(57)【要約】本発明は、互いに関し移動可能で、一つの部分装置の検出部品上に第一の部分装置の画像を形成して、少なくとも二つの部分装置を有する計測装置を較正する方法と装置に関する。この発明は、数学的モデルを作りあげた後、その計測器の系の測定誤差の影響因子の量を定める、少なくとも一つのパラメータが、その数学的モデルから導かれる。部分装置の相対位置を決定する、第一の部分装置の構成要素は、第二の部分装置上に形成される。その第一の部分装置の構成要素の画像は、その検出部品により信号に変換され、少なくとも一つの信号ベクトルが記録される。その計測装置の系の測定誤差を低減する補正値は、そのパラメータの組の推定値から導かれ、利用できるようになる。
2004530124.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに関し可動な、少なくとも二つの部分装置（Ｋ；Ｍ）を備え、該部分装置（Ｋ；Ｍ）の一方の少なくとも一つの検出部品（Ａ）の上に第一の部分装置（Ｋ）の画像を形成する手段（Ｌ）を備え、
数学的モデルの公式が互いに関連する該部分装置の位置と少なくとも一つの該画像を記述し、
因子の量を示す少なくとも一つのパラメータの組の微分が該数学的モデルからの少なくとも一つのパラメータで、計測装置の系の測定誤差に影響を及ぼし、
構成要素（Ｓ）の画像の形成が該部分装置の相対位置を決定し、該構成要素の画像の形成が、該画像が該部分装置の相対位置についての情報を含むように、第２の部分装置（Ｍ）上にあり、好ましくは該第一の部分装置の上に形成された印で、少なくとも一つの第一の部分装置（Ｋ）に属し、
該第一の部分装置の該構成要素の該画像を該検出部品（Ａ）により信号に変換し、該部分装置（Ｋ；Ｍ）の該相対位置についての情報を含む少なくとも一つの成分を有する一つの信号ベクトルを該検出部品（Ａ）から記録し、
該一つの信号ベクトルからの該パラメータの組の値を推定し、該計測装置の系の測定誤差を低減する訂正値を該パラメータの組の値から誘導し、提供するステップの中の一つあるいはそれ以上の複数回実行可能なステップからなることを特徴とする計測装置の較正方法。
【請求項２】
上記第一の部分装置（Ｋ）上の構成要素（Ｓ）の位置と互いに関し上記部分装置の移動を表す量が、上記計測装置の上記系の測定誤差に影響を及ぼす因子として量を定められることを特徴とする請求項１に記載の計測装置の較正方法。
【請求項３】
上記印が、コードの線分が上記検出部品（Ａ）上の該コードの線分の画像から、上記第一の部分装置（Ｋ）上に一義的に局部に制限可能である特徴を有するコードを含むことを特徴とする請求項１あるいは２に記載の計測装置の較正方法。
【請求項４】
上記コードは、ｍ数列、すなわち、長さ m=2l-1 の数列で、ここで l は自然数であり、(m-1)/2 の"0"と (m+1)/2 の"1"からなる循環２進数列であり、n ＜ m の各自然数に対し、２進法で n を表す連続ディジット l から成るちょうど一つの部分数列 b が存在する性質を有する数列に対応していることを特徴とする請求項３に記載の計測装置の較正方法。
【請求項５】
上記パラメータの組が、
部分装置の回転軸ｄ（ｄ）、
少なくとも部分的に滑らかで、例えば円板、環、球、円筒の中の一つの形を有する形状を備える少なくとも一つの上記部分装置に該部分装置の上記印が付けられる範囲Ｋ、
上記印の位置、例えば、好ましくは円板形状の、部分的に平らな表面を有する部分装置の該表面の平面に半径方向に設けたコードラインを備える上記コードから成る印、例えば透明と不透明の交互のコードラインの列、あるいは交互の異なる反射率を有するコードラインの場合、該コードラインの位置を表す角度α（α）、
他方の部分装置に対する該回転軸ｄ（ｄ）についての部分装置（Ｋ）の回転を表わす位置角β（β）、
画像化手段（Ｌ）が一つあるいはそれ以上の電磁気放射源、特に光源を含む場合、放射源の位置パラメータ、
該印のある該範囲と回転軸ｄ（ｄ）の交点（Ｄ）の位置パラメータ、
検出部品（Ａ）が一つあるいはそれ以上の光感知ダイオードのアレイ、特に直線的に配置されたアレイを含む場合、該ダイオードアレイの位置パラメータ、以上の中の少なくとも一つのパラメータを含んでいることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の計測装置の較正方法。
【請求項６】
上記平面Ｋにて測定された上記位置角α（α）および上記回転軸ｄ（ｄ）に直角な平面にて測定された上記位置角β（β）のゼロ位置を合わせることが、上記画像を表す上記数学的モデルにおいて、該位置角β（β）の該位置角α（α）に関し差異としてのみ生じるように実行される請求項５に記載の計測装置の較正方法。
【請求項７】
上記パラメータの組が、上記数学的モデルからパラメータの論理結合を表す無次元および／あるいは時間変化のない、少なくとも一つのパラメータを含むことを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の計測装置の較正方法。
【請求項８】
一つあるいはそれ以上のパラメータの値として、本方法により決定されない外部の基準量を使用することを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の計測装置の較正方法。
【請求項９】
上記第一の部分装置（Ｋ）の構成要素の上記画像を上記信号に変換する前に、上記部分装置の少なくとも一つに関する部分装置の、特に該第一の部分装置（Ｋ）に関する上記第二の部分装置（Ｍ）の相対位置を決定する該部分装置の構成要素（Ｓ）の画像化、選択として複数の更なる画像が連続し互いに続けることを、追加のステップとして含むことを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の計測装置の較正方法。
【請求項１０】
互いに関し可動な、少なくとも二つの部分装置（Ｋ；Ｍ）を備え、該部分装置（Ｋ；Ｍ）の一方の少なくとも一つの検出部品（Ａ）の上に第一の部分装置（Ｋ）の画像を形成する手段（Ｌ）を備え、
画像が該部分装置の相対位置の情報を含み、
該第一の部分装置（Ｋ）の構成要素（Ｓ）の画像を信号に変換する少なくとも一つの検出部品（Ａ）と、
該部分装置（Ｋ；Ｍ）の相対位置の情報を含む少なくとも一つの成分を有する少なくとも一つの信号ベクトルを、該少なくとも一つの検出部品（Ａ）の該信号から記録する手段と、
上記計測装置の系の測定誤差を低減する補正値を形成し、供給する手段と
該計測装置の該系の測定誤差を低減する手段とを備えることで、該画像を形成する手段（Ｌ）が、部分装置、好ましくは該第一の部分装置（Ｋ）の上に形成された印の該相対位置を決定する構成要素の画像を形成することを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の計測装置の較正方法により較正可能な計測装置。
【請求項１１】
上記部分装置（Ｋ；Ｍ）の少なくとも一つが、例えば円板、環、球、円筒の中の一つの形状を有する回転対称形状を有すること特徴とする請求項１０に記載の計測装置。
【請求項１２】
上記画像を形成する手段（Ｌ）が、一つあるいはそれ以上の電磁気放射源、特に光源を備えていること特徴とする請求項１０あるいは１１に記載の計測装置。
【請求項１３】
上記印が、上記検出部品（Ａ）上のコード線分の上記画像から、該コード線分が上記第一の部分装置（Ｋ）上に一義的に制限される特性を有するコードを含むことを特徴とする請求項１０、１１あるいは１２に記載の計測装置。
【請求項１４】
上記コードは、ｍ数列、すなわち、長さ m=2l-1 の数列で、ここで l は自然数であり、(m-1)/2 の"0"と (m+1)/2 の"1"からなる循環２進数列であり、n＜ m の各自然数に対し、２進法で n を表す連続ディジット l から成るちょうど一つの部分数列 b が存在する性質を有する数列に対応していることを特徴とする請求項１３に記載の計測装置。
【請求項１５】
