CN104142122A - 配合6个自由度的激光跟踪仪使用的手持式辅助测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种配合6个自由度的激光跟踪仪使用的手持式辅助测量装置。该辅助测量装置在用于测量物体表面的系统中使用，该系统具有用于确定辅助测量装置的位置和取向的测站。该辅助测量装置在这种情况下在主体上具有：可视标记，这些可视标记被布置成以限定的空间关系在所述主体上在标记区域中形成图案；针对物体表面的测量探头，该测量探头以相对于所述图案的限定的空间关系布置在所述主体的孔口上；操作件；电子电路，该电子电路用于生成响应于操作件的促动而发生的测量触发信号；用于向所述测站发射所述信号的无线通信装置。

Description

配合6个自由度的激光跟踪仪使用的手持式辅助测量装置

技术领域

本发明涉及一种手持式辅助测量装置，在用于对物体表面进行测量的系统中使用，该系统具有用于确定辅助测量装置的位置和取向的测站。

背景技术

这种工业测量系统已经从现有技术中公知很久，该工业测量系统用于确定表面上的点的坐标位置，并且通过手持式辅助测量装置与对其进行空间测量的测站(诸如特别是6个自由度的激光跟踪仪)相结合而形成。

例如，这种系统的示例在专利文献公开出版物WO1993/07443A1、WO1997/14015A1、WO2007/124009A2或WO2007/124010A2中进行了描述，或者也以由徕卡测量系统有限公司(Leica Geosystems AG)销售的产品-激光跟踪仪“AT901”和辅助测量装置“T probe”的形式已知。

为此，这样的手持式辅助测量仪具有用于物体表面的测量探头，该测量探头被布置在辅助测量装置的主体上，尤其具有触觉球，用于与物体表面上的测量点进行物理接触(其中此处凹口、孔、隐藏点等通常也应被理解为形成被测物体的被测物体表面的一部分)。此外，提供了可视标记，这些可视标记在标记区域中以彼此限定的空间关系并且相对于测量探头被布置在主体上，形成图案。

在这种情况下可视标记尤其可以通过可由相机获得的无源或有源光点来提供，尤其是其中标记通过反射器或通过LED(发光二极管)形成。

为了获得这些标记，与辅助测量装置配合使用的测站(尤其是诸如激光跟踪仪)可以被实施为具有：光学图像获取单元，其具有二维的光敏阵列，例如CCD或CID相机或基于CMOS阵列的相机(或者具有另一个像素阵列传感器)；图像处理单元。在这种情况下，相机可以尤其以以下方式在测站上被安装成，相机相对彼此的位置是不变的。例如相机在测站上被布置成，相机可以通过马达而围绕一个或者围绕两个轴线进行枢转，并且因此还可以在运动过程中跟踪辅助测量装置，从而将该辅助测量装置保持在相机的视觉区域中。

这种测站的特殊示例的代表是具有相机的激光跟踪仪。在这种情况下，这种激光跟踪仪的可被精确瞄准和跟踪的目标点通过返回反射单元(例如立方棱镜或立方隅角棱镜反射器)形成，该返回反射单元利用测量装置的光学激光测量光束被瞄准。该激光束以平行的方式通过返回反射单元被反射回测量装置，其中被反射的光束由该装置的获取单元获取。在这种情况下，查明光束的发射方向或接收方向，例如借助用于角度测量的传感器，该装置被配置给系统的偏转镜或瞄准单元。此外，借助获取的光束来查明从测量装置至返回反射单元的距离，例如，通过干涉测量或者借助传播时间和/或相位差测量。

针对辅助测量装置与激光跟踪仪的合作，辅助测量装置通常具有在其标记区域的中心点处的返回反射器，可以通过激光跟踪仪以高精准度自动地瞄准，跟踪该返回反射器并且测量其三维空间的位置。

为此，根据现有技术的激光跟踪仪通常具有位置敏感表面传感器(例如PSD或CCD或CMOS传感器)形式的跟踪表面传感器，其中被反射在目标上的测量激光束可以在该传感器上被检测到，并且可以生成对应的输出信号。借助在下游连接的或者集成的电子系统，可以对输出信号进行分析并且例如可以查明焦点。借助该跟踪和精细瞄准传感器，由此可以确定获取的光束的入射点(焦点)从伺服控制零点的偏离，并且基于该偏离可以在返回反射器上执行精确瞄准或在运动情况下对激光束的跟踪。利用跟踪和精细瞄准传感器以与测量轴线同轴的方式进行获取，使得获取方向与测量方向相对应。跟踪和精细瞄准的应用可以首先在测量激光已经至少粗略地在返回反射目标处对准之后如此执行，使得激光束与返回反射器接触(被认为是至少在测量激光束的光束横截面中的一些位置处)。在更精确的瞄准之后，进行角度和距离测量，如上所述，用于返回反射器的实际测量。

辅助测量装置的其他三个自由度通过记录标记的图像和相应的图像处理来确定。在这种情况下，用于引导激光束的单元和相机可以尤其如此形成，使得它们的位置相对于彼此是不变的。例如，相机可以与该单元一起围绕基本垂直的轴线进行旋转，但可以独立于引导元件上下枢转，因此尤其与激光束的透镜分开设置。另选地，该相机还可以被实施为仅可以围绕一个轴线枢转。而此外，相机还可以另选地以与光束引导单元的一体结构被安装在可旋转和枢转的同一外壳中。

