專利名稱：用于表面測(cè)量的測(cè)量機(jī)的測(cè)量方法
用于表面測(cè)量的測(cè)量機(jī)的測(cè)量方法本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求I的前序部分的用于表面測(cè)量的測(cè)量機(jī)的測(cè)量方法、根據(jù)權(quán)利要求8的前序部分的用于測(cè)量機(jī)的連接裝置、尤其是傾斜或旋轉(zhuǎn)連接、以及根據(jù)權(quán)利要求14的包括鉸接臂的坐標(biāo)測(cè)量機(jī)。長(zhǎng)期已知測(cè)量方法和測(cè)量機(jī)，諸如坐標(biāo)測(cè)量?jī)x或坐標(biāo)測(cè)量機(jī)，例如包括關(guān)節(jié)臂的坐標(biāo)測(cè)量機(jī)。舉例來(lái)說(shuō)，這些設(shè)備用于測(cè)量物體表面，該測(cè)量以高精度進(jìn)行，尤其是用于制造業(yè)，對(duì)于該制造業(yè)，工件表面的測(cè)量和測(cè)試是非常重要的。例如，US 5，402, 582或EP1474650中描述了通用類型的3D坐標(biāo)測(cè)量關(guān)節(jié)臂。也稱為“關(guān)節(jié)臂”或“便攜式CMM”的可比較系統(tǒng)例如由具有產(chǎn)品名“ Sigma”、“Flex”或“Omega”的公司“Romer”以及具有產(chǎn)品名“Infinite”或“Stinger”的公司“CimCore”提供。3D坐標(biāo)測(cè)量關(guān)節(jié)臂具有作為關(guān)節(jié)臂的一端的基座，該基座固定地并以已知方式定位在參考坐標(biāo)系中；以及相反的可移動(dòng)的測(cè)量端，測(cè)量部件或測(cè)量探針被設(shè)置在該測(cè)量 端上。接觸探針能用作標(biāo)準(zhǔn)探針，該接觸探針能與物體表面的測(cè)量點(diǎn)接觸并且例如由安裝在測(cè)量桿上的紅寶石球構(gòu)成。作為其另選方案，光學(xué)傳感器也被稱為測(cè)量部件，光學(xué)傳感器能例如實(shí)施為點(diǎn)測(cè)量裝置或掃描器，即，實(shí)施為連續(xù)地并且例如逐行掃描物體表面。更具體地，三角測(cè)量傳感器或干涉測(cè)量裝置能用作這樣的光學(xué)傳感器。此外，例如歐洲專利申請(qǐng)No. 07124101. 2描述了將照相機(jī)用作測(cè)量部件，該照相機(jī)被設(shè)計(jì)用于捕捉或檢測(cè)測(cè)量物體表面并且被安裝在關(guān)節(jié)臂的可動(dòng)端上。基于關(guān)節(jié)臂式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)，可以高度精確地測(cè)定照相機(jī)的在空間上的位置和取向。多個(gè)構(gòu)件或臂段設(shè)置在關(guān)節(jié)臂的兩端之間，所述多個(gè)構(gòu)件或臂段相對(duì)于彼此可樞轉(zhuǎn)地和/或可旋轉(zhuǎn)地連接，并且需要的話相對(duì)于彼此可移位，使得具有測(cè)量部件(也被命名為感測(cè)構(gòu)件)的測(cè)量端能在空間部分內(nèi)自由地移動(dòng)。為此，臂的構(gòu)件借助于鉸接接頭相互連接，并且需要的話借助于懸架相互連接，該懸架使得能進(jìn)行直線位移。此外，位置測(cè)量裝置被分配給鉸接接頭和/或懸架，使得在每一情況下構(gòu)件相對(duì)于彼此的位置或取向(也就是說(shuō)，在每一情況下構(gòu)件之間的相對(duì)位置)能被測(cè)量。舉例來(lái)說(shuō)，測(cè)定作為測(cè)量變量的長(zhǎng)度、旋轉(zhuǎn)角度和樞轉(zhuǎn)角度的角度測(cè)量裝置和/或長(zhǎng)度測(cè)量裝置能用于該目的。通過(guò)獲知構(gòu)件的瞬時(shí)測(cè)量位置，S卩，構(gòu)件相對(duì)于彼此的相應(yīng)的相對(duì)位置以及其中一個(gè)構(gòu)件相對(duì)于基座的相應(yīng)的相對(duì)位置，可以測(cè)定相對(duì)于參考坐標(biāo)系中的基座的單個(gè)臂元件和測(cè)量部件的取向。測(cè)量部件的位置通常由評(píng)價(jià)單元確定，由相應(yīng)的位置測(cè)量裝置測(cè)量的這些測(cè)量變量被傳送給該評(píng)價(jià)單元，并且評(píng)價(jià)單元從其得到測(cè)量部件的位置。例如，為該應(yīng)用特別編程的計(jì)算機(jī)或計(jì)算單元能用于該目的。借助于參考外部參考坐標(biāo)系，該參考能借助于基座確保，可以不但測(cè)定臂元件和測(cè)量部件的取向而且測(cè)定它們的位置，即在空間上的位置和取向。根據(jù)通用類型，關(guān)節(jié)臂的旋轉(zhuǎn)鉸接接頭在每一情況下都分配有光電子角度測(cè)量裝置，該光電子角度測(cè)量裝置用來(lái)測(cè)定每一情況下借助于鉸接接頭連接的兩個(gè)構(gòu)件的相對(duì)旋轉(zhuǎn)位置。鉸接接頭通常包括相互可旋轉(zhuǎn)地連接的兩個(gè)臂構(gòu)件，在兩個(gè)臂構(gòu)件之間設(shè)置有旋轉(zhuǎn)編碼器或角度測(cè)量裝置。在該情況下，光電子角測(cè)量裝置或旋轉(zhuǎn)編碼器用于測(cè)量其旋轉(zhuǎn)軸承部件相對(duì)于彼此的瞬間相對(duì)旋轉(zhuǎn)位置，因此用于間接測(cè)量?jī)蓚€(gè)臂構(gòu)件的相對(duì)旋轉(zhuǎn)位置。為此，光電子角測(cè)量裝置或旋轉(zhuǎn)編碼器具有碼載體或碼單元，該碼載體或碼單元設(shè)置在兩個(gè)臂構(gòu)件中的一個(gè)上；以及傳感器裝置，該傳感器裝置相應(yīng)地裝配到另一臂構(gòu)件。在該情況下，碼載體于是被安裝在旋轉(zhuǎn)鉸接接頭中，使得碼載體能夠相對(duì)于傳感器裝置繞旋轉(zhuǎn)軸線進(jìn)行相對(duì)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。第二關(guān)節(jié)臂構(gòu)件的能相對(duì)于第一臂構(gòu)件的托座旋轉(zhuǎn)的元件、傳感器裝置以及相對(duì)于傳感器裝置可旋轉(zhuǎn)地安裝在其中的碼載體能在該情況下被稱為旋轉(zhuǎn)軸承構(gòu)件。在這樣的光電子實(shí)施方式的情況下，作為碼載體的碼的圖形單元光學(xué)成像在傳感器裝置上，該傳感器裝置由一個(gè)或多個(gè)讀頭(例如，CCD或CMOS線傳感器或面?zhèn)鞲衅?組成，如CH658514所公開的。從傳感器裝置或其讀頭上的碼投影(尤其是投影的圖形單元)的位置，可以推導(dǎo)出作為旋轉(zhuǎn)體的碼載體相對(duì)于傳感器裝置的相對(duì)旋轉(zhuǎn)角度。在該情況下，檢測(cè)器中心用作參考變量，其中理想地兩個(gè)檢測(cè)器中心、樞轉(zhuǎn)點(diǎn)和圖像元件的中心落在旋轉(zhuǎn)軸線上，沒(méi)有機(jī)械偏心率誤差。 借助于這種方法和設(shè)備，通過(guò)相應(yīng)的預(yù)防法，甚至可以以數(shù)量級(jí)為幾角秒的測(cè)量精度來(lái)將一個(gè)完整的圓解析成一百萬(wàn)以上單元。為了能夠得到這種高精度，首先傳感器裝置必須相對(duì)于軸承位置穩(wěn)定地設(shè)置。其次，碼載體的高尺寸和形狀穩(wěn)定性，尤其是具有沿旋轉(zhuǎn)方向彼此相繼地繞圖形中心設(shè)置的圖形單元的碼載體上的碼單元的布置和實(shí)施方式，是必要的先決條件。除可歸因于彼此相繼設(shè)置的單個(gè)圖形單元之間的預(yù)定距離的偏差和/或可歸因于圖形單元它們自己的尺寸的偏差的局部刻度不準(zhǔn)確度以外，在實(shí)踐中圖形中心距旋轉(zhuǎn)軸線的間隔(所謂的偏心率)也常常使得不可能獲得所要求的精度。由于相當(dāng)難以避免并且實(shí)際上始終存在的制造公差，每個(gè)碼載體都具有偏心率。軸承的徑向跳動(dòng)或軸承間隙能另外導(dǎo)致該偏心率。如果由力產(chǎn)生的相當(dāng)負(fù)載在測(cè)定感測(cè)位置或旋轉(zhuǎn)角期間作用在關(guān)節(jié)臂的旋轉(zhuǎn)鉸接接頭上，則永久或暫時(shí)的偏心率以及碼載體相對(duì)于旋轉(zhuǎn)鉸接接頭的托座的位置的其它變化能同樣地取決于負(fù)載而出現(xiàn)。在歐洲專利申請(qǐng)No.07100296. 8 以及公報(bào)EP 1，632，754A1、US 7，051，450B2 和US7，069，664B2中尤其描述了用于測(cè)定旋轉(zhuǎn)角并且校準(zhǔn)相對(duì)于理想位置的這樣的不合需要的位置變化的方法和設(shè)備，該不合需要的位置變化例如由于旋轉(zhuǎn)鉸接接頭上的負(fù)載或由于軸承故障和/或徑向跳動(dòng)引起。在該情況下，EP I, 632，754A1公開了一種用于測(cè)量旋轉(zhuǎn)編碼器的當(dāng)前偏心率的方法，其中，繞圖形中心設(shè)置的多個(gè)圖像單元中的至少一些借助于光束而成像在光學(xué)檢測(cè)器上。圖像單元設(shè)置在碼載體上，該碼載體以能繞旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)的方式連接到檢測(cè)器。成像的圖像單元的位置借助于一個(gè)且相同的檢測(cè)器的檢測(cè)器元件來(lái)解析。在第一步驟中，在測(cè)定旋轉(zhuǎn)角時(shí)圖形中心相對(duì)于軸線的偏心率的效果借助于至少一個(gè)圖形單元的解析位置被以計(jì)算的方式確定。在第二步驟中，考慮到所確定的效果，旋轉(zhuǎn)角度借助于彼此相繼設(shè)置的圖形單元的解析位置被精確地測(cè)定。在該方法的改進(jìn)中，在第一步驟中，借助于中間步驟，彼此相繼設(shè)置的圖形單元被結(jié)合以形成至少兩組，并且至少兩組位置借助于相應(yīng)結(jié)合的圖形單元的解析的單個(gè)位置被以計(jì)算的方式確定。偏心率對(duì)確定旋轉(zhuǎn)角度的效果于是借助于所確定的至少兩組位置以計(jì)算的方式確定。借助于所確定的組位置，這能以較高的精度實(shí)現(xiàn)。國(guó)際專利申請(qǐng)WO 2008/083797描述了，為了基于投影在傳感器裝置上的圖形單元的解析位置來(lái)確定繞軸線的旋轉(zhuǎn)角度的偏心率誤差，在第一步驟中，進(jìn)行多次測(cè)量，以計(jì)算的方式確定圖形中心相對(duì)于檢測(cè)器中心的偏心率。在第二步驟中，借助于聚合(即，借助于組合和連接)，能從多個(gè)測(cè)量值分離或確定至少一個(gè)作用變量。取決于具體方法，例如通過(guò)取均值來(lái)確定或以其他方式抑制作用變量。于是所確定的作用變量能在算法上或以其它方式用于直接校正偏心率，例如用于借助于致動(dòng)元件機(jī)械校正軸向位置或通過(guò)調(diào)整以電子的方式校正軸向位置。此外，其中說(shuō)明的是，除導(dǎo)致在傳感器裝置的平面中的直接偏心率貢獻(xiàn)(諸如支承軸的平移位移)的作用變量外，沿旋轉(zhuǎn)軸線的方向的運(yùn)動(dòng)也能借助于角度測(cè)量頭來(lái)測(cè)定。由于碼單元相對(duì)于傳感器裝置的距離變化，碼的投影標(biāo)度也變化。該投影標(biāo)度的變化能用作沿軸向方向的距離或位置的變化的量度。如果確定兩個(gè)檢測(cè)器元件相對(duì)于作為碼單元的碼 盤的距離，則也能確定軸線的傾斜。US 7，051，450B2和US 7，069，664B2描述了一種坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(CCM)，該坐標(biāo)測(cè)量機(jī)
包括關(guān)節(jié)臂，該關(guān)節(jié)臂具有在臂的基座和設(shè)置在另一臂端上的測(cè)量部件之間的多個(gè)旋轉(zhuǎn)鉸接接頭。為了測(cè)量測(cè)量部件的測(cè)量位置，旋轉(zhuǎn)鉸接接頭在每一情況下都被分配有角度測(cè)量裝置，該角測(cè)量裝置包括傳感器裝置，該傳感器裝置包括至少兩個(gè)讀頭以及相對(duì)于這兩個(gè)讀頭可旋轉(zhuǎn)地設(shè)置的碼單元。在該情況下說(shuō)明了，至少兩個(gè)讀頭相互協(xié)作從而減小在旋轉(zhuǎn)角度測(cè)量期間由旋轉(zhuǎn)鉸接接頭的負(fù)載引起的誤差。舉例來(lái)說(shuō)，為此提供了沿周向偏移180°的兩個(gè)讀頭，在每一情況下沿周向偏移120°的三個(gè)讀頭，或另選地在每一情況下沿周向偏移90°的四個(gè)讀頭。如上已指出的，因此，現(xiàn)有技術(shù)中的這些方法和設(shè)備始終設(shè)置用于考慮消除、校準(zhǔn)或補(bǔ)償影響角度測(cè)量的誤差，排他地用于確定旋轉(zhuǎn)角。所考慮的誤差包括例如由于旋轉(zhuǎn)軸線的傾斜造成的搖擺誤差，由于制造公差或軸承間隙造成的偏心率誤差以及例如由旋轉(zhuǎn)鉸接接頭的負(fù)載引起的另外的誤差。不會(huì)發(fā)生作用變量的專用確定和量化以及其在旋轉(zhuǎn)編碼器外的進(jìn)一步處理。然而，在包括具有旋轉(zhuǎn)鉸接接頭的關(guān)節(jié)臂的坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的情況下，由于所述的誤差影響，諸如旋轉(zhuǎn)鉸接接頭的負(fù)載，除角位置的誤差確定以外，在確定測(cè)量部件的測(cè)量位置的環(huán)境中出現(xiàn)其他誤差。尤其是，實(shí)際上，除由旋轉(zhuǎn)鉸接接頭實(shí)際提供的旋轉(zhuǎn)以外，發(fā)生碼載體相對(duì)于托座的進(jìn)一步位置變化，尤其是能具有各種原因的軸向位移、徑向位移或傾斜。盡管它們的位置發(fā)生最小變化，然而這些導(dǎo)致在位置測(cè)定的同時(shí)所需的精度所給定的顯著誤差。因此，本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種用于表面測(cè)量測(cè)量機(jī)的改進(jìn)的測(cè)量方法，尤其是用于包括具有旋轉(zhuǎn)或傾斜鉸接接頭的關(guān)節(jié)臂的坐標(biāo)測(cè)量機(jī)，用于測(cè)定測(cè)量部件的測(cè)
量位置。另一個(gè)目的在于提供一種改進(jìn)的包括具有作為連接裝置的旋轉(zhuǎn)鉸接接頭的關(guān)節(jié)臂的坐標(biāo)測(cè)量機(jī)。
尤其是，在該情況下，在所述關(guān)節(jié)臂的部分上具有較少的硬件修改費(fèi)用，目的是使得可能以較高精度測(cè)定所述測(cè)量部件測(cè)量位置。這些目的通過(guò)獨(dú)立權(quán)利要求的表征特征的實(shí)現(xiàn)來(lái)達(dá)到。以另選或有利方式改進(jìn)本發(fā)明的特征能從從屬專利權(quán)利要求獲悉。根據(jù)本發(fā)明的用于表面測(cè)量測(cè)量機(jī)的測(cè)量方法脫離現(xiàn)有技術(shù)的方法，所述測(cè)量機(jī)例如是用于包括具有旋轉(zhuǎn)鉸接接頭的關(guān)節(jié)臂的坐標(biāo)測(cè)量機(jī)，并且用于測(cè)定測(cè)量部件的測(cè)量位置，在現(xiàn)有技術(shù)中始終的情況是，僅在測(cè)定旋轉(zhuǎn)或傾斜鉸接接頭的角度位置的情況下提供現(xiàn)有技術(shù)的方法，用于考慮或補(bǔ)償誤差影響，諸如負(fù)載控制位移或旋轉(zhuǎn)軸線的傾斜，其中作為從基座到測(cè)量部件的連接元件的臂構(gòu)件被認(rèn)為是受影響的。相反，根據(jù)本發(fā)明，相對(duì)于所分配的傳感器裝置的旋轉(zhuǎn)鉸接接頭的可旋轉(zhuǎn)地安裝在托座中的碼載體的這種位置變化被明確測(cè)定并且用作附加測(cè)量變量，該附加測(cè)量變量描 述了關(guān)節(jié)臂的臂構(gòu)件的測(cè)量位置，用于導(dǎo)出測(cè)量部件相對(duì)于基座的測(cè)量位置。這意味著，借助于旋轉(zhuǎn)鉸接接頭連接的兩個(gè)臂構(gòu)件的位置變化根據(jù)位置變化量被確定并且當(dāng)測(cè)定兩個(gè)臂構(gòu)件相對(duì)于彼此的相對(duì)位置時(shí)被考慮，其中位置變化由例如作為連接裝置的旋轉(zhuǎn)或傾斜鉸接接頭中的負(fù)載引起并且超過(guò)旋轉(zhuǎn)位置的變化。根據(jù)本發(fā)明，部件的變形或尺寸變化能同樣地從這些位置值來(lái)推斷。位置變化的測(cè)定，諸如·碼載體相對(duì)于傳感器裝置的沿相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸線的徑向方向的位移；·碼載體相對(duì)于傳感器裝置沿旋轉(zhuǎn)軸線的方向的位移；和/或·碼載體相對(duì)于托座的傾斜；或與所述位置變化相關(guān)聯(lián)的位置變化量級(jí)的測(cè)定基于所述碼載體和所述傳感器裝置之間的光電子位置測(cè)量裝置、尤其是基于已經(jīng)無(wú)論以何種方式分配給所述旋轉(zhuǎn)鉸接接頭的光電子角測(cè)量裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)。為此，所述位置測(cè)量裝置具有碼，該碼即直接地或借助專用部件應(yīng)用于所述旋轉(zhuǎn)鉸接接頭部件中的一個(gè)；和由至少一個(gè)讀頭組成的傳感器裝置。在該情況下，所述傳感器裝置設(shè)置在相應(yīng)的另一個(gè)旋轉(zhuǎn)鉸接接頭部件上并且檢測(cè)基于所述碼載體產(chǎn)生的碼投影。在該情況下，碼投影應(yīng)該被理解為意味著碼單元所具有的可光學(xué)檢測(cè)的碼的至少一部分的投影。尤其是，所使用的碼載體能是連接到其中一個(gè)關(guān)節(jié)臂構(gòu)件的專用碼盤。另選地，然而，所述碼也能直接位于其中一個(gè)臂構(gòu)件上，使得該臂構(gòu)件在結(jié)構(gòu)上用作碼載體。從現(xiàn)有技術(shù)充分已知通用類型的碼載體和傳感器裝置，其中所述的碼相對(duì)于傳感器裝置的位置變化能基于讀碼投影來(lái)測(cè)定。然而，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)中設(shè)備和方法，這些位置變化僅用于校準(zhǔn)并因此改善角度測(cè)量。在該情況下，然而，從碼投影導(dǎo)出的位移或傾斜不用于描述所述旋轉(zhuǎn)鉸接接頭的部件相對(duì)于彼此的三維相對(duì)位置。因此，在關(guān)節(jié)臂的情況下在前述測(cè)量位置測(cè)定的環(huán)境中，理想化的下述假定始終被作為基礎(chǔ)所述旋轉(zhuǎn)鉸接接頭排他地允許所述旋轉(zhuǎn)鉸接接頭部件相對(duì)于彼此的相對(duì)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，也就是說(shuō)，具有一個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)。根據(jù)本發(fā)明，現(xiàn)在對(duì)于旋轉(zhuǎn)編碼器，基于碼投影，針對(duì)所述碼載體相對(duì)于分配給其的所述傳感器裝置的至少一個(gè)其他自由度的位置值在測(cè)定測(cè)量部件或探針的當(dāng)前測(cè)量位置時(shí)被測(cè)定并考慮，其中，所述位置值被用來(lái)測(cè)定所述連接元件相對(duì)于連接到其的所述托座的相對(duì)位置或其變形。這意味著，根據(jù)本發(fā)明，所述碼載體的除旋轉(zhuǎn)外的位置變化與所述測(cè)量機(jī)的連接元件(例如臂元件)的位置或取向以及可能變形有關(guān)。在該情況下，測(cè)量位置的測(cè)定能都也基于基于模型的方法，在該基于模型的方法中，連接元件的幾何和材料相關(guān)變量(諸如它們的長(zhǎng)度和固有重量或具有效果的外部重量)被考慮，并且也可以使用基于校準(zhǔn)的方案，在方案中已知的位置和取向被分配相應(yīng)的位置值，所述位置和取向能再次提供用于描述功能的基礎(chǔ)、否則也能被存儲(chǔ)在查閱表中。由于它們的特性，這些方法也能組合，然而，例如基于建模在所選擇的測(cè)量位置中實(shí)現(xiàn)附加校準(zhǔn)。而且，由其他傳感器(諸如溫度傳感器)測(cè)定的變量也能被補(bǔ)充地用于該模型。由于根據(jù)本發(fā)明使用用于描述所述旋轉(zhuǎn)編碼器或連接裝置部件相對(duì)于彼此的精確相對(duì)位置的所測(cè)定的位置變化，因此用作表示所述關(guān)節(jié)臂構(gòu)件的相對(duì)位置的其他測(cè)量變量當(dāng)計(jì)算所述探針相對(duì)于所述基座的測(cè)量位置時(shí)被考慮，在所述關(guān)節(jié)臂的一部分上較少的硬件修改費(fèi)用的情況下，可以以較高的精度測(cè)定測(cè)量部件的測(cè)量位置。舉例來(lái)說(shuō)，根據(jù)本發(fā)明，所述旋轉(zhuǎn)鉸接接頭的所述碼載體繞實(shí)際旋轉(zhuǎn)軸線的發(fā)生 傾斜根據(jù)其范圍被檢測(cè)并且被直接考慮為借助于所述旋轉(zhuǎn)鉸接接頭連接的構(gòu)件的當(dāng)前相對(duì)測(cè)量位置，因此被包括在測(cè)定所述探針的測(cè)量位置中。在基于模型的方法中，取決于連接元件的實(shí)施方式，該連接元件能被認(rèn)為是剛性的或在一定范圍內(nèi)可變形的。因此，任何變化能被認(rèn)為是僅在所述鉸接接頭或連接裝置中發(fā)生，否則部件的變化也被考慮。因此可以建模以下事實(shí)，即，取決于旋轉(zhuǎn)編碼器軸線和連接元件的軸線的布置并且關(guān)于對(duì)所述連接元件的固有重量的認(rèn)識(shí)以及取決于相鄰連接元件或臂構(gòu)件的取向，也實(shí)現(xiàn)分成位置引起部分和變形引起部分。因此，在將所述旋轉(zhuǎn)編碼器裝配在所述連接元件的縱向軸線和其正交位置上的情況下，所述碼載體相對(duì)于所述傳感器裝置的偏轉(zhuǎn)、因此變形、以及負(fù)載控制的傾斜是最小的，其中，相反的縱向位移(即，沿軸向方向的平移)發(fā)生在所述臂構(gòu)件的懸掛位置和直立位置中。因此，測(cè)量機(jī)的單個(gè)部件的變形也能根據(jù)它們的效果被識(shí)別和確定。尤其是在可更換測(cè)量部件的情況下，由于其不同重量，連接裝置也能以相應(yīng)的偏離方式受影響，該影響能由根據(jù)本發(fā)明的偏移量測(cè)定。在該情況下，也應(yīng)該考慮的是，在這里所需的高精度應(yīng)用的情況下，熱控制的變化(諸如長(zhǎng)度或半徑變化)已經(jīng)引起對(duì)測(cè)量位置的影響，該影響同樣也被考慮到或由根據(jù)本發(fā)明的方法來(lái)識(shí)別。所述位置測(cè)量裝置的所述傳感器裝置能尤其是包括至少兩個(gè)讀頭。舉例來(lái)說(shuō)，作為傳感器裝置，兩個(gè)讀頭以沿周向偏移90°的方式設(shè)置，或者，另選地，三個(gè)讀頭在每一情況下以60°的偏移設(shè)置。所述讀頭能在該情況下以已知的方式實(shí)施為例如線傳感器，該線傳感器具有多個(gè)在一起排成一列的檢測(cè)器兀件。作為碼單元或碼載體，可以尤其是將具有光學(xué)可讀碼的碼盤用于例如透射光方法。在該情況下，碼能具有沿周向彼此相繼設(shè)置的多個(gè)圖形單元，其中全體圖形單元能表示增量碼和絕對(duì)碼。另選地，然而，碼也能位于不同的載體上，例如位于殼體部件的端面上，該殼體部件的端面能接著例如在反射光方法中被照亮。優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明，光電子旋轉(zhuǎn)編碼器(諸如已經(jīng)無(wú)論如何存在于來(lái)自現(xiàn)有技術(shù)的關(guān)節(jié)臂的一些旋轉(zhuǎn)鉸接接頭中的光電子旋轉(zhuǎn)編碼器)能用作位置測(cè)量裝置。尤其是，然而，也針對(duì)所述旋轉(zhuǎn)鉸接接頭，除根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)實(shí)施并且分配給所述旋轉(zhuǎn)鉸接接頭的角度編碼器以外，另一旋轉(zhuǎn)編碼器或碼載體和傳感器裝置的組合的一些其它功能上類似的形式能被設(shè)置為光電子位置測(cè)量裝置，其中所述光電子位置測(cè)量裝置尤其是用于檢測(cè)所述碼載體相對(duì)于所述傳感器裝置的位置變化。如已經(jīng)在上描述的，在該情況下，下列所述碼載體相對(duì)于所述托座的位置變化，因此代表所述碼載體的第一臂構(gòu)件相對(duì)于具有所述托座的第二臂構(gòu)件的位置變化在導(dǎo)出所述構(gòu)件相對(duì)于彼此的精確相對(duì)位置時(shí)被測(cè)定并考慮，所述位置變化為·所述碼載體相對(duì)于所述傳感器裝置沿相對(duì)于所述旋轉(zhuǎn)軸線的徑向方向的位移；·所述碼載體相對(duì)于所述傳感器裝置沿相對(duì)于所述旋轉(zhuǎn)軸線的軸向方向的位移；和/或·所述碼載體相對(duì)于所述傳感器裝置的傾斜。
可以確定作為與其相聯(lián)系的位置變化變量，例如·徑向位移方向(RR)和徑向位移量(Ar)； 軸向位移量(Ah);以及·傾斜方向和傾斜角度(Λ K )。所述位置變化變量與指明所述臂構(gòu)件的測(cè)量位置的其他臂位置測(cè)量變量一起彼此相關(guān)，所述測(cè)量部件相對(duì)于所述基座的測(cè)量位置從這些位置變化變量導(dǎo)出。為此，根據(jù)本發(fā)明設(shè)計(jì)的坐標(biāo)測(cè)量機(jī)具有評(píng)價(jià)單元，借助于該評(píng)價(jià)單元，由獨(dú)立構(gòu)件位置測(cè)量裝置檢測(cè)到的臂位置測(cè)量變量彼此相聯(lián)系，并且所述測(cè)量部件的測(cè)量位置從該測(cè)量變量導(dǎo)出，所述測(cè)量變量還包括根據(jù)本發(fā)明的相對(duì)于至少一個(gè)旋轉(zhuǎn)鉸接接頭的位置變化變量?；谠诟綀D中示意地示出的具體的示例實(shí)施方式在下面僅通過(guò)示例更詳細(xì)地描述根據(jù)本發(fā)明的測(cè)量方法、根據(jù)本發(fā)明的連接裝置、以及根據(jù)本發(fā)明的坐標(biāo)測(cè)量機(jī)，本發(fā)明的更多的優(yōu)點(diǎn)也被討論。在附圖中，具體地圖I示出了包括具有旋轉(zhuǎn)和/或傾斜鉸接接頭的關(guān)節(jié)臂的通用坐標(biāo)測(cè)量機(jī)；圖2示出了關(guān)節(jié)臂的根據(jù)本發(fā)明的連接裝置；圖3示出了具有碼載體的所示軸向位移的圖4的根據(jù)本發(fā)明的連接裝置；圖4示出了具有碼載體的所示徑向位移的圖4的根據(jù)本發(fā)明的連接裝置；圖5示出了具有碼載體的所示傾斜的圖4的根據(jù)本發(fā)明的連接裝置；圖6示出了具有碼載體的傾斜并且具有臂構(gòu)件的偏轉(zhuǎn)的圖4的根據(jù)本發(fā)明的連接
裝置；圖7示出了具有用于分配給其的旋轉(zhuǎn)編碼器的另一實(shí)施方式的根據(jù)本發(fā)明的連接裝置；圖8示出了在傳感器裝置上的碼投影，其中碼投影適于讀出碼載體相對(duì)于托座的位移和/或傾斜；圖9示出了適于讀出碼載體相對(duì)于傳感器裝置的位移和/或傾斜的碼投影；以及

圖10示出了適合讀出碼載體相對(duì)于傳感器裝置的位移和/或傾斜的另一碼投影。圖I僅通過(guò)示例示出了用于測(cè)定測(cè)量點(diǎn)的位置的具有關(guān)節(jié)臂的通用坐標(biāo)測(cè)量機(jī)1，其作為用于表面測(cè)量的測(cè)量機(jī)的示例。在該情況下，坐標(biāo)測(cè)量機(jī)I具有基座4，該基座固定地且以已知的方式定位在參考坐標(biāo)系中。從該基座前進(jìn)，接連著以示例的方式作為連接元件的七個(gè)臂構(gòu)件5a-5g借助實(shí)現(xiàn)相對(duì)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的鉸接接頭和/或借助實(shí)現(xiàn)相對(duì)線性運(yùn)動(dòng)的懸架而相互連接。為了說(shuō)明目的，即，為了更清楚地說(shuō)明，這些鉸接接頭和懸架未在圖I中明確可見地示出，但是通用的鉸接接頭和懸架對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)總之是足夠公知的。在該情況下，構(gòu)件中的第一構(gòu)件5a以相對(duì)于基座4可移動(dòng)的方式固定到該基座4，構(gòu)件中的第二構(gòu)件5b以相對(duì)于第一構(gòu)件5a可移動(dòng)的方式固定到該第一構(gòu)件5a等。第七構(gòu)件5g具有測(cè)量部件6并且作為結(jié)構(gòu)元件整體形成感測(cè)構(gòu)件TG。測(cè)量部件6因此能在空間部分內(nèi)自由移動(dòng)并且能例如由使用者手動(dòng)帶到測(cè)量位置，其中由一系列連接元件確保與基座4的機(jī)械接觸。舉例來(lái)說(shuō)，探針6被實(shí)施為用于與物體表面的待測(cè)量點(diǎn)接觸的紅寶石球，但是無(wú)接觸的測(cè)量系統(tǒng)也能被以相同方式被設(shè)置和使用。另選地，然而，從現(xiàn)有技術(shù)已知的另外的測(cè)量部件也能代替接觸式探針來(lái)使用。因此，舉例來(lái)說(shuō)，光學(xué)傳感器(尤其是光程測(cè)量裝置，例如干涉測(cè)量裝置、激光掃描器或用于掃描表面的照相機(jī))能用作測(cè)量部件。

舉例來(lái)說(shuō)，測(cè)量部件6的參考點(diǎn)的坐標(biāo)，以及尤其是，附加地測(cè)量部件6在相應(yīng)的當(dāng)前測(cè)量位置中的當(dāng)前取向被指定為測(cè)量位置。在該情況下，為了更簡(jiǎn)單地區(qū)別，構(gòu)件5a_5g在圖I中分別用交替地不同的陰影示出?；?和感測(cè)構(gòu)件TG被示出不具有陰影。用于測(cè)量構(gòu)件5a_5g在每一情況下相對(duì)于彼此的位置的多個(gè)位置測(cè)量裝置8a_8f在每一情況下都被分配給鉸接接頭和/或懸架。舉例來(lái)說(shuō)，對(duì)于位置測(cè)量裝置8a_8f，光電子旋轉(zhuǎn)編碼器被設(shè)置為位置測(cè)量裝置8a、8c、8d、8f并且長(zhǎng)度測(cè)量裝置被設(shè)置為位置測(cè)量裝置8b、8e，這些位置測(cè)量裝置被設(shè)計(jì)用于測(cè)量與構(gòu)件的相對(duì)位置相聯(lián)系的臂位置測(cè)量變量α、β、Y、δ、ε、a、b、C。因此,構(gòu)件5a_5g之間的角度α、β、γ、δ、ε以及長(zhǎng)度偏轉(zhuǎn)量a、b、c因此在每一,清況下都作為臂位置測(cè)量變量α、β、Y、δ、ε、a、b、c被測(cè)量。在該情況下，評(píng)價(jià)單元7被設(shè)計(jì)用于接收針對(duì)測(cè)量位置測(cè)定的臂位置測(cè)量變量α、β、Y、δ、ε、a、b、c?；谥甘颈蹣?gòu)件相對(duì)于彼此在每一情況下的相對(duì)位置的這些臂位置測(cè)量變量α、β、Υ、δ、ε、a、b、c，評(píng)價(jià)單元導(dǎo)出測(cè)量部件6的測(cè)量位置或坐標(biāo)并且在例如顯示器上顯示所述位置或所述坐標(biāo)。圖2示出了供根據(jù)本發(fā)明的測(cè)量方法使用的例如關(guān)節(jié)臂的根據(jù)本發(fā)明的連接裝置，其中連接裝置具有旋轉(zhuǎn)編碼器9，該旋轉(zhuǎn)編碼器檢測(cè)至少一個(gè)連接元件10 (例如第一臂構(gòu)件)相對(duì)于托座11 (例如作為第二臂構(gòu)件的端部)的旋轉(zhuǎn)。