用于确定在角度测量仪中导致偏心度的作用变量的方法技术

本发明专利技术涉及一种用于确定角度测量仪中导致偏心度的至少一个作用变量的方法，所述角度测量仪具有探测器系统和旋转体，所述探测器系统包括四个光学探测器元件（３），所述旋转体包括围绕图案中心（ＭＺ）设置的多个图案要素（６），其中，所述旋转体以能够围绕轴（４）旋转的方式设置，在所述方法中，将所述图案要素（６）的至少一部分投射在所述探测器系统上，分析投射在所述探测器系统上的那些图案要素（６）的位置，并且确定所述图案中心（ＭＺ）相对于所述探测器系统探测器中心（ＤＺ）的偏心度。从针对不同旋转位置的多个这种偏心度测量中，特别是以通过形成集合的方式，分离出当前偏心度的各种作用变量。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种根据权利要求1前序部分所述的方法和一种计算机 程序产品，这种方法用于确定在角度测量仪中导致测得偏心度的至少一 个作用变量。
技术介绍
很久以来，尤其是在测地和工业测量中，主要采用测量装置中的旋 转角测量仪，作为确定旋转角用的装置和方法。在相应的预防措施下，通过这些装置和方法甚至可以以几个角秒(arc second)数量级的精度以 超过百万个的单位来分解整圆。为了能够实现这种高精度， 一方面必须将探测器位置牢固地设置在 轴承上，通过该轴承来安装该旋转体，使得该旋转体能够围绕一轴(axis) 相对该探测器进行旋转。另一方面，旋转体的高体积稳定性和形状稳定 性，尤其是在旋转方向上顺序地围绕图案中心设置在旋转体上的图案要 素的排列方式和形式，是必要的先决条件。在实践中，除了刻度的部分 的不精确之外(这种不精确是由于各个顺序设置的图案要素之间的预定 距离的偏差量和/或这些图案要素尺寸自身的偏差量造成的)，通常图案中 心相对于轴的距离(所谓的"图案中心相对于轴的偏心度")造成无法实 现所要求的精度。由于制造公差总是存在，因此每一个旋转体都具有通 常为恒定值的偏心度。另外，除了整体图案的偏心度之外(即，全部图 案要素的整体相对于旋转体的偏心度，或者刻度的中心相对于轴(shaft) 的偏心度)，还存在圆的真实的刻度误差，也就是说，各个图案要素彼此 之间的偏差量，进而这些图案要素的排列内部的偏差量。以能够在轴承内旋转的方式引导旋转体，在此机械布置方式造成了 作用于可测量的偏心度的其他作用变量。因此，由此产生的轴承同心度4偏差同样也导致出现偏心度。如果在确定旋转角时(尤其是在测量比较 重的对象的情况下)由于力对该装置的部件施加了显著的负载，那么有 可能出现取决于旋转角或者按照时间的函数来改变的偏心度。该偏心度 例如是由于肯定存在的轴承间隙以及轴承润滑和轴承负荷的改变而造成 的或者增强的。另外，由于旋转体的旋转轴的倾斜还会出现滚摆误差(TaumelfehleiO 。目前为了减少或者彻底避免这种机械轴承误差，采用了比较昂贵复 杂的轴承，这种轴承使得能够将偏心度稳定在目前所使用的允许公差范 围内，以使得可校正的机械偏心度至少不发生变化。在很多角度测量仪中，图案要素以光学方式投射在由一个或更多个 探测器元件(例如CCD传感器或者CMOS传感器)构成的系统 (arrangement)上，例如在CH 658514中所公开的。根据图案要素在探 测器系统或者其部件上的位置可以推断出旋转体相对于探测器系统的角 度。在此，探测器中心(例如在单个探测器元件的情况下，是该单个 探测器元件的中点；或者在多个探测器元件的情况下，是由这些探测器 元件覆盖的面积的面积质心)充当参考变量，其中，在没有机械偏心误 差的理想情况下，探测器中心、枢轴点和图案要素的中心是重合的。然而，除己经说明了的、对测量的偏心度产生作用的机械作用变量 之外，所采用的电子部件也会产生影响作用。这例如是由模拟电子器件 的量化误差或者噪声造成的。在大多数情况下，机械和电子作用变量均 取决于时间变化或者依据温度变化。EP 1 632 754公开了一种用于测量当前偏心度的方法，其中，通过光 束将围绕图案中心设置的多个图案要素中的至少一部分(其中的多个图 案要素是沿着旋转方向顺序设置的)，至少部分地投射在光学探测器的并 排布置的多个探测器元件上。图案要素设置在旋转体上，该旋转体以能够围绕轴旋转的方式与探 测器连接。通过同一个探测器的探测器元件来解算被投射的图案要素的 位置。在第一步骤，通过解算出的至少一个图案要素的位置，计算确定 出图案中心相对于轴的偏心度对确定旋转角所产生的影响。在第二步骤，通过将所确定的影响考虑在内，根据解算出的顺序设置的那些图案要素 的位置来准确地确定旋转角。
技术实现思路
在此处公开的方法的一个变型方式中，在第一步骤，通过一个中间 步骤将顺序设置的图案要素组合成至少两组，并且根据相应组合的多个 图案要素的解算出的各个位置来计算确定出至少两组位置。然后，通过 确定出的至少两组位置，计算确定该偏心度对确定旋转角产生的影响。 这可以通过所确定的这些组位置以很高的精度来实现。一种相应的装置具有光学探测器和旋转体，其中，所述光学探测器 包括多个顺序排列的探测器元件，所述旋转体包括围绕图案中心设置的 多个图案要素，这些图案要素中的多个是沿旋转方向顺序设置的。旋转 体是以能够围绕一轴旋转的方式与探测器连接的。通过光束能够至少部 分地将图案要素中的至少一部分投射在探测器元件上。可以通过同一个 探测器的探测器元件来解算所投射的图案要素的位置。在这种装置中如 此构造并设置图案要素和探测器元件，S卩，根据解算出的至少一个图案 要素的位置，计算确定图案中心相对于轴的偏心度对确定旋转角所产生 的影响，并且通过将所确定的影响考虑在内，根据解算出的顺序设置的 图案要素的位置，能够精确地确定旋转角。由于通过同一个探测器不仅能够计算确定出偏心度对确定旋转角所 产生的影响，而且能够精确确定围绕轴的旋转角，因此实现了能够以高 分辨率精确确定旋转角的装置。另外，由于确定偏心度的影响和将所述 影响考虑在内地确定旋转角是通过具有同一个位置分辨区域的同一个探 测器来实现的，因此还实现了这种系统的高精度和鲁棒性。也可以借助 这些图案要素的在同一时刻解算出的同一个位置来实现这两个功能。US 2001/0013765公开了一种光学角度测量仪，其中，将多个传感器 设置在片形码载体的边缘上。借助该系统，无需测量偏心度或其作用变 量，应该就可以通过求平均来减弱或者消除由此导致的现象。DE 199 07 326采用了一种类似措施，其中公开了一种增量系统，该增量系统通过累加按预定方式分布的传感器的读数来消除可能存在的偏 心度。这意味着，要被分析用于确定角度的信号应该不再具有偏心效果。 也就是说，通过该系统补偿了偏心误差。因此，现有技术的这些方法仅将当前偏心度作为整体参数来确定或 者补偿，而且同时没有在不同的作用变量之间加以区分，因此没有在与 这些作用变量相关的特征(例如不同的关于时间的变化性)之间加以区 分。除了基本上减少或者避免几个作用变量之外，例如还可以测量旋转 轴的平移，并且考虑将该位移用于测量的最终结果，或者用于直接校正。 这例如可以这样实现，借助已知的接触或非接触式测量方法(如借助于 测量探头)直接在轴上测量轴销的位移。为了检测在该平面中的运动， 需要至少三个或更多个这种行程传感器。在此，可以实现圆柱形的包围 轴的电容传感器。在此值得注意的是，在平移轴承位移与各个误差影响 之间的差别很小时，难以精确确定轴承位移。然而，由于这种系统直接测量的是系统机械状况，所以这些角度测 量仪变得昂贵、复杂且易于出现误差。本专利技术的总体目标在于改进角度测量方法，尤其是改进偏心度测量。本专利技术的具体目标在于提供一种用于确定在角度测量仪中导致偏心 度的作用变量的方法，该方法无需特殊附加的用于确定各个机械或者电 子作用变量的部件就可以实现。本专利技术的另一个目标在于，在角度测量仪中在结构方面简化旋转体 的轴承，或者降低对轴承提出的要求。本专利技术的另一个目标在于，使得能够以计算方式确定导致当前偏心 度的作用变量，尤其是即使这本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于确定角度测量仪中导致偏心度的至少一个作用变量的方法，所述角度测量仪具有：　支承元件（１），所述支承元件具有探测器系统，所述探测器系统包括至少一个光学探测器元件（３），优选为三个或四个光学探测器元件（３），其中，所述探测器系统具 有探测器中心（ＤＺ）；　旋转体（２），所述旋转体具有围绕图案中心（ＭＺ）设置的多个图案要素（６），其中，所述旋转体（２）以能够围绕一轴（４）相对于所述支承元件（１）旋转的方式设置，并且所述方法包括以下步骤：　－将所述图案要素（６ ）的至少一部分投射在所述探测器系统上；　－解算出投射在所述探测器系统上的图案要素（６）的位置；　－测量所述图案中心（ＭＺ）相对于所述探测器中心（ＤＺ）的偏心；　其特征在于，　.针对不同的旋转位置执行多次偏心度测量；并 且　.尤其是通过形成集合的方式，从所述多次偏心度测量中分离出偏心度的至少一个作用变量。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：海因茨利普纳，克努特西尔克斯，贝亚特埃比舍尔，
申请(专利权)人：莱卡地球系统公开股份有限公司，
类型：发明
国别省市：CH[瑞士]