通过借助图像获取和图像处理单元来获取和分析彼此的相对位置已知的可视标记的图像，因此可以得出辅助测量装置的空间取向。结合返回反射器的确定的空间位置，可以由此完全精确地确定辅助测量装置在空间中的位置和取向(或者至少相对于激光跟踪仪)，并且因此最终精确地确定通过辅助测量装置的探头以触知或光学方式接触的表面点。

作为将激光跟踪仪用作辅助测量装置的测站的另选方案，该测站还可以被设计成使得也可以以仅基于相机的方式来执行对辅助测量装置的6个自由度测量，如在上述专利文献公开WO2007/124009A2或者WO2007/124010A2中所描述的。

辅助测量装置还可以以本领域技术人员已知的方式是一种配置用于短距离测量的、用于非接触表面测量的手持式扫描仪，其中，用于短距离测量的扫描仪测量光束相对于布置在扫描仪上的光点和反射器的方向和位置是精确已知的。这样的扫描仪例如在EP0553266中进行了描述，或者以徕卡测量系统公司销售的产品“T-Scan”的形式已知。

在现有技术中已知的单手握持的辅助测量装置在这种情况下以双面形式构成，其具有前面和后面，前面朝向测站定位，可视标记(以及可选的返回反射器)在该前面上被布置在标记区域中，所有可视标记指向同一方向(->以垂直的方式远离前面指向)；在后面上设置有用于以环绕的方式由使用者的手握持的杆状握持手柄(也称为拳式握持)。

然而，对于一些要求(例如，针对特殊测量任务)，拳式握持(这种手柄的杆状环绕握持)也引起缺点。

发明内容

因此本发明的目的在于，提供一种辅助测量装置，在具有用于确定辅助测量装置的位置和取向的测站的系统中使用，从而测量物体表面，利用该辅助测量装置，可以在特殊情况下执行对辅助工作的测量和测定，并且以改进和/或简化的方式针对特殊要求执行。

该目的通过执行独立权利要求的特征性特性来实现。

以另选或有利的方式来细化本发明的特征可以从独立专利权利要求得出。

本发明涉及的用于测量目标表面的该手持式辅助测量装置(在具有用于确定辅助测量装置的位置和取向的测站的系统中使用)在这种情况下如根据现有技术中的原理和功能已知的，具有以下特征：

-设置主体，作为单独部件的承载体，

-设置可视标记，这些可视标记以限定的空间关系在主体上布置在标记区域中，从而形成图案，

-设置针对物体表面的测量探头，该探头以相对于上述图案的限定的空间关系布置在主体的孔口，尤其是具有可以触知的方式用于与物体表面上的测量点进行物理接触的球体，

-由使用者促动的第一操作件布置在主体上，

-电子电路被集成用于生成基于第一操作件的促动而发生的信号，该信号对通过测站来执行的辅助测量装置的位置和取向的确定进行触发，并且

-设置用于将信号传输给测站的无线通信装置。

然而，根据本发明的辅助测量装置通过对一些单独的功能单元和部件的尺寸和形状的新颖设计，并且通过对辅助测量装置的一些单独的功能单元和部件的新颖的变化的布置方式或空间组合而远离现有技术已知的辅助测量装置，由此使得在一些情况下相对于之前已知的拳式握持手柄明显有利的新颖的保持方式(握持方式)实现或设置在辅助测量装置的测量使用位置。

具体地

-如此设计辅助测量装置的整体尺寸和重量分布，并且如此选择可视标记在主体上的布置位置，

-如此组成、定形状和定尺寸远离孔口延伸的主体的第一部分，并且

-如此将第一操作件布置在主体的第一部分上，

使得辅助测量装置设置在测量位置中，以便以单手持笔方式(例如发生在所谓的精确握持中)保持，其中第一部分用作使用者的至少拇指和食指(以及尤其中指)的握持区域，并且使得在该测量位置中，可以利用握持食指或握持拇指来促动操作件。

也就是说，根据本发明，相对于辅助测量装置的整体尺寸和重量分布，相对于标记区域的放置、第一部分的实施方式和第一操作件的放置，设计调整螺钉如此转动，从而满足特殊的功能，即像笔一样握持的能力。

因此应该注意到，关于整体尺寸应该被选择成使得在手臂一臂距离内像笔一样(例如发生在精确握持中)引导和移动辅助测量装置实际上在手臂一臂距离体积内的任何手臂位置不受到有角度的手臂本身或者受到使用者的上半身/头部的阻碍，即使得在其中用于测量探头的孔口向下的测量位置中观察时，远离第一部分延伸的辅助测量装置的上部部分具有延伸部，该延伸部一方面为标记区域提供空间，但不影响保持该辅助测量装置的使用者的自由活动(头部、肩膀、手臂)和视野。例如该上部部分具有在辅助测量装置的滚动轴线的方向上的至多为20cm的纵向延伸部。

与重量分布尤其相关的是，上部部分在重量方面如此对应于(即这些部分在重量方面并不会出现不平衡)测量探头部分(即，辅助测量装置的从第一部分的手指接合表面向下延伸的部分)，使得可以舒适地采取利用三根手指以持笔的方式保持的辅助测量装置的倾斜的(或者也是水平的)位置，并且可以由使用者良好地保持，并且不会由于在这种情况下的两个涉及的部分的失衡而在保持的手部上作用有过强的扭矩。在这种情况下，应该考虑尤其是由于杠杆作用，在上部部分或测量探头部分中的更加远离第一部分的部件，与如果类似的部件在上部部分或测量探头部分中被更靠近第一部分布置相比，确保了使用者的更明显的失衡。