上記印が、例えば、好ましくは円板形状の、部分的に平らな表面を有する部分装置の該表面の平面に、例えば透明と不透明の交互のコードラインの列、あるいは交互の異なる反射率を有するコードラインの列として、半径方向に設けたコードラインから成ることを特徴とする請求項１０から１４のいずれかに記載の計測装置。
【請求項１６】
上記検出部品（Ａ）が一つあるいはそれ以上の光感知ダイオードのアレイ、特に直線的に配置されたアレイを含んでいることを特徴とする請求項１０から１５のいずれかに記載の計測装置。
【請求項１７】
上記補正値を形成し、供給する手段および／あるいは上記系の測定誤差を低減する手段が、電気回路および／あるいはアナログおよび／あるいはデジタルコンピュータを有することを特徴とする請求項１０から１６のいずれかに記載の計測装置。
【請求項１８】
上記系の測定誤差を低減する手段が、該系の測定誤差のハードウェア的低減の装置、例えば、圧電調整要素を有することを特徴とする請求項１０から１７のいずれかに記載の計測装置。
【請求項１９】
計測装置の少なくとも一つの部分装置に備えられた較正装置の少なくとも一つの検出部品（Ａ）上に、該計測装置の少なくとも一つの第一の部分装置（Ｋ）の画像を形成する手段（Ｌ）と、
該画像が該部分装置（Ｋ；Ｍ）の相対位置の情報を含むように、部分装置、好ましくは該第一の部分装置（Ｋ）に設けられた印の相対位置を決定する構成要素（Ｓ）と、
該第一の部分装置（Ｋ）の該構成要素（Ｓ）の該画像を信号に変換する該少なくとも一つの検出部品（Ａ）と、
該部分装置（Ｋ；Ｍ）の相対位置の情報を含む、少なくとも一つの成分を有する少なくとも一つの信号ベクトルを、該少なくとも一つの検出部品（Ａ）の信号から記録する手段と、
該計測装置の系の測定誤差を低減する補正値を形成し、供給する手段と、
該計測装置の該系の測定誤差を低減する手段とからなることを特徴とする、互いに関し移動可能な少なくとも二つの該部分装置（Ｋ；Ｍ）を備える計測装置のための請求項１から９のいずれかに記載の較正方法を実行する較正装置。
【請求項２０】
上記部分装置の少なくとも一つが、例えば円板、環、球、円筒の中の一つの形状を有する回転対称形状を有すること特徴とする請求項１９に記載の較正装置。
【請求項２１】
上記画像を形成する手段（Ｌ）が、一つあるいはそれ以上の電磁気放射源、特に光源を備えていること特徴とする請求項１９あるいは２０に記載の較正装置。
【請求項２２】
上記印が、上記検出部品（Ａ）上のコード線分の上記画像から、該コード線分が上記第一の部分装置（Ｋ）上に一義的に制限される特性を有するコードを含むことを特徴とする請求項１９、２０あるいは２１に記載の較正装置。
【請求項２３】
上記コードは、ｍ数列、すなわち、長さ m=2l-1 の数列で、ここで l は自然数であり、(m-1)/2 の"0"と (m+1)/2 の"1"からなる循環２進数列であり、n ＜m の各自然数に対し、２進法で n を表す連続ディジット l から成るちょうど一つの部分数列 b が存在する性質を有する数列に対応していることを特徴とする請求項２２に記載の較正装置。
【請求項２４】
上記印が、例えば、好ましくは円板形状の、部分的に平らな表面を有する部分装置の該表面の平面に、例えば透明と不透明の交互のコードラインの列、あるいは交互の異なる反射率を有するコードラインの列として、半径方向に設けたコードラインから成ることを特徴とする請求項１９から２３のいずれかに記載の較正装置。
【請求項２５】
上記検出部品（Ａ）が一つあるいはそれ以上の光感知ダイオードのアレイ、特に直線的に配置されたアレイを含んでいることを特徴とする請求項１９から２４のいずれかに記載の較正装置。
【請求項２６】
上記補正値を形成し、供給する手段および／あるいは上記系の測定誤差を低減する手段が、電気回路および／あるいはアナログおよび／あるいはデジタルコンピュータを有することを特徴とする請求項１９から２５のいずれかに記載の較正装置。
【請求項２７】
上記系の測定誤差を低減する手段が、該系の測定誤差のハードウェア的低減の装置、例えば、圧電調整要素を有することを特徴とする請求項１９から２６のいずれかに記載の較正装置。
【請求項２８】
上記較正装置および／あるいは該較正装置の部品がモジュラ構成になっていることを特徴とする請求項１９から２７のいずれかに記載の較正装置。
【請求項２９】
数学的モデルの公式化とパラメータの組の微分のステップの少なくとも一つが少なくとも二つの計測装置に対し共に実行されることを特徴とする、複数の計測装置を較正するための、請求項１から９のいずれかに記載された較正方法の使用。
【請求項３０】
請求項１から９のいずれかに記載の較正方法のステップの少なくとも一つを実行し、少なくとも一つの信号ベクトルからパラメータの組の値を推定と、上記計測装置の系の測定誤差を低減する補正値を該パラメータの組の値から形成し、供給をする、機械読取可能な媒体に記憶されたプログラム・コードを有する、特に該プログラム・コードがコンピュータに組み込まれている場合、コンピュータ用のプログラム。
【請求項３１】
請求項１から９のいずれかに記載の較正方法のステップの少なくとも一つを実行し、少なくとも一つの信号ベクトルからパラメータの組の値を推定と、上記計測装置の系の測定誤差を低減する補正値を該パラメータの組の値から形成し、供給をする、機械読取可能な媒体に記憶されたプログラム・コードを有する、特に該プログラム・コードがコンピュータに組み込まれている場合、電磁波により具体化されたアナログあるいはデジタルコンピュータデータ信号。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の特徴による計測器の較正方法と、この方法とこの目的に最適な請求項１９の特徴による較正装置と請求項２９の特徴による方法の使用と請求項３０によるコンピュータ・プログラムと請求項３１によるコンピュータ・データ信号により較正できる請求項１０の特徴による計測器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
センサーおよび計測器の主要な品質の特徴は、そのセンサーおよび計測器による計測値と共に生じる誤差の分布であり、典型的には、測定誤差が規定の限界内の規定の確しかであるか、あるいは、それらの平均値と標準偏差が規定の限界内にあるかが要求される。計測器の製造において、精度の規格を無視することは技術的、経済的に有利であり、適当な方法、例えば較正のような方法により意識的に許容した系の測定誤差を決定したり、計算的に、あるいは、精度の規格を計測器に実行できる広さに調整することによりその誤差を低減することがある。
【０００３】
計測器、例えば、ＣＨ６５８  ５１４  Ａ５で記述されたタイプの角度測定器の較正の従来例は、未較正の計測器において、下記の基準位置のような知られた多くの測定点を計測し、計測位置と基準位置の差をその計測点の測定誤差として表し、主要部品を記述する数学モデルにより、計測器の全測定範囲を越える値を補間し、すべての計測、原理的に同等に表すために設けられた調整装置により、計測器の補正において計算的に補償できる方法で、その値を数値的に処理し、記録する。この従来例の較正の特徴は、計測の外部手段（その基準位置を測定するために）によっていることである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
計測器を較正するために外部計測手段を使用することは、根本的な問題と技術的な問題の二つの困難をもたらす。この二つの困難の共通の原因は、基準位置の知識が不充分なこと、不正確な測定が他の不正確な測定を基に補正されることである。これは、この二つの測定の差異を測定誤差と基準の誤差に分離することのみに成され得る。従来技術によると、この分離は、二つの測定誤差の相関に関連する統計的仮定を基にする統計的推定手順を基に成される。この仮定の信用度、信頼度は、更なる測定によってのみ確立されるが、それは、更に較正の問題をもたらす結果となる。この方法、上述の根本的困難で始まる基本的に終りのない較正の繋がりは、基準位置の知識の精度が、較正された計測器により求められる測定の精度より十分高いことを確かめることで実際に終了する。これは、より精度のいい測定手順が、較正される各計測器のための基準位置に用意されねばならないという技術的困難さをもたらし、その計測は、例えば亜角の秒レンジの角度測定精度を有する角度測定の場合、技術的に複雑で従って経済的でない。更に、基準位置に関し、技術的要求のため、従来の較正方法は、一般に製造業者により実行され、その方法は、環境の影響と磨耗、経年変化の過程を補償のための継続した較正をするためにより難しくされている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この従来技術の問題は、これらの原因、即ち、外部計測手段を使用しない較正をすることでのみ解決し得る。
