CN116868083A - 具有两个测量功能和fmcw距离测量的激光跟踪器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于目标的工业坐标位置确定的激光跟踪器，该激光跟踪器提供两个测量功能，即，用于测量和跟踪协作(例如，回射)目标的测量功能，以及用于例如具有漫散射的目标的扫描测量的测量功能，其中，两个测量功能可以借助于同一光电距离测量装置来执行并且参考彼此。

Description

具有两个测量功能和FMCW距离测量的激光跟踪器

本发明涉及一种使用光学距离测量单元进行目标的工业坐标位置确定的坐标测量装置，特别是被设计为激光跟踪器的坐标测量装置。

激光跟踪器例如用于工业测量，例如用于部件(诸如车辆机身)的点的坐标位置确定，例如用于检查的上下文或用于移动机器部件的渐进位置监测(例如还有速度确定)。

这种激光跟踪器通常被设计用于回射目标点的坐标位置确定和借助于跟踪单元对该目标点进行渐进式跟踪。目标点在此可以由回射单元(例如，角立方棱镜)表示，使用由跟踪单元的辐射源或由激光跟踪器的测距仪产生的光学测量射束(通常为激光射束)瞄准该目标点。激光射束平行地反射回激光跟踪器，其中，使用跟踪单元或测距仪的检测装置检测反射射束。为此目的，例如借助于用于角度测量的传感器来确定射束的发射方向或接收方向，其被指派给系统的偏转镜或瞄准单元。此外，从激光跟踪器到目标点的距离是利用射束的检测确定的，例如，借助于飞行时间或相位差测量，借助于光学干涉仪，或借助于Fizeau原理。基于发射方向或接收方向和距离来确定目标点的位置坐标。

相比之下，存在特殊的激光跟踪器，其能够扫描表面点的测量，从而在相对短的时间内确定待测对象的表面上的非常多的点坐标。然而，与测量回射目标相比，为此目的不得不接受准确度损失。

一般的激光跟踪器例如包括射束偏转单元，该射束偏转单元具有基座、支承件和射束发射部件，其中，支承件绕第一旋转轴线可旋转地紧固在基座上，并且射束发射部件绕与第一旋转轴线基本正交的第二旋转轴线可旋转地紧固在支承件上。射束发射部件包括出射和入射光学单元，该出射和入射光学单元例如针对距离测量射束和瞄准射束是共用的，该距离测量射束和瞄准射束例如用于协作目标(cooperative target)的准确角位置确定以及用于跟踪目标对象。另选地，射束发射部件还可以包括用于不同射束部件的单独的物镜或单独的入射光学单元和单独的出射光学单元。

典型地，支承件和射束发射部件都以机动化方式移动，以使距离测量射束或瞄准射束在目标上二维对准。

例如，根据现有技术的激光跟踪器包括用于渐进目标跟踪的位置敏感检测器(PSD)形式的跟踪表面传感器，其中，可以在该跟踪表面传感器上检测到在目标处反射的测量激光辐射。PSD在该情况下被理解为以局部模拟方式工作的表面传感器，使用该表面传感器可以非常快速地并且以高分辨率确定传感器表面上的光分布的聚焦。这里借助于一个或更多个光敏表面产生传感器的输出信号。

常规激光跟踪器逐渐包括自动目标获取和目标跟踪功能作为用作目标反射器(ATR：“自动目标识别”)的棱镜的标准特征。为此，单独的ATR光源和对ATR光源的波长敏感的专用ATR检测器(例如，CCD表面传感器)常规地集成在激光跟踪器中。

另选地或另外地，目标对象的手动粗略瞄准可以在用户侧执行，例如，其中，借助于被布置在激光跟踪器上的瞄准和/或观察摄像头在激光跟踪器的用户显示器上或在单独的外围装置(例如，作为遥控器的数据记录器)的显示器上成像和显示目标对象。

为了即使在目标的快速和急动移动期间也将目标保持在“耦合”状态而不使其从ATR检测器的视场中丢失，例如，另外的摄像头可以记录目标的图像并借助于图像处理跟踪目标的移动(或与目标一起移动的对象的移动)，因此在目标从“耦合”状态丢失的情况下，便于再次找到回射器并再次将激光射束耦合到回射器上。

另外，在现代跟踪器系统中，在精细瞄准系统上确定所接收的测量射束从零位置的位移，借助于该位移，确定回射器的中心与激光射束在反射器上的入射点之间的位置差，并且根据该偏差来校正或重新调整激光射束的对准，使得精细瞄准传感器上的偏移减小，特别是为“零”，进而使得射束在反射器中心的方向上对准。

现有技术的激光跟踪器包括用于距离测量的至少一个测距仪，其中，它可以被设计成例如干涉仪(IFN)。由于这种距离测量单元只能测量相对距离变化，所以除了干涉仪之外，在当前激光跟踪器中还安装了所谓的绝对测距仪(ADM)。用于距离确定的测量装置的这种组合例如从徕卡测量系统AG的产品AT901中已知。使用HeNe激光器进行距离确定的绝对测距仪和干涉仪的组合例如从WO2007/079600A1中已知。

US2014/0226145A1公开了一种激光跟踪器，其可以测量回射目标以及自然(因此非回射)表面。为此，激光跟踪器包括第一绝对测距仪，其被设计为已知用于针对回射器的测量。另外，激光跟踪器包括第二绝对测距仪，其被设计用于针对对象表面的测量。相应绝对测距仪通过单个出射光学单元发射它们的测量辐射，但是相应绝对测距仪均是单独的独立单元。提供两个完全独立的、单独的绝对测距仪的必要性使得在生产技术方面是复杂的，因此是昂贵的。

本发明的目的是提供一种开头所述类型的改进的激光跟踪器。

一个特别的目的具体是提供距离测量单元的简化且更紧凑的结构，其中，同时扩展了激光跟踪器的测量功能，但保持或提高先前测量功能的测量准确度。

这些目的通过实现独立权利要求的表征特征中的至少一部分表征特征来实现。可以从从属权利要求推断以另选的或有利的方式改进本发明的特征。

本发明的第一方面涉及一种用于目标对象的工业坐标位置确定的激光跟踪器。激光跟踪器包括发射单元，该发射单元具有能够绕两个旋转轴线旋转的发射部件，其中，发射部件被配置为发射对目标轴线进行限定的瞄准射束和对距离测量轴线进行限定的距离测量射束。激光跟踪器还包括角度检测器，该角度检测器被配置为对关于发射部件绕两个旋转轴线的旋转的角度数据进行检测。

例如，发射单元包括调节单元，并且激光跟踪器被配置为通过绕两个旋转轴线的旋转，借助于调节单元来保持发射部件在目标对象上自动对准，其中，调节单元借助于在目标对象的协作目标的方向上发射的瞄准射束来确定发射部件相对于协作目标的对准。因此，基于瞄准射束的返回部分，可以生成控制数据以调整发射部件关于两个旋转轴线的对准。然后可以借助于控制数据来执行发射部件关于两个旋转轴线的对准的自动调整，并因此可以在由目标对象的协作目标限定的测量点上对准目标轴线。

此外，激光跟踪器包括距离测量单元，该距离测量单元被配置为对目标对象执行距离测量，在距离测量的范围内，在目标对象的方向上从发射部件发射距离测量射束，并且接收距离测量射束的返回部分。

因此，例如借助于瞄准射束和角度数据，可以使用激光跟踪器，以确定发射部件相对于目标对象的协作目标的对准，进而结合针对目标对象的距离测量来获得目标对象的坐标。

例如，具有限定反射特性的无源反射单元可以用作协作目标，例如，具有已知尺寸的钢球或诸如立方棱镜的回射器。换言之：结合本申请，术语“协作目标”是指尤其被提供以结合精细瞄准过程和例如目标跟踪而使用的目标。因此，协作目标与激光跟踪器(例如，精细瞄准单元和/或跟踪单元)“协作”，因为其具有明确定义的属性，诸如特定反射特性、已知形状或已知尺寸，这些属性由激光跟踪器用于精细瞄准过程和/或跟踪过程的目的。

激光跟踪器还被配置为执行参考距离测量轴线和目标轴线的校准功能，该校准功能包括：

目标轴线参考测量，其中，当目标轴线借助于发射部件绕两个旋转轴线的旋转而在第一目标点上对准时，借助于角度检测器向第一目标点指派用于发射部件的对准的目标轴线角度数据，

距离测量射束扫描，其中，发生参考对象的扫描，其中，设置发射部件关于两个旋转轴线的大量不同对准，针对发射部件绕两个旋转轴线的相应对准，借助于距离测量射束向不同对准指派距参考对象的关联扫描距离，并且借助于角度检测器向不同对准指派关联扫描角度数据，

借助于扫描距离和扫描角度数据生成参考对象的几何模型(例如，点云或网格模型(经常还被指定为网状模型、线框模型、表面表示或多边形网络模型))，以及基于该生成，识别由参考对象提供的预定第二目标点，以及

距离测量轴线与描述目标轴线的参考数据之间的空间关系的获得，参考数据的获得考虑了目标轴线角度数据、扫描角度数据以及第一目标点与第二目标点之间的先前已知的空间关系。

参考在该情况下被理解为距离测量轴线关于目标轴线的相对几何对准的确定，通过该相对几何对准，例如，由距离测量射束瞄准的点可以被唯一地指派给由瞄准射束瞄准的点。此外，因此可以例如通过距离测量射束和瞄准射束两者来执行空间中任意点的有意瞄准。在另外的示例中，参考可以用于借助于可设置的射束偏转元件使距离测量轴线和目标轴线彼此适配。

具体地，根据本发明的校准功能使得能够提供具有两个测量功能(即，所谓的协作(例如，回射)目标的“经典”测量(和跟踪)以及例如针对漫散射目标的扫描测量)的激光跟踪器，其中，所述两个测量功能可以借助于同一光电测距仪来执行并且能够参考彼此。因此，例如可以减小射束偏转单元中所需的空间以及校准和生产支出。

在一个实施方式中，激光跟踪器被配置为使得参考数据的获得是基于如下假设而发生的：第一目标点和第二目标点的空间布置是固定的，特别是第一参考点和第二参考点在空间中的位置是相同的。

在另外的实施方式中，激光跟踪器包括用于自动发现第一目标点和/或参考对象的自动目标搜索功能。根据该实施方式，激光跟踪器因此能够在校准功能的情况下，借助于自动目标搜索功能的辅助，自动执行目标轴线参考测量和距离测量射束扫描。

根据另外的实施方式，激光跟踪器被配置为使得第二目标点的识别基于如下假设而发生：参考对象至少部分地形成为球体，并且第二目标点对应于由参考对象的至少部分球体的形状限定的球体的球体中心点。

本发明的另外的方面涉及一种用于目标对象的工业坐标位置确定的激光跟踪器。激光跟踪器包括发射单元，该发射单元具有能够绕两个旋转轴线旋转的发射部件，其中，发射部件被配置为发射对目标轴线进行限定的瞄准射束和对距离测量轴线进行限定的距离测量射束。此外，激光跟踪器包括：角度检测器，该角度检测器被配置为对关于发射部件绕两个旋转轴线的旋转的角度数据进行检测；以及距离测量单元，该距离测量单元被配置为对目标对象执行距离测量，在距离测量的情况下，在目标对象的方向上由发射部件发射距离测量射束，并且接收距离测量射束的返回部分。激光跟踪器又可以例如借助于瞄准射束和角度数据来确定发射部件相对于目标对象的协作目标的对准。

根据本发明的该方面，激光跟踪器被配置为执行参考距离测量轴线和目标轴线的校准功能，该校准功能包括：

目标轴线参考测量，其中，当目标轴线借助于发射部件绕两个旋转轴线的旋转而在第一目标点上对准时，借助于角度检测器向第一目标点指派用于发射部件的对准的目标轴线角度数据，

强度扫描，其中，发生参考对象的扫描，其中，设置发射部件关于两个旋转轴线的大量不同对准，针对发射部件绕两个旋转轴线的相应对准，借助于距离测量射束向不同对准指派距离测量射束的返回部分的关联接收强度，并且借助于角度检测器向不同对准指派关联扫描角度数据，

