[發明專利]具有目標感測單元用于目標跟蹤和取向檢測的激光跟蹤儀

有效

• 申請號: 201410192879.4
• 申請日: 2014-05-08
• 公開（公告）號: CN104142505B
• 公開（公告）日: 2017-05-24
• 發明（設計）人: B·伯克姆
• 申請（專利權）人: 萊卡地球系統公開股份有限公司
• 主分類號: G01S17/66
• 分類號: G01S17/66
• 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

技術領域

本發明涉及一種激光跟蹤儀和一種用于確定輔助測量儀器的位置并連續跟蹤輔助測量儀器的方法。

背景技術

被設計為連續跟蹤目標點并以坐標的方式確定該點的位置的測量設備通?？梢约偟胤Q為激光跟蹤儀，特別是關于工業勘測。在這種情況下，目標點可由利用來自測量設備的光學測量光束(特別是激光束)瞄準的回射單元(例如立方棱鏡)表示。激光束以平行方式被反射回到測量設備，利用該設備的感測單元感測反射的光束。在本文的上下文中，例如通過與系統的偏轉鏡或瞄準單元關聯的用于角度測量的傳感器確定光束的發射方向和接收方向。另外，通過光束的感測，例如通過傳播時間測量或相位差測量，確定了從測量設備至目標點的距離。

另外，根據現有技術的激光跟蹤儀可使用具有二維、光敏陣列的光學圖像捕捉單元實現，所述光學圖像捕捉單元例如CCD或CID相機或基于CMOS陣列的相機，或具有像素陣列傳感器和具有圖像處理單元。在這種情況下，激光跟蹤儀和相機中的一個可特別地安裝在另一個的頂部，使得它們相對于彼此的位置不能變化。例如，相機被布置為能夠與激光跟蹤儀一起繞激光跟蹤儀的基本垂直的軸旋轉，但能夠獨立于激光跟蹤儀而向上和向下樞轉，并且因此與激光束的光學系統分離。另外，相機可例如基于相應的應用而實現為能夠僅繞一個軸樞轉。在另選的的實施方式中，相機可以按照集成設計與激光光學系統一起安裝在公共的外殼中。

通過利用圖像捕捉和圖像處理單元(已知作為帶有相對于彼此的相對位置已知的標記的輔助測量儀器)的圖像捕捉和評估，可推斷出布置在輔助測量儀器上的物體(例如探針)在空間中的取向。與目標點的確定的空間位置一起，還可精確地確定物體在空間中的絕對和/或相對于激光跟蹤儀的位置和取向。

可通過被稱作接觸感測工具(利用它們的接觸點而設置在目標物體的點上)，可以實現這種輔助測量儀器。接觸感測工具具有例如光點的標記和表示接觸感測工具上的目標點的反射器，并且可利用來自跟蹤儀激光束而被瞄準，標記和反射器相對于接觸感測工具的接觸點的位置是非常精確地知道的。按照本領域技術人員熟知的方式，輔助測量儀器還可是用于非接觸式表面勘測操作的針對距離測量而配備的例如手持式掃描儀，用于相對于布置在掃描儀上的光點和反射器的距離測量的掃描儀測量光束的方向和位置是精確地知道的。這種掃描儀在例如EP0553266中有所描述。

對于距離測量，現有技術中的激光跟蹤儀具有至少一個距離測量裝置，所述距離測量裝置可例如采取干涉儀的形式。由于這種距離測量單元僅可以測量相對距離變化，因此除干涉儀以外，將已知的絕對距離測量裝置安裝在現在的激光跟蹤儀中。例如，通過得自徠卡測量系統(Leica Geosystems AG)的產品AT901，已知這種用于確定距離的測量裝置的組合。在這方面，由于長相干長度和由此允許的測量范圍，用于距離測量的干涉儀主要使用氦氖氣激光器(HeNe激光器)作為光源。例如，從WO2007/079600A1已知利用HeNe激光器來確定距離的絕對距離測量裝置和干涉儀的組合。

此外，在越來越標準的現代跟蹤儀系統中，傳感器被用于確定接收到的測量光束從零位置的偏離。這種可測量的偏離可用于確定回射器的中心與激光束在反射器上的碰撞點之間的位置差異，并且基于這種差異糾正或再調整激光束的取向，使得傳感器上的偏離減小，尤其是為“零”，因此光束沿著反射器中心的方向定向。激光束取向的再調整使得可以進行目標點的連續目標跟蹤并連續地確定目標點相對于測量器械的距離和位置。在這種情況下，可通過偏轉鏡的取向改變和/或通過樞轉具有光束導向激光光學系統的瞄準單元來實現再調整，所述偏轉鏡可以機動化方式運動并且為了偏轉激光束的目的而提供。

針對連續目標跟蹤，根據現有技術的激光跟蹤儀通常具有位置靈敏檢測器(PSD)形式的跟蹤區域傳感器，其中能夠在該位置靈敏檢測器上檢測到在目標處反射的測量激光輻射。在這方面，PSD應被理解為表示在模擬域中局部地操作并且可用于確定傳感器區域上的光分布的焦點的區域傳感器。在這種情況下，來自該傳感器的輸出信號利用一個或更多個光敏區域產生，并且取決于光焦點的對應位置。下游的或集成的電子元件可用于評估輸出信號并確定焦點。在這種情況下，可非?？焖俸头浅８叻直媛实卮_定碰撞光點的焦點的位置。然而，PSD可僅用于確定光分布的焦點，而非多個光點的分布。

該PSD可用于確定感測到的光束的碰撞點從伺服控制零點的偏離，并且所述偏離可用作朝著目標再調整激光束的基礎。為了該目的和為了實現高精度，該PSD的視場被選擇為相對較小，即，對應于測量激光束的光束直徑。