本發(fā)明涉及用于目標(biāo)的工業(yè)坐標(biāo)位置確定的具有根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)距離測(cè)量單元的激光跟蹤器和根據(jù)權(quán)利要求13所述的用于坐標(biāo)位置確定的方法。

背景技術(shù)：

激光跟蹤器被用于工業(yè)測(cè)量，諸如，例如用于在檢測(cè)環(huán)境中諸如車體的部件的點(diǎn)的坐標(biāo)位置確定或移動(dòng)機(jī)器部件的連續(xù)位置監(jiān)測(cè)。這種激光跟蹤器被設(shè)計(jì)為用于所述目標(biāo)點(diǎn)的坐標(biāo)位置確定并且通常用于回射目標(biāo)點(diǎn)的連續(xù)跟蹤。在這種情況下，目標(biāo)點(diǎn)可以由作為測(cè)量設(shè)備的束源或測(cè)量裝置的束源生成的光學(xué)測(cè)量光束(具體地，激光束)的目標(biāo)的回射單元(例如，立方體棱鏡)來表示。激光束以平行方式反射回測(cè)量裝置，反射的光束被裝置的檢測(cè)裝置檢測(cè)到。在這種情況下，例如通過被分配給偏轉(zhuǎn)鏡的用于角度測(cè)量的傳感器或系統(tǒng)的目標(biāo)單元來分別確定光束的發(fā)射方向和接收方向。另外，利用光束的檢測(cè)，例如通過飛行時(shí)間(time-of-flight)或相位差測(cè)量或菲佐原理來確定從測(cè)量裝置到目標(biāo)點(diǎn)的距離?；诟靼l(fā)射方向和接收方向以及距離來確定目標(biāo)點(diǎn)的位置坐標(biāo)。

對(duì)于距離測(cè)量，現(xiàn)有技術(shù)中的激光追蹤器包括至少一個(gè)距離測(cè)量設(shè)備，其中，距離測(cè)量設(shè)備例如可以被設(shè)計(jì)為干涉儀(ifm)。由于這種距離測(cè)量設(shè)備只可以測(cè)量距離的相對(duì)變化，為了確定絕對(duì)位置值，在現(xiàn)在的激光跟蹤器中安裝所謂的絕對(duì)距離測(cè)量設(shè)備(adm)。例如從wo2007/079600a1已知絕對(duì)距離測(cè)量設(shè)備和用于確定距離的干涉儀的組合。

另外，在現(xiàn)代跟蹤器系統(tǒng)中，在精密目標(biāo)傳感器上確定從零位置接收的測(cè)量光束的偏移。通過這種可測(cè)量偏移，可以確定回射器的中心與激光束在反射器上的碰撞點(diǎn)之間的位置差，并且可以根據(jù)該偏差以減小精密目標(biāo)傳感器上的偏移(具體地，為“0”)的方式校正或重新調(diào)整激光束的對(duì)準(zhǔn)，并且因此光束在反射器中心的方向上對(duì)準(zhǔn)。作為激光束對(duì)準(zhǔn)的重新調(diào)整的結(jié)果，可以執(zhí)行目標(biāo)點(diǎn)的連續(xù)目標(biāo)跟蹤，并且可以相對(duì)于測(cè)量設(shè)備連續(xù)地確定目標(biāo)點(diǎn)的位置和距離。在這種情況下，通過用于使激光束偏轉(zhuǎn)而設(shè)置的偏轉(zhuǎn)鏡的對(duì)準(zhǔn)的變化和/或通過包括光束引導(dǎo)激光光學(xué)單元的目標(biāo)單元的樞轉(zhuǎn)可以實(shí)現(xiàn)重新調(diào)整，所述偏轉(zhuǎn)鏡以機(jī)動(dòng)方式而可移動(dòng)。

在這種情況下，可以在例如利用要測(cè)量對(duì)象的點(diǎn)上的接觸點(diǎn)定位的所謂接觸感測(cè)工具的輔助測(cè)量?jī)x上安裝目標(biāo)點(diǎn)或回射器。接觸感測(cè)工具包括例如光點(diǎn)的標(biāo)記和表示接觸感測(cè)工具上的目標(biāo)點(diǎn)的反射器，并且通過跟蹤器的激光束可瞄準(zhǔn)，精確地知曉標(biāo)記和反射器相對(duì)于接觸感測(cè)工具的接觸點(diǎn)的位置。

現(xiàn)有技術(shù)中傳統(tǒng)激光跟蹤器不可能在不使用包括回射器的測(cè)量輔助工具的情況下測(cè)量(即，直接測(cè)量)到要測(cè)量對(duì)象表面的距離。首先，利用這種激光跟蹤器，可以在相對(duì)短的時(shí)間內(nèi)執(zhí)行表面點(diǎn)的掃描測(cè)量，也就是說，很多點(diǎn)坐標(biāo)的確定。然而，為此目的，與回射目標(biāo)的測(cè)量相比，必須接受精度損失。

us2014/0226145a1公開了一種能夠測(cè)量回射目標(biāo)和自然(也就是說，非回射)表面二者的激光跟蹤器。為此目的，激光跟蹤器包括第一絕對(duì)距離測(cè)量設(shè)備，該第一絕對(duì)距離測(cè)量設(shè)備被設(shè)計(jì)為對(duì)于相對(duì)于回射器的測(cè)量是已知的。另外，激光跟蹤器包括第二adm，該第二adm被設(shè)計(jì)為用于相對(duì)于對(duì)象表面的測(cè)量。雖然各adm經(jīng)由單個(gè)退出光學(xué)單元發(fā)送它們的測(cè)量輻射，但是它們?cè)诟髑闆r下是單獨(dú)的、獨(dú)立的單元。需要提供兩個(gè)完全獨(dú)立的、單獨(dú)的絕對(duì)位置測(cè)量設(shè)備不利地在生產(chǎn)工藝方面是復(fù)雜的，且因此費(fèi)用昂貴。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

因此，本發(fā)明的目的是提供一種改進(jìn)的激光跟蹤器。

另外，目的是提供這樣一種激光跟蹤器，該激光跟蹤器具有改進(jìn)的構(gòu)造和/或減小的結(jié)構(gòu)復(fù)雜度，能夠相對(duì)于回射目標(biāo)和相對(duì)于漫散射目標(biāo)二者進(jìn)行測(cè)量。

本發(fā)明的又一目的是提供一種用于工業(yè)坐標(biāo)位置確定的改進(jìn)方法。

這些目的通過實(shí)現(xiàn)獨(dú)立權(quán)利要求的描述特征來實(shí)現(xiàn)?？梢詮膹膶賹＠麢?quán)利要求聚集按照另選或者有益方式發(fā)展本發(fā)明的特征。

本發(fā)明涉及一種用于目標(biāo)的工業(yè)坐標(biāo)位置確定的激光跟蹤器。所述激光跟蹤器至少包括：底座、用于激光跟蹤器的控制和數(shù)據(jù)處理的控制和評(píng)估單元。另外，所述激光跟蹤器包括光束引導(dǎo)單元，該光束引導(dǎo)單元相對(duì)于所述底座圍繞兩個(gè)軸線可旋轉(zhuǎn)并且包括發(fā)射和接收光學(xué)單元，所述發(fā)射和接收光學(xué)單元用于將作為測(cè)量輻射的光發(fā)射到所述目標(biāo)上并且用于接收測(cè)量輻射反射。另外，所述激光跟蹤器包括用于檢測(cè)所述光束引導(dǎo)單元相對(duì)于所述底座的旋轉(zhuǎn)角度的裝置。另外，所述激光跟蹤器包括光學(xué)距離測(cè)量單元，通過所述光學(xué)距離測(cè)量單元可確定到所述目標(biāo)的絕對(duì)距離以用于坐標(biāo)位置確定?；谒鶛z測(cè)的旋轉(zhuǎn)角度和所確定的絕對(duì)距離可確定目標(biāo)的位置。光學(xué)距離測(cè)量單元至少包括以下元件：第一束源，優(yōu)選地超發(fā)光led(sled)或激光源，其用于生成第一測(cè)量輻射，和第一檢測(cè)單元，其用于檢測(cè)接收的測(cè)量輻射反射。在這種情況下，元件被理解為表示滿足諸如測(cè)量輻射的檢測(cè)或測(cè)量輻射的生成的特定上位功能的部件。在這種情況下，這種元件或部件可以由作為部件組實(shí)現(xiàn)上位功能的獨(dú)立的部件部分或子元件組成。在這方面，例如，束源在各種情況下可以包括多個(gè)發(fā)光部件部分(即，兩個(gè)部分元件，例如每個(gè)部分元件自身發(fā)光-例如通過組合、疊加或交替使用交互發(fā)光-整體生成或形成第一測(cè)量輻射)。光被理解為不僅表示光譜的可見范圍內(nèi)的輻射，而且例如還表示紅外范圍內(nèi)的輻射。舉例來說，具有約650、750、795、800、830、840、850、905、1270、1300、1330、1400或1500nm的頻率的光或在約650、750、795、800、830、840、850、905、1270、1300、1330、1400或1500nm的頻率范圍內(nèi)的光用作測(cè)量輻射。

根據(jù)本發(fā)明，控制和評(píng)估單元以及光學(xué)距離測(cè)量單元被設(shè)計(jì)為用于實(shí)現(xiàn)第一測(cè)量功能和第二測(cè)量功能。為了該目的，距離測(cè)量單元的至少一個(gè)元件被設(shè)計(jì)為用于第一測(cè)量功能和所述第二測(cè)量功能二者中的雙用途。換句話說，距離測(cè)量單元的至少一個(gè)部件在第一測(cè)量功能和第二測(cè)量功能的情況下被使用，而可選地，距離測(cè)量單元的其它部件只用于第一測(cè)量功能或只用于第二測(cè)量功能。在這種情況下，距離測(cè)量單元以集成設(shè)計(jì)被實(shí)現(xiàn)，使得元件是距離測(cè)量單元的固定的部件。兩個(gè)測(cè)量功能具體用于要測(cè)量的兩種不同類型的目標(biāo)：第一測(cè)量功能被設(shè)計(jì)為用于回射目標(biāo)的坐標(biāo)位置確定，并且第二測(cè)量功能被設(shè)計(jì)為用于漫散射目標(biāo)的坐標(biāo)位置確定。換句話說，在存在協(xié)作目標(biāo)的情況下利用第一測(cè)量功能執(zhí)行目標(biāo)的坐標(biāo)位置確定，并且在存在諸如對(duì)象表面的漫散射目標(biāo)的情況下利用第二測(cè)量功能執(zhí)行目標(biāo)的坐標(biāo)位置確定，為此目的，控制和評(píng)估單元和距離測(cè)量單元被專門設(shè)計(jì)，其中，為此目的，距離測(cè)量單元包括被設(shè)計(jì)為用于第一測(cè)量功能中還用于第二測(cè)量功能中(即，用于兩個(gè)測(cè)量功能中)的雙用途的至少一個(gè)元件。

可選地，第一束源是用于雙用途的元件。也就是說，用于第一測(cè)量功能和第二測(cè)量功能二者中的雙用途的至少一個(gè)元件是第一束源，其中，后者不需要是距離測(cè)量單元中用于雙用途的唯一元件。對(duì)于雙用途，可選地，第一束源在不同操作狀態(tài)下或利用不同參數(shù)是可操作的，其中這些至少兩個(gè)操作狀態(tài)優(yōu)選地在所生成的第一測(cè)量輻射的功率/發(fā)射持續(xù)時(shí)間方面不同，也就是說，例如，第一束源在第一測(cè)量功能中利用比在第二測(cè)量功能中更低的功率來發(fā)光和/或第一束源在第一測(cè)量功能中在連續(xù)波(cw)操作中被測(cè)量并且在第二測(cè)量功能中在脈沖操作中被測(cè)量。舉例來說，根據(jù)本發(fā)明，作為第一束源的激光二極管的可變溫度和/或在激光二極管處出現(xiàn)的可變電流可以體現(xiàn)操作狀態(tài)。在激光跟蹤器的該可選實(shí)施方式中，以任何速率使用第二測(cè)量輻射在第一測(cè)量功能和第二測(cè)量功能二者中執(zhí)行到目標(biāo)的距離的確定，因此，針對(duì)任何類型的目標(biāo)，基于從目標(biāo)反射的和檢測(cè)的第一測(cè)量輻射來執(zhí)行坐標(biāo)位置確定，其中，在這種情況下，第一測(cè)量輻射可以具有不同的特性或根據(jù)測(cè)量功能被不同地檢測(cè)和/或評(píng)估。

在根據(jù)本發(fā)明的激光跟蹤器的又一實(shí)施例中，所述激光跟蹤器被設(shè)計(jì)為用于在第一測(cè)量功能中連續(xù)地跟蹤移動(dòng)回射對(duì)象。因此，在第一測(cè)量功能的情況下執(zhí)行目標(biāo)的跟蹤。為了連續(xù)的目標(biāo)跟蹤或目標(biāo)的精確瞄準(zhǔn)，激光跟蹤器例如包括具有精確瞄準(zhǔn)傳感器或表面?zhèn)鞲衅?優(yōu)選地具有精確瞄準(zhǔn)束源)的目標(biāo)精確瞄準(zhǔn)和跟蹤單元(atr單元；自動(dòng)目標(biāo)識(shí)別)，并且例如在激光跟蹤器的精確瞄準(zhǔn)傳感器上確定從零位置接收的精確瞄準(zhǔn)輻射或測(cè)量輻射的偏移。在這種情況下，精確瞄準(zhǔn)傳感器應(yīng)被理解為表示能夠優(yōu)選用來確定在傳感器表面上的光分布的形心的表面?zhèn)鞲衅?，例如cmos傳感器、ccd傳感器或位置靈敏傳感器(psd)。表面?zhèn)鞲衅骺蛇x地是atr相機(jī)的部件。在這種情況下，傳感器的輸出信號(hào)通過一個(gè)或更多個(gè)光敏表面生成并且取決于光形心的各位置。通過下游或集成電子單元，評(píng)估輸出信號(hào)并且確定形心。在這種情況下，可以非常快(例如，微秒范圍)且以納米分辨率執(zhí)行確定撞擊光點(diǎn)的形心的位置。為此目的并且為了實(shí)現(xiàn)高精度，atr相機(jī)或傳感器的視野被選擇為相對(duì)小，即，與精確瞄準(zhǔn)光束或測(cè)量激光束的光束直徑對(duì)應(yīng)。在這種情況下，優(yōu)選地關(guān)于測(cè)量軸線(即，第一測(cè)量輻射的測(cè)量方向)同軸地執(zhí)行檢測(cè)，使得檢測(cè)方向與測(cè)量方向?qū)?yīng)。通過從零點(diǎn)接收的測(cè)量輻射的該可測(cè)量偏移，確定回射器的中心與反射器上的測(cè)量光束的撞擊點(diǎn)之間的位置差，并且根據(jù)該偏移校正或重新調(diào)整精確瞄準(zhǔn)光束或測(cè)量光束的對(duì)準(zhǔn)從而減小在精確瞄準(zhǔn)傳感器上的偏移，具體地為“0”，并且由此測(cè)量軸線在反射器中心的方向上對(duì)準(zhǔn)。由于測(cè)量軸線或光束的對(duì)準(zhǔn)的重新調(diào)整，可選地，執(zhí)行目標(biāo)點(diǎn)的連續(xù)目標(biāo)跟蹤，并且將連續(xù)地確定目標(biāo)點(diǎn)相對(duì)于測(cè)量設(shè)備的距離和位置。在這種情況下，通過為了使激光束偏轉(zhuǎn)而設(shè)置的偏轉(zhuǎn)鏡的對(duì)準(zhǔn)變化和/或通過具有光束引導(dǎo)光學(xué)單元的目標(biāo)單元的樞轉(zhuǎn)，可以實(shí)現(xiàn)重新調(diào)整，所述偏轉(zhuǎn)鏡以機(jī)動(dòng)的方式可移動(dòng)。

作為又一選擇，激光跟蹤器包括具有二維、光敏陣列的光學(xué)圖像捕獲單元，例如，基于cmos陣列的ccd或cid相機(jī)(ccd＝電荷耦合器件；cid＝電荷注入器件)或可變焦相機(jī)。利用具有相對(duì)于彼此固定的相對(duì)位置是已知的標(biāo)記的所謂的輔助測(cè)量?jī)x器的(-通過圖像捕獲單元和通過控制和評(píng)估單元的圖像處理的-)至少一個(gè)圖像的捕獲和評(píng)估，輔助測(cè)量?jī)x器的和布置在輔助測(cè)量?jī)x器上的對(duì)象(例如，探針)的在空間中的絕對(duì)取向或相對(duì)取向減小。這種輔助測(cè)量?jī)x器例如是利用要測(cè)量的對(duì)象的點(diǎn)上的接觸點(diǎn)定位的接觸感測(cè)工具或例如在ep0553266中描述的手持式掃描儀。接觸感測(cè)工具包括光學(xué)標(biāo)記(例如，自發(fā)光光點(diǎn)或通過顏色或亮度可被光學(xué)察覺到的圖案)和代表接觸感測(cè)工具上的目標(biāo)點(diǎn)并且可被跟蹤器的激光束瞄準(zhǔn)的反射器，精確地知曉所述標(biāo)記和反射器相對(duì)于接觸感測(cè)工具的接觸點(diǎn)的位置。優(yōu)選地，對(duì)象在空間中的位置和取向與通過距離測(cè)量單元確定的目標(biāo)點(diǎn)的空間位置一起被精確地確定。此外，激光跟蹤器可選地包括用于提供例如在激光跟蹤器的屏幕上顯示給用戶的概觀(overview)圖像的概觀相機(jī)。

另選地或另外地，激光跟蹤器被設(shè)計(jì)為執(zhí)行第二測(cè)量功能中的關(guān)于多個(gè)漫散射目標(biāo)或在要測(cè)量的測(cè)量對(duì)象的表面上的目標(biāo)點(diǎn)的多個(gè)距離測(cè)量。在這種情況下，控制和評(píng)估單元被設(shè)計(jì)為使得對(duì)于多個(gè)距離測(cè)量，將分別檢測(cè)的旋轉(zhuǎn)角度與測(cè)量的距離組合，使得各目標(biāo)點(diǎn)的點(diǎn)位置通過所述組合限定，并且可生成包括多個(gè)點(diǎn)位置的點(diǎn)云。這例如以每秒至少1000個(gè)點(diǎn)位置的速率執(zhí)行；舉例來說，每秒確定至少10000個(gè)點(diǎn)位置。簡(jiǎn)要地說，激光跟蹤器因此被設(shè)計(jì)為用于在第二測(cè)量功能的情況下掃描自然表面。在這種情況下，激光跟蹤器包括用于跟蹤或掃描目的裝置以使所述距離測(cè)量單元和/或光束引導(dǎo)單元相對(duì)于所述底座樞轉(zhuǎn)，使得測(cè)量光束的跟蹤目標(biāo)的移動(dòng)或測(cè)量光束的按照預(yù)定掃描模式的移動(dòng)成為可能。

可選地，控制和評(píng)估單元被設(shè)計(jì)為使得可自動(dòng)選擇對(duì)目標(biāo)來說最佳或合適的測(cè)量功能。換句話說，控制和評(píng)估單元包括切換功能，因此用戶不需要選擇合適的測(cè)量功能，而是設(shè)備靠自身來識(shí)別出現(xiàn)了什么類型的目標(biāo)以及因此測(cè)量應(yīng)該執(zhí)行至少兩個(gè)測(cè)量功能中的哪一個(gè)。從一個(gè)測(cè)量功能向另一個(gè)測(cè)量功能的自動(dòng)選擇或自動(dòng)切換優(yōu)選地基于接收的測(cè)量輻射反射來執(zhí)行，其中這還包括幾乎沒有測(cè)量輻射或無測(cè)量輻射的接收，這被解釋為所使用的測(cè)量功能因?yàn)槠鋵?dǎo)致沒有信號(hào)接收而不適合的效果。另選地或另外地，切換功能基于不同的測(cè)量數(shù)據(jù)；舉例來說，切換功能基于由激光跟蹤器的概觀相機(jī)或激光跟蹤器的atr相機(jī)提供的數(shù)據(jù)而實(shí)現(xiàn)。

在又一實(shí)施例中，在第一束源旁，距離測(cè)量單元的至少又一個(gè)元件被設(shè)計(jì)為用于雙用途，也就是說，距離測(cè)量單元的至少兩個(gè)元件被設(shè)計(jì)為用于第一測(cè)量功能和第二測(cè)量功能二者中。

在該實(shí)施例的一個(gè)擴(kuò)展中，整個(gè)距離測(cè)量單元被設(shè)計(jì)為用于雙用途，也就是說，距離測(cè)量單元的所有元件被設(shè)計(jì)為用于兩個(gè)測(cè)量功能中的雙用途。在這種情況下，盡管使用的所有部件相同，但是根據(jù)本發(fā)明，在一些實(shí)施方式中，沒有一致地使用距離測(cè)量單元，而是在各情況下，在距離測(cè)量單元的用途的適于目標(biāo)或測(cè)量任務(wù)或?qū)τ谀繕?biāo)或測(cè)量任務(wù)來說最佳的模式下使用，為此目的，至少一個(gè)元件在至少兩個(gè)不同的操作狀態(tài)下是可操作的，如上文例如進(jìn)一步針對(duì)第一束源的示例所述。這使該至少一個(gè)元件能夠在第一測(cè)量功能中以專用于回射目標(biāo)的測(cè)量的方式操作，并且在第二測(cè)量功能中以專用于漫散射目標(biāo)的測(cè)量的方式操作。因此，在該實(shí)施方式中，根據(jù)測(cè)量功能，通過利用距離測(cè)量單元或其一個(gè)元件的不同控制和/或使用的整個(gè)距離測(cè)量單元的雙用途來提供兩個(gè)不同的測(cè)量功能。另選地，在其它更簡(jiǎn)單的實(shí)施方式中，整個(gè)距離測(cè)量單元的雙用途在具有距離測(cè)量單元的相同操作模式的兩個(gè)測(cè)量功能中發(fā)生。

在上述實(shí)施方式的替代實(shí)施例中，距離測(cè)量單元的至少一個(gè)元件被設(shè)計(jì)為僅用于第一測(cè)量功能或第二測(cè)量功能的單用途。也就是說，距離測(cè)量單元的至少一個(gè)部件只用于兩個(gè)測(cè)量功能中的一個(gè)而不用于雙用途。在一些實(shí)施方式中，該至少一個(gè)元件是距離測(cè)量單元包括的第二檢測(cè)單元。因此，這些實(shí)施方式包括除了第一檢測(cè)單元以外，還包含至少一個(gè)第二檢測(cè)單元的距離測(cè)量單元。

在具有第二檢測(cè)單元的一個(gè)實(shí)施方式中，距離測(cè)量單元被設(shè)計(jì)為使得作為用于雙用途的元件的第一束源生成第一檢測(cè)單元和第二檢測(cè)單元都可檢測(cè)的第一測(cè)量輻射。在這種情況下，優(yōu)選地，第一測(cè)量輻射的在第一測(cè)量功能中接收的測(cè)量輻射反射僅被第一檢測(cè)單元檢測(cè)，并且第一測(cè)量輻射的在第二測(cè)量功能中接收的測(cè)量輻射反射僅被第二檢測(cè)單元檢測(cè)。換句話說，該實(shí)施方式包括在兩個(gè)測(cè)量功能的雙用途中使用的第一束源以便給在各情況下在兩個(gè)測(cè)量功能的一個(gè)測(cè)量功能的單用途中使用的兩個(gè)檢測(cè)單元提供測(cè)量輻射，或從回射目標(biāo)反射的第一測(cè)量輻射例如由第一檢測(cè)單元檢測(cè)，并且從漫散射目標(biāo)反射的第一測(cè)量輻射對(duì)應(yīng)地由第二檢測(cè)單元檢測(cè)。另選地，在第一和/或第二測(cè)量功能中反射的第一測(cè)量輻射例如以大約相等的比例或針對(duì)檢測(cè)漫散射測(cè)量輻射的第二檢測(cè)單元以更高的比例由第一距離測(cè)量單元和第二距離測(cè)量單元二者檢測(cè)。

可選地，在具有第二檢測(cè)單元且使用第一束源的所有實(shí)施方式中，第二檢測(cè)單元被設(shè)計(jì)為波形數(shù)字化單元(wfd單元)。作為又一選擇，激光跟蹤器包括用于影響第一測(cè)量輻射的光學(xué)路徑的至少一個(gè)例如具有可變光學(xué)特性的電光分束器的可變偏轉(zhuǎn)元件或諸如鏡子的可旋轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)元件，具體地以便至少大體上對(duì)于各檢測(cè)單元根據(jù)測(cè)量功能引導(dǎo)從第一束源生成的或反射的第一測(cè)量輻射。

另外地或優(yōu)選另選地，在具有第二檢測(cè)單元的實(shí)施方式中，作為單用途的至少又一個(gè)元件，所述距離測(cè)量單元包括用于生成第二測(cè)量輻射的第二束源，優(yōu)選地sled或激光源，其中附加地利用第二測(cè)量輻射在所述第一測(cè)量功能或所述第二測(cè)量功能中確定到目標(biāo)的距離。由此僅利用第一測(cè)量輻射在兩個(gè)測(cè)量功能的一個(gè)測(cè)量功能中執(zhí)行距離確定。在其它測(cè)量功能中，基于第一測(cè)量輻射并且附加地基于第二測(cè)量輻射執(zhí)行距離確定。舉例來說，在一種類型(例如，回射目標(biāo))的情況下，第一測(cè)量輻射僅允許相對(duì)不精確的距離確定，這通過第二測(cè)量輻射進(jìn)行改善。換句話說，使用第二測(cè)量輻射能夠進(jìn)行較高精度的距離確定，這在利用回射器測(cè)量目標(biāo)時(shí)是有益的，但是主要當(dāng)掃描對(duì)象表面時(shí)，對(duì)于第二測(cè)量功能而言不是必要的，并且將很大程度降低例如掃描速度/掃描速率。

因此，在這種實(shí)施方式中，作為一個(gè)選項(xiàng)，第二檢測(cè)單元被設(shè)計(jì)為用于確定相對(duì)距離，以便優(yōu)選地使基于第一測(cè)量輻射或通過第一檢測(cè)單元確定的絕對(duì)距離更精確，并且用于第一測(cè)量功能的單用途。具體地，在該情況下，第二檢測(cè)單元被設(shè)計(jì)為干涉儀單元。在這種情況下，第二束源用來提供通過第二檢測(cè)單元檢測(cè)的測(cè)量輻射，也就是說，第二檢測(cè)單元被設(shè)計(jì)為用于檢測(cè)第二測(cè)量輻射，并且在第一測(cè)量功能的情況下，由第二檢測(cè)單元檢測(cè)第二測(cè)量輻射。

可選地，在一些實(shí)施方式中，第一檢測(cè)單元被設(shè)計(jì)為用于確定絕對(duì)距離。優(yōu)選地，第一檢測(cè)單元在這種情況下被設(shè)計(jì)為wfd單元，使得基于已知的波形數(shù)字化原理進(jìn)行距離測(cè)量。另選地，第一檢測(cè)單元被設(shè)計(jì)為fmcw單元，使得基于已知的頻率調(diào)制的連續(xù)波原理進(jìn)行距離測(cè)量，或第一檢測(cè)單元被設(shè)計(jì)為頻率梳單元，使得基于已知的頻率梳原理進(jìn)行距離測(cè)量，或第一檢測(cè)單元被設(shè)計(jì)為絕對(duì)干涉儀，使得基于已知的絕對(duì)干涉儀原理，優(yōu)選的頻率掃描干涉儀原理進(jìn)行距離測(cè)量。具體地在如上所述整個(gè)距離測(cè)量單元被設(shè)計(jì)為用于雙用途的實(shí)施方式中發(fā)現(xiàn)這種第一檢測(cè)單元。

本發(fā)明的另一主題是一種通過激光跟蹤器的目標(biāo)的工業(yè)坐標(biāo)位置確定的方法，其中，所述激光器至少包括底座、控制和評(píng)估單元和光束引導(dǎo)單元，所述光束引導(dǎo)單元具有用于發(fā)射作為測(cè)量輻射的光和用于接收測(cè)量輻射反射的發(fā)射和接收光學(xué)單元。另外，該激光器包括光學(xué)距離測(cè)量單元，所述光學(xué)距離測(cè)量單元至少具有以下元件：第一束源(優(yōu)選是sled或激光源)和第一檢測(cè)單元。所述方法至少包括以下步驟：

·通過所述第一束源生成第一測(cè)量輻射，

·通過所述發(fā)送和接收光學(xué)單元發(fā)射第一測(cè)量輻射并且接收從所述目標(biāo)反射的第一測(cè)量輻射，

·檢測(cè)所接收的反射的第一測(cè)量輻射，

·基于檢測(cè)的測(cè)量輻射確定到所述目標(biāo)的距離，

·確定所述光束引導(dǎo)單元相對(duì)于所述底座的旋轉(zhuǎn)角度。

根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)在各種情況下基于所確定的旋轉(zhuǎn)角度和至少一個(gè)確定的距離探詢(interrogation)時(shí)，執(zhí)行第一測(cè)量功能中的回射目標(biāo)的坐標(biāo)位置確定和第二測(cè)量功能中的漫散射目標(biāo)的坐標(biāo)位置確定，其中，所述距離測(cè)量單元的至少一個(gè)元件用于第一測(cè)量功能和第二測(cè)量功能二者中的雙用途。因此，在根據(jù)本發(fā)明的方法的情況下，通過切換可以執(zhí)行諸如回射棱鏡的協(xié)作目標(biāo)的測(cè)量和諸如金屬盤表面或塑料模制品表面的自然對(duì)象表面的測(cè)量。

在根據(jù)本發(fā)明的方法的一個(gè)實(shí)施例中，使用第一測(cè)量輻射在第一測(cè)量功能和第二測(cè)量功能二者中執(zhí)行到目標(biāo)的距離的確定，為此目的，第一束源用作用于兩個(gè)測(cè)量功能的雙用途中的至少一個(gè)元件或一個(gè)元件。

在根據(jù)本發(fā)明的方法的又一實(shí)施例中，距離測(cè)量單元的至少一個(gè)元件僅用于第一測(cè)量功能或僅用于第二測(cè)量功能。該元件例如是激光跟蹤器包括的第一檢測(cè)單元或第二檢測(cè)單元，和/或僅用于第一測(cè)量功能和/或第二測(cè)量功能的生成第二測(cè)量輻射的第二束源。

本發(fā)明的又一主題是用于控制或執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明所述的用于坐標(biāo)位置確定的方法的具有存儲(chǔ)在機(jī)器可讀載體上的程序代碼的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，特別是，如果在設(shè)計(jì)為根據(jù)本發(fā)明所述的激光跟蹤器的控制和評(píng)估單元的電子數(shù)據(jù)處理單元上執(zhí)行所述程序。

根據(jù)本發(fā)明的激光跟蹤器由此提供如下優(yōu)點(diǎn)：由單個(gè)、緊湊的距離測(cè)量單元優(yōu)選地以專門方式提供兩個(gè)測(cè)量功能從而可測(cè)量回射目標(biāo)和漫散射目標(biāo)二者。通過根據(jù)本發(fā)明的只包括單個(gè)距離測(cè)量單元的激光跟蹤器，與現(xiàn)有技術(shù)的設(shè)備相比，主要在距離測(cè)量單元作為整體用于雙用途的實(shí)施方式中，能夠降低產(chǎn)品復(fù)雜性。在這種情況下，控制和評(píng)估單元的根據(jù)本發(fā)明的設(shè)計(jì)、以及激光跟蹤器的使得能夠提供兩個(gè)專門的激光跟蹤器測(cè)量功能的距離測(cè)量單元的根據(jù)本發(fā)明的設(shè)計(jì)有益地能進(jìn)行適于各自特定類型的目標(biāo)的工業(yè)坐標(biāo)位置確定或測(cè)量任務(wù)。換句話說，除了本身已知的諸如測(cè)量探針的裝配有回射器的目標(biāo)的工業(yè)測(cè)量以外，本發(fā)明還能夠進(jìn)行自然對(duì)象表面的工業(yè)測(cè)量，與現(xiàn)有技術(shù)的激光跟蹤器相比，有益地降低了結(jié)構(gòu)復(fù)雜性或生產(chǎn)成本。

附圖說明

下文基于在附圖中示意性示出的特定示例性實(shí)施方式僅通過示例更詳細(xì)地描述了根據(jù)本發(fā)明的激光跟蹤器和根據(jù)本發(fā)明的方法，也討論了本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)。在附圖中，具體地：

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的在第一測(cè)量功能中在相對(duì)于回射目標(biāo)的位置確定期間的激光跟蹤器；

圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的在第二測(cè)量功能中在相對(duì)于漫散射目標(biāo)的位置確定期間的激光跟蹤器；

圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的在第二測(cè)量功能中在相對(duì)于漫散射目標(biāo)的掃描位置確定期間的激光跟蹤器；

圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的在前視圖中的激光跟蹤器；

圖5a、圖5b示出了在分別用在第一測(cè)量功能中和第二測(cè)量功能中的情況下的根據(jù)本發(fā)明的激光跟蹤器的光學(xué)構(gòu)造的第一實(shí)施方式；

圖6示出了在分別用在第一測(cè)量功能中和第二測(cè)量功能中的情況下的根據(jù)本發(fā)明的激光跟蹤器的光學(xué)構(gòu)造的第二實(shí)施方式；

圖7示出了在分別用在第一測(cè)量功能中和第二測(cè)量功能中的情況下的根據(jù)本發(fā)明的激光跟蹤器的光學(xué)構(gòu)造的第三實(shí)施方式。

具體實(shí)施方式

圖1、圖2和圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的激光跟蹤器1的一個(gè)示例性實(shí)施方式。示出的激光跟蹤器1包括底座40、安裝在底座40上并且具有把手21的支承體20和安裝在支承體20的兩個(gè)支柱上的光束引導(dǎo)單元10。激光跟蹤器1布置在支架45上并且包括：控制和評(píng)估單元；角度傳感器，其用于檢測(cè)光束引導(dǎo)單元10相對(duì)于底座40的旋轉(zhuǎn)角度；和光學(xué)距離測(cè)量單元，其具有至少一個(gè)第一光束源(例如，一個(gè)或更多個(gè)激光二極管或超發(fā)光led)、至少一個(gè)第一檢測(cè)單元(例如，電子距離測(cè)量單元)、絕對(duì)距離單元(adm)或干涉儀單元(ifm)(這里未示出)。通過角度傳感器的適當(dāng)?shù)耐剑ㄟ^第一測(cè)量輻射36確定的兩個(gè)角度和至少一個(gè)距離可以組合以形成目標(biāo)(這里：回射器61)的3d極坐標(biāo)。

圖1示出了在第一測(cè)量功能中，激光跟蹤器1通過作為第一測(cè)量輻射36的光如何測(cè)量到位于測(cè)量輔助工具60上的回射器61的距離，所述回射器61構(gòu)成要測(cè)量的目標(biāo)。測(cè)量輔助工具60(這里通過示例的方式實(shí)施為測(cè)量探針)還包括大量例如反射光點(diǎn)或自發(fā)光光點(diǎn)形式的目標(biāo)標(biāo)記62以及用于在目標(biāo)對(duì)象90的要測(cè)量的點(diǎn)上定位的測(cè)量頭63。

為了找到測(cè)量輔助工具60或反射器61并且利用反射器61對(duì)準(zhǔn)光束36，可選地在根據(jù)本發(fā)明的激光跟蹤器1上設(shè)置了目標(biāo)尋找單元，該目標(biāo)尋找單元具有用于利用特定波長(zhǎng)(具體地，在紅外波長(zhǎng)的范圍內(nèi))的輻射照射反射器61的一個(gè)或優(yōu)選地多個(gè)照明裝置(這里未示出)，此外，具有位置靈敏的檢測(cè)器和相對(duì)大視野的至少一個(gè)(優(yōu)選地，兩個(gè))定位相機(jī)布置在設(shè)備1(這里未示出)上。在反射器61處反射且返回至激光跟蹤器1的照明輻射可以通過定位相機(jī)和每個(gè)位置靈敏的檢測(cè)器來檢測(cè)，可以在各檢測(cè)器上成像反射器61的位置。因此，例如根據(jù)眾所周知的攝影測(cè)量法原理，可以確定反射器的兩個(gè)成像位置，并且根據(jù)該兩個(gè)成像位置，可以找出反射器61的成像的目標(biāo)位置，并且光束引導(dǎo)單元10可以以利用測(cè)量光束36瞄準(zhǔn)反射器61的方式來對(duì)準(zhǔn)。通過相對(duì)于光束36的發(fā)光方向定位相機(jī)的知識(shí)，光束36可以由此與反射器61的確定的粗略位置對(duì)準(zhǔn)并且鎖定在該反射器61上(lock-on)。然后，如上所述，借助于精確瞄準(zhǔn)傳感器(psd)可以執(zhí)行目標(biāo)的精確瞄準(zhǔn)和/或跟蹤。

為了回射器62的高精度瞄準(zhǔn)(精確瞄準(zhǔn))并且為了識(shí)別且能夠再現(xiàn)回射器62的移動(dòng)以及由此再現(xiàn)輔助測(cè)量工具60的移動(dòng)使得光束36與回射器61保持對(duì)準(zhǔn)，在示例中，激光跟蹤器1(優(yōu)選地，在光束引導(dǎo)單元10中)包括精確瞄準(zhǔn)傳感器(例如，作為目標(biāo)精確瞄準(zhǔn)和跟蹤單元的部件)，其中，精確瞄準(zhǔn)傳感器優(yōu)選地是如在wo2007/079600a1中的示例中所述的以模擬方式在空間中操作的跟蹤表面?zhèn)鞲衅?例如，cmos或ccd傳感器)，該跟蹤表面?zhèn)鞲衅骺梢杂脕泶_定在傳感器表面上的光分布的形心(centroid)?；谒_定的形心，可確定在表面?zhèn)鞲衅魃瞎馐鲎参恢孟鄬?duì)于理想的或中心位置的位置差，并且(通過改變光束引導(dǎo)單元10的對(duì)準(zhǔn))以消除或至少可減小位置差的方式可校正測(cè)量輻射的對(duì)準(zhǔn)。因此，通過檢測(cè)從目標(biāo)(具體地，回射器61)反射的光束的對(duì)準(zhǔn)，精確瞄準(zhǔn)傳感器能跟蹤測(cè)量光束36的對(duì)準(zhǔn)。通過跟蹤光束對(duì)準(zhǔn)，可執(zhí)行目標(biāo)點(diǎn)的精確瞄準(zhǔn)和/或連續(xù)目標(biāo)跟蹤并由此可以在沒有中斷的情況下連續(xù)地確定目標(biāo)點(diǎn)61的距離和位置。

作為進(jìn)一步選擇，激光跟蹤器1包括測(cè)量相機(jī)作為光學(xué)圖像捕獲單元(這里未示出)。優(yōu)選地，圖像捕獲單元可配置為具有可變放大率的可聚焦相機(jī)系統(tǒng)(可變放大測(cè)量相機(jī))，以便即使當(dāng)?shù)綔y(cè)量輔助工具60的距離改變時(shí)，也能檢測(cè)布置在測(cè)量輔助工具60上的目標(biāo)標(biāo)記62。測(cè)量相機(jī)是例如圍繞其基本垂直的軸線與激光跟蹤器1一起可旋轉(zhuǎn)的，但是測(cè)量相機(jī)可與激光跟蹤器1獨(dú)立地上下樞轉(zhuǎn)，并由此(具體地，與測(cè)量光束36的光學(xué)系統(tǒng))單獨(dú)地布置。通過適應(yīng)其對(duì)準(zhǔn)和放大，相機(jī)因此能連續(xù)地捕獲圖像，其中測(cè)量輔助工具60(具體地，測(cè)量輔助工具60的光點(diǎn)62)被成像。這導(dǎo)致可電子評(píng)估的光點(diǎn)的空間排列的二維圖像的增加。為了評(píng)估圖像，控制和評(píng)估單元包括圖像處理功能。因此，可以識(shí)別被成像的光電62以確定成像的光電62的形心并且確定所述形心的圖像坐標(biāo)，通過此例如可以計(jì)算激光跟蹤器1或測(cè)量相機(jī)的光軸(具體地，捕獲方向)與從激光跟蹤器1到各光點(diǎn)62的方向之間的立體角。可基于由此由測(cè)量相機(jī)記錄的目標(biāo)標(biāo)記62的位置來確定測(cè)量輔助工具60的空間對(duì)準(zhǔn)(橫搖角、俯仰角和偏轉(zhuǎn)角)。在ep2557391a1中描述了這種測(cè)量相機(jī)可用的、用于在固定的、相對(duì)于彼此已知的空間分布中連續(xù)地確定具有多個(gè)目標(biāo)標(biāo)記62的測(cè)量輔助工具60的空間位置的方法。

