用于测量物体的测量设备制造技术

本发明专利技术涉及用于测量物体的测量设备以及包括所述测量设备的测量系统，该测量设备具有简单且紧凑的光学设置。所述测量设备包括：透镜装置，该透镜装置包括至少一个可移动地布置的用于聚焦以瞄准物体的聚焦透镜元件；成像单元，该成像单元被配置为获取所述物体的至少一部分的图像；距离测量单元，该距离测量单元被配置为沿所述距离测量单元的光轴测量到所述物体的距离；以及分束器/合束器，所述分束器/合束器被配置为将所述成像单元的成像光路的一部分与所述距离测量单元的距离测量光路的一部分组合，以使至少在所述透镜装置和所述分束器/合束器之间，所述成像单元的光轴和所述距离测量单元的光轴与所述透镜装置的光轴同轴地布置。

Measuring equipment for measuring objects

【技术实现步骤摘要】
用于测量物体的测量设备
本专利技术涉及用于测量物体的测量设备以及包括所述测量设备的测量系统，具体地，涉及包括多个模块的测量设备，所述多个模块包括成像单元和距离测量单元。
技术介绍
光学仪器(诸如测量仪器)通常用于测量物体的位置以获取信息(诸如水平角度、垂直角度以及距离)。较新的仪器通常配有电子成像设备(例如，照相机)以获取物体的数字图像。传统的测量仪器包括用于瞄准物体的望远镜系统，然后该物体可以在望远镜系统后面的照相机上成像。此外，这种仪器可以包括距离测量单元，以测量到望远镜系统所瞄准的物体的距离。望远镜系统的视角通常非常小，例如，1度至2度，用户必须放置测量仪器并调整望远镜系统的光学器件，以使待瞄准和待测量的物体恰好位于望远镜系统的小视场中，并且最好位于望远镜系统的光轴上，例如以测量到物体的距离。向测量仪器添加的功能越多，仪器的光学设置(setup)和电子控制就越复杂。近年来，已经提出了具有跟踪系统的测量仪器来跟随移动物体的位置。包括具有激光束的激光跟踪器来跟踪物体进一步增加了复杂性。此外，存在针对不同功能模块的不同供应商，但是测量仪器的复杂光学设置通常不提供用于集成或替换不同功能模块的简单接口。因此，使用定制的解决方案，这进一步增加了仪器的价格。更重要的是，复杂的光学系统难以对准，而这对于需要提供高度精确的位置测量值(例如，相对于物体的角度和距离)的测量仪器尤为重要。此外，这些测量仪器在有时处于恶劣条件下的场地中使用，这不仅要求测量仪器紧凑且维护成本低，而且在很大程度上不受冲击和温度变化的影响。
技术实现思路
因此，需要一种具有简单且紧凑的光学设置的测量设备。根据一个实施方式，一种用于测量物体的测量设备包括：透镜装置，所述透镜装置包括至少一个可移动地布置的用于聚焦以瞄准物体的聚焦透镜元件；以及成像单元，所述成像单元被配置为获取所述物体的至少一部分的图像。所述测量设备还包括距离测量单元，所述距离测量单元被配置为沿所述距离测量单元的光轴测量到所述物体的距离。所述测量设备还包括分束器/合束器，所述分束器/合束器被配置为将所述成像单元的成像光路的一部分与所述距离测量单元的距离测量光路的一部分组合，以使至少在所述透镜装置与所述分束器/合束器之间，所述成像单元的光轴和所述距离测量单元的光轴与所述透镜装置的光轴同轴地布置。因此，实现了紧凑的光学设置，其中，距离测量单元的光路和成像单元的光路被组合，使得同一透镜装置用于两者。结果，特别是与双轴测量仪器(透镜装置和距离测量单元没有重叠的光轴)相比，可以简化设备的校准以及相对于设备中心的转换方向，这是因为用于两个单元的大部分光学器件相同。根据有利的实施方式，所述测量设备还包括跟踪器，所述跟踪器被配置为跟踪所述物体。此外，所述分束器/合束器还被配置为将所述跟踪器的跟踪器光路的一部分、所述成像单元的成像光路的所述部分以及所述距离测量单元的距离测量光路的所述部分组合，以使至少在所述透镜装置与所述分束器/合束器之间，所述跟踪器的光轴、所述成像单元的光轴和所述距离测量单元的光轴与所述透镜装置的光轴同轴地布置。因此，实现了紧凑的光学设置，其中，同一透镜装置可以用于三个功能模块(诸如跟踪器、距离测量单元和成像单元)。因此，可以进一步简化设备的校准以及相对于设备中心的转换方向。根据有利的实施方式，所述测量设备的所述透镜装置包括可移动布置的用于变焦的变焦透镜元件。因此，到跟踪器的光、来自/到距离测量单元的光以及到成像单元的光可以被聚焦并且物体被变焦。由于透镜装置的两个可移动布置的透镜相对于彼此移动而相似地影响三个模块的光路，因此简化了设备的校准。根据有利的实施方式，所述透镜装置被配置为保持放大率，使得所述成像单元上的所述物体的图像尺寸保持恒定。因此，物体(诸如反射器)的图像可以总是具有相同的尺寸，从而简化了图像处理。此外，距离测量单元的激光光斑也可以总是在物体上具有相同的尺寸。根据有利的实施方式，所述透镜装置被配置为在窄视场和宽视场之间切换。因此，宽视场可以用于获得其中可以容易发现和跟踪物体的场景的概观图像，而窄视场可以用于进行距离测量。根据有利的实施方式，所述透镜装置中的面向所述分束器/合束器的透镜具有面向所述分束器/合束器的凸面侧。因此，可以从透镜的表面反射的距离测量单元的激光器的光将很可能不会在距离测量单元上后向反射，特别是不会被距离测量单元的检测器测量到。根据有利的实施方式，所述跟踪器包括跟踪器接收器和/或跟踪器发射器，所述跟踪器发射器用于在所述跟踪器光路上发射跟踪光。因此，由跟踪器接收/发送的光与其它功能模块的光一样，受到透镜装置的影响。根据有利的实施方式，所述跟踪器包括两个跟踪器接收器，每个跟踪器接收器接收由分束器分离的一部分后向反射跟踪光(back-reflectedtrackerlight)。因此，可以通过从物体未被照亮时的一个跟踪器接收器的图像信息减去物体被照亮时的另一跟踪器接收器的图像信息来快速地获得差异图像。根据有利的实施方式，所述跟踪器用于向所述测量设备发出指令以移动所述透镜装置的光轴。因此，测量设备可以跟踪物体并自动改变其观察方向以跟随移动的物体。根据有利的实施方式，所述距离测量单元包括激光器和/或检测器。例如，所述距离测量单元的激光器用于发射由分束器/合束器反射的激光，以便与所述透镜装置的光轴同轴地输出。因此，可以提供紧凑的距离测量单元，该紧凑的距离测量单元可以容易地集成到测量设备中并使用现有的光学器件。根据有利的实施方式，所述分束器/合束器至少包括两个楔形形状的棱镜和/或包括波长选择表面。因此，多个光束路径可以与一个紧凑的棱镜系统组合。根据有利的实施方式，所述分束器/合束器被配置为将穿过所述透镜装置从所述物体反射的光分成沿所述成像光路的成像光以及沿所述距离测量光路的距离测量光。因此，进入透镜装置的不同波长的光可以被分开，以便行进到不同的模块。根据有利的实施方式，所述测量设备还包括控制器，所述控制器被配置为分析由所述成像单元获得的所述物体的图像且被配置为向所述透镜装置发出指令以移动所述透镜装置的一个或多个透镜，从而使所述成像单元上的所述物体的图像尺寸保持恒定。因此，物体的图像可以保持在恒定的放大率。如果将电子成像装置用作成像单元，则始终具有相同的尺寸简化了图像处理。根据有利的实施方式，所述透镜装置还包括在其光轴上的最终聚焦透镜(finalfocuslens)，其中，可移动地布置的聚焦透镜元件布置在所述最终聚焦透镜和所述分束器/合束器之间。因此，提供了一种可以配置用于不同焦点设置的透镜装置。根据有利的实施方式，所述测量设备还包括热成像相机，所述热成像相机被配置为获取所述物体的至少一部分的图像。例如，热成像相机可以额外提供或者可以替代跟踪器或成像单元。因此，不仅在可见光范围内的图像，而且在红外光范围内的图像都是可行的。根据一实施方式，提供一种包括远程控制单元和所述测量设备的测量系统，其中，所述测量设备包括通信接口以与所述远程控制单元通信。因此，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于测量物体的测量设备(100)，包括：/n透镜装置(110)，所述透镜装置包括至少一个可移动地布置的用于聚焦以瞄准物体的聚焦透镜元件；/n成像单元(120)，所述成像单元被配置为获取所述物体的至少一部分的图像；/n距离测量单元(140)，所述距离测量单元被配置为沿所述距离测量单元的光轴测量到所述物体的距离；以及/n分束器/合束器(150，150’)，所述分束器/合束器被配置为将所述成像单元的成像光路的一部分与所述距离测量单元的距离测量光路的一部分组合，以使至少在所述透镜装置与所述分束器/合束器之间，所述成像单元的光轴和所述距离测量单元的光轴与所述透镜装置的光轴同轴地布置。/n

【技术特征摘要】
20181017 EP 18200906.81.一种用于测量物体的测量设备(100)，包括：
透镜装置(110)，所述透镜装置包括至少一个可移动地布置的用于聚焦以瞄准物体的聚焦透镜元件；
成像单元(120)，所述成像单元被配置为获取所述物体的至少一部分的图像；
距离测量单元(140)，所述距离测量单元被配置为沿所述距离测量单元的光轴测量到所述物体的距离；以及
分束器/合束器(150，150’)，所述分束器/合束器被配置为将所述成像单元的成像光路的一部分与所述距离测量单元的距离测量光路的一部分组合，以使至少在所述透镜装置与所述分束器/合束器之间，所述成像单元的光轴和所述距离测量单元的光轴与所述透镜装置的光轴同轴地布置。


2.根据权利要求1所述的测量设备，还包括跟踪器，所述跟踪器被配置为跟踪所述物体，其中，所述分束器/合束器还被配置为将所述跟踪器的跟踪器光路的一部分、所述成像单元的所述成像光路的所述部分以及所述距离测量单元的所述距离测量光路的所述部分组合，以使至少在所述透镜装置与所述分束器/合束器之间，所述跟踪器的光轴、所述成像单元的光轴和所述距离测量单元的光轴与所述透镜装置的光轴同轴地布置。


3.根据权利要求1或2所述的测量设备，其中，所述透镜装置(110)包括可移动布置的用于变焦的变焦透镜元件。


4.根据权利要求1至3中任一项所述的测量设备，其中，所述透镜装置(110)被配置为保持放大率，使得所述成像单元上的所述物体的图像尺寸保持恒定。


5.根据权利要求1至4中任一项所述的测量设备，其中，所述透镜装置(110)被配置为在窄视场和宽视场之间切换。


6.根据权利要求1至5中任一项所述的测量设备，其中，所述透镜装置(110)中的面向所述分束器/合束器的透镜具有面向所述分束器/合束器的凸面侧。


7.根据权利要求2至6中任一项所述的测量设备，其中，所述跟踪器包括跟踪器接...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·弗格尔，R·里奇特，T·梅茨，A·格利姆，T·克卢达斯，U·纳图拉，
申请(专利权)人：特里伯耶拿有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE