CN105026884B - 用于求取旋转位置求取系统的误差的方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于求取旋转位置求取系统的一个或多个误差的方法,该旋转位置求取系统测量测量旋转装置(201)部件的旋转位置,其中,旋转装置(201)的第一部件(206)和第二部件(205)相对于彼此可以围绕旋转装置(201)的旋转轴线(D)旋转,并且该方法具有下面的步骤:求取具有两个相对于彼此能够旋转的部件(206,205)的旋转装置(201)的第一旋转位置,求取具有两个相对于彼此能够旋转的部件(61,62)的参考旋转装置(60)的第一旋转位置,其中,两个部件中的一个是第三部件(61),它关于旋转轴线与旋转装置(20)的第二部件(205)无相对转动地耦合,并且两个部件中的另一个是第四部件(62),它相对于第三部件(61)围绕参考旋转装置的旋转轴线(R)能够旋转,将旋转装置(201)的旋转位置改变到旋转装置的第二旋转位置,通过旋转位置求取系统求取旋转装置的第二旋转位置,将参考旋转装置(60)的旋转位置改变到参考旋转装置的第二旋转位置,求取由于旋转位置改变而改变的、第一部件(206)和第四部件(62)相对于彼此的合成旋转位置,由第一部件(206)和第四部件(62)相对于彼此的、已改变的合成旋转位置求取旋转位置求取系统的旋转位置误差,和/或替代或附加于前述步骤,将旋转装置(201)的旋转位置改变到旋转装置的第二旋转位置,并将参考旋转装置(60)的旋转位置改变到参考旋转装置(60)的第二旋转位置,从而不改变第一部件(206)和第四部件(62)的合成旋转位置,求取旋转装置(201)的第二旋转位置,求取参考旋转装置(60)的第二旋转位置,并且由旋转装置(201)的旋转位置或旋转装置的旋转位置的改变,并且由参考旋转装置(60)的旋转位置或者参考旋转装置的旋转位置的改变求取旋转位置求取系统的旋转位置误差。

Description

用于求取旋转位置求取系统的误差的方法
技术领域
本发明涉及用于求取旋转位置求取系统的误差的方法以及用于执行这种方法的组件。
背景技术
旋转装置、例如旋转摆动铰链或者旋转台一般具有旋转位置求取系统、尤其是角度编码器,以便可以检测装置的部件绕旋转轴线的转动的当前旋转角度。在通用的增量测量系统中这大多参照参考标记来进行。但是,常见的角度测量系统具有误差,这些误差在坐标测量技术中导致测量误差。由此,在绕旋转轴线转动时的定位精度与角度测量系统的精度直接相关,这导致以下问题:这种角度测量系统一方面不能够以任何任意的精度制成,另一方面制成价格随着角度测量系统的精度提高而过度地升高。
除了通过角度测量系统本身引起的位置误差以外,附加地通过旋转装置的机构而产生平移和旋转的运动误差,尤其通过旋转装置的能够围绕旋转轴线旋转的部件的支承/导向引起,和/或通过作用于旋转轴线上的力或转矩产生的运动误差。在此,力和转矩可能静态或动态地起作用。通常,在部件围绕旋转轴线运动时,与理想旋转运动在所有六个自由度(平移和旋转)上产生偏差,统称为旋转误差。因此,术语“旋转误差”、也称为“运动误差”指的是所有误差或偏差,例如平移和旋转偏差,它们在旋转装置的部件围绕旋转轴线旋转时产生。在具有围绕多个旋转轴线的能够旋转运动性的多级旋转装置中,相对于旋转轴线的旋转误差可能附加地与其他旋转轴线的当前旋转位置有关。
以上提及的误差的总体影响坐标测量仪的测量精度。尤其,在旋转位置求取系统当地出现的平移和旋转的运动误差造成所求取的旋转位置值中的误差、尤其角度测量误差。
因此,值得期望的是,校准旋转装置和其角度测量系统。尤其可以检测旋转误差并接着计算地修正或补偿。狭义的旋转误差是所谓的旋转位置误差,也就是说与名义上的旋转位置值相比的偏差,该偏差由旋转位置求取系统显示,如以上已经提到的。旋转位置误差例如可以由此感觉到,即,由旋转装置的旋转角度测量系统显示与实际旋转角度偏离的数值。换句话说,旋转位置误差是旋转位置求取系统的误差。
上述的旋转误差的检测可以在“鉴定”或者计算机辅助精度(CAA)数据接收的框架内进行。在上下文中,鉴定意味着采取检验,即,相对于规格来比较。CAA数据接收指的是为了计算地修正而建立数据包。CAA数据接收中设置一个或多个基准点或参考点,以便能够相对于旋转轴线来确定被用于数据接收的测量传感器的位置。借助于基准点或参考点来建立测量传感器相对于旋转轴线坐标系统的参考。如果应当修正所有的平移和旋转自由度,必须在一个共同的静止系统中已知每个单个传感器坐标系统的位置和定位和旋转轴线坐标系统的位置和定位。
对于旋转装置关于其旋转轴线方面的鉴定重要的是,该鉴定考虑在稍后使用中出现的条件。因此,旋转轴线的稍后定向(安装位态)例如可能是决定性的,因为通过旋转装置的自重已经产生在旋转轴线结构中的变形。另外的方面例如是所使用的摆动范围、要携带的测量头的重力、工件的重力、或者由测量头或工件引起的转矩。此外,可能产生动态效应,例如旋转轴线的偏差形式的固有动态效应,这些偏差可能由于能够旋转部件绕轴线的不同旋转速度引起,或者基于旋转装置的附加运动的效应,例如,当旋转装置沿着直线轴运动的时候。上述影响要求在考虑影响的条件下鉴定或者当影响已经改变时重复鉴定。对于之后的修正,可以通过未负载和/或负载的测量来求取导致变形的退让性(Nachgiebigkeit)。退让性在此可以如EP0684447和DE19518268中所描述地包含由于转矩引起的倾翻、由于力引起的倾翻、由于转矩引起的移动和/或由于力引起的移动。
在以上提及的背景下,通常校准旋转角度测量系统并因此检测测量系统的系统误差,以便能够然后计算地修正和补偿这些误差。为了检测这些系统误差存在多种策略或者说方法供使用,例如球板法、圆窗法。
虽然可通过这些方法求取误差,然而球板法或圆窗法对于旋转角度测量系统的短周期误差份额的修正不实用,因为这些方法对于所提到的要求需要非常多的时间。较长的校准时间一方面导致较高的费用,另一方面提高了在校准过程期间由于可能的温度改变而引起的负面影响。
对于较小的旋转装置,例如旋转摆动铰链或小的旋转台,还排除自校准方法,因为该方法需要多个角度测量编码器用于评估。在较小的旋转装置中不会有用于这些的空间。
由此,较小的旋转装置的短周期误差的测量通过目前的方法在经济上和由于精度原因而是不实用甚至不可能的。
发明内容
本发明的任务提出一种求取旋转位置误差的改进的方法。
在下面的标题I.,II.和III.中给出不同的发明主题,它们可以以任意的组合相互组合。但是对于I.,II.和III.的每个发明主题也已经是独立的发明,其中,对于II.和III.的主题也可以实现不同于上述目的其他或另外的目的。
I.用于求取旋转位置求取系统的一个或多个误差的方法
以上提及的任务通过权利要求1的方法来解决。有利的构型在从属权利要求中提出。
给出一种用于求取旋转位置求取系统的一个或多个误差的方法,该方法测量旋转装置、尤其用于坐标测量仪的旋转装置的部件的旋转位置,和/或用于求取在这种旋转位置求取系统中的滞后效应,其中,所述旋转装置的第一部件和第二部件相对于彼此可以围绕旋转装置的旋转轴线旋转,并且该方法具有下面的步骤:
a)求取具有两个相对于彼此能够旋转的部件的旋转装置的第一旋转位置,其中,求取旋转装置的第一部件相对于第二部件的第一旋转位置,
b)求取具有两个相对于彼此能够旋转的部件的参考旋转装置的第一旋转位置,其中,第二部件中的一个是第三部件,该第三部件关于旋转轴线与旋转装置的第二部件无相对转动地耦合,并且第二部件中的另一部件是第四部件,该第四部件相对于第三部件围绕参考旋转装置的旋转轴线可以旋转,其中,求取第三部件相对于第四部件的第一旋转位置,
c)作为可选择的步骤:求取第一部件和第四部件相对于彼此关于旋转轴线和/或参考旋转装置的旋转轴线的第一合成旋转位置,其中,由旋转装置的第一旋转位置和参考旋转装置的第一旋转位置引起第一合成旋转位置,
d)使旋转装置的旋转位置改变为旋转装置的第二旋转位置,
通过旋转位置求取系统求取旋转装置的第二旋转位置,
使参考旋转装置的旋转位置改变为参考旋转装置的第二旋转位置,
求取参考旋转位置的第二旋转位置,
求取通过旋转位置的所述改变而改变的、第一部件与第四部分相对于彼此的合成旋转位置,
由已改变的、第一部件与第四部分相对于彼此的合成旋转位置求取旋转位置来求取系统的旋转位置误差,并且选择地
i)由旋转装置的旋转位置或旋转装置的旋转位置改变来求取,和
ii)由参考旋转装置的旋转位置,或者参考旋转装置的旋转位置的改变来求取,
和/或替代或附加于步骤d),
e)使旋转装置的旋转位置改变为旋转装置的第二旋转位置
使参考旋转装置的旋转位置改变为参考旋转装置的第二旋转位置,
从而不改变第一部件与第四部分的合成旋转位置,
通过旋转位置求取系统求取旋转装置的第二旋转位置,求取参考旋转位置的第二旋转位置,
由旋转装置的旋转位置或旋转装置的旋转位置的改变并且由参考旋转装置的旋转位置或参考旋转位置的旋转位置的改变来求取旋转位置求取系统的旋转位置误差。
按照基本思想借助于参考旋转装置求取旋转装置的旋转位置求取系统的误差。
按照本方法的另一基本思想,可以通过参考旋转装置的部件的旋转来反作用于旋转装置的部件的旋转,从而从外部的观察者位置来看第一部件和第四部件的旋转位置值也仅非常少地改变或者不改变。这个原理能够实现用于测量旋转位置求取系统的误差的简化结构。外部的观察者位置例如可以由一下面还要描述的旋转位置求取装置占据,该旋转位置求取装置可以与可以安置在第一或第四部件上的检验元件共同作用,或者由一检验元件占据。从观察者位置看第一部件和第四部件的旋转位置只非常少地改变或不改变,由此,该旋转位置求取装置或该检验元件可以保持静态并且例如可以使用高精度地在小的角度范围中测量的旋转位置求取装置。
按照本发明的思想,不是通过名称“第一部件”、“第二部件”、“第三部件”和“第四部件”确定这些部件的空间顺序或这些部件的相对布置。数字用于在术语上区分这些部件。此外,不通过数字来确定这些部件在旋转装置或参考旋转装置中的功能。例如,第一部件可以是旋转装置的转子、尤其是旋转盘,第二部件可以是定子、尤其是旋转台的下部件,或者反之。同样,第三部件作为参考旋转台的部件可以是转子、尤其是旋转盘,并且第四部件是定子,或者反之。
以字母表示方法步骤不是确定时间上的顺序,而是字母用于更方便地命名和引用方法步骤。如果可能,可以同时或者以任意的顺序执行方法步骤。
在旋转位置改变时可以预先给定下一、例如第二旋转位置的值。该改变可以手动地通过电运行的或另外方式运行的调节装置进行。调节装置可以具有电子控制系统,例如计算机支持的控制系统,在该控制系统中,可以输入下一旋转位置的额定值。
术语“求取”普遍地描述认知过程,在狭义上描述认知的获得,旋转装置或者参考旋转装置的一个部件相对于旋转装置/参考旋转装置的另一部件处于哪个旋转位置,或者误差多大。所述求取例如可以是视觉地读出和/或机器地读出例如旋转位置。例如,可以依据刻度和指针、例如依据具有角度值的刻度实现读出。也可以在显示器上实现读出。此外,所述求取过程可以是自动化的,无需通过人员检验或者特别的认知培训。所述求取过程可以是测量过程或者可以包括一个或多个测量过程,例如通过求取系统或测量系统。所述求取过程可以包括一个或多个计算,例如当应当借助于事先已求取的变量来求取误差时。通过计算装置可以实现计算。
所述旋转装置的第一旋转位置可以在没有旋转位置求取系统的情况下被求取,例如以零调节的形式,其中,可以设有用于零位的机械辅助器件,例如止挡。旋转装置的第一旋转位置优选通过旋转装置的旋转位置求取系统求取。在旋转装置中确定第一旋转位置时,第一旋转位置可以被当作旋转位置求取系统的零位置,并且在另外的方法中被作为零位置或基准位置使用。如果所述参考旋转装置也具有旋转位置求取系统,在求取参考旋转装置的第一旋转位置时也可以将这个第一旋转位置当作这个参考旋转位置求取系统的零位置并且在另外的方法中作为零位置或基准位置使用。
所述旋转装置的第一旋转位置可以被调节或者所述旋转装置可以已经处于一个旋转位置上,该旋转位置在本方法中被用作旋转装置的第一旋转位置。也可以调节参考旋转装置的第一旋转位置或者所述参考旋转装置可以已经处于一个旋转装置上,该旋转位置在本方法中被作为参考旋转装置的第一旋转位置使用。
参考旋转装置的旋转位置可以被测量,例如通过参考旋转装置的旋转位置求取系统,或者是已经具有高精度地已知的。已知用于准确地相对调节旋转装置的相互间能够旋转部件的机械系统,例如Hirth齿部。
如果在参考旋转装置中使用旋转位置测量系统,则这个旋转位置测量系统可以已经被校准。
在特殊情况下,旋转位置或旋转位置改变可以是一个角度(值)。但是也可以以另外的形式给出,例如以数字、标记或者另外的自身已选择的有量纲或无量纲的变量。一个示例是刻线形式的或者另外形式的标记,它们分布在圆周上,其中,在这种情况下旋转位置/旋转位置改变可以以数字标记、例如刻线给出。如果已知标记相互间的位置,尤其已知标记之间的间距,则可以选择式地由数目标记换算到角度值。
本方法可以用于不同的目的。一方面,由此可以求取旋转位置求取系统的误差。另一方面,可以确定在旋转位置求取系统中的滞后效应。对此指的是,旋转位置求取系统的误差可以与旋转方向有关。通过在要检验的旋转装置的部件的相对旋转时使用不同的旋转方向,可以确定这种滞后效应。通过本方法也能够,在也考虑滞后效应的条件下多次执行误差求取并且检验误差求取的可重现性。此外,可以在多次求取误差时进行误差数据的统计评估,例如为了求取误差分散。也能够与上述的方法目相组合地一次或多次地、选择式地根据旋转方向来确定在不同旋转位置(或者在以后还要描述的支撑部位)上的旋转位置误差。
在本方法中,参考旋转装置的两个部件从第一旋转位置开始相对于彼此旋转。这称为“参考旋转装置的旋转位置的改变”或者“调节参考旋转装置的旋转位置”。这两个部件的已改变的旋转位置或者旋转位置的改变可以被准确地测量,例如通过集成到参考旋转装置中的、高精度的、有选择地被校准的旋转位置测量系统。例如,通过这种方式准确地已知一个角度,参考旋转装置的两个部件以该角度相对于彼此旋转。所述参考旋转装置优选是已校准的或者自校准的旋转装置、尤其是自校准的旋转台。由测量科学与技术Vol.17(2006)中由Geckeler,R;Fricke,A;Elster,C撰写的文献:Calibration of angleencodersusingtransferfunctions中公开了一种自校准的旋转装置。在参考旋转装置中的已改变的旋转位置或者旋转位置的改变也可以是以另外的方式、不使用旋转位置测量系统地准确地已知或者可调节的,例如由于高精度的机械调节装置,例如Hirth齿部。
术语“准确”例如意味着,参考旋转装置的旋转位置测量系统具有比旋转装置的其误差应被求取的旋转位置测量系统小的误差,或者,调节装置具有比旋转装置的旋转位置测量系统小的误差。优选,在参考旋转装置中的旋转位置测量系统或调节系统的误差小于或等于旋转装置的旋转位置测量系统的误差的1/2,优选小于或等于1/5,特别优选小于或等于1/10。
旋转装置具有第一部件和第二部件围绕至少一个旋转轴线的能够旋转运动性,其中,第一部件和第二部件由于旋转装置的能够旋转运动性而相对于彼此能够旋转运动,并且其中,第一或第二部件构型为,固定例如或者工件或者探触式测量头、例如具有探针、或者普遍的传感器,用于能够实现工件或测量头或传感器的旋转。也可以使用旋转装置,它们具有围绕两个旋转轴线(例如具有两个相互垂直延伸的旋转轴线的所谓的旋转摆动铰链)或者围绕多于两个旋转轴线的能够旋转运动性。
在一实施方式中,所述旋转装置的第一或第二部件构型为,固定工件。另一部件尤其构型为,固定在KMG基座上和/或定位在基座上,从而这个部件相对于基座不可运动,另一部件相对于基座可以旋转。
按照该组件的另一实施方式,所述旋转装置的第一或第二部件构型为,固定探触式测量头、例如具有探针或普遍地固定传感器。在这种情况下,第一和第二部件能够通过相对运动来实现测量头或传感器的旋转。例如,已知所谓的旋转摆动铰链,它们能够实现关于两个横向于彼此且尤其相互垂直延伸的旋转轴线的能够旋转运动性。但是也已知旋转装置,它们仅仅能够实现关于单一旋转轴线的能够旋转运动性,或者围绕多于两个旋转轴线的旋转。
用于旋转装置(在其旋转位置求取系统中应确定误差)的示例是旋转铰链、具有多个旋转轴线的旋转装置、具有多个旋转轴线的旋转摆动铰链、旋转台和旋转摆动台。本发明尤其涉及旋转装置,它们可以在坐标测量仪(下面简称KMG)、工具机、机器人和另外的要求高精度的应用中使用。所述旋转装置也称为试样。
旋转装置和参考旋转装置可以具有自驱动的旋转轴线,可以为能够手动或半自动转换的旋转铰链,例如可以为在可重现的三点支承装置中能够转换的旋转铰链。(参考)旋转装置也可以是一个部分设备,即上级装置的、例如工具机的构成部分。
在本方法中,旋转装置(在其旋转位置求取系统中应确定旋转位置误差)的两个部件由第一旋转位置开始相对于彼此旋转。这称为“旋转装置的旋转位置的改变”。由于还未知的且通过本方法要确定的、旋转位置求取系统的旋转位置误差,不是准确地已知这两个部件相对于彼此的、已改变的旋转位置或者旋转位置的改变。
所述旋转装置的部件中的一个与参考旋转装置的部件中的一个无相对转动地耦合(例如如上所述的第二和第三部件)。
所述旋转装置和参考旋转装置的其余部件(第一和第四部件,如上所述)可以或者也相对于彼此无相对转动或者相对于彼此能够旋转。
上述方法的步骤c)是可选择的步骤,如果第一和第四部件相对于彼此不能够旋转,该步骤不是必须的。在这种情况下,求取第一部件和第四部件相对于彼此的第一合成旋转位置是多余的,因为这些部件本来就不能相互旋转,并因此从开始就已知两个部件相对于彼此的位置。但是无损害的是,重新确认旋转位置。第一和第四部件可以无相对转动地相互耦合,例如通过机械的耦合器件,如承载件、连接器等。在第一和第四部件相对于彼此不可相对转动的情况下,第一和第四部件共同地且以相同的数值围绕也无相对转动相互耦合的部件二和三旋转。此时,在这个变体中,旋转装置的旋转位置的改变和参考旋转装置的旋转位置的改变的结果是,第一和第四部件相对于彼此保持不改变的旋转位置,如同在替代方案中在步骤e)中给出的那样。
如果第一部件和第四部件相对于彼此能够旋转,则旋转装置的旋转位置的改变和参考旋转装置的旋转位置的改变导致,或者第一和第四部件与原先相比相对于彼此占据改变的合成旋转位置,如同在替代方案中在步骤d)中给出的那样,或者它们相对于彼此占据不改变的旋转位置,如同在替代方案中在步骤e)中给出的那样。下面详细描述两个替代方案。
按照步骤d)的方法
求取第一部件和第四部件相对于彼此的、已改变的合成旋转位置。在求取时,可以求取或测量初始位置(旋转位置改变前)和已改变的旋转位置(旋转位置改变后),由此可以求取改变,或者可以直接求取改变。求取改变意味着,直接求取改变值(例如角度改变)作为两个值(例如间断的角度值)之间的差别。
高精度地求取第一部件和第四部件相对于彼此的、已改变的合成旋转位置,例如通过另一测量系统,优选通过旋转位置求取装置、尤其是角度求取装置,如同下面还要描述的那样。
作为另外的变量,参考旋转装置的两个部件(第三和第四部件)的已改变的旋转位置或者旋转位置的改变是准确地已知的或者被准确地测量、例如通过在参考旋转装置中存在的准确的旋转位置测量系统、尤其是旋转角度测量系统。
已知下面的调节或变量:
i.旋转装置的已改变的旋转位置,即,第一和第二部件相对于彼此的已改变的旋转位置,通过旋转位置求取系统显示,该旋转位置求取系统的误差应被确定,例如角度(改变)值,
ii.参考旋转装置的已改变的旋转位置,即,第三和第四部件相对于彼此的已改变的旋转位置,它是准确地已知的或者被准确地求取,例如角度(改变)值,
iii.第一和第四部件相对于彼此的已改变的旋转位置,它是准确已知的,例如角度(改变)值。
通过iii)并且也选择地通过i)和ii),可以求取旋转位置求取系统的误差,如同依据实施例解释的那样。调节/变量i)和ii)不是在任何情况下必须的。如果例如旋转装置的已改变的旋转位置相应于被显示的、含有误差的(角度)值并且参考旋转装置的已改变的旋转位置相应于一相对于此被取负的(角度)值,换言之:如果两个(角度)值按照数值是相等的,但是具有相反的符号,其中,旋转装置的(角度)值是含有误差的-则可以仅仅由iii)确定误差,如同在实施例中给出的那样。如果所提及的(角度)值、即对于i)的值和对于ii)的值按照数值是不等的和/或不具有相反的符号,则i)和ii)也被考虑用于误差求取。
在这个发明中也称为“名义上的值”的数值,它们
I.由旋转装置的含有误差的旋转位置求取系统显示,或者
II.由参考旋转装置的旋转位置求取系统显示,或者在参考旋转装置中被调节。
在I.(旋转装置)中,所述名义上的值以要求取的误差偏离实际值。在II.(参考旋转装置)中,原则上也是这种情况。但是,参考旋转装置更准确,其中,参阅在上面给出的精度定义。在这个发明中,所述参考旋转装置的名义上的值优选被当作实际值并且是求取的基础。
按照步骤e)的方法:
在步骤e)的替代方案中确认,第一部件和第四部件的合成旋转位置不改变。第一部件和第四部件相对于彼此的不改变的合成旋转位置被准确地求取,例如通过另一测量系统、优选通过旋转位置求取装置、优选旋转角度求取装置,如同下面还要描述的那样。
已知下面的调节或变量:
i.参考旋转装置的已改变的旋转位置、即第三和第四部件相对于彼此的已改变的旋转位置,它是准确地已知的,例如角度(改变)值,
ii.旋转装置的已改变的旋转位置、即第一和第二部件相对于彼此的已改变的旋转位置,通过旋转位置求取系统显示,该旋转位置求取系统的误差应被确定,
并且还知道,第一和第四部件相对于彼此的不改变的旋转位置不改变。
通过i)和ii)可以求取旋转位置求取系统的误差,如同依据实施例解释的那样。
在本方法中可以多次地执行步骤d),或者可以多次地执行步骤e)。优选,进行旋转装置的旋转位置和/或参考旋转装置的旋转位置的多次改变,即,调节旋转装置和/或参考旋转装置的多个改变的旋转位置。例如,旋转装置/参考旋转装置的旋转位置可以从第二旋转位置改变到第三旋转位置,从第三旋转位置到第四旋转位置等等。在多次改变时,可以在旋转装置和/或参考旋转装置中改变旋转方向。
也能够,分别单次或多次地执行步骤d)和e)。优选,进行旋转装置的旋转位置和/或参考旋转装置的旋转位置的多次改变,即调节旋转装置和/或参考旋转装置的多个改变的旋转位置。
为了多次执行步骤d)和e)可以确定多个旋转位置,在参考旋转装置和/或旋转装置中,也称为用于检测旋转位置误差的“支撑部位”。
这些支撑部位可以无规律地或者有规律地分布在参考旋转装置和/或旋转装置的部件的一个或多个相对绕圈上。作为支撑部位之间的间距(步距)优选选择360°的整数因子。支撑部位的数量可以任意增加,或者说步距可以任意减小,由此尤其可以检测短周期的误差,并且可以减小或避免由于太大的步距产生的混叠现象。
不仅旋转轴线的定位、而且数据评估都可以通过本方法非常快速且准确地实现。因此本方法尤其具有下面的优点:
-能够实现非常快速的旋转位置误差检测,即使在大的支承部位数量的情况下。由此能够实现下面的工作:
-实用地检测旋转位置求取系统的短周期的误差。例如,在使用自校准的参考旋转装置时可以得到关于参考旋转装置的精度的持久监控,和由此关于误差求取的精度的持久监控。
-在使用自校准的参考旋转装置时节省校准成本,
-能够检测多个旋转装置中的旋转位置误差,例如即使在卡着的旋转摆动铰链中,或者那些旋转装置,它们由于结构形式只能提供有限的空间用于传感器,
-能够在完成的整个系统中实现旋转位置误差的检测。即,共同考虑由于刻度尺的装配引起的可能的刻度尺应力。如果力作用于刻度尺上(例如通过粘接产生的应力),刻度尺变形。该刻度尺例如是刻度盘,在刻度盘变形时引起分度间距改变,
-在需要时能够在旋转位置求取系统的部分区域上准确地检测旋转位置误差。
可以通过不同的方式和方法实现旋转装置与参考旋转装置的耦合:
两个装置可以直接相互紧邻地定位。尤其可以力锁合或形状锁合地实现耦合。例如,可以通过摩擦力实现耦合,例如当参考旋转装置和旋转装置定位在彼此上并且一个装置的重力加载在另一装置上。
在参考旋转装置与旋转装置之间可以设有支承装置,例如三点支承装置。
在旋转装置与参考旋转装置之间可以布置一个或多个保持元件或适配器。在这个说明书和实施例中还要描述专用的保持元件。
所述旋转装置与参考旋转装置的耦合优选这样实现,使旋转装置的旋转轴线(轴线,旋转装置的部件围绕该轴线相对于彼此旋转)和参考旋转装置的旋转轴线(轴线,参考旋转装置的部件围绕该轴线相对于彼此旋转)相互间同轴心或轴向对中或者基本同轴心或轴向对中。
在本方法的实施方式中,借助于旋转位置求取装置来确定第一部件和第四部件相对于彼此的旋转位置、即两个部件相对于彼此保持相同的旋转位置或者两个部件相对于彼此的旋转位置改变。通过旋转位置求取装置可以按照上述方法的步骤d)确定第一部件和第四部件相对于彼此的已改变的合成旋转位置。可以替代地或附加地按照上述方法的步骤e)通过旋转位置求取装置确定,第一部件和第四部件相对于彼此的旋转位置不改变。在这些实施方式(d)&e))中,旋转位置求取装置作为高精度的附加测量系统。在此,例如通过比较参考旋转装置的旋转角度测量系统与旋转装置的(有误差的)旋转角度测量系统来求取要校准的旋转角度测量系统的误差,其中,旋转位置求取装置用作另外的测量系统。在示例中给出计算原理。
用于旋转位置求取装置的示例是角度测量装置。旋转位置求取装置的特殊示例是自准直仪,或者多个自准直仪的组件。作为旋转位置求取装置可以在另一变体中使用一个或多个间距传感器,例如激光间距测量器、激光干涉仪、电容式间距传感器、磁阻的间距传感器、磁阻的角度传感器。这些旋转位置求取装置可以相互组合和/或可以使用多个相同类型的装置。取代测量角度或者附加于角度测量,也可以使用间距测量器或者间距传感器用于求取平移的运动误差。在实施例中描述了旋转位置求取装置的特殊组件。
也能够使用坐标测量仪作为旋转位置求取装置。
在使用旋转位置求取装置时优选借助于检验元件求取第一部件和第四部件相对于彼此的旋转位置,其中,通过旋转位置求取装置求取检验元件相对于旋转位置求取装置或者相对于另一基准点的旋转位置或旋转位置改变。
旋转位置求取装置和检验元件的定位尤其可以如下进行:
-旋转位置求取装置这样相对于第一部件或相对于第四部件定位,例如耦合在第一部件上或第四部件上,使得旋转位置求取装置相对于第一或第四部件是无相对转动的,
-检验元件这样相对于第一部件或相对于第四部件定位,例如耦合在第一部件上或第四部件上,使得检验元件相对于第一或第四部件是无相对转动的,
其中,如果检验元件相对于第四部件是无相对转动的,则旋转位置求取装置相对于第一部件是无相对转动的,并且如果检验元件相对于第一部件是无相对转动的,则旋转位置求取装置相对于第四部件是无相对转动的。
术语“无相对转动”尤其与上述有关地意味着,在围绕旋转装置的旋转轴线或参考旋转装置的旋转轴线的旋转方面的旋转刚性。相对于第一/第四部件的旋转刚性意味着,当第一/第四部件旋转时,旋转位置求取装置或检验元件与第一/第四部件以相同的旋转角度、或者另外的尺度单位共同旋转。
可以通过极其不同的方式和方法构型相对于第一或第四部件无相对转动的组件。例如,旋转位置求取装置或检验元件可以耦合在第一或第四部件上。耦合可以含有任意多的中间元件。
在一变体中,旋转位置求取装置和/或检验元件安置在旋转装置或参考旋转装置上。如果第一或第四部件例如是(参考)旋转台的转子,则旋转位置求取装置或检验元件可以直接或间接安置在转子、例如旋转盘上,并且与转子共同旋转。当时另一元件、即第四部件(如果第一部件是所述及的转子)则可以不共同旋转地定位在底基上或者静止的承载件上,并且,或者旋转位置求取装置或检验元件也可以定位在底基或承载件上,从而它相对于第一部件是无相对转动的。在这种情况下,所述底基可以视为耦合元件。两个部件(第一和第四)在另一变体中是相对于底基能够旋转的。在实施例中设想不同的变体。
借助于旋转位置求取装置和检验元件的相对旋转位置,该相对旋转位置在旋转装置和参考旋转装置的旋转位置改变以后可以改变或不改变,可以确定第一部件和第四部件相对于彼此的旋转位置。或者可以确定第一部件和第四部件相对于彼此的旋转位置改变,或者可以确定两个部件相对于彼此不改变的旋转位置。
第一部件和第四部件相对于彼此不改变的位置可以这样建立,即,检验元件或旋转位置求取装置的旋转位置按照上述变体e)这样调节,使得通过旋转位置求取装置确定检验元件的不改变的相对位置。这也称为调控到不改变的位置上,或者调控到偏差零。术语“不改变的位置”和“偏差零”与旋转位置求取装置的测量精度/误差极限有关,以及与旋转装置和参考旋转装置的能够旋转部件的手动或机械的调节精度有关,即,不改变的位置或偏差零只能在测量精度和调节精度的范围内实现。将自准直仪作为旋转位置求取装置和将镜作为检验元件特别适用于本方法。
在一变体中,所述检验元件是反射器,其中,由反射器反射的射束的方向与第一部件相对于第四部件的相对旋转位置有关。在第一部件相对于第四部件的旋转位置改变时反射器也旋转。如果旋转位置求取装置是自准直仪或激光间距传感器,尤其可以使用反射器。示例的反射器是镜,尤其是平直镜,或者后向反射器。被反射器反射的测量射束被发送到反射器上。
在另一变体中,所述检验元件是测量体,它与旋转轴线具有间距地和/或不与旋转轴线同轴心地布置,从而通过测量装置依据测量体的改变的旋转位置可以确定测量体围绕旋转轴线的旋转角度。术语“与旋转轴线具有间距”意味着,旋转轴线与测量体不相交。术语“(不)同轴心”在这个说明书中与“(不)同心”意义相同。不同轴心意味着,测量体、例如球的旋转对称轴线或另外的对称轴线与旋转轴线不同轴心(或者换言之:不对中)。
作为与旋转轴线具有间距和/或不与旋转轴线同轴心布置的第一检验元件的测量体可以是任何物体,在其上可以确定明确定义的坐标系。示例是球、球三体(Kugeltripel)、柱体、球三体、锥体、棱镜或另外的几何体。所述测量体尤其具有一个或多个、能够通过KMG的测量系统确定的参考点,也称为“空间点“,从而通过一个或多个所述参考点在测量体的不同旋转位置中的位置确定可以确定旋转位置。原则上可以使用任何测量体,在其上或其中通过KMG的测量系统能够明确地确定参考点或空间点。
例如,可以通过利用KMG的扫描系统探触来确定参考点。如果检验元件是球,则作为参考点例如可以使用球中心点,其位置可以通过多次探触球表面确定。例如,所述旋转装置是旋转台,并且作为检验元件使用球,它定位在旋转台轴线侧面。在第一角度位置上可以通过KMG的测量系统检测、例如扫描式检测球和球中心点的位置。在旋转台盘旋转到第二位置中以后,可以重新检测改变的球位置和球中心点,并且由测量值可以求取旋转台盘的旋转角度。优选可以通过在不同的球位置中多次探触来确定球中心点。
可能存在的测量体形状误差可以在单独的步骤中被校准并且在使用测量体时考虑该误差。如果在测量体上总是测量相同或基本相同的表面点,例如通过KMG的探针,则可以省去这一点。
在旋转装置的旋转位置和参考旋转装置的旋转位置改变时,对于旋转装置可以使第一部件相对于第二部件在第一方向上旋转,并且对于参考旋转装置,可以使第三部件相对于第四部件在相同方向上旋转。在相同的观察位置或视向时,例如对于旋转装置可以使第一部件相对于第二部件顺时针(正的旋转方向)旋转,并且对于参考旋转装置可以使第三部件相对于第四部件也顺时针旋转。类似地可以分别实现在逆时针方向(负的旋转方向)上的旋转。在旋转时对于术语“同向”或“相同方向”和“相向”或“相反方向”一般的前提是相同的观察位置或视向,即,在外部静止不运动的观察者的相同观察位置,其中,外部静止不运动的观察者的观察位置也称为“静止系统”。
当作为检验元件使用两个或多个反射器、尤其是平直或基本平直的镜时,例如可以使用这个变体。两个或多个反射器也称为反射器组件。
例如对于反射器组件可以存在两个反射器或反射层,它们相对于彼此处于>180°至360°的角度。从一个反射器或反射层的反射表面到另一反射器或反射层的反射表面测量两个反射器或反射层之间的角度。在360°角度时反射器/反射层指向相反的空间方向。
例如在一反射器组件中存在多于两个反射器或反射层,它们横向于彼此并且指向不同的空间方向,其中,相邻反射器或反射层相对于彼此优选处于>180°至<360°的角度,其中,角度如上定义。在特别的优选变体中,相邻反射器或反射层可以相互处于角度
α=360°-[(N-2)/N]*180°
其中,N是大于或等于3的整数。例如,反射器可以施加在棱镜的侧面上,棱镜的底面构成规则的N角形。然后优选这样实现旋转,第一部件相对于第二部件以1/2*360°/N在第一方向上旋转,并且对于参考旋转装置第三部件相对于第四部件以1/2*360°在相同方向上旋转。
在另一实施方式中,在旋转装置的旋转位置和参考旋转装置的旋转位置改变时,对于旋转装置第一部件相对于第二部件在第一方向上旋转,并且对于参考旋转装置第三部件相对于第四部件在与第一方向相反的方向上旋转。在此,前提是相同的观察位置,即,外部静止不运动的观察者的相同观察位置,其中,外部静止不运动的观察者的观察位置也称为“静止系统”。在相同的观察位置时,例如可以是,对于旋转装置第一部件相对于第二部件顺时针旋转,而对于参考旋转装置第三部件相对于第四部件逆时针旋转。在这个实施方式变体中,旋转装置的部件相对于彼此与参考旋转轴的部件相对于彼此以相同数值、例如角度位置或数字值旋转。依据旋转装置的旋转位置求取系统调节或由这个旋转位置求取系统显示在旋转装置上的旋转的数值,并且是名义上的值。在这个实施方式的另一变体中,旋转装置的部件相对于彼此和参考旋转装置的部件相对于彼此这样旋转,使得第一部件和第四部件相对于彼此的旋转位置与旋转之前的状态相比不改变。如上所述,术语“不改变”意味着在测量精度和调节精度的范围内、例如在作为旋转位置求取装置的自准直仪的测量精度范围内不改变。在测量精度和调节精度范围内的“不改变的位置”也可以称为“基本不改变的位置。
在优选的方法变体中,旋转装置的旋转位置的至少一个改变在正的旋转方向上进行,并且旋转装置的旋转位置的至少一个改变在负的旋转方向上进行。这个方法变体有利地用于识别滞后效应。对滞后的最大影响系数经常是相对于彼此能够旋转的部件的支承,例如空气支承或滚动支承。此外,旋转装置的旋转位置求取系统和参考旋转装置的旋转位置求取系统引起滞后。
如果部件的旋转这样进行,使得在旋转位置改变后第一部件与第四部件相对于彼此的位态不改变,则旋转装置的旋转位置的改变被参考旋转装置的旋转位置的改变补偿。即,第一部件相对于第四部件的旋转位置改变(它通过旋转装置的旋转位置的改变引起)通过参考旋转装置的旋转位置改变补偿,换言之:又抵消。或者第一部件相对于第四部件的旋转位置改变(它通过参考旋转装置的旋转位置改变引起)通过旋转装置的旋转位置改变补偿,换言之:又抵消。在此,并且在本方法中无论如何不重要的是,旋转装置的旋转位置是否先改变,然后参考旋转装置的旋转位置再改变或者反之,或者是否两个改变同时进行。
在一实施方式中,本方法具有下面的步骤:执行具有步骤a)至d)和/或e)的方法,如上所述那样,并且此外
f)再建立旋转装置的第一旋转位置,相应于在步骤a)中的第一旋转位置,或者基本相应于这个旋转位置,或者再建立参考旋转装置的第一旋转位置,相应于在步骤b)中的第一旋转位置,或者基本相应于这个旋转位置,
g)当旋转装置已经从步骤a)被置于第一旋转位置中,建立参考旋转装置的经调整的第一旋转位置,或者当参考旋转装置已经从步骤b)被置于第一旋转位置中,建立旋转装置的经调整的第一旋转位置,从而在旋转装置/参考旋转装置的经调整的第一旋转位置中得到第一部件和第四部件相对于彼此的经调整的旋转位置,
其中,与步骤c)中第一部件和第四部件相对于彼此第一合成旋转位置相比,第四部件相对于第一部件以角度值、优选360°/M扭转,其中,M是整数,优选大于或等于2,更优选2至8。
h)如上所述那样,执行方法步骤d)和/或e),也选择地执行步骤c),从旋转装置的第一或基本第一旋转位置和参考旋转装置的经调整的第一旋转位置开始,或者从参考旋转装置的第一或基本第一的旋转位置和旋转装置的经调整的第一旋转位置开始。
上述方法在这个发明中也称为“换向测量”,不仅对于特殊情况M=2。当在具有步骤f)至h)的上述实施方式范围内这样重复方法步骤d)和/或e)时,可以补偿旋转位置求取的剩余误差,所述剩余误差例如可能基于方法结构形式、所使用的构成部分的布置或者参考旋转装置的旋转位置求取装置的系统剩余误差。
步骤d)和/或e)可以在上述方法变体的步骤h)中多次执行,并且建立不同的旋转位置。可以有选择地执行步骤c),用于鉴定第一部件和第四部件相对于彼此所期望的合成旋转位置,即鉴定,在经调整的旋转位置时第四部件相对于第一部件是否以360°/M的角度值旋转,如同在步骤g)中给出的那样。步骤c)优选也用于求取本方法的开始位置。如果作为检验元件使用镜并且作为旋转位置求取装置使用自准直仪,则有利的是,执行步骤c),用于确定下面还要描述的检验元件偏差。
在执行上述步骤以后,还可以调节旋转装置和/或参考旋转装置的一个或多个另外的、经调整的第一旋转位置,并且从那里开始重新执行方法步骤d)和/或e),也选择地执行步骤c)。
优选(M-1)次地执行具有步骤f)至h)的方法,其中,在每次执行时在步骤g)中以360°/M的角度值扭转。如果例如M=3,则可以首先执行具有步骤a)至e)的上述方法,然后(M-1)次、即两次执行步骤顺序f)至h)。当第一次执行步骤顺序f)至h)时,在此则建立第四部件相对于第一部件的第一经调整的合成旋转位置,其中,与步骤c)中第一部件和第四部件相对于彼此的第一合成旋转位置相比,第四部件相对于第一部件以360°/3(M=3)的角度值扭转。当第二次执行步骤顺序f)至h)时,在此建立第四部件相对于第一部件的第二经调整的合成旋转位置,其中,与首次执行步骤顺序f)至h)时的第一经调整的合成旋转位置相比,第四部件相对于第一部件以360°/3的角度值扭转。在以360°/3重新扭转时,第四部件相对于第一部件又从步骤c)进入到合成旋转位置中,因此无需这个步骤和重新执行方法,因为本方法已经从这个合成旋转位置开始被执行。与上述示例类似,对于M=4,5或6,分别(M-1)次执行步骤顺序f)至h),第一和第四部件相互的(经调整的)合成旋转位置分别以360°/4,360°/5或360°/6改变。
在另一方面中,本发明涉及一种用于确定旋转位置求取系统的误差的组件,该旋转位置求取系统测量用于坐标测量仪的旋转装置的部件的旋转位置,尤其用于执行上述的方法,其中,该组件具有:
-旋转装置,其具有第一部件和第二部件,它们相对于彼此围绕旋转装置的旋转轴线能够旋转,
-旋转位置求取系统,
-具有两个相对于彼此能够旋转的部件的参考旋转装置,其中,两个部件中的一个是第三部件,第三部件关于旋转轴线与旋转装置的第二部件无相对转动地耦合,两个部件中的另一个是第四部件,第四部件相对于第三部件围绕参考旋转装置的旋转轴线能够旋转,其中,参考旋转装置的旋转轴线优选与旋转装置的旋转轴线同轴心或基本同轴心,
-旋转位置求取装置,其用于求取第一部件和第四部件相对于彼此关于旋转轴线的合成旋转位置,
-误差求取装置,其用于求取旋转位置求取系统的误差,其中,该求取装置构型为,
·由第一部件和第四部件相对于彼此的改变的合成旋转位置,并且可选择地由
i)旋转装置的旋转位置或者旋转装置的旋转位置的改变,和
ii)由参考旋转装置的旋转位置,或者参考旋转装置的旋转位置的改变,和/或替代或附加地
·由旋转装置的旋转位置或者旋转装置的旋转位置的改变,并且由参考旋转装置的旋转位置或者参考旋转装置的旋转位置的改变,
来求取旋转位置求取系统的旋转位置误差。
对于本组件和组件的构成部分参阅前面的方法内容,其中,已经公开了用于执行本方法的组件的扩展结构。
旋转位置求取装置的示例上面已经提及过。也能够使用坐标测量仪作为旋转位置求取装置。在另一变体中可以使用一个或多个间距传感器作为旋转位置求取装置。
在前面提及的组件中,优选在旋转装置和/或参考旋转装置上安置检验元件,其旋转位置或旋转位置改变通过旋转位置求取装置检测。所述检验元件优选安置在第一部件或第四部件上。在一变体中,所述检验元件是反射器,反射器根据第一部件相对于第四部件的相对旋转位置反射照到该反射器上的射束。如果旋转位置求取装置是自准直仪或者激光间距传感器,尤其可以使用反射器。示例的反射器是镜或后向反射器。
在另一变体中,所述检验元件是上述的测量体,它与旋转轴线具有间距和/或不与旋转轴线同轴心地布置,从而通过测量装置依据测量体的改变的旋转位置能够确定测量体围绕轴线的旋转角度。
II.检验体,具有该检验体的组件和在使用该检验体条件下的方法
在另一方面中,本发明涉及一种检验体,其尤其能够用于执行以上描述的方法。该检验体具有之前已经提及的检验元件。此外,通过该检验体也能够求取另外的旋转误差,如实施例中所描述的。通过检验体能够具有高精度和具有尽可能小的时间耗费地求取旋转装置的旋转误差。
提出一个检验体,其用于求取旋转装置、尤其用于坐标测量仪的旋转装置在一个或多个运动自由度方面的一个或多个旋转误差,在所述运动自由度中,所述旋转装置的实际旋转运动与理想旋转运动有差别,其中,该检验体具有:
-一保持件,它能够与旋转装置的部件共同围绕旋转轴线旋转并且该保持件构型为,使检验体相对于旋转轴线布置或固定,为了求取旋转误差所述检要围绕该旋转轴线旋转,
-与保持件刚性连接或者成形在保持件上的检验元件,其中,该检验元件用于求取在一个或多个运动自由度方面的旋转误差,
其中,所述检验元件是横向于旋转轴线取向的反射器,所述反射器使照到该反射器上的射束在一与检验体的旋转角度有关的方向上反射,或者其中,所述检验元件是测量体,所述测量体与旋转轴线具有间距地布置和/或与旋转轴线不同轴心地布置,从而通过所配属的传感器或者通过所述坐标测量仪的测量系统依据所述检验元件的旋转位置能够确定所述检验体的旋转角度。这种检验体可以以任意的组合与一个或多个在这个说明书中描述的发明主题、实施方式和变体组合。
也给出一个检验体,其用于求取旋转装置的、尤其是用于坐标测量仪的旋转装置的在一个运动自由度或多个运动自由度方面的一个或多个旋转误差,在所述一个运动自由度/所述多个运动自由度中,所述旋转装置的实际旋转运动与理想旋转运动不同,其中,所述检验体具有:
-一保持件,所述保持件能够与所述旋转装置的部件共同围绕旋转轴线旋转并且该保持件构型为,相对于所述旋转轴线布置或固定所述检验体,所述检验体为了求取一个旋转误差或多个旋转误差而要围绕该旋转轴线旋转,
-与所述保持件刚性连接或者成形在所述保持件上的多个检验元件,其中,所述检验元件中的每一个用于求取在一个或多个运动自由度方面的旋转误差,
其中,所述检验元件中的第一检验元件是横向于所述旋转轴线取向的反射器,所述反射器使照到该反射器上的射束在一与检验体的旋转角度有关的方向上反射,或者
其中,所述检验元件中的第一检验元件是第一测量体,所述第一测量体布置成或者能够布置成与旋转轴线具有间距地布置和/或与旋转轴线不同轴,从而通过所配属的传感器或者通过所述坐标测量仪的测量系统依据所述检验元件的旋转位置能够确定所述检验体的旋转角度,
其中,所述检验元件中的第二检验元件是横向于旋转轴线取向或能够取向的反射器,所述反射器使照到该反射器上的射束在一与检验体的旋转角度有关的方向上反射,并且所述反射器在存在另一反射器的情况下在与所述另一反射器的方向上取向,所述另一反射器是所述检验体的检验元件,并且所述反射器在存在另一反射器情况下能够与所述另一反射器共同安置在一个共同的承载体上,所述另一反射器是所述检验体的第一检验元件,或者
其中,所述检验元件中的第二检验元件是在旋转轴线方向上取向的反射器,所述反射器在存在另一反射器的情况下能够与所述另一反射器共同安置在一个共同的承载体上,所述另一反射器是所述检验体的第一检验元件,或者
其中,所述检验元件中的第二检验元件是第二测量体,所述第二测量体是旋转对称的测量体,或者所述第二测量体具有指向一个方向的一个面或者指向不同方向的多个面。对于一个或多个面适用的是,所述面优选是平直的面或者基本平直的面,或者所述面是至少在所述面的局部区域中平直的面。
术语“旋转误差”包括所有平移的和旋转的偏差,这些偏差在旋转装置的运行中产生,尤其是关于笛卡尔坐标轴X,Y和Z的三个平移误差,被称为TX,TY和TZ,和关于笛卡尔坐标轴X,Y的旋转误差,被称为RX,RY,如果该旋转装置的旋转轴线在Z方向上取向的话(更多地见下文)。如果围绕旋转轴线的运动是理想的旋转运动,则不产生旋转误差。这一点适用于与检验元件组合使用的传感器的测量准确度的范围,并且适用于精度的范围,以该精度制成检验体(例如,测量体的旋转对称性的精度和作为检验元件的镜的精度)。所述检验体可以与对应的传感器组合地、尤其事先地校准,以修正或消除传感器的测量误差和与检验体理想形状的偏差。
狭义的旋转误差是上面已经述及且定义的旋转位置误差。只要旋转轴线在笛卡尔坐标系的Z方向上取向,所述旋转位置误差在本发明中也称为RZ。当然,也能够实现旋转轴线在笛卡尔坐标系的另一方向上的其他取向,例如水平取向。当旋转轴线在预先给定的坐标系的Y方向上取向时,旋转位置误差以RY表示,在X方向上取向时以RX表示。在所选择的示例中,RZ在这一点上是不同于RY和RY的,即,所述旋转装置的能够旋转部件围绕在这种情况下在Z方向取向的旋转轴线的旋转在旋转装置中是期望的,而能够旋转部件围绕另一空间轴线X或Y的旋转是不期望的并且代表与理想旋转运动的偏差。
旋转装置的示例是旋转铰链、具有多个旋转轴线的旋转摆动铰链和旋转台。本发明尤其涉及旋转装置,它们在坐标测量仪(下面简称为KMG)、工具机、机器人和另外的要求高精度的应用中能够使用。所述旋转装置也称为试样。
检验体的旋转这样进行,即,使检验体布置在旋转装置上或上面并且当旋转装置旋转时共同旋转。所述旋转装置优选具有第一和第二部件,它们相对于彼此可以相对旋转。所述检验体优选这样固定在该装置的能够旋转部件的上面或上,使得检验体不能够相对于这个部件扭转。即,例如如果检验体布置在旋转装置的第二部件上并且第二部件相对于第一部件旋转,则检验体也以与第二部件相同的旋转角度相对于第一部件旋转。例如,检验体可以定位在要鉴定的旋转台的盘上面,或者定位在旋转摆动铰链的能够旋转部件上。
所述保持件进而检验体可以围绕旋转轴线旋转,不意味着仅仅观察保持件或检验体的能够旋转运动性。而是,如果检验体以预先给定的方式、优选以可重现的方式布置在旋转装置上或者布置在下面还要描述的参考旋转装置上,则检验体设计用于围绕旋转轴线旋转。术语“旋转轴线”则称为旋转装置的旋转轴线或者参考旋转装置的旋转轴线。在使用检验体时,所述旋转轴线可以掠过或穿过检验体或保持件或检验元件,或者在使用检验体时,所述旋转轴线可以处于检验体的外部。
当所述检验体布置在旋转装置上或参考旋转装置上时,作为检验元件的反射器以所述方式相对于旋转轴线取向。或者当所述检验体应当布置在旋转装置上或参考旋转装置上时,作为检验元件的反射器以所述方式相对于旋转轴线能够取向。当所述检验体布置在旋转装置或参考旋转装置上时,作为检验元件的测量体与旋转轴线具有间距地布置和/或不与旋转轴线同轴心地布置。或者当所述检验体应当布置在旋转装置或参考旋转装置上时,作为检验元件的测量体可以以所述方式相对于旋转轴线布置。
下面还要详细描述以特殊的方法使用旋转装置和参考旋转装置。这样设计检验体,使检验体可以安置在旋转装置或参考旋转装置的部件上,更确切地说相对于这个部件无相对转动。所述旋转装置/参考旋转装置的这个部件可以是相对于旋转装置/参考旋转装置的另一部件(与检验体共同)能够围绕旋转轴线旋转的。例如,检验体能够安置在其上的部件是旋转台的旋转盘或者旋转铰链或旋转摆动铰链的能够旋转部件。
所述检验体的保持件可以具有旋转对称轴线,该旋转对称轴可以与旋转装置或参考旋转装置的旋转轴线在轴向上对中或者基本在轴向上对中地布置。
借助于第一检验元件优选进行对检验体或旋转装置的旋转角度的检测。通过这个旋转角度信息可以确定旋转装置的旋转位置误差。第一检验元件可以安置在旋转轴线侧旁并且直接与保持件连接。在另一变体中,第一检验元件通过承载件或者除此以外的另外的固定元件间接地与保持件连接。通过第一检验元件可以取而代之或附加地也确定另外的旋转误差,例如平移误差或者另外的旋转误差,如同在示例部分中解释的那样。
第二检验元件优选用于检测另外的平移或旋转的偏差,它们可能附加于所述旋转位置误差而产生。但是,通过第二检验元件也可以确定一旋转位置误差,如同在实施例中给出的那样。例如,当两个反射器尤其是镜时,可以通过第一和第二检验元件确定旋转位置误差。
作为检验元件的反射器可以有利地以在下面且还在示例中描述的方法中使用于检测旋转位置误差,其中,在该方法中旋转装置与参考旋转装置耦合并且检验体安置在旋转装置或参考旋转装置上,并且其中,在该方法中旋转装置部件和参考旋转装置部件的旋转这样进行,使得在旋转以后检验体的位置不改变、很少改变或者基本不改变,尤其相对于外部的参考点或观察点不改变、很少改变或基本不改变。在这种方法中,不改变或者最小改变的反射器位置例如可以通过传感器、尤其是角度传感器、特别是自准直仪检测。
按照本发明的术语定义,反射器与测量体不同。反射器的目的是,通过在反射器的旋转位置改变以后反射的射束、尤其是光线的方向改变来确定旋转,和/或借助于反射的射束来确定平移,例如通过基于射束的间距传感器。
这样设计测量体,使得能够通过无辐射的测量、尤其是坐标测量和/或无辐射的间距测量来确定测量体的旋转和/或平移。
尽管术语反射器和测量体的不同但是也可以设想,可以在测量体的上述意义上使用反射器,不利用其对于射束的反射特性。例如,平直镜的表面可以在旋转之前和之后在至少三个点上通过坐标测量仪的探头扫描,由此得到在旋转之前和之后表面平面的位置,并由此可以求取旋转或者说旋转角度。
术语反射器也包括任意薄的反射层,它们为了稳定可以施加在承载体上或承载体表面上。反射器例如可以是镜、尤其是平直镜或者基本平直的镜、平坦的或基本平坦的镜,或者不弯曲的或者基本不弯曲的镜。
在另一变体中所述反射器可以为一组合,该组合包括
a)部分透射的第一镜,优选平直镜或者基本平直的镜和
b)全反射的第二镜、优选平直镜或者基本平直的镜,
其中,部分透射的镜a)和全反射的镜b)这样相互布置,使得入射的射束首先照到部分透射的第一镜上、部分地透射这个第一镜并且被其部分反射,并且穿过第一镜的射束份额接着照到全反射的镜b)上并且
其中,镜a)和镜b)以角度、优选以小于90°的角度相对于彼此布置。
在另一变体中,反射器可以是后向反射镜。在特殊的变体中,反射器可以是棱镜。棱镜的入光面可以是部分镜反射的,从而一部分照射的光线在这个面上如同在平直镜上一样被反射而其余部分光线在棱镜的倾斜面上反射以后具有角度地回投(zurueckgeworfen)。在DE 102011012611(A1)中描述了优选的变体。在该文献中描述了例如三棱镜和90度棱镜,为此它能够与自准直仪结合,不仅测量垂直于光轴的倾斜角度,而且同时也测量围绕光轴的滚动角度。
所述反射器也可以是由镜、尤其平直镜、后向反射器和/或棱镜构成的组合。
在反射器情况下,在检验体旋转时,在旋转时反射器共同旋转,尤其可以通过自准直仪或者通过间距传感器确定旋转角度,如同在实施例中所述的那样。用于确定旋转位置误差的优选测量方法是无接触的测量方法,尤其是自准直。由此,不产生由于探触力引起的误差并且机械地爱护检验体。
下面的描述涉及镜,但是类似地也可以适用于后向反射器。镜不必是精确地平直的并且可以在平直的面上具有不平直的、所期望的元件,例如上述的棱镜。除此以外,可能存在的镜形状误差可以在独立的步骤中校准并且可以在使用检验体时考虑该误差。
术语“横向于旋转轴线取向”意味着,反射器不指向旋转轴线的方向或者不是平行于旋转轴线方向指向,而是指向另外的、偏离旋转轴线的方向,在特殊情况下指向正交于或者基本与旋转轴线正交的方向。自准直仪的射束可以对准反射器的反射面并且当镜在检验体旋转时共同旋转时检测角度改变。附加地也能够检测镜围绕一另外的、例如正交于检验体旋转轴线的旋转轴线的旋转并且检测相对于这个另外的旋转轴线的旋转偏差。对此,反射器优选正交或基本正交地取向。
在检验体的特殊变体中,所述第一检验元件是横向于旋转轴线取向的反射器,所述反射器使照到该反射器上的射束在一与检验体的旋转角度有关的方向上反射,并且所述第二检验元件是横向于旋转轴线取向的反射器,所述反射器使照到该反射器上的射束在一与检验体的旋转角度有关的方向上反射,并且这些反射器成角度地相对于彼此布置,例如正交地布置。
如果第一和第二检验元件是反射器,则两个反射器可以共同安置在一个共同的承载体上,例如以反射层的形式。用于承载体的示例是规则或不规则的多面体,例如棱镜、四面体、六面体、八面体、十二面体、二十面体。
用于承载体的特别优选的示例是具有多角形或多边形、优选规则的多角形或多边形的横截面形状的承载体。优选,横截面是N角形,其中,N是大于或等于3的整数,优选规则的N角形。例如三角形、四角形、五角形、六角形、七角形或八角形的横截面。
承载体的更特殊的示例是棱镜,其中,关于棱镜理解为一几何体,它具有多角形或多边形作为底面,优选规则的多角形或多边形,并且其侧棱边平行且相同长度,其中,侧棱边横向于、尤其正交于底面延伸。优选具有N角形底面的棱镜,其中,N是大于或等于3的整数,优选具有规则的N角形底面。示例是三角形、四角形、五角形、六角形、七角形或八角形的底面,其中,最优选规则的三角形、四角形、五角形、六角形、七角形或八角形的底面。
反射器或反射层可以施加在承载体的一个或多个外表面上。承载体可以是具有外表面的空心体。两个或多个外表面可以设有反射器或反射层,其中,例如在第一表面上的第一反射层是第一检验元件,在第二表面上的第二反射层是第二检验元件。在多面体、尤其棱镜中,指向旋转轴线方向的端面可以作为外表面中的一个而设有反射器或者设有反射层。
在一实施方式中,所述承载体具有反射器组件,它具有多个反射器或反射层,其中,反射器或反射层处于横向于彼此并且指向不同的空间方向。
如果反射器或反射层是平直镜或者基本平直的镜,或者平直的或基本平直的层,则术语“空间方向”和“指向一个空间方向”是就镜表面上的法向矢量而言,即,该法向矢量指向不同的、例如反过来的空间方向,换言之:相反的空间方向。
例如,对于具有反射器组件的承载体可以存在两个反射器或反射层,它们相对于彼此处于>180°至360°的角度。在两个反射器或反射层之间的角度从一个反射器或反射层的反射表面到另一反射器或反射层的反射表面被测量。在360°角度时,反射器/反射层指向相反的空间方向。
例如,在具有反射器组件的承载体中可以存在多于两个反射器或反射层,它们横向于彼此并且指向不同的空间方向,其中,相邻的反射器或反射层相对于彼此优选处于>180°至<360°,其中,角度如上定义。在特别优选的变体中,相邻反射器或反射层相对于彼此处于角度
α=360°-[(N-2)/N]*180°
其中,N是大于或等于3的整数。
通过这种承载体和这种反射器组件,以简单的方式允许所谓的换向测量,而不必将检验体从旋转装置能够旋转部件脱开(检验体无相对转动地耦合在能够旋转部件上),而使检验体相对于这个部件扭转。按照这个原理的测量在这个说明书的另外的位置和示例中描述。例如,承载体可以具有外表面,它们相对于彼此处于上述的角度α,其中,在外表面上施加反射器、尤其平直镜或反射层。这种承载体的特殊示例是棱镜,如同上面定义和给出的那样。
术语“横向于旋转轴线取向”在反射器中意味着另一可能的替代,即,反射器在旋转方向或反向于旋转方向取向。在镜的情况下,镜的反射面可以这样取向。术语“在旋转方向或反向于旋转方向取向”意味着,反射器指向旋转方向或反向于旋转方向指向。在镜的情况下,反射面指向旋转方向或反向于旋转方向指向。在镜的情况下,反射面尤其可以这样取向,使得处于在反射面上的一个点上的法向矢量与通过该点围绕旋转轴线的旋转运动描绘的圆相切。在这个实施方式中,为了检测旋转角度使用例如间距传感器、尤其是激光器,它在镜旋转时测量间距改变,由此由三角函数关系可以计算旋转角度,如同在实施例中给出的那样。但是可以替代地使用例如自准直仪,用于测量旋转角度或旋转位置改变。
作为与旋转轴线具有间距地布置和/或不与旋转轴线同轴心地布置的第一检验元件的第一测量体可以是被配属有明确定义的坐标系的任何体,该坐标系称为工件或测量体坐标系。示例是球、柱体、球三体、锥体、棱镜或另外的几何体。所述测量体尤其具有一个或多个、能够通过KMG的测量系统确定的参考点,也称为“空间点”,从而通过一个或多个参考点在测量体的不同旋转位置上的位置确定能够确定旋转位置。一个或多个参考点与旋转轴线具有间距。
第一测量体可以具有标记、例如在表面中的突起或凹下,该标记可以通过坐标测量仪的探触式测量头系统、尤其作为坐标测量仪部件的探头扫描,从而可以明确确定一空间点。
也能够将反射器作为第一检验元件来扫描,用于确定位置改变。在平直镜情况下,例如可以在三个点上扫描表面并且可以在旋转位置改变以后重新在三个点上扫描,以便因此确定镜平面的旋转角度。
例如,可以通过利用KMG的探触式测量系统扫描来确定参考点。如果检验元件是球,则例如可以使用球中心点作为参考点,所述球中心点的位置可以通过多次扫描球表面确定。例如,旋转装置是旋转台,并且在旋转台上检验体定位成具有处于旋转轴线侧旁的球。在第一角度位置上可以通过KMG的测量系统检测、例如扫描式地检测球的和球中心点的位置。在旋转台盘和检验体旋转到第二位置中以后,可以重新检测改变的球位置和球中心点,并且由测量值可以求得旋转台盘和检验体的旋转角度。优选,在不同的球位置中通过多次扫描来确定球中心点。
替代作为测量体的球可以使用任何测量体,在所述测量体上或中能够通过KMG的测量系统明确地确定一参考点或空间点。如上所述,在球的情况下,参考点例如是球中心点。测量体可能存在的形状误差可以在独立的步骤中校准并且可以在使用测量体时考虑该误差。
如上所述,检验元件中的第二检验元件可以是第二测量体,它或者具有旋转对称性或者具有指向不同方向的多个面。术语“第二测量体”用于区别于第一测量体。第一测量体是第一检验元件的特殊情况,并且如上所述可以与旋转轴线具有间距地布置和/或不与旋转轴线同轴心地布置。
检验元件中的一个检验元件、例如第二检验元件尤其可以是旋转对称的测量体,其对称轴线可以与旋转轴线同轴心地布置,即,其旋转对称轴线可以与旋转轴线同轴心地取向。这种旋转对称元件的示例是球、盘、环、例如环面、柱体、椎体或者其组合。可以设置多个沿着轴线前后布置的球作为旋转对称的检验元件,例如双球。在一个球或双球的情况下,不是整个球表面对于测量可接触到,因为检验元件至少在一个部位上与保持件连接。
在优选的变体中,旋转对称的检验元件是柱体。此外优选多个球、尤其是双球。在上下文中,双球或者由更多的球构成的组件作为一个旋转对称的检验元件被观察,该旋转对称的检验元件如同柱体一样可以在沿着对称轴线的不同部位上通过传感器测量。通过柱体或双球,可以确定围绕轴线的旋转偏差,这些轴线正交于旋转装置的和安置在旋转装置上的检验体的旋转轴线。此外,可以确定在横向于旋转轴线的方向上的平移偏差。如果在球的上极上、或者在双球的上球的上极上、或者在柱体的端面上进行间距测量,还可以确定旋转轴线方向上的平移偏差。也能够通过在柱体端面上的多个点上测量来确定旋转偏差,其中,为了组件布置相应的传感器所述柱体应当具有足够的直径,但是无疑可以具有小的高度,即可以是盘状的。
在第二替代中,第二测量体具有多个指向不同方向的面。在这种情况下,第二测量体不是旋转对称的。特殊的示例是棱镜,其中,棱镜理解为几何体,它具有多角形作为底面并且其侧棱边平行且相同长度。特殊的示例是三角形棱镜、长方体、立方体、六面体、五面体、八面体,和具有更多的、指向不同方向侧面的体。在这种第二测量体情况下,一个或多个间距传感器和/或角度传感器可以对准一个或多个面。立方体例如可以这样取向,使得关于笛卡尔坐标系而言两个侧面指向X或X方向并且两个侧面指向Y或Y方向,并且其余两个侧面指向Z或Z方向。可以为这些侧面的一个或多个侧面配属有间距传感器,通过它们可以测量在相应空间方向上的平移。这些面可以是这样的,在沿着X,Y和/或Z轴的不同高度上可以给这些面配属有多个角度传感器和/或间距传感器,从而也可以检测测量体的旋转。例如,第二测量体可以具有矩形的侧面,所述侧面允许沿着侧面布置多个传感器。在另一替代方案中,第二测量体可以是双立方体,它在这种情况下被看作一个测量体。具有多个指向不同方向的面的第二测量体可以有利地在下面且以示例还要描述的方法中用于检测旋转位置误差,在该方法中旋转装置与参考旋转装置耦合并且检验体安置在旋转装置或者参考旋转装置上,并且其中,在该方法中这样进行旋转装置部件和参考旋转装置部件的旋转,使得在旋转后不改变或者基本不改变检验体的位置。在这种方法中第二测量体的旋转对称不是必需的,因为测量体相对于被配属给它的传感器不扭转或者仅仅不重要地扭转。
在一实施方式中,所述检验体具有与保持件连接的或者成形在保持件上的底座。该底座构型为,使检验体安置在旋转装置上,尤其安置在旋转装置的能够旋转部件上。尤其,所述底座横向于旋转轴线具有比保持件更大的横截面。所述底座优选具有金属、金属合金、陶瓷或塑料作为主材料组分。该底座用于安装在KMG中或者用于使检验体安置在旋转装置上,例如旋转摆动铰链或者旋转台、或者参考旋转装置上,依据一种方法还要描述参考旋转装置,在该方法中可以使用检验体。这样设计该底座,使它可以安置在旋转装置的或参考旋转装置的部件上,优选相对于这个部件无相对转动地、即不能相对旋转地安置。旋转装置/参考旋转装置的部件可以是相对于旋转装置/参考旋转装置的另外的部件能够旋转的。例如,在其上可以安置底座的部件是旋转台的旋转盘或者旋转铰链的或旋转摆动铰链的能够旋转部件。
在一实施方式中,所述检验体具有用于固定或支承在坐标测量仪中或者用于固定或支承在用于坐标测量仪的旋转装置、例如旋转摆动铰链或旋转台上的器件。固定或支承在旋转装置上尤其意味着,在旋转装置和检验体的安装位态中所述检验体固定或支承在旋转装置上面或下方。
用于支承或固定的器件优选布置在保持件或底座上,它们已经在上面描述过。依据固定或支承的器件优选是一个或多个形状锁合的连接器件或者一个或多个力锁合的连接器件。
所述检验体可以配备有一个或多个三点支承装置,它们能够实现在一个或多个定向上的可重现的装配。由此,所述检验体例如可以用于鉴定旋转摆动铰链的不同旋转轴线。
在三点支承装置时优选在检验体与在其上面或其上支承了检验体的部件之间产生附加的拉力,这也称为“预紧”。通过这种拉力阻止检验体从支承中跳出来。例如根据检验体的取向而定,从支承中跳出来是由于检验体的重力或者由于检验体的运动而进行的。
通过预紧提高检验体定位的可重现性。预紧例如可以磁性地进行,优选在多个支撑部位当中的中央点上,或者通过检验体的自重。附加质量可以安置在检验体上,用于提高检验体的质量。对于磁的预紧,检验体可以具有磁体,磁体例如可以安装或装入到检验体中。这种磁体可以对铁磁的底基、例如对铁磁试样施加吸引力。如果在鉴定旋转轴线期间产生大的加速度、例如作为在卡着的旋转铰链中分离运动的结果,预紧也可以是有意义的。另外的用于预紧的器件是螺钉、钩、卡扣或弹簧。
另外的用于固定或支承的示例器件是止挡、销、螺纹连接器件、插接连接装置器件、卡锁连接器件或者抑制滑动的材料。
三点支承装置具有高精度的优点。如果不必一定需要这种精度,则可以通过止挡、(配合)销、螺纹装置或者另外的公知的固定器件来进行检验体在旋转装置上的固定。
在一实施方式中,所述检验体具有反射器,它在旋转轴线方向上取向。在旋转轴线方向上尤其意味着,平行于或沿着旋转轴线入射的测量射束正交地或基本正交地照到反射器上。间距传感器可以在旋转轴线方向上或者与其平行地(轴向)对准反射器并且检测在旋转轴线方向(例如在Z方向)上的平移偏差。可以使用不同的间距传感器,例如光学的间距传感器或者电容式间距传感器,其中,由于反射器的镜特性优选光学的传感器。
在更上面作为第一和第二检验元件已经描述过反射器,它们横向于旋转轴线取向。这些反射器可以与一个在旋转轴线方向取向的反射器组合。也可能还存在另外的横向于旋转轴线取向的反射器。多个反射器可以共同构成反射器组件,也称为反射器阵列,例如以多面体的形式,其侧面由镜构成。
在一优选的变体中,所述检验体具有反射器组件,它具有多个反射器或反射层,其中,反射器或反射层横向于彼此并且指向不同的空间方向。在这种反射器组件中不必存在如上所述的承载体。
如果所述反射器或反射层是平直镜或基本平直的镜,或者平直的或者基本平直的层,则术语“空间方向”和“指向空间方向”是就镜表面上的法向矢量而言,即,法向矢量指向不同的、例如相反的空间方向。
例如,对于反射器组件可以存在两个反射器或反射层,它们相对于彼此处于>180°至360°的角度。该角度从一个反射器或反射层的反射表面到另一反射器或反射层的反射表面被测量。在360°角度时,反射器/反射层指向相反的空间方向。
例如,在反射器组件中可以存在多于两个反射器或反射层,它们横向于彼此并且指向不同的空间方向,其中,相邻的反射器或反射层优选相对于彼此处于>180°至<360°的角度。在特殊的优选变体中,相邻的反射器或反射层相对于彼此可以处于这样的角度:
α=360°-[(N-2)/N]*180°
其中,N是大于或等于3的整数。
通过这种反射器组件以简单的方式允许所谓的换向测量,而不必将检验体从旋转装置的能够旋转部件脱开(检验体无相对转动地耦合在能够旋转部件上),而使检验体相对于这个部件扭转。按照这个原理的测量在这个说明书的另外的位置和示例中描述。
在一优选的变体中,所述检验体具有多个测量体,它们与旋转轴线具有间距地和/或不与旋转轴线同轴心地布置,其中,一从测量体到旋转轴线的假想线和一从相邻测量体到旋转轴线的假想线相互处于360°/M的角度,其中,M是大于或等于2的整数,尤其2到8。测量体中的每个尤其具有参考点,并且一从测量体的参考点到旋转轴线的假想线和一从相邻测量体的参考点到旋转轴线的假想线相对于彼此处于360°/M的角度。换言之,参考点优选构成规则N角形的角。如果测量体是球,参考点例如可以是球中心点。通过这种组件也以简单的方式允许所谓的换向测量,它们在另外的地方描述。在与旋转轴线具有间距地和/或不与旋转轴线同轴心地布置的多个测量体中可以有一个测量体是上面已提及的第一测量体。
如果第一和/或第二检验元件是横向于旋转轴线取向的反射器,并且如果还存在一个反射器,它沿旋转轴线方向取向,或者如果构成一个上面提到的、也还可以含有另一反射器的反射器组件,则所有反射器可以安置在一个共同的承载体上,例如以反射层的形式。用于承载体的特殊示例是棱镜,其中,棱镜理解为一个几何体,它具有多角形底面并且其侧棱边平行且相同长度,或者是多边形。所述承载体可以是具有外表面的空心体。用于承载体的特殊示例是具有三角形、四角形、五角形、六角形、七角形或八角形底面的棱镜、四面体、六面体、八面体、十二面体、二十面体。承载体(外)表面中的三个或多个可以设有反射层。
原则上,一个检验体除了上述的第一和第二检验元件以外还可以具有一个或多个另外的、例如第三、第四等检验元件。另外的检验元件可以由这些元件中选择,它们已经作为第一或第二检验元件描述过,例如反射器和检验体。
如果检验元件中的第二检验元件是横向于旋转轴线取向或者可以取向的第二反射器,该第二反射器在存在另一第一反射器(它是检验体的检验元件)时在不同于该另一反射器的方向上取向,则该另一方向尤其意味着,两个反射器指向相反方向或者基本相反的方向,或者相对于彼此正交或基本正交。相对于彼此正交意味着,反射器指向相对于彼此处于90°角度的方向。从第一反射器的反射面到另一反射器的反射面的角度则为360°-90°=270°,在反射面法向之间的角度为90°。
在检验体的一变体中,检验元件中的第一检验元件是与旋转轴线正交地取向的反射器,检验元件中的第二检验元件也是与旋转轴线正交地取向的反射器,该反射器在不同于第一反射器的另一方向上取向,优选正交于第一反射器或者在与第一反射器相反的方向上,并且,另一第三检验元件是旋转对称的检验元件,其对称轴线与旋转轴线同轴心地布置,其中,第三检验元件优选相对于旋转轴线而言布置在不同于所述反射器的其他轴向位置上。优选,两个反射器都布置在同一轴向位置上。这也适用于具有两个反射器的另外的实施方式。
在检验体的另一变体中,检验元件中的第一检验元件是与旋转轴线正交地取向的反射器,检验元件中的第二检验元件也是与旋转轴线正交地取向的反射器,该反射器在不同于第一反射器的另一方向上取向,优选正交于第一反射器或者在与第一反射器相反的方向上,并且另一第三检验元件是沿旋转轴线方向的取向反射器。
在一实施方式中,所述检验体具有反射器作为第一和第二检验元件。两个反射器优选相互正交地取向,即,反射器的反射面相对于彼此处于直角。第一反射器例如指向笛卡尔坐标系的X方向,并且第二反射器指向笛卡尔坐标的Y方向。在这个实施方式中,一个自准直仪的各一个射束可以分别对准两个反射器的每个反射器。一方面,可以在两个反射器上分开地检测围绕旋转轴线的旋转角度。此外,对于反射器中的每个反射器可以检测围绕当时另一与旋转轴线正交的轴线的旋转偏差,如同在实施例中解释的那样。能够使用两个自准直仪并且分别使一个自准直仪的射束对准反射器中的一个。另一方面,也能够只使用一个自准直仪并且通过偏转装置、优选由偏转镜构成的组件使射束偏转到两个反射器上。附加于一个或多个自准直仪,可以将间距传感器、例如激光间距测量器对准反射器,用于检测平移偏差。
如果所述检验体具有反射器作为第一、第二和第三检验元件,则所有三个反射器优选相对于彼此正交地取向,即,所有反射器的反射面相对于彼此处于直角。例如,第一反射器指向笛卡尔坐标系的X方向,第二反射器指向笛卡尔坐标系的Y方向和第三反射器指向笛卡尔坐标系的Z方向。
在检验体上可以安置杠杆和附加质量。由此能够模拟在以后的测量运行中产生的力和转矩。旋转轴线则可以正好如同在实践中、也在测量运行中使用的那样被鉴定。在此,对于以后的修正也可以通过无负载的和负载的测量求取退让性(Nachgiebigkeit)。在此,如同EP0684447(B1)和DE19518268(A1)所述,所述退让性可以包含由于转矩引起的倾翻、由于力引起的倾翻、由于转矩引起的移动和/或由于力引起的移动。
所述检验体优选在其使用位置中可以在试样上运动和/或可以从使用位置取出。为此,所述组件可以具有相应的运动装置和/或相应的运动导向。在一实施方式中,所述检验体具有线性导向装置的构成部分,例如钢辊。在这个实施方式中,在检验体和试样之间布置线性导向装置,例如支承在V型材中的钢辊。由此能够使检验体从传感器的测量范围中运动出来或者运动到传感器的测量范围中。在替代的实施方式中,检验体具有铰链或者已安装的三点支承装置,由此检验体可以从测量范围中摆动或移位出来或者摆动或移位到测量范围中。如果检验体移动、摆动或移位,例如可在传感器上执行工作,例如校正。关于移位的三点支承装置理解为,所述检验体可以被置于至少两个不同的位置和/或取向上,在其中,分别建立一个配属的三点支承装置。
在一实施方式中,所述检验体具有一个或多个用于调节检验体与试样之间的相对位态的调节装置,用于例如调节试样与旋转台之间的同轴性。对于调节装置的示例是螺旋机构。
用于检验体的取向的指向元件可以布置在检验体与试样之间。用于指向元件的示例是一台子、例如X-Y台和或倾斜台,或者铰链,例如单体铰链、或者固定体铰链、例如弯曲铰链。
在另一实施方式中,所述检验体两体地构成。上述检验元件中的多个、如镜、(双)球、柱体可以安置在不同的部件上或者作为单个的部件存在,它们可以模块化地组成检验体。由此,可以由不同的模块建立具有不同构成部分和功能性的检验体。尤其,所述检验体的保持件是多体的。例如在保持件的下部件上固定第一检验元件、例如镜,并且在上部件上固定第二检验元件,例如旋转对称的体。在两个部件之间可以存在三点支承装置。
在本发明的另一变体中,所述检验体具有面,该面从旋转装置上的装配位置开始相对于KMG的探针、传感器或测量头可运动。在运动时,所述旋转装置与检验体共同运动,并且在此,所述面相对于探针、传感器或测量头运动。就相当于探针运动而言,这种方法称为“通过检验体探触”。通过多次重复这个探触运动,可以测试旋转装置例如沿着线性导向装置运动的可重现性。替代地,也可以是所述检验体包含探针。
在另一方面中,本发明涉及一种组件,具有
-一旋转装置,
-一检验体,它布置或固定在旋转装置上,
-多个传感器,它们分别附属于检验体的检验元件中的一个或多个检验元件并且构型为,测量在所述运动自由度中的至少一个运动自由度方面的偏差。
通过实际旋转运动与理想或所期望的旋转运动在运动自由度、即平移和旋转自由度方面的偏差,可以求取旋转误差。
所述传感器构型为,在所述组件运行时产生相应于检验元件位置的测量信号。
所述传感器例如可以是磁阻传感器、按照电磁霍尔效应发挥功能的霍尔传感器、光学传感器、按照压阻效应发挥功能的传感器、电容式传感器、构型为间距测量和/或相对位置测量的涡流传感器或者是按照上述工作原理中至少一个和/或至少一个未提及的工作原理工作的传感器。尤其,磁阻传感器和霍尔传感器也可以是多个布置在一个共同的承载件上,例如微承载件,类似于微芯片。在共同承载件上的传感器中的每个传感器则尤其检测运动的另一自由度。例如,通过两个这样的承载件可以检测运动的所有自由度,所述承载件分别载有三个用于检测三个线性地相互独立的自由度的传感器并且所述承载件布置在不同的轴向位置上。通过在一个承载件上的多个传感器也可以测量在承载件位置上占主导的磁场的方向。光学传感器例如检测多个在检验元件上构成的标记中的一个标记,如果该标记从传感器的视野中看运动过去的话。在另外的形式的光学传感器中,例如执行激光三角测量和/或如同在干涉仪中那样执行与比较光射束的比较,比较光射束不受检验元件的影响。在另一种光学传感器中,检测投射到检验元件上的图样。
