(57)【要約】  離れたターゲット（８５）の位置を測定するレーザに基づく測定装置、特に空間内を運動可能な測定補助手段（８０）の位置および／または向きを検出するレーザトラッカ（１）として形成されたレーザに基づく測定装置であって、垂直軸（９）を規定するベース部（４０）と、該ベース部（４０）に対して相対的に前記垂直軸（９）周りに回転可能なサポート部（２０）と、該サポート部（２０）に対して相対的に傾動軸（８）周りに回転可能な、レーザビーム（３６）を送信する手段を備えたテレスコープユニット（１０）と、該テレスコープユニット（１０）を前記サポート部（２０）に支持する第１の軸受装置（６０）と、前記サポート部（２０）を前記ベース部（４０）に支持する第２の軸受装置（７０）と、を備えたレーザに基づく測定装置において、前記第１の軸受装置（６０）が、前記傾動軸（８）と同軸に延びる長手方向軸線を有するシャフト（６３）と、固定側軸受（６１）と、自由側軸受（６２）とを備えた固定側・自由側軸受装置として形成されており、かつ／または前記第２の軸受装置（７０）が、前記垂直軸（９）と同軸に延びる長手方向軸線を有するシャフト（７３）と、固定側軸受（７１）と、自由側軸受（７２）とを備えた固定側・自由側軸受装置として形成されていることを特徴とする、レーザに基づく測定装置。
2015506460.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
離れたターゲット（８５）の位置を測定するレーザに基づく測定装置、特に空間内を運動可能な測定補助手段（８０）の位置および／または向きを検出するレーザトラッカ（１）として形成されたレーザに基づく測定装置であって、
垂直軸（９）を規定するベース部（４０）と、
該ベース部（４０）に対して相対的に前記垂直軸（９）周りに回転可能なサポート部（２０）と、
該サポート部（２０）に対して相対的に傾動軸（８）周りに回転可能な、レーザビーム（３６）を送信する手段を備えたテレスコープユニット（１０）と、
前記傾動軸（８）と同軸に延びる長手方向軸線を有するシャフト（６３）であって、前記テレスコープユニット（１０）を前記サポート部（２０）に支持するシャフト（６３）を備えた第１の軸受装置（６０）と、
前記垂直軸（９）と同軸に延びる長手方向軸線を有するシャフト（７３）であって、前記サポート部（２０）を前記ベース部（４０）に支持するシャフト（７３）を備えた第２の軸受装置（７０）と、
を備えたレーザに基づく測定装置において、
前記第１の軸受装置（６０）および／または前記第２の軸受装置（７０）が、固定側軸受（６１，７１）と自由側軸受（６２，７２）とを有する固定側・自由側軸受装置として形成されていることを特徴とする、レーザに基づく測定装置。
【請求項２】
少なくとも前記第１の軸受装置（６０）が、固定側・自由側軸受装置として形成されており、
前記サポート部（２０）が、第１の支柱（２６）と第２の支柱（２７）とを有し、第１第２の両支柱（２６，２７）が、前記テレスコープユニット（１０）を前記傾動軸（８）の高さにおいて２つの側で取り囲むように把持しており、
固定側軸受（６１）と自由側軸受（６２）とが、前記傾動軸（８）に沿って前記テレスコープユニット（１０）の互いに異なる側に配置されており、固定側軸受（６１）が前記第１の支柱（２６）に、自由側軸受（６２）が前記第２の支柱（２７）に、それぞれ配置されている、
請求項１記載のレーザに基づく測定装置。
【請求項３】
前記サポート部（２０）に対して相対的な前記テレスコープユニット（１０）の回転角度を検出する手段であって、特に、前記第２の支柱（２７）に配置され前記サポート部（２０）に対して相対的な前記シャフト（６３）の回転角度を検出する角度検出ユニット（６６）を有する手段、および／または
前記サポート部（２０）に対して相対的に前記テレスコープユニット（１０）を電動で回転させる駆動手段を備えた、
請求項２記載のレーザに基づく測定装置。
【請求項４】
前記駆動手段がモータ（６５）を有し、該モータ（６５）は、前記シャフト（６３）を回転駆動して前記テレスコープユニット（１０）を前記傾動軸(８)周りに回転させるように形成されており、
前記モータは特に、前記第１の支柱（２６）内に配置されており、かつ／またはダイレクトドライブモータである、
請求項３記載のレーザに基づく測定装置。
【請求項５】
前記シャフト（６３）は、特に所定の測定軸線に沿って延びる、光学式の距離測定装置の光路のための通過部（６９）を有し、前記測定軸線は前記レーザビーム（３６）の放射方向により規定され、かつ／または前記傾動軸（８）に対して直交して延びているか、または
前記シャフト（６３）は、第１の部分（６３ａ）と第２の部分（６３ｂ）とを有し、
前記第１の部分（６３ａ）は固定側軸受（６１）に支持されていて、前記テレスコープユニット（１０）の、固定側軸受（６１）寄りの側に固く結合されており、
