一種測量設備以及用于確定該設備的特性的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種測量設備以及用于確定該設備的特性的方法。一種測量設備，包括三個設備組件、兩個旋轉(zhuǎn)軸以及兩個角度傳感器，使得所述設備組件相對于彼此可旋轉(zhuǎn)，并且他們的旋轉(zhuǎn)位置可確定，以及傾斜傳感器系統(tǒng)。一種用于確定設備的特性的方法，包括第二設備組件相對于第一設備組件在多個不同旋轉(zhuǎn)位置中的對齊，從而在所述多個旋轉(zhuǎn)位置中的每個旋轉(zhuǎn)位置處，從第一角度傳感器確定測量值，從第二角度傳感器確定測量值，以及從傾斜傳感器系統(tǒng)的朝向確定測量值。基于測量值確定所述第一設備組件和/或所述第一旋轉(zhuǎn)軸相對于所述重力方向的對齊，和/或所述第一旋轉(zhuǎn)軸相對于所述第二旋轉(zhuǎn)軸的對齊。
【專利說明】—種測量設備以及用于確定該設備的特性的方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種設備，尤其是勘測器械，如測量設備，以及用于確定相應設備的特性的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]測量設備通常具有形成可以例如安裝到三腳架上的第一設備組件的底部。該第一設備組件支撐相對于第一設備組件圍繞第一旋轉(zhuǎn)軸可旋轉(zhuǎn)的第二設備組件。底部通常是有方向的，例如通過調(diào)整三腳架使其具有方向，使得第一旋轉(zhuǎn)軸在空間上垂直對齊，即，與重力方向平行。第二設備組件支撐第三設備組件，該第三設備組件包括例如光學器件，該光學器件具有測量軸并且可相對于第二設備組件圍繞第二旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)。該測量軸可形成測量設備的瞄準線，沿著該瞄準線可進行使用光學器件的測量，諸如例如角度測量或距離測量。第一和第二旋轉(zhuǎn)軸基本上彼此正交對齊。提供第一角度傳感器以便確定第二設備組件相對于第一設備組件的旋轉(zhuǎn)位置，并且提供第二角度傳感器以便確定第三設備組件相對于第二設備組件的旋轉(zhuǎn)位置。為了將例如用光學器件進行的沿測量軸的測量與空間方向關(guān)聯(lián)，可以從獲得自第一角度傳感器和第二角度傳感器的測量值，確定第三設備組件的測量軸相對于設備底部的對齊。
[0003]因為用戶在手動調(diào)整例如第一設備組件的三腳架的時候，將只能大概地將第一旋轉(zhuǎn)軸與重力方向平行對齊，高精度傾斜傳感器通常被安裝在第一設備組件或第二設備組件上，用于實現(xiàn)精確確定第一旋轉(zhuǎn)軸相對于重力方向的對齊。然后獲得自傾斜傳感器的測量值被包含在光學器件的測量軸的對齊計算中，該計算基于獲得自第一和第二角度傳感器的測量值。
[0004]然而，高精度傾斜傳感器的測量范圍局限于例如低于I度。這一受限的測量范圍形成傾斜傳感器的可能朝向的一部分，其中，傳感器能夠以一定的精確度確定其相對于重力方向的朝向。于是用戶被要求對齊底部，從而具有這種傾斜傳感器精度的傾斜傳感器被置于其測量范圍內(nèi)。這樣做不僅耗時并且局限了測量設備底部的可能的對齊。此外，甚至從高精度傾斜傳感器輸出的測量信號可能并不是精確地與傾斜傳感器相對于重力方向的實際對齊成比例，使得容易出錯。
[0005]另外，假設了在基于獲得自第一和第二角度傳感器以及獲得自傾斜傳感器的測量值來確定測量軸(如光學器件的測量軸)的空間對齊時，第一旋轉(zhuǎn)軸與第二旋轉(zhuǎn)軸之間的角度是精確的90度。但是由于設備的裝配公差以及由于測量設備組件的正常重量引起的形變，實踐中這只是大致準確而已。
[0006]因此本發(fā)明的目的是，提供一種設備以及用于運行該設備的方法，該設備能夠?qū)崿F(xiàn)設備參數(shù)的確定，所述設備參數(shù)尤其包括第一設備組件相對于重力方向的對齊，和/或第一旋轉(zhuǎn)軸相對于第二旋轉(zhuǎn)軸的對齊，和/或傾斜傳感器的特性。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0007]根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，諸如測量設備的勘測器械包括:第一設備組件；相對于所述第一設備組件可圍繞第一旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的第二設備組件；相對于所述第二設備組件可圍繞與所述第一旋轉(zhuǎn)軸橫向?qū)R的第二旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的第三設備組件，所述第三設備組件包括:具有測量軸的光學器件；第一角度傳感器，用于確定第二設備組件相對于第一設備組件的旋轉(zhuǎn)位置；第二角度傳感器，用于確定第三設備組件相對于第二設備組件的旋轉(zhuǎn)位置；傾斜傳感器系統(tǒng)，適于確定傾斜傳感器圍繞第一傳感器軸相對于重力方向的第一朝向，所述傾斜傳感器系統(tǒng)被安裝在第三設備組件上，使得第一傳感器軸不是正交地與第二旋轉(zhuǎn)軸對齊；以及控制器，適于根據(jù)獲得自傾斜傳感器系統(tǒng)的測量值，確定第一設備組件和第一旋轉(zhuǎn)軸各自相對于重力方向的對齊以及第一旋轉(zhuǎn)軸相對于第二旋轉(zhuǎn)軸的對齊中的至少一個。
