EP2936203A1 - Self-calibrating laser tracker and self-calibration method - Google Patents

Self-calibrating laser tracker and self-calibration method

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Publication number
EP2936203A1
EP2936203A1 EP13811224.8A EP13811224A EP2936203A1 EP 2936203 A1 EP2936203 A1 EP 2936203A1 EP 13811224 A EP13811224 A EP 13811224A EP 2936203 A1 EP2936203 A1 EP 2936203A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
retroreflector
laser tracker
measuring radiation
reflected
calibration
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP13811224.8A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Albert Markendorf
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Leica Geosystems AG
Original Assignee
Leica Geosystems AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Leica Geosystems AG filed Critical Leica Geosystems AG
Priority to EP13811224.8A priority Critical patent/EP2936203A1/en
Publication of EP2936203A1 publication Critical patent/EP2936203A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
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    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/497—Means for monitoring or calibrating
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
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    • G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
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    • G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/06—Systems determining position data of a target
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    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/66—Tracking systems using electromagnetic waves other than radio waves
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    • G01—MEASURING; TESTING
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    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/497—Means for monitoring or calibrating
    • G01S7/4972—Alignment of sensor

Definitions

  • the present invention relates to askali ⁇ brier laser tracker for determining coordinates of points in space according to the preamble of claim 1.
  • the laser tracker comprises a stationary part having a base, a relative to the base about a vertical axis rotatable portion and a rotatable together with the rotatable part beam steering unit and a laser light source for provision of a beam to be emitted by the steering unit laser beam having a collimation axis and a irradiance ⁇ toward a target point to be targeted or reflector.
  • the invention also relates to an associated self-calibration method for a laser tracker according to the preamble of claim 12.
  • a laser tracker of the type mentioned above has a base which defines a standing axis, a support and a beam steering unit for emitting a measuring radiation and for receiving at least part of the measuring radiation reflected at a target.
  • the beam steering unit is aligned in two axes (vertical axis or vertical axis and inclination axis or tilt axis) by means of motors.
  • the support is pivotable about the vertical axis relative to the motorized base, and the beam steering unit about a tilt axis relative to the support.
  • An measuring axis is defined by an emission direction of the measuring radiation.
  • the beam steering unit is equipped with opto-electro-mechanical components and rotatable by means of a shaft about the tilt axis at one or two bearings on the Stored support, which is optionally also equipped with opto-electro-mechanical components.
  • laser trackers belong to a type of measuring device which measures the coordinates of a (space) point by emitting a laser beam onto the point.
  • the laser beam may impinge directly on the spot or on a retroreflector (often cube-corner prism or "corner cube” or array of three mirrors oriented perpendicular to each other) which is in contact with the spot
  • a retroreflector often cube-corner prism or "corner cube” or array of three mirrors oriented perpendicular to each other
  • the laser beam impinging thereon is "in itself”. , ie coaxially reflected to the emitted laser beam when it hits exactly on the center of the retroreflector. Otherwise, if the out ⁇ sent laser beam impinges on the retro reflector outside its center, the reflected laser beam to a parallel offset to the emitted laser beam.
  • the device determines the coordinates of the point by measuring the distance of the point from the gauge and two angles by means of angle encoders associated with axes of rotation of the laser tracker between a standard orientation of the laser beam with respect to its targeting direction to the point to be measured.
  • the distance is measured with a distance measuring device, such as an absolute distance meter and / or an interferometer.
  • a distance measuring device such as an absolute distance meter and / or an interferometer.
  • Laser trackers are a special type of coordinate measuring apparatus with which a, in particular moving, target point, in particular designed as a retroreflector, by means of one or more, in particular focussed, Laser beams is tracked.
  • Calibration parameters are typically stored as numeric values in the form of software or firmware in accessible for the laser tracker controller manner and are applied to the raw measurement data of the laser tracker, the Ver ⁇ improvement of measurement accuracy.
  • the manufacturer of the laser tracker performs so-called calibration measurement procedures to determine the calibration parameters, and the corresponding calibration parameters are stored with the control software.
  • Device side certain tolerances are usually also with the control set may vary as widely current calibration ⁇ parameters of previously stored calibration parameters.
  • control calibration measurements are typically taken at certain intervals and / or when the laser tracker is turned on.
  • Changes to the required instrument calibration are based in particular on thermal drift effects, but also, for example, on mechanical shocks.
  • EP 1 420 264 discloses a laser tracker and a measuring method with calibration devices and instructions that can be executed therewith.
  • a measuring system is described which includes a measuring device with a laser tracker and an optoelectronic sensor in relatively unchangeable positions, a system computer and a separate measuring aid , ie to be arranged remotely from the laser tracker, with a reflector and at least three light sources. has points.
  • the laser tracker is calibrated by means of the method steps described below:
  • the auxiliary measuring tool is rigidly connected with an arrangement of auxiliary reflectors ⁇ and moved by at least two relative to the auxiliary measuring tool different from each other axes of rotation.
  • At least two rotational positions about each of the at least two axes of rotation are targeted by the laser tracker reflector and auxiliary reflectors and registered by the optoelectronic sensor, the light spots incident laser light.
  • Positions and orientations of the reflector arrangement relative to the laser tracker and from the measurement data of the optoelectronic sensor are determined from the measured data of the laser tracker, positions and orientations of the light point arrangement relative to the optoelectronic sensor, and the at least two axes of rotation are calculated therefrom relative to the reflector arrangement or to the light point arrangement. Then the calibration data are calculated from the determined measurement data.
  • This system arrangement and the associated calibration method do not correspond to the arrangement and not to the typically set specifications of a laser tracker according to the present invention, and in particular also not current requirements for such a measuring system.
  • the auxiliary measuring tool for calibration outside of the measurement device or laser trackers is arranged, which does not satisfy requirements of today's laser ⁇ tracker for as complete as possible, compact angeord ⁇ designated integration or connection with the meter, and from EP 1 420 264 is not a Doublekalibrie ⁇ tion method with automatically running, device-controlled process steps without involvement of a to take out.
  • a self-calibrating laser tracker with a laser for emitting a laser beam, a plane mirror and at least two integrated immovable, reflective devices and a rotatable mirror and a position-sensitive detector is disclosed.
  • One of the at least two immovable reflecting devices is formed as a corner cube retroreflector and a second as a plane mirror.
  • the corner cube retroreflector and the plane mirror may be fixed in position on a stationary part of the measuring system and are configured to scan the laser beam according to a two-layer measuring method, i. H. in a "front-side" and a "back-side” mode, where the "front-side mode" corresponds to the orientation of the laser tracker according to a regular target tracking and the "back-side mode" corresponds to an opposite orientation of the laser tracker.
  • measured values of temperature sensors arranged on the device are used to determine a temperature dependence of the values to be determined for the calibration parameters.
  • the laser tracker should be designed to enable such a self-calibration of its adjustment automatically, in particular after a startup of the device, without requiring activities or intervention by a user.
  • all components required for such a self-calibration should be integrated in the coordinate measuring device or the laser tracker or fixedly arranged thereon.
  • the laser tracker has a stationary part with a base, a part rotatable relative to the base about a vertical axis, and a beam steering unit rotatable together with the rotatable part and a laser light source for providing a laser beam to be targeted by the beam steering unit having a target axis and an irradiation direction Reflector on.
  • a laser beam Preferably is on an inclination sensor for determining an inclination in a horizontal direction and a vertical direction perpendicular to the horizontal direction is arranged on the base.
  • the laser tracker has a tilt axis and a standing axis.
  • the (PSD) may be configured in particular as a ⁇ position sensitive detector
  • the laser tracker comprises a position sensitive area detector, but also as an image sensor such as CCD or CMOS.
  • a beam splitter for deflecting a laser beam returning from the target point or the reflector to the PSD integrated in the beam steering unit is preferably integrated with a detector center in the beam steering unit.
  • the laser tracker as a beam steering unit on a movable mirror, and the other optical components in the support or in the base are integrated, and the beam splitter and PSD are preferential ⁇ , in the support or in the base integrated.
  • the laser tracker according to the invention is characterized by a calibration device designed as a retroreflector.
  • the retroreflector is designed in a two-dimensional region for producing a substantially offset-free, coaxial retroreflection of a measuring radiation impinging on it, ie without producing a substantial offset of the reflected measuring radiation to the direction of the incident measuring radiation.
  • the two-dimensional region of the retroreflector is greater than the beam diameter of the incident reflector. take measuring radiation.
  • the two-dimensional region is advantageously at least large enough to be hit by the measuring radiation even if the measuring radiation is aberrated (in particular a parallel beam offset and / or a directional deviation), if the center of the two-dimensional region occurs is targeted.
  • the minimum size also depends on the position of the retroreflector.
  • the retroreflector is used to determine a point of impact as a servo-control point of the reflected laser ⁇ beam on the PSD and an offset between the servo-control point on the PSD to the detector center and a distance between the target axis and vertical axis and a distance between the target axis and tilt axis.
  • the retroreflector has a plurality of individual reflectors.
  • the retroreflector is formed as a retroreflective sheeting or a rigid retroreflector made of plastic and in particular composed of individual prisms or individual reflecting spheres.
  • the production of such retroreflectors especially when it comes to large-scale distributed products, associated with relatively low cost and therefore correspondingly low product costs.
  • the invention thus provides a laser tracker, in comparison to the prior art, much less elaborate components ready, with which an automatically running self-calibration of the adjustment of the laser tracker without required activities or intervention by a user is possible. It will be advantageous In particular, a beam offset between the irradiated and reflected laser beam by non-central impingement of the incident laser beam on a retroreflector substantially avoided.
  • the retroreflector can be integrated in the stationary part or the rotatable part or fixedly connected to the stationary part or the rotatable part, or arranged within the beam steering unit, advantageously arranged movably in the beam path of the measuring radiation.
  • the retroreflector is inclined relative to a plane orthogonal to the irradiation direction.
  • the retroreflector is reduced or even avoided.
  • the retroreflector is arranged with a device for light shading, combined in a beam path to the PSD.
  • the arrangement for Lichtabschattung in the beam path is designed to be pivotable or rotatable, so that sequentially, without a change in the beam path, intensities of reflections on the PSD and intensities in shading of the beam path can be measured and recorded.
  • the retroreflector is arranged and configured to be pivotable or rotatable relative to a laser beam incident on it, in particular as a component of a disk which is pivotable or rotatable about a rotation axis. It can with the Retroreflector be both outside and inside ⁇ be assigned, which is unnecessary in a preferred arrangement within the beam steering unit necessary adjustments of the disc with the retroreflector in the beam path.
  • the retroreflector is not mounted perpendicular to the axis of rotation of the disc, so that during a rotation of the retroreflector about this axis of rotation a wobble error can be effected.
  • a wobble error can be effected.
  • the rotatable disk is formed with a first surface portion formed by the retroreflector, a second surface portion which is substantially opaque to light and a third surface portion that is optically transparent to the laser beam.
  • the disc having a segmented for different under ⁇ union light transmission configuration or surface according to the invention is formed.
  • the disc is arranged pivotable about an axis and / or rotatable.
  • An example semicircular region of the disc is equipped with a retroreflector consisting of many individual reflectors, in particular a retroreflective sheeting.
  • Another portion of the disk is provided for dark-balance, ie, measurements for determining a baseline of detector signals, without light reflected back to the PSD.
  • this area may, for example, a light absorbing and in particular ⁇ sondere in reflection diffusing dark ⁇ upper surface, in particular made of felt or velvet have.
  • Another area of the pane is transparent to incident light, ie for regular measurements with the laser tracker.
  • the emitted laser beam must be calibrated for self-calibration of the adjustment and aimed at
  • object can not be aligned differently.
  • the pane oscillates in the region of the retroreflector perpendicular to the direction of emission of the laser beam between two positions, whereby sequential measurements are carried out, so that adverse effects of some not perfectly sold ⁇ formed surfaces of the retroreflector are eliminated by averaging the sequential measurement results.
  • the disk continuously rotates in one direction with its areas designed differently for light transmission, wherein the intensity continuously measured on the light reflected back to the PSD and as a function of the rotational position the disc measured as a measurement protocol is recorded and evaluated ⁇ .
  • the retroreflector in the beam steering unit is arranged such that the orientation of the beam steering unit relative to the direction of gravity of the retroreflector is moved by gravity, so unmotorized, in the beam path of the measuring radiation and in a change of orientation by gravity again back to the starting position is movable.
  • the Strahllenk- unit in particular motor driven, with a BEWE ⁇ supply center in a telescopic pivot point about a tilt axis and a standing axis pivotally or rotatably arranged, so that by a corresponding movement of the beam steering unit temporally sequentially a two-dimensional course of the point of incidence of the laser beam on a surface of the retroreflector, in particular with a two-dimensional circular or loop-like geometric contour, can be generated.
  • Such a guidance of the irradiated laser beam onto a reflector comprising many individual reflectors can advantageously also be used to reduce or even eliminate disadvantageous effects due to erroneous reflections or even failure of reflections on surfaces of the retroreflector which are not perfectly formed. This is made possible by an averaging of the measurement data of sequentially occurring reflections on individual reflectors of the retroreflector moved in the beam path.
  • a retroreflector consisting of many individual reflectors is therefore arranged in a plane which is not orthogonal to the direction of the measuring radiation, so that the measuring radiation obliquely, ie not at right angles, impinges on the retroreflector.
  • the path length change preferably being a plurality of wavelengths of the incident light. It can be effected corresponding sequential shifts of a mög ⁇ SHORT- generated interference pattern of the guided light to the PSD and recorded.
  • the retroreflector in particular consisting of many individual reflectors, is likewise arranged outside the beam steering unit and in this case is connected directly or indirectly to the part of the laser tracker rotatable about a vertical axis.
  • the beam steering unit is arranged pivotable about a telescopic pivot point about a tilt axis and a standing axis and by pivoting the beam steering unit temporally sequentially a one-dimensional course of the point of incidence of the laser beam on a surface of the retroreflector can be generated.
  • the trajectory of the incident laser beam generated on this retroreflector may have the geometric shape of a straight line or a narrow strip.
  • the laser tracker comprises a stationary part having a base, a relative to the base about a vertical ⁇ axis rotatable part and a rotatable together with the rotatable part beam steering unit, and a laser ⁇ light source for providing a be emitted by the beam steering unit laser beam having a collimation axis and a radiation direction of a target to be targeted or reflector on.
  • a laser ⁇ light source for providing a be emitted by the beam steering unit laser beam having a collimation axis and a radiation direction of a target to be targeted or reflector on.
  • an inclination sensor for determining an inclination in a horizontal direction and a vertical direction perpendicular to the horizontal direction is arranged on the base.
  • the laser tracker has a tilting axis and a standing axis.
  • a beam splitter for deflecting a laser beam returning from the target point or the reflector to a PSD integrated in the beam steering unit is integrated with a detector center.
  • an inclination of the base in a horizontal direction and a vertical direction perpendicular to the horizontal direction is optionally determined with the inclination sensor.
  • the method comprises as further steps: emitting a laser beam from the beam steering unit to the retroreflector, which is in a two-dimensional Formed for generating a substantially offset-free, coaxial retroreflection of a measuring radiation impinging thereon, without causing a significant offset of the reflected measuring radiation to the direction of the incident measuring radiation, in particular wherein the retroreflector in the two-dimensional region having a plurality of individual reflectors;
  • an impact point of the reflected laser beam on the PSD as a servo control point and an offset between the servo control point on the PSD to its detector center, and distances between the target axis and vertical axis and between the target ⁇ axis and tilt axis;
  • the retroreflector may be fixedly connected both the stationary member or the rotatable part or integrated with the stationary part or the rotatable part, as well as within the beam steering unit embossembly.
  • the retroreflector is moved, in particular pivoted or rotated, in order to carry out sequential measurements with respect to the irradiation direction of the laser beam impinging on it.
  • the measurement data of sequentially occurring reflections on individual reflectors of the retroreflector moved in the beam path are averaged.
  • the retroreflector is arranged with a light shading device combined in a beam path to the PSD.
  • the arrangement for Lichtabschattung is pivoted in the beam path or rotated or rotated.
  • the retro-reflector is pivotable or rotatable as a component of a disk pivotable or rotatable about a rotation axis and arranged, wherein the disk with the retroreflector outside or inside, preferably ⁇ but is arranged within the beam steering unit.
  • the disk with the retro-reflector is then pivoted or rotated in the beam path of the emitted laser beam in order to carry out sequential measurements. In an advantageous arrangement within the beam steering unit, otherwise necessary additional adjustments of the disk with the retroreflector in the beam path are unnecessary.
  • the retroreflector is not arranged perpendicular to the axis of rotation of the disc, so that upon rotation of this retroreflector about the axis of rotation a wobbling motion of the retroreflector is effected.
  • a wobbling motion of the retroreflector is effected.
  • Sequentially measurements are beneficial in the tumbling movements of the retroreflector during rotation performed and causes ent ⁇ speaking sequential shifts of a possibly generated interference pattern of the guided light to the PSD and recorded. By averaging the measurement results, effects of possible interferences of the laser light striking the PSD are eliminated.
  • the rotatable disk is formed with a first surface portion formed by the retroreflector, a second surface portion which is substantially opaque in light, and a third surface portion, which is optically transparent to the laser beam, wherein the disc is formed with a segmented for different ⁇ light passage configuration or surface.
  • the disc is pivoted about an axis and / or rotated.
  • An example of a semi-circular region of the disc is equipped with a retroreflector consisting of many individual reflectors, in particular a retroreflective sheeting, and in US Pat Movement of the light emitted by the beam steering unit is reflected back to the PSD by the retroreflector laser light and recorded.
  • Another portion of the disk is provided for dark balance, that is, measurements for determining a baseline of detector signals, without light reflected back to the PSD.
  • this region may, for example, have a dark-absorbing surface, in particular made of felt or velvet, which absorbs light, and in particular also diffuses diffusely in reflection.
  • a background signal from the PSD is measured and recorded
  • Another portion of the disc is transparent to incident light, ie, for regular measurements with the laser tracker
  • the emitted laser beam does not have to be different for measurements to determine the servo control point and its distance to the center of the PSD for self-calibration of the adjustment and targeting of an object to be tracked, especially located outside the laser tracker be aligned.
  • the pane oscillates in the region of the retroreflector perpendicular to the direction of emission of the laser beam between two positions, whereby sequential measurements are carried out, so that adverse effects of not perfectly trained Surfaces of the retroreflector are eliminated by averaging the sequential measurement results.
  • the disc connected with the same In order to take advantage of measurements at various points of incidence of the retroreflector, the disc continuously rotates in one direction with its areas differently configured for light transmission, continuously measuring the intensity of light reflected back to the PSD as a function of the rotational position of the disc, recording and evaluating it as a measurement protocol ,
  • the beam steering unit in particular motor-driven, with a movement center in a telescopic pivot about a tilting axis and a standing axis pivotally or rotatably ⁇ assigns.
  • a two-dimensional profile of the point of impact of the laser beam on a surface of the retroreflector is generated in a temporally sequential manner by a corresponding movement of the beam steering unit, in particular with a two-dimensional circular or loop-like geometric contour. Measurement data of sequentially occurring reflections on individual reflectors of the retroreflector moved in the beam path are averaged.
  • the retroreflector in particular consisting of many individual reflectors, is likewise arranged outside the beam steering unit and in this case is connected directly or indirectly to the part of the laser tracker rotatable about a vertical axis.
  • the beam steering unit prefferably be pivotable and / or rotatable about a telescopic pivot about a tilting axis and a standing axis and for pivoting or rotating the beam steering unit to sequentially generate a one-dimensional course of the point of incidence of the laser beam on a surface of the retroreflector ,
  • the trajectory of the incident laser beam generated on this retroreflector may have the geometric shape of a straight line or a narrow strip.
  • Fig. 1 shows an inventive laser tracker with a
  • Fig. 2 shows an inventive laser tracker in a
  • Front view; 3a-b show a use of a large single retro-reflector as a calibration device for determining a beam offset of the incident on the PSD, the returning laser beam.
  • FIG. 4 shows a use of a retro-reflector according to the invention as a calibration device for
  • FIGS. 3a-b and 4 show calibration devices
  • Fig. 7a a first development of the invention with one consisting of many individual reflectors
  • Reverse reflector which is mounted on a disc and thus together on a rotationally driven by a motor rotation axis;
  • FIG. 7b an additional development to the embodiment of the invention according to FIG. 7a;
  • FIG. 7b an additional development to the embodiment of the invention according to FIG. 7a;
  • FIG. 8 shows an exemplary course of a measurement carried out with the embodiment of the invention according to FIG. 7b and with a PSD Intensities of light incident on this detector as a function of the rotational position of the disc;
  • FIG. 1 shows an exemplary embodiment of a laser tracker 1 according to the invention, comprising a base 140, a support 120 mounted thereon with a handle 121 and a beam steering unit 110 mounted on two beams (not shown) of the support 120.
  • the laser tracker 1 shown is mounted on a stand 150 arranged and measures by means of a laser beam 30 the distance to a located on a measuring aid 80 Retroreflek- tor 81.
  • the measuring aid 80 - here exemplified as a probe - also includes a number of target marks 82, for example in the form of reflective or self-luminous points of light, as well a measuring head 83 for placing on a target point of a target 85 to be measured.
  • the illustrated laser tracker 1 includes a measuring camera, in particular as a focusable Vario camera system with variable magnification is designed to detect the arranged on the measuring aid 80 target marks 82. On the basis of the recorded by the measuring camera positions of the target marks 82, the spatial orientation of the measuring aid 80 can be determined.
  • the laser tracker 1 has a position-sensitive detector (PSD), in particular a tracking area sensor, as described, for example, in WO 2007 / 079600 AI.
  • PSD position-sensitive detector
  • the PSD is preferably arranged in the beam steering unit 10 and allows, by detecting the off ⁇ direction of from a target, in particular the retro reflector 81, reflected laser beam 30, the tracking of the orientation of the laser beam 30.
  • tracking of the laser beam alignment can be a continuous target tracking (Tracking) of the target point and the distance and position of the target point are determined continuously relative to the meter.
  • FIG. 2 shows an exemplary embodiment of a laser tracker 1 according to the invention in a front view.
  • the laser tracker 1 comprises a base 140, which can be fastened on a holding device, shown here in the form of a stand 150.
  • a support 120 is mounted rotatably on the base 140 about the vertical axis 9.
  • the support 120 comprises a first spar 126 and a second spar 127 which project upwards from the support 120 and on which a beam steering unit 110 is tiltably mounted about the horizontal axis 8 by means of a shaft 160.
  • a handle 121 for transport and the handling of the laser tracker 1 attached.
  • the handle 121 may be fixedly connected to the spars 126, 127, for example, made of a cast with them or welded so that it serves as an additional stabilizing element for the spars 126, 127, in particular with regard to bending.
  • the beam steering unit 110 preferably has an optical system of a localization camera 114 for coarse localization of the measuring aid 80 and an optical system of an overview camera 116 for providing images to a user.
  • FIGS. 3a and 3b illustrate the use of a calibration device in the form of a large single reflector 88, such as a prism or a corner cubes, for determining a beam offset 61 of the returning laser beam 31 impinging on the position sensitive detector (PSD) 10 with respect to the detector center 15; and the disadvantages associated with this use.
  • a calibration device in the form of a large single reflector 88, such as a prism or a corner cubes, for determining a beam offset 61 of the returning laser beam 31 impinging on the position sensitive detector (PSD) 10 with respect to the detector center 15; and the disadvantages associated with this use.
  • the emitted laser beam 30 According to the orientation of the emitted laser beam 30 according to FIG. 3a, it passes exactly through the center of the beam splitter 33 and also exactly coincides in the center of the single retroreflector 88 so that it is reflected in itself as a returning laser beam 31 and through the beam splitter 33 is deflected to the PSD 10 with a detector center 15.
  • the laser beam 31 On the PSD 10, the laser beam 31 impinges on a point 13, which is generally different from the detector center 15. If the direction and positioning of the emitted laser beam 30 are adjusted to the retroreflector, this impact point is identical to a so-called servo ⁇ control point, the exact determination of which is essential for further measures and measurements for self-calibration of the laser tracker.
  • the thus determined servo control point generally has an offset 71 to the detector center 15.
  • a telescopic rotation axis 8 about which the beam steering unit 110 is rotatable a beam offset 61 between a central axis through the axis of rotation 8 and the returning laser beam 31 and the axes 6 and 7.
  • the offset 71 and the beam offset 61 are determined separately from each other.
  • FIG. 3b illustrates a situation according to which the emitted laser beam 30 does not impinge centrally on the single reflector 88, but the distance 71 on the PSD 10 and the beam offset 61 of the target axis are known to be correlated together.
  • the out ⁇ sent laser beam 30 does not hit centered on the center of the single retroreflector 88, but on a first lateral reflection face, and is at its center around directed to an opposite second reflection ⁇ surface when returning laser beam from where he 31 parallel offset to the emitted laser beam 30 is reflected.
  • it hits the PSD 10 with a value zero of the offset 71 to the detector center 15.
  • the offset 71 (“PSDOffset”) and the beam offset 61 (“ZAAbst”) can be determined by a total offset (“offset f ”) containing both individual parameters on the PSD 10 and then separated from each other by a simple equation system:
  • This consists of a plurality of individual reflectors and is thus formed in contrast to the single retroreflector 88 in a two-dimensional region for generating a substantially offset-free, coaxial retroreflection of a measuring radiation impinging thereon 30 without a substantial offset of the reflected measuring radiation 31 to the direction of generate incident measuring radiation 30.
  • existing retro-reflectors are available in various shapes and made of different materials available, for example, as reflectors made of hard plastic, as they for example, used for road traffic, or as embossed plastic films.
  • such retroreflectors typically made in mass production and consisting of a plurality of individual reflectors, have defects or imperfections in their reflective surfaces.
  • FIGS. 5a-d illustrate the fundamental advantage of a retroreflector 2 embodied in a two-dimensional region for generating a substantially offset-free, coaxial retro-reflection of a measuring radiation 30 impinging on it in comparison to a conventional single corner reflector 88 designed as a corner cube.
  • measurement radiation 30 is incident centrally on the single retroreflector 88 and is reflected by it substantially without offset as reflected measurement radiation 31.
  • measuring radiation 30 hits centrally on a reflector 2 consisting of a multiplicity of individual reflectors and is reflected by it substantially without offset as reflected measuring radiation 31.
  • measurement radiation 30 does not impinge centrally on the single retroreflector 88 and is reflected by it as reflected measurement radiation 31 with an offset to the incident measurement radiation 30.
  • measuring radiation 30 does not impinge centrally on a reflector 2 consisting of a multiplicity of individual reflectors - as shown in FIG. 5c for the single retro-reflector 88.
  • the measurement radiation 30 is reflected substantially offset-free as reflected measurement radiation 31.
  • 6a shows a micrograph of a return ⁇ radiator as he finds, for example, for a bicycle use. It consists of many small prisms in good quality, but relatively large. Not shown here, but common in known reflectors of this type, are also joints of tilted zones. The tilted zones are designed to provide a larger detectable angle of incidence for reflection.
  • FIG. 6b shows a microscope image of a film with embossed prisms.
  • FIG. 6c shows a microscope photograph of a film with glass beads.
  • the individual glass spheres are very different in size and have relatively large distances between each other. As a result, reflections from such a film are usually relatively low in intensity.
  • Retroreflektoren Due to the aforementioned imperfections of existing from many individual reflectors Retroreflektoren, in particular also deviations of the design of the individual reflectors of an intended ideal shape, relatively little of the incident light is reflected or the incident light compared to large-scale single-back reflectors with nearly perfect optical surfaces divergently reflected. Such an effect may well be desirable for typical mass applications, for example, to safety vests or street fixing posts, but is typically disadvantageous for use with a laser tracker.
  • the Intensi can ⁇ activities of the reflected beam components vary widely. In extreme cases, some single reflectors even no light is thrown back. Also, scratches or stains on the individual reflectors can have similar adverse effects.
  • the retroreflector 2 is not arranged vertically, but at an angle of its reflecting surface to the axis 51 which deviates from 90.degree.
  • tumbling motion of the retroreflector 2 then change sequentially the target angle and thus the distances to the retroreflector 2 and path lengths to the back reflector second irradiated light 30 permanently.
  • the changes in distance ideally be a plurality of wavelengths of the incident light 30.
  • corresponding sequential shifts of an interference pattern of the steered to the PSD 10 back ⁇ light coming 31 are generated in sequential measurements, so that effects of interference can be eliminated by averaging the measurement results.
  • the tumbling movement is illustrated in FIG. 7a by superposition of different positions of retroreflector 2 and disc 50 indicated by solid and broken lines.
  • FIG. 7b illustrates an additional development to the embodiment of the invention according to FIG. 7a.
  • This further development is in particular also suitable for arranging the pane 50 with a geometrically suitably designed retroreflector or retroreflective sheeting in a beam deflecting unit.
  • FIG. 7b Shown in FIG. 7b is a disk 50 with a configuration or surface segmented for different light transmission.
  • the disk 50 is arranged pivotable about an axis 51 and / or rotatable.
  • A, in this case, semi-circular region of the pane is provided with a retro-reflector 2, in particular a retroreflective sheeting.
  • Another area 53 is for a dark balance, ie for measurements to determine a Baseline of detector signals, without reflected light back to the PSD 31 provided. In this case, this area may, for example, a surface light absorbing and in particular ⁇ sondere diffusive in reflection dark upper, in particular made of felt or velvet having.
  • a further region 42 is formed for a transparency for light, ie regular measurements with the laser tracker, for example as a simple opening.
  • the emitted laser beam 30 does not need to be differently ⁇ directed for the purpose of measurements to determine the servo control point and its distance to the center of the PSD for the self-calibration of the adjustment and the sighting of a, in particular arranged to be tracked, outside the laser trackers object.
  • the disk 50 oscillates between two positions in the area of the retroreflector 2 in the direction of emission of the laser beam 30, whereby sequential measurements are carried out so that adverse effects of imperfections of the retro Reflectors 2 can be eliminated by averaging the sequential measurement results.
  • ⁇ possibility rotates the disk 50 with its formed regions 2, 53 and 52 continuously in one direction, whereby continuously the intensity on the PSD back ⁇ reflected light is measured and measured as a function of the rotationally toric position of the disc 50, as a measurement log is recorded and evaluated.
  • the exemplary measured values of the PSD show for a slice position between 0 ° and 90 °, ie a display region 91, a light intensity value, in arbitrary units, of near or just above zero. Values just above zero are generated by residual reflections from the area 53 of the disk 50, which is essentially, but in practice, not completely absorbed.
  • the Darge ⁇ set angle area 92 between just over 90 ° and close to 180 ° corresponds to the position of the disc 50, in which they in their 7b illustrated in FIG portion 52 for so-called regular measurements of the laser tracker with sighting of an optionally object to be tracked, for emitted light is transparent. Consequently, no reflected light is incident on the PSD and its intensity signal is zero.
  • the exemplary measured values of the PSD are of particular relevance to self-calibration purposes for the angular ranges 93, 94 and 93 '.
  • a threshold value of a determined lower intensity value for a determination of an average of the determined for determining the area 94 intensity values for determining the intensity centroid of out of the range 2 of intensities of light rays reflected by the retroreflector 2.
  • a threshold may be advantageously also ver ⁇ turns, values of measurements of faulty or dirty parts of a retroreflector filter out tern. In principle, the use of such a threshold value to eliminate the values of such incorrect measurements can also be used for the previously described method of a swinging disk.
  • a comparatively low intensity measurement value 95 is given in Figure 8 in the area 94, the location on ⁇ such defects is due to the retroreflector.
  • the beam steering unit in particular motor driven, moved about the tilting and / or rotation axis to run with the emitted laser beam 30 on the retroreflector a path of predetermined geometry.
  • FIG. 9a and 9b illustrate by way of example a configuration in which the retroreflector consisting of many individual reflectors is arranged on the stationary part, two-dimensional tracks in the form of a meandering path 97 and a circular path 98.
  • FIG. 9c illustrates by way of example a configuration in which FIG many retroreflectors existing retroreflector is arranged on the rotatable part, a one-dimensional path, which is advantageously traversed multiple times, in the form of a straight strip 99th

Abstract

The invention relates to a laser tracker (1) for determining the position of a target (80) and in particularly for the continuous tracking of the target (80), comprising a beam source for generating measurement radiation (30), an angle measuring function for determining a horizontal pivot angle and a vertical pivot angle, a distance measuring function and a position sensitive surface detector (10) for determining a point of impact (13) of the reflected measurement radiation (31) on the surface detector (10) and for generating an output signal in order to control a target tracking function. The laser tracker (1) also has a self-calibrating function for calibrating a beam offset (61) using a reflecting calibration device by determining of a point of impact (13) on the position sensitive surface detector (10) of the measurement radiation (31) reflected by the calibration device, and by determining an offset (71) between the point of impact (13) on the position sensitive surface detector (10) to the position of the center of the detector (15) thereof. Said invention is characterised in that the calibration device is a retro reflector (2) fixed to the laser tracker (1) or integrated into the laser tracker (1), said retro-reflector being designed to produce, in a two-dimensional range, coaxial retro reflection of measurement radiation (30) impacting on said retro-reflector, without an offset of the reflected measurement radiation (31) with respect to the direction of the impacted measurement radiation (30). The invention also relates to a self-calibrating method for a laser tracker (1).

Description

Selbstkalibrierender Lasertracker und  Self-calibrating laser tracker and
Selbstkalibrierungsverfahren  Self-calibration method
Die vorliegende Erfindung betrifft einen selbstkali¬ brierenden Lasertracker zur Bestimmung von Koordinaten von Raumpunkten nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Der Lasertracker weist einen stationären Teil mit einer Basis, einen gegenüber der Basis um eine Vertikalachse rotierbaren Teil und einer zusammen mit dem rotierbaren Teil drehbaren Strahllenkeinheit sowie eine Laserlichtquelle zur Bereit- Stellung eines durch die Strahllenkeinheit auszusendenden Laserstrahls mit einer Zielachse und einer Einstrahlungs¬ richtung auf einen anzuzielenden Zielpunkt oder Reflektor auf . The present invention relates to a selbstkali ¬ brier laser tracker for determining coordinates of points in space according to the preamble of claim 1. The laser tracker comprises a stationary part having a base, a relative to the base about a vertical axis rotatable portion and a rotatable together with the rotatable part beam steering unit and a laser light source for provision of a beam to be emitted by the steering unit laser beam having a collimation axis and a irradiance ¬ toward a target point to be targeted or reflector.
Die Erfindung betrifft auch ein zugehöriges Selbstkali- brierungsverfahren für einen Lasertracker nach dem Oberbegriff des Anspruchs 12. The invention also relates to an associated self-calibration method for a laser tracker according to the preamble of claim 12.
Ein Lasertracker eingangs genannter Art weist dabei eine Basis, die eine Stehachse definiert, eine Stütze und eine Strahllenkeinheit zur Emission einer Messstrahlung und zum Empfang von zumindest einem Teil der an einem Ziel reflektierten Messstrahlung auf. Das Ausrichten der Strahllenkeinheit erfolgt in zwei Achsen (Stehachse bzw. vertikale Achse und Neigungsachse bzw. Kippachse) mittels Motoren. Dabei ist die Stütze um die Stehachse relativ zur Basis motorisiert schwenkbar, und die Strahllenkeinheit um eine Kippachse relativ zur Stütze. Durch eine Emissionsrichtung der Messstrahlung ist eine Messachse definiert. A laser tracker of the type mentioned above has a base which defines a standing axis, a support and a beam steering unit for emitting a measuring radiation and for receiving at least part of the measuring radiation reflected at a target. The beam steering unit is aligned in two axes (vertical axis or vertical axis and inclination axis or tilt axis) by means of motors. In this case, the support is pivotable about the vertical axis relative to the motorized base, and the beam steering unit about a tilt axis relative to the support. An measuring axis is defined by an emission direction of the measuring radiation.
Die Strahllenkeinheit ist mit opto-elektro-mechanischen Komponenten ausgestattet und vermittels einer Welle um die Kippachse drehbar an einer oder zwei Lagerstellen an der Stütze gelagert, die gegebenenfalls ebenfalls mit opto- elektro-mechanischen Komponenten ausgestattet ist. The beam steering unit is equipped with opto-electro-mechanical components and rotatable by means of a shaft about the tilt axis at one or two bearings on the Stored support, which is optionally also equipped with opto-electro-mechanical components.
Lasertracker gehören als Koordinatenmessgeräte zu einer Art von Messgeräten, die die Koordinaten eines (Raum- ) Punkts durch Aussendung eines Laserstrahls auf den Punkt messen. Der Laserstrahl mag direkt auf dem Punkt auftreffen oder auf einen Retroreflektor (häufig Würfeleckenprisma oder „Corner Cube" oder Anordnung mit drei senkrecht zueinander orientierten Spiegeln) der zu dem Punkt in Kontakt steht. Im Falle eines Retroreflektors wird der darauf auftreffende Laserstrahl „in sich", d. h. koaxial zum emittierten Laserstrahl reflektiert, wenn dieser genau auf dem Zentrum des Retroreflektors auftrifft. Andernfalls, wenn der ausge¬ sandte Laserstrahl auf dem Retroreflektor ausserhalb dessen Zentrums auftrifft, weist der reflektierte Laserstrahl einen parallelen Versatz zum ausgesandten Laserstrahl auf. As a coordinate measuring machine, laser trackers belong to a type of measuring device which measures the coordinates of a (space) point by emitting a laser beam onto the point. The laser beam may impinge directly on the spot or on a retroreflector (often cube-corner prism or "corner cube" or array of three mirrors oriented perpendicular to each other) which is in contact with the spot In the case of a retroreflector, the laser beam impinging thereon is "in itself". , ie coaxially reflected to the emitted laser beam when it hits exactly on the center of the retroreflector. Otherwise, if the out ¬ sent laser beam impinges on the retro reflector outside its center, the reflected laser beam to a parallel offset to the emitted laser beam.
Typischerweise bestimmt das Gerät die Koordinaten des Punkts durch Messung der Distanz des Punktes vom Messgerät und zweier Winkel mittels zu Drehachsen des Lasertrackers zugeordneten Winkelencodern bzw. Winkelgebern zwischen einer Standardausrichtung des Laserstrahls bezüglich seiner Anzielrichtung zu dem auszumessenden Punkt. Die Distanz wird mit einer Distanz-Messvorrichtung, wie beispielsweise einem absoluten Distanzmesser und/oder einem Interfero- meter, gemessen. Beispielhafte Systeme zur Bestimmung von Koordinaten eines Punkts sind offenbart in der US 4,790,651 und der US 4, 714, 339. Typically, the device determines the coordinates of the point by measuring the distance of the point from the gauge and two angles by means of angle encoders associated with axes of rotation of the laser tracker between a standard orientation of the laser beam with respect to its targeting direction to the point to be measured. The distance is measured with a distance measuring device, such as an absolute distance meter and / or an interferometer. Exemplary systems for determining coordinates of a point are disclosed in US 4,790,651 and US 4,714,339.
Lasertracker sind eine spezielle Art von Koordinatenmess- geräten, mit denen ein, insbesondere sich bewegender, Ziel- punkt, insbesondere ausgebildet als ein Retroreflektor, mittels eines oder mehrerer, insbesondere fokussierter, Laserstrahlen verfolgt wird. Laser trackers are a special type of coordinate measuring apparatus with which a, in particular moving, target point, in particular designed as a retroreflector, by means of one or more, in particular focussed, Laser beams is tracked.
Für einen zuverlässigen, im Messergebnis reproduzierbaren, Einsatz von Lasertrackern ist die Einstellung und Anwendung von Kalibrierungsparametern erforderlich. Kalibrierungs- parameter werden typischerweise als numerische Werte in Form von Software oder Firmware in für die Lasertracker- Steuerung zugänglicher Weise gespeichert und dienen, angewendet auf die Rohmessdaten des Lasertrackers , der Ver¬ besserung der Messgenauigkeit. Typischerweise werden beim Hersteller des Lasertrackers sogenannte Kalibrierungs-Mess- verfahren zur Bestimmung der Kalibrierungsparameter durchgeführt, und die entsprechenden Kalibrierungsparameter werden mit der Steuerungssoftware gespeichert. Geräteseitig werden üblicherweise ausserdem mit der Steuerung gewisse Toleranzen festgelegt, wie weit aktuelle Kalibrierungs¬ parameter von vorher gespeicherten Kalibrierungsparametern abweichen dürfen. Zur Bestimmung von Änderungen der Gerätekalibrierung werden typischerweise in bestimmten Intervallen und/oder beim Einschalten des Lasertrackers Kontroll-Kalibrierungsmessungen durchgeführt. For reliable, reproducible measurement of laser trackers, it is necessary to set and apply calibration parameters. Calibration parameters are typically stored as numeric values in the form of software or firmware in accessible for the laser tracker controller manner and are applied to the raw measurement data of the laser tracker, the Ver ¬ improvement of measurement accuracy. Typically, the manufacturer of the laser tracker performs so-called calibration measurement procedures to determine the calibration parameters, and the corresponding calibration parameters are stored with the control software. Device side certain tolerances are usually also with the control set may vary as widely current calibration ¬ parameters of previously stored calibration parameters. To determine changes in instrument calibration, control calibration measurements are typically taken at certain intervals and / or when the laser tracker is turned on.
Änderungen der erforderlichen Gerätekalibrierung beruhen insbesondere auf thermischen Drift-Effekten, aber auch beispielsweise auf mechanischen Erschütterungen. Changes to the required instrument calibration are based in particular on thermal drift effects, but also, for example, on mechanical shocks.
In der EP 1 420 264 werden ein Lasertracker und ein damit ausführbares Messverfahren mit Kalibrierungsvorrichtungen und -Vorschriften offenbart. Beschrieben wird ein Messsystem, das ein Messgerät mit einem Lasertracker und einen optoelektronischen Sensor in relativ zueinander unveränderbaren Positionen, einen Systemrechner und ein separates, d. h. entfernt vom Lasertracker anzuordnendes, Messhilfs¬ instrument mit einem Reflektor und mindestens drei Licht- punkten aufweist. Der Lasertracker wird mittels der nachfolgend beschriebenen Verfahrensschritte kalibriert: Das Messhilfsinstrument wird mit einer Anordnung von Hilfs¬ reflektoren starr verbunden und um mindestens zwei relativ zum Messhilfsinstrument voneinander verschiedene Drehachsen bewegt. In mindestens je zwei Drehpositionen um jede der mindestens zwei Drehachsen werden durch den Lasertracker Reflektor und Hilfsreflektoren angezielt und durch den optoelektronischen Sensor die Lichtpunkte auftreffenden Laserlichts registriert. Aus den Messdaten des Laser- trackers werden Positionen und Orientierungen der Reflektoranordnung relativ zum Lasertracker und aus den Messdaten des optoelektronischen Sensors Positionen und Orientierungen der Lichtpunktanordnung relativ zum optoelektro- nischen Sensor bestimmt und daraus die mindestens zwei Drehachsen relativ zur Reflektoranordnung bzw. zur Lichtpunktanordnung berechnet. Dann werden aus den ermittelten Messdaten die Kalibrierungsdaten errechnet. EP 1 420 264 discloses a laser tracker and a measuring method with calibration devices and instructions that can be executed therewith. A measuring system is described which includes a measuring device with a laser tracker and an optoelectronic sensor in relatively unchangeable positions, a system computer and a separate measuring aid , ie to be arranged remotely from the laser tracker, with a reflector and at least three light sources. has points. The laser tracker is calibrated by means of the method steps described below: The auxiliary measuring tool is rigidly connected with an arrangement of auxiliary reflectors ¬ and moved by at least two relative to the auxiliary measuring tool different from each other axes of rotation. In at least two rotational positions about each of the at least two axes of rotation are targeted by the laser tracker reflector and auxiliary reflectors and registered by the optoelectronic sensor, the light spots incident laser light. Positions and orientations of the reflector arrangement relative to the laser tracker and from the measurement data of the optoelectronic sensor are determined from the measured data of the laser tracker, positions and orientations of the light point arrangement relative to the optoelectronic sensor, and the at least two axes of rotation are calculated therefrom relative to the reflector arrangement or to the light point arrangement. Then the calibration data are calculated from the determined measurement data.
Diese Systemanordnung und die damit verbundene Kali- brierungsmethode entsprechen nicht der Anordnung und nicht den typischerweise gesetzten Spezifikationen eines Laser- trackers gemäss der vorliegenden Erfindung und insbesondere auch nicht heutigen Anforderungen an ein derartiges Messsystem. Insbesondere nachteilig ist das Messhilfsinstrument für die Kalibrierung ausserhalb des Vermessungsgeräts bzw. Laser- trackers angeordnet, was Anforderungen an heutige Laser¬ tracker für eine möglichst vollständige, kompakt angeord¬ nete Integration bzw. Verbindung mit dem Messgerät nicht erfüllt, und aus der EP 1 420 264 ist kein Selbstkalibrie¬ rungsverfahren mit automatisch ablaufenden, gerätegesteuerten Verfahrensschritten ohne Involvierung eines Be- dieners zu entnehmen. This system arrangement and the associated calibration method do not correspond to the arrangement and not to the typically set specifications of a laser tracker according to the present invention, and in particular also not current requirements for such a measuring system. A particular disadvantage, the auxiliary measuring tool for calibration outside of the measurement device or laser trackers is arranged, which does not satisfy requirements of today's laser ¬ tracker for as complete as possible, compact angeord ¬ designated integration or connection with the meter, and from EP 1 420 264 is not a Selbstkalibrie ¬ tion method with automatically running, device-controlled process steps without involvement of a to take out.
In der US 2009/0109426 und der WO 2005/026772 wird ein selbstkalibrierender Lasertracker mit einem Laser zur Aussendung eines Laserstrahls, einem Planspiegel und min- destens zwei integrierten unbeweglichen, reflektierenden Vorrichtungen sowie einem rotierbaren Spiegel und einem positionssensitiven Detektor offenbart. Eine der mindestens zwei unbeweglichen, reflektierenden Vorrichtungen ist als ein Corner-Cube-Retroreflektor und eine zweite als ein Planspiegel ausgebildet. Der Corner-Cube-Retroreflektor und der Planspiegel können an einem stationären Teil des Messsystems in Position fixiert sein und sind ausgebildet, um den Laserstrahl nach einem Zweilagen-Messverfahren, d. h. in einem „Vorderseiten-,, und einem „Rückseiten- Modus", zu reflektieren. Dabei entsprechen der „Vorderseiten-Modus" der Ausrichtung des Lasertrackers gemäss einer regulären Zielverfolgung und der „Rückseiten-Modus" einer entgegengesetzten Ausrichtung des Lasertrackers. In the US 2009/0109426 and WO 2005/026772 a self-calibrating laser tracker with a laser for emitting a laser beam, a plane mirror and at least two integrated immovable, reflective devices and a rotatable mirror and a position-sensitive detector is disclosed. One of the at least two immovable reflecting devices is formed as a corner cube retroreflector and a second as a plane mirror. The corner cube retroreflector and the plane mirror may be fixed in position on a stationary part of the measuring system and are configured to scan the laser beam according to a two-layer measuring method, i. H. in a "front-side" and a "back-side" mode, where the "front-side mode" corresponds to the orientation of the laser tracker according to a regular target tracking and the "back-side mode" corresponds to an opposite orientation of the laser tracker.
Gemäss der in der US 2009/0109426 und der WO 2005/026772 offenbarten Anordnungen werden Messwerte von am Gerät angeordneten Temperatursensoren verwendet, um eine Temperaturabhängigkeit der zu bestimmenden Werte für die Kalibrierungsparameter zu ermitteln. According to the arrangements disclosed in US 2009/0109426 and WO 2005/026772, measured values of temperature sensors arranged on the device are used to determine a temperature dependence of the values to be determined for the calibration parameters.
Die in der US 2009/0109426 und der WO 2005/026772 offen- barten Anordnungen sind jedoch nachteilig wegen der Notwendigkeit einer Verwendung eines aufwendig herstellbaren Einzel-Retroreflektors wie eines Cube-Corner-Retroreflek- tors mit genau definierten bzw. hergestellten reflektierenden Oberflächen und sehr hohen Anforderungen an dessen exakte Positionierung für Zwecke einer verlässlichen Selbstkalibrierung der Justierung eines Lasertrackers. Eine Aufgabe der Erfindung ist daher die Bereitstellung eines gegenüber dem Stand der Technik verbesserten Koordi- natenmessgerätes , insbesondere eines Lasertrackers , mit weniger aufwendigen optischen Komponenten zur Ausführung einer Selbstkalibrierung der Justierung des Lasertrackers, verbunden mit einer vereinfachten Durchführung der Selbstkalibrierung. Dabei soll der Lasertracker dazu ausgebildet sein, eine solche Selbstkalibrierung seiner Justierung automatisch, insbesondere nach einem Aufstarten des Geräts, ohne erforderliche Tätigkeiten oder Eingriffe eines Benutzers, zu ermöglichen. Ausserdem sollen alle für eine solche Selbstkalibrierung erforderlichen Komponenten in der Koordinaten-Messvorrichtung bzw. dem Lasertracker integriert bzw. daran fest angeordnet sein. Diese Aufgabe wird durch die Verwirklichung der kennzeichnenden Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Merkmale, die die Erfindung in alternativer oder vorteilhafter Weise weiterbilden, sind den abhängigen Patentansprüchen zu entnehmen . Die Aufgabe wird erfüllt durch eine selbstkalibrierende Koordinaten-Messvorrichtung, insbesondere einen selbstkalibrierenden Lasertracker, zur Bestimmung von Koordinaten von Raumpunkten. Nachfolgend beziehen sich alle Angaben bezüglich eines Lasertrackers auch auf eine entsprechende Koordinaten-Messvorrichtung. Der Lasertracker weist einen stationären Teil mit einer Basis, einen gegenüber der Basis um eine Vertikalachse rotierbaren Teil und eine zusammen mit dem rotierbaren Teil drehbare Strahllenkeinheit sowie eine Laserlichtquelle zur Bereitstellung eines durch die Strahllenkeinheit auszusendenden Laserstrahls mit einer Zielachse und einer Einstrahlungsrichtung auf einen anzuzielenden Zielpunkt oder Reflektor auf. Vorzugsweise ist an der Basis ein Neigungssensor zur Bestimmung einer Neigung in einer Horizontalrichtung und einer zur Horizontalrichtung senkrechten Vertikalrichtung angeordnet. Des Weiteren weist der Lasertracker eine Kippachse und eine Stehachse auf. However, the arrangements disclosed in US 2009/0109426 and WO 2005/026772 are disadvantageous because of the necessity of using a complex single retroreflector such as a cube corner retroreflector with precisely defined or produced reflecting surfaces and very high demands on its exact positioning for the purpose of a reliable self-calibration of the adjustment of a laser tracker. An object of the invention is therefore to provide an improved over the prior art coordinate natenmessgerätes, in particular a laser tracker, with less expensive optical components for performing a self-calibration of the adjustment of the laser tracker, coupled with a simplified implementation of the self-calibration. In this case, the laser tracker should be designed to enable such a self-calibration of its adjustment automatically, in particular after a startup of the device, without requiring activities or intervention by a user. In addition, all components required for such a self-calibration should be integrated in the coordinate measuring device or the laser tracker or fixedly arranged thereon. This object is achieved by the realization of the characterizing features of the independent claims. Features which further develop the invention in an alternative or advantageous manner can be found in the dependent claims. The object is achieved by a self-calibrating coordinate measuring device, in particular a self-calibrating laser tracker, for determining coordinates of spatial points. In the following, all information relating to a laser tracker also relates to a corresponding coordinate measuring device. The laser tracker has a stationary part with a base, a part rotatable relative to the base about a vertical axis, and a beam steering unit rotatable together with the rotatable part and a laser light source for providing a laser beam to be targeted by the beam steering unit having a target axis and an irradiation direction Reflector on. Preferably is on an inclination sensor for determining an inclination in a horizontal direction and a vertical direction perpendicular to the horizontal direction is arranged on the base. Furthermore, the laser tracker has a tilt axis and a standing axis.
Der Lasertracker weist ausserdem einen positionssensitiven Flächendetektor auf, der insbesondere als ein positions¬ sensitiver Detektor (PSD) ausgestaltet sein kann, ebenso aber auch als ein Bildsensor wie CCD oder CMOS. Weist der Lasertracker eine Strahllenkeinheit mit optischen Komponenten auf, ist in der Strahllenkeinheit vorzugsweise ein Strahlteiler zur Umlenkung eines von dem Zielpunkt oder dem Reflektor zurückkehrenden Laserstrahls auf den in der Strahllenkeinheit integrierten PSD mit einem Detektor- Zentrum integriert. Weist der Lasertracker als Strahllenkeinheit hingegen einen beweglichen Spiegel auf, und sind die übrigen optischen Komponenten in der Stütze oder in der Basis integriert, sind auch Strahlteiler und PSD vorzugs¬ weise in der Stütze oder in der Basis integriert. Der erfindungsgemässe Lasertracker ist gekennzeichnet durch eine als ein Retroreflektor ausgebildete Kalibrierungsvorrichtung. Der Retroreflektor ist erfindungsgemäss in einem zweidimensionalen Bereich zur Erzeugung einer im Wesentlichen versatzfreien, koaxialen Retroreflexion einer auf ihm auftreffenden Messstrahlung ausgebildet ist, d. h. ohne dabei einen wesentlichen Versatz der reflektierten Messstrahlung zur Richtung der auftreffenden Messstrahlung zu erzeugen . In addition, the (PSD) may be configured in particular as a ¬ position sensitive detector, the laser tracker comprises a position sensitive area detector, but also as an image sensor such as CCD or CMOS. If the laser tracker has a beam steering unit with optical components, a beam splitter for deflecting a laser beam returning from the target point or the reflector to the PSD integrated in the beam steering unit is preferably integrated with a detector center in the beam steering unit. On the other hand, the laser tracker as a beam steering unit on a movable mirror, and the other optical components in the support or in the base are integrated, and the beam splitter and PSD are preferential ¬, in the support or in the base integrated. The laser tracker according to the invention is characterized by a calibration device designed as a retroreflector. According to the invention, the retroreflector is designed in a two-dimensional region for producing a substantially offset-free, coaxial retroreflection of a measuring radiation impinging on it, ie without producing a substantial offset of the reflected measuring radiation to the direction of the incident measuring radiation.
Der zweidimensionale Bereich des Retroreflektors ist erfin- dungsgemäss grösser als der Strahldurchmesser der auftref- fenden Messstrahlung. Vorteilhaft ist der zweidimensionale Bereich dabei mindestens so gross, dass er bei einer wenigstens in einem erwartbaren Rahmen auftretenden Abirrung der Messstrahlung (insbesondere ein paralleler Strahlversatz und/oder eine Richtungsabweichung) auch dann noch von der Messstrahlung zu treffen ist, wenn der Mittelpunkt des zweidimensionalen Bereiches angezielt wird. Die Mindestgrösse hängt demzufolge auch von der Position des Retroreflektors ab. Der Retroreflektor dient zur Bestimmung eines Auftreffpunkts als Servo-Kontrollpunkt des reflektierten Laser¬ strahls auf dem PSD und eines Versatzes zwischen dem Servo- Kontrollpunkt auf dem PSD zu dessen Detektorzentrum sowie eines Abstands zwischen Zielachse und Stehachse und eines Abstands zwischen Zielachse und Kippachse. According to the invention, the two-dimensional region of the retroreflector is greater than the beam diameter of the incident reflector. take measuring radiation. In this case, the two-dimensional region is advantageously at least large enough to be hit by the measuring radiation even if the measuring radiation is aberrated (in particular a parallel beam offset and / or a directional deviation), if the center of the two-dimensional region occurs is targeted. The minimum size also depends on the position of the retroreflector. The retroreflector is used to determine a point of impact as a servo-control point of the reflected laser ¬ beam on the PSD and an offset between the servo-control point on the PSD to the detector center and a distance between the target axis and vertical axis and a distance between the target axis and tilt axis.
Insbesondere weist der Retroreflektor eine Vielzahl von Einzelreflektoren auf. Allgemein bevorzugt ist der Retrore- flektor als eine retroreflektierende Folie oder ein starrer Rückstrahler aus Kunststoff und insbesondere zusammenge- setzt aus Einzelprismen oder einzelnen reflektierenden Kugeln ausgebildet. Vorteilhaft ist die Herstellung solcher Retroreflektoren, insbesondere wenn es sich dabei um in grossen Massen vertriebene Erzeugnisse handelt, mit relativ niedrigem Aufwand und daher auch entsprechend niedrigen Produktkosten verbunden. In particular, the retroreflector has a plurality of individual reflectors. Generally preferred, the retroreflector is formed as a retroreflective sheeting or a rigid retroreflector made of plastic and in particular composed of individual prisms or individual reflecting spheres. Advantageously, the production of such retroreflectors, especially when it comes to large-scale distributed products, associated with relatively low cost and therefore correspondingly low product costs.
Die Erfindung stellt damit einen Lasertracker mit, im Vergleich zum Stand der Technik, weit weniger aufwendig ausgebildeten Komponenten bereit, mit denen eine automatisch ablaufende Selbstkalibrierung der Justierung des Laser- trackers ohne erforderliche Tätigkeiten oder Eingriffe eines Benutzers ermöglicht wird. Vorteilhaft wird dabei insbesondere ein Strahlversatz zwischen eingestrahltem und reflektiertem Laserstrahl durch nicht mittiges Auftreffen des eingestrahlten Laserstrahls auf einem Retroreflektor im Wesentlichen vermieden. Der Retroreflektor kann sowohl in den stationären Teil oder den rotierbaren Teil integriert oder mit dem stationären Teil oder dem rotierbaren Teil fest verbunden sein, als auch innerhalb der Strahllenkeinheit angeordnet sein, vorteilhaft in den Strahlengang der Messstrahlung bewegbar angeordnet. The invention thus provides a laser tracker, in comparison to the prior art, much less elaborate components ready, with which an automatically running self-calibration of the adjustment of the laser tracker without required activities or intervention by a user is possible. It will be advantageous In particular, a beam offset between the irradiated and reflected laser beam by non-central impingement of the incident laser beam on a retroreflector substantially avoided. The retroreflector can be integrated in the stationary part or the rotatable part or fixedly connected to the stationary part or the rotatable part, or arranged within the beam steering unit, advantageously arranged movably in the beam path of the measuring radiation.
Vorzugsweise ist der Retroreflektor gegen eine zur Einstrahlungsrichtung orthogonale Ebene geneigt angeordnet. Dadurch werden nachteilige Effekte durch Reflexion des eingestrahlten Lichts an einer Frontfläche, statt an den zur Reflexionen vorgesehenen optischen Flächen, des Retroreflektors vermindert oder sogar vermieden. Preferably, the retroreflector is inclined relative to a plane orthogonal to the irradiation direction. As a result, adverse effects by reflection of the incident light on a front surface, instead of the reflections provided for optical surfaces, the retroreflector is reduced or even avoided.
Ausserdem wird bevorzugt, dass der Retroreflektor mit einer Vorrichtung zu einer Lichtabschattung, in einem Strahlengang zu dem PSD kombiniert angeordnet ist. Vorzugsweise ist dabei die Anordnung zur Lichtabschattung im Strahlengang schwenk- oder drehbar ausgebildet, so dass sequentiell, ohne eine Veränderung des Strahlengangs, Intensitäten von Reflexionen auf den PSD und Intensitäten bei Abschattung des Strahlengangs gemessen und aufgezeichnet werden können. Des Weiteren wird für eine spezielle Ausführungsform der Erfindung bevorzugt, dass der Retroreflektor gegenüber einem auf ihn eintreffenden Laserstrahl schwenkbar oder rotierbar, insbesondere als ein Bestandteil einer um eine Rotationsachse schwenk- oder rotierbaren Scheibe, ange- ordnet und ausgebildet ist. Dabei kann die Scheibe mit dem Retroreflektor sowohl ausserhalb als auch innerhalb ange¬ ordnet sein, wobei sich bei einer bevorzugten Anordnung innerhalb der Strahllenkeinheit erforderliche Justierungen der Scheibe mit dem Retroreflektor im Strahlengang erübrigen. In addition, it is preferred that the retroreflector is arranged with a device for light shading, combined in a beam path to the PSD. Preferably, the arrangement for Lichtabschattung in the beam path is designed to be pivotable or rotatable, so that sequentially, without a change in the beam path, intensities of reflections on the PSD and intensities in shading of the beam path can be measured and recorded. Furthermore, for a specific embodiment of the invention, it is preferred that the retroreflector is arranged and configured to be pivotable or rotatable relative to a laser beam incident on it, in particular as a component of a disk which is pivotable or rotatable about a rotation axis. It can with the Retroreflector be both outside and inside ¬ be assigned, which is unnecessary in a preferred arrangement within the beam steering unit necessary adjustments of the disc with the retroreflector in the beam path.
Bei einer Rotation eines viele Einzelreflektoren aufweisenden Retroreflektors mit der Scheibe während der Reflexion des eingestrahlten Lichts zu dem PSD können vorteilhaft nachteilige Effekte durch Fehlreflexionen oder sogar Ausfall von Reflexionen an nicht perfekt ausge¬ bildeten Oberflächen des Retroreflektors vermindert oder sogar eliminiert werden. Dieses wird durch eine Mittelung der Messdaten von sequentiell erfolgenden Reflexionen an im Strahlengang bewegten Einzelreflektoren des Retroreflektors ermöglicht. Upon rotation of a retroreflector having many individual reflectors with the disk during the reflection of the incident light to the PSD advantageous adverse effects can be reduced or even eliminated by false reflections or even failure of reflections on not perfectly ausge ¬ formed surfaces of the retroreflector. This is made possible by an averaging of the measurement data of sequentially occurring reflections on individual reflectors of the retroreflector moved in the beam path.
Dabei ist vorzugsweise der Retroreflektor nicht senkrecht zur Rotationsachse der Scheibe angebracht, so dass bei einer Rotation des Retroreflektors um diese Rotationsachse ein Taumelfehler bewirkbar ist. Durch eine bei Rotation der Achse mit Retroreflektor und Scheibe erfolgende Taumel¬ bewegung des Retroreflektors ändern sich dann sequentiell die Anzielwinkel und damit die Abstände zu den Einzel¬ reflektoren des Retroreflektors und auch zum Retroreflektor gesamthaft beziehungsweise die zugehörigen Weglängen des auf den Retroreflektor eingestrahlten Lichts permanent. Dabei betragen die Weglängenänderungen vorzugsweise mehrere Wellenlängen des eingestrahlten Lichts. Dadurch werden bei sequentiellen Messungen entsprechende sequentielle Verschiebungen eines möglicherweise erzeugten Interferenz- musters des auf den PSD gelenkten Lichts bewirkt, so dass durch Mittelung der Messergebnisse Effekte der Interferenzen eliminiert werden können. Bezüglich der vorgenannten speziellen Ausführungsform der Erfindung mit dem Retroreflektor als ein Bestandteil einer um eine Rotationsachse schwenk- oder rotierbaren Scheibe ausgebildeten Retroreflektor wird des Weiteren bevorzugt, dass die rotierbare Scheibe ausgebildet ist mit einem ersten Oberflächenanteil, der von dem Retroreflektor gebildet ist, einem zweiten Oberflächenanteil, der im Wesentlichen lichtundurchlässig ist, und einem dritten Oberflächenanteil, der für den Laserstrahl optisch trans- parent ist. In this case, preferably, the retroreflector is not mounted perpendicular to the axis of rotation of the disc, so that during a rotation of the retroreflector about this axis of rotation a wobble error can be effected. By taking place during rotation of the axis with retroreflector and disc tumble ¬ movement of the retroreflector then sequentially change the target angle and thus the distances to the individual ¬ reflectors of the retroreflector and the retroreflector total or the associated path lengths of the light irradiated to the retroreflector permanently. The path length changes are preferably a plurality of wavelengths of the incident light. As a result, in sequential measurements corresponding sequential shifts of a possibly generated interference pattern of the light directed onto the PSD are effected so that effects of the interferences can be eliminated by averaging the measurement results. With regard to the abovementioned specific embodiment of the invention with the retroreflector as a component of a disk rotatable or rotatable about a rotation axis, it is further preferred that the rotatable disk is formed with a first surface portion formed by the retroreflector, a second surface portion which is substantially opaque to light and a third surface portion that is optically transparent to the laser beam.
Dabei ist erfindungsgemäss die Scheibe mit einer für unter¬ schiedlichen Lichtdurchlass segmentierten Ausgestaltung bzw. Oberfläche ausgebildet. Die Scheibe ist um eine Achse schwenk- und/oder rotierbar angeordnet. Ein beispielsweise halbkreisartiger Bereich der Scheibe ist mit einem aus vielen Einzelreflektoren bestehenden Retroreflektor, insbesondere einer retroreflektierenden Folie, ausgestattet. Ein weiterer Bereich der Scheibe ist für einen Dunkel- abgleich, d. h. für Messungen zu einer Bestimmung einer Basislinie von Detektorsignalen, ohne auf den PSD zurückreflektiertes Licht, bereit gestellt. Dabei kann dieser Bereich beispielsweise eine lichtabsorbierende und insbe¬ sondere auch in Reflexion diffus streuende dunkle Ober¬ fläche, insbesondere aus Filz oder Samt, aufweisen. Ein weiterer Bereich der Scheibe ist für auftreffendes Licht transparent, d. h. für reguläre Messungen mit dem Laser- tracker, ausgebildet. Here, the disc having a segmented for different under ¬ union light transmission configuration or surface according to the invention is formed. The disc is arranged pivotable about an axis and / or rotatable. An example semicircular region of the disc is equipped with a retroreflector consisting of many individual reflectors, in particular a retroreflective sheeting. Another portion of the disk is provided for dark-balance, ie, measurements for determining a baseline of detector signals, without light reflected back to the PSD. In this case, this area may, for example, a light absorbing and in particular ¬ sondere in reflection diffusing dark ¬ upper surface, in particular made of felt or velvet have. Another area of the pane is transparent to incident light, ie for regular measurements with the laser tracker.
Diese Weiterentwicklung der Erfindung ist mit verschiedenen Vorteilen verbunden. Insbesondere muss der ausgesandte Laserstrahl zwecks Messungen zur Bestimmung des Servo-Kon- trollpunkts und dessen Abstands zum Zentrum des PSD für die Selbstkalibrierung der Justierung und eine Anzielung eines, insbesondere zu verfolgenden, ausserhalb des Lasertrackers angeordneten, Objekts nicht unterschiedlich ausgerichtet werden . This further development of the invention is associated with various advantages. In particular, for the purposes of measurements to determine the servo control point and its distance from the center of the PSD, the emitted laser beam must be calibrated for self-calibration of the adjustment and aimed at In particular, to be tracked, arranged outside the laser tracker, object can not be aligned differently.
Für die Bestimmung des Servo-Kontrollpunkts gibt es dabei verschiedene Ausführungsmöglichkeiten: Gemäss einer ersten Ausführungsmöglichkeit pendelt die Scheibe im Bereich des Retroreflektors senkrecht zur Aussendungsrichtung des Laserstrahls zwischen zwei Positionen hin und her, wobei fortlaufend sequentielle Messungen durchgeführt werden, so dass nachteilige Effekte von teilweise nicht perfekt ausge¬ bildeten Oberflächen des Retroreflektors durch Mittelung der sequentiellen Messergebnisse eliminierbar sind. Gemäss einer anderen Ausführungsmöglichkeit, verbunden mit gleichartigen Vorteilen von Messungen auf verschiedenen Auftreff- punkten des Retroreflektors , rotiert die Scheibe mit ihren für Lichtdurchlass unterschiedlich ausgebildeten Bereichen kontinuierlich in einer Richtung, wobei fortlaufend die Intensität auf den PSD zurückgeworfenen Lichts gemessen und als Funktion der rotatorischen Stellung der Scheibe gemessen, als ein Messprotokoll aufgezeichnet und ausge¬ wertet wird. For the determination of the servo control point, there are various possible embodiments: According to a first embodiment, the pane oscillates in the region of the retroreflector perpendicular to the direction of emission of the laser beam between two positions, whereby sequential measurements are carried out, so that adverse effects of some not perfectly ausge ¬ formed surfaces of the retroreflector are eliminated by averaging the sequential measurement results. According to another possible embodiment, combined with similar advantages of measurements at different points of incidence of the retroreflector, the disk continuously rotates in one direction with its areas designed differently for light transmission, wherein the intensity continuously measured on the light reflected back to the PSD and as a function of the rotational position the disc measured as a measurement protocol is recorded and evaluated ¬ .
In einer Ausführungsform ist der Retroreflektor in der Strahllenkeinheit derart beweglich angeordnet, dass durch die Ausrichtung der Strahllenkeinheit relativ zur Richtung der Schwerkraft der Retroreflektor durch die Schwerkraft, also unmotorisiert, in den Strahlengang der Messstrahlung hineinbewegbar ist und bei einer Änderung der Ausrichtung durch die Schwerkraft wieder zurück in die Ausgangsposition bewegbar ist. Gemäss einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der, insbesondere aus vielen Einzelreflektoren bestehende, Retroreflektor ausserhalb der Strahllenkeinheit angeordnet und mit dem stationären Teil des Lasertrackers verbunden, und vorzugsweise nicht als ein Bestandteil einer rotierbaren Scheibe ausgebildet, sondern die Strahllenk- einheit, insbesondere motorangetrieben, mit einem Bewe¬ gungszentrum in einen Teleskop-Drehpunkt um eine Kippachse und eine Stehachse schwenkbar oder drehbar angeordnet, so dass durch eine entsprechende Bewegung der Strahllenkeinheit zeitlich sequentiell ein zweidimensionaler Verlauf des Auftreffpunkts des Laserstrahls auf einer Oberfläche des Retroreflektors , insbesondere mit einer zweidimensional kreisartigen oder schlaufenartigen geometrischen Kontur, erzeugbar ist. In one embodiment, the retroreflector in the beam steering unit is arranged such that the orientation of the beam steering unit relative to the direction of gravity of the retroreflector is moved by gravity, so unmotorized, in the beam path of the measuring radiation and in a change of orientation by gravity again back to the starting position is movable. According to another preferred embodiment of the invention is, in particular from many individual reflectors existing retroreflector outside the beam steering unit and connected to the stationary part of the laser tracker, and preferably not formed as a part of a rotatable disc, but the Strahllenk- unit, in particular motor driven, with a BEWE ¬ supply center in a telescopic pivot point about a tilt axis and a standing axis pivotally or rotatably arranged, so that by a corresponding movement of the beam steering unit temporally sequentially a two-dimensional course of the point of incidence of the laser beam on a surface of the retroreflector, in particular with a two-dimensional circular or loop-like geometric contour, can be generated.
Vorteilhaft können auch durch eine solche Führung des ein- gestrahlten Laserstrahls auf einen aus vielen Einzelreflek- toren bestehenden Reflektor nachteilige Effekte durch Fehlreflexionen oder sogar Ausfall von Reflexionen an nicht perfekt ausgebildeten Oberflächen des Retroreflektors vermindert oder sogar eliminiert werden. Dieses wird durch eine Mittelung der Messdaten von sequentiell erfolgenden Reflexionen an im Strahlengang bewegten Einzelreflektoren des Retroreflektors ermöglicht. Such a guidance of the irradiated laser beam onto a reflector comprising many individual reflectors can advantageously also be used to reduce or even eliminate disadvantageous effects due to erroneous reflections or even failure of reflections on surfaces of the retroreflector which are not perfectly formed. This is made possible by an averaging of the measurement data of sequentially occurring reflections on individual reflectors of the retroreflector moved in the beam path.
Die begrenzte Präzision der Einzelreflektoren kann zur Folge haben, dass das reflektierte Licht mit einer ausge- prägten Lichtgranulation, in der Art eines Interferenzmusters, zurückgestrahlt wird, was zu einer signifikanten Verschiebung des Intensitätsschwerpunkts des zurückge¬ strahlten Lichts im Vergleich zu einem perfekt reflektierten Lichtstrahl führen kann. Vorteilhaft ist ein aus vielen Einzelreflektoren bestehender Retroreflektor daher in einer nicht orthogonal zur Richtung der Messstrahlung liegenden Ebene angeordnet, sodass die Messstrahlung schräg, d. h. nicht im rechten Winkel, auf den Retroreflektor auftrifft. Bei einem Abfahren eines Pfades auf dem schrägstehenden Retroreflektor mit der Messstrahlung kommt es so automatisch zu einer Distanz- Variation, wobei die Weglängenänderung vorzugsweise mehrere Wellenlängen des eingestrahlten Lichts beträgt. Es werden entsprechende sequentielle Verschiebungen eines mög¬ licherweise erzeugten Interferenzmusters des auf den PSD gelenkten Lichts bewirkt und aufgezeichnet. Durch eine Mittelung der Messergebnisse werden dann Effekte von möglichen Interferenzen des auf den PSD auftreffenden Laserlichts eliminiert. The limited precision of the individual reflectors can have the result that the reflected light with a pronounced Lichtgranulation, in the nature of an interference pattern is reflected, which can lead to a significant displacement of the intensity center of gravity of Retired ¬ irradiated light as compared to a perfect reflected light beam can. Advantageously, a retroreflector consisting of many individual reflectors is therefore arranged in a plane which is not orthogonal to the direction of the measuring radiation, so that the measuring radiation obliquely, ie not at right angles, impinges on the retroreflector. When a path travels on the inclined retroreflector with the measurement radiation, a distance variation thus occurs automatically, the path length change preferably being a plurality of wavelengths of the incident light. It can be effected corresponding sequential shifts of a mög ¬ SHORT- generated interference pattern of the guided light to the PSD and recorded. By averaging the measurement results, effects of possible interference of the laser light striking the PSD are eliminated.
Gemäss einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der, insbesondere aus vielen Einzelreflek- toren bestehende, Retroreflektor ebenfalls ausserhalb der Strahllenkeinheit angeordnet und dabei mit dem um eine Vertikalachse rotierbaren Teil des Lasertrackers direkt oder indirekt verbunden. Dabei wird des Weiteren bevorzugt, dass die Strahllenkeinheit um einen Teleskop-Drehpunkt um eine Kippachse und eine Stehachse schwenkbar angeordnet ist und durch Schwenken der Strahllenkeinheit zeitlich sequentiell ein eindimensionaler Verlauf des Auftreffpunktes des Laserstrahls auf einer Oberfläche des Retroreflektors erzeugbar ist. Die auf diesem Retroreflektor erzeugte Bahn des auftreffenden Laserstrahls kann die geometrische Form einer Geraden oder eines schmalen Streifens haben. Dieses ist mit gleichartigen Vorteilen wie die vorangehend beschriebene Variante mit Erzeugung einer zweidimensionalen Bahn auf der Oberfläche des Retroreflektors verbunden: Durch eine solche Führung des eingestrahlten Laserstrahls auf den aus vielen Einzelreflektoren bestehenden Reflektor können vorteilhaft nachteilige Effekte durch Fehl- reflexionen oder sogar Ausfall von Reflexionen an nicht perfekt ausgebildeten Oberflächen des Retroreflektors vermindert oder sogar eliminiert werden. Dieses wird durch eine Mittelung der Messdaten von sequentiell erfolgenden Reflexionen an im Strahlengang bewegten Einzelreflektoren des Retroreflektors ermöglicht. According to a further preferred embodiment of the invention, the retroreflector, in particular consisting of many individual reflectors, is likewise arranged outside the beam steering unit and in this case is connected directly or indirectly to the part of the laser tracker rotatable about a vertical axis. In this case, it is further preferred that the beam steering unit is arranged pivotable about a telescopic pivot point about a tilt axis and a standing axis and by pivoting the beam steering unit temporally sequentially a one-dimensional course of the point of incidence of the laser beam on a surface of the retroreflector can be generated. The trajectory of the incident laser beam generated on this retroreflector may have the geometric shape of a straight line or a narrow strip. This is associated with similar advantages as the variant described above with the production of a two-dimensional path on the surface of the retroreflector. Such a guidance of the irradiated laser beam onto the reflector consisting of many individual reflectors can advantageously have adverse effects due to incorrect reflection. Reflections or even failure of reflections on not perfectly formed surfaces of the retroreflector be reduced or even eliminated. This is made possible by an averaging of the measurement data of sequentially occurring reflections on individual reflectors of the retroreflector moved in the beam path.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Selbstkalibrierungsverfahren für einen erfindungsgemässen Laser- tracker. Der Lasertracker weist einen stationären Teil mit einer Basis, einen gegenüber der Basis um eine Vertikal¬ achse rotierbaren Teil und eine zusammen mit dem rotierbaren Teil drehbare Strahllenkeinheit sowie eine Laser¬ lichtquelle zur Bereitstellung eines durch die Strahllenkeinheit auszusendenden Laserstrahls mit einer Zielachse und einer Einstrahlungsrichtung auf einen anzuzielenden Zielpunkt oder Reflektor auf. Vorzugsweise ist an der Basis ein Neigungssensor zur Bestimmung einer Neigung in einer Horizontalrichtung und einer zur Horizontalrichtung senkrechten Vertikalrichtung angeordnet. Des weiteren weist der Laser- tracker eine Kippachse und eine Stehachse auf. In der Strahllenkeinheit ist ein Strahlteiler zur Umlenkung eines von dem Zielpunkt oder dem Reflektor zurückkehrenden Laserstrahls auf einen in der Strahllenkeinheit integrierten PSD mit einem Detektorzentrum integriert. Als Teilschritt des Verfahrens wird optional mit dem Neigungssensor eine Neigung der Basis in einer Horizontalrichtung und einer zur Horizontalrichtung senkrechten Vertikalrichtung bestimmt. Erfindungsgemäss weist das Verfahren als weitere Schritte auf: · Aussenden eines Laserstrahls von der Strahllenkeinheit auf den Retroreflektor, der in einem zweidimensionalen Bereich zur Erzeugung einer im Wesentlichen versatzfreien, koaxialen Retroreflexion einer auf ihm auftreffenden Messstrahlung ausgebildet ist, ohne dabei einen wesentlichen Versatz der reflektierten Messstrahlung zur Richtung der auftreffenden Messstrahlung zu erzeugen, insbesondere wobei der Retroreflektor im zweidimensionalen Bereich eine Vielzahl von Einzelreflektoren aufweist ; Another object of the invention is a self-calibration method for a laser tracker according to the invention. The laser tracker comprises a stationary part having a base, a relative to the base about a vertical ¬ axis rotatable part and a rotatable together with the rotatable part beam steering unit, and a laser ¬ light source for providing a be emitted by the beam steering unit laser beam having a collimation axis and a radiation direction of a target to be targeted or reflector on. Preferably, an inclination sensor for determining an inclination in a horizontal direction and a vertical direction perpendicular to the horizontal direction is arranged on the base. Furthermore, the laser tracker has a tilting axis and a standing axis. In the beam steering unit, a beam splitter for deflecting a laser beam returning from the target point or the reflector to a PSD integrated in the beam steering unit is integrated with a detector center. As a sub-step of the method, an inclination of the base in a horizontal direction and a vertical direction perpendicular to the horizontal direction is optionally determined with the inclination sensor. According to the invention, the method comprises as further steps: emitting a laser beam from the beam steering unit to the retroreflector, which is in a two-dimensional Formed for generating a substantially offset-free, coaxial retroreflection of a measuring radiation impinging thereon, without causing a significant offset of the reflected measuring radiation to the direction of the incident measuring radiation, in particular wherein the retroreflector in the two-dimensional region having a plurality of individual reflectors;
• Bestimmen eines Auftreffpunkts des reflektierten Laserstrahls auf dem PSD als einem Servo-Kontrollpunkt und eines Versatzes zwischen dem Servo-Kontrollpunkt auf dem PSD zu dessen Detektorzentrum, sowie von Abständen zwischen Zielachse und Stehachse sowie zwischen Ziel¬ achse und Kippachse; und Determining an impact point of the reflected laser beam on the PSD as a servo control point and an offset between the servo control point on the PSD to its detector center, and distances between the target axis and vertical axis and between the target ¬ axis and tilt axis; and
• Bestimmen eines Zielachsen-Richtungsfehlers mittels einer mit dem stationären Teil, insbesondere der Basis, fest verbundenen Messvorrichtung. Determining a target axis direction error by means of a fixed to the stationary part, in particular the base, connected measuring device.
Dabei kann der Retroreflektor sowohl in den stationären Teil oder den rotierbaren Teil integriert oder mit dem stationären Teil oder dem rotierbaren Teil fest verbunden sein, als auch innerhalb der Strahllenkeinheit bereitge¬ stellt sein. Here, the retroreflector may be fixedly connected both the stationary member or the rotatable part or integrated with the stationary part or the rotatable part, as well as within the beam steering unit bereitge ¬ represents be.
Vorzugsweise, bei einer entsprechenden Ausbildung des erfindungsgemässen Lasertrackers , wird der Retroreflektor zwecks Durchführung sequentieller Messungen, gegenüber der Einstrahlungsrichtung des auf ihn auftreffenden Laserstrahls bewegt, insbesondere geschwenkt oder rotiert. Die Messdaten von sequentiell erfolgenden Reflexionen an im Strahlengang bewegten Einzelreflektoren des Retroreflektors werden gemittelt. Dadurch können vorteilhaft nachteilige Effekte durch Fehlreflexionen oder sogar Ausfall von Reflexionen an nicht perfekt ausgebildeten Oberflächen des Retroreflektors vermindert oder sogar eliminiert werden. Preferably, with a corresponding design of the laser tracker according to the invention, the retroreflector is moved, in particular pivoted or rotated, in order to carry out sequential measurements with respect to the irradiation direction of the laser beam impinging on it. The measurement data of sequentially occurring reflections on individual reflectors of the retroreflector moved in the beam path are averaged. This can advantageously disadvantageous Effects are reduced or even eliminated by false reflections or even failure of reflections on imperfect surfaces of the retroreflector.
Es wird bevorzugt, dass der der Retroreflektor mit einer Vorrichtung zu einer Lichtabschattung, in einem Strahlengang zu dem PSD kombiniert angeordnet ist. Vorzugsweise wird dabei die Anordnung zur Lichtabschattung im Strahlengang geschwenkt oder gedreht bzw. rotiert. Dadurch können vorteilhaft sequentiell, ohne eine Veränderung des Strahlengangs, Intensitäten von Reflexionen auf den PSD und Intensitäten bei Abschattung des Strahlengangs gemessen und aufgezeichnet werden. It is preferred that the retroreflector is arranged with a light shading device combined in a beam path to the PSD. Preferably, the arrangement for Lichtabschattung is pivoted in the beam path or rotated or rotated. As a result, intensities of reflections on the PSD and intensities in shading of the beam path can advantageously be measured and recorded sequentially without changing the beam path.
Des Weiteren wird für eine spezielle Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens bevorzugt, dass der Retro- reflektor schwenkbar oder rotierbar als ein Bestandteil einer um eine Rotationsachse schwenk- oder rotierbaren Scheibe, angeordnet und ausgebildet ist, wobei die Scheibe mit dem Retroreflektor ausserhalb oder innerhalb, vorzugs¬ weise aber innerhalb der Strahllenkeinheit angeordnet ist. Erfindungsgemäss wird dann die Scheibe mit dem Retro- reflektor im Strahlengang des ausgesandten Laserstrahls geschwenkt oder gedreht zwecks Durchführung sequentieller Messungen. Bei einer vorteilhaften Anordnung innerhalb der Strahllenkeinheit erübrigen sich andernfalls möglicherweise zusätzlich erforderliche Justierungen der Scheibe mit dem Retroreflektor im Strahlengang. Furthermore, for a specific embodiment of the method according to the invention, it is preferred for the retro-reflector to be pivotable or rotatable as a component of a disk pivotable or rotatable about a rotation axis and arranged, wherein the disk with the retroreflector outside or inside, preferably ¬ but is arranged within the beam steering unit. According to the invention, the disk with the retro-reflector is then pivoted or rotated in the beam path of the emitted laser beam in order to carry out sequential measurements. In an advantageous arrangement within the beam steering unit, otherwise necessary additional adjustments of the disk with the retroreflector in the beam path are unnecessary.
Dabei wird des Weiteren bevorzugt, dass der Retroreflektor nicht senkrecht zur Rotationsachse der Scheibe angeordnet ist, sodass bei einer Rotation dieses Retroreflektors um die Rotationsachse eine Taumelbewegung des Retroreflektors bewirkt wird. Durch eine bei Rotation der Achse mit Retroreflektor und Scheibe erfolgende Taumelbewegung des Retroreflektors ändern sich dann sequentiell die Anziel¬ winkel und damit die Abstände zu den Einzelreflektoren des Retroreflektors und auch zum Retroreflektor gesamthaft, beziehungsweise die zugehörigen Weglängen des auf den Retroreflektor eingestrahlten Lichts permanent. Dabei betragen die Weglängenänderungen vorzugsweise mehrere Wellenlängen des eingestrahlten Lichts. Vorteilhaft werden bei den Taumelbewegungen des Retroreflektors während der Rotation sequentiell Messungen durchgeführt und ent¬ sprechende sequentielle Verschiebungen eines möglicherweise erzeugten Interferenzmusters des auf den PSD gelenkten Lichts bewirkt und aufgezeichnet. Durch eine Mittelung der Messergebnisse werden dann Effekte von möglichen Inter- ferenzen des auf den PSD auftreffenden Laserlichts eliminiert . It is further preferred that the retroreflector is not arranged perpendicular to the axis of rotation of the disc, so that upon rotation of this retroreflector about the axis of rotation a wobbling motion of the retroreflector is effected. By one with rotation of the axis with Retroreflector and disc-taking tumbling motion of the retroreflector then change sequentially the Anziel ¬ angle and thus the distances to the individual reflectors of the retroreflector and the retroreflector as a whole, or the associated path lengths of the incident on the retroreflector light permanently. The path length changes are preferably a plurality of wavelengths of the incident light. Sequentially measurements are beneficial in the tumbling movements of the retroreflector during rotation performed and causes ent ¬ speaking sequential shifts of a possibly generated interference pattern of the guided light to the PSD and recorded. By averaging the measurement results, effects of possible interferences of the laser light striking the PSD are eliminated.
Bezüglich der vorgenannten speziellen Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens mit dem als ein Bestandteil einer um eine Rotationsachse schwenk- oder rotierbaren Scheibe ausgebildeten Retroreflektor wird des Weiteren bevorzugt, dass die rotierbare Scheibe ausgebildet ist mit einem ersten Oberflächenanteil, der von dem Retroreflektor gebildet ist, einem zweiten Oberflächenanteil, der im Wesentlichen lichtundurchlässig ist, und einem dritten Oberflächenanteil, der für den Laserstrahl optisch transparent ist, wobei die Scheibe mit einer für unterschied¬ lichen Lichtdurchlass segmentierten Ausgestaltung bzw. Oberfläche ausgebildet ist. Die Scheibe wird um eine Achse geschwenkt und/oder rotiert. Ein beispielsweise halb- kreisartiger Bereich der Scheibe ist mit einem aus vielen Einzelreflektoren bestehenden Retroreflektor, insbesondere einer retroreflektierenden Folie, ausgestattet, und bei Bewegung des von der Strahllenkeinheit ausgesandten Lichts wird vom Retroreflektor Laserlicht zum PSD zurückreflektiert und aufgezeichnet. Ein weiterer Bereich der Scheibe ist für einen Dunkelabgleich, d. h. für Messungen zu einer Bestimmung einer Basislinie von Detektorsignalen, ohne auf den PSD zurückreflektiertes Licht, bereitgestellt. Dabei kann dieser Bereich beispielsweise eine Licht absorbierende und insbesondere auch in Reflexion diffus streuende dunkle Oberfläche, insbesondere aus Filz oder Samt, aufweisen. Bei Durchgang dieses Bereichs durch den eingestrahlten Laserstrahl wird ein Hintergrund-Lichtsignal („Background" ) von dem PSD gemessen und aufgezeichnet. Ein weiterer Bereich der Scheibe ist für auftreffendes Licht transparent, d. h. für reguläre Messungen mit dem Lasertracker, ausgebildet. Diese Weiterentwicklung der Erfindung ist mit verschiedenen Vorteilen verbunden. Insbesondere muss der ausgesandte Laserstrahl zwecks Messungen zur Bestimmung des Servo- Kontrollpunkts und dessen Abstands zum Zentrum des PSD für die Selbstkalibrierung der Justierung und eine Anzielung eines, insbesondere zu verfolgenden, ausserhalb des Laser- trackers angeordneten, Objekts nicht unterschiedlich ausgerichtet werden. With regard to the abovementioned specific embodiment of the method according to the invention with the retroreflector embodied as a component of a disk pivotable or rotatable about a rotation axis, it is further preferred that the rotatable disk is formed with a first surface portion formed by the retroreflector, a second surface portion which is substantially opaque in light, and a third surface portion, which is optically transparent to the laser beam, wherein the disc is formed with a segmented for different ¬ light passage configuration or surface. The disc is pivoted about an axis and / or rotated. An example of a semi-circular region of the disc is equipped with a retroreflector consisting of many individual reflectors, in particular a retroreflective sheeting, and in US Pat Movement of the light emitted by the beam steering unit is reflected back to the PSD by the retroreflector laser light and recorded. Another portion of the disk is provided for dark balance, that is, measurements for determining a baseline of detector signals, without light reflected back to the PSD. In this case, this region may, for example, have a dark-absorbing surface, in particular made of felt or velvet, which absorbs light, and in particular also diffuses diffusely in reflection. As this area passes through the incident laser beam, a background signal from the PSD is measured and recorded Another portion of the disc is transparent to incident light, ie, for regular measurements with the laser tracker In particular, the emitted laser beam does not have to be different for measurements to determine the servo control point and its distance to the center of the PSD for self-calibration of the adjustment and targeting of an object to be tracked, especially located outside the laser tracker be aligned.
Für die Bestimmung des Servo-Kontrollpunkts gibt es dabei verschiedene Ausführungsmöglichkeiten: Gemäss einer ersten Ausführungsmöglichkeit pendelt die Scheibe im Bereich des Retroreflektors senkrecht zur Aussendungsrichtung des Laserstrahls zwischen zwei Positionen hin und her, wobei fortlaufend sequentielle Messungen durchgeführt werden, sodass nachteilige Effekte von nicht perfekt ausgebildeten Oberflächen des Retroreflektors durch Mittelung der sequentiellen Messergebnisse eliminierbar sind. Gemäss einer anderen Ausführungsmöglichkeit, verbunden mit gleich- artigen Vorteilen von Messungen auf verschiedenen Auftreffpunkten des Retroreflektors , rotiert die Scheibe mit ihren für Lichtdurchlass unterschiedlich ausgebildeten Bereichen kontinuierlich in einer Richtung, wobei fortlaufend die Intensität auf den PSD zurückgeworfenen Lichts als Funktion der rotatorischen Stellung der Scheibe gemessen, als ein Messprotokoll aufgezeichnet und ausgewertet wird. For the determination of the servo control point, there are various possible embodiments: According to a first embodiment, the pane oscillates in the region of the retroreflector perpendicular to the direction of emission of the laser beam between two positions, whereby sequential measurements are carried out, so that adverse effects of not perfectly trained Surfaces of the retroreflector are eliminated by averaging the sequential measurement results. According to another possible embodiment, connected with the same In order to take advantage of measurements at various points of incidence of the retroreflector, the disc continuously rotates in one direction with its areas differently configured for light transmission, continuously measuring the intensity of light reflected back to the PSD as a function of the rotational position of the disc, recording and evaluating it as a measurement protocol ,
Gemäss einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der, insbesondere aus vielen Einzelreflek- toren bestehende, Retroreflektor ausserhalb der Strahllenkeinheit angeordnet und mit dem stationären Teil des Laser- trackers verbunden, und vorzugsweise nicht als ein Bestand¬ teil einer rotierbaren Scheibe ausgebildet, sondern die Strahllenkeinheit, insbesondere motorangetrieben, mit einem Bewegungszentrum in einen Teleskop-Drehpunkt um eine Kippachse und eine Stehachse schwenkbar oder drehbar ange¬ ordnet. Gemäss dieser Ausführungsform des erfindungs- gemässen Verfahrens wird durch eine entsprechende Bewegung der Strahllenkeinheit zeitlich sequentiell ein zweidimen- sionaler Verlauf des Auftreffpunkts des Laserstrahls auf einer Oberfläche des Retroreflektors erzeugt, insbesondere mit einer zweidimensional kreisartigen oder schlaufenartigen geometrischen Kontur. Messdaten von sequentiell erfolgenden Reflexionen an im Strahlengang bewegten Einzel- reflektoren des Retroreflektors werden gemittelt. According to another preferred embodiment of the invention is, in particular from many Einzelreflek- factors existing retroreflector located outside of the beam steering unit and connected to the stationary part of the laser trackers, and preferably not formed as a constituent ¬ part of a rotatable disc, but the beam steering unit , in particular motor-driven, with a movement center in a telescopic pivot about a tilting axis and a standing axis pivotally or rotatably ¬ assigns. According to this embodiment of the method according to the invention, a two-dimensional profile of the point of impact of the laser beam on a surface of the retroreflector is generated in a temporally sequential manner by a corresponding movement of the beam steering unit, in particular with a two-dimensional circular or loop-like geometric contour. Measurement data of sequentially occurring reflections on individual reflectors of the retroreflector moved in the beam path are averaged.
Vorteilhaft können auch durch eine solche Führung des eingestrahlten Laserstrahls auf den aus vielen Einzelreflek- toren bestehenden Reflektor nachteilige Effekte durch Fehlreflexionen oder sogar Ausfall von Reflexionen an nicht perfekt ausgebildeten Oberflächen des Retroreflektors vermindert oder sogar eliminiert werden. Gemäss einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der, insbesondere aus vielen Einzelreflek- toren bestehende, Retroreflektor ebenfalls ausserhalb der Strahllenkeinheit angeordnet und dabei mit dem um eine Vertikalachse rotierbaren Teil des Lasertrackers direkt oder indirekt verbunden. Dabei wird des Weiteren bevorzugt, dass die Strahllenkeinheit um einen Teleskop-Drehpunkt um eine Kippachse und eine Stehachse schwenkbar und/oder drehbar angeordnet ist und durch Schwenken oder Drehen der Strahllenkeinheit zeitlich sequentiell ein eindimensionaler Verlauf des Auftreffpunktes des Laserstrahls auf einer Oberfläche des Retroreflektors erzeugt wird. Die auf diesem Retroreflektor erzeugte Bahn des auftreffenden Laserstrahls kann die geometrische Form einer Geraden oder eines schmalen Streifens haben. Dieses ist mit gleichartigen Vorteilen wie für die vorangehend beschriebene Variante mit Erzeugung einer zweidimensionalen Bahn auf der Oberfläche des Retroreflektors verbunden: Durch eine solche Führung des eingestrahlten Laserstrahls auf den aus vielen Einzel- reflektoren bestehenden Reflektor werden vorteilhaft nachteilige Effekte durch Fehlreflexionen oder sogar Ausfall von Reflexionen an nicht perfekt ausgebildeten Oberflächen des Retroreflektors vermindert oder sogar eliminiert. Dazu wird eine Mittelung der Messdaten von sequentiell erfol- genden Reflexionen an im Strahlengang bewegten Einzelreflektoren des Retroreflektors durchgeführt. Such a guidance of the irradiated laser beam on the reflector comprising many individual reflectors can advantageously also be used to reduce or even eliminate disadvantageous effects due to erroneous reflections or even failure of reflections on imperfectly formed surfaces of the retroreflector. According to a further preferred embodiment of the invention, the retroreflector, in particular consisting of many individual reflectors, is likewise arranged outside the beam steering unit and in this case is connected directly or indirectly to the part of the laser tracker rotatable about a vertical axis. In this case, it is further preferred for the beam steering unit to be pivotable and / or rotatable about a telescopic pivot about a tilting axis and a standing axis and for pivoting or rotating the beam steering unit to sequentially generate a one-dimensional course of the point of incidence of the laser beam on a surface of the retroreflector , The trajectory of the incident laser beam generated on this retroreflector may have the geometric shape of a straight line or a narrow strip. This is connected with the same advantages as for the variant described above with the production of a two-dimensional path on the surface of the retroreflector: Such guidance of the irradiated laser beam on the reflector consisting of many individual reflectors disadvantageous effects due to false reflections or even failure of reflections at not perfectly formed surfaces of the retroreflector reduced or even eliminated. For this purpose, an averaging of the measurement data of sequentially occurring reflections on individual reflectors of the retroreflector moved in the beam path is carried out.
Der erfindungsgemässe Lasertracker und das erfindungs- gemässe Selbstkalibrierungsverfahren werden nachfolgend anhand von in den Zeichnungen schematisch dargestellten konkreten Ausführungsbeispielen rein beispielhaft näher beschrieben, wobei auch auf weitere Vorteile der Erfindung eingegangen wird. Im Einzelnen zeigen: Fig. 1 einen erfindungsgemässen Lasertracker mit einemThe laser tracker according to the invention and the self-calibration method according to the invention are described in more detail below purely by way of example with reference to concrete exemplary embodiments shown schematically in the drawings, with further advantages of the invention also being discussed. In detail show: Fig. 1 shows an inventive laser tracker with a
Messhilfsmittel ; Measuring aids;
Fig. 2 einen erfindungsgemässen Lasertracker in einer Fig. 2 shows an inventive laser tracker in a
Frontansicht ; Fig. 3a-b eine Verwendung eines grossen Einzel-Retro- reflektors als Kalibrierungsvorrichtung zur Bestimmung eines Strahlversatzes des auf den PSD auftreffenden, zurückkehrenden Laserstrahls;  Front view; 3a-b show a use of a large single retro-reflector as a calibration device for determining a beam offset of the incident on the PSD, the returning laser beam.
Fig. 4 eine Verwendung eines erfindungsgemässen Retro- reflektors als Kalibrierungsvorrichtung zur4 shows a use of a retro-reflector according to the invention as a calibration device for
Bestimmung eines Strahlversatzes des auf den PSD auftreffenden, zurückkehrenden Laserstrahls; Determining a beam offset of the returning laser beam impinging on the PSD;
Fig. 5a-d Unterschiede bei der Verwendung der in den Fig. 5a-d differences in the use of in the
Figuren 3a-b und 4 gezeigten Kalibrierungsvor- richtungen;  FIGS. 3a-b and 4 show calibration devices;
Fig. 6a-c Mikroskopaufnahmen unterschiedlicher Strukturen von aus vielen Einzelreflektoren bestehenden Retroreflektoren; 6a-c micrographs of different structures of retroreflectors consisting of many individual reflectors;
Fig. 7a eine erste Weiterentwicklung der Erfindung mit einem aus vielen Einzelreflektoren bestehendenFig. 7a, a first development of the invention with one consisting of many individual reflectors
Rückreflektor, der auf einer Scheibe und damit zusammen auf einer von einem Motor rotierbar antreibbaren Drehachse montiert ist; Reverse reflector, which is mounted on a disc and thus together on a rotationally driven by a motor rotation axis;
Fig. 7b eine zusätzliche Weiterentwicklung zu der Aus¬ führungsform der Erfindung gemäss Fig. 7a; FIG. 7b an additional development to the embodiment of the invention according to FIG. 7a; FIG.
Fig. 8 einen beispielhaften Verlauf einer mit der Ausführungsform der Erfindung gemäss Fig. 7b durchgeführter Messungen und mit einem PSD bestimmter Intensitäten auf diesen Detektor auftreffenden Lichts, als Funktion der rotatorischen Position der Scheibe; FIG. 8 shows an exemplary course of a measurement carried out with the embodiment of the invention according to FIG. 7b and with a PSD Intensities of light incident on this detector as a function of the rotational position of the disc;
Fig. 9a-b beispielhaft für eine andere Ausführungsform der 9a-b by way of example for another embodiment of the
Erfindung, bei welcher der aus vielen Einzelreflektoren bestehende Retroreflektor an einem stationären Teil des Lasertrackers angeordnet ist, zweidimensionale Bahnen in Form einer mäanderförmigen Bahn und einer Kreisbahn; und Fig. 9c beispielhaft für eine Konfiguration, bei welcher der aus vielen Einzelreflektoren bestehende Retroreflektor an einem rotierbaren Teil des Lasertrackers angeordnet ist, eine ein¬ dimensionale Bahn. Figur 1 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform eines erfindungsgemässen Lasertrackers 1, umfassend eine Basis 140, eine darauf angebrachte Stütze 120 mit einem Griff 121 und eine an zwei (nicht dargestellten) Holmen der Stütze 120 gelagerte Strahllenkeinheit 110. Der abgebildete Lasertracker 1 ist auf einem Stativ 150 angeordnet und misst mittels eines Laserstrahles 30 die Distanz zu einem auf einem Messhilfsmittel 80 befindlichen Retroreflek- tor 81. Das Messhilfsmittel 80 - hier beispielhaft als Messtaster ausgeführt - umfasst weiterhin eine Anzahl Ziel- markierungen 82, beispielsweise in Form von reflektierenden oder selbstleuchtenden Lichtpunkten, sowie einen Messkopf 83 zum Plazieren auf einem zu vermessenden Zielpunkt eines Zielobjektes 85. Invention in which the retroreflector consisting of many individual reflectors is arranged on a stationary part of the laser tracker, two-dimensional tracks in the form of a meandering path and a circular path; 9c and Fig. exemplary of one configuration in which the existing of many individual reflectors retroreflector is arranged on a rotatable part of the laser tracker, a ¬ a dimensional web. 1 shows an exemplary embodiment of a laser tracker 1 according to the invention, comprising a base 140, a support 120 mounted thereon with a handle 121 and a beam steering unit 110 mounted on two beams (not shown) of the support 120. The laser tracker 1 shown is mounted on a stand 150 arranged and measures by means of a laser beam 30 the distance to a located on a measuring aid 80 Retroreflek- tor 81. The measuring aid 80 - here exemplified as a probe - also includes a number of target marks 82, for example in the form of reflective or self-luminous points of light, as well a measuring head 83 for placing on a target point of a target 85 to be measured.
Der dargestellte Lasertracker 1 beinhaltet eine Messkamera, die insbesondere als fokussierbares Vario-Kamerasystem mit variabler Vergrösserung ausgestaltet ist, um die auf dem Messhilfsmittel 80 angeordneten Zielmarkierungen 82 zu erfassen. Anhand der von der Messkamera aufgenommenen Positionen der Zielmarkierungen 82 ist die räumliche Aus- richtung des Messhilfsmittels 80 bestimmbar. The illustrated laser tracker 1 includes a measuring camera, in particular as a focusable Vario camera system with variable magnification is designed to detect the arranged on the measuring aid 80 target marks 82. On the basis of the recorded by the measuring camera positions of the target marks 82, the spatial orientation of the measuring aid 80 can be determined.
Um Bewegungen des Messhilfsmittels 80 zu erkennen und nachvollziehen zu können, sodass der Laserstrahl 36 auf den Retroreflektor 81 ausgerichtet bleibt, weist der Laser- tracker 1 einen positionssensitiven Detektor (PSD) auf, insbesondere einen Tracking-Flächensensor, wie er beispielsweise in der WO 2007/079600 AI geoffenbart ist. In order to be able to detect and understand movements of the measuring aid 80 so that the laser beam 36 remains aligned with the retroreflector 81, the laser tracker 1 has a position-sensitive detector (PSD), in particular a tracking area sensor, as described, for example, in WO 2007 / 079600 AI.
Der PSD ist vorzugsweise in der Strahllenkeinheit 10 angeordnet und ermöglicht durch ein Erfassen der Aus¬ richtung des von einem Ziel, insbesondere dem Retro- reflektor 81, reflektierten Laserstrahls 30 das Nachführen der Ausrichtung des Laserstrahls 30. Durch das Nachführen der Laserstrahlausrichtung kann eine fortlaufende Zielverfolgung (Tracking) des Zielpunkts erfolgen und die Entfernung und Position des Zielpunkts fortlaufend relativ zum Messgerät bestimmt werden. The PSD is preferably arranged in the beam steering unit 10 and allows, by detecting the off ¬ direction of from a target, in particular the retro reflector 81, reflected laser beam 30, the tracking of the orientation of the laser beam 30. By tracking of the laser beam alignment can be a continuous target tracking (Tracking) of the target point and the distance and position of the target point are determined continuously relative to the meter.
Figur 2 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform eines erfindungsgemässen Lasertrackers 1 in einer Frontalansicht. Der Lasertracker 1 umfasst eine Basis 140, die auf einer Haltevorrichtung befestigbar ist, hier dargestellt in Form eines Stativs 150. Auf der Basis 140 ist eine Stütze 120 um die Vertikalachse 9 drehbar gelagert angebracht. Die Stütze 120 umfasst einen ersten Holm 126 und einen zweiten Holm 127, die von der Stütze 120 aus nach oben ragen und an welchen eine Strahllenkeinheit 110 mittels einer Welle 160 um die Horizontalachse 8 kippbar gelagert ist. An den beiden Holmen 126,127 ist ein Griff 121 für den Transport und die Handhabung des Lasertrackers 1 angebracht. Der Griff 121 kann fest mit den Holmen 126, 127 verbunden sein, beispielsweise aus einem Guss mit diesen hergestellt oder angeschweisst sein, so dass er als zusätzlich stabili- sierendes Element für die Holme 126,127 dient, insbesondere hinsichtlich eines Verbiegens. FIG. 2 shows an exemplary embodiment of a laser tracker 1 according to the invention in a front view. The laser tracker 1 comprises a base 140, which can be fastened on a holding device, shown here in the form of a stand 150. A support 120 is mounted rotatably on the base 140 about the vertical axis 9. The support 120 comprises a first spar 126 and a second spar 127 which project upwards from the support 120 and on which a beam steering unit 110 is tiltably mounted about the horizontal axis 8 by means of a shaft 160. At the two bars 126,127 is a handle 121 for transport and the handling of the laser tracker 1 attached. The handle 121 may be fixedly connected to the spars 126, 127, for example, made of a cast with them or welded so that it serves as an additional stabilizing element for the spars 126, 127, in particular with regard to bending.
An der Strahllenkeinheit 110 sind in dieser beispielhaften Ausführungsform mehrere Optiken vorgesehen, insbesondere eine Optik 112 einer Messkamera, sowie eine Laseraussende- und -empfangsoptik 111 einer optischen Distanzmessvorrichtung. Des weiteren weist die Strahllenkeinheit 110 vorzugsweise eine Optik einer Lokalisierungskamera 114 zur Groblokalisierung des Messhilfsmittels 80 und eine Optik einer Übersichtskamera 116 zur Bereitstellung von Bildern für einen Benutzer auf. Several optics are provided on the beam steering unit 110 in this exemplary embodiment, in particular an optical system 112 of a measuring camera, as well as a laser emitting and receiving optical system 111 of an optical distance measuring device. Furthermore, the beam steering unit 110 preferably has an optical system of a localization camera 114 for coarse localization of the measuring aid 80 and an optical system of an overview camera 116 for providing images to a user.
Die Figuren 3a und 3b illustrieren die Verwendung einer Kalibrierungsvorrichtung in Form eines grossen Einzelreflektors 88, wie beispielsweise eines Prismas oder eines Corner Cubes, zur Bestimmung eines Strahlversatzes 61 des auf den positionssensitiven Detektor (PSD) 10 auftreffenden, zurückkehrenden Laserstrahls 31 gegenüber dem Detektorzentrum 15, sowie die Nachteile, die sich bei dieser Verwendung ergeben. FIGS. 3a and 3b illustrate the use of a calibration device in the form of a large single reflector 88, such as a prism or a corner cubes, for determining a beam offset 61 of the returning laser beam 31 impinging on the position sensitive detector (PSD) 10 with respect to the detector center 15; and the disadvantages associated with this use.
Gemäss der Ausrichtung des ausgesandten Laserstrahls 30 nach Figur 3a tritt dieser exakt durch die Mitte des Strahlteilers 33 hindurch und trifft auch exakt im Zentrum des Einzel-Retroreflektors 88 derart auf, dass er in sich als ein zurückkommender Laserstrahl 31 reflektiert wird und durch den Strahlteiler 33 auf den PSD 10 mit einem Detektorzentrum 15 umgelenkt wird. Auf dem PSD 10 trifft der Laserstrahl 31 an einem in der Regel von dem Detektorzentrum 15 verschiedenen Punkt 13 auf. Wenn die Richtung und Positionierung des ausgesandten Laserstrahls 30 auf den Retroreflektor eingeregelt sind, ist dieser Auftreffpunkt mit einem sogenannten Servo¬ kontrollpunkt identisch, dessen genaue Bestimmung für weitere Massnahmen und Messungen zur Selbstkalibrierung des Lasertrackers wesentlich ist. Der dermassen bestimmte Servokontrollpunkt weist in der Regel einen Versatz 71 zum Detektorzentrum 15 auf. According to the orientation of the emitted laser beam 30 according to FIG. 3a, it passes exactly through the center of the beam splitter 33 and also exactly coincides in the center of the single retroreflector 88 so that it is reflected in itself as a returning laser beam 31 and through the beam splitter 33 is deflected to the PSD 10 with a detector center 15. On the PSD 10, the laser beam 31 impinges on a point 13, which is generally different from the detector center 15. If the direction and positioning of the emitted laser beam 30 are adjusted to the retroreflector, this impact point is identical to a so-called servo ¬ control point, the exact determination of which is essential for further measures and measurements for self-calibration of the laser tracker. The thus determined servo control point generally has an offset 71 to the detector center 15.
Angegeben sind in Figur 3a des Weiteren eine Teleskop- Drehachse 8, um welche die Strahllenkeinheit 110 drehbar ist, ein Strahlversatz 61 zwischen einer Zentralachse durch die Drehachse 8 und dem zurückkehrenden Laserstrahl 31 und die Achsen 6 und 7. Gemäss der Situation nach Figur 3a können der Versatz 71 und der Strahlversatz 61 separat voneinander bestimmt werden. 3a, a telescopic rotation axis 8 about which the beam steering unit 110 is rotatable, a beam offset 61 between a central axis through the axis of rotation 8 and the returning laser beam 31 and the axes 6 and 7. According to the situation according to FIG the offset 71 and the beam offset 61 are determined separately from each other.
Figur 3b illustriert eine Situation, gemäss derer der ausgesandte Laserstrahl 30 nicht mittig auf dem Einzel- reflektor 88 auftrifft, aber der Abstand 71 auf dem PSD 10 und der Strahlversatz 61 der Zielachse zusammen korreliert bekannt sind. Gemäss dieser Situation trifft der ausge¬ sandte Laserstrahl 30 nicht mittig auf dem Zentrum des Einzel-Retroreflektors 88 auf, sondern auf einer ersten seitlichen Reflexionsfläche, und wird um dessen Zentrum herumgelenkt auf eine gegenüberliegende zweite Reflexions¬ fläche, von wo er als zurückkehrender Laserstrahl 31 parallel versetzt zum ausgesandten Laserstrahl 30 reflektiert wird. In dem dargestellten Spezialfall trifft er dann mit einem Wert Null des Versatzes 71 zum Detektorzentrum 15 dem PSD 10 auf. Der Versatz 71 („PSDOffset") und der Strahlversatz 61 („ZAAbst ") können durch einen beide Einzelparameter enthaltenden Gesamtversatz („Offsetf") auf dem PSD 10 bestimmt und dann durch ein einfaches Gleichungssystem voneinander separiert werden: FIG. 3b illustrates a situation according to which the emitted laser beam 30 does not impinge centrally on the single reflector 88, but the distance 71 on the PSD 10 and the beam offset 61 of the target axis are known to be correlated together. According to this situation, the out ¬ sent laser beam 30 does not hit centered on the center of the single retroreflector 88, but on a first lateral reflection face, and is at its center around directed to an opposite second reflection ¬ surface when returning laser beam from where he 31 parallel offset to the emitted laser beam 30 is reflected. In the illustrated special case, it then hits the PSD 10 with a value zero of the offset 71 to the detector center 15. The offset 71 ("PSDOffset") and the beam offset 61 ("ZAAbst") can be determined by a total offset ("offset f ") containing both individual parameters on the PSD 10 and then separated from each other by a simple equation system:
PSDOffset - ZAAbst PSDOffset - ZAAbst
Richtungl korrigiert arctan( ■) - Richtungsfehler (1) Direction l corrects arctan ( ■ ) - Direction error (1)
2 x Dist  2 x dist
PSDOffset - ZAAbst = Offset' (2) PSDOffset - ZAAbst = Offset '(2)
Solange PSD-Offset (Versatz 71) und Zielachsenabstand (Strahlversatz 61) klein genug sind, bleibt dabei die Strahlüberdeckung zwischen ausgehenden und zurückkommenden Strahl bei einem Einsatz von Laserinterferometern (IFM) und absoluten Distanzmessern (ADM) für zuverlässige Messungen ausreichend gut. Für eine genaue Kalibrierung wird aber ein solcher Fall bevorzugt, bei dem kein Versatz auftritt. In Figur 4 ist der in den Figuren 3a-b gezeigte grosse Einzel-Retroreflektor 88 durch einen erfindungsgemässen Retroreflektor 2 ersetzt. Dieser besteht aus einer Vielzahl von Einzelreflektoren und ist damit im Gegensatz zum Einzel-Retroreflektor 88 in einem zweidimensionalen Bereich zur Erzeugung einer im Wesentlichen versatzfreien, koaxialen Retroreflexion einer auf ihm auftreffenden Messstrahlung 30 ausgebildet, ohne dabei einen wesentlichen Versatz der reflektierten Messstrahlung 31 zur Richtung der auftreffenden Messstrahlung 30 zu erzeugen. Aus einer Vielzahl von Einzelreflektoren bestehende Retro- reflektoren sind in verschiedenen Formen und aus verschiedenen Materialien hergestellt erhältlich, beispielsweise als Rückstrahler aus hartem Kunststoff, wie sie beispielsweise für im Strassenverkehr verwendet werden, oder als geprägte Kunststofffolien . Häufig weisen derartige, typischerweise in Massenfabrikation hergestellte und aus einer Vielzahl von Einzelreflektoren bestehende Retroreflektoren Fehler oder Unperfektheiten an ihren reflektierenden Oberflächen. As long as PSD offset (offset 71) and target axis spacing (beam offset 61) are small enough, the beam coverage between outgoing and returning beam remains sufficiently good for reliable measurements when using laser interferometers (IFM) and absolute distance meters (ADM). For a precise calibration, however, such a case is preferred in which no offset occurs. In FIG. 4, the large individual retroreflector 88 shown in FIGS. 3a-b is replaced by a retroreflector 2 according to the invention. This consists of a plurality of individual reflectors and is thus formed in contrast to the single retroreflector 88 in a two-dimensional region for generating a substantially offset-free, coaxial retroreflection of a measuring radiation impinging thereon 30 without a substantial offset of the reflected measuring radiation 31 to the direction of generate incident measuring radiation 30. From a variety of individual reflectors existing retro-reflectors are available in various shapes and made of different materials available, for example, as reflectors made of hard plastic, as they for example, used for road traffic, or as embossed plastic films. Frequently, such retroreflectors, typically made in mass production and consisting of a plurality of individual reflectors, have defects or imperfections in their reflective surfaces.
Die Figuren 5a-d illustrieren den grundsätzlichen Vorteil eines in einem zweidimensionalen Bereich zur Erzeugung einer im Wesentlichen versatzfreien, koaxialen Retro- reflexion einer auf ihm auftreffenden Messstrahlung 30 ausgebildeten Retroreflektors 2 gegenüber einem herkömmlichen, als „Corner Cube" ausgebildeten Einzel-Retroreflektor 88. FIGS. 5a-d illustrate the fundamental advantage of a retroreflector 2 embodied in a two-dimensional region for generating a substantially offset-free, coaxial retro-reflection of a measuring radiation 30 impinging on it in comparison to a conventional single corner reflector 88 designed as a corner cube.
In Figur 5a trifft Messstrahlung 30 mittig auf den Einzel- Retroreflektor 88 und wird von diesem im Wesentlichen versatzfrei als reflektierte Messstrahlung 31 reflektiert. In FIG. 5 a, measurement radiation 30 is incident centrally on the single retroreflector 88 and is reflected by it substantially without offset as reflected measurement radiation 31.
In Figur 5b trifft Messstrahlung 30 mittig auf einen aus einer Vielzahl von Einzelreflektoren bestehenden Reflektor 2 und wird von diesem im Wesentlichen versatzfrei als reflektierte Messstrahlung 31 reflektiert. In Figur 5c trifft Messstrahlung 30 nicht mittig auf den Einzel-Retroreflektor 88 und wird von diesem als reflektierte Messstrahlung 31 mit einem Versatz zur eintreffenden Messstrahlung 30 reflektiert. In FIG. 5b, measuring radiation 30 hits centrally on a reflector 2 consisting of a multiplicity of individual reflectors and is reflected by it substantially without offset as reflected measuring radiation 31. In FIG. 5c, measurement radiation 30 does not impinge centrally on the single retroreflector 88 and is reflected by it as reflected measurement radiation 31 with an offset to the incident measurement radiation 30.
In Figur 5d trifft Messstrahlung 30 nicht mittig auf einen aus einer Vielzahl von Einzelreflektoren bestehenden Reflektor 2 - wie in Figur 5c für den Einzel-Retro- reflektor 88 dargestellt. Dabei wird die Messstrahlung 30 im Gegensatz zu Figur 5c im Wesentlichen versatzfrei als reflektierte Messstrahlung 31 reflektiert. Figur 6a zeigt eine mikroskopische Aufnahme eines Rück¬ strahlers, wie er beispielsweise für ein Fahrrad Verwendung findet. Er besteht aus vielen kleinen Prismen in guter Qualität, die aber relativ gross sind. Hier nicht darge- stellt, aber in bekannten Rückstrahlern dieses Typs häufig vorkommend, sind ausserdem Stossstellen von zueinander verkippten Zonen. Die verkippten Zonen sind dafür vorgesehen, einen grösseren erfassbaren Einfallswinkel für die Reflexion zu bewirken. Figur 6b zeigt eine Mikroskop- aufnähme einer Folie mit geprägten Prismen. Im Vergleich zu den Prismen gemäss Figur 6a sind die einzelnen Prismen sehr viel kleiner. In ihrer Form sind sie aber selten perfekt, sondern weisen deutlich erkennbare Defekte auf. Figur 6c zeigt eine Mikroskopaufnahme einer Folie mit Glaskugeln. Die einzelnen Glaskugeln sind in ihrer Grösse sehr unterschiedlich und weisen zwischen einander teilweise relativ grosse Abstände auf. Als Folge sind Reflexionen von einer solchen Folie in der Regel relativ intensitätsschwach. In FIG. 5d, measuring radiation 30 does not impinge centrally on a reflector 2 consisting of a multiplicity of individual reflectors - as shown in FIG. 5c for the single retro-reflector 88. In contrast to FIG. 5c, the measurement radiation 30 is reflected substantially offset-free as reflected measurement radiation 31. 6a shows a micrograph of a return ¬ radiator as he finds, for example, for a bicycle use. It consists of many small prisms in good quality, but relatively large. Not shown here, but common in known reflectors of this type, are also joints of tilted zones. The tilted zones are designed to provide a larger detectable angle of incidence for reflection. FIG. 6b shows a microscope image of a film with embossed prisms. In comparison to the prisms according to FIG. 6a, the individual prisms are much smaller. In their form, they are rarely perfect, but have clearly recognizable defects. FIG. 6c shows a microscope photograph of a film with glass beads. The individual glass spheres are very different in size and have relatively large distances between each other. As a result, reflections from such a film are usually relatively low in intensity.
Minderungen der Reflexionseigenschaften derartiger aus einer Vielzahl von Einzelreflektoren bestehender und typischerweise in Massenfabrikation hergestellter Retrore- flektoren gegenüber den Reflexionseigenschaften wesentlich aufwendig herstellbarer Einzel-Rückreflektoren wie Einzelprismen oder „Corner Cubes" lassen sich wie folgt zusammen- fassen: Reductions in the reflection properties of such retroreflectors consisting of a large number of individual reflectors and typically produced in mass production compared with the reflection properties of single back reflectors which can be produced in a very complicated manner, such as individual prisms or "corner cubes", can be summarized as follows:
Aufgrund der vorgenannten Unperfektionen der aus vielen Einzelreflektoren bestehenden Retroreflektoren, insbesondere auch Abweichungen der Ausgestaltung der Einzelreflektoren von einer vorgesehenen idealen Form, wird im Vergleich zu grossflächigen Einzel-Rückreflektoren mit nahezu perfekten optischen Oberflächen relativ wenig des einfallenden Lichts reflektiert oder das einfallende Licht divergierend reflektiert. Ein solcher Effekt kann für typische Massenanwendungen, beispielsweise an Warnwesten oder Strassenbefestigungspfosten, durchaus erwünscht sein, ist aber für eine Verwendung mit einem Lasertracker typi- scherweise eher nachteilig. Ausserdem können die Intensi¬ täten der reflektierten Teilstrahlen stark unterschiedlich sein. In Extremfällen wird von einigen Einzelreflektoren sogar kein Licht mehr zurückgeworfen. Auch Kratzer oder Verschmutzungen auf den Einzelreflektoren können ähnliche nachteilige Effekte haben. Due to the aforementioned imperfections of existing from many individual reflectors Retroreflektoren, in particular also deviations of the design of the individual reflectors of an intended ideal shape, relatively little of the incident light is reflected or the incident light compared to large-scale single-back reflectors with nearly perfect optical surfaces divergently reflected. Such an effect may well be desirable for typical mass applications, for example, to safety vests or street fixing posts, but is typically disadvantageous for use with a laser tracker. In addition, the Intensi can ¬ activities of the reflected beam components vary widely. In extreme cases, some single reflectors even no light is thrown back. Also, scratches or stains on the individual reflectors can have similar adverse effects.
Anhand von Figur 7a ist eine erste Weiterentwicklung der vorliegenden Erfindung illustriert. Ein aus vielen Einzelreflektoren bestehender Retroreflektor 2, insbesondere eine kreisförmig ausgebildete retroreflektierende Folie, ist auf einer Scheibe 50 und damit zusammen auf einer von einem Motor 55 rotierbar antreibbaren Drehachse 51 montiert. Durch sequentielle Messung und Mittelung der Daten aus den sequentiellen Messungen kann ein Effekt eines Granulationbzw. Interferenzmusters des auf den PSD zurückgeworfenen Lichts 31 auf die Bestimmung des Intensitätsschwerpunkts des zurückgeworfenen Lichts 31 schon nach wenigen Messungen eliminiert werden. Auch nachteilige Effekte schwach oder gar nicht reflektierender Einzelreflektoren können dadurch beseitigt werden. Gemäss der Darstellung in Figur 7a ist der Retroreflektor 2 erfindungsgemäss ausserdem nicht senkrecht, sondern unter einem von 90° abweichenden Winkel seiner reflektierenden Fläche zur Achse 51 angeordnet. Durch eine bei Rotation der Achse 51 mit Retroreflektor 2 und Scheibe 50 daraus folgende Taumelbewegung des Retroreflektors 2 ändern sich dann sequentiell die Anzielwinkel und damit die Abstände zum Retroreflektor 2 bzw. Weglängen auf den Rückreflektor 2 eingestrahlten Lichts 30 permanent. Dabei betragen die Abstandsänderungen idealerweise mehrere Wellenlängen des eingestrahlten Lichts 30. Dadurch werden bei sequentiellen Messungen entsprechende sequentielle Verschiebungen eines Interferenzmusters des auf den PSD 10 gelenkten zurück¬ kommenden Lichts 31 erzeugt, so dass sich durch Mittelung der Messergebnisse Effekte der Interferenzen eliminiert werden können. Die Taumelbewegung ist in Figur 7a durch Überlagerung von mit durchgezogenen sowie mit durch- brochenen Linien angedeuteten unterschiedlichen Positionen von Retroreflektor 2 und Scheibe 50 illustriert. With reference to Figure 7a, a first development of the present invention is illustrated. A retroreflector 2 consisting of many individual reflectors, in particular a circularly formed retroreflective sheeting, is mounted on a disc 50 and together therewith on an axis of rotation 51 rotatably driven by a motor 55. By sequential measurement and averaging of the data from the sequential measurements, an effect of Granulationbzw. Interference pattern of the light reflected back to the PSD 31 to the determination of the intensity of gravity of the reflected light 31 can be eliminated after a few measurements. Even disadvantageous effects of weak or even non-reflecting individual reflectors can be eliminated. According to the illustration in FIG. 7a, according to the invention the retroreflector 2 is not arranged vertically, but at an angle of its reflecting surface to the axis 51 which deviates from 90.degree. By a rotation of the axis 51 with retroreflector 2 and disc 50 resulting therefrom tumbling motion of the retroreflector 2 then change sequentially the target angle and thus the distances to the retroreflector 2 and path lengths to the back reflector second irradiated light 30 permanently. The changes in distance ideally be a plurality of wavelengths of the incident light 30. As a result, corresponding sequential shifts of an interference pattern of the steered to the PSD 10 back ¬ light coming 31 are generated in sequential measurements, so that effects of interference can be eliminated by averaging the measurement results. The tumbling movement is illustrated in FIG. 7a by superposition of different positions of retroreflector 2 and disc 50 indicated by solid and broken lines.
Ausserdem können, wie in Figur 7a ebenfalls dargestellt, durch Erzeugung einer schrägen, d. h. von 90° verschiedenen, Richtung des auf den Retroreflektor 2 einge- strahlten Lichts 30 nachteilige Effekte durch an dessen Frontfläche und nicht an den zur Reflexion vorgesehenen optischen Flächen ebenfalls beseitigt werden. In addition, as shown in Figure 7a also, by generating an oblique, d. H. If the direction of the light irradiated to the retroreflector 2 differs from 90 °, disadvantageous effects are also eliminated by its front surface and not by the optical surfaces provided for reflection.
Figur 7b illustriert eine zusätzliche Weiterentwicklung zu der Ausführungsform der Erfindung gemäss Figur 7a. Diese Weiterentwicklung ist insbesondere auch geeignet für eine Anordnung der Scheibe 50 mit darauf befindlichem, geometrisch geeignet ausgebildetem Rückstrahler bzw. retroreflektierender Folie in einer Strahllenkeinheit. FIG. 7b illustrates an additional development to the embodiment of the invention according to FIG. 7a. This further development is in particular also suitable for arranging the pane 50 with a geometrically suitably designed retroreflector or retroreflective sheeting in a beam deflecting unit.
Dargestellt in Figur 7b ist eine Scheibe 50 mit einer für unterschiedlichen Lichtdurchlass segmentierten Ausgestaltung bzw. Oberfläche. Die Scheibe 50 ist um eine Achse 51 schwenk und/oder rotierbar angeordnet. Ein, in diesem Fall, halbkreisartiger Bereich der Scheibe ist mit einem Retro- reflektor 2, insbesondere einer retroreflektierenden Folie, ausgestattet. Ein weiterer Bereich 53 ist für einen Dunkel- abgleich, d. h. für Messungen zu einer Bestimmung einer Basislinie von Detektorsignalen, ohne auf den PSD zurückreflektiertes Licht 31, bereitgestellt. Dabei kann dieser Bereich beispielsweise eine Licht absorbierende und insbe¬ sondere auch in Reflexion diffus streuende dunkle Ober- fläche, insbesondere aus Filz oder Samt, aufweisen. Ein weiterer Bereich 42 ist zu einer Transparenz für Licht, d. h. reguläre Messungen mit dem Lasertracker, ausgebildet, beispielsweise als einfache Öffnung. Shown in FIG. 7b is a disk 50 with a configuration or surface segmented for different light transmission. The disk 50 is arranged pivotable about an axis 51 and / or rotatable. A, in this case, semi-circular region of the pane is provided with a retro-reflector 2, in particular a retroreflective sheeting. Another area 53 is for a dark balance, ie for measurements to determine a Baseline of detector signals, without reflected light back to the PSD 31 provided. In this case, this area may, for example, a surface light absorbing and in particular ¬ sondere diffusive in reflection dark upper, in particular made of felt or velvet having. A further region 42 is formed for a transparency for light, ie regular measurements with the laser tracker, for example as a simple opening.
Diese Weiterentwicklung der Erfindung ist mit verschiedenen Vorteilen verbunden. Insbesondere muss der ausgesandte Laserstrahl 30 zwecks Messungen zur Bestimmung des Servo- Kontrollpunkts und dessen Abstands zum Zentrum des PSD für die Selbstkalibrierung der Justierung und der Anzielung eines, insbesondere zu verfolgenden, ausserhalb des Laser- trackers angeordneten Objekts nicht unterschiedlich ausge¬ richtet werden. This further development of the invention is associated with various advantages. In particular, the emitted laser beam 30 does not need to be differently ¬ directed for the purpose of measurements to determine the servo control point and its distance to the center of the PSD for the self-calibration of the adjustment and the sighting of a, in particular arranged to be tracked, outside the laser trackers object.
Für die Bestimmung des Servokontrollpunktes gibt es dabei verschiedene Ausführungsmöglichkeiten: Gemäss einer ersten Ausführungsmöglichkeit pendelt die Scheibe 50 im Bereich des Retroreflektors 2 in Aussendungsrichtung des Laserstrahls 30 zwischen zwei Positionen hin und her, wobei fortlaufend sequentielle Messungen durchgeführt werden, sodass nachteilige Effekte von Unperfektionen des Retro- reflektors 2 durch Mittelung der sequentiellen Messergeb- nisse eliminierbar sind. Gemäss einer anderen Ausführungs¬ möglichkeit rotiert die Scheibe 50 mit ihren ausgebildeten Bereichen 2, 53 und 52 kontinuierlich in einer Richtung, wobei fortlaufend die Intensität auf den PSD zurück¬ geworfenen Lichts gemessen und als Funktion der rota- torischen Stellung der Scheibe 50 gemessen, als ein Messprotokoll aufgezeichnet und ausgewertet werden. Ein beispielhafter Verlauf mit der Ausführungsform der Erfindung gemäss Figur 7b durchgeführter und mit dem PSD bestimmter Intensitäten auf diesen Detektor auftreffenden Lichts, als Funktion der rotatorischen Position der Scheibe 50, bei einer Rotation der Scheibe 50 gegenüber dem Uhrzeigersinn, ist in Figur 8 dargestellt, die in Verbindung mit der Ausbildung der Scheibe 50 gemäss Figur 7b zu verstehen ist. For the determination of the servo control point, there are various possible embodiments: According to a first possible embodiment, the disk 50 oscillates between two positions in the area of the retroreflector 2 in the direction of emission of the laser beam 30, whereby sequential measurements are carried out so that adverse effects of imperfections of the retro Reflectors 2 can be eliminated by averaging the sequential measurement results. According to another execution ¬ possibility rotates the disk 50 with its formed regions 2, 53 and 52 continuously in one direction, whereby continuously the intensity on the PSD back ¬ reflected light is measured and measured as a function of the rotationally toric position of the disc 50, as a measurement log is recorded and evaluated. An exemplary course with the embodiment of the invention according to FIG. 7b and with the PSD of certain intensities incident on this detector, as a function of the rotational position of the disk 50, with a rotation of the disk 50 in the counterclockwise direction, is shown in FIG in connection with the formation of the disc 50 according to Figure 7b to understand.
Die beispielhaften Messwerte des PSD zeigen für eine Scheibenposition zwischen 0° und 90°, d. h. einem Darstellungsbereich 91, einen Lichtintensitätswert, in willkürlichen Einheiten, von nahe oder knapp über Null. Werte knapp über Null werden durch Restreflexionen von dem im Wesentlichen, aber in der Praxis nicht vollständig absor- bierenden Bereich 53 der Scheibe 50 erzeugt. Der darge¬ stellte Winkelbereich 92 zwischen knapp über 90° und nahe 180° entspricht der Position der Scheibe 50, in der sie in ihrem in Figur 7b dargestellten Bereich 52 für sogenannte reguläre Messungen des Lasertrackers , mit Anzielung eines, gegebenenfalls zu verfolgenden Objekts, für ausgesandtes Licht transparent ist. Folglich tritt kein reflektiertes Licht auf den PSD, und sein Intensitätssignal hat den Wert Null . The exemplary measured values of the PSD show for a slice position between 0 ° and 90 °, ie a display region 91, a light intensity value, in arbitrary units, of near or just above zero. Values just above zero are generated by residual reflections from the area 53 of the disk 50, which is essentially, but in practice, not completely absorbed. The Darge ¬ set angle area 92 between just over 90 ° and close to 180 ° corresponds to the position of the disc 50, in which they in their 7b illustrated in FIG portion 52 for so-called regular measurements of the laser tracker with sighting of an optionally object to be tracked, for emitted light is transparent. Consequently, no reflected light is incident on the PSD and its intensity signal is zero.
Die beispielhaften Messwerte des PSD sind für Zwecke der Selbstkalibrierung für die Winkelbereiche 93, 94 und 93' von besonderer Relevanz. Für die Winkelbereiche 93 zwischen knapp unter 180° und knapp über 180° sowie 93' zwischen knapp unter und knapp über 360° liegt jeweils eine Situation vor, bei welcher der eingestrahlte Laserstrahl 30 nur teilweise auf den Bereich des Retroreflektors 2 auftrifft und von dort reflektiert wird. Bevorzugt wird mittels einer geeigneten Analyse-Software oder eines geeigneten Analyse-Algorithmus für die, in dieser Darstellung an einen, im Wesentlichen um 360° zentrierten, Zwischenbereich 94 angrenzende Bereiche 93, 93' ein Schwellenwert eines ermittelten unteren Intensitätswertes für eine Bestimmung eines Mittelwerts der für eine Bestimmung der für den Bereich 94 ermittelten Intensitätswerte zur Bestimmung des Intensitätsschwerpunkts von aus dem Bereich 2 von Intensitäten von Lichtstrahlen, die vom Retroreflektor 2 zurückgeworfen werden, festgelegt. Ein solcher Schwellenwert kann vorteilhaft auch dazu ver¬ wendet werden, Werte von Messungen an fehlerhaften oder verschmutzten Stellen eines Retroreflektors herauszufil- tern. Grundsätzlich ist die Verwendung eines solchen Schwellenwerts zur Eliminierung von Werten derartiger Fehl- messungen auch für die vorangehend beschriebene Methode einer pendelnden Scheibe einsetzbar. Beispielhaft ist in Figur 8 im Bereich 94 ein vergleichsweise niedriger Intensitätsmesswert 95 angegeben, der auf eine derartige Fehl¬ stelle auf dem Retroreflektor zurückzuführen ist. Als ein Äquivalent für sequentielle Messungen auf ver¬ schiedenen Punkten einer mit einem Retroreflektor pendelnden oder drehenden Scheibe zwecks Mittelung sequentiell bestimmter Messwerte und/oder Eliminierung der Werte auf Fehlstellen des Retroreflektors durchgeführter Messungen mittels eines Schwellenwerts, insbesondere für Konfigura¬ tionen, bei denen der Retroreflektor ausserhalb der Strahllenkeinheit angeordnet ist, wird, gemäss einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform die Strahllenkeinheit, insbesondere motorangetrieben, um die Kipp- und/oder Drehachse bewegt, um mit dem ausgesandten Laserstrahl 30 auf dem Retroreflektor eine Bahn vorgegebener Geometrie abzufahren. Die Figuren 9a und 9b illustrieren beispielhaft für eine Konfiguration, bei welcher der aus vielen Einzelreflektoren bestehende Retroreflektor am stationären Teil angeordnet ist, zweidimensionale Bahnen in Form einer mäanderförmigen Bahn 97 und einer Kreisbahn 98. Figur 9c illustriert beispielhaft für eine Konfiguration, bei welcher der aus vielen Einzelreflektoren bestehende Retroreflektor am rotierbaren Teil angeordnet ist, eine eindimensionale Bahn, die vorteilhaft mehrfach abgefahren wird, in Form eines geraden Streifens 99. The exemplary measured values of the PSD are of particular relevance to self-calibration purposes for the angular ranges 93, 94 and 93 '. For the angular ranges 93 between just below 180 ° and just over 180 ° and 93 'between just below and just above 360 ° is in each case a situation in which the incident laser beam 30 only partially incident on the area of the retroreflector 2 and reflected from there becomes. It is preferred by means of a suitable analysis software or a suitable analysis algorithm for the, in this representation at a substantially centered by 360 °, intermediate region 94 adjacent areas 93, 93 ', a threshold value of a determined lower intensity value for a determination of an average of the determined for determining the area 94 intensity values for determining the intensity centroid of out of the range 2 of intensities of light rays reflected by the retroreflector 2. Such a threshold may be advantageously also ver ¬ turns, values of measurements of faulty or dirty parts of a retroreflector filter out tern. In principle, the use of such a threshold value to eliminate the values of such incorrect measurements can also be used for the previously described method of a swinging disk. By way of example, a comparatively low intensity measurement value 95 is given in Figure 8 in the area 94, the location on ¬ such defects is due to the retroreflector. As an equivalent for sequential measurements on ver ¬ different points of a with a retroreflector oscillating or rotating disc for the purpose of averaging sequentially certain measured values and / or elimination of the values for defects of the retroreflector measurements performed by means of a threshold value, in particular for configura ¬ tions in which the retroreflector is arranged outside the beam steering unit is, according to a further advantageous embodiment, the beam steering unit, in particular motor driven, moved about the tilting and / or rotation axis to run with the emitted laser beam 30 on the retroreflector a path of predetermined geometry. FIGS. 9a and 9b illustrate by way of example a configuration in which the retroreflector consisting of many individual reflectors is arranged on the stationary part, two-dimensional tracks in the form of a meandering path 97 and a circular path 98. FIG. 9c illustrates by way of example a configuration in which FIG many retroreflectors existing retroreflector is arranged on the rotatable part, a one-dimensional path, which is advantageously traversed multiple times, in the form of a straight strip 99th
Es versteht sich, dass diese dargestellten Figuren nur mögliche Ausführungsbeispiele schematisch darstellen. Die verschiedenen Ansätze können ebenso miteinander sowie mit Verfahren und Geräten des Standes der Technik kombiniert werden . It is understood that these illustrated figures represent only possible embodiments schematically. The various approaches can also be combined with each other as well as with prior art methods and devices.

Claims

Patentansprüche claims
1. Lasertracker (1) zur Positionsbestimmung eines 1. Laser tracker (1) for determining the position of a
Ziels (80) sowie insbesondere zur fortlaufenden  Objective (80), and in particular on the continuing
Verfolgung des Ziels (80), aufweisend  Tracking the target (80), having
• eine Strahlquelle zur Erzeugung von  • a beam source for generating
Messstrahlung (30),  Measuring radiation (30),
• eine eine Stehachse (9) definierende Basis (140), A base (140) defining a standing axis (9),
• eine Stütze (120), die eine im Wesentlichen • a support (120), which is a substantially
orthogonal zur Stehachse (9) stehende Kippachse (8) definiert, wobei die Stütze (120) relativ zur Basis (140) um die Stehachse (9) motorisiert schwenkbar ist und ein Horizontalschwenkwinkel durch eine Ausrichtung der Stütze (120) relativ zur Basis (140) definiert wird,  orthogonal to the standing axis (9) standing tilting axis (8) defined, wherein the support (120) relative to the base (140) about the vertical axis (9) motorized pivotally and a horizontal pivot angle by an orientation of the support (120) relative to the base (140 ) is defined,
• eine um die Kippachse (8) relativ zur Stütze (120) motorisiert schwenkbare Strahllenkeinheit (110), wobei ein Vertikalschwenkwinkel durch eine  • A about the tilt axis (8) relative to the support (120) motorized pivotable beam steering unit (110), wherein a vertical pivot angle by a
Ausrichtung der Strahllenkeinheit (110) relativ zur Stütze (120) definiert wird, zur Emission und Ausrichtung der Messstrahlung (30) und zum Empfang von zumindest einem Teil der am Ziel (80)  Alignment of the beam steering unit (110) is defined relative to the support (120), for emission and alignment of the measuring radiation (30) and for receiving at least a portion of the target (80).
reflektierten Messstrahlung (31),  reflected measuring radiation (31),
• Winkelmessfunktionalität zur Bestimmung des  • Angular measurement functionality to determine the
Horizontalschwenkwinkels und des  Horizontal swivel angle and the
Vertikalschwenkwinkels ,  Vertical swivel angle,
• Entfernungsmessfunktionalität und  • Distance measurement functionality and
• einen positionssensitiven Flächendetektor (10) zur Bestimmung eines Auftreffpunkts (13) der  A position - sensitive area detector (10) for determining an impact point (13) of the
reflektierten Messstrahlung (31) auf dem  reflected measuring radiation (31) on the
Flächendetektor (10) und zur Erzeugung eines Ausgangssignals zur Steuerung einer Area detector (10) and for generating a Output signal for controlling a
Zielverfolgungsfunktionalitat ,  Target tracking functionality,
wobei der Lasertracker (1) zur Bestimmung von wherein the laser tracker (1) for determining
Kalibrierungsparametern bezüglich einer Position und/oder Richtung der Messstrahlung (30) ausserdem eine retroreflektierende Kalibrierungsvorrichtung aufweist zur Verwendung mit einer Selbstkalibrierungs¬ funktionalität, im Rahmen derer ein Auftreffpunkt (13) der von der Kalibrierungsvorrichtung reflektierten Messstrahlung (31) auf dem positionssensitiven Calibration parameters with respect to a position and / or direction of the measuring radiation (30) further comprises a retroreflective calibration device for use with a self - calibrating ¬ functionality, in the context of which a point of incidence (13) of the measuring radiation (31) reflected by the calibration device on the position sensitive
Flächendetektor (10) bestimmbar ist, Area detector (10) is determinable
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
die Kalibrierungsvorrichtung einen Retroreflektor (2) aufweist, der in einem zweidimensionalen Bereich, unabhängig vom Auftreffpunkt der Messstrahlung (30) innerhalb des zweidimensionalen Bereiches, zur the calibration device has a retroreflector (2) which in a two - dimensional region, independently of the point of impingement of the measurement radiation (30) within the two - dimensional region,
Erzeugung einer versatzfreien, koaxialen Retroreflexion einer auf ihm auftreffenden Messstrahlung (30) Generation of an offset-free, coaxial retroreflection of a measuring radiation (30) impinging on it
ausgebildet ist. is trained.
Lasertracker (1) nach Anspruch 1, Laser tracker (1) according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
die bestimmbaren Kalibrierungsparameter einen the determinable calibration parameters
Servokontrollpunkt umfassen. Servo control point include.
Lasertracker (1) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass Laser tracker (1) according to claim 1 or claim 2, characterized in that
• im Rahmen der Selbstkalibrierungsfunktionalität mit der Messstrahlung (30) ein Pfad auf dem  • in the context of the self - calibration functionality with the measuring radiation (30) a path on the
Retroreflektor (2) abfahrbar ist, sodass jeweils an einer Vielzahl von unterschiedlichen Punkten des zweidimensionalen Bereiches reflektierte  Retroreflector (2) is retractable, so that each reflected at a plurality of different points of the two-dimensional area
Messstrahlung (31) erzeugbar ist, und • der Lasertracker (1) dazu ausgestaltet ist, im Rahmen der Selbstkalibrierungsfunktionalität für eine Vielzahl von Messdaten, die durch die an der Vielzahl von unterschiedlichen Punkten reflektierte Messstrahlung (31) erzeugt wurden, einen Mittelwert zu ermitteln. Measuring radiation (31) can be generated, and The laser tracker (1) is designed to determine a mean value in the context of the self-calibration functionality for a plurality of measurement data generated by the measurement radiation (31) reflected at the plurality of different points.
Lasertracker (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass Laser tracker (1) according to one of claims 1 to 3, characterized in that
der Retroreflektor (2) eine Vielzahl von the retroreflector (2) a variety of
Einzelreflektoren aufweist, insbesondere wobei Single reflectors, in particular where
• der Retroreflektor (2) als eine retroreflektierende Folie oder ein starres Mikroprismen-Array,  The retroreflector (2) as a retroreflective sheeting or a rigid microprism array,
insbesondere aus Kunststoff oder Glas, ausgebildet ist, und/oder  in particular made of plastic or glass, is formed, and / or
• die Einzelreflektoren reflektierende Kugeln oder Prismen umfassen.  • the individual reflectors comprise reflective spheres or prisms.
Lasertracker (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass Laser tracker (1) according to one of claims 1 to 4, characterized in that
• der Retroreflektor (2) an der Basis (140) oder an der Stütze (120) angeordnet ist, insbesondere in die Basis (140) oder in die Stütze (120) integriert oder mit der Basis (140) oder der Stütze (120) fest verbunden, und  The retroreflector (2) is arranged on the base (140) or on the support (120), in particular in the base (140) or in the support (120) integrated or with the base (140) or the support (120) firmly connected, and
• die Strahllenkeinheit (110) dazu ausgestaltet ist, mit der Messstrahlung (30) einen, insbesondere kreisförmigen, mäanderförmigen oder linienförmigen, Pfad (97, 98, 99) auf dem Retroreflektor (2) abzufahren .  • the beam steering unit (110) is designed to run on the retroreflector (2) with the measuring radiation (30) a, in particular circular, meandering or linear path (97, 98, 99).
Lasertracker (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Retroreflektor (2) in der Strahllenkeinheit (110) oder zwischen der Strahlquelle und der Laser tracker (1) according to one of claims 1 to 5, characterized in that the retroreflector (2) in the beam steering unit (110) or between the beam source and the
Strahllenkeinheit (110) angeordnet ist, insbesondere Beam deflection unit (110) is arranged, in particular
• in einen Strahlgang der Messstrahlung (30) Into a radiant path of the measuring radiation (30)
hineinbewegbar, und/oder  hineinbewegbar, and / or
• kombiniert mit einer Vorrichtung zur  • combined with a device for
Lichtabschattung in einem Strahlengang zu dem positionssensitiven Flächendetektor (10).  Lichtabschattung in a beam path to the position-sensitive surface detector (10).
7. Lasertracker (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass 7. laser tracker (1) according to one of claims 1 to 6, characterized in that
der Retroreflektor (2)  the retro reflector (2)
• in einer nicht orthogonal zur Richtung der  • in a non-orthogonal direction to the
Messstrahlung (30) liegenden Ebene angeordnet ist, oder  Measuring radiation (30) lying plane is arranged, or
• im Rahmen der Selbstkalibrierungsfunktionalität in eine nicht orthogonal zur Richtung der  • in the context of the self-calibration functionality in a non-orthogonal to the direction of
Messstrahlung (30) liegende Ebene bewegbar ist.  Measuring radiation (30) lying plane is movable.
8. Lasertracker (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass 8. laser tracker (1) according to one of claims 1 to 7, characterized in that
der Retroreflektor (2) als ein Bestandteil einer um eine Rotationsachse (51) schwenkbaren oder rotierbaren Scheibe (50) ausgebildet ist, sodass jeweils an einer Vielzahl von Einzelreflektoren des Retroreflektors (2) reflektierte Messstrahlung (31) erzeugbar ist,  the retroreflector (2) is designed as a component of a disk (50) which is pivotable or rotatable about a rotation axis (51), so that measurement radiation (31) reflected by a plurality of individual reflectors of the retroreflector (2) can be generated,
insbesondere wobei die Scheibe (50) zwischen zwei vorgegebenen Rotationswinkeln drehbar oder in  in particular wherein the disc (50) is rotatable between two predetermined angles of rotation or in
mindestens einer Rotationsrichtung kontinuierlich rotierbar angeordnet ist.  at least one direction of rotation is arranged to be continuously rotatable.
9. Lasertracker (1) nach Anspruch 8, 9. laser tracker (1) according to claim 8,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
die Scheibe (50) ausgestaltet ist mit • einem ersten Oberflächenanteil, der von dem the disc (50) is designed with • a first surface portion of the
Retroreflektor (2) gebildet ist,  Retroreflector (2) is formed,
• einem zweiten Oberflächenanteil (53) , der für die Messstrahlung (30) im Wesentlichen undurchlässig ist und insbesondere eine Licht absorbierende und/oder in Reflexion diffus streuende dunkle Oberfläche aufweist, und  A second surface portion (53) which is substantially opaque to the measurement radiation (30) and in particular has a dark-absorbing and / or diffuse-diffusing dark surface, and
• einem dritten Oberflächenanteil (52), der für die Messstrahlung (30) im Wesentlichen durchlässig ist.  A third surface portion (52) which is substantially permeable to the measuring radiation (30).
Lasertracker (1) nach Anspruch 8 oder Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass Laser tracker (1) according to claim 8 or claim 9, characterized in that
der Retroreflektor (2) nicht senkrecht zur the retroreflector (2) is not perpendicular to
Rotationsachse (51) angeordnet ist, so dass bei einer Rotation des Retroreflektors (2) um die Rotation axis (51) is arranged so that upon rotation of the retroreflector (2) to the
Rotationsachse (51) eine Taumelbewegung des Rotation axis (51) a wobbling motion of the
Retroreflektors (2) bewirkbar ist. Retroreflektors (2) is effected.
Lasertracker (1) nach einem der vorhergehenden Laser tracker (1) according to one of the preceding
Ansprüche, Claims,
gekennzeichnet durch marked by
• eine erste Kamera (112) zur Erfassung der räumlichen Ausrichtung des Ziels (80), und  A first camera (112) for detecting the spatial orientation of the target (80), and
• eine zweite Kamera (114) zur Groblokalisierung des Ziels (80),  A second camera (114) for coarse localization of the target (80),
und/oder dadurch, dass and / or in that
• die Messstrahlung (30) ein Laserstrahl ist, und • the measuring radiation (30) is a laser beam, and
• der Lasertracker (1) einen Absolutdistanzmesser • the laser tracker (1) an absolute distance meter
und/oder ein Interferometer aufweist.  and / or an interferometer.
Selbstkalibrierungsverfahren für einen Self-calibration procedure for one
Lasertracker (1), insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 11, mit einem • Aussenden von Messstrahlung (30) auf eine Laser tracker (1), in particular according to one of claims 1 to 11, with a • Send measuring radiation (30) to one
Kai ibrierungsVorrichtung,  Kai ibrierungsVorrichtung,
• Erzeugen einer Retroreflexion einer auf die  • Create a retroreflection of one on the
Kai ibrierungsVorrichtung auftreffenden  Kai ibrierungsVorrichtung impinging
Messstrahlung (30) als einer reflektierten  Measuring radiation (30) as a reflected
Messstrahlung (31),  Measuring radiation (31),
• Bestimmen eines Auftreffpunktes (13) der von der Kai ibrierungsVorrichtung reflektierten  • determining a point of impact (13) of the reflected by the calibration device
Messstrahlung (31) auf einem positionssensitiven Flächendetektor (10) und  Measuring radiation (31) on a position sensitive surface detector (10) and
• Bestimmen von Kalibrierungsparametern bezüglich  • Determine calibration parameters with respect to
einer Position und/oder Richtung der  a position and / or direction of
Messstrahlung (30),  Measuring radiation (30),
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
die Kalibrierungsvorrichtung einen in den  the calibration device in the
Lasertracker (1) integrierten oder am Lasertracker (1) befestigten Retroreflektor (2) aufweist, wobei  Laser tracker (1) integrated or on the laser tracker (1) fixed retroreflector (2), wherein
• die Messstrahlung (30) auf einen zweidimensionalen Bereich des Retroreflektors ausgesendet wird, und · unabhängig vom Auftreffpunkt der Messstrahlung (30) innerhalb des zweidimensionalen Bereiches eine versatzfreie, koaxiale Retroreflexion der  The measuring radiation (30) is emitted onto a two-dimensional region of the retroreflector, and regardless of the point of impact of the measuring radiation (30) within the two-dimensional region, an offset-free, coaxial retroreflection of the
Messstrahlung (30) als reflektierter  Measuring radiation (30) as reflected
Messstrahlung (31) erzeugt wird. 13. Selbstkalibrierungsverfahren nach Anspruch 12,  Measuring radiation (31) is generated. 13. self-calibration method according to claim 12,
gekennzeichnet durch  marked by
• ein Erzeugen reflektierter Messstrahlung (31) an einer Vielzahl von unterschiedlichen Punkten des zweidimensionalen Bereiches, und  • generating reflected measurement radiation (31) at a plurality of different points of the two-dimensional region, and
• ein Ermitteln eines Mittelwertes für eine Vielzahl von Messdaten, die durch die an der Vielzahl von unterschiedlichen Punkten reflektierte • determining a mean value for a plurality of measurement data, which is determined by the plurality of reflected different points
Messstrahlung (31) erzeugt wurde.  Measuring radiation (31) was generated.
14. Selbstkalibrierungsverfahren nach Anspruch 13, 14. A self-calibration method according to claim 13,
gekennzeichnet durch  marked by
ein Abfahren eines, insbesondere kreisförmigen, mäanderförmigen oder linienförmigen,  a departure of a, in particular circular, meandering or linear,
Pfades (97, 98, 99) auf dem Retroreflektor (2) mit der Messstrahlung (30), insbesondere durch ein Bewegen des Retroreflektors (2) und eines die Messstrahlung (30) emittierenden oder weiterleitenden Teiles des  Path (97, 98, 99) on the retroreflector (2) with the measuring radiation (30), in particular by moving the retroreflector (2) and the measuring radiation (30) emitting or forwarding part of the
Lasertrackers (1) relativ zueinander.  Laser tracker (1) relative to each other.
15. Selbstkalibrierungsverfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, 15. A self-calibration method according to any one of claims 12 to 14,
gekennzeichnet durch  marked by
ein Schwenken oder Rotieren des Retroreflektors (2) in einen Strahlgang der Messstrahlung (30) hinein, insbesondere wobei der Retroreflektor (2) nicht senkrecht zu einer Schwenk- oder Rotationsachse (51) angeordnet ist, sodass das Schwenken oder Rotieren eine Taumelbewegung des Retroreflektors (2) bewirkt.  pivoting or rotating the retroreflector (2) into a beam path of the measuring radiation (30), in particular wherein the retroreflector (2) is not arranged perpendicular to a pivot or rotation axis (51), so that pivoting or rotating causes a wobbling movement of the retroreflector (30). 2) causes.
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