因此在这种背景下有利的是，将辅助测量装置的较重的部件(尤其是供电源[例如蓄电池或电池])部分地或完全地在容纳在上部部分中的尽可能靠近第一部分的位置处或者甚至(也是完全地或部分地)容纳在或一体结合在第一部分中(为此，关于尺寸或形状，对应于第一部分来确定供电源的尺寸)。

在这种情况下，测量探头部分被设计为较短的，这是因为在根据本发明的精确握持姿势中，测量探头将不能被精确地引导或定位。例如，辅助测量装置的第一部分的手指接合表面之间的向下直至孔口的区域具有沿滚动轴线的方向的最多在2cm和4cm之间的纵向延伸部。

此外，如此选择可视标记的布置位置/空间，使得它们布置在一侧上，该侧在预定的保持位置中(尤其是也相对于辅助测量装置的滚动轴线)远离操作者的身体指向，操作者以自然弯曲的胳膊姿势来保持辅助测量装置。此外，标记区域如此在该侧上放置和确定尺寸，使得在预定的保持位置的情况下，没有标记被手隐藏。

第一部分在这种情况下被设置成至少针对使用者的手部的食指和拇指，分别设置限定的握持表面(或者接触面)，并且在第一部分中主体的厚度(即其横向尺寸，即相对于滚动轴线的横截面的延伸部)设计成，使得该部分可以被适当地夹持在食指、拇指和中指之间的笔握持部中。第一部分在这种情况下可以具有例如横向于辅助测量装置的滚动轴线的至少4cm的平均横向/深度延伸部。

在这种情况下，辅助测量装置的上部部分还被如此设计和确定形状，使得通过上部部分在相应的位置处形成另一个支撑点，在该支撑点处，辅助测量装置设置用于在中间的手部区域与手的位置接触，该中间的手部区域在手上位于握持的食指和握持的拇指之间。

主体的滚动轴线在这种情况下被限定为对应于最大延伸的方向的主体的轴线(即例如，从测量探头至标记区域的上部点或者布置在那里的第二操作件，如后面将再次进行具体描述的一样)。辅助测量装置则可以有利地被设计成，使得辅助测量装置的以下部分以下面的顺序沿着滚动轴线彼此跟随：

-测量探头，

-孔口，第一部分远离该孔口延伸，

-第二部分，该第二部分基本上延续第一部分的横向于滚动轴线的尺寸，因此第一和第二部分一起形成长形的销钉部分，该长形的销钉部分可以插入盲孔中，该盲孔具有直径为3cm的开口，以及

-标记区域，其中标记区域至少在一个横向方向上具有横向于滚动轴线的明显大于第一和第二部分的延伸部。

在这种情况下，销钉部分可以具有沿滚动轴线方向的至多为15cm的纵向延伸部，尤其是大约在7cm至12cm之间。

该标记区域可以具有，例如：

-纵向延伸部，该纵向延伸部沿滚动轴线的方向至多为10cm，尤其是大约在5至8cm之间，

-横向延伸部，该横向延伸部沿横向于滚动轴线的第一方向至多为10cm，尤其是大约在5至8cm之间，

-深度延伸部，该深度延伸部沿垂直于所述第一方向(横向于所述滚动轴线)的第二方向至多为7cm，尤其是大约在3至6cm之间。

测量探头和孔口在这种情况下尤其可以被实施成，使得测量探头是可移除的并且可选地是可被置换的。为此，该孔口例如可以被设计为用于测量探头的容纳部。不同的测量探头(例如具有接触红宝石球的触知式测量探头，其布置在不同长度的杆上)因此可以交替地安装并且相应地进行选择并根据实际情况被用于测量任务。

根据本发明，第一操作件还在辅助测量装置的第一部分上被布置成，使得通过握持食指或拇指可以在预定的保持位置中促动第一操作件，尤其是不必留出很多相应的预定的拇指接触面或食指接触面。第一操作件在这种情况下例如可以通过按钮或在移位后自动重置至起始位置中的滑动开关形成。

关于本发明的辅助测量装置的所述部分、区域和部件的形状、设计和安置的细节则视给出的要求而定列入本领域技术人员的考虑之中。

如在现有技术中已知的，可以由相机获得的无源或有源光点例如代表可视标记。这些标记可以尤其是通过反射器或LED形成。

如果辅助测量装置设置用于与作为测站的激光跟踪仪进行合作，则因此返回反射器，尤其是中空立方隅角返回反射器可以以与图案或者测量探头的限定的空间关系被布置在主体上。尤其是可以对通过光点形成的图案的中心点中的布置进行选择。

根据另一方面，如之前已从现有技术中已知的，通信装置可以附加地被实施为用于接收从所述测站发射的信号。例如，通信装置可以为此具有用于检测沿所述辅助测量装置的方向从所述测站一方射出的射线的接收二极管，信号被调制到该射线上。例如，这可以是IR接收二极管，其接收从测站沿辅助测量装置方向射出的IR射线。尤其在测站是激光跟踪仪，并且通信从测站至辅助测量装置经由朝向返回反射器取向的测量射线来执行的情况下，接收二极管可以被布置成紧邻返回反射器或者在所述测量射线的传播方向上在所述返回反射器的下游，返回反射器为此被实施为部分透射线的。如果例如返回反射器被实施为中空的立方隅角返回反射器，则它可以因此在其拐角处打磨，并且因此可以被实施为部分是透射线的。

