(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象（２６）の輪郭（２５）に沿った多数の測定点（２４）の空間座標を判定するための方法であって、
プローブ（２０）で移動可能に支承された探触素子（２２）を有するプローブ（２０）を用意し、測定体積内で測定対象（２６）に対して相対的にプローブ（２０）を移動させるステップと、
輪郭（２５）の第１測定点（２６）を探触素子（２２）で探触し、第１位置測定値（２８〜３２）と第１変位量（７０）とを記録し、第１位置測定値が測定体積内のプローブ（２０）の位置を表し、第１変位量がプローブ（２０）に対して相対的な探触素子（２２）の位置を表すステップと、
輪郭（２５）に沿ってプローブ（２０）を移動させ、かつ他の位置測定値と他の変位量とを記録するステップと、
位置測定値と変位量とに依存して空間座標を判定するステップとを含み、
探触素子（２２）の予備変位量（Ｘ）を設定するためのアクチュエータ（６２）によって定義された接触力を生成することによって、プローブ（２０）の移動時に探触素子（２２）が輪郭（２５）と接触保持されるものにおいて、
定義された接触力がプローブ（２０）に対して相対的な探触素子（２２）の加速度差（１０５；１３４）に依存して、さらにはプローブ（２０）に対して相対的な探触素子（２２）の速度（９６）に依存して判定されることを特徴とする方法。
【請求項２】
探触素子（２２）の加速度が少なくとも１つの加速度センサ（７２、７４）で測定される、請求項１記載の方法。
【請求項３】
探触素子（２２）の加速度（１３４）が少なくとも１つの状態オブザーバ（１３２）で推定される、請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
探触素子（２２）の加速度（１０５）がプローブ（２０）に対して相対的な探触素子（２２）の変位量の二重微分によって判定される、請求項１〜３のいずれか１項記載の方法。
【請求項５】
接触力が探触素子（２２）の加速度に依存して周期的に判定される、請求項１〜４のいずれか１項記載の方法。
【請求項６】
濾波された加速度（１０７、１０７’）を得るために探触素子（２２）の加速度（１０５）が濾波され、接触力が探触素子（２２）の濾波された加速度に依存して判定される、請求項１〜５のいずれか１項記載の方法。
【請求項７】
濾波された加速度（１０７）を得るために探触素子（２２）の加速度（１０５）が非再帰型フィルタ（１０２；１２２）によって濾波される、請求項６記載の方法。
【請求項８】
非再帰型フィルタ（１０２）が長方形重みを有する、請求項７記載の方法。
【請求項９】
非再帰型フィルタ（１２２）が三角形重みを有する、請求項７記載の方法。
【請求項１０】
濾波された加速度（１０７’）を得るために探触素子（２２）の加速度（１０５）がさらに再帰型高域フィルタ（１２４）で濾波される、請求項６〜９のいずれか１項記載の方法。
【請求項１１】
測定対象（２６）の輪郭（２５）に沿った多数の測定点（２４）の空間座標を判定するための装置であって、
プローブ（２０）で移動可能に支承された探触素子（２２）を有するプローブ（２０）を有し、測定体積内で測定対象（２６）に対して相対的にプローブ（２０）が移動可能であり、プローブベース（５６）に対して相対的な探触素子（２２）の予備変位量（Ｘ）を設定するための少なくとも１つのアクチュエータ（６２）をプローブが有し、
測定体積内のプローブ（２０）の位置を表す位置測定値を判定するための第１位置測定機構（２８、３０、３２）を有し、
プローブ（２０）に対して相対的な探触素子（２２）の位置を表す変位量を判定するための第２位置測定機構（６８）を有し、
位置測定値と変位量とに依存して空間座標を判定するための評価制御ユニット（３４）を有し、
定義された接触力をアクチュエータ（６２）によって生成することによって、プローブ（２０）の移動時に探触素子（２２）を輪郭（２５）と接触保持するように形成された制御機構（８０；１２０；１３０）を有するものにおいて、
