Title:
Verfahren zur mechanischen Übermittlung eines Befehls zur Steuerung des Betriebs eines Lasertrackers
Kind Code:
B4


Abstract:

Verfahren (2800) zur mechanischen Übermittlung, von einem Benutzer zu einem Lasertracker (10), eines Befehls zur Steuerung des Betriebs des Lasertrackers (10) mit Schritten umfassend:
Bereitstellen (2810) des Lasertrackers (10) mit einem um eine erste Achse und eine zweite Achse drehbaren Abschnitt (15) einer Lasertrackerstruktur, welche Achsen als Zenitachse (18) und Azimutachse (20) ausgebildet sind, einem ersten Winkelkodierer, der einen ersten Winkel der Drehung des Abschnitts (15) um die erste Achse misst, einem zweiten Winkelkodierer, der einen zweiten Winkel der Drehung des Abschnitts (15) um die zweite Achse misst, sowie Motoren, die den Abschnitt (15) um die erste Achse und um die zweite Achse drehen;
Bereitstellen (2820) einer Entsprechungsregel zwischen jedem einer Vielzahl von Befehlen und jedem einer Vielzahl von Drehmustern des Abschnitts (15) um die erste Achse;
Auswählen (2830) eines ersten Befehls unter der Vielzahl von Befehlen durch den Benutzer;
Drehen (2840) des Abschnitts (15) durch den Benutzer zwischen einem ersten Zeitpunkt und einem zweiten Zeitpunkt in einem ersten Drehmuster unter der Vielzahl von Drehmustern, wobei der Abschnitt (15) durch den Benutzer um die Zenitachse (18) und/oder die Azimutachse (20) gedreht wird und wobei das erste Drehmuster dem ersten Befehl entspricht;
Erhalten (2850) einer Sammlung erster Winkelmesswerte von dem ersten Winkelkodierer, wobei die ersten Winkelmesswerte zwischen dem ersten Zeitpunkt und dem zweiten Zeitpunkt erhalten werden;
Bestimmen (2860) des ersten Befehls basierend zumindest teilweise auf der Verarbeitung der ersten Winkelmesswerte gemäß der Entsprechungsregel; und
Ausführen (2870) des ersten Befehls mit dem Lasertracker (10).




Inventors:
Steffensen, Nils P., Pa. (Kennett Square, US)
Parker, David H., Va. (Earlysville, US)
Application Number:
DE112012005524T
Publication Date:
03/08/2018
Filing Date:
12/18/2012
Assignee:
FARO TECHNOLOGIES INC. (Fla., Lake Mary, US)
International Classes:



Foreign References:
65738832003-06-03
71299272006-10-31
201102600332011-10-27
JP2004108939A2004-04-08
Other References:
TOPCON: "IS-3 Imaging station"; Firmenschrift, 11/2011.
Attorney, Agent or Firm:
OFFICE FREYLINGER S.A., Strassen, LU
Claims:
1. Verfahren (2800) zur mechanischen Übermittlung, von einem Benutzer zu einem Lasertracker (10), eines Befehls zur Steuerung des Betriebs des Lasertrackers (10) mit Schritten umfassend:
Bereitstellen (2810) des Lasertrackers (10) mit einem um eine erste Achse und eine zweite Achse drehbaren Abschnitt (15) einer Lasertrackerstruktur, welche Achsen als Zenitachse (18) und Azimutachse (20) ausgebildet sind, einem ersten Winkelkodierer, der einen ersten Winkel der Drehung des Abschnitts (15) um die erste Achse misst, einem zweiten Winkelkodierer, der einen zweiten Winkel der Drehung des Abschnitts (15) um die zweite Achse misst, sowie Motoren, die den Abschnitt (15) um die erste Achse und um die zweite Achse drehen;
Bereitstellen (2820) einer Entsprechungsregel zwischen jedem einer Vielzahl von Befehlen und jedem einer Vielzahl von Drehmustern des Abschnitts (15) um die erste Achse;
Auswählen (2830) eines ersten Befehls unter der Vielzahl von Befehlen durch den Benutzer;
Drehen (2840) des Abschnitts (15) durch den Benutzer zwischen einem ersten Zeitpunkt und einem zweiten Zeitpunkt in einem ersten Drehmuster unter der Vielzahl von Drehmustern, wobei der Abschnitt (15) durch den Benutzer um die Zenitachse (18) und/oder die Azimutachse (20) gedreht wird und wobei das erste Drehmuster dem ersten Befehl entspricht;
Erhalten (2850) einer Sammlung erster Winkelmesswerte von dem ersten Winkelkodierer, wobei die ersten Winkelmesswerte zwischen dem ersten Zeitpunkt und dem zweiten Zeitpunkt erhalten werden;
Bestimmen (2860) des ersten Befehls basierend zumindest teilweise auf der Verarbeitung der ersten Winkelmesswerte gemäß der Entsprechungsregel; und
Ausführen (2870) des ersten Befehls mit dem Lasertracker (10).

2. Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend folgenden Schritt:
Ablesen einer Sammlung zweiter Winkelmesswerte von dem zweiten Winkelkodierer, wobei die zweiten Winkelmesswerte zwischen dem ersten Zeitpunkt und dem zweiten Zeitpunkt erhalten werden und wobei das Bestimmen (2860) des ersten Befehls ferner auf der Verarbeitung der zweiten Winkelmesswerte gemäß der Entsprechungsregel basiert.

3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt zum Bereitstellen (2820) der Entsprechungsregel zumindest teilweise auf einer unterschiedlichen Drehamplitude, einer Drehrichtung, einer Drehgeschwindigkeit, einer Drehbeschleunigung oder einer absoluten Drehposition basiert.

4. Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Schritt zum Bereitstellen (2820) der Entsprechungsregel zumindest teilweise auf dem ersten Winkelkodierer und dem zweiten Winkelkodierer basiert.

5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Schritt zum Bereitstellen (2820) der Entsprechungsregel zumindest teilweise auf dem Bestimmen eines Wegs basierend zumindest teilweise auf dem ersten Winkelkodierer und dem zweiten Winkelkodierer zwischen dem ersten Zeitpunkt und dem zweiten Zeitpunkt basiert.

6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei ein geschlossener Bereich basierend zumindest teilweise auf dem Weg bestimmt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei der geschlossene Bereich verwendet wird, um einen Einschluss- oder Ausschlussbereich für den ersten Befehl zu beschreiben.

8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei der geschlossene Bereich den Einschlussbereich beschreibt und wobei der erste Befehl darin besteht, in dem Einschlussbereich nach Retroreflektoren (26) zu suchen.

9. Verfahren nach Anspruch 1, wobei in dem Schritt zum Bereitstellen (2810) des Lasertrackers (10) der Abschnitt (15) ein Spiegel ist.

10. Verfahren nach Anspruch 1, wobei in dem Schritt zum Bereitstellen (2810) des Lasertrackers (10) der Abschnitt (15) eine Nutzlast ist.

Description:
Hintergrund

Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Koordinatenmessgerät. Ein Satz von Koordinatenmessgeräten gehört zu einer Klasse von Instrumenten, die die dreidimensionalen (3D) Koordinaten eines Punkts durch Senden eines Laserstrahls zu dem Punkt messen, wo er von einem Retroreflektorziel aufgefangen wird. Das Instrument findet die Koordinaten des Punkts, indem es den Abstand und die zwei Winkel zu dem Ziel misst. Der Abstand wird mit einem Distanzmessgerät wie beispielsweise einem Absolutdistanzmesser (ADM) oder einem Interferometer gemessen. Die Winkel werden mit einem Winkelmessgerät wie beispielsweise einem Winkelkodierer gemessen. Ein kardanisch aufgehängter Strahllenkungsmechanismus in dem Instrument lenkt den Laserstrahl zu dem betreffenden Punkt. Ein Beispiel für ein solches Gerät ist ein Lasertracker. Beispielhafte Lasertrackersysteme werden durch das an Brown et al. erteilte US-Patent US 4 790 651 A, das hierin durch Verweis einbezogen wird, und das an Lau et al. erteilte US-Patent US 4 714 339 A beschrieben.

Ein Koordinatenmessgerät, das nahe mit dem Lasertracker verwandt ist, ist die Totalstation. Die Totalstation, die am häufigsten bei Vermessungsanwendungen eingesetzt wird, kann zum Messen der Koordinaten von diffus streuenden bzw. retroreflektierenden Zielen verwendet werden. Der Begriff „Lasertracker” wird nachstehend in weitem Sinn so benutzt, dass er Totalstationen umfasst.

Normalerweise sendet der Lasertracker einen Laserstrahl zu einem Retroreflektorziel. Ein üblicher Typ eines Retroreflektorziels ist der sphärisch montierte Retroreflektor (SMR; spherically mounted retroreflector), der einen in eine Metallkugel eingebetteten Würfelecken-Retroreflektor umfasst. Der Würfelecken-Retroreflektor umfasst drei zueinander senkrechte Spiegel. Der Scheitelpunkt der Würfelecke, der der gemeinsame Schnittpunkt der drei Spiegel ist, befindet sich in der Mitte der Kugel. Es ist in der Praxis üblich, dass die Kugeloberfläche des SMR in Kontakt mit einem Prüfobjekt angeordnet wird und der SMR anschließend über die zu messende Oberfläche bewegt wird. Wegen dieser Platzierung der Würfelecke in der Kugel bleibt der senkrechte Abstand vom Scheitelpunkt der Würfelecke zu der Oberfläche des Prüfobjekts trotz der Drehung des SMR gleich. Demzufolge kann man die 3D-Koordinaten einer Oberfläche ermitteln, indem man einen Tracker die 3D-Koordinaten eines über die Oberfläche bewegten SMR verfolgen lässt. Man kann ein Glasfenster oben auf dem SMR anordnen, um zu verhindern, dass Staub oder Schmutz die Glasoberflächen verunreinigt. Ein Beispiel für eine derartige Glasoberfläche ist in dem an Raab et al. erteilten US-Patent US 7 388 654 B2 dargestellt, das hierin durch Verweis einbezogen wird.

Es kann ein Kardanmechanismus in dem Lasertracker verwendet werden, um einen Laserstrahl des Trackers auf den SMR zu richten. Ein Teil des von dem SMR retroreflektierten Lichts tritt in den Lasertracker ein und geht auf einen Positionsdetektor durch. Die Position des Lichts, das auf den Positionsdetektor auftrifft, wird von einem Trackersteuersystem benutzt, um die Drehwinkel der mechanischen Azimut- und Zenitachsen des Lasertrackers derart einzustellen, dass der Laserstrahl auf den SMR zentriert bleibt. Auf diese Weise ist der Tracker in der Lage, dem SMR zu folgen (nachgeführt zu werden).

Winkelkodierer, die an den mechanischen Azimut- und Zenitachsen des Trackers befestigt sind, können die Azimut- und Zenitwinkel des Laserstrahls messen (bezogen auf das Bezugssystem des Trackers). Die eine Abstandsmessung und die zwei Winkelmessungen, die der Lasertracker durchführt, reichen für die vollständige Bestimmung der dreidimensionalen Position des SMR aus.

Wie zuvor gesagt wurde, können in Lasertrackern zwei Typen von Distanzmessern vorkommen: Interferometer und Absolutdistanzmesser (ADMs). In dem Lasertracker kann ein Interferometer (sofern vorhanden) den Abstand von einem Anfangspunkt zu einem Endpunkt ermitteln, indem es die Anzahl von Inkrementen bekannter Länge (normalerweise die halbe Wellenlänge des Laserlichts) zählt, die durchgehen, während ein Retroreflektorziel zwischen den zwei Punkten bewegt wird. Wenn der Laserstrahl während der Messung unterbrochen wird, kann die Anzahl der Impulse nicht genau ermittelt werden, was zum Verlust der Abstandsinformation führt. Im Vergleich dazu ermittelt der ADM in einem Lasertracker den absoluten Abstand zu einem Retroreflektorziel ohne Berücksichtigung von Strahlunterbechungen, was ferner ein Umschalten zwischen Zielen ermöglicht. Es wird daher auch gesagt, dass der ADM zu einer „Anvisieren-und-Auslösen”-Messung in der Lage ist. Anfangs konnten Absolutdistanzmesser lediglich ortsfeste Ziele messen, so dass sie aus diesem Grund immer zusammen mit einem Interferometer benutzt wurden. Einige moderne Absolutdistanzmesser können jedoch schnelle Messungen durchführen, wodurch die Notwendigkeit eines Interferometers entfällt. Ein solcher ADM wird in dem an Bridges et al. erteilten US-Patent US 7 352 446 B2 beschrieben, das hierin durch Verweis einbezogen wird.

Der Lasertracker folgt in seinem Trackingmodus automatisch den Bewegungen des SMR, wenn der SMR sich im Erfassungsbereich des Trackers befindet. Wird der Laserstrahl unterbrochen, hört das Tracking auf. Der Strahl kann durch ein beliebiges der folgenden Mittel unterbrochen werden: (1) ein Hindernis zwischen dem Instrument und dem SMR; (2) schnelle Bewegungen des SMR, die für das Instrument zu schnell sind, um ihnen folgen zu können; oder (3) das Drehen der Richtung des SMR über den Öffnungswinkel des SMR hinaus. Der Strahl bleibt nach einer Strahlunterbechung standardmäßig an dem Punkt der Strahlunterbrechung oder zumindest an der letzten befohlenen Position stehen. Es ist unter Umständen für einen Bediener erforderlich, dass er den Trackingstrahl mit den Augen sucht und den SMR in dem Strahl positioniert, damit das Instrument den SMR fest anvisiert und das Tracking fortgesetzt wird.

Einige Lasertracker umfassen eine oder mehrere Kameras. Eine Kameraachse kann koaxial zum Messstrahl sein oder um einen festen Abstand oder Winkel gegenüber dem Messstrahl versetzt sein. Man kann eine Kamera verwenden, um ein weites Sichtfeld zum Auffinden von Retroreflektoren bereitzustellen. Eine nahe der optischen Achse der Kamera angeordnete modulierte Lichtquelle kann Retroreflektoren beleuchten und sie dadurch leichter identifizierbar machen. In diesem Fall blinken die Retroreflektoren phasengleich mit der Beleuchtung, Objekte im Hintergrund dagegen nicht. Eine Anwendung für eine derartige Kamera besteht darin, mehrere Retroreflektoren im Sichtfeld zu erfassen und jeden in einer automatischen Abfolge zu messen. Beispielhafte Systeme werden in dem an Pettersen et al. erteilten US-Patent US 6 166 809 A und in dem an Bridges et al. erteilten US-Patent US 7 800 758 B1 beschrieben, die hierin durch Verweis einbezogen werden.

Einige Lasertracker sind in der Lage, mit sechs Freiheitsgraden (DOF; degrees of freedom), die drei Koordinaten wie beispielsweise x, y und z sowie drei Drehungen wie beispielsweise Nick-, Roll- und Gierdrehung umfassen können, zu messen. Mehrere Systeme auf Basis von Lasertrackern stehen zur Verfügung oder wurden für die Messung von sechs Freiheitsgraden vorgeschlagen. Beispielhafte Systeme werden in der veröffentlichten US-amerikanischen Patentanmeldung, US 2010/0128259 A1, an Bridges, die hierin durch Verweis einbezogen wird; dem an Bridges et al. erteilten US-Patent US 7 800 758 B1; dem an Pettersen et al. erteilten US-Patent US 5 973 788 A; und dem an Lau erteilten US-Patent US 7 230 689 B2 beschrieben.

STEUERUNG DER FUNKTIONALITÄT VON LASERTRACKERN DURCH DEN BEDIENER

Zwei übliche Betriebsmodi des Lasertrackers sind der Trackingmodus und der Profiliermodus. Beim Trackingmodus folgt der Laserstrahl des Trackers dem Retroreflektor, während der Bediener letzteren umherbewegt. Beim Profiliermodus geht der Laserstrahl des Trackers entweder durch Computerbefehle oder durch manuelle Betätigung in die vom Bediener vorgegebene Richtung.

Es gibt außer diesen Betriebsmodi, die das grundlegende Tracking- und Anvisierverhalten des Trackers steuern, noch zwei spezielle Optionsmodi, die dem Tracker die Möglichkeit geben, in einer vorzeitig durch den Bediener ausgewählten Weise zu reagieren. Der gewünschte Optionsmodus wird normalerweise in der Software ausgewählt, die den Lasertracker steuert. Eine solche Software kann sich in einem externen Computer, der (möglicherweise über ein Netzwerkkabel) an den Tracker angeschlossen ist, oder in dem Tracker selbst befinden. Im letzteren Fall ist die Software über eine in den Tracker eingebaute Konsolenfunktionalität zugänglich.

Ein Beispiel für einen Optionsmodus ist der Modus „automatische Rückstellung”, bei welchem der Laserstrahl jedes Mal zu einem voreingestellten Referenzpunkt geführt wird, wenn er unterbrochen wird. Ein üblicher Referenzpunkt für die Option „automatische Rückstellung” ist die Ausgangsposition des Trackers, die die Position einer auf dem Trackerkörper angebrachten magnetischen Aufnahme ist. Die Alternative zur automatischen Rückstellung ist der Optionsmodus „keine Rückstellung”. In diesem Fall zeigt der Laserstrahl jedes Mal weiter in der ursprünglichen Richtung, wenn er unterbrochen wird. Eine Beschreibung für die Ausgangsposition des Trackers ist in dem an Cramer et al. erteilten US-Patent US 7 327 446 B2 aufgeführt, das hierin durch Verweis einbezogen wird.

