用于表面測量的測量機的測量方法

專利名稱：用于表面測量的測量機的測量方法
用于表面測量的測量機的測量方法本發明涉及一種根據權利要求I的前序部分的用于表面測量的測量機的測量方法、根據權利要求8的前序部分的用于測量機的連接裝置、尤其是傾斜或旋轉連接、以及根據權利要求14的包括鉸接臂的坐標測量機。長期已知測量方法和測量機，諸如坐標測量儀或坐標測量機，例如包括關節臂的坐標測量機。舉例來說，這些設備用于測量物體表面，該測量以高精度進行，尤其是用于制造業，對于該制造業，工件表面的測量和測試是非常重要的。例如，US 5，402, 582或EP1474650中描述了通用類型的3D坐標測量關節臂。也稱為“關節臂”或“便攜式CMM”的可比較系統例如由具有產品名“ Sigma”、“Flex”或“Omega”的公司“Romer”以及具有產品名“Infinite”或“Stinger”的公司“CimCore”提供。3D坐標測量關節臂具有作為關節臂的一端的基座，該基座固定地并以已知方式定位在參考坐標系中；以及相反的可移動的測量端，測量部件或測量探針被設置在該測量 端上。接觸探針能用作標準探針，該接觸探針能與物體表面的測量點接觸并且例如由安裝在測量桿上的紅寶石球構成。作為其另選方案，光學傳感器也被稱為測量部件，光學傳感器能例如實施為點測量裝置或掃描器，即，實施為連續地并且例如逐行掃描物體表面。更具體地，三角測量傳感器或干涉測量裝置能用作這樣的光學傳感器。此外，例如歐洲專利申請No. 07124101. 2描述了將照相機用作測量部件，該照相機被設計用于捕捉或檢測測量物體表面并且被安裝在關節臂的可動端上。基于關節臂式坐標測量機，可以高度精確地測定照相機的在空間上的位置和取向。多個構件或臂段設置在關節臂的兩端之間，所述多個構件或臂段相對于彼此可樞轉地和/或可旋轉地連接，并且需要的話相對于彼此可移位，使得具有測量部件(也被命名為感測構件)的測量端能在空間部分內自由地移動。為此，臂的構件借助于鉸接接頭相互連接，并且需要的話借助于懸架相互連接，該懸架使得能進行直線位移。此外，位置測量裝置被分配給鉸接接頭和/或懸架，使得在每一情況下構件相對于彼此的位置或取向(也就是說，在每一情況下構件之間的相對位置)能被測量。舉例來說，測定作為測量變量的長度、旋轉角度和樞轉角度的角度測量裝置和/或長度測量裝置能用于該目的。通過獲知構件的瞬時測量位置，S卩，構件相對于彼此的相應的相對位置以及其中一個構件相對于基座的相應的相對位置，可以測定相對于參考坐標系中的基座的單個臂元件和測量部件的取向。測量部件的位置通常由評價單元確定，由相應的位置測量裝置測量的這些測量變量被傳送給該評價單元，并且評價單元從其得到測量部件的位置。例如，為該應用特別編程的計算機或計算單元能用于該目的。借助于參考外部參考坐標系，該參考能借助于基座確保，可以不但測定臂元件和測量部件的取向而且測定它們的位置，即在空間上的位置和取向。根據通用類型，關節臂的旋轉鉸接接頭在每一情況下都分配有光電子角度測量裝置，該光電子角度測量裝置用來測定每一情況下借助于鉸接接頭連接的兩個構件的相對旋轉位置。鉸接接頭通常包括相互可旋轉地連接的兩個臂構件，在兩個臂構件之間設置有旋轉編碼器或角度測量裝置。在該情況下，光電子角測量裝置或旋轉編碼器用于測量其旋轉軸承部件相對于彼此的瞬間相對旋轉位置，因此用于間接測量兩個臂構件的相對旋轉位置。為此，光電子角測量裝置或旋轉編碼器具有碼載體或碼單元，該碼載體或碼單元設置在兩個臂構件中的一個上；以及傳感器裝置，該傳感器裝置相應地裝配到另一臂構件。在該情況下，碼載體于是被安裝在旋轉鉸接接頭中，使得碼載體能夠相對于傳感器裝置繞旋轉軸線進行相對旋轉運動。第二關節臂構件的能相對于第一臂構件的托座旋轉的元件、傳感器裝置以及相對于傳感器裝置可旋轉地安裝在其中的碼載體能在該情況下被稱為旋轉軸承構件。在這樣的光電子實施方式的情況下，作為碼載體的碼的圖形單元光學成像在傳感器裝置上，該傳感器裝置由一個或多個讀頭(例如，CCD或CMOS線傳感器或面傳感器)組成，如CH658514所公開的。從傳感器裝置或其讀頭上的碼投影(尤其是投影的圖形單元)的位置，可以推導出作為旋轉體的碼載體相對于傳感器裝置的相對旋轉角度。在該情況下，檢測器中心用作參考變量，其中理想地兩個檢測器中心、樞轉點和圖像元件的中心落在旋轉軸線上，沒有機械偏心率誤差。 借助于這種方法和設備，通過相應的預防法，甚至可以以數量級為幾角秒的測量精度來將一個完整的圓解析成一百萬以上單元。為了能夠得到這種高精度，首先傳感器裝置必須相對于軸承位置穩定地設置。其次，碼載體的高尺寸和形狀穩定性，尤其是具有沿旋轉方向彼此相繼地繞圖形中心設置的圖形單元的碼載體上的碼單元的布置和實施方式，是必要的先決條件。除可歸因于彼此相繼設置的單個圖形單元之間的預定距離的偏差和/或可歸因于圖形單元它們自己的尺寸的偏差的局部刻度不準確度以外，在實踐中圖形中心距旋轉軸線的間隔(所謂的偏心率)也常常使得不可能獲得所要求的精度。由于相當難以避免并且實際上始終存在的制造公差，每個碼載體都具有偏心率。軸承的徑向跳動或軸承間隙能另外導致該偏心率。如果由力產生的相當負載在測定感測位置或旋轉角期間作用在關節臂的旋轉鉸接接頭上，則永久或暫時的偏心率以及碼載體相對于旋轉鉸接接頭的托座的位置的其它變化能同樣地取決于負載而出現。在歐洲專利申請No.07100296. 8 以及公報EP 1，632，754A1、US 7，051，450B2 和US7，069，664B2中尤其描述了用于測定旋轉角并且校準相對于理想位置的這樣的不合需要的位置變化的方法和設備，該不合需要的位置變化例如由于旋轉鉸接接頭上的負載或由于軸承故障和/或徑向跳動引起。在該情況下，EP I, 632，754A1公開了一種用于測量旋轉編碼器的當前偏心率的方法，其中，繞圖形中心設置的多個圖像單元中的至少一些借助于光束而成像在光學檢測器上。圖像單元設置在碼載體上，該碼載體以能繞旋轉軸線旋轉的方式連接到檢測器。成像的圖像單元的位置借助于一個且相同的檢測器的檢測器元件來解析。在第一步驟中，在測定旋轉角時圖形中心相對于軸線的偏心率的效果借助于至少一個圖形單元的解析位置被以計算的方式確定。在第二步驟中，考慮到所確定的效果，旋轉角度借助于彼此相繼設置的圖形單元的解析位置被精確地測定。在該方法的改進中，在第一步驟中，借助于中間步驟，彼此相繼設置的圖形單元被結合以形成至少兩組，并且至少兩組位置借助于相應結合的圖形單元的解析的單個位置被以計算的方式確定。偏心率對確定旋轉角度的效果于是借助于所確定的至少兩組位置以計算的方式確定。借助于所確定的組位置，這能以較高的精度實現。國際專利申請WO 2008/083797描述了，為了基于投影在傳感器裝置上的圖形單元的解析位置來確定繞軸線的旋轉角度的偏心率誤差，在第一步驟中，進行多次測量，以計算的方式確定圖形中心相對于檢測器中心的偏心率。在第二步驟中，借助于聚合(即，借助于組合和連接)，能從多個測量值分離或確定至少一個作用變量。取決于具體方法，例如通過取均值來確定或以其他方式抑制作用變量。于是所確定的作用變量能在算法上或以其它方式用于直接校正偏心率，例如用于借助于致動元件機械校正軸向位置或通過調整以電子的方式校正軸向位置。此外，其中說明的是，除導致在傳感器裝置的平面中的直接偏心率貢獻(諸如支承軸的平移位移)的作用變量外，沿旋轉軸線的方向的運動也能借助于角度測量頭來測定。由于碼單元相對于傳感器裝置的距離變化，碼的投影標度也變化。該投影標度的變化能用作沿軸向方向的距離或位置的變化的量度。如果確定兩個檢測器元件相對于作為碼單元的碼 盤的距離，則也能確定軸線的傾斜。US 7，051，450B2和US 7，069，664B2描述了一種坐標測量機(CCM)，該坐標測量機
包括關節臂，該關節臂具有在臂的基座和設置在另一臂端上的測量部件之間的多個旋轉鉸接接頭。為了測量測量部件的測量位置，旋轉鉸接接頭在每一情況下都被分配有角度測量裝置，該角測量裝置包括傳感器裝置，該傳感器裝置包括至少兩個讀頭以及相對于這兩個讀頭可旋轉地設置的碼單元。在該情況下說明了，至少兩個讀頭相互協作從而減小在旋轉角度測量期間由旋轉鉸接接頭的負載引起的誤差。舉例來說，為此提供了沿周向偏移180°的兩個讀頭，在每一情況下沿周向偏移120°的三個讀頭，或另選地在每一情況下沿周向偏移90°的四個讀頭。如上已指出的，因此，現有技術中的這些方法和設備始終設置用于考慮消除、校準或補償影響角度測量的誤差，排他地用于確定旋轉角。所考慮的誤差包括例如由于旋轉軸線的傾斜造成的搖擺誤差，由于制造公差或軸承間隙造成的偏心率誤差以及例如由旋轉鉸接接頭的負載引起的另外的誤差。不會發生作用變量的專用確定和量化以及其在旋轉編碼器外的進一步處理。然而，在包括具有旋轉鉸接接頭的關節臂的坐標測量機的情況下，由于所述的誤差影響，諸如旋轉鉸接接頭的負載，除角位置的誤差確定以外，在確定測量部件的測量位置的環境中出現其他誤差。尤其是，實際上，除由旋轉鉸接接頭實際提供的旋轉以外，發生碼載體相對于托座的進一步位置變化，尤其是能具有各種原因的軸向位移、徑向位移或傾斜。盡管它們的位置發生最小變化，然而這些導致在位置測定的同時所需的精度所給定的顯著誤差。因此，本發明的一個目的在于提供一種用于表面測量測量機的改進的測量方法，尤其是用于包括具有旋轉或傾斜鉸接接頭的關節臂的坐標測量機，用于測定測量部件的測
量位置。另一個目的在于提供一種改進的包括具有作為連接裝置的旋轉鉸接接頭的關節臂的坐標測量機。
尤其是，在該情況下，在所述關節臂的部分上具有較少的硬件修改費用，目的是使得可能以較高精度測定所述測量部件測量位置。這些目的通過獨立權利要求的表征特征的實現來達到。以另選或有利方式改進本發明的特征能從從屬專利權利要求獲悉。根據本發明的用于表面測量測量機的測量方法脫離現有技術的方法，所述測量機例如是用于包括具有旋轉鉸接接頭的關節臂的坐標測量機，并且用于測定測量部件的測量位置，在現有技術中始終的情況是，僅在測定旋轉或傾斜鉸接接頭的角度位置的情況下提供現有技術的方法，用于考慮或補償誤差影響，諸如負載控制位移或旋轉軸線的傾斜，其中作為從基座到測量部件的連接元件的臂構件被認為是受影響的。相反，根據本發明，相對于所分配的傳感器裝置的旋轉鉸接接頭的可旋轉地安裝在托座中的碼載體的這種位置變化被明確測定并且用作附加測量變量，該附加測量變量描 述了關節臂的臂構件的測量位置，用于導出測量部件相對于基座的測量位置。這意味著，借助于旋轉鉸接接頭連接的兩個臂構件的位置變化根據位置變化量被確定并且當測定兩個臂構件相對于彼此的相對位置時被考慮，其中位置變化由例如作為連接裝置的旋轉或傾斜鉸接接頭中的負載引起并且超過旋轉位置的變化。根據本發明，部件的變形或尺寸變化能同樣地從這些位置值來推斷。位置變化的測定，諸如·碼載體相對于傳感器裝置的沿相對于旋轉軸線的徑向方向的位移；·碼載體相對于傳感器裝置沿旋轉軸線的方向的位移；和/或·碼載體相對于托座的傾斜；或與所述位置變化相關聯的位置變化量級的測定基于所述碼載體和所述傳感器裝置之間的光電子位置測量裝置、尤其是基于已經無論以何種方式分配給所述旋轉鉸接接頭的光電子角測量裝置來實現。為此，所述位置測量裝置具有碼，該碼即直接地或借助專用部件應用于所述旋轉鉸接接頭部件中的一個；和由至少一個讀頭組成的傳感器裝置。在該情況下，所述傳感器裝置設置在相應的另一個旋轉鉸接接頭部件上并且檢測基于所述碼載體產生的碼投影。在該情況下，碼投影應該被理解為意味著碼單元所具有的可光學檢測的碼的至少一部分的投影。尤其是，所使用的碼載體能是連接到其中一個關節臂構件的專用碼盤。另選地，然而，所述碼也能直接位于其中一個臂構件上，使得該臂構件在結構上用作碼載體。從現有技術充分已知通用類型的碼載體和傳感器裝置，其中所述的碼相對于傳感器裝置的位置變化能基于讀碼投影來測定。然而，根據現有技術中設備和方法，這些位置變化僅用于校準并因此改善角度測量。在該情況下，然而，從碼投影導出的位移或傾斜不用于描述所述旋轉鉸接接頭的部件相對于彼此的三維相對位置。因此，在關節臂的情況下在前述測量位置測定的環境中，理想化的下述假定始終被作為基礎所述旋轉鉸接接頭排他地允許所述旋轉鉸接接頭部件相對于彼此的相對旋轉運動，也就是說，具有一個自由度的運動。根據本發明，現在對于旋轉編碼器，基于碼投影，針對所述碼載體相對于分配給其的所述傳感器裝置的至少一個其他自由度的位置值在測定測量部件或探針的當前測量位置時被測定并考慮，其中，所述位置值被用來測定所述連接元件相對于連接到其的所述托座的相對位置或其變形。這意味著，根據本發明，所述碼載體的除旋轉外的位置變化與所述測量機的連接元件(例如臂元件)的位置或取向以及可能變形有關。在該情況下，測量位置的測定能都也基于基于模型的方法，在該基于模型的方法中，連接元件的幾何和材料相關變量(諸如它們的長度和固有重量或具有效果的外部重量)被考慮，并且也可以使用基于校準的方案，在方案中已知的位置和取向被分配相應的位置值，所述位置和取向能再次提供用于描述功能的基礎、否則也能被存儲在查閱表中。由于它們的特性，這些方法也能組合，然而，例如基于建模在所選擇的測量位置中實現附加校準。而且，由其他傳感器(諸如溫度傳感器)測定的變量也能被補充地用于該模型。由于根據本發明使用用于描述所述旋轉編碼器或連接裝置部件相對于彼此的精確相對位置的所測定的位置變化，因此用作表示所述關節臂構件的相對位置的其他測量變量當計算所述探針相對于所述基座的測量位置時被考慮，在所述關節臂的一部分上較少的硬件修改費用的情況下，可以以較高的精度測定測量部件的測量位置。舉例來說，根據本發明，所述旋轉鉸接接頭的所述碼載體繞實際旋轉軸線的發生 傾斜根據其范圍被檢測并且被直接考慮為借助于所述旋轉鉸接接頭連接的構件的當前相對測量位置，因此被包括在測定所述探針的測量位置中。在基于模型的方法中，取決于連接元件的實施方式，該連接元件能被認為是剛性的或在一定范圍內可變形的。因此，任何變化能被認為是僅在所述鉸接接頭或連接裝置中發生，否則部件的變化也被考慮。因此可以建模以下事實，即，取決于旋轉編碼器軸線和連接元件的軸線的布置并且關于對所述連接元件的固有重量的認識以及取決于相鄰連接元件或臂構件的取向，也實現分成位置引起部分和變形引起部分。因此，在將所述旋轉編碼器裝配在所述連接元件的縱向軸線和其正交位置上的情況下，所述碼載體相對于所述傳感器裝置的偏轉、因此變形、以及負載控制的傾斜是最小的，其中，相反的縱向位移(即，沿軸向方向的平移)發生在所述臂構件的懸掛位置和直立位置中。因此，測量機的單個部件的變形也能根據它們的效果被識別和確定。尤其是在可更換測量部件的情況下，由于其不同重量，連接裝置也能以相應的偏離方式受影響，該影響能由根據本發明的偏移量測定。在該情況下，也應該考慮的是，在這里所需的高精度應用的情況下，熱控制的變化(諸如長度或半徑變化)已經引起對測量位置的影響，該影響同樣也被考慮到或由根據本發明的方法來識別。所述位置測量裝置的所述傳感器裝置能尤其是包括至少兩個讀頭。舉例來說，作為傳感器裝置，兩個讀頭以沿周向偏移90°的方式設置，或者，另選地，三個讀頭在每一情況下以60°的偏移設置。所述讀頭能在該情況下以已知的方式實施為例如線傳感器，該線傳感器具有多個在一起排成一列的檢測器兀件。作為碼單元或碼載體，可以尤其是將具有光學可讀碼的碼盤用于例如透射光方法。在該情況下，碼能具有沿周向彼此相繼設置的多個圖形單元，其中全體圖形單元能表示增量碼和絕對碼。另選地，然而，碼也能位于不同的載體上，例如位于殼體部件的端面上，該殼體部件的端面能接著例如在反射光方法中被照亮。優選地，根據本發明，光電子旋轉編碼器(諸如已經無論如何存在于來自現有技術的關節臂的一些旋轉鉸接接頭中的光電子旋轉編碼器)能用作位置測量裝置。尤其是，然而，也針對所述旋轉鉸接接頭，除根據現有技術實施并且分配給所述旋轉鉸接接頭的角度編碼器以外，另一旋轉編碼器或碼載體和傳感器裝置的組合的一些其它功能上類似的形式能被設置為光電子位置測量裝置，其中所述光電子位置測量裝置尤其是用于檢測所述碼載體相對于所述傳感器裝置的位置變化。如已經在上描述的，在該情況下，下列所述碼載體相對于所述托座的位置變化，因此代表所述碼載體的第一臂構件相對于具有所述托座的第二臂構件的位置變化在導出所述構件相對于彼此的精確相對位置時被測定并考慮，所述位置變化為·所述碼載體相對于所述傳感器裝置沿相對于所述旋轉軸線的徑向方向的位移；·所述碼載體相對于所述傳感器裝置沿相對于所述旋轉軸線的軸向方向的位移；和/或·所述碼載體相對于所述傳感器裝置的傾斜。
可以確定作為與其相聯系的位置變化變量，例如·徑向位移方向(RR)和徑向位移量(Ar)； 軸向位移量(Ah);以及·傾斜方向和傾斜角度(Λ K )。所述位置變化變量與指明所述臂構件的測量位置的其他臂位置測量變量一起彼此相關，所述測量部件相對于所述基座的測量位置從這些位置變化變量導出。為此，根據本發明設計的坐標測量機具有評價單元，借助于該評價單元，由獨立構件位置測量裝置檢測到的臂位置測量變量彼此相聯系，并且所述測量部件的測量位置從該測量變量導出，所述測量變量還包括根據本發明的相對于至少一個旋轉鉸接接頭的位置變化變量。基于在附圖中示意地示出的具體的示例實施方式在下面僅通過示例更詳細地描述根據本發明的測量方法、根據本發明的連接裝置、以及根據本發明的坐標測量機，本發明的更多的優點也被討論。在附圖中，具體地圖I示出了包括具有旋轉和/或傾斜鉸接接頭的關節臂的通用坐標測量機；圖2示出了關節臂的根據本發明的連接裝置；圖3示出了具有碼載體的所示軸向位移的圖4的根據本發明的連接裝置；圖4示出了具有碼載體的所示徑向位移的圖4的根據本發明的連接裝置；圖5示出了具有碼載體的所示傾斜的圖4的根據本發明的連接裝置；圖6示出了具有碼載體的傾斜并且具有臂構件的偏轉的圖4的根據本發明的連接
裝置；圖7示出了具有用于分配給其的旋轉編碼器的另一實施方式的根據本發明的連接裝置；圖8示出了在傳感器裝置上的碼投影，其中碼投影適于讀出碼載體相對于托座的位移和/或傾斜；圖9示出了適于讀出碼載體相對于傳感器裝置的位移和/或傾斜的碼投影；以及

圖10示出了適合讀出碼載體相對于傳感器裝置的位移和/或傾斜的另一碼投影。圖I僅通過示例示出了用于測定測量點的位置的具有關節臂的通用坐標測量機1，其作為用于表面測量的測量機的示例。在該情況下，坐標測量機I具有基座4，該基座固定地且以已知的方式定位在參考坐標系中。從該基座前進，接連著以示例的方式作為連接元件的七個臂構件5a-5g借助實現相對旋轉運動的鉸接接頭和/或借助實現相對線性運動的懸架而相互連接。為了說明目的，即，為了更清楚地說明，這些鉸接接頭和懸架未在圖I中明確可見地示出，但是通用的鉸接接頭和懸架對本領域技術人員來說總之是足夠公知的。在該情況下，構件中的第一構件5a以相對于基座4可移動的方式固定到該基座4，構件中的第二構件5b以相對于第一構件5a可移動的方式固定到該第一構件5a等。第七構件5g具有測量部件6并且作為結構元件整體形成感測構件TG。測量部件6因此能在空間部分內自由移動并且能例如由使用者手動帶到測量位置，其中由一系列連接元件確保與基座4的機械接觸。舉例來說，探針6被實施為用于與物體表面的待測量點接觸的紅寶石球，但是無接觸的測量系統也能被以相同方式被設置和使用。另選地，然而，從現有技術已知的另外的測量部件也能代替接觸式探針來使用。因此，舉例來說，光學傳感器(尤其是光程測量裝置，例如干涉測量裝置、激光掃描器或用于掃描表面的照相機)能用作測量部件。

舉例來說，測量部件6的參考點的坐標，以及尤其是，附加地測量部件6在相應的當前測量位置中的當前取向被指定為測量位置。在該情況下，為了更簡單地區別，構件5a_5g在圖I中分別用交替地不同的陰影示出。基座4和感測構件TG被示出不具有陰影。用于測量構件5a_5g在每一情況下相對于彼此的位置的多個位置測量裝置8a_8f在每一情況下都被分配給鉸接接頭和/或懸架。舉例來說，對于位置測量裝置8a_8f，光電子旋轉編碼器被設置為位置測量裝置8a、8c、8d、8f并且長度測量裝置被設置為位置測量裝置8b、8e，這些位置測量裝置被設計用于測量與構件的相對位置相聯系的臂位置測量變量α、β、Y、δ、ε、a、b、C。因此,構件5a_5g之間的角度α、β、γ、δ、ε以及長度偏轉量a、b、c因此在每一,清況下都作為臂位置測量變量α、β、Y、δ、ε、a、b、c被測量。在該情況下，評價單元7被設計用于接收針對測量位置測定的臂位置測量變量α、β、Y、δ、ε、a、b、c。基于指示臂構件相對于彼此在每一情況下的相對位置的這些臂位置測量變量α、β、Υ、δ、ε、a、b、c，評價單元導出測量部件6的測量位置或坐標并且在例如顯示器上顯示所述位置或所述坐標。圖2示出了供根據本發明的測量方法使用的例如關節臂的根據本發明的連接裝置，其中連接裝置具有旋轉編碼器9，該旋轉編碼器檢測至少一個連接元件10 (例如第一臂構件)相對于托座11 (例如作為第二臂構件的端部)的旋轉。在該情況下，測量部件借助一系列連接元件10間接地連接到基座，但是根據本發明，也可以僅通過單個連接單元10來實現測量機，因此實現測量部件借助該一個連接元件10至基座的直接連接。旋轉編碼器9在每一情況下都包括碼載體12和傳感器裝置13，其中碼載體12和傳感器裝置13能繞限定的旋轉軸線DA相對于彼此旋轉，作為第一自由度。為此，取決于碼載體12相對于傳感器裝置13的三維位置的碼投影產生在傳感器裝置13上，并且碼投影的至少一部分由所述傳感器裝置檢測。在該情況下，旋轉編碼器9以本身已知的方式由碼載體12和傳感器裝置13構成，該碼載體12剛性地連接到托座11并且具有可光學檢測的碼，該碼載體12能例如實施為碼承載玻璃或塑料盤，該傳感器裝置13包括一個或更多個檢測器元件并且用于檢測碼投影，該傳感器裝置13能被相應地裝配在連接元件10中。為此，傳感器裝置13能具有例如兩個讀頭，這兩個讀頭分別具有光學檢測器元件的線性布置。在圖2至圖6中，設置在連接元件10中的傳感器裝置13例如包括兩個讀頭，例如根據現有技術已知的讀頭。碼載體12被設計為具有用作“測量臺”且具有沿周向延伸的碼的碼盤的碼載體。在該情況下，碼能具有以在一起排成一列的方式設置的多個圖形單元，其中圖形單元被實施為例如三角形形式，使得碼投影尤其是適于附加讀出沿非旋轉方向的位置變化。傳感器裝置13在連接元件10中的布置以及碼載體12至托座11的機械剛性連接僅構成一個實例。尤其是，該布置也能是顛倒的，即，根據本發明可以類似地實現碼載體12在連接元件10中的機械剛性布置以及傳感器裝置13至托座11的機械剛性連接。除角度位置之外，根據本發明，第一臂構件相對于第二臂構件的更多位置在測定相對測量位置時能被考慮，其中實施為碼盤的碼載體12用作“測量臺”。那意味著，碼盤相對于傳感器裝置13的三維位置例如從碼盤的投影讀出，其中碼盤起桌面的作用，由頂棚燈在地板上產生的桌面的陰影取決于碼盤的立足點和碼盤相對于地板的傾角。在該情況下，已存在于坐標測量機中的硬件的修改僅在有限程度上是必需的。因為，根據本發明的位置測量裝置(尤其是旋轉編碼器9)現在必需考慮碼載體沿非旋轉方向的所測定的位移和/或傾斜，所述位移和/或傾斜不僅在角度測定期間在旋轉編碼器內對角度測量具有歪曲影 響，而且還作為除高級評價單元所測定的角度位置以外的其他測量位置變量，該高級評價單元例如從存在于關節臂中的所有構件位置測量裝置的所有測量位置變量來計算測量位置。因此，基于碼投影，碼載體12相對于限定的旋轉軸線DA的旋轉位置被測定，并且測量部件相對于基座的當前測量位置利用對于所有的連接元件可用的該信息被測定。對于旋轉編碼器9，與現有技術中的方案形成對比，基于碼投影，用于碼載體12相對于傳感器裝置13的至少一個其他自由度的位置值也在測定當前測量位置時被測定和考慮，其中，位置值用于測定連接元件10相對于托座11的相對位置(與碼載體的其他自由度對應)和/或所述連接元件的變形。雖然現有技術中所用的角度測量裝置在一些情況下同樣測定碼相對于檢測器的橫向位移或距離變化，但是這些角度測量裝置僅將該信息用于提高角度測量(即測定旋轉位置)的精度。相反，根據本發明，用于其他自由度的位置值用來從其得出關于連接元件10的位置或取向并且(如果需要的話)起作用的力或連接元件10的變形的結論，其中連接元件的位置和/或取向與碼載體12的其他自由度對應。碼載體12的偏心率因此用來測定連接元件10相對于托座11的偏心位置，其中描述其他自由度的變量值的偏差可能由于碼載體12和連接元件10的相對定位的故障或變化而發生。因此，在碼載體12傾斜的情況下，連接元件10相對于托座11的相應的傾斜被推導出，其中，例如由于彈性影響造成的該傾斜也能證明是大于或小于碼載體12的傾斜的值。然而，傾斜的自由度和/或繞已分配的傾斜軸線的旋轉的自由度在兩種情況下被考慮。如例如在上面引用的現有技術文獻中描述的，碼投影能接著被讀取，并且碼單元或碼載體12相對于傳感器裝置13的由徑向跳動誤差和旋轉鉸接接頭的負載引起的位置變化(即，例如碼中心距旋轉軸線DA的偏差)能被由碼投影導出。與根據現有技術已知的將碼載體12相對于傳感器裝置13的所述位置變化僅僅用于校正這兩個部件的待被測定的相對于彼此的角度位置形成對比，根據本發明，所述位置變化被考慮為這樣的變量，該變量指示連接元件10的相對位置(例如在關節臂的情況下，第一臂構件相對于第二臂構件的相對位置)，并且當計算測量部件相對于基座的位置時用作測量位置變量。因此，超過旋轉角的碼載體12相對于傳感器裝置13的位置變化也從所檢測到的碼投影明確地測定并且用于測定測量位置。雖然基本上由碼載體12的相應的精確安裝來防止這種位移和傾斜，但是即使最小的位移和/或傾斜也影響測定探針的測量位置的精度。因此，盡管原則上不合需要、但不能被完全避免的是，位置變化不僅被接受而且被測定且用作描述測量機的機械系統的整體狀態的信息。因此，首先被分配給托座并因此分配給一個臂構件的部件與連接元件的作為另一個臂構件的部件之間的變化被測定，使得鉸接接頭或連接裝置中的變化能被量化并考慮。其次，起作用的力能從變化的程度和角度位置推導出，使得部件或其連接件的重量控制的變形能被測定。而且，連接裝置中熱或老化控制的變化也能被檢測和考慮。根據本發明，為此，下列位置變化或位置值中的至少一個、但是尤其是全部都被測定·相對于旋轉軸線DA沿徑向方向的位移；
·沿旋轉軸線DA的方向的位移；和/或
·繞旋轉軸線DA的傾斜。尤其是，可以從相同的碼投影測定位置值，該碼投影也用于讀取碼單元相對于傳感器裝置的角度位置。根據本發明，此外，所測定的位置值在測定角度位置時同樣也可以被用于校正和/或校準。圖3至圖6通過示例示出了旋轉鉸接接頭的由沿碼載體12相對于傳感器裝置13的非旋轉方向的加載引起的位置變化。圖3中，碼載體12被沿旋轉軸線DA的方向相對于傳感器裝置13移位。這種位置變化能從碼投影(例如從由傳感器裝置檢測到的碼投影的標度變化)得出。相關聯的位置變化變量能隨后作為關于該旋轉鉸接接頭的軸向位移量(Ah)被傳遞到評價單元。圖4中，碼載體12被相對于傳感器裝置13并且關于旋轉軸線DA沿徑向方向移位。這種位置變化能例如基于由傳感器裝置13解析的圖形單元的那些位置的位移從碼投影得出。相關聯的位置變化變量能隨后作為關于該旋轉鉸接接頭的徑向位移方向(RR)和徑向位移量(Ar)被傳遞到評價單元。圖5中，碼載體12相對于傳感器裝置13并且關于旋轉軸線DA被傾斜。這種位置變化能從碼投影(例如從由第一讀頭檢測到的碼投影與由第二讀頭檢測到的碼投影的標度比率)得出。相關聯的位置變化變量能例如作為關于該旋轉鉸接接頭的傾斜方向和傾斜角度(Λ K )被傳遞到評價單元。如圖6所示，能發生的是，除傾斜外，還可能引起根據需要的純重量控制的且微小的變形，這種變形超過相對于彼此可旋轉地連接的兩個臂構件的偏轉或變形，例如這是由于旋轉鉸接接頭上的較高加載引起的。例如，如果提供這種探針的可更換性，則當使用特別重的測量部件時能發生這種加載。基于經驗試驗和/或考慮進行計算的第一和/或第二臂構件的模型或變形參數，臂構件的偏轉現在能被測定為其他測量位置變量(取決于傾斜)，并且用于導出相對于測量機基座橫跨的坐標系中的測量部件的測量位置。在該情況下，假定，所測定的傾斜量能通過建模并且良好地近似而用作借助旋轉鉸接接頭連接的臂構件的偏轉的量度。舉例來說，為此可以根據繞旋轉軸線的傾斜來建立其中一個臂構件的偏轉的函數，該函數基于用于固體的和/或由經驗試驗限定的變形定律導出。這種函數的一個示例在圖7中示出，其中，純粹示意性地并按照原理，相應的臂構件的偏轉量SL對比所測定的傾斜角P繪制。在該情況下，函數能被選擇成使得，直到由旋轉鉸接接頭中的軸承間隙預定的傾斜角，臂鉸接接頭偏轉量設定為等于零。在該傾斜范圍內，作用在臂構件上的力由臂構件的通常非常硬的主體大致完全傳遞到鉸接接頭，當在旋轉鉸接接頭間隙的環境中進行時，所述力此時精確地引起繞縱向軸線的傾斜。如果碼載體由于傾斜已經到達旋轉鉸接接頭中的止擋件，則進一步施加力也引起臂構件的基本上呈偏轉形式的變形。根據連接元件的實施方式，然而，在該情況下，也可以對上述位置相關以及其重量相關的變形來建模。圖8示出了呈具有兩個旋轉編碼器9和9’的旋轉鉸接接頭形式的連接裝置的根據本發明的另外實施方式。在該情況下，旋轉鉸接接頭被分配給第一旋轉編碼器9和第二旋轉編碼器9’，其中作為第一碼載體12和第二碼載體12’的兩個可光學檢測碼盤在作為旋轉軸線DA的公共軸線上彼此隔開一定距離設置。兩個碼盤被分別分配給由至少兩個讀頭組成的傳感器裝置13和13’，其中傳感器裝置13和13’在每一情況下都檢測碼單元投影并且彼此相對地設置 在連接元件10中。作為角度測量裝置并且另外作為用于碼載體的軸向和/或徑向位移和/或傾斜的測量儀器的這種裝置使得有可能高度精確地測定碼載體12和12’相對于傳感器裝置13和13’的精確三維位置。基于測量位置變量(諸如關于旋轉軸線的旋轉角度、徑向位移方向、徑向位移量、軸向位移量、傾斜方向和/或傾斜角度)被檢測的該精確測定的位置確實能考慮下述來關聯一方面碼載體12和12’相對于彼此的剛性聯接，并且另一方面傳感器裝置13和13’相對于彼此的剛性聯接。因此，公共軸線或連接元件的殼體的長度的延伸和變化能基于碼載體12和12’相對于相應的傳感器裝置13和13’的距離變化被識別和定量測定。同樣地，在軸線被假定為剛性的并且碼載體12、12’和傳感器裝置13、13’在旋轉編碼器9和9’中反向傾斜的情況下，可以推導出連接元件10的偏轉。相反，在同向傾斜的情況下，可以推導出連接元件10的主要剛性表現和其總運動。根據本發明，尤其是可以基本上或完全更換測量機中的其它傳感器，例如純長度測量傳感器，使得測量部件的測量位置或空間位置的完全且高精確的測定僅通過使用均勻構造的旋轉編碼器就變成可能。由于使得有可能排他地使用單一類型的傳感器的事實，能簡化機械和電子結構。尤其是，在關節臂中，臂構件之間的多個連接裝置或者每個連接裝置在每一情況下能實施為設置在公共旋轉軸線上的兩個旋轉編碼器，使得除連接元件相對于其托座的相對位置之外，在每一情況下也可以測定作為與期望的形式的偏差的變形，即，變形和標度變化，諸如長度或直徑的增大或減小。因此，也可以排他地借助于旋轉編碼器測定所有部件相對于彼此的相對空間位置，其中其他傳感器能補充地被使用，然而，所述其他傳感器不會直接測量空間位置而是提供附加參數，例如是溫度傳感器，該溫度傳感器允許得出關于部件的溫度控制變形的結論。圖9示出了在由偏移60°的三條傳感器線15a_c組成的傳感器裝置上的碼投影的示例，所述投影由作為具有沿周向設置的圖形單元14的碼載體的碼載體產生，通過解析所投影的圖形單元14在傳感器線15a-c上的位置，可以以本身已知的方式測定旋轉角度位置和已經說明的碼載體相對于傳感器裝置的進一步位置變化、因此連接元件相對于托座的位置的進一步位置變化。碼載體的圖形具有沿旋轉方向以相對于彼此相同的距離繞圖形中心彼此相繼設置的多個圖形單元14，該圖形被實施為條狀圖形，所述圖形單元被實施為例如徑向取向的不透光條。借助于通過條之間的光束，條狀圖形的一部分被成像為光敏檢測器元件上的亮區和暗區。而且,條的向外和向內指向的端側形成兩個同心的、不連續的圓形線,這兩個圓形線實施為相對于圖形中心對稱的圖形。借助于作為檢測器元件的傳感器線15a_c，尤其是在條狀圖形旋轉期間可以將相應的條的入口和出口的長度LI和L2解析到空間解析區域內和夕卜。通過以該方式解析的位置，例如徑向位移和/或傾斜于是能被以計算的方式確定。原則上，位置值能基于圖形單元14中的至少一個的位置、多個圖形單元14相對于彼此的位置的比、或彼此相繼設置的多個圖形單元14的位置的順序被以計算方式確定。在該情況下，在傳感器裝置上的碼或碼投影也能以冗余方式設計，即，如關于待測定的變量由多種因素確定，使得作為冗余的結果可用的附加信息能被使用。 圖10示出了這樣的示例實施方式，該實施方式由于作為傳感器裝置的偏移90°的兩個傳感器線5d和5e并且由于圖形的不同實施方式，尤其是朝向圖形中心徑向取向并且沿旋轉方向彼此相繼設置的圖形單元14’的不同實施方式，而不同于圖9所示的示例實施方式。碼載體這里由具有不透光三角形的可透過玻璃盤來實施。然而，能繞軸線旋轉的碼載體也能被實施為例如呈薄金屬盤的形式，該金屬盤在該情況下具有三角形切除部，該三角形切除部實施為沿旋轉方向彼此相繼設置的圖形單元14’。圖形單元14’的例如三角形的實施方式由于相對于徑向方向的附加傾斜而具有關于借助于空間解析區域測定碼載體的位移或傾斜的更大靈敏度，其中彼此相繼設置的相鄰圖形單元14’的相互面對的側線以相對于徑向方向大致傾斜的方式實施。甚至使得有可能借助于解析單個三角形的寬度來測定碼載體的這種位置變化，該寬度在此被表示為投影在傳感器線15d上的區域的兩個寬度16和17。因此，舉例來說，從投影的寬度16，所述投影沿徑向方向的位置或位移能被識別并且其位移量能被測定。顯然，也可以借助于三角形之間的距離來測定這種位置變化。這里由于沿圖形中心的方向指向的圖形單元的三角形形式，與矩形圖形單元比較，相反，這里可以提供較少的彼此相繼設置的圖形單元，由于此能獲得較小的解析率。然而，旋轉編碼器的傳感器裝置原則上并且以取決于碼構造和準確度要求的方式具有一個或者兩個或更多個讀頭或傳感器線，其中，原則上，除作為線性陣列的傳感器線之夕卜，也可以使用面傳感器，即，二維布置的像素傳感器。在兩個或更多個讀頭的情況下，這些讀頭能例如以沿周向相對于彼此偏移180°的方式設置，其中，所述讀頭(在四個讀頭的情況下)能以沿周向在每一情況下偏移90°的方式設置。在三讀頭的情況下，這些讀頭能以每一情況下偏移120°的方式設置。除用讀頭或傳感器部件之間的相同角距來分離該布置之外，然而，可以實現具有至少四個讀頭的旋轉編碼器的傳感器布置，這至少四個讀頭例如以沿周向以不同角度相對于彼此偏移的方式設置，使得例如所有的角距彼此不同，尤其是相對于彼此沒有倍數比。同樣地，也可以使用例如尤其是單個面傳感器，該面傳感器設置在旋轉軸線上或檢測旋轉軸線和相鄰區域，因此覆蓋接近于軸線的區域的大的角范圍或全部角范圍。尤其是，在碼載體的情況下，碼圖形也能配合在兩個相反端面上 ，所述碼圖形繼而被分別分配給覆蓋旋轉軸線的面傳感器。這種包括由相應的傳感器檢測的面積碼的布置例如從WO2008/019855 已知。顯然，這些例示附圖僅僅示意性地示出了可能的實施方式的示例。
權利要求
1.一種用于表面測量的測量機的測量方法，所述測量機尤其為坐標測量機(1)，所述測量機包括 -基座(4)， -測量部件(6)，該測量部件用于產生并且保持與待測量表面的接觸式或無接觸的測量連接，所述測量連接尤其是光學測量連接，其中，所述測量部件(6)借助至少一個連接元件(IO )連接到所述基座(4 )， -至少一個旋轉編碼器(9、9’)，所述至少一個旋轉編碼器檢測所述至少一個連接元件(10)相對于托座(11)的旋轉，并且所述旋轉編碼器都具有碼載體(12、12’)和傳感器裝置(13、13’)，其中所述碼載體和所述傳感器裝置能繞限定的旋轉軸線(DA)相對于彼此旋轉，作為第一自由度， 并且所述方法包括 在所述傳感器裝置(13、13’)上產生碼投影，所述碼投影取決于所述碼載體(12、12’)相對于所述傳感器裝置(13、13’)的三維位置；并且檢測所述碼投影的至少一部分， 基于所述碼投影測定所述碼載體(12、12’)相對于所述限定的旋轉軸線(DA)的旋轉位置， 利用所述至少一個旋轉編碼器(9、9’ )的旋轉位置測定所述測量部件(6)相對于所述基座(4)的當前測量位置， 所述方法的特征在于， 對于所述至少一個旋轉編碼器(9、9’)，基于所述碼投影，當測定所述當前測量位置時測定并考慮針對所述碼載體(12、12’)相對于所述傳感器裝置(13、13’)的至少一個其他自由度的位置值，其中，所述位置值被用來測定所述連接元件(10 )相對于所述托座(11)的相對位置和/或所述連接元件(10)的作為形狀和/或尺寸變化的變形，所述相對位置尤其與所述碼載體(12、12’)的所述其他自由度對應。
2.根據權利要求I所述的測量方法，其特征在于， 將下述參數測定為所述位置值 所述碼載體(12、12’)相對于所述旋轉軸線(DA)沿徑向方向和/或沿所述旋轉軸線(DA)的方向從靜止位置的偏轉；和/或 所述碼載體(12、12’)相對于所述傳感器裝置(13、13’)從靜止位置的傾斜。
3.根據權利要求I或2所述的測量方法，其特征在于， 針對所述至少一個旋轉編碼器(9、9’)，測定所述碼載體(12、12’)相對于所述傳感器裝置(13、13’)的旋轉位置、偏轉和傾斜以及因此在所有六個自由度中的位置。
4.根據前述權利要求中任一項所述的測量方法，其特征在于， 針對所述至少一個旋轉編碼器(9、9’)，基于連接到所述托座(11)的另一連接元件的取向，分成變形引起部分和相對位置引起部分。
5.根據前述權利要求中任一項所述的測量方法，其特征在于， 針對至少一個第二旋轉編碼器(9’)，當測定所述測量部件(6)的空間位置時，測定并考慮所述至少一個第二旋轉編碼器的旋轉位置和所述至少一個第二旋轉編碼器的所述位置值。
6.根據權利要求5所述的測量方法，其特征在于，基于所述連接元件的空間位置來測定所述測量位置，所述空間位置借助于所述至少兩個旋轉編碼器(9、9 ’)的所述旋轉位置和所述位置值被排他地導出。
7.根據前述權利要求中任一項所述的測量方法，其特征在于， 所述旋轉編碼器(9、9’)具有至少兩個碼載體(12、12’)，所述至少兩個碼載體能繞相同的、尤其是公共的旋轉軸線旋轉并且彼此隔開一定距離設置，并且基于相應的碼投影來測定所述碼載體(12、12’)中的每個碼載體的位置值，其中，所述兩個碼載體(12、12’)的所述位置值的組合被用于測定所述連接元件(10)相對于所述托座(11)的相對位置和/或所述連接元件(10)的變形，所述相對位置尤其與所述碼載體(12、12’)的所述其他自由度對應。
8.一種用于測量機的連接裝置，所述連接裝置尤其為傾斜或旋轉連接，所述測量機尤其包括關節臂，所述連接裝置包括 連接元件(10)，該連接元件用于將基座(4)間接或直接連接到測量部件(6)，以用于產生并保持與待測量表面的測量連接；和 至少一個旋轉編碼器(9、9’)，所述至少一個旋轉編碼器檢測至少一個連接元件(10)相對于托座(11)的旋轉并且都具有碼載體(12、12’)和傳感器裝置(13、13’)，其中所述碼載體(12、12’)和所述傳感器裝置(13、13’)能繞限定的旋轉軸線(DA)相對于彼此旋轉，作為第一自由度， 所述連接裝置的特征在于， 所述旋轉編碼器(9、9’)被設計用于以從碼投影實現的方式測定并且提供關于所述碼載體(12、12’)相對于所述傳感器裝置(13、13’)的三維位置的五個其他自由度中的至少一個自由度的至少一個位置值，所述位置值即為 所述碼載體(12、12’)相對于所述旋轉軸線(DA)沿徑向方向的偏轉； 所述碼載體(12、12’)沿所述旋轉軸線(DA)的方向的偏轉；和/或 所述碼載體(12、12’)相對于所述旋轉軸線(DA)的傾斜， 使得所述位置值能被用來測定所述連接元件(10)相對于所述托座(11)的相對位置和/或所述連接元件(10)的作為形狀和/或尺寸變化的變形，所述相對位置尤其與所述碼載體(12、12’)的所述其他自由度對應。
9.根據權利要求8所述的連接裝置，其特征在于， 所述旋轉編碼器(9、9’)的所述傳感器裝置(13、13’)具有以沿周向相對于彼此偏移180°的方式設置的至少兩個讀頭，尤其具有以沿周向相對于彼此都偏移90°的方式設置的四個讀頭。
10.根據權利要求8所述的連接裝置，其特征在于， 所述旋轉編碼器(9、9’)的所述傳感器裝置(13、13’)具有以沿周向均偏移120°的方式設置的三個讀頭。
11.根據權利要求8所述的連接裝置，其特征在于， 所述旋轉編碼器(9、9’)的所述傳感器裝置(13、13’)具有沿周向相對于彼此以不同角度偏移的方式設置的至少四個讀頭。
12.根據權利要求8至11中任一項所述的連接裝置，其特征在于， 所述旋轉編碼器(9、9’ )具有至少兩個碼載體(12、12’)，所述至少兩個碼載體能繞相同的、尤其是公共的旋轉軸線(DA)旋轉，并且彼此隔開一定距離設置，其中所述兩個碼載體(12、12’)被分別分配給由至少兩個讀頭組成的傳感器裝置(13、13’)，所述至少兩個讀頭分別檢測碼單元投影并且被彼此相對地設置。
13.根據權利要求8至12中任一項所述的連接裝置，其特征在于， 所述碼載體(12、12’)具有作為碼的多個圖形單元(14、14’)，并且所述傳感器裝置(13、13’)解析所述碼投影中的所述多個圖形單元(14、14’)的投影位置，其中至少一個位置值基于以下被以計算方式確定 所述圖形單元(14、14’)中的至少一個圖形單元的位置； 所述多個圖形單元(14、14’)相對于彼此的位置的比； 彼此相繼設置的所述多個圖形單元(14、14’)的位置順序。
14.一種用于測定測量位置的包括關節臂的坐標測量機(1)，其中，所述關節臂包括作為基座(4)的第一端；第二端，所述第二端具有用于產生并保持與待測量表面的接觸連接式或無接觸的測量連接的測量部件(6)，所述測量連接尤其是光學測量連接；以及至少兩個臂元件，所述至少兩個臂元件被實施為根據權利要求8至13中任一項所述的連接裝置(10)。
15.根據權利要求14所述的坐標測量機(I)，其特征在于， 基于所述連接裝置(10)的所述旋轉編碼器(9、9’)的所述旋轉位置和所述位置值排他地測定所述測量位置。
全文摘要
公開了一種用于表面測量的測量機的測量方法，該測量機包括基座；測量部件，該測量部件用于建立并保持至待測量的表面的接觸或無接觸的，尤其是光學的測量連接，其中所述測量部件借助于至少一個連接元件(10)連接到所述基座；以及至少一個旋轉編碼器，所述至少一個旋轉編碼器檢測所述至少一個連接元件(10)相對于保持件(11)的旋轉，并且所述至少一個旋轉編碼器中的每個都具有碼載體(12)和傳感器裝置(13)。在所述測量方法中，取決于所述碼載體(12)相對于所述傳感器裝置(13)的三維位置的碼投影在該傳感器裝置(13)上產生，并且所述碼投影的至少一部分被捕捉。由此，所述碼載體(12)相對于所限定的旋轉軸線(DA)的角度位置被確定并且所述測量部件相對于所述基座的當前測量位置被測定，其中，針對所述至少一個旋轉編碼器，所述碼載體(12)相對于所述傳感器裝置(13)的至少一個其他自由度的位置值基于所述碼投影被確定并且被考慮以測定所述當前測量位置，并且所述連接元件(10)相對于所述保持件(11)的相對位置和/或其以形狀或位置變化的形式的變形從所述位置值來確定。
文檔編號G01B21/04GK102822619SQ201180015769
公開日2012年12月12日 申請日期2011年3月21日 優先權日2010年3月26日
發明者海因茨·利普納, U·沃金格, 克努特·西爾克斯 申請人:萊卡地球系統公開股份有限公司