【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种激光扫描仪或激光轮廓仪以及一种通过测量到表面点的距离来扫描物体表面的方法。
技术介绍
1、激光扫描仪或激光轮廓仪在大地测量或工业测量或移动测绘领域中使用或已知。这种具有扫描功能的勘测设备被表示为例如激光扫描仪、轮廓仪或全站仪，诸如用于测量或创建表面的3d坐标的徕卡(leica)rtc360、徕卡blk360、徕卡多站50、徕卡飞马(pegasus)：backpack、徕卡飞马：two或徕卡blk2go。为此，它们必须能够使用方向偏转单元沿着移动瞄准(targeting)轴线在测量空间内的物体表面上连续地引导距离勘测仪器的测量射束，该方向偏转单元被设计成使得测量射束在至少一个空间方向上偏转并且在该过程中同时检测相对于表面上的测量点的方向和距离。根据每个点的距离和与其相关的相应瞄准轴线的方向信息，对2d或3d物点坐标进行编译，并且例如可以通过数据处理来生成所谓的3d点云。
2、当扫描时，到目标(target)表面的点的距离与瞄准方向一起被确定。在电子或电光距离测量领域中，已知各种原理和方法。一种方法包括例如以激光的形式将具有例如405nm、532nm、635nm、650至690nm、780nm或785nm、795nm、808nm至850nm、905nm、940nm、1064nm、1320nm或在1500nm和1570nm之间的波长的脉冲电磁辐射发射到要勘测的目标，并且随后接收来自该目标的回波作为反向散射物体，基于发射脉冲的传输时间来确定到要勘测的目标的距离。作为例如从us 6,115,112已知的一种方
3、因此，一个问题是电子接收器电路的有限的线性调制范围。在在目标物体的近距离处或高反射率的情况下，信号可使接收器饱和，使得不再正确地确定传输信号的编码或不能足够准确地确定运行时间。因此，信号采样的一个缺点是，在饱和的接收电子系统的状态下，由于接收到的光强度过强，因此测量信号的可适当分析的信息项不再可用，因为这样，由于检测器饱和，不能再建立实际的信号分布。
4、接收信号的强度一方面受到要覆盖的距离范围的影响，另一方面受到要测量的物体的表面的不同反射率的影响。例如，具有光在几乎任何方向上散射的光学漫射表面的物体，由接收单元接收的光的量相当弱。然而，诸如窗户或街道标志的镜面或光滑表面根据光学测量射束的入射角在测距仪的电子接收单元中产生相当强和不同的信号幅度。该距离可以在例如从大约一米到高达几公里的大的距离范围内变化，其中强漫射光散射目标物体具有极小的反向散射。
5、在工业计量中，要扫描的目标物体通常由具有光滑表面的塑料或金属制成，因此返回到距离测量单元的散射光的信号强度非常低，或在直接反射回的情况下过于强烈。在第一种情况下，接收信号合并到噪声中并且无法分析。在第二种情况下，由于接收器的信号运行时间和/或信号形状改变，接收通道(channel)过载并且距离测量变得过于不准确。换句话说，诸如激光轮廓仪和激光扫描仪之类的仪器由于不能被准确测量的镜面反射表面或高反射目标(诸如街道标志)而尤其受到电子接收器通道的低信号动态范围的影响，这是因为由于强的返回光辐射而导致的信号饱和。
6、因此，这种扫描仪的特殊要求之一是至少为105的从非常低到非常高的光反射率的非常大的设置范围，对于这两个极端状态之间的任何幅度，产生高测量精度，优选地在亚毫米范围内的高测量精度。粗略地讲，扫描测量装置应在若干数量级上变化的信号或振幅范围上递送测量距离的精确结果。
7、主要问题是设置所需的适当信号幅度所需的额外时间。在传统的距离测量装置中，信号设置时间通常为1ms或更长。通过扫描，然后以从100khz直到多兆赫的速率生成测量数据，由此反射信号的能量可以由于快速的激光射束旋转而在点到点之间强烈变化。通常，当前以mhz范围内的速率输出或存储3d坐标。因为典型的测量或点速率在每秒1至5兆点之间，所以两个测量点之间的时间小于1微秒，在这样短的时间间隔内，调整返回的激光射束的信号强度相当具有挑战性。因此，为了不遗漏要测量的物体上的任何测量点，需要具有纳秒范围内(例如，100ns或更快)的设定速度的信号动态调节。
8、本领域中例如由de 10249285 a1已知，在两个步骤中调整测量信号：首先测量到达脉冲的初始信号强度并计算所需的衰减/传输/放大，并且其次设置或调整在发射或接收通道中的某处的衰减、传输或放大的程度。然而，在扫描仪器中使用这样的探测脉冲是非常有问题的，在扫描仪器中射束旋转非常快，因为探测脉冲相当慢并且导致错过扫描点(分别(resp.)导致相当复杂的扫描仪)。
9、另一方面，具有高振幅动态范围的常规距离测量装置尽管采取了所有措施，但接收光电二极管(apd、pin)或接收通道的电子器件都达到了它们的极限。首先，apd的增益只能被设置在窄范围内，其次，与增益设置相关联的传输时间(延迟、相位)的变化不能被充分精确地校准。特别是高精度、具有亚毫米精度并且同时具有兆赫速度的距离测量因此是不可能的。
10、通过信号累积，可以扩展动态范围，并且可以从噪声中区分由ad转换器采样的弱信号，例如低于5lsb的信号。然而，与没有累积的单次激发(shot)测量相比，这意味着测量速率的损失。例如，对于单次激发测量，并且在具有14比特的ghz-ad转换器的情况下，在线性接收器范围内最大16000lsb的信号动态是可用的，这由于亚毫米范围中的精度需求而进一步降低，由此需要约50lsb的足够高的snr(16.000:50＝320)。
11、这将与对用于亚毫米精确距离测量的信号动态范围的需求进行比较。如上所述，可能的目标物体的反射率可能存在很大的变化，例如，从具有5％反照率(albedo)的黑色漫反射率的目标到具有100％反照率的白色的目标，或诸如反射箔或猫眼反射器等反射率值更大的反射表面，其反射率值甚至比白色漫射表面大100至1000或甚至20000。因此，为此，必须覆盖400000的动态范围。此外，对于几米至约150m的距离范围，所述测量距离范围增加了例如100倍，因此总计达到100*400000＝4*10e7的所需信号动态范围。
技术实现思路
1、因此，本专利技术的目的是提供一种改进的扫描测量仪器。特别地，目的是提供一种在宽信号动态范围内具有高距离测量精度的扫描测量仪器。
2、另一个目的是能够以高几何和辐射测量精度扫描测量高反射物体表面。
3、本专利技术涉及地面扫描测量仪器，该地面扫描测量仪器具体实现为用于通过测量到表面点的距离来测量物体表面的激光扫描仪或激光轮廓仪。该装置包括用于数据处理和用于控制激光扫描仪的控制和处理单元以及用于生成作为测量光的光本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于测量物体表面的激光扫描仪或激光轮廓仪(10、100)，所述激光扫描仪或激光轮廓仪(10、100)包括：
2.根据权利要求1所述的激光扫描仪或激光轮廓仪(10、100)，
3.根据权利要求2所述的激光扫描仪或激光轮廓仪(10、100)，
4.根据权利要求2至3中的任一项所述的激光扫描仪或激光轮廓仪(10、100)，
5.根据权利要求4所述的激光扫描仪或激光轮廓仪(10、100)，
6.根据权利要求2至5中的任一项所述的激光扫描仪或激光轮廓仪(10、100)，
7.根据权利要求6所述的激光扫描仪或激光轮廓仪(10、100)，
8.根据前述权利要求中的任一项所述的激光扫描仪或激光轮廓仪(10、100)，
9.根据前述权利要求中的任一项所述的激光扫描仪或激光轮廓仪(10、100)，
10.根据前述权利要求中的任一项所述的激光扫描仪或激光轮廓仪(10、100)，
11.根据前述权利要求中的任一项所述的激光扫描仪或激光轮廓仪(10、100)，
12.
13.根据权利要求12所述的方法，
14.根据权利要求12或13中的任一项所述的方法，
15.一种计算机程序，所述计算机程序存储在机器可读载体或者具有程序代码的计算机数据信号上，用于控制和/或执行根据权利要求12所述的方法，特别是当所述程序在根据权利要求1所述的激光扫描仪或激光轮廓仪(10、100)的控制和分析单元中执行时，用于控制和/或执行根据权利要求12所述的方法。
...【技术特征摘要】
1.一种用于测量物体表面的激光扫描仪或激光轮廓仪(10、100)，所述激光扫描仪或激光轮廓仪(10、100)包括：
2.根据权利要求1所述的激光扫描仪或激光轮廓仪(10、100)，
3.根据权利要求2所述的激光扫描仪或激光轮廓仪(10、100)，
4.根据权利要求2至3中的任一项所述的激光扫描仪或激光轮廓仪(10、100)，
5.根据权利要求4所述的激光扫描仪或激光轮廓仪(10、100)，
6.根据权利要求2至5中的任一项所述的激光扫描仪或激光轮廓仪(10、100)，
7.根据权利要求6所述的激光扫描仪或激光轮廓仪(10、100)，
8.根据前述权利要求中的任一项所述的激光扫描仪或激光轮廓仪(10、100)，
9.根据前述权利要求中的任一项所述的激光扫描仪或激光轮廓仪(10、100)，
10.根据前述权利要求中的任一项所述的激光扫描仪或激光轮廓仪(10、100)，
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【专利技术属性】
技术研发人员：雷托·施图茨，J·辛德林，F·恩格勒，
申请(专利权)人：赫克斯冈技术中心，
类型：发明
国别省市：
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