根据本发明的另一方面，可视标记可以以围绕旋转对称的轴线旋转对称的方式进行布置，该旋转对称轴线穿过图案的中心点，并且被布置成与由中心点和作为法线的旋转对称轴线延展而成的平面相距至少两个不同距离。

此外，对于其中有源光点代表可视标记的实施方式来说，电子电路被实施和构造为使得可视标记响应于第一操作件的促动，至少部分地在闪烁顺序的范围中以限定的时间顺序被自动激活，并且持续限定的时间间隔，因此它们在限定的从对所述第一操作件的促动开始测量的时间点处如闪光般进行闪烁。尤其是，光点可以(即，在测量或与之关联的闪烁顺序之间的中间时间)持续禁用以节省能量。

根据本发明的另一方面，闪烁顺序可以被限定成，或者为此电子电路可以被实施和构成为，使得在闪烁顺序的范围中，可视标记的至少部分不同的标记被激活，并且因此可以推导出偏航角绝对参考值，用于在测站侧确定围绕所述对称轴线的所述辅助测量装置的偏航角。在针对此目的的特殊的示例中，例如，电子电路可以被实施和构造为使得在所述闪烁顺序的范围中，首先只有一个限定的(或两个限定的[例如直接相邻的]或者三个限定的)可视标记被激活，并且随后在进一步的闪烁过程中所有所述可视标记分别被激活。

对于其中有源光点代表可视标记的实施方式来说，可视标记还可以依次被分配在两个组群中，使得它们形成两个同心图案，这两个同心图案可以分别可选地被激活或禁用，尤其是可以响应于经由通信装置接收的信号而自动地通过辅助测量装置的控制电路来有选择性地分别激活和禁用这两个组群。

因此提供了根据距离来开启和使用外部组群或内部组群(或者外部图案或内部图案)的能力，如例如已在上述专利文献公开WO2007/124010A2中所描述的。

通过根据本发明将辅助测量装置以如精确握笔方式保持在手中，测量的物体表面上的被瞄准的测量点(其中这再次被理解为包括凹口、孔、隐藏点等，如属于测量物体的测量的物体表面)可以以改进的方式被接触到，第二引导手部不必为此与辅助测量装置接合。在如此的握持中对辅助测量装置的引导可以直观地并且在这种情况下无需附加的特殊练习地来执行(这是因为通过使用者原本已经掌握的能力：能够精确地引导圆珠笔并且能够灵敏地接触表面而不出现过强的压力，已经提供了对应的技巧)。在现有技术中已知的用于实际上可以单手保持的辅助测量装置的握持和保持位置的情况下，其中杆需要被紧握(即处于握拳式握持)，相反，经常为了精确地引导测量探头而需要使用实际上没有在持握的第二只手，该第二只手与红宝石球或保持红宝石球的测量探头接合，用于精确地引导以及与测量物体表面上的希望的点接触，以便快速精确地触碰希望的点(并且在这种情况下不存在风险：通过对表面的不精确的和粗糙的挤碰或者甚至无意的刮擦[例如，油漆层]并且因此破坏待被利用红宝石球进行测量的物体)。

根据本发明，因此可以通常省略掉第二只手的辅助(应用于对辅助测量装置的精细定位并且应用于测量触发)，因此第二只手保持空闲，并且甚至可以在测量任务过程中并行地用于其他目的(例如如果需要测量仪表盘的表面点，而使用者可能不会/不能在车辆中找到用于测量任务的空间，则例如在倾斜至车辆的驾驶舱中时用于支撑主体)。

此外，本发明涉及由上述辅助测量装置构成的、用于测量物体表面的系统，以及用于确定辅助测量装置的位置和取向的测站。

这种测量辅助装置尤其可以在这种情况下在主体上具有与图案或测量探头成限定的空间关系的返回反射器，尤其是中空立方隅角返回反射器，并且测站尤其可以被构造成用于将激光束在返回反射器上对准的激光跟踪仪。该激光跟踪仪还可以在这种情况下具有用于记录图案的图像的相机。此外，激光跟踪仪可以具有功能性：用于经由激光束以三维方式确定返回反射器的位置；用于经由对记录下的图案的图像的分析以三维方式确定辅助测量装置的取向。

附图说明

下面将仅以示例的方式在特定的示例性实施方式的基础上来更详细地描述根据本发明的方法和根据本发明的装置，这些示例性的实施方式以示意的方式在附图中示出，其中也将描述本发明的其他细节。具体地：

图1至图8示出了根据本发明的辅助测量装置的不同的示例性实施方式和变型；

图9至图10示出了用于确定绝对参考值的示例性的闪烁顺序的说明性的可视化，绝对参考值用于确定辅助测量装置的偏航角；以及

图11至图14示出了形成根据本发明的一部分测量系统的测站的不同的示例性实施方式和变型，该测站用于以6个自由度来测量辅助测量装置。

具体实施方式

图1和图5示出了根据本发明的手持式辅助测量装置50，该手持式辅助测量装置在具有用于确定辅助测量装置的位置和取向的测站的系统中使用，该系统用于测量物体表面。辅助测量装置50在这种情况下具有主体62，可视标记52在该主体上以相对于彼此的限定的空间关系被布置在标记区域58中，因此这些可视标记形成图案。

