CN105699983B - 激光跟踪器、提供附加测量功能的方法以及计算机可读存储介质 - Google Patents

激光跟踪器、提供附加测量功能的方法以及计算机可读存储介质 Download PDF

Info

Publication number
CN105699983B
CN105699983B CN201510848470.8A CN201510848470A CN105699983B CN 105699983 B CN105699983 B CN 105699983B CN 201510848470 A CN201510848470 A CN 201510848470A CN 105699983 B CN105699983 B CN 105699983B
Authority
CN
China
Prior art keywords
measurement
unit
radiation
distance
laser
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Active
Application number
CN201510848470.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105699983A (zh
Inventor
B·伯克姆
T·鲁斯
S·富克斯
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Leica Geosystems AG
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
Publication of CN105699983A publication Critical patent/CN105699983A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105699983B publication Critical patent/CN105699983B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO 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
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/66—Tracking systems using electromagnetic waves other than radio waves
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/002—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring two or more coordinates
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO 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
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/06—Systems determining position data of a target
    • G01S17/08—Systems determining position data of a target for measuring distance only
    • G01S17/10—Systems determining position data of a target for measuring distance only using transmission of interrupted, pulse-modulated waves
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO 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
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/06—Systems determining position data of a target
    • G01S17/08—Systems determining position data of a target for measuring distance only
    • G01S17/32—Systems determining position data of a target for measuring distance only using transmission of continuous waves, whether amplitude-, frequency-, or phase-modulated, or unmodulated
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO 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
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/06—Systems determining position data of a target
    • G01S17/08—Systems determining position data of a target for measuring distance only
    • G01S17/32—Systems determining position data of a target for measuring distance only using transmission of continuous waves, whether amplitude-, frequency-, or phase-modulated, or unmodulated
    • G01S17/34—Systems determining position data of a target for measuring distance only using transmission of continuous waves, whether amplitude-, frequency-, or phase-modulated, or unmodulated using transmission of continuous, frequency-modulated waves while heterodyning the received signal, or a signal derived therefrom, with a locally-generated signal related to the contemporaneously transmitted signal
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO 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
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/06—Systems determining position data of a target
    • G01S17/08—Systems determining position data of a target for measuring distance only
    • G01S17/32—Systems determining position data of a target for measuring distance only using transmission of continuous waves, whether amplitude-, frequency-, or phase-modulated, or unmodulated
    • G01S17/36—Systems 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
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO 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
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/06—Systems determining position data of a target
    • G01S17/42—Simultaneous measurement of distance and other co-ordinates
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO 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
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/87—Combinations of systems using electromagnetic waves other than radio waves
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO 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
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/481—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
    • G01S7/4816—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements of receivers alone
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO 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
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/481—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
    • G01S7/4818—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements using optical fibres
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO 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
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/483—Details of pulse systems
    • G01S7/486—Receivers
    • G01S7/4865—Time delay measurement, e.g. time-of-flight measurement, time of arrival measurement or determining the exact position of a peak

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Electromagnetism (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)

Abstract

激光跟踪器、提供附加测量功能的方法以及计算机可读存储介质。检测包括回射器的空间可移动测量辅助设备的位置和对准的坐标测量机器，该坐标测量机器至少包括：底座；支撑件；光束引导单元；用于检测支撑件相对于底座的旋转角的装置；以及用于检测光束引导单元相对于支撑件的旋转角的装置，光束引导单元包括激光发射和接收光学单元以及第一光学距离测量单元，第一光学距离测量单元具有通过第一测量辐射测量到回射器的距离的至少一个第一距离测量设备，该光束引导单元包括：第二光学距离测量单元，其包括用于发射第二测量辐射的第二束源；检测器；以及控制和处理单元，通过第二测量辐射测量到测量辅助设备或者到目标对象的漫散射表面的距离。