基于参考对象上的接收强度的强度分布，特别是通过识别参考对象的高亮，识别由参考对象提供的预定的第二目标点，以及

距离测量轴线与描述目标轴线的参考数据之间的空间关系的获得，参考数据的获得考虑了目标轴线角度数据、扫描角度数据以及第一目标点与第二目标点之间的先前已知的空间关系。

例如，激光跟踪器被配置为使得第二目标点的识别基于如下假设而发生：参考对象至少部分地形成为球体，并且第二目标点被指派给由参考对象的至少部分球体的形状限定的球体的球体表面上的点或中心上的点(特别是对应于该点)。因此，例如，由参考对象的至少部分球体的形状限定的球体的半径被存储在激光跟踪器上，使得参考是在考虑了这些先前已知半径的情况下发生的，其中，预定的第二目标点的识别可以例如通过识别接收强度中的高亮来执行。

通常，代替高亮，可以使用具有在接收强度中可见的突出特征的目标(例如，高对比度目标)，其中，借助于强度测量可以明确地确定预定点。

本发明的另外的方面涉及一种用于目标对象的工业坐标位置确定的激光跟踪器。激光跟踪器包括发射单元，该发射单元具有能够绕两个旋转轴线旋转的发射部件，其中，发射部件被配置为发射对目标轴线进行限定的瞄准射束和对距离测量轴线进行限定的距离测量射束。此外，激光跟踪器包括：角度检测器，该角度检测器被配置为对关于发射部件绕两个旋转轴线的旋转的角度数据进行检测；以及距离测量单元，该距离测量单元被配置为对目标对象执行距离测量，在距离测量的情况下，在目标对象的方向上从发射部件发射距离测量射束，并且接收距离测量射束的返回部分。

根据本发明的该方面，激光跟踪器包括光学耦合元件，该光学耦合元件被配置为生成瞄准射束和距离测量射束的公共发射路径。此外，在瞄准射束的在光学耦合元件上游的发射路径中，布置了第一射束偏转元件，该第一射束偏转元件被配置为设置瞄准射束的相对于发射部件的发射方向。另外地或另选地，在距离测量射束的在光学耦合元件上游的发射路径中，布置了第二射束偏转元件，该第二射束偏转元件被配置为设置距离测量射束的相对于发射部件的发射方向。此外，在距离测量的情况下，激光跟踪器在此现在被配置为根据距目标对象的设定距离并且特别是根据关于距离测量射束在目标对象上的聚焦的设定聚焦参数来执行第一射束偏转元件和/或第二射束偏转元件的设置，例如，基于由如上所述的校准功能确定的针对距离测量轴线和目标轴线的参考的参考数据。

具体地，激光跟踪器被配置为使得第一射束偏转元件和/或第二射束偏转元件的设置按照使距离测量轴线与目标轴线同轴或平行的方式发生。

现有技术中已知大量的可能部件作为射束偏转元件，例如，可以使用一个或更多个调节楔、透镜和/或反射镜结构和/或基于MEMS的射束偏转(MEMS＝微机电系统)。另外的可能性是声光元件、液体透镜元件、由于电场而生成折射率梯度的晶体等。

例如，距离测量单元包括可设置聚焦单元，该可设置聚焦单元被配置为设置用于距离测量射束在目标对象上的聚焦的可变聚焦参数，特别地其中，可设置聚焦单元被配置并被布置为使得瞄准射束的光路不受该聚焦单元的影响。例如，聚焦单元被布置在瞄准射束的光路之外，因此仅在距离测量射束的光路中。

在另外的实施方式中，激光跟踪器被配置为：

从第一距离执行参考对象的距离测量射束扫描或强度扫描，并且从不同于第一距离的第二距离执行另外参考对象或同一参考对象的另外距离测量射束扫描或另外强度扫描，其中，距离测量单元例如包括可设置聚焦单元，该可设置聚焦单元用于设置关于距离测量射束的聚焦的可变聚焦参数，并且针对第一距离设置聚焦参数的第一值，针对第二距离设置聚焦参数的不同于第一值的第二值，

从第一距离获得针对距离测量射束扫描或强度扫描的第一参考数据，以及从第二距离获得针对另外距离测量射束扫描或另外强度扫描的第二参考数据，以及通过考虑第一参考数据和第二参考数据，根据距离获得用于距离测量轴线和目标轴线的参考的补偿参数或补偿参数的参数集(例如，至少三个补偿参数)，

特别是聚焦参数。

本发明的另外的方面涉及一种用于目标对象的工业坐标位置确定的激光跟踪器，该激光跟踪器包括：支承件；发射部件，该发射部件能够关于支承件旋转，该发射部件具有射束出射部；以及距离测量单元，该距离测量单元具有被布置在支承件中的激光射束源以及被配置为将激光辐射源的辐射通过光纤导引馈送到发射部件的光纤结构。

距离测量单元在此被配置为对目标对象执行距离测量，在距离测量的情况下，经由射束出射部发射辐射的至少一部分，并且检测辐射的从目标对象返回的部分，其中，距离测量是基于调制连续波雷达原理的。

为此目的，激光射束源被配置为生成第一激光辐射和第二激光辐射，其中，两个激光辐射中的至少一个激光辐射是频率调制的，其中，第一激光辐射的频率梯度例如至少在一些时间间隔中不同于第二激光辐射的频率梯度。

此外，激光跟踪器包括被布置在支承件中的光学器件结构，该光学器件结构被配置为将第一激光辐射分裂成第一测量辐射和第一参考辐射并且将第一参考辐射馈送到参考干涉仪结构中。此外，光学器件结构被配置为将第二激光辐射分裂成第二测量辐射和第二参考辐射并且将第二参考辐射馈送到参考干涉仪结构中。

例如，使用参考干涉仪结构，以确保相应激光辐射的例如线性调谐的特性。参考干涉仪结构包括用于分开地指引第一参考辐射的部分和/或第二参考辐射的部分的至少两个臂，其中，两个臂中的一个臂被设计为光纤导引参考路径，该光纤导引参考路径能够在温度方面被控制和/或在温度方面是稳定的，并且至少两个臂在重合区段中被再次汇聚在一起以生成参考输出辐射。参考路径能够在温度方面被控制，例如，意味着温度是可测量的并且可以在距离测量的情况下被考虑。另选地或另外地，用于距离测量的温度被主动稳定以保持参考路径的长度恒定。

第一参考输出辐射然后例如经由单模光纤被供应给发射部件。

激光跟踪器还包括频移器，例如，基于声光调制器，其中，频移器被配置为将第一测量辐射分裂成第一发射辐射和从第一发射辐射频移的第一本机振荡器辐射，并且将第二测量辐射分裂成第二发射辐射和从第二发射辐射频移的第二本机振荡器辐射。

光纤结构被配置为将第一发射辐射和第二发射辐射以及第一本机振荡器辐射和第二本机振荡器辐射以及例如参考输出辐射通过光纤导引馈送到发射部件中，其中，针对距离测量，例如，在发射部件中，经由发射部件的射束出射部朝向目标对象发射第一发射辐射和第二发射辐射的一部分、检测第一发射辐射和第二发射辐射的从目标对象返回的部分以及将第一发射辐射和/或第二发射辐射的从目标对象返回的部分与第一本机振荡器辐射和/或第二本机振荡器辐射叠加，基于此，在距离测量的情况下根据调制连续波雷达原理获得距目标对象的距离。

代替将参考输出辐射馈送到发射部件中，也可以在发射部件外部检测参考辐射，因此可以例如借助于将信号馈送到发射部件来提供单独对应的电信号或数字化信号以用于距离测量中的考虑。在发射部件中检测到的或从发射辐射和本机振荡器辐射生成的接收信号也可以在支承件中以电气或数字化的方式被发送。

例如，光学器件结构被设计为自由空间光学单元。例如，针对紧凑构造，这是有利的。

通常，例如，如果较少的光纤被引导通过轴线，则可能是有利的，因为空间是紧密的并且机械应变的光纤是具有故障风险的部件，并且光纤的热相关变化和/或机械相关变化可能破坏距离测量。

例如，为了减少被引导通过轴线的光纤的数量，在一个实施方式中，频移器被布置在支承件中，其中，光学器件结构和参考干涉仪结构被配置为使得使用频移器或被布置在支承件中的另外频移器借助于外差辐射混合来生成参考输出辐射。此外，光学器件结构和光纤系统被配置为使得在每种情况下，第一发射辐射和第二发射辐射一起以及第一本机振荡器辐射和第二本机振荡器辐射一起经由公共光纤被馈送到发射部件，特别地其中，两个光纤分别被实施为偏振保持光纤。

此外，根据另外的变型例，例如，可以直接测量所有光纤对测量距离的影响，并且可以相应地补偿对关于目标对象的距离测量的影响。因此，另外的实施方式中的发射部件包括内部控制通道，该内部控制通道具有用于根据调制连续波雷达原理的单独距离测量的单独接收器，该单独接收器被屏蔽了第一发射辐射或第二发射辐射的返回部分。在发射部件中，第一发射辐射和/或第二发射辐射的一部分以及第一本机振荡器辐射和/或第二本机振荡器辐射的一部分被解耦到这里的内部控制通道中，并且基于此，根据调制连续波雷达原理执行基于内部控制通道的单独距离测量，以在获得距目标对象的距离时考虑光纤结构的光纤的热相关变化和/或机械相关变化。

在另外的实施方式中，频移器被布置在发射部件中，其中，激光跟踪器包括被布置在支承件中的另外频移器。光学器件结构和参考干涉仪结构在此被配置为使得参考输出辐射是使用被布置在支承件中的另外频移器借助于外差辐射混合而生成的。此外，光学器件结构和光纤结构被配置为使得第一测量辐射和第二测量辐射经由公共光纤(例如，偏振保持光纤)被馈送到发射部件。例如，第一激光辐射和/或第二激光辐射的拆分以及第一参考辐射和/或第二参考辐射到参考干涉仪结构的馈送发生在自由空间中，在这种情况下，发生在被布置在支承件中的另外频移器的下游。

例如，第一激光辐射和第二激光辐射被引导通过被布置在支承件中的另外频移器，其中，第一测量辐射和第二测量辐射对应于被布置在支承件中的另外频移器的相同量级的辐射。例如，第一测量辐射和/或第二测量辐射分别尤其是基于第一激光辐射和/或第二激光辐射的没有被布置在支承件中的另外频移器频移的部分的。

另选地，例如，第一测量辐射和第二测量辐射在被布置在支承件中的另外频移器的上游被解耦，并被引导通过被布置在支承件中的另外频移器进入发射部件。

在另外的实施方式中，移频器被布置在发射部件中，其中，光学器件结构和参考干涉仪结构被配置为使得参考输出辐射是借助于零差辐射混合而生成的。光学器件结构和光纤结构然后被配置为使得第一测量辐射和第二测量辐射经由公共光纤(例如，偏振保持光纤)被馈送到发射部件。

在另外的实施方式中，光学器件结构和参考干涉仪结构被共同地布置在模块壳体中，该模块壳体能够一体地与激光跟踪器分离。

支承件中的模块壳体的布置，特别地其中，例如光纤结构的光纤的对应插头连接也布置在支承件中的模块壳体附近的布置具有例如包括支承光纤的敏感光学器件结构和参考干涉仪结构易于更换的优点，由于该优点，例如，可以减少维护和修理支出。

在另外的实施方式中，参考干涉仪结构包括第一参考干涉仪和第二参考干涉仪，该第一参考干涉仪和该第二参考干涉仪被配置为提供参考输出辐射的第一部分辐射或第二部分辐射。为此目的，第一参考干涉仪包括用于分别引导第一参考辐射的部分的两个臂，其中，第一参考干涉仪的两个臂中的一个臂经由参考路径(其是通过光纤导引的并且能够在温度方面被控制和/或在温度方面是稳定的)被引导，并且第一参考干涉仪的两个臂在重合区段中被再次汇聚在一起以生成第一部分辐射。第二参考干涉仪包括用于分别引导第二参考辐射的部分的两个臂，其中，第二参考干涉仪的两个臂中的一个臂经由另外参考路径被引导，该另外参考路径是通过光纤导引的并且能够在温度方面被控制和/或在温度方面是稳定的，并且第二参考干涉仪的两个臂在重合区段中被再次汇聚在一起以生成第二部分辐射。具体地，第一参考干涉仪的两个臂是与第二参考干涉仪的两个臂分开的。

第一部分辐射和第二部分辐射然后例如分别经由单模光纤被馈送到发射部件。

在另外的实施方式中，参考路径和另外参考路径被布置在公共箱中，该公共箱能够在温度方面被控制和/或在温度方面是稳定的。因此，例如可以降低用于温度稳定的电子和结构支出，并且确保两个参考路径经受相同的条件。

利用外差检测或利用不同扫掠速率，代替使用针对第一参考辐射和第二参考辐射的两个单独形成的参考干涉仪，激光跟踪器还可以另选地被配置为关于第一参考辐射和第二参考辐射的分量在算法上分离公共干涉仪的干涉仪输出信号。

因此，参考干涉仪结构包括(例如，单个)参考干涉仪，该参考干涉仪包括用于分开地引导第一参考辐射的部分和第二参考辐射的部分的两个臂，其中，两个臂中的一个臂经由参考路径被引导并且两个臂在重合区段中被再次汇聚在一起。光学器件结构还被配置为使得第一参考辐射和第二参考辐射在参考干涉仪的上游被汇聚在一起并且作为同一干涉仪输入辐射的部分被共同馈送到参考干涉仪。干涉仪输出辐射然后例如经由单模光纤被馈送到发射部件，其中，激光跟踪器被配置为关于第一参考辐射和第二参考辐射的分量在算法上分离由参考干涉仪生成的干涉仪输出信号。

在另外的实施方式中，光纤结构包括仅用管部分地保护的光纤，其中，用管部分地保护的光纤包括支承件与发射部件之间的馈通区域中的管。

管的部分使用具有优点，例如，由于不同热膨胀系数而使管引起的光纤的机械应变因此可以被减小。例如，仅用管部分保护的光纤仅在具有由激光跟踪器的操作引起的机械应力的位置处用管保护。

在另外的实施方式中，发射部件包括物镜、两个光纤准直器、接收器以及在与物镜的光轴平行或同轴的结构轴线上串联地布置并且偏振的两个分束器。第一发射辐射和第二发射辐射经由两个光纤准直器中的一个光纤准直器被发射到被布置成轴向地更靠近物镜的分束器上，该分束器被配置为使第一发射辐射和第二发射辐射的至少一部分在物镜的方向上轴向地偏转。第一本机振荡器辐射和第二本机振荡器辐射经由两个光纤准直器中的另一光纤准直器被发射到被布置成轴向地更远离物镜的分束器上，该分束器被配置为使第一本机振荡器辐射和第二本机振荡器辐射的至少一部分在接收器的方向上轴向地偏转。两个分束器被配置为允许第一发射辐射和第二发射辐射的从目标对象返回的部分中的至少一些部分穿过以到接收器。

此外，发射部件通常包括四分之一波长延迟片，该四分之一波长延迟片例如在物镜与两个分束器之间被布置在结构轴线上。

此外，发射部件可以包括位于第一发射辐射和第二发射辐射的光路中的可调整孔径。

在另外的实施方式中，发射部件包括衰减器，该衰减器被配置为对从两个光纤准直器中的一个光纤准直器发射的第一发射辐射和第二发射辐射进行可设置的衰减，其中，衰减器例如被布置在两个光纤准直器中的一个光纤准直器与被布置为轴向地更靠近物镜的分束器之间。例如，衰减器能够枢转进入和离开第一发射辐射和第二发射辐射的光路，或者被配置为选择性地设置不同衰减因子(衰减功率)。例如，衰减器基于光纤耦合可变光衰减器。

在另外的实施方式中，发射部件包括在两个光纤准直器中的每一者与相应指派的分束器之间的射束偏转元件，该射束偏转元件被配置为调整第一发射辐射和第二发射辐射或第一本机振荡器辐射和第二本机振荡器辐射的射束方向。

现有技术中已知大量的可能部件作为射束偏转元件，例如，调节楔、透镜和/或反射镜结构和/或基于MEMS的射束偏转(MEMS＝微机电系统)、声光元件、液体透镜元件、由于电场而生成折射率梯度的晶体等。

在另外的实施方式中，发射部件包括至少部分反射的参考部件，并且发射部件被配置为在自由空间中将第一发射辐射和第二发射辐射的至少一部分发射到参考部件上，并且在距离测量的情况下考虑第一发射辐射和第二发射辐射的从参考部件返回的部分。

作为上述光学器件和干涉仪结构的另选方案，可以使用与被布置在支承件中的电光调制器结合的单个恒定工作的激光器作为激光射束源(具有RF生成)。例如，在欧洲专利申请18190343.6中描述了用于射束生成的这种结构。因此，仅一个光纤必须被引导通过轴线，其中，该光纤引导由电光调制器生成并用于测量辐射的边带。为了实现外差测量，例如在发射部件中布置了频移器，以生成第一发射辐射和第二发射辐射以及第一本机振荡器辐射和第二本机振荡器辐射。干涉测量距离具有其在频移器中的原点，由于该原点，用于轴线馈通的光纤因此不结合在测量距离中。然而，上述光纤问题还适用于被布置在发射部件中的频移器的输出光纤，但是由于消除了机械改变的轴线馈通，所以基本上减小了热效应。

本发明的另外的方面涉及一种用于目标对象的工业坐标位置确定的激光跟踪器，该激光跟踪器包括：支承件；发射部件，该发射部件能够关于支承件旋转，该发射部件具有射束出射部；以及距离测量单元，该距离测量单元具有被布置在支承件中的激光射束源以及被配置为将激光射束源的辐射通过光纤导引馈送到发射部件的光纤结构。距离测量单元被配置为对目标对象执行距离测量，在距离测量的情况下，经由射束出射部发射辐射的至少一部分，并且检测辐射的从目标对象返回的部分。

根据该方面，激光射束源被配置为生成频率调制的激光辐射，并且激光跟踪器还包括频移器，例如，基于声光调制器，该频移器被配置为将激光辐射分裂成发射辐射和关于发射辐射频移的本机振荡器辐射。此外，激光跟踪器被配置为经由发射部件的射束出射部朝向目标对象发射发射辐射的至少一部分以及将发射辐射的从目标对象返回的部分与本机振荡器辐射的至少一部分叠加，基于此，在距离测量的情况下根据调制连续波雷达原理获得距目标对象的距离。

发射部件还包括至少部分反射的参考部件，并且发射部件被配置为在自由空间中将发射辐射的至少一部分发射到参考部件上、检测发射辐射的从参考部件返回的部分以及将发射辐射的从参考部件返回的这些部分考虑用于关于目标对象的距离测量。

例如，激光跟踪器被配置为通过将发射辐射的从参考部件返回的部分与本机振荡器辐射的至少一部分的叠加来考虑发射辐射的从参考部件返回的部分。

例如，参考部件被设计为部分反射的透镜，特别是弯月形透镜。例如，也可以想到圆盘或平板、或分束器处的背反射。通常，可以在发射部件中的单独通道中检测和测量未在目标对象的方向上偏转的射束分量。

反射使得能够检测和补偿光纤长度的剩余热相关变化或机械相关变化，因此可以对其进行实时地识别并在距离测量中对其进行补偿。例如，激光跟踪器被配置为对用于发射辐射和/或本机振荡器辐射的射束指引的光纤的光纤长度的变化进行补偿，所述补偿是基于发射辐射的朝向参考部件的包含用于发射辐射的光纤的光路应该为恒定的假设的。

特别是针对零差检测，参考部件处的反射可以直接用作本机振荡器辐射，其中，反射的位置特别对应于例如零点。另选地，特别是针对外差检测，参考部件处的反射因此被用作附加校准。

在一个实施方式中，发射部件包括物镜和分束器，其中，物镜和分束器在与物镜的光轴平行或同轴的结构轴线上串联地布置，使得发射辐射的至少一部分经由分束器在物镜的方向上轴向地偏转。此外，参考部件沿着结构轴线布置在物镜与分束器之间的静态区域中，其中，静态区域不含发射部件的轴向移动部件并且在分束器侧上由分束器界定，并且其中，分束器被配置为允许发射辐射的从参考部件返回的部分中的至少一些部分穿过。

在另外的实施方式中，最外光学部件与分束器之间的区域还包括具有轴向移动部件(例如，聚焦单元)的可移动区域。

在另外的实施方式中，发射辐射的至少一部分经由分束器在物镜的方向上轴向地偏转，并且分束器被配置为允许发射辐射的从目标对象返回的部分的至少一些部分穿过。

具体地，发射部件被设计为能够绕两个旋转轴线旋转的发射部件，并且激光跟踪器包括调节单元，借助于该调节单元，发射部件能够通过绕两个旋转轴线旋转而以机动化方式在目标对象上对准。

由于使用了用于调制连续波雷达的光学器件或测量结构，所以根据在开头描述的实施方式之一的坐标测量装置(例如，激光跟踪器)由于斑点图案(通常也仅称为斑点)的出现而可以进一步扩展，例如以提供对旋转目标对象(例如，处于固有旋转状态的目标对象)的旋转速率的测量。

如果例如使用超出目标对象的旋转轴线的距离测量轴线瞄准目标对象，其中，距离测量射束不平行于旋转轴线，则由于斑点图案的出现，所以可以观察到由目标对象在目标对象上的距离测量轴线的入射点处的旋转速度的轴向分量引起的距离测量射束的频率的多普勒频移。如下文所述，这可以用于获得目标对象绕旋转轴线的(瞬时)旋转速率。

具体地，发射部件的双轴线布置使得能够相对于现有技术简化旋转轴线和旋转目标对象的速度的确定，例如，借助于目标对象的自动测量来确定由旋转轴线穿透的旋转对象的端面关于旋转轴线的对准。

本发明的另外的方面涉及一种用于空间中的点的工业坐标位置确定的坐标测量装置，例如，该坐标测量装置被设计为激光跟踪器，该坐标测量装置包括发射单元，该发射单元被配置为设置测量轴线关于两个旋转轴线的对准。坐标测量装置包括具有激光射束源的距离测量单元，其中，该距离测量单元被配置为执行距离测量，在距离测量的情况下，经由发射单元沿着测量轴线将使用激光辐射源生成的辐射的至少一部分发射到空间中，并且检测辐射的被指定为接收辐射的返回部分。在这种情况下，距离测量单元包括用于根据调制连续波雷达原理执行距离测量的光学结构(例如，参见开头描述的坐标测量装置)。此外，坐标测量装置包括角度检测器，该角度检测器被配置为对关于测量轴线绕两个旋转轴线的对准的角度数据进行检测。

根据该方面，坐标测量装置还包括用于确定绕旋转轴线旋转的目标对象的旋转速率的旋转速率测量功能，其中，坐标测量装置被配置为针对接收辐射的接收频率来确定关于沿着测量轴线的测量方向的多普勒频移，并且考虑目标对象的旋转轴线相对于坐标测量装置的6DoF位置(6个自由度)，以获得目标对象的旋转速率。

在一个特定实施方式中，旋转速率测量功能包括两个步骤，其中，在第一步骤的情况下，执行目标对象的自动多普勒测量，包括测量轴线关于两个旋转轴线的不同对准以及针对不同对准中的每个对准确定多普勒频移。例如，在假设目标对象的旋转速率在第一步骤期间恒定的情况下，基于自动多普勒测量，执行目标对象的旋转轴线相对于坐标测量装置的6DoF位置的自动确定。在第二步骤的情况下，然后通过将测量轴线对准目标对象上的测量点来确定(瞬时)旋转速率，其中，测量点具有远离旋转轴线的偏移，例如，其中，坐标测量装置基于旋转轴线的6DoF位置来获得测量点距旋转轴线的径向距离，并且在确定旋转速率时考虑该径向距离。

例如，坐标测量装置被配置为在第一步骤和/或第二步骤的情况下考虑几何形状数据，该几何形状数据提供关于目标对象的外部形状的信息。

另选地或另外地，坐标测量装置包括例如另外的步骤，所述另外的步骤被配置用于目标对象的自动坐标扫描并且用于确定关于目标对象的外部形状的几何形状信息，该几何形状信息在第一步骤和/或第二步骤的情况下被考虑。例如，借助于距离测量单元和测量轴线关于两个旋转轴线的多个不同对准和/或借助于坐标测量装置的摄像头的基于摄像头的扫描(例如，基于立体摄影测量或条带投影的原理)来执行坐标扫描。因此，目标对象的3D模型(例如，点云或网格模型)可以通过坐标扫描生成，并在第一步骤和/或第二步骤的情况下被考虑。

因此，例如，可以考虑或补偿由于目标对象的非平面性而导致的测量轴线方向上的移动分量。这些包括例如目标对象的端面关于旋转轴线的非理想对准。

在另外的实施方式中，坐标测量装置被配置为根据双啁啾频率调制原理来执行距离测量，并因此获得坐标测量装置与目标对象之间的作为绝对距离的距离。

例如，距离测量单元被配置为生成激光辐射并且将该激光辐射分裂成发射辐射和本机振荡器辐射，例如，其中，距离测量单元被配置为生成频率调制的激光辐射并包括用于将激光辐射分裂成发射辐射和激光振荡器辐射的频移器，其中，本机振荡器辐射关于发射辐射被频移。距离测量单元在此被设计为经由发射单元沿着测量轴线发射发射辐射的至少一部分，并且将发射辐射的从目标对象返回的部分与本机振荡器辐射叠加。

具体地，激光辐射源被配置为生成另外的通常是频率调制的激光辐射，例如，其中，至少在一些时间间隔中，激光辐射的频率梯度与另外的激光辐射的频率梯度不同。多普勒频移因此可以是在考虑了另外的激光辐射的情况下确定的。

在另外的实施方式中，坐标测量装置包括分段接收器来执行散斑测量功能。分段接收器被配置为检测接收辐射的至少一部分，其中，接收器包括彼此分离地可读的多个(具体是至少三个)接收表面。典型的这种分段接收器例如是象限检测器，其中，分段形成接收表面的四个象限，并且接收表面彼此靠近地定位，使得在每种情况下在相邻象限之间仅存在窄间隙。坐标测量装置的散斑测量功能被配置为确定由接收器在一时间点检测到的接收辐射的斑点图案。因此，例如，接收器被设计为至少部分地分辨斑点场。此外，在散斑测量功能的情况下发生在不同时间点确定的接收辐射的斑点图案的演变的确定，其中，在考虑在不同时间点确定的斑点图案的演变的情况下获得旋转速率。

例如，通过搜索斑点图案的重复特征尤其是重复特征的周期性来确定旋转速率。理论上，也可以根据斑点图案的演变来确定移动方向。

在一个实施方式中，散斑测量功能被配置为确定由接收器在一时间点检测到的斑点图案的斑点质心，并且确定在不同时间点生成的斑点图案的在不同时间点确定的斑点质心的演变。因此，可以在考虑在不同时间点确定的斑点质心的演变并且例如是通过确定斑点质心的重复图案尤其是周期性的情况下获得旋转速率。

参考EP2513595B1来描述干涉测量装置中斑点的出现及其相关性。此外，在EP2513595B1中描述了现有技术中也已知的一种可能性，例如，为了使用分段接收器(例如，象限检测器)确定斑点质心。

本发明的另外的方面涉及一种用于空间中的点的工业坐标位置确定的坐标测量装置，例如，该坐标测量装置被设计为激光跟踪器，该坐标测量装置包括发射单元，该发射单元被配置为设置测量轴线关于两个旋转轴线的对准。坐标测量装置包括具有激光射束源的距离测量单元，其中，该距离测量单元被配置为执行距离测量，在距离测量的情况下，经由发射单元沿着测量轴线将使用激光辐射源生成的辐射的至少一部分发射到空间中，并且检测辐射的被指定为接收辐射的返回部分。此外，坐标测量装置包括角度检测器，该角度检测器被配置为对关于测量轴线绕两个旋转轴线的对准的角度数据进行检测，一种用于空间中的点的工业坐标位置确定的坐标测量设备，例如被设计为激光跟踪器。

根据该方面，坐标测量装置还包括分段接收器和散斑测量功能，其中，分段接收器被配置为检测接收辐射的至少一部分并且包括彼此分离地可读的多个接收表面，散斑测量功能被配置为确定由接收器在一时间点检测到的接收辐射的斑点图案，并且确定在不同时间点确定的接收辐射的斑点图案的演变。

具体地，距离测量单元包括用于根据调制连续波雷达原理执行距离测量的光学结构(例如，参见开头描述的坐标测量装置)。

在一个实施方式中，坐标测量装置包括用于确定绕旋转轴线旋转的目标对象的旋转速率的旋转速率测量功能，其中，在考虑在不同时间点确定的斑点图案的演变并且例如是通过确定斑点图案的重复特征尤其是重复特征的周期性的情况下获得旋转速率。

在一个实施方式中，散斑测量功能被配置为确定由接收器在一时间点检测到的斑点图案的斑点质心，并且确定在不同时间点生成的斑点图案的在不同时间点确定的斑点质心的演变，其中，在考虑在不同时间点确定的斑点质心的演变并且例如是通过确定斑点质心的重复图案尤其是周期性的情况下获得旋转速率。

在下文中，基于附图中示意性例示的示例性实施方式，仅通过示例的方式更详细地描述根据本发明的激光跟踪器和根据本发明的坐标测量装置以及本发明的各个方面。相同的元件在图中由相同的附图标记表示。所描述的实施方式通常未按比例示出，并且它们也不应被理解为是限制性的。

在特定附图中：

图1：示意性地示出了根据现有技术的测量系统；

图2：示出了根据本发明的激光跟踪器的示例性应用，包括第一测量功能和第二测量功能；

图3：示出了具有目标轴线和距离测量轴线的激光跟踪器的示意性结构；

图4：示出了根据本发明的激光跟踪器，其在第一测量功能中的测量期间用于在校准功能的情况下确定目标轴线角度数据；

图5：示出了根据本发明的激光跟踪器，其在第二测量功能中的测量期间用于在校准功能的情况下确定扫描距离和扫描角度数据；

图6：示出了基于调制连续波雷达原理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7：示出了基于调制连续波雷达原理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8：示出了基于调制连续波雷达原理的根据本发明的激光跟踪器的光学结构的第三实施方式；

图9：示出了例如可以在图6至图8所示的实施方式中使用的发射部件中的光学发射和接收结构；

图10示出了使用包括旋转速率测量功能的坐标测量装置测量处于固有旋转状态的目标对象的旋转速率的示例性结构。

图1示意性地示出了根据现有技术的用于确定对象100的3D坐标的测量系统。这种情况下的测量系统包括激光跟踪器101和移动扫描单元2。回射器3附接至扫描单元2，该回射器可以由激光跟踪器101借助于作为跟踪或测量射束的激光射束4瞄准，这样可以确定扫描单元2相对于激光跟踪器101的位置。此外，根据现有技术的激光跟踪器101目前越来越多地包括作为标准特征的摄像头(未示出)，使得借助于附接至扫描单元2的标记(未示出)和扫描单元2的摄像头记录的图像处理，可以确定激光跟踪器的对准。此外，在移动扫描单元2处发射扫描射束5，使用该扫描射束来扫描对象表面并确定该表面的相应位置的本地测量坐标。通过这种结构，可以借助于激光跟踪器101在对象坐标系中参考在对象100上这样测量的测量点，并且可以生成对象100的全局3D坐标。

这种测量系统例如在工业生产中用于例如飞机或汽车的测量，并且使得能够实现伴随生产的工件质量控制。

这里，移动扫描单元2通常被设计为手持式扫描器或者被安装在机动化可移动铰接臂或机器人(例如，UAV(“无人飞行器”))上。扫描单元2通常必须靠近目标表面(例如，小于1m)以在那里进行测量。然而，这并不总是可能的或者这需要努力，例如，对于大的悬伸对象(诸如制造车间中的飞机部件)，在维护所需的安全预防措施以保护工人时，不得不再次逐步地放置用于携带移动扫描器2的工人的梯子，或者不得不借助于有时重的装置针对测量任务逐渐调整被测量对象的位置。

相比之下，图2示意性地示出了根据本发明的激光跟踪器1，例如，该激光跟踪器包括第一测量功能和第二测量功能，其中，第一测量功能被设计用于协作(例如，回射)目标3的坐标位置确定，并且第二测量功能被设计用于(基本上)漫散射目标的坐标位置确定，即，用于扫描目标对象100(这里例如是飞机机翼)的自然表面，以及用于基于所述表面的多个扫描位置来生成所述表面的点云。激光跟踪器1在此被配置为例如使得能够进行作为目标跟踪或遵循预定扫描图案6的激光射束4的移动。

例如，在第二测量功能，激光跟踪器被配置为对要测量的目标对象的表面上的大量漫散射目标或目标点执行大量距离测量。激光跟踪器在此被配置为例如使得能够借助于对应设计的控制和评估单元，例如使在每种情况下使用角度测量装置针对大量距离测量而检测到的旋转角度与所测量的距离有关，使得相应目标点的点位置由这种有关来限定，并且可以生成具有多个点位置的点云。这例如以每秒至少100个点位置的速率发生。例如，每秒确定至少1000个或至少10000个点位置。

因此，例如，第一测量功能可以用于配备有回射器3的可移动工件100的一般跟踪，或者用于测量在对象100的表面上配备有回射器3的个体特别标记的参考点。此外，代替使用移动扫描单元2(参见图1)，可以切换成第二测量功能，以测量目标对象100的表面，例如，参考在第一测量功能测量的参考点并且用回射器3标记。

与根据现有技术使用的移动扫描单元2相比，借助于根据本发明的激光跟踪器1，可以在第二测量功能在相对大的距离(例如，在几米到几十米)内扫描对象表面，以生成对象表面的三维点云。

根据本发明的激光跟踪器被配置为借助于同一光电测距仪来执行两个测量功能的距离测量，这样例如可以减小射束偏转单元中的空间要求以及校准和生产支出。

已知电光距离测量的各种原理和方法。一种方法是在要测量的目标上发射脉冲电磁辐射(诸如激光)，并且随后从作为反向散射对象的该目标接收回波，其中，距要测量的目标的距离可以例如基于脉冲的飞行时间、形状和/或相位来确定。这种激光测距仪作为标准解决方案在许多领域中逐渐变得普遍。

例如，根据本发明的激光跟踪器的光电测距仪被设计用于根据脉冲飞行时间原理的距离测量，其中，例如，借助于扫描和采样整个反向散射(以及可能发射的)脉冲形式，检测整个信号形式(所谓的“波形数字化”，WFD)。通过扫描由检测器检测的辐射来检测所发射的脉冲信号，在所扫描的区域内识别信号，并且最终关于时间确定信号的位置。在由于使用大量扫描值和/或与发射速率同步的接收信号的累积而造成的不利条件下，也可以识别有用信号，使得也可以管理有噪声的或受到干扰的更大距离或背景场景。

另选地，根据本发明的激光跟踪器的光电测距仪例如被设计用于根据调制连续波雷达原理的距离测量，也称为FMCW距离测量(FMCW：“调频连续波”)。

在FMCW装置中使用可调谐激光源。在原理最简单的实施方式中，激光源的光学频率的调谐在此线性地并且以已知的调谐速率发生，然而，其中，如此生成的信号的绝对波长仅在一定程度上是已知的。朝向目标发射的辐射通常称为发射辐射或发射信号，其中，发射辐射的返回部分称为接收辐射或接收信号。接收辐射与第二辐射叠加，第二辐射不朝向目标发射，而是从所发射的发射辐射下的激光辐射获得。第二辐射通常称为本机振荡器辐射。所得到的混合乘积的拍频(即，干涉图)是距目标的距离的量度。

用于实现该方法的距离测量装置通常使用信号生成器，借助于该信号生成器，将信号(例如，上升或下降频率斜坡)施加至可以被调制的辐射源。在光学区域中，可以被调制的激光器通常用作辐射源。发射和接收光学单元用于光学区域中的发射和接收，例如，用于外差混频的检测器、A/D转换器和数字信号处理器从该光学区域连接到下游。

所发射的发射信号的频率的变化表示测量的标度。根据距离测量的准确度要求，可以借助于附加测量更准确地验证或确定该标度。例如，激光源的充分线性调谐通常需要附加的努力。为此，例如，所发射的辐射的一部分经由具有限定参考长度的参考干涉仪被引导。所发射的发射信号随时间的频率变化可以基于已知的参考长度从所得到的差拍积得出。如果参考长度是未知的或不稳定的(例如，由于温度影响)，则这可以经由附加校准单元(诸如气光电池或法布里-珀罗元件)来确定。

在最有利的情况下，目标是相对于测距仪静止的目标，即，相对于测距仪的距离不随时间变化的目标。然而，移动或振动目标上的绝对距离测量也可以使用适当的补偿措施来执行。

由于多普勒效应，所以目标相对于测距仪的径向移动导致接收频率的多普勒频移。然而，多普勒频移可以通过借助于连续的上升和下降频率斜坡的组合测量来补偿，例如，因为在目标的恒定径向速度的情况下，多普勒频移对于两个斜坡是相等的，然而其中，由两个斜坡生成的拍频是不同的。

通常使用两个同时且相反的频率斜坡，即，其中，发射具有两个辐射分量的辐射，其中，第一辐射分量的频率被“向上”(即，朝向较高频率)调谐，并且同时第二辐射分量的频率被“向下”(即，朝向较低频率)调谐。

为了能够计量地分离辐射分量，激光跟踪器被配置用于例如基于偏振、基于光谱或算法的分离。

这种针对具有两个激光射束以补偿多普勒效应的调制连续波雷达的测量原理称为双啁啾频率调制原理或双激光频率调制原理，其中，两个激光射束中的至少一者被频率调制。

如图3中示意性示出的，激光跟踪器包括基座7、支承件8和发射部件9，其中，支承件8绕第一旋转轴线可旋转地紧固在基座7上，并且发射部件9绕与第一旋转轴线基本正交的第二旋转轴线可旋转地紧固在支承件8上。发射部件9包括出射和入射光学单元，该出射和入射光学单元例如针对距离测量射束和瞄准射束(例如，通常也用作跟踪射束)是共用的。

能够因此绕两个旋转轴线旋转并且限定目标轴线10的基座7、支承件8和发射部件9通常也共同称为射束偏转单元11。激光跟踪器被配置为沿着目标轴线10发射瞄准或跟踪射束，并接收瞄准或跟踪射束的返回部分。例如，针对目标跟踪，激光跟踪器被配置为基于跟踪射束来获得目标对象的协作目标相对于激光跟踪器的角度位置变化，并生成控制数据以调整射束偏转单元11的对准。

此外，激光跟踪器包括距离测量单元，该距离测量单元被配置为借助于经由发射部件9的射束出射部发射限定距离测量轴线12的距离测量射束并检测距离测量射束的返回部分来确定距目标对象的距离。

射束偏转单元11的取向或取向变化例如借助于角度检测器来确定，该角度检测器被配置为检测关于射束偏转单元11绕其两个旋转轴线的旋转的角度数据，即，检测支承件8相对于基座7的旋转和发射部件9相对于支承件8的旋转。

在一个示例性实施方式中，发射部件9以及因此用于目标跟踪的目标轴线10被对准，使得借助于从发射部件9沿着目标轴线10发射的跟踪射束来瞄准协作目标，例如，回射器3(参见图1)或所谓的加工球。

在使用回射器3作为协作目标时，跟踪射束平行于目标轴线10被反射回发射部件9，其中，使用射束偏转单元11的检测装置来检测反射射束。在这种情况下，借助于角度计确定跟踪射束的发射或接收方向，从而确定目标轴线10的方向。例如，射束偏转单元的接收器被设计为位置敏感检测器(PSD)，使用该位置敏感检测器可以非常快速地并且以高分辨率确定传感器表面上的光分布的聚焦。借助于PSD，确定所接收的跟踪射束从零位置的偏移，并且射束偏转单元11的对准以及目标轴线10的对准根据该偏移被逐渐调整，使得目标轴线10在回射器3的中心上对准。

此外，从发射部件9发射限定距离测量轴线12的距离测量射束，以借助于光学距离测量单元确定距目标对象的距离。

距离测量单元和射束偏转单元11优选地关于彼此配置和匹配，使得由目标轴线10和由距离测量轴线12限定的目标方向精确地对应，即，同轴地从发射部件9出射。以这种方式，例如，能够实现回射器上的测量的位置数据(瞄准射束或跟踪射束限定目标方向)与漫散射目标上的测量的位置数据(距离测量射束限定目标方向)的简化参考，其在最佳情况下是直接的(没有计算工作)。

然而，例如由于老化和温度影响以及机械效应，所以两个目标方向相对于彼此的相对取向可以变化。可以被枢转的可变光学器件部件(诸如聚焦单元或滤光器)也可以引起测量轴线的偏转。

例如，在从回射器上的测量到漫散射目标上的测量的转换中，距离测量射束的聚焦设置发生如下变化：从针对回射器上的测量的基本上在无穷远处的聚焦设置到针对漫散射目标对象的基本上清晰成像的距离相关聚焦设置。距离相关聚焦设置可以例如借助于可设置用于不同距离的聚焦单元或借助于被设计为提供标称聚焦的固定聚焦单元的聚焦单元来执行。聚焦单元在此优选地是距离测量单元的一部分并且被布置在激光跟踪器中，使得聚焦单元不作用于瞄准或跟踪辐射，即，瞄准或跟踪辐射不通过聚焦单元。然而，针对不同测量距离，该聚焦转换现在可以导致距离测量轴线12从目标轴线10的不同偏移。

此外，例如，在距离测量单元的发射通道中使用可调衰减滤波器，以将取决于所设置的测量功能的发射信号幅度适配于电子接收单元，使得关于针对自然漫散射目标的测量来补偿针对回射目标的测量中的返回辐射的强度差。

由于在两个测量功能中基于发射部件9或射束偏转单元11的对准来确定方向，因此根据本发明的激光跟踪器被配置为例如用于执行校准功能(在图4和图5中示意性地示出)，该校准功能用于使距离测量轴线12参考目标轴线10。

如图4所示，在校准功能的情况下，一方面，发生瞄准射束(即，目标轴线10)在例如通过回射器3表示的第一目标点13A上的对准，并且例如，借助于角度测量装置来确定目标轴线角度数据，以进行目标轴线10的由射束偏转单元11在第一目标点13A上的对准限定的对准。

在另外的步骤中，如图5所示，激光跟踪器对参考对象14(例如，所谓的加工球)进行扫描，其中，使用距离测量射束借助于支承件8和/或射束偏转单元9的移动扫描参考对象14，其中，检测距目标对象的关联扫描距离和针对射束偏转单元的移动的关联扫描角度数据。

根据本发明的激光跟踪器现在被配置为基于扫描角度数据和关联扫描距离来识别参考对象14上的预定第二目标点13B。基于此，激光跟踪器基于目标轴线角度数据和扫描角度数据以及第一目标点13A与第二目标点13B之间的先前已知的空间关系来获得针对距离测量轴线12和目标轴线10的参考的参考数据。

换言之：回射器3上的测量中的角度数据由目标轴线10限定，而角度信息是基于通过距离测量轴线12进行的对参考对象14的扫描限定的，通过该角度信息，能够实现距离测量轴线12对目标轴线10的参考。

例如，为了执行校准功能，首先放置回射器3，然后放置加工球14，使得第一目标点13A和第二目标点13B重合。

第一目标点13A和/或第二目标点13B可以例如基于已知的几何信息被瞄准或识别，该已知的几何信息提供协作目标或参考对象14的形状信息。

作为基于加工球14的空间扫描确定目标点位置的替代或补充，此外，可以确定并使用入射到加工球14的球体上的发射辐射的突出显示，例如，以获得关于球体中心的角度信息。

例如，激光跟踪器被配置为使得形状信息和/或第一目标点与第二目标点之间的已知空间关系被存储为激光跟踪器上的参考信息，或者激光跟踪器被配置为查询和/或接受该参考信息。

例如，具有已知尺寸的测量球体被用作参考对象，其被放置成使得球体中心对应于第二目标点13B或假设关于第二目标点的已知相对位置。针对第一种情况，例如，如果提供表示球半径的信息，则这对校准功能而言就足够了，因为第二目标点13B直接与球体的唯一限定的参数(球体中心)有关。

不言而喻，也可以使用其它形状的目标对象。然而，使用(部分)球体具有优势，因为球体中心点作为相对于球体表面对称的参考，所以不需要关于参考对象14的取向的信息。

例如，可以使用特别配置的中空校准半球体，其精确地在球体中心接收回射器，使得在激光跟踪器的校准功能的情况下，基于被布置在校准半球体中的回射器来进行目标轴线参考测量，并且针对距离测量射束扫描或强度扫描，校准半球体仅需要旋转180°，使得校准半球体的后侧用作参考对象。

瞄准射束和/或距离测量射束通常在人眼不可见的波长范围内发射，例如，在红外波长范围内。因此，一般的激光跟踪器通常包括位于可见波长范围内的另外指向射束例如作为用户的取向辅助。此外，还使用这种指向射束，例如，由于在使用人眼不可见的激光射束时眼睛安全的原因。

本发明的另外的方面涉及在开头描述的激光跟踪器的瞄准或跟踪发送器，其包括在可见波长范围内进行发射的激光二极管，并且在可见波长范围内提供瞄准或跟踪辐射。因此，通过瞄准或跟踪辐射的双重使用来提供指向射束，使得例如省略了指向射束针对瞄准或距离测量射束的另外取向或校准。

图6至图8示意性地示出了基于调制连续波雷达原理的根据本发明的激光跟踪器的光学结构的不同实施方式。如开头所提到的，借助于将同一光电测距仪用于两个测量功能(协作目标上的测量与漫散射目标上的测量)，例如，可以优化支承件或发射部件中的空间需求，并且可以减少校准和生产支出。原则上，FMCW测距仪既适用于协同目标上的测量又适用于(基本)漫散射目标上的测量。

距离测量在此基于两个同时的、相反的频率斜坡，其中，例如，第一辐射分量的频率被“向上”(即，朝向较高频率)调谐，并且同时第二辐射分量的频率被“向下”(即，朝向较低频率)调谐。

因此，激光跟踪器包括激光射束源(未示出)，该激光射束源被配置为生成第一调频辐射和第二调频辐射，该第一调频辐射和第二调频辐射例如在自由空间中传导，或者如图6至图8所示，借助于两个单独的光纤15A、15B经由相应光纤准直器16A、16B传导到被布置在支承件8中的自由空间光学器件结构17。

为了准确地表征两个频率斜坡的调谐行为，例如，根据本发明的该方面的激光跟踪器针对两个频率斜坡中的每一者包括被布置在支承件中的参考干涉仪18A、18B，在每种情况下，参考干涉仪具有限定参考长度。

然后，经由光纤将各种辐射或辐射分量从支承件8引导到发射部件9中。

在图6所示的实施方式中，激光跟踪器包括被布置在支承件8中的频移器19，例如，声光调制器。借助于频移器19，来自激光辐射源并经由两个光纤准直器16A、16B耦合的激光辐射被分裂成没有频移的部分(未移位部分，点虚线)和具有频移的部分(频移部分，虚线)。自由空间光学器件结构17然后将这些辐射分量进一步分离成测量辐射和参考辐射，其中，没有频移的测量辐射被用作发射辐射20A、20B，具有频移的测量辐射被用作本机振荡器辐射21A、21B。

两个参考干涉仪18A、18B分别被构造为外差干涉仪，其中，例如，在每种情况下，频移的参考辐射22A、22B比未频移的频率辐射23A、23B覆盖更长的距离，其中，在每种情况下，这里例如针对频移的参考辐射22A、22B的一个臂经由通过光纤导引参考路径24A、24B被引导，所述参考路径可以是温度稳定的，例如，以生成大约5m的光程差。参考干涉仪的两个臂随后被叠加，并且所叠加的信号被传送到光纤25A、25B(例如，单模光纤)中。因此，这些光纤25A、25B已经包含在相应干涉仪中叠加的辐射，因此精确的光纤长度对测量结果基本上没有影响。因此，这些光纤25A、25B也不必保持稳定。例如，两个参考干涉仪的所叠加的参考辐射被传导到被布置在发射部件9中的对应参考接收器26A、26B上。

被施加相反的频率斜坡的两个发射辐射20A、20B例如经由公共光纤27(例如，偏振保持光纤)被馈送到发射部件9。类似地，两个本机振荡器辐射21A、21B在公共光纤28中被馈送到发射部件9。

在所示示例中，首先使发射辐射20A、20B和本机振荡器辐射21A、21B在发射部件中产生干扰，其中，本机振荡器辐射21A、21B直接发射到接收器上，并且发射辐射20A、20B首先行进到目标并返回。因此，两个光纤27、28是测量路径的一部分。如果一者关于另一者的长度改变d1，则距目标的距离因此看起来改变了d1/2。因此，必须确保光纤27、28的长度尽可能不会关于彼此改变，或者长度均匀地改变。

支承件8中的激光射束源、自由空间光学器件结构17和两个参考干涉仪18A、18B的结构使得例如发射部件9的结构更紧凑且更简单。然而，各种辐射或辐射分量必须经由光纤从支承件8引导到发射部件9中。然而，只要发射辐射不与关联本机振荡器辐射叠加，如上所述，用于该馈送的个体光纤(波导)仍然与测量路径相关联。因此，必须确保与测量路径相关联的光纤尽可能不会关于彼此改变，或者光纤至少均匀地改变。为此目的，两个光纤通常同样长并且尽可能地平行放置。在理想情况下，两个光纤因此经受相同的热(温度)和机械(弯曲、压力、扭转)条件。

然而，相同的光纤导引与高度控制和稳定效果有关，并且，例如，具体地，支承件与发射部件之间的轴馈通中的电气电缆可以不同地压在光纤上，因此可能产生所谓的微弯曲和局部应力。此外，由于不同热膨胀系数，用于保护光纤的“松管”可以在光纤上拉动和推动，其中，例如，在卷起的光纤中会出现所谓的“粘滑效应”。

为了减小由于轴馈通对测量距离的这种温度相关和机械相关影响，在图7所示的另外的实施方式中，激光跟踪器包括两个频移器19、19’，其中，两个频移器中的用于生成发射辐射20A、20B和本机振荡器辐射21A、21B的一个频移器被布置在发射部件9中，而用于提供外差参考干涉仪18A、18B的另一频移器仍然被布置在支承件8中。

自由空间光学器件结构17和光纤结构被适配成使得只有测量辐射的尚未频移(例如，施加了相反的频率斜坡)的部分通过公共光纤27被馈送至发射部件9。这消除了例如轴馈通对测量距离的影响，然而，其中，除了例如频移器的同步之外，基本上不需要对光电布局和数据处理进行进一步的调整。

另选地，如图8所示，如果参考干涉仪18A’、18B’被设计为零差干涉仪，则可以省略第二频移器。

图9示出了例如可以在图6至图8所示的实施方式中使用的发射部件中的光学发射和接收结构。

发射部件包括物镜29、两个光纤准直器30A、30B、接收器31、聚焦结构32、被布置于在此与物镜的光轴同轴的结构轴线33上的两个分束器34A、34B以及用于生成瞄准或跟踪射束的激光源35。通常用于射束偏转或成形的另外部件也是可以想到的，诸如部分透射或偏振反射镜和延迟部件，诸如四分之一波片。

此外，激光跟踪器例如在发射辐射的发射通道中包括可调衰减滤波器36，以根据接收器31处的设置测量功能来调整发射信号幅度。因此，例如，对回射目标的测量中的返回辐射的强度差可以关于对自然的漫散射目标的测量而被补偿。

发射辐射经由在目标方向上更靠近物镜29布置的分束器34A发射，而本机振荡器辐射由更远离物镜的分束器34B直接偏转到接收器31上。

如开头所解释的，如果激光跟踪器被配置为使得瞄准射束借助于光学耦合元件37耦合到距离测量射束的发射或接收路径中以使得距离测量射束和瞄准射束基本上平行或同轴地从发射部件9出射，则通常是有利的。

具体地，激光跟踪器可以包括如开头所述的校准功能，以参考距离测量轴线12和目标轴线10。

此外，根据本发明的另外的方面，激光跟踪器可以被配置用于主动补偿两个目标方向10、12关于彼此的相对取向变化，例如，在聚焦结构32被配置为关于距离测量射束在目标对象上的聚焦设置可变聚焦参数的情况下。

针对主动补偿，激光跟踪器例如在光学耦合元件37上游的瞄准射束的发射路径中包括被配置为设置瞄准射束关于射束偏转单元(未示出)的发射方向的第一射束偏转元件(例如，一个或更多个调整楔)，和/或激光跟踪器在光学耦合元件37上游的发射辐射的发射路径中包括被配置为设置发射射束关于射束偏转单元的发射方向的第二射束偏转元件(例如，一个或更多个调整楔38)。在确定距离的情况下，激光跟踪器然后例如基于根据针对距离测量轴线12和目标轴线10的聚焦相关或距离相关参考的上述校准功能确定的补偿参数，根据聚焦参数来执行第一射束偏转元件和/或第二射束偏转元件的设置。

另选地或另外地，激光跟踪器例如可以访问具有聚焦相关补偿参数列表的预定查找表。

此外，发射部件包括至少部分反射的参考部件39，其在发射辐射从发射部件出射之前反射该发射辐射的至少一部分，使得发射辐射的射束指引的剩余热相关变化可以因此被补偿，例如，通过分析发射辐射的从参考部件39返回的部分与本机振荡器辐射的一部分的叠加，并且与发射辐射的从目标对象返回的部分与本机振荡器辐射的一部分的叠加进行比较。

例如，参考部件39被设计为部分反射的透镜(例如，弯月形透镜)，并且被布置在聚焦结构32与针对发射辐射的分束器34A之间，使得例如没有轴向可移动部件作用在参考部件39与分束器34A之间的发射辐射上。

图10示出了使用包括旋转速率测量功能的坐标测量装置测量处于固有旋转状态的目标对象101的旋转速率的示例性结构。

在检查的情况下或针对渐进位置和速度监测，处于固有旋转状态的机器部件101被瞄准。如果距离测量轴线12在机器部件101上的测量点上对准，其中，该测量点具有距机器部件101的旋转轴线41的点距离(偏移)40(并且距离测量轴线12不平行于旋转轴线41)，则沿着距离测量轴线12可以通过斑点的出现而观察到入射点42处的机器部件的旋转速度的关于距离测量轴线12的由轴向分量引起的多普勒频移。机器部件101的入射点42处绕旋转轴线41的旋转速度43因此是可获得的。

例如，如果使用分段检测器(例如，象限检测器)作为距离测量检测器，则由于质心关于工件101的旋转周期在不同分段中周期性地移动，所以可以在不精确知道几何形状(轴线的位置、旋转平面)的情况下进行移动方向和旋转速率的确定。

如果在现有技术中使用的测速仪必须具有例如几何形状或测量射束关于端面旋转平面44和指定的旋转轴线41的相对对准，则由发射部件9的双轴线布置(图3)提供的在开头描述的激光跟踪器11的扫描功能使得能够自动确定机器部件101的几何形状。这使得能够简化地并且特别是自动地确定旋转轴线41并因此确定旋转机器部件101的速度，而无需预先知道距离测量轴线12关于端面旋转平面44和旋转轴线41的相对对准。

例如，可以例如在机器部件静止时对邻接端面44进行坐标扫描并因此创建3D模型。由此获得与端面44关于距离测量轴线12的对准以及端面44的几何形状有关的信息。然后在机器部件101的旋转期间扫描端面44，并且针对距离测量轴线12的不同对准确定多普勒频移，通过该多普勒频移例如生成关于端面44绕旋转轴线41的旋转的速度图。在机器部件101恒定旋转的假设下，旋转轴线41针对目标对象的穿透点可以经由零速度(无多普勒频移)来确定，并且考虑到距离测量轴线12和端面44的几何形状，可以例如确定旋转轴线41的对准和入射点42处的旋转速度43，这通过在已知半径40的情况下在入射点42上重新对准距离测量轴线12。

显然，这些例示图仅示意性地表示可能的示例性实施方式。各种方法也可以彼此组合以及与现有技术的方法组合。

Claims (43)

1.一种用于目标对象的工业坐标位置确定的激光跟踪器，所述激光跟踪器包括：

·发射单元，所述发射单元具有能够绕两个旋转轴线旋转的发射部件，其中，所述发射部件被配置为发射对目标轴线进行限定的瞄准射束和对距离测量轴线进行限定的距离测量射束，

·角度检测器，所述角度检测器被配置为对关于所述发射部件绕所述两个旋转轴线的旋转的角度数据进行检测，以及

·距离测量单元，所述距离测量单元被配置为对所述目标对象执行距离测量，在所述距离测量的情况下，在所述目标对象的方向上从所述发射部件发射所述距离测量射束，并且接收所述距离测量射束的返回部分，

其特征在于，

所述激光跟踪器被配置为执行参考所述距离测量轴线和所述目标轴线的校准功能，所述校准功能包括：

·目标轴线参考测量，其中，当所述目标轴线借助于所述发射部件绕所述两个旋转轴线的旋转而在第一目标点上对准时，借助于所述角度检测器向所述第一目标点指派用于所述发射部件的对准的目标轴线角度数据，

·距离测量射束扫描，其中，发生参考对象的扫描，其中，设置所述发射部件关于所述两个旋转轴线的大量不同对准，借助于所述距离测量射束向所述不同对准指派距所述参考对象的相应关联扫描距离，并且借助于所述角度检测器向所述不同对准指派针对所述发射部件绕所述两个旋转轴线的相应对准的关联扫描角度数据，

·借助于所述扫描距离和所述扫描角度数据生成所述参考对象的几何模型，以及基于所述生成，识别由所述参考对象提供的预定第二目标点，以及

·参考数据的获得，所述参考数据描述了所述距离测量轴线与所述目标轴线之间的空间关系，所述参考数据的获得考虑了所述目标轴线角度数据、所述扫描角度数据以及所述第一目标点与所述第二目标点之间的先前已知的空间关系。

2.根据权利要求1所述的激光跟踪器，其特征在于，

所述激光跟踪器被配置为在第一测量功能和第二测量功能的范围内提供所述距离测量的执行，其中，

·在所述第一测量功能中，所述距离测量发生在协作目标特别是回射目标上，并且

·在所述第二测量功能中，所述距离测量发生在漫散射目标上。

3.根据权利要求1或2所述的激光跟踪器，其特征在于，

所述激光跟踪器被配置为使得所述参考数据的所述获得是基于如下假设而执行的：所述第一目标点和第二目标点的空间布置是固定的，特别是所述第一目标点和所述第二目标点在空间中的位置是相同的。

4.根据前述权利要求中任一项所述的激光跟踪器，其特征在于，

·所述激光跟踪器包括用于自动发现所述第一目标点和/或所述参考对象的自动目标搜索功能，并且

·在所述校准功能的情况下，借助于所述自动目标搜索功能的辅助，自动发生所述目标轴线参考测量和所述距离测量射束扫描。

5.根据前述权利要求中任一项所述的激光跟踪器，其特征在于，

所述激光跟踪器被配置为使得所述第二目标点的所述识别基于如下假设而发生：所述参考对象至少部分地形成为球体，并且所述第二目标点对应于由所述参考对象的至少部分球体的形状限定的球体的球体中心点。

6.一种用于目标对象的工业坐标位置确定的激光跟踪器，所述激光跟踪器包括：

·发射单元，所述发射单元具有能够绕两个旋转轴线旋转的发射部件，其中，所述发射部件被配置为发射对目标轴线进行限定的瞄准射束和对距离测量轴线进行限定的距离测量射束，

·角度检测器，所述角度检测器被配置为对关于所述发射部件绕所述两个旋转轴线的旋转的角度数据进行检测，以及

·距离测量单元，所述距离测量单元被配置为对所述目标对象执行距离测量，在所述距离测量的情况下，在所述目标对象的方向上从所述发射部件发射所述距离测量射束，并且接收所述距离测量射束的返回部分，

其特征在于，

所述激光跟踪器被配置为执行参考所述距离测量轴线和所述目标轴线的校准功能，所述校准功能包括：

·目标轴线参考测量，其中，当所述目标轴线借助于所述发射部件绕所述两个旋转轴线的旋转而在第一目标点上对准时，借助于所述角度检测器向所述第一目标点指派用于所述发射部件的对准的目标轴线角度数据，

·强度扫描，其中，发生参考对象的扫描，其中，设置所述发射部件关于所述两个旋转轴线的大量不同对准，借助于所述距离测量射束向所述不同对准指派所述距离测量射束的返回部分的相应关联接收强度，并且借助于所述角度检测器向所述不同对准指派用于所述发射部件绕所述两个旋转轴线的相应对准的关联扫描角度数据，

·基于所述参考对象上的所述接收强度的强度分布，特别是通过识别所述参考对象的高亮，识别由所述参考对象提供的预定的第二目标点，以及

·参考数据的获得，所述参考数据描述了所述距离测量轴线与所述目标轴线之间的空间关系，所述参考数据的获得考虑了所述目标轴线角度数据、所述扫描角度数据以及所述第一目标点与所述第二目标点之间的先前已知的空间关系。

7.根据权利要求6所述的激光跟踪器，其特征在于，

所述激光跟踪器被配置为使得所述第二目标点的所述识别基于如下假设而发生：所述参考对象至少部分地形成为球体，并且所述第二目标点被指派给由所述参考对象的至少部分球体的形状限定的球体的球体表面上的点或中心上的点，

特别地其中，所述参考数据的所述获得是在考虑了由所述参考对象的至少部分球体的形状限定的球体的先前已知半径的情况下发生的。

8.一种用于目标对象的工业坐标位置确定的激光跟踪器，所述激光跟踪器包括：

·发射单元，所述发射单元具有能够绕两个旋转轴线旋转的发射部件，其中，所述发射部件被配置为发射对目标轴线进行限定的瞄准射束和对距离测量轴线进行限定的距离测量射束，

·角度检测器，所述角度检测器被配置为对关于所述发射部件绕所述两个旋转轴线的旋转的角度数据进行检测，

·距离测量单元，所述距离测量单元被配置为对所述目标对象执行距离测量，在所述距离测量的情况下，在所述目标对象的方向上从所述发射部件发射所述距离测量射束，并且接收所述距离测量射束的返回部分，以及

·光学耦合元件，所述光学耦合元件被配置为生成所述瞄准射束和所述距离测量射束的公共发射路径，

其特征在于，

·第一射束偏转元件被布置在所述瞄准射束的在所述光学耦合元件上游的发射路径中，所述第一射束偏转元件被配置为设置所述瞄准射束的相对于所述发射部件的发射方向，和/或

·第二射束偏转元件被布置在所述距离测量射束的在所述光学耦合元件上游的发射路径中，所述第二射束偏转元件被配置为设置所述距离测量射束的相对于所述发射部件的发射方向，

其中，在所述距离测量的情况下，所述激光跟踪器被配置为根据距所述目标对象的设定距离并且特别是根据关于所述距离测量射束在所述目标对象上的聚焦的设定聚焦参数来执行所述第一射束偏转元件和/或所述第二射束偏转元件的设置，

特别地其中，所述激光跟踪器被设计为根据权利要求1至7中任一项所述的激光跟踪器，并且被配置为基于描述所述距离测量轴线与所述目标轴线之间的空间关系的所述参考数据来执行所述第一射束偏转元件和/或所述第二射束偏转元件的设置。

9.根据权利要求8所述的激光跟踪器，其特征在于，

所述激光跟踪器被配置为使得所述第一射束偏转元件和/或所述第二射束偏转元件的设置按照使所述距离测量轴线与所述目标轴线同轴或平行的方式发生。

10.根据权利要求8或9所述的激光跟踪器，其特征在于，

所述距离测量单元包括可设置聚焦单元，所述可设置聚焦单元被配置为设置用于所述距离测量射束在所述目标对象上的聚焦的可变聚焦参数，特别地其中，所述可设置聚焦单元被配置并被布置为使得所述瞄准射束的光路不受所述可设置聚焦单元的影响。

11.根据前述权利要求中任一项所述的激光跟踪器，其特征在于，

所述激光跟踪器被配置为：

·从第一距离执行所述参考对象的距离测量射束扫描或强度扫描，并且从不同于所述第一距离的第二距离执行另外参考对象或同一参考对象的另外距离测量射束扫描或另外强度扫描，特别地其中，所述距离测量单元包括可设置聚焦单元，所述可设置聚焦单元用于设置关于所述距离测量射束的聚焦的可变聚焦参数，并且针对所述第一距离设置所述聚焦参数的第一值，针对所述第二距离设置所述聚焦参数的不同于所述第一值的第二值，

·从所述第一距离获得针对所述距离测量射束扫描或所述强度扫描的第一参考数据，以及从所述第二距离获得针对所述另外距离测量射束扫描或所述另外强度扫描的第二参考数据，以及

·通过考虑所述第一参考数据和所述第二参考数据，根据所述距离获得用于所述距离测量轴线和所述目标轴线的参考的补偿参数，特别是聚焦参数。

12.一种用于目标对象的工业坐标位置确定的激光跟踪器，所述激光跟踪器包括：

·支承件，

·发射部件，所述发射部件能够关于所述支承件旋转，所述发射部件具有射束出射部，

·距离测量单元，所述距离测量单元具有被布置在所述支承件中的激光射束源以及被配置为将激光辐射源的辐射通过光纤导引馈送到所述发射部件的光纤结构，其中，所述距离测量单元被配置为对所述目标对象执行距离测量，在所述距离测量的情况下，经由所述射束出射部发射所述辐射的至少一部分，并且检测所述辐射的从所述目标对象返回的部分，

其特征在于，

所述激光辐射源被配置为生成第一激光辐射和第二激光辐射，其中，所述第一激光辐射和所述第二激光辐射中的至少一个激光辐射是频率调制的，特别地其中，所述第一激光辐射的频率梯度至少在一些时间间隔中不同于所述第二激光辐射的频率梯度，并且所述激光跟踪器还包括：

·被布置在所述支承件中的光学器件结构，特别是自由空间光学器件结构，所述光学器件结构被配置为：

ο将所述第一激光辐射分裂成第一测量辐射和第一参考辐射，并且将所述第一参考辐射馈送到参考干涉仪结构中，并且

ο将所述第二激光辐射分裂成第二测量辐射和第二参考辐射，并且将所述第二参考辐射馈送到所述参考干涉仪结构中，

·所述参考干涉仪结构包括用于分开地引导所述第一参考辐射的部分和/或所述第二参考辐射的部分的至少两个臂，其中，所述两个臂中的一个臂被设计为光纤导引参考路径，所述光纤导引参考路径能够在温度方面被控制和/或在温度方面是稳定的，并且所述至少两个臂在重合区段中被再次汇聚在一起以生成参考输出辐射，

·频移器，所述频移器特别是基于声光调制器，所述频移器被配置为：

ο将所述第一测量辐射分裂成第一发射辐射和关于所述第一发射辐射频移的第一本机振荡器辐射，并且

ο将所述第二测量辐射分裂成第二发射辐射和关于所述第二发射辐射频移的第二本机振荡器辐射，

其中，所述光纤结构被配置为将所述第一发射辐射和所述第二发射辐射以及所述第一本机振荡器辐射和所述第二本机振荡器辐射通过光纤导引馈送到所述发射部件中，并且所述激光跟踪器被配置为经由所述发射部件的所述射束出射部将所述第一发射辐射和所述第二发射辐射的至少一部分发射到所述目标对象、检测所述第一发射辐射和所述第二发射辐射的从所述目标对象返回的部分以及将所述第一发射辐射或所述第二发射辐射的从所述目标对象返回的所述部分与所述第一本机振荡器辐射或所述第二本机振荡器辐射叠加，基于此，在所述距离测量的情况下根据调制连续波雷达原理获得距所述目标对象的距离。

13.根据权利要求12所述的激光跟踪器，其特征在于，

所述频移器被布置在所述支承件中，并且所述光学器件结构和所述参考干涉仪结构被配置为使得使用所述频移器或被布置在所述支承件中的另外频移器借助于外差辐射混合来生成所述参考输出辐射，其中，所述光学器件结构和光纤系统还被配置为使得：

·所述第一发射辐射和所述第二发射辐射经由公共光纤被馈送到所述发射部件，并且

·所述第一本机振荡器辐射和所述第二本机振荡器辐射经由公共光纤被馈送到所述发射部件，

特别地其中，所述公共光纤在每种情况下被实施为偏振保持光纤。

14.根据权利要求13所述的激光跟踪器，其特征在于，

·所述发射部件包括内部控制通道，所述内部控制通道具有用于根据调制连续波雷达原理的单独距离测量的单独接收器，该单独接收器被屏蔽了所述第一发射辐射或所述第二发射辐射的返回部分，

·在所述发射部件中，所述第一发射辐射或所述第二发射辐射的一部分以及所述第一本机振荡器辐射或所述第二本机振荡器辐射的一部分被解耦到所述内部控制通道中，并且

·所述激光跟踪器被配置为根据调制连续波雷达原理进行基于所述内部控制通道的单独距离测量，并且基于此，在获得距所述目标对象的所述距离时考虑所述光纤结构的所述光纤的热相关变化和/或机械相关变化。

15.根据权利要求12所述的激光跟踪器，其特征在于，

所述频移器被布置在所述发射部件中，并且所述激光跟踪器包括被布置在所述支承件中的另外频移器，其中，

·所述光学器件结构和所述参考干涉仪结构被配置为使得所述参考输出辐射是使用被布置在所述支承件中的所述另外频移器借助于外差辐射混合而生成的，并且

·所述光学器件结构和所述光纤结构被配置为使得所述第一测量辐射和所述第二测量辐射经由公共光纤并且特别是偏振保持光纤被馈送到所述发射部件，

特别地其中，所述光学器件结构被配置为：

·使得所述第一激光辐射和所述第二激光辐射被引导通过被布置在所述支承件中的所述另外频移器，并且所述第一测量辐射和所述第二测量辐射对应于被布置在所述支承件中的所述另外频移器的相同量级的辐射，尤其是其中，所述第一测量辐射或所述第二测量辐射分别是基于所述第一激光辐射或所述第二激光辐射的没有被布置在所述支承件中的所述另外频移器频移的部分的，或者

·使得所述第一测量辐射和所述第二测量辐射在被布置在所述支承件中的所述另外频移器的上游被解耦，并被引导通过被布置在所述支承件中的所述另外频移器进入所述发射部件。

16.根据权利要求12所述的激光跟踪器，其特征在于，

·所述频移器被布置在所述发射部件中，

·所述光学器件结构和所述参考干涉仪结构被配置为使得所述参考输出辐射是借助于零差辐射混合而生成的，并且

·所述光学器件结构和所述光纤结构被配置为使得所述第一测量辐射和所述第二测量辐射经由公共光纤并且特别是偏振保持光纤被馈送到所述发射部件。

17.根据权利要求12至16中任一项所述的激光跟踪器，其特征在于，

所述光学器件结构和所述参考干涉仪结构被共同地布置在模块壳体中，所述模块壳体能够一体地与所述激光跟踪器分离。

18.根据权利要求12至17中任一项所述的激光跟踪器，其特征在于，

所述参考干涉仪结构包括第一参考干涉仪和第二参考干涉仪，所述第一参考干涉仪和所述第二参考干涉仪被配置为提供所述参考输出辐射的第一部分辐射或第二部分辐射，其中，

·所述第一参考干涉仪包括用于分别引导所述第一参考辐射的部分的两个臂，其中，所述第一参考干涉仪的两个臂中的一个臂经由所述参考路径被引导，并且所述第一参考干涉仪的两个臂在所述重合区段中被再次汇聚在一起以生成所述第一部分辐射，

·所述第二参考干涉仪包括用于分别引导所述第二参考辐射的部分的两个臂，其中，所述第二参考干涉仪的两个臂中的一个臂经由另外参考路径被引导，所述另外参考路径是通过光纤导引的并且能够在温度方面被控制和/或在温度方面是稳定的，特别地其中，所述第一参考干涉仪的两个臂是与所述第二参考干涉仪的两个臂分开的，并且所述第二参考干涉仪的两个臂在所述重合区段中被再次汇聚在一起以生成所述第二部分辐射，

特别地其中，所述参考路径和所述另外参考路径被布置在公共箱中，所述公共箱能够在温度方面被控制和/或在温度方面是稳定的。

19.根据权利要求18所述的激光跟踪器，其特征在于，

所述第一部分辐射和所述第二部分辐射分别经由单模光纤被馈送到所述发射部件。

20.根据权利要求12至17中任一项所述的激光跟踪器，其特征在于，

·所述参考干涉仪结构包括参考干涉仪，所述参考干涉仪包括用于分开地指引所述第一参考辐射和所述第二参考辐射的部分的两个臂，其中，所述两个臂中的一个臂经由所述参考路径被引导并且所述两个臂在所述重合区段中被再次汇聚在一起，

·所述光学器件结构被配置为使得所述第一参考辐射和所述第二参考辐射在所述参考干涉仪的上游被汇聚在一起并且作为同一干涉仪输入辐射的部分被共同馈送到所述参考干涉仪，并且

·所述激光跟踪器被配置为关于所述第一参考辐射和所述第二参考辐射的分量在算法上分离由所述参考干涉仪生成的干涉仪输出信号。

21.根据权利要求12至20中任一项所述的激光跟踪器，其特征在于，

所述光纤结构包括仅用管部分地保护的光纤，其中，所述用管部分地保护的光纤包括支承件与发射部件之间的馈通区域中的管。

22.根据权利要求12至21中任一项所述的激光跟踪器，其特征在于，

所述发射部件包括物镜、两个光纤准直器、接收器以及在与所述物镜的光轴平行或同轴的结构轴线上串联地布置的两个分束器，其中，所述两个光纤准直器和所述两个分束器被布置并被配置为：

·使得所述第一发射辐射和所述第二发射辐射经由所述两个光纤准直器中的一个光纤准直器被发射到被布置成在轴向上靠近所述物镜的分束器上，该分束器被配置为使所述第一发射辐射和所述第二发射辐射的至少一部分在所述物镜的方向上轴向地偏转，并且

·使得所述第一本机振荡器辐射和所述第二本机振荡器辐射经由所述两个光纤准直器中的另一光纤准直器被发射到被布置成在轴向上远离所述物镜的分束器上，该分束器被配置为使所述第一本机振荡器辐射和所述第二本机振荡器辐射的至少一部分在所述接收器的方向上轴向地偏转，

·其中，所述两个分束器被配置为允许所述第一发射辐射或所述第二发射辐射的从所述目标对象返回的部分中的至少一些部分穿过以到所述接收器。

23.根据权利要求22所述的激光跟踪器，其特征在于，

·所述发射部件包括四分之一波长延迟片，所述四分之一波长延迟片在所述物镜与所述两个分束器之间被布置在所述结构轴线上，和/或

·所述发射部件包括位于所述第一发射辐射和所述第二发射辐射的光路中的可设置孔径。

24.根据权利要求22或23所述的激光跟踪器，其特征在于，

所述发射部件包括衰减器，所述衰减器被配置为对从所述两个光纤准直器中的所述一个光纤准直器发射的所述第一发射辐射和所述第二发射辐射进行可设置的衰减，特别地其中，所述衰减器被布置在所述两个光纤准直器中的所述一个光纤准直器与被布置为在轴向上靠近所述物镜的分束器之间，

特别地其中，所述衰减器能够枢转进入和离开所述第一发射辐射和所述第二发射辐射的光路，或者被配置为选择性地设置不同衰减因子。

25.根据权利要求22至24中任一项所述的激光跟踪器，其特征在于，

所述发射部件包括介于所述两个光纤准直器中的每一者与相应指派的分束器之间的射束偏转元件，所述射束偏转元件被配置为调整所述第一发射辐射和所述第二发射辐射或所述第一本机振荡器辐射和所述第二本机振荡器辐射的射束方向。

26.根据权利要求12至25中任一项所述的激光跟踪器，其特征在于，

所述发射部件包括至少部分反射的参考部件，并且所述发射部件被配置为在自由空间中将所述第一发射辐射和所述第二发射辐射的至少一部分发射到所述参考部件上，并且在所述距离测量的情况下考虑所述第一发射辐射和所述第二发射辐射的从所述参考部件返回的部分。

27.一种用于目标对象的工业坐标位置确定的激光跟踪器，所述激光跟踪器包括：

·支承件，

·发射部件，所述发射部件能够关于所述支承件旋转，所述发射部件具有射束出射部，

·距离测量单元，所述距离测量单元具有被布置在所述支承件中的激光射束源以及被配置为将所述激光辐射源的辐射通过光纤导引馈送到所述发射部件的光纤结构，其中，所述距离测量单元被配置为对所述目标对象执行距离测量，在所述距离测量的情况下，经由所述射束出射部发射所述辐射的至少一部分，并且检测所述辐射的从所述目标对象返回的部分，

其特征在于，

·所述激光射束源被配置为生成频率调制的激光辐射，并且所述激光跟踪器还包括频移器，特别是基于声光调制器，所述频移器被配置为将所述激光辐射分裂成发射辐射和关于所述发射辐射频移的本机振荡器辐射，

·所述激光跟踪器被配置为经由所述发射部件的所述射束出射部朝向所述目标对象发射所述发射辐射的至少一部分以及将所述发射辐射的从所述目标对象返回的部分与所述本机振荡器辐射的至少一部分叠加，基于此，在所述距离测量的情况下根据调制连续波雷达原理获得距所述目标对象的距离，并且

·所述发射部件包括至少部分反射的参考部件，并且所述发射部件被配置为在自由空间中将所述发射辐射的至少一部分发射到所述参考部件上、检测所述发射辐射的从所述参考部件返回的部分以及将所述发射辐射的从所述参考部件返回的这些部分考虑用于关于所述目标对象的距离测量，

特别地，借助于所述发射辐射的从所述参考部件返回的部分与所述本机振荡器辐射的至少一部分的叠加。

28.根据权利要求27所述的激光跟踪器，其特征在于，

所述参考部件被设计为部分反射的透镜，特别是弯月形透镜。

29.根据权利要求27或28所述的激光跟踪器，其特征在于，

·所述发射部件包括物镜和分束器，所述物镜和所述分束器在与所述物镜的光轴平行或同轴的结构轴线上串联地布置，使得所述发射辐射的至少一部分经由所述分束器在所述物镜的方向上轴向地偏转，并且

·所述参考部件沿着所述结构轴线布置在所述物镜与所述分束器之间的静态区域中，其中，所述静态区域不含所述发射部件的轴向移动部件，并且在所述分束器侧上由所述分束器界定，

其中，所述分束器被配置为允许所述发射辐射的从所述参考部件返回的部分中的至少一些部分穿过。

30.根据权利要求29所述的激光跟踪器，其特征在于，

最外的光学部件与所述分束器之间的区域还包括可移动区域，所述可移动区域具有轴向移动部件并且特别是聚焦单元。

31.根据权利要求27至30中任一项所述的激光跟踪器，其特征在于，

所述发射部件被设计为能够绕两个旋转轴线旋转的发射部件，并且所述激光跟踪器包括调节单元，借助于所述调节单元，所述发射部件能够通过绕所述两个旋转轴线旋转而以机动化方式对准在所述目标对象上。

32.根据权利要求27至31中任一项所述的激光跟踪器，其特征在于，

所述激光跟踪器被配置为对用于所述发射辐射和/或所述本机振荡器辐射的射束指引的光纤的光纤长度的变化进行补偿，所述补偿是基于所述发射辐射的朝向所述参考部件的包含用于所述发射辐射的所述光纤的光路应该为恒定的假设的。

33.一种用于空间中的点的工业坐标位置确定的坐标测量装置，所述坐标测量装置特别地被设计为激光跟踪器，所述坐标测量装置包括：

·发射单元，所述发射单元被配置为设置测量轴线关于两个旋转轴线的对准，

·具有激光射束源的距离测量单元，其中，所述距离测量单元被配置为执行距离测量，在所述距离测量的情况下，经由所述发射单元沿着所述测量轴线将使用所述激光射束源生成的辐射的至少一部分发射到所述空间中，并且检测所述辐射的被指定为接收辐射的返回部分，以及

·角度检测器，所述角度检测器被配置为对关于所述测量轴线绕所述两个旋转轴线的对准的角度数据进行检测，

其特征在于，

·所述距离测量单元包括光学结构，所述光学结构用于根据调制连续波雷达原理执行所述距离测量，并且

·所述坐标测量装置包括用于确定绕旋转轴线旋转的目标对象的旋转速率的旋转速率测量功能，其中，

ο所述坐标测量装置被配置为针对所述接收辐射的接收频率来确定关于沿着所述测量轴线的测量方向的多普勒频移，并且

ο考虑所述目标对象的所述旋转轴线相对于所述坐标测量装置的6DoF位置，以获得所述目标对象的所述旋转速率。

34.根据权利要求33所述的坐标测量装置，其特征在于，

所述旋转速率测量功能包括第一步骤和第二步骤，其中，

·在所述第一步骤的情况下，执行所述目标对象的自动多普勒测量，包括所述测量轴线关于所述两个旋转轴线的不同对准以及针对所述不同对准中的每个对准确定所述多普勒频移，

·基于所述自动多普勒测量，执行所述目标对象的所述旋转轴线相对于所述坐标测量装置的6DoF位置的自动确定，以及

·在所述第二步骤的情况下，通过将所述测量轴线对准所述目标对象上的测量点来确定所述目标对象的所述旋转速率，其中，所述测量点具有远离所述旋转轴线的偏移，特别地其中，所述坐标测量装置基于所述旋转轴线的所述6DoF位置来获得所述测量点距所述旋转轴线的径向距离，并且在确定所述旋转速率时考虑所述径向距离。

35.根据权利要求34所述的坐标测量装置，其特征在于，

所述坐标测量装置被配置为在所述第一步骤和/或所述第二步骤的情况下考虑几何形状数据，所述几何形状数据提供关于所述目标对象的外部形状的信息。

36.根据权利要求34或35所述的坐标测量装置，其特征在于，

所述旋转速率测量功能包括另外步骤，所述另外步骤被配置用于所述目标对象的自动坐标扫描并且用于确定关于所述目标对象的外部形状的几何形状信息，所述几何形状信息在所述第一步骤和/或所述第二步骤的情况下被考虑，

特别地其中，

·所述坐标扫描是借助于所述距离测量单元以及所述测量轴线关于所述两个旋转轴线的多个不同对准而执行的，和/或

·所述坐标扫描是借助于所述坐标测量装置的摄像头的基于摄像头的扫描而执行，特别是基于立体摄影测量或条带投影的原理。

37.根据权利要求33至36中任一项所述的坐标测量装置，其特征在于，

所述坐标测量装置被配置为根据双激光频率调制原理来执行所述距离测量，并因此获得作为绝对距离的距离。

38.根据权利要求33至37中任一项所述的坐标测量装置，其特征在于，

所述距离测量单元被配置为：

·生成激光辐射并且将所述激光辐射分裂成发射辐射和本机振荡器辐射，以及

·经由所述发射单元沿着所述测量轴线发射所述发射辐射的至少一部分，并且将所述发射辐射的从所述目标对象返回的部分与所述本机振荡器辐射叠加，

特别地其中，所述激光射束源被配置为生成另外的并且特别是频率调制的激光辐射，尤其是其中，所述激光辐射的频率梯度在至少一些时间间隔中与所述另外的激光辐射的频率梯度不同，特别地其中，所述多普勒频移是在考虑了所述另外的激光辐射的情况下确定的。

39.根据权利要求33至38中任一项所述的坐标测量装置，其特征在于，

所述坐标测量装置包括分段接收器和散斑测量功能，其中，

·所述分段接收器被配置为检测所述接收辐射的至少一部分并且包括能够彼此分离地读取的多个接收表面，

·所述散斑测量功能被配置为确定由所述接收器在一时间点检测到的所述接收辐射的斑点图案，并且确定在不同时间点确定的所述接收辐射的斑点图案的演变，以及

·在考虑在不同时间点确定的所述斑点图案的演变并且特别是通过确定所述斑点图案的重复特征尤其是重复特征的周期性的情况下，获得所述旋转速率。

40.根据权利要求39所述的坐标测量装置，其特征在于，

·所述散斑测量功能被配置为确定由所述接收器在一时间点检测到的所述斑点图案的斑点质心，并且确定在不同时间点生成的所述斑点图案的在所述不同时间点确定的斑点质心的演变，以及

·在考虑在所述不同时间点确定的所述斑点质心的演变并且特别是通过确定所述斑点质心的重复图案尤其是周期性的情况下，获得所述旋转速率。

41.一种用于空间中的点的工业坐标位置确定的坐标测量装置，所述坐标测量装置特别地被设计为激光跟踪器，所述坐标测量装置包括：

·发射单元，所述发射单元被配置为设置测量轴线关于两个旋转轴线的对准，

·具有激光射束源的距离测量单元，其中，所述距离测量单元被配置为执行距离测量，在所述距离测量的情况下，经由所述发射单元沿着所述测量轴线将使用所述激光射束源生成的辐射的至少一部分发射到所述空间中，并且检测所述辐射的被指定为接收辐射的返回部分，以及

·角度检测器，所述角度检测器被配置为对关于所述测量轴线绕所述两个旋转轴线的对准的角度数据进行检测，

其特征在于，

所述坐标测量装置包括分段接收器和散斑测量功能，其中，

·所述分段接收器被配置为检测所述接收辐射的至少一部分并且包括能够彼此分离地读取的多个接收表面，

·所述散斑测量功能被配置为确定由所述接收器在一时间点检测到的所述接收辐射的斑点图案，并且确定在不同时间点确定的所述接收辐射的斑点图案的演变。

42.根据权利要求41所述的坐标测量装置，其特征在于，

所述坐标测量装置包括用于确定绕旋转轴线旋转的目标对象的旋转速率的旋转速率测量功能，其中，在考虑在所述不同时间点确定的所述斑点图案的演变并且特别是通过确定所述斑点图案的重复特征尤其是重复特征的周期性的情况下，获得所述旋转速率。

43.根据权利要求42所述的坐标测量装置，其特征在于，

·所述散斑测量功能被配置为确定由所述接收器在一时间点检测到的所述斑点图案的斑点质心，并且确定在不同时间点生成的所述斑点图案的在所述不同时间点确定的斑点质心的演变，以及

·在考虑在所述不同时间点确定的所述斑点质心的演变并且特别是通过确定所述斑点质心的重复图案尤其是周期性的情况下，获得所述旋转速率。