DE112012001708B4

DE112012001708B4 - Koordinatenmessgerät

Info

Publication number: DE112012001708B4
Application number: DE112012001708.0T
Authority: DE
Inventors: Lawrence B. Brown; Jonathan Robert Day
Original assignee: Faro Technologies Inc
Current assignee: Faro Technologies Inc
Priority date: 2011-04-15
Filing date: 2012-03-23
Publication date: 2018-05-09
Anticipated expiration: 2032-03-24
Also published as: GB2504639A; GB201320086D0; WO2012142554A1; DE112012001716T5; DE112012001712T5; US20120265479A1; WO2012142356A1; GB2504892A; GB201320087D0; US9207309B2; GB201320075D0; EP2545396A1; GB2506535B; US20120262573A1; CN103649676A; DE112012001713T5; DE112012001714B4; CN103477184A; JP5398936B2; JP2014517262A

Abstract

Koordinatenmessgerät (10), welches dazu eingerichtet ist, einen ersten Lichtstrahl (46) an ein entfernt befindliches Retroreflektorziel (26) zu senden, wobei dieses Retroreflektorziel (26) eine bestimmte Position im Raum einnimmt, diese Position im Raum eine Funktion der Zeit ist und das Retroreflektorziel (26) dazu eingerichtet ist, einen Teil des ersten Lichtstrahls als zweiten Lichtstrahl (47) zurück zu werfen, und wobei dieses Koordinatenmessgerät (10) umfasst:einen ersten Motor (2125) und einen zweiten Motor (2155), welche zusammen den ersten Lichtstrahl (46) in eine erste Richtung lenken, wobei diese erste Richtung durch einen ersten Drehwinkel um eine erste Achse (20) und einen zweiten Drehwinkel um eine zweite Achse (18) festgelegt wird und der erste Drehwinkel durch den ersten Motor (2125) erzeugt wird und der zweite Drehwinkel durch den zweiten Motor (2155) erzeugt wird;eine erste Winkelmessvorrichtung (1540), welche den ersten Drehwinkel misst, und eine zweite Winkelmessvorrichtung (1550), welche den zweiten Drehwinkel misst;einen Entfernungsmesser (160), welcher dazu eingerichtet ist, eine erste Entfernung vom Koordinatenmessgerät (10) zum Retroreflektorziel (26) zumindest teilweise auf der Grundlage von einem ersten Teil des zweiten Lichtstrahls (47) zu messen, der von einem ersten optischen Detektor aufgenommen wird;eine Positionsdetektoranordnung (150), welche einen Positionsdetektor (151), ein Objektiv (153) und einen räumlichen Filter (157) umfasst, wobei das Objektiv (153) eine positive Brennweite aufweist, der räumliche Filter (157) in einer zweiten Entfernung vom Objektiv (153), die annähernd gleich der Brennweite des Objektivs (153) ist, angeordnet ist, der räumliche Filter (157) zwischen dem Objektiv (153) und dem Positionsdetektor (151) angeordnet ist, ein zweiter Teil des zweiten Strahls (47) durch das Objektiv (153) und den räumlichen Filter (157) tritt und auf den Positionsdetektor (151) trifft und der Positionsdetektor (151) dergestalt konfiguriert ist, dass er ein erstes Signal als Reaktion auf die Position des zweiten Teils auf dem Positionsdetektor (151) erzeugt;ein Steuerungssystem (1500), welches ein zweites Signal an den ersten Motor (2125) sendet und ein drittes Signal an den zweiten Motor (2155) sendet, wobei das zweite Signal und das dritte Signal zumindest teilweise auf dem ersten Signal beruhen, und das Steuerungssystem (1500) dergestalt konfiguriert ist, dass es die erste Richtung des ersten Strahls (46) auf die Position des Retroreflektorsziels (26) im Raum einstellt; und einen Prozessor (1520), welcher dazu eingerichtet ist, eine dreidimensionale Koordinate des Retroreflektorziels (26) zu liefern, wobei diese dreidimensionale Koordinate zumindest teilweise auf der ersten Entfernung, dem ersten Drehwinkel und dem zweiten Drehwinkel beruht.

Description

Hintergrund
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Koordinatenmessgerät. Eine Gruppe von Koordinatenmessgeräten gehört zu einer Klasse von Instrumenten, welche die dreidimensionalen Koordinaten (3D-Koordinaten) eines Punkts messen, indem sie einen Laserstrahl zu diesem Punkt senden. Dieser Laserstrahl kann auf den Punkt direkt auftreffen oder auf ein Retroreflektorziel, das sich mit dem Punkt in Kontakt befindet. In jedem der beiden Fälle ermittelt das Instrument die Koordinaten des Punkts, indem es die Entfernung und die zwei Winkel zu dem Ziel misst. Die Entfernung wird mit einem Entfernungsmessgerät wie beispielsweise einem Absolutdistanzmesser oder einem Interferometer gemessen. Die Winkel werden mit einem Winkelmessgerät wie beispielsweise einem Winkelkodierer gemessen. Ein kardanisch aufgehängter Strahllenkungsmechanismus im Innern des Instruments lenkt den Laserstrahl zu dem betreffenden Punkt.
Der Lasertracker ist ein besonderer Typ von Koordinatenmessgerät, der das Retroreflektorziel mit einem oder mehreren Laserstrahlen verfolgt, den bzw. die es aussendet. Koordinatenmessgeräte, die mit dem Lasertracker nahe verwandt sind, sind der Laserscanner und die Totalstation. Der Laserscanner richtet schrittweise einen oder mehrere Laserstrahlen auf Punkte auf einer Oberfläche. Er nimmt das von dieser Oberfläche gestreute Licht auf und ermittelt aus diesem Licht die Entfernung und zwei Winkel zu jedem Punkt. Die Totalstation, die am häufigsten bei Anwendungen im Vermessungswesen eingesetzt wird, kann dazu benutzt werden, um die Koordinaten von diffus streuenden bzw. retroreflektierenden Zielen zu messen. Nachstehend wird der Begriff „Lasertracker“ in weitem Sinn so benutzt, dass er Laserscanner und Totalstationen umfasst.
Gewöhnlich sendet der Lasertracker einen Laserstrahl zu einem Retroreflektorziel. Ein weit verbreiteter Typ eines Retroreflektorziels ist der sphärisch montierte Retroreflektor (SMR), der einen in eine Metallkugel eingebetteten Würfelecken-Retroreflektor umfasst. Dieser Würfelecken-Retroreflektor umfasst drei zueinander rechtwinklig angeordnete Spiegel. Der Scheitelpunkt, welcher der gemeinsame Schnittpunkt dieser drei Spiegel ist, befindet sich in der Mitte der Kugel. Wegen dieser Anordnung der Würfelecke innerhalb der Kugel bleibt die rechtwinklige Entfernung vom Scheitelpunkt zu einer beliebigen Oberfläche, auf welcher der SMR aufliegt, konstant, selbst dann, wenn der SMR gedreht wird. Folglich 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 radiale Entfernung und zwei Winkel) benötigt, um die 3D-Koordinaten einer Oberfläche vollständig zu kennzeichnen.
Ein Typ von Lasertracker enthält nur ein Interferometer (IFM) ohne einen Absolutdistanzmesser (ADM). Falls ein Objekt den Strahlengang des von einem dieser Tracker ausgehenden Laserstrahls blockiert, verliert das IFM seinen Bezug zur Entfernung. Die Bedienperson muss dann den Retroreflektor zu einer bekannten Stelle nachführen, um die Rückstellung auf einen als Bezugswert dienenden Entfernungswert durchzuführen, bevor die Messung fortgesetzt werden kann. Eine Methode zur Umgehung dieser Einschränkung besteht darin, einen ADM in den Tracker einzubringen. Der ADM kann die Entfernung in einer Weise des Zielens und Abdrückens messen, wie das weiter unten noch ausführlicher beschrieben wird. Einige Lasertracker enthalten nur einen ADM ohne ein Interferometer. Das an Bridges et al. erteilte US 7 352 446 B2 beschreibt einen Lasertracker, der nur einen ADM (und kein IFM) aufweist und der zum genauen Scannen eines sich bewegenden Ziels in der Lage ist. Vor dieser Erfindung waren Absolutdistanzmesser für das genaue Auffinden der Position eines sich bewegenden Ziels zu langsam.
Im Innern des Lasertrackers kann ein Kardanmechanismus verwendet werden, um einen Laserstrahl von dem Tracker auf den SMR zu richten. Ein Teil des von dem SMR retroreflektierten Lichts tritt in den Lasertracker ein und gelangt durch diesen hindurch auf einen Positionsdetektor. Ein Steuersystem im Lasertracker kann die Position des Lichts auf dem Positionsdetektor dazu nutzen, um die Drehwinkel der mechanischen Achsen des Lasertrackers dergestalt einzustellen, dass der Laserstrahl auf den SMR zentriert bleibt. Auf diese Weise ist der Tracker in der Lage, einem SMR zu folgen (nachgeführt zu werden), der über die Oberfläche des betreffenden Objekts bewegt wird.
Winkelmessgeräte wie beispielsweise Winkelkodierer sind an den mechanischen Achsen des Trackers befestigt. Die eine Entfernungsmessung und die zwei Winkelmessungen, die der Lasertracker durchführt, reichen aus, um die dreidimensionale Position des SMR genau anzugeben.
Um sechs Freiheitsgrade an Stelle der sonst üblichen drei Freiheitsgrade zu messen, stehen mehrere Lasertracker zur Verfügung oder wurden vorgeschlagen. Als Beispiel dienende Systeme mit sechs Freiheitsgraden (6-DOF-Systeme) (DOF - degrees of freedom = Freiheitsgrad) sind in dem an Bridges et al. erteilten US 7 800 758 B1 ('758) und in der von Bridges et al. angemeldeten und veröffentlichten US 2010/0128259 A1 beschrieben.
Wie bereits weiter oben erläutert wurde, erfolgt die fortlaufende Zielverfolgung eines Retroreflektorziels durch den Lichtstrahl von einem Lasertracker in der Weise, dass ein Teil des retroreflektierten Lichts, das in den Tracker eintritt, auf einen Positionsdetektor gerichtet wird. Ein Strahl, der infolge Reflexion auf den Positionsdetektor trifft, kann Änderungen aufweisen, die nicht glatt verlaufen müssen, sondern er kann statt dessen „Hotspots“ aufweisen, welche die Ursache dafür sein können, dass sich die Lage des Retroreflektorziels nicht einwandfrei ermitteln lässt. Außerdem können unerwünschte Geisterstrahlen, die von optischen Bauteilen reflektiert werden, auf den Positionsdetektor treffen, und auch diese können bewirken, dass sich die Lage des Retroreflektorziels nicht einwandfrei ermitteln lässt. Was folglich benötigt wird, ist ein Weg, die bei der Bestrahlung des Positionsdetektors auftretenden Probleme zu beseitigen und dadurch die fortlaufende Zielverfolgung zu verbessern und die Genauigkeit der Winkelmessung des Lasertrackers zu erhöhen.
Die EP 1 067 363 A2 betrifft eine Vorrichtung zum Detektieren einer optischen Position, z.B. ein Lasernachführungsgerät, das mit einem Retroreflektorziel, bspw. einem Würfelecken-Retroreflektor, verwendet werden kann. Um die Richtung des reflektierten Lichtstrahls zu überwachen, wird dieser auf eine Fotodetektions-Einheit projiziert, die insbesondere ein viergeteilter Fotodetektor sein kann. Die Form des einfallenden Laserstrahls kann durch Brechung verzerrt werden, was normalerweise die Positionsmessungen des Fotodetektors verfälschen würde. Um dies zu vermeiden, ist ein Phasenmodulationsgitter, das als Diffusor fungiert, vor dem Fotodetektor angeordnet.
Die US 6 097 491 A offenbart eine Vorrichtung zum Messen der Koordinaten eines Retroreflektors. Ein Lichtkegel von einer punktförmigen Lichtquelle (6) wird von einem Strahlteiler reflektiert und auf einen Retroreflektor hin gelenkt. Hierbei ist die Gesamtfläche des Lichtstrahls größer als die Fläche des Retroreflektors. Nur ein Teil des Lichtstrahls wird reflektiert, passiert den Strahlteiler und wird auf eine Detektoreinheit projiziert. Vorteilhaft ist eine Blende zwischen dem Strahlteiler und der Detektoreinheit angeordnet, um Streulicht zu eliminieren. In einer Ausführungsform wird das Licht der Lichtquelle in einen telezentrischen Strahl umgewandelt und das vom Retroreflektor reflektierte Licht wird mittels einer Linse fokussiert.
Die US 2007/0121095 A1 zeigt ein Distanzmessgerät, bei dem ein Laserstrahl auf ein Objekt projiziert und auf einen Detektor reflektiert wird. Der reflektierte Strahl unterliegt einer seitlichen Verschiebung (gezeigt in 4A), die von der Distanz des Objekts abhängt. Um dies zu kompensieren, ist ein Diffusor vor dem Detektor angeordnet, um selbst bei starker seitlicher Verschiebung Licht zum Detektor zu streuen.
Die JP 2009-014639 A zeigt ein Laser-Radar für Scanvorgänge. Das von einem Laser erzeugte Licht wird zu einem ersten Spiegel gelenkt, der um zwei Achsen drehbar ist. Ein zweiter Spiegel ist fest an den ersten Spiegel gekoppelt. Licht eines zweiten Lasers wird auf den zweiten Spiegel projiziert und zu einem Detektor reflektiert. Dieses so genannte „Servo-Licht“ wird genutzt, um die Winkelposition des zweiten Spiegels und somit die des ersten Spiegel zu bestimmen. Das Servo-Licht wird auf einen Diffusor projiziert. Eine Lochplatte ist zwischen dem Diffusor und dem Detektor angeordnet. Diese Maßnahme dient dazu, die Schwingweite des Servo-Lichts auf dem Detektor zu reduzieren, wenn das Servo-Licht um einen Winkel schwingt. Optional kann die Platte eine Sammellinse umfassen.
Die US 3 497 695 A offenbart eine Vorrichtung, die in Nachführungs- oder Positionsdetektor-Vorrichtungen verwendet werden kann. Ein einfallender Lichtstrahl von einem Ziel wird durch eine erste Linse fokussiert, und eine rotierende Maske, die hinter dem Brennpunkt der ersten Linse angeordnet ist, schneidet ein Teil des Strahls ab. Der Strahl wird anschließend durch eine zweite Linse auf einen Detektor projiziert, der die einfallende Lichtmenge misst. Um störende Einflüsse auszuschalten, die z.B. von atmosphärischem Schimmern herrühren, ist ein Diffusor mit einer Mehrzahl von parallelen transparenten Fasern zwischen der Maske und einer der Linsen angeordnet.
Die US 6 490 027 B1 offenbart einen Abstandsmesser zum Projizieren von Licht auf ein Ziel, wobei ein reflektierter Lichtstrahl durch eine Linse gebündelt wird und eine begrenzende Öffnung passiert, bevor er auf einen Empfänger projiziert wird. Die Öffnung wird verwendet, um bspw. Strahlen zu eliminieren, die von Objekten vor oder hinter dem Ziel reflektiert werden.
Zusammenfassung
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Koordinatenmessgerät dazu eingerichtet, einen ersten Lichtstrahl an ein entfernt befindliches Retroreflektorziel zu senden, wobei dieses Retroreflektorziel eine bestimmte Position im Raum einnimmt, diese Position im Raum eine Funktion der Zeit ist und das Retroreflektorziel dazu eingerichtet ist, einen Teil dieses ersten Lichtstrahls als zweiten Lichtstrahl zurück zu werfen. Das Messgerät umfasst einen ersten Motor und einen zweiten Motor, die gemeinsam den ersten Lichtstrahl in eine erste Richtung lenken, wobei diese erste Richtung durch einen ersten Drehwinkel um eine erste Achse und einen zweiten Drehwinkel um eine zweite Achse festgelegt ist, und der erste Drehwinkel durch den ersten Motor und der zweite Drehwinkel durch den zweiten Motor erzeugt werden. Das Messgerät enthält auch eine erste Winkelmessvorrichtung, die den ersten Drehwinkel misst, und eine zweite Winkelmessvorrichtung, die den zweiten Drehwinkel misst; einen Entfernungsmesser, der dazu eingerichtet ist, eine erste Entfernung vom Koordinatenmessgerät zum Retroreflektorziel zumindest teilweise auf der Grundlage von einem ersten Teil des zweiten Lichtstrahls zu messen, der von einem ersten optischen Detektor aufgenommen wird; sowie eine Positionsdetektoranordnung, die einen Positionsdetektor, ein Objektiv und einen räumlichen Filter enthält, wobei das Objektiv eine positive Brennweite aufweist, der räumliche Filter in einer zweiten Entfernung vom Objektiv angeordnet ist, die annähernd gleich der Brennweite des Objektivs ist, der räumliche Filter zwischen dem Objektiv und dem Positionsdetektor angeordnet ist, ein zweiter Teil des zweiten Lichtstrahls durch das Objektiv und den räumlichen Filter tritt und auf den Positionsdetektor trifft, der Positionsdetektor dergestalt konfiguriert ist, dass er ein erstes Signal als Reaktion auf die Position dieses zweiten Teils auf dem Positionsdetektor erzeugt. Das Messgerät enthält außerdem ein Steuerungssystem, das ein zweites Signal an den ersten Motor und ein drittes Signal an den zweiten Motor sendet, wobei das zweite Signal und das dritte Signal zumindest teilweise auf dem ersten Signal beruhen, und das Steuerungssystem dergestalt konfiguriert ist, dass es die erste Richtung des ersten Strahls auf die Position des Retroreflektorziels im Raum einstellt; sowie einen Prozessor, der dazu eingerichtet ist, eine dreidimensionale Koordinate des Retroreflektorziels zu liefern, wobei diese dreidimensionale Koordinate zumindest teilweise auf der ersten Entfernung, dem ersten Drehwinkel und dem zweiten Drehwinkel beruht.
Figurenliste
Es soll nun auf den Zeichnungssatz Bezug genommen werden, wo beispielhafte Ausführungsformen gezeigt werden, in denen die in mehreren Figuren vorkommenden Bauelemente die gleichen Bezugszahlen haben. Es zeigen:

1 eine Perspektivdarstellung eines Lasertrackersystems mit einem Retroreflektorziel gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 eine Perspektivdarstellung eines Lasertrackersystems mit einem 6-DOF-Ziel gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
3 ein Blockschaltbild, in dem die Bauteile der Optik und der Elektronik des Lasertrackers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben sind;
4 zu der 4A und 4B gehören, zwei Typen von afokalen Strahlenaufweitern des Standes der Technik;
5 eine faseroptische Strahl-Einkopplung des Standes der Technik;
6 A-D schematische Abbildungen, in denen vier Typen von Positionsdetektoranordnungen des Standes der Technik dargestellt sind; 6 E eine schematische Abbildung, die eine Positionsdetektoranordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; und 6 F eine schematische Abbildung einer nichterfindungsgemäßen Positionsdetektoranordnung;
7 ein Blockschaltbild der elektrischen und elektro-optischen Bauteile in einem ADM des Standes der Technik;
8A und 8B schematische Abbildungen, die faseroptische Bauteile in einem faseroptischen Netz des Standes der Technik zeigen;
8C eine schematische Darstellung, in der faseroptische Bauteile in einem faseroptischen Netz gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt sind;
9 eine Aufrissdarstellung eines Lasertrackers des Standes der Technik;
10 eine Schnittdarstellung eines Lasertrackers des Standes der Technik; und
11 ein Blockschaltbild der für die Berechnungen und die Kommunikation zuständigen Bauteile eines Lasertrackers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Detaillierte Beschreibung
Ein als Beispiel dienendes Lasertrackersystem 5, das in 1 veranschaulicht ist, umfasst einen Lasertracker 10, einen Retroreflektor 26, einen wahlweise vorhandenen Hilfsprozessor 50 und einen wahlweise vorhandenen Hilfscomputer 60. Ein als Beispiel dienender kardanisch gelagerter Strahllenkmechanismus 12 des Lasertrackers 10 umfasst eine Zenit-Trägervorrichtung 14, die auf einen Azimutsockel 16 montiert ist und sich um die Azimutachse 20 dreht. Eine Nutzmasse 15 ist auf die Zenit-Trägervorrichtung 14 montiert und dreht sich um die Zenitachse 18. Die Zenitachse 18 und die Azimutachse 20 schneiden sich orthogonal im Innern des Trackers 10 am Kardanpunkt 22, der typischerweise der Ausgangspunkt für die Entfernungsmessungen ist. Ein Laserstrahl 46 tritt auf virtuelle Weise durch den Kardanpunkt 22 und ist orthogonal zur Zenitachse 18 gerichtet. Mit anderen Worten ist der Laserstrahl 46 annähernd rechtwinklig zu irgend einer Ebene, die zu beiden parallel ist, zur Zenitachse 18 und zur Azimutachse 20. Der abgehende Laserstrahl 46 wird durch Drehung der Nutzmasse 15 um die Zenitachse 18 und durch Drehung der Zenit-Trägervorrichtung 14 um die Azimutachse 20 in die gewünschte Richtung gerichtet. Ein im Innern des Trackers vorhandener Zenitwinkelkodierer ist an der mechanischen Zenitachse befestigt, die zur Zenitachse 18 ausgerichtet ist. Ein im Innern des Trackers befindlicher Azimutwinkelkodierer ist an der mechanischen Azimutachse befestigt, die zur Azimutachse 20 ausgerichtet ist. Der Zenitwinkelkodierer und der Azimutwinkelkodierer messen den Zenitwinkel und den Azimutwinkel der Drehung mit einer relativ hohen Genauigkeit. Der abgehende Laserstrahl 46 läuft zum Retroreflektorziel 26, das beispielsweise ein sphärisch montierter Retroreflektor (SMR) sein kann, wie er weiter oben beschrieben ist. Durch die Messung der radialen Entfernung zwischen dem Kardanpunkt 22 und dem Retroreflektor 26, des Drehwinkels um die Zenitachse 18 und des Drehwinkels um die Azimutachse 20 wird die Position des Retroreflektors 26 innerhalb des Kugelkoordinatensystems des Trackers gefunden.
Der abgehende Lichtstrahl 46 kann eine oder mehrere Laserwellenlängen enthalten, wie weiter unten noch beschrieben wird. Aus Gründen der Klarheit und Einfachheit wird ein Steuerungsmechanismus der in 1 dargestellten Art bei der folgenden Diskussion angenommen. Es sind jedoch auch andere Typen von Steuermechanismen möglich. Zum Beispiel ist es möglich, einen Laserstrahl von einem Spiegel weg zu reflektieren, der sich um die Azimut- und die Zenitachse dreht. Die hier beschriebenen Techniken sind anwendbar ohne Rücksicht auf den Typ des Steuerungsmechanismus.
Am Lasertracker können magnetische Haltevorrichtungen 17 unterschiedlicher Größe vorhanden sein, die zum Rücksetzen des Lasertrackers in eine „Home“-Position für SMRs unterschiedlicher Größe wie beispielsweise SMRs für 1,5, 7/8 und ½ Zoll dienen. Ein am Tracker angebrachter Retroreflektor 19 kann benutzt werden, um den Tracker auf eine Bezugsentfernung zurück zu setzen. Zusätzlich kann ein auf dem Tracker angebrachter Spiegel, der aus der 1 nicht ersichtlich ist, in Kombination mit dem auf dem Tracker angebrachten Retroreflektor benutzt werden, um das Leistungsmerkmal der Selbstkompensierung zu ermöglichen, wie es im US 7 327 446 B2 beschrieben ist.
2 zeigt ein als Beispiel dienendes Lasertrackersystem 7, das dem Lasertrackersystem 5 von 1 gleicht, jedoch mit der Ausnahme, dass das Retroreflektorziel 26 durch eine 6-DOF-Sonde 1000 ersetzt ist. In 1 können weitere Typen von Retroreflektoren verwendet werden. Zum Beispiel wird manchmal ein Katzenaugen-Retroreflektor benutzt, der ein Glas-Retroreflektor ist, bei dem Licht auf einen kleinen Lichtfleck auf einer reflektierenden hinteren Fläche der Glasstruktur fokussiert wird.
3 ist ein Blockschaltbild, das die optischen und elektrischen Bauteile in einer Ausführungsform eines Lasertrackers zeigt. Hier sind die Bauteile eines Lasertrackers dargestellt, der zwei Wellenlängen von Licht aussendet - eine erste Wellenlänge für einen ADM und eine zweite Wellenlänge für einen sichtbaren Zeiger und zur fortlaufenden Zielverfolgung. Der sichtbare Zeiger versetzt den Nutzer in die Lage, die Position des Laserstrahlflecks, der vom Tracker ausgesendet wird, zu sehen. Die zwei unterschiedlichen Wellenlängen werden unter Verwendung eines Freiraum-Strahlteilers kombiniert. Das elektrooptische System 100 (EO) enthält die Quelle für sichtbares Licht 110, den Isolator 115, die wahlweise vorhandene erste Fasereinkopplung 170, das wahlweise vorhandene Interferometer (IFM) 120, den Strahlenaufweiter 140, den ersten Strahlteiler 145, die Positionsdetektoranordnung 150, den zweiten Strahlteiler 155, den ADM 160 und die zweite Fasereinkopplung 170.
Die Quelle für sichtbares Licht 110 kann ein Laser, eine Superlumineszenz-Diode oder eine andere lichtaussendende Quelle sein. Der Isolator 115 kann ein Faraday-Entkoppler, ein Dämpfungsglied oder eine andere Vorrichtung sein, die imstande ist, das Licht, das in die Lichtquelle zurück reflektiert wird, zu verringern. Das wahlweise vorhandene Interferometer kann auf vielfältige Weise konfiguriert sein. Als spezielles Beispiel für eine mögliche Ausführung kann das Interferometer einen Strahlteiler 122, einen Retroreflektor 126, Lambdaviertelplättchen 124, 130 und einen Phasenanalysator 128 enthalten. Die Quelle für sichtbares Licht 110 kann das Licht in den freien Raum werfen, wo das Licht dann im freien Raum durch den Isolator 115 und das wahlweise vorhandene Interferometer 120 tritt. Auf alternative Weise kann der Isolator 115 an die Quelle für sichtbares Licht 110 über ein faseroptisches Kabel angeschlossen sein. In diesem Fall kann das Licht durch die erste Fasereinkopplung 170 vom Isolator in den freien Raum geworfen werden, wie das hier noch weiter unten unter Bezug auf 5 diskutiert wird.
Der Strahlenaufweiter 140 kann unter Verwendung einer Vielfalt von Linsenkombinationen aufgebaut sein, aber zwei üblicherweise benutzte Konfigurationen des Standes der Technik sind in 4A und 4B dargestellt. 4A zeigt eine Konfiguration 140A, die auf dem Einsatz einer Konkavlinse 141A und einer Konvexlinse 142A beruht. Ein Strahl gebündelten Lichtes 220A, das auf die Konkavlinse 141A fällt, tritt aus der Konvexlinse 142A als erweiterter Strahl an gebündeltem Licht 230A aus. 4B zeigt eine Konfiguration 140B, die auf dem Einsatz von zwei Konvexlinsen 141B und 142B beruht. Ein Strahl gebündelten Lichtes 220B, das auf die erste Konvexlinse 141B trifft, tritt aus der zweiten Konvexlinse 142B als erweiterter Strahl gebündelten Lichtes 230B aus. Von dem Licht, das den Strahlenaufweiter 140 verlässt, reflektiert ein kleiner Anteil an den Strahlteilern 145, 155 auf dem Weg aus dem Tracker heraus und geht verloren. Derjenige Teil des Lichtes, der durch den Strahlteiler 155 hindurch geht, wird mit Licht vom ADM 160 kombiniert, um einen zusammengesetzten Lichtstrahl 188 zu bilden, der diesen Lasertracker verlässt und zum Retroreflektor 90 gelangt.
