DE69119500T2

DE69119500T2 - System und Verfahren zur dreidimensionalen Positionserfassung

Info

Publication number: DE69119500T2
Application number: DE69119500T
Authority: DE
Inventors: Leon B C Devos; Johannes N Th Schouten
Original assignee: Spectra Physics LaserPlane Inc
Current assignee: Trimble Inc
Priority date: 1990-07-18
Filing date: 1991-07-15
Publication date: 1996-11-14
Anticipated expiration: 2011-07-16
Also published as: EP0468677B1; US5137354A; EP0468677A3; EP0468677A2; DE69119500D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein lasergestützte Systemef die im Bauwesen eingesetzt werden können, und genauer lasergestützte Systeme zur Messung der X-Y-Z-Koordinaten eines Punktes und der Winkelorientierung eines Objekts an diesem Punkt innerhalb eines sich kontinuierlich ändernden Bezugssystems.
In der Bauindustrie ist der Automatisierungsgrad und der Einsatz von Robotern sehr gering. Ein Grund hierfür ist die Schwierigkeit, Maschinen und Werkzeuge exakt zu positionieren. Bei der Errichtung von Gewerbebauten sind z.B. eine Vielzahl von Referenzpunkten einzuhalten, wie etwa die Höhe von Fußböden und Decken, die Anordnung von elektrischen Leitungen und Installationsrohren sowie von Beheizungs- und Klimatisierungsschächten. Die Festlegung von Referenzpunkten ist zeitaufwendig und kostenintensiv, insbesondere da solche Arbeiten oftmals an Firmen vergeben werden, die auf derartige Arbeiten spezialisiert sind. Des weiteren muß in vielen Fällen die Maschine zum Produkt gebracht werden. Wenn sich der Referenzpunkt kontinuierlich ändert, wird die Schwierigkeit der Positionierung der Maschine weiter verkompliziert.
Bei lasergestützten Systemen nach dem Stand der Technik, wie z.B. in der US-Patentschrift Nr. 3,588,249 dargelegt, wird eine Referenzebene durch einen Sender, der Laserenergie auf der Höhe der Referenzebene abstrahlt, über einer Baustelle festgelegt. Der Laserstrahl wird vom Sender radial nach außen abgestrahlt und kontinuierlich um 360 Grad rotiert, so daß die gesamte Baustelle überstrichen wird. Ein oder mehrere Empfänger im Bereich der Baustelle können verwendet werden, um den Ort dieser Referenzebene zu erfassen. Solche Empfänger können auf einem Geometerstativ angebracht werden, wie im US-Patent Nr. 4,030,832 beschrieben, oder sie können als Teil eines Steuerungssystems für Baumaschinen oder landwirtschaftliche Maschinen eingesetzt werden, wie in den US- Patenten Nr. 3,813,171; 3,873,226; 3,997,071 und 4,034,490 beschrieben.
Um die Bewegung eines Referenzpunktes zu verfolgen, haben Lasersysteme nach dem Stand der Technik, wie z.B. das in der US-Patentschrift Nr. 4,830,489 beschriebene Laser-Vermessungssystem, nicht nur eine Information bezüglich der Höhe, sondern auch der Position in zwei weiteren Achsen bereitgestellt. Das System enthält einen Laserstrahler, der an einem Referenzpunkt auf einer Baustelle angeordnet ist, der einen Laserstrahl radial über eine Referenzebene führt. Das System enthält einen Empfänger, der in einer beweglichen Erdbewegungsmaschine angebracht ist, die auf der Baustelle arbeitet. Der Empfänger hat einen Sensor, der die relative Höhe der Laserbezugsebene bestimmt. Der Empfänger enthält außerdem ein Paar von Reflektoren, von denen jeder Laserenergie zum Strahler zurückreflektiert. Der Laserstrahler hat außerdem einen Sensor, der die reflektierte Laserenergie empfängt, und in Reaktion hierauf eine Positionsinformation für den Empfänger generiert, die an den Empfänger übermittelt wird.
Der Laserstrahler ist so ausgeführt, daß er den Laserstrahl kontinuierlich über 360 Grad bei einer im wesentlichen konstanten Winkelgeschwindigkeit rotiert und somit den Strahl während einer jeden Rotation einmal an den beiden Reflektoren des Empfängers vorbeiführt. Während einer jeden Rotation des Laserstrahls erhält der Strahler zwei kurze Impulsbündel oder Impulse von Laserenergie von den beiden Reflektoren. Folglich bildet, da der Laserstrahl mit einer im wesentlichen konstanten Geschwindigkeit rotiert und der Abstand zwischen den beiden Reflektoren fest ist, der Zeitraum zwischen dem Empfang dieser beiden Impulse eine genaue Basis für die Berechnung des Abstands oder der Distanz des Empfängers von dem Strahler. Da jedoch die Genauigkeit der Entfernungsberechnung von einer gleichförmigen Rotationsgeschwindigkeit des Laserstrahls abhängt, verringert jede Schankung der Rotationsgeschwindigkeit die Genauigkeit der Entfernungsberechnung. Dieses und andere dreidimensionale Systeme auf Laserbasis sind jedoch allgemein komplex und teuer.
Die WO-A-87/01814 beschreibt ein Verfahren zur Führung eines automatisch geleiteten Fahrzeugs entlang eines vorbestimmten Weges 10, der durch eine Vielzahl nichtcodierter Reflektoren 13 abgesteckt ist. Ein optisches System 14 auf dem Lastkraftwagen strahlt einen Laserstrahl ab, der einen Winkel von 360 Grad mit konstanter Rotationsgeschwindigkeit abtastet, und enthält einen Winkelmesser 28. Durch die Erfassung von Reflexionen des Laserstrahls von einem der drei Reflektoren kann die Position und die Richtung des Lastkraftwagens mittels herkömmlicher trigonometrischer Berechnungen bestimmt werden. Da der Lastkraftwagen mehr als drei Reflektoren zur gleichen Zeit "wahrnehmen" kann, und die Reflektoren nicht codiert sind, müssen außerdem Einzelheiten des Bewegungsbereiches mit den Reflektoren und dem Fahrweg gespeichert werden.
Die vorliegende Veröffentlichung beschreibt außerdem ein System, das eine Anzahl von fest angeordneten Reflektoren verwendet, die durch Barcodes gekennzeichnet sind, um bei der Rotation des abgestrahlten Laserstrahls ein durch Barcodes gekennzeichnetes reflektiertes Signal zu generieren.
Die JP-A-62-254007 (vergl. PATENT ABSTRACTS OF JAPAN, Band 12, Nr. 129 (S. 692) [2976], April 88) und die JP-A-60-15508 (PATENT ABSTRACTS OF JAPAN, Band 9, Nr. 133 (S. 362) [1856], Juni 85) beschreiben ein System, bei dem ein rotierender Laserstrahl von einem beweglichen Körper ausgeht und von kubischen Eckenreflektoren reflektiert wird, die an drei Referenzpositionen angeordnet sind. Ein rotierender Codierer führt Winkelmessungen aus, wobei aus diesen Messungen und den Positionen der kubischen Eckenreflektoren die Position und der Azimut des beweglichen Körpers berechnet werden.
Die JP-A-60-67813 (PATENT ABSTRACTS OF JAPAN, Band 9, Nr. 203 (S. 381 [1926], Aug. 85) beschreibt ein System, bei dem der Neigungswinkel eines beweglichen Körpers gegenüber einer Referenzebene durch kurz aufblitzende flach ausgebildete Lichtstrahlen von dem beweglichen Körper zu kubischen Eckenprismen an bekannten Positionen und durch die Erfassung des Winkels zu jedem Prisma exakt bestimmt wird.
Die JP-A-60-7316 (PATENT ABSTRACTS OF JAPAN, Band 9, Nr. 122 (S. 359 [1845], Mai 85) beschreibt ein Verfahren zur Kalibrierung einer Winkelmessungsskala mittels einer Folge von Winkelmeßschlitzen auf einer Codierscheibe, wobei bei jedem Vorbeilauf eines Schlitzes vor lichtaussendenden und empfangenden Elementen ein Zähler einen Ausgangsimpuls zählt.
Die US-A-3458709 beschreibt einen optischen Winkelstellungs-Meßwandler, der aus einer Glasplatte mit einem Muster von wechselweise transparenten und undurchsichtigen Linien um die Peripherie besteht. Eine feststehende Photozelle überwacht die Position des Linienmusters, und ein Interpolationsverfahren wird verwendet, um Winkelmessungen mit einer feineren Auflösung zu erhalten. Weitere Referenzen verweisen auf die zuvor offengelegte Patentanmeldung EP-A- 457 548, die eine frühere Priorität beansprucht, und somit unter die Bestimmungen von Artikel 54(3) EPÜ fällt. Dieses Dokument betrifft ein X,Y-Positionserfassungssystem.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein System und ein Verfahren zur Positionserkennung bereitzustellen, mit dem die X-Y-Z-Koordinaten und die Orientierung eines Punktes hochgenau bestimmt werden können.
Demzufolge besteht ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in einem System zur Positionserkennung eines Punktes im Raum, wobei das System mindestens drei unterscheidbare stationäre rückstrahlende Elemente umfaßt, die in einem Abstand voneinander und an bekannten Koordinaten positioniert sind, und wobei diese unterscheidbaren Elemente jeweils einen Barcode enthalten, der Licht zu einer Lichtquelle zurückstrahlen kann; des weiteren lichtabstrahlende und erfassende Einrichtungen, die an dem Punkt positioniert werden können, um einen rotierenden Lichtstrahl zu erzeugen, um die stationären rückstrahlenden Elemente während der Rotation zu beleuchten, und um den Lichtstrahl zu erfassen, wenn er von den stationären rückstrahlenden Elementen reflektiert wird, und in Reaktion hierauf ein Ausgangssignal zu erzeugen; und eine Rechnereinrichtung, die auf das Ausgangssignal anspricht, um aus den bekannten Koordinaten der rückstrahlenden Elemente und der Winkelposition des Strahls, wenn der Strahl die rückstrahlenden Elemente beleuchtet, die X/Y- Koordinaten der Position des Punkts zu berechnen; dadurch gekennzeichnet, daß mindestens drei unterscheidbare rückstrahlende Elemente, von denen jedes den obigen Barcode und einen zusätzlichen Barcode, der schräg zu diesem angeordnet ist, enthält, um die Neigung des Strahls zu bestimmen, wenn der Strahl das rückstrahlende Element beleuchtet, und dadurch, daß die Rechnereinrichtung auf die festgestellte Neigung des Strahls anspricht, um die Z-Koordinate der Position des Punkts zu berechnen.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Systems umfassen die lichtabstrahlenden und erfassenden Elemente folgendes: eine Einrichtung zur Erzeugung eines Lichtstrahls; eine Einrichtung zur Projizierung des Lichtstrahls mit einer im wesentlichen konstanten Winkelgeschwindigkeit der Rotation in Richtung rückstrahlender Elemente; eine Einrichtung zur Erfassung des von den rückstrahlenden Elementen reflektierten Lichtstrahls entsprechend der Beleuchtung der rückstrahlenden Elemente während der Rotation des Strahls; und eine Azimut- und Zeniteinrichtung, die auf die Reflexion des Lichtstrahls von den rückstrahlenden Elementen reagiert, um kontinuierlich Winkelstellungssignale für einen Azimut- und Zenitwinkel zu übermitteln, unter dem die Einrichtung zum Empfang des Lichtstrahls gegenüber jedem der rückstrahlenden Elemente positioniert ist.
Die stationären rückstrahlenden Elemente können jeweils eine unterscheidbare Kombination des Barcodes und des zusätzlichen Barcodes enthalten, wobei sich der zusätzliche Barcode im wesentlichen diagonal über das Element erstreckt. In einer umbauten Umgebung kann damit die Rechnereinrichtung eine Zahl für jedes rückstrahlende Element während einer Rotation zuordnen, wobei diese Nummer für jede Rotation die gleiche bleibt.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung enthalten die lichtabstrahlenden und erfassenden Einrichtungen ein mit dem Strahl rotierendes Element, wobei das Element eine Peripherie und des weiteren eine Vielzahl von im Winkel zueinander angeordneten Elementen längs der Peripherie aufweist, die eine Rotation des Elements in eine Vielzahl von meist gleichen Teildrehungen teilt; und eine Einrichtung zur Erfassung der Bewegung eines jeden der Elemente ab einem bestimmten Punkt während der Rotation des Elements. Vorzugsweise enthält die Vielzahl der im Winkel zueinander angeordneten Elemente eine Vielzahl von Öffnungen, und die Einrichtung zur Erfassung der Bewegung eines jeden der Elemente enthält eine Lichtquelle, die mit einem Photoelement gepaart ist. Eine weitere bevorzugte Ausführungsform umfaßt eine Einrichtung zur Erfassung einer geneigten Position eines oder mehrerer reflektierender Spiegel und eine Einrichtung zur Berechnung eines Zenitwinkels des Strahls auf Basis der Neigung eines jeden der Spiegel.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel umfaßt die Erfindung ein Verfahren zur Bestimmung der Position eines Punktes im Raum, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt:
