[發明專利]用于測量兩個空間上分離的元件之間的角度的方法

有效

• 申請號: 201380004420.0
• 申請日: 2013-01-16
• 公開（公告）號: CN104011500B
• 公開（公告）日: 2017-03-08
• 發明（設計）人: 波·佩特爾松;F·皮爾扎格達;克努特·西爾克斯
• 申請（專利權）人: 赫克斯岡技術中心
• 主分類號: G01B11/26
• 分類號: G01B11/26
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司11127
• 代理人: 呂俊剛,劉久亮

本發明涉及根據獨立權利要求1所述的一種用于測量兩個空間上分離的元件之間的角度的方法。

在諸如測地學(geodesy)、建筑施工以及土木工程、工業自動化技術等這樣的許多應用領域中需要確定角度和方向。在該情況下，對測量精度、測量速度以及可用性程度提出了高要求；并且所有這一切還是在惡劣的環境條件下進行。

JP?57100304公開了一種角度測量裝置，其使用點狀物光束，并且作為易受到灰塵和損壞影響的光學透鏡的替代方案，使用二維全息圖。出于該目的，全息圖被刻(inscribe)在平板中。因此，透射度僅依賴于兩個空間方向。使用在物光束全息圖的實像的平面中的位置對光束的入射角的對應依賴性(corresponding?dependence)。在對應的入射角改變的情況下，點圖像的位置連續地改變。其使用位置傳感器來獲得，并且從其推斷出相應的入射角。DE?3424806A1描述了一種用于非接觸地獲得第一元件與第二元件之間的相對位置的測量單元，其與JP?57100304相比，通過讀出碼來確定角度。該元件能夠是精密機器的組件，并且其還能夠是光學儀器級別的裝置。

例如，兩個元件空間上與彼此分離超過100m的距離。第一元件具有碼載體，并且第二元件具有碼讀出器(code?reader)，在碼讀出器下游具有計算機。碼讀出器獲得碼載體的一維碼圖案，并且針對獲得的碼圖案，將碼信號發送到計算機。計算機具有用于下述裝置：用于量化發送的碼信號的裝置；用于與存儲的碼圖案相比較的裝置；以及用于根據比較的結果來計算第一元件與第二元件之間的相對位置的裝置。

本發明的目的是，提供用于測量兩個空間上分離的元件之間的角度的改進方法。

該目的由獨立權利要求1的特征來實現。

根據本發明，用于測量兩個空間上分離的元件之間的角度的方法具有以下步驟：a)提供具有多個干涉圖案的多重全息圖，至少兩個干涉圖案在全息圖平面上具有物光波的不同的入射角，入射角被以計算機可讀方式存儲為數據；b)將多重全息圖布置在第一元件上的第一元件平面中；c)使用參考光波來照射多重全息圖；d)將光檢測器布置在第二元件上的第二元件平面中；e)使用光檢測器來獲得在干涉圖案衍射的參考光波；f)從獲得的衍射參考光波形成強度圖案；g)將存儲為數據的計算機可讀入射角分配給強度圖案；以及h)根據分配的入射角來計算第一元件平面與第二元件平面之間的角度。

在本發明中，強度圖案被理解為多個形狀(例如，正方形或線)的扁平延伸布置，所述布置具有能夠與它們所被置于其上的背景區分的屬性。該屬性是亮度值(brightness?value)，特別是色彩值。該強度圖案被例如實施為500個黑色正方形的布置，所述500個黑色正方形能夠在作為背景的光矩形表面上部分地接觸，由此提供可明確地識別的結構。特別地，該圖案包含呈機器可讀碼形式的信息內容。根據本發明，術語“碼”被理解為，借助于二進制符號元素(例如，條形碼)的數據的映射。

使用多重全息圖，可以以本身已知的方式，從衍射參考光波重構角分辨(angle-resolved)強度圖案。在該情況下，強度圖案僅能夠在每種情況下，分別針對參考光波的離散入射角以最大強度來重構。已知的是，還可以在測量兩個空間上分離的元件之間的角度期間實際應用該角分辨率。考慮到強度圖案的信息內容，特別地，物光波在多重全息圖的全息圖平面上的入射角可以被非常迅速地且明確地分配給強度圖案。作為非連續角分布的結果，產生了入射角和強度圖案的不連續(準數字(quasi-digital)分配。在該情況下，在圖案的信息內容的基礎上執行分配。根據全息圖平面相對于第一元件的空間對準，以及還根據光檢測器(其獲得衍射參考光波)相對于第二元件的空間對準，同時使用現有的已證實的且穩健的測地學技術或工業測量技術，可以計算第一元件和第二元件之間的角度。根據本發明能夠實現精細的角確定，特別地，其中，額外地獲得了強度圖案的強度的優點(strength)，因為可以仍然還在相應的入射角附近的特定角度范圍內獲得不同于最大強度的強度。可通過與已知最大強度的比較來量化與離散入射角的偏離。采用足夠大量的獨立干涉圖案，產生了足夠密集(dense)以獲得準連續的角分辨率的強度圖案的布置。

本發明的有利精細化由從屬權利要求的特征產生。

有利地在參考坐標系中指定第二元件平面的坐標；在參考坐標系中指定分配的入射角的坐標；并且，在步驟h)中，根據第二元件平面的坐標和分配的入射角的坐標的差來計算角度。