【０００６】
本発明は、ＣＨ６５８  ５１４  Ａ５に記述されたタイプの角度センサにおけるような剛体と方法を実行するために備えられた計測器と較正装置と複数の計測器を較正するための方法の使用とコンピュータのプログラムとコンピュータのデータ信号とを備え、互いに連動する少なくとも二つの部分装置を備える機械式計測器のための較正方法（下記の自己較正を参照）に関する。
【０００７】
本発明の技術的目的は、比較計測からの基本的な誤差の発生無しに較正が可能な方法と適した装置を提供することである。このために、自己較正として外部基準位置を根本的に省き、複合較正として外部基準位置を選択的に含むようにする。
【０００８】
更なる技術的目的は、自己較正の安定性のチェックの可能性である。
【０００９】
本発明の更なる技術的目的は、較正された計測器による測定値の提示である。それは、測定手順を記述し、較正の基になるモデルによる予測値として測定値を計算することで可能となる。
【００１０】
本発明の更なる技術的目的は、永久的な自己較正である。本発明による方法は、予測過程に更なるパラメータ（測定値のみでなく）、特に、温度の影響、経年変化過程のような環境効果の量を測定精度に含めることで成される。このように、永久較正が可能となり、それは、複数計測装置を含み拡大が可能で、環境によるあるいは経年変化による測定精度の低下を止めることが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の請求項１、１０、１９、２９、３０と３１の特徴により、これらの目的が成される。更に有利で代替の実施例、更なる方法、計測器、較正装置が、従属請求項で明示されている。
【００１２】
本発明による、互いに連動する少なくとも二つの部分装置から成り、少なくとも一つの部分装置の少なくとも一つの検出部品に、少なくとも第一の部分装置の画像を発生するための手段を備える計測器を較正するための方法において、互いに連動する部分装置の位置と少なくとも一つの画像を記述する数学的モデルが第一のステップで形成される。原理的には、測定過程に影響する全てのパラメータ、例えば、位置、形状、あるいは部分装置の構造パラメータと画像あるいは画像処理手段のパラメータが、モデルに使用される。例えば、光源と光検出器の空間位置は、モデルにパラメータとして使用可能である。
【００１３】
互いに関連して可動で、一般に剛体で、また、液体あるいは変形可能な媒体である部分装置は、測定過程に適切な相対位置と物理的特性の特徴についてモデルに記述される。この部分装置は、例えば、互いに置換的にあるいは回転的に可動であるか、あるいは液表面が、他方の部分装置に関し変動する傾向を有するものでもよい。例えば、第一の部分装置が、第二の部分装置としての液体表面の上に焦点を合わせられる。焦点合わせは、第三の部分装置の上にも順次実行される。第三の部分装置上の焦点合わせは、その液体表面の位置の機能として、例えば、反射のために選択が記述可能である。計測器の部分装置の相対運動の自由度は、強制条件、例えば、他方の部分装置に対する部分装置の固定軸についての回転により、制限される。
【００１４】
計測器の設計によって、構造的要素、例えば、個々の目標の位置、部分装置の位置パラメータおよび画像パラメータは、数学モデルにおいて互いに関連付けることができる。モデルを公式化するために選択されたパラメータは、必ずしも幾何的、物理的あるいは統計的意味を持たなくてもよい。元の数学モデルを再構成により構造がより単純な式に変換したり、新たなパラメータの直接的解釈を省くことが、しばしば都合がいい。
【００１５】
次のステップにて、部分装置の相対位置を決定する少なくとも一つの第一の部分装置の構造的要素の画像は、第二の部分装置の上に焦点を合わせられるので、その画像は、一方に関する二つの部分装置の位置についての情報を保持する。その構造的要素は、例えば第一の部分装置の特定の外部形状あるいは第一の部分装置に付けられた目標を表してもよい。これらの構造的要素の画像の設計は、部分装置の相対位置、特に位置の明確な位置確認が明白になるような構造的要素の部分の大きさを決定するための十分な情報を含むように、選択されねばならない。
【００１６】
その次のステップにて、検出部品は、第一の部分装置の構造的要素の画像を、少なくとも一つの部品を有し、部分装置の相対位置の情報を含む少なくとも一つの信号ベクトルが記録される信号に変換する。この信号ベクトルの記録は、以後に、より詳細に説明する。
【００１７】
更なるステップにて、ノイズ、すなわち現実とモデルの間のランダムに制御された不一致に関連し確率的モデル誤差は、ランダムな量としてモデル化され、未知のパラメータを含む確立分布について仮定がなされる。モデルにより未知のパラメータに関連付けされた上記の少なくとも一つの信号ベクトルから、そのパラメータは統計的推定理論を使い推定されるので、品質判断基準は最大となる。幅広く使用される品質判断基準は、ノイズの最大確度あるいは最小推定誤差分散の推定となる。
【００１８】
統計的パラメータ推定方法は、モデルのパラメータの推定値だけでなく、もちろんノイズすなわち剰余の推定値をも作成する。このモデルによれば、数学的モデルを含むランダム量の実現化となる。統計的テストにより、その仮説がその仮定された統計的特性でのランダム量の実際に実現性があるかに関係するか検証可能である。このような剰余分析は、その較正に用いられる数学的モデルの安定性あるいは改善に値するか重要な情報を与えることができる。
【００１９】
最後のステップにて、計測器の測定誤差を低減するための補正値は、推定パラメータ値から得られ、利用できる。これは、測定過程中、計算的補正が有効で、各位置に調整された補正値を記憶することで、有効と成り得る。原則として、適当な技術的調整手段が可能なとき、その補正値は、機械的補正に変更できる。
【００２０】
この方法の個別のステップ、あるいは複数のステップは、数回繰り返すことができる。この方法の実施例において、計測器の数学的モデルを作成し、少なくとも一つのパラメータセットを誘導した後、画像の形成とそれを信号への変換と信号ベクトルの記憶の継続するステップが、数回繰り返される。繰り返しの回数は、そのパラメータセットの推定値の目標品質に依り、その品質は統計法則に従う。
【００２１】
これらのステップの最後の後、推定値と補正値の形成、供給は、有効である。方法の他の帰納的な変更では、パラメータセットの値が、画像の形成とそれに続くステップの後、再度、推定される。
【００２２】
方法の他の実施例は、同じタイプの複数の計測器の較正過程に関連する少なくとも一つのパラメータセットを用いる数学的モデルを使用し、そのため、この方法の初めの二つのステップが全部の中の第一の計測器の較正にのみで実行され、他の計測器は、このモデルと、この少なくとも一つのパラメータセットを用い、較正可能である。
【００２３】
装置の用語において、画像化の意味は、少なくとも一つの電磁気放射源と使用される可視波長範囲の光から成る。較正される計測器の特別な技術的要求により、画像化の計測器のビームパスあるいは波面構造の光素子に影響を与えるか、あるいは、ビームパスを長くするために多数回反射をさせるかが必要となる。画像は、部分装置間で数回前後に反射されるか、あるいは、部分装置のもう一方への連続した画像化が有効である。
【００２４】
