CN108332678A - 用于测量至少一个长度被测对象的测量装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于确定工件的长度被测对象的测量装置及方法。探针单元在第一空间方向上不可移动地设置在其上的载件部分能够借助定位装置移动或定位。至少一个激光干涉仪在第一空间方向上不可移动地连接到载件部分。借助第一激光测量束和第二激光测量束，激光干涉仪产生第一测量信号以及第二测量信号，该第一测量信号描述激光干涉仪在第一空间方向上距第一反射器的距离，该第二测量信号描述激光干涉仪在第一空间方向上距第二反射器的距离。在第一空间方向上相对于载件部分或探针单元不可动并且与该第一空间方向成直角地延伸的探针系统平面因此具有在第一空间方向上的位置，该位置能够借助激光干涉仪距第一反射器和第二反射器的距离而确定。

Description

用于测量至少一个长度被测对象的测量装置和方法

技术领域

本发明涉及用于测量工件处的至少一个长度被测对象的测量装置和方法。用于此目的的测量装置具有探针单元，该探针单元能够利用机械接触来探测工件或非接触地（例如，光学地）探测工件，以便测量长度被测对象。例如，能够测量工件的外径、内径、轮廓等。

背景技术

DE 1588 018 B2公开了一种用于定位十字滑块的装置。该装置与光学成像系统一起工作，以便确定十字滑块的位置。还应该注意的是，为了提高测量精度，光电干涉仪或光电显微镜形式的测量系统是已知的。

在干涉测量的情况下，需要确定在其中传播光束的介质（基本上是空气）的折射率。为此，能够使用外部高精度折射计。然而，干涉仪的测量束不在折射计测量折射率的位置处行进。另外，折射率不是与通过干涉仪的长度测量同步确定的。由于折射率受到改变的环境影响（诸如，空气幕、空气的气体成分的变化，温度变化等）的影响，由于折射率不与干涉仪的测量同步并且还从干涉仪测量物理分离地执行，可能存在测量不精确性。

发明内容

从现有技术出发，因此能够认为本发明的目标是创建一种能够实现高精确的长度测量的测量装置和方法。

该目标通过具有权利要求1的特征的测量装置和具有权利要求17的特征的方法来实现。

测量装置具有机座，载件部分在至少一个自由度中可移动地安装在该机座上。该载件部分优选地能够在至少一个线性自由度上移动。定位装置被设计成在至少一个自由度中移动并且定位载件部分。

测量装置额外地具有设置在载件部分上的探针单元。探针单元被设计成探测工件以便测量长度被测对象。工件能够利用机械接触而探测或者被非接触（特别是光学探测）地探测。利用接触探测工件的探针单元具有一个带有探针臂的探针尖端，在该探针臂的自由端处安置有用于探测工件的探针主体或探针尖端。光学探测的探针单元具有光发射器和光接收器，该光接收器接收由光发射器发射并且在工件处反射的光。

承载探针单元的载件部分限定探针系统平面，该探针系统平面相对于载件部分的位置是固定的。探针单元实际上能够可移动（例如，可旋转移动或可线性移动）地设置在载件部分上，但是要使得探针单元不能相对于载件部分在与探针系统平面成直角的自由度中移动。通过在与探针系统平面的范围成直角的自由度中确定探针系统平面的位置，能够以这种方式确定探针单元的位置以及例如探针主体或探针尖端的位置，以用于测量长度被测对象。

测量装置具有至少一个干涉仪装置。任何干涉仪装置至少具有一个激光干涉仪（双干涉仪）、第一反射器和第二反射器。激光干涉仪（双干涉仪）被设计成在第一发射方向上朝向第一反射器发射第一激光测量束，并且在第二发射方向上朝向第二反射器发射第二激光测量束。第一发射方向和第二发射方向相对地取向。第一发射方向和第二发射方向与探针系统平面成直角地取向。

当激光干涉仪（双干涉仪）在测量期间不可移动地设置在载件部分上时，第一反射器和第二反射器在测量期间不可移动地设置在机座上，或者替代地反之亦然，使得激光干涉仪（双干涉仪）和反射器在载件部分相对于机座移动的情况中相对于彼此移动。反射器能够例如直接或者间接地（特别是借助测量框架）设置在机座上。可能的是，干涉仪（双干涉仪）和/或反射器没有固定地连接到载件部分或机座，但为了调节的目的，能够在测量之前或之后（但不是在测量期间）以受控的方式移动或调节。

