[發明專利]利用干涉測量法確定距離變化的方法

有效

• 申請號: 201380011746.6
• 申請日: 2013-02-28
• 公開（公告）號: CN104160294B
• 公開（公告）日: 2016-10-12
• 發明（設計）人: T·克維亞特科夫斯基;T·魯斯
• 申請（專利權）人: 萊卡地球系統公開股份有限公司
• 主分類號: G01S7/48
• 分類號: G01S7/48
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 王小東

本發明涉及根據權利要求1的前序部分的用于確定至活動反射目標的距離變化的方法和根據權利要求12的執行根據本發明的方法的測量儀。

被構造為用于連續跟蹤目標點且確定該點的坐標位置的測量裝置一般可以尤其與工業測繪相關聯地歸類于術語激光跟蹤器之下。目標點此時可以通過逆向反射單元(例如三面直角棱鏡)來代表，其利用測量裝置的測量光束且尤其是激光束被瞄準。激光束平行地反射回到測量裝置，其中，反射光束利用該裝置的采集單元被采集。此時，光束的發射或接收方向例如借助角度測量傳感器來確定，該傳感器配屬于系統的偏轉反射鏡或瞄準單元。另外，利用所述光束的采集例如借助渡越時間測量或相位差測量來確定從測量裝置到目標點的距離。

根據現有技術的激光跟蹤器還可以被構造成具有光學圖像采集單元，其具有兩維光敏陣列例如CCD照相機或CID照相機或基于CMOS陣列的照相機，或者被構造成具有像素陣列傳感器并具有圖像處理單元。激光跟蹤器和照相機此時尤其可以如此上下疊置地安裝在一起，即，彼此的相對位置是不可變的。照相機例如與激光跟蹤器一起可繞其基本垂直的軸線轉動，但可以獨立于激光跟蹤器上下樞轉，因而尤其與激光束的光學組件分開布置。而且，照相機例如根據各自的應用可以以僅繞一個軸線樞轉的方式構成。在替代實施方式中，照相機可以按照一體式構造方式與激光束器光學組件一起安裝在同一個殼體內。

通過借助包含多個標記(其彼此相對位置是已知的)的所謂測量輔助儀的圖像采集和圖像處理單元進行的圖像采集和分析，可以推導出該儀器和安置在測量輔助儀上的物體(如探頭)的方位。另外，結合目標點的確定的空間位置，可以進一步精確地確定目標的絕對的空間位置和取向和/或相對于激光跟蹤器的空間位置和取向。

這種測量輔助儀可以通過其接觸點定位在瞄準目標的一點上的所謂的掃描工具來實現。掃描工具具有例如為光斑的標記和反射器，反射器代表掃描工具上的目標點并且可用跟蹤器的激光束來瞄準，在這里，標記和反射器相對于掃描工具的接觸點的位置是精確已知的。測量輔助儀也可以按照本領域技術人員已知的方式是配備為用于測距的(例如用于非接觸式表面測繪)的手持式掃描儀，在這里，測距用的掃描儀測量光束相對于光斑和設置在掃描儀上的反射器的方向和位置是精確已知的。這種掃描儀例如在EP0553266中有所描述。

另外，在越來越標準化的現代跟蹤器系統中，可以在傳感器上確定接收到的測量光束相對于零位的偏移。借助所述可測的偏移，可以確定在逆向反射器的中心和激光束在反射器上的入射點之間的位置差，并且如此根據該偏差來修正或追蹤激光束的對準，即，該傳感器上的偏差被縮小，尤其是為“零”，并且因此光束對準反射器中心的方向。通過激光束對準的追蹤，可以進行目標點的連續目標跟蹤并且可相對于測量裝置連續地確定目標點的距離和位置。此時，追蹤可借助能借助馬達進行運動的且設置為用于偏轉激光束的偏轉鏡的對準變化和/或通過使具有引導光束的激光光學組件的瞄準單元樞轉來實現。

所述目標跟蹤必須以激光束耦合至反射器為前提。為此，可以在跟蹤器上附加地設置一個采集單元，該采集單元具有位敏傳感器和較大的視野。而且，在上述類型的裝置中整合有附加的照亮機構，借此來照亮目標或反射器，尤其是以限定的、不同于測距儀波長的波長。與此相關，該傳感器可以對在某個特定波長左右的范圍敏感地構成，以便例如減輕或完全阻止外界光影響。借助照亮機構可以照亮該目標并且用照相機采集帶有被照亮的反射器的目標的圖像。通過在傳感器上的特定(波長特定)反射的成像，可以分辨圖像中的反射位置，進而確定相對于照相機的采拍方向的角度和相對于目標或反射器的方向。具有這種目標搜索單元的激光跟蹤器的一個實施方式例如由WO2010/148525A1公開。根據可如此導出的方向信息，可以如此改變測量激光束的對準，即，激光束和激光束所耦合到的反射器之間的間距被縮小。

為了測距，現有技術的激光跟蹤器具有至少一個測距儀，其中它例如可以呈干涉儀形式構成。因為這樣的測距單元只能測量相對距離變化，故在當今的激光跟蹤器中除了干涉儀外還裝有所謂的絕對距離測量儀。例如，確定距離用測量手段的這種組合由Leica?Geosystems?AG(萊卡大地測量系統公司)的產品AT901公開。與此相關被用于測距的干涉儀主要采用氣體激光束器尤其是氦氖氣體激光束器作為光源，因為大的相關長度和由此允許的測量有效范圍。氦氖激光束器的相干長度此時可以為幾百米，因此，可利用相對簡單的干涉儀結構來實現工業測量技術所要求的作用距離。絕對距離測量儀和干涉儀的用于利用氦氖激光束器確定距離的組合方式例如由WO2007/079600A1公開。