CN103968812A

CN103968812A - 一种测量设备以及用于确定该设备的特性的方法

Info

Publication number: CN103968812A
Application number: CN201410033279.3A
Authority: CN
Inventors: M·弗格尔; A·格利姆
Original assignee: Trimble Jena GmbH
Current assignee: Trimble Jena GmbH
Priority date: 2013-01-23
Filing date: 2014-01-23
Publication date: 2014-08-06
Anticipated expiration: 2034-01-23
Also published as: US20140202012A1; US9194698B2; DE102013001136A1; DE102013001136B4; CN103968812B

Abstract

本发明提供了一种测量设备以及用于确定该设备的特性的方法。一种测量设备，包括三个设备组件、两个旋转轴以及两个角度传感器，使得所述设备组件相对于彼此可旋转，并且他们的旋转位置可确定，以及倾斜传感器系统。一种用于确定设备的特性的方法，包括第二设备组件相对于第一设备组件在多个不同旋转位置中的对齐，从而在所述多个旋转位置中的每个旋转位置处，从第一角度传感器确定测量值，从第二角度传感器确定测量值，以及从倾斜传感器系统的朝向确定测量值。基于测量值确定所述第一设备组件和/或所述第一旋转轴相对于所述重力方向的对齐，和/或所述第一旋转轴相对于所述第二旋转轴的对齐。

Description

一种测量设备以及用于确定该设备的特性的方法

技术领域

本发明涉及一种设备，尤其是勘测器械，如测量设备，以及用于确定相应设备的特性的方法。

背景技术

测量设备通常具有形成可以例如安装到三脚架上的第一设备组件的底部。该第一设备组件支撑相对于第一设备组件围绕第一旋转轴可旋转的第二设备组件。底部通常是有方向的，例如通过调整三脚架使其具有方向，使得第一旋转轴在空间上垂直对齐，即，与重力方向平行。第二设备组件支撑第三设备组件，该第三设备组件包括例如光学器件，该光学器件具有测量轴并且可相对于第二设备组件围绕第二旋转轴旋转。该测量轴可形成测量设备的瞄准线，沿着该瞄准线可进行使用光学器件的测量，诸如例如角度测量或距离测量。第一和第二旋转轴基本上彼此正交对齐。提供第一角度传感器以便确定第二设备组件相对于第一设备组件的旋转位置，并且提供第二角度传感器以便确定第三设备组件相对于第二设备组件的旋转位置。为了将例如用光学器件进行的沿测量轴的测量与空间方向关联，可以从获得自第一角度传感器和第二角度传感器的测量值，确定第三设备组件的测量轴相对于设备底部的对齐。

因为用户在手动调整例如第一设备组件的三脚架的时候，将只能大概地将第一旋转轴与重力方向平行对齐，高精度倾斜传感器通常被安装在第一设备组件或第二设备组件上，用于实现精确确定第一旋转轴相对于重力方向的对齐。然后获得自倾斜传感器的测量值被包含在光学器件的测量轴的对齐计算中，该计算基于获得自第一和第二角度传感器的测量值。

然而，高精度倾斜传感器的测量范围局限于例如低于1度。这一受限的测量范围形成倾斜传感器的可能朝向的一部分，其中，传感器能够以一定的精确度确定其相对于重力方向的朝向。于是用户被要求对齐底部，从而具有这种倾斜传感器精度的倾斜传感器被置于其测量范围内。这样做不仅耗时并且局限了测量设备底部的可能的对齐。此外，甚至从高精度倾斜传感器输出的测量信号可能并不是精确地与倾斜传感器相对于重力方向的实际对齐成比例，使得容易出错。

另外，假设了在基于获得自第一和第二角度传感器以及获得自倾斜传感器的测量值来确定测量轴（如光学器件的测量轴）的空间对齐时，第一旋转轴与第二旋转轴之间的角度是精确的90度。但是由于设备的装配公差以及由于测量设备组件的正常重量引起的形变，实践中这只是大致准确而已。

因此本发明的目的是，提供一种设备以及用于运行该设备的方法，该设备能够实现设备参数的确定，所述设备参数尤其包括第一设备组件相对于重力方向的对齐，和/或第一旋转轴相对于第二旋转轴的对齐，和/或倾斜传感器的特性。

发明内容

根据本发明的一些实施例，诸如测量设备的勘测器械包括：第一设备组件；相对于所述第一设备组件可围绕第一旋转轴旋转的第二设备组件；相对于所述第二设备组件可围绕与所述第一旋转轴横向对齐的第二旋转轴旋转的第三设备组件，所述第三设备组件包括：具有测量轴的光学器件；第一角度传感器，用于确定第二设备组件相对于第一设备组件的旋转位置；第二角度传感器，用于确定第三设备组件相对于第二设备组件的旋转位置；倾斜传感器系统，适于确定倾斜传感器围绕第一传感器轴相对于重力方向的第一朝向，所述倾斜传感器系统被安装在第三设备组件上，使得第一传感器轴不是正交地与第二旋转轴对齐；以及控制器，适于根据获得自倾斜传感器系统的测量值，确定第一设备组件和第一旋转轴各自相对于重力方向的对齐以及第一旋转轴相对于第二旋转轴的对齐中的至少一个。

连接到所述第三设备组件的倾斜传感器系统能够进行具体设备特性的确定，即，第一设备组件相对于重力方向的对齐，或者第一旋转轴相对于第二旋转轴的对齐。为此，控制器读取来自倾斜传感器系统的测量值，并基于这些测量值确定设备特性。

在本文的上下文中，在不是平行的情况下，并且尤其是在两个方向之间的角度在测量准确性的限制内显著大于0度的情况下，这两个方向被视为彼此朝向为横向。

为此，在第二设备组件相对于第一设备组件的不同旋转位置中，和/或在第三设备组件相对于第二设备组件的不同旋转位置中，使用已经获得自倾斜传感器系统的测量值。

根据一些示例性实施例，用于确定设备的特性的方法包括：第二设备组件相对于第一设备组件在多个不同旋转位置中的对齐，从而对于所述多个旋转位置中的每个旋转位置，从第一角度传感器、第二角度传感器以及倾斜传感器的第一朝向获得测量值，以及基于从第一角度传感器、第二角度传感器和倾斜传感器系统的第一朝向的不同旋转位置中获得的测量值，确定设备的特性。

所述方法使得能够确定所述第一设备组件相对于重力方向的朝向，而无需任何安装在所述第一或第二设备组件上的单独倾斜传感器，并且无需用户相对于重力方向对齐所述第一设备组件以便所述单独倾斜传感器在其测量范围之内。因此，甚至可以将所述第一设备组件附接到三脚架或其他物体，以便所述第一旋转轴的方向与重力方向之间存在显著差异。由此扩展了测量范围。

根据一些示例性实施例，所述倾斜传感器系统是高精度倾斜传感器系统，其测量精度优于5”并且具体地说优于2”。然后可以以对应的高精度确定所述第一设备组件或第一旋转轴相对于重力方向的对齐。

根据一个示例性实施例，所述第一传感器轴与所述第二旋转轴平行。

根据进一步的示例性实施例，所述设备包括第一电机，所述第一电机用于相对于所述第一设备组件围绕所述第一旋转轴旋转所述第二设备组件，所述第一电机由所述控制器操作，以便相对于所述第一设备组件将所述第二设备组件连续移动到所述多个旋转位置中。

根据一些示例性实施例，所述控制器在所述多个旋转位置的每个旋转位置中基于从所述第二角度传感器获得的测量值确定第一角度值，以及基于从所述倾斜传感器系统的所述第一朝向获得的测量值确定第二角度值。根据这些实施例中的一个特定实施例，可以基于从所述第一角度传感器获得的测量值，针对所述多个旋转位置中的每个旋转位置确定第三角度值，并且可以针对所述多个旋转位置中的每个旋转位置相应地形成一对值，其中所述一对值中的第一值是所述第三角度值并且所述一对值中的第二值是所述第一角度值。随后可以将函数拟合到如此获得的所述一对值，所述函数近似拟合所述一对值。由此确定所述函数的参数以最小化所述一对值距所述函数的偏移。相应最小化的一个实例是，当所述一对值中的所述第二值相应形成所述函数的参量时，每对值中的所述第一值距所述函数值的偏移的常规最小平方最小化。基于如此确定的函数参数，可以确定所述第一设备组件或第一旋转轴相对于重力方向的对齐。

根据一些特定实施例，当应用此方法时，在所述多个旋转位置的每个旋转位置中相对于所述第二设备组件对齐所述第三设备组件是有用的，以便所述第二角度值恰好为零。这例如可以通过所述控制器驱动适于相对于所述第二设备组件旋转所述第三设备组件的第二电机来实现。

根据所述方法的另一实施例，如果相对于所述第二设备组件调整所述第三设备组件，以便对于所有所述旋转位置，所述第二角度值均不应为零，则针对所述多个旋转位置中的每个旋转位置，基于来自所述第一角度传感器的测量值确定第三角度值，基于所述第一角度值与所述第二角度值的相加来确定第四角度值，并且针对所述多个旋转位置中的每个旋转位置提供一对值，其中所述第三角度值是所述对中的第一值并且所述第四角度值是所述对中的第二值。如上所述，然后可以将函数拟合到如此获得的多对值。可以从拟合过程中获得的函数参数再次确定所述第一设备组件相对于重力方向的对齐。

根据一些示例性实施例，所述倾斜传感器系统相对于所述第一朝向的测量范围是有限的，并适于仅针对所述倾斜传感器系统围绕所述第一传感器轴并相对于重力方向的可能的第一朝向中的一部分以给定高精度测量准确度测量所述第一朝向。在此情况下，当所述倾斜传感器系统朝向所述多个旋转位置中的一个旋转位置使得所述倾斜传感器系统位于其测量范围之外时，可以相对于所述第二设备组件定向所述第三设备组件，使得所述倾斜传感器系统的所述第一朝向在所述可能的第一朝向的所述部分之内。这可以通过使所述控制器驱动相对于所述第二设备组件旋转所述第三设备组件的第二电机来实现。

根据一些示例性实施例，如上所述拟合到所述多对值的函数可以是正弦函数，并且用于确定所述第一设备组件或所述第一旋转轴相对于重力方向的对齐的参数包括所拟合的正弦函数的幅度和相位。

根据一些示例性实施例，所述设备包括倾斜传感器系统，所述倾斜传感器系统还适于确定所述倾斜传感器系统围绕第二传感器轴相对于重力方向的第二朝向，其中所述第二传感器轴相对于所述第一传感器轴横向对齐并且具体地说正交对齐。使用针对所述倾斜传感器系统的所述第二朝向的测量值并结合其他测量值，例如针对所述倾斜传感器系统的所述第一朝向的测量值、来自所述第一角度传感器的测量值和/或来自所述第二角度传感器的测量值，可以精确地确定所述第一旋转轴相对于所述第二旋转轴的对齐。具体地说，这使得能够更精确地确定所述光学器件的测量轴的空间对齐，尤其是由于装配公差和/或所述设备组件变形，致使所述第一旋转轴与所述第二旋转轴之间的角度不同于假设的安装角度（例如90°）的情况。

由于装配公差并由于所述设备组件相对于彼此的重量相关的变形，例如仅以优于1’（1弧分）的准确度获知所述第一旋转轴与所述第二旋转轴之间的角度，但是当使用在此说明的方法时，可以以优于1”（1弧秒）的准确度确定该角度。

根据所述方法的一些示例性实施例，在所述第二设备组件相对于所述第一设备组件的所述多个旋转位置的两个或更多旋转位置中或所述多个旋转位置的并非所有旋转位置中或所述多个旋转位置的所有旋转位置中，确定针对所述倾斜传感器系统的所述第二朝向的测量值，以便从该测量值确定所述第一旋转轴相对于所述第二旋转轴的对齐。

根据进一步的示例性实施例，所述第三设备组件相对于所述第二设备组件的旋转位置处于所述第二设备组件相对于所述第一设备组件的所述多个旋转位置的第一旋转位置中，该位置不同于处于所述第二设备组件相对于所述第一设备组件的所述多个旋转位置的第二旋转位置中的所述第三设备组件相对于所述第二设备组件的旋转位置。这意味着对于所述第二设备组件相对于所述第一设备组件的至少两个不同旋转位置，也存在所述第三设备组件相对于所述第二设备组件的两个不同旋转位置以便获得所述测量值。

根据另一个示例性实施例，在所述第三设备组件相对于所述第二设备组件在所述第一旋转位置对齐之前，使第二设备组件相对于所述第一设备组件围绕所述第一旋转轴对齐，使得所述第二旋转轴基本上与所述重力方向正交对齐，即，基本上水平。因此，当确定所述倾斜传感器系统的特性时，减少针对所述倾斜传感器系统在所述第一或第二旋转位置确定第一和第二测量值时可能出现的所谓相互影响的误差是可能的。

附图说明

在下文中，参照附图更详细地解释本发明，其中：

图1示出了测量设备的示意图，

图2示出了来自倾斜传感器系统的相对于系统朝向而言的测量值的示意图，以及

图3示出了说明用于确定图1中所示出的设备的特性的方法的流程图。

具体实施方式

图1是测量设备的示意图，其例如可以是经纬仪、视距仪或全站仪。设备1被安装在三脚架5上，三脚架包括：被安装在头部9的三个脚7，以及通过三个水平螺丝11附接于头部9的盘3。设备1包括以预定且可再现的位置通过固定构件固定到盘3的底部13。所述固定构件例如可包括齿合到盘3中所提供的相应凹处的锥形突起15，以及锁紧构件（未在图1中示出）。

底部13形成设备1的第一设备组件，并且支撑第二设备组件17，第二设备组件17通过轴承19布置附接于底部13，使得第二设备组件17可相对于第一设备组件13围绕第一轴21旋转。

用户通常调整水平螺丝11，使得第一轴21基本上与重力方向22平行，得到是垂直轴的第一轴21。

设备1包括第三设备组件25，其相对于第二设备组件17由通过枢轴承23支撑的轴34来握持，使得第三设备组件25可相对于第二设备组件17围绕第二旋转轴24旋转。第二旋转轴24在相对于第一旋转轴21成大约90°的角度处对齐，使得在第一旋转轴21被垂直对齐的情况下，旋转轴24是水平轴。

第三设备组件25包括：光学测量系统，该系统具有物镜43，以及与投影面正交对齐（在图1中示出）的测量轴42。光学测量系统用于进行测量，诸如例如距离测量或沿测量轴42的轴承测量。

在第二设备组件17处支撑的电机27经由传动装置30与安装于第一设备组件13的转向销28齿合，使得能够通过电机27的控制来实现电动驱动的第二设备组件17相对于第一设备组件13围绕第一旋转轴21的旋转。电机27由测量设备的控制器29来控制。

附接于转向销28的是角度编码器盘32，并且对应的角度传感器31被安装到第二设备组件17。来自角度传感器31的测量值由控制器29来读取，以确定第二设备组件17相对于第一设备组件13围绕第一旋转轴的旋转角度α。

由第二设备组件17支撑的电机33经由传动装置35与其中一个轴34齿合，使得第三设备组件25可基于电机33的驱使围绕轴24旋转。电机33由控制器29来控制。

附接于轴34的是角度编码盘37，并且对应的角度传感器36被安装到第二设备组件17。来自角度传感器36的测量值由控制器29来读取，以确定第三设备组件25相对于第二设备组件17围绕第二旋转轴24的旋转角度β。

提供在第二设备组件17上的控制按钮38用于由用户来激活，以提示控制器29以便驱动电机27和33，用于共同使第三设备组件和光学测量系统分别围绕第一旋转轴21和第二旋转轴24转动。

控制器29可根据从第三设备组件25围绕第一和第二旋转轴21、24的给定旋转位置处的角度传感器31和36获得的测量值，确定光学器件43的测量轴42相对于第一设备组件13的对齐。然而，需要第一旋转轴21的空间对齐的信息，以确定光学器件43的测量轴42的空间对齐，这是因为前者通常不是精确地对齐成与重力方向平行。因此，由控制器29读出的倾斜传感器45可被安装到第一设备组件13或第二设备组件17。借助于已知的倾斜传感器45相对于第一旋转轴21的朝向，从而可以确定第一旋转轴21相对于重力方向的对齐。所述朝向的高精度确定需要高精度倾斜传感器45。然而，此类高精度传感器的测量范围通常限制于小于1°。因此，为了操作设备1，要求用户准确地调整第一旋转轴21，进而通过操作水平螺丝11来调整第一设备组件13，这是非常耗时的。由于这个原因，操作设备1进行任何第一旋转轴21的对齐尤其是不可能的。

为了避免要求用户将第一旋转轴精确地校准成与重力方向平行和/或甚至以旋转轴21显著偏离重力方向的校准进行设备1的运行，设备1包括倾斜传感器系统47，其被安装到第三设备组件17，该系统适于测量倾斜传感器系统47围绕第一传感器轴x相对于重力方向的第一朝向Nx。在说明性实施例中，第一传感器轴x被校准成与第二旋转轴24平行。倾斜传感器系统47还适于测量倾斜传感器系统47围绕第二传感器轴y相对于重力方向的第二朝向Ny。在说明性的示例性实施例中，第二传感器轴y被校准成正交于第一传感器轴x。在如图1所示的第三设备组件25相对于第二设备组件17的旋转位置处，第二传感器轴y被校准成与第一旋转轴21平行。在第三设备组件25相对于第二设备组件17的其它旋转位置的情况下，将不是这样的情形。

可以按照多种方式来实现倾斜传感器系统47。例如，所述倾斜传感器系统47可以包括两个单独的传感器，其中一个传感器测量围绕第一传感器轴x的第一朝向Nx，而另一个传感器测量围绕第二传感器轴y的第二朝向Ny。但是，用于测量相对于重力方向的围绕第一传感器轴x和第二传感器轴y的朝向的两个操作模式还可以被合并到单个倾斜传感器中，该单个倾斜传感器向控制器29输出关于朝向Nx和Ny两者的测量值。

如下面将解释的，根据在第二设备组件17相对于第一设备组件13围绕第一旋转轴21取得的关于第一传感器轴x的第一朝向Nx的测量值，确定第一旋转轴21相对于重力方向的对齐是可行的。根据在第二设备组件17相对于第一设备组件13围绕第一旋转轴21的不同旋转位置以及可选地在第三设备组件15相对于第二设备组件17围绕第二旋转轴24的不同旋转位置取得的第一朝向Nx和第二朝向Ny的测量值，如下文所解释的，进一步确定第一旋转轴21与第二旋转轴24之间的角度γ也是可行的。

但是，首先，参考图2来解释倾斜传感器的一般特征。

图2显示了以示意性和简化方式示出的倾斜传感器系统的特征。Nx指倾斜传感器系统围绕传感器轴x相对于重力方向的朝向，并且X指从倾斜传感器系统输出的测量值。虚线61表示朝向Nx与取决于朝向从倾斜传感器系统输出的测量值之间的理想关系。根据该理想关系，测量值X与朝向Nx精确地成比例。

在图2中，线63示出了实践中可能发生的朝向Nx与测量值X之间的示例性关系。实践中，测量值X不是与朝向Nx精确地成比例的。实践中，水平朝向（Nx=0）不产生测量值0，而是产生偏移ε的输出。此外，线63的函数依赖性仅在一部分可能朝向中是线性的，并且在该部分之外显示与线性明显偏离。测量值X近似线性地取决于朝向Nx的部分在图2中位于该方向的值65与67之间。实践中，值65和67通常位于Nx=+/-1°处，并且ε的值可以是倾斜传感器系统的测量精确度的倍数。

下面，将参考图3来解释用于确定第一旋转轴21相对于重力方向的朝向I以及第一旋转轴21与第二旋转轴24之间的角度γ。

在第一步101中，围绕第一旋转轴21将第二设备组件17移动到相对于第一设备组件13的起始位置中。然后，在步骤103中，相对于第二设备组件17旋转第三设备组件25，直到倾斜传感器系统47相对于重力方向被定向使得其处于针对第一朝向Nx和第二朝向Ny的测量范围内并输出测量值为止。相对于第一朝向Nx，这能够通过相对于第二设备组件17仅仅旋转第三设备组件25来可靠地实现。相对于平行于第二旋转轴24的第二朝向Ny，当第一旋转轴21相对于重力方向倾斜太多时，在第二设备组件17相对于第一设备组件13的一些旋转位置中，将不是上述情况。在这种情况下，必须返回步骤101，以便找到第二设备组件17相对于第一设备组件13的不同起始位置，以使得倾斜传感器系统47在随后的步骤103中也针对第二朝向Ny处于测量范围内。可以在步骤101和103的一些重复和替换实现方式之后或者步骤101和103的同时实现之后，确定各自的起始位置。下文中，将第二设备组件17相对于第一设备组件13的相应旋转位置假设为起始位置0°。

接下来，由控制器在步骤105中读出角度传感器31的测量值，以便确定第二设备组件17相对于第一设备组件13围绕第一旋转轴21的旋转位置的角度值α1；读出第二角度传感器33的测量值，以便确定第三设备组件15相对于第二设备组件17围绕第二旋转轴24的旋转位置的角度值β1；读出倾斜传感器系统47的测量值，以便确定倾斜传感器系统47围绕第一传感器轴x的第一朝向Nx的角度值X1；并且读出倾斜传感器系统47的测量值，以便确定倾斜传感器系统47围绕第二传感器轴y的第二朝向Ny的角度值Y1。

然后，在步骤111中，相对于第一设备组件13围绕第一旋转轴21将第二设备组件17旋转90°。如有需要，则控制器相对于第二设备组件17来旋转第三设备组件25，直到倾斜传感器系统47针对第一朝向Nx处于测量范围内为止。然后，在步骤115中，控制器29再次读取来自传感器31、33、以及47的值，以便确定第一和第二设备组件之间针对旋转位置的角度值α2、第二和第三设备组件之间针对旋转位置的角度值β2、以及倾斜传感器系统47的第一朝向Nx的角度值X2。

接下来，在步骤121中，第三设备组件17被相对于第一设备组件13进一步旋转90°，到达180°位置。在此处，如有需要，则在步骤123中可再次相对于第二设备组件17旋转第三设备组件25，直到倾斜传感器系统再次针对第一朝向Nx和第二朝向处于测量范围内为止。然后，在步骤125中，控制器29再次读取传感器31、33、以及47的值，以便确定第一和第二设备组件之间针对旋转位置的角度值α3、第二和第三设备组件针对旋转位置的角度值β3、以及倾斜传感器系统47的第一朝向Nx的角度值X3，以及倾斜传感器系统47的第二朝向Ny的角度值Y3。

接下来，在步骤131中，第二设备组件17相对于第一设备组件13被进一步旋转90°，到达270°位置。在此处，如有需要，则在步骤133中，控制器将相对于第二设备组件17来旋转第三设备组件25，直到倾斜传感器系统针对第一朝向Nx处于测量范围内为止。然后，在步骤135中，读取传感器31、33、以及47的值，以便确定第一和第二设备组件之间针对旋转位置的角度值α4、第二和第三设备组件针对旋转位置的角度值β4、以及倾斜传感器系统47的第一朝向Nx的角度值X4。

在步骤141中，为每个旋转位置0°、90°、180°和270°确定值对，其中值对中的第一个值是第一和第二设备组件之间的值α，并且值对中的第二个值是第二和第三设备组件与第一朝向X之间的角β的和。根据最小二乘原理通过调整参数A、β和ε，将预定函数A·sin(α+β)+ε拟合到值对中。因而可以从用于任何所希望的旋转位置α的参数A、β和ε确定第一旋转轴21相对于重力方向的方向I。

在步骤151中，第一旋转轴21和第二旋转轴24之间的角度γ根据下列公式确定：

γ=90°+[(β2+X2)+(β4+X4)]/2-[Y1+Y3]/2

通过确定出的第一旋转轴21相对于重力方向的倾斜I，以及确定出的第一旋转轴21和第二旋转轴24之间的角度γ，以及进一步的第二设备组件17相对于第一设备组件13的所测量的旋转位置，以及第三设备组件25相对于第二设备组件17的旋转位置，有可能确定出光学器件43的测量轴42的空间朝向。

可以以各种方式修改参照图1说明的设备以及参照说明的方法。

在步骤115和135中没有确定第二朝向Ny的测量值Y，因为它们在步骤141和151中不被需要。但是，也有可能在步骤115和135中确定这些值，以便将其包括到步骤141和151中的随后的计算中，以增加精确度。例如由此可以确定和补偿倾斜传感器系统47中的轴线交叉错误。

此外，还有可能省略确定第一旋转轴21相对于重力方向的朝向，或者省略确定第一和第二旋转轴之间的角度γ。如果省略了第一和第二旋转轴之间的角度γ的确定，则在步骤105和125中就没有必要确定倾斜传感器系统围绕第二传感器轴y的第二朝向的测量值。在这种情况下，也没有必要使倾斜传感器系统47适于第二朝向的测量。

在图1的例子中，传感器轴x平行对齐于第二旋转轴24。例外情况是允许的，只要所述第一传感器轴没有被正交地对齐于所述第二旋转轴。倾斜传感器系统的第二传感器轴y在图1的例子中被进一步正交对齐于倾斜传感器系统的第一传感器轴x。在这种情况下例外也是被允许的，只要第二传感器轴y没有被平行地对齐于所述第一传感器轴x。倾斜传感器系统的第二传感器轴y在图1的表示中进一步被对齐为与光学器件43的测量轴42垂直。这导致第三设备组件25在大多数情况下必须围绕第二旋转轴24被旋转到图1中所示的位置之外大约90°，以便使倾斜传感器系统47大致水平对齐，从而使其处于针对第一和第二朝向的测量范围内。第三设备组件25的各旋转需要时间。可通过在第三设备组件内布置倾斜传感器系统47，使得倾斜传感器系统的第二传感器轴y大致被对齐为平行于光学器件43的测量轴42，从而降低必要时间。

在相对于图3说明的方法中，使用第二设备组件相对于第一设备组件的四个不同的旋转位置，其中各个旋转位置相差90°。以下例外情况是允许的，例如使用只有两个或三个或四个以上的旋转位置。另外，不同的转动位置之间的角度可以具有不同于90°的值。此外，测量在步骤141所需的90°旋转位置的测量值是可能的，用于将函数拟合到已经在起始位置0°的测量值，这是通过读取起始位置0°处倾斜传感器系统的围绕第二传感器轴y的第二朝向Ny的测量值Y实现的。假设倾斜传感器系统被适配使得其第一和第二传感器轴被对齐为彼此正交，则上述是有可能的。从而有可能获得测量值X2而无须另外将旋转位置设置为90°。类似的，有可能获得已经在180°的旋转位置中的测量值X4而无须另外将旋转位置设置到270°。

在步骤141中，从第一和第二设备组件间的角度值β、倾斜传感器系统围绕第一传感器轴x的第一朝向Nx的角度值X的和分别计算出数值对的第二个值。然而，当在步骤103、113、123和133中相对于第二设备组件旋转第三设备组件使得第一朝向Nx的测量值X对应于0°的角度值时，有可能仅使用第二设备组件和第三设备组件之间的角度值β作为该数值对的第二值。

本发明是在图1至3中相对于测量设备的情境中进行了说明。但是，本发明不限于测量设备，并且可以与具有可相对于彼此旋转的三个设备组件以及具有相应倾斜传感器的其他设备一起使用。

Claims

1.一种用于确定设备尤其是测量设备的特性的方法，所述设备包括：

—控制器（29）；

—第一设备组件（3）；

—相对于所述第一设备组件（3）能围绕第一旋转轴（21）旋转的第二设备组件（17）；

—相对于所述第二设备组件（17）能围绕与所述第一旋转轴（21）横向对齐的第二旋转轴（24）旋转的第三设备组件（25）；

—第一角度传感器（31），用于确定所述第二设备组件（17）相对于所述第一设备组件（3）的旋转位置；

—第二角度传感器（36），用于确定所述第三设备组件（25）相对于所述第二设备组件（17）的旋转位置；以及

—倾斜传感器系统（47），适于确定倾斜传感器系统（47）围绕第一传感器轴（x）相对于重力方向（22）的第一朝向（Nx），所述倾斜传感器系统（47）被安装在所述第三设备组件（25）上，使得第一传感器轴（x）不是正交地与第二旋转轴（24）对齐；

其中，所述方法包括：

—相对于所述第一设备组件（3）在多个不同旋转位置定向所述第二设备组件（17），从而在所述多个旋转位置中的每个旋转位置处：

—确定第一角度传感器（31）的测量值；

—确定第二角度传感器（36）的测量值；

—确定所述倾斜传感器系统的第一朝向（Nx）的测量值；以及

—基于所述测量值确定所述第一设备组件（3）、所述第一旋转轴（21）相对于重力方向（22）以及所述第一旋转轴（21）相对于所述第二旋转轴（24）中的至少一个的对齐。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一旋转轴（21）和第二旋转轴（24）之间的角度（γ）大致上是90度。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述第二旋转轴（24）和第一传感器轴（x）之间的角度大致上是0度。

4.根据权利要求1至3之一的方法，其中所述设备包括第一电机（27），所述第一电机用于相对于所述第一设备组件（3）围绕所述第一旋转轴旋转所述第二设备组件（17），并且其中所述第一电机（27）由所述控制器（29）操作，用于相对于所述第一设备组件（3）将所述第二设备组件（17）连续移动到所述多个旋转位置中。

5.根据权利要求1至4之一的方法，其中对于所述多个旋转位置中的每个旋转位置：

—基于来自所述第二角度传感器（36）的所述测量值，确定第一角度值（β），

—基于针对所述倾斜传感器系统（47）的第一朝向（Nx），确定第二角度值（X）。

6.根据权利要求5的方法，其中所述设备包括第二电机（33），该第二电机用于相对于所述第二设备组件（17）围绕所述第二旋转轴（24）旋转所述第三设备组件（25），并且其中在所述多个旋转位置中的每个位置中由控制器操作所述第二电机（33），以便相对于所述第二设备组件（17）对齐所述第三设备组件（25），使得所述第二角度值（X）为零。

7.根据权利要求6的方法，其中针对所述多个旋转位置中的每个旋转位置：

—基于来自所述第一角度传感器（31）的所述测量值，确定第三角度值（α），以及

—形成一对值（[α；β]），所述一对值中的第一值是所述第三角度值，并且所述一对值中的第二值是所述第一角度值，并且

其中所述方法进一步包括：

确定预定函数的参数（A，δ），使得多对值与所述函数间的偏移被最小化，

其中基于所确定的参数（A，δ）相对于重力方向（22）确定所述第一设备组件（3）的对齐。

8.根据权利要求5的方法，其中针对所述多个旋转位置中的每个旋转位置：

—基于来自所述第一角度传感器（31）的所述测量值，确定第三角度值（α），

—基于所述第一角度值（β）和第二角度值（X）的和，确定第四角度值（β+X），以及

—形成一对值（[α；β+X]），所述一对值中的第一值是所述第三角度值（α），并且所述一对值中的第二值是所述第四角度值（β+X），并且

其中所述方法进一步包括：

其中基于所述参数（A，δ）相对于所述重力方向（22）确定所述第一设备组件（3）的对齐。

9.根据权利要求8的方法，其中所述倾斜传感器系统（47）具有针对所述第一朝向（Nx）有限的测量范围，并适于仅针对所述倾斜传感器系统（47）围绕所述第一传感器轴（x）并相对于所述重力方向（22）的可能的第一朝向中的一部分，以特定的精度测量所述第一朝向，以及

其中相对于所述第二设备组件（17）在所述多个旋转位置中的每个旋转位置进一步定向所述第三设备组件（25），使得所述倾斜传感器系统的所述第一朝向（Nx）位于所述部分之内。

10.根据权利要求9的方法，其中所述设备包括第二电机（33），该第二电机用于相对于所述第二设备组件（17）围绕所述第二旋转轴（24）旋转所述第三设备组件（25），并且其中由控制器（29）操作所述第二电机（33），以便相对于所述第二设备组件（17）对齐所述第三设备组件（25），使得所述倾斜传感器系统（47）的第一朝向（Nx）位于所述部分之内。

11.根据权利要求7至10之一的方法，其中所述函数是正弦函数，并且其中所述参数包括所述正弦函数的幅度（A）和相位（δ）。

12.根据权利要求1至11之一的方法，其中所述倾斜传感器系统（47）还适于确定所述倾斜传感器系统（47）围绕第二传感器轴（y）相对于所述重力方向（22）的第二朝向（Ny），其中所述第二传感器轴（y）与所述第一传感器轴（x）横向对齐；

其中，在所述多个旋转位置中的至少两个旋转位置确定所述倾斜传感器系统（47）的第二朝向（Ny）的测量值；以及

其中所述第一旋转轴（21）相对于所述第二旋转轴（24）的对齐（γ）是从所述测量值确定的。

13.根据权利要求12所述的方法，其中所述第一传感器轴（x）与所述第二传感器轴（y）之间的角度大致上是90度。

14.根据权利要求12或13所述的方法，其中所述第三设备组件相对于所述第二设备组件的旋转位置处于所述第二设备组件相对于所述第一设备组件的所述多个旋转位置的第一旋转位置中，所述第三设备组件相对于所述第二设备组件的旋转位置处于所述第二设备组件相对于所述第一设备组件的所述多个旋转位置的第二旋转位置中，上述两个位置不同。

15.一种测量设备，包括：

—第一设备组件（3）；

—相对于所述第二设备组件（17）能围绕与所述第一旋转轴（21）横向对齐的第二旋转轴（24）旋转的第三设备组件（25），所述第三设备组件（25）包括测量轴（42）；

—第二角度传感器（36），用于确定所述第三设备组件（25）相对于所述第二设备组件（17）的旋转位置；

—倾斜传感器系统（47），适于确定所述倾斜传感器系统（47）围绕第一传感器轴（x）相对于重力方向（22）的第一朝向（Nx），所述倾斜传感器系统（47）被安装在所述第三设备组件（25）上，使得所述第一传感器轴（x）不是正交地与所述第二旋转轴（24）对齐；以及

—控制器（29），适于确定所述第一设备组件（3）相对于所述重力方向（22）的对齐、所述第一旋转轴（21）相对于所述第二旋转轴（24）的对齐以及根据所述倾斜传感器系统（47）的测量值所述倾斜传感器系统（47）的特性中的至少一个。

16.根据权利要求15所述的测量设备，其中所述倾斜传感器系统（47）的测量精度优于5”，并且尤其优于2”。

17.根据权利要求15或16所述的测量设备，其中所述倾斜传感器系统（47）进一步适于确定所述倾斜传感器系统（47）围绕第二传感器轴（y）相对于所述重力方向（22）的第二朝向（Ny），所述第二传感器轴（y）与所述第一传感器轴（x）横向对齐。

18.根据权利要求15至17之一所述的测量设备，其中所述控制器（29）适于执行根据权利要求1至14之一的方法。