[发明专利]位置确定装置、测量机和位置确定方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于确定目标物体的位置且用在测量机中尤其是用在坐标测量机或大地测绘系统中的位置确定装置，涉及配备有这种位置确定装置的测量机，以及涉及测量方法和相关联的计算机程序产品。

背景技术

在许多应用领域中需要作为位置确定方向、角度和长度，例如像大地测绘和用于工业测量。角度计量学的进展经由机械读取过程已导致全自动化位置测量，尤其是根据当前现有技术的角度测量或路径测量。

已知的自动化位置确定装置通常包括编码载体和扫描仪。在角度测量装置(即所谓的角度编码器)的情况下，编码载体通常实施成可绕轴线相对于扫描仪旋转，其中，编码载体的角度位置因此构成待测变量。例如，编码载体可具有分度或编码以用于确定位置，其中，编码可被施加至编码载体的表面或侧向面。

为了自动获取所述位置，可相对于扫描仪移动的编码载体由读取头通过各种技术来扫描。已知的扫描方法包括电磁方法、电子方法和光电方法(即基于电感、基于电容和基于光学)。

例如，位置确定装置被用在坐标测量设备或坐标测量机(CMM)中。

如WO2008/019835中所述的角度编码器的用于读取可光学读取的编码载体的光学探测器例如是光电探测器、CCD线阵列或者CCD面阵列。通常，编码载体呈圆盘或者圆环状构成并且沿其周向承载有可以光学方式获取的位置编码，编码的片段在探测器上被成像。

如在例如WO2007/051575中所述的，已知的角度测量设备通常包括所谓的圆弧和扫描装置。该圆弧以编码载体的形式构成并具有用于确定圆上的位置的分度或编码。该编码被施加到编码载体的表面(即圆形面或侧面)。

WO2008/141817披露了一种位置确定装置，其具有线性编码器和/或角度编码器。编码载体和扫描装置如此布置，即：可以在编码载体与扫描装置之间实现按一个自由度的相对运动且尤其是相对旋转运动或者沿一个轴线的相对纵向运动。

已知的尤其用于坐标测量机或大地测绘机(如总站)的位置确定装置具有截然不同的优点和缺点。

已知的位置编码器如线性编码器和角度编码器的特点是具有用于提供相对(即增量)或绝对的位置确定数据的高测量精度，但测量速度相对低，例如在1Hz到20Hz的数量级内，结果，可能的读取速度也相对低。具有较高的可能测量速度的设计比较昂贵，尤其因为为此需要更复杂的机械电子装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种改进的尤其用在坐标测量机或大地测绘机中的位置确定装置。确切地说在此情况下，旨在实现更高的测量速度，其中，尤其只需接受测量精度方面的微小损失，或者没有这样的损失。

本发明的另一个目的在于能够使这种改进的位置确定装置在最小可行的生产支出下来获得。

这些目的通过独立方面的特征部分的实施来实现。以另选或有利方式改进本发明的特征可以由从属方面和包括附图说明的说明书中得到。

根据本发明，用于测量机尤其是坐标测量机或大地测绘系统的可相对于彼此移动的两个部件的位置确定装置被实施成用于确定所述两个部件的相对于彼此的位置。该位置确定装置包括至少一个位置编码器，这至少一个位置编码器具有与编码协作的读取头。该位置编码器被实施成用于在第一测量频率(rate)下产生与所述位置相关的第一位置确定数据。

根据本发明，所述位置确定装置还包括至少一个惯性测量单元，这至少一个惯性测量单元用于确定所述两个部件中的至少一个部件的平移加速度和/或旋转加速度，并且因此用于在高于所述第一测量频率的第二测量频率下产生与所述位置相关的第二位置确定数据。

为了由评估单元实施的所述位置的确定，现在该评估单元被实施和构造成获取由所述至少一个位置编码器产生的第一位置确定数据和由所述至少一个惯性测量单元产生的第二位置确定数据，将这些位置确定数据相互关联，并且在至少高于所述第一测量频率的第三测量频率下从这些位置确定数据确定所述位置。

尤其是，所述评估单元此时被实施和构造成针对在位于所述第一测量频率的连续测量时间之间的中间时间窗口内的时间基于所述第二位置确定数据来确定所述位置。在这里，确切地说，所述第二位置确定数据仅能总是被用于所述中间时间窗口，并且所述位置针对所述第一测量频率的测量时间仅基于所述第一位置确定数据来确定。