控制测量装置和提供主动阻尼的方法、坐标测量机及存储介质制造方法及图纸

控制测量装置和提供主动阻尼的方法、坐标测量机及存储介质。一种用于避免激发测量机(1、2)的振荡和/或用于通过主动地控制测量机(1、2)的驱动单元或者主动地控制另外附接的致动器的致动来减少或阻尼这种振荡的方法。所述方法使用关于所述测量装置(1、2)的实际状态的信息，所述实际状态基于动态模型和/或通过使用合适的传感器单元来导出。使用状态控制器、致动器或频率滤波元件来抵消或防止振荡。

Active damping of the measuring device

A method is used to avoid oscillation and / or vibration of the measuring machine (1, 2) and / or to control or reduce the oscillation by actively driving the driving unit of the measuring machine (1, 2) or actively controlling the actuation of the attached actuator. The method uses information about the actual state of the measuring device (1, 2), and the actual state is derived based on the dynamic model and / or by using the appropriate sensor unit. Use state controller, actuator or frequency filter element to counteract or prevent oscillation.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】测量装置的主动阻尼本专利技术总体上涉及用于动态补偿因测量装置的移动(具体是坐标测量机的移动)而发生的动力学效应的方法，并且涉及适于证明这种方法的相应装置。通常的做法是，在诸如坐标测量机(CMM)的坐标定位装置上检查生产之后的工件，以便检查预定物体参数(像物体的尺寸和形状)的正确性。在常规3D坐标测量机中，支承探头，以沿三个相互垂直的轴(沿方向X、Y、Z)移动。由此，可以将探头引导至坐标测量机的测量体积空间中的任何任意点，并且物体可利用由探头所携带的测量传感器(探针)测量。在机器的简单形式中，与每一个轴平行安装的合适换能器能够确定探头相对于该机器的基部的位置，并且因此，确定该物体上的被该传感器接近的一测量点的坐标。为了提供探头的可移动性，典型坐标测量机可以包括设置探头的框架结构以及用于相对于彼此移动框架结构的框架部件的驱动装置。为了测量表面变化，已知基于触觉传感器和光学传感器的使用的两种测量原理。通常，为提供具有改进测量精度的坐标测量机，其框架结构因此通常被设计成具有高静态刚度(staticstiffness)。为了实现坚固且坚硬的机器设计，其框架结构或至少部分通常由诸如花岗岩的石头制成。除了像热稳定性和良好阻尼特性的所有正面效果以外，花岗岩还使得机器和可移动框架元件十分沉重。另一方面，高重量对于适当的加速度还需要较大的力。如果采用这种技术，仍然有几个可能的误差来源。当相对于另一部件移动一个框架部件时的机器部分的共振或振动仅是动态误差两个示例。此外，要考虑从来自机器外部的振动出现的误差。另外，可能会发生像线性驱动机构中缺少运动平直度和缺少轴的正交性或者横向偏移的静态误差。根据许多方法，所提到的误差仅被静态地分析，尽管它们还包括取决于轴的移动的动态因素，特别是取决于移动轴时的位置、速度、加速度以及加加速度(jerk)。利用速度相关校准，该事实以一种相当简单且顽固的方式被考虑在内。虽然可以通过使用位置校准矩阵在数学上减少静态误差，但当尝试补偿动态误差时，事情会变得更加复杂。在这种情况下，例如，必须考虑到机器的一个轴的加速度(其可以移动另一些垂直轴和探头)，可以引起坐标测量机的整个框架的线性和角动态偏转，这又导致测量不确定性和误差。这些动态测量误差可以通过在低加速度下进行测量来减小，例如通过因此优化的期望的运动的轨迹。已知的方法是通过称作输入整形的技术来尝试抑制由机器的加速引起的偏转、振动和/或振荡，该技术控制调节变量(例如，推进电机的力或电流)，从而通过对驱动致动器控制的输出的因而被操纵的变量而绕开机械共振并避免共振频率或者乃至积极的反作用力振荡的刺激。另外，作为使用装置的当前状态作为初始状态通过在每个采样时刻解决有限的水平开环最优控制问题来获取当前控制动作的控制的一种形式，模型预测控制可以被应用于CMM。该优化产生最佳控制序列，并且然后将序列中的第一控制应用至装置。