画像の形成において、部分装置の構成要素は、第二の部分装置に焦点が合わせられるので、その画像は、部分装置の関連する相対位置についての情報を含んでいる。ここで明白なことは、相対位置が画像から独自に決定できることである。第一の部分装置の画像化された部品と構成要素、特に密度と微分可能性は関連している。例えば、一つの部分装置は、十分に長い画像部分が相対位置を決定するのに満足であるように設計される。これは、例えば、位置に依存する幾何的パラメータを有する部分装置の外形の特別な形状により可能となり、例えば、軸について回転する円板の場合、その軸から円板の端部までの距離をゼロ位置に対する角度のただ一つの関数で設計できる。一般に、部分装置の種々の形状は、望ましくない物理的影響と関連するので、印の形状の構成要素が代わりに付加される。これは、交互に透明、不透明なコード線分、あるいは、交互に異なる反射率のコード線分の連続でコード化することで有効となる。検出部品に焦点を合わせられたコード線分から、部分装置の相対位置を決定することが独自に可能となる。
【００２５】
望ましくない物理的影響、例えば偏差モーメントを避けるために、例えば、球、円筒、円板や環状のような回転対称形状に形成された一つの部分装置に対し、特に部分装置の回転運動の場合に、可能である。本体の滑らかな部分あるいは半透明の本体の内部にコード付加が可能である。
【００２６】
検出部品と、その検出部品の信号から少なくとも一つの信号ベクトルを記録する手段と、利用可能な補正値を引き出し、形成する手段と、計測器の系の測定誤差を低減する手段のこの全ての手段は、信号と情報を処理する手段を有する従来の技術により設計されたアナログおよび・あるいはデジタル電子部品を備える。
【００２７】
その技術設計において、検出部品は、画像化手段により仕様化された要求に適合している。可視光の使用では、例えば、光電子増倍管、光電ダイオードあるいはＣＣＤカメラのような全ての可能な光反応検出器を使用することが、原理的に可能である。
【００２８】
検出部品から少なくとも一つの信号ベクトルを記憶する手段は、技術的要求を満たさなければならない。例えば、それは、アナログ・デジタル変換器（ＡＤＣ）と信号を処理し、それを信号ベクトルに変換するための少なくとも一つのプロセッサーを備えている。
【００２９】
利用可能な補正値を引き出し、形成する手段において、少なくとも一つの信号ベクトルからパラメータセットの値を推定することからなる方法のステップが実行される。これは、少なくとも一つの電子計算機と補助記憶モジュールにより実現されるのが好ましい。
【００３０】
計測器の系の測定誤差を低減する手段は、得られた測定値の純粋に計算的な、例えば電子計算機による補正を可能とする、あるいは例えば精密機器、圧電制御素子の機械的あるいは電子的補正、あるいは検出部品の記録誤差の電子的補正の装置からなる。
【実施例１】
【００３１】
本発明による方法と計測器、あるいは較正装置は、角度センサを参照し、角度測定器の較正を例として説明する。それは、図に概要的に示された実施例をもとに、より詳細に説明する。
【００３２】
図１は、角度センサの幾何学的状態を示す。これは、光源Ｌ、検出部品としてアレイＡと回転軸ｄにより表される第２の部分装置Ｍとしての一部のみを示すセンサハウジングと、第一の部分装置として、円形で示され、回転軸ｄについて第二の部分装置に相対的に回転自在な円板から構成される。画像化手段としての光源Ｌは、その円上に半径方向に配列され、透過された陰影の検出部品としての光電ダイオードアレイＡ、例えばＣＣＤアレイ上の構成素子Ｓとして、交互に透明と不透明なコード線分の連続から成るラインコードΣの線分を形成する。その円上の規定の構成素子の位置は、ランダムに選ばれたゼロ位置について位置角αにより記述される。アレイＡ上の規定の構成素子Ｓの画像の位置は、画像投影ｓにより記述される。そのセンサハウジングに対する円の位置は、円の位置角β∈[0,2π[により特徴づけられ、円は、実際の位置を想定するため、固く連結された回転軸ｄに関しランダムに定義されたゼロ位置からその位置角をとおり回転する。
【００３３】
角度センサの目的は、アレイＡでスキャンされ、Ａ／Ｄ変換される投射光の強度分布（以下のセンサ信号参照）から円の位置角βのための推定値β^を作成し、測定誤差β^−βに対する規定の精度要求を満たす測定結果として推定値を出力する。
【００３４】
測定誤差の系の部品が精度要求に応じることが不可能なとき、較正が必要となる。系の誤差は、円の位置角βの他に、センサ信号の形成に関わる影響要因の不充分な量の知識の結果である。このように、未知の円の位置角に、センサ信号からこれらの影響要因をより正確に決定できれば、角度センサは、外部基準角なしに自己較正により精度要求を達成可能となる。
【００３５】
信号の形状に大きく関わる角度センサの特性は明白に記述され、センサ信号への影響のメカニズムは明らかにされる必要がある。これは、円の角度位置をセンサ信号と量的に関連させ、現実的な理由で有限にされた数のモデルパラメータとして影響要因が使用される角度センサの数学的モデルにより実行される。このように、角度センサの較正は、センサ信号からモデルパラメータの推定、すなわち数学的統計の古典的なパラメータ推定問題に基づく。この自己較正は、センサ信号に内部の最高のセンサモデルを適応させて、外部の測定手段を置き換える基準角による較正とは異なる。この二つの較正方法は簡単に結合でき、複合較正となる。
【００３６】
角度センサの数学的モデルは、この自己較正を基にしている。そのようなモデルを形成する方法は、光源Ｌは点光源であり、コード線分Σは円の平面Ｋにおいて半径方向に配置され、アレイＡのダイオードは直線状に配置され、円あるいはラインコードΣは理想的には（必要ではないが）円の平面Ｋに直角な回転軸ｄに固定されるような理想化された概念から始まる。Ｌ、ｄ、Ｋとのｄの交点（下記の円の回転中心Ｄを参照）とＡの空間的配置は、固定されている、すなわち時間の関数として変化せず、連続するΣの線分の画像がそれぞれの円の位置角βに対しＡ上に形成されると仮定する。
【００３７】
モデルにおいて固定のＬ、ｄ、ＤとＡの、あるいはΣ、Ｄとｄの相対位置は、解析幾何学の一般に知られている原理による７または４の実数のパラメータにより、三角関数を用い記述され、これらの剛体の相対位置は円の位置角β∈[0,2π[により表される。
【００３８】
このモデルにおいて時間変化しない１１の位置パラメータと円の位置角に関して、ラインコードΣの特に構造的な要素Ｓ、例えば、Ｋにおいてランダムに選んだゼロ位置で作られる位置角α∈[0,2π[により表されたコードラインの端部がアレイＡ上の画像として形成されるところを計算するために、三次元ベクトル代数と初等代数と初等幾何学の一般に知られた計算法則を用いることが可能である。アレイＡ上のこの画像の位置は、無次元の画像化された座標ｓ∈[−１、１]により表され、ここで、−１はアレイＡの一方の端部、０は中央で、＋１は他方の端部を示す。円の平面Ｋ内で測定された位置角αとｄに直角な平面内で測定された円の位置角βのゼロ位置は、角αとβの、及び１１の時間変化のない位置パラメータの関数として画像化された座標ｓを表す方程式で、円の位置角βが差α−βにのみ存在する方法において、互いに釣り合わせることができる。
【００３９】
更に、この方程式は、新たな無次元の時間変化のないモデルパラメータを与え、存在する１１の位置パラメータの関数的論理操作を組み合わせて、形式的に簡略化できる。最終的に、ｓ上の新しいモデルパラメータの個々の効果の比較は、非常に小さなモデル誤差を有する複雑さを低減する目的のためにその効果が無視し得て、ｋ＜１１の時間変化のないモデルパラメータで対処できることを示している。
【００４０】
当を得た選択はｋ＝６で、この場合、上述の方程式は、次の数式１で表すことができ、ここでｐ、ｑ、ｕ、ｖ、ｘ、ｙは６の時間変化のないモデルパラメータであり、角度α、β∈[0,2π[は上で定義された意味を有する。回転軸ｄが円の平面Ｋに垂直ならば、ｘ＝ｙ＝０で、円の回転中心ＤがラインコードΣの中心と一致するならば、ｕ＝ｖ＝０で、従って、更に当を得た選択はｋ＝４とｘ＝ｙ＝０となる。