根據(jù)本發(fā)明，控制和評(píng)估單元和距離測(cè)量單元被設(shè)計(jì)為使得利用激光跟蹤器1，可額外地實(shí)現(xiàn)第二測(cè)量功能，這使得能夠測(cè)量到測(cè)量對(duì)象90的表面92的距離，如圖2所示。為此目的，與模塊化設(shè)計(jì)相比，距離測(cè)量單元以集成設(shè)計(jì)被實(shí)現(xiàn)，包括被設(shè)計(jì)為用于第一測(cè)量功能和第二測(cè)量功能二者的雙用途的至少一個(gè)元件。代替只有一個(gè)元件，另選地，多個(gè)元件被設(shè)計(jì)為用于雙用途。另選地，其所有元件被設(shè)計(jì)為用于雙用途，也就是說，距離測(cè)量單元以其整體被設(shè)計(jì)為用于雙用途，并且可選地根據(jù)測(cè)量功能被不同地使用，例如，通過不同地操作激光源使得測(cè)量輻射產(chǎn)生的類型根據(jù)測(cè)量功能而不同，或通過不同地操作檢測(cè)單元使得第一測(cè)量功能的測(cè)量輻射檢測(cè)與第二測(cè)量功能的測(cè)量輻射檢測(cè)不同，或通過不同地操作激光源兩和不同地操作檢測(cè)單元二者，使得例如測(cè)量速率根據(jù)測(cè)量功能而不同。換句話說，只有距離測(cè)量單元的硬件的在各測(cè)量功能中使用的一部分(一個(gè)或更多個(gè)元件)是相同的，并且硬件的其它部分(其它元件)只在第一測(cè)量功能中使用或只在第二測(cè)量功能中使用。另選地，整個(gè)硬件相同且根據(jù)測(cè)量功能按不同方式被至少部分地使用。在這種情況下，不同用途或應(yīng)用通過距離測(cè)量單元的不同操作模式或操作狀態(tài)而生效。另選地，完整設(shè)計(jì)的用于雙用途的距離測(cè)量單元在兩個(gè)測(cè)量功能中在相同的操作狀態(tài)下用于如下目的，例如第一束源和第一檢測(cè)單元彼此協(xié)調(diào)，使得來自漫散射目標(biāo)和來自回射目標(biāo)的二者至少針對(duì)特定測(cè)量范圍、目標(biāo)構(gòu)成(目標(biāo)的適當(dāng)?shù)姆瓷渎剩鹤銐蚋叻瓷涞淖匀槐砻婧?或足夠弱反射的回射器)或周圍條件反射的測(cè)量輻射可被充足地很好接收(例如，信號(hào)電平不過高或過低)并且可利用針對(duì)設(shè)置的測(cè)量任務(wù)以足夠的精度被評(píng)估。在這種實(shí)施方式中，第一測(cè)量功能和第二測(cè)量功能之間的差異則基本上在于激光跟蹤器的測(cè)量數(shù)據(jù)或應(yīng)用(例如，針對(duì)連續(xù)目標(biāo)跟組的應(yīng)用或用于掃描表面的應(yīng)用，組合應(yīng)用也是可能的)的評(píng)估方式?？蛇x地，光束引導(dǎo)單元20包括附加光學(xué)單元(這里未示出)，例如，用于改變光束截面的透鏡或聚焦光學(xué)單元、或用于影響光束強(qiáng)度的濾波器或衰減器，通過所述附加光學(xué)單元，光束36根據(jù)測(cè)量功能在發(fā)光之前和/或在再進(jìn)入之前(也就是說在目標(biāo)64或64處的反射之后)被影響或改變。

圖2示出了在第二測(cè)量功能的背景下當(dāng)通過距離測(cè)量單元測(cè)量到測(cè)量對(duì)象90的點(diǎn)64的距離時(shí)的圖1的激光跟蹤器1。在示例中，通過在距離測(cè)量單元中設(shè)置的諸如波形數(shù)字化單元(wfd單元；這里未示出)的第一檢測(cè)器單元，基于從對(duì)象表面92反射的光束36的接收的測(cè)量輻射來測(cè)量該距離。通過為該目的設(shè)計(jì)的控制和評(píng)估單元和距離測(cè)量單元而設(shè)置的第二測(cè)量功能能夠允許在不使用回射器或測(cè)量輔助工具來進(jìn)行距離測(cè)量，也就是說，利用非協(xié)作目標(biāo)(諸如漫散射對(duì)象表面92的點(diǎn)64)進(jìn)行測(cè)量。

通過控制和評(píng)估單元，這里可選地，在(例如，根據(jù)所選的掃描模式，參見關(guān)于圖3的說明)特定時(shí)段中積累的大量測(cè)量信號(hào)的各種情況下，確定距離并在主存儲(chǔ)器中將該距離與相關(guān)的立體角數(shù)據(jù)一起存儲(chǔ)為測(cè)量點(diǎn)64。時(shí)段例如是0.001s、0.002s、0.004s、0.008s或0.016s。主存儲(chǔ)器可以是激光跟蹤器1的部分(未示出)或外部主存儲(chǔ)器。在這種情況下，例如，根據(jù)諸如到要測(cè)量的對(duì)象90的距離的參數(shù)、和/或諸如分辨率、測(cè)量距離、測(cè)量速度或測(cè)量精度的用戶要求，可以對(duì)接收的不同數(shù)量的測(cè)量信號(hào)取平均以便獲得諸如點(diǎn)云的掃描點(diǎn)的獨(dú)立測(cè)量點(diǎn)64。另外，控制和處理單元可選地被配置為使得光束引導(dǎo)單元10的角速度適應(yīng)于距離或在特定距離的情況下能方便使用的掃描模式。

圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的激光跟蹤器1的一個(gè)實(shí)施方式，其中，通過距離測(cè)量單元可實(shí)現(xiàn)掃描功能。在這種情況下，在測(cè)量對(duì)象90的表面92的掃描區(qū)域94上，通過光束引導(dǎo)單元10依次瞄準(zhǔn)多個(gè)測(cè)量或目標(biāo)點(diǎn)，在每種情況下，距離被確定且與角數(shù)據(jù)相關(guān)，使得能夠針對(duì)每個(gè)測(cè)量點(diǎn)確定位置。然后，確定的測(cè)量點(diǎn)的位置被組合以形成點(diǎn)云。如這里所示，例如在彼此相距限定的距離處在平行路徑中通過在正規(guī)模式96中穿過掃描區(qū)域94可以執(zhí)行瞄準(zhǔn)點(diǎn)。在這里示出的示例中，測(cè)量光束36的移動(dòng)是振蕩的，其中，為了簡(jiǎn)化說明，只針對(duì)表面94的要掃描的區(qū)段示出測(cè)量輻射36的振蕩運(yùn)動(dòng)。在該示例中，測(cè)量光束36的振蕩運(yùn)動(dòng)是通過光束引導(dǎo)單元10對(duì)發(fā)射的測(cè)量輻射36的連續(xù)垂直對(duì)準(zhǔn)和逐步水平對(duì)準(zhǔn)的交替引起的。為此目的，光束引導(dǎo)單元10在限定的角范圍中圍繞其傾斜軸線連續(xù)地上下樞轉(zhuǎn)，并且在各情況下，當(dāng)達(dá)到垂直轉(zhuǎn)折點(diǎn)時(shí)，在各情況下在一個(gè)步驟中在相同方向上圍繞旋轉(zhuǎn)軸線水平地樞轉(zhuǎn)預(yù)定的角度大小。在這種情況下，通過激光跟蹤器1的控制和評(píng)估單元來控制光束引導(dǎo)單元10的樞轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

在該示例中，以每秒1百萬激光脈沖的固定脈沖頻率并且以在該示例中至少在垂直方向上連續(xù)的固定掃描速度來掃描對(duì)象90的表面92上的掃描區(qū)域94。這得到包括測(cè)量信號(hào)的測(cè)量信號(hào)序列。然后，各測(cè)量信號(hào)序列的測(cè)量信號(hào)總是在相同時(shí)段(取決于掃描模式)上被積累，從其確定到對(duì)象90的距離，并且分配相關(guān)的立體角以便獲得掃描點(diǎn)。舉例來說，在理想情況下以所述的脈沖頻率，1000個(gè)脈沖或測(cè)量信號(hào)用于確定掃描點(diǎn)或距離測(cè)量值。代替測(cè)量信號(hào)序列，限定的幾何圖形和尺寸以及由此具有限定數(shù)量的測(cè)量信號(hào)字段和測(cè)量信號(hào)的分布也可以被用來確定掃描點(diǎn)。

除了如在示例中示出的測(cè)量輻射的振蕩運(yùn)動(dòng)以外，當(dāng)通過控制和處理單元根據(jù)通過激光跟蹤器1的程序存儲(chǔ)單元選擇或設(shè)置的掃描模式經(jīng)由光束引導(dǎo)單元10的對(duì)應(yīng)驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)掃描功能時(shí)，測(cè)量輻射也可以執(zhí)行任何其它運(yùn)動(dòng)以便檢測(cè)所選擇的掃描區(qū)域94。具體地，可以連續(xù)地產(chǎn)生圍繞傾斜軸線以及還圍繞旋轉(zhuǎn)軸線的樞轉(zhuǎn)，并且根據(jù)要求，也可以不連續(xù)地產(chǎn)生代替水平樞轉(zhuǎn)的垂直樞轉(zhuǎn)。例如，如果掃描區(qū)域94是水平線，則通過圍繞旋轉(zhuǎn)軸線在一個(gè)方向上連續(xù)樞轉(zhuǎn)光束引導(dǎo)單元10產(chǎn)生測(cè)量光束36的連續(xù)、水平對(duì)準(zhǔn)。針對(duì)諸如例如獨(dú)立點(diǎn)測(cè)量或彼此分開的點(diǎn)的測(cè)量或具有低分辨率的測(cè)量的特定要求，光束引導(dǎo)單元還可以不連續(xù)地(具體地，逐步地)圍繞兩個(gè)軸線樞轉(zhuǎn)。作為其它掃描模式的特定示例，具有固定分辨率(即，每個(gè)測(cè)量掃描路徑區(qū)段或測(cè)量區(qū)域具有固定測(cè)量點(diǎn)密度)的測(cè)量也可以被存儲(chǔ)在程序存儲(chǔ)單元中。在該掃描模式中，根據(jù)到要測(cè)量的對(duì)象90的距離執(zhí)行光束引導(dǎo)單元10的角速度的連續(xù)適應(yīng)性適應(yīng)，使得即使在改變到對(duì)象90的距離的情況(例如，在復(fù)雜建筑結(jié)構(gòu)的情況)下，要掃描的區(qū)域94的測(cè)量點(diǎn)密度在掃描過程期間也保持不變。在這種情況下，在以短間隔(根據(jù)脈沖頻率，每第三、第五、第十……測(cè)量脈沖)連續(xù)地(利用每個(gè)測(cè)量脈沖)或重復(fù)地在掃描期間確定到要測(cè)量的對(duì)象90的距離。

圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的在前視圖中的激光跟蹤器1的一個(gè)示例性實(shí)施方式。激光跟蹤器1包括可固定在保持裝置(這里以支架45的形式示出)上的底座40。支承體20以圍繞垂直軸線9可旋轉(zhuǎn)地安裝的方式被安裝在底座40上。支承體20包括第一支柱和第二支柱，所述第一支柱和第二支柱從支承體20的下端向上伸出，并且在所述第一支柱和第二支柱上，光束引導(dǎo)單元10通過軸25圍繞水平軸線8可傾斜地安裝。用于傳輸和由用戶操縱激光跟蹤器1的把手21在頂部被安裝至兩個(gè)支柱。

在底座40上安裝支承體20和在支承體20上安裝光束引導(dǎo)單元10優(yōu)選地被實(shí)施為可固定地移動(dòng)的軸承。因此，使由于溫度影響的軸向誤差和導(dǎo)致的精度損失最小化。另外，軸25的溫度導(dǎo)致的擴(kuò)張不嚴(yán)重并且不影響軸承的應(yīng)變。把手21可以具體地被固定地連接至例如從與其模制的或焊接至其、粘合組合至其或螺接至其而生產(chǎn)的兩個(gè)支柱，使得把手21用作針對(duì)支柱(具體地，關(guān)于彎曲)的附加穩(wěn)定元件。把手21可以有益地被成型為使得其允許通過光束36精確地進(jìn)行向上引導(dǎo)的測(cè)量(即，沿著垂直軸線9)。另選地，把手21還可以具有用于在對(duì)應(yīng)位置處使測(cè)量光束通過的開口。

在該示例中，在光束引導(dǎo)單元10上設(shè)置多個(gè)光學(xué)單元，所述多個(gè)光學(xué)單元包括測(cè)量相機(jī)52的光學(xué)單元，還包括用于光學(xué)距離測(cè)量的透鏡模塊50、激光發(fā)射和接收光學(xué)單元51、定位相機(jī)的光學(xué)單元以及目標(biāo)尋找單元的照明裝置54。另外，光束引導(dǎo)單元10可選地包括激光跟蹤器1的用于向用戶提供概觀圖像的概觀相機(jī)的光學(xué)單元。

諸如氦氖激光源(hene激光源)的第一束源30被集成到支承體20或被集成到一個(gè)支柱中作為距離測(cè)量單元的部分。hene激光源的一個(gè)替代例如是激光二極管。在這種情況下，束源30還可以從多個(gè)(例如)激光生成部件構(gòu)造，所述激光生成部件總體生成作為第一測(cè)量輻射的單個(gè)激光輻射。包括光纖31的光波導(dǎo)系統(tǒng)從所述第一束源30經(jīng)由軸25通向光束引導(dǎo)單元10中直到準(zhǔn)直器34。優(yōu)選地，光波導(dǎo)系統(tǒng)是保偏的和/或光纖31是單模式光纖。另選地，束源30被合并到光束引導(dǎo)單元10中并且例如被設(shè)計(jì)為sled。

第一束源30這里被設(shè)計(jì)為使得其能夠用來生成第一測(cè)量輻射，該第一測(cè)量輻射適合于對(duì)回射目標(biāo)和漫散射目標(biāo)二者的距離測(cè)量，并且可選地適合于用于跟蹤(連續(xù)的目標(biāo)跟蹤)和用于掃描二者，使得第一束源因此可用于兩個(gè)測(cè)量功能中的雙用途。為此目的，束源30可以被設(shè)計(jì)為使得測(cè)量輻射同等地適合于兩種類型的目標(biāo)，也就是說，束源30在兩個(gè)測(cè)量功能中同等地操作。另選地，束源30可在不同的操作狀態(tài)下操作，使得例如第一測(cè)量輻射的功率可在連續(xù)波(cw)操作或脈沖操作之間變化或切換，這樣的結(jié)果是，在第一測(cè)量功能中利用低功率和/或在連續(xù)波操作中執(zhí)行測(cè)量并且在第二測(cè)量功能中利用高功率的激光脈沖執(zhí)行測(cè)量。

圖5a和圖5b示出了根據(jù)本發(fā)明的激光跟蹤器的一個(gè)示例性光學(xué)構(gòu)造，其中，圖5a示出了其在第一測(cè)量功能中用于確定協(xié)作回射目標(biāo)61的位置的用途，并且圖5b示出了用于確定漫散射目標(biāo)64的位置的用途。

光束引導(dǎo)單元10包括按集成設(shè)計(jì)實(shí)施的光學(xué)距離測(cè)量單元2，并且以固定排列的方式相應(yīng)地包括第一檢測(cè)單元12、第二檢測(cè)單元13和例如hene激光束源或激光二極管的第一束源30，所述第一檢測(cè)單元12在該示例中被設(shè)計(jì)為絕對(duì)距離測(cè)量單元(adm)，所述第二檢測(cè)單元13在該示例中被設(shè)計(jì)為波形數(shù)字化單元(wrd)，所述第一束源30生成第一測(cè)量輻射36。

從束源30產(chǎn)生的第一測(cè)量輻射36撞擊例如通過應(yīng)用電壓可在傳輸和反射兩個(gè)狀態(tài)之間切換的第一可變分束器131a。在根據(jù)圖5a的第一測(cè)量功能中，所述分束器是反射的，由于這個(gè)原因在圖5a中光束36通過兩個(gè)偏轉(zhuǎn)元件135(例如，棱鏡)向下偏轉(zhuǎn)并且被引導(dǎo)到adm中。另選地，通過分束器131a的機(jī)械振動(dòng)(例如，旋轉(zhuǎn)位置的振動(dòng))或通過諸如光圈的附加光學(xué)元件來調(diào)節(jié)光束36的相應(yīng)引導(dǎo)。光束36經(jīng)由偏振分束器133和電光調(diào)制器134被引導(dǎo)至第二可變分束器131b，該第二可變分束器131b經(jīng)由發(fā)射和接收光學(xué)單元51將光束36引導(dǎo)到反射器61上。返回的光在adm13中經(jīng)由第二可變分束器131b和偏振分束器133被引導(dǎo)到adm檢測(cè)器122上。從adm檢測(cè)器132的測(cè)量信號(hào)確定到目標(biāo)61的距離。在這種情況下，還可以使用其它adm布置和方法(諸如基于相位的檢測(cè)單元或根據(jù)菲佐原理操作的檢測(cè)單元)。

在圖5b中，距離測(cè)量單元2在第二測(cè)量功能中。第一可變分束器131a處于傳輸狀態(tài)下，由于這個(gè)原因，束源30的經(jīng)脈沖的第一測(cè)量輻射36沒有“向下”偏轉(zhuǎn)，而是經(jīng)由第一可變分束器131a撞擊在部分傳輸分束器74上。通過部分傳輸分束器74，具有與wfd光束36相同測(cè)量脈沖的基準(zhǔn)光束77被分離并且被引導(dǎo)到基準(zhǔn)光束耦合元件78上，基準(zhǔn)光束耦合元件78將基準(zhǔn)光束77耦合到第一光波導(dǎo)件79中，引導(dǎo)到wfd單元13。

wfd光束的其它部分被引導(dǎo)穿過第二可變分束器131b(這與在傳輸狀態(tài)下一樣)、激光發(fā)射和接收光學(xué)單元51到達(dá)要測(cè)量目標(biāo)64(漫散射測(cè)量對(duì)象的表面)上。第一測(cè)量輻射36的從測(cè)量對(duì)象的漫散射表面或從目標(biāo)64反射的那部分再次穿過激光發(fā)射和接收光學(xué)單元51進(jìn)入到光束引導(dǎo)單元10中。反射的輻射包括與測(cè)量脈沖對(duì)應(yīng)但是根據(jù)到目標(biāo)64的距離臨時(shí)偏移的目標(biāo)脈沖。在光束引導(dǎo)單元10中，反射的輻射經(jīng)由光束接收單元(未示出)被集中并且被引導(dǎo)穿過傳輸?shù)牡诙勺兎质?31b，且如果適當(dāng)，進(jìn)一步穿過光學(xué)裝置(這里未示出)到達(dá)耦合單元88上，耦合單元88將反射的輻射耦合到第二光波導(dǎo)件89中，第二光波導(dǎo)件89將其通向wfd單元13或其檢測(cè)器。檢測(cè)器檢測(cè)wfd光束76的反射部分81和基準(zhǔn)光束77二者。反射輻射的脈沖和基準(zhǔn)光束77的脈沖以被稱為波形數(shù)字化的已知方式被數(shù)字化。將以這種方式數(shù)字化的測(cè)量脈沖和目標(biāo)脈沖(特別是它們之間的臨時(shí)分離)彼此相比較，并因此通過控制和評(píng)估單元確定到目標(biāo)點(diǎn)64的距離。

波形數(shù)字化(wfd)是基于在距離測(cè)量中常見的用于信號(hào)檢測(cè)的兩個(gè)基本原理的組合。第一基本原理是基于根據(jù)閾值方法的測(cè)量信號(hào)，第二基本原理是基于利用用于識(shí)別和確定信號(hào)的臨時(shí)位置的下游信號(hào)處理的信號(hào)采集。兩種方法與信號(hào)檢測(cè)同時(shí)應(yīng)用，也就是說，通過兩種方法檢測(cè)接收的測(cè)量脈沖或測(cè)量輻射的信號(hào)結(jié)構(gòu)，這通常意味著所述方法的同時(shí)性或至少臨時(shí)交疊。傳播時(shí)間和由束源30發(fā)出的測(cè)量脈沖與目標(biāo)脈沖(從目標(biāo)點(diǎn)64反射并且被第二檢測(cè)單元13檢測(cè)的測(cè)量脈沖)之間的距離例如在兩個(gè)脈沖的峰值點(diǎn)的臨時(shí)分離之后，以類似于在相位測(cè)量設(shè)備的情況下的脈沖取樣的方式對(duì)脈沖進(jìn)行取樣。有益地，還可以確定到比adm12更遠(yuǎn)的目標(biāo)的距離。兩種原理的組合允許在檢測(cè)信號(hào)和獲得距離信息時(shí)擴(kuò)展動(dòng)態(tài)范圍并且使用諸如脈沖能量的附加信息。由于對(duì)于電光距離測(cè)量設(shè)備，應(yīng)該將接收電路的動(dòng)態(tài)范圍最大化以便能夠覆蓋盡可能多類型的測(cè)量，因此方法的該組合提供了明顯的優(yōu)勢(shì)。可選地，可以同時(shí)利用wfd13和adm12執(zhí)行距離測(cè)量，并且由此可以用于wfd的校準(zhǔn)。

因此，在根據(jù)圖5a和圖5b的示例中，距離測(cè)量單元2中集成的元件中的至少一個(gè)用于第一測(cè)量功能中和第二測(cè)量功能中的雙用途，而其它元件用于第一測(cè)量功能中或第二測(cè)量功能中的單用途。具體地，第一檢測(cè)單元12(adm)用于第一測(cè)量功能中的單用途，并且第二檢測(cè)單元13(wfd)用于第二測(cè)量功能中的單用途，并且根據(jù)本發(fā)明，第一束源30用于兩個(gè)測(cè)量功能中的雙用途。為此目的，第一束源30根據(jù)測(cè)量功能可選地生成不同的第一測(cè)量輻射36，也就是說，例如，針對(duì)第二測(cè)量功能利用wfd脈沖輻射(如上所述)，針對(duì)第一測(cè)量功能利用具有連續(xù)波操作的adm，或例如通過對(duì)應(yīng)裝置(例如，根據(jù)測(cè)量功能，寬頻激光源和波長(zhǎng)濾波器)根據(jù)測(cè)量功能的不同波長(zhǎng)的第一測(cè)量輻射36，其中，分束器131a、131b可以被設(shè)計(jì)為根據(jù)波長(zhǎng)的分束器。

如圖5a和圖5b所示，光束引導(dǎo)單元10作為進(jìn)一步選擇包括將入射光劃分并且將所述光的第一部分耦合至定位相機(jī)(未示出)并且將第二部分耦合至作為精確瞄準(zhǔn)傳感器的表面?zhèn)鞲衅?未示出)的部件160。定位相機(jī)可以包括專用光學(xué)單元，附加地可以包括圖像轉(zhuǎn)換器。在這種情況下，定位相機(jī)典型地例如具有大約10°的孔徑角和30至50mm的焦距，并且用于測(cè)量目標(biāo)的粗定位。為了檢測(cè)反射目標(biāo)，光束引導(dǎo)單元10可以具有反射器照明(未示出)，其具有照亮優(yōu)選至少與概觀相機(jī)的孔徑角相同大小的角度范圍的特定照明波長(zhǎng)?？刂坪驮u(píng)估單元被設(shè)計(jì)為使得在定位相機(jī)的視野中檢測(cè)一個(gè)或多個(gè)亮光點(diǎn)，這在各種情況下與反射目標(biāo)對(duì)應(yīng)?？梢杂纱舜_定它們?cè)诙ㄎ幌鄼C(jī)的圖像中的位置并由此進(jìn)而確定目標(biāo)的方向，因而激光跟蹤器或光束引導(dǎo)單元10和測(cè)量輻射可與目標(biāo)對(duì)準(zhǔn)。因此可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)目標(biāo)獲取和“鎖定”(即，連續(xù)跟蹤目標(biāo))。

精確瞄準(zhǔn)傳感器的光部分優(yōu)選地是返回測(cè)量輻射的光束。精確瞄準(zhǔn)單元還可以包括專用光學(xué)單元。在這種情況下，通過一個(gè)或更多個(gè)光敏表面并且根據(jù)光形心的各位置生成表面?zhèn)鞲衅鞯妮敵鲂盘?hào)。在這種情況下，可以非?？斓?納秒范圍)且以納米分辨率確定撞擊光點(diǎn)的形心的位置。通過精確瞄準(zhǔn)傳感器，確定檢測(cè)到的光束的撞擊點(diǎn)與伺服控制零點(diǎn)的偏移，并且激光束基于該偏移追蹤到目標(biāo)。為此目的并且為了實(shí)現(xiàn)高精度，表面?zhèn)鞲衅鞯囊曇氨贿x擇為相對(duì)小(即，與測(cè)量光束的光束直徑對(duì)應(yīng))。與測(cè)量軸線同軸地執(zhí)行通過精確瞄準(zhǔn)傳感器進(jìn)行的檢測(cè)，使得精確瞄準(zhǔn)的檢測(cè)方向與測(cè)量方向?qū)?yīng)。如上所述，在測(cè)量光束已經(jīng)至少與回射目標(biāo)粗對(duì)準(zhǔn)(即，以目標(biāo)位于光束錐內(nèi)的方式)之后執(zhí)行跟蹤和精確瞄準(zhǔn)。

圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的激光跟蹤器的又一示例性光學(xué)構(gòu)造。集成到光束引導(dǎo)單元10中的距離測(cè)量單元2如在根據(jù)圖5a和圖5b的示例中那樣再一次包括第一檢測(cè)單元12和第二檢測(cè)單元13，其中，第二檢測(cè)單元13同樣地僅用于兩個(gè)測(cè)量功能中的一個(gè)測(cè)量功能的單用途。然而，與之前的附圖相比，第一檢測(cè)單元12沒有被設(shè)計(jì)為用于兩個(gè)測(cè)量功能中的一個(gè)測(cè)量功能的單用途，而是第一檢測(cè)單元用于兩個(gè)測(cè)量功能的雙用途。因此，在一個(gè)測(cè)量功能中，僅通過第一檢測(cè)單元12執(zhí)行位置確定，并且在其它測(cè)量功能中，通過第一檢測(cè)單元12和第二檢測(cè)單元13的組合執(zhí)行位置確定。因此，第二檢測(cè)單元13關(guān)于兩個(gè)測(cè)量功能中的一個(gè)測(cè)量功能切換。具體地，第一檢測(cè)單元12被設(shè)計(jì)為確定絕對(duì)距離，并且第二檢測(cè)單元13被設(shè)計(jì)為以比第一檢測(cè)單元12更精細(xì)的分辨率或更高的精度確定相對(duì)位置。

第一檢測(cè)單元12由第一束源30饋給，因此第一束源30同樣用于兩個(gè)測(cè)量功能的雙用途并且第一束源30在該示例中被設(shè)計(jì)為激光二極管或超發(fā)光led(sled)。第一束源30的雙用途是根據(jù)圖5a、圖5b和圖6的實(shí)施方式的共性。然而，第二檢測(cè)單元13不是由第一束源30饋給，而是第二檢測(cè)單元13通過第二束源32被提供有第二測(cè)量輻射37。因此，在兩個(gè)測(cè)量功能的一個(gè)測(cè)量功能中，除了基于第一測(cè)量輻射36以外，還基于第二測(cè)量輻射37確定到目標(biāo)61、64的距離。

在根據(jù)圖6的示例中，第一檢測(cè)單元12被設(shè)計(jì)為wfd單元。后者用來在第二測(cè)量功能中測(cè)量漫散射目標(biāo)64。第一測(cè)量輻射36的光束路徑或第一測(cè)量輻射36的從目標(biāo)64反射的部分與根據(jù)圖5b的示例類似，其中，從目標(biāo)64返回的輻射36通過分束器150和(如果適當(dāng))其它光學(xué)裝置(這里未示出)被引導(dǎo)到耦合元件88上。在這種情況下，分束器150例如可以取決于波長(zhǎng)，并且第一測(cè)量輻射36的波長(zhǎng)可以與第二測(cè)量輻射37的波長(zhǎng)不同。

第二檢測(cè)單元13在該示例中被設(shè)計(jì)為在第一測(cè)量功能(關(guān)于回射器61的測(cè)量)中使用的除了wfd單元以外的干涉儀單元，其中，如圖6所示，除了通過第一測(cè)量輻射36以外，還通過第二測(cè)量輻射37來測(cè)量目標(biāo)61。從目標(biāo)61反射的第一測(cè)量輻射36由wfd單元12評(píng)估，反射的第二測(cè)量輻射37由干涉儀單元13評(píng)估，使得整體上距離確定通過第一測(cè)量輻射36和第二測(cè)量輻射37執(zhí)行。因此，在第一測(cè)量功能中，通過檢測(cè)單元12和13并且通過兩個(gè)測(cè)量輻射36和37確定到目標(biāo)的距離，其中通過干涉儀單元13提供增加的精度或使增加的精度成為可能，這例如在回射目標(biāo)61的目標(biāo)跟蹤測(cè)量中是有益的。使用干涉儀能夠進(jìn)行移動(dòng)目標(biāo)的aifm測(cè)量(＝利用adm和ifm的組合測(cè)量)。aifm(＝adm+ifm)能通過知識(shí)以及考慮在adm測(cè)量期間已經(jīng)通過干涉儀測(cè)量的相對(duì)距離變化而不必知曉絕對(duì)距離來測(cè)量移動(dòng)對(duì)象(“鎖定飛行”)。

干涉儀單元13使用由束源30生成的光，例如具有長(zhǎng)的相干長(zhǎng)度(單頻)的縱向單模激光輻射。生成的光輻射通過分束器121被劃分成基準(zhǔn)光路徑上的基準(zhǔn)輻射122和測(cè)量光路徑上的測(cè)量輻射37。測(cè)量光路徑穿過聲光調(diào)制器125并且與基準(zhǔn)光路徑一起碰撞在偏振分束器126上。偏振分束器126將測(cè)量輻射37進(jìn)一步引導(dǎo)到例如取決于波長(zhǎng)的分束器150，并且將返回的測(cè)量光與基準(zhǔn)光一起經(jīng)由偏振濾波器123引導(dǎo)到干涉儀檢測(cè)器124。這種干涉儀布置13的操作方法基本是已知的，并且基于波干涉原理。具體地，還可以使用測(cè)量輻射例如能夠經(jīng)由分束器150耦合和分開的其它干涉儀布置和方法。在wo03/062744a1中描述了這種干涉儀的一個(gè)示例。原則上，也可以使用其它類型的干涉儀(例如，利用正交檢測(cè)的邁克爾遜干涉儀)。

在干涉儀檢測(cè)器124處檢測(cè)到具有在可移動(dòng)目標(biāo)61處回射且被引導(dǎo)到干涉儀檢測(cè)器124上的基準(zhǔn)輻射122與測(cè)量輻射37的疊加。在這種情況下，可以連續(xù)地檢測(cè)當(dāng)兩個(gè)輻射37、122疊加時(shí)產(chǎn)生的干涉的強(qiáng)度(作為干涉儀輸出變量)。干涉儀輸出變量的獲得這里至少基于檢測(cè)到的疊加，其中，干涉儀輸出變量取決于到目標(biāo)的距離。

如果目標(biāo)61位于距干涉儀檢測(cè)器124固定距離處，則在到目標(biāo)61保持固定距離期間測(cè)量的強(qiáng)度值是常數(shù)。隨著目標(biāo)61的與由測(cè)量輻射37限定的光軸相關(guān)的相對(duì)于測(cè)量設(shè)備的相對(duì)移動(dòng)(或隨著結(jié)構(gòu)的移動(dòng))，存在兩部件之間距離的變化，并且因此存在基準(zhǔn)輻射122和測(cè)量輻射37之間的路徑差，結(jié)果根據(jù)距離改變?cè)诟缮鎯x檢測(cè)器124處可測(cè)量強(qiáng)度。通過干涉儀檢測(cè)器124，這些強(qiáng)度變量可以(作為輸出變量輪廓)(具體地以臨時(shí)求解方式)被測(cè)量和檢測(cè)，并且能夠被進(jìn)一步讀取和處理以檢查這種距離變化測(cè)量的正確性。從獲得的干涉儀輸出變量生成臨時(shí)求解的輸出變量輪廓，基于輸出變量輪廓確定距離改變。

為了檢查這種測(cè)量的正確性，可選地從由干涉儀檢測(cè)器124檢測(cè)的強(qiáng)度連續(xù)地獲得移動(dòng)參數(shù)，并且將該參數(shù)與移動(dòng)規(guī)則進(jìn)行連續(xù)地比較。根據(jù)比較，然后輸出關(guān)于執(zhí)行的測(cè)量的可靠性的信息。

圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的激光跟蹤器的光學(xué)構(gòu)造的又一實(shí)施方式。作為根據(jù)圖5a、圖5b和圖6的實(shí)施方式的替代，這里除了第一檢測(cè)器單元12以外，測(cè)量設(shè)備或光束引導(dǎo)單元10不包括用于距離測(cè)量的第二檢測(cè)單元。相反，第一檢測(cè)器單元12和向第一檢測(cè)器單元12饋給的第一束源30用于第一測(cè)量功能和第二測(cè)量功能的雙用途；這在特別是具有針對(duì)回射目標(biāo)的測(cè)量或漫散射目標(biāo)的測(cè)量和/或跟蹤或掃描的要求的各情況下以各不同方式調(diào)整。為此目的，舉例來說，束源30在至少兩個(gè)不同的操作狀態(tài)下可操作或具有不同的測(cè)量參數(shù)，也就是說，例如，分別具有不同的功率、脈沖頻率(或cw針對(duì)脈沖操作)和/或生成的第一測(cè)量輻射36的波長(zhǎng)。另選地或另外地，例如，第一檢測(cè)單元12在至少兩個(gè)不同的操作狀態(tài)下可操作或具有不同的測(cè)量參數(shù)，例如，各自不同的測(cè)量速率和/或靈敏度。換句話說，因此，相同的距離測(cè)量單元2以其整體被用于協(xié)作目標(biāo)61和自然目標(biāo)64二者，測(cè)量的類型適應(yīng)于各目標(biāo)61或64。因此，在有必要對(duì)測(cè)量參數(shù)進(jìn)行一般妥協(xié)的情況下，可獲得最佳測(cè)量結(jié)果或與距離測(cè)量單元2的另選不適應(yīng)使用相比更好的測(cè)量結(jié)果，但是這對(duì)于一些工業(yè)測(cè)量任務(wù)來說已經(jīng)足夠了?？蛇x地，這里例如通過接收的反射測(cè)量輻射36產(chǎn)生涉及哪種類型的目標(biāo)61或64的自動(dòng)識(shí)別。這里，這種選擇不限于本實(shí)施方式，而是可以同樣地在所有其它實(shí)施方式中實(shí)現(xiàn)。

在根據(jù)圖7的本示例中，第一檢測(cè)單元12被設(shè)計(jì)為fmcw單元(調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá))，因此能通過fmcw方法進(jìn)行距離測(cè)量。具體地，為此目的的距離測(cè)量單元2可以包括相干激光雷達(dá)，如例如在ep1869397b1中所述。

如在本實(shí)施方式中使用的距離測(cè)量的方法在于將諸如光的調(diào)頻電磁輻射發(fā)射到要測(cè)量的目標(biāo)上，并且然后從后向散射對(duì)象(理想地僅從要測(cè)量的對(duì)象)接收一個(gè)或更多個(gè)回聲。在接收之后，可能疊加的回聲信號(hào)與混合信號(hào)疊加，并且由此減小要分析的信號(hào)頻率，結(jié)果在裝置方面僅更低的花費(fèi)是必要的。在這種情況下，可以作為具有傳輸?shù)男盘?hào)的零差方法或作為具有已知周期的周期信號(hào)(特別是諧波信號(hào))的外差方法來執(zhí)行混合?；旌嫌糜趯⒔邮盏男盘?hào)轉(zhuǎn)變成低頻。然后，從結(jié)果信號(hào)確定傳播時(shí)間-假定使用的輻射的傳播速度是已知的-到要測(cè)量的目標(biāo)的距離。

用于實(shí)現(xiàn)這些方法的裝置通常使用信號(hào)發(fā)生器作為對(duì)可調(diào)制輻射源外加信號(hào)的線性調(diào)頻發(fā)生器。還使用具有后續(xù)混合器、a/d轉(zhuǎn)換器和數(shù)字信號(hào)處理器的檢測(cè)器或接收器。線性調(diào)頻通常被信號(hào)發(fā)生器生成為測(cè)量信號(hào)。反射的測(cè)量輻射的檢測(cè)到的回聲信號(hào)利用混合信號(hào)被檢測(cè)到。混合的信號(hào)在有限測(cè)量間隔上被數(shù)字化并且被存儲(chǔ)。從頻率信息(如果合適，該信號(hào)的相位信息)確定傳播時(shí)間。通過考慮相位信息可以獲得更精確的結(jié)果。從de19610970a1知曉利用雷達(dá)探測(cè)距離內(nèi)的電磁輻射進(jìn)行距離測(cè)量的利用連續(xù)發(fā)射的調(diào)頻方法(fmcw方法)。

在本示例中，距離測(cè)量單元2包括第一束源30，該第一束源30具有用于生成具有連續(xù)地可變頻率的調(diào)頻的第一測(cè)量輻射36的驅(qū)動(dòng)裝置。調(diào)頻的激光束36首先被引導(dǎo)到第一分束器36上，經(jīng)由第一分束器36基準(zhǔn)光束77被劃分并且通過偏轉(zhuǎn)元件135被引導(dǎo)到混合器元件178上。

調(diào)頻的激光束36的其它部分被引導(dǎo)穿過第二分束器150、激光發(fā)射光學(xué)單元51到達(dá)目標(biāo)64或61上。調(diào)頻的激光束36的從目標(biāo)61、64反射的部分再次部分地穿過激光接收光學(xué)單元51到光束引導(dǎo)單元10中。在后者中，反射的輻射通過第二分束器150被引導(dǎo)到混合器元件178上，在混合器元件178中反射的輻射經(jīng)受與基準(zhǔn)光束177的零差混合或外差混合?？蛇x地，反射的輻射可以事先通過rf前置放大器已經(jīng)被放大。

在本示例中生成的混合信號(hào)182通過光纖79被傳送到第一檢測(cè)單元；具體地，在這種情況下混合信號(hào)還可以經(jīng)由低通濾波器187和基帶放大器被傳送。然后，控制和評(píng)估單元能夠以已知方式確定頻率差(即，具體地，基準(zhǔn)光束177和反射的輻射的頻率之間的間隔)，并由此計(jì)算到目標(biāo)61或64的距離。

替代混合器元件187，針對(duì)基準(zhǔn)光束177可以使用光學(xué)基準(zhǔn)系統(tǒng)。例如在ep1869397b1中描述了這種光學(xué)基準(zhǔn)系統(tǒng)。作為fmcw單元或基于fmcw的測(cè)量方法的替代，例如，可以使用wfd方法或基于頻率梳或頻率梳支持的距離測(cè)量。在后面的替代中，距離測(cè)量單元包括被配置為發(fā)送脈沖的、具有載波信號(hào)的高精度時(shí)間飛秒激光的第一束源30。因此，可以在頻率范圍內(nèi)生成薄銳譜線的所謂的頻率梳，該頻率梳可以用于精確的光頻測(cè)量。例如在論文“frequency-combbasedapproachestoprecisionranginglaserradar”(n.r.newbury，t.-a.liu,i.coddington,f.giorgetta,e.baumann,w.c.swann；國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)局)中描述了針對(duì)基于頻率梳或頻率梳支持測(cè)量的各種方法。

不用說這些例示的附圖僅示意性地例示了可能的示例性實(shí)施方式。根據(jù)本發(fā)明，各種方法可以同樣彼此組合并且與用于測(cè)量表面或?qū)ο蟮南到y(tǒng)和方法組合以及與現(xiàn)有技術(shù)的測(cè)量設(shè)備組合。