專利名稱：用于檢查或校準(zhǔn)高精度試件的角相關(guān)對(duì)準(zhǔn)的設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于檢查或校準(zhǔn)高精度試件的角相關(guān)對(duì)準(zhǔn)(angle-dependent alignment)的設(shè)備。
背景技術(shù)：
需要精度很高的檢查或校準(zhǔn)設(shè)備來檢查或校準(zhǔn)高精度部件，該高精度部件或者用于高精度測(cè)量，以低至小于0.5″或0.15mgon的精度檢查或規(guī)定角度，或者通常需要高精度的角度定向，所述檢查或校準(zhǔn)設(shè)備的精度必須高于待檢查或待校準(zhǔn)的高精度試件的精度。
在現(xiàn)有技術(shù)中公開了不同的設(shè)備和方法，特別是用于檢查或校準(zhǔn)經(jīng)緯儀，在該經(jīng)緯儀中通過(例如靜態(tài)或動(dòng)態(tài))分度來確定水平角和垂直角。
在已知時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)的傳統(tǒng)經(jīng)緯儀分度測(cè)試方法中，將關(guān)于測(cè)量點(diǎn)周圍分布的多個(gè)固定準(zhǔn)直儀與自固定點(diǎn)的經(jīng)緯儀望遠(yuǎn)鏡手動(dòng)瞄準(zhǔn)。將在圍繞試件圓周的不同點(diǎn)處測(cè)量的角度差的不變性用作角度測(cè)量的水平精度的量度標(biāo)準(zhǔn)。為了得到測(cè)量的垂直精度，將準(zhǔn)直儀角度差與基準(zhǔn)值比較。執(zhí)行這種分度圓測(cè)試方法的分度圓檢查儀是已知的(例如來自F.W.Breithaupt & Sohn的PRUTE和PRUFO設(shè)備)。這種方法大致符合根據(jù)ISO標(biāo)準(zhǔn)17123-3(光學(xué)和光學(xué)儀器.大地測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量程序及測(cè)繪儀器)的測(cè)試方法，但是其中觀測(cè)的是固定目標(biāo)而不是準(zhǔn)直儀。其中這些經(jīng)緯儀分度測(cè)試方法的缺點(diǎn)在于，測(cè)量過程的完全自動(dòng)化可能僅僅是有限的程度，可能的不同測(cè)量的數(shù)量也限于可見的準(zhǔn)直儀的數(shù)量，并且測(cè)量結(jié)果非常依賴觀測(cè)者。
上述方法的一種替代方法是Maurer的干涉測(cè)量法(Maurer，WEininterferometrisches Verfahren zur Bestimmung vonStrichverbesserungen an eingebauten Theodlitenkreisen(用于確定內(nèi)置經(jīng)緯儀度盤上的線性改進(jìn)的干涉測(cè)量法)；學(xué)位論文，慕尼黑，1983；Deumlich，F(xiàn).& staiger，R.Instrumentenkunde derVermessungstechnik(測(cè)量技術(shù)的儀器理論))。在該方法中，從激光束到干涉儀反射器的路徑差推導(dǎo)出待測(cè)試的經(jīng)緯儀轉(zhuǎn)動(dòng)過的角度。最大可干涉測(cè)量角為+/-8.5gon，分辨率宣稱為0.01mgon。用干涉測(cè)量法僅可以檢查水平角。因?yàn)樵摲椒ㄐ枰忡R框可轉(zhuǎn)動(dòng)地與經(jīng)緯儀的傾斜軸線連接，使得由于棱鏡框的附加重量而不能消除對(duì)垂直分度和傾斜軸線的影響，所以該方法不適于檢查垂直角。
從現(xiàn)有技術(shù)中已知用于檢查移除的分度圓(例如經(jīng)緯儀上的)的測(cè)試方法。這些方法主要是比較方法，其中例如通過干涉測(cè)量或者通過精度分度圓將分度圓上待檢查的分度與相應(yīng)的精度角法線比較?，F(xiàn)有技術(shù)公開了例如在物理技術(shù)聯(lián)邦研究所(Prowe，BUntersuchungen an einemneuen Teilkreisprüfger t；Feinwerktechnik & Messtechnik(對(duì)新的分度圓測(cè)試儀的勘測(cè)；精密技術(shù)和測(cè)量技術(shù))，第5期，1985，213-217頁)或者地球物理中心學(xué)會(huì)(Weise，H.& Quart，W.Eine vollautomatischeMessanlage zur Prüfung von Kreisteilungen；feinger tetechnik(用于檢查度盤刻度的完全自動(dòng)測(cè)量單元；精密儀器技術(shù))，第4期，1975，155-160頁)中所使用的這種類型的不同設(shè)備，或者例如CH372847或CH372471中的其它用于檢查分度圓分度的設(shè)備。然而在這些方法和設(shè)備中，不能進(jìn)行安裝好的經(jīng)緯儀的分度測(cè)試，而只能檢查移除的分度圓。另外，可以參照ISO標(biāo)準(zhǔn)17123-3(光學(xué)和光學(xué)儀器.大地測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量程序及測(cè)繪儀器)或DIN18723，部分3(Feldverfahren zurGenauigkeitsuntersuchung geod tischer Instrumente(用于調(diào)查測(cè)地儀器精度的現(xiàn)場(chǎng)方法))。
現(xiàn)有技術(shù)中公開了用于準(zhǔn)距儀的經(jīng)緯儀或總站的經(jīng)緯儀(以下用術(shù)語“經(jīng)緯儀”概括)的完全自動(dòng)檢查和校準(zhǔn)的設(shè)備和方法。這種所謂的“經(jīng)緯儀測(cè)試機(jī)”例如在1988年9月12至17日在慕尼黑技術(shù)大學(xué)舉行的第十屆工程測(cè)量國(guó)際會(huì)議期間Hilmar Ingensand所著的文章“TPM-Ein neues Ger t zur vollautomatischen Prüfung von Teilkreisen inelektronischen Theodoliten(TPM——一種用于完全檢查電子經(jīng)緯儀中的分度圓的新設(shè)備)”中，以及Andreas Rützler在1991年10月格拉茨技術(shù)大學(xué)的通用電子技術(shù)和電子測(cè)量技術(shù)學(xué)會(huì)完成的學(xué)位論文“Kalibriereinrichtung für Theodoliten(用于經(jīng)緯儀的校準(zhǔn)設(shè)備)”中得到詳細(xì)說明。經(jīng)緯儀測(cè)試機(jī)具有大約0.1mgon的精度并例如用于檢查帶有編碼分度圓標(biāo)定系統(tǒng)的電子經(jīng)緯儀，該系統(tǒng)立即輸出角度而不進(jìn)行在遞增方法中必需的初始化，但是僅具有單一的角度標(biāo)定來代替分度圓的直徑掃描。這里，由分度圓的機(jī)械離心率產(chǎn)生的誤差對(duì)于各經(jīng)緯儀是特定的，并且在使用經(jīng)緯儀測(cè)試機(jī)測(cè)量之后，誤差可存儲(chǔ)在電子經(jīng)緯儀中并自動(dòng)校正。經(jīng)緯儀測(cè)試機(jī)允許完全自動(dòng)的測(cè)試順序，用于在安裝狀態(tài)下的使用位置中檢查水平和垂直的角度標(biāo)定，檢查經(jīng)緯儀的可用測(cè)量范圍的主要部分，在測(cè)試過程中確定的系統(tǒng)誤差的分析和對(duì)存儲(chǔ)在經(jīng)緯儀中的校正函數(shù)的自動(dòng)確定。該經(jīng)緯儀測(cè)試機(jī)適用于各種經(jīng)緯儀系列。
下面借助附圖更加詳細(xì)地描述現(xiàn)有技術(shù)中公開的經(jīng)緯儀測(cè)試機(jī)。
圖1表示現(xiàn)有技術(shù)中公開的經(jīng)緯儀測(cè)試機(jī)的比較器原理；圖2表示現(xiàn)有技術(shù)中公開的經(jīng)緯儀測(cè)試機(jī)的設(shè)備布置。
基于圖1中示出的比較器原理的已知的經(jīng)緯儀測(cè)試機(jī)遵循“經(jīng)緯儀中的經(jīng)緯儀”的思想。因此經(jīng)緯儀測(cè)試機(jī)的軸線系統(tǒng)在幾何結(jié)構(gòu)上與待測(cè)試的經(jīng)緯儀的軸線系統(tǒng)對(duì)應(yīng)，產(chǎn)生具有垂直軸線101和水平軸線102的基本公共的軸線系統(tǒng)。以照準(zhǔn)儀103和望遠(yuǎn)鏡105的形式示意性地表示經(jīng)緯儀，該照準(zhǔn)儀103可相對(duì)經(jīng)緯儀的下部104圍繞垂直軸線101轉(zhuǎn)動(dòng)，望遠(yuǎn)鏡105可圍繞水平軸線102傾斜并具有觀測(cè)軸線106。由于消除了待檢查的經(jīng)緯儀和經(jīng)緯儀測(cè)試機(jī)的軸線系統(tǒng)的絕對(duì)定心，所以通過可圍繞水平軸線102樞轉(zhuǎn)的自動(dòng)準(zhǔn)直儀107將角度測(cè)量系統(tǒng)、經(jīng)緯儀測(cè)試機(jī)的法線和經(jīng)緯儀的分度耦合。通過準(zhǔn)直束113經(jīng)由固定在望遠(yuǎn)鏡105上的平面鏡附件108實(shí)現(xiàn)耦合。由于經(jīng)緯儀測(cè)試機(jī)和經(jīng)緯儀滿足軸線(101、102、106)的正交條件，所以所有的軸線系統(tǒng)在自動(dòng)準(zhǔn)直設(shè)置中共線。根據(jù)經(jīng)緯儀的設(shè)計(jì)，水平和垂直檢查的順序不同。在水平檢查中，待檢查的經(jīng)緯儀的照準(zhǔn)儀103大致保持固定并且機(jī)械連接到角度法線的下部104圍繞垂直軸線101轉(zhuǎn)動(dòng)。在通過使經(jīng)緯儀的下部104相對(duì)基本固定的照準(zhǔn)儀103轉(zhuǎn)動(dòng)而對(duì)測(cè)試角進(jìn)行粗略設(shè)置之后，通過高精度地同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)下部104和照準(zhǔn)儀103并且隨意地輕微樞轉(zhuǎn)自動(dòng)準(zhǔn)直儀107而進(jìn)行自動(dòng)準(zhǔn)直，由此定位經(jīng)緯儀和法線，從而對(duì)測(cè)試角進(jìn)行微調(diào)。水平位置由經(jīng)緯儀測(cè)試機(jī)的精度很高的水平分度109和經(jīng)緯儀的水平分度110確定并且進(jìn)行比較。通過在公共垂直面內(nèi)圍繞水平軸線102并因此圍繞待檢查的經(jīng)緯儀樞轉(zhuǎn)自動(dòng)準(zhǔn)直儀107而實(shí)現(xiàn)垂直檢查。經(jīng)緯儀的望遠(yuǎn)鏡105也近似轉(zhuǎn)動(dòng)通過特定角。在隨后的自動(dòng)準(zhǔn)直調(diào)整之后，自動(dòng)準(zhǔn)直儀107的垂直位置由經(jīng)緯儀測(cè)試機(jī)的精度很高的垂直分度111確定，望遠(yuǎn)鏡105的垂直位置由經(jīng)緯儀的垂直分度112確定，并將所述位置進(jìn)行比較。
圖2表示已知的具有垂直軸線121和水平軸線122的經(jīng)緯儀測(cè)試機(jī)的設(shè)備設(shè)計(jì)。該設(shè)計(jì)在μ范圍內(nèi)的穩(wěn)定性需求方面與3D坐標(biāo)測(cè)量機(jī)等同，這就是將花崗巖框架123用作軸線系統(tǒng)保持器的原因。整個(gè)機(jī)器擱在混凝土底座(未示出)上并且直立在裝有空調(diào)的室內(nèi)。在底座123′上固定有水平測(cè)量部分124，其類似于精度轉(zhuǎn)盤，通過滾珠軸承125安裝，并可通過水平驅(qū)動(dòng)器126圍繞垂直軸線121轉(zhuǎn)動(dòng)。水平測(cè)量部分124還具有水平角度傳感器127。用于保持待檢查的經(jīng)緯儀130的三角架129安裝在水平測(cè)量部分124上。通過滑環(huán)系統(tǒng)(未示出)建立附屬經(jīng)緯儀130的電連接。垂直測(cè)量部分131具有測(cè)量電橋134，其可圍繞水平軸線122樞轉(zhuǎn)并可通過垂直驅(qū)動(dòng)器132驅(qū)動(dòng)，垂直測(cè)量部分131具有垂直角度傳感器133并承載電子自動(dòng)準(zhǔn)直儀135。叉狀驅(qū)動(dòng)器136也設(shè)在測(cè)量電橋134上，其用于停止經(jīng)緯儀130的望遠(yuǎn)鏡137。因此，望遠(yuǎn)鏡137的垂直位置大致符合自動(dòng)準(zhǔn)直儀135的垂直位置。然而，由于驅(qū)動(dòng)器136相對(duì)于望遠(yuǎn)鏡137具有游隙，所以驅(qū)動(dòng)器136和望遠(yuǎn)鏡137在測(cè)量電橋134的微調(diào)期間分離。同樣地，驅(qū)動(dòng)器136在通過水平測(cè)量部分124進(jìn)行水平調(diào)整的情況下用作止動(dòng)件。由于(特別是在水平位置中)可能歪曲測(cè)量的高彎曲運(yùn)動(dòng)作用在測(cè)量電橋134的結(jié)構(gòu)上，所以較重的測(cè)量電橋134的穩(wěn)定性是很關(guān)鍵的。U形測(cè)量電橋134通過呈預(yù)張緊的球軸承/套筒軸承形式的傾斜軸線軸承138安裝在花崗巖框架123的兩側(cè)，從而可圍繞水平軸線122轉(zhuǎn)動(dòng)。為了減輕測(cè)量電橋134和電子自動(dòng)準(zhǔn)直儀135自身超過12kg的重量施加在這些傾斜軸線軸承138上的徑向力，機(jī)器具有附加的重量補(bǔ)償系統(tǒng)。整個(gè)測(cè)量電橋134在重心處由外軸承架139支承，該外軸承架139還承載配重140并承受驅(qū)動(dòng)力。該軸承架139在其自身單獨(dú)的軸承架軸承141上轉(zhuǎn)動(dòng)。自動(dòng)準(zhǔn)直調(diào)整由經(jīng)緯儀測(cè)試機(jī)的自動(dòng)準(zhǔn)直儀135實(shí)現(xiàn)，該自動(dòng)準(zhǔn)直儀135將準(zhǔn)直光束投射到平面鏡附件142上，該平面鏡附件安裝在經(jīng)緯儀130的望遠(yuǎn)鏡137上并與望遠(yuǎn)鏡137的觀測(cè)軸線方向垂直。鏡附件142通過套筒(未示出)固定在望遠(yuǎn)鏡137上。因此，可以將鏡附件142安裝成大致垂直于望遠(yuǎn)鏡137的光軸并因此垂直于觀測(cè)軸線。鏡附件142將準(zhǔn)直光束反射入經(jīng)緯儀測(cè)試機(jī)的自動(dòng)準(zhǔn)直儀135中。光束在自動(dòng)準(zhǔn)直儀135的焦點(diǎn)處投射到呈四分儀二極管形式的位置檢測(cè)器(未示出)上并在那里產(chǎn)生光點(diǎn)。自動(dòng)準(zhǔn)直儀135的分辨率大約為0.01mgon。具有經(jīng)緯儀130的水平測(cè)量部分124和具有自動(dòng)準(zhǔn)直儀135的測(cè)量電橋134分別由水平驅(qū)動(dòng)器126和垂直驅(qū)動(dòng)器132精確移動(dòng)，直到光點(diǎn)出現(xiàn)在自動(dòng)準(zhǔn)直儀135的位置檢測(cè)器的中央，其中所述驅(qū)動(dòng)器具有可用脈沖寬度調(diào)制進(jìn)行觸發(fā)的15V直流電機(jī)。另外，比例為1∶9的粗略/精細(xì)縮小(未示出)可以獲得所需的控制回路的高精度定位，該控制回路包括電子自動(dòng)準(zhǔn)直儀135、含有控制軟件的計(jì)算機(jī)(未示出)和機(jī)械驅(qū)動(dòng)器126和132。因此在自動(dòng)準(zhǔn)直調(diào)整之后，經(jīng)緯儀130和經(jīng)緯儀測(cè)試機(jī)的軸線系統(tǒng)大致共線。計(jì)算機(jī)執(zhí)行測(cè)量順序的控制、目標(biāo)調(diào)整的管理和測(cè)量結(jié)果的評(píng)估。
下面描述垂直測(cè)量過程和水平測(cè)量過程的順序。在安裝待檢查的經(jīng)緯儀130之前，將測(cè)量電橋134置于近似水平的位置，從而自動(dòng)準(zhǔn)直儀135近似位于從頂點(diǎn)測(cè)量的垂直位置100gon處，垂直軸線121指向頂點(diǎn)。經(jīng)緯儀130固定在水平測(cè)量部分124的三角架129上，且垂直軸線指向垂直方向，因此經(jīng)緯儀130的垂直軸線和經(jīng)緯儀測(cè)試機(jī)的垂直軸線121最大可能地重合并至少共線。平面鏡附件142由套筒固定在經(jīng)緯儀130的望遠(yuǎn)鏡137的物鏡上。望遠(yuǎn)鏡137樞轉(zhuǎn)進(jìn)入測(cè)量電橋134的叉狀驅(qū)動(dòng)器136內(nèi)。在測(cè)量開始時(shí)，測(cè)量電橋134向從頂點(diǎn)測(cè)量的垂直位置260gon(垂直測(cè)量范圍的起點(diǎn))運(yùn)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)器136在該運(yùn)動(dòng)中承載經(jīng)緯儀130的望遠(yuǎn)鏡137與其一起。通過隨后的自動(dòng)準(zhǔn)直調(diào)整，自動(dòng)準(zhǔn)直儀135通過對(duì)測(cè)量電橋134和水平測(cè)量部分124的精度調(diào)整與固定在望遠(yuǎn)鏡137上的鏡附件142對(duì)準(zhǔn)。由于驅(qū)動(dòng)器136和望遠(yuǎn)鏡137之間的游隙，望遠(yuǎn)鏡137在自動(dòng)準(zhǔn)直調(diào)整期間并未被驅(qū)動(dòng)器136置于調(diào)整之外。在該自動(dòng)準(zhǔn)直調(diào)整之后，經(jīng)緯儀130和經(jīng)緯儀測(cè)試機(jī)的角度值由計(jì)算機(jī)登記并存儲(chǔ)。在260gon情況下，垂直角度之間的差是用于各垂直位置的經(jīng)緯儀的誤差。由此完成第一測(cè)量點(diǎn)的測(cè)量。針對(duì)下一個(gè)測(cè)量點(diǎn)的測(cè)量，經(jīng)緯儀測(cè)試機(jī)的垂直驅(qū)動(dòng)器132移動(dòng)測(cè)量電橋134，并且通過驅(qū)動(dòng)器136還使經(jīng)緯儀130的望遠(yuǎn)鏡137移動(dòng)經(jīng)過15gon至垂直位置275gon。下面根據(jù)上述方案開始對(duì)第二測(cè)量點(diǎn)的測(cè)量。這樣，完成直到垂直位置140gon的垂直測(cè)量，忽略了在頂點(diǎn)附近380至20gon的范圍，這是因?yàn)樵谠摲秶鷥?nèi)試件和經(jīng)緯儀測(cè)試機(jī)軸線可能的偏移幾乎不能校正或者不能由經(jīng)緯儀測(cè)試機(jī)的水平驅(qū)動(dòng)器126校正。這是因?yàn)樵谧詣?dòng)準(zhǔn)直儀135的位置檢測(cè)器上的光點(diǎn)相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)垂直角的水平運(yùn)動(dòng)與測(cè)量電橋134的水平位置和實(shí)際位置之間的角度切線相連。在垂直檢查結(jié)束后，將測(cè)量電橋134移動(dòng)至垂直位置100gon并且開始對(duì)經(jīng)緯儀130水平分度的探查。通過水平測(cè)量部分124、經(jīng)緯儀130的下部143和照準(zhǔn)儀144一起移動(dòng)直到經(jīng)緯儀130的望遠(yuǎn)鏡137碰到叉狀驅(qū)動(dòng)器136的止動(dòng)件并被阻止，使得照準(zhǔn)儀144停止并只有下部143向前移動(dòng)，從而使經(jīng)緯儀130沿一個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)。一旦經(jīng)緯儀130到達(dá)所需的水平角度位置，水平測(cè)量部分124就沿相反方向輕微轉(zhuǎn)動(dòng)，使得望遠(yuǎn)鏡137遠(yuǎn)離驅(qū)動(dòng)器136轉(zhuǎn)動(dòng)，并且因此在自動(dòng)準(zhǔn)直調(diào)整期間沒有機(jī)械制動(dòng)妨礙調(diào)整過程。在自動(dòng)準(zhǔn)直調(diào)整之后，與垂直測(cè)量類似地記錄測(cè)量值。在水平探查中，測(cè)量沿周向均勻分布的大約35個(gè)點(diǎn)。在整個(gè)水平和垂直檢查過程完成之后，對(duì)存儲(chǔ)的角度對(duì)進(jìn)行評(píng)估。
