用于確定兩個(gè)聯(lián)接軸的相對(duì)位置的裝置和方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種用于確定第一軸（10）和借助聯(lián)接器（14）與第一軸連接的第二軸（12）的相對(duì)位置的裝置，具有用于放置在第一軸的外表面上的第一測(cè)量單元，用于放置在第二軸的外表面上的第二測(cè)量單元，其中所述兩個(gè)測(cè)量單元至少之一具有用于產(chǎn)生至少一條光束（22）的部件（20）并且所述兩個(gè)測(cè)量單元至少之一具有檢測(cè)部件（24，25，26），以獲取所述光束在至少一個(gè)檢測(cè)表面（24，25，26）上的照射位置，其中所述兩個(gè)測(cè)量單元至少之一配置有至少一個(gè)用于獲取所述軸的旋轉(zhuǎn)角的傳感器（28），其中在多個(gè)測(cè)量位置上由所述傳感器數(shù)據(jù)確定所述軸的各自旋轉(zhuǎn)角位置、角速度和角加速度，其中針對(duì)每個(gè)單個(gè)的測(cè)量位置借助預(yù)定的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行附屬數(shù)據(jù)的質(zhì)量評(píng)價(jià)，并且其中如果數(shù)據(jù)的質(zhì)量評(píng)價(jià)小于閾值，則在確定軸偏離時(shí)從考慮中排除該測(cè)量位置的數(shù)據(jù)或賦予其較低的權(quán)重。
【專(zhuān)利說(shuō)明】用于確定兩個(gè)聯(lián)接軸的相對(duì)位置的裝置和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于確定第一軸和借助聯(lián)接器與第一軸連接的第二軸的相對(duì)位置的裝置和方法，其中在第一軸的外表面上設(shè)置第一測(cè)量單元，在第二軸的外表面上設(shè)置第二測(cè)量單元。在此所述兩個(gè)測(cè)量單元至少之一具有用于產(chǎn)生至少一條光束的部件，并且所述兩個(gè)測(cè)量單元至少之一具有檢測(cè)部件，以獲取涉及所述光束在至少一個(gè)檢測(cè)表面上的照射位置的數(shù)據(jù)。此外所述兩個(gè)測(cè)量單元至少之一配置有至少一個(gè)用于獲取所述軸的旋轉(zhuǎn)角的傳感器。借助分析單元可以由在多個(gè)測(cè)量位置，即多個(gè)旋轉(zhuǎn)角位置上確定的光束的照射位置確定所述兩個(gè)軸的平行偏離以及水平及垂直的角偏離，其中這典型地通過(guò)曲線匹配得以實(shí)現(xiàn)。
【背景技術(shù)】
[0002]關(guān)于這種軸對(duì)準(zhǔn)測(cè)量裝置的概要例如可以在US6，434，849B1中找到，其中也描述了一種借助針對(duì)橢圓進(jìn)行的曲線匹配的數(shù)據(jù)分析。
[0003]在DE3320163A1和DE3911307A1中描述了軸對(duì)準(zhǔn)測(cè)量裝置，其中第一測(cè)量單元發(fā)出一條光束，該光束由第二測(cè)量單元的鏡像棱鏡反射回第一測(cè)量單元的雙軸光檢測(cè)器。
[0004]由DE3814466A1公開(kāi)了一種軸對(duì)準(zhǔn)測(cè)量裝置，其中第一測(cè)量單元發(fā)出一條光束，該光束照射到第二測(cè)量單元的兩個(gè)在軸向方向上依次光學(xué)設(shè)置的雙軸光檢測(cè)器上。
[0005]在DE3335336A1中描述了一種軸對(duì)準(zhǔn)測(cè)量裝置，其中第一測(cè)量單元和第二測(cè)量單元都各自發(fā)出一條光束并且具有雙軸光檢測(cè)器，其中所述光束各自朝向另一測(cè)量單元的檢測(cè)器定向。US6，873，931B1中也描述了一種按照該原則工作的軸對(duì)準(zhǔn)測(cè)量裝置，其中兩個(gè)測(cè)量單元各自配置有兩個(gè)用于自動(dòng)獲取軸的旋轉(zhuǎn)角的雙軸加速度傳感器。
[0006]在EP2093537A1中描述了一種測(cè)量裝置，其中第一測(cè)量單元發(fā)出一條扇形光束，該光束照射到第二測(cè)量單元的兩個(gè)在側(cè)端隔離相互平行設(shè)置的光學(xué)條紋檢測(cè)器，其中所述檢測(cè)器的縱向設(shè)置為垂直于所述光束的扇面，其中不僅描述了軸相互對(duì)準(zhǔn)的確定而且描述了聯(lián)接器間隙的確定。
[0007]由W02010/042039A1公開(kāi)了一種軸對(duì)準(zhǔn)測(cè)量裝置，其中兩個(gè)測(cè)量單元的每一個(gè)都配置有設(shè)置在外殼中的攝像機(jī)，其中面向另一單元的外殼側(cè)配置有光學(xué)標(biāo)本，該光學(xué)標(biāo)本由相對(duì)設(shè)置的攝像機(jī)成像。配置有所述標(biāo)本的外殼側(cè)在此各自配置有一個(gè)開(kāi)口，通過(guò)該開(kāi)口成像相對(duì)設(shè)置的標(biāo)本。在一種可選實(shí)施方式中，所述兩個(gè)單元之一設(shè)置有攝像機(jī)，而不是設(shè)置有標(biāo)本，同時(shí)另一單元沒(méi)有攝像機(jī)，但是配置有一個(gè)三維標(biāo)本。
[0008]在EP1211480A2中描述了一種軸對(duì)準(zhǔn)測(cè)量裝置，其中第一測(cè)量單元配置有一個(gè)光源，該光源將一條光束朝向配置有調(diào)焦屏的第二測(cè)量單元定向；所述調(diào)焦屏背向第一測(cè)量單元的一側(cè)借助同樣構(gòu)成第二測(cè)量單元一部分的圖像檢測(cè)器上的相應(yīng)光學(xué)裝置被成像。
[0009]在US6，981，333B2中描述了如何在對(duì)軸進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)測(cè)量時(shí)借助陀螺儀傳感器在測(cè)量期間確定出現(xiàn)的振動(dòng)，以盡可能避免由于這種振動(dòng)而導(dǎo)致對(duì)準(zhǔn)測(cè)量出錯(cuò)。
[0010]在US5，980，094中描述了一種軸對(duì)準(zhǔn)測(cè)量方法，其中像DE3335336A1中一樣兩個(gè)測(cè)量單元將一束光線朝向各自另一測(cè)量單元的雙軸光檢測(cè)器定向，其中為了分析用于這兩個(gè)檢測(cè)器的每一個(gè)的數(shù)據(jù)，將所述光束的照射點(diǎn)的徑向分量分配為旋轉(zhuǎn)角的函數(shù)，并且針對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)各自匹配一條正弦曲線。在此為所確定和分析的數(shù)據(jù)組基于所述測(cè)量點(diǎn)的數(shù)量和所述測(cè)量點(diǎn)的角分配確定一個(gè)信任因子。此外在此還建議，由所確定的數(shù)據(jù)組手動(dòng)或自動(dòng)移除可疑的數(shù)據(jù)點(diǎn)，其中然后基于這樣減少的數(shù)據(jù)組實(shí)施新的曲線匹配并且檢查信任因子是否由于數(shù)據(jù)組的減少而得以提高。但是其沒(méi)有提到是否可以識(shí)別可疑的數(shù)據(jù)點(diǎn)，除非通過(guò)移除該可疑的數(shù)據(jù)點(diǎn)提高所述信任因子。在US5，263，261中描述了一種類(lèi)似的軸對(duì)準(zhǔn)方法。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0011]本發(fā)明的任務(wù)在于提供一種軸對(duì)準(zhǔn)測(cè)量裝置和軸對(duì)準(zhǔn)測(cè)量方法，由此可以實(shí)現(xiàn)特別簡(jiǎn)單并可信的測(cè)量。
[0012]根據(jù)本發(fā)明，該任務(wù)通過(guò)根據(jù)權(quán)利要求1的裝置以及根據(jù)權(quán)利要求28的方法得以實(shí)現(xiàn)。
[0013]在根據(jù)本發(fā)明的解決方案中，具有優(yōu)點(diǎn)的是針對(duì)每個(gè)單獨(dú)的測(cè)量位置借助角速度和角加速度，所述照射位置的切向分量基于與之前的測(cè)量位置的時(shí)間距離而與之前的測(cè)量位置的照射位置的切向分量之間的差和所述照射位置與匹配所述確定的照射位置的至少一部分的曲線之間的偏差度進(jìn)行附屬的數(shù)據(jù)的質(zhì)量評(píng)價(jià)，并且如果數(shù)據(jù)的質(zhì)量評(píng)價(jià)小于閾值，則在確定軸偏離時(shí)從考慮中排除該測(cè)量位置的數(shù)據(jù)，可信的測(cè)量數(shù)據(jù)可以以簡(jiǎn)單的方式被確定并且在需要時(shí)可以被去除，以提高所確定的軸偏離的可信度。
[0014]本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式由從屬權(quán)利要求得出。
【專(zhuān)利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0015]下面借助附圖詳細(xì)闡述本發(fā)明的示例，其中:
[0016]圖1是根據(jù)第一示例的根據(jù)本發(fā)明的軸對(duì)準(zhǔn)裝置的圖示側(cè)視外觀圖；
[0017]圖2是具有兩個(gè)光檢測(cè)器的測(cè)量單元的一個(gè)示例的透視示意外觀圖，所述光檢測(cè)器可以在根據(jù)圖1的裝置中使用；
[0018]圖3A和3B是兩條軸平行偏離或垂直軸偏離時(shí)根據(jù)圖1的裝置中的光束的照射位置的圖示示意圖；
[0019]圖4是進(jìn)行相對(duì)可信的測(cè)量時(shí)在該測(cè)量期間完全旋轉(zhuǎn)軸時(shí)圖1的裝置的光束的照射位置的示意圖；
[0020]圖5是如圖4的外觀圖，其中示出信任度較低的測(cè)量；
[0021]圖6是如圖4的外觀圖，其中進(jìn)行僅關(guān)于軸的完全旋轉(zhuǎn)的一部分的測(cè)量；
[0022]圖7是在根據(jù)圖4至6進(jìn)行測(cè)量時(shí)確定的曲線時(shí)分析的示意圖；
[0023]圖8A和SB是圖4至7方式的測(cè)量點(diǎn)的實(shí)例，其中示出具有匹配的曲線的測(cè)量點(diǎn)(圖8A);圖SB中示出圖8A中匹配的曲線的每個(gè)測(cè)量點(diǎn)的百分比偏差作為旋轉(zhuǎn)角的函數(shù)；
[0024]圖9A和9B是如圖8A即8B的外觀圖，其中示出另一示例；
[0025]圖10是如圖1的外觀圖,其中示意示出一種可選的測(cè)量方法；和
[0026]圖11是如圖1的外觀圖，其中示意示出另一可選的測(cè)量方法?！揪唧w實(shí)施方式】
[0027]圖1中示意示出一種裝置，借助該裝置可以確定第一軸10相對(duì)于第二軸12的對(duì)準(zhǔn)，其中第二軸借助聯(lián)接器14與第一軸連接。這兩條軸10，12設(shè)置為相互對(duì)準(zhǔn)。該裝置包括可以在第一軸10的外表面上固定放置的第一測(cè)量單元16，和可以在第二軸12的外表面上固定放置的第二測(cè)量單元18。第一測(cè)量單元16具有用于產(chǎn)生一條或多條光束22的激光光源20，所述光束被定向?yàn)橹赶虻诙y(cè)量單元18。第二測(cè)量單元18具有兩個(gè)在軸向上光學(xué)相互偏離設(shè)置的檢測(cè)表面24和26，所述檢測(cè)表面典型地各自由一個(gè)雙軸光檢測(cè)器構(gòu)成。為了確定所述兩條軸10和12相對(duì)于彼此的偏離，所述軸環(huán)繞其軸線共同旋轉(zhuǎn)(其中一般僅驅(qū)動(dòng)所述兩條軸之一)；在此在各自對(duì)應(yīng)于一個(gè)確定的旋轉(zhuǎn)角位置的多個(gè)測(cè)量位置上獲取所述光束22在所述兩個(gè)檢測(cè)器表面24和26上的照射位置。在示出的示例中，徑向分量以Y或Y'表示，并且切向分量以X或X'表示。
[0028]此外，該第二測(cè)量單元18還具有至少一個(gè)傳感器28，該傳感器28適于獲取第二測(cè)量單元18的旋轉(zhuǎn)角并且由此獲取所述軸10和12的旋轉(zhuǎn)角以及角速度和角加速度。在此優(yōu)選為至少一個(gè)雙軸加速計(jì)或者是至少一個(gè)陀螺儀，其中在兩種情況下所述傳感器優(yōu)選構(gòu)成為MEMS組件。例如在US6，873，931B1中描述了借助兩個(gè)雙軸加速計(jì)傳感器進(jìn)行精確的旋轉(zhuǎn)角確定。此外，第二測(cè)量單元18還具有被提供以傳感器28的數(shù)據(jù)和光學(xué)傳感器24和26的數(shù)據(jù)的分析單元30，以確定該待分析的、最終的軸偏離。
[0029]在圖2中示出一個(gè)示例用以示出如何借助該示例實(shí)現(xiàn)依次設(shè)置的光檢測(cè)表面，其中該原理具體在DE3814466A1中得到描述。在此第二測(cè)量單元18配置有鏡頭32，分束器34以及鏡面36，其中光束22入射穿過(guò)所述鏡頭32并且到達(dá)分束器34，其中所述光束22的一部分被作為光束22'射出并且照射到第一檢測(cè)器24上，同時(shí)所述光束22的一部分22'，由所述分束器34照射到鏡面36上并且由此反射到第二檢測(cè)器26上。在示出的示例中在此所述兩個(gè)檢測(cè)器表面24和26在空間上不是軸向偏離而是徑向(或切向)偏離，同時(shí)第二檢測(cè)器表面26光學(xué)地(或虛擬地)由于所述分束器34和鏡面36的影響而軸向偏離地設(shè)置在檢測(cè)器表面24后面(就是說(shuō)，分光束22'，22''的照射點(diǎn)為仿佛所述兩個(gè)檢測(cè)器表面24和26軸向依次設(shè)置一樣)。
[0030]為了確定所述光束22在第一檢測(cè)器表面24或第二檢測(cè)器表面26上的照射位置，如果光斑延伸越過(guò)多個(gè)檢測(cè)器像素，例如可以進(jìn)行重心計(jì)算。這樣確定所述照射位置的方式可以已經(jīng)在檢測(cè)器本身中實(shí)現(xiàn)或者在分析單元30中實(shí)現(xiàn)。
[0031 ] 在圖3A和3B中示意示出所述軸10和12相互關(guān)于第一檢測(cè)器24和第二檢測(cè)器26上的照射位置的垂直平行偏離或垂直角偏離的影響，其中分別示出所述照射位置在軸10、12旋轉(zhuǎn)期間的偏移。
[0032]圖4中示出的是通常情況下軸旋轉(zhuǎn)期間，即或者存在平行偏離或者存在垂直和水平角偏離時(shí)照射位置的偏移。在此在所述兩個(gè)檢測(cè)器表面上各自得到一個(gè)圓。為了確定所述軸偏離，通常這樣分配關(guān)于照射位置的數(shù)據(jù)，即使得照射位置在鄰近所述光源的檢測(cè)器表面24上的徑向分量(例如以Π表不)被分配為一個(gè)方向，同時(shí)照射位置在第一傳感器表面24和第二傳感器表面26上的徑向分量的差(例如以“Π-Υ2”表不)被分配為另一個(gè)方向。在通常和理想狀況下，這樣分配的測(cè)量點(diǎn)位于一個(gè)橢圓上，該橢圓以軸旋轉(zhuǎn)角為參數(shù)。在圖4示出的示例中所述橢圓的頂點(diǎn)在此對(duì)應(yīng)于軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)行中測(cè)量單元的零點(diǎn)，六點(diǎn)，三點(diǎn)或九點(diǎn)位置(但是在通常狀況下這些位置并不是與所述橢圓的頂點(diǎn)一致)。所尋求的橢圓的參數(shù)通常借助于與測(cè)量點(diǎn)的曲線匹配得以確定。由這樣確定的橢圓的形式然后可以確定所述軸的平行偏離，垂直的角偏離和水平的角偏離，如其在圖7中所示一樣。在這種關(guān)聯(lián)中例如可以參考 DE3911307A1。
[0033]但是在實(shí)踐中所述測(cè)量點(diǎn)并不會(huì)精確地位于橢圓曲線上，因?yàn)椴煌臏y(cè)量誤差可能導(dǎo)致相應(yīng)的偏差。在這種關(guān)聯(lián)中所出現(xiàn)的問(wèn)題的原因例如在于聯(lián)接器14基本總是或多或少地存在間隙，這導(dǎo)致兩個(gè)軸10，12在旋轉(zhuǎn)時(shí)不是剛性聯(lián)接，從而例如當(dāng)軸10被驅(qū)動(dòng)時(shí)，軸12在開(kāi)始旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)完全沒(méi)有旋轉(zhuǎn)或者旋轉(zhuǎn)得比所述軸10慢。然后這將導(dǎo)致測(cè)量單元16，18在切向方向上彼此相對(duì)發(fā)生位移，這也影響了光束22在檢測(cè)器表面24，26上的照射位置的徑向分量。劇烈的角加速度例如也可以由于測(cè)量單元16，18的彈性和慣性而導(dǎo)致軸和附屬的測(cè)量單元之間發(fā)生切向位移以及導(dǎo)致這兩條軸之間的相對(duì)旋轉(zhuǎn)。相應(yīng)的測(cè)量單元和所述軸之間的非最佳，即非完全剛性的連接也會(huì)導(dǎo)致照射位置的偏差。
[0034]在圖5中示出的是非理想測(cè)量的示例，其中單獨(dú)的測(cè)量點(diǎn)部分顯著地偏離于與測(cè)量位置匹配的橢圓。
[0035]一般而言，所述測(cè)量點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)偏差與所匹配的橢圓之間的標(biāo)準(zhǔn)偏差越大，則曲線匹配的結(jié)果和由此確定的軸偏離越不可信。
[0036]可以提高所述曲線匹配的可信度，其方法在于根據(jù)預(yù)定的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)單獨(dú)的測(cè)量點(diǎn)進(jìn)行質(zhì)量評(píng)價(jià)并且在進(jìn)行分析，即進(jìn)行所述曲線匹配時(shí)完全不考慮具有較差質(zhì)量評(píng)價(jià)的測(cè)量點(diǎn)或僅給與其較小的權(quán)重。在對(duì)單獨(dú)的測(cè)量點(diǎn)進(jìn)行質(zhì)量評(píng)價(jià)時(shí)(所述測(cè)量點(diǎn)各自對(duì)應(yīng)于特定的測(cè)量位置)，可以采用下列標(biāo)準(zhǔn):角速度和角加速度，所述一個(gè)或多個(gè)照射位置的切向分量基于與之前的測(cè)量位置的時(shí)間距離而與之前的一個(gè)或多個(gè)測(cè)量位置的照射位置的切向分量之間的差；所述照射位置或測(cè)量點(diǎn)與匹配所確定的照射位置的至少一部分的曲線之間的偏差度、測(cè)量期間的振動(dòng)強(qiáng)度、角加速度的變化，測(cè)量位置與旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的參考時(shí)刻之間的時(shí)間距離，其中參考時(shí)刻例如可以是旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的開(kāi)始；為了獲取振動(dòng)強(qiáng)度，優(yōu)選相應(yīng)構(gòu)成設(shè)置用于獲取旋轉(zhuǎn)角的傳感器28 ;尤其是在此特別適用加速計(jì)傳感器。測(cè)量點(diǎn)的振動(dòng)強(qiáng)度越大，則其評(píng)價(jià)越差。
[0037]此外，越接近旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的開(kāi)始，則測(cè)量點(diǎn)的評(píng)價(jià)越差，因?yàn)樵谶\(yùn)行所述軸10，12時(shí)，所述聯(lián)接器間隙例如起了很大的作用，并且由此會(huì)相應(yīng)地?fù)p害測(cè)量結(jié)果。
[0038]角加速度或角加速度的變化越大，則測(cè)量點(diǎn)評(píng)價(jià)越差，因?yàn)樵谳^大的角加速度或該加速度劇烈變化的情況下由于慣性影響而存在測(cè)量值出現(xiàn)誤差的危險(xiǎn)。
[0039]較高的角速度也會(huì)導(dǎo)致測(cè)量位置的較差評(píng)價(jià)。
[0040]優(yōu)選所述照射位置的切向分量基于與之前的測(cè)量位置的時(shí)間距離而與之前的測(cè)量位置的照射位置的切向分量之間的差越大，則測(cè)量點(diǎn)評(píng)價(jià)越差，因?yàn)槠浒凳玖怂鰞蓷l軸在測(cè)量時(shí)刻不同的角速度，這隨后會(huì)嚴(yán)重?fù)p害測(cè)量結(jié)果。
