用于补偿激光跟踪仪中的轴承径向跳动的装置和方法

用于补偿激光跟踪仪中的轴承径向跳动的装置和方法
【专利摘要】提供了用于对通过坐标测量设备对回射器的三维坐标测量中的误差进行校正的装置和方法。该方法包括：测量多个第一角度以及沿轴线的多个第一和第二位移；将光束发射至回射器目标；测量相对于回射器的两个角度和距离；以及确定回射器的三维坐标。
【专利说明】用于补偿激光跟踪仪中的轴承径向跳动的装置和方法

【背景技术】
[0001]本公开涉及一种坐标测量设备。一组坐标测量设备属于通过将激光束发送到点来测量该点的三维(3D)坐标的一类仪器。激光束可以直接撞击到点上，或者撞击到与点相接触的回射器目标上。在任一情况下，仪器通过测量到目标的距离和两个角度来确定该点的坐标。用诸如绝对测距仪或干涉仪的距离测量设备来测量距离。用诸如角度编码器的角度测量设备来测量角度。仪器内的装有万向节的射束调向机构将激光束指引至兴趣点。
[0002]激光跟踪仪是使用其发射的一束或多束激光束跟踪回射器目标的特定类型的坐标测量设备。与激光跟踪仪最密切相关的坐标测量设备是激光扫描仪和全站仪。激光扫描仪将一束或更多束激光束递送(step)至表面上的点。激光扫描仪拾取自该表面散射的光，并且通过该光确定相对于每个点的距离和两个角度。在测量应用中最常用的全站仪可以用于测量漫散射目标或回射目标的坐标。在下文中，术语激光跟踪仪在广义上用于包括激光扫描仪和全站仪。
[0003]通常，激光跟踪仪将激光束发送到回射器目标。普通类型的回射器目标是球形安装的回射器(SMR)，其包括嵌入在金属球体内的立方隅角回射器。立方隅角回射器包括三个相互垂直的镜。作为三个镜交叉的公共交点的顶点位于球体的中心。由于立方隅角在球体内的这种布局，使得即使SMR在旋转时，从顶点到SMR所搁置的任意表面的垂直距离都保持恒定。因此，激光跟踪仪可以通过跟随在表面上移动的SMR的位置来测量表面的3D坐标。另一种说法，激光跟踪仪只需要测量三个自由度(一个径向距离和两个角度)来充分地表征表面的3D坐标的特征。
[0004]一种类型的激光跟踪仪仅包括干涉仪(IFM)而不包括绝对测距仪(ADM)。如果物体阻挡来自于这些跟踪仪中的一个跟踪仪的激光束的路径，则IFM失去其距离基准。那么操作者在继续该测量之前必须跟踪回射器至已知的位置以重置基准距离。一种避开(around)该限制的方式是将ADM置于跟踪仪中。如在下文更加详细描述的那样，ADM可以以点摄(point-and-shoot)的方式测量距离。一些激光跟踪仪仅包括ADM而不包括干涉仪。Bridges等的美国专利N0.7，352，446 ( ‘446)描述了一种仅具有ADM(并且没有IFM)的激光跟踪仪，该激光跟踪仪能够精确地扫描移动的目标。在‘446专利之前，绝对测距仪太缓慢以至于不能精确地找到移动的目标的位置。
[0005]激光跟踪仪内的万向节机构可以用于将激光束从跟踪仪指引至至SMR。由SMR回射的光的一部分进入激光跟踪仪并且传递至位置探测器。激光跟踪仪内的控制系统能够用位置探测器上的光的位置来调整激光跟踪仪的机械轴(axes)的旋转角度，以保持激光束在SMR中心上居中。以此方式，跟踪仪能够跟随(跟踪)在兴趣物体的表面上移动的SMR。
[0006]诸如角度编码器的角度测量设备附接至跟踪仪的机械轴。由激光跟踪仪执行的一个距离测量和两个角度测量足以完全地确定SMR的三维位置。
[0007]可获得或已提出了用于测量六个而不是普通的三个自由度的若干激光跟踪仪。在Bridges等的美国专利N0.7，800，758( ‘758)以及Bridges等的公开的专利申请N0.2010/0128259中描述了示例性的六自由度(6-D0F)系统。
[0008]补偿参数是储存在跟踪仪可访问的的软件或固件中的数值。将些数值应用于原始跟踪仪数据，以提高跟踪仪的精度。跟踪仪的制造商以及在一些情况下的使用者通过执行被称为补偿过程的测量来找到补偿参数。当今，激光跟踪仪除了将补偿参数用于诸如轴线不垂直度以及轴线偏移的机械误差的消除(account for)，以及消除诸如相对于跟踪仪万向节点的射束角度偏差与激光束偏移的光机误差。然而，在目前这代激光跟踪仪中，不包括消除轴承径向跳动的影响的补偿参数。这样的影响可以是相对大的。此外，轴承的径向跳动会降低角度编码器的补偿精度。需要能够实现补偿参数的采集与应用的过程，以使由轴承的径向跳动产生的误差最小化。


【发明内容】

[0009]根据一实施方式，提供一种用于通过坐标测量设备对回射器目标的三维坐标测量中的误差进行校正的方法，该坐标测量设备构造成构造成将光的第一射束发送至回射器目标，回射器目标构造成将第一射束的一部分作为第二射束返回，该方法的步骤包括:提供坐标测量设备，该坐标测量设备具有第一轴杆、第二轴杆、第一马达、第二马达、第一角度测量设备、第二角度测量设备、测距仪和处理器，第一轴杆构造成围绕第一轴线旋转，第一轴杆由第一轴承和第二轴承支承，第一马达构造成使第一轴杆围绕第一轴线旋转第一角度，第一角度测量设备构造成测量第一角度，第二轴杆构造成围绕第二轴线旋转，第二轴杆由第三轴承和第四轴承支承，第二马达构造成使第二轴杆围绕第二轴线旋转第二角度，第二角度测量设备构造成测量第二角度，测距仪构造成至少部分地基于由第一光学探测器接收的第二射束的第一部分来测量从坐标测量设备到回射器目标的第一距离；用第一角度测量设备测量多个第一角度；在沿第一轴线的第一位置处测量多个第一位移，多个第一位移中的每者均与多个第一角度中的一个第一角度相关联，第一位移沿垂直于第一轴线的第一线取得；在沿第一轴线的第二位置处测量多个第二位移，多个第二位移中的每者均与多个第一角度中的一个第一角度相关联，第二位移沿垂直于第一轴线的第二线取得，在第一线与第二线之间存在第一间距；至少部分地基于多个第一角度、多个第一位移、多个第二位移以及第一间距确定补偿值；将第一射束发送至回射器目标；用第一角度测量设备测量第一回射器角度；用第二角度测量设备测量第二回射器角度；用测距仪测量第一距离；至少部分地基于第一回射器角度、第二回射器角度、第一距离以及补偿值计算回射器目标的三维坐标；以及将回射器目标的三维坐标储存在存储器中。
[0010]根据一实施方式，提供一种用于测量回射器目标的三维坐标的坐标测量设备，该坐标测量设备构造成将光的第一射束发送至回射器目标，回射器目标构造成将第一射束的一部分作为第二射束返回，该设备包括:第一轴杆、第二轴杆、第一马达、第二马达、第一角度测量设备、第二角度测量设备、测距仪、旋转计数器和处理器，第一轴杆构造成围绕第一轴线旋转，第一轴杆由第一轴承和第二轴承支承，第一马达构造成使第一轴杆围绕第一轴线旋转第一角度，第一角度测量设备构造成测量第一角度，第二轴杆构造成围绕第二轴线旋转，第二轴杆由第三轴承和第四轴承支承，第二马达构造成使第二轴杆围绕第二轴线旋转第二角度，第二角度测量设备构造成测量第二角度，测距仪构造成至少部分地基于由第一光学探测器接收的第二射束的第一部分测量从坐标测量设备到回射器目标的第一距离，旋转计数器构造成测量第一轴杆的旋转次数。

【专利附图】

【附图说明】
[0011]现参照附图，示出了示例性实施方式，所示的示例性实施方式不应被理解为对于本公开的整个范围的限制，以及其中，在若干附图中的元件标号相同:
[0012]图1是根据本发明的实施方式的具有回射器目标的激光跟踪仪系统的立体图；
[0013]图2是根据本发明的实施方式的具有六自由度(six-DOF)目标的激光跟踪仪系统的立体图；
[0014]图3是描述了根据本发明的实施方式的激光跟踪仪的光学器件与电子器件的元件的框图；
[0015]图4包括图4A和4B，其示出了现有技术的远焦光束扩展器的两种类型；
[0016]图5不出了现有技术的光导纤维光束发射器；
[0017]图6A-D是示出了现有技术的位置探测器组件的四种类型的示意图；
[0018]图6E和6F是示出了根据本发明的实施方式的位置探测器组件的示意图；
[0019]图7是现有技术ADM内的电元件和电光学元件的框图；
[0020]图8A和8B是示出了现有技术的光纤网络内的光纤元件的示意图；
[0021]图8C是示出根据本发明的实施方式的光纤网络内的光纤元件的示意图；
[0022]图9是现有技术的激光跟踪仪的分解视图；
[0023]图10是现有技术的激光跟踪仪的横截面图；
[0024]图11是根据本发明的实施方式的激光跟踪仪的计算元件与通信元件的框图；
[0025]图12是根据本发明的实施方式的激光跟踪仪内的使用镜对光束进行调向的一些内部元件的立体图；
[0026]图13是根据本发明的实施方式的激光跟踪仪内的一些元件的立体图；
[0027]图14是根据本发明的实施方式的激光跟踪仪内的一些元件的立体图；
[0028]图15A和15B是测量轴承误差的现有技术的装置的立体图；
[0029]图16A - 16C是由车床主轴中的轴承误差的测量获得的数据绘图；
[0030]图17示出了包含两个轴承的主轴的四次连续的旋转；
[0031]图18是根据本发明的实施方式的激光跟踪仪部件与轴承径向跳动的测量装置的部分分解立体图；以及
[0032]图19是根据本发明的实施方式的激光跟踪仪部件与轴承径向跳动的测量装置的部分分解立体图。

【具体实施方式】
[0033]图1所示的示例性激光跟踪仪系统5包括激光跟踪仪10、回射器目标26、可选的辅助单元处理器50以及可选的辅助计算机60。激光跟踪仪10的示例性装有万向节的射束调向机构12包括安装在方位基座16上并且绕方位轴线20旋转的天顶托架(zenithcarriage) 14。负载15安装在天顶托架14上并且绕天顶轴线18旋转。天顶轴线18和方位轴线20在跟踪仪10内部于万向节点22处正交地相交，所述万向节点处通常是用于距离测量的原点。激光束46基本上通过万向节点22并且正交地指向天顶轴线18。换言之，激光束46处在与天顶轴线18近似垂直并且穿过方位轴线20的平面中。发出的激光束46通过负载15围绕天顶轴18线的旋转以及通过天顶托架14围绕方位轴线20的旋转指向期望的方向。天顶角度编码器在跟踪仪内部附接至与天顶轴线18对准的天顶机械轴线。方位角度编码器在跟踪仪内部附接至方位轴线20对准的方位机械轴线。天顶角度编码器和方位角度编码器以相对高的精度测量天顶旋转角和方位旋转角。发出的激光束46行进至回射器目标26，该回射器目标26例如可以是如上所述的球面安装的回射器(SMR)。通过测量万向节点22与回射器26之间的径向距离、绕天顶轴线18的旋转角度和绕方位轴线20的旋转角度，能够在跟踪仪的球坐标系内找出回射器26的位置。
[0034]如下文所描述的，发出的激光束46可以包括一个或更多个激光波长。为了清晰和简明的目的，在以下讨论中，假定图1所示的这类型的调向机构。然而，也可以是其他类型的调向机构。例如，可以由绕方位轴线和天顶轴线旋转的镜来反射激光束。不论调向机构的类型如何，本文中所描述的技术都是适用的。
[0035]激光跟踪仪上可以包括磁巢17，以用于针对不同尺寸的SMR——例如，1.5,7/8以及1/2英寸的SMR——而将激光跟踪仪重置于“原始”位置。接通的跟踪仪回射器19可以用于将跟踪仪重置于基准距离处。此外，如美国专利N0.7，327，446所述，从图1的视图中不可见的跟踪仪上的反光镜可与跟踪仪上的回射器组合使用以使得能够执行自补偿。
[0036]图2示出了与图1的激光跟踪仪系统5相似的示例性激光跟踪仪系统7，区别在于回射器目标26以六自由度探针1000替代。在图1中，可以使用其他类型的回射器目标。例如，有时使用猫眼回射器，其为光集中于玻璃结构的反射性后表面上的小光点的玻璃回射器。
[0037]图3是示出一种激光跟踪仪的实施方式中的光学元件与电元件的框图。其示出了激光跟踪仪的发射两种光波长的元件，其中，第一波长用于ADM，第二波长用于可见的指示器以及用于跟踪。可见的指示器使得使用者能够看到由跟踪仪发射的激光束点的位置。通过使用自由空间分束器将两种不同波长组合起来。电光(E0)系统100包括可见光源110、隔离器115、可选的第一光纤发射器170、可选的干涉仪(IFM) 120、射束扩展器140、第一分束器145、位置探测器组件150、第二分束器155、ADM160以及第二光纤发射器170。
[0038]可见光源110可以是激光器、超辐射发光二极管或者其他发光设备。隔离器115可以是法拉第隔离器、衰减器或者其他能够减少反射回到光源中的光的设备。可选的IFM可以以多种方式构造。作为可能的实施方案的具体示例，IFM可以包括分束器122、回射器126、四分之一波片124、130以及相位分析仪128。可见光源110可以将光发射至自由空间，然后光在自由空间中行进通过隔离器115以及可选的IFM120。替代性地，隔离器115可以通过光缆联接至可见光源110。在这种情况下，如下文中参照图5所讨论的，来自于隔离器光可以通过第一光纤发射器170发射进入自由空间。
[0039]光束扩展器140可以通过使用多种透镜配置设立，而非如图4A和4B所示的两种通常使用的现有技术的配置。图4A示出了基于负透镜141A与正透镜142A的使用的配置140A。入射到负透镜141A上的平行入射的光束220A从正透镜142A出来后成为更大的平行入射的光束230A。图4B示出了基于两个正透镜141B、142B的使用的配置140B。入射到第一正透镜141B上的平行入射的光束220B从第二正透镜142B出来后成为更大的平行入射的光束230B。离开射束扩展器140的光中，少量光从分束器145、155反射出来偏离(onthe way out of)跟踪仪并且丢失。穿过分束器155的那一部分光与来自于ADM160的光相结合，以形成离开该激光跟踪仪并且行进至回射器90的复合光束188。
[0040]在一实施方式中，ADM160包括光源162、ADM电子器件164、光纤网络166、相互连接的电缆165以及相互连接的光纤168、169、184、186。ADM电子器件将电调制(electricalmodulat1n)和偏压发送至光源162,光源162例如可能是以近似为1550nm的波长操作的分布式反馈激光器。在一实施方式中，光纤网络166可以是不于图8A中的现有技术的光纤网络420A。在该实施方式中，在图3中的来自于光源162的光行进穿过光纤184，光纤184等同于图8A中的光纤432。
[0041]图8A的光纤网络包括第一光纤耦合器430、第二光纤耦合器436以及低透射率反射器435、440。光行进通过第一光纤耦合器430，并且分裂成两条路径，第一路径通过光纤433到达第二光纤耦合器436，第二路径通过光纤422与光纤长度均衡器423。在图3中，光纤长度均衡器423连接至光纤长度168，光纤长度168行进至ADM电子器件164的基准通道。光纤长度均衡器423的用途是使基准通道中的光穿越的光纤的长度和测量通道中的光穿越的光纤的长度等同。通过这种方式匹配光纤长度能够减小由周围温度的变化引起的ADM误差。由于光纤的光通道有效长度等于光纤的平均折射率乘以光纤的长度，因此这些误差可能增大。由于光纤的折射率取决于光纤的温度，因此光纤的温度的变化导致测量通道和基准通道的光通道有效长度的变化。如果测量通道中的光纤的光通道有效长度相对于基准通道中的光纤的光通道有效长度发生变化，则即使回射器目标90是保持静止的，结果也将会是回射器目标90的位置的明显移位。为了避开该问题，采取两个步骤。第一，使基准通道中的光纤的长度尽可能接近地等同于测量通道中的光纤的长度。第二，测量光纤与基准光纤尽可能并排地设定路线至如下程度，即，确保两个通道中的光纤具有几乎相同的温度变化。
[0042]光通过第二光纤耦合器436行进并且分裂成两条路径，第一路径通向低反射光纤端接器440，第二路径通向光纤438，光从光纤438行进至图3中的光纤186。光纤186上的光行进至第二光纤发射器170。
[0043]在一实施方式中,现有技术图5不出了光纤发射部170。光从图3中的光纤186行进至图5中的光纤172。光纤发射器170包括光纤172、套圈174以及透镜176。光纤172附接至套圈174，套圈174稳定地附接至激光跟踪仪10内的结构。如果希望的话，可以对光纤的端部以一定角度进行打磨，以减小背向反射。光250从光纤的芯出来,该光纤可以是直径在4微米与12微米之间的单模光纤，其直径取决于所使用的光的波长以及光纤的特定类型。光250以某一角度发散并且截止于使其平行的透镜176。通过ADM系统中的单光纤发射与接收光信号的方法在图3中参考‘758进行了描述。
[0044]参照图3，分束器155可以是二向色性分束器，其传送与其反射的光的波长不同的波长。在一实施方式中，来自于ADM160的光经二向色性分束器155反射并且与通过二向色性分束器155传送的来自于可见的激光器110的光相结合。复合光束188离开激光跟踪仪作为第一射束行进至回射器90，回射器90返回一部分光作为第二射束。第二射束的处于ADM波长的那部分经二向色性分束器155反射然后返回至第二光纤发射器170，第二光纤发射器170将返回至光纤186中的光耦合。
[0045]在一实施方式中，光纤186对应于图8A中的光纤438。返回光从光纤438行进通过第二光纤稱合器436并且分裂成两条路径。第一路径通向光纤424,在一实施方式中，该光纤424对应于图3中的通向ADM电子器件164的测量通道的光纤169。第二路径通向光纤433，然后到达第一光纤耦合器430。离开第一光纤耦合器430的光分裂成两条路径，第一路径通向光纤432,第二路径通向低反射比端接器435。在一实施方式中，光纤432对应于图3中的通向光源162的光纤184。在大多数情况下，光源162包含内置的法拉第隔离器，该内置的法拉第隔离器使从光纤432进入光源的光的量降至最少。过量的光沿相反方向馈入激光器会使激光器去稳定化。
[0046]来自于光纤网络166的光通过光纤168、169进入ADM电子器件164。图7示出了现有技术的ADM电子器件的一实施方式。图3中的光纤168对应于图7中的光纤3232，图3中的光纤169对应于图7中的光纤3230。现参照图7，ADM电子器件3300包括频率基准3302、合成器3304、测量探测器3306、基准探测器3308、测量混合器3310、基准混合器3312、调节电子器件3314、3316、3318、3320、N分频预分频器3324以及模数转换器(ADC)3322。频率基准例如可能是恒温控制晶体振荡器(0CX0)，其将例如可能为10MHz的基准频率fREF发送至合成器，合成器产生两个电信号:一个处于频率fRF的信号，两个处于频率fLO的信号。信号fRF行进至对应于图3中的光源162的光源3102。处于频率fLO的两个信号行进至测量混合器3310和基准混合器3312。来自于图3中的光纤168、169的光分别出现于图7中的光纤3232、3230，并且分别进入基准通道和测量通道。基准探测器3308与测量探测器3306将光信号转换成电信号。这些信号分别由电子部件3316、3314调节，并且分别被发送至混合器3312、3310。混合器产生等于fLO - fRF的绝对值的频率flF。信号fRF可以具有例如为2GHz的相对高的频率，而信号flF可以具有例如为10kHz的较低的频率。
[0047]将基准频率fREF发送至预分频器3324，预分频器3324将该频率除以整数值。例如，10MHz的频率可能被以40分配以获得250kHz的输出频率。在该示例中，进入ADC 3322的10kHz信号将以250kHz的速率取样，从而每周期产生25个样本。将来自于ADC3322的信号发送至数据处理器3400，数据处理器3400例如可能是位于图3的ADM电子器件164中的一个或更多个数字信号处理器(DSP)单元。
[0048]用于获取距离的方法是以针对基准通道和测量通道的ADC信号的相位计算为基础的。该方法在Bridges等人所拥有的美国专利N0.7，701，559( ‘559)中进行了详细的描述。该计算包括专利‘559的等式(1) - (8)的使用。此外，当ADM首先开始测量回射器时，由合成器产生的频率改变若干次(例如三次)，并且每种情况下都要计算可能的ADM距离。通过对比每个选定频率的可能的ADM距离，消除了在ADM测量中的不定性。‘专利‘559的等式(1) - (8)结合有关于专利‘559的图5所描述的同步方法与专利‘559所描述的卡尔曼滤波法，使得ADM能够测量移动的目标。在其他实施方式中，可以使用例如通过使用脉冲飞行时间而非相位差来获得绝对距离的测量的其他方法。
[0049]返回光束190的穿过分束器155的那部分到达分束器145，分束器145将一部分光发送至射束扩展器140，将另一部分光发送至位置探测器组件150。产生自激光跟踪仪10或E0系统100的光可以被认作第一射束，从回射器90或26反射的那部分光作为第二射束。部分反射射束被发送至E0系统100的不同功能元件。例如，第一部分可以被发送至诸如图3中的ADM160的测距仪。第二部分可以被发送至位置探测器组件150。在一些情况下，可将第三部分发送至诸如可选的干涉仪120的其他功能单元。务必理解的是，虽然在图3的示例中，第二射束的第一部分和第二部分在分别从分束器155和145反射后被发送至测距仪和位置探测器，但是光还可以是被传送而非反射至测距仪或位置探测器。
[0050]图6A-D中示出了现有技术的位置探测器组件150A - 150D的四个示例。图6A描绘了最简单的实施方案，其中，位置探测器组件包括安装在电路板152上的位置传感器151，电路板152从电子箱350获得电量并且将信号返回至电子箱350，电子箱350可以反映在激光跟踪仪10、辅助单元50或外部计算机60内的任意位置处的电子处理能力。图6B包括滤光器154，该滤光器154能够阻止不希望的光波长到达位置传感器151。还可以例如通过为分束器145或位置传感器151的表面涂覆适当的薄膜来阻挡不希望的光波长。图6C包括减少光束尺寸的透镜153。图6D包括滤光器154和透镜153两者。
[0051]图6E示出了根据本发明的实施方式的包括光调节器149E的位置探测器组件。光调节器包含透镜153，还可以包含可选的波长滤波器154。此外，其包括漫射器156和空间滤波器157中的至少一者。如上文所解释的，一种流行的回射器的类型是立方隅角回射器。一类立方隅角回射器是由三个镜制成的，每个镜均以直角接合其他两个镜。这三个镜在截交线处接合，该截交线可以具有有限厚度，光在该有限厚度内不能理想地反射回跟踪仪。该有限厚度的线在传播时发生衍射，使得当它们到达位置探测器之后，可能不会呈现为完全与在位置探测器处相同。而衍射光的图案一般将会背离完美的对称。因此，撞击位置探测器151的光可能具有例如在邻近衍射线处的光功率的下降或上升(热点)。由于来自于回射器的光的均匀性在回射器与回射器之间会有不同，还由于光在位置探测器上的分配可能因为回射器旋转或倾斜而变化，因此，包括漫射器156以提高撞击位置探测器151的光的平滑度是有利的。可以说，由于理想的位置探测器应当响应于矩心(cent1id)，并且理想的漫射器应当以点对称地散布，因此，不应当对由位置探测器给出的结果位置有影响。然而，在实践中，发现漫射器能够提高位置探测器组件的性能，可能是因为位置探测器151与透镜153中的非线性因素(不完整性)的影响。由玻璃制成的立方隅角回射器还可以在位置探测器151处产生不均匀的光点。光点在位置探测器处的变化相对于自六自由度目标中的立方隅角反射的光可以特别的突出，这可以从共同转让的美国专利申请——2012年2月10日提交的 N0.13/370，339 ( ‘339)与 2012 年 2 月 29 日提交的 N0.13/407，983 ( ‘983)-中更清晰地理解。在一实施方式中，漫射器156是全息漫射器。全息漫射器提供可控、越过指定的扩散角的单色光。在其他实施方式中，使用了诸如毛玻璃漫射器或“乳色玻璃”漫射器的其他类型的漫射器。
[0052]位置探测器组件150E的空间滤波器157的用途为阻挡鬼射束，以防止其撞击位置探测器151，其中，鬼射束可能是由例如来自于光学表面的不希望的反射导致的。空间滤波器包括具有孔的板157。通过将空间滤波器157放置在距透镜的距离大约等于透镜焦距处，当返回光243E靠近返回光其最窄处(位于射束的腰部)时返回光会穿过空间滤波器。以不同角度行进的射束撞击远离孔的空间滤波器，并且被阻挡而无法到达位置探测器151，其中，射束以不同角度行进例如是由光学的反射导致的。图6E示出一个示例，其中，不希望的鬼射束244E自分束器145的表面反射，并且行进至空间滤波器157，在空间滤波器157处被阻挡。在没有空间滤波器的情况下，鬼射束244E将会拦截位置探测器151，从而致使位置探测器151上的射束243E的位置被不正确地确定。如果鬼射束位于相对于主光点较远的距离处，则即使是微弱的鬼射束也可以显著地改变位置探测器151上的质心的位置。
[0053]本文所讨论的这类回射器——例如立方隅角回射器或猫眼回射器——具有对沿平行于入射线的方向进入回射器的光线进行反射的特性。此外，入射线与反射线关于回射器的对称点对称地布置。例如，在开放式立方隅角回射器中，回射器的对称点是立方隅角的顶点。在玻璃立方隅角回射器中，对称点也是顶点，但是必须考虑这种情况下在玻璃-空气截面处的光的弯曲。在折射率为2.0的猫眼回射器中，对称点是球体的中心。在由对称地置于公共平面上的两个玻璃半球制成的猫眼回射器中，对称点是位于平面上并且处于每个半球的球心处的点。要点在于，对于通常与激光跟踪仪一起使用的回射器类型，由回射器返回至跟踪仪的光移位至相对于入射激光束的顶点的另一侧。
[0054]图3中的回射器90的这一行为是激光跟踪仪跟踪回射器的基础。位置传感器具有位于其表面上的理想的折返点。该理想的折返点是这样的点，即，发送至回射器的对称点(例如，SMR中的立方隅角回射器的顶点)的激光束在该点处将会返回。折返点往往靠近位置传感器的中心。如果激光束被发送至回射器的一侧，其将反射回另一侧并且从位置传感器的折返点出现。通过记录位置传感器上的返回光束的位置，激光跟踪仪10的控制系统能够引起马达朝向回射器的对称点移动光束。
[0055]如果回射器以恒定速度相对于跟踪仪横向移动，则回射器处的光束将会在距离回射器的对称点的固定偏移距离处撞击回射器(在瞬变过程已经稳定之后)。激光跟踪仪根据从可控测量获得的比例因子以及根据从位置传感器上的光束至理想的折返点的距离对回射器处的该偏移距离做出校正。
[0056]如上文所解释的，位置探测器执行两个重要功能——能够针对回射器的运动来跟踪和校正测量。位置探测器内的位置传感器可以是能够测量位置的任意类型的设备。例如，位置传感器可能是位置敏感探测器或光敏阵列。位置敏感探测器例如可能是横向效应探测器或象限探测器。光敏阵列例如可能是CMOS阵列或CCD阵列。
[0057]在一实施方式中，不经分束器145反射的返回光穿过射束扩展器140，从而变得更小。在另一实施方式中，位置探测器与测距仪的位置是相反的，使得由分束器145反射的光行进至测距仪，以及由分束器传送的光行进至位置探测器。
[0058]光连续通过可选的IFM、通过隔离器，然后进入可见光源110。在该阶段，光功率应当足够小，以使其不会使可见光源110去稳定化。
[0059]在一实施方式中，来自于可见光源110的光通过图5的射束发射器170发射。光纤发射器可以附接至光源110的输出或隔离器115的光纤输出。
[0060]在一实施方式中，图3的光纤网络166是图8B的现有技术光纤网络420B。此处，图3的光纤184、186、168、169对应于图8B的光纤443、444、424、422。图8B的光纤网络与图8A的光纤网络相似，区别在于图8B的光纤网络具有单一光纤耦合器而非两个光纤耦合器。图8B相比于图8A的优点是简单；然而，图8B更可能具有进入光纤422与424的不希望的光学背反射。
[0061]在一实施方式中，图3的光纤网络166是图8C的光纤网络420C，在此，图3的光纤184、186、168、169对应于图8C的光纤447、455、423、424。光纤网络420C包括第一光纤耦合器445和第二光纤稱合器451。第一光纤稱合器445是具有两个输入端口和两个输出端口的2X2耦合器。该类型的耦合器往往通过如下方法制成，即，将两个光纤芯紧靠彼此放置，然后在加热的同时拉延该光纤。通过这种方式，光纤之间的倏逝波耦合可以将理想的少量光分裂至邻近的光纤。第二光纤耦合器451是被称为循环器的类型。其具有三个端口，每个端口均具有传送或接收光的能力，但只是沿指定的方向传送或接收。例如，光纤448上的光进入端口 453，并且如箭头所指示地朝向端口 454传输。在端口 454处，光可以传输至光纤455。类似地，在端口 455上行进的光可以进入端口 454，并且沿箭头的方向行进至端口 456，一些光可以在端口 456处传输至光纤424。如果只需要三个端口，那么循环器451可以经受比2X2耦合器更少的光功率的损失。另一方面，循环器451可能比2X2耦合器更昂贵，并且其可能经历偏振模色散，在一些情形下，偏振模色散会是疑难的。
[0062]图9和10分别示出了现有技术激光跟踪仪2100的分解视图和横截面视图，该现有技术激光跟踪仪2100在Bridges等人所拥有的美国已公布专利申请N0.2010/0128259的图2和3中进行了描述。方位组件2110包括立柱外壳2112、方位编码器组件2120、上方位轴承2114A和下方位轴承2114B、方位马达组件2125、方位集电环组件2130以及方位电路板2135。
