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WO2001009643A1 - Verfahren und vorrichtung zur distanzmessung - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur distanzmessung Download PDF

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WO2001009643A1
WO2001009643A1 PCT/CH2000/000397 CH0000397W WO0109643A1 WO 2001009643 A1 WO2001009643 A1 WO 2001009643A1 CH 0000397 W CH0000397 W CH 0000397W WO 0109643 A1 WO0109643 A1 WO 0109643A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
point
reflector
tracker
distance
retroreflector
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/CH2000/000397
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Dietrich Meier
Raimund Loser
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Leica Geosystems AG
Original Assignee
Leica Geosystems AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Leica Geosystems AG filed Critical Leica Geosystems AG
Priority to AU58001/00A priority Critical patent/AU5800100A/en
Publication of WO2001009643A1 publication Critical patent/WO2001009643A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/14—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring distance or clearance between spaced objects or spaced apertures
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/06—Systems determining position data of a target
    • G01S17/08—Systems determining position data of a target for measuring distance only
    • G01S17/32—Systems determining position data of a target for measuring distance only using transmission of continuous waves, whether amplitude-, frequency-, or phase-modulated, or unmodulated
    • G01S17/36—Systems determining position data of a target for measuring distance only using transmission of continuous waves, whether amplitude-, frequency-, or phase-modulated, or unmodulated with phase comparison between the received signal and the contemporaneously transmitted signal
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/66—Tracking systems using electromagnetic waves other than radio waves

Definitions

  • the invention is in the field of measurement technology and relates to a method and a device according to the preambles of the corresponding independent claims.
  • the method and device serve to measure the distance between two points.
  • a retroreflector is a reflector that reflects a beam parallel to itself regardless of its angle of incidence.
  • a laser tracker is to be understood as an instrument which essentially has the following functional units: a laser which emits a laser beam, a means for setting the laser beam direction, a means for measuring changes in the laser beam direction, a means for detecting the displacement between the laser beam directed at the retroreflector and the reflected beam, a means for minimizing this shift by automatically changing the laser beam direction and a means for interferometric evaluation of the emitted and reflected laser beam to determine changes in distance between the laser and the reflector.
  • the reflector is positioned in one of the two points according to the prior art, the laser beam of the tracker is directed onto the reflector and then becomes the reflector from the first point to second point moves, being tracked by the laser beam of the tracker From triangular methods, the distance between the two points is calculated from the change in the direction of the laser beam and from the change in the distance between the tracker and reflector when the reflector is moved from the first to the second point
  • the accuracy that can be achieved with such a triangular distance measurement depends on the accuracy with which the reflector can be positioned in the points, as well as on the accuracies of the angle and distance measurements, which are used to determine the change in direction and the change in distance to the target -
  • Use the angle measurement with known angle encoders usually has an accuracy in the range of about one arc second
  • the distance measurement with interferometric methods has an accuracy in the range of 1 to 3 ⁇ m.
  • triangulative distance measurements in the range of meters it is the accuracy of the angle measurement that is in the accuracy of the distance measurement in particular, so that to increase the accuracy of the distance measurement it would be necessary in particular to increase the accuracy of the angle measurement
  • the object of the invention is now to improve the accuracy of distance measurements with the aid of a laser tracker and retroreflector.
  • a method and a device are to be created which allow the accuracy to be increased significantly compared to the prior art using a common one Laser trackers and a common retroreflector to measure distances between points positioned anywhere in the room within wide limits, whereby the method should not require any additional measurement and / or computational effort compared to the prior art, and in addition to laser trackers and retroreflectors used device should be easy to manufacture and easy to use - j -
  • the method according to the invention is essentially based on using suitable means to deflect the laser beam emitted by the laser tracker in such a way that the two points, the distance of which is to be determined, are struck by the deflected laser beam, so that the deflected laser beam is on the straight line through the two points runs. If the reflector is now moved from one of the points to the other, the distance between the tracker and reflector changes and this change in distance can be determined interferometrically, but the direction of the laser beam is the same for the first reflector position and for the second reflector position. As a result, the measurement is limited to a relative distance measurement, which can be carried out interferometrically and with the high accuracy mentioned above. An angle measurement with the above-mentioned, less high accuracy is avoided or, as will be shown further below, is used at most for the calculation of a correction factor.
