[發明專利]配合6個自由度的激光跟蹤儀使用的手持式輔助測量裝置

有效

• 申請號: 201410196700.2
• 申請日: 2014-05-09
• 公開（公告）號: CN104142122B
• 公開（公告）日: 2017-04-05
• 發明（設計）人: M·萊陶;M·呂舍爾;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: G01B11/00
• 分類號: G01B11/00;G01S5/16
• 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

技術領域

本發明涉及一種手持式輔助測量裝置，在用于對物體表面進行測量的系統中使用，該系統具有用于確定輔助測量裝置的位置和取向的測站。

背景技術

這種工業測量系統已經從現有技術中公知很久，該工業測量系統用于確定表面上的點的坐標位置，并且通過手持式輔助測量裝置與對其進行空間測量的測站(諸如特別是6個自由度的激光跟蹤儀)相結合而形成。

例如，這種系統的示例在專利文獻公開出版物WO1993/07443A1、WO1997/14015A1、WO2007/124009A2或WO2007/124010A2中進行了描述，或者也以由徠卡測量系統有限公司(Leica?Geosystems?AG)銷售的產品-激光跟蹤儀“AT901”和輔助測量裝置“T?probe”的形式已知。

為此，這樣的手持式輔助測量儀具有用于物體表面的測量探頭，該測量探頭被布置在輔助測量裝置的主體上，尤其具有觸覺球，用于與物體表面上的測量點進行物理接觸(其中此處凹口、孔、隱藏點等通常也應被理解為形成被測物體的被測物體表面的一部分)。此外，提供了可視標記，這些可視標記在標記區域中以彼此限定的空間關系并且相對于測量探頭被布置在主體上，形成圖案。

在這種情況下可視標記尤其可以通過可由相機獲得的無源或有源光點來提供，尤其是其中標記通過反射器或通過LED(發光二極管)形成。

為了獲得這些標記，與輔助測量裝置配合使用的測站(尤其是諸如激光跟蹤儀)可以被實施為具有：光學圖像獲取單元，其具有二維的光敏陣列，例如CCD或CID相機或基于CMOS陣列的相機(或者具有另一個像素陣列傳感器)；圖像處理單元。在這種情況下，相機可以尤其以以下方式在測站上被安裝成，相機相對彼此的位置是不變的。例如相機在測站上被布置成，相機可以通過馬達而圍繞一個或者圍繞兩個軸線進行樞轉，并且因此還可以在運動過程中跟蹤輔助測量裝置，從而將該輔助測量裝置保持在相機的視覺區域中。

這種測站的特殊示例的代表是具有相機的激光跟蹤儀。在這種情況下，這種激光跟蹤儀的可被精確瞄準和跟蹤的目標點通過返回反射單元(例如立方棱鏡或立方隅角棱鏡反射器)形成，該返回反射單元利用測量裝置的光學激光測量光束被瞄準。該激光束以平行的方式通過返回反射單元被反射回測量裝置，其中被反射的光束由該裝置的獲取單元獲取。在這種情況下，查明光束的發射方向或接收方向，例如借助用于角度測量的傳感器，該裝置被配置給系統的偏轉鏡或瞄準單元。此外，借助獲取的光束來查明從測量裝置至返回反射單元的距離，例如，通過干涉測量或者借助傳播時間和/或相位差測量。

針對輔助測量裝置與激光跟蹤儀的合作，輔助測量裝置通常具有在其標記區域的中心點處的返回反射器，可以通過激光跟蹤儀以高精準度自動地瞄準，跟蹤該返回反射器并且測量其三維空間的位置。

為此，根據現有技術的激光跟蹤儀通常具有位置敏感表面傳感器(例如PSD或CCD或CMOS傳感器)形式的跟蹤表面傳感器，其中被反射在目標上的測量激光束可以在該傳感器上被檢測到，并且可以生成對應的輸出信號。借助在下游連接的或者集成的電子系統，可以對輸出信號進行分析并且例如可以查明焦點。借助該跟蹤和精細瞄準傳感器，由此可以確定獲取的光束的入射點(焦點)從伺服控制零點的偏離，并且基于該偏離可以在返回反射器上執行精確瞄準或在運動情況下對激光束的跟蹤。利用跟蹤和精細瞄準傳感器以與測量軸線同軸的方式進行獲取，使得獲取方向與測量方向相對應。跟蹤和精細瞄準的應用可以首先在測量激光已經至少粗略地在返回反射目標處對準之后如此執行，使得激光束與返回反射器接觸(被認為是至少在測量激光束的光束橫截面中的一些位置處)。在更精確的瞄準之后，進行角度和距離測量，如上所述，用于返回反射器的實際測量。

輔助測量裝置的其他三個自由度通過記錄標記的圖像和相應的圖像處理來確定。在這種情況下，用于引導激光束的單元和相機可以尤其如此形成，使得它們的位置相對于彼此是不變的。例如，相機可以與該單元一起圍繞基本垂直的軸線進行旋轉，但可以獨立于引導元件上下樞轉，因此尤其與激光束的透鏡分開設置。另選地，該相機還可以被實施為僅可以圍繞一個軸線樞轉。而此外，相機還可以另選地以與光束引導單元的一體結構被安裝在可旋轉和樞轉的同一外殼中。