专利名称：用于活节臂坐标测量机的测量方法
技术领域：
本发明涉及根据权利要求1前序部分的用于坐标测量机的测量方法、根据权利 要求13前序部分的坐标测量机以及计算机程序产品。
背景技术：
在许多应用领域中，要求以高精度测量物体表面的测量点，进而测量该物体。 这尤其适用于加工行业，对于加工行业，工件表面的测量和检查是至关重要的。一系列测量仪用于这些应用场合，它们是为专门目的而设计的，大多被称为坐 标测量仪或坐标测量机。测量仪如此测量表面，即产生与待测测量点的机械接触。举例 而言，例如DE4325337或者DE4325347描述便携式测量机。另一种系统基于采用铰臂， 其安置在由多个部分构成的臂的端头上的测头可接触到表面测量点。例如US5402582或 者EP1474650描述这一类型的三维坐标测量铰臂。被称为“活节臂”或“便携式CMM” 的相似系统例如由罗美尔公司以商品名Sigma、Flex或Omega和由CimCore公司以商品 名Infinite或Stinger提供。三维坐标测量铰臂具有一个在一参考坐标系中已知且被定下 来的底座作为铰臂一端和一个对置的活动测量端，测量端上设有测头。作为标准测头， 可以采用感触式探头，其例如由装在测杆上的刚玉球构成。或者，作为探测件还知道了 光学传感器，其例如可以设计为点测元件或探测件，即例如线性地连续扫描物体表面。 尤其是，作为这样的光学传感器可以采用三角形传感器。此外，例如在欧洲专利申请号 07124101.2中描述了以摄像机作为探测件，设计用于接收或者说掌握待测物体表面，其 安装在铰臂的活动端上。结合铰臂式坐标测量机，能以高精度确定摄像机在空间中的位 置和取向。在铰臂两端之间设有多个可相对摆动和/或转动地以及或许可相对移动地联接 的节段或臂段，从而装有测头且被称为测量节段的测量端可在一个空间区域中自由运 动。为此，该臂的这些节段借助转动接头、球节和/或转动接头以及或许借助允许直线 移动的悬挂件相互联接。另外，接头或者说悬挂件配有位态测量机构，因此可以分别测 量节段状态，就是说各节段之间的相对位置。例如，为此采用光电角度测量器和光电长 度测量器，以及尤其是特殊的光电位置测量器，其设计用于确定通过球轴承相互联接的 节段的相对位置。根据对节段瞬间测量位置的掌握，即节段的各相对位置以及其中一个节段相对 于底座的位置，可得到测头相对于底座的位置，进而得到由测头接触的测量点相对于底 座的位置并绘制在参考坐标系中。位置确定一般通过分析计算单元完成，它掌握由各位 态测量机构确定的测量参数并由此推导测量点位置。例如，为此尤其可以采用针对该用 途被编程的计算机或计算单元。通常，在这样的坐标测量机尤其是铰臂系统中，测量点按照单独测量法测定， 其中，每个被接触的测量点各进行一次瞬时节段位置的测量。虽然已经可以通过采用高精度光电位置测量仪在测量点坐标确定方面获得高精
5度，但许多应用场合需要用于位置确定的更高精度、尤其是更高的可靠性。例如，接头 中的磨擦可能导致连接件弯曲，进而导致测量误差。此外，接头轴承中的磨擦也可能造 成所谓的滑粘效应，结果同样会出现测量误差。此时，滑粘效应是指相对运动的固体的 后滑，在此，总是进行粘附、扭曲、分离和滑开一系列动作。公开文献W098/08050公开一种铰臂式坐标测量机，具有振动探测器和/或温度 传感器，用于尽量减小或补偿测量误差。另一个已知的提高坐标测量机的点测精度和可靠性的方法规定，不是一次接触 一个表面的待测点，而是通过将测头降低和重新抵靠测量点，即通过同一测量点的重新 独立测量过程，执行第二次和或许第三次控制测量。该方法允许识别点测量的粗略测量 误差，例如通过比较针对同一测量点(结合单独执行的测量过程)来确定的测量点位置。 但对此事实证明不利的是，执行控制测量是比较麻烦的。同样有以下危险，在控制测 量中，测头没有抵靠恰好同一测量点，因此最初的精确第一次测量因控制测量结果而失 真，导致不精确的位置确定。还要强调，与只执行唯一一次测量相比，通过执行一次或两次控制测量没有或 者很不明显地提高了测量点位置确定的精度。