  • the device which is to be used in addition to the laser tracker and retroreflector for carrying out the method, has a deflection means for deflecting the laser beam (e.g. a mirror with adjustable orientation) and a reflector positioning means (e.g. a magnet holder) for positioning the reflector. Furthermore, the device has a marking means which serves to mark the one of the two points when the laser beam is aligned through the two points.
  • the marking means is, for example, a crosshair that can be positioned on said reflector positioning means.
  • the reflector in the first point and the marking positioned in the middle of the second point.
  • the laser beam of the laser tracker which is positioned in any tracker position, is directed via the deflecting means onto the reflector, the deflecting means being adjusted in such a way that the tracker beam runs through the second reflector position marked by the marking means to the reflector.
  • the marking agent is then removed from the beam path (without loss of tracking), the reflector is brought into the position of the marking agent (against the deflecting agent) and the reflector displacement is evaluated interferometrically, which directly gives the distance between the first and the second point
  • the tracker position and the setting of the deflecting means remain unchanged during the measurement
  • the accuracy of the distance measuring method according to the invention is not dependent on the direction of the tracker beam and also not on the angle at which it strikes the deflection means.It is also not dependent on the exact course of the reflector movement between the first and the second point, while that of the reflector on the tracker beam
  • the direction of the tracker beam may change, but at the end of the movement it is essentially the same as at the beginning
  • the accuracy of the method according to the invention depends on the accuracy of the reflector or Kierffen-positioning and are taken for the exact positioning essentially the same measures
  • positioning means are used which result in a precisely defined relative position of the optical center of the reflector to the relevant point from the measured distance between the optical center of the sensor in the two positions, the effective distance between the relevant points is then calculated
  • FIGS. 1 to 3 the process steps of the process according to the invention
  • Figure 4 shows an exemplary embodiment of the device according to the invention
  • FIGS. 1 to 3 show the principle of the method according to the invention and illustrate its successive steps.
  • the figures show a first point P 1 and a second point P 2, the distance D of which is to be determined, P 1 and P 2 with the reflector positions for the sake of simplicity ( Positions of the optical center of the reflector).
  • the figures also show a tracker position 3, a tracker beam 4, an adjustable mirror 5 (deflection means), a retroreflector 6 and a crosshair 7 (marking means).
  • the method steps are the following • Position reflector 6 in the first point P. 1, crosshair 7 in the second point P.2 and tracker beam 4 by adjusting the mirror 5 accordingly and automatically tracking the tracker beam 4 by the second point P.2 marked by the marking means to that in the first point Adjust P. 1 positioned reflector 6 (FIG. 1);
  • the first point P. 1, from which the movement of the reflector 6 starts, is further away from the mirror 5 than the second point P.2, at which the reflector movement ends.
  • a triple prism used as a reflector can have at its tip an exit surface parallel to the base surface or the triple mirror can have a corresponding exit opening such that a central part of the laser beam directed onto the reflector is not reflected but penetrates the reflector essentially in a straight line.
  • the first point P.1 can also be closer to the mirror 5 and the central part of the laser beam penetrating the reflector positioned in the first point P.1 can be aligned to the cross hair 7 positioned in the second point P.2 be directed while the reflected, peripheral laser beam part is used for the interferometric evaluation.
  • the setting of the deflected laser beam by the cross hair 7, which is implemented before the effective interferometric measurement by, for example, manual adjustment of the mirror 5, is possibly less accurate than the corresponding alignment of the laser beam to the reflector positioned in the second point at the end of the measurement. This can result in a slight shift in the direction of the tracker beam between the start (FIG. 1) and the end of the measurement (FIG. 3). This change in direction can be determined in a known manner by angle measurement and can be used to calculate a correction factor for the distance measurement.
  • FIG. 4 shows an exemplary embodiment of the device for carrying out the method according to the invention and a laser beam 4 emitted by a laser tracker 9 and deflected with the aid of the device.
  • the device has a magnet holder 10 as the reflector positioning means, which, if necessary with the aid of fastening means (not shown), can be mounted in the area of one of the points to be measured in such a way that the reflector or possibly the crosshair 7 on it assumes a precisely defined position (P.2).
  • the mirror 5 is connected to the magnet holder 10 via a base plate 11 in such a way that it can be pivoted about two mutually perpendicular axes.
