DE112012002486B4

DE112012002486B4 - Automatisiertes und beschleunigtes Aufwärmen sowie Stabilitätsprüfung für Lasertracker

Info

Publication number: DE112012002486B4
Application number: DE112012002486.9T
Authority: DE
Inventors: Peter G. Cramer; Kenneth Steffey; John M. Hoffer
Original assignee: Faro Technologies Inc
Current assignee: Faro Technologies Inc
Priority date: 2011-06-14
Filing date: 2012-06-12
Publication date: 2015-10-15
Anticipated expiration: 2032-06-13
Also published as: US8511891B2; GB201400548D0; GB2506322B; GB2506322A; DE112012002486T5; US20120320943A1; WO2012173964A1; JP5552574B2; JP2013536418A; CN103620440A

Abstract

Verfahren zum Aufwärmen eines Instruments, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Bereitstellen des Instrumentes (1310), umfassend eine Lichtquelle, die dafür konfiguriert ist, einen Lichtstrahl (46) auszusenden, eine Strahllenkungsvorrichtung (10), die dafür konfiguriert ist, den Lichtstrahl in eine erste Richtung zu lenken, wobei die erste Richtung auf einer Drehung der Strahllenkungsvorrichtung um eine erste Achse (20) und eine zweite Achse (18) basiert, einen Distanzmesser (926), der dafür konfiguriert ist, einen Abstand zu messen, den der Lichtstrahl von dem Instrument zu einem Punkt auf einem Objekt (26) zurücklegt, einen ersten Temperatursensor (925), der dafür konfiguriert ist, eine Instrumententemperatur an einer ersten Position in dem Instrument zu messen, einen zweiten Temperatursensor (925), der dafür konfiguriert ist, eine Lufttemperatur zu messen, eine erste Wärmequelle (932, 934), die dafür konfiguriert ist, in Abhängigkeit des Anlegens eines ersten elektrischen Stroms Wärme in das instrument einzubringen, und einen Prozessor (980), der dafür konfiguriert ist, den ersten elektrischen Strom als eine Funktion der Zeit zu steuern; Messen einer ersten Instrumententemperatur (1330) mit dem ersten Temperatursensor zu einem Startzeitpunkt; Messen einer ersten Lufttemperatur (1320) mit dem zweiten Temperatursensor zu dem Startzeitpunkt; Bestimmen eines ersten Profils (1350) zumindest teilweise basierend auf der ersten Instrumententemperatur und der ersten Lufttemperatur, wobei das erste Profil einen Betrag des ersten elektrischen Stroms darstellt, der als eine Funktion der Zeit angelegt wird, wobei das erste Profil so ...

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft das Aufwärmen und die Stabilität eines Instruments, und insbesondere Systeme und Verfahren zum automatischen Aufwärmen von Instrumenten, wie Lasertrackern, oder zum Überprüfen der Stabilität solcher Instrumente.
HINTERGRUND
Es gibt eine Klasse von Instrumenten, die die Koordinaten eines Punkts durch Senden eines Laserstrahls zu dem Punkt messen. Der Laserstrahl kann direkt auf den Punkt oder auf ein Retroreflektorziel, das sich in Kontakt mit dem Punkt befindet, auftreffen. In jedem der beiden Fälle ermittelt das Instrument die Koordinaten des Punkts, indem es den Abstand und die zwei Winkel zu dem Ziel misst. Der Abstand wird mit einem Distanzmessgerät wie beispielsweise einem Absolutdistanzmesser oder einem Interferometer gemessen. Die Winkel werden mit einem Winkelmessgerät wie beispielsweise einem Winkelkodierer gemessen. Ein kardanisch aufgehängter Strahllenkungsmechanismus in dem Instrument lenkt den Laserstrahl zu dem betreffenden Punkt. Beispielhafte Systeme zum Ermitteln von Koordinaten eines Punktes sind in US 4,790,651 A und US 4,714,339 A beschrieben.
Der Lasertracker ist eine besondere Art von Koordinatenmessvorrichtung, die das Retroreflektorziel mit einem oder mehreren Laserstrahlen, die sie emittiert, nachführt. Eine Koordinatenmessvorrichtung, die eng mit dem Lasertracker verwandt ist, ist der Laserscanner. Der Laserscanner sendet schrittweise einen oder mehrere Laserstrahlen zu Punkten auf einer diffusen Oberfläche. Der Lasertracker und der Laserscanner sind beides Koordinatenmessvorrichtungen. Ein beispielhafter Laserscanner ist in US 7,430,068 B2 beschrieben. Heutzutage ist es übliche Praxis, den Begriff Lasertracker oder Lasertracker zu verwenden, wenn man auch Laserscanner mit einer Distanz- und Winkelmessfunktion meint. Es gibt auch eine Hybridkategorie von Instrumenten, die als Totalstationen oder Tachymeter bekannt sind und die einen Retroreflektor oder einen Punkt einer diffus streuenden Oberfläche messen können. Eine beispielhafte Totalstation ist in US 4,346,989 A beschrieben. Lasertracker, die üblicherweise Genauigkeiten von wenigen Mikrometern bis zu wenigen zehn Mikrometern haben, sind normalerweise viel genauer als Totalstationen oder Scanner. In dieser Anmeldung wird durchgängig die weite Definition von Lasertracker verwendet, die Laserscanner und Totalstationen umfasst.
Normalerweise sendet der Lasertracker einen Laserstrahl an ein Retroreflektorziel. Eine übliche Art von Retroreflektorziel ist der sphärisch montierte Retroreflektor (SMR), der einen würfeleckigen Retroreflektor aufweist, der in eine Metallkugel eingebettet ist. Der würfeleckige Retroreflektor weist drei zueinander senkrechte Spiegel auf. Der Scheitel, der der gemeinsame Schnittpunkt der drei Spiegel ist, befindet sich in der Mitte der Kugel. Auf Grund dieser Anordnung der Würfelecke innerhalb der Kugel bleibt der senkrechte Abstand von dem Scheitel zu irgendeiner Oberfläche, auf der der SMR aufliegt, konstant, und dies selbst dann, wenn der SMR gedreht wird. Folglich kann der Lasertracker die 3D-Koordinaten einer Oberfläche messen, indem er der Position eines SMR folgt, wenn dieser über die Oberfläche bewegt wird. Mit anderen Worten muss der Lasertracker nur drei Freiheitsgrade (einen radialen Abstand und zwei Winkel) messen, um die 3D-Koordinaten einer Oberfläche vollständig zu charakterisieren.
Kompensationsparameter sind numerische Werte, die in für den Tracker zugänglicher Software oder Firmware gespeichert sind. Diese numerischen Werte werden auf Rohdaten des Trackers angewandt, um die Genauigkeit des Trackers zu verbessern. Zunächst ermittelt der Hersteller des Trackers die Kompensationsparameter durch Durchführung von Messungen, was als Kompensationsverfahren bezeichnet wird. Später wird der Tracker beim Kunden verwendet, um Messungen vorzunehmen. Der Tracker wird regelmäßig auf seine Genauigkeit überprüft, indem Zwischentests durchgeführt werden. Wenn die Genauigkeit unter der Norm liegt, führt der Bediener des Trackers ein oder mehrere Kompensationsverfahren im Fabrikraum durch. Diese können von wenigen Minuten bis zu einer Stunde oder länger dauern, was von dem besonderen Tracker und den erforderlichen Tests abhängt. In den meisten Fällen besteht die Hauptursache einer verringerten Genauigkeit des Trackers in einem Wärmedrift, obwohl auch ein mechanischer Stoß eine wichtige Rolle spielen kann.
Kompensationsparameter betreffen im Allgemeinen physikalische Kenndaten des Instruments. In den nachstehend angegebenen Beispielen beziehen sich einige dieser Kompensationsparameter auf (1) den Versatz eines Laserstrahls in Bezug auf einen mechanischen Drehpunkt (Kardanpunkt), (2) den Winkel eines Laserstrahls in Bezug auf eine senkrecht zu zwei mechanischen Achsen gezogene Linie, und (3) eine fehlende Rechteckigkeit von zwei mechanischen Achsen. Es werden viele andere Arten von Kompensationsparametern verwendet, aber im Allgemeinen beziehen sich diese Kompensationsparameter (die auch als kinematische Modellparameter oder einfach Parameter bezeichnet werden) auf physikalische Kenndaten des Instruments.
Jeder Kompensationsparameter eines Lasertrackers hat einen wahren Wert, der typischerweise auf Grund von Temperaturschwankungen und mechanischen Störungen, wie einem Stoß, mit der Zeit schwanken. Der wahre Wert ist typischerweise nur ungenügend bekannt. Außerdem hat jeder Kompensationsparameter des Lasertrackers einen aufgezeichneten Wert, der eine besondere konstante Zahl ist. Der aufgezeichnete Wert wird verwendet, um unverarbeitete Messungen des Lasertrackers durch eine besondere mathematische Formel zu korrigieren. Im Allgemeinen sind der aufgezeichnete Wert und der wahre Wert nicht gleich.
Wird ein Lasertracker eingeschaltet, nachdem er für längere Zeit ausgeschaltet war, läuft er durch die von den Motoren und der internen Elektronik erzeugte Wärme warm. Nach einem Zeitraum, typischerweise im Bereich von einer oder zwei Stunden, erreicht der Tracker eine stabile Gleichgewichtstemperatur, wenn die Umgebungstemperatur stabil ist. Nachdem das Aufwärmen abgeschlossen ist, erfordert die standardmäßige Messpraxis eine Kompensation des Instruments, gefolgt von einem Zwischentestverfahren, um zu überprüfen, ob die Kompensation erfolgreich war. Nachdem die Kompensation und der Zwischentest abgeschlossen sind, ist der Tracker bereit, Messungen mit optimaler Genauigkeit vorzunehmen.
Wird das Kompensationsverfahren durchgeführt, bevor der Tracker vollständig warmgelaufen ist, ändern sich die wahren Werte der Kompensationsparameter weiterhin, während der Tracker weiter warmläuft, wohingegen die aufgezeichneten Werte der Kompensationsparameter konstant bleiben. Dies beeinträchtigt wiederum die Leistung des Lasertrackers und zwingt den Benutzer dazu, die Verfahren der Kompensation und des Zwischentests zu wiederholen.
Aus Sicht des Bedieners des Trackers bedeutet die Zeit für das Aufwärmen, die Kompensation und das Zwischentesten verlorene Zeit, da der Tracker nicht für Messungen zur Verfügung steht. Aus diesem Grund ist es in der Messtechnik ständige Praxis, der Tracker wann immer möglich durchgehend eingeschaltet zu lassen. Dadurch kann auf die Aufwärmphase verzichtet und gewährleistet werden, dass der Tracker jederzeit bereit ist, Messungen vorzunehmen.
In vielen Situationen in der realen Welt ist es jedoch nicht möglich, das Instrument kontinuierlich eingeschaltet zu lassen. Zum Beispiel muss das Instrument vielleicht mal gelagert oder an einen anderen Arbeitsplatz transportiert werden, oder der Benutzer möchte einfach Energie sparen. In solchen Fällen ist es nicht möglich, ein Aufwärmen zu vermeiden. In diesen Fällen kann man nur darauf hoffen, dass es gelingt, die für das Instrument und auch für den Benutzer verlorene Zeit zu minimieren.
Die Situation des Aufwärmens ist für den Benutzer schwierig. Einerseits muss die Zeit, die durch das Warten auf das Aufwärmen des Instruments verloren geht, minimiert werden. Andererseits müssen die anschließenden Messungen genau sein. Mit diesem Kompromiss sind Benutzer von Lasertrackern jedes Mal konfrontiert, wenn sie ihre Instrumente einschalten.
Die Schwierigkeit wird noch dadurch verschärft, dass jede Aufwärmsequenz anders verläuft. Das genaue Verhalten hängt von der Temperaturverteilung in dem Tracker zu Beginn, den Umgebungsbedingungen und den Eigenarten des jeweiligen Instruments ab. Während das Langzeitverhalten annähernd stabil ist, spielt außerdem eine gewisse Subjektivität eine Rolle, wenn ein menschlicher Bediener entscheidet, ob das Instrument in ausreichendem Maße einen Wert des eingeschwungenen Zustands erreicht hat. Mit anderen Worten ist das genaue Verhalten eines Lasertrackers während seines Aufwärmens komplex, und zu bestimmen, wann der Tracker warmgelaufen ist, ist durchaus von Bedeutung.
Eine starke Einschränkung der vorliegenden Verfahren besteht darin, dass es nicht gewährleistet ist, dass der Benutzer über ausreichend Geschick und Kenntnisse verfügt, um eine korrekte Entscheidung bezüglich des Aufwärmens zu treffen, was zu vielen Fehlern führen kann. Eine weitere starke Einschränkung besteht darin, dass keine besonderen Schritte unternommen werden, um die Zeit bis zur Vollendung des Aufwärmens zu verkürzen. Mit der üblichen Verwendung von Wärmequellen innerhalb des Trackers kann die Aufwärmzeit für einige Arten von Trackern im Durchschnitt bis zu zwei Stunden dauern.