[0063]位编码器组件2120的用途是精确地测量支架2142相对于立柱外壳2112的旋转角度。方位编码器组件2120包括编码器圆盘2121和读取头组件2122。编码器圆盘2121附接至支架的外壳2142的轴，读取头组件2122附接至立柱组件2110。读取头组件2122包括电路板，一个或更多个读取头紧固于该电路板上。自读取头发送的激光在编码器圆盘2121上的细光栅线处反射。对由一个或更多个编码器读取头上的探测器拾取的反射光进行处理，以找到旋转的编码器圆盘相对于固定的读取头的角度。
[0064]方位马达组件2125包括方位马达转子2126和方位马达定子2127。方位马达转子包括直接附接至支架外壳2142的轴的永磁体。方位马达定子2127包括产生所述磁场的励磁绕组。该磁场与方位马达转子2126的磁体相互作用以产生所需的旋转运动。方位马达定子2127附接至立柱框架2112。
[0065]方位电路板2135表示通过诸如编码器和马达的方位部件提供电功能的一个或更多个电路板。方位集电环组件2130包括外部分2131和内部分2132。在一实施方式中，导线束2138从辅助单元处理器50中出来。导线束2138可以将电能输送至跟踪仪或者将信号输送至跟踪仪以及从跟踪仪输出信号。导线束2138的导线中的一些可以被指引至电路板上的连接器。在图10所示示例中，导线沿方位电路板2135、编码器读取头组件2122以及方位马达组件2125设置路线。其他导线设置路线通向集电环组件2130的内部分2132。内部分2132附接至立柱组件2110，并且因此保持静止。外部分2131附接至支架组件2140，并且因此相对于内部分2132旋转。集电环组件2130被设计成在外部分2131相对于内部分2132旋转时允许低阻抗电接触。
[0066]天顶组件2140包括支架外壳2142、天顶编码器组件2150、左天顶轴承2144A和右天顶轴承2144B、天顶马达组件2155、天顶集电环组件2160以及天顶电路板2165。
[0067]天顶编码器组件2150的用途是精确地测量负载框架2172相对于支架外壳2142的旋转角度。天顶编码器组件2150包括天顶编码器圆盘2151和天顶读取头组件2152。编码器圆盘2151附接至负载外壳2142，读取头组件2152附接至支架外壳2142。读取头组件2122包括电路板，一个或更多个读取头紧固于该电路板上。自读取头发送的激光在编码器圆盘2151上的细光栅线处反射。对由一个或更多个编码器读取头上的探测器拾取的反射光进行处理，以找到旋转的编码器圆盘相对于固定的读取头的角度。
[0068]天顶马达组件2155包括天顶马达转子2156和天顶马达定子2157。天顶马达转子2156包括直接附接至负载框架2172的轴的永磁体。天顶马达定子2157包括产生所述磁场的励磁绕组。该磁场与转子磁体相互作用以产生所需的旋转运动。天顶马达定子2157附接至支架框架2142。
[0069]天顶电路板2165表示通过诸如编码器和马达的天顶部件提供电功能的一个或更多个电路板。天顶集电环组件2160包括外部分2161和内部分2162。导线束2168从方位外集电环2131中出来，并且可以输送电能或信号。导线束2168的中的一些导线可以被指引至电路板上的连接器。在图10所示示例中，导线沿天顶电路板2165、天顶马达组件2150以及编码器读取头组件2152设置路线。其他导线设置路线通向集电环组件2160的内部分2162。内部分2162附接至支架框架2142，因此只沿方位角旋转而不沿天顶角旋转。外部分2161附接至负载框架2172，因此以天顶角和方位角旋转。集电环组件2160被设计成当外部分2161相对于内部分2162旋转时允许低阻抗电接触。负载组件2170包括主光学器件组件2180和副光学器件组件2190。
[0070]图11是描绘了尺寸测量电子处理系统1500的方块图。该电子处理系统1500包括激光跟踪仪电子处理系统1510、外围元件1582、1584、1586的处理系统、计算机1590以及在以云状物表示的其它网络化部件1600。示例性激光跟踪仪电子处理系统1510包括主处理器1520、负载功能电子器件1530、方位编码器电子器件1540、天顶编码器电子器件1550、显示器和用户界面(UI)电子器件1560、可移除的存储硬件1565、无线射频识别(RFID)电子器件以及天线1572。负载功能电子器件1530包括多个子功能，这些子功能包括六自由度电子器件1531、相机电子器件1532，ADM电子器件1533、位置探测器(PSD)电子器件1534以及瞄准电子器件1535。这些子功能中的大多数具有至少一个处理器单元，该处理器单元例如可以是数字信号处理器(DSP)或现场可编程门阵列(FPGA)。电子器件单元1530、1540以及1550由于其在激光跟踪仪内的位置而如图所示出地分开。在实施方式中，负载功能1530位于图9和10的负载2170中，而方位编码器电子器件1540位于方位组件2110中，顶点编码器电子器件1550位于顶点组件2140中。
[0071]多种类型的外围设备都是可能的，但在此示出了三个这种设备:温度传感器1582、六自由度探头1584以及例如可以是智能电话的个人数字辅助1586。激光跟踪仪可以通过多种方式与外围设备通信，包括通过天线1572的无线通信、借助于诸如相机的视觉系统、以及借助于读取激光跟踪仪相对于诸如六自由度探头1584的协助目标的距离和角度。外围设备可包括处理器。六自由度附件可包括六自由度探测系统、六自由度扫描器、六自由度投影仪、六自由度传感器以及六自由度指示器。这些六自由度设备中的处理器可结合激光跟踪仪中的处理设备以及外部计算机和云处理资源使用。通常，当使用术语激光跟踪仪处理器或测量设备处理器时，意味着包括可能的外部计算机和云支持。
[0072]在一实施方式中，单独的通信总线从主处理器1520延伸至电子装置单元1530、1540、1550、1560、1565以及1570中的每者。每根通信线可具有例如三个串联线，包括数据线、时钟线以及框架线。框架线指示电子器件单元是否应注意时钟线。如果其指示应给予注意，则电子器件单元读取在每个时钟信号处的数据线的当前数值。时钟信号可对应于例如时钟脉冲的上升边缘。在一实施方式中，信息以信息包的形式通过数据线传输。在一实施方式中，每个信息包包括地址、数值、数据信息以及校验和。地址指示在电子器件单元内数据信息被指引的位置。该位置例如可对应于电子器件单元内的处理器子程序。数值指示数据信息的长度。数据信息包括电子器件单元执行的数据或指令。校验和是用于使通过通信线传输的误差的几率最小化的数值。
[0073]在一实施方式中，主处理器1520通过总线1610将信息包发送至负载功能电子器件1530，通过总线1611发送至方位编码器电子装置1540，通过总线1612发送至天顶编码器电子器件1550，通过总线1613发送至显示器和UI电子器件1560，通过总线1614发送至可移除的存储硬件1565，并且通过总线1616发送至射频识别和无线电子器件1570。
[0074]在一实施方式中，主处理器1520还同时将同步(同步的)脉冲通过同步总线1630发送至电子器件单元中的每者。同步脉冲提供了通过激光跟踪仪的测量功能收集同步数值的方法。例如，一接收到同步脉冲，方位编码器电子装置1540和天顶电子器件1550就锁存住其编码器数值。类似地，负载功能电子器件1530锁存通过包含在负载内的电子装置收集的数据。当给出同步脉冲时，六自由度、ADM以及位置探测器全部锁存数据。在大多数情况下，相机和倾斜计以慢于同步脉冲速率的速率收集数据，但可以将数据锁存在多个同步脉冲周期中。
[0075]方位编码器电子装置1540和天顶编码器电子器件1550彼此分开，并且通过图9和10中示出的集电环2130、2160与负载电子器件1530分开。这是总线线路1610、1611以及1612在图11中被描绘为分开的总线线路的原因。
[0076]激光跟踪仪电子处理系统1510可与外部计算机1590通信，或者其可提供在激光跟踪仪内的计算、显示以及Π功能。激光跟踪仪通过例如可以是以太网线路或无线连接的通信链路1606与计算机1590通信。激光跟踪仪也可通过通信链路1602与由云状物代表的其它元件1600通信，该通信链路1602可包括诸如以太网电缆的一个或更多个电缆以及一个或更多个无线连接。元件1600的示例是另一三维测试仪器——例如可由激光跟踪仪重新定位的关节臂CMM。计算机1590与元件1600之间的通信链路1604可以是有线的(例如以太网)或无线的。坐于远程计算机1590的操作者可通过以太网或无线线路连接至由云状物1600代表的因特网，因特网相应地通过以太网或无线线路连接至主处理器1520。以此方式，用户可控制远程激光跟踪仪的活动。
[0077]图12示出了一种使用镜1252对来自于跟踪仪的光束1251、1255调向的激光跟踪仪1250的实施方式。组件1256可以包括各种光部件、电部件和机械部件，所述各种部件设计用于产生一束或更多束光束，控制光束的方向以能够跟踪回射器目标，以及测量相对于目标的距离。此外，激光跟踪仪1250内的功能包括使用马达以使轴杆1260、1258分别围绕第一轴线1253和第二轴线1254转动，以及使用角度编码器测量围绕第一轴线和第二轴线旋转的角度。图12的激光跟踪仪1250类似于图9和图10所描述的激光跟踪仪，其中具有万向节点1261，机械轴线1253和1254在该万向节点1261处基本上相交。此外，在这两种类型的跟踪仪中，激光束穿过或至少基本上通过万向节点。
[0078]使用具有万向节点但构造有些不同的其他机械装置是有可能的。例如，以下情况是可能的:沿着等同于1254的轴线在水平方向上发射光束，以及使镜相对于光束成45度角，以便使镜沿着与1255中的射束相同的方向对光进行反射。对于本申请，通过对准每条轴线的轴杆的旋转可以使围绕两条轴线中的每者的成为可能，其中，两条轴杆中的每者均安装在一对间隔的轴承上。