此外，测量探头53以相对于图案的限定的空间关系被布置在主体62的孔口55处，测量探头在此例如通过销钉形成，在该销钉上布置有用于以触知的方式在物体表面上物理接触测量点的球体。

此外，在主体上设置有可由使用者促动的第一操作件54(例如可以被按压的操作按钮)。在被激活时，由电子电路生成指示触发的信号，来触发通过测站执行的对辅助测量装置的位置和取向的确定。另外，设置无线通信装置，用于将该信号传输给测站。这些在有源光点(即，例如LED-发光二极管)作为标记的情况下，例如通过LED以LED的第二功能形成(在部分测站上被接收和解码的编码的闪烁图案)。另选地，可以尤其为此目的而设置独立的IR传输二极管(此处未示出)，从而使得可以利用IR接收器(例如原理上与用于电视机的IR远程控制技术类似)在部分测站上接收通过其传输的信号。

根据本发明，如果辅助测量装置例如如图5中明显示出的(其中图1中所示的辅助测量装置50处于测量位置中，利用使用者的手部被以精确握持的方式握持)关于整体尺寸和重量分布如此设计，可视标记52在主体62上的布置位置如此选择，如此组成、定形状和定尺寸远离孔口55延伸的主体62的第一部分56，并且如此将所述第一操作件54布置在主体62的第一部分56上，使得辅助测量装置50被设置成在测量位置中被以单手持笔方式保持，并且在这种情况下，第一部分56被用作使用者的至少拇指65和食指66，以及尤其也是中指67的握持区域，并且使得在该测量位置中，可以利用所述握持的食指66来促动所述第一操作件54。

图1中所示的辅助测量装置50例如被设计成使得辅助测量装置50的以下部分沿着滚动轴线63以下面的顺序彼此跟随：

-测量探头53，

-孔口55，该孔口具有远离其延伸的第一部分56，

-第二部分57，该第二部分基本上横向于滚动轴线63延续第一部分56的尺寸，因此第一部分56和第二部分57一起形成长形的销钉部分，该长形的销钉部分可以插入盲孔中，该盲孔具有直径为3cm的开口，以及

-标记区域58，其中标记区域至少在一个横向方向上具有横向于滚动轴线63的明显大于第一部分56和第二部分57的延伸部。

在图1示出的示例中，辅助测量装置50附加地作为预防机制被配置，以便与作为测站的激光跟踪仪一起使用。为此，返回反射器51，尤其是中空立方隅角返回反射器被布置在主体62上，与图案或测量探头53处于限定的空间关系中。尤其是，如此处示出的，返回反射器51可以被布置在由光点52形成的图案的中心点处。

此外，在图1示出的示例中，6个光点作为可视标记52分别被布置成在两个同心圆形路径上围绕旋转对称轴线旋转对称，该旋转对称轴线穿过图案的中心点(并且还形成辅助测量装置的偏航角轴线)。此外，每个圆形路径上的光点分别被布置成(如在图6中所示的侧视图中明显的)与由中心点和作为法线的旋转对称轴线延展而成的平面具有两个不同的距离。

可视标记52被分配在两个组群中(其中布置在同一圆形路径上的相应的6个光点分别形成一个组群)，使得它们形成两个同心图案。在这种情况下，这些组群可以有选择性地激活和禁用，尤其是其中这两个组群另选地经由辅助测量装置的控制电路响应于经由通信装置接收的信号而分别自动地被激活或禁用。用于接收从测站发射的信号的通信装置可以在这种情况下具有IR接收二极管61，该IR接收二极管在标记区域58中邻近返回发射器51布置。尤其是如果经由从作为测站的激光跟踪仪以瞄准方式在返回反射器上取向的测量光束来执行通信的话，IR接收二极管61的这种布置是有利的(或者甚至是必须的)。

图2示出了与图1中非常类似的辅助测量装置50。与图1相反的是，然而此时第一操作件54如此被布置在主体的第一部分上，使得第一操作件54可以利用以笔式测量姿势握紧拇指来促动。

此外，在图2中，作为图1中所示的变型的备选方案，被用作用于通信装置的接收器的接收二极管61现在被布置在销钉部分上。如果测站将在较广的空间角度范围中发射的光源(例如IR-LED)用作通信装置发射器，可以选择接收二极管61的这种安置。

图3示出了被构造成与图1中所示略有不同的根据本发明的辅助测量装置50，尤其是关于标记区域58。因此，在图3中示出的实施方式中，现在相应的4个光点分别形成图案，这相应的四个光点分别被布置在具有不同直径的两个同心圆形路径上(不考虑深度影响，即考虑成投射在平面上)。

图4再次示出了图1的示例性实施方式，现在这里示出了电池/蓄电池单元的可能的有利安置。在这种情况下，将整套(即，辅助测量装置的部分和部件的几何和功能布置)选择成使得辅助测量装置的较重的部分(因此具体地此时是电源)被部分容纳在第二部分57中的尽可能靠近第一部分的位置处，并且部分被容纳或一体结合在第一部分56中。

因此可以设置重量分布，其中可以被舒适地采取利用三个手指持笔式地保持辅助测量装置的倾斜的(或者水平的)位置并且良好地由使用者保持，并且在这种情况下，由于向上远离第一部分延伸的上部部分超重而引起的过强的扭矩不作用在保持的手部上。

图6示出了辅助测量装置50的侧视图，该辅助测量装置与图1和图2中所示的示例非常类似。此时，辅助测量装置50具有两个第一操作件54和一个第二操作件59(尤其是用于利用非保持的第二只手来促动)。这两个第一操作件54在这种情况下被布置在第一部分上，因此其中一个第一操作件可以如图1中的一样利用食指来促动，另一个第一操作件可以如图2中一样利用拇指来促动。此外，此时明显的是(如前面已经提到的结合图1进行的描述)，可视标记52(光点)被布置成每个组群与平面相距至少两个不同的距离，该平面由图案的中心点和作为法线的旋转对称轴线(或者偏航角轴线64)延展而成。

图7示出了图2中的示例性实施方式，然而现在该实施方式与图6的示例性实施方式类似，具有位于主体上在标记区域中的附加的第二操作件59(尤其是用于利用非保持的第二只手来促动)。

这还允许以第二测量姿势或测量位置来使用辅助测量装置，其中利用一只手从后面将辅助测量装置50保持在标记区域上，并且可以利用第二只手来促动第二操作件59，因此辅助测量装置50也可以被插入盲孔中，并且因此位于盲孔中的底部点也可以作为测量的物体表面点被测量。

图8示出了根据本发明的辅助测量装置的其他可能的实施方式，其在原理和功能上与之前所示的示例性实施方式非常类似。

图9和图10一起示出了用于确定绝对参考值的示例性闪烁顺序以确定辅助测量装置的偏航角的说明性图示。为此，图1所示的辅助测量装置的标记区域例如在两张图中分别在闪烁顺序的时间中在不同的闪烁点处是可见的。

由于可视标记围绕旋转对称轴线以旋转对称的方式进行布置，该旋转对称轴线穿过图案的中心点，因此对于一个组群的所有标记始终闪烁的情况，不能基于测站侧的图像记录和分析而被绝对明确地确定。因此电子电路现在可以被实现和构造成使得在闪烁顺序的范围内，(来自同一组群)可视标记的至少部分不同的标记被激活，并且因此基于测站侧的信息(关于在闪烁期间哪些光点现在被分别照亮)使得可以推导出偏航角绝对参考，该偏航角绝对参考用于对围绕对称轴线的辅助测量装置的偏航角的测站侧进行确定。

例如，电子电路可以被实施和构造成使得在闪烁顺序的范围内，起初只有一组可视标记中的一个或两个直接相邻的可视标记被激活，(这在图9中示出)，并且随后一个组群的所有可视标记被分别激活(如图10中所示)。

图11至14示出了形成根据本发明的部分测量系统的测站的不同的示例性实施方式，该测站用于以6个自由度(6-DoF)来测量辅助测量装置。

在图11至13中，分别示出了与相应的一个辅助测量对象50配合使用的激光跟踪仪的相应的不同的变型，在这种情况下，作为相应的测站，以6-DoF(即，具有6个自由度，3个平移自由度和3个旋转自由度)来确定辅助测量对象的位置和取向。

第一激光跟踪仪10(图11)具有基座40和支撑部30，其中支撑部30被布置成可以围绕枢转轴线41相对于基座40进行枢转或旋转，该枢转轴线由基座40限定。此外，瞄准单元20(枢转单元)在支撑部30上被布置成，使得瞄准单元20可以围绕倾斜轴线(倾斜轴线或平移轴线)相对于支撑部30进行旋转。从该瞄准单元20射出的激光束21可以被准确地对准，并且因此返回反射器可以通过该瞄准单元20的围绕两个轴线的对准能力被瞄准。这种对准可以通过机动设备自动执行。在这种情况下，枢转轴线41和倾斜轴线被布置成基本上彼此正交，即，与准确的轴线正交性略微的偏差可以被预定并且被储存在系统中，例如用于补偿因此造成的测量误差。

在示出的布置中，测量激光束21在辅助测量对象50的返回反射器51上取向，并且在该返回反射器上被返回反射回激光跟踪仪10。通过这种测量激光束21，可以确定至物体50或至反射器51的距离，尤其是通过借助相位测量原理或借助斐索(Fizeau)原理进行的行进时间测量。激光跟踪仪10为此具有距离测量单元(例如，具有干涉仪和绝对测距仪)和测角仪，从而可以确定瞄准单元20的位置，由此激光束21可以被对准并且以限定的方式进行引导，由此确定激光束21的传播方向。

此外，激光跟踪仪10，尤其是枢转单元20，具有图像获取单元。为了确定在传感器上或在获取的图像中传感器曝光的位置，该图像获取单元具有CMOS或者被尤其实施为CCD相机或像素传感器阵列相机。这样的传感器允许对获取的在检测器上的曝光进行位置敏感检测。如之前结合图1所描述的，辅助测量对象50具有触知式传感器53，该传感器的红宝石球可以与待被测量的目标物体表面接触。当在扫描工具50和被测物体表面之间存在这种接触时，可以准确地确定接触点53在空间中的位置，并且因此准确地确定被测物体表面上的扫描点的坐标。通过接触点53与反射器51和与布置在辅助测量对象50上的参考特征部52的限定的相对定位来执行这种确定，该参考特征部例如可以被实施为发光二极管52(LED)。另选地，参考特征部52还可以被实施为使得它们在利用例如限定波长的射线进行照明的情况下对入射的射线进行反射(例如以反射方式实施的标记52)，尤其是，这些参考特征部具有特定的照明特性，或者它们具有限定的图案或颜色编码。因此，通过由参考特征部52生成的光点的位置或分布，可以在利用图像获取单元的传感器获得的图像中确定扫描工具50的取向。

