CH694343A5 - Method and apparatus for distance measurement. - Google Patents

Method and apparatus for distance measurement. Download PDF

Info

Publication number
CH694343A5
CH694343A5 CH01395/99A CH139599A CH694343A5 CH 694343 A5 CH694343 A5 CH 694343A5 CH 01395/99 A CH01395/99 A CH 01395/99A CH 139599 A CH139599 A CH 139599A CH 694343 A5 CH694343 A5 CH 694343A5
Authority
CH
Switzerland
Prior art keywords
point
retroreflector
tracker
reflector
distance
Prior art date
Application number
CH01395/99A
Other languages
German (de)
Inventor
Raimund Loser
Dietrich Dr Meier
Original Assignee
Leica Geosystems Ag
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Leica Geosystems Ag filed Critical Leica Geosystems Ag
Priority to CH01395/99A priority Critical patent/CH694343A5/en
Priority to AU58001/00A priority patent/AU5800100A/en
Priority to PCT/CH2000/000397 priority patent/WO2001009643A1/en
Publication of CH694343A5 publication Critical patent/CH694343A5/en

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/14Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring distance or clearance between spaced objects or spaced apertures
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/06Systems determining position data of a target
    • G01S17/08Systems determining position data of a target for measuring distance only
    • G01S17/32Systems determining position data of a target for measuring distance only using transmission of continuous waves, whether amplitude-, frequency-, or phase-modulated, or unmodulated
    • G01S17/36Systems determining position data of a target for measuring distance only using transmission of continuous waves, whether amplitude-, frequency-, or phase-modulated, or unmodulated with phase comparison between the received signal and the contemporaneously transmitted signal
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/66Tracking systems using electromagnetic waves other than radio waves

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Description

       

  



   Die Erfindung liegt auf dem Gebiete der Messtechnik und betrifft  ein Verfahren und eine Vorrichtung gemäss den Oberbegriffen der entsprechenden  unabhängigen Patentansprüche. Verfahren und Vorrichtung dienen zur  Messung der Distanz zwischen zwei Punkten. 



   Es ist bekannt, die Distanz zwischen zwei beliebigen Punkten im Raum  mithilfe eines Laser-Trackers und eines Retroreflektors zu messen.  Unter einem Retroreflektor ist ein Reflektor zu verstehen, der einen  Strahl unabhängig von seinem Einfallswinkel parallel zu sich selbst  reflektiert. Unter einem Laser-Tracker ist ein Instrument zu verstehen,  das im Wesentlichen die folgenden Funktionseinheiten aufweist:

   einen  Laser, der einen Laserstrahl aussendet, ein Mittel zur Einstellung  der Laserstrahlrichtung, ein Mittel zur Messung von Änderungen der  Laserstrahlrichtung, ein Mittel zur Detektion der Verschiebung zwischen  dem auf den Retroreflektor gerichteten Laserstrahl und dem reflektierten  Strahl, ein Mittel zur Minimierung dieser Verschiebung durch automatische  Veränderung der Laserstrahlrichtung und ein Mittel zur interferometrischen  Auswertung von ausgesendetem und reflektiertem Laserstrahl zur Bestimmung  von Distanzänderungen zwischen Laser und Reflektor. 



   Zur Messung der Distanz zwischen zwei beliebigen Punkten im Raum  mithilfe eines Laser-Trackers und eines Retroreflektors wird gemäss  dem Stande der Technik der Reflektor in einem der beiden Punkte positioniert,  wird der Laserstrahl des Trackers auf den Reflektor gerichtet und  wird dann der Reflektor vom ersten Punkt zum    zweiten Punkt bewegt,  wobei er vom Laserstrahl des Trackers verfolgt wird. Aus der Veränderung  der Richtung des Laserstrahles und aus der Veränderung der Distanz  zwischen Tracker und Reflektor bei der Verschiebung des Reflektors  vom ersten zum zweiten Punkt wird mit triangulatorischen Methoden  die Distanz zwischen den beiden Punkten berechnet. 



   Die Genauigkeit, die mit einer derartigen triangulatorischen Distanzmessung  erreicht werden kann, ist abhängig von der Genauigkeit, mit der der  Reflektor in den Punkten positionierbar ist, sowie von den -Genauigkeiten  der Winkel- und der Distanzmessungen, die zur Bestimmung der Richtungsänderung  und der Distanzänderung zur Anwendung kommen. Die Winkelmessung mit  bekannten Winkelgebern hat üblicherweise eine Genauigkeit im Bereiche  von etwa einer Bogensekunde, die Distanzmessung mit interferometrischen  Methoden eine Genauigkeit im Bereiche von 1 bis 3  mu m.

   Bei triangulatorischen  Distanzmessungen im Bereiche von Metern ist es die Genauigkeit der  Winkelmessung, die sich in der Genauigkeit der Distanzmessung insbesondere  niederschlägt, sodass es für eine Erhöhung der Genauigkeit der Distanzmessung  insbesondere notwendig wäre, die Genauigkeit der Winkelmessung zu  erhöhen. 



   Die Erfindung stellt sich nun die Aufgabe, die Genauigkeit von Distanzmessungen  mithilfe von Laser-Tracker und Retroreflektor zu verbessern. Es soll  ein Verfahren und eine Vorrichtung geschaffen werden, die es erlauben,  mit einer gegenüber dem Stande der Technik markant erhöhten Genauigkeit  unter Verwendung eines gängigen Laser-Trackers und eines gängigen  Retroreflektors Distanzen zwischen in weiten Grenzen beliebig im  Raume positionierten Punkten zu messen, wobei das Verfahren gegenüber  dem Stande der Technik keinen zusätzlichen Mess- und/oder Rechenaufwand  bedingen soll und wobei die zusätzlich zu Laser-Tracker und Retroreflektor  verwendete Vorrichtung einfach herstellbar und einfach anwendbar  sein soll. 



