减小尤其用于确定工件坐标或加工工件的旋转设备的误差

摘要

本发明涉及一种用于减小旋转设备(11、12)的误差的方法，所述旋转设备具有第一部分(12)和能相对于第一部分(12)围绕旋转设备(11、12)的旋转轴线(A1)旋转的第二部分(11)以及用于测量第一部分(12)和第二部分(11)相对彼此的旋转位置的旋转位置测量装置(74、75)，其中，所述旋转位置测量装置(74、75)具有旋转位置传感器(74)和为了测量旋转位置与旋转位置传感器(74)共同作用的测量体(75)，其中，所述旋转位置传感器(74)与第一部分(12)相连并且测量体(75)与第二部分(11)相连或者旋转位置传感器(74)与第二部分(11)相连并且测量体(75)与第一部分(12)相连，其中，所述方法具有以下步骤：-(21)：在一定的旋转角范围内，也就是在第一部分(12)和第二部分(11)相对彼此的不同旋转位置下测量由于旋转设备(11、12)的理想旋转轴线(A2)的相应的理想位置和理想定向与旋转轴线(A1)的实际位置和实际定向之间的偏差产生的旋转设备(11、12)的误差并且得到相应的误差测量值，-(23)：由所述误差测量值针对旋转位置传感器(74)的多个旋转位置测量地点确定旋转设备的第一部分(12)或第二部分(11)的径向位置的预期波动和/或第一部分(12)或第二部分(11)关于相对旋转设备的旋转方向的切向的位置的波动，所述波动由于旋转设备(11、12)的旋转运动与围绕理想旋转轴线(A2)的理想旋转运动的偏差而产生，所述旋转位置传感器(74)能够在所述旋转位置测量地点处测量旋转设备的旋转位置，-(25)：在考虑预期波动的情况下，确定旋转位置传感器(74)的至少一个旋转位置测量地点，针对该旋转位置测量地点，关于相对旋转方向的切向的位置的预期波动ο小于针对其它可能的旋转位置测量地点的预期波动和/或ο满足预设的条件。

说明书

本发明涉及一种用于减小旋转设备的误差的方法，所述旋转设备具有第 一部分和能相对于第一部分围绕旋转设备的旋转轴线旋转的第二部分以及 用于测量第一部分和第二部分相对彼此的旋转位置的旋转位置测量装置，其 中，所述旋转位置测量装置具有旋转位置传感器和为了测量旋转位置与旋转 位置传感器共同作用的测量体，其中，所述旋转位置传感器与第一部分相连 并且测量体与第二部分相连或者旋转位置传感器与第二部分相连并且测量 体与第一部分相连。本发明还涉及一种能够实施所述方法的设备。在此认为 旋转设备的误差至少有一部分是可重复再现的。

本发明还涉及一种用于在确定工件的坐标或者在加工工件时减小旋转 设备的误差的方法。所述旋转设备能够在确定坐标或加工工件期间使工件围 绕旋转设备的旋转轴线进行旋转运动。本发明还涉及一种能够实施所述方法 的设备。在此认为旋转设备的误差至少有一部分是可重复再现的。

已知将工件可旋转地支承，以便测量其坐标或者加工工件。例如在坐标 测量技术的领域，将工件布置在可旋转的台上(所谓的旋转台)。以此方式可 以将工件置于不同的工作定向，坐标测量仪在所述工作定向中工作，也就是 测量工件坐标。在旋转设备使工件围绕其旋转轴线旋转时，尤其可以连续地 (例如扫描地)测量工件坐标。

相应地适用于通过机床加工工件。工件可以被置于不同的工作定向中， 以便工具进行加工。工件尤其可以在其被加工时连续地旋转。

工作定向尤其可以通过一个方向定义，所述方向垂直于旋转轴线延伸并 且经过工件表面上的一个点，在所述点上扫描或者说探测工件或者加工工 件。因此，在通过触头对工件进行触摸式扫描或者在加工工件时作用在工件 上的力尤其可以垂直于旋转轴线沿工作定向的方向作用。

在坐标测量技术领域，通常有利于对工件进行形状检验的是，通过触头 探测工件，所述触头在旋转设备使工件旋转期间具有相对于旋转设备几乎恒 定的工作定向和工作位置。工作位置和工作定向不是完全恒定的，因为工件 通常并不是精确地相对于旋转设备的旋转轴线旋转对称地布置和/或不是或 不是精确地旋转对称地成型。例如，触摸式探测工件表面的坐标测量仪触头 可以由坐标测量仪保持在固定位置和固定定向上，其中，与待测量的工件形 状相关地，触头相对于触头支架偏转不同的距离。通过几乎恒定的工作定向 和工作位置，可以将由于位置相关和定向相关的坐标测量仪误差造成的坐标 测量误差减至最小。在这种情况下，旋转设备的误差对测量结果有重要影响。 在很多情况下也能够以这种方式提高测量工件的速度。

在坐标测量技术领域中的一种特殊的测量任务在于，在尤其对工件的旋 转对称区域进行形状检验时进行波纹度分析。实际形状与理想的旋转对称形 状的偏差通常显示为波纹曲线。但是旋转设备的运动误差、即旋转设备的实 际旋转运动与理想旋转运动的偏差可能导致波纹度分析的结果特别不准确， 尤其是比在测量工件的单个表面点的坐标时更不准确。

在通过机床加工工件时同理。在力求制造旋转对称的区域时，可能在不 利的情况下由于在加工期间使工件旋转的旋转设备的运动误差产生具有特 别大振幅的波纹。

为了减小旋转设备的误差可以这样设计旋转设备，以使误差符合规定。 尤其可以使用空气支承件来支承旋转设备的可旋转部分并且在电机驱动的 旋转设备中使用直接驱动器。旋转设备的误差越小，设计耗费就越高。

作为备选或补充，可以通过坐标测量仪测量旋转设备的误差，其中，将 校准体或校准体设备布置在旋转设备的可旋转部分上(例如放置在旋转台上) 并且进行测量。然而，借助也可测量工件的坐标测量仪测量旋转设备相对于 所有六个可能的运动自由度的误差很耗时。在精确度要求较高时，例如在旋 转设备经历温度波动时，必须重复校准。同理适用于将工件可旋转地保持在 机床加工区域中的旋转设备。在这种情况下，用于校准的耗费与坐标测量技 术相比通常更大，因为在坐标测量技术领域中通常可将坐标测量仪用于校 准，所述坐标测量仪在之后也进行工件测量。

EricMarsh在，，PrecisionSpindleMetrology",ISBN978-1-932078-77-0中， 尤其在第二章中描述了用于描绘精度螺杆的运动误差的方案。

WO2013/007285A1公开了一种用于测量工件坐标和/或用于加工工件 的装置，其中，所述装置具有第一部分和可相对于第一部分运动的第二部分， 其中，除了可选附加地固定在所述装置上的触头的可移动性之外，附加地实 现所述部分的可相对移动性，其在机械探测工件以便通过触头从中性位置的 偏转测量坐标时实现，其中，在第一或第二部分上布置有测量体并且在另一 部分也就是第二或第一部分上布置有至少一个传感器，其中，所述传感器设 计用于与测量体的位置相应地并且因此与第一和第二部分的相对位置相应 地产生测量信号。

WO2013/007286A1公开了一种校准用于确定旋转设备的旋转位置的测 量装置的方法，所述旋转设备具有第一部分和可相对于第一部分围绕旋转轴 线旋转的第二部分。

DE19907326A1公开了一种用于高度精确地确定围绕旋转轴线旋转的 对象的角位置的角测量系统。

WO2011/064317A2公开了一种用于角测量装置的可无参考系地实施的 校准方法。

EP1498691A1公开了一种用于校正坐标测量仪的测量结果的方法，其 中连续地探测工件，所述方法具有以下方法步骤：确定触头的动态弯折特性 作为一维或多维的参数场，尤其作为动态张量，在考虑触头加速度的情况下 由参数场计算校正值，通过校正值校正测量结果，其中，参数场描述了在相 对于工件表面法向的触头加速度时的偏差。

DE10006753A1公开了一种用于坐标测量仪的探头的旋转翻转装置， 其具有至少两个用于按角度地定向探头的转动关节。

在坐标测量技术领域，要求旋转设备例如在所谓的圆度检验时具有较高 精度，在所述圆度检验中，检验工件的圆形轮廓(例如圆柱体的圆周面)与理 想圆形的偏差。

在其它情况下，与使用旋转设备相关地进行分度测量(也就是围绕旋转 对称轴线沿旋转方向的角间距)，例如尺的角间距或者齿轮的齿面。为此相 应旋转设备的能够精确测量的旋转位置测量装置，因为否则只由于旋转位置 测量装置的误差就会产生相同大小的测量误差。在坐标测量技术或机床的领 域的其它情况下也需要能够非常精确地测量的旋转位置测量装置。

在这些旋转位置测量装置中，出现所谓的偏心误差并且对于误差贡献提 供了很大一部分。总偏心误差基本上由用于支承旋转设备的旋转运动的旋转 支承件的偏心误差和旋转位置测量装置的安装误差组成。已知通过调节在很 大程度上消除总偏心误差。最终总偏心误差对于旋转设备的总误差的剩余误 差贡献可以非常小。用于减小偏心误差的另一可能性在于，在相对于旋转轴 线彼此对置的位置上分别布置一个旋转位置传感器并且将其测量结果这样 相互计算，从而要么消除偏心误差要么计算出偏心误差并且在接下来用于校 正。

坐标测量技术领域的旋转位置测量装置通常具有测量体，所述测量体具 有多个围绕旋转轴线分布的标记。测量原理的基础是，标记以相同大小的角 区段围绕旋转轴线划分。因此，标记的这种均匀布置的偏差称为分度误差。 以相应的耗费能够通过分开的测量确定分度误差。如果确定了测量体的角位 置，则可以通过计算校正分度误差。

为了从一开始就减小已经提到的偏心误差，可以使用耗费的旋转轴承以 支承旋转设备的旋转运动，其本身只会产生较小的偏心误差。用于这种旋转 轴承的耗费较高并且通常还需要调校，以便进一步减小偏心误差。

如果用于旋转设备的旋转轴承耗费较少，则不只需要容忍相对较大的偏 心误差，而且还会出现附加的运动误差，也就是在旋转设备的旋转运动期间 的不期望的平移运动分量和旋转运动分量。原则上，旋转设备的实际旋转运 动与理想旋转运动不同的所有运动分量均为不期望的。在理想的旋转运动 中，当进行旋转运动时，旋转设备的可旋转部分的所有区域在该区域相对于 旋转轴线的径向位置保持不变的情况下旋转。结果是旋转设备的旋转轴线是 位置固定的，也就是不进行沿旋转轴线方向或横向于旋转轴线的平移运动并 且也不会倾斜。旋转轴线的倾斜的意思等同于旋转轴线的定向改变。

旋转设备的运动误差可以被测量并且在旋转设备之后的运行中通过计 算校正。然而用于计算校正的耗费非常高，尤其是因为运动误差通常具有非 常小的振幅。尤其在旋转设备的旋转位置测量装置测量旋转位置的地点处的 校正非常耗费，因为运动误差只导致角秒的分数范围内的旋转位置测量误 差。用于确定旋转位置误差的已知方法还要求进行可能持续几个小时的测 量。在这种较长的测量时长内，温度也有可能变化，这又导致运动误差改变。

减小运动误差对旋转位置测量的另一可能性在于，使用所谓的自支承 件。其使得旋转位置测量装置的布置在旋转设备的可相对彼此旋转的部分上 的部件(例如具有标记的测量体和旋转位置传感器)共同产生旋转设备的运动 误差。这种自支承件特别耗费。

尤其如果需要由旋转设备使工件旋转，所述工件具有至少一个与旋转设 备的旋转轴线间隔较大距离布置的区域，则旋转位置测量误差特别强烈地影 响通过坐标测量仪测量工件坐标时的误差或者通过机床加工工件时的误差。 如果从错误的旋转位置出发对坐标测量仪或者机床进行控制，则这会与径向 间距成比例地影响坐标测量误差或者加工。例如在实践中出现不超过1弧秒 的旋转位置测量误差，其在径向间距为0.2m时导致约为1微米的沿相对于 旋转方向的切向的工件位置误差。