因此，辅助测量对象50的获取的图像或所提供的辅助测量对象50的光点被用作确定取向的基础。为了利用最佳和已知的图像比例尤其获得LED52的聚焦，激光跟踪仪10可以具有变焦镜头，即，两个可以彼此独立地相对于图像获取传感器进行定位的光学组件(例如，透镜)。

为了最终确定取向，激光跟踪仪还具有特殊的图像记录和分析功能，该功能可以通过跟踪仪10的控制和处理单元执行。在该实施方式的范围中，获得辅助测量装置50的参考特征部52的图像，并且在通过图像处理而在图像中获得的光点的图像位置的基础上推导出辅助测量对象50的取向或对准。在这种情况下，相机如此对准，使得可以在通过激光束21瞄准的辅助测量装置50的方向上获得图像。

第二激光跟踪仪10(参照图12)在这种情况下可以被实施为基本与图11中的类似。一个区别在于，一体结合在瞄准单元20中的相机，与激光仪和测量轴线同轴布置和对准，该相机用于记录由标记52形成的图案的图像。例如，在欧洲专利公开No.EP13167256.0中对激光跟踪仪的这种实施方式的示例进行了描述。

第三激光跟踪仪11(参照图13)具有独立于可枢转相机单元15(例如具有变焦镜头)的光束引导单元16，光束引导单元用于射出第二激光束17，该第二激光束也在反射器5上对准。激光束17和相机单元15可以分别通过马达围绕两个轴线进行枢转，并且因此可以如此对准，即，通过相机15，可以获得围绕利用激光束17被瞄准的返回反射器51的区域(以及因此辅助测量对象50的LED52)。因此，此时也可以在对位于所记录的图像中的光点的位置进行图像分析的基础上(同时利用LED52彼此间的已知的空间关系)来确定相对反射器51的精确距离和辅助测量装置50的取向。

为了相应地将激光束17、21在反射器51上对准，用于利用特定波长，尤其是在红外波长范围内的波长的射线来照亮反射器51的照明装置分别被设置在激光跟踪仪10、11上，并且附加地，至少一个具有位置敏感检测器的被称为ATR相机(自动目标识别)的目标搜索相机被布置在每个跟踪仪10、11上。

相应的激光跟踪仪10、11的距离测量单元在确定相应的跟踪仪10、11和返回反射器51之间的相对或绝对距离的基础上，并且在确定该距离的变化的基础上提供了返回反射器51的距离信息的项。如果在这种情况下尤其通过行进时间测量、通过相位测量原理或者通过斐索(Fizeau)原理来确定绝对距离，则因此利用配设有相应的距离测量单元的干涉仪进行测量来确定这种距离变化。从跟踪仪10、11射出测量射线17、21，使得该测量射线入射在返回反射器51上并且在其上被反射回去。反射光束或者部分的反射光束则在跟踪仪10、11的一部分上获得，并且沿着测量路径被引导至干涉仪检测器，在那里参考射线与接收到的测量射线17、21重叠。通过这种重叠，由于两种类型的射线而引起干涉图案，其可以在检测器上获得和解析。例如可以通过对最大值(相长干涉)和最小值(相消干涉)之间的变化的传播检测来确定距离的变化。尤其是，检测到的强度最大值和/或强度最小值在这种情况下不断地进行计算。

图14中示出的测站12用于在这种情况下如例如在专利文献公开2007/124009A2或WO2007/124010A2中所描述的一样，仅基于相机图像记录和对图像中所记录的图案(由可视标记52形成)的分析以6个自由度来测量辅助测量装置50。辅助测量装置50则除了标记52之外不必也具有返回反射器(如在图14中示出的辅助测量装置50的实施方式的情况中，也相应地构造成没有反射器的情况)。例如测站12可以具有可以机动方式枢转和倾斜的相机单元15，或者然而相机的视野还能够经由镜子而以变化的方式来对准，该镜子可以由马达沿两个轴线来执行枢转或倾斜。

很明显，这些示出的附图仅示意性地示出了可能的实施方式。不同的方法还可以彼此组合，并且也可以与现有技术的装置或方法进行组合。

Claims (15)

1.手持式辅助测量装置，该手持式辅助测量装置在用于测绘物体表面的系统中使用，该系统具有用于确定所述辅助测量装置的位置和取向的测站，所述辅助测量装置具有：

-主体，

-可视标记，这些可视标记被布置成以限定的空间关系在所述主体上在标记区域中形成图案，

-针对物体表面的测量探头，该测量探头以相对于所述图案的限定的空间关系布置在所述主体的孔口上，尤其是具有以触知的方式用于与所述物体表面上的测量点进行物理接触的球体，

-能够由使用者促动的第一操作件，

-电子电路，该电子电路用于生成响应于所述第一操作件的促动而发生的信号，该信号指示触发能够由所述测站执行的对所述辅助测量装置的位置和取向的确定，以及

-用于向所述测站发射所述信号的无线通信装置，

其特征在于，

-如此设计所述辅助测量装置的整体尺寸和重量分布，并且如此选择所述可视标记在所述主体上的布置位置，

-如此确定远离所述孔口而延伸的所述主体的第一部分的组成、形状和尺寸，并且

-如此将所述第一操作件布置在所述主体的所述第一部分上，使得所述辅助测量装置被设置成在所述测量位置中被以单手持笔方式保持，并且在这种情况下，所述第一部分被用作用于使用者的至少拇指和食指，以及尤其也是中指的握持区域，并且使得在该测量位置中，能够利用握持的食指或握持的拇指来促动所述第一操作件。

