特許 6483775 座標測定機の可動部の位置決定

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6483775

(24)【登録日】2019年2月22日

(45)【発行日】2019年3月13日

(54)【発明の名称】座標測定機の可動部の位置決定

(51)【国際特許分類】

   G01B 21/00 20060101AFI20190304BHJP

   G01B 5/008 20060101ALI20190304BHJP

【ＦＩ】

   G01B21/00 E

   G01B5/008

【請求項の数】12

【外国語出願】

【全頁数】22

(21)【出願番号】特願2017-189592(P2017-189592)

(22)【出願日】2017年9月29日

(65)【公開番号】特開2018-66731(P2018-66731A)

(43)【公開日】2018年4月26日

【審査請求日】2017年11月2日

(31)【優先権主張番号】10 2016 220 097.6

(32)【優先日】2016年10月14日

(33)【優先権主張国】DE

(73)【特許権者】

【識別番号】504267828

【氏名又は名称】カール・ツアイス・インダストリーエレ・メステクニク・ゲーエムベーハー

(74)【代理人】

【識別番号】100147485

【弁理士】

【氏名又は名称】杉村 憲司

(74)【代理人】

【識別番号】230118913

【弁護士】

【氏名又は名称】杉村 光嗣

(74)【代理人】

【識別番号】100202326

【弁理士】

【氏名又は名称】橋本 大佑

(72)【発明者】

【氏名】ウド グルーバー

(72)【発明者】

【氏名】ギュンター グルップ

(72)【発明者】

【氏名】ラルフ バーンハート

【審査官】 河内 悠

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２０１４／０２４９７７２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２０１５−１８４９４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１４／０２２２３７３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開平０３−２５０３０８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｂ ２１／００−２１／３２

Ｇ０１Ｂ ５／００− ５／３０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

座標測定機（２１１）の測定センサ（２０５）が可動部（２０８）の動きによって移動される、前記座標測定機（２１１）の前記可動部（２０８）の位置を決定するための方法であって、
− 前記座標測定機（２１１）の駆動コントローラ又は駆動調整器によって生成される所期の値を前記座標測定機（２１１）の計算モデル（ＭＯＤ）に与えるステップであって、前記駆動コントローラ又は駆動調整器は前記可動部を動かすために又は前記可動部（２０８）及び前記座標測定機（２１１）の少なくとも１つの更なる可動部（２０２、２０３、２０７）を動かすために前記座標測定機（２１１）の少なくとも１つの駆動機構を作動させ、それによって前記測定センサ（２０５）を移動させ、前記所期の値は前記少なくとも１つの駆動機構の所期の状態を予め決定する、与えるステップと、
− 前記座標測定機（２１１）の位置測定システムによって前記可動部（２０８）の位置の値を測定するステップと、
− 前記測定される位置の値と前記計算モデル（ＭＯＤ）の位置推定との間の位置偏差を形成するステップであって、前記位置推定は前記可動部（２０８）上の又は前記可動部（２０８）内の所定位置について前記計算モデル（ＭＯＤ）によって生成される、形成するステップと、
− 前記可動部（２０８）における又は前記可動部（２０８）内の位置である加速度測定位置に配置される加速度センサによって加速度値を測定するステップであって、前記加速度測定位置は前記可動部（２０８）の全ての又は殆どのあり得る移動位置において前記位置測定システムの位置測定場所から或る距離を置かれ、前記可動部（２０８）の全ての又は殆どのあり得る移動位置において前記位置測定システムが前記可動部（２０８）の前記位置の値を測定する前記位置測定システムの前記位置測定場所よりも前記所定位置の近くにある、測定するステップと、
− 前記測定加速度値と前記計算モデル（ＭＯＤ）の加速度推定との間の加速度偏差を形成するステップと
を含み、
前記位置偏差及び前記加速度偏差がその都度重み付けを伴って前記計算モデル（ＭＯＤ）の組合せ装置（３４、４５）に与えられ、前記計算モデル（ＭＯＤ）はそれらを考慮に入れて最新の位置推定及び最新の加速度推定を出力し、前記可動部（２０８）の前記位置は前記最新の位置推定によって決定される、
方法。

【請求項2】

前記組合せ装置（３４）に、前記所期の値、前記位置偏差及び前記加速度偏差がその都度重み付けを伴って与えられる、
請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記組合せ装置（４５）に、状態ベクトルと、重み付けされた前記位置偏差及び前記加速度偏差と、が与えられる、
請求項１に記載の方法。

【請求項4】

前記測定センサ（２０５）を使用して測定される加工物（２１７）の座標が、前記最新の位置推定から並びに前記測定センサ（２０５）の測定値及び／又は信号から確認される、請求項１乃至３の何れか１項に記載の方法。

【請求項5】

前記最新の位置推定及び／又は少なくとも１つの更なる状態変数の値である前記計算モデル（ＭＯＤ）の推定が前記座標測定機（２１１）の前記駆動コントローラ又は駆動調整器に与えられ、前記少なくとも１つの駆動機構を作動させるための制御信号を生成するとき前記駆動コントローラ又は駆動調整器によって使用される、請求項１乃至４の何れか１項に記載の方法。

【請求項6】

前記計算モデル（ＭＯＤ）の計算に対して、より高く設定された重み付けの場合は影響がより大きくなり、より低く設定された重み付けの場合は影響がより小さくなり、前記重み付けは、前記座標測定機（２１１）の前記状態を表す状態変数と、前記駆動コントローラ又は駆動調整器によって生成される前記所期の値とを動作期間中の時間にわたってそれぞれ考慮に入れる品質基準に基づいて確認される、請求項１乃至５の何れか一項に記載の方法。

【請求項7】

− 可動部と、
− 前記可動部（２０８）を直接又は座標測定機（２１１）の少なくとも１つの更なる可動部（２０２、２０３、２０７）によって間接的に駆動するための、従って加工物の座標を測定するための測定センサ（２０５）の動きを駆動するための少なくとも１つの駆動機構と、
− 前記少なくとも１つの駆動機構を作動させるための駆動コントローラ又は駆動調整器と、
− 前記可動部（２０８）の位置の値を測定するための位置測定システムと
を含む座標測定機（２１１）であって、
前記座標測定機（２１１）の動作を計算的にモデリングするための計算モデル（ＭＯＤ）を有する計算装置を更に含み、
− 前記駆動コントローラ又は前記駆動調整器によって生成される所期の値を前記計算モデル（ＭＯＤ）に与えることであって、前記所期の値は前記少なくとも１つの駆動機構の所期の状態をそれぞれ予め決定する、与えること、
− 前記測定される位置の値と前記計算モデル（ＭＯＤ）の位置推定との間の位置偏差を形成することであって、前記位置推定は前記可動部（２０８）上の又は前記可動部（２０８）内の所定位置について前記計算モデル（ＭＯＤ）によって生成される、形成すること、
− 前記可動部（２０８）における又は前記可動部（２０８）内の位置である加速度測定位置に配置される加速度センサによって加速度値を測定することであって、前記加速度測定位置は前記可動部（２０８）の全ての又は殆どのあり得る移動位置において前記位置測定システムの位置測定場所から或る距離を置かれ、前記可動部（２０８）の全ての又は殆どのあり得る移動位置において前記位置測定システムが前記可動部（２０８）の前記位置の値を測定する前記位置測定システムの前記位置測定場所よりも前記所定位置の近くにある、測定すること、
− 前記測定加速度値と前記計算モデル（ＭＯＤ）の加速度推定との間の加速度偏差を形成すること
を行うように構成され、
前記座標測定機（２１１）の前記動作中に前記位置偏差及び前記加速度偏差がその都度重み付けを伴って前記計算モデル（ＭＯＤ）の組合せ装置（３４、４５）に与えられ、前記計算モデル（ＭＯＤ）はそれらを考慮に入れて最新の位置推定及び最新の加速度推定を出力し、前記可動部（２０８）の前記位置は前記最新の位置推定によって決定される、
座標測定機（２１１）。

【請求項8】

前記組合せ装置（３４）に、前記所期の値、前記位置偏差及び前記加速度偏差がその都度重み付けを伴って与えられる、
請求項７に記載の座標測定機（２１１）。

【請求項9】

前記組合せ装置（４５）に、状態ベクトルと、重み付けされた前記位置偏差及び前記加速度偏差と、が与えられる、
請求項７に記載の座標測定機（２１１）。

【請求項10】

前記座標測定機（２１１）が、前記最新の位置推定から並びに前記測定センサ（２０５）の測定値及び／又は信号から前記測定センサ（２０５）を使用して測定される加工物の座標を確認するように構成される、請求項７乃至９の何れか１項に記載の座標測定機。

【請求項11】

動作中、前記座標測定機が、前記最新の位置推定及び／又は少なくとも１つの更なる状態変数の値である前記計算モデル（ＭＯＤ）の推定を前記座標測定機（２１１）の前記駆動コントローラ又は駆動調整器に与えるように構成され、前記駆動コントローラ又は駆動調整器は、前記少なくとも１つの駆動機構を作動させるための制御信号を生成するとき前記最新の位置推定を使用するように構成される、請求項７乃至１０の何れか１項に記載の座標測定機。

【請求項12】

前記計算モデル（ＭＯＤ）の計算に対して、より高く設定された重み付けの場合は影響がより大きくなり、より低く設定された重み付けの場合は影響がより小さくなる、請求項７乃至１１の何れか一項に記載の座標測定機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、座標測定機の可動部の位置を決定するための方法及び座標測定機に関する。

【背景技術】

【0002】

座標測定機（以下ＣＭＭと略記する）の機械的構成及び運動学的構成は異なり得る。例として、このことはポータル設計、多関節アーム設計、平行の運動学的設計、又は水平アーム設計を有するＣＭＭに関係し得る。全ての場合においてＣＭＭは可動部を有し、その可動部上には測定センサが直接又は間接的に固定され又は結合される。従って、とりわけ検査対象物の座標を決定するためにセンサの助力を受けて検査対象物が測定される位置及び／又はアラインメントに前述の測定センサを導くために、可動部を動かすことによって測定センサも移動される。或いは又は加えて、測定センサは移動中に検査対象物を例えば走査式に感知することができる。可動部の動きはＣＭＭの少なくとも１つの駆動機構によって駆動される。

【0003】

一例として、センサはＣＭＭの可動部（例えば中空軸やアーム）上に装着される測定ヘッドである。測定ヘッド上にはプローブ（例えばプローブピン）を装着することができ、ＣＭＭはそのプローブを使用して加工物の表面を接触式に調べる。従って、測定しようとする加工物を接触式に調べるためのプローブもセンサ又はセンサの一部の一例である。測定ヘッドはセンサシステムを有し、とりわけかかるセンサシステムはそれを評価することで座標を突き止めることを可能にする測定信号を生成する。

【0004】

但し、他の測定センサも座標測定技術において出現する。一例として、センサは単に座標の測定を開始し得る。これは例えば、測定しようとする加工物と接触するときスイッチング信号を生成するスイッチング測定ヘッドの場合に当てはまり、かかるスイッチング信号は例えばＣＭＭの可動部において位置測定システムのスケールを読み取ることによって座標の測定を開始する。原則的に、センサは接触によって測定を行う（加工物を接触式に調べる）センサと、接触による測定を行わないセンサとに分類することができる。例として、座標測定用の光学センサ（例えばカメラ）や容量センサは、接触感知の原理に基づかないセンサである。更に、特に同時に検出される加工物の領域の種類や大きさによってセンサを分類することができる。具体的には、センサは加工物の面上の或いは内部の点又は領域の座標しか測定できない場合があり、又は加工物の体積の座標を測定する場合がある。

【0005】

具体的には、測定センサは座標測定機の可動部又は可動部の少なくとも１つに確実に接続することができ、その位置は座標測定機の動作中にＣＭＭの位置測定システムによって測定される。確実な接続は、再び取り外せる接続も意味すると理解すべきであり、前述の接続は例えば交換インタフェースによって確立され又は交換インタフェースで構成される。確実な接続の代わりに又はそれに加えて、測定センサと座標測定機の可動部の少なくとも１つとの間に可動式の接続があっても良く、又は前述の可動式の接続が確立され得る。一例として、測定センサは１つの回転軸を有する又は複数の回転軸を有する回転ジョイントによって可動部の１つに接続され得る。一例としてこの可動部は、ポータル設計若しくはガントリ設計を有する座標測定機の中空軸又は水平アーム設計を有する座標測定機の水平アームであり得る。可動式の接続の場合は少なくとも１つの交換インタフェースを使用することもできる。それぞれの交換インタフェースは、測定センサ及び／又は回転ジョイントの結合及び結合解除を可能にする。

【0006】

具体的には、可動部は伸長部、例えばアームとすることができ、伸長部の長さは伸長部の幅及び奥行の倍数（例えば少なくとも５倍や少なくとも１０倍）である。幅及び奥行は、長手方向に垂直な互いに直交する２方向に測定され得る。

【0007】

とりわけＣＭＭの少なくとも１つの駆動機構によって励起される機械的振動が、少なくとも１つの可動部及びその可動部に直接又は間接的に接続され又は結合される測定センサを有する上記の種類のＣＭＭ内で生じ得る。かかる振動は、センサが間接的に又は直接接続され又は結合される可動部においても生じる。ＣＭＭの位置測定システムが可動部の現在位置を測定しても、位置測定システムはほぼ全ての移動位置において測定センサに接続され又は結合される可動部領域の位置を測定しない。ほぼ全ての移動位置において、位置測定システムが可動部の位置を測定する点は、測定センサが結合され又は接続される領域からかなりの距離又は更に離れた距離にある。従って位置測定システムは、振動による領域の位置の意図的でない変化を直接測定することができない。

【0008】

他方で、測定センサの位置を決定し、従って測定センサの助力を受けて測定される検査対象物の座標を決定するためにも、測定センサが結合され又は固定される領域の位置が必要である。座標は測定センサの座標系の中だけでなく、とりわけ検査対象物又は座標測定機の定置台の座標系の中でも決定されるべきである。

【0009】

一例として、ポータル設計（即ちブリッジ設計）を有する座標測定機の場合、振動は測定ヘッドが結合される中空軸の下端において全ブリッジ又は全ポータルが変位し得る方向（規則としてＹ方向と示す）に生じ得る。水平アーム設計を有する座標測定機の事例では、とりわけ測定センサが取り付けられる非常に長い水平アームの場合、土台に対して変位し得るスタンドと一緒に水平アームが移動し得る方向（規則としてＸ方向と示す）に著しい振動が生じる可能性がある。

【0010】

例えば中空軸の下端又は水平アームの端部に加速度センサを設けることができ、前述の加速度センサは、測定センサが結合され又は接続される領域内の振動による加速度を測定する。時間に応じた加速度センサの測定値は２回時間積分することができ、それにより位置決めに応じて位置が得られる。しかし、これは２回積分するための初期値が知られており、加速度センサ更には２回時間積分することが結果を偽り伝える著しい誤差を引き起こさないことを前提とする。何れにせよ機械的振動の影響も考慮すべき場合、永続的に動作させるためにＣＭＭ上に正当な費用で組み立てることができる加速度センサは、座標測定機の典型的な動作時間にわたる位置について十分正確な決定結果を与えないことを本発明者らによる試行が明らかにしている。代わりに、時が経つにつれて決定結果の位相及び振幅が振動の実際の位相及び振幅から次第にずれていくことが分かった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0011】

【特許文献1】米国特許出願公開第２０１６／０１７８３６２ Ａ１号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0012】

本発明の目的は、座標測定機の可動部の位置を決定するための方法、及び機械的振動が可動部上で生じても可動部の位置を決定することを助ける座標測定機を規定することである。

【課題を解決するための手段】

【0013】

本発明によれば、座標測定機の位置測定システムによって可動部の位置測定値が測定される。本明細書では可動部の位置は、可動部自体にある位置測定システム、又は測定しようとする位置若しくは位置成分（例えばＹ方向の位置成分）に関して可動部と同じように移動される別の可動部にある位置測定システムによって測定され得る。一例として、可動部の（例えばブリッジ設計を有するＣＭＭの中空軸の）Ｙ位置はブリッジの支柱の少なくとも１つにおいて測定することができ、それにより中空軸のＹ位置も再現する。しかし、それらの位置測定値は、ブリッジの支柱の位置からの中空軸の位置の中空軸の振動による如何なる偏差も含まない。

【0014】

更に、可動部の加速度値が測定される。その結果、可動部の機械的振動が測定学式に捕捉される。ブリッジ設計を有するＣＭＭの例では、加速度センサが例えば中空軸の下端に位置する。水平アームの測定機の場合、加速度センサは、例えば測定センサも結合され又は測定センサが接続される水平アームの端部に位置する。

【0015】

更に、座標測定機の計算モデル（例えばＣＭＭのコントローラ内のコンピュータによって実装される）が使用され、座標測定機の駆動コントローラ又は駆動調整器からの所期の値が計算モデルに与えられる。例として、少なくとも１つの駆動モータの所期の回転速度、所期の速度、又は所期の電流の値が計算モデルに与えられる。所期の値は、少なくとも１つの駆動モータを動作させるための所期の値であり、少なくとも１つの駆動モータにより、可動部の動きが少なくとも１つの更なる可動部によって間接的に駆動され又は直接駆動される。１つの位置成分しか測定されない場合、成分の方向に関係する所期の値、例えば可動部の動きをその方向にもたらす駆動モータの所期の電流や所期の回転速度だけを計算モデルに与えることができる。駆動コントローラ又は駆動調整器は、やはり計算モデルに与えられる所期の値によって動作させられる。これは、所期の値が駆動コントローラ又は駆動調整器の更なる部分に与えられる（例えば位置調整器の出力信号としての所期の回転速度が回転速度調整器に与えられ、又は回転速度調整器の出力信号としての所期の電流値が電流調整器に与えられる）こと、及び／又は少なくとも１つの駆動モータがそれぞれ有効な所期の値に従って作動されることを意味し得る。一例として、所期の電流に対応する電流が設定される。ここでは、任意の制御されたシステム又は調整されたシステムと同じように実際の電流値と所期の電流値との偏差があり得る。

【0016】

計算モデルは位置及び加速度の推定値を出力するように構成される。加速度とは、加速度センサの測定位置における加速度である。位置推定とは、可動部における又は可動部内の所定位置に関する推定である。位置測定システムによって可動部の位置が測定される場所は位置推定のための所定位置から常にずれ、又は（移動位置に応じた可動部自体における測定の場合は）通常ずれる。ここでは、位置推定のための所定位置から或る距離を置いた位置測定システムの位置測定場所も可動部の位置に関する値を与え、前述の値が位置推定のための所定位置に関係し又は変換できると仮定する。従って、位置測定値の時定数の偏差がなく、位置推定又は前述の偏差が訂正される。従って全体的に、位置測定値及び位置推定が同じであり又は互いに変換可能である。但しそれでもなお、位置測定場所では同じように起こらない機械的振動により所定位置において差異が生じる。本発明にとって重要なのは、両方の位置の値の時間平均が数回の振動周期の期間にわたって同じであること、又は振動を被らない所定位置における位置の値と位置測定値とのように時間平均が互いからずれることである。

【0017】

測定される位置の値及び計算モデルの位置推定から形成される位置偏差も、測定加速度値と計算モデルによって推定される加速度値との間に存在する加速度偏差のように計算モデルに与えられる。計算モデルは位置偏差及び加速度偏差を考慮し、適切に更新された位置推定及び更新された加速度推定を出力する。

【0018】

この説明で測定値、推定、及び偏差に関して複数形を使用する場合、そのことは測定値が繰り返し測定され、推定が計算モデルによって繰り返し生成され出力され、少なくとも１つの測定値と少なくとも１つの推定との間の偏差が繰り返し形成されることを意味する。具体的には、現在位置の測定値と現在位置の推定との間の位置偏差をＣＭＭの動作の現時点においてその都度形成することができ、前述の位置偏差を計算モデルにフィードバックすることができる。同じことが加速度値にも当てはまる。但し、現時点における複数の測定値及び／又は複数の推定を考慮に入れて複数の偏差又は１つの偏差を確認することも除外されない。

【0019】

とりわけ計算モデルを用いたＣＭＭの動作は、連続した作業サイクル内で計算モデルの演算を繰り返し実行する場合に行われ得る。

【0020】

計算モデルを使用する上記の手続きは、計算モデルの演算を繰り返し実行することに関して、計算モデルに入力変数を繰り返し与えることに関して、並びに計算モデルの出力変数の繰り返しの出力及び処理に関して原理的に制御工学から知られている。従って、とりわけ所謂オブザーバ及び所謂カルマンフィルタに関する制御工学の基礎についてはここでは繰り返さない。原則の問題として、それらは座標測定学分野の当業者にも知られている。一例として（特許文献１）は、オブザーバ又はカルマンフィルタを使用して座標測定機のセンサ素子の振動の機械的影響を補償することについて記載しているが、（特許文献１）でのセンサ素子は、センサ素子によって加えられるべき測定力をもたらすためのアクチュエータと組み合わせられ、アクチュエータは機械的振動を抑え又は補償するために作動させられる。位置測定場所と位置推定のための所定位置との間の距離はそこでは考慮されず、計算モデルに対する加速度偏差及び位置偏差のフィードバックもない。

【0021】

これらの偏差のフィードバックは、可動部の振動を考慮に入れる最新の推定を計算モデルが出力することを可能にする。加速度偏差のフィードバックだけでなく位置偏差のフィードバックもあるので、一方で実際の振動間の位相差及び振幅差、他方で加速度センサの加速度測定値を考慮に入れることができる。位置測定場所と位置推定のための所定位置とが概して互いに隔てられていても、位置測定システムは位置推定のための所定位置において測定を行わないので、位置偏差によって計算モデルに与えられる情報をこの趣旨で使用することができる。他方で加速度偏差は、数回の振動周期にわたる振動プロファイルを再現する計算モデル向けの情報を含む。従って機械的振動の場合に、所定位置における可動部の位置を計算モデルによって推定することもできる。

【0022】

具体的には以下の内容を提案する。座標測定機の測定センサが可動部の動きによって移動される、座標測定機の可動部の位置を決定するための方法であって、
− 座標測定機の駆動コントローラ又は駆動調整器によって生成される所期の値（即ち少なくとも１つの被制御変数の値）を座標測定機の計算モデルに与えるステップであって、駆動コントローラ又は駆動調整器は可動部を動かすために又は可動部及び座標測定機の少なくとも１つの更なる可動部を動かすために座標測定機の少なくとも１つの駆動機構を作動させ、それによって測定センサを移動させ、所期の値は少なくとも１つの駆動機構の所期の状態を予め決定する、与えるステップと、
− 座標測定機の位置測定システムによって可動部の位置の値を測定するステップと、
− 測定される位置の値と計算モデルの位置推定との間の位置偏差を形成するステップであって、位置推定は可動部上の又は可動部内の所定位置について計算モデルによって生成される、形成するステップと、
− 可動部における又は可動部内の位置である加速度測定位置に配置される加速度センサによって加速度値を測定するステップであって、加速度測定位置は可動部の全ての又は殆どのあり得る移動位置において位置測定システムの位置測定場所から或る距離を置かれ、可動部の全ての又は殆どのあり得る移動位置において位置測定システムが可動部の位置の値を測定する位置測定システムの位置測定場所よりも所定位置の近くにある、測定するステップと、
− 測定加速度値と計算モデルの加速度推定との間の加速度偏差を形成するステップと
を含み、
位置偏差及び加速度偏差が計算モデルに与えられ、計算モデルはそれらを考慮に入れて最新の位置推定及び最新の加速度推定を出力し、可動部の位置は最新の位置推定によって決定される、
方法。

【0023】

更に以下の内容も提案する。
− 可動部と、
− 可動部を直接又は座標測定機の少なくとも１つの更なる可動部によって間接的に駆動するための、従って加工物の座標を測定するための測定センサの動きを駆動するための少なくとも１つの駆動機構と、
− 少なくとも１つの駆動機構を作動させるための駆動コントローラ又は駆動調整器と、
− 可動部の位置の値を測定するための位置測定システムと
を含む座標測定機であって、
座標測定機の動作を計算的にモデリングするための計算モデルを有する計算装置を更に含み、
− 駆動コントローラ又は駆動調整器によって生成される所期の値を計算モデルに与えることであって、所期の値は少なくとも１つの駆動機構の所期の状態をそれぞれ予め決定する、与えること、
− 測定される位置の値と計算モデルの位置推定との間の位置偏差を形成することであって、位置推定は可動部上の又は可動部内の所定位置について計算モデルによって生成される、形成すること、
− 可動部における又は可動部内の位置である加速度測定位置に配置される加速度センサによって加速度値を測定することであって、加速度測定位置は可動部の全ての又は殆どのあり得る移動位置において位置測定システムの位置測定場所から或る距離を置かれ、可動部の全ての又は殆どのあり得る移動位置において位置測定システムが可動部の位置の値を測定する位置測定システムの位置測定場所よりも所定位置の近くにある、測定すること、
− 測定加速度値と計算モデルの加速度推定との間の加速度偏差を形成すること
を行うように構成され、
− 座標測定機の動作中に位置偏差及び加速度偏差が計算モデルに与えられ、計算モデルはそれらを考慮に入れて最新の位置推定及び最新の加速度推定を出力し、可動部の位置は最新の位置推定によって決定される、
座標測定機。

【0024】

とりわけ、絶対的な増分位置値及び／又は位置マークを有するスケールが位置測定システムの一部であり得る。例として、スケールは可動部上に形成され且つ／又は可動部に接続され得る。位置測定システムの少なくとも１つの位置センサを、可動部がそれに対して移動するＣＭＭの一部に配置することができる。この可動部は、ＣＭＭの測定センサが接続され又は測定センサが結合される可動部であり得る。但し、このスケールを有する可動部は、測定センサが結合され又は測定センサが接続される可動部と一緒に移動するＣＭＭの別の可動部とすることもできる。

【0025】

計算モデルが位置推定を生成する所定位置は、とりわけ測定センサが接続され又は測定センサが結合される可動部の一端における位置であり得る。とりわけその所定位置は、測定センサが配置される可動部の端部に関係し得る。可動部は伸長部とすることができ、端部は長手方向の伸長部の先端にあり得る。或いは又は加えて、所定位置は加速度センサが配置される位置であり得る。つまり、加速度測定位置と計算モデルの位置推定のための所定位置とが同じである。

【0026】

本方法及び座標測定機の実施形態及び構成を以下に記載する。

【0027】

或る構成によれば、測定センサを使用して測定される加工物の座標が最新の位置推定から、並びに測定センサの測定値及び／又は信号から確認される。一例として、スイッチング型の測定センサの場合、座標を決定するためにかかる測定センサの信号が使用される。座標測定機は、方法の構成に従って構成され得る。とりわけ座標を確認するとき、位置推定を位置の値として直ちに使用することができる。

【0028】

或いは又は加えて、少なくとも１つの更なる状態変数（例えば可動部の速度値）の最新の位置推定及び／又は最新の推定が座標測定機の駆動コントローラ又は駆動調整器に与えられ、少なくとも１つの駆動機構を作動させるための制御信号を生成するとき駆動コントローラ又は駆動調整器によって使用されても良い。座標測定機及び駆動コントローラ又は駆動調整器はしかるべく構成され得る。このようにして、可動部の振動を制御信号及び少なくとも１つの駆動機構の対応する動作によって抑え又は補償することができる。

【0029】

或る構成では、駆動コントローラ又は駆動調整器の所期の値、位置偏差及び／又は加速度偏差がその都度重み付けを伴って計算モデルに与えられ、そのため計算モデルの計算に対して、より高く設定された重み付けの場合は影響がより大きくなり、より低く設定された重み付けの場合は影響がより小さくなる。重み付けは、座標測定機の状態を表す状態変数と、駆動コントローラ又は駆動調整器によって生成される所期の値とを動作期間中の時間にわたってそれぞれ考慮に入れる品質基準に基づいて確認される。座標測定機は、所期の値、位置偏差、及び／又は加速度偏差を調節可能な重み付けを伴って計算モデルに与えるように構成され得る。従って座標測定機は、それにより重み付けを設定することができる適切な入力インタフェースを有する。品質基準の適用結果が例えばＣＭＭ自体によって確認され、そこから生じる重み付けが計算モデルに自動で採用される場合、調節は自動で行われ得る。

【0030】

重み付けを設定することによって計算モデルを改善すること、とりわけ品質基準に基づいて計算モデルを最適化することができる。一例として、異なる座標測定機は可動部の機械的振動に関して異なる挙動を有する。例えば可動部に異なる測定センサが結合される場合、同じ座標測定機が異なる挙動を有することもある。計算モデルを改善することは、とりわけ所定位置における機械的振動に関して、所定位置における位置の時間的プロファイルの推定を改善することをもたらし得る。

【0031】

具体的には、それにより所期の値、位置偏差、及び／又は加速度偏差の影響が設定されるそれぞれの重み付けは、複数の重み付け成分で構成され得る。重み付け成分のそれぞれは、座標測定機の状態を表す複数の状態変数のうちの１つに対する影響を設定し得る。

【0032】

具体的には、品質基準はスカラ変数のスケールに基づいて評価可能な結果を与えることができ、とりわけ結果がスケール上でより高くにあるのかより低くにあるのかを確認することができる。とりわけ品質基準内で考慮される重み付けは、品質基準の結果がスケール上で極小をもたらすまで、又は代替的実施形態では極大をもたらすまで変えることができる。この最小化又は最大化により、最適化された計算モデルをもたらす関連する重み付けが確認される。

【0033】

次に本発明の例示的実施形態を添付図面に関して説明する。

【図面の簡単な説明】

【0034】

【図1】本発明に関連して用途を見出すことができる座標測定機の一種の一例としてポータル設計を有する座標測定機を示す。

【図2】例えば図１に示す座標測定機に関係し得るシステムを概略的に示し、例えば近似伝達関数形式の計算モデルがシステムから確認される。

【図3】オブザーバに基づく計算モデルの一例示的実施形態を概略的に示す。

【図4】カルマンフィルタに基づく計算モデルの一例示的実施形態を概略的に示す。

【図5】機械的振動を抑え又は補償するための駆動調整用のフィードバックを有する計算モデルの一例示的実施形態を概略的に示す。

【発明を実施するための形態】

【0035】

図１に示すポータル設計を有する座標測定機（ＣＭＭ）２１１は測定台２０１を含み、その上に支柱２０２、２０３がデカルト座標系のＹ方向に移動可能な方法で配置される。横ばり２０４と共に、支柱２０２、２０３はＣＭＭ２１１のポータルを形成する。横ばり２０４はその両端において支柱２０２及び２０３にそれぞれ接続される。駆動機構としての電気モータ（不図示）が、支柱２０２、２０３の直線運動及び支柱２０２、２０３によって運ばれるパーツの直線運動をＹ方向に延びる移動軸に沿って引き起こす。ここでは例えば１つの電気モータが２つの支柱２０２、２０３のそれぞれに関連する。横ばり２０４は、デカルト座標系のＸ方向に横ばり２０４に沿って例えば空気軸受によって移動可能な横送り台２０７と組み合わせられる。スケールの目盛２０６に基づいて横ばり２０４に対する横送り台２０７の現在位置を明らかにすることができる。Ｘ方向の移動軸に沿った横送り台２０７の動きは、駆動機構としての少なくとも１つの更なる電気モータ（不図示）によって駆動される。垂直方向に移動可能な中空軸２０８が横送り台２０７に装着され、横送り台２０７の下端において測定ヘッド２０５に取付装置２１０によって接続される。角度がついた単一軸の回転ジョイント２１５が、交換インタフェース２０９によって測定ヘッド２０５に結合される。回転ジョイント２１５を使用し、プローブピン１１１がプローブ球１２１に接続される。更なる電気モータ（不図示）によって駆動され、回転ジョイント２１５がＺ軸に平行に延びるデカルト座標系の回転軸を中心に回転されても良く、それによりプローブピンが例えば測定台２０１上に立つ検査対象物２１７の方向に整列する。

【0036】

更に図１は、概略的に示す接続２３０によって測定ヘッドから測定信号を受信する評価装置２２０を示す。ＣＭＭ２１１の概略的に示すコントローラ２２２が駆動機構（例えば上記の電気モータ）を作動させる。具体的には、コントローラ２２２は、駆動機構を制御することによってプローブピン１１１を所望の位置に移動させ、プローブピン１１１を所望の測定方向に整列させることができる。

【0037】

コントローラ２２２は、計算装置２２１に更に結合され又は計算装置２２１を含み、計算装置２２１内では、ＣＭＭ２１１の計算モデルの計算がＣＭＭ２１１の動作中に繰り返し実行される。計算モデルは、所定位置、とりわけ中空軸２０８の底部における可動部の位置の位置推定を繰り返し生成し、位置推定は所定位置における機械的振動も考慮に入れる。

【0038】

とりわけ所定位置に又は所定位置の近くに少なくとも１つの加速度センサが（例えば測定ヘッド２０５の一部として又は取付装置２１０に組み込まれて）配置される。一例として、加速度センサは、図１では狭まった円筒部分として描かれている取付装置２１０の上部に組み込むことができる。具体的には、少なくとも１つの加速度センサはＹ方向の加速度を厳密に言えば繰り返し、とりわけ各作業サイクル内で測定し、後で計算装置２２１に転送される加速度測定値を出力する。これを使用し、特に支柱２０２、２０３の駆動機構、横送り台２０７の駆動機構、及び／又は中空軸２０８の駆動機構によって励起される機械的振動による加速度を考慮に入れることができる。但し、少なくとも１つの加速度センサが測定位置における加速度の異なる成分又は測定位置における加速度の複数の成分を測定することも可能である。

【0039】

計算装置２２１の動作にとって、従ってＣＭＭ２１１の計算モデルにおいて、加速度測定値及び位置測定システムの位置測定値が同じ成分（例えばＹ方向に関する成分）について測定され与えられることが好ましい。（例えばＹ方向及びＸ方向に関する）複数の成分の場合、対応する偏差が推定を行うために使用されモデルに与えられることにより、同じ成分に関する測定値が加速度及び位置の両方について計算モデル内で再び考慮される。

【0040】

図１の横ばり２０４の下端において垂直方向に延びる複数本の短い線によって位置測定システムのスケールを表す。更なるスケールが、とりわけ中空軸２０８に沿う垂直方向（Ｚ方向）に、及び測定台２０１の長手方向の縁に沿う水平方向（Ｙ方向）に延び得る。ＣＭＭ２１１の一部の上にそれぞれ配置され、それに対してスケールが移動する割り当てられた位置測定センサを使用し、位置測定システムは中空軸２０８の位置をとりわけＹ方向、Ｘ方向、及びＺ方向に測定する。計算モデルの演算にこれらの測定値のどれを使用するのかは、計算モデルによって位置を決定するとき、これらの方向のどれに対して機械的振動を確認することを意図するのかに関係する問題によって決まる。計算モデルは、位置測定システムによって直接得られる位置測定値を、この（これらの）成分又は方向に関する自らの位置推定で置換する。

【0041】

具体的には、位置推定は、測定ヘッド２０５の測定値からＣＭＭ２１１の座標系内で測定しようとする加工物２１７の座標を確認するために使用される。一例として、この目的を達成するために中空軸２０８の下部にある所定位置の位置推定が使用される。

【0042】

或いは又は加えて、駆動コントローラを動作させるために、位置推定及び／又は少なくとも１つの更なる状態変数（例えば速度値、加速度値、及び／又は非物理的状態変数の値）の推定を使用することができる。一例として、位置推定及び／又は他の推定がとりわけ駆動コントローラ又は駆動調整器の各作業サイクル内で繰り返し考慮され、ＣＭＭ２１１の駆動機構を作動させるための制御信号がそこから生成される。従って、それらの制御信号を使用して所定位置における機械的振動を抑え又は補償することができる。

【0043】

次に、システムＳＹＳ、例えば図１に示す座標測定機２１１について例えば近似伝達関数形式のモデルをどのように確認できるのかを図２に関して説明する。

【0044】

システムＳＹＳの少なくとも１つの駆動機構を作動させる別個に図示する調整器ＲＥＧが、調整器ＲＥＧの別の部分に与えられ又はシステムＳＹＳの少なくとも１つの駆動機構に直接与えられる制御信号を出力する。それらの出力信号は、システムＳＹＳにとっての入力信号ＩＮＰである。それを受けてシステムＳＹＳが出力信号ＯＰＴを出力する。本発明に関して、入力信号ＩＮＰは駆動コントローラ又は駆動調整器の所期の値であり、計算モデルに与えられる。出力信号ＯＰＴは、少なくとも位置測定値及び／又は加速度測定値である。

【0045】

システムＳＹＳを識別する方法ステップＩＤＴでは、入力信号ＩＮＰ及び出力信号ＯＰＴを処理してシステムＳＹＳのモデルＭＯＤを形成する。任意選択的に、入力信号ＩＮＰ及び出力信号ＯＰＴに加えて追加の情報、例えばシステムＳＹＳの物理的特性に関する情報をモデルＭＯＤに使用することができる。

【0046】

位置推定によって座標測定機の可動部の位置を決定するために使用される計算モデルは、とりわけ図２のモデルＭＯＤであり得る。但し本発明は図２のモデルに限定されない。異なる種類のモデルがあっても良い。

【0047】

計算モデルは、例えば図２の計算モデルＭＯＤの場合のようにとりわけモデルを規定するために入力信号ＩＮＰ及び出力信号ＯＰＴが使用される場合、自らの計算内でシステムの状態変数を使用することができる。状態変数は、所定位置における可動部の位置、とりわけ少なくとも１つの加速度センサの測定位置における可動部の対応する速度や可動部の対応する加速度等の物理的な状態変数であり得る。但し、或いは又は加えて、それらの状態変数は規定された物理的意味を有さない純粋に数学的な状態変数でも良い。具体的には、状態変数の全体を状態ベクトルによって表すことができ、その成分は個々の状態変数である。かかる状態ベクトルは、状態ベクトルと演算行列との乗算によって表わされ得るやり方で計算モデルによって処理され得る。

【0048】

従って、一般的な言葉で表現すると、計算モデルは純粋に数学的なモデルとすることができ、又は少なくとも部分的な物理的意味を有する数学的モデルとすることができる。計算モデルは、機械的振動に関するシステムの挙動が、例えばシステムによるばね−質量相互作用を表す近似微分方程式によって表わされる純粋に物理的なモデルとすることもできる。この場合、計算モデルの実装される形式は微分方程式の解又は近似解を含む。

【0049】

ＣＭＭの計算的モデリングにＣＭＭの質量、機械的振動を抑えるためのＣＭＭの減衰特性、及びＣＭＭの剛性特性を使用する有限要素モデル（ＦＥＭ）は、座標測定機の物理的モデリングの別の形式である。かかるＦＥＭについては座標測定学の分野で既に説明されており、ここではこれ以上詳しく説明しない。計算モデル内に実装されるＦＥＭは、機械的振動をもたらす作用加振力を考慮に入れてシステム挙動を表す行列及び／又はベクトルを例えばコンピュータプログラムとして出力し得る。このようにして、本発明の目的に適した状態空間モデルを生成することができる。

【0050】

計算モデルによって位置を推定するための所定位置におけるＣＭＭの振動挙動は、ＣＭＭの運動状態に依存し得る。一例として、最大に伸長された水平アームの場合の振動挙動は、水平アームが短く伸長される場合と異なり得る。ポータル設計を有するＣＭＭの場合、振動挙動は３つの直線軸Ｘ、Ｙ、及びＺのそれぞれに関する移動位置にも概して依存する。具体的には、横ばり（図１の参照番号２０４）に沿って移動可能なスライド（図１の参照番号２０７）のＸ方向の位置は、中空軸（図１の参照番号２０８）の下端における振動挙動にとって重要である。同じことが、振動挙動にとってやはり重要である中空軸のＺ位置にも当てはまる。

【0051】

計算モデルは、ＣＭＭの少なくとも１つの直線軸及び／又は回転軸に関する振動挙動の位置依存性もモデル内で考慮に入れることができる。但し如何なる場合にも、計算モデルへの位置偏差及び加速度偏差のフィードバックにより、計算モデルは位置変化に対してロバストである。異なる振動挙動、例えば異なる振動数や異なる振動振幅が加速度センサの測定信号によって捕捉され、その結果、モデルは前述の異なる振動挙動を加速度偏差の形で利用できる。

【0052】

或いは又は加えて、可動部の位置に対するシステムの振動挙動の依存性を、可動部の位置に応じた様々な値を有するモデルのパラメータによって考慮に入れることもできる。更に、可動部の様々な位置のための専用モデルをそれぞれ確認し、その位置に対してそれぞれ定められるモデルをＣＭＭの動作中に使用することが代替的に又は追加で可能である。モデルの数を現実的な最大数に制限するために、可動部の位置に関する空間区域を定めることができ、空間区域のそれぞれについて割り当てられた計算モデルが使用される。とりわけ所定位置が空間区域の中にある場合に関連するモデルが使用される。

【0053】

所期の値（図２の例の入力信号ＩＮＰ）は、アナログ変数の値又はデジタル値とすることができる。一例として、これは駆動コントローラ又は駆動調整器がアナログ値を生成して出力するかデジタル値を生成して出力するかによって決まる。デジタルの所期の値の場合、デジタル計算モデルのためにアナログ値をデジタル値に変換することが省かれる。

【0054】

更なる説明は計算モデルの例示的実施形態を何度か使い、その計算モデルでは上記のように複数の状態変数がそれぞれのシステム状態を表す。所定位置における位置の推定及び特に加速度センサの測定位置における加速度を生成して出力するために、状態変数が所謂状態空間モデル内でとりわけ状態ベクトルの成分として処理される。

【0055】

より詳細に更に説明するように、計算モデルはオブザーバ又はカルマンフィルタの原理に基づいて実装することができる。計算モデルの計算操作は、とりわけＣＭＭのコントローラ、特にリアルタイムコントローラのシステムクロックを用いて繰り返し実行される。具体的には、１組の入力値（所期の値、加速度偏差値、及び位置偏差値）が受信され、位置推定及び加速度推定が各作業サイクル内で出力される。位置偏差及び加速度偏差の値がそこで与えられる計算モデルの作業サイクル内の位置は、オブザーバとしての又はカルマンフィルタとしての実施形態に依存する。

【0056】

既に述べたように、推定位置及び位置測定システムによって測定される位置の時間平均は機械的振動の数回の振動周期にわたって互いにずれず、又は定数の分だけずれるに過ぎない。計算モデルにフィードバックされる位置偏差の重み付けを設定することによってこの挙動が保証されること、及び該当する限りにおいて時間の点で一定である偏差だけが残ることが好ましく、前述の偏差は機械が振動していない状態の所定位置と位置測定場所との間の距離に由来する。更に、計算モデルにフィードバックされる加速度偏差値の重み付けは、計算モデルによって確認される所定位置の推定位置の時間的プロファイルが、数回（例えば３回や５回）の振動周期にわたる加速度測定値から生じる振動プロファイルに従うやり方で設定されることが好ましいが、加速度センサの位相測定誤差により、加速度測定値の時間プロファイルと推定加速度値との間には位相オフセットが生じる場合がある。

【0057】

オブザーバに基づく計算モデルの一例示的実施形態について図３に関してまず以下で説明する。図２にあるように、このシステムはＳＹＳで示す長方形の枠によって図３でも概略的に示されている。駆動コントローラ又は駆動調整器の所期の値ＤＡＣが、システムＳＹＳ及び計算モデルＭＯＤの両方に与えられる。値の供給及び処理が、とりわけＣＭＭのシステム作業サイクル内で実施される。システムの出力変数は、ＣＭＭの位置測定システムの位置測定値の形で生成される可動部の位置ｓと、加速度測定値の形で存在する加速度センサの測定位置における加速度ａとである。推定、つまり加速度推定

【数1】

及び位置推定

【数2】

が計算モデルＭＯＤによって出力される。現在測定されているそれぞれの位置の値ｓとそれぞれの現在の位置推定

【数3】

との間の偏差が第１の確認装置３１によって確認され、その結果生じる偏差Δｓが計算モデルＭＯＤにフィードバックされる。第２の確認装置３２が、現在の加速度測定値ａと現在の加速度推定

【数4】

との間の偏差をそれぞれ確認し、対応する加速度偏差値Δａを計算モデルＭＯＤにフィードバックする。

【0058】

ここでは、位置偏差Δｓが重み付け演算子Ｈ_１（例えばスカラ、ベクトル、又は行列）と乗算される。ベクトル又は行列の場合、この第１の重み付け演算子Ｈ_１の成分は何れの場合にも、システムＳＹＳの状態を表す状態ベクトル又は状態空間の状態変数に関する重み付け成分である。とりわけ、重み付け成分は時間的に一定の、即ち経時変化しない重み付け成分であり得る。状態変数は物理的な状態変数及び数学的な状態変数の両方であり得る。一例として、計算モデルＭＯＤは、所定位置における位置の物理的な状態変数、加速度センサの測定位置における加速度、及び任意選択的に例えば時間に対して位置を微分することによって且つ／又は時間に対して加速度を積分することによって確認可能な所定位置における速度も使用する。第１の重み付け演算子Ｈ_１に関するような同じことが第２の重み付け演算子Ｈ_２にも当てはまり、第２の重み付け演算子Ｈ_２によって加速度偏差Δａが重み付けされ、それによって、例えば異なる重み付け成分によって様々な状態変数に関する重み付けを行うことが可能である。第１の重み付け演算子Ｈ_１及び第２の重み付け演算子Ｈ_２の重み付け成分はゼロ値を有することができ、即ち個々の状態変数に関してそれぞれの偏差の影響が与えられない。

【0059】

任意選択的にこの例示的実施形態では、システムＳＹＳの挙動をより良く表せるようにするために、物理的な状態変数に加えて、例えば３つ、４つ、又は５つの純粋に数学的な状態変数を追加することができる。

【0060】

こうして重み付けされる偏差Δｓ及びΔａは、組合せ装置３４によって計算モデルＭＯＤに与えられる。更に、この例示的実施形態では重み付け演算子Ｂ（例えばスカラ、ベクトル、又は行列）との乗算によって重み付けされる、駆動コントローラ又は駆動調整器の所期の値ＤＡＣが組合せ装置３４に与えられる。とりわけ重み付け演算子Ｂは、状態空間モデルの制御ベクトルに対応する。任意選択的に、重み付け演算子Ｈのように重み付け演算子Ｂは、モデルの様々な状態変数に対するそれぞれに現在有効な所期の値の影響を設定する非常に多数の重み付け成分を有し得る。重み付け演算子Ｂがスカラの場合、モデルのこの時点において様々な状態変数に対する影響は引き起こされない。

【0061】

参照番号３３は遅延部材（ｒｅｔａｒｄａｔｉｏｎ ｍｅｍｂｅｒ）を示す。かかる遅延部材は、制御を表すために制御工学から知られており、データのクロック処理に対応する挙動を記号で表す。図３の場合、このことは所期の値ＤＡＣ、位置偏差Δｓ、及び加速度偏差Δａから生成される計算モデルＭＯＤの入力値が次の作業サイクル内でのみ重要であることを意味する。かかる入力値は、図３の下部の行列Ａによって表わすモデルの実際の計算操作、及び組合せ装置３４に同様に与えられる各作業サイクル内のモデルの計算操作の結果から得られる。従ってこれらの実際の計算操作は、先行する作業サイクルからモデルに与えられる値を使用する。更に、行列Ｃ（或いはベクトル）を用いた演算によって表わすように、組み合せ後の計算結果が各作業サイクル内で１作業サイクルの遅延を伴って組合せ装置３４によって出力される。既に述べたように、位置推定

【数5】

及び加速度推定

【数6】

が出力される。

【0062】

ベクトル、スカラ、又は行列Ｈ_１及びＨ_２を定めるフィードバック係数のパラメータは、とりわけ多数（例えば合計５個から３０個）のパラメータであり得るので、品質基準を使用してパラメータ値を事前に、即ち座標測定機の動作前に確認するのが好ましい。具体的には、この目的で座標測定機の検査動作を行うことができる。等式

【数7】

において、Ｊは品質基準の範囲内の計算結果を示し、Ｊ_０は事前に決定できる固定値（多くの例示的実施形態においてゼロであるように選択することができる）を示し、ｘはベクトルの成分としての状態変数の値から形成され、状態空間モデルの行列、ベクトル、又はスカラＡ及びＣによって決定可能な状態ベクトルを示し、ｘ’は行列乗算によって状態ベクトルからスカラ変数を形成するための対応する転置状態ベクトルを示し、Ｑはそれにより測定値又は対照的にモデルに信頼が置かれる程度を調節できるようにする行列を示し、その結果測定値の影響がそれに従って低下するダイナミクスを設定することができ、ｕはそれぞれの所期の値ＤＡＣから形成され、求められている行列、求められているベクトル、又は求められているスカラＨのパラメータ（例えば行列の場合はベクトルＨ_１及びＨ_２によって形成される２列で構成される）をとりわけ係数として更に含むベクトル
ｕ＝−Ｈｘ
を示し、ｕ’は、測定値に対する影響がそれにより低下する速度を設定することを可能にする、行列Ｒとの乗算によってスカラ変数を得るための対応する転置ベクトルを示す。一例として、計算モデルを実装し且つ／又はパラメータを計算するためにプログラムＭａｔｌａｂを使用することができる。

【0063】

この説明の更なる部分において、カルマンフィルタに基づく別の計算モデルを説明するために図４を使用する。カルマンフィルタ又は図４によるモデルのパラメータを設定するために、上記の等式によって表わしたのと同様の品質基準を使用することができる。しかし、この場合の行列Ｒはオブザーバに基づくモデルの場合から外れた意味を有する。カルマンフィルタの場合、行列Ｒの値を使用して、測定値がそれにより雑音を被る、即ち例えばアナログセンサ（加速度センサ及び位置測定システムのセンサ）によってもたらされる不規則変動又は準不規則変動を有する程度を設定する。

【0064】

上記の等式内の表現Ｍｉｎは、行列、ベクトル、又はスカラＨ内に含まれるパラメータを変えることによって品質基準の計算結果

【数8】

が最小化されることを表す。極小又は或る極小が見つかると、１組の対応するパラメータ値を計算モデル内で採用し、座標測定機の動作中に使用する。

【0065】

図４は図３に対応する説明図を示すが、図４では計算モデルＭＯＤがカルマンフィルタに基づく。測定変数及び推定変数に関して、更に所期の値に鑑みて同じ記号が使用されている。確認装置３１、３２も図３の事例にあるのと同じ機能を有し、図３にあるのと同じ参照番号によって示されている。しかし、図４の遅延部材３３の入力における組合せ装置は、モデルの実際の計算（ここでも行列Ａによって表わす）結果と演算子Ｂによって重み付けされている所期の値ＤＡＣとを組み合わせるだけなので参照番号４４によって示す。

【0066】

図３とは対照的に、更なる組合せ装置４５がなおあり、前述の組合せ装置は、作業サイクルの終わりの状態ベクトル

【数9】

を重み付けされた位置偏差Δｓ及び重み付けされた加速度偏差Δａと組み合わせる。第２の組合せ装置４５の出力変数として修正済みの状態ベクトル

【数10】

が生じる。カルマンフィルタの原理により、重み付けは時間の点で一定ではない演算子、例えば図４の位置偏差Δｓの重み付けに関して記号Ｋ_１（ｋ）によって示すベクトル、及び加速度の重み付けΔａに関して記号Ｋ_２（ｋ）によって示すベクトルによって行われる。この場合も重み付けは、割り当てられた状態変数に対するそれぞれの偏差の影響を設定する重み付け成分を有するベクトルに関係し得る。従って図４に示すように、重み付けされた偏差が作業サイクルの始めに与えられ、その結果生じる修正済みの状態ベクトル

【数11】

が作業サイクル内のモデルの計算を実行するために使用される。この修正済みの状態ベクトルは、演算子Ａ（例えば行列）の入力において得ることができる。

【0067】

例えば現在のサイクル内の状態変数の修正又は訂正をもたらす以下の等式を使用し、計算モデルＭＯＤのパラメータの計算を行う。原則的に、カルマンフィルタはフィードバックされる偏差に対して、図３によるオブザーバよりも素早く反応する：

【数12】

式中、Ｐ_ｎは、１組の等式のうちの最初の行の右辺に示されており、推定の不確実性を再現する共分散行列に対応するそれぞれの作業サイクルｎ内の演算結果を示し、Ａはシステム行列と見なすことができる図４の行列Ａを示し、

【数13】

は先行する作業サイクルからの共分散行列又は最初の作業サイクル内の所定の行列を示し（前述の所定の行列は状態変数の初期値を定め、それらの値は未知の初期値の場合はゼロ値にそれぞれ設定することができる）、Ｑはオブザーバの品質基準と類似するやり方で計算モデルのダイナミクスを定める行列を示し、Ａ’は転置されたシステム行列Ａを示し、Ｋ_ｎは、カルマンゲインと見なす１組の等式のうちの２番目の等式の右辺上での演算結果を示し、Ｃは、状態ベクトル

【数14】

に適用されると位置及び加速度の推定をもたらす図４のモデル行列を示し、Ｃ’は転置されたモデル行列Ｃを示し、Ｒは測定値の雑音を表す行列を示し、

【数15】

は現在のサイクル内の最新の共分散行列を示し、Ｅは恒等行列、即ちその主対角線に沿って１の値をそれぞれ有し、その残りの値がゼロである行列を示し、

【数16】

は先行する作業サイクルからの状態ベクトルを示し、前述の状態変数の初期値が最初の作業サイクルについてこのために設定され、Ｂは図４に示す演算子を示し、ｕ_ｎは駆動コントローラ又は駆動調整器の現在の所期の値ＤＡＣによって形成され、例えばスカラであり得るベクトルを示し、又は例えば前述のベクトルの１つの成分だけがゼロに等しくなく、

【数17】

は上記の１組の等式のうちの５番目の等式内の演算結果を示し、

【数18】

は上記の１組の等式のうちの６番目及び最後の等式の右辺上での演算結果を示し、
ｙ_ｍｅｓｓは、測定位置ｓに関する測定値及び測定加速度ａによってその成分が形成されるベクトルを示す。式中、行列Ｋ_ｎは、そこから演算子Ｋ_１（ｋ）及び演算子Ｋ_２（ｋ）の両方が形成され、又は前述の両方の演算子が前述の行列で構成される行列である。一例として、これらの２つの演算子は、更に多くの行及び列から成るより大きい行列Ｋ_ｎに構成される行列である。

【0068】

カルマンフィルタにおける位置偏差値及び加速度偏差値の記載した種類のサイクル依存型のフィードバックの結果、オブザーバよりも素早く反応する計算モデルが得られ、結果として前述の計算モデルはＣＭＭの可動部の振動挙動の位置依存性に関してよりロバストでもある。カルマンフィルタに基づくモデルを使用し、計算モデルを作成するとき不正確さをより良く補償することもでき、即ち計算モデルが不正確であるにもかかわらずシステムの挙動がより良くモデリングされる。

【0069】

少なくとも１つの加速度センサは、例えば圧電センサの測定原理に基づくセンサであり得る。センサの水晶に力が作用すると、正荷電粒子及び負荷電粒子の対応する荷電分離がもたらされ、前述の分離は例えば電圧として測定することができる。しかし、水晶又は水晶が複数ある場合は複数の水晶は等加速度の場合に定電圧を有さず、それは時が経つにつれて荷電分離がますます戻るからである。但し、他の加速度センサも誤差を被る加速度測定値をもたらす。位置偏差及び加速度偏差の両方をフィードバックすることは、測定誤差にもかかわらず振動挙動の適切な計算的モデリングをもたらす手段である。

【0070】

一例として、容量的に測定するＭＥＭＳ（微小電気機械システム）センサを加速度センサとして使用することができる。かかるセンサの測定値を処理することは誤差を被り、その理由はとりわけ外的影響によって干渉が生じ、前述の干渉が測定信号の変化又は測定信号を伝送する間の誤差を招くからである。それでもなお、容量的に測定するＭＥＭＳセンサが本発明では好ましい。

【0071】

ＣＭＭの駆動機構によって引き起こされる可動部の機械的振動に加え、異なる原因による振動もある可能性があり、前述の振動はＣＭＭの土台（例えば花こう岩）にも関係する。土台も振動する場合、その振動は可動部上の加速度センサの測定結果に直接的な影響を有し得る。この場合、ＣＭＭの土台上に少なくとも１つの追加の加速度センサを配置することを提案する。この場合、可動部の測定位置における少なくとも１つの加速度センサの測定信号を使用する代わりに、可動部上の少なくとも１つの加速度センサの測定信号と、土台上の少なくとも１つの加速度センサの測定信号との差を使用することができる。その結果、土台の機械的振動の影響がなくされる。

【0072】

次に、計算モデルによって推定される、ＣＭＭの駆動機構に関する可動部の所定位置における位置を考慮に入れるための一例示的実施形態について図５に基づいて説明する。具体的には、この実施形態は駆動機構によって引き起こされる振動を抑えるために使用され得る。但し、とりわけカルマンフィルタの場合、機械的振動の包括的な補償を得ることさえでき、即ち計算モデルによって推定される位置が複数の駆動機構又は少なくとも１つの駆動機構を作動させるために考慮されない場合に比べ、推定位置を考慮に入れて生成される駆動コントローラ又は駆動調整器の制御信号は、駆動機構によって励起される可動部の機械的振動の開始時に既に振動振幅を著しく減らすことをもたらす。

【0073】

図５は、図３の場合と同様の説明図を含み、即ち計算モデルがオブザーバに基づく。或いは、カルマンフィルタに基づく計算モデルを使用することもできる。更に、図５の説明図は、位置偏差及び加速度偏差から計算モデルＭＯＤ用の適切に重み付けされた影響変数をもたらす演算子Ｈに関して図３の説明図との関連で単純化されている。図５ではこれらの演算子を記号Ｈによって一体化して示す。図５では、図３の２つの確認装置３１、３２も単一の確認装置５１によって一体化して示す。但し、これらの確認装置の機能及び演算子Ｈの機能は図３の場合と異ならない。

【0074】

更に図５では、システムＳＹＳの出力における測定位置ｓ及び加速度ａを時間ｔに依存するベクトルｙ（ｔ）として示す。ベクトルｙの現在値及び計算モデルＭＯＤによって生成される現在の推定状態ベクトル

【数19】

の両方が組合せ装置５５に与えられ、組合せ装置５５には時間依存性の基準変数ｗ（ｔ）も与えられる。ここでは、位置の物理的な状態変数

【数20】

及び加速度の物理的な状態変数

【数21】

に加えて、計算モデルＭＯＤによって出力される状態ベクトルが更なる状態変数、例えば純粋に数学的な状態変数や更なる物理的な状態変数、及び／又は所定位置における可動部の速度も含み得る。組合せ装置５５は上記の供給値から、演算子Ｋ（例えばベクトル）が適用される調整誤差ｅ（ｔ）を出力変数として生成する。演算子Ｋによって重み付けを行うことができる。所期の値の変数ｕ（ｔ）がそこから生じ、前述の所期の値の変数は、ことによると図３及び図４にあるのと同じ所期の値の変数である。表示ＤＡＣを更に使うことによってそれを示す。上記の場合のように、所期の値は、ここでは例えばＣＭＭの少なくとも１つの駆動機構の所期の回転速度、所期の速度、所期の電流又は制御電圧に関係し得る。

【0075】

或いは、測定ベクトルｙ（ｔ）又は対応するスカラ（後者はフィードバック測定変数が１つだけの場合）及び推定状態ベクトル

【数22】

をフィードバックすることは、状態変数ごとに、２つのフィードバックベクトル又はスカラのうちの１つだけが０に等しくない値を含むやり方で実行することができる。その結果、２つのフィードバックベクトル又はスカラのうちのどちらがこの状態変数について駆動調整に影響を与えるのかに関する明確な定義がある。但し、計算モデルＭＯＤによって考慮される全ての状態変数について値が組合せ装置５５にフィードバックされる必要はない。どの１組のフィードバック状態変数が最も優れた振動の減衰又は補償を実現するのかは、検査動作又はシミュレーション内で、とりわけ組合せ装置５５にフィードバックされる１組の状態変数を変えることによって確認することができる。

【0076】

とりわけ組合せ装置５５の機能によって実現できることは、測定ベクトルｙ（ｔ）及び推定状態ベクトル

【数23】

の両方がフィードバックされるにもかかわらず、フィードバックされる定義済みの各状態変数（例えば加速度及び位置）が調整誤差ｅ（ｔ）内の単一の状態変数としてのみ含まれることである。ここでは、ベクトル又はスカラｗ（ｔ）は定義済みのフィードバック状態変数の数の次元しか有さない。状態変数に対応する成分内のゼロで基準変数ｗ（ｔ）を埋めることによって実現され得ることは、とりわけ組合せ装置５５が基準変数ｗ（ｔ）とフィードバックベクトルとの差を正確には各状態変数について成分ごとに形成する場合、対応する状態変数の負値が調整誤差ｅ（ｔ）の対応する要素に直接割り当てられること、即ちベクトルｗ（ｔ）の対応する成分がゼロ値を有する差が形成されることである。ここでは、基準変数ｗ（ｔ）のベクトルの成分が永続的にゼロ値を有することも可能である。

【0077】

モデルのパラメータは、モデル形成の上記のそれぞれの方法によって定められる。演算子Ｋの値は、オブザーバの場合の上記のやり方と類似したやり方で事前に確認することができる。ここでは、任意選択的に２つのステップで続行することができる。最初に、オブザーバ又はカルマンフィルタを上記のように設計することができ、対応するパラメータＨを確認することができる。次いで、品質基準の新たな適用によって演算子Ｋのパラメータを第２のステップ内で確認することができる。品質基準の場合のように、その適用については図３及び図４に関して説明しており、行列Ｒ及びＱの複数の要素更には要素の大部分が０の値で占められることも可能である。かかる形態は品質基準の適用を単純化する。一例として品質基準の様々な適用において、ゼロ値で異なるように占められる行列を使用し、最良の結果をもたらす行列Ｑ及びＲの占有を確認することができる。図５内の演算子について適切なパラメータ値に素早く且つ確実に到達するための更なる選択肢は、既に述べたフィードバックの範囲内の少なくとも１つの状態変数を考慮しないこと、即ちその１つ又は複数の状態変数を組合せ装置５５にフィードバックしないことにある。

【符号の説明】

【0078】

３１ 確認装置
３２ 確認装置
３３ 遅延部材
３４ 組合せ装置
４５ 組合せ装置
５１ 確認装置
５５ 組合せ装置
１１１ プローブピン
１２１ プローブ球
２０１ 測定台
２０２ 支柱
２０３ 支柱
２０４ 横ばり
２０５ 測定ヘッド
２０６ スケールの目盛
２０７ 横送り台
２０８ 中空軸
２０９ 交換インタフェース
２１０ 取付装置
２１１ 座標測定機
２１５ 回転ジョイント
２１７ 加工物
２２０ 評価装置
２２１ 計算装置
２２２ コントローラ
２３０ 接続

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】