CN107110645A - 用于确定作用在旋转设备上的转矩或作用于旋转设备上的力的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于确定作用在旋转设备(1；50)上并且横向于该旋转设备的转子(2；51)的旋转轴线(D)的转矩和/或力的方法，其中，该旋转设备具有测量系统(3，4a，4b，4c，4d；95，64a，94a，94b；110，LK₁，LK₂，LK_n)，该测量系统包括：测量体(3；95；110)以及至少三个检测装置(4a，4b，4c，4d；64a，94a，94b；LK₁，LK₂，LK_n)，这些检测装置用于检测检测装置(4a，4b，4c，4d；64a，94a，94b；LK₁，LK₂，LK_n)和测量体(3；65；110)的相对位置和/或用于检测检测装置和测量体的相对位置的变化，并且其中，该方法包括以下步骤：在设定的旋转位置上产生(S1)转矩(M)和/或力，该转矩和/或力作用在该旋转设备(1；50)上并且与该旋转设备(1；51)的转子(2；51)的旋转轴线(D)相交叉指向，其中，该转矩和/或力引起该转子偏斜，由这至少三个检测装置(4a，4b，4c，4d；64a，94a，94b；LK₁，LK₂，LK_n)的和该测量体(3；95；110)的相对位置确定(S2)在该转子的该设定的一个旋转位置上该转子(2；51)的偏斜量和/或该转子的位置误差，通过使用该转矩(M)和/或力、与该偏斜量和/或位置误差之间的关系确定(S3)在该转子(2；51)的该设定的一个旋转位置上的转矩和/或力，该关系是已知的针对该旋转设备确定的。

Description

用于确定作用在旋转设备上的转矩或作用于旋转设备上的力 的方法

本发明涉及用于确定作用在旋转设备、特别是坐标测量机(Koordinatenmessgeraet,KMG)的旋转设备上的、与该旋转设备的转子的旋转轴线相交叉地指向的转矩和/或力的方法，并且涉及用于确定旋转设备的转子的质量重心的相位角的方法。

转轴、特别是高精度的空气支承转台常经对具有倾斜力矩的负载是敏感的。使空气支承件超载可能导致气隙崩溃和两个相对的支承表面彼此接触。在这种情况下，转轴就不能再有任何进一步的移动，因为否则可能起空气支承件损坏或支承件卡住。

安装在滚动轴承上的转轴也不能超载。尽管滚动轴承不常卡住，但原则上滚动轴承是针对准确的转轴而高度精确地制造的。在滚动轴承情况下，超载导致例如滚动轴承塑性变形/磨损，其结果是因而就不再提供准确度。安装在滚动轴承上的转轴可能损坏，特别是相当长期地存在超载时。

对安装在滚动轴承上的转台的主轴检查示出它们在交付状态下经常具有优异的准确度，但在运行几年之后就呈现出显著的运动误差。在此，转轴的劣化经常被忽视，其结果是出现不可靠的测量结果。

通过举例方式，该问题还影响旋转回转联结件，其中，例如，由于旋转轴线的安装位置或所采用的传感器和探测系统而会垂直于旋转轴线出现倾斜力矩或转矩。在这种情况下，出于重量或空间的原因，旋转回转联结件的支承件经常在量度上被设计得相对弱。

如果例如，因为坐标测量机(KMG)不再能通过验收检查而需要更换消费者的旋转设备，经常并不清楚磨损原因、或者一般不可能证明消费者使转轴超载过。

一些转台(例如，像Zeiss公司的RT-AB)具有复杂且昂贵的支承监测，其最初仅可用于空气支承的转轴。

原则上，在转轴情况下，倾斜力矩除了造成与理想旋转运动的偏差(运动误差)以外还造成旋转角度测量系统错误。为了至少使角度测量系统很大程度上与倾斜力矩的影响无关，经常利用带有专用支承件的昂贵角度测量系统。然后，这类带有专用支承件的角度测量系统经常为摩擦所困扰，所述摩擦导致可能引起滞后现象。

本发明的目的是解决前述问题中的一个或多个问题。具体地，应指明用于确定作用在旋转设备上的转矩或作用在旋转设备上的力的方法。借助于所述方法，应可以确定旋转设备、特别是旋转设备的支承件的超载。

根据本发明的基本概念，与旋转设备的旋转轴线相交叉地指向的转矩是通过评估转子的偏斜量和替代地或此外通过评估转子的位置误差来确定的。具体地，转矩值是在本发明的范围内确定的。本发明利用了一方面是转矩与另一方面是偏斜量和/或位置误差之间的关系。对于旋转设备而言可以确定所述关系或者其可以是已知的。借助于所述关系，可以从转子的确定的偏斜量和/或确定的位置误差来确定转矩。

本发明的特别优点所在于的事实是可仅在旋转设备的或旋转设备的转子的一个旋转位置上确定转矩。因此，不需要使得旋转设备的可运动部件、特别是转子旋转。该方法可以在没有旋转运动的情况下进行。

如果利用至少三个检测装置，则可以在下一步骤中在每个转子位置或旋转位置和在仅确切地一个这类旋转位置上由这些检测装置确定偏斜量、和倾斜力矩和/或位置误差。如果施加转矩，就可以通过避免旋转来避免对旋转设备、特别是旋转支承件造成损坏，其是由于旋转设备的部件超载引起的。这在转子的敏感支承件情况下、例如在空气支承件情况下是特别有利的。如果空气支承件由于支承的转子轴上的过大倾斜力矩而超载，则空气支承件可能损坏得非常快。可以确定偏斜量并且根据其确定倾斜力矩和/或旋转位置的位置误差而不需要旋转运动或设置一个或多个进一步的旋转位置，而在这种情况下，敏感支承件可能受到损坏。

术语“力矩”和“转矩”同义使用。与旋转设备的旋转轴线相交叉、特别是相垂直指向的力矩或转矩又称为“倾斜力矩”。短语“倾斜力矩”源自以下事实：在外部作用在转轴上的、引起与旋转轴线相交叉的合适力引起转子呈倾斜形式的较大或较小的偏斜。通过举例方式，力是工件的重量，工件根据其重心定位成远离转子的旋转轴线，其结果是，由于重量，转子与旋转轴线相交叉、换言之侧向地偏斜、特别是倾斜。倾斜力矩还可以由在旋转设备的转子旋转过程中的离心力引起。

转子的“偏斜”是指转子围绕旋转轴线以与转子的旋转轴线成一定角度旋转。换言之，偏斜是转子围绕旋转轴线以与转子的提供的旋转轴线成一定角度的旋转运动(又称为倾斜或旋转偏斜)。与转子的旋转轴线成一定角度的旋转轴线优选地是虚拟轴线，即不是实际体现的转轴。

转矩可以由叉积表示

M＝r×F

其中，F例如表示定位在旋转设备上的质量产生的重量，所述质量平行于旋转轴线指向，或者表示平行于旋转轴线的分力，并且

r例如表示质量的重心距离旋转轴线的径向距离。

转矩作用在转轴上和/或作用在旋转设备的可围绕旋转轴线旋转的部分上、特别是转子和/或测量系统的测量体或检测装置上。

i)转矩与ii)偏斜量和/或位置误差之间的前述关系具体是尚有待于在本说明书中解释的(值)赋值关系或函数关系。可以在赋值过程中添加进一步的值，例如，像在旋转设备上(例如在旋转设备的机器坐标系中)转子的旋转位置、质量的重心的相位角、质量(特别是重心)相对于测量系统的检测装置的相位角。

可以获得函数关系，其中转子的偏斜量和/或旋转设备的位置误差根据所产生的转矩来表示，或者反之亦然。可以添加进一步的变量，例如，像在旋转设备上(例如在旋转设备的机器坐标系中)转子的旋转位置、质量的重心的相位角、质量的重心相对于测量系统的检测装置的相位角。因此，可以根据转矩、旋转位置和可选地甚至进一步的变量来获得偏斜量和/或位置误差。

根据本发明的进一步的基本概念，通过评估转子的偏斜量和替代地或此外通过评估转子的位置误差来确定与旋转设备的旋转轴线相交叉指向的力。具体地，确定力的值。本发明确立一方面力与另一方面偏斜量和/或位置误差之间的关系。对于旋转设备而言可以确定所述关系或者其可以是已知的。借助于所述关系，可以从转子的确定的偏斜量和/或确定的位置误差来确定转矩。这种关系还可以呈赋值关系形式或呈函数关系形式存在或加以确定。

在本发明的范围内，与转子的旋转轴线相交叉的力又称为横向力，在对应的背景下，仅简称为“力”。横向力作用在转轴上和/或作用在旋转设备的可围绕旋转轴线旋转的部分上、特别是转子和/或旋转位置测量系统的测量体、特别是标准件上。与倾斜力矩相似，横向力引起旋转设备的转子与转子的旋转轴线相交叉地偏斜。

如果在本说明书中参考转矩(其中所述转矩与旋转轴线相交叉)描述了关系(赋值关系、函数关系)、方法或装置，则作为替代方案或除了转矩之外，本披露还可以指横向力。通过举例方式，横向力可以引起测量系统的可移动部分、例如检测测量体的相对位置或位置变化的测量体或检测装置平移。通过举例方式，如果转轴刻意或无意间成一定角度安装，例如倾斜安装的转台或旋转联结件，则可能发生横向力。横向力可以是例如使用坐标测量机的探针施加在旋转设备上。

在本发明中基于测量系统的多个部分的相对位置或相对运动来确定偏斜量。具体地，测量系统是旋转位置测量系统或角度测量系统。

考虑了具体与没有施加倾斜力矩的或没有施加横向力的初始状态相关的相对位置或相对运动，其中相对位置和相对运动不是由转子的旋转运动引起的，而是替代地由转子的偏斜引起。换言之，相对位置或相对运动是一方面为测量体与检测装置的相对位置或相对位置的变化(例如，与参考点相比较)。在前述没有施加倾斜力矩或没有施加横向力的初始状态下，可以确定检测装置的参考点，所述参考点在本说明书中是指不同的点。

具体地，相对位置或相对运动是测量系统的多个部分或部件的相对位置或相对位置的变化(例如，与参考点相比较)。具体地，所考虑的部分是以下描述的测量体和检测装置。

根据本发明的进一步方面，通过评估测量系统的偏斜量(即，相对位置或相对运动)来确定转子的倾斜度(转子的倾斜位置)、特别是倾角。替代地、或此外，可以通过评估转子的位置误差确定转子的倾斜度(转子的倾斜位置)、特别是倾角。通过举例方式，可以确定或了解转子的倾角与偏斜量之间的关系或转子的倾角与位置误差之间的关系，并且可以在该关系的帮助下基于所确定的偏斜量或所确定的位置误差来确定未知偏斜量。

具体地，本发明详细说明了用于确定作用在旋转设备上并且与旋转设备的转子的旋转轴线相交叉指向的转矩和/或力的方法，其中，该旋转设备包括测量系统，该测量系统包括：

-测量体，

-至少三个检测装置，这些检测装置用于检测检测装置和测量体的相对位置和/或用于检测检测装置和测量体的相对位置的变化，

并且其中，该方法包括以下步骤：

-产生转矩和/或力，该转矩和/或力作用在该旋转设备上并且与该旋转设备的该转子的旋转轴线相交叉指向，其中，该转矩和/或力引起该转子偏斜，

-由所述至少三个检测装置的和所述测量体的相对位置确定在该转子的该设定的旋转位置上该转子的偏斜量和/或该转子的位置误差，

-使用针对该旋转设备已知或确定的以下两项之间的关系确定在该转子的该设定的一个旋转位置处的转矩和/或力

i)转矩和/或力，与

ii)偏斜量和/或位置误差。

具体地产生转矩和/或力的方法可以是在转子的非旋转状态下操作旋转设备过程中、例如在工件定位在旋转设备上时进行。旋转设备的操作是指旋转设备的一般用途，例如，用于测量用途。旋转设备可以被安排在坐标测量机(KMG)或机床中或之处。具体地产生转矩和/或力的方法可以在KMG或机床的操作过程中、特别是在测量操作过程中进行。可以在坐标测量机的测试过程、位移过程和/或校正过程中考虑所确定的转矩。

该方法可以包括确定检测装置的参考点的步骤。该参考点是在没有产生作用在旋转设备上的转矩和没有产生作用在旋转设备上且与旋转设备的转子的旋转轴线相交叉指向的力的情况下的测量值。因此，确定测量值用于确定检测装置的、没有产生前述转矩或前述力的参考点的用途。在转矩和/或横向力的影响下获得的测量值可以与参考点有关。然而，如果使用就绝对值而言测量的检测装置，则没有必要确定检测装置的参考点。可以容易地评估绝对检测装置(例如，在没有进一步的硬件情况下经由总线系统的连接)，从而导致该方法吸引力提高。

原则上，旋转设备不局限于特定的旋转设备。优选地，旋转设备适合于或被配置成用于在坐标测量机(KMG)中使用，或者旋转设备是KMG中的旋转设备。本发明适用于可旋转过任意角度和/或经常沿一个或多个旋转方向可任意旋转的旋转设备。本发明在例如仅可以旋转过一定角度或在限制的角范围内旋转的旋转设备(其旋转运动受到限制)情况下同样适用。

旋转设备的实例是旋转联结件、包括多条旋转轴线的旋转设备、具有多个旋转轴线的旋转回转联结件、转台和旋转回转台。转台或旋转回转台在本发明中是优选的。具有两条旋转轴线的旋转回转台通常具有不对称结构。可围绕第二轴线旋转的质量甚至在工件没有在旋转回转台上引起负载的情况下也可以在第一旋转轴线处引入倾斜力矩并且由此产生第一轴线的偏斜或位置误差。另外，由于轴线的倾斜位置，重量可以导致多条旋转轴线的偏斜或位置误差。在本发明的一个实施例中，旋转设备是用于坐标测量机的、具体地从前述旋转设备中选择的旋转设备。另一方面，本发明涉及在机床、机器人和高准确度重要的其他应用中可采用的旋转设备。

旋转设备优选地包括转子和定子。定子是旋转设备的静止部件。转子是旋转设备的旋转部件。

旋转设备可以包括旋转联结件和/或枢转支承件。转子和定子可以通过旋转联结件或枢转支承件的方式彼此联接。通过举例方式，枢转支承件可以是空气支承件或滚动轴承。旋转联结件不局限于特定的旋转联结件。旋转联结件可以具有整合式或多部分式的实施例。整合式旋转联结件又称为整体式旋转联结件。旋转联结件包括两个区域，这些区域相对于彼此可围绕旋转轴线旋转并且可选地还可相对于彼此平移。而且，整合式旋转联结件可以实施成有待连接的两个元件整合的方式。多部分式联结件包括相对于彼此可围绕旋转轴线旋转的至少两个部分或元件。

在本发明的一个变体中，测量系统是旋转位置测量系统。在这种情况下，测量体是用于确定旋转位置或旋转位置的变化、特别是角位置或角位置的变化的标准件。替代地，标准件又称为“参考体”。在旋转位置测量系统情况下，可通过检测装置来检测旋转位置或旋转位置的变化、特别是角位置或角位置的变化。

如果旋转设备包括旋转位置测量系统作为测量系统，所述旋转位置测量系统包括用于确定旋转位置的至少三个检测装置，就可通过本发明确定旋转位置误差。具体地，旋转位置误差是旋转位置测量系统的误差。

检测装置又称为传感器。在旋转位置测量系统情况下，传感器可以是通过其可以检测标准件的位置或运动的扫描头或读取头。标准件可以具有可检测标记。通过举例方式，在旋转设备的旋转运动情况下，检测装置可以检测标准件上经过检测装置的可检测区域的标记。在此，这些标记可以是例如相对于旋转轴线沿径向方向延伸或平行于旋转轴线延伸的破折号形状标记。对应的标准件又称为节距圆盘。这类标记由检测装置例如使用光学传感器来检测。在不同变体中，磁性标记(例如，通过安排有围绕旋转轴线分布的磁性元件的方式)是有可能的。用于检测磁性标记的对应检测装置可以是例如磁阻传感器。理想上，这些标记中的多个标记的位置以距离彼此相等角距离围绕旋转轴线分布。在检测装置和标准件的相对运动情况下，检测装置可以检测经过的标记的计数读数或每个经过的标记的信号。

在另一个变体中，测量系统是位置测量系统，其中确定检测装置相对于测量体的相对位置或位置的变化。可以通过该位置或位置的变化确定偏斜量。在这个变体中，检测装置优选地是距离传感器。可以确定距离传感器与测量体之间的距离或距离的变化。具体地，这个变体中的测量体是旋转对称的、特别是圆柱形、盘形或环形。优选地，至少一个距离传感器指向测量体的侧表面、特别是指向圆柱形测量体的侧向表面或盘形或环形测量体的侧表面。使用这可以确定测量体的侧向偏移量、可能还有倾度。优选地，以与前述距离传感器可组合的方式，至少两个距离传感器指向测量体的末端表面、特别是指向圆柱形测量体的圆形末端表面、盘形测量体的圆形末端表面或环形测量体的环形表面。可以使用这些距离传感器确定测量体的倾度。

