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Querverweis auf verwandte Patentanmeldungen
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Diese Anmeldung nimmt die Priorität von der am 14. Februar 2011 angemeldeten vorläufigen US-amerikanischen Patentanmeldung, Aktenzeichen 61/442,452, in Anspruch, deren gesamter Inhalt hierin durch Verweis einbezogen wird.
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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Retroreflektorziele und insbesondere einen Würfelecken-Retroreflektor, der sechs Freiheitsgrade misst.
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Hintergrund
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Es gibt eine Klasse von Instrumenten, die die Koordinaten eines Punkts durch Senden eines Laserstrahls zu einem Retroreflektorziel misst, das sich in Kontakt mit dem Punkt befindet. Das Instrument bestimmt die Koordinaten des Punkts, indem es die Distanz und die zwei Winkel zu dem Ziel misst. Die Distanz wird mit einem Distanzmessgerät wie beispielsweise einem Absolutdistanzmesser oder einem Interferometer gemessen. Die Winkel werden mit einem Winkelmessgerät wie beispielsweise einem Winkelkodierer gemessen. Ein kardanisch aufgehängter Strahllenkungsmechanismus in dem Instrument lenkt den Laserstrahl zu dem interessierenden Punkt.
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Der Lasertracker ist ein besonderer Typ eines Koordinatenmessgeräts, das das Retroreflektorziel mit einem oder mehreren Laserstrahlen verfolgt, den bzw. die es ausstrahlt. Es gibt eine andere Kategorie von Instrumenten, die als „Totalstationen” oder „Tachymeter” bekannt sind und einen Retroreflektor oder einen Punkt auf einer diffus streuenden Oberfläche messen können. Lasertracker, die normalerweise Genauigkeiten in der Größenordnung von 25 Mikrometern (ein Tausendstel Zoll) aufweisen und unter bestimmten Bedingungen bis auf 1 oder 2 Mikrometer genau sind, sind üblicherweise weitaus genauer als Totalstationen oder Scanner. In dieser gesamten Anmeldung wird die weitreichende Definition eines Lasertrackers verwendet, welche Laserscanner und Totalstationen umfasst.
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Normalerweise sendet der Lasertracker einen Laserstrahl zu einem Retroreflektorziel. Ein üblicher Typ eines Retroreflektorziels ist der sphärisch montierte Retroreflektor (SMR; spherically mounted retroreflector), der einen in eine Metallkugel eingebetteten Würfelecken-Retroreflektor umfasst. Der Würfelecken-Retroreflektor umfasst drei zueinander senkrecht stehende Spiegel. Der Scheitelpunkt, der der gemeinsame Schnittpunkt der drei Spiegel ist, befindet sich in der Mitte der Kugel. Wegen dieser Anordnung der Würfelecke in der Kugel bleibt die senkrechte Distanz vom Scheitelpunkt irgendeiner Oberfläche, auf welcher der SMR aufliegt, sogar konstant, während der SMR gedreht wird. Demzufolge kann der Lasertracker die 3D-Koordinaten einer Oberfläche messen, indem er der Position eines SMR folgt, während dieser über die Oberfläche bewegt wird. Anders ausgedrückt bedeutet dies, dass der Lasertracker lediglich drei Freiheitsgrade (eine Radialdistanz und zwei Winkel) messen muss, um die 3D-Koordinaten einer Oberfläche vollständig zu charakterisieren.
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Einige Lasertracker sind in der Lage, sechs Freiheitsgrade (6 DOF; 6 degrees of freedom) zu messen, welche drei Koordinaten wie beispielsweise x, y und z sowie drei Drehungen wie beispielsweise Nick-, Roll- und Gierdrehung umfassen können. Ein beispielhaftes System wird in dem
US-Patent Nr. 7,800,758 an Bridges et al. beschrieben, das hierin durch Verweis einbezogen wird. Dieses Patent offenbart eine Sonde, die einen Würfelecken-Retroreflektor hält, auf dem Markierungen angeordnet wurden. Der Würfelecken-Retroreflektor wird durch einen Laserstrahl des Lasertrackers beleuchtet und die Markierungen auf dem Würfelecken-Retroreflektor werden von einer Kamera im Lasertracker aufgenommen. Die drei Orientierungsfreiheitsgrade wie beispielsweise die Nick-, Roll- und Gierwinkel werden auf der Grundlage des von der Kamera erhaltenen Bilds berechnet. Der Lasertracker misst eine Distanz und zwei Winkel zum Scheitelpunkt des Würfelecken-Retroreflektors. Wenn die Distanz und die zwei Winkel mit den von dem Kamerabild erhaltenen drei Orientierungsfreiheitsgraden kombiniert werden, kann man die Position einer Sondenspitze, die an einer vorgeschriebenen Position relativ zu dem Scheitelpunkt des Würfelecken-Retroreflektors angeordnet ist, finden. Eine solche Sondenspitze kann beispielsweise dazu benutzt werden, die Koordinaten eines „verborgenen” Merkmals zu messen, das sich außerhalb der Sichtlinie des von dem Lasertracker stammenden Laserstrahls befindet.
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Ein potentielles Problem bei der Verwendung eines Retroreflektors mit Markierungen besteht darin, dass die Markierungen die Energie verringern, die zum Lasertracker zurückgeführt wird. Dies kann zu einer reduzierten Genauigkeit führen. Es besteht Bedarf an einem Ziel, das die Messung von sechs Freiheitsgraden gestattet, während eine relativ gute Trackingleistung und eine relativ hohe Genauigkeit bei der Messung von Distanzen und Winkeln aufrechterhalten wird.
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Die
JP H07-004967 A offenbart ein Ziel für einen Theodoliten, das einen dreiflächigen, orthogonalen Prismenreflektor umfasst. Der Reflektor umfasst wenigstens eine Zielmarkierung aus undurchsichtigem Material. Die Markierung kann am Schnittpunkt der drei Flächen, entlang der Schnittlinien jedes Flächenpaars oder auf der Frontfläche des Prismas angeordnet sein.
5 zeigt eine Ausführungsform, in der die Markierungen seitlich jeder der Schnittlinien ausgebildet sind und sich auf lediglich eine der benachbarten Flächen erstrecken. Die Form der Markierungen ist dreieckig mit einer Spitze am Scheitelpunkt des Reflektors.
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Die
JP H05-257005 A offenbart einen Reflektor, der drei Würfelecken-Reflektoren umfasst. Bei jedem der Würfelecken-Reflektoren weist eine Kante zwischen zwei benachbarten Flächen eine abgeschrägte Struktur auf, die die Reflektivität in diesem Teil des Reflektors verringert. Diese Teile sowie ihre Reflexion auf der dritten, gegenüberliegenden Fläche bilden eine Markierung, die es ermöglicht, die Orientierung des Reflektors zu erkennen. Die entsprechenden weniger reflektierenden Teile haben eine konstante Breite entlang der Kante.
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Die
JP H09-014965 A offenbart einen Ziel für Vermessungszwecke, mit einer reflektierenden quadratischen Zielplatte, die mehrere Markierungen aufweist, welche entlang der Diagonalen der Platte angeordnet sind. Die Markierungen sind länglich mit abgerundeten Enden. Die Diagonalen können ggf. durch Linien, die deutlich dünner als die Markierungen sind, gekennzeichnet sein.
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Zusammenfassung
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Ein Ziel umfasst einen Würfelecken-Retroreflektor, der drei ebene Reflektoren umfasst, wobei jeder ebene Reflektor zum Reflektieren von Licht in der Lage ist, wobei jeder ebene Reflektor senkrecht zu den anderen zwei ebenen Reflektoren angeordnet ist, wobei jeder ebene Reflektor die anderen zwei ebenen Reflektoren in einem gemeinsamen Scheitelpunkt schneidet und wobei jeder ebene Reflektor zwei Schnittlinienverbindungen aufweist, wobei bei insgesamt drei Schnittlinienverbindungen in dem Würfelecken-Retroreflektor jede Schnittlinienverbindung mit einem benachbarten ebenen Reflektor gemeinsam ist. Das Ziel umfasst ferner einen nicht reflektierenden Abschnitt jeder Schnittlinienverbindung, wobei bei mindestens einer Schnittlinienverbindung der nicht reflektierende Abschnitt in einem ersten Bereich breiter als in einem zweiten Bereich ist, wobei bei mindestens einer der drei Schnittlinienverbindungen der erste Bereich weiter vom Scheitelpunkt entfernt ist als der zweite Bereich.
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Gemäß einer Ausführungsform ist ein Innenabschnitt des auf drei Seiten von den ebenen Reflektoren umgebenen Würfelecken-Retroreflektors Luft, wobei der Würfelecken-Retroreflektor repliziert ist und die nicht reflektierenden Abschnitte zumindest teilweise auf der Hinzufügung von Oberflächenmaterial an jeder Schnittlinienverbindung basieren und das zusätzliche Oberflächenmaterial die Form einer Abrundung oder einer Abschrägung aufweist.
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Gemäß einer anderen Ausführungsform ist jeder ebene Reflektor ein Spiegelsegment und die nicht reflektierenden Abschnitte basieren zumindest teilweise auf einer Lücke zwischen den benachbarten Spiegelsegmenten.
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Gemäß einer anderen Ausführungsform sind die ebenen Reflektoren Oberflächen eines Glasprismas, wobei die nicht reflektierenden Abschnitte zumindest teilweise auf dem Entfernen von Glas von jeder Schnittlinienverbindung basieren, und das entfernte Glas die Form einer Abrundung oder einer Abschrägung aufweist.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst ein Ziel einen Würfelecken-Retroreflektor, der drei ebene Reflektoren umfasst, wobei jeder ebene Reflektor zum Reflektieren von Licht in der Lage ist, wobei jeder ebene Reflektor senkrecht zu den anderen zwei ebenen Reflektoren angeordnet ist, wobei jeder ebene Reflektor die anderen zwei ebenen Reflektoren in einem gemeinsamen Scheitelpunkt schneidet und wobei jeder ebene Reflektor zwei Schnittlinienverbindungen aufweist, wobei bei insgesamt drei Schnittlinienverbindungen in dem Würfelecken-Retroreflektor jede Schnittlinienverbindung mit einem benachbarten ebenen Reflektor gemeinsam ist. Das Ziel umfasst ferner einen nicht reflektierenden Abschnitt jeder Schnittlinienverbindung, der auf einer Schnittlinienverbindung angeordnet ist, wobei bei mindestens einer Schnittlinienverbindung der nicht reflektierende Abschnitt in einem ersten Bereich breiter als in einem zweiten Bereich ist, wobei bei mindestens einer der drei Schnittlinienverbindungen der erste Bereich weiter vom Scheitelpunkt entfernt ist als der zweite Bereich.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Es werden nun Ausgestaltungen lediglich beispielhaft anhand der begleitenden Zeichnungen beschrieben, welche beispielhaft und nicht einschränkend sein sollen und wobei gleiche Elemente in mehreren Figuren gleich nummeriert sind. Es zeigen:
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1: eine den Stand der Technik wiedergebende Darstellung eines Bilds mit drei Linien von Markierungen auf einem Würfelecken-Retroreflektor, die von einer Kamera in einem Lasertracker erhalten werden;
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2: eine Darstellung eines Bilds mit drei dunklen Linien und drei hellen Linien von Markierungen auf einem Würfelecken-Retroreflektor, die von einer Kamera in einem Lasertracker erhalten werden;
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3A–B: die Herstellung eines Würfelecken-Retroreflektors unter Verwendung eines Ursprungsteils mit veränderlichen Radien an den Schnittlinienverbindungen;
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4A–B: eine Glaswürfelecke mit Abschrägungen an den Schnittlinienverbindungen;
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5A–C: Perspektiv-, Querschnitts- bzw. Frontansichten eines Ziels, das einen luftoffenen Würfeleckenrohling umfasst, der in eine Kugel eingebettet ist;
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5D: eine Perspektivansicht des Ziels von 5A–C mit zusätzlichen Merkmalen;
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6A–C: Perspektiv-, Querschnitts- bzw. Frontansichten eines Ziels, das eine Glaswürfelecke umfasst, die in eine Kugel eingebettet ist;
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6D: eine Perspektivansicht des Ziels von 6A–C mit zusätzlichen Merkmalen;
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7A–B: Perspektiv- bzw. Frontansichten des Ziels von 6A–C, dem Markierungen auf der Oberseite des Glasprismas hinzugefügt wurden; und
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8A–C: Perspektivansichten des Ziels von 5A–C, dem ein reflektierender Bereich, ein Strichcodemuster bzw. ein Radiofrequenz-Identifikationsetikett hinzugefügt wurden.
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Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausgestaltungen
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Ein Würfelecken-Retroreflektor umfasst drei ebene Reflektoren, die zueinander senkrecht sind. Die drei ebenen Reflektoren schneiden sich an einem gemeinsamen Scheitelpunkt, der im Idealfall ein Punkt ist. Jeder der ebenen Reflektoren hat zwei Schnittlinienverbindungen, wobei jede Schnittlinienverbindung davon mit einem benachbarten ebenen Reflektor gemeinsam ist. Der Würfelecken-Retroreflektor hat einen Innenabschnitt, der ein räumlicher Bereich ist, der auf drei Seiten von den ebenen Reflektoren umgeben ist.
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Würfelecken-Retroreflektoren können luftoffene Würfelecken oder Würfelecken aus Glas sein. Luftoffene Würfelecken-Retroreflektoren haben einen Innenabschnitt aus Luft, wohingegen die Glaswürfelecken-Retroreflektoren einen Innenabschnitt aus Glas aufweisen. Der Würfelecken-Retroreflektor aus Glas ist eine Art von Glasprisma. Eine Oberfläche des Glasprismas ist vom Scheitelpunkt entfernt.
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Jede Schnittlinienverbindung kann einen nicht reflektierenden Abschnitt aufweisen. Es wird ein nicht reflektierender Abschnitt auf der Verbindung ausgebildet, um die Menge des Lichts zu verringern, das in den Lasertracker zurückreflektiert wird. Der nicht reflektierende Abschnitt muss nicht zwangsläufig alles Licht unterdrücken, das reflektiert oder gestreut wird. Die nicht reflektierenden Abschnitte sind vielmehr derart konfiguriert, dass sie die Lichtrückkehr zum Tracker in hohem Maße reduzieren. Die reduzierte Lichtrückkehr kann dadurch erzielt werden, dass man den nicht reflektierenden Abschnitt aus Folgendem herstellt: (a) einem absorbierenden Material wie beispielsweise einer absorbierenden Einfärbung oder einem absorbierenden Band, (b) einer streuenden Oberflächenstruktur oder einem streuenden Oberflächenmaterial, (c) einer gekrümmten reflektierenden Oberfläche, die zu einem divergierenden Lichtmuster führt, oder (d) einer ebenen Oberfläche, die das Licht vom Lasertracker wegreflektiert. Im Lichte der Lehren hierin können zur Herstellung des nicht reflektierenden Abschnitts zur Erzielung der reduzierten Lichtrückkehr andere Verfahren eingesetzt werden, die für den durchschnittlichen Fachmann offensichtlich sind.
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1 veranschaulicht ein Bildmuster
100 beim Stand der Technik, das auf einer Orientierungskamera in einem Lasertracker erscheint. Dieses Muster wurde zuvor in
12 des
US-Patents Nr. 7,800,758 gezeigt, das durch Verweis hierin einbezogen wird. Die in dieser Figur dargestellten drei Linien
110,
120,
130 wurden erhalten, indem ein Würfelecken-Retroreflektor beleuchtet wurde, auf welchem nicht reflektierende Abschnitte angeordnet wurden, und zwar auf jeder der drei Schnittlinienverbindungen der drei ebenen Oberflächen des Würfelecken-Retroreflektors. Der Scheitelpunkt des Würfelecken-Retroreflektors entspricht dem Punkt
140 in
1. Jede der Linien
110,
120,
130 erstreckt sich auf beiden Seiten des Punkts
140, da jeder nicht reflektierende Abschnitt das Laserlicht auf seinem Weg in die Würfelecke und auf seinem Weg aus der Würfelecke blockiert.
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Ein potentielles Problem mit nicht reflektierenden Abschnitten, die zur Erzeugung des Musters von 1 auf einem Würfelecken-Retroreflektor angeordnet wurden, besteht darin, dass eine große Lichtmenge nahe der Mitte des Retroreflektors, wo die optische Energie am höchsten ist, blockiert werden kann. In einigen Fällen ergibt sich aus der verringerten optischen Energie, die zum Lasertracker zurückkehrt, eine Abnahme der Trackingleistung und eine Abnahme der Genauigkeit der Distanz- und Winkelmessungen durch den Lasertracker. Um dieses Problem zu umgehen, können die nicht reflektierenden Abschnitte derart modifiziert werden, dass sie ein Muster 200 wie das in 2 dargestellte bilden. Mit den auf diese Weise auf den Schnittlinienverbindungen angeordneten nicht reflektierenden Abschnitten wird eine relativ große Menge optischer Energie zum Lasertracker zurückgeführt und können die Linien 210, 220 und 230 dennoch eindeutig von der Orientierungskamera beobachtet werden. Die dem Scheitelpunkt 240 benachbarten Linien sind in 2 relativ schmal im Vergleich zu den weiter vom Scheitelpunkt entfernten Linien.
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Es gibt mindestens zwei übliche Verfahren zur Herstellung von luftoffenen Würfelecken-Retroreflektoren: die Replikation und den Zusammenbau von Glasplatten. 3A zeigt sowohl die allgemeinen Merkmale des Replikationsverfahrens 300 als auch einige besondere Merkmale der vorliegenden Erfindung. Ein Ursprungsteil 310 wird vorsichtig mechanisch bearbeitet, um die Merkmale zu bilden, die bei dem Endprodukt des replizierten Retroreflektors erwünscht sind. Das Ursprungsteil 310 kann beispielsweise derart mechanisch bearbeitet werden, dass jede der drei Stirnflächen 312 nahezu genau senkrecht zu ihren zwei Nachbarn 312 ist. Die Stirnflächen 312 des Ursprungsteils 310 können beispielsweise bis auf eine oder zwei Bogensekunden genau senkrecht zu jeder ihrer nächsten Nachbarn sein. Das Ursprungsteil 310 wird mit einem reflektierenden Material wie beispielsweise Gold beschichtet. Ein Würfeleckenrohling 320 umfasst ein mechanisch bearbeitetes Rohteil 322, das mit einer dünnen Haftschicht aus einem Material wie z. B. Epoxidharz beschichtet ist. Der Würfeleckenrohling 320 wird mit dem Ursprungsteil 310 in Kontakt gebracht. Dabei wird die Epoxidschicht an die Form des Ursprungsteils 310 angepasst. Nachdem das Epoxidharz ausgehärtet ist und der Rohling 320 von dem Ursprungsteil 310 abgehoben wurde, haftet die Goldschicht an dem Epoxidharz, wodurch der Würfeleckenrohling 320 mit einer reflektierenden Beschichtung versehen ist.
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Die Schnittlinienverbindungen des Ursprungsteils 310 sind normalerweise nicht ganz scharf. Ein Grund für diese mangelnde Scharfheit ist die Schwierigkeit bei der mechanischen Bearbeitung von solchen scharfen Schnittlinienverbindungen. Ein anderer Grund besteht darin, dass die Schnittlinienverbindungen dazu tendieren, bei wiederholten Replikationen abzusplittern, falls die Verbindungen zu scharf sind. Statt dessen werden die Schnittlinienverbindungen normalerweise mit einer kleinen Abrundung abgerundet oder mit einer kleinen Abschrägung abgewinkelt. Bei Würfelecken, die in zur Messung von drei Freiheitsgraden benutzten sphärisch montierten Retroreflektoren angeordnet werden, werden diese Merkmale so klein wie zweckmäßig ausgeführt. Beispielsweise könnte eine Abrundung, die an den Schnittlinienverbindungen des Ursprungsteils 310 angebracht werden, einen Krümmungsradius von 0,0762 mm (0,003 Zoll) aufweisen. Der Krümmungsradius wird zu den Schnittlinienverbindungen des Rohlings 320 übertragen. Die an dem Würfelecken-Retroreflektor aufgebrachte Abrundung oder Abschrägung ist ein nicht reflektierender Abschnitt gemäß der vorstehend dargelegten Erläuterung. Dies bedeutet, dass sehr wenig Licht zum Lasertracker zurückkehrt, nachdem es auf eine Abrundung oder Abschrägung auftraf, die an den Schnittlinienverbindungen des Würfelecken-Retroreflektors aufgebracht sind.
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Wenn der Würfelecken-Retroreflektor in Verbindung mit einem System, das dem in dem
US-Patent Nr. 7,800,758 beschriebenen ähnlich ist, zur Messung von sechs Freiheitsgraden zu verwenden ist, dann wird möglicherweise bevorzugt, dass die nicht reflektierenden Abschnitte verbreitert werden, die von der Orientierungskamera im Lasertracker beobachtet werden. Wenn ein Ziel mit sechs Freiheitsgraden (DOF; degrees of freedom) lediglich wenige Meter vom Tracker entfernt ist, können die schmalen nicht reflektierenden Abschnitte, die üblicherweise bei hochwertigen SMRs vorhanden sind, dann breit genug sein, damit die Orientierungskamera sie leicht sieht. Falls das Ziel mit sechs Freiheitsgraden jedoch weiter entfernt ist – beispielsweise bis 30 Meter vom Lasertracker entfernt –, dann müssen die nicht reflektierenden Abschnitte verbreitert werden, um sie auf der Orientierungskamera sichtbar zu machen. Die nicht reflektierenden Abschnitte müssten beispielsweise ungefähr 0,5 mm breit sein, damit die Orientierungskamera sie eindeutig erkennt.
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In 3A ist der nicht reflektierende Abschnitt 317 nahe dem Scheitelpunkt 314 schmaler als der weiter vom Scheitelpunkt entfernte nicht reflektierende Abschnitt 316. Dadurch, dass man diese Kombination aus nicht reflektierenden Abschnitten 315 auf jeder der drei Schnittlinienverbindungen reproduziert, wird auf der Orientierungskamera im Lasertracker ein Muster wie das von 2 beobachtet.
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Eine Methode zur Implementierung der Kombination aus nicht reflektierenden Abschnitten 315 ist in 3B dargestellt, die eine Querschnittsansicht 330 ist, die durch eine ebenflächige Scheibe A-A in 3A senkrecht zu einer der Schnittlinienverbindungen geschnitten wurde. Der nicht reflektierende Abschnitt 317 entspricht einer Abrundung 332 mit einem relativ kleinen Krümmungsradius. Der nicht reflektierende Abschnitt 316 entspricht einer Abrundung 334 mit einem relativ großen Krümmungsradius. Gegebenenfalls könnten die Abrundungen 332, 334 durch andere Formen wie beispielsweise Abschrägungen ersetzt werden. Im Allgemeinen erhält man die nicht reflektierenden Abschnitte im Retroreflektorrohling 320, indem an den Schnittlinienverbindungen zusätzliches Material (z. B. Epoxidharz) hinzugefügt wird. Dieses zusätzliche Material kann solche Formen wie Abrundungen oder Abschrägungen aufweisen.
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Das zweite übliche Verfahren zur Herstellung von luftoffenen Würfelecken-Retroreflektoren besteht darin, Spiegelplatten in einer Würfeleckenbaugruppe zusammenzufügen. Drei Glasplatten werden derart miteinander verbunden, dass sie zueinander senkrecht sind. Es gibt kleine Lücken an den Schnittlinienbereichen zwischen den Glasplatten. Licht, das auf die Lücken auftrifft, wird nicht zum Lasertracker zurückreflektiert und repräsentiert somit die nicht reflektierenden Abschnitte. Falls dickere Linien bevorzugt werden, erhält man diese beispielsweise dadurch, dass: (a) die Breite der Lücke vergrößert wird, (b) die Spiegel über den gewünschten Abschnitten eingefärbt (abgedunkelt) werden oder (c) schwach reflektierendes Material (z. B. schwarzes Klebeband) an den Schnittlinienverbindungen befestigt wird.
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Nun Bezug nehmend auf 4A, hat ein Glaswürfelecken-Retroreflektor 400 ebene Reflektoren 412, die zueinander senkrecht sind. Die in 4 dargestellten nicht reflektierenden Abschnitte des Glaswürfelecken-Retroreflektors 400 erhält man, indem ein Teil des Glases entlang den Schnittlinienverbindungen entfernt wird. Der nicht reflektierende Abschnitt 417 nahe dem Scheitelpunkt 414 ist dünner als der weiter vom Scheitelpunkt 414 entfernte nicht reflektierende Abschnitt 416. Dies ist in der Querschnittsansicht B-B von 4B detaillierter dargestellt. Der relativ dünne nicht reflektierende Abschnitt 417 entspricht der relativ kleinen Abschrägung 422 und der relativ dicke nicht reflektierende Abschnitt 416 entspricht der relativ großen Abschrägung 424. Gegebenenfalls könnten die Abschrägungen 422, 424 durch andere Formen wie beispielsweise Abrundungen ersetzt werden. Im Allgemeinen erhält man die nicht reflektierenden Abschnitte im Würfeleckenglasprisma 400, indem Glas an den Schnittlinienverbindungen entfernt wird. Dieses entfernte Material kann solche Formen wie Abschrägungen oder Abrundungen aufweisen.
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Ein Würfelecken-Retroreflektor mit nicht reflektierenden Abschnitten kann in eine Kugel eingebettet sein, wie es in
5A–D und
6A–D dargestellt ist, oder in eine Sonde eingebettet sein, wie es in
1 des
US-Patents Nr. 7,800,758 dargestellt ist.
5A zeigt ein sphärisch montiertes Ziel
500, das einen Kugelkörper
502, einen luftoffenen Würfelecken-Retroreflektor
504 mit nicht reflektierenden Abschnitten, einen Hals
506 und eine Referenzmarkierung
501 umfasst. Ein Hohlraum in dem Kugelkörper
502 ist derart bemessen, dass er den Würfelecken-Retroreflektor
504 aufnimmt. Der Würfelecken-Retroreflektor
504 ist an dem Kugelkörper
502 befestigt, eventuell mit Klebstoff. Der Hals
506 stellt einen Schutz für den Würfelecken-Retroreflektor
504 bereit und bildet einen praktischen Griff. Die Referenzmarkierung dient dazu, eine grobe Referenzorientierung für das Ziel
500 einzurichten.
5B zeigt eine Querschnittsansicht, die durch die Mitte des sphärisch montierten Ziels
500 geschnitten wurde. Der Querschnitt zeigt, dass die luftoffene Würfelecke
504 zum replizierten Typ gehört; allerdings könnte gleichfalls ein aus drei Spiegelplatten gebildeter Würfelecken-Retroreflektor verwendet werden.
5C zeigt eine Frontansicht des sphärisch montierten Ziels
500. Die drei Schnittlinienverbindungen
509 sind rings um den Scheitelpunkt
508 sichtbar.
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6A zeigt ein sphärisch montiertes Ziel 600, das einen Kugelkörper 602, ein Würfelecken-Retroreflektor-Glasprisma 604 mit nicht reflektierenden Abschnitten, einen Hals 606 und eine Referenzmarkierung 601 umfasst. Ein Hohlraum in dem Kugelkörper 602 ist derart bemessen, dass er den Würfelecken-Retroreflektor 604 aufnimmt. Der Würfelecken-Retroreflektor 604 ist an dem Kugelkörper 602 befestigt. Der Hals 606 stellt einen Schutz für den Würfelecken-Retroreflektor 604 bereit und bildet einen praktischen Griff. Die Referenzmarkierung dient dazu, eine grobe Referenzorientierung für das sphärisch montierte Ziel 600 einzurichten. 6B zeigt eine Querschnittsansicht, die durch die Mitte des sphärisch montierten Ziels 600 geschnitten wurde. 6C zeigt eine Frontansicht des sphärisch montierten Ziels 600. Die drei Schnittlinienverbindungen 609 befinden sich unter der Oberseite des Glasprismas und sind deshalb als gestrichelte Linien rings um den Scheitelpunkt 608 dargestellt.
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5D zeigt ein Verbindungsteil 520, das an dem sphärisch montierten Ziel 500 befestigt ist, um ein verbessertes sphärisch montiertes Ziel 510 zu bilden. Das Verbindungsteil 520 kann mehrere optionale Elemente enthalten. Ein solches optionales Element ist ein Referenzmerkmal 522, das ein Retroreflektor (z. B. ein kleiner Würfelecken-Retroreflektor aus Glas), ein Bereich reflektierenden Materials oder eine Zielleuchte (z. B. eine LED) sein kann. Der Retroreflektor bzw. der Bereich reflektierenden Materials kann durch eine Leuchte des Lasertrackers beleuchtet werden und das von einer Kamera im Lasertracker aufgenommene Bild kann dazu verwendet werden, die grobe Orientierung des Ziels 510 zu ermitteln. Alternativ dazu kann die Zielleuchte beleuchtet und das von einer Kamera auf dem Lasertracker aufgenommene Bild verwendet werden, um die grobe Orientierung des Ziels 510 zu ermitteln. Das Referenzmerkmal 522 kann ganz weggelassen werden, wobei in diesem Fall das Verbindungsteil 520 selbst als Referenzmarkierung dienen kann. In diesem Fall richtet der Bediener das Ziel 510 in einer vorgeschriebenen Orientierung aus, die als die grobe Orientierung aufzufassen ist.
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Ein anderes optionales Element des Verbindungsteils 520 ist das Identifikationselement 524. Das Identifikationselement 524 kann beispielsweise die Form eines Strichcodemusters oder eines Radiofrequenzetiketts aufweisen. Der Tracker kann den Inhalt des Strichcodes mit einer Lokalisierungskamera lesen, die beispielsweise auf der Vorderseite des Trackers angeordnet ist. Der Tracker kann die Identität des Radiofrequenzetiketts lesen, indem er es mit Radiofrequenzenergie (RF-Energie) anstrahlt. Das Identifikationselement 524 kann eine Seriennummer enthalten, die das jeweilige Ziel 510 kennzeichnet. Alternativ dazu kann es einen oder mehrere Parameter enthalten, die das Ziel 510 charakterisieren.
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Ein weiteres optionales Element des Verbindungsteils 520 ist eine Antenne 530. Die Antenne 530 kann zum Senden und/oder Empfangen drahtloser Daten in Form von Radiofrequenzsignalen verwendet werden. Eine solche Antenne kann an einer kleinen Leiterplatte befestigt werden, die von einer kleinen Batterie 528 gespeist wird, die in das Verbindungsteil 520 hineinpasst. Die kleine Leiterplatte kann aus einem starr-flexiblen Material bestehen, welches es ermöglicht, dass eine sehr kompakte Schaltung in dem Verbindungsteil umschlossen wird.
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Das Verbindungsteil 520 kann auch mit einem oder mehreren optionalen Betätigungsknöpfen 526 versehen werden. Die Betätigungsknöpfe 526 können dazu benutzt werden, Messungen zu starten oder zu stoppen oder eine Vielzahl anderer Tätigkeiten zu initiieren. Diese Knöpfe können in Kombination mit Anzeigeleuchten auf dem Lasertracker verwendet werden, um zu gewährleisten, dass der Tracker die beabsichtigten Befehle empfangen hat.
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Das Verbindungsteil 520 kann außerdem einen Temperatursensor enthalten, der in dem Ziel angebracht ist – beispielsweise auf dem Kugelkörper 502 oder dem Würfelecken-Retroreflektor 504. Während der Kugelkörper 502 und der Würfelecken-Retroreflektor 504 erwärmt oder gekühlt werden, kann sich die Lage des Scheitelpunkts 508 verschieben, da der Kugelkörper 502 und der Würfelecken-Retroreflektor 504 im Allgemeinen aus verschiedenen Materialien mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten (CTE; coefficient of thermal expansion) bestehen können. Durch die Verfolgung der Temperatur des Würfelecken-Retroreflektors kann ein Ausgleich durchgeführt werden, um die Lage des Scheitelpunkts 508 um einen entsprechenden Betrag zu verschieben.
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6D zeigt ein Verbindungsteil 620, das an dem sphärisch montierten Ziel 600 befestigt ist, um ein verbessertes sphärisch montiertes Ziel 610 zu bilden. Das Verbindungsteil 620 kann mehrere optionale Elemente enthalten, die den optionalen Elementen in dem Verbindungsteil 520 analog sind. Die optionalen Elemente 622, 624, 630, 628 und 626 haben die gleiche Beschreibung wie die optionalen Elemente 522, 524, 530, 528 und 526. Deswegen werden die Beschreibungen hier nicht wiederholt.
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7A ist eine Perspektivansicht eines sphärisch montierten Ziels 700, das eine Glaswürfelecke 704, ein Kugelelement 702 und einen Hals 706 umfasst. Eine oder mehrere nicht reflektierende Markierungen 708 sind auf der zu der Glaswürfelecke 704 gehörenden Oberseite angeordnet, welche die vom Scheitelpunkt entfernte Oberfläche ist. Ein möglicher Grund für den Einsatz derartiger Markierungen besteht darin, eine Methode zur Bestimmung der drei Orientierungsfreiheitsgrade sogar dann bereitzustellen, wenn das Ziel bis zu einem extremen Winkel geneigt wird. In 7A sind drei solche Markierungen 708 bereitgestellt, damit das sphärisch montierte Ziel 700 in beliebiger Richtung bis zu einem extremen Winkel geneigt werden kann. Die optionalen Markierungen 710 stellen eine Methode zur genaueren Bestimmung des Rollwinkels des Ziels 700 zur Verfügung. 7B ist eine Frontansicht eines sphärisch montierten Ziels 700.
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8A–C zeigen drei Ausgestaltungen sphärisch montierter Ziele. In 8A umfasst das sphärisch montierte Ziel 800 ein Kugelelement 802, einen Würfelecken-Retroreflektor 804 und einen Hals 806. Ein Bereich reflektierenden Materials 810 ist auf der vorderen Oberfläche des Halses 806 angeordnet. Dieser Bereich reflektierenden Materials 810 wird durch eine Leuchte des Lasertrackers beleuchtet und seine Position wird durch eine Kamera im Tracker ermittelt. Die Position des Bereichs 810 dient dazu, die grobe Orientierung des sphärisch montierten Ziels 800 zu finden. In 8B umfasst das sphärisch montierte Ziel 820 die gleichen Elemente wie das sphärisch montierte Ziel 800, außer dass der Bereich reflektierenden Materials 810 durch ein Strichcodemuster 830 ersetzt ist. Das Strichcodemuster 830 kann dazu dienen, eine Identifikation des Ziels 820 bereitzustellen, und kann auch als ein Bereich reflektierenden Materials wirken, um eine grobe Orientierung des Ziels 820 bereitzustellen. In 8C umfasst das sphärisch montierte Ziel 840 die gleichen Elemente wie das sphärisch montierte Ziel 800, außer dass der Bereich reflektierenden Materials 810 durch einen Radiofrequenz-Identifikationschip ersetzt ist. Dieser Chip kann von einem Radiofrequenz-Sender/-Empfänger derart abgefragt werden, dass er Informationen über das sphärisch montierte Ziel 840 erhält. Diese Informationen können eine Seriennummer oder ein oder mehrere Parameter des Ziels 840 sein.
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Obwohl die obige Beschreibung bestimmte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung betrifft, versteht es sich, dass zahlreiche Modifikationen vorgenommen werden können, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen. Die begleitenden Ansprüche sollen derartige Modifikationen abdecken, die in den eigentlichen Schutzbereich und Gedanken der vorliegenden Erfindung fallen würden.
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Die gegenwärtig offenbarten Ausgestaltungen sind daher in jeder Hinsicht als veranschaulichend und nicht als einschränkend aufzufassen, wobei der Schutzbereich der Erfindung durch die beigefügten Ansprüche und nicht durch die vorangehende Beschreibung angegeben ist und alle Änderungen, welche innerhalb der Bedeutung und des Äquivalenzbereichs der Ansprüche liegen, demnach darin umfasst sein sollen.
