專利名稱：用于確定至少一個對象的姿態(tài)信息項的方法和旋轉(zhuǎn)激光器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種根據(jù)權利要求1的前序部分所述的、利用至少一個旋轉(zhuǎn)激光器用于確定至少一個對象的水平姿態(tài)信息項的方法，以及一種根據(jù)權利要求12的前序部分所述的、用于沿旋轉(zhuǎn)發(fā)射方向發(fā)射激光輻射的旋轉(zhuǎn)激光器。
背景技術：
通過引入為最高性能設計的高度有效的運土機和平整機，近幾十年來道路建設和土木工程、土地開發(fā)和露天采礦領域中的工作速度取得了顯著的進步。借助于現(xiàn)代定位技術，在工作時結合高度自動化和少許人員部署，還可以實現(xiàn)非常高的精度。借助于自動化方法，移動工作機通過一程序而遵循計算機生成的理論周線，在該程序中將移動工作機的相應的實際位置與從計算機中生成的理論模型的理論位置相比較，并觸發(fā)適當?shù)慕换?。因此除了水平表面之外，還可以產(chǎn)生任何期望的不平周線。這里重要的組成部分是對個體工作機的定位技術。
用于移動工作機的相對精確的定位的可行現(xiàn)代技術包括衛(wèi)星定位系統(tǒng)，例如GPS系統(tǒng)。為此，在移動工作機上安裝GPS接收單元，從而能以幾米的精度確定工作機的絕對位置。因為該精度通常不夠，所以長期以來公知從GPS技術的一些方法用于提高位置精度，例如差分GPS、RTK或RTCM。在這些方法中，例如從基站直接或間接發(fā)送校正值，該校正值復制了衛(wèi)星信號中的一些誤差，這些誤差具體是由于電離層和對流層的折射而產(chǎn)生的，并且對于接收站是特定的。通過由安裝在移動工作機上的GPS接收單元同時接收包含誤差的衛(wèi)星信號以及由附近基站發(fā)送的校正值，可以進行厘米精度的定位。
然而，GPS技術的系統(tǒng)相關問題在于，垂直方向上的測量精度低于水平方向上的測量精度。然而由于通常特別是在道路建設領域中，因為在任何情況下都需要避免不期望的不平和波度，所以關于垂直方向處理精度的需求比關于水平方向處理精度的需求大，因此僅僅使用GPS定位系統(tǒng)常常是不夠的。而且，必須總是被至少三個、優(yōu)選至少四個用于通過GPS進行定位的衛(wèi)星可視接觸，然而情況并不總是這樣，特別是當在橋下或者狹窄的屋列中工作或者受到其它遮蔽時。
GPS技術的另一個問題具體在于，雖然可借助于GPS確定位置，但當分別只使用單個GPS接收器時，工作機的定向，尤其是方位定向只能來源于位置的改變。因此，必須使用或者位于工作機上水平隔開的點處的多個GPS接收器，或者附加的定向傳感器，例如陀螺系統(tǒng)或磁羅經(jīng)系統(tǒng)，然而它們?nèi)菀资艿诫s散磁場的影響。
因此，雖然存在現(xiàn)代衛(wèi)星定位系統(tǒng)，但在對精度有對應需求的情況下，不可以免去對高精度光學測量方法的使用，如從測地學所公知的那樣。
已經(jīng)在相對較長的時間內(nèi)使用產(chǎn)生大致在水平面中旋轉(zhuǎn)的激光束的旋轉(zhuǎn)激光器系統(tǒng)，用于精確地調(diào)整移動工作機的工作高度。這些系統(tǒng)產(chǎn)生對至少一個移動工作機限定理論平面的扁平擬激光盤。旋轉(zhuǎn)的激光束由安裝在工作機上的接收器(例如多個垂直分布的檢測器)接收，并且可以任選地調(diào)節(jié)高度，從而可以以高精度方式獲得高度信息項。如果還需要位置，那么通常借助于GPS系統(tǒng)另外確定。
US4,807,131公開了一種地面平整系統(tǒng)，其中在移動平整機上布置用于接收通過由位于距該平整機一定距離定位的旋轉(zhuǎn)激光器發(fā)射的激光輻射的檢測器，以及用于確定平整機相對于至少一個基準點的水平定位的距離測量裝置。因此，可以通過使用兩個不同的測量系統(tǒng)以足夠的精度垂直和水平地確定平整機的實際位置。借助于陀螺儀，可以檢測方向和位置的改變。待平整的理論周線存儲在存儲介質(zhì)上。將實際的測量值與從存儲的理論周線獲得的理論值進行比較。偏差具體通過理論周線和實際周線的圖形表示在顯示器上示出，并且用于調(diào)整平整機的驅(qū)動。該系統(tǒng)的缺點在于必須使用至少兩個測量系統(tǒng)，以能夠以足夠的精度水平和垂直地控制車輛。
DE 197 55 324 A1描述了一種用于測量行駛車輛相對于地固坐標系的位置和姿態(tài)的方法和裝置。該車輛具有至少兩個無線距離測量裝置和/或角度測量裝置，它們隔開一定距離并且可相對于鄰近地形中基準路徑的可預選的基準點定向，所述基準點隔開一定距離并在地固坐標系中測量。通過三角學進行位置確定。通過將確定的實際位置與從存儲的理論三維曲線獲得的理論位置進行比較，計算車輛的控制命令。借助于該方法不能進行高度信息項的足夠精確的確定。
EP 0 744 494 A1描述了一種道路修整系統(tǒng)，該系統(tǒng)配備有用于通過機械地感測表面來確定道路的鋪路材料相對于基準平面的波度的輪廓測量裝置，以及用于確定水平位置分量的GPS單元。基準平面通過細長的支架產(chǎn)生，使得這樣產(chǎn)生的基準平面對應于感測表面的低通過濾。然而，對于所需的精度，這樣允許的高度控制同樣是不夠的。另外，該方法僅適用于在可感測的大致水平的基材處的高度調(diào)整。由于需要細長支架，所以該感測方法例如可適用于在建筑工地上的斗輪式挖掘機的高度控制。
DE 199 40 404 C2公開了一種利用GPS信號和位置固定的可調(diào)節(jié)的旋轉(zhuǎn)激光器對建筑機器進行三維控制的方法。通過接收GPS信號，確定運動的建筑機器的水平位置坐標，并使建筑機器的作業(yè)工具的理論高度與所述位置坐標對應。為了產(chǎn)生指示作業(yè)工具的理論高度的高度信號，根據(jù)對應的理論高度例如通過傾斜來調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)激光器。這使得可以精確控制建筑機器的作業(yè)工具作為高度信號的函數(shù)。然而為了執(zhí)行該方法，必須使用光學測量方法和衛(wèi)星輔助測量方法。在不被衛(wèi)星覆蓋的區(qū)域，例如在坑道中、橋下和具有狹窄屋列的城鎮(zhèn)中，該方法由于受到遮蔽而不能執(zhí)行。必須使用多個測量方法來確定工作機的定向。
US 2003/0137658 A1描述了一種用于控制建筑機器的系統(tǒng)。旋轉(zhuǎn)激光器發(fā)射至少兩個扇形激光束，激光束圍繞一軸線旋轉(zhuǎn)并在不由水平面形成的平面中發(fā)散。至少兩個扇形激光束的傾斜是不同的。安裝在建筑機器上的光學傳感器用于接收扇形激光束。通過同樣布置在建筑機器上的GPS接收器進行水平定位。借助于算法計算單元，從至少兩個扇形的垂直發(fā)散的激光束到達光學傳感器的時滯獲得高度信號。為了執(zhí)行該方法，也必須使用光學測量方法和衛(wèi)星輔助測量方法，從而以足夠的精度確定垂直和水平位置。在該方法中，也總是需要衛(wèi)星覆蓋。必須使用其它測量方法來確定定向。
US3,687,566描述了一種特別是用于船、飛行器等等的定位的定位方法和對應的裝置。這里，精密集中在水平面上并在垂直面中強力發(fā)散的扇形光束(特別是激光束)圍繞垂直軸線旋轉(zhuǎn)，使該光束可接收在較大的垂直區(qū)域內(nèi)。在光束上疊加復制旋轉(zhuǎn)角度的信息項。水平位置待確定的對象具有兩個隔開一定距離的接收器，借助于所述接收器可接收光束并檢測旋轉(zhuǎn)角度。通過獲知相應的接收到的旋轉(zhuǎn)角，確定兩個接收器之間的距離和旋轉(zhuǎn)速度、以及對象的水平位置。借助于所述方法，只能確定水平位置而不能獲得精確的高度信息。DE 35 26 564 A1中描述了類似方法。
DE 31 07 674 A1描述了一種方法，該方法借助于旋轉(zhuǎn)調(diào)制的激光束控制對象的運動，所述激光束由位于固定基準點或?qū)ο笊系囊粋€或多個發(fā)送器發(fā)射。與激光束一起發(fā)送瞬時入射角和期望的對象軌跡。這些信息項由位于對象上的接收器記錄，用以確定對象的姿態(tài)并計算路線修正。如果對象只在一平面上運動，那么激光束只需要在該平面中旋轉(zhuǎn)。在三維引導該對象的情況下，發(fā)射旋轉(zhuǎn)的三維光束場，并且發(fā)送器圍繞兩個軸線旋轉(zhuǎn)。在這兩個情況下，發(fā)送器逐級運動，并在各個靜止位置發(fā)射根據(jù)信息項進行調(diào)制的短時間激光束。由此激光束用作發(fā)送信息項，特別是位置數(shù)據(jù)的介質(zhì)。上述方法的缺點在于信息發(fā)送的較大間隔，因為必須三維掃描激光束的較大區(qū)域，用以使對象沿水平方向和垂直方向定向。
US5,600,436公開了一種包括基站的定位系統(tǒng)，該基站具有用于使一個激光束或兩個激光束在圍繞旋轉(zhuǎn)軸線的平面中旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)激光器裝置。其描述了在可行實施方式中，激光束包含與激光束的發(fā)射角相關的數(shù)據(jù)信號。例如，數(shù)據(jù)信號的振幅或頻率被對應地調(diào)制。定位裝置配備有用于接收旋轉(zhuǎn)激光束和檢測發(fā)射角的檢測器。通過使用多個基站，可通過三角學確定定位裝置的水平位置。而且為了能夠確定高度或z坐標，描述了配備有多個相對于高度平移的檢測器并接收第三基站的信號的定位裝置。所述系統(tǒng)需要多個基站。借助于所述系統(tǒng)，不可能確定配備有定位裝置的對象的定向，例如移動工作機的定向，從而必須依賴其它傳感系統(tǒng)，特別是磁羅經(jīng)系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種盡可能只使用單個測量系統(tǒng)來精確確定和/或控制相對于高度基準表面(特別是水平基準面)高精度定向的對象(例如移動工作機)的水平位置(特別是水平定向)的有效、經(jīng)濟的方法和裝置。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種用于確定或用于提高移動工作機的姿態(tài)信息項的精度的附加測量方法和附加測量系統(tǒng)。
這些目的通過實現(xiàn)獨立權利要求的特征部分特征而實現(xiàn)。從從屬權利要求中可以清楚以替代或有利方式進一步發(fā)展本發(fā)明的特征。
根據(jù)本發(fā)明，在用于確定至少一個對象的姿態(tài)信息項的方法中，使用一種包括旋轉(zhuǎn)單元和用于沿旋轉(zhuǎn)發(fā)射方向發(fā)射激光輻射的激光源的旋轉(zhuǎn)激光器。所述激光輻射具有在其沿垂直方向(即，沿高度方向)的路線中僅略微發(fā)散或者根本不發(fā)散，從而精密集中并沿垂直方向基本平行的激光束的形式。因此，如現(xiàn)有技術中公開的那樣，可以通過產(chǎn)生擬激光表面針對所述對象沿垂直方向限定高度精確的基準表面或高度基準表面。該擬激光表面可由平面的擬激光盤形成，或通過適當控制旋轉(zhuǎn)激光器經(jīng)過任何期望的錐形表面而形成。由所述旋轉(zhuǎn)激光器沿旋轉(zhuǎn)水平發(fā)射方向發(fā)射的所述激光輻射攜帶角度相關信息項，從該角度相關信息項可導出發(fā)射方向，從而使發(fā)射方向與從所述旋轉(zhuǎn)激光器到接收所述激光輻射的所述對象的方向相關。所述激光輻射可以以在下面更加詳細地描述的不同方式包含所述角度相關信息。從而，一方面可以將一信號模化在所述激光輻射的載波頻率上，從所述信號可導出在發(fā)射所述激光輻射時的實際發(fā)射方向。而且，可影響所述激光輻射的另一輻射參數(shù)，從而可通過在接收時適當評估所述激光輻射來確定所述發(fā)射方向。這可以例如通過濾光、偏光或者進行間歇而作為發(fā)射角的函數(shù)來實現(xiàn)。
由所述旋轉(zhuǎn)激光器發(fā)射并包含所述角度相關信息的所述激光輻射被所述對象的檢測器接收。根據(jù)接收的激光輻射，從所述角度相關信息導出所述發(fā)射方向，從而可確定從所述旋轉(zhuǎn)激光器到所述對象的方向。借助于該方向信息，任選地通過進行其它測量(例如附加地光學測量距所述旋轉(zhuǎn)激光器的距離或者確定所述檢測方向)，或者通過接收由第二旋轉(zhuǎn)激光器發(fā)射的第二激光輻射，可精確確定所述對象相對于所述至少一個旋轉(zhuǎn)激光器的姿態(tài)(即，定向和/或位置)，或者可相對于所述至少一個旋轉(zhuǎn)激光器控制所述對象。除了接收所述至少一個激光輻射，或者使用除所述旋轉(zhuǎn)激光器系統(tǒng)之外的其它測量系統(tǒng)之外，在所述對象和與所述至少一個旋轉(zhuǎn)激光器對應的系統(tǒng)之間不是絕對必需地進行通信。因此，可以僅通過接收由一個或多個旋轉(zhuǎn)激光器發(fā)射的所述激光輻射(特別是通過三角測量)來確定在接收地點相對于所述至少一個旋轉(zhuǎn)激光器的位置的水平位置以及定向(特別是方位定向)。然而，當然可以將所述方法連同衛(wèi)星定位方法一起使用，例如用于獲得其它姿態(tài)信息項以及通過數(shù)據(jù)冗余任選地提高姿態(tài)確定的精度和可靠性。上述方法適用于確定例如用于道路建設、平整作業(yè)、土地開發(fā)、露天采礦、地下開采、農(nóng)業(yè)或其它領域的移動工作機的位置，并且適用于在修整領域、建筑領域中確定道路車輛、運輸系統(tǒng)或移動處理系統(tǒng)的位置，或者用于其中待確定對象相對于基準位置的位置的其它應用。根據(jù)本發(fā)明的方法的另一優(yōu)點在于基準平面的生成與姿態(tài)信息的同時傳輸相結合。這是因為根據(jù)本發(fā)明，不僅如現(xiàn)有技術中公開的那樣生成基準平面(特別是利用旋轉(zhuǎn)激光器技術)，利用該基準平面可以進行相對該基準平面的高精度的垂直定向，而且同時還可以通過所述激光輻射本身傳輸呈所述激光輻射的所述發(fā)射方向的形式的姿態(tài)信息相，從而可以在該平面中定向。因此，根據(jù)本發(fā)明的方法特別適用于平整機或道路建設機器的定位，因為在這些使用領域中，高度信息精度特別重要，常常必須小于兩厘米。對于根據(jù)本發(fā)明的方法，可以將在多個領域中均發(fā)生的相對于由旋轉(zhuǎn)激光器生成的基準平面的定向與在接收所述激光輻射的地點處的姿態(tài)(特別是定向和/或位置)的同時確定相結合。從而可以省去其它測量系統(tǒng)，例如GPS、磁羅經(jīng)系統(tǒng)或陀螺系統(tǒng)。當然，還可以沿旋轉(zhuǎn)發(fā)射方向發(fā)射例如具有錐形或扁平形狀的發(fā)散激光束，從而不產(chǎn)生擬表面厚度恒定的扁平的擬基準表面。這在例如如果可以將在與所述旋轉(zhuǎn)激光器的旋轉(zhuǎn)軸線平行的較大區(qū)域內(nèi)接收發(fā)射的激光輻射從而接收所述發(fā)射方向的時候是很方便的。
在本發(fā)明的范圍內(nèi)，垂直方向或高度應理解為表示垂直于由所述旋轉(zhuǎn)激光器限定的所述表面(特別是平面)或旋轉(zhuǎn)軸線的方向，因此水平位置應理解成表示在該表面或平面內(nèi)的二維位置。相比之下，水平和垂直不會不可避免地與重力定向、絕對地球坐標系系統(tǒng)相關，即使在實踐中通常是這樣。
用于沿旋轉(zhuǎn)發(fā)射方向發(fā)射激光輻射的所述旋轉(zhuǎn)激光器具有用于產(chǎn)生所述激光輻射的激光源和用于產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運動的旋轉(zhuǎn)單元。所述旋轉(zhuǎn)單元以這樣的方式操作地連接到所述激光源，使得沿所述旋轉(zhuǎn)發(fā)射方向發(fā)射輻射，從而導致生成可能呈平面擬激光盤形式，或者通過適當控制所述旋轉(zhuǎn)激光器而呈任何期望的錐形表面形式的擬激光表面。這里，發(fā)射連續(xù)經(jīng)過360°或者限制在至少一扇形部分。從而可以例如借助于一孔，通過在某個發(fā)射角范圍內(nèi)切斷激光源或者通過對準目標來致動所述旋轉(zhuǎn)單元，例如通過使所述激光輻射在一角度范圍內(nèi)成扇形展開，從而將發(fā)射限制在扇形部分中。具體是在將接收對象的自由運動限制在可能的擬激光表面的部分扇形中時實現(xiàn)將發(fā)射限制在扇形中。因此在本發(fā)明的上下文中，旋轉(zhuǎn)應理解為表示不是必須圍繞軸線的連續(xù)旋轉(zhuǎn)，而是也可以任選為激光輻射在發(fā)射角范圍內(nèi)的扇形旋轉(zhuǎn)。根據(jù)本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)激光器包括用于將所述發(fā)射輻射的至少一個輻射參數(shù)與角度相關信息項相關聯(lián)的部件，從該角度相關信息項可導出所述發(fā)射方向。在可行實施方式中，可在整個發(fā)射角范圍內(nèi)從所述角度相關信息明確導出所述發(fā)射方向。在替代實施方式中，該明確導出性僅限于整個發(fā)射角范圍的多個扇形部分，例如從0°到180°和從180°到360°，從而在這些范圍內(nèi)均可明確指定發(fā)射方向，但范圍本身不必直接確定。這在所述對象僅在多個扇形部分之一中運動的應用中不是特別關鍵的。通過劃分為多個發(fā)射角范圍，例如可以提高確定所述發(fā)射方向的精度。根據(jù)本發(fā)明，用于關聯(lián)所述至少一個輻射參數(shù)的部件例如可由圍繞所述旋轉(zhuǎn)激光輻射的環(huán)形濾光器或偏光器、位于光路中的光學元件或與所述激光源和發(fā)射方向檢測部件對應的電路形成。在后一情況下，所述發(fā)射方向經(jīng)由所述發(fā)射方向檢測部件檢測，該發(fā)射方向檢測部件例如呈具有與所述旋轉(zhuǎn)單元操作連接的角度檢測器的形式，并且在由所述激光源生成所述激光輻射時至少一個輻射參數(shù)經(jīng)由所述電路與所述角度相關信息相關聯(lián)。這例如通過將一信號調(diào)制到所述激光輻射的載波頻率上而實現(xiàn)?；蛘?，所述信息關聯(lián)僅在生成所述激光輻射之后例如借助于有源調(diào)制器(例如電光調(diào)制器(EOM)或聲光調(diào)制器(AOM)進行。適當?shù)碾姽庹{(diào)制器例如為鮑爾克盒?，F(xiàn)有技術中公開了其它的EOM和AOM。


下面參照附圖中示意性示出的具體工作實施例，僅以實施例的方式更加詳細地描述根據(jù)本發(fā)明的方法和根據(jù)本發(fā)明的裝置，而且討論了本發(fā)明的其它優(yōu)點。具體地圖1以示意圖示出了建筑機器，該建筑機器通過經(jīng)由第一檢測器進行的接收而接收由旋轉(zhuǎn)激光器發(fā)射的激光輻射的姿態(tài)信息項；圖2表示一簡圖，示出了通過導出激光輻射的第一發(fā)射方向來導出旋轉(zhuǎn)激光器相對于建筑機器的方向的原理；圖3表示一簡圖，示出了通過另外確定距離來導出建筑機器的位置的原理；圖4表示一簡圖，示出了通過另外確定第一檢測方向來導出建筑機器的定向的原理；圖5表示一簡圖，示出了通過借助于第二檢測器另外導出第二發(fā)射方向來導出建筑機器的距離或位置的原理；圖6表示一簡圖，示出了通過限定第一檢測器的位置改變并另外導出第二發(fā)射方向來導出建筑機器的距離或位置的原理；圖7表示一簡圖，示出了通過限定第一檢測器由于其旋轉(zhuǎn)而引起的位置改變來導出建筑機器的距離或位置的原理；圖8以示意圖表示具有兩個徑向相對的檢測區(qū)域的旋轉(zhuǎn)檢測器的結構；圖9表示一簡圖，示出了通過導出第二旋轉(zhuǎn)激光器的激光輻射的第二發(fā)射方向來導出建筑機器的距離或位置的原理；圖10表示具有用于將輻射參數(shù)與角度相關信息項相關聯(lián)的電路的旋轉(zhuǎn)激光器的示意圖；圖11表示具有光學特性沿其環(huán)狀周邊持續(xù)不同的環(huán)狀濾光器或偏光器的旋轉(zhuǎn)激光器的平面圖；并且圖12表示用于使激光輻射進行間歇而作為發(fā)射方向的函數(shù)的環(huán)狀條形碼載體的傾斜視圖。
具體實施例方式
圖1表示建筑工地20，在建筑工地20上，用于產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)激光輻射5的旋轉(zhuǎn)激光器2直立在基準點處，并相對于高級坐標系精確定向。通過激光輻射5的旋轉(zhuǎn)，生成用作建筑工地20的高度基準的擬激光平面21。呈建筑工地20上的建筑機器1的形式的對象借助于檢測器6a在一旦所述輻射經(jīng)過檢測器6a時就簡短地接收激光輻射5，只要檢測器6a位于由旋轉(zhuǎn)激光輻射5形成的擬激光平面21內(nèi)。因為在所示實施例中，激光輻射5沿垂直方向具有可以忽略的較小發(fā)散，即，沿垂直方向的光路基本平行，所以可以借助于激光輻射5將建筑機器1(特別是建筑機器1的工具，例如鏟斗)相對于基準高度精確定向，呈建筑機器1的至少一個部件的高精度高度定向的形式。該方法在現(xiàn)有技術中公開。在一個可行實施方式中，檢測器6a具有沿著垂直于擬激光平面21的方向延伸的檢測區(qū)域，在該區(qū)域內(nèi)可檢測激光輻射5與檢測器6a的接觸，從而可精確檢測與基準高度的偏差。任選的是，檢測器6a可沿垂直方向自動調(diào)節(jié)高度，從而避免即使在高度差相對較大的情況下也必須離開擬激光平面，并且避免失去高度基準。
在圖2示出原理的簡圖中說明了該方法的可行實施方式。定位在位置PI的旋轉(zhuǎn)激光器2沿旋轉(zhuǎn)的發(fā)射方向α1發(fā)射激光輻射5。在圖中，旋轉(zhuǎn)激光器2的旋轉(zhuǎn)軸線指向天頂。發(fā)射在水平面中進行。在平面圖中，發(fā)射方向α1沿逆時針方向旋轉(zhuǎn)，從而在0°與360°之間旋轉(zhuǎn)。激光輻射5攜帶角度相關信息項，可從角度相關信息項導出相應的發(fā)射方向α1，例如通過將信號?；郊す廨椛涞妮d波頻率上，實現(xiàn)激光輻射的信息關聯(lián)。在激光輻射5的接收區(qū)域中，呈建筑機器1的形式的對象位于位置POb。旋轉(zhuǎn)激光器2發(fā)射的激光輻射5由布置在建筑機器1上的檢測器6a接收。檢測器6a以接收來自激光輻射5的角度相關信息的方式設計，并以從角度相關信息導出第一發(fā)射方向α1的方式進行處理。由此通過獲知旋轉(zhuǎn)激光器2相對于高級坐標系的定向，可以在位置POb中確定旋轉(zhuǎn)激光器2相對于建筑機器1的方向，而不用在除了激光輻射5的純接收之外在PI與POb之間進行通信。
為了能夠確定建筑機器1相對于旋轉(zhuǎn)激光器2的位置PT的位置POb，進一步在圖2說明的方法中繼續(xù)確定檢測器6a與旋轉(zhuǎn)激光器2之間的距離d1，如圖3所示。在所述實施例中，通過靠近檢測器6a布置并位于建筑機器1上的激光測距儀7進行距離測量。激光測距儀7自動測量到位于旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)激光器2上的點，從而確定距離d1。通過獲知發(fā)射方向α1以及檢測器6a與旋轉(zhuǎn)激光器2之間的距離d1，現(xiàn)在可以導出建筑機器1相對于旋轉(zhuǎn)激光器2的位置PI的位置POb，具體通過將極坐標α和d1轉(zhuǎn)化為笛卡爾坐標而導出。當然，可以僅確定建筑機器相對于旋轉(zhuǎn)激光器2的位置并且通過獲知這些建筑機器1的相對位置和旋轉(zhuǎn)激光器2的絕對位置PT來導出建筑機器的絕對位置POb。這同樣應用于建筑機器1的定向。
圖4以示出原理的簡圖說明了建筑機器1的定向的導出。如圖2所示，位于位置PI的旋轉(zhuǎn)激光器2沿旋轉(zhuǎn)的發(fā)射方向α1發(fā)射激光輻射5，激光輻射5由布置在建筑機器1上的檢測器6aa接收。然而，與圖2的檢測器6a相比，檢測器6aa具有擴展的功能性，其除了導出發(fā)射方向α1之外，還可以確定相對于建筑機器1的定向的檢測方向β1，激光輻射5從檢測方向β1到達檢測器6aa。在現(xiàn)有技術中公開了用于利用0°至360°的接收范圍接收激光輻射并且接收角度檢測的所有全方位檢測器。通過獲知發(fā)射方向α1和檢測方向β1，可通過減法導出建筑機器1相對于旋轉(zhuǎn)激光器2的定向的定向Φ1。因此，可以在不使用磁羅經(jīng)或陀螺系統(tǒng)的情況下通過旋轉(zhuǎn)激光器2確定建筑機器1的方位定向。
雖然在圖3所示的方法中，除了接收由旋轉(zhuǎn)激光器2發(fā)射的激光輻射5之外，還通過單獨的激光測距儀7進行距離測量，但圖5、6和7示出了這樣的方法，借助于所述方法，僅通過接收由旋轉(zhuǎn)激光器2發(fā)射并包含角度相關信息的激光輻射5，通過在不同位置多次接收激光輻射的三角法程序就導出建筑機器1相對于旋轉(zhuǎn)激光器2的位置PT的位置POb和/或距離。
根據(jù)本發(fā)明，這里在相對于激光輻射5的一次接收的位置隔開限定的水平距離的對象1、1’處進行激光輻射5’的二次接收。從角度相關信息導出在一次接收期間由第一檢測器6a接收的激光輻射5的第一發(fā)射方向α1以及/或者在二次接收期間接收的激光輻射5’的第二發(fā)射方向α2。通過獲知第一發(fā)射方向α1和第二發(fā)射方向α2以及一次接收相對于二次接收的位置差或相對位置差，可獲得對象1、1’相對于旋轉(zhuǎn)激光器2的位置PI的距離d1或水平位置POb、POb’。下面在圖5至7中更加詳細地描述該方法。
圖5示出了旋轉(zhuǎn)激光器2，該旋轉(zhuǎn)激光器放置于位置PI并以旋轉(zhuǎn)速度ω沿旋轉(zhuǎn)發(fā)射方向α1、α2發(fā)射激光輻射5、5’。激光輻射5、5’攜帶角度相關信息，可從角度相關信息導出發(fā)射時的實際發(fā)射方向α1、α2。如上所述，激光輻射5、5’圍繞指向天頂方向的旋轉(zhuǎn)軸線，沿從上方看時的順時針方向旋轉(zhuǎn)。第一檢測器6a和第二檢測器6b布置在位于激光輻射5、5’的接收范圍內(nèi)的位置POb處的建筑機器1上。檢測器6a和6b相對彼此的檢測器間距已知。兩個檢測器6a和6b的高度使得兩個檢測器位于激光輻射5、5’的接收范圍內(nèi)。檢測器6a和6b優(yōu)選位于相同高度，然而這在激光輻射5、5’垂直發(fā)散的情況下不是絕對必需的。同樣公知相對于旋轉(zhuǎn)激光器2的檢測器定向γ，其與建筑機器1的定向1相關。定向1例如通過如圖4所示檢測接收角而獲得，或者通過借助于磁羅經(jīng)系統(tǒng)或陀螺系統(tǒng)的測量獲得。從而，第一檢測器6a與第二檢測器6b之間的位置差或相對位置差已知。在所示實施例中，激光輻射5、5’首先經(jīng)過第一檢測器6a，之后不久在旋轉(zhuǎn)激光器2的一轉(zhuǎn)之內(nèi)經(jīng)過第二檢測器6b。首先，第一檢測器6a接收由旋轉(zhuǎn)激光器2發(fā)射的激光輻射5，根據(jù)激光輻射5可從角度相關信息導出第一發(fā)射方向α1。之后不久，在旋轉(zhuǎn)作用下繼續(xù)前進的激光輻射5’照射到第二檢測器6b上，從而可從角度相關信息導出第二發(fā)射方向α2。通過獲知建筑機器1的定向1從而獲知相對于旋轉(zhuǎn)激光器2的檢測器定向γ、以及檢測器間距a、檢測器間距a相對于旋轉(zhuǎn)激光器2的垂直投影，并且利用第一發(fā)射方向α1與第二發(fā)射方向α2之間的差，可以借助于基礎三角學關系導出建筑機器1與旋轉(zhuǎn)激光器2的位置PI之間的距離d1。通過獲知距離d1以及第一發(fā)射方向α1和第二發(fā)射方向α2的平均值，同樣可以確定建筑機器1相對于旋轉(zhuǎn)激光器2的位置PT的位置POb。
在圖5所示的實施例中，第一發(fā)射方向α1和第二發(fā)射方向α2都從激光輻射5、5’的角度相關信息導出。然而，還可以從角度相關信息只獲得第一發(fā)射方向α1，通過確定由第一檢測器6a接收激光輻射5與由第二檢測器6b接收激光輻射5’之間的時間差Δt，并通過獲知激光輻射的旋轉(zhuǎn)速度ω和第一發(fā)射方向α1來導出第二發(fā)射方向α2，反之亦然。因為在該方法中，兩個檢測器6a或6b中只有一個需要配備用于導出發(fā)射方向α1或α2的部件，所以可降低成本。
在圖5所示的方法中，使用兩個隔開一定距離的檢測器6a、6b。然而可替代的是，根據(jù)該方法的上述原理，可以僅使用單個檢測器來代替兩個隔開一定距離的檢測器，所述單個檢測器的位置在兩個接收時間之間按限定方式改變。圖6和圖7中示出了兩種這樣的方法。在這兩種方法中，在激光輻射的一次接收和第一發(fā)射方向α1的導出之后，建筑機器1的檢測器6a的位置相對于其在激光輻射5的一次接收期間的位置限定地改變至改變后位置。之后，激光輻射5’被相同的檢測器6a’第二次接收，從而可能在二次接收期間由檢測器6a’接收激光輻射5’的第二發(fā)射方向α2，特別是來自于角度相關信息。從而，通過獲知第一發(fā)射方向α1和第二發(fā)射方向α2以及一次接收與二次接收之間的檢測器位置的限定的改變，可以導出建筑機器1相對于旋轉(zhuǎn)激光器2的位置PI的距離d1或位置POb。
在圖6中，與圖5的工作實施例一樣，通過放置于位置PI的旋轉(zhuǎn)激光器2沿旋轉(zhuǎn)發(fā)射方向發(fā)射激光輻射5、5’。在具有單個檢測器6a的建筑機器1的位置POb中，進行激光輻射5的一次接收和第一發(fā)射方向α1的第一導出。之后，通過使整個建筑機器1、1’向相對于旋轉(zhuǎn)激光器2的已知方向2運動通過已知距離x，并使檢測器6a、6a’相對于建筑機器1、1’的位置固定，使建筑機器1的檢測器6a的位置相對于其在激光輻射5的一次接收期間的位置發(fā)生改變。在圖6中，處于初始位置POb的建筑機器1及其檢測器6a以陰影示出，處于改變后位置POb’的建筑機器1’及其檢測器6a’以黑色示出。在建筑機器1’的改變后位置POb’中，激光輻射5’被第二次接收，并且從角度相關信息確定第二發(fā)射方向α2。通過獲知距離x及其方向2，可通過三角學確定距離x相對于旋轉(zhuǎn)激光器2的方向的垂直投影，并且同樣使用基礎三角學關系，可從中導出建筑機器1’相對于旋轉(zhuǎn)激光器2的位置PT的距離d1或位置POb’。
圖5和圖6所述的方法的缺點在于，不能在建筑機器1的每個定向中確定位置。如果在圖5的工作實施例中，建筑機器1橫向于激光輻射5、5’的接收方向，則傳感器6a和6b都同時檢測激光輻射的到達，從而不能從三角學導出距離d1或位置POb。當建筑機器1沿著激光輻射5、5’的方向或相反方向定向時，所述問題也發(fā)生在圖6的工作實施例中。而且，圖6的方法不能用于在車輛靜止時確定距離或位置。
