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專利名稱：用于檢查或校準高精度試件的角相關對準的方法
技術領域：
本發明涉及一種用于檢查或校準高精度試件的角相關對準(angle-dependent alignment)的方法。
背景技術：
需要精度很高的檢查或校準設備來檢查或校準高精度部件，該高精度部件或者用于高精度測量，以低至小于0.5″或0.15mgon的精度檢查或規定角度，或者通常需要高精度的角度定向，所述檢查或校準設備的精度必須高于待檢查或待校準的高精度試件的精度。
在現有技術中公開了不同的設備和方法，特別是用于檢查或校準經緯儀，在該經緯儀中通過(例如靜態或動態)分度來確定水平角和垂直角。
在已知時間相對較長的傳統經緯儀分度測試方法中，將關于測量點周圍分布的多個固定準直儀與自固定點的經緯儀望遠鏡手動瞄準。將在圍繞試件圓周的不同點處測量的角度差的不變性用作角度測量的水平精度的量度標準。為了得到測量的垂直精度，將準直儀角度差與基準值比較。執行這種分度圓測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設備)。這種方法大致符合根據ISO標準17123-3(光學和光學儀器.大地測量現場測量程序及測繪儀器)的測試方法，但是其中觀測的是固定目標而不是準直儀。其中這些經緯儀分度測試方法的缺點在于，測量過程的完全自動化可能僅僅是有限的程度，可能的不同測量的數量也限于可見的準直儀的數量，并且測量結果非常依賴觀測者。
上述方法的一種替代方法是Maurer的干涉測量法(Maurer，WEininterferometrisches Verfahren zur Bestimmung vonStrichverbesserungen an eingebauten Theodlitenkreisen(用于確定內置經緯儀度盤上的線性改進的干涉測量法)；學位論文，慕尼黑，1983；Deumlich，F.&staiger，R.Instrumentenkunde der Vermessungstechnik(測量技術的儀器理論))。在該方法中，從激光束到干涉儀反射器的路徑差推導出待測試的經緯儀轉動過的角度。最大可干涉測量角為+/-8.5gon，分辨率宣稱為0.01mgon。用干涉測量法僅可以檢查水平角。因為該方法需要棱鏡框可轉動地與經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。
從現有技術中已知用于檢查移除的分度圓(例如經緯儀上的)的測試方法。這些方法主要是比較方法，其中例如通過干涉測量或者通過精度分度圓將分度圓上待檢查的分度與相應的精度角法線比較。現有技術公開了例如在物理技術聯邦研究所(Prowe，BUntersuchungen an einemneuen Teilkreisprüfgert；Feinwerktechnik&Messtechnik(對新的分度圓測試儀的勘測；精密技術和測量技術)，第5期，1985，213-217頁)或者地球物理中心學會(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測量單元；精密儀器技術)，第4期，1975，155-160頁)中所使用的這種類型的不同設備，或者例如CH372847或CH372471中的其它用于檢查分度圓分度的設備。然而在這些方法和設備中，不能進行安裝好的經緯儀的分度測試，而只能檢查移除的分度圓。另外，可以參照ISO標準17123-3(光學和光學儀器.大地測量現場測量程序及測繪儀器)或DIN18723，部分3(Feldverfahren zurGenauigkeitsuntersuchung geodtischer Instrumente(用于調查測地儀器精度的現場方法))。
現有技術中公開了用于準距儀的經緯儀或總站的經緯儀(以下用術語“經緯儀”概括)的完全自動檢查和校準的設備和方法。這種所謂的“經緯儀測試機”例如在1988年9月12至17日在慕尼黑技術大學舉行的第十屆工程測量國際會議期間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緯儀中的分度圓的新設備)”中，以及Andreas Rützler在1991年10月格拉茨技術大學的通用電子技術和電子測量技術學會完成的學位論文“Kalibriereinrichtung für Theodoliten(用于經緯儀的校準設備)”中得到詳細說明。經緯儀測試機具有大約0.1mgon的精度并例如用于檢查帶有編碼分度圓標定系統的電子經緯儀，該系統立即輸出角度而不進行在遞增方法中必需的初始化，但是僅具有單一的角度標定來代替分度圓的直徑掃描。這里，由分度圓的機械離心率產生的誤差對于各經緯儀是特定的，并且在使用經緯儀測試機測量之后，誤差可存儲在電子經緯儀中并自動校正。經緯儀測試機允許完全自動的測試順序，用于在安裝狀態下的使用位置中檢查水平和垂直的角度標定，檢查經緯儀的可用測量范圍的主要部分，在測試過程中確定的系統誤差的分析和對存儲在經緯儀中的校正函數的自動確定。該經緯儀測試機適用于各種經緯儀系列。
下面借助附圖更加詳細地描述現有技術中公開的經緯儀測試機。
圖1表示現有技術中公開的經緯儀測試機的比較器原理；圖2表示現有技術中公開的經緯儀測試機的設備布置。
基于圖1中示出的比較器原理的已知的經緯儀測試機遵循“經緯儀中的經緯儀”的思想。因此經緯儀測試機的軸線系統在幾何結構上與待測試的經緯儀的軸線系統對應，產生具有垂直軸線101和水平軸線102的基本公共的軸線系統。以照準儀103和望遠鏡105的形式示意性地表示經緯儀，該照準儀103可相對經緯儀的下部104圍繞垂直軸線101轉動，望遠鏡105可圍繞水平軸線102傾斜并具有觀測軸線106。由于消除了待檢查的經緯儀和經緯儀測試機的軸線系統的絕對定心，所以通過可圍繞水平軸線102樞轉的自動準直儀107將角度測量系統、經緯儀測試機的法線和經緯儀的分度耦合。通過準直束113經由固定在望遠鏡105上的平面鏡附件108實現耦合。由于經緯儀測試機和經緯儀滿足軸線(101、102、106)的正交條件，所以所有的軸線系統在自動準直設置中共線。根據經緯儀的設計，水平和垂直檢查的順序不同。在水平檢查中，待檢查的經緯儀的照準儀103大致保持固定并且機械連接到角度法線的下部104圍繞垂直軸線101轉動。在通過使經緯儀的下部104相對基本固定的照準儀103轉動對測試角進行粗略設置之后，通過高精度地同時轉動下部104和照準儀103并且隨意地輕微樞轉自動準直儀107而進行自動準直，由此定位經緯儀和法線，從而對測試角進行微調。水平位置由經緯儀測試機的精度很高的水平分度109和經緯儀的水平分度110確定并且進行比較。通過在公共垂直面內圍繞水平軸線102并因此圍繞待檢查的經緯儀樞轉自動準直儀107而實現垂直檢查。經緯儀的望遠鏡105也近似轉動通過特定角。在隨后的自動準直調整之后，自動準直儀107的垂直位置由經緯儀測試機的精度很高的垂直分度111確定，望遠鏡105的垂直位置由經緯儀的垂直分度112確定，并將所述位置進行比較。
圖2表示已知的具有垂直軸線121和水平軸線122的經緯儀測試機的設備設計。該設計在μ范圍內的穩定性需求方面與3D坐標測量機等同，這就是將花崗巖框架123用作軸線系統保持器的原因。整個機器擱在混凝土底座(未示出)上并且直立在裝有空調的室內。在底座123′上固定有水平測量部分124，其類似于精度轉盤，通過滾珠軸承125安裝，并可通過水平驅動器126圍繞垂直軸線121轉動。水平測量部分124還具有水平角度傳感器127。用于保持待檢查的經緯儀130的三角架129安裝在水平測量部分124上。通過滑環系統(未示出)建立附屬經緯儀130的電連接。垂直測量部分131具有測量電橋134，其可圍繞水平軸線122樞轉并可通過垂直驅動器132驅動，垂直測量部分131具有垂直角度傳感器133并承載電子自動準直儀135。叉狀驅動器136也設在測量電橋134上，其用于停止經緯儀130的望遠鏡137。因此，望遠鏡137的垂直位置大致符合自動準直儀135的垂直位置。然而，由于驅動器136相對于望遠鏡137具有游隙，所以驅動器136和望遠鏡137在測量電橋134的微調期間分離。同樣地，驅動器136在通過水平測量部分124進行水平調整的情況下用作止動件。由于(特別是在水平位置中)可能歪曲測量的高彎曲運動作用在測量電橋134的結構上，所以較重的測量電橋134的穩定性是很關鍵的。U形測量電橋134通過呈預張緊的球軸承/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，從而可圍繞水平軸線122轉動。為了減輕測量電橋134和電子自動準直儀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，機器具有附加的重量補償系統。整個測量電橋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并承受驅動力。該軸承架139在其自身單獨的軸承架軸承141上轉動。自動準直調整由經緯儀測試機的自動準直儀135實現，該自動準直儀135將準直光束投射到平面鏡附件142上，該平面鏡附件安裝在經緯儀130的望遠鏡137上并與望遠鏡137的觀測軸線方向垂直。鏡附件142通過套筒(未示出)固定在望遠鏡137上。因此，可以將鏡附件142安裝成大致垂直于望遠鏡137的光軸并因此垂直于觀測軸線。鏡附件142將準直光束反射入經緯儀測試機的自動準直儀135中。光束在自動準直儀135的焦點處投射到呈四分儀二極管形式的位置檢測器(未示出)上并在那里產生光點。自動準直儀135的分辨率大約為0.01mgon。具有經緯儀130的水平測量部分124和具有自動準直儀135的測量電橋134分別由水平驅動器126和垂直驅動器132精確移動，直到光點出現在自動準直儀135的位置檢測器的中央，其中所述驅動器具有可用脈沖寬度調制進行觸發的15V直流電機。另外，比例為1∶9的粗略/精細縮小(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準直儀135、含有控制軟件的計算機(未示出)和機械驅動器126和132。因此在自動準直調整之后，經緯儀130和經緯儀測試機的軸線系統大致共線。計算機執行測量順序的控制、目標調整的管理和測量結果的評估。
下面描述垂直測量過程和水平測量過程的順序。在安裝待檢查的經緯儀130之前，將測量電橋134置于近似水平的位置，從而自動準直儀135近似位于從頂點測量的垂直位置100gon處，垂直軸線121指向頂點。經緯儀130固定在水平測量部分124的三角架129上，且垂直軸線指向垂直方向，因此經緯儀130的垂直軸線和經緯儀測試機的垂直軸線121最大可能地重合并至少共線。平面鏡附件142由套筒固定在經緯儀130的望遠鏡137的物鏡上。望遠鏡137樞轉進入測量電橋134的叉狀驅動器136內。在測量開始時，測量電橋134向從頂點測量的垂直位置260gon(垂直測量范圍的起點)運動。驅動器136在該運動中承載經緯儀130的望遠鏡137與其一起。通過隨后的自動準直調整，自動準直儀135通過對測量電橋134和水平測量部分124的精度調整與固定在望遠鏡137上的鏡附件142對準。由于驅動器136和望遠鏡137之間的游隙，望遠鏡137在自動準直調整期間并未被驅動器136置于調整之外。在該自動準直調整之后，經緯儀130和經緯儀測試機的角度值由計算機登記并存儲。在260gon情況下，垂直角度之間的差是用于各垂直位置的經緯儀的誤差。由此完成第一測量點的測量。針對下一個測量點的測量，經緯儀測試機的垂直驅動器132移動測量電橋134，并且通過驅動器136還使經緯儀130的望遠鏡137移動經過15gon至垂直位置275gon。下面根據上述方案開始對第二測量點的測量。這樣，完成直到垂直位置140gon的垂直測量，忽略了在頂點附近380至20gon的范圍，這是因為在該范圍內試件和經緯儀測試機軸線可能的偏移幾乎不能校正或者不能由經緯儀測試機的水平驅動器126校正。這是因為在自動準直儀135的位置檢測器上的光點相對轉動垂直角的水平運動與測量電橋134的水平位置和實際位置之間的角度切線相連。在垂直檢查結束后，將測量電橋134移動至垂直位置100gon并且開始對經緯儀130水平分度的探查。通過水平測量部分124、經緯儀130的下部143和照準儀144一起移動直到經緯儀130的望遠鏡137碰到叉狀驅動器136的止動件并被阻止，使得照準儀144停止并只有下部143向前移動，從而使經緯儀130沿一個方向轉動。一旦經緯儀130到達所需的水平角度位置，水平測量部分124就沿相反方向輕微轉動，使得望遠鏡137遠離驅動器136轉動，并且因此在自動準直調整期間沒有機械制動妨礙調整過程。在自動準直調整之后，與垂直測量類似地記錄測量值。在水平探查中，測量沿周向均勻分布的大約35個點。在整個水平和垂直檢查過程完成之后，對存儲的角度對進行評估。
這種已知的經緯儀測試機存在很多至今未能充分解決的缺點和問題。由于支承自動準直儀的測量電橋在水平位置受到來自其自身重量和自動準直儀重量的高彎曲力矩，所以測量電橋必須具有穩定的設計從而盡可能避免任何歪曲測量的測量電橋的變形。然而，測量電橋的重量不應太高，因為在特定公差內，在花崗巖框架上支承測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上呈U形形狀看起來是有利的，而這又需要一對支柱花崗巖框架。由于呈預張緊的球軸承/套筒軸承形式的傾斜軸線軸承的承載能力有限，所以測量電橋的高重量也需要復雜的重量補償系統，這會進一步增加經緯儀測試機的總重量。由于在兩側上的傾斜軸線軸承并包圍測量電橋所需的實心花崗巖框架、測量電橋的U形形狀和重量補償系統嚴重限制了待檢查的經緯儀的可接近性，這在調整工作期間和試件較大的情況下尤其是一個障礙。首先因為超過了標準工業樓板的負載容限，其次因為經緯儀測試機不能通過標準的實驗室門進行運輸，所以已知的經緯儀測試機的實心結構和重量妨礙了廣泛的潛在使用。由于將傾斜軸線軸承設置在兩側上，且傾斜軸線軸承的誤調總是作用在相對的傾斜軸線軸承上，導致只有在付出很大的努力進行調整時才能滿足高精度要求，所以各傾斜軸線軸承的無應力和精確調整由于測定上的靜力的原因而存在很大問題。由于應盡可能避免鏡平面相對于目標軸線的偏差，所以鏡附件在望遠鏡上的穩定安裝也很關鍵，并且需要付出很大的努力才能將鏡附件精確對準。不同的望遠鏡的幾何結構和經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測量順序的基準結構，所以只能檢查角度傳感器和經緯儀的軸線。因此不能考慮到望遠鏡光學系統中的誤差。通過所用的自動準直儀僅能檢測鏡附件的對準，而不能檢測望遠鏡光學系統的各結構的位置和品質，例如圖像記錄區或管線的分光體的各鏡頭的品質或對準。由于鏡附件使望遠鏡光學系統不清楚，所以不能檢查任何結合在經緯儀中的激光測距儀。另外，不能使用已知的經緯儀測試機校準經緯儀中的測斜儀。新式的且更精確的經緯儀的發展還需要更高精度的經緯儀測試機。
SU 763682 A公開了一種用于檢查測地設備的手動操作裝置，其特別地具有可在垂直面內圍繞轉動軸線傾斜的觀測裝置。具有目鏡測微計的焦距較長的固定校準準直儀位于工作臺上的框架上，這樣準直儀軸線與待勘測設備的觀測裝置的轉動軸線(傾斜軸線)重合，該待勘測設備同樣安裝在工作臺上。待勘測設備可通過不能轉動的提升裝置而傾斜并水平對準。在校準準直儀和待勘測設備之間設有轉動塊，其安裝在一側上，作為用于垂直角檢查的測量框架，并且其轉動軸線與準直儀軸線(因此特別地與待勘測設備的傾斜軸線)重合，并且其具有允許準直光束通過的通道。配備有多個配重的較重的轉動塊包括光學系統，該光學系統通過最初以一定偏移量平行移位的方式使光束偏轉，并且不小于待檢查的最大設備的外形尺寸，然后該光學系統使已經在平行偏移面中平行偏移90°的光束偏轉，通過在偏移光束軸線與待勘測設備可傾斜觀測裝置的垂直平面相交的位置處的五棱鏡實現該偏轉。在轉動塊光學系統的第一反射面上設有小的開口，部分準直光束可通過該開口而不發生反射或偏轉。轉動塊配備有高精度的緣和角度讀取裝置。如果待勘測設備是經緯儀，則可以通過旋轉轉動塊來通過該裝置檢查經緯儀的垂直角測量裝置并生成數學誤差校正函數。由于經緯儀固定，所以僅通過經緯儀望遠鏡的透視力可進行不超過四個水平角的水平角度校正，因此不可能獲得連續的水平角度校正函數。通過使用者用眼睛觀察經緯儀望遠鏡中的準直儀網(collimator net)或準直儀望遠鏡中的經緯儀網(theodolitenet)并手動調整軸線，從而執行經緯儀望遠鏡與轉動塊的對準，反之亦然。通過設置工作臺上的校準棱鏡或多角鏡，并測量在轉動塊的不同位置處裝置的光軸的位置不變性，來借助準直儀的自動準直儀目鏡進行整個裝置的校準。由于該裝置具有用于經緯儀的不可轉動的保持器裝置，所以不可能在一個測量過程中檢查多個水平角。因此，不可能確定由多重水平角測量獲得的校正函數，并將所述校正函數存儲在電子經緯儀中用于自動誤差校正。因為僅僅是準直儀網或經緯儀網用作檢查的基準，所以不可能在對準和位置方面檢查或校準各個結構，例如鏡頭表面、分光體、圖像記錄區或激光測距儀。因為在該裝置中校準準直儀以準直儀軸線與設備轉動軸線或傾斜軸線重合的方式遠離待勘測設備設置，所以必須在轉動塊中設置對誤差敏感并包括多個鏡子的復雜光束引導系統。這降低了轉動塊的扭轉剛度和抗撓強度，并且由于需要較重的配重而增加了轉動塊的和整個裝置的重量。因此，由于該系統自身的原因，所以不可能用所公開的設備滿足低至小于0.5″或0.15mgon的很高的精度要求。然而，由于可從三個側面接近設備，所以該裝置的顯著特征在于待檢查設備的易接近性。用所公開的裝置不可能實現完全自動的校準過程。

發明內容
本發明的目的在于提供一種通用的測試方法，通過該方法能夠以可靠且高精度的方式自動檢查并校準不同的高精度試件(優選為大地測量儀器)的各基準結構的角度對準和品質，并且本發明目的在于克服一般類型測試方法的缺點。
通過實現獨立權利要求的特征來實現該目的。從屬權利要求中描述了以替代或有利形式進一步發展本發明的特征。
本發明基于這樣的概念，即，通過在試件基準結構上的直接測量能夠實現與現有技術相比的實質改進。
下面部分借助于對設備的說明而概括描述根據本發明的方法。在附圖和附圖描述后描述可能的具體示例性實施例。
用于檢查或校準高精度試件基準結構的角相關對準的可能設備具有底座，其作為用于檢查或校準過程的穩定基座。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成的座身的形式。該底座具有例如L狀的基本結構。用于保持試件的保持部分安裝成可通過高精度軸承相對底座圍繞保持部分軸線(沿垂直方向延伸)轉動。保持部分可以呈例如具有支架的精密轉盤的形式，該支架可通過三角架任意調整并用于保持試件。可例如通過帶有動態或靜態分度的角度編碼器來高精度地測量保持部分相對于底座圍繞保持部分軸線的轉動角(下面稱為保持部分的轉動角)。如果需要保持部分或支架的精確絕對垂直對準以用于檢查或校準，那么還可以在保持部分中結合傾斜傳感器。另外，可以使用用于使保持部分或整個底座傾斜的裝置。這些用于傾斜的裝置可用于精確的垂直對準，特別是保持部分或試件的垂直對準，或者用于檢查試件的傾斜傳感器。在需要電壓供應或傳輸測定值的電子試件的情況中，可轉動安裝的保持部分還可任選地配備用于電連接的裝置，例如滑環或滾環系統，從而允許底座和試件之間的電連接。當然，也可以改為使用例如藍牙、紅外系統或類似系統的無線電發射系統。
該設備還包括測量部分，其安裝為能夠相對底座圍繞與保持部分軸線垂直相交的測量部分軸線轉動。可以例如通過帶有動態或靜態分度的角度編碼器來高精度地測量測量部分圍繞測量部分軸線的轉動角。測量部分的基本形狀形成為使得測量部分能夠通過關于測量部分軸線大致鏡面對稱或軸向對稱(例如套筒狀)的構造從至少兩側夾持試件周圍，或者通過大致旋轉對稱的結構完全包圍所述試件。測量部分至少可在某一角度范圍內獨立于試件轉動。測量部分這種環繞或包圍、至少部分對稱的構造具有幾個優點。由于測量部分的重心接近測量部分軸線或位于該軸線上，所以可省去附加的重量補償。因此，減輕了測量部分的驅動，并大大降低了彎曲載荷和扭轉載荷，從而由于較小的容差而顯著增加了測量的精度。測量部分的這種設計的另一優點是可以在測量部分的測量平面內，尤其是在相對于試件的相對側上設置多個測量元件。這使得能夠實現許多新穎的測量方法，通過這些方法可以進一步增加測量的精度。
至少一個具有光學檢測器的光學單元設置在測量部分上。該光學單元用于接收至少一個試件光束，該試件光束與試件的基準結構相互作用并大致處于測量平面內，測量部分軸線垂直通過該平面且保持部分軸線位于該測量平面內。所以，試件光束在檢測器上產生至少一個點。試件光束能夠由透鏡系統成形而直接投射到檢測器上，或者由光學偏轉元件(例如反射單元或光纖)沿光學單元和檢測器的方向偏轉或引導，從而能夠間接投射到檢測器上。通過使用這種光學偏轉元件，可以將光學單元設在測量平面外部，可能設在測量部分的子元件上。與試件基準結構相互作用的試件光束通常理解成直接或間接與至少一個試件的基準結構相互作用、并且/或者從該部分發出的光束(例如一束光線)。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生試件光束與基準結構之間的相互作用。
術語“試件”表示待檢查或調整的作為整體的元件，例如大地測量儀器、多角鏡單元或機械高精度部分，該元件未安裝有用于完成測量過程的輔助元件，例如鏡附件。基準結構表示待特定檢查角度對準或其品質的試件結構。它可以是例如體、面、邊或點。在試件具有待精確對準或相對于基面精確對準的鏡面的情況下，基準結構例如由該鏡面形成。在試件呈經緯儀形式的情況下，試件的基準結構例如表現為可水平和垂直轉動或可傾斜的望遠鏡的一部分。
保持部分和測量部分優選為都可由電機驅動。因此，光學單元的接收區基于試件通過保持部分和測量部分圍繞保持部分軸線或測量部分軸線的調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量部分軸線位于水平面內，則可通過保持部分調整水平角并通過測量部分調整垂直角。
測量部分相對于底座的可轉動安裝通過優選呈空氣軸承形式的測量部分軸承單元實現，該軸承單元設在測量平面的單側上或測量平面內。由于只使用一個軸承單元，所以可高精度調整該軸承單元而不會導致安裝在測量平面另一側上或測量平面外的第二軸承單元由于靜力超定而彎曲。這使得能夠實現精度特別高的測量。因為軸承單元設在測量平面的一側并位于測量平面單側上或者設在測量平面中央并位于測量平面內，所以可以實現整個測量設備更加緊湊、尤其更窄的設計，并充分提供更好的試件可接近性，整個設備的測量精度也由于空氣軸承的特性而進一步提高。現有技術中同時公開了徑向、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。空氣軸承必須設計成使得能夠考慮到設備在施加在軸承上的力的作用下所需的容差，確保測量部分圍繞測量部分軸線的高精度安裝，并且剛度和衰減都符合要求。現有技術中還公開了空氣軸承的設計標準。空氣軸承形式的軸承單元應理解成可以表示單一軸承的結構，也可以表示呈軸承單元形式的多個(尤其是夾緊的)軸承的結構。當然，可以使用傳統的滑動軸承或滾動軸承或可以用磁性軸承代替空氣軸承。然而在某些情況下，不可能實現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。
測量部分任選形成為使得除了光學單元之外，在測量部分相對于測量部分軸線與光學單元相對的一側上設置附加光學單元。該附加光學單元可以呈例如附加發射體、附加鏡、附加自動準直儀或附加照相機的形式。在


中將發現測量部分的可能實施例。
控制/管理單元控制該設備，具體地，通過保持部分和測量部分的電機操作調節而進行光學單元相對于試件基準結構的電機操作對準作為由檢測器上的試件光束產生的至少一個點位置的函數，具體地，并且或另選地作為附加光學單元的信號函數。所需的測量數據，尤其是角度編碼器的數據可以存儲和/或評估。控制/管理單元可以是例如具有合適端口的個人電腦、控制器或智能傳感器和致動器的組合、與數據網絡相連的PLC(可編程邏輯控制器)或計算機系統的形式。
特別在試件的待關于其角度對準進行檢查或校準的基準結構可相對余下的試件調整的情況下，例如在經緯儀的角度編碼器待檢查的情況下，設在例如底座上的操作機械手用于調整基準結構，例如經緯儀望遠鏡的基準結構。因此可以在短的測試時間內同時調整測試部分的光學單元和基準結構，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，可以使用熱發射體，該發射體設置成使得可至少從一側加熱試件，從而能夠模擬例如日光和相關的熱變形的影響。
在根據本發明的方法中，輻射由試件基準結構產生或關于輻射參數被修正，具體地通過反射、過濾或成形。該產生或修正的輻射形成上述試件光束。
為了執行根據本發明的方法，可以基本使用上述設備，或者通常使用以下的設備該設備包括用于保持試件的可調整或固定的保持部分，以及可調整的測量部分，所述測量部分和保持部分可相對彼此圍繞保持部分軸線和與保持部分軸線成直角相交的測量部分軸線轉動。可在測量部分與保持部分之間測量保持部分圍繞保持部分軸線的轉動角和測量部分圍繞測量部分軸線的轉動角。該設備還具有光學單元，其設在測量部分上并具有用于接收至少一個試件光束的光學檢測器，所述光束與試件相互作用，并大致位于測量平面內，并在檢測器上產生至少一個點，測量部分軸線垂直通過所述測量平面并且保持部分軸線位于該測量平面內。當然帶有檢測器的光學單元可以不直接設在測量部分上而是設在另一部分上，且用于將試件光束偏轉至設在測量部分上的檢測器。另外，該設備包括控制/管理單元，其至少用于通過對保持部分的轉動角和測量部分的轉動角進行電機動力調整作為檢測器上至少一個點的位置函數，而使光學單元相對于試件基準結構進行電機動力調整。為了更加精確地說明該設備的各元件，將參照已知的經緯儀測試機和上述設備的說明。當然，也可以通過具有不同設計但實質相同的設備來使用上述方法。
在根據本發明的該方法中，首先將試件設置在保持部分上。跟著進行光學單元和/或試件基準結構的預對準，使得試件光束至少部分投射到檢測器上并在那里產生至少一個點。在對檢測器上的至少一個所述點的位置具體通過控制/管理單元進行評估之后，通過控制/管理單元進行光學單元相對基準結構的微調，作為檢測器上至少一個點位置的函數，使得至少一個點到達某一基準位置。然后至少確定保持部分的轉動角和/或測量部分的轉動角。所述試件光束由試件基準結構產生或由所述基準結構關于輻射參數進行修正(例如通過反射、散射、折射、阻擋、過濾或成形)的輻射形成。通過發射體產生輻射，該發射體例如呈熱發射體、發光體的形式或呈化學發射體或放射發射體的形式。由于投射到檢測器上的試件光束直接或間接從試件的基準結構形成并且不從輔助元件，例如輔助鏡產生，所以可非常精確地將基準結構相對光學單元對準，反之亦然，這是因為避免了由于輔助元件相對于基準結構的對準較差而引起的誤差。另外，可以選擇難以僅機械連接的基準結構(例如呈被照亮或自身照亮的標記形式)，尤其是以可光學檢測的方式設置在透鏡系統中的元件。這些元件例如是透鏡系統中的透鏡、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配備有光學觀測單元的試件，特別是望遠鏡，優選為經緯儀、水平或大地掃描儀，該光學觀測單元可圍繞垂直軸線并且任選地圍繞傾斜軸線進行調整。由此可確定圍繞垂直軸線的轉動角，并且也可任選地確定圍繞傾斜軸線的轉動角。光學觀測單元確定觀測軸線并具有可光學檢測的標記，例如分度線或光出口。試件的下部設在保持部分上，因此保持部分軸線大致與垂直軸線共線并且任選地測量部分軸線大致與傾斜軸線共線。在上述光學單元的預先對準之前、之中或之后，進行試件的觀測單元的預先對準。通過確定圍繞垂直軸線的轉動角和/或任選地圍繞傾斜軸線的試件的轉動角，可以通過分別比較設備保持部分的轉動角和測量部分的轉動角來進行試件的檢查或校準。
在可能的一般實施例中，由設在光學單元內的發射體產生輻射。這里，光學單元除了發射體之外具有檢測器和透鏡系統，該透鏡系統用于使發射體發出的輻射成形并將試件光束聚焦到檢測器上。透鏡系統優選具有可變的焦距。成形的輻射投射到待測試對準的反射面上并由所述面反射，該反射面由試件的基準結構形成。由基準結構反射的輻射形成試件光束，其由基準機構相對于光學單元適當對準的透鏡系統成形，從而至少部分地投射到檢測器上，并且在精確對準時在檢測器上的某一基準位置產生至少一個點。如果需要，反射基準結構可能涂覆有增強反射的涂層或薄膜。所使用的發射體例如是LED，其輻射通過光纖進入透鏡系統的焦平面中。根據應用，可將現有技術中公開的四分儀二極管、CCD圖像傳感器或其它檢測器用作檢測器。如果用作反射面的基準結構是平面，則由發射體發射的輻射優選由光學單元的透鏡系統準直，從而將試件光束同樣地準直。在例如由試件的透鏡表面形成的凸或凹的基準結構的情況下，輻射另一方面根據曲率(特別是半徑)由光學單元的透鏡系統成形，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結構，則在輻射光束路徑中使用附加濾光器是有利的。如果基準結構是透鏡系統中的透鏡，例如在觀測單元中的某一透鏡，則使用濾光器可能同樣有利。
基準結構也可以由在試件上或試件內的可光學檢測的標記形成，例如在試件觀測單元的光學系統中的分度線，輻射關于輻射參數進行修正。具體地，這可以通過由發射體從試件光學觀測單元的物鏡或目鏡一側可任選地使用濾光器、至少在設備微調期間照亮分度線來實現，該照明形成輻射。這里，通過觀測單元的物鏡將分度線聚焦到光學單元的檢測器上，從而在檢測器上產生至少一個點。這里，發射體可以同樣設在光學單元中，或者可以單獨容置，例如容置在附加光學單元中，該附加光學單元設在測量部分與光學單元相對于測量部分軸線相對的一側上。
另外，可以在試件的光學觀測單元外部省去發射體。這可以在分度線自身照明從而分度線本身產生輻射，或者如果分度線由設在光學觀測單元中的發射體照亮的情況下實現。優選通過物鏡或目鏡將分度線聚焦到檢測器上。現有技術中公開了例如呈發光體形式而自身照明的分度線。
如果試件是視頻經緯儀，基準機構可以由經緯儀的圖像記錄表面，尤其是CCD芯片形成，從而可以測量圖像記錄表面的定向和可能的錯誤對準。另外，可以檢查檢定焦距(camera constant)。
在經緯儀望遠鏡中的分光體也可用作基準結構，從而也可以通過該方法檢查分光體的正確角度對準。
如果在試件中設置激光測距儀，則試件光束可由試件發出的激光測量光束形成。從而基準結構由激光二極管形成。在這種情況下，可以將試件光軸的對準與激光測量光束軸的對準進行比較以檢測可能的偏差。
另外，可以通過利用設在試件觀測單元目鏡或物鏡一側上的發射體，將至少一部分觀測單元的結構聚焦到檢測器上，來確定觀測單元光學系統內的誤差。在可聚焦光學系統的情況下，也可以通過所述方法研究會聚透鏡的光路。
使用設在目鏡一側上的附加光學單元導致其它的可能性。像光學單元一樣，附加光學單元可能呈自動準直儀或照相機的形式，用于檢測相對于基準結構的對準，該基準結構由目鏡本身或可從目鏡一側檢測的結構形成。或者，附加光學單元可以呈附加發射體的形式，該發射體發射具有一定光學特性的光束，尤其是呈一定圖案形式的三維構成。在與試件的至少一個基準結構相互作用之后，該光束以試件光束的形式由相對的光學單元檢測。通過將由附加光學單元發射光束的光學特性(尤其是構造)與光學單元接收到的試件光束的光學特性進行比較，可以檢測任何在試件光學系統中的光學誤差，例如不夠好的光學望遠鏡品質、任何的透鏡誤差、像差或扭曲和聚焦誤差。

下面部分參照設備并借助附圖僅通過具體實施例形式的示例更加詳細地描述根據本發明的方法。在附圖的描述中，在某些情況下參照之前已經描述的附圖的附圖標記。具體地，圖3表示用于檢查或校準高精度試件基準結構的角相關對準的設備實施例的視圖，該設備具有安裝在一側上作為測量部分的測量搖臂；圖4表示具有安裝在一側上的作為測量部分的測量搖臂和操作機械手的設備的第一替代實施例的簡化局部視圖；圖5表示具有安裝在一側上的作為測量部分的測量搖臂和操作機械手的設備的第二替代實施例的簡化局部視圖；圖6表示具有安裝在一側上的作為測量部分的測量輪和操作機械手的設備的第三替代實施例的簡化局部視圖；圖7表示具有安裝在測量平面中央的作為測量部分的測量環的設備的第四替代實施例的簡化局部視圖；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結構；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結構；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結構；圖11表示光束路徑的示意圖，其中將光學觀測單元中的結構聚焦至檢測器上。
具體實施例方式
圖3表示用于執行根據本發明的方法的設備的可能實施例。該設備包括擱在框架24上的花崗巖底座2。底座2由近似共同形成L形的多個部件構成。具有保持部分3的水平測量單元5設在底座2上，該保持部分3可在電機動力作用下圍繞指向垂直方向的保持部分軸線4高精度轉動。可通過調整框架24而使整個設備傾斜，從而通過測斜儀(未示出)監控傾斜度，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實現保持部分3的可轉動安裝。通過第一角度編碼器(未示出)可測量在保持部分3與底座2之間保持部分圍繞保持部分軸線4的轉動角。呈經緯儀形式的試件1具有呈望遠鏡形式的光學觀測單元18，該光學觀測單元18可通過電機圍繞垂直軸線20轉動，并可通過電機圍繞傾斜軸線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形測量軛形式的測量部分5可附加轉動地設在底座2上，該測量部分5在示出的起始位置以鉗形包圍保持部分軸線4。該測量部分5由呈空氣軸承形式的測量部分軸承單元6軸向和徑向支承。測量部分5可在電機動力作用下相對于底座2圍繞測量部分軸線7高精度轉動，通過第二角度編碼器(未示出)可測量圍繞測量部分軸線7的測量部分在測量部分5與底座2之間的轉動角。測量部分軸線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垂直穿過該平面，穿過點形成試件1的傾斜軸線21和測量部分軸線7之間的交點。依賴于試件1相對保持部分4的對準，測量部分軸線7和傾斜軸線21可一個位于另一個上面地放置，這種情況在圖3中示出。因此，可以圍繞公共軸線樞轉觀測單元18和測量部分5。測量部分軸承單元6是高精度空氣軸承，其允許測量部分5圍繞測量部分軸線7平緩而穩定的樞轉同時保持很小的容差。由于測量部分軸承單元6設在測量平面11(測量部分軸線7垂直穿過該平面并且保持部分軸線4位于該平面中)單側上的底座2上，所以可以精確調整測量部分軸承單元6而不會引起由于靜力超定造成的軸承單元在測量平面11另一側上的扭曲。圖3示意性地表示測量平面11的較小部分。由于測量部分5關于測量部分軸線7大致軸向對稱的設計，測量部分5的重心落在測量部分軸線7后。因此，基本避免了彎曲載荷和扭曲載荷，并且減輕了測量部分5的驅動，從而保持較低的容差并實現精度很高的測量。具有光學檢測器(圖3中未示出，見下)的光學單元8設在測量部分5上，光學單元8設在測量部分5上使得可通過檢測器接收從試件1(圖3中未示出，見下)方向到達的試件光束，該試件光束大致位于測量平面11中，測量部分軸線7垂直穿過該測量平面11并且保持部分軸線4位于測量平面11中。在圖3中，試件光束由設在觀測單元18(圖3中未示出)中的被照亮的分度線生成。在這種情況下，分度線是基準結構，其角度對準有待檢查。這里，通過觀測單元18的物鏡16將被照亮的分度線聚焦在光學單元8的檢測器上，從而在檢測器上產生多重點。該圖像在檢測器上的位置隨著保持部分3圍繞保持部分軸線4的輕微轉動，以及試件1圍繞垂直軸線20的輕微轉動或者測量部分5圍繞測量部分軸線7的輕微轉動，以及觀測單元18圍繞傾斜軸線21的輕微轉動而改變。因此，在設備和試件1圍繞相應軸線的電機動力調整、隨后進行由檢測器上的圖像位置控制的微調，并且比較相應的測量角度值的情況中，可以高精度地實現角度的檢查。這里，控制/管理單元13執行對光學單元8的檢測器的評估，以及通過保持部分3和測量部分5的電機動力調整進行光學單元8相對于試件1的基準結構的電機動力對準，作為在檢測器上的圖像的位置函數。另外，控制/管理單元13執行通過電機對試件1的觀測單元18的對準，以及設備和試件1的測量角度值的確定和評估，通過設在保持部分3中的滑環系統(未示出)或者通過經由藍牙的無線電鏈路實現與試件1的通信。如圖3中可見，不可能在所示的實施例中以這樣的方式調整測量部分5，即，光學單元8靠近頂點定位。超越頂點調整測量部分5也是不可能的，因為那樣的話測量部分5與光學單元8相對的部分就會與水平測量單元25碰撞，從而因為這個原因需要試件1的觀測單元18的透視力或者水平角度調整來校準相對的角度范圍。然而，這樣的限制在實際中通常不是缺點。因為不可能將試件1的定位與水平測量單元25上的垂直軸線精確對準，所以靠近頂點的測量將導致錯誤結果，如同上面在對已知經緯儀測試機的描述中所說的那樣。另外，使用者通常不可能直接進行靠近頂點的測量，因為在該區域中不能接近觀測單元18的目鏡。然而，下面將進一步描述其中也可以進行靠近頂點測量的實施例。
圖4表示圖3的設備的第一替代實施例的簡化局部視圖。與圖3中一樣，用于檢查試件1的設備具有帶有測量部分軸承單元6的多部分的底座2和水平測量單元25，水平測量單元25包括保持部分軸承單元27和可圍繞保持部分軸線4轉動的保持部分3。由呈空氣軸承形式的測量部分軸承單元6安裝在測量平面11單側上的測量部分呈測量搖臂5a的形式，其具有彼此垂直設置的臂5a′、5a″。光學單元8設在這些臂5a′、5a″的其中之一上。該設備還具有操作機械手22，其包括機械手底座29和可通過電機圍繞測量部分軸線7樞轉的機械爪28。在機械爪28和試件1的觀測單元18，特別是物鏡16之間可產生機械連接，因此可通過操作機械手22來樞轉觀測單元18。因此可以通過使用該設備檢查其觀測單元未經電機調整的試件，特別是可機械調整的經緯儀，這是因為試件1的調整由操作機械手22執行。由于機械爪28的幾何結構可變，所以可檢查不同幾何結構的試件。
圖5以切除的簡化形式表示圖3的設備的第二替代實施例。測量部分呈測量搖臂5b的形式，該測量搖臂5b的基本部分關于測量部分軸線7軸向對稱。除了底座2之外，測量部分軸承單元6設在測量平面11的單側上并呈空氣軸承的形式，水平測量單元25包括保持部分軸承單元27和可圍繞保持部分軸線4轉動的保持部分3，操作機械手22具有機械手基座29，且與光學觀測單元18一起示出的試件1包括目鏡23。除了光學單元8之外，附加光學單元15設在測量搖臂5b上的、關于測量部分軸線7與光學單元8相對的一側上。該附加光學單元15呈附加發射體的形式，其產生照亮在目鏡23一側上的觀測單元18中的分度線(未示出)的輻射30。分度線通過阻擋而關于輻射參數修正輻射30，經修正的輻射形成經由物鏡16離開觀測單元18的試件光束10，該輻射由光學單元8接收并在檢測器(圖5中未示出)上產生至少一個點。或者可以形成附加光學單元15作為附加鏡。在這種情況下，輻射例如由光學單元8發射，由附加鏡反射并由分度線關于輻射參數修正，該修正發生在附加鏡的反射之前、之后或前后，然后投射到檢測器上。另外，附加光學單元15還可以發射具有構造(例如圖案)的輻射30。特別地，通過圖像處理而比較發射出的輻射30的構造和接收到的試件光束10的構造，可以檢測出具體為鏡頭故障、像差、扭曲、管中聚焦誤差等等觀測單元18的光學系統的錯誤。
圖6表示設備的第三替代實施例的簡化局部視圖，該設備具有呈測量輪5c形式的測量部分。測量輪5c安裝在設在測量平面11單側上并呈空氣軸承形式的測量部分軸承單元6上，從而可圍繞測量部分軸線7轉動。如在上述設計中那樣，設備具有水平測量單元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轉動的保持部分軸承單元27。另外可以看到位于保持部分3上的帶有其觀測單元18和物鏡16的試件1，以及帶有機械手底座29的操作機械手22。由于測量輪5c的幾何結構，設備另一方面具有底座2a，其形成為使得測量輪5c包圍試件1和水平測量單元25。光學單元8和另一相對側上的附加光學單元15設在測量輪5c上。測量輪5c的轉動對稱形狀具有這樣的優點，即，可基本避免作為光學單元8和附加光學單元15的位置函數而產生的彈性變形。在本實施例中，由于測量輪可以基本自由地轉動，所以通過光學單元8的適當定位可以實現靠近頂點的測量(特別在省略附加光學單元15時)。
然而，在前述示例性實施例中，測量部分軸承單元設在測量平面11的單側上，圖7表示一實施例，其中測量部分軸承單元設在測量平面11內。固定在底座2b上并具有保持部分軸承單元27的水平測量單元25與前述說明對應，該軸承單元27用于保持部分3圍繞保持部分軸線4的可轉動安裝。位于保持部分3上的試件1具有其觀測單元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和水平測量單元25由呈測量環5d形式的環形測量部分包圍。基本形式為轉動對稱的測量環5d安裝成可圍繞測量部分軸線7轉動，該安裝通過測量部分軸承單元6a實現，該軸承單元6a呈空氣軸承的形式并設在多部分底座2b上，局部設在底座2b中。這里測量環5d的外表面及可選地還有內表面是空氣軸承的軸承面。安裝在測量環5d上并具有光學檢測器(圖7中未示出)的光學單元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單元8的檢測器上，從而在該處產生多重點。類似于圖5和圖6，也可以給測量環5d裝配附加光學單元15，特別是附加發射體或附加鏡。因為測量部分軸承單元6a設在中央，并位于測量平面11中，在試件1和水平測量單元25的下方，所以可以容易地從兩側接近試件1，這在試件1的安裝期間和試件1的校準工作中尤其有利。由于測量環5d和測量部分軸承單元6a靠近或沿測量環5d的重心垂線轉動對稱的基本形狀，可基本避免測量部分上的彎矩和扭矩，從而能夠實現精度很高的測量。
圖8表示可能實施例的光束路徑，在該實施例中光學單元具有已知自動準直儀的設計，并且試件的基準結構由反射平面形成。呈自動準直儀形式的光學單元8a包括發射體31a、呈分度線形式的光學單元標記32、用于物理分光的分光體33、光學單元物鏡34a和光學檢測器9。光學單元8a發射呈準直發射光束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結構。因此經過輻射參數修正的反射光束形成同樣經過準直的試件光束10a。如果準直發射光束35a大致垂直地投射到反射平面36上，則試件光束10a由光學單元物鏡34a接收并聚焦到檢測器9上，從而在該檢測器9上產生光學單元標記32的圖像并且在檢測器9上產生至少一個點12或一系列這樣的點12。該圖像以及該系列點12的位置取決于光學單元8a相對于反射平面36或試件1的基準結構的角度對準。該反射平面36直接由作為試件1上的基準結構的反射平面形成。因此還可以關于其鏡面對準方面研究多角鏡(例如用于系列法(rosette method)的基準鏡)。
然而，許多待研究其角度對準的試件的基準結構通常如上所述不由平面形成而由彎曲結構(例如設在觀測單元18的物鏡16中的透鏡)形成。圖9表示光學單元8a，與圖8一樣。然而，在光學單元物鏡34a前設置位置可變并呈散射透鏡形式的附加輔助透鏡37a，因此發射光束35b發散。發散的發射光束35b投射到試件1的光學觀測單元18的物鏡16的第一和第二會聚透鏡38a′和38a″上，并由這些會聚透鏡38a′和38a″聚焦，投射到凸透鏡39上，并由該凸透鏡39反射，導致輻射參數發生改變，這里凸透鏡39形成試件1的基準結構。反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單元8a的檢測器9上。為了在凸透鏡39處(不在前面的透鏡處)發生傳輸光束35b的主反射，可以使用設置在發射體31a后面的濾光器(圖9中未示出)。以如上所述的方式實現由光學單元8a進行的角度對準檢查。可以通過靈活使用輔助透鏡37a，將設備從平面轉化成凸面或者任選的凹面基準結構，而在設備中基本不發生干涉。輔助透鏡的設計具體取決于用作基準結構的透鏡形式和前面的透鏡系統。
在另一實施例中，如圖10所示，基準結構由試件的觀測單元中的分度線形成。光學單元8b具有發射體31b、用于物理分光的分光體33、光學單元物鏡34b和光學檢測器9。光學單元8b發射呈傳輸光束35c形式的輻射，該輻射由試件1的觀測單元18的物鏡16接收，投射到觀測單元18的分度線14上并照亮分度線14。分度線14位于觀測單元18的物鏡16的焦點處。在由所述物鏡16準直以后，由該分度線14的照明產生的反射形成作為試件光束10c的光束。該試件光束10c由光學單元物鏡34b聚焦到檢測器9上，從而在該檢測器9上產生試件1的觀測單元18的分度線14的圖像并且在該處產生一系列點12。該圖像或這些系列點12在檢測器9上的位置取決于觀測單元18或者作為試件1的基準結構的分度線14相對于設備光學單元8b的角度對準。或者，可以例如不通過光學單元8b內的發射體31b經由物鏡16照亮分度線14，而是在觀測單元18的目鏡23一側(參見圖5和圖7)上的分度線的另一側上，例如通過呈附加發射體形式的附加光學單元15(參見圖5和圖6)進行照明。在自身照明分度線或者由觀測單元18中的照明照亮分度線的情況下，可完全省去外部發射體。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距激光二極管的觀測單元的分光體的表面也可以代替分度線14用作反射表面。
如果打算勘測觀測單元18內的結構或物體，例如分度線或孔，可以通過圖11中所示的方式實現。光學單元8c具有發射體31c、用于物理分光的分光體33、光學單元物鏡34c和光學檢測器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的光學觀測單元18內的結構40。被照亮的結構40借助光束10d通過會聚透鏡38b′和38b″、輔助透鏡37b和光學單元物鏡34c聚焦到檢測器9上，從而可用圖像表示并得到檢查。該結構例如由圖像記錄表面(例如CCD芯片或測距儀的激光二極管)形成。如上所述，這里還可以實現其它的照明變型例。
可以用單一光學單元執行圖8至圖11中所述的測試方法，任選地可以使用不同的物鏡或輔助透鏡，從而將不需復雜轉換的單一設備用于不同的試件或測試方法。
權利要求
1.一種用于檢查或校準高精度試件(1)的基準結構的角相關對準的方法，其使用一種設備，該設備包括·可調整或固定的保持部分(3)，用于保持所述試件(1)，·可調整的測量部分(5、5a、5b、5c、5d)，該測量部分(5、5a、5b、5c、5d)和保持部分(3)可相對彼此圍繞保持部分軸線(4)和與所述保持部分軸線(4)成直角相交的測量部分軸線(7)轉動，并且可以測量在測量部分(5、5a、5b、5c、5d)與所述保持部分(3)之間的保持部分圍繞保持部分軸線(4)的轉動角以及所述測量部分圍繞所述測量部分軸線(7)的轉動角，·光學單元(8、8a、8b、8c)，其設在所述測量部分(5、5a、5b、5c、5d)上并具有光學檢測器(9)，該光學檢測器(9)用于接收至少一個與所述試件(1)相互作用的試件光束(10、10a、10b、10c、10d)，該光束大致在測量平面(11)中行進，所述測量部分軸線(7)垂直通過所述測量平面且所述保持部分軸線(4)位于該測量平面內，該光束在所述檢測器(9)上產生至少一個點(12)，以及·控制/管理單元(13)，其至少用于通過所述保持部分和所述測量部分的轉動軸線的電機動力調整使所述光學單元(8、8a、8b、8c)相對于所述試件(1)的基準結構進行電機動力對準，作為在所述檢測器(9)上的所述至少一個點(12)的位置函數，所述方法包括以下方法步驟·將試件(1)設在保持部分(3)上，·進行光學單元(8、8a、8b、8c)和/或試件(1)的基準結構的預對準，使得試件光束(10、10a、10b、10c、10d)至少部分投射到檢測器(9)上，并在那里產生至少一個點(12)，·由控制/管理單元(13)對檢測器(9)上的至少一個點(12)的位置進行評估，·通過控制/管理單元(13)進行光學單元(8、8a、8b、8c)相對于基準結構的相對精細調整，作為檢測器(9)上的至少一個點(12)的位置函數，使得該至少一個點(12)到達檢測器(9)上的某一基準位置，以及·至少對保持部分的轉動角和/或測量部分的轉動角進行確定，輻射(30、35a、35b、35c、35d)由試件(1)的基準結構產生或關于輻射參數進行修正，具體通過反射、阻擋、過濾或成形，并且所產生或修正的光束(30、35a、35b、35c、35d)形成試件光束(10、10a、10b、10c、10d)。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，具體為經緯儀、水平或大地掃描儀的試件(1)具有光學觀測單元(18)，該光學觀測單元·可圍繞垂直軸線(20)調整，并可任選地圍繞傾斜軸線(21)調整，·確定觀測軸線，并且·具有可任選檢測的標記，例如分度線(14)或光出口，可以確定垂直軸線的轉動角，并可任選地確定傾斜軸線的轉動角，并且·試件下部(19)設在保持部分(3)上，使得保持部分軸線(4)大致與垂直軸線(20)共線，并任選地測量部分軸線(7)大致與傾斜軸線(21)共線，·在光學單元(8、8a、8b、8c)的預對準之前或期間實現光學觀測單元(18)的預對準，并且·確定垂直軸線的轉動角，并且/或者任選地確定傾斜軸線的轉動角。
3.根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于，試件(1)具有激光測距儀，該激光測距儀具有形成基準結構并旨在產生形成試件光束的激光測量光束的測量光束發射體，所述方法包括由激光測距儀發射激光測量光束的附加方法步驟。
4.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，·由設在光學單元(8、8a、8b、8c)中的發射體(31a、31b、31c)發射輻射(35a、35b、35c、35d)并使之成形，·然后由試件(1)的基準結構反射輻射(35a、35b、35c、35d)，從而形成試件光束(10a、10b、10c、10d)，并且·將試件光束(10a、10b、10c、10d)聚焦到檢測器(9)上以投射到光學單元(8a、8b、8c)的一部分上，并且在光學單元(8a、8b、8c)相對于基準結構精確對準的情況下，該試件光束在檢測器(9)上產生至少一個點(12)。
5.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，基準結構由觀測單元(18)的透鏡(39)形成。
6.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，基準結構由觀測單元(18)的分光體形成。
7.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，基準結構由觀測單元(18)的圖像記錄表面，尤其是CCD芯片形成。
8.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，·基準結構由可任選檢測的標記形成，該標記至少在微調期間被主動或被動地照亮，并且·輻射(30、35c)由標記產生或關于輻射參數修正。
9.根據權利要求8所述的方法，其特征在于，標記呈分度線(14)的形式，該分度線(14)至少在微調期間自身照亮或被設在光學觀測單元(18)中的發射體照亮，由此形成的試件光束(10、10c)通過觀測單元(18)的物鏡(16)至少部分地被直接或間接聚焦到檢測器(9)上，從而在檢測器(9)上產生至少一個點(12)。
10.根據權利要求8所述的方法，其特征在于，標記呈分度線(14)的形式并至少在微調期間被設在觀測單元(18)的物鏡(16)一側上的發射體(31b)照亮，該分度線(14)通過觀測單元(18)的物鏡(16)至少部分地被直接或間接聚焦到檢測器(9)上，從而在檢測器(9)上產生至少一個點(12)。
11.根據權利要求8所述的方法，其特征在于，標記呈分度線(14)的形式并至少在微調期間被設在觀測單元(18)的目鏡(23)一側上的附加發射體、具體為附加光學單元(15)照亮，該分度線(14)通過觀測單元(18)的物鏡(16)至少部分地被直接或間接聚焦到檢測器(9)上，從而在檢測器(9)上產生至少一個點(12)。
12.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，·由設在觀測單元(18)的目鏡(23)一側或物鏡(16)一側上的附加光學單元(15)沿目鏡(23)方向發射輻射，該輻射具有三維構造，特別地為圖案的形式，·輻射通過觀測單元(18)，由觀測單元(18)中的至少一個基準結構關于輻射參數修正，從而形成試件光束(10a、10b、10c、10d)，并且·試件光束(10a、10b、10c、10d)在從觀測單元的物鏡(16)或目鏡(23)發出后被聚焦到檢測器(9)上以投射到光學單元(8a、8b、8c)的一部分上，從而在檢測器(9)上產生多重點(12)，并且·可通過對多重點的評估檢測到的光學誤差，尤其是像差和扭曲，通過控制/管理單元(13)由檢測器(9)檢測。
13.根據權利要求2至12中任一項所述的方法，其特征在于，觀測單元(18)的至少一部分的結構(40)被聚焦到檢測器(9)上。
14.根據權利要求1至13中任一項所述的方法，其特征在于，通過熱發射體至少從一側加熱試件(1)，以確定熱性能。
全文摘要
本發明涉及一種用于檢查或校準高精度試件(1)上的基準結構的角相關對準的方法。在將試件(1)設在保持件(3)上之后，進行光學單元(8、8a、8b、8c)和/或試件(1)的基準結構的預對準，使得試件光束(10、10a、10b、10c、10d)至少部分入射到檢測器(9)上，并在那里產生至少一個點(12)。通過控制/管理單元(13)對檢測器(9)上的至少一個點(12)的位置進行評估。在通過控制/管理單元(13)根據檢測器(9)上的至少一個點(12)的位置進行光學單元(8、8a、8b、8c)相對基準結構的相對精細調整，使得至少一個點(12)具有在檢測器(9)上的給定位置之后，至少對保持件的轉動角和/或測量件的轉動角進行記錄，由此光束(30、35a、35b、35c、35d)由試件(1)的基準結構產生或關于光束參數修正，具體通過反射、阻擋、過濾或成形，并且所產生或修正的光束(30、35a、35b、35c、35d)形成試件光束(10、10a、10b、10c、10d)。
文檔編號G01C25/00GK1829899SQ200480022078
公開日2006年9月6日 申請日期2004年7月23日 優先權日2003年7月28日
發明者海因茨·利普納 申請人:萊卡地球系統公開股份有限公司