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种用于减小旋转设备的误差的 方法，所述方法减少了旋转设备的运动误差对旋转位置测量的影响。本发明 所要解决的技术问题还在于，提供一种用于执行所述方法的设备。

本发明从这种基本理念出发，即旋转设备的运动误差，也就是与理想旋 转运动的偏差，与旋转设备的旋转位置传感器的旋转位置测量地点有关地对 旋转位置测量的测量精确度产生不同影响。如果旋转设备的实际旋转运动与 理想旋转运动相比导致旋转设备沿相对于旋转方向的切向(也就是切向于围 绕旋转轴线的旋转方向)附加地运动，这会使旋转位置测量出错。因此，运 动误差的针对旋转位置测量装置相关的部件沿切向于旋转方向的方向延伸 并且在以下称为切向运动误差并且与分别观察的地点或者说位置有关。但本 发明也从这样的认知出发，即导致旋转设备的运动误差(尤其是也导致切向 运动误差)的不同运动过程相互叠加并且在此取决于所观察的旋转设备地点 而相互抵消或者增强。抵消或增强在旋转设备的旋转运动过程中(尤其在完 整旋转一圈过程中)随时间和地点不同而产生不同的影响。如果观察一个具 体地点，即旋转位置测量装置测量旋转设备的旋转位置的旋转位置测量地 点，则在旋转运动的过程中抵消或增强发生变化。因此结果是切向运动误差 在地点上与旋转位置测量地点有关并且在时间上与在旋转位置测量地点处 有影响的旋转运动的过程有关。

在不同的可能的旋转位置测量地点处，尤其是切向运动误差的振幅在旋 转运动过程中不同。术语“振幅”如通常一样表示与理想旋转运动的最大偏 差。但是不只可以观察该振幅并且确定该振幅较小或者甚至最小的旋转位置 测量地点。而是也可以以其它方式观察旋转运动期间切向运动误差的变化曲 线并且确定具有特别有利的变化曲线的旋转位置测量地点，其中“有利”可 以通过至少一个预设的标准定义。例如，在坐标测量技术中存在测量任务或 者在通过机床加工工件时存在加工任务，在所述任务中需要关注关于工件的 外周或内周的理想圆形走向的某一阶偏差的精确度。在围绕旋转轴线的完整 旋转一圈内或者在旋转位置的预设范围上(即尤其是一次整圈旋转的一部分) 具有三个偏差最大值和三个偏差最小值的变化曲线例如为三阶。三个最大值 和三个最小值相当于三个波纹。在将切向运动误差描绘为地点函数(与理想 旋转运动的偏差作为旋转位置的函数)时当然可能出现多阶的叠加。如果速 度作为时间或地点的函数是已知的，例如在速度恒定时，地点函数与时间函 数(偏差作为旋转运动的时间点的函数)是等价的。本发明也不局限于观察三 阶。而是可以观察切向运动误差的任意阶。

预设的标准也可以称为需要满足的预设条件。例如，在旋转运动中经过 的旋转位置区域上(尤其是在旋转位置的预设区域上)的具有9个波纹(也就是 9个偏差的最大值和最小值)或者其它预设数量的波纹的切向运动误差的变 化曲线是有利的。这所基于的理念是，取决于所观察的旋转位置测量的角位 置，可能出现不同数量的波纹和/或运动误差的振幅在该阶上(例如在9个波 纹时)可能是不同大小的。因此，尤其为了满足预设的标准，例如确定旋转 位置测量地点，运动误差的振幅在该旋转位置测量地点上相对于预设的阶是 最大的。

为了回到三阶的例子，在这种情况下期望的是，由于旋转设备的三阶运 动误差造成的旋转位置传感器的测量误差特别小，由此能够尽可能精确地测 量工件的形状。在这种情况下三阶也只是一个实施例。对于其它大于1的阶 可以相应地进行，方法例如是确定旋转位置测量地点，针对该地点，旋转设 备的切向运动误差相对于该阶较小、最小或者满足预设的条件并且因此满足 标准(例如小于预设的极限值)。

相应地，也可以针对阶(例如3至5个波纹)的至少一个范围采取措施， 其包含多于一个阶。不讨论在围绕旋转设备的旋转轴线或者围绕工件的旋转 对称轴线的旋转上的偏差的波纹数量(或者在旋转位置的预设区域上的偏差 的波纹数量)，也可以讨论频率。

作为对在角位置的区域(尤其是具有围绕旋转轴线的所有角位置的区域 或者其部分区域)上的切向运动误差的量度，尤其可以应用所述区域内的切 向运动误差的振幅(也就是地点函数或者时间函数的振幅)或者在将切向运动 误差变换(尤其是傅里叶变换)到频率空间之后的振幅(也就是频率空间内的 振幅)。

基于之前描述的本发明的认知建议，为了减小具有旋转位置测量装置的 旋转设备的误差，测量旋转设备的运动误差，也就是由于旋转设备的实际旋 转轴线和旋转设备的理想旋转轴线之间的偏差产生的旋转设备误差，并且确 定旋转位置测量装置的旋转位置传感器的有利的旋转位置测量地点。尤其确 定旋转位置测量地点，在其上运动误差影响较小、尤其是小于其它可能的旋 转位置测量地点，和/或满足预设的条件。在此，尤其可以如前所述地以预设 的测量任务或者加工任务为基础，旋转位置测量地点针对它们应是有利的。

运动误差例如可以在制造旋转设备(例如旋转台或者旋转关节)时就已经 被测量。

尤其建议：一种用于减小旋转设备的误差的方法，所述旋转设备具有第 一部分和能相对于第一部分围绕旋转设备的旋转轴线旋转的第二部分以及 用于测量第一部分和第二部分相对彼此的旋转位置的旋转位置测量装置，其 中，所述旋转位置测量装置具有旋转位置传感器和为了测量旋转位置与旋转 位置传感器共同作用的测量体，其中，所述旋转位置传感器与第一部分相连 并且测量体与第二部分相连或者旋转位置传感器与第二部分相连并且测量 体与第一部分相连，并且其中，所述方法具有以下步骤：

-在一定的旋转角范围内，也就是在第一部分和第二部分相对彼此的不 同旋转位置下测量由于旋转设备的理想旋转轴线的相应的理想位置和理想 定向与旋转轴线的实际位置和实际定向之间的偏差产生的旋转设备的误差 并且得到相应的误差测量值，

-由所述误差测量值针对旋转位置传感器的多个旋转位置测量地点确 定旋转设备的第一部分或第二部分的径向位置的预期波动和/或第一部分或 第二部分关于相对旋转设备的旋转方向的切向的位置的波动，所述波动由于 旋转设备的旋转运动与围绕理想旋转轴线的理想旋转运动的偏差而产生，所 述旋转位置传感器能够在所述旋转位置测量地点处测量旋转设备的旋转位 置，

-在考虑预期波动的情况下，确定旋转位置传感器的至少一个旋转位置 测量地点，针对该旋转位置测量地点，关于相对旋转方向的切向的位置的预 期波动

ο小于针对其它可能的旋转位置测量地点的预期波动和/或

ο满足预设的条件。

此外建议：一种用于减小旋转设备的误差的设备，所述旋转设备具有第 一部分和能相对于第一部分围绕旋转设备的旋转轴线旋转的第二部分以及 用于测量第一部分和第二部分相对彼此的旋转位置的旋转位置测量装置，其 中，所述旋转位置测量装置具有旋转位置传感器和为了测量旋转位置与旋转 位置传感器共同作用的测量体，其中，所述旋转位置传感器与第一部分相连 并且测量体与第二部分相连或者旋转位置传感器与第二部分相连并且测量 体与第一部分相连，并且其中，所述设备具有：

-测量装置，所述测量装置设计用于在一定的旋转角范围内，也就是在 第一部分和第二部分相对彼此的不同旋转位置下测量由于旋转设备的理想 旋转轴线的相应的理想位置和理想定向与旋转轴线的实际位置和实际定向 之间的偏差产生的旋转设备的误差并且将相应的误差测量值输出至预测装 置，

-预测装置，所述预测装置设计用于由所述误差测量值针对旋转位置传 感器的多个旋转位置测量地点确定旋转设备的第一部分或第二部分的径向 位置的预期波动和/或第一部分或第二部分关于相对旋转设备的旋转方向的 切向的位置的波动，所述波动由于旋转设备的旋转运动与围绕理想旋转轴线 的理想旋转运动的偏差而产生，所述旋转位置传感器能够在所述旋转位置测 量地点处测量旋转设备的旋转位置，

-确定装置，所述确定装置设计用于在考虑预期波动的情况下，确定旋 转位置传感器的至少一个旋转位置测量地点，针对该旋转位置测量地点，关 于相对旋转方向的切向的位置的预期波动

ο小于针对其它可能的旋转位置测量地点的预期波动和/或

ο满足预设的条件。

在以下的描述中，将所确定的旋转位置测量地点作为“有利的”旋转位 置测量地点。尤其是这样布置和/或定向所述旋转位置传感器，从而调节形成 所确定的旋转位置测量地点。

本发明的范围还包括一种方法，其包含用于减小旋转设备的误差的方法 的步骤，其中还通过将旋转设备用作坐标测量仪的一部分来测量工件或者通 过将旋转设备用作机床的一部分来加工工件或者通过应用旋转设备在利用 坐标测量仪测量工件或利用机床加工工件之前、之中和/或之后使工件旋转。

所述预测装置尤其设计用于在考虑预期波动的情况下，确定旋转位置测 量地点关于旋转轴线的角位置和/或在考虑预期波动的情况下，确定旋转位置 测量地点关于旋转轴线的轴向位置。

所述旋转设备尤其是用于测量工件的坐标测量仪的部件、用于加工工件 的机床的部件或者设计用于在借助坐标测量仪测量工件或者借助机床加工 工件之前、之中和/或之后使工件旋转。

旋转设备通常具有集成的传感器，其能够测量旋转位置。已知的测量原 理例如在EP1923670A1中描述。因此，探测周期性分度的一般原理是，具 有传感器单元的探头在旋转设备的另一部分上探测测量体的一个或多个分 度周期。按照本发明的旋转设备也可以具有至少一个传感器，其检测旋转设 备的第一部分相对于旋转设备的第二部分的旋转位置，其中，传感器尤其检 测测量体上的标记，所述标记在旋转设备进行旋转运动时运动通过传感器的 可检测区域。在此，标记例如可以是线状的标记，它们相对于旋转轴线沿径 向延伸或者平行于旋转轴线延伸。相应的测量体也可以称为分度圆盘。这种 标记通常通过光学传感器检测。理想情况是多个标记以彼此相同的角间距围 绕旋转轴线分布。备选地，测量体上的其它标记可以用于检测旋转运动。可 行的例如是磁性标记，如通过具有围绕旋转轴线分布的磁性元件的结构。用 于检测磁性标记的相应传感器例如可以是磁阻传感器。然而也可以使用例如 霍尔传感器或者其它能够检测磁场的强度或者方向的传感器。然而本发明不 局限于具有检测测量体上的标记的角测量装置的旋转设备。测量体备选地可 以例如具有至少一个磁体，因此在旋转设备围绕旋转轴线进行旋转运动时相 应的磁场旋转，或者反之使旋转设备的可旋转部分相对于静止的磁场旋转。 至少一个传感器检测磁场并且由此确定旋转位置。