[0008]連接到所述第三設備組件的傾斜傳感器系統(tǒng)能夠進行具體設備特性的確定，gp，第一設備組件相對于重力方向的對齊，或者第一旋轉(zhuǎn)軸相對于第二旋轉(zhuǎn)軸的對齊。為此，控制器讀取來自傾斜傳感器系統(tǒng)的測量值，并基于這些測量值確定設備特性。
[0009]在本文的上下文中，在不是平行的情況下，并且尤其是在兩個方向之間的角度在測量準確性的限制內(nèi)顯著大于O度的情況下，這兩個方向被視為彼此朝向為橫向。
[0010]為此，在第二設備組件相對于第一設備組件的不同旋轉(zhuǎn)位置中，和/或在第三設備組件相對于第二設備組件的不同旋轉(zhuǎn)位置中，使用已經(jīng)獲得自傾斜傳感器系統(tǒng)的測量值。
[0011]根據(jù)一些示例性實施例，用于確定設備的特性的方法包括:第二設備組件相對于第一設備組件在多個不同旋轉(zhuǎn)位置中的對齊，從而對于所述多個旋轉(zhuǎn)位置中的每個旋轉(zhuǎn)位置，從第一角度傳感器、第二角度傳感器以及傾斜傳感器的第一朝向獲得測量值，以及基于從第一角度傳感器、第二角度傳感器和傾斜傳感器系統(tǒng)的第一朝向的不同旋轉(zhuǎn)位置中獲得的測量值，確定設備的特性。
[0012]所述方法使得能夠確定所述第一設備組件相對于重力方向的朝向，而無需任何安裝在所述第一或第二設備組件上的單獨傾斜傳感器，并且無需用戶相對于重力方向?qū)R所述第一設備組件以便所述單獨傾斜傳感器在其測量范圍之內(nèi)。因此，甚至可以將所述第一設備組件附接到三腳架或其他物體，以便所述第一旋轉(zhuǎn)軸的方向與重力方向之間存在顯著差異。由此擴展了測量范圍。
[0013]根據(jù)一些示例性實施例，所述傾斜傳感器系統(tǒng)是高精度傾斜傳感器系統(tǒng)，其測量精度優(yōu)于5”并且具體地說優(yōu)于2”。然后可以以對應的高精度確定所述第一設備組件或第一旋轉(zhuǎn)軸相對于重力方向的對齊。
[0014]根據(jù)一個示例性實施例，所述第一傳感器軸與所述第二旋轉(zhuǎn)軸平行。
[0015]根據(jù)進一步的不例性實施例，所述設備包括第一電機，所述第一電機用于相對于所述第一設備組件圍繞所述第一旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)所述第二設備組件，所述第一電機由所述控制器操作，以便相對于所述第一設備組件將所述第二設備組件連續(xù)移動到所述多個旋轉(zhuǎn)位置中。
[0016]根據(jù)一些示例性實施例，所述控制器在所述多個旋轉(zhuǎn)位置的每個旋轉(zhuǎn)位置中基于從所述第二角度傳感器獲得的測量值確定第一角度值，以及基于從所述傾斜傳感器系統(tǒng)的所述第一朝向獲得的測量值確定第二角度值。根據(jù)這些實施例中的一個特定實施例，可以基于從所述第一角度傳感器獲得的測量值，針對所述多個旋轉(zhuǎn)位置中的每個旋轉(zhuǎn)位置確定第三角度值，并且可以針對所述多個旋轉(zhuǎn)位置中的每個旋轉(zhuǎn)位置相應地形成一對值，其中所述一對值中的第一值是所述第三角度值并且所述一對值中的第二值是所述第一角度值。隨后可以將函數(shù)擬合到如此獲得的所述一對值，所述函數(shù)近似擬合所述一對值。由此確定所述函數(shù)的參數(shù)以最小化所述一對值距所述函數(shù)的偏移。相應最小化的一個實例是，當所述一對值中的所述第二值相應形成所述函數(shù)的參量時，每對值中的所述第一值距所述函數(shù)值的偏移的常規(guī)最小平方最小化。基于如此確定的函數(shù)參數(shù)，可以確定所述第一設備組件或第一旋轉(zhuǎn)軸相對于重力方向的對齊。
[0017]根據(jù)一些特定實施例，當應用此方法時，在所述多個旋轉(zhuǎn)位置的每個旋轉(zhuǎn)位置中相對于所述第二設備組件對齊所述第三設備組件是有用的，以便所述第二角度值恰好為零。這例如可以通過所述控制器驅(qū)動適于相對于所述第二設備組件旋轉(zhuǎn)所述第三設備組件的第二電機來實現(xiàn)。
[0018]根據(jù)所述方法的另一實施例，如果相對于所述第二設備組件調(diào)整所述第三設備組件，以便對于所有所述旋轉(zhuǎn)位置，所述第二角度值均不應為零，則針對所述多個旋轉(zhuǎn)位置中的每個旋轉(zhuǎn)位置，基于來自所述第一角度傳感器的測量值確定第三角度值，基于所述第一角度值與所述第二角度值的相加來確定第四角度值，并且針對所述多個旋轉(zhuǎn)位置中的每個旋轉(zhuǎn)位置提供一對值，其中所述第三角度值是所述對中的第一值并且所述第四角度值是所述對中的第二值。如上所述，然后可以將函數(shù)擬合到如此獲得的多對值?？梢詮臄M合過程中獲得的函數(shù)參數(shù)再次確定所述第一設備組件相對于重力方向的對齊。
