【技术实现步骤摘要】
本专利技术通常涉及一种计量系统和计量仪器，以提供对目标对象的取向的准确确定。
技术介绍
1、在计量学中，一般目的是确定几何特性，诸如一个或更多个目标对象相对于计量学装置的坐标、距离和取向，其中，在大多数情况下，必须关于已知的参考系统(例如，由一个或更多个已知的参考点定义)来确定这些特性。
2、用于测量目标坐标的方法和系统用于许多应用中(例如，测地应用中的非常精确的测量、建筑安装领域中的测量问题)或用于控制工业过程。
3、被设计用于连续地跟踪目标点并协调地确定该点的位置的计量仪器通常可以在术语跟踪器或激光跟踪器的情况下被结合，特别是与工业计量结合。在这种情况下，目标点可以由使用来自测量仪器的光学测量射束并且特别是激光射束瞄准的回射单元(例如，角隅棱镜)来表示。激光射束以平行的方式反射回测量设备，反射射束使用设备的感测单元来感测。在这种情况下，例如，借助于与系统的偏转反射镜或瞄准单元相关联的用于角度测量的传感器来确定射束的发射方向和接收方向。另外，利用射束的感测，例如，借助于传播时间测量或相位差测量来确定从测量设备到目标点的距离。
4、另外，根据现有技术的激光跟踪器可以实现为具有包括二维光敏阵列的光学图像拍摄单元(例如，ccd摄像头或基于cmos阵列的摄像头)，或者实现为具有像素阵列传感器并且具有图像处理单元。在这种情况下，激光跟踪器和摄像头可以特别地按照使得它们相对于彼此的位置不能改变的方式安装在彼此之上。另选地，摄像头被布置成能够与激光射束一起旋转。摄像头可以以集成设计与激光光学系统一起安装在
5、利用借助于已知是具有标记的辅助测量仪器(探测部)的装置的图像拍摄和图像处理单元的图像拍摄和评估，可以推断探测部相对于跟踪单元的取向，其中所述标记相对于彼此的相对位置是已知的。与目标点的所确定的空间位置一起，可以因此精确地确定具有六个自由度(6dof)的物体的位置和取向。
6、探测部可以通过已知是接触感测工具或触觉探测部的装置来实现，该接触感测工具或触觉探测部利用其接触点定位在待测量对象的一点上。接触感测工具具有标记(例如，光点)以及反射器，该反射器表示接触感测工具上的目标点并且可以使用来自跟踪器的激光射束来瞄准，标记和反射器相对于接触感测工具的接触点的位置是精确已知的。以本领域技术人员已知的方式，探测部还可以是扫描仪(例如，手持式扫描仪)，其配备用于非接触式表面勘测操作的距离测量。用于距离测量的扫描仪测量射束相对于布置在扫描仪上的光点和反射器的方向和位置是精确已知的。例如，在ep 0553266中描述了这种扫描仪。
7、针对距离测量，现有技术中的激光跟踪器具有至少一个距离测量装置，所述距离测量装置通常例如为激光干涉仪的形式。由于相对长的相干长度和由此允许的测量范围，所以用于距离测量的干涉仪主要包括氦氖气体激光器(hene激光器)作为光源。这例如从wo2007/079600a1或从wo 2010/148525a1已知。
8、为了反射激光跟踪器的测量射束，本领域已知的回射器通常设置为实心玻璃回射器棱镜或中空角隅棱镜回射器。
9、针对固体玻璃棱镜，测量固体玻璃棱镜的三重点的3d位置取决于由于玻璃中的折射引起的测量角度。因此，使用固体玻璃棱镜难以实现工业测量任务的绝对位置的高精度测量。因此，固体玻璃棱镜通常仅用于足以进行相对位置变化测量的监测应用。
10、用作回射器的中空棱镜通常包括三个反射表面，其中，传入光沿着关于传入方向的相反方向反射回去。通常通过中空棱镜的三个反射表面处的直接反射来提供反射。中空棱镜回射器优于实心玻璃棱镜回射器的优点在于，针对中空棱镜回射器，传入光的反向反射不受折射的影响。另一方面，与玻璃棱镜相比，这也限制了中空棱镜的可用角度范围(视场，fov)。然而，三个反射表面需要关于彼此精确地取向，以避免二面角误差。此外，重要的是，三个反射表面具有高度的平面性。中空回射器也称为角隅回射器。
11、上述的典型反射器必须提供其部件的高度精确的布置，以提供精确的回射特性。因此，这种反射器的制造需要相当大的努力。此外，由于它们的设计，所以这种反射器包括比较复杂的结构。此外，这种反射器的准确度取决于(外部)热条件，因为反射器的光学特性随温度变化。
技术实现思路
1、因此，本专利技术的目的是提供一种传感器装置，其提供准确的回射特性，同时还提供改进的结构设置，例如，复杂度较低。
2、本专利技术的另外的目的是提供一种计量系统，其特别是独立于热冲击提供更可靠的测量特性。
3、这些目的通过实现本专利技术的至少部分特征来实现。可以以另选或有利方式进一步开发本专利技术的特征。
4、本专利技术的思想是同轴地组合具有弯曲形状或球形形状的进入表面和离开表面的回射元件和传感器单元，特别是还有中继光学器件，以同时提供距离测量和取向测量。两个部件在单个光学组件中的紧凑集成为例如必须被跟踪的触觉探测部或光学探测部提供了改进的集成解决方案。这种取向传感器在探测部侧的定位使得角度测量更能抵抗空气湍流，并且测量不确定性变得与距离无关。热补偿可以通过用内置参考组件监测光学部件的潜在状态变化(例如，漂移)来解决。
5、本专利技术涉及一种传感器装置，其包括具有前边界表面和后边界表面的回射元件，前边界表面被设置为使测量光进入回射元件，后边界表面被配置为将测量光的第一部分反射为反射测量光并且将测量光的第二部分透射为透射测量光。前边界表面和后边界表面是布置在回射元件的相反侧的。回射元件可以包括一个或更多个光学元件，以操纵测量光在边界表面中和/或边界表面处的传播。回射元件(也是回射器)提供一部分传入光在平行于撞击方向的方向上的反射，并且提供另一部分光透射穿过回射器。透射的部分可以用于另外的测量，例如，通过检测或确定光的入射方向或角度。
6、测量光优选地被提供为准直激光，特别是由如勘测装置的测量装置(例如，全站仪或激光扫描仪)或计量装置(例如，激光跟踪器)发射的准直激光。激光可以具有一个特定波长，例如，具有可见光谱vis(例如，633nm)或红外光谱ir的波长。
7、传感器装置还包括传感器单元，该传感器单元按照使得透射测量光能够由传感器单元检测到的方式配置和布置。传感器单元可以包括相应检测元件或传感器。传感器单元可以包括特别是由ccd或cmos图像传感器或psd位置传感器提供的检测像素的阵列。传感器单元可以优选地实施为提供图像检测(图像拍摄)以及提供可以被处理的相应图像数据，例如以获得图像中或传感器上的透射光撞击的特定位置。
8、根据本专利技术，前边界表面和后边界表面具有弯曲形状，并且回射元件是按照使得在前边界表面进入回射元件的测量光被聚焦在后边界表面处(上)的方式配置的。换言之，前边界表面和后边界表面是弯曲的。测量光相对于传感器装置的入射角等于反射测量光相对于传感器装置的出射角。这意味着传入光的一部分被(平行地)回射。
9、由于在传入测量光与反射测量光之间可能存在偏移，因此弯本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种传感器装置(21、21a-21d、25a-25d)，所述传感器装置包括：
2.根据权利要求1所述的传感器装置(21、21a-21d、25a-25d)，其特征在于，所述前边界表面(23)和所述后边界表面(24)具有球形形状。
3.根据权利要求1或2所述的传感器装置(21、21a-21d、25a-25d)，其特征在于，所述回射元件(22、22a-22d)包括折射率n为1.9＜n＜2.1的球体，特别是其中，n＝2。
4.根据前述权利要求中任一项所述的传感器装置(21、21a-21d、25a-25d)，其特征在于，
5.根据前述权利要求中任一项所述的传感器装置(21、21a-21d、25a-25d)，其特征在于，所述回射元件(22、22a-22d)包括至少两个光学元件，其中，所述前边界表面是由所述至少两个光学元件中的第一光学元件提供的，并且所述后边界表面是由所述至少两个光学元件中的第二光学元件提供的，特别是其中，所述至少两个光学元件中的每个光学元件的折射率n为n<2.1。
6.根据权利要求5所述的传感器装置(21、
