本发明专利技术涉及工件（５２）的测量，其中，由一探测器（１１）探触该工件（５２）的表面（５１）的至少一个点（５３），该探测器（１１）向该表面（５１）上施加一探触力（ｆ）并且该探测器（１１）相对于该探测器（１１）的固定装置偏移。基于该偏移（矢量ａ）确定该表面的所述点（５３）的位置。求得和／或已知该探测器（１１）的柔度的方向相关性。在考虑该方向相关性的情况下将探测器（１１）和工件（５２）彼此相对定位和／或定向，使得在探触该表面（５１）的所述点（５３）时不发生或以小的可能性发生探测器（１１）在该表面（５１）上无意滑动，或者不发生或以小的可能性发生探测器（１１）无意地偏离该表面（５１）上的预计路径。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于测量工件的方法以及一种相应的坐标测量仪。本专利技术还涉及一种用于校准探测器的校准方法。本专利技术尤其涉及使用坐标测量仪的坐标测量
， 该坐标测量仪具有带有可偏移的探测器(特别是带有探针)的传感器，在该探测器的自由端部上安置一探测体(通常是测球)，该测球探测要测量的工件。
技术介绍
在该坐标测量技术中经常使用传感器(特别是探头)，其中，在传感器上固定一探针，该探针在笛卡尔坐标系的三个坐标方向上可移动。为此，已知的传感器在其内部具有一机构，通过该机构，探针可以在三个坐标方向上偏移。为此该机构通常具有三个导向装置， 这些导向装置中的每一个允许在坐标测量仪的三个坐标方向之一上移动。为此三个导向装置中的每一个平行于坐标测量仪的运动方向之一取向。在TR Technische Rundschau，1993 年第四/30 期第 20-25 页，作者 Werner Lotze 的标题为“具有多自由度的测量探测器”的文献中描述了一种用于推导具有三自由度的测量探测器的特性的模型。根据该模型该探测器具有三个交叉的弹性平行导向装置和对应的测量值接收器。这些弹性导向装置这样构造，使得它们在三个方向上分别具有线性的、具有给定的柔度的弹性特性曲线。所有三个导向装置可自由运动，使得固定在探针上的测球可以在每个空间方向上偏移。在探测工件表面的情况下，从工件表面作用在测球上的力可以被描述为测量力矢量f，该测量力矢量同样地使探针和探测器的探测系统偏移。该偏移又可以通过一矢量即偏移矢量a来描述，该矢量等于探测器夹紧装置的移动矢量与探针的变形矢量的矢量和。该模型的出发点是测量力和探测器偏移之间以及探测器偏移和测量信号之间的严格线性。变形矢量ν和力矢量f之间的关联通过柔度矩阵N表达，该矩阵为3 X 3矩阵。为了理解该关系可以跟踪这种情况下的偏移力矢量f以恒定的量值经过所有的空间方向，该量值可以归一化到值1。然后该矢量就描述一标准球。所有偏移矢量V的总体描述一个空间椭圆体，该椭圆体可以被称为影响椭圆体或者柔度椭圆体。测量力f的方向和探针的变形矢量ν只在该椭圆体的三个主轴线方向上重合。这些轴线方向同时是柔度矩形Nt的三个本征矢量。探测器夹紧装置(关于测球中心点)的偏移s也可以被描述为矢量方程式，其中偏移矢量s等于由测量弹簧引起的柔度矩阵Nf与测量力矢量f相乘。总偏移a作为矢量可以因此表达为偏移矢量s和探针变形矢量ν的和。相应地可以定义总柔度矩阵Nges，该总柔度矩阵等于关于探针变形的柔度矩阵Nt和由于测量弹簧的柔度矩阵Nf的总和。此外所述文献导出探测器夹紧装置的偏移矢量s和总偏移矢量a之间的关系，其方式在于，矢量a乘以矩阵M等于矢量s，该矩阵M被称为弹性传递矩阵。探测器的关于这三个坐标轴线的三个输出信号ul，u2, u3最初作为探测器的测量参数供使用。这些输出信号可以被记为矢量U。该矢量u等于探测器夹紧装置的偏移矢量s乘以传递矩阵B。该传递矩阵B和弹性传递矩阵M的乘积可以被逆变换，使得获得所谓探测器矩阵K。该矩阵K的九个系数包含探测器的全部的运动学特性、弹性特性和对于信号生成重要的特性。在实践中，通过按照校准标准专门校准来求得这些系数。借助探测器矩阵K可以根据由坐标测量仪提供的测球瞬时位置参数并根据探测器测量信号计算当前的测量点位置，即测球探触工件表面处的点位置。在该问题的方程式化时值得注意的是测量力或者根据量值或者根据方向出现。该测量力因此对于一阶的测量过程没有作用。相应的情况适用于弹性特性并且因此适用于由探针变形引起的柔度矩阵。只要该模型是正确的，一次校准足以能够确定测量点的坐标，不需要再考虑柔度和测量力。但上面描述的模型的前提是测量力矢量f通过测球的中心点P。但实际上测量力相对于测球在探触点B上作用于测球表面上并且由此通常在测球中心点P旁边隔开间距经过，由此不仅整个弹性系统的折曲杠杆臂的长度改变，而且关于中心点P产生转矩。对于通常的具有几毫米直径的测球，该误差在多次测量情况下是可忽略的。但也有这样的情况， 在这些情况下该误差是有意义的，特别是当探针的变形ν大时。这不总是能够例如通过使用相应硬的探针来避免。在实践中存在一些探针，它们的柔度在三个坐标方向上非常不同。例如一个方向上的柔度可能是另一方向上的十倍大。
技术实现思路
本专利技术的任务在于，提高在通过探测器机械地探测工件表面来确定工件坐标时的精度。为了解决该任务，提出在校准和/或在运行坐标测量仪时考虑探测器的弹性特性。与上面提及的在技术评论TR的1993年第29/30期第20-25页中公开的文章不同，应当被明确考虑这些弹性特性并且不只通过针对测量运行来校准探测器而消去这些弹性特性。根据本专利技术的、可以与还要描述的其它观点无关地实施的第一观点，对于具有至少一个旋转运动自由度的探测器(例如具有一探测元件的探测器，该探测元件通过一万向铰节或者一允许绕至少一个转动轴线旋转的类似机构与坐标测量仪的臂连接，或者具有一固定在平板上的探针的探测器，其中，该平板通过两个平行的、相互间隔开的板簧与坐标测量仪连接，如在上面所述的技术评论的公开文本的图4中所示)，考虑该探测器的柔性(下面也称为弹性)，该柔性由在这种探测器上可能发生的铰节(例如万向铰节)相对于探测器固定装置的弹性移动产生。对于万向铰节在本说明书中一般性地理解为一个机构，该机构允许探测元件绕两个彼此交叉延伸的转动轴线旋转。所述移动尤其由于测量力而出现， 即由于探测器探触工件而出现。对于铰节理解为一种允许转动自由度的机构，例如所述万向铰节或者一个仅具有唯一一个转动轴承用于支承一可绕旋转轴线转动的部件的机构，其中，例如探针安装在该可转动的部件上。探测器的固定装置例如安置在坐标测量仪的臂上，其中，该臂具有至少一个运动自由度。“考虑柔性”的表述包括考虑柔性的方向相关性，即考虑该事实探测器或者探头 (探测器是其部件)在不同的方向上柔度不同。对于其它的具有至少一个旋转运动自由度的探测器，以和具有铰节的探测器一样的方式考虑测量装置的弹性。例如探测器在外部力的作用下可以弹性变形和/或探测元件的运动例如可以通过电阻应变片测量。通过对多个应变片的信号进行分析求值也可以测得旋转运动。因此本专利技术不局限于考虑具有铰节(例如万向铰节)的探测器的柔性。而是该至少一个转动自由度也可以基于其它的机械结构产生，在该机械结构中例如也可以在旋转运动上耦合一个线性运动。例如对于还要借助图7描述的探测器或者是英国New Mills, ffotton-under-Edge, Gloucestershire, Gl 12 8JR ^ Renishaw pic 公司的 SP 邪探测器就是这种情况。优选在所有情况下通过使用柔度矩阵来考虑弹性。根据本专利技术的第二观点，通过使用物理模型和/或通过试验来确定探测器的弹性，特别是柔度矩阵，该第二观点可以单独地或者与本专利技术的一个或者多个其它观点相结合地实现。优选在以后借助探测器测量工件时使用该柔度矩阵用于计划和/或控制测量。 特别是通过使用通过模型计算出的弹性和/或通过试验确定的弹性预给定一个方向和/或力，探测器以该方向和/或力在工件的表面上探触工件。当在说明书或者权利要求中谈到柔度矩阵作为对探测器的或者其它坐标测量装置的与方向相关的弹性的描述本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．用于测量工件（５２）的方法，其中，－由一探测器（１１）探触该工件（５２）的表面（５１）的至少一个点（５３），其中，该探测器（１１）向该表面（５１）上施加一探触力并且该探测器（１１）相对于该探测器（１１）的固定装置偏移，－基于该偏移确定该表面（５１）的所述点（５３）的位置，其特征在于，－求得和／或已知该探测器（１１）的柔度的方向相关性，－在考虑该方向相关性的情况下将该探测器（１１）和该工件（５２）如此彼此相对定位和／或定向，使得在探触该表面（５１）的所述点（５３）时不发生或以小的可能性发生探测器（１１）在该表面（５１）上无意滑动，或者不发生或以小的可能性发生探测器（１１）无意地偏离该表面（５１）上的预计路径。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：W·洛策，
申请(专利权)人：卡尔蔡司工业测量技术有限公司，
类型：发明
国别省市：DE
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