发明内容
因此，本发明的任务是提供一种用于利用坐标测量机确定测量点位置、尤其在 此时可获得的精度和可靠性方面得以改善的测量方法。具体说，该测量方法应还能简单 操作。本发明的另一个任务是提供一种改进的坐标测量机。尤其是，坐标测量机应能 在硬件改动方面成本不高的情况下实现精确可靠且同时易操作的测量点位置确定。具体 说，位置确定的总精度同坐标测量机的多个独立位态测量机构的各自可获得的测量精度 之比应得以改善。上述任务将通过实现独立权利要求的特征部分特征来完成。可从从属权利要求 中得到以有利或替代的方式改进本发明的特征。根据本发明的用于利用坐标测量机确定测量点位置的测量方法摆脱了应用在现 有技术方法中的条件，即对于一个测量过程要精确测量坐标测量机节段的实际位置。相 反，根据本发明，记录下多次尤其是很多次测量结果以确定一个测量点的位置。从在不 同测量位态上的多次测量中，在这里尤其是至少10次、尤其是至少约100次或至少约 1000次的测量，可以借助统计计算分析法以提高许多的精度和可靠性来确定所寻求的测 量点位置。为此，坐标测量机的探测件被带入测量位置，例如接触到物体表面的待测点。 探测件或者尤其是具有探测件的探测节段被保持在该测量位置，从而测量位置一直保持 一段时间。在位置固定的探测件或者说探测节段的状态下，按照本发明，产生该节段的 多个不同测量位态。此时，不同测量位态是指至少其中两个节段的变化的空间相对位 置，即相对坐标测量机的一个在参考坐标系中位置已知的固定底座的相对位置。此时，这些不同测量位态利用总是测量节段彼此相对位置的位态测量机构来测 定。这通过记录下各自用于一个测量位态的至少一个测量参数组来实现，从而存储多个测量参数组。一个测量参数组在此分别由针对一个测量位态测定的多个测量参数组成， 它们通过位态测量机构来测定。例如按照已知方式，作为测量参数，利用作为位态测量 机构的角度测量器或长度测量器来测量摆动角度或转动角度以及或许两个节段之间的长度。通过按照本发明在该探测件被固定在测量位置上的情况下产生尤其是节段的大 量不同相对位态，可以记录下相应多的测量参数组来确定唯一测量点的位置。所有的测 量参数组此时描述同一位置。就是说，理想的是，仅从理论上讲，在单独计算每个独立 测量参数组时，总是推导出完全相同的位置，在这里，这些测量参数组可以说只分别描 述底座至这个测量点的不同路径。此外，由于在实际中存在的各位态测量机构的测量精 度以及上述因接头轴承中的磨擦引起的测量误差如由滑粘效应引起的测量误差，针对节 段的不同相对位置确定的测量总是彼此略有不同。因为现在在多次测量中小测量误差 (统计上看)理想地相互抵消，所以按照本发明，能够以比唯一一次测量高许多的精度来 计算出位置。为此，所获得的测量参数组优选利用平衡计算被统计计算，由此推导出所 寻求的测量点位置。此外，为了产生不同测量位态，可以重复进行或者说进行经过一段时间持续进 行的节段位态变化，为此，可以执行至少其中一个节段的各种各样偏离实际空间位置的 偏移。例如为此可以对其中一个节段施力，从而改变节段的彼此相对位置。在简单的 情况下，唯一的、例如直线形或圆形节段运动或重复的节段摆动或振动就足够了。节段 的空间运动此时可以是微米级或毫米级，但也可以是厘米或分米级。通过将其中一个节 段置于测头的位置固定状态，同时使多个节段相互运动。仅举例而言，当其中一个节段 在一段时间如零点几秒或几秒内持续运动且测量位态的测量频率为例如IOOHz时，已经 针对一次位置确定记录下10或100个测量参数组。但此时要注意，独立的位态测量机构 的测量参数总是同时或至少几乎同时针对各相同的实际测量位置来测定。一个或多个所 述节段的运动此时可以由使用者用手完成，但也可以借助机械如借助作用于一个或多个 所述节段的电动单元或振动产生单元来进行。在特定应用场合，在使用者握持其中一个 节段时的手颤动(如接触测量点的测量节段)可能足以产生不同的测量位态。