所述检验元件尤其相应于传感器的测量原理构成。例如,所述检验元件可以具有永磁材料,以便可以按照霍尔效应或磁阻测量原理测量。替代或附加地,检验元件(例如柱体或球形检验元件)可以具有用于电容式或感应式传感器的导电表面和/或用于光学传感器的、用于反射测量射束的镜面。镜反射的或者部分反射的表面例如可以在柱形、锥形或环面形检验元件上构成。在各种情况下,所述传感器产生测量信号,其含有关于检验元件位置的信息。如果检验元件具有根据反射器的取向来反射入射的测量射束的反射器,可以确定旋转位置。
对由检验元件和传感器所构成的传感器组件的校准可以是必需的,以便能够在该组件运行时求取检验元件的位置。因此优选,用于测量工件坐标的组件在确定检验元件位置方面被校准,即,传感器的测量信号配置于相应的位置值或相对位置。在此,例如执行比较测量和/或在其尺寸和形状以及相对于组件的位置方面使用精确已知的校准标准。
多个传感器可以总地使用至少一个检验元件用于产生信号。但是也能够,对多个传感器中的每个传感器配置单独的检验元件。此外,可能的是,传感器构件具有多于一个传感器。
旋转装置具有第一部件和第二部件围绕至少一个旋转轴线的能够旋转运动性,其中,第一部件和第二部件由于旋转装置的能够旋转运动性而相对于彼此可相对旋转运动,并且其中,第一或第二部件构型为,固定或者工件或者坐标测量装置,例如探针或探测头,以便能够实现工件或坐标测量装置的旋转。因此,本发明也涉及旋转装置,它们具有围绕两个旋转轴线(例如所谓的、具有两个横向于彼此延伸的旋转轴线的旋转摆动铰链)或者围绕多于两个旋转轴线的能够旋转运动性。
在一实施方式中,所述旋转装置的第一或第二部件构型为,固定工件。在当前组件中,取代一个用于鉴定轴线的工件而将按照本发明的检验体布置和/或固定在第一或第二部件上。另外的部件尤其构型为,固定在坐标测量仪(KMG)的基座上和/或定位在基座上,从而这个部件相对于基座不可活动并且所述检验体与另外的部件相对于基座可以旋转。例如,第一和第二部件可以是旋转台的部件,在所述旋转台上面或上布置或固定检验体,以便可以被置于不同的旋转位置上并且在不同的旋转位置上执行旋转误差的求取。
按照该组件的另一实施方式,所述旋转装置的第一或第二部件构型为,固定坐标测量装置。在这种情况下,第一和第二部件通过相对运动能够实现坐标测量装置的旋转。例如已知所谓的旋转摆动铰链,它们能够实现相对于两个横向于彼此且尤其相互正交地延伸的旋转轴线的能够旋转运动性。但是也已知旋转装置,它们仅仅能够实现相对于单一的旋转轴线的能够旋转运动性或者围绕多于两个旋转轴线的旋转。
在一变体中提供一个组件供使用,其中,
-所述检验体的第一和/或第二检验元件是反射器,
-为一个或多个所述反射器配属有一个或多个、优选光学的角度传感器,
其中,一个/多个所述光学角度传感器构型为,检测检验体围绕旋转装置的旋转轴线的旋转和/或检验体围绕一个或多个横向于旋转轴线的轴线的旋转和/或检验体的保持相同的位置。所述角度传感器检测反射器的旋转,反射器随着检验体共同旋转,因为反射器与检验体刚性连接。因此,通过测量反射器的旋转也可以求取检验体的旋转。
对于传感器、或者对于出于本发明目的可以作为角度传感器使用的装置的示例是光学角度传感器,如自准直仪、激光间距测量器、激光干涉仪、电容式传感器、包括用于角度测量目的的电容式间距传感器、磁阻传感器、例如磁阻角度传感器或者用于测量角度目的的磁阻间距传感器。
在另一变体中,为检验体的一个或多个反射器配属有一个或多个间距传感器。间距传感器例如可以是电容式传感器、涡流传感器、磁场传感器、光学间距传感器如激光器、干涉仪、或者机械的感应探针,其中,在反射器情况下优选光学间距传感器。
例如可以为反射器配属有自准直仪和/或光学传感器、尤其激光干涉仪、激光间距测量器。为旋转对称的检验元件可以配属有一个或多个间距传感器。多个传感器或者多个传感器的一部分优选这样调节或布置,使得由此可以测量在不同空间方向上的间距和/或围绕不同旋转轴线的角度,从而可以测量在多个平移和旋转的运动自由度方面的偏差。尤其在附图描述的实施方式中解释哪些偏差能够通过哪个检验体尤其在使用反射器时和通过哪个传感器组件来求取。对准反射器的光学角度传感器、尤其是自准直仪例如可以检测反射器围绕轴线的旋转,这些轴线横向于传感器与反射器之间的空间连接轴线。如果例如AKF的测量射束在X方向上照到镜上,则可以检测该镜围绕Y和Z轴的旋转并且确定旋转角度。如果例如AKF的测量射束在Y方向上照到镜上,则可以检测该镜围绕X和Z轴的旋转并且确定旋转角度。
在另一变体中提供一个组件供使用,其中,
-所述检验体的第一检验元件是上述的测量体,它与旋转轴线具有间距和/或不与旋转轴线同轴心地布置,
-给测量体配属有一个或多个传感器、尤其光学传感器或坐标测量仪的探触式测量头系统,
其中,一个/多个所述传感器、尤其测量系统构型为,检测检验体围绕旋转装置的旋转轴线的旋转和/或检验体围绕一个或多个横向于旋转轴线的轴线的旋转和/或检验体的保持相同的位置。
坐标测量仪的测量系统、尤其是光学测量系统或探触式探测的测量系统可以是组件的一部分,如果所述旋转装置和检验体安装在坐标测量仪中的话,即,组件在坐标测量仪中建立。在这个意义上,坐标测量仪的测量系统、尤其光学传感器或探触式的测量头系统被看作在这个组件意义上的所配属的传感器。当然只出于求取旋转误差的目的为测量体配属有光学传感器或者探触式的测量头系统并且只要在坐标测量仪中建立所述组件。
在优选的组件中,所述检验体通过保持件布置或固定在旋转装置上,例如通过上述的支承装置、尤其是三点支承装置。为了布置或固定可以使用保持元件,它布置在检验体与旋转装置之间并且在下面和实施方式中还要描述它。
在另一方面,本发明涉及一种用于求取用于坐标测量仪的旋转装置在多个运动自由度方面的旋转误差、也称为运动误差的方法,在运动自由度方面所述旋转装置的实际旋转运动与理想旋转运动有差别,该方法具有下面的步骤:
a)围绕旋转轴线旋转上述的检验体,该检验体布置或固定在旋转装置上,
b)通过多个传感器求取旋转误差,这些传感器分别配属于检验体检验元件中的一个检验元件并且构型为测量在所述运动自由度中的至少一个运动自由度方面的偏差。
本方法可以通过上述的组件执行。如上所述,所述检验体具有保持件,它可以围绕旋转轴线旋转并且构型为相对于旋转轴线固定检验体,为了求取旋转误差要使检验体围绕该旋转轴线旋转。在本方法中,旋转轴线是旋转装置的旋转轴线,或者说,旋转轴线是这样的旋转轴线,围绕该旋转轴线所述旋转装置的部件可以相互旋转。
通过本方法求取的信息可以在使用旋转装置时、尤其在以后的测量运行中考虑。考虑的一种可能性是计算地修正运动,尤其借助于数学模型。
在本方法中,在优选实施方式中使用检验体,它具有在旋转装置的旋转轴线方向上的轴向伸展。尤其使用检验体,其具有具有双球、柱体、或者纵长延伸的棱镜作为检验元件,棱镜可以具有任意的横截面(正方形、矩形、六角形等)。为每个检验元件配属有一个或多个传感器、优选至少两个传感器,它们测量传感器和检验元件在不同的、优选相互正交的空间方向上的相对位置,其中,所述方向例如可以与旋转轴线正交地取向。
在不同轴向位置上的测量例如允许测量基于旋转装置的能够旋转和/或旋转对称部件的取向偏差而引起的摇摆误差。摇摆误差是旋转的运动误差并且可以描述为围绕一个或多个空间轴线的旋转,这些空间轴线正交于旋转装置的旋转轴线。如果旋转装置转子的旋转轴线例如处于Z方向上,可以通过转子围绕X和/或Y轴的附加的、不想要的旋转来描述摇摆误差,其中,围绕X和/或Y轴的这个旋转在转子围绕Z轴旋转期间产生,并且转子可以在绕转期间多次地且在不同的旋转方向上围绕X轴和/或Y轴旋转。在与理想旋转运动附加偏差时,摇摆运动可能叠加另外的运动。当然,除了摇摆误差以外也能够产生另外的误差,从而对称轴线在实践中也可以实施其他的运动。例如,对于摇摆误差可以添加径跳误差,从而摇摆运动叠加椭圆的或不与旋转轴线同轴心的圆形运动。径跳误差也可能是摇摆运动的结果。
优选,附加地设有至少一个传感器对/检验元件对(在此例如同一测量体可以与另一传感器共同作用),其构型为,测量检验元件与传感器之间的轴向位置的改变。如果两个这种附加的传感器元件/检验元件布置在不同的轴向位置上,可以因此检测运动的相应的两个自由度并且例如由总地存在的信息来确定摇摆误差或另外的误差。在此,不必对于所述对中的每个对存在单独的测量体。而是,同一测量体例如可以被两个传感器、多个传感器或所有传感器所使用。
在本方法的一实施方式中,所述检验体具有反射器作为第一和/或第二检验元件并且为一个或多个所述反射器配属有一个或多个传感器、优选角度传感器、大多优选光学角度传感器,该方法具有以下步骤中的一个或多个:
-通过一个/多个所述传感器检测检验体围绕旋转装置旋转轴线的旋转和/或
-通过一个/多个所述传感器检测检验体围绕一个或多个横向于旋转轴线的轴线的旋转。
对于这个方法实施方式参阅这样的组件,其中,所述检验体的第一和/或第二检验元件是反射器,并且为一个或多个所述反射器配属有一个或多个传感器、尤其光学角度传感器,并且参阅那里的解释。如同已经给出的那样,对准反射器的光学角度传感器、尤其自准直仪可以检测例如反射器围绕轴线的旋转,这些轴线横向于传感器与反射器之间的空间连接轴线。如果例如AKF的测量射束在X方向上照在镜上,则可以检测镜围绕Y和Z轴的旋转并且确定旋转角度。能够通过自准直仪和棱镜形式的后向反射器测量围绕Y和Z轴的旋转并且附加地测量围绕X轴的旋转(滚动角度)、即围绕光学轴线的旋转。为此,可以使用测量系统,如同在DE 102011012611(A1)中所述的那样。
如果例如AKF的测量射束在Y方向上照在镜上,则可以检测镜围绕X和Z轴的旋转并且确定旋转角度。以类似的方式,通过由AKF和棱镜形式的后向反射器构成的特殊测量系统,如同DE 102011012611(A1)中所述的那样,也能够测量围绕Y轴的旋转(滚动角度)。
在当前描述实施方式的一变体中,为一个或多个所述反射器配属有一个或多个、优选光学的间距传感器,并且该方法具有:通过测量一个反射器/多个反射器与所配属的一个间距传感器/多个传感器之间的间距来求取一个或多个平移误差。
如果反射器例如指向X方向,例如可以通过光学间距传感器测量检验体在X方向上的平移,该光学间距传感器的测量射束在X方向上对准反射器。相应的原理适用于笛卡尔坐标系中的其他空间方向。
在另一方面,本发明涉及一种特殊的、用于求取旋转装置的旋转位置误差的方法。在这种方法中可以使用上述的检验体。通过该方法可以校准旋转装置的旋转位置测量系统。此外,通过旋转装置的计算模型可以在修正模型中换算求取的旋转位置误差。
在用于求取旋转位置误差的方法中,具有两个相对于彼此可相对旋转的部件的旋转装置与也具有两个相对于彼此可相对旋转的部件的参考旋转装置耦合,其中,旋转装置的所述部件中的一个无相对转动地耦合在参考旋转装置的所述部件中的一个上,并且旋转装置的其他部件可以相对于参考旋转装置的其他部件旋转,并且上述的检验体安置在旋转装置或参考旋转装置上,并且该方法具有下面的步骤:
-通过一个/多个所述传感器、尤其是角度传感器求取检验体的第一旋转位置,
-使参考旋转装置的两个部件相对于彼此这样旋转并且使旋转装置的两个部件相对于彼此这样旋转,使得检验体旋转到第二旋转位置上,该第二旋转位置相应于或基本相应于第一旋转位置,
-通过一个/多个所述传感器、尤其是角度传感器求取检验体的第二旋转位置。
参考旋转装置的两个部件相对于彼此的旋转和旋转装置的两个部件相对于彼此的旋转优选相向地进行,从而参考旋转装置的两个部件的旋转通过旋转装置的两个部件的旋转补偿。下面更详细地描述该方法。
通过按照本发明的检验体和上述的方法所确定的修正值也可以用于预修正经在线修正的旋转台。经在线修正的旋转台的示例在专利申请PCT/EP2011/061681中描述。在经在线修正的旋转台情况下,由于在PCT/EP2011/061681中描述的质量实体元件(例如集成到旋转台中的双球)以及所配属的传感器(例如间距传感器、它们测量与球的间距)的系统误差而可能产生可重现的误差。通过以测量体和按照本发明的方法来测量,可以求取这些系统误差并且可选择地稍后修正。如果执行本发明的方法,可以使PCT/EP2011/061681中的在线修正起作用或不起作用。
如果PCT/EP2011/061681中的在线修正在按照本发明的方法测量时是起作用的,则直接得到在线修正系统的误差。如果在线修正在按照本发明的方法测量时是不起作用的,则得到来自在线修正的修正值和来自本方法的修正值,它们可以相互比较。该比较给出在线修正系统的误差,即,在在线修正系统的修正值与按照本方法已经求取的相应修正值之间的偏差,它相应于在线修正系统的误差。
此外,一个计算机程序属于本发明的范围,该计算机程序执行和/或控制按照本发明的方法的步骤。所述计算机程序尤其具有程序编码器件,它们可以存储在可计算机读出的数据载体上。
此外,一个数据载体属于本发明的范围,在该数据载体上存储数据结构,所述数据结构在加载到计算机或者计算机网络的工作存储器和/或主存储器中后执行和/或控制按照本发明的方法的步骤。
在II.下面也公开了下面的主题组合,其中,给出的标记符号建立与附图的关系,仅仅示例地用于解释。
1.检验体(1;100;101;102;103;104;105),其用于求取旋转装置(2;201)的、尤其是用于坐标测量仪的旋转装置的在一个运动自由度或多个运动自由度方面的一个或多个旋转误差,在所述一个运动自由度/所述多个运动自由度中,所述旋转装置(2;201)的实际旋转运动与理想旋转运动不同,其中,所述检验体具有:
-一保持件(3,300),所述保持件能够与所述旋转装置的部件(2,201)共同围绕旋转轴线(D;A;B)旋转并且该保持件构型为,相对于所述旋转轴线布置或固定所述检验体,所述检验体为了求取一个旋转误差或多个旋转误差而要围绕该旋转轴线旋转,
-与所述保持件刚性连接或者成形在所述保持件上的多个检验元件(5,8,9;5,10;500,501,800;500,502,800;800,900,1000;503),其中,所述检验元件中的每一个用于求取在一个或多个运动自由度方面的旋转误差,
其中,所述检验元件中的第一检验元件是横向于所述旋转轴线取向的反射器(5;500;503),所述反射器使照到该反射器上的射束在一与检验体的旋转角度有关的方向上反射,或者其中,所述检验元件中的第一检验元件是第一测量体(1000),所述第一测量体与旋转轴线具有间距地布置和/或与旋转轴线不同轴心地布置,从而通过所配属的传感器或者通过所述坐标测量仪的测量系统依据所述检验元件的旋转位置能够确定所述检验体的旋转角度,
其中,所述检验元件中的第二检验元件是横向于旋转轴线取向的反射器(501),所述反射器使照到该反射器上的射束在一与检验体的旋转角度有关的方向上反射,并且所述反射器在存在另一反射器(500)的情况下在与所述另一反射器(500)不同的方向上取向,所述另一反射器是所述检验体的检验元件,并且所述反射器在存在另一反射器情况下能够与所述另一反射器共同安置在一个共同的承载体上,所述另一反射器是所述检验体的第一检验元件,或者
其中,所述检验元件中的第二检验元件是在旋转轴线方向上取向的反射器(502),所述反射器在存在另一反射器(500)的情况下能够与所述另一反射器(500)共同安置在一个共同的承载体上,所述另一反射器是所述检验体的第一检验元件,或者
其中,所述检验元件中的第二检验元件是第二测量体(8,9;10;800;800,900),所述第二测量体或者是旋转对称的测量体(8,9;10;800;800,900),或者所述第二测量体具有指向一个方向的一个面或者指向不同方向的多个面。
2.如1点所述的检验体,其具有与所述保持件(3;300)连接的或者成形在所述保持件(3;300)上的底座(4;400),其中,所述底座构型为,使所述检验体安置在旋转装置上。
3.如上述任一点所述的检验体,其具有用于固定或支承在坐标测量仪中或上的或者用于固定或支承在用于坐标测量仪的旋转装置上的器件。
4.如上述任一点所述的检验体(104),其中,所述第一检验元件是测量体(1000),所述检测体具有能够通过坐标测量仪的测量系统确定的一个或多个参考点(P),从而通过在所述测量体(1000)的不同旋转位置中确定所述一个或多个参考点(P)的位置而能够确定所述检验体(104)的旋转角度。
5.如上述任一点所述的检验体,其中,所述第一检验元件是横向于旋转轴线取向的反射器,所述第二检验元件是横向于旋转轴线取向的反射器,并且存在至少一个另外的反射器作为另外的检验元件,所述另外的检验元件也横向于旋转轴线取向,并且其中,所述反射器安置在一个共同的多面体形承载体的外表面上。
6.如上述任一点所述的检验体(100),其中,所述第一检验元件是横向于旋转轴线取向的反射器(500),所述反射器使照到该反射器上的射束在一与检验体的旋转角度有关的方向上反射,并且
所述第二检验元件是横向于旋转轴线取向的反射器(501),所述反射器使照到该反射器上的射束在一与检验体的旋转角度有关的方向上反射,并且
其中,所述检验元件中的第三检验元件是旋转对称的检验元件(800),所述旋转对称的检验元件的对称轴线与旋转轴线同轴心地布置。
7.如上述任一点所述的检验体,其具有一反射器作为第三检验元件,所述反射器在旋转轴线的方向上取向,当所述第二检验元件不是在旋转轴线的方向上取向的反射器时。
8.一种组件,其具有
-一旋转装置(2;201),
-一如1至7点中任一项所述的检验体(1),所述检验体布置或固定在所述旋转装置(2;201)上,
-多个传感器(73,74,75,76,77,88;81,88,741,761;79),所述传感器分别配属于所述检验体的检验元件(5,8,9;500,501;503)中的一个或多个检验元件并且构型为测量在所述运动自由度中的至少一个运动自由度方面的偏差。
9.如8点所述的组件,其中,
-所述检验体的所述第一检验元件和/或所述第二检验元件是反射器(5),
-为所述反射器配属有一个或多个角度传感器(88),
其中,光学的角度传感器/多个光学的角度传感器构型为,检测所述检验体(1)围绕所述旋转装置(2;201)的旋转轴线(D;B)的旋转和/或检测所述检验体(1)围绕横向于所述旋转轴线(D,A,B)的一个或多个轴线的旋转和/或检测所述检验体(1)的一保持相同的位置。
10.如9点所述的组件,其中,所述角度传感器是自准直仪、激光干涉仪或磁阻的角度传感器。
11.如9或10点所述的组件,其中,为所述反射器配属有一个或多个间距传感器(741,761)。
12.如8点所述的组件,其中,
-所述检验体的第一检验元件是测量体(1000),所述测量体与所述旋转轴线具有间距地布置和/或与所述旋转轴线不同轴心地布置,
-为所述测量体(1000)配属有一个或多个传感器、尤其一光学传感器或坐标测量仪的探触式测量头系统,
其中,所述传感器/多个所述传感器、尤其测量系统构型为,检测所述检验体围绕所述旋转装置的旋转轴线的旋转和/或检测所述检验体围绕横向于所述旋转轴线的一个或多个轴线的旋转和/或检测所述检验体的一保持不变的位置。
13.一种用于求取一旋转装置(2;201)在多个运动自由度方面的旋转误差的方法,该旋转装置用于坐标测量仪,在所述多个运动自由度中所述旋转装置(2;201)的实际旋转运动与理想旋转运动不同,所述方法具有下面的步骤:
a)使一如1至8点中任一点所述的检验体(1;100;101;102;103;104;105)围绕一旋转轴线(D;A;B)旋转,该检验体布置或固定在所述旋转装置(2;201)上,
b)通过多个传感器(73,74,75,76,77,88;81,88,741,761;79)求取旋转误差,所述传感器分别附属于所述检验体的检验元件(5,8,9;500,501;503)中的一个检验元件并且构型为测量在所述运动自由度中的至少一个运动自由度方面的偏差。
14.如13点所述的方法,其中,在使用已求取的旋转误差的情况下校准所述旋转装置的角度测量系统。
15.如13或14点所述的方法,其中,所述检验体具有一反射器(5)作为第一检验元件和/或第二检验元件并且为所述反射体配属有一个或多个角度传感器(88),所述方法具有以下步骤中的一个或多个:
-通过角度传感器/多个角度传感器检测所述检验体(1)围绕所述旋转装置(2;201)的旋转轴线(D;B)的旋转和/或
-通过角度传感器/多个角度传感器检测所述检验体(1)围绕横向于所述旋转轴线(D;B)的一个或多个轴线的旋转。
16.如15点所述的方法,其中,为所述反射器(5)配属有一个或多个间距传感器(741,761),所述方法具有步骤:
-通过测量所述反射器/多个所述反射器和被配属的间距传感器/多个被配属的间距传感器之间的间距来求取一个或多个平移误差。
III.保持元件
下面公开的保持元件可以在的I.中的方法和用于执行该方法的组件中使用。它也可以在具有在II.中描述的检验体的共同组件中使用。保持元件能够实现旋转装置的用于求取运动误差的取向。
提出用于保持旋转装置的保持元件,旋转装置具有一个关于旋转轴线能够旋转的部件,或者旋转装置具有多个围绕旋转轴线能够旋转的部件,或者保持元件用于保持传感器组件,传感器组件具有多个传感器,其中,传感器构型为,测量在旋转装置的至少一个运动自由度方面的偏差,其中,保持元件具有:
-第一保持装置,其用于保持旋转装置或传感器组件,
-承载件,在该承载件上固定第一保持装置,其中,承载件具有至少一个第一耦合区域和第二耦合区域,通过它们能够将保持元件耦合到基座上,并且
其中,第一耦合区域构型为,保持元件在第一位置和/或定向中耦合在基座上,从而由保持元件保持的旋转装置或传感器组件在第一耦合区域耦合在基座上时布置在第一位置和/或定向中,并且
其中,第二耦合区域构型为,保持元件在第二位置和/或定向中耦合在基座上,从而由保持元件保持的旋转装置或传感器组件在第二耦合区域耦合在基座上时布置在第二位置和/或定向中。
保持元件的位置和/或定向或者另外的在这个说明书中提及的位置和定向优选是可重现的。取代术语“定向”也可以使用同义术语“取向”。
在具有多个围绕旋转轴线能够旋转的部件的旋转装置中,旋转轴线优选不相互同轴心。
按照基本思想,保持元件是中间元件,由此旋转装置或传感器组件能够以优选可重现的位态布置在基座上。取代旋转装置直接在基座上布置和取向,使保持元件布置在基座上,在该保持元件上固定旋转装置或传感器组件。保持元件能够通过其构型在基座上实现多个、优选可重现的位态,分别根据保持元件如何相对于基座定向、尤其是保持元件以哪一侧放到基座上或者耦合在基座上而定。在保持元件重新定向时,旋转装置或传感器组件也重新定向,优选可重现地重新定向,因为在保持元件与旋转装置或传感器组件之间存在固定连接。
通过保持元件耦合区域的构型,能够使保持元件既以优选可重现的定向并且优选也以可重现的位置耦合在基座上。相应地,旋转装置或传感器组件也可以以可重现的定向并且优选也以可重现的位置相对于保持件并由此也相对于基座定向。
通过保持元件尤其得到下面的优点:
-准备时间最小化。可以快速地在两个不同轴线的测量/鉴定之间转换,而不必拆除旋转装置。
-可以使用多个保持元件,用于检验多个旋转装置。例如可以在一个保持元件中测量一个旋转装置,而在另一保持元件中准备另一旋转装置。
-耦合区域保证旋转装置的总是相同的空间定向。
-耦合区域保证旋转装置的总是相同的位置和/或定向。
-旋转装置可以在以后的安装位态中被检验,该安装位态在通过旋转装置测量时使用。
-保持元件也可以与相匹配的检验体组合地用于确定旋转摆动铰链在不同的安装位态中的退让性。
-通过保持元件、尤其通过下面还要描述的角形承载件,能够在不同的安装位态中、例如水平和垂直地鉴定单级的旋转装置,例如旋转台。
-传感器组件可以这样定向,使得可以在检验体的安装位态中鉴定旋转装置,在旋转装置上安置检验体(例如具有标准双球的检验体)。在这个变体中,旋转装置为了以后测量例如安装到坐标测量仪中,并且在轴线中的一个上安置检验体。传感器组件可以与保持元件匹配地向着检验体定向。
尤其,第一定向(以该定向布置旋转装置)相应于旋转装置的第一旋转轴线的预先给定的定向,并且第二定向(以该定向布置旋转装置)相应于旋转装置的第二旋转轴线的预先给定的定向,从而在第一耦合区域耦合在基座上时,并且在第二耦合区域耦合在基座上时,旋转装置的各一个旋转轴线以它们的预先给定的定向来取向。预先给定的定向原则上可以是任何定向,所述定向对于通过或在旋转轴线上执行测量是必须或期望的。旋转装置的第一旋转轴线的预先给定定向和旋转装置的第二旋转轴线的预先给定定向可以相对于外部的基准是相同的。在这个说明书中的其他地方中介绍一种方法,在那里旋转装置的旋转轴线被置于相对于参考旋转装置的旋转轴线确定的定向中,从而旋转装置的相关轴线和参考旋转装置的轴线相互同轴心或基本同轴心。通过该方法可以确定旋转装置的运动误差,尤其是旋转位置误差。如果基座是另一旋转装置、尤其是旋转台的部件,如同下面还要描述的那样,则第一定向可以是这样的,即,第一旋转轴线与旋转台的旋转轴线是同心或者同轴心的、即对中心的。相应地,第二定向可以是这样的,即,在保持元件和与保持元件连接的旋转装置相应地重新定向或者重新取向以后,第二旋转轴线与旋转台的旋转轴线是同心或同轴心的、即对中心的。
在另一替代或补充的变体中,旋转装置的旋转轴线的预先给定的定向是相对于外部固定的传感器组件的定向。例如,可以在围绕第一旋转轴线能够旋转的旋转装置部件上安置检验体,它例如具有标准双球。检验体(它与旋转装置共同安置在保持元件上)借助于保持元件以可选择的方式向着传感器组件定向并且可以求取第一旋转轴线的运动误差。如果要确定第二旋转轴线的运动误差,检验体可以安置在围绕第二旋转轴线能够旋转的旋转装置部件上,并且借助于保持元件可以重新定向检验体和旋转装置,直到又建立检验体相对于传感器组件的最佳定向。
旋转装置例如是旋转台、具有一个旋转轴线的旋转铰链或者具有两个或多个旋转轴线的旋转摆动铰链。
传感器组件例如具有传感器,它们在不同的空间方向上定向。此外,传感器组件可以具有传感器保持件。优选的传感器是间距传感器,它们也在这个说明书的其他位置被提及,并且它们测量相对于在这个说明书的其他地方描述的检验元件的间距,其中,检验元件可以是也在其他地方描述的检验体的部件,其中,检验体可以安置在具有要鉴定的旋转轴线的旋转装置上。
本发明尤其涉及旋转装置,它们能够在坐标测量仪(下面简称KMG)、工具机、机器人和另外的要求高精度的应用中被使用。旋转装置的相互能够旋转的部件也在旋转装置被固定在保持元件上以后能够相对于彼此旋转。例如,所述部件中的一个固定在保持元件上或者由保持元件保持,而其他的部件相对于这个部件是可运动的。
所述基座可以是任意的底基,在其上应当定位旋转装置用于鉴定旋转轴线。
所述基座的表面(在其上安置并耦合保持元件)也称为“夹紧面”。
尤其,所述基座是另一旋转装置、尤其是旋转台或另一旋转(摆动)铰链的能够旋转部件。
尤其,所述基座是旋转台的旋转盘。旋转台在另一特殊变体中是所谓的参考旋转台,其旋转位置或旋转位置改变准确已知。如果旋转装置依据保持元件定位在参考旋转台上,可以执行用于求取旋转装置的旋转误差、尤其旋转位置误差的特别方法,该方法在下面和实施例中还要描述。
所述保持元件具有承载件,它是保持元件的中央承载部件。承载件具有已经提及的耦合区域。承载件具有一个或多个保持装置,在其上可以安置旋转装置。如果例如要以不同的安装位态、例如水平和垂直地检验两级的旋转装置(具有两个旋转轴线的旋转装置),则第二保持件是有利的,它相对于第一保持件相应于所期望的安装位态布置。
所述承载件这样构成,使保持元件可以以至少两个、优选可重现的定向定位在基座上或上面。
在特殊的实施方式中,所述承载件具有第一侧腿和第二侧腿,它们相互成角度,其中,一个保持装置固定所述侧腿中的一个,优选在该侧腿的内侧上固定,并且其中,第一侧腿具有第一耦合区域,优选在其外侧上,并且第二侧腿具有第二耦合区域,优选在其外侧上。这种角度承载件有利地用于两级和多级的旋转摆动铰链。在侧腿之间的角度优选与要鉴定的旋转装置的两个旋转轴线之间的角度相同或基本相同,例如在具有相互处于90°的旋转轴线的旋转摆动铰链中该角度为90°。角度承载件优选由相对高密度的实心材料、尤其是金属、优选钢制成。实心且足够实心的实施方案有利于阻止承载件变形,例如由于在鉴定期间可能的探触力。但是,如果产生承载件变形,如果已知重力和转矩,或者探触力和杠杆长度,也能够在计算上修正。此外,实心且足够实心的承载件实施方案对于稳定地定位和支承在基座上是有利的。
原则上,承载件除了第一和第二耦合区域以外也还可以具有另外的耦合区域。在一实施方式中,承载件具有第三耦合区域,保持元件通过第三耦合区域能够耦合在基座上,其中,第三耦合区域构型为,保持元件在第三位置和/或定向上耦合在基座上,从而由保持元件保持的旋转装置或传感器组件在第三耦合区域耦合在基座上时布置在第三位置和/或定向上。这个原理也可以延续到另外的耦合区域(第四、第五等)。
第三耦合区域是有利的,如果应当鉴定具有三个旋转轴线的旋转摆动铰链的话。在一实施方式中,承载件附加于上述侧腿还具有第三侧腿,第三侧腿与第一侧腿和/或第二侧腿成角度并且第三侧腿具有第三耦合区域,优选在其外侧上,保持元件通过第三侧腿能够耦合在基座上。第三侧腿相对于另外两个侧腿的角度例如构成这个角度,旋转装置的第三旋转轴线与另外两个旋转轴线成该角度。
在一变体中,上述的角承载件具有与两个另外的侧腿正交的第三侧腿,其中,这三个侧腿可以连接成半立方。侧腿中的每一个、或者半立方的侧中的每一个在外侧上具有耦合区域。这种承载件构造在三轴线式旋转摆动铰链中是有利的。
在另一变体中,所述承载件是角形的并且第一、第二和第三侧腿C形地布置,其中,侧腿例如相互成直角。
在一实施方式中,在耦合区域上布置耦合器件。第一耦合区域优选具有第一耦合器件,并且第二耦合区域具有第二耦合器件。如果存在第三耦合区域,则在这个耦合区域上优选布置第三耦合器件。
所述耦合器件优选安置在上述承载件上,例如承载件的外侧上,尤其上述角承载件的侧腿的外侧上。
所述耦合器件、也称为耦合元件优选形状锁合地与布置在基座上的保持元件能够连接。在此,可以释放一个或多个运动自由度,例如用于能够实现保持元件、尤其是承载件的热膨胀。
在一实施方式中,耦合区域中的一个或多个构型为三点支承装置。三点支承装置可以由三个支承器件构成,例如球、栓或销。第一耦合器件和/或第二耦合器件和/或第三耦合器件等尤其构型为三点支承装置或者是三点支承装置的一部分。三点支承装置可以通过球实施,所述球在对应侧(基座)上嵌入到各一个凹下中,或者尤其嵌入到滚动对或球三体中,它们布置在基座上。
在一有利的变体中这样实施三点支承装置,即,
-第一支承器件在承载件的侧上,例如球嵌入到布置在基座的侧上的凹下中,该凹下没有侧向运动自由度,即,例如嵌入到球三体中,
-第二支承器件在承载件的侧上,例如球嵌入到布置在基座的侧上的凹下中,该凹下能够实现侧向运动自由度,即,例如嵌入到滚动对中,并且
-第三支承器件在承载件的侧上,例如球或螺钉尖端安置在基座上的平直的或基本平直的表面上,例如安置在安装在基座上的硬金属片上。
在这个实施方式中保证,总是在两个确定的方向上实现承载件的可能存在的热膨胀。
优选,在保持元件与基座之间产生拉力,这也称为“预紧”。通过这种拉力可以阻止保持元件从支承装置中跳出来。从支承装置跳出来可能例如根据保持元件和固定在保持元件上的旋转装置的定向而定由于它们的重力而实现,或者由于保持元件的运动(如果基座例如是参考旋转台的旋转盘的话,如同在实施例中描述的那样)或者由于旋转装置的部件的运动。
通过预紧提高保持元件和安置在保持元件上的旋转装置的定向的可重现性。例如可以磁性地实现预紧,优选在中间多个支承部位的中央点上,或者通过保持元件的自重。可以在保持元件上安置附加质量,用于提高保持元件的质量。对于磁性的预紧,保持元件可以具有磁体,磁体例如装入或加入到保持元件中。这种磁体可以施加引力到铁磁的底基上、例如铁磁的基座上。预紧也可以是有意义的,如果在鉴定旋转轴线期间出现大的加速度的话,在卡着的旋转摆动铰链中,例如作为分离运动的结果。另外的用于预紧的器件是螺钉、钩、卡锁或弹簧。
在三点支承装置的部位上,保持元件也可以通过另外的方式就地固定在基座上,例如通过一个或多个止挡、钩、螺钉、卡锁器件等。
耦合区域中的一个或多个可以具有一个或多个校正器件,其用于校正保持元件在基座上的取向。对此的示例是螺钉传动装置,例如调节螺钉、找平螺钉。校正器件也可以同时是支承器件,例如三点支承装置的支承器件。例如,支承点中的一个可以是找平螺钉的尖端,该尖端在对应面上顶靠在基座上。
通过一个或多个校正器件例如可以调节旋转装置的旋转轴线与参考旋转台的旋转轴线之间的同轴心性,如果应当执行用于确定旋转装置的旋转位置误差的方法的话,该方法在下面和实施例中还要描述。
所述保持元件具有用于保持旋转装置的保持装置,该保持装置固定在承载件上。优选这样构型保持装置,使得旋转装置通过设置在旋转装置上的接头部位与保持装置匹配地连接。旋转装置的接头部位是旋转装置的机械的且优选电的接口,由此可以将旋转装置装入到坐标测量仪或工具机中。例如,用于坐标测量仪的旋转摆动铰链通过保持装置连接在坐标测量仪的例如设置在套筒上的侧上。常见的在旋转装置上的接口具有三点支承装置作为机械元件,例如三个球对和电触点,在球对中分别在KMG侧面上、尤其在套筒上嵌入一个滚子。按照本发明的保持元件的保持装置可以相对于用于将旋转装置固定在KMG上的保持装置至少机械上一致地构成,优选在电和气动(如果存在的话)的触点中也是一致的。换言之,按照本发明的保持元件具有保持装置形式的接口,该接口与KMG上的接口是一致的,在KMG上可以安置用于测量运行的旋转装置。
所述保持元件可以具有不同的保持装置,它们以不同的接口形式构成。例如能够,不同的旋转装置分别通过另外的(对应)接口安置在保持元件上。不同的保持装置或不同的接口在角形的承载件的情况下例如安置在承载件的不同侧腿上,尤其侧腿的内侧上。相应地可以在第三侧腿上如上所述安置第三保持装置,第三保持装置又仍然作为保持装置还构成另一接口。
在一实施方式中,所述保持元件具有一个或多个装置,用于对旋转装置或传感器组件的能量供应。对此的示例是电接头和/或电导线,为此并由此可以对固定在保持元件上的旋转装置或传感器组件供电,用于引起旋转装置部件的旋转。触点和/或导线例如可以布置在承载件中/上。
在一特殊的实施方式中,用于能量供应的装置布置在保持元件的耦合区域中或者布置在多个耦合区域中、尤其布置在承载件的一个或多个外侧上。下面的装置描述涉及一个耦合区域。对于另外的耦合区域可以类似地实施用于能量供应的装置。
在一变体中,用于能量供应的装置是第一插接连接装置的第一元件,它布置在耦合区域中并且它可以与第一插接连接装置的布置在基座上的第二元件连接。该插接连接装置的元件优选具有一个或多个电接触部位。
用于能量供应的装置可以具有第二插接连接装置的第一元件,它在承载件上布置在用于旋转装置的保持件的侧上,并且它与第二插接连接装置的布置在旋转装置或传感器组件上的第二部件能够连接。该插接连接装置的元件优选具有一个或多个电接触部位。
用于能量供应的装置可以具有一个或多个触点或接触部位,它们分别与布置在基座上的一个或多个对应接触部位或对应触点能够连接,其中,通过布置在基座上的对应触点输送能量到旋转装置。在一变体中,接触部位中的一个或多个也同时构成上面已经描述过的三点支承装置的支承器件。在此,三点支承装置的支承器件不仅用于将保持元件机械地支承在基座上,而且用作用于安置在保持元件上的旋转装置的能量供应的触点,用于旋转装置的运行。例如,导电球或导电螺钉形式的支承器件也可以同时用作电接触部位。
在保持元件的承载件上或中可以布置一个或多个供应导线,其从触点/支承器件一直延伸到用于旋转装置的保持装置。在保持装置中,供应导线又可以通到一个或多个接触部位中,在接触部位上连接旋转装置。在保持装置上的接触部位可以是上述的用于安置旋转装置的接口的部件。在基座中或上也可以布置供应导线,其将电流从外部电源导引到基座上的对应接触部位。
在本发明的一实施方式中,保持元件具有一个或多个识别器件,它们用于识别保持元件在基座上的定向。识别器件也可以取而代之或附加地构型用于识别旋转装置或传感器组件的类型。例如,通过识别器件可以识别,旋转装置是旋转台还是旋转摆动铰链,和/或可以识别,涉及哪种类型的旋转台或旋转摆动铰链。例如可以识别,传感器组件具有哪些传感器和/或在哪个空间定向上布置各个传感器。识别器件的示例是条码、QR或矩阵码,或者传感装置。传感装置例如可以实施为反射器或转换凸轮(Schaltnocken)或簧片触点或无线电频率鉴定器(RFID),通过它们能够识别定向。能够将这种传感装置集成到三点支承装置中。支承装置的支承点可以用作用于识别器件的触点,或者识别器件可以布置在三点支承装置的中心。
借助于识别器件可以在鉴定旋转装置的轴线时自动地激活例如与各轴线匹配的检验平面,和/或将求取的修正值配属给匹配的轴线。也可以单独或附加地这样构成识别器件,使得可以区别不同类型的保持元件或承载件,或者说可以识别确定的类型,例如一个类型,它针对确定的旋转装置匹配地构型。
在一实施方式中,所述保持元件的承载件具有一个或多个用于通过测量射束的开孔。如果保持元件在测量期间相对于发射射束的传感器、例如自准直仪或激光间距传感器旋转,在确定的旋转位置上承载件的部件遮盖测量射束,因此这种通孔是有利的。承载件尤其可以具有侧腿并且在侧腿中的一个或多个中可以分别布置一个或多个开孔。
在另一方面中,本发明涉及一个组件,其具有
-如上所述的保持元件,
-第一旋转装置或传感器组件,它被保持元件保持,
-一基座,它构型为,用于使保持元件在至少两个不同的、优选可重现的姿态中耦合,其中,一个姿态通过保持元件的定向和位置定义。
该组件可以是具有至少一个测量传感器的运动误差求取装置,它构型为,测量测量变量,该测量变量使得能够求取旋转装置的旋转误差,其中,保持元件这样与要保持的旋转装置相协调,使得所述至少一个测量传感器能够例如在不改变测量传感器相对于基座的位置和定向的情况下,在保持元件与所保持的旋转装置在优选可重现的姿态中的第一优选可重现的姿态中时测量所述测量变量,并且在保持元件与所保持的旋转装置在优选可重现的姿态中的第二优选可重现的姿态中时测量所述测量变量。一个特殊的运动误差求取装置是旋转位置求取装置,下面还要依据一种用于求取旋转装置的旋转位置误差的方法描述该旋转位置求取装置。在该方法中,旋转装置与参考旋转装置耦合。尤其,基座是参考旋转台的旋转盘,该旋转盘的旋转位置或旋转位置改变准确地已知。如果旋转装置借助于保持元件定位在参考旋转台上,则可以执行用于求取旋转装置的旋转误差、尤其是旋转位置误差的方法,该方法在下面和示例中详细描述。
此外,该组件除了上述元件以外也可以具有检验体,它与旋转装置连接。检验体在下面还要被描述并且可以安置在旋转装置上用于鉴定旋转装置的旋转轴线。在下面且在示例中还要描述在使用检验体条件下的鉴定方法。
在按照本发明的组件中,可以在保持元件、尤其保持元件的承载件与基座之间安置X-Y台和或倾斜台,由此可以实现保持元件和固定在保持元件上的旋转装置的定向。
该组件还可以具有用于校正或用于移动保持元件连同旋转装置的调节装置。由此可以执行在基座上无碰撞地定位保持元件连同旋转装置。例如,调节装置可以使保持元件在基座上线性地移动,如果支承装置这样构成的话,使得它能够实现线性导向。例如,在V形支承装置中,保持元件可以在V形导向装置中移动,在V形支承装置中V导向装置安置在基座上。
所述保持元件和旋转装置可以由手、或者由机械手或者另外的促动器、例如气动促动器定位和/或从一个定向旋转到另一定向。
对于不同的旋转装置结构长度、例如自身相同但是不同长度的旋转摆动铰链,基座可以设有多个替代的支承部位和/或基座例如可以在不同的位置上具有多个用于支承的支承器件,由此可以使保持元件连同旋转装置定位在基座上的不同位置上。
在III.下面也公开了下面的主题组合,其中,给出的标记符号建立与附图的关系,仅仅示例地用于解释。
1.保持元件(50;510;520),其用于保持旋转装置(2),该旋转装置具有关于旋转轴线能够旋转的部件,或者该旋转装置具有多个围绕旋转轴线(A,B)能够旋转的部件(66,67),或者,该保持元件用于保持传感器组件(750),该传感器组件具有多个传感器(73,74,75,76,77),其中,传感器构型为,测量在旋转装置至少一个运动自由度方面的偏差,其中,保持元件具有:
-用于保持旋转装置(2)或传感器组件(750)的第一保持装置(68),
-一个承载件(51,52),在其上固定第一保持装置(68),其中,承载件(51,52)具有至少一个第一耦合区域(90;901)和第二耦合区域(91;902),通过它们保持元件(50;520)能够耦合在基座(61;611)上,并且
其中,第一耦合区域(90;901)构型为,使保持元件(50;520)以第一位置和/或定向耦合在基座(61;611)上,从而由保持元件(50;520)保持的旋转装置(2)或传感器组件(750)在第一耦合区域(90;901)耦合在基座(61;611)上时以第一位置和/或定向布置,并且
其中,第二耦合区域(91;902)构型为,使保持元件(50;520)以第二位置和/或定向耦合在基座(61;611)上,从而由保持元件(50;520)保持的旋转装置(2)或传感器组件(750)在第二耦合区域(91;902)耦合在基座(61;611)上时以第二位置和/或定向布置。
2.按照点1的保持元件,其中,第一定向(旋转装置(2)以该第一定向布置)相应于旋转装置(2)的第一旋转轴线(A)的预先给定的定向,并且第二定向(旋转装置(2)以该第二定向布置)相应于旋转装置(2)的第二旋转轴线(B)的预先给定的定向,
从而在第一耦合区域(90)耦合在基座(61)上时和在第二耦合区域(91)耦合在基座(61)上时旋转装置(2)的旋转轴线分别以其预先给定的定向取向。
3.按照点1或2的保持元件,其中,第一耦合区域(9)具有第一耦合器件(55,56,58;692,693,694),并且第二耦合区域(91)具有第二耦合器件(53,54,57;692’,693’,694’)。
4.按照上述任一点的保持元件,其中,第一耦合器件(55,56,58;692,693,694)和/或第二耦合器件(53,54,57;692’,693’,694’)构成三点支承装置这种或者是三点支承装置的部件。
5.按照上述任一点的保持元件(510),其中,承载件具有第三耦合区域(92),保持元件(510)通过第三耦合区域可以耦合在基座(61)上,
其中,第三耦合区域(92)构型为,使保持元件(50)以第三位置和/或定向耦合在基座(61)上,从而由保持元件(50)保持的旋转装置(2)或传感器组件(750)在第三耦合区域(92)耦合在基座(61)上时以第三位置和/或定向布置。
6.按照上述任一点的保持元件(50;510),其中,承载件(51,52)具有第一侧腿(51)和第二侧腿(52),它们相互成角度,其中,第一保持装置(68)固定在所述侧腿中的一个上,并且其中,第一侧腿(51)具有第二耦合区域(90),并且第二侧腿(52)具有第二耦合区域(91)。
7.按照点6和5的保持元件,其中,承载件(51,52,511)具有第三侧腿(511),它与第一侧腿(51)和/或第二侧腿(52)成角度,其中,第三侧腿(511)具有第三耦合区域(92)。
8.按照上述任一点的保持元件(50;510),其中,耦合区域(90,91;90,91,92)中的一个或多个具有一个或多个用于校正保持元件(50;510)在基座(61)上的位态的校正器件(57,58;57,58,514)。
9.按照上述任一点的保持元件,具有一个或多个用于旋转装置(2)或传感器组件(750)的能量供应的装置(69;690,691’)。
10.按照点9的保持元件,其中,用于能量供应的装置(690)布置在一个耦合区域(90,91)中,或者在多个耦合区域(90,91)各布置一个用于能量供应的装置(690)。
11.按照点9或10的保持元件,其中,用于能量供应的装置具有第一插接连接装置的第一元件(690),第一元件布置在耦合区域中并且第一元件与第一插接连接装置的第二元件(691)能够连接,该第二元件布置在基座(61)上。
12.按照点9至11中任一点的保持元件,其中,用于能量供应的装置具有第二插接连接装置的第一元件(691’),它在承载件(51,52)上布置在第一保持装置(68)的侧上,并且它与第二插接连接装置的第二元件(690’)能够连接,该第二元件布置在旋转装置(2)上或传感器组件(750)上。
13.按照上述任一点的保持元件,其具有一个或多个用于识别保持元件(50)在基座(61)上的定向和/或用于识别旋转装置(2)或传感器组件(750)的类型的识别器件。
14.按照上述任一点的保持元件,其附加于第一保持装置(68)还具有一个或多个另外的保持装置用于另外的旋转装置或传感器组件。
15.按照上述任一点的保持元件,其中,承载件(51,52,511)具有一个或多个用于穿过测量射束(S)的开口(515)。
16.一个组件,其具有
-按照上述任一点的保持元件(50;510),
-第一旋转装置(2)或传感器组件(750),它由保持元件(50;510)保持,
-基座(61),它构型为,用于使保持元件(50;510)以至少两个不同的姿态耦合,其中,一个姿态通过保持元件的定向和位置定义。
17.按照点16的组件,其中,基座(61)是第二旋转装置(60)的能够旋转的部件。
18.按照点16或17的组件,其中,第一旋转装置(2)是旋转台、具有旋转轴线的旋转铰链、或者具有两个或多个旋转轴线的旋转摆动铰链。
19.按照点16至18中任一点的组件,其中,该组件具有带至少一个测量传感器(88)的运动误差求取装置,测量传感器构型为测量测量变量,测量变量使得能够求取旋转装置(2)的旋转误差,
其中,保持元件(50)这样与要保持的旋转装置(2)协调,使得所述至少一个测量传感器(88)能够在保持元件(50)与所保持的旋转装置(2)在所述姿态中的第一姿态中时测量所述测量变量并且在保持元件(50)与所保持的旋转装置(2)在所述姿态中的第二姿态中时测量所述测量变量。
附图说明
下面借助示例解释本发明。附图示出:
图1用于执行按照本发明的方法的组件的原理图,
图2可用于所述方法的检验体,其具有与旋转轴线垂直地取向的镜和与旋转轴线同轴心地取向的标准双球,
图3可用于所述方法的检验体,其具有与旋转轴线垂直地取向的镜和与旋转轴线同轴心地取向的柱体,
图4可用于所述方法的检验体,其具有两个相互正交地且与旋转轴线正交地取向的镜作为检验元件和一球,该球对中心地布置在旋转轴线上,
图5可用于所述方法的检验体,其具有与旋转轴线垂直地取向的镜作为检验元件和对中心地布置在旋转轴线上的球和另一沿旋转轴线方向定向的镜,
图6可用于所述方法的检验体,其具有两个优选相互正交地且与旋转轴线正交地取向的镜作为检验元件,
图7可用于所述方法的检验体,其具有球作为检验元件,该球在与旋转轴线正交的平面中装配在半径>0处,并且具有与旋转轴线同轴心地取向的标准双球,
图8可用于所述方法的检验体,其具有镜作为检验元件,该镜在与旋转轴线正交的平面中装配在半径>0处,
图9由检验体和自准直视筒构成的、具有多重评估的构造,
图10双轴线的旋转摆动铰链和执行按照本发明的方法的检验体的组件的实例,
图11双轴线的旋转摆动铰链和执行按照本发明的方法的检验体的另一组件的实例,
图12双轴线的旋转摆动铰链和执行按照本发明的方法的检验体的组件的实例,和用于确定另外的平移和旋转偏差,
图13双轴线的旋转台和执行按照本发明的方法的检验体的组件的实例,和用于确定另外的平移和旋转偏差,
图14具有旋转装置和参考旋转装置的组件,
图15具有旋转装置和参考旋转装置的组件,
图16具有旋转装置和参考旋转装置的组件,
图17具有旋转装置和参考旋转装置的组件,
图18具有旋转装置和参考旋转装置的组件,
图19具有旋转装置和参考旋转装置的组件,
图20具有旋转装置和参考旋转装置的组件,
图21具有旋转装置和参考旋转装置的组件,
图22具有旋转装置和参考旋转装置的组件,
图23具有旋转装置和参考旋转装置的组件,
图24用于通过按照本发明的方法进行换向测量的组件,
图25由换向测量得出的误差修正曲线,
图26由换向测量得出的误差修正曲线,
图27保持元件的实施方式,该保持元件布置在测量构造中,
图28用于插接连接装置的第一部件,该插接连接装置用于连接保持元件与基座或者用于连接旋转装置与保持元件,
图29用于插接连接装置的第二部件,该插接连接装置用于连接保持元件与基座或者用于连接旋转装置与保持元件,
图30具有安置在保持元件上的、处于第一位置和定向中的传感器组件的保持元件,
图31具有安置在保持元件上的、处于第二位置和定向中的传感器组件的保持元件。
具体实施方式
在图1中示出用于误差检测过程的可能的构造:在参考旋转装置60、在这里为具有下部件62和旋转盘61的旋转台上安置有旋转装置201。旋转装置201在这个示例中也是旋转台,在该旋转台的旋转角度测量系统(未示出)中要确定旋转角度误差。旋转台201具有下部件205和旋转盘206。旋转台201的下部件205安置在参考旋转装置60的旋转盘61上。由于盘61与下部件205以及旋转盘201的自重之间的摩擦,下部件205与旋转盘61无相对转动地连接。参考旋转台60的盘61能够相对于下部件62围绕参考旋转装置的轴线R旋转。旋转台201的盘206能够相对于下部件205围绕轴线D旋转。轴线D和R基本同轴心地布置。
在旋转台201的盘206上布置一镜作为检验元件5,该镜向着自准直视筒(AKF)88的方向取向。AKF 88的测量射束S照到镜5的表面上。
参考旋转装置60、旋转装置201和镜5与所配属的AKF 88相互所处的顺序是可改变的。也可以设想,AKF 88处于旋转装置201上面,而镜5固定在外部。此外,例如在校准非常大的旋转装置201时,参考旋转装置60可以处于旋转装置201上面。
图1还示出误差求取装置1001,它例如是计算单元,尤其是可以按照预先给定的程序流程进行计算的计算机。除了求取误差以外,也可以通过计算机1001将控制信号发送到旋转台201的定子205上和参考旋转台60的定子62上,尤其发送用于控制转子61和206的运动的信号。除了求取误差以外,也可以将测量信号由旋转台201的定子205和参考旋转台60的定子62发送到计算机1001上,尤其是给出关于转子61和206的旋转位置的信息的测量信号。缆线801用于由旋转台201的定子205到误差求取装置1001的信号传递,而缆线802用于由参考旋转台60定子62到误差求取装置1001的信号传递。此外,缆线801和802也用于能量传递。当然,取代各一个缆线801或802也可以分别设置多个缆线,例如一个用于传递信号的缆线和一个用于传递能量的缆线。在这个和下面的附图中,未示出到AKF或到传感器的信号和能量传递装置和另外的控制或评估装置。也未示出仅示意表示的计算机1001上的使用者界面或显示器。
下面描述可能的方法实施方式。要求取旋转台201的旋转位置求取系统的旋转位置误差。
参考旋转台60的盘61相对于下部件62这样定位,使参考旋转台60的旋转位置求取系统处于参考旋转台的参考标记或者说零标记上。旋转台201的盘206也相对于下部件205这样定位,使旋转台201的旋转位置求取系统处于旋转台的参考标记或者说零标记上。取代零标记,可以使用任何任意的旋转位置作为第一旋转位置。
现在可以通过AKF 88或者替代地通过其他的角度测量仪来检测镜5的旋转位置角度,该旋转位置角度下面称为偏移角度。偏移角度在特殊情况下也可以为零,即,在这种情况下可不存在偏移角度。
为了检测旋转台201的旋转位置求取系统的误差,首先定义用于误差检测的支撑部位。在此,这些支撑部位可以不均匀地、也可以均匀地分布在参考旋转台60的盘61的一个或多个圈上,其中,作为待选择的步距优选360°的整除除数的变化方案。由此不考虑由于不良调节的测量系统引起的误差。
从上方观察盘61是在正方向上旋转还是在负方向上旋转,对于本方法不是重要的,即,两个变化方案是等同的。但是可以在正的和负的旋转方向上扭转,用于确定滞后效应。
对于盘61的负的旋转方向,在六个步骤的情况下,待驶向的旋转角度位置(额定位置)对于参考旋转轴线例如可为0°,-60°,-120°,-180°,-240°和-300°。但是,如果例如要检测要校准的旋转轴线的短周期的误差,或者要预防混叠效应,则可以几乎任意增加数量。
在参考旋转台60的盘61的和旋转台的盘206的旋转位置改变时,优选使用下面的定位策略之一:
方法变体1:
变体1是已经在总的说明书中描述过的变体d)的特殊示例。对于各支撑部位进行下面的调节:
参考旋转台60的盘61、也称为转子定位在负的、预先给定的额定旋转位置上,在这里例如-60°。这是参考旋转装置的在说明书的一般部分中提及的、改变的旋转位置,即第三部件61(在这里是盘)和第四部件62(在这里是下部件62,也称为定子)相对于彼此的、改变的旋转位置,通过参考旋转台60的旋转位置改变得到。
准确地已知参考旋转装置的已改变的旋转位置,因为参考旋转台60的角度测量系统是校准的。这个变量下面要称为X。
旋转台201的盘206、也称为旋转台201的转子定位在参考台的额定旋转位置的被取负的值上,在这种情况下+60°,其中,借助于旋转台201的有误差的旋转位置求取系统来调节负的额定位置。这是旋转装置201的在说明书的一般部分中提及的、改变的旋转位置,即,第一部件(在这里是盘206)和第二部件(在这里是下部件205,也称为定子)相对于彼此的、改变的旋转位置,通过旋转台201的旋转位置的改变得到。
旋转装置的已改变的旋转位置通过旋转位置求取系统显示,旋转位置求取系统的误差应被确定。这个变量下面要称为Y。
如果旋转台201的旋转位置求取系统是有误差的,即,如果实际的旋转角度偏离+60°,则其结果是,第一部件206和第四部件62相对于彼此的相对旋转位置与初始状态相比是改变的。在初始状态下,镜5的偏移角度已经通过AKF 88求取,如上所述,其中,偏移角度在特殊情况下也可以为零。第一部件206和第四部件62相对于彼此的相对旋转位置的改变(要称为变量Z)相应于:
Z=角度,该角度由AKF按照旋转位置改变而求取-偏移角度。
旋转台201的旋转位置求取系统的旋转位置误差F(在这种情况下角度位置误差)通过误差求取装置1001求取。
旋转位置误差在这个示例中相应于:F=Z。
在特殊的变体1中的旋转位置误差则相应于由AKF 88检测的角度与前面提及的镜偏移角度之间的差。第一部件206和第二部件205相互的名义上的(有误差的)旋转角度(Y)与第三部件61和第四部件62相对于彼此的名义上的旋转角度(X)相加到零。名义上的旋转角度指的是显示的角度,它在这里涉及一个规范。
在另一方法变体中也可能的是,这样选择名义上的角度X和Y,使它们不相加到零,并且旋转装置和参考旋转装置的旋转位置这样进行,使第一部件206和第四部件62相对于彼此的旋转位置与初始状态相比是改变的,即,AKF测量角度偏差Z。然后由F=Z-(名义上的角度X和Y的差值)得到误差F。
方法变体2:
变体2是变体e)的特殊示例,它在一般说明书中已经描述过。
参考旋转台的元件61定位在负的、预先给定的额定旋转位置上,例如-60°。这是参考旋转装置的在说明书的一般部分中提及的改变的旋转位置,即,第三部件61(在这里是盘)和第四部件62(在这里是下部件)相对于彼此的改变的旋转位置,它准确地已知,因为参考旋转台60的角度测量系统是校准的。这个变量下面要称为X。
旋转台201的盘206这样定位,使得由外部的AKF 88测得的角度精确地相应于在旋转位置改变前所测得的偏移角度。这意味着,镜5相对于AKF 88的旋转位置与事先(在旋转位置改变前)相比不改变。这还意味着,第一部件206和第四部件62的合成旋转位置不改变,或者基本不改变。由AKF显示的角度值减去事先确定的偏移在理想情况下也给出零。由于调控中的测量误差或调节不精确性通常达不到理想情况,因此在实际情况中由AKF显示的角度值减去事先确定的偏移在测量误差或调节不精确性的范围内大致围绕零波动。
在旋转位置求取系统上读出角度Y,它通过上述调节给出。旋转台的调节相应于旋转装置的在说明书一般部分中提及的改变的旋转位置,即,第一部件(在这里是盘206)和第二部件(在这里是下部件205)相对于彼此的改变的旋转位置,通过旋转位置求取系统显示,该旋转位置求取系统的误差(F)要被确定。要校准的旋转台201的盘206的角度位置相应于:
Y=+60°+旋转台201的旋转位置求取系统的旋转位置误差
Y=-X+F。
旋转台201的旋转位置求取系统的旋转位置误差F(在这种情况下是角度位置误差)通过误差求取装置1001求取。旋转位置误差F相应于:
F=X+Y。
在此,Y相应于由有误差的测量系统显示的、名义上的角度值。
即旋转角度的和,所述旋转角度由参考旋转台60的旋转位置求取系统和旋转台201的旋转位置求取系统显示。与变体1不同,在计算时不考虑Z,因为值(接近)为零。
方法变体3:
变体3是变体e)的特殊示例,变体e)已经在一般的说明书中描述过。
旋转台201的盘206定位在正的、预先给定的额定旋转位置上,例如+60°,通过旋转台201的(有误差的)旋转位置求取系统显示。这是旋转装置的在说明书一般部分中提及的、改变的旋转位置,即,第一部件(在这里是盘)和第二部件205(在这里是下部件)相对于彼此的、改变的旋转位置。这个变量下面应该称为Y。
参考旋转台60的盘61这样定位,使由外部的角度测量仪88测得的角度精确地相应于事先测得的偏移角度。这意味着,镜5相对于AKF 88的旋转角度与事先(在旋转位置改变前)相比不改变。这还意味着,第一部件206和第四部件62的合成旋转位置不改变。
在参考旋转台60的已校准的角度测量系统上读出角度X,它通过上述调节给出。参考旋转台的调节相应于参考旋转装置60的在说明书一般部分中提及的、改变的旋转位置,即,第三部件(在这里盘61)和第四部件(在这里下部件62)相对于彼此的改变的旋转位置,通过已校准的角度测量系统显示。参考旋转台60的盘61的角度位置相应于:
X=-60°+旋转台201的旋转位置求取系统的旋转位置误差
=-Y+F。
旋转台201的旋转位置求取系统的旋转位置误差F(在这种情况下是角度位置误差)通过误差求取装置(未示出)求取。旋转位置误差相应于:
F=X+Y
即,旋转角度的和,所述旋转角度由参考旋转台60的旋转位置求取系统和旋转台201的旋转位置求取系统显示,如同在上述的变体2中那样。与变体1不同,在计算时不考虑Z,因为值为零。
在所有变体中可以在另外的方法步骤中调节另外的角度并且选择其他的旋转方向。
上面示例列举的变体1-3的区别在于下面:
变体1与变体2和变体3相比提供了速度优点,因为在变体2和3中要校准的旋转轴线或参考轴线的旋转位置必须调控到外部的参考上。调控到自身测量系统的旋转位置上通常更快速。但是,在使用变体2和3时与外部的角度测量仪(AKF)的精度无关,因为总是定位在同一(可能不准确)显示的角度上。但是和AKF测量系统的可重现性有关。
图2示出绝缘体1,它与旋转摆动铰链2连接。绝缘体1具有圆柱杆状的保持件3和底座4。旋转轴线B表示旋转摆动铰链2的旋转轴线中的一个。圆柱杆状保持件3具有旋转对称并且保持件3的旋转对称轴线与旋转轴线B同轴心地布置。但是,这一点不是在各种情况下都是必须的,如同依据图11所示的那样,在那里保持件3的旋转对称轴线不与旋转摆动铰链的那里的轴线A同轴心。此外,保持件3不必具有旋转对称并且原则上可以具有任意的横截面。底座4例如通过三点支承装置与旋转摆动铰链2连接。看不到旋转摆动铰链2的能够旋转部件,在该能够旋转部件上安置底座4,并且该能够旋转部件能够相对于部件66(见图12)旋转:该能够旋转元件处于部件66内部(见图12)并且可以相对于部件66围绕轴线B旋转。在旋转轴线B侧面安置镜作为检验元件5,该镜通过杆状承载件6与保持件3连接。反射面7或镜面背离旋转轴线B并且在这个视图中向右指向并且向着自准直视筒88的方向取向。在所选择的、在图2右侧示出的坐标系中,旋转轴线B指向Z方向并且镜在所示位置中指向X方向。在保持件3围绕旋转轴线B旋转时,镜5以与保持件3相同的旋转角度旋转,并且该旋转角度可以依据自准直视筒88(下面简称为AKF)探测。该旋转可以仅是非常小的。在保持件3上安置两个球8,9作为旋转对称的元件。两个球8,9都与旋转轴线B同轴心地取向,即,它们的旋转对称轴线在轴向上与旋转轴线B对准。但是这一点不是在各种情况下都是必须的,如同依据图11所示的那样,在那里球8,9不是与旋转摆动铰链的在那里的旋转轴线A同轴心。球8,9构成双球对。保持件3可以两体地构成,其中,一个部件例如从底座4一直延伸到第一球8前面并且第二部件包含第一球8和第二球9。球8,9可以通过五个间距传感器扫描,如同下面在图12和13中还要描述的那样。间距传感器例如可以是电容式传感器、涡流传感器、磁场传感器、光学传感器、尤其干涉仪、或者机械的感应探针。附加地,不仅镜5围绕旋转轴线B的倾斜而且围绕Y轴线的倾斜可以由AKF观察。五个间距传感器(它们依据下面的示例还要描述)使得能够检测在三个平移的空间方向上的运动误差和围绕X或Y轴线的倾斜。AKF能够在应用下面还要描述的方法时通过相反旋转的参考旋转轴线来检测轴线B的旋转位置误差。附加地,由通过AKF的测量还得到轴线B围绕X或Y轴线的两个倾斜角度中的一个,分别根据AKF和镜如何取向而定。在所示附图中可以测量围绕Y轴线的倾斜角度。为了测量围绕X轴线的倾斜角度,镜必须以反射面7向着观察者方向取向,并且AKF的射束在观察方向上指向镜。当然,可以在更换构造后先后测量倾斜角度。一个或多个倾斜角度可以与通过间距传感器(下面还要描述)求取的角度比较,由此提高测量可靠性。
图3示出具有检验体101的构造,具有与图1中相同意义的附图标记,区别是,取代球8,9而使用具有可以通过传感器检测的端面的柱体10作为旋转对称的元件。柱体10是一般的发明说明书意义上的第二测量体的特殊情况,它是旋转对称的。也如同在图2中一样,在检验体101情况下不存在一般的发明说明书意义上的“第一”测量体(这种第一测量体在图7中以球的形式示出)。取代柱体形,第二测量体10也可以具有方形的形状,其中,在图3的视图中,观察者的视向落在方形的四个侧面中的一个侧面上。正方形10是一般发明说明书意义上的第二测量体的特殊情况,它具有多个指向不同方向的面。
现在先依据图10至12描述检验体1安装到KMG中和用于求取旋转位置误差和另外的平移和旋转误差的方法。
图10在上部中示出由检验体1、旋转装置2和已经在图2中描述过的AKF 88构成的原理构造。旋转装置2、也称为试样在这个示例中是旋转摆动铰链2,该旋转摆动铰链安置在角形的保持元件50上。保持元件50具有保持装置68,在该保持装置上安置旋转装置2。此外示出电流供入69,通过它给旋转装置2供应能量。替代地,也可以通过插接连接装置直接进行能量供应和传感器信号供应,如同在图28和29中所示的那样。旋转摆动铰链2可以与保持元件50共同在必要时也气动地、液压地或以另外的方式驱动(未示出)。该角具有两个侧腿51,52,它们构成承载件,其中,侧腿在外侧上分别设有一个三点支承装置。每个三点支承装置包括两个球形元件和一个用于调节的滚花螺钉(Raendelschraube)。也能够实现部分球、优选半球形式的元件。在下侧腿52上安置半球形元件53和54,它们构成耦合器件,其中,在所选择的视角中只能看到前面的球形元件。将一调节螺钉57的端部设置为三点支承装置的第三点和另外的耦合元件。半球形元件53和54和调节螺钉57的端部处于保持元件50的第二耦合区域91中。保持元件50通过第二耦合区域91耦合到基座上。以类似的方式,第二侧腿51具有两个半球形元件55,56作为耦合元件,在所选择的视角中只能看到所述耦合元件中前面的耦合元件,并具有调节螺钉58作为耦合元件。耦合元件普遍也可以称为“支承元件”并且在示例中简称为“元件”。半球形元件55和56和螺钉58的端部处于保持元件50的第一耦合区域90中。元件53,54,55,56可以是半球,或者也可以是部分地沉降在侧腿中的整球。
在本附图中,每个耦合区域只看到一个调节螺钉57或58形式的校正器件。为了调节与参考旋转轴线的同轴性,可以在一个或多个耦合区域中分别设有另一未示出的调节螺钉。校正器件一般可以以有意义的任意数量和组合存在。例如可以通过一个调节螺钉取代球形元件53,54中的一个或者球形元件55,56中的一个。还能够使调节螺钉与球形支承元件或部分球形支承元件组合,如同在图30和31中所示的那样。在这种情况下,调节螺钉57和/或58不是如图所示那样以尖收尾,而是在端部上具有球或者向下指向的半球,如同依据图30和31中的调节螺钉585和586所示的那样。如果在光滑的表面上进行支承,则一般优选使用以尖收尾的支承元件或校正器件。(部分)球形式的支承元件或校正器件可以有利地与导向装置63,64共同作用,例如滚动对或球三体。
角形保持元件50的三点支承装置能够实现检验体1的非常准确的、可重现的定向。最小化准备时间,主要在批量测量时。通过保持元件59可以容易地建立旋转摆动铰链2的不同定向,如同在比较图10和11(下部)时看到的那样。
根据试样2的空间定向而定,由于检验体1、试样2的重力或可能的触探力,可能产生转矩或移动。在这种情况下,在优选的变体中,在计算上消除试样2或角度保持件的变形。
在图10中,试样2、在这种情况下旋转摆动铰链2已经与保持元件50共同安置在参考旋转台60上,在保持元件的侧腿51上安置旋转摆动铰链2。参考旋转台60具有旋转盘61和下部件62,旋转盘61可以相对于该下部件旋转。盘61的旋转轴线通过R表示。参考旋转台60具有旋转轴线R。未示出参考旋转台60的供能装置。普遍地在这个发明中并且也在所示的示例中,旋转轴线的正交取向不是强制的。在图10中的轴线B和R例如也可以水平取向,在图11中的轴线A和R、在图12中的B和R和在图13中的D和R也是这样。图10和12中的B和R的水平取向的优点是,旋转摆动铰链2在这里所述的、为了接收旋转位置误差(见例如下面)的方法中处于一个定向中,该定向在坐标测量仪的确定结构形式情况下相应于坐标测量仪在稍后测量运行中的定向,例如在水平臂坐标测量仪的结构形式情况下。
保持元件50借助于其三点支承装置支承在参考旋转台60的盘61上并且与盘61共同旋转,该三点支承装置包括球形元件53,54和滚花螺钉57。在旋转台60的盘61上设有用于支承承放球53,54的导向装置63,64(只看到前面的导向装置63)。简示的导向装置63,64例如可以是滚动对或球三体或者其组合。通过导向装置63,64保证保持元件50在旋转台60上的可重现的且恒定的定位。
参考旋转台60具有已校准的旋转角度指示。替代在图10中所示的构造,也可以使试样2直接放置到参考旋转台60上,不使用保持元件50(对比下面的图13具有旋转台作为试样)。如同在图10的构造中看到的那样,试样2的旋转轴线B和参考旋转台60的旋转轴线R相互间基本对中或基本同轴心。
用于接收试样2的旋转轴线B的旋转位置误差的示例方法以下面的步骤执行:
(1)参考旋转台60的盘61和检验体1步进地在相反的方向上、例如以+3°和-3°旋转。保持元件50和旋转摆动铰链2的部件66和67随着盘61例如围绕轴线R旋转+3°。使检验体1相对于旋转摆动铰链2的部件66围绕轴线B旋转-3°,其中,底座4与部件66之间进行相对旋转。
由外部观察者的位置、即由静止系统观察,镜5由此保持位置固定,如果两个旋转轴线理想地旋转的话,或者镜保持基本上位置固定。在运动步骤终止以后,镜5的位置值通过AKF 88求取。在围绕轴线B无旋转位置误差地旋转情况下,镜5的位置必须是恒定的。而由于旋转位置误差而产生了镜的偏差的位置,并且旋转位置误差通过AKF 88确定。
(2)具有另外的角度值地重复步骤(1),优选直到达到360°的多倍。在滚动支承的、可相对于彼此旋转的部件情况下有利的是,检测至少2.5圈。替代地,可以连续地进行旋转运动和通过AKF 88的角度测量。也可以进行附加的、计算上的修正,用于补偿同步问题。这种方法的大的优点是,可以将步距选择得非常小,即,短周期的误差份额在相对短的时间内也变得可检测。
(3)接着,可以进行其余的、总共5个的旋转和平移的误差的测量。为此,下参考旋转台60不旋转,即,盘61相对于下部件62固定,并且仅使检验体1围绕轴线B相对于旋转摆动铰链2的部件66旋转。在图12中解释用于接收另外的误差的构造。
(4)由获得的数据计算特性变量,将所述特性变量与给出的特定规范比较。或者由数据求取用于CAA修正的修正值。
在具有多个旋转轴线(多级旋转轴线)的旋转装置中对于每个旋转轴线重复步骤(1)至(4)。
在替代的方法中,可以首先求取旋转位置误差和至少一个另外的摇摆误差,并且接着求取平移误差。或者同时进行所有自由度的检测。由此得到下面的对于参考旋转轴线R的优选要求:
-如果先后求取误差Rb(试样2的轴线B的旋转位置误差)和误差Tx,Ty,Tz(在方向X,Y或Z上的平移偏差)、Rx,Ry(围绕X或Y轴线的旋转偏差),旋转台60的参考旋转轴线R应该仅仅具有一个尽可能微小的旋转位置误差。盘61相对于下部件62围绕参考旋转轴线R的旋转优选可以仅在接收Rb误差时进行,如上所述那样。但是,如果参考旋转台60相对于要校准的旋转轴线具有非常小的摇摆和平移份额,但是也能够在盘61相对于下部件62围绕R轴线旋转时进行要校准的旋转轴线的完整鉴定。例如可以通过机械的精度、高精度的比例尺、自校准方法或者CAA(计算机辅助精度,Computer aided accuracy)修正来进行参考旋转轴线R的旋转位置误差的最小化或消除。
-如果在第一方法过程中同时求取误差Rb,Rx,Ry,并且接着同时求取误差Tx,Ty,Tz(或首先同时求取Rb,Rx,并接着同时求取误差Tx,Ty,Tz,Ry;或者在第一方法过程中同时求取Rb,Ry并且在第二方法过程中同时求取误差Tx,Ty,Tz,Rx),则参考旋转轴线R必须具有尽可能微小的旋转位置误差和尽可能微小的摇摆误差。参考旋转轴线R只在接收Rb,Rx,Ry误差时运动。微小的摇摆误差例如可以通过机械努力、CAA修正、或者部分在线修正实现。
-如果同时求取所有误差Rb,Rx,Ry,Tx,Ty,Tz,则参考旋转轴线R必须在所有6个自由度上都具有尽可能微小的运动误差。这例如可以通过机械努力、CAA修正、或者完全在线修正实现。
在图11中示出用于确定旋转摆动铰链2的A轴线的旋转位置误差的构造。在图11中,为了比较而标出已经通过按照图10的构造测得的第二轴线B。与图10的构造相比,保持元件50旋转了90°。保持元件50通过第一耦合区域90耦合到基座上,或者说通过设置在侧腿51上的三点支承装置(取代如同在图10中设置在52上的三点支承装置)支承参考旋转台60的盘61上,而不必拆装旋转装置2。以与图10中类似的方式实现借助于球55,56和滚花螺钉58的三点支承装置。检验体1已经改装并且沿着旋转摆动铰链2的旋转轴线A取向。
球8和9可以与轴线A对中或不对中地布置,如同在这里所示的那样。如果在鉴定时参考旋转台60的盘围绕轴线R旋转,从而检验体和镜5的位置保持不改变或保持基本上不改变,如上所述那样(参考旋转台60的盘61和旋转检验体1在相反方向上围绕轴线R或A旋转),则球不必一定对中。然后轴线A优选基本与轴线R同轴或同心。而如果不执行围绕轴线R的旋转,则双球8,9优选基本与轴线A同心和同轴心地布置。如果参考旋转台60的盘61和检验体1在相同方向上围绕轴线R或A旋转,则双球8,9优选基本与轴线A同心和同轴心地布置,并且轴线A优选基本与轴线R同轴或同心。
检验体1通过适配器65固定在旋转摆动铰链2上。适配器65磁性地保持。以与图10相同的方式保持AKF 88对准镜5。可以类似地执行用于接收围绕轴线A的旋转位置误差的方法,如同上面在图10中对于轴线B所描述的那样。但是在这种情况下检验体不相对于部件66扭转,而是部件66相对于部件67围绕轴线A旋转,而检验体1相对于部件66不能够旋转。
图12以放大的关系示出图10的构造和用于接收另外的平移和旋转误差的传感器的定位,这些误差在旋转摆动铰链2围绕轴线B旋转时产生。立柱70承载臂71,在该承载臂上安置具有三个相互垂直的壁的传感器保持件72。在第一壁上安置两个间距传感器73,74,它们在X方向上指向球8和9。通过间距传感器可以检测平移误差Tx以及旋转误差Ry,该旋转误差在保持件3围绕Y轴线旋转时产生。在传感器保持件72的背侧的壁上安置间距传感器75和76,它们在Y方向上对准球8或9。通过间距传感器75和76可以检测在Y方向上的平移误差Ty和旋转误差Rx。通过在Z方向上对准上球9的间距传感器77可以检测在Z方向上的平移误差Tz。球8,9是双球对。替代地,可以使用柱体,如同在图5中的检验体101那样,并且相同布置的间距传感器可以对准柱体表面和柱体的端面。
在图12中,包括下部件62和能够旋转的盘61的旋转台60与在图10中示出的略微不同地构造:在盘61上安置平盘,它与盘共同旋转。
作为与图10的另外的差别,在检验体1与旋转摆动铰链2的部件66之间安装适配板59,它构成在检验体1与试样2之间的机械界面。适配板59作为机械界面使得能够使用总是相同的检验体1用于多个试样。
在图13中示出测量构造,它与在图12中的构造类似。与图12的构造的不同之处是,试样201在这种情况下是旋转台,其旋转轴线D应该被校准,或者说应该确定选择轴线的旋转位置误差和另外的运动误差。旋转台201安置在已校准的参考旋转台60上,参考旋转台的能够旋转的盘能够围绕旋转轴线R旋转。参考旋转台60与图12中一样地构造。旋转台201具有下部件205和旋转盘206,该旋转盘能够围绕轴线D旋转。与图12的区别是,在这个构造中设有另一种用于传感器保持装置72的臂78。
在旋转盘201上安置适配板59。在适配板59上定位检验体1。检验体1的特征已经依据前面的附图解释过。检验体1与要校准的旋转台201的盘206共同旋转。用于接收轴线D的旋转位置误差的方法例如如下:
(1)参考旋转台60的盘61围绕轴线R旋转一个角度,例如+3°。在此,试样旋转台201的定位在盘上的下部件205也旋转+3°。接着或与参考旋转台60的盘61的旋转同时地使试样旋转台201的盘206在相反方向上围绕轴线D旋转例如-3°。在此,检验体1也旋转相同角度,在这个示例中-3°。由静止系统观察,镜5由此保持位置固定。在结束运动步骤以后,镜5的位置值通过AKF 88求取。在无旋转位置误差地围绕轴线D旋转时,镜5的位置必须是恒定的。而通过旋转位置误差引起镜的偏差的位置,并且旋转位置误差通过AKF 88确定。
另外的步骤类似于依据图10描述的方法:
(2)具有其他角度值地重复步骤(1),优选直到达到360°的多倍。在滚动支承的旋转轴线时有利的是,检测至少2.5圈。替代地,可以连续地进行旋转运动和利用AKF 88的角度测量。也可以进行附加的、计算上的修正,用于补偿同步问题。这种方法的最大优点是,可以将步距选择得非常小,即,短周期的误差份额也能够在相对短的时间内检测。
(3)接着可以进行对其余总共5个的旋转和平移误差的测量。为此,下参考旋转台60不旋转,即,盘61相对于下部件62固定,并且只检验体1围绕轴线D与盘206共同相对于旋转台201的下部件205旋转。
(4)由获得的数据计算特性变量,它们与给出的特定规范比较。或者由数据求取用于CAA修正的修正值。
在下面的示例中描述检验体的另外的实施方式和其特殊性:
图4示出检验体100,其具有带有反射面700的镜500,该反射面背离旋转轴线D。此外,检验体具有第二镜501,其具有反射面701,该反射面也背离旋转轴线D。两个反射面700和701相互正交,其中,在所选择的视图中,镜面701指向观察者的方向并且镜面700侧向右向着AKF 88的方向取向。图4的下部从上方以沿着旋转轴线D的视向示出所述构造。在图4下部中示出第二AKF 81,第二AKF对准第二镜501的镜面701。
此外,图4的检验体100也具有保持件300和安置在保持件端部上的球800。镜通过承载件600,601固定在保持件300上。取代球800,可以替代地设有柱体,如同在图3中所示那样,或者双球,如同在图2中所示那样。与按照图2的实施方式不同,只存在一个球,这源于下面的原因:图2的双球或者图3的柱体只对于检测不利用AKF 88检测的第二倾斜角度(在这种情况下围绕X轴线的倾斜角度)是必要的。如果两个镜500,501和两个所配属的AKF 88,81供使用,可以省去双球或柱体,因为第二倾斜角度可以通过镜501的倾斜通过AKF81检测。由此,可以节省在图12和13中所示的五个间距传感器中的两个。使用AKF81的优点是,工作间距可以更大并且更简单地实施装置。AKF提供最高精度和可靠的测量。
在图5中示出检验体102,它具有镜502,镜具有指向旋转轴线D方向的反射面702。换言之,镜面702在Z方向上向上指。镜502借助于承载件602固定在球800上。所有另外的元件已经依据图4描述过。取代球800,可以替代地设有柱体,如同在图3中所示那样,或者双球,如同在图1中所示那样,其中,镜502相应地借助于承载件602固定在柱体或者双球的上球上。第二AKF 82指向第二镜502的镜面702并且测量检验体102围绕X和Y轴线的两个倾斜。此外,在图12和13中所示的轴向传感器77可以在沿轴方向定向的镜502或镜的反射面702上测量,用于确定在Z方向上的平移偏差Tz。
图6:按照图6的检验体103实施方式几乎与按照图4的实施方式一致,除了检验体103不具有球800作为旋转对称元件以外。在这个实施方式中,通过间距传感器741检测在X方向上的平移,在图6下部示出间距传感器(在Z方向上观察构造)。在Y方向上的平移通过对准镜501的间距传感器761检测。在这种情况下可以同时进行三个旋转误差(轴线D的旋转位置误差Rx和Ry)的确定和平移误差Tx和Ty的测量。如果也要检测轴向的偏移偏差Tz,可以在检验体103上安置指向Z方向的对应面。另一间距传感器可以对准这个对应面。例如可以设有第三镜502,如同在图5中所示那样,AKF 82和另一间距传感器对准该第三镜的镜面702。
图6中的组件的目的是,以分别相同的镜目标500或501同时测量位置误差(AKF88,81)、旋转(AKF 88,81)和平移(间距传感器741,761)。
在使用由自准直仪(AKF)/间距传感器88/741和81/761构成的组件时,用于平移测量的间距传感器741或761优选这样布置,使间距传感器定心地对准镜500或501,只要镜500和501本身也相对于旋转轴线D定心地取向——也就是如果旋转轴线D在图6上部的视角中将镜501分成两个半体,并且相应地将镜500分成两个半体,如果从右边看去的话。在这个组件中将有利的是,这样布置镜500或501的反射平面,使旋转轴线D处于这个平面中,用于避免所谓的余弦误差。
换言之,间距传感器741或761的测量射束要在其假想的延长线上照到旋转轴线D上。
如果间距传感器741或761的测量射束在其假想的延长线上不照到旋转轴线D上,则在实践中要注意下面的点:因此所示组件不是优选的,因为激光间距传感器741和761处于偏心并且镜500或501相对于激光器741和761的由于位置误差引起的扭转由于存在的杠杆而会被解释为平移。通过旋转引起的间距改变将相加到实际的平移。对于这个问题可以设想下面的解决方案:
1.这样布置间距传感器741或761,使激光的想象延长的射束与旋转轴线相交,如上所述。由此去掉杠杆并且间距传感器741或761只还看到实际平移。在这个组件中有利的会是,镜500或501的反射平面这样布置,使旋转轴线处于这个平面中。否则产生所谓的余弦误差。AKF可以没有问题地偏心布置。
2.通过旋转在激光器741或761上可看到的间距改变可以在计算上被消除。通过AKF测量已知旋转角度。激光器741或761上的间距改变和旋转角度之间的关系可以通过参考旋转台的简单旋转在固定的试样情况下确定。在此,参考旋转台必须附加地满足要求:尽可能没有偏移误差。由激光器741或761确定的平移必须被消除通过旋转引起的间距改变。替代地,可以由杠杆比例关系来计算旋转角度与激光器上的间距改变之间的关系。
3.如果使用两个激光器,可以对通过旋转引起的间距改变的效果取平均。对此重要的是,一个激光器布置在旋转轴线一侧上,另一激光器布置在旋转轴线另一侧上。即,信号必须反相位地改变。两个激光器优选尽可能精确地布置在一个高度上并且优选具有相对于旋转轴线的相同间距。但是两个间距测量器也可以任意布置,只要已知激光器与旋转轴线的间距。然后激光器也可以两个都布置在旋转轴线一侧上。
取代激光间距传感器741或761,也可以考虑电容式间距传感器,因为通过电容式传感器也可以针对金属反射的反射表面测量。
在图7中示出具有球形状的检验元件1000的检验体104,其中,球1000是按照一般发明说明书的第一测量体。检验球1000通过承载件602与保持件300连接。保持件具有双球800,900,双球已经在前面的实施方式中描述过并且它是按照一般发明说明书的第二测量体,如同在另外的附图中所示的柱体10(图3)、球800(图4)和双球8,9那样。在这个实施方式中,在检验体104已经安装到KMG中以后,例如类似于图12或图13,使用用于测量球1000的球位置的KMG。在所示实施方式中,球1000的中心点P用作参考点。在检验体104的不同旋转位置中,可以确定参考点P的位置,并且检验体104的旋转角度可以由参考点P的位置和参考点与旋转轴线D的间距确定。旋转轴线D不必一定延伸通过保持件300,而是也可以在其旁边延伸,如同在图11中所示的那样。
在未示出的实施方式中也可能的是,多个球1000安置在检验体104上并且测量。通过多个球能够测量运动误差,如同在Busch.K.;Franke.M.;Schwenke.H.;Wiegand.U.的通过由模拟/物理技术估算所期待的测量偏差进行的坐标测量仪回归(联邦研究院,1996年的研究报告)中所述的那样。或者可以求取多个球上的旋转位置改变。反射器的示例已经在一般说明部分中描述了利用相互处于>180°至360°的角度的两个镜或者相互处于>180°至<360°、尤其相互处于角度α=360°-[(N-2)/N]*180°(N为≥3的整数)的三个或多个镜的“换向测量”或者多次测量。以类似的方式,也可以通过多个球实现测量,这些球与旋转轴线具有间距地布置和/或不与旋转轴线同轴心地布置,其中,从一个球到旋转轴线的假想线和相邻的球到旋转轴线的假想线相互处于360°/M的角度,其中,M是大于或等于2的整数,尤其是2到8。尤其所述球中的每个球具有一参考点,尤其球中心点,并且从一个球的球中心点到旋转轴线的假想线与从相邻球的球中心点到旋转轴线的假想线相互处于360°/M的角度。
可以提高KMG的测量精度,如果由静止系统观察球1000保持位置固定,以如同上面依据位置固定的镜在参考旋转台和检验体相向旋转时所解释的类似的方式。对于位置固定的球,KMG的测量系统只需围绕球运动。由此避免KMG的测量系统的长的移动行程。通过较大的、球与轴线D的间距或者较长的承载件602可能加大旋转位置误差。
图8示出具有镜503的检验体105,镜的反射面703在旋转方向上或与旋转方向相反地取向,通过双箭头表示。镜503通过承载件603与保持件300连接。在所选择的视角中,视线沿着旋转轴线落在检验体105上。替代地,也可以将镜503安置在底座400上并且通过底座400与保持件300直接连接。在通过底座400连接的情况下,镜503可以套装到底座400上。在这个实施方式中,AKF被激光器79取代,该激光器执行到镜503表面703的间距测量。为此,激光射束704对准表面703。在镜703旋转时测量间距改变。检验体105已经旋转过的角度间接地通过镜503的位置被确定并且给出
α=arctan(dx/r)
dx=激光器与镜面703之间的间距改变
r=激光射束与旋转轴线的最短间距
图8的检验体105也可以附加地具有柱体、球或双球。
图9示出检验体100,如同依据图4所述那样。与图4的构造不同,在图9的构造中,通过只一个AKF 88测量每个镜500,501的位置,AKF的射束通过半透射的镜偏转到镜500上并同时通过半透射的镜200中的反射和镜201和202中的偏转偏转到镜501上。通过这个组件,通过两个镜500,501中的每个镜检测旋转位置误差Rz。附加地,在第一射束中、即在镜500上检测Ry或者说在第二射束中、即镜501上检测Rx。
在上述方法的变体中,也可以有序地检测不同的自由度。通过这种方式例如可以先通过AKF观察第一镜,并且在另一测量过程中在改装AKF以后观察第二镜。
原则上,对于每个自由度可以设想单独的检验体。这样,例如可以首先相对于旋转轴线固定一个镜,并且在第二测量过程中固定标准双球。
在下面的附图14-23中示出另外的组件,所述组件具有旋转装置201在这种情况下是旋转台、参考旋转装置60在这种情况下是参考旋转台和必要时另外的构成部分。
图14在构造上与图1可类比。旋转装置201布置在参考旋转装置60上,其中,旋转装置201的定子205无相对转动地与参考旋转台的转子61连接。在旋转装置201的转子206上安装镜5作为检验元件,该镜的旋转位置借助于自准直仪88检测。缆线形式的能量供入装置802导引到参考旋转台60的定子62,并且缆线形式的能量供入装置801导引到旋转台201的定子205。缆线801,802也用于信号传递、例如从控制器,和传递测量信号到在图1中所示的误差求取装置1001上。在一般说明书的意义上,在图14中,转子206是第一部件,定子205是第二部件,转子61是第三部件,定子62是第四部件。该组件也可以是反过来的,即,参考旋转台60这时布置在旋转台201上面,其中,转子分别布置在定子上方。在这种情况下,部件的顺序从上向下如下:
-在转子62上面的反射器5,
-参考旋转台60的转子62,
-参考旋转台60的定子61,它相对于转子205无相对转动,
-旋转台201的转子205,它相对于定子61无相对转动,
-旋转台201的定子206。
在这个组件中,在一般说明书的意义上,定子206是第一部件,转子205是第二部件,定子61是第三部件并且转子62是第四部件。由这个配置表明:第一部件206在图14中是转子,而它在上述改型中(在那里旋转台布置在下方)是定子;第二部件205在图1中是定子,而它在旋转装置201和参考旋转装置206反过来布置的变化方案中是转子。相应地,属于参考旋转台60的第三和第四部件61,62的功能在图14的组件的改型中与图14相比交换其功能。在图14中,部件62是定子,部件61是转子,而在旋转台201和参考旋转台60反过来的组件中,部件61是定子,而部件62是转子。
在下面的附图描述中,一般说明中的第一部件总是配置附图标记206,对第二部件配置附图标记205,对第三部件配置附图标记61并且对第四部件配置附图标记62,与所涉及的部件相对于各自的旋转装置或参考旋转装置而言是转子还是定子无关。旋转装置的定子在一个定义中是具有能量供入装置和驱动装置的部件,通过该驱动装置驱动转子。如果旋转装置按照规定在坐标测量仪的测量运行中被使用,则转子旋转,而定子保持静止。在下面的附图中,与这个原理相反也描述这样的组件,所述组件在测量运行中不使用旋转装置,并且在所述组件中定子旋转,而转子保持静止,例如相对于底基静止。
图14的构造的缺陷是,在执行本方法时,旋转台201的定子205相对于参考旋转台60的定子62扭转,并由此能量缆线801和802也相互扭转,这在较大旋转角度或者多圈时可能导致缆线801缠绕。在图14中在旋转台201的转子206上面的反射器5可以是在说明书一般部分中描述的检验体的、例如图2的检验体1的或图3的检验体101的或图4的检验体100的或图5的检验体102的或图6的检验体103的部件,其中,在使用按照图4,5或6的检验体时,附图标记5通过附图标记500取代。换言之,在转子206上面可以定位一检验体,它相对于转子206无相对转动并且具有反射器5或500,通过自准直仪88将测量射束对准所述反射器。
在图15中示出一个组件,在该组件中,与图14相比,旋转台201已经旋转180°。旋转台201的转子205在这种情况下是第二部件(而在图14中部件205是定子),并且转子205无相对转动地与参考旋转台60的转子61(第三部件)连接。与图14的构造相比的优点如下:在这个发明中描述的、用于求取旋转台201的旋转位置求取系统的误差的方法可以这样执行,使定子206相对于定子62不扭转或只微少地相互扭转,并且避免在图14中描述的缆线801缠绕问题。而转子61和与其无相对转动地耦合的转子205可以相对于定子62并且相对于定子206以任意的角度旋转并且在任意方向上旋转。如同在图14中一样,图15的构造也可以这样改型,使旋转台201布置在下面,并且参考旋转台60布置在上面,其中,定子62和206分别完全布置在下面或完全布置在上面,即,图15的整个构造可以旋转180°,从而该构造倒过来,除了反射器5以外,该反射器这时要布置在参考旋转台60的定子62上面。
在图16中示出一个构造,其中,无需旋转位置求取装置88、即尤其是无需自准直仪88以执行用于求取旋转台201的旋转位置求取系统的误差的方法。部件61,62,205,206的意义与图15中的意义相同。在这个实施方式中,旋转台201的定子206通过承载件302无相对转动地与底基304连接。在底基304上面也无相对转动地布置参考旋转台60的定子62,从而因此使定子62和206相互无相对转动。转子61,205通过旋转刚性的耦合装置303相互连接,并且转子61,205可以相对于其各自的定子同步地扭转。在此,如果转子61或205中的一个被驱动并且通过旋转刚性的耦合装置303驱动当时另外一个转子,就足够了。图16的组件适用于执行在一般说明部分中描述的用于求取误差的方法的变体e)。在这个变体中,第一部件206和第四部件62的合成旋转位置不改变,即,部件206不相对于部件62旋转。在这种情况下无需借助于外部的求取装置88来确定第一部件206和第四部件62相对于彼此的不改变的旋转位置,因为两个部件62和206由于通过承载件302的机械连接而相互无相对转动。旋转刚性的耦合装置303例如可以是折叠匣耦合装置、爪式耦合装置或者(复式)万向节。如果旋转台驱动另外的部件,如上所述,避免应力。如同在图15中一样,在图16中,旋转台201也可以布置在下面,而参考旋转台60布置在上面,其中,两个定子62和206又通过承载件302和底基304无相对转动地相互连接。在这个变体中,参考旋转台60的定子62安置在承载件302上,并且旋转台201的定子206定位在底基304上。在图16和刚才描述的变体中,两个转子通过耦合装置303无相对转动地连接。也存在两个变体,其中,两个定子通过耦合装置303无相对转动地相互连接,并且转子通过承载件302和底基304无相对转动地相互连接,其中,产生由于携转的缆线引起的缆线引导的缺陷。
在图17中,参考旋转台的定子61安置在底座305上,底座又安置在底基304上。定子61是一般说明书意义上的第三部件。在参考旋转台60的转子62(一般说明书意义上的第四部件)上面定位一自准直仪88。自准直仪88的测量射束S对准镜5,该镜固定在旋转台201的转子206上。转子206是一般说明书意义上的第一部件。定子205(一般说明书意义上的第二部件)安置在承载件302上,承载件与底基304连接。借助于自准直仪88确定第一部件206和第四部件62(它们在这个示例中是两个转子)的合成旋转位置。也可以在旋转台201和参考旋转台60的旋转位置改变以后,通过AKF 88求取转子206相对于转子62的旋转位置的改变,或者可以通过AKF 88确定部件62和206相对于彼此的不改变的位置。在图17的构造中也可以设想变体。例如,AKF 88可以安装在转子206上并且镜5安置在转子62上。参考旋转台60也可以定位在上面,并且旋转台201也可以定位在下面,其中,参考旋转台60的定子61则固定在承载件302上,并且旋转台201的定子205固定在底座305或底基304上面。在另外的变体中可以交换转子和定子,即部件62和206分别是定子,其中,由于随着旋转的缆线而产生缆线引导的缺陷。
旋转台的旋转方向可以在旋转台自身的坐标系统内部这样定义,在悬挂式旋转台中,如同在图16和17中通过附图标记201所示的那样,正的旋转轴线方向向下指,并且在立式旋转台中,如同在图16和17中通过附图标记60所示那样,向上指。
图18示出图15的构造的变体。在这种情况下,AKF 88定位在旋转台201的转子206上面,并因此可以随着转子206共同旋转。镜5相对于参考旋转台60的定子62位置固定地固定在底基304上。例如,图15的构造可以通过这种方式和方法改变:AKF 88可以安置在元件206上并且反射器5安置在底基304上面。
图19是图16的组件的变化方案。在这种情况下,旋转刚性的耦合装置303定位在承载件302与定子206(在这里是一般说明书意义上的第一部件)之间。如同在图16的构造中一样,在图19的构造中也无需旋转位置求取装置,即尤其不需要AKF 88。
图20示出一个实施方式,在那里旋转装置201的旋转轴线D和参考旋转装置60的参考旋转轴线R不是同轴心的或者说相互不对中,而是相互并列地布置。参考旋转台60通过定子61(在一般说明书意义上的第三部件)定位在底基304上,并且旋转台201通过其定子205(在一般说明书意义上的第二部件)定位在底基304上。两个定子61和205相互无相对转动。在参考旋转台60的转子(旋转盘)上面定位一自准直仪88。转子62是一般说明书意义上的第四部件。在旋转台201的转子(旋转盘)上面定位一镜5,自准直仪的测量射束S对准该镜。转子206是一般说明书意义上的第一部件。
在图20b中示出图20a的组件的俯视图,其中,旋转台201和参考旋转台60处于第一旋转位置中。在图20c中也看到该组件的俯视图,其中,与图20b相比,参考旋转台60和旋转台201已被置于第二旋转位置中。两个旋转盘(一般:转子)62和206已在同一方向上旋转,在这种情况下在俯视图中逆时针。在这个组件中,能够在有限的角度范围上实现测量,直到测量射束S不再照到镜5上。通过自准直仪88可以检测或确定旋转盘206与旋转盘62的旋转角度相比不同的旋转角度,两个盘或转子62和206以相同的角度扭转。这在用于求取在一般说明书中描述的旋转位置求取系统的一个或多个误差的方法中相应于方法变体d)或e)。在图20的组件变化方案中,在旋转台201和/或参考旋转台60中可以交换转子和定子,即,旋转盘62和206中的一个或两个定位在底基上。
图21示出由参考旋转台60和旋转台201构成的组件,如同在图20中那样。在这种情况下,取代单个的平直镜5而使用具有五边形底面的棱镜,棱镜的侧面是镜反射的。即,存在总共5个反射器5a,5b,5c,5d和5e,它们由五边形棱镜的侧面构成并且相互处于角度
α=360°-[(N-2)/N]*180°,N=5,即角度
α=360°-[5N-2)/5]*180°=360°-108°=252°。
在图21中标出的角度β给出五边形的内角度,β=[(5-2_/5)*180°=108°。在图21的组件中,能够实现旋转盘206以比图20更大的角度旋转。原则上可以实现旋转盘206旋转360°的整圈。一旦镜中的一个或者说棱镜的镜反射的侧面中的一个、例如镜面5a离开自准直仪的测量射束S,在逆时针旋转时下一个相邻的镜面、镜面5b旋转到自准直仪的测量射束S中并且可以继续测量,如同在图21b中所示的那样。
通过图21的组件也可以执行一种方法,其中,该方法通过步骤a)至d)和/或e)按照一般说明书部分执行,其中,在这个方法执行中,自准直仪88的测量射束对准镜面中的一个、例如5a。AKF可以在转子62上面这样错开,使测量射束指向以180°反向的方向中并且接着转子62以180°旋转,从而射束S又如同前面那样照到到镜面上。接着可以重新执行方法步骤d)和/或e),它们在一般说明部分中描述。这种方法可以与旋转盘206的旋转和另外的镜面上的测量组合,如上所述那样。这种工作方式称为换向测量,与通常称为换向测量的工作方式不同,它只将180°的旋转表示“换向”。
图22以两个不同的视图、一个是侧面在图22a中、一个是从上面在图22b中,示出与图14类似的构造,其中,与图14不同,不通过自准直仪88测量旋转角度,而是通过两个间距传感器306和307,两个间距传感器的测量射束S1和S2对准反射器5。通过使用两个并列地且优选在相同高度上且优选以与反射器5相同的间距布置的传感器306和307,可以区别反射器5的平移运动与反射器5的旋转运动,因为在反射器5旋转时相对于传感器中的一个传感器的间距减小,而相对于传感器中的另一个传感器的间距加大。
图23示出与图17类似的构造,其中,不设置随着转子623共同旋转的AKF 88。取而代之,或者设有AKF 88,或者设有AKF 881,它们虽然两个都被标出,但是替代地使用。AKF88的测量射束S1照到镜309上,并且由镜309偏转穿过同心的通孔308照到镜310上,并且从那里偏转到镜5上。如果取代AKF 88而使用AKF 881,则去掉镜309并且AKF 881的测量射束S2直接穿过同心的通孔308并且通过镜310偏转到镜5上。也可以设想通过两个AKF 88和881测量,其中,镜309则必须半透射的构成。通过使用两个AKF 88和881可以提高测量精度。
在图24中表明换向测量的原理,换向测量已经在一般说明书中提到过。为了补偿角度校准类型的剩余误差,可以在使用在这里描述的、具有多个优选均匀分布的反射层的检验体和在所谓的换向测量中的多次测量的条件下应用在一般说明书中描述的、用于求取旋转位置求取系统的误差的、具有通过步骤a)至e)的基本方法。可能的剩余误差的原因可能是构造的方式、所使用的部件的布置和/或参考旋转装置60的测量系统的系统剩余误差或另外的误差原因。
在图24中使用类似图14的构造,其中,使用检验体106,它具有两个反射器5a和5b作为第一和第二检验元件。反射器5a和5b相反的空间方向,即相互处于180°的方向。
在此可以如下进行换向测量:
-在第一测量中,在图24a和图24b中以两个不同的视图(从侧面和从上面)示出,旋转台201调节到起始位置(第一旋转位置)上,例如旋转台201的旋转位置求取系统的参考标记或零标记上。在图24a中,起始位置通过两个楔形的标记象征性地显示在定子205和转子206上。参考旋转台60这样定位,使得通过AKF 88可以测量到镜5a上,即,测量射束S照到镜5a上并且再返回到或者反射到AKF中。
-参考旋转台60的旋转位置也调节到起始位置(第一旋转位置)上,例如参考旋转台60的旋转位置求取系统的参考标记或零标记上。在图24a中,起始位置通过两个刻线标记在定子62和转子61上象征性地示出。
-现在进行真正的测量,在测量时旋转装置201的转子206和参考旋转装置60的转子61相互间在不同的方向上旋转,通过在图24b中的箭头表示。通过AKF 88求取旋转台201的旋转位置求取系统的旋转位置误差。对此,参阅用于求取旋转位置求取系统的误差的方法的步骤d)和e)的说明。
-对于第二测量,在图24c和图24d中示出,在参考旋转台中如下建立改型的第一旋转位置:转子61与在图24b中所示的位置相比扭转180°(360°/M,M=2)。在这个改型的第一旋转位置中,又可以(在旋转台60的控制真正中)设置参考旋转台60的旋转位置求取系统的参考标记或零标记,作为用于测量的起始点,或者参考旋转台的新调节的角度180°被作为参考旋转台的偏移角度注意并考虑。从这个起始点开始,可以在重新求取旋转位置求取系统的误差时使参考旋转台60的转子61旋转360°的整圈,例如在180°偏移时从180°旋转至540°或者从-180°旋转至180°,在参考旋转台的正旋转情况下。如果参考旋转台负向地旋转,则例如从180°旋转至-180°或者从-180°旋转至-540°。
-整个旋转台201已经与转子61共同旋转,从而现在在图24c/d中示出,AKF 88的测量射束S照在镜5b上,而不是照在镜5a上。旋转台201的起始位置或者说第一旋转位置,即转子206相对于定子205的位置不改变,如同在图24d中依据象征性的楔形标记看到的那样(它们在图24c中遮盖地处于背侧上)。
-通过参考旋转台60的经调整的第一旋转位置,得到第一部件206和第四部件62相对于彼此的经调整的旋转位置。在这种情况下第四部件相对于第一部件以360°/2的角度值旋转,与第一部件206和第四部件62相对于彼此的第一合成旋转位置相比,它在图24a/b中示出。
-从在图24c/d中所示的旋转位置开始,可以重新求取旋转台201的旋转位置求取系统的误差,其中,参阅对用于求取旋转位置求取系统的误差的方法的步骤d)和e)的说明。
-利用按照图24a/24b的构造的测量称为“测量1”,并且从图24c/24d的构造开始的重新测量称为“测量2”。在完成测量1和2以后,旋转台201的由测量1和2测得的角度位置误差以适合的方式和方法相互结算,其中,优选在考虑旋转装置201的旋转角度的条件下构成平均值。可以设想单次测量的其他结算形式。
这种方法可以通过任意多的镜面执行,例如通过五个镜面,如同在图21中所示的那样。例如可以使用N个镜面,它们优选相互处于α=360°-[(N-2)/N]*180°的角度,其中,N是大于或等于3的整数。在此原则上适用:测量次数越多,越多的误差份额能够通过这个多次测量原理被消除。通过两次测量可以消除由上述原因引起的误差,所述误差会在第一误差谐波中(也称为第一级误差)中能够被感觉到。通过四次测量消除第一和第二误差谐波,通过六次测量消除第一至包括第三误差谐波等等。对于四次测量,例如可以使用具有方形底面的棱镜的检验体(也可以称为方块或立方体),其中,棱镜的侧面是镜反射的。对于五次测量,可以使用具有五边形底面的棱镜,其侧面是镜反射的。对于六次测量,可以使用具有六角形底面的棱镜,其侧面是镜反射的,等等。
在图25和26中示出利用按照图24的镜5a和5b的示例性的换向测量的结果。在图25中的测得的误差信号中仅仅含有第一误差谐波,该第一误差谐波可以被消除,除了剩余噪声。剩余噪声是被找到的位置误差,没有构造的剩余误差。在图26中附加地还含有第二误差谐波,它在换向测量时通过两次测量不能消除。
图27示出保持元件,其中,承载件除了第一侧腿51和第二侧腿52以外还具有第三侧腿511。第三侧腿511具有耦合区域92,称为第三耦合区域,通过第三耦合区域能够将保持元件510耦合到基座61上。在这种情况下,将平盘790安置到参考旋转台60的转子61上,保持元件510通过第三耦合区域92安置到该平盘上。第三耦合区域92具有耦合器件512,513和514,它们与第一耦合区域90的耦合器件55,56和58和第二耦合区域91的耦合器件53,54和57类似。这些耦合器件已经依据图10解释过。耦合器件512和513在这个实施方式中是球形元件,其中,在所选择的视角中,元件513被处于前面的元件512遮盖。球形元件512和513与滚花螺钉共同构成三点支承装置。球512和513可以与螺钉514中的支承点共同处于假想的等边或等腰三角形的拐角上,其中,这不是强制的前提条件。耦合器件55,56,58或耦合器件53,54,57也可以处于等边或等腰三角形的拐角上。侧腿51,52和511共同构成C形承载件。对于旋转摆动铰链2在其之后的安装位态中的所示的A轴线的CAA数据接收,这个实施方式是特别有利的。在图27中所示的旋转摆动铰链2位态相应于之后在测量运行期间的安装位态,例如在坐标测量仪的套筒上。依据图10已经描述过用于接收轴线B旋转位置误差的方法,它也可以类似地针对A轴线来执行。在这个方法中,C形承载件与参考旋转台60的转子或旋转盘共同围绕参考旋转台60的旋转轴线R旋转。如果从沿着轴线的相同视向、例如从上面观察围绕R和A的旋转,部件66在相向的旋转方向上围绕轴线A旋转。对于旋转,术语“同向”或“相同方向”和“相向”或“相反方向”的一般前提是相同的观察位置,即处于外部的不活动的观察者的相同观察位置,其中,处于外部的不活动的观察者的观察位置也称为“静止系统”。保持元件510的旋转运动导致,侧腿52运动到AKF 88的测量射束S中并且在侧腿52经过时会遮挡测量射束,由此测量射束不再照到镜5上。对于这个问题例如存在下面的解决方案:
-垂直的侧腿52含有断开部515,它在图27中通过两个水平虚线表示。由此减小射束S的遮暗宽度。被遮暗的区域可以保持不被考虑并且在CAA修正场中被插值。
-被遮暗的区域可以在大的支撑部位宽度时、即在大的间距时处于在本方法中移向的角度位置之间、即在支撑部位之间。
-垂直的支撑、即侧腿52的处于缺口515边缘和侧腿52的侧向外边缘之间的区域可以这样窄地实施,使得不完全遮盖AKF 88的光圈,从而尽管如此也可以被测量。当取代C形承载件而使用三足件时,尤其可以设想这一点,在三足件中垂直支撑部可以窄地构成。
-在该方法中不总是必须执行转子61的整圈旋转,即不总是测量360°。此外,旋转摆动铰链2可以具有围绕轴线A的、不可驶向的旋转区域,在侧腿52可以布置到该区域中。
-本方法可以通过两个AKF执行,它们从两个不同方向上观察旋转摆动铰链2。
-射束S可以通过偏转镜偏转到镜5上,即在侧腿52旁边偏转,该侧腿中断测量射束S的直线走向。
测量射束S被遮盖的上述问题不仅可能在图27的C形承载件中产生,而且也能在另外的承载件中产生,所述承载件在它们相应地旋转时可能遮盖测量射束S。例如,在图10中的侧腿51在保持元件50围绕轴线R相应地旋转时可能中断来自AKF 88照到镜5上的测量射束S。即使在图10的这个实施方式中也可以使用一个或多个上述解决方案。完全普遍且脱离特殊实施方式,按照本发明的保持元件的承载件可以具有一个或多个用于测量射束的断开部。在耦合区域中的一个或多个中可以分别设有一个或多个断开部。但是,侧腿的几何形状和尺寸也可以取而代之这样选择,使得不出现射束中断。
在保持元件510在参考旋转台60的转子60上的另一布置中,可以按照与A轴线类似的方法测量B轴线。为此,保持元件510可以通过耦合区域91安置到平盘790的表面上,即在所示的视角中以90°逆时针旋转。接着这样调节镜5的方向,使AKF 88的测量射束S以与图27中所示相同的方式照到镜上。如同在图27中所示,根据保持元件511的旋转位置而定,或者通过侧腿51或者通过侧腿511可能遮盖镜5。为了避免这一点,或者可以使用上面建议的解决方案中的一个,例如在侧腿51和侧腿511中分别设置断开部(在这里未示出),或者镜5可以这样多地与AKF 88共同向上定位,使镜超过侧腿51和511伸出。为此,例如可以使用检验体,如同例如在图10中依据附图标记1所示的那样,其中,镜5以配合的高度安置在保持件3上。
图28和29示出用于旋转装置2的能量供应装置的替代装置的元件。如同在图10和11中所示,能量供应装置69可以通过这些元件690和691被取代。图28中的部件690或690’能够与图29中的部件691和691’接合成插接连接装置或卡锁连接。在(见图11和27中的保持元件50或510的)上述耦合区域90,91或92中的一个或多个中,例如可以设有元件690。在耦合区域90,91和92中的每一个中优选分别设有一个元件690。例如,第一插接元件690布置在侧腿51的外侧上,即,在侧腿51的面对基座61的侧上。由此插接元件690处于耦合区域90中。在耦合区域90中使用元件690时可以去掉耦合器件55,56和58,因为耦合器件55,56和58通过器件692,693和694被取代。类似原理可以在另外的侧腿中/在另外的耦合区域中使用。
在这个示例中,在基座上布置第二部件691,它在图29中示出。在将保持元件50安置到基座61上时,使元件690和691相互连接。用于插接连接装置的元件690具有支承器件692,693,694(694被中心凸起的蜿蜒插接件遮盖)。支承器件半球形地构成。支承器件692,693,694可以是三点支承装置的器件,它们可以替代上述的耦合器件55,56,58被使用。此外设有用于卡扣连接的、半球形式的夹紧/卡锁器件695,696。另一第三卡锁器件在这个视图中被遮盖。插接连接装置元件690具有用于传递能量和测量系统信号的多个触点697。金属板698设置用于,与设置在另一互补的插接元件691上的磁体917共同作用,用于施加拉力。由此可以保证附加于卡锁连接的接通。在图28中示出的插接元件690也可以通过类似的方式设置在旋转装置2上,并且在这种情况下为了区别而通过附图标记690’表示。如果元件690’设置在旋转装置2上,则用于旋转装置2的保持装置68(见图11)具有插接连接装置元件691’,如同在图29中所示那样。保持装置68本身可以实施为插接连接装置元件691’。
图29示出已经述及的插接连接装置元件691或691’,它设置在基座61上和/或在保持元件50上设置在保持件68一侧上。插接连接装置件691/691’具有构造为半球对的对应支承器件910,911,912。对应支承器件910,911,912用于容纳图28的支承器件692,693和694。此外存在具有缺口913,914和915的卡扣,在缺口中可以插入元件695,696和图28中未示出的另一元件。多个对应触点916能够与图28的触点697为了建立接通而连接。在插接连接装置元件691的中心处设有磁体917,它与图28的金属板698共同作用。
也可以使用由部件690和691构成的插接连接装置,以使其他对于能量供应必须的元件一起包含到测量构造中。例如,AKF 88可以通过这种插接连接装置连接到旋转装置的能够旋转部件上,例如当AKF要与转子62或206连接时,如同在图17和18中所示的那样。
图30和31示出使用保持元件520用于保持传感器组件750,其具有多个传感器73,74,75,76,77,其中,传感器构型成,测量旋转装置2的至少一个运动自由度方面的偏差。旋转装置是具有两个旋转轴线A,B的旋转摆动铰链2。这种旋转摆动铰链2已经在图10-12中解释过。但是在这个示例中,旋转摆动铰链2不安置在保持元件520上,如同在图10-12中那样,而是安置在未进一步示出的坐标测量仪的垂直的套筒590上。旋转摆动铰链2在这里处于其用于未来测量的安装位态中。
在图31和32中的传感器组件750在其构造上已经在图12和13中描述过。该组件具有传感器保持件72和传感器73,74,75,76,77。传感器73,74,75,76,77安置在传感器保持件72上,该传感器保持件具有三个相互垂直的壁。传感器73,74在第一空间方向上指向(不是按照本发明的)检验体107的球8或9,传感器75,76在第二空间方向指向检验体107的球8或9。在图30和31的所选择的视角中,传感器75,76处于球8,9后面并因此虚线表示。传感器77在第三空间方向上指向球9。空间方向可以是笛卡尔坐标系的轴线,其中,轴线X,Y和Z中的一个的配置取决于坐标系的位态和保持元件520和与其连接的传感器组件750的瞬时定向。
在图30和31中,传感器组件750与图12不同地安置在保持元件520上,其方式是,传感器保持件72与保持装置68连接。在图30和31中未示出评估单元和用于从传感器73,74,75,76,77传递能量和数据或者将能量和数据传递至这些传感器的装置。
保持元件520具有两个侧腿51和52,也如同在图10-12中的保持元件50一样。耦合区域901和902与图10-12中的耦合区域90和91略微不同地构成。在图10-12中,支承元件53,54,55,56具有半球形状,其中,它可以是半球或者也可以是部分地沉降在侧腿中的整球。在图30和31中,支承元件530,540,570,550,560,580是整球形的,但是这对于功能没有差别。未示出用于将支承元件530,540和550,560,580固定在侧腿上的固定器件。
在侧腿52上安置支承元件530,540和570并且构成三点支承装置,其中,在所选择的视角中只能看到支承元件530,540中的前面的元件530。球形的支承元件570安置在调节螺钉585的端部上。支承元件530和540中的一个或两个也可以安置在调节螺钉的端部上。也能够实现另外的调节可能性。以与在侧腿52中类似的方式在侧腿52上安置支承元件550,560和580并且构成三点支承装置,其中,在所选择的视角中只能看到支承元件550,560中的前面的元件550。球形的支承元件580安置在调节螺钉586的端部上。支承元件550和560中的一个或两个也可以安置在调节螺钉的端部上。
保持元件520在图30中通过耦合区域901耦合到基座611上。通过对应耦合器件612,613(在这个视图中被612遮盖)和614实现该耦合,这些对应耦合器件安置在基座上并且与球形支承元件530,540和570共同作用。在基座上可以存在另外的对应耦合器件,以建立保持元件520的另一位置。基座611在这个示例中不是如同图12中的参考旋转台60,而是KMG的基座、尤其是测量台。以与在图30中类似的方式,在图31中将相同的保持元件520通过耦合区域902耦合到基座611上,取代通过如同图30中的901。在图31中也通过对应耦合器件612,613和614实现所述耦合。在图30和31中,在标出的视图中,部件的尺寸有时相互不同,这在现实中不是这种情况。例如,在图31中,保持件3比在图30中更短地示出,这通过双刻线的形式的中断表明。
如同在图30和31中所示那样,传感器组件750可以这样定向,使得可以在旋转摆动铰链2的安装位态中鉴定该旋转摆动铰链,在该旋转摆动铰链上安置具有双球8,9的检验体107。旋转摆动铰链2的位态在图30和31中保持不改变并且相应于用于测量的安装位态。仅改变检验体在旋转摆动铰链2上的布置,并且或者与A轴线同轴心地(图31)或者与B轴线(图30)同轴心地取向。检验体在旋转摆动铰链上的替代的固定以类似的方式已经在图10和11中示出。在图31中借助于适配器65实现固定,该适配器磁性地固定旋转摆动铰链2上。在检验体107调整定向之后,传感器组件750也连同保持元件520匹配地朝向检验体107定向,从而传感器73,74,75,76,77匹配地朝向球8和9取向。如果检验体围绕A或B轴线旋转,可以实现运动误差的接收。

Claims (20)

1.一种用于求取旋转位置求取系统的一个或多个误差的方法,该旋转位置求取系统测量旋转装置(201)的部件的旋转位置,和/或用于求取在这种旋转位置求取系统中的滞后效应,其中,旋转装置(201)的第一部件(206)和第二部件(205)相对于彼此围绕旋转装置(201)的旋转轴线D能够旋转,并且该方法具有下面的步骤:
a)求取具有两个相对于彼此能够旋转的部件(206,205)的旋转装置(201)的第一旋转位置,其中,求取旋转装置的第一部件(206)相对于第二部件(205)的第一旋转位置,
b)求取具有两个相对于彼此能够旋转的部件(61,62)的参考旋转装置(60)的第一旋转位置,该参考旋转装置是旋转台,其中,两个部件中的一个是第三部件(61),第三部件关于旋转轴线D与旋转装置(20)的第二部件(205)无相对转动地耦合,并且两个部件中的另一个部件是第四部件(62),第四部件相对于第三部件(61)围绕参考旋转装置的旋转轴线R能够旋转,其中,求取第三部件(61)相对于第四部件(62)的第一旋转位置,
其中,第一部件(206)和第四部件(62)的相对于彼此关于旋转轴线D和/或参考旋转装置的旋转轴线R的第一合成旋转位置由旋转装置(201)的第一旋转位置和参考旋转装置(60)的第一旋转位置合成,
d)将旋转装置(201)的旋转位置改变到旋转装置的第二旋转位置,通过旋转位置求取系统求取旋转装置的第二旋转位置,
将参考旋转装置(60)的旋转位置改变到参考旋转装置的第二旋转位置,求取参考旋转装置(60)的第二旋转位置,
其中,在改变旋转装置(201)和参考旋转装置(60)的旋转位置时,第一部件(206)相对于第二部件(205)在一个方向上旋转,并且第三部件(61)相对于第四部件(62)在与该方向相反的方向上旋转,
求取由于旋转位置的改变而改变的、第一部件(206)和第四部件(62)相对于彼此的合成旋转位置,
由第一部件(206)和第四部件(62)相对于彼此的、已改变的合成旋转位置求取旋转位置求取系统的旋转位置误差,
f)再建立旋转装置(201)的第一旋转位置,相应于步骤a)中的第一旋转位置,或者基本上再建立这样的旋转位置,或者再建立参考旋转装置(60)的第一旋转位置,相应于步骤b)中的第一旋转位置,或者基本上再建立这样的旋转位置,
g)如果旋转装置(201)已经被置于步骤a)中的第一旋转位置中,建立参考旋转装置(60)的经调整的第一旋转位置,或者,如果参考旋转装置(60)已经被置于步骤b)中的第一旋转位置中,建立旋转装置(201)的经调整的第一旋转位置,
从而在旋转装置/参考旋转装置的经调整的第一旋转位置情况下产生第一部件(206)和第四部件(62)相对于彼此的、经调整的旋转位置,
其中,第一部件和第四部件相对于彼此的第一合成旋转位置相比,第四部件(62)相对于第一部件(206)以一个角度值扭转,
h)从旋转装置(201)的第一或基本第一旋转位置和参考旋转装置(60)的经调整的第一旋转位置开始,或者从参考旋转装置(60)的第一或基本第一旋转位置和旋转装置(201)的经调整的第一旋转位置开始,执行方法步骤d)。
2.按照权利要求1的方法,其中,所述旋转装置(201)是用于坐标测量仪的旋转装置(201)。
3.按照权利要求1的方法,其中,所述方法在步骤d)之前还包括:
求取第一部件(206)和第四部件(62)的相对于彼此的第一合成旋转位置。
4.按照权利要求1的方法,其中,由
i)旋转装置(201)的旋转位置或旋转装置(201)的旋转位置的改变,和
ii)参考旋转装置(60)的旋转位置,或者参考旋转装置(60)的旋转位置的改变
来求取旋转位置求取系统的旋转位置误差。
5.按照权利要求1的方法,其中,所述方法还包括替代于或者附加于步骤d)的下述步骤:
将旋转装置(201)的旋转位置改变到旋转装置的第二旋转位置,并将参考旋转装置(60)的旋转位置改变到参考旋转装置(60)的第二旋转位置,从而不改变第一部件(206)和第四部件(62)的合成旋转位置,
求取旋转装置(201)的第二旋转位置,求取参考旋转装置(60)的第二旋转位置,并且
由旋转装置(201)的旋转位置或旋转装置的旋转位置的改变,并且由参考旋转装置(60)的旋转位置或者参考旋转装置的旋转位置的改变求取旋转位置求取系统的旋转位置误差。
6.按照权利要求1的方法,其中,借助于旋转位置求取装置(88)求取第一部件(206)和第四部件(62)相对于彼此的已改变的合成旋转位置。
7.按照权利要求5的方法,其中,借助于旋转位置求取装置(88)求取第一部件(206)和第四部件(62)相对于彼此的未改变的合成旋转位置。
8.按照权利要求7的方法,其中,旋转位置求取装置(88)是自准直仪、坐标测量仪的探触式测量头系统、坐标测量仪的光学传感器、激光干涉仪、间距传感器中的一种,或者这些装置的多个任意组合。
9.按照权利要求6的方法,其中,借助于检验元件(5)求取第一部件(206)和第四部件(62)相对于彼此的已改变的合成旋转位置,其中,通过旋转位置求取装置(88)求取检验元件相对于旋转位置求取装置(88)的旋转位置或旋转位置改变。
10.按照权利要求7的方法,其中,借助于检验元件(5)求取第一部件(206)和第四部件(62)相对于彼此的未改变的合成旋转位置,其中,通过旋转位置求取装置(88)求取检验元件相对于旋转位置求取装置(88)的旋转位置或旋转位置改变。
11.按照权利要求10的方法,其中,
-旋转位置求取装置(88)相对于第一部件(206)或相对于第四部件(62)无相对转动地定位,
-检验元件(5)相对于第一部件(206)或者相对于第四部件(62)无相对转动地定位,
其中,如果检验元件(5)相对于第四部件(62)是无相对转动的,则旋转位置求取装置(88)相对于第一部件(206)是无相对转动的,并且如果检验元件相对于第一部件(206)是无相对转动的,则旋转位置求取装置(88)相对于第四部件(62)是无相对转动的。
12.按照权利要求10的方法,其中,
-旋转位置求取装置(88)和/或
-检验元件(5)
安置在旋转装置(201)上或参考旋转装置(60)上。
13.按照权利要求10的方法,其中,检验元件是反射器,反射器反射照到反射器上的射束,其中,被反射的射束的方向与第一部件(206)相对于第四部件(62)的相对旋转位置有关。
14.按照权利要求10的方法,其中,检验元件是测量体(1000),测量体与旋转轴线D具有间距地和/或不与旋转轴线D同轴心地布置,从而通过测量装置依据测量体的被改变的旋转位置能够确定测量体围绕旋转轴线D的旋转角度。
15.按照权利要求1-14之一的方法,其中,参考旋转装置(60)是已校准的或者自校准的或者能够机械地调节到准确的旋转位置上的旋转台。
16.按照权利要求1-14之一的方法,其中,旋转装置(201)是旋转台、旋转铰链或旋转摆动铰链(2)。
17.按照权利要求1-14之一的方法,其中,参考旋转装置(60)的旋转轴线R与旋转装置(201)的旋转轴线D同轴心或基本同轴心。
18.一种用于根据上述权利要求中任一项所述的方法求取旋转位置求取系统的一个或多个误差的组件,该旋转位置求取系统测量用于坐标测量仪的旋转装置(201)的部件的旋转位置,其中,该组件具有:
-旋转装置(201),其具有第一部件(206)和第二部件(205),第一部件和第二部件相对于彼此围绕旋转装置(201)的旋转轴线D能够旋转,
-旋转位置求取系统,
-具有两个相对于彼此能够旋转的部件(61,62)的参考旋转装置(60),该参考旋转装置是旋转台,其中,两个部件中的一个是第三部件(61),第三部件关于旋转轴线D与旋转装置的第二部件无相对转动地耦合,并且两个部件中的另一个是第四部件(62),第四部件相对于第三部件(61)围绕参考旋转装置的旋转轴线R能够旋转,
-旋转位置求取装置(88),其用于求取第一部件(206)和第四部件(62)相对于彼此关于旋转轴线D的合成旋转位置,
-误差求取装置(1001),其用于求取旋转位置求取系统的误差,其中,误差求取装置构型为,
·由第一部件(206)和第四部件(62)相对于彼此的、已改变的合成旋转位置
来求取旋转位置求取系统的旋转位置误差。
19.按照权利要求18的组件,其中,所述误差求取装置构型构造为还同时
由旋转装置(201)的旋转位置或旋转装置的旋转位置的改变,并且由参考旋转装置(60)的旋转位置或者参考旋转装置的旋转位置的改变
来求取旋转位置求取系统的旋转位置误差。
20.按照权利要求18的组件,其中,所述误差求取装置构型构造为
由旋转装置(201)的旋转位置或旋转装置的旋转位置的改变,并且由参考旋转装置(60)的旋转位置或者参考旋转装置的旋转位置的改变
来求取旋转位置求取系统的旋转位置误差,
而不是
由第一部件(206)和第四部件(62)相对于彼此的、已改变的合成旋转位置
来求取旋转位置求取系统的旋转位置误差。
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