KR20140095540A

KR20140095540A - 고정/루스 베어링 장치를 가지는 레이저-기반 좌표 측정 장치

Info

Publication number: KR20140095540A
Application number: KR1020147015373A
Authority: KR
Inventors: 마르쿠스 파스; 베롤쥬브 마크시모빅
Original assignee: 라이카 게오시스템스 아게
Priority date: 2011-12-20
Filing date: 2012-12-11
Publication date: 2014-08-01
Also published as: CN104011503B; EP2795252B1; US9377296B2; JP2015506460A; CN104011503A; EP2795252A1; WO2013092319A1; KR101660786B1; US20150002857A1; EP2607843A1

Abstract

수직 축선(9)을 규정하는 베이스(40), 베이스(40)에 대해 수직 축선(9)을 중심으로 회전 가능한 지지체(20), 지지체(20)에 대해 경사 축선(8)을 중심으로 회전 가능한 망원경 유닛(10)을 가지며, 레이저 비임(36)을 방출하기 위한 수단, 상기 지지체(20) 상에 망원경 유닛(10)을 지탱하기 위한 제 1 베어링 장치(60), 및 베이스(40) 상에 지지체(20)를 지탱하기 위한 제 2 베어링 장치(70)를 가지는, 공간에서 이동될 수 있는 측정 보조기구(80)의 상기 위치 및 상기 방위를 검출하기 위한 특히 레이저 트래커(1) 형태의, 원거리 타겟(85)의 위치를 측정하기 위한 레이저-기반 측정 장치에 있어서, 제 1 베어링 장치(60)는 샤프트(63) - 샤프트(63)의 길이방향 축선은 경사 축선(8)과 동축으로 연장함 -, 고정 베어링(61) 및 루스 베어링(62)을 가지는 고정/루스 베어링 장치 형태로 되어 있고, 제 2 베어링 장치(70)는 샤프트(73) - 샤프트(73)의 길이방향 축선은 수직 축선(9)과 동축으로 연장함 - 고정 베어링(71) 및 루스 베어링(72)을 가지는 고정/루스 베어링 장치 형태로 되어 있다.

Description

고정/루스 베어링 장치를 가지는 레이저-기반 좌표 측정 장치{LASER-BASED COORDINATE MEASURING DEVICE HAVING A FIXED/LOOSE BEARING APPARATUS}

본 발명은 회전 가능 망원경 유닛의 샤프트 및 회전 가능 지지체의 샤프트를 위한 적어도 하나의 고정/루스 베어링 장치를 포함하는, 타겟 물체들에 대한 좌표들을 측정하기 위한, 특히 레이저 트래커로 구성되는 레이저-기반 좌표 측정 장치 및 이와 같은 좌표 측정 장치를 위한 고정/루스 베어링 장치의 사용에 관한 것이다.

도입부에서 언급한 유형의 좌표 측정 장치는 수직 축선을 규정하는 베이스, 지지체, 및 측정 비임을 방출하고 타겟에서 반사된 측정 방사선의 적어도 일부를 수신하기 위한 망원경 유닛을 포함한다. 망원경 유닛의 배향은 모터들에 의해 2개의 축선들(직립 축선 또는 수직 축선, 및 경사 축선(inclination axis) 또는 틸트 축선)에서 행해진다. 지지체는 베이스에 대해 수직 축선을 중심으로 동력화된 방식(motorized fashion)으로 스위블될(swiveled) 수 있다. 측정 축선은 측정 방사선의 방출 방향에 의해 규정된다.

망원경 유닛에는 광-전기 기계 구성요소들(opto-electro-mechanical components)이 갖추어지고 망원경 유닛은 마찬가지로 광-전기 기계 구성요소들이 선택적으로 갖추어지는 지지체 상에 하나 또는 2개의 베어링 위치들에, 경사 축선을 중심으로 샤프트에 의해 회전 가능하게, 장착된다.

WO 2007/079600 A1는 적어도 2개의 축선들에 대해 회전될 수 있고 거리 측정 장치, 측정 카메라 및 뷰파인더 카메라의 광 방출 및 광 수신 옵틱스가 배열되는 망원경 유닛을 가지는 레이저-기반 좌표 측정 장치와 같은 레이저 트래커를 개시하고 있다. 망원경 요소가 경사 축선을 중심으로 회전 가능하게 지지 요소 상에 장착되고, 지지 요소는 수직 축선을 중심으로 회전 가능하게 고정 베이스(stationary base) 상에 장착된다.

종래 기술로부터 알려진 도입부에서 언급한 유형의 좌표 측정 장치들에서, 샤프트는 경사 축선 및/또는 수직 축선을 따라 양측 상에 각각 장착되어 고정된다. 만약, 일반적으로 사용되는 것과 같이, 상이한 재료들이 샤프트, 베어링 또는 지지체에 대해 사용되면, 베어링의 클램핑은 작동 온도 범위의 함수로서 변한다. 경사 축선의 베어링의 클램핑으로부터 생기는 힘의 흐름은 지지체의 브레이스를 통해 경사 축선으로 전달된다. 히스테리시스 효과들은 좌표 측정 장치의 정밀도에 악영향을 준다.

예를 들어 베어링 에어(bearing air)에 의해 축선들의 반경방향 변위는 이 경우에 정밀도 손실들로 이어진다.

그러므로, 본 발명의 목적은 종래 기술과 비교할 때 측정 정밀도를 향상시키는, 도입부에서 언급한 유형의 좌표 측정 장치에 대해 베어링 개념을 제공하는 것이다.