前記第２の部分（６３ｂ）は自由側軸受（６２）に支持されていて、前記テレスコープユニット（１０）の、自由側軸受（６２）寄りの側に固く結合されている、
請求項２から４までのいずれか１項記載のレーザに基づく測定装置。
【請求項６】
少なくとも前記第２の軸受装置（７０）が、固定側・自由側軸受装置として形成されており、
前記ベース部（４０）に対して相対的な前記サポート部（２０）の回転角度を検出する手段であって、特に、前記ベース部（４０）に対して相対的な前記シャフト（７３）の回転角度を検出する角度検出ユニットを有する手段、および／または
前記サポート部（２０）に対して相対的に前記ベース部（４０）を電動で回転させる駆動手段を備えた、
請求項１から５までのいずれか１項記載のレーザに基づく測定装置。
【請求項７】
前記駆動手段がモータを有し、該モータは、前記シャフト（７３）を回転駆動して前記サポート部（２０）を前記垂直軸（９）周りに回転させるように形成されており、前記モータは特にダイレクトドライブモータである、請求項６記載のレーザに基づく測定装置。
【請求項８】
前記固定側軸受（７１）は、当該測定装置のいかなる向きにおいても、当該測定装置の、前記ベース部（４０）に対して前記垂直軸（９）周りに回転可能である部分の自重により生ぜしめられる力を上回る軸方向の力を受け止めるように設けられている、請求項６または７記載のレーザに基づく測定装置。
【請求項９】
前記固定側軸受（６１，７１）は、軸方向および半径方向の力を受け止めるように設けられていて、
前記固定側軸受（６１，７１）は、特に２つの個々の転がり軸受または組合せ式のスピンドル軸受ペアの形の、ペアになって配置された２つの軸受を有し、かつ／または片側で緊定されている、
請求項１から８までのいずれか１項記載のレーザに基づく測定装置。
【請求項１０】
前記自由側軸受（６２，７２）は、半径方向の力を受け止めるために規定されていて、軸方向の力を受け止めるためには規定されておらず、
前記自由側軸受（６２，７２）は、
玉ケージを備えた玉軸受、
滑り軸受、
空気軸受、または
磁気軸受
を有する、請求項１から９までのいずれか１項記載のレーザに基づく測定装置。
【請求項１１】
前記シャフト（６３，７３）は、
前記固定側軸受（６１，７１）と前記自由側軸受（６２，７２）のところで円筒状の転動面を有し；
ほぼ円筒状に形成されており；かつ／または
中空シャフトである、
請求項１から１０までのいずれか１項記載のレーザに基づく測定装置。
【請求項１２】
少なくとも１つの導光性のファイバ（３１，３２）を備えた、光線を伝送する光導波路システム、特にレーザビームを伝送する光導波路システムが設けられており、
少なくとも１つのファイバ（３１，３２）が、少なくとも部分的に前記シャフト（６３，７３）を貫いて延びており、かつ／または
少なくとも部分的に前記サポート部（２０）内に延びる第１のファイバ（３１）が、少なくとも部分的に前記テレスコープユニット（１０）内に延びる第２のファイバ（３２）に、特にねじれ防止されたコネクタ接続部（３３）によって接続されている、
請求項１から１１までのいずれか１項記載のレーザに基づく測定装置。
【請求項１３】
前記テレスコープユニットは、
干渉計（１３）および／または絶対距離測定器（１４）のコンポーネントを備えた、前記測定補助手段（８０）に対する距離を測定するための光学式の距離測定装置を有し、
前記測定補助手段（８０）に配置されたターゲットマーキング（８２）を検出するための、特に可変の倍率を有するフォーカシング可能なバリオ・カメラシステムとして形成されている測定カメラ（１２）を有し、該測定カメラ（１２）により撮影された前記ターゲットマーキング（８２）の位置に基づいて、前記測定補助手段（８０）の空間的な位置が測定可能である、
請求項１から１２までのいずれか１項記載のレーザに基づく測定装置。
【請求項１４】
前記テレスコープユニットは、
ターゲットにより反射されたレーザビーム（３６）を検出する位置検出素子、特にトラッキング式の面センサを有し、これにより、前記位置検出素子における反射されたレーザビーム（３６）の位置に関連して、該レーザビーム（３６）の向きが、連続的なターゲット追跡のために追従可能であり、
前記測定補助手段（８０）の粗測位のための測位カメラ（５４）を有し、かつ／または
使用者に画像を提供するオーバビューカメラ（５６）を有する、
請求項１から１３までのいずれか１項記載のレーザに基づく測定装置。
【請求項１５】
レーザに基づく測定装置のサポート部（２０）に、傾動軸（８）周りに回転可能なテレスコープユニット（１０）を支持し、かつ／または前記測定装置のベース部（４０）に、垂直軸（９）周りに回転可能なサポート部（２０）を支持するための、特に請求項１から１４までのいずれか１項記載のレーザに基づく測定装置における固定側・自由側軸受装置（６０，７０）の使用において、
