[发明专利]用于测量两个空间上分离的元件之间的角度的方法

说明书

本发明涉及根据独立权利要求1所述的一种用于测量两个空间上分离的元件之间的角度的方法。

在诸如测地学(geodesy)、建筑施工以及土木工程、工业自动化技术等这样的许多应用领域中需要确定角度和方向。在该情况下，对测量精度、测量速度以及可用性程度提出了高要求；并且所有这一切还是在恶劣的环境条件下进行。

JP 57100304公开了一种角度测量装置，其使用点状物光束，并且作为易受到灰尘和损坏影响的光学透镜的替代方案，使用二维全息图。出于该目的，全息图被刻(inscribe)在平板中。因此，透射度仅依赖于两个空间方向。使用在物光束全息图的实像的平面中的位置对光束的入射角的对应依赖性(corresponding dependence)。在对应的入射角改变的情况下，点图像的位置连续地改变。其使用位置传感器来获得，并且从其推断出相应的入射角。DE 3424806A1描述了一种用于非接触地获得第一元件与第二元件之间的相对位置的测量单元，其与JP 57100304相比，通过读出码来确定角度。该元件能够是精密机器的组件，并且其还能够是光学仪器级别的装置。

例如，两个元件空间上与彼此分离超过100m的距离。第一元件具有码载体，并且第二元件具有码读出器(code reader)，在码读出器下游具有计算机。码读出器获得码载体的一维码图案，并且针对获得的码图案，将码信号发送到计算机。计算机具有用于下述装置：用于量化发送的码信号的装置；用于与存储的码图案相比较的装置；以及用于根据比较的结果来计算第一元件与第二元件之间的相对位置的装置。

本发明的目的是，提供用于测量两个空间上分离的元件之间的角度的改进方法。

该目的由独立权利要求1的特征来实现。

根据本发明，用于测量两个空间上分离的元件之间的角度的方法具有以下步骤：a)提供具有多个干涉图案的多重全息图，至少两个干涉图案在全息图平面上具有物光波的不同的入射角，入射角被以计算机可读方式存储为数据；b)将多重全息图布置在第一元件上的第一元件平面中；c)使用参考光波来照射多重全息图；d)将光检测器布置在第二元件上的第二元件平面中；e)使用光检测器来获得在干涉图案衍射的参考光波；f)从获得的衍射参考光波形成强度图案；g)将存储为数据的计算机可读入射角分配给强度图案；以及h)根据分配的入射角来计算第一元件平面与第二元件平面之间的角度。

在本发明中，强度图案被理解为多个形状(例如，正方形或线)的扁平延伸布置，所述布置具有能够与它们所被置于其上的背景区分的属性。该属性是亮度值(brightness value)，特别是色彩值。该强度图案被例如实施为500个黑色正方形的布置，所述500个黑色正方形能够在作为背景的光矩形表面上部分地接触，由此提供可明确地识别的结构。特别地，该图案包含呈机器可读码形式的信息内容。根据本发明，术语“码”被理解为，借助于二进制符号元素(例如，条形码)的数据的映射。

使用多重全息图，可以以本身已知的方式，从衍射参考光波重构角分辨(angle-resolved)强度图案。在该情况下，强度图案仅能够在每种情况下，分别针对参考光波的离散入射角以最大强度来重构。已知的是，还可以在测量两个空间上分离的元件之间的角度期间实际应用该角分辨率。考虑到强度图案的信息内容，特别地，物光波在多重全息图的全息图平面上的入射角可以被非常迅速地且明确地分配给强度图案。作为非连续角分布的结果，产生了入射角和强度图案的不连续(准数字(quasi-digital)分配。在该情况下，在图案的信息内容的基础上执行分配。根据全息图平面相对于第一元件的空间对准，以及还根据光检测器(其获得衍射参考光波)相对于第二元件的空间对准，同时使用现有的已证实的且稳健的测地学技术或工业测量技术，可以计算第一元件和第二元件之间的角度。根据本发明能够实现精细的角确定，特别地，其中，额外地获得了强度图案的强度的优点(strength)，因为可以仍然还在相应的入射角附近的特定角度范围内获得不同于最大强度的强度。可通过与已知最大强度的比较来量化与离散入射角的偏离。采用足够大量的独立干涉图案，产生了足够密集(dense)以获得准连续的角分辨率的强度图案的布置。

本发明的有利精细化由从属权利要求的特征产生。

有利地在参考坐标系中指定第二元件平面的坐标；在参考坐标系中指定分配的入射角的坐标；并且，在步骤h)中，根据第二元件平面的坐标和分配的入射角的坐标的差来计算角度。