這種已知的經(jīng)緯儀測(cè)試機(jī)存在很多至今未能充分解決的缺點(diǎn)和問題。由于支承自動(dòng)準(zhǔn)直儀的測(cè)量電橋在水平位置受到來自其自身重量和自動(dòng)準(zhǔn)直儀重量的高彎曲力矩，所以測(cè)量電橋必須具有穩(wěn)定的設(shè)計(jì)從而盡可能避免任何歪曲測(cè)量的測(cè)量電橋的變形。然而，測(cè)量電橋的重量不應(yīng)太高，因?yàn)樵谔囟ü顑?nèi)，在花崗巖框架上支承測(cè)量電橋的高精度傾斜軸線軸承的承載能力是非常有限的。由于靜力的原因，特別是為了避免變形且盡可能少地在傾斜軸線軸承上加載，傾斜軸線軸承在兩側(cè)上呈U形形狀看起來是有利的，而這又需要一對(duì)支柱花崗巖框架。由于呈預(yù)張緊的球軸承/套筒軸承形式的傾斜軸線軸承的承載能力有限，所以測(cè)量電橋的高重量也需要復(fù)雜的重量補(bǔ)償系統(tǒng)，這會(huì)進(jìn)一步增加經(jīng)緯儀測(cè)試機(jī)的總重量。由于在兩側(cè)上的傾斜軸線軸承并包圍測(cè)量電橋所需的實(shí)心花崗巖框架、測(cè)量電橋的U形形狀和重量補(bǔ)償系統(tǒng)嚴(yán)重限制了待檢查的經(jīng)緯儀的可接近性，這在調(diào)整工作期間和試件較大的情況下尤其是一個(gè)障礙。首先因?yàn)槌^了標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)樓板的負(fù)載容限，其次因?yàn)榻?jīng)緯儀測(cè)試機(jī)不能通過標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)驗(yàn)室門進(jìn)行運(yùn)輸，所以已知的經(jīng)緯儀測(cè)試機(jī)的實(shí)心結(jié)構(gòu)和重量妨礙了廣泛的潛在使用。由于將傾斜軸線軸承設(shè)置在兩側(cè)上，且傾斜軸線軸承的誤調(diào)總是作用在相對(duì)的傾斜軸線軸承上，導(dǎo)致只有在付出很大的努力進(jìn)行調(diào)整時(shí)才能滿足高精度要求，所以各傾斜軸線軸承的無應(yīng)力和精確調(diào)整由于測(cè)定上的靜力的原因而存在很大問題。由于應(yīng)盡可能避免鏡平面相對(duì)于目標(biāo)軸線的偏差，所以鏡附件在望遠(yuǎn)鏡上的穩(wěn)定安裝也很關(guān)鍵，并且需要付出很大的努力才能將鏡附件精確對(duì)準(zhǔn)。不同的望遠(yuǎn)鏡的幾何結(jié)構(gòu)和經(jīng)緯儀的模型范圍需要不同的鏡附件套筒。由于通過鏡附件形成用于整個(gè)測(cè)量順序的基準(zhǔn)結(jié)構(gòu)，所以只能檢查角度傳感器和經(jīng)緯儀的軸線。因此不能考慮到望遠(yuǎn)鏡光學(xué)系統(tǒng)中的誤差。通過所用的自動(dòng)準(zhǔn)直儀僅能檢測(cè)鏡附件的對(duì)準(zhǔn)，而不能檢測(cè)望遠(yuǎn)鏡光學(xué)系統(tǒng)的各結(jié)構(gòu)的位置和品質(zhì)，例如圖像記錄區(qū)或管線的分光體的各鏡頭的品質(zhì)或?qū)?zhǔn)。由于鏡附件使望遠(yuǎn)鏡光學(xué)系統(tǒng)不清楚，所以不能檢查任何結(jié)合在經(jīng)緯儀中的激光測(cè)距儀。另外，不能使用已知的經(jīng)緯儀測(cè)試機(jī)校準(zhǔn)經(jīng)緯儀中的測(cè)斜儀。新式的且更精確的經(jīng)緯儀的發(fā)展還需要更高精度的經(jīng)緯儀測(cè)試機(jī)。
SU 763682 A公開了一種用于檢查測(cè)地設(shè)備的手動(dòng)操作裝置，其特別地具有可在垂直面內(nèi)圍繞轉(zhuǎn)動(dòng)軸線傾斜的觀測(cè)裝置。具有目鏡測(cè)微計(jì)的焦距較長(zhǎng)的固定校準(zhǔn)準(zhǔn)直儀位于工作臺(tái)上的框架上，這樣準(zhǔn)直儀軸線與待勘測(cè)設(shè)備的觀測(cè)裝置的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線(傾斜軸線)重合，該待勘測(cè)設(shè)備同樣安裝在工作臺(tái)上。待勘測(cè)設(shè)備可通過不能轉(zhuǎn)動(dòng)的提升裝置而傾斜并水平對(duì)準(zhǔn)。在校準(zhǔn)準(zhǔn)直儀和待勘測(cè)設(shè)備之間設(shè)有轉(zhuǎn)動(dòng)塊，其安裝在一側(cè)上，作為用于垂直角檢查的測(cè)量框架，并且其轉(zhuǎn)動(dòng)軸線與準(zhǔn)直儀軸線(因此特別地與待勘測(cè)設(shè)備的傾斜軸線)重合，并且其具有允許準(zhǔn)直光束通過的通道。配備有多個(gè)配重的重轉(zhuǎn)動(dòng)塊包括光學(xué)系統(tǒng)，該光學(xué)系統(tǒng)通過最初以一定偏移量平行移位的方式使光束偏轉(zhuǎn)，并且不小于待檢查的最大設(shè)備的外形尺寸，然后該光學(xué)系統(tǒng)使已經(jīng)在平行偏移面中平行偏移90°的光束偏轉(zhuǎn)，通過在偏移光束軸線與待勘測(cè)設(shè)備可傾斜觀測(cè)裝置的垂直平面相交的位置處的五棱鏡實(shí)現(xiàn)該偏轉(zhuǎn)。在轉(zhuǎn)動(dòng)塊光學(xué)系統(tǒng)的第一反射面上設(shè)有小的開口，部分準(zhǔn)直光束可通過該開口而不發(fā)生反射或偏轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)動(dòng)塊配備有高精度的緣和角度讀取裝置。如果待勘測(cè)設(shè)備是經(jīng)緯儀，則可以通過旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)塊來通過該裝置檢查經(jīng)緯儀的垂直角測(cè)量裝置并生成數(shù)學(xué)誤差校正函數(shù)。由于經(jīng)緯儀固定，所以僅通過經(jīng)緯儀望遠(yuǎn)鏡的透視力可進(jìn)行不超過四個(gè)水平角的水平角度校正，因此不可能獲得連續(xù)的水平角度校正函數(shù)。通過使用者用眼睛觀察經(jīng)緯儀望遠(yuǎn)鏡中的準(zhǔn)直儀網(wǎng)(collimator net)或準(zhǔn)直儀望遠(yuǎn)鏡中的經(jīng)緯儀網(wǎng)(theodolite net)并手動(dòng)調(diào)整軸線，從而執(zhí)行經(jīng)緯儀望遠(yuǎn)鏡與轉(zhuǎn)動(dòng)塊的對(duì)準(zhǔn)，反之亦然。通過設(shè)置工作臺(tái)上的校準(zhǔn)棱鏡或多角鏡，并測(cè)量在轉(zhuǎn)動(dòng)塊的不同位置處裝置的光軸的位置不變性，來借助準(zhǔn)直儀的自動(dòng)準(zhǔn)直儀目鏡進(jìn)行整個(gè)裝置的校準(zhǔn)。由于該裝置具有用于經(jīng)緯儀的不可轉(zhuǎn)動(dòng)的保持器裝置，所以不可能在一個(gè)測(cè)量過程中檢查多個(gè)水平角。因此，不可能確定由多重水平角測(cè)量獲得的校正函數(shù)，并將所述校正函數(shù)存儲(chǔ)在電子經(jīng)緯儀中用于自動(dòng)誤差校正。因?yàn)閮H僅是準(zhǔn)直儀網(wǎng)或經(jīng)緯儀網(wǎng)用作檢查的基準(zhǔn)，所以不可能在對(duì)準(zhǔn)和位置方面檢查或校準(zhǔn)各個(gè)結(jié)構(gòu)，例如鏡頭表面、分光體、圖像記錄區(qū)或激光測(cè)距儀。因?yàn)樵谠撗b置中校準(zhǔn)準(zhǔn)直儀以準(zhǔn)直儀軸線與設(shè)備轉(zhuǎn)動(dòng)軸線或傾斜軸線重合的方式遠(yuǎn)離待勘測(cè)設(shè)備設(shè)置，所以必須在轉(zhuǎn)動(dòng)塊中設(shè)置對(duì)誤差敏感并包括多個(gè)鏡子的復(fù)雜光束引導(dǎo)系統(tǒng)。這降低了轉(zhuǎn)動(dòng)塊的扭轉(zhuǎn)剛度和抗撓強(qiáng)度，并且由于需要較重的配重而增加了轉(zhuǎn)動(dòng)塊的和整個(gè)裝置的重量。因此，由于該系統(tǒng)自身的原因，所以不可能用所公開的設(shè)備滿足低至小于0.5″或0.15mgon的很高的精度要求。然而，由于可從三個(gè)側(cè)面接近設(shè)備，所以該裝置的顯著特征在于待檢查設(shè)備的易接近性。用所公開的裝置不可能實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)的校準(zhǔn)過程。
一方面對(duì)于緊湊且較輕的測(cè)試設(shè)備(該測(cè)試設(shè)備允許完全自動(dòng)的測(cè)量過程)設(shè)計(jì)、更好的試件可接近性、測(cè)試設(shè)備更寬的使用范圍和更簡(jiǎn)單容易的調(diào)整的需求和另一方面對(duì)更高精度測(cè)量的要求構(gòu)成了至今未充分解決的目標(biāo)沖突。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種高精度的、通用的、穩(wěn)定且易于調(diào)整的設(shè)備，用于檢查或校準(zhǔn)高精度試件的角相關(guān)對(duì)準(zhǔn)，該設(shè)備的設(shè)計(jì)可獲得試件良好的可接近性，并易于實(shí)現(xiàn)對(duì)高精度試件角相關(guān)對(duì)準(zhǔn)的可靠、穩(wěn)定的自動(dòng)檢查或校準(zhǔn)，并克服一般類型測(cè)試機(jī)的缺點(diǎn)。
通過實(shí)現(xiàn)獨(dú)立權(quán)利要求的特征來實(shí)現(xiàn)該目的。從屬權(quán)利要求中描述了以替代或有利形式進(jìn)一步發(fā)展本發(fā)明的特征。
本發(fā)明基于這樣的概念，即，通過一側(cè)或中央軸承結(jié)構(gòu)和測(cè)量部分的基本形狀以及附加光學(xué)單元的使用來實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)有技術(shù)相比的實(shí)質(zhì)改進(jìn)，所述測(cè)量部分夾持試件周圍或包圍試件，并特別地在其主要部分關(guān)于測(cè)量部分軸線軸向、鏡面或旋轉(zhuǎn)對(duì)稱。
下面概括描述根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備。在附圖和附圖描述后描述可能的具體示例性實(shí)施例。
用于檢查或校準(zhǔn)高精度試件基準(zhǔn)結(jié)構(gòu)的角相關(guān)對(duì)準(zhǔn)的設(shè)備具有底座，其作為用于檢查或校準(zhǔn)過程的穩(wěn)定基座。該底座呈石頭座身或金屬座身的形式或由至少一種其它的合適材料制成或由例如用作基座的支柱構(gòu)成的座身的形式。該底座具有例如L狀的基本結(jié)構(gòu)。用于保持試件的保持部分安裝成可通過高精度軸承相對(duì)底座圍繞保持部分軸線(沿垂直方向延伸)轉(zhuǎn)動(dòng)。保持部分可以呈例如具有支架的精密轉(zhuǎn)盤的形式，該支架可通過三角架任意調(diào)整并用于保持試件。可例如通過帶有動(dòng)態(tài)或靜態(tài)分度的角度編碼器來高精度地測(cè)量保持部分相對(duì)于底座圍繞保持部分軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)角(下面稱為保持部分的轉(zhuǎn)動(dòng)角)。如果需要保持部分或支架的精確絕對(duì)垂直對(duì)準(zhǔn)以用于檢查或校準(zhǔn)，那么還可以在保持部分中結(jié)合傾斜傳感器。另外，可以使用用于使保持部分或整個(gè)底座傾斜的裝置。這些用于傾斜的裝置可用于精確的垂直對(duì)準(zhǔn)，特別是試件保持部分的垂直對(duì)準(zhǔn)，或者用于檢查試件的傾斜傳感器。在需要電壓供應(yīng)或傳輸測(cè)定值的電子試件的情況中，可轉(zhuǎn)動(dòng)安裝的保持部分還可任選地配備用于電連接的裝置，例如滑環(huán)或滾環(huán)系統(tǒng)，從而允許底座和試件之間的電連接。當(dāng)然，也可以改為使用例如藍(lán)牙、紅外系統(tǒng)或類似系統(tǒng)的無線電發(fā)射系統(tǒng)。
