坐标测量装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及用于测量目标物体的表面上的坐标的坐标测量装置，其具体实施为激 光跟踪器。
【背景技术】
[0002] 被设计用于目标点的渐进跟踪和该点的坐标位置确定的测量装置通常可以总结 为激光跟踪器，特别是在结合工业测量的情况下。在这种情况下，目标点可以用后向反射单 元（例如，立方体棱镜）表示，其被用测量装置的测量光束（具体为激光束）瞄准。激光束 被平行反射回测量装置，其中，所反射的激光束利用该测量装置中的捕捉单元来捕捉。激光 束的发射或接收方向在这种情况下例如借助于用于角度测量的传感器来查明，所述传感器 与系统的偏转镜或瞄准单元相关联。另外，从测量装置至目标点的距离利用激光束的捕捉 而查明，例如，借助于运行时或相差测量或者借助于Fizeau原理。
[0003] 根据现有技术的激光跟踪器另外可以被具体实施成具有：光学图像捕捉单元，光 学图像捕捉单元具有二维光敏阵列，例如，CCD或CID相机或基于CMOS阵列的相机，或者具 有像素阵列传感器；以及具有图像处理单元。在这种情况下，激光跟踪器和相机可以按照一 个位于另一的顶部上的方式安装，具体来说，采用其彼此的相关位置不可改变的方式安装。 相机例如可与激光跟踪器一起围绕其基本垂直的轴旋转，但可独立于激光跟踪器在向上和 向下方向上绕轴旋转，并特别因此与激光束的光学系统分离设置。而且，相机（例如，取决 于相应的应用）可以被具体实施为仅围绕一个轴绕轴旋转。在另选实施方式中，相机可以 按照集成构造与激光光学部件一起安装在共用外壳中。
[0004] 在借助于图像捕捉和图像处理单元捕捉并分析具有标记的所谓测量辅助仪器的 图像的情况下，获知其彼此的相对位置，可以断定设置在测量辅助仪器上的物体（例如，探 针）在空间中的取向。与所确定的目标点的空间位置一起，还可以精确地确定该物体关于 激光跟踪器的绝对和/或相对的空间位置和取向。
[0005] 被利用所提到的测量装置测量了位置和取向的物体因此例如不必是测量探针本 身，相反，可以是测量辅助物。作为用于测量的测量系统的一部分，测量辅助物被带到以机 械方式关于目标物体限定或者可在测量期间确定的位置，其中，测量探针的位置以及例如 可选的取向可以经由其测量位置和取向断定。
[0006] 这种测量辅助仪器可以通过所谓的扫描工具来具体实施，其被定位成使得其具有 位于目标物体的一点上的接触点。所述扫描工具包括标记（例如，光点）和反射器，反射器 表示扫描工具上的目标点，并且可以利用跟踪器的激光束来瞄准，其中，标记和反射器关于 扫描工具的接触点的位置被精确地获知。按本领域技术人员已知的方式，测量辅助仪器还 可以是被配备用于距离测量的手持式扫描仪，例如用于非接触式表面测量，其中，精确地获 知用于距离测量的扫描仪测量光束相对于设置在扫描仪上的光点和反射器的方向和位置。 例如在EP 0553266中描述了这种扫描仪。
[0007] 现有技术的激光跟踪器包括用于距离测量的至少一个测距仪，其中，其例如可以 被设计为干涉仪。因为这种测距单元仅可测量相对距离变化，所以除了干涉仪以外，在当前 的激光跟踪仪中还安装了所谓的绝对测距仪。在这种情况下用于距离测量的干涉仪因为长 相干长度和由此使能的测量距离主要使用HeNe气体激光器作为光源。HeNe激光器的相干 长度在这种情况下可以是几百米，使得在工业计量方面所需的距离可以利用相对简单的干 涉仪结构来实现。用于利用HeNe激光器进行距离确定的绝对测距仪和干涉仪的组合例如 从 TO 2007/079600 A1 获知。
[0008] 另外，在现代跟踪仪系统中，从零位置接收到的测量束的偏差在精细瞄准传感器 上被查明，其日益作为标准特征。借助于该可测量的偏差，可以确定回射器的中心与激光束 在反射器上的入射点之间的位置差，并且可校正激光束的对准，或者作为该偏差的函数而 跟踪，使得减小该精细瞄准传感器的偏差，特别是"零"，因此激光束在反射器中心的方向上 对准。通过对激光束对准的跟踪，可以执行目标点的渐进目标跟踪（跟踪），并且可以渐进 地确定目标点关于测量装置的距离和位置。在这种情况下，跟踪可以借助于被设置用于偏 转激光束的、可通过电机和/或通过包括光束引导激光光学仪器的瞄准单元的枢轴移动的 偏转镜的对准变化来实现。
[0009] 为了确定测量辅助物的取向，渐进地对准相机的捕捉方向，使得可以在激光跟踪 器的跟踪光束方向上捕捉图像。相机还可以具有缩放功能，其中，可以根据激光跟踪器与目 标点或测量辅助物之间的确定距离来设置放大等级。利用这两个自适应功能（对准和放 大），相机因此可渐进地捕捉其中成像了测量辅助物和特别是测量辅助物的光点的图像。由 此获得光点的空间排布结构的、可以以电子方式分析的二维图像。
[0010] 设置图形处理单元以分析图像。可识别成像的光点、确定成像的光点的焦点以及 确定这些焦点的图像坐标，由此，例如，可以据此计算传感器的光学轴（特别是捕捉方向） 与从传感器至相应的光点的方向之间的空间角。
[0011] 例如在US 5,973, 788中描述了这种具有激光跟踪器和用于确定其上设置有光点 和反射器的物体在空间中的位置和取向的图像捕捉单元的坐标测量装置。
[0012] 在使用这种坐标测量装置期间，在要确定位置和取向的物体上布置可由图像捕捉 单元登记的至少三个光点和反射激光跟踪器的测量束的至少一个反射器，所述光点与发射 器关于所述物体的位置是已知的。要由图像捕捉单元登记的光点可以是有源光源（例如， 发光二极管）或要被照射的反射器，其中，这些光点被配备或设置成使得它们可以明确地 相互区分。
[0013] 在W0 2007/079600 A1中公开了所讨论类型的基于激光的坐标测量装置，其中，测 距装置的光出射和光接收光学系统、测量相机以及全景相机被布置在一共享的部件上，该 部件关于至少两个轴旋转，并且激光束借助于来自附接在光束偏转单元外部的激光模块的 光波导耦合到测距装置中。
[0014] 所讨论类型的基于激光的坐标测量装置通常具有被集成在该装置的固定基部或 支承部中的电子倾斜传感器，该电子倾斜传感器可围绕竖轴旋转。这些倾斜传感器能够测 量相对于垂直方向的角度。它们不仅具有针对垂直圈（vertical circle)的高度补偿器功 能，而且还在测量期间在用于测平（horizontal leveling)和监测稳定性的两个方向上监 测竖轴的倾斜。借助于装置的轴上的角编码器，由此还可以间接地查明光束偏转单元的倾 斜，由此，可相对于垂直方向对准测量系统的基坐标系统。
[0015] 具体来说，在要求高精度测量的应用的情况下，设置在基部中的倾斜传感器有时 不能提供有关光束偏转单元的当前倾斜的足够精确的规格。因此，即使在固定基部与可旋 转支承部相对于标准对准之间的较小偏差的情况下，也不再能提供精确的值。相反，集成在 可移动支承部中的倾斜传感器在支承部的旋转移动期间可以不再给出关于垂直方向的可 靠技术规格，使得例如在测量期间出现的横向倾斜或由于不平坦地面导致装置摆动仍然不 被识别，由此破坏测量结果。
【发明内容】
[0016] 因此，本发明的目的是提供这样以上提及类型的坐标测量装置，与现有技术相比， 该坐标测量装置改善了测量的精度和可靠性。
[0017] 具体来说，本发明的目的是提供这样一种坐标测量装置，与现有技术相比，该坐标 测量装置使能以更高的精度并且以更低的易出错性来查明光束偏转单元的倾斜。
[0018] 另外，本发明的目的是提供这样一种坐标测量装置，该坐标测量装置在测量期间 也使能连续查明光束偏转单元的倾斜。
[0019] 这些目的中的至少一个按根据本发明的方式通过具有权利要求1的特征的坐标 测量装置和/或具有权利要求12的特征的用于测量远程点的坐标的方法来实现。本发明 的有利实施方式在附属权利要求书中找到。
[0020] 根据本发明，一种坐标测量装置包括两个倾斜传感器，其中一个倾斜传感器设置 在所述装置的固定基部中，而另一个倾斜传感器设置在可旋转的支承部中。测量辐射的方 向可以通过分析由所述传感器生成的所述倾斜数据而更精确且更可靠地确定。所述倾斜数 据可以另外用于检查并可选地校准测量参数，以及用于检查并可选地校准所述基部与所述 支承部之间的轴承。
[0021] -种坐标测量装置，特别是激光跟踪器，该坐标测量装置用于捕捉可在空间中移 动并且包括回射器的测量辅助物的位置并对准该测量辅助物，该坐标测量装置至少包括：
[0022] ?支承部，其紧固在基部上，因而可围绕第一旋转轴旋转，
[0023] ?光束偏转单元，其紧固在所述支承部上，因而可围绕第二旋转轴旋转，所述第二 旋转轴基本上正交于所述第一旋转轴，
[0024] ?第一轴承，其用于将所述光束偏转单元可旋转地安装在所述支承部上，以及
[0025] ?第二轴承，其用于将所述支承部可旋转地安装在所述基部上，
[0026] 其中，
[0027] ?所述光束偏转单元包括具有至少一个测距仪的光学测距装置，该光学测距装置 用于借助测量辐射来测量到所述测量辅助物的距离，
[0028] ?所述第一轴承包括第一角编码器，并且所述第二轴承包括第二角编码器，并且
[0029] ?在所述基部上设置有第一倾斜传感器，
[0030] 根据本发明，其特征在于包括：所述支承部上的第二倾斜传感器，其中，所述第一 倾斜传感器和所述第二倾斜传感器都被具体实施成捕捉至少两个基本正交方向上的相对 于重力方向的倾斜并且输出倾斜数据，并且包括分析与控制单元，该分析与控制单元被具 体实施成为了所述坐标测量装置的自监测和/或自校准而捕捉并分析所述两个倾斜传感 器的所述倾斜数据。
[0031] 在优选实施方式中，所述坐标测量装置包括跟踪功能，该跟踪功能用于渐进跟踪 所述测量辅助物，特别是其中，在所述光束偏转单元中设置有第一位置敏感表面检测器。
[0032] 在所述坐标测量装置的另一实施方式中，所述光束偏转单元包括：测量相机，用于 捕捉所述测量辅助物的空间对准；和/或至少一个第一定位相机，用于粗略定位所述测量 辅助物。