[0079]在上述讨论中陈述过机械轴基本上相交于被称为万向节点的一点处。该两条机械轴不一定正好相交于一点；而是两条机械轴之间有些微的间隔，该间隔位于两条轴线最接近的位置处，其被称为轴线偏移。为了校正由于轴线偏移引起的些微的误差，可以储存补偿参数以用于轴线偏移。然后，外部计算机或跟踪仪处理器中的软件可以校正由跟踪仪收集的数据，以移除由轴线偏移引起的误差。事实上，跟踪仪创建最佳跟踪仪的模型，在该模型中，两条轴线相交于理想的万向节点处。
[0080]在上述讨论中陈述过来自于跟踪仪的光束穿过或至少基本上通过万向节点。在实践中，光束可以相对于万向节点些微地偏移。在一实施方式中，该偏移通过使用两个补偿参数TX和TY来消除。在理想的跟踪仪中，处于平面中的激光束包含垂直(方位)轴线，并且垂直于水平(天顶)轴线。在真实的跟踪仪中，激光束可以相对于该平面略微地成角度。该偏移可以通过两个补偿参数RX和RY消除。许多其他补偿参数也是可能的，并且可以使用不同的名称来描述这些参数。例如，可以用表示名义上垂直的轴线相对于九十度的偏差的轴线的不垂直度(AXNS)参数。可以是与镜相关的参数，例如，镜表面相对于水平轴线的位置。与激光跟踪仪相关的参数可以包括那些在Muralikrishnan等人的论文“ASME B89.4.19Performance Evaluat1n Tests and Geometric Misalignments in Laser Trackers, J.Res.Natl.1nst.Stand.Technol.114，21-35(2009) ” 中描述的那些参数。
[0081]图13是根据一实施方式的激光跟踪仪内的选定元件1300的立体图。方位/基座组件1310包括方位轴杆1312、第一轴承1314A、第二轴承1314B、角度编码器1316以及基座框架1318。基座框架1318表示激光跟踪仪的相对于跟踪仪所在的环境固定的那部分。例如，在实践中，激光跟踪仪可以安装在仪器架上，同时基座框架1318相对于仪器架固定。轴杆1312围绕方位轴线1350作圆周运动1351。角度编码器1316包括圆盘1321和读取头组件1322。圆盘1321包括标记，在一实施方式中，该标记包括被远离圆盘中心指引的等间距的线。读取头组件1322包括一个或更多个光源。该光源或者被圆盘1321的表面反射，或者被传送通过圆盘。读取头组件还包括感测光在何时穿过了圆盘上的标记的一个或更多个光学探测器。在一实施方式中，圆盘安装在轴杆1312上，并且读取头组件安装在方位/基座组件的固定部分上。换言之，读取头组件附接为相对于基座框架1318静止。在替代性实施方式中，圆盘是固定的，读取头组件附接至轴杆。通过计算已穿过读取头组件1322上的一个或更多个光学探测器的线的数目，以及通过使用插补电子器件，编码器和相关的电子器件可以以相对高的精度确定轴杆1312的旋转角度。电信号从读取头组件1322通过电线1324行进至电子器件板1325，电子器件板1325处理信号以确定轴杆1312的旋转角度。电子器件板1325可以包括如图11所示的处理器1540。
[0082]在一实施方式中，方位轴承1314AU314B是角接触球轴承。该轴承可以具有作为单独的元件的内圈和外圈。在一实施方式中，每个轴承均标记有径向跳动高点。轴承1314A、1314B是旋转的，使得径向跳动高点处于方位轴杆1312上的相同角位置处。在一实施方式中，方位/基座组件构造成能够将可控预紧力施加至轴承1314AU314B。
[0083]天顶/支架组件1330包括天顶轴杆1332A和1332B、第一轴承1334A、第二轴承1334B、角度编码器1336以及支架框架(yoke frame) 1338。支架框架1338表示随着方位轴杆1312 —起旋转的激光跟踪仪的那部分。如上文所讨论的，支架框架是天顶托架组件的一部分。轴杆1332AU332B以围绕方位轴线1354的圆周运动1353旋转。角度编码器1336包括圆盘1341和读取头组件1342。圆盘1341包括标记，在一实施方式中，该标记包括被远离圆盘中心指引的等间距的线。读取头组件1342包括一个或更多个光源。该光源或者被圆盘1341的表面反射，或者被传送通过圆盘。读取头组件还包括感测光在何时穿过了圆盘上的标记的一个或更多个光学探测器。在一实施方式中，圆盘安装在轴杆1342上，读取头组件安装在天顶组件的与方位轴杆1312 —起旋转的部分上。换言之，读取头组件1342相对于支架框架1338静止。在替代性实施方式中，圆盘是固定的，读取头组件附接至天顶轴杆。通过计算已穿过读取头组件1342上的一个或更多个光学探测器的线的数目，以及通过使用插补电子器件，编码器和相关的电子器件可以以相对高的精度确定轴杆1332的旋转角度。电信号从读取头组件1342通过电线1326行进至电子器件板1325，电子器件板1325处理信号以确定轴杆1332的旋转角度。电子器件板1325可以包括如图11所示的处理器1550。天顶/支架组件1330可以包括产生光束1360的一个或更多个光源(未图示)。如上文所讨论的，光束1360可以基本上(真实地)穿过万向节点1362。轴杆可以包含两个部分(1332AU332B)，该两个部分是共线的，另外，该两个部分在中心处由负载结构1364支承，该负载结构1364的一部分示于图13中。负载结构可以支承光源、诸如透镜和分束器的光学元件、位置探测器、控制系统、测距仪、电子器件以及诸如测斜仪和温度传感器的附属部件。替代性地，激光可以通过位于负载外侧的光纤或通过其他器件按路线通向负载区。
[0084]在一实施方式中，天顶轴承1334AU334B是角接触球轴承。该轴承可以具有作为单独的元件的内圈和外圈。在一实施方式中，轴承1334AU334B是旋转的，使得径向跳动高点处于方位轴杆1312上的相同角位置处，以使轴承的径向跳动引起的角摆动最小化。在一实施方式中，方位/基座组件构造成能够将可控预紧力施加至轴承1334AU334B。
[0085]图14是根据一实施方式的激光跟踪仪内的选定元件1400的立体图。图14的激光跟踪仪类似于图13的激光跟踪仪，除了图14的激光跟踪仪通过用镜1462对光束进行反射来部分地引导光束，而图13的激光跟踪仪直接将射束指引至负载结构1364的外部。方位/基座组件1410包括方位轴杆1412、第一轴承1414A、第二轴承1414B、角度编码器1416以及基座框架1418。基座框架1418表示激光跟踪仪的相对于跟踪仪所在的环境固定的那部分。例如，在实践中，激光跟踪仪可以安装在仪器架上，同时基座框架1418相对于仪器架固定。轴杆1412围绕方位轴线1450作圆周运动1451。角度编码器1416包括圆盘1421和读取头组件1422。圆盘1421包括标记，在一实施方式中，该标记包括被远离圆盘中心指引的等间距的线。读取头组件1422包括一个或更多个光源。该光源或者被圆盘1421的表面反射，或者被传送通过圆盘。读取头组件还包括感测光在何时穿过了圆盘上的标记的一个或更多个光学探测器。在一实施方式中，圆盘安装在轴杆1412上，以及读取头组件安装在方位/基座组件的固定部分上。换言之，读取头组件相对于基座框架1418静止。在替代性实施方式中，圆盘是固定的，读取头组件附接至轴杆。通过计算已穿过读取头组件1422上的一个或更多个光学探测器的线的数目，以及通过使用插补电子器件，编码器和相关的电子器件可以以相对高的精度确定轴杆1412的旋转角度。电信号从读取头组件1422通过电线1424行进至电子器件板1425，电子器件板1425处理信号以确定轴杆1412的旋转角度。电子器件板1425可以包括如图11所示的处理器1540。
[0086]在一实施方式中，方位轴承1414AU414B是角接触球轴承。该轴承可以具有作为单独的元件的内圈和外圈。在一实施方式中，轴承1414A、1414B是旋转的，使得径向跳动高点处于方位轴杆1412上的相同角位置处，以使轴承的径向跳动引起的角摆动最小化。在一实施方式中，方位/基座组件构造成能够将可控预紧力施加至轴承1414A、1414B。
[0087]天顶/支架组件1430包括天顶轴杆1432A和1432B、第一轴承1434A、第二轴承1434B、角度编码器1436以及支架框架1438。支架框架1438表示激光跟踪仪的随着方位轴杆1412—起旋转的那部分。如上文所讨论的，支架框架是天顶托架组件的一部分。轴杆1432AU432B以围绕方位轴线1454的圆周运动1453旋转。角度编码器1436包括圆盘1441和读取头组件1442。圆盘1441包括标记，在一实施方式中，该标记包括被远离圆盘中心指引的等间距的线。读取头组件1442包括一个或更多个光源。该光源或者被圆盘1441的表面反射，或者被传送通过圆盘。读取头组件还包括感测光在何时穿过了圆盘上的标记的一个或更多个光学探测器。在一实施方式中，圆盘安装在天顶轴杆1442上，读取头组件安装在天顶组件的与方位轴杆1412 —起旋转的部分上。换言之，读取头组件1442附接成相对于支架框架1438静止。在替代性实施方式中，圆盘是固定的，读取头组件附接至天顶轴杆。通过计算已穿过读取头组件1442上的一个或更多个光学探测器的线的数目，以及通过使用插补电子器件，编码器和相关的电子器件可以以相对高的精度确定轴杆1432的旋转角度。电信号从读取头组件1442通过电线1426行进至电子器件板1425，电子器件板1425处理信号以确定轴杆1432的旋转角度。电子器件板1425可以包括如图11所示的处理器1550。方位/基座组件1410可以包括产生光束1460的一个或更多个光源(未图不)，该光束1460被镜1464反射。如上文所说明的，光束镜1461可以在万向节点1462处反射。轴杆可以包含两个部分(1432AU432B)，该两个部分是共线的，并且支承镜1464。光源、光学器件以及电子器件可以存在于中空轴杆1412内，或由分束器和镜反射，以产生射束1460以及处理返回光。光学器件和电子器件还可以包括透镜、位置探测器、控制系统、测距仪、电子器件以及诸如测斜仪和温度传感器的附属部件。
[0088]在一实施方式中，天顶轴承1434A、1434B是角接触球轴承。该轴承可以具有作为单独的元件的内圈和外圈。在一实施方式中，每个轴承均标记有径向跳动高点。轴承1434A、1434B是旋转的，使得径向跳动高点处于方位轴杆1412上的相同角位置处。在一实施方式中，方位/基座组件构造成能够将可控预紧力施加至轴承1434AU434B。
[0089]图15A和15B是现有技术装置3500的立体图，该现有技术装置3500可以附接至激光跟踪仪以测量其所附接至的激光跟踪仪的轴承误差。该装置包括旋转组件3510以及固定组件3540。旋转组件3510包括第一轴部3512、第二轴部3513、第一球体部分3514和第二球体部分3516。第一轴部具有附接至旋转结构的表面3511。在一实施方式中，表面3511附接至传递元件(未图示)，该传递元件继而附接至测试下的旋转结构。在一实施方式中，球体被打磨至形状误差为50纳米或更少。第一球体部分3514具有第一大圆(equator) 3515,该第一大圆3515是该球体的大的圆圈，并且被校准为垂直于第一和第二轴部。第二球体部分3516具有第一大圆3517，该第一大圆3517是该球体的大的圆圈，并且被校准为垂直于第一和第二轴部。固定组件3540包括框架3542和刚性地固定至框架3542的多个电容传感器 3544、3545、3546、3547、3548。电连接 3534、3535、3536、3537、3538 分别从传感器 3544、3545、3546、3547、3548行进至用于处理的电路(未图示)。在一实施方式中，电容传感器3544,3545被校准为在第一大圆的水平面处垂直于第一球体部分。略微地远离球体移动电容传感器3544、3545，以防止其在旋转过程中与传感器相碰撞。电容传感器3514相对于电容传感器3515转动九十度。固定组件3540附接至非旋转结构。在一实施方式中，框架3542附接至保持旋转物体(主轴或轴杆)的固定结构。
[0090]在一实施方式中，电容传感器3546、3547被校准为在第一大圆3517的水平面处垂直于第二球体部分3516。略微地远离球体移动电容传感器3546、3547，以防止其在旋转过程中与传感器相碰撞。电容传感器3546相对于电容传感器3547转动九十度。在一实施方式中，电容传感器3548被校准为沿着第二球体部分3516与第二轴部3512的轴。在替代性实施方式中，电容传感器3548不包括在装置3500中。在其他实施方式中，电容传感器对准一个或更多个圆柱形工件，而非球形工件3514、3516。
[0091]图15B描绘了旋转轴线z和旋转角度Θ。角度Θ是相对于与z轴线垂直的轴线X取得的。第一球体部分3514具有第一基准框架3570，第一基准框架3570包括位于第一球体部分的球形表面的中心处的原点3571。第一基准框架3570具有与第一和第二轴部相对准并且与轴线Z相对准的轴线Ζρ轴线Xi与电容传感器3544相对准，轴线yi与电容传感器3545相对准。轴线Xl、yi和Zl相互垂直。
[0092]第二球体部分3516具有第二基准框架3580，第二基准框架3580包括位于第二球体部分的球形表面的中心处的原点3581。第二基准框架3580具有与第一和第二轴部相对准并且与轴线z相对准的轴线Zl。轴线x2与电容传感器3546相对准，轴线y2与电容传感器3547相对准。轴线x2、72和22相互垂直。电容传感器3548在靠近第二球体部分3516的底部处与z轴线相对准。第一原点3571与第二原点3581之间沿z方向的距离为L。
[0093]针对每个角度Θ，装置3500为五个电容传感器3544、3545、3546、3547、3548中的每者测量五个位移。这些位移分别为11、71、&、72和22。从这些位移中，可以获得由轴承误差引起的倾斜角度％和ay:
[0094]α χ = ( Δ Xj - Δ χ2) /L,(1)
[0095]a y = (Ayj - Δ y2) /L.(2)
[0096]在过去，轴承校准技术被最多地用于测量精密加工机床的高速主轴，特别是金刚石车削机床，但也包括各种车床、铣床、磨床等。往往首先执行轴承校准，以确保机床满足其技术规格，第二是找到机床设计的方式，以提高机床性能。由于机床不能在执行机械加工操作的同时进行调整，往往不可能在进行机械加工的同时校正机床的行为。
[0097]对于质量轴承的任意360度旋转，通常情况是轴承误差几乎完全地作为旋转角度Θ的函数重复。换言之，如果轴承在相同的360度的窗上前后移动，那么在任意给定角度Θ的情况下，由电容传感器记录的误差的图案几乎相同。然而，大多数情况下的轴承误差在不同的360度周期中是不重复的。这种行为在Eric R.Marsh在美国精密工程协会的年会上作出的关于“精密主轴计量”(“Precis1n Spindle Metrology”)的专题报告中进行了解释，该专题报告于2013年5月2日访问自网址http://www.scribd.com/doc/132020851/Spindle-Tutorial ο现有技术图16A、16B、16C和17改编自该论文。
[0098]图16A是由车床主轴中的轴承误差的测量获得的数据3602的绘图3600。该绘图示出了自单一电容传感器获得的数据，该单一电容传感器的布置类似于图15A和15B的布置，但是其具有单一球体而非五个球体。在轴的32圈中观察到的最大值被看做大致处于+/-600nm的范围内。从该绘图中可以迅速得出的观察结果是轴的32圈中的每一圈的测得数值都是不同的。
[0099]图16B是针对图16A中的方框3604内的三个周期的数据3612的绘图3610。正弦曲线3614与数据3612相对应，并且正弦曲线的平均值被取为线3615。正弦曲线主要来自于很难将第一球体部分3514和第二球体部分3516理想地定位在旋转轴上的中心处。由于一般不可能将这些球体理想地定位在旋转轴上的中心处，因此在处理收集到的数据的过程中，基波正弦分量被移除。图16C是通过从测得数据3612中减去正弦曲线3614的数值而获得的轴承误差3622的绘图3620。从收集到的数据中减去基波正弦分量只在电容传感器
3544、3545、3546、3547上执行，而不是在电容传感器3548上执行，其中，电容传感器3544、
3545、3546、3547测量径向(从一侧至另一侧)位移，电容传感器3548测量轴向位移。对于轴向位移，变化是有意义的，不能从收集到的数据中减去。
[0100]一般而言，在旋转360度之后，轴承不返回至它们的初始位移。这一影响示于图17中，其示出了包含两个轴承的主轴的四次连续旋转。第一圈开始于最右侧方向的0度处，其中，误差为0与-1微米之间。其逆时针旋转，在360度之后，具有的误差为0与+1微米之间。第二圈的在零度的角度处的误差与第一圈在360度处的误差相同。通过研究这四圈，可以发现这四圈中没有具有相同误差的两圈。这些结果打破了经常持有的概念，即，轴承误差图案每720度重复一次。
[0101]图18是选定的激光跟踪仪部件的立体图，该激光跟踪仪部件设置用于接纳如上文参照图15A和15B所描述的轴承测量装置3500A和3500B。轴承测量装置3500A、3500B附接至电路3590。装置3500A构造成附接至方位/基座组件1310。示于图15A中的第一轴部3512构造成附接至示于图13中的方位轴杆1312。箭头1842指示附接位置。可以添加转接器元件(未图示)，以将第一轴部3512接合至方位轴杆1312。框架3542接合至基座框架1318，如箭头1844、1846所示。
[0102]装置3500B可以是单独的轴承测量装置，或者其可以是在不同时间附接的用于执行轴承测量的装置3500A。替代性地，可以进行测量关于单一轴线而关于非两条轴线的轴承误差的过程。箭头1832、1834和1836表示附接位置。
[0103]轴承误差在任意360度的间隔之间一般是非常可重复的。然而，在不同的360度间隔之间可能会有显著的变化。为了基本上消除轴承误差，以下是有利的:将轴杆1312、1332AU332B的旋转范围限制于针对该角度区域已经取得轴承校准数据那些角度区域中，以及在跟踪仪的操作过程中保持对轴杆的旋转角度的跟踪。即使是在跟踪仪电源关闭时也应当执行当前的360度的旋转间隔。在一实施方式中，这可以通过将非易失性旋转监视器与每条轴线相关联来实现。方位旋转监视器1810包括方位轴杆附件1812和固定框架传感器1814。传感器每次经过该附件时，均会产生指示运动方向的信号。电子计数器保持对旋转次数的跟踪。许多不同的物理量可以通过传感器1814测量，这些物理量例如是电容、电感、磁性和光。如果旋转是在该范围(已经在其中取得了轴承校准数据的范围)之外，则会给予使用者报警信息。天顶旋转监视器1820包括天顶轴杆附件1822和支架框架传感器1824。其以类似于方位旋转监视器的方式操作。电信号从传感器经过连接件1816、1826发送至用于处理的电路板1325。电路板1325可以包括电池，以提供监视器的非易失性操作。
[0104]可以使用其他设备来保持对轴杆的当前360(度)范围的跟踪。例如，可以使用弹簧来提供与每个轴杆的旋转次数正相关的张力的可测量的量。还可以使用止挡部来将旋转的量控制于有限的范围。
[0105]诸如角度编码器的一些角度测量设备被设计用于在0至360度之间测量。为了保持对总的旋转角度的跟踪，通常会提到展开角度(unwrapped angle)。例如，落在0度至比如-10度之间的角度具有读取为(例如，由角度编码器显示)350度的包角(wrappedangular)，而展开值则为_10度。类似地，超出360度10度的角度则将具有显不为10度的包角以及370度的展开值。
