CN104009833B - 传感器同步方法和与之有关的传感器测量系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了传感器同步方法和与之有关的传感器测量系统。一种用于至少两个传感器的同步方法，其使得能实现与主传感器的预先确定的期望值有关的对从传感器的传感器值的同步收集。所述主传感器的时间相关测量值被用来确定预测模型的开放参数，在其基础上与待预先确定的主传感器期望值相关联的时间被外推。到达这个时间时，向至少一个从传感器发送触发对从传感器值的记录尤其是对测量值的记录的同步信号。主传感器期望值和从传感器值被作为连接值元组来提供。作为对所述主传感器的测量值的连续收集的结果，有可能连续地形成更新后的外推规则。主传感器的预先确定的期望值特别地能够具有等距间隔。

Description

传感器同步方法和与之有关的传感器测量系统
技术领域
本发明涉及一种传感器同步方法，并且涉及一种传感器测量系统。
背景技术
在包括多个传感器的测量系统中，常常期望同时从所有传感器收集传感器值以便产生连接数据记录。举例来说，如果点对象的位置将在特定时间被完全确定，则必须同时收集三个对应的坐标。
为此目的的一个选项是同时地将触发信号发射到所牵涉的所有传感器，所述触发信号触发相应传感器的测量值收集。然而，其中的问题是，一般而言，由于不同类型的时间延迟，并非所有测量值都是在单个时间处被收集到。举例来说，由于触发信号和测量信号的不同的信号运行时间或者由于变化的传感器启动时间和传感器等待时间而显现延迟，其时长此外可以取决于过程或环境而变化。根据现有技术，能够在一些情况下依靠不同时地，而是在适于相应延迟时间的时间偏移下将这样的同步信号发射到所有传感器来解决该问题。然而，这意味着附加的费用并且依赖于对延迟时间的了解，这可能并不是在所有情况下都能被建立。
在连续测量的情况下，即在分别具有来自各种传感器的一个值的值元组的连续产生期间存在另外的问题。尤其由于不同的传感器死时间，单独的传感器通常被不同地时钟控制，以便即使第一测量被同时地触发了，后续测量也将不再是同时的，或者有必要等待直到相应的时钟再次启用公共测量时间为止，从而得到了单独的传感器的空闲时间。近似解由仅凑合着用单独的传感器值的近似同步性并且考虑其时间间隔是最低的或者不超过如作为连接数据记录的时间最大间隔的那些传感器值构成。
另一近似解依靠在期望的公共时间方面根据收集到的传感器测量值对近似的传感器值进行外推或内插而显现。
在这里，术语“传感器测量值”或“测量值”应被理解成表示收集到的传感器值，即通过传感器的测量直接地可用的值。测量值的收集时间是该测量值被实际测量到的时间。等待时间是从这个时间起直到这个测量值是可用的所处于的时间为止经过的时间间隔。
外推的或内插的传感器值与测量值是相对的。它指的是根据测量值计算出的值。计算是在用于待预先确定的时间变量的值的外推规则的基础上产生的。术语“外推时间”表示这种预先确定的时间值。
术语“传感器值”被理解成意指包罗万象的术语，如果不存在对两个选项中的一个的限制的需要则该术语被使用。因此，术语“记录时间”包括收集时间和外推时间两者。
对于预先确定的时间值使用外推或内插，有可能通过适当的时钟给传感器值提供恒定的时间间隔，而不是给传感器值提供等距间隔。
举例来说，当检测表面时这样的等距传感器值是期望的。为此目的，使用常常由依次扫描诸如例如建筑物之类的结构的地形并且在过程中进行记录的方法组成，作为其结果3D点云被产生。常规方法在于借助于激光扫描器进行扫描。后者由通常作为两个角度传感器开发以用于连续地对准激光测距仪或通过绕两个轴旋转产生的激光光束、并且检测两个方向角度的激光测距仪和装置构成。因此，一般地依靠首先相对于两个旋转轴来测量两个对准角度，其次借助于激光光束来测量到观测表面点的距离，而以球面坐标形式来确定表面点的位置。
在这里，上面已经提到的时间延迟造成了困难，尤其是由角度传感器的等待时间所引起的问题，所述等待时间在现有技术的角度传感器的情况下可以是例如600ns。仅能够以偏差了至少这个时间间隔的时间来触发在特定角度下的距离测量；然而，这时候，对准已经改变了，即不再对应于所确定的角度。作为这个的结果，距离和角度不涉及正好相同的表面点。距离值与匹配对准时间的可能的下游内插与缺点有联系，因为可能存在不能够在由不规则的表面分布所引起的两个距离值之间估计的突变点。
因此，为了产生规则的点扫描图案，在现有技术的扫描器中对于距离来说重要的是，针对两个方向角度以等距角度在记录期间已经被注册了。一般地，绕两个旋转轴的旋转速度不是相同的，但在一个方向上的角速度比在另一个方向上显著地大得多使得逐行扫描是可能的。
因为根据现有技术，角度传感器值的等距测量在不变的角速度的情况下试图经由恒定测量频率来实现，所以对绕快旋转轴的旋转的均匀性的挑战是相对大的。确保这样的精确时钟控制对对应的角度传感器的系统准确性提出了很高的要求。
解决关于测量准确性问题的一个选项在于外推。WO 2010/139964 A2公开了一种用于操作位置编码器的方法，借助于所述位置编码器能够标识单独的测量中的随机不准确性。位置值是以它与和当前测量到的位置值相同的时间相关联的这样一种方式从至少一个位置测量值外推的。当前测量中的随机误差例如不正确地读出的位置代码在两者之间引起显著大的不同，作为其结果能够识别出测量不准确性。位置测量值然后能够被其对应的计算值替换，作为其结果单独的位置值的可靠性被提高了。
WO 2010/139964 A2中所描述的方法的缺点在于外推的位置值直接地与一个测量值相关的事实。这在彼此具有等距离的传感器值的提供方面不会降低对位置传感器的系统准确性的要求。在这个方面在所收集到的测量值中的不规则性将被转移到计算出的值。而且，缺点是，作为这个直接参考的结果，传感器值的提供不与传感器死时间脱离关系并且因此没有提供附加的位置值。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种改进的传感器同步方法和改进的传感器测量系统。
本发明的另一个目的在于提供一种改进的传感器同步方法，使得能够在至少两个传感器的测量系统中提供同步的传感器值。
本发明的另一个目的在于提供一种改进的传感器同步方法，以这样一种方式，即与第一传感器的传感器值尤其是传感器期望值同步地，来记录来自至少一个其他传感器的至少一个传感器值尤其是传感器测量值。
本发明的另一个目的在于提供一种改进的传感器同步方法，所述改进的传感器同步方法使至少两个传感器的传感器值的同步记录与第一传感器的等待时间脱离关系。
本发明的另一个目的在于提供一种改进的传感器同步方法，所述改进的传感器同步方法使在特定时间段内提供的第一传感器的传感器值的最大可能数量与第一传感器的死时间脱离关系。
本发明的另一个目的在于提供一种改进的传感器同步方法，所述改进的传感器同步方法使得在第一传感器的等距传感器值方面能实现传感器测量值的同步收集。
本发明的另一个目的在于提供一种改进的传感器同步方法，所述改进的传感器同步方法使得能够在对传感器准确性以及传感器死时间和传感器等待时间的时长要求较低的情况下比在根据现有技术的方法的情况下能提供第一传感器的更精确的传感器值，尤其是等距传感器值，并提供从其得到的更精确的时间，或者使得能够对传感器技术的要求相同的情况下比在根据现有技术的方法中实现更大的测量能力。
本发明的另一个目的在于提供一种由至少两个传感器构成的改进的测量系统，所述改进的测量系统与第一传感器的期望值尤其是等距期望值同步地收集至少第二传感器的传感器值。
本发明的特殊目的在于提供一种改进的激光扫描器，所述改进的激光扫描器使得能比现有技术中的传感器技术要求更低的同时产生规则的3D点云，或者能够在对根据现有技术的传感器技术的要求相同的情况下实现更大的测量能力。
本发明涉及一种用于至少两个传感器的同步方法。在这里，根据本发明，第一传感器作为主传感器，其测量值的记录是独立于其它传感器而进行的。第二传感器和可选的另外的传感器作为从传感器，其与主传感器值有关地以同步的方式记录它们自己的传感器值。为此目的，在各种情况下都要在从主传感器值推导出的同步时间处向这样的从属传感器发送同步信号。
传感器值优选地是以同步的方式在至少一个从传感器中收集到的测量值；下文中做出了这个假设。同样地，根据本发明，如果测量情形许可，则所记录的从传感器值还可以是从测量值推导出(例如通过外推)的数据。
根据本发明，同步时间是通过从来自主传感器的第一时间/测量值对和至少一个第二时间/测量值对进行外推而得到的。为此目的，这些测量数据被用来指定存储的外推规则，即用来计算参数值，例如在线性外推的情况下两个参数值或用于采用线性曲线拟合的外推或者用于二次外推或其它非线性外推的多个参数值。随后，主传感器期望值被预先确定，对其来说从传感器值的记录将以同步的方式发生，并且与这个期望值相关联的时间将在特定外推规则的基础上被外推。
能够视需要来预先确定主传感器值，其应该存在同步记录。特别地，可以这样来选择期望值，即，使得在它们本身之中它们能够具有确切等距间隔。因为这尤其是预测同步方法，其不是通过后处理来使已经可用的传感器值同步但使得能实现传感器值的将来的同步收集，所以期望值优选地以所关联的时间在于将来的这样一种方式被选择。
当达到了这个同步时间时，同步信号随即被发送到从传感器。同步信号通过以从属方式记录的这样的传感器的登记触发了从传感器测量值的收集。这个从传感器测量值现在配备有所关联的主传感器期望值作为连接值元组。根据本发明，不需要提供时间数据(它们是记录时间或外推时间)，但是这些被优选地添加到数据记录中。