[0019]根據(jù)一些示例性實施例，所述傾斜傳感器系統(tǒng)相對于所述第一朝向的測量范圍是有限的，并適于僅針對所述傾斜傳感器系統(tǒng)圍繞所述第一傳感器軸并相對于重力方向的可能的第一朝向中的一部分以給定高精度測量準確度測量所述第一朝向。在此情況下，當所述傾斜傳感器系統(tǒng)朝向所述多個旋轉(zhuǎn)位置中的一個旋轉(zhuǎn)位置使得所述傾斜傳感器系統(tǒng)位于其測量范圍之外時，可以相對于所述第二設備組件定向所述第三設備組件，使得所述傾斜傳感器系統(tǒng)的所述第一朝向在所述可能的第一朝向的所述部分之內(nèi)。這可以通過使所述控制器驅(qū)動相對于所述第二設備組件旋轉(zhuǎn)所述第三設備組件的第二電機來實現(xiàn)。
[0020]根據(jù)一些示例性實施例，如上所述擬合到所述多對值的函數(shù)可以是正弦函數(shù)，并且用于確定所述第一設備組件或所述第一旋轉(zhuǎn)軸相對于重力方向的對齊的參數(shù)包括所擬合的正弦函數(shù)的幅度和相位。
[0021]根據(jù)一些示例性實施例，所述設備包括傾斜傳感器系統(tǒng)，所述傾斜傳感器系統(tǒng)還適于確定所述傾斜傳感器系統(tǒng)圍繞第二傳感器軸相對于重力方向的第二朝向，其中所述第二傳感器軸相對于所述第一傳感器軸橫向?qū)R并且具體地說正交對齊。使用針對所述傾斜傳感器系統(tǒng)的所述第二朝向的測量值并結(jié)合其他測量值，例如針對所述傾斜傳感器系統(tǒng)的所述第一朝向的測量值、來自所述第一角度傳感器的測量值和/或來自所述第二角度傳感器的測量值，可以精確地確定所述第一旋轉(zhuǎn)軸相對于所述第二旋轉(zhuǎn)軸的對齊。具體地說，這使得能夠更精確地確定所述光學器件的測量軸的空間對齊，尤其是由于裝配公差和/或所述設備組件變形，致使所述第一旋轉(zhuǎn)軸與所述第二旋轉(zhuǎn)軸之間的角度不同于假設的安裝角度(例如90° )的情況。
[0022]由于裝配公差并由于所述設備組件相對于彼此的重量相關(guān)的變形，例如僅以優(yōu)于I’(I弧分)的準確度獲知所述第一旋轉(zhuǎn)軸與所述第二旋轉(zhuǎn)軸之間的角度，但是當使用在此說明的方法時，可以以優(yōu)于I”(I弧秒)的準確度確定該角度。
[0023]根據(jù)所述方法的一些示例性實施例，在所述第二設備組件相對于所述第一設備組件的所述多個旋轉(zhuǎn)位置的兩個或更多旋轉(zhuǎn)位置中或所述多個旋轉(zhuǎn)位置的并非所有旋轉(zhuǎn)位置中或所述多個旋轉(zhuǎn)位置的所有旋轉(zhuǎn)位置中，確定針對所述傾斜傳感器系統(tǒng)的所述第二朝向的測量值，以便從該測量值確定所述第一旋轉(zhuǎn)軸相對于所述第二旋轉(zhuǎn)軸的對齊。
[0024]根據(jù)進一步的示例性實施例，所述第三設備組件相對于所述第二設備組件的旋轉(zhuǎn)位置處于所述第二設備組件相對于所述第一設備組件的所述多個旋轉(zhuǎn)位置的第一旋轉(zhuǎn)位置中，該位置不同于處于所述第二設備組件相對于所述第一設備組件的所述多個旋轉(zhuǎn)位置的第二旋轉(zhuǎn)位置中的所述第三設備組件相對于所述第二設備組件的旋轉(zhuǎn)位置。這意味著對于所述第二設備組件相對于所述第一設備組件的至少兩個不同旋轉(zhuǎn)位置，也存在所述第三設備組件相對于所述第二設備組件的兩個不同旋轉(zhuǎn)位置以便獲得所述測量值。
[0025]根據(jù)另一個示例性實施例，在所述第三設備組件相對于所述第二設備組件在所述第一旋轉(zhuǎn)位置對齊之前，使第二設備組件相對于所述第一設備組件圍繞所述第一旋轉(zhuǎn)軸對齊，使得所述第二旋轉(zhuǎn)軸基本上與所述重力方向正交對齊，即，基本上水平。因此，當確定所述傾斜傳感器系統(tǒng)的特性時，減少針對所述傾斜傳感器系統(tǒng)在所述第一或第二旋轉(zhuǎn)位置確定第一和第二測量值時可能出現(xiàn)的所謂相互影響的誤差是可能的。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]在下文中，參照附圖更詳細地解釋本發(fā)明，其中:
[0027]圖1示出了測量設備的示意圖，
[0028]圖2示出了來自傾斜傳感器系統(tǒng)的相對于系統(tǒng)朝向而言的測量值的示意圖，以及
[0029]圖3示出了說明用于確定圖1中所示出的設備的特性的方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0030]圖1是測量設備的示意圖，其例如可以是經(jīng)緯儀、視距儀或全站儀。設備I被安裝在三腳架5上，三腳架包括:被安裝在頭部9的三個腳7，以及通過三個水平螺絲11附接于頭部9的盤3。設備I包括以預定且可再現(xiàn)的位置通過固定構(gòu)件固定到盤3的底部13。所述固定構(gòu)件例如可包括齒合到盤3中所提供的相應凹處的錐形突起15，以及鎖緊構(gòu)件(未在圖1中示出)。
[0031]底部13形成設備I的第一設備組件，并且支撐第二設備組件17，第二設備組件17通過軸承19布置附接于底部13，使得第二設備組件17可相對于第一設備組件13圍繞第一軸21旋轉(zhuǎn)。
[0032]用戶通常調(diào)整水平螺絲11，使得第一軸21基本上與重力方向22平行，得到是垂直軸的第一軸21。