在根据本发明的方法中，可以通过以下方式产生转矩：

-将质量、特别是工件定位在该转子上，其中，该质量的重心相对于该旋转轴线偏心，和/或

-通过将该转子或定位在该转子上的工件与KMG的测量系统相接触、特别是通过使用KMG的测量系统、特别是使用探针进行探测来在转子上施加力。

可以在相对于转子的旋转轴线偏心的位置进行探测。通过举例方式，如果KMG的探针通过探测转子或定位在转子上的工件而在旋转轴线附近在转子上施加力，则由半径(探针距离旋转轴线的距离)和KMG的探测系统的、或探针的探测力产生转矩。转矩引起转子偏斜。探测位置还可以恰好与旋转轴线一致并且在如看到的距离转子高度(Z)处进行探测。如果探测力与旋转轴线相交叉地作用，则可以通过存在的杠杆(Z高度)来产生转矩。

可能由转子的偏斜量或倾斜位置产生横向力，其结果是获得分力，所述分力例如通过将作用在旋转轴线上的重力分解成两个分力、其中一个分力与旋转轴线相交叉特别是与之相垂直地对齐从而与该轴线相交叉、特别是与之相垂直地对齐。替代地、或代替地，可以通过探测工件来产生横向力。

以下描述了方法步骤“在转子的旋转位置处确定转子的偏斜量和/或转子的位置误差”：

在此考虑的位置误差可能是由于转子的偏斜引起。根据本发明，可以仅确定倾斜力矩和/或横向力产生的偏斜量。此外、或替代地，可以确定所产生的位置误差。首先解释确定偏斜量，接着解释确定位置误差。

在测量系统的预期操作过程中，检测装置与测量体相互作用。当转子投入运动时，将可移动测量体或至少三个可移动安装的检测装置投入相对运动。可移动测量体和/或可移动检测装置可以联接至转子，其方式为使得转子的运动引起测量体和/或检测装置运动。

在根据本发明的方法中使用的检测装置相对于测量体的相对位置或相对位置的变化是与转子围绕旋转设备的旋转轴线的预期旋转运动所引起的不同的位置或相对位置的变化。

检测装置的实际提供的且期望的功能性和功能如下：在转子围绕旋转设备的所提供的旋转轴线旋转的情况下，测量体或检测装置共同旋转，并且测量体或检测装置围绕旋转设备的所提供的旋转轴线进行旋转运动。这种运动用于测量旋转位置。通过举例方式，测量体沿着探测装置运动，并且检测装置能够例如借助于检测装置检测运动经过检测装置的标记来检测旋转位置或旋转位置的变化、特别是角度(位置)变化。替代地，检测装置可以沿着以牢固防止旋转的方式定位的测量体运动。

相比之下，本发明中使用以下效应，所述效应由转子的错误运动、和因此测量体的或检测装置的错误运动引起：

根据本发明，产生在转子静止期间(即，当转子没有旋转运动时)已经作用在旋转设备上的转矩和/或力。由于转子静止期间转子偏斜，检测装置相对于测量体的相对位置与之前(即，在偏斜之前)相比有变化或者检测装置相对于测量体的相对位置有变化。因此，这种变化的相对位置或相对位置的变化不是由转子围绕旋转设备的所提供的旋转轴线的旋转运动引起的，而是由转子围绕旋转轴线以与所提供的旋转轴线成一定角度的旋转引起的。因此，当转子静止时，可以根据检测装置相对于测量体的相对位置(由偏斜引起)确定转子的偏斜量。

在转子“偏斜”情况下，测量体可能围绕旋转轴线以与转子的所提供的旋转轴线成一定角度旋转。当测量体和转子以相对于彼此不可移动的方式彼此联接时，转子在偏斜运动期间也通过同一旋转轴线旋转。测量体围绕与转子的所提供的旋转轴线相交叉的旋转轴线旋转运动引起测量体和检测装置的相对运动，该相对运动在检测装置处或通过其被检测为测量体相对于相应检测装置的平移运动，其中这种平移运动与旋转轴线的范围相交叉地延伸。

替代地，在转子“偏斜”情况下，检测装置的安排可以围绕与转子的所提供旋转轴线成一定角度的旋转轴线旋转。当检测装置的安排和转子以相对于彼此不可移动的方式彼此联接时，转子在偏斜运动期间也通过同一旋转轴线旋转。在检测装置的安排中，检测装置相对于彼此局部固定。检测装置的安排围绕与转子的所提供的旋转轴线相交叉的旋转轴线旋转运动引起测量体和检测装置的相对运动，该相对运动在检测装置处或通过其被检测为测量体相对于相应检测装置的平移运动。因此在检测装置处或通过其感知到的平移运动交叉于旋转轴线的范围延伸。

根据本发明，存在至少三个、优选地四个检测装置。

转子围绕旋转设备的所提供的旋转轴线的旋转与使用至少三个检测装置的转子偏斜不同。

检测装置和测量体相对于彼此是可移动的。测量体可以是可移动的、特别是可旋转的，并且检测装置可以是相对于定子静止的、例如固定的。具体地，测量体以牢固防止旋转的方式和牢固防止平移的方式联接至转子，并且所述测量体也执行转子的运动。在替代性变体中，检测装置可以以可移动、特别是可旋转的方式安装，并且测量体可以是相对于定子静止的、例如固定的。其组合是有可能的。决定性的是检测装置和测量体的相对可移动性。如果以可旋转方式安装测量体，则优选地以围绕转子的旋转轴线可旋转的方式安装测量体。如果以可旋转方式安装检测装置，则优选地以围绕转子的旋转轴线可旋转的方式安装检测装置。

有利地，测量体的支承件、或检测装置的支承件可以联接至旋转设备的转子的支承件。在此，在没有测量体的或检测装置的独立支承件的情况下实施旋转位置测量系统，这是特别有成本效益的。在这个变体中，本发明的优点是可以省去测量系统的所谓的整合式支承件、特别是测量体的独立支承件、或替代地检测装置的支承件。具体地，测量体和转子可以由共用支承件支承，或者检测装置和转子可以由共用支承件支承。具体地，支承件是枢转支承件，支承装置是枢转支承装置。然而，通常，该方法还适用于带有测量体或检测装置的整合式支承件的测量系统。

特别是如果测量系统是前述旋转位置测量系统，则测量体可以是如上所述的标准件。标准件表示出旋转位置测量变量的值和旋转位置测量变量的一系列值。旋转位置测量变量可以代表转子的旋转位置，或所述旋转位置测量变量可以可转换或可变换成旋转位置、例如角度。用于确定旋转位置的标准件的实例是带有位于预定、优选地恒定距离处的标记的盘或环。通过举例方式，所述标记的间距指明旋转位置的变化或旋转位置增量、特别是角增量。

检测装置和标准件相对于彼此安排，其方式为使得标准件与检测装置之间的相对位置、或相对位置的变化、或相对运动可通过检测装置来确定。

使用检测装置，可以检测旋转位置测量变量的值或旋转位置测量变量的值的变化，例如标记或标记相对于检测装置的运动。

示例性检测装置是磁阻检测装置、磁检测装置、电容式检测装置或光学检测装置。

测量系统、特别是旋转位置测量系统可以是以增量或绝对值进行测量的测量系统。

如前所述，使用至少三个检测装置，这些检测装置用于检测检测装置和测量体的相对位置和/或用于检测检测装置和测量体的相对位置的变化。三个检测装置可以沿中心在转子的旋转点(或在旋转轴线上)处的圆相对于彼此偏移安排。换言之，检测装置可以被安排成围绕旋转设备的旋转轴线分布。

具体地，测量体是圆柱形、盘形(其应理解为指高度相对小的圆柱体)或环形。

具体地，测量体具有圆形、或基本上圆形的外周线。

如果测量体是标准件，则检测装置在一个变体中轴向对齐盘形标准件或环形标准件。换言之，传感器检测例如可检测标志安排于其上的环形表面或圆形表面。以另一种不同方式表达，检测装置然后朝标准件定向的方式为它们从上方和/或从下方看标准件的水平地或基本上水平地延伸的圆形表面或环形表面。

在实施例中，如果存在包括四个检测装置的测量系统，则可以确定偏斜量，通过这些检测装置，在各自情况下可以检测测量体相对于检测装置的位置或位置变化。在各自情况下，四个检测装置优选地被安排成围绕旋转轴线按大致80°-110°、优选地大致或恰好90°分布。这些检测装置可以沿中心在转子的旋转点(或在旋转轴线上)处的圆相对于彼此以前述角度(以前述角度范围)安排。换言之，四个检测装置沿圆分布，该圆的中心点与转子的旋转轴线重合，其方式为检测装置相对于彼此的相对角度在各自情况下(即，对于每个相对角度而言)为80°-110°、优选地90°或大致90°。具体地，短语“大致90°”是指85°-95°的相对角度。相对角度是指第一线与第二线的夹角，其中，第一线从转子的旋转轴线一直延伸到第一检测装置、优选地到检测装置的中心，并且第二线从转子的旋转轴线一直延伸到相邻检测装置、优选地到相邻检测装置的中心。前述线是想象的虚拟线。具体地，测量体是盘形或环形的。具体地，测量体具有圆形、或基本上圆形的外周线。检测装置可以沿盘形或环形标准件、特别是沿圆形或基本上圆形外周线被安排成相对于彼此偏移大致或恰好90°，并且所述检测装置可以与测量体相互作用。

使用四个检测装置，可以确定以下各项沿第一空间方向(例如，X方向)偏斜的向量分量：

-检测装置相对于测量体的相对运动和/或

-转子的偏斜和/或

-沿第一空间方向的转矩，可由相对运动和/或偏斜量确定

以上是通过第一对检测装置来确定的。第一对检测装置中的这些检测装置优选地沿中心在转子的旋转点处(或在旋转轴线上)的圆彼此偏移180°，即所述检测装置位置彼此相对。

使用四个检测装置，可以确定以下各项沿第一空间方向(例如，Y方向)偏斜的向量分量：

-检测装置相对于测量体的相对运动和/或

-转子的偏斜和/或

-沿第二空间方向的转矩，可根据相对运动和/或偏斜量确定

以上是通过第二对检测装置来确定的。第二对检测装置中的这些检测装置优选地沿中心在转子的旋转点处(或在旋转轴线上)的圆彼此偏移180°，即所述检测装置位置彼此相对。

第一对检测装置优选地沿中心在转子的旋转点处(或在旋转轴线上)的圆相对于第二对检测装置偏移90°或大致90°，使得所有四个检测装置在各自情况下相对于彼此偏移90°或大致90°。

以下解释了确定位置误差：

在本发明中如此表示的位置误差，在此又称为旋转位置误差或偏心误差，描述了旋转设备的旋转位置测量系统指示的旋转位置值与认为正确的“实际”旋转位置值(又称为参考旋转位置值)的偏差。优选地，旋转位置误差仅指定由转矩和/或横向力引起的误差分量。优选地忽略或通过单独校正来确定和必要时消除刻度的进一步误差或误差分量、例如分度误差。

具体地，当确定旋转设备的位置误差时，确定旋转位置测量系统的、特别是角度测量系统的、旋转设备的误差。旋转位置测量系统包括前述标准件和前述检测装置。通过举例方式，旋转位置测量系统集成在旋转设备中或分配给旋转设备，并且其具体地是角位置测量系统。

参考旋转位置值可以是通过参考设备来指明的值，该参考设备的旋转位置被假设为是非常精确和正确的，并且将其旋转位置值与旋转设备的旋转位置确定系统指示的旋转位置值相比较。因此，可以使用参考测量系统或前述参考设备来在至少一个旋转位置处确定旋转设备的位置误差。

通过举例方式，参考设备包括高度准确的、经校准的旋转位置测量系统。参考设备的实例是参考旋转设备、特别是参考转台，通过其可以非常准确的方式测量旋转位置。例如在国际专利申请PCT/EP 2013/050328中描述了用于使用参考旋转设备确定旋转位置误差的方法。另外，已知其中使用了经校准的多面镜的用于确定旋转位置误差的方法。

通过举例方式，位置误差变得明显是在于旋转设备的旋转位置测量系统指示偏离实际旋转位置的值。本发明考虑的位置误差是由与旋转设备的旋转轴线相交叉、特别是与之相垂直(即，与该旋转轴线相交叉、特别是与之垂直起作用)的转矩、和/或交叉于、特别是与旋转轴线相垂直(即，与该旋转轴线相交叉、特别是与之垂直起作用)的力引起的。转矩和/或力影响旋转位置测量系统的方式为使得该旋转位置测量系统指示旋转位置误差值。如果旋转位置测量系统的标准件、例如具有可检测线量度的盘例如与旋转设备的转子一起支承在共用支承件上，转子的偏斜也引起标准件相对于检测标准件上的旋转位置的检测装置的偏斜或位移。由此引起旋转位置误差。然而，如果没有共用支承件，但例如转子和标准件通过其他手段机械联接使得转子的运动误差引起标准件的运动误差，则也可能产生旋转位置误差。

以下描述了

i)转矩和/或力，与

ii)偏斜量和/或位置误差

之间的关系可以如何表示和获得。

用于根据偏斜量或位置误差确定转矩和/或力的关系可以是下述(值)赋值关系或下述函数关系。

具体地，该关系是

i)转矩和/或力，与

ii)最大偏斜量或最大位置误差之间的关系。

优选地，偏斜量的值或位置误差的值遵循三角函数。最大偏斜量或最大位置误差可以被定义为三角函数的纵坐标上的最大值与最小值之间的距离的一半(幅值，误差界限的一半)或者被定义为三角函数的纵坐标上的最小值和最大值之间的距离(整个误差界限)。转矩和/或力与最大偏斜量或最大位置误差之间的关系、特别是函数关系可以是线性的、或可通过多项式描述。

该关系可以含有一个或多个旋转位置值。根据本发明的方法中的一个设定旋转位置可以与该关系的这些旋转位置值之一相对应，并且所以转矩和/或力可在这一个设定旋转位置通过该关系来确定。如果选择与这一个设定旋转位置不同的旋转位置(例如，不同角度值)，则该关系可以用于确定转矩和/或力，因为该关系(其含有多个旋转位置值)对于这个旋转位置值也是已知的。

转子的位置误差和偏斜量可以取决于转子的旋转位置或可以随着旋转位置而变化，其中在这种情况下优选地考虑多个旋转位置值。

赋值可以含有关于在旋转位置或在多个旋转位置处的转矩、和赋值的偏斜量或位置误差的信息。

以示例性方式，该赋值可以是值对或值三元组的集合，其替代地可以看起来像以下内容：

-转矩和偏斜量，

-转矩和位置误差，或

-转矩、偏斜量和位置误差。

可选地，可以将恒定或可变旋转位置添加至这些值对或值三元组。

关系、具体地赋值关系可以替代地或此外含有关于在旋转位置或在多个旋转位置处的转矩、和赋值的偏斜量或位置误差的信息。以示例性方式，赋值可以是值对或值三元组或值四元组的集合，其替代地可以看起来像以下内容：

-力和偏斜量，

-力和/或位置误差，

-力、偏斜量和位置误差，

-力、转矩和偏斜量，

-力、转矩和位置误差，或

-力、转矩、偏斜量和位置误差。

可选地，可以将恒定或可变旋转位置添加至这些值对、值三元组或值四元组。

通过举例方式，赋值可以以表格式和优选地以电子方式可存储且可读取的形式存在。可以在例如KMG的存储装置中进行存储。赋值可以含有任意数目的这类值对/三元组/四元组。在赋值的帮助下，可以确定例如在特定旋转位置处特定偏斜量的情况下转矩或横向力有多大。通过赋值方式，在每种情况下，可以根据其他其余变量确定前述每个变量。

函数关系可以以数学函数的形式存在。通过举例方式，函数关系可以指定以下关系之一：

-转矩根据偏斜量和可选地旋转位置的变化，

-转矩根据位置误差和可选地旋转位置的变化，

-横向力根据偏斜量和可选地旋转位置的变化，

-横向力根据位置误差和可选地旋转位置的变化，

-转矩和横向力根据偏斜量和可选地旋转位置的变化，

-转矩和横向力根据位置误差和可选地旋转位置的变化。

可以添加进一步的变量，如质量或在旋转设备上的重心(例如，工件)、特别是在旋转设备的机器坐标系中位置、或质量或重心相对于测量系统的检测装置的位置。具体地，函数关系是计算处方，一个或多个变量可以作为变量、例如偏斜量或旋转位置的值输入到该计算处方中和当插入这些变量时根据该计算处方可计算因变量。

