CN106338244A - 3d测量机 - Google Patents

Abstract

3D测量机。一种用于使用相机(22)和激光距离测量单元(4)来获取小规模3D信息的测量机(10)和方法，所述激光距离测量单元(4)具有激光光源(14)，该激光光源(14)将具有椭圆或线状横截面(16’、16)的激光光束(15)发射到要进行测量的对象(50)的表面上，使得该激光光束(15)被反射到激光传感器(13)的检测部分(30)，并且基于由所述检测部分(30)检测的所述椭圆(16’)或线状(16)激光光束(15)的反射激光(18)而提供距离信息。

Description

3D测量机

技术领域

本发明涉及一种基于图像的3D测量机，还被称为视觉测量机，用于获取小规模的3D信息，例如为了出于质量控制的目的来测量工件的尺寸，其中，小规模是指毫米、微米、纳米的范围。为了这个目的，使用通过集成在测量机中的相机拍摄的图像。要进行测量的工件或对象通常被放置在测量机的十字工作台上，允许在x方向和y方向上的受控制的移动。用于拍摄图像的相机被安装在允许z方向上的受控制的移动的测量机的垂直移动轴上。其它实施方式提供在固定式固定工件上方安装的在x方向、y方向和z方向上可移动的相机。在两种情况下，鉴于相机的正确校准过程在之前已经完成，每个所捕获的图像都精确地被定位在三维(3D)中，并且工件的特征然后也能够精确地被定位在图像本身中。该校准保证在所拍摄的图像的像素和真实世界的大小之间存在已知的关系，并且镜头畸变被适当补偿。

背景技术

在这种小规模3D测量机中使用的视觉传感器或相机具有非常小的景深；因此，要进行测量的对象的CAD模型通常能够被反馈到并存储在系统中，以了解应当测量哪里，孔、边缘等在哪里，所以能够避开这样孔、边缘等。基于此，能够进行具有未知小规模2D几何图形的或多或少平面的对象的二维扫描(2D扫描)，其中，或多或少平面的是指要么是完全平面的，要么是具有能够通过使用激光距离传感器来伺服传感器的高度而进行跟踪的非常流畅的高度轮廓。

这些类型的可用测量机集中在不同的方面：除了他们适用的不同规模(毫米、微米、纳米)以外，也构建一部分规模以便获得高速测量，还构建集中在高精度测量上的其它规模，更多地创建其它规模来将可接受速度与合理精确度和低成本相结合。

由于聚焦于非常快速的测量上，通过为测量机配备另外的距离测量单元，如另外的三角传感器或通过镜头的激光干涉仪，已经创建了更快速但是更昂贵的视觉测量机，用于距离测量，特别地允许在z方向上的更快速且更高效的测量。在这些视觉测量机中，通常提供超过一个的激光源，其中，所发射的激光光束通过其不同的频率或信号代码进行区分。使用超过一个的激光源使得能够同时确定针对与可用激光源一样多的对象表面的点的距离。在另一种版本的这些测量机中，针对大规模但是精确度较小的测量，各种激光源被用于在对象表面上创建结构化的光图案，因为对较大对象的3D几何图形获取来说其是已知的。

在EP0270935A1中给出了非常快速的测量机的另一种可能性，但仅具有一个激光源用于获取非常小尺寸的工件。EP0270935A1公开了基于Delta Robot的坐标测量机(CMM)。CMM具有放置要进行测量的对象的固定支撑台。此外，CMM具有被设置为在要进行测量的对象的上方在三个坐标方向x、y、z上移动的基板。该基板配备有用于拍摄2D图像的相机和用于距离测量的激光距离测量单元。激光测量单元具有激光发射器和用于检测由激光发射器发射的并且被要进行测量的对象反射的反射激光光束的光敏检测器。距离测量在这里被特别用于对相机进行聚焦。因此，所发射的激光光束在位于相机的当前位置的前面一点的位置处被发射到要进行测量的对象上。相机优选具有带有用于高分辨率的小视场的光学器件。此外，CMM设置有全球监测系统，该全球监测系统具有观察工件的位置和位于工件上方的基板的移动的至少两个固定相机，其中，所述固定相机具有大视场。该测量机的聚焦明显是结合有合理精度的高速测量。利用相机的相当好的聚焦，其可以在高速测量模式下进行驱动，但是得到的系统是复杂且昂贵的。

使用如上所述的测量机，通过昂贵的多激光源装置，能够获得测量机的相机/激光源和对象的多个点之间的相当精确的距离，或通过便宜一些的装置，获得相对于被暴露于单个激光光束的对象的单个小光斑的相当精确的距离。相当精确在这一点上始终意味着分别与要进行测量的对象的绝对尺寸和对象与相机、激光源和激光检测单元之间的距离相关。然而，如已经提及的，该相当精确的信息仅非常准时地可用，并且可能-取决于反射表面的特性-受到通过与反射的激光一起检测到的噪声而产生的明显不确定性的困扰，特别是在当激光斑点出现时的情况下。

发明内容

本发明提供一种避免上述大部分缺点的用于获取小规模3D信息的测量机。其可以更加灵活的方式适用于测量速度、测量的精确度、图像的质量(即，焦点深度)等的有效要求，同时其能够以相对较低的成本进行制造。

根据本发明的测量机是用于获取要进行测量的对象的小规模3D信息的测量机，其中，小规模是指在毫米、微米、纳米的范围中。为此，测量机具有激光距离测量单元、相机以及控制和分析单元。

在第一实施方式中，激光距离测量单元是设置有用于发射激光光束的激光源的三角激光距离测量单元。其还具有激光传感器，该激光传感器具有用于检测反射的激光的检测部分的光敏像素(其中，反射的激光是由激光源发射到表面上并且从所述表面反射的激光光束，并且其中，表面当然是指要进行测量的对象的表面，但是意外地可能是另一个对象，例如支撑要进行测量的对象的支撑台的表面)。在激光源和激光传感器之间限定有三角基线。相机具有布置在光敏区域中的光敏像素，并且用作用于拍摄要进行测量的对象的至少感兴趣部分的2D图像的成像器。控制和分析单元被配置为控制相机和要进行测量的对象之间的相对运动。控制和分析单元还被配置为确定相机和被激光光束冲击的对象表面之间的距离。激光源被配置为生成示出具有长度和宽度的椭圆或者线状的横截面的激光光束，其中，其长度大于其宽度。控制和分析单元被配置为基于激光传感器的检测部分的有效像素的信息来提供距离信息。有效像素从而是检测到具有超过激光强度的预定阈值的强度的所述椭圆或线状激光光束的反射激光的像素。

取决于相机移动的步宽和线状或椭圆激光光束的定向，所述线状或椭圆激光光束使得能够进一步提高测量速度。通过使用椭圆或线状横截面的激光光束以及因此配置的控制和分析单元，距离计算能够不但基于要进行测量的对象的表面的一个小光斑的信息(例如，EP0270935A1)，而且基于与被椭圆或线状激光光束冲击的对象表面的整个区域相关的信息。这在没有额外的激光源的情况下也是可能的，并且因此与现有技术中给出的方案相比节省了成本。将激光光斑的大小增大到椭圆或线状横截面导致针对多个点的距离确定，或者导致与相应的降噪相接合的测量的更好平均化，并且导致具有降低的测量不确定性和测量的更高精度的结果。