在該情況下，測(cè)量部件借助一系列連接元件10間接地連接到基座，但是根據(jù)本發(fā)明，也可以僅通過(guò)單個(gè)連接單元10來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)量機(jī)，因此實(shí)現(xiàn)測(cè)量部件借助該一個(gè)連接元件10至基座的直接連接。旋轉(zhuǎn)編碼器9在每一情況下都包括碼載體12和傳感器裝置13，其中碼載體12和傳感器裝置13能繞限定的旋轉(zhuǎn)軸線DA相對(duì)于彼此旋轉(zhuǎn)，作為第一自由度。為此，取決于碼載體12相對(duì)于傳感器裝置13的三維位置的碼投影產(chǎn)生在傳感器裝置13上，并且碼投影的至少一部分由所述傳感器裝置檢測(cè)。在該情況下，旋轉(zhuǎn)編碼器9以本身已知的方式由碼載體12和傳感器裝置13構(gòu)成，該碼載體12剛性地連接到托座11并且具有可光學(xué)檢測(cè)的碼，該碼載體12能例如實(shí)施為碼承載玻璃或塑料盤，該傳感器裝置13包括一個(gè)或更多個(gè)檢測(cè)器元件并且用于檢測(cè)碼投影，該傳感器裝置13能被相應(yīng)地裝配在連接元件10中。為此，傳感器裝置13能具有例如兩個(gè)讀頭，這兩個(gè)讀頭分別具有光學(xué)檢測(cè)器元件的線性布置。在圖2至圖6中，設(shè)置在連接元件10中的傳感器裝置13例如包括兩個(gè)讀頭，例如根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)已知的讀頭。碼載體12被設(shè)計(jì)為具有用作“測(cè)量臺(tái)”且具有沿周向延伸的碼的碼盤的碼載體。在該情況下，碼能具有以在一起排成一列的方式設(shè)置的多個(gè)圖形單元，其中圖形單元被實(shí)施為例如三角形形式，使得碼投影尤其是適于附加讀出沿非旋轉(zhuǎn)方向的位置變化。傳感器裝置13在連接元件10中的布置以及碼載體12至托座11的機(jī)械剛性連接僅構(gòu)成一個(gè)實(shí)例。尤其是，該布置也能是顛倒的，即，根據(jù)本發(fā)明可以類似地實(shí)現(xiàn)碼載體12在連接元件10中的機(jī)械剛性布置以及傳感器裝置13至托座11的機(jī)械剛性連接。除角度位置之外，根據(jù)本發(fā)明，第一臂構(gòu)件相對(duì)于第二臂構(gòu)件的更多位置在測(cè)定相對(duì)測(cè)量位置時(shí)能被考慮，其中實(shí)施為碼盤的碼載體12用作“測(cè)量臺(tái)”。那意味著，碼盤相對(duì)于傳感器裝置13的三維位置例如從碼盤的投影讀出，其中碼盤起桌面的作用，由頂棚燈在地板上產(chǎn)生的桌面的陰影取決于碼盤的立足點(diǎn)和碼盤相對(duì)于地板的傾角。在該情況下，已存在于坐標(biāo)測(cè)量機(jī)中的硬件的修改僅在有限程度上是必需的。因?yàn)?，根?jù)本發(fā)明的位置測(cè)量裝置(尤其是旋轉(zhuǎn)編碼器9)現(xiàn)在必需考慮碼載體沿非旋轉(zhuǎn)方向的所測(cè)定的位移和/或傾斜，所述位移和/或傾斜不僅在角度測(cè)定期間在旋轉(zhuǎn)編碼器內(nèi)對(duì)角度測(cè)量具有歪曲影 響，而且還作為除高級(jí)評(píng)價(jià)單元所測(cè)定的角度位置以外的其他測(cè)量位置變量，該高級(jí)評(píng)價(jià)單元例如從存在于關(guān)節(jié)臂中的所有構(gòu)件位置測(cè)量裝置的所有測(cè)量位置變量來(lái)計(jì)算測(cè)量位置。因此，基于碼投影，碼載體12相對(duì)于限定的旋轉(zhuǎn)軸線DA的旋轉(zhuǎn)位置被測(cè)定，并且測(cè)量部件相對(duì)于基座的當(dāng)前測(cè)量位置利用對(duì)于所有的連接元件可用的該信息被測(cè)定。對(duì)于旋轉(zhuǎn)編碼器9，與現(xiàn)有技術(shù)中的方案形成對(duì)比，基于碼投影，用于碼載體12相對(duì)于傳感器裝置13的至少一個(gè)其他自由度的位置值也在測(cè)定當(dāng)前測(cè)量位置時(shí)被測(cè)定和考慮，其中，位置值用于測(cè)定連接元件10相對(duì)于托座11的相對(duì)位置(與碼載體的其他自由度對(duì)應(yīng))和/或所述連接元件的變形。雖然現(xiàn)有技術(shù)中所用的角度測(cè)量裝置在一些情況下同樣測(cè)定碼相對(duì)于檢測(cè)器的橫向位移或距離變化，但是這些角度測(cè)量裝置僅將該信息用于提高角度測(cè)量(即測(cè)定旋轉(zhuǎn)位置)的精度。相反，根據(jù)本發(fā)明，用于其他自由度的位置值用來(lái)從其得出關(guān)于連接元件10的位置或取向并且(如果需要的話)起作用的力或連接元件10的變形的結(jié)論，其中連接元件的位置和/或取向與碼載體12的其他自由度對(duì)應(yīng)。碼載體12的偏心率因此用來(lái)測(cè)定連接元件10相對(duì)于托座11的偏心位置，其中描述其他自由度的變量值的偏差可能由于碼載體12和連接元件10的相對(duì)定位的故障或變化而發(fā)生。因此，在碼載體12傾斜的情況下，連接元件10相對(duì)于托座11的相應(yīng)的傾斜被推導(dǎo)出，其中，例如由于彈性影響造成的該傾斜也能證明是大于或小于碼載體12的傾斜的值。然而，傾斜的自由度和/或繞已分配的傾斜軸線的旋轉(zhuǎn)的自由度在兩種情況下被考慮。如例如在上面引用的現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)中描述的，碼投影能接著被讀取，并且碼單元或碼載體12相對(duì)于傳感器裝置13的由徑向跳動(dòng)誤差和旋轉(zhuǎn)鉸接接頭的負(fù)載引起的位置變化(即，例如碼中心距旋轉(zhuǎn)軸線DA的偏差)能被由碼投影導(dǎo)出。與根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)已知的將碼載體12相對(duì)于傳感器裝置13的所述位置變化僅僅用于校正這兩個(gè)部件的待被測(cè)定的相對(duì)于彼此的角度位置形成對(duì)比，根據(jù)本發(fā)明，所述位置變化被考慮為這樣的變量，該變量指示連接元件10的相對(duì)位置(例如在關(guān)節(jié)臂的情況下，第一臂構(gòu)件相對(duì)于第二臂構(gòu)件的相對(duì)位置)，并且當(dāng)計(jì)算測(cè)量部件相對(duì)于基座的位置時(shí)用作測(cè)量位置變量。因此，超過(guò)旋轉(zhuǎn)角的碼載體12相對(duì)于傳感器裝置13的位置變化也從所檢測(cè)到的碼投影明確地測(cè)定并且用于測(cè)定測(cè)量位置。雖然基本上由碼載體12的相應(yīng)的精確安裝來(lái)防止這種位移和傾斜，但是即使最小的位移和/或傾斜也影響測(cè)定探針的測(cè)量位置的精度。因此，盡管原則上不合需要、但不能被完全避免的是，位置變化不僅被接受而且被測(cè)定且用作描述測(cè)量機(jī)的機(jī)械系統(tǒng)的整體狀態(tài)的信息。因此，首先被分配給托座并因此分配給一個(gè)臂構(gòu)件的部件與連接元件的作為另一個(gè)臂構(gòu)件的部件之間的變化被測(cè)定，使得鉸接接頭或連接裝置中的變化能被量化并考慮。其次，起作用的力能從變化的程度和角度位置推導(dǎo)出，使得部件或其連接件的重量控制的變形能被測(cè)定。而且，連接裝置中熱或老化控制的變化也能被檢測(cè)和考慮。根據(jù)本發(fā)明，為此，下列位置變化或位置值中的至少一個(gè)、但是尤其是全部都被測(cè)定·相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸線DA沿徑向方向的位移；
·沿旋轉(zhuǎn)軸線DA的方向的位移；和/或