Bis zu einem gewissen Grad kann die Art und Weise, wie der Tracker angebracht ist, dazu beitragen, die erforderliche Aufwärmzeit zu verkürzen. Ein Beispiel für diese Art der Anbringung eines Trackers ist in der veröffentlichten US 2010/0195117 A1 angegeben. Dieses Montageverfahren bietet jedoch kein Verfahren zur Bestimmung, wie lange man warten muss, bis der Tracker warmgelaufen ist. Es ist überdies ein rein passives Verfahren und bietet daher nur eine geringe Verbesserung.
Es besteht Bedarf an einem automatisierten Mechanismus, um den Tracker schnellstmöglich unter minimalen Zusatzkosten aufzuwärmen und zu stabilisieren, wobei sich der Tracker sehr zuverlässig in einem aufgewärmten Zustand befinden sollte, um genaue Messungen zu erhalten. Wenn das Instrument nicht die erwartete absolute Leistung oder Stabilität aufweist, ist es außerdem wünschenswert, ein Verfahren an der Hand zu haben, das den Grund für die verringerte Leistung oder Stabilität diagnostizieren kann. Es mag auch wünschenswert sein, Prüfern einen Papiernachweis zur Verfügung zu stellen, der zeigt, dass der Lasertracker beim Gebrauch warmgelaufen oder stabil war.
Die US 5,005,929 A offenbart einen Laserscanner mit einem Temperaturdetektor in der Nähe eines Positionssensors, einem Umgebungstemperatur-Detektor und einem Temperatursteuerungs-Mechanismus. In Abhängigkeit von den Messwerten des Temperaturdetektors kann der Temperatursteuerungs-Mechanismus den Bereich des Positionssensors heizen oder kühlen, um eine konstante Temperatur aufrechtzuerhalten. Des Weiteren kann eine Korrelation zwischen der Temperatur und den Positionskorrekturen für den Positionssensor genutzt werden, um die Position basierend auf Temperaturmessungen zu korrigieren.
Die US 7,861,430 B2 offenbart eine Vorrichtung für einen Koordinatenmessgerät mit einem Sondenkopf. Es sind eine Heizvorrichtung zum Heizen des Sondenkopfes sowie ein Temperatursensor für den Sondenkopf vorgesehen. Eine Temperatursteuerung ist an die Heizvorrichtung und an den Sensor gekoppelt und aktiviert die Heizvorrichtung, die ein bürstenloser Motor sein kann, zeitweise, um die Temperatur innerhalb eines bestimmten Temperaturbereichs zu halten. Während einer Aufwärmphase erzeugt die Heizvorrichtung Wärme mit einer erhöhten Rate, um die Aufwärmzeit zu verkürzen.
ZUSAMMENFASSUNG
Nach einer Ausführungsform der Erfindung umfasst ein Verfahren zum Aufwärmen eines Instrumentes die folgenden Schritte: Bereitstellen eines Instrumentes, umfassend eine Lichtquelle, die dafür konfiguriert ist, einen Lichtstrahl auszusenden, eine Strahllenkungsvorrichtung, die dafür konfiguriert ist, den Lichtstrahl in eine erste Richtung zu lenken, wobei die erste Richtung auf einer Drehung der Strahllenkungsvorrichtung um eine erste Achse und eine zweite Achse basiert, einen Distanzmesser, der dafür konfiguriert ist, einen Abstand zu messen, den der Lichtstrahl von dem Instrument zu einem Punkt auf einem Objekt zurücklegt, einen ersten Temperatursensor, der dafür konfiguriert ist, eine Instrumententemperatur an einer ersten Position in dem Instrument zu messen, einen zweiten Temperatursensor, der dafür konfiguriert ist, eine Lufttemperatur zu messen, eine erste Wärmequelle, die dafür konfiguriert ist, in Abhängigkeit des Anlegens eines ersten elektrischen Stroms Wärme in das Instrument einzubringen, und einen Prozessor, der dafür konfiguriert ist, den ersten elektrischen Strom als eine Funktion der Zeit zu steuern. Das Verfahren umfasst weiterhin: das Messen einer ersten Instrumententemperatur mit dem ersten Temperatursensor zu einem Startzeitpunkt; das Messen einer ersten Lufttemperatur mit dem zweiten Temperatursensor zu dem Startzeitpunkt; das Bestimmen eines ersten Profils zumindest teilweise basierend auf der ersten Instrumententemperatur und der ersten Lufttemperatur, wobei das erste Profil einen Betrag des ersten elektrischen Stroms darstellt, der als eine Funktion der Zeit angelegt wird, wobei das erste Profil so ausgewählt wird, dass es ein vorhergesagtes Leistungsniveau des Instrumentes innerhalb einer Aufwärmzeit bereitstellt; das Anlegen des ersten elektrischen Stroms gemäß dem ersten Profil und das Liefern eines numerischen Wertes für die Aufwärmzeit des Instruments an einen Bediener zum Startzeitpunkt, wobei die Aufwärmzeit zumindest teilweise auf der ersten Instrumententemperatur und der ersten Lufttemperatur basiert.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Es werden nun nur beispielhaft Ausführungsformen anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben, die beispielhaft und nicht einschränkend sein sollen, wobei in mehreren Figuren gleiche Elemente mit den gleichen Nummerierungen versehen sind, wobei:
1 einen Lasertracker veranschaulicht, in dem beispielhafte automatisierte Aufwärm- und Stabilitäts-Ausführungsformen implementiert sein können;
2 ein Diagramm eines typischen doppelseitigen Fehlers (willkürlich) gegen die Zeit (in willkürlichen Einheiten) veranschaulicht, wobei das Rauschen der Deutlichkeit halber entfernt wurde;
3 ein Flussdiagramm für ein Stabilitätsverfahren gemäß beispielhaften Ausführungsformen veranschaulicht;
4 ein Stabilitätsverfahren veranschaulicht, das das Berechnen von Parametern gemäß beispielhaften Ausführungsformen beinhaltet;
die 5–8 Diagramme der Stabilitätsmetrik in Prozent gegenüber der Anzahl an Selbstkompensationszyklen veranschaulichen, um das Verfahren in 4 zu zeigen;
9 ein beispielhaftes Berechnungssystem für einen Lasertracker veranschaulicht;
10 ein Flussdiagramm für ein Verfahren zum Überprüfen der Stabilität eines Lasertrackers veranschaulicht;
11 eine typische Erwärmungskurve eines Lasertrackers zeigt;
12 eine typische thermische Relaxationskurve eines Lasertrackers zeigt; und
13 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Minimieren der Zeit für das Aufwärmen eines Instrumentes zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
1 veranschaulicht einen Lasertracker 10, in dem beispielhafte automatisierte Aufwärm- und Stabilitäts-Ausführungsformen implementiert sein können. Der Lasertracker 10 sendet einen Lichtstrahl 46 von dem Lasertracker 10 zu dem SMR 26, der den Lichtstrahl 48 zu dem Tracker 10 zurücksendet. Der Lichtstrahl 48 hat eine etwas geringere Lichtleistung im Vergleich zum Lichtstrahl 46, ist ansonsten jedoch fast identisch zu dem Lichtstrahl 46. Ein beispielhafter kardanisch aufgehängter Strahllenkungsmechanismus 12 eines Lasertrackers 10 umfasst eine erste Struktur 14, die auf einem Grundteil 16 angebracht ist. Die erste Struktur 14 wird um eine erste (Azimut-)Achse 20 gedreht. Eine zweite Struktur 15 ist auf der ersten Struktur 14 angebracht und wird um eine zweite (Zenit-)Achse 18 gedreht. Die zweite Achse 18 und die erste Achse 20 schneiden sich orthogonal innerhalb des Trackers 10 an einem Kardanpunkt 22, der normalerweise der Ursprung für Abstandsmessungen ist. Der Lichtstrahl 46 geht fast durch den Kardanpunkt 22 hindurch und wird orthogonal zu der zweiten Achse 18 gerichtet. Mit anderen Worten liegt der Weg des Lichtstrahls 46 in der Ebene, die zu der zweiten Achse 18 normal ist. Der Lichtstrahl 46 wird durch Drehung der zweiten Struktur 15 um die zweite Achse 18 und Drehung der ersten und der zweiten Struktur 14, 15 um die erste Achse 20 in die gewünschte Richtung gerichtet. Ein Zenitwinkelkodierer (nicht gezeigt) in dem Tracker ist an einer Zenitachse (nicht gezeigt) angebracht, die mit der zweiten Achse 18 ausgerichtet ist, und ein Azimutwinkelkodierer (nicht gezeigt) in dem Tracker ist an einer Azimutachse (nicht gezeigt) angebracht, die mit der ersten Achse 20 ausgerichtet ist. Die Winkelkodierer zeigen mit hoher Genauigkeit die Drehwinkel der ersten und der zweiten Struktur um die erste und die zweite Achse an. Ein erster Motor 32 in dem Tracker, der an der Azimutachse angebracht ist, sorgt für die Drehung der ersten und der zweiten Struktur um die erste Achse. Ein zweiter Motor 34 in dem Tracker, der an der Zenitachse angebracht ist, sorgt für die Drehung der zweiten Struktur um die zweite Achse. Der Tracker 10 misst den radialen Abstand zwischen dem Kardanpunkt 22 und dem Retroreflektor 26 sowie die Drehwinkel um die Zenit- und die Azimutachse 18, 20, um die Position des Retroreflektors 26 innerhalb des Kugelkoordinatensystems des Trackers zu finden.
in einer Ausführungsform ist die zweite Struktur 15 eine Nutzmasse, die Licht von auf der Nutzmasse angeordneten Elementen emittiert. Diese Elemente können Lichtquellen sein, wie Laser oder Superlumineszenzdioden, die sich auf der Nutzmasse befinden und Licht in den freien Raum emittieren. in einer anderen Ausführungsform können diese Elemente Lichtleiter sein, die mit Lichtquellen verbunden sind, wobei die Enden der Lichtleiter das Licht in den freien Raum innerhalb der Nutzmasse einkoppeln. Die Lichtquellen können sich in der zweiten Struktur (Nutzmasse) 15, der ersten Struktur 14 oder dem Grundteil 16 befinden. In einer anderen Ausführungsform ist die zweite Struktur ein Spiegel, der aus dem Grundteil 16 oder der ersten Struktur 14 austretendes Licht als Lichtstrahl 46 aus dem Tracker 10 lenkt.
Der Vorderseitenmodus ist als der normale Betriebsmodus des Trackers definiert. Der Rückseitenmodus wird durch Starten im Vorderseitenmodus und dann Vornehmen der folgenden Schritte erhalten: (1) Drehen der Azimutachse um 180 Grad; (2) Drehen der Zenitachse, um die Negative des ursprünglichen Zenitwinkels zu erhalten (wobei die Richtung der Azimutachse 20 einem Zenitwinkel von null entspricht); und (3) Einschalten der Nachführung. Durch den letzten Schritt wird der Lichtstrahl veranlasst, sich zur richtigen Position auf dem Würfeleck oder dem Spiegel zu bewegen, so dass der Lichtstrahl 48 den Weg des Lichtstrahls 46 nochmals nachführt. Bei einem idealen Lasertracker sind die gemessenen dreidimensionalen Koordinaten eines Retroreflektor- oder Spiegelziels im Vorderseitenmodus und im Rückseitenmodus gleich. Bei einem reellen Tracker sind diese gemessenen Winkel nicht genau gleich, und die Differenz zeigt die Qualität der Messung des Trackers an. Die doppelseitige Messung ist besonders für Parameterfehler anfällig, was hier nachstehend genauer besprochen wird, und liefert somit einen wirksamen Test zum schnellen Bewerten eines Lasertrackers.
Bei der doppelseitigen Messung wird ein (x, y, z-)Wert im Vorderseitenmodus und ein (x, y, z-)Wert im Rückseitenmodus erhalten. Hierbei sind x, y und z Koordinaten innerhalb des festen Bezugsrahmens, in dem sich der Lasertracker befindet. Bei doppelseitigen Messungen ist es üblich, den Radialabstand für den Vorderseiten- und den Rückseitenmodus auf den gleichen Wert zu setzen. Daraus ergibt sich, dass der Unterschied zwischen den Ablesungen der Vorderseiten- und Rückseitenkoordinaten vollständig entlang der Querrichtung liegt. Hier ist die Querrichtung als die Richtung senkrecht zu dem Lichtstrahl von dem Tracker definiert. Der doppelseitige Unterschied, auch als doppelseitiger Fehler bekannt, ist der Querabstand zwischen im Vorderseiten- und Rückseitenmodus erhaltenen Ablesungen. Bei dieser Messung ist der betreffende doppelseitige Fehler der nicht kompensierte doppelseitige Fehler, mit anderen Worten der doppelseitige Fehler bevor die Kompensationsparameter angewandt wurden. Der Zweck der Kompensationsparameter besteht darin, die Messgenauigkeit zu verbessern, und damit verringert die Anwendung von Kompensationsparametern normalerweise den doppelseitigen Fehler. Mit anderen Worten ist der kompensierte doppelseitige Fehler normalerweise kleiner als der nicht kompensierte doppelseitige Fehler.