有利的是，激光距离测量单元基于三角测量原理进行操作，但也可以使用基于飞行原理的时间或相移原理来进行操作的距离测量单元。

具有基于三角测量的激光距离测量装置，椭圆激光光束的主轴或线状激光光束的线性延伸(简称：椭圆或线状激光光束的长度)的方向被有利地调整为与三角测量基线正交。这允许沿椭圆/线取平均值，同时跨线得到一个尖峰-这两者都提高精度。运动方向可在随机方向上选择，但对于信息的快速采集来说，有利地沿着三角测量基线进行选择。然而，取决于当前需要，在一方面相机和激光距离测量单元与另一方面要进行测量的对象之间的相对运动方向也可以被选择为垂直于椭圆或线状激光光束或以任何角度在两者之间。不同的定向与本领域技术人员已知的不同的有利和不利的相关联。

在优选实施方式中，控制和分析单元被配置为在至少检测部分的有效像素上确定一个平均距离。取决于增益，在检测部分的所有像素上确定一个平均值也可能是有意义的。在另一个实施方式中，检测部分被划分为预定数目的像素组，并且控制和分析单元-代替针对之前的实施方式所描述的内容或者除了针对之前的实施方式所描述的内容以外-被配置为针对所述像素组中的一个组或更多个组或所有组来确定平均距离。在进一步的实施方式中，控制和分析单元-代替地或另外地-被配置为针对检测部分的每个有效像素来确定不同的、独立的像素距离。在这些实施方式中的第一版本的实施方式中，控制和分析单元被配置为使用仅检测部分中的检测到强度超过预定阈值激光强度的反射激光的有效像素的信息，特别是用于取平均值。在这些实施方式的第二版本的实施方式中，控制和分析单元被配置为将检测部分的全部像素(有效像素和无效像素)的信息用于取平均值。

计算距离的各种可能性中的一种是通过确定全部像素的光强度的像素重心或者检测部分的至少全部有效像素的光强度的像素重心。其它算法，诸如峰值插值和侧面插值也是确定光斑的位置的可能的方法。

通过上述的方式来配置控制和分析单元允许生成根据各种不同要求的结果。

为了减少斑点的负面影响，控制和分析单元被配置为以如下的方式来控制激光光传感器的检测部分相对于要进行检测的对象的相对运动：在对通过检测部分接收的反射激光进行整合的同时创建两者之间的横向位移，使得生成有意的“运动模糊”。横向位移具有在笛卡尔坐标系的第一空间方向上的第一位移速度和在笛卡尔坐标系的其它两个空间方向上的第二位移速度和第三位移速度，其中，所述第一位移速度优选大于在其它两个空间方向上的位移速度，并且其中，所述第一位移速度特别地平行于三角测量基线或垂直于椭圆或线状激光光束的横截面的长度。

横向位移可以连续或逐步地发生，其中至少三个但至多大约十个步骤是有利的。利用少数几个线宽，优选大约4至7个线宽的所述“运动模糊”进行操作增加了测量的精确性。这些步骤的宽度适应于优选产生与彼此交叠或者紧跟随彼此的反射激光光束的图像(激光光束的握手图像)。

可获得在有意运动模糊期间是否对激光强度进行调制的时间窗口函数，该时间窗口函数与所述横向运动一起导致空间窗口函数。

如果激光强度以时间窗口函数导致的方式在有意运动模糊期间进行调制，则空间窗口功能能够与横向位移一起产生。特别地，时间窗口函数是框窗口函数、三角窗口函数或平滑窗口函数中的一个。产生的最简单的函数有可能是框窗口函数。然而，最有效的是平滑窗口函数。这是因为，独立于窗口函数，在运动期间跨整个激光光束而行进的在窗口中间的斑点被平均，使得它们或多或少贡献为零。在运动期间仅出现在开头或刚好就在激光被关闭之前的在窗口边缘的斑点相反产生大的误差。具有平滑窗口函数，在窗口的边缘处的斑点的强度与框窗口函数的“边缘斑点”的强度相比是非常小的，并且效果在表面的更大区域上扩展，导致更大的平均度。因此，平滑窗口函数的“边缘斑点”的贡献误差小于框窗口函数的“边缘斑点”的贡献误差。三角窗口函数的结果是中间的某个位置，这取决于斜坡的斜率。

在进一步的实施方式中，相机的光敏区域的像素的一部分用作激光测量单元的激光传感器的检测部分。相机的光敏区域的像素的另一部分形成成像部分，其中成像部分或者所述成像部分的像素分别被配置用于产生2D图像。由此，可能的是，成像部分的像素和检测部分的像素以混合方式分布在相机的整个光敏区域，优选通过均匀分布来混合。另一种可能性是，成像部分的像素和检测部分的像素各被布置在光敏区域的不同区域中，这些区域要么以交叠的方式要么以明显分开的方式来进行布置。

在相机的光敏区域内部具有用于成像和用于激光检测的分开部分的像素使得用于激光检测的单独传感器和单独的相机多余。它进一步允许相机和传感器的便宜且紧凑的结构和测量机的紧凑的整体结构。在相机设有光敏像素的单独部分(一个用于成像并且一个用于激光检测)的情况下，测量机能够捕获2D图像，并同时检测用于距离测量的反射的激光，这允许测量速度的提高。如果所述像素部分位于区别且不同的区域，则进一步有利于用于对针对2D图像的光和激光进行分析和区分的软件，而不必具有偏振或不可见的激光。

在针对相机的光敏区域的像素的成像部分和检测部分的分开区域的情况下，有利地通过如下方式来确定检测部分的尺寸：当相机被定位在用于良好聚焦的合适距离的范围内时，由反射椭圆或线状激光光束产生的图像优选相对于椭圆或线状激光光束的长度和宽度但至少相对于两个中的一个比检测部分小得多。

虽然测量机设置有距离测量单元和2D图像捕获相机，可以理解的是，机器能够以如下模式被使用：要么是通过相机仅拍摄2D图像，要么是仅执行距离测量，或者当然是在两个功能都使用的模式下。对于仅2D或仅激光的模式下增加的测量速率，理想地应当选择图像的两个部分之间的分离，使得增加的帧速率是可能的。例如，利用具有每列专用的一个ADC的图像传感器，进行水平分割将是有利的，并且利用具有每行一个ADC的传感器，进行垂直分割将是有利的。

此外，能够提供利用如所见的(即，在笛卡尔x方向和笛卡尔y方向上)彼此垂直的其横截面的长度进行定向的两个椭圆或线状激光光束，其中，笛卡尔x方向和笛卡尔y方向限定由相机捕获的2D图像的投影平面。两个检测部分专用于反射激光的方向，一个检测部分针对一个激光束，其中，所述检测部分特别被布置彼此垂直。它们优选被放置在同一平面上，特别地被放置在相机的光敏区域的边缘处。

在另一实施方式中存在椭圆或线状横截面的四个激光光束，这些激光光束中的两个是利用其在笛卡尔x方向上的横截面的长度来定向的，并且另外两个激光光束利用其在笛卡尔y方向上的横截面的长度来进行定向，其中，笛卡尔x方向和笛卡尔y方向限定由相机捕获的2D图像的投影平面。四个检测部分专用于反射激光的方向，一个检测部分针对一个激光束，其中，优选地两个检测部分被布置为彼此平行并且彼此间隔开并且与另外两个检测部分垂直，该另外两个检测部分彼此平行并且也彼此间隔开。四个检测部分特别地被放置在同一平面上，并且优选地被布置在相机的光敏区域的成像部分的边缘。

在发射两个或四个椭圆或线状横截面的情况下，能够通过仅一个激光光束或者通过针对两个所发射的激光光束的一个激光光源或者每一所发射激光光束的一个激光光源的方式来生成这些激光光束。

在优选实施方式中，激光光源通过如下的方式进行配置：该激光光源按照风扇状传播的激光光束来发射椭圆或线状横截面的激光光束。这使得能够非常快速地进行测量并且节省成本。在另一个实施方式中，激光光源特别地通过相应编程的控制和分析单元，按照以被识别为椭圆或线状横截面的激光光束的速度在对象表面上前进的快速移动激光点的形式来发射椭圆或线状横截面的激光光束。这种方式可能更加昂贵一点，但是在要进行测量的对象的高度反射表面的情况下是有利的。要理解的是，激光光源能够以能够在发射风扇状传播的激光光束和快速前后移动的激光光束之间进行切换的形式来进行配置。

有利地，发射激光光束的激光光源分别被布置为可移动或者可以与相机一起移动。具体地，发射激光光束的激光光源被布置为可以与相机一起移动的情况使得距离测量容易并且还便于使图像与相应z坐标相关，因为激光光源和激光检测器(该激光检测器是相机的光敏传感器的一部分)之间的距离，并且激光光源和相机的成像部分之间的距离是固定且已知的。此外，有利的是，使用激光光束偏转单元，即棱镜，可转动镜和/或激光引导光纤，以增加椭圆和线状激光光束的移动性。具有可聚焦激光光束也可能是有利的。激光光束的移动和/或聚焦以及相机的移动和聚焦是按照如下方式进行配合的：从要进行测量的对象反射的激光光束可以通过检测部分来检测，特别是如果检测部分是相机的光敏区域的一部分的话。

在椭圆或线状横截面的激光光束指向要进行测量的对象的表面区域(相机将仅聚焦在该表面区域上以用于捕获图像)的情况下，有利于相机的精确聚焦。

由于按照上述方式来调整检测部分以及具有基于三角测量原理进行操作的激光距离测量单元，分辨率，或者换句话来说小距离变化，的检测能力增加。

为了创建非常紧凑的测量机，能够具有利用以下各项中的至少一项来获取要进行测量的对象的小规模3D信息的测量机：激光距离测量单元，该激光距离测量单元设置有用于发射激光光束的激光源、具有用于检测反射激光的检测部分的像素的激光传感器以及用作用于捕获2D图像的成像器的相机；以及控制和分析单元，该控制和分析单元被配置为控制相机与要进行测量的对象之间的相对运动，并且被配置为确定检测部分以及相机分别与被激光光束冲击的对象的表面之间的距离，其中，所述相机用作激光测量单元的激光传感器并且具有包括光敏像素的光敏区域，并且光敏区域(24)的所述像素的一部分是检测部分的像素，光敏区域的所述像素的另一部分形成成像部分并且被配置为生成2D图像。所述控制和分析单元(8)被配置为基于检测部分的有效像素的信息而提供距离信息，其中，有效像素是检测到具有超过在激光强度的预定阈值的强度的所述激光光束的反射激光的像素。

在从属权利要求中给出了其它实施方式和有利细节。

附图说明

下面将基于在附图中示意性地例示的具体示例性实施方式仅仅通过示例的方式来更加详细地描述根据本发明的测量机和根据本发明的方法，并且还讨论本发明的其它优势。在附图中，相同元件通过相同的参考标号来识别。在具体细节中，仅示意性地示出附图如下：

图1a和图1b：根据本发明的测量机的一部分的第一实施方式，以及该测量机的检测部分和光敏区域的详细放大图，图像是由在所述检测部分的像素上的反射激光而产生的；

图2至图4：在与图1a中相同的视图中，测量机的其它实施方式，以及由这些实施方式的在光敏区域的像素上的反射激光而产生的详细放大图；

图5和图6分别为由测量机的其它实施方式的在检测部分的像素上由反射激光而产生的图像的详细放大图；

图7a和图7b是基于Dalta机器人的原理的根据本发明的测量机；

图8是用于使各种可能性可视化以确定距离的示意图；

图9是使用有意运动模糊来计算的结果，框窗口函数用于对所发射的激光光束的强度进行调制；

图10是使用有意运动模糊来计算的结果，平滑窗口函数用于对所发射的激光光束的强度进行调制；

图11、图12和图13分别是测量机的其它实施方式的光敏区域和由这些实施方式的在光敏区域的像素上的反射激光而产生的图像的详细放大图；

图14是具有远心物镜的相机的可能工作路径；

图15是利用根据本发明的测量机来执行的工作步骤的可能方案。

具体实施方式

在图1a、图1b中示意性地示出根据本发明的测量机10的一部分。它是用于获取小规模3D信息的测量机10，其中小规模信息是指在毫米、微米、纳米范围内的信息。视觉测量机10具有相机22，也称为成像器，以及激光距离测量单元4。所示的测量机还设置有支撑台42，该支撑台42在该实施方式中限定了x和y方向上定向的平面，用于以固定的方式来承载要进行测量的对象50(也被称为工件50)。传输台42和相机22按照其在全部三个笛卡尔空间方向x、y、z上与彼此相关地方式可移动。在该实施方式中，传输台42的承载面是由透明材料制成的。背部照明装置40被集成在支撑台42中，该背部照明装置用于根据当前要求从背面对工件50进行照射。相机22具有光敏区域24和物镜20。相机22被配置为从表面或要进行测量的对象50的表面的至少感兴趣部分拍摄二维图像7(在x方向、y方向上的2D图像)。

激光距离测量单元4包括用于发射激光光束15的激光光源14和用于在激光光束已经被工件50反射之后检测该反射激光光束(也称为反射激光18)的激光传感器13。激光距离测量单元4还包括光学元件，在该实施方式中其被实现为成像透镜2，用于将反射激光18聚焦到激光传感器13上。激光传感器13设置有检测部分30，该检测部分30具有用于检测反射激光18的光敏像素25’。如上所述，在测量过程中，激光光束15应当按照如下方式来指向要进行测量的对象50的表面：激光从该表面反射并且可以作为反射激光18被接收，该反射激光18被聚焦在激光传感器13的检测部分30的像素25’上，即借助于成像透镜2。

在图1a和图1b的所描述的样本中，激光光束15在相机前面一点指向在工件50的表面上，使得距离信息能够被用于调整相机的聚焦以用于要拍摄的下一个图像。在所述实施方式中，激光距离测量单元4按照激光三角测量的原理进行工作，使得在激光光源14和激光传感器13之间存在三角测量基线1。具体地，三角测量基线1沿着x方向进行定向。

视觉测量机10还配备有控制和分析单元8，其与所述激光距离测量单元一起配置，以提供与要进行测量的对象50的表面与激光传感器13和/或具有其光敏区域24的相机22之间的距离相关的距离信息。控制和分析单元8还被配置成控制要进行测量的工件50与相机22和激光光源14的相对运动。在该示例中，激光光源14被布置为可以与相机22一起移动。为此，激光光源14和相机22通常被安装在例如可移动支撑台(未示出)中/处/上，即，如在图7a、图7b中描述的delta机器人60的移动板62或者门户测量机(portal measuring machine)的机械手臂的尖端或者可移动尖端。在图1a的示例中，相机22和激光距离测量单元4为此被集成在共同的壳体6中。

如从图1a的放大图中可以看出的，反射激光18在激光传感器13的检测部分30的像素25’上导致光图像19。该光图像19在该实施方式中具有椭圆形状。这是因为激光光源14在该示例中被配置为发射椭圆状横截面16’(参见图1b)的激光光束15，并且对激光进行反射的工件是平面。如可以看出的，椭圆状横截面16'的主轴，也称为椭圆状激光光束的长度，在该示例中被定向在y方向上，这表示与三角测量基线1正交。激光光束横截面的这种定向使得在相机22和工件50之间的距离测量具有更高的精确度，因为光斑在深度限定方向x上是锐利的(这提高精度)，同时在方向y上被拉长并因此允许在y方向上取平均值(这进一步提高精确)。下面基于图3对取平均进行详细描述。

在该实施方式中，测量机10还设置有根据当前要求可以使用的各种不同的照明装置34。这些照明装置34是被布置为围绕相机22的物镜20的孔径的环形照明装置38、与相机22的视场共轴地引导其光43的共轴照明装置36、以及利用光43从背面对工件50进行照射的已经提及的背部照明装置40。进一步图案投影以及频闪照明也是可能的。在一些情况下，为了提供更好的图像质量，还能够使用所列出的照明原理的混合。大量的各种照明选项提供了很大的灵活性，以测量任何种类的工件，也使得图像捕获更为复杂，因为相机的物镜的孔径时间和相机的曝光时间分别不得不适应照明条件。在图像和激光距离双方都在单个图像上获取的情况下，这也能够针对激光而不同。

在优选实施方式(这里未示出)中，激光光源14、成像透镜2和具有其检测部分30的激光传感器13按照如下的方式进行配置：满足沙伊姆弗勒条件。特别地，检测部分30根据沙伊姆弗勒条件而可能是倾斜的，从而增加椭圆或线状激光光束的图像尖锐的深度范围。

如从图1b中可以看出的，支撑工件50的传输台42的承载平面在笛卡尔坐标系中限定在高度z₀处的第一x-y平面。相机22处于捕获工件50的表面的感兴趣部分的2D图像的位置，其中在该样本中，工件50的表面的主要部分位于高度z₁处的x-y平面。还存在在高度z₃、z₄、…、z_i处的x-y平面，其中，笛卡尔x方向和笛卡尔y方向限定由相机22捕获的2D图像的投影平面9。

图2示出了测量机的实施方式，其中，相机22用于拍摄2D图像，并且也用作激光传感器13，这实现了非常紧凑的结构。如在图2的右侧上的放大图中所示，相机22的光敏区域24上设置有像素25、25'(由在光敏区域24上分布的小点指示)。这些像素25、25’的不同部分25被配置为用于捕获2D图像并且被称为图像部分28。这些像素25、25’的另一部分-检测部分30被配置为用于检测反射激光18。在该实施方式中，检测部分30的像素25’和成像部分28的像素25在相机22的整个光敏区域24上均匀混合地分布。检测部分30的像素25’只对激光的波长敏感，其中成像部分28的像素25对由照明装置34/40、34/36和38发射的波长中至少一些波长敏感，但是不对激光的波长敏感。所产生的激光光束再次具有椭圆状横截面，其长轴(长度)在y方向上，该长轴与三角测量基线1正交，并在x方向具有其短轴(也称为宽度)。将要理解的是，位于一侧的激光距离测量单元4和相机22与在另一侧的工件50的相对运动能够在笛卡尔x方向和y方向内部的任何随机方向：x、-x、y、-y或者其之间的任何角度(x-y向量的方向)。

图3的实施方式主要被构造为如同图2的实施方式，但在所描绘的情况下，相机22的物镜20是远心物镜21，使得相机和工件50之间的距离公差被放大。此外，如图3的放大图中所示的，具有像素25的成像部分28被分配在形成成像区域的相机22的所示光敏区域24的左边部分，其中，设置用于检测反射激光18的具有像素25’的检测部分30被分配在相机22的光敏区域24的右边。如图3所示，在成像部分28/成像区域与能够检测激光18并能够捕获2D图像的一部分的检测部分30/检测区域之间可以存在交叠区域29。

图4中给出的实施方式与图2和图3中的实施方式的区别在于，激光光源14被布置为与相机22相分离。相机22被布置为，即，在机械手臂的尖端上或门户测量机的可移动尖端或者delta机器人的可移动板上可移动。其中，激光光源14的位置独立于相机而且位于可移动尖端或可移动板(见图7a、图7b的描述中)上，或者，即在机械手臂旁边的视觉测量机的固定部分处或者在门户测量机的门户中/处/上，或者在delta机器人60的支撑构造64(支撑可移动板62)上。在该实施方式中，可以通过使用激光光束偏转单元17将激光光束15指向要进行测量的对象50，其中，激光光束15优选可定向适应相机22的运动。激光光束偏转单元17具体包括棱镜、可转动反光镜和/或激光引导光纤中的至少一个。为了保证在全部距离处工件被所生成激光光束15的小的良好聚焦光斑大小冲击，还可以提供机动激光聚焦单元(未示出)。控制和分析单元8能够与激光光源14或者与相机22一起布置，如通过虚线8’所指示的。

进一步的区别在于，在该示例中，相机22(在图4的右边放大)的光敏传感器24示出了两个明显分开不同的部分：呈现在左侧的成像部分28和呈现在相机的光敏区域24的右侧的检测部分30。不存在交叠区域29。

如已经提及的，图7a示出基于delta机器人60来实现视觉测量机10的实施方式。相机22和激光距离测量单元4被布置在delta机器人60的可移动板62处。通过全球测量系统来观察可移动板62的移动，全球测量系统这里由固定于delta机器人60的顶部上的三个观察相机66所表示，用于使用摄影测量法来以6个维度的自由度来确定可移动板62的当前位置，以及具体在可移动板62的背面上以棋盘的形式以参考表面63的形式给出的一些协作目标，所述背面对于观察相机66来说是可见的。

图7b示出了基于delta机器人60在测量机10的该特定实施方式中使用的紧凑构造的放大图。具有其光敏区域24和其远心物镜21的相机22被固定在可移动板62上。具有集成镜68的用于视觉路径(由入射反射激光光束18来表示)的成角度的管69也被固定在可移动板62上并且与物镜21布置在链路中。镜68使视觉路径转动90°。围绕用于视觉路径的成角度的管69的下部，布置有环形照明装置38。激光光源14被布置在成角度的管旁边，并且也被固定在可移动板62上。将要理解的是，激光光源14可具有聚焦单元并且可以以如下的方式被固定在可移动板62处，即，该激光光源14优选利用球形接头可以枢转或者至少激光光束相应通过镜或棱镜等可移动，并且/或者激光光源或激光光束分别可以横向移动，使得该激光光源14如果需要的话可以通过在横向上对其进行枢转、聚焦或移动来进行调整。镜68与成角度的管69的使用实现了非常紧凑的结构，并减小了具有位于一侧的相机22和激光距离测量单元4的可移动板与位于另一侧的工件50之间的距离。如前所述，可移动板62的背面上的棋盘图案用作用于全球监测系统的参考表面63。使工件50与用于全球监测系统的参考表面63的之间的距离最小化减少了由于通过全球测量系统执行的参考表面63的不准确角度测量而产生的误差。全球测量系统的以及激光距离测量单元4和相机22的图像的同步捕获分别有利于消除将由于时间上分开的触发之间的移动或振动而产生的误差。

在又一实施方式(参见图5)中，激光光源14被配置为发射线状横截面16的激光光束15，其中，所述线被再次优选利用其与三角测量基线1正交的长度(方向，由虚线1指示)进行定向，这优选与相机22和要进行测量的对象50的相对运动一致，使得反射激光光束18的光图像19因此出现在相机22的光敏区域24的检测区域30上，如图5中所示。

然而，还能够利用椭圆状16’或线状16横截面的激光光束15来操作测量机10，该激光光束15利用其长度在相对于三角测量基线1的30°到90°之间的任何角度下被定向。在图6中给出了具有线状16横截面(实线、点线、虚线)并且具有相对于三角测量基线1(在该图的左侧由虚线1指示)的这种成角度定向的激光光束的三个样本；其中，在该实施方式中三角测量基线1相对于笛卡尔方向x被定向成大约45°的角度。如前面所提及的，关于x方向和y方向的相对运动方向还能够被选择为具有任何的x-y向量。然而，相对于测量精确度和软件简单性，有利的是具有接近与三角测量基线正交的激光光束的椭圆或线状横截面的长度定向，其中，接近正交是指高达±25°到±30°的幅度的偏差将仍然工作，但是不如±0°到±10°的范围内的偏差好。

如图2中，图6中所示的实施方式示出了不具有单独的检测部分30和成像部分28的相机22的光敏区域24，但是这些部分的像素25、25’是混合的。在这种配置中，反射激光18和用于2D图像的光之间的高强度差是必需的。所述强度差必须足够高，以使得能够明确地区分强度水平。区分光信号的其它可能性是通过波长、激光的调制或偏振而区分的，使得对不同波长、经调制或偏振的光敏感的像素与对至少照明装置40的非所述波长、未按照所述激光的方式经调制的、未经偏振的光敏感的像素进行混合。在这种情况下，用于图像捕获的像素和用于激光检测的像素可能被混合在同一区域内部或者被混合在至少交叠区域(参见图2)的内部，这导致更紧凑的光敏区域和更紧凑的整体结构。然而，在对用于距离确定和用于2D图像的信息进行区分的情况下，可能需要更加复杂的软件。

通过使用椭圆状16’或线状16横截面的激光光束15以及相应配置的控制和分析单元8，能够不但使用在要进行测量的对象处的小光斑的而且使用该对象的表面的不同区域的距离信息来用于距离计算。图8示出示例基于具有线状横截面16(但是其还可以适用于椭圆状16’激光光束)的激光光束来进行此的各种可能性的方案。在减小其宽度的同时增加激光光斑的长度导致测量的更好的平均化并且因此降低了噪声。这导致降低的测量不确定性。

在优选实施方式中，控制和分析单元8被配置(参见图8)为根据当前要求通过确定像素的光强度的重心来基于检测区域30的像素25’的信息而确定一个单一平均距离h1.1，和/或通过将线16或者检测部分30的像素25’分别切割成分段，所述分段还被称为组26.1、26.2、26.3至26.n，以及确定针对这些分段/组的像素的光强度的重心来计算沿着线16的多个平均距离h2.1、h2.2、h2.3至h2.n。从而，控制和分析单元8被配置为仅使用检测部分30的这些像素25’的信息，所述这些像素25’接收的反射激光18的强度超过预定强度阈值，所以被称为有效像素(active pixel)32。然而，还可能的是，控制和分析单元8被配置为使用检测部分30的全部像素的信息，不论其是否是有效像素并且被反射激光18冲击。具体来说，如果检测部分30在检测区域中是分离的，则是可能的。在极端情况下，能够针对按照预定方式布置的检测部分30的已选数量的像素和/或针对检测部分30的每个像素，特别地针对被超过预定强度阈值的反射激光18的强度冲击的每个有效像素来确定像素距离h3.1到h3.n。然而，确定光斑位置的其它方法也是可能的，例如抛物线峰值插值或者通过在峰值的每一侧的侧面插值(flank interpolation)并且以相同的高度接下来通过取平均值来获得中心点。

为了减小激光斑点的负面影响，控制和分析单元18被配置为在相机使所接收的光整合的同时创建横向位移，这被称为运动模糊的有意生成或者简称为：有意运动模糊。这减小了斑点的影响，由于有意运动模糊作为非相关斑点效应或甚至反相关斑点效应的平均化起作用。为了创建有意运动模糊以及在单次拍摄中捕获期望区域的良好曝光的图像，相机22和工件50的相对运动的速度以及运动方向和特别地激光强度受到良好控制。

如果相机22相对于工件50的运动与三角测量基线1的定向平行并且曝光时间足够长足以创建遍及多个激光线宽度的“运动模糊”，则由于对每个像素来说很多激光斑点在同一图像中被平均化，可取得的精确度是非常高的，并且在运动模糊内部来自不同位置的贡献甚至是反相关的，使得误差比针对非相关贡献的情况减少得快得多。

在有意运动模糊期间，激光强度能够进行调制以获得时间窗口函数(该时间窗口函数在有意运动模糊期间通过相机22和工件50的相对运动被转化成空间窗口函数)，其使得结果对在函数的边缘处的斑点效应具有更小的敏感性。在该实施方式中，控制和分析单元被配置为使用“框窗口”函数(参见图9，指示数字70)、“三角窗口”函数(未示出)或者“平稳窗口”函数(参见图10，指示数字72)来用于斑点的所检测的光的加权平均。

图9示出当在整个粗糙表面(大致从微粗糙或漫反射表面的意义上说)上在有意运动模糊期间移动具有椭圆状16’或线状16横截面的光斑的激光光束15时，以激光光斑的所估计的位置的所谓的恒定加权滑动平均值的形式的标准偏差，作为具有用于与三角测量基线1(参见图1a)平行(x)和正交(y)的移动方向的窗口长度N的滑动平均值的函数。窗长度为N的滑动平均值是低通滤波的简单形式，即具有窗长度N的值x的滑动平均值函数g为：g(i)＝sum(x(j),j＝i-N+1..i)。要注意的是，图的水平轴以光斑半径的归一化单位给出，而垂直轴(RMS＝均方根)以斑点特征尺寸的归一化单位给出，使得这些单位独立于提取光斑尺寸和传感器几何形状，并且对于假设光斑具有高斯强度轮廓图的全部变型来说，该绘图是真实的。

同样的情况在原则上适用于图10，但在图9中，已经使用了框窗口函数70，图10中的曲线示出RMS光斑位置误差，作为将平稳窗口函数72用于加权平均化(Hanning窗口加权平均值)的平均化距离的函数。水平轴示出半极大处的窗口全宽度(FWHM)，该FWHM是在半极大高度处的平稳窗口轮廓的宽度。

如图9和图10中可以看出的，标准偏差，还被称为光斑位置误差，在当增大FWHM(图9和图10中的曲线200、200’/图1a中的x方向)时在运动模糊期间相对于激光光斑的三角测量基线1的平行运动的情况下被大大减小，而该误差仅当扫描与三角测量基线1(曲线201、201’)正交时稍有减小。还要注意，在圆光斑的情况下，当激光光束对工件50的表面进行冲击时，结果不受激光光束光斑的尺寸的影响。平均化行为同样不受斑点尺寸的影响。通常来说，能够说光斑宽度越适合运动模糊的平均距离内，其工作得越好。作为改进的幅度的示例，能够(参见图9)使用框窗口函数对大约7个光斑宽度取平均值来以十倍减小光斑位置的误差；或者换句话说，当在有意运动模糊期间在要进行测量的表面上的激光光束15的图像移动7个光斑宽度的距离时，精确度能够提高十倍，假设其长度与三角测量基线1正交的激光光束的定向和沿着三角测量基线1的模糊运动。

如图10中可以看出的，利用平稳窗口函数而不是滑动平均值来进行加权平均是有利的，该滑动平均值具有“矩形”加权函数，还被称为框窗口函数。实际上平稳窗口函数的减小的“尾部”抑制那些没有在整个光斑走遍的斑点的影响。在图10中，当使用平稳窗口函数特别地使用Hanning窗口函数时示出结果。如可以看出的，曲线200’的斜率现在几乎为-1.5。使用平稳窗口函数，仅需要对大约4个光斑直径/宽度取平均值，以与使用框窗口函数(参见上文和图9)对大约7个光斑直径/宽度取平均值相比降低误差大约十倍。

因此，简单来说，能够说将曲线200(图9)和200’(图10)的斜率-各通过平行扫描(x)获得-进行比较，图19中的曲线200’的斜率(平稳窗口函数72)比图9中的曲线200的斜率(框窗口函数70)陡峭得多。运动模糊越长，平稳窗口的优点越明显，或者换句话说，能够通过利用平稳窗口函数以4个光斑宽度运动模糊而不是使用框窗口函数的7个光斑宽度运动模糊来实现关于RMS光斑位置误差的精确度的十倍提高。所以，在三角测量基线的方向上的横向分辨率能够通过将平稳窗口函数用于对由斑点效应产生的误差进行平均化来几乎翻倍。

应当提及的是，使用三角窗口函数(未示出)，所获得的结果几乎与利用平稳窗口函数的一样好(有点取决于针对三角形的侧面选择的斜率)，但是三角窗口函数-取决于设备-可以更容易地实现。

在考虑或者不考虑斑点效应的情况下用于使用单个平均值h1.1或多个平均值h2.1-h2.n或h3.1-h3.n来确定距离的上述方法不但可以适用于利用图1至图6中所示的单个椭圆或线状激光光束15进行工作的实施方式，而且适用于利用超过一个的这种激光光束进行工作的实施方式。在超过一个激光光束的情况下，测量机能够配备有针对每个这种激光光束的一个激光光束源。然而，通过单个激光光源还能够生成各种激光光束，其中，这种单个激光光源的最初发射的激光光束被分割成两个或更多个激光光束。(本领域技术人员熟知获得所需数目的激光光束所需要的设备。)为了分割最初发射的激光光束，其仅受所需强度的限制，这取决于工件的光吸收特性以及检测部分30的已选像素的感敏性等。因此，具有两个这种椭圆或线状激光光束的视觉测量机可以具有两个激光光源或者可以具有仅一个激光光源。具有四个椭圆或线状激光光束的测量机可以具有一个、两个、三个或四个激光光源等。本领域技术人员将理解，能够具有不仅一种类型的激光光束，而且能够具有分别具备线状横截面16和椭圆状横截面16’的激光光束的混合。具有超过一个椭圆或线状激光光束15，具有如图11、图12、图13中所示的分隔光敏区域24是有利的；具体地，具有针对每个椭圆或线状激光光束的不同的检测部分30、30a、30b、30c、30d。

如果存在在光敏区域24上生成两个不同图像19a、19b的两个椭圆或线状激光光束，则具有如图6中所示的专用于每个激光光束19a、19b的两个检测部分30a、30b是有利的。在激光光束被定向为彼此垂直使得能够如图11中所示地检测到其椭圆或线状图像19a、19b的情况下，能够进行x方向和y方向上相同质量的距离测量。在这种情况下，具有针对两个激光光束的不同的三角测量基线将是有利的，所述三角测量基线优选也彼此垂直，或者在存在一个公共的三角测量基线的情况下，两个垂直的椭圆或线状激光光束针对公共基线进行旋转，使得这些激光光束都不与三角测量基线平行，优选地它们以30°或45°进行旋转。在这种情况下，检测部分30a、30b也被有利地布置为彼此垂直，并且优选地布置在相机22的光敏区域24的边缘处(参见图11)。

然而，彼此垂直的两个检测部分30a、30b的特征还能够与可以按照如下方式移动的单个激光光束进行组合，即，该单个激光光束的图像出现在一个或者另一个检测部分上并且该单个激光光束的定向还可以根据当前要求适用。此外，检测部分的这种布置能够与可以独立于相机移动的一个或更多个激光光源进行组合。两个检测部分能够按照如下方式与控制和分析单元进行耦接，即，两个检测部分能够取决于当前要求专用于一个或更多个激光光束，即，能够取决于移动方向或者取决于是否需要在移动方向上的或者与该移动方向垂直的距离信息来改变该专用。

如图12中所示的，还将能够利用单个检测部分30来检测两个垂直定向的激光光束19a、19b，其中，检测部分30的尺寸被相应地改变，并且其中，如图12中所指示的，特别地对检测部分30进行冲击的两个偏转激光光束的图像19a、19b被允许彼此交叉，或者两个椭圆或线依次进行投影并且在两个独立的图像中捕获。当然，分析软件不得不相应进行调整。

在之前的段落中描述的内容还适用于下面描述的检测部分和激光光束/激光光源。

具有产生四个反射激光光束18的四个激光光束15并且因此在四个可偏转图像19a、19b、19c、19d中，更好的情况可以产生，特别地如果激光光束被彼此间隔开地发送到工件50的表面并且其中的两个可偏转图像19a、19c被定向为彼此平行但是与另外两个可偏转图像19b、19d垂直。检测这些激光光束的最容易的方式将是具有四个分离开的检测部分30a、30b、30c、30d，其中的两个检测部分30a、30c彼此平行并且优选地彼此间隔开并且与另外两个检测部分30b、30d垂直，该另外两个检测部分30b、30d优选也彼此间隔开，并且其中，检测部分30a、30b、30c、30d被有利地布置在相机22的光敏区域24的成像部分28的边缘处，如图13中所示。如果相机的移动方向是x和y以及-x和-y以及其组合，或者在图像的全部像素的距离信息应当被聚集的情况下，则具有如图13中所示的四个激光光束和传感器区域24是有利的。

具有带椭圆或线状横截面的四个激光光束的优势在于，能够以非常靠近要进行测量的对象中的地形垂直台阶来进行测量，而不考虑台阶的方向。每个激光光束从不同方向进行投影，并且如果激光来自台阶的“高侧”，则在地形台阶下面的表面点将被台阶本身遮住。有了四个激光光束，将始终存在覆盖范围靠近台阶的至少一个激光光束，只要凹部(pit)的宽度不会如此小以至于另一个相对的台阶太近。

本文中所示的光敏区域24的全部实施方式都是非常紧凑的传感器并且使得成本节省并且在视觉测量机10的全部结构上都是紧凑的。

在优选实施方式中，本文中要求保护的测量机设置有远心物镜21(参见图14)。与配备有近心物镜的通常的测量机相比，相机22和要进行测量的对象50之间的工作距离80的公差76’(受图像规模不确定性的限制)通过使用远心物镜21被放大到工作距离80的公差76。因此，能够提高测量速度。

详细地，如图14中所示，工件公差74必须被添加到承载78的定位公差76，以获得相机22的所需景深。取决于相机22配备的远心物镜21的类型，工作距离80的放大能够至少为几十微米。当然不得不相应地配置控制和分析单元8。

相机22的放大的工作范围与z方向上的工作距离的快速测量一起允许快速调节回路，该快速测量利用上述的激光测量单元4是可能的，其中，调节回路是指利用激光测量单元4来测量工作距离80并且使相机22在z方向上足够快速地移动以获得尖锐的二维图像。因此，使用远心物镜21允许工件表面50的快速扫描。这有利于测量，因为相机和要进行测量的对象之间的工作距离能够在比利用近心物镜在某种程度上更大的范围内发生改变，而不影响图像缩放误差。具有以这种方式配置的测量机，不再需要以这种非常精确的方式保持工件表面和相机之间的距离恒定，并因此能够增大用于图像扫描的速度。甚至在工件示出锐边或者例如钻孔的情况下，当使用远心物镜21时，大程度地避免了容易在近心物镜的情况下出现的至少在z方向上的相机的定向损失。

远心物镜的另一个优势在于，图像不示出任何深度信息，这使得测量更加可靠。还允许图像拼接，以为特征从全部位置看起来都相同时。图像拼接能够被用来通过将小图像没有交叠并且其之间没有任何空隙地紧挨着并排放置来从多个小图像生成更大的图像(还被称为握手图像)。例如当所用相机承载快速，如同在delta机器人的情况中，生成这种更大的图像具有大的优势。

使用图15中所示的图像捕获顺序，在一帧中计算的距离(还被称为z信息)能够被用作下一帧的图像的中间的高度。如果需要图像的重心的位置的话，则这是有利的，但是如果刚刚捕获钻孔的图像的话，则这还可能是一个缺点。在这种情况下，最好是使用图像的边界处的高度信息(在同一帧中的高度信息)。在任何情况下，距离测量传感器都能够独立于2D图像传感器进行操作，以探测针对每个特征单独选择的良好位置。

为了能够充分利用激光距离测量单元4和快速承载78，控制和分析单元8在又一实施方式中配置有处理z信息的智能算法：

在要进行测量的对象50的CAD文件可用的情况下，关于存储在CAD文件中的对象的信息能够被用来确定集成三角测量传感器是否具有收集有价值的信息的机会。如果例如清楚的是发射的激光光束15将不会碰到工件50的表面，由于测量靠近工件边界，则不应当使用返回的信息，并且必须增加被定位在激光将碰到表面的地方的另外的帧。

如果CAD文件不可用，则z信息被临时存储，然后当工件充分已知(边界和钻孔的位置等)时，就其合理性来检查z信息，或者换句话说，进行z信息是否来自合适或不合适位置的控制。如果情况是后者，则信息被清除并且如果可能的话被更合适的z信息代替。如果工件几何形状在即第一快速扫描之后被很好已知的话，则这是可能的，其中，在一些情况下，有意义的是，具有仅利用图像的第一获取顺序和按照相同的路径仅利用激光距离测量的第二获取顺序，或反之亦然。如果承载快速，例如如果是delta机器人的话，则这特别地是一种好策略。

为了使风险最小化，不具有由集成三角测量传感器提供的正确信息，能够为测量机提供第二三角测量传感器。所述第二三角测量传感器通过使用相机22的相同的单个光敏区域24来对z信息进行估计，但是聚焦在工件50的不同区域上。通过这样做，不具有任何z信息的概率被大大降低。

由本文中描述的视觉测量机生成的数据的量是巨大的，特别是当成像的速度增加时。因此，数据的智能处理是重要的。然而，包括激光距离测量单元4的距离或z信息在内的所收集的图像能够按照非常不同的方式进行处理：全部图像和全部距离或z信息被立即发送到计算机，用于在该计算机上进行进一步处理(流测量模式)。但是，如果图像数量大(这在快速相机承载的情况下最有可能发生)，该过程可能变得困难。另选地或补充地，图像被拼接在一起并且整体作为单个大图像返回，就像所使用的光学器件将是非常大的或者具有特定形状。这将大大降低所需光学器件的成本(大光学模拟测量模式)。另选地或补充地，能够利用覆盖图像表面的多个距离信息来转发图像。另选地或补充地，直的或弯曲的边缘钻孔位置或者任何其它特征能够通过控制和分析单元来识别，并且能够局部地进行提取。仅发送所述所提取的紧凑特征信息(例如钻孔位置和直径)，这大大降低数据流量(全面的特征测量模式)。另选地或补充地，直接发送弧形或边缘的位置以及其定向(边缘检测测量模式)。另选地或补充地，快速测量机被用在所谓的兼容工作模式中，其中，所提供的软件导致测量机的透明使用，好像测量机将是前一代的测量机。在使用近心物镜的情况下，又一另选是可能的：从不同位置拍摄同一特征的图像，这导致进一步允许3D图像重建的立体视觉(3D测量模式)。

本领域技术人员将意识到，本文中描述的不同实施方式的细节能够合理地进行组合。然而，因空间不足，不能在附图中描述和/或示出实施方式的全部有意义组合或者实施方式的细节。

如本文中已经示出的，如上所述的具有相机和激光距离测量单元的测量机有利于获取小规模3D信息，因为相机和要进行测量的对象之间的距离能够不仅基于由小激光光斑产生的信息而且基于由椭圆或线状横截面的所发射的激光光束的反射激光在光敏区域上造成的椭圆或线状光图像的信息来进行计算。这使得能够使距离计算灵活适应当前要求，以及测量机的成本、快速测量的可能性和测量的精确度之间的更好的关系。详细来说，其允许：更高速度的图像扫描和更高速度的激光扫描，这导致更高的产量；在图像的不同位置处生成灵活的距离信息；同步或良好定位的距离信息；减少的基于斑点的误差；更快且更高效的图像拼接；用于降低的数据传送速率的局部图像处理；快速(on-the-fly)测量(高速的z距离调节)。

Claims (16)

1.一种测量机(10)，该测量机(10)用于获取要进行测量的对象(50)的小规模3D信息，所述测量机(10)具有：

·三角测量激光距离测量单元(4)，该三角测量激光距离测量单元(4)设置有用于发射激光光束(15)的激光光源(14)和激光传感器(13)，所述激光传感器(13)具有用于检测反射激光(18)的检测部分(30)的光敏像素并且具有位于所述激光光源(14)和所述激光传感器(13)之间的三角测量基线(1)；

·相机(22)，该相机(22)具有布置在光敏区域(24)中的光敏像素，其中，所述相机(22)用作用于捕获所述要进行测量的对象的至少感兴趣部分的2D图像的成像器；以及

·控制和分析单元(8)，该控制和分析单元(8)被配置为控制所述相机(22)和所述要进行测量的对象(50)的相对运动，并且被配置为确定所述相机(22)和被所述激光光束(15)冲击的所述对象(50)的表面之间的距离(80)，

其特征在于，

·所述激光光源(14)被配置为生成示出具有长度和宽度的椭圆(16’)或线状(16)横截面的激光光束(15)，其中，所述长度大于所述宽度，并且

·所述控制和分析单元(8)被配置为基于所述激光传感器的所述检测部分(30)的至少有效像素(32)的信息而提供距离信息，其中，所述有效像素(32)是检测到具有超过激光强度的预定阈值的强度的所述椭圆(16’)或线状(16)激光光束(15)的反射激光(18)的像素。

2.根据权利要求1所述的测量机(10)，

其特征在于，

所述控制和分析单元(8)被配置为：

·基于所述检测部分(30)的至少全部有效像素(32)的一个平均高度(h1.1)而确定一个平均距离，和/或

·基于所述检测部分(30)被划分成的预定数目的像素组(26.1、26.2、…、26.n)中的一个或更多个或全部的像素组(26.1、26.2、…、26.n)的平均高度(h2.1、h2.2、…、h2.n)而确定平均距离，和/或

·确定针对所述检测部分(30)的至少每个有效像素(32)的不同的像素距离(h3.1、h3.2、h3.3、…、h3.n)。

3.根据权利要求1或2所述的测量机(10)，

其特征在于，

·所生成的具有椭圆(16’)或线状(16)横截面的激光光束(15)利用与所述三角测量基线(1)垂直的所述横截面(16,16’)的所述长度来进行调整。

4.根据前述权利要求中的一项所述的测量机(10)，

其特征在于，

所述控制和分析单元(8)被配置为通过如下方式来控制所述相机(22)和所述要进行测量的对象(50)的所述相对运动：

·在通过所述检测部分(30)接收的所述反射激光(18)被整合的同时，创建所述激光传感器的所述检测部分(30)相对于所述要进行测量的对象(50)的横向位移，使得生成有意运动模糊，其中

·所述位移具有在笛卡尔坐标系的第一空间方向上的第一位移速度和在笛卡尔坐标系的其它两个空间方向上的第二位移速度和第三位移速度，其中，所述第一位移速度优选大于在所述其它两个空间方向上的位移速度，并且其中，所述第一空间方向特别地以±30度的幅度与所述三角测量基线平行或者以±30度的幅度与所述椭圆或线状激光光束(15)的所述横截面(16,16’)的所述长度垂直。

5.根据前述权利要求中的一项所述的测量机(10)，

其特征在于，

·所述相机(22)的所述光敏区域(24)的所述像素的一部分用作所述激光测量单元(4)的所述激光传感器(13)的检测部分(30)；并且

·所述光敏区域(24)的所述像素的另一个部分形成所述激光测量单元(4)的所述激光传感器(13)的成像部分(28)，并且被配置为用于生成所述2D图像；并且，其中，

·所述像素的所述成像部分(28)和所述像素的所述检测部分(30)在整个光敏区域(24)上以混合的方式分布，其中，所述成像部分(28)的所述像素和所述检测部分(30)的所述像素优选利用平均分布来进行混合。

6.根据权利要求1至4中的一项所述的测量机(10)，

其特征在于，

·所述相机(22)的所述光敏区域(24)的所述像素的一部分用作所述激光测量单元(4)的所述激光传感器(13)的检测部分(30)；并且

·所述光敏区域(24)的所述像素的另一个部分形成所述激光测量单元(4)的所述激光传感器(13)的成像部分(28)，并且被配置为用于生成所述2D图像；并且，其中，

·所述像素的所述成像部分(28)和所述像素的所述检测部分(30)各自被布置在所述光敏区域(24)的不同的区域(28、30)中，所述不同的区域(28、30)以交叠的方式(9)进行布置或者以明确分开的方式进行布置。

7.根据权利要求1至6中的一项所述的测量机(10)，

其特征在于，

发射所述激光光束(15)的所述激光光源(14)相对于所述检测部分(30)以在所述激光光源(14)和所述检测部分(30)之间具有恒定距离的方式被布置在固定位置。

8.根据前述权利要求中的一项所述的测量机(10)，

其特征在于，

所述控制和分析单元(8)被配置为以如下的方式来控制所述激光测量单元(4)和所述要进行测量的对象(50)之间的相对运动：所述椭圆或线状激光光束(15)的所述横截面的所述长度的定向与所述要进行测量的对象(50)之间的所述角度为90°±45°。

9.根据前述权利要求中的一项所述的测量机(10)，

其特征在于，

·存在利用如在笛卡尔x方向和笛卡尔y方向上所见的彼此垂直的所述横截面(16、16’)的所述长度进行定向的所述椭圆或线状激光光束中的两个椭圆或线状激光光束(15a、15b)，其中，所述笛卡尔x方向和所述笛卡尔y方向限定由所述相机(22)捕获的所述2D图像的投影平面(9)，并且其中，

·两个检测部分(30a、30b)专用于反射激光(18)的检测，一个检测部分(30a、30b)针对一个激光光束(15a、15b)，其中，所述检测部分(30a、30b)特别地相对于彼此进行布置并且优选被布置在根据权利要求6的所述相机(22)的所述光敏区域(24)的边缘。

10.根据权利要求1至8中的一项所述的测量机(10)，

其特征在于，

·存在椭圆或线状横截面(16’、16)的四个激光光束(15a、15b、15c、15d)，这些激光光束中的两个激光光束(15b、15d)是利用在笛卡尔x方向上的所述横截面(16、16’)的所述长度来进行定向的，并且另外两个激光光束(15a、15c)利用在笛卡尔y方向上的所述横截面(16、16’)的所述长度来进行定向，其中，所述笛卡尔x方向和所述笛卡尔y方向限定由所述相机(22)捕获的所述2D图像的投影平面，并且

·存在专用于反射激光(18)的检测的四个检测部分(30a、30b、30c、30d)，一个检测部分(30a、30b、30c、30d)针对一个激光光束(15a、15b、15c、15d)，其中，两个检测部分(30a、30c)被布置为彼此平行并且彼此间隔开并且与另外两个检测部分(30b、30d)垂直，所述另外两个检测部分(30b、30d)彼此平行并且彼此间隔开，并且其中，所述检测部分(30a、30b、30c、30d)优选被布置在根据权利要求6的所述相机(22)的所述光敏区域(24)的所述成像部分(28)的边缘。

11.一种能够与根据权利要求1至10中的一项所述的测量机(10)一起使用的用于获取小规模3D信息的方法，该测量机(10)具有相机(22)和三角测量激光距离测量单元(14)，该方法包括以下步骤：

·将激光光束(15)发射到要进行测量的对象(50)的表面上，使得所述激光光束(15)被反射到激光传感器的检测部分(30)；

·接收反射激光(18)以及基于所接收的激光(18)的信息而计算距离；以及

·可选地通过使用所述相机(22)来捕获所述要进行测量的对象的2D图像；

其特征在于，

·所述激光光束(15)是以椭圆或线状横截面(16’、16)的激光光束的形式来发射的；距离计算是基于所述检测部分(30)的至少激活光敏像素的信息的，其中，

·所述检测部分(30)的光敏像素被认为是通过接收具有超过预定阈值的强度的椭圆或线状横截面(16’、16)的所述所发射的激光光束(15)的反射激光(18)来激活的。

12.根据权利要求11所述的方法，

其特征在于，

·使用所述检测部分(30)的至少有效像素的信息来计算一个平均距离(h1.1)，和/或

·通过将所述检测部分(30)的所述像素划分成组(26.1、26.2、26.3、…26.n)并针对这些组(26.1、26.2、26.3、…26.n)中的一个组、几个组或全部组来确定峰值位置强度，来计算多个平均距离(h2.1,h2.2,h2.3,…,h2.n)，和/或

·针对按照预定方式进行布置的所述检测部分(30)的选定数目的至少所述有效像素和/或针对所述检测部分(30)的至少所述有效像素中的每个像素来计算像素距离(h3.1…h3.n)。

13.根据权利要求11或12中的一项所述的方法，

其特征在于，

在通过所述检测部分(30)接收的所述反射激光(18)被整合的同时创建所述检测部分(30)相对于所述要进行测量的对象(50)的横向位移，使得生成有意运动模糊，其中，优选地所述位移具有第一位移速度，其中，所述第一位移速度大于在笛卡尔坐标系的其它两个空间轴上的位移速度，并且其中，第一空间方向具体地以±30度的幅度与所述三角测量基线平行，或者以±30度的幅度与所述椭圆或线状激光光束(15)的所述横截面(16、16’)的所述长度垂直。

14.根据权利要求15所述的方法，

其特征在于，

在所述有意运动模糊期间，按照如下方式对所述激光强度进行调制：时间窗口函数结果，所述时间窗口函数与所述横向位移一起导致空间窗口函数。

15.根据权利要求15所述的方法，

其特征在于，

所述时间窗口函数是框窗口函数、三角窗口函数或平滑窗口函数中的一个。

16.一种测量机(10)，该测量机(10)用于获取要进行测量的对象(50)的小规模3D信息，所述测量机(10)具有：

·激光距离测量单元(4)，该激光距离测量单元(4)设置有用于发射激光光束(15)的激光光源(14)以及具有用于检测反射激光(18)的检测部分(30)的像素的激光传感器；

·相机(22)，其中，所述相机(22)用作用于捕获2D图像的成像器；以及

·控制和分析单元(8)，该控制和分析单元(8)被配置为控制所述相机(22)和所述要进行测量的对象(50)之间的相对运动，并且被配置为确定所述相机(22)和被所述激光光束(15)冲击的所述对象(50)的表面之间的距离(80)，

其特征在于，

·所述相机(22)具有包含光敏像素的光敏区域(24)并且用作所述激光距离测量单元(4)的所述激光传感器，其中，

·所述光敏区域(24)的所述像素的一部分是所述检测部分(30)的像素，并且

·所述光敏区域(24)的所述像素的另一部分形成成像部分(28)并且被配置为用于生成所述2D图像；以及

·所述控制和分析单元(8)被配置为基于所述检测部分(30)的至少有效像素(32)的信息而提供距离信息，其中，所述有效像素(32)是检测到具有超过激光强度的预定阈值的强度的所述激光光束(15)的反射激光(18)的像素。