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Europäisches Patentamt

Messeinheit, Messsystem und Verfahren zum Ermitteln einer Relativposition und Relativorientierung | Measuring unit, measuring system and method for determining a relative position and relative orientation

Patentnummer:DE102010039948B4
IPC Hauptklasse:G01B001100
Anmelder:Carl Zeiss AG (0)
73447, Oberkochen, DE
Erfinder:KOOS, Christian (0)
Seboldstrasse 22, 76227 Karlsruhe, DE
Schmidt, Oliver (0)
Dr., 91058, Erlangen, DE
Spruck, Bernd (0)
73563, Mögglingen, DE
Anmeldung:30.08.10
Offenlegung:30.08.10
Patenterteilung:22.10.20

Abstract / Hauptanspruch
Messeinheit zum Ermitteln einer relativen Position und relativen Orientierung zwischen der Messeinheit (1; 50) und einer Anordnung (20) von mindestens drei optischen Elementen (21-23; 54-56), wobei die mindestens drei optischen Elemente (21-23; 54-56) in bekannten Abständen (24) voneinander angeordnet sind, umfassend eine Längenmesseinrichtung (32, 37-40), die eingerichtet ist, um Messstrahlen (16, 17; 61-63) an mindestens drei voneinander beabstandeten Stellen (3-5; 51-53), die in bekannten Abständen (26) voneinander angeordnet sind, auszusenden,
mindestens eine Strahllenkeinrichtung (34, 35; 74, 75-77), die eingerichtet ist, um die Messstrahlen (16, 17; 61-63) auf optische Elemente (21-23; 54-56) der Anordnung (20) zu lenken,
wobei die mindestens eine Strahllenkeinrichtung (34, 35; 74, 75-77) steuerbar ist, um wenigstens einen der Messstrahlen (16, 17; 61-63) zeitsequentiell auf mehrere optische Elemente (21-23; 54-56) der Anordnung (20) zu lenken, um zeitsequentiell mehrere Längenmessvorgänge (46, 47) derart durchzuführen, dass bei den mehreren Längenmessvorgängen (46, 47) jeder Messstrahl (16, 17; 61-63) des wenigstens einen Messstrahls (16, 17; 61-63) auf genau eines der optischen Elemente (21-23; 54-56) trifft,
wobei die Längenmesseinrichtung (32, 37-40) und die Strahllenkeinrichtung (34, 35; 74, 75-77) eingerichtet sind, um insgesamt mindestens sechs Längen zu messen, wobei eine Steuereinrichtung (8) zum Steuern der mindestens einen Strahllenkeinrichtung (34) vorhanden ist, die die mindestens eine Strahllenkeinrichtung (34; 35; 74, 75-77) abhängig von einer Abschätzung der relativen Position und relativen Orientierung zwischen der Messeinheit (1; 50) und der Anordnung (20) von optischen Elementen (21-23; 54-56) steuert, und
wobei die Steuereinrichtung (8) eingerichtet ist, um abhängig von der Abschätzung aus den optischen Elementen (21-23; 54-56) der Anordnung die optischen Elemente (21-23; 54-56), auf die die Messstrahlen (16, 17; 61-63) gelenkt werden, so auszuwählen, dass ein Raumwinkel, der zwischen Vektoren zwischen Strahlaustrittsstellen und den jeweils angepeilten optischen Elementen (21-23; 54-56) aufgespannt ist, größer als ein Schwellenwert ist und/oder dass nahe optische Elemente (21-23; 54-56) gegenüber weiter entfernten optischen Elementen (21-23; 54-56) bevorzugt werden.

Measuring unit for determining a relative position and relative orientation between the measuring unit (1; 50) and an arrangement (20) of at least three optical elements (21-23; 54-56), the at least three optical elements (21-23; 54 -56) are arranged at known distances (24) from one another, comprising a length measuring device (32, 37-40) which is set up to measure measuring beams (16, 17; 61-63) at at least three spaced apart locations (3-5; 51-53), which are arranged at known distances (26) from one another, to be sent out,
at least one beam deflection device (34, 35; 74, 75-77) which is set up to deflect the measuring beams (16, 17; 61-63) onto optical elements (21-23; 54-56) of the arrangement (20) ,
wherein the at least one beam steering device (34, 35; 74, 75-77) can be controlled in order to move at least one of the measuring beams (16, 17; 61-63) sequentially onto several optical elements (21-23; 54-56) of the arrangement ( 20) in order to carry out several length measurement processes (46, 47) sequentially in time in such a way that in the several length measurement processes (46, 47) each measuring beam (16, 17; 61-63) of the at least one measuring beam (16, 17; 61-63 ) hits exactly one of the optical elements (21-23; 54-56),
wherein the length measuring device (32, 37-40) and the beam steering device (34, 35; 74, 75-77) are set up to measure a total of at least six lengths, wherein a control device (8) for controlling the at least one beam steering device (34) is present, which the at least one beam steering device (34; 35; 74, 75-77) depending on an estimate of the relative position and relative orientation between the measuring unit (1; 50) and the arrangement (20) of optical elements (21-23; 54-56) controls, and
wherein the control device (8) is set up, depending on the estimate from the optical elements (21-23; 54-56) of the arrangement, the optical elements (21-23; 54-56) to which the measuring beams (16, 17 ; 61-63) are steered so that a solid angle spanned between vectors between beam exit points and the respectively targeted optical elements (21-23; 54-56) is greater than a threshold value and / or that near optical elements (21-23; 54-56) are preferred to more distant optical elements (21-23; 54-56).



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