2.根据权利要求1所述的辅助测量装置，其特征在于，能够通过相机获取的无源或有源光点代表所述可视标记，尤其是其中所述可视标记由反射器或由LED形成。

3.根据权利要求1或2所述的辅助测量装置，其特征在于，一返回反射器，尤其是中空立方隅角返回反射器，其以相对于所述图案或者所述测量探头的限定的空间关系被布置在所述主体上，尤其是布置在所述图案的中心点处。

4.根据前述权利要求中任一项所述的辅助测量装置，其特征在于，所述通信装置附加地被实施为用于接收从所述测站发射的信号，尤其是其中所述通信装置为此具有用于检测沿所述辅助测量装置的方向从所述测站一方射出的测量射线的接收二极管，所述信号被调制到所述测量射线上，特别是其中所述接收二极管被布置成(紧邻所述返回反射器)或者在所述测量射线的传播方向上在所述返回反射器的下游，所述返回反射器为此被实施为部分透射线的。

5.根据前述权利要求中任一项所述的辅助测量装置，其特征在于，滚动轴线被所述主体限定为所述主体的对应于最大延伸方向的轴线，其中所述辅助测量装置的以下部分沿着所述滚动轴线以以下顺序依次跟随：

-测量探头，

-孔口，所述第一部分远离该孔口延伸，

-第二部分，该第二部分基本上延续所述第一部分的横向于所述滚动轴线的尺寸，因此所述第一部分和第二部分一起形成长形的销钉部分，该长形的销钉部分能够插入盲孔中，该盲孔具有直径为3cm的开口，和

-所述标记区域，其中所述标记区域至少在一个横向方向上具有横向于所述滚动轴线的明显大于所述第一部分和第二部分的延伸部。

6.根据权利要求5所述的辅助测量装置，其特征在于，所述第一部分具有横向于所述滚动轴线的至多为4cm，尤其为至少0.5cm的平均横向/深度延伸部。

7.根据权利要求5或6所述的辅助测量装置，其特征在于，所述销钉部分具有沿所述滚动轴线方向至多为15cm，尤其是大约在7cm至12cm之间的纵向延伸部。

8.根据权利要求5至7中任一项所述的辅助测量装置，其特征在于，所述标记区域具有：

-纵向延伸部，该纵向延伸部沿所述滚动轴线的方向至多为10cm，尤其是大约在5cm至8cm之间，

-横向延伸部，该横向延伸部沿横向于所述滚动轴线的第一方向至多为10cm，尤其是大约在5cm至8cm之间，和

-深度延伸部，该深度延伸部沿垂直于所述第一方向的第二方向至多为7cm，尤其是大约在3cm至6cm之间，所述第一方向横向于所述滚动轴线。

9.根据前述权利要求中任一项所述的辅助测量装置，其特征在于，所述可视标记被布置成围绕穿过所述图案的中心点的旋转对称轴线而旋转对称，并且与由所述中心点和作为法线的所述旋转对称轴线延展而成的平面相距至少两个不同的距离。

10.根据权利要求9所述的辅助测量装置，其中有源光点代表所述可视标记，其特征在于，所述电子电路被实施和构造为使得所述可视标记响应于所述第一操作件的促动、至少部分地在闪烁顺序的范围中以限定的时间顺序被自动激活，并且持续限定的时间间隔，因此它们在限定的从对所述第一操作件的促动开始测量的时间点如闪光般进行闪烁。

11.根据权利要求9和10所述的辅助测量装置，其特征在于，所述电子电路被实施和构造为使得在所述闪烁顺序的范围中，所述可视标记的至少部分不同的标记被激活，并且因此能够推导出偏航角绝对参考值，用于在测站侧确定围绕所述对称轴线的所述辅助测量装置的偏航角。

12.根据权利要求11所述的辅助测量装置，其特征在于，所述电子电路被实施和构造为使得在所述闪烁顺序的范围中，首先只有一个或两个直接相邻的所述可视标记被激活，并且随后所有所述可视标记分别被激活。

13.根据前述权利要求中任一项所述的辅助测量装置，其中有源光点代表所述可视标记，其特征在于，所述可视标记被分成两个组群，使得这些可视标记形成两个可选地分别为可激活的或可禁用的同心图案，尤其是其中所述两个组群交替地分别经由所述辅助测量装置的控制电路响应于经由通信装置接收信号而被自动激活或禁用。

14.用于测量物体表面的系统，该系统由根据前述权利要求中任一项所述的辅助测量装置和用于确定所述辅助测量装置的位置和取向的测站构成。

15.根据权利要求14所述的系统，其中，所述辅助测量装置具有在所述主体上相对于所述图案或者所述测量探头处于限定的空间关系的返回反射器，尤其是中空的立方隅角返回反射器，并且其中所述测站被实施为激光跟踪仪，该激光跟踪仪用于将激光束在所述返回反射器上对准，其中所述激光跟踪仪附加地具有用于记录所述图案的图像的相机，并且其中所述激光跟踪仪具有如下功能性：经由激光束来以三维方式确定所述返回反射器的位置；以及通过对所记录的所述图案的图像进行的分析来以三维方式确定所述辅助测量装置的取向。