之前所述的旋转设备的(实际)旋转轴线的实际位置和之前所述的旋转设 备的理想旋转轴线的理想位置指的并不是由旋转位置测量装置测量得到的 旋转位置。它们指的是空间中的相应旋转轴线上的点的位置。针对所述位置 测量的实施例还将详细描述。例如在测量实际位置与理想位置的偏差时，在 旋转设备进行旋转运动期间和/或之后重复地观察实际旋转轴线的点(例如在 旋转轴线的某一轴向位置上)，也就是(例如间接地通过测量与旋转轴线上的 点相连的物体的至少一个点的位置)测量其位置和/或其与理想旋转轴线的相 应理想位置的偏差。(实际)旋转轴线的实际定向的偏差的测量可以尤其通过 以下方式进行，即测量实际旋转轴线的多个点的实际位置分别与相应的理想 位置的偏差并且由此确定实际定向。然而这只是一种可能性。也不是必须明 确地确定实际旋转轴线的实际定向与理想定向的偏差。按照本发明只测量由 于旋转轴线的实际位置和实际定向与旋转设备的理想旋转轴线和相应的理 想位置之间的偏差产生的旋转设备误差。为了测量误差，例如作为对观察实 际旋转轴线的两个点的备选，可以只观察实际旋转轴线的一个点并且还观察 测量体的与实际旋转轴线相间隔的点，其中，所述测量体与旋转轴线相连。 作为用于测量误差的测量体，例如可以使用旋转对称体或者旋转对称体的结 构(例如具有两个球的杆)，其旋转对称轴线例如这样定向，使其与实际旋转 轴线一致。另一个例子是球板，其具有多个球，所述球例如可以沿旋转轴线 彼此间隔地布置在相同的轴向位置上。另一个例子是旋转位置测量系统的分 度圆盘。在这种情况下，可以将测量系统的至少两个优选以90°的角度间隔 彼此错移的旋转位置传感器用于测量旋转运动误差。为了在旋转轴线的另一 位置得到关于旋转运动误差的其它信息，同样可以在该处测量，例如由另一 旋转位置测量系统或者通过旋转对称体或者具有横向于旋转轴线平坦延伸 的表面的圆盘作为测量体。作为对具有分度圆盘的旋转位置测量系统的备 选，也可以使用其它旋转位置测量系统。在旋转运动期间(其可选地总是可 以再中断)，只需要在至少两个优选以90°的角度间隔彼此错移的测量地点 测量旋转位置。承载旋转位置测量系统的一部分的物体(例如承载分度圆盘 的物体)也可以通过其它方式用作测量旋转运动误差的测量体。例如，物体 可以具有横向于旋转轴线平坦延伸的表面并且可以在运动期间静止的测量 地点测量表面的轴向位置。备选地，可以测量物体的外周向的径向位置。

如果在此指的是与旋转轴线相连的物体或者点，则这尤其意味着，所述 物体或者点属于旋转设备的可旋转部分或者在旋转设备的可旋转部分旋转 时围绕实际旋转轴线旋转，并且物体的定向或者点的位置相对于实际旋转轴 线或者至少相对于实际旋转轴线的区段在旋转设备旋转时不变。

尤其可以按照误差源单独地和/或按照实际旋转轴线相对于理想旋转轴 线的运动自由度单独地测量和/或确定旋转设备的不同运动误差。实际旋转轴 线相对于理想旋转轴线的不同运动自由度例如是横向于实际旋转轴线或理 想旋转轴线以及沿实际旋转轴线或理想旋转轴线的方向的平移自由度。由不 同的误差例如可以直接得到关于有利的旋转位置测量地点的认知。但也可行 的是，例如在某些旋转位置测量地点上或者在可能的旋转位置测量地点的区 域内分析旋转设备的预期总误差。

旋转设备的旋转角的测量到旋转设备运动误差的区域尤其可以是旋转 一整圈，也就是经过所有可能的旋转位置。例如可以分别在旋转设备进行旋 转运动之后在静止状态中或者在旋转运动期间测量测量值。

通过所述测量得到旋转设备的测量运动误差。由这些测量的误差可以确 定旋转设备的预期误差，所述预期误差分别针对旋转位置测量地点进行预 期。在此，尤其可以在所测量的误差值之间进行内插和/或外推法。此外，可 以在已经确定的预期误差值之间进行内插和/或外推法。结果是例如针对可能 的旋转位置测量地点的区域分别得到了旋转位置测量装置的预期误差并且 因此得到了旋转设备的预期误差。预期误差在误差测量的测量点处可能等于 测量误差，由所述预期误差可以确定并且因此选择至少一个旋转位置测量地 点，旋转设备的旋转位置传感器在其上测量旋转位置。

一旦测量了运动误差，则可以确定如上所述关于旋转设备的第一部分或 第二部分的径向位置和/或第一部分或第二部分沿切向的位置的预期波动。这 些径向和切向的波动在观察相应等同的旋转位置测量地点时是相互等同的。 例如，旋转设备的第一部分的处于围绕旋转轴线的某一角位置上的地点和旋 转设备部分的处于围绕旋转轴线错移90°的角位置上的另一地点构成彼此 互补的地点。因此可行的是，由处于错移90°的地点处的预期的或测量的径 向运动误差确定在观察的可能旋转位置测量地点处的预期切向运动误差。

尤其可以例如在多个地点测量运动误差，所述多个地点围绕旋转轴线处 于不同角位置上并且其角位置与可能的旋转位置测量地点的角位置不一致。 由此也可以确定在可能的旋转位置测量地点处的预期切向运动误差。

因此，有利的旋转位置测量地点不只可以直接由所确定的关于相对旋转 方向的切向的位置的预期波动来确定。

旋转位置传感器的旋转位置测量地点尤其是旋转设备的另一部分所处 的地点，所述另一部分也就是没有布置旋转位置传感器、而是布置有测量体 的部分。在旋转位置测量地点上测量旋转位置，也就是旋转位置传感器观察 一个地点(根据旋转设备的旋转位置，所述旋转设备的另一部分的不同区域 或点处于该地点)。这尤其适用于光学检测。例如在之前提到的具有标记的 测量体的情况下，旋转位置传感器检测旋转位置测量地点上的标记。在之前 同样提到了具有至少一个磁体的测量体的情况，因此旋转设备传感器确定所 形成的磁场并且由此确定旋转位置，在这种情况下，旋转位置测量地点尤其 是这样的地点，其具有与旋转位置传感器的地点相同的围绕旋转轴线的角位 置。当旋转设备进行其旋转运动时，旋转设备的另一部分尤其在旋转运动中 运动经过旋转位置测量地点。在此，“运动经过”理解为布置有旋转位置传 感器的部分作为静止部分被观察并且因此由旋转位置传感器的视角感知另 一部分的旋转运动。但作为旋转位置测量地点可以在所有情况下(其中针对 旋转位置测量有效的旋转位置传感器定向与旋转位置测量地点无关地确定， 也就是在旋转位置测量地点变化时只平行地移动)也观察布置有旋转位置传 感器的地点。但一般来说旋转位置传感器可以定向在与相同角位置的地点不 同的地点上，并且可以改变针对旋转位置的测量有效的旋转位置传感器的定 向。

尤其当旋转位置测量地点是旋转设备的另一部分在旋转运动期间所运 动经过的地点时，其可以是接近点状或线状的地点(例如沿相对于旋转轴线 的径向线状延伸的区域)或者是平面状区域，如在使用光学传感器时是这种 情况，所述光学传感器同时包括多个相邻的标记，它们围绕旋转轴线沿旋转 方向依次布置在测量体上。在这种情况下，例如可以定义平面状区域内的一 点(例如其沿径向在预设位置上沿旋转方向的中点)，其坐标可以作为区域坐 标并且因此作为旋转位置测量地点的坐标。甚至可以考虑，旋转位置测量地 点是由旋转位置传感器检测的立体区域。在这种情况下，也可以定义立体区 域的按照之前设定的规则确定的点，其坐标可以用作旋转位置测量地点的坐 标。无论如何，旋转位置传感器通过与测量体的共同作用测量旋转设备的旋 转位置。如果布置有旋转位置测量地点的地点是旋转位置测量地点，则能够 以相似的方式如前所述地定义旋转位置传感器的点，其坐标作为旋转位置测 量地点的坐标。

如果旋转位置测量地点是已知或者确定的，则根据几何定理得到相对于 旋转方向的切向。所述方向是与理想旋转轴线同心的圆上的切线方向，所述 圆经过旋转位置测量地点。

如之后还将详细说明的，优选在实际旋转运动和理想旋转运动之间的偏 差的所有自由度方面测量运动误差，可选地不考虑轴向上的平移自由度。这 允许了在考虑预期波动(参见之前阐述)的情况下不只确定旋转位置测量地点 相对于旋转轴线的角位置，例如通过围绕旋转轴线一圈确定最有利的旋转位 置测量地点。而且作为备选或补充，也可以在考虑预期波动的情况下确定旋 转位置测量地点相对于旋转轴线的轴向位置，针对其所述预期波动满足至少 一个在本说明书中提到的标准。优选由预期波动，也就是在考虑所述波动的 情况下既确定有利的旋转位置测量地点的角位置也确定轴向位置。这所基于 的认知是，并不是在每个相对于旋转轴线的轴向位置上均存在特别有利的旋 转位置测量地点。在旋转设备的给定轴向区段中的最有利的旋转位置测量地 点通常是通过其轴向位置和其角位置定义的唯一地点。

以下描述旋转设备的运动误差测量的另一应用。在这种应用中不一定是 具有旋转位置传感器的旋转设备，即使这是在实践中通常的情况。但以下描 述的应用可以与之前所述的运动误差测量应用相结合。在此，首先测量旋转 设备的运动误差，也就是尤其通过独立的测量系统测量，所述测量系统可选 地可以在测量之后从旋转设备上移除。独立的测量系统尤其理解为这样的测 量系统，其不是坐标测量仪的一部分，所述坐标测量仪具有旋转设备或者测 量待由旋转设备旋转的工件，或者在另一种情况下不是机床的一部分，所述 机床具有旋转设备或者加工待由旋转设备旋转的工件。例如为了通过独立测 量系统测量运动误差，测量系统的测量体可以与旋转设备耦连，因此测量系 统的一个或两个旋转对称的测量体相对于旋转设备的旋转轴线大约旋转对 称地布置，因此可以在旋转轴线的两个彼此间隔的轴向位置上进行测量。例 如，与旋转设备的其它部分(也就是不布置测量体的旋转设备部分)相连的距 离传感器分别在两个彼此间隔的轴向位置上测量旋转对称的测量体在两个 彼此横向延伸的方向上的距离，所述方向同样横向于旋转轴线延伸。优选例 如通过另一个距离传感器测量至少一个测量体的轴向位置波动，由此通过独 立测量系统检测旋转设备的运动误差的五个自由度。

尤其如以下还将详细阐述的，之后在考虑运动误差的测量结果的情况下 确定坐标测量仪的坐标测量装置或者机床的加工工具的至少一个工作位置 和/或工作定向。所述确定过程尤其关于由旋转设备旋转的工件进行。工件的 旋转可以在借助坐标测量装置测量工件或者借助加工工具加工工件之前、之 中和/或之后进行。此外，尤其如前所述地在确定用于旋转设备的旋转位置测 量装置的有利旋转位置测量地点时应用旋转设备的运动误差测量结果。这意 味着，运动误差的测量结果被应用了两次，也就是用于设置旋转位置测量地 点和用于设置坐标测量装置或加工工具的工作位置和/或工作定向。

本发明所要解决的另一技术问题在于，提供一种用于在确定工件坐标或 者加工工件时减小旋转设备误差的方法，其要求较少的测量技术耗费和设计 耗费来将旋转设备相对于旋转对称形状的波纹度分析或者相对于制造旋转 对称形状时产生的波纹状偏差的误差保持得较小。之前已经阐述的方法尤其 应当能以较小的耗费实现工件测量或者工件加工。本发明所要解决的技术问 题还在于，提供一种用于实施所述方法的设备。

本发明从这种认知出发，即尤其用于坐标测量仪和机床的旋转设备在很 多情况下具有不同的误差源，所述误差源对旋转设备的总误差作出不同的误 差贡献。这些不同的误差贡献尤其是平移误差，也就是旋转轴线在旋转运动 期间沿直线方向运动，和旋转误差，也就是旋转轴线在根据旋转设备的可相 对彼此旋转运动的部件的旋转位置相对于不变的理想旋转轴线不同程度地 倾斜和/或以不同方式倾斜于理想旋转轴线地延伸。不同的误差贡献尤其根据 坐标测量装置或机床的加工工具相对于旋转设备的工作位置和工作定向相 互抵消或者增强。但是如之前提到的，测量所述旋转设备的可相对彼此旋转 的部分的当前旋转位置的旋转位置传感器也可以更准确或不那么准确地进 行所述测量。准确度取决于在旋转位置传感器测量旋转位置的地点处的不同 误差贡献是相互抵消还是增强。

此外，本发明所基于的认知是，在旋转位置传感器的确定旋转位置测量 地点或确定的工作位置和工作定向中的单个误差源对测量误差或者对工件 加工的影响小于在其它旋转位置测量地点或其它工作定向和工作位置中的 影响。例如旋转设备的实际旋转轴线可能围绕垂直于理想旋转轴线延伸的摆 动轴线摆动。摆动运动是旋转设备的可旋转部分围绕摆动轴线的旋转运动。 在此，摆动角(实际旋转轴线与理想旋转轴线之间的角)在旋转设备的旋转运 动期间改变。例如在沿平行于所述摆动轴线延伸并且沿轴向与理想旋转轴线 错开(也就是处于与摆动轴线不同的轴向位置上)的工作定向测量工件或者加 工工件时，摆动运动只起到很小的影响。由旋转设备旋转的工件在工作定向 中的径向位置不变。但相反，在坐标测量装置或者加工工具沿在与工作定向 相同的轴向位置上垂直于理想旋转轴线并且垂直于所述工作定向延伸的方 向定向时工件的径向位置由于摆动运动而改变。根据与进行摆动运动所围绕 的摆动轴线的轴向间距(所述轴向间距如所提到的那样沿理想旋转轴线的方 向确定)，摆动运动的误差增强或减弱。

为了回到之前描述的确定有利旋转位置测量地点的情况，不会由于摆动 运动导致旋转位置测量误差的旋转位置测量地点从旋转轴线的视角观察在 垂直于理想旋转轴线和垂直于所述工作定向延伸的方向上。

因此，解决上述技术问题的方案在于，确定坐标测量装置或加工工具的 至少一个工作位置和/或工作定向，针对其旋转设备的预期误差较小和/或满 足预设的条件。关于旋转位置传感器的旋转位置测量地点，解决所述技术问 题的方案在于，确定至少一个旋转位置测量地点，针对其旋转设备的预期误 差较小和/或满足预设的条件。所述预设的条件例如要求，旋转设备的误差没 有达到或没有超过确定的误差值，或者要求波纹度(见上)的确定阶。尤其可 以确定至少一个工作位置和/或工作定向或旋转位置测量地点，针对其旋转设 备的误差小于针对其它工作位置和/或工作定向或旋转位置测量地点的误差。

在确定至少一个工作位置和/或工作定向时，尤其可以考虑用于确定工件 坐标的预设测量任务或用于加工工件的预设加工任务。例如，所述任务可以 确定坐标测量装置或加工工具的工作定向或者确定用于工作定向的可能或 可靠的区域。同理适用于工作位置。关于工作定向，如果两个工作定向相互 平行地延伸，也就是可以通过平行移动相互重叠，则这两个工作定向尤其视 为等同的。尤其可以将工作位置定义为轴向工作位置，也就是将工作位置描 述为与理想旋转轴线重合的坐标轴(例如z轴)的坐标值。在这种情况下，如 果例如在扫描工件或者加工工件时垂直于理想旋转轴线施加力，则工作定向 总是可以定义为垂直于理想旋转轴线延伸。

在确定旋转位置传感器的至少一个旋转位置测量地点时，尤其可以考虑 用于确定可通过旋转设备的可旋转部件进行旋转的工件的坐标的预设测量 任务或者用于加工可通过旋转设备的可旋转部分进行旋转的工件的预设加 工任务。如果例如按照所述任务应实现这样的结果，其相对于围绕工件对称 轴线(其在理想情况下与旋转设备的旋转轴线一致)的旋转对称性具有相对于 预设的阶(例如3阶，也就是在围绕对称轴线旋转一圈时具有三个最大值和 三个最小值)尽可能小的偏差幅度或者具有预设范围的阶，则可以这样选择 旋转位置传感器的地点，使得旋转位置测量误差相对于测量任务或加工任务 在该地点上是最小的或者满足预设的条件。

当在说明书中提到旋转位置传感器的旋转位置测量误差时，测量误差只 是涉及由于旋转设备的实际旋转轴线相对旋转设备的理想旋转轴线的运动 产生的误差分量。在此不观察所有其它的误差分量，尤其是旋转位置测量装 置的误差分量，其即使在旋转设备进行理想旋转运动时也会由于测量装置的 固有误差(例如分度圆盘的分度的不均匀性)而出现，以及由于旋转轴线的偏 心定位(尤其是由于用于支承旋转轴线的旋转运动的偏心旋转支承)产生的误 差分量和由于旋转位置测量装置的可旋转部分的偏心定位产生的误差分量。

例如，加工工具只能在确定的工作定向中在机床上运行。相应地可以例 如出于减小测量误差的原因这样限制测量工件的坐标测量仪的触觉或光学 触头的可移动性，使得只有一个工作定向或者不同工作定向的较小范围是可 行的。作为备选或补充，根据待测量或待加工的工件可能只能将坐标测量装 置或者加工工具布置在确定的工作位置中或者相对于旋转设备的工作位置 的确定区域内。如果例如是非常长的工件，应测量其端部并且使其沿旋转设 备的旋转轴线的轴向定向，则可以例如将工件端部紧贴旋转设备支架地布置 或者远离该支架地布置。

因此再次强调，工作位置和工作定向均是参照旋转设备而不是参照工件 而言的。关于旋转设备的误差，大多只涉及或者主要涉及相对于旋转设备的 工作位置和/或工作定向。此外也可能存在其它影响旋转设备误差的因素，例 如工件的重量、工件的惯性力矩、坐标测量装置或者加工工具施加在工件上 的力、工件的测量/加工的其它参数(例如工具的切割深度)和/或旋转设备使工 件旋转的旋转速度。在本发明的一种设计方案中，这些附加影响因素的至少 一个和/或这些影响因素的任意组合可能影响在相应的工作定向和/或工作位 置中对于旋转设备误差的确定。例如，可以在相应的影响因素或者影响因素 的相应组合产生影响期间测量旋转设备误差。

在很多情况下，旋转设备的平移误差对旋转设备的总误差的贡献比旋转 误差小，旋转误差由于实际旋转轴线相对于理想旋转轴线的倾斜(摆动)而产 生。与机械杠杆原理类似地，(沿旋转轴线的轴向)与摆动轴线的间距越大， 旋转误差的影响越强。如之前提到的，摆动角在旋转设备进行旋转运动期间 改变。由于不随旋转运动改变的恒定倾斜角产生的误差贡献能够以简单的方 式确定并且例如进行校正，方法是这样改变实际的倾斜旋转轴线的定向，使 得其与理想旋转轴线重合。

确定关于旋转设备误差的有利的工作位置和工作定向不只具有减小误 差的优点，而且能够如以下描述地以特别小的测量耗费进行确定。因为能够 以减小的误差测量工件坐标或者加工工件，所以也可以减少用于旋转设备的 设计耗费。

优选不针对坐标测量装置或加工工具的所有可能的工作位置和/或工作 定向测量旋转设备误差和/或优选不针对所有在预设测量任务或预设加工任 务中出现的工作位置和/或工作定向测量旋转设备误差。优选的是，只针对旋 转设备的一些旋转位置和只针对较少的、例如两个(相对于旋转设备的旋转 轴线)轴向的测量位置测量旋转设备的误差。至少针对旋转设备的至少两个 旋转位置测量针对每个轴向位置的误差。备选地，可以在旋转设备的可旋转 部分进行旋转运动期间例如在旋转轴线的至少一个轴向位置上连续地或者 近乎连续地测量旋转设备的误差。这可以例如通过使用电容式或官学的测量 传感器进行，它们测量与旋转设备的可旋转部分共同旋转的检验体(也称为 校准体)的位置或者相对位置。优选地，在任何情况下这样测量旋转轴线的 误差，从而考虑所有的误差源或者所有主要的误差源。如果误差源对旋转设 备的总误差提供或者能够提供主要贡献，则所述误差源为主要的误差源。

尤其测量关于实际旋转运动与理想旋转运动之间的偏差的总自由度的 旋转设备运动误差，可选地不考虑沿旋转轴线方向的平移自由度。在沿旋转 轴线轴向的不具有支承旋转运动的旋转轴承的区段内，可以检测运动误差的 五个(或者可选地四个)自由度，也就是总共三个平移自由度或者可选地横向 于旋转轴线的两个平移自由度和相对于两个转动轴线的转动自由度，所述转 动轴线横向于旋转轴线延伸。围绕旋转轴线的旋转自由度是期望的并且因此 不属于运动误差。例如可以如还将根据附图阐述的那样测量旋转设备的这种 轴向区段。

一种变型方案在于，通过测量在测量体(例如盘状的尤其是旋转对称的 测量体，在其外周上也可以测量沿径向的平移自由度)沿轴向的不同部位上 的偏差来测量旋转自由度。如果在不同部位上出现沿轴向的不同偏差，则这 基于围绕至少一个横向于旋转轴线延伸的转动轴线的转动运动误差。在说明 书中，如果没有另外明确说明，则轴向理解为平行于旋转轴线延伸或者与旋 转轴线的方向一致的方向。盘状的测量体例如可以是旋转台的集成部分，例 如盘状的部分，其构成用于承载待旋转工件的旋转台表面。备选地，旋转台 的另一可旋转部分可以用作测量体，所述另一可旋转部分尤其具有垂直于旋 转轴线延伸的平坦表面(例如所谓的旋转台花盘)。所述测量体或另一测量体 的平坦表面可以与理想的平坦走向具有偏差。在通过使用平坦表面测量旋转 设备的运动误差之前、之中或之后，与理想的平坦走向的已知偏差可以得到 校正。以此方式改善运动误差测量的精度。

然而如果应观察和测量旋转设备的关于旋转设备轴向区段的运动误差， 所述轴向区段具有至少一个用于支承旋转设备的旋转运动的旋转轴承，则可 能由于旋转轴承而出现约束力。因此，取决于所述约束力，旋转设备可能不 再能够被视为是抗弯刚性的，通常在不带旋转轴承的轴向区段中将其视为抗 弯刚性的。因此，在旋转轴承的一个轴向侧上测量的运动误差自由度不能或 者不能在所有情况下转用为旋转轴承的对置轴向侧上的运动误差。因此，在 旋转设备的旋转轴承的两个轴向侧上在一些或所有运动自由度方面测量运 动误差，由此能够确定有利的旋转位置测量地点和/或工作位置和/或工作定 向。备选地，可以只测量旋转轴承的一个轴向侧上的运动误差并且只在这个 轴向侧上确定旋转位置测量地点。

对于测量装置的实施例还会更详细地描述。例如，可以在旋转设备的可 旋转部分上布置用于进行测量的校准体，其中，所述校准体在至少两个不同 的轴向位置上具有相对于实际旋转轴线旋转对称的测量体，并且其中，在旋 转设备的可旋转部分的不同旋转位置下，分别在测量体的轴向位置上测量其 沿两个相互交叉的不同方向的径向位置。以此方式可以在轴向测量位置上直 接测量与旋转位置有关的径向位置并且由此例如分别针对各旋转位置确定 实际旋转轴线相对于理想旋转轴线的倾斜。取代唯一的校准体也可以使用多 个校准体的结构。取代之前描述的校准体例如也可以使用其它校准体，例如 多个校准球，它们并排布置在旋转轴线的相同轴向位置上并且相互连接，例 如形式为所谓的球板。通过本身已知的测量方法可以针对旋转设备的不同旋 转位置测量球的球中点在空间中的位置(例如其三维坐标)。

通过测量得到旋转设备的测量误差。由这些测量误差可以确定旋转设备 的预期误差，它们分别针对坐标测量装置或者机床的加工工具的工作位置和 工作定向进行预期。在此，尤其可以在所测量的误差值之间进行内插和/或外 推法。此外，可以在已经确定的预期误差值之间进行内插和/或外推法。结果 是例如针对坐标测量装置或者加工工具的可能的工作位置区域和/或针对可 能的工作定向区域分别得到了旋转设备的预期误差。预期误差在误差测量的 测量点处可能等于测量误差，由所述预期误差可以确定至少一个工作位置和 /或工作定向，尤其如已经在之前针对旋转设备误差总体描述的那样。

尤其建议以下方案：一种用于在确定工件的坐标或者在加工工件时减小 旋转设备的误差的方法，其中，所述旋转设备能够在确定坐标或加工工件期 间使工件围绕旋转设备的旋转轴线进行旋转运动，并且其中，所述方法具有 以下步骤：

-在一定的旋转角范围内，也就是在旋转设备的两个能相对彼此围绕旋 转轴线进行旋转运动的部分的不同旋转位置下，测量由于旋转轴线的相应的 理想位置和理想定向与旋转轴线的实际位置和实际定向之间的偏差产生的 旋转设备的误差(以下称为：旋转设备的运动误差)并且得到相应的误差测量 值，

-由所述误差测量值确定旋转设备的经过滤的预期误差值，其是针对用 于确定工件坐标的坐标测量装置或者用于加工工件的机床的加工工具与旋 转设备的多个相对的工作位置和工作定向而预期得到的，也就是对于在旋转 设备的旋转运动的完整旋转一圈或者未足整圈旋转期间在旋转轴线的实际 位置和实际定向与旋转轴线的相应的理想位置和理想定向之间的偏差的、至 少一个预设数量范围内的波纹或波动进行过滤或滤波处理得到的，

-由旋转设备的经过滤的预期误差值确定坐标测量装置或者加工工具 的至少一个工作位置和/或工作定向，针对所述至少一个工作位置和/或工作 定向，旋转设备的经过滤的预期误差值在用于确定工件的坐标的预设测量任 务或用于加工工件的预设加工任务中

ο小于针对其它工作位置和/或工作定向的预期误差值和/或

ο满足预设的条件。

此外建议：一种用于在确定工件的坐标或者在加工工件时减小旋转设备 的误差的设备，其中，所述旋转设备能够在确定坐标或加工工件期间使工件 围绕旋转设备的旋转轴线进行旋转运动，并且其中，所述设备具有：

-测量装置，所述测量装置设计用于在一定的旋转角范围内，也就是在 旋转设备的两个能相对彼此围绕旋转轴线进行旋转运动的部分的不同旋转 位置下，测量由于旋转轴线的相应的理想位置和理想定向与旋转轴线的实际 位置和实际定向之间的偏差产生的旋转设备的误差并且将相应的误差测量 值输出至预测装置，

-预测装置，所述预测装置设计用于由所述误差测量值确定旋转设备的 经过滤的预期误差值，其是针对用于确定工件的坐标的坐标测量装置或者用 于加工工件的机床的加工工具与旋转设备的多个相对的工作位置和工作定 向而预期得到的，也就是对于在旋转设备的旋转运动的完整旋转一圈或者未 足整圈旋转期间在旋转轴线的实际位置和实际定向与旋转轴线的相应的理 想位置和理想定向之间的偏差的、至少一个预设数量范围内的波纹或波动进 行过滤或滤波处理得到的，

-确定装置，所述确定装置设计用于由旋转设备的经过滤的预期误差值 确定坐标测量装置或者加工工具的至少一个工作位置和/或工作定向，针对所 述至少一个工作位置和/或工作定向，旋转设备的经过滤的预期误差值在用于 确定工件的坐标的预设测量任务或用于加工工件的预设加工任务中

ο小于针对其它工作位置和/或工作定向的预期误差值和/或

ο满足预设的条件。

旋转设备的每个经过滤的预期误差值适用于坐标测量装置或加工工具 的多个相对工作位置和工作定向之一，也就是配属于一个工作位置、一个工 作定向或者工作位置和工作定向的一种组合。

尤其调节形成坐标测量装置或加工工具的所确定的工作位置和/或工作 定向，也就是在调节之后所述坐标测量装置或加工工具具有这个工作位置和 /或工作定向。

工作位置和/或工作定向的优化所具有的优点是，可以显著提高波纹度分 析的精度。如果由于波纹造成的最大允许误差非常小，则可能由于不利的工 作位置和/或工作定向就已经达到这个误差。本发明能够避免这种不利的布 置。

测量旋转设备的运动误差的测量装置尤其可以是坐标测量仪的一部分， 所述坐标测量仪具有坐标测量装置，其有利的工作位置和/或工作定向得到确 定。例如，坐标测量装置在旋转设备的不同旋转位置和不同工作位置和/或工 作定向上探测布置在旋转设备上的测量体，并且坐标测量仪以此方式确定运 动误差。坐标测量仪还可以具有预测装置和确定装置。这不只适用于计算经 过滤的预期误差值，而且也适用于计算预期误差值的变型方案，其不按照波 纹阶的预设范围进行过滤或者完全不进行过滤。这些预期误差值同样可以用 于确定有利的工作位置和/或工作定向。上述方法步骤能够在没有过滤步骤和 与之相关的步骤(如变换到频率空间和逆变换)的情况下以相同方式进行。

所述设备的这种设计方案或者所述方法的这种设计方案解决了以下问 题：如之前提到的，可以确定旋转设备(例如能够布置待测量工件的旋转台) 的误差并且在运行具有坐标测量仪和旋转设备的装置期间通过计算进行校 正。然而存在这样的坐标测量仪(相应地也存在这样的机床)，它们不具有用 于通过计算校正旋转设备误差的功能。在另一种情况下，应避免用于计算校 正的较高耗费的成本。

然而按照本发明，可以这样设计坐标测量仪的控制装置，使得其能够控 制用于测量旋转设备运动误差的测量装置的功能。坐标测量仪的控制装置尤 其可以具有相应的软件。此外，控制装置例如也可以通过相应的软件控制和 /或实施预测装置和确定装置的功能。在这种情况下，本发明不只降低了用于 减小旋转设备误差的耗费。还尤其可以降低用于测量运动误差的耗费，方法 是按照说明书其它地方提到的那样测量运动误差并且由此确定坐标测量装 置或加工工具的有利布局和/或有利的旋转位置测量地点。尤其也可行的是， 作为对之前计算校正旋转设备误差的补充而实施本发明。由此实现了特别高 的精度，因为还可以进一步降低在总误差的5％范围内的计算校正的剩余误 差。

因此，通过集成测量装置、预测装置和确定装置可以克服这样的缺点， 即坐标测量仪不能接收用于校正旋转设备误差的校正数据。

一般来说，不只在将测量装置集成到坐标测量仪中时本发明才具有这样 的优点，即有利的工作位置和/或工作定向不只处于也测量了旋转设备运动误 差的地点。而且由运动误差的测量值也可以针对其它工作位置和/或工作定向 计算预期误差值。由此可以避免，只有来自旋转设备说明书的值能够作为预 期误差，这些值不是相对确定的工作位置和/或工作定向而言的。这些来自说 明书的误差值通常比在有利的工作位置和/或工作定向上的实际误差值大很 多。尤其在波纹度分析中，相对于给定阶的波纹，来自旋转设备说明书的误 差值通常比旋转设备的实际误差大很多。因此，通过过滤所测量的运动误差 值，通常可以找到有利的工作位置和/或工作定向，其中预期的运动误差值比 来自旋转设备说明书的总计误差小很多。但是计算预期运动误差的可能性也 在以下情况下有所帮助，即，在坐标测量仪或者机床运行时需要通过旋转设 备使工件旋转，所述工件由于其特性(尤其是其形状)而不允许设置在坐标测 量装置或者加工工具的所确定的有利工作位置和/或工作定向上，或者对于该 工件来说并不关注在有利的工作位置和/或工作定向上测量或加工工件。因 此，可以在不重新测量运动误差的情况下确定可使用的和/或在测量任务或加 工任务方面合理的有利工作位置和/或工作定向。

尤其可以通过计算预期运动误差针对测量了运动误差的工作位置和/或 工作定向计算运动误差的差值。另一可能性在于，确定包含有利的工作位置 和/或工作定向的列表，其中，预期运动误差在列表的顺序中提高或者无论如 何不会降低。因此，列表中的第一项涉及这样的工作位置和/或工作定向，针 对其来说，旋转设备的被检验区域内部的预期运动误差是最小的。如果列表 顺序中的一个或多个工作位置和/或工作定向对于实施测量工件的测量任务 或者实施加工工件的加工任务是不可行的，则可以由这个列表确定下一个可 能的有利工作位置和/或工作定向。

但也可以由预期运动误差的计算估计预期运动误差的不可靠性有多大， 因为在实施测量任务或加工任务时不能准确地调节形成有利的工作位置和/ 或工作定向。例如可以估计调节工作位置和/或工作定向的准确度和预期运动 误差由此改变了多少。

在确定经过滤的预期误差值时，旋转设备运动误差的测量结果(尤其分 别针对轴向位置)可以确定为在旋转设备围绕旋转轴线进行旋转运动的一次 完整旋转或者部分旋转内的旋转位置的函数，例如通过傅里叶变换变换到频 率空间，按照其过滤波纹数量的至少一个预设范围(例如通过带通滤波器)， 并且逆变换到旋转位置值的空间内。以此方式，经过滤的预期误差值可供使 用，也就是分别针对多个相对工作位置和工作定向之一使用。在此，配属的 工作位置相当于一个轴向位置，在该轴向位置上确定在一次完整旋转或部分 旋转内关于旋转位置的函数。本发明的认知是，一般来说经过滤的预期误差 测量值对于工作位置与工作定向的每个组合(也就是对于坐标测量装置或者 加工工具的每个具体布局)来说均与所有其它组合或者几乎所有其它组合不 同。

与过滤的实施形式无关，过滤的优点在于，经过滤的预期误差值并且因 此用于确定有利工作位置和/或工作定向的原始数据基本上只还具有处于至 少一个预设阶数范围内的误差分量。因此，相对于至少一个预设范围确定有 利的工作位置和/或工作定向。阶数范围理解为只包含唯一的阶数(例如阶数 3)的范围。

尤其可行的是，不只一次、而是多次地以前述方式过滤误差测量值，其 中，尤其在每次过滤时均从未过滤的误差测量值出发。因此能够针对不同的 过滤过程预设不同的波纹阶数预设范围。得到不同的经过滤的预期误差值 组，并且例如可以针对过滤的每个结果单独地确定有利的工作位置和/或工作 定向。以此方式例如可行的是，针对波纹的第一阶数(例如阶数3)确定有利 布局并且针对波纹的第二阶数(例如阶数4)确定有利布局。因为有利的工作 位置和/或工作定向针对不同的波纹阶数范围一般是不同的，这导致在坐标测 量装置的不同布局中通过坐标测量装置测量工件，其中，每个布局均对于在 不同的波纹阶数范围中的波纹测量是有利的。

尤其可行的是，针对由经过滤的预期误差值计算出的工作位置和/或工作 定向说明旋转设备的运动误差相对于至少一个预设的波纹阶数范围的误差 贡献。此外，也可以针对计算出的工作位置和/或工作定向由误差测量值确定 总运动误差并且因此也可以确定在至少一个预设的波纹阶数范围之外的运 动误差的误差贡献。每个这种说明均是测量或加工工件的质量量度。