前記固定側・自由側軸受装置（６０，７０）は、固定側軸受（６１，７１）と、自由側軸受（６２，７２）と、傾動軸（８）または垂直軸（９）と同軸に延びる長手方向軸線を有するシャフト（６３，７３）とを有することを特徴とする、レーザに基づく測定装置における固定側・自由側軸受装置の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ターゲット対象物における座標を測定するための、特にレーザトラッカとして形成されたレーザに基づく座標測定装置であって、回転可能なテレスコープユニットのシャフトおよび／または回転可能なサポート部のシャフトのための少なくとも１つの固定側・自由側軸受装置を有する、レーザに基づく座標測定装置に関する。さらに、本発明は、このような座標測定装置のためのこのような固定側・自由側軸受装置の使用に関する。
【０００２】
冒頭で述べたような座標測定装置は、垂直軸（Stehachse）を規定するベース部と、サポート部と、測定放射線を放射しかつターゲットで反射された測定放射線の少なくとも一部を受信するためのテレスコープユニットとを有する。テレスコープユニットの向き調整は、２つの軸線（垂直軸もしくは垂直方向の軸および傾斜軸もしくは傾動軸）においてモータを用いて行われる。この場合、サポート部は垂直軸周りにベース部に対して相対的に電動で旋回可能であり、テレスコープユニットは傾動軸周りにサポート部に対して相対的に旋回可能である。測定放射線の放射方向により、測定軸が規定されている。
【０００３】
テレスコープユニットは、オプトエレクトロメカニカル式（opto-elektro-mechanisch.）のコンポーネントを備えていて、１つのシャフトを用いて傾動軸周りに回転可能に１つまたは２つの支持個所においてサポート部に支持されている。サポート部は場合によっては同じくオプトエレクトロメカニカル式のコンポーネントを備えている。
【０００４】
国際公開第２００７／０７９６００号に基づき、レーザトラッカを用いて、少なくとも２つの軸線に関して回転可能なテレスコープユニットを備えた、このようなレーザに基づく座標測定装置が公知である。このテレスコープユニットには、距離測定装置の光線出射・受光光学系と、測定カメラと、オーバビューカメラとが配置されている。このテレスコープユニットは傾動軸周りに回転可能にサポートエレメントに支持されており、このサポートエレメントは垂直軸周りに回転可能に、定位置のベース部に支持されている。
【０００５】
冒頭で述べた形式の、公知先行技術に基づき公知の座標測定装置では、傾動軸および／または垂直軸に沿ってそれぞれ１つのシャフトが両側で、軸方向移動を固定された状態で支持されている。このときに、一般にそうであるように、シャフト、軸受またはサポート部のために互いに異なる材料が使用されると、温度使用領域に関連して軸受の緊定が変化する。傾動軸の軸受の緊定により生じる力の流れは、サポート部の支柱を介して傾動軸へ伝達される。ヒステリシス効果は、座標測定装置の精度に不都合な影響を与える。
【０００６】
たとえば軸受間隙による軸線の半径方向のずれにより、精度損失が生ぜしめられる。
【０００７】
それゆえに、本発明の課題は、冒頭で述べた形式の座標測定装置のための軸受コンセプトを改良して、公知先行技術に比べて測定の精度が改善されるような軸受コンセプトを提供することである。
【０００８】
この課題は、本発明によれば、請求項１に記載の、固定側・自由側軸受装置を備えたレーザに基づく測定装置、および請求項１５に記載の、レーザに基づく測定装置における固定側・自由側軸受装置の使用により解決される。本発明の有利な構成は、それぞれ従属形式の請求項に記載されている。
【０００９】
本発明によれば、レーザに基づく座標測定装置が、傾動軸に沿ってかつ／または垂直軸に沿って、固定側・自由側軸受によって支持されたシャフトを有する。
【００１０】
この場合、座標測定装置の、垂直軸周りに回転可能なサポート部が、ベース部内に固定側・自由側軸受によって支持されたシャフトを有することが好適である。さらに好適には、座標測定装置の、傾動軸周りに回転可能なテレスコープユニットが、前記サポート部に固定側・自由側軸受によって支持されたシャフトを有する。
【００１１】
本発明におけるこのような固定側・自由側軸受による支持の、公知先行技術に対する利点は、特に次の点に認められる：
・  固定側軸受に、軸方向および半径方向の遊びが生じない、
・  シャフトの、たとえば熱に起因した膨張が問題にならない、
・  軸方向の位置が、軸方向の荷重を受けて正確に規定されている、
・  シャフトの回転が極めて精密となる。
【００１２】
シャフトの本発明における固定側・自由側の支持では、両方向への軸方向力の受止めが、単独の軸受または軸受アッセンブリ、つまりいわゆる固定側軸受によって引き受けられる。軸方向力の他に、固定側軸受は半径方向力をも受け止めて、この半径方向力を、前記サポート部の隣接した構成部分へ伝播させる。これにより、たとえば揺動による精度損失が生じることなしに、純然たる固定側支持の欠点が取り除かれる。