【００４１】
【数１】
2004530124.tif 000003
【００４２】
自己較正と角度測定にとって基本的に重要なのは、数式１が、実際に関連する全ての場合の全ての独立変数ηに対し単独に解が求め得ることであり、αとβの解を求める場合に当を得た制限をする必要がある。全ての変異の関数ηj-1としてｊ番目の独立変数ηに対する数式１の解を表すことに役立つ。このようにη1-1(s,β;p, q, u, v, x, y)は、区間 ]β−π/2，β＋π/2[においてηの第一の独立変数αに対する数式２の単独解を示し、η2-1(α、ｓ;p, q, u, v, x, y)は、区間 ]α−π/2，α＋π/2[においてηの第二の独立変数βに対する数式１の単独解を示す。
【００４３】
独立変数１と３−８に対する数式２の解は、初等代数と初等三角関数の一般に知られた計算法則を用い簡単に得られ、第二の独立変数についての数式１の解は、数式２で示すとおりである。もし、不等式｜z'｜＜１を満足すると、実際上、全ての関心のある場合において実数となる。
【００４４】
【数２】
2004530124.tif 000004
【００４５】
角度測定の基本は、円の位置角βの数式２の独立解２であり、もし、モデルパラメータｐ、ｑ、ｕ、ｖ、ｘ、ｙが知られており、位置角αによりその要素が特徴づけられるラインコードΣの構成要素ＳをアレイＡ上の画像ｓに指定できるなら、円の位置角βは数式３により計算可能となる。従って、ラインコードΣはデコード可能、すなわち、独自に円に配置可能でアレイＡ上に光源Ｌにより投影されたコード線分の画像から各β∈[0,2π[に対しコードラインを配置する必要がある。
【００４６】
このΣをデコード可能にするのに多くの可能性がある。知られた方法として、長さｍ＝２l-１のｍ数列を使う方法で、ここでlは自然数、すなわち（ｍ−１）/２個の“０”と（ｍ＋１）/２個の“１”から成る循環２進数列ｂであり、それぞれの自然数ｎ＜ｍに対し、２進法でlを表す連続する単位のlから成るｂの一つの部分数列が必ず存在し、α0（ｍ−１）/２＋α1（ｍ＋１）/２＝２πとなる二つの異なる角度α0、α1＞０を選び、０＜α+＜ｍｉｎ｛α0，α1｝となる角度を選び、０＜ｉ＜ｍに対するα0-：＝０およびαi-/+：＝αi-1-/+＋αb(i)により反復的に角度αi-/+∈[0,2π[を定義し、数式３による。
【００４７】
【数３】
2004530124.tif 000005
【００４８】
“１”が透明を示し、“０”が不透明を示すラインコードΣは、Ａ上の区分画像が、Σをデコード可能にするlと角度α0とα0+の有利な選択で、明確に認識される二進法の数列ｂを具体的に現実化するものである。
【００４９】
２ｍ−１個の角度α0+、α1-/+、・・、αm-1-/+によるΣの構成は、最も経済的なものではなく、このΣは二進法数列ｂと角度α0とα0+の形成原理で、lにより完全に規定されるが、構成には当を得ている。角度センサにより実現可能な測定精度は、どの程度正確にコードラインが配置されているかに明確に依存している、すなわち、角度α0+、α1-/+、・・、αm-1-/+が知られている。円のコードラインの正確な配置が複雑なため、モデルパラメータとしてこれらの角度を考えることは利点があり、その結果、円の製造交差を緩めることができ、Σがデコード可能である、すなわち二進法数列ｂが実現されることの確認が必要なだけである。角度α0+、α1-/+、・・、αm-1-/+の変化性が更に有利なのは、位置パラメータの数が１１からｋ＜１１に減少して伴うモデル誤差が部分的に補正可能なことである。
【００５０】
ラインコードΣは、以下の方法でアレイＡ上の画像として形成される。古典光学をもとに、中点ｓ∈]-1,1[ のダイオードにより記録された光濃度 I(s) は数式４によりモデル化され、ここで、I0:R→R+は、アレイＡ上で妨げのない光入射の連続強度分布を示し、a:R→R+は、アレイＡのダイオードの反応動作と、散乱、屈折、回折のような光学的効果との両方を表す。このモデルの定式化・数式４、特にそこに仮定されたダイオードの反応の併進の不変性は、ほぼ統計的平均として光の画像化を記述する単純にされた理想化である。もし、θ⊂[0,m[ が、透明なコードラインの或る指数の組をデコードすることにより決定される量を示すならば、アレイＡ上の画像として形成されるいくつかは、または全ては、数式５を満たす。
【００５１】
【数４】
2004530124.tif 000006
【００５２】
【数５】
2004530124.tif 000007
【００５３】
数式５は、もしアレイＡ上の画像として形成されないコードラインを基にしないなら、ダイオードの反応 I に関わらないものが無視されることを示し、数式５のなかの方程式は、σi∈[η(αi-,β;p,q,u,v,x,y),η(αi+,β; p,q,u,v,x,y)]、ｉ∈θに対する積分計算の平均値の組から引き出される。
【００５４】
数式５によるダイオードの反応動作を現実的に表す関数 a:R→R+は、理論的にあるいは経験的に積分可能で、実際的な検討、特に必要な計算努力は、可能なかぎり簡単な解析構造を示唆しており、全ての変数と小さな担体に対し連続して微分可能である。
【００５５】
もし、数式６が成り立つならば、a(.;t-,t+):R→R は担体 [- t+,t+]⊂R を有する対称な２次式の曲線となり、それに対し、数式５の積分は、解析的に簡単に計算でき、t-/+と η(αi-/+,β; p,q,u,v,x,y)；ｉ∈θとにのみ依存する小さな担体を有するｓ内の三次元曲線となる。もし、検出部品のアレイＡが n個のダイオードで構成されている場合、j番目のダイオードは、座標 Sj=((2j-1)/n)-1 を有し、数式５は、数式７による j番目のダイオードのデジタル応答 aj∈R+をモデル化することを示唆する。ここで、wj∈R は信号形成に関わる全てのモデル化されていない効果を表す（暗ノイズ、打ち切り誤差など）。
【００５６】
【数６】
2004530124.tif 000008
【００５７】
【数７】
2004530124.tif 000009
【００５８】
数式７に発生する量は、ベクトルあるいは数式７ａのマトリックス内で結合された場合、シングルベクトルとして次の数式８によるベクトル a∈Rnに対し以下は、真である。ここで、α（θ）-/+:= [α（θ）-/+｜ｉ∈θ] と t は、a:=R→R+を規定するパラメータのベクトル、例えば方程式６において、数式６ａを表す。
【００５９】
【数７ａ】
2004530124.tif 000010
【００６０】
【数８】
2004530124.tif 000011
【００６１】
【数６ａ】
2004530124.tif 000012
【００６２】
角度センサの数学的モデル化の最後のステップとして、数式８のベクトル w∈Rnは、確率分布が密度 d:Rn→R+であるランダムベクトルとしてモデル化される。このように、角度センサの較正は、統計的パラメータ推定問題として定式化され、解くことができる。
【００６３】
１）未較正の角度センサにおいて、信号ベクトル a1,..., aN∈Rnは、未知であるが円上で可能な限り均一に配分されたＮ個の円の位置 β1,..., βNに記録される。
【００６４】
２）各信号ベクトル aJ∈Rnは、デコードされる、すなわち、そのいくつかあるいは全てがアレイＡ上の画像として形成される透明なコードラインの表示の量、θJ⊂ [0,m[ が決定され、 1 ≦ J ≦ N である。
【００６５】
３）このモデルによると、数式９のベクトルは独立で、確率密度 d:Rn→R+により等しく分布している。その累積確率密度は、数式１０のようになる。
【００６６】
【数９】
2004530124.tif 000013
【００６７】
【数１０】
2004530124.tif 000014
【００６８】
未知のパラメータ I1,...,IN, β1,..., βN, α0+, α1-/+,..., αm-1-/+, p,q,u,v,x,y,t と確率密度 d を規定する他のパラメータは、確率密度の数式１０が全ての２次条件、例えば、数式６を使う場合に 0 ＜ t-＜ t+に関して最大値となるように決定される。
【００６９】
数式１０の最大位置、I^1,...,I^N, β^1,...,β^N, α^0+,α^1-/+,...,α^m-1-/+, p^,q^,u^,v^,x^,y^,t^ が存在する場合、それは最大確度（ＭＬ−）の値として使われ、計算に使われるアルゴリズムがある場合は、それはパラメータI1,...,IN, β1,..., βN, α0+, α1-/+,..., αm-1-/+, p,q,u,v,x,y,t に対する最大確度（ＭＬ−）の推定手段として使われる。ＭＬ推定手段は数学的統計学の証明された標準手段である。多変数関数の最適化は、信頼できるアルゴリズム（市販で入手可能なソフトに使用可能な状態に組み込まれている）が使用できる解のために数値数学の標準作業である。上記の１−４のステップに従って実施された角度センサの較正は、以下のＭＬ較正として行われる。
【００７０】
この方法を図示化するために、d:Rn→R+が、期待値 W∈Rnと（対称で正で定義された）共分散行列 Ｃ∈Ｒnxnの正規分布の密度であると仮定するならば、数式１１となり、ここで、Ｇ∈Ｒnxnは、数式１２、ＧT*Ｇ=Ｃ-1と det(G)＞0、例えばマトリックスＣ∈ＲnxnのLinks-Cholesky因子の逆数となるマトリックスを表し、そのＭＬ推定は数式１３に最小化される。
【００７１】
【数１１】
2004530124.tif 000015
【００７２】
【数１２】
2004530124.tif 000016
【００７３】
【数１３】
2004530124.tif 000017
【００７４】
アレイダイオードの測定誤差が信号に依存せず統計的に独立で、未知の平均値 a0∈R と未知の標準偏差σ＜0 の同一の正規分布を持つと仮定すると、数式１４に対応し、数式１３は更に整理されて、数式１３ａとなる。従って、ＭＬ較正は、数式１５のように最小化される。
【００７５】
【数１４】
2004530124.tif 000018
【００７６】
【数１３ａ】
2004530124.tif 000019
【００７７】
【数１５】
2004530124.tif 000020
【００７８】
センサ信号は、負の数値ではないので、正規分布は、現実的なモデルの仮定から離れるが、数式１０の一般的最適化問題よりも効率的に解くことができる（非線形の）２次方程式化問題、例えば数式１５に基づくＭＬ較正の実際的な有利さを持つ。
【００７９】
ＭＬ較正の概念的手順の簡単さは、確率密度の数式１０の複雑で多分不充分な条件の最大化のコストから計られ、数式１０のパラメータは、N*n 個のスカラーデータ、数式１０ａから計算され、ここで k=6 あるいは k=4で、l は、関数 a:R→R+と d:Rn→R+を規定するために必要なパラメータの数で、数式６、１１、１４の場合に l=3 である。
【００８０】
【数１０ａ】
2004530124.tif 000021
【００８１】
各コードラインが画像として形成されるならば、平均が数式１０ｂのＭ信号ベクトルが選択されるべきである。典型的な値として m=1023, n=1024, (1/N)*ΣJ=1N｜θJ｜≒ n/20, M ≒ 12 に対し、結果は N ≒ 240 となり、約１５，０００のパラメータが決定され、同時に数式１０の最大化により約２５０，０００個の信号ベクトルが決定される。このオーダーの大きさの最適化の問題は、その構造の特徴が複雑さを低減させるために使われるときだけ、効率良く解くことができ、これは、その問題の解へのモデル化される必要がある。このように、関数 a:R→R+、を規定して、例えば数式６にて、数式１０にあるマトリックスが少ないように小さな担体が保証されるよう注意されるべきである。さらに、IiJ≧ 0, αi-＜αi+のような境界条件は無視されるべきで、いいデータの場合に、ＭＬの推定された値は、自動的にこの条件を満たすべきで、そうでないなら、数式１０の最適化は失敗し、さもなければ、いくつかのモデル化する公式は変更されるべきである。正規分布、数式１１が数式１０に使用される場合、対応する線形方程式問題をまさに解くことで、変数 IJ∈R|τ|(τ=θJ)と ￣wJ∈Rn（数式１３）、あるいは a0∈R （数式１５）を推定することもやるだけの価値がある。それで、パラメータ β1,..., βN, α0+, α1-/+,..., αm-1-/+, p,q,u,v,x,y,t だけが明確に存在するが、その関数の論理結合はもっと複雑になる（Moore-Penroseの擬逆数が生じるため）。
【００８２】
【数１０ｂ】
2004530124.tif 000022
【００８３】
数式１０の最大化は、従来例において、証明済みの逐次解法により実行される。これは、数式１０が、推定される全てのパラメータに対し連続微分可能で、全ての部分第一導関数が分析的に計算可能なとき、効果的である。数式１で定義される関数ηは、全ての独立変項に対してしばしば望まれるように、連続微分可能であるので、関数 a:R→R+と d:Rn→R+の選択、それは数式６と１１の選択の場合においてのみ連続微分可能性を確かめればよい。
【００８４】
逐次解法は、最適化の信頼性と効率のため、最適値、すなわち、今の場合ＭＬ推定値に近い初期値が必要となる。パラメータα0+, α1-/+,..., αm-1-/+とp,q,u,v,x,y に対し、要求される値、α^i-/+, 0 ≦I ≦m, p^,q^,u^=v^=x^=y^=0 が使用可能であり、分割信号分析から初期値は、a:R→R+と d:Rn→R+を規定するパラメータに対し得ることができる。信号ベクトル αJ∈ Rnのデコード、すなわち指示量 θJ⊂[0,m[, 1 ≦ J ≦ N を決定する中で、コードライン i と信号 I(s^iJ) により形成されるピークの重力 s^Ji∈]-1,1[ の最大値、中央値あるいは中心値が、i ∈θJに対しほぼ（たとえば線形補間法により）計算され、数式２、５に一致して、数式１６が、βJと IJ∈R|τ|(τ=θJ)に対し初期値として選ばれる。ここで、c ∈R+は、a:R→R+の規定により決定されるスケール因子である。パラメータ IJ∈R|τ|(τ=θJ) が上述の説明のように推定される場合、その初期値の計算は省略される。
【００８５】
【数１６】
2004530124.tif 000023
【００８６】
較正を数学的モデル、すなわち関数η, a, d の公式を基にすることは、それにより成される手順上の単純化にさらに以下の有利さをもたらす。
【００８７】
１）複数のセンサ：ＭＬ較正は、複数のダイオード・アレイを有する角度センサを含むように容易に適用できる。最大化される積、数式１０もまた、全てのアレイに適用され、パラメータ α0+, α1-/+,..., αm-1-/+は全信号ベクトルに共通となり、二つのアレイの円の位置角 β1,..., βNは一定の間隔で互いに異なる。選択されたアレイについて角度ズレも推定され、異なるアレイのパラメータ u,v,x,y の間にある線形従属性（方程式、数式１の微分から得られる）は、無視できるかあるいは考慮され得る。
【００８８】
２）複合ＭＬ較正：基準角度 β^1,..., β^N, 1 ≦ N' ≦ N が、円の位置角 β^1,..., β^N'のいくつかに対し可能な場合、モデルの数式１７を数式９に結合することによりＭＬ較正に使用可能となる。数式８におけるように、数式１７ａのベクトルは、確率密度 d':RN'→R+を有するランダムベクトルとしてモデル化され、数式１８の累積確率密度は、数式１０の代わりに最大化される。複数のセンサを含むように複合のＭＬ較正の拡張は、問題を生じさせない。
【００８９】
【数１７】
2004530124.tif 000024
【００９０】
【数１７ａ】
2004530124.tif 000025
【００９１】
【数１８】
2004530124.tif 000026
【００９２】
３）剰余分析：較正が完了した後、数式１９で示すいわゆる剰余ベクトルが計算でき、それは、モデルによると、独立d分布のランダムベクトルの実際化である。統計的テスト方法により、これが適用する範囲、このモデルがどのくらい実際的か推定することが可能な範囲、それを変更するべきかどうか評価することができる。
【００９３】
【数１９】
2004530124.tif 000027
【００９４】
４）角度推定：較正された角度センサによる角度測定は、ＭＬ較正として同じモデルを使用する。数式１０の代わりに、数式２０が最小化され、βに対するＭＬ推定値 β^は,角度測定として出力される。I に対するＭＬ推定値 I^ は、較正において無意味な副産物である。逐次解法のための初期値と複数のセンサを含む拡張の較正は、ＭＬ較正の場合と同様である。
【００９５】
【数２０】
2004530124.tif 000028
【００９６】
５）永久自己較正：数式２０における信号ベクトル a ∈Rnは、β と I に加えてパラメータ p,q,u,v,x,y,t のいくつかを推定するための十分な情報を持っている。従って、測定精度における温度と経年変化の影響を低減可能な永久自己較正（複数のセンサに容易に拡張できる）を実現することが可能であろう。パラメータ p,q,u,v,x,y,t の推定は、β と I に対比して、前の情報が、最新のＭＬ推定値 p^,q^,u^,v^,x^,y^,t^の形の中に得られることに役立つであろう。
【００９７】
上述の較正は、多くの可能な実施例のうちの一つであり、同業で通常の知識を有する者には、代替の数学的モデルや、組み込み形式、例えば、微分形式の部分系、代替コードや他の画像化や検出、あるいは信号処理手段を引き出すことが可能である。
【国際公開パンフレット】
2004530124.tif 000029
2004530124.tif 000030
2004530124.tif 000031
2004530124.tif 000032
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2004530124.tif 000034
2004530124.tif 000035
2004530124.tif 000036
2004530124.tif 000037
2004530124.tif 000038
2004530124.tif 000039
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2004530124.tif 000072
【手続補正書】
【提出日】平成15年9月12日(2003.9.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに関し可動な、少なくとも二つの部分装置（Ｋ；Ｍ）を備え、該部分装置（Ｋ；Ｍ）の一方の少なくとも一つの検出部品（Ａ）の上に第一の部分装置（Ｋ）の画像を形成する手段（Ｌ）を備え、
数学的モデルの公式が互いに関連する該部分装置の位置と少なくとも一つの該画像を記述し、
因子の量を示す少なくとも一つのパラメータの組の微分が該数学的モデルからの少なくとも一つのパラメータで、計測装置の系の測定誤差に影響を及ぼし、
構成要素（Ｓ）の画像の形成が該部分装置の相対位置を決定し、該構成要素の画像の形成が、該画像が該部分装置の相対位置についての情報を含むように、第２の部分装置（Ｍ）上にあり、好ましくは該第一の部分装置の上に形成された印で、少なくとも一つの第一の部分装置（Ｋ）に属し、
該第一の部分装置の該構成要素の該画像を該検出部品（Ａ）により信号に変換し、該部分装置（Ｋ；Ｍ）の該相対位置についての情報を含む少なくとも一つの成分を有する一つの信号ベクトルを該検出部品（Ａ）から記録し、
該一つの信号ベクトルからの該パラメータの組の値を推定し、該計測装置の系の測定誤差を低減する訂正値を該パラメータの組の値から誘導し、提供する上記のステップの中の一つあるいはそれ以上の複数回実行可能なステップからなり、
該第一の部分装置（Ｋ）上の構成要素（Ｓ）の位置と互いに関し該部分装置の移動を表す量が、該計測装置の該系の測定誤差に影響を及ぼす因子として量を定められることを特徴とする計測装置の較正方法。
【請求項２】
上記印が、コードの線分が上記検出部品（Ａ）上の該コードの線分の画像から、上記第一の部分装置（Ｋ）上に一義的に局部に制限可能である特徴を有するコードを含むことを特徴とする請求項１に記載の計測装置の較正方法。
【請求項３】
上記コードは、ｍ数列、すなわち、長さ m=2l-1 の数列で、ここで l は自然数であり、(m-1)/2 の"0"と (m+1)/2 の"1"からなる循環２進数列であり、n ＜ m の各自然数に対し、２進法で n を表す連続ディジット l から成るちょうど一つの部分数列 b が存在する性質を有する数列に対応していることを特徴とする請求項２に記載の計測装置の較正方法。
【請求項４】
上記パラメータの組が、
部分装置の回転軸ｄ（ｄ）、
少なくとも部分的に滑らかで、例えば円板、環、球、円筒の中の一つの形を有する形状を備える少なくとも一つの上記部分装置に該部分装置の上記印が付けられる範囲Ｋ、
上記印の位置、例えば、好ましくは円板形状の、部分的に平らな表面を有する部分装置の該表面の平面に半径方向に設けたコードラインを備える上記コードから成る印、例えば透明と不透明の交互のコードラインの列、あるいは交互の異なる反射率を有するコードラインの場合、該コードラインの位置を表す角度 α (α)、
他方の部分装置に対する該回転軸ｄ（ｄ）についての部分装置（Ｋ）の回転を表わす位置角 β (β)、
画像化手段（Ｌ）が一つあるいはそれ以上の電磁気放射源、特に光源を含む場合、放射源の位置パラメータ、
該印のある該範囲と回転軸ｄ（ｄ）の交点（Ｄ）の位置パラメータ、
検出部品（Ａ）が一つあるいはそれ以上の光感知ダイオードのアレイ、特に直線的に配置されたアレイを含む場合、該ダイオードアレイの位置パラメータ、以上の中の少なくとも一つのパラメータを含んでいることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の計測装置の較正方法。
【請求項５】
上記平面Ｋにて測定された上記位置角 α (α) および上記回転軸ｄ（ｄ）に直角な平面にて測定された上記位置角 β(β) のゼロ位置を合わせることが、上記画像を表す上記数学的モデルにおいて、該位置角 β (β) の該位置角 α (α) に関し差異としてのみ生じるように実行される請求項４に記載の計測装置の較正方法。
【請求項６】
上記パラメータの組が、上記数学的モデルからパラメータの論理結合を表す無次元および／あるいは時間変化のない、少なくとも一つのパラメータを含むことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の計測装置の較正方法。
【請求項７】
一つあるいはそれ以上のパラメータの値として、本方法により決定されない外部の基準量を使用することを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の計測装置の較正方法。
【請求項８】
上記第一の部分装置（Ｋ）の構成要素の上記画像を上記信号に変換する前に、上記部分装置の少なくとも一つに関する部分装置の、特に該第一の部分装置（Ｋ）に関する上記第二の部分装置（Ｍ）の相対位置を決定する該部分装置の構成要素（Ｓ）の画像化、選択として複数の更なる画像が連続し互いに続けることを、追加のステップとして含むことを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の計測装置の較正方法。
【請求項９】
互いに関し可動な、少なくとも二つの部分装置（Ｋ；Ｍ）と、
該部分装置（Ｋ；Ｍ）の一方の少なくとも一つの検出部品（Ａ）の上に第一の部分装置（Ｋ）の相対位置の情報を含む該部分装置の画像を形成し、部分装置、好ましくは該第一の部分装置（Ｋ）の上に形成された印の該相対位置を決定する構成要素の画像を形成する該画像を形成する手段（Ｌ）と、
