DE102019212856A1

DE102019212856A1 - Verfahren zur Nachführung eines Strahls

Info

Publication number: DE102019212856A1
Application number: DE102019212856.4A
Authority: DE
Inventors: Florian Rettich; Wolfgang Högele; Volker Rasenberger; Thomas Mayer
Original assignee: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH
Current assignee: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH
Priority date: 2019-08-27
Filing date: 2019-08-27
Publication date: 2021-03-04
Also published as: US11573076B2; US20210063138A1

Abstract

Es wird eine Vorrichtung (110) zur Nachführung mindestens eines Strahlengangs (112) zur Nachverfolgung mindestens eines Objekts (114) vorgeschlagen. Die Vorrichtung (110) umfasst:- mindestens eine Beleuchtungseinheit (120), welche eingerichtet ist, mindestens einen Beleuchtungslichtstrahl (122) zu erzeugen;- mindestens eine Optikeinheit (126), wobei die Optikeinheit (126) mindestens eine Strahlaufweitungsoptik (128) und mindestens eine Strahlablenkeinheit (130) aufweist, wobei die Strahlaufweitungsoptik (128) eingerichtet ist, um den Beleuchtungslichtstrahl (122) divergent aufzuweiten, wobei die Strahlablenkeinheit (130) eingerichtet ist, um den Beleuchtungslichtstrahl (122) räumlich um mindestens zwei verschiedene Rotationsachsen abzulenken;- mindestens eine Detektoreinheit (138), welche eingerichtet ist, einen, von dem Objekt (114) in Antwort auf eine Beleuchtung durch den Beleuchtungslichtstrahl (122) reflektierten Lichtstrahl zu erfassen und mindestens ein Messsignal zu erzeugen,- mindestens eine Auswerte- und Steuereinheit (136), welche eingerichtet ist, um das Messsignal auszuwerten, wobei das Auswerten des Messsignals ein Bestimmen mindestens einer Information zur Ausleuchtung des Objekts (144) umfasst, wobei die Auswerte- und Steuereinheit (136) eingerichtet ist, um mindestens eine Stellgröße zur Einstellung einer effektiven Brennweite der Strahlaufweitungsoptik (128) und/oder zur Einstellung einer räumlichen Ausrichtung der Strahlablenkeinheit (130) in Abhängigkeit von der mindestens einen Information zur Ausleuchtung des Objekts (114) zu bestimmen.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Nachführung mindestens eines Strahlengangs und eine Vorrichtung zur Nachführung mindestens eines Strahlengangs und ein Koordinatenmessgerät. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere das Gebiet der Koordinatenmesstechnik, insbesondere zur Vermessung von sehr großen Bauteilen.
Stand der Technik
Auf dem Gebiet der Vermessung von sehr großen Bauteilen, wie beispielsweise Komponenten von Windenergieanlagen, werden üblicherweise sehr große Koordinatenmessgeräte und/oder Lasertracker oder Lasertracer verwendet. Die Herstellung derartiger Vorrichtungen mit einer gewünschten hohen Genauigkeit auch bei großen Messstrecken und verschiedenen Umgebungsbedingungen ist jedoch aufwändig und führt zu hohen Kosten.
Bekannt sind Vermessungsverfahren, bei welchen mit einem Messkopf eines Sensors ein großes Bauteil optisch abgetastet wird und eine Position und Ausrichtung des Messkopfes in einem Messvolumen mittels einer Abstandsmessvorrichtung und einer zusätzlichen Winkelmessvorrichtung erfolgt.
Beispielsweise beschreibt die DE 10 2018 222 629 A1 eine Vorrichtung zur Bestimmung von mindestens einer räumlichen Position und Orientierung mindestens eines Objekts unter Verwendung mindestens einer LIDAR-Einheit.
US 2014/0043622 A1 beschreibt ein System zum Messen der Position eines Objekts in einem Messvolumen, mit einer optischen Winkelmessvorrichtung, die mit einer statischen Optik angeordnet ist und zum Messen des Azimuth- und Elevationswinkels des Objekts in dem Messvolumen eingerichtet ist. Zu der optischen Winkelmessvorrichtung ist eine Entfernungsmessvorrichtung eingerichtet zum Messen der Entfernung des Objekts in dem Messvolumen, vorgesehen.
EP 3 036 845 A1 und DE 10 2013 014 045 A1 beschreiben ein Wirksystem umfassend zumindest eine Sende-/Erfassungsvorrichtung, mit einer Detektionsvorrichtung zur Erfassung eines Zielobjekts, zumindest ein erstes Regelsystem zum Ansteuern eines ersten Stellsystems zum Ausrichten eines Strahlengangs zwischen Sende-/Erfassungsvorrichtung und Zielobjekt, ein zweites Regelsystem zum Ansteuern eines zweiten Stellsystems zum Ausrichten des Strahlengangs, und ein drittes Regelsystem zum Ansteuern eines dritten Stellsystems zum Ausrichten der Sende-/Erfassungsvorrichtung, wobei das dritte Regelsystem eine Zusatz-Erfassungsvorrichtung umfasst und das dritte Stellsystem auf Basis der Daten der Zusatz-Erfassungsvorrichtung ansteuerbar ist.
Weitere Verfahren, wie bspw. das Triangulationsverfahren, arbeiten mit einem kollimierten Strahl. Beispielsweise EP 2 756 262 B1 beschreibt ein Verfahren mit einem kollimierten Strahl, wobei die Messgenauigkeit auf der exakten Kenntnis der Stellung der Strahlnachführungseinheit basiert.
Derartige bekannte Verfahren und Vorrichtungen sind jedoch komplex und benötigen mindestens zwei Messsysteme: eines zur Vermessung der räumlichen Position und eines zur Winkelmessung. Weiter können durch Verwendung von verschiedenen Messsystemen zur Bestimmung der räumlichen Position und Winkelmessung große Messunsicherheiten entstehen.
Aufgabe der Erfindung
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Nachführung mindestens eines Strahlengangs bereitzustellen, welche die Nachteile bekannter Vorrichtungen und Verfahren zumindest weitgehend vermeiden. Insbesondere soll eine zuverlässige Strahlnachführung zur Nachverfolgung eines bewegten Objekts im Raum mit einer geringen Komplexität ermöglicht werden.
Offenbarung der Erfindung
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung und ein Verfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche. Bevorzugte Ausgestaltungen, welche einzeln oder in Kombination realisierbar sind, sind in den abhängigen Ansprüchen dargestellt.
Im Folgenden werden die Begriffe „haben“, „aufweisen“, „umfassen“ oder „einschließen“ oder beliebige grammatikalische Abweichungen davon in nicht-ausschließlicher Weise verwendet. Dementsprechend können sich diese Begriffe sowohl auf Situationen beziehen, in welchen, neben dem durch diese Begriffe eingeführten Merkmal, keine weiteren Merkmale vorhanden sind, oder auf Situationen, in welchen ein oder mehrere weitere Merkmale vorhanden sind. Beispielsweise kann sich der Ausdruck „A hat B“, „A weist B auf, „A umfasst B“ oder „A schließt B ein“ sowohl auf die Situation beziehen, in welcher, abgesehen von B, kein weiteres Element in A vorhanden ist (d.h. auf eine Situation, in welcher A ausschließlich aus B besteht) als auch auf die Situation, in welcher, zusätzlich zu B, ein oder mehrere weitere Elemente in A vorhanden sind, beispielsweise Element C, Elemente C und D oder sogar weitere Elemente.
Weiterhin wird darauf hingewiesen, dass die Begriffe „mindestens ein“ und „ein oder mehrere“ sowie grammatikalische Abwandlungen dieser Begriffe oder ähnliche Begriffe, wenn diese in Zusammenhang mit einem oder mehreren Elementen oder Merkmalen verwendet werden und ausdrücken sollen, dass das Element oder Merkmal einfach oder mehrfach vorgesehen sein kann, in der Regel lediglich einmalig verwendet werden, beispielsweise bei der erstmaligen Einführung des Merkmals oder Elementes. Bei einer nachfolgenden erneuten Erwähnung des Merkmals oder Elementes wird der entsprechende Begriff „mindestens ein“ oder „ein oder mehrere“ in der Regel nicht mehr verwendet, ohne Einschränkung der Möglichkeit, dass das Merkmal oder Element einfach oder mehrfach vorgesehen sein kann.
Weiterhin werden im Folgenden die Begriffe „vorzugsweise“, „insbesondere“, „beispielsweise“ oder ähnliche Begriffe in Verbindung mit optionalen Merkmalen verwendet, ohne dass alternative Ausführungsformen hierdurch beschränkt werden. So sind Merkmale, welche durch diese Begriffe eingeleitet werden, optionale Merkmale, und es ist nicht beabsichtigt, durch diese Merkmale den Schutzumfang der Ansprüche und insbesondere der unabhängigen Ansprüche einzuschränken. So kann die Erfindung, wie der Fachmann erkennen wird, auch unter Verwendung anderer Ausgestaltungen durchgeführt werden. In ähnlicher Weise werden Merkmale, welche durch „in einer Ausführungsform der Erfindung“ oder durch „in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung“ eingeleitet werden, als optionale Merkmale verstanden, ohne dass hierdurch alternative Ausgestaltungen oder der Schutzumfang der unabhängigen Ansprüche eingeschränkt werden soll. Weiterhin sollen durch diese einleitenden Ausdrücke sämtliche Möglichkeiten, die hierdurch eingeleiteten Merkmale mit anderen Merkmalen zu kombinieren, seien es optionale oder nicht-optionale Merkmale, unangetastet bleiben.
In einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zur Nachführung mindestens eines Strahlengangs zur Nachverfolgung mindestens eines Objekts vorgeschlagen. Die Vorrichtung umfasst:

- mindestens eine Beleuchtungseinheit, welche eingerichtet ist, mindestens einen Beleuchtungslichtstrahl zu erzeugen;
- mindestens eine Optikeinheit, wobei die Optikeinheit mindestens eine Strahlaufweitungsoptik und mindestens eine Strahlablenkeinheit aufweist, wobei die Strahlaufweitungsoptik eingerichtet ist, um den Beleuchtungslichtstrahl divergent aufzuweiten, wobei die Strahlablenkeinheit eingerichtet ist, um den Beleuchtungslichtstrahl räumlich um mindestens zwei verschiedene Rotationsachsen abzulenken;
- mindestens eine Detektoreinheit, welche eingerichtet ist, einen, von dem Objekt in Antwort auf eine Beleuchtung durch den Beleuchtungslichtstrahl reflektierten Lichtstrahl zu erfassen und mindestens ein Messsignal zu erzeugen,
- mindestens eine Auswerte- und Steuereinheit, welche eingerichtet ist, um das Messsignal auszuwerten, wobei das Auswerten des Messsignals ein Bestimmen mindestens einer Information zur Ausleuchtung des Objekts umfasst, wobei die Auswerte- und Steuereinheit eingerichtet ist, um mindestens eine Stellgröße zur Einstellung einer effektiven Brennweite der Strahlaufweitungsoptik und/oder zur Einstellung einer räumlichen Ausrichtung der Strahlablenkeinheit in Abhängigkeit von der mindestens einen Information zur Ausleuchtung des Objekts zu bestimmen.