【００１３】
本発明によれば、軸受（もしくは軸受アッセンブリ）の緊定が、片側でしか行われない。こうして、温度影響による軸線誤差およびこれにより生ぜしめられる精度損失は、最小限に抑えられる。さらに、シャフトの熱膨張による伸縮は問題にならず、軸受の緊定にも影響を与えない。これにより、軸受の緊定は、全温度使用領域にわたって一定のままとなる。接続部分は、緊定された軸受によってできるだけ小さく接せられ、これによりヒステリシス効果は最小限に抑えられる。軸システム全体は高い剛性を有する。
【００１４】
固定側軸受は、１つまたは複数の玉軸受、特に転がり軸受を有する。２つの転がり軸受が対（ペア）になって組み込まれることが好ましい。このことは、たとえば組合せ軸受（Duplex-Lager）によって実現され得る。組合せ軸受は、同一の公差領域を有する、ペアに組み合わされた２つの転がり軸受から構成されている。組合せ軸受の緊定は片側で行われる。組立ては、いわゆる背面組合せ配置の場合には、内レースのブロックに、正面組合せ配置の場合には外レースのブロックに、軸方向のプリロード（予荷重）をかけることにより行われる。外レースもしくは内レースの幅によって、所望のプリロードを、先行する加工によって規定することができる。
【００１５】
固定側軸受は、択一的に２つの個別の転がり軸受を有していてもよい。組立ては、背面組合せ配置の場合には内レースに、正面組合せ配置の場合には外レースに、軸方向のプリロードをかけることにより行われる。１つの中間リングと１つのばね積層体とを用いて、外レースもしくは内レースを緊定することができる。ばね積層体を用いて、プリロードを可変に調節することができる。
【００１６】
自由側軸受は、本発明によれば、半径方向力を受け止めるためにしか規定されていない。この場合、半径方向の荷重は、自由側軸受と固定側軸受とに分配される。自由側軸受は軸方向の力を受け止めず、軸方向において可動である。択一的には、前記サポート部に対して相対的に不動の自由側軸受も使用され得る。このような自由側軸受は、シャフトの軸方向運動を可能にする。転動路は円筒状に形成されており、これによって、シャフトの軸方向移動が可能となる。両転動路は高い硬さ品質を有する。自由側軸受は好ましくは、玉保持器もしくは玉ケージを備えた玉軸受を有する。この玉ケージは、特に互いに対して軽度にずらされた複数の玉列を有していてよいので、各玉はそれぞれ固有の転動軌道を描く。このことは、とりわけ摩耗を防止するために有利であり、そして１つの転動路が衝撃破損を受けた場合には、複数の玉もしくは全ての玉が、欠陥のある転動路に沿って転動してしまうことを阻止する。
【００１７】
自由側軸受の緊定の度合いは、接続部分の加工により行われる。転動体は、内レースおよび外レースの転動面に対して、ある程度の過剰寸法を有する。転動体とシャフトとフランジとの組立てにより、軸受は緊定される。緊定は、転動体の最適な転動が保証されるように設定されている。
【００１８】
特に好適な実施態様では、第１の固定側・自由側軸受が前記サポート部の２つの支柱に分配されていて、この場合、シャフトが、テレスコープユニットの一方の側では固定側軸受によって支持されていて、他方の側では自由側軸受によって支持されている。
【００１９】
座標測定装置における極めて高い精度要求に基づき、軸受間隙は許容され得ないので、自由側軸受も固定側・自由側軸受も、好ましくはプリロード（予荷重）をかけられており、この場合、自由側軸受は半径方向にプリロードをかけられており、固定側軸受は軸方向にも半径方向にもプリロードをかけられている。
【００２０】
転がり軸受は、好ましくは直接に、アルミニウムから成る支柱の隣接した構成部分に組み込まれたり、締付け固定されたりせず、鋼から成る接続部分に組み込まれるか、または締付け固定される。これにより、軸受とフランジとの間の選択された嵌合が、全温度使用領域にわたって得られる。鋼から成る接続部分は、アルミニウムから成る構成部分に固く結合される。温度影響に基づく軸線誤差、およびこれにより生ぜしめられる精度損失は最小限に抑えられる。
【００２１】
さらに、固定側軸受が、測定装置のいかなる向きにおいても、測定装置の自重により生じる力を上回る軸方向の力を受け止めるために設計されている場合には、本発明による支持装置は、軸線の揺動が生じることなしに、座標測定装置の、垂線に対して傾けられた設置を可能にする。それどころか、サポート部がベース部に懸吊されるオーバヘッド式設置も可能となる。
【００２２】
転がり軸受としては、「ハイブリッド軸受」も使用され得る。ハイブリッド軸受では、転動体が、鋼の代わりにセラミックスから形成される。このような解決手段の主利点は、より高い精度等級による、より高い可能な精度である。これにより、反復不可能な欠陥、たとえば揺動誤差またはヒステリシス効果は最小限に抑えられる。このことは、座標測定装置の精度に直接に作用する。さらに、セラミックスは鋼に比べて低い摩擦係数を有する。それゆえに、運転モードに応じて、このような軸受の寿命を高めることができる。さらに、ハイブリッド軸受は、改善された非常運転特性を有する。
【００２３】
さらに、モータが設けられていると有利である。このモータは、特に固定側軸受を含む支柱内に収納されている。このモータは、シャフトを、固定側軸受により支持された側で駆動するために設けられている。特にこのためには、直接駆動装置を備えたモータ（ダイレクトドライブモータ）、すなわち中間接続された変速機なしのモータ、たとえばピエゾモータが使用されると有利であり、これにより変速機における遊びによる誤差が回避され得る。
【００２４】
さらに、ベース部に対して相対的なテレスコープユニットの向きを測定するための角度測定機能、特に角度エンコーダが設けられていると有利である。角度エンコーダは、自由側軸受を含む支柱内に収納されている。角度エンコーダは、シャフトの絶対的な位置または相対的な位置を求めるために設定されている。
【００２５】
シャフトは、重量節約のために好ましくは中空シャフトとして形成されていてよい。このことはさらに、シャフトの内部にテレスコープユニットに通じた供給線路を案内することを可能にする。供給通路は特に、テレスコープユニットのコンポーネントに電流を供給するためのケーブルまたはテレスコープユニットの光学的なコンポーネント内にレーザビームを導入するための光導波路である。光導波路は、特に距離測定装置の全体または一部がテレスコープユニットの内部に収納されている場合またはレーザビームがテレスコープユニットの外部で形成されて、たとえばサポート部に設けられたレーサモジュールにより形成される場合に必要となる。
【００２６】
シャフトは傾動軸に沿って延びているので、シャフトは、傾動軸に対して有利には直交する方向に延びる測定軸線に交差する。したがって、有利な実施態様では、シャフトはこの個所において、光学式の距離測定装置の光路のための通過部を有する。
【００２７】
択一的には、シャフトが２つの部分から成っていてもよい。両部分はテレスコープユニットを両側でサポート部に結合している。その場合、シャフトの第１の部分は固定側軸受に支持されていて、テレスコープユニットの対応する側に結合されており、シャフトの第２の部分は自由側軸受に支持されていて、テレスコープユニットの他方の側に結合されている。シャフトはその場合、テレスコープユニットの内部に収納されており、このことは特にスペース理由から有利になり得る。もちろん、支持部の安定性および剛性は、テレスコープユニットの構成部分によって確保されなければならない。
【００２８】
択一的な別の実施態様では、自由側軸受が、滑り軸受、空気軸受または磁気軸受として形成され得る。択一的なさらに別の実施態様では、自由側軸受を不要にすることもできる。この場合には、シャフトが、片側でのみ、唯一つの固定側軸受によって支持される。
【００２９】
本発明のさらに別の利点および特徴は、以下に説明する目下有利な実施形態から、図面と関連して明らかとなる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明による座標測定装置および測定補助手段を示す概略図である。
【図２】本発明による座標測定装置の正面図である。
【図３ａ】２つの固定側・自由側軸受装置を備えた本発明による座標測定装置の第１実施形態を示す横断面図である。
【図３ｂ】１つの固定側・自由側軸受装置を備えた本発明による座標測定装置の第２実施形態を示す横断面図である。
【図４ａ】シャフトと固定側軸受との横断面図である。
【図４ｂ】シャフトと自由側軸受との横断面図である。
【図５ａ】本発明における自由側軸受の玉ケージの１実施形態を示す概略図である。
【図５ｂ】本発明における自由側軸受の玉ケージの別の実施形態を示す概略図である。
【図５ｃ】本発明における自由側軸受の玉ケージのさらに別の実施形態を示す概略図である。
【図６ａ】本発明における固定側軸受の１実形態を示す概略図である。
【図６ｂ】本発明における固定側軸受の別の実形態を示す概略図である。
【図７】サポート部をベース部に支持するための鉛直方向の固定側・自由側軸受の構造を示す断面図である。
【００３１】
図１には、レーザトラッカ１として形成された本発明による座標測定装置が示されている。この座標測定装置はベース部４０と、このベース部４０上に取り付けられた、グリップ２１を備えたサポート部２０と、このサポート部２０の２つの支柱（図示しない）に支持されたテレスコープユニット１０とを有する。図示のレーザトラッカ１は、支持台４５に配置されていて、レーザビーム３６によって、測定補助手段８０に位置するレトロリフレクタ（逆反射器）８１に対する距離を測定する。測定補助手段８０はこの場合、たとえば測定プローブとして形成されていて、さらに多数のターゲットマーキング８２、たとえば反射性または自己発光性の光点の形のターゲットマーキング８２と、ターゲット対象物８５の測定したいターゲット点に配置するための測定ヘッド８３とを有する。
【００３２】
レーザトラッカ１は、測定カメラを有する。この測定カメラは特に、可変の倍率を有するフォーカシング（焦点合わせ）可能なバリオ・カメラシステム（Vario-Kamerasystem）として形成されており、これにより測定補助手段８０に配置されたターゲットマーキング８２が捕捉される。ターゲットマーキング８２の、測定カメラによって撮影された位置につき、測定補助手段８０の空間的な向きが測定可能となる。
【００３３】
測定補助手段８０の運動を検知しかつこの運動に追従し得るようにして、レーザビーム３６がレトロリフレクタ８１に向けられたままとなるようにするためには、レーザトラッカ１が、位置検出素子（positionssensitiv. Detektor；ＰＳＤ）、特にたとえば国際公開第２００７／０７９６００号に開示されているようなトラッキング式面形センサを有する。
【００３４】
ＰＳＤは、好ましくはテレスコープユニット１０内に配置されていて、ターゲット、特にレトロリフレクタ８１により反射されたレーザビーム３６の向きの検出によって、レーザビーム３６の向きを追従させることを可能にする。レーザビーム向きの追従により、ターゲット点の連続的なターゲット追跡（トラッキング）が行われ得ると共に、ターゲット点の距離および位置が、測定装置に対して相対的に連続的に測定され得る。
【００３５】
図２には、レーザトラッカ１として形成された本発明による座標測定装置の１実施形態が正面図で示されている。レーザトラッカ１はベース部４０を有し、このベース部４０は、本実施形態では支持台４５の形で図示された保持装置に取付け可能である。ベース部４０には、サポート部２０が垂直軸９周りに回転可能に支持されて取り付けられている。サポート部２０は第１の支柱２６と第２の支柱２７とを有し、両支柱２６，２７はサポート部２０から上方へ突出していて、両支柱２６，２７にはテレスコープユニット１０がシャフト６３によって水平軸８周りに傾動可能に支持されている。両支柱２６，２７には、レーザトラッカ１の運搬および取扱いのためのグリップ２１が取り付けられている。グリップ２１は両支柱２６，２７に固く結合されていてよく、たとえば両支柱２６，２７と一緒に鋳造から製造されているか、または溶接されていてよいので、グリップ２１は、両支柱２６，２７のための、特に撓みに関する付加的な安定化機能を持ったエレメントとして働く。
【００３６】
テレスコープユニット１０には、この実施態様では、複数の光学レンズ系、特に測定カメラの光学レンズ系５２、ならびに光学式の距離測定装置のレーザ送受信光学レンズ系５１が設けられている。さらに、テレスコープユニット１０は好ましくは、測定補助手段８０の粗測位のための測位カメラ５４の光学レンズ系および使用者のための画像を提供するためのオーバビューカメラ５６の光学レンズ系を有する。
【００３７】
図３ａには、図２に示したレーザトラッカ１の横断面図として、テレスコープユニット１０の懸吊部における本発明における第１の固定側・自由側軸受装置６０およびサポート部２０とベース部４０とにおける本発明における第２の固定側・自由側軸受装置７０の第１の実施形態が示されている。テレスコープユニット１０の内部は種々の光学的なコンポーネントを有している。これらの光学的なコンポーネントは、測定補助手段８０の空間的な向きを検出するための測定カメラ１２、および干渉計１３と、測定補助手段８０に対する距離を測定するための絶対距離測定器１４とを備えた光学式の距離測定装置である。測定カメラ１２は、可変の倍率を有するフォーカシング可能なバリオ・カメラシステムとして形成されている。
【００３８】
第１の固定側・自由側軸受装置６０は傾動軸８周りでのテレスコープユニット１０の回転可能性を可能にし、側方の両支柱２６，２７に支持されたシャフト６３を有する。この場合、第１の支柱２６には、固定側軸受６１が提供され、第２の支柱２７には、自由側軸受６２が提供される。第１の支柱２６には、さらに、シャフト６３を回転駆動するためのダイレクトドライブモータ６５が設けられている。第２の支柱２７には、テレスコープユニット１０のそのときの向きを測定するためにシャフト６３の相対的な位置および／または絶対的な位置を検出するための角度エンコーダ６６が設けられている。
【００３９】