Description

激光跟踪器、提供附加测量功能的方法以及计算机可读存储 介质
技术领域
本发明涉及具有集成到目标单元中的至少两个距离测量设备的激光跟踪器，其中，第一距离测量设备被设计用于连续地跟踪目标点，并且第二距离测量设备被设计用于通过脉冲或者频率调制光或者激光束进行距离测量，特别是被设计用于通过波形数字化(WFD)或者作为频率调制(特别是相干)的连续波激光(FMCW激光雷达)进行距离测量。
背景技术
被设计用于连续地跟踪目标点并且协调确定所述点的位置的测量装置通常可以在特别是与工业测量相关的术语激光跟踪器下被结合。在该情况下，目标点可以由后向反射单元(例如，立方棱镜)表示，目标点由测量装置的光学测量光束(特别是激光束)瞄准。激光束以平行方式被反射回测量装置，所反射的光束由装置的检测单元检测。在该情况下，例如通过用于被分配给系统的偏转镜或者瞄准单元的用于角测量的传感器，分别确定光束的发射方向和接收方向。另外，通过光束的检测，例如通过飞行时间或者相位差测量或者通过Fizeau原理，确定从测量装置到目标点的距离。
根据现有技术的激光跟踪器可以另外通过具有二维光敏阵列的光学图像检测单元(例如，CCD或CID相机或者基于CMOS阵列的相机)或者通过像素阵列传感器或者通过图像处理单元被具体实现。在该情况下，激光跟踪器和相机可以以它们的位置不能相对另一个改变的方式将一个被安装在另一个顶部上。相机例如以能够绕其基本上垂直的轴与激光跟踪器一起旋转的方式但是以独立于激光跟踪器可枢轴向上和向下从而特别是独立于激光束的光学单元的方式来布置。而且，例如，根据各个应用，相机可以被具体实现为仅绕一个轴可枢轴旋转。在另选实施方式中，相机可以与激光光学单元一起以集成设计被安装在公共壳体中。
通过具有其相对位置已知的标记的所谓的辅助测量仪器的图像的检测和评估(利用图像检测和图像处理单元)，从而可以推导在空间中布置在辅助测量仪器上的对象(例如，探针)的方位。与所确定的目标点的空间位置一起，还可以精确地确定对象在空间中绝对地和/或相对于激光跟踪器的位置和方位。
从而，通过所述测量仪器测量其位置和方位的对象不需要例如是测量探针本身，而是测量辅助设备。作为测量系统的一部分，用于测量的测量辅助设备到达相对于目标对象机械定义或者在测量期间可以确定的位置，其中，通过所测量的其位置和方位，可以推导该位置，并且在适当时，例如推导测量探针的方位。
这样的辅助测量仪器可以由所谓的接触感测工具具体实现，接触感测工具在目标对象的点上定位它们的接触点。接触感测工具具有例如光点的标记和反射器，反射器表示接触感测工具上的目标点并且可以由跟踪器激光束瞄准，标记和反射器相对于接触感测工具的接触点的位置被精确知晓。辅助测量仪器还可以以本领域技术人员已知的方式为例如被装配用于距离测量、用于无接触表面测量的手持扫描仪，用于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被精确知晓。该类型的扫描仪例如在EP 0 553 266中描述。
为了距离测量，现有技术的激光跟踪器具有至少一个距离测量设备，其中，至少一个距离测量设备可以被具体化为例如干涉仪。由于这样的距离测量单元可以仅测量距离的相对改变，除了干涉仪之外，所谓的绝对距离测量设备被安装在现代激光跟踪器中。在该上下文中用于距离测量的干涉仪主要使用-由于长干涉长度和由此可以作出的测量范围-HeNe气激光器作为光源。在该情况下，HeNe激光器的干涉长度可以是几百米，使得在工业度量中要求的范围可以通过相对简单的干涉仪构造获得。绝对距离测量设备和用于利用HeNe激光器确定距离的干涉仪的组合例如从WO 2007/079600 A1知晓。
另外，在现代跟踪器系统中-越来越多地以标准化方式-在精细瞄准传感器上确定所接收测量光束从零位置的偏移。通过该可测量偏移，可以确定回射器(retroreflector)的中心与反射器上的激光束的碰撞点之间的位置差，并且以精细瞄准传感器上的偏移被减小(特别是为“零”)的方式根据该偏离校正或者重新调整激光束的对准，并且从而光束在反射器中心的方向上对准。作为重新调整激光束对准的结果，可以实现目标点的连续目标跟踪，并且可以相对于测量仪器连续地确定目标点的距离和位置。可以通过被设置为偏转激光束的偏转镜的对准的改变和/或通过具有光束引导激光光学单元的瞄准单元的枢轴旋转，在该情况下实现重新调整，所述偏转镜以机动方式可移动。
为了确定测量辅助设备的方位，相机的检测方向被连续地对准，使得图像能够在激光跟踪器的跟踪光束的方向上被检测。相机还可以具有变焦功能，其中，放大倍数可以根据激光跟踪器与目标点或者测量辅助设备之间的所确定的距离来设置。通过这两个自适应功能(对准和放大)，相机从而可以连续地检测图像，其中，对测量辅助设备并且特别是测量辅助设备的光点成像。结果，产生光点的空间布置的电子可评估的二维图像。
图像处理单元被提供用于评估图像。这可以用于识别成像的光点，以确定成像光点的质心，并且确定所述质心的图像坐标，从该图像坐标可以计算例如传感器的光轴(特别是检测方向)与从传感器到各个光点的方向之间的立体角。
具有激光跟踪器和图像检测单元的用于确定在空间上在其上布置光点和反射器的对象的位置和方位的坐标测量机器例如在US 5,973,788中描述。
通过使用这样的坐标测量机器，可以通过由图像检测单元记录的至少三个光点和反射激光跟踪器的测量光束的至少一个反射器可以布置在对象处，该对象的位置和方位将在相对于该对象已知的位置处被确定。将由图像检测单元记录的光点可以是有源光源(例如，发光二极管)或者将被照射的反射器，其中，光点以它们相互清晰可区分的方式被装配或者布置。
WO 2007/079600 A1公开了一种基于普通激光器的坐标测量机器，其中，距离测量装置的光出口和光接收光学单元、测量相机和概览相机(overview camera)被布置在公共元件上，公共元件相对于至少两个轴可旋转，并且激光束通过来自安装在光束引导单元的外部的激光模块的光波导被耦合到距离测量装置中。
相反，不使用具有回射器的测量辅助设备的距离的测量(即，直接对待测量对象的表面进行的测量)可以不具有这样的坐标测量机器。
从而，对于以下情况扫描对象表面是不可以的：为了检测对象或者表面，通常使用逐渐扫描的方法，并且在处理中，记录诸如例如施工现场的结构的拓扑。在该情况下，这样的拓扑构成描述对象的表面的点的连续序列、或者表面的相应模型或者描述。一种传统方法是通过激光扫描器扫描，在每种情况下，激光扫描器都通过到由激光所测量的被瞄准表面点的距离并且将该测量与激光发射的角信息组合，来检测表面点的空间位置。根据该距离和角信息，可以确定所检测点的空间位置，并且可以连续地测量该表面。在很多情况下，与该表面的纯几何检测同时，还执行通过相机的图像记录，除了总体视觉视图之外，其还提供例如关于表面纹理的进一步信息。WO 97/40342描述一种通过以固定方式安装的扫描器系统记录拓扑的方法。另外，扫描功能可以被集成到多种其它仪器中作为附加功能。例如，WO 2004/036145公开一种大地测量仪器，该大地测量仪器在所检测范围内从其位置发射用于距离测量的激光束。这样的测量仪器可以同样被修改用于以扫描方式检测表面，或者在不修改的情况下被操作。其一个示例是机动化经纬仪或者总站点。
为了提供在不使用具有诸如激光跟踪器的一般坐标测量机器的回射器的情况下能够使用的这样的测量和扫描功能，从现有技术知晓具有附件模块的解决方案。举例来说，文献EP 2 620 745 A1公开了一种由例如激光跟踪器的坐标测量机器和固定到其上的扫描模块构成的测量系统。
在没有回射器的帮助下测量距离例如还可以利用在WO 2006/040263 A1或者EP 1869 397 B1中描述的距离测量仪器，其中，通过频率调制连续波雷达(FMCW)或者干涉激光雷达确定距离。然而，这些解决方案缺乏目标跟踪功能。
然而，该多组件解决方案首先在生产工程方面很复杂，其次对于用户来说不灵便并且不实际。从而，提供具有用于回射器的目标跟踪功能和以没有测量辅助设备(即，特别是没有回射器)确定距离的可能性二者的坐标测量机器。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种将这些功能组合在一个机器中的改进坐标测量机器。
而且，一个目的在于提供这样的坐标测量机器，其中，结构构造被设计成具有更低复杂性和更好可操作性，特别是坐标测量机器的模块结构不是必须的。
本发明的又一目的在于以针对测量仪器另外提供扫描功能的方式扩展根据现有技术的测量仪器。
这些目的通过实现独立权利要求的特征部分来实现。以另选或者有利方式开发本发明的特征可以从专利从属权利要求获得。
本发明首先涉及坐标测量机器，坐标测量机器包括具有第一距离测量设备和第二距离测量设备的光束引导单元，其中，第一距离测量设备的测量辐射使得能够对回射器目标跟踪，同时第二距离测量设备的测量辐射允许测量到以散射方式反光的表面的距离。
在该情况下，本发明的第一方面涉及激光跟踪器，其中，第二距离测量设备被设计为用于执行波形数字化处理的WFD模块。
根据本发明的用于位置确定并且特别是连续地跟踪被具体实现为回射器或者具有至少一个回射器的目标的这样的激光跟踪器至少包括：底座；支撑件，支撑件绕第一旋转轴可旋转地固定在底座上；光束引导单元，光束引导单元绕第二旋转轴可旋转地固定到支撑件，第二旋转轴与第一旋转轴大致正交；用于检测支撑件相对于底座的旋转角的装置；以及用于检测光束引导单元相对于支撑件的旋转角的装置。在该情况下，光束引导单元包括：激光发射和接收光学单元，激光发射和接收光学单元用于发射测量辐射并且用于接收测量辐射反射；第一光学距离测量单元，第一光学距离测量单元具有用于通过第一测量辐射测量到测量辅助设备的回射器的距离的至少一个第一距离测量设备；以及第二光学距离测量单元，第二光学距离测量单元包括用于发射第二测量辐射的第二束源、检测器和用于通过第二测量辐射测量到目标对象的漫散射表面的距离的控制和处理单元。
根据本发明的第一方面，
-第二束源被设计成发射脉冲光辐射(特别是激光束)作为第二测量辐射，
-第二测量辐射的从目标对象的表面反射的部分能传送到检测器，
-检测器被设计成检测第二测量辐射的反射部分的至少一个脉冲，以及
-第二光学距离测量单元被设计成在波形数字化处理的情况下数字化所检测的脉冲，并且基于经数字化的脉冲确定到目标对象的表面的距离。
在根据本发明的第一方面的激光跟踪器的一个实施方式中，特别是通过在光束引导单元中设置在第二测量辐射的光束路径中提供的第一分束器，第二测量辐射的一部分能传送到检测器作为基准光束。
在根据本发明的第一方面的激光跟踪器的又一实施方式中，所述激光跟踪器包括光束接收单元，所述光束接收单元被设计成将通过所述激光发射和接收光学单元进入到所述光束引导单元的反射辐射引导到所述第二光学距离测量单元，其中，所述光束接收单元包括具有抛物面设计的镜面的抛物面镜，并且所述抛物面镜被设计成将撞击(impinge)在所述镜面上的反射辐射会聚在焦点处，并且特别地被设计成以65°至75°，特别是70°的角反射撞击在所述镜面的中心处的反射辐射。在该情况下，特别是
-在所述焦点处设置用于将会聚的反射辐射耦合到光波导中的耦合输入元件，特别是其中，在所述抛物面镜与所述耦合输入元件之间的光束路径中设置偏转元件，和/或
-所述抛物面镜被布置在所述第一测量辐射和所述第二测量辐射的公共光束路径的外部，特别是其中，所述光束接收单元包括被布置在所述公共光束路径中的分束装置，通过该分束装置将所述反射辐射引导到所述抛物面镜上的。
本发明的第二方面涉及激光跟踪器，其中，第二距离测量设备被指定为用于执行具有连续可变频率的频率调制的激光束的频率评估的FMCW模块。