該設(shè)備還包括測(cè)量部分，其安裝為能夠相對(duì)底座圍繞與保持部分軸線垂直相交的測(cè)量部分軸線轉(zhuǎn)動(dòng)?？梢岳缤ㄟ^帶有動(dòng)態(tài)或靜態(tài)分度的角度編碼器來高精度地測(cè)量測(cè)量部分圍繞測(cè)量部分軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)角。測(cè)量部分的基本形狀形成為使得測(cè)量部分能夠通過關(guān)于測(cè)量部分軸線大致鏡面對(duì)稱或軸向?qū)ΨQ(例如套筒狀)的構(gòu)造從至少兩側(cè)夾持試件周圍，或者通過大致旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的結(jié)構(gòu)完全包圍所述試件。測(cè)量部分至少可在某一角度范圍內(nèi)獨(dú)立于試件轉(zhuǎn)動(dòng)。測(cè)量部分這種環(huán)繞或包圍、至少部分對(duì)稱的構(gòu)造具有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。由于測(cè)量部分的重心接近測(cè)量部分軸線或位于該軸線上，所以可省去附加的重量補(bǔ)償。因此，減輕了測(cè)量部分的驅(qū)動(dòng)，并大大降低了彎曲載荷和扭轉(zhuǎn)載荷，從而由于較小的容差而顯著增加了測(cè)量的精度。測(cè)量部分的這種設(shè)計(jì)的另一優(yōu)點(diǎn)是可以在測(cè)量部分的測(cè)量平面內(nèi)，尤其是在相對(duì)于試件的相對(duì)側(cè)上設(shè)置多個(gè)測(cè)量元件。這使得能夠?qū)崿F(xiàn)許多新穎的測(cè)量方法，通過這些方法可以進(jìn)一步增加測(cè)量的精度。
至少一個(gè)具有光學(xué)檢測(cè)器的光學(xué)單元設(shè)置在測(cè)量部分上。該光學(xué)單元用于接收至少一個(gè)試件光束，該試件光束與試件的基準(zhǔn)結(jié)構(gòu)相互作用并大致處于測(cè)量平面內(nèi)，測(cè)量部分軸線垂直通過該平面且保持部分軸線位于該測(cè)量平面內(nèi)。所以，試件光束在檢測(cè)器上產(chǎn)生至少一個(gè)點(diǎn)。試件光束能夠由透鏡系統(tǒng)成形而直接投射到檢測(cè)器上，或者由光學(xué)偏轉(zhuǎn)元件(例如反射單元或光纖)沿光學(xué)單元和檢測(cè)器的方向偏轉(zhuǎn)或引導(dǎo)，從而能夠間接投射到檢測(cè)器上。通過使用這種光學(xué)偏轉(zhuǎn)元件，可以將光學(xué)單元設(shè)在測(cè)量平面外部，可能設(shè)在測(cè)量部分的子元件上。與試件基準(zhǔn)結(jié)構(gòu)相互作用的試件光束通常理解成直接或間接與試件的至少一個(gè)基準(zhǔn)結(jié)構(gòu)或者與試件基準(zhǔn)結(jié)構(gòu)相連的至少一個(gè)部件(可能安裝在試件上，例如由鏡附件形成)相互作用、并且/或者從該部分發(fā)出的光束(例如一束光線)。因此試件光束不必直接從試件的該基準(zhǔn)結(jié)構(gòu)發(fā)出，而是可以從安裝在試件基準(zhǔn)結(jié)構(gòu)上的輔助元件發(fā)出以用于完成測(cè)量過程。例如通過反射、散射、折射、光束成形、阻擋、過濾或光束生成而發(fā)生試件光束與基準(zhǔn)結(jié)構(gòu)或與基準(zhǔn)結(jié)構(gòu)相連的部件之間的相互作用。
術(shù)語“試件”表示待檢查或調(diào)整的作為整體的元件，例如大地測(cè)量?jī)x器、多角鏡單元或機(jī)械高精度部分，該元件未安裝有用于完成測(cè)量過程的輔助元件，例如鏡附件。基準(zhǔn)結(jié)構(gòu)表示待特定檢查角度對(duì)準(zhǔn)或其品質(zhì)的試件結(jié)構(gòu)。它可以是例如體、面、邊或點(diǎn)。在試件具有精確對(duì)準(zhǔn)或相對(duì)于基面精確對(duì)準(zhǔn)的鏡面的情況下，基準(zhǔn)結(jié)構(gòu)例如由該鏡面形成。在試件呈經(jīng)緯儀形式的情況下，試件的基準(zhǔn)結(jié)構(gòu)例如表現(xiàn)為可水平和垂直轉(zhuǎn)動(dòng)或可傾斜的望遠(yuǎn)鏡的一部分。
保持部分和測(cè)量部分優(yōu)選為都可由電機(jī)驅(qū)動(dòng)。因此，光學(xué)單元的接收區(qū)基于試件通過保持部分和測(cè)量部分圍繞保持部分軸線或測(cè)量部分軸線的調(diào)整形成至少部分包圍試件的球狀表面。如果保持部分軸線指向垂直方向且因此測(cè)量部分軸線位于水平面內(nèi)，則可通過保持部分調(diào)整水平角并通過測(cè)量部分調(diào)整垂直角。
測(cè)量部分相對(duì)于底座的可轉(zhuǎn)動(dòng)安裝通過優(yōu)選呈空氣軸承形式的測(cè)量部分軸承單元實(shí)現(xiàn)，該空氣軸承設(shè)在測(cè)量平面的單側(cè)上或測(cè)量平面內(nèi)。由于只使用一個(gè)軸承單元，所以可高精度調(diào)整該軸承單元而不會(huì)導(dǎo)致安裝在測(cè)量平面另一側(cè)上或測(cè)量平面外的第二軸承單元由于靜力超定而彎曲。這使得能夠?qū)崿F(xiàn)精度特別高的測(cè)量。因?yàn)檩S承單元設(shè)在測(cè)量平面的一側(cè)并位于測(cè)量平面的單側(cè)上或者設(shè)在測(cè)量平面中央并位于測(cè)量平面內(nèi)，所以可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)測(cè)量設(shè)備更加緊湊、尤其更窄的設(shè)計(jì)，并充分提供更好的試件可接近性，整個(gè)設(shè)備的測(cè)量精度也由于空氣軸承的特性而進(jìn)一步提高?，F(xiàn)有技術(shù)中同時(shí)公開了徑向、軸向空氣軸承和柱形、U形、角形或平面空氣軸承的不同改進(jìn)?？諝廨S承必須設(shè)計(jì)成使得能夠考慮到設(shè)備在施加在軸承上的力的作用下所需的容差，確保測(cè)量部分圍繞測(cè)量部分軸線的高精度安裝，并且剛度和衰減都符合要求?，F(xiàn)有技術(shù)中還公開了空氣軸承的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)?？諝廨S承形式的軸承單元應(yīng)理解成可以表示單一軸承的結(jié)構(gòu)，也可以表示呈軸承單元形式的多個(gè)(尤其是夾緊的)軸承的結(jié)構(gòu)。當(dāng)然，可以使用傳統(tǒng)的滑動(dòng)軸承或滾動(dòng)軸承或可以用磁性軸承代替空氣軸承。然而在某些情況下，不可能實(shí)現(xiàn)在空氣軸承情況下那樣小的容差。
另外，還可以將保持部分的高精度軸承形成為空氣軸承。
測(cè)量部分任選形成為使得除了光學(xué)單元之外，在測(cè)量部分相對(duì)于測(cè)量部分軸線與光學(xué)單元相對(duì)的一側(cè)上設(shè)置附加光學(xué)單元。該附加光學(xué)單元可以呈例如附加發(fā)射體、附加鏡、附加自動(dòng)準(zhǔn)直儀或附加照相機(jī)的形式。在


中將發(fā)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的測(cè)量部分的可能實(shí)施例。
控制/管理單元控制該設(shè)備，具體地，通過保持部分和測(cè)量部分的電機(jī)操作調(diào)節(jié)而進(jìn)行光學(xué)單元相對(duì)于試件基準(zhǔn)結(jié)構(gòu)的電機(jī)操作對(duì)準(zhǔn)作為由檢測(cè)器上的試件光束產(chǎn)生的至少一個(gè)點(diǎn)位置的函數(shù)，具體地，并且或另選地作為附加光學(xué)單元的信號(hào)函數(shù)。所需的測(cè)量數(shù)據(jù)，尤其是角度編碼器的數(shù)據(jù)可以存儲(chǔ)和/或評(píng)估?？刂?管理單元可以是例如具有合適端口的個(gè)人電腦、控制器或智能傳感器和致動(dòng)器的組合、與數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)相連的PLC(可編程邏輯控制器)或計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的形式。
特別在試件的待關(guān)于其角度對(duì)準(zhǔn)進(jìn)行檢查或校準(zhǔn)的基準(zhǔn)結(jié)構(gòu)可相對(duì)余下的試件調(diào)整的情況下，例如在經(jīng)緯儀的角度編碼器待檢查的情況下，設(shè)在例如底座上的操作機(jī)械手用于調(diào)整基準(zhǔn)結(jié)構(gòu)，例如經(jīng)緯儀望遠(yuǎn)鏡的基準(zhǔn)結(jié)構(gòu)。因此可以在短的測(cè)試時(shí)間內(nèi)同時(shí)調(diào)整測(cè)試部分的光學(xué)單元和基準(zhǔn)結(jié)構(gòu)，并確定角度偏差(尤其是試件的角度編碼器的角度偏差)。
為了檢查試件的熱性能，可以使用熱發(fā)射體，該發(fā)射體設(shè)置成使得可至少?gòu)囊粋?cè)加熱試件，從而能夠模擬例如日光和相關(guān)的熱變形的影響。
上述根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備可以用于不同的測(cè)試方法。上述在現(xiàn)有技術(shù)中公開的測(cè)試方法是一個(gè)可能的測(cè)試方法，其用于經(jīng)緯儀測(cè)試機(jī)中并且其中輔助鏡用作基準(zhǔn)面。
然而，另外可以使用這樣一種方法，其中輻射由試件基準(zhǔn)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生或由所述基準(zhǔn)結(jié)構(gòu)關(guān)于輻射參數(shù)來修正，具體地通過反射、阻擋、過濾或成形來修正。該產(chǎn)生或修正的輻射形成上述試件光束。
