[发明专利]利用干涉测量法确定距离变化的方法

说明书

本发明涉及根据权利要求1的前序部分的用于确定至活动反射目标的距离变化的方法和根据权利要求12的执行根据本发明的方法的测量仪。

被构造为用于连续跟踪目标点且确定该点的坐标位置的测量装置一般可以尤其与工业测绘相关联地归类于术语激光跟踪器之下。目标点此时可以通过逆向反射单元(例如三面直角棱镜)来代表，其利用测量装置的测量光束且尤其是激光束被瞄准。激光束平行地反射回到测量装置，其中，反射光束利用该装置的采集单元被采集。此时，光束的发射或接收方向例如借助角度测量传感器来确定，该传感器配属于系统的偏转反射镜或瞄准单元。另外，利用所述光束的采集例如借助渡越时间测量或相位差测量来确定从测量装置到目标点的距离。

根据现有技术的激光跟踪器还可以被构造成具有光学图像采集单元，其具有两维光敏阵列例如CCD照相机或CID照相机或基于CMOS阵列的照相机，或者被构造成具有像素阵列传感器并具有图像处理单元。激光跟踪器和照相机此时尤其可以如此上下叠置地安装在一起，即，彼此的相对位置是不可变的。照相机例如与激光跟踪器一起可绕其基本垂直的轴线转动，但可以独立于激光跟踪器上下枢转，因而尤其与激光束的光学组件分开布置。而且，照相机例如根据各自的应用可以以仅绕一个轴线枢转的方式构成。在替代实施方式中，照相机可以按照一体式构造方式与激光束器光学组件一起安装在同一个壳体内。

通过借助包含多个标记(其彼此相对位置是已知的)的所谓测量辅助仪的图像采集和图像处理单元进行的图像采集和分析，可以推导出该仪器和安置在测量辅助仪上的物体(如探头)的方位。另外，结合目标点的确定的空间位置，可以进一步精确地确定目标的绝对的空间位置和取向和/或相对于激光跟踪器的空间位置和取向。

这种测量辅助仪可以通过其接触点定位在瞄准目标的一点上的所谓的扫描工具来实现。扫描工具具有例如为光斑的标记和反射器，反射器代表扫描工具上的目标点并且可用跟踪器的激光束来瞄准，在这里，标记和反射器相对于扫描工具的接触点的位置是精确已知的。测量辅助仪也可以按照本领域技术人员已知的方式是配备为用于测距的(例如用于非接触式表面测绘)的手持式扫描仪，在这里，测距用的扫描仪测量光束相对于光斑和设置在扫描仪上的反射器的方向和位置是精确已知的。这种扫描仪例如在EP0553266中有所描述。

另外，在越来越标准化的现代跟踪器系统中，可以在传感器上确定接收到的测量光束相对于零位的偏移。借助所述可测的偏移，可以确定在逆向反射器的中心和激光束在反射器上的入射点之间的位置差，并且如此根据该偏差来修正或追踪激光束的对准，即，该传感器上的偏差被缩小，尤其是为“零”，并且因此光束对准反射器中心的方向。通过激光束对准的追踪，可以进行目标点的连续目标跟踪并且可相对于测量装置连续地确定目标点的距离和位置。此时，追踪可借助能借助马达进行运动的且设置为用于偏转激光束的偏转镜的对准变化和/或通过使具有引导光束的激光光学组件的瞄准单元枢转来实现。

所述目标跟踪必须以激光束耦合至反射器为前提。为此，可以在跟踪器上附加地设置一个采集单元，该采集单元具有位敏传感器和较大的视野。而且，在上述类型的装置中整合有附加的照亮机构，借此来照亮目标或反射器，尤其是以限定的、不同于测距仪波长的波长。与此相关，该传感器可以对在某个特定波长左右的范围敏感地构成，以便例如减轻或完全阻止外界光影响。借助照亮机构可以照亮该目标并且用照相机采集带有被照亮的反射器的目标的图像。通过在传感器上的特定(波长特定)反射的成像，可以分辨图像中的反射位置，进而确定相对于照相机的采拍方向的角度和相对于目标或反射器的方向。具有这种目标搜索单元的激光跟踪器的一个实施方式例如由WO2010/148525A1公开。根据可如此导出的方向信息，可以如此改变测量激光束的对准，即，激光束和激光束所耦合到的反射器之间的间距被缩小。

为了测距，现有技术的激光跟踪器具有至少一个测距仪，其中它例如可以呈干涉仪形式构成。因为这样的测距单元只能测量相对距离变化，故在当今的激光跟踪器中除了干涉仪外还装有所谓的绝对距离测量仪。例如，确定距离用测量手段的这种组合由Leica Geosystems AG(莱卡大地测量系统公司)的产品AT901公开。与此相关被用于测距的干涉仪主要采用气体激光束器尤其是氦氖气体激光束器作为光源，因为大的相关长度和由此允许的测量有效范围。氦氖激光束器的相干长度此时可以为几百米，因此，可利用相对简单的干涉仪结构来实现工业测量技术所要求的作用距离。绝对距离测量仪和干涉仪的用于利用氦氖激光束器确定距离的组合方式例如由WO2007/079600A1公开。