Lokalisierung von mindestens drei stationären unterscheidbaren rückstrahlenden Elementen, die in einem Abstand voneinander angeordnet sind, und wobei diese unterscheidbaren Elemente jeweils einen Barcode enthalten, der Licht zu einer Lichtquelle zurückstrahlen kann;
einen rotierenden Lichtstrahl erzeugen, um die stationären rückstrahlenden Elemente während der Rotation zu beleuchten;
eine Winkelposition der rückstrahlenden Elemente in Bezug auf eine bekannte Referenz erfassen;
das Abtastverhalten verfolgen;
das Abtastverhalten nutzen, um Winkelmessungen zu berechnen;
und
die X-Y-Koordinaten der Position des Punktes auf Basis der Winkelmessungen und der Koordinaten der rückstrahlenden Elemente zu bestimmen;
und gekennzeichnet sind durch:
Bestimmung der Höhe des rotierenden Lichtstrahls, wenn der Lichtstrahl die unterscheidbaren rückstrahlenden Elemente beleuchtet, mittels eines Barcodes und eines zusätzlichen Barcodes, der gegenüber dem ersteren geneigt ist, und der auf jeder Seite der rückstrahlenden Elemente bereitgestellt ist; und
Berechnung der Z-Koordinate der Position des Punktes aus der festgestellten Höhe.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Methode zur Bestimmung der Position des Punktes umfaßt der Schritt zur Verfolgung des Abtastverhaltens des weiteren die Schritte des Anbringens eines Elements auf einer rotierenden Welle, wobei das Element eine Peripherie und des weiteren eine Vielzahl von Öffnungen hat, die an der Peripherie angeordnet sind und eine Umdrehung des Elements in eine Vielzahl von im wesentlichen gleichen Teildrehungen teilen; und die ein Zeitintervall zwischen jedem aneinandergrenzenden Paar der Vielzahl von Öffnungen während der Rotation des Elements registriert. Des weiteren kann die Methode den Schritt einer Interpolation zwischen zuemandergehörigen Winkelmessungen eines aneinandergrenzenden Paars der Vielzahl von Öffnungen umfassen, um genaue Winkel zwischen einem jedem Paar von Öffnungen zu bestimmen.
In einer weiteren Ausführungsform kann der Schritt zur Bestimmung der Z-Position des Punktes durch Registrierung der Neigungsposition eines oder mehrerer der reflektierenden Spiegel und durch Berechnung des Zenitwinkels des austretenden Lichtstrahls auf Basis der registrierten Spiegelposition bestimmt werden.
Demgemäß stellt die vorliegende Erfindung ein System und ein Verfahren zur Positionserkennung bereit, bei dem die X-Y-Z- Koordinaten eines Punktes durch Triangulation berechnet werden können, und bei dem die Orientierung des Systems nach der Lokalisierung an dem Punkt bestimmt werden kann. Die Erfindung kann des weiteren Systeme bereitstellen, bei denen die Berechnungen unabhängig von Abweichungen der Rotationsgeschwindigkeit des rotierenden Lichtstrahls sind, und die Software zur Kalibrierung einer Codierscheibe oder eines anderen Elements zur Erhöhung der Genauigkeit der Berechnungen verwenden.
Weitere Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden anhand der folgenden Beschreibung, den zugehörigen Zeichnungen und den beigefügtgen Ansprüchen ersichtlich.
Um die Erfindung leichter verständlich zu machen, wird im folgenden Bezug auf die beigefügten Zeichnungen genommen; es zeigen:
Fig. 1 eine isometrische Darstellung des Positionserkennungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung an einem Punkt innerhalb einer umbauten Umgebung, die durch vier sich schneidende Wände definiert ist;
Fig. 2 eine seitliche Schnittdarstellung einer lichtabstrahlenden und erfassenden Einrichtung des Positionserkennungssystems der Fig. 1;
Fig. 3 eine teilweise Draufsicht eines rotierenden Elements der Fig. 2;
Fig. 4 ein Kalibrierungssystem, das in Verbindung mit einer zugehörigen Software zur Kalibrierung der lichtabstrahlenden und erfassenden Einrichtung der Fig. 2 verwendet wird, die das Element der Fig. 3 enthält,
Fig. 5 ein schematisches Blockdiagramm einer Hardwareschnittstelle, die durch die Software gesteuert wird, und die das Positionserkennungssystem der vorliegenden Erfindung unterstützt, welches die Wechselbeziehungen zwischen den rückstrahlenden Elementen der Fig. 1 und der lichtabstrahlenden und erfassenden Einrichtung der Fig. 2 illustriert; und
Fig. 6A und 6B ein Flußdiagramm, das detailliert die Schritte für die Bestimmung der Z-Position des Punktes im Raum nach der Fig. 1 wiedergibt.
Das dreidimensionale Verfahren und System zur Positionserkennung gemäß der vorliegenden Erfindung wird vorteilhaft entweder in einer umbauten Umgebung 10, wie in der Fig. 1 gezeigt, oder in einer freien Umgebung verwendet, um laufend aktualisierte Daten für die exakte Position eines Punktes 12 zu generieren.
Typischerweise wird die lichtabstrahlende und erfassende Einrichtung 14, am klarsten in der Fig. 2 dargestellt, am Punkt 12 positioniert, um einen rotierenden Lichtstrahl 16 auszusenden, der von einer Lichtquelle wie einem Laser 20 nach Fig. 2 abgegeben wird, und über eine Anzahl rückstrahlender Elemente 18 zu der lichtabstrahlenden und erfassenden Einrichtung 14 zurückreflektiert wird. Das Positionserkennungssystem ist außerdem in der Lage, die Orientierung der lichtabstrahlenden und erfassenden Einrichtung 14 zu bestimmen, die am Punkt 12 positioniert ist. Der rotierende Lichtstrahl 16 sollte eine Abmessung aufweisen, die geeignet ist, erkennbare START- und ENDE-Signale von jedem der rückstrahlenden Elemente 18 zu erzeugen, die vorzugsweise aus unterscheidbaren Barcode-Elementen in Form eines diagonal von einer oberen Ecke des rückstrahlenden Elements 18 zur gegenüberliegenden unteren Ecke erstreckten diagonalen Ziels in Verbindung mit der Barcode-Verschlüsselung bestehen, wie dies in den Fig. 1 und 5 gezeigt ist.
Das Positionserkennungssystem hat mindestens drei stationäre rückstrahlende Elemente 18, die durch die Elemente isa, 18b und 18c in der Fig. 1 angedeutet sind. Vorzugsweise sind die rückstrahlenden Elemente 18a, 18b und 18c im Abstand zueinander entlang der Peripherie des Bezugssystems und an bekannten Koordinaten innerhalb des Bezugssystems 10 angeordnet. In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die rückstrahlenden Elemente 18 passive Sensoren, obwohl aktive Sensoren ebenfalls Verwendung finden können. Durch die passiven Sensorelemente 18 wird der Lichtstrahl 16 zur lichtabstrahlenden und erfassenden Einrichtung 14 zurückreflektiert. Der von der lichtabstrahlenden und erfassenden Einrichtung 14 abgestrahlte Strahl 16 hat einen variierenden Zenitwinkel, so daß ein dynamisches Abtastmuster 17 des Strahls 16 die Umgebung 10 in verschiedenen Höhen abtasten kann, um die rückstrahlenden Elemente 18 unabhängig von der Höhenlage der Elemente 18 zu erfassen. Azimut- und Zeniteinrichtungen (nicht dargestellt), die auf die Reflexion des Lichtstrahls 16 von den rückstrahlenden Elementen 18 reagieren, übermitteln kontinuierlich Winkelsignale, die einen Azimut- und Zenitwinkel angeben, unter dern die lichtabstrahlende und erfassende Einrichtung zur Erfassung des Lichtstrahls unter Bezug auf die rückstrahlenden Elemente 18 positioniert ist, an einen Rechner 22 der Fig. 5. Der Rechner 22 umfaßt einen Mikroprozessor, z.B. einen Motorola 68030, mit Speichereinrichtungen zur Bereitstellung der Speicherung von Software und Daten. Ein Ausdruck der beispielhaften Software zur Ausführung der Winkelmessungen entsprechend der vorliegenden Erfindung ist nachstehend wiedergegeben.
Da die Reflexion von einem passiven Element 18 das gleiche Bild liefert wie die Reflexion von jedem anderen der passiven Elemente 18, kann aufgrund der Reflexion selbst nicht festgestellt werden, welches der Elemente 18 beleuchtet ist. Daher können gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung einige oder alle der rückstrahlenden Elemente 18a, 18b und 18c einen eindeutigen Barcode haben, um jedes Element von den anderen zu unterscheiden. Der Moment der Beleuchtung eines jeden der rückstrahlenden Elemente 18 wird sehr exakt registriert, da dieser Moment entscheidend ist für die Bestimmung des Winkels innerhalb des Rotationswinkels von 360 Grad. Durch die individuelle Erkennung der rückstrahlenden Elemente 18a, 18b und 18c ist es möglich, jedem Element 18 die richtigen Koordinaten zuzuordnen, was für die Berechnung der Position des Punktes und die Bestimmung der Orientierung der lichtabstrahlenden und erfassenden Einrichtung 14, die an dem Punkt 12 angeordnet ist, erforderlich ist. Die Zuordnung eines eindeutigen Barcodes zu jedem Element 18 unterscheidet jedes der Elemente 18a, 18b und 18c von den anderen. Der Rechner 22 umfaßt einen Mikroprozessor, z.B. einen Motorola 68030, mit Speichereinrichtungen zur Bereitstellung der Speicherung von Software und Daten. Ein Ausdruck der beispielhaften Software zur Ausführung der Barcodeerkennung entsprechend der vorliegenden Erfindung ist nachstehend wiedergegeben.
Unter Verwendung der Winkelmessungen und der erkannten Barcodemuster können die X-Y-Koordinaten des Punktes 12 durch Triangulation berechnet werden, und die Z-Koordinate wird gemäß dem Flußdiagramm der Fig. 6A und 6B bestimmt. Der Rechner 22 enthält einen Mikroprozessor, z.B. einen Motorola 68030, der eine Speichereinrichtung zur Speicherung der Software und der Daten hat. Ein Ausdruck der beispielhaften Software zur Ausführung der Triangulationsberechnungen entsprechend der vorliegenden Erfindung ist nachstehend wiedergegeben.
Unter Bezugnahme auf die Fig. 2 wird eine Seitenansicht eines Gehäuses 24 für die lichtabstrahlende und erfassende Einrichtung 14 erläutert. Die lichtabstrahlende und erfassende Einrichtung 14 umfaßt einen elektrischen Motor 26, der angeordnet ist, um die Welle 28 zu drehen. Ein Element 30, z.B. eine Codierscheibe, und ein lichtablenkender Spiegel 32 sind auf der Welle 28 angebracht. Eine Spiegelpositionierungseinrichtung 33 bewirkt eine Bewegung bzw. Positionierung des Spiegels 32. Die Neigung des Spiegels 32 ist für eine momentane Position des Elements 30 bekannt, so daß die vertikale Höhe der rückstrahlenden Elemente 18 in Bezug auf einen horizontalen Punkt immer bekannt ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung hat der Strahl 16 einen variablen Zenitwinkel, der durch Änderung der Position eines oder mehrerer der Spiegel 32, 35 und 37, die in der Fig. 2 gezeigt sind, verändert werden kann. Z.B. kann der Spiegel 32 aufgrund der Feder 39, die mit der Spiegelpositionierungseinrichtung 33 zusammenwirkt, geneigt werden. Alternativ kann der Spiegel 35 in zwei Dimensionen geneigt werden, um den Strahl 16 einwandfrei auf den Spiegel 32 zu richten. Noch ein weiteres Mittel zur Varuerung des Zenitwinkels des Strahls 16 ist das Neigen des Spiegels 37 unabhängig vom oder in Verbindung mit dem Spiegel 35. Der Spiegel 37 ist jedoch optional, da der Laser 20 den Strahl 16 unmittelbar auf den Spiegel 35 richten kann.