在該方法中，首先將試件設(shè)置在保持部分上。跟著進(jìn)行光學(xué)單元和/或試件基準(zhǔn)結(jié)構(gòu)的預(yù)對(duì)準(zhǔn)，使得試件光束至少部分投射到檢測(cè)器上并在那里產(chǎn)生至少一個(gè)點(diǎn)。在對(duì)檢測(cè)器上的至少一個(gè)所述點(diǎn)的位置具體通過控制/管理單元進(jìn)行評(píng)估之后，通過控制/管理單元進(jìn)行光學(xué)單元相對(duì)于基準(zhǔn)結(jié)構(gòu)的微調(diào)，作為檢測(cè)器上至少一個(gè)點(diǎn)位置的函數(shù)，使得至少一個(gè)點(diǎn)到達(dá)某一基準(zhǔn)位置。然后至少確定保持部分的轉(zhuǎn)動(dòng)角和/或測(cè)量部分的轉(zhuǎn)動(dòng)角。所述試件光束由試件基準(zhǔn)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生或由所述基準(zhǔn)結(jié)構(gòu)關(guān)于輻射參數(shù)進(jìn)行修正(例如通過反射、散射、折射、阻擋、過濾或成形)的輻射形成。通過發(fā)射體產(chǎn)生輻射，該發(fā)射體例如呈熱發(fā)射體、發(fā)光體的形式或呈化學(xué)發(fā)射體或放射發(fā)射體的形式。由于投射到檢測(cè)器上的試件光束直接或間接從試件的基準(zhǔn)結(jié)構(gòu)形成并且不從輔助元件，例如輔助鏡產(chǎn)生，所以可非常精確地將基準(zhǔn)結(jié)構(gòu)相對(duì)光學(xué)單元對(duì)準(zhǔn)，反之亦然，這是因?yàn)楸苊饬擞捎谳o助元件相對(duì)于基準(zhǔn)結(jié)構(gòu)的對(duì)準(zhǔn)較差而引起的誤差。另外，可以選擇難以僅機(jī)械連接的基準(zhǔn)結(jié)構(gòu)(例如呈被照亮或自身照亮的標(biāo)記形式)，尤其是以可光學(xué)檢測(cè)的方式設(shè)置在透鏡系統(tǒng)中的元件。這些元件例如是透鏡系統(tǒng)中的透鏡、分度線、分光體或圖像記錄表面。
該方法尤其適于用來檢查或校準(zhǔn)配備有光學(xué)觀測(cè)單元的試件，特別是望遠(yuǎn)鏡，優(yōu)選為經(jīng)緯儀、水平或大地掃描儀，該光學(xué)觀測(cè)單元可圍繞垂直軸線并且任選地圍繞傾斜軸線進(jìn)行調(diào)整。由此可確定圍繞垂直軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)角，并且也可任選地確定圍繞傾斜軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)角。光學(xué)觀測(cè)單元確定觀測(cè)軸線并具有可光學(xué)檢測(cè)的標(biāo)記，例如分度線或光出口。試件的下部設(shè)在保持部分上，因此保持部分軸線大致與垂直軸線共線并且任選地測(cè)量部分軸線大致與傾斜軸線共線。在上述光學(xué)單元的預(yù)先對(duì)準(zhǔn)之前、之中或之后，進(jìn)行試件的觀測(cè)單元的預(yù)先對(duì)準(zhǔn)。通過確定圍繞垂直軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)角和/或任選地圍繞傾斜軸線的試件的轉(zhuǎn)動(dòng)角，可以通過分別比較設(shè)備保持部分的轉(zhuǎn)動(dòng)角和測(cè)量部分的轉(zhuǎn)動(dòng)角來進(jìn)行試件的檢查或校準(zhǔn)。
在可能的一般實(shí)施例中，由設(shè)在光學(xué)單元內(nèi)的發(fā)射體產(chǎn)生輻射。這里，光學(xué)單元除了發(fā)射體之外具有檢測(cè)器和透鏡系統(tǒng)，該透鏡系統(tǒng)用于使發(fā)射體發(fā)出的輻射成形并將試件光束聚焦到檢測(cè)器上。透鏡系統(tǒng)優(yōu)選具有可變的焦距。成形的輻射投射到待測(cè)試對(duì)準(zhǔn)的反射面上并由所述面反射，該反射面由試件的基準(zhǔn)結(jié)構(gòu)形成。由基準(zhǔn)結(jié)構(gòu)反射的輻射形成試件光束，其由基準(zhǔn)機(jī)構(gòu)相對(duì)于光學(xué)單元適當(dāng)對(duì)準(zhǔn)的透鏡系統(tǒng)成形，從而至少部分地投射到檢測(cè)器上，并且在精確對(duì)準(zhǔn)時(shí)在檢測(cè)器上的確定基準(zhǔn)位置產(chǎn)生至少一個(gè)點(diǎn)。
如果需要，反射基準(zhǔn)結(jié)構(gòu)可能涂覆有增強(qiáng)反射的涂層或薄膜。所使用的發(fā)射體例如是LED，其輻射通過光纖進(jìn)入透鏡系統(tǒng)的焦平面中。根據(jù)應(yīng)用，可將現(xiàn)有技術(shù)中公開的四分儀二極管、CCD圖像傳感器或其它檢測(cè)器用作檢測(cè)器。如果用作反射面的基準(zhǔn)結(jié)構(gòu)是平面，則由發(fā)射體發(fā)射的輻射優(yōu)選由光學(xué)單元的透鏡系統(tǒng)準(zhǔn)直，從而將試件光束同樣地準(zhǔn)直。在例如由試件的透鏡表面形成的凸或凹的基準(zhǔn)結(jié)構(gòu)的情況下，輻射另一方面根據(jù)曲率(特別是半徑)由光學(xué)單元的透鏡系統(tǒng)成形，具體是聚焦或散射。如果將具有抗反射涂層的透鏡用作基準(zhǔn)結(jié)構(gòu)，則在輻射光束路徑中使用附加濾光器是有利的。如果基準(zhǔn)結(jié)構(gòu)是透鏡系統(tǒng)中的透鏡，例如在觀測(cè)單元中的某一透鏡，則使用濾光器可能同樣有利。
基準(zhǔn)結(jié)構(gòu)也可以由在試件上或試件內(nèi)的可光學(xué)檢測(cè)的標(biāo)記形成，例如在試件觀測(cè)單元的光學(xué)系統(tǒng)中的分度線，輻射關(guān)于輻射參數(shù)進(jìn)行修正。具體地，這可以通過由發(fā)射體從試件光學(xué)觀測(cè)單元的物鏡或目鏡一側(cè)可任選地使用光纖、至少在設(shè)備微調(diào)期間照亮分度線來實(shí)現(xiàn)，該照明形成輻射。這里，通過觀測(cè)單元的物鏡將分度線聚焦到光學(xué)單元的檢測(cè)器上，從而在檢測(cè)器上產(chǎn)生至少一個(gè)點(diǎn)。這里，發(fā)射體可以同樣設(shè)在光學(xué)單元中，或者可以單獨(dú)容置，例如容置在附加光學(xué)單元中，該附加光學(xué)單元設(shè)在測(cè)量部分與光學(xué)單元相對(duì)于測(cè)量部分軸線相對(duì)的一側(cè)上。
另外，可以在試件的光學(xué)觀測(cè)單元外部省去發(fā)射體。這可以在分度線自身照明從而分度線本身產(chǎn)生輻射，或者如果分度線由設(shè)在光學(xué)觀測(cè)單元中的發(fā)射體照亮的情況下實(shí)現(xiàn)。優(yōu)選通過物鏡或目鏡將分度線聚焦到檢測(cè)器上?，F(xiàn)有技術(shù)中公開了例如呈發(fā)光體形式而自身照明的分度線。
如果試件是視頻經(jīng)緯儀，基準(zhǔn)機(jī)構(gòu)可以由經(jīng)緯儀的圖像記錄表面，尤其是CCD芯片形成，從而可以測(cè)量圖像記錄表面的定向和可能的錯(cuò)誤對(duì)準(zhǔn)。另外，可以檢查檢定焦距(camera constant)。
在經(jīng)緯儀望遠(yuǎn)鏡中的分光體也可用作基準(zhǔn)結(jié)構(gòu)，從而也可以通過該方法檢查分光體的正確角度對(duì)準(zhǔn)。
如果在試件中設(shè)置激光測(cè)距儀，則試件光束可由試件發(fā)出的激光測(cè)量光束形成。從而基準(zhǔn)結(jié)構(gòu)由激光二極管形成。在這種情況下，可以將試件光軸的對(duì)準(zhǔn)與激光測(cè)量光束軸的對(duì)準(zhǔn)進(jìn)行比較以檢測(cè)可能的偏差。
另外，可以通過利用設(shè)在試件觀測(cè)單元目鏡或物鏡一側(cè)上的發(fā)射體，將至少一部分觀測(cè)單元的結(jié)構(gòu)聚焦到檢測(cè)器上，來確定觀測(cè)單元光學(xué)系統(tǒng)內(nèi)的誤差。在可聚焦光學(xué)系統(tǒng)的情況下，也可以通過所述方法研究會(huì)聚透鏡的光路。
使用設(shè)在目鏡一側(cè)上的附加光學(xué)單元導(dǎo)致其它的可能性。像光學(xué)單元一樣，附加光學(xué)單元可能呈自動(dòng)準(zhǔn)直儀或照相機(jī)的形式，用于檢測(cè)相對(duì)于基準(zhǔn)結(jié)構(gòu)的對(duì)準(zhǔn)，該基準(zhǔn)結(jié)構(gòu)由目鏡本身或可從目鏡一側(cè)檢測(cè)的結(jié)構(gòu)形成?；蛘?，附加光學(xué)單元可以呈附加發(fā)射體的形式，該發(fā)射體發(fā)射具有一定光學(xué)特性的光束，尤其是呈一定圖案形式的三維構(gòu)成。在與試件的至少一個(gè)基準(zhǔn)結(jié)構(gòu)相互作用之后，該光束以試件光束的形式由相對(duì)的光學(xué)單元檢測(cè)。通過將由附加光學(xué)單元發(fā)射光束的光學(xué)特性(尤其是構(gòu)造)與光學(xué)單元接收到的試件光束的光學(xué)特性進(jìn)行比較，可以檢測(cè)任何在試件光學(xué)系統(tǒng)中的光學(xué)誤差(例如不夠好的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡品質(zhì))、任何的透鏡誤差、像差或扭曲和聚焦誤差。

下面借助附圖僅通過具體實(shí)施例形式的示例更加詳細(xì)地描述根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備。在附圖中，在某些情況下參照之前已經(jīng)描述的附圖的附圖標(biāo)記。具體地，圖3表示用于檢查或校準(zhǔn)高精度試件基準(zhǔn)結(jié)構(gòu)的角相關(guān)對(duì)準(zhǔn)的設(shè)備實(shí)施例的視圖，該設(shè)備具有安裝在一側(cè)上作為測(cè)量部分的測(cè)量搖臂；圖4表示具有安裝在一側(cè)上的作為測(cè)量部分的測(cè)量搖臂和操作機(jī)械手的設(shè)備的第一替代實(shí)施例的簡(jiǎn)化局部視圖；圖5表示具有安裝在一側(cè)上的作為測(cè)量部分的測(cè)量搖臂和操作機(jī)械手的設(shè)備的第二替代實(shí)施例的簡(jiǎn)化局部視圖；圖6表示具有安裝在一側(cè)上的作為測(cè)量部分的測(cè)量輪和操作機(jī)械手的設(shè)備的第三替代實(shí)施例的簡(jiǎn)化局部視圖；圖7表示具有安裝在測(cè)量平面中央的作為測(cè)量部分的測(cè)量環(huán)的設(shè)備的第四替代實(shí)施例的簡(jiǎn)化局部視圖；圖8表示光束路徑的示意圖，其中一反射平面作為試件的基準(zhǔn)結(jié)構(gòu)；圖9表示光束路徑的示意圖，其中一凸透鏡作為試件的基準(zhǔn)結(jié)構(gòu)；圖10表示光束路徑的示意圖，其中一分度線作為試件的基準(zhǔn)結(jié)構(gòu)；圖11表示光束路徑的示意圖，其中將光學(xué)觀測(cè)單元中的結(jié)構(gòu)聚焦至檢測(cè)器上。
具體實(shí)施例方式
圖3表示根據(jù)本發(fā)明設(shè)備的可能實(shí)施例。該設(shè)備包括擱在框架24上的花崗巖底座2。底座2由共同近似形成L形的多個(gè)部件構(gòu)成。具有保持部分3的水平測(cè)量單元5設(shè)在底座2上，該保持部分3可在電機(jī)動(dòng)力作用下圍繞指向垂直方向的保持部分軸線4高精度轉(zhuǎn)動(dòng)。可通過調(diào)整框架24而使整個(gè)設(shè)備傾斜，從而通過測(cè)斜儀(未示出)監(jiān)控傾斜度，因此保持部分軸線4精確指向垂直方向。通過呈空氣軸承形式的保持部分軸承單元27實(shí)現(xiàn)保持部分3的可轉(zhuǎn)動(dòng)安裝。通過第一角度編碼器(未示出)可高精度地測(cè)量在保持部分3與底座2之間的保持部分圍繞保持部分軸線4的轉(zhuǎn)動(dòng)角。呈經(jīng)緯儀形式的試件1具有呈望遠(yuǎn)鏡形式的光學(xué)觀測(cè)單元18，該光學(xué)觀測(cè)單元18可通過電機(jī)圍繞垂直軸線20轉(zhuǎn)動(dòng)，并可通過電機(jī)圍繞傾斜軸線21傾斜，該試件1與其試件下部19一起通過快速作用(fast-action)連接器26固定在保持部分3上，試件1的垂直軸線20與保持部分軸線4重合。另外呈U形測(cè)量軛形式的測(cè)量部分5可附加轉(zhuǎn)動(dòng)地設(shè)在底座2上，該測(cè)量部分5在示出的起始位置以鉗形包圍保持部分軸線4。該測(cè)量部分5由呈空氣軸承形式的測(cè)量部分軸承單元6軸向和徑向支承。測(cè)量部分5可在電機(jī)動(dòng)力作用下相對(duì)于底座2圍繞測(cè)量部分軸線7高精度轉(zhuǎn)動(dòng)，通過第二角度編碼器(未示出)可高精度地測(cè)量圍繞測(cè)量部分軸線7的測(cè)量部分在測(cè)量部分5與底座2之間的轉(zhuǎn)動(dòng)角。測(cè)量部分軸線7和傾斜軸線21位于公共平面中，保持部分軸線4和垂直軸線20垂直穿過該公共平面，穿過點(diǎn)形成試件1的傾斜軸線21和測(cè)量部分軸線7之間的交點(diǎn)。依賴于試件1相對(duì)于保持部分4的對(duì)準(zhǔn)，測(cè)量部分軸線7和傾斜軸線21可一個(gè)位于另一個(gè)上面設(shè)置，這種情況在圖3中示出。因此，可以圍繞公共軸線樞轉(zhuǎn)觀測(cè)單元18和測(cè)量部分5。測(cè)量部分軸承單元6是高精度空氣軸承，其允許測(cè)量部分5圍繞測(cè)量部分軸線7平緩而穩(wěn)定的樞轉(zhuǎn)同時(shí)保持很小的容差。由于測(cè)量部分軸承單元6設(shè)在測(cè)量平面11(測(cè)量部分軸線7垂直穿過該平面并且保持部分軸線4位于該平面中)單側(cè)上的底座2上，所以可以精確調(diào)整測(cè)量部分軸承單元6而不會(huì)引起由于靜力超定造成的軸承單元在測(cè)量平面11另一側(cè)上的扭曲。圖3示意性地表示測(cè)量平面11的較小部分。由于測(cè)量部分5關(guān)于測(cè)量部分軸線7大致軸向?qū)ΨQ的設(shè)計(jì)，因此測(cè)量部分5的重心落在測(cè)量部分軸線7后。因此，基本避免了彎曲載荷和扭曲載荷，并且減輕了測(cè)量部分5的驅(qū)動(dòng)，從而保持較低的容差并實(shí)現(xiàn)精度很高的測(cè)量。具有光學(xué)檢測(cè)器(圖3中未示出，見下)的光學(xué)單元8設(shè)在測(cè)量部分5上，光學(xué)單元8設(shè)在測(cè)量部分5上使得可通過檢測(cè)器接收從試件1(圖3中未示出，見下)方向到達(dá)的試件光束，該試件光束大致位于測(cè)量平面11中，測(cè)量部分軸線7垂直穿過該測(cè)量平面11并且保持部分軸線4位于測(cè)量平面11中。在圖3中，試件光束由設(shè)在觀測(cè)單元18(圖3中未示出)中的被照亮的分度線生成。在這種情況下，分度線是基準(zhǔn)結(jié)構(gòu)，其角度對(duì)準(zhǔn)有待檢查。這里，通過觀測(cè)單元18的物鏡16將被照亮的分度線聚焦在光學(xué)單元8的檢測(cè)器上，從而在檢測(cè)器上產(chǎn)生多重點(diǎn)。該圖像在檢測(cè)器上的位置隨著保持部分3圍繞保持部分軸線4的輕微轉(zhuǎn)動(dòng)、以及試件1圍繞垂直軸線20的輕微轉(zhuǎn)動(dòng)或者測(cè)量部分5圍繞測(cè)量部分軸線7的輕微轉(zhuǎn)動(dòng)、以及觀測(cè)單元18圍繞傾斜軸線21的輕微轉(zhuǎn)動(dòng)而改變。因此，在設(shè)備和試件1圍繞相應(yīng)軸線的電機(jī)動(dòng)力調(diào)整、隨后進(jìn)行由檢測(cè)器上的圖像位置控制的微調(diào)，并且比較相應(yīng)的測(cè)量角度值的情況中，可以高精度地實(shí)現(xiàn)角度的檢查。這里，控制/管理單元13執(zhí)行對(duì)光學(xué)單元8的檢測(cè)器的評(píng)估，以及通過保持部分3和測(cè)量部分5的電機(jī)動(dòng)力調(diào)整進(jìn)行光學(xué)單元8相對(duì)于試件1的基準(zhǔn)結(jié)構(gòu)的電機(jī)動(dòng)力對(duì)準(zhǔn)，作為在檢測(cè)器上的圖像的位置函數(shù)。另外，控制/管理單元13執(zhí)行通過電機(jī)對(duì)試件1的觀測(cè)單元18的對(duì)準(zhǔn)，以及設(shè)備和試件1的測(cè)量角度值的確定和評(píng)估，通過設(shè)在保持部分3中的滑環(huán)系統(tǒng)(未示出)或者通過經(jīng)由藍(lán)牙的無線電鏈路實(shí)現(xiàn)與試件1的通信。如圖3中所見，不可能在所示的實(shí)施例中以這樣的方式調(diào)整測(cè)量部分5，即，光學(xué)單元8靠近頂點(diǎn)定位。超越頂點(diǎn)調(diào)整測(cè)量部分5也是不可能的，因?yàn)槟菢拥脑挏y(cè)量部分5與光學(xué)單元8相對(duì)的部分就會(huì)與水平測(cè)量單元25碰撞，從而因?yàn)檫@個(gè)原因需要試件1的觀測(cè)單元18的透視力或者水平角度調(diào)整來校準(zhǔn)相對(duì)的角度范圍。然而，這樣的限制在實(shí)際中通常不是缺點(diǎn)。因?yàn)椴豢赡軐⒃嚰?的定位與水平測(cè)量單元25上的垂直軸線精確對(duì)準(zhǔn)，所以靠近頂點(diǎn)的測(cè)量將導(dǎo)致錯(cuò)誤結(jié)果，如同上面在對(duì)已知經(jīng)緯儀測(cè)試機(jī)的描述中所說的那樣。另外，使用者通常不可能直接進(jìn)行靠近頂點(diǎn)的測(cè)量，因?yàn)樵谠搮^(qū)域中不能接近觀測(cè)單元18的目鏡。然而，下面將進(jìn)一步描述其中也可以進(jìn)行靠近頂點(diǎn)測(cè)量的實(shí)施例。
圖4表示圖3的設(shè)備的第一替代實(shí)施例的簡(jiǎn)化局部視圖。與圖3中一樣，用于檢查試件1的設(shè)備具有帶有測(cè)量部分軸承單元6的多部分的底座2和水平測(cè)量單元25，水平測(cè)量單元25包括保持部分軸承單元27和可圍繞保持部分軸線4轉(zhuǎn)動(dòng)的保持部分3。由呈空氣軸承形式的測(cè)量部分軸承單元6安裝在測(cè)量平面11單側(cè)上的測(cè)量部分呈測(cè)量搖臂5a的形式，其具有彼此垂直設(shè)置的臂5a′、5a″。光學(xué)單元8設(shè)在這些臂5a′、5a″的其中之一上。該設(shè)備還具有操作機(jī)械手22，其包括機(jī)械手底座29和可通過電機(jī)圍繞測(cè)量部分軸線7樞轉(zhuǎn)的機(jī)械爪28。在機(jī)械爪28和試件1的觀測(cè)單元18，特別是物鏡16之間可產(chǎn)生機(jī)械連接，因此可通過操作機(jī)械手22來樞轉(zhuǎn)觀測(cè)單元18。因此可以通過使用該設(shè)備檢查其觀測(cè)單元未經(jīng)電機(jī)調(diào)整的試件，特別是可機(jī)械調(diào)整的經(jīng)緯儀，這是因?yàn)樵嚰?的調(diào)整由操作機(jī)械手22執(zhí)行。由于機(jī)械爪28的幾何結(jié)構(gòu)可變，所以可檢查不同幾何結(jié)構(gòu)的試件。
圖5以切除的簡(jiǎn)化形式表示圖3的設(shè)備的第二替代實(shí)施例。測(cè)量部分呈測(cè)量搖臂5b的形式，該測(cè)量搖臂5b的基本部分關(guān)于測(cè)量部分軸線7軸向?qū)ΨQ。除了底座2之外，測(cè)量部分軸承單元6設(shè)在測(cè)量平面11的單側(cè)上并呈空氣軸承的形式，水平測(cè)量單元25包括保持部分軸承單元27和可圍繞保持部分軸線4轉(zhuǎn)動(dòng)的保持部分3，操作機(jī)械手22具有機(jī)械手基座29，且與光學(xué)觀測(cè)單元18一起示出的試件1包括目鏡23。除了光學(xué)單元8之外，附加光學(xué)單元15設(shè)在測(cè)量搖臂5b上的、關(guān)于測(cè)量部分軸線7與光學(xué)單元8相對(duì)的一側(cè)上。該附加光學(xué)單元15呈附加發(fā)射體的形式，其產(chǎn)生照亮在目鏡23一側(cè)上的觀測(cè)單元18中的分度線(未示出)的輻射30。分度線通過阻擋而關(guān)于輻射參數(shù)修正輻射30，經(jīng)修正的輻射形成經(jīng)由物鏡16離開觀測(cè)單元18的試件光束10，該輻射由光學(xué)單元8接收并在檢測(cè)器(圖5中未示出)上產(chǎn)生至少一個(gè)點(diǎn)?；蛘呖梢孕纬筛郊庸鈱W(xué)單元15作為附加鏡。在這種情況下，輻射例如由光學(xué)單元8發(fā)射，由附加鏡反射并由分度線輻射參數(shù)修正，該修正發(fā)生在附加鏡的反射之前、之后或前后，然后投射到檢測(cè)器上。另外，附加光學(xué)單元15還可以發(fā)射具有構(gòu)造(例如圖案)的輻射30。特別地，通過圖像處理而比較發(fā)射出的輻射30的構(gòu)造和接收到的試件光束10的構(gòu)造，可以檢測(cè)出具體為鏡頭故障、像差、扭曲、管中聚焦誤差等等觀測(cè)單元18的光學(xué)系統(tǒng)的錯(cuò)誤。