Unter einer „Vorrichtung zur Nachführung“ kann eine Vorrichtung verstanden werden, welche eingerichtet ist, einen Strahlengang anzupassen und/oder zu verändern. Unter einem „Strahlengang“ kann ein geometrischer Verlauf mindestens eines Lichtstrahls durch die Vorrichtung verstanden werden. Die Vorrichtung ist insbesondere eingerichtet, ein bewegtes Objekt nachzuverfolgen. Unter „Nachverfolgung“, auch Tracking genannt, kann ein Erfassen des Objekts zu verschiedenen Zeitpunkten und/oder an verschiedenen Positionen des Objekts im Raum verstanden werden.
Unter einem „Objekt“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein beliebig geformtes zu vermessendes Objekt verstanden werden. Das Objekt kann eingerichtet sein, um einen eintreffenden Lichtstrahl zu reflektieren. Beispielsweise kann das Objekt ein Retroreflektor sein und/oder aufweisen. Das Objekt kann eine Anordnung von einer Mehrzahl von Retroreflektoren sein und/oder aufweisen. Unter einem „Retroreflektor“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine beliebige Vorrichtung verstanden werden, welche einen Lichtstrahl in diejenige Richtung reflektiert, aus der der Lichtstrahl eingetroffen ist. Beispielsweise kann der Retroreflektor ein Marker sein. Beispielsweise kann der Retroreflektor ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus: einem Katzenauge; einem Katzenauge mit Reflektionsschicht; einer Kugellinse mit Reflexionsschicht; einem Marker beschrieben in US 2011/0007326 A1 , US 2013/0050410 A1 oder US 2017/0258531 A1 , deren Inhalt hiermit in diese Anmeldung aufgenommen wird; einem Würfelprisma; einem cornercube. Der Retroreflektor kann beispielsweise auf einem Messkopf eines Sensors oder einem Werkzeug angeordnet sein, mit welchem ein Bauteil abgetastet werden kann.
Unter einem „Beleuchtungslichtstrahl“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich ein beliebiger Lichtstrahl verstanden werden, welcher emittiert und/oder ausgesandt wird, um das Objekt zu beleuchten. Unter „Licht“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung elektromagnetische Strahlung in mindestens einem Spektralbereich ausgewählt aus dem sichtbaren Spektralbereich, dem ultravioletten Spektralbereich und dem Infraroten Spektralbereich verstanden werden. Der Begriff sichtbarer Spektralbereich umfasst grundsätzlich einen Bereich von 380 nm bis 780 nm. Der Begriff Infraroter (IR) Spektralbereich umfasst grundsätzlich einen Bereich von 780 nm bis 1000 µm, wobei der Bereich von 780 nm bis 1.4 µm als nahes Infrarot (NIR), und der Bereich von 15 µm bis 1000 µm als fernes Infrarot (FIR) bezeichnet wird. Der Begriff ultraviolett umfasst grundsätzlich einen Spektralbereich von 100 nm to 380 nm. Unter einem „Lichtstrahl“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich eine Lichtmenge verstanden werden, welche in eine bestimmte Richtung emittiert und/oder ausgesandt wird. Unter einer „Beleuchtungseinheit“ kann eine Vorrichtung verstanden werden, welche eingerichtet ist, den mindestens einen Beleuchtungslichtstrahl zu erzeugen. Die Beleuchtungseinheit kann eine Lichtquelle aufweisen, insbesondere eine Laserquelle. Die Beleuchtungseinheit kann mindestens eine optische Faser aufweisen, welche eingerichtet ist, den von der Lichtquelle erzeugten Lichtstrahl zu der Optikeinheit zu leiten.
Unter einer „Optikeinheit“ kann eine Vorrichtung verstanden werden, welche mindestens ein optisches Element aufweist. Insbesondere kann die Optikeinheit ein System umfassend eine Mehrzahl von optischen Elementen sein. Die optischen Elemente können beispielsweise mindestens eine Linse und/oder mindestens ein Linsensystem und/oder mindestens einen Spiegel und/oder ein Spiegelarray aufweisen. Die Optikeinheit kann in dem Strahlengang in Ausbreitungsrichtung des Beleuchtungslichtstrahls nach der Beleuchtungsrichtung angeordnet sein.
Unter einer „Strahlaufweitungsoptik“ kann ein optisches Element verstanden werden, welches eingerichtet ist, einen einfallenden Lichtstrahl aufzuweiten. Die Strahlaufweitungsoptik ist eingerichtet, um den Beleuchtungslichtstrahl divergent aufzuweiten. Unter „divergent“ kann verstanden werden, dass ein Öffnungswinkel des Strahlengangs bei jeder Strahlaufweitung größer Null ist. Ein Strahlquerschnitt kann mit größer werdendem Abstand zunehmen. Die Strahlaufweitungsoptik kann eingerichtet sein, um den Beleuchtungslichtstrahl kontinuierlich oder schrittweise aufzuweiten. Die Strahlaufweitungsoptik kann beispielsweise mindestens eine Linse und/oder ein Linsensystem umfassend eine Vielzahl von Linsen aufweisen. Beispielsweise kann die Strahlaufweitungsoptik mindestens eine Zerstreuungslinse aufweisen. Die Strahlaufweitungsoptik kann mindestens eine Linse mit einer negativen Brennweite aufweisen. Die Strahlaufweitungsoptik, insbesondere das Linsensystem, kann eine einstellbare und/oder steuerbare und/oder anpassbare effektive Brennweite aufweisen. Unter einer „effektiven Brennweite“ kann eine Brennweite des Linsensystems verstanden werden, welches eine Mehrzahl von Linsen mit jeweils einer Brennweite aufweist. Die effektive Brennweite kann beispielsweise durch eine Veränderung einer Position mindestens einer Linse in dem Linsensystem eingestellt und/oder angepasst werden. Die Strahlaufweitungsoptik kann, beispielsweise über eine elektronische Verbindung, mit der Auswerte- und Steuereinheit verbunden sein, welche eingerichtet ist, die Strahlaufweitungsoptik zu steuern und/oder anzupassen, insbesondere eine Position der Linsen in dem Linsensystem einzustellen.
Unter einer „Strahlablenkeinheit“ kann ein optisches Element verstanden werden, welches eingerichtet ist, den Beleuchtungslichtstrahl räumlich um mindestens zwei verschiedene Rotationsachsen abzulenken. Unter „räumlich ablenken“ kann eine Änderung der Ausbreitungsrichtung des Beleuchtungslichtstrahls verstanden werden. Unter „räumlich um mindestens zwei verschiedene Rotationsachsen ablenken“ kann eine Änderung der Ausbreitungsrichtung des Beleuchtungslichtstrahls um mindestens zwei verschiedene und grundsätzlich beliebige Achsen verstanden werden, insbesondere eine Ablenkung in mindestens zwei Winkeln. Die Rotationsachsen können senkrecht zur Ausbreitungsrichtung des Beleuchtungslichtstrahls verlaufen. Die Strahlablenkeinheit kann eingerichtet sein, um den Beleuchtungslichtstrahl in mindestens zwei Winkeln in einem Messraum abzulenken. Die Nachführung kann in einem Koordinatensystem erfolgen, beispielsweise einem kartesischen Koordinatensystem oder einem Kugelkoordinatensystem. Auch andere Koordinatensysteme sind denkbar. Ein Ursprung oder Nullpunkt des Koordinatensystems kann in einem Punkt der Vorrichtung sein. Beispielsweise kann eine Ausbreitung des Beleuchtungslichtstrahls entlang einer z-Achse erfolgen und die Rotationsachsen können die x-Achse und eine weitere Achse, beispielsweise eine y-Achse, sein. Eine Ablenkung des Beleuchtungslichtstrahls von seiner ursprünglichen Ausbreitungsrichtung kann beispielsweise um zwei Winkel relativ zu diesen Achsen erfolgen. Beispielsweise kann eine Ablenkung und/oder Auslenkung um die beiden Achsen senkrecht zum Hauptstrahl in Grundausrichtung erfolgen. Der Hauptstrahl in Grundausrichtung kann dabei in eine Messvolumenmitte schauen. Auch andere Rotationsachsen sind jedoch denkbar. Beispielsweise kann die Vorrichtung eingerichtet sein, um die Optikeinheit in zwei Winkeln um die mindestens zwei Rotationsachsenzu bewegen. Alternativ oder zusätzlich kann die Strahlablenkeinheit mindestens einen Spiegel aufweisen, welcher eingerichtet ist, den Beleuchtungslichtstrahl abzulenken. Die Strahlablenkeinheit kann beispielsweise genau einen Spiegel aufweisen, welcher eingerichtet ist, um den Beleuchtungslichtstrahl räumlich um die zwei verschiedenen Rotationsachsen abzulenken. Beispielsweise kann der Spiegel als Micro-Electro-Mechanical System (MEMS)-Spiegel ausgestaltet sein. Alternativ kann die Strahlablenkeinheit mindestens einen ersten Spiegel und mindestens einen zweiten Spiegel aufweisen, wobei der erste Spiegel eingerichtet ist, um den Beleuchtungslichtstrahl räumlich um eine erste Rotationsachse abzulenken, wobei der zweite Spiegel eingerichtet ist, um den Beleuchtungslichtstrahl räumlich um eine zweite Rotationsachse abzulenken. Beispielsweise kann als Antrieb der Spiegel ein Galvanometer-Scanner vorgesehen sein.
Die Optikeinheit kann mindestens eine Kollimationsoptik und mindestens eine Energieumverteilungsoptik aufweisen, welche eingerichtet sind, eine homogenverteilte Ausleuchtung des Objekts zu generieren. Beispielsweise kann die Kollimationsoptik mindestens eine Linse aufweisen, welche eingerichtet ist, um im Abstand ihrer effektiven Brennweite aus einem divergenten einen kollimierten Strahl zu formen. Beispielsweise kann die Energieumverteilungsoptik mindestens einen Verbund aus einem asphärischen Linsenpaar aufweisen, welches eingerichtet ist, um aus einer gaußförmigen Energieverteilung eine über den Strahlquerschnitt homogene Verteilung zu erzeugen. Eine Kombination kann eingerichtet sein, um eine kollimierte, homogenverteilte Ausleuchtung zu generieren.
Unter einer „Detektoreinheit“ kann eine Vorrichtung verstanden werden, welche eingerichtet ist, den von dem Objekt in Antwort auf eine Beleuchtung durch den Beleuchtungslichtstrahl reflektierten Lichtstrahl zu erfassen und mindestens ein Messsignal zu erzeugen. Unter einem „Messsignal“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich ein beliebiges, insbesondere ein elektrisches, Signal verstanden werden, beispielsweise eine Spannung oder ein Strom, welches gemäß dem reflektierten, empfangenen Lichtstrahl oder unter Verwendung des reflektierten, empfangenen Lichtstrahls erzeugt wurde.
Die Detektoreinheit kann Teil einer Lokalisierungseinheit sein. Unter einer „Lokalisierungseinheit“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich eine beliebige Vorrichtung verstanden werden, welche eingerichtet ist, mindestens eine Lokalisierungsinformation zu erzeugen. Die Lokalisierungsinformation kann ausgewählt sein aus mindestens einer Information aus der Gruppe bestehend aus: einem Messsignal in Abhängigkeit vom Ort des von der Lokalisierungseinheit beleuchteten Retroreflektors; einer Information über einen Abstand des von der Lokalisierungseinheit beleuchteten Retroreflektors zu der Lokalisierungseinheit; einer Information über eine Entfernung des von der Lokalisierungseinheit beleuchteten Retroreflektors zu der Lokalisierungseinheit; einer Information über eine relative Lage des von der Lokalisierungseinheit beleuchteten Retroreflektors zu der Lokalisierungseinheit; und einer Information über eine Längenänderung. Die Lokalisierungseinheit kann weiter die mindestens eine Beleuchtungseinheit aufweisen. Die Lokalisierungseinheit kann eingerichtet sein, das Objekt mit dem mindestens einem Beleuchtungslichtstrahl zu beleuchten. Die Lokalisierungseinheit kann mindestens ein Element umfassen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: einem Lasertracer; einem Lasertracker; einem LIDAR-Sensor, bevorzugt einem FMCW-LIDAR-Sensor. Die Vorrichtung kann eine Mehrzahl von Lokalisierungseinheiten aufweisen. Die Lokalisierungseinheit kann die mindestens eine Detektoreinheit aufweisen. Die Lokalisierungseinheit kann insbesondere einen Verbund von Laser und Kamera aufweisen.
Unter einem „Lasertracer“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich eine beliebige Messvorrichtung verstanden werden, welche eingerichtet ist, interferometrisch einen Abstand, insbesondere eine Abstandsänderung, zu dem Objekt zu bestimmen. Der Lasertracer kann eingerichtet sein, eine räumliche Position des Objekts zu verschiedenen Zeitpunkten nachzuverfolgen. Der Lasertracer kann eingerichtet sein, ein sich im Raum bewegendes Objekt mittels eines Laserstrahls zu folgen. Eine Messung der Abstandsänderung kann inkrementell erfolgen. Der Lasertracer kann ein inkrementelles Messsystem mit großem Blickbereich, insbesondere einem großen Schwenkbereich einer Laserstrahlrichtung, sein. Beispielsweise können zur Messung der Abstandsänderung mindestens zwei aufeinanderfolgende Messungen erforderlich sein. Der Lasertracer kann einen großen Winkelbereich abdecken. Beispielsweise kann der Laserstrahl des Lasertracers in dem großen Winkelbereich schwenkbar sein. Unter einem „Lasertracker“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich eine beliebige Messvorrichtung verstanden werden, welche eingerichtet ist, interferometrisch einen Abstand und/oder eine Richtung des Objekts zu bestimmen, insbesondere relativ zu Achsen, welche von einer Optomechanik des Lasertrackers definiert werden.
Unter einem „LIDAR-Sensor“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich eine beliebige Vorrichtung verstanden werden, welche auf dem LIDAR („light detection and ranging“)-Messprinzip, auch LADAR (laser detection and ranging) genannt, basiert. Insbesondere kann der LIDAR-Sensor eingerichtet sein, einen Lichtstrahl, beispielsweise einen Laserstrahl, zu erzeugen und zu empfangen, insbesondere den zuvor von ihr ausgesendeten und zu ihr zurückreflektierten Lichtstrahl, und daraus einen Abstand zwischen dem LIDAR-Sensor und dem Retroreflektor zu bestimmen, beispielsweise unter Ausnutzung von Unterschieden in den Rücklaufzeiten und Wellenlängen. Bevorzugt kann die Lokalisierungseinheit einen FMCW-LIDAR-Sensor aufweisen. Hierbei steht „FMCW“ als Abkürzung für den englischen Ausdruck „Frequency Modulated Continuous Wave“. Der FMCW-LIDAR-Sensor kann eingerichtet sein, den Lichtstrahl zu erzeugen, dessen Frequenz nach dem FMCW-Verfahren kontinuierlich durchgestimmt wird. Beispielsweise kann die Frequenz des Lichtstrahls linear mit der Zeit moduliert sein. Eine Kombination von LIDAR-Verfahren und FMCW-Verfahren sind dem Fachmann grundsätzlich bekannt, beispielsweise aus Chip-scale Lidar, Benham Behroozpur Baghmisheh, Technical Report No. UCB/EECS.2017-4. Beispielsweise kann die LIDAR-Einheit wie in US 9,559,486 B2 , US 8,913,636 B2 oder US 2016/123718 A1 ausgestaltet sein. FMCW-LIDAR-Sensoren sind gegenüber Lasertracern robuster und kostengünstiger. Des Weiteren können die FMCW-LIDAR-Sensoren unempfindlich gegen sogenannte line-of-sight-Unterbrechungen sein, da es sich um absolute Messsysteme handelt.
Die Vorrichtung weist die mindestens eine Auswerte- und Steuereinheit auf. Unter einer „Auswerte- und Steuereinheit“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich eine Vorrichtung verstanden werden, welche eingerichtet ist, von der Detektoreinheit erzeugte Messsignale auszuwerten und mindestens ein Bauteil oder einen Prozess zu steuern oder zu regeln. Beispielsweise kann die Auswerte- und Steuereinheit mindestens eine Datenverarbeitungsvorrichtung aufweisen, beispielsweise mindestens einen Computer oder Mikrocontroller. Die Auswerte- und Steuereinheit kann insbesondere als zentrale Steuereinheit für die gesamte Vorrichtung ausgestaltet sein. Alternativ ist jedoch auch eine dezentrale Auswerte- und Steuereinheit mit mehreren einzelnen, miteinander kooperierenden Bestandteilen möglich. Die Auswerte- und Steuereinheit kann weiterhin mindestens eine Benutzerschnittstelle aufweisen, beispielsweise mindestens eine Tastatur und/oder mindestens ein Display.
Informationen für Vorgaben mindestens eines Nachführparameters für die Einstellung der effektiven Brennweite der Strahlaufweitungsoptik und/oder die Einstellung einer räumlichen Ausrichtung der Strahlablenkeinheit können durch eine algorithmische Auswertung des Messsignals bestimmt werden. Die Auswerte- und Steuereinheit ist eingerichtet, um das Messsignal auszuwerten, wobei das Auswerten des Messsignals ein Bestimmen mindestens einer Information zur Ausleuchtung des Objekts umfasst. Die Information zur Ausleuchtung des Objekts kann mindestens eine Information umfassen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: eine Information zu einer zurückreflektierten Intensität I, beispielweise bei einer Retroreflektoranordnung als Objekt eine maximale zurückreflektierte Intensität: max Σ_i I_i, wobei i die Anzahl der Retroreflektoren ist mit i = 1 bis N, eine Varianz der Intensität varI_i, eine minimale zurückreflektierte Intensität min Σ_i I_i; eine Prognose mindestens einer Objekttrajektorie im Raum; einem Abstand des Objekts zur Detektoreinheit; eine Anzahl von zurückreflektierenden Teilen des Objekts, insbesondere eine Anzahl der zurückreflektierenden Retroreflektoren; eine Information zu einem zurückreflektierenden Bereich eines Objekts; ein Signal-zu-Rausch-Verhältnis; eine Geschwindigkeit des Objekts; eine Objektpositionsänderung mit der Zeit; Informationen zur Trägheit des Objekts; Informationen aus zusätzlicher Sensorik, beispielsweise einem Beschleunigungssensor oder Robotertrajektorie. Unter „Teile des Objekts“ können Bereiche und/oder Komponenten des Objekts verstanden werden, insbesondere Retroreflektoren.
Die Auswerte- und Steuereinheit ist eingerichtet, um die mindestens eine Stellgröße zur Einstellung einer effektiven Brennweite der Strahlaufweitungsoptik und/oder zur Einstellung einer räumlichen Ausrichtung der Strahlablenkeinheit in Abhängigkeit von der mindestens einen Information zur Ausleuchtung des Objekts zu bestimmen. Unter einer „Stellgröße“ kann eine Ausgangsgröße der Auswerte- und Steuereinheit zur Steuerung der Optikeinheit verstanden werden. Zur Steuerung der Optikeinheit kann mindestens eine Datenverbindung zwischen der Auswerte- und Steuereinheit und der Optikeinheit vorgesehen sein. Die Stellgröße kann eine Information über mindestens einen Nachführparameter zur Einstellung der effektiven Brennweite der Strahlaufweitungsoptik und/oder der räumlichen Ausrichtung der Strahlablenkeinheit aufweisen.
Die Auswerte- und Steuereinheit kann eingerichtet sein, um aus der Information zur Ausleuchtung des Objekts zu bestimmen, ob sich ein Teil des Objektes außerhalb des Beleuchtungslichtstrahls befindet. Die Auswerte- und Steuereinheit kann eingerichtet sein, mindestens ein Signal an die Strahlablenkeinheit zu übermitteln, wenn sich ein Teil des Objektes außerhalb des Beleuchtungslichtstrahls befindet.
Die Auswerte- und Steuereinheit kann eingerichtet sein, um mindestens eine Stellgröße zur Einstellung der effektiven Brennweite der Strahlaufweitungsoptik und/oder zur Einstellung der räumlichen Ausrichtung der Strahlablenkeinheit durch Vergleich des Messsignals mit einem hinterlegten, insbesondere in einer Datenspeichereinheit der Auswerte- und Steuereinheit hinterlegten, Model zu bestimmen. Beispielsweise kann die Auswerte- und Steuereinheit eingerichtet sein, um mindestens eine Stellgröße zur Einstellung der effektiven Brennweite der Strahlaufweitungsoptik und/oder zur Einstellung der räumlichen Ausrichtung der Strahlablenkeinheit durch Vergleich der Information zur Ausleuchtung des Objekts mit mindestens einem Sollwert zu bestimmen. Die Auswerte- und Steuereinheit kann eingerichtet sein, um eine Abweichung der Information zur Ausleuchtung des Objekts von dem Sollwert zu bestimmen. Die Auswerte- und Steuereinheit kann eingerichtet sein, um bei einer Abweichung größer oder gleich einem vorbestimmten und/oder vordefinierten Toleranzwert mindestens ein Signal an die Strahlablenkeinheit zu übermitteln. Die Auswerte- und Steuereinheit kann eingerichtet sein, um das mindestens eine Signal umfassend eine Information über die Stellgröße an die Strahlaufweitungsoptik und/oder die Strahlablenkeinheit zu übermitteln, falls die Information zur Ausleuchtung des Objekts größer oder gleich einem vorbestimmten und/oder vordefinierten Toleranzwert ist.
Die Auswerte- und Steuereinheit kann eingerichtet sein, um die Stellgröße zu bestimmen durch Steuerung auf mindestens eine Größe ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: eine Information zu einer zurückreflektierten Intensität I, beispielweise bei einer Retroreflektoranordnung als Objekt eine maximale zurückreflektierte Intensität: max Σ_i I_i, wobei i die Anzahl der Teile des Objekts ist mit i = 1 bis N, eine Varianz der Intensität varI_i, eine Maximierung einer minimalen zurückreflektierten Intensität max min Σ_i I_i; eine Prognose mindestens einer Objekttrajektorie im Raum; einem Abstand des Objekts zur Detektoreinheit; eine Anzahl der zurückreflektierenden Teile des Objekts; eine Information zu einem zurückreflektierenden Bereich eines Objekts; ein Signal-zu-Rausch-Verhältnis, insbesondere ein über alle Retroreflektoren gemitteltes Signal-zu-Rausch-Verhältnis; eine Geschwindigkeit des Objekts; die physikalische Realität; eine externe Positionsinformation; eine Objektpositionsänderung mit der Zeit; eine Informationen zur Trägheit des Objekts; Informationen aus zusätzlicher Sensorik, beispielsweise einem Beschleunigungssensor oder Robotertrajektorie.
Die mindestens eine Objekttrajektorie im Raum kann durch Bestimmen und Auswerten von mindestens zwei Raumkoordinaten, insbesondere mittlere Raumkoordinaten, des Objekts gemessen zu verschiedenen Zeitpunkten prognostiziert werden.
Die Steuerung auf die physikalische Plausibilität kann einen Plausibilitätstest umfassen mit der Annahme, dass das Objekt nicht innerhalb zweier aufeinanderfolgender Messpunkte eine unrealistisch große Distanz zurücklegen kann. Beispielsweise kann bei einer Datenrate von 1kHz eine Distanz von 0,1 m oder bei einer Datenrate von 100Hz eine Distanz von 1 m als nicht plausibel angenommen, d.h. Geschwindigkeiten über 100m/s können als nicht plausibel angenommen werden. Auch andere Geschwindigkeiten können als nicht plausibel angenommen werden, beispielsweise über 50 m/s, oder 10 m/s.
Die externe Positionsinformation kann eine externe, also eine nicht von der Vorrichtung selbst, bestimmte Information sein. Beispielsweise kann die externe Positionsinformation eine Information einer Robotertrajektorie sein.
Die Auswerte- und Steuereinheit kann eingerichtet sein, aus dem Messsignal eine Geschwindigkeit des Objekts zu bestimmen. Die Vorrichtung kann eingerichtet sein, eine Geschwindigkeit einer Bewegung des Objekts, insbesondere der Retroreflektoren, zu bestimmen. Beispielsweise kann die Lokalisierungseinheit der Vorrichtung als FMCW-LIDAR-Sensor ausgebildet sein. Die Vorrichtung kann eingerichtet sein, eine Bewegung des Objekts durch Nachverfolgen, auch Tracking genannt, der auf dem Objekt angebrachten Retroreflektoren zu bestimmen. Bei einer Abstandsmessung der Retroreflektoren von der Lokalisierungseinheit können bei bewegten Retroreflektoren unter Ausnutzung der bei den FMCW-LIDAR-Sensoren auftretenden Dopplerverschiebung die Geschwindigkeiten der Retroreflektoren, insbesondere des Retroreflektorensembles, mit der Vorrichtung instantan bestimmbar sein. Dies kann insbesondere für eine Bewegungsregelung einer Maschine von großem Vorteil sein. Bei Nutzung der FMCW-LIDAR-Sensoren als Lokalisierungseinheit kann direkt ein Signal gemäß der Bewegung des Retroreflektors erzeugt werden. Die FMCW-Lidar-Sensoren können den Vorteil aufweisen, dass sich die Bewegung eines Objektes direkt als Signal äußert. Die Bewegung des Retroreflektors kann zu einer Dopplerverschiebung einer Schwebungsfrequenz führen, wobei die Dopplerverschiebung der Schwebungsfrequenz den Abstand des Retroreflektors kodieren kann. Die Dopplerverschiebung der Schwebungsfrequenz kann zu jedem Zeitpunkt vorliegen. Beispielsweise kann es nötig sein, die Dopplerverschiebung der Schwebungsfrequenz zu verrechnen, um den Abstand des Retroreflektors bei sich bewegendem Retroreflektor mit einer gewünschten Genauigkeit ermitteln zu können. Eine Information über eine Momentangeschwindigkeit des Retroreflektors kann als Messsignal in Form der Dopplerverschiebung der Schwebungsfrequenz jederzeit vorliegen und damit die Geschwindigkeit des Retroreflektors instantan bestimmbar sein. Bei Messsystemen, die auf Interferometrie beruhen, kann die Geschwindigkeit des Retroreflektors nur aus dem räumlichen Abstand zweier zeitlich beabstandeter Messungen errechenbar sein. Alternativ oder zusätzlich, kann die Vorrichtung mindestens eine weitere Messsensorik aufweisen, beispielsweise mindestens einen Geschwindigkeitssensor, welcher eingerichtet ist, eine Geschwindigkeit des Objekts zu bestimmen.
Die Strahlablenkeinheit kann eingerichtet sein, um in Abhängigkeit von dem Signal der Auswerte- und Steuereinheit den Beleuchtungslichtstrahl derart abzulenken, dass der Beleuchtungslichtstrahl um 20 %, bevorzugt 15 %, besonders bevorzugt 10 %, seines Durchmessers versetzt über einen definierten Objektdurchmesser rotiert. Die Detektoreinheit kann eingerichtet sein, um für verschiedene Rotationspositionen jeweils einen in Antwort auf den rotierten Beleuchtungslichtstrahl von dem Objekt erzeugten reflektierten Lichtstrahl zu erfassen. Die Auswerte- und Steuereinheit kann eingerichtet sein, um für die verschiedenen Rotationspositionen jeweils die Information zur Ausleuchtung des Objekts zu bestimmen, mit mindestsens einem Sollwert zu vergleichen und die jeweilige Abweichung zu bestimmen. Die Auswerte- und Steuereinheit kann eingerichtet sein, um die Rotationsposition mit der minimalen Abweichung vom Sollwert zu bestimmen. Die Auswerte- und Steuereinheit kann eingerichtet sein, um die Strahlablenkeinheit auf die Rotationsposition mit der minimalen Abweichung einzustellen.
Die Auswerte- und Steuereinheit kann eingerichtet sein, um für die Rotationsposition mit der minimalen Abweichung ein Signal an die Strahlaufweiteoptik zu übermitteln, um die effektive Brennweite zu vergrößern. Insbesondere kann dieses vor der Einstellung der Strahlablenkeinheit auf die Rotationsposition mit der minimalen Abweichung erfolgen. Die Auswerte- und Steuereinheit kann eingerichtet sein, um nach der Strahlaufweitung die Information zur Ausleuchtung des Objekts zu bestimmen und mit dem Sollwert zu vergleichen. Bei einer Übereinstimmung der Information zur Ausleuchtung des Objekts mit dem Sollwert kann die Auswerte- und Steuereinheit ein Signal an die Strahlablenkeinheit übermitteln und die Strahlablenkeinheit auf die Rotationsposition mit der minimalen Abweichung einstellen.
Beispielsweise kann die Strahlablenkeinheit in Antwort auf das Signal der Auswerte- und Steuereinheit den Beleuchtungslichtstrahl derart ablenken, dass der Beleuchtungslichtstrahl um 20 %, bevorzugt 15 %, besonders bevorzugt 10 %, seines Durchmessers versetzt über einen definierten Objektdurchmesser rotiert. Werden dabei wieder mehr Retroreflektoren und/oder Objektbereiche wie zuvor detektiert, so sendet die Auswerte- und Steuereinheit mindestens ein Signal an die Strahlaufweitungsoptik und die Aufweitung wird leicht vergrößert. Werden dann alle erwarteten Signale des Objekts detektiert, so wird die Strahlablenkeinheit um den entsprechenden Betrag verstellt.
Die Auswerte- und Steuereinheit kann eingerichtet sein, um die Strahlaufweitungsoptik und/oder die Strahlablenkeinheit derart einzustellen, dass der Beleuchtungslichtstrahl an einem Ort des Objektes einen vordefinierten Objektdurchmesser mit einer Toleranz von ± 20 %, bevorzugt ± 15 %, besonders bevorzugt von ± 10 %, ausleuchtet. Bewegt sich das Objekt auf einer beliebigen Raumkurve mit bis zu einer für das genutzte Messsystem typischen Maximalbeschleunigung, kann das Objekt derart nachverfolgt werden, dass weiterhin ± 10 % einer definierten Objektoberfläche beleuchtet werden, unabhängig von der Tatsache, ob sich das Objekt in 1 m Abstand oder in bis zu 50 m, in bis zu 100m, in bis zu 200m oder mehr Abstand zum Berechnungsursprung der Distanzmessung befindet. Die Nachführung des aufgeweiteten Strahls kann dabei abhängig von Geschwindigkeit und Beschleunigung des nachverfolgten Objekts sein. So können Objektgeschwindigkeiten in einem FMCW-LIDAR-basierten Messsystem von bis zu 5 m/s und Objektbeschleunigungen von bis zu 20 m/s² nachverfolgt werden.
In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Koordinatenmessgerät zur Vermessung mindestens eines Werkstücks vorgeschlagen. Das Koordinatenmessgerät umfasst mindestens eine Vorrichtung gemäß einer der weiter oben beschriebenen oder gemäß einer der weiter unten noch ausgeführten Ausführungsformen. Weiterhin weist das Koordinatenmessgerät mindestens einen aktiven und/oder passiven Sensor auf, welcher eingerichtet ist, das Werkstück zu abzutasten, wobei der Sensor mindestens ein Objekt aufweist. Unter einem „Koordinatenmessgerät“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich eine beliebige Vorrichtung verstanden werden, welche eingerichtet ist, zumindest eine Raumkoordinate eines Objekts, beispielsweise eine x-, y- oder z-Koordinate eines kartesischen Koordinatensystems oder eine Kugelkoordinate eines Kugelkoordinatensystems, zu erfassen oder zu bestimmen. Unter einer „Vermessung“ eines Objekts kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung das Bestimmen, das Ableiten und/oder das Registrieren mindestens einer Eigenschaft des Objekts verstanden werden. Insbesondere kann es sich bei der Eigenschaft um einen Abstand des Objekts von dem Messobjekt und/oder um eine Position, eine Lage oder eine Stellung des Objekts im Raum oder relativ zu dem Messobjekt handeln. Weiter kann es sich bei der Eigenschaft auch um eine Beschaffenheit, beispielsweise eine Oberflächenbeschaffenheit handeln. Unter einem „Werkstück“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich ein beliebiges Objekt verstanden werden, dessen Vermessung beispielsweise im Rahmen eines Arbeitsprozesses, insbesondere zur Ausrichtung des Objekts, erforderlich oder erwünscht ist. Unter einem „Abtasten“ des Werkstücks kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich ein In-Wechselwirkung-Treten des Messobjekts mit dem Werkstück verstanden werden. Hierbei kann es sich beispielsweise um ein taktiles oder ein optisches Abtasten handeln. Gleichberechtigt kann die Wechselwirkung zwischen Messobjekt und Werkstück aber auch eine Bearbeitung, bzw. allgemeine Modifikation und/oder Manipulation sein, beispielsweise ein CNC-geregelter Präzisionsbearbeitungs- bzw. Füge- und/oder Montageschritt.
In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Nachführung mindestens eines Strahlengangs zur Nachverfolgung mindestens eines Objekts vorgeschlagen. In dem Verfahren wird eine Vorrichtung gemäß einer der weiter oben beschriebenen oder gemäß einer der weiter unten noch ausgeführten Ausführungsformen verwendet. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:

i) Erzeugen mindestens eines Beleuchtungslichtstrahls mit mindestens einer Beleuchtungseinheit;
ii) Divergentes Aufweiten des Beleuchtungslichtstrahls mit mindestens einer Strahlaufweitungsoptik mindestens einer Optikeinheit;
iii) Räumliches Ablenken des Beleuchtungslichtstrahls um mindestens zwei verschiedene Rotationsachsen mit mindestens einer Strahlablenkeinheit der Optikeinheit;
iv) Erfassen eines von dem Objekt in Antwort auf eine Beleuchtung durch den Beleuchtungslichtstrahl reflektierten Lichtstrahls mit mindestens einer Detektoreinheit und Erzeugen mindestens eines Messsignals;
v) Auswerten des Messsignals mit mindestens einer Auswerte- und Steuereinheit, wobei das Auswerten des Messsignals ein Bestimmen mindestens einer Information zur Ausleuchtung des Objekts umfasst;
vi) Bestimmen mindestens einer Stellgröße zur Einstellung einer effektiven Brennweite der Strahlaufweitungsoptik und/oder zur Einstellung einer räumlichen Ausrichtung der Strahlablenkeinheit in Abhängigkeit von der mindestens einen Information zur Ausleuchtung des Objekts;
vii) Anpassen der effektiven Brennweite der Strahlaufweitungsoptik und/oder der räumlichen Ausrichtung der Strahlablenkeinheit in Abhängigkeit von der Stellgröße.

Hinsichtlich Ausführungsformen und Definitionen kann auf obige Beschreibung der Vorrichtung und des Koordinatenmessgeräts verwiesen werden. Die Verfahrensschritte können in der angegebenen Reihenfolge durchgeführt werden, wobei einer oder mehrere der Schritte zumindest teilweise auch gleichzeitig durchgeführt werden können und wobei einer oder mehrere der Schritte mehrfach wiederholt werden können. Darüber hinaus können weitere Schritte unabhängig davon, ob sie in der vorliegenden Anmeldung erwähnt werden oder nicht, zusätzlich ausgeführt werden.
Ferner wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Computerprogramm vorgeschlagen, das bei Ablauf auf einem Computer oder Computer-Netzwerk zumindest die Schritte v) bis vii) des Verfahrens zur Vermessung des Messobjekts in einer seiner Ausgestaltungen ausführt.
Weiterhin wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Computerprogramm mit Programmcode-Mitteln vorgeschlagen, um zumindest die Schritte v) bis vii) des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer seiner Ausgestaltungen durchzuführen, wenn das Programm auf einem Computer oder Computer-Netzwerk ausgeführt wird. Insbesondere können die Programmcode-Mittel auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert sein.
Weiterhin wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Computerprogramm-Produkt mit auf einem maschinenlesbaren Träger gespeicherten Programmcode-Mitteln vorgeschlagen, um zumindest die Schritte v) bis vii) des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer seiner Ausgestaltungen durchzuführen, wenn das Programm auf einem Computer oder Computer-Netzwerk ausgeführt wird.
Die erfindungsgemäßen Vorrichtungen, insbesondere die Vorrichtung, das Koordinatenmessgerät, und das erfindungsgemäße Verfahren weisen zahlreiche Vorteile gegenüber bekannten Vorrichtungen und Verfahren auf. Die erfindungsgemäßen Vorrichtungen und das erfindungsgemäße Verfahren erlauben eine Nachverfolgung eines bewegten Objektes mit einer hohen Genauigkeit. Dabei müssen genaue Kennzahlen des Systems wie Brennweite oder Winkelstellungen nicht exakt bekannt sein. Es reicht nur programmatisch einen Wert vorzugeben, aber diese tatsächliche Stellung nicht zu kontrollieren. Die erfindungsgemäßen Vorrichtungen, insbesondere die Vorrichtung, das Koordinatenmessgerät, und das erfindungsgemäße Verfahren erlauben, das Objekt im Toleranzbereich von ± 20 %, bevorzugt ± 15 %, besonders bevorzugt von ± 10 %, auszuleuchten.
Zusammenfassend sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung folgende Ausführungsformen besonders bevorzugt:

Ausführungsform 1: Vorrichtung zur Nachführung mindestens eines Strahlengangs zur Nachverfolgung mindestens eines Objekts, umfassend:
- - mindestens eine Beleuchtungseinheit, welche eingerichtet ist, mindestens einen Beleuchtungslichtstrahl zu erzeugen;
- - mindestens eine Optikeinheit, wobei die Optikeinheit mindestens eine Strahlaufweitungsoptik und mindestens eine Strahlablenkeinheit aufweist, wobei die Strahlaufweitungsoptik eingerichtet ist, um den Beleuchtungslichtstrahl divergent aufzuweiten, wobei die Strahlablenkeinheit eingerichtet ist, um den Beleuchtungslichtstrahl räumlich um mindestens zwei verschiedene Rotationsachsen abzulenken;
- - mindestens eine Detektoreinheit, welche eingerichtet ist, einen, von dem Objekt in Antwort auf eine Beleuchtung durch den Beleuchtungslichtstrahl reflektierten Lichtstrahl zu erfassen und mindestens ein Messsignal zu erzeugen,
- - mindestens eine Auswerte- und Steuereinheit, welche eingerichtet ist, um das Messsignal auszuwerten, wobei das Auswerten des Messsignals ein Bestimmen mindestens einer Information zur Ausleuchtung des Objekts umfasst, wobei die Auswerte- und Steuereinheit eingerichtet ist, um mindestens eine Stellgröße zur Einstellung einer effektiven Brennweite der Strahlaufweitungsoptik und/oder zur Einstellung einer räumlichen Ausrichtung der Strahlablenkeinheit in Abhängigkeit von der mindestens einen Information zur Ausleuchtung des Objekts zu bestimmen.

Ausführungsform 2: Vorrichtung nach der vorhergehenden Ausführungsform, wobei die Auswerte- und Steuereinheit eingerichtet ist, um die Strahlaufweitungsoptik und/oder die Strahlablenkeinheit derart einzustellen, dass der Beleuchtungslichtstrahl an einem Ort des Objektes einen vordefinierten Objektdurchmesser mit einer Toleranz von ± 20 %, bevorzugt ± 15 %, besonders bevorzugt von ± 10 %, ausleuchtet.
Ausführungsform 3: Vorrichtung nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei die Auswerte- und Steuereinheit eingerichtet ist, um die Stellgröße durch Vergleich der Information zur Ausleuchtung des Objekts mit mindestens einem Sollwert zu bestimmen und die effektive Brennweite der Strahlaufweitungsoptik und/oder die räumliche Ausrichtung der Strahlablenkeinheit in Abhängigkeit von der Stellgröße anzupassen.
Ausführungsform 4: Vorrichtung nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei die Auswerte- und Steuereinheit eingerichtet ist, um die Stellgröße zu bestimmen durch Steuerung auf mindestens eine Größe ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: eine Information zu einer zurückreflektierten Intensität I, beispielweise bei einer Retroreflektoranordnung als Objekt eine maximale zurückreflektierte Intensität: max Σ_i I_i, wobei i die Anzahl von Teilen des Objekts ist mit i = 1 bis N, eine Varianz der Intensität varI_i, eine Maximierung einer minimalen zurückreflektierten Intensität max min Σ_i I_i, eine Prognose mindestens einer Objekttrajektorie im Raum; einem Abstand des Objekts zur Detektoreinheit; eine Anzahl der zurückreflektierenden Teile des Objekts; eine Information zu einem zurückreflektierenden Bereich eines Objekts; ein Signal-zu-Rausch-Verhältnis; eine Geschwindigkeit des Objekts; die physikalische Realität; eine externe Positionsinformation; eine Objektpositionsänderung mit der Zeit; Informationen zur Trägheit des Objekts; Informationen aus zusätzlicher Sensorik.
Ausführungsform 5: Vorrichtung nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei die Optikeinheit mindestens eine Kollimationsoptik und mindestens eine Energieumverteilungsoptik aufweist, welche eingerichtet sind, eine homogenverteilte Ausleuchtung des Objekts zu generieren.
Ausführungsform 6: Vorrichtung nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei die Strahlaufweitungsoptik eingerichtet ist, um den Beleuchtungslichtstrahl kontinuierlich oder schrittweise aufzuweiten.
Ausführungsform 7: Vorrichtung nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei die Strahlablenkeinheit eingerichtet ist, um den Beleuchtungslichtstrahl in mindestens zwei Winkeln in einem Messraum abzulenken, wobei die Vorrichtung eingerichtet ist, um die Optikeinheit in diesen zwei Winkeln um die mindestens zwei Rotationsachsen zu bewegen.
Ausführungsform 8: Vorrichtung nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei die Strahlablenkeinheit mindestens einen Spiegel aufweist, welcher eingerichtet ist, den Beleuchtungslichtstrahl abzulenken, wobei die Strahlablenkeinheit einen Spiegel aufweist, welcher eingerichtet ist, um den Beleuchtungslichtstrahl räumlich um die zwei verschiedenen Rotationsachsen abzulenken oder wobei die Strahlablenkeinheit mindestens einen ersten Spiegel und mindestens einen zweiten Spiegel aufweist, wobei der erste Spiegel eingerichtet ist, um den Beleuchtungslichtstrahl räumlich um eine erste Rotationsachse abzulenken, wobei der zweite Spiegel eingerichtet ist, um den Beleuchtungslichtstrahl räumlich um eine zweite Rotationsachse abzulenken.
Ausführungsform 9: Vorrichtung nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei die Information zur Ausleuchtung des Objekts mindestens eine Information umfasst ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: eine Information zu einer zurückreflektierten Intensität I, beispielweise bei einer Retroreflektoranordnung als Objekt eine maximale zurückreflektierte Intensität: max Σ_i I_i, wobei i die Anzahl von Teilen des Objekts ist mit i = 1 bis N, eine Varianz der Intensität varI_i, eine minimale zurückreflektierte Intensität minΣ_i I_i; eine Prognose mindestens einer Objekttrajektorie im Raum; einem Abstand des Objekts zur Detektoreinheit; eine Anzahl der zurückreflektierenden Teile des Objekts; eine Information zu einem zurückreflektierenden Bereich eines Objekts; ein Signal-zu-Rausch-Verhältnis; eine Geschwindigkeit des Objekts; eine Objektpositionsänderung mit der Zeit; Informationen zur Trägheit des Objekts; Informationen aus zusätzlicher Sensorik.
Ausführungsform 10: Vorrichtung nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei die Auswerte- und Steuereinheit eingerichtet ist, um aus der Information zur Ausleuchtung des Objekts zu bestimmen, ob sich ein Teil des Objektes außerhalb des Beleuchtungslichtstrahls befindet, wobei die Auswerte- und Steuereinheit eingerichtet ist, mindestens ein Signal an die Strahlablenkeinheit zu übermitteln, wenn sich ein Teil des Objektes außerhalb des Beleuchtungslichtstrahls befindet.
Ausführungsform 11: Vorrichtung nach der vorhergehenden Ausführungsform, wobei die Strahlablenkeinheit eingerichtet ist, um in Abhängigkeit von dem Signal der Auswerte- und Steuereinheit den Beleuchtungslichtstrahl derart abzulenken, dass der Beleuchtungslichtstrahl um 20 %, bevorzugt 15 %, besonders bevorzugt 10 %, seines Durchmessers versetzt über einen definierten Objektdurchmesser rotiert.
Ausführungsform 12: Vorrichtung nach der vorhergehenden Ausführungsform, wobei die Detektoreinheit eingerichtet ist, um für verschiedene Rotationspositionen jeweils einen in Antwort auf den rotierten Beleuchtungslichtstrahl von dem Objekt erzeugten reflektierten Lichtstrahl zu erfassen, wobei die Auswerte- und Steuereinheit eingerichtet ist, um für die verschiedenen Rotationspositionen jeweils die Information zur Ausleuchtung des Objekts zu bestimmen, mit mindestens einem Sollwert zu vergleichen und die jeweilige Abweichung zu bestimmen, wobei die Auswerte- und Steuereinheit eingerichtet ist, um die Rotationsposition mit der minimalen Abweichung vom Sollwert zu bestimmen, wobei die Auswerte- und Steuereinheit eingerichtet ist, um die Strahlablenkeinheit auf die Rotationsposition mit der minimalen Abweichung einzustellen.
Ausführungsform 13: Vorrichtung nach der vorhergehenden Ausführungsform, wobei die Auswerte- und Steuereinheit eingerichtet ist, um ein Signal an die Strahlaufweiteoptik zu übermitteln, um die effektive Brennweite zu vergrößern.
Ausführungsform 14: Vorrichtung nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei die Detektoreinheit und/oder die Beleuchtungseinheit als Lokalisierungseinheit ausgestaltet sind, wobei die Lokalisierungseinheit mindestens ein Element umfasst ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: einem Lasertracer; einem Lasertracker; einem LIDAR-Sensor, bevorzugt einem FMCW-LIDAR-Sensor.
Ausführungsform 15: Vorrichtung nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei die Vorrichtung eingerichtet ist, eine Geschwindigkeit des Objekts zu bestimmen.
Ausführungsform 16: Koordinatenmessgerät zur Vermessung mindestens eines Werkstücks, wobei das Koordinatenmessgerät mindestens eine Vorrichtung nach einer der vorhergehenden, eine Vorrichtung betreffenden Ausführungsformen umfasst, wobei das Koordinatenmessgerät mindestens einen aktiven und/oder passiven Sensor aufweist, welcher eingerichtet ist, das Werkstück zu abzutasten, wobei der Sensor mindestens ein Objekt aufweist.
Ausführungsform 17: Verfahren zur Nachführung mindestens eines Strahlengangs zur Nachverfolgung mindestens eines Objekts, wobei in dem Verfahren eine Vorrichtung nach einer der vorhergehenden, eine Vorrichtung betreffenden Ausführungsformen verwendet wird, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:

Ausführungsform 18: Computerprogramm, welches bei Ablauf auf einem Computer oder Computer-Netzwerk das Verfahren nach der vorhergehenden, ein Verfahren betreffenden Ausführungsform, insbesondere die Verfahrensschritte v) bis vii), in einer seiner Ausgestaltungen ausführt.
Ausführungsform 19: Computerprogramm-Produkt mit auf einem maschinenlesbaren Träger gespeicherten Programmcode-Mitteln, um das Verfahren nach Ausführungsform 16 durchzuführen, wenn das Programm auf einem Computer oder Computer-Netzwerk ausgeführt wird.
Figurenliste
Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen, insbesondere in Verbindung mit den Unteransprüchen. Hierbei können die jeweiligen Merkmale für sich alleine oder zu mehreren in Kombination miteinander verwirklicht sein. Die Erfindung ist nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränkt. Die Ausführungsbeispiele sind in den Figuren schematisch dargestellt. Gleiche Bezugsziffern in den einzelnen Figuren bezeichnen dabei gleiche oder funktionsgleiche bzw. hinsichtlich ihrer Funktionen einander entsprechende Elemente.
Im Einzelnen zeigen:

1A und 1B eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Nachverfolgung eines Objekts an verschiedenen räumlichen Positionen;
2 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Optikeinheit; und
3A bis 3C eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens.

Ausführungsbeispiele
1A zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 110 zur Nachführung mindestens eines Strahlengangs 112 zur Nachverfolgung mindestens eines Objekts 114. Das Objekt 114 kann eingerichtet sein, um einen eintreffenden Lichtstrahl zu reflektieren. Beispielsweise kann das Objekt 114 ein Retroreflektor 116 sein und/oder aufweisen. Das Objekt 114 kann eine Anordnung von einer Mehrzahl von Retroreflektoren 116 sein und/oder aufweisen. Beispielsweise kann der Retroreflektor 116 ein Marker sein. Beispielsweise kann der Retroreflektor 116 ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus: einem Katzenauge; einem Katzenauge mit Reflektionsschicht; einer Kugellinse mit Reflexionsschicht; einem Marker beschrieben in US 2011/0007326 A1 , US 2013/0050410 A1 oder US 2017/0258531 A1 , deren Inhalt hiermit in diese Anmeldung aufgenommen wird; einem Würfelprisma; einem cornercube. Der Retroreflektor 116 kann beispielsweise auf einem Messkopf eines Sensors oder einem Werkzeug angeordnet sein, mit welchem ein Bauteil abgetastet werden kann. Reflektoren 116, welche sich auf einer Kugelschale 118 befinden, werden mit demselben Abstand gemessen.
Die Vorrichtung 110 umfasst mindestens eine Beleuchtungseinheit 120, welche eingerichtet ist, mindestens einen Beleuchtungslichtstrahl 122 zu erzeugen. Die Beleuchtungseinheit 120 kann eine Lichtquelle 124 aufweisen, insbesondere eine Laserquelle.
Die Vorrichtung 110 umfasst weiter mindestens eine Optikeinheit 126. Die Optikeinheit 126 weist mindestens eine Strahlaufweitungsoptik 128 und mindestens eine Strahlablenkeinheit 130 auf. Die Beleuchtungseinheit 120 kann mindestens eine optische Faser 132 aufweisen, welche eingerichtet ist, den von der Lichtquelle 124 erzeugten Lichtstrahl zu der Optikeinheit 126 zu leiten.
Die Strahlaufweitungsoptik 128 ist eingerichtet, um den Beleuchtungslichtstrahl 122 divergent aufzuweiten. Die Strahlaufweitungsoptik 128 kann eingerichtet sein, um den Beleuchtungslichtstrahl 122 kontinuierlich oder schrittweise aufzuweiten. Die Strahlaufweitungsoptik 128 kann beispielsweise mindestens eine Linse und/oder ein Linsensystem, in den Figuren exemplarisch als Linse 134 dargestellt, umfassend eine Vielzahl von Linsen aufweisen. Beispielsweise kann die Strahlaufweitungsoptik 128 mindestens eine Zerstreuungslinse aufweisen. Die Strahlaufweitungsoptik 128 kann mindestens eine Linse mit einer negativen Brennweite aufweisen. Die Strahlaufweitungsoptik 128, insbesondere das Linsensystem, kann eine einstellbare und/oder steuerbare und/oder anpassbare effektive Brennweite aufweisen. Die effektive Brennweite kann beispielsweise durch eine Veränderung einer Position mindestens einer Linse in dem Linsensystem eingestellt und/oder angepasst werden. Die Strahlaufweitungsoptik 128 kann, beispielsweise über eine elektronische Verbindung, mit einer Auswerte- und Steuereinheit 136 der Vorrichtung 110 verbunden sein, welche eingerichtet ist, die Strahlaufweitungsoptik 128 zu steuern und/oder anzupassen, insbesondere eine Position der Linsen in dem Linsensystem einzustellen.
Die Strahlablenkeinheit 130 ist eingerichtet, um den Beleuchtungslichtstrahl 122 räumlich um mindestens zwei verschiedene Rotationsachsen abzulenken. Die Strahlablenkeinheit 130 kann eine Ausbreitungsrichtung des Beleuchtungslichtstrahls 122 um mindestens zwei verschiedene und grundsätzlich beliebige Achsen ändern, insbesondere in mindestens zwei Winkeln ablenken. Die Rotationsachsen können senkrecht zur Ausbreitungsrichtung des Beleuchtungslichtstrahls 122 verlaufen. Die Strahlablenkeinheit 130 kann eingerichtet sein, um den Beleuchtungslichtstrahl 122 in mindestens zwei Winkeln in einem Messraum abzulenken. Die Nachführung kann in einem Koordinatensystem erfolgen, beispielsweise einem kartesischen Koordinatensystem oder einem Kugelkoordinatensystem. Auch andere Koordinatensysteme sind denkbar. Ein Ursprung oder Nullpunkt des Koordinatensystems kann in einem Punkt der Vorrichtung sein. Beispielsweise kann eine Ausbreitung des Beleuchtungslichtstrahls 122 entlang einer z-Achse erfolgen und die Rotationsachsen können die x-Achse und eine weitere Achse, beispielsweise eine y-Achse, sein. Eine Ablenkung des Beleuchtungslichtstrahls 122 von seiner ursprünglichen Ausbreitungsrichtung kann beispielsweise um zwei Winkel relativ zu diesen Achsen erfolgen. Beispielsweise kann eine Ablenkung und/oder Auslenkung um die beiden Achsen senkrecht zum Hauptstrahl in Grundausrichtung erfolgen. Der Hauptstrahl in Grundausrichtung kann dabei in eine Messvolumenmitte schauen. Auch andere Rotationsachsen sind jedoch denkbar. Beispielsweise kann die Vorrichtung 110 eingerichtet sein, um die Optikeinheit 126 in zwei Winkeln um die mindestens zwei Rotationsachsen zu bewegen. Alternativ oder zusätzlich kann die Strahlablenkeinheit 130 mindestens einen Spiegel aufweisen, welcher eingerichtet ist, den Beleuchtungslichtstrahl 122 abzulenken. Die Strahlablenkeinheit 130 kann beispielsweise genau einen Spiegel aufweisen, welcher eingerichtet ist, um den Beleuchtungslichtstrahl 122 räumlich um die zwei verschiedenen Rotationsachsen abzulenken. Beispielsweise kann der Spiegel als Micro-Electro-Mechanical System (MEMS)-Spiegel ausgestaltet sein. Alternativ kann die Strahlablenkeinheit 130 mindestens einen ersten Spiegel und mindestens einen zweiten Spiegel aufweisen, wobei der erste Spiegel eingerichtet ist, um den Beleuchtungslichtstrahl 122 räumlich um eine erste Rotationsachse abzulenken, wobei der zweite Spiegel eingerichtet ist, um den Beleuchtungslichtstrahl 122 räumlich um eine zweite Rotationsachse abzulenken. Beispielsweise kann als Antrieb der Spiegel ein Galvanometer-Scanner vorgesehen sein.
Die Optikeinheit 130 kann mindestens eine Kollimationsoptik und mindestens eine Energieumverteilungsoptik aufweisen, hier nicht dargestellt, welche eingerichtet sind, eine homogenverteilte Ausleuchtung des Objekts zu generieren. Beispielsweise kann die Kollimationsoptik mindestens eine Linse aufweisen, welche eingerichtet ist, um im Abstand ihrer effektiven Brennweite aus einem divergenten einen kollimierten Strahl zu formen. Beispielsweise kann die Energieumverteilungsoptik mindestens einen Verbund aus einem asphärischen Linsenpaar aufweisen, welches eingerichtet ist, um aus einer gaußförmigen Energieverteilung eine über den Strahlquerschnitt homogene Verteilung zu erzeugen. Eine Kombination kann eingerichtet sein, um eine kollimierte, homogenverteilte Ausleuchtung zu generieren.
Die Vorrichtung 110 umfasst mindestens eine Detektoreinheit 138, welche eingerichtet ist, einen, von dem Objekt 114 in Antwort auf eine Beleuchtung durch den Beleuchtungslichtstrahl 122, reflektierten Lichtstrahl zu erfassen und mindestens ein Messsignal zu erzeugen. Die Detektoreinheit 138 kann Teil einer Lokalisierungseinheit 140 sein. Die Lokalisierungseinheit 140 kann eingerichtet sein, mindestens eine Lokalisierungsinformation zu erzeugen. Die Lokalisierungsinformation kann ausgewählt sein aus mindestens einer Information aus der Gruppe bestehend aus: einem Messsignal in Abhängigkeit vom Ort des von der Lokalisierungseinheit 140 beleuchteten Retroreflektors 116; einer Information über einen Abstand des von der Lokalisierungseinheit 140 beleuchteten Retroreflektors 116 zu der Lokalisierungseinheit 140; einer Information über eine Entfernung des von der Lokalisierungseinheit 140 beleuchteten Retroreflektors 116 zu der Lokalisierungseinheit 140; einer Information über eine relative Lage des von der Lokalisierungseinheit 140 beleuchteten Retroreflektors 116 zu der Lokalisierungseinheit 140; und einer Information über eine Längenänderung. Die Lokalisierungseinheit 140 kann weiter die mindestens eine Beleuchtungseinheit 120 aufweisen. Die Lokalisierungseinheit 140 kann eingerichtet sein, das Objekt 114 mit dem mindestens einen Beleuchtungslichtstrahl 122 zu beleuchten. Die Lokalisierungseinheit 140 kann mindestens ein Element umfassen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: einem Lasertracer; einem Lasertracker; einem LIDAR-Sensor, bevorzugt einem FMCW-LIDAR-Sensor. Die Vorrichtung 110 kann eine Mehrzahl von Lokalisierungseinheiten 140 aufweisen.
Beispielsweise kann die Lokalisierungseinheit 140 als LIDAR-Sensor ausgestaltet sein. Insbesondere kann der LIDAR-Sensor eingerichtet sein, einen Lichtstrahl, beispielsweise einen Laserstrahl, zu erzeugen und zu empfangen, insbesondere den zuvor von ihr ausgesendeten und zu ihr zurückreflektierten Lichtstrahl, und daraus einen Abstand zwischen dem LIDAR-Sensor und dem Retroreflektor 116 zu bestimmen, beispielsweise unter Ausnutzung von Unterschieden in den Rücklaufzeiten und Wellenlängen. Bevorzugt kann die Lokalisierungseinheit einen FMCW-LIDAR-Sensor aufweisen. Der FMCW-LIDAR-Sensor kann eingerichtet sein, den Lichtstrahl zu erzeugen, dessen Frequenz nach dem FMCW-Verfahren kontinuierlich durchgestimmt wird. Beispielsweise kann die Frequenz des Lichtstrahls linear mit der Zeit moduliert sein. Eine Kombination von LIDAR-Verfahren und FMCW-Verfahren sind dem Fachmann grundsätzlich bekannt, beispielsweise aus Chip-scale Lidar, Benham Behroozpur Baghmisheh, Technical Report No. UCB/EECS.2017-4. Beispielsweise kann die LIDAR-Einheit wie in US 9,559,486 B2 , US 8,913,636 B2 oder US 2016/123718 A1 ausgestaltet sein.
Die Vorrichtung weist die mindestens eine Auswerte- und Steuereinheit 136 auf. Die Auswerte- und Steuereinheit 136 ist eingerichtet, von der Detektoreinheit 138 erzeugte Messsignale auszuwerten und mindestens ein Bauteil oder einen Prozess zu steuern oder zu regeln. Beispielsweise kann die Auswerte- und Steuereinheit 136 mindestens eine Datenverarbeitungsvorrichtung aufweisen, beispielsweise mindestens einen Computer oder Mikrocontroller. Die Auswerte- und Steuereinheit 136 kann insbesondere als zentrale Steuereinheit für die gesamte Vorrichtung ausgestaltet sein. Alternativ ist jedoch auch eine dezentrale Auswerte- und Steuereinheit 136 mit mehreren einzelnen, miteinander kooperierenden Bestandteilen möglich. Die Auswerte- und Steuereinheit 136 kann weiterhin mindestens eine Benutzerschnittstelle aufweisen, beispielsweise mindestens eine Tastatur und/oder mindestens ein Display.
Informationen für Vorgaben mindestens eines Nachführparameters für eine Einstellung der effektiven Brennweite der Strahlaufweitungsoptik 128 und/oder eine Einstellung einer räumlichen Ausrichtung der Strahlablenkeinheit 130 können durch eine algorithmische Auswertung des Messsignals bestimmt werden. Die Auswerte- und Steuereinheit 136 ist eingerichtet, um das Messsignal auszuwerten, wobei das Auswerten des Messsignals ein Bestimmen mindestens einer Information zur Ausleuchtung des Objekts 114 umfasst. Die Information zur Ausleuchtung des Objekts 114 kann mindestens eine Information umfassen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: eine Information zu einer zurückreflektierten Intensität I, beispielweise bei einer Retroreflektoranordnung als Objekt 114 eine maximale zurückreflektierte Intensität: max Σ_i I_i, wobei i die Anzahl der Retroreflektoren 116 ist mit i = 1 bis N, eine Varianz der Intensität varI_i, eine minimale zurückreflektierte Intensität minΣ_iIi; eine Prognose mindestens einer Objekttrajektorie im Raum; einem Abstand des Objekts 114 zur Detektoreinheit 138; eine Anzahl von zurückreflektierenden Teilen des Objekts 114, insbesondere eine Anzahl der zurückreflektierenden Retroreflektoren 116; eine Information zu einem zurückreflektierenden Bereich eines Objekts 114; ein Signal-zu-Rausch-Verhältnis; eine Geschwindigkeit des Objekts 114; eine Objektpositionsänderung mit der Zeit; Informationen zur Trägheit des Objekts 114; Informationen aus zusätzlicher Sensorik, beispielsweise einem Beschleunigungssensor oder Robotertrajektorie.
Die Auswerte- und Steuereinheit 136 ist eingerichtet, um die mindestens eine Stellgröße zur Einstellung einer effektiven Brennweite der Strahlaufweitungsoptik 128 und/oder zur Einstellung einer räumlichen Ausrichtung der Strahlablenkeinheit 130 in Abhängigkeit von der mindestens einer Information zur Ausleuchtung des Objekts 114 zu bestimmen. Zur Steuerung der Optikeinheit 126 kann mindestens eine Datenverbindung zwischen der Auswerte- und Steuereinheit 136 und der Optikeinheit 126 vorgesehen sein. Die Stellgröße kann eine Information über mindestens einen Nachführparameter zur Einstellung der effektiven Brennweite der Strahlaufweitungsoptik 128 und/oder der räumlichen Ausrichtung der Strahlablenkeinheit 130 aufweisen.
Die Auswerte- und Steuereinheit 136 kann eingerichtet sein, um aus der Information zur Ausleuchtung des Objekts 114 zu bestimmen, ob sich ein Teil des Objektes 114 außerhalb des Beleuchtungslichtstrahls 122 befindet. Die Auswerte- und Steuereinheit 136 kann eingerichtet sein, mindestens ein Signal an die Strahlablenkeinheit 130 zu übermitteln, wenn sich ein Teil des Objektes 114 außerhalb des Beleuchtungslichtstrahls 122 befindet.
Die Auswerte- und Steuereinheit 136 kann eingerichtet sein, um die mindestens eine Stellgröße zur Einstellung der effektiven Brennweite der Strahlaufweitungsoptik 128 und/oder zur Einstellung der räumlichen Ausrichtung der Strahlablenkeinheit 130 durch Vergleich des Messsignals mit einem hinterlegten, insbesondere in einer Datenspeichereinheit der Auswerte- und Steuereinheit 136 hinterlegten, Model zu bestimmen. Beispielsweise kann die Auswerte- und Steuereinheit 136 eingerichtet sein, um die mindestens eine Stellgröße zur Einstellung der effektiven Brennweite der Strahlaufweitungsoptik 128 und/oder zur Einstellung der räumlichen Ausrichtung der Strahlablenkeinheit 130 durch Vergleich der Information zur Ausleuchtung des Objekts 114 mit mindestens einem Sollwert zu bestimmen. Die Auswerte- und Steuereinheit 136 kann eingerichtet sein, um eine Abweichung der Information zur Ausleuchtung des Objekts 114 von dem Sollwert zu bestimmen. Die Auswerte- und Steuereinheit 136 kann eingerichtet sein, um bei einer Abweichung größer oder gleich einem vorbestimmten und/oder vordefinierten Toleranzwert mindestens ein Signal an die Strahlablenkeinheit 130 zu übermitteln. Die Auswerte- und Steuereinheit 136 kann eingerichtet sein, um das mindestens ein Signal umfassend eine Information über die Stellgröße an die Strahlaufweitungsoptik 128 und/oder die Strahlablenkeinheit 130 zu übermitteln, falls die Information zur Ausleuchtung des Objekts 114 größer oder gleich einem vorbestimmten und/oder vordefinierten Toleranzwert ist.
Die Auswerte- und Steuereinheit 136 kann eingerichtet sein, um die Stellgröße zu bestimmen durch Steuerung auf mindestens eine Größe ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: eine Information zu einer zurückreflektierten Intensität I, beispielweise bei einer Retroreflektoranordnung als Objekt 114 eine maximale zurückreflektierte Intensität: max Σ_i I_i, wobei i die Anzahl der Teile des Objekts 114 ist mit i = 1 bis N, eine Varianz der Intensität varI_i, eine Maximierung einer minimalen zurückreflektierten Intensität max min Σ_i I_i, eine Prognose mindestens einer Objekttrajektorie im Raum; einem Abstand des Objekts 114 zur Detektoreinheit 138; eine Anzahl der zurückreflektierenden Teile des Objekts 114; eine Information zu einem zurückreflektierenden Bereich eines Objekts 114; ein Signal-zu-Rausch-Verhältnis, insbesondere ein über alle Retroreflektoren 116 gemitteltes Signal-zu-Rausch-Verhältnis; eine Geschwindigkeit des Objekts 114; die physikalische Realität; eine externe Positionsinformation; eine Objektpositionsänderung mit der Zeit; Informationen zur Trägheit des Objekts 114; Informationen aus zusätzlicher Sensorik, beispielsweise einem Beschleunigungssensor oder Robotertrajektorie.
Die mindestens eine Objekttrajektorie im Raum kann durch Bestimmen und Auswerten von mindestens zwei Raumkoordinaten, insbesondere mittlere Raumkoordinaten, des Objekts 114 gemessen zu verschiedenen Zeitpunkten prognostiziert werden.
Die Steuerung auf die physikalische Plausibilität kann einen Plausibilitätstest umfassen mit der Annahme, dass das Objekt 114 nicht innerhalb zweier aufeinanderfolgender Messpunkte eine unrealistisch große Distanz zurücklegen kann. Beispielweise kann bei einer Datenrate von 1kHz eine Distanz von 0,1 m oder bei einer Datenrate von 100Hz eine Distanz von 1 m als nicht plausibel angenommen, d.h. Geschwindigkeiten über 100m/s können als nicht plausibel angenommen werden. Auch andere Geschwindigkeiten können als nicht plausibel angenommen werden, beispielsweise über 50 m/s, oder 10 m/s.
Die externe Positionsinformation kann eine externe, also eine nicht von der Vorrichtung 110 selbst, bestimmte Information sein. Beispielsweise kann die externe Positionsinformation eine Information einer Robotertrajektorie sein.
Die Auswerte- und Steuereinheit 136 kann eingerichtet sein, aus dem Messsignal eine Geschwindigkeit des Objekts 114 zu bestimmen. Die Vorrichtung 110 kann eingerichtet sein, eine Geschwindigkeit einer Bewegung des Objekts 114, insbesondere der Retroreflektoren 116, zu bestimmen. Beispielsweise kann die Lokalisierungseinheit 140 der Vorrichtung 110 als FMCW-LIDAR-Sensor ausgebildet sein. Die Vorrichtung 110 kann eingerichtet sein, eine Bewegung des Objekts 114 durch Nachverfolgen, auch Tracking genannt, der auf dem Objekt 114 angebrachten Retroreflektoren 116 zu bestimmen. Bei einer Abstandsmessung der Retroreflektoren 116 von der Lokalisierungseinheit 140 können bei bewegten Retroreflektoren 116 unter Ausnutzung der bei den FMCW-LIDAR-Sensoren auftretenden Dopplerverschiebung die Geschwindigkeiten der Retroreflektoren 116, insbesondere des Retroreflektorensembles, mit der Vorrichtung 110 instantan bestimmbar sein. Dies kann insbesondere für eine Bewegungsregelung einer Maschine von großem Vorteil sein. Bei Nutzung der FMCW-LIDAR-Sensoren als Lokalisierungseinheit 140 kann direkt ein Signal gemäß der Bewegung des Retroreflektors 116 erzeugt werden. Die FMCW-Lidar-Sensoren können den Vorteil aufweisen, dass sich die Bewegung eines Objektes 114 direkt als Signal äußert. Die Bewegung des Retroreflektors 116 kann zu einer Dopplerverschiebung einer Schwebungsfrequenz führen, wobei die Dopplerverschiebung der Schwebungsfrequenz den Abstand des Retroreflektors 116 kodieren kann. Die Dopplerverschiebung der Schwebungsfrequenz kann zu jedem Zeitpunkt vorliegen. Beispielsweise kann es nötig sein, die Dopplerverschiebung der Schwebungsfrequenz zu verrechnen, um den Abstand des Retroreflektors 116 bei sich bewegendem Retroreflektor 116 mit einer gewünschten Genauigkeit ermitteln zu können. Eine Information über eine Momentangeschwindigkeit des Retroreflektors 116 kann als Messsignal in Form der Dopplerverschiebung der Schwebungsfrequenz jederzeit vorliegen und damit die Geschwindigkeit des Retroreflektors instantan bestimmbar sein. Bei Messsystemen, die auf Interferometrie beruhen, kann die Geschwindigkeit des Retroreflektors 116 nur aus dem räumlichen Abstand zweier zeitlich beabstandeter Messungen errechenbar sein. Alternativ oder zusätzlich, kann die Vorrichtung 110 mindestens eine weitere Messsensorik aufweisen, beispielsweise mindestens einen Geschwindigkeitssensor, welcher eingerichtet ist, eine Geschwindigkeit des Objekts 114 zu bestimmen.
Die Strahlablenkeinheit 130 kann eingerichtet sein, um in Abhängigkeit von dem Signal der Auswerte- und Steuereinheit 136 den Beleuchtungslichtstrahl 122 derart abzulenken, dass der Beleuchtungslichtstrahl 122 um 20 %, bevorzugt 15 %, besonders bevorzugt 10 %, seines Durchmessers versetzt über einen definierten Objektdurchmesser rotiert. Die Detektoreinheit 138 kann eingerichtet sein, um für verschiedene Rotationspositionen jeweils einen in Antwort auf den rotierten Beleuchtungslichtstrahl von dem Objekt 114 erzeugten reflektierten Lichtstrahl zu erfassen. Die Auswerte- und Steuereinheit 136 kann eingerichtet sein, um für die verschiedenen Rotationspositionen jeweils die Information zur Ausleuchtung des Objekts 114 zu bestimmen, mit mindestsens einem Sollwert zu vergleichen und die jeweilige Abweichung zu bestimmen. Die Auswerte- und Steuereinheit 136 kann eingerichtet sein, um die Rotationsposition mit der minimalen Abweichung vom Sollwert zu bestimmen. Die Auswerte- und Steuereinheit 136 kann eingerichtet sein, um die Strahlablenkeinheit 130 auf die Rotationsposition mit der minimalen Abweichung einzustellen.
Die Auswerte- und Steuereinheit 136 kann eingerichtet sein, um für die Rotationsposition mit der minimalen Abweichung ein Signal an die Strahlaufweiteoptik 128 zu übermitteln, um die effektive Brennweite zu vergrößern. Insbesondere kann dieses vor der Einstellung der Strahlablenkeinheit 130 auf die Rotationsposition mit der minimalen Abweichung erfolgen. Die Auswerte- und Steuereinheit 136 kann eingerichtet sein, um nach der Strahlaufweitung die Information zur Ausleuchtung des Objekts 114 zu bestimmen und mit dem Sollwert zu vergleichen. Bei einer Übereinstimmung der Information zur Ausleuchtung des Objekts 114 mit dem Sollwert kann die Auswerte- und Steuereinheit 136 ein Signal an die Strahlablenkeinheit 130 übermitteln und die Strahlablenkeinheit 130 auf die Rotationsposition mit der minimalen Abweichung einstellen.
Beispielsweise kann die Strahlablenkeinheit 130 in Antwort auf das Signal der Auswerte- und Steuereinheit 136 den Beleuchtungslichtstrahl 122 derart ablenken, dass der Beleuchtungslichtstrahl 122 um 20 %, bevorzugt 15 %, besonders bevorzugt 10 %, seines Durchmessers versetzt über einen definierten Objektdurchmesser rotiert. Werden dabei wieder mehr Retroreflektoren 116 und/oder Objektbereiche wie zuvor detektiert, so sendet die Auswerte- und Steuereinheit 136 mindestens ein Signal an die Strahlaufweitungsoptik 128 und die Aufweitung wird leicht vergrößert. Werden dann alle erwarteten Signale des Objekts 114 detektiert, so wird die Strahlablenkeinheit 130 um den entsprechenden Betrag verstellt.
Die Auswerte- und Steuereinheit 136 kann eingerichtet sein, um die Strahlaufweitungsoptik 128 und/oder die Strahlablenkeinheit 130 derart einzustellen, dass der Beleuchtungslichtstrahl 122 an einem Ort des Objektes 114 einen vordefinierten Objektdurchmesser mit einer Toleranz von ± 20 %, bevorzugt ± 15 %, besonders bevorzugt von ± 10 %, ausleuchtet. Bewegt sich das Objekt 114 auf einer beliebigen Raumkurve mit bis zu einer für das genutzte Messsystem typischen Maximalbeschleunigung, kann das Objekt 114 derart nachverfolgt werden, dass weiterhin ± 10 % einer definierten Objektoberfläche beleuchtet werden, unabhängig von der Tatsache, ob sich das Objekt 114 in 1 m Abstand oder in bis zu 50 m Abstand zum Berechnungsursprung der Distanzmessung befindet. Die Nachführung des aufgeweiteten Strahls kann dabei abhängig von Geschwindigkeit und Beschleunigung des nachverfolgten Objekts 114 sein. So können Objektgeschwindigkeiten in einem FMCW-LIDAR-basierten Messsystem von bis zu 5 m/s und Objektbeschleunigungen von bis zu 20 m/s² nachverfolgt werden.
2 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Optikeinheit 126. Wie in 2 gezeigt, weist die Optikeinheit 126 die Strahlaufweitungsoptik 128 mit einer einstellbaren effektiven Brennweite und die Strahlablenkeinheit 130 auf, welche eingerichtet ist, den Beleuchtungslichtstrahl 122 in zwei Richtungen senkrecht zur Strahlausbreitung abzulenken. In 2 ist eine Ablenkung in einer Ebene gezeigt.
3A bis 3C zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Nachführung. In 3A ist eine Ausgangssituation gezeigt, in welcher der aufgeweitete Beleuchtungslichtstrahl 122 einen Teil des Objekts 114, insbesondere einen der Retroreflektoren 116, nicht beleuchtet. Die Detektoreinheit 138 erfasst einen von dem Objekt 114 in Antwort auf die Beleuchtung durch den Beleuchtungslichtstrahl 122, reflektierten Lichtstrahl und erzeugt das mindestens eine Messsignal. Die Auswerte- und Steuereinheit 136 wertet das Messsignal aus und bestimmt die mindestens eine Information zur Ausleuchtung des Objekts 114. Die Auswerte- und Steuereinheit 136 kann aus der Information zur Ausleuchtung des Objekts 114 bestimmen, ob sich ein Teil des Objektes 114 außerhalb des Beleuchtungslichtstrahls 122 befindet. Für diesen Fall kann die Auswerte- und Steuereinheit 136 ein Signal an die Strahlablenkeinheit 130 übermitteln, so dass diese in Abhängigkeit von dem Signal der Auswerte- und Steuereinheit 136 den Beleuchtungslichtstrahl 122 derart ablenkt, dass der Beleuchtungslichtstrahl 122 um 20 %, bevorzugt 15 %, besonders bevorzugt 10 %, seines Durchmessers versetzt über einen definierten Objektdurchmesser rotiert. Ein Beispiel für eine derartige Rotation ist in 3B dargestellt. Die Detektoreinheit 138 kann eingerichtet sein, um für verschiedene Rotationspositionen jeweils einen in Antwort auf den rotierten Beleuchtungslichtstrahl 122 von dem Objekt 114 erzeugten reflektierten Lichtstrahl zu erfassen. Die Auswerte- und Steuereinheit 136 kann eingerichtet sein, um für die verschiedenen Rotationspositionen jeweils die Information zur Ausleuchtung des Objekts 114 zu bestimmen, mit mindestsens einem Sollwert zu vergleichen und die jeweilige Abweichung zu bestimmen. Die Auswerte- und Steuereinheit 136 kann eingerichtet sein, um die Rotationsposition mit der minimalen Abweichung vom Sollwert zu bestimmen. Diese Rotationsposition ist in 3C dargestellt. Die Auswerte- und Steuereinheit 136 kann eingerichtet sein, um die Strahlablenkeinheit 130 auf die Rotationsposition mit der minimalen Abweichung einzustellen.
Bezugszeichenliste

110: Vorrichtung
112: Strahlengang
114: Objekt
116: Retroreflektoren
118: Kugelschale
120: Beleuchtungseinheit
122: Beleuchtungslichtstrahl
124: Lichtquelle
126: Optikeinheit
128: Strahlaufweitungsoptik
130: Strahlablenkeinheit
132: optische Faser
134: Linse
136: Auswerte- und Steuereinheit
138: Detektoreinheit
140: Lokalisierungseinheit

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102018222629 A1 [0004]
US 2014/0043622 A1 [0005]
EP 3036845 A1 [0006]
DE 102013014045 A1 [0006]
EP 2756262 B1 [0007]
US 2011/0007326 A1 [0016, 0068]
US 2013/0050410 A1 [0016, 0068]
US 2017/0258531 A1 [0016, 0068]
US 9559486 B2 [0025, 0075]
US 8913636 B2 [0025, 0075]
US 2016123718 A1 [0025, 0075]

Claims

Vorrichtung (110) zur Nachführung mindestens eines Strahlengangs (112) zur Nachverfolgung mindestens eines Objekts (114), umfassend: - mindestens eine Beleuchtungseinheit (120), welche eingerichtet ist, mindestens einen Beleuchtungslichtstrahl (122) zu erzeugen; - mindestens eine Optikeinheit (126), wobei die Optikeinheit (126) mindestens eine Strahlaufweitungsoptik (128) und mindestens eine Strahlablenkeinheit (130) aufweist, wobei die Strahlaufweitungsoptik (128) eingerichtet ist, um den Beleuchtungslichtstrahl (122) divergent aufzuweiten, wobei die Strahlablenkeinheit (130) eingerichtet ist, um den Beleuchtungslichtstrahl (122) räumlich um mindestens zwei verschiedene Rotationsachsen abzulenken; - mindestens eine Detektoreinheit (138), welche eingerichtet ist, einen, von dem Objekt (114) in Antwort auf eine Beleuchtung durch den Beleuchtungslichtstrahl (122) reflektierten Lichtstrahl zu erfassen und mindestens ein Messsignal zu erzeugen, - mindestens eine Auswerte- und Steuereinheit (136), welche eingerichtet ist, um das Messsignal auszuwerten, wobei das Auswerten des Messsignals ein Bestimmen mindestens einer Information zur Ausleuchtung des Objekts (144) umfasst, wobei die Auswerte- und Steuereinheit (136) eingerichtet ist, um mindestens eine Stellgröße zur Einstellung einer effektiven Brennweite der Strahlaufweitungsoptik (128) und/oder zur Einstellung einer räumlichen Ausrichtung der Strahlablenkeinheit (130) in Abhängigkeit von der mindestens einen Information zur Ausleuchtung des Objekts (114) zu bestimmen.
Vorrichtung (110) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Auswerte- und Steuereinheit (136) eingerichtet ist, um die Stellgröße durch Vergleich der Information zur Ausleuchtung des Objekts (114) mit mindestens einem Sollwert zu bestimmen und die effektive Brennweite der Strahlaufweitungsoptik (128) und/oder die räumlichen Ausrichtung der Strahlablenkeinheit (130) in Abhängigkeit von der Stellgröße anzupassen.
Vorrichtung (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Auswerte- und Steuereinheit (136) eingerichtet ist, um die Stellgröße zu bestimmen durch Steuerung auf mindestens eine Größe ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: eine Information zu einer zurückreflektierten Intensität I; eine maximale zurückreflektierte Intensität: max Σ_i I_i, wobei i die Anzahl von Teilen des Objekts (114) ist mit i = 1 bis N, eine Varianz der Intensität var I_i; eine Maximierung einer minimalen zurückreflektierten Intensität max min Σ_i I_i, eine Prognose mindestens einer Objekttrajektorie im Raum; einem Abstand des Objekts (114) zur Detektoreinheit; eine Anzahl der zurückreflektierenden Teile des Objekts (114); eine Information zu einem zurückreflektierenden Bereich eines Objekts (114); ein Signal-zu-Rausch-Verhältnis; eine Geschwindigkeit des Objekts (114); die physikalische Realität; eine externe Positionsinformation; eine Objektpositionsänderung mit der Zeit; Informationen zur Trägheit des Objekts; Informationen aus zusätzlicher Sensorik.
Vorrichtung (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Strahlablenkeinheit (130) eingerichtet ist, um den Beleuchtungslichtstrahl (122) in mindestens zwei Winkeln in einem Messraum abzulenken, wobei die Vorrichtung (110) eingerichtet ist, um die Optikeinheit (126) in diesen zwei Winkeln um die mindestens zwei Rotationsachsenzu bewegen, und/oder wobei die Strahlablenkeinheit (130) mindestens einen Spiegel aufweist, welcher eingerichtet ist, den Beleuchtungslichtstrahl (122) abzulenken, wobei die Strahlablenkeinheit (130) einen Spiegel aufweist, welcher eingerichtet ist, um den Beleuchtungslichtstrahl (122) räumlich um die zwei verschiedenen Rotationsachsen abzulenken oder wobei die Strahlablenkeinheit (130) mindestens einen ersten Spiegel und mindestens einen zweiten Spiegel aufweist, wobei der erste Spiegel eingerichtet ist, um den Beleuchtungslichtstrahl (122) räumlich um eine erste Rotationsachse abzulenken, wobei der zweite Spiegel eingerichtet ist, um den Beleuchtungslichtstrahl (122) räumlich um eine zweite Rotationsachse abzulenken.
Vorrichtung (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Auswerte- und Steuereinheit (136) eingerichtet ist, um aus der Information zur Ausleuchtung des Objekts (114) zu bestimmen, ob sich ein Teil des Objektes (114) außerhalb des Beleuchtungslichtstrahls (122) befindet, wobei die Auswerte- und Steuereinheit (136) eingerichtet ist, mindestens ein Signal an die Strahlablenkeinheit (110) zu übermitteln, wenn sich ein Teil des Objektes (114) außerhalb des Beleuchtungslichtstrahls (122) befindet, wobei die Strahlablenkeinheit (130) eingerichtet ist, um in Abhängigkeit von dem Signal der Auswerte- und Steuereinheit (136) den Beleuchtungslichtstrahl (122) derart abzulenken, dass der Beleuchtungslichtstrahl (122) um 20 %, bevorzugt 15 %, besonders bevorzugt 10 %, seines Durchmessers versetzt über einen definierten Objektdurchmesser rotiert.
Vorrichtung (110) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Detektoreinheit (138) eingerichtet ist, um für verschiedene Rotationspositionen jeweils einen in Antwort auf den rotierten Beleuchtungslichtstrahl (122) von dem Objekt (114) erzeugten reflektierten Lichtstrahl zu erfassen, wobei die Auswerte- und Steuereinheit (136) eingerichtet ist, um für die verschiedenen Rotationspositionen jeweils die Information zur Ausleuchtung des Objekts (114) zu bestimmen, mit mindestens einem Sollwert zu vergleichen und die jeweilige Abweichung zu bestimmen, wobei die Auswerte- und Steuereinheit (136) eingerichtet ist, um die Rotationsposition mit der minimalen Abweichung vom Sollwert zu bestimmen, wobei die Auswerte- und Steuereinheit (136) eingerichtet ist, um die Strahlablenkeinheit (130) auf die Rotationsposition mit der minimalen Abweichung einzustellen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Detektoreinheit und/oder die Beleuchtungseinheit als Lokalisierungseinheit ausgestaltet sind, wobei die Lokalisierungseinheit mindestens ein Element umfasst ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: einem Lasertracer; einem Lasertracker; einem LIDAR-Sensor, bevorzugt einem FMCW-LIDAR-Sensor.
Koordinatenmessgerät zur Vermessung mindestens eines Werkstücks, wobei das Koordinatenmessgerät mindestens eine Vorrichtung nach einem der vorhergehenden, eine Vorrichtung betreffenden Ansprüche umfasst, wobei das Koordinatenmessgerät mindestens einen aktiven und/oder passiven Sensor aufweist, welcher eingerichtet ist, das Werkstück zu abzutasten, wobei der Sensor mindestens ein Objekt aufweist.
Verfahren zur Nachführung mindestens eines Strahlengangs zur Nachverfolgung mindestens eines Objekts, wobei in dem Verfahren eine Vorrichtung nach einem der vorhergehenden, eine Vorrichtung betreffenden Ansprüche verwendet wird, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: i) Erzeugen mindestens eines Beleuchtungslichtstrahls mit mindestens einer Beleuchtungseinheit; ii) Divergentes Aufweiten des Beleuchtungslichtstrahls mit mindestens einer Strahlaufweitungsoptik mindestens einer Optikeinheit; iii) Räumliches Ablenken des Beleuchtungslichtstrahls um mindestens zwei verschiedene Rotationsachsen mit mindestens einer Strahlablenkeinheit der Optikeinheit; iv) Erfassen eines von dem Objekt in Antwort auf eine Beleuchtung durch den Beleuchtungslichtstrahl reflektierten Lichtstrahls mit mindestens einer Detektoreinheit und Erzeugen mindestens eines Messsignals, v) Auswerten des Messsignals mit mindestens einer Auswerte- und Steuereinheit, wobei das Auswerten des Messsignals ein Bestimmen mindestens einer Information zur Ausleuchtung des Objekts umfasst; vi) Bestimmen mindestens einer Stellgröße zur Einstellung einer effektiven Brennweite der Strahlaufweitungsoptik und/oder zur Einstellung einer räumlichen Ausrichtung der Strahlablenkeinheit in Abhängigkeit von der mindestens einen Information zur Ausleuchtung des Objekts; vii) Anpassen der effektiven Brennweite der Strahlaufweitungsoptik und/oder der räumlichen Ausrichtung der Strahlablenkeinheit in Abhängigkeit von der Stellgröße.
Computerprogramm, welches bei Ablauf auf einem Computer oder Computer-Netzwerk das Verfahren nach dem vorhergehenden, ein Verfahren betreffenden Anspruch, insbesondere die Verfahrensschritte v) bis vii), in einer seiner Ausgestaltungen ausführt.