이 목적은 청구항 1에 청구된 것과 같은 고정/루스 베어링 장치를 가지는 레이저-기반 측정 장치에 의해, 그리고 청구항 15에 청구된 것과 같은 레이저-기반 측정 장치에서의 고정/루스 베어링 장치의 사용에 의해 본 발명에 따라 달성된다. 본 발명의 유리한 구성들은 종속 청구항들에서 각각 발견될 수 있다.

본 발명에 따르면, 레이저-기반 좌표 측정 장치는 경사 축선을 따라 및/또는 수직 축선을 따라, 고정/루스 베어링에 의해 장착되는 샤프트를 포함한다.

바람직하게는, 이 경우에 좌표 측정 장치의, 수직 축선을 중심으로 회전 가능한 지지체는 고정/루스 베어링에 의해 베이스에 장착되는 샤프트를 가진다. 더욱이, 좌표 측정 장치의, 경사 축선을 중심으로 회전 가능한 망원경 유닛은 바람직하게는 고정/루스 베어링에 의해 지지체 상에 장착되는 샤프트를 가진다.

종래 기술에 비해 본 발명에 따른 이러한 고정/루스 베어링의 이점들은 특히 다음과 같다:

· 축방향 및 반경방향 유극이 고정 베어링에서 발생하지 않고;

· 예를 들어 열적으로 유도되는 샤프트의 팽창은 중요하지 않고:

· 축방향 위치가 축방향 로딩(axial loading) 하에서 정밀하게 규정되고;

· 샤프트의 운전(running)이 매우 정밀하다.

샤프트의, 본 발명에 따른 고정/루스 베어링에 있어서, 양 방향들에서의 축방향 힘들의 흡수는 단일 베어링 또는 베어링 그룹, 소위 고정 베어링에 의해 이루어진다. 축방향 힘들 외에, 고정 베어링은 또한 반경방향 힘들을 흡수하고 이들은 지지체의 인접 구성요소들에 전달한다. 이러한 방식으로, 단순한 고정 베어링의 문제점이 예를 들어 워블(wobble)로 인해 발생하는 정밀도 손실들 없이 제거된다.

본 발명에 따르면, 베어링(또는 베어링 그룹)의 클램핑은 일측 상에서만 일어난다. 따라서, 열적 영향들로 인한 축방향 에러들, 및 그로부터 생기는 정밀도 손실들은 최소화된다. 더욱이, 샤프트의 열적으로 유도된 팽창은 중요하지 않고, 베어링의 클랭핑에 영향을 주지 않는다. 그러므로, 베어링의 클램핑은 전체 작동 온도 범위에 걸쳐 일정한 채로 있다. 연결 부분들이 클램핑된 베어링에 의해 최소 가능한 범위까지 접촉되므로, 히스테리시스 효과들이 최소화된다. 전체 축선 시스템(overall axis system)은 높은 강성을 가진다.

고정 베어링은 하나 이상의 볼 베어링들, 특히 롤링 베어링들을 포함한다. 바람직하게는, 2개의 롤링 베어링들이 쌍으로 설치된다. 이것은 예를 들어 동일한 공차 범위들을 갖는 2개의 쌍으로 된 롤링 베어링들로 구성된 이중 베어링(duplex bearing)에 의해 달성될 수 있다. 듀플렉스 베어링의 클램핑은 일측 상에서 일어난다. 소위 O 배열에서, 이 구성은 내측 링, 또는 소위 X 배열의 경우에는 외측 링의 블록에 대해 축방향 프리스트레스에 의해 행해진다. 외측 또는 내측 링의 폭에 의해, 원하는 프리스트레스가 사전 처리에 의해 규정될 수 있다.

대안으로서, 고정 베어링은 또한 2개의 개개의 롤링 베어링을 포함할 수 있다. 조립은 O 배열의 내측 링 또는 X 배열의 외측 링의 축방향 프리스트레스에 의해 행해진다. 외측 또는 내측 링은 중간 링 및 스프링 조립체로 클램핑될 수 있다. 프리스트레스는 스프링 조립체에 의해 가변 조정될 수 있다.

본 발명에 따르면, 루스 베어링은 반경방향 힘들을 흡수하기 위해서만 의도되고, 반경방향 부하는 루스 베어링과 고정 베어링 사이에 분포된다. 루스 베어링은 어떠한 축방향 힘들로 흡수하지 않고, 축방향으로 이동할 수 있다. 대안으로서, 또한 지지체에 대해서는 이동할 수 있고 샤프트의 축방향 운동을 허용하는 루스 베어링을 이용하는 것이 가능하다. 주행 경로들이 원통형으로 구성되어, 샤프트의 축방향 변위가 가능하다. 양 활주면들은 높은 경도 품질을 가진다. 루스 베어링은 바람직하게는 특히 서로 약간 어긋난 복수의 열의 볼들을 포함하는 볼 케이지를 갖는 볼 베어링을 포함하여, 각각의 볼은 그 자신의 주행 경로를 만든다. 이것은 그 중에서도 마모를 피하기 위해 유리하고, 주행 경로에 대해 충격 손상이 있는 경우에 볼들 중 수개 또는 전부가 결함 있는 주행 경로 상에서 주행하는 것을 방지한다.

루스 베어링의 클램핑의 정도는 연결 부분들의 처리에 의해 행해진다. 롤링 본체는 내측 및 외측 활주면들에 대해 약간 오버사이즈를 가진다. 롤링 본체, 샤프트 및 플랜지의 조립에 의해, 베어링이 클램핑된다. 따라서, 클램핑은 롤링 본체의 최적 롤링이 보장되는 방식으로 선택된다.