圖6表示設(shè)備的第三替代實(shí)施例的簡(jiǎn)化局部視圖，該設(shè)備具有呈測(cè)量輪5c形式的測(cè)量部分。測(cè)量輪5c安裝在設(shè)在測(cè)量平面11單側(cè)上并呈空氣軸承形式的測(cè)量部分軸承單元6上，從而可圍繞測(cè)量部分軸線7轉(zhuǎn)動(dòng)。如在上述設(shè)計(jì)中那樣，設(shè)備具有水平測(cè)量單元25，其具有用于安裝保持部分3從而可圍繞保持部分軸線4轉(zhuǎn)動(dòng)的保持部分軸承單元27。另外可以看到位于保持部分3上的帶有其觀測(cè)單元18和物鏡16的試件1，以及帶有機(jī)械手底座29的操作機(jī)械手22。由于測(cè)量輪5c的幾何結(jié)構(gòu)，設(shè)備另一方面具有底座2a，其形成為使得測(cè)量輪5c包圍試件1和水平測(cè)量單元25。光學(xué)單元8和另一相對(duì)側(cè)上的附加光學(xué)單元15設(shè)在測(cè)量輪5c上。測(cè)量輪5c的轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)稱形狀具有這樣的優(yōu)點(diǎn)，即，可基本避免作為光學(xué)單元8和附加光學(xué)單元15的位置函數(shù)而產(chǎn)生的彈性變形。在本實(shí)施例中，由于測(cè)量輪可以基本自由地轉(zhuǎn)動(dòng)，所以通過光學(xué)單元8的適當(dāng)定位可以實(shí)現(xiàn)靠近頂點(diǎn)的測(cè)量(特別在省略附加光學(xué)單元15時(shí))。
然而，在前述示例性實(shí)施例中，測(cè)量部分軸承單元設(shè)在測(cè)量平面11的單側(cè)上，圖7表示一實(shí)施例，其中測(cè)量部分軸承單元設(shè)在測(cè)量平面11內(nèi)。固定在底座2b上并具有保持部分軸承單元27的水平測(cè)量單元25與前述說明對(duì)應(yīng)，該軸承單元27用于保持部分3圍繞保持部分軸線4的可轉(zhuǎn)動(dòng)安裝。位于保持部分3上的試件1具有其觀測(cè)單元18、目鏡23和物鏡16，并具有被照亮的分度線(圖7中未示出)，分度線發(fā)出的輻射在由物鏡16成形后形成試件光束10。試件1和水平測(cè)量單元25由呈測(cè)量環(huán)5d形式的環(huán)形測(cè)量部分包圍。基本形式為轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)稱的測(cè)量環(huán)5d安裝成可圍繞測(cè)量部分軸線7轉(zhuǎn)動(dòng)，該安裝通過測(cè)量部分軸承單元6a實(shí)現(xiàn)，該軸承單元6a呈空氣軸承的形式并設(shè)在多部分底座2b上，局部設(shè)在底座2b中。這里測(cè)量環(huán)5d的外表面及可選地還有內(nèi)表面是空氣軸承的軸承面。安裝在測(cè)量環(huán)5d上并具有光學(xué)檢測(cè)器(圖7中未示出)的光學(xué)單元8如上所述用于接收試件光束10，通過該試件光束將分度線聚焦到光學(xué)單元8的檢測(cè)器上，從而在該處產(chǎn)生多重點(diǎn)。類似于圖5和圖6，也可以給測(cè)量環(huán)5d裝配附加光學(xué)單元15，特別是附加發(fā)射體或附加鏡。因?yàn)闇y(cè)量部分軸承單元6a設(shè)在中央，并位于測(cè)量平面11中，在試件1和水平測(cè)量單元25的下方，所以可以容易地從兩側(cè)接近試件1，這在試件1的安裝期間和試件1的校準(zhǔn)工作中尤其有利。由于測(cè)量環(huán)5d和測(cè)量部分軸承單元6a靠近或沿測(cè)量環(huán)5d的重心垂線轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)稱的基本形狀，可基本避免測(cè)量部分上的彎矩和扭矩，從而能夠?qū)崿F(xiàn)精度很高的測(cè)量。
圖8表示可能實(shí)施例的光束路徑，在該實(shí)施例中光學(xué)單元具有已知自動(dòng)準(zhǔn)直儀的設(shè)計(jì)，并且試件的基準(zhǔn)結(jié)構(gòu)由反射平面形成。呈自動(dòng)準(zhǔn)直儀形式的光學(xué)單元8a包括發(fā)射體31a、呈分度線形式的光學(xué)單元標(biāo)記32、用于物理分光的分光體33、光學(xué)單元物鏡34a和光學(xué)檢測(cè)器9。光學(xué)單元8a發(fā)射呈準(zhǔn)直發(fā)射光束35a形式的輻射，該輻射被試件1上的反射平面36反射，該反射平面形成基準(zhǔn)結(jié)構(gòu)。因此經(jīng)過輻射參數(shù)修正的反射光束形成因此同樣經(jīng)過準(zhǔn)直的試件光束10a。如果準(zhǔn)直發(fā)射光束35a大致垂直地投射到反射平面36上，則試件光束10a由光學(xué)單元物鏡34a接收并聚焦到檢測(cè)器9上，從而在該檢測(cè)器9上產(chǎn)生光學(xué)單元標(biāo)記32的圖像并且在檢測(cè)器9上產(chǎn)生至少一個(gè)點(diǎn)12或一系列這樣的點(diǎn)12。該圖像以及該系列點(diǎn)12的位置取決于光學(xué)單元8a相對(duì)于反射平面36或試件1的基準(zhǔn)結(jié)構(gòu)的角度對(duì)準(zhǔn)。該反射平面36能夠一方面(如現(xiàn)有技術(shù)中所公開的)由試件上的鏡附件108、142(參見圖1和圖2)形成，或者直接由作為試件1上的基準(zhǔn)結(jié)構(gòu)的反射平面形成。因此還可以關(guān)于其鏡面對(duì)準(zhǔn)方面研究多角鏡(例如用于系列法(rosette method)的基準(zhǔn)鏡)。
然而，許多待研究其角度對(duì)準(zhǔn)的試件的基準(zhǔn)結(jié)構(gòu)通常如上所述不由平面形成而由彎曲結(jié)構(gòu)(例如設(shè)在觀測(cè)單元18的物鏡16中的透鏡)形成。圖9表示光學(xué)單元8a，與圖8一樣。然而，在光學(xué)單元物鏡34a前設(shè)置位置可變并呈散射透鏡形式的附加輔助透鏡37a，因此發(fā)射光束35b發(fā)散。發(fā)散的發(fā)射光束35b投射到試件1的光學(xué)觀測(cè)單元18的物鏡16的第一和第二會(huì)聚透鏡38a′和38a″上，并由這些會(huì)聚透鏡38a′和38a″聚焦，投射到凸透鏡39上，并由該凸透鏡39反射，導(dǎo)致輻射參數(shù)發(fā)生改變，這里凸透鏡39形成試件1的基準(zhǔn)結(jié)構(gòu)。發(fā)射光束形成試件光束10b，該試件光束10b如上所述聚焦到光學(xué)單元8a的檢測(cè)器9上。為了在凸透鏡39處(不在前面的透鏡處)發(fā)生傳輸光束35b的主反射，可以使用設(shè)置在發(fā)射體31a后面的濾光器(圖9中未示出)。以如上所述的方式實(shí)現(xiàn)由光學(xué)單元8a進(jìn)行的角度對(duì)準(zhǔn)檢查?？梢酝ㄟ^靈活使用輔助透鏡37a將根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備從平面轉(zhuǎn)化成凸面或者任選的凹面基準(zhǔn)結(jié)構(gòu)而在設(shè)備中基本不發(fā)生干涉。輔助透鏡的設(shè)計(jì)具體取決于用作基準(zhǔn)結(jié)構(gòu)的透鏡形式和前面的透鏡系統(tǒng)。
在另一實(shí)施例中，如圖10所示，基準(zhǔn)結(jié)構(gòu)由試件的觀測(cè)單元中的分度線形成。光學(xué)單元8b具有發(fā)射體31b、用于物理分光的分光體33、光學(xué)單元物鏡34b和光學(xué)檢測(cè)器9。光學(xué)單元8b發(fā)射呈傳輸光束35c形式的輻射，該輻射由試件1的觀測(cè)單元18的物鏡16接收，投射到觀測(cè)單元18的分度線14上并照亮分度線14。分度線14位于觀測(cè)單元18的物鏡16的焦點(diǎn)處。在由所述物鏡16準(zhǔn)直以后，由該分度線14的照明產(chǎn)生的反射形成作為試件光束10c的光束。該試件光束10c由光學(xué)單元物鏡34b聚焦到檢測(cè)器9上，從而在該檢測(cè)器9上產(chǎn)生試件1的觀測(cè)單元18的分度線14的圖像并且在該處產(chǎn)生一系列點(diǎn)12。該圖像或這些系列點(diǎn)12在檢測(cè)器9上的位置取決于觀測(cè)單元18或者作為試件1的基準(zhǔn)結(jié)構(gòu)的分度線14相對(duì)于設(shè)備光學(xué)單元8b的角度對(duì)準(zhǔn)?；蛘?，可以例如不通過光學(xué)單元8b內(nèi)的發(fā)射體31b經(jīng)由物鏡16照亮分度線14，而是在觀測(cè)單元18的目鏡23一側(cè)(參見圖5和圖7)上的分度線的另一側(cè)上，例如通過呈附加發(fā)射體形式的附加光學(xué)單元15(參見圖5和圖6)進(jìn)行照明。在自身照明分度線或者由觀測(cè)單元18中的照明照亮分度線的情況下，可完全省去外部發(fā)射體。其它用于照亮分度線14的可行方法也是可以的，其中還將照明的含意理解為暴露在不可見的輻射中。圖像記錄表面或者測(cè)距激光二極管的觀測(cè)單元的分光體的表面也可以代替分度線14用作反射表面。
如果打算勘測(cè)觀測(cè)單元18內(nèi)的結(jié)構(gòu)或物體(例如分度線或孔)，可以通過圖11中所示的方式實(shí)現(xiàn)。光學(xué)單元8c具有發(fā)射體31c、用于物理分光的分光體33、光學(xué)單元物鏡34c和光學(xué)檢測(cè)器9。呈傳輸光束35d形式的輻射通過輔助透鏡37b散射并照亮試件1的光學(xué)觀測(cè)單元18內(nèi)的結(jié)構(gòu)40。被照亮的結(jié)構(gòu)40借助光束10d通過會(huì)聚透鏡38b′和38b″、輔助透鏡37b和光學(xué)單元物鏡34c聚焦到檢測(cè)器9上，從而可用圖像表示并得到檢查。該結(jié)構(gòu)例如由圖像記錄表面(例如CCD芯片或測(cè)距儀的激光二極管)形成。如上所述，這里還可以實(shí)現(xiàn)其它的照明變型例。
可以用單一光學(xué)單元執(zhí)行圖8至圖11中所述的測(cè)試方法，任選地可以使用不同的物鏡或輔助透鏡，從而將不需復(fù)雜轉(zhuǎn)換的單一設(shè)備用于不同的試件或測(cè)試方法。
權(quán)利要求