对于误差处理的示例来说，EP1559990公开了一种校正在坐标测量机中测量的坐标、在将具有不同重量的零件安装在该坐标测量机上时的测量几何误差的坐标测量系统和方法。补偿参数根据每一零件的重量的测量结果导出并被存储。与待测零件的重量对应的补偿参数被恰当地读出，以校正该待测零件的测量坐标。作为另一示例，EP1687589公开了一种在具有包括表面检测装置的铰接探头(articulatingprobehead)的坐标测量机中的误差补偿的方法。该表面检测装置在测量期间绕铰接探头的至少一个轴旋转。该方法包括以下步骤：确定该装置的整体或部分的刚性，确定与在任何特定时刻由铰接探头施加的载荷有关的一个或更多个因素，以及确定由该载荷在表面感测装置处造成的测量误差。GB2425840中公开了利用坐标测量机(CMM)进行工件测量误差校正的另一种方法。由此，利用工件感测探针进行位置测量，其中，提供了测量加速度的装置。该测量对于高频(不可重复)误差(诸如，由于振动引起的误差)以及低频(可重复)误差(诸如，由于探针上的离心力引起的误差)两者都加以校正。该校正方法包括以下步骤：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的测量误差；将第一测量误差和第二测量误差组合以确定总误差；以及使用所述总误差校正工件测量。预定误差图使用已知尺寸的人工制品计算。为了处理上述误差，特别是动态误差，通常要定义CMM的合适模型，其中，使得特别是CMM的框架结构的定位行为能够基于该模型来描述。示例性地，可以定义查找表，以便查寻与CMM的框架部件的实际定位相关的校正值。CMM的这种建模随着CMM部分的重量(和刚度)减少而变得更加重要。重量的减小是与坐标测量机的设计相关的重要主题，就好像机器部件被构建为重量较轻(并且刚度更低)，可以通过产生影响坐标测量机的较小的力来实现各部件的较快定位。另一方面，随着这些部分的重量减轻，由机器部件的降低刚度和(较快)运动引起的机械振动和扭转的影响可能会增大。因此，所导出的测量值的不确定性和由这种变形和振动而出现的误差因此可能会增大。EP2762830已知一种用于动态模型的方法，该方法提供了因较低硬度机器构造而引起的振荡误差的精确描述。然而，通过使用这种建模方法，仍然存在由机器部分的移动或外部影响而出现的误差。再次考虑到建造不太重的测量机，并且从而为测量指定工件提供较高的移动速度，机器的振荡仍然显著影响测量的坐标或位置。因此，本专利技术的目的是，提供用于避免激发测量装置的至少部分的振动或振荡的改进的方法和机器。本专利技术的另一目的是，提供用于减少发生振荡效应的方法。本专利技术又一目的是，提供一种用于确定机器振动和/或变形的改进方法，并且具体用于补偿由这种振动和/或变形而造成的位置误差。本专利技术涉及一种用于控制测量装置的至少两个结构部件的相对移动的方法，其中，所述测量装置包括用于至少提供所述两个结构部件相对于彼此的移动性的驱动单元。所述方法包括以下步骤：借助于具有一组模型状态变量的动态模型提供所述两个结构部件中的至少一个结构部件的动态状态信息，所述模型状态变量与所述两个结构部件中的至少一个结构部件的一组物理特性有关，以及提供所述两个结构部件中的至少一个结构部件的实际状态的确定。所述动态模型可以基于卡尔曼滤波器(Kalmanfilter)，和/或利用相应观察器实现。所述模型状态变量由此可以通过使用这种滤波器或观察器导出。此外，提供用于控制所述驱动单元的基于模型的状态控制器，所述基于模型的状态控制器包括取决于所述实际状态的一组至少一个控制状态变量。特别是，所述控制状态变量由所述测量装置的或者其结构部件的所述实际状态来表示。通过至少基于所述动态模型的计算，导出所述一组至少一个控制状态变量中的至少一个控制状态变量(或者相应地，实际状态)。基于所导出的至少一个控制状态变量，通过使用所述状态控制器生成控制参数，所述控制参数适于提供驱动所述驱动单元，使得按限定方式影响所导出的至少一个控制状态变量和/或实际状态。由此，根据该方法通过使用状态空间控制器与动态模型(提供机器状态的精确描述)一起改进像CMM的测量装置的结构部件的相对移动，以控制驱动单元的致动。根据本专利技术的实施方式，将所述控制参数应用至所述驱动单元，使得所述结构部件相对于彼此按限定方式移动。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于控制测量装置(1、2)的至少两个结构部件(11‑15、52、53)的相对移动的方法，所述测量装置(1、2)包括用于至少提供所述两个结构部件(11‑15、52、53)相对于彼此的移动性的驱动单元，所述方法包括以下步骤：·借助于具有一组模型状态变量的动态模型提供所述两个结构部件(11‑15、52、53)中的至少一个结构部件的动态状态信息，所述模型状态变量□与所述两个结构部件(11‑15、52、53)中的至少一个结构部件的一组物理特性相关，并且□提供所述两个结构部件(11‑15、52、53)中的至少一个结构部件的实际状态的确定，·提供用于控制所述驱动单元的基于模型的状态控制器(31)，所述基于模型的状态控制器(31)包括取决于所述实际状态的一组至少一个控制状态变量，·通过至少基于所述动态模型的计算导出所述一组至少一个控制状态变量中的至少一个控制状态变量，以及·基于所导出的至少一个控制状态变量，通过使用所述状态控制器(31)生成控制参数，所述控制参数适于提供驱动所述驱动单元，使得以限定方式影响所导出的至少一个控制状态变量和/或实际状态。