利用幹涉測量法確定距離變化的方法

2023-10-04 11:21:39

利用幹涉測量法確定距離變化的方法
【專利摘要】本發明涉及利用幹涉測量法確定至活動反射目標的距離變化的方法，該方法包括：產生雷射輻射，其中由該雷射輻射至少導出基準輻射和測量輻射；向目標發出測量輻射；採集在目標上反射的測量光束的至少一部分。另外，產生並採集所反射的測量輻射與基準輻射的疊加，基於所採集的疊加導出幹涉儀輸出變量，並且由導出的幹涉儀輸出變量產生時間分辨的輸出參數變量。另外，如此進行輸出變量曲線的連續檢查，即，輸出變量曲線被連續地以時間分辨的方式讀出，根據以時間分辨的方式讀取的輸出變量曲線，連續地導出至少一個用於測量裝置和目標之間的相對運動的運動參數，並且進行該運動參數與用於目標的運動準則的連續比較，其中，該運動準則限定了目標在測量輻射方向上的真實可行的、實際可信的和根據經驗可用的相對運動。根據所述比較，尤其在未滿足該運動準則時提供信息。
【專利說明】利用幹涉測量法確定距離變化的方法
[0001] 本發明涉及根據權利要求1的前序部分的用於確定至活動反射目標的距離變化 的方法和根據權利要求12的執行根據本發明的方法的測量儀。
[0002] 被構造為用於連續跟蹤目標點且確定該點的坐標位置的測量裝置一般可以尤其 與工業測繪相關聯地歸類於術語雷射跟蹤器之下。目標點此時可以通過逆向反射單元（例 如三面直角稜鏡）來代表，其利用測量裝置的測量光束且尤其是雷射束被瞄準。雷射束平 行地反射回到測量裝置，其中，反射光束利用該裝置的採集單元被採集。此時，光束的發射 或接收方向例如藉助角度測量傳感器來確定，該傳感器配屬於系統的偏轉反射鏡或瞄準單 元。另外，利用所述光束的採集例如藉助渡越時間測量或相位差測量來確定從測量裝置到 目標點的距離。
[0003] 根據現有技術的雷射跟蹤器還可以被構造成具有光學圖像採集單元，其具有兩維 光敏陣列例如CCD照相機或CID照相機或基於CMOS陣列的照相機，或者被構造成具有像素 陣列傳感器並具有圖像處理單元。雷射跟蹤器和照相機此時尤其可以如此上下疊置地安裝 在一起，即，彼此的相對位置是不可變的。照相機例如與雷射跟蹤器一起可繞其基本垂直的 軸線轉動，但可以獨立於雷射跟蹤器上下樞轉，因而尤其與雷射束的光學組件分開布置。而 且，照相機例如根據各自的應用可以以僅繞一個軸線樞轉的方式構成。在替代實施方式中， 照相機可以按照一體式構造方式與雷射束器光學組件一起安裝在同一個殼體內。
[0004] 通過藉助包含多個標記（其彼此相對位置是已知的）的所謂測量輔助儀的圖像採 集和圖像處理單元進行的圖像採集和分析，可以推導出該儀器和安置在測量輔助儀上的物 體（如探頭）的方位。另外，結合目標點的確定的空間位置，可以進一步精確地確定目標的 絕對的空間位置和取向和/或相對於雷射跟蹤器的空間位置和取向。
[0005] 這種測量輔助儀可以通過其接觸點定位在瞄準目標的一點上的所謂的掃描工具 來實現。掃描工具具有例如為光斑的標記和反射器，反射器代表掃描工具上的目標點並且 可用跟蹤器的雷射束來瞄準，在這裡，標記和反射器相對於掃描工具的接觸點的位置是精 確已知的。測量輔助儀也可以按照本領域技術人員已知的方式是配備為用於測距的（例如 用於非接觸式表面測繪）的手持式掃描儀，在這裡，測距用的掃描儀測量光束相對於光斑 和設置在掃描儀上的反射器的方向和位置是精確已知的。這種掃描儀例如在EP0553266中 有所描述。
[0006] 另外，在越來越標準化的現代跟蹤器系統中，可以在傳感器上確定接收到的測量 光束相對於零位的偏移。藉助所述可測的偏移，可以確定在逆向反射器的中心和雷射束在 反射器上的入射點之間的位置差，並且如此根據該偏差來修正或追蹤雷射束的對準，即，該 傳感器上的偏差被縮小，尤其是為"零"，並且因此光束對準反射器中心的方向。通過雷射束 對準的追蹤，可以進行目標點的連續目標跟蹤並且可相對於測量裝置連續地確定目標點的 距離和位置。此時，追蹤可藉助能藉助馬達進行運動的且設置為用於偏轉雷射束的偏轉鏡 的對準變化和/或通過使具有引導光束的雷射光學組件的瞄準單元樞轉來實現。
[0007] 所述目標跟蹤必須以雷射束耦合至反射器為前提。為此，可以在跟蹤器上附加地 設置一個採集單元，該採集單元具有位敏傳感器和較大的視野。而且，在上述類型的裝置中 整合有附加的照亮機構，藉此來照亮目標或反射器，尤其是以限定的、不同於測距儀波長的 波長。與此相關，該傳感器可以對在某個特定波長左右的範圍敏感地構成，以便例如減輕或 完全阻止外界光影響。藉助照亮機構可以照亮該目標並且用照相機採集帶有被照亮的反射 器的目標的圖像。通過在傳感器上的特定（波長特定）反射的成像，可以分辨圖像中的反 射位置，進而確定相對於照相機的採拍方向的角度和相對於目標或反射器的方向。具有這 種目標搜索單元的雷射跟蹤器的一個實施方式例如由W02010/148525A1公開。根據可如此 導出的方向信息，可以如此改變測量雷射束的對準，即，雷射束和雷射束所耦合到的反射器 之間的間距被縮小。
[0008] 為了測距，現有技術的雷射跟蹤器具有至少一個測距儀，其中它例如可以呈幹涉 儀形式構成。因為這樣的測距單元只能測量相對距離變化，故在當今的雷射跟蹤器中除了 幹涉儀外還裝有所謂的絕對距離測量儀。例如，確定距離用測量手段的這種組合由Leica Geosystems AG(萊卡大地測量系統公司）的產品AT901公開。與此相關被用於測距的幹涉 儀主要採用氣體雷射束器尤其是氦氖氣體雷射束器作為光源，因為大的相關長度和由此允 許的測量有效範圍。氦氖雷射束器的相干長度此時可以為幾百米，因此，可利用相對簡單的 幹涉儀結構來實現工業測量技術所要求的作用距離。絕對距離測量儀和幹涉儀的用於利用 氦氖雷射束器確定距離的組合方式例如由W02007/079600A1公開。
[0009] 通過在雷射跟蹤器中使用這樣的幹涉儀來確定距離或確定距離變化，可能因為可 採用的幹涉測量方法而實現很高的測量精度。
[0010] 然而，有利的測量精度不利地與待執行的幹涉儀測量的耐用性和可靠性相對立。 為了執行利用幹涉儀的正確的距離變化測量，尤其是在目標跟蹤時的連續正確測量，必須 確保在測量中長時間採集和正確讀取由幹涉效應（強度最大值和最小值）產生的幹涉儀 脈衝。距離變化的確定此時取決於被測幹涉儀脈衝的數量。幹涉儀脈衝的不間斷的接收和 識別尤其可能在幹涉儀和目標之間距離大時受到幹擾，因為採集的是此時由目標所反射的 強度較低的測量光束，並且幹涉儀探測器的可用敏感度不足以清楚地採集脈衝。因為由此 造成一個或多個幹涉儀脈衝在採集過程中的損失，故與之相關的距離變化確定可能是有誤 的。此外，脈衝的錯誤採集（一個或多個脈衝未被計數）可能由反射目標的快速偏移和因 此在幹涉儀探測器上產生的強度波動或強度減弱而引起。當反射器運動比可實現雷射輻射 相對於目標的伺服可控追隨更快速地進行時，這尤其可能在目標跟蹤時出現。因為可確定 的距離變化取決於所識別的脈衝數，故可由此產生有誤的測距值。
[0011] 與此相關的另一不利方面是，在上述的有誤測量中雖然能產生一個測量值，但系 統使用者無法發現該測量誤差或者說無法基於可實現的測量解析度來識別該測量誤差並 且將所產生的測量值認定為是正確的。反覆不考慮這種誤差可能使多次錯誤測量累積並因 此增大最終的（總）測量誤差。
[0012] 本發明的任務是提供一種用於測量裝置且尤其是雷射跟蹤器的功能，在其範圍內 檢查且尤其是連續地檢查幹涉儀測量的準確性。具體而言，本發明的任務是提供這樣一種 尤其用於測量裝置且尤其是雷射跟蹤器的用於距離變化測量的檢查功能，即，發現可能有 的測量誤差並且在存在測量誤差時輸出相應信息。
[0013] 本發明的另一任務是提供一種雷射跟蹤器，可利用該雷射跟蹤器執行被設計用於 利用幹涉儀確定距離變化的測量的正確性的檢查。
[0014] 本發明的另一個任務是提供一種用於修正被認為有誤的測量值的自動化功能。
[0015] 這些任務將通過獨立權利要求的特徵部分特徵的實現來完成。由從屬權利要求中 得到以替代或優選方式改進本發明的特徵。
[0016] 本發明涉及一種藉助幹涉測量法確定至活動的反射目標的距離變化的方法，該方 法包括：向目標發出測量輻射，接收在該目標上反射的測量輻射的至少一部分，產生並採集 所反射的測量輻射和基準輻射的疊加。另外，進行至少基於所採集的疊加的幹涉儀輸出變 量的導出，其中該幹涉儀輸出變量取決於至目標的距離，並且由所導出的幹涉儀輸出變量 產生時間分辨的輸出變量曲線，並且基於所述輸出變量曲線確定該距離變化。
[0017] 另外，如此對輸出變量曲線進行連續檢查，使得：基於該輸出變量曲線，連續地導 出目標的相對運動的至少一個運動參數，該運動參數涉及測量福射的方向，對該運動參數 與目標的限定的運動準則進行連續比較，其中該運動準則給出所述目標在測量輻射的方向 上的相對運動，該相對運動被假定為真實可行的、實際可信的和根據經驗可用的，並且在未 滿足運動準則的情況下提供信息項。因此在根據本發明的方法的範圍內，可以執行所完成 的幹涉測量就其正確性而言的自動化評估。在檢查可由幹涉儀數據導出的目標運動或者說 幹涉測量儀運動是否對應於在主要的物理條件下和任選地在本測量裝置的範圍內（例如 在測量空間內有障礙物，其使得限定運動不可行）實際可執行的運動之後，可以例如在顯 示屏上以圖形方式顯示或者利用聲音信號輸出信息項，即，尤其是讓使用者知道所述測量 是否有誤或以多大機率有誤的情況的信息項。
[0018] 尤其是，可以通過由用於實際適用的物理原理範圍內可執行的運動的運動準則帶 來的限定條件也限定針對例如因為違反常用物理定理（如慣性）而不可能的相對運動的相 反條件。通常，該運動準則預定這樣的範圍，在該範圍內，藉助幹涉測量來確定的相對運動 是潛在實際可行的或者不可行的。因此，可基於該準則來判斷是拒絕還是接受被測量的運 動。
[0019] 一般，在本發明範圍內，幹涉儀輸出變量是指這樣的變量，其通過幹涉儀來提供或 由其輸出，並可由此通過作為輸出變量曲線連續採集該參數來導出至目標的距離變化。
[0020] 對於零差幹涉儀，幹涉儀輸出變量是指取決於至目標的距離的幹涉狀態（結構性 或非結構性幹涉），而輸出變量曲線是指通過幹涉狀態的連續採集而產生的幹涉曲線。對於 零差幹涉儀，幹涉儀輸出變量是指在測量探測器上的測量疊加（因具有不同波長的測量輻 射和基準光束的匯合而產生的差頻）和基準變量或者說基準探測器上的差頻（基準疊加） 之間的相位比較。基準變量此時例如可以通過用於調製至少其中一個輻射（測量輻射和/ 或基準輻射）的聲光調製器的調製頻率來以電子的方式產生。輸出變量曲線對於零差幹涉 儀來說是指時間分辨地連續採集的測量疊加與基準變量或基準疊加的比較（相位差）。
[0021] 尤其是，本領域技術人員可以知曉幹涉儀的其它實施方式，在這裡，對於這樣的實 施方式，幹涉儀輸出變量是可藉此利用連續採集該變量（輸出變量曲線）來檢測距離變化 的變量。
[0022] 通過根據本發明的輸出變量曲線的連續檢查，可以針對這些不同的幹涉儀實施方 式就真實可行的運動評價目標的相對運動。
[0023] 在本發明意義上，輸出變量曲線例如可以根據抽樣率來成像和分辨，S卩，按照所確 定的時間間隔，可以進行次數限定的尤其次數可調的測量。
[0024] 另外，輸出變量曲線可以僅通過一個按時間間隔被測量的各具有時間信息項的脈 衝數（由一系列結構性幹涉和非結構性幹涉限定）來實現，其中，所述數量可以對應於出現 閾值超出的次數。即，為此例如可以連續採集代表所採集的幹涉儀輸出變量的信號，其中， 附加地限定出用於該信號的閾值並且每次超出閾值（和隨後信號水平降低到低於閾值）作 為一個脈衝來計數。通過附加時間信息項，可由此在限定時間間隔內確定一連串脈衝並且 考慮作為運動參數。
[0025] 與本發明相關地，在測量輻射方向上即尤其在目標和幹涉儀尤其是雷射跟蹤器之 間的相對運動通常是指沿由發出的測量光束限定的光軸的至少徑向運動，尤其因為對於可 幹涉測量的相對運動必須進行兩個物體（目標和測量儀）之間的距離變化。
[0026] 就至目標的距離變化的確定而言，可以在距離變化確定範圍內由一連串的結構性 幹涉和非結構性幹涉且尤其是強度最大值和強度最小值識別並連續計數幹涉儀脈衝，尤其 是在這裡，由按照限定的時間間隔確定的幹涉儀脈衝數來確定至目標的距離變化。
[0027] 由脈衝數和已知的且同時要考慮的測量輻射的波長，可以執行距離變化的很精確 的確定。因為被測距離的變化取決於採集脈衝的數量，故在根據本發明的方法（檢查方法） 範圍內，例如此時未計數一個脈衝或者說"損失" 了一個脈衝的測量被認為是有誤的。這是 通過如上所述的運動參數和運動準則的比較來完成的，其中，在缺少一個脈衝時拒絕由該 輸出變量曲線（其中的脈衝也缺少且因而確定了看起來做不到的運動）導出的相對運動。 根據本發明，可以依據信息項的提供來執行所確定的距離變化的修正和/或進行該信息項 的以圖形或聲音方式的輸出。此時在根據本發明的方法的範圍內可以實現所執行的測量的 調整。此時可如此進行修正，即，可在修正後導出的運動參數滿足該運動準則，尤其是在這 裡如此進行輸出變量曲線的調整，即，由經過調整的輸出變量曲線導出的運動參數滿足該 運動準則。為此，在本發明的範圍內，除了距離變化的測量外，還可以檢查所產生的測量結 果並且在確定有誤測量時進行主動幹預，該測量參數或者說輸出變量曲線可以被改變。這 種改變可以使運動參數如此調整，即，在與運動準則比較時確定該參數滿足準則。例如，此 時可以模製並加入被認為預設的幹涉狀態，從而可由此導出的輸出變量曲線描述目標的可 執行運動。尤其是與此相關，例如可以藉助卡爾曼濾波器仿製一個脈衝序列（多個關聯脈 衝）並且將其加入輸出變量曲線中。具體說，可以在這種脈衝頻率的計算範圍內採用藉助 預測器的濾波方法。尤其是，有誤測量可以由已被（錯誤地）過多採集的至少一個脈衝（多 個脈衝）引起。在此情況下，作為將加入附加脈衝的替代方式，可以進行有誤採集的脈衝的 消除，從而可據此導出的經修正的輸出變量曲線描述了可執行的目標相對運動。
[0028] 關於例如代表用於在測量輻射的方向上的相對運動的參數的運動參數，可以在根 據本發明的方法的範圍內如此導出該運動參數，即，由所述（時間分辨讀取）輸出變量曲線 導出目標在測量輻射的方向上的實際相對速度和/或實際相對加速度作為運動參數。由 此，可以連續產生一個參數，其依據在幹涉儀探測器上查明的幹涉現象給出了測量裝置或 目標的現有的速度或加速度（各速度或加速度也可源自目標和測量裝置的同時運動）。該 運動參數尤其可以描述用於該目標的運動成像的其它參數，例如像距離變化（正或負）方 向。
[0029] 另外，根據本發明，為了描述可幹涉測量導出的目標運動，而可以根據該輸出變量 曲線導出一個尤其是時間分辨的強度曲線，尤其在這裡由強度曲線的幅值和/或頻率導出 該運動參數。