根据本发明，可以以多种不同分量、特别是向量分量来代表转矩或横向力，例如，以X分量和Y分量代表。每个向量分量可以通过赋值描述或通过函数关系来表示。可以根据这些分量确定、特别是计算绝对转矩(又称为总转矩)或所得横向力(又称为总横向力)。函数关系、特别是计算处方可以以电子方式可存储且可读的形式存在。可以在例如KMG的存储装置中进行存储。

可以根据方法获得前述关系，该方法包括：

a)在该转子的至少一个旋转位置处产生与该旋转设备的该转子的旋转轴线相交叉指向的至少一个转矩和/或至少一个力

b)在该至少一个旋转位置处确定该旋转设备的、由该至少一个转矩和/或该至少一个力引起的偏斜量和/或位置误差，

c)确定(i)转矩和/或力与(ii)偏斜量和/或位置误差之间的关系。

在本披露的其他地方讨论了用于产生转矩或力的变体，就像用于确定偏斜量或位置误差的方式一样。

可以如下进行确定呈赋值形式的关系：在至少一个旋转位置处，将至少一个转矩、和/或对至少一个力赋给在各自情况下在这个转矩和/或在这个力下赋给的偏斜量、和/或赋给在各自情况下在这个转矩和/或在这个力下赋给的位置误差。可以通过形成赋值和随后分析该赋值来确定函数关系。通过举例方式，可以例如通过已知的拟合方法找出表示赋值的数学函数。

用于确定关系的方法可以在KMG外或内进行。可以针对旋转设备的特定设计，在旋转设备安装在KMG(再次)上之前，可以一次或多次确定该方法。通过举例方式，该方法可以在旋转设备的制造过程之后、特别是在最后验收范围内进行。在进一步的变体中，该方法可以在KMG中、通过已安装的旋转设备、例如在准备进行测量操作时或在测量操作之前、或在测量暂停中进行。

所产生的转矩在其值方面是已知的，或其值是可以以上指定的用于确定关系的方法中确定的。通过举例方式，可以通过以下措施中的一项或多项措施产生该转矩：

-将质量定位在旋转设备的转子上，其中，质量的重心优选地相对于转子的旋转轴线偏心或定位成在转子的旋转轴线旁边，和/或

-通过探测转子或位于转子上的物体(例如，工件)来在转子上施加力。

通过举例方式，为了确定第一转矩的值或进一步的转矩的值，可以测量已知质量的物体的重量和转子上的物体相对于转子旋转轴线的偏心偏移并且可以根据其计算转矩。

进一步地，以下方法可供用于确定产生的与旋转设备的转子的旋转轴线相交叉、特别是与之相垂直的转矩的大小：

-可以通过距离传感器测量旋转轴线转子的偏斜量，该偏斜作为在角度测量系统的标准件的位置处的平移起作用。为此目的，可以使用测量系统的已经可用的距离传感器。在施加转矩前后，可以确定距离传感器的测量值的比较。或者可以使用绝对测量传感器，其中可以基于测量值确定偏斜量，

-如果如在前一点中所述，使用距离传感器，则距离传感器可以对应地指向已经提到的附接至转台的转子上并且优选地旋转对称的测量体。例如从国际专利申请WO 2013/007285 A1、特别是图1至图4和图12中已知圆柱形或(双)球形测量体形式的、传感器可以指向的测量体。

在前述点中提到的方法中，首先可以确定倾斜力矩/转矩与倾角、测量距离传感器之间的关系。可以借助于例如在距离旋转轴线已知距离处向转子上施加已知质量并以与旋转位置相关的方式确定旋转轴线转子的偏斜量来确定这种关系。由于质量和重心以及重心距离旋转轴线的距离是已知的，所以倾斜力矩也是已知的。可以使用距离传感器测量转子的倾度。如果施加不同的倾斜力矩，则可以以与倾翻力矩相关的方式确定倾度。因此，可以确定倾斜力矩与倾度之间的关系，使得如果施加未知倾斜力矩，则可以根据转子的倾度和已知关系来确定倾斜力矩。

所产生的横向力在其值方面是已知的，或其值是可以以上指定的用于确定关系的方法中确定的。优选地通过转子的偏斜量或倾斜位置产生第一力和可选的至少一个进一步的力，其结果是获得分力，所述分力例如通过将作用在旋转轴线上的重力分解成两个分力、其中一个分力与旋转轴线相交叉特别是与之相垂直地对齐从而与该轴线相交叉、特别是与之相垂直地对齐。通过例如KMG的探测系统施加横向力是进一步的变体。

可以通过评估(i)转矩和/或力与(ii)偏斜量和/或位置误差的所获得值来获得(i)转矩和/或力与(ii)偏斜量和/或位置误差之间的函数关系。通过举例方式，可以使用已知的近似法确定数学函数。

以下描述了本发明的进一步的优选实施例和变体。

在本发明的实施例中，如果达到或超过转矩和/或力的预定阈值，则输出警告和/或阻止转子旋转运动。因此，可以提供关于转子超载或转子以可旋转移动的方式安装在其上的支承件超载的警告，并且可以避免超载。这是有利的，特别是在空气支承件的情况下。

在本发明的实施例中，该方法用于确定尽可能不受转矩和/或不受力的质量的定位。质量定位在转子上的方式为使得偏斜量或所确定的位置误差最小或为零。

在本实施例中可以使用用于将工件居中的方法。如果不再存在转矩，则工件完全居中。如果不再存在转矩，则工件的重心同样居中。工件和重心在对称工件情况下居中。否则，在不对称工件情况下，仅重心居中。

在根据本发明的方法的扩展中，可以记录所确定的倾斜力矩和/或横向力。通过举例方式，通过这类记录或存储，可以通过过去发生的倾斜力矩太高或横向力太高的方式提供转轴超载的证据。

通常，可以使用所有常规测量系统、特别是常规位置或旋转位置测量系统执行该方法。以下解释了可以如何在根据本发明的方法中确定质量的(例如，工件的)重心的相位角。进一步地，解释了用于确定质量的重心的相位角的单独方法。

上述用于确定倾斜力矩和/或横向力的方法可以另外包括：

-由该转子的偏斜量或该转子的位置误差确定该质量的重心在该旋转设备的定子的坐标系中的和/或在该转子的坐标系中的相位角。

在这个方法变体中，除了倾斜力矩或横向力以外，还确定质量的或质量的重心的、特别是工件的位置。

所提到的转子或转子坐标系的原点在例如转子的中心点或旋转点。通过举例方式，该坐标系是二维坐标系，其中质量的重心的相位角是可描述的。

在该方法的进一步变体中，该方法包括：

-在该转子的旋转位置处确定该转子在第一空间方向上的偏斜量和该转子在第二空间方向上的偏斜量，

-由在该第一空间方向上的偏斜量和由在该第二空间方向上的偏斜量确定该质量的重心的相位角。

该方法特别有利，因为至少三个、优选地四个检测装置与测量体相互作用。在这种情况下，不需要旋转运动；替代地，在转子的可以预设的一个旋转位置就可以已经确定了重心的相位角。

在进一步方面，本发明涉及用于确定旋转设备的转子上的质量的重心在旋转设备的定子的坐标系和/或在该转子的坐标系上的相位角的方法

其中，该旋转设备包括旋转位置测量系统，该旋转位置测量系统包括：

-测量体，

-至少三个检测装置，这些检测装置用于检测检测装置和测量体的相对位置和/或用于检测检测装置和测量体的相对位置的变化，

并且其中，该方法包括以下步骤：

-将质量定位在该旋转设备的转子上，

-由所述至少三个检测装置的和所述测量体的相对位置确定在该转子的该设定的旋转位置上该转子的偏斜量，

-由该转子的偏斜量确定在该设定的一个旋转位置上该质量的重心的相位角。

在本发明中如通常一样，该质量可以是工件质量。

以上在本说明书中已经解释了通过包括测量体和检测装置的旋转位置测量系统的方式在旋转位置处确定转子的偏斜量，并且对说明书的全部内容进行了参考。

以上概括地和在特定变体中已经解释了根据转子的偏斜量确定质量的重心在定子的和/或转子的坐标系中的相位角。

以下基于示例性实施例对本发明进行描述。在附图中：

图1示出了取决于转子旋转角度和所施加的倾斜力矩的转台位置误差，

图2示出了取决于所施加的倾斜力矩的基波误差幅值(半最大误差容限)，

图3示出了被施加了一定质量时旋转设备的示意性平面图，

图4示出了在带有标准件的旋转设备情况下在0°方向上引入重量，

图5示出了在带有标准件的旋转设备情况下在90°方向上引入重量，

图6示出了带有所施加的重量的转子的、以标准件的增量测得的取决于旋转角度的偏斜量，

图7a、b示出了用于执行根据本发明的方法的旋转设备的替代性实施例，旋转设备具有测量体和距离传感器，

图8示出了在使用四个读取头时用于确定质量的相位角的反正切(atan)2关系的图示，

图9示出了用于确定转矩和/或力的方法的过程，

图10示出了用于确定重心的相位角的方法的过程，并且

图11示出了标准安排和三个检测装置。

1.总体考虑

作用在转轴的转子上的倾斜力矩引起转子倾斜。由于旋转点(支承部位)与标准件之间通常存在杠杆，所以倾斜引起标准件偏心。标准件的偏心在测量的角位置上引起所谓的偏心误差。如果标准件的位移垂直于角传感器或读取头，则位置误差最大，并且可以如下计算：