  • the first pivot axis I is aligned parallel to the base plate 11 and the second pivot axis A.2 is simultaneously the axis of the ring-shaped magnet holder 10.
  • the base plate 11 can thus be pivoted or rotated about the magnet holder 12 (A.2) and the mirror 5 is additionally pivotable relative to the base plate (A.1).
  • the device shown in FIG. 4 is a very simple tool that can be easily mounted on a wide variety of objects.
  • the advantage of the specific mirror arrangement shown in FIG. 4 is that distances between the one point in the area of which the device is mounted and in different directions from this point, other points can be measured without the device having to be reassembled.
  • the method according to the invention can be automated in a wide variety of ways, and appropriate support can be built into the operating software of the laser tracker without any problems. Some automation examples are described in the following sections.
  • the first step of the method that is to say the adjustment of the deflection means so that the laser beam of a stationary laser tracker after the deflection runs on the straight line defined by the two points whose distance is to be measured, is automated in that with the aid of the Trackers first determine the positions of the two points in a known manner and then the deflection means setting necessary for the alignment of the laser beam through the two points is calculated for the given tracker position and the point positions determined by measurement. Then the deflecting means is adjusted accordingly.
  • the software of a laser tracker usually offers a so-called build mode, which supports the positioning of reflectors at points with given spatial coordinates. In this mode, while a user moves the reflector, the tracker software calculates the deviation of the current reflector coordinates from the specified coordinates and visualizes these deviations for the user. The movement of the reflector continues until the deviations mentioned are zero. If, for example, the mirror 5 shown in FIG. 4 is used as the deflecting means and if, for example, two reflectors are arranged on this mirror, the one to be set can be adjusted Mirror position can be calculated in coordinates for the two reflectors and the mirror setting can be carried out by the user using the build mode mentioned.
  • the second step of the method according to the invention can be done, for example, by moving the reflector back and forth between the two points, by zeroing the interferometer distance before each movement and by calculating the effective distance from the summed up Distance changes (absolute values) are realized and supported by the software of the laser tracker.

Landscapes

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Abstract

Für die Messung der Distanz (D) zwischen zwei Punkten (P.1 und P.2) mit Hilfe eines Laser-Trackers und eines Retroreflektors (6) wird der Reflektor (6) zuerst im ersten Punkt (P.1) positioniert und der Trackerstrahl (4) auf den Reflektor (6) gerichtet. Dann wird der Reflektor (6) zum zweiten Punkt (P.2) bewegt und im zweiten Punkt (P.2) positioniert und wird die Reflektorbewegung mit dem Trackerstrahl (4) verfolgt und die Distanzveränderung zwischen Laser-Tracker und Reflektor (6) interferometrisch gemessen. Zur Erhöhung der Genauigkeit einer derartigen Distanzmessung wird nun durch entsprechende Umlenkung des Trackerstrahles (4) dafür gesorgt, dass die Trackerstrahl-Richtung im wesentlichen dieselbe ist, wenn der Reflektor (6) im ersten Punkt (P.1) positioniert ist und wenn er im zweiten Punkt (P.2) positioniert ist. Dadurch entspricht die zu messende Distanz (D) direkt der interferometrisch messbaren Distanzveränderung und entfällt eine triangulatorische Berechnung der Distanz, deren Resultat stark von der relativ niedrigen Genauigkeit von Winkelmessungen abhängig ist.

Description

VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUR DISTANZMESSUNG
Die Erfindung liegt auf dem Gebiete der Messtechnik und betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung gemäss den Oberbegriffen der entsprechenden, unabhängigen Patentansprüche. Verfahren und Vorrichtung dienen zur Messung der Distanz zwischen zwei Punkten.
Es ist bekannt, die Distanz zwischen zwei beliebigen Punkten im Raum mit Hilfe eines Laser-Trackers und eines Retroreflektors zu messen. Unter einem Retroreflek- tor ist ein Reflektor zu verstehen, der einen Strahl unabhängig von seinem Einfallswinkel parallel zu sich selbst reflektiert. Unter einem Laser-Tracker ist ein Instrument zu verstehen, das im wesentlichen die folgenden Funktionseinheiten aufweist: einen Laser, der einen Laserstrahl aussendet, ein Mittel zur Einstellung der Laserstrahlrichtung, ein Mittel zur Messung von Änderungen der Laserstrahlrichtung, ein Mittel zur Detektion der Verschiebung zwischen dem auf den Retroreflektor gerichteten Laserstrahl und dem reflektierten Strahl, ein Mittel zur Minimierung dieser Verschiebung durch automatische Veränderung der Laserstrahlrichtung und ein Mittel zur interferometrischen Auswertung von ausgesendetem und reflektiertem Laserstrahl zur Bestimmung von Distanzänderungen zwischen Laser und Reflektor.