[0041]雖然這一般而言會(huì)提高軸偏離確定的可信度，但是基本上不需要所述測(cè)量位置遍歷所述軸10，12的完全旋轉(zhuǎn)。取而代之的是，其也足以?xún)H通過(guò)所述軸10，12的部分旋轉(zhuǎn)進(jìn)行測(cè)量，因?yàn)榭梢越柚€匹配即所謂通過(guò)剩余的旋轉(zhuǎn)角度范圍外推。其示例在圖6中示出，其中旋轉(zhuǎn)角度范圍僅為100°。[0042]在此也可以在遍歷特定數(shù)量的測(cè)量位置之后，即遍歷特定的角范圍之后借助單個(gè)的測(cè)量位置實(shí)施迄今遍歷過(guò)的測(cè)量位置的數(shù)據(jù)的整體質(zhì)量評(píng)價(jià)。在此也可以基于迄今遍歷過(guò)的測(cè)量位置進(jìn)行曲線匹配，并且可以輸出所確定的整體質(zhì)量的報(bào)告。
[0043]例如可以通過(guò)單個(gè)質(zhì)量評(píng)價(jià)的適當(dāng)方式實(shí)現(xiàn)整體質(zhì)量評(píng)價(jià)。在此也可以確定所述測(cè)量的整體質(zhì)量的閾值，其中然后根據(jù)確定的整體質(zhì)量是否已經(jīng)超過(guò)所述閾值或未超過(guò)，輸出如下消息，即該測(cè)量已經(jīng)可以結(jié)束或者該測(cè)量還必須繼續(xù)進(jìn)行，以獲得足夠的質(zhì)量。因此當(dāng)例如在測(cè)量超過(guò)90°時(shí)(例如由于聯(lián)接器間隙較大和/或忽然發(fā)生的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng))僅存在相對(duì)較差的測(cè)量位置時(shí)，分析單元30決定該測(cè)量是否必須繼續(xù)進(jìn)行。與此相反，如果已經(jīng)存在非常好的測(cè)量點(diǎn)，則可以結(jié)束該測(cè)量。
[0044]除了單獨(dú)的測(cè)量位置的質(zhì)量評(píng)價(jià)之外還可以在評(píng)價(jià)整體質(zhì)量時(shí)也采用橫跨旋轉(zhuǎn)角的測(cè)量位置的分布和測(cè)量位置的數(shù)量。在此橫跨旋轉(zhuǎn)角的均勻分布以及大量的測(cè)量位置會(huì)導(dǎo)致較高的質(zhì)量評(píng)價(jià)。
[0045]所匹配的曲線的單獨(dú)的測(cè)量點(diǎn)的平均偏差，即所述匹配的標(biāo)準(zhǔn)偏離可以在確定整體質(zhì)量時(shí)予以考慮。
[0046]在圖8A和SB中示出用于具有故障測(cè)量點(diǎn)的測(cè)量值分析的另一示例，其中在遍歷的橢圓中為了進(jìn)行曲線匹配而僅考慮測(cè)量值，其與匹配所有測(cè)量點(diǎn)的橢圓的偏差最大為5%(黑色圓圈)，同時(shí)在進(jìn)行匹配時(shí)不考慮具有較大偏差的測(cè)量值(空白圓圈)(其在匹配所有測(cè)量點(diǎn)時(shí)得到的橢圓在圖8A中以虛線示出)。
[0047]圖9A和9B中示出了類(lèi)似的示例。
[0048]如上所述，用于所述旋轉(zhuǎn)角的傳感器28可以是一個(gè)至少雙軸的加速計(jì)傳感器。但是為了提高角獲取的精度，也可以設(shè)置兩個(gè)這樣的加速計(jì)傳感器。
[0049]在迄今描述的實(shí)施例中僅為第二測(cè)量單元配置用于旋轉(zhuǎn)角確定的傳感器的同時(shí)，也可以根據(jù)可選的實(shí)施方式為兩個(gè)測(cè)量單元都配置至少一個(gè)旋轉(zhuǎn)角傳感器(在圖1中第一測(cè)量單元16的這樣一個(gè)附加旋轉(zhuǎn)角傳感器表示為38)。在這種情況下，必須在第一和第二測(cè)量單元16，18之間設(shè)置數(shù)據(jù)連接，由此分析單元30可以考慮所有現(xiàn)有旋轉(zhuǎn)角傳感器的數(shù)據(jù)。然后在此確定借助第一測(cè)量單元16確定的旋轉(zhuǎn)角位置和利用第二測(cè)量單元18的數(shù)據(jù)確定的旋轉(zhuǎn)角位置之間的差，以由此確定聯(lián)接器間隙并且在進(jìn)行單獨(dú)的測(cè)量位置的質(zhì)量評(píng)價(jià)時(shí)和/或進(jìn)行整體質(zhì)量評(píng)價(jià)時(shí)考慮該聯(lián)接器間隙。
[0050]如上所述，光束22的照射位置的確定各自借助一個(gè)雙軸光檢測(cè)器實(shí)現(xiàn)。但是可選的是基本也可以將所述檢測(cè)表面，即所述光束照射其上的表面，構(gòu)成為散射表面或調(diào)焦屏，其中所述檢測(cè)表面則由攝像機(jī)構(gòu)成，所述攝像機(jī)在散射表面的情況下定向到所述散射表面的朝向光束的入射方向的一側(cè)并且在調(diào)焦屏的情況下定向到所述調(diào)焦屏的背向光束的入射方向的一側(cè)。隨后借助圖像處理確定所述照射位置。
[0051]基本上所建議類(lèi)型的借助單獨(dú)的測(cè)量位置的質(zhì)量評(píng)價(jià)進(jìn)行的測(cè)量數(shù)據(jù)預(yù)處理也可以用于其它光學(xué)軸對(duì)準(zhǔn)測(cè)量方法。
[0052]因此例如在圖10中示出一種用于一種方法的示例，在該方法中第一測(cè)量單元18既具有光源20也具有一個(gè)雙軸光檢測(cè)器25，同時(shí)第二測(cè)量單元18具有反射器裝置40，以將由第一測(cè)量單元20輸出的光束反射到檢測(cè)器表面25上。在這種情況下，為了進(jìn)行曲線匹配而采用所述反射的光束22'在所述檢測(cè)器表面25上的照射位置的徑向分量Y和切向分量X，其中在檢測(cè)器表面25上再次產(chǎn)生一個(gè)橢圓。
[0053]典型的是，所述反射器裝置40具有兩個(gè)相互成直角設(shè)置的反射表面42，44，所述表面各自依次反射入射的光束22，以將該光束回轉(zhuǎn)到所述檢測(cè)器表面25上；這兩個(gè)表面42，44在此設(shè)置為與垂線之間的角度小于大約45°并且在切線方向上延伸。所述反射器裝置40可以在此如圖10所示根據(jù)鏡面的類(lèi)型而構(gòu)成，或者其可以構(gòu)成為棱鏡，特別是構(gòu)成為普羅棱鏡或構(gòu)成為三棱鏡。這樣一種系統(tǒng)例如在DE3911307A1中得到了描述。
[0054]另一可選的測(cè)量方法在圖11中示出，其中兩個(gè)測(cè)量單元16、18中的每一個(gè)都分別配置有光源20和一個(gè)雙軸光檢測(cè)器25。第一測(cè)量單兀16的光源20在此定向?yàn)槌虻诙y(cè)量單元18的檢測(cè)器25，并且第二測(cè)量單元18的光源20定向?yàn)槌虻谝粶y(cè)量單元16的檢測(cè)器25。測(cè)量點(diǎn)的分析在此以與根據(jù)圖1至7的測(cè)量原則類(lèi)似的方式實(shí)現(xiàn)，就是說(shuō)，分配為在這兩個(gè)檢測(cè)器之一上的照射點(diǎn)的徑向分量相對(duì)于這兩個(gè)檢測(cè)器上的照射點(diǎn)的徑向分量的差；然后將這樣指定的點(diǎn)與一個(gè)橢圓進(jìn)行匹配。
【權(quán)利要求】
1.一種用于確定第一軸(10)和借助聯(lián)接器(14)與第一軸連接的第二軸(12)的相對(duì)位置的裝置，具有用于放置在第一軸的外表面上的第一測(cè)量單元，用于放置在第二軸的外表面上的第二測(cè)量單元，以及分析單元(30)， 其中所述兩個(gè)測(cè)量單元至少之一具有用于產(chǎn)生至少一條光束(22)的部件(20)并且所述兩個(gè)測(cè)量單元至少之一具有檢測(cè)部件(24，25，26)，以獲取涉及所述光束在至少一個(gè)檢測(cè)表面(24，25，26)上的照射位置的數(shù)據(jù)， 其中所述兩個(gè)測(cè)量單元至少之一配置有至少一個(gè)用于獲取所述軸的旋轉(zhuǎn)角的傳感器(28)，其中該傳感器是至少雙軸加速計(jì)或者是陀螺儀， 其中所述分析單元被構(gòu)成為在多個(gè)測(cè)量位置上由所述傳感器數(shù)據(jù)確定所述軸的各自旋轉(zhuǎn)角位置、角速度和角加速度，并且從由所述檢測(cè)部件提供的數(shù)據(jù)確定所述光束在所述至少一個(gè)檢測(cè)表面上的各自照射位置，并且由所確定的照射位置的至少一部分通過(guò)曲線匹配確定所述軸的偏離， 并且其中所述分析單元還被構(gòu)成為針對(duì)每個(gè)單獨(dú)的測(cè)量位置借助至少下列標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行附屬數(shù)據(jù)的質(zhì)量評(píng)價(jià): 角速度和角加速度， 所述照射位置的切向分量基于與之前的測(cè)量位置的時(shí)間距離而與之前的測(cè)量位置的照射位置的切向分量之間的差， 所述照射位置與匹配所確定的照射位置的至少一部分的曲線之間的偏差度， 以及，如果數(shù)據(jù)的質(zhì)量評(píng)價(jià)小于閾值，則在確定軸偏離時(shí)從考慮中排除該測(cè)量位置的數(shù)據(jù)或賦予其較低的權(quán)重。`
2.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其特征在于，所述至少一個(gè)傳感器(28)被構(gòu)成為針對(duì)每個(gè)測(cè)量位置獲取振蕩，其中在評(píng)價(jià)所述數(shù)據(jù)的質(zhì)量時(shí)采用各自振蕩強(qiáng)度作為另一標(biāo)準(zhǔn)，其中較高的振蕩強(qiáng)度導(dǎo)致較差的評(píng)價(jià)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的裝置，其特征在于，所述分析單元(30)被構(gòu)成為在評(píng)價(jià)所述數(shù)據(jù)的質(zhì)量時(shí)采用所述測(cè)量位置到旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的參考時(shí)刻之間的時(shí)間距離作為另一標(biāo)準(zhǔn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的裝置，其特征在于，所述參考時(shí)刻是旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的開(kāi)始時(shí)刻，其中到所述旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的開(kāi)始時(shí)刻的較大距離導(dǎo)致更好的評(píng)價(jià)。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的裝置，其特征在于，所述分析單元(30)被構(gòu)成為在評(píng)價(jià)所述數(shù)據(jù)的質(zhì)量時(shí)采用所述角加速度的時(shí)間變化作為另一標(biāo)準(zhǔn)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的裝置，其特征在于，所述角加速度的較大時(shí)間變化導(dǎo)致較差的評(píng)價(jià)。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的裝置，其特征在于，較高的角速度導(dǎo)致較差的評(píng)價(jià)。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的裝置，其特征在于，較高的角加速度導(dǎo)致較差的評(píng)價(jià)。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的裝置，其特征在于，所述照射位置的切向分量基于與之前的測(cè)量位置的時(shí)間距離而與之前的測(cè)量位置的照射位置的切向分量之間較大的差導(dǎo)致較差的評(píng)價(jià)。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的裝置，其特征在于，在所述曲線匹配中測(cè)量位置的質(zhì)量評(píng)價(jià)越差，則其采用越低的權(quán)重。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的裝置，其特征在于，所述分析單元(30)被構(gòu)成為在經(jīng)過(guò)特定數(shù)量的測(cè)量位置之后借助單個(gè)測(cè)量位置的質(zhì)量評(píng)價(jià)實(shí)施迄今經(jīng)過(guò)的測(cè)量位置的數(shù)據(jù)的整體質(zhì)量評(píng)價(jià)，以基于迄今經(jīng)過(guò)的測(cè)量位置的進(jìn)行曲線匹配，并用以提供關(guān)于已確定的整體質(zhì)量的報(bào)告。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的裝置，其特征在于，根據(jù)所述確定的整體質(zhì)量是否已經(jīng)達(dá)到閾值，所述報(bào)告的內(nèi)容為所述測(cè)量的結(jié)束或繼續(xù)。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或12的裝置，其特征在于，所述分析單元(30)被構(gòu)成為在確定所述整體質(zhì)量時(shí)采用所述測(cè)量位置的旋轉(zhuǎn)角分布和所述測(cè)量位置的數(shù)量。
14.根據(jù)權(quán)利要求11至13之一的裝置，其特征在于，在確定所述整體質(zhì)量時(shí)采用所述照射位置與被匹配曲線之間的平均偏差。
15.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的裝置，其特征在于，所述兩個(gè)測(cè)量單元至少之一配置有兩個(gè)加速計(jì)傳感器。
16.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的裝置，其特征在于，所述至少一個(gè)傳感器(30)是構(gòu)成為MEMS傳感器模塊的加速計(jì)傳感器。
17.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的裝置，其特征在于，所述兩個(gè)測(cè)量單元(16，18)中的每一個(gè)配置有至少一個(gè)所述傳感器(28，38)，其中所述分析單元(30)被構(gòu)成為由通過(guò)第一測(cè)量單元的所述至少一個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)確定的旋轉(zhuǎn)角位置和通過(guò)第二測(cè)量單元的所述至少一個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)確定的旋轉(zhuǎn)角位置之間的差來(lái)確定聯(lián)接器間隙并且在進(jìn)行所述單個(gè)測(cè)量位置的質(zhì)量評(píng)價(jià)和/或進(jìn)行整體質(zhì)量評(píng)價(jià)時(shí)進(jìn)行考慮。
18.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的裝置，其特征在于，所述檢測(cè)部件由至少一個(gè)雙軸光檢測(cè)器(24，25，26)構(gòu)成。
19.根據(jù)權(quán)利要求1至17之一的裝置，其特征在于，所述檢測(cè)表面由控制表面構(gòu)成且所述檢測(cè)部件由攝像機(jī)構(gòu)成，其中所述攝像機(jī)對(duì)所述控制表面朝向所述光束入射側(cè)的一側(cè)進(jìn)行成像。
20.根據(jù)權(quán)利要求1至17之一的裝置，其特征在于，所述檢測(cè)表面由調(diào)焦屏構(gòu)成且所述檢測(cè)部件由攝像機(jī)構(gòu)成，其中所述攝像機(jī)對(duì)所述調(diào)焦屏背向所述光束入射側(cè)的一側(cè)進(jìn)行成像。
21.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的裝置，其特征在于，第一測(cè)量單元(16)配置有用于產(chǎn)生至少一條光束(22)的部件(20)并且第二測(cè)量單元(18)設(shè)置有所述檢測(cè)部件，其中所述檢測(cè)部件具有第一檢測(cè)表面(24)和第二檢測(cè)表面(26)，其中第二檢測(cè)表面被設(shè)置成光學(xué)上在軸向方向上偏離于第一檢測(cè)表面并且兩個(gè)檢測(cè)表面同時(shí)被所述光束的至少一部分(22; ,22")照射。
22.根據(jù)權(quán)利要求21的裝置，其特征在于，第一檢測(cè)表面(24)前置有分束器(34)，以將所述光束(22)的一部分(22")對(duì)準(zhǔn)第二檢測(cè)表面(26)。
23.根據(jù)權(quán)利要求21或22的裝置，其特征在于，在所述曲線匹配中僅采用所述兩個(gè)檢測(cè)表面(24，26)上的每一個(gè)上的各自照射位置的徑向分量。
24.根據(jù)權(quán)利要求23 的裝置，其特征在于，為所述曲線匹配采用第一檢測(cè)表面(24)上的照射位置的徑向分量和第一檢測(cè)表面(24)和第二檢測(cè)表面(26)上的照射位置的徑向分量的差。
25.根據(jù)權(quán)利要求1至20之一的裝置，其特征在于，第一測(cè)量單元(16)配置有用于產(chǎn)生至少一條光束(22)的部件(20)和檢測(cè)部件(25)，其中第二測(cè)量單元(18)具有朝向第一檢測(cè)單元的反射器裝置(40)，用以當(dāng)測(cè)量單元被放置在各自軸(10，12)上時(shí)反射照射在所述檢測(cè)表面上的光束。
26.根據(jù)權(quán)利要求25的裝置，其特征在于，為所述曲線匹配采用所述檢測(cè)表面(25)上的徑向分量和切向分量。
27.根據(jù)權(quán)利要求25或26的裝置，其特征在于，所述反射器裝置(40)被構(gòu)成為棱鏡，特別是被構(gòu)成為普羅棱鏡或三棱鏡。
28.根據(jù)權(quán)利要求21至27之一的裝置，其特征在于，所述曲線是橢圓。
29.一種用于確定第一軸(10)和借助聯(lián)接器(14)與第一軸連接的第二軸(12)的相對(duì)位置的方法，其中 在第一軸的外表面上放置第一測(cè)量單元(16)，在第二軸的外表面上放置第二測(cè)量單元(18)， 借助所述兩個(gè)測(cè)量單元至少之一產(chǎn)生至少一條光束(22)并且將該光束對(duì)準(zhǔn)所述兩個(gè)測(cè)量單元至少之一上的至少一個(gè)檢測(cè)表面(24，25，26)， 在多個(gè)測(cè)量位置上獲取涉及所述光束在所述至少一個(gè)檢測(cè)表面上的照射位置的數(shù)據(jù)并且借助至少一個(gè)傳感器(28)在所述兩個(gè)測(cè)量單元至少之一獲取關(guān)于所述軸的旋轉(zhuǎn)角的數(shù)據(jù)，所述傳感器是至少雙軸加速計(jì)或者是陀螺儀， 其中由所述傳感器數(shù)據(jù)確定所述軸的各自旋轉(zhuǎn)角位置、角速度和角加速度，并且由所述照射位置數(shù)據(jù)確定所述光束在所述至少一個(gè)檢測(cè)表面上的各自照射位置，并且由所確定的照射位置的至少一部分通過(guò)曲線匹配確定所述軸的偏離， 其中針對(duì)每個(gè)單獨(dú)的測(cè)量位置借助至少下列標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行附屬數(shù)據(jù)的質(zhì)量評(píng)價(jià): 角速度和角加速度， 所述照射位置的切向分量基于與之前的測(cè)量位置的時(shí)間距離而與之前的測(cè)量位置的照射位置的切向分量的差， 所述照射位置與匹配所確定的照射位置的至少一部分的曲線之間的偏差度， 以及，如果數(shù)據(jù)的質(zhì)量評(píng)價(jià)小于閾值，則在確定軸偏離時(shí)從考慮中排除該測(cè)量位置的數(shù)據(jù)或賦予其較低的權(quán)重。
【文檔編號(hào)】G01B11/27GK103822595SQ201310581105
【公開(kāi)日】2014年5月28日 申請(qǐng)日期:2013年11月18日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月19日
【發(fā)明者】G·卡努, B·格拉澤, V·科納特徹尼, M·韋格納 申請(qǐng)人:普樂(lè)福尼克·迪特·布什股份公司
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