在旋转运动的一次完整旋转(完整旋转一圈)或者部分旋转(未足整圈旋 转)时的波纹数量的预设范围或者预设范围之一也可以只包含一个波纹数 量，也就是一个阶数(见上)。这例如在以下情况下是有利的，即在该阶数时 用于工件的测量任务或加工任务的最大允许误差特别小。通常在旋转对称的 工件的波纹度分析中，将波纹度误差作为波纹度阶数的函数与同样取决于波 纹度阶数的误差极限函数进行比较。所述误差极限函数相当于预设的最大允 许误差。尤其将波纹度的振幅用作误差量度。因此，振幅相当于假定的或者 实际的传感器的测量值的最大波动，所述传感器测量在旋转设备的一次旋转 中工件相对于旋转轴线的径向位置。

尤其可以由经过滤的预期误差值确定工作位置和/或工作定向，针对该工 作位置和/或工作定向，预期的误差值小于或者备选地小于或等于预设的最大 允许极限值。本发明的优点是，可以对坐标测量装置或者加工工具的不同工 作位置和/或工作定向进行分析，以判断配属的经过滤的预期误差值是否满足 预设的条件。在此，旋转设备的旋转运动误差的测量与其它用于研究旋转设 备误差的方法相比可以非常快地进行。例如足够的是，在测量体围绕旋转轴 线旋转一次期间，在不同轴向位置上分别在两个例如围绕旋转轴线具有90 °的角间隔的测量点处扫描一个旋转对称的测量体或者两个旋转对称的测 量体。可选地，还可以附加地测量沿旋转轴线的轴向的运动误差，其通常称 为翘曲。例如在使用电容式距离传感器时，测量体可以在几秒内进行一次旋 转，其中，例如在测量频率为几kHz时产生多个分别相应于不同旋转位置的 测量值。

如已经提到的，可以按照误差源单独地和/或按照实际旋转轴线相对于理 想旋转轴线的运动自由度单独地测量和/或确定旋转设备的不同运动误差。由 不同的误差例如可以直接地得到关于有利的工作位置和/或工作定向的认知。 但也可行的是，例如在确定的工作位置和/或工作定向上或者在工作位置范围 内和/或工作定向范围内分析旋转设备的预期总误差。

尤其也可行的是，在分析预期误差值和尤其是分析预期总误差时考虑关 于坐标待测量的工件的预期形状的认知。例如，工件可能是通过已知的制造 方法制成的，这种方法能够在工件表面的基本上旋转对称的走向上周期性地 预测与理想的旋转对称形状的偏差。通过模拟测量坐标的测量过程或者至少 部分测量过程，可以确定坐标测量装置的工作位置和/或工作定向，所述工作 位置和/或工作定向允许以较小的误差确定工件与理想形状的周期性形状偏 差。例如，测量任务可能要求以小于预设极限值的误差测量工件表面上的预 期与理想形状存在最大形状偏差的部位。备选地，可以相对于旋转设备确定 这样的测量定向，在所述测量定向中，能够以最小的旋转设备预期误差测量 周期性的形状偏差。

尤其如前所述地，可以通过模拟工件的坐标测量或者加工确定至少一个 工作位置和/或工作定向。因此，最佳地针对相应的任务确定工作位置和/或 工作定向。模拟可以限于与旋转轴线的预期运动误差。模拟不需要工件，尤 其是具有形状误差的实际工件。

在确定至少一个工作位置和/或工作定向时，尤其可以以测量任务为依 据，根据所述测量任务扫描地探测工件的表面。扫描地(例如接触式或光学 的)探测工件的过程通常例如用于测量接近旋转对称的表面区域并且在短时 间内得到测量结果。按照另一个可以作为依据的测量任务，只测量工件表面 上的各点的坐标。测量任务可以例如进行光学的、气动式的、感应式的、磁 性的、电容式的和/或接触式的探测测量。

本发明的优点在于，相对于完整的校准简化了旋转设备误差的测量，因 为由测量的误差计算预期误差。因此，旋转设备误差的测量可以经常重复进 行，例如每次均在测量或加工工件之前进行。

至少一个由旋转设备的经过滤的预期误差值确定的工作位置和/或工作 定向尤其通过确定装置输出至坐标测量装置或者机床的控制装置。在此，确 定装置可以是控制装置的一部分。在这种情况下则输出至控制装置的另一部 分，这个部分控制通过坐标测量装置对工件进行的测量或者通过机床对工件 进行的加工。以此方式可以自动地在确定至少一个工作位置和/或工作定向之 后开始工件的测量或者工件的加工。

坐标测量装置例如指的是用于接触式探测或者光学探测工件的触头。备 选地可以是传感器(例如探测头)，其设计用于根据对工件的测量产生信号， 由所述信号能够确定工件坐标。坐标测量装置例如是坐标测量仪的一部分。 机床的加工工具例如可以是切割工具或者研磨工具。

本发明还包括一种具有用于减小旋转设备误差的设备的坐标测量仪。确 定装置尤其可以与坐标测量仪的控制装置相连，因此控制装置能够按照坐标 测量装置的所确定的至少一个工作位置和/或工作定向控制对工件坐标的测 量。

如已经提到的那样，本发明可以应用在机床领域。机床通常包括两个旋 转设备(大多称为转轴)。其中一个转轴在加工期间使工件旋转。另一个转轴 允许使加工工具旋转。在此，两个转轴的旋转轴线在很多情况下是相互平行 的。通过本发明可以将工具转轴置入有利的旋转位置(并且因此进入相应的 工作定向)中和/或沿工件转轴的旋转轴线的有利工作位置中。

由旋转设备的所确定的经过滤的预期误差值尤其可以产生误差地图或 者误差模型。所述地图或者模型可以例如存储在数据存储器内，坐标测量仪 或者机床的控制装置能够对数据存储器进行存取。误差地图与误差模型之间 的区别在于，在误差地图中保存有针对相应的工作位置和/或工作定向的误差 值，而误差模型包含至少一个计算准则，所述计算准则规定了如何能够由关 于期望的工作位置和/或工作定向上的误差值的信息计算预期误差值。误差地 图和误差模型的结合是可行的。例如，误差模型可以确定如何由包含在误差 地图中的针对其它工作位置和/或工作定向的误差值确定预期误差值。尤其也 可以通过分别配属于影响因素或影响因素组合的不同误差地图和/或误差模 型考虑之前提到的其它影响旋转设备误差的影响因素，例如工件的重量。在 此，误差地图和误差模型的组合也是可行的。

误差模型尤其可以具有关于旋转设备的信息(例如旋转设备的可旋转部 分的轴承刚性)并且通过应用这些信息计算针对至少一个工作定向和/或工作 位置的旋转设备的预期误差值，所述预期误差值是针对确定的、尤其是预设 的任务进行预期的。误差模型例如能够以这种方式考虑到由于加工工件或测 量工件时作用的力而产生的工作条件改变。

坐标测量仪或者机床的控制装置尤其可以确定在旋转设备误差方面有 利的工作定向和/或工作位置并且建议给用户。如之前提到的，作为备选或补 充，控制装置可以将这些有利的工作位置和/或工作定向自动地用于工作过 程。

在机床领域，本发明尤其适用于快速旋转的旋转设备，尤其是工件转轴， 因为在旋转速度较高时不能例如通过相应地跟踪控制加工工具来对旋转设 备的误差进行补偿。

本发明也适用于与旋转设备误差的计算校正进行结合。例如旋转设备可 以是经过校准的并且可以保存用于校正旋转设备误差的相应校正值，例如用 于坐标测量仪或者机床的控制装置的存取。在这种情况下，按照本发明的方 法可以在考虑校正的情况下确定针对不同的工作位置和/或工作定向的预期 剩余误差并且如上所述地将其用作旋转设备的预期误差。

取代对旋转设备误差的计算式校正和计算式地确定预期剩余误差，可以 在考虑校正的情况下测量旋转设备的误差并且以这种方式测量剩余误差。由 此又可以确定预期误差值。

现在参照附图描述本发明的实施例。在附图中：

图1示出用于坐标测量仪的旋转设备，尤其是旋转台，其中，在西安事 变的可旋转部分上布置有旋转对称的部分，在此是圆柱体，圆柱体的旋转轴 线与旋转设备的旋转轴线重合，并且示意性地示出例如坐标测量仪的传感器 的确定的工作位置和工作定向，

图2示出图1的视图，其中，传感器的工作定向和工作位置选择得与图 1不同，

图3示出图2中的设备的俯视图，以便阐述传感器的工作定向与坐标轴 围成的角，

图4示出具有旋转设备、尤其是按照图1至图3的旋转设备的设备，其 中，旋转设备与具有两个旋转对称的测量体的校准体相结合，以便测量旋转 设备的实际旋转轴线相对于理想旋转轴线的倾斜和位移，

图5示出旋转设备、例如按照图1至图4之一的旋转设备的实际旋转轴 线与理想旋转轴线的几何关系示意图，

图6示出图表，其显示了旋转轴线相对于坐标轴(例如x轴)的平移误差， 所述坐标轴垂直于旋转设备的旋转轴线延伸并且是位置固定的坐标系的一 部分，所述平移误差与旋转设备的可旋转部分相对于旋转设备的固定部分的 旋转角有关，

图7示出图表，其显示了旋转设备的实际旋转轴线相对于旋转设备的理 想旋转轴线的斜率误差(倾斜角)，所述斜率误差与旋转设备的可旋转部分相 对于固定部分的旋转角有关，其中，只观察围绕坐标轴(例如y轴)的倾斜， 所述坐标轴垂直于坐标轴(x轴)延伸，相对于图6中的平移误差进行显示， 也就是按照图6和图7的视图的误差可能增强或抵消，

图8示出视图，其显示了在旋转设备的一次完整旋转中图6所示的平移 误差与图7所示的旋转误差的合成误差，所述合成误差与沿旋转轴线的工作 位置有关，

图9示出图表，其与图6类似地，但是相对于既垂直旋转轴线也垂直第 一坐标轴延伸的第二坐标轴作为可旋转部分的旋转位置的函数示出旋转设 备的平移误差，

图10示出图表，其与图7相应地显示旋转误差，所述旋转误差可能增 强或者抵消图9所示的平移误差，

图11示出在确定的工作定向上基于图6和图9所示的测量的平移误差 的平移误差，所述平移误差与旋转设备的可旋转部分的旋转位置有关，

图12示出在考虑平移误差和旋转误差的情况下的作为可旋转部分的旋 转位置的函数的针对第一工作定向和第一工作位置的旋转设备总误差，

图13示出作为可旋转部分的旋转位置的函数的针对第二工作定向和第 二工作位置的旋转设备总误差，

图14示出作为可旋转部分的旋转角的函数的针对第三工作定向和第三 工作位置的总误差，

图15示意性地示出具有旋转设备、测量装置、预测装置、确定装置和 坐标测量仪或机床的控制装置的设备，

图16示意性地示出支架构造的坐标测量仪，在其探头上布置有接触式 触头并且在其基座上布置有旋转台，

图17示出旋转位置测量装置的测量体和旋转位置传感器的俯视图，

图18示出尤其是图17中的测量体沿横向于旋转设备的旋转轴线方向的 移动，

图19示出旋转位置测量装置的测量体，其具有多个可能的旋转位置测 量地点，其中定义坐标系以及角位置，

图20示出剖切具有集成的旋转位置测量装置的旋转设备得到的轴向剖 面。

在图1中所示的旋转设备具有可旋转部分11，其可相对于旋转设备的不 可旋转部分12围绕理想旋转轴线旋转，所述理想旋转轴线在图1的视图中 与笛卡尔坐标系x、y、z的z轴(例如竖直的轴)重合。然而，旋转设备11、 12的实际旋转轴线与理想旋转轴线有偏差，因为旋转设备是有误差的。旋转 设备的实施例还将根据图20阐述。

图1示出布置在可旋转部分11的表面上的圆柱体部分13，其圆柱体轴 线沿旋转设备11、12的实际旋转轴线的方向定向。对于以下的考虑假设， 圆柱体部分13不具有形状误差，即为理想的圆柱体。如果坐标测量仪的传 感器或者触头或者类似地机床的加工工具沿通过双向箭头s1显示的方向朝 圆柱体部分13的表面定向，并且如果使旋转设备的可旋转部分11旋转并且 因此使圆柱体部分13共同旋转，则旋转设备的误差、也就是实际旋转轴线 与理想旋转轴线的偏差对测量或加工产生影响。如还将详细阐述的那样，误 差与触头、传感器或者工具的工作位置和工作定向有关地以不同的方式产生 影响。在图1所示的情况下，工作位置沿坐标系x、y、z的z轴向上移动了 Δz的量并且平行于x轴延伸。如沿x轴的双向箭头所表示的，旋转设备11、 12的误差可能使圆柱体部分13的周向表面沿x轴的两个方向移动，也就是 在可旋转部分11完整旋转一周时，部分13的表面区域的x位置沿x方向来 回波动，触头、传感器或者工具朝向所述表面区域定向。

图2示出图1中的设备，但是改变了工作定向。在所示的情况下，工作 位置与图1相同地处于坐标系的xy平面(这个平面例如也是旋转台表面的平 面)上方Δz处。工作定向同样垂直于z轴，但是与x轴的平行线围成角度θ。 图3示出相应的俯视图。

在图1和图2中，通过围绕x轴或y轴的曲线箭头表示在可旋转部分11 旋转期间，旋转设备的实际旋转轴线可围绕x轴和y轴倾斜(也就是旋转或 转动)。

在图4中示出对旋转设备、尤其是按照图1至图3的旋转设备的运动误 差的测量。测量装置具有四个测量传感器，它们的测量方向通过用附图表记 s2、s3、s4、s5表示的箭头示出。测量传感器没有详细示出并且例如可以固 定在共同的支架2上，所述支架布置在位置固定的装置1上。图4中的视图 应示意性地理解。在实践中，所述设备可以具有不同的机械设计。

具有测量方向s2、s3的测量传感器朝校准体4的第一球形区域K1定向。 具有测量方向s4、s5的测量传感器朝校准体4的第二球形区域K2定向。在 此，球形区域K1、K2沿旋转设备11、12的实际旋转轴线A1处于不同的轴 向位置上。由图4可以看出，实际旋转轴线A1在所示的旋转位置中相对于 理想旋转轴线A2倾斜或者扭转地延伸。

在图4的实施例中，校准体4指的是杆，所述杆以其纵轴线沿实际旋转 轴线A1的方向延伸并且在此具有所述球形区域K1、K2。所述球形区域K1、 K2的中点优选如图4的例子所示处于实际旋转轴线A上。备选的校准体也 是可行的。例如可以将圆柱体、如图1至图3中的圆柱体13用作校准体并 且传感器可以分别成对地朝不同的高度位置(或z位置)定向。传感器优选分 别成对地彼此垂直地定向。然而这并不是必须的，但这简化了对测量的分析。 此外优选的是，具有四个测量传感器的测量装置垂直于理想旋转轴线A2定 向。可选地可以附加地使用另一测量传感器，其测量校准体的上部(在图4 中即为第一球形区域K1)的z位置。

在旋转设备的可旋转部分11相对于固定部分12的不同旋转位置中，例 如以分别1°的角间距，沿测量方向s2-s5分别测量与球形区域K1、K2的 间距和/或球形区域K1、K2的位置或者其表面。以此方式由四个测量传感器 在两个不同的z位置上测量旋转设备的总误差的x分量和y分量。由此能够 确定旋转设备的平移误差和旋转误差。平移误差由此定义，即其在可能的工 作位置的整个区域(例如整个高度，在此是z方向)上以相同方式作用，然而 与可旋转部分的旋转位置有关。但旋转误差在可能的工作位置的整个区域上 不同地作用。关于此还将根据图5详细阐述。一般而言，旋转误差和平移误 差均与可旋转部分11的旋转位置有关。由此得出，通过唯一的测量传感器 或者在一个固定的工作定向中不能区分旋转设备的平移误差和旋转误差。由 此相反地得出，存在这样的工作定向和工作位置，针对所述工作定向和工作 位置，平移误差和旋转误差比针对其它工作位置和工作定向更好地(相对于 更小的误差值而言)抵消。关于此还将详细阐述。

在以下还认为，可以单独地考虑并且校正校准体和工件的偏心度和倾斜 度。因此以下认为校准体是理想的旋转对称的。

由得到的旋转设备误差测量值例如可以在第一步骤中计算，哪个测量误 差在不同于所述测量的其它z位置上可能出现。例如根据图4描述的测量在 图5的下部的两个z位置z1、z2上进行。图5示出在坐标系x、y、z的xz 平面内的视图。实际旋转轴线A1或者其在xz平面内的投影相对于理想旋转 轴线A2倾斜了角度α。因此，在位置z1上确定的与(存在于围绕理想旋转 轴线旋转时的)理想情况的偏差例如小于在位置z2上的偏差。在z位置z1、 z2上的误差之差为Δx。由此可以针对第三z位置z3计算沿x方向与理想情 况的偏差，如图5所示。在z位置z3中，与理想情况的偏差比在z位置z1 上大Δx’。以此方式，可以针对沿z方向的整个相关区域计算沿x方向的偏 差并且以类似的方式计算沿y方向的偏差，即按照以下用于x方向偏差的方 程：

x2＝x1+tan(α)*(z2-z1)

在这个公式中，x1、x2表示实际旋转轴线A1沿x方向的位置或者其在 xz平面内的投影，z1、z2表示z位置并且α表示图5所示的实际旋转轴线 A1与理想旋转轴线A2之间的角。然而，这个方程不只适用于误差测量的两 个z位置，而且也分别适用于两个任意的其它z位置，包括测量位置和待计 算的位置。y位置的计算以相同的方式进行，方法是在方程中通过y2代替 x2并且通过y1代替x1并且观察实际旋转轴线A1在yz平面内的投影。此 外，角度α也通过描述在yz平面内的倾斜的相应倾斜角代替。

在图6中例如只显示了旋转设备沿x方向的平移误差作为可旋转部分 (例如图1至图4中的部分11)的旋转位置的函数。如上所述，在各旋转位置 上，针对所有z位置的平移误差大小相同。

如图6所示，沿x方向的平移误差在可旋转部分旋转的过程中波动。所 示的是一整次旋转，这在水平轴的刻度上也可以看出。沿竖直轴在约-5× 10^-6m至+5×10^-6m之间的范围内显示了沿x方向的平移误差分量。

沿x方向作用(也就是例如由于实际旋转轴线A1只围绕y轴的倾斜产生) 的相应旋转误差在图7中示出。

如上所述，平移误差不以不同方式在z值的可能范围内作用。而由平移 误差和旋转误差组成的总误差基于与机械杠杆原理的类似性与z位置有关地 波动。如果可以只通过z位置描述工作定向，例如因为工作定向总是垂直于 理想旋转轴线定向，则由图6和图7所示的平移误差和旋转误差得到图8所 示的总误差，其与z位置有关，也就是与能通过z位置明确描述的工作位置 有关。在此，总误差是在可旋转部分的一次完整旋转中的误差的最大值与最 小值之间的差值。

在图8中可以看出，在处于0至0.2之间的可能z位置的范围内，总误 差处于1×10^-6m至9×10^-6m的值之间并且大约在z＝0.12m时具有最小值。 因此，如果只出现在图6和图7中所示的误差(即没有沿y方向作用的误差) 或者如果工作定向平行于坐标系的x轴定向，则推荐选择高度或z位置在 0.12m处的工作位置。在这种工作位置和所述工作定向中，旋转设备的误差 最小。

相应地适用于确定有利的旋转位置测量地点，在所述旋转位置测量地点 上，旋转位置测量装置以最小的运动误差测量旋转设备的旋转位置。然而在 此必须考虑到，切向于旋转方向的运动误差影响旋转位置测量误差。而在坐 标测量装置或者加工工具沿径向定向时，沿径向的运动误差是重要的。因此， 尽管针对旋转位置测量地点选择了沿z方向的相同工作位置，但位置沿旋转 方向相对于地点错移90°，在所述地点上应布置有沿径向定向的加工工具或 者这样定向的坐标测量装置。

现在将之前描述的只观察沿x方向的误差的情况扩展为一般的情况，其 中也可能出现沿x方向的误差或者工作定向不总是平行于x方向延伸。

图9和图10示出与图6和图7相应的、平移误差(图9)和旋转误差(图 10)的关系，所述误差沿y轴作用。在图11中显示了针对确定的工作定向的 平移总误差(也就是由图6和图9所示的误差组成的总误差)。所述总误差可 以通过以下方程由沿x方向作用的误差s_x和沿y方向作用的误差s_y计算得 出：

在此，θ表示根据图2和图3引入的工作定向角并且表示旋转设备的 可旋转部分的旋转角，其也在图6、图7、图9和图10的图表中以及在其它 图表中沿着水平轴线画出。

通过将图11与图6和图9相比较可以看出，沿x方向和y方向的误差 分量部分抵消。在图11中，误差值处于比在图6和图9中更小的范围内。 然而这与所选的工作定向有关，也就是例如与触头、传感器或者工具相对于 旋转设备的定向有关。工作定向选择为θ＝45°。

以相应的方式可以计算总旋转误差，其与平移总误差一样取决于工作定 向，即角θ，并且附加地取决于工作位置，即沿z方向的位置。

因此在图12至图14中，只针对选出的三对工作位置和工作定向显示沿 x方向和y方向的平移误差的总误差与沿x方向和y方向的旋转的关系。因 为旋转总误差既与工作定向也与工作位置有关，所以这也适用于针对旋转和 平移的总误差。相应地又适用于确定旋转位置测量地点。因此，工作定向相 应于沿旋转方向相对于旋转轴线错移90°的位置。

图12中视图的工作位置例如为0。工作定向同样为0。总误差在8.7μm 的范围内波动。在图13的情况中，工作位置z＝0.144m。工作定向为 θ＝3.3rad(弧度)。总误差的值在旋转设备的可旋转部分的一次旋转中在0.35 μm的范围内波动。对于图14中的结果，工作位置z＝0.047m并且工作定向 θ＝0.34rad。误差值在4.7μm的范围内波动。

因此，属于图13中图表的工作位置和工作定向在可旋转部分的一次旋 转中产生了最小的误差并且因此在三对可能的工作位置和工作定向的比较 中是值得推荐的。

并不一定在所有情况下均在考虑可旋转部分的一次完整旋转时才进行 推荐。而是也可以考虑这样的测量任务或加工任务，可旋转部分按照所述任 务可以只旋转一圈中的部分区域。因此，可能形成与针对完整旋转不同的用 于工作位置和工作定向的推荐。

图15示意性地示出具有旋转设备、例如按照图1至图4的旋转设备的 设备。旋转设备的可旋转部分11可以相对于不可旋转部分12旋转。测量装 置21设计用于测量旋转设备11、12的误差并且将相应的误差测量值输入预 测装置23。所述预测装置23设计用于由误差测量值确定旋转设备11、12 的(尤其是经过滤的)预期误差值，所述预期误差值分别针对用于确定工件坐 标的坐标测量装置(图15中未示出)或者用于加工工件的机床的加工工具与 旋转设备的相对的工作位置和工作定向进行预期。作为备选或补充，预测装 置设计用于由误差测量值确定旋转设备11、12的预期误差值，它们分别针 对旋转位置测量地点进行预期。确定装置25与预测装置23相连并且设计用 于由旋转设备11、12的预期误差值确定至少一个工作位置和/或工作定向， 针对其所述旋转设备11、12的预期误差值是有利的。作为备选或补充，确 定装置设计用于由预期误差值确定至少一个有利的旋转位置测量地点。至少 一个由确定装置25确定的工作位置和/或工作定向被输入至坐标测量仪或者 机床的控制装置27，所述控制装置尤其自动地控制通过至少一个所确定的工 作位置和/或工作定向对工件的测量或者对工件的加工。作为备选或补充，调 节所确定的有利的旋转位置测量地点。