[0030] 例如，可以將用於連續檢測的強度變化的幅值或頻率值作為參數，並且如此限定 該運動準則，即該振幅值或頻率值與振幅閾值或頻率閾值比較，根據閾值超出而產生信息。 這樣的閾值尤其可以根據幹涉儀探測器敏感度限定。而且，尤其是幹涉儀輸出變量或者輸 出變量曲線的隨之而來的信號的信號水平可被連續地檢測，且該水平被考慮作為運動參 數。此時可以按照與上述幅值評估相似的方式來進行與預定的信號水平-運動準則的比 較。
[0031] 具體說，就可由此造成所檢測的頻率波動的可用幹涉儀採集的信號的噪聲和/和 波動而言，可以進行超出限定時間間隔的測量值累積以將所採集的信號求平均。例如可以 針對頻率（或振幅）確定連續平均值並由此提高相對於信號噪聲和信號波動的系統穩定 性。
[0032] 尤其根據本發明，該運動參數可作為頻率變化和/或振幅變化從強度曲線中來確 定。
[0033] 例如可以由頻率變化推導出相對運動的速度變化。另外，頻率變化的情況與相對 加速度成比例，由此可以利用頻率變化的確定來確定目標的相對加速度並考慮用於導出該 運動參數。關於運動準則的定義方面，在本發明的範圍內，可以確定用於運動參數的容差範 圍，該容差範圍被定義為該運動準則，尤其在這裡，該容差範圍由至少一個閾值來限定。
[0034] 因此，為了可以限定對應於單獨待檢查的運動參數的容差，在這裡，根據某些參數 與各自誤差或為此限定的閾值的比較，幹涉儀測量可被判定為可信（運動參數在容差內） 或不可信或不可能（運動參數在容差外）。本發明的另一個方面涉及運動準則的確定，其 中，目標在測量輻射方向上的被假定為最大的真實相對速度和/或被假定最大的真實相對 加速度被考慮作為運動準則，尤其在這裡，真實相對速度和/或真實相對加速度被連續測 量並被連續設定為運動準則。
[0035] 利用如此考慮到了最大的（可想到的或可用的）速度值和/或加速度值或目標實 際運動，可以連續進行所採用的或實際確定運動與由輸出變量曲線幹涉測量導出的運動的 相互比較。具體說，該運動準則可以根據本發明依據基準輻射和反射的測量輻射之間的頻 率差來確定。由此，例如可以依據都卜勒效應來確定目標的實際（有效）的速度和/或加 速度並將其與從輸出變量曲線導出的運動比較。
[0036] 本發明的另一方面涉及被用於幹涉儀的雷射束的性能。在此，根據本發明，雷射束 可以縱向單模地以限定的發射波長和至少10米的相干長度利用雷射束二極體來產生。 [0037] 原則上，對於幹涉測量技術應用，需要或者說優選具有比較大的相干長度的雷射 束，因為測量裝置的可採集的精度和測量有效範圍顯著取決於相干長度。一般，對於迄今已 知的測量法來說，尤其就用在雷射跟蹤器而言，氣體雷射束器如氦氖雷射束器作為輻射源 被用於產生這種具有大相干長度的雷射輻射。這種滿足所需規範的雷射輻射可以根據本發 明也通過特殊構成的雷射束二極體來產生。
[0038] 就方法範圍內的結構設計而言，根據本發明，測量裝置可被構造為用於執行該方 法，其中該測量裝置儀可通過雷射跟蹤器或大地測繪裝置如總站儀來實現。
[0039] 因此在本發明範圍內，該方法可以利用具有幹涉儀單元的測量裝置來執行，尤其 在這裡，該測量裝置呈用於連續地跟蹤目標且用於確定目標位置的雷射跟蹤器的形式。此 時，雷射跟蹤器具有用於產生雷射輻射的輻射源和用於將雷射輻射至少分為基準輻射和測 量輻射的分光器以及限定堅立軸線的基座。而且，跟蹤器具有用於發射測量輻射和接收目 標上所反射的測量輻射的光束偏轉單元，其中該光束偏轉單元可繞堅立軸線和基本上正交 于堅立軸線的傾轉軸線相對於基座藉助馬達進行樞轉，跟蹤器還具有用於確定至目標的距 離變化的測距單元和用於確定光束偏轉單元相對於基座的取向的角度測量功能。
[0040] 因此，本發明還涉及一種用於藉助幹涉測量法確定至反射目標的距離變化的測量 裝置，該測量裝置具有發射測量輻射的發射單元、用於接收在目標上反射的測量輻射的至 少一部分的接收單元和用於產生反射的測量輻射和基準輻射的疊加的疊加部件。另外設有 用於連續地採集所述疊加的光敏探測器和用於至少基於所採集的疊加來導出幹涉儀輸出 變量的分析單元，其中該幹涉儀輸出變量取決於至目標的距離，以便從所導出的幹涉儀輸 出變量產生時間分辨的輸出變量曲線並基於該輸出變量曲線確定距離變化。
[0041] 另外，分析單元被構造成用於對輸出變量曲線進行連續檢查，使得：基於輸出變量 曲線，連續導出用於能在測量輻射的方向上執行的目標的相對運動的至少一個運動參數， 對該運動參數與目標的限定的運動準則進行連續的比較，其中該運動準則給出所述目標在 測量輻射的方向上的相對運動，該相對運動被假定為真實可行的、實際可信的和根據經驗 可用的，並且在未滿足運動準則時提供信息項。根據本發明，分析單元可被構造用於執行上 述的本發明方法。
[0042] 為了實現脈衝讀取和為了執行根據本發明的方法，測量裝置儀可以具有如此編程 的FPGA(現場可編程門陣列），S卩，可以實現幹涉儀探測器所採集的強度的分析。藉助數字 信號處理，可以分析和進一步處理所採集的信號。由此，可以將連續採集的信號轉換為若干 可計數的脈衝，從而能採集這些脈衝。
[0043] 另外，FPGA可被編程以識別預設的脈衝，在這裡，運動參數與運動準則的比較根據 上述方法來進行。
[0044] 尤其是該FPGA可如此編程，S卩，信號處理被設計為用於由所採集的信號重建尤其 是輸出變量曲線的預期信號。例如這樣的重建可以在所接收的信號具有強噪聲時進行以識 別信號樣式。為此，可以將信號處理方法例如傅立葉轉換或特定過濾方法進行編程。此外， 可以通過FPGA進行被檢查的測量的調整，從而例如將附加的幹涉儀脈衝模製到檢測到的 輸出變量曲線中或者消除幹涉儀脈衝，並且在考慮附加脈衝情況下進行經過修正的測量值 確定。
[0045] 具體說，測量裝置可以呈雷射跟蹤器形式構成，用於連續地跟蹤目標用用於確定 目標位置，其包括呈輻射源形式的用於產生雷射輻射的發射單元和用於將雷射輻射分成至 少基準輻射和測量輻射的分光器以及限定堅立軸線的基座。另外，雷射跟蹤器具有光束偏 轉單元，該光束偏轉單元用於發射測量輻射和用於接收在目標上反射的測量輻射，在這裡， 光束偏轉單元可繞堅立軸線和基本上正交于堅立軸線的傾轉軸線相對於基座藉助馬達進 行樞轉，雷射跟蹤器還具有用於確定至目標的距離變化的幹涉儀單元和用於確定光束偏轉 單元相對於基座的對準的角度測量功能。
[0046] 關於根據本發明的測量裝置的可能有的結構實施方式，呈雷射跟蹤器形式構成的 裝置可以具有：支座，該支座能繞堅立軸線相對於基座藉助馬達進行樞轉且限定傾轉軸線 或者水平軸或橫軸；和瞄準單元，該瞄準單元作為光束偏轉單元構成並且能繞傾轉軸線相 對於支座藉助馬達進行樞轉，在這裡，瞄準單元具有用於發射測量輻射並用於接收由目標 上反射的測量輻射的至少一部分的望遠鏡單元。在這樣的實施方式中，可以藉助瞄準單元 的對準來進行測量軸線的對準，並且在瞄準單元上能放置目標搜索照相機和總覽照相機 (OVC)。
[0047] 另外，本發明涉及一種存儲在可機讀載體上的電腦程式產品，尤其當該計算機 程序產品在根據本發明的測量裝置的分析單元上運行時，用於如此執行連續檢查，即：導出 運動參數；將運動參數與運動準則比較；提供信息項，尤其用於執行產生根據本發明的方 法的輸出變量曲線和確定距離變化。
[0048] 下面將結合在附圖中示意性示出的具體實施例來單純舉例詳述本發明的方法和 本發明的裝置，在這裡也介紹本發明的其它優點，其中：
[0049] 圖1示出了根據本發明的雷射跟蹤器的兩個實施方式和測量輔助儀；
[0050] 圖2a至2b示出了根據本發明的方法的工作原理；
[0051] 圖3示出了根據本發明測量儀的光學結構的一個實施方式，該測量儀具有利用幹 涉儀來檢查距離變化的測量的功能；
[0052] 圖4示出了具有根據本發明的檢查功能的測量裝置的幹涉儀結構的原理性構造；
[0053] 圖5示出了具有根據本發明的檢查功能的雷射跟蹤器的另一個實施方式。
[0054] 圖1示出了根據本發明的雷射跟蹤器10、11和測量輔助儀80(例如觸覺測量裝 置）的兩種實施方式。第一雷射跟蹤器10具有基座40和支座30,其中支座30以可繞由基 座40所限定的樞轉軸線41相對於基座40樞轉或轉動的方式布置。
[0055] 另外，瞄準單元20在支座30上設置成使得，瞄準單元20可繞傾轉軸線（旋轉軸 線）相對於支座30樞轉。由於瞄準單元20的可圍繞兩個軸線進行樞轉的對準能力，因此 可以準確地對準由該單元20所發出的雷射束21並由此瞄準目標。所述對準可以藉助馬達 自動實現。樞轉軸線41和傾轉軸線此時基本上相互正交地布置，S卩，可以預定與準確的軸 正交性的小偏差並且將該小偏差存儲在系統中以便例如補償由此出現的測量誤差。
[0056] 在所示的布置中，測量雷射束21取向在測量輔助儀80上的反射器81 (逆向反射 器），並且在此被逆反射回到雷射跟蹤器10。利用該測量雷射束21，可以尤其是藉助渡越 時間測量、相位測量原理或Fizeau原理來確定至反射器81的距離。雷射跟蹤器10為此具 有用於確定跟蹤器10和反射器81之間的該距離的測距單元（帶有幹涉儀和絕對距離測量 儀）和可確定瞄準單元20的位置並且進而確定雷射束21的傳播方向的角度計，藉助該瞄 準單元可以以限定的方式對準並引導雷射束21。
[0057] 另外，雷射跟蹤器10,尤其是瞄準單元20具有圖像採集單元，用於確定傳感器在 傳感器上或在由CMOS所採集的圖像中的曝光位置，或者尤其是呈CCD照相機或像素傳感器 陣列照相機的形式構成。這種傳感器容許對在探測器上所採集的曝光進行位敏檢測。而且， 測量輔助儀80具有觸覺傳感器，該觸覺傳感器的接觸點83能與待測繪的目標物體接觸。 當在掃描工具80和目標物體之間存在該接觸時，可以準確地確定接觸點83的空間位置以 及進而確定目標物上的點的坐標。這種確定藉助接觸點83相對於反射器81和設置在測量 輔助儀80上的例如可以呈發光二極體構成的取向標記82的限定的相對定位來實現。另選 地，取向標記82也可以被構成使得：它們在例如用限定波長的輻射照射時反射入射的輻射 (例如呈逆向反射器形式的取向標記82)，它們尤其表現出一定的發光特性；或者它具有限 定的圖案或顏色編碼。因此，可以由取向標記82在用圖像採集單元的傳感器採集的圖像中 的位置或分布確定掃描工具80的取向。第二雷射跟蹤器11具有與圖像採集單元15分開 的用於發出第二雷射束17的光引導單元16,它也對準反射器81。雷射束17和圖像採集單 元15都可繞兩個軸線藉助馬達進行樞轉並且能由此對準成使得，藉助圖像採集單元15,可 採集用雷射束17瞄準的目標81和測量輔助儀80的取向標記82。因此，在此也可以基於方 位標記82的空間位置來確定至反射器81的準確距離和掃描工具80的取向。
[0058] 為使雷射束17、21各自對準反射器81，在雷射跟蹤器10、11上分別設有照亮機構， 用於以特定波長的且尤其在紅外波長範圍內的輻射來照亮該反射器81，並且還在每個跟蹤 器1〇、11上設置有至少一個具有位敏探測器的目標搜索照相機，即所謂的ATR照相機（自 動目標識別）。在反射器81上反射的且回射至雷射跟蹤器10、11的照亮輻射可以分別利用 照相機來檢測，並且可利用位敏探測器在各探測器上成像反射器81的位置。因此，可以利 用第一雷射跟蹤器10和第二雷射跟蹤器11來確定反射器的成像位置，並且根據所檢測的 這些搜索圖像位置能夠將該目標（反射器81)定位在圖像中，並且對準瞄準單元20或光束 引導單元16,使得該目標藉助測量光束17、21被自動瞄準，或者說利用雷射束17、21自動 (交互地）接近目標81。為了穩健地採集反射，尤其是可以將濾光器安裝在目標搜索照相 機（例如與波長相關的濾波器）中，其例如僅透射由照亮機構所發出的光和/或用於所採 集的信號與信號理論值比較的閾值可以存儲在雷射跟蹤器內。或者，雷射跟蹤器1〇、11可 以分別具有至少兩個照相機，每個照相機均具有一個位敏探測器，其中對於每個跟蹤器10、 11可以由用於反射器81的各自兩個所採集的搜索圖像位置例如分別確定反射器81的粗 略位置，例如根據眾所周知的攝影測量法原理。這樣的目標搜索系統例如在歐洲專利申請 11192216. 7中有所描述。
[0059] 另外，根據本發明的雷射跟蹤器10、11分別具有總覽照相機，其視野與具有位敏 探測器的目標搜索照相機的視野相比更大，且因而可以採集更大範圍。利用該總覽照相機， 可以在可視光譜範圍內採集物體和目標的圖像，在這裡，這些圖像可藉助顯示單元被輸出 到雷射跟蹤器和/或設置在用於控制各雷射跟蹤器10、11的各控制單元上的顯示屏上。尤 其可以用總覽照相機採集彩色圖像。
[0060] 所述照亮機構、目標搜索照相機和/或總覽照相機可以與此相關地例如設置在圖 像採集單元15、光引導單元16、瞄準單元20、支座30和/或基座40的各自限定的位置上。 各雷射跟蹤器1〇、11的測距單元依據各跟蹤器1〇、11和目標81之間的相對距離或絕對距 離的確定和該距離變化的確定來提供相對於目標81的距離信息。如果此時尤其藉助渡越 時間測量、相位測量原理或Fizeau原理確定絕對距離，則為了確定距離變化而利用配屬於 各測距單元的幹涉儀進行測量。為此，在每個雷射跟蹤器1〇、11上設有用於產生雷射輻射 的輻射源，在這裡，所產生的輻射被至少分為基準輻射和測量輻射17、21。基準輻射沿已知 的基準路徑（路徑長度已知）被引導至幹涉儀探測器。在一個替代實施方式中，基準路徑 的長度可以至少是恆定的，其中不必已知路徑長度。根據光學部件（如探測器）的布置和 構造，基準路徑的長度尤其可以是"零"。而測量光束17、21可以如此從跟蹤器10、11中被 發出，使得其入射到目標81上且在目標處反射回來。反射光束或反射光束的一部分於是又 在跟蹤器1〇、11的一部分上被採集並沿測量路徑也被引導向幹涉儀探測器，在這裡該基準 輻射與所接收的測量輻射17、21疊加。因該疊加而出現兩類輻射的幹涉，其能在探測器上 被採集到和分辨到。
[0061] 在該幹涉範圍內，產生輻射強度的最大值（結構性幹涉）和最小值（非結構性幹 涉）。該強度此時取決於入射到探測器上的兩個光束之間的光路差。因為可以保持基準路 徑恆定，並且進而保持基準輻射至探測器所走過的距離恆定，故光路差基本取決於各雷射 跟蹤器10、11和目標81之間的距離。因而，如果跟蹤器10、11和目標81之間的距離發生 了變化，則光路差也發生變化，進而在距離變化時作為幹涉儀輸出變量（幹涉圖案）的所檢 測的幹涉狀態的強度也變化。
[0062] 在至少一個雷射跟蹤器10、11和目標81之間的這樣的相對運動中（其中該距離 發生變化），可以在幹涉儀探測器處建立交替的高低強度。在考慮測量輻射17、21 (和基準 輻射）的波長情況下，可以由作為幹涉儀輸出變量的幹涉狀態的連續監測計算出至目標81 的相對距離，即距離變化。此時，尤其是連續對所檢測的強度最大值和/或強度最小值（呈 幹涉儀脈衝形式）進行計數。
[0063] 根據本發明，雷射跟蹤器10和雷射跟蹤器11都具有檢查功能，在這裡，在其構造 時，由探測器所採集的幹涉曲線作為輸出變量曲線或強度圖案被連續讀取和進一步處理。 此時，由所採集的且作為輸出變量曲線讀取的強度曲線導出用於沿測量輻射徑向進行的在 雷射跟蹤器和目標之間的相對運動的運動參數。因此，該參數可以代表通過計算機由幹涉 儀信號確定的目標81和跟蹤器10、11之間的相對運動即目標81和跟蹤器10、11之間的距 離變化。
[0064] 例如該運動參數可以限定目標81或相應跟蹤器10、11的由該信號確定的當前加 速度或速度。在檢查功能範圍內，在各運動參數確定後進行參數與運動準則的比較。與此相 關，該運動準則限定了在雷射跟蹤器和目標之間的可真實執行的相對運動，即通過各運動 準則來描述在跟蹤器1〇、11和目標81之間的能實際出現的相對運動。例如，可以提供用於 目標81或跟蹤器10、11的標準加速度值，其可在如通過使用者或特定機器完成的運動（目 標或跟蹤器）中真實出現。
[0065] 例如，如果根據作為輸出變量曲線的幹涉曲線作為運動參數確定實際加速度，即 用於目標81或跟蹤器10、11的加速的實際存在值，則該值可以與相應的例如具有用於可允 許的加速度的上限的運動準則比較。
[0066] 作為結果，根據運動參數與運動準則的比較來輸出信息項，該信息項給出對例如 藉助幹涉儀信號導出的徑向相對運動的可信度或可能的實施的信息。例如，如果限定的運 動參數超出加速度上限，則測量值不可接受。該信息項例如可以藉助顯示屏在跟蹤器、計算 機監視器或者通過移動數據記錄儀以圖形或聲音方式來提供。如果運動參數通過與相應的 運動準則的比較被歸為不可信，則它清楚指明了在利用幹涉器的測量中出現錯誤。例如當 沒有採集或者錯誤採集一個或多個幹涉最大值或者所採集的最大值的讀取是有誤時就可 能是這種情況。因此，該信息項給出對所執行的測量的正確性的信息，或者說可以根據運動 參數與運動準則的比較而給出計算的測量值與可能的運動值或基於輸出變量曲線估算的 或預測的運動值的可能偏差。
[0067] 尤其是在利用幹涉儀執行的測量過程中自動執行檢查功能。
[0068] 另外，可以在檢查範圍內採取測量值的主動修正。因此，例如可以修正在缺少幹涉 脈衝時確定距離變化的測量，從而對缺少的脈衝建模並被考慮用於再次確定。另一方面，與 此相關地可以進行有誤的附加採集的脈衝的消除。圖2a和2b分別結合由幹涉儀的探測器 採集和讀取的強度曲線53、53a和由此連續導出的可信度檢查52、52a示出了根據本發明的 方法（檢查方法）的功能原理。
[0069] 圖2a示出了入射到探測器上的輻射的藉助探測器連續地採集的強度，在這裡，該 強度以時間分辨的方式採集，並且以表示輸出變量曲線的強度曲線53來示出，S卩，各測量 的強度對應於各測量時刻，在這裡，強度與時間軸54相關地畫出。從在所示的時間間隔55 中採集的強度最大值的數量，可以在知道測量輻射的波長的情況下導出在時間間隔55內 進行的距離變化，尤其在測量光束徑向上。在此作為輸出變量曲線示出的幹涉曲線代表在 目標和幹涉儀的探測器之間的基本均勻的線性徑向相對運動，尤其是目標相對於配備有幹 涉儀的雷射跟蹤器的均勻運動。從所示的一系列的高低強度及其在時間上一致的順序（曲 線53的保持不變的頻率），可以推導出在跟蹤器和用測量輻射瞄準的目標之間的距離的均 勻的增加或減少。為了檢查距離變化測量的正確性或可能的錯誤，由強度曲線53導出關於 時間間隔55被時間分辨的檢查曲線56。此時，檢查曲線56代表由幹涉曲線（輸出變量曲 線）導出的用於相對運動的運動參數的時間曲線，即檢查曲線56對應於關於時間畫出的運 動參數。在時間上對應於強度曲線53的運動參數的導出為此連續進行。檢查曲線56在所 示的例子中是斜率為零的曲線，即曲線56例如表明所檢測的相對運動在時間間隔55中以 恆定速度或者說未加速地進行。而且，可以由強度曲線53的頻率確定該運動的相對速度。
[0070] 為了檢查導出檢查曲線56的某些確定的運動參數是否是可信的、可能的和實際 可採用的值，即考慮用於真實相對運動的值，還針對所標畫的運動參數限定了可考慮的運 動準則（在此是上限57a和下限57b)。從曲線56或運動參數的變化過程與各自限定的極 限57a、57b的比較中，可以檢查所檢測的運動的可信賴性。因為該曲線56全都在極限57a、 57b內延伸，故由強度曲線53所代表的距離變化測量被評為是正確的。可由此通過計算機 確定的相對運動為此對應於真實可行的相對運動。
[0071] 圖2b也示出了利用幹涉儀探測器連續採集的入射在探測器上的輻射的強度，在 這裡分辨時間地採集該強度並且以強度曲線53a來示出。
[0072] 不同於圖2a，強度曲線53a未示出就強度最大值和最小值順序而言的保持不變的 頻率。在僅檢測前兩個相對比較一致的強度峰值時，可以導出保持不變的徑向相對運動。但 是，在前兩個峰值之後是這樣一個區域59,在該區域內估計有另一個峰值，或者說必然在另 一個相同的相對運動中探測到另一個峰值。如果現在只根據可計數的幹涉儀脈衝（強度最 大值）進行距離變化測量，則由此確定的距離變化將是有誤的。
[0073] 然而，通過檢查功能的實施，在可信度檢查52a的範圍內也相對於強度曲線53a導 出一檢查曲線56a。作為輸出變量曲線的幹涉曲線與此相關地就相對運動樣式進行分析，由 此在檢查曲線56a的變化過程中得到兩個峰值58a和58b。因為檢查曲線56a又代表連續 從強度曲線53a導出的運動參數，故峰值58a、58b分別表示參數值的突然巨變。
[0074] 因為在所示例子中，相對加速度被考慮作為運動參數，因此峰值58a表示比較大 的正加速，峰值58b表示也比較大的但為負的加速（減速）。峰值58a、58b的頂點此時顯 著超出針對加速參數限定的極限57a、57b。在連續導出的運動參數（加速度值）與由極限 57a、57b代表的運動準則比較的範圍內，否定目標和/或跟蹤器的可由強度曲線53a導出的 可能運動的可信度。目標和/或跟蹤器的這種強烈加速和隨後的強烈減速（尤其在時間間 隔55內）例如對可隨目標執行的實際運動而言是不可能的。這樣的運動與質量慣性的物 理原理相矛盾。
[0075] 利用運動參數與運動準則的比較，還可以建立在連續採集幹涉儀輸出變量時未被 識別或計數的脈衝（峰值）的數量。所述建立尤其是可以藉助對導出的檢查曲線56a的分 析來進行。在此基礎上，可以將相應數量的缺少的脈衝加入強度曲線53a，並且根據如此改 動的該曲線進行距離變化的再次確定。作為結果，確定並提供用於距離變化的經過修正的 值。尤其是可以與表徵調整的信息項一起來提供經過調整的值。具體說，相關的脈衝序列可 以被加入強度曲線53a中，在這裡，要加入的序列可藉助利用卡爾曼濾波器的分析來確定。
[0076] 尤其是進行強度曲線53a的調整，使得可由曲線53a導出的運動參數或可由此導 出的檢查曲線56a滿足運動準則，或新的檢查曲線在現有極限57a、57b內延伸。
[0077] 在根據圖2b的所示例子中，可以在調整範圍內在區域59中加入單個附加的峰值 (見根據圖2a的強度曲線53)，隨後在考慮附加峰值的情況下進行距離變化的確定，從而使 得所確定的距離變化對應於正確的測量值。
[0078] 圖3示出了用於根據本發明的測量裝置尤其是雷射跟蹤器的光學結構60的一個 實施方式，該測量裝置具有本發明的可用幹涉儀61實施的用於檢查距離變化測量的功能。 另外，該結構60具有輻射源62 (例如氦氖-雷射源或雷射二極體）以及帶有另一輻射源 64,例如雷射二極體或SLED (超發光LED)的絕對距離測量儀63 (ADM)。
[0079] 來自絕對距離測量儀63的輻射源64的光束被引導在極化分光器66上，並從那裡 通過光電調製器67被朝向與波長相關的分光器68引導。這樣的具有波長相關的分光功能 的分光器68尤其是在兩個輻射源62、64的發射波長不同的情況下被採用。反射光在絕對 距離測量儀63中通過極化分光器66被引導到ADM探測器69上。
[0080] 尤其是與此相關，也可以採用其它的ADM結構和方法，其中，測量光束可通過例如 與波長相關的分光器68被耦合輸入和耦合輸出。這種測距儀的一個例子在W003/062744A1 中被公開。原則上，在這裡也可以像在本發明的其它實施方式中那樣採用其它類型的ADM 例如相位測量儀。
[0081] 根據本發明，幹涉儀61採用由輻射源62產生的光。在所示的實施方式中，該輻 射源62直接配屬於結構60,其中，該輻射源產生具有大相干長度（單頻）的縱向單模雷射 束。在一個替代實施方式中，輻射源62可配屬於測量裝置的另一部件，在此，輻射藉助光導 體被耦合輸入幹涉儀61中。所產生的雷射輻射通過分光器71被分為在基準光路上的基準 輻射72和在測量光路上的測量輻射73。測量光路徑經過聲光調製器74引導，並且與基準 光路一起入射到極化分光器75上。極化分光器75將測量福射進一步朝向與波長相關的分 光器68傳遞，並且將返回測量光連同基準光一起經由極化濾光器76朝向幹涉儀探測器77 引導。這種幹涉儀61的工作方式原則上是已知的，並且基于波幹涉原理。尤其是也可以使 用其它的幹涉儀結構和方法，其中，測量輻射可通過例如與波長相關的分光器68被耦合輸 入和耦合輸出。這種幹涉儀的一個例子在W003/062744A1中公開。原則上，在本發明的其 它實施方式中也可以採用其它類型的幹涉儀（如利用轉像差檢測的Michelson)。
[0082] 在幹涉儀探測器77上，檢測基準輻射72和在活動目標90上反射的且被引導至幹 涉儀探測器77上的測量光束73的疊加。此時，可以連續採集在兩個輻射72、73疊加時出 現的幹涉的強度（作為幹涉儀輸出變量）。在此，幹涉儀輸出變量的導出至少基於所採集的 疊加，在這裡，該幹涉儀輸出變量取決於至目標的距離。
[0083] 如果目標90距光學結構60或幹涉儀探測器77的距離是恆定的，則在至目標90 的距離維持恆定時測量的強度值是恆定的。隨著與由測量輻射73限定的光軸相關的、目標 90相對於光學結構60的相對運動（或結構60的運動），這兩個部件90、60之間的距離改 變，進而基準輻射72和測量輻射73之間的光路差改變，以及由此在幹涉儀探測器77上可 測量的強度根據距離變化而變。藉助幹涉儀探測器77,可以尤其以時間分辨的方式測量並 採集這些強度變化（作為輸出變量曲線），並且為了檢查這種距離變化測量的正確性而被 讀取和進一步處理。時間分辨輸出變量曲線的產生由導出的幹涉儀輸出變量實現，在這裡， 基於輸出變量曲線來進行距離變化的確定。
[0084] 為檢查這種測量的正確性，根據結合圖1至2b所描述的做法，從利用涉儀探測器 77採集的強度連續導出運動參數，並且將該參數與運動準則連續比較。隨後，根據比較結果 來輸出關於所執行的測量的可靠性的信息項。
[0085] 光學結構60還具有四分之一波板78和部件79,該四分之一波板78和部件79將 沿由絕對距離測量儀63和幹涉儀61所共同利用的光軸從外界入射到該結構60中的光分 離，並且將第一部分光f禹合輸出至總覽照相機（未不出），將另一部分光f禹合輸出至位置轉 換器（未示出）。總覽照相機可以具有自身的光學組件並且還具有圖像轉換器。總覽照相 機在此通常具有大約10度的視場角和例如30-50mm的焦距，並且用於測量目標的粗略定 位。
[0086] 另外，為了採集反射目標，結構60優選可以包括具有一定照亮波長的反射器照亮 結構，其照亮這樣的角度區域，即它優選至少與總覽照相機的視場角一樣大小。
[0087] 總覽照相機的分析電子件和/或分析軟體於是例如探測在總覽照相機的視野內 的一個或多個亮光斑，所述亮光斑分別對應於一個反光目標。由此，其在總覽照相機的圖像 中的位置可被確定，由此又可以確定目標，如測量輔助儀（如掃描儀）的取向的變化，為此 該測量裝置或光學結構60和所述測距儀61、63的光束可對準該目標。因此，可以實現自動 目標採集和"鎖定"，即測距儀61、63針對一個目標的目標連續跟蹤。
[0088] 用於位置轉換器的光部分通常是返回光的光束，其優選地由其中一個測距儀61、 63,優選是幹涉儀結構61發出。位置轉換器可以具有自身的光學組件並且例如具有位敏型 探測器（跟蹤面型傳感器，尤其是PSD或CCD)，其中在目標處反射的雷射輻射能在其上被探 測。
[0089] 與此相關，PSD是指局部相似作用的面傳感器，利用該面傳感器可以確定在傳感器 面上的光分布的焦點。傳感器的輸出信號此時藉助一個或多個光敏面來產生，並且取決於 光焦點的相應位置。利用下遊的或集成的電子件，可以分析該輸出信號並且確定焦點。入 射光斑的焦點位置的確定此時可以非常快速（納秒範圍）地以亞納米解析度來進行。
[0090] 利用PSD，可以確定所採集的光束的入射點相對於伺服控制零點的偏移，並且基於 該偏移來實現雷射束追隨目標。為此目的並且為了實現高精度，PSD的視野選擇為比較小， 即對應於測量雷射束的光束直徑來選擇。利用PSD的採集與測量軸線同軸地進行，從而使 得PSD的採集方向對應於測量方向。基於PSD的跟蹤和精確瞄準的使用只能在測量雷射已 對準逆向反射的目標之後才進行（至少粗略地，即目標位於測量雷射錐內）。
[0091] 圖4示出了具有目標91的用於測量裝置且尤其是雷射跟蹤器的幹涉儀結構61a 的基本結構，其中設置有根據本發明的用於檢查測量結果的檢查功能。藉助例如呈具有相 應的較大相干長度的雷射二極體或氣體雷射源形式的輻射源62,產生具有至少10米，優選 為至少50米的相干長度的（縱向）單模測量輻射，該輻射利用分光器一方面在基準路徑上 作為基準輻射72被引導且另一方面在測量路徑上作為測量輻射73被引導。測量輻射73 被引到逆反射的目標91上，並且在那裡被反射回幹涉儀結構61a。此時，目標91是活動的 目標91，其中至幹涉儀的距離變化可藉助幹涉儀探測器77來確定和測量。為此，在幹涉儀 探測器77上，基準輻射72和反射的測量輻射73a疊加，由此這些光束相干涉，並且以時間 分辨的方式產生幹涉曲線作為輸出變量曲線，其可利用幹涉儀探測器77來讀出。這樣的實 施方式可被視作（經典的）零差幹涉儀。在一個特定實施方式中，距離變化的確定為此可 藉助正交檢測進行，在這裡，除了距離變化外，還可以明確無疑地確定距離變化的方向。
[0092] 當目標91相對於幹涉儀結構61a發生運動使得至少目標91和結構61a之間的距 離發生改變時，可藉助探測器77來採集幹涉曲線（輸出變量曲線）的變化。此時，可以檢 測一系列交替的通過幹涉所產生的強度最大值和強度最小值。與此相關，可以讀取所謂的 幹涉儀脈衝，即所採集的最大值和/或最小值，並且連續計數，從而可根據一定數量的脈衝 來確定目標91和幹涉儀結構61a之間的距離變化。在利用幹涉儀61a這樣測量時，根據本 發明，利用用於檢查該測量可能出現的測量誤差的檢查方法。為此，首先如此分析通過連續 檢測強度狀態而存在的時間分辨的幹涉曲線，從而連續導出用於目標91和幹涉儀61a之間 已發現的相對運動的一個運動參數。該參數代表目標91或幹涉儀61a的相對運動變量，例 如相對速度或相對加速度。
[0093] 連續導出的運動參數隨後與用於各確定的運動參數的相應準則進行連續比較。此 時，利用該準則來限定運動變量，使得目標91和/或幹涉儀61a的可執行的和不可執行的 運動之間的區別可基於該變量來進行。例如可以在準則範圍內限定一個用於真實出現的相 對加速度（作為運動變量的加速度）的範圍和一個用於加速度（該加速度大到例如使得目 標91的加速度在適用的物理條件下無法出現或執行）的範圍。
[0094] 根據比較結果，產生並提供關於所採取的測量的正確性或合理性的信息項，其例 如以聲音或圖形可視形式尤其針對使用者被發出。
[0095] 具體地，可以根據所述比較來提供用於所執行的測量的可信性的估算值，在這裡， 該估算值例如依據用於由幹涉曲線代表的相對運動的補償計算來導出。
[0096] 在一個替代實施方式（在此未示出）中，幹涉儀可以被實施為零差幹涉儀（例如 零差Michelson幹涉儀），在這裡，距離變化的確定可藉助該幹涉儀進行，而且還可進行輸 出變量曲線的檢查。
[0097] 此外，在幹涉儀的兩個支路（測量路徑和基準路徑）中採用了僅波長不同的輻射。 因此，在具有第一波長λ〇的測量輻射在目標處被反射回幹涉儀且具有第二波長λ 1的基 準輻射經過了基準路徑之後，在光束匯合時得到了可用測量探測器採集的測量疊加（差頻 狀態）。另外，通過連續採集測量疊加（差頻狀態），還可以採集時間分辨的差頻曲線。 [0098] 所述輻射（測量光束或基準光）中的至少一個此時可以例如藉助聲光調製器來產 生，尤其是通過一定的調製頻率（如80MHz)來產生，在這裡，以電子方式產生的基準變量可 以根據調製器的工作參數（例如調製頻率）來產生。作為替代或補充，一部分輻射（兩個 波長的輻射）可被耦合輸出，並且在基準探測器上沒有在目標上的反射作為基準疊加被採 集。
[0099] 基於藉助測量探測器所採集到的測量疊加和電子基準變量，可以根據測量疊加和 基準變量來進行相位的關係比較。另外，可以基於利用兩個探測器（測量探測器和基準探 測器）採集的輻射來進行測量疊加（測量探測器上的差頻）和基準疊加（基準探測器上的 差頻）之間的相位關係的比較。基於電子基準變量或基準疊加的這種比較在本發明範圍內 被理解為幹涉儀輸出變量。通過連續採集到的所述比較，可以產生相位關係曲線作為時間 分辨的輸出變量曲線，並且可以確定至目標的距離變化。
[0100] 為了產生具有不同波長的輻射，此時例如可以採用利用齊曼（Zeeman)效應的激 光器（如多頻雷射器）或聲光調製器。
[0101] 在藉助零差幹涉儀確定距離變化的根據本發明的方法的範圍內，幹涉儀輸出變量 此時被理解為測量探測器上的差頻（測量疊加）和基準探測器上的差頻（基準疊加）之間 的相位關係比較，並且輸出變量曲線被理解為連續採集的這種比較。
[0102] 結合另一替代實施方式，幹涉儀輸出變量可以被理解為通過具有不同波長的測量 輻射和基準輻射的疊加所限定的差頻狀態，而輸出變量曲線可以被理解為連續採集的差頻 狀態（差頻曲線）。
[0103] 圖5示出了雷射跟蹤器12的另一個實施方式，其具有根據本發明的檢查功能以及 基座40,該基座設置在三腳架45上並且限定了樞轉軸線41。另外，在基座上還設置有限定 了傾轉軸線31 (翻轉軸線）並且可繞樞轉軸線41相對於基座40樞轉的帶有手柄32的支 座30。另外，設有瞄準單元20,在這裡，瞄準單元20以可繞傾轉軸線線31相對於支座30 樞轉的方式安裝。
[0104] 瞄準單元20還具有帶有變焦相機物鏡22的變焦相機和光學組件23,該光學組件 配屬於設置在瞄準單元20內的測距跟蹤單元，其中藉助光學組件23,測量雷射束由測距跟 蹤單元發出以便精確確定至目標的距離並跟蹤該目標。
[0105] 另外，在瞄準單元20上設有目標搜索照相機24,其具有照相機光學組件和位敏探 測器，還設有照亮機構25,該照亮機構例如呈LED形式構成並且在工作中尤其發出紅外線 範圍中的光線。利用照亮機構25,可以照亮或照射目標（例如反射器），並且至少一部分的 輻射通過反射器沿雷射跟蹤器12的方向或者沿目標搜索照相機24的方向被反射回來。被 反射的光隨後利用照相機24採集，藉助照相機光學組件成像在位敏探測器上，並且搜索圖 像中的該成像的位置作為搜索圖像位置來識別。由此，現在可針對每個所述搜索圖像位置 在考慮探測器取向的情況下分別確定相對於目標的方向，並因而確定相對於各探測器上的 零位的偏移和/或針對兩個探測器軸線（例如針對由探測器的尺寸所預定的X軸和Y軸） 的方向角度。利用如此採集到的目標位置，可以實現目標的自動搜索。
[0106] 另外，雷射跟蹤器12具有總覽照相機26,該總覽照相機按照相對於目標搜索照相 機24的已知位置關係來安放。總覽照相機26的視野（總覽視野）在此實施方式中設計成 使得，目標搜索照相機24的視野與總覽視野在同一範圍內重疊，因此可用目標搜索照相機 24採集的目標也可用總覽照相機26採集，尤其是同時進行。
[0107] 配屬於瞄準單元20的測距單元具有至少一個幹涉儀，用於確定距離變化。與結合 圖4所描述的對利用幹涉儀所執行的測量進行檢查的過程相似，在跟蹤儀12上執行檢查功 能，其中，對檢測到的輸出變量曲線進行分析，並且針對正確性進行檢查，尤其是在這裡被 評估為錯誤的測量值被報告。
[0108] 顯然，所示的附圖僅示意性示出了可能的示例性實施方式。根據本發明，各種不同 方法也可以相互組合以及與根據現有技術的用於測量距離變化的幹涉測量法、測距方法和 上述類型的測量儀，尤其是雷射跟蹤器進行組合。
【權利要求】
1. 一種用於藉助幹涉測量法來確定至活動反射目標（81，90,91)的距離變化的方法， 該方法具有： ?向所述目標（81，90,91)發出測量輻射（17,21，73); ?接收在所述目標（81，90,91)上反射的測量輻射（73a)的至少一部分； ?產生並採集所反射的測量輻射（73a)與基準輻射（72)的疊加； ?至少基於所採集的疊加導出幹涉儀輸出變量，其中該幹涉儀輸出變量取決於至所述 目標（81，90,91)的距離； ?由所導出的幹涉儀輸出變量產生時間分辨的輸出變量曲線；以及 ?基於所述輸出變量曲線確定距離變化， 其特徵是，對所述輸出變量曲線進行連續檢查，使得： ?基於所述輸出變量曲線，連續地導出所述目標（81，90,91)的相對運動的至少一個運 動參數，該運動參數涉及所述測量福射（17, 21，73)的方向； ?對所述運動參數與所述目標（81，90,91)的限定的運動準則進行連續比較，其中所述 運動準則給出所述目標（81，90,91)在所述測量輻射（17,21，73)的方向上的相對運動，該 相對運動被假定為是真實可行的、實際可信的和根據經驗可用的；以及 ?在未滿足所述運動準則的情況下提供信息項。
2. 根據權利要求1所述的方法，其特徵是，根據所提供的信息項，執行對所確定的距離 變化的修正和/或進行圖形輸出或聲音輸出。
3. 根據權利要求2所述的方法，其特徵是，進行修正使得能在修正後導出的運動參數 滿足所述運動準則，尤其是其中，進行所述輸出變量曲線的調整，使得由調整後的輸出變量 曲線導出的運動參數滿足所述運動準則。
4. 根據權利要求1至3中任一項所述的方法，其特徵是，在確定的距離變化的範圍內， 由一系列的結構性幹涉和非結構性幹涉，尤其是強度最大值和強度最小值來識別並連續地 計數幹涉儀脈衝，尤其是其中，由按限定的時間間隔確定的幹涉儀脈衝數來確定至所述目 標（81，90,91)的距離變化。
5. 根據權利要求1至4中任一項所述的方法，其特徵是，由所述輸出變量曲線導出所述 目標（81，90,91)在所述測量輻射（17,21，73)的方向上的當前相對速度和/或當前相對加 速度（56, 56a)來作為運動參數。
6. 根據權利要求1至5中任一項所述的方法，其特徵是，根據所述輸出變量曲線導出尤 其是時間分辨的強度曲線（53, 53a)，尤其是其中，由所述強度曲線（53, 53a)的幅值和/或 頻率導出所述運動參數。
7. 根據權利要求6所述的方法，其特徵是，所述運動參數作為頻率變化和/或幅值變化 從所述強度曲線（53, 53a)確定。
8. 根據權利要求1至7中任一項所述的方法，其特徵是，確定用於所述運動參數的容差 範圍，並且將所述容差範圍限定為所述運動準則，尤其是其中，所述容差範圍由至少一個閾 值（57a，57b)來限定。
9. 根據權利要求1至8中任一項所述的方法，其特徵是，所述目標（81，90,91)在所述 測量輻射（17, 21，73)的方向上的被假定為最大的真實相對速度和/或被假定為最大的真 實相對加速度被用作運動準則，尤其是其中，所述真實相對速度和/或所述真實相對加速 度被連續地測量並且被連續地設定為運動準則。
10. 根據權利要求1至9中任一項所述的方法，其特徵是，藉助雷射二極體以縱向單模 的方式以限定的發射波長和至少為l〇m的相干長度來產生所述測量輻射（17, 21，73)。
11. 根據權利要求1至10中任一項所述的方法，其特徵是，所述方法利用具有幹涉儀 單元的測量裝置（10,11，12)來執行，尤其是其中，所述測量裝置（10,11，12)以用於連續地 跟蹤所述目標（81，90,91)且用於確定所述目標（81，90,91)的位置的雷射跟蹤器（10，11， 12)的形式構成，其中所述雷射跟蹤器具有： ?用於產生雷射輻射（17,21，72,73,73a)的輻射源（62)和用於將所述雷射輻射（17， 21，72, 73, 73a)至少分為基準輻射（72)和測量輻射（17, 21，73)的分光器（71); ?限定堅立軸線（41)的基座（40); ?用於發出所述測量輻射（17,21，73)且用於接收在所述目標（81，90,91)上反射的所 述測量輻射（73a)的光束偏轉單元，其中該光束偏轉單元能繞所述堅立軸線（41)和基本上 正交於所述堅立軸線的傾轉軸線（31)相對於所述基座（40)藉助馬達進行樞轉； ?用於確定至所述目標（81，90,91)的距離變化的測距單元；以及 ?用於確定所述光束偏轉單元相對於所述基座（40)的對準的角度測量功能。
12. -種用於藉助幹涉測量法來確定至反射目標（81，90,91)的距離變化的測量裝置 (10,11，12)，所述測量裝置具有： ?用於發出測量輻射（17, 21，73)的發射單元（62); ?用於接收在所述目標（81，90,91)上反射的測量輻射（73a)的至少一部分的接收單 元； ?用於產生所反射的測量輻射（73a)與基準輻射（72)的疊加的疊加部件； ?用於連續地採集所述疊加的光敏探測器（77);以及 ?分析單元，該分析單元用於： 〇至少基於所採集的疊加來導出幹涉儀輸出變量，其中該幹涉儀輸出變量取決於至所 述目標（81，90,91)的距離； 〇從所導出的幹涉儀輸出變量產生時間分辨的輸出變量曲線；和 〇基於所述輸出變量曲線確定所述距離變化， 其特徵是，所述分析單元被構造為用於對所述輸出變量曲線進行連續檢查，使得： ?基於所述輸出變量曲線，連續導出用於能在所述測量輻射（17,21，73)的方向上執行 的所述目標（81，90,91)的相對運動的至少一個運動參數； ?對所述運動參數與所述目標（81，90,91)的限定的運動準則進行連續的比較，其中所 述運動準則給出所述目標（81，90,91)在所述測量輻射（17,21，73)的方向上的相對運動， 該相對運動被假定為是真實可行的、實際可信的和根據經驗可用的；和 ?在未滿足所述運動準則時提供信息項。
13. 根據權利要求12所述的測量裝置（10,11，12)，其特徵是，所述分析單元被構造用 於執行根據權利要求1至11中任一項所述的方法。
14. 根據權利要求12或13所述的測量裝置（10，11，12)，其特徵是，所述測量裝置（10， 11，12)以用於連續地跟蹤所述目標（81，90,91)且用於確定所述目標（81，90,91)的位置的 雷射跟蹤器（10,11，12)的形式構成，該測量裝置具有： ?呈輻射源形式構成的用於產生雷射輻射（17,21，72,73,73a)的所述發射單元（62) 和用於將所述雷射輻射（17, 21，72, 73, 73a)至少分成所述基準輻射（72)和所述測量輻射 (17, 21，73)的分光器（71); ?限定堅立軸線（41)的基座（40); ?用於發出所述測量輻射（17,21，73)且用於接收在所述目標（81，90,91)上反射的所 述測量輻射（73a)的光束偏轉單元，其中該光束偏轉單元能繞所述堅立軸線（41)和基本上 正交於所述堅立軸線的傾轉軸線（31)相對於所述基座（40)藉助馬達進行樞轉； ?用於確定至所述目標（81，90,91)的距離變化的幹涉儀單元（61，61a);以及 ?用於確定所述光束偏轉單元相對於所述基座（40)的對準的角度測量功能，尤其是其 中，所述雷射跟蹤器（10,11，12)具有： ?能繞所述堅立軸線（41)相對於所述基座（40)藉助馬達進行樞轉且限定所述傾轉軸 線（31)的支座（30);和 ?作為光束偏轉單元構成的且能繞所述傾轉軸線（31)相對於所述支座（30)藉助馬達 進行樞轉的瞄準單元（20)，該瞄準單元具有望遠鏡單元，該望遠鏡單元用於發出所述測量 輻射（17, 21，73)和用於接收在所述目標（81，90,91)上反射的測量輻射（73a)的至少一部 分。
15. -種電腦程式產品，該電腦程式產品存儲在可機讀載體上，尤其當該計算機程 序產品在根據權利要求12至14中任一項所述的測量裝置（10,11，12)的分析單元上運行 時，用於通過根據權利要求1至11中任一項所述的方法的以下步驟來執行連續檢查： ?導出所述運動參數； ?將所述運動參數與所述運動準則進行比較；和 ?提供信息項，尤其用於執行產生所述輸出變量曲線和確定距離變化。
【文檔編號】G01S7/48GK104160294SQ201380011746
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2013年2月28日 優先權日:2012年3月1日
【發明者】T·克維亞特科夫斯基, T·魯斯 申請人:萊卡地球系統公開股份有限公司