7.根据前述权利要求中任一项所述的传感器装置(21、21a-21d、25a-25d)，其特征在于，所述传感器单元(40)包括弯曲状检测元件(40a)，特别是其中，所述弯曲状检测元件(40a)是安装在所述后边界表面(24)上的。
8.根据前述权利要求中任一项所述的传感器装置(21、21a-21d、25a-25d)，其特征在于，所述传感器装置(21、21a-21d、25a-25d)包括成像元件(30、30a)，所述成像元件(30、30a)是布置在所述回射元件(22、22a-22d)与所述传感器单元(40)之间的并且朝向所述传感器单元(40)引导所述透射测量光(13)。
9.根据前述权利要求1至7中任一项所述的传感器装置(21、21a-21d、25a-25d)，其特征在于，
10.根据前述权利要求中任一项所述的传感器装置(21、21a-21d、25a-25d)，其特征在于，所述传感器装置(21、21a-21d、25a-25d)包括具有标记(26)和照明单元的至少一个参考组件，其中，所述标记(26)是固定地连接至所述回射元件(22、22a-22d)的，并且特别是直接安装到所述回射元件上的，并且所述照明单元包括光源(27a、27c、27d、29)并且被配置为照亮所述标记(26)。
11.根据权利要求10所述的传感器装置(21、21a-21d、25a-25d)，其特征在于，所述标记(26)是布置在所述后边界表面(24)处的。
12.根据权利要求10或11所述的传感器装置(21、21a-21d、25a-25d)，其特征在于，
13.根据权利要求10至12中任一项所述的传感器装置(21、21a-21d、25a-25d)，其特征在于，所述至少一个参考组件是按照使得所述标记(26)能够借助于所述标记(26)的照亮而成像到所述传感器单元(40)上并且所述标记的图像能够由所述传感器单元(40)检测的方式布置和配置的。
14.一种传感器校准系统，所述传感器校准系统包括：
15.一种测量装置(20)，所述测量装置包括：
...【技术特征摘要】
1.一种传感器装置(21、21a-21d、25a-25d)，所述传感器装置包括：
2.根据权利要求1所述的传感器装置(21、21a-21d、25a-25d)，其特征在于，所述前边界表面(23)和所述后边界表面(24)具有球形形状。
3.根据权利要求1或2所述的传感器装置(21、21a-21d、25a-25d)，其特征在于，所述回射元件(22、22a-22d)包括折射率n为1.9＜n＜2.1的球体，特别是其中，n＝2。
4.根据前述权利要求中任一项所述的传感器装置(21、21a-21d、25a-25d)，其特征在于，
5.根据前述权利要求中任一项所述的传感器装置(21、21a-21d、25a-25d)，其特征在于，所述回射元件(22、22a-22d)包括至少两个光学元件，其中，所述前边界表面是由所述至少两个光学元件中的第一光学元件提供的，并且所述后边界表面是由所述至少两个光学元件中的第二光学元件提供的，特别是其中，所述至少两个光学元件中的每个光学元件的折射率n为n<2.1。
6.根据权利要求5所述的传感器装置(21、21a-21d、25a-25d)，其特征在于，所述至少两个光学元件中的每个光学元件具有中心点，并且所述至少两个光学元件是按照使得所述至少两个光学元件的中心点重合的方式布置的。
7.根据前述权利要求中任一项所述的传感器装置(21、21a-21d、25a-25d)，其特征在于，所述传感器单元(40)包括弯曲状检测元件(40a)，特别是其中，所述弯曲状检测元件(40a)是安装在所述后边界表面(24)上的。
8.根据前述权利要求中任一项所述的传感器装置(21、21a-21d、25a-2...
【专利技术属性】
技术研发人员：T·延森，杨征，J·斯蒂格瓦尔，
申请(专利权)人：赫克斯冈技术中心，
类型：发明
国别省市：
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