具有测量仪和扫描模块的测量系统技术方案

本发明专利技术涉及一种具有测量仪20的测量系统50和一种扫描模块10，该扫描模块具有：用于将扫描模块固定到承座上的固定机构；能借助马达绕转动轴线12转动的光束偏转元件11，以用于使扫描激光束60偏转，其中转动轴线12相对于枢转轴线22成规定角度；以及第二角度测量功能13，该第二角度测量功能用于根据光束偏转元件11的角度位置来确定转动角。另外，测量仪20具有如此设计的承座，即，扫描模块10能借助所述固定机构以模块化方式按照规定的定位被固定在测量仪20上。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有测量仪和扫描模块的测量系统
本专利技术涉及具有测量仪和扫描模块的测量系统、根据本专利技术的扫描模块、测量仪以及扫描方法。
技术介绍
为了采集物体或表面，通常采用以下方法，其连续扫描并同时记录下结构(如建筑)的形貌。这样的形貌此时构成相关联的描绘物体的表面的一系列点或者相应的模型或表面描绘。通常做法是借助激光扫描器进行扫描，该激光扫描器总是如此采集表面点的空间位置，即，通过激光来测量至所瞄准的表面点的距离并且使测量结果与激光发射的角度信息相关联。根据该距离信息和角度信息，可以确定所采集的点的空间位置并且能够连续地测量所述表面。在许多情况下，与单纯的几何形状采集并行地还执行借助照相机的图像拍摄，该照相机除了可视总体视图之外还提供例如关于表面纹理的其它信息。因此，例如在WO97/40342中描述了以下方法，其通过以位置固定的方式设立的扫描系统来记录形貌。为这些系统选择固定的设立点，并且这些固定的设立点用作由马达所引起的扫描过程的基准。各表面点的三维位置信息可通过至测量点的距离、测量时的角度位置和扫描装置的已知设立地点被推导出来。在此，该扫描系统专门设计为用于形貌采集任务并通过扫描系统的运动或光路的变化来扫描表面。此外，扫描功能可以作为附加功能被集成到各种不同的仪器中。例如WO2004/036145公开了一种大地测量仪，该测量仪从其位于所采集区域内的位置起发射出距离测量用激光束。这样的测量仪也可被改动或无需改动地被操作以用扫描的方式采集表面。其一个例子是机动化的经纬仪或全站仪。其它方法采用了可移动系统，该可移动系统通过扫描系统的运动来扫描待采集的结构或者支持或补充所述扫描。这样的系统尤其适用于采集线性结构或可线性操纵的结构，例如轨道系统、道路、隧道系统或飞机场。通过这种现有技术的采集过程来提供图像或形貌数据，所述数据基本上代表关于表面点的空间分布或布置关系的信息。如果需要，拍摄图像或许还可以推导出其它信息。借此可以比较好地重建表面的结构和走向。但不利的是没有从性质上表示表面的类型和构造，尤其就内部结构或组成而言。因此，与扫描并行地获得的图像通常允许不同亮度值的识别。另外，EP1759172描述了一种扫描系统和一种用于以光谱分辨的形式采集表面的方法，其提供了从由此获得的信息推导出表面性能。这种根据现有技术的激光扫描器能允许使用者利用较短的时间支出来全面且必要时带有附加表面信息地采集大的表面和物体(根据期望的点对点分辨率)，但此时推导出的点坐标的精度不足以获得例如像针对现代的测量仪且尤其是全站仪或经纬仪所创立的高的大地测量一样的精度标准。现代的全站仪一般具有紧凑的整体式设计，在这里，在一个仪器内通常具有大多同轴的测距元件以及计算、控制和存储单元。另外，根据全站仪的扩展阶段，可以附加地集成机动化的瞄准装置或对准装置以及在使用回归反射器(如全方位棱镜)作为瞄准目标的情况下附加地集成用于自动目标搜索和跟踪的装置。作为人机界面，全站仪可以具有带有显示器和输入装置(如键盘)的电子显示控制单元(一般是具有电子数据存储装置的微型处理器计算单元)。为显示控制单元提供以电子传感方式获得的测量数据，从而使得目标点的位置可通过显示控制单元来确定、光学地显示和存储。