具有目标感测单元用于目标跟踪和取向检测的激光跟踪仪制造技术

具有目标感测单元用于目标跟踪和取向检测的激光跟踪仪。一种用于确定辅助测量仪器的位置并用于连续跟踪辅助测量仪器的激光跟踪仪，辅助测量仪器具有回射器和多个目标标记，其中目标标记按已知固定空间分布布置在辅助测量仪器上并实现为发射或反射光束，并且其中激光跟踪仪具有产生测量辐射的第一辐射源、具有距离测量功能的距离测量模块及用于确定被回射器反射的辐射在目标感测单元的传感器上的碰撞点并产生输出信号以控制精细瞄准功能和目标跟踪功能的目标感测单元，其特征在于，目标感测单元实现为确定被辅助测量仪器的多个目标标记反射或发射的光束在传感器上的碰撞点，并基于光束的碰撞点的分布确定辅助测量仪器的空间取向。

【技术实现步骤摘要】
具有目标感测单元用于目标跟踪和取向检测的激光跟踪仪
本专利技术涉及一种激光跟踪仪和一种用于确定辅助测量仪器的位置并连续跟踪辅助测量仪器的方法。
技术介绍
被设计为连续跟踪目标点并以坐标的方式确定该点的位置的测量设备通常可以集总地称为激光跟踪仪，特别是关于工业勘测。在这种情况下，目标点可由利用来自测量设备的光学测量光束(特别是激光束)瞄准的回射单元(例如立方棱镜)表示。激光束以平行方式被反射回到测量设备，利用该设备的感测单元感测反射的光束。在本文的上下文中，例如通过与系统的偏转镜或瞄准单元关联的用于角度测量的传感器确定光束的发射方向和接收方向。另外，通过光束的感测，例如通过传播时间测量或相位差测量，确定了从测量设备至目标点的距离。另外，根据现有技术的激光跟踪仪可使用具有二维、光敏阵列的光学图像捕捉单元实现，所述光学图像捕捉单元例如CCD或CID相机或基于CMOS阵列的相机，或具有像素阵列传感器和具有图像处理单元。在这种情况下，激光跟踪仪和相机中的一个可特别地安装在另一个的顶部，使得它们相对于彼此的位置不能变化。例如，相机被布置为能够与激光跟踪仪一起绕激光跟踪仪的基本垂直的轴旋转，但能够独立于激光跟踪仪而向上和向下枢转，并且因此与激光束的光学系统分离。另外，相机可例如基于相应的应用而实现为能够仅绕一个轴枢转。在另选的的实施方式中，相机可以按照集成设计与激光光学系统一起安装在公共的外壳中。通过利用图像捕捉和图像处理单元(已知作为带有相对于彼此的相对位置已知的标记的辅助测量仪器)的图像捕捉和评估，可推断出布置在辅助测量仪器上的物体(例如探针)在空间中的取向。与目标点的确定的空间位置一起，还可精确地确定物体在空间中的绝对和/或相对于激光跟踪仪的位置和取向。可通过被称作接触感测工具(利用它们的接触点而设置在目标物体的点上)，可以实现这种辅助测量仪器。接触感测工具具有例如光点的标记和表示接触感测工具上的目标点的反射器，并且可利用来自跟踪仪激光束而被瞄准，标记和反射器相对于接触感测工具的接触点的位置是非常精确地知道的。按照本领域技术人员熟知的方式，辅助测量仪器还可是用于非接触式表面勘测操作的针对距离测量而配备的例如手持式扫描仪，用于相对于布置在扫描仪上的光点和反射器的距离测量的扫描仪测量光束的方向和位置是精确地知道的。这种扫描仪在例如EP0553266中有所描述。对于距离测量，现有技术中的激光跟踪仪具有至少一个距离测量装置，所述距离测量装置可例如采取干涉仪的形式。由于这种距离测量单元仅可以测量相对距离变化，因此除干涉仪以外，将已知的绝对距离测量装置安装在现在的激光跟踪仪中。例如，通过得自徕卡测量系统(LeicaGeosystemsAG)的产品AT901，已知这种用于确定距离的测量装置的组合。在这方面，由于长相干长度和由此允许的测量范围，用于距离测量的干涉仪主要使用氦氖气激光器(HeNe激光器)作为光源。例如，从WO2007/079600A1已知利用HeNe激光器来确定距离的绝对距离测量装置和干涉仪的组合。此外，在越来越标准的现代跟踪仪系统中，传感器被用于确定接收到的测量光束从零位置的偏离。这种可测量的偏离可用于确定回射器的中心与激光束在反射器上的碰撞点之间的位置差异，并且基于这种差异纠正或再调整激光束的取向，使得传感器上的偏离减小，尤其是为“零”，因此光束沿着反射器中心的方向定向。激光束取向的再调整使得可以进行目标点的连续目标跟踪并连续地确定目标点相对于测量器械的距离和位置。在这种情况下，可通过偏转镜的取向改变和/或通过枢转具有光束导向激光光学系统的瞄准单元来实现再调整，所述偏转镜可以机动化方式运动并且为了偏转激光束的目的而提供。针对连续目标跟踪，根据现有技术的激光跟踪仪通常具有位置灵敏检测器(PSD)形式的跟踪区域传感器，其中能够在该位置灵敏检测器上检测到在目标处反射的测量激光辐射。在这方面，PSD应被理解为表示在模拟域中局部地操作并且可用于确定传感器区域上的光分布的焦点的区域传感器。在这种情况下，来自该传感器的输出信号利用一个或更多个光敏区域产生，并且取决于光焦点的对应位置。下游的或集成的电子元件可用于评估输出信号并确定焦点。在这种情况下，可非常快速和非常高分辨率地确定碰撞光点的焦点的位置。然而，PSD可仅用于确定光分布的焦点，而非多个光点的分布。该PSD可用于确定感测到的光束的碰撞点从伺服控制零点的偏离，并且所述偏离可用作朝着目标再调整激光束的基础。为了该目的和为了实现高精度，该PSD的视场被选择为相对较小，即，对应于测量激光束的光束直径。利用PSD进行的感测与测量轴同轴地进行，结果，PSD的感测方向对应于测量方向。可仅在测量激光已定向到回射目标之后才应用基于PSD的跟踪和精细瞄准。
技术实现思路
通过将激光束结合至反射器，所描述的目标跟踪需要被提前。为此，具有位置灵敏传感器和具有相对大的视场的感测单元可附加地布置在跟踪仪上。此外，所关注的这种类型的器械包含附加的照明装置，这些照明装置特别用于按照限定的与距离测量装置的波长不同的波长照射目标或反射器。在这方面，传感器可采取对该特定波长周围的范围敏感的形式，例如为了减小或完全防止外部的光影响。照明装置可用于照射目标，并且相机可用于使用被照射的反射器来捕捉目标的图像。传感器上的特定(特定波长)反射的映射允许分辨图像中的反射位置，并因此可确定相对于相机的捕捉方向的角度和到目标或反射器的方向。从例如WO2010/148525A1中已知具有这种目标搜索单元的激光跟踪仪的实施方式。然而，该实施方式没有确定辅助测量仪器的空间取向的功能。现有技术中的激光跟踪仪的缺点是需要使用至少两个单独的光学部件来用于感测辅助测量仪器的取向和用于目标跟踪。这样不仅增加了材料和设计以及生产成本的投入，还使得跟踪仪更大和更重，因此对于用户而言，削弱了运输和处理的方便性。因此，本专利技术的一个目的是提供一种与现有技术相比改进的激光跟踪仪。具体地说，本专利技术的一个目的是提供这样一种就设计和材料而言投入较少的激光跟踪仪。本专利技术的另一目的是提供一种与现有技术中的器械相比更小、更轻和节省更多能量的激光跟踪仪。具体地，本专利技术的另一目的是提供这样一种激光跟踪仪，其具有用于感测辅助测量仪器的取向的功能。本专利技术的另一目的是提供一种包括激光跟踪仪和辅助测量仪器的改进的激光跟踪仪系统。此外，本专利技术的一个目的是提供一种与现有技术中的方法相比改进的用于确定目标的位置的方法。这些目的的至少一个是通过独立权利要求的特征部分的特征的实施来实现的。可在从属权利要求中找到以另选或有益的方式发展本专利技术的特征。根据本专利技术，一种激光跟踪仪，该激光跟踪仪确定具有回射器和多个目标标记的辅助测量仪器的位置并用于连续跟踪所述辅助测量仪器，其中，所述目标标记按照已知的固定空间分布布置在所述辅助测量仪器上，并且被实现为发射或反射光束，并且其中，该激光跟踪仪具有：第一辐射源，其用于产生测量辐射；距离测量模块，其具有距离测量功能；以及目标感测单元，其用于确定被所述回射器反射的辐射在该目标感测单元的传感器上的碰撞点，并且用于产生输出信号以控制精细瞄准功能和目标跟踪功能，其中，根据本专利技术，所述目标感测单元实现为：确定被所述辅助测量仪器的所述多个目标标记反射或本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光跟踪仪(1)，该激光跟踪仪(1)用于确定辅助测量仪器(80)的位置并用于连续跟踪所述辅助测量仪器(80)，所述辅助测量仪器(80)具有回射器(81)和多个目标标记(82)，其中，所述目标标记(82)按照已知的固定空间分布布置在所述辅助测量仪器(80)上并且被实现为发射或反射光束(42)，并且其中，该激光跟踪仪(1)具有：第一辐射源(35)，其用于产生测量辐射(30)；距离测量模块(38)，其具有距离测量功能；以及目标感测单元(40)，其用于确定被所述回射器(81)反射的辐射(31)在所述目标感测单元(40)的传感器(45)上的碰撞点(43)，并且用于产生输出信号以控制精细瞄准功能和目标跟踪功能，其特征在于，所述目标感测单元(40)实现为：确定由所述辅助测量仪器(80)的多个目标标记(82)反射或发射的光束(42)在所述传感器(45)上的碰撞点(44)，并且基于所述光束(42)的所述碰撞点(44)的分布，确定所述辅助测量仪器(80)的空间取向。

【技术特征摘要】
2013.05.10 EP 13167256.01.一种激光跟踪仪(1)，该激光跟踪仪(1)用于确定辅助测量仪器(80)的位置并用于连续跟踪所述辅助测量仪器(80)，所述辅助测量仪器(80)具有回射器(81)和多个目标标记(82)，其中，所述目标标记(82)按照已知的固定空间分布布置在所述辅助测量仪器(80)上并且被实现为发射或反射光束(42)，并且其中，该激光跟踪仪(1)具有：第一辐射源(35)，其用于产生测量辐射(30)；距离测量模块(38)，其具有距离测量功能；以及目标感测单元(40)，其用于确定被所述回射器(81)反射的辐射(31)在所述目标感测单元(40)的传感器(45)上的碰撞点(43)，并且用于产生输出信号以控制精细瞄准功能和目标跟踪功能，其特征在于，所述目标感测单元(40)实现为：确定由所述辅助测量仪器(80)的多个目标标记(82)反射或发射的光束(42)在所述传感器(45)上的碰撞点(44)，并且基于所述光束(42)的所述碰撞点(44)的分布，确定所述辅助测量仪器(80)的空间取向，并且用于与所述辅助测量仪器(80)进行无线通信的装置，所述装置用于将所述激光跟踪仪(1)实现为控制所述辅助测量仪器(80)的所述目标标记(82)的发光。2.根据权利要求1所述的激光跟踪仪(1)，其特征在于，基座(140)，其限定了竖直轴(9)，支承件(120)，其限定了与所述竖直轴(9)基本成直角的倾斜轴(8)，其中，所述支承件(120)能够以机动方式绕所述竖直轴(9)相对于所述基座(140)枢转，并且由所述支承件(120)相对于所述基座(140)的取向限定水平枢转角，光束偏转单元(110)，其能够以机动方式绕所述倾斜轴(8)相对于所述支承件(120)枢转，其中，所述光束偏转单元(110)相对于所述支承件(120)的取向限定竖直枢转角，以沿着发射轴(7)发射和定向测量辐射(30)并且接收在所述回射器(81)反射的测量辐射(31)的至少一部分，并且角度测量功能，其用于确定所述水平枢转角和所述竖直枢转角。3.根据前述权利要求1所述的激光跟踪仪(1)，其特征在于，所述目标感测单元(40)的所述传感器(45)被实现为二维图像传感器。4.根据前述权利要求3所述的激光跟踪仪(1)，其特征在于，所述二维图像传感器包括CMOS或CCD传感器。5.根据前述权利要求1所述的激光跟踪仪(1)，其特征在于，所述目标感测单元(40)的光学系统具有不可变焦距和不可变缩放率。6.根据前述权利要求5所述的激光跟踪仪(1)，其特征在于，所述目标感测单元(40)的光学系统具有固定焦距透镜。7.根据前述权利要求1所述的激光跟踪仪(1)，其特征在于，控制所述辅助测量仪器(80)的所述目标标记(82)的发光是为了利用所述目标感测单元(40)在时间上连续地进行目标跟踪和取向确定的目的。8.根据前述权利要求1所述的激光跟踪仪(1)，其特征在于，基于所述激光跟踪仪(1)与所述辅助测量仪器(80)之间的距离来控制所述辅助测量仪器(80)的所述目标标记(82)的发光。9.根据前述权利要求1所述的激光跟踪仪(1)，其特征在于，所述用于与所述辅助测量仪器(80)进行无线通信的装置被用于以同步方式来开启和关闭所述目标标记(82)的所述发光。10.根据前述权利要求1所述的激光跟踪仪(1)，其特征在于，所述目标感测单元(40)具有目标跟踪模式和取向感测模式，其中，所述目标感测单元(40)在所述目标跟踪模式中被实现为确定反射的辐射(31)在所述目标感测单元(40)的所述传感器(45)上的所述碰撞点(43)，并且产生输出信号以控制所述精细瞄准功能和所述目标跟踪功能，并且所述目标感测单元(40)在所述取向感测模式中被实现为确定所述光束(42)的所述碰撞点(44)在所述目标感测单元(40)的所述传感器(45)上的分布，并且基于此来确定所述辅助测量仪器(80)的空间取向，其中，所述取向感测模式包括测量序列(230)，所述测量序列(230)具有由所述传感器(45)的电子快门触发的记录事件(235)，其中，所述目标感测单元(40)标准上处于所述目标跟踪模式中，并且所述取向感测模式能够在用户的控制下进入并持续规定的时间段。11.根据前述权利要求1所述的激光跟踪仪(1)，其特征在于，所述激光跟踪仪(1)具有联合输入和输出光学系统(50)，所述联合输入和输出光学系统(50)用于发送测量辐射(30)，允许反射的辐射(31)进入并允许来自所述目标标记(82)的所述光束(42)进入。12.根据权利要求11所述的激光跟踪仪(1)，其特征在于，第二辐射源(33)，其用于产生目标跟踪辐射(32)，以及光束偏转装置(34、36、37)，用于通过所述联合输入和输出光学系统(50)基本同轴传输所述测...

【专利技术属性】
技术研发人员：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