·繞旋轉(zhuǎn)軸線DA的傾斜。尤其是，可以從相同的碼投影測(cè)定位置值，該碼投影也用于讀取碼單元相對(duì)于傳感器裝置的角度位置。根據(jù)本發(fā)明，此外，所測(cè)定的位置值在測(cè)定角度位置時(shí)同樣也可以被用于校正和/或校準(zhǔn)。圖3至圖6通過(guò)示例示出了旋轉(zhuǎn)鉸接接頭的由沿碼載體12相對(duì)于傳感器裝置13的非旋轉(zhuǎn)方向的加載引起的位置變化。圖3中，碼載體12被沿旋轉(zhuǎn)軸線DA的方向相對(duì)于傳感器裝置13移位。這種位置變化能從碼投影(例如從由傳感器裝置檢測(cè)到的碼投影的標(biāo)度變化)得出。相關(guān)聯(lián)的位置變化變量能隨后作為關(guān)于該旋轉(zhuǎn)鉸接接頭的軸向位移量(Ah)被傳遞到評(píng)價(jià)單元。圖4中，碼載體12被相對(duì)于傳感器裝置13并且關(guān)于旋轉(zhuǎn)軸線DA沿徑向方向移位。這種位置變化能例如基于由傳感器裝置13解析的圖形單元的那些位置的位移從碼投影得出。相關(guān)聯(lián)的位置變化變量能隨后作為關(guān)于該旋轉(zhuǎn)鉸接接頭的徑向位移方向(RR)和徑向位移量(Ar)被傳遞到評(píng)價(jià)單元。圖5中，碼載體12相對(duì)于傳感器裝置13并且關(guān)于旋轉(zhuǎn)軸線DA被傾斜。這種位置變化能從碼投影(例如從由第一讀頭檢測(cè)到的碼投影與由第二讀頭檢測(cè)到的碼投影的標(biāo)度比率)得出。相關(guān)聯(lián)的位置變化變量能例如作為關(guān)于該旋轉(zhuǎn)鉸接接頭的傾斜方向和傾斜角度(Λ K )被傳遞到評(píng)價(jià)單元。如圖6所示，能發(fā)生的是，除傾斜外，還可能引起根據(jù)需要的純重量控制的且微小的變形，這種變形超過(guò)相對(duì)于彼此可旋轉(zhuǎn)地連接的兩個(gè)臂構(gòu)件的偏轉(zhuǎn)或變形，例如這是由于旋轉(zhuǎn)鉸接接頭上的較高加載引起的。例如，如果提供這種探針的可更換性，則當(dāng)使用特別重的測(cè)量部件時(shí)能發(fā)生這種加載。基于經(jīng)驗(yàn)試驗(yàn)和/或考慮進(jìn)行計(jì)算的第一和/或第二臂構(gòu)件的模型或變形參數(shù)，臂構(gòu)件的偏轉(zhuǎn)現(xiàn)在能被測(cè)定為其他測(cè)量位置變量(取決于傾斜)，并且用于導(dǎo)出相對(duì)于測(cè)量機(jī)基座橫跨的坐標(biāo)系中的測(cè)量部件的測(cè)量位置。在該情況下，假定，所測(cè)定的傾斜量能通過(guò)建模并且良好地近似而用作借助旋轉(zhuǎn)鉸接接頭連接的臂構(gòu)件的偏轉(zhuǎn)的量度。舉例來(lái)說(shuō)，為此可以根據(jù)繞旋轉(zhuǎn)軸線的傾斜來(lái)建立其中一個(gè)臂構(gòu)件的偏轉(zhuǎn)的函數(shù)，該函數(shù)基于用于固體的和/或由經(jīng)驗(yàn)試驗(yàn)限定的變形定律導(dǎo)出。這種函數(shù)的一個(gè)示例在圖7中示出，其中，純粹示意性地并按照原理，相應(yīng)的臂構(gòu)件的偏轉(zhuǎn)量SL對(duì)比所測(cè)定的傾斜角P繪制。在該情況下，函數(shù)能被選擇成使得，直到由旋轉(zhuǎn)鉸接接頭中的軸承間隙預(yù)定的傾斜角，臂鉸接接頭偏轉(zhuǎn)量設(shè)定為等于零。在該傾斜范圍內(nèi)，作用在臂構(gòu)件上的力由臂構(gòu)件的通常非常硬的主體大致完全傳遞到鉸接接頭，當(dāng)在旋轉(zhuǎn)鉸接接頭間隙的環(huán)境中進(jìn)行時(shí)，所述力此時(shí)精確地引起繞縱向軸線的傾斜。如果碼載體由于傾斜已經(jīng)到達(dá)旋轉(zhuǎn)鉸接接頭中的止擋件，則進(jìn)一步施加力也引起臂構(gòu)件的基本上呈偏轉(zhuǎn)形式的變形。根據(jù)連接元件的實(shí)施方式，然而，在該情況下，也可以對(duì)上述位置相關(guān)以及其重量相關(guān)的變形來(lái)建模。圖8示出了呈具有兩個(gè)旋轉(zhuǎn)編碼器9和9’的旋轉(zhuǎn)鉸接接頭形式的連接裝置的根據(jù)本發(fā)明的另外實(shí)施方式。在該情況下，旋轉(zhuǎn)鉸接接頭被分配給第一旋轉(zhuǎn)編碼器9和第二旋轉(zhuǎn)編碼器9’，其中作為第一碼載體12和第二碼載體12’的兩個(gè)可光學(xué)檢測(cè)碼盤在作為旋轉(zhuǎn)軸線DA的公共軸線上彼此隔開一定距離設(shè)置。兩個(gè)碼盤被分別分配給由至少兩個(gè)讀頭組成的傳感器裝置13和13’，其中傳感器裝置13和13’在每一情況下都檢測(cè)碼單元投影并且彼此相對(duì)地設(shè)置 在連接元件10中。作為角度測(cè)量裝置并且另外作為用于碼載體的軸向和/或徑向位移和/或傾斜的測(cè)量?jī)x器的這種裝置使得有可能高度精確地測(cè)定碼載體12和12’相對(duì)于傳感器裝置13和13’的精確三維位置。基于測(cè)量位置變量(諸如關(guān)于旋轉(zhuǎn)軸線的旋轉(zhuǎn)角度、徑向位移方向、徑向位移量、軸向位移量、傾斜方向和/或傾斜角度)被檢測(cè)的該精確測(cè)定的位置確實(shí)能考慮下述來(lái)關(guān)聯(lián)一方面碼載體12和12’相對(duì)于彼此的剛性聯(lián)接，并且另一方面?zhèn)鞲衅餮b置13和13’相對(duì)于彼此的剛性聯(lián)接。因此，公共軸線或連接元件的殼體的長(zhǎng)度的延伸和變化能基于碼載體12和12’相對(duì)于相應(yīng)的傳感器裝置13和13’的距離變化被識(shí)別和定量測(cè)定。同樣地，在軸線被假定為剛性的并且碼載體12、12’和傳感器裝置13、13’在旋轉(zhuǎn)編碼器9和9’中反向傾斜的情況下，可以推導(dǎo)出連接元件10的偏轉(zhuǎn)。相反，在同向傾斜的情況下，可以推導(dǎo)出連接元件10的主要?jiǎng)傂员憩F(xiàn)和其總運(yùn)動(dòng)。根據(jù)本發(fā)明，尤其是可以基本上或完全更換測(cè)量機(jī)中的其它傳感器，例如純長(zhǎng)度測(cè)量傳感器，使得測(cè)量部件的測(cè)量位置或空間位置的完全且高精確的測(cè)定僅通過(guò)使用均勻構(gòu)造的旋轉(zhuǎn)編碼器就變成可能。由于使得有可能排他地使用單一類型的傳感器的事實(shí)，能簡(jiǎn)化機(jī)械和電子結(jié)構(gòu)。尤其是，在關(guān)節(jié)臂中，臂構(gòu)件之間的多個(gè)連接裝置或者每個(gè)連接裝置在每一情況下能實(shí)施為設(shè)置在公共旋轉(zhuǎn)軸線上的兩個(gè)旋轉(zhuǎn)編碼器，使得除連接元件相對(duì)于其托座的相對(duì)位置之外，在每一情況下也可以測(cè)定作為與期望的形式的偏差的變形，即，變形和標(biāo)度變化，諸如長(zhǎng)度或直徑的增大或減小。因此，也可以排他地借助于旋轉(zhuǎn)編碼器測(cè)定所有部件相對(duì)于彼此的相對(duì)空間位置，其中其他傳感器能補(bǔ)充地被使用，然而，所述其他傳感器不會(huì)直接測(cè)量空間位置而是提供附加參數(shù)，例如是溫度傳感器，該溫度傳感器允許得出關(guān)于部件的溫度控制變形的結(jié)論。圖9示出了在由偏移60°的三條傳感器線15a_c組成的傳感器裝置上的碼投影的示例，所述投影由作為具有沿周向設(shè)置的圖形單元14的碼載體的碼載體產(chǎn)生，通過(guò)解析所投影的圖形單元14在傳感器線15a-c上的位置，可以以本身已知的方式測(cè)定旋轉(zhuǎn)角度位置和已經(jīng)說(shuō)明的碼載體相對(duì)于傳感器裝置的進(jìn)一步位置變化、因此連接元件相對(duì)于托座的位置的進(jìn)一步位置變化。碼載體的圖形具有沿旋轉(zhuǎn)方向以相對(duì)于彼此相同的距離繞圖形中心彼此相繼設(shè)置的多個(gè)圖形單元14，該圖形被實(shí)施為條狀圖形，所述圖形單元被實(shí)施為例如徑向取向的不透光條。借助于通過(guò)條之間的光束，條狀圖形的一部分被成像為光敏檢測(cè)器元件上的亮區(qū)和暗區(qū)。而且,條的向外和向內(nèi)指向的端側(cè)形成兩個(gè)同心的、不連續(xù)的圓形線,這兩個(gè)圓形線實(shí)施為相對(duì)于圖形中心對(duì)稱的圖形。借助于作為檢測(cè)器元件的傳感器線15a_c，尤其是在條狀圖形旋轉(zhuǎn)期間可以將相應(yīng)的條的入口和出口的長(zhǎng)度LI和L2解析到空間解析區(qū)域內(nèi)和夕卜。