激光干涉仪（双干涉仪）额外地被设计为接收由第一反射器反射的第一激光测量束以及由第二反射器反射的第二激光测量束。如对于干涉仪所已知的，两个反射的激光测量束与参考激光束叠加并且形成干涉状态。在激光测量束行进的路径的基础上，激光干涉仪与第一反射器之间的距离以及激光干涉仪与第二反射器之间的另一距离能够在评估单元中被单独地确定。这些确定的距离中的每一个还描述探针系统平面距第一反射器的第一距离以及探针系统平面距第二反射器的第二距离。评估单元被设计成确定探针系统平面相对于反射器和/或相对于机座的位置。

两个反射器之间的距离是已知的。对测量有害的变化的环境条件能够通过来自利用两个激光测量束的测量的冗余信息来识别，该测量特别地是实时的并且此外在通过干涉仪的测量也被执行的点处。因此，能够在确定探针系统平面的位置时考虑环境影响，并且实时地执行测量的校正。

评估单元例如能够被设计成确定探针系统平面距第一反射器的第一距离以及探针系统平面距第二反射器的第二距离。第一距离和第二距离的总和表征或相当于第一反射器和第二反射器之间的已知反射距离。如果距离总和发生变化，则能够得出结论：测量已经被环境影响损害，例如，由于测量装置中的长度变化（漂移）和/或由于第一或第二激光测量束的测量路径中的光波长的影响。

额外地可能的是，评估单元被设计成在距离总和的变化的基础上计算校正的第一距离和/或校正的第二距离。如果校正的第一距离和校正的第二距离二者被计算，则能够联合使用这两个校正值来确定探针系统平面的校正位置。因此，能够进一步减少误差。例如，能够将位于由校正的第一距离确定的位置和由校正的第二距离确定的位置之间的中间位置确定为校正的探针系统平面的位置。

在优选实施例中，测量装置具有两个单独的干涉仪装置。两个干涉仪装置的激光干涉仪彼此隔开一定距离地与探针系统平面平行地设置。两个激光干涉仪优选地每一个都具有距中心平面相同的距离，该中心平面延伸通过探针单元，与探针系统平面成直角。如果激光干涉仪距中心平面的距离不相等，则差值必须是已知的，并且能够在校正中相应地加以考虑。工件由探针单元利用机械接触或非接触在该中心平面上进行探测。能够说，中心平面相当于虚拟的阿贝（Abbe）平面。尽管探针单元没有用激光干涉仪的激光测量束在一条直线上探测工件，但作为结果能够避免测量的不精确性。

借助在空间方向上彼此间隔开一定距离地设置并且在相同的另一空间方向上进行测量的多个干涉仪装置，特别是在滑动装置中的围绕与该两个空间方向成直角地取向的轴线的对准误差、旋转、倾斜位置等能够被额外地识别。

也能够仅设置一个干涉仪装置，该干涉仪装置设置在延伸通过探针单元并且与探针系统平面成直地角取向的中心平面中。

例如，评估单元被指定空气的折射率值作为起始值。这对于确定第一距离和/或第二距离是必要的，因为发射光的光波长依赖于折射率，并且为了干涉长度测量光波长进而必须为已知的。当在校准过程中机器被初始化时，能够确定一次待指定用于折射率值的初始值。为此目的，例如能够使用外部折射计或其它装置，借助该外部折射计或其它装置能够确定空气的折射率值。测量装置和外部装置运行一段时间。当测量装置和外部装置的测量信号由于环境条件的波动而同步变化时，已经达到稳态振动。在此过程中确定的空气的折射率值被指定给评估单元。在测量装置的操作期间能够通过干涉仪装置来检测折射率的变化，并且能够在校正的测量中考虑该变化。

当预先限定的情况发生时，例如，当激光测量束被中断或者已经对测量装置做出改变时，能够再次确定折射率并且将其指定给评估单元。

额外有利的是，将提供的反射器设置在测量框架上。测量框架进而不可移动地连接到机座。测量框架能够由对温度变化不敏感并且能够与机座的材料不同的材料制成。

额外有利的是，定位装置在一个或多个自由度上利用线性引导件和/或旋转引导件设置在机座上。测量框架不支撑由测量装置或工件引起的任何力。

在优选实施例中，测量框架能够具有第一支柱，第一反射器设置在该第一支柱上。能够相对地设置第二支柱，第二反射器设置在该第二支柱上。例如，支柱能够具有立方体形状。在具有多个干涉仪装置的情况下，相应地，测量框架具有多个支柱，该支柱的每一个相对地成对设置的。被提供的支柱借助测量框架的共同基底板彼此连接。支柱和基底板优选由均匀的材料整体制成，优选没有任何接缝或连接部。反射器能够被施加或螺纹连接到支柱和/或基底板。

