具有扫描功能和接收器的可设定接收范围的全站仪或经纬仪制造技术

具有扫描功能和接收器的可设定接收范围的全站仪或经纬仪。本发明专利技术涉及一种具有用于环境光学测量的扫描功能的全站仪或经纬仪，其中，全站仪或经纬仪被配置成使得根据发射辐射的发射方向来规定接收器的方向相关的有效获取区，以便使接收器表面机械地和/或电子地适应接收辐射在整个检测器表面上的变化的成像位置。

Total Station or Theodolite with Scanning Function and Receiver Settable Receiving Range

Total Station or Theodolite with scanning function and receiver setting receiving range. The present invention relates to a total station or theodolite having a scanning function for environmental optical measurement, in which the total station or theodolite is configured such that an effective acquisition area related to the direction of the receiver is determined according to the emission direction of the emitted radiation so that the receiver surface mechanically and/or electronically adapts to the imaging position of the change of the received radiation across the detector surface.

【技术实现步骤摘要】
具有扫描功能和接收器的可设定接收范围的全站仪或经纬仪
本专利技术涉及一种具有用于光学测量环境的扫描功能的全站仪或经纬仪。
技术介绍
具有扫描功能的全站仪或经纬仪用于例如测量和/或创建表面的3D坐标。为此，它们必须能够在表面上引导距离测量装置的测量光束(通常是激光束)，并且因此以预定的扫描速率或测量速率连续地在各种测量方向上同时获取至相应测量点的方向和距离。在这种情况下，方向和距离与测量参考点相关，例如，测量装置的位置或零点，换句话说，它们位于共同的参考或坐标系中，并且因此各个测量方向以及因此各个测量数据经由公共测量参考点相互关联。随后，例如，借助于集成的或外部数据处理系统，因此可以根据针对每个点的距离测量值和与其相关的测量方向从多个扫描点生成所谓的3D点云。关于基本结构，这样的全站仪或经纬仪被设计成例如具有基于电光激光的测距仪，以便获取至作为测量点的物点的距离，其中，此外提供方向功能，以便改变例如相对于一个或更多个独立的空间方向的距离测量光束的发射方向，由此可以获取三维测量或扫描区域。在电子和/或电光距离测量领域中已知各种原理和方法。一种方法是将脉冲电磁辐射(例如，激光)发射到待测量的目标上，并且随后从作为后向散射物体的该目标接收回射，其中，例如，基于脉冲的行进时间、形状、和/或相位，可以确定距待测量目标的距离。这种激光测距仪在许多领域同时已成为标准解决方案。通常，使用两种不同的方法或它们的组合来检测反向散射脉冲或反向散射脉冲序列。在所谓的阈值方法中，检测光脉冲入射在所使用的距离测量装置的检测器上的辐射的强度是否超过特定阈值。该阈值防止来自背景的噪声和干扰信号被错误地检测为有用信号，即，被检测为所发射的脉冲的反向散射光。然而，有问题的是，在弱反向散射脉冲的情况下(例如，由较大的测量距离引起的)，如果脉冲强度低于检测阈值(即低于阈值)，则无法再进行检测。因此，该阈值方法的主要缺点是测量信号的幅度必须足够大于信号路径中的光学和电学噪声源的噪声幅度，以便充分地最小化错误检测，并因此该阈值方法在相对较远的距离上对测量仅具有有限的可用性。另一种方法基于反向散射脉冲的扫描或采样。该方法通常用于弱反向散射信号(例如，脉冲信号)的情况，例如由于较大的测量距离所引起的。该方法也可以被认为是集成信号采集，其中，通过采样获取整体信号信息以及基本噪声信息，这导致测量精度的提高。通过对由检测器获取的辐射进行采样、在采样范围内识别信号以及最后按时间顺序确定信号的位置来检测所发射的信号。由于使用多个采样值和/或与发射速率同步的接收信号的总和，即使在不利的情况下也可以识别出有用的信号，并因此也可以对较大的距离或者有噪声或受到干扰的背景场景进行管理。目前，在这种情况下，借助于波形数字化方法(“波形数字化”，WFD)频繁地对由检测器获取的辐射的模拟信号的整个波形进行采样。在识别出接收信号的相关发射信号的编码(ASK、FSK、PSK、也称为距离或间隔调制等)之后，例如，借助于傅立叶变换或者根据采样的、数字化的、和重建的信号的规定的曲线点(例如，拐点)、曲线最大值、或者借助于从时间插值中已知的最佳滤波器整体地、非常精确地确定信号行进时间(“脉冲行进时间”)。另选地或附加地，为了确定脉冲行进时间，通常还相对于经编码或调制的脉冲或脉冲序列的幅度、相位、极化、波长和/或频率进行(快速)采样。例如，在按时间顺序非常精确地采样反向散射信号的方法的情况下，由检测器生成的电信号借助于模数转换器(ADC)被转换成数字信号序列。随后，通常实时地对该数字信号进行进一步处理。在第一步骤中，通过特殊数字滤波器(ASK、FSK、PSK等)对该信号序列进行解码，即辨识，并最终确定信号序列内的描述时间间隔的签名的位置。时间分辨签名的示例是焦点、余弦变换、或者例如包括从脉冲形状导出的权重系数集的幅度缩放FIR滤波器(“有限脉冲响应滤波器”)。为了消除可能的距离漂移，还将相应的时间分辨签名与内部起始信号进行比较。为了避免不可逆的采样误差或量化误差，另外应用本领域技术人员已知的数字信号变换。最简单的调制类型之一是借助间隔编码识别各个脉冲或脉冲序列，例如在EP1832897B1中所描述的。例如，这用于重新识别能力。如果出现模糊，则需要重新识别，这可能由脉冲的行进时间测量中的不同情况引起，例如，如果在测量装置与目标物体之间存在多于一个的脉冲或一个脉冲组。例如，在由多个激光束组成的多光束系统和相关的接收传感器中，脉冲编码尤其有利。现有技术的全站仪具有例如底座和支架，其中，支架被固定在底座上，因此它可绕第一旋转轴旋转。此外，全站仪具有例如承载件，该承载件被固定在支架上，因此它可绕第二旋转轴旋转，该第二旋转轴与第一旋转轴基本垂直，其中，承载件具有用于借助距离测量光束测量至目标的距离的光学测距仪。此外，承载件还具有例如用于所发射的距离测量光束(发射光束)和距离测量光束的相关返回部分(接收光束)的公共入射和出射光学单元。另选地，承载件还可以具有单独的入射光学单元和单独的出射光学单元。对于目标上的距离测量光束的二维对准，通常移动支架和承载件二者，其中，对于特殊测量任务，例如，针对每个测量过程必须进行支架或承载件的至少一次移动。支架和承载件通常相对较重并因此是缓慢部件，因此扫描速度在测量任务的范围内相应地受到限制。因此，为了提高扫描速率，承载件具有例如用于使输出距离测量光束相对于承载件快速偏转的附加的快速偏转元件。因此，测量所需的距离测量光束的光束簇的快速移动可以因此在入射光学单元的获取区内实行，而无需为此目的移动否则所需的更大(缓慢)部件的移动。然而，支架、承载件以及附加的快速偏转元件(或多个附加的快速偏转元件)也可以同时移动并且具有不同的速度、加速度和路径曲线，其中，例如，使用至少一个快速偏转元件来执行加速的快速移动。快速偏转元件可以以移动反射镜的形式实现，或者另选地，还通过适合于光学辐射的受控角度偏转的其它元件实现，例如，可枢转的棱镜、移动的光波导、光折射光学元件、可变形的光学部件等。测量通常在确定距离和角度的情况下进行，即，在球面坐标中，其也可以转换成笛卡尔坐标以进行显示和进一步处理。用于发射辐射和接收辐射的光束路径可以被设计成，使得偏转单元仅作用于发射辐射，即，接收通道的成像效果基本上与偏转元件的致动无关，发射通道和接收通道各自具有单独的(例如，可单独致动的)偏转单元，或既作用于发射辐射又作用于接收辐射的单个偏转单元。如果偏转单元仅作用于发射辐射，则其缺点在于，例如，由于接收的光束的入射角变化，接收的辐射在接收器上的成像位置变化，并因此比如果例如借助于相应的光学单元来稳定成像位置需要更大的接收器表面。但是，背景光分量也被更大的接收器表面提升，例如，这可能导致由于散粒噪声引起的信噪比恶化。背景光分量可以例如通过适当选择发射辐射的波长和在接收路径中安装相应滤波器来减少。但是，这通常会提高光源的复杂性，因为它必须具有规定的稳定波长。这是复杂的，需要特殊的稳定措施，并且同时还阻碍了例如测量装置的更紧凑的结构。尤其是，对于要扫描较大空间角度范围的测量任务，至少一个或多个附加快速偏转元件适于扩展视场或填充具有其它点的缓慢移动轴的路径之间的角度范围。因此，可以高速生成密集点云。因此，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于获取目标位置的全站仪或经纬仪，所述全站仪或经纬仪具有·用于生成发射辐射的辐射源，·底座(1)，·支架(2)，所述支架(2)固定在所述底座(1)上，使得所述支架(2)能够绕第一旋转轴(3)旋转，·承载件(4)，所述承载件(4)固定在所述支架(2)上，使得所述承载件(4)能够绕第二旋转轴(5)旋转，所述第二旋转轴(5)基本垂直于所述第一旋转轴(3)，其中，所述承载件(4)具有□出射光学单元，所述出射光学单元用于发射由所述发射辐射的至少一部分提供的距离测量光束(6)并且规定瞄准轴(11、13)，□可设定的光束偏转元件(12)，所述光束偏转元件(12)被配置成使所述距离测量光束(6)偏转，使得所述瞄准轴(11、13)能够借助于所述光束偏转元件(12)的致动相对于所述承载件(4)以规定的方式变化，以及□包括整个检测器表面(100)的接收器，其中，所述接收器被配置成至少基于所述返回距离测量光束入射在所述接收器上的部分来获取距离测量数据，所述返回距离测量光束入射在所述接收器上的部分在下文中称为接收辐射(15)，·支架角度编码器，所述支架角度编码器用于获取关于所述支架(2)绕所述第一旋转轴(3)的旋转的第一角度数据，·承载件角度编码器，所述承载件角度编码器用于获取关于所述承载件(4)绕所述第二旋转轴(5)的旋转的第二角度数据，·角度确定单元，所述角度确定单元用于获取关于所述瞄准轴相对于所述承载件(4)的对准的第三角度数据，以及·计算机单元，所述计算机单元被配置成基于所述距离测量数据以及所述第一角度数据、所述第二角度数据和所述第三角度数据导出所述目标的位置，其特征在于·所述全站仪或所述经纬仪被配置成将所述整个检测器表面(100)的一部分设定为有效获取区(16、17、19、37)，其中·能够对所述有效获取区关于其在所述整个检测器表面(100)上的位置以时间上可变的方式进行设定，尤其是其中，此外还能够对所述有效获取区(16、17、19、37)的形状和/或尺寸进行设定，·由入射在所述整个检测器表面上的接收辐射生成取决于所述有效获取区的设定的接收器信号，并且·所述全站仪或所述经纬仪具有控制电子单元，其中，所述控制电子单元用于所述有效获取区(16、17、19、37)的持续设定，所述控制电子单元适于所述光束偏转元件(12)的致动并且适于基于所述接收器信号导出所述距离测量数据。...

【技术特征摘要】
2017.08.30 EP 17188474.51.一种用于获取目标位置的全站仪或经纬仪，所述全站仪或经纬仪具有·用于生成发射辐射的辐射源，·底座(1)，·支架(2)，所述支架(2)固定在所述底座(1)上，使得所述支架(2)能够绕第一旋转轴(3)旋转，·承载件(4)，所述承载件(4)固定在所述支架(2)上，使得所述承载件(4)能够绕第二旋转轴(5)旋转，所述第二旋转轴(5)基本垂直于所述第一旋转轴(3)，其中，所述承载件(4)具有□出射光学单元，所述出射光学单元用于发射由所述发射辐射的至少一部分提供的距离测量光束(6)并且规定瞄准轴(11、13)，□可设定的光束偏转元件(12)，所述光束偏转元件(12)被配置成使所述距离测量光束(6)偏转，使得所述瞄准轴(11、13)能够借助于所述光束偏转元件(12)的致动相对于所述承载件(4)以规定的方式变化，以及□包括整个检测器表面(100)的接收器，其中，所述接收器被配置成至少基于所述返回距离测量光束入射在所述接收器上的部分来获取距离测量数据，所述返回距离测量光束入射在所述接收器上的部分在下文中称为接收辐射(15)，·支架角度编码器，所述支架角度编码器用于获取关于所述支架(2)绕所述第一旋转轴(3)的旋转的第一角度数据，·承载件角度编码器，所述承载件角度编码器用于获取关于所述承载件(4)绕所述第二旋转轴(5)的旋转的第二角度数据，·角度确定单元，所述角度确定单元用于获取关于所述瞄准轴相对于所述承载件(4)的对准的第三角度数据，以及·计算机单元，所述计算机单元被配置成基于所述距离测量数据以及所述第一角度数据、所述第二角度数据和所述第三角度数据导出所述目标的位置，其特征在于·所述全站仪或所述经纬仪被配置成将所述整个检测器表面(100)的一部分设定为有效获取区(16、17、19、37)，其中·能够对所述有效获取区关于其在所述整个检测器表面(100)上的位置以时间上可变的方式进行设定，尤其是其中，此外还能够对所述有效获取区(16、17、19、37)的形状和/或尺寸进行设定，·由入射在所述整个检测器表面上的接收辐射生成取决于所述有效获取区的设定的接收器信号，并且·所述全站仪或所述经纬仪具有控制电子单元，其中，所述控制电子单元用于所述有效获取区(16、17、19、37)的持续设定，所述控制电子单元适于所述光束偏转元件(12)的致动并且适于基于所述接收器信号导出所述距离测量数据。2.根据权利要求1所述的全站仪或经纬仪，其特征在于·所述接收器在所述接收辐射侧具有阻挡元件(34)，所述阻挡元件(34)对于所述接收辐射(15)是辐射不透明的，·所述阻挡元件被配置成设定透射区(36)以将所述接收辐射(15)透射到所述整个检测器表面(100)，该透射区(36)能够在时间上可变地设定，其中·能够关于所述整个检测器表面(100)对所述透射区(36)的位置进行设定，尤其是其中，此外还能够对所述透射区(36)的形状和/或尺寸进行设定。3.根据权利要求2所述的全站仪或经纬仪，其特征在于所述阻挡元件(34)基于基本上平行于所述整个检测器表面(100)布置的可设定的可旋转盘(35A、35B)形成，所述可设定的可旋转盘(35A、35B)由对于所述接收辐射(15)辐射不透明的材料制成，并具有针对所述接收辐射(15)的辐射透射开口。4.根据前述权利要求中任一项所述的全站仪或经纬仪，其特征在于·所述接收器具有基于微单元组件的光电传感器，尤其是其中，所述传感器(10)被设计为单光子雪崩二极管的组件，·所述传感器(10)具有多个微单元，并且被配置成使得所述微单元能够单独地和/或以微单元组读取，并因此能够对所述接收器中能够单独读取的部分进行设定，并且·所述控制电子单元被用于持续设定分别规定所述有效获取区的不同部分(16、17、19)。5.根据前述权利要求中任一项所述的全站仪或经纬仪，其特征在于所述控制电子单元被用于基于以下中的至少一个使所述光束偏转元件(12)的致动和所述有效获取区(16、17、19、37)的设定同步·所述第三个角度数据，·至所述目标的距离，以及·至所述目标的信号行进时间。6.根据前述权利要求中任一项所述的全站仪或经纬仪，其特征在于所述承载件具有用于使所述接收辐射(15)在所述接收器上成像的光学接收通道，其中，所述接收通道被配置成使得所述接收通道的成像效果基本上与所述光束偏转元件(12)的致动无关，尤其是其中，所述光束偏转元件(12)被布置成使得所述光束偏转元件(12)仅作用于所述发射辐射。7.根据前述权利要求中任一项所述的全站仪或经纬仪，其特征在于所述光束偏转元件...

【专利技术属性】
技术研发人员：T·迈尔，J·辛德林，
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