     Diese Aufgabe wird gelöst durch das Verfahren und die Vorrichtung,  wie sie in den entsprechenden unabhängigen Patentansprüchen definiert  sind. 



   Das erfindungsgemässe Verfahren beruht im Wesentlichen darauf, mit  geeigneten Mitteln den vom Laser-Tracker ausgesendeten Laserstrahl  derart umzulenken, dass die beiden Punkte, deren Distanz zu bestimmen  ist, vom umgelenkten Laserstrahl getroffen werden, dass der umgelenkte  Laserstrahl also auf der Geraden durch die beiden Punkte verläuft.  Wenn nun der Reflektor vom einen der Punkte zum anderen bewegt wird,  ändert sich zwar die Distanz zwischen Tracker und Reflektor und kann  diese Distanzänderung interferometrisch ermittelt werden, die Richtung  des Laserstrahles ist aber für die erste Reflektorposition und für  die zweite Reflektorposition dieselbe. Dadurch beschränkt sich die  Messung auf eine relative Distanzmessung, die interferometrisch und  mit der oben genannten hohen Genauigkeit durchgeführt werden kann.

    Eine Winkelmessung mit der ebenfalls oben genannten, weniger hohen  Genauigkeit wird vermieden oder, wie weiter unten noch gezeigt werden  soll, höchstens für die Berechnung eines Korrekturfaktors verwendet.                                                           



   Die Vorrichtung, die zusätzlich zu Laser-Tracker und Retroreflektor  für die Durchführung des Verfahrens anzuwenden ist, weist ein Umlenkmittel  zum Umlenken des Laserstrahles (z.B. einen Spiegel mit einstellbarer  Orientierung) und ein Reflektor-Positioniermittel (z.B. einen Magnethalter)  zum Positionieren des Reflektors auf. Ferner weist die Vorrichtung  ein Markiermittel auf, das bei der Ausrichtung des Laserstrahles  durch die zwei Punkte zum Markieren des einen der zwei Punkte dient.  Das Markiermittel ist beispielsweise ein auf dem genannten Reflektor-Positioniermittel  positionierbares Fadenkreuz. 



   Zur Messung der Distanz zwischen einem ersten und einem zweiten Punkt  nach dem erfindungsgemässen Verfahren wird der Reflektor im ersten  Punkt und das Markier   mittel im zweiten Punkt positioniert. Dann  wird der Laserstrahl des Laser-Trackers, der in einer beliebigen  Tracker-Position positioniert ist, über das Umlenkmittel auf den  Reflektor gerichtet, wobei das Umlenkmittel derart eingestellt wird,  dass der Trackerstrahl durch die vom Markiermittel markierte zweite  Reflektor-Position zum Reflektor verläuft. Das Markiermittel wird  dann aus dem Strahlengang entfernt (ohne Trackingverlust), der Reflektor  wird (gegen das Umlenkmittel) in die Position des Markiermittels  gebracht und die Reflektorverschiebung wird interferometrisch ausgewertet,  was direkt die Distanz zwischen dem ersten und dem zweiten Punkt  ergibt.

   Die Tracker-Position und die Einstellung des Umlenkmittels  bleiben während der Messung unverändert. 



   Bei Verwendung eines Reflektors, bei dem ein zentraler Teil des Laserstrahles  unreflektiert durch den Reflektor verläuft, ist es auch möglich,  den Laserstrahl durch den Reflektor auf das Markiermittel zu richten  und dann den Reflektor vom Umlenkmittel weg auf den zweiten Punkt  zu bringen. Die Auswertung der interferometrischen Messung bleibt  gleich, wie oben für den umgekehrten Fall beschrieben. 



   Die Genauigkeit des erfindungsgemässen Distanzmessverfahrens ist  nicht abhängig von der Richtung des Trackerstrahles und auch nicht  vom Winkel, mit dem dieser auf das Umlenkmittel trifft. Sie ist ebenso  wenig abhängig vom exakten Verlauf der Reflektorbewegung zwischen  dem ersten und dem zweiten Punkt, während der der Reflektor vom Trackerstrahl  verfolgt wird. Die Richtung des Trackerstrahles ändert sich dabei  gegebenenfalls, ist aber am Ende der Bewegung im Wesentlichen dieselbe  wie bei Beginn. 



   Genau wie bei den eingangs erwähnten Verfahren ist die Genauigkeit  des erfindungsgemässen Verfahrens abhängig von der Genauigkeit der  Reflektor- bzw. Mar   kiermittel-Positionierung und werden für eine  genaue Positionierung im Wesentlichen dieselben Massnahmen ergriffen.                                                          



   Für Fälle, in denen der Reflektor und das Markiermittel nicht direkt  in zu vermessenden Punkten positionierbar sind, werden Positionier-Mittel  verwendet, die eine genau definierte relative Position des optischen  Zentrums des Reflektors zum relevanten Punkt ergeben. Aus der gemessenen  Distanz zwischen dem optischen Zentrum des Sensors in den zwei Positionen  wird dann rechnerisch auf die effektiv gesuchte Distanz zwischen  den relevanten Punkten geschlossen. 