특히 바람직한 실시예에서, 제 1 고정/루스 베어링은 샤프트가 고정 베어링으로 망원경 유닛의 일측 상에 장착되고 루스 베어링으로 다른 측 상에 장착되는 방식으로 지지체의 2개의 브레이스들 사이에 분포된다.

좌표 측정 장치들에서 매우 높은 정밀도 요건들 때문에 베어링 에어가 허용될 수 없으므로, 양 루스 베어링 및 고정 베어링은 바람직하게는 프리스트레스되고(prestressed) - 루스 베어링은 반경방향으로 그리고 고정 베어링은 축방향 및 반경방향 모두로 프리스트레스된다.

롤링 베어링들은 바람직하게는 알루미늄 브레이스의 인접 구성요소들에 직접 설치되거나 클램핑되지 않지만, 강으로 만들어진 연결 부분들에 설치되거나 클램핑된다. 그러므로, 베어링과 플랜지 사이의 원하는 끼워맞춤이 전체 작동 온도 범위에 걸쳐 유지된다. 강 연결 부분들은 알루미늄 구성요소들에 견고하게 연결된다. 열적 영향들로 인한 축방향 에러들, 및 그로부터 생기는 정밀도 손실들이 최소화된다.

만약 고정 베어링이 측정 장치의 임의의 방위에서, 측정 장치의 고유 중량 때문에 발생하는 힘들을 초과하는 축방향 힘들을 흡수하도록 구성되면, 본 발명에 따른 베어링은 또한 좌표 측정 장치가 축선의 워블(wobble)을 일으키지 않고, 수직에 대해 경사져 설정되게 할 수 있다. 심지어 지지체가 베이스로부터 매달려 있는 거꾸로 된 설치(upside-down setup)가 가능하다.

롤링 베어링들로서, 또한 롤링 본체들이 강 대신에 세라믹으로 만들어지는 소위 하이브리드 베어링들을 사용하는 것이 가능하다. 이러한 해결 방법의 주된 이점은 더 높은 정밀 클래스들에 의한 더 높은 가능한 정밀도이다. 그렇게 함으로써, 재생할 수 없는 에러들, 예를 들어 워블 에러들(wobble errors) 또는 히스테리시스 효과들(hysteresis effects)이 최소화된다. 이것은 좌표 측정 장치의 정밀도에 대해 직접 영향을 준다. 더욱이, 세라믹은 강(steel)에 비해 더 낮은 마찰 계수를 가지며, 그 때문에, 이와 같은 베어링의 수명이 작동 모드에 의존하여 연장될 수 있다. 하이브리드 베어링들은 또한 긴급 상황들 하에서 더 양호한 동작 특성들을 가진다.

바람직하게는, 특히 고정 베어링을 포함하는 브레이스에 수용되고 고정 베어링을 갖는 측면 상에서 샤프트를 구동하도록 의도된 모터가 또한 제공된다. 특히, 직접-구동 모터 - 즉 중간 트랜스미션(intermediate transmission)이 없는 모터, 예를 들어 피에조 모터 - 가 트랜스미션의 유극들로 인한 에러들을 피할 수 있도록 하기 위해 유리하게는 이를 위해 사용될 수 있다.

또한, 바람직하게는, 베이스에 대해 망원경 유닛의 방위를 결정하기 위한 각도 측정 기능, 특히 각도 인코더가 제공되고, 이 각도 인코더는 루스 베어링을 포함하는 브레이스에 수용되고 샤프트의 절대 또는 상대 위치들을 결정하도록 의도된다.

중량을 절약하기 위해, 샤프트는 바람직하게는 중공 샤프트로서 구성될 수 있다. 이것은 또한 서플라이 라인들을 샤프트 내의 망원경 유닛에 공급하는 것을 가능하게 한다. 특히 전류를 망원경 유닛의 구성요소들에 공급하기 위한 케이블들 및 망원경 유닛의 광 구성요소들에 광 비임을 도입하기 위한 광 가이드들이 있다. 후자는 특히 거리 측정 장치가 망원경 유닛 외부에 전부 또는 부분적으로 수용될 때 또는 레이저 비임이 예를 들어 지지체 내의 레이저 모듈에 의해 망원경 유닛 외부에서 발생될 때 필요하다.

샤프트는 경사 축선을 따라 연장하므로, 그것은 바람직하게는 경사 축선에 대해 직교하여 연장하는 측정 축선을 횡단한다. 바람직한 실시예에서, 그러므로 샤프트는 광학 거리 측정 유닛의 비임 경로에 대한 이 위치에서 개구를 가진다.

대안으로서, 샤프트는 또한 양측 상에서 지지체에 망원경 유닛을 연결하는 2개의 부분들로 구성될 수 있다. 샤프트의 제 1 부분은 이때 고정 베어링 상에 장착되고 망원경 유닛의 대향측에 연결되고, 샤프트의 제 2 부분은 루스 베어링 상에 장착되고 망원경 유닛의 다른 측에 연결된다. 샤프트는 이때 망원경 유닛 내부에 수용되는데, 이것은 특히 공간의 이유들 때문에 유리할 수 있다. 그러나, 베어링의 안정성 및 강성은 망원경 유닛의 구성요소들에 의해 보장되어야 한다.

대안의 실시예에서, 루스 베어링은 또한 슬라이딩, 공기 또는 마그네틱 베어링으로 구성될 수 있다. 다른 대안의 실시예에서, 루스 베어링은 또한 생략될 수 있다. 이 경우에, 샤프트는 단일 고정 베어링으로 일측 상에서만 장착된다.

본 발명의 다른 이점들 및 특징들은 첨부 도면들과 함께 현재 바람직한 실시예들의 다음의 설명에서 발견될 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 좌표 측정 장치 및 측정 보조기구를 개략적으로 나타내고;
도 2는 본 발명에 따른 좌표 측정 장치를 정면도로 개략적으로 나타내고;
도 3a는 2개의 고정/루스 베어링 장치들의 표현과 함께 단면도로 본 발명에 따른 좌표 측정 장치의 제 1 실시예를 개략적으로 나타내고;
도 3b는 하나의 고정/루스 베어링 장치의 표현과 함께 단면도로 본 발명에 따른 좌표 측정 장치의 제 2 실시예를 개략적으로 나타내고;
도 4a는 샤프트 및 고정 베어링을 통한 단면도를 개략적으로 나타내고;
도 4b는 샤프트 및 루스 베어링을 통한 단면도를 개략적으로 나타내고;
도 5a 내지 도 5c는 본 발명에 따른 루스 베어링의 볼 케이지의 3개의 실시예들을 개략적으로 나타내고;
도 6a 및 도 6b는 본 발명에 따른 고정 베어링의 2개의 실시예들을 개략적으로 나타내고;
도 7은 베이스 상에 지지체를 장착하기 위한 수직 고정/루스 베어링의 구조를 개략적으로 나타낸다.

도 1은 베이스(40), 그 위에 끼워맞춰지고 핸들(21)을 가지는 지지체(20), 및 지지체(20)의 2개의 브레이스들(표현되지 않음) 상에 장착되는 망원경 유닛(10)을 포함하는 레이저 트래커(1)로서 구성되는, 본 발명에 따른 좌표 측정 장치를 나타낸다. 도시된 레이저 트래커(1)는 스탠드(45) 상에 배열되고, 레이저 비임(36)에 의해 측정 보조기구(80) 상에 위치되는 역반사기(81)까지의 거리를 측정한다. 측정 보조기구(80) - 여기서는 예로서 측정 프로브로서 구성됨 - 는 또한 예를 들어 반사 또는 자체-조명 광 포인트들 형태의 다수의 타겟 마킹들(82), 및 타겟 물체(85) 상에 측정될 타겟 포인트 상에 배치하기 위한 측정 헤드(83)를 포함한다.

레이저 트래커(1)는 측정 보조기구(80) 상에 배열되는 타겟 마킹들(82)을 획득하기 위해, 특히 가변 배율을 갖는 촛점 조정 가능 바리오 카메라 시스템으로서 구성되는 측정 카메라를 포함한다. 타겟 마킹들(82)의, 측정 카메라의 도움을 받아 획득되는 위치들의 도움을 받아, 측정 보조기구(80)의 공간 방위가 결정될 수 있다.

측정 보조기구(80)의 이동들을 획득하고 추적할 수 있도록 하기 위해, 레이저 비임(36)이 역반사기(81)와 정렬된 채로 있도록, 레이저 트래커(1)는 예를 들어 WO 2007/079600 A1에 개시된 것과 같이 위치-감지 검출기(PSD), 특히 2D 트래킹 센서를 가진다.

PSD는 바람직하게는 망원경 유닛(10)에 배열되고, 타겟, 특히 역반사기(81)에 의해 반사되는 레이저 비임(36)의 방위를 획득함으로써, 레이저 비임(36)의 정렬을 트래킹하는 것을 가능하게 한다. 레이저 비임 정렬을 트래킹함으로써, 타겟 포인트의 연속적인 타겟 트래킹이 행해질 수 있고, 측정 장치에 대한 타겟 포인트의 거리 및 위치가 연속해서 결정될 수 있다.

도 2는 레이저 트래커(1)로 구성된, 본 발명에 따른 좌표 측정 장치의 전형적인 실시예를 정면도로 나타낸다. 레이저 트래커(1)는 여기서는 스탠드(45) 형태로 표현되는, 홀딩 장치(holding apparatus) 상에 고정될 수 있는 베이스(40)를 포함한다. 지지체(20)는 베이스(40) 상에 끼워맞춰져서, 수직 축선(9)에 대해 회전 가능하게 장착된다. 지지체(20)는 제 1 브레이스(26) 및 제 2 브레이스(27)를 포함하고, 이들은 지지체(20)로부터 상향으로 돌출하고 망원경 유닛(10)이 샤프트(63)에 의해 수평 축선(8)에 대해 경사지게 장착된다. 레이저 트래커(1)를 이송 및 취급하기 위한 핸들(21)은 2개의 브레이스들(26, 27) 상에 끼워맞춰진다. 핸들(21)은 예를 들어 그와 함께 주조로부터 생성되거나 용접되는 브레이스들(26, 27)에 견고하게 연결될 수 있어, 그것은 특히 벤딩(bending)에 대해, 브레이스들(26, 27)을 위한 추가 안정화 요소로서 기능한다.

이러한 전형적인 실시예에 있어서, 복수의 옵틱스(optics)가 광학 거리 측정 장치의 레이저 방출 및 수신 옵틱스(51) 뿐만 아니라, 망원경 유닛(10), 특히 측정 카메라의 옵틱스(52) 상에 제공된다. 망원경 유닛(10)은 또한 바람직하게는 측정 보조기구(80)의 근사 로컬라이제이션을 위한 로컬라이제이션 카메라(54)의 옵틱스 및 사용자에게 이미지들을 제공하기 위한 뷰파인더 카메라(56)의 옵틱스를 포함한다.

도 3a는 망원경 유닛(10)의 서스펜션 상의 본 발명에 따른 제 1 고정/루스 베어링 장치(60) 및 지지체(20) 및 베이스(40) 상의 본 발명에 따른 제 2 고정/루스 베어링 장치(70)의 제 1 실시예의 뷰를, 도 2의 레이저 트래커(1)를 통한 단면도로 나타낸다. 망원경 유닛(10)은 그 내부의 여러 광학 구성요소들, 그 중에서도 측정 보조기구(80)의 공간 방위를 획득하기 위한 측정 카메라(12) 및 간섭계(13)를 갖는 광학 거리 측정 장치 및 측정 보조기구(80)까지의 거리를 측정하기 위한 절대 거리 측정기(14)를 포함한다. 측정 카메라(12)는 가변 배율을 갖는 촛점 조정 가능 바리오 카메라 시스템으로서 구성된다.

제 1 고정/루스 베어링 장치(60)는 경사 축선(8)에 대한 망원경 유닛(10)의 회전능력(rotatability)을 허용하고 2개의 횡 브레이스들(26, 27)에 장착되는 샤프트(63), 제 1 브레이스(26)에 제공되는 고정 베어링(61) 및 제 2 브레이스(27)에 제공되는 루스 베어링(62)을 포함한다. 직접-구동 모터(65)는 또한 샤프트(63)를 회전 구동하기 위해 제 1 브레이스(26)에 제공된다. 각도 인코더(66)는 망원경 유닛(10)의 현재의 방위를 결정하도록, 샤프트(63)의 상대 및/또는 절대 위치들을 획득하기 위해 제 2 브레이스(27)에 제공된다.

샤프트(63)는 바람직하게는 강(steel), 황동(brass) 또는 세라믹으로 만들어지고, 특히 베어링들(61, 62) 상에 원통형 활주면들을 가지는 기본적으로 원통형이다. 샤프트(63)는 중공이고, 그 결과 그것은 케이블들 또는 광 가이드들(31, 32)과 같은 서플라이 라인들(supply lines)을 수용하는데 적합하다. 특히, 경사 축선(8) 및 수직 축선(9)에 대해 직교하여 연자하는, 특정 방사선의 방출 방향에 의해 규정되는 측정 축선의 방향에서, 샤프트(63)는 특히 광학 거리 측정 장치의 비임 경로에 대해 수직 개구(69)를 가진다.

레이저 모듈(30)은 지지체(20)에 통합되고, 또는 브레이스들(26, 27) 중 하나, 여기서는 바람직하게는 제 2 브레이스(27)로 표현되는 헬륨-네온 레이저 모듈에 통합된다. 제 1 파이버(31) 및 제 2 파이버(32)를 포함하는 광 가이드 시스템은 이러한 레이저 모듈(30)로부터 샤프트(63)를 통해 망원경 유닛(10)으로, 간섭계(13)의 컬리메이터(34)까지 이어진다. 광 가이드 시스템의, 제 1 브레이스(27)에서 연장하는 제 1 파이버(31)는 바람직하게는 제 1 브레이스(27)에 제공되는 잭 연결부(33)를 통해, 광 가이드 시스템의, 망원경 유닛(10) 내에서 연장하는 제 2 파이버(32)에 회전이 자유롭게(rotation-free) 연결된다. 지지체(20) 내의 레이저 모듈(30)의 근방에 잭 연결부(33)를 배열하는 것은 레이저 모듈(30)이 제 1 파이버(31)와 함께 더 용이하게 대체될 수 있는 이점을 가진다.

제 2 고정/루스 베어링 장치(70)는 수직 축선(9)에 대한 지지체(20)의 회전 능력을 허용하고 베이스(40)에 장착되고 지지체 상에 고정되는 샤프트(73), 베이스(40)의, 지지체(20)를 향하는, 상측 부분에 제공되는 고정 베어링(71), 및 하측 부분에 제공되는 루스 베어링(72)을 포함한다. 직접-구동 모터(75)는 샤프트(73)를 회전 구동하기 위해 루스 베어링(72)에 제공된다. 각도 인코더(76)는 지지체(20)의 현재의 방위를 결정하도록, 샤프트(73)의 상대 및/또는 절대 위치들을 획득하기 위해 고정 베어링(71)이 제공된다.

비록 이 실시예는 2개의 고정/루스 베어링 장치들을 포함하지만, 그것은 마찬가지로 단지 하나의 베어링 장치가 고정/루스 베어링 장치로서 구성되는 것이 가능하다.

도 3b는 레이저 트래커(1)를 통한 단면도로 본 발명에 따른 제 1 고정/루스 베어링 장치(60)의 본 발명에 따른 제 2 실시예를 나타낸다. 도 3a에 나타낸 실시예와는 대조적으로, 샤프트는 제 1 부분(63a) 및 제 2 부분(63b)으로 구성된다. 이 경우에 반경방향 및 축방향 힘들은 망원경 유닛(10)의 구성요소들을 통해 전달될 필요가 있다. 그러므로 이들 구성요소들은 바람직하게는 특히 안정하고 견고하게 형성된다. 특히, 이들은 샤프트와 동일한 재료로 구성될 수 있다. 제 2 고정/루스 베어링 장치(70)는 이러한 전형적인 실시예에서는 표현되지 않지만 선택적으로 있을 수 있다.

도 4a 및 4b는 브레이스들(26, 27)에 제 1 고정/루스 베어링 장치(60)의 샤프트(63)가 각각 장착되는 제 1 고정/루스 베어링 장치(60)의 샤프트(63)의 일부를 단면도로 각각 나타낸다. 도 4a는 고정 베어링(61)을 갖는 제 1 브레이스(26) 상의 장착을 나타내고, 도 4b는 루스 베어링(62)을 갖는 제 2 브레이스(27) 상의 장착을 나타낸다. 샤프트(63)는 중공으로 되어 있고 장착들에 있어서 원통 형상을 가진다.

도 4a에 나타낸 고정 베어링(61)은 2개의 쌍으로 배열된 롤링 베어링들, 특히 이중 스핀들 베어링 쌍 또는 스페이서 볼들을 갖는 UKF® 스핀들 베어링을 가진다. 쌍으로 배열된 롤링 베어링들의 X 배열이 예로서 나타낸다.

도 4b에 나타낸 루스 베어링(62)은 반경방향 힘들을 흡수하도록 의도된, 볼 케이지를 갖는 볼 베어링을 가진다. 루스 베어링(62)은 샤프트(63) 상에 고정되고 후자의 열적으로 유도된 팽창 변화들이 있는 경우에 샤프트(63)에 의해 스트레스-없이(stress-free) 이동할 수 있도록 하기 위해 브레이스(27)에 축방향으로 이동 가능하게 배열된다. 루스 베어링(62)의 롤링 본체(rolling body)는 내측 및 외측 활주면들에 대해 특정의 오버사이즈(certain oversize)를 가진다. 양 활주면들은 높은 경도 품질(high hardness quality)을 가진다.

베어링들(61, 62)은 특히 브레이스들(26, 27)의, 알루미늄으로 구성되는, 인접한 경량 구성요소들에 직접 장착되지 않지만, 강으로 만들어지는 연결 부분들(67, 68)에 장착되어 진다. 그러므로, 베어링과 플랜지 간의 원하는 끼워맞춤(desired fit)은 전체 작동 온도 범위에 걸쳐 유지된다. 강 연결 부분들(67, 68)은 브레이스들(26, 27)의 구성요소들(22)에 견고하게 연결된다. 따라서, 열적 영향들로 인한 축방향 에러들, 및 그로부터 생기는 정밀도 손실들이 최소화된다.

중공 샤프트(63)를 통해 공급되는 광학 광 가이드 시스템은 또한 도 4b에 나타낸다. 그것은 망원경 유닛 내로 안내되는 제 2 파이버(32), 제 2 브레이스(27) 내의 레이저 모듈로 안내되는 제 1 파이버(31), 및 2개의 파이버들의 회전-자유 연결(rotation-free connection)을 위한 잭 연결부(33)를 포함한다. 잭 연결부(33)는 이러한 전형적인 실시예에서 샤프트(63) 내부에 배열된다.

도 5a 내지 5c는 각각 루스 베어링(62, 72)의 볼 케이지의 전형적인 실시예를 측면도로 나타낸다. 볼 케이지의 볼들은 강 또는 세라믹으로 구성되고, 각각 서로 약간 어긋나게 배열되어 각각의 볼은 그 자신의 주행 경로를 만든다(describe). 이것은 마모를 피하기 위해 유리하고, 볼들 중 수개 또는 전부가 주행 경로에 충격 손상을 준 경우에 결함 있는 주행 경로 상에서 주행하는 것을 방지한다.

제 1 고정/루스 베어링 장치(60)의 고정 베어링(61)의 2개의 전형적인 실시예들은 도 6a 및 6b에 나타내어 진다. 주위의 제 1 브레이스(26) 및 샤프트(63)의 섹션을 갖는 고정 베어링(61) 주위의 상세가 각각 도시된다. 경사 축선(8)은 마찬가지로 표현된다. 동일한 것이 제 2 고정/루스 베어링 장치(70)의 고정 베어링(71)에 대해 적응된다.

도 6a는 소위 O 배열에서 2개의 쌍으로 된 롤링 베어링들을 갖는, 고정 베어링(61)의 제 1 실시예를 나타낸다. 볼 접촉 포인트들의 연결 라인들은 샤프트(63)의 방향으로 발산한다. 그러므로, 더 큰 지지체 폭이 얻어져서, 유닛을 매우 견고하게 한다. O 배열은 가역 축방향 및 반경방향 부하들을 허용하고, 경사 유극(tilting play)을 거의 없게 보장한다.

도 6b는 소위 X 배열의 2개의 쌍으로 된 롤링 베어링들을 갖는, 고정 베어링(61)의 제 2 실시예를 나타낸다. 볼 접촉 포인트들의 연결 라인들은 샤프트(63)의 방향으로 수렴한다. 그러므로, 더 작은 지지체 폭이 얻어져서, 유닛의 감소된 각도 강성(angular rigidity)으로 이어진다. X 배열은 더 큰 정렬 편차들을 허용하고, 마찬가지로 가역 축방향 및 반경방향 부하들을 허용한다.

도 7은 지지체(20)가 베이스(40)(도 3a도 참조) 상에서 수직 축선(9)을 중심으로 회전 가능하게 끼워맞춰지는, 레이저 트래커(1)로서 구성되는, 본 발명에 따른 좌표 측정 장치의 제 2 고정/루스 베어링 장치(70)의 고정 베어링(71) 및 루스 베어링(72)의 배열을 나타낸다. 지지체(20) 상에 고정된 샤프트(73)는 베이스(40) 상의 고정 베어링(71) 및 루스 베어링(72)에 의해 장착된다. 샤프트(73)는 도시된 것과 같이, 바람직하게는 중공 샤프트이다. 고정 베어링(71)은 바람직하게는 지지체(20)를 향하는 샤프트(73)의 부분 상에 위치되고 루스 베어링(72)은 지지체를 향하는 부분 상에 위치된다. 루스 베어링(72)은 샤프트(73) 상에 고정되고 후자의 열적으로 유도된 팽창 변화들이 있는 경우에, 샤프트(73)에 의해 스트레스 없이 이동할 수 있도록 하기 위해 베이스(40)에서 축방향으로 이동 가능하게 배열된다. 고정 베어링(71)은 그것이 반경방향 및 축방향 힘들을 흡수할 수 있는 방식으로 구성된다. 고정 베어링(71)은 바람직하게는 또한 장치의 고유 중량 때문에 - 또는 수직 축선(9)을 중심으로 베이스(40)에 대해 회전될 수 있는 장치 부분들의 고유 중량 때문에 - 발생하는 힘들, 특히 축방향 힘들을 흡수할 수 있도록 구성되고, 그 결과 장치는 또한 "거꾸로(upside down)" 사용될 수 있고, 즉 지지체(20)는 베이스(40) 아래에 매달린다.

제 2 고정/루스 베어링 장치(70)는 모두 제 1 고정/루스 베어링 장치(60)에 더하여 제공될 수 있고 다른 베어링 장치에 결합될 수 있다.

이들 나타낸 도면은 단지 가능한 전형적인 실시예들을 개략적으로 나타낸 것임이 이해되어야 한다. 여러 접근방법들이 마찬가지로 서로 및 종래 기술의 방법들 및 장치들과 결합될 수 있다.

Claims

특히 공간에서 이동하는 측정 보조기구(80)의 상기 위치 및/또는 상기 방위를 획득하기 위한 레이저 트래커(1)로서 구성되는, 원거리 타겟(85)의 위치를 측정하기 위한 레이저-기반 측정 장치로서,
· 수직 축선(9)을 규정하는 베이스(40),
· 상기 수직 축선(9)을 중심으로 상기 베이스(40)에 대해 회전될 수 있는 지지체(20),
· 경사 축선(8)을 중심으로 상기 지지체(20)에 대해 회전될 수 있고 레이저 비임(36)을 방출하기 위한 수단을 가지는 망원경 유닛(10),
· 상기 지지체(20) 상에 상기 망원경 유닛(10)을 장착하기 위해 샤프트(63)를 가지는 제 1 베어링 장치(60)로서, 상기 샤프트(63)의 길이방향 축선은 경사 축선(8)과 동축으로 연장하는, 상기 제 1 베어링 장치(60), 및
· 상기 베이스(40) 상에 상기 지지체(20)를 장착하기 위해 샤프트(73)를 가지는 제 2 베어링 장치(70)로서, 샤프트(73)의 상기 길이방향 축선은 상기 수직 축선(9)과 동축으로 연장하는, 상기 제 2 베어링 장치(70)를 포함하는, 레이저-기반 측정 장치에 있어서,
상기 제 1 및/또는 제 2 베어링 장치(60, 70)는 고정 베어링(fixed bearing: 61, 71) 및 루스 베어링(loose bearing; 62, 72)을 포함하는 고정/루스 베어링 장치로서 구성되는 것을 특징으로 하는, 레이저-기반 측정 장치.
제 1 항에 있어서,
적어도 상기 제 1 베어링 장치(60)는 고정/루스 베어링으로서 구성되고,
· 상기 지지체(20)는 제 1 브레이스(first brace; 26) 및 제 2 브레이스(second brace; 27)를 포함하고, 상기 브레이스들(26, 27)은 상기 경사 축선(8)의 레벨에서 상기 망원경 유닛(10) 주위의 양측 상에서 결합하고,
· 상기 고정 베어링(61) 및 상기 루스 베어링(62)은 상기 경사 축선(8)을 따라 상기 망원경 유닛(10)의 상이한 측면들 상에 배열되고, 상기 고정 베어링(61)은 상기 제 1 브레이스(26)에 배열되고 상기 루스 베어링(62)은 상기 제 2 브레이스(27)에 배열되는 것을 특징으로 하는, 레이저-기반 측정 장치.
제 2 항에 있어서,
· 특히 상기 지지체(20)에 대해 상기 샤프트(63)의 회전각을 획득하기 위해 상기 제 2 브레이스(27)에 배열되는 각도 획득 유닛(66)을 포함하는, 상기 지지체(20)에 대해 상기 망원경 유닛(10)의 회전각을 획득하기 위한 수단, 및/또는
· 상기 지지체(20)에 대해 상기 망원경 유닛(10)의 동력화된 회전을 위한 구동 수단을 특징으로 하는, 레이저-기반 측정 장치.
제 3 항에 있어서,
상기 구동 수단은 상기 경사 축선(8)을 중심으로 상기 망원경 유닛(10)을 회전시키도록 상기 샤프트(63)를 회전 구동하기 위해 구성되는 모터(65)를 포함하고, 상기 모터는 특히
· 상기 제 1 브레이스(26), 및/또는
· 직접-구동 모터(direct-drive motor)에 배열되는 것을 특징으로 하는, 레이저-기반 측정 장치.
제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 샤프트(63)는
· 광학 거리 측정 장치의 비임 경로를 위한, 특히 측정 축선을 따라 연장하는 개구(69)로서, 상기 측정 축선은 상기 레이저 비임(36)의 방출 방향에 의해 규정되고 및/또는 상기 경사 축선(8)에 대해 직교하여 연장하는, 상기 개구, 또는
· 제 1 부분(63a) 및 제 2 부분(63b)을 포함하고,
· 상기 제 1 부분(63a)은 상기 고정 베어링(61) 상에 장착되고 상기 고정 베어링(61)을 향하는 그것의 측면 상에서 상기 망원경 유닛(10)에 견고하게 연결되고,
· 상기 제 2 부분(63b)은 상기 루스 베어링(62) 상에 장착되고 상기 루스 베어링(62)을 향하는 그것의 측면 상에서 상기 망원경 유닛(10)에 견고하게 연결되는 것을 특징으로 하는, 레이저-기반 측정 장치.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
적어도 상기 제 2 베어링 장치(70)는 고정/루스 베어링 장치로서 구성되고, 상기 레이저-기반 측정 장치는
· 특히 상기 베이스(40)에 대해 상기 샤프트(73)의 회전각을 획득하기 위한 각도 획득 유닛을 포함하는, 상기 베이스(40)에 대한 상기 지지체(20)의 회전각을 획득하기 위한 수단, 및/또는
· 상기 지지체(40)에 대해 상기 베이스(20)의 동력화된 회전을 위한 구동 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는, 레이저-기반 측정 장치.
제 6 항에 있어서,
상기 구동 수단은 상기 수직 축선(9)을 중심으로 상기 지지체(20)를 회전시키도록 상기 샤프트(73)를 회전 구동하기 위해 구성되는 모터를 포함하고, 상기 모터는 특히 직접-구동 모터인 것을 특징으로 하는, 레이저-기반 측정 장치.
제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
상기 고정 베어링(71)은 상기 측정 장치의 임의의 방위에서 상기 수직 축선(9)을 중심으로 상기 베이스(40)에 대해 회전될 수 있는 상기 측정 장치의 이들 부분들의 고유 중량에 의해 유도되는 힘들을 초과하는 축방향 힘들을 흡수하도록 의도되는 것을 특징으로 하는, 레이저-기반 측정 장치.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 고정 베어링(61, 71)은 축방향 및 반경방향 힘들을 흡수하도록 의도되고,
· 2개의 쌍으로 배열된 베어링(two pairwise arranged bearings)을 포함하고, 이 베어링은 특히
· 2개의 개개의 롤링 베어링 또는
· 이중(duplex) 스핀들 베어링 쌍
의 형태로 되어 있고,
· 및/또는 상기 고정 베어링(61, 71)은 일측 상에 클램핑되는 것을 특징으로 하는, 레이저-기반 측정 장치.
제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 루스 베어링(62, 72)은 반경방향 힘들을 흡수하도록 의도되지만 축방향 힘들을 흡수하도록 의도되지 않고,
· 볼 케이지(ball cage)를 갖는 볼 베어링;
· 슬라이딩 베어링(sliding bearing);
· 공기 베어링(air bearing); 또는
· 마그네틱 베어링(magnetic bearing)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 레이저-기반 측정 장치.
제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 샤프트(63, 73)는
· 상기 고정 베어링(61, 71) 및 상기 루스 베어링(62, 72) 상에 원통형 활주면을 가지며;
· 기본적으로 원통형이고; 및/또는
· 중공 샤프트인 것을 특징으로 하는, 레이저-기반 측정 장치.
제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
적어도 하나의 광-안내 파이버(31, 32)를 갖는, 광을 전달(conveying)하기 위한, 특히 레이저 비임을 전달하기 위한 가이드 시스템을 포함하고,
· 상기 샤프트(63, 73)를 통해 적어도 부분적으로 연장하는 적어도 하나의 파이버(31, 32), 및/또는
· 특히 회전이 고정되어 있는 동안, 잭 연결부(jack connection; 33)에 의해, 상기 망원경 유닛(10)에서 적어도 부분적으로 연장하는, 제 2 파이버(32)에 연결되어 있는, 상기 지지체(20)에서 적어도 부분적으로 연장하는 제 1 파이버(31)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 레이저-기반 측정 장치.
제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 망원경 유닛은:
· 간섭계(13) 및/또는 절대 거리 측정기(absolute distance meter; 14)의 구성요소들을 가지는, 상기 측정 보조기구(80)까지의 거리를 측정하기 위한 광학 거리 측정 장치; 및
· 상기 측정 보조기구(80)의 상기 공간 방위가 상기 측정 카메라(12)에 의해 획득되는 상기 타겟 마킹들(82)의 위치들의 도움을 받아 결정될 수 있도록, 상기 측정 보조기구(80) 상에 배열되는 타겟 마킹들(82)을 획득하기 위해, 특히 가변 배율을 갖는 촛점 조정 가능 바리오 카메라 시스템(focusable vario camera system)으로 구성되는 측정 카메라(12)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 레이저-기반 측정 장치.
제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 망원경 유닛은:
· 상기 레이저 비임(36)의 상기 방위가 상기 검출기 상의 상기 반사된 레이저 비임(36)의 위치의 함수로서 연속 타겟 트래킹을 위해 트래킹될 수 있도록, 타겟에 의해 반사된 상기 레이저 비임(36)을 획득하기 위한 위치-감지 검출기, 특히 2D 트래킹 센서;
· 상기 측정 보조기구(80)의 근사 로컬라이제이션(approximate localization)을 위한 로컬라이제이션 카메라(localization camera; 54); 및/또는
· 사용자에 대한 이미지들을 제공하기 위한 뷰파인더 카메라(viewfinder camera; 56)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 레이저-기반 측정 장치.
측정 장치의 지지체(20) 상에서 경사 축선(8)을 중심으로 회전될 수 있는 망원경 유닛(10)을 장착하고, 상기 측정 장치의 베이스(40) 상에서 수직 축선(9)을 중심으로 회전될 수 있는 지지체(20)를 장착하기 위한, 특히 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 청구된 것과 같은, 레이저-기반 측정 장치에서의 고정/루스 베어링 장치(60, 70)의 사용에 있어서,
상기 고정/루스 베어링 장치(60, 70)는 고정 베어링(61, 71), 루스 베어링(62, 72) 및 샤프트(63, 73)를 포함하고, 샤프트의 길이방향 축선은 상기 경사 축선(8) 또는 상기 수직 축선(9)과 동축으로 연장하는 것을 특징으로 하는, 사용.