用于位置确定和表面测量的设备和方法技术

根据本发明专利技术的实施例，提供了一种用于确定对象(25)在空间区域(28)中的位置的方法，其中，利用至少一个光束(22，27)照射所述对象(25)。光束(22，27)不覆盖整个空间区域(28)，并根据对象(25)的位置将光束引导到空间区域中对象(25)所处的部分中。根据本发明专利技术的另一方面，提供了一种用于表面测量的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及。具体地，本专利技术涉及使用光学测量方法(例如使用激光)的设备和方法。
技术介绍
坐标测量设备是期望以尽量高的精度在三维空间中确定位置的示例应用领域。坐标测量设备通常具有测量头，其例如可以配备追踪器针(tracer pin)或其它传感器。为了确定对象表面上的位置，确定测量头的位置以及追踪器针(Pin)相对于该测量头的位置(如果该测量头上安装了追踪器针)。传统上，为了确定测量头的位置，在坐标测量设备中提供线性标度，其间接地经由单独(individual)轴的运动路径来反馈测量头的位置。然而，这需要坚固的机械结果来防止测量结构由于现场松开或机械变形而导致的破坏。可以通过测量电磁辐射(例如光)行进的路径来确定距离。为了实现这一点，电磁辐射穿过参考位置与对象之间的路径一次或多次，从而可以从辐射行进的路径的长度来导出该距离。以几微米或几十微米量级的精度在具有几米长度的空间中确定距离或对象位置的设备和方法的实现存在技术困难。这特别适用于以高测量速度确定位置的情形。激光距离测量设备使得能够确定对象的距离。在K. Minoshima和H. Matsumoto,"High-Accuracy Measurement of 240-m distance in an optical tunnelby use of acompact femtosecond laser，，,Applied Optics, vol. 39,No. 30pp. 5512-5517(2000)中，描述了使用光学频率梳的距离测量。在此测量中，激光束频率梳的强度的信号分量的相位位置被评估(evaluate)来确定激光束行进的距离。选择信号分量，使得该信号分量以与激光束的重复频率的典型高倍数一致的频率振荡。对这种信号分量的相位差的测量使得能够在所谓的不模糊(unambiguousness)区域中确定位置，该不模糊区域等于光速除以信号分量的频率。为了获得在不模糊区域内近似于欲测量的距离的距离估计，例如，本申请申请人的DE 10 2008 045 386. 2提出顺序地评估所捕获的测量信号的、以不同频率振荡的不同信号分量。然而，为了此附加测量，需要评估时间。一般地，在分别基于行进时间测量或相位差测量而在三维空间中确定位置的光学方法中，利用光束(典型地为激光束)照射要被确定位置的对象，并且检测从对象(例如从安装在对象上的回射器)反射的光。在此情况中，必须确保光束在完整的测量体积(volume)中照射对象(例如如上所述的坐标测量设备的测量头)。传统上，通过光学元件扩展光束，使得光束照射完整的测量体积。然而，该扩展导致仅从对象反射激光束中相对较小的一部分，并因此检测器处的信号强度相对于入射激光功率较小。在其它方法中，可以使用逆向方法，S卩，从对象(例如安装在对象上的测量头)照射一个或多个静态反射器，并且在对象处检测所反射的光。而且，这里必须确保对反射器或多个反射器的照射独立于对象在感兴趣的空间中的运动。此外，传统上，在此情况中，可以利用光学元件扩展光束，这继而导致低的信号强度。一般地，期望更有效地使用激光功率，以在所使用的一个或多个检测器处获得更好的信噪比，以及/或者能够使用具有降低的功率的激光器。也可以在表面测量中采用类似的光学测量方法(例如使用激光的)。这里，例如，利用激光(例如短脉冲激光)照射欲测量的表面，并利用一个或多个检测器检测从该表面反射的光。对于三维测量，至少需要三个独立的检测器，在欲测量更少的维度的情况下，可以相应地使用更少的检测器。