Zur Messung der Distanz zwischen zwei beliebigen Punkten im Raum mit Hilfe eines Laser-Trackers und eines Retroreflektors wird gemäss dem Stande der Technik der Reflektor in einem der beiden Punkte positioniert, wird der Laserstrahl des Trak- kers auf den Reflektor gerichtet und wird dann der Reflektor vom ersten Punkt zum zweiten Punkt bewegt, wobei er vom Laserstrahl des Trackers verfolgt wird Aus der Veränderung der Richtung des Laserstrahles und aus der Veränderung der Distanz zwischen Tracker und Reflektor bei der Verschiebung des Reflektors vom ersten zum zweiten Punkt wird mit triangulatorischen Methoden die Distanz zwischen den beiden Punkten berechnet
Die Genauigkeit, die mit einer derartigen triangulatorischen Distanzmessung erreicht werden kann, ist abhangig von der Genauigkeit, mit der der Reflektor in den Punkten positionierbar ist, sowie von den Genauigkeiten der Winkel- und der Distanzmessungen, die zur Bestimmung der Richtungsanderung und der Distanzanderung zur An- wendung kommen Die Winkelmessung mit bekannten Winkelgebern hat üblicherweise eine Genauigkeit im Bereiche von etwa einer Bogensekunde, die Distanzmessung mit interferometrischen Methoden eine Genauigkeit im Bereiche von 1 bis 3 μm Bei triangulatorischen Distanzmessungen im Bereiche von Metern ist es die Genauigkeit der Winkelmessung, die sich in der Genauigkeit der Distanzmessung ins- besondere niederschlagt, so dass es für eine Erhöhung der Genauigkeit der Distanzmessung insbesondere notwendig wäre, die Genauigkeit der Winkelmessung zu erhohen
Die Erfindung stellt sich nun die Aufgabe, die Genauigkeit von Distanzmessungen mit Hilfe von Laser-Tracker und Retroreflektor zu verbessern Es soll ein Verfahren und eine Vorrichtung geschaffen werden, die es erlauben, mit einer gegenüber dem Stande der Technik markant erhöhten Genauigkeit unter Verwendung eines gangigen Laser-Trackers und eines gangigen Retroreflektors Distanzen zwischen in weiten Grenzen beliebig im Räume positionierten Punkten zu messen, wobei das Verfahren gegenüber dem Stande der Technik keinen zusatzlichen Mess- und/oder Rechenauf- wand bedingen soll und wobei die zusatzlich zu Laser-Tracker und Retroreflektor verwendete Vorrichtung einfach herstellbar und einfach anwendbar sein soll - j -
Diese Aufgabe wird gelöst durch das Verfahren und die Vorrichtung, wie sie in den entsprechenden, unabhängigen Patentansprüchen definiert sind.
Das erfindungsgemässe Verfahren beruht im wesentlichen darauf, mit geeigneten Mitteln den vom Laser-Tracker ausgesendeten Laserstrahl derart umzulenken, dass die beiden Punkte, deren Distanz zu bestimmen ist, vom umgelenkten Laserstrahl getroffen werden, dass der umgelenkte Laserstrahl also auf der Geraden durch die beiden Punkte verläuft. Wenn nun der Reflektor vom einen der Punkte zum anderen bewegt wird, ändert sich zwar die Distanz zwischen Tracker und Reflektor und kann diese Distanzänderung interferometrisch ermittelt werden, die Richtung des Laser- Strahles ist aber für die erste Reflektorposition und für die zweite Reflektorposition dieselbe. Dadurch beschränkt sich die Messung auf eine relative Distanzmessung, die interferometrisch und mit der oben genannten hohen Genauigkeit durchgeführt werden kann. Eine Winkelmessung mit der ebenfalls oben genannten, weniger hohen Genauigkeit wird vermieden oder, wie weiter unten noch gezeigt werden soll, höch- stens für die Berechnung eines Korrekturfaktors verwendet.
Die Vorrichtung, die zusätzlich zu Laser-Tracker und Retroreflektor für die Durchführung des Verfahrens anzuwenden ist, weist ein Umlenkmittel zum Umlenken des Laserstrahles (z.B. einen Spiegel mit einstellbarer Orientierung) und ein Reflektor- Positioniermittel (z.B. einen Magnethalter) zum Positionieren des Reflektors auf. Ferner weist die Vorrichtung ein Markiermittel auf, das bei der Ausrichtung des Laserstrahles durch die zwei Punkte zum Markieren des einen der zwei Punkte dient. Das Markiermittel ist beispielsweise ein auf dem genannten Reflektor- Positioniermittel positionierbares Fadenkreuz.
Zur Messung der Distanz zwischen einem ersten und einem zweiten Punkt nach dem erfindungsgemässen Verfahren wird der Reflektor im ersten Punkt und das Markier- mittel im zweiten Punkt positioniert. Dann wird der Laserstrahl des Laser-Trackers, der in einer beliebigen Tracker-Position positioniert ist, über das Umlenkmittel auf den Reflektor gerichtet, wobei das Umlenkmittel derart eingestellt wird, dass der Trackerstrahl durch die vom Markiermittel markierte zweite Reflektor-Position zum Reflektor verlauft. Das Markiermittel wird dann aus dem Strahlengang entfernt (ohne Trackingverlust), der Reflektor wird (gegen das Umlenkmittel) in die Position des Markiermittels gebracht und die Reflektorverschiebung wird interferometrisch ausgewertet, was direkt die Distanz zwischen dem ersten und dem zweiten Punkt ergibt Die Tracker-Position und die Einstellung des Umlenkmittels bleiben wahrend der Messung unverändert
Bei Verwendung eines Reflektors bei dem ein zentraler Teil des Laserstrahles unre- flektiert durch den Reflektor verlauft, ist es auch möglich, den Laserstrahl durch den Reflektor auf das Markiermittel zu richten und dann den Reflektor vom Umlenkmittel weg auf den zweiten Punkt zu bringen Die Auswertung der interferometrischen Messung bleibt gleich, wie oben für den umgekehrten Fall beschrieben
Die Genauigkeit des erfindungsgemassen Distanzmessverfahrens ist nicht abhangig von der Richtung des Trackerstrahles und auch nicht vom Winkel, mit dem dieser auf das Umlenkmittel trifft Sie ist ebenso wenig abhangig vom exakten Verlauf der Reflektorbewegung zwischen dem ersten und dem zweiten Punkt, wahrend der der Reflektor vom Trackerstrahl verfolgt wird Die Richtung des Trackerstrahles ändert sich dabei gegebenenfalls, ist aber am Ende der Bewegung im wesentlichen dieselbe wie bei Beginn
Genau wie bei den eingangs erwähnten Verfahren ist die Genauigkeit des erfindungsgemassen Verfahrens abhangig von der Genauigkeit der Reflektor- bzw Mar- kiermittel-Positionierung und werden für eine genaue Positionierung im wesentlichen dieselben Massnahmen ergriffen
Für Falle, in denen der Reflektor und das Markiermittel nicht direkt in zu vermessenden Punkten positionierbar sind, werden Positionier-Mittel verwendet, die eine genau definierte relative Position des optischen Zentrums des Reflektors zum relevanten Punkt ergeben Aus der gemessenen Distanz zwischen dem optischen Zentrum des Sensors in den zwei Positionen wird dann rechnerisch auf die effektiv gesuchte Distanz zwischen den relevanten Punkten geschlossen
Das erfindungsgemasse Verfahren und eine beispielhafte Ausführungsform der Vor- richtung, die zusatzlich zu Laser-Tracker und Retroreflektor zur Durchführung des Verfahrens angewendet wird, werden im Zusammenhang mit den folgenden Figuren im Detail beschrieben Dabei zeigen
Figuren 1 bis 3 die Verfahrensschritte des erfindungsgemassen Verfahrens,
Figur 4 eine beispielhafte Ausführungsform der erfindungsgemassen Vorrichtung
Figuren 1 bis 3 zeigen das Prinzip des erfindungsgemassen Verfahrens und illustrieren seine aufeinanderfolgenden Schritte Die Figuren zeigen einen ersten Punkt P 1 und einen zweiten Punkt P 2, deren Abstand D zu bestimmen ist, wobei der Einfachheit halber P 1 und P 2 mit den Reflektorpositiorten (Positionen des optischen Zentrums des Reflektors) gleichgesetzt werden Die Figuren zeigen ferner eine Tracker- position 3, einen Trackerstrahl 4, einen einstellbaren Spiegel 5 (Umlenkmittel), einen Retroreflektor 6 und ein Fadenkreuz 7 (Markiermittel) Die Verfahrensschritte sind die folgenden • Reflektor 6 im erstem Punkt P. l, Fadenkreuz 7 im zweitem Punkt P.2 positionieren und Trackerstrahl 4 durch entsprechende Einstellung des Spiegels 5 und automatische Nachführung des Trackerstrahles 4 durch den vom Markiermittel markierten, zweiten Punkt P.2 auf den im ersten Punkt P. l positionierten Re- flektor 6 richten (Figur 1);
• Fadenkreuz 7 vom zweiten Punkt entfernen, ohne den Laserstrahl zu unterbrechen;
• Reflektor 6 vom ersten Punkt P. l zum zweiten Punkt P.2 bringen und dabei mit dem Trackerstrahl 4 automatisch verfolgen, wobei die Veränderung der Distanz zwischen Tracker und Reflektor interferometrisch verfolgt wird (Figur 2);
• Reflektor 6 in zweitem Punkt P.2 anstelle des Fadenkreuzes 7 positionieren und Distanzänderung bestimmen (Figur 3).
In den Figuren 1 bis 3 ist der erste Punkt P. l, von dem die Bewegung des Reflektors 6 ausgeht, weiter vom Spiegel 5 entfernt als der zweite Punkt P.2, in dem die Re- flektorbewegung endet. Dies ist notwendig, wenn ein bekannter Tripelspiegel oder ein bekanntes Tripelprisma als Reflektor verwendet wird. Ein als Reflektor verwendetes Tripelprisma kann aber an seiner Spitze eine zur Basisfläche parallele Austrittsfläche oder der Tripelspiegel eine entsprechende Austrittsöffnung aufweisen, derart, dass ein zentraler Teil des auf den Reflektor gerichteten Laserstrahles nicht reflek- tiert wird sondern den Reflektor im wesentlichen geradlinig durchdringt. Bei Verwendung eines derart ausgestalteten Reflektors kann der erste Punkt P.1 auch näher beim Spiegel 5 liegen und kann der den im ersten Punkt P. l positionierten Reflektor durchdringende, zentrale Teil des Laserstrahles zur Ausrichtung auf das im zweiten Punkt P.2 positionierte Fadenkreuz 7 gerichtet werden, während der reflektierte, pe- riphere Laserstrahl-Teil für die interferometrische Auswertung verwendet wird. Die Einstellung des umgelenkten Laserstrahles durch das Fadenkreuz 7, die vor der effektiven interferometrischen Messung durch beispielsweise manuelle Einstellung des Spiegels 5 realisiert wird, ist gegebenenfalls weniger genau als die entsprechende Ausrichtung des Laserstrahles auf den im zweiten Punkt positionierten Reflektor am Ende der Messung. Daraus kann sich zwischen Anfang (Figur 1) und Ende der Messung (Figur 3) eine kleine Verschiebung der Trackerstrahl-Richtung ergeben. Diese Richtungsveränderung kann in bekannter Weise durch Winkelmessung ermittelt werden und kann zur Berechnung eines Korrekturfaktors für die Distanzmessung verwendet werden.
Figur 4 zeigt eine beispielhafte Ausfuhrungsform der Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemassen Verfahrens und einen von einem Laser-Tracker 9 ausgesendeten und mit Hilfe der Vorrichtung umgelenkten Laserstrahl 4. Die Vorrichtung weist als Reflektor-Positioniermittel einen Magnethalter 10 auf, der, gegebenenfalls mit Hilfe von Befestigungssmitteln (nicht dargestellt), derart im Bereiche des einen der zu vermessenden Punkte montierbar ist, dass mit seiner Hilfe der Reflektor oder gegebenenfalls das Fadenkreuz 7 darauf eine genau definierte Position (P.2) einnimmt. Mit dem Magnethalter 10 ist über eine Grundplatte 11 der Spiegel 5 verbunden, derart, dass er um zwei senkrecht zueinander stehende Achsen verschwenkbar ist. In der dargestellten Ausfuhrungsform ist die erste Schwenkachse I parallel zur Grundplatte 11 ausgerichtet und ist die zweite Schwenkachse A.2 gleichzeitig die Achse des ringförmigen Magnethalters 10. Die Grundplatte 11 ist also um den Magnethalter 12 verschwenkbar oder drehbar (A.2) und der Spiegel 5 ist zusätzlich relativ zur Grundplatte verschwenkbar (A.1).
Die in der Figur 4 dargestellte Vorrichtung ist ein sehr einfaches Werkzeug, das pro- blemlos an verschiedensten Objekten montierbar ist. Der Vorteil der in der Figur 4 dargestellten spezifischen Spiegelanordnung besteht darin, dass damit Distanzen zwischen dem einen Punkt, in dessen Bereich die Vorrichtung montiert ist, und in verschiedensten Richtungen von diesem Punkt entfernten, anderen Punkten messbar sind, ohne dass die Vorrichtung ummontiert werden muss.
Das erfindungsgemässe Verfahren, dessen Prinzip im Zusammenhang mit den Figuren 1 bis 3 beschrieben wurde, ist auf verschiedenste Arten automatisierbar und eine entsprechende Unterstützung kann problemlos in die Bedienungssoftware des Laser- Trackers eingebaut werden. Einige Automatisierungsbeispiele sind in den folgenden Abschnitten beschrieben.
Der erste Schritt des Verfahrens, das heisst die Einstellung des Umlenkmittels so, dass der Laserstrahl eines stationären Laser-Trackers nach der Umlenkung auf der durch die beiden Punkte, deren Distanz zu messen ist, definierten Geraden verläuft, wird dadurch automatisiert, dass mit Hilfe des Trackers zuerst die Positionen der beiden Punkte in bekannter Weise bestimmt werden und dass dann die für die Ausrichtung des Laserstrahles durch die beiden Punkte notwendige Umlenkmittel- Einstellung für die vorgegebene Tracker-Position und die durch Messung ermittelten Punkt -Positionen berechnet wird. Dann wird das Umlenkmittel entsprechend eingestellt.
Üblicherweise bietet die Software eines Laser-Trackers einen sogenannten Build- Modus an, der die Positionierung von Reflektoren an Punkten mit vorgegebenen Raumkoordinaten unterstützt. Während ein Benutzer den Reflektor bewegt, berech- net die Tracker-Software in diesem Modus die Abweichung der momentanen Reflektor-Koordinaten von den vorgegebenen Koordinaten und visualisiert diese Abweichungen für den Benutzer. Die Bewegung des Reflektors wird fortgeführt, bis die genannten Abweichungen gleich null sind. Wenn nun als Umlenkmittel beispielsweise der in der Figur 4 dargestellte Spiegel 5 verwendet wird und wenn an diesem Spiegel beispielsweise zwei Reflektoren angeordnet werden, kann die einzustellende Spiegleposition in Koordinaten für die zwei Reflektoren berechnet werden und kann die Spiegeleinstellung durch den Benutzer mit Hilfe des genannten Build-Modus durchgeführt werden.
Der zweite Schritt des erfindungsgemassen Verfahrens, das heisst die interferometri- sche Messung der Distanz zwischen den zwei Punkten kann beispielsweise durch Hin- und Herbewegen des Reflektors zwischen den beiden Punkten, durch Nullsetzung der Interferometerdistanz vor jeder Bewegung und durch Berechnung der effektiven Distanz aus den aufsummierten Distanzänderungen (Absolutwerte) realisiert und von der Software des Laser-Trackers entsprechend unterstützt werden.

Claims

PATENTANSPRUCHE
1. Verfahren zur Messung der Distanz (D) zwischen einem ersten Punkt (P. l) und einem zweiten Punkt (P.2) mit Hilfe eines Laser-Trackers (4) und eines Retroreflektors (6), wobei der Retroreflektor (6) im ersten Punkt (P. l) positioniert und der Trackerstrahl (4) auf den Retroreflektor (6) gerichtet wird, wobei dann der
Retroreflektor (6) vom ersten Punkt (P. l) zum zweiten Punkt (P.2) gebracht und im zweiten Punkt (P.2) positioniert wird und der Trackerstrahl (4) den Retroreflektor (6) während seiner Bewegung vom ersten zum zweiten Punkt verfolgt und wobei die Veränderung der Distanz zwischen Laser-Tracker (9) und Retrore- flektor (6) während der Reflektorbewegung interferometrisch gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Trackerstrahl (4) mit Hilfe eines Umlenkmittels derart umgelenkt wird, dass er nach der Umlenkung im wesentlichen auf der durch den ersten und zweiten Punkt (P. l, P.2) definierten Geraden verläuft, so dass die Distanz (D) zwischen dem ersten und dem zweiten Punkt (P. l, P.2) im wesentlichen der interferometrisch gemessenen Distanzveränderung entspricht.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Punkt (P. l) weiter vom Umlenkmittel entfernt ist als der zweite Punkt (P.2).
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der ersten Punkt (P. l) näher am Umlenkmittel liegt als der zweite Punkt (P.2) und dass ein zentraler Teil des Trackerstrahles (4) den im ersten Punkt (P. l) positionierten Retroreflektor (6) unreflektiert durchdringt und auf den zweiten Punkt (P.2) gerichtet wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass für die Umlenkung des Trackerstrahles (4) auf die durch die zwei Punkte (P 1, P 2) definierte Gerade der zweite Punkt (P.2) markiert wird
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Richtungsanderung des Trackerstrahles (4) zwischen seiner Ausrichtung auf den im ersten Punkt (P 1) positionierten Retroreflektor (6) und seiner Ausrichtung auf den im zweiten Punkt (P 2) positionierten Retroreflektor (6) erfasst wird und dass die Distanzmessung entsprechend korrigiert wird
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mit Hilfe des Laser-Trackers (9) und des Retroreflektors (6) die Koordinaten der beiden Punkte (P 1, P 2) bestimmt werden, dass die Richtung der durch die beiden Punkte (P.1 und P 2) definierten Geraden und die für eine vorgegebene Position des Laser-Trackers (9) und die Gerade notwendige Orientierung des Umlenkmittels berechnet werden und dass dann das Umlenkmittel auf die berechnete Orientierung eingestellt wird
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass am Umlenkmittel Reflektoren angeordnet sind, dass für die Berechnung einer Umlenkmittel- Orientierung Soll-Koordinaten für die Reflektoren berechnet werden und dass das Umlenkmittel unterstutzt vom Lasertracker auf die berechnete Orientierung eingestellt wird, wobei vom Lasertracker die Abweichung von momentanen Ist-
Koordinaten von den Soll-Koordinaten berechnet werden
Vorrichtung zur Messung der Distanz zwischen einem ersten Punkt (P 1) und einem zweiten Punkt (P 2) mit Hilfe eines Laser-Trackers (9) und eines Retrore- flektors (6) gemäss dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Positionierung des Retroreflektors (6) in einem der zwei Punkte (P. l, P.2) ein Reflektor-Positioniermittel und zur Umlenkung des Trackerstrahles (4) ein relativ zum Reflek or-Positionierrnittel einstellbares Umlenkmittel aufweist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zusätzlich zur optischen Markierung des zweiten Punktes (P.2) ein mit Hilfe des Reflektor-Positioniermittels positionierbares Markiermittel aufweist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Re- flektor-Positioniermittel ein Magnethalter (10) ist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Umlenkmittel ein um zwei senkrecht zueinander ausgerichtete Schwenkachsen (A. l und A.2) verschwenkbarer Spiegel (5) ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 1 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Schwenkachsen (A.2) die Achse des Reflektor-Positioniermittels ist.
13. Vorrichtung nach Ansprüchen 10, 1 1 und 12, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine senkrecht zur Achse (A.2) des Magnethalters (10) ausgerichtete und relativ zum Magnethalter (10) um diese Achse (A.2) drehbare Grundplatte (11) aufweist, auf welcher Grundplatte (1 1) der Spiegel (5) um eine zur Grundplatte (1 1) parallele Achse (A.1) verschwenkbar angeordnet ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Markiermittel ein Fadenkreuz (7) ist.
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