DE102020211136A1 - Method for determining a change in at least one air column property in optical navigation systems - Google Patents
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Abstract
Es wird ein Verfahren zum Bestimmen von einer Änderung mindestens einer Luftsäuleneigenschaft (110) in mindestens einem Arbeitsvolumen (112) eines optischen Navigationssystems (114) vorgeschlagen. Das optische Navigationssystem (114) umfasst weiterhin mindestens ein Multilaterationssystem (122). Das Multilaterationssystem (122) weist mindestens drei Retroreflektoren (124) und mindestens sechs Lokalisierungseinheiten (126) oder mindestens sechs Retroreflektoren (124) und mindestens drei Lokalisierungseinheiten (126) auf. Die Lokalisierungseinheiten (126) sind entweder um das Arbeitsvolumen (112) herum angeordnet, oder die Retroreflektoren (124) sind um die Lokalisierungseinheiten (126) herum angeordnet.A method for determining a change in at least one air column property (110) in at least one working volume (112) of an optical navigation system (114) is proposed. The optical navigation system (114) further includes at least one multilateration system (122). The multilateration system (122) has at least three retroreflectors (124) and at least six localization units (126) or at least six retroreflectors (124) and at least three localization units (126). The locating units (126) are either located around the working volume (112) or the retroreflectors (124) are located around the locating units (126).
Description
Technisches Gebiettechnical field
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen von einer Änderung mindestens einer Luftsäuleneigenschaft in mindestens einem Arbeitsvolumen eines optischen Navigationssystems und ein optisches Navigationssystem. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere das Gebiet der optischen Koordinatenmesstechnik.The invention relates to a method for determining a change in at least one air column property in at least one working volume of an optical navigation system and an optical navigation system. The present invention relates in particular to the field of optical coordinate metrology.
Technischer HintergrundTechnical background
Distanz- bzw. Koordinatenmessungen über sehr große Distanzen, beziehungsweise für große Werkstücke werden für die industrielle Messtechnik zunehmend mit Genauigkeiten gefordert, wie sie bisher nur für vergleichsweise geringe Distanzen und kleine Werkstücke erforderlich waren. Die bisherigen Systemdesigns können hierbei an unüberwindbare Grenzen stoßen, wenn nicht eine völlig unrealistische Umgebung für den Einsatz der Maschine gefordert werden soll. Dies ist darauf zurückzuführen, dass bei den tradierten und im Wesentlichen mechanischen Systemdesigns die Genauigkeit aus einem genauen Bewegungssystem, auch als Mover bezeichnet, bereitgestellt wird, mit welchem die Sensorik zu Vermessung des Werkstückes gleichzeitig zugestellt und positionserfasst wird. Für Genauigkeiten im Bereich einzelner Mikrometer auf Werkstücken mit typischen Längenabmessungen von einigen Metern und in Fertigungsumgebungsbedingungen können die tradierten Systemdesigns ungeeignet sein. Besser geeignet sein kann eine Auftrennung der Aufgaben Sensorzustellung und Sensorlokalisierung: Ein vergleichsweise ungenauer Mover stellt den Sensor zu, und ein optisches System erfasst die Sensorkoordinaten, siehe T-Scan plus LaserTracker von Leica. Allerdings kann dieser Ansatz auf großen Strecken beziehungsweise in großen Volumina unter Umständen das Genauigkeitspotential der verwendeten optischen Abstandsmesstechnik nicht voll nutzen. Dies ist zu einem großen Teil darauf zurückzuführen, dass insbesondere im Fertigungsumfeld die Eigenschaften der Luft, in welcher sich das Licht der optischen Abstandsmesstechnik ausbreitet, nicht hinreichend konstant sind. Distance or coordinate measurements over very large distances, or for large workpieces, are increasingly required for industrial metrology with accuracies that were previously only required for comparatively small distances and small workpieces. The previous system designs can come up against insurmountable limits here, if a completely unrealistic environment is not required for the use of the machine. This is due to the fact that in the traditional and essentially mechanical system designs, the accuracy is provided by a precise movement system, also referred to as a mover, with which the sensors for measuring the workpiece are fed in and the position is recorded at the same time. The traditional system designs can be unsuitable for accuracies in the range of a few micrometers on workpieces with typical length dimensions of a few meters and in manufacturing environmental conditions. Separating the tasks of sensor delivery and sensor localization may be more suitable: A comparatively imprecise mover delivers the sensor and an optical system records the sensor coordinates, see Leica's T-Scan plus LaserTracker. However, this approach may not be able to fully utilize the accuracy potential of the optical distance measurement technology used over long distances or in large volumes. This is largely due to the fact that, particularly in the production environment, the properties of the air in which the light from the optical distance measuring technology propagates are not sufficiently constant.
Grundsätzlich besteht die Möglichkeit, Abstandsmesstechnik derart auszulegen, dass Änderungen des Ausbreitungsmediums entlang der Messstrecke erfasst werden können. Guillory et al. beschreiben in „Towards Kilometric Distance Measurements with Air Refractive Index Compensation“ beispielsweise einen Ansatz über einen Messaufbau mit zwei verwendeten Laser-Wellenlängen von 785 nm und 1550 nm. Der beschriebene Messaufbau ist allerdings, wie der allgemeine Stand der Technik auf diesem Gebiet bislang, mit erheblichem zusätzlichen Hardware-Aufwand verbunden, mit welchem bereits existierende optische Systeme ergänzt werden müssten, und somit aus Komplexitäts- und Kostengründen unattraktiv.In principle, it is possible to design distance measurement technology in such a way that changes in the propagation medium along the measurement section can be recorded. Guillory et al. describe in "Towards Kilometric Distance Measurements with Air Refractive Index Compensation", for example, an approach using a measurement setup with two laser wavelengths of 785 nm and 1550 nm associated with considerable additional hardware effort, with which existing optical systems would have to be supplemented, and is therefore unattractive for reasons of complexity and cost.
Aufgabe der Erfindungobject of the invention
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren bereitzustellen, welche die Nachteile bekannter Vorrichtungen und Verfahren zumindest weitgehend vermeiden. Insbesondere soll eine Kompensation von Schwankungen von Luftsäuleneigenschaften mit geringer Komplexität hinsichtlich Hardware ermöglicht werden.It is therefore the object of the present invention to provide a device and a method which at least largely avoid the disadvantages of known devices and methods. In particular, compensation for fluctuations in air column properties should be made possible with little complexity in terms of hardware.
Allgemeine Beschreibung der ErfindungGeneral Description of the Invention
Diese Aufgabe wird adressiert durch Verfahren und Vorrichtungen mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen, welche einzeln oder in beliebiger Kombination realisierbar sind, sind in den abhängigen Ansprüchen dargestellt.This object is addressed by methods and devices having the features of the independent patent claims. Advantageous developments, which can be implemented individually or in any combination, are presented in the dependent claims.
Im Folgenden werden die Begriffe „haben“, „aufweisen“, „umfassen“ oder „einschließen“ oder beliebige grammatikalische Abweichungen davon in nicht-ausschließlicher Weise verwendet. Dementsprechend können sich diese Begriffe sowohl auf Situationen beziehen, in welchen, neben den durch diese Begriffe eingeführten Merkmalen, keine weiteren Merkmale vorhanden sind, oder auf Situationen, in welchen ein oder mehrere weitere Merkmale vorhanden sind. Beispielsweise kann sich der Ausdruck „A hat B“, „A weist B auf“, „A umfasst B“ oder „A schließt B ein“ sowohl auf die Situation beziehen, in welcher, abgesehen von B, kein weiteres Element in A vorhanden ist (d.h. auf eine Situation, in welcher A ausschließlich aus B besteht), als auch auf die Situation, in welcher, zusätzlich zu B, ein oder mehrere weitere Elemente in A vorhanden sind, beispielsweise Element C, Elemente C und D oder sogar weitere Elemente.In the following, the terms "have", "have", "comprise" or "include" or any grammatical deviations thereof are used in a non-exclusive manner. Accordingly, these terms can refer both to situations in which, apart from the features introduced by these terms, no further features are present, or to situations in which one or more further features are present. For example, the phrase "A has B," "A has B," "A includes B," or "A includes B" can both refer to the situation in which there is no other element in A other than B (ie to a situation in which A consists exclusively of B), as well as to the situation in which, in addition to B, there are one or more other elements in A, e.g. element C, elements C and D or even further elements .
Weiterhin wird darauf hingewiesen, dass die Begriffe „mindestens ein“ und „ein oder mehrere“ sowie grammatikalische Abwandlungen dieser Begriffe, wenn diese in Zusammenhang mit einem oder mehreren Elementen oder Merkmalen verwendet werden und ausdrücken sollen, dass das Element oder Merkmal einfach oder mehrfach vorgesehen sein kann, in der Regel lediglich einmalig verwendet werden, beispielsweise bei der erstmaligen Einführung des Merkmals oder Elementes. Bei einer nachfolgenden erneuten Erwähnung des Merkmals oder Elementes wird der entsprechende Begriff „mindestens ein“ oder „ein oder mehrere“ in der Regel nicht mehr verwendet, ohne Einschränkung der Möglichkeit, dass das Merkmal oder Element einfach oder mehrfach vorgesehen sein kann.Furthermore, it is pointed out that the terms "at least one" and "one or more" as well as grammatical variations of these terms, if they are used in connection with one or more elements or features and are intended to express that the element or feature is provided once or several times can generally only be used once, for example when the feature or element is introduced for the first time. If the feature or element is subsequently mentioned again, the corresponding term "at least one" or "one or more" is generally no longer used, without restriction the possibility that the feature or element can be provided one or more times.
Weiterhin werden im Folgenden die Begriffe „vorzugsweise“, „insbesondere“, „beispielsweise“ oder ähnliche Begriffe in Verbindung mit optionalen Merkmalen verwendet, ohne dass alternative Ausführungsformen hierdurch beschränkt werden. So sind Merkmale, welche durch diese Begriffe eingeleitet werden, optionale Merkmale, und es ist nicht beabsichtigt, durch diese Merkmale den Schutzumfang der Ansprüche und insbesondere der unabhängigen Ansprüche einzuschränken. So kann die Erfindung, wie der Fachmann erkennen wird, auch unter Verwendung anderer Ausgestaltungen durchgeführt werden. In ähnlicher Weise werden Merkmale, welche durch „in einer Ausführungsform der Erfindung“ oder durch „in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung“ eingeleitet werden, als optionale Merkmale verstanden, ohne dass hierdurch alternative Ausgestaltungen oder der Schutzumfang der unabhängigen Ansprüche eingeschränkt werden soll. Weiterhin sollen durch diese einleitenden Ausdrücke sämtliche Möglichkeiten, die hierdurch eingeleiteten Merkmale mit anderen Merkmalen zu kombinieren, seien es optionale oder nicht-optionale Merkmale, unangetastet bleiben.Furthermore, the terms “preferably”, “particularly”, “for example” or similar terms are used below in connection with optional features, without alternative embodiments being restricted thereby. Thus, features introduced by these terms are optional features and are not intended to limit the scope of the claims, and in particular the independent claims, by these features. Thus, as will be appreciated by those skilled in the art, the invention may be practiced using other configurations. Similarly, features introduced by "in an embodiment of the invention" or by "in an exemplary embodiment of the invention" are understood as optional features without intending to limit alternative configurations or the scope of the independent claims. Furthermore, through these introductory expressions, all possibilities to combine the features introduced here with other features, be they optional or non-optional features, remain untouched.
In einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Bestimmen von einer Änderung mindestens einer Luftsäuleneigenschaft in mindestens einem Arbeitsvolumen eines optischen Navigationssystems vorgeschlagen.In a first aspect of the present invention, a method for determining a change in at least one air column property in at least one working volume of an optical navigation system is proposed.
Der Begriff „Luftsäule“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf eine Luftmenge beziehen, welche sich zwischen einem Beobachtungsort und einem Objekt befindet, dessen Abstand zum Beobachtungsort gemessen werden soll. Der Begriff „Luftsäuleneigenschaft“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf mindestens eine physikalische Eigenschaft, insbesondere optische Eigenschaft, der Luftsäule beziehen. Die Luftsäuleneigenschaft kann insbesondere mindestens eine Eigenschaft umfassen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: einer Brechzahl; einer Brechzahlverteilung im Arbeitsvolumen; einer Brechzahlschwankung; und einer Turbulenz. Der Begriff „Brechzahl“, wie er hier verwendet wird, auch Brechungsindex oder optische Dichte genannt, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf eine optische Eigenschaft eines Mediums beziehen, welche durch das Verhältnis der Wellenlänge des Lichts im Vakuum zur Wellenlänge des Lichts im Medium festgelegt werden kann. Das Medium ist insbesondere Luft. Zur Bestimmung der Brechzahl n in Luft kann die sogenannte Edlen-Gleichung genutzt werden:
Der Begriff „System“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf eine Vorrichtung umfassend eine Mehrzahl von Komponenten oder Elementen beziehen, welche zumindest teilweise zusammenwirken, um mindestens eine Funktion zu erfüllen.The term "system" as used herein is a broad term that should be given its ordinary and current meaning as understood by those skilled in the art. The term is not limited to any specific or adapted meaning. In particular, the term may refer, without limitation, to a device comprising a plurality of components or elements that cooperate at least in part to perform at least one function.
Der Begriff „optisches Navigationssystem“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf ein technisches System beziehen, welches eingerichtet ist zur optischen Positionsbestimmung. Das optische Navigationssystem kann eingerichtet sein, um eine Kalibrierung mindestens einer Präzisionsmaschine, insbesondere eines Koordinatenmessgeräts oder einer Bearbeitungsmaschine, durchzuführen. Die optische Positionsbestimmung kann ein Bestimmen mindestens einer räumlichen Position und/oder Orientierung umfassen. Die Bestimmung der räumlichen Position und/oder der Orientierung kann in einem Koordinatensystem erfolgen, beispielsweise einem kartesischen Koordinatensystem oder einem Kugelkoordinatensystem. Auch andere Koordinatensysteme sind denkbar. Ein Ursprung oder Nullpunkt des Koordinatensystems kann in einem Punkt des optischen Navigationssystems sein. Der Begriff „räumlichen Position“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf einen dreidimensionalen Punkt (X, Y, Z) in dem Koordinatensystem beziehen. Die räumliche Position kann durch die Ortskoordinaten X, Y und Z definiert sein. Der Begriff „Orientierung“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf eine Rotation des Messobjekts beziehen, insbesondere eine Winkelposition. Die Orientierung kann durch mindestens drei Winkel angegeben werden, beispielsweise Eulerwinkel oder Neigungswinkel, Rollwinkel und Gierwinkel. Die räumliche Position und Orientierung kann zusammen auch als sechsdimensionale Information oder 6D-Information bezeichnet werden.The term "visual navigation system" as used herein is a broad term that should be given its ordinary and current meaning as understood by those skilled in the art. The term is not limited to any specific or adapted meaning. The term can, without limitation, relate in particular to a technical system that is set up for optical position determination. The visual navigation system can be set up to calibrate at least one precision machine, in particular a coordinate measuring machine or a processing machine. The optical position determination can include determining at least one spatial position and/or orientation. The spatial position and/or the orientation can be determined in a coordinate system, for example a Cartesian coordinate system or a spherical coordinate system. Other coordinate systems are also conceivable. An origin or zero point of the coordinate system can be in a point of the optical navigation system. The term "spatial position" as used herein is a broad term that should be given its ordinary and current meaning as understood by those skilled in the art. The term is not limited to any specific or adapted meaning. In particular, the term can, without limitation, refer to a three-dimensional point (X, Y, Z) in the coordinate system. The spatial position can be defined by the location coordinates X, Y and Z. The term "orientation" as used herein is a broad term that should be given its ordinary and current meaning as understood by those skilled in the art. The term is not limited to any specific or adapted meaning. The term can, without limitation, relate in particular to a rotation of the measurement object, in particular an angular position. The orientation can be specified by at least three angles, for example Euler angles or pitch angles, roll angles and yaw angles. The spatial position and orientation together can also be referred to as six-dimensional information or 6D information.
Das optische Navigationssystem umfasst mindestens ein Multilaterationssystem. Der Begriff „Multilateration“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf ein geometrisches Verfahren zum Bestimmen von Koordinaten mindestens eines Punktes im Raum beziehen, bei welchem ein Abstand des Punktes zu mindestens drei anderen bekannten Punkten bestimmt wird und aus diesem die Koordinaten des Punktes bestimmt werden. Der Begriff „Multilaterationssystem“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf ein System beziehen, welches dazu eingerichtet ist eine Multilateration durchzuführen.The optical navigation system includes at least one multilateration system. The term "multilateration" as used herein is a broad term which should be given its ordinary and current meaning as understood by those skilled in the art. The term is not limited to any specific or adapted meaning. The term can, without limitation, relate in particular to a geometric method for determining coordinates of at least one point in space, in which a distance of the point from at least three other known points is determined and from this the coordinates of the point are determined. The term "multilateration system" as used herein is a broad term which should be given its ordinary and current meaning as understood by those skilled in the art. The term is not limited to any specific or adapted meaning. In particular, the term may refer, without limitation, to a system configured to perform multilateration.
Das Multilaterationssystem umfasst mindestens drei Retroreflektoren und mindestens sechs Lokalisierungseinheiten oder mindestens sechs Retroreflektoren und mindestens drei Lokalisierungseinheiten. Das Multilaterationssystem kann eingerichtet sein eine 6-DoF-Multilateration durchzuführen. Eine relative Position, insbesondere eine räumliche Position und/oder ein Abstand, der Retroreflektoren zueinander und/oder eine relative Position, insbesondere eine räumliche Position und/oder ein Abstand der Lokalisierungseinheiten zueinander, können bekannt sein. Beispielsweise können die Retroreflektoren in einer Ebene in Form eines Dreiecks angeordnet sein. Die Längen der Seiten des Dreiecks können bekannt sein. Unter der Voraussetzung, dass die relative Lage der Retroreflektoren zueinander bekannt ist, kann aus einer Abfolge von mit den Lokalisierungseinheiten gemessenen Längenänderungen 3D-Trajektorien aller drei Retroreflektoren, bzw. eine 6D-Trajektorie eines Systems der Retroreflektoren, rekonstruiert werden.The multilateration system comprises at least three retroreflectors and at least six localization units or at least six retroreflectors and at least three localization units. The multilateration system can be set up to carry out a 6 DoF multilateration. A relative position, in particular a spatial position and/or a distance between the retroreflectors and/or a relative position, in particular a spatial position and/or a distance between the localization units, can be known. For example, the retroreflectors can be arranged in a plane in the form of a triangle. The lengths of the sides of the triangle can be known. Provided that the position of the retroreflectors relative to each other is known, 3D trajectories of all three retroreflectors or a 6D trajectory of a system of retroreflectors can be reconstructed from a sequence of length changes measured with the localization units.
Der Begriff „Retroreflektor“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf eine beliebige Vorrichtung beziehen, welche einen Lichtstrahl in diejenige Richtung reflektiert aus der der Lichtstrahl eingetroffen ist. Beispielsweise kann der Retroreflektor ein Marker sein. Beispielsweise kann der Retroreflektor ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus: einem Katzenauge; einem Katzenauge mit Reflektionsschicht; einem Marker beschrieben in
Der Begriff „Lokalisierungseinheit“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf eine grundsätzlich beliebige Vorrichtung beziehen, welche eingerichtet ist, mindestens eine Lokalisierungsinformation zu erzeugen. Die Lokalisierungsinformation kann ausgewählt sein aus mindestens einer Information aus der Gruppe bestehend aus: einem Messsignal in Abhängigkeit vom Ort des von der Lokalisierungseinheit beleuchteten Retroreflektors; einer Information über einen Abstand des von der Lokalisierungseinheit beleuchteten Retroreflektors zu der Lokalisierungseinheit; eine Information über eine Entfernung des von der Lokalisierungseinheit beleuchteten Retroreflektors zu der Lokalisierungseinheit; eine Information über eine relative Lage des von der Lokalisierungseinheit beleuchteten Retroreflektors zu der Lokalisierungseinheit; und einer Information über eine Längenänderung.The term "localization unit" as used herein is a broad term which should be given its ordinary and current meaning as understood by those skilled in the art. The term is not limited to any specific or adapted meaning. The term can, without limitation, relate in particular to any device that is set up to generate at least one piece of localization information. The localization information can be selected from at least one piece of information from the group consisting of: a measurement signal depending on the location of the retroreflector illuminated by the localization unit; information about a distance of the retroreflector illuminated by the localization unit from the localization unit; information about a distance from the retroreflector illuminated by the localization unit to the localization unit; information about a position of the retroreflector illuminated by the localization unit relative to the localization unit; and information about a change in length.
Die Lokalisierungseinheit, insbesondere jede der Lokalisierungseinheiten, kann mindestens eine auf Laufzeit- und/oder Interferometrie-Messprinzipien basierende Sensorik aufweisen. Die Lokalisierungseinheit, insbesondere jede der Lokalisierungseinheiten, kann mindestens ein Element umfassen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: einem Lasertracer; einem Lasertracker; einem LIDAR-Sensor, bevorzugt einem FMCW-LIDAR-Sensor, Flugzeit (TOF)-Abstandsmesser, andere Abstandsmesser, beispielsweise basierend auf mindestens einem modengekoppelten Laser.The localization unit, in particular each of the localization units, can have at least one sensor system based on transit time and/or interferometry measurement principles. The localization unit, in particular each of the localization units, can comprise at least one element selected from the group consisting of: a laser tracer; a laser tracker; a LIDAR sensor, preferably an FMCW LIDAR sensor, time-of-flight (TOF) range finder, other range finders, for example based on at least one mode-locked laser.
Der Begriff „Lasertracer“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf eine beliebige Messvorrichtung beziehen welche eingerichtet ist interferometrisch einen Abstand, insbesondere eine Abstandsänderung, zu einem Retroreflektor zu bestimmen. Der Lasertracer kann eingerichtet sein, eine Position des Retroreflektors zu verschiedenen Zeitpunkten nachzuverfolgen. Der Lasertracer kann eingerichtet sein, einem sich im Raum bewegenden Retroreflektor mittels eines Laserstrahls zu folgen. Eine Messung der Abstandsänderung kann inkrementell erfolgen. Der Lasertracer kann ein inkrementelles Messsystem mit großem Blickbereich, insbesondere einem großen Schwenkbereich einer Laserstrahlrichtung, sein. Beispielsweise können zur Messung der Abstandsänderung mindestens zwei aufeinanderfolgende Messungen erforderlich sein. Der Lasertracer kann einen großen Winkelbereich abdecken. Beispielsweise kann der Laserstrahl des Lasertracers in dem großen Winkelbereich schwenkbar sein.The term "laser tracer" as used herein is a broad term that should be given its ordinary and current meaning as understood by those skilled in the art. The term is not limited to any specific or adapted meaning. The term can, without limitation, relate in particular to any measuring device which is set up to determine a distance, in particular a change in distance, to a retroreflector interferometrically. The laser tracer can be set up to track a position of the retroreflector at different points in time. The laser tracer can be set up to follow a retroreflector moving in space by means of a laser beam. The change in distance can be measured incrementally. The laser tracer can be an incremental measuring system with a large field of view, in particular a large pivoting range of a laser beam direction. For example, at least two consecutive measurements may be required to measure the change in distance. The laser tracer can cover a large angular range. For example, the laser beam of the laser tracer can be pivoted in the large angular range.
Der Begriff „Lasertracker“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf eine beliebige Messvorrichtung beziehen, welche eingerichtet ist interferometrisch einen Abstand und/oder eine Richtung eines Retroreflektors zu bestimmen, insbesondere relativ zu Achsen, welche von einer Optomechanik des Lasertrackers definiert werden.The term "laser tracker" as used herein is a broad term that should be given its ordinary and current meaning as understood by those skilled in the art. The term is not limited to any specific or adapted meaning. The term can, without limitation, refer in particular to any measuring device which is set up to interferometrically determine a distance and/or a direction of a retroreflector, in particular relative to axes which are defined by an optomechanics of the laser tracker.
Der Begriff „LIDAR-Sensor“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf eine beliebige Vorrichtung beziehen, welche auf dem LIDAR („light detection and ranging“)-Messprinzip, auch LADAR (laser detection and ranging) genannt, basiert. Insbesondere kann der LIDAR-Sensor eingerichtet sein, einen Lichtstrahl, beispielsweise einen Laserstrahl, zu erzeugen und zu empfangen, insbesondere den zuvor von ihr ausgesendeten und zu ihr zurückreflektierten Lichtstrahl, und daraus einen Abstand zwischen dem LIDAR-Sensor und dem Retroreflektor zu bestimmen, beispielsweise unter Ausnutzung von Unterschieden in den Rücklaufzeiten und Wellenlängen. Bevorzugt kann die Lokalisierungseinheit einen FMCW-LIDAR-Sensor aufweisen. Hierbei steht „FMCW“ als Abkürzung für den englischen Ausdruck „Frequency Modulated Continuous Wave“. Der FMCW-LIDAR-Sensor kann eingerichtet sein, den Lichtstrahl zu erzeugen, dessen Frequenz nach dem FMCW-Verfahren kontinuierlich durchgestimmt wird. Beispielsweise kann die Frequenz des Lichtstrahls linear mit der Zeit moduliert sein. Eine Kombination von LIDAR-Verfahren und FMCW-Verfahren sind dem Fachmann grundsätzlich bekannt, beispielsweise aus Chip-scale Lidar, Benham Behroozpur Baghmisheh, Technical Report No. UCB/EECS.2017-4. Beispielsweise kann die LIDAR-Einheit wie in
Das Multilaterationssystem kann ein selbstkalibrierendes Multilaterationssystem sein. Bei einer Verwendung von drei Retroreflektoren und sechs Lokalisierungseinheiten können die Lokalisierungseinheiten und die Retroreflektoren in einer der folgenden Konfigurationen zueinander angeordnet und/oder ausgerichtet sein: vier Lokalisierungseinheiten auf einen ersten Retroreflektor, eine Lokalisierungseinheit auf einen zweiten Retroreflektor und eine Lokalisierungseinheit auf einen dritten Retroreflektor (vier-eins-eins); drei Lokalisierungseinheiten auf den ersten Retroreflektor, zwei Lokalisierungseinheiten auf den zweiten Retroreflektor und eine Lokalisierungseinheit auf den dritten Retroreflektor (drei-zwei-eins); zwei Lokalisierungseinheiten auf den ersten Retroreflektor, zwei Lokalisierungseinheiten auf den zweiten Retroreflektor und zwei Lokalisierungseinheiten auf den dritten Retroreflektor (zwei-zwei-zwei).The multilateration system can be a self-calibrating multilateration system. When using three retroreflectors and six locating units, the locating units and the retroreflectors can be arranged and/or aligned with one another in one of the following configurations: four locating units on a first retroreflector, one locating unit on a second retroreflector and one locating unit on a third retroreflector (four -one one); three locating units on the first retroreflector, two locating units on the second retroreflector and one locating unit on the third retroreflector (three-two-one); two locating units on the first retroreflector, two locating units on the second retroreflector and two locating units on the third retroreflector (two-two-two).
Beispielsweise kann das optische Navigationssystem den ersten Retroreflektor, den zweiten Retroreflektor und den dritten Retroreflektor aufweisen. Beispielsweise kann das optische Navigationssystem eine erste Lokalisierungseinheit, eine zweite Lokalisierungseinheit, eine dritte Lokalisierungseinheit, eine vierte Lokalisierungseinheit, eine fünfte Lokalisierungseinheit und eine sechste Lokalisierungseinheit aufweisen. Die erste, die zweite, die dritte und die vierte Lokalisierungseinheit können auf den ersten Retroreflektor ausgerichtet sein, auch als auf diesen eingelocked bezeichnet, und diesen beleuchten. Die fünfte Lokalisierungseinheit kann auf den zweiten Retroreflektor ausgerichtet sein und diesen beleuchten. Der dritte Retroreflektor kann von der sechsten Lokalisierungseinheit beleuchtet sein. Dies entspricht der Konfiguration vier-eins-eins. Es wird darauf hingewiesen, dass sowohl in diesem als auch in den folgenden Beispielen die Ordnungszahlen der Retroreflektoren und Lokalisierungseinheiten als Bezeichnungen zur Unterscheidung verwendet werden. Dementsprechend können die Lokalisierungseinheiten untereinander austauschbar oder vertauschbar sein. Auch die Retroreflektoren können untereinander austauschbar oder vertauschbar sein. Bezogen auf das obige Beispiel kann beispielsweise der zweite Retroreflektor von der sechsten Lokalisierungseinheit beleuchtet sein und der dritte Retroreflektor kann von der fünften Lokalisierungseinheit beleuchtet sein. Weitere Kombinationen sind möglich. Vier Lokalisierungseinheiten folgen somit dem gleichen Retroreflektor und können jeweils eine Abstandsmessung zwischen Lokalisierungseinheit und dem Retroreflektor durchführen. Es können somit mehr Abstandsmessungen durchgeführt werden als Raumkoordinaten bestimmt werden müssen. Nach einer bestimmten Anzahl von Abstandsmessungen kann die Lage der Lokalisierungseinheiten relativ zueinander bestimmt werden. Ein derartiges Multilaterationssystem wird als selbstkalibrierend bezeichnet.For example, the optical navigation system can have the first retroreflector, the second retroreflector and the third retroreflector. For example, the optical navigation system can have a first localization unit, a second localization unit, a third localization unit, a fourth localization unit, a fifth localization unit and a sixth localization unit. The first, second, third and fourth localization units may be aligned with, also referred to as locked onto, and illuminate the first retroreflector. The fifth localization unit can be aligned with and illuminate the second retroreflector. The third retroreflector can be illuminated by the sixth locating unit. This corresponds to the four-one-one configuration. It is noted that in both this and the following examples, the ordinal numbers of the retroreflectors and localization units are used as designations for distinction. Accordingly, the localization units can be interchangeable or interchangeable. The retroreflectors can also be interchangeable or interchangeable. For example, referring to the example above, the second retroreflector may be illuminated by the sixth locating unit and the third retroreflector may be illuminated by the fifth locating unit. Other combinations are possible. Four localization units thus follow the same retroreflector and can each carry out a distance measurement between the localization unit and the retroreflector. Thus, more distance measurements can be carried out than spatial coordinates have to be determined. After a certain number of distance measurements, the position of the localization units relative to one another can be determined. Such a multilateration system is referred to as self-calibrating.
Beispielsweise kann der erste Retroreflektor von der ersten, der zweiten und der dritten Lokalisierungseinheit beleuchtet sein. Der zweite Retroreflektor kann von der vierten und der fünften Lokalisierungseinheit beleuchtet sein. Der dritte Retroreflektor kann von der sechsten Lokalisierungseinheit beleuchtet sein. Dies entspricht der Konfiguration drei-zwei-eins. Beispielsweise kann der erste Retroreflektor von der ersten und der zweiten Lokalisierungseinheit beleuchtet sein. Der zweite Retroreflektor kann von der dritten und der vierten Lokalisierungseinheit beleuchtet sein. Der dritte Retroreflektor kann von der fünften und der sechsten Lokalisierungseinheit beleuchtet sein. Dies entspricht der Konfiguration zwei-zwei-zwei. Vertauschungen der Lokalisierungseinheiten untereinander und der Retroreflektoren untereinander sind möglich.For example, the first retroreflector may be illuminated by the first, second, and third localization units. The second retroreflector can be illuminated by the fourth and fifth locating units. The third retroreflector can be illuminated by the sixth locating unit. This corresponds to the three-two-one configuration. For example, the first retroreflector can be illuminated by the first and the second localization unit. The second retroreflector can be illuminated by the third and fourth locating units. The third retroreflector can be illuminated by the fifth and sixth locating units. This corresponds to the configuration two-two-two. It is possible for the localization units to be interchanged with one another and for the retroreflectors to be interchanged with one another.
Die Lokalisierungseinheiten sind um das Arbeitsvolumen herum angeordnet oder die Retroreflektoren sind um die Lokalisierungseinheiten herum angeordnet. Der Begriff „Arbeitsvolumen“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf ein Volumen beziehen, in welchem die optische Positionsbestimmung erfolgen kann. Die Retroreflektoren können gemeinsam mit den Lokalisierungseinheiten das Arbeitsvolumen aufspannen und/oder definieren. Das Arbeitsvolumen kann von einem Messbereich des optischen Navigationsgeräts bestimmt sein, also einem Bereich, in dem die optische Positionsbestimmung innerhalb festgelegter Grenzen erfolgen kann. Das Arbeitsvolumen kann ein 6-(Degree of Freedom) DOF-Tracking-Volumen sein.The localization units are arranged around the working volume or the retroreflectors are arranged around the localization units. The term "working volume" as used herein is a broad term which should be given its ordinary and current meaning as understood by those skilled in the art. The term is not limited to any specific or adapted meaning. The term can, without limitation, relate in particular to a volume in which the optical position determination can take place. Together with the localization units, the retroreflectors can span and/or define the working volume. The working volume can be determined by a measuring range of the optical navigation device, ie a range in which the optical position can be determined within specified limits. The working volume can be a 6 (Degree of Freedom) DOF tracking volume.
Der Begriff „um das Arbeitsvolumen herum angeordnet“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf eine Anordnung beziehen, in welcher die Retroreflektoren von außen nach innen von den Lokalisierungseinheiten beleuchtet werden. Die Lokalisierungseinheiten können insbesondere nicht in einer Mitte des Arbeitsvolumens konzentriert sein und/oder können an oder in der Nähe einer Volumenbegrenzung nicht komplanar verteilt sein. Mindestens zwei Lokalisierungseinheiten können derart positioniert sein, dass sie einander gegenüberstehen. Der Begriff „sich einander gegenüberstehen“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf eine relative räumliche Position der Lokalisierungseinheiten zueinander beziehen, derart, dass Beobachtungsrichtungen der einander gegenüberstehende Lokalisierungseinheiten antiparallel zueinander sind. Die sich einander gegenüberstehenden Lokalisierungseinheiten können auf einer gemeinsamen Geraden oder Verbindungslinie angeordnet sein, wobei das zu vermessende Messobjekt zwischen den Lokalisierungseinheiten angeordnet ist. Sich ändernde Luftsäuleneigenschaften können so über damit einhergehende scheinbare Positionsverlagerungen aus Widersprüchen des zu lösenden Gleichungssystems bei der Ermittlung der Position des Messobjekts abgeleitet werden können. Die Luftsäuleneigenschaften können zusätzliche Freiheitgrade einfügen, welche das Anfahren weiterer Positionen erfordern, bevor das Gleichungssystem gelöst werden kann. Wenn sich die Luftsäuleneigenschaften langsamer ändern, als ein Anfahren der benötigten Positionen dauert, so kann das System im beschriebenen Sinne selbstkalibrierend durch Bezugnahme auf die rückgeführte Laserwellenlänge der verwendeten Lokalisierungseinheiten sein.The term "arranged about the working volume" as used herein is a broad term which should be given its ordinary and current meaning as understood by those skilled in the art. The term is not limited to any specific or adapted meaning. In particular, the term may refer, without limitation, to an arrangement in which the retroreflectors are illuminated from the outside in by the locating units. In particular, the locating units may not be concentrated in a center of the working volume and/or may not be distributed coplanarly at or near a volume boundary. At least two locating units can be positioned so that they face each other. The term "face to face" as used herein is a broad term which should be given its ordinary and current meaning as understood by those skilled in the art. The term is not limited to any specific or adapted meaning. The term can, without limitation, relate in particular to a relative spatial position of the localization units to one another, such that observation directions of the localization units located opposite one another are antiparallel to one another. The mutually opposite localization units can be arranged on a common straight line or connecting line, with the measurement object to be measured being arranged between the localization units. Changing air column properties can thus be derived from apparent position shifts associated with them from contradictions in the system of equations to be solved when determining the position of the measurement object. The air column properties can introduce additional degrees of freedom, which require the approach of further positions, before the system of equations can be solved. If the air column properties change more slowly than it takes to move to the required positions, the system can be self-calibrating in the sense described by reference to the returned laser wavelength of the localization units used.
Der Begriff „um die Lokalisierungseinheiten herum angeordnet“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf eine Anordnung beziehen, in welcher die Lokalisierungseinheiten die Retroreflektoren von innen nach außen beleuchten. Die Retroreflektoren können an einem Messobjekt angeordnet sein und die Lokalisierungseinheiten können im Raum angeordnet sein und/oder die Lokalisierungseinheiten können an dem Messobjekt angeordnet sein und die Retroreflektoren können im Raum angeordnet sein. Die Retroreflektoren können weit auseinanderliegend angeordnet sein. Die Retroreflektoren können derart angeordnet sein, dass sie innerhalb des Arbeitsvolumens weit auseinanderliegen. Die Lokalisierungseinheiten können jeweils eine Halterung aufweisen zur Anordnung, Aufstellung und/oder Befestigung der Lokalisierungseinheiten. Auch die Retroreflektoren können jeweils mindestens eine Halterung aufweisen zur Anordnung, Aufstellung und/oder Befestigung der Retroreflektoren.The term "arranged around the locating units" as used herein is a broad term which should be given its ordinary and current meaning as understood by those skilled in the art. The term is not limited to any specific or adapted meaning. In particular, the term may refer, without limitation, to an arrangement in which the locating units illuminate the retroreflectors from the inside out. The retroreflectors can be arranged on a measurement object and the localization units can be arranged in space and/or the localization units can be arranged on the measurement object and the retroreflectors can be arranged in space. The retroreflectors can be spaced far apart. The retroreflectors can be arranged such that they are widely spaced within the working volume. The localization units can each have a holder for arranging, setting up and/or fastening the localization units. The retroreflectors can also each have at least one holder for arranging, setting up and/or fastening the retroreflectors.
Der Begriff „Messobjekt“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf ein beliebig geformtes zu vermessendes Objekt beziehen. Beispielsweise kann das Messobjekt auch ein Messkopf eines Sensors oder ein Werkzeug sein, mit welchem ein Bauteil abgetastet werden kann.The term "measurement object" as used herein is a broad term that should be given its ordinary and current meaning as understood by those skilled in the art. The term is not limited to any specific or adapted meaning. The term can, without limitation, refer in particular to an arbitrarily shaped object to be measured. For example, the measurement object can also be a measuring head of a sensor or a tool with which a component can be scanned.
Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:
- a) Erzeugen jeweils mindestens eines Beleuchtungslichtstrahls mit mindestens zwei der Lokalisierungseinheiten und Beleuchten eines gemeinsamen Retroreflektors oder eines Retroreflektor-Ensembles aus unterschiedlichen Raumrichtungen mit den Beleuchtungslichtstrahlen der Lokalisierungseinheiten;
- b) Empfangen jeweils mindestens eines des von dem gemeinsam beleuchteten Retroreflektor oder dem Retroreflektor-Ensemble reflektierten Lichtstrahls und Erzeugen jeweils mindestens eines Messsignals mit den, den Retroreflektor gemeinsam oder das Retroreflektor-Ensemble beleuchtenden, Lokalisierungseinheiten;
- c) Auswerten der Messsignale der Lokalisierungseinheiten, wobei das Auswerten ein Bestimmen einer ersten Position des gemeinsam beleuchteten Retroreflektors oder des Retroreflektor-Ensembles aus einem Messsignal einer ersten, den gemeinsam beleuchteten Retroreflektor oder das Retroreflektor-Ensemble beleuchtenden, Lokalisierungseinheit und einer zweiten Position des gemeinsam beleuchteten Retroreflektors oder des Retroreflektor-Ensembles aus einem Messsignal einer zweiten, den gemeinsam beleuchteten Retroreflektor oder das Retroreflektor-Ensemble beleuchtenden, Lokalisierungseinheit umfasst, so dass für den gemeinsam beleuchteten Retroreflektor oder das Retroreflektor-Ensemble zwei Positionen bestimmt werden;
- d) Bestimmen der Luftsäuleneigenschaft durch Vergleichen der ersten Position und der zweiten Position des gemeinsam beleuchteten Retroreflektors oder des Retroreflektor-Ensembles, wobei eine im Wesentlichen identische Änderung der ersten Position und der zweiten Position als eine Änderung der Luftsäuleneigenschaft charakterisiert wird.
- a) generating in each case at least one illuminating light beam with at least two of the localization units and illuminating a common retroreflector or a retroreflector ensemble from different spatial directions with the illuminating light beams of the localization units;
- b) receiving in each case at least one of the light beams reflected by the jointly illuminated retroreflector or the retroreflector ensemble and generating in each case at least one measurement signal with the localization units which jointly illuminate the retroreflector or the retroreflector ensemble;
- c) Evaluation of the measurement signals of the localization units, the evaluation determining a first position of the jointly illuminated retroreflector or of the retroreflector ensemble from a measurement signal of a first localization unit illuminating the jointly illuminated retroreflector or the retroreflector ensemble and a second position of the jointly illuminated retroreflector or the retroreflector ensemble from a measurement signal from a second localization unit illuminating the jointly illuminated retroreflector or the retroreflector ensemble, so that two positions are determined for the jointly illuminated retroreflector or the retroreflector ensemble;
- d) determining the air column property by comparing the first position and the second position of the co-illuminated retroreflector or retroreflector ensemble, wherein a substantially identical change in the first position and the second position is characterized as a change in the air column property.
Die Verfahrensschritte können in der angegebenen Reihenfolge durchgeführt werden, wobei einer oder mehrere der Schritte zumindest teilweise auch gleichzeitig durchgeführt werden können und wobei einer oder mehrere der Schritte mehrfach wiederholt werden können. Darüber hinaus können weitere Schritte unabhängig davon, ob sie in der vorliegenden Anmeldung erwähnt werden oder nicht, zusätzlich ausgeführt werden.The method steps can be carried out in the order given, with one or more of the steps being able to be carried out at least partially simultaneously and with one or more of the steps being able to be repeated several times. In addition, other steps, whether or not mentioned in the present application, can additionally be carried out.
Der Begriff „Beleuchtungslichtstrahl“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf einen beliebigen Lichtstrahl beziehen, welcher emittiert und/oder ausgesandt wird, um den Retroreflektor zu beleuchten. Insbesondere kann es sich bei dem Beleuchtungslichtstrahl um einen von einer der Lokalisierungseinheiten zur Beleuchtung eines der Retroreflektoren erzeugten Lichtstrahl handeln. Die Lokalisierungseinheiten können jeweils mindestens eine Beleuchtungseinheit aufweisen. Die Beleuchtungseinheit kann eine Lichtquelle aufweisen, insbesondere eine Laserquelle.The term "illuminating light beam" as used herein is a broad term which should be given its ordinary and current meaning as understood by those skilled in the art. The term is not limited to any specific or adapted meaning. In particular, the term may refer, without limitation, to any beam of light that is emitted and/or transmitted to illuminate the retroreflector. In particular, the illuminating light beam can be a light beam generated by one of the localization units for illuminating one of the retroreflectors. The localization units can each have at least one lighting unit. The lighting unit can have a light source, in particular a laser source.
Der Begriff „Licht“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf eine elektromagnetische Strahlung in mindestens einem Spektralbereich ausgewählt aus dem sichtbaren Spektralbereich, dem ultravioletten Spektralbereich und dem Infraroten Spektralbereich beziehen. Der Begriff sichtbarer Spektralbereich umfasst grundsätzlich einen Bereich von 380 nm bis 780 nm. Der Begriff Infraroter (IR) Spektralbereich umfasst grundsätzlich einen Bereich von 780 nm bis 1000 µm, wobei der Bereich von 780 nm bis 1.4 µm als nahes Infrarot (NIR), und der Bereich von 15 µm bis 1000 µm als fernes Infrarot (FIR) bezeichnet wird. Der Begriff ultraviolett umfasst grundsätzlich einen Spektralbereich von 100 nm bis 380 nm. Der Begriff „Lichtstrahl“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf eine Lichtmenge beziehen, welche in eine bestimmte Richtung emittiert und/oder ausgesandt wird.The term "light" as used herein is a broad term, to which its ordinary and shall be given the usual meaning as understood by those skilled in the art. The term is not limited to any specific or adapted meaning. The term can, without limitation, relate in particular to electromagnetic radiation in at least one spectral range selected from the visible spectral range, the ultraviolet spectral range and the infrared spectral range. The term visible spectral range basically covers a range from 380 nm to 780 nm. The term infrared (IR) spectral range basically covers a range from 780 nm to 1000 µm, with the range from 780 nm to 1.4 µm being referred to as near infrared (NIR), and the range from 15 µm to 1000 µm is called far infrared (FIR). The term ultraviolet generally encompasses a spectral range from 100 nm to 380 nm. The term "ray of light" as used herein is a broad term which should be given its ordinary and current meaning as understood by those skilled in the art. The term is not limited to any specific or adapted meaning. In particular, the term may refer, without limitation, to an amount of light emitted and/or transmitted in a particular direction.
Das Verfahren umfasst ein Empfangen jeweils mindestens eines des von dem gemeinsam beleuchteten Retroreflektor oder von dem Retroreflektor-Ensemble reflektierten Lichtstrahls und Erzeugen jeweils mindestens eines Messsignals mit den, den Retroreflektor gemeinsam oder das Retroreflektor-Ensemble beleuchtenden, Lokalisierungseinheiten. Die Lokalisierungseinheiten können jeweils eingerichtet sein, mindestens einen reflektierten Lichtstrahl von dem von der jeweiligen Lokalisierungseinheit beleuchteten Retroreflektor zu empfangen und mindestens ein Messsignal in Antwort auf den reflektierten Lichtstrahl zu erzeugen. Der Begriff „Messsignal“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf ein beliebiges, insbesondere ein elektrisches, Signal beziehen, beispielsweise eine Spannung oder ein Strom, welches gemäß dem reflektierten, empfangenen Lichtstrahl oder unter Verwendung des reflektierten, empfangenen Lichtstrahls erzeugt wurde.The method includes receiving at least one of the light beams reflected by the jointly illuminated retroreflector or by the retroreflector ensemble and generating at least one measurement signal with the localization units that illuminate the retroreflector jointly or the retroreflector ensemble. The localization units can each be set up to receive at least one reflected light beam from the retroreflector illuminated by the respective localization unit and to generate at least one measurement signal in response to the reflected light beam. The term "measurement signal" as used herein is a broad term that should be given its ordinary and current meaning as understood by those skilled in the art. The term is not limited to any specific or adapted meaning. In particular, the term can, without limitation, refer to any, in particular an electrical, signal, for example a voltage or a current, which has been generated according to the reflected, received light beam or using the reflected, received light beam.
Das Verfahren umfasst ein Auswerten der Messsignale der Lokalisierungseinheiten. Das Auswerten kann unter Verwendung mindestens einer Auswerteeinheit erfolgen. Die Auswerteeinheit ist eingerichtet, aus den Messsignalen der Lokalisierungseinheiten die Position des gemeinsam beleuchteten Retroreflektors oder des Retroreflektor-Ensembles zu bestimmen. Das Auswerten umfasst ein Bestimmen einer ersten Position des gemeinsam beleuchteten Retroreflektors oder des Retroreflektor-Ensembles aus einem Messsignal einer ersten, den gemeinsam beleuchteten Retroreflektor oder das Retroreflektor-Ensemble beleuchtenden, Lokalisierungseinheit und einer zweiten Position des gemeinsam beleuchteten Retroreflektors oder des Retroreflektor-Ensembles aus einem Messsignal einer zweiten, den gemeinsam beleuchteten Retroreflektor oder das Retroreflektor-Ensemble beleuchtenden, Lokalisierungseinheit, so dass für den gemeinsam beleuchteten Retroreflektor oder das Retroreflektor-Ensemble zwei Positionen bestimmt werden. Das Auswerten kann ein Rekonstruieren einer 3D-Trajektorie des gemeinsam beleuchteten Retroreflektors oder des Retroreflektor-Ensembles umfassen. Das Auswerten kann ein Durchführen eines Multilaterationsverfahrens umfassen. Die Auswerteeinheit kann eingerichtet sein, mindestens ein Multilaterationsverfahren zur Bestimmung der 6D-Information des beleuchteten Retroreflektors durchzuführen. Der Begriff „Auswerteeinheit“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf eine Vorrichtung beziehen, welche eingerichtet ist, einen oder mehrere Auswerteschritte durchzuführen. Beispielsweise kann die Auswerteeinheit mindestens eine Datenverarbeitungsvorrichtung aufweisen, beispielsweise mindestens einen Computer oder Mikrocontroller. Die Auswerteeinheit kann insbesondere als zentrale Auswerteeinheit für die gesamte Messvorrichtung ausgestaltet sein. Alternativ ist jedoch auch eine dezentrale Auswerteeinheit mit mehreren einzelnen, miteinander kooperierenden Bestandteilen möglich. Die Auswerteeinheit kann weiterhin mindestens eine Benutzerschnittstelle aufweisen, beispielsweise mindestens eine Tastatur und/oder mindestens ein Display. Die Auswerteeinheit kann eingerichtet sein, die Messsignale der Lokalisierungseinheiten aufzunehmen und zu verarbeiten.The method includes evaluating the measurement signals of the localization units. The evaluation can take place using at least one evaluation unit. The evaluation unit is set up to determine the position of the jointly illuminated retroreflector or the retroreflector ensemble from the measurement signals of the localization units. The evaluation includes determining a first position of the jointly illuminated retroreflector or the retroreflector ensemble from a measurement signal from a first localization unit that illuminates the jointly illuminated retroreflector or the retroreflector ensemble and a second position of the jointly illuminated retroreflector or the retroreflector ensemble from a Measurement signal from a second localization unit illuminating the jointly illuminated retroreflector or the retroreflector ensemble, so that two positions are determined for the jointly illuminated retroreflector or the retroreflector ensemble. The evaluation can include reconstructing a 3D trajectory of the jointly illuminated retroreflector or the retroreflector ensemble. The evaluation can include performing a multilateration method. The evaluation unit can be set up to carry out at least one multilateration method for determining the 6D information of the illuminated retroreflector. The term "evaluation unit" as used herein is a broad term that should be given its ordinary and current meaning as understood by those skilled in the art. The term is not limited to any specific or adapted meaning. The term can, without limitation, relate in particular to a device that is set up to carry out one or more evaluation steps. For example, the evaluation unit can have at least one data processing device, for example at least one computer or microcontroller. The evaluation unit can be designed in particular as a central evaluation unit for the entire measuring device. Alternatively, however, a decentralized evaluation unit with a number of individual components that cooperate with one another is also possible. The evaluation unit can also have at least one user interface, for example at least one keyboard and/or at least one display. The evaluation unit can be set up to record and process the measurement signals from the localization units.
Mindestens einer der Retroreflektoren wird von mindestens zwei der Lokalisierungseinheiten aus unterschiedlichen Raumrichtungen beleuchtet. Es sind Ausführungsformen denkbar, in denen mindestens zwei der Retroreflektoren von mindestens zwei der Lokalisierungseinheiten aus unterschiedlichen Raumrichtungen beleuchtet werden. Es sind Ausführungsformen denkbar, in denen jeder der Retroreflektoren von mindestens zwei der Lokalisierungseinheiten aus unterschiedlichen Raumrichtungen beleuchtet wird. Das gemeinsame Beleuchten mindestens eines der Retroreflektoren ermöglicht festzustellen, welche scheinbaren von den Lokalisierungseinheiten festgestellten Positionsänderungen des gemeinsam beleuchteten Retroreflektors auf Änderungen der Luftsäuleneigenschaft zurückzuführen sind. Eine Änderung der Brechzahl bewirkt eine gleiche scheinbare Änderung des Abstandes eines Retroreflektors zu zwei, oder mehr, in unterschiedlichen Raumrichtung liegenden Lokalisierungseinheiten. Diese gleiche scheinbare Änderung ist physikalisch nicht möglich, da der Retroreflektor nur an einem Ort auszeichnet, so dass solche Abstandsänderungen, welche auf mehreren Lokalisierungseinheiten im Gleichtakt auftreten nur auf Brechzahlschwankungen zurückgeführt werden können. Bei einer Verwendung von extrem schnellen Lasertracern, beispielsweise mit einer Positionserfassungsrate von > 1kHz, können auch Turbulenzeinflüsse erfasst werden. Dies ist insbesondere für die Fertigungsumgebung vorteilhaft, da keine Änderung der Luftsäule für Messzwecke erforderlich wird.At least one of the retroreflectors is illuminated from different directions in space by at least two of the localization units. Embodiments are conceivable in which at least two of the retroreflectors are illuminated by at least two of the localization units from different directions in space. Embodiments are conceivable in which each of the retroreflectors is illuminated by at least two of the localization units from different directions in space. The joint illumination of at least one of the retroreflectors makes it possible to determine which apparent changes in position of the jointly illuminated retroreflector detected by the localization units Changes in the air column property are due. A change in the refractive index causes the same apparent change in the distance between a retroreflector and two or more localization units lying in different spatial directions. This same apparent change is not physically possible since the retroreflector is only visible at one location, so that changes in distance that occur synchronously on several localization units can only be attributed to fluctuations in the refractive index. When using extremely fast laser tracers, for example with a position detection rate of >1kHz, turbulence influences can also be detected. This is particularly advantageous for the manufacturing environment, since no change in the air column is required for measurement purposes.
Alternativ kann ein Retroreflektor-Ensemble mit den Beleuchtungslichtstrahlen der Lokalisierungseinheiten beleuchtet werden. Unter einem Retroreflektor-Ensemble kann eine Gruppe von mindestens zwei Retroreflektoren verstanden werden, deren Abstand im Vergleich zur Luftsäule klein und fix ist. Die Retroreflektoren können von verschiedenen Lokalisierungseinheiten beleuchtet werden, wobei es nicht notwendig ist, dass zwei Lokalisierungseinheiten einen gemeinsamen Retroreflektor beleuchten. Zusätzliche Retroreflektoren, von denen keiner von mehr als einer Lokalisierungseinheit beleuchtet wird, können ein Target umfassend die Retroreflektoren klobiger machen. Für viele Anwendungen können klobige Targets unproblematisch oder sogar aus Handhabbarkeitssicht vorteilhaft sein, weil der begrenzte Akzeptanzwinkel der Retroreflektoren weniger stark begrenzend auf die Größe des abgedeckten Lokalisierungsvolumens wirkt. Das unten beschriebene Gleichungssystem kann eindeutig lösbar sein, wenn keiner der Retroreflektoren des Ensembles gleichzeitig aus entgegenliegenden Richtungen angeleuchtet wird. Die einzelnen Retroreflektoren des Ensembles können hinreichend zeitinvariant angeordnet sein und die Lokalisierungseinheiten einander gegenüberliegen, derart, dass diese aus einander gegenüberliegenden Richtungen in das Lokalisierungsvolumen blicken.Alternatively, a retroreflector ensemble can be illuminated with the illumination light beams from the localization units. A retroreflector ensemble can be understood to mean a group of at least two retroreflectors, the distance between which is small and fixed compared to the air column. The retroreflectors can be illuminated by different locating units, it not being necessary for two locating units to illuminate a common retroreflector. Additional retroreflectors, none of which is illuminated by more than one locating unit, can add bulk to a target including the retroreflectors. For many applications, bulky targets can be unproblematic or even advantageous from a handling point of view, because the limited acceptance angle of the retroreflectors is less limiting on the size of the localization volume covered. The system of equations described below can be solved uniquely if none of the retroreflectors of the ensemble is illuminated simultaneously from opposite directions. The individual retroreflectors of the ensemble can be arranged in a sufficiently time-invariant manner and the localization units can be located opposite one another in such a way that they look into the localization volume from opposite directions.
In dem Verfahren kann eine Mehrzahl von Messpositionen angefahren werden. Das Verfahren kann ein Ausrichten der Lokalisierungseinheiten umfassen. Das Verfahren kann ein Verändern einer relativen Position der Retroreflektoren zu den Lokalisierungseinheiten umfassen. An jeder der Messpositionen kann die Luftsäuleneigenschaft bestimmt werden. So kann eine Verteilung der Luftsäuleneigenschaft bestimmt werden.A plurality of measurement positions can be approached in the method. The method may include aligning the locating units. The method may include changing a relative position of the retroreflectors to the locating units. The air column property can be determined at each of the measurement positions. Thus, a distribution of the air column property can be determined.
Das Bestimmen der Luftsäuleneigenschaft umfasst einen Vergleich der ersten und der zweiten Position des gemeinsam beleuchteten Retroreflektors oder des Retroreflektor-Ensembles. Eine im Wesentlichen identische Änderung der ersten und zweiten Position wird dabei als eine Änderung der Luftsäuleneigenschaft charakterisiert. Der Begriff „im Wesentlichen identisch“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere darauf beziehen, dass zwei Messwerte sich lediglich aufgrund statistischer Fehler im Rahmen definierter Toleranzen unterscheiden. Insbesondere kann sich der Begriff darauf beziehen, dass sich Positionen und/oder Änderungen von Positionen, beispielsweise in Form von Positionsänderungen wie Abstandsänderungen, lediglich aufgrund statistischer Abweichungen im Rahmen definierter Toleranzen unterscheiden. Beispielsweise kann eine optische Pfadlänge zwischen der ersten, den gemeinsam beleuchteten Retroreflektor beleuchtenden, Lokalisierungseinheit und dem gemeinsam beleuchteten Retroreflektor l1 betragen und eine angenommene Brechzahl entlang der Ausbreitungsrichtung des Beleuchtungslichtstrahls n1 sein. Beispielsweise kann eine optische Pfadlänge zwischen der zweiten, den gemeinsam beleuchteten Retroreflektor beleuchtenden, Lokalisierungseinheit und dem gemeinsam beleuchteten Retroreflektor l2 betragen und eine angenommene Brechzahl entlang der Ausbreitungsrichtung des Beleuchtungslichtstrahls n2 sein. Für eine konstante Brechzahl der Luftsäule gilt:
Für eine variable Brechzahl der Luftsäule gilt hingegen:
Das Verfahren kann ein Kompensieren und/oder Minimieren eines Einflusses der Luftsäuleneigenschaft auf eine Lokalisierungsgenauigkeit des Multilaterationssystems durch Kompensationsrechnung unter Berücksichtigung der bestimmten Luftsäuleneigenschaft umfassen. Die Begriffe „Kompensieren“ und „Minimieren“, wie sie hier verwendet werden, sind weite Begriffe, denen ihre gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Die Begriffe sind nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Die Begriffe können, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf ein Berücksichtigen der Luftsäuleneigenschaft bei der Positionsbestimmung umfassen. Beispielsweise kann die Luftsäuleneigenschaft als systematischer Fehler bei der Bestimmung der Position berücksichtigt werden. Beispielsweise könnte eine zu erwartende Unsicherheit der durchgeführten Lokalisierungen angegeben werden und/oder eine geschätzte Statistik der Genauigkeit der durchgeführten Lokalisierungen.The method can include compensating and/or minimizing an influence of the air column property on a localization accuracy of the multilateration system by compensation calculation taking into account the determined air column property. As used herein, the terms "compensate" and "minimize" are broad terms that should be given their ordinary and current meaning as understood by those skilled in the art. The terms are not limited to any specific or adapted meaning. The terms can, without limitation, refer in particular to taking into account the air column property when determining the position include. For example, the air column property can be taken into account as a systematic error when determining the position. For example, an expected uncertainty of the localizations carried out could be specified and/or an estimated statistic of the accuracy of the localizations carried out.
Das Verfahren kann ein Erfassen mindestens eines Umgebungsparameters mit mindestens einer Umgebungsparametererfassungseinheit umfassen. Der Begriff „Umgebungsparameter“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf eine physikalische Eigenschaft beziehen. Die Umgebungsparameter können beispielsweise Temperatur, Luftdruck und/oder Luftfeuchtigkeit in dem Arbeitsvolumen umfassen. Die Umgebungsparametererfassungseinheit kann mindestens einen Sensor zur Erfassung eines Umgebungsparameters aufweisen. Der Sensor kann ein Temperatursensor und/oder ein Drucksensor und/oder ein Feuchtesensor sein. Eine Verwendung der Umgebungsparametererfassungseinheit kann ein online-Auswerten gemäß der Edlen-Gleichung erlauben. Das Verfahren kann ein Bestimmen einer Brechzahlverteilung für das Arbeitsvolumen umfassen. Das Bestimmen der Brechzahlverteilung kann ein Lösen der Edlen-Gleichung unter Berücksichtigung der Umgebungsparameter umfassen.The method can include acquiring at least one environmental parameter with at least one environmental parameter acquisition unit. The term "environmental parameter" as used herein is a broad term that should be given its ordinary and current meaning as understood by those skilled in the art. The term is not limited to any specific or adapted meaning. In particular, the term can, without limitation, refer to a physical property. The environmental parameters can include, for example, temperature, air pressure and/or air humidity in the working volume. The environmental parameter acquisition unit can have at least one sensor for acquiring an environmental parameter. The sensor can be a temperature sensor and/or a pressure sensor and/or a humidity sensor. Using the environmental parameter detection unit can allow online evaluation according to the Edlen equation. The method may include determining a refractive index distribution for the working volume. Determining the refractive index distribution can include solving the Edlen equation, taking the environmental parameters into account.
Das Beleuchten des jeweiligen Retroreflektors mit dem Beleuchtungslichtstrahl und das Empfangen des reflektierten Lichtstrahls kann über Freiluftstrecken erfolgen. Alternativ oder zusätzlich können feste und/oder temperaturinvariante Interferometerstrecken vorgesehen sein. Das Multilaterationssystem kann die festen und/oder temperaturinvarianten Interferometerstrecken aufweisen. Beispielsweise können drei feste Interferometerstrecken, beispielsweise entlang von Begrenzungskanten des Arbeitsvolumens aufgespannt werden. Eine Fusion der Auswertungen gemäß der Edlen-Gleichung für die Umgebungsparameter, der fest verbauten Interferometer und der beweglichen interferometrischen Messtrecken der 6-DOF-Multilateration kann eine Berechnung der momentanen Brechzahlverhältnisse erlauben, so dass eine Online-Kompensation, also während des Auswertens, des Einflusses von Brechzahlschwankungen möglich ist.The illumination of the respective retroreflector with the illuminating light beam and the receiving of the reflected light beam can take place via open air distances. Alternatively or additionally, fixed and/or temperature-invariant interferometer sections can be provided. The multilateration system can have the fixed and/or temperature-invariant interferometer paths. For example, three fixed interferometer paths can be spanned, for example along the boundary edges of the working volume. A fusion of the evaluations according to the Edlen equation for the environmental parameters, the permanently installed interferometer and the movable interferometric measuring sections of the 6-DOF multilateration can allow the instantaneous refractive index ratios to be calculated, so that online compensation, i.e. during the evaluation, of the influence of refractive index fluctuations is possible.
Zumindest die Verfahrensschritte c) und d) können computerimplementiert sein und/oder automatisch durchgeführt werden. Der Begriff „computerimplementiert“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf ein Verfahren beziehen, welches mindestens einen Computer und/oder mindestens ein Computer-Netzwerk involviert. Der Computer und/oder das Computer-Netzwerk können mindestens einen Prozessor umfassen, wobei der Prozessor dazu eingerichtet ist mindestens einen Verfahrensschritt des Verfahrens der Erfindung durchzuführen. Bevorzugt wird jeder der Verfahrensschritte jeweils von dem Computer und/oder dem Computer-Netzwerk durchgeführt. Der Begriff „automatisch“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf einen Prozess beziehen, welcher vollständig durch einen Computer und/oder ein Computer-Netzwerk und/oder eine Maschine insbesondere ohne Benutzerinteraktion und/oder manuelles Eingreifen durchgeführt wird. Eine Benutzerinteraktion kann erforderlich sein, um den Prozess und/oder einzelne Prozessschritte einzuleiten. Die Benutzerinteraktion kann das Auswählen von mindestens einem Datensatz und/oder das Eingeben mindestens eines Befehls umfassen.At least method steps c) and d) can be computer-implemented and/or carried out automatically. The term "computer-implemented," as used herein, is a broad term that should be given its ordinary and current meaning as understood by those skilled in the art. The term is not limited to any specific or adapted meaning. In particular, the term may refer, without limitation, to a method involving at least one computer and/or at least one computer network. The computer and/or the computer network can comprise at least one processor, the processor being set up to carry out at least one method step of the method of the invention. Each of the method steps is preferably carried out by the computer and/or the computer network. The term "automatic" as used herein is a broad term that should be given its ordinary and current meaning as understood by those skilled in the art. The term is not limited to any specific or adapted meaning. The term can, without limitation, refer in particular to a process that is performed entirely by a computer and/or a computer network and/or a machine, in particular without user interaction and/or manual intervention. User interaction may be required to initiate the process and/or individual process steps. The user interaction may include selecting at least one record and/or entering at least one command.
Ferner wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Computerprogramm vorgeschlagen, das bei Ablauf auf einem Computer oder Computer-Netzwerk das erfindungsgemäße Verfahren, insbesondere die Schritte c) und d) des erfindungsgemäßen Verfahrens, in einer seiner Ausgestaltungen ausführt.Furthermore, within the scope of the present invention, a computer program is proposed which, when run on a computer or computer network, executes the method according to the invention, in particular steps c) and d) of the method according to the invention, in one of its configurations.
Weiterhin wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Computerprogramm mit Programmcode-Mitteln vorgeschlagen, um das erfindungsgemäße Verfahren, insbesondere die Schritte c) und d) des erfindungsgemäßen Verfahrens, in einer seiner Ausgestaltungen durchzuführen, wenn das Programm auf einem Computer oder Computer-Netzwerk ausgeführt wird. Insbesondere können die Programmcode-Mittel auf einem computerlesbaren Datenträger und/oder einem computerlesbaren Speichermedium gespeichert sein.Furthermore, within the scope of the present invention, a computer program with program code means is proposed in order to carry out the method according to the invention, in particular steps c) and d) of the method according to the invention, in one of its configurations when the program is run on a computer or computer network . In particular, the program code means can be stored on a computer-readable data carrier and/or a computer-readable storage medium.
Die Begriffe „computerlesbarer Datenträger“ und „computerlesbares Speichermedium“, wie sie hier verwendet werden, können sich insbesondere auf nicht-transitorische Datenspeicher beziehen, beispielsweise ein Hardware-Datenspeichermedium, auf welchem computer-ausführbare Instruktionen gespeichert sind. Der computerlesbare Datenträger oder das computerlesbare Speichermedium können insbesondere ein Speichermedium wie ein Random-Access Memory (RAM) und/oder ein Read-Only Memory (ROM) sein oder umfassen.As used herein, the terms "computer-readable data carrier" and "computer-readable storage medium" may refer in particular to non-transitory data storage, for example a hardware data storage medium on which computer-executable instructions are stored. The computer-readable data carrier or the computer-readable storage medium can, in particular, be a storage medium such as an edge be or include om-access memory (RAM) and/or read-only memory (ROM).
Außerdem wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Datenträger vorgeschlagen, auf dem eine Datenstruktur gespeichert ist, die nach einem Laden in einen Arbeits- und/oder Hauptspeicher eines Computers oder Computer-Netzwerkes das erfindungsgemäße Verfahren, insbesondere die Schritte c) und d) des erfindungsgemäßen Verfahrens, in einer seiner Ausgestaltungen ausführen kann.In addition, within the scope of the present invention, a data carrier is proposed, on which a data structure is stored which, after loading into a working and/or main memory of a computer or computer network, the method according to the invention, in particular steps c) and d) of the method according to the invention Process can run in one of its configurations.
Auch wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Computerprogramm-Produkt mit auf einem maschinenlesbaren Träger gespeicherten Programmcode-Mitteln vorgeschlagen, um zumindest die Schritte c) und d) des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer seiner Ausgestaltungen durchzuführen, wenn das Programm auf einem Computer oder Computer-Netzwerk ausgeführt wird.The present invention also proposes a computer program product with program code means stored on a machine-readable carrier in order to carry out at least steps c) and d) of the method according to the invention in one of its configurations if the program is on a computer or computer network is performed.
Dabei wird unter einem Computer-Programmprodukt das Programm als handelbares Produkt verstanden. Es kann grundsätzlich in beliebiger Form vorliegen, so zum Beispiel auf Papier oder einem computerlesbaren Datenträger und kann insbesondere über ein Datenübertragungsnetz verteilt werden.A computer program product is understood as the program as a tradable product. In principle, it can be in any form, for example on paper or on a computer-readable data medium, and can be distributed in particular via a data transmission network.
Weiter wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein moduliertes Datensignal vorgeschlagen, welches von einem Computersystem oder Computernetzwerk ausführbare Instruktionen zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens, insbesondere der Schritte c) und d) des erfindungsgemäßen Verfahrens, nach einer der beschriebenen Ausführungsformen enthält.A modulated data signal is also proposed within the scope of the present invention, which contains instructions executable by a computer system or computer network for carrying out the method according to the invention, in particular steps c) and d) of the method according to one of the described embodiments.
In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein optisches Navigationssystem vorgeschlagen. Das optische Navigationssystem weist mindestens ein Multilaterationssystem auf. Das Multilaterationssystem umfasst mindestens drei Retroreflektoren und mindestens sechs Lokalisierungseinheiten oder mindestens sechs Retroreflektoren und mindestens drei Lokalisierungseinheiten. Die Lokalisierungseinheiten sind um das Arbeitsvolumen herum angeordnet oder die Retroreflektoren sind um die Lokalisierungseinheiten herum angeordnet. Mindestens zwei der Lokalisierungseinheiten sind eingerichtet jeweils mindestens einen Beleuchtungslichtstrahl zu erzeugen und einen gemeinsamen Retroreflektor oder ein Retroreflektor-Ensemble aus unterschiedlichen Raumrichtungen zu beleuchten. Die den Retroreflektor gemeinsam oder das Retroreflektor-Ensemble beleuchtenden, Lokalisierungseinheiten sind eingerichtet jeweils mindestens einen des von dem gemeinsam beleuchteten Retroreflektor oder dem Retroreflektor-Ensemble reflektierten Lichtstrahl zu empfangen und jeweils mindestens ein Messsignal zu erzeugen. Das optische Navigationssystem weist mindestens eine Auswerteeinheit auf. Die Auswerteeinheit ist eingerichtet, um die Messsignale der Lokalisierungseinheiten auszuwerten. Das Auswerten umfasst ein Bestimmen einer ersten Position des gemeinsam beleuchteten Retroreflektors oder des Retroreflektor-Ensembles aus einem Messsignal einer ersten, den gemeinsam beleuchteten Retroreflektor oder das Retroreflektor-Ensemble beleuchtenden, Lokalisierungseinheit und einer zweiten Position des gemeinsam beleuchteten Retroreflektors oder des Retroreflektor-Ensembles aus einem Messsignal einer zweiten, den gemeinsam beleuchteten Retroreflektor oder das Retroreflektor-Ensemble beleuchtenden, Lokalisierungseinheit, so dass für den gemeinsam beleuchteten Retroreflektor oder das Retroreflektor-Ensemble zwei Positionen bestimmt werden. Die Auswerteeinheit ist eingerichtet, um die Luftsäuleneigenschaft durch Vergleichen der ersten Position und der zweiten Position des gemeinsam beleuchteten Retroreflektors oder des Retroreflektor-Ensembles zu bestimmen. Eine im Wesentlichen identische Änderung der ersten Position und der zweiten Position wird als eine Änderung der Luftsäuleneigenschaft charakterisiert.In a further aspect of the present invention, an optical navigation system is proposed. The optical navigation system has at least one multilateration system. The multilateration system comprises at least three retroreflectors and at least six localization units or at least six retroreflectors and at least three localization units. The localization units are arranged around the working volume or the retroreflectors are arranged around the localization units. At least two of the localization units are set up to generate at least one illumination light beam each and to illuminate a common retroreflector or a retroreflector ensemble from different spatial directions. The localization units that illuminate the retroreflector together or the retroreflector ensemble are each set up to receive at least one of the light beams reflected by the jointly illuminated retroreflector or the retroreflector ensemble and to generate at least one measurement signal in each case. The optical navigation system has at least one evaluation unit. The evaluation unit is set up to evaluate the measurement signals from the localization units. The evaluation includes determining a first position of the jointly illuminated retroreflector or the retroreflector ensemble from a measurement signal from a first localization unit that illuminates the jointly illuminated retroreflector or the retroreflector ensemble and a second position of the jointly illuminated retroreflector or the retroreflector ensemble from a Measurement signal from a second localization unit illuminating the jointly illuminated retroreflector or the retroreflector ensemble, so that two positions are determined for the jointly illuminated retroreflector or the retroreflector ensemble. The evaluation unit is set up to determine the air column property by comparing the first position and the second position of the jointly illuminated retroreflector or the retroreflector ensemble. A substantially identical change in the first position and the second position is characterized as a change in air column property.
Die Auswerteeinheit kann eingerichtet sein, einen oder mehrere Auswerteschritte durchzuführen. Beispielsweise kann die Auswerteeinheit mindestens eine Datenverarbeitungsvorrichtung aufweisen, beispielsweise mindestens einen Computer oder Mikrocontroller. Die Auswerteeinheit kann insbesondere als zentrale Auswerteeinheit für das gesamte optische Navigationssystem ausgestaltet sein. Alternativ ist jedoch auch eine dezentrale Auswerteeinheit mit mehreren einzelnen, miteinander kooperierenden Bestandteilen möglich. Die Auswerteeinheit kann weiterhin mindestens eine Benutzerschnittstelle aufweisen, beispielsweise mindestens eine Tastatur und/oder mindestens ein Display. Die Auswerteeinheit kann eingerichtet sein, die Messsignale der Lokalisierungseinheiten aufzunehmen und zu verarbeiten.The evaluation unit can be set up to carry out one or more evaluation steps. For example, the evaluation unit can have at least one data processing device, for example at least one computer or microcontroller. The evaluation unit can be designed in particular as a central evaluation unit for the entire optical navigation system. Alternatively, however, a decentralized evaluation unit with a number of individual components that cooperate with one another is also possible. The evaluation unit can also have at least one user interface, for example at least one keyboard and/or at least one display. The evaluation unit can be set up to record and process the measurement signals from the localization units.
Das optische Navigationssystem kann eingerichtet sein ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen. Für weitere Definitionen und Ausgestaltungen des optischen Navigationssystems kann auf Definitionen und Ausgestaltungen des Verfahrens zum Bestimmen von einer Änderung mindestens einer Luftsäuleneigenschaft verwiesen werden.The optical navigation system can be set up to carry out a method according to the invention. For further definitions and configurations of the optical navigation system, reference can be made to definitions and configurations of the method for determining a change in at least one air column property.
Das optische Navigationssystem kann weiterhin mindestens eine Steuereinheit aufweisen. Die Steuereinheit kann eingerichtet sein die Lokalisierungseinheiten relativ zu den Retroreflektoren auszurichten. Die Steuereinheit kann eingerichtet sein eine Mehrzahl von Messpositionen anzufahren. An jeder der Messpositionen können die Luftsäuleneigenschaft bestimmt werden. Der Begriff „Steuereinheit“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf eine Vorrichtung beziehen, welche eingerichtet ist, mindestens ein Bauteil oder einen Prozess zu steuern oder zu regeln. Beispielsweise kann die Steuereinheit mindestens eine Datenverarbeitungsvorrichtung aufweisen, beispielsweise mindestens einen Computer oder Mikrocontroller. Die Steuereinheit kann insbesondere als zentrale Steuereinheit für die gesamte Messvorrichtung ausgestaltet sein. Alternativ ist jedoch auch eine dezentrale Steuereinheit mit mehreren einzelnen, miteinander kooperierenden Bestandteilen möglich. Die Steuereinheit kann weiterhin mindestens eine Benutzerschnittstelle aufweisen, beispielsweise mindestens eine Tastatur und/oder mindestens ein Display. Die Steuereinheit kann eingerichtet sein, die Lokalisierungseinheiten relativ zu den Retroreflektoren auszurichten. Die Steuereinheit kann eingerichtet sein, eine Bewegung der Lokalisierungseinheiten zu steuern oder zu regeln.The optical navigation system can also have at least one control unit. The control unit can be set up to align the localization units relative to the retroreflectors. The control unit can be set up to move to a plurality of measurement positions. At each of the measurement positions, the air column property can be determined. The term "controller" as used herein is a broad term that should be given its ordinary and current meaning as understood by those skilled in the art. The term is not limited to any specific or adapted meaning. The term can, without limitation, relate in particular to a device which is set up to control or regulate at least one component or a process. For example, the control unit can have at least one data processing device, for example at least one computer or microcontroller. The control unit can be designed in particular as a central control unit for the entire measuring device. Alternatively, however, a decentralized control unit with a plurality of individual components that cooperate with one another is also possible. The control unit can also have at least one user interface, for example at least one keyboard and/or at least one display. The control unit can be set up to align the localization units relative to the retroreflectors. The control unit can be set up to control or regulate a movement of the localization units.
Die Auswerteeinheit kann eingerichtet sein zu einem Kompensieren und/oder Minimieren eines Einflusses der Luftsäuleneigenschaft auf eine Lokalisierungsgenauigkeit des Multilaterationssystems durch Kompensationsrechnung unter Berücksichtigung der bestimmten Luftsäuleneigenschaft.The evaluation unit can be set up to compensate for and/or minimize an influence of the air column property on a localization accuracy of the multilateration system by means of a compensation calculation, taking into account the determined air column property.
Jede der Lokalisierungseinheiten kann mindestens ein Element aufweisen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: einem Lasertracer; einem Lasertracker; einem LIDAR-Sensor, bevorzugt einem FMCW-LIDAR-Sensor, Flugzeit (TOF)-Abstandsmesser, andere Abstandsmesser, beispielsweise basierend auf mindestens einem modengekoppelten Laser.Each of the localization units can have at least one element selected from the group consisting of: a laser tracer; a laser tracker; a LIDAR sensor, preferably an FMCW LIDAR sensor, time-of-flight (TOF) range finder, other range finders, for example based on at least one mode-locked laser.
Das optische Navigationssystem kann mindestens eine Umgebungsparametererfassungseinheit umfassen, welche eingerichtet ist, um mindestens einen Umgebungsparameter zu erfassen. Die Umgebungsparametererfassungseinheit kann mindestens einen Sensor zur Erfassung eines Umgebungsparameters aufweisen. Der Sensor kann ein Temperatursensor und/oder ein Drucksensor und/oder ein Feuchtesensor sein.The visual navigation system can include at least one environmental parameter acquisition unit, which is set up to acquire at least one environmental parameter. The environmental parameter acquisition unit can have at least one sensor for acquiring an environmental parameter. The sensor can be a temperature sensor and/or a pressure sensor and/or a humidity sensor.
Die Auswerteeinheit kann eingerichtet sein, um eine Brechzahlverteilung für das Arbeitsvolumen zu bestimmen. Das Bestimmen der Brechzahlverteilung kann ein Lösen der Edlen-Gleichung unter Berücksichtigung der Umgebungsparameter umfassen.The evaluation unit can be set up to determine a refractive index distribution for the working volume. Determining the refractive index distribution can include solving the Edlen equation, taking the environmental parameters into account.
Das optische Navigationssystem kann Freiluftstrecken und/oder feste und/oder temperaturinvariante Interferometerstrecken umfassen.The optical navigation system may include open-air routes and/or fixed and/or temperature-invariant interferometer routes.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung weisen zahlreiche Vorteile gegenüber bekannten Vorrichtungen und Verfahren auf. Es kann im Rahmen hochgenauer Positionsmessungen eine Kompensation von Schwankungen von Luftsäuleneigenschaften, mit geringer Komplexität hinsichtlich der Hardware, ermöglicht werden. Hardware, die zur Positionserfassung von Messobjekten genutzt werden kann, kann ohne zusätzliche Komponenten auch zur Kompensation der Schwankungen von Luftsäuleneigenschaften verwendet werden. Durch die hohe Positionserfassungsrate optischer Navigationssysteme können dabei sogar Turbulenzeinflüsse erfasst werden. Dieses kann insbesondere für Fertigungsumgebungen vorteilhaft sein, da somit keine Aufbereitung der Luftsäule für Messzwecke mehr erforderlich ist. Insgesamt kann ein hohes Genauigkeitspotential optischer Positionserfassungssysteme mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung auch auf großen Messstrecken und bei großen Messobjekten in Fertigungsumgebungen erreicht werden.The method according to the invention and the device according to the invention have numerous advantages over known devices and methods. Within the scope of high-precision position measurements, it is possible to compensate for fluctuations in air column properties with little complexity in terms of hardware. Hardware that can be used to detect the position of measurement objects can also be used to compensate for the fluctuations in air column properties without additional components. Due to the high position detection rate of optical navigation systems, even turbulence influences can be detected. This can be particularly advantageous for production environments, since the air column no longer needs to be prepared for measurement purposes. All in all, a high accuracy potential of optical position detection systems can be achieved with the method according to the invention and the device according to the invention, even on long measurement paths and with large measurement objects in production environments.
Zusammenfassend werden, ohne Beschränkung weiterer möglicher Ausgestaltungen, folgende Ausführungsformen vorgeschlagen:
- Ausführungsform 1: Verfahren zum Bestimmen von einer Änderung mindestens einer Luftsäuleneigenschaft in mindestens einem Arbeitsvolumen eines optischen Navigationssystems, wobei das optische Navigationssystem mindestens ein Multilaterationssystem umfassend mindestens drei Retroreflektoren und mindestens sechs Lokalisierungseinheiten oder mindestens sechs Retroreflektoren und mindestens drei Lokalisierungseinheiten aufweist, wobei die Lokalisierungseinheiten um das Arbeitsvolumen herum angeordnet sind oder die Retroreflektoren um die Lokalisierungseinheiten herum angeordnet sind, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
- a) Erzeugen jeweils mindestens eines Beleuchtungslichtstrahls mit mindestens zwei der Lokalisierungseinheiten und Beleuchten eines gemeinsamen Retroreflektors oder eines Retroreflektor-Ensembles aus unterschiedlichen Raumrichtungen mit den Beleuchtungslichtstrahlen der Lokalisierungseinheiten;
- b) Empfangen jeweils mindestens eines des von dem gemeinsam beleuchteten Retroreflektor oder dem Retroreflektor-Ensemble reflektierten Lichtstrahls und Erzeugen jeweils mindestens eines Messsignals mit den, den Retroreflektor gemeinsam oder das Retroreflektor-Ensemble beleuchtenden, Lokalisierungseinheiten;
- c) Auswerten der Messsignale der Lokalisierungseinheiten, wobei das Auswerten ein Bestimmen einer ersten Position des gemeinsam beleuchteten Retroreflektors oder des Retroreflektor-Ensembles aus einem Messsignal einer ersten, den gemeinsam beleuchteten Retroreflektor oder das Retroreflektor-Ensemble beleuchtenden, Lokalisierungseinheit und einer zweiten Position des gemeinsam beleuchteten Retroreflektors oder des Retroreflektor-Ensembles aus einem Messsignal einer zweiten, den gemeinsam beleuchteten Retroreflektor oder das Retroreflektor-Ensemble beleuchtenden, Lokalisierungseinheit umfasst, so dass für den gemeinsam beleuchteten Retroreflektor oder das Retroreflektor-Ensemble zwei Positionen bestimmt werden;
- d) Bestimmen der Luftsäuleneigenschaft durch Vergleichen der ersten Position und der zweiten Position des gemeinsam beleuchteten Retroreflektors oder des Retroreflektor-Ensembles, wobei eine im Wesentlichen identische Änderung der ersten Position und der zweiten Position als eine Änderung der Luftsäuleneigenschaft charakterisiert wird.
- Ausführungsform 2: Verfahren nach der vorhergehenden Ausführungsform, wobei das Verfahren ein Kompensieren und/oder Minimieren eines Einflusses der Luftsäuleneigenschaft auf eine Lokalisierungsgenauigkeit des Multilaterationssystems durch Kompensationsrechnung unter Berücksichtigung der bestimmten Luftsäuleneigenschaft umfasst.
- Ausführungsform 3: Verfahren nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei jede der Lokalisierungseinheiten mindestens eine auf Laufzeit- und/oder Interferometrie-Messprinzipien basierende Sensorik aufweist, wobei die Sensorik mindestens ein Element umfasst ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: einem Lasertracer; einem Lasertracker; einem LIDAR-Sensor, bevorzugt einem FMCW-LIDAR-Sensor, Flugzeit (TOF)-Abstandsmesser, andere Abstandsmesser, beispielsweise basierend auf mindestens einem modengekoppelten Laser.
- Ausführungsform 4: Verfahren nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei die Luftsäuleneigenschaft mindestens eine Eigenschaft umfasst ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: einer Brechzahl; einer Brechzahlverteilung im Arbeitsvolumen; einer Brechzahlschwankung; und einer Turbulenz.
- Ausführungsform 5: Verfahren nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei das Verfahren ein Erfassen mindestens eines Umgebungsparameters mit mindestens einer Umgebungsparametererfassungseinheit umfasst, wobei die Umgebungsparametererfassungseinheit mindestens einen Sensor zur Erfassung eines Umgebungsparameters aufweist, wobei der Sensor ein Temperatursensor und/oder ein Drucksensor und/oder ein Feuchtesensor ist.
- Ausführungsform 6: Verfahren nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei das Multilatertionssystem feste und/oder temperaturinvariante Interferometerstrecken aufweist.
- Ausführungsform 7: Verfahren nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei in dem Verfahren eine Mehrzahl von Messpositionen angefahren wird, wobei das Verfahren ein Verändern einer relativen Position der Retroreflektoren zu den Lokalisierungseinheiten umfasst, wobei an jeder der Messpositionen die Luftsäuleneigenschaft bestimmt wird.
- Ausführungsform 10: Optisches Navigationssystem, wobei das optische Navigationssystem mindestens ein Multilaterationssystem aufweist, wobei das Multilaterationssystem mindestens drei Retroreflektoren und mindestens sechs Lokalisierungseinheiten oder mindestens sechs Retroreflektoren und mindestens drei Lokalisierungseinheiten umfasst, wobei die Lokalisierungseinheiten um das Arbeitsvolumen herum angeordnet sind oder die Retroreflektoren um die Lokalisierungseinheiten herum angeordnet sind, wobei mindestens zwei der Lokalisierungseinheiten eingerichtet sind jeweils mindestens einen Beleuchtungslichtstrahl zu erzeugen und einen gemeinsamen Retroreflektor oder ein Retroreflektor-Ensemble aus unterschiedlichen Raumrichtungen zu beleuchten, wobei die den Retroreflektor gemeinsam oder das Retroreflektor-Ensemble beleuchtenden, Lokalisierungseinheiten eingerichtet sind jeweils mindestens einen des von dem gemeinsam beleuchteten Retroreflektor oder dem Retroreflektor-Ensemble reflektierten Lichtstrahl zu empfangen und jeweils mindestens ein Messsignal zu erzeugen, wobei das optische Navigationssystem mindestens eine Auswerteeinheit aufweist, wobei die Auswerteeinheit eingerichtet ist, um die Messsignale der Lokalisierungseinheiten auszuwerten, wobei das Auswerten ein Bestimmen einer ersten Position des gemeinsam beleuchteten Retroreflektors oder des Retroreflektor-Ensembles aus einem Messsignal einer ersten, den gemeinsam beleuchteten Retroreflektor oder das Retroreflektor-Ensemble beleuchtenden, Lokalisierungseinheit und einer zweiten Position des gemeinsam beleuchteten Retroreflektors oder des Retroreflektor-Ensembles aus einem Messsignal einer zweiten, den gemeinsam beleuchteten Retroreflektor oder das Retroreflektor-Ensemble beleuchtenden, Lokalisierungseinheit umfasst, so dass für den gemeinsam beleuchteten Retroreflektor oder das Retroreflektor-Ensemble zwei Positionen bestimmt werden, wobei die Auswerteeinheit eingerichtet ist, um die Luftsäuleneigenschaft durch Vergleichen der ersten Position und er zweiten Position des gemeinsam beleuchteten Retroreflektors oder des Retroreflektor-Ensembles zu bestimmen, wobei eine im Wesentlichen identische Änderung der ersten Position und der zweiten Position als eine Änderung der Luftsäuleneigenschaft charakterisiert wird.
- Ausführungsform 11: Optisches Navigationssystem nach der vorhergehenden Ausführungsform, wobei das optische Navigationssystem eingerichtet ist ein Verfahren nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen durchzuführen.
- Ausführungsform 12: Optisches Navigationssystem nach einer der vorhergehenden, ein optisches Navigationssystem betreffenden, Ausführungsformen, wobei das optische Navigationssystem weiterhin mindestens eine Steuereinheit aufweist, wobei die Steuereinheit eingerichtet ist, die Lokalisierungseinheiten relativ zu den Retroreflektoren auszurichten, wobei die Steuereinheit eingerichtet ist eine Mehrzahl von Messpostionien anzufahren, wobei an jeder der Messpositionen die Luftsäuleneigenschaft bestimmt wird.
- Ausführungsform 13: Optisches Navigationssystem nach einer der vorhergehenden, ein optisches Navigationssystem betreffenden, Ausführungsformen, wobei die Auswerteeinheit eingerichtet ist zu einem Kompensieren und/oder Minimieren eines Einflusses der Luftsäuleneigenschaft auf eine Lokalisierungsgenauigkeit des Multilaterationssystems durch Kompensationsrechnung unter Berücksichtigung der bestimmten Luftsäuleneigenschaft.
- Ausführungsform 14: Optisches Navigationssystem nach einer der vorhergehenden, ein optisches Navigationssystem betreffenden Ausführungsformen, wobei jede der Lokalisierungseinheiten mindestens ein Element aufweist ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: einem Lasertracer; einem Lasertracker; einem LIDAR-Sensor, bevorzugt einem FMCW-LIDAR-Sensor.
- Ausführungsform 15: Optisches Navigationssystem nach einer der vorhergehenden, ein optisches Navigationssystem betreffenden Ausführungsformen, wobei das optische Navigationssystem mindestens eine Umgebungsparametererfassungseinheit umfasst, welche eingerichtet ist, um mindestens einen Umgebungsparameter zu erfassen, wobei die Umgebungsparametererfassungseinheit mindestens einen Sensor zur Erfassung eines Umgebungsparameters aufweist, wobei der Sensor ein Temperatursensor und/oder ein Drucksensor und/oder ein Feuchtesensor ist.
- Ausführungsform 16: Optisches Navigationssystem nach der vorhergehenden Ausführungsform, wobei die Auswerteeinheit eingerichtet ist, um eine Brechzahlverteilung für das Arbeitsvolumen zu bestimmen, wobei das Bestimmen der Brechzahlverteilung ein Lösen der Edlen-Gleichung unter Berücksichtigung der Umgebungsparameter umfasst.
- Ausführungsform 17: Optisches Navigationssystem nach einer der vorhergehenden, ein optisches Navigationssystem betreffenden Ausführungsformen, wobei das optische Navigationssystem Freiluftstrecken und/oder feste und/oder temperaturinvariante Interferometerstrecken umfasst.
- Ausführungsform 18: Computerprogramm mit Programmcode-Mitteln, um ein Verfahren nach einer der vorhergehenden, ein Verfahren betreffenden, Ausführungsformen, insbesondere mindestens Schritte c) und d) des Verfahrens, durchzuführen, wenn das Programm auf einem Computer oder einem Computer-Netzwerk ausgeführt wird.
- Embodiment 1: Method for determining a change in at least one air column property in at least one working volume of an optical navigation system, the optical navigation system having at least one multilateration system comprising at least three retroreflectors and at least six localization units or at least six retroreflectors and at least three localization units, the localization units being working volumes are arranged around or the retroreflectors are arranged around the localization units, the method comprising the following steps:
- a) generating in each case at least one illuminating light beam with at least two of the localization units and illuminating a common retroreflector or a retroreflector ensemble from different spatial directions with the illuminating light beams of the localization units;
- b) receiving in each case at least one of the light beams reflected by the jointly illuminated retroreflector or the retroreflector ensemble and generating in each case at least one measurement signal with the retroreflector localization units illuminating together or the retroreflector ensemble;
- c) Evaluation of the measurement signals of the localization units, the evaluation determining a first position of the jointly illuminated retroreflector or of the retroreflector ensemble from a measurement signal of a first localization unit illuminating the jointly illuminated retroreflector or the retroreflector ensemble and a second position of the jointly illuminated retroreflector or the retroreflector ensemble from a measurement signal from a second localization unit illuminating the jointly illuminated retroreflector or the retroreflector ensemble, so that two positions are determined for the jointly illuminated retroreflector or the retroreflector ensemble;
- d) determining the air column property by comparing the first position and the second position of the co-illuminated retroreflector or retroreflector ensemble, wherein a substantially identical change in the first position and the second position is characterized as a change in the air column property.
- Embodiment 2 Method according to the preceding embodiment, wherein the method comprises compensating for and/or minimizing an influence of the air column property on a localization accuracy of the multilateration system by compensation calculation taking into account the determined air column property.
- Embodiment 3: Method according to one of the preceding embodiments, wherein each of the localization units has at least one sensor system based on transit time and/or interferometry measurement principles, the sensor system comprising at least one element selected from the group consisting of: a laser tracer; a laser tracker; a LIDAR sensor, preferably an FMCW LIDAR sensor, time-of-flight (TOF) range finder, other range finders, for example based on at least one mode-locked laser.
- Embodiment 4: Method according to one of the preceding embodiments, wherein the air column property comprises at least one property selected from the group consisting of: a refractive index; a refractive index distribution in the working volume; a refractive index variation; and a turbulence.
- Embodiment 5: Method according to one of the preceding embodiments, wherein the method comprises detecting at least one environmental parameter with at least one environmental parameter detection unit, the environmental parameter detection unit having at least one sensor for detecting an environmental parameter, the sensor being a temperature sensor and/or a pressure sensor and/or a humidity sensor is.
- Embodiment 6 Method according to one of the preceding embodiments, in which the multilatertion system has fixed and/or temperature-invariant interferometer paths.
- Embodiment 7 Method according to one of the preceding embodiments, wherein in the method a plurality of measurement positions are approached, the method comprising changing a position of the retroreflectors relative to the localization units, the air column property being determined at each of the measurement positions.
- Embodiment 10: Optical navigation system, wherein the optical navigation system has at least one multilateration system, wherein the multilateration system comprises at least three retroreflectors and at least six localization units or at least six retroreflectors and at least three localization units, the localization units being arranged around the working volume or the retroreflectors around the localization units are arranged around it, with at least two of the localization units each being set up to generate at least one illuminating light beam and to illuminate a common retroreflector or a retroreflector ensemble from different spatial directions, the localization units which illuminate the retroreflector together or the retroreflector ensemble being set up in each case at least one of the Li reflected by the co-illuminated retroreflector or retroreflector ensemble to receive a light beam and to generate at least one measurement signal in each case, the optical navigation system having at least one evaluation unit, the evaluation unit being set up to evaluate the measurement signals of the localization units, the evaluation involving a determination of a first position of the jointly illuminated retroreflector or of the retroreflector ensemble from a measurement signal from a first localization unit illuminating the commonly illuminated retroreflector or retroreflector ensemble and a second position of the commonly illuminated retroreflector or retroreflector ensemble from a measurement signal of a second localization unit that illuminates the jointly illuminated retroreflector or the retroreflector ensemble, so that two positions are determined for the jointly illuminated retroreflector or the retroreflector ensemble, the evaluation unit being set up to determine the air column property by comparing the first position and determine the second position of the co-illuminated retroreflector or retroreflector ensemble, wherein a substantially identical change in the first position and the second position is characterized as a change in air column property.
-
Embodiment 11 Optical navigation system according to the preceding embodiment, wherein the optical navigation system is set up to carry out a method according to one of the preceding embodiments. - Embodiment 12: Optical navigation system according to one of the preceding embodiments relating to an optical navigation system, the optical navigation system also having at least one control unit, the control unit being set up to align the localization units relative to the retroreflectors, the control unit being set up for a plurality of measuring positions approach, the air column property being determined at each of the measurement positions.
- Embodiment 13: Optical navigation system according to one of the preceding embodiments relating to an optical navigation system, wherein the evaluation unit is set up to compensate and/or minimize an influence of the air column property on a localization accuracy of the multilateration system by compensation calculation taking into account the determined air column property.
- Embodiment 14: Optical navigation system according to one of the preceding embodiments relating to an optical navigation system, wherein each of the localization units has at least one element selected from the group consisting of: a laser tracer; a laser tracker; a LIDAR sensor, preferably an FMCW LIDAR sensor.
- Embodiment 15: Optical navigation system according to one of the preceding embodiments relating to an optical navigation system, wherein the optical navigation system comprises at least one environmental parameter acquisition unit, which is set up to acquire at least one environmental parameter, wherein the environmental parameter acquisition unit has at least one sensor for acquiring an environmental parameter, wherein the Sensor is a temperature sensor and/or a pressure sensor and/or a humidity sensor.
-
Embodiment 16 Optical navigation system according to the previous embodiment, wherein the evaluation unit is set up to determine a refractive index distribution for the working volume, wherein the determination of the refractive index distribution includes solving the Edlen equation taking into account the environmental parameters. - Embodiment 17: Optical navigation system according to one of the preceding embodiments relating to an optical navigation system, wherein the optical navigation system comprises open-air links and/or fixed and/or temperature-invariant interferometer links.
- Embodiment 18: Computer program with program code means to carry out a method according to one of the preceding embodiments relating to a method, in particular at least steps c) and d) of the method, when the program is executed on a computer or a computer network.
Figurenlistecharacter list
Weitere Einzelheiten und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen, insbesondere in Verbindung mit den Unteransprüchen. Hierbei können die jeweiligen Merkmale für sich alleine oder zu mehreren in Kombination miteinander verwirklicht sein. Die Erfindung ist nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränkt. Die Ausführungsbeispiele sind in den Figuren schematisch dargestellt. Gleiche Bezugsziffern in den einzelnen Figuren bezeichnen dabei gleiche oder funktionsgleiche bzw. hinsichtlich ihrer Funktionen einander entsprechende Elemente.Further details and features emerge from the following description of exemplary embodiments, in particular in connection with the dependent claims. The respective features can be implemented individually or in combination with one another. The invention is not limited to the exemplary embodiments. The exemplary embodiments are shown schematically in the figures. The same reference numerals in the individual figures designate elements that are the same or have the same function or that correspond to one another in terms of their functions.
Im Einzelnen zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung für ein Bestimmen einer Änderung einer Luftsäuleneigenschaft in einem Arbeitsvolumen; -
2 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen optischen Navigationssystems; -
3 ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens; -
4 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen optischen Navigationssystems; und -
5 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen optischen Navigationssystems.
-
1 a schematic representation for determining a change in an air column property in a working volume; -
2 a schematic representation of an embodiment of an optical navigation system according to the invention; -
3 a flowchart of an embodiment of a method according to the invention; -
4 a schematic representation of a further embodiment of the optical navigation system according to the invention; and -
5 a schematic representation of a further embodiment of the optical navigation system according to the invention.
Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the exemplary embodiments
Die Luftsäuleneigenschaft 110 kann mindestens eine physikalische Eigenschaft, insbesondere eine optische Eigenschaft, der Luftsäule 116 umfassen. Die Luftsäuleneigenschaft 110 kann insbesondere mindestens eine Eigenschaft umfassen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: einer Brechzahl; einer Brechzahlverteilung im Arbeitsvolumen; einer Brechzahlschwankung; und einer Turbulenz. Zur Bestimmung der Brechzahl n in Luft kann die sogenannte Edlen-Gleichung genutzt werden:
Wie in
Der Retroreflektor 124 kann eine beliebige Vorrichtung sein, welche einen Lichtstrahl 128 in diejenige Richtung reflektiert, aus der der Lichtstrahl 128 eingetroffen ist. Beispielsweise kann der Retroreflektor 124 ein Marker sein. Beispielsweise kann der Retroreflektor 124 ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus: einem Katzenauge; einem Katzenauge mit Reflektionsschicht; einem Marker beschrieben in
Die Lokalisierungseinheit 126 kann eine grundsätzlich beliebige Vorrichtung sein, welche eingerichtet ist, mindestens eine Lokalisierungsinformation zu erzeugen. Die Lokalisierungsinformation kann ausgewählt sein aus mindestens einer Information aus der Gruppe bestehend aus: einem Messsignal in Abhängigkeit vom Ort des von der Lokalisierungseinheit 126 beleuchteten Retroreflektors 124; einer Information über einen Abstand des von der Lokalisierungseinheit 126 beleuchteten Retroreflektors 124 zu der Lokalisierungseinheit 126; eine Information über eine Entfernung des von der Lokalisierungseinheit 126 beleuchteten Retroreflektors 124 zu der Lokalisierungseinheit 126; eine Information über eine relative Lage des von der Lokalisierungseinheit 126 beleuchteten Retroreflektors 124 zu der Lokalisierungseinheit 126; und einer Information über eine Längenänderung.The
Die Lokalisierungseinheiten 126 können mindestens eine auf Laufzeit- und/oder Interferometrie-Messprinzipien basierende Sensorik aufweisen. Die Lokalisierungseinheiten 126 können jeweils mindestens ein Element umfassen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: einem Lasertracer; einem Lasertracker; einem LIDAR-Sensor, bevorzugt einem FMCW-LIDAR-Sensor, Flugzeit (TOF)-Abstandsmesser, andere Abstandsmesser beispielsweise basierend auf einem modengekoppelten Laser.The
Der Lasertracer kann eine beliebige Messvorrichtung sein, welche eingerichtet ist interferometrisch einen Abstand, insbesondere eine Abstandsänderung, zu einem Retroreflektor 124 zu bestimmen. Der Lasertracer kann eingerichtet sein, eine Position des Retroreflektors 124 zu verschiedenen Zeitpunkten nachzuverfolgen. Der Lasertracer kann eingerichtet sein, einem sich im Raum bewegenden Retroreflektor 124 mittels eines Laserstrahls zu folgen. Eine Messung der Abstandsänderung kann inkrementell erfolgen. Der Lasertracer kann ein inkrementelles Messsystem mit großem Blickbereich, insbesondere einem großen Schwenkbereich einer Laserstrahlrichtung, sein. Beispielsweise können zur Messung der Abstandsänderung mindestens zwei aufeinanderfolgende Messungen erforderlich sein. Der Lasertracer kann einen großen Winkelbereich abdecken. Beispielsweise kann der Laserstrahl des Lasertracers in dem großen Winkelbereich schwenkbar sein.The laser tracer can be any measuring device that is set up to determine a distance, in particular a change in distance, to a
Der Lasertracker kann eine beliebige Messvorrichtung sein, welche eingerichtet ist interferometrisch einen Abstand und/oder eine Richtung eines Retroreflektors 124 zu bestimmen, insbesondere relativ zu Achsen, welche von einer Optomechanik des Lasertrackers definiert werden.The laser tracker can be any measuring device that is set up to determine a distance and/or a direction of a
Der LIDAR-Sensor kann eine beliebige Vorrichtung sein, welche auf dem LIDAR („light detection and ranging“)-Messprinzip, auch LADAR (laser detection and ranging) genannt, basiert. Insbesondere kann der LIDAR-Sensor eingerichtet sein, einen Lichtstrahl 128, beispielsweise einen Laserstrahl, zu erzeugen und zu empfangen, insbesondere den zuvor von ihr ausgesendeten und zu ihr zurückreflektierten Lichtstrahl 128, und daraus einen Abstand zwischen dem LIDAR-Sensor und dem Retroreflektor 124 zu bestimmen, beispielsweise unter Ausnutzung von Unterschieden in den Rücklaufzeiten und Wellenlängen. Bevorzugt kann die Lokalisierungseinheit 126 einen FMCW-LIDAR-Sensor aufweisen. Der FMCW-LIDAR-Sensor kann eingerichtet sein, den Lichtstrahl 128 zu erzeugen, dessen Frequenz nach dem FMCW-Verfahren kontinuierlich durchgestimmt wird. Beispielsweise kann die Frequenz des Lichtstrahls 128 linear mit der Zeit moduliert sein. Eine Kombination von LIDAR-Verfahren und FMCW-Verfahren sind dem Fachmann grundsätzlich bekannt, beispielsweise aus Chip-scale Lidar, Benham Behroozpur Baghmisheh, Technical Report No. UCB/EECS.2017-4. Beispielsweise kann die LIDAR-Einheit wie in
Das gemeinsame Beleuchten mindestens eines der Retroreflektoren 124 ermöglicht festzustellen, welche scheinbaren von den Lokalisierungseinheiten 126 festgestellten Positionsänderungen des gemeinsam beleuchteten Retroreflektors 124 auf Änderungen der Luftsäuleneigenschaft 110 zurückzuführen sind. Eine Änderung der Brechzahl bewirkt eine gleiche scheinbare Änderung des Abstandes eines Retroreflektors 124 zu zwei, oder mehr, in unterschiedlichen Raumrichtung liegenden Lokalisierungseinheiten 126. Diese gleiche scheinbare Änderung ist physikalisch nicht möglich, da der Retroreflektor 124 nur an einem Ort auszeichnet, so dass solche Abstandsänderungen, welche auf mehreren Lokalisierungseinheiten 126 im Gleichtakt auftreten nur auf Brechzahlschwankungen zurückgeführt werden können. Eine optische Pfadlänge zwischen der ersten, den gemeinsam beleuchteten Retroreflektor 124 beleuchtenden, Lokalisierungseinheit 136 und dem gemeinsam beleuchteten Retroreflektor 124 kann l1 sein und eine angenommene Brechzahl entlang der Ausbreitungsrichtung eines Beleuchtungslichtstrahls 148 kann n1 sein. Beispielsweise kann eine optische Pfadlänge zwischen der zweiten, den gemeinsam beleuchteten Retroreflektor 124 beleuchtenden, Lokalisierungseinheit 138 und dem gemeinsam beleuchteten Retroreflektor 124 l2 sein und eine angenommene Brechzahl entlang der Ausbreitungsrichtung des Beleuchtungslichtstrahls 148 kann n2 sein. Für eine konstante Brechzahl der Luftsäule 116 gilt:
Für eine variable Brechzahl der Luftsäule 116 gilt hingegen:
Durch Auswerten der Messsignale der Lokalisierungseinheiten 126 kann eine erste Position des gemeinsam beleuchteten Retroreflektors 124 aus einem Messsignal der ersten, den gemeinsam beleuchteten Retroreflektor 124 beleuchtenden, Lokalisierungseinheit 136 und einer zweiten Position des gemeinsam beleuchteten Retroreflektors 124 aus einem Messsignal der zweiten, den gemeinsam beleuchteten Retroreflektor 124 beleuchtenden, Lokalisierungseinheit 138 erfolgen, so dass für den gemeinsam beleuchteten Retroreflektor 124 zwei Positionen bestimmt werden. Das Bestimmen der Luftsäuleneigenschaft 110 umfasst einen Vergleich der ersten und der zweiten Position des gemeinsam beleuchteten Retroreflektors 124. Eine im Wesentlichen identische Änderung der ersten und zweiten Position wird dabei als eine Änderung der Luftsäuleneigenschaft 110 charakterisiert. Bei einer Verwendung von extrem schnellen Lasertracern, beispielsweise mit einer Positionserfassungsrate von > 1kHz, können auch Turbulenzeinflüsse erfasst werden. Dies ist insbesondere für die Fertigungsumgebung vorteilhaft, da keine Änderung der Luftsäule für Messzwecke erforderlich wird.By evaluating the measurement signals from
Der Beleuchtungslichtstrahl 148 kann einen beliebigen Lichtstrahl 128 umfassen, welcher emittiert und/oder ausgesandt wird, um den Retroreflektor 124 zu beleuchten. Insbesondere kann es sich bei dem Beleuchtungslichtstrahl 148 um einen von einer der Lokalisierungseinheiten 126 zur Beleuchtung eines der Retroreflektoren 124 erzeugten Lichtstrahl 128 handeln. Die Lokalisierungseinheiten 126 können jeweils mindestens eine Beleuchtungseinheit aufweisen. Die Beleuchtungseinheit kann eine Lichtquelle aufweisen, insbesondere eine Laserquelle. Der Lichtstrahl 128 kann eine Lichtmenge umfassen, welche in eine bestimmte Richtung emittiert und/oder ausgesandt wird.Illumination light beam 148 may include any light beam 128 that is emitted and/or transmitted to illuminate
Ein Ausführungsbeispiel für ein optisches Navigationssystem 114 wird beispielsweise in
Das optische Navigationssystem 114 umfasst das mindestens eine Multilaterationssystem 122. Das Multilaterationssystem 122 umfasst mindestens drei Retroreflektoren 124 und mindestens sechs Lokalisierungseinheiten 126 oder mindestens sechs Retroreflektoren 124 und mindestens drei Lokalisierungseinheiten 126. In dem Ausführungsbeispiel von
Das Multilaterationssystem 122 kann ein selbstkalibrierendes Multilaterationssystem 122 sein. Bei einer Verwendung von drei Retroreflektoren 124 und mindestens sechs Lokalisierungseinheiten 126 können die Lokalisierungseinheiten 126 und die Retroreflektoren in einer der folgenden Konfigurationen zueinander angeordnet und/oder ausgerichtet sein: zwei Lokalisierungseinheiten 126 auf einen ersten Retroreflektor 130, zwei Lokalisierungseinheiten 126 auf einen zweiten Retroreflektor 132 und zwei Lokalisierungseinheiten 126 auf einen dritten Retroreflektor 134 (zwei-zwei-zwei); vier Lokalisierungseinheiten 126 auf den ersten Retroreflektor 130, eine Lokalisierungseinheit 126 auf den zweiten Retroreflektor 132 und eine Lokalisierungseinheit 126 auf den dritten Retroreflektor 134 (vier-eins-eins); drei Lokalisierungseinheiten 126 auf den ersten Retroreflektor 130, zwei Lokalisierungseinheiten 126 auf den zweiten Retroreflektor 132 und eine Lokalisierungseinheit 126 auf den dritten Retroreflektor 134 (drei-zwei-eins).The multilateration system 122 can be a self-calibrating multilateration system 122 . If three
Beispielsweise kann, wie in
Die Lokalisierungseinheiten 126 sind um das Arbeitsvolumen 112 herum angeordnet oder die Retroreflektoren 124 sind um die Lokalisierungseinheiten 126 herum angeordnet. In
Das optische Navigationssystem 114 kann, wie in
Das optische Navigationssystem 114 kann, wie in
- a) Erzeugen jeweils mindestens eines Beleuchtungslichtstrahls 148 mit mindestens zwei der
Lokalisierungseinheiten 126 und Beleuchten eines gemeinsamen Retroreflektors 124 oder eines Retroreflektor-Ensembles aus unterschiedlichen Raumrichtungen mit den Beleuchtungslichtstrahlen 148der Lokalisierungseinheiten 126; - b) Empfangen jeweils mindestens eines des von dem gemeinsam beleuchteten Retroreflektor oder dem Retroreflektor-Ensemble reflektierten Lichtstrahls 128 und Erzeugen jeweils mindestens eines Messsignals mit den,
den Retroreflektor 124 gemeinsam oder das Retroreflektor-Ensemble beleuchtenden,Lokalisierungseinheiten 126; - c) Auswerten der Messsignale der
Lokalisierungseinheiten 126, wobei das Auswerten ein Bestimmen einer ersten Position des gemeinsam beleuchteten Retroreflektors 124 oder des Retroreflektor-Ensembles aus einem Messsignal einer ersten, den gemeinsam beleuchteten Retroreflektor 124 oder das Retroreflektor-Ensemble beleuchtenden,Lokalisierungseinheit 126 und einer zweiten Position des gemeinsam beleuchteten Retroreflektors 124 oder des Retroreflektor-Ensembles aus einem Messsignal einer zweiten, den gemeinsam beleuchteten Retroreflektor 124 oder das Retroreflektor-Ensemble beleuchtenden,Lokalisierungseinheit 126 umfasst, so dass für den gemeinsam beleuchteten Retroreflektor 124 oder das Retroreflektor-Ensemble zwei Positionen bestimmt werden; - d)
Bestimmen der Luftsäuleneigenschaft 110 durch Vergleichen der ersten Position und der zweiten Position des gemeinsam beleuchteten Retroreflektors 124 oder des Retroreflektor-Ensembles, wobei eine im Wesentlichen identische Änderung der ersten Position und der zweiten Position als eine Änderung der Luftsäuleneigenschaft 110 charakterisiert wird.
- a) generating at least one illumination light beam 148 with at least two of the
localization units 126 and illuminating acommon retroreflector 124 or a retroreflector ensemble from different spatial directions with the illumination light beams 148 of thelocalization units 126; - b) receiving in each case at least one of the light beams 128 reflected by the jointly illuminated retroreflector or the retroreflector ensemble and generating in each case at least one measurement signal with the
localization units 126 which illuminate theretroreflector 124 jointly or the retroreflector ensemble; - c) Evaluating the measurement signals from
localization units 126, with the evaluation determining a first position of the jointly illuminatedretroreflector 124 or of the retroreflector ensemble from a measurement signal from afirst localization unit 126, which illuminates the jointly illuminatedretroreflector 124 or the retroreflector ensemble, and from a second Position of the jointly illuminatedretroreflector 124 or the retroreflector ensemble from a measurement signal from asecond localization unit 126 that illuminates the jointly illuminatedretroreflector 124 or the retroreflector ensemble, so that two positions are determined for the jointly illuminatedretroreflector 124 or the retroreflector ensemble ; - d) determining the
air column property 110 by comparing the first position and the second position of theco-illuminated retroreflector 124 or retroreflector ensemble, wherein a substantially identical change in the first position and the second position is characterized as a change in theair column property 110.
Das Verfahren umfasst ein Empfangen, Bezugszeichen 152, jeweils mindestens eines des von dem gemeinsam beleuchteten Retroreflektor 124 oder dem Retroreflektor-Ensemble reflektierten Lichtstrahls 128 und Erzeugen jeweils mindestens eines Messsignals mit den, den Retroreflektor 124 gemeinsam oder das Retroreflektor-Ensemble beleuchtenden, Lokalisierungseinheiten 126. Die Lokalisierungseinheiten 126 können jeweils eingerichtet sein mindestens einen reflektierten Lichtstrahl 128 von dem von der jeweiligen Lokalisierungseinheit 126 beleuchteten Retroreflektor 124 zu empfangen und mindestens ein Messsignal in Antwort auf den reflektierten Lichtstrahl 128 zu erzeugen. Das Messsignal kann ein beliebiges, insbesondere ein elektrisches, Signal umfassen, beispielsweise eine Spannung oder ein Strom, welches gemäß dem reflektierten, empfangenen Lichtstrahl 128 oder unter Verwendung des reflektierten, empfangenen Lichtstrahls 128 erzeugt wurde. Das Verfahren umfasst ein Auswerten, Bezugszeichen 154, der Messsignale der Lokalisierungseinheiten 126. Das Auswerten kann unter Verwendung der mindestens einen Auswerteeinheit 158 erfolgen.The method comprises receiving,
Das Verfahren kann ein Kompensieren und/oder Minimieren eines Einflusses der Luftsäuleneigenschaft 110 auf eine Lokalisierungsgenauigkeit des Multilaterationssystems 122 durch Kompensationsrechnung unter Berücksichtigung der bestimmten Luftsäuleneigenschaft 110 umfassen. Kompensieren und Minimieren können ein Berücksichtigen der Luftsäuleneigenschaft 110 bei der Positionsbestimmung umfassen. Beispielsweise kann die Luftsäuleneigenschaft 110 als systematischer Fehler bei der Bestimmung der Position berücksichtigt werden. Beispielsweise könnte eine zu erwartende Unsicherheit der durchgeführten Lokalisierungen angegeben werden und/oder eine geschätzte Statistik der Genauigkeit der durchgeführten Lokalisierungen. Die Auswerteeinheit 158 kann eingerichtet sein zu einem Kompensieren und/oder Minimieren eines Einflusses der Luftsäuleneigenschaft 110 auf eine Lokalisierungsgenauigkeit 126 des Multilaterationssystems 122 durch Kompensationsrechnung unter Berücksichtigung der bestimmten Luftsäuleneigenschaft 110.The method can include compensating for and/or minimizing an influence of the
In dem Verfahren kann eine Mehrzahl von Messpositionen angefahren werden. Das Verfahren kann ein Ausrichten der Lokalisierungseinheiten 126 umfassen. Das Verfahren kann ein Verändern einer relativen Position der Retroreflektoren 124 zu den Lokalisierungseinheiten 126 umfassen. An jeder der Messpositionen kann die Luftsäuleneigenschaft 110 bestimmt werden. So kann eine Verteilung der Luftsäuleneigenschaft 110 bestimmt werden.A plurality of measurement positions can be approached in the method. The method may include aligning the locating
Die Überbestimmung innerhalb des Multilaterationssystems 122, mit welchem eine Vielzahl von Messpostionien angefahren wurde, kann genutzt werden, um unter Einbezug der Daten von über temperaturinvariant ausgeführte interferometrische Messstrecken 172 verteilten Temperatursensoren 166, Drucksensoren 168 und Feuchtesensoren 170 die Edlen-Gleichung zu lösen, so dass eine genäherte Brechzahlverteilung für das Arbeitsvolumen 112 des Multilaterationssystems 122 ermittelt werden kann. Diese kann eingesetzt werden, um den Fehlereinfluss von Änderungen der Luftsäuleneigenschaften 110 auf die Lokalisierungsgenauigkeit des Multilaterationssystems 122 durch Kompensationsrechnung zu minimieren.The overdetermination within the multilateration system 122, with which a large number of measuring positions was approached, can be used to solve the Edlen equation, taking into account the data from temperature sensors 166, pressure sensors 168 and humidity sensors 170 distributed over temperature-invariant
BezugszeichenlisteReference List
- 110110
- Luftsäuleneingenschaftair column property
- 112112
- Arbeitsvolumenvolume of work
- 114114
- Optisches NavigationssystemOptical navigation system
- 116116
- Luftsäuleair column
- 118118
- Messstreckemeasuring section
- 120120
- Messobjektmeasurement object
- 122122
- Multilaterationssystemmultilateration system
- 124124
- Retroreflektorretroreflector
- 126126
- Lokalisierungseinheitlocalization unit
- 128128
- Lichtstrahlbeam of light
- 130130
- Erster RetroreflektorFirst retroreflector
- 132132
- Zweiter RetroreflektorSecond retroreflector
- 134134
- Dritter RetroreflektorThird retroreflector
- 136136
- Erste LokalisierungseinheitFirst localization unit
- 138138
- Zweite LokalisierungseinheitSecond localization unit
- 140140
- Dritte LokalisierungseinheitThird localization unit
- 142142
- Vierte LokalisierungseinheitFourth localization unit
- 144144
- Fünfte LokalisierungseinheitFifth localization unit
- 146146
- Sechste LokalisierungseinheitSixth localization unit
- 147147
- Siebte LokalisierungseinheitSeventh localization unit
- 148148
- Beleuchtungslichtstrahlillumination light beam
- 150150
- Verfahrensschritt a)process step a)
- 125125
- Verfahrensschritt b)process step b)
- 154154
- Verfahrensschritt c)process step c)
- 156156
- Verfahrensschritt d)process step d)
- 158158
- Auswerteeinheitevaluation unit
- 160160
- Steuereinheitcontrol unit
- 162162
- Umgebungsparametererfassungseinheitenvironmental parameter detection unit
- 164164
- Sensorsensor
- 166166
- Temperatursensortemperature sensor
- 168168
- Drucksensorpressure sensor
- 170170
- Feuchtesensorhumidity sensor
- 172172
- Temperaturinvariante VerbindungskonstruktionTemperature invariant connection construction
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
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- US 9559486 B2 [0020, 0071]US 9559486 B2 [0020, 0071]
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- US 2016123718 A1 [0020, 0071]US2016123718 A1 [0020, 0071]
Claims (10)
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Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102020211136.7A DE102020211136A1 (en) | 2020-09-03 | 2020-09-03 | Method for determining a change in at least one air column property in optical navigation systems |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
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