在图16中示出的支架构造的坐标测量仪(KMG)211具有底座201，其上 布置有可沿笛卡尔坐标系的Z方向运动的柱202、203。所述柱202、203与 横梁204共同构成KMG211的支架。所述横梁204在其对置的端部上与柱 202或203相连。未详细示出的电动机使柱202、203沿Z方向进行线性运 动。在此，例如两个柱202、203中的每一个均配置有电动机。横梁204与 横向滑橇207相结合，所述横向滑橇空气支承地可在笛卡尔坐标系的X方向 上沿横梁204运动。横向滑橇207相对于横梁204的当前位置可以根据比例 尺分度206确定。横梁204沿X方向的运动通过另一电动机驱动。在横向滑 橇207上布置有可沿竖直方向运动的顶尖套筒208，所述顶尖套筒在其下端 部通过安装装置210和旋转设备205与坐标测量装置209相连。所述坐标测 量装置209具有折角的探头215，具有探测球121的探针111可取下地布置 在所述探头上。坐标测量装置209可以由另一电动机驱动地相对于横向滑橇 207沿笛卡尔坐标系的Y方向运动。通过KMG的电机，探头209可以在横 梁204下方的区域内运动到几乎任何位置。此外，旋转设备205可以使探头 215围绕Y轴旋转，因此探针111可以沿不同的方向定向。

在底座201上布置有旋转台217(也就是旋转设备)，其具有集成的旋转 位置传感器(图16中未示出)。所述设备应示意性地理解。在实践中，旋转台 217布置在这样的位置上，在所述位置上探针111或者另一探针可以尽可能 地不受阻碍地从所有侧面沿旋转台217的旋转轴线的径向、也就是在尽可能 任意的工作定向中探测布置于旋转台217上的工件(未示出)。相应地也尽可 能在沿着旋转设备217的旋转轴线的延伸的整个高度区域内适用于探针的所 有工作位置。

按照本发明的一种优选实施形式，首先在旋转设备217上布置校准体， 如图1至图3中的圆柱体或者图4中的双球杆。此外布置如在图4中示意性 示出的单独的测量装置，其具有至少一个传感器s2至s5，所述测量装置用 于测量旋转设备的运动误差。在此，传感器和旋转设备的至少一个旋转位置 传感器优选与坐标测量仪的控制装置相连，因此传感器和至少一个旋转位置 传感器的测量值能够由控制装置检测到并且进行配置。每个测量的旋转位置 相应于传感器s2至s5之一的至少扫一个测量值。相反，传感器s2至s5的 每个测量值配属于一个旋转位置。如果只需要在沿轴向的确定工作位置上确 定工作定向，则使用两个传感器、例如在确定的工作位置上进行测量的s2 和s3就足够了。

坐标测量仪的控制装置可以针对不同的工作位置和/或工作定向计算预 期误差值和/或经过滤的预期误差值并且由此确定坐标测量装置的至少一个 有利布局，或者针对旋转设备与机床相结合的应用，备选或附加地确定加工 工具的有利布局。

作为备选或补充，坐标测量仪的控制装置可以由预期误差值或者经过滤 的预期误差值确定旋转设备的旋转位置传感器的至少一个有利的旋转位置 测量地点。在此，不只在此处描述的实施例的情况下，而且也对于本发明一 般来说，之前提到的旋转设备的第一部分或第二部分的径向位置的预期波动 和/或第一部分或第二部分相对于切向于旋转设备的旋转方向的波动均相当 于预期误差值或者经过滤的预期误差值。预期波动是预期误差。

支架构造的坐标测量仪只是坐标测量仪的一个实施例，其坐标测量装置 按照本发明有利地布置。因此，也可以使用其它构造方式的坐标测量仪，例 如门架构造方式或者铰链臂构造方式。

以下阐述测量旋转设备的旋转位置的旋转位置测量装置的例子。例如， 旋转位置测量装置可以集成在旋转设备中，因此旋转位置测量装置完全由旋 转设备的构件包围并且由此受到保护以防外界因素影响(如图20所示)。旋转 设备可以例如是如图16所示的旋转台。备选地，旋转设备可以例如是具有 至少一个旋转轴线的转动关节。这种转动关节可以例如用于坐标测量仪，其 中，坐标测量仪的传感器或触头通过转动关节与坐标测量仪的其它部分相 连，因此转动关节可以使传感器或触头进入期望的旋转位置。转动关节尤其 也可以具有两个例如相互垂直延伸的旋转轴线。优选针对每个旋转轴线均存 在一个旋转位置测量装置。

图17中的旋转位置测量装置的俯视图示出测量体75，其具有多个线状 的标记82，所述标记在这个实施例中沿相对于旋转设备的旋转轴线D的径 向、也就是垂直于旋转轴线D地延伸。在理想情况下，线状的标记82的角 间距是恒定的，因此例如在具有360个标记时，角间距为1°。线状标记在 测量体上的这种布局在以下称为分度圆盘。图17还示出了坐标系的X轴和 Y轴，其中，X轴和Y轴彼此垂直并且分别垂直于旋转轴线D地延伸。还 显示了旋转位置传感器74，其沿旋转轴线D的轴向布置在分度圆盘的上方， 也就是沿图17的观察方向布置在分度圆盘之前。在实践中，可以存在多于 一个的这种传感器。传感器的光学检测区域同时包含一个或多个线状的标记 82。检测区域尤其是具有大约五个标记82的区域，所述标记直接处于代表 传感器的矩形区域下方。随着旋转设备的旋转运动，标记82依次地经过检 测区域。传感器74布置在旋转设备的第一部分上(未示出)，而旋转设备的第 二部分具有分度圆盘。旋转设备的第一和第二部分能够围绕旋转轴线D相对 彼此旋转。在所示实施例中，传感器74的旋转位置测量地点尤其是布置有 传感器74的地点。因为传感器74在分度圆盘上具有检测区域，所述检测区 域通过分度圆盘的投影沿平行于旋转轴线的方向成像在传感器74上，所以 备选地也可以将检测区域的地点定义为旋转位置测量地点。分别将旋转位置 测量地点的中点坐标定位为地点的坐标，这种中点例如是沿分度圆盘的旋转 方向的检测区域与旋转轴线间隔一定径向距离的中点，其处于标记82的中 心。

分度圆盘的其它构造也是可行的，例如具有线状的标记，它们平行于旋 转轴线D线状地在圆盘状物体的外周上延伸。此外，相应的不具有线状标记、 而是具有磁性标记的构造也是可行的。在这种情况下，传感器74不以光学 方式检测线状标记，而是检测由于磁性标记经过而改变的磁场。

图18示出处于两个不同位置中的测量体75，也就是按照图17的分度圆 盘或者另一分度圆盘。在第一位置中，分度圆盘用附图标记75表示，在第 二位置中用75’表示。然而旋转位置传感器不布置在分度圆盘之上，而是沿 径向布置在分度圆盘之外。传感器74的四个可能的旋转位置测量地点用附 图标记74a、74b、74c、74d表示。在位置75中，旋转轴线D处于分度圆盘 的中央。而在位置75’中，分度圆盘移动了平移向量Δs。通过由于旋转设备 的旋转运动期间的运动误差造成的移动，分度圆盘平移式地相对于旋转位置 测量地点74a、74b、74c、74d沿横向于旋转轴线D延伸的方向移动，所述 旋转轴线在图17和图18中垂直于附图平面。可以明显看出，所述移动在不 同的旋转位置测量地点上作用不同。取决于分度圆盘所处的位置，在旋转位 置测量地点74a、74b和74c上，传感器可能分别检测到的是完全不同的标 记82，但处于旋转位置测量地点74d上的传感器以其沿旋转轴线D的方向 定向的检测区域观察到相同的标记82，这与分度圆盘所处的位置无关。

而如果沿垂直于图18所示的移动的方向在分度圆盘平面内部进行移动， 所述方向，则传感器在旋转位置测量地点74d上观察到标记82的位置的最 大改变。这种改变在旋转位置测量时造成误差。

之前所述的例子只说明平移运动的效果。但在旋转设备的旋转运动期 间，旋转设备如前所述地进行这种平移运动并且附加地进行旋转运动。根据 旋转位置测量地点，这些运动以不同的方式相互抵消或者增强。在最有利但 在实践中不能期望的情况下，在旋转设备的可旋转部分围绕旋转轴线旋转完 整一周期间，所有的平移和旋转运动在一个旋转位置测量地点上相互抵消。

之前的实施例显示了这种情况，即分度圆盘或者旋转位置测量装置的测 量体旋转，而布置在旋转位置传感器上的部分是静止的。但这些想法也可以 类似地用于相反的情况。如果旋转位置传感器围绕旋转轴线运动并且由于不 同的平移和旋转运动的叠加出现运动误差，则在旋转位置测量时形成相应的 误差。

图19示出图17和图18中的分度圆盘或者另一分度圆盘。分度圆盘75 又相对于旋转轴线D移动了平移向量Δs。此外示出了传感器的可能的旋转 位置测量地点74a、74b、74c相对于X轴的角位置。第一旋转位置测量地点 74a的角位置是零，也就是该旋转位置测量地点处于X轴上。第二旋转位置 测量地点74b沿旋转轴线D的旋转方向相对于X轴旋转了角度β2。第三旋 转位置测量地点74c沿旋转轴线D的旋转方向相对于X轴旋转了角度βn。 在每个旋转位置测量地点上，传感器朝旋转轴线D定向。在右上方通过圆中 的点表示Z轴和旋转轴线D的方向垂直于附图平面延伸。

此外还显示了(相对于X轴的)角间距其描述了平移向量Δs相对于 X轴的方向。通过说明所述角的值和平移向量Δs的绝对值，可以明确 地描述在垂直于旋转轴线D的平面内的平移运动，所述分度圆盘75从其理 想位置(在该位置中旋转轴线D处于分度圆盘75的中央)进行了所述平移运 动。

图19示出分度圆盘横向于旋转轴线D方向的移动或者在另一种情况下 旋转位置测量传感器横向于旋转轴线D方向的移动导致旋转位置测量装置 的参考点的运动。但旋转位置测量装置由此失去了其参考点与旋转设备的坐 标系所必需的明确配属关系。在图19中只显示了旋转位置测量装置的坐标 系。

旋转设备的坐标系与旋转位置测量装置的明确几何配属关系能够以简 单的方式通过考虑相对于旋转轴线的角之差再次建立。这种角之差也称为偏 移角并且设置在具有旋转位置测量装置的已知旋转设备中。如果在确定了有 利的旋转位置测量地点之后选择了这个地点，则可以确定相应的偏移角并且 由此同样在两个坐标系之间建立所需的明确关系。旋转位置测量地点的偏移 角是围绕旋转轴线在旋转位置测量地点与旋转位置测量装置的参考点之间 的角之差(例如对于地点74b角之差为β2)。可以将之前提到的针对例如由于 偏心误差造成的持续移动的偏移角加在一起。

根据图20描述具有集成的旋转位置测量装置的旋转设备。在此指的是 构造得特别低的实施形式，也就是沿旋转轴线R的延伸长度特别小。测量系 统的分度圆盘75例如可以是按照图17至图19之一的分度圆盘，所述分度 圆盘布置在转子51的杆状支架73的下端部。所述转子51(其例如可以称为 旋转设备的第一部分)通过旋转轴承44(其指的是环形轴承)与定子53(其例如 可以称为旋转设备的第二部分)可旋转地耦连。从定子53观察，沿径向向内 地朝向旋转轴线R地，也就是在定子53的内部空间中具有旋转位置测量地 点，在所述旋转位置测量地点上布置有旋转位置传感器74。旋转位置测量地 点通过按照本发明的方式确定。

在图20中示出的旋转设备构造方式的优点在于，可旋转部分(转子51) 主要处于旋转设备的旋转轴承44上方。因此能够测量旋转设备的运动误差， 方法是(例如根据图4阐述的那样)在转子51上布置检验体并且在不同的旋转 位置测量与检验体的理想位置的偏差。所述构造方式还具有的优点在于，旋 转位置测量装置(在此是分度圆盘75)的测量体与转子51相连，但是向下伸 出。因此，即使只能在旋转轴承44上方测量运动误差，但可以在旋转轴承 44下方确定有利的旋转位置测量地点。