通過(guò)以該方式解析的位置，例如徑向位移和/或傾斜于是能被以計(jì)算的方式確定。原則上，位置值能基于圖形單元14中的至少一個(gè)的位置、多個(gè)圖形單元14相對(duì)于彼此的位置的比、或彼此相繼設(shè)置的多個(gè)圖形單元14的位置的順序被以計(jì)算方式確定。在該情況下，在傳感器裝置上的碼或碼投影也能以冗余方式設(shè)計(jì)，即，如關(guān)于待測(cè)定的變量由多種因素確定，使得作為冗余的結(jié)果可用的附加信息能被使用。 圖10示出了這樣的示例實(shí)施方式，該實(shí)施方式由于作為傳感器裝置的偏移90°的兩個(gè)傳感器線5d和5e并且由于圖形的不同實(shí)施方式，尤其是朝向圖形中心徑向取向并且沿旋轉(zhuǎn)方向彼此相繼設(shè)置的圖形單元14’的不同實(shí)施方式，而不同于圖9所示的示例實(shí)施方式。碼載體這里由具有不透光三角形的可透過(guò)玻璃盤來(lái)實(shí)施。然而，能繞軸線旋轉(zhuǎn)的碼載體也能被實(shí)施為例如呈薄金屬盤的形式，該金屬盤在該情況下具有三角形切除部，該三角形切除部實(shí)施為沿旋轉(zhuǎn)方向彼此相繼設(shè)置的圖形單元14’。圖形單元14’的例如三角形的實(shí)施方式由于相對(duì)于徑向方向的附加傾斜而具有關(guān)于借助于空間解析區(qū)域測(cè)定碼載體的位移或傾斜的更大靈敏度，其中彼此相繼設(shè)置的相鄰圖形單元14’的相互面對(duì)的側(cè)線以相對(duì)于徑向方向大致傾斜的方式實(shí)施。甚至使得有可能借助于解析單個(gè)三角形的寬度來(lái)測(cè)定碼載體的這種位置變化，該寬度在此被表示為投影在傳感器線15d上的區(qū)域的兩個(gè)寬度16和17。因此，舉例來(lái)說(shuō)，從投影的寬度16，所述投影沿徑向方向的位置或位移能被識(shí)別并且其位移量能被測(cè)定。顯然，也可以借助于三角形之間的距離來(lái)測(cè)定這種位置變化。這里由于沿圖形中心的方向指向的圖形單元的三角形形式，與矩形圖形單元比較，相反，這里可以提供較少的彼此相繼設(shè)置的圖形單元，由于此能獲得較小的解析率。然而，旋轉(zhuǎn)編碼器的傳感器裝置原則上并且以取決于碼構(gòu)造和準(zhǔn)確度要求的方式具有一個(gè)或者兩個(gè)或更多個(gè)讀頭或傳感器線，其中，原則上，除作為線性陣列的傳感器線之夕卜，也可以使用面?zhèn)鞲衅鳎?，二維布置的像素傳感器。在兩個(gè)或更多個(gè)讀頭的情況下，這些讀頭能例如以沿周向相對(duì)于彼此偏移180°的方式設(shè)置，其中，所述讀頭(在四個(gè)讀頭的情況下)能以沿周向在每一情況下偏移90°的方式設(shè)置。在三讀頭的情況下，這些讀頭能以每一情況下偏移120°的方式設(shè)置。除用讀頭或傳感器部件之間的相同角距來(lái)分離該布置之外，然而，可以實(shí)現(xiàn)具有至少四個(gè)讀頭的旋轉(zhuǎn)編碼器的傳感器布置，這至少四個(gè)讀頭例如以沿周向以不同角度相對(duì)于彼此偏移的方式設(shè)置，使得例如所有的角距彼此不同，尤其是相對(duì)于彼此沒(méi)有倍數(shù)比。同樣地，也可以使用例如尤其是單個(gè)面?zhèn)鞲衅鳎撁鎮(zhèn)鞲衅髟O(shè)置在旋轉(zhuǎn)軸線上或檢測(cè)旋轉(zhuǎn)軸線和相鄰區(qū)域，因此覆蓋接近于軸線的區(qū)域的大的角范圍或全部角范圍。尤其是，在碼載體的情況下，碼圖形也能配合在兩個(gè)相反端面上 ，所述碼圖形繼而被分別分配給覆蓋旋轉(zhuǎn)軸線的面?zhèn)鞲衅鳌＿@種包括由相應(yīng)的傳感器檢測(cè)的面積碼的布置例如從WO2008/019855 已知。顯然，這些例示附圖僅僅示意性地示出了可能的實(shí)施方式的示例。
權(quán)利要求
1.一種用于表面測(cè)量的測(cè)量機(jī)的測(cè)量方法，所述測(cè)量機(jī)尤其為坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(1)，所述測(cè)量機(jī)包括 -基座(4)， -測(cè)量部件(6)，該測(cè)量部件用于產(chǎn)生并且保持與待測(cè)量表面的接觸式或無(wú)接觸的測(cè)量連接，所述測(cè)量連接尤其是光學(xué)測(cè)量連接，其中，所述測(cè)量部件(6)借助至少一個(gè)連接元件(IO )連接到所述基座(4 )， -至少一個(gè)旋轉(zhuǎn)編碼器(9、9’)，所述至少一個(gè)旋轉(zhuǎn)編碼器檢測(cè)所述至少一個(gè)連接元件(10)相對(duì)于托座(11)的旋轉(zhuǎn)，并且所述旋轉(zhuǎn)編碼器都具有碼載體(12、12’)和傳感器裝置(13、13’)，其中所述碼載體和所述傳感器裝置能繞限定的旋轉(zhuǎn)軸線(DA)相對(duì)于彼此旋轉(zhuǎn)，作為第一自由度， 并且所述方法包括 在所述傳感器裝置(13、13’)上產(chǎn)生碼投影，所述碼投影取決于所述碼載體(12、12’)相對(duì)于所述傳感器裝置(13、13’)的三維位置；并且檢測(cè)所述碼投影的至少一部分， 基于所述碼投影測(cè)定所述碼載體(12、12’)相對(duì)于所述限定的旋轉(zhuǎn)軸線(DA)的旋轉(zhuǎn)位置， 利用所述至少一個(gè)旋轉(zhuǎn)編碼器(9、9’ )的旋轉(zhuǎn)位置測(cè)定所述測(cè)量部件(6)相對(duì)于所述基座(4)的當(dāng)前測(cè)量位置， 所述方法的特征在于， 對(duì)于所述至少一個(gè)旋轉(zhuǎn)編碼器(9、9’)，基于所述碼投影，當(dāng)測(cè)定所述當(dāng)前測(cè)量位置時(shí)測(cè)定并考慮針對(duì)所述碼載體(12、12’)相對(duì)于所述傳感器裝置(13、13’)的至少一個(gè)其他自由度的位置值，其中，所述位置值被用來(lái)測(cè)定所述連接元件(10 )相對(duì)于所述托座(11)的相對(duì)位置和/或所述連接元件(10)的作為形狀和/或尺寸變化的變形，所述相對(duì)位置尤其與所述碼載體(12、12’)的所述其他自由度對(duì)應(yīng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的測(cè)量方法，其特征在于， 將下述參數(shù)測(cè)定為所述位置值 所述碼載體(12、12’)相對(duì)于所述旋轉(zhuǎn)軸線(DA)沿徑向方向和/或沿所述旋轉(zhuǎn)軸線(DA)的方向從靜止位置的偏轉(zhuǎn)；和/或 所述碼載體(12、12’)相對(duì)于所述傳感器裝置(13、13’)從靜止位置的傾斜。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的測(cè)量方法，其特征在于， 針對(duì)所述至少一個(gè)旋轉(zhuǎn)編碼器(9、9’)，測(cè)定所述碼載體(12、12’)相對(duì)于所述傳感器裝置(13、13’)的旋轉(zhuǎn)位置、偏轉(zhuǎn)和傾斜以及因此在所有六個(gè)自由度中的位置。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的測(cè)量方法，其特征在于， 針對(duì)所述至少一個(gè)旋轉(zhuǎn)編碼器(9、9’)，基于連接到所述托座(11)的另一連接元件的取向，分成變形引起部分和相對(duì)位置引起部分。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的測(cè)量方法，其特征在于， 針對(duì)至少一個(gè)第二旋轉(zhuǎn)編碼器(9’)，當(dāng)測(cè)定所述測(cè)量部件(6)的空間位置時(shí)，測(cè)定并考慮所述至少一個(gè)第二旋轉(zhuǎn)編碼器的旋轉(zhuǎn)位置和所述至少一個(gè)第二旋轉(zhuǎn)編碼器的所述位置值。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的測(cè)量方法，其特征在于，基于所述連接元件的空間位置來(lái)測(cè)定所述測(cè)量位置，所述空間位置借助于所述至少兩個(gè)旋轉(zhuǎn)編碼器(9、9 ’)的所述旋轉(zhuǎn)位置和所述位置值被排他地導(dǎo)出。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的測(cè)量方法，其特征在于， 所述旋轉(zhuǎn)編碼器(9、9’)具有至少兩個(gè)碼載體(12、12’)，所述至少兩個(gè)碼載體能繞相同的、尤其是公共的旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)并且彼此隔開一定距離設(shè)置，并且基于相應(yīng)的碼投影來(lái)測(cè)定所述碼載體(12、12’)中的每個(gè)碼載體的位置值，其中，所述兩個(gè)碼載體(12、12’)的所述位置值的組合被用于測(cè)定所述連接元件(10)相對(duì)于所述托座(11)的相對(duì)位置和/或所述連接元件(10)的變形，所述相對(duì)位置尤其與所述碼載體(12、12’)的所述其他自由度對(duì)應(yīng)。