根据本发明，机器可读代码的读出能够优先于主传感器测量值的收集。特别地，这些被理解成意指位置传感器的增量或绝对位置代码。
一个或多个算法能够被存储为外推规则，所述算法使得有可能估计主传感器的测量值的时间分布。举例来说，如果能够做出假定，在测量过程中测量值随着时间的推移随着基本上不变的速度改变，则线性外推规则能够优先于这个。同样有可能使用诸如卡尔曼(Kalman)滤波器之类的状态估计器。因此，除所收集到的时间/测量值对之外，描述主传感器的状态的至少一个另外的测量变量或控制变量的值能够被包括在开放参数值的计算中，所述开放参数值例如是主传感器驱动的激励信号的值。而且，不同的算法能够被应用于不同的测量阶段。举例来说，二次外推能够被用于加速阶段并且用于卡尔曼滤波器的线性外推或对应模型能够被用于均匀改变的阶段。并且，借助于适当的建模，例如可以提前形成传感器值的已知不连续的改变行为。
在存储了若干个算法的情况下，此外能够存在由错误搜索所触发的这些算法之间的自动切换。为此目的，将外推的传感器值与和相同的时间或至少近似相同的时间相关联的测量值进行比较，只要后者在运行测量期间在等待时间期满之后是可用的即可。误差例程然后能够在数量和/或大小超过特定量度的偏差的情况下开始使用更适当的算法。
根据本发明的方法的优点在于主传感器值的提供并且由此同步测量值的收集与主传感器的等待时间脱离了关系。
由于外推，与主传感器值相关联的同步信号是在主传感器具有根据上面描述的估计的所述值的时间被提供的，而不仅在主传感器由于不连续测量而已经具有不同值的由于等待时间而导致的时间处。在对传感器测量值的直接依赖的情况下，同步信号能够总是仅被延迟等待时间而发送，即仅当测量值是可用时而不是已经在它被收集到的时间处。
等待时间的时长及其规律性对于根据本发明的方法来说不再是决定性的。等待时间仅仅有一定影响，因为仅能够在形成规则所需要的第二或最后时间/值对被收集到之后才形成特定外推规则。因此，在根据本发明的方法的测量的初期仅仅能够存在时间间隔，在所述时间间隔期间不能够提供期望值时间。
根据本发明的方法的类似优点在于，作为对外推规则的参考的结果，主传感器的死时间对于每单位时间提供的主传感器值的最大可能数量以及因此对于每单位时间同步时间的最大可能数量不再构成限制因素的事实。
已经证明，与现有技术相比，能够接受较长的等待时间和死时间或者不变的等待时间和死时间能够被利用以得到测量系统的较高测量速率。
根据本发明的同步方法此外提供了以下优点，即作为使用外推的结果，能够以精确的方式提供主传感器期望值和同步时间，而无需对主传感器的启动和测量准确性提出较高的要求。
根据本发明，所利用的外推规则优选地被指定为新的同时测量是通过主传感器的每个重新测量的时间/测量值对来执行的，即参数值是独立于这是否是递归滤波器而再计算的。即使时间测量值分布仅具有表达不清楚的规律性，这样的更新也确保了在时间过程中在传感器值的估计分布与实际分布之间没有漂移。
即使从传感器记录的测量值被期望以等距期望值，也能够通过根据本发明的方法使对主传感器的测量值记录的均匀性的要求保持为比较低。作为根据本发明的方法的结果，与精确等距传感器值相关联的同步时间同样从具有不规则间隔的主传感器测量值显现。因此对时钟控制传感器的均匀性的要求能够被保持为比较低。
此外，作为这种类型的平均的结果，主传感器的单独随机不正确测量值不像在测量值时间作为同步时间的直接使用的情况下那样具有这样的强烈影响。
根据本发明，提供了附加的优点，即甚至独立传感器的测量值提供的时间中断不迫使方法的终止。举例来说，中断可能是由于在测量值收集期间或在收集到的测量值的传输期间的信号丢失所导致的；此外，如果位置没有改变则根据现有技术的一些位置传感器例如不提供测量值。
如果能够做出这种假定，即在测量期间，至少在开始，主传感器的传感器值的分布等于或者至少类似于前面测量中的分布，则根据本发明的同步方法依靠直到参数值的新的计算是可能的为止正被使用的前面测量的特定外推规，甚至在重新记录的时间/测量值对的可用性之前也能实现从传感器值的同步记录。随后能够在由此可用的测量值的基础上校正可能的偏差。从而，即使在测量的开始也能够与传感器等待时间脱离关系。
然而，在根据本发明的方法中，情况可能是这样的，即在单独的情况下，不能够在主传感器期望值之间维持等距间隔。作为在更新的规则的基础上外推的结果，其参数值由于基础(underlying)测量的比较大的不规律性而显著地不同于前面规则的那些，与下一个等距期望值相关联的时间可能已经过去了。自然地，这时不再可能发射同步信号。
鉴于这样的情形，根据本发明可选地有可能：
1.跳过这个期望值，并且将具有两倍间隔的期望值用作为下一个期望值，
2.将与下一个可能的同步信号传输时间相关联的期望值认为是下一个期望值，或者
3.甚至在所述更新的参数被应用之前也根据前面的参数来确定更新的参数的偏差，并且如果超过了固定阈值，则阻止重新计算的参数的使用并且替代地在已经可用的参数的基础上继续外推。藉此，有可能抑制单独的测量异常值(outlier)的影响。附加地，如果阈值相继超过了次数，则能够做出提供要么以用于阻止自重复的大偏差指示新的测量值改变程度以来不再发生，或者相反，以用于因为假定在测量值收集中存在一致误差待启动的同步方法的终止。
根据本发明，所述方法在这种情况下确保了最小时间间隔在单独的外推时间之间被维持，并且从而，在单独的同步信号发送时间之间被维持以便使单独的数据记录保持为彼此可安全地区分。
代替在与主传感器期望值相关联的外推时间处被发送，根据本发明，同步信号还能够以限定的方式在不同于所述外推时间的时间处被发送，并且优选地位于在它之前。这样的延迟时间能够尤其用于考虑作为信号运行时间的结果的延迟。这是因为至少因为同步信号的运行时间，从传感器自然地不能够在期望值时间处精确地收集测量值。如果将在同步信号的发送与从传感器测量值的收集之间经过的时长是已知的，则用于发送同步信号的时间能够被选择成为与经外推的期望值精确地相差这个时长的那个时间。前提是当期望值时间被提供时这个时间尚未过去。
除在以下正文中被称为第一同步信号的先前描述的同步信号之外，根据本发明可以在限定数量的第一同步信号的情况下发送至少一个另外的同步信号，尤其是第二同步信号。能够针对每个信号不同地定义该数量。这样的第二同步信号使得能实现每个第一同步信号和基础主传感器测量值的唯一分配，作为其结果测量系统的可靠性得以提高。此外，如果存在一个以上的从属传感器，则使用具有不同时钟的同步信号允许所述传感器被不同地触发。如果重新记录的传感器值对于每个主传感器值来说不是所有从传感器所需要的，例如因为这些不会或者很难在第一同步信号的时钟时间内改变，则这可能是便利的。这对于带具有非常不同的时钟频率的传感器的测量系统来说也可能是便利的。
根据本发明，同样有可能在后处理期间校正所连接的数据记录以便获得改进的同步性。如上面已经提到的那样，作为连接元组提供的值由于延迟时间例如触发信号的运行时间而尚未以精确地相同的时间被记录。因此，元组内的所有值能够被内插到一个时间。原则上，任何牵涉的传感器的记录时间都能够用作公共时间。根据本发明，优选地选择其中内插是不适当的或者由于不能够被估计的值分布而受到最大不确定性苦恼的传感器；举例来说，在激光扫描器的情况下，这就是激光测距仪。元组中其它传感器的值然后被其经内插的等同物替换。
关于主传感器，计算是这次在测量过程中应用的内插规则的基础上产生的。因为所有主传感器测量值当然在完成测量程序之后在收集形式上是可用的并且等待时间根本不再限制知识，所以能够替换地在实际地与这个时间相对应的外推规则的基础上着手计算，即所述这个时间从在时间方面位于从传感器记录时间之前和之后的测量值显现。在这个意义内，术语“内插规则”是更适当的。
作为所有主传感器测量值在测量过程结束之后的存在的结果，如果相应的关联时间是相等的或者时间差落在限定边界内，则同样有可能用主传感器测量值替换至少单独的主传感器期望值。
然而，应该注意的是，主传感器值在不同的外推或内插规则的基础上的校正大大地破坏了可能存在的等距离，因为取决于外推规则或内插规则的相同时间差产生了不同的值差。但是可能对于内插准确性的损害而言，能够依靠不仅遍及两个时间/值对来执行内插而且依靠在所有传感器测量值的基础上正被形成的单个内插规则来获得等距离。
根据本发明的方法能够通过由具有时钟例如内部时钟的主传感器和至少一个从传感器构成的根据本发明的传感器测量系统来实现，其中通信连接存在于主传感器与从传感器之间，借助于所述通信连接，主传感器能够将至少一个同步信号发送到从传感器。所述测量系统还具有用于提供连接数据记录的存储单元。
根据本发明，传感器测量系统特别地具有适合于不时接收、提供、发送并且评估同步信号、传感器值以及数据的控制和评估单元。特别地，这还应该被理解成意指与传感器值相关联的记录时间，使得所述控制和评估单元能够特别地鉴于后处理在单独的传感器的连接传感器值之间建立并且提供延迟时间。为此目的，单独的系统部件能够配备有同步的时钟使得传感器将配备有时间戳的其值发送到控制和评估单元。替换地，当被控制和评估单元收集到时同样有可能给传感器值提供内部时间戳。
如果存在这样的控制和评估单元，则在主传感器与从传感器之间的通信能够经由它来运行，即有可能免除主传感器与从传感器之间的直接数据连接。
附图说明
根据本发明的同步方法和根据本发明的传感器测量系统在以下正文中在附图中示意性地描绘的示例性实施方式的基础上被更详细地并且以纯示例性的方式描述。
详细地：
图1a-1d示出了根据本发明的同步方法产生同步信号的示意图，
图2示出了根据本发明的同步的测量值收集和提供的示意图，
图3a-3d示出了根据本发明的更新的外推规则的提供的示意图，
图4示出了根据本发明的方法程序在产生第一同步信号和第二同步信号方面的部分，
图5a-5d示出了用于根据本发明采用由主传感器和从传感器组成的测量系统的测量过程的部分的值存储方案和通过后处理的同步性改进的原理，
图6a-6c示出了作为激光扫描器开发的根据本发明的传感器测量系统的附图，并且用图表示出了测量结果的描绘，
图7a-7b示出了根据本发明采用根据本发明的激光扫描器的测量过程的示意图和从其产生的传感器值存储方案的部分。
具体实施方式
在图1a中开始，图1a-d示出了根据本发明的同步方法的同步信号的产生的基本过程。主传感器从起始时间向前在时间V1处并且在更迟的时间V2处测量传感器值V。测量值V1直到观察时间t3都是可用的，并且测量值V2在时间t3处变得可用。从V2的收集直到它是可用为止经过的时间对应于主传感器的等待时间L。
如图1b中所描绘的那样，所存储的外推规则的参数值现在被计算并且从两个可用的时间/测量值对(t1|V1)和(t2|V2)提供。在该示例中，使用由线性算法组成。如果例如为基于高阶多项式的另一算法是更便利的，则甚至更多时间/测量值对被收集并且用于参数值计算。根据本发明，主传感器的至少一个另外的状态信号的值，例如传感器驱动的激励信号的值还能够附加地被用于指定适当的外推规则，例如估计器。在由此可用的特定外推规则1的基础上，时间te被外推，在时间te处主传感器将或者将会根据这个估计来测量预先确定的主传感器期望值Vr。在V2的收集与te的提供之间经过的时长C提供了时间t4。
图1c描绘了在后续时间t5处的过程，所述后续时间t5对应于外推时间te。因为现在已达到了主传感器被估计为达到所想要的期望值所处的时间te，所以第一同步信号-在这里并且在下文中描绘为增加或减少跳变-连同基础期望值Vr一起，例如作为公共数据包2被发送。
图1d示出了用于多个预先确定的主传感器期望值的同步方法的原理。所关联的时间te1(其对应于来自图1c的te1)、te2、te3、te4在外推规则1的基础上被外推以得到预先确定的主传感器期望值Vr1(其对应于来自图1c的Vr1)、Vr2、Vr3、Vr4。在这里，期望值具有等距间隔ΔVr。当相应的外推时间到达时，由第一同步信号和基础期望值组成的数据包3在所有情况下被发送。
图2描绘了根据本发明的同步方法的同步的测量值收集的原理。由第一同步信号和基础主传感器期望值组成的数据包2被从主传感器MS发送到存储单元5。存储单元5存储期望值Vr并且将第一同步信号2s转发到从传感器SS。在从传感器SS处，第一同步信号触发从传感器测量值D的记录。后者在收集之后被发送到存储单元5，其中从传感器测量值D和主传感器期望值Vr被提供为连接值元组7。
图3a-d示出了原则上更新的外推规则如何根据本发明的同步方法由相应的大部分当前主传感器测量值形成。
图3a示出了时间t6，在时间t6处外推规则1已经从关于测量值V1和V2的时间/测量值对被完全确定，并且在其基础上时间关于预先确定的期望值而被外推(水平和垂直箭头)。测量点V3在时间t6处已变得可用，因为精确地自其收集以来已经过了等待时间L。
在图3b中所描绘的更迟的时间t7处，已经从关于测量值V3和V2的时间/测量值对提供了重新指定的外推规则7。E指的是对于此所需要的时长，其自V3已被收集到以来已流逝了。在这个时长内，时间3b仍然根据目前的外推规则1关于预先确定的期望值被外推。在这个示例中，期望值在这里具有等距间隔ΔVr。
图3c示出了更迟的时间t8，在所述更迟的时间t8处更新的外推规则7可用于计算同步时间。这是为什么不再存在根据前一个外推规则1关于期望值的外推的原因，但相反地这个根据更新的外推规则7被执行。因为传感器测量值没有确切的规律性，所以这产生了略微不同的参数值。因此，最后一个外推的将来时间3c不像这些前面的时间在本身之中具有的那样具有与前面的外推时间相同的时间间隔，即使全部都与具有等距间隔ΔVr的期望值相关联。这个示例阐述了根据本发明的同步方法的优点，即甚至在主传感器的相对低的准确性的情况下，也能够提供精确的尤其是等距的传感器值和从其得到的时间，这表示为非确切的规律性。
图3d描绘了在更迟的时间t9处的情形。比等待时间L更长的时长自第四测量值V4的收集以来已经流逝了，这是为什么第四测量值V4是可用的并且用于更新外推规则的时间时长E同样已流逝的原因，这是为什么新的特定外推规则8被从适当的时间/测量值对提供的原因。关于预先确定的期望值，将来的时间3d在当前外推规则8的基础上被外推；不再使用已过时的外推规则7。
图4用图表示出了在任何时间t10处根据本发明的同步方法在第一同步信号Sync1与第二同步信号Sync2的时间外推和提供方面的过程，其中已经经过的过程同样被以示例性方式记录。主传感器测量值V1至V5已被收集到，并且在差了等待时间L的时间偏移情况下，在时间L1至L5处是可用的。测量值12直到现在仅已被收集到，但对于计算来说仍然不是可用的。