   Das erfindungsgemässe Verfahren und eine beispielhafte Ausführungsform  der Vorrichtung, die zusätzlich zu Laser-Tracker und Retroreflektor  zur Durchführung des Verfahrens angewendet wird, werden im Zusammenhang  mit den folgenden Figuren im Detail beschrieben. Dabei zeigen:      Fig. 1 bis 3 die Verfahrensschritte des erfindungsgemässen  Verfahrens;     Fig. 4 eine beispielhafte Ausführungsform der erfindungsgemässen  Vorrichtung.  



   Fig. 1 bis 3 zeigen das Prinzip des erfindungsgemässen Verfahrens  und illustrieren seine aufeinander folgenden Schritte. Die Fig. zeigen  einen ersten Punkt P.1 und einen zweiten Punkt P.2, deren Abstand  D zu bestimmen ist, wobei der Einfachheit halber P.1 und P.2 mit  den Reflektorpositionen (Positionen des optischen Zentrums des Reflektors)  gleichgesetzt werden. Die Figuren zeigen ferner eine Trackerposition  3, einen Trackerstrahl 4, einen einstellbaren Spiegel 5 (Umlenkmittel),  einen Retroreflektor 6 und ein Fadenkreuz 7 (Markiermittel).

   Die  Verfahrensschritte sind die folgenden:   - Reflektor 6 im ersten  Punkt P.1, Fadenkreuz 7 im zweiten Punkt P.2 positionieren und Trackerstrahl  4 durch entsprechende Einstellung des Spiegels 5 und automatische  Nachführung des Trackerstrahles 4 durch den vom Markiermittel markierten,  zweiten Punkt P.2 auf den im ersten Punkt P.1 positionierten Reflektor  6 richten (Fig. 1); - Fadenkreuz 7 vom zweiten Punkt entfernen,  ohne den Laserstrahl zu unterbrechen; - Reflektor 6 vom ersten  Punkt P.1 zum zweiten Punkt P.2 bringen und dabei mit dem Trackerstrahl  4 automatisch verfolgen, wobei die Veränderung der Distanz zwischen  Tracker und Reflektor interferometrisch verfolgt wird (Fig. 2);

    - Reflektor 6 in zweitem Punkt P.2 an Stelle des Fadenkreuzes 7 positionieren  und Distanzänderung bestimmen (Fig. 3).In den Fig. 1 bis 3 ist der  erste Punkt P.1, von dem die Bewegung des Reflektors 6 ausgeht, weiter  vom Spiegel 5 entfernt als der zweite Punkt P.2, in dem die Reflektorbewegung  endet. Dies ist notwendig, wenn ein bekannter Tripelspiegel oder  ein bekanntes Tripelprisma als Reflektor verwendet wird. Ein als  Reflektor verwendetes Tripelprisma kann aber an seiner Spitze eine  zur Basisfläche parallele Austrittsfläche oder der Tripelspiegel  eine entsprechende Austrittsöffnung aufweisen, derart, dass ein zentraler  Teil des auf den Reflektor gerichteten Laserstrahles nicht reflektiert  wird, sondern den Reflektor im Wesentlichen geradlinig durchdringt.

    Bei Verwendung eines derart ausgestalteten Reflektors kann der erste  Punkt P.1 auch näher beim Spiegel 5 liegen und kann der den im ersten  Punkt P.1 positionierten Reflektor durchdringende, zentrale Teil  des Laserstrahles zur Ausrichtung auf das im zweiten Punkt P.2 positionierte  Fadenkreuz 7 gerichtet werden, während der reflektierte, periphere  Laserstrahl-Teil für die interferometrische Auswertung verwendet  wird. 



     Die Einstellung des umgelenkten Laserstrahles durch das Fadenkreuz  7, die vor der effektiven interferometrischen Messung durch beispielsweise  manuelle Einstellung des Spiegels 5 realisiert wird, ist gegebenenfalls  weniger genau als die entsprechende Ausrichtung des Laserstrahles  auf den im zweiten Punkt positionierten Reflektor am Ende der Messung.  Daraus kann sich zwischen Anfang (Fig. 1) und Ende der Messung (Fig.  3) eine kleine Verschiebung der Trackerstrahl-Richtung ergeben. Diese  Richtungsveränderung kann in bekannter Weise durch Winkelmessung  ermittelt werden und kann zur Berechnung eines Korrekturfaktors für  die Distanzmessung verwendet werden. 



   Fig. 4 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform der Vorrichtung zur  Durchführung des erflndungsgemässen Verfahrens und einen von einem  Laser-Tracker 9 ausgesendeten und mithilfe der Vorrichtung umgelenkten  Laserstrahl 4. Die Vorrichtung weist als Reflektor-Positioniermittel  einen Magnethalter 10 auf, der, gegebenenfalls mithilfe von Befestigungssmitteln  (nicht dargestellt), derart im Bereiche des einen der zu vermessenden  Punkte montierbar ist, dass mit seiner Hilfe der Reflektor oder gegebenenfalls  das Fadenkreuz 7 darauf eine genau definierte Position (P.2) einnimmt.  Mit dem Magnethalter 10 ist über eine Grundplatte 11 der Spiegel  5 verbunden, derart, dass er um zwei senkrecht zueinander stehende  Achsen verschwenkbar ist.

   In der dargestellten Ausführungsform ist  die erste Schwenkachse A.1 parallel zur Grundplatte 11 ausgerichtet  und ist die zweite Schwenkachse A.2 gleichzeitig die Achse des ringförmigen  Magnethalters 10. Die Grundplatte 11 ist also um den Magnethalter  12 verschwenkbar oder drehbar (A.2) und der Spiegel 5 ist zusätzlich  relativ zur Grundplatte verschwenkbar (A.1). 