a＝s/r

其中α＝位置误差

s＝偏心幅值

r＝标准件的半径

试验已经展示出所谓的偏心误差的幅值与诱因倾斜力矩之间的关系通常例如用直线或多项式来良好地归纳和表述。试验是使用安装在空气支承件上的转台进行的。做出的假设是结果也可以传递给安装在滚动轴承上的转台。图1和图2中的结果如下所述是在校准过程范围内通过将位置值与参考转台相比较来产生的。

2.确定倾斜力矩与位置误差之间的关系

以下在第1点和第2点中以示例性方式示出了确定倾斜力矩与位置误差之间的关系。

2.1.无倾斜力矩标准CAA数据记录

出于测量在没有倾斜力矩情况下的位置误差的目的，使用如国际专利申请PCT/EP2013/050328的图1中示意性描绘的设置。这个国际专利申请还详细地、特别是在第81页起的实例部分中描述了用于在参考转台的帮助下确定转台的旋转位置误差的方法。

2.2有倾斜力计算机辅助准确度(CAA)数据记录

使用了与第1点中或PCT/EP 2013/050328的图1中的相同试验设置。转台具有支承件监测，通过其可以确定所施加的倾斜力矩。转台的支承件具有在专利申请DE 10 2008058 198 A1中以示例性方式描述的传感器系统。在施加于有待测量的转台的转盘上的不同质量和由其重量产生的倾斜力矩的情况下，设定转台的多种不同角位置。这些质量以相对于旋转轴线偏心的方式定位在转子转盘上。由对有待测量的转台的支承件(测试物体)的监测来确定或记录倾斜力矩和转台的定子坐标系的零位置与所施加的质量之间的相位。在此，创造了带有不同的递增倾斜力矩并(如果存在倾斜力矩的话)带有相同相位的12条数据记录a)-f)。图1示出了产生的误差样式。

图1所示的所有位置误差曲线可以通过弧度法中的余弦函数来描述。位置误差与倾斜力矩之间的关系是

位置误差＝-M*c*cos(t+pM-pRH)

其中

M＝转台定子坐标系中的倾斜力矩[Nm]

c＝比例因数“每牛顿-米的位置误差”，单位[Rad/Nm]

t＝转台定子坐标系中的转台位置[Rad]

pM＝所施加的质量和由此产生的倾斜力矩在转台定子坐标系中相对于其设定零点的相位角[Rad]

pRH＝在转台定子坐标系中相对于转台定子坐标系中的设定零点的读取头位置[Rad]

通过变量pM和pRH的方式，可以映射质量(其产生倾斜力矩)和检测装置两者的不同位置，在这种情况下，是在转台定子坐标系中映射角度编码器的读取头相对于该坐标系的零点的位置。由于倾斜力矩与幅值之间存在线性关系，如图2中所示，所以可以在余弦函数前面放带有比例因数c的倾斜力矩M。在此实例中给出了所述线性关系，但不需要在其他转台中存在。检查并且可以演示倾斜力矩对带有整合式支承件的角度测量系统的影响。倾斜力矩的影响或所引起的误差与没有整合式支承件的系统的情况(如以上解释的)相比小一个量级的幅值且是非线性的。在这种情况下，可以通过多项式来描述倾斜力矩对幅值的影响。

以上展示的余弦函数是在具有角度编码器的标准件、例如沿检测装置(在此是读取头)引导的分度盘环转时获得的。在图1中，所有位置误差曲线在转台位置0处被设定为0位置误差，其是任意设置并且在这种情况下用于比较的目的。

图2示出了取决于所施加的倾斜力矩的、转子的偏斜量的或角度测量系统的位移的相对于读取头的基波幅值。也可以根据图1在其中所示的曲线的最大值减半时来确定图2的基波幅值。除了图1的测量幅值外，图2的曲线图还包括进一步的测量幅值。这种评估在倾斜力矩与位置误差的基波的幅值之间产生了非常良好的线性关系。

在倾斜力矩负载下图1中的误差测量已经通过无负载转台误差(参见以上第2.1点，无倾斜力矩CAA数据记录)进行了校正，即，已经通过计算去除了此误差。因此，图1仅示出了倾斜力矩所额外引起的误差。

3.包括标准件和检测装置的旋转设备的设置

图3示出了带有转子2的旋转设备1，在这种情况下作为带有呈转盘2形式的转子的转台。已经将质量m置于转盘2上定子坐标系中的零旋转位置处。在以上方程中，pM在这种情况下将是零。质量m定位在距离旋转轴线D距离r(重心的距离)处。旋转轴线d垂直于附图的平面。

观察者从上方观察旋转设备1。重量F＝m*g作用在质量m上，所述重量沿观察者的观察方向在附图的平面中向下作用。在此，垂直于旋转轴线D作用的倾斜力矩M的结果为积M＝rF。

进一步地，图3描绘了呈分度盘形式的标准件3和检测装置4a、4b、4c和4d(在该实例中其又称为检测器或读取头)。

检测装置4a、4b、4c和4d各自彼此偏移90°。形成两对检测装置4a/4c和4b/4d，其中一对检测装置彼此相对平放，即彼此偏移180°。

在这个设置中的读取头4a处，以上方程中的pRH为-90°或-π/2(相对于定子坐标系中的零位置)。标准件3与转盘/转子2安装在一起并且与后者一起倾斜。在转子上的质量m的重量引起的偏斜具有的效果是使得标准件3相对于检测器4a和4c在检测器4a和4c处平移，由此引起位置误差。在所示质量位置上，没有在检测装置4b和4d中检测到标准件3相对于检测器4b和4d平移，但这取决于质量的位置而变化(参见关于图4和图5的解释)。如果在定子坐标系中质量的相位角为零(如在此所示)，或者如果相位角是180°(π)(质量m在12点钟)，则标准件3相对于检测器4a和4c偏斜到最大程度并且位置误差在此呈最大，其中，在180°，误差呈这两个检测器4a和4c的对应相反符号，因为标准件相对于检测器沿相反方向精确偏斜(在所示视角下，是向上而不是如在零相位角情况下的向下)。在这种配置下由于从设定零点涌现的零＝>π＝>2π的这些最大值和检测器位置，位置误差就可以有利地通过以上所示的余弦函数来描述。

在用于确定与旋转设备1的旋转轴线D相交叉、特别是与之垂直的转矩M之间的赋值的方法中，所述质量可以是测试质量。在用于操作KMG的方法中，质量m可以是工件W的质量。

4.确定倾斜力矩与偏斜量之间的关系；根据该关系来确定倾斜力矩

首先，图9突出显示了用于确定作用在旋转设备上并且与旋转设备的转子的旋转轴线相交叉指向的转矩和/或力的方法的过程。步骤S1是产生作用在旋转设备上并且与旋转设备的转子的旋转轴线相交叉指向的转矩和/或力。步骤S2是在转子的旋转位置处确定转子的偏斜量和/或转子的位置误差。步骤S3是使用针对旋转设备已知或确定的、转矩和/或力与偏斜量和/或位置误差之间的关系来确定在转子的至少一个旋转位置处的转矩和/或力。

倾斜力矩产生的基波幅值可以如下确定：

假设：测量系统(标度)是理想的，没有误差。通过举例方式，这可以通过根据计算矫正以对旋转位置测量系统进行校准来实现。替代地，基波的幅值可以通过一个或多个针对每个角位置已知倾斜力矩来检测和通过计算来校正。这对应于图1的过程，其中为了数据记录，必须从不同的方向引入倾斜力矩。出现可选地与旋转角度相关的比例因数c，通过该比例因数，可以进行从偏心误差的幅值到当前倾斜力矩的变换。对比例因数的与旋转角度的相关性进行如下限制：

与倾斜力矩有关的回弹性有可能取决于转子的旋转位置。因此，c在整个考虑的运动范围内并不一定恒定。这通常适用于具有内三点支承的转台。这些转台一般具有呈非均匀方式的回弹性。

与图4和图5相关的解释涉及通过质量产生转矩和根据图9的过程的步骤S1和S2来确定转子的偏斜量。与图3相比较，图4和图5中仅考虑了全部四个检测装置中的两个检测装置，并且其中所述设置是示意性地描绘的。图4和图5考虑了检测装置4b、4d，其中所述设置转过180°(4d在图3中处于底部处，而在图4和图5中处于顶部处，位于定子的角度标度上的0°处)。这些解释以类似的方式适用于另一对检测装置4a、4c，这些检测装置相对于这对4b、4d偏移90°，从而自然地适当与转子位置和质量的相位的选择相适配。

在以下实例中，角度测量系统的读取头4b、4d被视为计数器。图4和图5示出了转台的定子的角度标度的选定的角度值。假设转台的转子2在这个角度标度上处于100°。在100°处使用粗线示出了转子2的零标记。在无负载情况下，两个读取头4b、4d将指明例如1000的增量(inc)。

如果如图4中所示地通过质量m引入重量，则由于偏心工件质量定向在0°，所以产生围绕X轴的倾斜力矩。转子2倾斜并且这种倾斜作为在角度测量系统的平面中沿Y方向的偏斜或平移ty而出现。在图4所示的情况下，标度的位移沿读取头4b、4d的非敏感方向发生。因此，读取头4b、4d没有记录位移；两个读取头继续将1000的增量(inc)显示为位置值。

在图5中，转台的转子2仍然位于100°位置处。现在从90°方向引入质量m产生的重量。因此，产生围绕Y轴的倾斜力矩。转子倾斜并且这种倾斜作为在角度测量系统的平面中沿X方向的平移tx而出现。在图5中，标度的位移沿读取头4b、4d的敏感方向发生。图4和图5中就绝对值而言相同的所述移位(tx在绝对值方面与ty对应)因此以其整体被读取头4b、4d所记录。在此，考虑到这种相对的安排，读取头4b、4d沿相反的方向计数，使得例如一个读取头4d指示900增量(inc)而另一个读取头4b指示1100增量(inc)。

图4和图5中的设置具有与图3中的设置类似的标准件，其中图4和图5中的检测装置4b、4d扫描该标准件。

图6在顶部示出了取决于所引入的力的方向(角度)的转子2的偏斜量的绝对值，该偏斜量是以检测装置4b、4d的标准件的增量来测量的。

图6中在下的曲线示出通过计算组合了这些值之后所得的偏斜量。使用图5的90°处的值的实例，在检测装置4d处获得900增量的值，并且在检测装置4b处获得1100增量的值，并且因而确定了每个检测装置处的所得偏斜量为100。

转矩的绝对值和方向：

在对以成对方式彼此相对而置的两个读取头加以分离处理的情况下，沿一个空间方向的倾斜力矩的向量分量及其符号可以如下计算：M＝c*(x2-x1)/2。

在此，c是偏心误差的幅值之间的比例因数，并且x1和x2是两个读取头4b、4d的读数。

*使用2个读取头，仅可以确定位移沿一个空间方向的向量分量，即tx或ty的向量分量。读取头不需要沿主方向定向并且也不需要位置恰好彼此相对。在任何情况下，必要的是了解读取头之间的角度。

从如上所述的对两个读取头的处理开始，在本发明中使用至少三个读取头，而不是仅使用一个或两个。

图3示出了并且以下描述了带有四个读取头4a-d的变体。图11中示出了带有三个读取头的变体并且在这个实例部分的末尾对其加以描述。

如果使用四个规则安排(即90°偏移)的读取头，所得的总转矩的绝对值可以被计算为

Mv＝sqrt(Mx^2+My^2)。

不需要旋转运动。可以在每个位置上立即计算倾斜力矩。因此，对一个旋转位置的处理就足够了并且不需要通过旋转转子来设定进一步的旋转位置。转矩的这种计算对应于图9的过程的步骤S3。

图7示出了旋转设备，其中，使用测量体95和距离传感器64a、94a、94b，代替朝标准件定向的角度传感器或读取头，这些距离传感器检测距离测量体95的距离。

图7a示出了旋转设备中的两个不同测量系统或部分测量系统的组合。旋转设备50包括定子53、枢转支承装置44和转子51。

是本发明的含义内的测量体的测量体95通过向下突出的杆形载体73附接至转子。

这个测量体95包括圆柱形盘、用于确定圆柱体盘95与定子53之间的径向相对位置的与所述圆柱形盘的沿圆周方向延伸的外边缘对齐的第一传感器64a。进一步地，沿轴向方向、即平行于旋转轴线D的方向与圆柱体盘95的平面表面对齐的两个传感器94a、94b连接至定子53。

如果施加质量m(例如工件)(其重心位置偏心于旋转轴线D)，则在转子51上产生倾斜力矩。如果质量m的重心位于例如附图的平面中，则存在转子51的和测量体95的围绕旋转轴线的旋转偏斜，所述旋转偏斜与转子的旋转轴线D相交叉、在本实例中是围绕垂直于该附图的平面的轴线Q。这种偏斜对应于测量体95围绕轴线Q的倾斜。

由于这种倾斜，传感器94b与测量体95之间的距离减小。传感器94a与测量体95之间的距离和传感器64a与测量体95之间的距离增大。

可以存在比以示例性方式示出的三个传感器64a、94a、94b更多的距离传感器。图7b示出了沿旋转轴线D从下看到测量体95的视图。沿测量体95的外周示出了进一步径向对齐的传感器64b、64c、64d和进一步的轴向传感器94c和94d。

进一步地，在图7a的选择设备50中示出了包括呈分度盘形式的标准件75和角度传感器74a和74b的旋转位置测量系统。在此，这个旋转位置测量系统并未像例如使用根据图3或图11的设置进行的那样用于根据本发明的用于确定转子51的偏斜量的方法。在这种情况下仅使用两个角度传感器74a和74b。然而，还将可以提供第三角度传感器或甚至第四角度传感器以便也使用旋转位置测量系统来确定转子的偏斜量，其中在这种情况下因为还提供了测量体95和距离传感器64和94而存在冗余系统。

5.确定转子上的质量的重心的相位角

首先，图10示出了用于确定旋转设备的转子上的质量的重心在该旋转设备的定子的坐标系和/或在该转子的坐标系上的相位角的方法。步骤S1.0是将质量定位在该旋转设备的转子上。步骤1.1是使用旋转设备的包括标准件和检测装置的旋转位置测量系统确定在转子的至少一个旋转位置处转子的偏斜量。在此，根据检测装置和标准件的相对位置和/或根据检测装置和标准件的相对位置的变化来确定转子的偏斜量。以上已经基于图9的步骤S2解释了步骤S1.1(在此方面参见以上第4点)。步骤S1.2是根据该转子的偏斜量确定该质量的重心在该旋转设备的定子的坐标系中的和/或在该转子的坐标系中的相位角。

以下描述了特殊的实施例变体。

如果使用四个读取头，则在所示方法过程的步骤S1.2中可以使用下式根据单独的转矩计算转矩的相位

P＝atan2(-Mx/My)*180/pi。

在此，必须旋转沿Y方向作用的转矩(＝围绕X轴的转矩)的符号以便从该转矩到达重心的位置(参见图8)。

如果预期在转子坐标系中指定重心的位置，则相位p必须仍然与计算的旋转角度相组合。

以下实例示出了基于三个读取头来计算无误差旋转角度测量系统的平移。

图11示出了这个实例的设置。在此所示的多个读取头LK₁、LK₂、Lkn_n、但至少三个读取头围绕无误差或已经校准的标准件110相对于整体坐标系安排在角度β1…βm处。标准件110联接至旋转设备的转子(在此未示出)并且是静止的，即相对于转子不可相对移动。转子的、和因此标准件110的所提供的旋转轴线D垂直于附图的平面并且穿过附图的平面，其中由从参考符号D开始的箭头指示。由于转子偏斜，标准件110同样精确偏斜到位置110'。在偏斜期间，标准件和转子围绕平行于附图的平面并且与D相交叉地延伸的轴线(未在附图的平面中)旋转。