此外，单从理论上讲，对平衡由滑粘效应和连接件弯曲所造成的测量误差有利 的是在产生不同测量位态时执行多次运动换向，尤其是为使臂节段运动而施加在机械结 构中的力按照统计学尽量均勻分布地作用于所有空间方向。因此，该节段的这种机械运 动允许由磨擦和弯曲造成的误差比较好地平均化。总之，按照本发明，现在能以较低测量成本来实现许多测量结果的记录，以确 定唯一的测量位置。这样，能精确可靠多地确定测量位置。此时，不需要探测件离开测 量位置和重新返回到测量位置，并且由于为此所需的用时，本发明的测定本来就不允许 多次测量。对于统计计算测量参数组，可以采用所有已知的统计方法，例如优化统计估算 法，尤其是按照最小平方法的平衡算式。同样，还可以进行统计学建模，以计算补偿已 知的系统误差。在装置方面，根据本发明的用于确定测量点位置的坐标测量机具有底座和多个
7可相对于底座且彼此相对移动的节段，其中一个节段作为探测节段具有探测件。在规定 的空间体中，探测件此时可以自由运动并来到期望的测量位置。探测件此时尤其设计用 于接触一个测量点，在这里，它在接触测量点的状态下占据测量位置或者说扫描位置。 此外，设有多个位态测量机构，用于测量与节段的相对测量位态相关的多个测量参数。 此外，实际测量位态通过多个节段的实际相对位置和至少其中一个节段相对于底座的相 对位置得到。测量位置确定通过分析计算单元实现，根据本发明，它被设计用于测定用于在 唯一固定的测量位置上不同测量位态的多个测量参数组以及利用对记录下的测量参数组 的统计计算来推导出该位置。尤其是，分析计算单元因而在本发明测量方法的范围内设计用于执行以下步 骤分别针对不同测量位态反复进行测量参数组的测定以及利用对记录下的测量参数组 的统计计算来确定该测量位置。在特定实施方式中，坐标测量机具有动态化部件，用于有效产生多个不同测量 位态。尤其是，借助动态化部件，可以施加作用在至少其中一个节段上的尤其是变化的 力。例如，动态化部件可以设置在其中一个或多个节段上并呈电驱动单元的形式，尤其 是电动振动产生单元形式，因此本身用于施加力。尤其是，一旦达到用于位置确定的规 定的统计最小精度，驱动单元可以自动断开。例如，还可以在每个节段上安装一个振动 产生单元，尤其不在探测节段上，从而在接通状态，使每个节段运动且连续改变所有节 段的节段状态。不过，动态化部件呈安置在其中一个节段的把手形式，从而多个测量位置可例 如通过使用者的手运动来产生。为了更简单地固定探测件在测量位置上，此时同样可以 在探测节段上布置把手，以便由使用者固定或保持该位置。除此之外或作为替代，可以 设置固定部件来固定探测节段位置，该固定部件尤其利用夹紧机构来夹紧探测节段在一 个相对于底座被固定定位的物体上。作为配属于节段之间的可摆动、可转动或可移动的连接机构的位态测量机构， 例如可以采用光电角度测量器和/或光电长度测量器。例如，该坐标测量机可以成铰臂形式并具有至少三个臂状环节作为节段，它们 部分通过允许相对转动的接头且部分通过允许相对线性移动的悬挂件来相互联接。此外，本发明涉及包括程序代码的计算机程序产品，它存储在机读载体上。此 时，尤其是当该程序在坐标测量机的分析计算单元中运行时，计算机程序产品适用于执 行本发明测量方法的以下步骤分别针对不同测量位态重新测定一个测量参数组以及利 用对所记录下的测量参数组的统计计算来确定测量位置。
以下，将结合附图示意表示的具体实施例来单纯举例详细说明本发明的方法和 本发明的装置，其中还介绍了本发明的其它优点，其中图1表示根据本发明的呈铰臂形式的坐标测量机；图2示意表示本发明的测量方法；图3表示坐标测量机的多个测量位态，此时其位置固定的探测件处于测量位置或者说扫描位置；图4表示一个参考坐标系，其中绘出针对多个测量位态算出的位置；图5表示坐标测量机，其具有固定把手和动态化把手；图6表示坐标测量机，其具有固定把手和作为动态化部件的电动振动装置；图7表示带有固定部件的坐标测量机。
具体实施例方式作为探测件，附图举例示出各自一个感触式探测件例如刚玉球。在这里，探测 件设计用于产生接触的接触一个测量点。如果使探测件接触待测测量点，即如果探测件 移向测量点，则探测件接触到测量点，从而探测件处于测量位置或者说扫描位置。不 过，按照本发明，也可以在此使用如现有技术所述的其它探测件，代替总体在附图中示 出的感触式探测件。因此作为探测件，例如可以设置光学传感器，尤其是用于光学接触 一个待测物体表面的待测测量点的距离测量器，用于扫描待测物体表面的激光扫描器， 或者摄像机。图1表示用于确定一个测量点得位置的本发明的坐标测量机1。坐标测量机1在 此呈铰臂形式并具有在一个参考坐标系中被定下来且已知的底座4。从底座起，先后例如 可以看到7个臂节段5a-5g通过允许相对转动的接头和/或通过允许相对线性运动的悬挂 件相互联接。出于显示考虑，即为了便于理解地显示，这些接头和悬挂件在图中没有被 可清楚看到地画出，在这里，上述类型的接头和悬挂件本来早被技术人员众所周知。在此，第一节段5a相对于底座4可运动地固定在底座，第二节段5b可相对第 一节段运动地固定在第一节段5a上，等等。第七节段5g具有探测件6并构成探测节段 TG。探测件6因此可在一个空间区域内自由运动并能接触到一个物体表面的待测点。例 如，探测件6以红宝石球形式构成，在本发明的范围内，探测件6 —般被视为设置用来接 触测量点的探测节段TG的一部分并被视为点。如果探测件6接触测量点，则探测件6处 于扫描位置。此外，为了在图1中做简单区分，节段5a_5f分别交替以不同阴影线表示。未用 阴影线示出了探测节段TG。配属于每个接头或者说悬挂件地设有多个位态测量机构8a_8f，用于测量每个节 段5a-5f的相互位态。例如，作为位态测量机构8a-8f，设置光电角度测量器8a、8c、8d 以及光电长度测量器8b、8e,它们设计用于测量与节段相对位置相关联的测量参数α ,，
β i, Yi, δ ε a；, b;, CiO 作为测量参数 Cti, β y δ ε a；, b;, Ci,因 此可以分别测量节段5a-5f之间的角度偏差α,，Y1, δι7 ε,和长度偏差b1;C1。根据本发明，分析计算单元7设计用于在唯一一次测量范围内进行用于在探测 件6的一个保持固定的扫描位置上不同测量位态的多个测量参数组的测定。尤其是，测 量参数组的测定此时连续经过一段时间地以一定测量频率进行，该频率例如可以约为10 赫兹至几百千赫，而同时在探测件6保持固定不动的状态下，在扫描位置上连续改变节 段5a_5f的测量位态。或者，还可以在连续改变测量位态时在快速相继进行但随机选择的 时刻记录下测量参数组。
从所记录的多个测量参数组中，或是在测量参数组测定之后，或是在其过程之 间并因而连续进行地，通过分析计算单元计并利用所记录下的测量参数组的统计计算来 算出探测件6所接触的测量点的位置。图2示意表示本发明的方法。此时在方法范围内进行探测件接触测量点，从而 探测件占据扫描位置。扫描位置在测量中保持不变，即可以说进行探测件的空间固定FIX，在这里，这 不一定作为单独步骤进行，而是通过可以通过保持探测件在扫描位置上来暗中进行。在 探测件位置固定在扫描位置的状态FIX下，根据本发明，现在可以产生多个不同测量位 态Ml，M2, M3...Mi...Mn。此时，针对不同测量位态Ml，M2, M3...Mi...Mn,通过测 量与该节段的各测量位态Ml，M2，M3...Mi...Mn相关的测量参数来测定测量参数组Si， S2，S3...Si...Sn。因此就是说，对于每个测量位态Ml，M2，M3...Mi...Mn,记录至少一 个测量参数组 Si，S2，S3...Si...Sn。测量参数组Si (Q1,Y1, Si, Ei, ai; bI C1)此时可以例如按照矢量形式 包含对于节段的一个测量位态Mi测定的所有测量参数CI1, Y1, δι7 Ei, aI bI C1。测量点相对于底座的位态的确定54于是利用对所记录的测量参数组Si，S2， S3...Si...Sn的统计计算来进行。在方法的一个特定变型中，除了位置确定外，还可进行用于确定测量点位置的 精度值统计推导。适用于估算用于由多次单独测量算出的位置的精度的相应统计计算方 法是已知的。在该测量方法的另一个特定变型中，如此选择测量时间段，在该测量时间段 内，尤其按照一定频率连续进行测量参数组Si，S2，S3...Si...Sn的测定以及例如通过其 中一个节段的缓慢连续运动连续改变测量位态Ml，M2，M3...Mi...Mn,即达到用于确定 测量点位置的规定的统计计算最小精度。例如，为此在达到最小精度后，可以按照声、 光和/或触觉方式指示出一个测量停止信号。或者，还可以如此选择测量时间段，产生预定数量或数量取决于期望最小精度 的不同测量位态Ml，M2，M3...Mi...Mn。在此变型中，也可以在达到一定数量后以光、
声和/或触觉方式显示出一个测量停止信号。图3表示包括探测件6的本发明的坐标测量机1，探测件本身位于扫描位置上。 这意味着探测件6接触待测物体MO表面的待测测量点MP，就是说接触。根据本发明， 在测量过程中，MP保持处于扫描位置以确定一个测量点的位置，同时在多个测量位态 Ml, M2，M3(这通过以连线、虚线和点划线示出臂节段来表示)记录下相应测量参数。 为了确定位置，针对各测量位态Ml，M2, M3所测定的测量参数通过分析计算单元7被 统计平衡，由此算出所寻求的测量点位置。在第一变型实施方式中，分析计算单元7此时可以呈中心分析计算单元的形 式。配属于接头的位态测量机构和分析计算单元7于是能够如此设计用于通过电缆或以 无线方式尤其以无线电或光学方式进行双向通讯，即通过位态测量机构测得的各测量参 数能被传输给中心分析计算单元以及通过中心分析计算单元传输信号给各位态测量机构 以使测量参数记录和测量参数处理同步。在第二变型实施方式中，分析计算单元7总具有配属于位态测量机构的分散的多个分析计算子单元和一个中心分析计算部件，分析计 算子单元尤其总集成到位态测量机构中。此时，各分析计算子单元设计用于连续尤其是 自动测定用于在位置确定范围内按照本发明所产生的多个不同测量位态的各测量参数， 从而可直接通过分析计算子单元进行对针对不同测量位态所测得的各测量参数的统计计
笪弁。各分析计算子单元已经执行的分析计算被传输给中心分析计算部件，中心分析 计算部件由此可以推导出测量位置。为了固定探测件6在接触测量点MP的状态下，在最后的具有探测件6的节段 上，即在探测节段TG上安装了把手10，从而便于使用者经过测量时间段地保持扫描位 置。尤其是，此时探测件6在测量过程中没有失去与测量点MP的接触就够了。而且， 探测节段TG本身不一定要空间位置固定不变。例如事实甚至可有利地证明，也可改变 探测节段TG的位态，例如这样做，使测量点MP继续接触地绕测量点MP摆动或转动。 或者，也可以保持探测节段TG的空间位置不变，从而对于使用者来说，可以简单可靠地 保持固定扫描位置。图4表示一个参考坐标系KS，其中绘出了针对许多测量位态分别单独算出的位置。由于位态测量机构的较小的由装置决定的测量精度以及或许由于位态测量机构 所没有考虑到的、可能分别在不同测量位态下以不同程度出现的节段材料变形，出现了 在单独计算不同测量参数组时得到的测量点位置之间的微小偏差。针对不同测量位态算 出的位置绘制在一个参考坐标系KS中，所述测量位态表示真正所有(以不同偏差)由探 测件接触的测量点的同一位置PO，于是人们获得围绕测量点的实际真正位置PO的点云 PW。因为对于不同测量位态算出的位置包括可大致由高斯分布函数描述的空间统计分 布，因此，点云PW在最可能的实际测量点位置PO附近周围PWl具有比在点云PW边缘 区PW2内更高的点密度。为了确定实际测量点位置PO的准确接近程度，例如可以计算 点云PW的空间中心点或点云PW的重心。对此，原则上可以采用所有已知的统计平衡 算法。尤其是，也可将在不同测量位态单独求出的各位态测量机构的测量参数求平均， 从而从单独节段的被求平均的彼此相对位置中能推导出测量点位置Po。图5表示坐标测量机1，具有便携式计算单元如笔记本电脑作为分析计算单元 7。在测量机1的其中一个臂节段上，设有把手12作为动态化部件。