[发明专利]靶标设备和方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2011年3月3日提交的临时申请No.61/448,823的优先权，其全部内容通过参引合并到本文中。本申请还要求于2012年2月10日提交的美国专利申请No.13/370,339（其要求于2011年2月14日提交的临时申请No.61/442,452的优先权）的优先权，其全部内容通过参引合并到本文中。本申请还要求于2011年4月15日提交的临时申请No.61/475,703和于2012年1月30日提交的临时申请No.61/592,049的优先权，两个临时申请的全部内容均通过参引合并到本文中。

技术领域

本发明总体上涉及用于测量靶标的方法，并且特别地涉及用于测量含有后向反射器的球形靶标的中心的方法。

背景技术

存在通过将激光束发送到与点接触的后向反射器靶标来测量该点的坐标的一类仪器。该仪器通过测量到所述靶标的距离和两个角来确定该点的坐标。利用距离测量装置例如绝对测距仪或干涉仪来测量距离。利用角度测量装置例如角编码器来测量角。在仪器内的万向架固定式光束转向机构将激光束导向至兴趣点。

激光跟踪器是一种特定类型的坐标测量装置，该坐标测量装置利用激光跟踪器发射的一个或更多个激光束来跟踪后向反射器靶标。存在另一类被称为全站仪或视距仪的仪器，该仪器可以测量后向反射器或漫散射表面上的点。激光跟踪器通常比全站仪更精确，激光跟踪器通常具有千分之一英寸数量级的精确度并且在特定情况下具有相当于一个或两个微米的精度。贯穿本申请，使用激光跟踪器（包括全站仪）的广义定义。

通常，激光跟踪器将激光束发送到后向反射器靶标。通用类型的后向反射器靶标为球形安装后向反射器（SMR），球形安装后向反射器包括嵌在金属球体中的立体角后向反射器。立体角后向反射器包括三个相互垂直的镜。作为三个镜的相交公共点的顶点位于球体的中心附近。因为立体角在球体内的这种布局，从顶点到SMR搁置在其上的任何表面的垂直距离几乎保持恒定，即使当SMR旋转时也如此。因此，激光跟踪器可以通过在当SMR在表面上移动时跟踪SMR的位置来测量表面的3D坐标。换句话说，激光跟踪器需要仅测量三个自由度（一个径向距离和两个角）来全面表征表面的3D坐标。

一些激光跟踪器具有测量六个自由度（DOF）的能力，六个自由度可以包括三个平动（例如x、y和z）和三个旋转（例如俯仰、滚转和偏航）。在由Bridges等人申请的美国专利No.7,800,758（‘758）中描述了示例性六自由度激光跟踪器系统，该专利通过参引并入本文。‘758专利公开了一种探针，该探针容置有其上布置有标记的立体角后向反射器。通过来自激光跟踪器的激光束来照射立体角，并且通过激光跟踪器内的方位相机来捕获立体角后向反射器上的标记。基于由方位相机获得的图像来计算三个方位自由度，例如俯仰角、滚转角和偏航角。激光跟踪器测量到立体角后向反射器的顶点的距离和两个角。当距离和两个角（其给出了顶点的三个平动自由度）与从方位相机图像获得的三个方位自由度结合时，可以求出被布置在相对于立体角后向反射器的顶点的指定位置的探针尖端的位置。例如，可以使用这样的探针尖端来测量在来自激光跟踪器的激光束的视线之外的“隐藏”特征（feature）的坐标。

如上所述，理想地，SMR内的立体角后向反射器的顶点布置在嵌有立体角的球体的精确中心处。实际上，顶点的位置偏离球体中心最高达千分之几英寸。在许多情况下，顶点与球心的位置差异被高精度地获知，但是不使用该数据来校正跟踪器读数，因为未获知SMR的方位。在使用激光跟踪器进行的精确测量中，在球体中的立体角后向反射器的定中误差有时大于来自激光跟踪器内的测距仪和测角仪的误差。因此，需要一种校正该定中误差的方法。