)的情況適用于彈性特性并且因此適用于由探針變形引起的柔度矩陣。只要該模型是正確的，一次校準(zhǔn)足以能夠確定測(cè)量點(diǎn)的坐標(biāo)，不需要再考慮柔度和測(cè)量力。但上面描述的模型的前提是測(cè)量力矢量f通過(guò)測(cè)球的中心點(diǎn)P。但實(shí)際上測(cè)量力相對(duì)于測(cè)球在探觸點(diǎn)B上作用于測(cè)球表面上并且由此通常在測(cè)球中心點(diǎn)P旁邊隔開間距經(jīng)過(guò)，由此不僅整個(gè)彈性系統(tǒng)的折曲杠桿臂的長(zhǎng)度改變，而且關(guān)于中心點(diǎn)P產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。對(duì)于通常的具有幾毫米直徑的測(cè)球，該誤差在多次測(cè)量情況下是可忽略的。但也有這樣的情況， 在這些情況下該誤差是有意義的，特別是當(dāng)探針的變形ν大時(shí)。這不總是能夠例如通過(guò)使用相應(yīng)硬的探針來(lái)避免。在實(shí)踐中存在一些探針，它們的柔度在三個(gè)坐標(biāo)方向上非常不同。例如一個(gè)方向上的柔度可能是另一方向上的十倍大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務(wù)在于，提高在通過(guò)探測(cè)器機(jī)械地探測(cè)工件表面來(lái)確定工件坐標(biāo)時(shí)的精度。為了解決該任務(wù)，提出在校準(zhǔn)和/或在運(yùn)行坐標(biāo)測(cè)量?jī)x時(shí)考慮探測(cè)器的彈性特性。與上面提及的在技術(shù)評(píng)論TR的1993年第29/30期第20-25頁(yè)中公開的文章不同，應(yīng)當(dāng)被明確考慮這些彈性特性并且不只通過(guò)針對(duì)測(cè)量運(yùn)行來(lái)校準(zhǔn)探測(cè)器而消去這些彈性特性。根據(jù)本發(fā)明的、可以與還要描述的其它觀點(diǎn)無(wú)關(guān)地實(shí)施的第一觀點(diǎn)，對(duì)于具有至少一個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)自由度的探測(cè)器(例如具有一探測(cè)元件的探測(cè)器，該探測(cè)元件通過(guò)一萬(wàn)向鉸節(jié)或者一允許繞至少一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸線旋轉(zhuǎn)的類似機(jī)構(gòu)與坐標(biāo)測(cè)量?jī)x的臂連接，或者具有一固定在平板上的探針的探測(cè)器，其中，該平板通過(guò)兩個(gè)平行的、相互間隔開的板簧與坐標(biāo)測(cè)量?jī)x連接，如在上面所述的技術(shù)評(píng)論的公開文本的圖4中所示)，考慮該探測(cè)器的柔性(下面也稱為彈性)，該柔性由在這種探測(cè)器上可能發(fā)生的鉸節(jié)(例如萬(wàn)向鉸節(jié))相對(duì)于探測(cè)器固定裝置的彈性移動(dòng)產(chǎn)生。對(duì)于萬(wàn)向鉸節(jié)在本說(shuō)明書中一般性地理解為一個(gè)機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)允許探測(cè)元件繞兩個(gè)彼此交叉延伸的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線旋轉(zhuǎn)。所述移動(dòng)尤其由于測(cè)量力而出現(xiàn)， 即由于探測(cè)器探觸工件而出現(xiàn)。對(duì)于鉸節(jié)理解為一種允許轉(zhuǎn)動(dòng)自由度的機(jī)構(gòu)，例如所述萬(wàn)向鉸節(jié)或者一個(gè)僅具有唯一一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸承用于支承一可繞旋轉(zhuǎn)軸線轉(zhuǎn)動(dòng)的部件的機(jī)構(gòu)，其中，例如探針安裝在該可轉(zhuǎn)動(dòng)的部件上。探測(cè)器的固定裝置例如安置在坐標(biāo)測(cè)量?jī)x的臂上，其中，該臂具有至少一個(gè)運(yùn)動(dòng)自由度?！翱紤]柔性”的表述包括考慮柔性的方向相關(guān)性，即考慮該事實(shí)探測(cè)器或者探頭 (探測(cè)器是其部件)在不同的方向上柔度不同。對(duì)于其它的具有至少一個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)自由度的探測(cè)器，以和具有鉸節(jié)的探測(cè)器一樣的方式考慮測(cè)量裝置的彈性。例如探測(cè)器在外部力的作用下可以彈性變形和/或探測(cè)元件的運(yùn)動(dòng)例如可以通過(guò)電阻應(yīng)變片測(cè)量。通過(guò)對(duì)多個(gè)應(yīng)變片的信號(hào)進(jìn)行分析求值也可以測(cè)得旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。因此本發(fā)明不局限于考慮具有鉸節(jié)(例如萬(wàn)向鉸節(jié))的探測(cè)器的柔性。而是該至少一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度也可以基于其它的機(jī)械結(jié)構(gòu)產(chǎn)生，在該機(jī)械結(jié)構(gòu)中例如也可以在旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)上耦合一個(gè)線性運(yùn)動(dòng)。例如對(duì)于還要借助圖7描述的探測(cè)器或者是英國(guó)New Mills, ffotton-under-Edge, Gloucestershire, Gl 12 8JR ^ Renishaw pic 公司的 SP 邪探測(cè)器就是這種情況。優(yōu)選在所有情況下通過(guò)使用柔度矩陣來(lái)考慮彈性。