圖7中示出的工作實施例在建筑機器1的位置POb基本固定的情況下，通過單個檢測器6a、6a’的限定的運動而解決了這些問題。圖8以圖7的詳視圖示出了建筑機器1的旋轉(zhuǎn)檢測器6a的布置。檢測器6a圍繞與旋轉(zhuǎn)激光器2的旋轉(zhuǎn)軸線基本平行的軸線沿著圓周軌跡10環(huán)行。環(huán)行的檢測器6a具有兩個徑向相對的檢測區(qū)域14a、14b，它們基本上只允許接收與圓周軌跡10相切的激光輻射5、5’。例如可通過在檢測器處將檢測區(qū)域限制在精確為0°和180°的入射角而實現(xiàn)這種檢測器。在檢測器6a的整轉(zhuǎn)中，檢測器6a首先在圓周軌跡10的位置ρ1中的位置Pa(如圖8中實線所示)處在兩個徑向相對的檢測區(qū)域14a和14b中的檢測區(qū)域14a內(nèi)接收以發(fā)射角α1發(fā)射的激光輻射5。在檢測器6a、6a’進一步近似轉(zhuǎn)過半圈之后，其到達與第一位置Pa基本徑向相對的位置Pb，位于位置ρ2中(如圖8中虛線所示)，用于在兩個徑向相對的檢測區(qū)域14a’和14b’中的檢測區(qū)域14b’內(nèi)二次接收以發(fā)射角α2發(fā)射的激光輻射5’。兩個基本徑向相對的位置Pa、Pb之間的連接線11在這里垂直于位于平行軸線上的旋轉(zhuǎn)激光器2與圓周軌跡的中心1 3之間的連接線12。可通過獲知第一發(fā)射方向α1、第二發(fā)射方向α2、圓周軌跡10的直徑φ、特別是檢測次數(shù)和/或在一次接收和二次接收期間檢測器6a、6a’的位置ρ1、ρ2，利用三角學方法導出建筑機器相對于旋轉(zhuǎn)激光器2的距離d1或位置POb，任選地建筑機器1相對于旋轉(zhuǎn)激光器2的定向2。例如可通過角度檢測器確定檢測器6a、6a’的位置ρ1、ρ2?；蛘咴诘人傩D(zhuǎn)下，可以按已知的方式從相應的檢測次數(shù)確定檢測器6a、6a’的位置ρ1、ρ2。
為了避免在車輛的某些位置處不能通過三角學確定位置，還可以使用布置在車輛上的三個檢測器，特別是布置在固定水平等邊三角形的角上的檢測器。由于三角布置，至少兩個不齊平的檢測器總是位于旋轉(zhuǎn)激光器的視野范圍內(nèi)。
雖然在上述工作實施例中一直使用單個旋轉(zhuǎn)激光器，但圖9中描述了一種包括隔開一定距離的兩個旋轉(zhuǎn)激光器的方法。位于位置PI的第一旋轉(zhuǎn)激光器2和位于位置PTT的另一旋轉(zhuǎn)激光器2TT都分別沿旋轉(zhuǎn)發(fā)射方向α1和α2分別發(fā)射激光輻射5和5II。在所示實施例中，激光輻射5和5II都攜帶角度相關信息項，從角度相關信息項可分別導出發(fā)射方向α1和α2，從而發(fā)射方向α1和α2分別與旋轉(zhuǎn)激光器2和2II分別相對于接收激光輻射5和5II的對象、建筑機器1的兩個方向相關。位于位置POb的建筑機器1具有分別用于接收激光輻射5和5II并且導出發(fā)射方向α1和αTT的檢測器6a。例如通過將信號?；捷d波頻率(例如兩個旋轉(zhuǎn)激光器2和2II的兩個載波頻率或者?；盘?上，實現(xiàn)激光輻射與角度相關信息的關聯(lián)，其不同在于，兩個激光輻射5和5II可通過檢測器6a而分別與相應的旋轉(zhuǎn)激光器2和2II相關聯(lián)。通過獲知第一發(fā)射方向α1、另一發(fā)射方向αTT以及兩個旋轉(zhuǎn)激光器2和2II的位置PT和PTT、可通過三角學方法導出建筑機器相對于兩個旋轉(zhuǎn)激光器2和2II的位置POb。這兩個旋轉(zhuǎn)激光器2和2II以這樣的方式形成和定向，使得可通過一個檢測器6a接收相應的激光輻射5和5II。優(yōu)選的是，這兩個旋轉(zhuǎn)的激光輻射5和5II形成作為高度基準的公共擬激光平面?；蛘?，通過省去高度基準，可以使用不同定向的旋轉(zhuǎn)激光器2和2TT，它們的垂直強力發(fā)散的激光輻射5和5TT分別由檢測器6a接收。當然，可以將上述的方法變型與使用兩個旋轉(zhuǎn)激光器的該方法變型組合，從而避免由于遮蔽引起的接收失敗，并提高定位的精度。
圖10以示意圖示出了一旋轉(zhuǎn)激光器，該旋轉(zhuǎn)激光器包括用于將輻射參數(shù)與角度相關信息項相關聯(lián)的電路。該旋轉(zhuǎn)激光器用于沿旋轉(zhuǎn)發(fā)射方向發(fā)射激光輻射，包括用于生成激光輻射5a的激光源4。在現(xiàn)有技術中公開了激光源的不同實施方式，特別是二級管激光器。在所示實施例中，激光輻射5a在其光路中照射到將激光束5a偏轉(zhuǎn)90°的激光輻射偏轉(zhuǎn)單元15上。激光輻射偏轉(zhuǎn)單元15例如呈相對于激光輻射5a傾斜45°的鏡的形式，優(yōu)選是總是將激光輻射5a偏轉(zhuǎn)90°而與入射角無關的五面鏡。激光輻射偏轉(zhuǎn)單元15以這樣的方式操作連接到旋轉(zhuǎn)單元3，使得激光輻射偏轉(zhuǎn)單元15可在馬達驅(qū)動下圍繞旋轉(zhuǎn)軸線8旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)單元3例如呈安裝在滾珠軸承上的軸套形式，圍繞激光輻射5a的光路并借助于帶驅(qū)動而由電馬達驅(qū)動。從而，沿旋轉(zhuǎn)發(fā)射方向α發(fā)射激光輻射5、5a，從而產(chǎn)生圖1所示的擬激光平面21。該擬激光平面21與旋轉(zhuǎn)軸線8的交點定義為旋轉(zhuǎn)中心19。旋轉(zhuǎn)中心19被透明的出射窗18圍繞，從而激光輻射5a穿過出射窗18到達外部而基本完全不受影響，產(chǎn)生的激光輻射5a與已經(jīng)穿過出射窗18的激光輻射5基本相同。在旋轉(zhuǎn)單元3上間接布置呈角度檢測器16形式的發(fā)射方向檢測部件，該發(fā)射方向檢測部件可以檢測激光輻射偏轉(zhuǎn)單元15的角度定向，從而檢測激光輻射5的相應的發(fā)射方向α。一電路與激光源4和角度檢測器16對應，該電路連接成使得當激光源4產(chǎn)生激光輻射5a時，激光輻射5a的至少一個輻射參數(shù)與角度相關信息相關聯(lián)，從該角度相關信息可導出發(fā)射方向α。例如，根據(jù)借助于角度檢測器16確定的激光輻射偏轉(zhuǎn)單元15的位置，將一信號?；郊す廨椛?a的載波頻率上，從該信號可明確導出發(fā)射方向α。該信號例如通過兩個正弦波平移π/2或斜坡而形成。優(yōu)選的是，在從0°到360°的范圍中可明確導出發(fā)射方向α。然而對于一些應用，只從0°到180°和從180°到360°明確指定發(fā)射方向就足夠了，例如在90°的激光輻射與在270°的激光輻射相等。然而，為了在移動工作機的姿態(tài)確定領域中使用，通常必須能夠至少在旋轉(zhuǎn)發(fā)射方向的象限內(nèi)從角度相關信息明確導出發(fā)射方向α?，F(xiàn)有技術中公開了用于將獨特信號?；郊す廨椛涞妮d波頻率上的方法，特別是光學數(shù)據(jù)傳輸方法?？商鎿Q或附加的是，當然可以將電路17以這樣的方式連接，使得當激光源4產(chǎn)生激光輻射5a時，通過進行間歇使激光輻射5a與角度相關信息相關聯(lián)。當然在本發(fā)明的范圍內(nèi)還可以實現(xiàn)其它用于將激光輻射5a的至少一個輻射參數(shù)在其產(chǎn)生期間與角度相關信息項相關聯(lián)(從該角度相關信息項可導出發(fā)射方向α)的其它方法。
圖11以平面圖示出旋轉(zhuǎn)激光器的另一實施方式。圖11的旋轉(zhuǎn)激光器在旋轉(zhuǎn)單元3和激光輻射偏轉(zhuǎn)單元15方面與圖10中的旋轉(zhuǎn)激光器對應。然而，圖11的旋轉(zhuǎn)激光器沒有用于檢測發(fā)射方向α的角度檢測器16，導致激光源產(chǎn)生連續(xù)的未攜帶任何角度相關信息的激光輻射5a。取而代之的是，使用環(huán)形的濾光器或偏光器18a代替圖10的出射窗18，該濾光器或偏光器以這樣的方式圍繞旋轉(zhuǎn)發(fā)射方向α的旋轉(zhuǎn)中心19，使得激光輻射5a在穿過濾光器或偏光器18a時至少一個輻射參數(shù)受到影響，并到達外部而呈激光輻射5的形式。濾光器或偏光器18a至少在沿其環(huán)形周邊的一扇形部分中具有連續(xù)不同的光學特性，從而可根據(jù)對至少一個輻射參數(shù)的影響，從激光輻射5導出發(fā)射方向α。這種濾光器例如可實現(xiàn)為沿其環(huán)形周邊具有連續(xù)不同的透射特性的濾色器。從而根據(jù)穿過濾色器的激光輻射5的光譜輻射分布，可以確定發(fā)射方向α。偏光器例如可呈沿其環(huán)形周邊具有不同的偏光特性的線性偏光器的形式，從而根據(jù)穿過偏光器的激光輻射5的偏光方向，可以導出發(fā)射方向α。
然而，如圖12所示，還可使用環(huán)狀條形碼載體18b代替濾光器或偏光器18a或附加于其上，這也可以用于使激光輻射5間歇而作為發(fā)射方向α的函數(shù)，該條形碼載體以這樣的方式圍繞旋轉(zhuǎn)發(fā)射方向的旋轉(zhuǎn)中心19，使得激光輻射5a在部分區(qū)域中穿過條形碼載體，從而可從激光輻射5的間歇導出發(fā)射方向α。然而在這種情況下，激光輻射5的檢測必須在允許在接收時讀出條形碼的某個角度范圍內(nèi)進行。這例如需要大面積檢測器或多個串聯(lián)布置的檢測器，例如檢測器陣列，以用于接收激光輻射5。
權利要求
1.一種用于確定待相對于高度基準表面高精度定向的至少一個對象(1；1’)的水平姿態(tài)信息項的方法，上述對象特別是移動工作機，該方法使用至少一個旋轉(zhuǎn)激光器(2)，該旋轉(zhuǎn)激光器包括旋轉(zhuǎn)單元(3)和激光源(4)，該激光源(4)用于沿旋轉(zhuǎn)的水平發(fā)射方向發(fā)射激光輻射(5)，該激光輻射(5)沿垂直方向基本平行，從而所述激光輻射(5)限定用于所述對象(1；1’)的高精度的高度基準表面，所述激光輻射(5)攜帶角度相關信息項，從該角度相關信息項可導出發(fā)射方向，從而使所述發(fā)射方向與從所述旋轉(zhuǎn)激光器(2)到接收所述激光輻射(5)的所述對象(1；1’)的方向相關，所述方法包括以下步驟●由所述旋轉(zhuǎn)激光器(2)發(fā)射所述激光輻射(5)，●由所述對象(1)的第一檢測器(6a)一次接收所述激光輻射(5)，●在所述對象(1；1’)處二次接收所述激光輻射(5’)，該對象(1；1’)位于限定的水平位置，該水平位置處于遠離所述激光輻射(5)的在所述一次接收期間的位置，●利用所述激光輻射(5；5’)將所述對象(1；1’)的至少一個構件高精度地進行高度定向，●導出在所述一次接收期間由所述第一檢測器(6a)接收的所述激光輻射(5)的第一發(fā)射方向(α1)，并且導出在所述二次接收期間接收的所述激光輻射(5’)的第二發(fā)射方向(α2)，由所述角度相關信息至少進行一次所述導出，●通過獲知所述第一發(fā)射方向(α1)、所述第二發(fā)射方向(α2)以及在所述二次接收期間相對于所述一次接收的位置差，導出所述對象(1；1’)相對于所述旋轉(zhuǎn)激光器(2)的位置(PI)的距離(d1)或水平位置(POb；POb’)。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，●由所述對象(1)的第二檢測器(6b)進行所述激光輻射(5’)的所述二次接收，該第二檢測器(6b)與所述第一檢測器(6a)隔開已知的檢測器間距(a)，并且●通過獲知所述第一發(fā)射方向(α1)、所述第二發(fā)射方向(α2)、所述檢測器間距(a)以及相對于所述旋轉(zhuǎn)激光器(2)的檢測器定向(γ)，導出所述對象(1)相對于所述旋轉(zhuǎn)激光器(2)的位置(PI)的距離(d1)或水平位置(POb)。
3.根據(jù)權利要求2所述的方法，其特征在于，根據(jù)所述角度相關信息●導出在所述一次接收期間由所述第一檢測器(6a)接收的所述激光輻射(5)的所述第一發(fā)射方向(α1)，并且●導出在所述二次接收期間由所述第二檢測器(6b)接收的所述激光輻射(5’)的所述第二發(fā)射方向(α2)。
4.根據(jù)權利要求2所述的方法，其特征在于，●在從所述角度相關信息導出在所述一次接收期間由所述第一檢測器(6a)接收的所述激光輻射(5)的所述第一發(fā)射方向(α1)，并且●通過以下方式導出由所述第二檢測器(6b)接收的所述激光輻射的所述第二發(fā)射方向(α2)□通過確定由所述第一檢測器(6a)進行的對所述激光輻射(5)的所述一次接收與由所述第二檢測器(6b)進行的對所述激光輻射(5’)的所述接收之間的時間差(Δt)，以及□通過獲知所述激光輻射的旋轉(zhuǎn)速度(ω)和所述第一發(fā)射方向(α1)。
5.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，●由所述第一檢測器(6a)進行對所述激光輻射(5’)的所述二次接收，●在前述步驟中，所述對象(1)的所述第一檢測器(6a)的位置相對于其在所述激光輻射(5)的所述第一接收期間的位置發(fā)生限定的改變，以改變至隔開限定水平距離的改變后位置，并且●通過獲知所述第一發(fā)射方向(α1)、所述第二發(fā)射方向(α2)以及所述一次接收與所述二次接收之間的所述檢測器(6a)的位置的限定的改變，導出所述對象(1’)相對于所述旋轉(zhuǎn)激光器(2)的位置(PT)的距離(d1)或水平位置(POb’)。
6.根據(jù)權利要求5所述的方法，其特征在于，通過使所述對象(1，1’)沿相對于所述旋轉(zhuǎn)激光器(2)的已知方向(2)運動通過已知距離(x)，并使所述第一檢測器(6a，6a’)相對于所述對象(1，1’)的位置固定，使所述對象(1)的所述第一檢測器(6a)的位置相對于其在所述激光輻射(5)的所述一次接收期間的位置限定地改變至改變后位置。
7.根據(jù)權利要求5所述的方法，其特征在于，通過所述第一檢測器(6a，6a’)的限定的運動并使所述對象(1)的位置(POb)基本固定，使所述對象(1)的所述第一檢測器(6a)的位置相對于其在所述激光輻射(5)的所述一次接收期間的位置限定地改變至改變后位置。
8.根據(jù)權利要求7所述的方法，其特征在于，通過使所述對象(1)的所述第一檢測器(6a)沿著圍繞與所述旋轉(zhuǎn)激光器(2)的旋轉(zhuǎn)軸線(8)基本平行的軸線的圓周軌跡(10)環(huán)行，而在所述對象(1)的位置(POb)固定的情況下實現(xiàn)所述第一檢測器(6a，6a’)的限定的運動。
9.根據(jù)權利要求8所述的方法，其特征在于，在所述激光輻射(5)的所述一次接收期間，所述第一檢測器(6a)在所述圓周軌跡(10)上的位置(Pa)與在所述二次接收期間所述第一檢測器(6a’)的位置(Pb)基本徑向相對，這兩個基本徑向相對的位置(Pa，Pb)之間的連接線(11)垂直于所述旋轉(zhuǎn)激光器(2)與位于所述平行軸線上的所述圓周軌跡的中心(13)之間的連接線(12)。
10.根據(jù)權利要求8或9所述的方法，其特征在于，●環(huán)行的所述第一檢測器(6a，6a’)具有兩個徑向相對的檢測區(qū)域(14a，14b)，它們基本上只允許接收與所述圓周軌跡(10)相切的所述激光輻射(5，5’)，并且●通過獲知所述第一發(fā)射方向(α1)、所述第二發(fā)射方向(α2)、所述圓周軌跡(10)的直徑(φ)、特別是檢測次數(shù)或在所述一次接收和所述二次接收期間所述第一檢測器(6a，6a’)的位置(ρ1，ρ2)，導出所述對象(1)相對于所述旋轉(zhuǎn)激光器(2)的距離(d1)或水平位置(POb)，特別是定向(2)。
11.根據(jù)權利要求1至10中任一項所述的方法，其特征在于，該方法還包括以下步驟●經(jīng)由所述對象(1)的所述第一檢測器(6a)接收與所述旋轉(zhuǎn)激光器(2)隔開一定距離的另一旋轉(zhuǎn)激光器(2II)的所述激光輻射(5II)，●導出由所述第一檢測器(6a)接收的所述另一旋轉(zhuǎn)激光器(2TT)的所述激光輻射(5II)的另一發(fā)射方向(αII)，并且●通過獲知所述第一發(fā)射方向(α1)、所述另一發(fā)射方向(αII)以及所述兩個旋轉(zhuǎn)激光器(2，2II)的位置(PI，PII)，導出所述對象(1)相對于所述兩個旋轉(zhuǎn)激光器(2，2II)的水平位置(POb)。
12.用于根據(jù)權利要求1至11中任一項所述的方法、沿旋轉(zhuǎn)發(fā)射方向發(fā)射激光輻射的旋轉(zhuǎn)激光器，該旋轉(zhuǎn)激光器包括●激光源(4)，該激光源用于產(chǎn)生所述激光輻射(5a)，●旋轉(zhuǎn)單元(3)，該旋轉(zhuǎn)單元(3)用于產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運動，該旋轉(zhuǎn)單元(3)操作連接到所述激光源(4)，使得沿所述旋轉(zhuǎn)發(fā)射方向(α)發(fā)射所述激光輻射(5)，以及●用于將所述激光輻射(5)的至少一個輻射參數(shù)與角度相關信息項相關聯(lián)的部件，從該角度相關信息項可導出所述發(fā)射方向(α)。所述旋轉(zhuǎn)激光器的特征在于，用于關聯(lián)至少一個輻射參數(shù)的部件呈至少一個環(huán)形濾光器或偏光器(18a)的形式，該濾光器或偏光器圍繞所述旋轉(zhuǎn)發(fā)射方向的旋轉(zhuǎn)中心(19)，使得所述激光輻射(5a)穿過所述濾光器或偏光器(18a)，并影響至少一個輻射參數(shù)，所述濾光器或偏光器(18a)至少在沿其環(huán)形周邊的一扇形部分中具有連續(xù)不同的光學特性，從而可根據(jù)對所述至少一個輻射參數(shù)的影響，導出所述發(fā)射方向(α)。
13.根據(jù)權利要求12所述的旋轉(zhuǎn)激光器，其特征在于，用于關聯(lián)至少一個輻射參數(shù)的部件呈至少一個環(huán)形光學濾色器(18a)的形式，該光學濾色器至少在沿其環(huán)形周邊的一個扇形部分中具有連續(xù)不同的透射特性，從而根據(jù)穿過該濾色器的所述激光輻射(5)的光譜輻射分布，可以導出所述發(fā)射方向(α)。
14.根據(jù)權利要求12所述的旋轉(zhuǎn)激光器，其特征在于，用于關聯(lián)至少一個輻射參數(shù)的部件呈至少一個環(huán)形偏光器(18a)的形式，該環(huán)形偏光器至少在沿其環(huán)形周邊的一個扇形部分中具有連續(xù)不同的偏光特性，從而根據(jù)穿過該偏光器的所述激光輻射(5)的偏光方向，可以導出所述發(fā)射方向(α)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于確定至少一個對象的姿態(tài)信息項的方法和旋轉(zhuǎn)激光器。本發(fā)明涉及一種使用至少一個旋轉(zhuǎn)激光器(2)用于確定待朝向高度基準面以高精度方式定向的對象(1)，特別是移動工作機的水平位置的方法，以及旋轉(zhuǎn)激光器(2)本身。該旋轉(zhuǎn)激光器(2)包括旋轉(zhuǎn)單元(3)、用于沿旋轉(zhuǎn)水平發(fā)射方向(α)發(fā)射激光輻射(5)的激光源(4)，以及用于影響所述激光輻射(5)的至少一個輻射參數(shù)的部件，所述激光輻射帶有角度相關信息項，從該角度相關信息項可導出發(fā)射方向(α)，從而使所述發(fā)射方向(α)與從所述旋轉(zhuǎn)激光器(2)朝向接收所述激光輻射(5)的所述對象(1)的方向相關聯(lián)。
文檔編號E02F3/84GK101095061SQ200580045278
公開日2007年12月26日 申請日期2005年12月28日 優(yōu)先權日2004年12月28日
發(fā)明者彼得·A·斯特格馬爾 申請人:萊卡地球系統(tǒng)公開股份有限公司