原则上是旋转运动的偏斜在读取头LK₁、LK₂、LK_n中被检测为平移。图11的观察者也将标准件110在附图的二维平面中到位置110’的运动看作为平移。这种检测到的标准件110到位置110’的平移相对于整体坐标系通过绝对值Δs和角度来描述，该整体坐标系在图11的右上方绘出。

在复平面中，在图11中由实轴(Re)和虚轴(Im)描绘，通过下式描述标准件的运动

这取决于标准件的旋转角度在复平面中读取头的角位置可以通过以下关系表示

标准件的运动Δs引起针对每个读取头的不同切向平移分量。其可以通过下式计算

该式是针对每个读取头而言的。因此，读取头由于这种平移引起的不正确计数于是作为下式出现

其中R表示读取头的测量点距离标准件的理想旋转轴线的距离。由于对于非常小的角度arctan(x)≈x适用，所以前一方程可以被改写为

如果所有m个安装的读取头都参照经校准的或无分度错误的标度的同一参考标记，则第n个读取头代表的角位置是由标准件的实际角旋转量读取头的装配角度βn和平移引起的不正确计数γ_n合成：

可以在第k个和第l个读取头之间测得的角度差可以通过下式计算

由于角位置β₁…β_m是已知的，所以其差值β_k-β_l也是已知的。因此，可以将所测得的角度差改写成经偏移校正的角差为

如果现在将方程(8)中的γ_k和γ_l替换为方程(5)的值，则经偏移校正的角度差作为下式出现

使用三角函数的加法定理sin(x±y)＝sin x cos y±sin y cos x，方程(9)作为下式出现

最后实际上，方程(10)仅含有两个未知数：和从测量中已知(读取头信号测量值的差值)并且通过形成平均值而已知了β₁…β_m(参见Geckeler方程(7))。从方程(10)中还清楚的是仅使用两个读取头不能唯一地计算出平移量。然而，如果在标准件上安装了m≥3个读取头

则会根据方程(7)和(8)还以及因此根据公式(10)的对应地许多不同方程出现形成差值的可能实例。因此，对于每个旋转角度方程组可唯一地求解。

计算实例

以下基于实例示出了针对特定旋转角度的平移量反算。

鉴于：

·平移量：Δs＝0.00001m

·三个读取头：β₁＝0°，β₂＝74°，并且β3＝132.85°

·R＝0.075m

测得的角度差

·

·

·

计算的角度值的差值：

·K2,1:＝cosβ2-cosβ1＝-0.724

·K3,1:＝cosβ3-cosβ1＝-1.6801

·K3,2:＝cosβ3-cosβ2＝-0.9552

·S2,1:＝sinβ1-sinβ2＝-0.9613

·S3,1:＝sinβ1-sinβ3＝-0.7331

·S3,2:＝sinβ2-sinβ3＝0.2281

首先，针对k＝2且l＝1、和k＝3且l＝1的情况，针对Δs重写方程(10)，并且使得这些情况相等：

将前述值插入方程(11)中：

然后，因而针对k＝2且l＝1或k＝3且l＝1，可以将所获得的角度插入方程(10)中。因此，平移量Δs的绝对值作为下式出现

就绝对值和相位方面而言，可以反算平移量；结果对应于预定值。

在反算期间能够使用的读取头越多，在那种情况下就诸如噪声的影响而言计算就会越准确，因为可以使用多个公式进行反算。在此，仅是根据理想信号来反算平移量。

Claims (13)

1.用于确定作用在旋转设备(1；50)上并且与该旋转设备的转子(2；51)的旋转轴线(D)相交叉指向的转矩和/或力的方法，其中，该旋转设备包括测量系统(3，4a，4b，4c，4d；95，64a，94a，94b；110，LK₁，LK₂，LK_n)，该测量系统包括：

-测量体(3；95；110)，

-至少三个检测装置(4a，4b，4c，4d；64a，94a，94b；LK₁，LK₂，LK_n)，这些检测装置用于检测检测装置(4a，4b，4c，4d；64a，94a，94b；LK₁，LK₂，LK_n)和测量体(3；65；110)的相对位置和/或用于检测检测装置和测量体的相对位置的变化，

并且其中，该方法包括以下步骤：

-在设定的旋转位置上产生(S1)转矩(M)和/或力，该转矩和/或力作用在该旋转设备(1；51)上并且与该旋转设备(1；50)的该转子(2；51)的旋转轴线(D)相交叉指向，其中，该转矩和/或力引起该转子偏斜，

-由所述至少三个检测装置(4a，4b，4c，4d；64a，94a，94b；LK₁，LK₂，LK_n)的和所述测量体(3；95；110)的相对位置确定(S2)在该转子的该设定的一个旋转位置上该转子(2；51)的偏斜量和/或该转子的位置误差，

-使用针对该旋转设备已知或确定的以下两项之间的关系确定(S3)在该转子(2；51)的该设定的一个旋转位置处的转矩和/或力

i)转矩(M)和/或力，与

ii)偏斜量和/或位置误差。

2.如权利要求1所述的方法，其中，存在四个检测装置(4a，4b，4c，4d)。

3.如权利要求2所述的方法，其中，这些检测装置(4a，4b，4c，4d)被安排成围绕该旋转轴线(D)分布，彼此偏移80°-110°。

4.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，该转矩(M)通过以下方式产生：

-将质量(m)、特别是工件(W)定位在该转子(2)上，其中，该质量的重心相对于该旋转轴线(D)偏心，和/或

-通过将该转子(2)或定位在该转子上的工件(W)与坐标测量机的测量系统相接触来在该转子(2)上施加力。

5.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，该方法用于确定该质量(m)的定位，在该定位下，该转矩和/或该力最小或为零，其中，在该方法中，该质量(m)定位在该转子(2)上，其方式为使得该偏斜量或所确定的位置误差最小或为零。

6.如前述权利要求中任一项所述的方法，包括如果达到或超过该转矩(M)和/或该力的预定阈值则输出警告和/或阻止该转子(2)旋转运动。

7.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，该旋转设备(1；50)安排在坐标测量机中。

8.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，i)转矩(M)和/或力、与ii)偏斜量和/或位置误差之间的关系是赋值关系或函数关系。

9.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，该关系通过以下方式获得：

a)在该转子的至少一个旋转位置处产生与该旋转设备的该转子的旋转轴线相交叉指向的至少一个转矩和/或至少一个力，

b)在该至少一个旋转位置处确定该旋转设备的、由该至少一个转矩和/或该至少一个力引起的偏斜量和/或位置误差，

c)确定(i)转矩和/或力与(ii)偏斜量和/或位置误差之间的关系。

10.如前述权利要求中任一项所述的方法，包括

-由该转子的偏斜量或该转子的位置误差确定该质量的重心在该旋转设备的定子的坐标系中的和/或在该转子的坐标系中的相位角。

11.如权利要求10所述的方法，包括

-在该转子(2；51)的旋转位置处确定该转子(2；51)在第一空间方向上的偏斜量和该转子(2；51)在第二空间方向上的偏斜量，

-由在该第一空间方向上的偏斜量和在该第二空间方向上的偏斜量确定该质量(m)的重心的相位角。

12.用于确定旋转设备的转子上的质量的重心在该旋转设备的定子的坐标系和/或在该转子(2；51)的坐标系上的相位角的方法，

其中，该旋转设备包括测量系统(3，4a，4b，4c，4d；95，64a，94a，94b；110，LK₁，LK₂，LK_n)，该测量系统包括：

-测量体(3；95；110)，

-至少三个检测装置(4a，4b，4c，4d；64a，94a，94b；LK₁，LK₂，LK_n)，这些检测装置用于检测检测装置(4a，4b，4c，4d；64a，94a，94b；LK₁，LK₂，LK_n)和测量体(3；95；110)的相对位置和/或用于检测检测装置和测量体的相对位置的变化，

并且其中，该方法包括以下步骤：

-将质量(m)定位(S1.0)在该旋转设备的转子(2；51)上，

-由所述至少三个检测装置(4a，4b，4c，4d；64a，94a，94b；LK₁，LK₂，LK_n)的和所述测量体(3；95)的相对位置确定(S1.1)在该转子(2；51)的设定旋转位置处该转子(2；51)的偏斜量，

-由该转子(2；51)的偏斜量确定(S1.2)在该设定的一个旋转位置上该质量(m)的重心的相位角。

13.如权利要求12所述的方法，包括：

-在该转子(2)的旋转位置处确定该转子(2)在第一空间方向上的偏斜量和该转子(2)在第二空间方向上的偏斜量，

-由在该第一空间方向上的偏斜量和在该第二空间方向上的偏斜量确定该质量(m)的重心的相位角。