シャフト６３は好ましくは鋼、黄銅またはセラミックスから製作されていて、ほぼ円筒状に形成されている。特にシャフト６３は軸受６１，６２のところで円筒状の転動面を有する。シャフト６３は中空に形成されており、これによりシャフト６３は、ケーブルまたは光導波路３１，３２のような供給線路を収容するために適している。シャフト６３は、測定放射線の放射方向により規定された、特に傾動軸８および垂直軸９に対して直角に延びる測定軸線の方向に、垂直な通過部６９、特に光学式の距離測定装置の光路のための通過部６９を有する。
【００４０】
サポート部２０内、もしくは両支柱２６，２７のうちのいずれか一方の支柱内には、レーザモジュール３０、好ましくはヘリウムネオンレーザモジュールが組み込まれている。レーザモジュール３０はこの場合、第２の支柱２７に図示されている。このレーザモジュール３０からは、第１のファイバ３１と第２のファイバ３２とを有する光導波路システムが導出されており、この光導波路システムはシャフト６３を貫いてテレスコープユニット１０内に突入して、干渉計１３のコリメータ３４にまで延びている。この場合、光導波路システムの、第２の支柱２７に延びる第１のファイバ３１は、好ましくは第２の支柱２７に設けられたコネクタ接続部３３を介して、光導波路システムの、テレスコープユニット１０内に延びる第２のファイバ３２に、ねじりなしに接続されている。コネクタ接続部３３を、サポート部２０内に設けられたレーザモジュール３０の近傍に配置することには、レーザモジュール３０が第１のファイバ３１と共に容易に交換可能となるという利点がある。
【００４１】
第２の固定側・自由側軸受装置７０は、垂直軸９周りでのサポート部２０の回転可能性を実現していて、ベース部４０内に支持されかつサポート部２０に固定されたシャフト７３を有している。この場合、ベース部４０の、サポート部２０に面した上側の部分には、固定側軸受７１が、下側の部分には自由側軸受７２が、それぞれ提供される。自由側軸受７２には、シャフト７３を回転駆動するためのダイレクトドライブモータ７５が設けられている。固定側軸受７１には、サポート部２０の目下の向きを測定するために、シャフト７３の相対的な位置および／または絶対的な位置を検出するための角度エンコーダ７６が設けられている。
【００４２】
本実施形態では２つの固定側・自由側軸受装置が設けられているが、しかし固定側・自由側軸受装置として単一の軸受装置しか形成されていないことも考えられる。
【００４３】
図３ｂには、本発明における第１の固定側・自由側軸受装置６０の本発明の第２の実施形態が、レーザトラッカ１の横断面図で示されている。図３ａに示した実施形態とは異なり、シャフトは第１の部分６３ａと第２の部分６３ｂとから成っている。この場合には、半径方向および軸方向の力が、テレスコープユニット１０の構成部分を介して伝達されなければならない。したがって、これらの構成部分は好ましくは特に安定的でかつ剛性的に形成されている。特にこれらの構成部分は、シャフトと同じ材料から成っていてよい。この実施形態では、第２の固定側・自由側軸受装置７０が図示されていないが、しかし第２の固定側・自由側軸受装置７０は選択的に存在可能である。
【００４４】
図４ａおよび図４ｂには、支柱２６，２７における各支持部を備えた第１の固定側・自由側軸受装置６０のシャフト６３の一部がそれぞれ横断面図で示されている。図４ａには、固定側軸受６１を備えた第１の支柱２６における支持部が示されており、図４ｂには、自由側軸受６２を備えた第２の支柱２７における支持部が示されている。シャフト６３は中空に形成されていて、前記支持部のところで円筒状の形状を有する。
【００４５】
図４ａに示した固定側軸受６１は、ペア（対）になって配置された２つの転がり軸受、特に組合せ式スピンドル軸受ペアまたは分離玉を備えたＵＫＦ（登録商標）スピンドル軸受を有する。図面には、ペアになって配置された転がり軸受の正面組合せ配置が例示的に図示されている。
【００４６】
図４ｂに図示した自由側軸受６２は、半径方向の力を受け止めるために規定されている、玉ケージを備えた玉軸受を有する。自由側軸受６２は、シャフト６３に位置固定されていて、第２の支柱２７内に軸方向可動に配置されており、これによりシャフト６３の熱膨張による長さ変動（伸縮）時にこのシャフト６３と一緒に歪みなしに一緒に運動することができる。自由側軸受６２の転動体は、内レースおよび外レースの転動面に対してある程度の過剰寸法を有する。両転動面は高い硬度品質を有する。
【００４７】
両軸受６１，６２は、両支柱２６，２７の、特にアルミニウムから成る隣接した軽量構成部分に直接に組み付けられているのではなく、鋼から成る接続部分６７，６８に組み付けられている。これにより、軸受とフランジとの間には、全温度使用領域にわたって、選択された嵌合が維持される。鋼製の接続部分６７，６８は、支柱２６，２７の構成部分２２に固く結合される。こうして、温度影響に基づいた軸誤差（目標方向からの回転軸線のずれ）、ひいてはこれにより生ぜしめられる精度損失は、最小限に抑えられる。
【００４８】
