【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有目标寻找功能的激光跟踪仪
本专利技术涉及用于连续跟踪反射目标并且用于确定到该目标的距离的坐标测量设备特别是激光跟踪仪以及用于寻找目标的方法。
技术介绍
设计用于连续跟踪目标点和对该点的位置进行坐标确定的测量装置可以在术语激光跟踪仪特别是在工业测量背景下进行概述。在这种情况下,目标点可以通过被利用测量设备的光学测量束特别是激光束瞄准的回复反射单元(例如,立方体棱镜)来表示。激光束被平行反射至测量设备,并且反射的射束利用该装置的获取单元获取。在这种情况下,分别确定射束的发射和接收方向,例如,借助于被分配给系统的分束镜或瞄准单元的用于角测量的传感器。而且,在获取该射束时确定了从测量设备至目标点的距离,例如,借助于飞行时间或相位差测量或者利用Fizeau原理。现有技术的激光跟踪仪可以另外设计有光学图像获取单元(具有二维光敏阵列,例如,CCD或CID相机、或者基于CMOS阵列的相机、或者像素阵列传感器)和图像处理单元。在这种情况下,激光跟踪仪和相机可以具体按不能改变彼此相对的位置的这种方式而叠加地安装。例如,相机可以与激光跟踪仪一起围绕激光跟踪仪的大致垂直的轴枢转,而且可以向上和向下枢转,与激光跟踪仪无关地绕轴转动,并由此特别地与激光束的透镜分开地设置位。而且,相机例如根据相应的应用,可以按照仅可以围绕单一轴枢转的这种方式来设计。在另选实现中,相机可以按照集成设计,与激光器透镜一起安装在公共外壳中。利用标记(已知关于彼此的相对长度)的所谓辅助测量设备借助于图像获取和图像处理单元来获取并解释图像的过程指示设置在该辅助测量设备处的物体(例如,探针)的空间取向。与目标 ...
【技术保护点】
一种用于连续跟踪反射目标(65、81、101)并用于确定所述目标(65、81、101)的位置的激光跟踪仪(10、11、12),该激光跟踪仪具有·基座(40),该基座限定垂直轴(41),·射束偏转单元(20a),该射束偏转单元用于发射测量辐射(17、21),并用于接收被所述目标(65、81、101)反射的所述测量辐射(17、21)的至少一部分,其中о所述射束偏转单元(20a)按机动方式相对于所述基座(40)围绕所述垂直轴(41)和倾斜轴(31)枢转,并且о由所述测量辐射(17、21)的发射方向限定测量轴(57),·位置敏感精细瞄准检测器(58),该位置敏感精细瞄准检测器借助于检测由所述目标(65、81、101)反射的所述测量辐射(17、21)来限定用于精细瞄准和跟踪所述目标(65、81、101)的精细瞄准视野,·精细测距单元,该精细测距单元用于借助于所述测量辐射(17、21)来精确地确定到所述目标(65、81、101)的距离,·角测量功能,该角测量功能用于确定所述射束偏转单元(20a)相对于所述基座(40)的取向,以及·目标寻找单元,该目标寻找单元具有о用于利用电磁照明辐射(28、28a ...
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.07.16 EP 13176647.91.一种用于连续跟踪反射目标(65、81、101)并用于确定所述目标(65、81、101)的位置的激光跟踪仪(10、11、12),该激光跟踪仪具有·基座(40),该基座限定垂直轴(41),·射束偏转单元(20a),该射束偏转单元用于发射测量辐射(17、21),并用于接收被所述目标(65、81、101)反射的所述测量辐射(17、21)的至少一部分,其中ο所述射束偏转单元(20a)按机动方式相对于所述基座(40)围绕所述垂直轴(41)和倾斜轴(31)枢转,并且ο由所述测量辐射(17、21)的发射方向限定测量轴(57),·位置敏感精细瞄准检测器(58),该位置敏感精细瞄准检测器借助于检测由所述目标(65、81、101)反射的所述测量辐射(17、21)来限定用于精细瞄准和跟踪所述目标(65、81、101)的精细瞄准视野,·精细测距单元,该精细测距单元用于借助于所述测量辐射(17、21)来精确地确定到所述目标(65、81、101)的距离,·角测量功能,该角测量功能用于确定所述射束偏转单元(20a)相对于所述基座(40)的取向,以及·目标寻找单元,该目标寻找单元具有ο用于利用电磁照明辐射(28、28a、28b)照射所述目标(65、81、101)的至少第一照明装置与第二照明装置(25、25a-d),所述至少第一照明装置与所述第二照明装置具有到彼此的固定距离,该固定距离限定第一基本长度(B),ο相机(24、24a、24b),该相机利用位置敏感检测器(24D)来限定视野(27a),由此,·所述相机(24、24a、24b)的光轴(26)关于所述测量轴(57)偏移,·所述相机(24)能够用于获取图像(P1、70、74),·在所述图像(P1、70、74)中,能够获取由所述目标(65、81、101)反射的所述第一照明装置与所述第二照明装置(25、25a-d)的照明辐射(28、28a、28b)的至少一部分作为第一光点与第二光点(32a、32b、71),以及ο控制与估计单元,该控制与估计单元具有寻找功能,该寻找功能用于根据所述光点(32a、32b、71)来发现所述目标,使得能够基于发现所述目标使所述测量辐射(17、21)向着所述目标(65、81、101)定向,其特征在于,当执行所述寻找功能时,·根据所述检测器上的所述第一光点和/或所述第二光点(32a、32b、71)来确定至少一个图像位置(X1、X2),·通过对拍摄的所述图像(P1、70、74)进行图像处理来确定视差修正信息,所述信息将所述光点(32a、32b、71)的间隔考虑在内并且根据所述两个光点(32a、32b、71)到彼此的距离,并且·利用所述至少一个图像位置(X1、X2)并且根据所述视差修正信息,执行发现所述目标(65、81、101)的所述过程,使得由所述测量轴(57)和所述相机(24、24a、24b)的所述光轴(26)限定的视差被考虑在内。2.根据权利要求1所述的激光跟踪仪(10、11、12),其特征在于,所述相机(24、24a、24b)的光轴(26)关于所述测量轴(57)平行偏移。3.根据权利要求1所述的激光跟踪仪(10、11、12),其特征在于,所述照明装置(25、25a-d)按照所述电磁照明辐射(28、28a、28b)能够使用红外光范围内的波长发散性地发射的方式设计。4.根据权利要求3所述的激光跟踪仪(10、11、12),其特征在于,·所述照明装置(25、25a-d)被设计为用于发射具有红外光范围内的波长的光的发光二极管,·所述照明辐射(28、28a、28b)的强度可动态改变,和/或·所述相机(24、24a、24b)按照仅能够获取红外照明辐射(28、28a、28b)的方式设计。5.根据权利要求1至4中任一项所述的激光跟踪仪(10、11、12),其特征在于,代替使用用于照射所述目标(65、81、101)的所述第一照明装置与所述第二照明装置(25、25a-d),或者除了使用所述第一照明装置与所述第二照明装置(25、25a-d),所述目标寻找单元配备有具有与所述第一基本长度(B)不同的基本长度(B1-B3)的至少第三照明装置与第四照明装置(25、25a-d)。6.根据权利要求5所述的激光跟踪仪(10、11、12),其特征在于,在执行所述寻找功能时,根据所述目标(65、81、101)的已知尺寸,和/或目标距离估计值,选择要使用的所述照明装置(25、25a-d)。7.根据权利要求1至4中任一项所述的激光跟踪仪(10、11、12),其特征在于,通过以下方式避免或解决在相机(24、24a)的图像(P1、70、74)中获取的所述第一照明装置与所述第二照明装置(25、25a-d)的照明辐射横截面形状的交叠,所述交叠削弱根据相应光点的单独图像位置确定·在执行所述寻找功能时,在不同的时间执行通过所述第一照明装置与所述第二照明装置照射所述目标(65、81、101)的所述过程和获取上述创建的单个光点位置(X1、X2)的过程,·所述第一照明装置与所述第二照明装置(25、25a-d)都能够发射波长和/或偏振不同的照明辐射(28、28a、28b),所述照明辐射能够被所述相机(24、24a、24b)分离,·单个横截面形状通过对所述图像(P1、70、74)进行图像处理来分割,和/或·基于最佳拟合方法来匹配根据交叠的单个照明辐射横截面形状在所述图像(P1、70、74)中获取的所述光点形状和存储的样本。8.根据权利要求7所述的激光跟踪仪(10、11、12),其特征在于,单个横截面形状利用边缘检测来分割。9.根据权利要求7所述的激光跟踪仪(10、11、12),其特征在于,单个横截面形状的分割包括分割圆形,所述圆形具有限定的直径或直径间隔并且利用圆形Hough变换(CHT)或者尺度不变内核算子分割。10.根据权利要求7所述的激光跟踪仪(10、11、12),其特征在于,以子像素准确度来匹配根据交叠的单个照明辐射横截面形状在所述图像(P1、70、74)中获取的所述光点形状和存储的样本。11.根据权利要求7所述的激光跟踪仪(10、11、12),其特征在于,所述匹配是协调,其中,在所述图像中获取的相应的所述照明装置(25、25a-d)的照明辐射(28、28a、28b)的相应单个光点位置(X1、X2)基于所述样本在所述图像中的协调的位置来确定。12.根据权利要求7所述的激光跟踪仪(10、11、12),其特征在于,针对存储的样本共同存储至少一条信息,所述信息准许导出样本内部限定的样本位置,所述样本内部限定的样本位置将被用于最终确定所述样本内的相应光点位置(X1、X2)。13.根据权利要求12所述的激光跟踪仪(10、11、12),其特征在于,所述信息是所述样本内部限定的样本位置或限定样本位置确定算法。14.根据权利要求1至4中任一项所述的激光跟踪仪(10、11、12),其特征在于,所述激光跟踪仪(10、11、12)的特征在于校准功能,在所述校准功能的执行期间,形成并存储图像位置(X1、X2)和视差修正信息到所述目标(65、81、101)的粗略近似位置的参照指派,和/或确定所述照明装置(25、25a-d)相对于所述光轴(26)和/或测量轴(57)和/或所述照明装置的所述固定基本长度(B、B1-B3)和/或所述光轴相对于所述测量轴(57)的已知位置。15.根据权利要求14所述的激光跟踪仪(10、11、12),其特征在于,在执行所述校准功能时,·所述精细测距单元(29c、65、81)借助于所述测量辐射(17、21)瞄准并测量设置在不同位置的目标(65、81、101),·针对所述目标(65、81、101)的每一个位置,确定所述至少一个图像位置(X1、X2),并且·所述目标(65、81、101)的所述测量以及在这点上确定的所述至少一个图像位置(X1、X2)和视差修正信息被用于导出所述照明装置(25、25a-d)的关于所述测量轴(57)和所述基本长度(B、B1-B3)的所述相对位置。16.根据权利要求1至4中任一项所述的激光跟踪仪(10、11、12),其特征在于,所述控制与估计单元的特征在于图像位置确定功能,在所述图像位置确定功能的执行期间,按照如下方式,借助于在由所述相机(24、24a、24b)获取的图像(P1、70、74)中进行图像处理来确定图像位置(X1、X2):所述图像位置(X1、X2)表示在所述图像(P1、70、74)中获取的照明辐射横截面形状(71a)在所述图像中的所述位置。17.根据权利要求16所述的激光跟踪仪(10、11、12),其特征在于,·借助于基于在所述图像中获取的所述光点形状的重心计算,和/或·通过基于最佳拟合方法来匹配在所述图像(P1、70、74)中获取的所述照明辐射横截面形状(71a)与存储的样本(72),确定所述图像位置(X1、X2)。18.根据权利要求17所述的激光跟踪仪(10、11、12),其特征在于,通过以子像素准确度匹配在所述图像(P1、70、74)中获取的所述照明辐射横截面形状(71a)与存储的样本(72)确定所述图像位置(X1、X2)。19.根据权利要求17所述的激光跟踪仪(10、11、12),其特征在于,所述匹配是协调,其中,在所述图像(P1、70、74)中获取的所述照明辐射(28、28a、28b)的至少一个图像位置(X1、X2)基于所述样本(72)在所述图像(P1、70、74)中的协调的位置来确定。20.根据权利要求17所述的激光跟踪仪(10、11、12),其特征在于,针对存储的样本(72)共同存储一条信息,所述信息准许导出要被用于最终确定所述样本(72)内的所述图像位置(X1、X2)的样本内部限定的样本位置。21.根据权利要求20所述的激光跟踪仪(10、11、12),其特征在于,所述信息是所述样本内部限定的样本位置或限定样本位置确定算法。22.一种用于连续跟踪反射目标(65、81、101)并用于确定所述目标(65、81、101)的位置的激光跟踪仪(10、11、12),该激光跟踪仪具有·基座(40),该基座限定一垂直轴(41),·射束偏转单元(20a),该射束偏转单元用于发射测量辐射(17、21),并用于接收被所述目标(65、81、101)反射的所述测量辐射(17、21)的至少一部分作为反射的照明辐射束,并且ο所述射束偏转单元(20a)按机动方式相对于所述基座(40)围绕所述垂直轴(41)和倾斜轴(31)枢转,并且ο由所述测量辐射(17、21)的所述发射方向限定测量轴(57),·位置敏感精细瞄准检测器(58),该位置敏感精细瞄准检测器通过检测由所述目标(65、81、101)反射的所述测量辐射(17、21)来限定用于精细瞄准和跟踪所述目标(65、81、101)的精细瞄准视野,·精细测距单元,该精细测距单元用于借助于所述测量辐射(17、21)来精确地确定到所述目标(65、81、101)的距离,以及·角测量功能,该角测量功能用于确定所述射束偏转单元(20a)相对于所述基座(40)的取向,其特征在于,·目标寻找单元,该目标寻找单元具有ο用于利用电磁照明辐射(28、28a、28a'、28a")来照射所述目标(65、81、101)的至少第一照明装置(25、25a、25c),ο至少第一光学映射单元与第二光学映射单元(24E、24Ea),所述至少第一光学映射单元与第二光学映射单元中的每一个都限定视野(27a),由此·能够将所述光学单元(24E、24Ea)用于获取图像(P1、70、74),·所述光学映射单元(24E、24Ea)的特征在于到彼此的固定距离,该固定距离限定第一基本长度(B),并且·所述光学映射单元(24E、24Ea)靠近所述第一照明装置(25、25a、25c)设置,使得两个光学映射单元(24E、24Ea)处于由所述目标(65、81、101)反射的所述照明辐射束的横截面内,ο至少一个位置敏感检测器(24D),ο光轴,其中,所述光轴关于所述测量轴(57)偏移,以及ο控制与估计单元,该控制与估计单元具有寻找功能,该寻找功能用于根据第一光点与第二光点(32a、32b、71)来发现所述目标,使得能够基于发现所述目标使所述测量辐射(17、21)向着所述目标(65、81、101)定向,其中,当执行所述寻找功能时,·被所述目标(65、81、101)反射的所述第一照明装置(25、25a、25c)的照明辐射(28a'、28a")的一部分被所述第一光学映射单元(24E)获取为所述图像(P1、70、74)中的第一光点(32a、71)并且被所述第二光学映射单元(24Ea)获取为所述图像中的第二光点(32b、71),·根据所述检测器上的所述第一光点和/或所述第二光点(32a、32b、71)来确定至少一个图像位置(X1、X2),·通过对拍摄的图像(P1、70、74)进行图像处理来确定视差修正信息,其中,所述光点(32a、32b、71)的间隔被考虑在内并且取决于所述两个光点(32a、32b、71)到彼此的距离,并且·利用所述至少一个图像位置(X1、X2)并且根据所述视差修正信息,执行发现所述目标(65、81、101)的所述过程,使得由所述测量轴(57)和所述目标寻找单元的光轴(26z)限定的视差被考虑在内。23.根据权利要求22所述的激光跟踪仪(10、11、12),其特征在于,所述光轴关于所述测量轴(57)平行偏移。24.根据权利要求22所述的激光跟踪仪(10、11、12),其特征在于,代替使用用于获取由所述目标(65、81、101)反射的照明辐射(28a'、28a")的所述第一光学映射单元与所述第二光学映射单元(24E、24Ea),或者除了使用所述第一光学映射单元与所述第二光学映射单元(24E、24Ea),所述目标寻找单元配备有具有与所述第一基本长度(B)不同的基本长度的至少第三光学映射单元与第四光学映射单元,所述至少第三光学映射单元与第四光学映射单元中的每一个都限定视野。25.根据权利要求22所述的激光跟踪仪(10、11、12),其特征在于,当执行所述寻找功能时,根据所述目标(65、81、101)的已知尺寸,和/或目标距离估计值,执行对要使用的所述光学映射单元的选择。26.根据权利要求22至25中任一项所述的激光跟踪仪(10、11、12),其特征在于,所述激光跟踪仪(10、11、12)的特征在于校准功能,在所述校准功能的执行期间,确定并存储图像位置(...
【专利技术属性】
技术研发人员:A·马肯多夫,B·伯克姆,
申请(专利权)人:莱卡地球系统公开股份有限公司,
类型:发明
国别省市:瑞士;CH
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