现有技术所已知的全站仪还可以具有无线电数据接口，用于建立与诸如手持式数据采集装置的外围部件的无线链接，该手持式数据采集装置尤其是能以数据记录器或场计算机的形式构成。为了对准或瞄准待测目标点，一般类型的大地测量仪具有望远瞄准镜(如光学望远镜)作为对准装置。望远瞄准镜一般可绕竖向轴线和水平倾转轴线相对于测量仪的基座转动，从而使得望远瞄准镜可通过枢转和倾转对准待测点。现代仪器可以除了光学观察通道外还具有用于以角秒精度对准的照相机，所述照相机集成到望远瞄准镜中且例如同轴地或以平行的方式对准。此时可采集的图像或图像序列，尤其是实况图像可以在显示控制单元的显示器和/或用于遥控的外围装置(如数据记录仪)的显示器上被示出。对准装置的光学系统此时可以具有手动聚焦机构，例如用于改变聚焦光学系统的位置的调节螺钉，或者具有自动聚焦机构，其中焦点位置的变化例如通过伺服马达来实现。例如EP2219011中描述了一种大地测量仪的瞄准装置。用于大地测量仪的望远瞄准镜的自动聚焦装置例如由DE19710722、DE19926706或DE19949580公开。因为尽管通常提供30倍光学放大率，但目标物体(例如通常用于大地测量目的的带有瞄准标记的如全方位棱镜的铅垂杆)无法足够精确地用肉眼借助瞄准装置来瞄准(即不符合大地测量精度要求)，因此常用的测量仪此时按照标准具有用于作为瞄准反射器的棱镜的自动目标跟踪功能(ATR:自动目标识别)。为此，通常将另一个单独的ATR光束源(例如发出波长在850纳米范围内的光辐射的多模光纤输出)和一个特定的对该波长敏感的ATR检测器(如CCD或CMOS面型传感器)附加地集成在望远镜中。例如在EP2141450中描述了一种测量仪，其具有用于自动瞄准回归反射目标的功能以及自动目标跟踪功能。利用这种现代的测量仪，可以利用很高的大地测量精度来确定被测目标点的坐标。但此时不利的是，例如利用全站仪的大面积目标测量意味着与在目标上的激光扫描仪的测量过程相比用时太长。
技术实现思路
因此，由本专利技术解决的问题是提供一种附加装置，该附加装置与基本装置相互作用能够实现更快速且改进的逐点采集表面。由本专利技术解决的另一个问题在于提供一种改进的测量仪，除了仪器自身的高度精确的目标点确定可能性外，该测量仪还能够实现相对于多次精确目标点确定而言用时短地快速采集多个目标点的功能。由本专利技术解决的又一个问题在于如此扩展根据现有技术的测量仪，即，给该测量仪附加提供扫描功能。根据本专利技术的测量系统具有测量仪尤其是全站仪、经纬仪或激光跟踪器，该测量仪具有基座、安置在所述基座上且能绕枢转轴线枢转的构造以及瞄准单元且尤其是瞄准望远镜，其中该瞄准单元至少具有用于发出第一激光束的发射单元和用于测量至目标的距离的第一测距功能，所述发射单元限定光学瞄准轴线。另外，该测量仪具有第一角度测量功能，该第一角度测量功能用于高度精度地采集至少一个枢转角，该枢转角由所述构造相对于基座的相对枢转位置来限定的。另外，该测量系统还具有用于数据处理并用于测量系统的控制的控制和处理单元。另外，该测量系统具有包括固定机构的扫描模块，该固定机构用于将扫描模块固定到对应于固定机构的承座，所述扫描模块还包括光束偏转元件，该光束偏转元件用于使扫描激光束偏转，所述光束偏转元件能以马达驱动的方式绕转动轴线转动，其中该转动轴线在接纳状态下相对于枢转轴线成规定角度且尤其与所述枢转轴线垂直，所述扫描模块还包括第二角度测量功能，该第二角度测量功能用于根据光偏转元件的角位置来确定转动角。另外，该测量仪具有如此构成的承座，即，所述扫描模块能借助所述承座与固定机构的相互作用而以模块化方式按照规定的定位被固定在测量仪上。所述控制和处理单元还如此构成，即，将针对目标上的一个点的相应的转动角、相应的转动角和相应的距离被进行关联，从而通过所述关联来限定相应的点位，并且能产生具有多个所述点位的点云。