[发明专利]借助干涉长度测量确定物体的空间位置的方法和设备

说明书

本申请涉及用于确定到可移动目标物体的距离和/或所述可移动目标物体(40)的位置的方法，包括以下步骤：将相干聚焦测量光束(25)指向具有凸形反射表面的球形目标物体(40)，使得目标物体(40)的中心位于测量光束(25)的焦点；以及通过干涉地叠加由目标物体(40)反射的测量光束(40)和参考光束(17)来确定目标物体(40)和参考点之间的距离。

技术领域

本发明涉及用于借助于干涉长度测量非接触地确定物体的空间位置的方法和设备。

背景技术

测量物体的空间位置具有许多应用领域，例如在工业、医药以及特别地在机器人中的各种机器和装置的控制或调节，其中机器人臂的末端、示踪剂等的定位精度度基本上确定可能的制造精度。因此需要非常精确地确定诸如例如机器人夹臂的物体的位置以及在适用的情况下的空间位置的方法。

可以通过测量由电磁束(例如光)覆盖的路径长度来非接触地确定距离。为此，电磁束一次或多次通过参考位置和物体之间的路径，使得从光束覆盖的路径长度可以导出距离(TOF方法)。

DE 10 2004 037 137 A1提出TOF测量与诸如三角测量法或干涉测量法的另外的光学测量方法的组合，以便改善测量精度。

DE 10 2008 045 387 A1和DE 10 2008 045 386 A1描述使用光脉冲的位置确定，由此确定信号分量的相位位置，该信号分量的相位位置以光脉冲序列的重复率的倍数振荡，使得在相对大的距离范围内，可以非常精确地实现距离的确定。

DE 10 2010 062 842 A1描述用于使用干涉测量结构来确定目标物体的绝对位置的方法，由此随时间确定通过测量路径之后的测量信号的强度，以便确定测量路径的长度的粗略信息并且借助于参考光束，相位信号被确定为测量路径的长度的精确信息并且与粗略信息组合。

本发明的任务是提出用于确定物体位置的方法和设备，该方法和设备可以用于许多应用并且使得能够实现很高的测量精度。

发明内容

根据本发明，该任务通过用于确定可移动目标物体的位置的方法来解决，该方法包括以下步骤：将相干聚焦测量光束指向具有凸形反射表面的球形目标物体，使得目标物体的中心位于测量光束的焦点处，并且通过干涉地叠加由目标物体反射的测量光束与参考光束来确定目标物体与参考点之间的距离。

根据本发明的方法可以用于许多应用，并且使得能够以很高的测量精度确定目标物体的空间位置，因为干涉长度测量是用于确定物体距离的最准确的方法之一。由此可以获得仍然远低于诸如例如可见光或红外光的所使用的光束的波长的分辨率。然而，干涉测量的先决条件是由目标物体反射的光束与内部参考光束的相干叠加。测量设备确保测量光束在中心撞击球体，从而获得最大的干涉对比度并因此获得最好的测量精度。从目标球体返回的信号独立于目标球体在空间中的位置。

本发明还提出用于确定可移动目标物体在空间中的位置的设备，该设备包括光源，用于产生相干测量光束；成像光学件，被配置用于将测量光束聚焦在球形目标物体上，使得目标物体的中心位于测量光束的焦点处；用于从测量光束产生参考光束的设备；检测器，用于检测目标物体反射的测量光束与参考光束的叠加产生的干涉信号；跟踪设备，用于连续跟踪测量光束的焦点，使得测量光束的焦点位于目标物体的区域中；以及评估设备，用于通过评估干涉信号来确定目标物体和参考点之间的距离。

为了获得良好的干涉信号，测量光束被聚焦在目标物体上，使得照射到目标物体且照射在目标物体的表面上的测量光束的波阵面的曲率对应于目标物体的凸形表面的曲率。

对于连续测量，必须在目标物体的位置上连续跟踪测量光束的焦点位置。为此可借助于位置检测摄像机或通过确定由非聚焦并且优选非相干控制光束的目标物体反射的强度来执行所需的目标物体的位置的粗略确定。

根据本发明的设备可具有有可变焦距的可移动透镜，用于跟踪测量光束在目标物体的位置上的焦点。