該第一の部分装置（Ｋ）の構成要素（Ｓ）の画像を信号に変換する少なくとも一つの検出部品（Ａ）と、
該部分装置（Ｋ；Ｍ）の相対位置の情報を含む少なくとも一つの成分を有する少なくとも一つの信号ベクトルを、該少なくとも一つの検出部品（Ａ）の該信号から記録する手段と、
上記計測装置の系の測定誤差を低減する補正値を形成し、供給する手段と、
該計測装置の該系の測定誤差を低減する手段とを備え、
該第一の部分装置（Ｋ）上の構成要素（Ｓ）の位置と互いに関し該部分装置の移動を表す量が、該計測装置の該系の測定誤差に影響を及ぼす因子として量を定められることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の計測装置の較正方法により較正可能な計測装置。
【請求項１０】
上記部分装置（Ｋ；Ｍ）の少なくとも一つが、例えば円板、環、球、円筒の中の一つの形状を有する回転対称形状を有すること特徴とする請求項９に記載の計測装置。
【請求項１１】
上記画像を形成する手段（Ｌ）が、一つあるいはそれ以上の電磁気放射源、特に光源を備えていること特徴とする請求項９あるいは１０に記載の計測装置。
【請求項１２】
上記印が、上記検出部品（Ａ）上のコード線分の上記画像から、該コード線分が上記第一の部分装置（Ｋ）上に一義的に制限される特性を有するコードを含むことを特徴とする請求項９、１０あるいは１１に記載の計測装置。
【請求項１３】
上記コードは、ｍ数列、すなわち、長さ m=2l-1 の数列で、ここで l は自然数であり、(m-1)/2 の"0"と (m+1)/2 の"1"からなる循環２進数列であり、n ＜m の各自然数に対し、２進法で n を表す連続ディジット l から成るちょうど一つの部分数列 b が存在する性質を有する数列に対応していることを特徴とする請求項１２に記載の計測装置。
【請求項１４】
上記印が、例えば、好ましくは円板形状の、部分的に平らな表面を有する部分装置の該表面の平面に、例えば透明と不透明の交互のコードラインの列、あるいは交互の異なる反射率を有するコードラインの列として、半径方向に設けたコードラインから成ることを特徴とする請求項９から１３のいずれかに記載の計測装置。
【請求項１５】
上記検出部品（Ａ）が一つあるいはそれ以上の光感知ダイオードのアレイ、特に直線的に配置されたアレイを含んでいることを特徴とする請求項９から１４のいずれかに記載の計測装置。
【請求項１６】
上記補正値を形成し、供給する手段および／あるいは上記系の測定誤差を低減する手段が、電気回路および／あるいはアナログおよび／あるいはデジタルコンピュータを有することを特徴とする請求項９から１５のいずれかに記載の計測装置。
【請求項１７】
上記系の測定誤差を低減する手段が、該系の測定誤差のハードウェア的低減の装置、例えば、圧電調整要素を有することを特徴とする請求項９から１６のいずれかに記載の計測装置。
【請求項１８】
計測装置の少なくとも一つの部分装置に備えられた較正装置の少なくとも一つの検出部品（Ａ）上に、該計測装置の少なくとも一つの第一の部分装置（Ｋ）の画像を形成する手段（Ｌ）と、
該画像が該部分装置（Ｋ；Ｍ）の相対位置の情報を含むように、部分装置、好ましくは該第一の部分装置（Ｋ）に設けられた印の相対位置を決定する構成要素（Ｓ）と、
該第一の部分装置（Ｋ）の該構成要素（Ｓ）の該画像を信号に変換する該少なくとも一つの検出部品（Ａ）と、
該部分装置（Ｋ；Ｍ）の相対位置の情報を含む、少なくとも一つの成分を有する少なくとも一つの信号ベクトルを、該少なくとも一つの検出部品（Ａ）の信号から記録する手段と、
該計測装置の系の測定誤差を低減する補正値を形成し、供給する手段と、
該計測装置の該系の測定誤差を低減する手段とからなり、
該第一の部分装置（Ｋ）上の構成要素（Ｓ）の位置と互いに関し該部分装置の移動を表す量が、該計測装置の該系の測定誤差に影響を及ぼす因子として量を定められることを特徴とする、互いに関し移動可能な少なくとも二つの該部分装置（Ｋ；Ｍ）を備える計測装置のための請求項１から８のいずれかに記載の較正方法を実行する較正装置。
【請求項１９】
上記部分装置の少なくとも一つが、例えば円板、環、球、円筒の中の一つの形状を有する回転対称形状を有すること特徴とする請求項１８に記載の較正装置。
【請求項２０】
上記画像を形成する手段（Ｌ）が、一つあるいはそれ以上の電磁気放射源、特に光源を備えていること特徴とする請求項１８あるいは１９に記載の較正装置。
【請求項２１】
上記印が、上記検出部品（Ａ）上のコード線分の上記画像から、該コード線分が上記第一の部分装置（Ｋ）上に一義的に制限される特性を有するコードを含むことを特徴とする請求項１８、１９あるいは２０に記載の較正装置。
【請求項２２】
上記コードは、ｍ数列、すなわち、長さ m=2l-1 の数列で、ここで l は自然数であり、(m-1)/2 の"0"と (m+1)/2 の"1"からなる循環２進数列であり、n ＜ m の各自然数に対し、２進法で n を表す連続ディジット l から成るちょうど一つの部分数列 b が存在する性質を有する数列に対応していることを特徴とする請求項２１に記載の較正装置。
【請求項２３】
上記印が、例えば、好ましくは円板形状の、部分的に平らな表面を有する部分装置の該表面の平面に、例えば透明と不透明の交互のコードラインの列、あるいは交互の異なる反射率を有するコードラインの列として、半径方向に設けたコードラインから成ることを特徴とする請求項１８から２２のいずれかに記載の較正装置。
【請求項２４】
上記検出部品（Ａ）が一つあるいはそれ以上の光感知ダイオードのアレイ、特に直線的に配置されたアレイを含んでいることを特徴とする請求項１８から２３のいずれかに記載の較正装置。
【請求項２５】
上記補正値を形成し、供給する手段および／あるいは上記系の測定誤差を低減する手段が、電気回路および／あるいはアナログおよび／あるいはデジタルコンピュータを有することを特徴とする請求項１８から２４のいずれかに記載の較正装置。
【請求項２６】
上記系の測定誤差を低減する手段が、該系の測定誤差のハードウェア的低減の装置、例えば、圧電調整要素を有することを特徴とする請求項１８から２５のいずれかに記載の較正装置。
【請求項２７】
上記較正装置および／あるいは該較正装置の部品がモジュラ構成になっていることを特徴とする請求項１８から２６のいずれかに記載の較正装置。
【請求項２８】
数学的モデルの公式化とパラメータの組の微分のステップの少なくとも一つが少なくとも二つの計測装置に対し共に実行されることを特徴とする、複数の計測装置を較正するための、請求項１から８のいずれかに記載された較正方法の使用。
【請求項２９】
請求項１から８のいずれかに記載の較正方法のステップの少なくとも一つを実行し、少なくとも一つの信号ベクトルからパラメータの組の値を推定と、上記計測装置の系の測定誤差を低減する補正値を該パラメータの組の値から形成し、供給をし、該第一の部分装置（Ｋ）上の構成要素（Ｓ）の位置と互いに関し該部分装置の移動を表す量が、該計測装置の該系の測定誤差に影響を及ぼす因子として量を定められる、機械読取可能な媒体に記憶されたプログラム・コードを有する、特に該プログラム・コードがコンピュータに組み込まれている場合、コンピュータ用のプログラム。
【請求項３０】
請求項１から８のいずれかに記載の較正方法のステップの少なくとも一つを実行し、少なくとも一つの信号ベクトルからパラメータの組の値を推定と、上記計測装置の系の測定誤差を低減する補正値を該パラメータの組の値から形成し、供給をし、該第一の部分装置（Ｋ）上の構成要素（Ｓ）の位置と互いに関し該部分装置の移動を表す量が、該計測装置の該系の測定誤差に影響を及ぼす因子として量を定められる機械読取可能な媒体に記憶されたプログラム・コードを有する、特に該プログラム・コードがコンピュータに組み込まれている場合、電磁波により具体化されたアナログあるいはデジタルコンピュータデータ信号。
【国際調査報告】
2004530124.tif 000073
2004530124.tif 000074
2004530124.tif 000075
2004530124.tif 000076