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机器几何形状监测

阅读：860发布：2021-03-10

专利汇可以提供机器几何形状监测专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及机器几何形状监测。用于循环地确定机器(1)的几何形状的静态和/或动态特性的变化的机器状态监测系统(2)。所述机器(1)构造有位置编码器 (4)以相对于第二机器部分(3)得出至少第一机器部分(5)的坐标信息，所述第一机器部分(5)和所述第二机器部分(3)可借助机动化驱动单元(13)相对于彼此移动。根据本发明，所述监测系统(2)包括至少一个校准监测单元(6)，该校准监测单元(6)具有光学的至少二维测量位置感测单元，所述感测单元固定到所述第一机器部分(5)并且构造成光学地感测设置在所述第二机器部分(3)处的人工制品(3)的至少二维位置信息。，下面是机器几何形状监测专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种用于循环地确定机器(1)的几何形状的静态和/或动态特性的变化的机器状态监测系统，
所述机器(1)是表面或形式扫描机、测量机和/或机床，特别是CMM、CNC机床和/或机器人臂，并且构造有位置编码器(12)以得出至少第一机器部分(5)相对于第二机器部分(2)的坐标信息，并且
所述第一机器部分(5)和所述第二机器部分(2)能够借助机动驱动单元(13)沿期望轨迹相对于彼此移动，
其特征在于，
所述监测系统(2)包括至少一个校准监测单元(6)，该校准监测单元(6)具有光学的至少二维测量位置感测单元，所述感测单元固定到所述第一机器部分(5)并且构造成光学地感测设置在所述第二机器部分(2)处的至少一个人工制品(3)的至少二维位置信息，所述人工制品暂时移动到所述校准监测单元(6)的感测范围内以用于通过将多个这样的感测进行比较而确定所述机器(1)的所述几何形状的所述静态和/或动态特性的变化，所述静态和/或动态特性特别是顺应性、热膨胀特性和/或由于动态或静态力特性引起的应力，
其中，所述监测系统(2)构造成监测所述机器(1)的所述几何形状的所述静态和/或动态特性的变化，并更新所述机器(1)的所述几何形状的模型或映射的补偿参数，所述模型或映射用于从所述编码器(12)得出所述坐标信息，
特别地，其中，确定所述机器的所述几何形状的所述静态和/或动态特性的变化是在所述机器的常规操作过程中在多个单独时刻以及/或者在感测多个位置信息的多个时间序列期间循环地构建。
2.根据权利要求1所述的机器状态监测系统，其特征在于，
所述校准监测单元(6)连结到数值补偿单元(9)，该数值补偿单元(9)构造成基于所述人工制品(3)的所述位置信息的至少第一光学感测与所述人工制品(3)的所述位置信息的至少一个后来的第二光学感测之间的差异得出所述机器(1)的所述几何形状的所述静态和/或动态特性的变化。
3.根据权利要求1或2所述的机器状态监测系统，其特征在于：
其中，所述机器(1)包括：
作为所述第一机器部分(5)的机器基座(5)；以及作为所述第二机器部分(2)的机器头，特别地，所述第二机器部分(2)处有测量探头(2)，该测量探头能够借助所述机动驱动单元(13)相对于所述机器基座(5)以至少三个自由度(11)移动，
特别地，其中，不只一个位置感测单元被固定在所述第一机器部分(5)的不同位置处和/或不只一个人工制品(3)被固定在所述第二机器部分(2)的不同位置处，并且所述校准监测单元(6)构造成关于所述人工制品(3)在所述机器(1)处的相应位置而得出所述机器(1)的所述几何形状的所述静态和/或动态特性。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的机器状态监测系统，其特征在于，
所述校准监测单元(6)包括位置感测单元，该位置感测单元构造成在至少三维中得出所述人工制品(3)的所述位置信息，其中所述感测包括确定所述人工制品(3)的两个横向位置和缩放比例。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的机器状态监测系统，其特征在于，
所述校准监测单元(6)包括：
至少一个光源(21)，所述至少一个光源(21)用于发射光辐射，所述光辐射照射所述人工制品(3)，所述至少一个光源(21)特别是如LED或激光、荧光灯或电致发光箔或OLED之类的半导体光源，特别地其中，所述光源(21)构造成使得所述人工制品(3)主动发光，来自所述光源(21)的光耦合到所述人工制品中，优选地由所述人工制品的荧光部分主动发光；以及
至少一个光敏传感器(20)，该光敏传感器(20)用于光学地感测受所述人工制品(3)影响的所述光辐射，所述光敏传感器(20)特别是依赖于位置的光敏传感器(20)，如CCD图像传感器或CMOS图像传感器、基于横向光电效应的位置敏感装置(PSD)、光电二极管、单光子雪崩二极管(SPAD)、双单元或正交光电二极管检测器。
6.根据权利要求5所述的机器状态监测系统，其特征在于，
所述校准监测单元(6)构建为基于位置光强度分布光学地感测所述人工制品(3)，所述位置光强度分布特别是由所述光敏传感器(20)借助所述人工制品(3)的阴影得出，所述光敏传感器(20)布置在所述人工制品(3)的基本上与所述光源(21)的侧相对的一侧，特别是具有以下中的至少一者：
-光学不透明的人工制品(3)，该人工制品(3)将所述人工制品(3)的形状投射到所述光敏传感器(20)上；
-所述人工制品(3)形成的来自所述光源(21)的光的阴影，该阴影由所述光敏传感器(20)定位，
-所述人工制品(3)对来自所述光源(21)的光的吸收，所述光敏传感器(20)评估所述吸收的强度，
-折射光的人工制品(3)，该折射光的人工制品(3)产生来自所述光源(21)的聚焦光，所述聚集光由所述光敏传感器(20)评估；
-全息人工制品(3)，该全息人工制品(3)产生由所述光源(21)提供的光的全息投射，该全息投射由所述光敏传感器(20)评估。
7.根据权利要求5至6中任一项所述的机器状态监测系统，其特征在于，
所述校准监测单元(6)包括至少一个光纤(33)，所述光纤(33)用于发射和/或感测所述光辐射，特别地，其中，评估所述光辐射的发射和所述光辐射的感测之间的耦合比以确定所述人工制品(3)的所述位置信息。
8.根据权利要求5所述的机器状态监测系统，其特征在于，
所述校准监测单元(6)构建为基于由所述光敏传感器(20)得出的位置光强度分布光学地感测所述人工制品(3)，所述光敏传感器(20)布置在所述人工制品(3)的布置有所述光源(21)的同一侧，尤其具有以下中的至少一者：
-反射人工制品(3)，其提供来自所述光源的所述光的反射，该反射由所述光敏传感器(20)定位，
-溯源反射人工制品(3)，该溯源反射人工制品(3)特别实施成Lüneburg透镜，提供来自所述光源的所述光的溯源反射，该溯源反射由所述光敏传感器(20)定位，-全息人工制品(3)，该全息人工制品(3)产生由所述光源(21)提供的所述光的全息反射，该全息反射由所述光敏传感器(20)评估，
-针对所述人工制品(3)的干涉测量单元，该干涉测量单元确定到所述人工制品(3)的距离，
-散斑观察单元，该散斑观察单元检测在所述人工制品(3)上由所述光源(21)提供的相干光产生的散斑图案。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的机器状态监测系统，其特征在于，
所述校准监测单元(6)包括刚度测量单元，其构造有以下中的至少一者：
o在所述校准监测单元(6)处待由所述人工制品(3)碰触的至少一个刚性端部止挡件，其中，所述刚性端部止挡件包括用于得出所述刚性端部止挡件与所述人工制品(3)之间的力值的力传感器；
o在所述校准监测单元(6)处待由所述人工制品(3)碰触的至少一个刚性端部止挡件，其中，所述人工制品(3)包括用于得出所述刚性端部止挡件与所述人工制品(3)之间的力值的力传感器；以及/或者
o在所述校准监测单元(6)处的可主动移动的端部止挡件，该可主动移动的端部止挡件用于在感测所述位置信息期间在所述人工制品(3)上产生限定的力值。
10.一种用于监测机器(1)的机器几何形状的静态和/或动态特性的变化的方法，该机器包括：
第一机器部分(5)和第二机器部分(3)，所述第一机器部分(5)和所述第二机器部分(3)能够借助机动驱动单元(13)相对于彼此定位；以及位置编码器，该位置编码器用于得出所述第一机器部分(5)相对于所述第二机器部分(3)的坐标信息，
其中，所述第一机器部分包括固定到所述第一机器部分的校准监测单元(6)，并且其中所述第二机器部分包括人工制品(3)，
其特征在于，
优选在所述机器(1)的工作进程中或间歇期间，循环地将所述人工制品(3)定位在所述校准监测单元(6)处的限定监测位置处，在至少两个维度上光学地感测所述人工制品(3)的位置信息，特别是在所述机器的常规操作过程中在多个单独时刻以及/或者在多个时间序列期间感测一系列多个位置信息，在所述多个时间序列中的每一个中感测多个位置信息；
通过将所述位置信息与所述人工制品(3)的至少一个循环定位的至少一个先前的位置信息进行比较，得出所述机器的几何形状的所述静态和/或动态特性的变化；并且更新所述机器(1)的所述几何形状的模型或映射的补偿参数，所述模型或映射用于根据得出的所述机器的几何形状的所述静态和/或动态特性从所述编码器(12)得出所述坐标信息。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，
将所述位置信息储存到位置信息的历史，优选地与时间戳和/或环境信息一起储存到环境信息的历史，并且
将所述位置信息与先前储存的来自所述历史的位置信息进行比较，以得出所述机器的几何形状的所述静态和/或动态特性的变化，并且由此得出用于得出所述坐标信息的补偿参数，特别是用于得出所述机器的几何形状的映射或者模型的补偿参数。
12.根据前述权利要求10或11所述的方法，其特征在于，将所述补偿参数应用于由所述机器(1)的所述编码器得出的坐标信息，从而在所述机器(1)的运行时间产生校正的和/或更新的坐标测量值。
13.根据权利要求10至12中任一项所述的方法，其特征在于，将限定的或测得的力施加到位于所述校准监测单元(6)的感测范围内的所述人工制品(3)，并且
通过评估所述位置信息和所述力来得出所述机器的几何形状的顺应性，特别是用于评估所述机器的几何形状的刚度和/或刚性特性。
14.根据权利要求10至13中任一项所述的方法，其特征在于：
在所述校准监测单元(6)的感测范围内动态地移动所述人工制品(3)，并通过在动态移动期间感测位置信息的序列并且将期望的动态移动与所感测的序列进行比较来得出所述机器的几何形状的动态特性。
15.一种计算机程序产品，该计算机程序产品包括储存在机器可读介质上的用于监测机器(1)的几何形状、静态和动态相关特性的长期变化的程序代码或者实施成电磁波的计算机数据信号，所述程序代码或者计算机数据信号构造成用于执行根据权利要求10至14中任一项所述的方法，
特别是在根据权利要求1至9中任一项所述的校准监测单元中或在机器(1)的测量或外形描绘系统控制器(9)中执行，所述测量或外形描绘系统控制器(9)构造成控制所述机器的一部分沿期望的轨迹的移动。

说明书全文

机器几何形状监测

技术领域

[0001] 本发明总体分别涉及一种用于监测机器几何形状的系统或方法；在机器使用期间感测机器的几何特性的偏差；以及相应的设置；校准监测单元和计算机程序。

背景技术

[0002] 机器通常需要机器部分相对于另一个机器部分精确定位，例如坐标测量机器(这里也简称为CMM)通常在工业上用于测量对象的几何特征。其中要求的精确度通常相当高，例如在微米或微米以下的范围内。为了达到这一点，CMM通常建成刚性或准刚性的，具有高分辨率位置编码器以精确地确定测量探针在探头处的位置，该探头绕对象以至少一个(优选三个或更多个)自由度移动以用于接触(＝碰触)，但在一些实施方式中也有非接触式几何测量。优选地，存在用于使探头在多个轴上移动的驱动单元。CMM还包括或连接到可编程计算单元和/或控制器，该可编程计算单元和/或控制器评估几何测量并且可选地根据测量程序自动移动测量头。

[0003] 在本发明意义上的机器可以是具有平行运动性和/或三角运动性，最好具有线性和/或转动驱动和编码器的任何类型的CMM，例如，实施成笛卡尔、悬臂、桥式、龙门架、选择顺应性装配机器手臂、六足、三脚架、antropomorphic 机器人、水平臂、铰接臂或坐标格网尺臂的CMM。可以在EP 2 705 935、US 7 841 097、US 7 810 248、WO 1995/020747、US 5 604 593、EP 1 322 905、WO 2015/082935等中找到实施例。本发明意义上的机器还可以是表面扫描装置，或形式测量装置，或形状测量装置。而且，机床或类似的加工机器可以是本发明意义上的机器的实施方式，但，特别地，不仅在配备或可配备测量探针时才是本发明的实施方式。

[0004] 为了达到期望的高精确度，必须定期校准机器。已知通过用测量探针探测或扫描固体、高度精确和众所周知的参考对象来完成这种操作，例如，借助一个或多个配备有红宝石球的触针碰触参考对象表面。为了提高精确度，这可以在机器的测量容积内多次和/或在不同位置处进行，从而可以通过大量运算得出一种机器的校准映射。

[0005] 但是，如机器框架内的温度分布不均匀之类的环境影响；如湿度、阳光或通风、机器或测量探针的磨损、漂移、机械变形、或甚至在机器的花岗岩板上放置工件(重量)之类的其他环境影响扭曲了机器的几何形状，从而扭曲了机器沿某自由度行进的方式。而且，例如来自线束等的滞后效应会有影响。因此，这也会影响机器的绝对精确度和性能。

发明内容

[0006] 因此，本发明的目的是改进机器，特别是改进或验证其精确度。可以实时和/或周期性的补偿环境影响。特别是在安装有作用对象的机器基座和移动的机器部分之间，如安装在机器探头处的测量传感器也将用于对象测量。尤其应该补偿如漂移、变形之类的非重复和/或非常规影响。

[0007] 特别是如果必须在车间的工艺链中联机进行测量，则环境可能非常苛刻并且比专用的、有空调的和专门设计的测量设备更容易出错。为了实现精确测量，机器需要监测来自诸如温度波动之类的环境的影响，并对它们作出反应。虽然可以测量温度，但是它们对整个机器几何形状的实际影响并不总是能够仅根据那些温度值被精确预测。由于气候变化、机器或环境负荷条件、沉降、磨损等，许多偏差是不可再生或不可逆的可重复性长期影响。

[0008] 本发明的另一个目的是提供一种快速实现这种目的的方法。如上所述，已知的做法是通过对一个或多个参考球进行采样来校准机器，但是这样做是耗时且繁琐的并且不适合经常进行，尤其不适合在车间环境中。因此，可以是特定方面(优选单个测量而不是通过多个连续测量)来实现这种精确度增强或比参考球扫描检查得更快。

[0009] 该目标的一部分也可以是应该联机检查机器，优选在测量之间或在测量期间联机检查。通常期望定期监测这种长期漂移，优选借助快速和精确的检查进行监测，该检查优选可以是完全自动化的并且包括在测量软件中。有利地，一次或多次单次测量应该足以以优选低于1微米的精确度得出机器的漂移状况。

[0010] 进一步增强的目标也可以是使用实际的测量探针进行这种补偿，实际的测量探针在工作期间也将用于对象测量。这避免了耗时的探针尖端更换，并提供了验证测量探针本身的正确性的附加可能性。

[0011] 根据本发明，通过在机器上提供具有简单的全局且优选绝对的感测的装置和/或方法来解决这些目的，以得出移动的机器部分的几何机器特性(特别是考虑到温度、不均匀以及其他漂移效应和工作容积的形状偏差)的偏差。换句话说，本发明监测偏差，特别是具有大的时间常数(例如大约数分钟、数小时甚至数天、数周或数月)的偏差。监测根据本发明的机器内的低频率的不可重复的效应的这种低频全局监视系统使得所述那些影响能够最小化或能被克服。

[0012] 根据本发明，机器周期性地(或由如下所述的某些事件触发)移动到一个或多个特定位置并保持该位置，同时固定在机器上的光学系统观察人工制品，例如，CMM的测量工具处的测量探针触针的测量人工制品。结果可以例如关于机器的比例或编码器值识别人工制品的中心点位置。然后，那些中心点或其他人工制品形状和/或相对于机器基座的位置信息可以例如与先前的测量结果相比较，从而可以评估偏差、漂移等。基于该校准或补偿参数，可以得出统计值、置信水平等，并将其应用于由机器编码器获得的坐标测量值。这样将补偿应用于坐标值可以随后地、追溯地和/或通过多个偏差之间的时间插值来完成。这些循环的低频漂移测量的结果可以用于映射、重新映射或校正机器的几何映射，或者分别用于校正或参数化建模、黑盒模型、查找表等。

[0013] 根据本发明，特定校准监测视单元可以附接到机器的一部分，该校准监测单元包括至少一个光学传感器，优选能够进行光位置评估的光学传感器，并且还包括至少一个光学照射源。

[0014] 换句话说，本发明因此涉及机器状态监测系统，特别是机器几何监测系统，用于循环地确定机器几何形状的特性(特别是机器几何形状的静态和/或动态特性)的变化和/或偏差。

[0015] 变化和/或偏差可以例如指的是监测或得出关于两个不同感测之间的变化和/或与先前值或期望标称值的偏差的信息，变化和/或偏差可以特别涉及运算至少两个感测之间的差异，优选地，将感测建模以将变化和/或偏差与机器的物理特性(特别是机器几何特性)联系起来。

[0016] 换言之，机器的几何形状的静态和/或动态特性或机器几何形状的静态和/或动态相关特性可以表示成影响机器的几何形状或机器的基本机械框架结构的特征和/或机器部分相对于彼此的运动的几何形状的特征。这些特性可以是基本上静态的特性，如塑性变形、温度应变、磨损等，它们是静态的，这意味着例如它们往往在短时间内看起来相当稳定，但往往会在很长时间(如数小时，数周或数年)内变化，并且通常可以通过一次单次测量得出。这些特征也可以是基本上动态的特性，例如弹性变形、弯曲、惯性效应、共振、对外部应变的反应等，它们是动态的，这意味着例如它们往往依赖于时间和/或如刺激或应变之类的其他外部因素，特别地，在感测中必须考虑这种依赖性，并且这种依赖性通常可以通过给定时间范围内的多次测量的时间序列得出，评估感测值(或应变、应力、力等)随时间的时间序列动态变化以得出动态特性。其中的几何形状的特性可用于例如借助一组反映机器的几何形状的物理变化或偏差的参数对这些特征进行建模或参数化。

[0017] 特别是监测机器的长期或准静态变化或偏差，例如，漂移、稳定性、磨损或其他问题。优选地，这通过快速(优选单次)感测或测量来完成，通常这优选也在机器的工作过程期间或之间完成。

[0018] 机器在其中构造有位置编码器，以得出至少第一机器部分相对于第二机器部分的坐标信息，这些机器部分可借助机动驱动单元相对于彼此移动(例如在一个或多个维度上线性移动和/或旋转移动)。机器在其中特别地构造成沿着期望的或限定的轨迹移动机器部分。该机器例如可以是测量机器和/或机床，特别是坐标测量机(CMM)或计算机数控(CNC)机的各种变型，如铣床和/或铣削中心或机械人臂。

[0019] 根据本发明，监测系统包括至少一个校准监测单元，该校准监测单元具有光学的、至少二维的测量位置感测单元。在一些实施方式中，还可以包括三维测量位置感测单元或甚至更多维度感测单元。其中这些尺寸的感测优选基本上同时(例如在单次测量中而非顺序的)进行。

[0020] 校准监测单元固定到第一机器部分并且构造成光学地感测设置在第二机器部分处的人工制品的至少二维位置信息。特别地，校准监测单元可以构造成在最小一个时刻中光学地感测设置在第二机器部分处的至少一个人工制品的至少二维位置信息。可选地，还可以感测位于第二机器部分(或者还位于其他机器部分)处的相同或不同位置处的不只一个人工制品。特别地，可以当至少所涉及的机器部分静止时完成此光学感测，或者换言之，在第一和第二机器部分没有显著移动的情况下，感测人工制品的位置信息。特别地，至少一个人工制品相对于校准监测单元没有显著的相对移动，并且校准监测单元相对于其所附接的第一机器部分也没有显著移动，换句话说，包括具有其人工制品的第二机器部分以及具有其位置感测单元的第一机器部分的感测设置在感测所需的(相当短的)时间段内至少基本上是静止的。对于感测，人工制品临时移动到校准监测单元的感测范围中，用于在常规工作过程或机器的操作中和/或之间多次(特别是循环或重复)确定任何变化和/或偏差。其中，可以通过比较多个这样的感测来得出变化和/或偏差。