已经用与V1至V4相关联的时间/测量值对计算了所存储的外推规则的参数值，所述参数值在时间t10处不再使用，这是为什么对应的外推直线被以虚线方式(例如外推直线11o)绘制的原因。当前有效的外推规则11a是基于关于测量值V5和V4的时间/测量值对的。
打点的水平线和连接到其的垂直线以及线9v和9t、10v和10t表示在预先确定的等距主传感器期望值处的时间在单独的外推规则的基础上的外推。
当这些外推时间到达时，第一同步信号Sync1在所有情况下被发送。附加地，第二同步信号Sync2在开始连同第一同步信号中的第一个一起并且在一定数量的第一同步信号之后(在这种情况下在第八个同步信号之后)被发送。
使用当前参数值，比过时值情况下显著地较高的测量值记录速度被估计，所述过时值在图4中用与直线11o相比更大梯度的外推直线11a来表达。关于像剩余期望值一样彼此具有相同间隔的两个期望值9v和10v的外推被考虑了。作为不同特定算法的结果，在这个示例中显现的是作为由当前外推规则所计算的第一时间的与期望值10v相关联的时间10t位于在与期望值9v相关联的时间9t之前，即使期望值10v“大于”期望值9v。此外，自当前算法的提供仅发生在时间L5之后以来已经经过了时间10t。这是为什么在时间10t处没有同步信号Sync1被发送并且对于期望值10v没有从传感器测量值被收集的原因。在这一点上不能够维持期望值之间的等距离，但它依靠用于同步的下一个期望值与未被利用的期望值10v具有等距间隔的事实而继续。为了使边缘的数量在同步信号Sync1中保持一致，尽可能迅速地在遗漏边缘上赶上也可能是有利的。
图5a示意性地示出了用于由主传感器和从传感器组成的根据本发明的测量系统的传感器值的提供。存储单元5以示意性地描绘为连续线的连接方式来接收并且存储由主传感器所发送的同步信号Sync1、基础主传感器值V以及所关联的时间tV。代替从主传感器接收时间，另选地同样能够通过存储单元将时间戳加印在同步信号和主传感器值上。根据本发明，无需存储时间；关于同步时间所需要的全部是主传感器和从传感器的关联值被以连接方式提供。在该示例中，主传感器值V和从传感器值D(例如Vn和Dn)在所有情况下都被连接。
与主传感器值V相关联的从传感器值D在所有情况下已经被以由于信号运行时间和等待时间而导致的与时间tV相差时间间隔τ的时间偏移方式收集，即它们在时间tD＝tV+τ处被收集。在一个有利的实施方式中，因此能够代替或者除主传感器值V之外存储随后内插的值。结果，外推准确性被监控并且能够在后处理期间着手校正。
图5b-d描绘了根据本发明用于通过同步的主传感器值V和从传感器值D的时间间隔τ来校正时间偏移的这样的选项。所考虑的是从传感器值Dn+1和主传感器值Vn+1的数据记录。
从图5b和5c可以看到，时间tVn+1与主传感器值Vn+1相关联；Dn+1在时间t’n+1(对应于图5a中的tDn+1)处被记录与此偏移差了时间间隔τ。Vn+1现在将被主传感器值VDn+1替换，所述主传感器值VDn+1被估计成已存在于时间t’n+1处。为此目的，在所关联的外推规则1的基础上执行外推，如图5c中的垂直箭头和毗连的水平箭头所指示的那样。作为后续替换的结果，VDn+1和Dn+1现在形成了连接元组。这被以相同的方式执行以得到另外的主传感器值VDn、VDn+2及VDn+3。这是为何图5d中所示出的连接值元组显现了，所述连接值元组每个都包含在相应的时间t’处都存在的传感器值：作为测量值的从传感器值D和作为内插值的主传感器值VD。
在示意性斜视图中，图6a使用根据本发明的激光扫描器的示例描绘了由主传感器和两个从传感器组成的根据本发明的传感器测量系统。
激光测距仪EDM发送激光光束19。这个光束被偏转镜18路由到待测量对象的表面20。从那里反射的光被激光测距仪记录，并且通过运行时间测量或相位比较测量来确定激光扫描器与相应表面点之间的相应间隔。为了记录表面点的扫描图案，偏转镜18绕两个正交轴16m和16s旋转。旋转由两个角度传感器MS和SS来执行并且这些的相应对准角度被测量。在该示例中，角度传感器MS绕快速旋转的垂直轴16m旋转并且角度传感器SS绕缓慢地渐进旋转的水平轴16s旋转。角度改变在两个方向上都是等距的，从而逐行地产生了均匀点扫描图案22。以示例性方式描绘了被激光光束19接连地瞄准并且测量的三个表面点21a、21b、21c。作为等距角度改变20a和20b的结果，这些在垂直方向上具有近似等距的间隔。
在所示出的布置中，角度传感器MS作为根据本发明的主传感器，通过根据本发明的两个从传感器EDM和SS根据本发明的同步方法来触发测量值收集。经由通信信道17a、17b以及17c连接到传感器EDM、MS以及SS的中央控制和评估单元CU在这种情况下确保了必要的信号传送并且提供了传感器值和数据记录。
图6b和图6c描绘了由激光扫描器获得的点扫描图案的一部分，其中距离信息的描绘被从中免除了。图6b示出了能够由根据现有技术的激光扫描器产生的不规则扫描图案。对应于所测量到的表面点的单独的点的间隔在所有各处不是等距的。相反，作为根据本发明的激光扫描器的结果，产生了如图6c中所描绘的规则点栅格，因为距离值在相等的角度下被收集，并且因此在到平面上的这个投影中的所有表面点与彼此具有近似相同的间隔。
图7a示出了根据图6a使用根据本发明的测量系统的根据本发明的测量过程的原理。
作为主传感器的角度传感器MS连续地收集角度测量值αmi。根据这些角度测量值，如上面所描述的那样，与优选等距的角度期望值αr有关地对时间进行外推，在所述等距的角度期望值αr处发送第一同步信号Sync1而对于特定数量的第一同步信号Sync1的情况来说，发送第二同步信号Sync2。特别地，该数量也可以等于一。这些同步信号连同基础角度期望值αr一起被发送到控制和评估单元CU。角度期望值αr被所述控制和评估单元存储，并且两个同步信号被传送到两个从传感器。
第一同步信号Sync1被发送到激光测距仪EDM，同时不太频繁地发生的第二同步信号Sync2被发送到第二角度传感器SS。作为这个细分的结果，测量点扫描图案被逐行产生，因为激光测距仪EDM的距离测量是由第一同步信号Sync1关于每个角度期望值αr而触发的，然而角度传感器SS的角度确定仅在一定数量的角度期望值αr之后由第二同步信号Sync2来触发，所述角度传感器确定缓慢旋转的轴的对准角度。在该示例中，采用两个同步信号的测量程序被考虑。
激光测距仪EDM的距离测量得到了距离值D；角度传感器SS的角度确定得到了角度值β。两个传感器值被发送到控制和评估单元CU。后者提供以下传感器值作为连接值元组13：角度期望值αr、角度值β以及距离值D。附加地，在该示例中第一同步信号Sync1和第二同步信号Sync2以及与同步信号相关联的时间ts和传感器值被存储。
图7b示出了根据图6a针对根据本发明的测量系统的连接传感器值的多个值元组的示例。关于主传感器的第一角度期望值αr1从传感器的角度值β1和激光测距仪的距离值D1被记录并且提供为连接数据记录13a。对于逐行扫描来说，角度值β1在以下数据记录13b中保持相同直到下一个角度期望值αr2，其与第二距离值D2相关联。这对于特定数量n-1的角度期望值αr以相同的方式继续。在这个数量n-1之后，第二角度值β2的以及从而表面点的下一条线的记录被第二同步信号Sync2触发。角度值β2连同优先于第二同步信号Sync2和以同步的方式收集到的距离值Dn一起被提供为连接数据记录13c，其中角度期望值在这个示例中再一次具有初始值αr1以便引起逐行扫描。根据本发明的方法，这个过程被继续-在该示例中同时对于角度期望值和从传感器值维持等距间隔，即Δαri＝常数并且Δβi＝常数-作为其结果借助于根据本发明的同步方法从测量对象表面获得了均匀点扫描图案或规则三维点云。作为这个的替代方案，有可能依靠针对每个第一同步信号Sync1正被产生的第二同步信号Sync2来获得例如螺旋状的扫描图案，作为其结果两个角度传感器在所有情况下重新记录角度值。

Claims (23)

1.一种用于主传感器和至少一个从传感器的同步方法，用于由所述至少一个从传感器来同步记录与待预先确定的所述主传感器的期望值有关的至少一个传感器值，
该同步方法包括以下步骤：
●在第一时间处由所述主传感器来收集第一时间/测量值对，
●在第二时间处由所述主传感器来收集至少第二时间/测量值对，
●通过根据所述第一时间/测量值对和所述至少第二时间/测量值对进行计算来提供外推规则，
●基于所述外推规则来提供与待预先确定的所述主传感器的期望值相关联的外推时间，
●当所述外推时间发生时，向所述至少一个从传感器发送第一同步信号，
●通过第一同步信号来触发对至少一个从传感器值的记录，以及
●将所述期望值和所述至少一个从传感器值作为连接值元组来提供。
2.根据权利要求1所述的同步方法，
其特征在于，
所述同步是基于值的并且是预测性的，使得期望值以关联的外推时间位于所述第二时间之后的方式被预先确定。
3.根据权利要求2所述的同步方法，
其特征在于，
所述关联的外推时间位于将来，在连续外推时间之间维持了最小间隔。
4.根据权利要求1或2所述的同步方法，
其特征在于，
在至少一个从传感器中，对传感器值的记录是收集传感器测量值。
5.根据权利要求1或2所述的同步方法，
其特征在于，
所述根据所述第一时间/测量值对和所述至少第二时间/测量值对进行计算是利用所述第一时间/测量值对和所述至少第二时间/测量值对，来计算所存储的外推算法的参数值。
6.根据权利要求5所述的同步方法，
其特征在于，
除所述第一时间/测量值对和所述至少第二时间/测量值对之外，使用描述所述主传感器的状态的至少一个另外的测量变量或控制变量的值来完成所述计算。
7.根据权利要求5所述的同步方法，
其特征在于，
所存储的外推算法是从多个所存储的外推算法中以自动的方式提前选择的。
8.根据权利要求5所述的同步方法，
其特征在于，
主传感器测量值被连续地收集并且新的时间/测量值对的可用性借助于使用所述新的时间/测量值对重新计算所述参数值来触发更新后的外推规则的提供。
9.根据权利要求8所述的同步方法，
其特征在于，
在重新计算的参数值和先前利用的参数值之间确定偏差，并且仅在所述偏差不超过限定量的情况下才使用所述重新计算的参数值。
10.根据权利要求1或2所述的同步方法，
其特征在于，
待预先确定的多个期望值之间的间隔是等距的。
11.根据权利要求1或2所述的同步方法，
其特征在于，
与第一同步信号的限定数量有关地发送至少一个另外的同步信号。
12.根据权利要求11所述的同步方法，
其特征在于，
与第一同步信号的限定数量有关地发送第二同步信号，所述发送是以所述第二同步信号使得能够唯一地将每个第一同步信号分配给主传感器测量值的方式进行的。
13.根据权利要求11所述的同步方法，
其特征在于，
由所述第一同步信号来触发对第一从传感器的值或一组第一从传感器的值的记录，并且由所述另外的同步信号来触发对另外的从传感器的值或另外的从传感器组的值的记录。
14.根据权利要求1或2所述的同步方法，
其特征在于，
在连接值元组内，一个传感器值被记录从传感器值时可用的传感器值所替换。
15.根据权利要求14所述的同步方法，
其特征在于，
所述替换以这样一种方式来进行，即所述主传感器的所述期望值被这时所收集的主传感器测量值所替换或者被这时根据收集到的主传感器测量值进行了外推或者内插的主传感器值所替换。
16.根据权利要求1或2所述的同步方法，
其特征在于，
方法步骤
●提供与预先确定的期望值有关的外推时间、
●发送至少一个同步信号、
●记录至少一个从传感器值、
●提供期望值和从传感器值
在主传感器测量值不再被收集时同样被执行。
17.根据权利要求1或2所述的同步方法，
其特征在于，
主传感器测量值的收集基于读出代码。
18.根据权利要求17所述的同步方法，
其特征在于，
所述代码是位置代码。
19.一种用于主传感器和至少一个从传感器的同步方法，用于由所述至少一个从传感器来同步记录与待预先确定的所述主传感器的期望值有关的至少一个传感器值，
该同步方法包括以下步骤：
●在第一时间处由所述主传感器来收集第一时间/测量值对，
●在第二时间处由所述主传感器来收集至少第二时间/测量值对，
●通过根据所述第一时间/测量值对和所述至少第二时间/测量值对进行计算来提供外推规则，
●基于所述外推规则来提供与待预先确定的所述主传感器的期望值相关联的外推时间，
●当不同于所述外推时间的延迟时间发生时，向所述至少一个从传感器发送第一同步信号，
●通过第一同步信号来触发对至少一个从传感器值的记录，以及
●将所述期望值和所述至少一个从传感器值作为连接值元组来提供，
所述外推时间位于从它得到的所述延迟时间之后，并且所述延迟时间与所述外推时间之间的时间差使得，所述同步信号在所述延迟时间处的发送引起了在所述外推时间处对所述从传感器值的记录。
20.一种传感器测量系统，该传感器测量系统包括：
●主传感器，
●具有信号接收单元的至少一个从传感器，其被实现为使得所述从传感器在接收第一同步信号时记录至少一个传感器值，
●处理单元，其被实现为使得所述处理单元与预先确定的主传感器期望值有关的在以不同时间收集到的所述主传感器的至少两个测量值的基础上对时间进行外推，
●信号发送单元，其被实现为使得所述信号发送单元在外推时间到达时发送至少一个同步信号，以及
●数据存储单元，其被实现为使得所述数据存储单元提供由主传感器期望值和所关联的至少一个从传感器值组成的至少一个值元组。
21.根据权利要求20所述的传感器测量系统，
其特征在于还包括：
具有时钟的控制和评估单元，其被实现为使得所述控制和评估单元接收、提供、发送并评估同步信号、时间值和传感器值。
22.根据权利要求21所述的传感器测量系统，
其特征在于：
所述控制和评估单元提供与传感器值相关联的时间或记录时间用于下游数据处理。
23.根据权利要求21所述的传感器测量系统，
其特征在于，
所述系统是包括以下各项的激光扫描器：
●作为第一从传感器的激光测距仪，
●作为主传感器的角度测量单元，其确定所述激光测距仪的光束方向的第一方向角度，
●作为第二从传感器的角度测量单元，其确定所述激光测距仪的光束方向的第二方向角度，
●控制和评估单元。
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