Der Grund dafür, dass doppelseitige Messungen beim Anzeigen von Problemen mit dem Tracker besonders wirksam sind liegt darin, dass sie für viele der typischen Fehlermodi innerhalb eines Lasertrackers anfällig sind. In einem idealen Tracker geht der Lichtstrahl zumindest fast durch den Kardanpunkt des Trackers hindurch. In einem realen Tracker ist der Lichtstrahl in Bezug auf den Kardanpunkt versetzt. Dieser Versatz ergibt zwei Parameter – TX und TY – die einfach die Versatzabstände in den X- und Y-Richtungen an der dem Kardanpunkt am nächsten gelegenen Linie sind. Hier werden die X- und die Y-Richtung in Bezug auf die Nutzmasse 15 in 1 genommen. (Diese unterscheiden sich von den x- und y-Richtungen, die in Bezug auf den festen Bezugsrahmen genommen werden, in dem sich der Lasertracker befindet.) Solange diese Parameter stabil und genau bekannt sind, verursacht der Versatz des Lichtstrahls in Bezug auf den Kardanpunkt keinen Fehler. Wenn sich jedoch der Versatz mit der Temperatur ändert, zum Beispiel wenn der Tracker warmläuft, ändern sich auch die wahren Werte von TX und TY. Die doppelseitige Messung ist für TX- und TY-Fehler sehr anfällig.
Bei einem idealen Tracker ist, wenn der Zenitwinkel auf neunzig Grad eingestellt ist, der Lichtstrahl senkrecht zu der mechanischen Azimutachse und der mechanischen Zenitachse. Bei einem realen Tracker weicht der Lichtstrahl etwas von der Senkrechten ab. Diese Neigung des Lichtstrahls ergibt zwei Parameter – RX und RY – die einfach die Winkelneigungen um die X- und Y-Richtung sind. Solange diese Parameter stabil und genau bekannt sind, verursacht der Versatz des Lichtstrahls in Bezug auf die mechanischen Achsen keinen Fehler. Wenn sich jedoch der Versatz mit der Temperatur ändert, zum Beispiel wenn der Tracker warmläuft, ändern sich auch die wahren Werte von RX und RY. Die doppelseitige Messung ist für RX- und RY-Fehler anfällig.
Die Verfahren zum Ermitteln der Parameter TX, TY, RX, RY für die Art von Tracker, die in 1 gezeigt ist, sind in US 7,327,446 B2 beschrieben. Andere Formeln sind auf Lasertracker anwendbar, die andere Strahllenkungsverfahren verwenden. Zum Beispiel verwenden manche Lasertracker einen Spiegel, um den Lichtstrahl zu führen, und diese Tracker haben andere Parameter als der in 1 gezeigte Tracker. Es werden jedoch doppelseitige Tests verwendet, um für alle Arten von Trackern unabhängig von dem Strahllenkungsmechanismus Probleme zu erkennen und Parameter zu finden.
Doppelseitige Fehler können auch andere Arten von Trackerfehlern reflektieren. Zum Beispiel kann er auf viele Arten von Fehlern anfällig sein, die in Winkelkodierern auftreten. Unter manchen Umständen ist er auch für Fehler der fehlenden Rechteckigkeit der Achse anfällig.
Wenn der Tracker stabil ist, kann die doppelseitige Messung als Teil eines Kompensationsverfahrens verwendet werden, um die richtigen Parameterwerte zu ermitteln. Wenn der Tracker nicht stabil ist, kann die Veränderlichkeit der doppelseitigen Messwerte verwendet werden, um diese mangelnde Stabilität zu erkennen. Die besonderen Parameterwerte und wie sich diese Werte im Laufe der Zeit ändern, können als ein Diagnosewerkzeug verwendet werden, um den Benutzer oder Servicevertreter dabei zu unterstützen, die physikalische Ursache für jedes Problem, das auftreten kann, zu finden. Dies ist einer der Gründe, warum die hier beschriebenen beispielhaften Verfahren nützlich sind, um die Stabilität eines Trackers, der bereits warmgelaufen ist, sowie auch eines Trackers, der sich in der Warmlaufphase befindet, zu überprüfen.
Beispielhafte Ausführungsformen, die hier nachstehend beschrieben werden, dienen dazu, dass die Verfahren ein schnelles beständiges Aufwärmen von Trackern gewährleisten. Beispielhafte Ausführungsformen können das Durchführen von wiederholten doppelseitigen Messungen (d. h. Vorderseiten- und Rückseitenmessungen) an einem einzelnen Retroreflektorziel, das sich entweder auf einem Tracker (d. h. ein ”On-Tracker”-Ziel, zum Beispiel wie es in US 7,327,446 B2 beschrieben ist) oder an einem willkürlichen Punkt in dem den Tracker umgebenden Volumen befindet. Wenn sich der Punkt außerhalb des Trackers befindet, kann der Retroreflektor in einer Aufnahme angeordnet werden, die zum Beispiel an einem Boden, einem Instrumentenstand oder einer Struktur angebracht sein kann. Diese Messungen können in regelmäßigen Abständen erfolgen, die zeitlich eng aufeinander folgen können. Nachdem jede doppelseitige Messung erfolgt ist, wird der doppelseitige Fehler, der als der Unterschied zwischen den Ablesungen im Vorderseiten- und Rückseitenmodus definiert ist, berechnet. Die doppelseitigen Ablesungen werden für die Entscheidung verwendet, ob der Tracker stabil ist. Möglichkeiten hierfür werden nachstehend besprochen.
In einer anderen beispielhaften Ausführungsform kann ein zweites Ziel derart hinzugefügt werden, dass Translationsfehler (zum Beispiel TX- und TY-Fehler) und Winkelfehler (zum Beispiel RX- und RY-Fehler) getrennt werden. Es gibt mehrere Möglichkeiten, Translations- und Winkelfehler in dem Tracker zu trennen. Die erste Möglichkeit besteht darin, zwei verschiedene Retroreflektorziele mit verschiedenen Abständen anzuordnen. Entfernte Ziele sind für die Auswirkungen von Winkelfehlern anfälliger als nahe Ziele, während entfernte und nahe Ziele gleichermaßen von Translationsfehlern betroffen sind. Daher können doppelseitige Messungen an zwei Retroreflektorzielen durchgeführt werden, die mit zwei verschiedenen Entfernungen angeordnet sind. Die Ablesungen von diesen Messungen können verwendet werden, um die zwei Arten von Fehlern zu trennen.
Eine zweite Möglichkeit der Trennung von Translations- und Winkelfehlern besteht darin, einen Retroreflektor als erstes Ziel und einen Spiegel als zweites Ziel zu wählen. Der Spiegel spricht am stärksten auf Winkelfehler in dem Tracker an, während der Retroreflektor sowohl auf Winkel- als auch auf Translationsfehler anspricht. Das Verfahren zum Trennen von Translations- und Winkelfehlern unter Verwendung von Retroreflektor- und Spiegelzielen ist im Einzelnen in US 7,327,446 B2 erläutert. Das Kriterium für die Entscheidung, wann ein Tracker warmgelaufen ist, basiert auf Deltawerten von doppelseitigen Messungen für die beiden verschiedenen Ziele. Eine Vielfalt von spezifischen mathematischen Regeln kann verwendet werden, um zu entscheiden, wann ein Tracker warmgelaufen ist, wie nachstehend beschrieben wird.
In noch einer weiteren beispielhaften Ausführungsform werden Parameter aus den doppelseitigen Messungen berechnet. Einige Parameter (zum Beispiel RX und RY bei manchen Trackerarten) können unter Verwendung allein von Spiegelzielen erfasst werden. Andere Arten von Parametern (zum Beispiel TX und TY bei manchen anderen Trackerarten) werden unter Verwendung von zwei oder mehr Retroreflektor- oder Spiegelzielen erfasst. Die relevanten Parameter unterscheiden sich je nach spezifischem Tracker. Zum Beispiel sind Parameter für eine Trackerart anders, die einen Lenkspiegel verwendet, um den Lichtstrahl aus dem Tracker zu richten, als für die in 1 gezeigte Trackerart. Im Allgemeinen können alle Parameter für jede Art von Tracker in einer mathematischen Regel verwendet werden, die anzeigt, wann ein Tracker warmgelaufen oder stabil ist.
In einer oder in mehreren beispielhaften Ausführungsformen kann der Tracker 10 eine Benutzerschnittstelle umfassen, die dem Benutzer den Fehler des Trackers 10 relativ zu dem maximal zulässigen Fehler (MZF) für diesen besonderen Zielpunkt mitteilen würde, wenn der Benutzer beginnen würde, den Tracker zu irgendeinem besonderen Zeitpunkt zu verwenden. Der MZF ist eine Spezifikation, die die Hersteller der Tracker veröffentlichen und die die Genauigkeit des Trackers als eine Funktion der Entfernung angibt.
2 veranschaulicht ein Diagramm eines nicht kompensierten doppelseitigen Fehlers auf der vertikalen Achse gegenüber Zeit auf der horizontalen Achse. Das Diagramm veranschaulicht, dass, während der Tracker 10 warmläuft, dieser zunächst einen anfänglichen, nicht kompensierten doppelseitigen Fehlerwert 215 hat. Während des Warmlaufens wechselt der doppelseitige Fehler schnell in eine Übergangsphase 210. Der nicht kompensierte doppelseitige Fehler kann positiv oder negativ sein, und er kann während des Aufwärmens des Trackers größer oder kleiner werden. Im Laufe der Zeit erreicht der Tracker 10 eine Plateau-Phase 220, in der sich der doppelseitige Fehler einem Plateauwert 225 nähert, der auch als Beharrungswert bezeichnet werden kann. Wenn sich der Tracker 10 dem Plateauwert nähert, gilt er als stabil und bereit für die Kompensation.
10 zeigt ein Flussdiagramm für eine erste beispielhafte Ausführungsform für ein Verfahren 1000 zur Bestimmung, ob ein Instrument, wie ein Lasertracker, aufgewärmt oder stabil ist. Es ist mindestens ein Ziel erforderlich, das ein Retroreflektor oder ein Spiegel sein kann. Das Verfahren der Verwendung von Retroreflektoren oder Spiegeln zur Durchführung von doppelseitigen Messungen ist genauer in US 7,327,446 B2 beschrieben. Es können zusätzliche Ziele verwendet werden, welche jede Kombination von Retroreflektoren oder Spiegeln sein können. Das Verfahren umfasst die Schritte 1010, 1020, 1030, 1040, 1050 und 1060. Schritt 1010 besteht in der Durchführung einer Messung eines jeden Ziels im Vorderseitenmodus. Schritt 1020 besteht in der Durchführung einer Messung eines jeden Ziels im Rückseitenmodus. Die Reihenfolge für die Durchführung der Vorderseiten- und Rückseitenmessung ist nicht wichtig, die Gesamtzeit zur Beendung des Testes sollte jedoch auf schwache Driftwirkungen beschränkt sein. Schritt 1030 besteht in der Berechnung des doppelseitigen Fehlers für jedes der Ziele. Der doppelseitige Fehlerwert ist ein Querabstand und hat Längeneinheiten. Schritt 1040 besteht in der Entscheidung, ob die Ziele zum ersten Mal gemessen wurden. Wenn dies der Fall ist, wird ein zweiter Satz von Messungen durchgeführt, wieder beginnend mit Schritt 1010. Wenn dies nicht der Fall ist, fährt das Verfahren mit Schritt 1050 fort, wo eine oder mehrere Stabilitätsmetriken berechnet werden.
Eine Stabilitätsmetrik ist jeder Wert, der durch eine Regel definiert ist, die entscheidet, ob der Tracker stabil ist. Die Stabilitätsmetrik kann eine einfache Zahl sein, die auf einem Paar von gemessenen doppelseitigen Fehlern beruht, oder sie kann ein komplizierterer Wert sein, der auf mehreren Messungen beruht, die nach einer mathematischen Regel kombiniert werden. Ein Beispiel für den letzteren Fall eines relativ komplizierten Wertes, der auf mehreren Parametern und auf den Spezifikationen des Herstellers basiert, ist nachstehend mit Bezug auf 10 angegeben. Die Stabilitätsmetrik kann auf einer Reihe von Messwerten aus der Vergangenheit (zum Beispiel einem gleitenden Mittelwert oder einer anderen Art von gefiltertem Wert) oder einfach auf den zuletzt erfassten Messwerten beruhen. Schritt 1060 besteht in der Entscheidung, ob die Stabilitätsmetrik die Beendigungskriterien erfüllt hat. Es kann ein einzelnes Beendigungskriterium geben, oder es kann mehrere Beendigungskriterien geben. Wenn mehrere Beendigungskriterien vorliegen, gibt es eine entsprechende Stabilitätsmetrik für jedes Kriterium, obwohl einige der Kriterien ohne Finden von doppelseitigen Fehlern erhalten werden können. Zum Beispiel kann ein Kriterium darin bestehen, dass die vom Tracker kompensierten doppelseitigen Fehler die MZF-Spezifikationen des Herstellers erfüllen. Dies könnte zusammen mit einem zweiten Kriterium verwendet werden, das sich auf die Stabilität der doppelseitigen Fehler über die Zeit bezieht. Wenn mehrere Beendigungskriterien gegeben sind, muss jedes von diesen von der entsprechenden Stabilitätsmetrik erfüllt sein, damit der Tracker als stabil gilt. Wenn die Stabilitätsmetrik die Beendigungskriterien erfüllt, gilt der Tracker als stabil oder aufgewärmt, und der nächste Schritt kann durchgeführt werden. Der nächste Schritt besteht normalerweise darin, entweder ein Kompensationsverfahren an dem Tracker durchzuführen oder mit der Durchführung von Messungen mit dem Tracker zu beginnen.
Wohl die einfachste Art von Stabilitätsmetrik ist der Absolutwert des Deltas (der Differenz) in den beiden vorangegangenen doppelseitigen Fehlern. Die Schwellenbedingung in diesem Fall kann einfach ein gegebener numerischer Wert sein. Wenn die Stabilitätsmetrik unter dem Schwellenwert liegt, gilt der Tracker als stabil. Andernfalls gilt er als nicht stabil, und die doppelseitigen Messungen werden fortgeführt. Bezugnehmend auf 2 sehen wir, dass sich die doppelseitigen Fehler zunächst schnell ändern, was bedeutet, dass das Delta (die Differenz) in den doppelseitigen Werten groß ist. Daher zeigt ein kleiner Wert einen stabilen Tracker an. Eine Komplikation besteht im Allgemeinen darin, dass der in 2 veranschaulichte doppelseitige Fehler neben der glatten Kurve, die die allgemeine Tendenz zeigt, ein gewisses Rauschen aufweist. In diesem Fall kann die Erkennung der Stabilität basierend auf einem einzelnen Deltawert vielleicht keine ausreichende Sicherheit bringen, dass der Tracker vollkommen stabil ist.
Die Schritte des Verfahrens 1000 aus 10 können zweckmäßig eher in Worten als in einem Flussdiagrammformat beschrieben werden. Um die Stabilitätsmetrik zu berechnen, sind mindestens zwei doppelseitige Fehler notwendig. Folglich gibt es eine Vielzahl von Rückseiten-Messungen, Vorderseiten-Messungen und doppelseitigen Fehlerberechnungen, und es gibt mindestens eine Stabilitätsmetrik. Die Vorderseiten- und Rückseiten-Messungen werden abgewechselt. Wenn die Beendigungskriterien nicht erfüllt sind, kann irgendeine Anzahl von wiederholten doppelseitigen Messungen erforderlich sein, bevor der Tracker als stabil gilt.
3 zeigt ein Flussdiagramm für eine zweite beispielhafte Ausführungsform für ein Verfahren 300 zur Bestimmung, ob ein Instrument, wie ein Lasertracker, aufgewärmt oder stabil ist. Das Verfahren 300 umfasst die Schritte 310, 320, 330, 340 und 350. Schritt 310 besteht darin, doppelseitige Messungen an mindestens zwei Zielen vorzunehmen, welche Retroreflektor- oder Spiegelziele sein können. Schritt 310 kann gegebenenfalls auch Messungen zusätzlich zu den doppelseitigen Messungen umfassen. Schritt 320 besteht darin, Kompensationsparameter des Instruments zu berechnen, und zwar im Allgemeinen eher eine Untergruppe von Parametern als ein vollständiger Satz von Instrumentenparametern. Die in Schritt 310 vorgenommenen Messungen bieten ausreichend Informationen, um zumindest einige Parameter des Instruments zu berechnen. Schritt 330 besteht darin, zu überprüfen, ob die Messungen aus Schritt 310 zum ersten Mal durchgeführt wurden. Wenn dies der Fall ist, werden sie, beginnend mit Schritt 310, erneut durchgeführt. Wenn dies nicht der Fall ist, wird Schritt 340 ausgeführt, um eine Stabilitätsmetrik zu berechnen. Schritt 350 besteht darin, zu überprüfen, ob die Stabilitätsmetrik unter dem Schwellenwert liegt. Wenn dies der Fall ist, gilt das Instrument als stabil oder aufgewärmt. Andernfalls werden beginnend mit Schritt 310 zusätzliche Messungen und Berechnungen iterativ wiederholt.
Das Verfahren 300, wie es anhand von 3 beschrieben wurde, ist ein Gesamtverfahren, für das nun weitere beispielhafte Ausführungsformen beschrieben werden.
4 veranschaulicht ein Verfahren 400 gemäß beispielhaften Ausführungsformen. Das Verfahren 400 umfasst die Schritte 410, 420, 430, 440 und 450. Schritt 410 besteht darin, ein Kompensationsverfahren durchzuführen. Für den in 1 gezeigten beispielhaften Lasertracker, der genauer in US 7,327,446 B2 beschrieben wird, ist ein zweckmäßiges Kompensationsverfahren ein Selbstkompensationsverfahren, bei dem zwei Ziele auf dem Tracker, ein Retroreflektor auf dem Tracker und ein Spiegel auf dem Tracker in einem voll automatisierten Trackerverfahren verwendet werden, um Tracker-Parameter zu finden. Die Durchführung dieses Verfahrens dauert etwa 4 bis 5 Minuten. Es können ebenso gut andere Kompensationsverfahren verwendet werden. Schritt 420 besteht darin, die Tracker-Parameter TX, TY, RX und RY zu berechnen. Das Selbstkompensationsverfahren erhält unter anderem diese Tracker-Parameter. Schritt 430 besteht darin, zu überprüfen, ob das Kompensationsverfahren zum ersten Mal durchgeführt wurde. Wenn dies der Fall ist, wird das Kompensationsverfahren ein zweites Mal durchgeführt, und die Parameterwerte werden erneut berechnet. Wenn dies nicht der Fall ist, wird Schritt 440 ausgeführt, um eine Stabilitätsmetrik S zu berechnen. Weitere Einzelheiten über das Verfahren zur Berechnung der Stabilitätsmetrik S werden nachstehend angegeben. Schritt 450 besteht darin, zu überprüfen, ob das Beendigungskriterium von der Stabilitätsmetrik erfüllt wurde. Wenn dies der Fall ist, gilt der Tracker als stabil und das Verfahren 400 ist beendet. Im Anschluss daran beginnt entweder die Tracker-Kompensation oder der Start von Messungen durch den Tracker. Für die nachstehend besprochene besondere beispielhafte Ausführungsform kann die Stabilitätsmetrik von 0 bis 1 (oder 0 bis 100%) schwanken, wobei 0 den unstabilsten Tracker und 1 den stabilsten Tracker anzeigt. Als Beispiel kann ein Beendigungskriterium von 0,9 (oder 90%) ausgewählt werden. Der Tracker würde dann als stabil gelten, wenn die Stabilitätsmetrik größer oder gleich 0,9 wäre.
Die Stabilitätsmetrik S wird durch Durchführung der folgenden Schritte berechnet. Die Änderungen der kinematischen Modellparameter RX, RY, TX, TY werden berechnet: ΔRX = RX_new – RX_old, ΔRY = RY_new – RY_old, ΔTX = TX_new – TX_old, ΔTY = TY_new – TY_old. (1)
Hier bezieht sich der Index ”new” auf die Parameter, die in der letzten Messung berechnet wurden, und der Index ”old” bezieht sich auf die Parameter, die in der Messung kurz vor der letzten Messung berechnet wurden.
Die quadratischen Mittel (RSS) ΔR, ΔT werden für die x- und y-Komponenten der Änderungen in den kinematischen Modellparametern berechnet:
Die Standard-Querunsicherheit U_std des Instrumentes als eine Funktion der Entfernung d findet sich auf Grundlage der vom Hersteller angegebenen Spezifikationswerte A und B: U_std(d) = A + B·d. (3)
Die Querunsicherheit U_prm, die der Stabilität der Parameter zugeordnet ist, findet sich auf Grundlage der berechneten Werte ΔT und ΔR, die aus der Gleichung (2) erhalten wurden: U_prm(d) = ΔT + ΔR d. (4)
Die Unsicherheitswerte U_std und U_prm aus den Gleichungen (3) und (4) werden kombiniert, um ein quadratisches Mittel (RSS) U_adj zu erhalten:
Das entfernungsabhängige Stabilitätsverhältnis s = s(d) ist definiert als s(d) = U_std(d)/U_adj(d). (6)
Die Stabilitätsmetrik S ist als der Mindestwert des Stabilitätsverhältnisses über die möglichen Entfernungen des Trackers definiert, die sich von d_min bis d_max erstrecken: S = Min(s(d)). (7)
Wie in Gleichung (7) definiert, ist S eine dimensionslose Zahl, die auf einem Intervall [0, 1] liegt. Unmittelbar nachdem der Tracker 10 eingeschaltet wird, können sich die Temperatur und die kinematischen Modellparameter schnell ändern, was zu einem relativ niedrigen Wert für S führt. Später, wenn sich die Temperatur dem Gleichgewicht nähert und sich die Modellparameter langsamer ändern, nähert sich S1 an. Der Selbstkompensationszyklus endet, wenn S die spezifizierte Toleranz überschreitet. Eine typische Toleranz wäre 0,9. Das vorstehend beschriebene Verfahren muss keine lineare Funktion von A und B sein, wie sie in Gleichung (3) angegeben ist; es könnte auch in anderen beispielhaften Ausführungsformen generalisiert werden. Wenn zum Beispiel die Leistungsspezifikation des Herstellers eine nichtlineare Funktion der Entfernung ist, ändert man einfach die vorstehende Formelgleichung (3). Ein Vorteil der Ausführungsformen der 3 und 4 besteht darin, dass, wenn das automatische Aufwärmen abgeschlossen ist, der Tracker 10 nicht nur aufgewärmt, sondern auch kompensiert ist. Dieses Verfahren ist besonders zweckmäßig, wenn das hier vorstehend beschriebene Verfahren verwendet wird, da dies nur eine minimale Benutzeraufmerksamkeit erfordert. Der Benutzer muss nur einen Schnelltest laufen lassen, um die Genauigkeit des Instruments zu prüfen, bevor er Messungen vornimmt.
Die 5–8 veranschaulichen Diagramme 500, 600, 700, 800 der Stabilitätsmetrik gegenüber der Anzahl an Selbstkompensationszyklen, um das Verfahren 400 zu zeigen. Die 5–7 veranschaulichen Tracker, die aus einem kalten Zustand gestartet wurden, und 8 veranschaulicht einen Tracker, der bereits thermisch ausgeglichen war. Die 5–8 veranschaulichen, dass die Aufwärmzeit über etwa fünf Kompensationszyklen auftritt (d. h. etwa 25 Minuten). Es ist ersichtlich, dass die 5–8 nur Beispiele zeigen und das Verfahren 400 veranschaulichen. In anderen beispielhaften Ausführungsformen sind andere Anzahlen von Kompensationszyklen möglich. Aus den 5–8 ist daher ersichtlich, dass die Diagramme 500, 600, 700, 800 das Plateauverhalten zeigen, wenn sich der Tracker dem thermischen Gleichgewicht nähert, wie es durch das Verfahren 400 unterstützt wird.
In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform führt ein Selbsttest-Kompensationsverfahren die automatisierte Messung durch und berechnet die Parameter. Die für diese Messungen verwendeten Ziele umfassen einen an dem Tracker montierten Retroreflektor und einen an dem Tracker montierten Spiegel. Der Algorithmus bewertet das Beendigungskriterium und wird als Vorzeichenumkehr-Algorithmus (SC) bezeichnet. Bei dem SC beginnen, wenn sich der betreffende Parameter stabilisiert hat, willkürliche Schwankungen seines Wertes relativ zu irgendeinem systematischen Verhalten auf Grund des Aufwärmens wichtig zu werden, das tendenziell von monotoner Natur ist. Der SC berechnet das Delta in jedem Parameter von einem Zyklus zum nächsten. Jedes Mal, wenn das Delta das Vorzeichen ändert, wird ein Zähler für den zugeordneten Parameter erhöht. Die Schleife endet, wenn jeder Parameter N Vorzeichenänderungen durchlaufen hat, wobei N eine zuvor festgelegte ganze Zahl größer oder gleich 1 ist. N kann entweder von dem Benutzer oder von dem Hersteller des Trackers festgelegt werden. Das Beendigungskriterium wird wirksam durch Verringern bzw. Erhöhen von N gelockert oder verschärft. Ein Vorteil der SC-Ausführungsform besteht darin, dass, wenn das automatisierte Hochfahren abgeschlossen ist, der Tracker nicht nur aufgewärmt, sondern auch kompensiert ist, da sie auf dem Selbstkompensations-Verfahren beruht.
Ein wichtiger Aspekt der hier beschriebenen Verfahren der Erfindung besteht darin, die Zeit für das Aufwärmen des Trackers zu minimieren. Insoweit wurden hier vorstehend die Ausführungsformen zumeist auf Verfahren zum Bestimmen, wann ein Tracker aufgewärmt ist, abgestellt. Nun betrachtet diese Anmeldung genauer, wie die Aufwärmzeit minimiert werden kann. Tracker sind mit eingebauten Heizern in Form von Elektromotoren 32, 34 ausgerüstet. Tests haben gezeigt, dass ein aktives Heizen durch Verwendung von Elektromotoren die Aufwärmzeit erheblich verringern kann. Bei der üblichsten Situation, bei der der Tracker zunächst Umgebungstemperatur hat, kann die Aufwärmzeit durch richtige Anwendung der Motorheizung um einen wesentlichen Betrag verkürzt werden. Zum Beispiel wird bei einer Art von Tracker die Aufwärmzeit um einen Faktor vier von zwei Stunden auf dreißig Minuten verkürzt.
Neben einer Wärmequelle benötigt ein beschleunigtes Aufwärmverfahren eine Regeleinrichtung. Die Regeleinrichtung reguliert den Betrag an elektrischem Strom, der zu einer gegebenen Zeit an die Motoren anzulegen ist. Eine optimierte Regeleinrichtung legt den Strom so an die Motoren an, dass die Aufwärmzeit minimiert wird. Dabei stellt sie sicher, dass der erforderliche Wärmebetrag in den Tracker eingetragen wird. Sie stellt auch sicher, dass sich heiße Stellen typischerweise in der Nähe der Motoren abkühlen können und dass sich kalte Stellen typischerweise in einem gewissen Abstand zu den Motoren aufwärmen können. Diesen Prozess bezeichnet man als thermische Relaxation. Ein wirksames Verfahren zum schnellen Erreichen von thermischem Gleichgewicht im gesamten Körper des Lasertrackers besteht darin, zunächst einen Heizzyklus, gefolgt von einem thermischen Relaxationszyklus vorzusehen. Das Aufwärmen ist erst abgeschlossen, wenn sowohl das Heizverfahren als auch das thermische Relaxationsverfahren abgeschlossen sind. Im Allgemeinen kann die Wärme jedoch mit einer Vielfalt von zeitlichen Mustern wirksam an einen Lasertracker angelegt werden, wobei normalerweise höhere Wärmepegel eher zu Beginn des Aufwärmverfahrens und niedrigere Wärmepegel eher gegen Ende des Aufwärmverfahrens angelegt werden.
Im Idealfall bleibt nach dem Aufwärmen die Temperatur an jedem Punkt innerhalb des Trackers ziemlich gut konstant über die Zeit. In diesem Fall sagt man, der Tracker hat sein thermisches Gleichgewicht erreicht, oder auch dass er ausgeglichen ist oder ein Temperaturplateau erreicht hat.
Nachdem der Tracker sein thermisches Gleichgewicht erreicht hat, werden die Motoren weiterhin mit elektrischem Strom versorgt, um die Bewegungen der Lasertrackerstrukturen während des normalen Betriebs des Trackers auszuführen. Solche Bewegungen erfordern einen relativ niedrigen Pegel im Vergleich zum Anlegen des gesamten Stroms an die Motoren des Trackers. Zum Beispiel beträgt bei einem typischen Betrieb einer Trackerart die Stromnutzung etwa fünf Prozent des maximalen Strompegels.
Im Allgemeinen erfordert das Aufwärmeverfahren mehr Zeit, wenn der Tracker zunächst im Vergleich zu Umgebungsbedingungen relativ kalt ist, und weniger Zeit, wenn er relativ warm ist. Um die Aufwärmzeit zu minimieren, sollte die Regeleinrichtung die anfängliche Temperatur des Trackers und die Lufttemperatur berücksichtigen und auf Basis dieser Temperaturen eine Aufwärmsequenz durchführen. Die Regeleinrichtung sollte auch sicherstellen, dass der Tracker nicht durch Überhitzung der Motoren beschädigt wird.
Wie für einen Fachmann ersichtlich ist, sind viele verschiedene Arten von Regeleinrichtungen möglich, um den elektrischen Strom in den Motoren zu einer gegebenen Zeit zu spezifizieren. Ein einfacher Ansatz bestünde darin, einen festen Betrag an Strom für eine festgelegte Dauer an die Motoren anzulegen. Dieser Ansatz ist für die üblichste Situation ausreichend, in der der Tracker zunächst Umgebungstemperatur oder in etwa Umgebungstemperatur hat. Dieser Ansatz kann jedoch einen Tracker überhitzen, der zunächst relativ warm ist, und einen Tracker zu wenig aufwärmen, der zunächst relativ kalt ist.
Eine weitere Art von Regeleinrichtung ist die Echtzeit-Proportionalregelung, die, wie der Name schon nahelegt, auf Echtzeitmessungen des Trackers und der Umgebungslufttemperaturen beruht. Bei dieser Art von Regelung wird ein bestimmter Sollwert für die Temperatur des Trackers festgelegt, und die Regeleinrichtung erhöht oder verringert den Strom zu den Motoren im Verhältnis zu der Abweichung der tatsächlichen Temperatur des Trackers von dem Sollwert. Der Ansatz der Echtzeit-Proportionalregelung bietet nicht die kürzesten Aufwärmzeiten, da über einen Großteil der Zeit der den Motoren zugeführte Strom unter dem Höchstwert liegt.
Eine verwandte Art von Regeleinrichtung ist die nichtlineare Echtzeitregelung, die im Allgemeinen keine Aufwärmzeit bietet. Dies kann für Benutzer von Trackern ungünstig sein, die wissen möchten, wie lange sie warten müssen, bis sie den Tracker verwenden können.
Eine weitere Art von Regeleinrichtung basiert auf einem modellbezogenen Ansatz, bei dem ein mathematisches Modell des Trackers verwendet wird, um als eine Funktion der Zeit zu bestimmen, wie viel Strom an die Motoren angelegt wird. Ein solches Modell kann aus bekannten Ergebnissen konstruiert werden, die aus den Gebieten der Thermodynamik und der Wärmeübertragung erhalten werden.
In einem beispielhaften modellbezogenen Ansatz besteht das Aufwärmverfahren aus einer Heizphase und einer thermischen Relaxationsphase. Während der Heizphase wird ein maximaler sicherer elektrischer Strom für eine bestimmte Dauer an die Motoren angelegt, die zu Beginn berechnet wird. Dann wird während der thermischen Relaxationsphase ein geringerer Strom an die Motoren angelegt, wenn sich die Temperaturverteilung innerhalb des Trackers auf den Gleichgewichtszustand entspannt. Die Zeit für die thermische Relaxation kann auch zu Beginn berechnet werden. In einer anderen Ausführungsform kann ein Testverfahren für den Tracker, zum Beispiel ein Testverfahren unter Verwendung von doppelseitigen Messungen, wie hier vorstehend beschrieben, gegen Ende des Aufwärmverfahrens durchgeführt werden, um zu ermitteln, wann das Aufwärmverfahren abgeschlossen sein sollte.
Nun wird eine Beschreibung einer beispielhaften Ausführungsform basierend auf einem thermischen Modell angegeben, das ein Heizmodell und ein thermisches Relaxationsmodell kombiniert. Das Heizmodell wird erhalten durch Behandeln des Instrumentes als einen isothermischen Körper mit einer Masse m, einer durchschnittlichen spezifischen Wärmekapazität c und einer Wärmeleitzahl relativ zur Umgebungsluft h. Für das Instrument mit einem Oberflächenbereich a, wobei das Instrument mit Luft bei einer Lufttemperatur T_air in Kontakt ist, ergibt die Differentialgleichung (8) die Änderungsrate der Instrumententemperatur T mit der Zeit t: dT/dt = –(ha/cm)T + Q ._m/cm + Q ._e/cm + (ha/cm)T_air. (8)
Der erste Term auf der rechten Seite der Gleichung stellt von dem Instrument an die Luft abgegebene Wärme dar. Der zweite Term stellt die Rate dar, mit der Wärme durch die interne Elektronik (Q_e) und die Motoren (Q_m) an das Instrument abgegeben wird, und der letzte Term stellt den Wärmeübergang von der Luft in das Instrument dar.
Die Größe S ist als die Temperatur des Trackers relativ zur Umgebungslufttemperatur T_amb definiert. Die Größe S_i ist als die anfängliche Temperatur des Trackers relativ zur Umgebungslufttemperatur T_i definiert, und die Größe S_eq ist als die Gleichgewichtstemperatur des Trackers relativ zur Umgebungslufttemperatur definiert. S(t) = T(t) – T_amb, (9a) S_i(t) = T_i(t) – T_amb, (9b) S_eq(t) = T_eq(t) – T_amb, (9c)
Eine Lösung der Differentialgleichung kann als Gleichung (9) geschrieben werden: S(t) = S_eq + (S_i – S_eq)e^–t/τ, (10) wobei der Term S_eq ein Temperaturunterschied ist, dem sich das Instrument asymptotisch annähert, während die Zeit unendlich wird. Diese Größe hängt von Größen ab, die Material- und Umgebungseigenschaften innerhalb der Gleichung (8) zugeordnet sind. T_i ist ein anfänglicher (gemessener) Temperaturunterschied des Instrumentes und τ ist eine Heizzeitkonstante. Es ist möglich, die Werte von τ und T_eq direkt durch Testen eines Instrumentes einer besonderen Art zu bestimmen. Das Testen wurde durchgeführt, um empirisch zu überprüfen, ob die Gleichung (10) unabhängig von der Umgebungstemperatur T_amb und den Lufteigenschaften, wie die spezifische Wärmekapazität c und die Wärmeleitzahl h, gilt, die normalerweise schwierig genau zu ermitteln sind. Das Testverfahren zum Bestimmen der Werte τ und T_eq beinhaltet die Stromversorgung eines Instrumentes einer gegebenen Art, das Einstellen des Motorstroms auf einen gewünschten Festwert und das wiederholte Messen der Lufttemperatur und der Temperatur des Instruments, während das Instrument warmläuft. Die Testdaten werden an das Modell der Gleichung (9) durch Durchführen einer Fit-Berechnung der kleinsten Quadrate angepasst, um die Werte für τ und T_eq zu ermitteln.
Die Gleichungen (8) und (10) gelten sowohl für eine anfängliche Heizphase, in der ein maximaler Strom an den Tracker angelegt wird, sowie eine anschließende thermische Relaxationsphase, in der ein niedrigerer Strompegel angelegt wird. Dieser niedrigere Strompegel wird auf den Strompegel eingestellt, der während des normalen Betriebs des Trackers an einen Motor angelegt wird. Die thermische Gleichgewichtstemperatur T_eq hängt von dem an die Motoren angelegten Strompegel ab und ist somit bei der Heizphase und der thermischen Relaxationsphase unterschiedlich. Bei der Heizphase wird die thermische Gleichgewichtstemperatur als T_eq = T_eq1 bezeichnet. Bei der thermischen Relaxationsphase wird die thermische Gleichgewichtstemperatur als T_eq = T_eq2 bezeichnet. Im Allgemeinen hängen die thermischen Gleichgewichtstemperaturen T_eq1, T_eq2 von der Lufttemperatur und von dem an den Tracker angelegten Strompegel ab.
Der zweite Teil des thermischen Modells ist das thermische Relaxationsmodell, welches während einer sekundären Aufwärmphase anwendbar ist, in der sich die Wärme über die internen Komponenten des Trackers verteilen kann, während sich der Tracker dem thermischen Gleichgewicht nähert. Sobald der thermische Relaxationsschritt abgeschlossen ist, ist das Instrument richtig aufgewärmt und einsatzbereit.
In einer Ausführungsform wird die erste Struktur 14 als Joch bezeichnet. Das Joch hat eine symmetrische Erscheinung um eine besondere vertikale Ebene. Im Inneren ist das Joch jedoch nicht symmetrisch, da auf einer Seite des Jochs (der beheizten oder heißen Seite) ein Motor montiert ist. Die andere Seite (die unbeheizte oder kalte Seite) des Jochs besitzt keinen Motor. Eine Temperatur S ist mit Bezug auf eine Umgebungstemperatur definiert: S_h = T_h – T_amb, S_u = T_u – T_amb. In einer Ausführungsform besteht im thermischen Gleichgewicht ein Temperaturunterschied zwischen der heißen Seite und der kalten Seite. Die Gleichungen (11) und (12) bilden die Basis des Relaxationsmodells: m₂c₂S ._h = Q . – h₂a₂S_h – k(S_h – S_u). (11) m₂c₂S ._u = –h₂a₂S_u + k(S_h – S_u). (12)
Hier ist m₂ die Masse einer Seite des Jochs, wobei angenommen wird, dass beide Seiten des Jochs die gleiche Masse haben; c₂ ist die durchschnittliche spezifische Wärmekapazität des Jochs; h₂ ist die Wärmeleitzahl zwischen der Luft und dem Joch; a₂ ist der wirksame Oberflächenbereich der Hälfte des Jochs; k ist eine wirksame Wärmeübertragungskonstante zwischen der heißen Seite und der kalten Seite des Jochs; ; Q . ist die Rate der Wärmeübertagung von der heißen Seite zu der kalten Seite des Jochs; T_h ist die Temperatur der heißen (beheizten) Seite; und T_u ist die Temperatur der kalten (unbeheizten) Seite. Die Gleichungen (11) und (12) sind im Grunde reformatierte Versionen der Gleichung (8), die jedoch spezifisch für die heiße und die kalte Seite des Jochs formuliert sind.
Wenn die Gleichung (12) von der Gleichung (11) subtrahiert und die resultierende Gleichung unter Verwendung des Temperaturunterschieds a = T_h – T_u = S_h – S_u vereinfacht wird, erhält man die Gleichung (13): m₂c₂a . = Q . – (h₂a₂ + 2k)a. (13)
Die Gleichung 10 ist eine Differentialgleichung, deren Lösung nach der Vereinfachung folgende ist: a(t) = a_eq + (a_i – a_eq)e–t/σ. (14)
Hierbei ist a gleich der Temperatur der heißen Seite minus der Temperatur der kalten Seite zu einem bestimmten Zeitpunkt t, a_eq ist der Temperaturunterschied im thermischen Gleichgewicht (wenn sich die Zeit unendlich nähert), a_i ist der (gemessene) Temperaturunterschied zu Beginn der thermischen Relaxationsphase, der dem Ende der Heizphase entspricht, und σ ist eine thermische Relaxationszeitkonstante. Es werden Versuchsmessdaten verwendet, um die Werte der Relaxationszeitkonstante σ und den Temperaturunterschied im Gleichgewicht a_eq zu ermitteln.
Die Gleichung (10) wird algebraisch gelöst, um die vorgeschriebene Heizzeit t_heat zu ermitteln, um eine bestimmte Temperatur T während der Heizphase zu erreichen. Das Ergebnis ist in Gleichung (15) gezeigt. Die Gleichung (14) wird algebraisch gelöst, um die vorgeschriebene Relaxationszeit t_relax zu ermitteln, um einen bestimmten Temperaturunterschied a = T_h – T_u zu erreichen. Das Ergebnis ist in Gleichung (16) gezeigt. t_heat = τlog((T_i – T_eq)/(T – T_eq)), (15) t_relax = σlog((a₁ – a_eq)/(a – a_eq)). (16)
Hier ist t_heat die erforderliche Heizzeit, um während einer Heizphase eine gegebene Temperatur T zu erreichen, und t_relax ist die erforderliche thermische Relaxationszeit, in der die beiden Seiten des Jochs einen gegebenen Temperaturunterschied a während einer Relaxationsphase zu erreichen. Ein bestimmter Wert der Temperatur T wird als Übergangstemperatur T_trans zwischen der Heizphase und der thermischen Relaxationsphase ausgewählt. Es können Experimente durchgeführt werden, um den Wert T = T_trans zu ermitteln, der die insgesamte Aufwärmzeit t_total = t_heat + t_warmup für einen gegebenen annehmbaren Temperaturunterschied a = T_h – T_u minimiert. In der vorstehenden Besprechung wurden die Gleichungen (10) und (14) aus Wärmeübertragungsgleichungen erhalten. 11 ist ein Diagramm, das Kurven basierend auf der Gleichung (10) mit Temperaturen vergleicht, die während einer Heizphase bei einem gegebenen angelegten Strompegel in einem besonderen Modell eines Lasertrackers beobachtet wurden. In dem Diagramm 1100 stellt die gestrichelte Linie 1105 die tatsächlichen Testdaten dar, und die durchgezogene Linie 1107 stellt die Modellvoraussage unter Verwendung der Modellparameter dar, die durch Anpassen der Versuchsmesswerte an die Gleichung (10) erhalten wurden. 12 ist ein Diagramm, das Kurven basierend auf der Gleichung (14) mit Temperaturen vergleicht, die während einer Relaxationsphase bei einem gegebenen angelegten Strompegel in einem besonderen Modell eines Lasertrackers beobachtet wurden. In dem Diagramm 1200 stellt die gestrichelte Linie 1205 die tatsächlichen Testdaten dar, und die durchgezogene Linie 1207 ist die Modellvoraussage unter Verwendung der Modellparameter, die durch Anpassen der Versuchsmesswerte an die Gleichung (14) erhalten wurden. Diese Diagramme zeigen, dass das Aufwärmverhalten des Trackers recht gut zu dem vorhergesagten Verhalten passt. Bei den in 11 gezeigten Versuchsmesswerten wurde die Temperatur T durch Mittelwertbildung aus den Ablesungen von vier Temperatursensoren in dem Joch (erste Struktur 14) des Trackers ermittelt, und zwar von zwei Temperatursensoren auf der heißen Seite und zwei Temperatursensoren auf der kalten Seite. Die Temperatursensoren können an Prozessoren angebracht sein, zum Beispiel an dem Prozessor 925 in 9. Bei den in 12 gezeigten Versuchsmesswerten wird der Temperaturunterschied a durch Subtrahieren des Mittels der Ablesungen von zwei Temperatursensoren auf der kalten Seite von dem Mittel der Ablesungen von zwei Temperatursensoren auf der heißen Seite gefunden.
In einer Ausführungsform werden die Temperatursensoren in dem Joch (die erste Struktur 14) verwendet, um die Temperaturen T_i, T_h und T_u in den vorstehenden Gleichungen zu ermitteln. Ein Grund für die Verwendung der Temperatursensoren in dem Joch besteht darin, dass das Joch nahe der Nutzmasse liegt und daher einen relativ bedeutenden Einfluss auf die Wärmeverteilung innerhalb der Nutzmasse haben kann. Die Nutzmasse enthält in manchen Arten von Trackern optische und opto-mechanische Komponenten, die gegenüber thermischen Wirkungen relativ empfindlich sind. In Tests an einer besonderen Art von Tracker wurde herausgefunden, dass Aufwärmzeiten, die aus von Sensoren in dem Joch gemessenen Temperaturen berechnet wurden, gut mit einer guten Trackerleistung korrelieren, was durch Durchführung von doppelseitigen Tests ausgewertet wurde. Bei anderen Arten von Trackern kann es wichtig sein, die Temperaturen zu berücksichtigen, die innerhalb der zweiten Struktur 15 gemessen wurden, die eine Nutzmasse oder eine Spiegelbaugruppe (mit einem Zenitmotor) sein kann. In anderen Fällen kann es wichtig sein, Temperaturen zu berücksichtigen, die von Temperatursensoren in dem Grundteil 16 gemessen wurden. In dem Maße, in dem Wärme zunächst an das Grundteil angelegt wird, dehnt sich der Kardanpunkt 22 nach oben aus. Um sicherzustellen, dass der Kardanpunkt eine stabile Position erreicht hat, kann es wichtig sein, Temperaturen von den Temperatursensoren in dem Grundteil 16 sowie in der ersten Struktur 14 und in der zweiten Struktur 15 zu verwenden. Im Allgemeinen hängt die Bedeutung von Temperatursensoren, die sich an verschiedenen Positionen auf oder in dem Tracker befinden, von der Art des Trackers ab.
Wie hier vorstehend erklärt wurde, werden Tests durchgeführt, um Parameterwerte zu bestimmen. Die aus der Anpassung von Versuchsmesswerten an die Exponentialkurven der Gleichungen (10) und (14) extrahierten Parameter können eine Heizzeitkonstante τ, eine Relaxationszeitkonstante σ, einen Gleichgewichtswert T_eq1 für eine interne Trackertemperatur bei Anlegen eines maximalen Motorstroms, einen Gleichgewichtswert T_eq2 für eine interne Trackertemperatur bei Anlegen eines verringerten Motorstroms und einen Gleichgewichtswert a_eq für einen Temperaturunterschied bei Anlegen eines verringerten Motorstroms umfassen. Die Gleichgewichtstemperaturen T_eq1, T_eq2, a_eq hängen von der Umgebungslufttemperatur sowie von den an die Motoren angelegten Strompegeln ab. Es mag wichtig sein, Messungen durchzuführen, um zu bestimmen, wie die Gleichgewichtstemperaturen von der Umgebungslufttemperatur abhängen. Die Gleichgewichtswerte T_eq1, T_eq2 können Temperaturen sein, die asymptotisch an einer besonderen Stelle in oder auf dem Tracker angenähert werden, oder sie können auf einer Sammlung von Temperaturen basieren – zum Beispiel auf einem Mittel der Ablesungen von vier Temperatursensoren innerhalb der zweiten Struktur 14. In ähnlicher Weise kann der Gleichgewichtswert a_eq der Temperaturunterschied sein, der asymptotisch zwischen Ablesungen von zwei Temperatursensoren an besonderen Stellen in oder auf dem Tracker angenähert wurde, oder er kann auf einer Sammlung von Temperaturen basieren – zum Beispiel dem Unterschied zwischen dem Mittel von Ablesungen von zwei Temperatursensoren auf einer Seite und zwei Temperatursensoren auf der anderen Seite der zweiten Struktur 14. Es können auch Tests durchgeführt werden, um eine Übergangstemperatur T = T_trans zu bestimmen, die die gesamte Aufwärmzeit t_total = t_heat + t_warmup minimiert.
In einer der hier vorstehend beschriebenen Ausführungsformen wird ein konstanter maximaler Strom während einer ersten Phase (Heizphase) und ein konstanter verringerter Strom während einer zweiten Phase (thermische Relaxationsphase) angelegt. Der konstante verringerte Strom wird ungefähr auf den Pegel des Betriebsstroms des Trackers im normalen Betrieb eingestellt. Der Strom kann in einer Vielfalt von verschiedenen zeitlichen Mustern angelegt werden. Das Strommuster als Funktion der Zeit (das zeitliche Muster) wird als Profil bezeichnet. Wenn der Tracker einen ersten Motor und einen zweiten Motor hat, wird ein erstes Profil an den ersten Motor angelegt und ein zweites Profil an den zweiten Motor angelegt.
Eine Art von Motor 32, 34 ist ein bürstenloser Motor. Für einen derartigen Motor kann Strom eingespeist werden, um eine Welle zu drehen oder um einfach den Motor und seine Umgebung aufzuwärmen, ohne eine Welle zu drehen. Mit anderen Worten können der erste Motor 32 und der zweite Motor 34 durch Anlegen von Strom ohne Drehen der ersten Struktur 14 oder der zweiten Struktur 15 erwärmt werden. Dies kann vorteilhaft sein, da man ohne eine unnötige Bewegung der Strukturen auskommt; die hier beschriebenen Aufwärmverfahren können jedoch mit oder ohne Bewegung der ersten Struktur und der zweiten Struktur angewendet werden.
Um die verschwendete Zeit zu minimieren, kann dem Bediener des Trackers eine Nachricht angezeigt werden, dass der Tracker aufgewärmt ist. Diese Anzeige kann in vielen Formen vorliegen. Zum Beispiel können Lichter aufleuchten oder Geräusche ausgegeben werden, um anzuzeigen, dass der Tracker aufgewärmt ist. Außerdem kann ein Computerbildschirm eine Countdown-Nachricht anzeigen, die die Zeit anzeigt, die verbleibt, bis das Aufwärmen abgeschlossen ist. Es können auch andere Verfahren der Benachrichtigung des Bedieners verwendet werden. Ohne die hier beschriebene Erfindung neigt der Bediener möglicherweise dazu, die Zeit für das Aufwärmen des Trackers zu überschätzen. Infolgedessen kann der Bediener Zeit für das Warten, bis das Aufwärmen abgeschlossen ist, verschwenden.