   Die in der Fig. 4 dargestellte Vorrichtung ist ein sehr einfaches  Werkzeug, das problemlos an verschiedensten Objekten montierbar ist.  Der Vorteil der in der Fig. 4 dargestellten spezifischen Spiegelanordnung  besteht darin, dass damit Distanzen zwischen dem einen Punkt, in  dessen Bereich die Vorrichtung montiert ist, und in    verschiedensten  Richtungen von diesem Punkt entfernten, anderen Punkten messbar sind,  ohne dass die Vorrichtung ummontiert werden muss. 



   Das erfindungsgemässe Verfahren, dessen Prinzip im Zusammenhang mit  den Fig. 1 bis 3 beschrieben wurde, ist auf verschiedenste Arten  automatisierbar und eine entsprechende Unterstützung kann problemlos  in die Bedienungssoftware des Laser-Trackers eingebaut werden. Einige  Automatisierungsbeispiele sind in den folgenden Abschnitten beschrieben.                                                       



   Der erste Schritt des Verfahrens, das heisst die Einstellung des  Umlenkmittels so, dass der Laserstrahl eines stationären Laser-Trackers  nach der Umlenkung auf der durch die beiden Punkte, deren Distanz  zu messen ist, definierten Geraden verläuft, wird dadurch automatisiert,  dass mithilfe des Trackers zuerst die Positionen der beiden Punkte  in bekannter Weise bestimmt werden und dass dann die für die Ausrichtung  des Laserstrahles durch die beiden Punkte notwendige Umlenkmittel-Einstellung  für die vorgegebene Tracker-Position und die durch Messung ermittelten  Punkt-Positionen berechnet wird. Dann wird das Umlenkmittel entsprechend  eingestellt. 



   Üblicherweise bietet die Software eines Laser-Trackers einen so genannten  Build-Modus an, der die Positionierung von Reflektoren an Punkten  mit vorgegebenen Raumkoordinaten unterstützt. Während ein Benutzer  den Reflektor bewegt, berechnet die Tracker-Software in diesem Modus  die Abweichung der momentanen Reflektor-Koordinaten von den vorgegebenen  Koordinaten und visualisiert diese Abweichungen für den Benutzer.  Die Bewegung des Reflektors wird fortgeführt, bis die genannten Abweichungen  gleich null sind.

   Wenn nun als Umlenkmittel beispielsweise der in  der Fig. 4 dargestellte Spiegel 5 verwendet wird und wenn an diesem  Spiegel beispielsweise zwei Reflektoren angeordnet werden, kann die  einzustellende    Spiegelposition in Koordinaten für die zwei Reflektoren  berechnet werden und kann die Spiegeleinstellung durch den Benutzer  mithilfe des genannten Build-Modus durchgeführt werden. 



   Der zweite Schritt des erfindungsgemässen Verfahrens, das heisst  die interferometrische Messung der Distanz zwischen den zwei Punkten,  kann beispielsweise durch Hin- und Herbewegen des Reflektors zwischen  den beiden Punkten, durch Nullsetzung der Interferometerdistanz,  vor jeder Bewegung und durch Berechnung der effektiven Distanz aus  den aufsummierten Distanzänderungen (Absolutwerte) realisiert und  von der Software des Laser-Trackers entsprechend unterstützt werden.



  



   The invention is in the field of measurement technology and relates to a method and a device according to the preambles of the corresponding independent claims. The method and the device serve to measure the distance between two points.



   It is known to measure the distance between any two points in space using a laser tracker and a retroreflector. A retroreflector is a reflector that reflects a beam parallel to itself regardless of its angle of incidence. A laser tracker is an instrument that essentially has the following functional units:

   a laser which emits a laser beam, a means for adjusting the laser beam direction, a means for measuring changes in the laser beam direction, a means for detecting the displacement between the laser beam directed onto the retroreflector and the reflected beam, a means for minimizing this displacement by automatic means Change in the laser beam direction and a means for interferometric evaluation of emitted and reflected laser beams to determine changes in distance between the laser and the reflector.



   To measure the distance between any two points in space using a laser tracker and a retroreflector, the reflector is positioned in one of the two points according to the prior art, the laser beam of the tracker is directed onto the reflector and then becomes the reflector from the first point moved to the second point, being tracked by the laser beam of the tracker. The distance between the two points is calculated from the change in the direction of the laser beam and from the change in the distance between the tracker and reflector when the reflector is shifted from the first to the second point.



   The accuracy that can be achieved with such a triangular distance measurement depends on the accuracy with which the reflector can be positioned in the points and on the inaccuracies of the angle and distance measurements, which are used to determine the change in direction and the change in distance Application come. The angle measurement with known angle transmitters usually has an accuracy in the range of approximately one arc second, the distance measurement with interferometric methods has an accuracy in the range of 1 to 3 μm.

   In the case of triangulatory distance measurements in the range of meters, it is the accuracy of the angle measurement that is particularly reflected in the accuracy of the distance measurement, so that it would be necessary in particular to increase the accuracy of the distance measurement to increase the accuracy of the angle measurement.



   The object of the invention is to improve the accuracy of distance measurements using a laser tracker and retroreflector. The aim is to create a method and a device which allow distances to be measured between points which are positioned anywhere in space within a wide range, using a conventional laser tracker and a common retroreflector, with a markedly increased accuracy compared to the prior art Compared to the prior art, the method should not require any additional measurement and / or computation effort and the device used in addition to the laser tracker and retroreflector should be easy to manufacture and easy to use.



     This object is achieved by the method and the device as defined in the corresponding independent patent claims.



   The method according to the invention is essentially based on using suitable means to deflect the laser beam emitted by the laser tracker in such a way that the two points, the distance of which is to be determined, are hit by the deflected laser beam, that is to say the deflected laser beam is on the straight line through the two points runs. If the reflector is moved from one of the points to the other, the distance between the tracker and reflector changes and this change in distance can be determined interferometrically, but the direction of the laser beam is the same for the first reflector position and for the second reflector position. As a result, the measurement is limited to a relative distance measurement, which can be carried out interferometrically and with the high accuracy mentioned above.

    An angle measurement with the less high accuracy also mentioned above is avoided or, as will be shown further below, is used at most for the calculation of a correction factor.



   The device, which is to be used in addition to the laser tracker and retroreflector for carrying out the method, has a deflection means for deflecting the laser beam (e.g. a mirror with adjustable orientation) and a reflector positioning means (e.g. a magnet holder) for positioning the reflector. Furthermore, the device has a marking means which serves to mark the one of the two points when the laser beam is aligned through the two points. The marking means is, for example, a crosshair that can be positioned on said reflector positioning means.



   To measure the distance between a first and a second point according to the inventive method, the reflector is positioned in the first point and the marker in the second point. Then the laser beam of the laser tracker, which is positioned in any tracker position, is directed via the deflecting means onto the reflector, the deflecting means being adjusted in such a way that the tracker beam passes through the second reflector position marked by the marking means to the reflector. The marking agent is then removed from the beam path (without loss of tracking), the reflector is brought into the position of the marking agent (against the deflecting agent) and the reflector displacement is evaluated interferometrically, which directly gives the distance between the first and the second point.

   The tracker position and the deflector setting remain unchanged during the measurement.



   When using a reflector in which a central part of the laser beam passes through the reflector without being reflected, it is also possible to direct the laser beam through the reflector onto the marking means and then to bring the reflector away from the deflecting means to the second point. The evaluation of the interferometric measurement remains the same as described above for the reverse case.



   The accuracy of the distance measuring method according to the invention is not dependent on the direction of the tracker beam and also not on the angle with which it strikes the deflection means. It is also not dependent on the exact course of the reflector movement between the first and the second point during which the reflector is tracked by the tracker beam. The direction of the tracker beam may change, but is essentially the same at the end of the movement as at the beginning.



   Just as with the methods mentioned at the outset, the accuracy of the method according to the invention depends on the accuracy of the positioning of the reflector or marking means and essentially the same measures are taken for accurate positioning.



   For cases in which the reflector and the marking means cannot be positioned directly in points to be measured, positioning means are used which result in a precisely defined relative position of the optical center of the reflector to the relevant point. From the measured distance between the optical center of the sensor in the two positions, the actually searched distance between the relevant points is then calculated.



   The method according to the invention and an exemplary embodiment of the device which is used in addition to the laser tracker and retroreflector to carry out the method are described in detail in connection with the following figures. 1 to 3 show the method steps of the method according to the invention; Fig. 4 shows an exemplary embodiment of the device according to the invention.



   1 to 3 show the principle of the method according to the invention and illustrate its successive steps. The figures show a first point P.1 and a second point P.2, the distance D of which is to be determined, P.1 and P.2 being equated with the reflector positions (positions of the optical center of the reflector) for the sake of simplicity. The figures also show a tracker position 3, a tracker beam 4, an adjustable mirror 5 (deflection means), a retroreflector 6 and a crosshair 7 (marking means).

   The process steps are as follows: - Position reflector 6 in the first point P.1, crosshair 7 in the second point P.2 and tracker beam 4 by adjusting the mirror 5 accordingly and automatically tracking the tracker beam 4 by the second point P marked by the marking means. 2 point at the reflector 6 positioned in the first point P.1 (FIG. 1); - Remove crosshairs 7 from the second point without interrupting the laser beam; - Bring the reflector 6 from the first point P.1 to the second point P.2 and automatically track it with the tracker beam 4, the change in the distance between tracker and reflector being tracked interferometrically (FIG. 2);

    - Position the reflector 6 in the second point P.2 instead of the crosshair 7 and determine the change in distance (Fig. 3). In Figs. 1 to 3, the first point P.1, from which the movement of the reflector 6 starts, is further from Mirror 5 is removed as the second point P.2 at which the reflector movement ends. This is necessary if a known triple mirror or a known triple prism is used as the reflector. However, a triple prism used as a reflector can have at its tip an exit surface parallel to the base surface, or the triple mirror can have a corresponding exit opening such that a central part of the laser beam directed onto the reflector is not reflected, but rather penetrates the reflector essentially in a straight line.

    When using a reflector designed in this way, the first point P.1 can also be closer to the mirror 5 and the central part of the laser beam penetrating the reflector positioned in the first point P.1 can be aligned to the cross hair 7 positioned in the second point P.2 be directed while the reflected, peripheral laser beam part is used for the interferometric evaluation.



     The setting of the deflected laser beam by the cross hair 7, which is implemented before the effective interferometric measurement by, for example, manual adjustment of the mirror 5, is possibly less accurate than the corresponding alignment of the laser beam to the reflector positioned in the second point at the end of the measurement. This can result in a slight shift in the direction of the tracker beam between the start (FIG. 1) and the end of the measurement (FIG. 3). This change in direction can be determined in a known manner by angle measurement and can be used to calculate a correction factor for the distance measurement.



   4 shows an exemplary embodiment of the device for carrying out the method according to the invention and a laser beam 4 emitted by a laser tracker 9 and deflected with the aid of the device. (not shown), can be mounted in the area of one of the points to be measured in such a way that the reflector or possibly the crosshair 7 assumes a precisely defined position (P.2) thereon. The mirror 5 is connected to the magnet holder 10 via a base plate 11 in such a way that it can be pivoted about two axes which are perpendicular to one another.

   In the illustrated embodiment, the first pivot axis A.1 is aligned parallel to the base plate 11 and the second pivot axis A.2 is at the same time the axis of the ring-shaped magnet holder 10. The base plate 11 can thus be pivoted or rotated about the magnet holder 12 (A.2) and the mirror 5 can also be pivoted relative to the base plate (A.1).



   The device shown in Fig. 4 is a very simple tool that can be easily mounted on a wide variety of objects. The advantage of the specific mirror arrangement shown in FIG. 4 is that distances between the one point in the area in which the device is mounted and other points distant from this point can be measured without having to re-assemble the device got to.



   The method according to the invention, the principle of which was described in connection with FIGS. 1 to 3, can be automated in a wide variety of ways and appropriate support can be built into the operating software of the laser tracker without any problems. Some automation examples are described in the following sections.



   The first step of the process, i.e. the adjustment of the deflection means so that the laser beam of a stationary laser tracker after the deflection runs on the straight line defined by the two points whose distance is to be measured, is automated by using the tracker first the positions of the two points are determined in a known manner and then the deflection means setting necessary for the alignment of the laser beam by the two points is calculated for the predetermined tracker position and the point positions determined by measurement. Then the deflecting means is adjusted accordingly.



   The software of a laser tracker usually offers a so-called build mode, which supports the positioning of reflectors at points with given spatial coordinates. In this mode, while a user moves the reflector, the tracker software calculates the deviation of the current reflector coordinates from the specified coordinates and visualizes these deviations for the user. The movement of the reflector continues until the deviations mentioned are zero.

   If, for example, the mirror 5 shown in FIG. 4 is used as the deflecting means and if two reflectors are arranged on this mirror, for example, the mirror position to be set can be calculated in coordinates for the two reflectors and the mirror setting can be set by the user with the aid of the build mentioned Mode.



   The second step of the method according to the invention, i.e. the interferometric measurement of the distance between the two points, can be done, for example, by moving the reflector back and forth between the two points, by zeroing the interferometer distance, before each movement and by calculating the effective distance from the summed Distance changes (absolute values) are realized and supported by the software of the laser tracker.


    

Claims (14)

1. Verfahren zur Messung der Distanz (D) zwischen einem ersten Punkt (P.1) und einem zweiten Punkt (P.2) mithilfe eines Laser-Trackers (9) und eines Retroreflektors (6), wobei der Retroreflektor (6) im ersten Punkt (P.1) positioniert und der Trackerstrahl (4) auf den Retroreflektor (6) gerichtet wird, wobei dann der Retroreflektor (6) vom ersten Punkt (P.1) zum zweiten Punkt (P.2) gebracht und im zweiten Punkt (P.2) positioniert wird und der Trackerstrahl (4) den Retroreflektor (6) während seiner Bewegung vom ersten zum zweiten Punkt verfolgt und wobei die Veränderung der Distanz zwischen Laser-Tracker (9) und Retroreflektor (6) während der Reflektorbewegung interferometrisch gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Trackerstrahl (4) mithilfe eines Umlenkmittels derart umgelenkt wird, 1. A method for measuring the distance (D) between a first point (P.1) and a second point (P.2) using a laser tracker (9) and a retroreflector (6), the retroreflector (6) in the first point (P.1) is positioned and the tracker beam (4) is directed onto the retroreflector (6), the retroreflector (6) then being brought from the first point (P.1) to the second point (P.2) and in the second Point (P.2) is positioned and the tracker beam (4) tracks the retroreflector (6) during its movement from the first to the second point and the change in the distance between the laser tracker (9) and the retroreflector (6) during the reflector movement interferometrically is measured, characterized in that the tracker beam (4) is deflected with the aid of a deflection means, dass er nach der Umlenkung im Wesentlichen auf der durch den ersten und zweiten Punkt (P.1, P.2) definierten Geraden verläuft, sodass die Distanz (D) zwischen dem ersten und dem zweiten Punkt (P.1, P.2) im Wesentlichen der interferometrisch gemessenen Distanzveränderung entspricht.  that after the deflection it runs essentially on the straight line defined by the first and second points (P.1, P.2), so that the distance (D) between the first and second points (P.1, P.2) essentially corresponds to the distance change measured interferometrically. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Punkt (P.1) weiter vom Umlenkmittel entfernt ist als der zweite Punkt (P.2). 2. The method according to claim 1, characterized in that the first point (P.1) is further away from the deflecting means than the second point (P.2). 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der ersten Punkt (P.1) näher am Umlenkmittel liegt als der zweite Punkt (P.2) und dass ein zentraler Teil des Trackerstrahles (4) den im ersten Punkt (P.1) positionierten Retroreflektor (6) unreflektiert durchdringt und auf den zweiten Punkt (P.2) gerichtet wird. 3. The method according to claim 1, characterized in that the first point (P.1) is closer to the deflection than the second point (P.2) and that a central part of the tracker beam (4) in the first point (P.1 ) positioned retroreflector (6) penetrates without reflection and is directed to the second point (P.2). 4. 4th Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass für die Umlenkung des Trackerstrahles (4) auf die durch die zwei Punkte (P.1, P.2) definierte Gerade der zweite Punkt (P.2) markiert wird.  Method according to one of Claims 1 to 3, characterized in that the second point (P.2) is marked for deflecting the tracker beam (4) onto the straight line defined by the two points (P.1, P.2). 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Richtungsänderung des Trackerstrahles (4) zwischen seiner Ausrichtung auf den im ersten Punkt (P.1) positionierten Retroreflektor (6) und seiner Ausrichtung auf den im zweiten Punkt (P.2) positionierten Retroreflektor (6) erfasst wird und dass die Distanzmessung entsprechend korrigiert wird. 5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that a change in direction of the tracker beam (4) between its orientation on the retroreflector (6) positioned in the first point (P.1) and its orientation on the in the second point (P .2) positioned retroreflector (6) is detected and that the distance measurement is corrected accordingly. 6. 6th Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mithilfe des Laser-Trackers (9) und des Retroreflektors (6) die Koordinaten der beiden Punkte (P.1, P.2) bestimmt werden, dass die Richtung der durch die beiden Punkte (P.1 und P.2) definierten Geraden und die für eine vorgegebene Position des Laser-Trackers (9) und die Gerade notwendige Orientierung des Umlenkmittels berechnet werden und dass dann das Umlenkmittel auf die berechnete Orientierung eingestellt wird.  Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that the coordinates of the two points (P.1, P.2) are determined with the aid of the laser tracker (9) and the retroreflector (6) that the direction of the two points (P.1 and P.2) defined straight lines and the orientation of the deflection means necessary for a given position of the laser tracker (9) and the straight line are calculated and that the deflection means is then adjusted to the calculated orientation. 7. 7th Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass am Umlenkmittel Reflektoren angeordnet sind, dass für die Berechnung einer Umlenkmittel-Orientierung Soll-Koordinaten für die Reflektoren berechnet werden und dass das Umlenkmittel unterstützt vom Lasertracker auf die berechnete Orientierung eingestellt wird, wobei vom Lasertracker die Abweichung von momentanen Ist-Koordinaten von den Soll-Koordinaten berechnet werden.  A method according to claim 6, characterized in that reflectors are arranged on the deflecting means, that target coordinates for the reflectors are calculated for the calculation of a deflecting means orientation and that the deflecting means is adjusted to the calculated orientation supported by the laser tracker, the deviation from the laser tracker from current actual coordinates can be calculated from the target coordinates. 8. 8th. Vorrichtung zur Messung der Distanz zwischen einem ersten Punkt (P.1) und einem zweiten Punkt (P.2) mithilfe eines Laser-Trackers (9) und eines Retrore flektors (6) gemäss dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Positionierung des Retroreflektors (6) in einem der zwei Punkte (P.1, P.2) ein Reflektor-Positioniermittel und zur Umlenkung des Trackerstrahles (4) ein relativ zum Reflektor-Positioniermittel einstellbares Umlenkmittel aufweist.  Device for measuring the distance between a first point (P.1) and a second point (P.2) using a laser tracker (9) and a retrore reflector (6) according to the method according to one of claims 1 to 7, characterized characterized in that the device for positioning the retroreflector (6) in one of the two points (P.1, P.2) has a reflector positioning means and for deflecting the tracker beam (4) has a deflecting means which is adjustable relative to the reflector positioning means. 9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zusätzlich zur optischen Markierung des zweiten Punktes (P.2) ein mithilfe des Reflektor-Positioniermittels positionierbares Markiermittel aufweist. 9. The device according to claim 8, characterized in that in addition to the optical marking of the second point (P.2), the device has a marking means that can be positioned with the aid of the reflector positioning means. 10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Reflektor-Positioniermittel ein Magnethalter (10) ist. 10. The device according to claim 8 or 9, characterized in that the reflector positioning means is a magnet holder (10). 11. 11th Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Umlenkmittel ein um zwei senkrecht zueinander ausgerichtete Schwenkachsen (A.1 und A.2) verschwenkbarer Spiegel (5) ist.  Device according to one of claims 8 to 10, characterized in that the deflecting means is a mirror (5) which can be pivoted about two pivot axes (A.1 and A.2) which are oriented perpendicular to one another. 12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Schwenkachsen (A.2) die Achse des Reflektor-Positioniermittels ist. 12. The apparatus according to claim 11, characterized in that one of the pivot axes (A.2) is the axis of the reflector positioning means. 13. Vorrichtung nach Ansprüchen 10, 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine senkrecht zur Achse (A.2) des Magnethalters (10) ausgerichtete und relativ zum Magnethalter (10) um diese Achse (A.2) drehbare Grundplatte (11) aufweist, auf welcher Grundplatte (11) der Spiegel (5) um eine zur Grundplatte (11) parallele Achse (A.1) verschwenkbar angeordnet ist. 13. Device according to claims 10, 11 and 12, characterized in that it has a base plate (11) which is oriented perpendicular to the axis (A.2) of the magnet holder (10) and can be rotated relative to the magnet holder (10) about this axis (A.2) ) on which base plate (11) the mirror (5) is arranged to be pivotable about an axis (A.1) parallel to the base plate (11). 14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Markiermittel ein Fadenkreuz (7) ist. 14. Device according to one of claims 9 to 13, characterized in that the marking means is a crosshair (7).
CH01395/99A 1999-07-28 1999-07-28 Method and apparatus for distance measurement. CH694343A5 (en)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CH01395/99A CH694343A5 (en) 1999-07-28 1999-07-28 Method and apparatus for distance measurement.
AU58001/00A AU5800100A (en) 1999-07-28 2000-07-20 Method and device for measuring distance
PCT/CH2000/000397 WO2001009643A1 (en) 1999-07-28 2000-07-20 Method and device for measuring distance

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CH01395/99A CH694343A5 (en) 1999-07-28 1999-07-28 Method and apparatus for distance measurement.

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CH694343A5 true CH694343A5 (en) 2004-11-30

Family

ID=4209433

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CH01395/99A CH694343A5 (en) 1999-07-28 1999-07-28 Method and apparatus for distance measurement.

Country Status (3)

Country Link
AU (1) AU5800100A (en)
CH (1) CH694343A5 (en)
WO (1) WO2001009643A1 (en)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1942312B1 (en) 2007-01-02 2009-08-12 ISIS Sentronics GmbH Positioning system for the contactless interferometric detection of an object's location and corresponding scanning system
JP5193490B2 (en) 2007-04-20 2013-05-08 株式会社ミツトヨ Measuring method using tracking laser interferometer
US9222771B2 (en) 2011-10-17 2015-12-29 Kla-Tencor Corp. Acquisition of information for a construction site
WO2015169329A1 (en) * 2014-05-05 2015-11-12 Carl Zeiss Industrielle Messtechnik Gmbh Coordinate measuring device for determining geometric properties of a measurement object

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4714339A (en) * 1986-02-28 1987-12-22 The United States Of America As Represented By The Secretary Of Commerce Three and five axis laser tracking systems
FR2712691A1 (en) * 1993-11-19 1995-05-24 Fondeur Bernard Laser interferometry measurement device.
JPH07181006A (en) * 1993-12-24 1995-07-18 Olympus Optical Co Ltd Laser length measuring equipment
US5446545A (en) * 1993-03-25 1995-08-29 Renishaw Plc Method of and apparatus for calibrating machines including a measuring probe and a measuring apparatus

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4714339A (en) * 1986-02-28 1987-12-22 The United States Of America As Represented By The Secretary Of Commerce Three and five axis laser tracking systems
US4714339B1 (en) * 1986-02-28 1997-03-18 Us Army Three and five axis laser tracking systems
US4714339B2 (en) * 1986-02-28 2000-05-23 Us Commerce Three and five axis laser tracking systems
US5446545A (en) * 1993-03-25 1995-08-29 Renishaw Plc Method of and apparatus for calibrating machines including a measuring probe and a measuring apparatus
FR2712691A1 (en) * 1993-11-19 1995-05-24 Fondeur Bernard Laser interferometry measurement device.
JPH07181006A (en) * 1993-12-24 1995-07-18 Olympus Optical Co Ltd Laser length measuring equipment

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 1995, no. 10 30 November 1995 (1995-11-30) *

Also Published As

Publication number Publication date
AU5800100A (en) 2001-02-19
WO2001009643A1 (en) 2001-02-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1171752B1 (en) Indirect position determination with the aid of a tracker
EP1251328B1 (en) System and method for determining the position or/and the orientation of two objects relative to each other, as well as beam guidance device, interferometer system and device for modifying the optical pathlength for use in such a system and method
EP0770445B1 (en) Control and positioning method of a beam or jet for machining a workpiece
EP2458363B1 (en) Measurement of the positions of curvature midpoints of optical areas of a multi-lens optical system
DE102010002035B4 (en) Nachführtyp laser interferometer
DE3911307A1 (en) METHOD FOR DETERMINING WHETHER TWO SHAFTS ARRANGED IN ORDER ARE ALIGNED OR STABILIZED WITH REGARD TO THEIR AXIS
DE3814466A1 (en) METHOD AND DEVICE FOR DETERMINING THE RELATIVE POSITION OF A REFERENCE AXIS OF AN OBJECT WITH REGARD TO A REFERENCE BEAM, ESPECIALLY A LASER BEAM
WO2007039278A1 (en) Method for determining a virtual tool center point
DE102008010916A1 (en) Method and device for determining an orientation of two rotatably mounted machine parts, an alignment of two hollow cylindrical machine parts or for testing a component for straightness along a longitudinal side
DE4426523A1 (en) Apparatus and method for the centring calibration of tools
EP3642655A1 (en) Device for determining an orientation of an optical device of a coherence tomograph, coherence tomograph and laser processing system
EP2933600A1 (en) Method and measuring system for determining the orientation of a first pulley of a belt drive relative to a second pulley of the belt drive
DE3913988A1 (en) METHOD AND DEVICE FOR MEASURING ROADS REGARDING AXLE LENGTH, WIDTH AND HEIGHT OR HEIGHT. PITCH
DE3611402C2 (en)
DE102011012611A1 (en) Method for contactless measurement of angle at which object is arranged relative to axis of outer reference system, involves placing object in collimated beam path of autocollimator, whose orientation is known in reference system
EP0734305B1 (en) Method for adjusting reamers and similar equipment
EP0593067B1 (en) Procedure and device for the determination of the orientation and position of objects with laserbeams
WO2020035333A1 (en) Laser machining system and method for a laser machining system
CH694343A5 (en) Method and apparatus for distance measurement.
DE3116215C2 (en)
DE3145823C2 (en) Device for determining points
EP1291614A1 (en) Measurement of coordinates by straighness and angle calibration and subsequent correction of measured values
DE102011107451B3 (en) Method and device for determining the position and orientation of a body
CH709211B1 (en) A method for determining the spatial position of a target tracking mirror and mirror arrangement for implementing the method.
DE102007056773A1 (en) Method for determining position of virtual bias point relative to coordinate system of industrial robot, involves determining well-known position of virtual bias point for determining position of measuring point in coordinate system

Legal Events

Date Code Title Description
NV New agent

Representative=s name: KAMINSKI HARMANN PATENTANWAELTE AG, LI

PL Patent ceased