通过动态化部件， 此时可以对使用者便利地施加一个作用于臂节段上的力，从而动态化部件现在设计用于 使臂节段偏离其原始空间位置，进而有效产生多个不同测量位态。如图3已示，图5所示的测量机1也在探测节段TG上具有固定把手10，用于保 持扫描位置。图6表示一个坐标测量机，包括以机械振动产生装置13形式构成的动态化部 件，其例如安装在其中一个臂节段上。尤其是电动振动装置13可以优选通过分析计算单 元7来控制。例如，振动产生装置13的振动强度例如可以改变，从而节段可以轻微地例如以 亚万分之一米级和明显地例如以毫米级或厘米级偏离其原始位置。结果，能产生大的不 同测量位态带宽(Ml...M34...，M20...M57...Mn)。尤其是，可以通过所述类型的振动产
11生装置13连续赋予臂节段振动、摆动或者颤动。利用分析计算单元7对振动产生装置13的控制，尤其也可以实现振动产生装 置13的自动断开，例如一旦规定的测量时间结束或者一旦达到用于位置确定的规定的统 计最小精度。除此之外或作为替代，也可以通过分析计算单元7显示出一个测量停止信 号。此时，分析计算单元7例如可以通过一个结构紧凑的、带显示器14且具有使用者输 入功能的计算单元来体现，该显示器例如用于测量停止信号、所算出的测量位置以及或 许用于测量位置设定的精度估算值。如图3和图5所示，图6所示的测量机也在探测节段TG具有一个固定把手10，
用于保持扫描位置。作为如图6所示的设置唯一振动装置13的替代，也可以设置多个振动装置，尤 其是甚至每个臂节段都设有一个或多个振动装置。同样，所示出的振动装置13也可以有 利地安置在另一个臂节段上，而不是在探测节段TG上。不过，为了使各独立的臂节段 偏离其各自原始空间位置以便按照本发明地产生不同的测量位态，一般布置几个振动装 置就够了，例如各有一个振动装置布置在每隔两个的臂节段上。图7表示坐标测量机1，包括示意所示的固定部件11，用于尤其是依靠夹紧机构 来夹紧探测节段TG在一个相对于底座4位置固定的物体G上，因此探测件6保持在扫描 位置。图7所示的夹紧机构仅被视为例子，因此，对此还可以采用任何其它已知的机械 和部件来固定探测节段TG在一个位置固定的物体上。如果作为探测件采用光学传感器例如线性扫描器或者摄像机，则可以空间固定 定位的物体可用于机械抵靠探测件，从而在本发明的测量中可以保持探测件的测量位 置。光学传感器此时与抵靠物体完全无关联地工作并且例如扫描待测物体表面。根据本 发明，现在能更好且高精度地确定光学传感器本身的空间位置和取向。当然，所示出的附图只示意表示可能有的实施例。根据本发明，各种解决手段 可以相互组合以及与现有技术的方法或者坐标测量机组合。例如在所示的附图中尤其是 套用到呈铰臂形式的坐标测量机。不过，按照相同的方式，本发明的解决手段也可以被 用在例如呈便携式测量仪形式的坐标测量机中。
权利要求
1.一种用于利用坐标测量机(1)确定探测件(6)的测量位置(PO)的测量方法，其 中该坐标测量机(1)具有底座(4)和多个可相对于底座(4)且相对于彼此移动的节段 (5a-5g),其中一个节段(5a-5g)作为探测节段(TG)具有探测件(6)，从而该探测件(6) 能在一个规定的空间体积内自由运动，该方法包括以下步骤_由探测件(6)占据(51)该测量位置(PO)，-通过测量与该节段(5a-5g)的测量位态(Mi)相关的测量参数(α,，Y1, δΙ ει7 ai, bI C1)来测定(53) —个测量参数组(Si)，其中该测量位态(Mi)通过节段 (5a-5g)彼此的相对位置以及其中至少一个节段(5a-5g)相对于底座(4)的位置来确定，-相对于该底座(4)确定(54)该测量位置(PO)，其特征在于，-在探测件(6)的位置固定在测量位置(PO)上的状态(FIX)中，产生(52)许多不 同测量位态(Ml，M2，M3...Mi...Mn),其中对于这些测量位态，分别重新进行所述测 定(53)，从而对于每个测量位态(Ml，M2，M3...Mi...Mn)记录下至少一个测量参数组 (Si，S2，S3...Si...Sn)，-利用对记录下的测量参数组(Si，S2，S3...Si...Sn)的统计计算来进行所述确定 (54)。