[0033]設備I包括第三設備組件25，其相對于第二設備組件17由通過樞軸承23支撐的軸34來握持，使得第三設備組件25可相對于第二設備組件17圍繞第二旋轉(zhuǎn)軸24旋轉(zhuǎn)。第二旋轉(zhuǎn)軸24在相對于第一旋轉(zhuǎn)軸21成大約90°的角度處對齊，使得在第一旋轉(zhuǎn)軸21被垂直對齊的情況下，旋轉(zhuǎn)軸24是水平軸。
[0034]第三設備組件25包括:光學測量系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有物鏡43，以及與投影面正交對齊(在圖1中示出)的測量軸42。光學測量系統(tǒng)用于進行測量，諸如例如距離測量或沿測量軸42的軸承測量。
[0035]在第二設備組件17處支撐的電機27經(jīng)由傳動裝置30與安裝于第一設備組件13的轉(zhuǎn)向銷28齒合，使得能夠通過電機27的控制來實現(xiàn)電動驅(qū)動的第二設備組件17相對于第一設備組件13圍繞第一旋轉(zhuǎn)軸21的旋轉(zhuǎn)。電機27由測量設備的控制器29來控制。
[0036]附接于轉(zhuǎn)向銷28的是角度編碼器盤32，并且對應的角度傳感器31被安裝到第二設備組件17。來自角度傳感器31的測量值由控制器29來讀取，以確定第二設備組件17相對于第一設備組件13圍繞第一旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)角度α。
[0037]由第二設備組件17支撐的電機33經(jīng)由傳動裝置35與其中一個軸34齒合，使得第三設備組件25可基于電機33的驅(qū)使圍繞軸24旋轉(zhuǎn)。電機33由控制器29來控制。
[0038]附接于軸34的是角度編碼盤37，并且對應的角度傳感器36被安裝到第二設備組件17。來自角度傳感器36的測量值由控制器29來讀取，以確定第三設備組件25相對于第二設備組件17圍繞第二旋轉(zhuǎn)軸24的旋轉(zhuǎn)角度β。
[0039]提供在第二設備組件17上的控制按鈕38用于由用戶來激活，以提示控制器29以便驅(qū)動電機27和33，用于共同使第三設備組件和光學測量系統(tǒng)分別圍繞第一旋轉(zhuǎn)軸21和第二旋轉(zhuǎn)軸24轉(zhuǎn)動。
[0040]控制器29可根據(jù)從第三設備組件25圍繞第一和第二旋轉(zhuǎn)軸21、24的給定旋轉(zhuǎn)位置處的角度傳感器31和36獲得的測量值，確定光學器件43的測量軸42相對于第一設備組件13的對齊。然而，需要第一旋轉(zhuǎn)軸21的空間對齊的信息，以確定光學器件43的測量軸42的空間對齊，這是因為前者通常不是精確地對齊成與重力方向平行。因此，由控制器29讀出的傾斜傳感器45可被安裝到第一設備組件13或第二設備組件17。借助于已知的傾斜傳感器45相對于第一旋轉(zhuǎn)軸21的朝向，從而可以確定第一旋轉(zhuǎn)軸21相對于重力方向的對齊。所述朝向的高精度確定需要高精度傾斜傳感器45。然而，此類高精度傳感器的測量范圍通常限制于小于1°。因此，為了操作設備1，要求用戶準確地調(diào)整第一旋轉(zhuǎn)軸21，進而通過操作水平螺絲11來調(diào)整第一設備組件13，這是非常耗時的。由于這個原因，操作設備I進行任何第一旋轉(zhuǎn)軸21的對齊尤其是不可能的。
[0041]為了避免要求用戶將第一旋轉(zhuǎn)軸精確地校準成與重力方向平行和/或甚至以旋轉(zhuǎn)軸21顯著偏離重力方向的校準進行設備I的運行，設備I包括傾斜傳感器系統(tǒng)47，其被安裝到第三設備組件17，該系統(tǒng)適于測量傾斜傳感器系統(tǒng)47圍繞第一傳感器軸X相對于重力方向的第一朝向Νχ。在說明性實施例中，第一傳感器軸X被校準成與第二旋轉(zhuǎn)軸24平行。傾斜傳感器系統(tǒng)47還適于測量傾斜傳感器系統(tǒng)47圍繞第二傳感器軸y相對于重力方向的第二朝向Ny。在說明性的示例性實施例中，第二傳感器軸I被校準成正交于第一傳感器軸X。在如圖1所示的第三設備組件25相對于第二設備組件17的旋轉(zhuǎn)位置處，第二傳感器軸I被校準成與第一旋轉(zhuǎn)軸21平行。在第三設備組件25相對于第二設備組件17的其它旋轉(zhuǎn)位置的情況下，將不是這樣的情形。
[0042]可以按照多種方式來實現(xiàn)傾斜傳感器系統(tǒng)47。例如，所述傾斜傳感器系統(tǒng)47可以包括兩個單獨的傳感器，其中一個傳感器測量圍繞第一傳感器軸X的第一朝向Nx，而另一個傳感器測量圍繞第二傳感器軸I的第二朝向Ny。但是，用于測量相對于重力方向的圍繞第一傳感器軸X和第二傳感器軸y的朝向的兩個操作模式還可以被合并到單個傾斜傳感器中，該單個傾斜傳感器向控制器29輸出關(guān)于朝向Nx和Ny兩者的測量值。
[0043]如下面將解釋的，根據(jù)在第二設備組件17相對于第一設備組件13圍繞第一旋轉(zhuǎn)軸21取得的關(guān)于第一傳感器軸X的第一朝向Nx的測量值，確定第一旋轉(zhuǎn)軸21相對于重力方向的對齊是可行的。根據(jù)在第二設備組件17相對于第一設備組件13圍繞第一旋轉(zhuǎn)軸21的不同旋轉(zhuǎn)位置以及可選地在第三設備組件15相對于第二設備組件17圍繞第二旋轉(zhuǎn)軸24的不同旋轉(zhuǎn)位置取得的第一朝向Nx和第二朝向Ny的測量值，如下文所解釋的，進一步確定第一旋轉(zhuǎn)軸21與第二旋轉(zhuǎn)軸24之間的角度Y也是可行的。
[0044]但是 ，首先，參考圖2來解釋傾斜傳感器的一般特征。
[0045]圖2顯示了以示意性和簡化方式示出的傾斜傳感器系統(tǒng)的特征。Nx指傾斜傳感器系統(tǒng)圍繞傳感器軸X相對于重力方向的朝向，并且X指從傾斜傳感器系統(tǒng)輸出的測量值。虛線61表示朝向Nx與取決于朝向從傾斜傳感器系統(tǒng)輸出的測量值之間的理想關(guān)系。根據(jù)該理想關(guān)系，測量值X與朝向Nx精確地成比例。
[0046]在圖2中，線63示出了實踐中可能發(fā)生的朝向Nx與測量值X之間的示例性關(guān)系。實踐中，測量值X不是與朝向Nx精確地成比例的。實踐中，水平朝向(Nx=O)不產(chǎn)生測量值0，而是產(chǎn)生偏移ε的輸出。此外，線63的函數(shù)依賴性僅在一部分可能朝向中是線性的，并且在該部分之外顯示與線性明顯偏離。測量值X近似線性地取決于朝向Nx的部分在圖2中位于該方向的值65與67之間。實踐中，值65和67通常位于Νχ=+/-1°處，并且ε的值可以是傾斜傳感器系統(tǒng)的測量精確度的倍數(shù)。
[0047]下面，將參考圖3來解釋用于確定第一旋轉(zhuǎn)軸21相對于重力方向的朝向I以及第一旋轉(zhuǎn)軸21與第二旋轉(zhuǎn)軸24之間的角度Y。
[0048]在第一步101中，圍繞第一旋轉(zhuǎn)軸21將第二設備組件17移動到相對于第一設備組件13的起始位置中。然后，在步驟103中，相對于第二設備組件17旋轉(zhuǎn)第三設備組件25，直到傾斜傳感器系統(tǒng)47相對于重力方向被定向使得其處于針對第一朝向Nx和第二朝向Ny的測量范圍內(nèi)并輸出測量值為止。相對于第一朝向Νχ，這能夠通過相對于第二設備組件17僅僅旋轉(zhuǎn)第三設備組件25來可靠地實現(xiàn)。相對于平行于第二旋轉(zhuǎn)軸24的第二朝向Ny,當?shù)谝恍D(zhuǎn)軸21相對于重力方向傾斜太多時，在第二設備組件17相對于第一設備組件13的一些旋轉(zhuǎn)位置中，將不是上述情況。在這種情況下，必須返回步驟101，以便找到第二設備組件17相對于第一設備組件13的不同起始位置，以使得傾斜傳感器系統(tǒng)47在隨后的步驟103中也針對第二朝向Ny處于測量范圍內(nèi)?？梢栽诓襟E101和103的一些重復和替換實現(xiàn)方式之后或者步驟101和103的同時實現(xiàn)之后，確定各自的起始位置。下文中，將第二設備組件17相對于第一設備組件13的相應旋轉(zhuǎn)位置假設為起始位置0°。
[0049]接下來，由控制器在步驟105中讀出角度傳感器31的測量值，以便確定第二設備組件17相對于第一設備組件13圍繞第一旋轉(zhuǎn)軸21的旋轉(zhuǎn)位置的角度值α I ;讀出第二角度傳感器33的測量值，以便確定第三設備組件15相對于第二設備組件17圍繞第二旋轉(zhuǎn)軸24的旋轉(zhuǎn)位置的角度值β I ;讀出傾斜傳感器系統(tǒng)47的測量值，以便確定傾斜傳感器系統(tǒng)47圍繞第一傳感器軸X的第一朝向Nx的角度值Xl ;并且讀出傾斜傳感器系統(tǒng)47的測量值，以便確定傾斜傳感器系統(tǒng)47圍繞第二傳感器軸y的第二朝向Ny的角度值Yl。
[0050]然后，在步驟111中，相對于第一設備組件13圍繞第一旋轉(zhuǎn)軸21將第二設備組件17旋轉(zhuǎn)90°。如有需要，則控制器相對于第二設備組件17來旋轉(zhuǎn)第三設備組件25，直到傾斜傳感器系統(tǒng)47針對第一朝向Nx處于測量范圍內(nèi)為止。然后，在步驟115中，控制器29再次讀取來自傳感器31、33、以及47的值，以便確定第一和第二設備組件之間針對旋轉(zhuǎn)位置的角度值α 2、 第二和第三設備組件之間針對旋轉(zhuǎn)位置的角度值β 2、以及傾斜傳感器系統(tǒng)47的第一朝向Nx的角度值Χ2。
[0051]接下來，在步驟121中，第三設備組件17被相對于第一設備組件13進一步旋轉(zhuǎn)90°，到達180°位置。在此處，如有需要，則在步驟123中可再次相對于第二設備組件17旋轉(zhuǎn)第三設備組件25，直到傾斜傳感器系統(tǒng)再次針對第一朝向Nx和第二朝向處于測量范圍內(nèi)為止。然后，在步驟125中，控制器29再次讀取傳感器31、33、以及47的值，以便確定第一和第二設備組件之間針對旋轉(zhuǎn)位置的角度值α 3、第二和第三設備組件針對旋轉(zhuǎn)位置的角度值β 3、以及傾斜傳感器系統(tǒng)47的第一朝向Nx的角度值Χ3，以及傾斜傳感器系統(tǒng)47的第二朝向Ny的角度值Υ3。
[0052]接下來，在步驟131中，第二設備組件17相對于第一設備組件13被進一步旋轉(zhuǎn)90°，到達270°位置。在此處，如有需要，則在步驟133中，控制器將相對于第二設備組件17來旋轉(zhuǎn)第三設備組件25，直到傾斜傳感器系統(tǒng)針對第一朝向Nx處于測量范圍內(nèi)為止。然后，在步驟135中，讀取傳感器31、33、以及47的值，以便確定第一和第二設備組件之間針對旋轉(zhuǎn)位置的角度值α 4、第二和第三設備組件針對旋轉(zhuǎn)位置的角度值β 4、以及傾斜傳感器系統(tǒng)47的第一朝向Nx的角度值Χ4。
[0053]在步驟141中，為每個旋轉(zhuǎn)位置0°、90°、180°和270°確定值對，其中值對中的第一個值是第一和第二設備組件之間的值α，并且值對中的第二個值是第二和第三設備組件與第一朝向X之間的角β的和。根據(jù)最小二乘原理通過調(diào)整參數(shù)Α、β和ε，將預定函數(shù)Α.--η(α+β)+ε擬合到值對中。因而可以從用于任何所希望的旋轉(zhuǎn)位置α的參數(shù)A、β和ε確定第一旋轉(zhuǎn)軸21相對于重力方向的方向I。
[0054]在步驟151中，第一旋轉(zhuǎn)軸21和第二旋轉(zhuǎn)軸24之間的角度Y根據(jù)下列公式確定:
[0055]Y=90° +[(β 2+Χ2)+(β 4+Χ4)]/2-[Υ1+Υ3]/2
[0056]通過確定出的第一旋轉(zhuǎn)軸21相對于重力方向的傾斜I，以及確定出的第一旋轉(zhuǎn)軸21和第二旋轉(zhuǎn)軸24之間的角度Y，以及進一步的第二設備組件17相對于第一設備組件13的所測量的旋轉(zhuǎn)位置，以及第三設備組件25相對于第二設備組件17的旋轉(zhuǎn)位置，有可能確定出光學器件43的測量軸42的空間朝向。
[0057]可以以各種方式修改參照圖1說明的設備以及參照說明的方法。
[0058]在步驟115和135中沒有確定第二朝向Ny的測量值Y，因為它們在步驟141和151中不被需要。但是，也有可能在步驟115和135中確定這些值，以便將其包括到步驟141和151中的隨后的計算中，以增加精確度。例如由此可以確定和補償傾斜傳感器系統(tǒng)47中的軸線交叉錯誤。
[0059]此外，還有可能省略確定第一旋轉(zhuǎn)軸21相對于重力方向的朝向，或者省略確定第一和第二旋轉(zhuǎn)軸之間的角度Y。如果省略了第一和第二旋轉(zhuǎn)軸之間的角度Y的確定，則在步驟105和125中就沒有必要確定傾斜傳感器系統(tǒng)圍繞第二傳感器軸y的第二朝向的測量值。在這種情況下，也沒有必要使傾斜傳感器系統(tǒng)47適于第二朝向的測量。
[0060]在圖1的例子中，傳感器軸X平行對齊于第二旋轉(zhuǎn)軸24。例外情況是允許的，只要所述第一傳感器軸沒有被正交地對齊于所述第二旋轉(zhuǎn)軸。傾斜傳感器系統(tǒng)的第二傳感器軸y在圖1的例子中被進一步正交對齊于傾斜傳感器系統(tǒng)的第一傳感器軸X。在這種情況下例外也是被允許的，只要第二傳感器軸I沒有被平行地對齊于所述第一傳感器軸X。傾斜傳感器系統(tǒng)的第二傳感器軸y在圖1的表示中進一步被對齊為與光學器件43的測量軸42垂直。這導致第三設備組件25在大多數(shù)情況下必須圍繞第二旋轉(zhuǎn)軸24被旋轉(zhuǎn)到圖1中所示的位置之外大約90°，以便使傾斜傳感器系統(tǒng)47大致水平對齊，從而使其處于針對第一和第二朝向的測量范圍內(nèi)。第三設備組件25的各旋轉(zhuǎn)需要時間?？赏ㄟ^在第三設備組件內(nèi)布置傾斜傳感器系統(tǒng)47，使得傾斜傳感器系統(tǒng)的第二傳感器軸y大致被對齊為平行于光學器件43的測量軸42，從而降低必要時間。
[0061]在相對于圖3說明的方法中，使用第二設備組件相對于第一設備組件的四個不同的旋轉(zhuǎn)位置，其中各個旋轉(zhuǎn)位置相差90°。以下例外情況是允許的，例如使用只有兩個或三個或四個以上的旋轉(zhuǎn)位置。另外，不同的轉(zhuǎn)動位置之間的角度可以具有不同于90°的值。此夕卜，測量在步驟141所需的90°旋轉(zhuǎn)位置的測量值是可能的，用于將函數(shù)擬合到已經(jīng)在起始位置0°的測量值，這是通過讀取起始位置0°處傾斜傳感器系統(tǒng)的圍繞第二傳感器軸y的第二朝向Ny的測量值Y實現(xiàn)的。假設傾斜傳感器系統(tǒng)被適配使得其第一和第二傳感器軸被對齊為彼此正交，則上述是有可能的。從而有可能獲得測量值X2而無須另外將旋轉(zhuǎn)位置設置為90°。類似的，有可能獲得已經(jīng)在180°的旋轉(zhuǎn)位置中的測量值X4而無須另外將旋轉(zhuǎn)位置設置到270°。
[0062]在步驟141中，從第一和第二設備組件間的角度值β、傾斜傳感器系統(tǒng)圍繞第一傳感器軸X的第一朝向Nx的角度值X的和分別計算出數(shù)值對的第二個值。然而，當在步驟103、113、123和133中相對于第二設備組件旋轉(zhuǎn)第三設備組件使得第一朝向Nx的測量值X對應于0°的角度值時，有可能僅使用第二設備組件和第三設備組件之間的角度值β作為該數(shù)值對的第二值。
[0063]本發(fā)明是在圖1至3中相對于測量設備的情境中進行了說明。但是，本發(fā)明不限于測量設備，并且可以與具有可相對于彼此旋轉(zhuǎn)的三個設備組件以及具有相應傾斜傳感器的其他設備一起使用。
【權(quán)利要求】
1.一種用于確定設備尤其是測量設備的特性的方法，所述設備包括: 一控制器(29)； 一第一設備組件(3); 一相對于所述第一設備組件(3)能圍繞第一旋轉(zhuǎn)軸(21)旋轉(zhuǎn)的第二設備組件(17)；一相對于所述第二設備組件(17)能圍繞與所述第一旋轉(zhuǎn)軸(21)橫向?qū)R的第二旋轉(zhuǎn)軸(24)旋轉(zhuǎn)的第三設備組件(25)； 一第一角度傳感器(31)，用于確定所述第二設備組件(17)相對于所述第一設備組件(3)的旋轉(zhuǎn)位置； 一第二角度傳感器(36)，用于確定所述第三設備組件(25)相對于所述第二設備組件(17)的旋轉(zhuǎn)位置；以及 一傾斜傳感器系統(tǒng)(47),適于確定傾斜傳感器系統(tǒng)(47)圍繞第一傳感器軸(X)相對于重力方向(22)的第一朝向(Nx)，所述傾斜傳感器系統(tǒng)(47)被安裝在所述第三設備組件(25)上，使得第一傳感器軸(X)不是正交地與第二旋轉(zhuǎn)軸(24)對齊； 其中，所述方法包括: 一相對于所述第一設備組件(3)在多個不同旋轉(zhuǎn)位置定向所述第二設備組件(17)，從而在所述多個旋轉(zhuǎn)位置中的每個旋轉(zhuǎn)位置處: 一確定第一角度傳感器(31)的測量值； 一確定第二角度傳感器(36)的測量值； 一確定所述傾斜傳感器系統(tǒng)的第一朝向(Nx)的測量值；以及 一基于所述測量值確定所述第一設備組件(3)、所述第一旋轉(zhuǎn)軸(21)相對于重力方向(22)以及所述第一旋轉(zhuǎn)軸(21)相對于所述第二旋轉(zhuǎn)軸(24)中的至少一個的對齊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一旋轉(zhuǎn)軸(21)和第二旋轉(zhuǎn)軸(24)之間的角度(Y )大致上是90度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中所述第二旋轉(zhuǎn)軸(24)和第一傳感器軸(X)之間的角度大致上是O度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3之一的方法，其中所述設備包括第一電機(27)，所述第一電機用于相對于所述第一設備組件(3)圍繞所述第一旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)所述第二設備組件(17)，并且其中所述第一電機(27)由所述控制器(29)操作，用于相對于所述第一設備組件(3)將所述第二設備組件(17)連續(xù)移動到所述多個旋轉(zhuǎn)位置中。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4之一的方法，其中對于所述多個旋轉(zhuǎn)位置中的每個旋轉(zhuǎn)位置: 一基于來自所述第二角度傳感器(36)的所述測量值，確定第一角度值(β )， 一基于針對所述傾斜傳感器系統(tǒng)(47)的第一朝向(Νχ)，確定第二角度值(X)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的方法,其中所述設備包括第二電機(33),該第二電機用于相對于所述第二設備組件(17)圍繞所述第二旋轉(zhuǎn)軸(24)旋轉(zhuǎn)所述第三設備組件(25)，并且其中在所述多個旋轉(zhuǎn)位置中的每個位置中由控制器操作所述第二電機(33)，以便相對于所述第二設備組件(17)對齊所述第三設備組件(25)，使得所述第二角度值(X)為零。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中針對所述多個旋轉(zhuǎn)位置中的每個旋轉(zhuǎn)位置: 一基于來自所述第一角度傳感器(31)的所述測量值，確定第三角度值(α )，以及 一形成一對值([α ; β ])，所述一對值中的第一值是所述第三角度值，并且所述一對值中的第二值是所述第一角度值，并且其中所述方法進一步包括: 確定預定函數(shù)的參數(shù)(Α，δ )，使得多對值與所述函數(shù)間的偏移被最小化， 其中基于所確定的參數(shù)(Α，δ )相對于重力方向(22)確定所述第一設備組件(3)的對齊。
8.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其中針對所述多個旋轉(zhuǎn)位置中的每個旋轉(zhuǎn)位置: 一基于來自所述第一角度傳感器(31)的所述測量值，確定第三角度值(α )， 一基于所述第一角度值(β )和第二角度值(X)的和，確定第四角度值(β +X)，以及一形成一對值([α ; β +X])，所述一對值中的第一值是所述第三角度值(α )，并且所述一對值中的第二值是所述第四角度值(β +X)，并且其中所述方法進一步包括: 確定預定函數(shù)的參數(shù)(Α，δ )，使得多對值與所述函數(shù)間的偏移被最小化， 其中基于所述參數(shù)(Α，δ )相對于所述重力方向(22)確定所述第一設備組件(3)的對齊。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中所述傾斜傳感器系統(tǒng)(47)具有針對所述第一朝向(Nx)有限的測量范圍，并適于僅針對所述傾斜傳感器系統(tǒng)(47)圍繞所述第一傳感器軸(X)并相對于所述重力方向(22)的可能的第一朝向中的一部分，以特定的精度測量所述第一朝向，以及 其中相對于所述第二設備組件(17)在所述多個旋轉(zhuǎn)位置中的每個旋轉(zhuǎn)位置進一步定向所述第三設備組件(25)，使得所述傾斜傳感器系統(tǒng)的所述第一朝向(Nx)位于所述部分之內(nèi)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的方法,其中所述設備包括第二電機(33),該第二電機用于相對于所述第二設備組件(17)圍繞所述第二旋轉(zhuǎn)軸(24)旋轉(zhuǎn)所述第三設備組件(25)，并且其中由控制器(29)操作所述第二電機(33)，以便相對于所述第二設備組件(17)對齊所述第三設備組件(25)，使得所述傾斜傳感器系統(tǒng)(47)的第一朝向(Nx)位于所述部分之內(nèi)。
11.根據(jù)權(quán)利要求7至10之一的方法，其中所述函數(shù)是正弦函數(shù)，并且其中所述參數(shù)包括所述正弦函數(shù)的幅度(A)和相位(δ )。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至11之一的方法，其中所述傾斜傳感器系統(tǒng)(47)還適于確定所述傾斜傳感器系統(tǒng)(47)圍繞第二傳感器軸(y)相對于所述重力方向(22)的第二朝向(Ny)，其中所述第二傳感器軸(y)與所述第一傳感器軸(X)橫向?qū)R； 其中，在所述多個旋轉(zhuǎn)位置中的至少兩個旋轉(zhuǎn)位置確定所述傾斜傳感器系統(tǒng)(47)的第二朝向(Ny)的測量值；以及 其中所述第一旋轉(zhuǎn)軸(21)相對于所述第二旋轉(zhuǎn)軸(24)的對齊(Y )是從所述測量值確定的。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述第一傳感器軸(X)與所述第二傳感器軸(y)之間的角度大致上是90度。
14.根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的方法，其中所述第三設備組件相對于所述第二設備組件的旋轉(zhuǎn)位置處于所述第二設備組件相對于所述第一設備組件的所述多個旋轉(zhuǎn)位置的第一旋轉(zhuǎn)位置中，所述第三設備組件相對于所述第二設備組件的旋轉(zhuǎn)位置處于所述第二設備組件相對于所述第一設備組件的所述多個旋轉(zhuǎn)位置的第二旋轉(zhuǎn)位置中，上述兩個位置不同。
15.一種測量設備，包括: 一第一設備組件(3); 一相對于所述第一設備組件(3)能圍繞第一旋轉(zhuǎn)軸(21)旋轉(zhuǎn)的第二設備組件(17)； 一相對于所述第二設備組件(17)能圍繞與所述第一旋轉(zhuǎn)軸(21)橫向?qū)R的第二旋轉(zhuǎn)軸(24)旋轉(zhuǎn)的第三設備組件(25)，所述 第三設備組件(25)包括測量軸(42)； 一第一角度傳感器(31)，用于確定所述第二設備組件(17)相對于所述第一設備組件(3)的旋轉(zhuǎn)位置； 一第二角度傳感器(36)，用于確定所述第三設備組件(25)相對于所述第二設備組件(17)的旋轉(zhuǎn)位置； 一傾斜傳感器系統(tǒng)(47)，適于確定所述傾斜傳感器系統(tǒng)(47)圍繞第一傳感器軸(X)相對于重力方向(22)的第一朝向(Nx)，所述傾斜傳感器系統(tǒng)(47)被安裝在所述第三設備組件(25)上，使得所述第一傳感器軸(X)不是正交地與所述第二旋轉(zhuǎn)軸(24)對齊；以及 一控制器(29)，適于確定所述第一設備組件(3)相對于所述重力方向(22)的對齊、所述第一旋轉(zhuǎn)軸(21)相對于所述第二旋轉(zhuǎn)軸(24 )的對齊以及根據(jù)所述傾斜傳感器系統(tǒng)(47 )的測量值所述傾斜傳感器系統(tǒng)(47)的特性中的至少一個。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的測量設備，其中所述傾斜傳感器系統(tǒng)(47)的測量精度優(yōu)于5”，并且尤其優(yōu)于2”。
17.根據(jù)權(quán)利要求15或16所述的測量設備，其中所述傾斜傳感器系統(tǒng)(47)進一步適于確定所述傾斜傳感器系統(tǒng)(47)圍繞第二傳感器軸(y)相對于所述重力方向(22)的第二朝向(Ny)，所述第二傳感器軸(y)與所述第一傳感器軸(X)橫向?qū)R。
18.根據(jù)權(quán)利要求15至17之一所述的測量設備，其中所述控制器(29)適于執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求1至14之一的方法。
【文檔編號】G01C3/00GK103968812SQ201410033279
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年1月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年1月23日
【發(fā)明者】M·弗格爾, A·格利姆 申請人:特里伯耶拿有限公司