根據(jù)本發(fā)明的第二觀點(diǎn)，通過(guò)使用物理模型和/或通過(guò)試驗(yàn)來(lái)確定探測(cè)器的彈性，特別是柔度矩陣，該第二觀點(diǎn)可以單獨(dú)地或者與本發(fā)明的一個(gè)或者多個(gè)其它觀點(diǎn)相結(jié)合地實(shí)現(xiàn)。優(yōu)選在以后借助探測(cè)器測(cè)量工件時(shí)使用該柔度矩陣用于計(jì)劃和/或控制測(cè)量。 特別是通過(guò)使用通過(guò)模型計(jì)算出的彈性和/或通過(guò)試驗(yàn)確定的彈性預(yù)給定一個(gè)方向和/或力，探測(cè)器以該方向和/或力在工件的表面上探觸工件。當(dāng)在說(shuō)明書或者權(quán)利要求中談到柔度矩陣作為對(duì)探測(cè)器的或者其它坐標(biāo)測(cè)量裝置的與方向相關(guān)的彈性的描述時(shí)，也包括這種情況使用或者確定柔度矩陣的其它等效表達(dá)，例如柔度橢圓體(參見上面)、柔度矩陣的逆矩陣(也稱為剛度矩陣)或者其它表達(dá)。特別是可以在校準(zhǔn)探測(cè)器之前已知柔度矩陣(或者可以至少已知該矩陣的個(gè)別元素或者可以存在或求得元素或矩陣的估算值)，以便更精確地實(shí)施校準(zhǔn)。在WO 2004/106854A1中描述了探測(cè)器的真正校準(zhǔn)的一個(gè)例子，在此引用該文獻(xiàn)的全部?jī)?nèi)容。在此可以通過(guò)校準(zhǔn)改進(jìn)在校準(zhǔn)之前已知的柔度矩陣，即為了確定柔度矩陣迭代地進(jìn)行。在此可以進(jìn)行另外的迭代，即在通過(guò)校準(zhǔn)第一次改進(jìn)柔度矩陣后可以進(jìn)行重新校準(zhǔn)，通過(guò)該重新校準(zhǔn)重新改進(jìn)柔度矩陣。進(jìn)一步的這種校準(zhǔn)步驟也是可行的。因此柔度矩陣可以僅用于改進(jìn)校準(zhǔn)。但該柔度矩陣可以替代地或者附加地直接用于計(jì)劃和/或控制工件的測(cè)量。對(duì)此的例子還要詳細(xì)描述。在此也可從本發(fā)明的其它觀點(diǎn)得出例子，這些觀點(diǎn)可以不依賴于本發(fā)明的第二觀點(diǎn)地實(shí)現(xiàn)。特別是提出一種用于確定探測(cè)器的與方向有關(guān)的柔度的方法，該探測(cè)器構(gòu)造得用于為了確定工件的表面點(diǎn)的坐標(biāo)而機(jī)械地探觸該表面，特別是為了確定具有至少一個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)自由度的探測(cè)器在探觸該表面時(shí)的與方向有關(guān)的柔度，其中，-由該探測(cè)器探觸工件的多個(gè)表面點(diǎn)，對(duì)于其中的每個(gè)表面點(diǎn)檢測(cè)探測(cè)器由于在探觸期間作用的探觸力而引起的偏移a，-在考慮適用于被探觸的表面點(diǎn)中的每一個(gè)的矢量方程式a = Ngesf的情況下計(jì)算描述與方向有關(guān)的柔度的柔度矩陣N㈣的元素，其中，f是由表面點(diǎn)施加在探測(cè)器上的探觸力反作用力。特別是可以確定柔度矩陣的所有元素。在優(yōu)選實(shí)施方式中探觸多個(gè)表面點(diǎn)，提出一超定的方程式系統(tǒng)，該方程式系統(tǒng)包含上述的用于每個(gè)表面點(diǎn)的矢量方程式，并且解出該方程式系統(tǒng)。例如可以通過(guò)平差計(jì)算(Best Fit，最佳適配)法根據(jù)方程式系統(tǒng)確定柔度矩陣的元素。在移動(dòng)時(shí)可以至少對(duì)于被探觸的表面點(diǎn)的一部分通過(guò)嘗試求得當(dāng)探觸力垂直于表面時(shí)探測(cè)元件的偏移矢量在哪個(gè)方向上取向。該方向是所謂摩擦錐的中軸線的方向。例如可以在嘗試時(shí)從探測(cè)元件以一探觸力探觸該表面的狀態(tài)出發(fā)來(lái)改變偏移方向，其方式是，坐標(biāo)測(cè)量?jī)x使探測(cè)器運(yùn)動(dòng)，直到探測(cè)元件在該表面上滑動(dòng)，即探測(cè)元件不再在同一位置上接觸表面。在計(jì)算柔度矩陣的元素(特別是通過(guò)上面提及的方程式系統(tǒng))時(shí)可以考慮將如此確定的摩擦錐中軸線方向作為偏移矢量方向，特別是可以以該偏移矢量方向探觸當(dāng)前的表面點(diǎn)。特別是可以根據(jù)為了校準(zhǔn)傳感器而必須接觸的相同測(cè)量點(diǎn)來(lái)計(jì)算柔度矩陣。對(duì)此的例子也在附圖描述中描述。如果通過(guò)試驗(yàn)確定了柔度矩陣，優(yōu)選不能產(chǎn)生相對(duì)于為實(shí)施這些試驗(yàn)、特別是為校準(zhǔn)探測(cè)器所使用的柔度矩陣的顯著差別。優(yōu)選預(yù)給定邊界值。如果元素和/或在試驗(yàn)之前和之后根據(jù)柔度矩陣的元素計(jì)算出的準(zhǔn)數(shù)相互偏差一個(gè)值，該值大于邊界值，則可以放棄校準(zhǔn)、重復(fù)校準(zhǔn)(特別是如上面提及地實(shí)施進(jìn)一步的迭代步驟)和/或該校準(zhǔn)僅有條件地用于工件測(cè)量中。下面的構(gòu)思與確定柔度矩陣的方式無(wú)關(guān)。但可以首先以所描述的方式之一確定柔度矩陣并且然后實(shí)施探測(cè)器的校準(zhǔn)，或者可以至少部分地在共同的試驗(yàn)中(特別是通過(guò)以探測(cè)器探觸工件，例如校準(zhǔn)對(duì)象)獲得用于校準(zhǔn)和確定柔度矩陣的信息。在校準(zhǔn)傳感器(探測(cè)器)時(shí)可以在掃描移動(dòng)中記錄校準(zhǔn)點(diǎn)，即探測(cè)器的探測(cè)元件在校準(zhǔn)對(duì)象的表面上沿著該表面被導(dǎo)向，而探測(cè)元件在該表面上施加一探觸力。在此探測(cè)元件優(yōu)選在應(yīng)有探觸力恒定的情況下在校準(zhǔn)對(duì)象的表面上在同一路徑上來(lái)回移動(dòng)，因?yàn)榉駝t在確定柔性矩陣時(shí)可能產(chǎn)生系統(tǒng)誤差并且在大多情況下也產(chǎn)生系統(tǒng)誤差。