[发明专利]具有扫描功能性和可选择的扫描模式的全站仪

说明书

技术领域

本发明涉及一种全站仪，一种产生具有扫描点的点云的方法以及一种计算机程序产品。

背景技术

现代全站仪典型地具有紧凑且一体构造，其中通常除了对准和/或瞄准装置以外，距离测量单元以及计算、控制和存储单元设置在装置中，其中距离测量单元与对准和/或瞄准装置同轴布置。此外，通常对准和/或瞄准装置的机械化是一体的。从现有技术已知的全站仪能进一步具有无线电数据接口，用于建立至外部外围部件，例如至手持式数据采集装置的无线电连接，该手持式数据采集装置能特别地设计为数据记录器或野外计算机。

望远镜瞄准具或光学望远镜典型地作为对准和/或瞄准装置设置。望远镜瞄准具通常能绕竖直枢轴线和水平倾斜轴线相对于全站仪的基部旋转，使得通过绕两个轴线中的至少一个轴线枢转而使望远镜对准到待被测量的点上。

扫描功能性能附加地作为辅助功能结合在全站仪中。扫描功能性能例如用来记录物体或其表面（例如建筑物的那些表面）的形貌。为此，物体或其表面利用结合在全站仪中的距离测量单元的激光束逐步被扫描。对于由激光束瞄准的每个点，表面点的空间位置通过借助距离测量单元测量距被瞄准的表面的距离并且将该测量链接到激光发射的角信息而被记录。

现代全站仪与较早代的那些装置相比具有更快速的扫描功能性，其中瞄准单元的更快速且精确的对准利用改进的控制电动机（其能更快速地致动并且更快速地动作，并且性能更高）来实现。因此可以在相对短的时间内在预定扫描区域中记录多个点并且可以产生对应的点云。

文献US2010/0070229A1公开了具有扫描功能性的全站仪和用于测量物体的扫描区域的扫描方法。该扫描方法包括将扫描区域分成彼此相邻的子区域，其中每个子区域均具有待被测量的限定数量的点。在测量新的子区域中的点期间，使用为先前测量的相邻子区域中被测量的至少一个相应的测量点的点信息的相应的项。这样，将使高测量精度和快速大面积表面测量成为可能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种全站仪和扫描方法，其允许物体的快速、精确且大面积表面测量，并且非常用户友好并且同时易于操纵。

全站仪具有基部，结构以及瞄准单元，所述结构布置在所述基部上并且能相对于所述基部绕枢轴线枢转，所述瞄准单元布置在所述结构中并且能相对于所述结构绕倾斜轴线枢转，所述倾斜轴线垂直于所述枢轴线。此外，所述全站仪包括用于测量距物体上的点的距离的电光距离测量单元。所述距离测量单元具有发射单元，例如激光光源，用于发射脉冲测量射线，该脉冲测量射线能借助所述瞄准单元来发射；以及检测器，用于接收在所述物体上的所述点处被反射的所述测量射线。所述检测器以测量信号的形式记录反射的测量射线。另外，所述全站仪具有角测量单元，例如，角度编码器，用于确定所述枢轴线和所述倾斜轴线中的角位置；以及控制和处理单元，用于所述全站仪的数据处理和控制。此外，所述全站仪具有扫描功能性，该扫描功能性借助所述控制和处理单元来控制所述距离测量装置和所述瞄准单元，使得距离测量能以扫描方式执行，其中因此获得的测量信号能在所述扫描功能性内借助分析单元通过以下步骤被分析：从所述测量信号确定至所述物体的距离并且将两个立体角（竖直地和水平地对应于瞄准单元的角位置）分配给该距离，使得所述测量信号被转变成扫描点。最后，表示所述物体的点云能从这些扫描点产生。

根据本发明，所述全站仪的所述距离测量单元被构造成使得距离测量能借助运行时间测量和波形数字化来进行。另外，所述全站仪具有程序存储单元，该程序存储单元提供至少两个扫描模式，其中，所述至少两个扫描模式至少在它们的测量频率方面不同，即，每单位时间确定的扫描点的数量方面不同。测量精度，即累积的测量信号（由其对扫描点进行距离确定）的数量越高，测量频率越低。至待被测量的物体的距离还能被选择成越大，测量频率越低。假定典型地在全站仪的扫描功能性中使用的测量射线的脉冲频率不变。

波形数字化（WFD）基于典型地用于距离测量的信号检测的两个基本原理的结合。第一基本原理基于根据阈值方法的测量信号检测，并且第二基本原理基于具有用于识别和按照时间顺序位置确定信号的在下游连接的信号处理的信号扫描。运行时间并且因此由发射单元发射的测量脉冲和目标脉冲（从目标物体反射的并且由检测器检测到的测量脉冲）之间的距离从例如两个脉冲的顶点的时间间隔得出，其中脉冲如相位表中类似地被取样。借助于根据本发明的利用WFD的全站仪，相对于现有技术中已知的全站仪能实现对于相同的扫描区域的更精确且快速的距离测量以及因此总扫描持续时间的缩短。