[发明专利]配合6个自由度的激光跟踪仪使用的手持式辅助测量装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种手持式辅助测量装置，在用于对物体表面进行测量的系统中使用，该系统具有用于确定辅助测量装置的位置和取向的测站。

背景技术

这种工业测量系统已经从现有技术中公知很久，该工业测量系统用于确定表面上的点的坐标位置，并且通过手持式辅助测量装置与对其进行空间测量的测站(诸如特别是6个自由度的激光跟踪仪)相结合而形成。

例如，这种系统的示例在专利文献公开出版物WO1993/07443A1、WO1997/14015A1、WO2007/124009A2或WO2007/124010A2中进行了描述，或者也以由徕卡测量系统有限公司(Leica Geosystems AG)销售的产品-激光跟踪仪“AT901”和辅助测量装置“T probe”的形式已知。

为此，这样的手持式辅助测量仪具有用于物体表面的测量探头，该测量探头被布置在辅助测量装置的主体上，尤其具有触觉球，用于与物体表面上的测量点进行物理接触(其中此处凹口、孔、隐藏点等通常也应被理解为形成被测物体的被测物体表面的一部分)。此外，提供了可视标记，这些可视标记在标记区域中以彼此限定的空间关系并且相对于测量探头被布置在主体上，形成图案。

在这种情况下可视标记尤其可以通过可由相机获得的无源或有源光点来提供，尤其是其中标记通过反射器或通过LED(发光二极管)形成。

为了获得这些标记，与辅助测量装置配合使用的测站(尤其是诸如激光跟踪仪)可以被实施为具有：光学图像获取单元，其具有二维的光敏阵列，例如CCD或CID相机或基于CMOS阵列的相机(或者具有另一个像素阵列传感器)；图像处理单元。在这种情况下，相机可以尤其以以下方式在测站上被安装成，相机相对彼此的位置是不变的。例如相机在测站上被布置成，相机可以通过马达而围绕一个或者围绕两个轴线进行枢转，并且因此还可以在运动过程中跟踪辅助测量装置，从而将该辅助测量装置保持在相机的视觉区域中。

这种测站的特殊示例的代表是具有相机的激光跟踪仪。在这种情况下，这种激光跟踪仪的可被精确瞄准和跟踪的目标点通过返回反射单元(例如立方棱镜或立方隅角棱镜反射器)形成，该返回反射单元利用测量装置的光学激光测量光束被瞄准。该激光束以平行的方式通过返回反射单元被反射回测量装置，其中被反射的光束由该装置的获取单元获取。在这种情况下，查明光束的发射方向或接收方向，例如借助用于角度测量的传感器，该装置被配置给系统的偏转镜或瞄准单元。此外，借助获取的光束来查明从测量装置至返回反射单元的距离，例如，通过干涉测量或者借助传播时间和/或相位差测量。

针对辅助测量装置与激光跟踪仪的合作，辅助测量装置通常具有在其标记区域的中心点处的返回反射器，可以通过激光跟踪仪以高精准度自动地瞄准，跟踪该返回反射器并且测量其三维空间的位置。

为此，根据现有技术的激光跟踪仪通常具有位置敏感表面传感器(例如PSD或CCD或CMOS传感器)形式的跟踪表面传感器，其中被反射在目标上的测量激光束可以在该传感器上被检测到，并且可以生成对应的输出信号。借助在下游连接的或者集成的电子系统，可以对输出信号进行分析并且例如可以查明焦点。借助该跟踪和精细瞄准传感器，由此可以确定获取的光束的入射点(焦点)从伺服控制零点的偏离，并且基于该偏离可以在返回反射器上执行精确瞄准或在运动情况下对激光束的跟踪。利用跟踪和精细瞄准传感器以与测量轴线同轴的方式进行获取，使得获取方向与测量方向相对应。跟踪和精细瞄准的应用可以首先在测量激光已经至少粗略地在返回反射目标处对准之后如此执行，使得激光束与返回反射器接触(被认为是至少在测量激光束的光束横截面中的一些位置处)。在更精确的瞄准之后，进行角度和距离测量，如上所述，用于返回反射器的实际测量。

辅助测量装置的其他三个自由度通过记录标记的图像和相应的图像处理来确定。在这种情况下，用于引导激光束的单元和相机可以尤其如此形成，使得它们的位置相对于彼此是不变的。例如，相机可以与该单元一起围绕基本垂直的轴线进行旋转，但可以独立于引导元件上下枢转，因此尤其与激光束的透镜分开设置。另选地，该相机还可以被实施为仅可以围绕一个轴线枢转。而此外，相机还可以另选地以与光束引导单元的一体结构被安装在可旋转和枢转的同一外壳中。