如果沒(méi)有以掃描移動(dòng)校準(zhǔn)，可以通過(guò)對(duì)于校準(zhǔn)對(duì)象的每個(gè)被探觸的表面點(diǎn)改變探測(cè)元件的應(yīng)有探測(cè)方向來(lái)匯集信息，該信息消去在確定柔性矩陣時(shí)的系統(tǒng)誤差。根據(jù)本發(fā)明的、可以單獨(dú)地或者與其它觀點(diǎn)任意組合地實(shí)施的第三觀點(diǎn)，在控制和/或調(diào)節(jié)探測(cè)過(guò)程(即一過(guò)程，在該過(guò)程中探測(cè)器的探測(cè)元件為了測(cè)量工件而探觸工件表面)時(shí)直接使用探觸力作為控制參量或調(diào)節(jié)參量。迄今常見的是，僅間接地通過(guò)探測(cè)元件相對(duì)于探測(cè)元件固定裝置的偏移來(lái)控制和/或調(diào)節(jié)應(yīng)有力。但使用者即坐標(biāo)測(cè)量?jī)x的操作者在許多情況下預(yù)給定一個(gè)探觸力，而不是偏移。迄今也常見的是，預(yù)給定探觸力的量值并且該力垂直于工件表面施加在探觸點(diǎn)上。但由于探測(cè)器的上面提及的非各向同性的彈性特性，此時(shí)會(huì)發(fā)生探測(cè)元件在工件表面上滑離或者打滑。當(dāng)以掃描移動(dòng)探測(cè)工件表面時(shí)，會(huì)發(fā)生在工件表面上掃描時(shí)實(shí)際探測(cè)的路徑與應(yīng)該被探測(cè)的路徑相比顯著偏離。尤其當(dāng)掃描路徑處于給定平面中時(shí)，這可能是不利的。柔度矩陣的使用允許直接控制和/或調(diào)節(jié)探觸力的量值和方向。尤其可以檢查， 在施加應(yīng)有探觸力時(shí)是否會(huì)發(fā)生探測(cè)元件的打滑。如果是這種情況，則控制裝置和/或調(diào)節(jié)裝置可以自動(dòng)地選擇另一個(gè)力和/或給操作者輸出一個(gè)消息。替代地或者附加地可以如還要針對(duì)本發(fā)明第四觀點(diǎn)詳細(xì)描述的那樣來(lái)改變探測(cè)器柔度橢圓體相對(duì)于工件的取向，特別是如此改變，使得在測(cè)量力量值相同的情況下或者甚至在相同測(cè)量力(在量值和方向方面)情況下不發(fā)生探測(cè)元件在工件表面上打滑。例如對(duì)于具有萬(wàn)向鉸節(jié)的探測(cè)器和/或?qū)τ诰哂幸粋€(gè)或多個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度的探測(cè)器，如懸掛在轉(zhuǎn)動(dòng)鉸節(jié)/擺動(dòng)鉸節(jié)上的探測(cè)器，可以通過(guò)合適地調(diào)整探測(cè)器的懸掛裝置獲得所述的希望效果。此外，替代在控制和/或調(diào)節(jié)中直接使用探觸力，可以使用偏移來(lái)控制和/或調(diào)節(jié)，但其中，在使用柔度矩陣的情況下計(jì)算探測(cè)器關(guān)于工件表面的取向的邊界和/或探觸力的量值的邊界。特別可行的是，使用偏移的控制和/或調(diào)節(jié)將柔度矩陣或者至少將柔度矩陣中的元素用應(yīng)有偏移進(jìn)行計(jì)算處理(verrechnen)。然而不優(yōu)選使用偏移作為控制參量/調(diào)節(jié)參量用于控制和/或調(diào)節(jié)，雖然由此也能夠解決例如在掃描時(shí)出現(xiàn)的上述問(wèn)題(滑離)。下面描述本發(fā)明的另一、即第四觀點(diǎn)，該觀點(diǎn)可以單獨(dú)地或者與其它觀點(diǎn)中之一任意組合地實(shí)現(xiàn)。特別是在調(diào)節(jié)及控制兩種情況下(測(cè)量力或偏移作為控制參量/調(diào)節(jié)參量)，在探觸工件表面時(shí)的一種優(yōu)選做法是可行的。如上面提及的，使用者通常預(yù)計(jì)測(cè)量力垂直于工件表面施加。因此，當(dāng)使用者明顯識(shí)別到探測(cè)元件不是垂直于表面向工件表面上移動(dòng)，而是例如在一弧線上移動(dòng)，他會(huì)意外。垂直向表面上移動(dòng)通常是強(qiáng)制預(yù)給定的，因?yàn)楣ぜ臏y(cè)量被借助工件模型(例如CAD模型)預(yù)先計(jì)劃并且被傳輸給KMG的控制裝置。為了仍然能夠在借助柔度矩陣計(jì)算的最優(yōu)方向上將測(cè)量力施加到工件表面上 (并且此外當(dāng)然能夠施加在工件表面上的希望位置上)，提出，探測(cè)元件首先垂直于表面向希望的探觸點(diǎn)處移動(dòng)并且在一與工件表面隔開間距的點(diǎn)上終止該第一探觸路徑或者替代地移動(dòng)到希望的探觸點(diǎn)上，使得探測(cè)元件實(shí)現(xiàn)與探觸點(diǎn)的接觸，但然后改變余下的其它路徑的方向，直到探觸元件達(dá)到工件表面，更確切地說(shuō)在所希望的偏移方向上，或者(如果探測(cè)元件通過(guò)垂直移動(dòng)過(guò)來(lái)已經(jīng)達(dá)到工件表面)探觸元件偏移到所希望的偏移方向的方向上。特別是，由此(近似)垂直于表面地施加探觸力。尤其提出一種用于測(cè)量工件的方法，其中探頭的探測(cè)器探觸工件表面的至少一個(gè)點(diǎn)，其中，探測(cè)器將探觸力施加到該表面上并且該探測(cè)器相對(duì)于探頭固定裝置偏移。基于該偏移確定該表面的該點(diǎn)的位置。求得和/或已知探測(cè)器的和/或探頭的柔度的方向相關(guān)性。 在使用該方向相關(guān)性的情況下計(jì)算偏移方向，探測(cè)器在探觸該表面時(shí)在探測(cè)器對(duì)工件施加該探觸力的期間在該偏移方向上偏移。探測(cè)器首先垂直于該表面向該表面上移動(dòng)，然后在與該偏移方向相反的方向上移動(dòng)至該表面或者(如果探測(cè)器已經(jīng)垂直地移動(dòng)直到該表面上)探測(cè)器在偏移方向上偏移。優(yōu)選如此計(jì)算偏移方向，使得探觸力垂直于表面。在此當(dāng)然要考慮事先只能關(guān)于應(yīng)有探觸點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算。因此實(shí)際上可能以并非精確垂直的探觸力來(lái)探觸探觸點(diǎn)，特別是如果表面法線的取向不同于應(yīng)有狀態(tài)預(yù)給定的取向時(shí)。根據(jù)本發(fā)明的可以不依賴于本發(fā)明其它觀點(diǎn)或者與本發(fā)明其它觀點(diǎn)任意組合地實(shí)現(xiàn)的第五方案，提出，在考慮探測(cè)器的彈性特性的情況下相對(duì)于要探觸的工件調(diào)整探測(cè)器的柔度橢圓體。對(duì)于“調(diào)整”理解為，將工件和探測(cè)器如此彼此相對(duì)定位和取向，使得在通過(guò)探測(cè)元件探觸工件表面時(shí)產(chǎn)生所希望的柔度橢圓體取向。對(duì)于該調(diào)整原則上存在兩種可能性，這兩這可能性可以單獨(dú)地或者相互組合地實(shí)現(xiàn)。一方面為了調(diào)整柔度橢圓體可以調(diào)整工件在空間中的位置和/或取向，例如通過(guò)調(diào)整可擺動(dòng)的工件保持架和/或轉(zhuǎn)臺(tái)，工件定位在該保持架或轉(zhuǎn)臺(tái)上。另一方面可以調(diào)整探測(cè)器，特別是通過(guò)改變探針的取向(探測(cè)元件位于探針的自由端部上)，和/或通過(guò)調(diào)整具有非各向同性的彈性特性的萬(wàn)向鉸節(jié)的位置和/或取向(探測(cè)元件裝在該萬(wàn)向鉸節(jié)上)，和/ 或通過(guò)調(diào)整轉(zhuǎn)動(dòng)鉸節(jié)/擺動(dòng)鉸節(jié)(探測(cè)元件裝在該轉(zhuǎn)動(dòng)鉸節(jié)/擺動(dòng)鉸節(jié)上)。相應(yīng)情況當(dāng)然適用于允許相對(duì)于工件調(diào)整探測(cè)元件的位置和/或取向的其它機(jī)構(gòu)。優(yōu)選如此調(diào)整柔度橢圓體，使得探觸力就其方向而言不與柔度橢圓體的最具剛性的主軸的方向重合。如果是這種情況，則最可能的是，發(fā)生探測(cè)元件的打滑。盡管當(dāng)最具剛性的主軸在探觸時(shí)恰好與探觸力的方向重合時(shí)不會(huì)發(fā)生打滑。但此時(shí)是一種不穩(wěn)定的平衡狀態(tài)。一旦探觸力的方向略微偏離最剛性的主軸的方向，就發(fā)生探測(cè)器打滑。因此例如如此調(diào)整探觸力的方向，使得該方向與另一主軸、優(yōu)選剛度最低的主軸、 即探測(cè)器的柔度橢圓體的彈性主軸重合。在這種情況下幾乎可排除打滑。這尤其在掃描時(shí)特別有利，如還要解釋的那樣(粘滑效應(yīng))。尤其提出一種用于測(cè)量工件的方法，其中，探頭的探測(cè)器探觸工件表面的至少一個(gè)點(diǎn)。該探測(cè)器施加一探觸力到該表面上并且該探測(cè)器相對(duì)于探頭的固定裝置偏移?；谠撈拼_定該表面的該點(diǎn)的位置。在此，可以測(cè)量該偏移和/或該偏移(如在所謂開關(guān)型探頭中是這種情況)可以導(dǎo)致產(chǎn)生一信號(hào)，該信號(hào)觸發(fā)該點(diǎn)的坐標(biāo)的確定。探測(cè)器的偏移可以是不同類型的?；旧峡紤]對(duì)于用于坐標(biāo)測(cè)量?jī)x的探頭來(lái)說(shuō)可能的所有類型偏移。通常如開始所述借助多個(gè)線性導(dǎo)向裝置在探測(cè)器的不同坐標(biāo)軸上引起并測(cè)量該偏移。但也可以是，偏移作為探測(cè)器繞一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸或者多個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸的擺動(dòng)。在該偏移時(shí)，一定的運(yùn)動(dòng)自由度(轉(zhuǎn)動(dòng)的或者線性的自由度)可以被閉鎖。根據(jù)這里描述的提議，求得探測(cè)器和/或探頭的彈性的方向相關(guān)性和/或已知該方向相關(guān)性。探測(cè)器和工件在考慮該方向相關(guān)性的情況下這樣彼此相對(duì)定位和/或取向使得在探觸表面的該點(diǎn)時(shí)不發(fā)生或僅有很小可能性發(fā)生探測(cè)器在表面上的無(wú)意滑動(dòng)，或者不發(fā)生或僅有很小可能性發(fā)生探測(cè)器意外偏離該表面上的預(yù)期路徑。關(guān)于彈性的方向相關(guān)性，尤其參考已經(jīng)描述的和還要描述的方向相關(guān)性表達(dá)方案。特別是可以確定或者已知探測(cè)器和/或探頭的柔度矩陣的元素。探測(cè)器和工件的彼此相對(duì)定位和/或取向包含，探測(cè)器或者工件固定地定位和/ 或取向，使得分別只能改變另一物體(即工件或者探測(cè)器)的位置和/或取向。但也可以使兩個(gè)物體都運(yùn)動(dòng)，以便達(dá)到希望的曲向和/或位置。已經(jīng)研究了探測(cè)器從預(yù)期的路徑無(wú)意滑離(也稱為打滑)和無(wú)意偏離。該方法不僅適合于通過(guò)單個(gè)地、分開地探觸表面點(diǎn)來(lái)測(cè)量工件，而且適合于掃描移動(dòng)。尤其當(dāng)在掃描運(yùn)行中使用探測(cè)器時(shí)，經(jīng)常觀察到所謂粘滑效應(yīng)，即對(duì)要探測(cè)的工件表面作用以探觸力的探測(cè)元件重復(fù)地保持短時(shí)懸在或者說(shuō)“粘”在工件表面上并且接著是一時(shí)間間隔，在該時(shí)間間隔中探測(cè)元件以相應(yīng)較高的速度跟隨計(jì)劃的掃描軌跡。這些粘滑時(shí)間間隔通常以高頻率交替。這可以稱為顫振。粘滑效應(yīng)通過(guò)粗糙表面或者通過(guò)由坐標(biāo)測(cè)量?jī)x和/或探測(cè)器部件引起的振動(dòng)激勵(lì)而加強(qiáng)。在“粘”階段中探測(cè)元件附著在或者保持懸在表面上，探觸力矢量位于摩擦錐內(nèi)部，在接著的“滑”階段中該力矢量離開摩擦錐，即力矢量的方向相對(duì)于摩擦錐的中軸線比摩擦錐邊界線的斜度更強(qiáng)地傾斜。根據(jù)本發(fā)明基本構(gòu)思，可以在考慮柔度矩陣的方向相關(guān)性的情況下將柔度橢圓體的取向和被探觸的工件表面的表面法線如此彼此相對(duì)調(diào)整，使得探觸力矢量不能或者有很小可能性重復(fù)離開并再到達(dá)摩擦錐。在此要考慮，在掃描期間摩擦錐不僅在其取向上而且在其摩擦錐張角方面有時(shí)經(jīng)受強(qiáng)烈的變化。這些變化的原因是靜摩擦系數(shù)的位置相關(guān)性和工件表面相對(duì)于探測(cè)器的取向的變化，該變化至少在表面不平的情況下經(jīng)常出現(xiàn)。特別可行的是，事先或者在掃描期間識(shí)別就出現(xiàn)“粘”效應(yīng)而言不利的探測(cè)器定向。特別是當(dāng)探測(cè)器或者工件可以被轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，可以至少部分地避免這樣的“粘”效應(yīng)。例如當(dāng)在掃描時(shí)柔度橢圓體這樣取向，使得探觸力矢量在柔度橢圓體的最短(即最剛硬)軸線方向上延伸，則得到一種不利的運(yùn)行狀態(tài)，在該運(yùn)行狀態(tài)下經(jīng)常和/或發(fā)生特別強(qiáng)的“粘”效應(yīng)。通常探測(cè)器的探測(cè)元件固定在一縱長(zhǎng)延伸的元件、即探針桿上。大多數(shù)情況下，該桿的至少一部分是直的，探測(cè)元件直接固定在該部分上，即該部分具有沿直線方向延伸到探測(cè)元件上的縱軸線。如果探測(cè)元件在掃描時(shí)被這樣拉到工件表面上負(fù)責(zé)保持掃描運(yùn)動(dòng)的力分量至少部分地在該桿的縱向上向離開探測(cè)元件的方向延伸，則“粘”階段不大可能持續(xù)較短時(shí)間和/或偏離平均掃描速度不多。該狀態(tài)被稱為探測(cè)器的“拉”。相反的狀態(tài)可以被稱為“推”，在該狀態(tài)下坐標(biāo)測(cè)量?jī)x對(duì)探測(cè)元件施加的負(fù)責(zé)保持掃描運(yùn)動(dòng)的力分量。在推時(shí)，該力分量在桿的縱向上延伸至探測(cè)元件。在拉探測(cè)器時(shí)，探測(cè)器的剛度在與工件表面相切的方向上增大，直到一個(gè)點(diǎn)，在該點(diǎn)上力矢量離開摩擦錐。在理想情況下該力矢量接著持久地保持在摩擦錐之外，即不發(fā)生“粘”階段(在這些“粘”階段中探測(cè)元件保持懸在表面上)。相反在推探測(cè)器時(shí)，傳感器的剛度在切線方向上下降。在直接后隨的階段中探測(cè)元件在表面上在短時(shí)間內(nèi)走過(guò)相對(duì)大的路徑，使得探觸力矢量又落入摩擦錐中并且發(fā)生懸置保持。雖然有經(jīng)驗(yàn)的探測(cè)器使用者已知，拉探測(cè)器比推探測(cè)器好，但沒(méi)有給他們提供客觀的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)評(píng)判如何調(diào)整桿相對(duì)于表面法線的傾斜。因此例如可以對(duì)剛度比(即第一方向上的剛度和與該方向垂直地延伸的第二方向上的剛度的比例)預(yù)給定一個(gè)邊界。如果超出預(yù)給定的邊界，那么在使用關(guān)于探測(cè)器柔度的方向相關(guān)性的信息的情況下(特別是在使用柔度矩陣的情況下)計(jì)算，在掃描時(shí)柔度橢圓體相對(duì)于工件表面如何定向。例如可以定義一個(gè)圍繞柔度橢圓體的最剛硬的軸線的空間角度范圍(該空間角度范圍例如包含偏離該最剛硬的軸線小于一例如20°的預(yù)給定角度量值的全部方向)?？梢杂勺鴺?biāo)測(cè)量?jī)x的控制裝置自動(dòng)地如此計(jì)劃和/或?qū)嵤呙?，使得探觸力矢量不到達(dá)該空間角度范圍(至少就工件的應(yīng)有狀態(tài)而言，實(shí)際狀態(tài)通常還不知道)。在計(jì)算時(shí)可以認(rèn)為， 工件表面是理想光滑的。因此對(duì)于實(shí)際的工件至少還是能夠減少“粘”階段的數(shù)量。之前所述的考慮也可以專用到這些狀況上在這些狀況中，或者工件或者探測(cè)器能被轉(zhuǎn)動(dòng)，以使柔度橢圓體相對(duì)于表面定向。在這種情況下掃描的計(jì)劃和/或控制可以具有掃描速度(即速度量值)邊界值，該邊界值不允許被超過(guò)。在此邊界值在掃描過(guò)程中可以變化，視在工件表面上預(yù)計(jì)的情況而定。對(duì)于掃描速度理解為探測(cè)元件和工件表面的相對(duì)速度。如果對(duì)柔度矩陣的考慮僅限于計(jì)劃，則掃描速度的邊界值可以例如僅作為對(duì)使用者的建議來(lái)計(jì)算和輸出。因?yàn)楣ぜ膶?shí)際狀態(tài)通常在掃描之前是未知的，所以可以通過(guò)一個(gè)有效的、在表面上求平均的靜摩擦系數(shù)來(lái)考慮粗糙表面帶來(lái)的就“滑粘”效應(yīng)而言不利的影響。一個(gè)這種有效系數(shù)相當(dāng)于一個(gè)具有相應(yīng)錐角的摩擦錐。在掃描期間可以(通過(guò)對(duì)探測(cè)器測(cè)量信號(hào)的時(shí)間波動(dòng)進(jìn)行求值分析和/或通過(guò)一附加的、與測(cè)量功能無(wú)關(guān)的、確定顫振的傳感器)識(shí)別，是否和/或何時(shí)發(fā)生粘滑效應(yīng)。根據(jù)是否滿足預(yù)定的判則(例如滑粘交變的頻率達(dá)到或者超過(guò)預(yù)給定的頻率邊界值)，可以采取措施，例如發(fā)出報(bào)警、降低速度或推薦降低速度和/或選擇柔度橢圓體的另一定向角。完全普遍地適用于本發(fā)明的是，本發(fā)明可以特別有利地用在所謂被動(dòng)傳感器或者被動(dòng)探測(cè)器上，即用在不具有測(cè)量值發(fā)送器的探測(cè)器上，這些測(cè)量值發(fā)送器直接測(cè)量在探觸時(shí)作用的力。而被動(dòng)傳感器包含測(cè)量值發(fā)送器，這些測(cè)量值發(fā)送器測(cè)量偏移并且只間接地(例如在彈性偏移情況下通過(guò)已知的彈性常數(shù))允許計(jì)算力?？傊梢源_定，通過(guò)使用柔度矩陣可以采取下面的附加措施a)根據(jù)出現(xiàn)的粘滑效應(yīng)或者在計(jì)劃掃描過(guò)程時(shí)可以計(jì)算力矢量空間中的摩擦錐的張角。b)特別是可以在掃描期間過(guò)濾探測(cè)器測(cè)量值發(fā)送器的信號(hào)或者由此導(dǎo)出的數(shù)據(jù)。 例如在掃描過(guò)程中對(duì)于每個(gè)測(cè)量點(diǎn)存儲(chǔ)借助柔度矩陣根據(jù)偏移計(jì)算的力。探觸力相對(duì)于表面的傾斜度接近根據(jù)預(yù)先定義的判則計(jì)算出的摩擦錐角時(shí)的每個(gè)測(cè)量點(diǎn)被標(biāo)記為無(wú)效。如果被標(biāo)記為無(wú)效的測(cè)量點(diǎn)的數(shù)量太大，則可以采取措施，例如降低速度或者發(fā)出報(bào)警。c)如果探測(cè)器和/或工件可以被轉(zhuǎn)動(dòng)或者可以通過(guò)至少工件或探測(cè)器懸掛裝置的線性移動(dòng)來(lái)調(diào)整工件和探測(cè)器的相對(duì)定向，則能夠以合適的方式使探測(cè)器的柔度橢圓體相對(duì)于工件表面定向。d)例如可以將借助柔度矩陣獲得的摩擦錐存儲(chǔ)和/或首先與其它測(cè)量參數(shù)組合并且然后存儲(chǔ)。在以后掃描時(shí)可以調(diào)用存儲(chǔ)的信息。替代談述柔度也可以談述彈性。在兩種情況下都要理解為當(dāng)力施加在探測(cè)器和 /或探頭上時(shí)出現(xiàn)可逆的變形和/或偏移，如在探觸表面點(diǎn)時(shí)基于反作用力出現(xiàn)這種情況。 彈性或者柔度越大，在給定的力下的變形和/或偏移就越強(qiáng)。特別是可以在考慮柔度的方向相關(guān)性的情況下轉(zhuǎn)動(dòng)工件。例如通常對(duì)于坐標(biāo)測(cè)量?jī)x使用轉(zhuǎn)臺(tái)，要測(cè)量的工件被安置在轉(zhuǎn)臺(tái)上。通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)帶有工件的轉(zhuǎn)臺(tái)可以使通過(guò)工件表面上的測(cè)量點(diǎn)的表面法線不同地定向并且一般也不同地定位。替換地或者附加地提出，在考慮方向相關(guān)性的情況下使探測(cè)器繞至少一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)。例如探頭可以具有轉(zhuǎn)動(dòng)/擺動(dòng)鉸節(jié)或者通過(guò)一個(gè)這樣的鉸節(jié)與坐標(biāo)測(cè)量?jī)x的保持架連接。在這種情況下該轉(zhuǎn)動(dòng)/擺動(dòng)鉸節(jié)被這樣控制，使得實(shí)現(xiàn)探測(cè)器的、相對(duì)于工件的、所希望的位置和/或定向。更一般地說(shuō)特別是坐標(biāo)測(cè)量?jī)x的控制(探測(cè)器安裝在該坐標(biāo)測(cè)量?jī)x上)可以考慮探測(cè)器柔度的方向相關(guān)性并且計(jì)算工件和探測(cè)器的彼此相對(duì)定向和/或位置。在此除了方向相關(guān)性外還可以考慮其它因素，特別是幾何邊緣條件，這些邊緣條件只允許在受限的空間角度范圍內(nèi)使用探測(cè)器探觸一定的工件表面區(qū)域。特別是可以在計(jì)算探測(cè)器和工件的相對(duì)位置和/或定向時(shí)考慮由探測(cè)器探觸工件時(shí)的靜摩擦系數(shù)和/或滑動(dòng)摩擦系數(shù)。特別是可以在考慮這樣的系數(shù)或者相應(yīng)物理模型的情況下計(jì)算在哪些探觸力時(shí)發(fā)生探測(cè)器在工件表面上打滑或者偏離。特別是在掃描式測(cè)量時(shí)可以替代探測(cè)器和工件的方向和/或位置或者除了探測(cè)器和工件的方向和/或位置之外附加地計(jì)算探測(cè)器在工件表面上沿著行進(jìn)的速度。特別是可以計(jì)算該速度的最大值，在該最大值時(shí)還不發(fā)生探測(cè)器無(wú)意地從預(yù)期掃描路徑偏離。在所有考慮探測(cè)器和/或探頭的柔度的方向相關(guān)性用于計(jì)劃和/或控制工件測(cè)量的情況下，考慮的結(jié)果可以是一個(gè)邊界值或者計(jì)算的結(jié)果可以是一些邊界值，其中，該邊界值或這些邊界值適用于運(yùn)行坐標(biāo)測(cè)量?jī)x或者適用于實(shí)施該方法。邊界值的例子是空間區(qū)域或者空間角度范圍，其中，這些空間角度范圍例如涉及工件的或者探測(cè)器的特征方向和/ 或涉及在掃描時(shí)探測(cè)器的掃描速度的或加速度的最大值。


現(xiàn)在參照附圖來(lái)描述本發(fā)明的實(shí)施例。各個(gè)圖示出圖1具有萬(wàn)向節(jié)的探測(cè)器的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，圖2 —種探測(cè)器類型在兩種不同探針長(zhǎng)度情況下的柔度橢圓的大小和位置，圖3具有校準(zhǔn)球和探測(cè)器的布置，其中，對(duì)于校準(zhǔn)球表面上的一些探觸點(diǎn)分別示意地示出一個(gè)偏移矢量，圖4 一個(gè)探觸過(guò)程，在該過(guò)程中探測(cè)器的探測(cè)元件首先在第一方向上移動(dòng)，然后在考慮與方向有關(guān)的柔度的情況下改變探測(cè)元件的移動(dòng)方向，圖5 —平面，在通過(guò)測(cè)球探觸工件表面時(shí)探測(cè)器的偏移在該平面中變化，直到球在表面上發(fā)生滑動(dòng)，圖6從上面看到的圖5中所示情況，圖7具有兩個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)自由度和一個(gè)線性運(yùn)動(dòng)自由度的一探測(cè)器。
具體實(shí)施例方式圖1示意地示出探針11，具有折曲的桿12，該桿支承在一在x-y坐標(biāo)方向上取向的萬(wàn)向節(jié)式鉸節(jié)13上，該鉸節(jié)可以在ζ方向上移動(dòng)。坐標(biāo)系的原點(diǎn)位于萬(wàn)向節(jié)式鉸節(jié)13 的中心點(diǎn)。探針11的自由端部上的測(cè)球15的偏移由繞χ軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)Φχ、繞y軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)Oy以及坐標(biāo)點(diǎn)(鉸節(jié)13的中心點(diǎn))在ζ方向上的移動(dòng)ν組成。在此不考慮偏移所需的力。對(duì)于該偏移的矢量a，在限于小的轉(zhuǎn)動(dòng)角度和由此產(chǎn)生的簡(jiǎn)化sincp~cp并且 COStp^l的情況下，有
—
a = arot + av =爐 χ/ + ν (1)其中，^jt是該偏移矢量的旋轉(zhuǎn)分量，\是該偏移矢量在ζ方向上的線性分量。 !表示測(cè)球15的中心點(diǎn)的位置矢量。此外圖1中示出探測(cè)器(這里是探針11)的三個(gè)測(cè)量值發(fā)送器16，17，18，它們提供測(cè)量信號(hào)ul，u2, u3。在此，測(cè)量信號(hào)ul相當(dāng)于探針繞著萬(wàn)向鉸節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)點(diǎn)繞χ軸的旋轉(zhuǎn)，測(cè)量信號(hào)u2相當(dāng)于探針繞著萬(wàn)向鉸節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)點(diǎn)繞y軸的旋轉(zhuǎn)并且測(cè)量信號(hào)u3相當(dāng)于萬(wàn)向節(jié)點(diǎn)在ζ方向上的移動(dòng)。該模型僅是一個(gè)例子。例如可以進(jìn)行一般化，其方式是，也允許繞著ζ軸的旋轉(zhuǎn)。
權(quán)利要求
1.用于測(cè)量工件(52)的方法，其中，-由一探測(cè)器(11)探觸該工件(5 的表面(51)的至少一個(gè)點(diǎn)(53)，其中，該探測(cè)器 (11)向該表面(51)上施加一探觸力并且該探測(cè)器(11)相對(duì)于該探測(cè)器(11)的固定裝置偏移，-基于該偏移確定該表面(51)的所述點(diǎn)(5 的位置，其特征在于，-求得和/或已知該探測(cè)器(11)的柔度的方向相關(guān)性，-在考慮該方向相關(guān)性的情況下將該探測(cè)器(11)和該工件(5 如此彼此相對(duì)定位和/或定向，使得在探觸該表面(51)的所述點(diǎn)(5 時(shí)不發(fā)生或以小的可能性發(fā)生探測(cè)器 (11)在該表面(51)上無(wú)意滑動(dòng)，或者不發(fā)生或以小的可能性發(fā)生探測(cè)器(11)無(wú)意地偏離該表面(51)上的預(yù)計(jì)路徑。
2.根據(jù)前述要求的方法，其中，在考慮所述方向相關(guān)性的情況下使工件(5 轉(zhuǎn)動(dòng)。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的方法，其中，在考慮所述方向相關(guān)性的情況下使所述探測(cè)器(11)繞至少一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸線轉(zhuǎn)動(dòng)。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的方法，其中，所述探測(cè)器(11)安裝在一坐標(biāo)測(cè)量?jī)x上，該坐標(biāo)測(cè)量?jī)x的控制裝置針對(duì)工件(5 的該表面(51)的所述點(diǎn)在考慮所述柔度的方向相關(guān)性的情況下計(jì)算工件(5 和探測(cè)器(11)的彼此相對(duì)定向和/或位置并且控制用于使工件 (52)運(yùn)動(dòng)和/或用于使探測(cè)器(11)運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)裝置，使得在探觸時(shí)遵循該定向和/或位置。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的方法，其中，至少通過(guò)相應(yīng)于一橢圓體的主軸的一些值描述該柔度的方向相關(guān)性，其中，將工件(5 和探測(cè)器(11)如此彼此相對(duì)定向，使得探觸力不和相應(yīng)于最小柔度值的那個(gè)主軸的方向重合。
6.用于測(cè)量工件(52)的方法，其中，-由一探測(cè)器Gl)探觸工件(52)的表面(51)的至少一個(gè)點(diǎn)，其中，該探測(cè)器Gl)向該表面(51)上施加一探觸力并且該探測(cè)器Gl)相對(duì)于該探測(cè)器Gl)的固定裝置偏移，-基于該偏移確定該表面(51)的該點(diǎn)的位置，其特征在于，-求得和/或已知該探測(cè)器Gl)的柔度的方向相關(guān)性，-在使用該方向相關(guān)性的情況下計(jì)算一偏移方向，探測(cè)器Gl)在探觸該表面(51)時(shí)在該偏移方向上偏移，而探測(cè)器向工件(5 上施加所述探觸力，-首先使探測(cè)器Gl)垂直于該表面(51)向該表面(51)上運(yùn)動(dòng)，然后-使探測(cè)器Gl)在與該偏移方向相反的方向上運(yùn)動(dòng)直至該表面(51)，或者，如果探測(cè)器Gl)已經(jīng)垂直地運(yùn)動(dòng)至該表面(51)上，則使探測(cè)器Gl)在所述偏移方向上偏移。
7.根據(jù)前一權(quán)利要求的方法，其中，如此計(jì)算所述偏移方向，使得探觸力垂直于所述表面(51)。
8.用于測(cè)量工件(52)的方法，其中，-由一探測(cè)器(11)探觸工件(52)的表面(51)的至少一個(gè)點(diǎn)(53)，其中，該探測(cè)器(11) 向該表面(51)上施加一探觸力并且該探測(cè)器(11)相對(duì)于該探測(cè)器(11)的固定裝置偏移，-基于該偏移確定該表面(51)的所述點(diǎn)(5 的位置，其特征在于，在考慮該探測(cè)器(11)的與方向有關(guān)的柔度的情況下根據(jù)該偏移計(jì)算探觸力，將該探觸力用作控制參量或者調(diào)節(jié)參量。
9.用于確定探測(cè)器(11)的與方向有關(guān)的柔度的方法，該探測(cè)器構(gòu)造得為了確定工件 (52)的表面點(diǎn)的坐標(biāo)而機(jī)械地探觸該表面，特別是在探觸該表面(51)時(shí)具有至少一個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)自由度的探測(cè)器(11)，其中實(shí)施下面的步驟-計(jì)算和/或通過(guò)在使用該探測(cè)器(11)的情況下第一次測(cè)量一校準(zhǔn)對(duì)象來(lái)求得一柔度矩陣的元素的初值，該柔度矩陣描述與方向有關(guān)的柔度，-實(shí)施探測(cè)器(11)的校準(zhǔn)，其中，在使用所述初值的情況下校準(zhǔn)該探測(cè)器(11)，-在使用該校準(zhǔn)的結(jié)果的情況下確定該柔度矩陣的元素。
10.用于確定探測(cè)器(11)的與方向有關(guān)的柔度的方法，該探測(cè)器構(gòu)造得為了確定工件 (52)的表面點(diǎn)的坐標(biāo)而機(jī)械地探觸該表面(51)，特別是在探觸該表面(51)時(shí)具有至少一個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)自由度的探測(cè)器(11)，其中，-由該探測(cè)器(11)探觸工件(52)的多個(gè)表面點(diǎn)并且對(duì)于這些表面點(diǎn)中的每一個(gè)基于在探觸期間作用的探觸力獲知該探測(cè)器(11)的偏移a，-在考慮適用于被探觸的表面點(diǎn)中的每一個(gè)的矢量方程式a = Ngesf的情況下計(jì)算一柔度矩陣N㈣的元素，該柔度矩陣描述與方向有關(guān)的柔度，其中，f是由該表面點(diǎn)(53)施加在探測(cè)器上(11)的探觸力反作用力。
11.用于確定探測(cè)器(11)的與方向有關(guān)的柔度的方法，該探測(cè)器構(gòu)造得為了確定工件 (52)的表面點(diǎn)的坐標(biāo)而以該探測(cè)器(11)的探測(cè)元件(54)機(jī)械地探觸該表面(51)，特別是用于確定在探觸該表面時(shí)具有至少一個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)自由度的探測(cè)器(11)的與方向有關(guān)的柔度，其中，對(duì)于工件(52)、特別是校準(zhǔn)對(duì)象的至少一個(gè)表面點(diǎn)(53)，通過(guò)探觸該表面(51) 求得，在探觸力垂直于該表面(51)的情況下通過(guò)探測(cè)元件(54)在探觸該表面(51)時(shí)的偏移所定義的探測(cè)元件偏移矢量在哪個(gè)方向上取向。
12.根據(jù)前一權(quán)利要求的方法，其中，從所述探測(cè)元件(54)以一探觸力探觸該表面(51)的狀態(tài)出發(fā)，改變所述偏移方向，其方式在于，使探測(cè)器(11)運(yùn)動(dòng)，直到發(fā)生該探測(cè)元件在該表面(51)上滑動(dòng)。
13.根據(jù)兩個(gè)前述權(quán)利要求之一的方法，其中，在確定所述柔度矩陣的方向相關(guān)性時(shí)， 考慮在探觸力垂直于該表面(51)的情況下通過(guò)探測(cè)元件(54)在探觸該表面(51)時(shí)的偏移所定義的探測(cè)元件偏移矢量所取向的方向。
14.坐標(biāo)測(cè)量?jī)x，具有用于探觸工件(5 的表面(51)的至少一個(gè)點(diǎn)(5 的探測(cè)器 (11)，其中，該探測(cè)器(11)在探觸時(shí)向該表面(51)上施加一探觸力并且該探測(cè)器(11)相對(duì)于該探測(cè)器(11)的固定裝置偏移，并且，該坐標(biāo)測(cè)量?jī)x具有一控制裝置，其中，該控制裝置構(gòu)造得用于控制根據(jù)前述權(quán)利要求之一的用于測(cè)量工件(52)的方法和/或用于確定與方向有關(guān)的柔度的方法。
15.根據(jù)前一權(quán)利要求的坐標(biāo)測(cè)量?jī)x，其中，所述控制裝置構(gòu)造得針對(duì)工件(5 的該表面的所述點(diǎn)在考慮該探測(cè)器(11)的和/或探頭的柔度的方向相關(guān)性的情況下計(jì)算工件(52)和探測(cè)器(11)的彼此相對(duì)定向和/或位置并且控制用于使工件(52)運(yùn)動(dòng)和/或用于使探測(cè)器(11)運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)裝置，使得在探觸時(shí)遵循所述定向和/或位置。
16.根據(jù)兩個(gè)前述權(quán)利要求之一所述的坐標(biāo)測(cè)量?jī)x，其中，所述控制裝置構(gòu)造得 -針對(duì)該工件(5 的該表面(51)的所述點(diǎn)(5 在考慮該探測(cè)器(11)的柔度的方向相關(guān)性的情況下計(jì)算探觸方向，在該探觸方向上探測(cè)器(11)要在探觸該表面(51)時(shí)向該工件(5 上施加所述探觸力，-首先使探測(cè)器(11)垂直于該表面(51)向該表面(51)上運(yùn)動(dòng)，然后 -使該探測(cè)器(11)在所述探觸方向上運(yùn)動(dòng)直至該表面(51)和/或使所述探測(cè)器(11) 將所述探觸力施加到該表面(51)上。
全文摘要
本發(fā)明涉及工件(52)的測(cè)量，其中，由一探測(cè)器(11)探觸該工件(52)的表面(51)的至少一個(gè)點(diǎn)(53)，該探測(cè)器(11)向該表面(51)上施加一探觸力(f)并且該探測(cè)器(11)相對(duì)于該探測(cè)器(11)的固定裝置偏移?；谠撈?矢量a)確定該表面的所述點(diǎn)(53)的位置。求得和/或已知該探測(cè)器(11)的柔度的方向相關(guān)性。在考慮該方向相關(guān)性的情況下將探測(cè)器(11)和工件(52)彼此相對(duì)定位和/或定向，使得在探觸該表面(51)的所述點(diǎn)(53)時(shí)不發(fā)生或以小的可能性發(fā)生探測(cè)器(11)在該表面(51)上無(wú)意滑動(dòng)，或者不發(fā)生或以小的可能性發(fā)生探測(cè)器(11)無(wú)意地偏離該表面(51)上的預(yù)計(jì)路徑。
文檔編號(hào)G01B21/04GK102227607SQ200980148136
公開日2011年10月26日 申請(qǐng)日期2009年9月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月1日
發(fā)明者S·孔茨曼, T·黑爾德, W·洛策 申請(qǐng)人:卡爾蔡司工業(yè)測(cè)量技術(shù)有限公司