[发明专利]靶标设备和方法

权利要求书

1.一种通过装置（10）来测量靶标（26、60、800、810、900、910、1000、1100、1120、1140、1200、1300、2000、2100）的方法，所述方法包括如下步骤：

设置所述靶标（1610），其中，所述靶标具有靶标参考系（40）并且包括第一后向反射器（804、904、1004、1104、1330）和本体（802、902、1012、1102、1310），所述本体具有球形外部部分（1312），所述球形外部部分具有球心（1222、1314）和球半径（1242），所述本体包含腔（815、915），所述腔的尺寸被确定成容纳所述第一后向反射器（804、904、1004、1104、1330），所述腔朝向所述本体的外部敞开，所述第一后向反射器至少部分地布置在所述腔中，所述第一后向反射器具有在所述靶标参考系中的第一后向反射器参考点（514、614、740、808、908、1212、1334）；

设置所述装置（1615、10），其中，所述装置具有装置参考系（30）和第一光源（405、410），所述装置被配置成测量从所述装置到所述第一后向反射器参考点的距离（22、26）和两个角（71、72）；

确定从所述第一后向反射器参考点延伸到所述球心的矢量在所述靶标参考系中的至少一个矢量长度分量（1620、1281、1282、1283），所述矢量具有大于0的长度；

利用来自所述第一光源的光来照射所述第一后向反射器（1630），以提供被返回所述装置的第一反射光；

至少部分地基于所述第一反射光来测量从所述装置到所述第一后向反射器参考点的第一距离和第一组两个角（1640、71、72），所述第一距离至少部分地基于光在从所述装置行进到所述第一后向反射器参考点的路径上的光的速度；

确定所述靶标参考系在所述装置参考系中的三个方位自由度（1650），其中所述三个方位自由度足以全面地限定所述靶标参考系在所述装置参考系中的方位；

至少部分地基于所述第一距离、所述第一组两个角、所述三个方位自由度和所述至少一个矢量长度分量来计算所述球心在所述装置参考系内的三维坐标（1660）；

存储所述球心的所述三维坐标（1670）。

2.根据权利要求1所述的方法，其中：

在所述设置所述靶标的步骤（1610）中，所述第一后向反射器被选择为具有三个平面反射器（512、612、1332）的立体角后向反射器（804、904、1004、1104、1330），每个平面反射器能够反射光，每个平面反射器垂直于其他两个平面反射器，每个平面反射器与其他两个平面反射器在公共顶点（514、614、740、808、908、1212、1334）相交，并且每个平面反射器具有两个相交接合部（809、909），并且每个相交接合部被相邻的平面反射器共享，以在所述立体角后向反射器内总共具有三个相交接合部，所述立体角后向反射器具有相对于所述三个平面反射器的对称轴（1360）；以及

在所述确定至少一个矢量长度分量的步骤（1620）中，所述第一后向反射器参考点是所述顶点。

3.根据权利要求1所述的方法，还包括如下步骤：

设置工件（1680、61），所述工件具有工件表面；

将所述球形外部部分（1690、1312）与所述工件表面接触地放置；以及

至少部分地基于所述球半径（1242）和所述球心（1222、1314）的所述三维坐标来计算所述工件表面上的点（1695、63）的三维坐标。

4.根据权利要求1所述的方法，其中：

所述设置所述装置（1615、10）的步骤包括：设置第一相机（445），其中所述第一相机包括第一光敏阵列（447）和第一镜头系统（446）；以及

所述确定三个方位自由度的步骤（1650）包括：在所述第一光敏阵列上捕获由所述第一反射光所产生的第一照射图案（700）；以及获得由所述第一光敏阵列捕获的所述第一照射图案的数字表示，所述确定所述靶标参考系在所述装置参考系中的三个方位自由度（1650）至少部分地基于所述第一照射图案的所述数字表示。