8.一種用于測(cè)量機(jī)的連接裝置，所述連接裝置尤其為傾斜或旋轉(zhuǎn)連接，所述測(cè)量機(jī)尤其包括關(guān)節(jié)臂，所述連接裝置包括 連接元件(10)，該連接元件用于將基座(4)間接或直接連接到測(cè)量部件(6)，以用于產(chǎn)生并保持與待測(cè)量表面的測(cè)量連接；和 至少一個(gè)旋轉(zhuǎn)編碼器(9、9’)，所述至少一個(gè)旋轉(zhuǎn)編碼器檢測(cè)至少一個(gè)連接元件(10)相對(duì)于托座(11)的旋轉(zhuǎn)并且都具有碼載體(12、12’)和傳感器裝置(13、13’)，其中所述碼載體(12、12’)和所述傳感器裝置(13、13’)能繞限定的旋轉(zhuǎn)軸線(DA)相對(duì)于彼此旋轉(zhuǎn)，作為第一自由度， 所述連接裝置的特征在于， 所述旋轉(zhuǎn)編碼器(9、9’)被設(shè)計(jì)用于以從碼投影實(shí)現(xiàn)的方式測(cè)定并且提供關(guān)于所述碼載體(12、12’)相對(duì)于所述傳感器裝置(13、13’)的三維位置的五個(gè)其他自由度中的至少一個(gè)自由度的至少一個(gè)位置值，所述位置值即為 所述碼載體(12、12’)相對(duì)于所述旋轉(zhuǎn)軸線(DA)沿徑向方向的偏轉(zhuǎn)； 所述碼載體(12、12’)沿所述旋轉(zhuǎn)軸線(DA)的方向的偏轉(zhuǎn)；和/或 所述碼載體(12、12’)相對(duì)于所述旋轉(zhuǎn)軸線(DA)的傾斜， 使得所述位置值能被用來(lái)測(cè)定所述連接元件(10)相對(duì)于所述托座(11)的相對(duì)位置和/或所述連接元件(10)的作為形狀和/或尺寸變化的變形，所述相對(duì)位置尤其與所述碼載體(12、12’)的所述其他自由度對(duì)應(yīng)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的連接裝置，其特征在于， 所述旋轉(zhuǎn)編碼器(9、9’)的所述傳感器裝置(13、13’)具有以沿周向相對(duì)于彼此偏移180°的方式設(shè)置的至少兩個(gè)讀頭，尤其具有以沿周向相對(duì)于彼此都偏移90°的方式設(shè)置的四個(gè)讀頭。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的連接裝置，其特征在于， 所述旋轉(zhuǎn)編碼器(9、9’)的所述傳感器裝置(13、13’)具有以沿周向均偏移120°的方式設(shè)置的三個(gè)讀頭。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的連接裝置，其特征在于， 所述旋轉(zhuǎn)編碼器(9、9’)的所述傳感器裝置(13、13’)具有沿周向相對(duì)于彼此以不同角度偏移的方式設(shè)置的至少四個(gè)讀頭。
12.根據(jù)權(quán)利要求8至11中任一項(xiàng)所述的連接裝置，其特征在于， 所述旋轉(zhuǎn)編碼器(9、9’ )具有至少兩個(gè)碼載體(12、12’)，所述至少兩個(gè)碼載體能繞相同的、尤其是公共的旋轉(zhuǎn)軸線(DA)旋轉(zhuǎn)，并且彼此隔開一定距離設(shè)置，其中所述兩個(gè)碼載體(12、12’)被分別分配給由至少兩個(gè)讀頭組成的傳感器裝置(13、13’)，所述至少兩個(gè)讀頭分別檢測(cè)碼單元投影并且被彼此相對(duì)地設(shè)置。
13.根據(jù)權(quán)利要求8至12中任一項(xiàng)所述的連接裝置，其特征在于， 所述碼載體(12、12’)具有作為碼的多個(gè)圖形單元(14、14’)，并且所述傳感器裝置(13、13’)解析所述碼投影中的所述多個(gè)圖形單元(14、14’)的投影位置，其中至少一個(gè)位置值基于以下被以計(jì)算方式確定 所述圖形單元(14、14’)中的至少一個(gè)圖形單元的位置； 所述多個(gè)圖形單元(14、14’)相對(duì)于彼此的位置的比； 彼此相繼設(shè)置的所述多個(gè)圖形單元(14、14’)的位置順序。
14.一種用于測(cè)定測(cè)量位置的包括關(guān)節(jié)臂的坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(1)，其中，所述關(guān)節(jié)臂包括作為基座(4)的第一端；第二端，所述第二端具有用于產(chǎn)生并保持與待測(cè)量表面的接觸連接式或無(wú)接觸的測(cè)量連接的測(cè)量部件(6)，所述測(cè)量連接尤其是光學(xué)測(cè)量連接；以及至少兩個(gè)臂元件，所述至少兩個(gè)臂元件被實(shí)施為根據(jù)權(quán)利要求8至13中任一項(xiàng)所述的連接裝置(10)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(I)，其特征在于， 基于所述連接裝置(10)的所述旋轉(zhuǎn)編碼器(9、9’)的所述旋轉(zhuǎn)位置和所述位置值排他地測(cè)定所述測(cè)量位置。
全文摘要
公開了一種用于表面測(cè)量的測(cè)量機(jī)的測(cè)量方法，該測(cè)量機(jī)包括基座；測(cè)量部件，該測(cè)量部件用于建立并保持至待測(cè)量的表面的接觸或無(wú)接觸的，尤其是光學(xué)的測(cè)量連接，其中所述測(cè)量部件借助于至少一個(gè)連接元件(10)連接到所述基座；以及至少一個(gè)旋轉(zhuǎn)編碼器，所述至少一個(gè)旋轉(zhuǎn)編碼器檢測(cè)所述至少一個(gè)連接元件(10)相對(duì)于保持件(11)的旋轉(zhuǎn)，并且所述至少一個(gè)旋轉(zhuǎn)編碼器中的每個(gè)都具有碼載體(12)和傳感器裝置(13)。在所述測(cè)量方法中，取決于所述碼載體(12)相對(duì)于所述傳感器裝置(13)的三維位置的碼投影在該傳感器裝置(13)上產(chǎn)生，并且所述碼投影的至少一部分被捕捉。由此，所述碼載體(12)相對(duì)于所限定的旋轉(zhuǎn)軸線(DA)的角度位置被確定并且所述測(cè)量部件相對(duì)于所述基座的當(dāng)前測(cè)量位置被測(cè)定，其中，針對(duì)所述至少一個(gè)旋轉(zhuǎn)編碼器，所述碼載體(12)相對(duì)于所述傳感器裝置(13)的至少一個(gè)其他自由度的位置值基于所述碼投影被確定并且被考慮以測(cè)定所述當(dāng)前測(cè)量位置，并且所述連接元件(10)相對(duì)于所述保持件(11)的相對(duì)位置和/或其以形狀或位置變化的形式的變形從所述位置值來(lái)確定。
文檔編號(hào)G01B21/04GK102822619SQ201180015769
公開日2012年12月12日 申請(qǐng)日期2011年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月26日
發(fā)明者海因茨·利普納, U·沃金格, 克努特·西爾克斯 申請(qǐng)人:萊卡地球系統(tǒng)公開股份有限公司