[發明專利]位置確定裝置、測量機和位置確定方法

有效

• 申請號: 201410321321.1
• 申請日: 2014-07-07
• 公開（公告）號: CN104279954B
• 公開（公告）日: 2017-09-29
• 發明（設計）人: 克努特·西爾克斯
• 申請（專利權）人: 赫克斯岡技術中心
• 主分類號: G01B11/00
• 分類號: G01B11/00
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司11127
• 代理人: 王小東

技術領域

本發明涉及用于確定目標物體的位置且用在測量機中尤其是用在坐標測量機或大地測繪系統中的位置確定裝置，涉及配備有這種位置確定裝置的測量機，以及涉及測量方法和相關聯的計算機程序產品。

背景技術

在許多應用領域中需要作為位置確定方向、角度和長度，例如像大地測繪和用于工業測量。角度計量學的進展經由機械讀取過程已導致全自動化位置測量，尤其是根據當前現有技術的角度測量或路徑測量。

已知的自動化位置確定裝置通常包括編碼載體和掃描儀。在角度測量裝置(即所謂的角度編碼器)的情況下，編碼載體通常實施成可繞軸線相對于掃描儀旋轉，其中，編碼載體的角度位置因此構成待測變量。例如，編碼載體可具有分度或編碼以用于確定位置，其中，編碼可被施加至編碼載體的表面或側向面。

為了自動獲取所述位置，可相對于掃描儀移動的編碼載體由讀取頭通過各種技術來掃描。已知的掃描方法包括電磁方法、電子方法和光電方法(即基于電感、基于電容和基于光學)。

例如，位置確定裝置被用在坐標測量設備或坐標測量機(CMM)中。

如WO2008/019835中所述的角度編碼器的用于讀取可光學讀取的編碼載體的光學探測器例如是光電探測器、CCD線陣列或者CCD面陣列。通常，編碼載體呈圓盤或者圓環狀構成并且沿其周向承載有可以光學方式獲取的位置編碼，編碼的片段在探測器上被成像。

如在例如WO2007/051575中所述的，已知的角度測量設備通常包括所謂的圓弧和掃描裝置。該圓弧以編碼載體的形式構成并具有用于確定圓上的位置的分度或編碼。該編碼被施加到編碼載體的表面(即圓形面或側面)。

WO2008/141817披露了一種位置確定裝置，其具有線性編碼器和/或角度編碼器。編碼載體和掃描裝置如此布置，即：可以在編碼載體與掃描裝置之間實現按一個自由度的相對運動且尤其是相對旋轉運動或者沿一個軸線的相對縱向運動。

已知的尤其用于坐標測量機或大地測繪機(如總站)的位置確定裝置具有截然不同的優點和缺點。

已知的位置編碼器如線性編碼器和角度編碼器的特點是具有用于提供相對(即增量)或絕對的位置確定數據的高測量精度，但測量速度相對低，例如在1Hz到20Hz的數量級內，結果，可能的讀取速度也相對低。具有較高的可能測量速度的設計比較昂貴，尤其因為為此需要更復雜的機械電子裝置。

發明內容

本發明的目的在于提供一種改進的尤其用在坐標測量機或大地測繪機中的位置確定裝置。確切地說在此情況下，旨在實現更高的測量速度，其中，尤其只需接受測量精度方面的微小損失，或者沒有這樣的損失。

本發明的另一個目的在于能夠使這種改進的位置確定裝置在最小可行的生產支出下來獲得。

這些目的通過獨立方面的特征部分的實施來實現。以另選或有利方式改進本發明的特征可以由從屬方面和包括附圖說明的說明書中得到。

根據本發明，用于測量機尤其是坐標測量機或大地測繪系統的可相對于彼此移動的兩個部件的位置確定裝置被實施成用于確定所述兩個部件的相對于彼此的位置。該位置確定裝置包括至少一個位置編碼器，這至少一個位置編碼器具有與編碼協作的讀取頭。該位置編碼器被實施成用于在第一測量頻率(rate)下產生與所述位置相關的第一位置確定數據。

根據本發明，所述位置確定裝置還包括至少一個慣性測量單元，這至少一個慣性測量單元用于確定所述兩個部件中的至少一個部件的平移加速度和/或旋轉加速度，并且因此用于在高于所述第一測量頻率的第二測量頻率下產生與所述位置相關的第二位置確定數據。

為了由評估單元實施的所述位置的確定，現在該評估單元被實施和構造成獲取由所述至少一個位置編碼器產生的第一位置確定數據和由所述至少一個慣性測量單元產生的第二位置確定數據，將這些位置確定數據相互關聯，并且在至少高于所述第一測量頻率的第三測量頻率下從這些位置確定數據確定所述位置。

尤其是，所述評估單元此時被實施和構造成針對在位于所述第一測量頻率的連續測量時間之間的中間時間窗口內的時間基于所述第二位置確定數據來確定所述位置。在這里，確切地說，所述第二位置確定數據僅能總是被用于所述中間時間窗口，并且所述位置針對所述第一測量頻率的測量時間僅基于所述第一位置確定數據來確定。