図４ｂには、さらに、中空のシャフト６３を貫いて案内されたオプショナルな光導波路システムが図示されている。この光導波路システムは、テレスコープユニット１０内に通じた第２のファイバ３２と、第２の支柱２７内のレーザモジュールに通じた第１のファイバ３１と、両ファイバをねじれなしに結合するためのコネクタ接続部３３とを有する。コネクタ接続部３３は本実施形態では、シャフト６３の内部に配置されている。
【００４９】
図５ａ〜図５ｃには、それぞれ自由側軸受６２，７２の玉ケージ（玉保持器）の実施形態が側面図で図示されている。玉ケージの玉は、鋼またはセラミックスから成っていて、それぞれ互いに対して軽度にずらされて配置されているので、各玉はその固有の転動路を描くように転動する。このことは、摩耗を防止するために有利であり、そして１つの転動路の衝撃破損時には、複数の玉もしくは全ての玉が、欠陥のある１つの転動路に沿って走行することを阻止する。
【００５０】
図６ａおよび図６ｂには、第１の固定側・自由側軸受装置６０の固定側軸受６１の２つの実施形態が図示されている。この場合、それぞれシャフト６３の１区分と、周囲を取り囲む第１の支柱２６とを備えた、固定側軸受６１の周辺部が切り抜かれた形で図示されている。同じく、傾動軸８が図示されている。相応することは、第２の固定側・自由側軸受装置７０の固定側軸受７１についても云える。
【００５１】
図６ａには、いわゆる「背面組合せ」形式で配置された、ペアにされた２つの転がり軸受を備えた固定側軸受６１の第１実施形態が示されている。玉接触点を結ぶ結合線はシャフト６３に向かって互いに離れる方向に延びている。これによって、より大きな支持幅が得られ、このことはユニットを極めて剛性的にする。背面組合せ形式での配置に基づき、逆転可能な軸方向および半径方向の負荷が可能となり、そして傾動遊びの減少が生ぜしめられる。
【００５２】
図６ｂには、いわゆる「正面組合せ」形式で配置された、ペアにされた２つの転がり軸受を備えた固定側軸受６１の第２実施形態が図示されている。玉接触点を結ぶ結合線はシャフト６３に向かって互いに接近する方向に延びている。これによって、一層小さな支持幅が得られ、このことはユニットの低減された角度剛性を生ぜしめる。正面組合せ形式の配置は、より大きな整合偏差を許容し、かつ同じく逆転可能な軸方向および半径方向の負荷を可能にする。
【００５３】
図７には、レーザトラッカ１として形成された本発明による座標測定装置の本発明における第２の固定側・自由側軸受装置７０の固定側軸受７１と自由側軸受７２との配置が示されている。この配置によって、サポート部２０は垂直軸９周りに回転可能にベース部４０に取り付けられる（図３ａも参照）。この場合、サポート部２０に固定されたシャフト７３が、固定側軸受７１と自由側軸受７２とによってベース部４０に支持される。シャフト７３は、図示されているように中空シャフトであることが好ましい。固定側軸受７１は好ましくはシャフト７３の、サポート部２０寄りの部分に位置しており、自由側軸受７２はサポート部２０とは反対の側の部分に位置している。自由側軸受７２はシャフト７３に位置固定されていて、ベース部４０内に軸方向可動に配置されており、これによりシャフト７３の熱膨張による長さ変動時に、このシャフト７３と共に歪みなしに一緒に運動することができる。固定側軸受７１は、半径方向の力と軸方向の力とを受け止めることができるように形成されている。固定側軸受７１は、装置の自重もしくはベース部４０に対して垂直軸９周りに回転可能な装置部分の自重により生じる、特に軸方向の力を受け止めることができるように設計されていても有利である。これにより、装置は、「オーバヘッド」でも、すなわちサポート部２０がベース部４０の下に懸吊された状態でも、使用され得る。
【００５４】
第２の固定側・自由側軸受装置７０は、第１の固定側・自由側軸受装置６０に対して付加的に提供されてもよいし、別の軸受装置と組み合わされてもよい。
【００５５】
もちろん、これらの図面には、可能となる実施形態が概略的に図示されているに過ぎない。種々の構成を互いに組み合わせたり、公知先行技術の方法および装置と組み合わせることもできる。
【図１】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５ａ】
2015506460.tif 000009
【図５ｂ】
2015506460.tif 000010
【図５ｃ】
2015506460.tif 000011
【図６ａ】
2015506460.tif 000012
【図６ｂ】
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【図７】
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【国際調査報告】
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