利用这样的测量系统，借助偏转元件(例如镜)的转动运动和入射到其上的扫描激光束的偏转，可以限定尤其是高阶本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种测量系统(50)，该测量系统具有：·测量仪(20)，该测量仪尤其是全站仪、经纬仪或激光跟踪器，该测量仪包括：□基座(20b)；□安置在所述基座(20b)上且能绕枢转轴线(22)枢转的构造(20a)；□瞄准单元(30)，该瞄准单元尤其是瞄准望远镜，其中所述瞄准单元(30)至少具有·用于发出第一激光束的发射单元，所述发射单元限定光学瞄准轴线；和·用于测量至目标(70)的距离的第一测距功能；以及□第一角度测量功能(24)，该第一角度测量功能用于高精度地采集由所述构造(20a)相对于所述基座(20b)的相对枢转位置所限定的至少一个枢转角；·用于数据处理并用于控制所述测量系统(50)的控制和处理单元，其特征是，·所述测量系统(50)具有扫描模块(10)，该扫描模块包括：□固定机构(18)，该固定机构用于将所述扫描模块(10)固定到对应于该固定机构的承座；□光束偏转元件(11,11a)，该光束偏转元件用于使扫描激光束(60)偏转，所述光束偏转元件能以马达驱动的方式绕转动轴线(12)转动，其中所述转动轴线(12)在接纳状态下相对于所述枢转轴线(22)成规定角度，尤其是与所述枢转轴线垂直；以及□第二角度测量功能(13)，该第二角度测量功能用于根据所述光束偏转元件(11,11a)的角位置来确定转动角，·所述测量仪(20)具有如此构成的所述承座，即，所述扫描模块(10)能借助所述承座与所述固定机构(18)的相互作用而以模块化方式按照规定的定位被固定在所述测量仪(20)上，·所述控制和处理单元如此构成，即，□将针对所述目标(70)上的一个点的相应的转动角、相应的枢转角和相应的距离进行关联，从而通过所述关联来限定相应的点位；□能产生具有多个所述点位的点云。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.01.30 EP 12153162.81.一种测量系统(50)，该测量系统具有：测量仪(20)，该测量仪包括：基座(20b)；安置在所述基座(20b)上且能绕枢转轴线(22)枢转的构造(20a)；瞄准单元(30)，其中所述瞄准单元(30)至少具有用于发出第一激光束的发射单元，所述发射单元限定光学瞄准轴线；和用于测量至目标(70)的距离的第一测距功能；以及第一角度测量传感器(24)，该第一角度测量传感器用于高精度地采集由所述构造(20a)相对于所述基座(20b)的相对枢转位置所限定的至少一个枢转角；用于数据处理并用于控制所述测量系统(50)的控制和处理单元，其特征是，所述测量系统(50)具有扫描模块(10)，该扫描模块包括：固定机构(18)，该固定机构用于将所述扫描模块(10)固定到对应于该固定机构的承座；光束偏转元件(11,11a)，该光束偏转元件用于使扫描激光束(60)偏转，所述光束偏转元件能以马达驱动的方式绕转动轴线(12)转动，其中所述转动轴线(12)在接纳状态下相对于所述枢转轴线(22)成规定角度，所述扫描激光束(60)由所述发射单元或所述扫描模块(10)中的光束源(15)发出；以及第二角度测量传感器(13)，该第二角度测量传感器用于根据所述光束偏转元件(11,11a)的角位置来确定转动角，所述测量仪(20)具有如此构成的所述承座，即，所述扫描模块(10)能借助所述承座与所述固定机构(18)的相互作用而以模块化方式按照规定的定位被固定在所述测量仪(20)上，所述控制和处理单元如此构成，即，将针对所述目标(70)上的一个点的相应的转动角、相应的枢转角和相应的距离进行关联，从而通过所述关联来限定相应的点位；能产生具有多个所述点位的点云。2.根据权利要求1所述的测量系统(50)，其特征是，所述扫描模块(10)具有光束通道单元(9)，并且所述瞄准单元(30)能够被如此对准，即，所述第一激光束在耦合输入的状态下能借助所述光束通道单元(9)被耦合输入所述扫描模块(10)，并且该第一激光束作为扫描激光束(60)能借助所述光束偏转元件(11,11a)绕所述转动轴线(12)以转动的方式进行偏转。3.根据权利要求2所述的测量系统(50)，其特征是，所述扫描模块(10)具有如此构成的采集单元(16)，即，在耦合输入的状态下能借助所述光束偏转元件(11,11a)被偏转到所述采集单元(16)上的所述第一激光束的入射位置能在所述采集单元(16)上被采集，其中能够根据所述入射位置产生指示所述扫描模块(10)相对于所述测量仪(20)的相对定位的定位参数。4.根据权利要求1至3中任一项所述的测量系统(50)，其特征是，所述测量系统(50)具有至少由两个部件组成的对中装置，该对中装置用于按规定的方式将所述扫描模块(10)定位在所述测量仪(20)上，其中第一部件(19)配属于所述扫描模块(10)，第二部件(33)配属于所述测量仪(20)。5.根据权利要求1至3中任一项所述的测量系统(50)，其特征是，该测量系统(50)具有至少一个测距传感器(32)，该测距传感器用于在接纳状态下测量所述扫描模块(10)和所述测量仪(20)之间的距离，以产生指示所述扫描模块(10)相对于所述测量仪(20)的相对定位的另一个定位参数，和/或所述测量系统(50)具有用于采集图像的照相机(16,28,85)。6.根据权利要求1至3中任一项所述的测量系统(50)，其特征是，所述扫描模块(10)相对于测量仪(20)的倾斜度可借助扫描显著结构来确定，其中所述倾斜度是根据将代表所述显著结构并且借助所述扫描模块(10)产生的扫描点云与代表所述显著结构并且利用所述测量仪(20)产生的测量点云进行比较来确定的。7.根据权利要求1所述的测量系统(50)，其特征是，该测量仪是全站仪、经纬仪或激光跟踪器。8.根据权利要求1所述的测量系统(50)，其特征是，该瞄准单元是瞄准望远镜。9.根据权利要求1所述的测量系统(50)，其特征是，所述转动轴线(12)在接纳状态下与所述枢转轴线(22)垂直。10.根据权利要求2所述的测量系统(50)，其特征是，在所述目标(70)处所反射的扫描激光束(60)能借助所述光束通道单元(9)而从所述扫描模块(10)被耦合输出。11.根据权利要求3所述的测量系统(50)，其特征是，所述点位能够借助该定位参数被修正。12.根据权利要求1所述的测量系统(50)，其特征是，所述扫描模块(10)具有用于进行距离测量的第二测距功能。13.根据权利要求12所述的测量系统(50)，其特征是，所述扫描模块(10)具有用于借助所述扫描激光束(60)进行距离测量的所述第二测距功能。14.根据权利要求4所述的测量系统(50)，其特征是，能借助传感器(34)来测量定位精度，所述传感器用于确定所述第一部件(19)相对于所述第二部件(33)的相对定位。15.一种用于根据权利要求1所述的测量系统(50)的扫描模块(10)，该扫描模块包括：光束偏转元件(11,11a)，该光束偏转元件用于使扫描激光束(60)偏转，所述光束偏转元件能以马达驱动的方式绕转动轴线(12)进行转动；以及角度测量传感器(13)，该角度测量传感器用于根据所述光束偏转元件(11,11a)的角度位置来确定转动角，其特征是，所述扫描模块(10)具有固定机构(18)，该固定机构用于将所述扫描模块(10)固定到与该固定机构(18)对应的承座，其中所述扫描模块(10)能借助所述固...

【专利技术属性】
技术研发人员：克努特·西尔克斯，伯恩哈德·麦茨勒，
申请(专利权)人：赫克斯冈技术中心，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH