[发明专利]用于确定对象的取向的方法和装置

说明书

本发明涉及根据权利要求1的前序部分所述的一种用于激光跟踪仪以及利用激光跟踪仪确定对象的取向的方法、根据权利要求11所述的具有对应功能的激光跟踪仪以及根据权利要求15所述的计算机程序产品。

为了连续跟踪目标点并确定该点的坐标位置而实现的测量装置通常可(特别是与工业测绘结合)总称为术语激光跟踪仪。在这种情况下，目标点可通过回射单元(例如，立方棱镜)来表示，利用测量装置的光学测量光束(特别是激光束)来瞄准该回射单元。激光束被平行地反射回测量装置，在测量装置中利用装置的捕获单元来捕获反射光束。在这种情况下，例如，利用用于角度测量的传感器来确定光束的发射或接收方向，所述传感器与系统的偏转反射镜或瞄准单元关联。另外，例如，利用运行时间或相位差测量或者利用斐索(Fizeau)原理，通过光束的捕获来确定从测量装置到目标点的距离。

另外，在现代跟踪仪系统中，在传感器上确定接收的测量激光束相对于所谓的伺服监测点的偏离(越来越成为标准特征)。利用这种可测量的偏离，可确定回射器的中心与激光束在反射器上的入射点之间的位置差，并且可根据此偏离来校正或跟踪激光束的对准，使得传感器上的偏离减小(特别是为“零”)，因此光束对准反射器中心的方向。通过跟踪激光束对准，可执行目标点的连续目标跟踪(跟踪)，并且可连续确定目标点相对于跟踪仪系统的距离和位置。在这种情况下，可利用偏转反射镜(可通过电机来移动，设置用于使激光束偏转)的对准变化和/或通过瞄准单元(具有光束引导激光光学器件)的枢转来实现跟踪。

在所描述的目标跟踪之前必须将激光束锁定在反射器上。为此，在跟踪仪上可另外布置具有位置敏感传感器并且具有相对大的视野的捕获单元。另外，在所讨论的类型的装置中，集成有附加照明装置，利用该附加照明装置来对目标或反射器进行照明，特别是利用与距离测量装置的波长不同的限定波长。在这种情况下传感器可被实现为对该特定波长左右的范围敏感，(例如)以减小或完全防止外部光影响。利用该照明装置，可对目标进行照明，并且利用相机，可捕获具有被照明的反射器的目标的图像。通过描绘传感器上的特定(波长特定)反射，可分辨出图像中的反射位置，因此可确定相对于相机的捕获方向以及朝目标或反射器的方向的角度。具有这种目标搜索单元的激光跟踪仪的实施方式可从例如WO 2010/148525 A1了解。根据这样可推导的方向信息，测量激光束的对准可改变，使得激光束与激光束将要锁定到其上的反射器之间的距离减小。

现有技术的激光跟踪仪具有至少一个用于距离测量的测距仪，其中，所述测距仪可被实现为例如干涉仪。由于这些距离测量单元仅可测量相对距离变化，所以在目前的激光跟踪仪中除了干涉仪以外还安装了所谓的绝对距离测量仪。例如，用于距离确定的测量装置的这种组合可通过莱卡测量系统有限公司(Leica Geosystems AG)的产品AT901来了解。另外，使用HeNe激光器进行距离确定的绝对距离测量仪和干涉仪的组合可从(例如)WO 2007/079600 A1了解。

根据现有技术的激光跟踪仪可另外具体实现为具有光学图像捕获单元，该光学图像捕获单元具有二维感光阵列(例如，CCD或CID相机或者基于CMOS阵列的相机)或者具有像素阵列传感器并且具有图像处理单元。在这种情况下，激光跟踪仪和相机可一个叠另一个地安装，特别是按照其相对于彼此的位置不可变化的方式安装。例如，相机可随激光跟踪仪一起绕其基本上垂直的轴旋转，但是可独立于激光跟踪仪上下枢转，因此与特别是激光束的光学器件分离地布置。另外，相机(例如，依赖于相应应用)可被具体实现为仅可绕一个轴枢转。在另选实施方式中，相机可随激光光学器件一起按照集成构造安装在共享的壳体中。

通过所谓的测量辅助仪器或者带有标记(其彼此的相对位置已知)的测量辅助对象的图像的捕获和分析(利用图像捕获和图像处理单元)，可推断仪器和布置在测量辅助仪器上的对象(例如，探针)在空间中的取向。随所确定的目标点的空间位置一起，另外可精确地确定对象在空间中的绝对位置和取向和/或相对于激光跟踪仪的位置和取向(6DoF确定：六自由度的确定)。