1.一種用于檢查或校準(zhǔn)高精度試件(1)的基準(zhǔn)結(jié)構(gòu)的角相關(guān)對(duì)準(zhǔn)的設(shè)備，包括·底座(2、2a、2b)·保持部分(3)，用于保持所述試件(1)，該保持部分(3)安裝成可相對(duì)于所述底座(2、2a、2b)圍繞保持部分軸線(4)轉(zhuǎn)動(dòng)，并且可以測(cè)量該保持部分圍繞所述保持部分軸線(4)在所述底座(2、2a、2b)與所述保持部分(3)之間的轉(zhuǎn)動(dòng)角，·測(cè)量部分(5、5a、5b、5c、5d)，其具有測(cè)量部分軸承單元(6、6a)，該軸承單元(6、6a)用于將所述測(cè)量部分(5、5a、5b、5c、5d)安裝成可相對(duì)于所述底座(2、2a、2b)圍繞與所述保持部分軸線(4)成直角相交的測(cè)量部分軸線(7)轉(zhuǎn)動(dòng)，并且可以測(cè)量所述測(cè)量部分軸線(7)在所述底座(2、2a、2b)與所述測(cè)量部分(5、5a、5b、5c、5d)之間的轉(zhuǎn)動(dòng)角，·光學(xué)單元(8、8a、8b、8c)，其具有光學(xué)檢測(cè)器(9)并設(shè)在所述測(cè)量部分(5、5a、5b、5c、5d)上，使得可檢測(cè)與所述試件(1)的基準(zhǔn)結(jié)構(gòu)相互作用的至少一個(gè)試件光束(10、10a、10b、10c、10d)，該光束大致在一平面中行進(jìn)，所述測(cè)量部分軸線(7)垂直通過所述平面且所述保持部分軸線(4)位于該平面內(nèi)，并且該平面與所述測(cè)量部分(5、5a、5b、5c、5d)的一部分相交，該光束在所述檢測(cè)器(9)上產(chǎn)生至少一個(gè)點(diǎn)(12)，以及·控制/管理單元(13)，其以這樣的方式形成和連接，即，可通過所述保持部分(3)和所述測(cè)量部分(5、5a、5b、5c、5d)的電機(jī)動(dòng)力調(diào)整使所述光學(xué)單元(8、8a、8b、8c)相對(duì)于所述試件(1)的基準(zhǔn)結(jié)構(gòu)借助電機(jī)自動(dòng)準(zhǔn)直，作為在所述檢測(cè)器(9)上的所述至少一個(gè)點(diǎn)(12)的位置的函數(shù)，并且可自動(dòng)測(cè)定保持部分的轉(zhuǎn)動(dòng)角和測(cè)量部分的轉(zhuǎn)動(dòng)角，所述設(shè)備的特征在于·所述測(cè)量部分軸承單元(6、6a)設(shè)在測(cè)量平面(11)的單側(cè)上或設(shè)在所述測(cè)量平面(11)中，并且·所述測(cè)量部分(5、5a、5b、5c、5d)具有包圍或環(huán)繞在所述測(cè)量平面(11)上的所述測(cè)量部分軸線(7)與保持部分軸線(4)的交點(diǎn)、從而包圍所述試件(1)的基本形狀，并且其基本部分關(guān)于所述測(cè)量部分軸線(7)軸向?qū)ΨQ。
2.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述測(cè)量部分的基本部分呈測(cè)量搖臂(5、5a、5b)的形式，且關(guān)于所述測(cè)量部分軸線(7)所位于的平面呈鏡面對(duì)稱。
3.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述測(cè)量部分的基本部分形成為關(guān)于所述測(cè)量部分軸線(7)可轉(zhuǎn)動(dòng)地對(duì)稱，并具體地具有測(cè)量輪(5c)或測(cè)量環(huán)(5d)或盤狀的形狀。
4.如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于，所述測(cè)量部分(5、5a、5b、5c、5d)形成為具有至少兩個(gè)部分，·光學(xué)單元(8、8a、8b、8c)，其設(shè)在所述測(cè)量部分(5、5a、5b、5c、5d)的第一部件上，和·光學(xué)偏轉(zhuǎn)元件，尤其是反射單元或光纖，其設(shè)在所述測(cè)量部分(5、5a、5b、5c、5d)的第二部件上，在各情況下所述試件光束(10、10a、10b、10c、10d)可被偏轉(zhuǎn)或可通過所述光學(xué)單元(8、8a、8b、8c)被引導(dǎo)。
5.如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于，·所述光學(xué)單元呈用于檢查方向的自動(dòng)準(zhǔn)直儀(8、8a)的形式，包括ο用于產(chǎn)生輻射的發(fā)射體(31a)，ο所述檢測(cè)器(9)，和ο光學(xué)單元物鏡(34a)，用于將輻射成形為傳輸光束(35a、35b)并用于將所述試件光束(10、10a、10b)聚焦到所述檢測(cè)器(9)上，并且·所述試件(1)的基準(zhǔn)結(jié)構(gòu)或與基準(zhǔn)結(jié)構(gòu)相連并相互作用的部分具有反射面(36、39)，用于反射所述傳輸光束(35a、35b)，經(jīng)反射的傳輸光束(35a、35b)形成所述試件光束(10、10a、10b)。
6.如權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其特征在于，·所述自動(dòng)準(zhǔn)直儀(8、8a)具有輔助透鏡單元(37a)，用于所述傳輸光束(35b)和所述試件光束(10、10b)的可變成形，并且·所述反射面由形成所述試件(1)的基準(zhǔn)結(jié)構(gòu)的部分的凸表面或凹表面，尤其是物鏡(16)的透鏡(39)形成。
7.如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于，·所述光學(xué)單元(8、8a、8b、8c)呈照相機(jī)的形式，并且所述光學(xué)檢測(cè)器(9)呈用于記錄圖像的感光圖像傳感器的形式，并且·所述控制/管理單元(13)以這樣的方式形成和連接，即，將所述光學(xué)單元(8、8a、8b、8c)相對(duì)于所述試件(1)的基準(zhǔn)結(jié)構(gòu)進(jìn)行電機(jī)動(dòng)力對(duì)準(zhǔn)，作為所述光學(xué)單元(8、8a、8b、8c)的記錄圖像的處理結(jié)果的函數(shù)。
8.如權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于，所述附加光學(xué)單元(15)具體包括附加發(fā)射體或附加鏡或附加照相機(jī)，所述附加光學(xué)單元(15)設(shè)在所述測(cè)量部分(5、5a、5b、5c、5d)上關(guān)于所述測(cè)量部分軸線(7)與所述光學(xué)單元(8、8a、8b、8c)相對(duì)的一側(cè)上。
9.如權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其特征在于，·所述附加光學(xué)單元(15)呈自動(dòng)準(zhǔn)直儀的形式，用于檢查方向，具體地關(guān)于所述試件(1)的目鏡的方向，并且·所述控制/管理單元(13)以這樣的方式形成和連接，即，將所述光學(xué)單元(8、8a、8b、8c)相對(duì)于所述試件(1)的基準(zhǔn)結(jié)構(gòu)進(jìn)行電機(jī)動(dòng)力對(duì)準(zhǔn)，作為呈自動(dòng)準(zhǔn)直儀形式的所述附加光學(xué)單元(15)的方向檢查結(jié)果的函數(shù)。
10.如權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其特征在于，·所述附加光學(xué)單元(15)呈照相機(jī)的形式，用于記錄圖像，并且·所述控制/管理單元(13)以這樣的方式形成和連接，即，將所述光學(xué)單元(8、8a、8b、8c)相對(duì)于所述試件(1)的基準(zhǔn)結(jié)構(gòu)進(jìn)行電機(jī)動(dòng)力對(duì)準(zhǔn)，作為所述附件光學(xué)單元(15)的記錄圖像處理結(jié)果的函數(shù)。
11.如權(quán)利要求1至10中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于，·該設(shè)備呈測(cè)試機(jī)的形式，用于檢查大地測(cè)量?jī)x器，尤其是經(jīng)緯儀、水平或大地掃描儀，其具有光學(xué)觀測(cè)單元(18)，該光學(xué)觀測(cè)單元限定觀測(cè)軸線，并可圍繞所述垂直軸線(20)轉(zhuǎn)動(dòng)并可任選地圍繞所述傾斜軸線(21)樞轉(zhuǎn)，·所述保持部分(3)以這樣的方式形成，即，所述試件的下部(19)可固定在所述保持部分(3)上，所述垂直軸線(20)大致與所述保持部分軸線(4)重合，并且任選地所述傾斜軸線(21)大致與所述測(cè)量部分軸線(7)重合，·該設(shè)備設(shè)計(jì)成使得所述光學(xué)觀測(cè)單元(18)和光學(xué)單元(8、8a、8b、8c)可圍繞所述保持部分軸線(4)和測(cè)量部分軸線(7)相對(duì)彼此對(duì)準(zhǔn)，所述試件光束(10、10a、10b、10c、10d)的方向和觀測(cè)軸線的方向具有可限定的關(guān)系，·所述控制/管理單元(13)以這樣的方式形成和連接，即，可確定經(jīng)測(cè)量的所述試件水平角并可任選地確定試件垂直角。
12.如權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其特征在于，可通過所述控制/管理單元(13)致動(dòng)的操作機(jī)械手(22)以這樣的方式設(shè)置，使得大地測(cè)量?jī)x器的所述光學(xué)觀測(cè)單元(18)可通過所述操作機(jī)械手(22)對(duì)準(zhǔn)。
13.如權(quán)利要求1至12中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于，熱發(fā)射體以這樣的方式設(shè)置，使得所述試件(1)可從至少一側(cè)加熱以確定熱性能。
14.如權(quán)利要求1至13中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于，·該設(shè)備具有用于傾斜的裝置，其如此設(shè)置使得可通過傾斜所述底座(2、2a、2b)和/或所述保持部分(3)而傾斜所述試件(1)，·所述控制/管理單元(13)以這樣的方式形成和連接，即，可自動(dòng)檢測(cè)所述試件(1)的測(cè)斜儀的測(cè)量值。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于檢查或校準(zhǔn)高精度試件(1)上的基準(zhǔn)結(jié)構(gòu)的角相關(guān)對(duì)準(zhǔn)的設(shè)備。該設(shè)備包括底座(2)；保持件(3)，其安裝成可圍繞保持件軸線(4)轉(zhuǎn)動(dòng)，用于保持試件(1)；和測(cè)量件(5)，具有測(cè)量件軸承單元(6)，用于圍繞測(cè)量件軸線(7)可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝測(cè)量件(5)。光學(xué)單元(8)安裝在測(cè)量件(5)上，用于接收至少一個(gè)試件光束(10、10a、10b、10c、10d)，該試件光束與試件(1)上的基準(zhǔn)結(jié)構(gòu)交互作用并主要在測(cè)量平面(11)中行進(jìn)。測(cè)量件軸承單元(6)設(shè)置在測(cè)量平面(11)的一側(cè)或設(shè)在測(cè)量平面(11)內(nèi)。測(cè)量件(5)包括大部分關(guān)于測(cè)量件軸線(7)軸向?qū)ΨQ并包圍或圍繞測(cè)量件軸線(7)與保持件軸線(4)在測(cè)量平面(11)上的交點(diǎn)、從而也包圍或圍繞試件(1)的基本形狀。
文檔編號(hào)G01C1/02GK1829900SQ200480022076
公開日2006年9月6日 申請(qǐng)日期2004年7月23日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月28日
發(fā)明者海因茨·利普納 申請(qǐng)人:萊卡地球系統(tǒng)公開股份有限公司