(57)【要約】【課題】本発明は、高精度試験体(1)の基準構造体の角度依存アライメントを検査または校正する方法に関する。【解決手段】支持部に試験体を取りつけ、光学ユニット及び/又は試験体の基準構造体の初期アライメントを行なう。試験体ビームを、検出器の少なくとも一部に入射させ、少なくとも一つの点を生成し、検出器上の少なくとも一つの点を、コントロール/制御ユニットで計算を行なう。コントロール/制御ユニットで、基準構造体に対して検出器上の少なくとも一つの点の位置による、光学ユニットの微細なアライメントを行なう。少なくとも一つの点は、検出器上で所定のセット位置を備え、少なくとも支持部回転角度および/または測定部回転角度を記録する。試験体の基準構造体からのビームが生成され、ビームバラメータが、反射、停止、フィルター、整形で変化する。このビームが、試験体ビームとなる。【選択図】図３
2007500341.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高精度試験体（１）の基準構造体の角度依存アライメントを検査または校正する方法で、
試験体（１）を支持する調整可能または固定する支持部（３）と、
調整可能な測定部（５，５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ）と、
該測定部および支持部（３）は、支持部軸（４）および支持部軸（４）に直角に交わる測定部軸（７）に互いに回転可能で、測定部（５，５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ）および支持部（３）の間で、支持部軸（４）に対する支持部の回転角度および測定部軸（７）に対する測定部の回転角度が測定可能で、
光学ユニット（８，８ａ，８ｂ，８ｃ）と、
該光学ユニットは、測定部（５,５a,５b,５c,５d）に設けられ、試験体（１）と相互作用する少なくとも１つの試験体ビーム（１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ）を受け取る光学検出器（９）を備え、該試験体ビームは、測定部軸（７）が垂直に通過そして支持部軸（４）が面内に横たわる面内を通り、測定部（５，５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ）の一部分で交わり、検出器（９）に少なくとも１つの点（１２）を生成し、
コントロール／制御ユニット（１３）と、
該コントロール／制御ユニットは、試験体（１）の基準構造体に対して、少なくとも光学ユニット（８，８ａ，８ｂ，８ｃ）のモータ動力の調整を、支持部の回転軸および測定部の回転軸のモータ動力の調整で、検出器（９）の少なくとも１つの点（１２）の位置の関数で調整する、ことを備えた装置を用いて、
試験体（１）を支持部（３）に取りつける、
光学ユニット（８,８a,８b,８c）および/または試験体（１）の基準構造体の初期アライメントをする、
該初期アライメントで、試験体ビーム（１０，１０a，１０b，１０c，１０d）が、検出器（９）の少なくとも一部に当たり、検出器上に少なくとも一つの点（１２）を生成し、
前記コントロール／制御ユニット（１３）で、検出器（９）上の少なくとも一つの点（１２）の位置を計算する、
コントロール／制御ユニット（１３）で、少なくとも一つの点（１２）が、検出器（９）の所定の基準位置に到るように、検出器（９）上の少なくとも一つの点（１２）の位置の関数として、基準構造体に対して光学ユニット（８，８ａ，８ｂ，８ｃ）の微細アライメントを行ない、
少なくとも支持部の回転角度および／または測定部の回転角度を測定する、ことからなる工程を備え、
放射線（３０，３５ａ，３５ｂ，３５ｃ，３５ｄ）を試験体（１）の基準構造体で生成、または放射線パラメータを、反射、停止、フィルターまたは整形で変え、生成またはパラメータの変化したビーム（３０，３５ａ，３５ｂ，３５ｃ，３５ｄ）を、試験体ビーム（１０，１０a，１０b，１０c，１０d）とする、ことを特徴とする方法。
【請求項２】
光学照準ユニット（１８）を備えた試験体（１）、特にセオドライト、水準または測地スキャナで、
該光学照準ユニット（１８）が、
垂直軸（２０）および任意に傾斜軸（２１）に調整可能で、
視軸を測定し、
光学的に検出可能なマーク、例えば、指標（１４）または光の出口を備え、
垂直軸の回転角度および任意には傾斜軸の回転角度が測定可能で、
試験体の下部（１９）を支持部（３）に固定し、垂直軸（２０）を支持部軸（４）に合わせ、状況に応じて傾斜軸（２１）を測定部軸（７）に合わせ、
光学照準ユニット（１８）の初期アライメントを、光学ユニット（８、８ａ、８ｂ、８ｃ）の初期アライメント前または途中で行ない、
垂直軸の回転角度および／または任意に傾斜軸の回転角度が、測定可能である、ことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
試験体（１）が、レーザテレメータを備え、該レーザテレメータが、基準構造体を形成するレーザ測定ビーム放射体を備え、試験体ビームを形成するレーザ測定ビームを生成し、
レーザテレメータで、レーザ測定ビームの放射の工程を更に含む、ことを特徴とする請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
放射線（３５ａ、３５ｂ、３５ｃ、３５ｄ）が、光学ユニット（８、８ａ、８ｂ、８ｃ）に設けた放射体（３１ａ、３１ｂ、３１ｃ）で放射および整形され、
放射線（３５ａ、３５ｂ、３５ｃ、３５ｄ）が、試験体（１）の基準構造体で反射され、試験体ビーム（１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ）を生成し、
試験体ビーム（１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ）を光学ユニット（８ａ，８ｂ，８ｃ）の一部に設けた検出器（９）に焦点を合わせ、基準構造体に対して光学ユニットの正確なアライメントの場合には、検出器（９）上に少なくとも一つの点（１２）を生成する、ことを特徴とする請求項２記載の方法。
【請求項５】
基準構造体が、照準ユニット（１８）のレンズ（３９）からなることを特徴とする請求項４記載の方法。
【請求項６】
基準構造体が、照準ユニット（１８）のビームスプリッタキューブからなることを特徴とする請求項４記載の方法。
【請求項７】
基準構造体が、照準ユニット（１８）の画像記録面、特にＣＣＤチップからなることを特徴とする請求項４記載の方法。
【請求項８】
基準構造体が、少なくとも微細アライメントの時に、積極的に又は受動的に照らす光学的に測定可能なマークからなり、
放射線（３０、３５ｃ）をそのマークで生成、または放射線パラメータが変わる、ことを特徴とする請求項２記載の方法。
【請求項９】
マークが、指標（１４）形式で、該指標が、少なくとも微細アライメントの時に、自発照明または光学照準ユニット（１８）に設けた放射体で照らされ、
試験体ビーム(１０、１０ｃ)を、照準ユニット(１８)の対物レンズ(１６)で、直接または間接的に検出器（９）上の少なくとも一部に焦点を合わせ、
検出器(９)上に少なくとも一つの点（１２）を生成する、ことを特徴とする請求項８記載の方法。
【請求項１０】
マークが、指標（１４）形式で、該指標が、少なくとも微細アライメントの時に、照準ユニット（１８）の対物レンズ（１６）側に設けた放射体（３１ｂ）で照らされ、
指標（１４）を、照準ユニット(１８)の対物レンズ(１６)で、直接または間接的に検出器（９）上の少なくとも一部に焦点を合わせ、
検出器(９)上に少なくとも一つの点（１２）を生成する、ことを特徴とする請求項８記載の方法。
【請求項１１】
マークが、指標（１４）形式で、該指標が、少なくとも微細アライメントの時に、照準ユニット（１８）のアイピース（２３）側に設けた付加的な放射体、特に付加的な光学ユニット（１５）で照らされ、
指標（１４）を、照準ユニット(１８)の対物レンズ(１６)で、直接または間接的に検出器（９）上の少なくとも一部に焦点を合わせ、
検出器(９)上に少なくとも一つの点（１２）を生成する、ことを特徴とする請求項８記載の方法。
【請求項１２】
放射線が、アイピース（２３）側または照準ユニット（１８）の対物レンズ（１６）側に設けた付加光学ユニット（１５）で、アイピース（２３）の方向に放射され、三次元構造のパターンの形状を備え、
放射線が、照準ユニット（１８）を通り、照準ユニット（１８）内の少なくとも一つの基準構造体で、放射線パラメータが変化して試験体ビーム（１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ）を形成し、
試験体ビーム（１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ）が、対物レンズ（１６）または照準ユニット（１８）のアイピース（２３）から出て、光学ユニット（８ａ、８ｂ、８ｃ）の一部の検出器（９）に焦点を合わせ、検出器（９）に複数の点（１２）を生成し、
光学系の誤差、特に収差および歪が、検出器（９）で検出された多数の点の計算を、コントロール／制御ユニット（１３）で測定可能である、ことを特徴とする請求項２記載の方法。
【請求項１３】
照準ユニット（１８）の少なくとも一部の構造体（４０）を、検出器（９）上に焦点を合わせることを特徴とする請求項２〜１２の何れか１項記載の方法。
【請求項１４】
試験体の熱挙動を測定するために、試験体（１）の少なくとも一方から熱放射体で熱する、ことを特徴とする請求項１〜１３の何れか１項記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高精度試験体の角度依存アライメントを検査または校正する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
0.5秒または0.15mgonより少ない角度精度の高精度測定、検査または仕様として、または一般的に高精度の角度方位に使用する高精度部品の検査または校正には、部品に比べて更に高精度の検査または校正が必要である。
【０００３】
特に指標で静的または動的に水平角度および垂直角度を測定するセオドライトの検査または校正は、従来技術に開示されている。
【０００４】
良く知られている古典的なセオドライトの指標試験法は、複数のコリメータをステーションに取付け、望遠鏡で観測する。試験体を囲む円の幾つかの点で測定する一定の角度差を、角度測定の水平精度の基準として使用する。測定の垂直精度には、コリメータの角度差を基準値と比較する。基準円試験法(Reference Circle Test Method)は知られている。例えば、PRUTE and PRUFO devices from F. W. Breithaupt & Sohn。この方法は、ISO標準17123-3 (Optics and optical instruments - Field procedures for testing geodetic and surveying instruments)に準拠している。しかしコリメータの代わりに固定ターゲットを観測する。このセオドライトの指標試験法には、測定プロセスの全自動化が難しい、測定数がコリメータの数で限定される、測定結果が観測者に大きく依存する等の不利な点がある。
【０００５】
別の方法にMauerの干渉試験法がある。Maurer, W.: An interferometric method for determining line improvement on built-in theodolite circles; Thesis Munich, 1983; Deumlich, F. & Staiger, R.: Instrument theory of surveying technology。この方法は、テストするセオドライトを回転する角度を、レーザビームの干渉反射体への行路差から求める。測定できる最大角度は、+/-8.5gonで、分解能は0.01mgonである。水平角のみの検査となる。この方法は、垂直度角の検査は出来ない。プリズムホルダをセオドライトの傾斜軸に回転可能に取付ける必要があるためである。この方法は、付加するプリズムホルダの重さで、垂直指標と傾斜軸の影響を無視することが出来ない。
【０００６】
基準円を除去したセオドライトの検査法は、従来技術で知られている。これらの方法は、主に比較法で、基準円で検査する指標を、対応する正確な角度法線と、例えば干渉的に又は精密な基準円により比較する。このタイプの装置が、次の文献で使用されている。Physikalische Technische Bundesanstalt (Prowe, B.:Investigations into a new reference circle tester; Feinwerktechnik & Messtechnik, Issue 5, 1985, pages 213-217)、 Zentralinstitut fur Physik der Erde (Weise, H. & Quart, W.: A fully automatic measuring unit for checking circle graduations; Feingeratetechnik, Issue 4, 1975, pages 155-160), CH 372847 or CH 372471。これらの方法および装置は、搭載したセオドライトの指標テストが出来ず、除去した基準円の検査のみとなる。更に、基準をISO標準17123-3 (Optics and optical instruments - Field procedures for testing geodetic and surveying instruments)またはDIN 18723, Part 3 (Feldverfahren zur Genauigkeitsuntersuchung geodatischer Instrumente [Field methods for investigating the accuracy of geodetic instruments])にしても良い。
【０００７】
セオドライト、視距儀または総ステーションを以下「セオドライト」とするが、この全自動の検査または校正の装置または方法は、従来技術に開示されている。セオドライト試験装置は、次の文献に記載されている。"TPM - Ein neues Gerat zur vollautomatischen Prufung von Teilkreisen in elektronischen Theodoliten [TPM  A new device for fully automatic checking of reference circles in electronic theodolites]" by Hilmar Ingensand for the X International Course for Engineering Surveying at the Technical University of Munich on 12-17.9.1988および学位論文"Kalibriereinrichtung fur Theodoliten [Calibration device for theodolites]" by Andreas Rutzler, implemented at the Institute for General Electrical Technology and Electrical Measurement Technology of the Technical University of Graz in October 1991。セオドライト試験装置は、約0.1mgonの精度を備え、電子セオドライトをコード基準円指標システムで検査する。インクリメント法で要求される初期化が不要で素早く角度を出力する。しかし単一の角度指標で基準円の直径の走査が無い。基準円の機械的偏心による誤差は、各セオドライトに固有であり、測定後に装置に記憶させ自動的に補正する。セオドライト試験装置は、完全な全自動で、設置場所での水平および垂直の角度指標の検査、測定範囲の主要部の検査、試験プロセスで測定されるシステム誤差の解析、セオドライトに記憶されている誤差関数の自動確定、を行なう。セオドライト試験装置は、種々の異なるセオドライトに適している。
【０００８】
以下に、従来技術のセオドライト試験装置に関して、図を参照し詳細に述べる。
【０００９】
既知のセオドライト試験装置は、「セオドライトの中のセオドライト」の考えに基づく。セオドライト試験装置の軸系は、テストするセオドライトの軸系に対応し、垂直軸１０１と水平軸１０２からなる。セオドライトは、概略的にアリダード１０３と望遠鏡１０５で構成される。アリダードは、セオドライト下部１０４に対して垂直軸１０１に回転可能で、望遠鏡は、水平軸１０２に対して傾斜可能で視軸１０６を備えている。セオドライト及びセオドライト試験装置の完全な軸系のセンタリングは出来ないので、角度測定システム、セオドライト試験装置の垂線およびセオドライトの指標を、垂直軸１０２で回転するオートコリメータ１０７で結合する。結合は、望遠鏡１０５に固定した平面鏡付属品１０８を経由する平行ビーム１１３で行なう。セオドライト試験装置およびセオドライトは、軸１０１、１０２、１０６の直交条件を満たしており、すべての軸系が、オートコリメーションのセッティングで同一線上となる。水平および垂直の検査の手順は、セオドライトの設計で異なる。水平検査では、セオドライトのアリダード１０３は固定され、下部１０４は垂直軸１０１で回転する。静止したアリダード１０３に対してセオドライトの下部１０４を回転させるテスト角度の粗調整後、テスト角度の微調整は、オートコリメーションで行なう。これは、下部１０４とアリダード１０３を高精度で共に回転させ、オートコリメータ１０７を任意に少し回転させる。その結果、セオドライトと垂線が基準に入る。水平位置は、セオドライト試験装置の高精度水平指標１０９とセオドライトの水平指標１１０を測定し比較する。垂直検査は、共通の垂直面に位置するオートコリメータ１０７を、水平軸１０２、即ち検査するセオドライトに対して回転させて行なう。セオドライトの望遠鏡１０５も所定角度に回転させる。次のオートコリメーションの調整後、オートコリメータ１０７の垂直位置を、セオドライト試験装置の高精度垂直指標１１１で測定し、望遠鏡１０５の垂直位置は、セオドライトの垂直指標１１２で測定し、双方の位置を比較する。
【００１０】
図２は、垂直軸１２１および水平軸１２２を備えた既知のセオドライト試験装置のデバイス設計を示す。設計は、ミクロン領域の安定性が要求される３次元座標測定装置と同じである。従って、軸系の固定に、花こう岩のフレーム１２３を使用している。装置全体は、空調室内のコンクリート基礎(図示せず)上に載せる。水平測定部１２４はベースプレート１２３’に固定する。水平測定部１２４は、精密なターンテーブルと似ており、転がり軸受１２５で支持され、水平駆動体１２６で垂直軸１２１に対して回転可能である。水平測定部１２４は、また水平角度センサ１２７を備えている。検査するセオドライト１３０を保持する三脚１２９を、水平測定部１２４に取付ける。取付けたセオドライト１３０の電気的接続は、スリップリングシステム(図示せず)で行なう。垂直測定部１３１は、測定ブリッジ１３４および垂直角度センサ１３３を備え、電子オートコリメーションを行なう。測定ブリッジ１３４は、水平軸１２２に対して回転可能で、垂直駆動体１３２で駆動する。フォーク状の駆動体１３６を、測定ブリッジ１３４に設け、セオドライト１３０の望遠鏡１３７の停止に用いる。従って、望遠鏡１３７の垂直位置は、オートコリメータ１３５の垂直位置となる。駆動体１３６は、望遠鏡１３７に対して可動空間を備え、測定ブリッジ１３４の微調整の時に双方を分離させる。同様に、駆動体１３６は、水平測定部１２４による水平調整で停止する働きがある。重量の有る測定ブリッジ１３４の安定性、特に水平位置で特に重要である。これは測定ブリッジ１３４の構造に曲げ力が作用し、測定をゆがめるからである。Ｕ字形の測定ブリッジ１３４を、予め引張り力を加えた転がり/スリーブ軸受の傾斜軸軸受１３８で、花こう岩フレーム１２３の両側に取付け、水平軸１２２に対して回転可能にする。12kg以上の測定ブリッジ１３４および電子オートコリメータ１３５の重さによる傾斜軸軸受１３８にかかる径方向の力を軽減するために、装置は、更に重量補償システムを備えている。測定ブリッジ１３４全体は、重心で外側軸受フレーム１３９で支持されている。このフレームは、釣合い錘１４０を持ち、駆動力を出す。軸受フレーム１３９は、自身の軸受フレームの軸受１４１で回転する。オートコリメーション調整は、平行ビームを平面鏡付属品１４２に照射するセオドライト試験装置のオートコリメータ１３５で行なう。平面鏡付属品１４２は、セオドライト１３０の望遠鏡１３７に、視軸方向に対して垂直に取付けている。鏡付属品１４２は、コレット(図示せず)で望遠鏡１３７に固定している。従って、望遠鏡１３７の光軸、すなわち視軸に垂直に取付けることが出来る。鏡付属品１４２は、平行ビームを反射してセオドライト試験装置のオートコリメータに戻す。ビームは、オートコリメータ１３５の焦点にある４分割ダイオードの位置検出器(図示せず)に当たり、そこに光点を形成する。オートコリメータ１３５の分解能は、約0.01mgonである。セオドライト１３０を取付けた水平測定部１２４およびオートコリメータ１３５を取付けた測定ブリッジ１３４を、水平駆動体１２６と垂直駆動体１３２で、正確に各々動かす。駆動体は、15VDCモータを備えてパルス幅変調で動作し、光点をオートコリメータ１３５���位置検出器の中心にする。1:9比の粗/微リダクション(図示せず)は、コントロールループの非常に微細な位置合わせを可能にする。コントロールループは、電子オートコリメータ１３５、コントロールソフトウェアを有するコンピュータ(図示せず)、機械的な駆動体１２６、１３２を備えている。オートコリメーションの調整後は、セオドライト１３０とセオドライト試験装置の軸系は、同一直線上となる。コンピュータは、測定手順のコントロール、ターゲット調整の調整そして測定結果の計算を実行する。
【００１１】
垂直および水平の測定プロセスの順序を下記に述べる。測定ブリッジ１３４を、セオドライト１３０の取り付け前に、ほぼ水平位置にする。オートコリメータ１３５は、天頂からほぼ垂直位置(100gon)となる。垂直軸１２１がその方向となる。セオドライト１３０を水平測定部１２４の三脚１２９の上に固定する。測定部の垂直軸は、垂直方向を指示している。従って、セオドライト１３０とその試験装置の垂直軸は、可能な限り同一線上となる。平面鏡付属品１４２をコレットでセオドライトの望遠鏡の対物レンズの上に固定する。望遠鏡１３７を旋回させ測定ブリッジ１３４のフォーク状の駆動体１３６に入れる。測定の最初に、測定ブリッジ１３４を天頂から垂直位置(260gon)移動させる。天頂は、垂直測定範囲の初期である。移動中、駆動体１３６は、望遠鏡１３７を支持している。次のオートコリメーション調整で、オートコリメータ１３５を、測定ブリッジ１３４と水平測定部１２４の精密な調整で、望遠鏡１３７に固定された鏡付属品１４２に一直線に合わせる。駆動体１３６と望遠鏡１３７の間の可動空間は、オートコリメーションの調整中に、駆動体１３６による調整からはみ出ることが無い。オートコリメーション調整で、セオドライト１３０とその試験装置の角度値がコンピュータに入り記憶される。垂直角度の差異は、個別の垂直位置に対するセオドライト１３０の誤差となる。この場合、260gonである。最初の測定点の測定が完了する。次の測定点に対して、セオドライト試験装置の垂直駆動体１３２を、測定ブリッジ１３４、そして駆動体１３６で望遠鏡１３７を垂直位置275gonに対して約15gon移動する。次の点の測定を始める。垂直位置140gonまでの垂直測定を実行する。380gonから天頂近くの20gonの範囲は省略する。この領域は、試験体と試験装置軸のオフセットの補正が極めて難しく、試験装置の水平駆動体１２６で補正が出来ない。垂直回転角度に対する、オートコリメータ１３５の位置検出器の光点の回転の水平移動は、測定ブリッジ１３４の水平位置と実際の位置の間の角度の正接(tangent)にリンクしている。垂直検査の終了で、測定ブリッジ１３４を垂直位置100gonに移動する。セオドライト１３０の水平指標の調査を始める。セオドライト１３０を、水平測定部１２４で一方向に回転し保持する。この時、下部１４３とセオドライト１３０のアリダード１４４は、望遠鏡１３７まで共に移動し、フォーク状の駆動体１３６の停止部に突き当たる。その結果、アリダード１４４は、停止するが、下部１４３のみが前方に進む。セオドライト１３０を所望の水平角度の位置に回転し、水平測定部１２４を反対方向に少し回転させる。その結果、望遠鏡１３７が駆動体１３６から回転する。これによりオートコリメーションの調整中、機械的な停止が、調整プロセスを妨げない。オートコリメーションの調整後、測定値が垂直測定同様に記録される。水平の測定には、周上に均一に分布する約35点を測定する。全ての水平および垂直の検査プロセスが終了すると、記憶された角度の一対が計算される。
【００１２】
このセオドライト試験装置は、今日まで適切に解決されていない種々の不利な点および問題を抱えている。オートコリメータを支持する測定ブリッジは、自身とオートコリメータの重みで、水平位置で強い曲げモーメントを受ける。従って、測定ブリッジには、如何なる変形をも避ける安定した設計が必要である。しかし、測定ブリッジの重量をあまり大きくすることは出来ない。これは、指定した許容誤差範囲で、花こう岩のフレームで測定ブリッジを保持する高精度の傾斜軸軸受の負荷能力が大きく限定されているためである。変形を避けそして傾斜軸軸受の負荷を極力少なくするために、両側に傾斜軸軸受を備えたＵ形の測定ブリッジが適しており、対のコラムの花こう岩フレームが必要となる。張力をかけた転がり/スリーブ軸受の形をした傾斜軸軸受の限られた耐力性能のため、重量のある測定ブリッジには、複雑な補正システムが必要とする。しかしセオドライト試験装置の全重量が増すことになる。両側の傾斜軸軸受による頑丈な花こう岩のフレーム、Ｕ字形の測定ブリッジおよび重量補償システムは、検査するセオドライトへのアクセスを非常に制限する。これは調整作業の時および大きいサイズの試験体の時に妨げとなる。セオドライト試験装置の頑丈な構造とその重量は、幅広い使用を妨げる。一つに、普通の工場のフロアの耐荷重を越える、そして次に試験装置を工場のドアから移動できないためである。両側の傾斜軸軸受の配置で、応力無しの正確な調整が難しくなる。傾斜軸軸受の調整ミスは、反対側の傾斜軸軸受にも同様に作用する。この結果、高精度の要求には、相当の調整努力を必要とする。望遠鏡に鏡付属品を安定して取り付けるのも難しい。目的軸に対する鏡面からの偏差を可能な限り避けるべきで、この調整に相当の努力を必要とする。望遠鏡の形状およびセオドライトの形式が異なると、鏡付属品のコレットを変える必要がある。測定全体の順序の基準の仕組みは、鏡付属品で形成されるため、セオドライトの角度センサと軸のみが検査される。望遠鏡の光学システムの誤差は考慮されない。鏡付属品のアライメントはオートコリメータで検出可能で、望遠鏡の光学システムの位置および個々の構造の品質では検出されない。光学システムは、例えば、個々のレンズ、ビームスプリッタキューブ、画像記録領域または筒のラインなどである。鏡付属品が、望遠鏡の光学システムを不明瞭にするため、セオドライトに一体化したレーザテレメータの検査が出来なくなる。さらに、従来のセオドライト試験装置では、セオドライトの傾斜計の校正が出来ない。新しく更に高い精度のセオドライトは、同様に高い精度のセオドライト試験装置を要求する。
【００１３】
SU-763682 Aは、測地デバイスを検査する手動走査の装置を開示している。この装置は、垂直面内の回転軸に対して傾斜可能な照準装置を備えている。接眼マイクロメータを備えた長焦点距離の校正コリメータをフレーム(テーブル)に置く。コリメータの軸を調査するデバイスの照準装置の回転軸(傾斜軸)に合わせる。調査するデバイスもテーブルに設置する。検査するデバイスを傾斜させ及び回転不能のリフト装置で水平に位置合わせを行なう。回転ブロックを片側に取付け、垂直角度の検査で、測定フレームとして作用させる。この回転ブロックを、校正コリメータと検査するデバイスの間に配置する。その回転軸は、コリメータの軸に一致、具体的には、検査するデバイスの傾斜軸に一致する。また回転ブロックは、平行ビームを通す通路を備えている。複数の釣合い錘を備えた重さのある回転ブロックは、ビームを偏向する光学システムを備えている。最初は、オフセットで平行に、検査する最大のデバイスの外側寸法以上に動かす。光学システムは、平行オフセット面で90(平行に移動したビームを偏向する。偏向は、ペンタプリズムで行ない、移動させたビームの軸と検査するデバイスの傾斜可能な照準装置の垂直面とが交差する点で行なう。小さい開口部を、回転ブロックの光学システムの最初の反射面に設けている。平行ビームの一部が、反射または偏向無しでこの開口部を通過する。回転ブロックは、高精度のlimbusと角度読取装置を備えている。検査するデバイスがセオドライトの場合、その装置で、回転ブロックを旋回させて、セオドライトの垂直角度測定装置を検査し、数学的誤差補正関数を形成する。静止したセオドライトは、その望遠鏡の侵入だけで、４つ以下の水平角度の補正が可能である。従って、連続した水平角度補正関数が作成できない。回転ブロックを備えたセオドライトの望遠鏡、または逆も同様のアライメントは、ユーザが、セオドライトの望遠鏡内のコリメータネットまたはコリメータの望遠鏡内のセオドライトネットの何れかを見て、手動で軸を調整する。全体の装置の校正は、コリメータのオートコリメータのアイピースで行なう。 これはテーブル上に校正プリズムまたは多面鏡を配置し、異なる回転ブロックの位置での装置の光学軸位置の一定性を測定して行なう。試験装置は、セオドライトに対して回転不能の固定装置のため、測定プロセスで複数の水平角度を検査することが出来ない。従って、多数の水平角度の測定から得た補正関数を確定し、自動誤差補正の電子セオドライトの補正関数を記憶させることが出来ない。コリメータネットまたはセオドライトネット検査は、基準として作用するだけで、個々の構造をアライメントおよび位置に間して検査または校正が出来ない。個々の構造とは、例えば、レンズ表面、ビームスプリッタキューブ、画像記録領域またはレーザテレメータである。この装置では、校正コリメータを、検査するデバイスから離して配置している。コリメータ軸は、デバイスの回転軸または傾斜軸に合わせている。誤差を受けやすいそして複数の鏡を備えた複雑なビームガイドシステムを回転ブロック内に配置する必要がある。これは、共に、回転ブロックの捩じれ剛性および曲げ強度を低減し、釣り合い錘で回転ブロックの重量を増すことになる。このシ��テムでは、0.5"または0.15 mgon以下の高い精度の要求に対応が出来ない。しかし試験装置は、検査するデバイスにアクセス(３方)が容易である。しかしこの装置では、全自動の校正プロセスを実行することは出来ない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明の目的は、一般的に使用される試験方法を提供するものである。この方法で、異なる高精度試験体の個々の基準構造体の角度アライメントおよび品質を、確実および高精度に、自動的な検査および校正が出来る。この方法は、従来の方法の不利な点を克服する。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の目的は、独立項の特徴の具現で実施される。本発明の変形または好都合な特徴は従属項で記載されている。
【００１６】
本発明は、従来技術の改良で、試験体の基準構造体を直接に測定を行なうことを目的としている。
【００１７】
本発明に関わる方法を、装置の記載と共に以下に記載する。
【００１８】
高精度試験体の基準構造体の角度依存アライメントの検査または校正の装置で、検査または校正プロセスでの安定した基準ベースの台座を備えている。台座は、石または金属で形成、または別の適切な材料から成り、基準ベースになる支柱を備えても良い。台座は、Ｌ字形をした基本的な構造を備えている。試験体を、高精度の軸受で支持する支持部に取り付け、支持部軸を台座に対し回転可能にする。支持部軸は、垂直方向を指している。支持部は、三脚で任意に調整可能なホルダーを備えた精密なターンテーブルでも良い。支持部軸での台座に対する支持部の回転角度を、動的または静的な指標の角度エンコーダを用いて高精度に測定する。検査または校正に、支持部またはホルダの完全な垂直アライメントが要求される場合、支持部に傾斜センサの一体化が可能である。更に、支持部または台座全体の傾斜も可能である。この傾斜手段は、正確な垂直アライメント、特に支持部または試験体で、または試験体の傾斜センサの検査に使用できる。電圧供給または測定値を送信する電子試験体の場合、回転可能に取付けた支持部に、適宜に、電子接続手段を設ける。例えば、スリップリングまたは回転リングシステムで、台座と試験体の電気的接続を行う。無線通信、例えばブルーツース(Bluetooth)、赤外線システム、または同様のシステムも使用できる。
【００１９】
装置は、測定部を備え、台座に対し測定部軸で回転可能で、その測定部軸は、支持部軸に直交する。支持部軸での支持部の回転角度は、高精度の測定が可能で、動的または静的な指標角度エンコーダで測定する。測定部の基本的な形は、測定部が、試験体をミラーまたは軸対称で、例えばコレット状の構造体で、測定部軸に対して少なくとも両側から取り囲む、または、測定部が、試験体を回転対称の構造体で取り囲む。測定部は、試験体とは関係なく、少なくとも所定の角度範囲で回転可能である。少なくとも測定部の対称構造体としての取り囲みは、利点がある。測定部の重心が、測定部軸上または近くにあるので、付加する重量補償が不要となる。測定部の駆動体の負荷が緩和され、曲げ又はねじれ負荷が減少し、小さな許容誤差で、測定精度が著しく増加する。この測定部の設計は、複数の測定部品を、測定部の測定面内に配置することが出きる利点がある。試験体に対して反対側に設置が出来る。これは幾つかの新規な測定方法を可能とし、測定精度を向上させる。
【００２０】
光学検出器を備えた少なくとも１つの光学ユニットを測定部に設けている。光学ユニットは、少なくとも１つの試験体ビームを受ける。そのビームは、試験体の基準構造体と相互作用し、測定面内に位置する。測定部軸は、測定面を垂直に通り、支持部軸は、その面内に位置する。その結果、試験体ビームは、少なくとも１つの点を検出器に生成する。試験体ビームは、検出器に直接当たり、レンズ系で形を整え、または、光学偏向素子で偏向または導かれ、例えば反射ユニットまたは光ファイバで光学ユニットの方向と検出器の方向に、そして検出器に直接当たる。光学偏向素子の使用で、光学ユニットを、測定面の外、場合により測定部のサブ素子に配置できる。試験体の基準構造体と相互作用する試験体ビームは、光線を意味する。この光線は、直接または間接的に試験体の少なくとも１つの基準構造体と相互作用し、及び/又はそのような部分から来る。試験体ビームと、基準構造体の相互作用は、例えば、反射、散乱、屈折、整形、停止、フィルタまたはビーム生成で生じる。
【００２１】
用語「試験体」は、検査または調整する要素を総じて意味し、例えば、測地測定装置、多面鏡ユニット、または機械的な高精度部品である。試験体は、測定プロセスの実行で、鏡付属品のような付属部品を取り付けていないものを意味する。基準構造体は、検査する試験体の構造を意味し、特に角度アライメントまたはその品質に関して検査する。基準構造体は、本体、表面、エッジまたは点である。試験体が鏡面を備え、厳密な位置合わせ又はベース面に対して厳密な調整の場合、鏡面が、基準構造体となる。試験体が、セオドライトの場合、その基準構造体は、水平または垂直に回転または傾斜可能な望遠鏡の一部が、基準構造体となる。
【００２２】
支持部および測定部を、共に電気モータで駆動するのが好ましい。従って、試験体に対して、光学ユニットの受光領域は、支持部軸または測定部軸に対する支持部および測定部の調整で、球体表面を形成する。球体表面は、少なくとも部分的に試験体を囲む。支持部軸が垂直方向を向き、測定部軸が水平面内にある場合、水平角度は、支持部で、そして垂直角度は、測定部で調整できる。
【００２３】
測定部の台座への回転可能な取り付けは、測定部軸受ユニットで行なう。その軸受ユニットは、空気軸受で、測定面の片側または測定面内に設けている。一つの軸受ユニットのみを使用しているので、このユニットを高精度で調整できる。測定面の他の側または測定面外に、第２の軸受ユニットを使用しないので、ゆがみが発生しない。これが、極めて高精度の測定を可能にする。軸受ユニットを、測定面の片側に設け、その面に位置し、または中心に配置し、その面内に位置する。これにより、測定装置全体を、よりコンパクトに、特に縮小することが出来る。また装置へのアクセスを容易にする。装置全体の測定精度を、空気軸受で更に増すことが出来る。径方向および軸方向空気軸受、および円柱、Ｕ字形、角の有るまたは平面空気軸受の異なる展開が、従来技術に開示されてきた。空気軸受に関しては、測定部軸に対して高度な精度の測定部取り付けが確保されて、剛性および振動減衰の要求を満たす。これは、軸受に作用する力の下で要求される装置の許容誤差を考慮できる。空気軸受の設計基準は、従来技術に記載されている。空気軸受の軸受ユニットは、単独の軸受及び複数の軸受、特にクランプで締めた軸受の配置を意味する。空気軸受の代わりに、従来の滑り軸受、転がり軸受、磁気軸受を使用しても良い。しかし、これらの一部は、空気軸受の小さな許容誤差を達成できない。支持部に空気軸受同様に、高精度の軸受を設けても良い。
【００２４】
測定部を形成する際、任意であるが、付加する光学ユニットを測定部の光学ユニットから離して設ける。付加光学ユニットは、測定部軸に対して光学ユニットの反対側に位置している。付加光学ユニットは、例えば、付加放射線、付加鏡、付加オートコリメータ、または付加カメラである。本発明による測定部の可能な実施形態を、図で説明する。
【００２５】
コントロール／制御ユニットは、装置、特に試験体の基準構造体に対し、光学ユニットのモータ動作アライメントをコントロールする。アライメントは、支持部および測定部のモータ動力の調整で行ない、試験体ビームで検出器に生成された少なくとも一つの点の位置の関数で行なう。特に付加光学ユニットの信号の関数でも良い。取得した測定データ、特に角度エンコーダのデータを、蓄積および／または計算する。コントロール／制御ユニットは、パーソナルコンピュータで、適切なポート、コントロール又はインテリジェントセンサ又はアクチュエータの組合せ、ＰＬＣ、又はデータネットワークに接続したコンピュータシステムを備えている。
【００２６】
角度アライメントの検査または校正をする試験体の基準構造体が、他の試験体に対して調整できる場合、例えば、セオドライトの角度エンコーダを検査する場合、操作ロボットを台座に設けて、基準構造体、例えば、セオドライトの望遠鏡の調整が出来る。従って、基準構造体と測定部の光学ユニットを同時に調整でき、角度偏差、特に試験体の角度エンコーダを短時間で測定することが出来る。
【００２７】
試験体の熱による動作検査に、熱放射線を使用する。試験体を少なくとも一方から熱する。その結果で、太陽光およびそれに関連する熱変形がシミュレートできる。
【００２８】
本発明による方法では、さらに、放射線を試験体の基準構造体で生成、または基準構造体で、放射線パラメータを変化させる方法も可能である。放射線パラメータは、反射、停止、フィルターまたは整形である。生成または変化した放射線は、上記の試験体ビームを形成する。
【００２９】
本発明に関わる方法を実施するには、上記記載の装置または次に記載する装置を使用する。装置は、試験体を支持する調整可能または固定した支持部および調整可能な測定部を備えている。測定部および支持部は、支持部軸および支持部軸に直交する測定部軸に、互いに回転可能である。支持部軸に対する支持部の回転角度および測定部軸に対する測定部の回転角度は、測定部および支持部の間で測定可能である。装置は、光学ユニットを備えている。光学ユニットは、測定部に設けられ、少なくとも一つの試験体ビームを受け取る光学検出器を有する。試験体ビームは、試験体と相互作用し測定面内に位置する。測定部軸は、測定面を垂直に通り、支持部軸は、面内に位置する。試験体ビームが、検出器上に少なくとも一つの点を生成する。検出器を備えた光学ユニットを、直接に測定部でなく、別の部分に配置しても良い。つまり試験体ビームを測定部に設けた検出器に偏向する手段に設けても良い。更に、装置は、少なくとも、試験体の基準構造体に対する光学ユニットのモータ動力のアライメントを行なうコントロール／制御ユニットを備えている。アライメントは、検出器の少なくとも一つの点の位置の関数で、支持部の回転角度および測定部の回転角度のモータ動力の調整で行なう。この装置の個々の要素の詳細な記述は、既知のセオドライトおよび上記装置の記載で参照できる。ここで記載する方法は、異なる設計の装置でも、実質的に同じ装置には、適用できる。
【００３０】
この方法では、試験体を先ず支持部に置く。次に、光学ユニットおよび／または試験体の基準構造体の初期のアライメントを行なう。試験体ビームは、検出器の少なくとも１部に当たり、そこに少なくとも一つの点を形成する。コントロール／制御ユニットによる、この少なくとも一つの点の位置の評価の次に、基準構造体に対する光学ユニットの微細なアライメントを、検出器上の点の位置の関数で行なう。これで少なくとも一つの点が、所定の基準位置に到達する。そして、少なくとも支持部の回転角度および／または測定部の回転角度を決める。試験体ビームは、試験体の基準構造体で生成した放射線、または、放射線パラメータに対して基準構造体で変化した放射線、で形成される。放射線パラメータは、反射、散乱、屈折、停止、フィルターまたは整形からなる。放射線の発生は、放射体で行なわれる。これは、熱または発光放射体、または化学的または放射性の放射体である。検出器に当たる試験体ビームは、試験体の基準構造体から直接または間接的に到達し、付属の部品、例えば付属の鏡からは発生しない。基準構造体は、非常に精密に光学ユニットに対して位置合わせが出来る。逆も同様である。基準構造体に対する付属の部品の質の悪いアライメントによる誤差を避けているからである。更に、基準構造体の選択が可能である。例えば、照明された又は自己照明のマークである。このマークは、単にレンズ系内に光学的検出可能に設けた部品に機械的に結合できる。これらは、レンズ系内でのレンズ、指標、ビームスプリッタキューブ、または画像記録表面である。
【００３１】
この方法は、特に光学照準ユニット、特に望遠鏡、好ましくは、セオドライト、水準または測地スキャナを備えた試験体の検査または校正に適している。光学照準ユニットは、垂直軸および任意に傾斜軸に対して調整可能である。垂直軸および任意である傾斜軸に対する回転角度を測定する。光学照準ユニットが、視軸を決め、光学的に検出可能なマーク、指標または光の出口を備えている。試験体の下部は、支持部に配置し、支持部軸は、垂直軸に対して同一線となり、任意に、測定部軸を傾斜軸に同一線上とする。上記の光学ユニットの初期アライメント前後および途中で、試験体の照準ユニットの初期アライメントを行なう。垂直軸に対する回転角度、および任意に、傾斜軸に対する試験体の回転角度の測定により、試験体の検査または校正を、それぞれ、支持部の回転角度および装置の測定部の回転角度の比較で行う。
【００３２】
全体の実施形態では、放射線は、光学ユニット内の放射体で発生させる。光学ユニットは、放射体に加えて、検出器およびレンズ系を備えている。レンズ系で、放射体が放射した放射線を整形し、試験体ビームを検出器に焦点を合わせる。レンズ系は、好ましくは、可変の焦点距離を備える。整形した放射線は、反射表面に当たる。この反射面は、アライメントに関して試験するが、試験体の基準構造体となる。基準構造体で反射した放射線が、試験体ビームとなる。このビームは、基準構造体の適切なアライメントのレンズ系で整形される。ビームは、検出器の少なくとも一部に当たり、正確なアライメントで、所定の基準位置に少なくとも一つの点を生成する。
【００３３】
反射基準構造体は、必要に応じて、反射強化コーティングまたは膜で被覆する。放射体は、ＬＥＤで、その放射線は、光ファイバを通してレンズ系の焦点面に供給される。用途に応じて、４分割ダイオード、ＣＣＤイメージセンサ、または従来技術で記載の他の検出器を、検出器に使用する。基準構造体の反射面が平面の場合、放射体で放射された放射線を、好ましくは、光学ユニットのレンズ系で平行にし、試験体ビームも平行にする。試験体のレンズ表面が凸面または凹面の基準構造体の場合、放射線は、光学ユニットのレンズ系の曲率、特に半径に応じて、整形、焦点合わせ、または散乱される。反射防止膜を有するレンズを基準構造体に使用する場合、放射線のビーム経路に光学フィルタを付加するのが好ましい。基準構造体が、照準ユニット内のレンズの場合、光学フィルタの使用が好ましい。
【００３４】
光学的に検出可能なマーク、つまり基準構造体を、試験体上または試験体内に設けても良い。例えば、試験体の照準ユニットの光学系の中の指標で、放射線は、放射線パラメータで変化する。これは、特に指標を、試験体の光学照準ユニットの対物レンズまたはアイピース側から、放射体で照らすことで達成できる。光学フィルタを用いても良い。これらは、装置の微細アライメントの際に行なう。この照明が、放射線を形成する。指標を照準ユニットの対物レンズで検出器に焦点を合わせる。これにより、少なくとも一つの点が、検出器上に生成される。放射体は、光学ユニット内に位置するか又は離れて付加した光学ユニット内に設けても良い。付加するユニットは、測定部軸に対して光学ユニットの反対に位置する。
【００３５】
試験体の光学照準ユニット外の放射体を無くすことも可能である。これは、指標が自己照明の場合で、指標が放射線を生成し、または指標が、光学照準ユニットに設けた放射体で照明される場合である。検出器への指標の焦点合わせは、対物レンズまたはアイピースで行なう。発光放射体の自己照明は、従来技術に記載されている。
【００３６】
試験体が、ビデオセオドライトの場合、基準構造体をセオドライトの画像記録表面、特にＣＣＤチップに出来る。その結果、画像記録表面の方位および不正確なアライメントが測定可能となる。カメラ定数が検査できる。
【００３７】
セオドライトの望遠鏡のビームスプリッタキューブも基準構造体に出来る。これにより、ビームスプリッタキューブの正確な角度アライメントが検査できる。
【００３８】
レーザテレメータを試験体に配置している場合、試験体ビームは、試験体で放射されるレーザ測定ビームとなる。レーザダイオードを、基準構造体に出来る。この場合、試験体の光学軸のアライメントをレーザ測定ビームの軸のアライメントを比較して、偏差を検出する。
【００３９】
照準ユニットの光学系の誤差は、照準ユニットの少なくとも一部の構造を、放射体で検出器に焦点合わせすることで測定できる。焦点合わせは、アイピース側に設けた放射体または試験体の照準ユニットの対物レンズで行なう。焦点合わせが可能な光学系の場合、この方法で収束レンズの行路を調査できる。
【００４０】
アイピース側に設けた付加的な光学ユニットは、更なる可能性を与える。光学ユニット同様に、付加的な光学ユニットをオートコリメータまたはカメラにしても良い。これらは、アイピース自身またはアイピース側から検出可能な構造で形成される基準構造体に対してアライメントが検出できる。また、付加光学ユニットを付加放射体にして、特定の光学的性質、特に特定パターンの三次元構造のビームを放射しても良い。試験体の少なくとも一つの基準構造体との相互作用で、このビームは、反対側の光学ユニットで試験体ビームとして検出される。付加光学ユニットで放射されたビーム構造を、光学ユニットで受け取った試験体ビームの光学的性質と比較して、試験体の光学系の誤差、不適切なテレスコープの品質、レンズ誤差、収差、ひずみ、焦点誤差を検出する。
【００４１】
以下、本発明に係わる装置を、図を参照して、特定の実施形態の例を詳細に記載する。図の説明で、上記に説明した図の参照数字を用いている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４２】
図３は、本発明に係わる方法を実行する装置の実施形態を示す。装置は、フレーム２４に座る花こう岩の台座２を備えている。台座２は、複数の部分要素からなり、全体としてＬ字形をしている。水平測定ユニット２５は、支持部３を備えて、台座２の上に位置する。支持部３は、垂直方向を指す支持部軸４に対してモータで高精度の回転が可能である。装置全体は、フレーム２４の調整で傾斜させて支持部軸４を正確に垂直方向に向けることが出来る。傾斜は、傾斜計(図示せず)で観察する。支持部３の回転可能な取付けは、支持部軸受ユニット２７でなされている。その軸受ユニットは、空気軸受の形式である。支持部３と台座２間での支持部軸４に対する回転角度を、第１の角度エンコーダ(図示せず)で高精度で測定する。セオドライトのような試験体１は、望遠鏡のような光学照準ユニット１８を備えている。光学照準ユニットは、垂直軸２０に対して電気モータで回転可能で、および傾斜軸２１に対して電気モータで傾斜可能である。試験体１は、試験体の下部１９で、支持部３にコネクタ２６で固定されている。試験体１の垂直軸２０は、支持部軸４と一致する。測定ヨークのような測定部５は、Ｕ字形をして開始位置で舌の様に支持部軸４を取り囲んでいる。測定部５は、台座２に回転可能に配置している。測定部５は、空気軸受のような測定部軸受ユニット６で、軸方向および径方向で支持されている。測定部５は、測定部軸７で、台座２に対してモータで高精度で回転可能である。測定部５と台座２の間の測定部軸７に対する測定部の回転角度は、第２の角度エンコーダ(図示せず)で高精度で測定する。測定部軸７および傾斜軸２１は、共通の面内に位置する。支持部軸４と垂直軸２０は、その面を垂直に通る。貫通する点は、測定部軸７と試験体１の傾斜軸２１との交差する点となる。支持部３に対する試験体１のアライメントにより、測定部軸７と傾斜軸２１は、図３に示す様に重なる。これにより、照準ユニット１８と測定部５を共通軸で旋回可能となる。測定部軸受ユニット６は、高精度の空気軸受で、測定部軸７での測定部５の容易で安定した旋回を可能にする。非常に小さい許容誤差を維持している。測定部軸受ユニット６は、測定面１１の片側にある台座２に設けている。測定部軸７は、その測定面を垂直に通過し、支持部軸４は、その面内に位置する。測定部軸受ユニット６の厳密な調整が可能である。これは、測定面１１の片側に位置する軸受ユニットが変形を受けないためである。図３は、測定面１１の一部を示す。この測定部５の設計は、測定部軸７に対して軸対称で、測定部の重心を測定部軸７の後ろにしている。これにより、曲げおよび捩じれ負荷を避け、測定部５の駆動体に無理がかからず、許容誤差を低くし、非常に高い測定精度が得られる。光学検出器(図３に図示せず、以下参照)を備えた光学ユニット８を測定部５に設けている。試験体１から来る試験体ビーム(図３に図示せず、以下参照)を、この検出器で受ける。試験体ビームは、測定面１１に位置し、測定部軸７は、垂直にその面を通過し、支持部４は、その面内に位置する。試験体ビームは、照準ユニット１８に設けた照明指標で生成している。この場合、指標が基準構造体となり、その角度アライメントを検査する。照��指標を、照準ユニット１８の対物レンズで、光学ユニット８の検出器に焦点を合わせ、多数の点を生成する。検出器での画像の位置は、次の箇所での僅かな回転で変わる。支持部軸４での支持部３の回転、垂直軸２０での試験体１の回転、測定部軸７の測定部５の回転、傾斜軸２１での照準ユニット１８の回転である。試験装置および試験体１の各軸に対するモータ動力での調整、検出器の画像の位置で制御する次の微細なアライメント、そして測定した角度値の比較で、高い精度の角度検査を実行できる。コントロール／制御ユニット１３が、光学ユニット８の検出器の評価および光学ユニット８のモータ動力のアライメントを、検出器の画像位置の関数として行なう。このアライメントは、支持部３のモータ動力アライメントおよび測定部５で、試験体１の基準構造体に対して行なう。コントロール／制御ユニット１３は、電気モータで試験体１の照準ユニット１８のアライメント、そして試験装置と試験体１の測定した角度の値の計算を行なう。試験体１との情報伝達は、支持部３に設けたスリップリングシステム(図示せず)又はブルーツース(Bluetooth)での無線リンクで行なう。図３から分かる様に、本形態では、光学ユニット８を天頂近くに位置させるような測定部５の調節はできない。測定部５を天頂より上にするのも出来ない。これは、光学ユニット８の反対側に位置する測定部の部分が、水平測定ユニット２５に衝突するからである。このために、試験体１の照準ユニットの挿通または水平角度の調整が、反対側の角度領域の校正に必要となる。しかし、この制限は実際には不利な点にはならない。試験体１を水平測定ユニット２５の垂直軸に正確に合わせることは出来ないからである。天頂近くの測定は正しい結果を与えない事は上記従来のセオドライト試験装置に記載している。更にユーザは、天頂近くでの測定を直接行なうことが出来ない。照準ユニット１８のアイピースがこの領域に入れないからである。しかし、以下に記載する実施形態では、天頂近くの測定が可能となる。
【００４３】
図４は、図３の装置の第１の変形の実施形態で、簡略化した断面図を示す。試験体１を検査する試験装置は、測定部軸受ユニット６および水平測定ユニット２５を備えたマルチパート台座２を備えている。水平測定ユニット２５は、支持部軸受ユニット２７および支持部軸４に回転可能な支持部３を備えている。空気軸受の様な測定部軸受ユニット６で測定面１１の片側に取付けた測定部は、測定ロッカー５ａの形をしている。このロッカーは、互いに直角なリム５ａ'および５ａ"を有している。光学ユニット８をリム５ａ'、５ａ"の何れかに設ける。装置は、操作ロボット２２を備え、そのロボットは、ロボット台座２９および把持部２８を備えている。把持部は、電気モータで測定部軸７に旋回可能である。把持部２８と試験体１の照準ユニット１８、特に対物レンズ１６を機械的に結合している。照準ユニット１８を操作ロボット２２で旋回可能とする。従って、電気モータでの照準ユニットの調整の無い試験体、特に機械的に調整するセオドライトの検査が可能となる。試験体１のアライメントを、操作ロボット２２で行なうからである。種々の把持部２８の使用で、異なる形状の試験体の検査が可能となる。
【００４４】
図５は、図３の試験装置の第２の変形した実施形態を簡略して示す。測定部は、測定ロッカー５ｂで、ロッカーの重要な部分は、測定部軸７に対して軸対称である。装置は、図４と同様に、台座２、測定部軸受ユニット６、水平測定ユニット２５、操作ロボット２２を備えているが、試験体１が、更にアイピース２３を有する光学照準ユニット１８を備えている。光学ユニット８に加えて、付加的な光学ユニット１５を測定ロッカー５ｂに設けている。付加的な光学ユニットは、測定部軸７に対して光学ユニット８の反対にある。この付加的な光学ユニット１５は、付加的なエミッターとなり、アイピース２３側の照準ユニット１８内の指標を照らす放射線３０を生成する。指標は、停止により、放射線３０を放射線パラメータに関して変化し、光学ユニット８でピックアップされ、検出器に少なくとも一つの点を生成する。この変性した放射線は、試験体ビーム１０を形成し、対物レンズ１６を経て照準ユニット１８から出る。付加光学ユニット１５を付加ミラーで形成しても良い。この場合、放射線は、付加ユニット８から出射し、付加ミラーで反射し、指標で放射線パラメータが変わる。この変化は、付加ミラーでの反射前、反射後、又は反射前後で発生し、検出器に当たる。付加光学ユニット１５が、構造、例えばパターンを有する放射線３０を放射しても良い。特に、放射線３０の構造と受光した試験体ビーム１０の画像処理の比較で、照準ユニット１８の光学システムの誤差、特に筒内部のレンズの誤差、収差、ひずみ、焦点誤差が検出できる。
【００４５】
図６は、試験装置の第３の変形の実施形態の簡略化した断面図で、測定ホイール５ｃの測定部を備えている。測定ホイール５ｃを測定部軸受ユニット６に取付けている。軸受ユニットは、測定面１１の片側に位置し、空気軸受の形式にしている。測定ホイール５ｃは、測定部軸７で回転可能にしている。上記実施形態の設計同様に、試験装置は、水平測定ユニット２５を備え、そのユニットは、支持部３に取付ける支持部軸受ユニット２７を有して、支持部軸４に回転可能である。試験体１は、支持部３に位置する照準ユニット１８と対物レンズ１６、およびロボット台座２９を有する操作ロボット２２を備えている。試験装置は、台座２ａを備え、測定ホイール５ｃが、試験体１と水平測定ユニット２５を取り囲む様にしている。光学ユニット８および反対側の付加光学ユニット１５を、測定ホイール５ｃに配置している。測定ホイール５ｃの回転対称の形は、利点がある。これにより、光学ユニット８と付加光学ユニット１５の位置の関数で発生する弾性変形を避けることが出来る。この実施形態では、特に付加光学ユニットで、天頂近くの測定が可能となる。これは、測定ホイール５ｃが、自由に回転可能で、光学ユニット８を適切な位置に配置できる。
【００４６】
前述の実施形態では、測定部軸受ユニット６は、測定面１１の片側のみであるが、図７の実施形態は、測定部軸受を測定面１１内に配置している。水平測定ユニット２５は、前記同様で、台座２ｂに固定され、支持部軸受ユニット２７を備えている。軸受ユニット２７は、支持部軸４に支持部３を回転可能に取付けている。照準ユニット１８、アイピース２３および対物レンズ１６を備え、支持部３に位置している試験体１は、照明指標（図７に示さず）を有している。放射された放射線は、対物レンズ１６での整形後、試験体ビーム１０となる。試験体１および水平測定ユニット２５は、測定リング５ｄの環状測定部で囲まれている。測定リング５ｄは、基本的な形式では回転対称で、測定部軸７に回転可能である。空気軸受タイプの測定部軸受ユニット６ａでマルチパート台座２ｂの一部に取り付けている。測定リング５ｄの外周面及びオプションとしての内周面は、空気軸受の軸受面となる。光学ユニット８は、測定リング５ｄに取付けられ、光学検出（図示せず）器を備え、前述したように、試験体ビーム１０を受け取る。そして指標が、光学ユニット８の検出器に焦点が合わされ、複数の点をそこに生成する。図５および図６同様に、測定リング５ｄに、付加光学ユニット１５、特に、付加放射線または付加鏡を設置することが出来る。測定部軸受ユニット６ａは、中央部に位置し、測定面１１にある。試験体１および水平測定ユニット２５より下に位置している。試験体１には両側からアクセス可能で、これは特に、試験体の取付け、および試験体の校正作業の時に利点がある。測定リング５ｄが回転対称形で、測定部軸受ユニット６ａが、測定リング５ｄの重心近くまたは垂直であるため、曲げ及びねじりモーメントが測定部に掛からず、非常に高い精度の測定が達成される。
【００４７】
図８は、実施形態のビーム経路を示し、光学ユニットは、既知のオートコリメータの設計を有し、試験体の基準構造体が、平らな反射面で形成されている。オートコリメータを形成する光学ユニット８ａは、放射体３１ａ、指標である光学ユニットマーク３２、ビームスプリッタキューブ３３、光学ユニット対物レンズ３４ａおよび光学検出器９を備えている。光学ユニット８ａは、平行ビーム３５ａを放射し、試験体１の反射平面３６で反射される。この反射表面が、基準構造体を形成する。この反射ビームは、放射線パラメータが変化し、試験体ビーム１０ａ形成し、同様にコリメートされている。平行放射ビーム３５ａが、反射平面３６に垂直に当たり、試験体ビーム１０ａは、光学ユニット対物レンズ３４ａでピックアップされて検出器９に焦点が合う。検出器には、光学ユニットマーク３２の画像が形成され、少なくとも1つの点１２またはそのファミリーが形成される。この画像および点１２の集合の位置が、試験体1の反射平面３６または基準構造体に対して、光学ユニット８ａの角度アライメントに依存している。この反射平面３６を、試験体１に直接、基準構造体として形成しても良い。１および図２参照）で形成しても良い。多面鏡の検討も可能である。例えば、ロゼット法(rosette method)に用いる反射鏡で、鏡の表面に対して行なう。
【００４８】
しかし、角度アライメントをする非常に多くの試験体の基準構造体が、往々にして平面でなく、例えば、上記のように、照準ユニット１８の対物レンズ１６の中のレンズが曲面構造を有している場合がある。図９は、図８同様の光学ユニット８ａを示すが、付加的な付属のレンズ３７ａを光学ユニット対物レンズ３４ａの前に設けている。位置の変更が可能で、散乱レンズの役割をする。従って、放射ビーム３５ｂは、発散する。発散放射ビーム３５ｂは、試験体１の光学照準ユニット１８の対物レンズの集光レンズ３８ａ'および３８ａ"に当たり、集光レンズて焦点を合わされ、凸レンズ３９に当たり、反射される。この凸レンズは、試験体１の基準構造体となる。この結果、放射線パラメータの変化が発生する。反射ビームが、試験体ビーム１０ｂになる。このビームは、前記同様に、光学ユニット８ａの検出器に焦点が合う。透過ビーム３５ｂの主な反射が、凸レンズ３９で（それ以前のレンズではなく）生じるように、光学フィルタ（図示せず）を、放射体３１ａの以降に設置するのも可能である。光学ユニット８ａでの角度アライメントの検査は、前述した方法で実施する。本発明の装置で、付属のレンズ３７ａを変更することも可能である。中断無しで、平面から凸または凹の基準構造体にする。付属レンズ３７ａの設計は、特に基準構造体として作用するレンズの形式、および前にあるレンズの系に依存する。
【００４９】
更なる実施形態では、図１０に示すように、基準構造体を試験体の照準ユニット内の指標で形成する。光学ユニット８ｂは、放射体３１ｂ、ビームスプリッタキューブ３３、対物レンズ３４ｂ、および光学検出器９を備えている。光学ユニット８ｂは、透過ビーム３５ｃを放射する。このビームは、試験体１の照準ユニット１８の対物レンズ１６で、ピックアップされ、照準ユニット１８の指標１４に当たり、指標１４を照らす。指標１４は、照準ユニット１８の対物レンズ１６に焦点に位置する。指標１４の照明による反射は、その対物レンズ１６によるコリメーション後、試験体ビーム１０cを形成する。試験体ビーム１０ｃは、光学ユニット対物レンズ３４ｂで検出器９に焦点が合う。検出器９の上に、試験体１の照準ユニット１８の指標１４の画像が、生成され、一群の点を形成する。検出器での指標の画像または一群の点の位置は、照準ユニット１８または指標１４の角度アライメントに依存している。指標１４は、試験装置の光学ユニット８ｂに対して、試験体１の基準構造体である。光学ユニット８ｂ内の放射体３１ｂで対物レンズ１６を通して指標１４を照らさなくても良い。代わりに、照準ユニット１８のアイピース２３側（図５および図７参照）の指標を照らしても良い。例えば、付加放射体で、付加光学ユニット１５（図５および図６参照）を通す。自己照明の指標または照準内での照明で照らされる指標の場合、外部の放射体は、完全に不要となる。指標１４を照らす別の可能性がある。これは、不可視放射線を照らしても良い。指標１４の代わりに、照準ユニットのビースプリッタキューブの表面、画像記録面の表面、距離測定のレーザダイオードの表面も同様に、反射面として作用する。
【００５０】
例えば、照準ユニット１８内の指標またはアパチャのような構造または対象物を調査する場合は、図１１で示す方法で実行できる。光学ユニット８ｃは、放射体３１ｃ、ビームスプリッタキューブ３３、対物レンズ３４ｃおよび検出器９を備えている。透過ビーム３５ｄの放射線は、付属レンズ３７ｂで散乱され、試験体１の照準ユニット１８内の構造体４０を照らす。この照らされた構造体４０は、集光レンズ３８ｂ'、３８ｂ"、付属レンズ３７ｂおよび対物レンズ３４ｃで、ビーム１０ｄで検出器に焦点が合わされる。そして、構造体４０は、映像的に示されて検査される。この構造体は、例えば、画像記録面、ＣＣＤチップまたはテレメータのレーザダイオードで形成できる。他の照明方法も可能である。
【００５１】
図８から図１１に記載の試験方法を実施するのに、単一の光学ユニット、任意に異なる対物レンズまたは付属のレンズで実施できる。従って、異なる試験体および試験方法に対して、複雑な変換無しで単一の装置の使用で実行できる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】従来技術のセオドライト試験装置のコンパレータのコンセプトを示す。
【図２】従来技術のセオドライト試験装置のデバイスのセットアップを示す。
【図３】高精度試験体の基準構造体の角度依存アライメントの検査または校正を行なう装置の実施形態の図を示す。試験体は、測定部として、片側に設置した測定ロッカーを備えている。
【図４】測定部として片側に設置した測定ロッカーおよび操作ロボットを備えた装置の第１の変形実施形態の簡略した断面図を示す。
【図５】測定部として片側に設置した測定ロッカおよび操作ロボットを備えた装置の第２の変形実施形態の簡略した断面図を示す。
【図６】測定部として片側に設置した測定ホイールおよび操作ロボットを備えた装置の第３の変形実施形態の簡略した断面図を示す。
【図７】測定部として測定面の中央に設置した測定リングを備えた装置の第４の変形実施形態の簡略した断面図を示す。
【図８】試験体の基準構造体として平らな反射面によるビーム行路の模式図を示す。
【図９】試験体の基準構造体として凸レンズによるビーム行路の模式図を示す。
【図１０】試験体の基準構造体として指標によるビーム行路の模式図を示す。
【図１１】光学照準ユニット内構造体の検出器への焦点合わせのビーム行路の模式図を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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