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于控制测量装置(1、2)的至少两个结构部件(11-15、52、53)的相对移动的方法，所述测量装置(1、2)包括用于至少提供所述两个结构部件(11-15、52、53)相对于彼此的移动性的驱动单元，所述方法包括以下步骤：·借助于具有一组模型状态变量的动态模型提供所述两个结构部件(11-15、52、53)中的至少一个结构部件的动态状态信息，所述模型状态变量□与所述两个结构部件(11-15、52、53)中的至少一个结构部件的一组物理特性相关，并且□提供所述两个结构部件(11-15、52、53)中的至少一个结构部件的实际状态的确定，·提供用于控制所述驱动单元的基于模型的状态控制器(31)，所述基于模型的状态控制器(31)包括取决于所述实际状态的一组至少一个控制状态变量，·通过至少基于所述动态模型的计算导出所述一组至少一个控制状态变量中的至少一个控制状态变量，以及·基于所导出的至少一个控制状态变量，通过使用所述状态控制器(31)生成控制参数，所述控制参数适于提供驱动所述驱动单元，使得以限定方式影响所导出的至少一个控制状态变量和/或实际状态。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述控制参数应用于所述驱动单元，使得所述结构部件(11-15、52、53)相对于彼此以限定方式移动。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，·另外基于基于模型的估计或者基于测量和/或基于监视所述模型状态变量，特别是监视所述模型状态变量的变化，来导出所述至少一个控制状态变量，和/或·至少通过基于模型的估计或者测量和/或通过监视所述模型状态变量，来导出所述一组至少一个控制状态变量中的一特定控制状态变量，和/或·通过基于所述动态模型的计算导出所述实际状态。4.根据权利要求1至3中的任一项所述的方法，其特征在于，所述一组至少一个控制状态变量中的至少一个控制状态变量通过利用传感器测量对所述测量装置(1、2)的激发和/或影响和/或通过根据路径轨迹的计算来导出，特别是其中，所述至少一个控制状态变量根据确定相应物理特性来导出。5.根据权利要求1至4中的任一项所述的方法，其特征在于，通过测量或估计所述物理特性中的至少一个物理特性并且由此导出至少一个对应实际控制状态变量，来导出所述两个结构部件(11-15、52、53)中的至少一个结构部件的所述实际状态，特别是确定所述至少一个结构部件的所述实际状态的变化，特别是其中，·至少一个结构部件的所述实际状态的变化由所述物理特性中的至少一个物理特性的变化而造成，特别是由影响所述测量装置(1、2)的施加力而造成，特别是，通过移动所述结构部件(11-15、52、53)而造成，和/或·估计所述物理特性中的至少一个物理特性由一组观察器提供。6.根据权利要求1至5中的任一项所述的方法，其特征在于，所述至少一个控制状态变量与所述实际状态对应。7.根据权利要求1至6中的任一项所述的方法，其特征在于，所述状态控制器(31)包括观察器(32)，该观察器(32)提供所述至少一个控制状态变量的确定，特别是其中，所述观察器(32)由卡尔曼滤波器提供。8.根据权利要求1至7中的任一项所述的方法，其特征在于，所述动态模型和所述基于模型的状态控制器(31)按组合方式实现，特别是其中，所述动态模型表示所述状态控制器(31)的实现部分。9.根据权利要求1至8中的任一项所述的方法，其特征在于，所述测量装置(1、2)的实际偏转基于所述动态模型导出，特别是其中，所述测量装置(1、2)的实际姿态基于所导出的偏转来校正。10.根据权利要求1至9中的任一项所述的方法，其特征在于，·所述测量装置(1、2)的至少部分的实际速度和/或加速度基于所述动态模型导出，和/或·所述测量装置(1、2)的指定点的实际位置基于所述动态模型导出，和/或·测量误差基于所述动态模型被补偿。11.根据权利要求1至10中的任一项所述的方法，其特征在于，所述测量装置(1、2)被具体实施为·坐标测量机(1、2)，该坐标测量机(1、2)包括：□基部(11)，□探头(15)，□机器结构，该机器结构用于将所述探头(15)链接至所述基部(11)，以及□至少一个驱动机构，所述至少一个驱动机构用于提供所述探头(15)相对于所述基部(11)的移动性，所述驱动机构表示所述驱动单元，其中，所述结构部件(11-15、52、53)被具体实施为所述基部、所述探头和/或所述机器结构，或者·大地测量仪器，特别是激光扫描仪、激光跟踪器或全站仪，所述大地测量仪器具有：□支承结构，该支承结构被安装在所述测量仪器的基部上，使得所述支承结构能够绕由所述基部限定的第一轴枢转，□电磁辐射源，该电磁辐射源用于生成测量束，□指引单元，该指引单元用于指引所述测量束，所述指引单元被设置在所述支承结构处，以便提供所述指引单元绕由所述支承结构限定的第二轴的枢转性，所述第二轴基本上垂直于所述第一轴，以及□测量功能，该测量功能用于按预定方式提供所述测量束的指引和引导并相应地测量距离。12.根据权利要求1至11中的任一项所述的方法，其特征在于，所述至少一个模型状态变量限定所述测量装置(1、2)的至少所述部分的下列因素中的至少一个或组合和/或相应因素的变化：·加速度，特别是旋转加速度，·速度，特别是旋转速度，·位置，·弯曲，·变形，·位移，·取向，·温度，·湿度，·扭矩，·力，·刚度，和/或·质量。13.根据权利要求1至12中的任一项所述的方法，其特征在于，所述至少一个控制状态变量的变化或者所述模型状态变量的变化通过下列物理特性中的至少一个物理特性和/或所述相应物理特性的变化导出，特别是通过所述物理特性中的至少一个物理特性的基于传感器的测量导出：·加速度，特别是旋转加速度，·速度，特别是旋转速度，·位置，·偏转，·扭矩，和/或·力。14.根据权利要求1至13中的任一项所述的方法，其特征在于，监视特别是测量所述物理特性并提供所监视的物理特性，并且至少基于所述一组模型状态变量和所监视的物理特性来计算所述测量装置(1、2)的至少所述部分的实际状态。15.一种具有计算机可执行指令的计算机程序产品，所述计算机可执行指令用于特别是当在坐标测量机(1、2)的控制和处理单元上运行时执行根据权利要求1至14中的一项所述的方法。16.一种用于为坐标测量机(1、2)的至少部分提供主动阻尼功能的方法，该坐标测量机(1、2)包括：·基部(11)，·探头(15)，·机器结构，该机器结构具有用于将所述探头(15)链接至所述基部(11)的结构部件(12-14、52、53)，以及·至少一个驱动单元，所述至少一个驱动单元用于提供所述探头(15)相对于所述基部(11)的移动性，同时·提供坐标测量机(1、2)的至少部分的动态状态信息，其特征在于，·所述坐标测量机(1、2)包括用于施加限定力的可控致动器(40)，并且·所述方法包括以下步骤：□通过基于所述动态状态信息的确定导出所述坐标测量机(1、2)的至少所述部分的实际状态，以及□基于所导出的实际状态确定控制参数，所述控制参数适于提供所述致动器(40)的控制，使得按限定方式影响所述实际状态。17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述致动器(40)被附接至所述结构部件(12-14、52、53)、所述探头(15)或所述基部(11)中的一个，其中，所述力能在相应部件处生成。18.根据权利要求16或17所述的方法，其特征在于，借助于具有一组模型状态变量的动态模型和/或观察器提供坐标测量机(1、2)的至少所述部分的动态状态信息，所述模型状态变量·与所述坐标测量机(1、2)的至少所述部分的一组物理特性相关，并且·表示所述坐标测量机(1、2)的至少所述部分的实际状态。19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，通过基于所述动态模型和/或所述观察器的计算导出所述坐标测量机(1、2)的至少所述部分的实际状态。20.根据权利要求16至19中的任一项所述的方法，其特征在于，借助于传感器单元的测量，提供坐标测量机(1、2)的至少部分的动态状态信息，特别是其中，所述传感器单元包括加速度传感器。21.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，所传感器单元被附接至所述结构部件(12-14、52、53)、所述探头(15)或所述基部(11)中的一个。22.根据权利要求20或21所述的方法，其特征在于，所述传感器单元和所述致动器(40)被附接至所述坐标测量机(1、2)的同一部分，并且彼此靠近地被定位。23.根据权利要求16至22中的任一项所述的方法，其特征在于，使用有关所述探头的计划移动路径的信息来导出所述实际状态。24.根据权利要求16至23中的任一项所述的方法，其特征在于，向所述致动器(40)施加控制信号，所述控制信号基于所述控制参数导出。25.根据权利要求16至24中的任一项所述的方法，其特征在于，基于所述动态状态信息导出有关坐标测量机(1、2)的至少所述部分的实际振荡的振荡信息，特别是其中，所述实际振荡表示所述实际状态。26.根据权利要求25所述的方法，其特征在于，·基于所...

【专利技术属性】
技术研发人员：伯恩哈德·施普伦格，C·艾斯利，
申请(专利权)人：赫克斯冈技术中心，
类型：发明
国别省市：瑞士,CH