Die Verfahren zur Minimierung der Aufwärmzeit, wie sie hier vorstehend beschrieben wurden, wurden auf die Verwendung einer Motorheizung durch Anlegen von Strom abgestellt. Es ist auch möglich, den Tracker unter Verwendung anderer Heizvorrichtungen, wie Wärmedecken, zu erwärmen. Wärmedecken können zum Beispiel um größere Trackerelemente gewickelt werden, um das Aufwärmverfahren zu beschleunigen. Die Verwendung solcher Wärmedecken oder anderer Heizvorrichtungen zum Erwärmen des Trackers sollten im Allgemeinen nicht mit der Verwendung von Heizdecken zum Stabilisieren von Lasern verwechselt werden. Es ist bei Lasertrackern gängige Praxis, eine Heizdecke um eine Helium-Neon(HeNe)-Laserröhre zu wickeln, die als Quelle für Interferenzmessungen verwendet wird, um die von dem HeNe-Laser ausgestrahlten Lasermodi zu stabilisieren. Der Zweck solcher Heizdecken besteht darin, den Laser zu stabilisieren, und solche Decken können nicht wirksam verwendet werden, um die Temperatur der Trackerstruktur unabhängig einzustellen.
Ein beispielhaftes Verfahren 1300 zum Aufwärmen eines Lasertrackers ist in 13 gezeigt. Schritt 1310 besteht darin, ein Instrument bereitzustellen, das eine erste Struktur 14, die um eine erste Achse 20 in Bezug auf das Grundteil 16 drehbar ist, einen ersten Motor 32, der die erste Struktur 14 um die erste Achse 20 drehen kann, eine zweite Struktur 15, die um eine zweite Achse 18 mit Bezug auf die erste Struktur 14 drehbar ist, und einen zweiten Motor 34, der die zweite Struktur 14 um die zweite Achse 18 drehen kann, umfasst. Wie hier vorstehend erklärt wurde, können die erste Struktur und die zweite Struktur eine andere Form haben als diejenige, die in 1 gezeigt ist. Zum Beispiel kann die zweite Struktur ein drehbarer Spiegel sein, der an einer Welle angebracht ist, auf der ein Paar von Lagern, ein Motor und ein Winkelgeber, wie ein Winkelkodierer, montiert sind.
Schritt 1320 besteht darin, eine erste Temperatur zu bestimmen, wobei die erste Temperatur eine Temperatur der Luft ist, in der sich das Instrument befindet. Eine Möglichkeit, eine solche Temperatur zu bestimmen, besteht darin, die Lufttemperatur (manchmal als Umgebungstemperatur bezeichnet) mit einem Lufttemperatursensor zu messen. Eine weitere Möglichkeit, eine erste Temperatur zu bestimmen, besteht darin, sie zum Beispiel basierend auf einer typischen Ablesung innerhalb einer Fabrik oder auf einer Einstellung eines entfernten Thermostats zu schätzen.
Schritt 1330 besteht darin, eine zweite Temperatur zu bestimmen, wobei die zweite Temperatur eine Temperatur des Instruments ist. Eine Möglichkeit, eine solche Temperatur zu bestimmen, besteht darin, zu einer Anfangszeit eine oder mehrere Temperaturen des Instruments zu messen, wobei sich die Temperaturen im Allgemeinen auf Temperaturen auf oder in dem Instrument beziehen. Wenn die zweite Temperatur auf der Ablesung eines einzelnen Temperatursensors basiert, entspricht die zweite Temperatur der Stelle des Temperatursensors in oder auf dem Instrument. Wenn die zweite Temperatur auf den Ablesungen von mehr als einem Temperatursensor basiert, kann die zweite Temperatur auf einer Sammlung von gemessenen Temperaturen basieren. Wenn zum Beispiel vier Temperatursensoren innerhalb eines Instruments angeordnet sind, kann die zweite Temperatur das Mittel der vier Temperatursensoren sein. Eine weitere Möglichkeit, eine zweite Temperatur zu bestimmen, besteht darin, sie zu schätzen. Wenn sich das Instrument zum Beispiel für einen längeren Zeitraum bei stabiler Raumtemperatur befunden hat und wenn das Instrument zu Beginn des Aufwärmverfahrens eingeschaltet wird, kann vernünftigerweise angenommen werden, dass das Instrument Lufttemperatur hat.
Schritt 1340 besteht darin, eine dritte Temperatur zu bestimmen, wobei die dritte Temperatur eine prognostizierte Temperatur des Instruments in einem aufgewärmten Zustand ist. Die dritte Temperatur ist die Temperatur, der sich das Instrument asymptotisch angenähert hat, während es bei verringertem Strom in Betrieb war, der dem Strom entspricht, der während des normalen Betriebs des Instruments an den ersten und den zweiten Motor angelegt war. In der hier vorausgehenden Besprechung wurde diese Gleichgewichtstemperatur als T_eq2 bezeichnet. Im Allgemeinen ist diese Temperatur eine Funktion sowohl der Umgebungslufttemperatur als auch des typischen, an den Tracker im normalen Betrieb angelegten durchschnittlichen Stroms.
Schritt 1350 besteht darin, ein erstes Profil zu bestimmen, wobei das erste Profil ein elektrischer, an den ersten Motor anzulegender Strom ist, wobei der elektrische Strom als eine Funktion von Zeit nach einer Regel variiert, die zumindest teilweise auf der ersten Temperatur, der zweiten Temperatur und der dritten Temperatur basiert. Der Begriff Profil bezieht sich auf ein zeitliches Muster beim Anlegen von Motorstrom. In einer der vorstehenden Ausführungsformen umfasste das Profil das Anlegen eines maximalen Stroms für eine vorgeschriebene Heizzeit t_heat, gefolgt vom Anlegen eines verringerten Stroms für eine andere vorgeschriebene Zeit t_warmup. In diesem Fall wird die Dauer des gesamten Aufwärmverfahrens basierend auf einem zulässigen, in der Gleichung (16) ausgewählten Temperaturunterschied a = T_h – T_u vorzeitig ermittelt. In einer anderen Ausführungsform wird die Zeit t_warmup nicht vorzeitig genau ermittelt, sondern basiert auf den Ergebnissen von Genauigkeitsüberprüfungen, die von dem Instrument ausgeführt werden.
Schritt 1360 besteht darin, ein zweites Profil zu bestimmen, wobei das zweite Profil ein elektrischer, an den zweiten Motor anzulegender Strom ist, wobei der elektrische Strom als eine Funktion von Zeit nach einer Regel variiert, die zumindest teilweise auf der ersten Temperatur, der zweiten Temperatur und der dritten Temperatur basiert. Dieser Schritt ist wie Schritt 1350, außer dass der elektrische Strom vielmehr an den zweiten Motor, und nicht an den ersten Motor angelegt wird.
Schritt 1370 besteht darin, das erste und das zweite Profil anzuwenden. Mit anderen Worten werden die in den Schritten 1350, 1360 bestimmten Stromprofile an die Motoren angelegt.
Die vorstehend beschriebenen Verfahren können manuell oder mit Hilfe eines Rechensystems implementiert werden, das sich entweder intern in dem Tracker oder in einem externen Computersystem, das an den Tracker angebaut ist, befindet. Verfahren, die auf der Verwendung eines Rechensystems beruhen, das sich entweder innerhalb oder außerhalb des Trackers befindet, sind vorteilhaft, da sie Bedienerzeit sparen.
Ein beispielhaftes Rechensystem (Verarbeitungssystem) 900 ist in 9 gezeigt. Das Verarbeitungssystem 900 weist eine Tracker-Verarbeitungseinheit 910 und gegebenenfalls einen Computer 980 auf. Die Verarbeitungseinheit 910 umfasst mindestens einen Prozessor, der ein Mikroprozessor, ein digitaler Signalprozessor (DSP), eine frei programmierbare logische Anordnung (FPGA) oder eine ähnliche Vorrichtung sein kann. Es wird Verarbeitungskapazität bereitgestellt, um Informationen zu verarbeiten und Befehle an interne Trackerprozessoren auszugeben. Solche Prozessoren können einen Positionsdetektor-Prozessor 912, einen Azimutkodierer-Prozessor 914, einen Zenitkodierer-Prozessor 916, einen Anzeigelicht-Prozessor 918, einen Absolutdistanzmesser(ADM)-Prozessor 926, einen Interferometer(IFM)-Prozessor 922, einen Kamera-Prozessor 924, einen Temperatursensor-Prozessor 925, einen Azimutmotor-Prozessor 932 und einen Zenitmotor-Prozessor 934 umfassen. Ein Hilfseinheitsprozessor 970 bietet gegebenenfalls eine Zeitsteuerungs- und Mikroprozessor-Unterstützung für andere Prozessoren innerhalb der Prozessoreinheit des Trackers 910. Vorzugsweise kommuniziert der Hilfseinheitsprozessor 970 mit anderen Prozessoren durch einen Vorrichtungsbus 930, der durch Datenpakete Informationen im gesamten Tracker überträgt, wie es auf dem Fachgebiet bekannt ist. Die Rechenkapazität kann in der gesamten Verarbeitungseinheit 910 des Trackers verteilt sein, wobei DSPs und FPGAs sofortige Berechnungen anhand von durch die Sensoren des Trackers erfassten Daten durchführen. Die Ergebnisse dieser sofortigen Berechnungen werden an den Hilfseinheitsprozessor 970 zurück geschickt. Die Hilfseinheit 970 kann durch ein langes Kabel an dem Hauptkörper des Lasertrackers 10 angebracht sein, oder sie kann in den Hauptkörper des Lasertrackers eingezogen sein, so dass der Tracker direkt (und gegebenenfalls) an dem Computer 980 angebracht ist. Die Hilfseinheit 970 kann durch die Verbindung 940 an den Computer 980 angeschlossen sein, wobei die Verbindung vorzugsweise ein Ethernet-Kabel oder eine drahtlose Verbindung ist. Die Hilfseinheit 970 und der Computer 980 können durch die Verbindungen 942, 944 an das Netzwerk angeschlossen sein, die Ethernet-Kabel oder drahtlose Verbindungen sein können. Die in den beispielhaften Ausführungsformen hier beschriebenen Stabilitätsberechnungen können Prozessoren (Mikroprozessoren, DSPs oder FPGAs) innerhalb der Verarbeitungseinheit 900 oder durch einen optionalen Computer 980 verwenden.
Wie für einen Fachmann ersichtlich ist, können Aspekte der vorliegenden Erfindung als ein System, ein Verfahren oder ein Computerprogrammprodukt ausgeführt werden. Demnach können Aspekte der vorliegenden Erfindung die Form einer kompletten Hardwareausführung, einer kompletten Softwareausführung (einschließlich Firmware, residenter Software, Mikrocode, usw.) oder einer Ausführung, die Software- und Hardware-Aspekte kombiniert, die hier alle allgemein als eine ”Schaltung”, ein ”Modul” oder ein ”System” bezeichnet werden können, annehmen. Des Weiteren können Aspekte der vorliegenden Erfindung die Form eines Computerprogrammproduktes annehmen, das in einem oder in mehreren maschinenlesbaren Medium/Medien integriert ist, in dem/denen ein maschinenlesbarer Programmcode integriert ist.
Jede Kombination von einem oder mehreren maschinenlesbaren Medium/Medien kann genutzt werden. Das maschinenlesbare Medium kann ein maschinenlesbares Signalmedium oder ein maschinenlesbares Speichermedium sein. Ein maschinenlesbares Speichermedium kann zum Beispiel, ohne darauf beschränkt zu sein, ein elektronisches, magnetisches, optisches, elektromagnetisches, Infrarot- oder Halbleiter-System, ein solches Gerät oder eine solche Vorrichtung oder jede geeignete Kombination von diesen sein. Genauere Beispiele (eine nicht erschöpfende Liste) für das maschinenlesbare Medium würden folgende umfassen: eine elektrische Verbindung mit einem oder mehreren Drähten, eine tragbare Computerdiskette, eine Festplatte, einen Direktzugriffspeicher (RAM), einen Festwertspeicher (ROM), einen programmierbaren Festwertspeicher (EPROM oder Flash-Speicher), einen Lichtleiter, einen tragbaren CD-Festwertspeicher (CD-ROM), eine optische Speichervorrichtung, eine magnetische Speichervorrichtung oder jede geeignete Kombination des Vorstehenden. Im Zusammenhang mit diesem Dokument kann ein maschinenlesbares Speichermedium jedes greifbare Medium sein, das ein Programm zur Verwendung durch ein oder in Verbindung mit einem/einer Befehlsausführungssystem, -gerät oder -Vorrichtung enthalten oder speichern kann.
Ein maschinenlesbares Signalmedium kann ein sich ausbreitendes Datensignal mit einem darin integrierten maschinenlesbaren Programmcode umfassen, zum Beispiel in Basisband oder als Teil einer Trägerschwingung. Ein derartiges sich ausbreitendes Signal kann jede einer Vielfalt von Formen annehmen, einschließlich, ohne darauf beschränkt zu sein, eine elektromagnetische oder optische Form, oder jede geeignete Kombination von diesen. Ein maschinenlesbares Signalmedium kann jedes maschinenlesbare Medium sein, das kein maschinenlesbares Speichermedium ist und das ein Programm zur Verwendung durch ein/eine oder in Verbindung mit einem/einer Befehlsausführungssystem, -Einrichtung oder -Vorrichtung kommunizieren, verbreiten oder transportierten kann.
Der in einem maschinenlesbaren Medium integrierte Programmcode kann unter Verwendung jedes geeigneten Mediums übertragen werden, einschließlich, ohne darauf beschränkt zu sein, drahtlos, drahtgebunden, ein Lichtleiterkabel, RF, usw., oder jede geeignete Kombination von diesen.
Der Computerprogrammcode zum Ausführen von Operationen für Aspekte der vorliegenden Erfindung kann in jeder Kombination von einer oder mehreren Programmiersprachen geschrieben sein, einschließlich einer objektorientierten Programmiersprache, wie Java, Smalltalk, C++ oder dergleichen und herkömmlicher verfahrensorientierter Programmiersprachen, wie die ”C”-Programmiersprache oder ähnliche Programmiersprachen. Der Programmcode kann komplett auf dem Computer des Bedieners, teilweise auf dem Computer des Bedieners, als eigenständiges Softwarepaket, teilweise auf dem Computer des Bedieners und teilweise auf einem entfernten Computer oder komplett auf dem entfernten Computer oder Server ausgeführt werden. In letzterem Fall kann der entfernte Computer durch jede Art von Netzwerk mit dem Computer des Bedieners verbunden sein, einschließlich eines lokalen Netzwerkes (LAN) oder eines landesweiten Netzwerkes (WAN), oder es kann eine Verbindung zu einem externen Computer hergestellt werden (zum Beispiel über Internet unter Verwendung eines Internet-Providers).
Aspekte der vorliegenden Erfindung werden nachstehend gemäß Ausgestaltungen der Erfindung anhand von Bildern von Ablaufdiagrammen und/oder Blockdiagrammen von Verfahren, Geräten (Systemen) und Computerprogrammprodukten beschrieben. Es versteht sich, dass jeder Block der Bilder der Ablaufdiagramme und/oder der Blockdiagramme sowie Kombinationen von Blöcken in den Bildern der Ablaufdiagramme und/oder in den Blockdiagrammen durch Computerprogrammanweisungen implementiert werden können. Diese Computerprogrammanweisungen können einem Prozessor eines Mehrzweckcomputers, eines Spezialcomputers oder eines anderen programmierbaren Datenverarbeitungsgerätes zur Herstellung einer Maschine zur Verfügung gestellt werden, so dass die Anweisungen, die über den Prozessor des Computers oder eines anderen programmierbaren Datenverarbeitungsgerätes ausgeführt werden, Mittel zur Implementierung der in dem Block/in den Blöcken des Ablaufdiagramms und/oder des Blockdiagramms spezifizierten Funktionen/Handlungen schaffen.
Diese Computerprogrammanweisungen können auch auf einem maschinenlesbaren Medium gespeichert sein, das einen Computer, andere programmierbare Datenverarbeitungsgeräte oder andere Vorrichtungen steuern kann, so dass diese auf eine bestimmte Weise arbeiten, so dass die auf dem maschinenlesbaren Medium gespeicherten Anweisungen einen Herstellungsgegenstand erzeugen, wobei Anweisungen umfasst sind, die die in dem Block oder in den Blöcken des Ablaufdiagramms und/oder des Blockdiagramms spezifizierte Funktion/Handlung implementieren.
Die Computerprogrammanweisungen können auch auf einen Computer, ein anderes programmierbares Datenverarbeitungsgerät oder andere Vorrichtungen geladen werden, um das Ausführen einer Reihe von Betriebsschritten auf dem Computer, einem anderen programmierbaren Gerät oder anderen Vorrichtungen zu bewirken, um ein Computer-implementiertes Verfahren zu schaffen, so dass die Anweisungen, die auf dem Computer oder einem anderen programmierbaren Gerät ausgeführt werden, Verfahren zur Implementierung der in dem Block oder den Blöcken des Ablaufdiagramms und/oder Blockdiagramms spezifizierten Funktionen/Handlungen zur Verfügung stellen.
Das Ablaufdiagramm und die Blockdiagramme in den Figuren veranschaulichen die Architektur, Funktionalität und den Betrieb von möglichen Implementierungen von Systemen, Verfahren und Computerprogrammprodukten gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Diesbezüglich kann jeder Block in dem Ablaufdiagramm oder den Blockdiagrammen ein Modul, ein Segment oder einen Codeabschnitt darstellen, das oder der eine oder mehr ausführbare Anweisungen zur Implementierung der spezifizierten logischen Funktion(en) aufweist. Es sei auch angemerkt, dass in manchen alternativen Implementierungen die in dem Block angegebenen Funktionen nicht der in den Figuren angegebenen Reihenfolge entsprechen können. Zum Beispiel können zwei aufeinanderfolgend gezeigte Blöcke tatsächlich im Wesentlichen gleichzeitig ausgeführt werden, oder die Blöcke können manchmal in umgekehrter Reihenfolge ausgeführt werden, je nach der jeweiligen Funktionalität. Es sei auch angemerkt, dass jeder Block in der Veranschaulichung der Blockdiagramme und/oder des Ablaufdiagramms sowie Kombinationen von Blöcken in der Veranschaulichung des Blockdiagrammes und/oder des Ablaufdiagramms durch Hardware-basierte Spezialsysteme, die die spezifizierten Funktionen oder Aktionen ausführen, oder durch Kombinationen von Spezialhardware und Maschinenbefehlen implementiert werden können.
In beispielhaften Ausführungsformen, bei denen die automatisierten Aufwärmverfahren in Hardware implementiert sind, können die hier beschriebenen automatisierten Aufwärmverfahren mit irgendeiner der folgenden Technologien oder einer Kombination von diesen implementiert werden, die alle auf dem Fachgebiet bekannt sind: eine diskrete Logikschaltung (diskrete Logikschaltungen) mit logischen Gattern zum Implementieren von logischen Funktionen auf Datensignale hin, eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) mit geeigneten kombinatorischen logischen Gattern, eine programmierbare logische Anordnung (PGA), FPGAs, DSPs, usw.

Claims

Verfahren zum Aufwärmen eines Instruments, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Bereitstellen des Instrumentes (1310), umfassend eine Lichtquelle, die dafür konfiguriert ist, einen Lichtstrahl (46) auszusenden, eine Strahllenkungsvorrichtung (10), die dafür konfiguriert ist, den Lichtstrahl in eine erste Richtung zu lenken, wobei die erste Richtung auf einer Drehung der Strahllenkungsvorrichtung um eine erste Achse (20) und eine zweite Achse (18) basiert, einen Distanzmesser (926), der dafür konfiguriert ist, einen Abstand zu messen, den der Lichtstrahl von dem Instrument zu einem Punkt auf einem Objekt (26) zurücklegt, einen ersten Temperatursensor (925), der dafür konfiguriert ist, eine Instrumententemperatur an einer ersten Position in dem Instrument zu messen, einen zweiten Temperatursensor (925), der dafür konfiguriert ist, eine Lufttemperatur zu messen, eine erste Wärmequelle (932, 934), die dafür konfiguriert ist, in Abhängigkeit des Anlegens eines ersten elektrischen Stroms Wärme in das instrument einzubringen, und einen Prozessor (980), der dafür konfiguriert ist, den ersten elektrischen Strom als eine Funktion der Zeit zu steuern; Messen einer ersten Instrumententemperatur (1330) mit dem ersten Temperatursensor zu einem Startzeitpunkt; Messen einer ersten Lufttemperatur (1320) mit dem zweiten Temperatursensor zu dem Startzeitpunkt; Bestimmen eines ersten Profils (1350) zumindest teilweise basierend auf der ersten Instrumententemperatur und der ersten Lufttemperatur, wobei das erste Profil einen Betrag des ersten elektrischen Stroms darstellt, der als eine Funktion der Zeit angelegt wird, wobei das erste Profil so ausgewählt wird, dass es ein vorhergesagtes Leistungsniveau des Instrumentes innerhalb einer Aufwärmzeit bereitstellt; Anlegen des ersten elektrischen Stroms (1370) gemäß dem ersten Profil; und Liefern eines numerischen Wertes (1380) für die Aufwärmzeit des Instruments an einen Bediener zum Startzeitpunkt, wobei die Aufwärmzeit zumindest teilweise auf der ersten Instrumententemperatur und der ersten Lufttemperatur basiert.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei bei dem Schritt des Bereitstellens eines Instrumentes (1310) die erste Wärmequelle ein erster Motor (932) ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Bestimmens eines ersten Profils (1350) des Weiteren das Bestimmen eines schnellheizenden Teils und eines Relaxationsteils des ersten Profils umfasst, wobei das schnellheizende Teil ein relativ schnelles Anlegen von Strom an die erste Wärmequelle darstellt, um relativ schnell die durchschnittliche Temperatur des Instrumentes zu erhöhen, und der Relaxationsteil ein relativ geringeres Anlegen von Strom darstellt, um es dem Instrument zu erlauben, sich im gesamten Volumen des Instrumentes stärker einem thermalen Gleichgewicht anzunähern.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Bereitstellens eines Instrumentes (1310) des Weiteren einen Schritt des Bereitstellens eines dritten Temperatursensors umfasst, der dafür konfiguriert ist, eine Instrumententemperatur an einer zweiten Steile in dem Instrument zu messen.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Schritt des Bestimmens des ersten Profils (1350) des Weiteren auf der von dem dritten Temperatursensor zum Startzeitpunkt gemessenen Temperatur basiert.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Schritt des Bereitstellens eines Instrumentes (1310) des Weiteren das Bereitstellen einer zweiten Wärmequelle (934) umfasst, wobei die zweite Wärmequelle ein zweiter Motor ist.
Verfahren nach Anspruch 6, des Weiteren umfassend einen Schritt des Bestimmens eines zweiten Profils (1360), wobei das zweite Profil zumindest teilweise auf der ersten Instrumententemperatur und der ersten Lufttemperatur (1310) basiert, wobei das zweite Profil einen Betrag eines zweiten elektrischen Stroms darstellt, der als eine Funktion der Zeit an die zweite Wärmequelle angelegt wird, wobei das zweite Profil so ausgewählt ist, dass es ein vorhergesagtes Leistungsniveau des Instrumentes innerhalb der Aufwärmzeit bereitstellt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei in dem Schritt des Bereitstellens eines Instrumentes (1310) die Strahllenkungsvorrichtung des Weiteren eine erste Struktur (14), eine zweite Struktur (15), einen ersten Motor (932) und einen zweiten Motor (934) umfasst, wobei der erste Motor dafür konfiguriert ist, die erste Struktur um eine erste Achse (20) zu drehen und der zweite Motor dafür konfiguriert ist, die zweite Struktur um eine zweite Achse (18) zu drehen.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Schritt des Bereitstellens eines Instrumentes (1310) des Weiteren einen Schritt des Bereitstellens eines ersten Winkelsensors (914) und eines zweiten Winkelsensors (916) umfasst, wobei der erste Winkelsensor dafür konfiguriert ist, einen ersten Drehwinkel um die erste Achse (20) zu messen und der zweite Winkelsensor dafür konfiguriert ist, einen zweiten Drehwinkel um die zweite Achse (18) zu messen.
Verfahren nach Anspruch 1, des Weiteren umfassend einen Schritt des Bestimmens eines Aufwärmmodells für das Instrument, wobei das Aufwärmmodell zumindest teilweise auf Daten basiert, die von einer Sequenz von Messungen an einer Bezugsvorrichtung erfasst wurden, wobei die Bezugsvorrichtung eine Vorrichtung ist, die im Wesentlichen ähnlich dem Instrument ist, wobei der Schritt des Bestimmens des ersten Profils des Weiteren zumindest teilweise auf dem Aufwärmmodell basiert.
Verfahren nach Anspruch 1, des Weiteren umfassend einen Schritt, in dem dem Bediener eine Angabe der Zeit geliefert wird, die verbleibt, bis das Aufwärmen abgeschlossen ist (1380).
Verfahren nach Anspruch 1, des Weiteren umfassend einen Schritt des automatischen Einschaltens des Instruments zu einem zweiten Zeitpunkt (1370), wobei der zweite Zeitpunkt so ausgewählt ist, dass das Instrument für den Betrieb zu einem dritten Zeitpunkt vorbereitet wird, wobei der Unterschied zwischen dem dritten Zeitpunkt und dem zweiten Zeitpunkt gleich der bestimmten Aufwärmzeit ist.