Eine Indexscheibe 34 kann ebenfalls zur Bereitstellung eines einzelnen Referenzpunktes für die Anzeige einer jeden vollen Umdrehung der Welle 28 enthalten sein. Eine Lichtquelle, z.B. ein Halbleiterlaser 20, richtet den Lichtstrahl 16 auf den rotierenden Spiegel 32, so daß eine Rotationsebene erzeugt wird. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird eine im allgemeinen horizontale Ebene erzeugt. Es kann jedoch jede beliebige Rotationsebene einschließlich einer vertikalen Ebene generiert werden. Des weiteren hat der Strahl 16 einen Zenitwinkel, der variiert werden kann, um ein nichtplanares Abtastmuster zu erzeugen. Die rückstrahlenden Elemente 18 sind in dieser Ebene bzw. diesem Abtastmuster angeordnet. Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, daß keine exakt horizontale oder vertikale Ebene bzw. Abtastmuster für die dreidimensionale Positionsberechnung erforderlich ist. Im Ergebnis kann das System entweder durch eine Bedienungsperson als Handgerät benutzt werden, wenn die Bedienungsperson die interessiernden Bereiche begeht, oder auf einem Fahrzeug oder anderen Einrichtungen montiert werden, wenn diese sich über einen gegebenen Bereich bewegen.
Wenn der rotierende Laserstrahl 16 mit jeder Umdrehung der Welle 28 die rückstrahlenden Elemente 18 überstreicht, wird der Lichtstrahl 16 zu der lichtabstrahlenden und erfassenden Einrichtung 14 zurückreflektiert und kann durch einen geeigneten Detektor, wie z.B. den Photodetektor 36, in ein Analogsignal gewandelt und an die Signalverarbeitungseinrichtung 38 der Fig. 5 übermittelt werden werden, die zwei digitale Ausgangssignale abgibt.
Theoretisch steht der Zeitraum, für den ein rückstrahlendes Element 18 in Bezug auf die Gesamtrotationsdauer beleuchtet wird, in Zusammenhang mit seinem Winkel, für den das rückstrahlende Element 18 von dem Lichtstrahl 16 innerhalb eines Gesamtwinkels von 360 Grad beleuchtet ist. Dies ist jedoch nur der Fall, wenn die Rotationsgeschwindigkeit des Strahls 16 äußerst konstant ist. Typischerweise ist die Drehzahl der Motorwelle 28, die die Rotation des Strahls 16 bewirkt, nicht absolut gleichförmig, und es ist nicht möglich, eine konstante Drehzahl mit der Genauigkeit zu erzielen, die für das Positionserkennungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung wünschenswert wäre. Deshalb verwendet das Positionserkennungssystem den Motor 26 in Verbindung mit dem Element 30 mit Unterstützung durch die zugehörige Hardwareschnittstelle der Fig. 5 und unter Softwarekontrolle, um die gewünschte Genauigkeit zu erreichen. Der Rechner 22, der einen Mikroprozessor wie z.B. einen Motorola 68030 hat, enthält die Software für eine Hauptroutine zur Kontrolle der Hardwareschnittstelle des Positionserkennungssystems, wobei ein beispielhafter Ausdruck derselben nachstehend wiedergegeben ist.
Wie in der Fig. 3 gezeigt, hat das Element bzw. die Codierscheibe 30 eine Vielzahl von Elementen, die im Winkel zueinander angeordnet sind, vorzugsweise Öffnungen 42, die entlang der Peripherie angeordnet sind, und eine Umdrehung des Elements 30 in eine Vielzahl von im allgemeinen gleichen Teildrehungen unterteilen. Die Größe und der Abstand dieser Öffnungen sind zur Klarheit der Darstellung in der Zeichnung stark vergrößert. Zum Beispiel kann die Codierscheibe 30 eine Umdrehung in eintausend im allgemeinen gleiche Teile unterteilen, die einen Abstand von ungefähr 0,36 Grad voneinander haben, indem eintausend Elemente oder Öffnungen 42 entlang der Peripherie des Elements 30 angebracht werden. Obwohl der Abstand zwischen jedem Paar von Öffnungen 42 theoretisch eine Bewegung von 0,36 Grad repräsentiert, verursachen Ausrichtungsfehler des Elements 30, Fehler des Mittelpunkts des Elements 30, durch den die Welle 28 geht, und Fertigungstoleranzen Abweichungen in der Teilung der Elemente 42. Da jedoch diese Abweichungen konstant bleiben, wenn die lichtabstrahlende und erfassende Einrichtung 14 fertig montiert ist, kann die tatsächliche Teilung zwischen jedem Element 42 des Elements 30 mit hoher Genauigkeit durch eine Kalibrierungstabelle in der Software bestimmt werden.
Die Kalibrierung der Codierscheibe bzw. des Elements 30, die vorzugsweise unter Verwendung der Software erfolgt, erhöht die Genauigkeit durch Eliminierung von Fehlern aufgrund von Ausrichtungsfehlern und Unregelmäßigkeiten der Drehzahl des Motors 26. Drehzahlschwankungen des Motors 26 zwischen zwei Öffnungen 42, insbesondere beim Vorliegen von eintausend solcher Öffnungen entlang der Peripherie des Elements 30, sind vernachlässigbar. Demzufolge ist es möglich, nach der folgenden Formel zwischen jeweils zwei benachbarten Öffnungen, z.B. 42a und 42b in der Fig. 3, zu interpolieren, um einen exakten Winkel zwischen dem Paar von Öffnungen 42a und 42b zu bestimmen:
Winkel = 42a + (Tm/Tcw) ( 42b - Z42a);
hierbei bezeichnet Z42a den gemessenen Winkel der Öffnung 42a; Z42b den gemessenen Winkel der Öffnung 42b; Tm die seit dem Vorbeilauf der vorherigen Öffnung, hier der Öffnung 42a, und dem Zeitpunkt M, in dem das reflektierte Licht auf den Sensor bzw. Photodetektor 36 trifft, vergangene Zeit; und Tcw die Zeit, die die Codierscheibe 30 benötigt, um sich vom Element 42a zum Element 42b weiterzubewegen.
Ein Verfahren zur Kalibrierung der Codierscheibe bzw. des Elements 30 ist in der Fig. 4 als ein Kalibrierungssystem 44 dargestellt. Um das Element 30 zu kalibrieren, wird die lichtabstrahlende und erfassende Einrichtung 14, die die Codierscheibe 30 enthält, auf eine Vorrichtung 46 gesetzt, die einen unter einem Winkel angeordneten Drehteller 48 hat, wobei das Element 30 willkürlich positioniert wird. Der Rechner 22 der Fig. 5 steuert einen Schrittmotor 50, der mit dem Drehteller 48 in Verbindung steht und die Anzahl der Schritte zwischen jedem Paar von benachbarten Elementen 42 während der Rotation des Elements 30 bestimmt. Zum Beispiel würde, wenn eine Umdrehung des Elements zu 360000 Schritten festgelegt ist, und das Element 30 1000 im allgemeinen im gleichen Abstand voneinander angeordnete Elemente 42 enthält, jeder Schritt theoretisch zu jeweils 0,001 Grad erwartet werden, und jedes Element 42 würde 0,36 Grad oder 360 Schritte von jedem benachbarten Element 42 entfernt sein. In der Realität treten jedoch Abweichungen im Abstand der Elemente 42 auf. Daher wird der tatsächliche Abstand zwischen einem jeden Paar von Elementen 42 gemessen und kann in einer Kalibrierungstabelle gespeichert werden, wobei diese Tabelle so lange exakt gültig ist, wie das Positionserfassungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung zusammengebaut bleibt.
Zunächst erhält bei der Kalibrierung des Elements 30 ein erstes Element 42 ein Signal von einem rückstrahlenden Referenzelement, und dieses erste Referenzelement 42 wird zum Indexelement für den Zweck der Kalibrierung des Elements 30. Das Kalibrierungssystem 44 stellt unter Benutzung der obigen Gleichung fest, wann das Indexelement und die folgenden Elemente 42 in der Position sind, um mit der Zählung der Schritte zwischen den Elementen 42 zu beginnen oder aufzuhören. Für das Indexelement 42 sind Tcw und Tm gleich 0. Wenn das Element 30 in Richtung des nächsten benachbarten Elements 42 rotiert, wird Tm gleich 0 und Tcw gleich 1. Zu dem Zeitpunkt, in dem Tm gleich 0 und Tcw gleich eins ist, befindet sich das Element 42 in der Position für die Beendigung der Zählung der Schritte zwischen dem Indexelement und dem ersten benachbarten Element. Dieser Zustand bleibt bestehen, bis die Anzahl der Schritte und somit die Distanz in Grad zwischen jedem Paar von benachbarten Elementen 42 bestimmt wurde. Das Kalibrierungssystem 44 ist mit dem Rechner 22 verbunden, der einen Mikroprozessor, z.B. einen Motorola 68030 enthält, der eine Speichereinrichtung zur Speicherung der Software und der Daten hat. Ein Ausdruck der beispielhaften Software zur Ausführung der Kalibrierung der lichtabstrahlenden und erfassenden Einrichtung 14 entsprechend der vorliegenden Erfindung, die das Element 30 enthält, ist nachstehend wiedergegeben.
Das Positionserkennungssystem, das die Verwendung der Codierscheibe 30 und des Motors 26 kombiniert, wird durch eine Hardwareschnittstelle 52 nach Fig. 5 unterstützt. Jedesmal, wenn eine Öffnung 42 der Codierscheibe 30 vorbeiläuft, oder wenn ein rückstrahlendes Element 18 die Reflektierung des Lichtstrahls 16 beginnt oder beendet, wird ein Ereignis registriert. Aufgrund der erforderlichen hochgenauen Zeitmessungen zwischen jedem benachbarten Paar von Öffnungen 42 wird ein Referenztakt 54 für das Festhalten eines Ereignisses verwendet. Wenn ein Ereignis während dieser Zeit auftritt, wird es in einer Schaltung 56 gespeichert, z.B. einem 32-Bit-Schiebespeicher. Die Schaltung 56 legt die Bewegung der Codierscheibe 30 im Register 0 ab. Das momentane Element bzw. die Öffnung 42, die momentan vorbeiläuft, wird durch ein Element bzw. ein Codierscheibenaufnehmerelement 58 erfaßt und durch einen Umdrehungszähler 60 gezählt. Jedesmal, wenn das Element 30 eine vollständige Umdrehung vollzogen hat, setzt ein Index-Aufnehmerelement 62 ein Signal für das Rücksetzen des Umdrehungszählers 60 ab. Das Aufnehmerelement 58 und das Indexierungselement 62 enthalten Einrichtungen zur Erfassung von Bewegungen eines jeden der Elemente 42 ab einem vorbestimmten Punkt, wenn das Element 30 rotiert. In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthalten die Aufnehmerelemente 58 und 62 eine Lichtquelle gepaart mit einem Photodetektorelement.
Die lichtabstrahlende und erfassende Einrichtung 14 kann Einrichtungen zur Ablenkung und Fokussierung des zum Photodetektor 36 zurückkehrenden Lichtstrahls umfassen. Der rotierende Spiegel 32 lenkt den Lichtstrahl 16 in Richtung eine Kollimatorlinse 40 ab, wobei die Linse 40 den Lichtstrahl 16 in Richtung des Photodetektors 36 fokussiert. Die Signalverarbeitungseinrichtung 38 erkennt, wenn die Empfangsoptik 64, bestehend aus einer Kollimatorlinse 40 und einem Photodetektor 36, entweder mit dem Empfang des reflektierten Lichtstrahls 16 beginnt oder den Empfang des reflektierenden Lichtstrahls 16 beendet, der von den rückstrahlenden Elementen 18 der lichtabstrahlenden oder erfassenden Einrichtung 14 der Fig. 2 eintrifft. Die Signalverarbeitungseinrichtung 38 kann das Analogsignal 41 vom Photodetektor 36 in zwei digitale Signale wandeln, die im Register 1 der Schaltung 56 abgelegt werden. Das erste digitale Signal repräsentiert ein START-Signal, welches anzeigt, wann die Reflexion vom rückstrahlenden Element 18 mit der Reflexion des Lichtstrahls 16 von den rückstrahlenden Elementen 18 zu der lichtabstrahlenden und erfassenden Einrichtung 14 beginnt, und das zweite digitale Signal ein ENDE-Signal, das anzeigt, daß die Reflexion beendet ist. Das Register 2 erhält Signale für die Messung der Zeit, die zwischen dem Vorbeilauf der letzten Öffnung 42 und einem Ereignis, das die Zeit Tm oder die Zeit Tcw nach der Fig. 3 sein kann, verstrichen ist. Ein Taktimpulszähler 66 wird mit einem Taktimpuls für den Zähler 60 für jede Öffnung 42 zurückgesetzt, wobei der Zähler 66 die Zeit zählt, die zwischen dem Vorbeilauf eines jeden Paars von benachbarten Elementen 42 vergangen ist. Die Information hinsichtlich der Ergebnisse der Schaltung 56 wird im Register 3 gespeichert.
Die Schaltung 56 speichert die erhaltene Information und stellt ein Ausgangssignal 68 für den Rechner 22 bereit, der einen Mikroprozessor mit einer Speichereinrichtung enthält. Der Rechner 22 reagiert auf das Ausgangssignal 68, um die Koordinaten der Position des Punktes 12 in Bezug auf das Bezugssystem 10 zu berechnen. Wenn die lichtabstrahlende und erfassende Einrichtung 14 am Punkt 12 positioniert ist, berechnet der Rechner 22 des weiteren die Orientierung der lichtabstrahlenden und erfassenden Einrichtung 14 innerhalb des Bezugssystems 10.
Die Fig. 5 zeigt außerdem den variablen Zenitwinkel des Strahls, der aus der Neigung eines der Spiegel 32, 35 und 37 der Fig. 2 resultiert. Die Veränderung des Zenitwinkels des Strahls 16 erlaubt es dem Positionserkennungssystem, eine Umgebung 10 abzutasten und alle rückstrahlenden Elemente 18 aufzufinden, selbst wenn die Elemente 18 nicht auf gleicher Höhe positioniert sind. Unter erneuter Bezugnahme auf Fig. 1 erkennt man, daß das dynamische Abtastmuster 17 nach oben oder unten geneigt werden kann, wenn sich der Strahl 16 einem rückstrahlendes Element 18 nähert, so daß der Strahl 16 auf das rückstrahlende Element 18 auftreffen kann.
Die Fig. 6A und 68 zeigen ein Flußdiagramm zur Illustration der Schritte für das Positionieren bzw. Neigen eines Spiegels und zur Bereitstellung einer Rückmeldung der Z-Position des Punkts 12 der Fig. 1. Der Spiegel 32 wird hier als Beispiel herangezogen und darf nicht einschränkend verstanden werden, da jeder der oder alle Spiegel 32, 35 und 37 geneigt werden können, um den Zenitwinkel des Strahls 16 zu variieren. Diese Information wird dann zur Berechnung der X-Y-Z- Koordinaten des Punktes 12 verwendet. Das Flußdiagramm wird in Schritt 70 der Fig. 6A von der Software der Hauptroutine aufgerufen. Die Schritte 72 und 74 veranlassen ein Anheben des Spiegels 32 der Fig. 2 an seine Obergrenze und erfassen Daten zur Position des Spiegels 32, während die Welle 28 den Spiegel 32 um eine Umdrehung weiterbewegt. In Schritt 76 bestimmt das Programm, ob und welche Reflektoren während der Rotation des Spiegels 32 erkannt wurden, während der Spiegel 32 in seine oberste Position geschwenkt war. An dieser Stelle kann die beispielhafte Software zur Durchführung der Winkelmessungen und zur Barcodeerkennung in das Programm eingefügt werden.
Im weiteren Verlauf der Fig. 6A wird im Entscheidungskästchen 78 entschieden, ob der Spiegel ausreichend geneigt wurde, um seine untere Bereichsgrenze zu erreichen. Ist dies nicht der Fall, wird der Spiegel 32 im Block 80 etwas geneigt. Wenn der Spiegel 32 durch den vollen Bereich geneigt wurde, wird in Block 82 die momentane X-Y-Position des Punktes 12 berechnet. An dieser Stelle kann die beispielhafte Software zur Durchführung der Triangulationsberechnungen eingefügt werden, bevor mit Schritt 84 fortgefahren wird, in dem die Höhe des Strahls 16, der auf das rückstrahlende Element 18 trifft, berechnet wird. Die Höhe kann mit Hilfe der bekannten Positionen der rückstrahlenden Elemente und des Hell/Dunkelverhältnisses der Reflexion von den unterscheidbaren diagonalen Zielen bestimmt werden, die sich im wesentlichen in Verbindung mit einem rückstrahlenden Barcode von einer oberen Ecke zur gegenüberliegenden unteren Ecke der rückstrahlenden Elemente 18 erstrecken.
Das Programm fährt mit Schritt 86 fort, wo eine Gleichung für die Ebene, die der Strahl 16 schneidet, generiert wird. In Schritt 88 berechnet dann das Programm die Höhe der Ebene an der momentanen X-Y-Position, die in Schritt 82 berechnet wurde. Unter Verwendung der Höhe der Ebene an der momentanen X-Y-Position und dem bekannten Neigungswinkel des Spiegels 32, wenn der Strahl 16 auf das rückstrahlende Element 18 trifft, wird in Schritt 90 eine Z-Position berechnet. Dann wird mit Hilfe der Koordinaten aus den früheren Rotationen von den Schritten 82 und 90 der Spiegel in die richtige Position geneigt, um in Schritt 92 das nächste rückstrahlende Element 18 zu treffen.
In Schritt 94 wird mit Hilfe der beipielhaften Software für die Winkelmessung und die Barcodeerkennung der Barcode und der Winkel des nächsten rückstrahlenden Elements ermittelt, das der Strahl 16 überstreichen soll. Im Entscheidungskästchen 96 der Fig. 68 wird festgestellt, ob seit der letzten Positionsberechnung eine vollständige Rotation stattgefunden hat. Ist dies nicht der Fall, kehrt das Programm nach Schritt 92 zurück. Wenn dies der Fall ist, fährt das Programm mit dem Entscheidungskästchen 98 fort, um zu bestimmen, ob mindestens drei rückstrahlende Elemente 18 gefunden wurden. Ist dies der Fall, kehrt das Programm zu Schritt 82 zurück. Wenn dies nicht der Fall ist, fährt das Programm mit Block 100 fort, um die wahrscheinlichen neuen Koordinaten des Punktes 12 zu berechnen, und unter Verwendung der Koordinaten des Punktes 12 aus früheren Rotationen die Richtungen zu den nicht gefundenen rückstrahlenden Elementen 18 festzulegen.
Nachdem die Richtungen zu den nicht gefundenden rückstrahlenden Elementen 18 berechnet worden sind, fährt das Programm mit Schritt 102 fort, wo der Spiegel 32 geneigt wird, um leicht oberhalb der wahrscheinlichen Position der fehlenden rückstrahlenden Elemente 18 abzutasten. Dann werden in Schritt 104 Daten für eine Rotation des Spiegels 32 erfaßt, wonach das Programm in Schritt 106 bestimmt, ob die fehlenden rückstrahlenden Elemente 18 gefunden wurden. Wenn die fehlenden rückstrahlenden Elemente 18 gefunden wurden, verzweigt das Entscheidungskästchen 108 das Programm nach Schritt 82. Wenn die fehlenden rückstrahlenden Elemente 18 nicht gefunden wurden, fährt das Programm mit dem Entscheidungskästchen 110 fort, um festzustellen, ob der Spiegel 32 in eine Position leicht unterhalb der fehlenden rückstrahlenden Elemente 18 geneigt wurde. Ist dies der Fall, kehrt das Programm nach Schritt 72 und wiederholt den Ablauf. Wenn dies nicht der Fall ist, fährt das Programm mit Schritt 112 fort, wo der Spiegel 32 leicht geneigt wird, bevor zu Schritt 104 zurückgekehrt wird, wo erneut Daten für eine Rotation des Spiegels erfaßt werden. Mit Hilfe der einzelnen Schritte des Flußdiagramms der Fig. 6A und 6B können die Bewegung und die Position des Spiegels 32 bestimmt und für die Berechnung der X-Y-Z-Koordinaten des Punktes 12 verwendet werden.
Obwohl die Erfindung detailliert und unter Bezug auf bevorzugte Ausführungsformen beschrieben wurde, ist klar, daß Modifikationen und Variationen möglich sind, ohne den durch die beigefügten Ansprüche bestimmten Geltungsbereich der Erfindung zu verlassen.

Claims

1. System zur Positionserkennung eines Punktes (12) im Raum, wobei das System mindestens drei unterscheidbare stationäre rückstrahlende Elemente (18) umfaßt, die in einem Abstand voneinander angeordnet und an bekannten Koordinaten positioniert sind, und wobei diese unterscheidbaren Elemente (18) jeweils einen Barcode enthalten, der Licht zu einer Lichtquelle (20) zurückstrahlen kann; des weiteren lichtabstrahlende und erfassende Einrichtungen (14), die an dem Punkt (12) positioniert werden können, um einen rotierenden Lichtstrahl (16) zu erzeugen, um die stationären rückstrahlenden Elemente (18) während der Rotation zu beleuchten, und um den Lichtstrahl (16) zu erfassen, wenn er von den stationären rückstrahlenden Elementen (18) reflektiert wird, und in Reaktion hierauf ein Ausgangssignal zu erzeugen; und eine Rechnereinrichtung (22), die auf das Ausgangssignal anspricht, um aus den bekannten Koordinaten der rückstrahlenden Elemente (18) und der Winkelposition des Strahls (16), wenn der Strahl (16) die rückstrahlenden Elemente (18) beleuchtet, die X/Y-Koordinaten der Position des Punkts (12) zu berechnen; dadurch gekennzeichnet, daß mindestens drei unterscheidbare rückstrahlende Elemente (18), von denen jedes den obigen Barcode und einen zusätzlichen Barcode, der schräg zu diesem angeordnet ist, enthält, um die Neigung des Strahls (16) zu bestimmen, wenn der Strahl das rückstrahlende Element (18) beleuchtet, und dadurch, daß die Rechnereinrichtung (22) auf die festgestellte Neigung des Strahls anspricht, um die Z- Koordinate der Position des Punkts (12) zu berechnen.

2. System zur Positionserkennung eines Punktes (12) im Raum nach Anspruch 1, bei dem die Rechnereinrichtung (22) die Orientierung der lichtabstrahlenden und erfassenden Einrichtungen (14) bestimmen kann, wenn die lichtabstrahlenden und erfassenden Einrichtungen (14) am Punkt (12) positioniert sind.

3. System zur Positionserkennung eines Punktes (12) im Raum nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die mindestens drei rückstrahlenden Elemente (18) jeweils eine unterscheidbare Kombination des obigen Barcodes und des zusätzlichen Barcodes enthalten, wobei sich der zusätzliche Barcode im wesentlichen diagonal über das Element erstreckt.

4. System zur Positionserkennung eines Punktes (12) nach einem der obigen Ansprüche, bei dem die lichtabstrahlende und erfassende Einrichtung (14) ein optisches Element (30) enthält, das mit dem Strahl (16) rotiert, wobei das Element (30) eine Vielzahl von winkelversetzt am Umfang angeordneten Elementen (42) hat, durch die jede Umdrehung des Elements (30) in eine Vielzahl von im allgemeinen gleichen partiellen Umdrehungen geteilt wird, des weiteren eine Einrichtung zur Registrierung einer Zeitdifferenz zwischen jedem aufeinanderfolgenden Paar der Vielzahl von winkelversetzt angeordneten Elementen (42) bei der Rotation des Elements, und eine Einrichtung zur Registrierung einer geneigten Position eines oder mehrerer reflektierender Spiegel, die an der lichtabstrahlenden und erfassenden Einrichtung (14) angeordnet sind.

5. Verfahren zur Positionserkennung eines Punktes (12) im Raum, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt:

Lokalisierung von mindestens drei unterscheidbaren stationären rückstrahlenden Elementen (18), die räumlich voneinander getrennt und an bekannten Koordinaten angeordnet sind, wobei die unterscheidbaren rückstrahlenden Elemente (18) jeweils einen Barcode enthalten, der Licht zu einer Lichtquelle (20) zurückstrahlen kann;

Abstrahlen eines rotierenden Lichtstrahls (16) zur Beleuchtung der stationären rückstrahlenden Elemente (18) während der Rotation;

Messung einer Winkelposition der rückstrahlenden Elemente (18) in Bezug auf eine bekannte Referenz;

Auswerten des Abtastverhaltens;

Verwendung des Abtastverhaltens zur Berechnung von Winkelmessungen; und

Bestimmung der X/Y-Koordinaten der Position des Punkts (12) auf Basis der Winkelmessungen und der Koordinaten der rückstrahlenden Elemente (18);

und dadurch gekennzeichnet ist, daß:

es die Neigung des rotierenden Strahls (16) mittels des Barcodes und eines zusätzlichen Barcodes, der schräg zu diesem auf jedem der rückstrahlenden Elemente (18) angeordnet ist, erfaßt, wenn der Strahl (16) die unterscheidbaren rückstrahlenden Elemente (18) beleuchtet; und

die Z-Koordinate der Position des Punkts (12) aus der festgestellten Neigung berechnet.

6. Verfahren zur Positionserkennung eines Punktes (12) nach Anspruch 5, wobei der Schritt zur Positionsbestimmung des Punkts (12) den Schritt zur Bestimmung der Orientierung des rotierenden Lichtstrahls (16), wenn der rotierende Lichtstrahl (16) am Punkt (12) positioniert ist, einschließt.

7. Verfahren zur Positionserkennung eines Punktes (12) nach Anspruch 5 oder 6, bei dem der Schritt zur Auswertung des Abtastverhaltens die Schritte zur Anbringung eines Elements (30) an einer rotierenden Welle, wobei das Element (30) eine Vielzahl von winkelversetzt am Umfang angeordneten Elementen (42) hat, durch die jede Umdrehung des Elements (30) in eine Vielzahl von im allgemeinen gleichen partiellen Umdrehungen geteilt wird; und zur Registrierung einer Zeitdifferenz zwischen jedem aufeinanderfolgenden Paar der Vielzahl von winkelversetzt angeordneten Elementen (42) während der Rotation des Elements (30) umfaßt.

8. Verfahren zur Positionserkennung eines Punktes (12) nach Anspruch 7, enthaltend den Interpolationsschritt zwischen entsprechenden Winkelmessungen für ein aneinandergrenzendes Paar der Vielzahl von winkelversetzt angeordneten Elementen (42), um die genauen Winkel zwischen jedem Paar der winkelversetzt angeordneten Elemente (42) zu bestimmen.

9. Verfahren zur Positionserkennung eines Punktes (12) nach einem der Ansprüche 5 bis 8, enthaltend den Schritt der automatischen Anhebung bzw. Absenkung der Neigung des rotierenden Lichtstrahls (16), wenn weniger als drei rückstrahlende Elemente (18) von dem rotierenden Strahl beleuchtet werden.