而且，在这样的设备和方法中，期望能够检测从表面反射的激光功率的尽可能大的部分。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的在于提供可以更有效地使用辐射强度用于位置确定或表面测量的设备和方法。根据本专利技术，通过如权利要求1或12中定义的设备以及如权利要求19或观中定义的方法实现此目的。从属权利要求限定其它实施例。根据本专利技术的一个方面，提供了一种用于确定对象在空间区域中的位置的设备，包括至少一个光源，用于产生光束来照射反射器；检测器装置，用于检测从所述反射器反射的光束；以及评估装置，用于基于所检测的反射光确定所述对象的位置。此外，还提供用于将所述光束引导到所述空间区域中存在所述反射器的部分中的引导装置。通过提供所述引导装置，所述光束不需要照射完整的测量体积或者可以关于所述引导装置而存在的反射器的体积。因此，辐射装置的辐射强度可以被使用得更有效率。所述设备可以包括用于扩展所述光束的光学部件。所述至少一个光源可以包括一个或多个短脉冲激光器。对于三维位置确定，所述至少一个光源可以具体地产生三个光束，其中可以利用分束器分裂三个光源的光束。所述引导装置可以基于所述反射器或所述光源的位置信息对准所述光束，例如如果反射器、光源和/或对象定位在机械臂上，可以基于机器人的位置反馈。在其它实施例中，可以使用附加的检测器(例如象限检测器)和/或附加光源(例如安装到所述对象上的光源)来提供用于引导装置的信息，基于该信息将光束对准到所述对象的方向上。可以将反射器安装到要确定位置的对象上。在此情况中，对象的位置与反射器的位置一致，并且检测从对象(即从安装到对象上的反射器)反射的光束。在此情况中，所述至少一个光源可以是静态的，并且通过检测反射光，可以确定反射器与所述至少一个静态光源的距离。在所述至少一个光源包括例如三个光源的情况下，则可以通过三边测量法确定所述位置。在另一变型中，所述至少一个光源安装到所述对象上，或者分别从所述对象辐射至少一个光束，并且使用一个或多个静态反射器。而且，在此情况中，例如通过三个不同静态反射器的测量，可以经由三边测量法确定所述至少一个光源的位置，并因此确定安装了所述至少一个光源的对象的位置。根据另一方面，提供了一种测量表面的设备，包括光源，用于辐射所述表面；检测器装置，用于检测从所述表面反射的光；以及评估装置，用于根据由至少一个检测器检测的光确定表面参数。根据本专利技术，所述设备还包括对准装置，用于将所述至少一个检测器对准在反射光的方向上。通过将检测器装置对准在反射光的方向上，可以提高检测器收集光的效率。所述检测器装置可以特别地包括聚光光学部件，用于会聚和聚焦所述反射光。通过所述对准装置，可以确保被聚光物镜聚焦的光入射在检测器装置上。为了控制对准装置，可以提供用于确定所述反射光的方向的其它检测器装置，其可以例如布置为平行于所述检测器装置。所述其它检测器装置可以例如包括象限二极管。在本专利技术的另一方面中，提供了对应的方法。附图说明下面将参照附图使用实施例说明本专利技术。图1是根据一实施例的设备的示意图示。图2和图3示出用于图示本专利技术的实施例的特征的示意图。图4示意地示出根据一实施例的辐射布置。图5示意地示出另一实施例的辐射布置。图6是根据一实施例的设备的示意图示。图7A和图7B示意地示出根据另一实施例的辐射布置。图8示出用于图7A和图7B的辐射布置的评估布置的框图。图9A和9B示出根据另一实施例的辐射布置。图10A-10C示出根据另一实施例的辐射布置。图11A-11C示出根据另一实施例的辐射布置。图12是根据另一实施例的设备的示意图示。图13是可以例如与图12的实施例一起使用的测量设备的图示。图14示出根据另一实施例的辐射布置。图1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：伯恩德·斯普鲁克，克里斯蒂娜·阿尔瓦雷斯迪兹，西蒙·布拉特克，拉斯克里斯琴·威蒂格，斯蒂芬·里克特，恩里科·盖斯勒，克里斯琴·库斯，奥利弗·施米特，弗兰克·霍勒，
申请(专利权)人：卡尔蔡司股份公司，
类型：发明
国别省市：