[0021] 特别地，人工制品移动到校准监测单元的感测范围中一段时间，这是得出至少二维位置信息所需的。换句话说，借助校准监测单元，可以在单次测量中评估至少两个自由度，优选三个或更多个自由度。优选地，不存在每个尺寸相继的后续测量采集，并且没有针对每个尺寸的多个单独的离散测量。

[0022] 可以例如在测量、工具更换事件、环境事件(如温度变化、气压变化、吸湿变化、阳光影响等)期间间或进行循环确定。这还可以在机器整个工作期间的多个预定校准检查时间通过如下操作完成：人工制品快速移动到校准监测单元，进行单次测量，然后恢复工作。

[0023] 其中，确定机器几何形状的静态和/或动态特性的变化和/或偏差可以在机器的多个单一时刻和/或多个时间序列的常规操作过程中循环构建，在该时间序列中，随时间感测并评估多个位置信息以得出动态特性。

[0024] 其中，监测系统可以构造成监测机器的几何形状的静态和/或动态特性的变化，并更新机器的几何形状的模型或映射的补偿参数，该模型或映射用于从(原始)编码器读数中得出坐标信息。然后，可以基于位置信息和坐标信息(优选包括机器模型和先前的循环感测或确定的历史)得出机器的几何特性的偏差。

[0025] 校准监测单元可以在其中刚性且永久地安装在第一机器部分处的固定校准位置处。

[0026] 换句话说，一个或多个校准监测单元固定到第一机器部分并且构造成在至少二维中光学测量第二机器部分处的人工制品相对于第一机器部分的位置信息。校准监测单元连结到数值补偿单元，该数值补偿单元构造成基于来自校准监测单元的光学感测的位置信息确定相对于第二机器部分的位置偏差。其中，数值补偿单元可以构造成得出几何机器偏差的补偿参数和/或将补偿参数提供和/或应用于来自位置编码器的坐标信息。

[0027] 换句话说，人工制品(特别是固定的或可临时更换的)设置在第二机器部分处，并且监测系统的校准监测单元固定到第一机器部分。校准监视单元在其中构造成当人工制品被带入校准监测单元的测量范围内时光学地感测人工制品的至少二维位置信息。

[0028] 校准监测单元可以连结到数值补偿单元，该数值补偿单元构造成基于人工制品的位置信息的至少第一光学感测与人工制品的位置信息的至少一个先前的第二光学感测之间的偏差来得出机器的几何特性的偏差。其中，校准监测单元特别可以构造成将所确定的几何影响特性的数值补偿提供和/或应用于来自机器的编码器的坐标信息。所确定的几何特性的偏差例如也可以表示在机器映射、机器模型、黑盒子、神经网络等中，其应用于来自编码器的坐标信息以至少部分地补偿偏差和/或计算统计参数或定义坐标信息的置信区间。

[0029] 该机器尤其可以是表面或形式扫描机、坐标测量机CMM或机床。这种机器尤其可以包括作为第一机器部分的机器基座和作为第二机器部分的机器头部，例如第二机器部分处具有测量探头，该测量探头可以借助机动驱动单元相对于机器基座至少以三个自由度移动。这种测量探头尤其可以实施成CMM测量头，其具有优选可更换的测量工具，例如安装有触觉测量触针。该测量探头或测量触针的一部分可以是用于位置信息感测的人工制品。特别地，测量触针的触觉测量人工制品(如红宝石或陶瓷球体或球)可以用作根据本发明的人工制品。这种测量探针或测量触针可以实施成至少部分可更换的，例如手动或通过自动工具更换器更换。

[0030] 在一些实施方式中，也可以在第一机器部分处的不同位置处固定不只一个位置感测单元，其可以由校准监测单元组合评估。还可以存在不只一个人工制品，这些人工制品可以在第二机器部分处固定在相同或不同的位置处，或者可选地也固定在其他机器部分处。然后，校准监测单元将构造成关于机器处的位置感测单元和/或人工制品的相应位置得出机器的几何形状的静态和/或动态特性。

[0031] 校准监测单元可以优选包括：

[0032] 至少一个光源，该光源用于发射照射在人工制品上的光辐射或光，所述光源特别是如LED或激光、荧光灯或电致发光箔或OLED之类的半导体光源；以及

[0033] 至少一个光敏传感器，该光敏传感器光学地感测受人工制品影响的光辐射，光敏传感器特别是依赖于位置的光敏传感器，如CCD图像传感器或CMOS图像传感器、位置敏感装置(PSD)、光电二极管、单光子雪崩二极管(SPAD)、双单元、基于横向光电效应的装置或正交光电二极管检测器。

[0034] 校准监测单元尤其可以实施为刚性的一件式监测单元，该校准监测单元优选不具有可移动的部件或部分。在一个特定实施方式中，校准监测单元可以至少部分地由诸如微晶玻璃之类的无热材料制成。

[0035] 可以以人工制品主动发射光的方式构造光源。例如，将来自光源的光辐射耦合到人工制品中和/或通过人工制品处(例如位于人工制品表面)的荧光材料耦合。

[0036] 校准监测单元还可以包括用于光发射和/或光感测的至少一个光纤，特别地，其中，可以评估两个光纤之间的耦合比以用于确定人工制品的位置信息。

[0037] 校准监测单元可以被建成为基于由光敏传感器得出的位置光强度分布来光学感测或勘测人工制品，该传感器布置在人工制品的与光源侧基本相对的一侧。特别地，这样的设置可以包括以下中的至少一者：

[0038] -光学不透明的人工制品，该人工制品将人工制品的形状投射到光敏传感器上，至少相对于光源特性是不透明的，例如就波长极化等而言；

[0039] -人工制品形成的来自光源的光的阴影，该阴影由光敏传感器感测并且特别是定位；

[0040] -人工制品对来自光源的光的吸收，光敏传感器感测吸收的强度，

[0041] -折射光的人工制品，该折射光的人工制品产生来自光源的聚焦光，聚集光由光敏传感器感测；

[0042] -全息人工制品，该全息人工制品产生由光源提供的光的全息投射，该全息投射由光敏传感器感测。

[0043] 校准监测单元也可以建成为基于由光敏传感器得出的位置光强度分布光学地勘测人工制品，光敏传感器布置在人工制品的布置有光源的同一侧，特别地，这样的设置可以包括以下中的至少一者：

[0044] -反射人工制品，其提供来自光源的光的反射，该反射由光敏传感器感测(优选定位)；

[0045] -溯源反射人工制品，该溯源反射人工制品特别实施成Lüneburg透镜，提供来自光源的光的溯源反射，该溯源反射由光敏传感器感测(优选定位)；

[0046] -全息人工制品，该全息人工制品产生由光源提供的光的全息反射，该全息反射由光敏传感器感测，

[0047] -针对人工制品的干涉测量单元，该干涉测量单元构造成用于确定到人工制品的一个或者多个距离，

[0048] -散斑观察单元，该散斑观察单元检测人工制品上的由光源提供的相干光产生的散斑图案，

[0049] -人工制品，该人工制品至少部分地将来自光源的光进行反向散射。

[0050] 在一个实施方式中，校准监测单元可以包括位置感测单元，其构造成在至少三维中得出位置信息，例如，感测可以包括两个横向位置的确定和人工制品的缩放。通过对人工制品在传感器上的再现的横向位置的这种感测，可以得出二维移位，并且可以从人工制品在传感器处的再现的尺寸或尺寸缩放得出第三移位(特别是与其基本正交)。

[0051] 在另一个实施方式中，校准监测单元可以在其中包括刚度测量单元，其构造有以下中的至少一者：

[0052] -校准监测单元处待由人工制品碰触的至少一个准刚性端部止挡件，其中，准刚性端部止挡件包括用于得出准刚性端部止挡件与人工制品之间的力值的力传感器；

[0053] -校准监测单元处待由人工制品碰触的至少一个准刚性端部止挡件，其中，人工制品包括用于得出准刚性端部止挡件与人工制品之间的力值的力传感器，其中，例如，有源触觉探针构造成感测其能够形成人工制品的测量触针的力和/或偏转，人工制品可以在其位置信息测量期间碰触校准监测单元的刚性部分；

[0054] -校准监测单元处的可主动移动的端部止挡件，该可主动移动的端部止挡件用于在位置信息的测量感测期间在人工制品上产生限定的力值。

[0055] 这种刚度测量单元可以收集系统的静态信息并将该信息用于修改机器的探针补偿矩阵和/或系统模型。其中，力值和位置信息可以优选地同时得出(被感测和被测量)。力值的方向可以随后在不只一个方向上施加，例如在两个正交方向上正向和负向地施加，并且可选地在另一个优选与该方向正交的方向上施加。

[0056] 在一个实施方式中，准刚性端部止挡件对于光学测量也可以是透明的，或者在测量位置中隐藏在人工制品后面。

[0057] 在一个实施方式中，在相同的校准监测单元处，可以与位置信息感测结合地构建刚度测量，或者可以独立于位置信息感测构建每个刚度测量。例如，通过构建或避免与端部止挡件接触(例如，通过将人工制品移动到同一校准监测单元的感测范围内的不同位置)，可以感测刚度或位置信息。

[0058] 在特定实施方式中，本发明可以涉及用于确定坐标测量机(CMM)的几何形状中的长期偏差的CMM长期偏差监测系统。CMM在其中尤其可以实施成六足的、三角形的、桥接的、水平臂的、铰接臂的、选择顺应性装配机器手臂的、龙门的、门架的、悬臂的或其他构造的CMM。CMM还可以实施成表面扫描仪器或形式或形状测量仪器，但也可以涉及提供用于几何测量的测量探针头的机床。根据本发明的监测系统尤其用于监测诸如由于温度、气候、沉降、静载荷或CMM磨损的偏差之类的非重复性长期效应。

[0059] CMM包括CMM基座和测量头，测量头可借助机动驱动单元相对于CMM基座以至少两个或三个自由度定位。测量头具有安装有测量触针的测量探针，优选地，其中，测量头、测量探针和/或测量触针是可更换的。测量触针尤其可以是触觉测量触针，如触碰触发器或触碰扫描探针。CMM还具有位置编码器，以得出测量触针位置的坐标信息。借助该坐标信息，可以得出待由CMM测量的目标对象处的测量坐标。

[0060] 根据本发明，CMM包括如前所述的校准监测单元，特别是刚性且耐用的校准监测单元，该校准监测单元固定到CMM的基座，相应固定到基座的将被施加待测量对象的部分。校准监测单元或局部长期偏差和漂移传感器构造成相对于CMM的基座光学地勘测测量触针，其优选在测量触针和校准监测单元之间没有物理接触的情况下完成。

[0061] CMM还包括数值补偿单元，该数值补偿单元构造成确定由校准单元勘测的测量触针的位置或绝对定位，并得出长期偏差的补偿参数以消除或至少减少其对CMM的测量精确度的影响。这样的补偿参数可以例如还构成或更新CMM的模型，该模型用于得出或补偿测量结果。

[0062] 所得到的补偿参数可以提供给测量控制器，该测量控制器得出待测量对象的测量坐标，或者可以通过数值补偿单元直接应用于对象的测量坐标，以产生对象的校正测量坐标。换句话说，可以构建CMM在其实际状态下的映射。

[0063] 测量触针可以包括触觉测量人工制品，特别是球体或球(如红宝石或陶瓷球)。

[0064] 本发明还涉及一种用于监测如上所述的机器几何形状的静态和/或动态特性的变化和/或偏差(特别是用于监测机器的几何特性的偏差)的相应方法。特别地，该机器包括第一机器部分和第二机器部分，它们可借助机动驱动单元相对于彼此优选以至少两个或三个自由度定位。在机器处设置位置编码器以用于得出第一机器部分相对于第二机器部分的坐标信息。其中，第一机器部分包括固定到该第一机器部分的校准监测单元，并且第二机器部分包括人工制品。

[0065] 根据本发明，特别是循环地(例如在机器的工作进度或机器的工作进度间歇期间)完成将人工制品定位在校准监测单元处的限定的监测位置。这里，完成了至少在两个维度上的人工制品的位置信息的光学感测。在此基础上，通过将位置信息与至少一个在先的或先前的位置信息进行比较，得出机器的几何形状的偏差，在先的或先前的位置信息是在一个或多个之前的定位和感测中得出的。该方法还可以涉及更新机器的几何形状的模型或映射的补偿参数，该模型或映射用于或应用于从编码器原始数据读数得出的坐标信息，根据得出的机器几何形状的静态和/或动态特性完成此更新。因此，该方法还可以包括由此得出校正的坐标信息。

[0066] 优选地，基本上同时构建多个维度的感测，尤其是通过校准监测单元对人工制品的单次测量构建多个维度的感测。针对机器的几何特性的偏差的补偿参数的得出还可以包括将校准监测单元的位置信息与编码器的坐标信息进行比较。

[0067] 该方法可以包括使用历史位置信息，可选地还与诸如温度信息之类的附加历史信息一起使用历史位置信息以提升用于计算参数的模型。因此，本发明可以包括储存位置信息，优选与时间戳和附加环境信息一起存储储存位置信息。

[0068] 因此，可以储存位置信息(优选具有相应的补偿数据，该补偿数据包括对机器的位置编码器的相应坐标信息的参考)的直方图。通过将位置信息与先前储存的位置进行比较，可以得出偏差值，并且可以从中得出补偿参数。

[0069] 特别地，导出用于消除由编码器得出的坐标信息中的机器的几何特性中的偏差的补偿参数的过程中可以包括补偿数据从直方图到实际测量位置的插值。例如，该方法还可以包括将得出的补偿参数应用于由CMM得出的坐标测量值，从而得到校正的坐标测量值。

[0070] 可以在机器的工作进度期间联机(例如，在机器运行时短暂中断其工作)执行根据本发明的方法。例如，可以在机器工作时，根据时间表或由事件触发(例如，环境传感器值改变或测量对象或工具更换的事件)，循环地间歇监测。

[0071] 除了感测位置信息之外，还可以构建对人工制品的形状的感测，该形状可以包括在补偿参数的得出中。

[0072] 光学感测还可以与人工制品的动态移动相结合，以识别机器的动态特性，例如与重量分布、惯性、刚度、阻尼、游隙、间隙，动力性等相关的参数。因此，可以推断出用于动态补偿策略的动态相关的补偿参数。

[0073] 在根据本发明的方法的一个特定实施方式中，构建了对位于校准监测单元的感测范围内的人工制品施加限定或测量的力。因此，可以例如通过与力同步评估位置信息而构建机器的几何、静态和/或动态特性的得出。因此，特别地，可以构建静态和/或动态刚度的评估和/或作为机器的动态特性的刚性的评估。

[0074] 在根据本发明的方法的另一个特定实施方式中，可以在校准监测单元的感测范围内例如借助驱动单元动态移动(优选地，定义的期望的动态移动，例如特定的正弦移动频率)人工制品。因此，可以通过在人工制品的动态移动期间感测位置信息序列并且通过将期望动态移动与所感测的位置信息序列进行比较来构建机器的动态特性的得出。

[0075] 在特定实施方式中，本发明还涉及一种用于监测坐标测量机(CMM)(特别是如以上指定的CMM)的几何形状中的长期偏差的方法。

[0076] 根据本发明，该方法包括将测量探针定位在CMM的限定的监测位置处，校准监测单元在该监测位置处固定到CMM基座。特别地，这可以多次进行和/或在CMM的多个不同监测位置进行。

[0077] 在校准监测单元处，通过确定测量触针相对于CMM基座的位置来完成测量触针的光学勘测。因此，通过将位置与至少一个先前的位置数据进行比较，构建CMM几何形状的长期偏差的补偿参数的导出。

[0078] 该方法或该方法的至少涉及计算和/或运算的那些部分也可以实施成一个或多个计算机程序产品，这些计算机程序产品储存在机器可读介质上或实施成电磁波(例如有线或无线数据信号)。因此，本发明还分别涉及具有根据本发明的可移动机器部分的机器的几何特性的偏差的监测；包括用于基于几何特性中的那些偏差来补偿位置编码器坐标信息的程序代码的计算机程序产品。

[0079] 可以在根据本发明的校准监测单元中执行计算机程序，该校准监测单元因此还涉及计算装置或数字控制器，其构建用于在实际上具有或不具有计算机程序加载的情况下运行提供根据本发明的功能的计算机程序。附图说明

[0080] 下面参照附图中示意性展示的工作实施例，仅以实施例的方式更详细地描述或解释根据本发明的单元、方法和系统。具体地说，

[0081] 图1a、图1b、图1c、图1d展示了根据本发明的机器的实施方式的一些实施例；

[0082] 图2a展示了根据本发明的几何监测系统的第一实施方式的实施例；

[0083] 图2b展示了根据本发明的几何监测系统的第二实施方式的实施例；

[0084] 图2c展示了根据本发明的几何监测系统的第三实施方式的实施例；

[0085] 图2d展示了根据本发明的几何监测系统的第四实施方式的实施例；

[0086] 图3a、图3b、图3c、图3d、图3e示出了呈双侧布置的根据本发明的几何监测系统的实施例；

[0087] 图4展示了示出呈单侧布置的根据本发明的几何监测系统的第一实施方式的实施例；

[0088] 图5a、图5b、图5c和图5d展示了示出呈单侧布置的根据本发明的几何监测系统的第二实施方式的实施例；

[0089] 图6a和图6b展示了示出呈单侧布置的根据本发明的几何监测系统的第三实施方式的实施例；

[0090] 图7展示了示出根据本发明的几何监测系统的另一实施方式的实施例；

[0091] 图8a、图8b、图8c和图8d展示了示出呈单侧布置的根据本发明的几何监测系统的第四实施方式的实施例；

[0092] 图9a、图9b、图9c和图9d展示了根据本发明的具有刚性确定的几何监测系统的实施方式的实施例；

[0093] 图10展示了示出根据本发明的方法的实施方式的原理的框图的实施例。

[0094] 不应将图的图形视为按比例绘制。在适当的情况下，相同的附图标记用于相同的特征或具有类似功能的特征。附图标记的不同附标用于区分示例性展示的相同或等同特征的不同实施方式。术语“基本上”在本文中用于描述这样的事实：某个值、布置或特征不一定需要100％确切，而可能略微异常，但仍在范围内。换句话说，例如由于不精确、无意识、设计考量、公差等可能会有一些轻微的偏差，但是特别是考虑到由此实现的技术效果，对于所提到的值或布置存在明显的趋势。特别是，它并不意味着明显相反。在任何情况下，除了“几乎确切”的含义之外，术语“基本上”总是能够被解释为包括或者也表示“确切地”或特定特征本身的含义。术语“准”用于表示某特征显然如所表示的，但实际上并不需要100％严格地如所表示的。例如，即使技术人员通俗地认为每个物质体是例如刚性的，每个物质体也可能(虽然相当小)经受一些屈曲、弯曲、偏离等。这种考虑通常可以应用于几乎任何所提到的特征，但是对于一些潜在的最关键特征有时也明确地表达了这种考虑。

具体实施方式

[0095] 图1a至图1d各自展示了根据本发明的机器1的实施方式的实施例。所示的实施例可以实施为坐标测量机(CMM)或者表面扫描装置或者形式测量装置或形状测量装置，还可以实施为机床或类似的加工机器、激光切割机、3D 打印机等。这种机床在其中也可以配备测量探针作为工具。

[0096] 图1a中的实施方式示例性地示出了门户CMM或门户机床。该门户CMM或门户机床具有作为基座5的第一机器部分5，待加工的对象4搁置在该第一机器部分5上，安排了测量，并且第二机器部分2(例如，探头2)可相对于基座5移动。探头2附接有优选可更换的测量探测触针3。探头2可以以至少两个或至少三个自由度移动，在该实施例中可沿10x、10y和10z方向或轴移动。在每个轴中，相应的位置编码器12x、12y和12z提供探头2的位置信息，例如这里展示的笛卡尔坐标系11中的位置信息。优选地，例如根据移动或测量程序，由相应的驱动单元13x、13y、13z可以自动完成定位。根据本发明，机器1包括校准监测系统6，其被构建用于监测机器的几何形状的偏差，特别是长期偏差，如由于环境影响或磨损、对象4或探头2或探针3的重量等引起的漂移、变形。

[0097] 图1b中的实施例示出了另一个机器1设计的实施方式。该机器1也具有用于定位探头2的轴10x、10y和10z，探头2在此处也展示为附接有测量探针3的测量头。坐标系11中的坐标信息测量从位于那些轴10x、10y和10z处的位置编码器得出，这些位置编码器可以优选地是马达驱动的，但也可以由操作者手动引导。坐标信息能够例如用于测量或勘测放置在机器基座5上的对象4的几何特征。基座5处也有根据本发明的校准监测系统6，这将稍后详细讨论。

[0098] 图1c中的实施例示出了机器1的另一种设计的示例性实施方式。该机器1使用具有至少三个轴10a、10b和10c的非笛卡尔几何形状用于也借助相应的驱动器13和位置测量系统12在机器工作容积中定位头2以及工具或测量探针3a/3b。除了所示的一个示例之外还存在实现这些的其他几何形状。安装相对于机器的基座5固定或以公知或者测量的方式可移动的待测量的对象4。还存在至少一个根据本发明的校准监测系统6。例如，校准监测系统6a可以位于机架的基座5b处和/或校准监测系统6b可以位于安装的测量对象4的基座5b处。

[0099] 图1c中的实施例展示了另一个机器1设置的又一示例性实施方式。该机器1使用具有至少五个轴10z、10a、10b、10c和10d的非笛卡尔几何形状用于借助这里未示出的相应的位置信息测量系统12和驱动单元13相对于第一机器部分5定位机器1的第二部分2。第二机器部分2可以配备有可以例如实施为用于测量对象4的测量探针3尖端的人工制品3，或者如下面进一步讨论的另一种人工制品。根据本发明的一个或多个校准监测系统6a，6b可以在机器的基座5b处和/或对象4的基座5a处固定地且刚性地位于机器工作容积内，在那些基座5a/5b分开的情况下尤其如此。优选地，根据本发明的校准监测单元6的基座结构可以实施到机器1的基座5中。校准监测单元6还可以至少部分地由基本上无热的材料制成和/或几何上设计成取消热膨胀效应。

[0100] 所展示的实施例不需要被认为是排他性的，因为本发明也可以应用于机器的其他类型和几何设计，这里没有明确展示这些类型和几何设计。

[0101] 图2a展示了根据本发明的校准监测单元6的实施例，其中第二机器部分3处的人工制品3被精确感测并且在至少两个维度上测量，优选地在至少三个维度上测量。人工制品3可以是具有某些尺寸的任何人工制品3，其允许紧凑的设计，优选直径小于30mm的球体，该人工制品专门为了本发明的目的而应用于第二机器部分2，但是例如也可以是作为第二机器部分2的探头2处的测量触针的触觉探测人工制品3，触觉探测人工制品3通常用于上述这些目的。

[0102] 在该实施例中，通过将人工制品3的阴影图像构建到光敏传感器20上来完成感测。显然，阴影意味着人工制品3对于所评估的光的波长不是或者至少不是完全透明的。人工制品3可以例如是测量探针尖端(如触针尖端处的触觉球)，其在光源21和光敏传感器20之间移动，从而产生光敏传感器20上的敏感区域的一部分的阴影。光敏传感器20可以例如可以实施成CCD或CMOS相机芯片，或者也可以实施成一个或多个光敏传感器20(特别是光电二极管)的构造成获得应用到光敏传感器的光图案的位置信息的任何其他布置，如一个或多个CCD线、CMOS线或光电二极管线或光电二极管阵列、正交光电二极管、双三角形双单元光电二极管等。而且，基于横向光电效应的一维或二维PSD可以是光敏传感器20的一个实施方式。另选地，也可以使用一个或多个无场CMOS或局部CMOS作为根据本发明的光敏传感器20。
而且，可以使用不只一个CMOS的扩展。如本领域中已知的，也可以实施滚动快门的方法或其他特定读出器。

[0103] 通过评估光敏传感器20，校准监测单元6光学地感测精确地位于其位置中的人工制品3并且在单次采集中得出至少两个(优选更多)自由度的尺寸位置信息，单次采集意味着在短的测量时间内采集。例如，能够从光敏传感器20数据得出人工制品3(如测量触针处的触觉球)的中心。这可以在短时间内完成，优选在历时短的单次测量中完成(例如，在光源提供的照明条件下，大约是光敏传感器20的曝光时间)。然而，根据本发明，基于多次这种曝光的评估可以用于例如提高精确度或用于下面讨论的具体实施方式，同时仍然引起短的感测时间。例如，根据本发明的校准监测单元6的感测时间可以是大约几秒或优选更低。

[0104] 通常，人工制品在机器的工作容积内靠近校准监测单元6的位置将比光学勘测花费更多的时间，当应该允许移动的人工制品在校准监测单元6处安定到稳定状态以用于感测时尤为如此。但是在根据本发明的具体实施方式中，还可以评估机器移动的动态。可以例如当人工制品3移动到校准监测单元6的感测范围中时，或者在感测范围内时借助驱动单元13的限定的激励，从人工制品3的这种安定运动得出那些移动动态的评估。为了获得动态特性(如机器的几何形状和/或机械的惯性、阻尼、间隙、刚度、共振、频率响应等)，可以随时间和/或关于(特别是时间地)来自机器1的编码器的相应坐标信息值来评估由校准监测单元6得出的位置信息感测的(例如，等时的)快速序列。这可以被认为是本发明的另一方面或甚至是专用发明。

[0105] 在图2a中，机器1的基座5处设置特定构造以放置人工制品3，该人工制品可以是例如与也用于CMM中的触觉对象测量的相同的人工制品，该人工制品位于照相机20和照明体21之间的大约中间，在该实施例中，照明体21由光纤提供。与本发明的光源21直接位于校准监测单元处的另一个实施方式相比，这种光纤可以带来避免实际光源(作为不希望的热的潜在来源)直接位于校准监测单元6处的优点。在后一种情况下，可以优选地与光敏传感器
20同步和/或仅在感测发生的短时间期间例如通过减少光源21的接通时间或通过使光源21进行脉冲来减少热。通过阴影成像，可以获得人工制品3的位置信息的光学感测或测量，例如，呈人工制品在光敏传感器20上的阴影的中心的位置在至少两个维度中(并因此也相对于校准监测单元6和相对于基座5)的几何估计的形式。

[0106] 涉及作为机器1的CMM的另一实施例是生成CMM的所谓“映射”，其包括校准数据以提高CMM的测量精确度。映射实际实施可以是供应商高度特定的，但是通常它映射来自位置编码器12在机器轴10处的坐标信息以针对各个机器特征、不精确性、偏差等进行校正。已知这是在繁重的调试或校准过程中完成的，调试或校准过程需要外部设备、参照、激光干涉仪等。根据本发明，可以在映射的参数值方面生成和/或更新这种映射。特别地，即使在使用机器时，本发明也能够更频繁地和/或定期地更新映射参数。除了这样的映射之外，还可以有可以根据几何机器特性的偏差来构建、参数化和/或更新的机器的其他模型，例如，物理模型、有限元模型、黑盒模型、循环表、参数化转换公式、统计模型、神经网络模型。

[0107] 除了位置信息感测之外，还可以基于附加输入端(如机器结构上的一个或多个位置处的温度传感器，或用于环境或机器操作因素的其他传感器)推断补偿参数。

[0108] 还可以通过在机器1处提供不只一个的校准监测单元6和/或不只一个的人工制品3来构建本发明。其中，供设置校准监测单元6和/或人工制品3的第一机器部分2和/或第二机器部分5可以变化。例如，当机器1包括不只一个可移动轴时，在机器1上的多个位置处可以存在用于每个轴的校准监测单元6或存在多个校准监测单元6的另一巧妙布置，该布置针对机器设置构造成以多个自由度确定机器1的几何特性的得出，特别是具体地得出该特定机器1的相关偏差。

[0109] 为了得出被监测的机器的几何特性的偏差，所感测的人工制品的多维位置信息与该位置信息的先前感测和/或来自一个或多个机器移动轴的编码器的位置信息有关。通过后者，例如可以将由编码器得出的人工制品坐标位置信息与由校准监测单元得出的人工制品位置信息进行比较，并且基于差异，可以推断出机器1的某些部分的几何偏差。例如，可以存储初始参照，然后后续偏差可以与之比较。根据本发明，可以存储感测和/或偏差的历史并比较，并且在得出编码器坐标信息的补偿参数的过程中也可以考虑该历史。在许多实施方式中，根据本发明的偏差可以被认为仅涉及偏差和/或感测的相对差异，而不一定涉及绝对值。特别地，可以评估位置信息或偏差的进展，并且可以通过其他手段构建机器绝对精确度的校准。

[0110] 根据本发明，光学感测不仅可以用于得出人工制品3在光学传感器20的平面中在两个横向方向上的位置信息。可选地，还可以得出人工制品3在光源21和传感器20之间的方向线上的位置信息，就所示的基本上的点光源而言，当人工制品3在图中的该方向上移动时，阴影的大小改变。因此，图2a的设置还可以在至少三个维度上感测人工制品3的位置信息。也可以使用类似的效果并将其应用于本文中所述的其他实施方式。

[0111] 而且，如果由光敏传感器20评估人工制品3的阴影的形状或轮廓，则可以获得附加信息。例如，与定义的已知参照形状相比较和/或如果测量触针的感测形状与相同测量触针的先前感测相比发生变化，则可以检测到对诸如CMM的测量触针之类的人工制品的机械损坏，或者也可以检测到粘附的污垢对测量触针的污染。

[0112] 循环地进行根据本发明确定几何机器特性的偏差。这并不意味着这是在人工制品3长时间(例如，在几分钟或更长时间甚至连续的时间范围内)停留在校准监测单元6中的情况下连续进行的。另一方面，根据本发明的感测也不是时不时(例如，以数月、数周或数天的间隔，或仅每调试时一次)地进行的，而是更频繁地，特别是例如每天至少多次或更频繁。在一个实施例中，根据本发明的方法尤其可以每小时多次进行。根据本发明，人工制品3移动到校准监测单元6中一小段时间(特别是在感测实例所需的时间内)，然后移出校准监测单元6。例如，机器1中断其工作流程，将人工制品3移动到校准监测单元6，持续实际感测所需的一小段时间，然后再移出人工制品以恢复其工作流程。

[0113] 在根据本发明的另一个实施方式中，设置也可以颠倒，例如，人工制品3可以位于第一机器部分5处，并且校准监测单元可以位于第二机器部分2处。除了固定布置之外，例如，在第二机器部分构造成包括可更换的工具的实施方式中(在例如电池供电和/或配备有用于控制感测的无线通信接口以避免另外需要有线链路的具体实施方式中)，校准监测单元在其中也可以是可更换的。然后一个或多个人工制品3可以固定到第一机器部分。

[0114] 图2b示出了根据本发明的校准监测单元6的另一个实施例。在该实施方式中，使用两个光源21a和21b，并且两个相应的光学传感器20a和20b由校准监测单元6用于感测人工制品3。因此，存在两个阴影23a和23b，产生所示的强度分布22a和22b，其中22b示出了一个变型，而22a展示了另一另选变型，这将在下面讨论。通常，这些选择中只有一个优选在单个校准监测单元6中实施。在该实施方式中，展示了两个感测的优选基本上90°的布置，但是也可以使用其他角度布置。通过这种设置，根据如由在人工制品3的中心处交叉的虚线指示的人工制品3的中心点的确定，能够在至少两个维度上感测人工制品3的位置信息。在光学感测单元20a/20b处，在光源21a/21b和强度分布22a/22b的中心之间构建其中的那些虚线。这里展示的具有软边缘22a或硬边缘22b的不同强度分布是关于图3a至图3e的不同实施方式的实施例，在多重感测的实际设置中，优选地仅实施那些选择中的一者。在通过确定强度分布的重心来分析感测的实施方式中，评估可设计成不变的边缘锐度，但是根据本发明的其他评估可能依赖于诸如22b之类的尖锐的边缘分布，在分析评估强度分布的直径的情况下尤其如此。

[0115] 如果光学传感器20a，20b中的一个或多个构造成在不只一个维度上(特别是在垂直于纸平面的维度中)感测强度分布22a/22b，则例如如关于图2a所讨论的那样，可以在至少三个维度中得出位置信息。

[0116] 在图2c的实施方式中，有两个光源21b和21a，但只有单个光敏元件20。基本原理可以类似于图2a或图2b的原理。在这种情况下，单个光敏元件20相对于两个光源21a和21b的发射方向倾斜。在该实施方式中，还能够在人工制品3的感测中获得附加的自由度和/或更高的准确度。光源21a，21b可以在不同的构象中单独地或组合地打开，这导致传感器22上的不同阴影。而且，光源21a，21b可以发射一种或多种不同的颜色，例如蓝色(B)和红色(R)。通过使用RGB图像传感器作为光敏元件22，可以同时记录蓝色和红色阴影图像两者。然后可以通过信号处理独立地评估同时记录的R图像和B图像。通过这种同时测量，可以提高测量精确度。评估其中多个可能的阴影构造获得关于测量触针位置、形状和/或几何形状的附加信息。例如，可以切换发射出的颜色。显然，该实施方式还可以可选地扩展到两个以上的光源21a，21b和/或两种以上的颜色。任意数量的光学传感器20和光源21可用于根据本发明的监测。通过减少光敏元件20的数量，能够减少成本和评估工作量，但是也可以另选减少光源21的数量和增加光传感器20的数量。

[0117] 在其他实施方式中，例如，如图2d所示或者在类似于前面所示的实施方式的其他实施方式中，不是使用相机作为光敏元件20，光纤耦合器可以用作具有像透镜一样的折射效果的透明人工制品3的(例如，由于测量触针因长期影响的漂移)位置/取向的指示器。因为这些光纤33之间的耦合效率是强烈依赖位置的，所以放置在基座5处的静态光纤端部33a和放置在人工制品3处的光纤端部33b可用于检测位置的偏差。根据设计，可能需要亚微米定位精确度，以通过自由光束光纤与其中的折射人工制品3耦合而得到最大信号。可以确定最大耦合效率的位置，由此构建人工制品3的以及因此第二机器部分2相对于第一机器部分5的高度精确位置参照。例如，人工制品可以穿过校准监测，并且来自编码器12的坐标信息与耦合效率一起被记录，和/或采集来自编码器12的发生最大和/或最小耦合的坐标信息。

[0118] 在根据本发明的这种光纤耦合实施方式的另一个变型中，人工制品3可以在都位于校准监测单元6的相对两侧的发射光纤33a和接收光纤端部33c之间移动。可以评估产生的沿着移动路径的耦合因子，例如，根据人工制品穿过光束时沿人工制品移动位置的耦合因子曲线的重心，可以得出最小值/最大值的位置和/或可以得出人工制品的中心位置。

[0119] 在本发明的另一个实施方式中，除了根据阴影感测人工制品3之外的另一效应可以用于确定机器1的几何特性的偏差。例如，如果人工制品3包括红宝石球或其他合理的光学透明触碰探针尖端。根据本发明，可以利用形成一种光学元件的这种人工制品的所谓的球透镜效应。通过一个或多个光发射器21和构造成感测和评估由该人工制品折射的发射光的位置和/或形状的一个或多个光敏元件20的相应设置，能够感测人工制品的位置信息。例如，可以在光敏传感器20上感测发射光的借助球透镜的投射。以这种方式，可以利用人工制品的折射特性来得出人工制品本身的精确位置信息，这是因为折射效应(特别是实现的如偏转、聚焦等的某特定折射效应)取决于人工制品相对于校准监测单元的位置及其光学元件布置。例如，在CMM中，其中使用的每个测量触针人工制品3的折射特征可以针对其特定的折射特性进行一次校准，并且在进一步的循环确定中，可以将特征与该参照进行比较，或者人工制品可以移动直到重新构建相同的参照。

[0120] 可以优选循环执行根据本发明的监测，这意味着不时地，根据时间表或在某些情况(例如用新的测量对象4装载机器、接通机器、测量温度之类的环境变化)下周期性地执行。另外，有利的是可以沿着机器的运动链在某些位置收集温度信息，并且在检测到温度变化时，可以触发根据本发明的方法。

[0121] 只要人工制品3在根据本发明的校准监测系统6的感测范围内移动，就可以得出动态效果，当提供相应的高感测率时尤其如此。在另一个实施方式中，在应用可再现且优选简谐移动的情况下，感测速率也可以低，例如，甚至低于简谐移动的周期，如通过获取相对于驱动单元移动的相移感测，可以构建在相应较长的感测持续时间上的欠采样以得到类似于较高采样率的结果。尤其是考虑到导致如已经讨论的短感测时间的单次测量人工制品在两个以上维度上的位置信息，根据本发明这通常是可行的。因此，例如，也可以在本发明的动态偏差感测实施方式或变型中确定和补偿在第二机器部分2的借助驱动单元的移动期间的动态偏转。

[0122] 因此，在一个具体实施方式中，本发明可以涉及一种机器状态监测系统，用于循环地确定测量机器和/或机床(尤其是CMM、CNC机床和/或机器人臂)的几何形状的特性的变化，该机器构造有位置编码器以得出至少第一机器部分相对于第二机器部分的坐标信息，并且这些机器部分可借助机动驱动单元沿限定的轨迹相对于彼此移动。其中，监测系统包括至少一个校准监测单元，该校准监测单元具有光学的至少二维测量位置感测单元，该位置感测单元固定到第一机器部分并构造有至少一个光源和至少一个二维光学传感器以得出设置在第二机器部分处的至少一个人工制品的阴影的至少二维的位置信息，该人工制品优选基本上是球形的，并且该人工制品在校准监测单元的光源和二维光学传感器之间暂时移动，特别地，其中，校准监测单元构造成用于通过比较多个这样的至少二维的位置信息确定机器的几何形状的特性(特别是静态和/或动态特性，如柔性特性、热膨胀特性、由人工制品的动态或静态力或动态移动引起的应力特性和/或应变特性)的变化。

[0123] 特别地，可以利用机器的常规操作过程的间歇或中断，将人工制品移动到校准监测单元，得出至少两个维度的位置信息并恢复机器的常规操作过程，从而循环地构建机器几何形状的特性的变化。特别地，这可以在多个单个时刻中和/或在多个时间序列期间循环地完成，在所述的这些序列中感测多个位置信息。

[0124] 基于机器的几何形状的静态和/或动态特性的变化，可以更新机器的几何形状的用于从编码器得出坐标信息的模型或映射的补偿参数。通过校正的根据机器的几何形状的模型或映射得出的坐标信息，可以控制机器的移动，从而相比没有经过上述操作的情况，尤其更精确地遵循期望的轨迹。

[0125] 在图3a中，展示了根据本发明的光学感测的实施方式的另一个图示。

[0126] 其中，光源21可以具体地实施成基本上形成点光源。激光二极管、LED或光纤的出口通常可以构造成合理地满足点光源的特性。人工制品3(例如实施成大致球形)产生阴影。就该阴影而言，可以感测相对于光学传感器20的位置，特别是阴影中心的位置和/或阴影的径向尺寸。

[0127] 例如，光学正交传感器可以感测阴影的重心位置。阴影的半径影响由正交传感器的所有传感器接收的总强度。除了这种正交布置之外，还可以使用单一光传感器的其他几何布置和/或形状作为根据本发明的光敏传感器20。阴影或焦点的类似重心评估也可以通过多像素相机芯片、通过PSD作为根据本发明的光敏传感器20来实现。

[0128] 根据重心的横向位置和这种阴影(或聚焦点)的半径，原则上可行的是得出人工制品3相对于固定到第一机器部分5的校准监测单元6在第二机器部分2处的位置的所有三个横向自由度。但是，例如，由如图2b或图2c的实施方式中所示的布置示例性表示的，通过多个光源21和/或光敏元件20的构造可以改善精确度。

[0129] 校准监测单元6的设置可以在初始设置中至少调整或校准一次，例如，关于光源21与光学传感器20的距离和/或几何形状调整或者校准，其中人工制品3就位和/或没有就位。可选地，还可以构建校准监测单元6的模型并且该模型可以用于补偿环境影响，例如，因为它依赖于温度等。

[0130] 当如所示的实施例中光源21不是理想的点光源时，如由光学传感器20接收的阴影图像25展示出由26b和26c表示的非急剧衰减所包围的核心阴影26a。然而，关于重心的位置，衰减不会导致误差，因此重心的计算是用于感测人工制品3的尺寸位置信息的优选实施方式。

[0131] 图3b示出了根据本发明的另一个实施方式，其进一步改善了感测，改善了设置的稳定性和/或提高了校准监测单元设置的几何偏差对温度影响等的免疫力。在该实施方式中，这可以通过在框架上实施的参考光标记27来实现，其能够由光学传感器20感测。示例性实施，在图像25的每个拐角中投射有四个限定的光图案27。以这种方式，例如框架和光学传感器20之间的相对移动变得可被观察到。

[0132] 还展示出了借助光纤或波导提供光源21的选择。即使是短长度的这种光学元件也可以提高光源的位置精确度和位置稳定性。而且，可以改善其发射特性，并且可以将光源产生的热量辐射离开校准监测单元6。

[0133] 在图3c的实施方式中，光源被实施成漫射光发射区。光学传感器20设置有固定光学器件(例如，单个透镜或透镜系统)以将人工制品3阴影成像到传感器20上，优选地形成具有清晰分布的清晰图像。这种设置可以提供优势，因为该设置相对于光源的位置倾向于不变。清晰成像还可以改善精确度，考虑到由于更尖锐的边缘而能够更精确地完成的阴影的直径的确定尤其如此。光学器件优选地实施成远心物镜，向传感器提供恒距离独立图像缩放，以精确地确定阴影的横向位置。如果使用内心光学器件，则还应测量人工制品3的距离位置，因此这样的实施方式增加了测量复杂性。

[0134] 本发明的另一个变型包括使用荧光材料，例如，结合到人工制品3中、涂在人工制品3上或以其他方式附着在人工制品3上。这可以以同质或结构化方式完成。由出射光源(例如在蓝色或紫外波长范围内)照射，荧光材料吸收激发光并以通常不同的波长重新发射光。因此，人工制品处的荧光材料可以自身作为主动光源，其可以成像到光敏元件20上。其中，作为光源的荧光材料的形状优选地以这样的方式实施为平面或特定结构化以提供特征性的光发射特征，这些特征支持光敏元件20对人工制品3的精确定位。

[0135] 在探头处使用这种荧光二次测量光源的好处可以是对用于感测人工制品3的位置信息的发光源的位置漂移的灵敏度降低(或甚至消除)。

[0136] 使用激发波长的可能性可以带来附加的优点，即只有二次光刺激光敏元件20并且激发波长或者其耀斑不会干扰感测，光敏元件20对激发波长不敏感或者在光敏元件20前方过滤掉这些激发波长。例如，这可以用在一个实施方式中，其中荧光二次光源实际上沿着人工制品3的基本上整个周边布置，由此通过仅使用单个一次光源能够实现感测的精度提高和/或自由度增加。

[0137] 图3d示出了本发明的一个实施方式，其中准直光学器件30固定在光源21处。因此，光源21的位置精确度仅需要在两个旋转轴上稳定，但平移移动可忽略不计。这种设置对于在光敏元件20和光源21之间的方向上的人工制品3位置也是不敏感的，例如，这可以如前面图2b中所讨论的由90°布置来补偿。其中，可以保持光敏元件20简单，因为不需要设置成像透镜。

[0138] 图3e展示了本发明的一个实施方式，其中准直光学器件30附接到光源21并且光敏元件20处还具有光学器件29。该图还展示了可选的孔31。由人工制品3产生的阴影总是清晰地成像，并且所有发射的光都被有效地使用。在较长范围内使用该实施方式也是可行的，但是由于人工制品3的边缘处发生的衍射效应以及光敏元件20上用于观察的较小数值的孔的需求可能导致较低的测量精确度，从而导致较不清晰的图像。例如，通过将光源21和光学传感器20放置在机器的不同端部，可以沿将校准监测单元6的这两个部分互连的整条线评估人工制品的位置。沿该整条线，可以在沿这条线的不同点处静态地监测机器1的整个工作容积，或者在人工制品3沿着该线移动期间动态地监测机器1的整个工作体积。这些线可以例如沿着机器移动的一个或多个轴延伸，但也沿其他方向延伸，例如穿过整个工作容积对角延伸。从而可以改进机器的映射。如果适当地布置并构造(特别是多次布置和构造)，则也能够感测和补偿基座5的变形的影响。

[0139] 除了在人工制品3的一侧具有光源21并且在大致相对的侧具有光敏元件20之外，还可以通过使这些元件20和21大致上位于同一侧来实施本发明。其中，人工制品3基本上漫反射或镜面反射(至少对于用于感测的光的波长)，由此可以通过从人工制品3反射的光构建强度测量和/或距离测量。

[0140] 图4中示出了关于如何实施本发明的另一实施例，该实施例展示了指向诸如CMM的测量触针的球体之类的人工制品3的三个或更多个光纤33a、33b、33c。如果人工制品几何形状是已知的，特别是如果人工制品是球体或球，则可以构建多个径向距离测量。在所示的实施例中，使用三个光纤33a、33b、33c，每个光纤均用于测量反射的距离和/或强度。因此，可以精确地确定人工制品3相对于基座5的位置。基于此，可以检测并补偿机器1的几何形状的偏差。

[0141] 这种系统可以通过将反射光耦合回同一光纤来使用单个光纤，该光纤将来自光源21的光发射到人工制品3并使用分光元件(如光学循环器等)来将接收到的光转移到传感器
20a。另选地，可以使用分开的发送光纤和接收光纤。通过感测对于人工制品3的最少量以上的所需距离和/或强度，可以改善整体位置信息感测精确度。还可以使用多个独立光源21(特别是发射不同波长的光源)代替使用单个光源21。以这种方式，可以例如通过使用密集波分复用(DWDM)光纤组件或其他染色元件上色地完成信号分离。

[0142] 图4中展示的本发明的实施方式可以用于多个距离测量。可以借助光学干涉仪基于驰行时间和/或基于相位测量原理来测量该距离。

[0143] 人工制品3距离测量的另一种方法(例如，如图5a中所示)可以是基于对聚焦的像散效应的，类似于光盘播放器(如CD或DVD播放器)中使用的设置，如US 5 850 081中详细描述的，关于该技术的细节通过援引将其结合于此。例如，来自人工制品3的后向散射光束中的柱面透镜34导致像散。反射光束或反向散射光束的形状取决于光学器件35与人工制品3的焦点位置。然后通过光学传感器20(例如实施成四象限二极管20)评估关于像散的该反向散射光束。基于来自四象限二极管20的四个强度信号的简单总和与差异信号，可以得出焦点相关信号。在该实施方式中，该信号直接指示到人工制品3的距离作为感测到的位置信息。在由虚线指示的另一变型中，可以机械地调整焦点以使像散为零，其中调整水平反映朝人工制品3的距离作为感测到的位置信息。通过使用多个这样的距离测量，能够在多个维度上感测人工制品3的位置信息。

[0144] 图5b和图5c展示了人工制品3未处于焦点处时，图5a中的光敏元件20上的所得光斑的实施例。可以直接评估来自不同光传感器A-B-C-D的作为人工制品位置信息的测量值的所得信号，这些信号优选相对于彼此对DC叠加和噪声有免疫力。

[0145] 另选地，可以例如通过移动人工制品3或聚焦透镜35将焦点调整到最佳，以在如图5c中所示的光电检测器20处得到信号。这可以例如通过控制回路36实现，该控制回路36以使人工制品3处于焦点的方式驱动机器1的镜头35和/或驱动单元13。在所示的实施例中，存在来自四个场A-B-C-D的信号的均衡时就是这种情况。其中，用于驱动镜头35和/或机器1的信号反映人工制品3的位置信息。

[0146] 可以根据本发明使用的用于得出人工制品3的位置信息的其他光学感测原理也例如是共焦测量原理，例如，白光干涉测量、染色白光感测等。

[0147] 在图6a和图6b的实施例中以原理阐明了根据本发明的另一个实施方式。该实施方式基于散斑的测量，斑点由连贯的光源21在人工制品3的表面处产生。可选地，漫射器37ca也可以用于发射的光。反向散射光导致干涉散斑图案，干涉散斑图案可以由光学图像传感器20捕获。图6b中示出了导致散斑图案的相长干涉和相消干涉的原理，其中光敏相机20上的上部光线相长干扰，而下部光线由于它们的相位对准而至少部分地被抵消。如由两个人工制品位置3a和3b指示的人工制品3的移动导致散斑图案38a和38b的移动，该移动能够被感测并且能够利用二维光学图像传感器20至少在两个维度上得出人工制品的位置信息。通过使用不只一个这样的散斑传感器布置，能够感测也包括人工制品3的旋转的附加维度，通过该旋转，散斑图案转动。例如，通过将两个这样的散斑传感器用于根据本发明的人工制品3的位置信息，可以在至少2.5D中评估人工制品。

[0148] 图7展示了使用特定人工制品3的实施方式，该人工制品包括限定的图案或全息图。该图案可以由反射和/或透射图案或全息图来实施，其相应地从光学传感器20的相同侧和/或相对侧被照射。光学传感器20通过评估光学传感器20处所得到的光强度分布使所得图案成像。其中，校准监测单元6的部件的设置可以例如如本文件中其他部分所述的。基于该强度分布，特别是基于与先前捕获的参考分布相比该分布的变化，可以确定人工制品的位置信息，并且基于此可以确定机器几何偏差，然后可以在数值上或机械上补偿该偏差。取决于人工制品3处的图案或全息图设计，可以评估多达6个自由度，还包括旋转。

[0149] 图8a至图8d展示了使用特定人工制品3的实施方式，该人工制品构造成提供至少部分回归反射行为。

[0150] 图8a展示了呈Lüneburg透镜形式的人工制品3，其将入射光溯源反射回相同方向。在所示的实施例中，这借助特定涂层39实现，但是也可以借助人工制品的内部的特定材料构造来构建。例如，可以使用实施成由蓝宝石或另一种至少部分光学透明的材料或多种材料制成的触碰探测球的人工制品3，这些材料构造成导致具有约～2的折射率。而且，球形消色差或Lüneburg透镜可用作根据本发明的该实施例的人工制品3。就本发明而言，通常不需要100％溯源反射，因为例如，鉴于校准监测单元6中到人工制品3的距离短，仅相对较小部分的溯源反射光就足够了。例如，未涂覆的球体往往具有约5％至10％的向后反射率，从前表面发散并从后表面准直，这可以根据本发明用于感测球体的位置信息。借助球体的特定内涂层和/或外涂层可以改善该反射因子。例如，为了避免来自前表面的反射，球体可以在前表面处涂覆抗反射涂层和/或在后侧涂覆反射涂层。

[0151] 在图8b中所示的根据本发明的人工制品3的实施方式中，人工制品的界面边界构造成实现溯源反射。界面边界可以例如构造成当放置在校准监测单元的环境介质内时实现所用波长的全反射，所述环境介质可以是空气，但也可选是一些其他气体或液体。另一选择是通过将人工制品3触压到特定材料40来构造特定的界面边界。

[0152] 在另一个实施方式中，也可以提供直接位于人工制品3本身处或位于校准监测单元6处的反射涂层(例如球形或抛物面)反射器40，然后人工制品3在其前面移动并且溯源反射特性的变化被检测，当人工制品相对于物品40处于某个位置时，将仅构建相应的溯源反射特性。

[0153] 图8c中的溯源反射人工制品3实施成经典的棱镜-溯源反射器，其将附接到第二机器部分并且被移动到校准监测单元6的感测范围中以例如通过将位置信息与一个或多个先前感测的位置信息进行比较得出并检查其位置信息。

[0154] 图8d示出了当使用溯源反射人工制品3时根据本发明的校准监测单元6的可能设置之一。通过借助于光学传感器20在来自光源21的透射光束和来自溯源反射人工制品3的接收光束之间应用偏移41确定，能够感测人工制品3的位置信息。通过使用例如来自不同方向的多个光束，能够感测到溯源反射人工制品3的中心的位置信息。

[0155] 在图9a至图9d中所示的特定实施方式中，除了静态确定人工制品3相对于机器1的感测单元6的几何形状和/或位置的偏差之外，还确定力相关特性提取或变化监测。沿着机器1的运动链的不精确性主要顺应机器1的这种力相关的特性。

[0156] 图9a利用校准监测单元6的实施方式展示了第一机器部分5。除了可以如本文件中其他地方所描述的那样实施的光源21和光敏元件20之外，还存在力感测单元。在该实施方式中，力感测单元尤其由一个或多个刚性端部止挡件44实施。刚性端部止挡件44可以在其中固定到校准监测单元6和/或第一机器部件5。为了得出机器1的几何特性的稳定性和动态方面，人工制品3不是(或者不仅因为两个方面都可以选择性地被连续感测)自由地放置在校准监测单元的感测范围内，而是触碰端部止挡件。该触碰的力值被测量。在第一变型例中，这样的力值可以在人工制品侧直接由人工制品感测或由应用人工制品的第二机器部分2感测。例如，在CCM的感测探头(例如扫描探针)的情况下，已经存在用于确定由这些力引起的这样的力和/或几何偏转的传感器。在所示的实施例中，在测量的探头部分2f和3m之间存在力、相应的力比例偏转。力和/或偏转优选地被确定成模拟值，但是特殊情况也可以是数字值(例如，在触碰式触发探针的情况下)。另一选择(特别是在人工制品3侧不包括这样的力值感测装置的情况下，该力值感测装置提供能够用于本发明的此方面的力相关测量)是在刚性端部止挡件44侧实施力传感器45。为了感测位置信息，其中结合力值的测量。例如，能够得出期望位置信息处的实际力值，或者能够得出期望力值的实际位置信息。在另一选择中，也可以通过多系列感测来确定位置的力曲线或力的位置曲线。基于此，机器1的几何特性还可以包括相互作用力或诸如刚度、刚性、间隙、游隙之类的动态相关方面。这些特性也可以用于在准动态情况下对机器1进行建模，例如以得出数字补偿或机器映射，特别是在机器操作期间校正或校准编码器13的位置测量。

[0157] 图9b示出了另一个实施方式。这里，人工制品用的端部止挡件44位于用于位置信息的光学感测单元内部。例如，这可以例如通过使用光学透明的端部止挡件44和/或通过仅从人工制品的不用于感测的侧(例如在遮蔽方法中的后侧)照射(impinge)端部止挡件来实现。端部止挡件44也可以在不只一个方向上(例如，在左、右、前、后、上、下的任何组合的方向上，优选在校准监测单元6能够感测位置信息的那些方向上)设置。

[0158] 在图9c中，人工制品3没有如图1a中那样感测力，而是力传感器45借助刚性端部止挡件44处的力传感器45感测第二机器部分的另一部分2b。

[0159] 图9d示出了另一实施方式，该实施方式在刚性端部止挡件44处具有力传感器45的延伸部46以触碰第二机器部分和/或人工制品3。

[0160] 根据本发明的偏差监测系统在其中可以实施成用于由校准监测单元针对机器几何形状和/或静态机器特性和/或动态机器特性的偏差或变化快速且经常地监测机器1的方法。这是通过将位于机器的可移动部分处的人工制品移动到机器处的固定校准监测单元来完成的，该校准监测单元光学地感测人工制品并且得出人工制品的精确位置信息。该位置信息与一个或多个先前感测的位置信息相比较和/或与机器1的位置编码器值的结果相比较提供关于机器的几何形状、静态和/或动态特性的最终发生的偏差的信息。这些偏差可用于例如直接或通过更新机器的映射或模型的参数来校正机器的编码器位置。由于根据本发明的光学感测快速地以两个或更多个自由度得出位置信息，所以这种监测可以在机器的整个工作过程中相当频繁和循环地进行，并不是仅在调试时或如经典机器校准方法常用的那样以若干小时、天或者星期的校准间隔进行一次。而且，根据本发明的校准监测单元固定地位于机器处，因此构建监测不需要设置时间。通过经常(例如，至少每天两次，优选大约每小时或每几分钟两次)精确监测几何机器变形，能够提高机器的性能和精确度。而且，由于常规工作周期之间的循环监测，可以放松对机器刚性的机械限制，因为偏差被感测并被数值补偿。

[0161] 借助本发明，不仅能够构建机器的几何形状的监测，还能够构建对机器的静态或动态力冲击的监测。在根据本发明的可选实施方式中，此外也可以应用其他机器健康监测技术。例如，

[0162] o如果感测到的位置偏差大于某个可接受的值，或者

[0163] o如果根据期望的表示、初始的表示或者以前的表示，由校准监测单元6感测到的人工制品的表示例如因磨损、灰尘、刮擦、破裂等而变得大于预期表示，或者[0164] o如果与限定的或先前的反应相比，确定的力相关反应或机器1的确定的动态移动相关反应已经变得超过允许的、特定的或预期的反应，或者

[0165] o如果由校准监测单元6感测到的或者从这些感测得出的另一机器特性偏离期望或以前的状态，

[0166] 则健康监测设备和/或储存在某些存储介质上的健康监测软件可以得出错误消息，该错误消息能够提供给机器系统和/或用户。

[0167] 监测机器1中的几何偏差的方法可以包括如图10的基本框图的实施例中所示的步骤。

[0168] 在框50中，第二机器部分2处的人工制品3优选借助具有位置编码器12的驱动单元13移动到固定在第一机器部分5处的校准监测单元6。其中，相对于第一机器部分5人工制品
3移动到的位置可以通过位置编码器12得出。第一机器部分5可以在其中包括单个或多个校准监测单元6。

[0169] 校准监测单元6包括位置测量传感器，该位置测量传感器构造成用于人工制品3的至少二维位置信息的至少二维光学测量。优选地，单次测量中(例如，例如在同一时间)感测至少两个或三个维度。

[0170] 完成了由补偿监测单元6对人工制品3的至少二维位置信息的光学感测，框51中指示出了这方面。优选地，在单个测量中(在几秒的短时间内或优选在1秒钟内)进行至少两个或更多个维度的感测，这是优选的，因为这样可以在机器的工作过程期间经常进行监测。可选地，光学感测还可以涉及人工制品的形状的感测。

[0171] 在框52中，感测到的位置信息与来自一个或多个先前感测的位置信息比较，以便确定偏差，这些偏差对应机器处的几何形状、静态和/或动态相关变化或其他干扰。特别地，可以记录这些感测的历史，并且还可以通过统计方法评估这些感测的历史。基于所感测的数据，可以将机器的映射或模型参数化，相应的参数可以通过根据本发明的循环确定来保持最新。此外，还可以与该历史一起记录如温度、湿度、机器的载荷，待与机器一起工作的对象的重量、冲击或振动之类的其他环境影响。基于这些附加数据，还可以构建机器的预测模型。除了经典的物理或机械模型之外，这种模型也可以通过机器学习方法构建，例如，使用神经网络来实施模型。

[0172] 例如如可选框53中指示的，为了改善或校准机器精确度，其中，校准监测单元处的人工制品的位置信息的感测尤其可以反映到机器的编码器测量值上，这些测量值用于机器的工作过程，从而这些编码器读数的精确度可以提高和/或几何机器偏差的影响可以得到补偿。

[0173] 因此，如所解释的，在框54中，构建机器的几何形状、静态和/或动态特性的得出偏差。

[0174] 如由框55所示，在本发明的进一步使用中，可以根据几何形状、静态和/或动态相关特性构建补偿参数的运算。

[0175] 并且因此，如在框56中可选地指示的，机器几何形状、静态和/或动态相关偏差可以被消除或至少在数值上减小，例如，通过获取机器编码器的坐标测量值并在机器的工作过程中通过应用补偿参数进行校正，从而得出校正的坐标测量值，这些校正的坐标测量值作为测量结果提供并可用于机器工作过程中。

[0176] 在框60中，进行机器的工作过程，其中，上述监测在整个工作过程中(例如，定期安排、在更换每个工具时，在更换每个工件时、在每次检测到环境变化时等，优选地在这些的组合时)循环地重复。

[0177] 根据本发明，在使用中还可以有不只一个校准监测单元6。

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