根据本发明的用于位置确定并且特别是用于连续地跟踪被具体实现为回射器或者具有至少一个回射器的目标的这样的激光跟踪器至少包括：底座；支撑件，支撑件绕第一旋转轴可旋转地固定在底座上；光束引导单元，光束引导单元绕第二旋转轴可旋转地固定在支撑件上，第二旋转轴与第一旋转轴大致正交；用于检测支撑件相对于底座的旋转角的装置；以及用于检测光束引导单元相对于支撑件的旋转角的装置。在该情况下，光束引导单元包括：激光发射和接收光学单元，激光发射和接收光学单元用于发射测量辐射并且用于接收测量辐射反射；第一光学距离测量单元，第一光学距离测量单元具有用于通过第一测量辐射测量到测量辅助设备的回射器的距离；以及第二光学距离测量单元，第二光学距离测量单元包括用于发射第二测量辐射的第二束源、检测器、以及用于通过第二测量辐射测量到目标对象的漫散射表面的距离的控制和处理单元。
根据本发明的第二方面，
-第二束源包括驱动装置，并且被设计成生成具有连续可变频率的频率调制的激光束作为第二测量辐射，
-所述第二测量辐射的一部分可以特别是通过在所述光束引导单元中设置在所述第二测量辐射的光束路径中的第一分束器被分离为基准光束，
-第二测量辐射的从目标对象的表面反射的部分能传送到检测器，以及
-第二光学距离测量单元被设计成基于基准光束和测量辐射反射的频率评估确定到目标对象的表面的距离。
特别是，基于评估所述基准信号的频率调制与反射测量辐射信号的频率调制之间的相位差的原理确定所述距离。
在根据本发明的第二方面的激光跟踪器的一个实施方式中，第二光学距离测量单元包括混合器，其中，基准光束和反射测量辐射反射能传送到混合器，并且混合器被设计成用于实现零差或者外差混合方法。在该情况下，第二光学距离测量单元特别包括设置在混合器下游的低通滤波器。
在根据本发明的第二方面的激光跟踪器的又一实施方式中，第二光学距离测量单元包括具有第一光纤、第二光纤和基准光束检测器的光学基准系统，其中，第一光纤和第二光纤在每种情况下都具有已知的相互不同长度，并且基准光束能传送到光学基准系统。这两个长度以至少2:1的比率相互不同。
本发明的第三方面涉及激光跟踪器，其中，第一或第二距离测量设备被设计用于通过频率组合进行距离测量。
根据本发明的用于位置确定并且特别是连续跟踪被具体实现为回射器或者具有至少一个回射器的目标的这样的激光跟踪器至少包括：底座；支撑件，支撑件绕第一旋转轴可旋转地固定在底座上；光束引导单元，光束引导单元绕第二旋转轴可旋转地固定到支撑件，第二旋转轴与第一旋转轴大致正交；用于检测支撑件相对于底座的旋转角的装置；以及用于检测光束引导单元相对于支撑件的旋转角的装置。在该情况下，光束引导单元包括：激光发射和接收光学单元，用于发射测量辐射并且用于接收测量辐射反射；第一光学距离测量单元，具有用于通过第一测量辐射测量到测量辅助设备的回射器的距离的至少一个第一距离测量设备；以及第二光学距离测量单元，包括用于发射第二测量辐射的第二束源、检测器和用于通过第二测量辐射测量到目标的对象的漫散射表面的距离的控制和处理单元。
根据本发明的第三方面，第一光学距离测量单元和/或第二光学距离测量单元被设计用于基于频率梳或者支持频率梳的距离测量。
根据本发明的激光跟踪器的一个实施方式包括扫描功能，在扫描功能的情况下，激光跟踪器被设计成通过第二测量辐射关于测量对象的表面上的多重测量点执行多重距离测量，其中，控制和处理单元按以下方式被设计：为了多重距离测量，针对所述多重距离测量，将分别检测的旋转角与测量的距离关联(link)，使得点位置在每种情况下都通过所述关联来限定，并且能够生成包括多个点位置的点云。
根据本发明的激光跟踪器的又一实施方式包括用于校准第一光学距离测量单元和/或第二光学距离测量单元的校准功能，其中，控制和处理单元以以下方式被设计：第一测量辐射和第二测量辐射按照时间关系(特别是同时)能够被发送到回射器，并且第一光学距离测量单元和/或第二光学距离测量单元能够基于由第一光学距离测量单元测量的到回射器的第一距离和由第二光学距离测量单元测量的到回射器的第二距离被校准。
在根据本发明的激光跟踪器的一个实施方式中，光束引导单元包括位置敏感检测器，特别是跟踪区域传感器，其用于检测由目标反射的所述第一测量辐射或所述第二测量辐射，使得根据反射的测量辐射在所述检测器上的位置，所述测量辐射的对准能重新调整用于连续目标跟踪，特别是其中，所述光束引导单元另外包括用于粗略定位所述测量辅助设备的定位相机和/或用于给用户提供图像的概览相机；第一光学距离测量单元包括干涉仪和/或绝对距离测量设备；光束引导单元包括偏转装置，特别是分束器，用于在光束引导单元中生成第一测量辐射和第二测量辐射的公共光束路径，使得第一测量辐射和第二测量辐射能够通过相同的激光发射和接收光学单元发射；和/或激光发射和接收光学单元被设计为激光发射光学单元和与所述激光发射光学单元分开的激光接收光学单元。
本发明另外涉及用于使用被设计为激光跟踪器中的WFD模块的第二距离测量设备的方法以及用于使用被指定为激光跟踪器中的FMCW模块的第二距离测量设备。
在激光跟踪器中使用WFD模块提供附加测量功能的方法，其中，激光跟踪器包括：光束引导单元，光束引导单元具有用于发射测量辐射并且用于接收测量辐射反射的激光发射和接收光学单元；以及光学距离测量装置，光学距离测量装置具有用于通过第一测量辐射测量到测量辅助设备的距离的至少一个第一距离测量设备，根据本发明，该方法包括：
-通过WFD模块的束源生成脉冲光束(特别是激光束)作为第二测量辐射，
-将第二测量辐射发射到待测量目标，其中，第二测量辐射的一部分作为基准光束被传送到检测器，并且第二测量辐射的另一部分通过激光发射和接收光学单元被发射，
-将第二测量辐射的从目标反射的并且通过激光发射和接收光学单元接收的测量辐射反射传送到检测器，
-检测器检测传送的基准光束和反射的传送测量辐射反射的脉冲，
-所检测到的脉冲在WFD模块的波形数字化处理的情况下被数字化，以及
-基于经数字化的脉冲确定到目标的距离。
在激光跟踪器中使用FMCW模块提供附加测量功能的方法，其中，激光跟踪器包括：光束引导单元，光束引导单元具有用于发射测量辐射并且用于接收测量辐射反射的激光发射和接收光学单元；以及光学距离测量装置，光学距离测量装置具有用于通过第一测量辐射测量到测量辅助设备的距离的至少一个第一距离测量设备，根据本发明，该方法包括：
-通过FMCW模块的束源生成具有连续可变频率的频率调制的激光束作为第二测量辐射，
-将第二测量辐射发射到待测量目标上，其中，第二测量辐射的一部分被分离为基准光束，并且第二测量辐射的另一个部分通过激光发射和接收光学单元被发射，
-将第二测量辐射的从目标反射并且通过激光发射和接收光学单元接收的部分传送到FMCW模块的检测器，以及
-基于第二测量辐射的基准光束和反射的部分的频率评估，特别是基于评估所述基准信号的所述频率调制与反射的测量辐射信号的所述频率调制之间的相位差的原理，确定到目标的距离。
在根据本发明的方法的一个实施方式中，待测量目标是测量目标的漫散射表面，其中
-第二测量辐射被发射到漫散射表面上，
-从该表面反射第二测量辐射的一部分，以及
-确定到该表面的距离。
在该方法的一个特定实施方式中，通过第二测量辐射实现关于表面上的多重测量点的多重距离测量，其中，针对多重距离测量，将光束引导单元的当前对准与相应测量距离关联，使得点位置在每种情况下都通过关联限定，并且生成包括多个点位置的点云。
在根据本发明的方法的又一实施方式中，待测量目标是回射器，特别是作为测量辅助设备的一部分，其中，第二测量辐射被发射到回射器，并且第二测量辐射从回射器被反射作为测量辐射反射，并且确定到回射器的距离。
在该方法的一个特定实施方式中，第一测量辐射和第二测量辐射被发射到回射器上，其中，由第一测量辐射测量的距离和由第二测量辐射测量的距离被用于校准第一光学距离测量设备和/或WFD模块或者FMCW模块，特别是其中，第一测量辐射和第二测量辐射被同时发射。
本发明还涉及用于执行根据本发明的方法的方法步骤的计算机程序产品。
特别是如果在被设计为根据本发明的第一方面的激光跟踪器的控制和处理单元的电子数据处理单元上执行程序，则存储在机器可读载体上的具有计算机代码的计算机程序产品根据本发明被设计用于控制或者执行根据本发明的使用WFD模块的方法的至少以下步骤：
-数字化所检测的脉冲，以及
-确定到目标的距离。
特别是如果在被设计为根据本发明的第二方面的激光跟踪器的控制和处理单元的电子数据处理单元上执行程序，则存储在机器可读载体上的具有程序代码的计算机程序产品根据本发明被设计用于控制或者执行根据本发明的使用FMCW模块的方法的至少以下步骤：
-发射第二测量辐射，以及
基于基准光束的频率评估和第二测量辐射的反射部分的频率评估，确定到目标的距离。
附图说明
根据本发明的激光跟踪器和根据本发明的方法基于在附图中示意性示出的特定示例性实施方式在以下纯粹通过举例更详细地描述，还论述本发明的进一步益处。在附图中，具体地：
图1示出当测量到测量辅助设备的距离时的根据本发明的激光跟踪器；
图2示出当通过WFD模块测量到测量对象的距离时的根据本发明的激光跟踪器；
图3以正视图示出根据本发明的激光跟踪器；
图4示出当在WFD模块的扫描功能的上下文中扫描测量对象时的根据本发明的激光跟踪器的一个实施方式；
图5示出现有技术的激光跟踪器的光学结构；
图6a至图6b示出包括WFD模块的根据本发明的激光跟踪器的光学结构的第一实施方式；
图7a至图7b示出WFD模块的光束接收单元的两个实施方式；
图8以三维视图示出包括抛物面镜的光束接收单元的一个实施方式的组件；
图9示出包括WFD模块的根据本发明的激光跟踪器的光学结构的第二实施方式；
图10示出当利用WFD模块和又一距离测量设备同时测量到回射器的距离时的图9的实施方式；
图11示出包括FMCW模块的根据本发明的激光跟踪器的光学结构的第一实施方式；
图12示出包括FMCW模块的根据本发明的激光跟踪器的光学结构的第二实施方式；以及
图13示出基于频率梳的距离测量单元的光学结构。
具体实施方式
图1示出被设计为激光跟踪器1的根据本发明的坐标测量机器的一个示例性实施方式。所示的激光跟踪器1包括底座40、安装在底座40上并且具有手柄21的支撑件20、以及安装在支撑件20的两个支杆上的光束引导单元10。激光跟踪器1被布置在支架45上，激光跟踪器1包括至少一个第一距离测量设备-特别是绝对距离测量设备(ADM)或者干涉仪-(在此未示出)，并且通过激光束36，测量到位于测量辅助设备60上的回射器61的距离。测量辅助设备60(在此通过举例说明被具体实现为测量探针)还包括例如为反射或者自发光点的形式的多个目标标记62，并且还包括用于在目标对象90的待测量目标点上定位的测量头63。
激光跟踪器1可选地包括测量相机，测量相机可以特别被设计为具有可变放大倍数的可聚焦相机系统，以检测布置在测量辅助设备60上的目标标记62。测量辅助设备的空间对准能够基于由测量相机记录的目标标记62的位置被确定。
用于连续地确定具有相互之间为固定已知空间分布的多个目标标记62的测量辅助设备60的空间位置的(通过这样的测量相机可使用的)方法在EP 2 557 391 A1中描述：所述方法涉及通过具有包括多重像素的区域传感器的测量相机连续地检测目标标记62的相机图像，并且连续地实现读取处理，其中，关于各当前曝光值读取像素。而且，该方法涉及在各当前相机图像中确定成像的目标标记62的图像位置，并且基于该图像位获得测量辅助设备60的各当前空间位置。在该情况下，根据在至少一个先前检测的相机图像中确定的图像位置的集合，在区域传感器上连续地设置感兴趣的各当前区域。然后，仅考虑那些当前曝光值排他性地确定当前图像位置，所述当前曝光值从位于感兴趣的当前设置区域内的区域传感器的像素获得。