Ein anderes Beispiel für einen speziellen Optionsmodus ist PowerLock, ein Merkmal, das von Leica Geosystems bei deren Leica Absolute TrackerTM angeboten wird. Im Optionsmodus PowerLock wird die Position des Retroreflektors jedes Mal durch eine Trackerkamera ermittelt, wenn der Laserstrahl des Trackers unterbrochen wird. Die Kamera sendet sofort die Winkelkoordinaten des Retroreflektors zum Steuersystem des Trackers, wodurch bewirkt wird, dass der Tracker den Laserstrahl zurück auf den Retroreflektor richtet. Verfahren, an denen eine automatische Erfassung eines Retroreflektors beteiligt ist, sind in der internationalen Anmeldung WO 2007/079601 A1 an Dold et al. und in dem an Kaneko erteilten US-Patent US 7 055 253 B2 aufgeführt.

Einige Optionsmodi sind bei ihrem Betrieb etwas komplexer. Ein Beispiel dafür ist der Modus „Stabilitätskriterium”, der jedes Mal aufgerufen werden kann, wenn ein SMR für einen bestimmten Zeitraum ruht. Der Bediener kann einen SMR zu einer magnetischen Aufnahme führen und ihn absetzen. Wenn ein Stabilitätskriterium aktiv ist, beginnt die Software damit, die Stabilität der dreidimensionalen Koordinaten-Messwerte des Trackers zu prüfen. Der Benutzer kann sich beispielsweise entschließen, den SMR als „stabil” zu beurteilen, wenn die Spitze-Spitze-Abweichung bei dem Abstandsmesswert des SMR über ein Intervall von einer Sekunde kleiner als 2 Mikrometer ist. Sobald das Stabilitätskriterium erfüllt ist, misst der Tracker die 3D-Koordinaten und zeichnet die Software die Daten auf.

Durch Computerprogramme sind komplexere Betriebsmodi möglich. Es steht beispielsweise Software zur Verfügung, um Oberflächen von Teilen zu messen und diese an geometrische Formen anzupassen. Die Software weist den Bediener an, den SMR über die Oberfläche zu bewegen und danach, wenn das Sammeln von Datenpunkten beendet ist, den SMR von der Oberfläche des Objekts abzuheben, um die Messung abzuschließen. Das Abheben des SMR von der Oberfläche gibt nicht nur an, dass die Messung abgeschlossen ist; es zeigt auch die Position des SMR in Bezug auf die Objektoberfläche an. Diese Positionsinformation wird von der Anwendungssoftware benötigt, damit die durch den SMR-Radius verursachte Versetzung korrekt berücksichtigt wird.

Ein zweites Beispiel für eine komplexe Computersteuerung ist eine Vermessung mit einem Tracker. Der Tracker wird bei der Vermessung gemäß einem vorher eingerichteten Plan nacheinander zu jeder mehrerer Zielpositionen geführt. Der Bediener kann ihm diese Positionen vor der Vermessung beibringen, indem er den SMR zu jeder der gewünschten Position trägt.

Ein drittes Beispiel für eine komplexe Softwaresteuerung ist die mit einem Tracker geführte Messung. Die Software weist den Bediener an, den SMR zu einer gewünschten Stelle zu bewegen. Sie führt dies mit einer grafischen Anzeige durch, um die Richtung und den Abstand zu der gewünschten Position darzustellen. Sobald sich der Bediener an der gewünschten Position befindet, könnte die Farbe des Computermonitors beispielsweise von rot zu grün wechseln.

Systeme zur manuellen Steuerung der Strahllenkung von Lasertrackern werden in dem an Westermark et al. erteilten US-Patent US 7 634 381 B2 und dem an Westermark et al. erteilten US-Patent US 7 765 084 B2 sowie der veröffentlichten US-amerikanischen Patentanmeldung, US 2011/0069322 A1, an Hoffer des gleichen Inhabers beschrieben, welche hierin durch Verweis einbezogen wird.

Das Element, das allen oben beschriebenen Trackervorgängen gemeinsam ist, besteht darin, dass der Bediener in seiner Fähigkeit, das Verhalten des Trackers zu steuern, eingeschränkt ist. Andererseits können die in der Software ausgewählten Optionsmodi dem Bediener die Möglichkeit geben, bestimmte Verhaltensweisen des Trackers vorzugeben. Sobald der Benutzer jedoch die Optionsmodi ausgewählt hat, ist das Verhalten des Trackers festgelegt und kann nicht verändert werden, sofern der Bediener nicht zu der Computerkonsole zurückkehrt. Andererseits kann das Computerprogramm den Bediener anweisen, komplizierte Vorgänge durchzuführen, welche die Software differenzierter analysiert. Der Bediener ist in jedem Fall in seiner Fähigkeit eingeschränkt, den Tracker und die vom Tracker gesammelten Daten zu steuern.

BEDARF AN FERNBEFEHLEN FÜR DEN TRACKER

Der Bediener eines Lasertrackers führt zwei grundlegende Funktionen durch. Er positioniert einen SMR während einer Messung und sendet über den Steuercomputer Befehle an den Tracker. Es ist allerdings für einen Bediener nicht einfach, beide dieser Messfunktionen durchzuführen, weil sich der Computer normalerweise weit von der Messposition entfernt befindet. Es wurden verschiedene Verfahren versucht, um diese Einschränkung zu umgehen, wobei aber keine ganz zufriedenstellend ist.

Ein manchmal eingesetztes Verfahren besteht darin, dass ein einziger Bediener den Retroreflektor positioniert und zur Steuerungstastatur des Instruments zurückgeht, um eine Messanweisung auszuführen. Dies ist jedoch eine ineffiziente Beanspruchung der Zeit des Bedieners und des Instruments. In den Fällen, wo der Bediener den Retroreflektor bei der Messung halten muss, ist die Steuerung durch einen einzigen Bediener nur möglich, wenn er sich in unmittelbarer Nähe der Tastatur befindet.

Ein zweites Verfahren besteht darin, mit einem zusätzlichen zweiten Bediener zu arbeiten. Ein Bediener steht am Computer und ein zweiter Bediener bewegt den SMR. Dies ist offensichtlich ein teures Verfahren und die sprachliche Verständigung über große Entfernungen kann problematisch sein.

Ein drittes Verfahren besteht darin, einen Lasertracker mit einer Fernsteuerung auszustatten. Fernsteuerungen haben allerdings mehrere Einschränkungen. Bei vielen Anlagen ist die Benutzung von Fernsteuerungen aus Sicherheitsheitsgründen untersagt. Selbst wenn Fernsteuerungen erlaubt sind, kann eine Interferenz zwischen Mobilfunkkanälen ein Problem darstellen. Einige Fernsteuerungssignale erreichen nicht den gesamten Bereich des Lasertrackers. Möglicherweise ist in manchen Situationen die zweite Hand zum Beispiel bei der Arbeit von einer Leiter aus nicht für die Bedienung der Fernsteuerung frei. Es ist vor dem Einsatz einer Fernsteuerung normalerweise erforderlich, dass der Computer und die Fernsteuerung auf die Zusammenarbeit eingestellt werden, und dann kann man gewöhnlich nur auf eine kleine Untergruppe von Trackerbefehlen in irgendeinem bestimmten Zeitraum zugreifen. Ein Beispiel für ein auf diesem Gedanken basierendes System ist in dem an Smith et al. erteilten US-Patent US 7 233 316 B2 aufgeführt.

Ein viertes Verfahren besteht darin, ein Mobiltelefon mit einem Lasertracker zu verbinden. Befehle werden aus der Ferne eingegeben, indem das Instrument vom Mobiltelefon angerufen wird und Ziffern an der Tastatur des Mobiltelefons eingegeben werden oder eine Spracherkennung verwendet wird. Dieses Verfahren hat ebenfalls zahlreiche Schwachstellen. In einigen Anlagen ist die Benutzung von Mobiltelefonen untersagt und Mobiltelefone sind in ländlichen Gebieten eventuell nicht einsetzbar. Für den Dienst ist eine monatliche Gebühr des Dienstanbieters zu entrichten. Eine Mobiltelefon-Schnittstelle benötigt eine zusätzliche Hardwareankopplung an den Computer oder Lasertracker. Die Technik der Mobiltelefone ändert sich rasch und ist eventuell auf Aktualisierungen angewiesen. Wie im Falle der Fernsteuerungen müssen der Computer und die Fernsteuerung auf ihre Zusammenarbeit eingestellt werden und kann man normalerweise nur auf eine kleine Untergruppe von Trackerbefehlen in irgendeinem bestimmten Zeitraum zugreifen.

Ein fünftes Verfahren besteht darin, einen Lasertracker mit Internet- oder Mobilfunknetz-Tauglichkeit auszustatten und einen mobilfunktauglichen tragbaren Computer oder Personal Digital Assistant (PDA) zu verwenden, um dem Lasertracker Befehle mitzuteilen. Dieses Verfahren hat jedoch ähnliche Einschränkungen wie ein Mobiltelefon. Dieses Verfahren wird häufig mit Totalstationen eingesetzt. Beispiele für Systeme, die dieses Verfahren nutzen, umfassen die veröffentlichte US-amerikanische Patentanmeldung, US 2009/0171618 A1, an Kumagai et al., das an Viney et al. erteilte US-Patent US 6 034 722 A, das an Gatsios et al. erteilte US-Patent US 7 423 742 B2, das an Gatsios et al. erteilte US-Patent US 7 307 710 B2, das an Piekutowski erteilte US-Patent US 7 552 539 B2 und das an Monz et al. erteilte US-Patent US 6 133 998 A. Dieses Verfahren wurde auch zur Steuerung von Geräten durch ein in dem an Ouchi et al. erteilten US-Patent US 7 541 965 B2 beschriebenen Verfahren eingesetzt.

Ein sechstes Verfahren besteht darin, einen Zeiger zu verwenden, um eine bestimmte Position anzuzeigen, an welcher eine Messung durchzuführen ist. Ein Beispiel für dieses Verfahren ist in dem an Ura et al. erteilten US-Patent US 7 022 971 B2 aufgeführt. Es wäre möglich, dieses Verfahren an die Ausgabe von Befehlen an einen Lasertracker zu benutzen, doch es ist in der Regel nicht sehr einfach, eine geeignete Oberfläche zu finden, auf die das Muster des Zeigestrahls projiziert wird.

Ein siebtes Verfahren besteht darin, eine komplexe Zielstruktur zu konzipieren, die mindestens einen Retroreflektor, einen Sender und einen Empfänger enthält. Solche Systeme können mit Totalstationen zur Übertragung einer genauer Zielinformationen an den Bediener sowie zur Übertragung von Informationen mittels des globalen Positionsbestimmungssystems (GPS; global positioning system) an die Totalstation verwendet werden. Ein Beispiel für ein solches System ist in der veröffentlichten US-amerikanischen Patentanmeldung, US 2008/0229592 A1, an Hinderling et al. aufgeführt. In diesem Fall ist kein Verfahren vorgesehen, das dem Bediener das Senden von Befehlen an das Messgerät (die Totalstation) ermöglicht.

Ein achtes Verfahren besteht darin, eine komplexe Zielstruktur zu konzipieren, die mindestens einen Retroreflektor, einen Sender und einen Empfänger enthält, wobei der Sender in der Lage ist, modulierte Lichtsignale an eine Totalstation zu senden. Es kann ein Tastenfeld benutzt werden, um mittels des modulierten Lichts Befehle an die Totalstation zu senden. Diese Befehle werden von der Totalstation dekodiert. Beispiele für solche Systeme sind in dem an Katayama et al. erteilten US-Patent US 6 023 326 A, dem an Muraoka et al. erteilten US-Patent US 6 462 810 B1, dem an Ishinabe et al. erteilten US-Patent US 6 295 174 B1 und dem an Ishinabe et al. erteilten US-Patent US 6 587 244 B1 aufgeführt. Dieses Verfahren ist besonders für Vermessungsanwendungen geeignet, bei denen das komplexe Ziel und das Tastenfeld auf einem großen Stab angebracht sind. Ein solches Verfahren eignet sich nicht für den Einsatz mit einem Lasertracker, wo es von Vorteil ist, wenn ein kleines Ziel benutzt wird, das nicht an ein großes Bedienfeld gebunden ist. Es ist ferner wünschenswert, Befehle selbst dann senden zu können, wenn der Tracker ein Retroreflektorziel nicht fest anvisiert.

Ein neuntes Verfahren besteht darin, einen Funksender und eine modulierte Lichtquelle auf dem Ziel einzubeziehen, um Informationen an eine Totalstation zu senden. Der Funksender sendet hauptsächlich Informationen über die Winkelstellung des Ziels, damit die Totalstation sich in die richtige Richtung drehen kann, um ihren Laserstrahl zum Ziel-Retroreflektor zu senden. Die modulierte Lichtquelle wird derart in der Nähe des Retroreflektors angeordnet, dass sie von dem Detektor in der Totalstation erfasst werden kann. Auf diese Weise kann für den Bediener gewährleistet werden, dass die Totalstation in die richtige Richtung zeigt, wodurch falsche Reflexionen vermieden werden, die nicht von dem Ziel-Retroreflektor stammen. Ein auf diesem Ansatz basierendes beispielhaftes System ist in dem an Wiklund et al. erteilten US-Patent US 5 313 409 A aufgeführt. Dieses Verfahren bietet nicht Fähigkeit, allgemein verwendbare Befehle zu einem Lasertracker zu senden.

Ein zehntes Verfahren besteht darin, eine Kombination aus einem Funksender, einer Kompassbaugruppe im Ziel und in der Totalstation sowie einem Führungslichtsender einzubeziehen. Die Kompassbaugruppe im Ziel und in der Totalstation dient dazu, die Ausrichtung des Azimutwinkels der Totalstation auf das Ziel zu ermöglichen. Der Führungslichtsender ist ein horizontaler Lichtfächer, den das Ziel in die vertikale Richtung schwenken kann, bis ein Signal auf dem Detektor in der Totalstation empfangen wird. Sobald das Führungslicht auf den Detektor zentriert ist, verstellt die Totalstation ihre Orientierung etwas, um das retroreflektierte Signal zu maximieren. Der Funksender übermittelt die Information, die vom Bediener auf einem am Ziel angeordneten Tastenfeld eingegeben wurde. Ein auf diesem Verfahren basierendes beispielhaftes System ist in dem an Wasutomi et al. erteilten US-Patent US 7 304 729 B2 aufgeführt. Dieses Verfahren bietet nicht Fähigkeit, allgemein verwendbare Befehle zu einem Lasertracker zu senden.

Ein elftes Verfahren besteht darin, den Retroreflektor derart zu modifizieren, dass er dem retroreflektierten Licht eine zeitliche Modulation aufzwingen kann, wodurch Daten übertragen werden. Der erfinderische Retroreflektor umfasst eine Würfelecke mit abgestumpfter Spitze, einen an der Vorderseite der Würfelecke befestigten optischen Schalter und eine Elektronik für die Übertragung oder den Empfang von Daten. Ein beispielhaftes System dieses Typs ist in dem an Kennedy erteilten US-Patent US 5 121 242 A aufgeführt. Dieser Retroreflektortyp ist komplex und teuer. Er verschlechtert wegen des Schalters (der ein ferroelektrisches leichtes Kristallmaterial sein könnte) und der abgestumpften Spitze die Qualität des retroreflektierten Lichts. Außerdem wird das zu einem Lasertracker zurückkehrende Licht bereits für die Verwendung bei der Messung des ADM-Strahls moduliert und wäre das An- und Ausschalten des Lichts nicht nur für den ADM, sondern auch für das Interferometer und den Positionsdetektor des Trackers problematisch.

Ein zwölftes Verfahren besteht darin, eine Messvorrichtung zu verwenden, die einen bidirektionalen Sender für die Kommunikation mit einem Ziel sowie einen aktiven Retroreflektor zur Unterstützung bei der Identifizierung des Retroreflektors enthält. Der bidirektionale Sender kann über Funk oder optisch arbeiten und ist ein Teil eines komplexen Zielstabs, der den Retroreflektor, den Sender und das Steuergerät umfasst. Ein beispielhaftes System dieses Typs wird in dem an Hertzman et al. erteilten US-Patent US 5 828 057 A beschrieben. Ein solches Verfahren ist für den Einsatz mit einem Lasertracker nicht geeignet, wo die Benutzung eines kleinen Ziels von Vorteil ist, das nicht an ein großes Bedienfeld gebunden ist. Außerdem ist das Verfahren zur Identifizierung des betreffenden Retroreflektorziels kompliziert und teuer.

Es besteht Bedarf an einem einfachen Verfahren für einen Bediener, Befehle zu einem Lasertracker aus einer Entfernung zu übermitteln. Es ist erwünscht, dass das Verfahren: (1) ohne einen zweiten Bediener anwendbar ist; (2) über den gesamten Bereich des Lasertrackers einsetzbar ist; (3) ohne zusätzliche Hardwareankopplung anwendbar ist; (4) an allen Positionen funktionsfähig ist; (5) ohne Gebühren für Dienstanbieter auskommt; (6) frei von Sicherheitseinschränkungen ist; (7) problemlos ohne eine zusätzliche Einstellung oder Programmierung nutzbar ist; (8) einen weiten Bereich einfacher und komplexer Trackerbefehle initialisieren kann; (9) zum Hindirigieren eines Trackers zu einem bestimmten Ziel unter einer Vielzahl von Zielen nutzbar ist; und (10) mit einem Minimum an zusätzlicher Ausrüstung, die der Bediener tragen muss, einsetzbar ist.

Es besteht auch Bedarf an einem einfachen Verfahren für einen Bediener, Befehle zu einem Lasertracker zu übermitteln, wenn sich der Bediener in der Nähe des Trackers statt in der Nähe des Retroreflektors befindet. Die erwünschten Verfahrenseigenschaften der Punkte (1), (3), (5), (6), (7), (8) und (10) in dem direkt vorangehenden Absatz würden alle für dieses Szenarium gelten. Beispielsweise möchte der Bediener vielleicht einen oder mehrere Retroreflektoren messen, die sich an der Oberseite des Hecks eines Flugzeugs in einem Hangar befinden. Statt ein Gerüst zu bewegen, zum Heck hinaufzuklettern und die Kamera auf dem Tracker für die Erkennung einer Geste des Bedieners zum festen Anvisieren des Retroreflektors zu benutzen (z. B. aus einer Entfernung), kann der Bediener in der Nähe des Trackers bleiben und allgemein einen Kreis umreißen, der den Bereich an der Oberseite des Hecks einschließt, indem er die Nutzlast bewegt. Der Bediener kann dann seine Hand vor der linken Kamera auf dem Tracker hin- und herbewegen, um den Tracker anzuweisen, die Retroreflektoren innerhalb des Bereichs zu finden. All dies könnte durchgeführt werden, ohne dass der Bediener die Nähe des Trackers verlässt.

Die US 2011/0260033 A1 offenbart ein Verfahren zur optischen Übermittlung eines Befehls von einem Benutzer zu einem Lasertracker. Dabei bewegt der Benutzer einen Retroreflektor gemäß einem räumlichen Muster, wobei verschiedene Muster verschiedenen Befehlen zugeordnet sind. Indem der Lasertracker den Retroreflektor verfolgt, wird das räumliche Muster erfasst und intern als Befehl interpretiert.

Die JP 2004-108939 A zeigt verschiedene Verfahren zur Fernsteuerung einer Totalstation. Gemäß einer ersten Variante wird die Totalstation mit einem PDA verbunden, das über eine Sensoreinheit mit Neigungssensoren verfügt. Wenn ein Benutzer das PDA neigt, werden die ermittelten Neigungswerte an die Totalstation übertragen und zur Steuerung derselben verwendet. Gemäß einer zweiten Variante wird eine Sensoreinheit am Helm eines Benutzers befestigt, wobei wiederum Neigungswerte von der Sensoreinheit erfasst und drahtlos an die Totalstation übertragen werden, um diese zu steuern. Die Steuerung erfolgt jeweils so, dass die Neigungswerte der Totalstation denen der Sensoreinheit entsprechen.

TOPCON: ”IS-3 Imaging station”; Firmenschrift, 11/2011 beschreibt ein Vermessungsgerät, das zwei digitale Kameras zur Erfassung von Farbbildern sowie einen Laserscanner zur Erfassung der Raumtiefe aufweist. Über ein WLAN kann das Vermessungsgerät ferngesteuert werden. Des Weiteren kann ein zu vermessender Bildbereich über einen Touchscreen ausgewählt werden.

ZUSAMMENFASSUNG

Gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren zur von einem Benutzer zu einem Lasertracker erfolgenden mechanischen Übermittlung eines Befehls zur Steuerung des Betriebs des Lasertrackers Schritte zum Bereitstellen des Lasertrackers mit einem um eine erste Achse und eine zweite Achse drehbaren Abschnitts einer Lasertrackerstruktur, welche Achsen als Zenitachse und Azimutachse ausgebildet sind, einem ersten Winkelkodierer, der einen ersten Winkel der Drehung des Abschnitts um die erste Achse misst, einem zweiten Winkelkodierer, der einen zweiten Winkel der Drehung des Abschnitts um die zweite Achse misst, sowie Motoren, die den Abschnitt um die erste Achse und um die zweite Achse drehen, Bereitstellen einer Entsprechungsregel zwischen jedem einer Vielzahl von Befehlen und jedem einer Vielzahl von Drehmustern des Abschnitts und Auswählen eines ersten Befehls unter der Vielzahl von Befehlen durch den Benutzer. Das Verfahren umfasst ferner die Schritte zum Drehen des Abschnitts durch den Benutzer zwischen einem ersten Zeitpunkt und einem zweiten Zeitpunkt in einem ersten Drehmuster unter der Vielzahl von Drehmustern, wobei der Abschnitt durch den Benutzer um die Zenitachse und/oder die Azimutachse gedreht wird und wobei das erste Drehmuster dem ersten Befehl entspricht, und Erhalten einer Sammlung erster Winkelmesswerte von dem ersten Winkelkodierer, wobei die Winkelmesswerte zwischen dem ersten Zeitpunkt und dem zweiten Zeitpunkt erhalten werden. Das Verfahren umfasst auch die Schritte zum Bestimmen des ersten Befehls basierend zumindest teilweise auf der Verarbeitung der ersten Winkelmesswerte gemäß der Entsprechungsregel und Ausführen des ersten Befehls mit dem Lasertracker.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Es wird nun auf die Zeichnungen Bezug genommen, wobei gleiche Elemente in den mehreren Figuren gleich nummeriert sind. Es zeigen:

1: eine perspektivische Darstellung eines beispielhaften Lasertrackers;

2: Berechnungs- und Stromversorgungselemente, die an den beispielhaften Lasertracker angeschlossen sind;

3A3E: Wege, bei denen ein passives Ziel zur Übermittlung von Gesteninformationen durch das Tracking- und Messsystem des Lasertrackers verwendet werden kann;

4A4C: Wege, bei denen ein passives Ziel zur Übermittlung von Gesteninformationen durch das Kamerasystem eines Lasertrackers verwendet werden kann;

5A5D: Wege, bei denen ein aktives Ziel zur Übermittlung von Gesteninformationen durch das Kamerasystem eines Lasertrackers verwendet werden kann;

6: ein Ablaufdiagramm, das die vom Bediener und Lasertracker durchgeführten Schritte bei der Ausgabe und Durchführung eines Gestenbefehls zeigt;

7: ein Ablaufdiagramm, das die optionalen und erforderlichen Teile eines Gestenbefehls zeigt;

810: eine Auswahl von Lasertrackerbefehlen und entsprechenden Gesten, die der Bediener verwenden könnte, um diese Befehle zum Lasertracker zu übermitteln;

11A11F: alternative Typen von Gesten, die verwendet werden könnten;

12: eine beispielhafte Befehlstafel zur Übertragung von Befehlen zu einem Lasertracker mittels Gesten;

13: ein beispielhaftes Verfahren zur Verwendung von Gesten zur Einstellung eines Referenzpunkts eines Trackers;

14: ein beispielhaftes Verfahren zur Verwendung von Gesten zur Initialisierung der beispielhaften Befehlstafel;

15: ein beispielhaftes Verfahren zur Verwendung von Gesten zum Messen eines Kreises;

16: ein beispielhaftes Verfahren zur Verwendung von Gesten zur Erfassung eines Retroreflektors mit einem Laserstrahl des Lasertrackers;

17: ein beispielhaftes Elektronik- und Verarbeitungssystem, das dem Lasertracker zugeordnet ist;

18: eine beispielhafte Geometrie, die das Auffinden von dreidimensionalen Koordinaten eines Ziels unter Verwendung einer Kamera ermöglicht, die sich von der optischen Achse eines Lasertrackers entfernt befindet;

19: ein beispielhaftes Verfahren zur Übermittlung eines Befehls zu einem Lasertracker durch Verwendung von Gesten mit einem Retroreflektor in einem räumlichen Muster;

20: ein beispielhaftes Verfahren zur Übermittlung eines Befehls zu einem Lasertracker durch Anzeigen einer Position mit einem Retroreflektor;

21: ein beispielhaftes Verfahren zur Übermittlung eines Befehls zu einem Lasertracker durch Verwendung von Gesten mit einem Retroreflektor in einem zeitlichen Muster;

22: ein beispielhaftes Verfahren zur Übermittlung eines Befehls zu einem Lasertracker durch Messen einer Posenänderung eines 6-DOF-Ziels mit einem 6-DOF-Lasertracker;

23: ein beispielhaftes Verfahren zur Übermittlung eines Befehls zum Richten des Laserstrahls des Lasertrackers auf einen Retroreflektor und festen Anvisieren des Retroreflektors, wobei die Übermittlung auf einer Geste basiert, die ein mit dem Retroreflektor erzeugtes räumliches Muster beinhaltet;

24: ein beispielhaftes Verfahren zur Übermittlung eines Befehls zum Richten des Laserstrahls des Lasertrackers auf einen Retroreflektor und festen Anvisieren des Retroreflektors, wobei die Übermittlung auf einer Geste basiert, die ein zeitliches Muster in der vom Lasertracker aufgefangenen optischen Energie beinhaltet;

25: ein beispielhaftes Verfahren zur Übermittlung eines Befehls zum Richten des Laserstrahls des Lasertrackers auf einen Retroreflektor und festen Anvisieren des Retroreflektors, wobei die Übermittlung auf einer Geste basiert, die eine Posenänderung einer 6-DOF-Sonde beinhaltet;

26A26B: ein beispielhaftes Verfahren zur Übermittlung eines Befehls zu einem Lasertracker durch Messen von durch den Bediener bewirkten Bewegungen von Trackerelementen;

27A27B: ein beispielhaftes Verfahren zur Übermittlung eines Befehls zu einem Lasertracker durch Blockieren des von Kameralichtquellen emittierten Lichts, damit es einen Retroreflektor nicht erreicht;

28: ein Ablaufdiagramm, das die Schritte zeigt, die ein Bediener bei der mechanischen Übermittlung von Befehlen zu einem Lasertracker gemäß der Ausgestaltung von 26A und 26B durchführt; und

29: ein Ablaufdiagramm, das die Schritte zeigt, die ein Bediener bei der optischen Übermittlung von Befehlen zu einem Lasertracker gemäß der Ausgestaltung von 27A und 27B durchführt.

Dabei beziehen sich die 3A3E, 4A4C, 5A5D, 710, 11A11F, 1225, 27A27B sowie 29 nicht auf die vorliegende Erfindung.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSGESTALTUNGEN

In 1 ist ein beispielhafter Lasertracker 10 dargestellt. Ein beispielhafter kardanisch aufgehängter Strahllenkungsmechanismus 12 des Lasertrackers 10 umfasst einen Zenitschlitten 14, der auf einem Azimutsockel 16 angebracht ist und um eine Azimutachse 20 gedreht wird. Eine Nutzlast 15 ist auf dem Zenitschlitten 14 angebracht und wird um eine Zenitachse 18 gedreht. Die mechanische Zenitachse 18 und die mechanische Azimutachse 20 schneiden sich orthogonal innerhalb des Trackers 10 an einem Kardanpunkt 22, der normalerweise der Ursprung für Abstandsmessungen ist. Ein Laserstrahl 46 verläuft nahezu durch den Kardanpunkt 22 und wird orthogonal zu der Zenitachse 18 gerichtet. Mit anderen Worten: der Laserstrahl 46 befindet sich in der Ebene, die senkrecht zu der Zenitachse 18 ist. Der Laserstrahl 46 wird durch Motoren im Tracker (nicht dargestellt), die die Nutzlast 15 um die Zenitachse 18 und um die Azimutachse 20 drehen, in die gewünschte Richtung gerichtet. Zenit- und Azimutwinkelkodierer innen im Tracker (nicht dargestellt) sind an der mechanischen Zenitachse 18 und der mechanischen Azimutachse 20 befestigt und geben mit hoher Genauigkeit die Drehwinkel an. Der Laserstrahl 46 verläuft zu einem externen Retroreflektor 26 wie beispielsweise dem oben beschriebenen sphärisch montierten Retroreflektor (SMR). Durch Messen des Radialabstands zwischen dem Kardanpunkt 22 und dem Retroreflektor 26 sowie der Drehwinkel um die Zenit- und Azimutachse 18, 20 wird die Position des Retroreflektors 26 im Kugelkoordinatensystem des Trackers gefunden.

Der Laserstrahl 46 kann eine oder mehrere Laserwellenlängen umfassen. Der Klarheit und Einfachheit halber wird in der folgenden Erörterung ein Lenkungsmechanismus des in 1 dargestellten Typs angenommen. Es sind jedoch andere Typen von Lenkungsmechanismen möglich. Es wäre beispielsweise möglich, einen Laserstrahl von einem Spiegel reflektieren zu lassen, der um die Azimut- und Zenitachse gedreht wird. Ein Beispiel für die Verwendung eines Spiegels auf diese Weise ist in dem an Lau et al. erteilten US-Patent US 4 714 339 A aufgeführt. Die hier beschriebenen Methoden sind anwendbar, und zwar ungeachtet der Art des Lenkungsmechanismus.

In dem beispielhaften Lasertracker 10 sind Kameras 52 und Lichtquellen 54 auf der Nutzlast 15 angeordnet. Die Lichtquellen 54 beleuchten ein oder mehrere Retroreflektorziele 26. Die Lichtquellen 54 können LEDs sein, die elektrisch derart gesteuert werden, dass sie wiederholt gepulstes Licht emittieren. Jede Kamera 52 umfasst eine photosensitive Anordnung und eine vor der photosensitiven Anordnung befindliche Linse. Die photosensitive Anordnung kann beispielsweise eine CMOS- oder CCD-Anordnung sein. Die Linse kann ein relativ weites Sichtfeld haben, beispielsweise 30 oder 40 Grad. Der Zweck der Linse besteht darin, auf der photosensitiven Anordnung ein Bild von Objekten abzubilden, die sich im Sichtfeld der Linse befinden. Jede Lichtquelle 54 ist nahe der Kamera 52 derart angeordnet, dass das Licht der Lichtquelle 54 von jedem Retroreflektorziel 26 zur Kamera 52 reflektiert wird. Auf diese Weise werden Retroreflektorbilder auf der photosensitiven Anordnung problemlos von dem Hintergrund unterschieden, weil ihre Bildpunkte heller als Hintergrundobjekte und gepulst sind. Es können zwei Kameras 52 und zwei Lichtquellen 54 vorhanden sein, die rings um die Linie des Laserstrahls 46 angeordnet sind. Durch den derartigen Einsatz von zwei Kameras kann man das Prinzip der Triangulation anwenden, um die dreidimensionalen Koordinaten eines beliebigen SMR innerhalb des Sichtfelds der Kamera aufzufinden. Ferner können die dreidimensionalen Koordinaten des SMR überwacht werden, während der SMR von Punkt zu Punkt bewegt wird. Eine Verwendung von zwei Kameras für diesen Zweck wird in der veröffentlichten US-amerikanischen Patentanmeldung, US 2010/0128259 A1, an Bridges beschrieben.

Es sind andere Anordnungen von einer oder mehreren Kameras und Lichtquellen möglich. Eine Lichtquelle und eine Kamera können beispielsweise koaxial oder fast koaxial zu den vom Tracker emittierten Laserstrahlen sein. Es ist in diesem Fall unter Umständen erforderlich, dass eine optische Filterung oder ähnliche Verfahren eingesetzt werden, um eine Sättigung der photosensitiven Anordnung der Kamera mit dem Laserstrahl des Trackers zu vermeiden.

Eine andere mögliche Anordnung besteht darin, eine einzige Kamera zu benutzen, die sich auf der Nutzlast oder dem Sockel des Trackers befindet. Eine einzige Kamera stellt, wenn sie entfernt von der optischen Achse des Lasertrackers angeordnet ist, Informationen über die zwei Winkel bereit, die die Richtung zum Retroreflektor, aber nicht den Abstand zum Retroreflektor definieren. Diese Informationen können in vielen Fällen ausreichen. Falls die 3D-Koordinaten des Retroreflektors beim Einsatz einer einzigen Kamera benötigt werden, besteht eine Möglichkeit darin, den Tracker in der Azimutrichtung um 180 Grad zu drehen und anschließend die Zenitachse derart umzudrehen, dass sie zu dem Retroreflektor zurückzeigt. Auf diese Weise kann man das Ziel aus zwei verschiedenen Richtungen sehen und kann die 3D-Position des Retroreflektors mittels Triangulation ermittelt werden.

Ein allgemeinerer Ansatz zur Ermittlung des Abstands zu einem Retroreflektor mit einer einzigen Kamera besteht darin, den Lasertracker entweder um die Azimutachse oder um die Zenitachse zu drehen und den Retroreflektor mit einer auf dem Tracker angeordneten Kamera für jeden der zwei Drehwinkel zu beobachten. Der Retroreflektor kann beispielsweise von einer LED beleuchtet werden, die nahe der Kamera angeordnet ist. 18 zeigt, wie dieses Verfahren angewendet werden kann, um den Abstand zum Retroreflektor zu ermitteln. Der Testaufbau 900 umfasst einen Lasertracker 910, eine Kamera 920 an einer ersten Position, eine Kamera 930 an einer zweiten Position und einen Retroreflektor an einer ersten Position 940 und einer zweiten Position 950. Die Kamera wird von der ersten Position zur zweiten Position bewegt, indem der Lasertracker 910 um den Kardanpunkt 912 des Trackers um die Azimutachse, die Zenitachse oder sowohl die Azimutachse als auch die Zenitachse gedreht wird. Die Kamera 920 umfasst ein Linsensystem 922 und eine photosensitive Anordnung 924. Das Linsensystem 922 hat ein perspektivisches Zentrum 926, durch welches Lichtstrahlen der Retroreflektoren 940, 950 durchgehen. Die Kamera 930 ist die gleiche wie die Kamera 920, außer dass sie in einer anderen Position gedreht wird. Der Abstand von der Oberfläche des Lasertrackers 910 zum Retroreflektor 940 ist L1 und der Abstand von der Oberfläche des Lasertrackers zum Retroreflektor 950 ist L2. Der Weg vom Kardanpunkt 912 zum perspektivischen Zentrum 926 der Linse 922 wird entlang der Linie 914 gezogen. Der Weg vom Kardanpunkt 912 zum perspektivischen Zentrum 936 der Linse 932 wird entlang der Linie 916 gezogen. Die Abstände, die den Linien 914 und 916 entsprechen, haben denselben numerischen Wert. Man sieht in 18, dass die nähere Position des Retroreflektors 940 einen Bildfleck 942 ergibt, der weiter von der Mitte der photosensitvien Anordnung entfernt ist als der Bildfleck 952, der der photosensitiven Anordnung 950 in dem Abstand entspricht, der weiter vom Lasertracker entfernt ist. Dieses gleiche Muster gilt für die nach der Drehung angeordnete Kamera 930. Infolgedessen ist der Abstand zwischen den Bildpunkten eines nahen Retroreflektors 940 vor und nach der Drehung größer als der Abstand zwischen den Bildpunkten eines weiter entfernten Retroreflektors 950 vor und nach der Drehung. Durch die Drehung des Lasertrackers und die Aufzeichnung der resultierenden Positionsänderung der Bildflecken auf der photosensitiven Anordnung kann der Abstand zum Retroreflektor ermittelt werden. Das Verfahren zur Ermittlung des Abstands wird mittels Trigonometrie ohne Weiteres gefunden, wie es für einen durchschnittlichen Fachmann offensichtlich ist.

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, zwischen dem Messen und Abbilden des Ziels umzuschalten. Ein Beispiel für ein solches Verfahren wird in dem an Bridges et al. erteilten US-Patent US 7 800 758 B1 beschrieben. Auch andere Kameraanordnungen sind möglich und können mit den hierin beschriebenen Verfahren benutzt werden.

In 2 ist ersichtlich, dass eine Zusatzeinheit 70 normalerweise ein Teil des Lasertrackers 10 ist. Der Zweck der Zusatzeinheit 70 besteht darin, elektrische Energie zum Körper des Lasertrackers zu führen, und in manchen Fällen auch darin, dem System Kapazitäten für die Berechnung und Taktung zur Verfügung zu stellen. Man kann die Zusatzeinheit 70 ganz wegfallen lassen, indem man ihre Funktionalität in den Körper des Trackers integriert. In den meisten Fällen ist die Zusatzeineit 70 an einen Universalcomputer 80 angeschlossen. Die Anwendungssoftware, die auf dem Universalcomputer 80 geladen ist, kann Anwendungskapazitäten wie beispielsweise Reverse Engineering bereitstellen. Man kann den Universalcomputer 80 auch wegfallen lassen, indem man seine Rechenkapazität direkt in den Lasertracker 10 einbaut. In diesem Fall wird eine Benutzerschnittstelle, die eventuell eine Tastatur- und Mausfunktionalität bereitstellt, in den Lasertracker 10 eingebaut. Die Verbindung zwischen der Zusatzeinheit 70 und dem Computer 80 kann über Funk oder durch ein Kabel aus elektrischen Drähten vorhanden sein. Der Computer 80 kann an ein Netzwerk angeschlossen sein und die Zusatzeinheit 70 kann auch an ein Netzwerk angeschlossen sein. Mehrere Instrumente, beispielsweise mehrere Messinstrumente oder -aktoren, können entweder über den Computer 80 oder über die Zusatzeinheit 70 miteinander verbunden werden.

Der Lasertracker 10 kann auf seiner Seite gedreht, von oben nach unten gedreht oder in einer beliebigen Orientierung angeordnet werden. In diesen Situationen haben die Begriffe „Azimutachse” und „Zenitachse” dieselbe Richtung relativ zum Lasertracker wie die in 1 dargestellten Richtungen, und zwar ungeachtet der Orientierung des Lasertrackers 10.

Bei einer anderen Ausgestaltung ist die Nutzlast 15 durch einen Spiegel ersetzt, der sich um die Azimutachse 20 und die Zenitachse 18 dreht. Ein Laserstrahl wid nach oben gerichtet und trifft auf den Spiegel auf, von welchem aus er zu einem Retroreflektor 26 hin geworfen wird.

SENDEN VON BEFEHLEN ZUM LASERTRACKER AUS EINER ENTFERNUNG

Die 3A3E, 4A4C und 5A5D zeigen Erfassungsmittel, über die der Bediener Gestenmuster übermitteln kann, die von dem beispielhaften Lasertracker 10 als Befehle interpretiert und ausgeführt werden. Die 3A3E zeigen Erfassungsmittel, über die der Bediener Gestenmuster übermittelt, die der beispielhafte Lasertracker 10 unter Einsatz seiner Tracking- und Messsysteme interpretiert. 3A zeigt den Lasertracker 10, der den Laserstrahl 46 emittiert, der von dem Retroreflektorziel 26 aufgefangen wird. Während das Ziel 26 von einer Seite zur anderen bewegt wird, folgt der Laserstrahl des Trackers der Bewegung. Gleichzeitig messen die Winkelkodierer im Tracker 10 die Winkelstellung des Ziels in den Richtungen von Seite zu Seite und von oben nach unten. Die Messwerte der Winkelkodierer bilden eine zweidimensionale Abbildung von Winkeln, die der Tracker in Abhängigkeit von der Zeit aufzeichnen und analysieren kann, um nach Bewegungsmustern zu suchen.

3B zeigt den Laserstrahl 46, der dem Retroreflektorziel 26 folgt. In diesem Fall wird der Abstand vom Tracker 10 zum Ziel 26 gemessen. Die Messwerte des ADM oder Interferometers bilden eine eindimensionale Abbildung von Abständen, die der Tracker 10 in Abhängigkeit von der Zeit aufzeichnen und analysieren kann, um nach Bewegungsmustern zu suchen. Die kombinierten Bewegungen von 3A und 3B können auch vom Lasertracker 10 ausgewertet werden, um nach einem Muster im dreidimensionalen Raum zu suchen.

Die Änderungen des Winkels, Abstands oder dreidimensionalen Raums können alle als Beispiele für räumliche Muster betrachtet werden. Bei routinemäßigen Messungen mit dem Lasertracker werden räumliche Muster kontinuierlich beobachtet. Innerhalb des möglichen Bereichs beobachteter Muster haben einige Muster möglicherweise zugeordnete Lasertrackerbefehle. Es wird gegenwärtig ein Typ eines räumlichen Musters benutzt, den man als Befehl betrachten kann. Dieses Muster ist eine von der Oberfläche eines Objekts fortgehende Bewegung im Anschluss an eine Messung. Wenn ein Bediener beispielsweise mit einem SMR eine Anzahl von Punkten auf einem Objekt misst, um dessen Außendurchmesser zu erhalten, und dann den SMR von der Oberfläche des Objekt fortbewegt, geht daraus hervor, dass ein Außendurchmesser gemessen wurde. Wenn ein Bediener den SMR von der Oberfläche fortbewegt, nachdem er einen Innendurchmesser gemessen hat, geht daraus hervor, dass der Innendurchmesser gemessen wurde. In ähnlicher Weise wird, wenn ein Bediener einen SMR nach dem Messen einer Platte nach oben bewegt, dies so verstanden, dass die obere Fläche der Platte gemessen wurde. Es ist wichtig zu wissen, welche Seite eines Objekts gemessen wird, weil die Versetzung des SMR, die der Abstand von der Mitte zur Außenfläche des SMR ist, entfernt werden muss. Wenn dieser Vorgang des Fortbewegens des SMR von einem Objekt automatisch von einer Software interpretiert wird, die der Lasertrackermessung zugeordnet ist, kann die Bewegung des SMR dann als ein Befehl betrachtet werden, der Folgendes angibt: „SMR-Versetzung von der Richtung der Bewegung subtrahieren”. Nachdem wie hierin beschrieben dieser erste Befehl zusätzlich zu den anderen auf den räumlichen Mustern basierenden Befehlen einbezogen wurde, gibt es demnach eine Vielzahl von Befehlen. Mit anderen Worten: es liegt eine Entsprechung zwischen mehreren Trackerbefehlen und eine Vielzahl von räumlichen Mustern vor.

Es versteht sich bei allen Erörterungen in der vorliegenden Anmeldung, dass das Konzept eines Befehls für einen Lasertracker im Zusammenhang mit der jeweiligen Messung zu sehen ist. Bei der obigen Situation, bei der eine Bewegung des Retroreflektors beispielsweise anzeigen sollte, ob das Retroreflektorziel einen Innen- oder Außendurchmesser maß, wäre diese Angabe nur im Zusammenhang mit einem Tracker genau, der ein Objekt mit einem kreisförmigen Profil misst.

3C zeigt den Laserstrahl 46, der das Retroreflektorziel 26 verfolgt. In diesem Fall wird das Retroreflektorziel 26 festgehalten und misst der Tracker 10 die dreidimensionalen Koordinaten. Bestimmten Stellen innerhalb eines Messvolumens können spezielle Bedeutungen zugewiesen werden, also beispielsweise dann, wenn eine Befehlstafel, die später beschrieben wird, sich an einer bestimmten dreidimensionalen Position befindet.

3D zeigt den Laserstrahl 46, der blockiert wird, damit er das Retroreflektorziel 26 nicht erreicht. Das Muster der zum Tracker 10 zurückkehrenden optischen Energie wird durch abwechselndes Blockieren und Durchlassen des Laserstrahls 46 von dem Messsystem des Trackers, das den Positionsdetektor und die Abstandsmesser umfasst, gesehen. Die Änderung dieses zurückgeworfenen Musters bildet ein Muster in Abhängigkeit von der Zeit, das der Tracker aufzeichnen und analysieren kann, um nach Mustern zu suchen.

Ein Muster in der zum Lasertracker zurückgeworfenen optischen Energie wird oft bei Routinemessungen beobachtet. Es ist beispielsweise üblich, einen Laserstrahl zu blockieren, damit er einen Retroreflektor nicht erreicht, und danach den Laserstrahl zu einem späteren Zeitpunkt – eventuell nach dem Bewegen des Retroreflektors zu einem neuen Abstand vom Tracker – wieder mit dem Retroreflektor aufzufangen. Diesen Vorgang des Unterbrechens und anschließenden Wiederauffangens des Laserstrahls kann man als einen einfachen Typ eines Benutzerbefehls betrachten, der anzeigt, dass der Retroreflektor wieder zu erfassen ist, nachdem er zu einer neuen Position bewegt wurde. Nachdem wie hierin beschrieben dieser erste einfache Befehl zusätzlich zu anderen auf der zeitlichen Veränderung der optischen Energie basierenden Befehlen einbezogen wurde, gibt es demzufolge eine Vielzahl von Befehlen. Mit anderen Worten: es liegt eine Entsprechung zwischen einer Vielzahl von Trackerbefehlen und einer Vielzahl von Mustern vor, die auf Änderungen der optischen Energie beruhen, die ein auf dem Lasertracker angeordneter Sensor empfängt.

Eine Änderung der optischen Energie wird häufig bei Routinemessungen beobachtet, wenn der Laserstrahl daran gehindert wird, zum Lasertracker zurückzukehren. Ein solcher Vorgang kann als ein Befehl betrachtet werden, der „Tracking stoppen” oder „Messung stoppen” anzeigt. In ähnlicher Weise kann ein Retroreflektor derart bewegt werden, dass er einen Laserstrahl auffängt. Solche einfache Vorgänge können als ein Befehl interpretiert werden, der „Tracking starten” anzeigt. Diese einfachen Befehle sind bei der vorliegenden Patentanmeldung nicht von Interesse. Aus diesem Grund betreffen die hierin behandelten Befehle diejenigen Änderungen der optischen Energie, die zumindest eine Abnahme der optischen Energie und anschließend eine Zunahme der optischen Energie umfassen.

3E zeigt den Laserstrahl 46, der dem Retroreflektor 26 mit einer Sonde 110 mit sechs Freiheitsgraden (DOF; degrees of freedom) folgt. Es sind viele Typen von 6-DOF-Sonden möglich, und die in 3E dargestellte 6-DOF-Sonde 110 ist lediglich repräsentativ und nicht in ihrer Konstruktion eingeschränkt. Der Tracker 10 ist in der Lage, den Neigungswinkel der Sonde zu ermitteln. Der Tracker kann beispielsweise die Roll-, Nick- und Gierwinkel der Sonde 110 in Abhängigkeit von der Zeit ermitteln und aufzeichnen. Die Sammlung von Winkeln kann analysiert werden, um nach Mustern zu suchen.

Die 4A4C zeigen Erfassungsmittel, über die der Bediener Gestenmuster übermitteln kann, die der beispielhafte Lasertracker 10 mit seinen Kamerasystemen interpretiert. 4A zeigt Kameras 52, die die Bewegung des Retroreflektorziels 26 beobachten. Die Kameras 52 zeichnen die Winkelposition des Ziels 26 in Abhängigkeit von der Zeit auf. Diese Winkel werden später analysiert, um nach Mustern zu suchen. Nur eine Kamera muss der Winkelbewegung des Retroreflektorziels 26 folgen, wobei die zweite Kamera jedoch die Berechnung des Abstands zum Ziel ermöglicht. Optionale Lichtquellen 54 beleuchten das Ziel 26, wodurch die Identifizierung inmitten der Hintergrundbilder erleichtert wird. Ferner können die Lichtquellen 54 gepulst werden, um die Identifizierung des Ziels weiter zu vereinfachen.

4B zeigt Kameras 52, die die Bewegung des Retroreflektorziels 26 beobachten. Die Kameras 52 zeichnen die Winkelpositionen des Ziels 26 auf und berechnen mittels Triangulation den Abstand zum Ziel 26 in Abhängigkeit von der Zeit. Diese Abstände werden später analysiert, um nach Mustern zu suchen. Optionale Lichtquellen 54 beleuchten das Ziel 26.

4C zeigt Kameras 52, die die Position des Retroreflektorziels 26 beobachten, das festgehalten wird. Der Tracker 10 misst die dreidimensionalen Koordinaten des Ziels 26. Bestimmten Stellen innerhalb des Messvolumens können spezielle Bedeutungen zugewiesen werden, also beispielsweise dann, wenn eine Befehlstafel, die später beschrieben wird, sich an einer bestimmten dreidimensionalen Position befindet.

Die 5A5D zeigen Erfassungsmittel, über die der Bediener Gestenmuster übermitteln kann, die der beispielhafte Lasertracker 10 unter Einsatz seiner Kamerasysteme in Kombination mit einer aktiven Lichtquelle interpretiert. 5A zeigt Kameras 52, die ein aktives Retroreflektorziel 120 beobachten. Das aktive Retroreflektorziel umfasst ein Retroreflektorziel 126, auf dem eine Lichtquelle 122 und ein Bedienknopf 124, der die Lichtquelle 122 an- und ausschaltet, angebracht sind. Der Bediener drückt den Bedienknopf 124 in einem vorgeschriebenen Muster auf- und abwärts, um die Lichtquelle 122 in einem Muster leuchten zu lassen, das von den Kameras 52 gesehen und vom Tracker 10 analysiert wird.

Ein alternativer Betriebsmodus bei 5A besteht darin, dass der Bediener den Bedienknopf 124 nur dann niedergedrückt hält, während er mit Gesten einen Befehl übermittelt, der beispielsweise mit Bewegungen von einer Seite zur anderen oder von oben nach unten gegeben werden könnte. Dadurch, dass der Bedienknopf 124 nur während dieses Zeitraums niedergedrückt wird, werden das Parsen und die Analyse für den Tracker 10 vereinfacht. Es gibt verschiedene Wege für den Tracker, das Bewegungsmuster zu erhalten, und zwar unabhängig davon, ob der Bedienknopf 124 gedrückt gehalten wird oder nicht: (1) die Kameras 52 können der Bewegung der Lichtquelle 122 folgen; (2) die Kameras 52 können der Bewegung des Retroreflektors 126 folgen, der gegebenenfalls durch die Lichtquellen 54 beleuchtet wird; oder (3) die Tracking- und Messsysteme des Lasertrackers 10 können der Bewegung des Retroreflektors 126 folgen. Es ist des Weiteren möglich, dass der Tracker dem Retroreflektor 126 folgt, um Messdaten zu sammeln, während der Bediener zur gleichen Zeit den Bedienknopf 124 auf- und abwärtsdrückt, um ein zeitliches Muster bei dem emittierten LED-Licht zu erzeugen, damit ein Befehl an den Tracker erteilt wird.

5B zeigt Kameras 52, die eine Lichtquelle 132 auf einer 6-DOF-Sonde 130 beobachtet. Die 6-DOF-Sonde 130 umfasst einen Retroreflektor 136, die Lichtquelle 132 und einen Bedienknopf 134. Der Bediener drückt den Bedienknopf 134 in einer vorgeschriebenen Weise auf- und abwärts, um die Lichtquelle 132 in einem Muster leuchten zu lassen, das von den Kameras 52 gesehen und vom Tracker 10 analysiert wird.

Ein alternativer Betriebsmodus bei 5B besteht darin, dass der Bediener den Bedienknopf 134 nur dann niedergedrückt hält, während er mit Gesten einen Befehl übermittelt, der beispielsweise mit Bewegungen oder Drehungen von einer Seite zur anderen oder von oben nach unten gegeben werden könnte. Dadurch, dass der Bedienknopf 134 nur während dieses Zeitraums niedergedrückt wird, werden das Parsen und die Analyse für den Tracker 10 vereinfacht. Es gibt in diesem Fall verschiedene Wege für den Tracker, das Bewegungsmuster zu erhalten: (1) die Kameras 52 können der Bewegung der Lichtquelle 132 folgen; (2) die Kameras 52 können der Bewegung des Retroreflektors 136 folgen, der gegebenenfalls durch die Lichtquellen 54 beleuchtet wird; oder (3) die Tracking- und Messsysteme des Lasertrackers 10 können der Bewegung oder Drehung der 6-DOF-Sonde 130 folgen.

Die 5A, 5B können auch zur Anzeige einer bestimmten Position verwendet werden. Beispielsweise kann ein Punkt auf der Kugeloberfläche des aktiven Retroreflektorziels 120 oder ein Punkt auf der Kugeloberfläche der 6-DOF-Sonde 130 gegen ein Objekt gehalten werden, um eine Stelle bereitzustellen, die durch die Kameras 52 ermittelt werden kann. Bestimmten Stellen innerhalb des Messvolumens können spezielle Bedeutungen zugewiesen werden, also beispielsweise dann, wenn eine Befehlstafel, die anhand von 12 beschrieben wird, sich an einer bestimmten dreidimensionalen Position befindet.

5C zeigt Kameras 52, die eine Lichtquelle 142 auf einem Stab 140 beobachten. Der Stab 140 umfasst eine Lichtquelle 142 und einen Bedienknopf 144. Der Bediener drückt einen Bedienknopf 144 in einer vorgeschriebenen Weise auf- und abwärts, um die Lichtquelle 142 in einem zeitlichen Muster leuchten zu lassen, das von den Kameras 52 gesehen und vom Tracker 10 analysiert wird.

5D zeigt Kameras 52, die eine Lichtquelle 142 auf einem Stab 140 beobachten. Der Bediener drückt einen Bedienknopf 144 auf dem Stab 140, um die Lichtquelle 142 dauerhaft leuchten zu lassen. Während der Bediener den Stab 140 in eine beliebige Richtung dreht, zeichnen die Kameras 52 die Bewegung des Stabs 140 auf, dessen Muster vom Tracker 10 analysiert wird. Es ist möglich, eine einzige Kamera 52 zu benutzen, wenn nur das Muster der Querbewegung (von einer Seite zur anderen, von oben nach unten) und nicht die Radialbewegung wichtig ist.

Wie oben erläutert wurde, hat der Tracker 10 die Fähigkeit, räumliche Positionen, räumliche Muster und zeitliche Muster zu erfassen, die der Bediener durch die Benutzung des Retroreflektorziels 26, der 6-DOF-Sonde 110 oder 130, des aktiven Retroreflektorziels 120 oder des Stabs 140 erzeugt. Diese räumlichen oder zeitlichen Muster werden zusammengefasst als „Gesten” bezeichnet. Die jeweiligen Vorrichtungen und Erfassungsmodi, die in 3A3E, 4A4C und 5A5D dargestellt sind, sind spezifische Beispiele.

6 zeigt ein Ablaufdiagramm 200, in dem die vom Bediener und dem Lasertracker 10 durchgeführten Schritte bei der Ausgabe und Durchführung von Gestenbefehlen aufgelistet sind. In Schritt 210 tastet der Lasertracker 10 kontinuierlich nach Befehlen ab. Mit anderen Worten: der Tracker nutzt einen oder mehrere der in 3A3E, 4A4C und 5A5D dargestellten Erfassungsmodi für die Aufzeichnung von Positionen, räumlichen Mustern und zeitlichen Mustern. In Schritt 220 signalisiert der Bediener einen Befehl. Dies bedeutet, dass der Bediener eine Geste erzeugt, indem er einen geeigneten Vorgang an einem Objekt wie beispielsweise dem Retroreflektorziel 26, der 6-DOF-Sonde 110 oder 130, dem aktiven Retroreflektorziel 120 oder dem Stab 140 vornimmt. Ein geeigneter Vorgang könnte die Bewegung zu einer bestimmten absoluten Koordinate oder eine Bewegung zur Erzeugung eines bestimmten räumlichen oder zeitlichen Musters einbeziehen.

In Schritt 230 fängt der Tracker 10 den gerade durch den Bediener signalisierten Befehl auf und parst ihn. Er fängt den Befehl auf, indem er die räumliche und zeitliche Information von den sich bewegenden Objekten erfasst und aufzeichnet. Er parst den Befehl, indem er die eventuell in dem Tracker vorhandene Rechenleistung nutzt, um den Datenstrom in geeignete Untereinheiten zu unterteilen und die Muster zu identifizieren, die durch die Untereinheiten nach einem Algorithmus gebildet werden. Die Algorithmentypen, die verwendet werden könnten, werden nachstehend behandelt.

In Schritt 240 bestätigt der Tracker, dass ein Befehl empfangen wurde. Die Bestätigung könnte beispielsweise in Form eines auf dem Tracker angeordneten blinkenden Lichts erfolgen. Die Bestätigung könnte verschiedene Formen annehmen, je nachdem, ob der Befehl klar, verstümmelt oder unvollständig empfangen wurde oder aus irgendeinem Grund unmöglich durchzuführen ist. Das Signal für jede dieser unterschiedlichen Bedingungen könnte auf viele verschiedene Wege erfolgen. Beispielsweise wären verschiedene Farben der Lichter oder verschiedene Blinkmuster oder -zeiträume möglich. Auch hörbare Töne könnten als Reaktion verwendet werden.

In Schritt 250 prüft der Tracker 10, ob der Befehl verstümmelt ist. Mit anderen Worten: ist die Bedeutung des empfangenen Befehls unklar? Wenn der Befehl verstümmelt ist, kehrt der Datenstrom zu Schritt 210 zurück, wo der Tracker 10 weiter nach Befehlen abtastet. Im anderen Fall geht der Datenstrom zu Schritt 260, wo der Tracker 10 prüft, ob der Befehl unvollständig ist. Mit anderen Worten: wird mehr Information für die vollständige Definition des Befehls benötigt? Wenn der Befehl unvollständig ist, kehrt der Datenstrom zu Schritt 210 zurück, wo der Tracker 10 weiter nach Befehlen abtastet. Im anderen Fall geht der Datenstrom weiter zu Schritt 270.

In Schritt 270 führt der Tracker 10 jedwede Vorgänge aus, die durch den Befehl vorgegeben sind. Die Vorgänge erfordern in manchen Fällen mehrere Schritte seitens des Trackers und seitens des Bedieners. Die Beispiele für derartige Fälle werden unten behandelt. In Schritt 280 signalisiert der Tracker 10, dass die Messung vollständig ist. Der Datenstrom kehrt dann zu Schritt 210 zurück, wo der Tracker weiter nach Befehlen abtastet.

7 zeigt, dass der Schritt 220, in dem der Bediener einen Befehl signalisiert, drei Schritte umfasst: Schritt 222 (Prolog), Schritt 224 (Direktive) und Schritt 226 (Epilog). Die Prolog- und Epilogschritte sind optional. Der Direktiveteil des Befehls ist derjenige Teil des Befehls, der die zu befolgenden Anweisungen übermittelt. Der Prologteil des Befehls gibt dem Tracker an, dass der Befehl beginnt und die Direktive bald folgt. Der Epilogteil des Befehls gibt dem Tracker an, das der Befehl beendet ist.

Die 810 zeigen zwei beispielhafte Sätze von Gesten („Beispiel 1/Geste” und „Beispiel 2/Geste”), die einem beispielhaften Satz von Befehlen entsprechen. Die ganz links stehenden Spalten von 810 zeigen den beispielhaften Satz von Befehlen. Einige dieser Befehle stammen aus der FARO-Software CAM2. Andere Befehle stammen aus einer anderen Software wie beispielsweise der Software SMX Insight oder der Software Utilities, die mit dem Lasertracker von FARO geliefert werden. Neben diesen Beispielen können Befehle aus einer anderen Software stammen oder einfach für einen bestimmten Bedarf erzeugt werden. In jeder der 810 zeigt die zweite Spalte einen Software-Kurzbefehl in der CAM2-Software (sofern verfügbar). Ein Bediener kann diesen Software-Kurzbefehl auf der Tastatur betätigen, um den entsprechenden Befehl auszuführen. Die dritte und die vierte Spalte von 810 zeigen einige räumliche Muster, die zur Darstellung eines bestimmten Befehls verwendet werden könnten. Die zweidimensionalen räumlichen Muster könnten beispielsweise mit den Verfahren erfasst werden, die in 3A, 4A oder 5D dargestellt sind.

Bei jeder der Gesten in der dritten und vierten Spalte von 810 wird die Anfangsposition mit einem kleinen Kreis und die Endposition mit einem Pfeil angegeben. Die Gesten in der dritten Spalte von 810 sind einfache Formen, also Kreise, Dreiecke oder Quadrate. Die in dieser Spalte dargestellten 28 Formen unterscheiden sich durch ihre Orientierungen und Anfangspositionen voneinander. Im Gegensatz dazu schlagen die Formen in der vierten Spalte von 810 den durchzuführenden Befehl vor. Der Hauptvorteil der Formen in den dritten Spalten besteht darin, dass diese für den Computer leichter als Befehle zu erkennen und zu interpretieren sind. Dieser Aspekt wird unten ausführlicher behandelt. Der Hauptvorteil der Formen in den vierten Spalten besteht darin, dass sich der Bediener leichter an diese erinnern kann.

Die 11A11F zeigen einige alternative räumliche Muster, die bei Gesten verwendet werden könnten. 11A zeigt Einzelstriche; 11B zeigt alphanumerische Zeichen; 11C zeigt einfache Formen; 11D zeigt einen einfachen Weg, wobei der Weg nochmal gezogen bzw. einmal wiederholt wird; 11E zeigt einen zusammengesetzten Weg, der aus zwei oder mehr einfacheren Mustern gebildet wird; und 11F zeigt Muster, die aus zwei oder mehr Buchstaben gebildet werden.

12 zeigt eine beispielhafte Befehlstafel 300. Der Bediener trägt die Befehlstafel 300 zu einer geeigneten Stelle nahe der Position, wo die Messung durchgeführt wird. Die Befehlstafel 300 kann aus einem starren Material bestehen, das die Größe eines Schreibpapierblattes hat oder größer ist. Der Bediener positioniert die Befehlstafel 300 auf einer geeigneten Oberfläche und kann verschiedene Mittel benutzen, um das Ziel an seinem Platz zu halten. Solche Mittel können Klebebänder, Magnete, Heißkleber, Reißzwecken oder Klettverschlüsse umfassen. Der Bediener ermittelt die Stelle der Befehlstafel 300 mit dem Bezugssystem des Lasertrackers 10, indem er die Bezugspositionen 310, 312 und 314 mit dem Retroreflektor 26 berührt. Es wäre möglich, mehrere Befehlstafeln in einer bestimmten Umgebung zu benutzen. Ein beispielhaftes Verfahren zum Auffinden der Stelle der Befehlstafel wird unten behandelt.

Die Befehlstafel 300 kann in eine Anzahl von Quadraten unterteilt sein. Zusätzlich zu den Quadraten für die Bezugspositionen 310, 312 und 314 gibt es Quadrate für die Befehle von 810 sowie andere Quadrate, die dem Zieltyp, dem Aufnahmetyp, der Richtung und der Anzahl entsprechen. Die Anordnung und der Inhalt der beispielhaften Befehlstafel 300 sind lediglich ein Vorschlag; die Befehlstafel kann praktisch auf viele verschiedene Arten konstruiert werden. Für eine bestimmte Aufgabe kann auch eine maßgeschneiderte Befehlstafel konstruiert werden.

Der Bediener berührt mit dem Retroreflektor das gewünschte Quadrat auf der Befehlstafel 300, um dem Lasertracker 10 eine Geste zu übermitteln. Dieser Vorgang durch den Bediener entspricht dem Schritt 220 von 6. Die Erfassung des Vorgangs kann beispielsweise mit den Verfahren durchgeführt werden, die in 3C oder 4C dargestellt sind. Wenn eine Zahlenfolge mit mehreren Zahlen einzugeben ist – zum Beispiel die Zahl 3,50 bzw. 3.50 –, dann werden die Quadrate 3, Punkt, 5 und 0 in dieser Reihenfolge berührt. Wie unten erörtert wird, gibt es verschiedene Wege, um dem Tracker anzuzeigen, dass ein Quadrat gelesen werden soll. Eine Möglichkeit besteht darin, für eine voreingestellte Zeit, also z. B. mindestens zwei Sekunden, zu warten. Der Tracker gibt danach ein Signal aus, das beispielsweise ein blinkendes Licht sein könnte und das angibt, dass er den Inhalt des Quadrats gelesen hat. Sobald die gesamte Zahlenfolge eingegeben wurde, kann der Bediener die Zahlenfolge in einer vorgegebenen Weise beenden. Das vereinbarte Beendigungszeichen könnte beispielsweise darin bestehen, einen der Bezugspunkte zu berühren.

Die Befehlstafel 300 kann auch mit einem Gelenkarm-KMG statt mit einem Lasertracker verwendet werden. Ein Gelenkarm-KMG umfasst eine Anzahl von gelenkig verbundenen Segmenten, die an einem Ende an einem feststehenden Sockel befestigt sind, und eine Sonde, einen Scanner oder einen Sensor am anderen Ende. Beispielhafte Gelenkarm-KMGs werden in dem an Raab et al. erteilten US-Patent US 6 935 036 B2, das hierin durch Verweis einbezogen wird, und in dem an Raab et al. erteilten US-Patent US 6 965 843 B2, das hierin durch Verweis einbezogen wird, beschrieben. Die Sondenspitze wird auf die gleiche Weise mit den Quadraten der Befehlstafel 300 in Kontakt gebracht wie das Retroreflektorziel mit den Quadraten der Befehlstafel 300 bei der Benutzung eines Lasertrackers. Ein Gelenkarm-KMG führt typisch eine Messung über ein weitaus kleineres Messvolumen durch als ein Lasertracker. Es ist deshalb normalerweise einfach, eine geeignete Stelle für die Anbringung der Befehlstafel 300 zu finden, wenn ein Gelenkarm-KMG verwendet wird. Die jeweiligen Befehle, die in der Befehlstafel 300 enthalten sind, würden an Befehle angepasst, die für das Gelenkarm-KMG geeignet sind und sich von den Befehlen für den Lasertracker unterscheiden. Der Vorteil der Benutzung einer Befehlstafel mit einem Gelenkarm-KMG besteht darin, dass sie dem Bediener die Umstände und den Zeitverlust beim Absetzen der Sonde, Bewegen zum Computer und Eingeben eines Befehls vor der Rückkehr zum Gelenkarm-KMG erspart.

In 1316 werden nun vier Beispiele vorgestellt, die zeigen, wie Gesten verwendet werden können. 13 zeigt die Gesten, die für die Einstellung eines Referenzpunkts für den beispielhaften Lasertracker 10 benutzt werden. Es sei an die vorherige Erörterung erinnert, wo die automatische Rückstellung als möglicher Optionsmodus eines Lasertrackers beschrieben wurde. Wenn der Lasertracker auf die Option „automatische Rückstellung” eingestellt ist, wird jedes Mal, wenn der Weg des Strahls unterbrochen wird, der Laserstrahl zu der Referenzposition geführt. Eine übliche Referenzposition ist die Ausgangsposition des Trackers, die der Position einer magnetischen Aufnahme entspricht, die dauerhaft auf dem Körper des Lasertrackers angebracht ist. Alternativ dazu könnte man einen Referenzpunkt nahe dem Arbeitsvolumen auswählen, damit der Bediener nicht mehr zum Tracker zurückgehen muss, wenn der Strahl unterbrochen wird (diese Fähigkeit ist normalerweise von großer Bedeutung, wenn der Tracker mit einem Interferometer und nicht mit einem ADM verwendet wird, um die Messung durchzuführen).

In 13 werden die in dem Ablaufdiagramm 400 dargestellten Vorgänge durchgeführt, um einen Referenzpunkt durch den Einsatz von Gesten einzustellen. In Schritt 420 bewegt der Bediener das Ziel in demjenigen Muster, das in 10 bei „Referenzpunkt einstellen” dargestellt ist. Das Ziel kann in diesem Fall beispielsweise der Retroreflektor 26 sein, wie es in 3A dargestellt ist. Der Lasertracker 10 fängt in Schritt 430 den Befehl auf, parst ihn und bestätigt, dass der Befehl empfangen wurde. In diesem Fall besteht die Bestätigung aus dem zweimaligen Blinken des roten Lichts auf der Frontplatte des Trackers. Es kann jedoch eine andere Reaktion benutzt werden, beispielsweise eine andere Farbe oder ein anderes Muster oder ein hörbarer Ton. In Schritt 440 legt der Bediener den SMR 26 in die magnetische Aufnahme, welche die Referenzposition definiert. Der Lasertracker 10 überwacht kontinuierlich die Positionsdaten des SMR 26 und stellt fest, wann dieser ruht. Wenn der SMR fünf Sekunden lang ruht, erkennt der Tracker 10, dass der Bediener den SMR mit Absicht in der Aufnahme positioniert hat, und beginnt er mit der Messung. Während der Messung kann auf der Trackerplatte beispielsweise ein rotes Licht aufleuchten. Das rote Licht geht aus, sobald die Messung beendet ist.

In 14 werden die in dem Ablaufdiagramm 500 dargestellten Vorgänge durchgeführt, um die Position der beispielhaften Befehlstafel 300 im dreidimensionalen Raum einzurichten. Es sei an die vorherige Erörterung erinnert, wo die Befehlstafel 300 drei Bezugspunkte 310, 312 und 314 aufweist. Die Position der Befehlstafel 300 im dreidimensionalen Raum kann ermittelt werden, indem man diese drei Positionen mit einem Retroreflektorziel berührt. In Schritt 510 bewegt der Bediener das Ziel in dem Muster, das in 9 bei „Befehlstafel initialisieren” dargestellt ist. Das Ziel kann in diesem Fall beispielsweise der Retroreflektor 26 sein, wie es in 3A dargestellt ist. Der Lasertracker 10 fängt den Befehl in Schritt 520 auf, parst ihn und bestätigt, dass der Befehl empfangen wurde, indem er das rote Licht zweimal blinken lässt. In Schritt 530 hält der Bediener den SMR 26 gegen einen der drei Bezugspunkte. Der Lasertracker 10 überwacht kontinuierlich die Positionsdaten des SMR 26 und stellt fest, wann der SMR ruht. Wenn der SMR 26 fünf Sekunden lang ruht, misst der Tracker 10 in Schritt 540 die Position des SMR 26. In Schritt 550 hält der Bediener den SMR 26 gegen einen zweiten der drei Bezugspunkte. Wenn der SMR 26 fünf Sekunden lang ruht, misst der Tracker 10 in Schritt 560 die Position des SMR 26. In Schritt 570 hält der Bediener den SMR 26 gegen den dritten der drei Bezugspunkte. Wenn der SMR 26 fünf Sekunden lang ruht, misst der Tracker 10 in Schritt 580 die Position des SMR 26. Der Tracker 10 kennt jetzt die dreidimensionalen Positionen jedes der drei Bezugspunkte und kann aus diesen drei Punkten den Abstand zwischen diesen drei Punktepaaren berechnen. In Schritt 590 sucht der Tracker 10 nach einem Fehler, indem er die bekannten Abstände zwischen den Punkten mit den berechneten Abständen zwischen den Punkten vergleicht. Falls die Unterschiede zu groß sind, wird in Schritt 590 durch eine geeignete Anzeige, die das fünf Sekunden lange Blinken des roten Lichts sein könnte, ein Fehlersignal angezeigt.

In 15 werden die in dem Ablaufdiagramm 600 dargestellten Vorgänge durchgeführt, um durch den Einsatz von Gesten einen Kreis zu messen. In Schritt 610 bewegt der Bediener das Ziel in dem Muster, das in 8 bei „Kreis messen” dargestellt ist. Das Ziel kann in diesem Fall beispielsweise der Retroreflektor 26 sein, wie es in 3A dargestellt ist. Der Lasertracker 10 fängt in Schritt 620 den Befehl auf, parst ihn und bestätigt, dass der Befehl empfangen wurde, indem er das rote Licht zweimal blinken lässt. In Schritt 630 hält der Bediener den Retroreflektor 26 gegen das Werkstück. Wenn der Bediener beispielsweise die Innenseite eines kreisförmigen Lochs misst, positioniert er den SMR an dem Teil auf der Innenseite des Lochs. Der Lasertracker 10 überwacht kontinuierlich die Positionsdaten des Retroreflektors 26 und stellt fest, wann der SMR ruht. Nachdem der Retroreflektor 26 fünf Sekunden lang ruht, geht in Schritt 640 das rote Licht an und beginnt der Tracker 10 mit der kontinuierlichen Messung der Position des Retroreflektors 26. In Schritt 650 bewegt der Bediener den Retroreflektor 26 entlang des betreffenden Kreises. Sobald genug Punkte gesammelt wurden, bewegt der Bediener in Schritt 660 den Retroreflektor 26 von der Oberfläche des gemessenen Objekts fort. Die Bewegung des Retroreflektors 26 zeigt an, dass die Messung vollständig ist. Sie zeigt auch an, ob das Retroreflektorziel 26 einen Innen- oder Außendurchmesser misst und gibt der Anwendungssoftware die Möglichkeit, einen Versetzungsabstand zu entfernen, damit der Radius des Retroreflektors 26 berücksichtigt wird. In Schritt 670 lässt der Tracker 10 das rote Licht zweimal blinken, um anzuzeigen, das die erforderlichen Messdaten gesammelt wurden.

In 16 werden die in dem Ablaufdiagramm 700 dargestellten Vorgänge durchgeführt, um einen Retroreflektor zu erfassen, nachdem der Laserstrahl des Lasertrackers 10 unterbrochen wurde. In Schritt 710 bewegt der Bediener den Retroreflektor in dem Muster, das in 10 bei „SMR erfassen” dargestellt ist. Das Ziel kann in diesem Fall beispielsweise der Retroreflektor 26 sein, wie es in 4A dargestellt ist. Zu Beginn dieses Verfahrens hat der Lasertracker den SMR noch nicht erfasst und können die in 3A3E dargestellten Modi nicht angewendet werden. Es werden statt dessen die Kameras 52 und Lichtquellen 54 benutzt, um den Retroreflektor 26 aufzufinden. Der Lasertracker 10 fängt in Schritt 720 den Befehl auf, parst ihn und bestätigt, dass der Befehl empfangen wurde, indem er das rote Licht zweimal blinken lässt. Gleichzeitig führt er den Laserstrahl 46 zur Mitte des Retroreflektors 26 hin. In Schritt 730 prüft der Tracker 10, ob der Laserstrahl vom Retroreflektor 26 erfasst wurde. In den meisten Fällen wird der Laserstrahl derart nahe genug an die Mitte des Retroreflektors 26 herangeführt, dass er innerhalb des aktiven Bereichs des Positionsdetektors im Tracker auftrifft. In diesem Fall führt das Servosystem des Trackers den Laserstrahl in einer Richtung, die den Laserstrahl zur Mitte des Positionsdetektos hin bewegt, was außerdem bewirkt, dass sich der Laserstrahl zur Mitte des Retroreflektors 26 hin bewegt. Das normale Tracking erfolgt danach. Wird der Laserstrahl nicht nahe genug zur Mitte des Retroreflektors 26 geführt, um auf dem Positionsdetektor im Tracker aufzutreffen, dann besteht eine Möglichkeit darin, eine spiralförmige Suche durchzuführen, wie es in Schritt 740 dargestellt ist. Der Lasertracker 10 führt eine spiralförmige Suche durch, indem er den Laserstrahl in einer Anfangsrichtung anvisieren lässt und den Strahl anschließend in einer immer breiter werdenden Spirale steuert. Ob eine spiralförmige Suche durchgeführt werden soll oder nicht, kann als Option mit dem Lasertracker oder der Anwendungssoftware, die mit dem Lasertracker verwendet wird, eingestellt werden. Eine weitere Option, die für eine schnelle Bewegung des Ziels geeignet sein könnte, besteht darin, den Schritt 720 mehrmals zu wiederholen, bis der Laserstrahl vom Retroreflektor aufgefangen wird oder bis eine Zeitabschaltung erfolgt.

Wie zuvor anhand von 7 erörtert wurde, signalisiert der Bediener einen Befehl mittels drei Schritten: einem optionalen Prolog, einer Direktive und einem optionalen Epilog. Falls der Tracker 10 ständig Daten parst und schnell reagieren kann, wenn das gewünschte Muster erzeugt wurde, dann besteht die Möglichkeit, die Direktive allein ohne Prolog oder Epilog zu benutzen. Wenn der Bediener eine Position auf der Befehlstafel 300 berührt, sollte der Befehl in ähnlicher Weise für den Tracker klar sein, ohne dass ein Prolog oder Epilog erforderlich ist. Wenn der Tracker andererseits nicht schnell genug parsen kann, um sofort auf die vom Bediener erzeugten Muster zu reagieren, oder wenn die Möglichkeit besteht, dass der Bediener unabsichtlich ein Befehlsmuster erzeugen könnte, dann ist unter Umständen die Anwendung eines Prologs, Epilogs oder beider erforderlich.

Ein Beispiel für einen einfachen Prolog oder Epilog ist nur eine Pause bei der Bewegung des Ziels, das ein beliebiges der in 3A3E, 4A4C und 5A5D dargestellten Ziele sein könnte. Der Bediener kann beispielsweise vor dem Anfang eines Musters eine Pause von ein oder zwei Sekunden und am Ende des Musters eine Pause von ein oder zwei Sekunden einlegen. Dadurch, dass auf diese Weise eine Pause eingelegt wird, werden die Anfangs- und Endpositionen jeder Geste, die in 810 durch Kreise bzw. Pfeile sowie in 11 durch Kreise bzw. Quadrate angezeigt sind, leichter von der Anwendungssoftware im Tracker oder Computer verstanden.

Ein anderes Beispiel für einen einfachen Prolog oder Epilog ist das schnelle Blockieren und Durchlassen des Laserstrahls des Trackers. Der Bediener kann beispielsweise seine Finger derart spreizen, dass ein Zwischenraum zwischen jedem der vier Finger vorhanden ist. Der Strahl wird anschließend durch schnelles Bewegen der Finger durch den Laserstrahl viermal schnell hintereinander unterbrochen und durchgelassen. Ein solches zeitliches Muster, das man als „Vier-Finger-Gruß” bezeichnen könnte, wird ohne Weiteres von dem Lasertracker erkannt. Die auf zeitlichen Veränderungen der zurückgeworfenen Laserenergie basierenden Erfassungsmodi sind in 3D mit einem passiven Ziel und in 5A5C mit aktiven Zielen dargestellt.

Außer der Verwendung eines Prologs oder Epilogs bei dem Gestenbefehl benötigt der Lasertracker manchmal auch einen Typ eines Prologs am Anfang eines Vorgangs. In den Beispielen von 1315 besteht z. B. eine Wartezeit von fünf Sekunden nach der Ausgabe eines Befehls, bevor die Trackermessung durchgeführt wird. Der Zweck dieser Wartezeit besteht darin, dem Bediener Zeit für das Positionieren des Retroreflektorziels zu geben, bevor die Messung beginnt. Die Wartezeit von fünf Sekunden ist natürlich willkürlich und könnte auf einen beliebigen gewünschten Wert eingestellt werden. Es wäre ferner möglich, andere Indikatoren dafür zu verwenden, dass die Messung beginnen soll. Man könnte beispielsweise einen Vier-Finger-Gruß statt einer Zeitverzögerung verwenden, um die Messbereitschaft anzuzeigen.

Aktive Ziele wie die in 5A–D dargestellten sind bei Anwendungen wie beispielsweise dem Werkzeugbau oder der Gerätemontage von Nutzen. Ein Werkzeug ist ein Apparattyp, der hergestellt wird, um bei der Fertigung anderer Geräte mitzuwirken. In Gebieten wie beispielsweise der Fertigung für Automobile und die Luft- und Raumfahrt werden Werkzeuge nach genauen Spezifikationen konstruiert. Der Lasertracker unterstützt sowohl die Montage als auch die Prüfung solcher Werkzeuge. Es ist in vielen Fällen erforderlich, dass die Bauteilelemente eines Werkzeugs aufeinander ausgerichtet sind. Man kann ein einziges Retroreflektorziel wie beispielsweise den Retroreflektor 26 benutzen, um ein Koordinatensystem einzurichten, an welchem jedes Element in dem Werkzeug korrekt ausgerichtet werden kann. Bei einem komplizierten Werkzeug kann dies allerdings viele sich wiederholende Messungen erfordern. Eine Alternative dazu besteht darin, mehrere Retroreflektorziele auf den Werkzeugelementen anzubringen und diese dann alle schnell hintereinander zu messen. Eine derartige schnelle Messung wird heute durch moderne Trackertechnologien wie beispielsweise Absolutdistanzmesser und Kamerasysteme (zum Beispiel die Bauteile 42, 44) ermöglicht. Wenn mehrere Retroreflektoren direkt auf den Werkzeugen angebracht werden, ist es für den Bediener dann eventuell schwierig oder ineffizient, einen dieser Retroreflektoren für die Erzeugung von Gestenbefehlen zu benutzen. Es wäre praktischer, wenn ein Stab wie beispielsweise der in 5C oder 5D dargestellte verwendet wird. Der Bediener kann mit dem Stab schnell Befehle geben, ohne die auf den Werkzeugen angebrachten Retroreflektoren zu stören. Ein solcher Stab könnte auf dem Ende eines Hammers oder einer ähnlichen Vorrichtung angebracht werden, damit die Hände des Bedieners für die Durchführung der Montage und Einstellung frei bleiben. In einigen Fällen kann während des Werkzeugbaus ein separater Retroreflektor oder eine separate 6-DOF-Sonde wie die in 5A bzw. 5B dargestellten erforderlich sein. Der Bediener kann Befehle auf sehr unterschiedliche Weise erteilen, indem er dem Standard-SMR oder der Standard-6-DOF-Sonde eine Lichtquelle und einen Bedienknopf hinzufügt.

Aktive Ziele wie beispielsweise die in 5A–D dargestellten sind auch bei der Gerätemontage von Nutzen. Eine moderne Entwicklung ist die flexible Montage, bei der statt einer automatischen Werkzeugmontage Lasertracker zum Einsatz kommen. Ein bedeutender Vorteil der Methode mit dem Tracker besteht darin, dass kaum eine Vorbereitung notwendig ist. Eine Tatsache, die eine solche Montage gegenwärtig praktisch macht, ist die Verfügbarkeit von Software, die CAD-Softwarezeichnungen an Messungen anpasst, die von Lasertrackern durchgeführt werden. Dadurch, dass Retroreflektoren auf den zu montierenden Teilen angebracht werden und anschließend die Retroreflektoren der Reihe nach mit einem Lasertracker gemessen werden, kann die Montagegenauigkeit auf einem Computerbildschirm mit Farben wie beispielsweise rot zur Anzeige von „weit entfernt”, gelb zur Anzeige von „wird genauer” und grün zur Anzeige von „ausreichend genau” dargestellt werden. Der Bediener kann mit einem aktiven Ziel Befehle geben, um bei Wegen der Optimierung des Montageprozesses ausgewählte Ziele oder Gruppen von Zielen zu messen.

Häufig werden mehrere Retroreflektoren in einem einzigen Messvolumen angeordnet. Beispiele für den Werkzeugbau und die Gerätemontage mit mehreren Retroreflektoren wurden oben beschrieben. Diese Beispiele zeigten, dass ein aktives Ziel besonders nützlich sein kann. In anderen Fällen kann die Fähigkeit des Lasertrackers, Bewegungen mehrerer passiver Retroreflektoren zu erkennen, von Nutzen sein. Es wird beispielsweise davon ausgegangen, dass mehrere Retroreflektoren auf einer Werkzeughalterung wie z. B. einer Stanzpresse für Blech angeordnet wurden und dass der Bediener eine Vermessung des Ziels nach jedem Betrieb der Halterung durchführen möchte. Bei der Vermessung werden nacheinander die Koordinaten jedes Ziels gemessen, um die Wiederholbarkeit der Werkzeughalterung zu prüfen. Für den Bediener besteht ein einfacher Weg zum Einrichten der anfänglichen Vermessungskoordinaten darin, nacheinander jeden Retroreflektor aus seiner Aufnahme herauszuheben und ihn gemäß einem vorgeschriebenen Gestenmuster umherzubewegen. Sobald der Tracker das Muster erkennt, misst er die Koordinaten des Retroreflektors in seiner Aufnahme. Es ist die Fähigkeit der Trackerkameras, Gestenmuster über ein weites Sichtfeld zu erkennen, die dem Bediener das praktische Umschalten zwischen Retroreflektoren erlaubt.

Wie zuvor gesagt wude, gibt es mehrere verschiedene Typen von Verfahren oder Algorithmen, die man zur Identifizierung von Gestenmustern und zu deren Interpretation als Befehle verwenden kann. Es werden hier einige Verfahren vorgeschlagen, wobei sich jedoch versteht, dass ein breite Vielfalt an Verfahren oder Algorithmen eingesetzt werden könnte und gleich gut funktionieren würde. Wie bereits erläutert wurde, gibt es drei Haupttypen von Mustern, die von Interesse sind: (1) die absolute Einzelpunktposition, (2) zeitliche Muster und (3) Bewegungsmuster. Die Erkennung einer absoluten Einzelpunktposition ist wohl die leichteste dieser drei Kategoerien. Der Tracker muss in diesem Fall nur die gemessenen Koordinaten vergleichen, um herauszufinden, ob diese innerhalb einer vorgegebenen Toleranz mit einer Koordinate auf der Oberfläche der Befehlstafel 300 übereinstimmen.

Zeitliche Muster sind ebenfalls leicht zu identifizieren. Ein bestimmtes Muster könnte beispielsweise aus einer bestimmten Anzahl von An-Aus-Wiederholungen bestehen und zusätzliche Einschränkungen könnten für die zulässigen An- und Aus-Zeiten auferlegt werden. Der Tracker 10 muss in diesem Fall nur die An- und Aus-Zeiten aufzeichnen und periodisch prüfen, ob es eine Übereinstimmung mit einem vorher festgelegten Muster gibt. Es wäre natürlich möglich, das Energieniveau zu verringern, statt das Licht ganz auszuschalten, um dem Tracker ein Signal zu senden. Die Verringerung des Niveaus der retroreflektierten Laserenergie könnte durch viele Mittel erzielt werden, also beispielsweise durch die Verwendung eines neutralgrauen Filters, eines Polarisators oder einer Irisblende.

Bewegungsmuster können in ein, zwei oder drei Dimensionen geparst werden. Eine Veränderung des Radialabstands ist ein Beispiel für eine eindimensionale Bewegung. Ein Veränderung der Querbewegung (von oben nach unten, von einer Seite zur anderen) ist ein Beispiel für eine zweidimensionale Bewegung. Eine Veränderung der Radial- und Querdimensionen ist ein Beispiel für die dreidimensionale Messung. Die interessierenden Dimensionen sind natürlich diejenigen, die das Lasertrackersystem momentan überwacht. Ein Weg, an der Vereinachung der Aufgabe des Parsens und der Erkennung mitzuwirken, besteht darin, dass man die Anforderung stellt, dass diese Aufgabe innerhalb bestimmter zeitlicher und räumlicher Begrenzungen erfolgt. Es kann beispielsweise verlangt werden, dass das Muster in seiner Ausdehnung zwischen 200 mm und 800 mm (8 Zoll bis 32 Zoll) groß ist und in ein bis drei Sekunden fertiggestellt ist. Im Falle von Querbewegungen registriert der Tracker die Bewegungen als Winkelveränderungen, und diese in Radianten gemessenen Winkel müssen mit dem Abstand zum Ziel multipliziert werden, um die Größe des Musters zu erhalten. Durch die Beschränkung der zulässigen Muster auf bestimmte zeitliche und räumliche Begrenzungen können viele Bewegungen aus einer weiteren Betrachtung als Gestenbefehle ausgeschlossen werden. Diejenigen, die übrig bleiben, können auf viele verschiedene Wege ausgewertet werden. Daten können beispielsweise vorübergehend in einem Puffer gespeichert werden, der periodisch ausgewertet wird, um zu sehen, ob eine potentielle Übereinstimmung mit irgendeinem der erkannten Gestenmuster vorhanden ist. Ein spezieller Fall eines Bewegungsmusters von Gesten, das besonders leicht zu identifizieren ist, liegt dann vor, wenn der Befehlsknopf 124 in 5A gedrückt wird, damit das Licht 122 aufleuchtet, um anzuzeigen, dass gerade eine Geste stattfindet. Der Computer muss dann nur das Muster aufzeichnen, das stattfand, als das Licht 122 aufleuchtete, und anschließend dieses Muster auswerten, um zu sehen, ob eine gültige Geste erzeugt wurde. Eine ähnliche Methode kann durchgeführt werden, wenn der Bediener den Befehlsknopf 134 drückt, um das Licht 132 in 5B aufleuchten zu lassen, oder den Befehlsknopf 144 drückt, um das Licht 142 in 5D aufleuchten zu lassen.

Es ist neben diesen drei Hauptmustern auch möglich, Muster zu erzeugen, die mit einem passiven Objekt oder einem passiven Objekt in Kombination mit einem Retroreflektor durchgeführt werden. Die Kameras auf dem Tracker könnten beispielsweise erkennen, dass jedes Mal ein bestimmter Befehl gegeben wird, wenn ein passives rotes Quadrat mit bestimmter Größe bis auf 25 mm an einen SMR herangebracht wird.

Es wäre auch möglich, zwei der drei Hauptmuster zu kombinieren. Es wäre beispielsweise möglich, die Bewegungsgeschwindigkeit mit einem bestimmten räumlichen Muster zu kombinieren, wodurch die Mustertypen zwei und drei kombiniert werden. Als anderes Beispiel kann der Bediener einen bestimmten Befehl mit einem Sägezahnmuster, das eine schnelle Aufwärtsbewegung und anschließend eine langsame Rückbewegung umfasst, signalisieren. In ähnlicher Weise könnte man die Beschleunigung verwenden. Es könnte beispielsweise eine ruckartige Bewegung benutzt werden, um einen Laserstrahl in einer bestimmten Richtung rings um ein Objekt „fortzuwerfen”.

Innerhalb der Mustertypen sind auch Abweichungen möglich. In der Kategorie der räumlichen Muster wäre es zum Beispiel möglich, zwischen kleinen Quadraten (z. B. mit 7,5 cm Seitenlänge) und großen Quadraten (z. B. mit 61 cm Seitenlänge) zu unterscheiden.

Die oben behandelten Algorithmenverfahren werden mittels eines Verarbeitungssystems 800 implementiert, das in 17 dargestellt ist. Das Verarbeitungssystem 800 umfasst eine Trackerverarbeitungseinheit 810 und gegebenenfalls einen Computer 80. Die Verarbeitungseinheit 810 umfasst mindestens einen Prozessor, der ein Mikroprozessor, ein digitaler Signalprozessor (DSP), eine feldprogrammierbare Anordnung von Logik-Gattern (FPGA; fieldprogrammable gate array) oder eine ähnliche Vorrichtung sein kann. Es wird eine Verarbeitungsfähigkeit bereitgestellt, um Informationen zu verarbeiten und Befehle an interne Trackerprozessoren auszugeben. Solche Prozessoren können einen Positionsdetektorprozessor 812, einen Azimutkodiererprozessor 814, einen Zenitkodiererprozessor 816, einen Anzeigeleuchtenprozessor 818, einen ADM-Prozessor 820, einen Interferometerprozessor (IFM-Prozessor)822 und einen Kameraprozessor 824 umfassen. Es kann einen Gestenvorprozessor 826 zur Unterstützung beim Auswerten oder Parsen von Gestenmustern umfassen. Ein Zusatzeinheitprozessor 870 stellt gegebenenfalls die Zeitsteuerung sowie die Mikroprozessorunterstützung für andere Prozessoren in der Trackerprozessoreinheit 810 bereit. Er kann mit anderen Prozessoren über einen Gerätebus 830 kommunizieren, welcher Informationen mittels Datenpaketen überall im Tracker übertragen kann, wie es in der Technik weithin bekannt ist. Die Rechenleistung kann in der gesamten Trackerverarbeitungseinheit 810 verteilt werden, wobei DSPs und FPGAs Zwischenberechnungen bei Daten durchführen, die von Trackersensoren gesammelt wurden. Die Ergebnisse dieser Zwischenberechnungen werden zu dem Zusatzeinheitprozessor 870 zurückgeleitet. Wie zuvor erläutert wurde, kann die Zusatzeinheit 70 durch ein langes Kabel an den Hauptkörper des Lasertrackers 10 angeschlossen werden oder im Hauptkörper des Lasertrackers derart gezogen werden, dass der Tracker direkt (und gegebenenfalls) an den Computer 80 angeschlossen wird. Die Zusatzeinheit 870 kann durch eine Verbindung 840, die beispielsweise ein Ethernet-Kabel oder eine drahtlose Verbindung sein kann, an den Computer 80 angeschlossen werden. Die Zusatzeinheit 870 und der Computer 80 können über Verbindungen 842, 844, die beispielsweise Ethernet-Kabel oder drahtlose Verbindungen sein können, an das Netzwerk angeschlossen werden.

Die Vorverarbeitung von Sensordaten kann durch einen beliebigen der Prozessoren 812824 auf den Gesteninhalt ausgewertet werden, doch es kann auch ein Prozessor 826 vorhanden sein, der spezifisch für die Durchführung der Vorverarbeitung von Gesten vorgesehen ist. Der Gestenvorprozesor 826 kann ein Mikroprozessor, ein DSP, eine FPGA oder eine ähnliche Vorrichtung sein. Er kann einen Puffer enthalten, der die auf den Gesteninhalt auszuwertenden Daten speichert. Vorverarbeitete Daten können zur Endauswertung zu der Zusatzeinheit gesendet weden oder die Endauswertung des Gesteninhalts kann durch den Gestenvorprozessor 826 durchgeführt werden. Alternativ dazu können Rohdaten oder vorverarbeitete Daten für die Analyse zum Computer 80 gesendet werden.

Obwohl die Verwendung der oben beschriebenen Gesten sich hauptsächlich auf deren Benutzung mit einem einzigen Lasertracker konzentrierte, ist es ebenfalls von Vorteil, wenn Gesten mit Sammlungen von Lasertrackern oder mit Lasertrackern, die mit anderen Instrumenten kombiniert sind, verwendet werden. Eine Möglichkeit besteht darin, einen Lasertracker als Haupttracker bereitzustellen, der dann Befehle zu anderen Instrumenten sendet. Man könnte beispielsweise einen Satz von vier Lasertrackern bei einer Multilaterationsmessung benutzen, bei der dreidimensionale Koordinaten berechnet werden, wobei lediglich die mit jedem Tracker gemessenen Abstände verwendet werden. Befehle könnten einem einzigen Tracker erteilt werden, der Befehle zu den anderen Trackern weiterleiten würde. Eine andere Möglichkeit besteht darin, mehrere Instrumente auf Gesten reagieren zu lassen. Es wird beispielsweise angenommen, dass ein Lasertracker zur Versetzung eines Gelenkarm-KMG verwendet wird. Ein Beispiel für ein solches System ist in dem an Raab erteilten US-Patent US 7 804 602 B2 aufgeführt, das hierin durch Verweis einbezogen wird. Der Lasertracker könnte in diesem Fall als Haupttracker bei dem Versetzungsverfahren vorgesehen werden. Der Bediener würde dem Tracker Gestenbefehle geben, der wiederum geeignete Befehle an das Gelenkarm-KMG senden würde. Sobald das Versetzungsverfahren beendet ist, könnte der Bediener eine Befehlstafel benutzen, um wie oben beschrieben dem Gelenkarm-KMG Befehle zu geben.

19 zeigt die Schritte 1900, die bei der Erzeugung einer Geste zur Übermittlung eines Befehls zum Lasertracker gemäß den Erörterungen anhand von 3A–B, 4A–B und 5A durchgeführt werden. Schritt 1910 besteht darin, eine Entsprechungsregel zwischen Befehlen und räumlichen Mustern bereitzustellen. Schritt 1920 besteht darin, dass der Benutzer einen Befehl unter den möglichen Befehlen auswählt. Schritt 1930 besteht darin, dass der Benutzer den Retroreflektor in einem räumlichen Muster bewegt, das dem gewünschten Befehl entspricht. Das räumliche Muster könnte in Quer- oder Radialrichtung aufgebaut sein. Schritt 1940 besteht darin, ein Licht des Lasertrackers zum Retroreflektor zu projizieren. Dieses Licht kann ein Lichtstrahl sein, der entlang der optischen Achse des Lasertrackers emittiert wird, oder es kann ein Licht sein, das von einer LED nahe einer auf dem Lasertracker angeordneten Kamera emittiert wird. Schritt 1950 besteht darin, Licht von dem Retroreflektor zurück zum Lasertracker reflektieren zu lassen. Schritt 1960 besteht darin, das reflektierte Licht zu erfassen. Die Erfassung kann durch eine photosensitive Anordnung in einer auf dem Tracker angeordneten Kamera, durch einen Positionsdetektor im Tracker oder durch einen Distanzmesser im Tracker erfolgen. Schritt 1970 besteht darin, den Befehl basierend auf der Entsprechungsregel zu bestimmen. Schritt 1980 besteht darin, den Befehl auszuführen.

20 zeigt die Schritte 2000, die bei der Erzeugung einer Geste zur Übermittlung eines Befehls zum Lasertracker gemäß den Erörterungen anhand von 3C, 4C und 5A durchgeführt werden. Schritt 2010 besteht darin, eine Entsprechungsregel zwischen Befehlen und dreidimensionalen Positionen bereitzustellen. Schritt 2020 besteht darin, dass der Benutzer einen Befehl unter den möglichen Befehlen auswählt. Schritt 2030 besteht darin, dass der Benutzer den Retroreflektor zu einer Position bewegt, die dem gewünschten Befehl entspricht, und zwar eventuell dadurch, dass das Retroreflektorziel mit einer Befehlstafel in Kontakt gebracht wird. Schritt 2040 besteht darin, ein Licht des Lasertrackers zum Retroreflektor zu projizieren. Dieses Licht kann ein Lichtstrahl sein, der entlang der optischen Achse des Lasertrackers emittiert wird, oder es kann ein Licht sein, das von einer LED nahe einer auf dem Lasertracker angeordneten Kamera emittiert wird. Schritt 2050 besteht darin, Licht von dem Retroreflektor zurück zum Lasertracker reflektieren zu lassen. Schritt 2060 besteht darin, das reflektierte Licht zu erfassen. Die Erfassung kann durch eine photosensitive Anordnung in einer auf dem Tracker angeordneten Kamera, durch einen Positionsdetektor im Tracker oder durch einen Distanzmesser im Tracker erfolgen. Schritt 2070 besteht darin, den Befehl basierend auf der Entsprechungsregel zu bestimmen. Schritt 2080 besteht darin, den Befehl auszuführen.

21 zeigt die Schritte 2100, die bei der Erzeugung einer Geste zur Übermittlung eines Befehls zum Lasertracker gemäß den Erörterungen anhand von 3D und 5A durchgeführt werden. Schritt 2110 besteht darin, eine Entsprechungsregel zwischen Befehlen und zeitlichen Mustern bereitzustellen. Schritt 2120 besteht darin, dass der Benutzer einen Befehl unter den möglichen Befehlen auswählt. Schritt 2130 besteht darin, ein Licht des Lasertrackers zum Retroreflektor zu projizieren. Dieses Licht kann ein Lichtstrahl sein, der entlang der optischen Achse des Lasertrackers emittiert wird, oder es kann ein Licht sein, das von einer LED nahe einer auf dem Lasertracker angeordneten Kamera emittiert wird. Schritt 2140 besteht darin, Licht vom Retroreflektor zurück zum Lasertracker reflektieren zu lassen. Schritt 2150 besteht darin, das reflektierte Licht zu erfassen. Die Erfassung kann durch eine photosensitive Anordnung in einer auf dem Tracker angeordneten Kamera, durch einen Positionsdetektor im Tracker oder durch einen Distanzmesser im Tracker erfolgen. Schritt 2160 besteht darin, dass der Benutzer ein zeitliches Muster in der optischen Energie erzeugt, die von den Sensoren auf dem Lasertracker empfangen wird. Ein solches zeitliches Muster lässt sich leicht durch Blockieren und Durchlassen eines Lichtstrahls erzeugen, wie unten erörtert wird. Schritt 2170 besteht darin, den Befehl basierend auf der Entsprechungsregel zu bestimmen. Schritt 2180 besteht darin, den Befehl auszuführen.

22 zeigt die Schritte 2200, die bei der Erzeugung einer Geste zur Übermittlung eines Befehls zu einem 6-DOF-Lasertracker gemäß den Erörterungen anhand von 3E und 5B durchgeführt werden. Schritt 2210 besteht darin, eine Entsprechungsregel zwischen Befehlen und der Pose eines 6-DOF-Ziels bereitzustellen. Schritt 2220 besteht darin, dass der Benutzer einen Befehl aus den möglichen Befehlen auswählt. Schritt 2230 besteht darin, den 6-DOF-Lasertracker zum Messen mindestens einer Koordinate eines 6-DOF-Ziels in einer ersten Pose zu benutzen. Eine Pose umfasst drei Translationskoordinaten (z. B. x, y, z) und drei Orientierungskoordinaten (z. B. Roll-, Nick- und Gierwinkel). Schritt 2240 besteht darin, dass der Benutzer mindestens eine der sechs Dimensionen der Pose des 6-DOF-Ziels ändert. Schritt 2250 besteht darin, die mindestens eine Koordinate einer zweiten Pose zu messen, welche diejenige Pose ist, die sich ergibt, nachdem der Benutzer den Schritt 2240 beendet hat. Schritt 2260 besteht darin, den Befehl basierend auf der Entsprechungsregel zu bestimmen. Schritt 2270 besteht darin, den Befehl auszuführen.

23 zeigt die Schritte 2300, die bei der Erzeugung einer Geste zur Übermittlung eines Befehls zum Lasertracker, seinen Laserstrahl auf das Ziel zu richten und das Ziel fest anzuvisieren, durchgeführt werden. Schritt 2310 besteht darin, Licht auf den Retroreflektor zu projizieren. Dieses Licht kann ein Licht sein, das von einer LED nahe einer auf dem Lasertracker angeordneten Kamera emittiert wird. Schritt 2320 besteht darin, dass der Benutzer den Retroreflektor in einem vordefinierten räumlichen Muster bewegt. Schritt 2330 besteht darin, Licht vom Retroreflektor zum Lasertracker reflektieren zu lassen. Schritt 2340 besteht darin, das reflektierte Licht zu erfassen. Die Erfassung kann beispielsweise durch eine photosensitive Anordnung in einer auf dem Tracker angeordneten Kamera erfolgen. Schritt 2350 besteht darin, den Befehl basierend auf der Entsprechungsregel zu bestimmen. Schritt 2360 besteht darin, den Lichtstrahl des Trackers auf den Retroreflektor zu richten. Schritt 2360 besteht darin, mit dem Laserstrahl des Trackers den Retroreflektor fest anzuvisieren.

24 zeigt die Schritte 2400, die bei der Erzeugung einer Geste zur Übermittlung eines Befehls zum Lasertracker, seinen Laserstrahl auf das Ziel zu richten und das Ziel fest anzuvisieren, durchgeführt werden. Schritt 2410 besteht darin, Licht auf den Retroreflektor zu projizieren. Dieses Licht kann ein Licht sein, das von einer LED nahe einer auf dem Lasertracker angeordneten Kamera emittiert wird. Schritt 2420 besteht darin, Licht vom Retroreflektor zum Lasertracker reflektieren zu lassen. Schritt 2430 besteht darin, das reflektierte Licht zu erfassen. Die Erfassung kann beispielsweise durch eine photosensitive Anordnung in einer auf dem Tracker angeordneten Kamera erfolgen. Schritt 2440 besteht darin, ein vordefiniertes zeitliches Muster zu erzeugen, wie es vorstehend erörtert wurde. Schritt 2450 besteht darin, den Befehl basierend auf der Entspechungsregel zu bestimmen. Schritt 2460 besteht darin, den Lichtstrahl des Trackers auf den Retroreflektor zu richten. Schritt 2470 besteht darin, mit dem Laserstrahl des Trackers den Retroreflektor fest anzuvisieren.

25 zeigt die Schritte 2500, die bei der Erzeugung einer Geste zur Übermittlung eines Befehls zum Lasertracker, seinen Laserstrahl auf das Ziel zu richten und das Ziel fest anzuvisieren, durchgeführt werden. Schritt 2510 besteht darin, Licht auf den Retroreflektor zu projizieren. Dieses Licht kann ein Licht sein, das von einer LED nahe einer auf dem Lasertracker angeordneten Kamera emittiert wird. Schritt 2520 besteht darin, mindestens eine Koordinate einer ersten Pose eines 6-DOF-Ziels zu messen. Wie oben erörtert wurde, umfasst die Pose drei Translations- und drei Orientierungsfreiheitsgrade. Schritt 2530 besteht darin, mindestens eine Koordinate einer ersten Pose zu ändern. Schritt 2540 besteht darin, die mindestens eine Koordinate einer zweiten Pose zu messen, welche die Pose ist, die sich ergibt, nachdem die mindestens eine Koordinate der 6-DOF-Sonde geändert wurde. Schritt 2550 besteht darin, zu bestimmen, ob die Entsprechungsregel erfüllt wurde. Schritt 2560 besteht darin, den Lichtstrahl des Trackers auf den Retroreflektor zu richten. Schritt 2570 besteht darin, mit dem Laserstrahl des Trackers den Retroreflektor fest anzuvisieren.

Die 26A, 26B und 27A, 27B zeigen mechanische bzw. optische Konfigurationen eines Lasertrackers, mit welchen der Bediener Gestenmuster übermitteln kann, die von dem beispielhaften Lasertracker 10 als Befehle interpetiert und ausgeführt werden. Die 26A, 26B zeigen eine Konfiguration eines Lasertrackers 10, mit welcher der Bediener Gestenmuster mechanisch übermittelt, die der beispielhafte Lasertracker 10 unter Einsatz seiner Winkelkodierersysteme interpetiert. Die Messwerte der Kodiererwinkel können ohne Bedingungen verwendet werden. Alternativ dazu kann die von einem Kodierer gemessene Winkelbewegung mit der Richtung und Größe des Drehmoments verglichen werden, das durch den Motor des Trackers auf diese Achse aufgebracht wird, sowie zwischen der durch den Motor des Trackers bedingten Bewegung und der durch ein externes Mittel bedingten Bewegung unterschieden werden. Die Richtung und die Größe des durch das externe Mittel aufgebrachten Drehmoments können berechnet werden. 26A zeigt den Lasertracker 10, dessen Nutzlast 15 durch einen Bediener um die mechanische Zenitachse 18 gedreht wird. 26B zeigt den Lasertracker 10, dessen Zenitschlitten 14 durch einen Bediener um die mechanische Azimutachse 20 gedreht wird. Während die Nutzlast 15 oder der Zenitschlitten 14 in einem Muster gedreht werden, werden die Winkelbewegungen durch die Azimut- und Zenitwinkelkodierer gemessen und von der auf einem externen Computer arbeitenden Software oder durch Prozessoren oder den Speicher im Lasertracker 10 aufgezeichnet. Die Messwerte der Winkelkodierer bilden eine zweidimensionale Abbildung der Winkel, die in Abhängigkeit von der Zeit aufgezeichnet und zum Auffinden von Mustern analysiert werden kann. Die Winkelmuster können Gesten repräsentieren, die der beispielhafte Lasertracker 10 als Befehle interpretiert und ausführt. Ein Unterschied zwischen den durch die 26A, 26B veranschaulichten Verfahren und den zuvor hierin beschriebenen Verfahren besteht darin, dass der Bediener in den 26A, 26B näher am Tracker als an einem Retroreflektor steht. Durch Kombinieren der in den 26A, 26B veranschaulichten Verfahren mit den oben hierin beschriebenen Gestenverfahren kann ein Bediener somit in praktischer Weise dem Tracker Gestenbefehle mit einer großen Vielzahl an Positionen innerhalb des Messvolumens bereitstellen.

Als Beispiel könnte eine durch den Bediener erfolgende Drehung der Nutzlast 15 über einen Winkel von mindestens 30 Grad – wobei die Drehung zweimal wiederholt wird – einen Befehl repräsentieren, den nächsten Retroreflektor, der rechts von der aktuellen Position des Lichtstrahls des Lasertrackers angeordnet ist, zu identifizieren und ihn fest anzuvisieren. Als anderes Beispiel könnte eine von einem Azimutwinkel von –90 Grad bis +90 Grad erfolgende Drehung des Zenitschlittens 14 um die Azimutachse einen Befehl repräsentieren, alle Retroreflektorziele in einem definierten Sichtfeld zu identifizieren und anschließend mit einer Vermessung jedes Ziels zu beginnen. Als drittes Beispiel könnte eine durch den Bediener erfolgende gleichzeitige Drehung der Nutzlast und des Zenitschlittens einen Befehl repräsentieren, den nächsten Retroreflektor, der in der Richtung dieser Drehung liegt, fest anzuvisieren und die dreidimensionalen Koordinaten zu messen. Als viertes Beispiel könnte der Bediener einen interessierenden Bereich definieren, indem er die Nutzlast 15 und den Zenitschlitten 14 in einem Muster (beispielsweise einem kreisförmigen Muster) bewegt, um den interessierenden Bereich zu definieren. Ein solcher Bereich könnte beispielsweise einer sein, über welchen eine Vermessung einer Sammlung von Retroreflektoren durchzuführen ist. Durch Kombinieren von räumlichen und zeitlichen Mustern bei den Drehungen der Nutzlast15 und des Zenitschlittens 14 kann man zahlreiche Befehle erhalten. Die relevanten Eigenschaften der Drehungen der Nutzlast 15 und des Zenitschlittens 14 können auch Absolut- und Differenzwinkel, Größe des aufgebrachten Drehmoments, Winkelgeschwindigkeit, Winkelbeschleunigung und ähnliche zeitliche Größen umfassen. Zusätzlich zu den vorstehend beschriebenen unterschiedlichen Drehbewegungen können absolute Drehungen verwendet werden. Zur Übermittlung eines Befehls kann man beispielsweise das Ausrichten der Nutzlast auf den Zenit, den Nadir, zuvor identifizierte Retroreflektorpositionen oder andere Kardinalpunkte benutzen.

Die 27A, 27B zeigen eine Konfiguration eines Lasertrackers 10, mit welcher der Bediener Gestenmuster optisch übermittelt, die der beispielhafte Lasertracker 10 unter Einsatz seiner Kamerasysteme interpretiert. 27A zeigt den Lasertracker 10, dessen Licht von den Lichtquellen 54 durch ein vom Bediener bereitgestelltes Hindernis 64 blockiert wird, wobei das Hindernis relativ nahe am Lasertracker gehalten wird. Das Hindernis 64 blockiert auch das Licht 46 des Lasertrackers (nicht dargestellt). Eine von der Lichtquelle 54 ausgehende relative große Lichtmenge wird in diesem Fall von dem Hindernis 64 gestreut, geht durch die Linse der Kamera 52 und kommt an der photosensitiven Anordnung in der Kamera an. Infolgedessen erscheint ein relativ großer Lichtfleck auf der Kameraoberfläche. Für das relativ nahe an der Kamera 52 gehaltene Hindernis ist die Größe des Lichtflecks auf der photosensitiven Anordnung relativ groß im Vergleich zu dem vom Retroreflektor 26 stammenden Lichtfleck auf der photosensitiven Anordnung. Das von einem Hindernis 64 gestreute Licht kann durch diesen Unterschied von dem Licht unterschieden werden, das von einem Retroreflektor 26 reflektiert wird; der Verlust des Lichts 46, das zurück in den Lasertracker reflektiert wird, kann von anderen Bedingungen unterschieden werden, die sich aus dem Verlust des Lichts 46 ergeben, das zurück in den Lasertracker reflektiert wird. Der Abstand von der Kamera 52 zu einem Hindernis 64, das man als „relativ nahe” erachten kann, hängt von den Eigenschaften der Kamera und der Lichtquelle ab. In den meisten Fällen kann man jedoch ein Hindernis, das sich innerhalb 25 mm von der Kamera befindet, als relativ nahe erachten, wohingegen ein über 1000 mm von der Kamera entfernt angeordnetes Hindernis als relativ weit entfernt von der Kamera erachtet werden kann.

27B zeigt den Lasertracker 10, bei dem ein Licht der linken Lichtquelle 54 durch ein Hindernis 65 blockiert ist, ein Licht der rechten Lichtquelle 54 dagegen nicht durch das Hindernis 65 blockiert ist. Ferner hindert das Hindernis 65 in 27B das Licht 46 des Lasertrackers nicht daran, dass es den Retroreflektor erreicht und zum Lasertracker zurückkehrt, obwohl das Verfahren ohne den Retroreflektor 26, der sich im Weg des Lichts 46 befindet, angewendet werden könnte. In diesem Fall sehen die rechte und die linke Kamera 52 verschiedene Bilder. Es ist in der Technik weithin bekannt, dass ein idealer Retroreflektor Licht parallel zu dem einfallenden Licht und um die Symmetrieachse des Retroreflektors symmetrisch versetzt reflektiert wird. Dies wird ausführlich in dem an Bridges et al. erteilten US-Patent US 7 800 758 B1 des gleichen Inhabers erklärt, das hierin durch Verweis einbezogen wird (siehe Spalte 17, Zeilen 4565 sowie 15A15C). Das reine Ergebnis dieser Eigenschaft von Retroreflektoren besteht darin, dass das Licht der linken Lichtquelle 54, das von dem Retroreflektor 26 reflektiert wird, teilweise in die linke Kamera 52 reflektiert wird, aber nicht in die rechte Kamera 52. Das Licht der rechten Lichtquelle 54, das von dem Retroreflektor 26 reflektiert wird, wird teilweise in die rechte Kamera 52 reflektiert, aber nicht in die linke Kamera 52. Die durch Umgebungslicht beleuchteten Hintergrundbilder, die von der linken Kamera 52 und der rechten Kamera 52 gesehen werden, sind sehr ähnlich. Beide Kameras sehen blinkende Lichtflecken, aber der Lichtfleck auf der linken Kamera 52 ist größer als der bzw. die Lichtflecken auf der rechten Kamera. Demnach können die Verfahren der 27A, 27B derart angewendet werden, dass sie unterschiedliche Arten von Gesten ergeben.

Als erstes Beispiel könnte das Blockierverfahren von 27A von einem Bediener benutzt werden, um anzuzeigen, dass der Tracker eine Selbstkompensation oder ein Aufwärmverfahren durchführen soll. Dem Tracker können verschiedene Arten von Befehlen gegeben werden, indem man das Hindernis 64 in unterschiedlichen Gestenmustern bewegt. Bei dem Blockierverfahren von 27B könnte eine Messung eines SMR weiter durchgeführt werden, während der Bediener dem Tracker Gestenbefehle gibt. Durch Blockieren der linken Lichtquelle 54 und der linken Kamera 52 könnte der Bediener dem Tracker einen Befehl geben, eine Messung des SMR durchzuführen. Durch Blockieren der rechten Lichtquelle 54 und der rechten Kamera 52 könnte der Bediener dem Tracker einen Befehl geben, sich zum nächsten Retroreflektorziel zu bewegen. Der Bediener kann das Hindernis 64 oder 65 vor- und zurückbewegen, um ein zeitliches Muster zu bilden, das als Geste interpretiert werden kann. Der Bediener könnte beispielsweise das Hindernis 64 oder 65 derart bewegen, dass es den Strahl dreimal in einen Zeitraum von fünf Sekunden blockiert. Ein solches Gestenmuster könnte beispielsweise bewirken, dass der Tracker den nächsten Retroreflektor fest anvisiert und eine Messung durchführt. Es sind auch viele andere zeitliche Muster und Befehle möglich.

28 zeigt die Schritte 2800, die in einem Verfahren zur mechanischen Erzeugung einer Geste zur Übermittlung eines Befehls zu einem Lasertracker gemäß den Erörterungen anhand der 26A und 26B durchgeführt werden. Schritt 2810 besteht darin, einen Tracker bereitzustellen, der einen ersten Winkelkodierer aufweist. Schritt 2820 besteht darin, eine Entsprechungsregel zwischen jedem einer Vielzahl von Befehlen und jedem einer Vielzahl von Drehmustern eines Abschnitts einer Trackerstruktur bereitzustellen. Der Abschnitt könnte beispielsweise eine Nutzlast oder ein Zenitschlitten sein. Schritt 2830 besteht darin, dass der Benutzer einen ersten Befehl unter den möglichen Befehlen auswählt. Schritt 2840 besteht darin, dass der Benutzer den Abschnitt der Lasertrackerstruktur zwischen einem ersten Zeitpunkt und einem zweiten Zeitpunkt in einem ersten Drehmuster unter den möglichen Drehmustern dreht, wobei das erste Drehmuster dem ersten Befehl entspricht. Schritt 2850 besteht darin, eine Sammlung erster Winkelmesswerte von dem ersten Winkelkodierer zu erhalten, wobei die Winkelmesswerte zwischen dem ersten Zeitpunkt und dem zweiten Zeitpunkt erhalten werden. Schritt 2860 besteht darin, den ersten Befehl basierend zumindest teilweise auf der Verarbeitung der ersten Winkelmesswerte gemäß der Entsprechungsregel zu erhalten. Schritt 2870 besteht darin, den ersten Befehl mit dem Lasertracker auszuführen.

29 zeigt die Schritte 2900, die in einem Verfahren zur optischen Erzeugung einer Geste zur Übermittlung eines Befehls zu einem Lasertracker gemäß den Erörterungen anhand der 27A und 27B durchgeführt werden. Schritt 2910 besteht darin, eine Entsprechungsregel zwischen jedem Befehl und jedem zeitlichen Muster bereitzustellen. Schritt 2920 besteht darin, dass der Benutzer einen ersten Befehl unter den möglichen Befehlen auswählt. Schritt 2930 besteht darin, dass der Benutzer ein Hindernis zwischen einem ersten Zeitpunkt und einem zweiten Zeitpunkt in einem ersten zeitlichen Muster unter den möglichen zeitlichen Mustern bewegt, wobei das erste zeitliche Muster dem ersten Befehl entspricht. Schritt 2940 besteht darin, ein erstes Licht vom Lasertracker zum Hindernis zu projizieren. Das Licht kann beispielsweise Licht von einer LED-Leuchte nahe der Kameralinse sein. Schritt 2950 besteht darin, ein zweites Licht von dem Hindernis streuen zu lassen, wobei das zweite Licht ein Teil des ersten Lichts ist. Schritt 2960 besteht darin, erste erfasste Daten durch Erfassen eines dritten Lichts zu erhalten, wobei das dritte Licht ein Teil des zweiten Lichts ist, wobei die ersten erfassten Daten zwischen dem ersten Zeitpunkt und dem zweiten Zeitpunkt durch den Lasertracker erhalten werden. Schritt 2970 besteht darin, den ersten Befehl basierend zumindest teilweise auf der Verarbeitung der ersten erfassten Daten gemäß der Entsprechungsregel zu erhalten. Schritt 2980 besteht darin, den ersten Befehl mit dem Lasertracker auszuführen.