制御機構（８０；１２０；１３０）が、定義された接触力をプローブ（２０）に対して相対的な探触素子（２２）の加速度差（１０５；１３４）に依存して、さらにはプローブ（２０）に対して相対的な探触素子（２２）の速度（９６）に依存して判定するように形成されていることを特徴とする装置。
【請求項１２】
請求項１１記載の装置の評価制御ユニット内でプログラムコードが実行されると請求項１〜１０のいずれか１項記載の方法を実施するように形成された前記プログラムコードを有するコンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定対象の輪郭に沿った多数の測定点の空間座標を判定するための方法および装置に関する。特に本発明は、定義された接触力もしくは測定力の設定を可能とする能動的接触プローブによって測定対象の表面を連続的に計測（いわゆる走査）するための方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、いわゆる座標測定技術の分野で応用される。これは、工作物の選択された測定点の空間座標の判定を可能とする測定工具による工作物の一次元計測、二次元計測であり、好ましくは三次元計測でさえある。代表的座標測定機は、工作物もしくは測定対象に対して相対的に移動することのできるヘッド部を有する。ヘッド部が担持するセンサによってヘッド部は測定点を基準に厳密に定義された位置に移動させることができる。接触座標測定機では、探触素子によって測定点が探触される。それゆえにヘッド部はそのような場合普通、プローブと称される。探触素子は一般に探触ピンであり、その自由端は球状先端となっている。探触ピンが移動可能にプローブで支承されており、探触時に探触ピンはプローブに対して相対的に変位する。特定変位量および／または接触力において読み取られる位置測定値は測定体積内のプローブの位置を表し、従って測定対象に対して相対的なプローブの位置を表す。いわゆる測定プローブではさらにプローブに対して相対的な探触ピンの変位量が判定される。プローブの位置測定値と探触ピンの変位量とから次に、探触された測定点の空間座標を判定することができる。工作物の複数の表面点の探触によって幾何学的寸法および形状推移も検出することができ、この検出は連続的（走査）測定値記録で特別良好に可能である。
【０００３】
接触座標測定機用プローブでは能動プローブと受動プローブとを区別しなければならない。受動プローブでは探触素子の静止位置が機械的ばねのみによって設定される。静止位置からの変位はばね力に抗して測定点を探触するときにのみ起きる。それに対して能動プローブは単数または複数のアクチュエータを有し、探触が起きる前に、もしくは探触が起きることなく、探触素子は定義された仕方でアクチュエータによって変位することができる。このような能動プローブは、探触素子を測定対象の表面と常時接触保持するのにアクチュエータを使用できるので、走査測定に特別適している。
【０００４】
定義された予備変位量の設定を可能とする能動プローブを備えた座標測定機の１例が特許文献１に開示されている。
【０００５】
しかしながら本発明は狭義の座標測定機に限定されていない。本発明は例えば、接触探触素子で工作物表面が走査される工作機械または別の機械でも利用することができる。
【０００６】
能動プローブにおいても、静止位置の周りでの変位を可能とするために探触素子はばね要素によってプローブで支承されている。ばね要素で支承される結果、能動プローブでも受動プローブでも、プローブの移動と探触とのゆえに探触素子が機械的振動に陥ることがある。受動プローブでは普通、流体減衰システムによってこのような振動を抑制することが試みられる。
【０００７】
能動プローブはさらにプローブ内の測定力アクチュエータによる電子的振動抑制を可能とする。本発明の発明者はこのような電子的抑制を実現するさまざまな実験を既に行った。１つの事例では、探触素子の接触力を設定するのに役立つ制御回路内で探触素子の変位速度に依存した信号を補正量として使用することによって流体減衰システムの挙動を電子的に模擬することが試みられた。探触素子の変位速度が高ければ高いほど、探触素子の変位量は一層強く減衰された。
【０００８】
しかしながら、この処理方式はあらゆる場合に満足すべき結果をもたらすのでなく、しかも特に測定対象の水平方向輪郭を接触走査する場合そうであることが判明した。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０２２９８２４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
そのことを背景に本発明の課題は、特に工作物表面の走査時に探触素子の振動を効果的に抑制することを可能とする冒頭に指摘した種類の方法および装置を明示することである。自明のことであるが、用語「抑制」は必ずしもこのような振動の完全消去を意味するのでなく、変化する動作条件のもとでこのような振動の顕著な低減が既に良好な結果と云える。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この課題を解決するために本発明の第１態様によれば、下記ステップを含む冒頭に指摘した種類の方法が提案される：
プローブで移動可能に支承された探触素子を有するプローブを用意し、測定体積内で測定対象に対して相対的にプローブを移動させるステップと、
輪郭の第１測定点を探触素子で探触し、第１位置測定値と第１変位量とを記録し、第１位置測定値が測定体積内のプローブの位置を表し、第１変位量がプローブに対して相対的な探触素子の位置を表すステップと、
輪郭に沿ってプローブを移動させ、他の位置測定値と他の変位量とを記録するステップと、
位置測定値と変位量とに依存して空間座標を判定するステップとを含み、
探触素子の定義された予備変位量を設定するためのアクチュエータによって定義された接触力を生成することによって、プローブの移動時に探触素子が輪郭と接触保持され、
定義された接触力がプローブに対して相対的な探触素子の加速度に依存して判定される。
【００１２】
本発明の他の態様により提案される冒頭に指摘した種類の装置は、プローブで移動可能に支承された探触素子を有するプローブを有し、測定体積内で測定対象に対して相対的にプローブが移動可能であり、プローブベースに対して相対的に探触素子の予備変位量を設定するための少なくとも１つのアクチュエータをプローブが有し、測定体積内のプローブの位置を表す位置測定値を判定するための第１位置測定機構を有し、プローブに対して相対的な探触素子の位置を表す変位量を判定するための第２位置測定機構を有し、位置測定値と変位量とに依存して空間座標を判定するための評価制御ユニットを有し、定義された接触力をアクチュエータによって生成することによって、プローブの移動時に探触素子を輪郭と接触保持するように形成された制御機構を有し、制御機構が、定義された接触力をプローブに対して相対的な探触素子の加速度に依存して判定するように形成されている。
【００１３】
好ましい実施において本発明はコンピュータプログラム製品によって実現され、すなわちこのような装置の評価制御ユニット内でプログラムコードが実行されるとき、このような方法を実施するように形成されたソフトウェアで実現される。このようなソフトウェアは特に、旧来の座標測定機と相応する機械とにおいてこの新規な方法を追加装備することを可能とする。
【００１４】
この新規な方法および新規な装置は、探触素子の潜在的振動に対し逆位相で振動の補償に使用することのできる信号を得るために、プローブに対して相対的な探触素子の加速度を使用するとの考えに基づいている。プローブに対して相対的な探触素子の加速度とは、障害となる振動の効果的減衰にプローブ自体の加速度があまり適していないので加速度差である。それに対して、プローブに対して相対的な探触素子の加速度差によってきわめて良好な結果を達成することができる。なぜならば、抑制されるべき振動はプローブに対して相対的な探触素子の例えば正弦波状位置推移を帰結するからである。加速度はこの位置推移の二階微分に一致しているので、加速度差の推移はやはり正弦波状であり、但し１８０°移相している。こうしてプローブに対して相対的な探触素子の加速度差が提供する信号は、加速度に依存して探触素子の定義された接触力を判定することによって、探触素子の振動を補償することのできる逆位相の補正信号として利用するのにきわめて適している。
【００１５】
この新規な方法および新規な装置は、設定可能な定義された予備変位量を有する能動的測定プローブを使用するシステムにおいてごく簡単かつ安価に実現することができる。理想的には、ハードウェアの改造措置が必要でない。
【００１６】
実験においてさらに、この新規な処理方式で探触素子の望ましくない振動をごく効果的に抑制できることが判明した。これは、測定対象の輪郭が連続的に計測もしくは走査される測定において特別有利である。振動低減に基づいて一層高い測定精度を達成することができる。
【００１７】
こうして前記課題は完全に解決されている。
【００１８】
本発明の１構成において探触素子の加速度は少なくとも１つの加速度センサで測定される。好ましくは少なくとも２つの加速度センサが使用され、そのうち一方の加速度センサが可動探触素子と連結され、他方の加速度センサは（これに対して相対的に）固定されたプローブベースと連結されている。
【００１９】
加速度差の検出は、評価制御ユニットの計算能力が限定されていて実時間抑制を実現することが困難な場合に、望ましくない振動の効果的抑制を容易とする。分離された２つの加速度センサを探触素子およびプローブベースで使用し、もしくはそれらと合わせて使用すると、特別簡単かつ迅速に加速度差を検出することが可能となる。
【００２０】
本発明の他の１構成において探触素子の加速度は少なくとも１つの状態オブザーバで推定される。
【００２１】
状態オブザーバは、プローブに対して相対的な探触素子の挙動を記述する数学的モデルに基づくシミュレーションを含む。状態オブザーバはソフトウェアおよび／またはハードウェアによって実現しておくことができ、探触素子の制御、特に接触力の設定にも使用されるのと同じ入力量を受け取る。さらに状態オブザーバが受け取る出力量でもって探触素子の実際位置が検出される。こうして状態オブザーバは探触素子の挙動を模擬することができ、次にモデルから他の状態量、特に探触素子の加速度を推定することができる。状態オブザーバを使用すると、相応する加速度センサを必要とすることなく探触素子の加速度（加速度差）を判定することが可能となる。これは有利である。なぜならば、例えば自動車内でエアバッグ作動のため使用されるような市販の加速度センサは比較的強い加速度のときにのみ応答するからである。しかし本事例において現れる探触素子の振動は比較的弱く、そのことから測定技術的検出が困難となる。状態オブザーバを使用するとこうした困難が回避される。しかしながら状態オブザーバを使用する欠点として、例えば座標測定機を設置した土台の強い振動等の外部障害量は実時間で検出できないかまたは検出困難である。この理由から、加速度センサと状態オブザーバとを組合せると有利なことがある。
【００２２】
本発明の他の１構成において探触素子の加速度はプローブに対して相対的な探触素子の変位量から微分法で判定される。
【００２３】
この構成は今日の観点から特別好ましい。なぜならば、能動的測定プローブは普通、プローブに対して相対的な探触素子の変位量の判定を可能とする単数または複数の位置測定機構を既に有するからである。こうして、この構成用に必要な「出発値」はいずれにしても利用可能である。二階微分は、万一の外部障害量を考慮した上でプローブに対して相対的な探触素子の加速度差を提供する。さらにこの構成は、この構成がプローブのパラメータに左右されないので、多数の各種プローブおよび探触ピン組合せ用に使用することができる。このことは特別有利である。なぜならば、座標測定機のプローブはしばしば、変化する探触ピン配置が装備され、探触素子の挙動がその都度の装備に依存して変化するからである。
【００２４】
他の１構成において、定義された接触力はさらに、プローブに対して相対的な探触素子の速度に依存して判定される。
【００２５】
この構成は加速度に依存した減衰と組合せて特別良好な結果をもたらすことが判明した。このことが妥当するのは、なかんずく、探触素子の加速度が探触素子の変位量の二階微分によって判定されるときである。なぜならば、その場合探触素子の速度は中間結果としていずれにしても利用可能であるからである。二階微分によって得られる加速度信号は雑音に基づいて強い障害成分を含むことがある。速度に依存した減衰は、なかんずく加速度信号中に強い障害が存在する場合、望ましくない振動の効率的抑制を可能とする。
【００２６】
他の１構成において、定義された接触力は探触素子の加速度に依存して周期的に判定される。
【００２７】
この構成は、ソフトウェアを介して安価にディジタルで実現することを容易としかつ既存の制御アルゴリズムに簡単に一体化できるので有利である。
【００２８】
他の１構成では、濾波された加速度を得るために探触素子の加速度が濾波され、定義された接触力が探触素子の濾波された加速度に依存して判定される。
【００２９】
この構成は有利である。なぜならば、加速度信号内に存在する障害信号は特別強く作用し、これにより、望ましくない振動の抑制が損なわれるからである。実際の動作環境のなかで加速度信号の効果的濾波は望ましくない振動を効果的に抑制するうえできわめて重要である。
【００３０】
他の１構成では、濾波された加速度を得るために探触素子の加速度が非再帰型フィルタによって濾波される。
【００３１】
非再帰型フィルタはしばしばＦＩＲ（有限インパルス応答）フィルタとも称される。これは、或る信号（ここでは加速度信号）の単数または複数の過去値が重み付けされ、加速度信号の実際値に加算される通常のディジタルフィルタである。こうして実際の信号値と過去の信号値とから一種の平均値が形成され、この平均値形成は望ましくない振動を抑制するうえで特別効果的であると実証された。
【００３２】
他の１構成では非再帰型フィルタが十分な長方形重みを有する。
【００３３】
この構成では、幾つかの過去値が各実際加速度値に加算され、加算されたすべての加速度値が十分に同じ重み付けされている。こうして移動平均値が形成される。この構成は良好な結果をもたらし、僅かな計算支出で実現できる利点を有する。所要の計算能力がフィルタ幅もしくは過去値の数に依存することなく、このようなＦＩＲフィルタを実現できることが特別有利である。さらにこの種のＦＩＲフィルタは引き起こす移相が比較的僅かであり、このことは望ましくない振動を抑制するうえで有利である。
【００３４】
他の１構成において非再帰型フィルタは十分な三角形重みを有する。
【００３５】
この構成では重みが少なくとも近似的に時間に反比例している。加速度値が過去のものであればあるほど、加速度値は一層弱く重み付けされる。換言するなら、加速度値が実際の加速度値に対して相対的に一層遠い過去にあればあるほど、加速度値は一層小さなファクターで重み付けされる。このようなＦＩＲフィルタはごく僅かな移相を有し、それゆえに本発明の枠内で加速度信号を濾波するのに特別良好に適している。有利には、各フィルタサイクルで実際の加速度値をそれに付属する重みで、過去値の既存の重み合計に加算し、次に、単純重み付け値の合計を減算することによって、このようなＦＩＲフィルタはフィルタ幅に左右されないアルゴリズムでやはり実現することができる。
【００３６】
他の１構成では、濾波された加速度を得るために探触素子の加速度がさらに再帰型高域フィルタで濾波される。有利には、再帰型高域フィルタは非再帰型フィルタと直列に設けられる。特別好ましくは、再帰型高域フィルタは非再帰型フィルタの後段に設けられる。
【００３７】
再帰型フィルタはしばしばＩＩＲ（無限インパルス応答）フィルタとも称される。これは、濾波された出力信号の出力値が濾波されるべき加速度信号の実際値から再帰的に減算されるディジタルフィルタである。再帰型フィルタは、例えばいわゆる双一次変換等の周知の方法によってごく簡単に寸法設計することができる。ＦＩＲフィルタとＩＩＲ高域フィルタとの好ましい組合せは本出願人の実験において最良の結果をもたらした。
【００３８】
上記特徴および以下でなお説明する特徴はその都度明示した組合せにおいてだけでなく、本発明の枠から逸脱することなく別の組合せや単独でも使用可能であることは自明である。
【００３９】
本発明の実施例が図面に示してあり、以下の明細書で詳しく説明される。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の１実施例による座標測定機の略図である。
【図２】図１の座標測定機のプローブの略図である。
【図３】図１の座標測定機内で利用される制御機構の第１実施例のブロック図である。
【図４】図１の座標測定機用制御機構の第２実施例のブロック図である。
【図５】図１の座標測定機用制御機構の第３実施例のブロック図である。
【図６】図１の座標測定機において水平方向輪郭を走査するときの探触ピンの変位量を示す測定曲線であり、新規な方法は利用されていない。
【図７】新規な方法を応用した図６のものと同様な測定曲線である。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
図１では本発明に係る装置の好ましい実施例としての座標測定機全体に符号１０が付けられている。座標測定機１０がここでは例示的に門形構造様式で示してある。しかしながら本発明は特定の架枠構造に限定されているのでなく、例えば水平腕構造様式の座標測定機や別の機械でも利用することができる。さらに、本発明の枠内で肝要なのはヘッド部と工作物との間の相対運動だけであるので、本発明は固定されたヘッド部に対して相対的に工作物が移動される座標測定機や機械でも利用することができる。
【００４２】
座標測定機１０がベース１２を有し、このベース上に門１４と駆動装置１５が配置されている。門１４は駆動装置１５によって、普通ｙ軸と称される軸線方向に沿って移動することができる。
【００４３】
門１４の上側横桁に摺動台が配置されており、この摺動台はｘ方向に移動することができる。摺動台１６が担持するクイル１８はｚ方向に移動することができる。探触ピン２２を備えたプローブ２０がクイル１８の下側自由端にある。探触ピン２２がその自由端に探触玉２３（図２）を有し、この探触玉は工作物２６の表面点２４を探触するのに役立つ。後続の実施例を説明するため、表面点２４は工作物もしくは測定対象２６の表面で推移する輪郭２５の内部の１つの測定点であると仮定する。
【００４４】
符号２８、３０、３２は、座標測定機１０の軸線方向と平行に配置される線形目盛である。これは例えば、門１４、摺動台１６およびクイル１８の移動位置を判定するために好適なセンサ（ここには図示せず）によって読み取られるガラス目盛である。これらの測定値によって座標測定機１０の測定体積内でのプローブ２０の位置は判定することができる。次にプローブの位置から、探触された表面点２４の空間座標は判定することができる。
【００４５】
符号３４は評価制御ユニットであり、これは線路３６、３８を介して駆動装置と座標測定機１０のセンサとに結合されている。ここではさらに評価制御ユニット３４が制御卓４０とキーボード４２とに結合されている。制御卓４０は座標測定機１０の手動制御を可能とする。キーボード４２は動作パラメータの入力、測定プログラムの選択等を可能とする。
【００４６】
ここでは制御ユニット３４が表示部４４を有し、この表示部で測定結果、パラメータ値等を出力することができる。制御ユニットはさらにプロセッサ４６と複数の記憶範囲４８ａ、４８ｂで示した記憶装置４８とを有する。記憶装置４８はここでＲＡＭとされているが、しかしＲＯＭを含むこともできる。ＲＯＭはなかんずく座標測定機１０のいわゆるファームウェアを記憶するのに役立つ。好ましい実施例においてファームウェアは、なかんずく以下で図３〜図５を基にさまざまな実施例で説明される制御機構を実現する（ここには図示しない）プログラムコードを含む。
【００４７】
図２は座標測定機１０のプローブ２０を他の細部と共に、但し著しく簡略した原理図で示す。
【００４８】
探触ピン２２が可動部品５０に固着されており、この部品は２つの板ばね５２、５４を介してプローブベース５６と結合されている。板ばね５２、５４のゆえに可動部品５０は探触ピン２２と共にプローブベース５６に対して相対的に動くことができ、相反する２つの移動方向がここでは矢印５８、６０で示してある。代表的には探触ピン２２の移動方向はプローブ２０が移動することのできる移動方向ｘ、ｙ、ｚと平行である。
【００４９】
この分野の当業者が認めるように、図２に示すプローブ２０は単に１つの軸線方向５８、６０で探触ピン２２の変位を可能とするが、これは略図であることに帰すことができる。２つの他の軸線方向で探触ピン２２を変位させるため、本出願人の関連するプローブから知られているように、板ばね５２、５４のような他の板ばねを設けておくことができる。
【００５０】
符号６２はアクチュエータであり、このアクチュエータによって部品５０はプローブベース５６に対して相対的に変位することができる。図示実施例においてアクチュエータ６２は例えば、２つの脚部６４、６６の間に配置されるプランジャコイルである。脚部６４が可動部品５０と結合され、脚部６６がプローブベース５６と結合されている。アクチュエータ６２は脚部６４、６６を押し離しまたは引き寄せることができ、これにより探触ピン２２は部品５０と共に空間方向５８または空間方向６０に変位する。アクチュエータ６２によって生成されるこのような変位量はなかんずく定義された測定力もしくは接触力を設定するのに役立つ。本発明の枠内でアクチュエータ６２はさらに、定義された接触力をプローブベース５６に対して相対的な探触ピン２２の瞬時加速度差に依存して設定することによって、固定されたプローブベース５６に対して相対的な探触ピン２２の振動を低減させるのに使用される。
【００５１】
符号６８は、やはり両方の脚部６４、６６の間に配置されるセンサである。センサ６８がここでは目盛７０で示してあり、この目盛は（符号２２’に示した）探触ピン２２の実際の変位量Ｘを測定技術的に検出することを可能とする。センサ６８は例えばプランジャコイル、ホールセンサ、光センサ、またはその他の位置センサまたは長さセンサとすることができる。
【００５２】
符号７２、７４がここでは２つの加速度センサである。加速度センサ７２はプローブの可動部品５０に配置されており、この可動部品が探触ピン２２と結合されている。加速度センサ７４はプローブ２０の固定ベース５６に着座している。両方の加速度センサ７２、７４によって、プローブベース５６に対して相対的な探触ピン２２の加速度差を判定することが可能である。この加速度差は理想的には、静止位置の周りでの探触ピン２２の振動に対して逆位相の信号であるので、加速度差はこれらの振動を抑制するための補正信号として適している。しかしながら本発明の好ましい実施例はこのような加速度センサ７２、７４なしでも間に合い、加速度センサ７２、７４はここではオプションと見做すことができる。
【００５３】
図３は探触ピン２２の定義された接触力を設定する制御機構８０の第１実施例を示す。好ましい実施例において、定義された接触力は、輪郭２５に沿ったプローブ２０の移動時に探触ピンの探触玉２３が輪郭２５と持続的に接触保持されるように設定される。
【００５４】
制御機構８０は探触ピン２２の変位目標値８２を入力量として受け取る。目標変位量８２から探触ピンの実際変位量８４が減算される。この差が制御偏差８６を明らかとする。工作物２６の輪郭２５を走査するとき探触ピン２２の目標変位量８２は有利には零に設定される。実際変位量８４は例えば位置測定機構６８に基づいて判定することができる。制御偏差８６はＰ素子８８を介して増幅される。
【００５５】
好ましい実施例において探触ピン２２の実際変位量８４はさらにＤ素子９２、つまり微分素子に供給される。Ｄ素子９２の出力信号が探触ピン２２の変位速度ｖｉｓｔである。変位速度がここでは符号９６とされている。変位速度ｖｉｓｔは他のＰ素子９４を介して増幅され、加算点９８で、増幅された制御偏差８６から減算される。変位速度ｖｉｓｔが高ければ高いほど探触ピン２２の予備変位量は一層強く減衰されるので、制御機構８０のこの分岐は流体ダンパの挙動を模擬する。しかしながら本出願人の実験が示したように、流体ダンパのこのような模擬はあらゆる場合に最適な結果をもたらすのでない。それゆえに制御機構８０が好ましい実施例において有する他の分岐は、互いに直列に配置される他のＤ素子１００とＦＩＲフィルタ１０２と他のＰ素子１０４とを有する。入力側で前記他のＤ素子１００はＤ素子９２の出力部から変位速度９６を受け取る。前記他のＤ素子１００は探触ピン２２の変位加速度１０５を提供し、従って固定されたプローブベース５６に対して相対的な探触ピン２２の加速度差を明示する信号を提供する。探触ピン２２の振動は代表的には正弦波状であるので、変位加速度もやはり正弦波状であり、但し１８０°移相している。変位加速度１０５の減算は、理想的には、振動の最適減衰をもたらす。
【００５６】
しかしながら、既存の障害信号（雑音、外乱等）が二階微分によって過度に比例的に増幅されることが問題である。こうした障害影響を抑制するのに役立つのがＦＩＲフィルタ１０２であり、本実施例においてこのフィルタは十分な長方形重みを有する。換言するなら、ＦＩＲフィルタ１０２は実際の加速度値と過去の加速度値とから移動平均値を形成する。平均値形成によって障害影響は減少する。濾波された加速度信号１０７は他のＰ素子１０４によって増幅され、加算点１０６で、増幅された制御偏差８６から減算される。こうして得られる操作量１０８でもって探触ピン２２の定義された予備変位量が設定される。好ましい実施例において操作量１０８はアクチュエータ６２を駆動する制御電流である。
【００５７】
符号１１０は制御回路８０が周期的に通過されることを示すクロック信号である。換言するなら、クロック信号１１０の各クロックで目標値‐実際値比較が実行されて制御偏差８６が判定され、接触力を設定するための操作量が素子８８〜１０６によって判定される。
【００５８】
図４は図１の座標測定機１０内で使用される制御機構の特別好ましい実施例を示す。制御機構１２０の基本構造は図３の制御機構８０に一致している。それゆえに同じ符号はそれぞれ同じ素子を表す。
【００５９】
しかしながら図３の制御機構８０とは異なり、制御機構１２０が有するＦＩＲフィルタ１２２は十分な三角形重みを有する。このＦＩＲフィルタ１２２では、加速度値が過去に遡れば遡るほど、過去の加速度値は一層低く重み付けされる。換言するなら、一層過去の加速度値は重み付けフィルタ合計に入り込むのが少なくなる。このようなＦＩＲフィルタは、十分な長方形重みを有するＦＩＲフィルタ１０２に比べて、濾波された加速度信号１０７の位相シフトが未濾波加速度信号１０５と比べてなお小さくなる利点を有する。
【００６０】
さらに、制御機構１２０はＦＩＲフィルタ１２２と他のＰ素子１０４との間に配置される付加的ＩＩＲフィルタ１２４を有する。このＩＩＲフィルタ１２４は、高周波障害をさらになお抑制するために高域パスとして形成されている。このような障害は特に、座標測定機１０に伝わる底振動の結果であることがある。このような底振動は例えば、走査測定中に誰かが座標測定機１０の脇を通過するとき、（ごく僅かではあるが）既に発生することがある。
【００６１】
図５は座標測定機１０内で使用することのできる制御機構１３０の他の好ましい実施例を示す。この制御機構１３０ではプローブ２０に対して相対的な探触ピン２２の加速度が二階微分によってではなく、状態オブザーバ１３２によって判定される。状態オブザーバ１３２はプローブ２０のモデルもしくは数学的シミュレーションである。定義された予備変位量を設定するための操作量１０８も実際変位量８４も状態オブザーバ１３２に供給される。状態オブザーバ１３２はこれらの入力量、出力量によってプローブ２０のシステム挙動をモデル化することができる。モデル化したシステム挙動から加速度差１３４は周知の仕方で判定することができる。加速度差１３４はやはりＰ素子１０４を介して増幅され、増幅された制御偏差８６から減算される。
【００６２】
図６は新規な方法なしに記録した測定曲線１４０を示す。測定曲線１４０は測定対象２６の水平方向輪郭２５を走査時のプローブ２０に対して相対的な探触ピン２２の変位量を示す。探触ピン２２の振動を明確に認めることができる。
【００６３】
図７は匹敵する測定曲線１４２を示しているが、しかしながらこの測定曲線は新規な方法によって記録されたものである。認めることができるように、探触ピン２２の振動は著しく減少している。（完全を期す意味で付記しておくが、測定曲線１４２がここでは直線的に上昇する成分を含むように見える。しかし、この直線的上昇は使用される測定装置のせいである。）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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