In einer Ausführungsform enthält der ADM 160 eine Lichtquelle 162, die ADM-Elektronik 164, ein faseroptisches Netz 166, ein zur Verschaltung dienendes elektrisches Kabel 165 und Lichtwellenleiter 168, 169, 184, 185, die der Verbindung untereinander dienen. Die ADM-Elektronik gibt elektrische Modulations- und Vorspannungen an die Lichtquelle 162 ab, die zum Beispiel ein Laser mit verteilter Rückkopplung (DFB-Laser) sein kann, der bei einer Wellenlänge von annähernd 1550 nm arbeitet. In einer Ausführungsform kann das faseroptische Netz 166 das in 8A dargestellte faseroptische Netz 420A des Standes der Technik sein. Bei dieser Ausführungsform läuft das Licht von der Lichtquelle 162 in 3 über den Lichtwellenleiter 184, welche dem Lichtwellenleiter 432 in 8A gleichwertig ist.
Das faseroptisches Netz von 8A enthält einen ersten Faserkoppler 430, einen zweiten Faserkoppler 436 und Reflektoren mit geringer Durchlässigkeit 435, 440. Das Licht läuft durch den ersten Faserkoppler 430 und spaltet sich in zwei Wege auf, wobei der erste Weg durch den Lichtwellenleiter 433 zum zweiten Faserkoppler 436 führt und der zweite Weg durch den Lichtwellenleiter 422 und den Faserlängenausgleicher 423 führt. Der Faserlängenausgleicher 423 ist an die Faserlänge 168 in 3 angeschlossen, die zum Referenzkanal der ADM-Elektronik 164 führt. Der Zweck des Faserlängenausgleichers 423 besteht darin, die Länge der Lichtwellenleiter, die vom Licht im Referenzkanal durchlaufen werden, an die Länge der Lichtwellenleiter, die vom Licht im Messkanal durchlaufen werden, anzugleichen. Das auf diese Weise erfolgende Angleichen der Faserlängen verringert ADM-Fehler, die durch Änderungen in der Umgebungstemperatur verursacht werden. Derartige Fehler können entstehen, da die effektive optische Weglänge eines Lichtwellenleiters gleich dem durchschnittlichen Brechungsindex des Lichtwellenleiters, multipliziert mit der Länge der Faser, ist. Da der Brechungsindex der Lichtwellenleiter von der Temperatur der Faser abhängt, verursacht eine Änderung in der Temperatur der Lichtwellenleiter auch Änderungen in den effektiven optischen Weglängen von Mess- und Referenzkanal. Falls die effektive optische Weglänge des Lichtwellenleiters im Messkanal sich gegenüber der effektiven optischen Weglänge des Lichtwellenleiters im Referenzkanal ändert, führt das zu einer offensichtlichen Verschiebung in der Position des Retroreflektorziels 90, selbst wenn das Retroreflektorziel 90 stationär gehalten wird. Um dieses Problem zu umgehen, werden zwei Schritte unternommen. Der erste besteht darin, dass die Länge der Faser im Referenzkanal so gut wie möglich an die Länge der Faser im Messkanal angepasst wird. Der zweite besteht darin, dass die Mess- und Bezugsfasern in dem Maße, wie dies möglich ist, nebeneinander verlegt werden, um zu gewährleisten, dass die Lichtwellenleiter in den zwei Kanälen nahezu die gleichen Temperaturänderungen erfahren.
Das Licht läuft durch den zweiten Faserkoppler 436 und wird auf zwei Wege aufgespaltet. Der erste führt zum LWL-Endelement 440 mit niedrigem Reflexionsvermögen und der zweite Weg zum Lichtwellenleiter 438, von dem er zum Lichtwellenleiter 186 in 3 führt. Das Licht im Lichtwellenleiter 186 läuft durch bis zu der zweiten Fasereinkopplung 170.
In einer Ausführungsform ist die Fasereinkopplung 170 in 5 in der Version des Standes der Technik dargestellt. Das Licht vom Lichtwellenleiter 186 von 3 gelangt zum Lichtleiter 172 in 5. Die Fasereinkopplung 170 enthält den Lichtwellenleiter 172, das Führungsröhrchen 174 und die Linse 176. Der Lichtwellenleiter 172 ist am Führungsröhrchen 174 angebracht, das auf stabile Weise an der Struktur im Innern des Lasertrackers 10 angebracht ist. Falls gewünscht, kann das Ende des Lichtwellenleiters unter einem bestimmten Winkel poliert werden, um die zurück erfolgenden Reflexionen zu vermindern. Das Licht 250 tritt aus dem Kern der Faser aus, das eine optische Einmodenfaser mit einem Durchmesser zwischen 4 und 12 Mikrometer sein kann, was von der Wellenlänge des benutzten Lichts und vom besonderen Typ der Lichtwellenleiter abhängt. Das Licht 250 divergiert unter einem bestimmten Winkel und tritt durch die Linse 176, die es bündelt. Das Verfahren des Abstrahlens und Aufnehmens eines optischen Signals durch einen einzelnen Lichtwellenleiter in einem ADM-System wurde mit Bezug auf 3 im Patent '758 beschrieben.
Unter Bezugnahme auf 3 kann der Strahlteiler 155 ein dichromatischer Strahlteiler sein, der andere Wellenlängen durchlässt als er reflektiert. In einer Ausführungsform reflektiert das vom ADM 160 kommende Licht vom dichromatischen Strahlteiler 155 und verbindet sich mit dem sichtbaren Licht vom Laser 110, das durch den dichromatischen Strahlteiler 155 durchgelassen wird. Der zusammengesetzte Lichtstrahl 188 läuft aus dem Lasertracker als erster Strahl zum Retroreflektor 90, der einen Teil dieses Lichts als zweiten Strahl zurück wirft. Dieser Teil des zweiten Strahls, der bei der ADM-Wellenlänge liegt, reflektiert vom dichromatischen Strahlteiler 155 und kehrt zu der zweiten Fasereinkopplung 170 zurück, die das Licht zurück in den Lichtwellenleiter 186 koppelt.
In einer Ausführungsform entspricht der Lichtwellenleiter 186 dem Lichtwellenleiter 438 in 8A. Das zurückkommende Licht läuft vom Lichtwellenleiter 438 durch den zweiten Faserkoppler 436 und wird auf zwei Wege aufgespaltet. Ein erster Weg führt zum Lichtwellenleiter 424, der in einer Ausführungsform dem Lichtwellenleiter 169 entspricht, der zum Messkanal der ADM-Elektronik 164 in 3A führt. Ein zweiter Weg führt zum Lichtwellenleiter 433 und dann zum ersten Faserkoppler 430. Das Licht, das den ersten Faserkoppler 430 verlässt, wird auf zwei Wege aufgespaltet, ein erster Weg führt zum Lichtwellenleiter 432 und ein zweiter Weg zum LWL-Endelement 435 mit niedrigem Reflexionsvermögen. In einer Ausführungsform entspricht der Lichtwellenleiter 432 dem Lichtwellenleiter 184, der in 3 zur Lichtquelle 162 führt. In den meisten Fällen enthält die Lichtquelle 162 einen eingebauten Faraday-Entkoppler, der die Menge an Licht, die vom Lichtwellenleiter 432 in die Lichtquelle dringt, auf ein Mindestmaß senkt. Übermäßiges Licht, das in einen Laser in der umgekehrten Richtung eingespeist wird, kann den Laser destabilisieren.
Das Licht vom faseroptischen Netz 166 gelangt über die Lichtwellenleiter 168, 169 in die ADM-Elektronik 164. Eine Ausführungsform der ADM-Elektronik nach dem Stand der Technik ist in 7 dargestellt. Der Lichtwellenleiter 168 in 3 entspricht dem Lichtwellenleiter 3232 in 7 und der Lichtwellenleiter 169 in 3 entspricht dem Lichtwellenleiter 3230 in 7. Mit Bezug auf 7 enthält die ADM-Elektronik 3300 einen Bezugsfrequenzgenerator 3302, einen Synthesizer 3304, einen Detektor 3306 für den Messkanal, einen Detektor 3308 für den Referenzkanal, eine Mischerschaltung 3310 für den Messkanal, eine Mischerschaltung 3312 für den Referenzkanal, Aufbereitungselektronik 3314, 3316, 3318, 3320, einen digitalen Frequenzteiler 3324 mit Division durch N und einen Analog-DigitalWandler (ADC) 3322. Der Bezugsfrequenzgenerator, der zum Beispiel ein ofengesteuerter Kristalloszillator (SCXO) sein kann, gibt eine Bezugsfrequenz f_REF, die beispielsweise 10 MHz betragen kann, an den Synthesizer ab, der zwei elektrische Signale erzeugt - ein Signal mit einer Frequenz f_RF und zwei Signale mit der Frequenz f_LO. Das Signal f_RF läuft zur Lichtquelle 3102, die der Lichtquelle 162 in 3 entspricht. Die zwei Signale mit der Frequenz f_LO laufen zur Messkanal-Mischerschaltung 3310 und zur Referenzkanal-Mischerschaltung 3312. Das Licht von den Lichtwellenleitern 168, 169 in 3 erscheint an den Lichtwellenleitern 3232 bzw. 3230 in 7 und tritt in den Referenzkanal bzw. den Messkanal ein. Der Referenzkanaldetektor 3308 und der Messkanaldetektor 3306 wandeln die optischen Signale in elektrische Signale um. Diese Signale werden durch elektrische Komponenten 3316 bzw. 3314 aufbereitet und an die Mischer 3312 bzw. 3310 geleitet. Diese Mischer erzeugen die Frequenz f_IF, die gleich dem Absolutwert von f_LO - f_RF ist. Das Signal f_RF kann eine relativ hohe Frequenz sein wie beispielsweise 2 GHz, während das Signal f_IF eine relativ niedrige Frequenz wie beispielsweise 10 kHz haben kann.
Die Bezugsfrequenz f_REF wird zum digitalen Frequenzteiler 3324 geleitet, der die Frequenz durch eine ganze Zahl dividiert. Zum Beispiel kann eine Frequenz von 10 kHz durch 40 geteilt werden, um eine Ausgangsfrequenz von 250 kHz zu erhalten. In diesem Fall würden die 10-kHz-Signale, die in den ADW 3322 eintreten, mit einer Rate von 250 kHz abgetastet, wodurch 25 Abtastwerte pro Zyklus erhalten werden. Die Signale vom ADW 3322 werden zu einem Datenprozessor 3400 geschickt, der ein oder mehrere digitale Signalverarbeitungsprozessoren (DSP) sein können, die sich in der ADM-Elektronik 164 von 3 befinden.
Das Verfahren der Ermittlung einer Entfernung beruht auf der Berechnung der Phase der ADW-Signale für den Bezugs- und den Messkanal. Dieses Verfahren ist ausführlich in dem an Bridges et al. erteilten US 7 701 559 B2 beschrieben. Die Berechnung enthält die Anwendung der Gleichungen (1) bis (8) des Patents '559. Außerdem werden, wenn der ADM zunächst beginnt, einen Retroreflektor zu messen, die von dem Synthesizer erzeugten Frequenzen mehrere Male (zum Beispiel drei Mal) geändert, und die möglichen ADM-Entfernungen werden in jedem einzelnen Fall berechnet. Durch Vergleich der möglichen ADM-Entfernungen für jede der ausgewählten Frequenzen wird Mehrdeutigkeit bei der ADM-Messung beseitigt. Die Gleichungen (1) - (8) des Patents '559 in Verbindung mit den Methoden der Synchronisierung, die mit Bezug auf 5 von Patent '559 beschrieben sind, und mit den Kalmanschen Filtermethoden, die im Patent '559 beschrieben sind, versetzen den ADM in die Lage, ein sich bewegendes Ziel zu messen. In weiteren Ausführungsformen können weitere Methoden der Gewinnung von absoluten Entfernungsmessungen wie beispielsweise die unter Verwendung der gepulsten Flugdauer an Stelle der Phasenunterschiede benutzt werden.
Der Teil des zurück kommenden Lichtstrahls 190, der durch den Strahlteiler 155 tritt, kommt am Strahlteiler 145 an, der einen Teil des Lichts zum Strahlaufweiter 140 und einen weiteren Teil des Lichts zur Positionsdetektoranordnung 150 schickt. Das Licht, das aus dem Lasertracker 10 oder dem elektrooptischen System 100 austritt, kann als ein erster Strahl gedacht werden und derjenige Teil von diesem Licht, das vom Retroreflektor 90 oder 26 reflektiert wird, als zweiter Strahl. Teile des reflektierten Strahls werden zu verschiedenen Funktionselementen des elektrooptischen Systems 100 geschickt. Zum Beispiel kann ein erster Teil zu einem Entfernungsmesser wie beispielsweise dem ADM 160 in 3 geschickt werden. Ein zweiter Teil kann an die Positionsdetektoranordnung 150 geschickt werden. In einigen Fällen kann ein dritter Teil an weitere Funktionseinheiten geschickt werden wie beispielsweise an ein wahlweise vorhandenes Interferometer 120. Es ist dabei wichtig zu verstehen, dass, auch wenn im Beispiel von 3 der erste Teil und der zweite Teil des zweiten Strahls an den Entfernungsmesser und den Positionsdetektor nach Reflexion vom Strahlteiler 155 bzw. 145 geschickt werden, es auch möglich wäre, das Licht an den Entfernungsmesser oder den Positionsdetektor durch Transmission an Stelle von Reflexion zu schicken.
Vier Beispiele für Positionsdetektoranordnungen 150A-150D des Standes der Technik sind in 6A-6D dargestellt. In 6A ist die einfachste Ausführung dargestellt, bei der die Positionsdetektorenordnung einen Lagesensor 151 enthält, der auf eine Leiterplatte 152 montiert ist. Diese Leiterplatte 152 erhält ihre Stromversorgung vom Elektronikkasten 350 und schickt Signale an diesen zurück. Durch diesen kann dargestellt werden, dass die Möglichkeit der elektronischen Verarbeitung an jeder beliebigen Stelle im Lasertracker 10, in der Hilfsanlage 50 oder im externen Computer 60 besteht. In 6B ist ein optischer Filter 154 vorhanden, der ungewünschte optische Wellenlängen davon abhält, den Lagesensor 151 zu erreichen. Die unerwünschten optischen Wellenlängen können auch beispielsweise durch Beschichtung des Strahlteilers 145 oder der Oberfläche des Lagesensors 151 mit einer geeigneten Folie abgeblockt werden. In 6C ist ein Objektiv 153 vorhanden, wodurch die Größe des Lichtstrahls verringert wird. In 6D sind sowohl ein optischer Filter 154 als auch ein Objektiv 153 vorhanden.
6E zeigt eine Positionsdetektoranordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die einen optischen Aufbereiter 149E enthält. Dieser optische Aufbereiter enthält ein Objektiv 153 und kann auch optionale Wellenlängenfilter 154 aufweisen. Außerdem enthält er mindestens einen Diffusor 156 und einen räumlichen Filter 157. Wie bereits weiter oben erläutert wurde, ist der Würfelecken-Retroreflektor ein beliebter Typ von Retroreflektor. Ein Typ von Würfelecken-Retroreflektor ist aus drei Spiegeln gefertigt, von denen jeder unter rechten Winkeln mit den beiden anderen Spiegeln verbunden ist. Die Schnittlinien, an denen diese drei Spiegel zusammengesetzt sind, können eine endliche Dicke aufweisen, in der das Licht nicht vollständig zurück zum Tracker reflektiert wird. Die Linien endlicher Dicke werden bei ihrer Ausbreitung gebeugt, so dass sie beim Erreichen des Positionsdetektors am Positionsdetektor nicht genau dieselbe Erscheinungsform haben müssen. Jedoch wird das gebeugte Lichtmuster im Allgemeinen von der vollständigen Symmetrie abweichen. Im Ergebnis kann das Licht, das auf den Positionsdetektor 151 trifft, zum Beispiel Senken oder Anstiege in der optischen Leistung (hot spots) in der Nähe der gebeugten Linien aufweisen. Da die Gleichförmigkeit des vom Retroreflektor kommenden Lichts sich von einem Retroreflektor zum anderen Retroreflektor ändern kann und auch da die Verteilung des Lichts am Positionsdetektor sich verändern kann, wenn der Retroreflektor gedreht oder geneigt wird, kann es vorteilhaft sein, einen Diffusor 156 einzubeziehen, um die Glätte des Lichts, das auf den Positionsdetektor 151 trifft, zu verbessern. Da ein idealer Positionsdetektor auf einen Flächenschwerpunkt ansprechen sollte und ein idealer Diffusor einen Lichtfleck symmetrisch ausbreiten sollte, so könnte argumentiert werden, dass keine Auswirkung auf die sich ergebende Position, die vom Positionsdetektor angegeben wird, vorliegen dürfte. Jedoch wird in der Praxis beobachtet, dass der Diffusor die Leistungsfähigkeit der Positionsdetektoranordnung verbessert, vermutlich aufgrund der Auswirkungen von Nichtlinearitäten (Unvollkommenheiten) im Positionsdetektor 151 und im Objektiv 153. Würfelecken-Retroreflektoren aus Glas können auch ungleichförmige Lichtflecke am Positionsdetektor hervorrufen. Änderungen in einem Lichtfleck auf einem Positionsdetektor können besonders vorrangig von dem Licht sein, das von den Würfelecken in den 6-DOF-Zielen reflektiert wird, wie deutlicher aus den gemeinsam übertragenen US 2012/0206808 A1 , angemeldet am 10. Februar 2015, und US 2012/0206716 A1 , angemeldet am 29. Februar 2015, hervorgeht. In einer Ausführungsform ist der Diffusor 156 ein holografischer Diffusor. Ein holografischer Diffusor liefert kontrolliertes homogenes Licht über einen spezifizierten Diffusionswinkel. In anderen Ausführungsformen werden andere Typen von Diffusoren benutzt wie beispielsweise Diffusoren aus gemahlenem Glas oder „opale“ Diffusoren.
Der Zweck des räumlichen Filters 157 der Positionsdetektoranordnung 150E besteht darin, Geisterstrahlen, die beispielsweise aus unerwünschten Reflexionen von optischen Oberflächen herrühren können, vom Auftreffen auf den Positionsdetektor 151 abzublocken. Ein räumlicher Filter enthält eine Platte 157, die eine Apertur aufweist. Durch das Anordnen des räumlichen Filters 157 in einer Distanz vom Objektiv, die annähernd gleich der Brennweite des Objektivs ist, tritt das zurückkommende Licht 243E durch den räumlicher Filter, wenn dieser sich nahe an der engsten Stelle, der Einschnürung des Strahls, befindet. Die Strahlen, die unter einem abweichenden Winkel laufen wie beispielsweise im Ergebnis der Reflexion an einem optischen Bauteil, treffen auf den räumlicher Filter in einer Distanz von der Apertur und werden somit daran gehindert, den Positionsdetektor 151 zu erreichen. Ein Beispiel ist in 6E dargestellt, wo ein unerwünschter Geisterstrahl 244E von einer Oberfläche des Strahlteilers 145 reflektiert wird und zum räumlichen Filter 157 läuft, wo er abgeblockt wird. Ohne den räumlichen Filter würde der Geisterstrahl 244E den Positionsdetektor 151 erreichen, was dazu führen würde, dass dadurch die Position des Strahls 243E auf dem Positionsdetektor 151 auf unkorrekte Weise ermittelt wird. Selbst ein schwacher Geisterstrahl kann die Position des Flächenschwerpunkts auf dem Positionsdetektor 151 auf signifikante Weise ändern, falls der Geisterstrahl sich in einer relativ großen Entfernung vom Hauptfleck des Lichts befindet.
Ein Retroreflektor der hier diskutierten Art wie beispielsweise einer vom Würfeleckentyp oder vom Katzenaugentyp hat die Eigenschaft, einen Lichtstrahl zu reflektieren, der in den Retroreflektor in einer Richtung parallel zum auftreffenden Strahl eintritt. Außerdem sind der einfallende und der reflektierte Strahl symmetrisch um den Symmetriepunkt des Retroreflektors gelagert. Zum Beispiel ist in einem offenen Würfelecken-Retroreflektor der Symmetriepunkt des Retroreflektors der Scheitelpunkt der Würfelecke. In einem Glaswürfel-Retroreflektor ist der Symmetriepunkt auch der Scheitelpunkt, aber in diesem Fall ist das Brechen des Lichts an der Glas-Luft-Grenzfläche zu berücksichtigen. Bei einem Katzenauge-Retroreflektor mit einem Brechungsindex von 2,0 ist der Symmetriepunkt der Mittelpunkt der Kugel. In einen Katzenauge-Retroreflektor aus zwei Glashalbkugeln, die symmetrisch auf einer gemeinsamen Ebene sitzen, ist der Symmetriepunkt ein Punkt, der auf der Ebene und in der sphärischen Mitte einer jeden Halbkugel liegt. Der Hauptpunkt besteht darin, dass für den Typ der Retroreflektoren, der bei Lasertrackern gewöhnlich benutzt wird, das von einem Retroreflektor zum Tracker zurück geführte Licht auf die andere Seite des Scheitelpunktes relativ zum einfallenden Laserstrahl verschoben ist.
Dieses Verhalten eines Retroreflektors 90 in 3 stellt die Grundlage für das Nachführen des Retroreflektor durch den Lasertracker dar. Der Lagesensor hat auf seiner Oberfläche einen idealen Verfolgungspunkt. Dieser ideale Verfolgungspunkt ist derjenige Punkt, an dem ein zum Symmetriepunkt eines Retroreflektors (z. B. zum Scheitelpunkt des Würfelecken-Retroreflektor in einem SMR) gesendeter Laserstrahl zurückkehrt. Üblicherweise liegt der Verfolgungspunkt in der Nähe der Mitte des Lagesensors. Falls der Laserstrahl auf eine Seite des Retroreflektors gesendet wird, reflektiert er auf der anderen Seite zurück und erscheint auf dem Lagesensor in einer Distanz vom Verfolgungspunkt. Durch Vermerken der Position des zurückkommenden Lichtstrahls auf dem Lagesensor kann das Steuerungssystem des Lasertracker 10 bewirken, dass die Motoren den Lichtstrahl in Richtung auf den Symmetriepunkt des Retroreflektors bewegen.
Falls der Retroreflektor quer zum Tracker mit einer konstanten Geschwindigkeit bewegt wird, wird der Lichtstrahl am Retroreflektor um einen festen Abstand vom Symmetriepunkt des Retroreflektors versetzt auf den Retroreflektor treffen (nachdem sich Übergangszustände eingestellt haben). Der Lasertracker führt eine Korrektur durch, um diesen versetzten Abstand am Retroreflektor auf der Grundlage eines Skalenfaktors zu berücksichtigen, der aus kontrollierten Messungen erhalten wird und der auf der Entfernung vom Lichtstrahl auf dem Lagesensor zum idealen Verfolgungspunkt beruht.
Wie bereits weiter oben erläutert wurde, erfüllt der Lagedetektor zwei wichtige Funktionen - die Ermöglichung des Nachführens und die Korrektur der Messungen, um die Bewegung des Retroreflektors zu berücksichtigen. Der Lagesensor im Positionsdetektor kann jeder beliebige Typ von Vorrichtung sein, die imstande ist, eine Position zu messen. Zum Beispiel könnte der Lagesensor ein lageempfindlicher Detektor oder eine lichtempfindliche Anordnung sein. Der lageempfindliche Detektor könnte beispielsweise ein Seitenwirkungsdetektor oder ein Quadrantendetektor sein. Die lichtempfindliche Anordnung könnte beispielsweise eine CMOS- oder eine CCD-Anordnung sein.
In einer Ausführungsform tritt das zurückkehrende Licht, das vom Strahlteiler 145 nicht reflektiert wird, durch den Strahlenaufweiter 140, wodurch es weniger wird. In einer anderen Ausführungsform werden die Positionen des Positionsdetektors und des Entfernungsmessers vertauscht, so dass das vom Strahlteiler 145 reflektierte Licht durch den Entfernungsmesser tritt und das vom Strahlteiler durchgelassene Licht zum Positionsdetektor gelangt.
Das Licht setzt seinen Weg fort durch das wahlweise vorhandene IFM, durch den Isolator und in die Quelle 110 für sichtbares Licht. In diesem Stadium sollte die optische Leistung klein genug sein, so dass dadurch die Quelle 110 für sichtbares Licht nicht destabilisiert wird.
In einer Ausführungsform wird das Licht von der Quelle 110 für sichtbares Licht durch die Strahl-Einkopplung 170 von 5 abgegeben. Die Fasereinkopplung kann am Ausgang der Lichtquelle 110 oder an einem Lichtleiterausgang des Isolators 115 angebracht sein.
In einer Ausführungsform ist das faseroptische Netz 166 von 3 das faseroptische Netz 420B des Standes der Technik von 8B. Hier entsprechen die Lichtleiter 184, 186, 169 von 3 den Lichtleitern 443, 444, 424, 422 von 8B. Das faseroptische Netz von 8B ist wie das faseroptische Netz von 8A mit der Ausnahme, dass das faseroptische Netz von 8B einen einzelnen Lichtwellen-Verzweiger aufweist an Stelle von zwei Lichtwellen-Verzweigern. Der Vorteil der 8B gegenüber 8A besteht in der Einfachheit, jedoch ist es wahrscheinlicher, dass 8B unerwünschte optische Rückreflexionen aufweist, die in die Lichtleiter 422 und 424 gelangen.
In einer Ausführungsform ist das faseroptische Netz 166 von 3 das faseroptische Netz 420C von 8C. Hier entsprechen die Lichtleiter 184, 186, 168, 169 von 3 den Lichtleitern 447, 455, 423, 424 von 8C. Das faseroptische Netz 420C enthält einen ersten Lichtwellen-Verzweiger 445 und einen zweiten Lichtwellen-Verzweiger 451. Der erste Lichtwellen-Verzweiger 445 ist ein 2x2-Verzweiger mit zwei Eingangs-Anschlüssen und zwei Ausgangs-Anschlüssen. Verzweiger von diesem Typ sind üblicherweise in der Weise gefertigt, dass zwei Faserkerne in enger Nachbarschaft geführt werden und dann die Fasern während des Erhitzens gezogen werden. Auf diese Weise kann die abklingende Kopplung zwischen den Fasern einen gewünschten Teil des Lichts auf die benachbarte Faser abspalten. Der zweite Lichtleiter-Verzweiger 451 ist von dem Typ, der Zirkulator genannt wird. Er hat drei Anschlüsse, von denen jeder die Fähigkeit aufweist, Licht zu übertragen oder aufzunehmen, aber nur in der festgelegten Richtung. Zum Beispiel tritt das Licht auf dem Lichtleiter 448 in den Anschluss 453 ein und wird in Richtung Anschluss 454 transportiert, wie das durch den Pfeil angegeben ist. Am Anschluss 454 kann das Licht zum Lichtleiter 455 übertragen werden. Auf ähnliche Weise kann das am Anschluss 455 anliegende Licht in den Anschluss 454 eintreten und in Richtung des Pfeils zum Anschluss 456 gelangen, wo etwas Licht zum Lichtleiter 424 übertragen werden kann. Falls nur drei Anschlüsse benötigt werden, kann der Zirkulator 451 weniger Verluste an optischer Leistung erleiden als der 2x2-Verzweiger. Andererseits kann ein Zirkulator 451 teurer sein als ein 2x2-Verzweiger, und es kann bei ihm Polarisationsmodendispersion auftreten, was in einigen Situationen problematisch sein kann.
9 und 10 zeigen eine Aufriss- bzw. eine Schnittdarstellung eines Lasertrackers 2100 des Standes der Technik, der in 2 und 3 der veröffentlichten US 2010/0128259 A1 von Bridges et al. abgebildet ist. Die Azimutanordnung 2110 enthält das Säulengehäuse 2112, die Azimut-Kodieranordnung 2120, das untere und das obere Azimutlager 2114A, 2114B, die Azimut-Motoranordnung 2125, die Azimut-Gleitringanordnung 2130 und die Azimut-Leiterplatten 2135.
Der Zweck der Azimut-Kodieranordnung 2120 besteht darin, den Drehwinkel des Jochs 2142 in Bezug auf das Säulengehäuse 2112 genau zu messen. Die Azimut-Kodieranordnung 2120 enthält die Kodierscheibe 2121 und die Lesekopfanordnung 2122. Die Kodierscheibe 2121 ist an der Welle des Jochgehäuses 2142 angebracht, und die Lesekopfanordnung 2122 ist an der Säulenanordnung 2110 angebracht. Die Lesekopfanordnung 2122 umfasst eine Leiterplatte, auf der einer oder mehrere Leseköpfe befestigt sind. Das von den Leseköpfen gesendete Laserlicht reflektiert an den feinen Gitterlinien auf der Kodierscheibe 2121. Das von den Detektoren auf dem Lesekopf oder den Leseköpfen des Kodierers aufgenommene Licht wird verarbeitet, um den Winkel der sich drehenden Kodierscheibe in Bezug auf die feststehenden Leseköpfe zu erhalten.
Die Azimut-Motoranordnung 2125 enthält den Rotor 2126 des Azimutmotors und den Stator 2127 des Azimutmotors. Der Rotor 2126 des Azimutmotors umfasst Dauermagnete, die direkt an der Welle des Jochgehäuses 2142 angebracht sind. Der Stator 2127 des Azimutmotors umfasst Feldwicklungen, die ein vorgeschriebenes Magnetfeld erzeugen. Dieses Magnetfeld steht mit den Magneten des Rotors 2126 des Azimutmotors in Wechselwirkung, um die gewünschte Drehbewegung zu erzeugen. Der Stator 2127 des Azimutmotors ist am Säulensystem 2112 angebracht.
Die Azimut-Leiterplatten 2135 stellen eine oder mehrere Leiterplatten dar, welche die elektrischen Funktionen liefern, die von den Azimutkomponenten benötigt werden wie beispielsweise Kodierer und Motor. Die Azimut-Gleitringanordnung 2130 umfasst den äußeren Teil 2131 und den inneren Teil 2132. In einer Ausführungsform tritt ein Adernbündel 2138 aus dem Hilfsprozessor 50 aus. Dieses Adernbündel kann die Leistung für den Tracker übertragen oder Signale an den Tracker oder von diesem. Einige der Adern des Adernbündels 2138 können zu Anschlüssen auf den Leiterplatten führen. In dem in 10 gezeigten Beispiel sind Adern zur Azimut-Leiterplatte 2135, zur Lesekopfanordnung 2122 des Kodierers und zur Azimut-Motoranordnung 2125 geführt. Weitere Adern sind zum inneren Teil 2132 der Gleitringanordnung 2130 geführt. Der innere Teil 2132 ist an der Säulenanordnung 2110 angebracht und bleibt folglich stationär. Der äußere Teil ist an der Jochanordnung 2140 angebracht und dreht sich folglich in Bezug auf den inneren Teil 2132. Die Gleitringanordnung 2130 ist so ausgelegt, dass sie einen elektrischen Kontakt mit geringer Impedanz ermöglicht, während sich der äußere Teil 2131 in Bezug zum inneren Teil 2132 dreht.
Die Zenitanordnung 2140 umfasst das Jochgehäuse 2142, die Zenit-Kodieranordnung 2150, das linke und das rechte Zenitlager 2144A, 2144B, die Zenit-Motoranordnung 2155, die Zenit-Gleitringanordnung 2160 und die Zenit-Leiterplatte 2165.
Der Zweck der Zenit-Kodieranordnung 2150 besteht darin, den Drehwinkel des Nutzmassensystems 2172 in Bezug auf das Jochgehäuse 2142 genau zu messen. Die Zenit-Kodiereinrichtung 2150 umfasst die Zenit-Kodierscheibe 2151 und die Zenit-Lesekopfanordnung 2152. Die Kodierscheibe 2151 ist am Gehäuse 2142 der Nutzmasse angebracht, und die Lesekopfanordnung 2152 ist am Jochgehäuse 2142 angebracht. Die Zenit-Lesekopfanordnung 2152 umfasst eine Leiterplatte, auf der ein oder mehrere Leseköpfe befestigt sind. Das von den Leseköpfen gesendete Laserlicht reflektiert an den feinen Gitterlinien auf der Kodierscheibe 2151. Das von den Detektoren auf dem Lesekopf oder den Leseköpfen des Kodierers aufgenommene reflektierte Licht wird verarbeitet, um den Winkel der sich drehenden Kodierscheibe in Bezug auf die feststehenden Leseköpfe zu ermitteln.
Die Zenit-Motoranordnung 2155 umfasst den Rotor 2156 des Azimutmotors und den Stator 2157 des Azimutmotors. Der Rotor 2156 des Zenitmotors umfasst Dauermagnete, die an der Welle des Nutzmassensystems 2172 direkt angebracht sind. Der Stator 2157 des Zenitmotors umfasst Feldwicklungen, die ein vorgeschriebenes Magnetfeld erzeugen. Dieses Magnetfeld steht mit den Rotormagneten in Wechselwirkung, um die gewünschte Drehbewegung zu erzeugen. Der Stator 2157 des Zenitmotors ist am Jochsystem 2142 angebracht.
Die Zenit-Leiterplatte 2165 stellt eine oder mehrere Leiterplatten dar, welche die elektrischen Funktionen liefern, die von den Komponenten benötigt werden wie beispielsweise Kodierer und Motor. Die Zenit-Gleitringanordnung 2160 umfasst den äußeren Teil 2161 und den inneren Teil 2162. Ein Adernbündel 2168 tritt aus dem äußeren Teil 2131 des Azimut-Gleitrings aus. Dieses Adernbündel kann die Leistung oder Signale übertragen. Einige der Adern des Adernbündels 2168 können an Anschlüsse auf der Leiterplatte führen. In dem in 10 gezeigten Beispiel sind Adern zur Zenit-Leiterplatte 2165, zur Zenit-Motoranordnung 2150 zur Lesekopfanordnung 2152 des Kodierers geführt. Weitere Adern sind zum inneren Teil 2162 der Gleitringanordnung 2160 geführt. Der innere Teil 2162 ist am Jochsystem 2142 angebracht und dreht sich folglich nur im Azimutwinkel, aber nicht im Zenitwinkel. Der äußere Teil 2161 ist am Nutzmassensystem 2172 angebracht und dreht sich folglich sowohl im Zenit- als auch im Azimutwinkel. Die Gleitringanordnung 2160 ist so ausgelegt, dass sie einen elektrischen Kontakt mit geringer Impedanz ermöglicht, während sich der äußere Teil 2161 in Bezug zum inneren Teil 2162 dreht. Die Nutzmassenanordnung 2170 enthält die primäre Optikanordnung 2180 und die sekundäre Optikanordnung 2190.
11 ist ein Blockschaltbild, in dem die Elektronik des Verarbeitungssystems 1500 für die Dimensionsmessungen abgebildet ist. Dieses System enthält die Elektronik des Verarbeitungssystems 1510 für den Lasertracker, die peripheren Bauteile 1582, 1584, 1586, den Computer 1590 und weitere Netzkomponenten 1600, die hier als Wolke dargestellt sind. Das als Beispiel dargestellte Verarbeitungssystem 1510 der Elektronik des Lasertrackers enthält einen Hauptprozessor 1520, die Elektronik 1530 für die Nutzmassenfunktionen, die Elektronik 1560 für die Anzeige und die Benutzer-Schnittstelle (BS), die Hardware 1565 für den herausnehmbaren Speicher, die Elektronik für die Hochfrequenz-Identifizierung (RFID) und eine Antenne 1572. Die Elektronik 1530 für die Nutzmassenfunktionen enthält eine Mehrzahl von Unterfunktionen, darunter die 6-DOF-Elektronik 1531, die Kamera-Elektronik 1532, die ADM-Elektronik 1533, die Positionsdetektor-Elektronik (PSD) 1534 und die Nivellierelektronik 1535 1535. Die meisten der Unterfunktionen verfügen über mindestens eine Prozessoreinheit, die beispielsweise ein digitaler Signalprozessor (DSP) oder eine am Einsatzort programmierbare Gate Array (FPGA) sein kann. Die Elektronik-Einheiten 1530, 1540 und 1550 sind wegen ihrer Unterbringung im Lasertracker getrennt, wie das auch dargestellt ist. In einer Ausführungsform sind die Nutzmassenfunktionen 1530 im Nutzmassensystem 2170 der 9 und 10 untergebracht, während die Elektronik 1540 des Azimut-Kodierers sich in der Azimut-Anordnung 2110 befindet und die Elektronik 1550 des Zenit-Kodierers sich in der ZenitAnordnung 2140 befindet.
Viele Typen von peripheren Geräten sind möglich, aber hier werden nur drei derartige Geräte gezeigt: ein Temperatursensor 1582, eine 6-DOF-Sonde 1584 und ein digitaler Personalassistent 1586, der beispielsweise ein Smart Phone sein kann. Der Lasertracker kann mit den peripheren Geräten über eine Vielfalt an Mitteln kommunizieren, darunter die drahtlose Kommunikation über die Antenne 1572, mittels eines visuellen Systems wie beispielsweise einer Kamera und mittels Entfernungs- und Winkelanzeigen des Lasertrackers an einem Kooperationsziel wie beispielsweise der 6-DOF-Sonde 1584.
In einer Ausführungsform führt ein getrennter Kommunikationsbus vom Hauptprozessor 1520 zu jeder der Elektronik-Einheiten 1530, 1540, 1550, 1560, 1565 und 1570. Jede Kommunikationsleitung kann beispielsweise drei serielle Leitungen aufweisen, zu denen die Datenleitung, die Zeitleitung und die Systemleitung gehören. Die Systemleitung zeigt an, ob die Elektronik-Einheit auf die Zeitleitung achten sollte oder nicht. Falls sie zur Anzeige bringt, dass auf diese geachtet werden soll, dann liest die Elektronik-Einheit den aktuellen Wert der Datenleitung bei jedem Zeitsignal. Das Zeitsignal kann beispielsweise einer ansteigenden Flanke des Zeitimpulses entsprechen. In einer Ausführungsform werden Informationen über die Datenleitung in Form eines Paketes übertragen. In einer Ausführungsform enthält jedes Paket eine Adresse, einen numerischen Wert, eine Datenmeldung und eine Prüfsumme. Die Adresse zeigt an, wohin innerhalb der Elektronik-Einheit die Datenmeldung geschickt werden soll. Der Ort kann beispielsweise einer Prozessor-Subroutine innerhalb der Elektronikeinheit entsprechen. Der numerische Wert gibt die Länge der Datenmeldung an. Die Prüfsumme ist ein numerischer Wert, der dazu benutzt wird, um die Möglichkeit, dass Fehler über die Kommunikationsleitung übertragen werden, auf ein Mindestmaß herabgesetzt wird.
In einer Ausführungsform sendet der Hauptprozessor 1520 Pakete von Informationen über den Bus 1610 zur Elektronik 1530 für die Nutzmassenfunktionen, über den Bus 1611 zur Elektronik 1540 des Azimut-Kodierers, über den Bus 1612 zur Elektronik 1550 des Zenit-Kodierers, über den Bus 1613 zur Elektronik 1560 für die Anzeige und die Nutzer-Schnittstelle, über den Bus 1614 zur Hardware 1565 des herausnehmbaren Speichers und über den Bus 1616 zur drahtlosen Elektronik 1570 für die Hochfrequenz-Identifizierung und die Funkübertragung.
In einer Ausführungsform sendet der Hauptprozessor 1520 zur selben Zeit auch einen Synch-Impuls (Synchronisierung) über den Synch-Bus 1630 an jede der Elektronikeinheiten. Dieser Synch-Impuls liefert einen Weg zur Synchronisierung der Werte, die durch die Messfunktionen des Lasertrackers gesammelt werden. Zum Beispiel rasten die Elektronik 1540 des Azimut-Kodierers und die Elektronik 1550 des Zenit-Kodierers 1550 ihre Kodierwerte ein, sobald der Synch-Impuls eingegangen ist. Auf ähnliche Weise rastet die Elektronik 1530 für die Nutzmassenfunktionen die Daten ein, von der im Nutzmassensystem enthaltenen Elektronik gesammelt werden. Alle beide, der 6-DOF-ADM und der Positionsdetektor, rasten die Daten ein, wenn der Synch-Impuls gegeben worden ist. In den meisten Fällen sammeln die Kamera und der Neigungsmesser Daten mit einer niedrigeren Rate als die des Synch-Impulses, können aber Daten bei einem Vielfachen der Periode des Synch-Impulses einrasten.
Die Elektronik 1540 des Azimut-Kodierers und die Elektronik 1550 des Zenit-Kodierers sind voneinander getrennt und auch von der Elektronik 1530 für die Nutzmasse, und zwar durch die Gleitringe 2130, 2160, wie das in 9 und 10 dargestellt ist. Dies ist der Grund dafür, dass die Busleitungen 1610, 1611 und 1612 als separate Buslinien in 11 abgebildet sind.
Die Elektronik 1510 des Verarbeitungssystems für den Lasertracker kann mit einem externen Computer 1590 kommunizieren oder kann das Berechnen, die Anzeige und die Funktionen der Nutzer-Schnittstelle im Innern des Lasertrackers bereit stellen. Der Lasertracker kommuniziert mit dem Computer 1590 über die Kommunikationsverbindung 1606, die beispielsweise eine Ethernet-Leitung oder eine Funkverbindung sein kann. Der Lasertracker kann auch mit anderen Elementen 1600, die durch die Wolke dargestellt sind, über die Kommunikationsverbindung 1602 kommunizieren, zu denen ein oder mehrere elektrische Leitungen wie beispielsweise Ethernet-Kabel und eine oder mehrere Funkverbindungen gehören können. Ein Beispiel für ein Element 1600 ist ein weiteres dreidimensionales Prüfgerät wie zum Beispiel ein Gelenkarm-CMM, der durch den Lasertracker verschoben werden kann. Eine Kommunikationsverbindung 1604 zwischen dem Computer 1590 und den Elementen 1600 kann über Draht (z. B. Ethernet) oder Funk bestehen. Eine Bedienperson, die an einem entfernt befindlichen Computer 1590 sitzt, kann eine Verbindung zum Internet, das durch die Wolke 2600 dargestellt ist, über ein Ethernet oder Funkleitung einrichten, die ihrerseits die Verbindung zum Hauptprozessor 1520 über eine Ethernet- oder Funkverbindung herstellt. Auf diese Weise kann ein Nutzer die Arbeitsweise eines entfernt befindlichen Lasertrackers steuern.
Während die Erfindung unter Bezugnahme auf exemplarische Ausführungsformen beschrieben worden ist, werden die Personen mit Fachkenntnissen auf diesem Gebiet verstehen, dass vielfältige Änderungen vorgenommen werden können und dass Bauteile daraus durch äquivalente Bauteile ersetzt werden können. Darüber hinaus wird mit dem Gebrauch von Ausdrücken wie erster, zweiter usw. nicht irgend eine Reihenfolge oder Wichtigkeit zum Ausdruck gebracht, sondern die Ausdrücke erster, zweiter usw. werden lediglich dazu benutzt, um ein Bauteil von einem anderen zu unterscheiden. Außerdem bedeuten die Ausdrücke ,ein, eine, einer' usw. nicht eine mengenmäßige Begrenzung, sondern vielmehr das Vorhandensein von mindestens einem der angeführten Bauteile.

Claims

Koordinatenmessgerät (10), welches dazu eingerichtet ist, einen ersten Lichtstrahl (46) an ein entfernt befindliches Retroreflektorziel (26) zu senden, wobei dieses Retroreflektorziel (26) eine bestimmte Position im Raum einnimmt, diese Position im Raum eine Funktion der Zeit ist und das Retroreflektorziel (26) dazu eingerichtet ist, einen Teil des ersten Lichtstrahls als zweiten Lichtstrahl (47) zurück zu werfen, und wobei dieses Koordinatenmessgerät (10) umfasst: einen ersten Motor (2125) und einen zweiten Motor (2155), welche zusammen den ersten Lichtstrahl (46) in eine erste Richtung lenken, wobei diese erste Richtung durch einen ersten Drehwinkel um eine erste Achse (20) und einen zweiten Drehwinkel um eine zweite Achse (18) festgelegt wird und der erste Drehwinkel durch den ersten Motor (2125) erzeugt wird und der zweite Drehwinkel durch den zweiten Motor (2155) erzeugt wird; eine erste Winkelmessvorrichtung (1540), welche den ersten Drehwinkel misst, und eine zweite Winkelmessvorrichtung (1550), welche den zweiten Drehwinkel misst; einen Entfernungsmesser (160), welcher dazu eingerichtet ist, eine erste Entfernung vom Koordinatenmessgerät (10) zum Retroreflektorziel (26) zumindest teilweise auf der Grundlage von einem ersten Teil des zweiten Lichtstrahls (47) zu messen, der von einem ersten optischen Detektor aufgenommen wird; eine Positionsdetektoranordnung (150), welche einen Positionsdetektor (151), ein Objektiv (153) und einen räumlichen Filter (157) umfasst, wobei das Objektiv (153) eine positive Brennweite aufweist, der räumliche Filter (157) in einer zweiten Entfernung vom Objektiv (153), die annähernd gleich der Brennweite des Objektivs (153) ist, angeordnet ist, der räumliche Filter (157) zwischen dem Objektiv (153) und dem Positionsdetektor (151) angeordnet ist, ein zweiter Teil des zweiten Strahls (47) durch das Objektiv (153) und den räumlichen Filter (157) tritt und auf den Positionsdetektor (151) trifft und der Positionsdetektor (151) dergestalt konfiguriert ist, dass er ein erstes Signal als Reaktion auf die Position des zweiten Teils auf dem Positionsdetektor (151) erzeugt; ein Steuerungssystem (1500), welches ein zweites Signal an den ersten Motor (2125) sendet und ein drittes Signal an den zweiten Motor (2155) sendet, wobei das zweite Signal und das dritte Signal zumindest teilweise auf dem ersten Signal beruhen, und das Steuerungssystem (1500) dergestalt konfiguriert ist, dass es die erste Richtung des ersten Strahls (46) auf die Position des Retroreflektorsziels (26) im Raum einstellt; und einen Prozessor (1520), welcher dazu eingerichtet ist, eine dreidimensionale Koordinate des Retroreflektorziels (26) zu liefern, wobei diese dreidimensionale Koordinate zumindest teilweise auf der ersten Entfernung, dem ersten Drehwinkel und dem zweiten Drehwinkel beruht.
Koordinatenmessgerät nach Anspruch 1, bei welchem die Positionsdetektoranordnung (150) außerdem einen Diffusor (156) enthält, wobei der zweite Teil des zweiten Lichtstrahls (47) durch diesen Diffusor (156) tritt.
Koordinatenmessgerät nach Anspruch 2, bei welchem der Diffusor (156) ein holografischer Diffusor ist.