为了识别并且能够再现测量辅助设备60的移动，使得激光束36保持与回射器61对准，激光跟踪器1包括位置敏感检测器(PSD)，特别是跟踪区域传感器，诸如例如在WO 2007/079600 A1中描述的。
PSD优选被布置在光束引导单元10中，并且使得能够通过检测从目标(特别是回射器61)反射的激光束30的对准来重新调整激光束30的对准。激光束对准的重新调整使得可以实现目标点的连续目标跟踪，并且可以相对于测量机器连续地确定目标点的距离和位置。
根据本发明，激光跟踪器另外具有距离测量功能，距离测量功能使得能够测量到测量目标90的表面92的距离。这在图2中示出。
图2示出当通过WFD测量光束76测量到测量目标90的距离时的根据图1的激光跟踪器。该距离通过根据本发明设置在光束引导单元10中的波形数字化模块(WFD模块；在此未示出)测量。该方法允许在不使用测量辅助设备60或者回射器的情况下距离测量。
图3以正视图示出根据本发明的激光跟踪器1的一个示例性实施方式。激光跟踪器1包括底座40，底座40能够固定在保持装置(在此被示出为支架45的形式)上。支撑件20以绕垂直轴9可旋转地安装的方式被安装在底座40上。支撑件20包括第一支杆和第二支杆，第一支杆和第二支杆从支撑件20的下部向上突出，并且将光束引导单元10通过轴杆25绕水平轴8可倾斜安装在第一支杆和第二支杆。用于由用户传送并且握着激光跟踪器1的手柄21在顶部被安装到两个支杆上。
将支撑件20安装在底座40上和将光束引导单元10安装在支撑件20上二者优选被具体实现为固定可移动轴承。从而最小化归因于温度影响的轴向误差和所导致的精度的损失。另外，轴杆25的温控膨胀是非关键的，并且不影响轴承的应力。结果，轴承的应力在整个使用温度范围保持恒定。
特别是，手柄21可以固定地连接至两个支杆，例如从成型或者焊接、粘接或者螺丝固定到其产生，使得其用作用于支杆的附加稳定元件，特别是关于弯曲。手柄21可以以以下方式有利地成型：通过激光束允许准确向上引导测量(即，沿着垂直轴9)。另选地，手柄21在相应位置处还可以具有用于激光束的通道的开口。
在光束引导单元10上设置多个光学单元，包括测量相机的光学单元52并且还包括用于利用光学距离测量装置的激光发射和接收光学单元51的目标跟踪功能的透镜50，此外，光束引导单元10优选包括用于粗略定位测量辅助设备的定位相机的光学单元和用于给用户提供图像的概览相机的光学单元。
激光模块30(优选为氦氖激光器(HeNe激光模块))被集成到支撑件20中或者被集成到支杆中的一个中。特别是，还在CH 706 633 A2中公开了可用激光模块30的有利实施方式。
包括第一光纤31和第二光纤32的光波导系统从所述激光模块30开始经过轴杆25引导到光束引导单元10中，远到(特别是干涉仪的)距离测量装置(在此未示出)的瞄准仪34。在该情况下，光波导系统的第一光纤31(在支撑件20中延伸的所述第一光纤)经由优选设置在支撑件20中的插头连接件33，在没有扭转的情况下连接至光波导系统的第二光纤32(在光束引导单元10中延伸的所述第二光纤)。将插头连接件33接近激光模块30布置在支撑件20中具有激光模块30更容易与第一光纤31交换的优点。优选地，光波导系统为保偏，和/或第一光纤31和第二光纤32是单模式光纤。
图4示出根据本发明的激光跟踪器1的一个实施方式，其中，扫描功能能够通过WFD模块实现。在该情况下，在测量对象90的表面92的扫描区域94上，多重测量点由光束引导单元10连续地瞄准，在每种情况下，距离都被确定并且与角数据关联，使得可以针对每个测量点确定位置。可以通过按常规图案96(例如，以彼此隔开限定的距离的平行路径)穿过扫描区域94执行(如在此所述的)对点的瞄准。然后，可以将所确定的测量点的位置结合在一起，以实现点云。
图5示出例如在EP 2 634 594 A1中描述的根据现有技术的激光跟踪器的一个示例性光学结构100。该光学结构100具有用于检验通过干涉仪12实现的距离改变的测量的功能。而且，该结构100包括：束源30，例如，HeNe激光束源或激光二极管；以及绝对距离测量设备13(ADM)，其具有又一束源131(例如，激光二极管或者SLED(超发光LED))。
从ADM的束源131生成的光束被引导到偏振分束器133上，并且从那里通过电光调制器134到波长相关分束器150。特别是在两个光源30、131的不同发射波长的情况下使用具有波长相关分束的分束器。返回光在ADM 13中通过偏振分束器133被引导到ADM检测器132。特别是，在该上下文中，还可以使用其它ADM布置和方法，其中，例如，测量光束可以通过波束相关分束器150被耦合输入和耦合输出。在WO 03/062744 A1和WO 2009/103172 A1中描述这样的距离测量设备的示例。原理上，在此并且在本发明的其它实施方式中还可以使用诸如例如根据Fizeau原理操作的相位测量设备或者距离测量设备的其它类型的ADM。
干涉仪12使用由束源30生成的光。在所示的实施方式中，所述源30被直接分配给该结构100，其中，所述源例如生成具有长干涉长度(单个频率)的纵向单模激光辐射。在另选实施方式中，束源30可以被分配给测量仪器的不同组件，其中，辐射通过光波导被耦合到干涉仪12中。所生成的激光辐射被分束器121分离为基准光路上的基准辐射122和测量光路中的测量辐射36。测量光路通过声光调制器125引导并且与基准光路一起撞击在偏振分束器126上。偏振分束器126引导测量辐射36进一步到波束相关分束器150，并且经由偏振滤波器123将测量光与基准光一起引导到干涉仪检测器124。这样的干涉仪12的操作方法基本已知，并且是基于波干涉原理。特别是，还可以使用其它干涉仪布置和方法，其中，例如，测量辐射可以通过波长相关分束器150被耦合输入和耦合输出。在WO 03/062744 A1中描述了这样的干涉仪的一个示例。在原理上，还可以使用其它类型的干涉仪(例如，具有正交检测的迈克耳孙(Michelson)干涉仪)。
基准辐射122与在可移动目标61处反射的并且被引导到干涉仪检测器124的测量辐射36的叠加在干涉仪检测器124处被检测。两个辐射36、122叠加时产生的干涉的强度在该情况下可以被连续检测(作为干涉仪输出变量)。干涉仪输出变量的推导在此至少基于所检测到的叠加，其中，干涉仪输出变量取决于到目标的距离。
如果目标61位于离光学结构100或者离干涉仪检测器124恒定距离处，则在保持到目标61的固定的距离期间所测量的强度值是恒定的。通过目标61关于光学结构100的相对移动(相对于由测量辐射36定义的光轴)(或者通过结构的移动)，两个组件100、61之间的距离存在改变，从而在基准辐射122与测量辐射36之间存在路径差，并且结果，强度在干涉仪检测器124处根据距离改变能够被测量。通过干涉仪检测器124，这些强度变化可以特别是以时间分解的方式被测量和检测(作为输出变量简档(profile))，并且可以被读取并且进一步被处理用于检验这样的距离改变测量的正确性。从所推导的干涉仪输出变量生成时间分解输出变量简档，基于输出变量简档确定距离改变。
为了检验这样的测量的正确性，从由干涉仪检测器124检测的强度连续地推导移动参数，并且将该参数与移动准则连续地比较。根据该比较，然后输出关于执行的测量的可靠性的信息。
光学结构100还包括λ/4板140和组件160，其分离沿着由绝对距离测量设备13和干涉仪12使用的公共光轴从外部入射在结构100中的光，并且将所述光的第一部分耦合输出到概览相机(未示出)并且将第二部分耦合输出到位置变换器(未示出)。概览相机可以具有专用光学单元并且另外具有图像转换器。在该情况下，概览相机通常具有例如约10°的孔径角和30mm至50mm的焦距，并且用于粗略定位测量目标。
为了检测反射目标，结构100可以另外优选地具有特定照明波长的反射器照射，其照射优选至少等于概览相机的孔径角的角范围。
然后，概览相机的评估电子单元和/或评估软件检测例如概览相机的视野中的一个或更多个明亮光点，其在每种情况下都对应于反射目标。可以从其确定它们在概览相机的图像中的位置，并且依次从其确定例如辅助测量仪器(例如，接触感测单元或者扫描仪)的目标的对准的改变，由此测量仪器或者光学结构100以及距离测量设备12或13的光束可以与目标对准。从而，可以实现距离测量设备12、13的自动目标检测和“锁定”(即，目标的连续跟踪)。
用于位置变换器的光部分通常是由距离测量设备12、13中的一个(优选由干涉仪布置12)发射的返回光的光束。位置变换器可以具有专用光学单元和例如位置敏感检测器(跟踪区域传感器，特别是PSD或者CCD)，其中，可以在其上检测在目标处的反射的测量激光辐射。
在该上下文中，PSD应该被理解为是指区域传感器，该区域传感器以模拟方式本地操作并且可以用于确定在传感器区域上的光分布的质心。在该情况下，传感器的输出信号通过一个或多个光敏区域生成，并且取决于光质心的各个位置。通过下游或者集成电子单元，可以评估输出信号，并且可以确定质心。在该情况下，可以非常快地(纳秒范围)确定撞击光点的质心的位置，并且具有亚纳秒分辨率。
通过所述PSD，可以从伺服控制零点确定所检测的光束的撞击点的偏移，并且基于该偏移执行激光束到目标的跟踪。为此目的并且为了实现高精确度，所述PSD的视野被选择为相对小，即，对应于测量激光束的光束直径。关于测量轴同轴地执行使用PSD的检测，使得PSD的检测方向对应于测量方向。基于PSD的跟踪和精细瞄准的使用可以仅发生在测量激光已经与后向反射目标对准(至少粗略对准，即，以目标位于测量激光锥形物内的方式)之后。
在图6a和图6b中示出根据本发明的包括绝对距离测量设备13(ADM)和波形数字化模块(WFD模块70)的根据本发明的激光跟踪器的一个示例性光学结构。在该情况下，图6a示出根据本发明的通过WFD模块70进行的到测量对象90的距离测量，并且图6b示出通过诸如图5中描述的ADM 13进行的到回射器61的距离测量。
WFD模块70与ADM 13一起安装在激光跟踪器的光束引导单元中，并且使用与ADM13相同的激光发射和接收光学单元51。WFD模块70包括用于生成脉冲光束(特别是激光束(WFD光束76))的束源71。具有测量脉冲的WFD光束76首先被引导到第一分束器74上，由此具有与WFD光束76相同的测量脉冲的基准光束77被分离并且被引导到基准光束耦合元件78，基准光束耦合元件78将基准光束77耦合到第一光波导79中，第一光波导通向WFD模块70的检测器。
WFD光束76的另一部分通过第二分束器75与ADM 13的测量辐射耦合到公共光束路径中，并且通过激光发射和接收光学单元51被引导到待测量的测量对象90。WFD光束76的从测量对象90的漫散射表面反射的部分81穿过激光发射和接收光学单元51，再次到达光束引导单元。反射的辐射81具有对应于测量脉冲但是在时间上偏移(根据到目标的距离)的目标脉冲。在光束引导单元中，反射的辐射81由光束接收单元80会聚并且引导到耦合输入单元88上，耦合输入单元88将所反射的辐射81耦合到第二光波导89中，第二光波导89通向WFD模块70的检测器72。检测器72检测WFD光束76的反射部分81和基准光束77。反射的辐射81和基准光束77的脉冲以被称为波形数字化的已知方式被数字化。将以此方式数字化的测量脉冲和目标脉冲相互比较，特别是它们之间的时间分离，并且从而通过计算单元73确定到测量对象90的距离。
WFD光束76具有至少一个采样光脉冲(WFD脉冲)和至少一个相位比较光信号训练，其中，至少一个采样光脉冲(WFD脉冲)被调制为使得从目标对象返回的部分被提供用于根据波形数字化方法(WFD方法)被评估-利用返回脉冲的时间采样-(也就是说，可以被采样并且根据WFD方法被评估)，至少一个相位比较光信号训练被调制为使得从目标对象返回的部分被提供用于根据相位比较方法被评估。
然后，检测涉及执行信号采样用于识别并且确定采样光脉冲的返回部分的时间位置，并且同时涉及根据相位比较方法评估相位比较光信号训练的所检测到的返回部分。
波形数字化(WFD)是基于用于信号检测的两个基本原理的组合，这在距离测量时为常见的。第一个基本原理是基于在阈值方法的基础上的测量信号检测，并且第二个基本原理是基于利用用于识别并且确定信号的时间位置的下游信号处理的信号采样。由发射单元71发射的测量脉冲与目标脉冲(从目标对象90反射的并且由检测器72检测的测量脉冲)之间的传播时间以及因此这之间的距离例如从两个脉冲的峰值点的时间分离得出，脉冲以类似于在相位测量设备的情况下的方式被采样。
有利地，还可以比用图5中所示的距离测量设备确定到更远目标的距离。
图6b示出根据本发明的通过坐标测量机器的ADM 13进行的到回射器61(例如，作为测量辅助设备的一部分)的距离测量。已经参考图5描述了这样的ADM 13的功能的一个示例性方式。
在这里所示的实施方式中，从ADM 13的束源131出现的测量辐射36被引导在偏振分束器133上，并且从那里经由第二分束器75被引导到具有WFD光束的公共光束路径，并且从而通过激光发射和接收光学单元51被引导到回射器61上。在相同路径上返回的光在ADM13中被偏振分束器133引导到ADM检测器132。在原理上，还可以使用其它类型的ADM，诸如，例如根据Fizeau原理操作的相位测量设备或者距离测量设备。
图7a、图7b和图8更详细地示出光束接收单元80。图7a示出光束接收单元80的第一实施方式。在该情况下，WFD辐射的通过激光发射和接收光学单元到光束引导单元的反射部分81被引导至抛物面镜85上，所反射的辐射81从镜子85按以约70°角(特别是在约65°与约75°之间)会聚的方式被反射，并且经由平面镜86作为会聚的光82被引导到位于焦点处的耦合输入单元88上，其中，会聚的光82被耦合到第二光波导89中，使得光可以被引导至WFD模块的距离测量设备。
如图7b中所示的光束接收单元80的第二实施方式包括分束装置83，所反射的辐射81通过分束装置83被引导出测量辐射的光束路径，使得抛物面镜85本身不位于光束路径中，并且有利地，抛物面镜85对于测量光束来说总体上可以是不透射的。
作为如图7b至图7b中所示的光束接收单元80的配置的结果，所述光束接收单元以特定地节省空间方式可位于光束引导单元中。
图8以三维视图示出抛物面镜85的一个示例性实施方式。所反射的辐射81在平面镜的方向上以会聚方式从抛物面形状的镜面被反射。
图9示出根据本发明的激光跟踪器的光学结构的第二实施方式。与图6a和图6b中所示的结构相比，在此示出的结构另外包括如参考图5描述的干涉仪12。在此不使用WFD模块70，这是因为其它距离测量设备12、13在每种情况下产生更精确结果。然而，WFD模块70还可以被用于测量到回射器61的距离。在此特别有利的是使用WFD辐射76测量比用ADM 13或者干涉仪12更大范围内的距离。
图10示出光学结构的第二实施方式，其中，同时利用WFD模块70和其它距离测量设备(ADM 13、干涉仪12)执行距离测量，该光学结构可以用于校准WFD模块70或者其它距离测量设备的组件。
图11和图12示出根据本发明的激光跟踪器的光学结构的两个进一步实施方式。除了ADM 13之外，在每种情况下，这些光学结构包括FMCW模块170，FMCW模块170包括被设计用于发射频率调制的激光束176的两个束源171，由此使得通过FMCW方法进行距离测量。特别是，FMCW模块可以包括相干激光雷达，如例如在EP 1 869 397 B1中描述的。
在本实施方式中使用的用于测量到测量对象90的漫散射表面的距离的方法包括：将频率调制的电磁辐射(诸如，例如，光)发射到待测量目标，并且随后从后向散射目标(理想地，排他性地从待测量目标)接收一个或更多个回波。在接收之后，可能叠加的回波信号与混合信号叠加，并且待分析的信号频率由此被减小，结果在装置方面仅需要较低费用。在该情况下，混合可以被执行为利用所发送的信号的零差方法或者利用具有已知周期的周期性(特别是谐波)信号的外差方法。从而，所述方法的不同之处在于，利用发送信号本身或者利用具有专用频率的谐波信号来执行混合。混合用于将接收的信号变换为更低频率。然后，从所得到的信号确定到待测量目标的传播时间并且从而(假定使用传播速度已知的辐射)确定到待测量目标的距离。
用于实现这些方法的装置通常使用信号发生器作为线性调频(chirp)发生器，其将信号施加到可调制辐射源上。在光学领域中，激光器通常被用作辐射源。为了发射并且为了接收，在光学领域中，可以使用发送和接收光学单元，在发送和接收光学单元下游设置检测器或者接收器，随后有混合器、A/D转换器和数字信号处理器。
线性频率调制的芯片通常由信号发生器生成为信号s(t)：
s(t)＝a+b·cos(2π·Φ(t))，Φ(t)＝c+d·t+e·t2 (1)
其中，瞬时频率然后是时间的线性函数：
f(t)＝d+2e·t (2)
其简化了传播时间的确定。
在具有相对幅度Ak和传播时间tk(k＝1，...，n)的n个目标的情况下，无噪声回波信号e(t)可以如下写作：
该回波信号e(t)被检测并且与信号m(t)混合：
与m(t)混合产生信号
其中，h表示适合低通滤波器的脉冲响应。
对于理想低通滤波器，可以对非常好的近似在根据现有技术的(5)中明确实现低通滤波；在零差的情况下，例如，在省略高频项之后从第一方程(1)和方程(3)至(5)得出
信号偏移
混合信号d(t)以有限测量间隔-T/2≤t≤T/2被数字化并且被存储。
从该信号的频率信息并且合适时从该信号的相位信息，确定传播时间tk，其中，n通常可以被假设为很小并且还可以为已知。回波之一(例如，第n个)还可以来自固定和已知基准目标，并且从传播时间差tk-tn和基准目标的已知距离计算其余目标的目标距离。在零差情况下，混合信号m(t)＝s(t-t0)本身可以用作基准；然后，t0对应于基准距离。
在根据方程(1)的线性调频的情况下，第k个回波对有信号d(t)贡献瞬时频率。
从而，在该情况下，在原理上，可以从信号d(t)的频率分析(在外差情况下在时间上求解)直接确定传播时间tk，尽管分辨率仍然粗糙。可以通过考虑相位信息获得更准确结果。
从DE 196 10 970 A1知道在雷达范围内利用电磁辐射的距离测量的具有连续发射的频率调制的方法(FMCW方法)。在该情况下，在目标处反射并且随后接收之后，发射并且分析时间线性频率调制的(不稳定)信号。在该方法中，混合器中从发送和接收信号生成中间频率信号，并且中间频率信号经受快速傅里叶变换。
图11示出通过FMCW方法测量到具有漫散射表面的测量对象90的距离。
FMCW模块170与ADM 13一起被安装在激光跟踪器的光束引导单元中，并且使用与ADM 13相同的激光发射光学单元。FMCW模块170包括具有用于生成具有连续可变频率的频率调制的激光束176的驱动装置的束源171。频率调制的激光束176首先被引导到第一分束器174，由此基准光束177被分离并且被引导到混合器元件178上。
频率调制的激光束176的其它部分通过第二分束器175被耦合输入到具有ADM 13的测量辐射的公共光束路径中，并且通过激光发射光学单元51a被引导到待测量的远程测量对象90。频率调制的激光束176的从测量对象90的漫散射表面反射的辐射181部分穿过激光接收光学单元51b(在此纯粹通过举例具体实现为独立于激光发射光学单元51a)再次到光束引导单元。在光束引导单元中，反射的辐射181被引导到混合器元件178上，其中，所反射的辐射181经受与基准光束177的零差或外差混合。可选地，所反射的辐射181可以被RF前置放大器预先放大。
然后，所得到的混合信号182被传送到FMCW模块170的检测器172；特别是，混合信号在该情况下还可以经由低通滤波器和基带放大器被传送到检测器172，特别是，检测器172可以被设计为模拟/数字转换器。然后，计算单元173可以按已知方式确定频率差，即，特别是基准光束177与所反射的辐射181的频率之间的分离，并且由此计算到测量对象90的距离。
图12示出FMCW模块170的另选实施方式。代替混合器元件，FMCW模块170包括具有两个光纤184a、184b的用于基准光束177的光学基准系统。例如，在EP 1 869397B1中描述了这样的光学基准系统。在该情况下，第一光纤184a具有与第二光纤184b不同的长度。基准光束177在第一光纤耦合器183中被分离，作为各个部分通过第一光纤184a和第二光纤184b被引导，并且已经通过第二光纤耦合器185被再次组合的基准光束177被引导到基准光束检测器186上。由于两个光纤184a、184b的已知长度不同，基准光束177的频率可以在任何时间点由基准光束检测器186精确地检测。频率调制的激光束176的反射部分181经由耦合输入单元188和光波导189被引导到检测器172(例如，模拟/数字转换器)上。基于所反射的辐射181的频率和基准光束177的频率，或者基于其时间偏移，以已知方式在计算单元183中计算到目标的距离。
在图11和图12中所示的FMCW模块170的实施方式中，光束引导单元中的反射辐射181的接收还可以可选地经由例如图7a和图7b中所示的光束接收单元实现。同样地，激光发射光学单元51a和激光接收光学单元51b还可以被具体实现为公共激光发射和接收光学单元。
在图13中示出的又一实施方式中，至少第一或者第二距离测量设备包括使得能够进行基于频率梳或者由频率梳支持的距离测量的装置。为此目的，相应距离测量设备包括被设计用于发射具有载波信号的脉冲高精度定时飞秒激光的激光源。结果，在频率范围内可以生成所谓的薄锐线的频率梳，该频率梳可以用于精确光学频率测量。例如在论文“Frequency-Comb Based Approaches to Precision Ranging Laser Radar”(N.R.Newbury,T.-A.Liu,I.Coddington,F.Giorgetta,E.Baumann,W.C.Swann；国家标准和技术研究所)中描述了用于基于频率梳或者支持频率梳的距离测量的多种方法。图13纯粹通过举例示出用于实现组合飞行时间和干涉仪距离测量的具有两个频率梳激光信号360、370的干涉仪单元300(“双梳干涉仪”)。在该情况下，第一束源310发射第一频率梳信号360。第一频率梳信号360经由第一分束器330并且经由基准分束器340被引导到作为测量目标61的回射器。从测量目标61反射的和与基准360组合的信号380被引导到频率梳分析单元350上，其中，从测量目标61反射的脉冲和基准360的相对到达时间可以用于飞行时间距离测量。由第二束源320生成并且具有稍微偏离第一频率梳信号360的重复率的基准频率梳信号370可以在频率梳分析单元350中以外差方式与反射组合信号380一起被读取用于干涉仪距离测量。在根据本发明的激光跟踪器中，第一距离测量单元和第二距离测量单元二者可以被设计用于基于频率梳或者支持频率梳的到目标的距离的测量。除了在图13中纯粹通过举例示出的实施方式之外，特别是，根据激光跟踪器的发明的WFD模块或者FMCW模块还可以以支持频率梳的方式被设计。
不必说，这些所示附图仅示意性地示出可能示例性实施方式。根据本发明，多种方法同样可以相互组合，并且还与用于测量表面和/或对象的系统和方法以及与来自现有技术的测量仪器组合。

Claims (36)

1.一种激光跟踪器(1)，所述激光跟踪器(1)用于位置确定并且用于连续地跟踪回射器(61)或者具有至少一个回射器的测量辅助设备(60)，其中，所述激光跟踪器(1)至少包括：
·底座(40)，
·支撑件(20)，所述支撑件(20)绕第一旋转轴(9)可旋转地固定在所述底座(40)上，
·光束引导单元(10)，所述光束引导单元(10)绕第二旋转轴(8)可旋转地固定到所述支撑件(20)，所述第二旋转轴(8)与所述第一旋转轴(9)大致正交，
·用于检测所述支撑件(20)相对于所述底座(40)的旋转角的装置，以及
·用于检测所述光束引导单元(10)相对于所述支撑件(20)的旋转角的装置，
其中，所述光束引导单元(10)包括：
·激光发射和接收光学单元(51)，所述激光发射和接收光学单元(51)用于发射测量辐射并且用于接收测量辐射反射，
·第一光学距离测量单元，所述第一光学距离测量单元具有用于通过第一测量辐射(36)测量到所述回射器(61)的距离的至少一个第一距离测量设备(12、13)，以及
·第二光学距离测量单元(70)，所述第二光学距离测量单元(70)包括：第二束源(71)，所述第二束源(71)用于发射第二测量辐射(76)；检测器(72)；以及控制和处理单元(73)，所述控制和处理单元(73)用于在不使用测量辅助设备的情况下通过所述第二测量辐射(76)测量到目标对象(90)的漫散射表面(92)的距离，
其特征在于，
·所述第二束源(71)被设计成发射脉冲光辐射，作为第二测量辐射(76)，
·所述第二测量辐射(76)的从所述目标对象(90)的所述表面(92)反射的反射辐射(81)能传送到所述检测器(72)，
·所述检测器(72)被设计成检测所述第二测量辐射(76)的反射辐射(81)的至少一个脉冲，并且
·所述第二光学距离测量单元(70)被设计成在波形数字化处理的情况下数字化所检测到的脉冲，并且基于经数字化的脉冲确定到所述目标对象(90)的所述表面(92)的距离。
2.根据权利要求1所述的激光跟踪器(1)，
其特征在于，
所述脉冲光辐射是激光束。
3.根据权利要求1所述的激光跟踪器(1)，
其特征在于，
所述第二测量辐射(76)的一部分能传送到所述检测器(72)作为基准光束(77)。
4.根据权利要求3所述的激光跟踪器(1)，
其特征在于，
所述第二测量辐射(76)的所述一部分通过在所述光束引导单元(10)中设置在所述第二测量辐射(76)的光束路径中的第一分束器(74)能传送到所述检测器(72)作为基准光束(77)。
5.根据权利要求1或权利要求4所述的激光跟踪器(1)，
其特征在于，
光束接收单元(80)，所述光束接收单元(80)被设计成将通过所述激光发射和接收光学单元(51)进入到所述光束引导单元(10)的反射辐射(81、181)引导到所述第二光学距离测量单元(170)，
其中，所述光束接收单元(80)包括具有抛物面设计的镜面的抛物面镜(85)，其中，所述抛物面镜(85)被设计成将撞击在所述镜面上的反射辐射(81、181)会聚在焦点处。
6.根据权利要求5所述的激光跟踪器(1)，
其特征在于，
其中，
·在所述焦点处设置用于将会聚的反射辐射(82)耦合到光波导(89)中的耦合输入元件(88)，和/或
·所述抛物面镜(85)被布置在所述第一测量辐射(36)和所述第二测量辐射(76、176)的公共光束路径的外部。
7.根据权利要求5所述的激光跟踪器(1)，
其特征在于，
所述抛物面镜(85)被设计成以65°至75°的角反射撞击在所述镜面的中心处的反射辐射(81、181)。
8.根据权利要求7所述的激光跟踪器(1)，
其特征在于，
所述抛物面镜(85)被设计成以70°的角反射撞击在所述镜面的中心处的反射辐射(81、181)。
9.根据权利要求6所述的激光跟踪器(1)，
其特征在于，
其中，在所述抛物面镜(85)与所述耦合输入元件(88)之间的光束路径中设置偏转元件(86)。
10.根据权利要求6所述的激光跟踪器(1)，
其特征在于，
其中，所述光束接收单元(80)包括被布置在所述公共光束路径中的用于将所述反射辐射(81、181)引导到所述抛物面镜(85)上的分束装置(83)。
11.一种激光跟踪器(1)，所述激光跟踪器(1)用于位置确定并且用于连续地跟踪回射器(61)或者具有至少一个回射器的测量辅助设备(60)，其中，所述激光跟踪器(1)至少包括：
·底座(40)，
·支撑件(20)，所述支撑件(20)绕第一旋转轴(9)可旋转地固定在所述底座(40)上，
·光束引导单元(10)，所述光束引导单元(10)绕第二旋转轴(8)可旋转地固定到所述支撑件(20)，所述第二旋转轴(8)与所述第一旋转轴(9)大致正交，
·用于检测所述支撑件(20)相对于所述底座(40)的旋转角的装置，以及
·用于检测所述光束引导单元(10)相对于所述支撑件(20)的旋转角的装置，
其中，所述光束引导单元(10)包括：
·激光发射和接收光学单元(51)，所述激光发射和接收光学单元(51)用于发射测量辐射并且用于接收测量辐射反射，
·第一光学距离测量单元，所述第一光学距离测量单元具有用于通过第一测量辐射(36)测量到所述回射器(61)的距离的至少一个第一距离测量设备(12、13)，以及
·第二光学距离测量单元(170)，所述第二光学距离测量单元(170)包括：第二束源(171)，所述第二束源(171)用于发射第二测量辐射(176)；检测器(172)；以及控制和处理单元(173)，所述控制和处理单元(173)用于在不使用测量辅助设备的情况下通过所述第二测量辐射(176)测量到目标对象(90)的漫散射表面(92)的距离，
其特征在于，
·所述第二束源(171)包括驱动装置，并且被设计成生成具有连续可变频率的频率调制的激光束作为第二测量辐射(176)，
·所述第二测量辐射(176)的一部分能够被分离为基准光束(177)，
·所述第二测量辐射(176)的从所述目标对象(90)的所述表面(92)反射的反射辐射(181)能传送到所述检测器(172)，并且
·所述第二光学距离测量单元(170)被设计成，基于所述基准光束(177)和所述反射辐射(181)的频率评估，确定到所述目标对象(90)的所述表面(92)的距离。
12.根据权利要求11所述的激光跟踪器(1)，
其特征在于，
所述第二测量辐射(176)的所述一部分通过在所述光束引导单元(10)中设置在所述第二测量辐射(176)的光束路径中的第一分束器(174)能够被分离为基准光束(177)。
13.根据权利要求11所述的激光跟踪器(1)，
其特征在于，
所述第二光学距离测量单元(170)被设计成，基于评估基准信号的频率调制与反射的测量辐射信号的频率调制之间的相位差的原理，确定到所述目标对象(90)的所述表面(92)的距离。
14.根据权利要求11所述的激光跟踪器(1)，
其特征在于，
所述第二光学距离测量单元(170)包括：
·具有第一光纤(184a)、第二光纤(184b)和基准光束检测器(186)的光学基准系统，其中，所述第一光纤(184a)和所述第二光纤(184b)在每种情况下都具有已知的相互不同的长度；或者
·混合器(178)，其中，所述基准光束(177)和所述反射辐射(181)能传送到所述混合器(178)，并且所述混合器(178)被设计为执行零差或者外差混合方法。
15.根据权利要求14所述的激光跟踪器(1)，
其特征在于，
其中，这两个长度以至少2:1的比率相互不同，并且所述基准光束(177)能传送到所述光学基准系统。
16.根据权利要求14所述的激光跟踪器(1)，
其特征在于，
其中，所述第二光学距离测量单元(170)包括设置在所述混合器(178)的下游的低通滤波器(187)。
17.一种激光跟踪器(1)，所述激光跟踪器(1)用于位置确定并且用于连续地跟踪回射器(61)或者具有至少一个回射器的测量辅助设备(60)，其中，所述激光跟踪器(1)至少包括：
·底座(40)，
·支撑件(20)，所述支撑件(20)绕第一旋转轴(9)可旋转地固定在所述底座(40)上，
·光束引导单元(10)，所述光束引导单元(10)绕第二旋转轴(8)可旋转地固定到所述支撑件(20)，所述第二旋转轴(8)与所述第一旋转轴(9)大致正交，
·用于检测所述支撑件(20)相对于所述底座(40)的旋转角的装置，以及
·用于检测所述光束引导单元(10)相对于所述支撑件(20)的旋转角的装置，其中，所述光束引导单元(10)包括：
·激光发射和接收光学单元(51)，所述激光发射和接收光学单元(51)用于发射测量辐射并且用于接收测量辐射反射，
·第一光学距离测量单元，所述第一光学距离测量单元具有用于通过第一测量辐射(36)测量到所述回射器(61)的距离的至少一个第一距离测量设备(12、13)，以及
·第二光学距离测量单元(70、170)，所述第二光学距离测量单元(70、170)包括：第二束源(71、171)，用于发射第二测量辐射(76、176)；检测器(72、172)；以及控制和处理单元(73、173)，用于在不使用测量辅助设备的情况下通过所述第二测量辐射(76、176)测量到目标对象(90)的漫散射表面(92)的距离，
其特征在于，
所述第一光学距离测量单元和/或所述第二光学距离测量单元(70、170)被设计用于基于频率梳或者支持频率梳的距离测量。
18.根据权利要求17所述的激光跟踪器(1)，
其特征在于，
扫描功能，在所述扫描功能的情况下，所述激光跟踪器(1)被设计成通过所述第二测量辐射(76、176)关于所述目标对象(90)的所述表面(92)上的多重测量点执行多重距离测量，其中，所述控制和处理单元(73、173)按以下方式设计：
·针对所述多重距离测量，将分别检测的旋转角与测量的距离关联，使得点位置在每种情况下都通过所述关联来限定，并且
·能够生成包括多个点位置的点云。
19.根据权利要求17所述的激光跟踪器(1)，
其特征在于，
用于校准所述第一光学距离测量单元和/或所述第二光学距离测量单元(70、170)的校准功能，其中，所述控制和处理单元(73、173)按以下方式设计：
·所述第一测量辐射(36)和所述第二测量辐射(76、176)能够按时间关系被发射到回射器(61)上，并且
·所述第一光学距离测量单元和/或所述第二光学距离测量单元(70、170)能够基于由所述第一光学距离测量单元测量的到所述回射器(61)的第一距离和由所述第二光学距离测量单元(70、170)测量的到所述回射器(61)的第二距离被校准。
20.根据权利要求19所述的激光跟踪器(1)，
其特征在于，
所述第一测量辐射(36)和所述第二测量辐射(76、176)能够同时被发射到回射器(61)上。
21.根据权利要求17所述的激光跟踪器(1)，
其特征在于，
·所述光束引导单元(10)包括：位置敏感检测器，其用于检测由目标反射的所述第一测量辐射(36)或所述第二测量辐射(76、176)，使得根据反射的测量辐射在所述检测器上的位置，所述测量辐射的对准能重新调整用于连续目标跟踪；
·所述第一光学距离测量单元包括干涉仪(12)和/或绝对距离测量设备(13)；
·所述光束引导单元(10)包括：偏转装置，其用于在所述光束引导单元(10)中生成所述第一测量辐射(36)和所述第二测量辐射(76、176)的公共光束路径，使得所述第一测量辐射(36)和所述第二测量辐射(76、176)能够通过相同的激光发射和接收光学单元(51)被发射；
·所述激光发射和接收光学单元(51)被设计为激光发射光学单元(51a)和与所述激光发射光学单元(51a)分开的激光接收光学单元(51b)；和/或
·所述光束引导单元包括两个激光发射和接收光学单元(51)，所述第一测量辐射(36)能够通过第一激光发射和接收光学单元被发射，并且所述第二测量辐射(76、176)能够通过第二激光发射和接收光学单元被发射。
22.根据权利要求21所述的激光跟踪器(1)，
其特征在于，
其中，所述光束引导单元(10)另外包括用于粗略定位所述测量辅助设备(60)的定位相机(52)和/或用于给用户提供图像的概览相机(56)。
23.根据权利要求21所述的激光跟踪器(1)，
其特征在于，
所述位置敏感检测器是跟踪区域传感器。
24.根据权利要求21所述的激光跟踪器(1)，
其特征在于，
所述偏转装置是分束器(75、175)。
25.一种在激光跟踪器(1)中使用WFD模块(70)提供附加测量功能的方法，其中，所述激光跟踪器(1)包括光束引导单元(10)，所述光束引导单元(10)具有：
·激光发射和接收光学单元(51)，所述激光发射和接收光学单元(51)用于发射测量辐射并且用于接收测量辐射反射，以及
·光学距离测量装置，所述光学距离测量装置具有用于通过第一测量辐射(36)测量到测量辅助设备(60)的距离的至少一个第一距离测量设备(12、13)，
其特征在于，
·通过所述WFD模块(70)的束源(71)生成脉冲光束，作为第二测量辐射(76)，
·将所述第二测量辐射(76)发射到待测量目标上，所述待测量目标是目标对象(90)的漫散射表面(92)，其中，所述第二测量辐射(76)的一部分作为基准光束(77)传送到检测器(72)，并且所述第二测量辐射(76)的另一部分通过所述激光发射和接收光学单元(51)被发射，
·所述第二测量辐射(76)的从所述目标对象反射并且通过所述激光发射和接收光学单元(51)接收的反射辐射(81)传送到所述检测器(72)，
·所述检测器(72)检测所述第二测量辐射(76)的传送的基准光束(77)的脉冲和所述第二测量辐射(76)的反射辐射(81)的脉冲，
·所检测的脉冲在所述WFD模块(70)的波形数字化处理的情况下被数字化，并且
·在不使用测量辅助设备的情况下，基于经数字化的脉冲确定到所述目标对象(90)的漫散射表面(92)的距离。
26.根据权利要求25所述的方法，
其特征在于，
所述脉冲光束是激光束。
27.一种在激光跟踪器(1)中使用FMCW模块(170)提供附加测量功能的方法，其中，所述激光跟踪器(1)包括光束引导单元(10)，所述光束引导单元(10)具有：
·激光发射和接收光学单元(51)，所述激光发射和接收光学单元(51)用于发射测量辐射并且用于接收测量辐射反射，以及
·光学距离测量装置，所述光学距离测量装置具有用于通过第一测量辐射(36)测量到测量辅助设备(60)的距离的至少一个第一距离测量设备(12、13)，
其中，所述方法包括以下步骤：
·通过所述FMCW模块(170)的束源(171)生成具有连续可变频率的频率调制的激光束作为第二测量辐射(176)，
·将所述第二测量辐射(176)发射到待测量目标上，所述待测量目标是目标对象(90)的漫散射表面(92)，其中，所述第二测量辐射(176)的一部分被分离为基准光束(177)，并且所述第二测量辐射(176)的另一部分通过所述激光发射和接收光学单元(51)被发射，
·所述第二测量辐射(76)的从所述目标对象反射并且通过所述激光发射和接收光学单元(51)接收的反射辐射(81)传送到所述FMCW模块(170)的检测器(172)，以及
·在不使用测量辅助设备的情况下，基于所述第二测量辐射(76)的所述基准光束(177)和所述反射辐射(81)的频率评估，确定到所述目标对象(90)的漫散射表面(92)的距离。
28.根据权利要求27所述的方法，
其特征在于，
基于评估基准信号的频率调制与反射的测量辐射信号的频率调制之间的相位差的原理，确定到所述目标对象的距离。
29.根据权利要求25或权利要求27所述的方法，
其特征在于，
·所述第二测量辐射(76、176)被发射到所述漫散射表面(92)，
·所述第二测量辐射(76)的反射辐射(81、181)从所述表面(92)被反射，以及
·确定到所述表面(92)的距离。
30.根据权利要求29所述的方法，
其特征在于，
其中，通过所述第二测量辐射(76、176)执行关于所述表面(92)上的多重测量点的多重距离测量，其中，
·针对所述多重距离测量，所述光束引导单元(10)的当前对准与分别测量的距离关联，使得点位置在每种情况下都通过所述关联限定，以及
·生成包括多个所述点位置的点云。
31.根据权利要求25至28中任一项所述的方法，
其特征在于，
所述待测量目标是回射器(61)，其中，
·所述第二测量辐射(76、176)被发射到所述回射器(61)上，
·所述第二测量辐射(76、176)从所述回射器(61)被反射作为反射辐射(81、181)，以及
·确定到所述回射器(61)的距离。
32.根据权利要求31所述的方法，
其特征在于，其中，所述第一测量辐射(36)和所述第二测量辐射(76、176)被发射到所述回射器(61)上，其中，通过所述第一测量辐射(36)测量的距离和通过所述第二测量辐射(76、176)测量的距离被用于校准第一距离测量设备(12、13)、WFD模块(70)或FMCW模块(170)。
33.根据权利要求31所述的方法，
其特征在于，
所述回射器(61)是测量辅助设备(60)的一部分。
34.根据权利要求31所述的方法，
其特征在于，
其中，所述第一测量辐射(36)和所述第二测量辐射(76、176)被同时发射。
35.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有程序，在用作根据权利要求1、4和17至24中任一项所述的激光跟踪器(1)的控制和处理单元的电子数据处理单元上执行所述程序时，所述程序控制或者执行根据权利要求25、29或者31的在激光跟踪器(1)中使用WFD模块(70)提供附加测量功能的方法的以下步骤：
·数字化检测到的脉冲，以及
·确定到所述目标对象的距离。
36.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有程序，在用作根据权利要求5至24中任一项所述的激光跟踪器(1)的控制和处理单元的电子数据处理单元上执行所述程序时，所述程序控制或者执行根据权利要求27至34中任一项的在激光跟踪器(1)中使用FMCW模块(170)提供附加测量功能的方法的以下步骤：
·发射所述第二测量辐射(176)，以及
·基于基准光束(177)的频率评估和所述第二测量辐射(76)的反射辐射(181)的频率评估，确定到所述目标对象的距离。
CN201510848470.8A 2014-12-12 2015-11-27 激光跟踪器、提供附加测量功能的方法以及计算机可读存储介质 Active CN105699983B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP14197717.3 2014-12-12
EP14197717.3A EP3032277B1 (de) 2014-12-12 2014-12-12 Lasertracker

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105699983A CN105699983A (zh) 2016-06-22
CN105699983B true CN105699983B (zh) 2019-07-09

Family

ID=52102550

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510848470.8A Active CN105699983B (zh) 2014-12-12 2015-11-27 激光跟踪器、提供附加测量功能的方法以及计算机可读存储介质

Country Status (3)

Country Link
US (2) US10725179B2 (zh)
EP (1) EP3032277B1 (zh)
CN (1) CN105699983B (zh)

Families Citing this family (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9746560B2 (en) 2013-02-12 2017-08-29 Faro Technologies, Inc. Combination scanner and tracker device having a focusing mechanism
CN109891261B (zh) * 2016-07-28 2023-11-24 通用汽车环球科技运作有限责任公司 分布式交通工具激光雷达系统
EP3574337B1 (en) * 2017-01-24 2022-11-23 HRL Laboratories, LLC Dual frequency fmcw lidar and method
CN106886027B (zh) * 2017-02-24 2020-04-10 上海诺司纬光电仪器有限公司 激光定位装置及激光定位方法
CN107064950A (zh) * 2017-02-24 2017-08-18 上海诺司纬光电仪器有限公司 激光定位装置及激光定位方法
EP3404361B1 (en) 2017-05-18 2019-07-17 Leica Geosystems AG Light receiver
CN107186714B (zh) * 2017-05-25 2019-11-26 英华达（上海）科技有限公司 一种精确定位方法、定位系统以及机械手装置
WO2019096986A1 (en) * 2017-11-17 2019-05-23 Trinamix Gmbh Detector for determining a position of at least one object
JP7274571B2 (ja) * 2018-05-10 2023-05-16 アワーズ テクノロジー リミテッド ライアビリティー カンパニー 同時の測距距離および速度測定のための、複数個のレーザおよびコヒーレント受信器の相補的変調に基づくｌｉｄａｒシステム
CN108732553B (zh) * 2018-06-01 2022-02-01 北京航空航天大学 一种激光雷达波形时刻鉴别方法与在线测距系统
CN109239726B (zh) * 2018-08-30 2022-12-06 天津大学 一种基于单台双梳飞秒激光器的非合作目标测距系统
EP3627100B1 (de) * 2018-09-20 2021-12-01 Hexagon Technology Center GmbH Retroreflektor mit fischaugenobjektiv
EP3693698A1 (de) * 2019-02-05 2020-08-12 Leica Geosystems AG Vermessungsgerät mit ereignisbasierter kamera
JP7015802B2 (ja) * 2019-03-18 2022-02-03 株式会社東芝 電子装置および方法
CN109991585A (zh) * 2019-03-25 2019-07-09 深圳市速腾聚创科技有限公司 激光雷达及激光雷达的装调方法
EP3715911B1 (en) * 2019-03-27 2024-05-15 Baumer Electric AG Sensor arrangement
JP7494851B2 (ja) * 2019-07-04 2024-06-04 コニカミノルタ株式会社 分光測定器
CN112771403B (zh) 2019-09-04 2024-02-27 深圳市速腾聚创科技有限公司 激光雷达
CN111948178B (zh) * 2020-08-18 2023-09-29 中电科思仪科技股份有限公司 一种便携式雷达散射特性测试装置及方法
CN112595231A (zh) * 2020-12-10 2021-04-02 上海镭隆科技发展有限公司 一种基于智能图像识别二维随动系统动态监测装置及方法
CN112556579A (zh) * 2020-12-25 2021-03-26 深圳市中图仪器股份有限公司 一种六自由度空间坐标位置和姿态测量装置
CN113890608B (zh) * 2021-08-27 2022-07-12 上海遥目科技有限公司 测量激光通信收发配准精度的装置及方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1645890A1 (de) * 2004-10-09 2006-04-12 Leica Geosystems AG Distanzmessverfahren mit Bestimmung eines nichtidealen Chirpverlaufs
EP1882959A1 (de) * 2006-07-17 2008-01-30 Leica Geosystems AG Optisches Distanzmessverfahren und entsprechender optischer Distanzmesser
EP2523017A1 (de) * 2011-05-13 2012-11-14 Hexagon Technology Center GmbH Kalibrierverfahren für ein Gerät mit Scanfunktionalität
EP2589982A1 (de) * 2011-11-03 2013-05-08 Leica Geosystems AG Laserdiode als Interferometer-Laserstrahlquelle in einem Lasertracker

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5198877A (en) 1990-10-15 1993-03-30 Pixsys, Inc. Method and apparatus for three-dimensional non-contact shape sensing
NO301999B1 (no) 1995-10-12 1998-01-05 Metronor As Kombinasjon av laser tracker og kamerabasert koordinatmåling
DE19610970A1 (de) 1996-03-20 1997-09-25 Reinhard Dipl Ing Stolle Radarverfahren und -vorrichtung zur Messung von Entfernungen und Geschwindigkeiten
US5988862A (en) 1996-04-24 1999-11-23 Cyra Technologies, Inc. Integrated system for quickly and accurately imaging and modeling three dimensional objects
US6324455B1 (en) 1998-11-05 2001-11-27 Trimble Navigation Ltd Laser level selection
US7800758B1 (en) * 1999-07-23 2010-09-21 Faro Laser Trackers, Llc Laser-based coordinate measuring device and laser-based method for measuring coordinates
WO2003062744A1 (en) 2002-01-16 2003-07-31 Faro Technologies, Inc. Laser-based coordinate measuring device and laser-based method for measuring coordinates
CA2502012C (en) 2002-10-12 2012-07-10 Leica Geosystems Ag Electronic display and control device for a measuring device
US7352446B2 (en) * 2004-09-30 2008-04-01 Faro Technologies, Inc. Absolute distance meter that measures a moving retroreflector
US20060280415A1 (en) 2005-03-17 2006-12-14 Anthony Slotwinski Precision length standard for coherent laser radar
EP2743728B1 (de) 2006-01-13 2017-05-03 Leica Geosystems AG Tracking-Verfahren und Messsystem mit Lasertracker
CA2636381C (en) 2006-01-13 2014-08-12 Leica Geosystems Ag Coordinate measurment apparatus
US7454265B2 (en) 2006-05-10 2008-11-18 The Boeing Company Laser and Photogrammetry merged process
US8305563B2 (en) 2008-02-19 2012-11-06 Leica Geosystems Ag Electro-optical distance-measuring unit
US8848171B2 (en) * 2009-12-22 2014-09-30 Leica Geosystems Ag Highly accurate distance measurement device
US8619265B2 (en) * 2011-03-14 2013-12-31 Faro Technologies, Inc. Automatic measurement of dimensional data with a laser tracker
EP2557391A1 (de) 2011-08-12 2013-02-13 Leica Geosystems AG Messgerät zur Bestimmung der räumlichen Lage eines Messhilfsinstruments
EP2620745A1 (de) 2012-01-30 2013-07-31 Hexagon Technology Center GmbH Vermessungssystem mit einem Vermessungsgerät und einem Scanmodul
DE102012001754B4 (de) * 2012-01-30 2015-05-07 Karlsruher Institut für Technologie Mehrskalige Distanzmessung mit Frequenzkämmen
EP2634594A1 (de) 2012-03-01 2013-09-04 Leica Geosystems AG Verfahren zum Bestimmen einer Entfernungsänderung mittels Interferometrie
DE202013005496U1 (de) 2012-06-25 2013-08-01 Leica Geosystems Ag Lasertracker mit einem Gaslaser und verbesserter Wellenlängenstabilisierung des Gaslasers
US9036134B2 (en) * 2013-02-12 2015-05-19 Faro Technologies, Inc. Multi-mode optical measurement device and method of operation

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1645890A1 (de) * 2004-10-09 2006-04-12 Leica Geosystems AG Distanzmessverfahren mit Bestimmung eines nichtidealen Chirpverlaufs
EP1882959A1 (de) * 2006-07-17 2008-01-30 Leica Geosystems AG Optisches Distanzmessverfahren und entsprechender optischer Distanzmesser
EP2523017A1 (de) * 2011-05-13 2012-11-14 Hexagon Technology Center GmbH Kalibrierverfahren für ein Gerät mit Scanfunktionalität
EP2589982A1 (de) * 2011-11-03 2013-05-08 Leica Geosystems AG Laserdiode als Interferometer-Laserstrahlquelle in einem Lasertracker

Also Published As

Publication number Publication date
US20180252814A1 (en) 2018-09-06
EP3032277B1 (de) 2021-04-07
CN105699983A (zh) 2016-06-22
US10725179B2 (en) 2020-07-28
EP3032277A1 (de) 2016-06-15
US20160170024A1 (en) 2016-06-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105699983B (zh) 激光跟踪器、提供附加测量功能的方法以及计算机可读存储介质
US10444361B2 (en) Laser tracker having two measurement functionalities
US5589928A (en) Method and apparatus for measuring distance to a target
JP5235412B2 (ja) レーザ追跡装置、レーザ・デバイス及び方法
US9335415B2 (en) Modulated laser range finder and method
US9638519B2 (en) Method for determining a change in distance to a movable and reflective target by means of interferometer to determine if the movement of the reflective target is really executable
US6570646B2 (en) Optical distance measurement device and method thereof
KR101418832B1 (ko) 간섭 거리 측정기에서의 스페클 경감 방법 및 대응하는 거리 측정기
RU2292566C1 (ru) Многофункциональная оптико-локационная система
JP2015094761A (ja) 合成波レーザー測距を使用する位置の決定
CN104412125B (zh) 测量装置、系统和方法
EP1645854B1 (en) Method and apparatus for measurement of optical detector linearity
CN108226902A (zh) 一种面阵激光雷达测量系统
CN109116322A (zh) 一种位移和距离激光雷达系统的回光消除方法
US20210255293A1 (en) Direction and doppler shift in ranging systems and methods
US11841433B2 (en) Method and apparatus for determining at least one spatial position and orientation of at least one tracked measuring device
JP2023547877A (ja) コヒーレントｌｉｄａｒシステムにおける複数ターゲットのピーク関連付け技術
JP3191671B2 (ja) 速度測定装置
CN111707447B (zh) 基于双环路探测的多通道光程差检测装置及检测方法
US20230131584A1 (en) Multi-tone continuous wave detection and ranging
JP2000162307A (ja) 原子炉容器点検ロボットの位置標定用レーザ追尾装置
JP2023546169A (ja) Ｆｍｃｗ－ｌｉｄａｒシステムにおける検出閾値を自動調整するための技術
Baselga Mateo Applications of high resolution and accuracy frequency modulated continuous wave LADAR
GB2236178A (en) Monitoring arrangements

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant