具有两个测量功能的激光跟踪器制造技术

具有两个测量功能的激光跟踪器。一种用于目标(61、64)的工业坐标位置确定的激光跟踪器(1)，其中激光跟踪器(1)至少包括：控制和评估单元、底座(40)和光束引导单元(10)、用于检测光束引导单元相对于底座的旋转角度的装置以及至少具有第一束源(30)和第一检测单元(12)的第一光学距离测量单元(2)。距离测量单元(2)以及控制和评估单元被设计为用于实现第一测量功能和第二测量功能，为了该目的，距离测量单元(2)的至少一个元件被设计为用于第一测量功能和第二测量功能二者中的双用途。第一测量功能被设计为用于回射目标(61)的坐标位置确定，并且第二测量功能被设计为用于漫散射目标(64)的坐标位置确定。

【技术实现步骤摘要】
具有两个测量功能的激光跟踪器
本专利技术涉及用于目标的工业坐标位置确定的具有根据权利要求1所述的光学距离测量单元的激光跟踪器和根据权利要求13所述的用于坐标位置确定的方法。
技术介绍
激光跟踪器被用于工业测量，诸如，例如用于在检测环境中诸如车体的部件的点的坐标位置确定或移动机器部件的连续位置监测。这种激光跟踪器被设计为用于所述目标点的坐标位置确定并且通常用于回射目标点的连续跟踪。在这种情况下，目标点可以由作为测量设备的束源或测量装置的束源生成的光学测量光束(具体地，激光束)的目标的回射单元(例如，立方体棱镜)来表示。激光束以平行方式反射回测量装置，反射的光束被装置的检测装置检测到。在这种情况下，例如通过被分配给偏转镜的用于角度测量的传感器或系统的目标单元来分别确定光束的发射方向和接收方向。另外，利用光束的检测，例如通过飞行时间(time-of-flight)或相位差测量或菲佐原理来确定从测量装置到目标点的距离。基于各发射方向和接收方向以及距离来确定目标点的位置坐标。对于距离测量，现有技术中的激光追踪器包括至少一个距离测量设备，其中，距离测量设备例如可以被设计为干涉仪(IFM)。由于这种距离测量设备只可以测量距离的相对变化，为了确定绝对位置值，在现在的激光跟踪器中安装所谓的绝对距离测量设备(ADM)。例如从WO2007/079600A1已知绝对距离测量设备和用于确定距离的干涉仪的组合。另外，在现代跟踪器系统中，在精密目标传感器上确定从零位置接收的测量光束的偏移。通过这种可测量偏移，可以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，并且可以根据该偏差以减小精密目标传感器上的偏移(具体地，为“0”)的方式校正或重新调整激光束的对准，并且因此光束在反射器中心的方向上对准。作为激光束对准的重新调整的结果，可以执行目标点的连续目标跟踪，并且可以相对于测量设备连续地确定目标点的位置和距离。在这种情况下，通过用于使激光束偏转而设置的偏转镜的对准的变化和/或通过包括光束引导激光光学单元的目标单元的枢转可以实现重新调整，所述偏转镜以机动方式而可移动。在这种情况下，可以在例如利用要测量对象的点上的接触点定位的所谓接触感测工具的辅助测量仪上安装目标点或回射器。接触感测工具包括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，并且通过跟踪器的激光束可瞄准，精确地知晓标记和反射器相对于接触感测工具的接触点的位置。现有技术中传统激光跟踪器不可能在不使用包括回射器的测量辅助工具的情况下测量(即，直接测量)到要测量对象表面的距离。首先，利用这种激光跟踪器，可以在相对短的时间内执行表面点的扫描测量，也就是说，很多点坐标的确定。然而，为此目的，与回射目标的测量相比，必须接受精度损失。US2014/0226145A1公开了一种能够测量回射目标和自然(也就是说，非回射)表面二者的激光跟踪器。为此目的，激光跟踪器包括第一绝对距离测量设备，该第一绝对距离测量设备被设计为对于相对于回射器的测量是已知的。另外，激光跟踪器包括第二ADM，该第二ADM被设计为用于相对于对象表面的测量。虽然各ADM经由单个退出光学单元发送它们的测量辐射，但是它们在各情况下是单独的、独立的单元。需要提供两个完全独立的、单独的绝对位置测量设备不利地在生产工艺方面是复杂的，且因此费用昂贵。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是提供一种改进的激光跟踪器。另外，目的是提供这样一种激光跟踪器，该激光跟踪器具有改进的构造和/或减小的结构复杂度，能够相对于回射目标和相对于漫散射目标二者进行测量。本专利技术的又一目的是提供一种用于工业坐标位置确定的改进方法。这些目的通过实现独立权利要求的描述特征来实现。可以从从属专利权利要求聚集按照另选或者有益方式发展本专利技术的特征。本专利技术涉及一种用于目标的工业坐标位置确定的激光跟踪器。所述激光跟踪器至少包括：底座、用于激光跟踪器的控制和数据处理的控制和评估单元。另外，所述激光跟踪器包括光束引导单元，该光束引导单元相对于所述底座围绕两个轴线可旋转并且包括发射和接收光学单元，所述发射和接收光学单元用于将作为测量辐射的光发射到所述目标上并且用于接收测量辐射反射。另外，所述激光跟踪器包括用于检测所述光束引导单元相对于所述底座的旋转角度的装置。另外，所述激光跟踪器包括光学距离测量单元，通过所述光学距离测量单元可确定到所述目标的绝对距离以用于坐标位置确定。基于所检测的旋转角度和所确定的绝对距离可确定目标的位置。光学距离测量单元至少包括以下元件：第一束源，优选地超发光LED(SLED)或激光源，其用于生成第一测量辐射，和第一检测单元，其用于检测接收的测量辐射反射。在这种情况下，元件被理解为表示满足诸如测量辐射的检测或测量辐射的生成的特定上位功能的部件。在这种情况下，这种元件或部件可以由作为部件组实现上位功能的独立的部件部分或子元件组成。在这方面，例如，束源在各种情况下可以包括多个发光部件部分(即，两个部分元件，例如每个部分元件自身发光-例如通过组合、叠加或交替使用交互发光-整体生成或形成第一测量辐射)。光被理解为不仅表示光谱的可见范围内的辐射，而且例如还表示红外范围内的辐射。举例来说，具有约650、750、795、800、830、840、850、905、1270、1300、1330、1400或1500nm的频率的光或在约650、750、795、800、830、840、850、905、1270、1300、1330、1400或1500nm的频率范围内的光用作测量辐射。根据本专利技术，控制和评估单元以及光学距离测量单元被设计为用于实现第一测量功能和第二测量功能。为了该目的，距离测量单元的至少一个元件被设计为用于第一测量功能和所述第二测量功能二者中的双用途。换句话说，距离测量单元的至少一个部件在第一测量功能和第二测量功能的情况下被使用，而可选地，距离测量单元的其它部件只用于第一测量功能或只用于第二测量功能。在这种情况下，距离测量单元以集成设计被实现，使得元件是距离测量单元的固定的部件。两个测量功能具体用于要测量的两种不同类型的目标：第一测量功能被设计为用于回射目标的坐标位置确定，并且第二测量功能被设计为用于漫散射目标的坐标位置确定。换句话说，在存在协作目标的情况下利用第一测量功能执行目标的坐标位置确定，并且在存在诸如对象表面的漫散射目标的情况下利用第二测量功能执行目标的坐标位置确定，为此目的，控制和评估单元和距离测量单元被专门设计，其中，为此目的，距离测量单元包括被设计为用于第一测量功能中还用于第二测量功能中(即，用于两个测量功能中)的双用途的至少一个元件。可选地，第一束源是用于双用途的元件。也就是说，用于第一测量功能和第二测量功能二者中的双用途的至少一个元件是第一束源，其中，后者不需要是距离测量单元中用于双用途的唯一元件。对于双用途，可选地，第一束源在不同操作状态下或利用不同参数是可操作的，其中这些至少两个操作状态优选地在所生成的第一测量辐射的功率/发射持续时间方面不同，也就是说，例如，第一束源在第一测量功能中利用比在第二测量功能中更低的功率来发光和/或第一束源在第一测量功能中在连续波(CW)操作中被测量并且在第二测量功能中在脉冲操作中被测量。举例来说，根据本专利技术，作本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于目标(61、64)的工业坐标位置确定的激光跟踪器(1)，其中，所述激光跟踪器(1)至少包括：·底座(40)，·控制和评估单元，所述控制和评估单元用于数据处理和所述激光跟踪器(1)的控制，·光束引导单元(10)，所述光束引导单元(10)能相对于所述底座围绕两个轴线旋转，并且包括发射和接收光学单元(51)，所述发射和接收光学单元(51)用于将作为测量辐射(36、37)的光发射到所述目标(61、64)上并且用于接收测量辐射反射，·用于检测所述光束引导单元(10)相对于所述底座(40)的旋转角度的装置，以及·光学距离测量单元(2)，通过所述光学距离测量单元(2)能确定到所述目标(61、64)的绝对距离以用于坐标位置确定，其中，所述光学距离测量单元(2)至少包括以下元件：o第一束源(30)，尤其是超发光LED(SLED)或激光源，所述第一束源(30)用于生成第一测量辐射(36)，以及o第一检测单元(12)，所述第一检测单元(12)用于检测接收到的测量辐射反射，其特征在于，所述控制和评估单元以及所述光学距离测量单元(2)被设计为用于实现第一测量功能和第二测量功能，为了该目的，所述距离测量单元(2)的至少一个元件被设计为用于所述第一测量功能和所述第二测量功能二者中的双用途，其中·所述距离测量单元(2)以集成设计被实现，·所述第一测量功能被设计为用于回射目标(61)的坐标位置确定，并且·所述第二测量功能被设计为用于漫散射目标(64)的坐标位置确定。...

【技术特征摘要】
2016.03.15 EP 16160434.31.一种用于目标(61、64)的工业坐标位置确定的激光跟踪器(1)，其中，所述激光跟踪器(1)至少包括：·底座(40)，·控制和评估单元，所述控制和评估单元用于数据处理和所述激光跟踪器(1)的控制，·光束引导单元(10)，所述光束引导单元(10)能相对于所述底座围绕两个轴线旋转，并且包括发射和接收光学单元(51)，所述发射和接收光学单元(51)用于将作为测量辐射(36、37)的光发射到所述目标(61、64)上并且用于接收测量辐射反射，·用于检测所述光束引导单元(10)相对于所述底座(40)的旋转角度的装置，以及·光学距离测量单元(2)，通过所述光学距离测量单元(2)能确定到所述目标(61、64)的绝对距离以用于坐标位置确定，其中，所述光学距离测量单元(2)至少包括以下元件：o第一束源(30)，尤其是超发光LED(SLED)或激光源，所述第一束源(30)用于生成第一测量辐射(36)，以及o第一检测单元(12)，所述第一检测单元(12)用于检测接收到的测量辐射反射，其特征在于，所述控制和评估单元以及所述光学距离测量单元(2)被设计为用于实现第一测量功能和第二测量功能，为了该目的，所述距离测量单元(2)的至少一个元件被设计为用于所述第一测量功能和所述第二测量功能二者中的双用途，其中·所述距离测量单元(2)以集成设计被实现，·所述第一测量功能被设计为用于回射目标(61)的坐标位置确定，并且·所述第二测量功能被设计为用于漫散射目标(64)的坐标位置确定。2.根据权利要求1所述的激光跟踪器(1)，其特征在于，所述第一束源(30)是用于双用途的元件，尤其是其中，在不同操作状态下，特别是关于所生成的第一测量辐射(36)的功率和/或发射持续时间，所述第一束源(30)用于双用途。3.根据权利要求1或2所述的激光跟踪器(1)，其特征在于，所述激光器(1)被设计为：·用于在所述第一测量功能中连续地跟踪移动回射目标(61)，和/或·用于在所述第二测量功能的情况下在测量对象(90)的表面(92)上执行关于多个漫散射目标(64)的多个距离测量，其中，所述控制和评估单元被设计为使得：o对于所述多个距离测量，将分别检测的旋转角度与所测量的距离组合，使得在各情况下各目标点(64)的点位置通过所述组合来限定，以及o能生成包括多个点位置的点云。4.根据上述权利要求中的任一项所述的激光跟踪器(1)，其特征在于，·所述控制和评估单元包括所述测量功能的尤其是基于接收的测量辐射反射的适合于所述目标(61、64)或对所述目标(61、64)来说最佳的用于自动选择的切换功能，和/或·所述激光跟踪器(1)包括具有二维、光敏阵列的光学图像捕获单元(52)，尤其是可变焦测量相机，并且所述控制和评估单元包括图像处理功能，以使得通过所述图像捕获单元的图像的捕获和图像处理能确定包括光学标记(62)的辅助测量仪器(60)的取向，和/或·所述激光跟踪器(1)包括具有照明装置(54)和定位相机(53)的目标寻找单元，和/或·所述激光跟踪器(1)包括用于提供概观图像的概观相机，和/或·所述激光跟踪器(1)包括用于回射目标(61)的精确瞄准和/或连续跟踪的具有精确瞄准束源和精确瞄准传感器的目标精确瞄准和跟踪单元，所述精确瞄准传感器尤其是CMOS传感器、CCD传感器或位置灵敏传感器。5.根据上述权利要求中的任一项所述的激光跟踪器(1)，其特征在于，所述第一检测单元(12)被设计为用于确定绝对距离，尤其是其中，所述第一检测单元被设计为WFD单元、FMCW单元、频率梳单元或绝对干涉仪，所述绝对干涉仪尤其是频率扫描干涉仪。6.根据权利要求2至5中的任一项所述的激光跟踪器(1)，其特征在于，在所述第一束源(30)旁，所述距离测量单元(2)的至少又一个元件被设计...

【专利技术属性】
技术研发人员：T·鲁斯，V·马克西莫维奇，
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