DE112012001716T5

DE112012001716T5 - Lasertracker mit verbesserter Handhabbarkeit

Info

Publication number: DE112012001716T5
Application number: DE112012001716.1T
Authority: DE
Inventors: Kenneth Steffey
Original assignee: Faro Technologies Inc
Current assignee: Faro Technologies Inc
Priority date: 2011-04-15
Filing date: 2012-04-16
Publication date: 2014-01-16
Anticipated expiration: 2032-04-17
Also published as: CN103502842A; GB2505354B; CN103688132A; US8848203B2; GB2504891A; JP2014514563A; DE112012001709T5; GB2504639A; GB2506535B; WO2012154356A1; CN103703389A; EP2545396A1; WO2012142062A2; WO2012142074A3; JP2014515826A; CN103477245A; GB201320081D0; DE112012001713T5; US9157987B2; GB201320082D0

Abstract

Ein Koordinatenmessgerät umfasst: eine erste und eine zweite Winkelmessvorrichtung; einen Entfernungsmesser; einen Positionsdetektor; einen ersten Satz von Leuchtindikatoren, welcher um eine erste Achse drehbar sind und mit Bezug auf eine zweite Achse feststehend ist, wobei der erste Satz dergestalt konfiguriert ist, dass er ein erstes Lichtzeichen liefert, welches unter mindestens zwei verschiedenen Farben des Lichts im sichtbaren Spektrum ausgewählt wird, und der erste Satz ferner dergestalt konfiguriert ist, dass er das erste Lichtzeichen von einem ersten und einem zweiten Punkt aus längs der zweiten Achse und außerhalb des Gerätes sichtbar macht, wobei der erste und der zweite Punkt auf einander gegenüber liegenden Seiten des Gerätes liegen; einen zweiten Satz von Leuchtindikatoren, der um die erste und die zweite Achse drehbar ist, um mindestens ein zweites Lichtzeichen zu liefern, welches unter zwei unterschiedlichen Lichtfarben im sichtbaren Spektrum ausgewählt wird; und einen Prozessor, der dergestalt konfiguriert ist, dass er ein Beleuchtungsmuster für den ersten und den zweiten Satz liefert.

Description

Querverweis auf verwandte Anmeldungen
Die vorliegende Anmeldung beansprucht den Vorteil der am 30. Januar 2012 angemeldeten vorläufigen US-amerikanischen Patentanmeldung, Aktenzeichen 61/592,049, und der am 15. April 2011 angemeldeten vorläufigen US-amerikanischen Anmeldung, Aktenzeichen 61/475,703, deren beider gesamter Inhalt hiermit durch Verweis einbezogen ist. Die vorliegende Anmeldung beansprucht auch den Vorteil der am 21. Februar 2012 erfolgten Anmeldung des US-Geschmackmusters, Aktenzeichen 29/4138119, deren gesamter Inhalt hiermit durch Verweis einbezogen ist.
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 Abdruckens 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-Patent Nr. 7,352,446 ('446), dessen Inhalt in dieses Dokument durch Verweis einbezogen ist, 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 dem Patent '446 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. Der für einen Lasertracker benutzte Kardanmechanismus kann auch für vielfältige andere Anwendungsfälle eingesetzt werden. Als einfaches Beispiel kann der Lasertracker in einer kardanischen Steuervorrichtung mit einem sichtbaren Zeigerstrahl, jedoch ohne Entfernungsmesser, benutzt werden, um einen Lichtstrahl auf eine Reihe von Retroreflektorzielen zu lenken und die Winkel eines jeden dieser Ziele zu messen.
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-Patent Nr. 7,800,758 ('758), dessen Inhalt hierin durch Verweis einbezogen ist, und in der von Bridges et al. angemeldeten und veröffentlichten US-amerikanischen Patentanmeldung, Aktenzeichen 2010/0158259, deren Inhalt hierin durch Verweis einbezogen ist, beschrieben.
Früher wurden LEDs als Leuchtindikatoren für die Übermittlung von Informationen an Bedienpersonen benutzt, wobei zu diesen Informationen gehörten, wann eine Messung gerade lief, wenn Messwerte ungültig waren und dergl. Jedoch war in der Vergangenheit die Sicht zu den LEDs versperrt mit Ausnahme von der Vorderseite des Lasertrackers aus. Es besteht also Bedarf an einem besseren Beleuchtungssystem für Lasertracker.
Zusammenfassung
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sendet ein Koordinatenmessgerät einen ersten Laserstrahl an ein entfernt befindliches Retroreflektorziel, wobei das Retroreflektorziel eine Position im Raum einnimmt und das Retroreflektorziel einen Teil dieses ersten Lichtstrahls als zweiten Laserstrahl zurück wirft. Das Messgerät umfasst einen ersten Motor und einen zweiten Motor, welche gemeinsam den ersten Laserstrahl in eine erste Richtung lenken und diese erste Richtung durch einen ersten Drehwinkel um eine erste Achse und einen zweiten Drehwinkel um eine zweite Achse bestimmt wird und der erste Drehwinkel durch den ersten Motor und der zweite Drehwinkel durch den zweiten Motor erzeugt werden. Das Gerät enthält außerdem: eine erste Winkelmessvorrichtung, welche den ersten Drehwinkel misst, und eine zweite Winkelmessvorrichtung, welche den zweiten Drehwinkel misst; einen Entfernungsmesser, welcher eine erste Entfernung vom Koordinatenmessgerät zum Retroreflektorziel auf der Grundlage von zumindest einem Teil des zweiten Laserstrahl misst, der von einem ersten optischen Detektor aufgenommen wird; sowie einen Positionsdetektor, welcher dergestalt konfiguriert ist, dass er ein erstes Signal als Reaktion auf eine Position eines zweiten Teils des zweiten Lichtstrahls auf dem Positionsdetektor erzeugt. Das Gerät enthält ferner: ein Steuerungssystem, welches ein zweites Signal an den ersten Motor und ein zweites 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 Laserstrahl auf die Position des Retroreflektorziels im Raum einstellt; einen ersten Satz von Leuchtindikatoren, wobei dieser erste Satz um die erste Achse drehbar ist und in Bezug auf die zweite Achse fixiert ist und dieser erste Satz dergestalt konfiguriert ist, dass er ein erstes Licht liefert, welches unter mindestens zwei unterschiedlichen Lichtfarben ausgewählt wird, und dieser erste Satz dergestalt konfiguriert ist, dass er dieses erste Licht von einem ersten Punkt und einem zweiten Punkt aus sichtbar macht, wobei der erste Punkt und der zweite Punkt längs der zweiten Achse und außerhalb des Messgeräts liegen und der erste Punkt und der zweite Punkt auf einander gegenüber liegenden Seiten des Messgeräts liegen; einen zweiten Satz von Leuchtindikatoren, wobei der zweite Satz um die erste Achse und die zweite Achse drehbar ist und der zweite Satz dergestalt konfiguriert ist, dass er mindestens ein zweites Licht liefert, welches unter zwei unterschiedlichen Lichtfarben ausgewählt wird und die mindestens zwei Farben im sichtbaren Spektrum liegen; und einen Prozessor, welcher den dreidimensionalen Koordinatenwert des Retroreflektorziels liefert und der dreidimensionale Koordinatenwert zumindest teilweise auf der ersten Entfernung, dem ersten Drehwinkel und dem zweiten Drehwinkel beruht und der Prozessor außerdem dergestalt konfiguriert ist, dass er ein für den ersten Satz von Leuchtindikatoren und den zweiten Satz von Leuchtindikatoren ein Erkennungsmuster liefert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Es soll nun auf den Zeichnungssatz Bezug genommen werden, wo beispielhafte Ausführungsformen gezeigt werden, die nicht als einschränkend für den gesamten Schutzumfang der Offenbarung anzusehen sind und 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;
6A–D schematische Abbildungen, in denen vier Typen von Positionsdetektoranordnungen des Standes der Technik dargestellt sind;
6E und 6F schematische Abbildungen, die Positionsdetektoranordnungen gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zeigen;
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;
11 ein Blockschaltbild der für die Berechnungen und die Kommunikation zuständigen Bauteile eines Lasertrackers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
12A ein Blockschaltbild der Bauteile in einem Lasertracker, bei dem eine einzelne Wellenlänge benutzt wird, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
12B ein Blockschaltbild der Bauteile in einem anderen Lasertracker, bei dem eine einzelne Wellenlänge benutzt wird, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
13 ein Blockschaltbild der Bauteile in einem Lasertracker mit 6-DOF-Tauglichkeit gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
14A, 14B und 14C Vorderansicht und Perspektivdarstellungen eines Lasertrackers, der die Nutzmerkmale gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung aufweist.
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 liegt der Laserstrahl 46 in einer Ebene annähernd rechtwinklig zur Zenitachse 18 und diese führt durch die 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 „Horne”-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-Patent Nr. 7,327,446 beschrieben ist, dessen Inhalt durch Verweis eingearbeitet 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-Digital-Wandler (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-Patent Nr. 7,701,559 beschrieben, dessen Inhalt in dieses Dokument durch Verweis einbezogen ist. 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–1500 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 neuartige Positionsdetektoranordnung, 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-Patentanmeldungen Nr. 13/370,339, angemeldet am 10. Februar 2015, und 13/407,983, angemeldet am 29. Februar 2015, hervorgeht, deren Inhalt hier durch Verweis einbezogen ist. 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 abzublocken, die beispielsweise aus unerwünschten Reflexionen von optischen Oberflächen, vom Auftreffen auf den Positionsdetektor 151 herrühren können. 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 Ladedetektor 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 2 × 2-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 2 × 2-Verzweiger. Andererseits kann ein Zirkulator 451 teurer sein als ein 2 × 2-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-Patentanmeldung Nr. 2010/0158259 von Bridges et al. abgebildet ist und die durch Verweis einbezogen sind. 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 Verarbeitungssysteme 1582, 1584, 1586 für die peripheren Bauteile, 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 Zenit-Anordnung 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. Die peripheren Geräte können Prozessoren enthalten. Das 6-DOF-Zubehör kann 6-DOF-Sondensysteme, 6-DOF-Scanner, 6-DOF-Projektoren, 6-DOF-Sensoren und 6-DOF-Anzeigevorrichtungen enthalten. Die Prozessoren in diesen 6-DOF-Geräten können in Verbindung mit Verarbeitungsgeräten im Lasertracker sowie in einem externen Computer und in Cloud-Verarbeitungsanlagen eingesetzt werden. Generell kann gesagt werden, dass, wenn der Ausdruck Lasertracker-Prozessor oder Messgeräteprozessor benutzt wird, dies bedeutet, dass mögliche externe Computer und Cloud-Anlagen darin enthalten sind.
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 drahtlosen 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 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.
Die heutigen Lasertracker benutzen eine Wellenlänge im sichtbaren Bereich (üblicherweise im Roten) und eine im Infraroten für den ADM. Die rote Wellenlänge kann durch einen frequenzstabilisierten (HeNe)-Laser bereit gestellt werden, der für die Anwendung in einem Interferometer und auch für den Einsatz zur Bereitstellung eines roten Zeigerstrahls geeignet ist. Ein Nachteil der Benutzung von zwei Lichtquellen besteht in dem zusätzlichen Platzbedarf und in den zusätzlichen Kosten, die für die zusätzlichen Lichtquellen, die Strahlteiler, die Isolatoren und für weitere Komponenten erforderlich sind. Ein weiterer Nachteil der Benutzung von zwei Lichtquellen besteht darin, dass es schwierig ist, die zwei Lichtquellen längs ihrer gesamten Wege, welche die Strahlen durchlaufen, auf perfekte Weise auszurichten. Dies kann zu einer Vielfalt von Problemen führen. Dazu zählt, dass man nicht imstande ist, gleichzeitig gute Leistungsdaten von unterschiedlichen Subsystemen zu erhalten, die mit unterschiedlichen Wellenlängen arbeiten. Ein System, das eine einzelne Lichtquelle benutzt und dadurch diese Nachteile vermeidet, ist in dem optoelektronischen System 500 der 12A dargestellt.
12A enthält eine Quelle 110 für sichtbares Licht, einen Isolator 115, ein faseroptisches Netz 420, die ADM-Elektronik 530, eine Fasereinkopplung 170, einen Strahlteiler 145 und einen Positionsdetektor 150. Die Quelle 110 für sichtbares Licht kann beispielsweise ein roter oder grüner Diodenlaser oder ein flächenemittierender Laser mit vertikalem Hohlraum (VCSEL) sein. Der Isolator kann ein Faraday-Entkoppler, ein Dämpfungsglied oder jede andere Vorrichtung sein, die imstande ist, die Menge an Licht ausreichend zu vermindern, die zurück in die Lichtquelle hinei gespeist wird. Das Licht vom Isolator 115 gelangt in das faseroptische Netz 420, das in einer Ausführungsform das faseroptische Netz 420A von 8A ist.
12B zeigt eine Ausführungsform eines optoelektronischen Systems 400, in dem eine einzige Wellenlänge Licht benutzt wird, aber bei dem die Modulation durch Mittel der elektrooptischen Modulation des Lichts und nicht durch die direkte Modulation einer Lichtquelle erzielt wird. Das elektrooptische System 400 enthält eine Quelle 110 für sichtbares Licht, einen Isolator 115, einen elektrooptischen Modulator 410, die ADM-Elektronik 475, ein faseroptisches Netz 420, eine Fasereinkopplung 170, einen Strahlteiler 145 und einen Positionsdetektor 150. Die Quelle 110 für sichtbares Licht 110 kann beispielsweise eine rote oder grüne Laserdiode sein. Das Laserlicht wird durch einen Isolator 115 geschickt, der beispielsweise ein Faraday-Entkoppler oder ein Dämpfungsglied sein kann. Der Isolator 115 kann an seinem Eingangsanschluss und seinem Ausgangsanschluss fasergekoppelt sein. Der Isolator 115 schickt das Licht zum elektrooptischen Modulator 410, der das Licht mit einer ausgewählten Frequenz moduliert, die bis hoch zu 10 GHz oder noch höher liegen kann, falls gewünscht. Ein elektrisches Signal 476 von der ADM-Elektronik 475 dient als Treiber für die Modulation im elektrooptischen Modulator 410. Das modulierte Licht vom elektrooptischen Modulator 410 gelangt zum faseroptischen Netz 420, welches das faseroptische Netz 420A, 420B, 420C oder 420D sein kann, die weiter oben schon besprochen worden sind. Ein Teil des Lichts gelangt über den Lichtleiter 422 zum Referenzkanal der ADM-Elektronik 475. Ein weiterer Teil des Lichts gelangt aus dem Tracker heraus, wird am Retroreflektor 90 reflektiert, gelangt zum Tracker zurück und erreicht den Strahlteiler 145. Ein kleiner Anteil des Lichts wird vom Strahlteiler reflektiert und gelangt zum Positionsdetektor 150, der schon unter Bezug auf 6A–F besprochen worden ist. Ein Teil des Lichts tritt durch den Strahlteiler 145 in der Fasereinkopplung 170, durch das faseroptische Netz 420 in den Lichtleiter 424 und in den Messkanal der ADM-Elektronik 475. Im Allgemeinen kann das System 500 von 12A für weniger Geld als das System 400 von
12B gefertigt werden, jedoch kann der elektrooptische Modulator 410 imstande sein, eine höhere Modulationsfrequenz zu erzielen, was in einigen Situationen von Vorteil sein kann.
13 zeigt eine Ausführungsform eines Positionierkamerasystems 950 und eines optoelektronischen Systems 900, in dem eine Orientierungskamera 910 mit der optoelektronischen Funktionalität eines 3D-Lasertrackers kombiniert ist, um sechs Freiheitsgrade zu messen. Das optoelektronische System 900 enthält eine Quelle 905 für sichtbares Licht, einen Isolator 910, einen optoelektronischen Modulator 410, die ADM-Elektronik 715, ein faseroptisches Netz 420, eine Fasereinkopplung 170, einen Strahlteiler 145, einen Positionsdetektor 150, einen Strahlteiler 922 und eine Orientierungskamera 910. Das Licht von der Quelle für sichtbares Licht wird in den Lichtleiter 980 emittiert und gelangt durch den Isolator 910, der Lichtleiter aufweisen kann, die an die Eingangs- und Ausgangsanschlüsse angekoppelt sein können. Das Licht kann durch den elektrooptischen Modulator 410 treten, wo es durch ein elektrisches Signal 716 von der ADM-Elektronik 715 moduliert wird. Alternativ kann die ADM-Elektonik 715 ein elektrisches Signal über das Kabel 717 schicken, um die Quelle 905 für sichtbares Licht zu modulieren. Ein Teil des Lichts, das in das faseroptische Netz eintritt, gelangt durch den Faserlängenausgleicher 423 und den Lichtleiter 422, um in den Referenzkanal der ADM-Elektronik 715 zu gelangen. Ein elektrisches Signal 469 kann wahlweise an das faseroptische Netz 420 angelegt werden, um ein Schaltsignal an den Lichtleiter-Schalter im faseroptischen Netz 420 anzulegen. Ein Teil des Lichts gelangt vom faseroptischen Netz zu der Fasereinkopplung 170, die das Licht auf dem Lichtleiter in den freien Raum als Lichtstrahl 982 schickt. Ein kleiner Teil des Lichts wird am Strahlteiler 145 reflektiert und geht verloren. Ein Teil des Lichts tritt durch den Strahlteiler 145, durch den Strahlteiler 922 und gelangt aus dem Tracker heraus zur 6-DOF-Vorrichtung 4000. Diese 6-DOF-Vorrichtung 4000 kann eine Sonde, ein Scanner, ein Projektor, ein Sensor oder ein anderes Gerät sein.
Auf seinem Weg zurück gelangt das Licht von der 6-DOF-Vorrichtung 4000 in das optoelektronische System 900 und kommt am Strahlteiler 922 an. Ein Teil des Lichts wird vom Strahlteiler 922 reflektiert und tritt in die Orientierungskamera 910. Die Orientierungskamera 910 erfasst die Positionen einiger Marken, die sich auf dem Retroreflektorziel befinden. Aus diesen Marken wird der Orientierungswinkel (d. h. drei Freiheitsgrade) der 6-DOF-Sonde gefunden. Die Prinzipien der Orientierungskamera werden nachfolgend in der vorliegenden Anmeldung und auch im Patent '758 beschrieben. Ein Teil des Lichts am Strahlteiler 145 tritt durch den Strahlteiler und wird durch die Fasereinkopplung 170 auf einen Lichtleiter gebracht. Das Licht gelangt zum faseroptischen Netz 420. Ein Teil dieses Lichts gelangt zum Lichtleiter 424, von dem aus es in den Messkanal der ADM-Elektronik 715 eintritt.
Das Positionierkamerasystem 950 enthält eine Kamera 960 und eine oder mehrere Lichtquellen 970. Das Positionierkamerasystem ist auch in 1 dargestellt, wo die Kameras die Elemente 52 und die Lichtquellen die Elemente 54 sind. Die Kamera enthält ein Linsensystem 962, eine lichtempfindliche Anordnung 964 und einen Körper 966. Eine Nutzanwendung des Positionierkamerasystems 950 besteht darin, die Retroreflektorziele im Arbeitsvolumen zu orten. Dies erfolgt durch Aufblitzen der Lichtquelle 970, was von der Kamera als heller Fleck auf der lichtempfindlichen Anordnung 964 aufgenommen wird. Eine zweite Nutzanwendung des Positionierkamerasystems 950 besteht darin, eine grobe Orientierung der 6-DOF-Vorrichtung 4000 auf der Grundlage der beobachteten Stelle eines Reflektorflecks oder LED auf der 6-DOF-Vorrichtung zu liefern. Falls zwei oder mehr Positionierkamerasysteme auf dem Lasertracker zur Verfügung stehen, kann die Richtung zu jedem Retroreflektorziel im Arbeitsvolumen unter Anwendung der Prinzipien der Triangulierung berechnet werden. Falls eine einzelne Positionierkamera positioniert wird, um das längs der optischen Achse des Lasertracker reflektierte Licht aufzunehmen, dann kann die Richtung zu jedem Retroreflektorziel gefunden werden. Falls eine einzelne Kamera weg von der optischen Achse des Lasertracker positioniert wird, dann können angenäherte Richtungen zu den Retroreflektorzielen unmittelbar aus der Abbildung auf der lichtempfindlichen Anordnung erhalten werden. In diesem Fall kann eine genauere Richtung zu einem Ziel dadurch gefunden werden, dass man die mechanischen Achsen des Lasers in mehr als eine Richtung dreht und die Veränderung in der Lage des Flecks auf der lichtempfindlichen Anordnung beobachtet.
14A und 14B zeigen eine Vorderansicht bzw. eine Perspektivdarstellung eines als Beispiel angeführten Lasertrackers, der verbesserte Konstruktionsmerkmale aufweist. Zu diesen gehören: Anzeigelampen 4116 für schmales Sichtfeld, beleuchtete Seitenfelder 4140 für weites Sichtfeld, Asymmetrie-Merkmale 4112, 4114, Berührungstaster 4130 und ein einschiebbarer Handgriff 4150. 14C zeigt eine Perspektivdarstellung eines als Beispiel dienenden Lasertrackers mit dem einschiebbaren Handgriff 4150 in der herausgezogenen Stellung. In den 14A–C sind auch Fingerschlitze 4168, Führungsstäbe 4152, Seitengriffe 4164A, 4164B, wobei diese Seitengriffe zugehörige Vertiefungen 4166 aufweisen, und ein eingelassener Griff 4160 dargestellt. Ein Vorteil des in den 14A–C dargestellten einschiebbaren Handgriffs besteht darin, dass der Tracker 4100, 4190 mit einer sehr steifen (dicken) Zenit-Trägervorrichtung 14 ausgelegt werden kann, während dennoch sowohl die Möglichkeit der Benutzung eines Handgriffs als auch die Möglichkeit der Minimierung der Größe des Trackers für Belange des Transports in einem Transportbehälter geboten werden. In einer Ausführungsform unterliegen die Führungsstäbe 4152 einer gewissen reibungsbedingten Bewegungseinschränkung, die zur Folge hat, dass der einschiebbare Handgriff 4150 in seiner jeweiligen Stellung verharrt, die entweder die herausgezogene Stellung oder die eingeschobene Stellung ist. Die Fingerschlitze 4168 sind dergestalt konfiguriert, dass sie einem Nutzer ermöglichen, seine Finger auf jeder Seite des einschiebbaren Handgriffs einzustecken, wodurch es leichter gemacht wird, Kraft aufzuwenden, um den einschiebbaren Handgriff nach oben oder unten zu bewegen. Der einschiebbare Handgriff kann auf bequeme Weise in Verbindung mit dem eingelassenen Griff 4160 benutzt werden, um den Nutzer in die Lage zu versetzen, beim Bewegen oder Positionieren des Trackers beide Hände zu gebrauchen. In einer Ausführungsform ist der einschiebbare Handgriff hinreichend steif, um zu ermöglichen, dass der Tracker auf die Seite gedreht werden kann wie beispielsweise zum Zweck der Aufbewahrung in einem Gerätekasten oder des Herausnehmens aus diesem. Die Seitengriffe ermöglichen einem Nutzer, den Tracker auf beiden Seiten mit den Händen anzufassen. Die Seitengriffe sind besonders dann bequem, wenn die Position des Trackers von einem Nutzer auf einen anderen übertragen wird. Die Seitengriffe können aus einem Elastomer gefertigt sein, um ein verbessertes Greifen zu ermöglichen. Die Seitengriffe können Seitengriff-Einkerbungen aufweisen, um das Greifen weiter zu verbessern. Zum Beispiel kann ein erster Nutzer den Tracker mit dem einschiebbaren Handgriff halten, während ein zweiter Nutzer den Tracker an den Seitengriffen anfasst. Für die Belange der vorliegenden Anmeldung betrifft der Ausdruck „oben” diejenige Seite des Trackers mit dem einschiebbaren Handgriff 4150 und der Ausdruck „unten” diejenige Seite des Trackers mit dem eingelassenen Griff 4160. Diese Begriffe oben und unten beziehen sich auf die Orientierungen, in denen der Tracker am häufigsten benutzt wird, auch wenn der Tracker auch in Seitenlage oder kopfüber benutzt werden kann.
Die Anzeigelampen 4116 für schmales Sichtfeld können, wie das in der Vorderansicht erkennbar ist, von links nach rechts als Lampen eins bis sechs gekennzeichnet werden. In einer Ausführungsform sind die beiden inneren Lampen – die mit den Nummern drei und vier – rot und grün. Die rote Lampe leuchtet, wenn eine Messung gerade läuft. Die grüne Lampe leuchtet mit einem ständigen Glimmen, wenn der Lichtstrahl vom Lasertracker fest auf das Ziel gerichtet ist Die grüne Lampe leuchtet blinkend, wenn der Lasertracker nicht fest auf das Ziel gerichtet ist, der Positionsdetektor jedoch den Lichtstrahl erfasst. In einer Ausführungsform sind die zweitinnersten Lampen – also die mit den Nummern zwei und fünf – gelb, und die äußeren Lampen – die mit den Nummern eins und sechs – sind blau. Die gelben und blauen Lampen können für eine Vielfalt von Zwecken benutzt werden wie beispielsweise dazu, Signale an die Bedienperson zu geben. Die Funktionalität dieser Lampen kann dem Nutzer über eine Software-Entwicklungs-Bibliothek (SDK) zugänglich gemacht werden.
Die Lampen für schmales Sichtfeld versetzen die Bedienperson in die Lage, die LEDs auf große Entfernungen vom Tracker, beispielsweise 80 m, zu sehen. Aufgrund dieses großen Entfernungsbereichs und des schmalen Sichtfeldes kann es passieren, dass es einem Beobachter, der an der Seite des Lasertrackers steht, nicht möglich ist, die Anzeigelampen zu sehen. Um dieses Problem zu umgehen, sind zusätzliche rote und grüne Anzeigelampen unter einem diffus streuenden Seitenfeld im beleuchteten Seitenfeld 4140 angeordnet. So können zum Beispiel rote und grüne Lampen angebracht werden, um die Sicht von jeder Seite und sogar, wenn auch mit verminderter Stärke, von der Vorderseite oder der Rückseite des Lasertrackers zu ermöglichen.
Ein wichtiger Grund dafür, Seitenfelder einzubeziehen, besteht darin zu gewährleisten, dass der Nutzer sich bewusst ist, dass der Lasertracker in Betrieb ist, wodurch eine Warnung vermittelt wird, die dazu dienen kann, die Unterbrechung einer empfindlichen Messung, die gerade läuft, zu verhindern. Zum Beispiel kann in manchen Fällen ein Nutzer vor dem Laserstrahl laufen, der gerade ein Ziel anpeilt, wodurch die Messung unterbrochen wird und es möglicherweise erforderlich macht, dass die Messung von vorn begonnen werden muss (beispielsweise wenn ein Interferometer ohne die Unterstützung eines ADM benutzt wird). Die Benutzung von beleuchteten Seitenfeldern kann auch Personen davon abhalten, in der Nähe des Trackers oder in der Nähe von zu messenden Objekten zu laufen. Dies kann von Nutzen sein, wenn sich der Tracker oder die Objekte auf nachgiebigem Boden befinden wie beispielsweise auf einem relativ dünnen Betonfußboden.
In einer Ausführungsform sind die beleuchteten Seitenfelder dergestalt konfiguriert, dass sie von einem Punkt auf der zweiten Achse 18 (der Zenitachse) aus gesehen werden, wobei sich dieser Punkt auf beiden Seiten des Trackers befindet. In einer Ausführungsform sind die beleuchteten Seitenfelder außerdem dergestalt konfiguriert, dass sie von einem Punkt aus gesehen werden, der rechtwinklig zur ersten Achse 20 und zur zweiten Achse 18 und auf der Rückseite des Trackers liegt. In einer Ausführungsform sind die beleuchteten Seitenfelder außerdem dergestalt konfiguriert, dass sie relativ zum Tracker aus allen Richtungen gesehen werden.
In einer Ausführungsform sind die beleuchteten Seitenfelder an einer ersten Stütze 4172A und einer zweiten Stütze 4172B der Zenit-Trägervorrichtung 14 angebracht. In einer Ausführungsform enthält jedes beleuchtete Seitenfeld zwei Teile, wobei ein Teil an der Vorderseite einer Halterung der Zenit-Trägervorrichtung angebracht ist und der andere (nicht dargestellte) Teil an der Rückseite derselben Halterung der Zenit-Trägervorrichtung angebracht ist. In einer Ausführungsform sind die beleuchteten Seitenfelder mit einem diffus streuenden Material bedeckt.
Die Leuchtindikatoren entweder in dem Seitenfeld oder an der Vorderseite des Trackers können mehrfarbige LEDs enthalten. Dieser Typ von LED hat die Fähigkeit, Licht in mehr als einer Farbe zu erzeugen. Ein besonderer Typ von Mehrfarben-LEDs ist eine RGB-LED, welche die Fähigkeit hat, rotes, grünes und blaues Licht zu erzeugen und in den meisten Fällen diese Farben zu kombinieren, um einen weiten Bereich von Farben im sichtbaren Spektrum zu erzeugen, darunter sogar weiß.
Die Leuchtindikatoren auf dem Seitenfeld können auch ein Lichtrohr (Lichtfaserbündel) enthalten, das an einer Lichtquelle angebracht ist. Ein solches Lichtrohr kann Licht längs seiner gesamten Länge streuen, wodurch ein breit gestreutes diffuses Licht bereitgestellt wird, das über einen weiten Bereich von Winkeln sichtbar ist. Die Lichtquelle in einem Lichtrohr können eine oder mehrere LEDs oder auch ein ganz anderer Typ von Lichtquelle sein.
Es wird erwartet, dass die Kosten für die verschiedenartigen Typen an Anzeigeelementen in der Zukunft niedriger ausfallen. In einer Ausführungsform kann ein Anzeigeelement, das eine LED, LCD, LCOS oder ein Piko-Projektor sein kann, auf die Vorderseite, auf die Seitenflächen oder die Rückseite des Lasertrackers montiert werden, um dem Nutzer eine große Vielfalt an Farben und Meldungen zu bieten.
Die zwei Betriebsarten eines Lasertrackers sind der Vorwärtsblick und der Rückwärtsblick. Der Vorwärtsblick ist die normale Betriebsart. Die Betriebsart Rückwärtsblick ist diejenige Betriebsart, die man erhält, wenn man mit der Betriebsart des Vorwärtsblicks beginnt und dann die folgenden Schritte ausführt: 1. Drehen des Azimutwinkels um 180 Grad und 2. Drehen des Zenitwinkels, um sein Vorzeichen umzukehren (die vertikale Richtung nach oben entspricht null Grad), wodurch der Laserstrahl in fast dieselbe ursprüngliche Richtung zurück zeigt. Wenn man Messungen mit Lasertrackern ausführt, dann möchte man häufig schnell aus der Entfernung sagen können, ob der Lasertracker sich in der Betriebsart Vorwärtsblick oder Rückwärtsblick befindet. Die Asymmetrie-Merkmale 4112 und 3914 werden beim Rückwärtsblick verkehrt herum gedreht und helfen somit der Bedienperson zu sagen, in welcher Betriebsart der Lasertracker sich gerade befindet. Außerdem kippen in der Betriebsart Rückwärtsblick die Anzeigelampen unter die Austrittsöffnung des Lasertrackers, wodurch der Bedienperson eine klare Anzeige gegeben wird, ob sich der Lasertracker in der Betriebsart Vorwärtsblick oder Rückwärtsblick befindet.
Häufig werden an einem Lasertracker mehrere Arbeitsgänge ausgeführt. Zum Beispiel besteht ein häufig ausgeführter Arbeitsgang darin, den Lasertracker in die Home-Position zu bringen. Dies erfolgt dadurch, dass man bewirkt, dass der Laserstrahl zu einem SMR geführt wird, der typischerweise ein SMR ist, der sich an einer der drei magnetischen Haltevorrichtungen 4120 befindet. Da die Entfernung von diesen Home-Positionen zu dem kardanischen Punkt 22 des Lasertrackers bekannt ist, stellt das Einstellen auf die Home-Position einen bequemen Weg zum Zurücksetzen der Bezugsentfernung auf dem ADM oder IFM im Lasertracker dar. In einigen Fällen kann es vorkommen, dass die Bedienperson wünscht, das Einstellen der Home-Position schnell vorzunehmen, ohne auf einen Computer zurückgreifen zu müssen, um den Home-Befehl erteilen zu können. Die berührungsempfindlichen Knöpfe 4130 liefern einen bequemen Weg, dies zu tun. In einer Ausführungsform sendet, wenn die Bedienperson einen der Knöpfe 4130 berührt, der Lasertracker den Laserstrahl zu dem SMR direkt oberhalb dieses Knopfes. Die drei magnetischen Haltevorrichtungen 4120 können SMRs unterschiedlicher Größe entsprechen wie beispielsweise solchen SMRs, die Durchmesser von 1,5 Zoll, 7/8 Zoll und ½ Zoll haben. Somit bieten die Knöpfe unter den magnetischen Haltevorrichtungen auch die Möglichkeit, zwischen den SMRs umzuschalten. Zum Beispiel kann eine Bedienperson ganz leicht von einem 1,5-Zoll-SMR auf einen ½-Zoll-SMR umschalten, indem sie einen ½-Zoll-SMR in die zugehörige magnetische Haltevorrichtung steckt und den berührungsempfindlichen Sensor darunter drückt. Die Berührungssensoren können auf der Anwendung von kapazitiven Sensoren beruhen, die derzeit zu niedrigen Preisen verfügbar sind. Es ist möglich, die berührungsempfindlichen Knöpfe auf Bewegungen, die dicht an diesen Knöpfen erfolgen, empfindlich zu machen, bevor ein echter körperlicher Kontakt erfolgt. Mit anderen Worten ist es möglich, Näherungssensoren einzusetzen. Was die Einsatzmöglichkeiten von Berührungssensoren betrifft, so können neben den hier angeführten Beispielen an Einsatzmöglichkeiten Berührungssensoren eingesetzt werden, um eine breite Vielfalt an Befehlen an den Lasertracker auszugeben.
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, ohne dass vom Schutzumfang der Erfindung abgewichen wird. Außerdem können viele Änderungen vorgenommen werden, um eine besondere Situation oder ein besonderes Material an den Inhalt der Erfindung anzupassen, ohne dass vom wesentlichen Schutzumfang der Erfindung abgewichen wird. Die Absicht besteht folglich darin, dass die Erfindung nicht auf die speziellen Ausführungsformen beschränkt ist, die hier als die beste Art und Weise zur Verwirklichung dieser Erfindung offenbart worden sind, sondern dass die Erfindung alle Ausführungsformen umfasst, die in den Schutzumfang der angefügten Ansprüche fallen. 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 einen ersten Lichtstrahl (46) an ein entfernt befindliches Retroreflektorziel (26) sendet, das Retroreflektorziel eine bestimmte Position im Raum einnimmt und das Retroreflektorziel einen Teil des ersten Lichtstrahls als zweiten Lichtstrahl zurück wirft, und wobei das Koordinatenmessgerät umfasst: einen ersten Motor (2125) und einen zweiten Motor (2155), welche dergestalt konfiguriert sind, dass sie gemeinsam den ersten Lichtstrahl in eine erste Richtung lenken, wobei die erste Richtung durch einen ersten Drehwinkel um eine erste Achse (20) und einen zweiten Drehwinkel um eine zweite Achse (18) festgelegt ist und der erste Drehwinkel durch den ersten Motor erzeugt wird und der zweite Drehwinkel durch den zweiten Motor erzeugt wird; eine erste Winkelmessvorrichtung (2120), welche dergestalt konfiguriert ist, dass sie den ersten Drehwinkel misst, und eine zweite Winkelmessvorrichtung (2150), welche dergestalt konfiguriert ist, dass sie den zweiten Drehwinkel misst; einen Entfernungsmesser (160, 120), welcher dergestalt konfiguriert ist, dass er eine erste Entfernung vom Koordinatenmessgerät zum Retroreflektorziel auf der Grundlage von zumindest einem ersten Teil des zweiten Lichtstrahls misst, der von einem ersten optischen Detektor (3306) aufgenommen wird; einen Positionsdetektor (151), welcher dergestalt konfiguriert ist, dass er ein erstes Signal als Reaktion auf die Lage des zweiten Teils des zweiten Lichtstrahls auf dem Positionsdetektor erzeugt; ein Steuerungssystem (1520, 1530, 1440, 1450), welches dergestalt konfiguriert ist, dass es ein zweites Signal an den ersten Motor sendet 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 ferner das Steuerungssystem dergestalt konfiguriert ist, dass es die erste Richtung des ersten Strahls auf die Position des Retroreflektorziels im Raum einstellt; und einen ersten Satz von Leuchtindikatoren (4116), wobei der erste Satz um die erste Achse drehbar ist und in Bezug auf die zweite Achse feststehend ist; der erste Satz dergestalt konfiguriert ist, dass er ein erstes Lichtzeichen bereit stellt, welches unter mindestens zwei unterschiedlichen Farben von Licht ausgewählt wird, wobei die mindestens zwei Farben im sichtbaren Spektrum liegen; und der erste Satz dergestalt konfiguriert ist, dass er das erste Lichtzeichen von einem ersten Punkt und einem zweiten Punkt aus sichtbar macht, wobei der erste Punkt und der zweite Punkt längs der zweiten Achse und außerhalb des Messgerätes liegen und sich der erste Punkt und der zweite Punkt auf einander gegenüber liegenden Seiten des Messgerätes befinden; einen zweiten Satz von Leuchtindikatoren (4140), wobei der zweite Satz um die erste Achse und die zweite Achse drehbar ist; der zweite Satz dergestalt konfiguriert ist, dass er mindestens ein zweites Lichtzeichen bereit stellt, welches unter mindestens zwei unterschiedlichen Farben von Licht ausgewählt wird, wobei die mindestens zwei Farben im sichtbaren Spektrum liegen; und einen Prozessor (1520, 1530, 1530, 1531, 1532, 1533, 1534, 1535, 1540, 1550, 1560, 1565, 1570, 1590), welcher dergestalt konfiguriert ist, dass er den dreidimensionalen Koordinatenwert des Retroreflektorziels liefert, wobei der dreidimensionale Koordinatenwert zumindest teilweise auf der ersten Entfernung, dem ersten Drehwinkel und dem zweiten Drehwinkel beruht, und der Prozessor außerdem dergestalt konfiguriert ist, dass er für den ersten Satz von Lichtzeichen und den zweiten Satz von Lichtzeichen ein Lichtmuster liefert.
Koordinatenmessgerät nach Anspruch 1, bei welchem der erste Satz außerdem dergestalt konfiguriert ist, dass er das erste Lichtzeichen von einem dritten Punkt aus sichtbar macht, der auf einer Linie rechtwinklig zur ersten Achse und zweiten Achse liegt, wobei der dritte Punkt außerhalb des Messgerätes und auf einer Seite des Messgerätes gegenüber dem ersten Strahl liegt, wobei der erste Strahl nicht mit der ersten Achse zusammenfällt.
Koordinatenmessgerät nach Anspruch 2, bei welchem der erste Satz außerdem dergestalt konfiguriert ist, dass er das erste Lichtzeichen aus jeder beliebigen Richtung außerhalb des Messgerätes sichtbar macht.
Koordinatenmessgerät nach Anspruch 1, bei welchem einige Leuchtindikatoren aus dem ersten Satz von Leuchtindikatoren lichtemittierende Dioden sind.
Koordinatenmessgerät nach Anspruch 1, bei welchem ein erster Leuchtindikator aus dem ersten Satz von Leuchtindikatoren dieselbe Farbe von Licht wie ein zweiter Leuchtindikator aus dem zweiten Satz von Leuchtindikatoren aussendet.
Koordinatenmessgerät nach Anspruch 5, bei welchem das von dem ersten Leuchtindikator ausgesendete Licht mit dem vom zweiten Leuchtindikator ausgesendeten Licht synchronisiert ist.
Koordinatenmessgerät nach Anspruch 1, bei welchem die Leuchtindikatoren aus dem ersten Satz von Leuchtindikatoren mit einem diffus streuenden Material bedeckt sind.
Koordinatenmessgerät nach Anspruch 1, bei welchem die erste Achse die Azimutachse ist und die zweite Achse die Zenitachse ist.
Koordinatenmessgerät nach Anspruch 8, bei welchem der erste Satz von Leuchtindikatoren fest an der Zenit-Trägervorrichtung (14) angebracht ist und der zweite Satz von Leuchtindikatoren fest am Nutzmassensystem (15) angebracht ist, wobei die Zenit-Trägervorrichtung dergestalt konfiguriert ist, dass sie sich um die erste Achse dreht und das Nutzmasssystem dergestalt konfiguriert ist, dass es sich um die erste Achse und die zweite Achse dreht.
Koordinatenmessgerät nach Anspruch 9, bei welchem die Zenit-Trägervorrichtung eine erste Stützvorrichtung (4172A) und eine zweite Stützvorrichtung (4172B) enthält, das Nutzmassensystem an der Zenit-Trägervorrichtung über die erste Stützvorrichtung und die zweite Stützvorrichtung angebracht ist und die Zenit-Trägervorrichtung eine Vorderseite und eine Rückseite aufweist, wobei die Vorderseite in einer Richtung rechtwinklig zur ersten Achse und zur zweiten Achse verläuft und die Rückseite eine Richtung einnimmt, die der Vorderseite gegenüber liegt.
Koordinatenmessgerät nach Anspruch 10, bei welchem der erste Satz von Leuchtindikatoren einen ersten Teil und einen zweiten Teil enthält, wobei der erste Teil an der ersten Stützvorrichtung angebracht ist und der zweite Teil an der zweiten Stützvorrichtung angebracht ist.
Koordinatenmessgerät nach Anspruch 10, bei welchem der erste Satz von Leuchtindikatoren ein erstes Segment, ein zweites Segment, ein drittes Segment und ein viertes Segment aufweist, wobei das erste Segment an der Vorderseite der ersten Stützvorrichtung positioniert ist, das zweite Segment an der Rückseite der ersten Stützvorrichtung positioniert ist, das dritte Segment an der Vorderseite der zweiten Stützvorrichtung positioniert ist und das vierte Segment an der Rückseite der zweiten Stützvorrichtung positioniert ist.
Koordinatenmessgerät nach Anspruch 1, bei welchem mindestens ein Leuchtindikator ein Mehrfarben-LED-Bauteil ist und der mindestens eine Leuchtindikator aus einer Gruppe ausgewählt wird, die aus dem ersten Satz von Leuchtindikatoren und dem zweiten Satz von Leuchtindikatoren besteht.
Koordinatenmessgerät nach Anspruch 13, bei welchem der mindestens eine Leuchtindikator dergestalt konfiguriert ist, dass er Farben erzeugt, zu denen Rot, Grün und Blau gehören.
Koordinatenmessgerät nach Anspruch 14, bei welchem der mindestens eine Leuchtindikator dergestalt konfiguriert ist, dass er Kombinationen der Farben Rot, Grün und Blau erzeugt.
Koordinatenmessgerät nach Anspruch 15, bei welchem der mindestens eine Leuchtindikator dergestalt konfiguriert ist, dass er eine Kombination aus den Farben Rot, Grün und Blau erzeugt, zu welcher Weiß gehört.
Koordinatenmessgerät nach Anspruch 1, bei welchem ein Leuchtindikator ein Lichtrohr enthält, welches aus einer oder mehreren Lichtquellen gespeist wird und der Leuchtindikator aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus dem ersten Satz von Leuchtindikatoren und dem zweiten Satz von Leuchtindikatoren besteht, und das Lichtrohr außerdem dergestalt konfiguriert ist, dass es ein drittes Lichtzeichen längs der Länge des Lichtrohres aussendet, wobei das dritte Lichtzeichen aus der einen oder den mehreren Lichtquellen stammt.
Koordinatenmessgerät nach Anspruch 17, bei welchem die eine oder die mehreren Lichtquellen eine LED enthalten.