例如，镜子能够被用作反射器。因此，即使当激光干涉仪和相关的反射器之间存在大的距离时，也确保反射的激光测量束接触激光干涉仪的可精确地确定的点。

在另外的优选实施例中，干涉仪装置的每个激光干涉仪能够被设计成在第三发射方向上朝向第三反射器发射第三激光测量束并且接收在那里反射的第三激光测量束。第三发射方向与第一和第二发射方向成直角地取向，例如，在竖直方向上或在水平方向上。至少一个干涉仪装置的激光干涉仪也能够被设计成在第四发射方向上朝向第四反射器与第三发射方向相对地发射第四激光测量束并且接收在第四反射器处反射的第四激光测量束。因此，探针单元或载件部分的位置能够额外地在另外的空间方向上相对于第三和/或第四反射器或机座被确定，其中，该另外的空间方向被取向成平行于探针系统平面和/或平行于中心平面或与其成直角。在改进方案中，下述实施例也是有利的，在该实施例中，每个干涉仪单元设置六个反射器并且六个激光测量束在所有空间方向上朝向相应的反射器相对地成对发射。

额外地能够为每个线性自由度提供如上面描述的至少一个干涉仪装置，其中，探针单元能够借助定位装置移动。

附图说明

通过从属权利要求、说明书和附图，该方法的测量装置的有利实施例将变得清楚。下面将参考附图更详细地解释优选的示例性实施例，其中：

图1示出了测量装置的示例性实施例的示意性透视基本图示；

图2示出来自图1的测量装置的框图式图示；

图3示出了测量装置的另外的示例性实施例的框图式图示，该测量装置具有两个探针单元，并且根据该示例具有四个干涉仪装置；

图4示出了能够在测量装置中使用的激光干涉仪的基本图示；以及

图5示出了描述使用激光干涉仪确定探针系统平面相对于两个反射器的位置的基本图示。

具体实施方式

图1至图3示出了测量装置10的示例性实施例。测量装置10具有机座11，该机座用于将测量装置10支撑在基底表面上。机座11例如能够是机架或铸体。

定位装置12设置在机座11上。定位装置12用于相对于机座11在至少一个自由度上移动和定位载件部分13。例如，载件部分13能够借助滑动装置14在三个线性自由度上相对于机座11移动或定位。为此目的，定位装置12具有对应的驱动装置。定位装置12也能够具有旋转导向装置和驱动装置。载件部分13能够在高达六个自由度中是可移动的。线性自由度和旋转自由度的数量是任意的。在这里所示的示例性实施例中，载件部分13能够在线性自由度中在至少一个第一空间方向x上运动，并且在每种情况下也可选地能够在线性自由度中在其它方向y、z上以运动。

探针单元18设置在载件部分13上。探针单元18用于探测工件（未示出）并且测量长度被测对象。探针单元18能够形成为机械接触探针单元18或者形成为非接触地操作的探针单元18。在这里给出的示例性实施例中，示出了利用接触进行探测并且具有形式为球形尖端的探针主体19的探针单元。探针主体19与工件的接触由探针单元18识别，并且能够在探针主体19相对于开始位置的位置（例如，距与探测方向成直角地取向的校准平面K的距离）的基础上测量工件处的长度被测对象。

探针单元18在第一空间方向x上不可移动地设置在载件部分13上。在一个示例性实施例中，能够使探针单元18相对于载件部分13围绕在第一空间方向x上延伸的枢转轴线S枢转。可选地或替代地，在第二空间方向y或第三空间方向z上的线性可移动性能够被提供至围绕枢转轴线S的可枢转性，该第二空间方向和第三空间方向分别与第一空间方向x成直角地取向。

测量装置10额外地包括至少一个干涉仪装置，并且在根据图1和2的示例性实施例中包括两个单独的干涉仪装置23。每个干涉仪装置23包括激光干涉仪24、第一反射器25以及第二反射器26。例如，反射器25、26由镜子形成。每个激光干涉仪24被构造成双干涉仪，并且因此具有两个干涉仪单元。在这里所示的示例性实施例中，每个第一和第二反射器25、26平行于被第二空间方向y和第三空间方向z跨越的平面延伸。在每个干涉仪装置23中，第一反射器25和第二反射器26相对地成对设置。干涉仪装置23的第一反射器25和第二反射器26相对于机座11不可移动地设置。