2.根据权利要求1的测量方法，其特征在于，作为统计计算，针对记录下的测量参数 组(Si，S2，S3...Si...Sn)进行平衡计算，尤其是依据最小平方法，和/或为了统计计算 而采用优化统计估算法。
3.根据权利要求1或2的测量方法，其特征在于，通过重复改变至少其中两个节段 (5a-5g)的彼此相对位置和/或至少其中两个节段(5a-5g)相对于底座(4)的位置来产生 所述不同测量位态(Ml，M2，M3...Mi...Mn),尤其是通过把变化的力施加在其中一个节 段(5a-5g)上的至少一个作用点上来造成所述重复改变，尤其由使用者手动施加。
4.根据权利要求1至3之一的测量方法，其特征在于，作为测量参数(α,，Y1, δ1; ει7 ai, bI C1),分别测量节段(5a_5g)的相互角度(α,，β 1； Y1, δ ,，ε )禾口 / 或距离(a1; bI C1)和测量至少其中一个节段(5a-5g)相对于底座(4)的角度和/或距离。
5.根据权利要求1至4之一的测量方法，其特征在于，为了位置固定该探测件(6)， 在测量中保持探测节段(TG)的空间相对位置，尤其是使用者手动保持。
6.根据权利要求1至5之一的测量方法，其特征在于，统计推导出用于确定测量位置 (PO)的精度。
7.根据权利要求1至6之一的测量方法，其特征在于，该测量位态(Ml，M2， M3...Mi...Mn)的改变和测量参数组(Si，S2，S3...Si...Sn)的测定在一个测量时间段内连 续进行，尤其是该测定以一定频率进行，尤其是该测量位态(Ml，M2，M3...Mi...Mn)的 改变通过产生多个所述节段(5a-5g)的优选具有很多运动换向的连续运动来进行，尤其是 如此选择该测量时间段，使得达到用于确定测量位置(PO)的规定的统计最小精度，尤其 是在该测量时间段结束时，以光、声和/或触觉方式指示出一个测量停止信号。
8.根据权利要求1至7之一的测量方法，其特征在于，产生一定数量的不同测量 位态(Ml，M2，M3...Mi...Mn),尤其是如此选择该数量，使得达到用于确定测量位置 (PO)的规定的统计最小精度，特别是在达到所述一定数量的不同测量位态(Ml，M2,M3...Mi...Mn)后，以光、声和/或触觉方式指示出一个测量停止信号。
9.根据权利要求1至8之一的测量方法，其特征在于，该探测件(6)被设计用于触感 接触一个待测物体表面的测量点(MP)，由此该测量位置(PO)被占据，尤其是该探测件 (6)的位置固定通过保持探测件(6)和测量点(MP)之间的触感接触来进行。
10.根据权利要求1至8之一的测量方法，其特征在于，该探测件(6)被设计用于光 学测量一个待测物体表面的测量点(MP)，或者该探测件(6)被设计用于光学扫描或测定 一个待测物体表面。
11.一种用于确定探测件(6)的测量位置(PO)的坐标测量机(1)，其具有-底座(4)，-多个可相对于底座(4)且相对于彼此运动的节段(5a-5g)，其中一个节段(5a-5g)作 为探测节段(TG)具有探测件(6)，从而该探测件(6)可在规定的空间体积内运动，-多个位置测量机构(8a-8f)，用于测量取决于该节段(5a-5g)的测量位态(Mi)的测 量参数(αι，Yi, δι7 ει7 ai, bI C1),其中该测量位态(Mi)通过节段(5a-5g)的 彼此相对位置以及至少其中一个节段(5a-5g)相对于底座(4)的相对位置得到，_分析计算单元(7)，用于确定该测量位置(PO)，其特征在于，该分析计算单元(7)被设计用于-在位置确定范围内连续地尤其是自动地测定用于在该探测件(6)保持在唯一一个测 量位置(PO)时的不同测量位态(Ml，M2，M3...Mi...Mn)的多个测量参数组(Si，S2， S3...Si...Sn)_利用对所记录的测量参数组(Si，S2，S3...Si...Sn)的统计计算来推导该测量点 (MP)的测量位置(PO)。
12.根据权利要求11的坐标测量机(1)，其特征在于，该分析计算单元(7)被设计用 于执行根据权利要求1至10之一方法的以下步骤，即分别针对不同测量位态(Ml，M2， M3...Mi...Mn)重新测定(53) 一个测量参数组(Si，S2，S3…Si…Sn)并利用所记录下的测 量参数组(Si，S2，S3...Si...Sn)的统计计算来确定(54)该测量位置(PO)。
13.根据权利要求11或12的坐标测量机(1)，其特征在于，它具有把手或振动 产生单元作为动态化部件(12，13)，以有效产生所述多个不同测量位态(Ml，M2， M3...Mi...Mn),从而可借助动态化部件来施加作用于至少其中一个节段(5a-5g)的尤其是 变化的力。
14.根据权利要求13的坐标测量机(1)，其特征在于，动态化部件(12，13)呈电动驱 动单元形式，并且尤其在达到用于位置确定的规定的统计最小精度时被自动断开。
15.根据权利要求11至14之一的坐标测量机(1)，其特征在于，作为位态测量机构 (8a-8f)，设有角度测量器(8a，8c, 8d)和/或长度测量器(8b，8e)，尤其是该坐标测量 机(1)呈铰臂形式，包括至少三个臂节段作为节段(5a-5g)，这些臂节段部分地通过允许 相对转动的接头且部分地通过允许相对线性运动的悬挂件来相互联接。
16.根据权利要求11至15之一的坐标测量机(1)，其特征在于，位置测量机构 (8a-8f)和作为中心分析计算单元的分析计算单元(7)如此设计，以通过电缆或以无线方 式尤其是通过无线电或光学方式相互通讯，从而使得分别通过位置测量机构(8a-8f)测定 的测量参数(\，Y1, δι7 Ei, ai, bI C1)被传输给中心分析计算单元，并且通过中心分析计算单元将用于使测量参数记录和测量参数处理二者同步化的信号发送给各位 置测量机构(8a-8f)。
17.根据权利要求11至15之一的坐标测量机(1)，其特征在于，该分析计算单元(7)具有-多个分散的分析计算子单元，每个分析计算子单元对应于位置测量机构(8a-8f)并 且被设计用于在位置确定范围内连续地尤其是自动地测定用于不同测量位态(Ml，M2， M3...Mi...Mn)的多个各自测量参数(α,，β Υι, δι ει7 aI bI C1)以及被设计用于 统计计算各测量参数(α ,，β,，Y1, δι7 ει7 ai, bI C1),-中心分析计算部件，用于利用各分析计算子单元的统计计算来推导该测量位置 (Po)。
18.—种包括程序代码的计算机程序产品，其存储在机读载体上并尤其在分析计算单 元(7)上运行该程序时用于实施根据权利要求1至10之一的方法的以下步骤-分别针对不同测量位态(Ml，M2、M3...Mi...Mn)重新测定(53) —个测量参数组 (Si，S2，S3...Si...Sn)，-利用所记录的测量参数组(Si，S2，S3...Si...Sn)的统计计算来确定(54)该探测件 (6)的测量位置(PO)。
全文摘要
在用于结合坐标测量机1确定探测件6测量位置的测量方法中，坐标测量机具有底座和多个可相对于底座且相对于彼此移动的节段，其中一个节段作为探测节段TG具有探测件6，探测件6能在一个规定的空间体积内自由运动，在此，由探测件6占据测量位置，通过测量与该节段的测量位态相关联的测量参数来测定一个测量参数组，其中该测量位态通过节段彼此相对位置以及其中一个节段相对于底座的位置来定，相对于该底座确定该测量位置。根据本发明，在探测件位置固定在测量位置上的状态中，产生许多不同测量位态M1，M2，M3，对于这些测量位置，分别重新进行所述测定，从而对于每个测量位态M1，M2，M3记录下至少一个测量参数组。结合对记录下的测量参数组的统计计算来进行所述确定。
文档编号G01B5/008GK102016498SQ200980113985
公开日2011年4月13日 申请日期2009年4月17日 优先权日2008年4月22日
发明者克努特·西尔克斯, 海因茨·利普纳 申请人:莱卡地球系统公开股份有限公司