[0106]诸如1810的旋转监视器是双向计数器，这意味着其保持对正向计数和反向计数的数量的跟踪。完成五次正向旋转和两次反向旋转的轴杆则完成了 5-2 = 3次正向旋转。旋转的(净)数量可以与由诸如角度编码器的角度测量设备测得的0度与360度之间的角度相结合，以获得展开角度:展开角度=包角+(净旋转次数)(360)，其中，应当理解的是净旋转次数可以是正的或负的。
[0107]图19是选定的激光跟踪仪部件的立体图，该激光跟踪仪部件设置用于接纳如上文参照图15A和15B所描述的轴承测量装置3500A和3500B。轴承测量装置3500A、3500B附接至电路3590。装置3500A构造成附接至方位/基座组件1410。示于图15A中的第一轴部3512构造成附接至示于图14中的方位轴杆1412。箭头1942指示附接位置。可以添加转接器元件(未图示)，以将第一轴部3512接合至方位轴杆1412。框架3542接合至基座框架1418，如箭头1944、1946所示。
[0108]装置3500B可以是单独的轴承测量装置，或者其可以是在不同时间附接的用于执行轴承测量的装置3500A。替代性地，可以进行测量关于单一轴线而非关于两条轴线的轴承误差的过程。箭头1932、1934和1936表示附接位置。
[0109]轴承误差在任意360度的间隔之间一般是非常可重复的。然而，在不同的360度间隔之间可能会有显著的变化。为了更加全面地消除轴承误差，以下是有利的:将轴杆1412、1432AU432B的旋转范围限制于针对该角度区域已经取得轴承校准数据那些角度区域中，以及在跟踪仪的操作过程中保持对轴杆的旋转角度的跟踪。即使是在跟踪仪电源关闭时也应当保持对当前的360的旋转间隔的跟踪。在一实施方式中，这可以通过将非易失性旋转监视器与每条轴线相关联来实现。方位旋转监视器1910包括方位轴杆附件1912和固定框架传感器1914。传感器每次经过该附件时，均会产生指示运动方向的信号。电子计数器保持对旋转次数的跟踪。许多不同的物理量可以通过传感器1914测量，这些物理量例如是电容、电感、磁性和光。如果旋转是在该范围(已经在其中取得了轴承校准数据的范围)之夕卜，则会给予使用者报警信息。天顶旋转监视器1920包括天顶轴杆附件1922和支架框架传感器1924。其以类似于方位旋转监视器的方式操作。电信号从传感器经过连接件1916、1926发送至用于处理的电路板1425。电路板1425可以包括电池，以提供监视器的非易失性操作。
[0110]可以使用其他设备来保持对轴杆的当前360(度)范围的跟踪。例如，可以使用弹簧来提供与每个轴杆的旋转次数正相关的张力的可测量的量。还可以使用止挡部来将旋转的量控制于有限的范围。
[0111]在一实施方式中，方位轴线和天顶轴线通过激光跟踪仪内的马达旋转。例如，马达可以是包括转子2126和定子2127的方位马达和包括转子2156和定子2157的天顶马达，如图9和10所示。在一实施方式中，旋转角度是通过角度编码器确定的，该角度编码器例如是如图13和14所示的方位角度编码器1316、1416以及天顶角度编码器1336、1436。在一实施方式中，关于每个读取头的数据记录在每个角度编码器中。如上文所讨论的，可以同时或按顺序执行关于方位轴线和天顶轴线的轴承测量。在一些情况下，该数据可以是可以后处理的原始读取头数据。同时，数据由一个或更多个轴承测量系统收集。
[0112]轴承误差可以储存为可以用于再现误差值的图像或等式。为避免混淆，在下文中，将术语轴承误差称作径向跳动误差。这可以帮助消除与跟个别轴承相关联的误差的混淆，跟个别轴承相关联的误差通常不是从通过使用上文所述的方法收集的测量结果中得知。应当理解的是，本文所使用的术语径向跳动是指由轴承产生的误差的一般范畴，而不是指“总指示径向跳动”，“总指示径向跳动”是用于反映可以观察到的误差值的总范围。收集到的径向跳动值可以由包含在跟踪仪内的处理器使用，或者可以由外部计算机使用。示于图11中的任意处理元件本质上都可以用在包含轴承的径向跳动的计算中。
[0113]轴承的径向跳动可以通过两种主要方式使用:第一，校正激光跟踪仪的基准框架，从而提高跟踪仪的测量精度；第二，提高角度编码器的读数精度。为理解轴承的径向跳动的这些用途中的第一种，要考虑当方位轴承不完美时，来自于跟踪仪的光束会发生什么。假设下轴承为理想的圆形，并且没有轴承误差。假设上轴承具有2微米的最大径向跳动误差，使得当来自于跟踪仪的光束指向零度(在跟踪仪的基准框架中)的方位角时，方位轴杆的倾斜比当方位角倾斜180度时向前远出2微米。进一步假设方位轴线上的轴承之间的距离为0.5米。这意味着相比于在射束指向朝后的方向的情况下的轴线的倾斜量，在射束指向朝前的方向的情况下的轴线的倾斜量为2微米/0.5米=4微弧度。估计激光跟踪仪的角精度的常见方法是执行被称为双面测试(two-face test)的步骤。双面测试的执行是通过首先在前视模式下将激光跟踪仪指向位于特定方向上的回射器。该前视模式是由跟踪仪的正常操作模式限定的。然后，通过如下步骤将跟踪仪放置于后视模式中:首先使跟踪仪的方位旋转180度，然后调整跟踪仪的天顶角，使之向后指向目标。回射器的横向(一侧至另一侦?坐标的差是反映跟踪仪测量中的误差的距离。该误差被称作双面误差。双面误差被认为是跟踪仪误差的敏感测量。假设在这种情况下天顶轴承与角度测量系统是完美的。进一步假设该测量是在距离为6米处进行的。双面误差为这一距离6米Χ4微弧度=24微米。如果校正了轴承的径向跳动，那么将能够基本上消除这一 24微米的误差。在该情况下应注意的是，该误差被发现处于垂直方向上，这通常与激光束的天顶运动相关联。换言之，表面上的误差可能是由天顶编码器的测量中的误差引擎盖的，而不是由方位轴承中的误差引起的。
[0114]作为类似影响的另一示例，考虑如下情况:其中，在天顶轴线上的轴承中存在误差。考虑这一情况:其中，在前视模式下，光束以45度的天顶角以及零度的方位角向上指。然后，在后视模式下，方位角旋转至180度，而天顶角旋转至-45度。假设在天顶轴承中存在径向跳动误差，使得在前视模式下，左轴承以+45度的天顶角向上推动轴杆。轴杆将向下指向右侧，激光束将指向右侧(假设方位轴承是完美的)。在后视模式中，轴承将沿方位角旋转180度，然后反转天顶角。轴杆将向下指向左侧，来自于跟踪仪的光束将指向右侧。在该情况下，双面误差主要沿着水平方向。当在前述情况下时，这样的误差可能被错误地认为是出故障的方位角度编码器的结果。
[0115]若干数学方法可以用于校正由光束的倾斜引起的误差，其中，光束的倾斜是方位轴杆与天顶轴杆的倾斜的结果。可以理解的是，可能使用的这些方法中的任意一种对应本领域的那些普通技术人员而言都是熟知的。可以使用的一种方法是首先消除方位轴线的倾斜角度。可以使用等式(1)和(2)。三个坐标x、y和Z可以用于消除沿天顶轴线与方位轴线的轴承的径向跳动。例如，用于消除沿方位轴线的轴承误差的坐标可以是在随方位轴线旋转的基准框架中的χ方向和z方向上。用于消除沿天顶轴线的轴承误差的坐标可以是在随支架(方位托架)轴旋转的基准框架中的y方向和z方向上。给定轴承误差的情况下，可以使用旋转矩阵来确定关于特定的方位角和天顶角的光束1360、1461的总体倾斜，其中，能够取得相对于轴承误差为零的理想射束的倾斜。通过使用标准4x4变换矩阵可以计算由轴承的径向跳动引起的光束的偏移量，在该领域中众所周知的是，使用标准4x4变换矩阵能够消除旋转和平移的影响。方位变换矩阵与天顶变换矩阵可以相乘，以获得系统变换矩阵。可以执行进一步的计算以消除诸如轴线偏移、轴线不垂直度以及如上文所讨论的其他参数的影响。
[0116]轴承径向跳动的数据的第二种用途是校正角度编码器的读数中的误差。首先考虑如下情况:完美的编码器圆盘放置在轴线上，以及完美的读取头组件放置在相对于圆盘的旋转固定的框架上。如果不存在轴承的径向跳动，角度编码器的读数将是完美的。接下来，假设存在一些轴承的径向跳动。在这种情况下，编码器圆盘将相对于读取头移动。在具有单一读取头的系统读取头组件中，每当编码器圆盘沿垂直于读取头的位置处的线的方向移位时，将会观察到误差。如果多个读取头关于旋转轴对称地放置时，能够减少但不能大致消除由圆盘的运动引起的误差。通过获知轴承的径向跳动值，可以对编码器的读数进行校正以消除这些误差。
[0117]如果允许轴杆旋转至任意角度(不限于特定的360度区域)，则只可以校正轴承的径向跳动的同步的部分。在许多情况下，异步径向跳动大于(在一些情况下是远远大于)同步径向跳动，并且因此，确定关于方位和天顶轴线的360度旋转区域是可取的。
[0118]本文所描述的发明的若干应用是有益的。在第一应用中，与采用其他方法相比，跟踪仪用于实现更高精度的三维测量。这些测量是以测距仪(ADM或干涉仪)和两个角度编码器的读数为基础的。在第二应用中，跟踪仪只在被称为顺序多点定位的方法中用于进行距离测量。距离测量是通过将跟踪仪放置在至少三个位置或优选四个位置中实现的。轴承径向跳动的消除使得该测量具有高测量精确度。是用该结果确定的回射器目标的三维坐标会比通过包括角度编码器读数而可能获得的三维坐标具有更佳的精确性。一种相关的方法是同步多点定位，在该方法中，由三个或更多个激光跟踪仪同时对宽角度回射器进行多重测量。轴承的径向跳动的补偿的另一潜在益处是由于所得的轴承精度通过轴承补偿过程得以提高，因此能够使用相对便宜的轴承。
[0119]虽然上文的讨论已经重点强调了在多点定位测量的情况下校正轴承的径向跳动的重要性，但是在许多情况下，对角度测量的校正可能更重要。如今，激光跟踪仪中的适当补偿的角度编码器在测量天顶轴杆与方位轴杆的角位移中往往提供少于一弧秒的误差。在一些情况下，轴承可以比角度编码器更有助于回射器目标的三维坐标测量。确定角度编码器的角运动可以提供一种显著提高激光跟踪仪的角精度的方式，其中，角度编码器的角运动是两个轴杆的角位移(可能超过360度)的函数。换言之，在上述过程中收集的数据可以用于跟踪仪的动态模型中，以提高以下四种测量值:相对于回射器的两个角度(例如，垂直角度和水平角度)，相对于回射器的距离，以及跟踪仪原点(明显的万向节点)的位置。
[0120]尽管已参考示例实施方式描述了本发明，但本领域普通技术人员应当理解，在不背离本发明范围的情况下，可做出多种改变并且可使用等同物代替其元件。另外，在不背离本发明的本质范围的情况下，可做出多种修改从而使得特定的情况或材料适合本发明的教导。因此，旨在使本发明不限于如设想用于执行本发明最佳模式所公开的特定实施方式，而是本发明将包括落入所附权利要求范围内的所有实施方式。此外，使用第一、第二等并不表示任何顺序或重要性，而是使用第一、第二等以区分一个元件与另一元件。另外，使用术语一、一个等并不表示限制数量，而是表示存在至少一个参考项目。
【权利要求】
1.一种用于对通过坐标测量设备对回射器目标的三维坐标测量中的误差进行校正的方法，所述坐标测量设备构造成将光的第一射束发送至所述回射器目标，所述回射器目标构造成将所述第一射束的一部分作为第二射束返回，所述方法包括以下步骤: 提供所述坐标测量设备，所述坐标测量设备具有第一轴杆、第二轴杆、第一马达、第二马达、第一角度测量设备、第二角度测量设备、测距仪和处理器，所述第一轴杆构造成围绕第一轴线旋转，所述第一轴杆由第一轴承和第二轴承支承，所述第一马达构造成使所述第一轴杆围绕所述第一轴线旋转第一角度，所述第一角度测量设备构造成测量所述第一角度，所述第二轴杆构造成围绕第二轴线旋转，所述第二轴杆由第三轴承和第四轴承支承，所述第二马达构造成使所述第二轴杆围绕所述第二轴线旋转第二角度，所述第二角度测量设备构造成测量所述第二角度，所述测距仪构造成至少部分地基于由第一光学探测器接收的所述第二射束的第一部分来测量从所述坐标测量设备到所述回射器目标的第一距离； 用所述第一角度测量设备测量多个第一角度； 在沿所述第一轴线的第一位置处测量多个第一位移，所述多个第一位移中的每者均与所述多个第一角度中的一个第一角度相关联，所述第一位移沿垂直于所述第一轴线的第一线取得； 在沿所述第一轴线的第二位置处测量多个第二位移，所述多个第二位移中的每者均与所述多个第一角度中的一个第一角度相关联，所述第二位移沿垂直于所述第一轴线的第二线取得，在所述第一线与所述第二线之间存在第一间距； 至少部分地基于所述多个第一角度、所述多个第一位移、所述多个第二位移以及所述第一间距确定补偿值； 将所述第一射束发送至所述回射器目标； 用所述第一角度测量设备测量第一回射器角度； 用所述第二角度测量设备测量第二回射器角度； 用所述测距仪测量所述第一距离； 至少部分地基于所述第一回射器角度、所述第二回射器角度、所述第一距离以及所述补偿值计算所述回射器目标的三维坐标；以及 将所述回射器目标的所述三维坐标储存在存储器中。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤: 在沿所述第一轴线的第三位置处测量多个第三位移，所述多个第三位移中的每者均与所述多个第一角度中的一个第一角度相关联，所述第三位移沿垂直于所述第一轴线的第三线取得； 在沿所述第一轴线的第四位置处测量多个第四位移，所述多个第四位移中的每者均与所述多个第一角度中的一个第一角度相关联，所述第四位移沿垂直于所述第一轴线的第四线取得，在所述第三线与所述第四线之间存在第二间距；以及 在确定补偿值的所述步骤中，所述补偿值还至少部分地基于所述多个第三位移、所述多个第四位移以及所述第二间距确定。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，在确定补偿值的所述步骤中，所述补偿值包括所述第一轴线的多个倾斜角度，其中，所述多个倾斜角度中的每者均与所述多个第一角度中的一个第一角度相关联。
4.根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤: 提供测试装置，所述测试装置构造成可移除地附接至所述第一轴杆，所述测试装置具有第一传感器和第二传感器； 将所述测试装置附接至所述第一轴杆，以便将所述第一传感器放置在所述第一位置处，以及将所述第二传感器放置在所述第二位置处；以及 其中，在测量多个第一位移的所述步骤中，所述第一位移由所述第一传感器测量，以及，在测量多个第二位移的所述步骤中，所述第二位移由所述第二传感器测量。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，在提供测试装置的所述步骤中，所述第一传感器与所述第二传感器是电容传感器。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，在提供测试装置的所述步骤中，所述第一传感器靠近第一球形表面，以及所述第二传感器靠近第二球形表面。
7.根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤: 提供第一传感器和第二传感器，所述第一传感器位于所述第一位置处，以及所述第二传感器位于所述第二位置处；以及 其中，在测量多个第一位移的所述步骤中，所述第一位移由所述第一传感器测量，以及，在测量多个第二位移的所述步骤中，所述第二位移由所述第二传感器测量。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，在测量多个第一角度的所述步骤中，所述多个第一角度中的每个所述第一角度均是展开的，以提供多个第一展开角度，在循环连续的情况下，每个第一展开角度均是不同的。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，确定补偿值的所述步骤还包括计算基波正弦分量。
10.根据权利要求8所述的方法，还包括测量所述第一轴杆围绕所述第一轴线的旋转次数的步骤。
11.根据权利要求10所述的方法，还包括以下步骤: 提供旋转计数器；以及 用所述旋转计数器测量所述第一轴杆的旋转次数。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，在测量旋转次数的所述步骤中，所述旋转计数器包括第一计数器部分和第二计数器部分，所述第一计数器部分附接至所述第一轴杆，所述第二计数器部分附接至相对于所述第一轴杆的旋转静止的外壳，所述第一计数器部分和所述第二计数器部分构造成产生关于所述第一轴杆的每次旋转的信号，所述旋转计数器还构造成响应于所述第一轴杆的旋转方向，以便对于沿第一旋转方向的旋转而增加计数次数，以及对于沿与所述第一旋转方向相反的方向的旋转而减少计数次数。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，在测量旋转次数的所述步骤中，所述旋转计数器构造成在所述第一角度测量设备不可操作时测量旋转次数。
14.根据权利要求12所述的方法，其中，在测量旋转次数的所述步骤中，所述旋转计数器由电池供电。
15.根据权利要求2所述的方法，还包括以下步骤: 用所述第二角度测量设备测量多个第二角度； 在沿所述第二轴线的第五位置处测量多个第五位移，所述多个第五位移中的每者均与所述多个第二角度中的一个第二角度相关联，所述第五位移沿垂直于所述第二轴线的第五线取得； 在沿所述第二轴线的第六位置处测量多个第六位移，所述多个第六位移中的每者均与所述多个第二角度中的一个第二角度相关联，所述第六位移沿垂直于所述第二轴线的第六线取得，在所述第五线与所述第六线之间存在第三间距； 在沿所述第二轴线的第七位置处测量多个第七位移，所述多个第七位移中的每者均与所述多个第二角度中的一个第二角度相关联，所述第七位移沿垂直于所述第二轴线的第七线取得； 在沿所述第二轴线的第八位置处测量多个第八位移，所述多个第八位移中的每者均与所述多个第二角度中的一个第二角度相关联，所述第八位移沿垂直于所述第二轴线的第八线取得，在所述第七线与所述第八线之间存在第四间距；以及 在确定补偿值的所述步骤中，还至少部分地基于所述多个第二角度、所述多个第五位移、所述多个第六位移、所述多个第七位移、以及所述多个第八位移、所述第三间距以及所述第四间距确定所述补偿值。
16.一种用于测量回射器目标的三维坐标的坐标测量设备，所述坐标测量设备构造成将光的第一射束发送至所述回射器目标，所述回射器目标构造成将所述第一射束的一部分作为第二射束返回，所述设备包括: 第一轴杆、第二轴杆、第一马达、第二马达、第一角度测量设备、第二角度测量设备、测距仪、旋转计数器和处理器，所述第一轴杆构造成围绕第一轴线旋转，所述第一轴杆由第一轴承和第二轴承支承，所述第一马达构造成使所述第一轴杆围绕所述第一轴线旋转第一角度，所述第一角度测量设备构造成测量所述第一角度，所述第二轴杆构造成围绕第二轴线旋转，所述第二轴杆由第三轴承和第四轴承支承，所述第二马达构造成使所述第二轴杆围绕所述第二轴线旋转第二角度，所述第二角度测量设备构造成测量所述第二角度，所述测距仪构造成至少部分地基于由第一光学探测器接收的所述第二射束的第一部分测量从所述坐标测量设备到所述回射器目标的第一距离，所述旋转计数器构造成测量所述第一轴杆的旋转次数。
【文档编号】G01M13/04GK104321616SQ201380025717
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2013年5月7日 优先权日:2012年5月16日
【发明者】罗伯特·E·布里奇斯 申请人:法罗技术股份有限公司