激光干涉仪24借助保持件27不可移动地设置在载件部分13上。因此，激光干涉仪24的相对位置相对于载件部分13不改变。载件部分13在第二空间方向y上能够是不可移动的，或者只要激光干涉仪24保持定位在相关联的第一反射器25和第二反射器26之间的区域中并且由激光干涉仪发射的激光测量束撞击到反射器25、26上，载件部分13在第二空间方向y上能够是可移动的。根据该示例，载件部分13借助滑动装置12能够在所有空间方向x、y、z上移动。

两个干涉仪装置23或两个激光干涉仪24在第二空间方向y上彼此间隔一定距离地设置。两个激光干涉仪24优选地设置在距中心平面M相同的距离处，该中心平面延伸通过探针装置18。工件优选地由探针装置18在该中心平面M中探测。例如，探针主体19在探测操作过程中位于中心平面M中。示例性实施例中的中心平面M在由第一空间方向x和第三空间方向z跨越的平面中延伸。

载件部分13限定了探针系统平面E。该探针系统平面E相对于载件部分13是不可移动的，并且因此相对于探针单元18以及至少一个激光干涉仪24也是不可移动的。探针系统平面E与中心平面M成直角地延伸。例如，探针系统平面E能够延伸通过探针主体19。

每个激光干涉仪24在第一发射方向x1上发射第一激光测量束L1，并且在第二发射方向x2上发射第二激光测量束L2。第一发射方向x1与第二发射方向x2相对。两个发射方向x1、x2平行于第一空间方向x取向。

第一激光测量束L1被引导朝向第一反射器25，在那里被反射，并且被激光干涉仪24再次接收。第二激光测量束L2被引导朝向第二反射器26，在那里被反射，并且被激光干涉仪24接收。激光干涉仪24的示意性结构在图4中以非常简化的形式示出。

具有至少一个激光器的激光源装置30产生被引导朝向第一分束器31和第二分束器32的激光。第一分束器31将入射光分成在第一测量光路36中输出的第一激光测量束L1，以及在参考光路33中输出的参考激光束。类似地，第二分束器32将入射激光分成在第二测量光路37中输出的第二激光测量束L2，以及在另外的参考光路33中输出的参考激光束。参考光路33分别终止于镜子34，该镜子将来自相关分束器31、32的参考激光束再次反射回去。

在第一反射器25处反射的第一激光测量束L1和在第二反射器26处反射的第二激光测量束L2分别在第一分束器31和第二分束器32中与源自对应的参考光路33的参考激光束叠加，并被引导朝向光接收器（例如，相机35）。叠加导致相长干涉和/或相消干涉。相机35能够接收始自相关联的分束器31和32的叠加光。在干涉的基础上，能够高精度地识别第一激光测量束L1和第二激光测量束L2的光路中的变化。

图4中示意性示出的激光干涉仪24也能够称为双干涉仪，因为其具有两个单独的测量光路36、37。第一测量光路36对应于第一激光测量束L1从激光干涉仪24到第一反射器25并且从其返回到激光干涉仪24的路径。第二测量光路37对应于第二激光测量束L2从激光干涉仪24到第二反射器26并且再次返回到激光干涉仪24的路径。

每个激光干涉仪24传递描述激光干涉仪24与第一反射器25之间的距离的第一测量信号S1，以及描述激光干涉仪24距第二反射器26的距离的第二测量信号S2 。每个激光干涉仪24的第一测量信号S1和第二测量信号S2被发送到评估单元40。评估单元40额外地发送在探针单元18探测工件时产生的探测信号T。

在这里所示的示例性实施例中，提供了两个干涉仪装置23并且因此提供了两个第一反射器25和两个第二反射器26。在图1中能够看出，反射器25、26没有直接设置在机座11上。测量框架44不可移动地设置在机座11上，并且进而承载被提供的第一反射器25和第二反射器26。这些反射器25、26的每一个被设置在测量框架44的支柱45上。支撑共同的干涉仪装置23的第一反射器25和第二反射器26的两个支柱45在第一空间方向x上彼此隔开一定距离地相对设置。支柱45在第三空间方向z上从共同的基底板46延伸。根据该示例的四个支柱45和基底板46形成测量框架44，根据示例该测量框架由均匀的材料一件式制造，没有任何接缝或连接部。测量框架46的材料能够不同于机座11的材料。

示例性实施例中的支柱45具有立方体形状。因此，第一反射器25和第二反射器26能够非常容易地附接在支柱45的立方体面上，该立方体面在由第二空间方向y和第三空间方向z跨越的平面中延伸。

测量框架44不受由测量装置10或工件产生的载荷的影响，特别地不受由工件、探针单元18或定位装置12产生的力和力矩的影响，并且由机座11支撑。因此避免了由外力引起的测量框架的变形，使得不损害测量精度。

因此，能够在测量框架44中提供凹部47，并且根据该示例，在基底板46中提供该凹部，工件安装部（诸如，可旋转的板或夹持单元）能够突出通过该凹部而不被支撑在测量框架44上。

根据图1和图2的上述测量装置10如下操作：

为了能够在工件被探针单元18探测时确定工件处的长度被测对象，必须知道探针单元18的位置。根据示例，工件沿着第一空间方向x被探测。随后，根据示例，需要确定探针系统平面E在第一空间方向x上相对于校准平面K的位置。至少一个干涉仪装置23用于此目的。

在第一测量信号S1和第二测量信号S2的基础上，能够在评估单元40中确定探针系统平面E距第一反射器25的第一距离以及探针系统平面E距第二反射器26的第二距离A2。这是因为激光干涉仪23不可移动地连接到载件部分13，并且因此不能相对于探针系统平面E移动。在第一反射器25和第二反射器26之间的第一空间方向x上的反射器距离R是已知的。因此，第一距离A1和第二距离A2的距离总和表征或相当于反射器距离R。如果第一距离A1和第二距离A2的该距离总和变化，则评估单元40能够在此基础上推断变化是由环境影响引起的。这种环境影响能够改变测量装置10的一个或多个长度，例如，滑动装置在空间中的移动的取向。例如，如果空气的气体组成或其密度（由于温度变化）等变化，光波长也能够由于环境影响而变化。

根据本发明的测量装置10将这种环境影响考虑在内。该环境影响被实时识别并且能够用于实时地在第一空间方向x上对确定的探针系统平面E的位置进行校正。

如果第一距离A1和第二距离A2的距离总和从校准值开始变化，则能够在计算校正的第一距离和校正的第二距离时按比例考虑该变化。例如，如果距离总和增加了0.1％，则为了获得校正的第一距离和校正的第二距离，能够将测量的第一距离A1和测量的第二距离A2每个都降低0.1％。

校正的第一距离和校正的第二距离都能够额外地在评估单元40中使用，以便确定探针系统平面E在第一空间方向x上的校正位置。这能够通过形成平均值等来实施。测量不精确性因此能够被进一步降低。所有可用的测量值能够用于校正，例如，通过来自根据图1和图2的实施例的四个激光测量束L1、L2产生的测量结果，或者通过来自根据图3的实施例的八个激光测量束L1、L2、L3产生的测量结果。

在图1和2所示的示例性实施例中，提供了两个干涉仪装置23。因此，探针系统平面E的位置在空间上单独地在两个不同的点处被确定，这两个不同的点被设置在距中心平面M相同的距离处。因此，在中心平面M中提供虚拟的阿贝（Abbe）平面。当工件被探针单元18在中心平面M中探测时，获得非常高的精度。由载件部分13、保持件27、激光干涉仪24和探针单元18形成的单元围绕在第三空间方向z上延伸的轴线的倾斜运动被检测，并且在确定长度被测对象时能够借助在评估单元40中的对应校正来将其考虑在内。

当探测工件时，能够确定各种长度被测对象，例如，柱形或中空柱形工件的外径或内径、表面的轮廓等。

当测量装置10在第一次操作之前被初始化时，除了测量装置10之外，例如，高精度折射计、气象站等确定空气的折射率。然而，由于局部污迹（smear）形成或其它局部影响，外部装置的折射率不必然与至少一个干涉仪装置23处的空气的折射率相匹配。因此，在初始化期间，测量装置10和外部装置被操作直到存在至少一个干涉仪装置23和外部装置的测量信号的变化的同步性。在该状态下确定的折射率被指定给评估单元40并且在测量操作期间使用。

因此，在测量开始时折射率是已知的。因此，被测量的第一距离A1和被测量的第二距离A2的确定的距离总和中的所有变化能够归因于变化的环境条件。这种变化基本上导致第一测量路径36或第二测量路径37中的光波长的变化，这在图5中在第一距离A1的基础上以高度示意性的方式示出。因此，在干涉仪装置23中，在进行用于确定探针系统平面E的位置的测量的点处实时地检测环境诱导的变化，这进而对于借助探针单元18进行被测量的长度值的测量是必需的。因此，避免了在距至少一个干涉仪装置23一定空间距离的情况下确定环境条件（特别是当前的光波长）时所导致的误差。在该示例性实施例中，由每个提供的干涉仪装置23本身（即，直接在测量位置处）确定环境诱导的测量影响，使得环境条件的局部差异不会对测量精度产生负面影响。

在确定并指定了校准光波长的折射率之后，反射器25、26在空间或相对于彼此的取向能够在初始化时额外地确定。第一距离A1和第二距离A2能够在干涉仪装置23的第一反射器25和第二反射器26处的多个点处确定。因此，评估单元40能够在激光干涉仪24相对于相关的干涉仪装置23的两个反射器25、26的每个可能位置处，指定反射器距离R。然后，在确定校正的第一距离和/或校正的第二距离和/或探针系统平面E的校正位置时，还能够在后续的工件测量期间考虑反射器距离R的设计相关变化。

在图3中，示意性地示出了测量装置10的另外的示例性实施例。其中，两个探针单元18在每种情况下设置在单独的载件部分13上。每个载件部分13能够借助定位装置12定位。至少一个激光干涉仪（并且根据该示例是两个激光干涉仪24）借助保持件27不可移动地设置在每个载件部分13上。每个激光干涉仪24与相关联的第一反射器25以及相关联的第二反射器26形成干涉仪装置23。在该示例中，每个第一反射器25和每个第二反射器26是用于两个探针单元18中的一个的干涉仪装置23的一部分。具有四个支柱45和总计四个反射器25、26的测量框架44因此也能够用于图3中提供的四个干涉仪装置23。

在图1所示的测量装置10的示例性实施例中，示意性示出了另外的可选设计可能性。类似于上面描述的装置，测量原理不仅能够用于第一空间方向x，而且能够用于第三空间方向z。每个激光干涉仪24能够被设计成将第三激光测量束L3在第三发射方向z3上朝向第三反射器50引导，并且还将第四激光测量束L4在与第三发射方向z3相对的第四发射方向z4上朝向第四反射器（未示出）引导。为此，在干涉仪装置23中相应地提供四个激光干涉仪单元或两个双干涉仪。根据该示例，第三和第四发射方向z3、z4平行于第三空间方向z取向。第三和第四发射方向z3、z4与第一发射方向x1和第二发射方向x2成直角。根据示例，第三反射器50设置在测量框架44的基底板46上并且设置在干涉仪装置23的第一反射器25和第二反射器26之间。例如，第四反射器能够设置在横向件上，该横向件在与基底板46隔开一定距离处连接支柱45。除了探针系统平面E在第一空间方向x上的位置之外，还能够额外在第三空间方向z上为载体部分13或探针单元18确定另外的位置值。激光干涉仪24能够产生对应的第三和第四测量信号S3、S4并且能够将其传送至评估单元40（在图2和图3中可选地示出）。这种类型的第三或第四测量信号S3、S4能够由每个干涉仪装置23的每个被提供的激光干涉仪24产生，并且能够被传送到评估单元40。

在另外的实施例中，每个干涉仪装置23能够具有多达六个激光干涉仪或三个双干涉仪，以便在一个、两个或全部三个空间方向x、y、z上进行测量。

在开始测量之前，测量装置10能够被校准到校准平面K。校准平面K在第一反射器25和第二反射器26之间的中间，与第一空间方向x成直角或者平行于探针系统平面E延伸。如果探针系统平面E和校准平面K一致，则探针单元18处于起始位置或零位置。从这里开始，能够测量工件的长度被测对象。校准平面K优选在居中延伸通过用于工件的对应安装件或保持件。

本发明涉及用于确定工件的长度被测对象的测量装置10和方法。载件部分13（探针单元18在第一空间方向x上不可移动地设置在该载件部分上）能够借助定位装置12移动或定位。至少一个激光干涉仪24能够在第一空间方向x上不可移动地连接到载件部分13。为了形成干涉仪装置23，第一反射器25和第二反射器26与每个激光干涉仪24相关联。两个反射器25、26在第一空间方向x上彼此隔开一定距离地相对设置。激光干涉仪24借助第一激光测量束L1和第二激光测量束L2产生第一测量信号S1以及第二测量信号S2，该第一测量信号描述激光干涉仪24在第一空间方向x上距第一反射器25的距离，该第二测量信号描述激光干涉仪24在第一空间方向x上距第二反射器26的距离。相对于载件部分13或探针单元18在第一空间方向x上不可移动并且与该第一空间方向x成直角地延伸的探针系统平面E因此具有在第一空间方向x上的位置，该位置能够在激光干涉仪24距第一反射器25和第二反射器26的距离的基础上确定。借助所提供的冗余，能够实时地并且在由激光干涉仪24进行测量的点处局部地确定对测量的环境影响，并且能够在测量中考虑该对测量的环境影响。

附图标记列表：

10 测量装置

11 机座

12 定位装置

13 载件部分

14 滑动装置

18 探针单元

19 探针主体

23 干涉仪装置

24 激光干涉仪

25 第一反射器

26 第二反射器

27 保持件

30 激光源装置

31 第一分束器

32 第二分束器

33 参考光路

34 镜子

35 相机

36第一测量光路

37第二测量光路

40 评估单元

44 测量框架

45 支柱

46 基底板

47 凹部

50 第三反射器

E 探针系统平面

M 中心平面

K 校准平面

L1 第一激光测量束

L2 第二激光测量束

L3 第三激光测量束

L4 第四激光测量束

S 枢转轴线

S1 第一测量信号

S2第二测量信号

S3 第三测量信号

S4 第四测量信号

T 探测信号

x 第一空间方向

x1 第一发射方向

x2 第二发射方向

y 第二空间方向

z 第三空间方向

z3 第三发射方向

z4 第四发射方向。

Claims (18)

1.一种用于测量至少一个长度被测对象的测量装置（10），

具有机座（11），载件部分（13）在至少一个自由度（x）上可移动地安装在所述机座上，

具有定位装置（12），所述定位装置被设计成在至少一个自由度（x）上定位所述载件部分（13），

具有探针单元（18），所述探针单元被设计成探测工件并且被设置在所述载件部分（13）上，

其中，所述载件部分（13）限定探针系统平面（E），所述探针系统平面相对于所述载件部分（13）的位置是固定的，

具有至少一个干涉仪装置（23），所述干涉仪装置具有激光干涉仪（24），所述激光干涉仪被设计成在第一发射方向（x1）上朝向第一反射器（25）发射第一激光测量束（L1）并且接收在所述第一反射器（25）处反射的所述第一激光测量束（L1），并且所述激光干涉仪被设计成在与所述第一发射方向（x1）相对的第二发射方向（x2）上朝向第二反射器（26）发射第二激光测量束（L2）并且接收在所述第二反射器（26）处反射的所述第二激光测量束（L2），其中，所述第一发射方向和第二发射方向（x1、x2）与所述探针系统平面（E）成直角地取向，

其中，当所述激光干涉仪（24）设置在所述载件部分（13）上时，所述第一反射器（25）和所述第二反射器（26）设置在所述机座（11）上，以及其中，当所述激光干涉仪（24）设置在所述机座（11）上时，所述第一反射器（25）和所述第二反射器（26）设置在所述载件部分（13）上，

具有评估单元（4），所述评估单元被设计成在所述激光测量束（L1、L2）行进的路径的基础上确定所述探针系统平面（E）相对于所述反射器（25、26）和/或所述机座（11）的位置。

2.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述评估单元（40）被设计成检测所述测量装置（10）的长度的变化和/或由环境影响引起的所述激光测量束（L1、L2）中的激光波长的变化，并且在确定所述探针系统平面（E）的位置时考虑所述变化。

3.根据权利要求2所述的测量装置，其特征在于，所述评估单元（40）被设计成实时检测所述测量装置（10）的长度的变化和/或所述激光测量束（L1、L2）中的激光的波长变化，并且在确定所述探针系统平面（E）的位置时考虑所述变化。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的测量装置，其特征在于，所述评估单元（40）被设计成在利用所述第一激光测量束（L1）的测量的基础上确定所述探针系统平面（E）距所述第一反射器（25）的第一距离（A1），以及在利用所述第二激光测量束（L2）的测量的基础上确定所述探针系统平面（E）距所述第二反射器（26）的第二距离。

5.根据权利要求4所述的测量装置，其特征在于，所述评估单元（40）被设计成：当确定所述探针系统平面（E）的位置时，考虑所述第一距离（A1）和所述第二距离（A2）的距离总和描述了所述第一反射器（25）和所述第二反射器（26）之间的已知的反射器距离（R）这一事实，并且在所述距离总和的变化的基础上识别所述测量装置（10）的长度和/或所述光的波长由于环境影响已经改变。

6.根据权利要求5所述的测量装置，其特征在于，所述评估单元（40）被设计成在所述距离总和的变化的基础上计算校正的第一距离（A1）和/或校正的第二距离（A2）。

7.根据权利要求6所述的测量装置，其特征在于，所述评估单元（40）被设计成通过所述校正的第一距离和/或所述校正的第二距离确定所述探针系统平面（E）的校正位置。

8.根据前述权利要求中任一项所述的测量装置，其特征在于，两个干涉仪装置（23）被设置，其中，所述两个干涉仪装置（23）的所述激光干涉仪（24）分别具有距中心平面（M）相同或已知的距离，所述中心平面延伸通过所述探针单元（18）并且与所述探针系统平面（E）成直角地取向。

9.根据权利要求8所述的测量装置，其特征在于，所述工件借助所述探针单元（18）在所述中心平面（M）中被探测。

10.根据权利要求1至7中任一项所述的测量装置，其特征在于，单个干涉仪装置（23）被设置，所述干涉仪装置设置在延伸通过所述探针单元（18）并且与所述探针系统平面（E）成直角地取向的中心平面（M）中。

11.根据前述权利要求中任一项所述的测量装置，其特征在于，为所述评估单元（40）预先指定空气的折射率值作为起始值。

12.根据前述权利要求中任一项所述的测量装置，其特征在于，被提供的反射器（25、26）设置在测量框架（44）上，所述测量框架设置在所述机座（11）上。

13.根据权利要求12所述的测量装置，其特征在于，被提供的反射器（25、26）分别设置在所述测量框架（44）的支柱（45）上，所述支柱彼此相对地成对设置。

14.根据权利要求13所述的测量装置，其特征在于，所述支柱（45）借助所述测量框架（44）的共同基底板（46）彼此连接。

15.根据前述权利要求中任一项所述的测量装置，其特征在于，所述至少一个干涉仪装置（23）的所述激光干涉仪（24）被设计成在第三发射方向（z3）上朝向第三反射器（50）发射第三激光测量束（L3），并且接收在所述第三反射器（50）处反射的所述第三激光测量束（L3），所述第三发射方向与所述第一发射方向和第二发射方向（x1、x2）成直角地取向。

16.根据权利要求15所述的测量装置，其特征在于，所述至少一个干涉仪装置（23）的所述激光干涉仪（24）被设计成在与所述第三发射方向（z3）相对的第四发射方向（z4）上朝向第四反射器发射第四激光测量束（L4），并且接收在所述第四反射器处反射的所述第四激光测量束（L4）。

17.一种利用测量装置（10）测量至少一个长度被测对象的方法，所述测量装置具有：机座（11），载件部分（13）在至少一个自由度（x）中可移动地安装在所述机座上；定位装置（12），所述定位装置被设计成在所述至少一个自由度（x）中定位所述载件部分（13）；探针单元（18），所述探针单元被设计成探测工件并且被设置在所述载件部分（13）上，其中，所述探针单元（18）限定探针系统平面（E）；至少一个干涉仪装置（23），所述干涉仪装置具有激光干涉仪（24）、第一反射器（25）以及第二反射器（26）其中，当所述激光干涉仪（24）设置在所述载件部分（13）上时，所述反射器（25、26）设置在所述机座（11）上，并且当所述激光干涉仪（24）设置在所述机座（11）上时，所述反射器（25、26）设置在所述载件部分（13）上；以及评估单元（40），其中，所述方法包括以下步骤：

- 在第一发射方向（x1）上朝向所述第一反射器（25）发射第一激光测量束（L1）并且接收在所述第一反射器（25）处反射的所述第一激光测量束（L1），

- 在与所述第一发射方向（x1）相对的第二发射方向（x2）上朝向所述第二反射器（26）发射第二激光测量束（L2），并且接收在所述第二反射器（26）处反射的所述第二激光测量束（L2），

- 在所述激光测量束（L1、L2）行进的路径的基础上确定所述探针系统平面（E）相对于所述反射器（25、26）和/或所述机座（11）的位置。

18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，在所述测量装置（10）的初始化过程中，借助外部折射计确定所述测量装置（10）的周围的所述空气的折射率的起始值并且将其预先指定给所述评估单元（40）。