[发明专利]具有相位和间距调节的基于光栅的扫描仪

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2011年7月14日提交的美国临时专利申请No.61/507,771的权益，其全部内容通过引用合并于本申请中。

背景技术

本公开内容涉及一种坐标测量装置。一套坐标测量装置属于如下的一类仪器：其通过将光的图案投影到物体并且利用摄像头记录该图案，来测量点的三维（3D）坐标。

有时被称为云纹干涉仪（accordion-fringe interferometer）的特定类型的坐标测量装置通过由两个小的、近距离隔开的光斑发出的分叉的波阵面的光的干涉形成光的投影图案。对所得到的投影在物体上的条纹图案进行分析，以求得摄像头中每个独立像素的表面点的3D坐标。

云纹干涉仪被实现为在其中使用压电致动器、电容式反馈传感器、弯曲平台、多个激光源以及多个物镜来移动衍射光栅。这种类型的云纹干涉仪的制造相对昂贵并且在执行测量时相对较慢。需要用于获得3D坐标的改进的方法。

发明内容

一种用于确定物体表面上的第一物点的三维坐标的方法，该方法包括以下步骤：设置第一光源、投影仪以及摄像头，投影仪包括第一衍射光栅、物镜以及第一板，摄像头包括摄像头透镜和感光阵列，第一光源产生第一光源光束，第一板包括第一透射区域、第二透射区域以及至少一个不透明区域，投影仪具有投影仪透视中心，摄像头具有摄像头透视中心，在投影仪透视中心与摄像头透视中心之间的线段是基线，基线具有基线长度。该方法还包括：将第一光源光束发送到第一衍射光栅；利用第一衍射光栅形成至少第一衍射光束和第二衍射光束；将第一衍射光束和第二衍射光束发送到物镜；利用物镜形成至少第一光斑和第二光斑，第一光斑由第一衍射光束产生，以及第二光斑由第二衍射光束产生；将第一板放置在靠近第一光斑和第二光斑的第一位置处。该方法还包括：使来自第一光斑的第一光在第一透射区域中穿过玻璃的第一厚度以及使来自第二光斑的第二光在第二透射区域中穿过玻璃的第二厚度，同时阻止其它光穿过第一板，第一厚度和第二厚度之间的差等于第一厚度差；组合第一光和第二光，以在物体表面上产生第一条纹图案；将由第一条纹图案照射的第一物点成像到感光阵列的阵列点上，以从感光阵列获得第一电气数据值；将第一板移动到第二位置处；使来自第一光斑的第三光在第一透射区域中穿过玻璃的第三厚度以及使来自第二光斑的第四光在第二透射区域中穿过玻璃的第四厚度，同时阻止其它光穿过第一板，第三厚度和第四厚度之间的差等于第二厚度差，第二条纹差不等于第一条纹差；在物体表面上组合第三光和第四光，以在物体表面上产生第二条纹图案，第一条纹图案和第二条纹图案在第一物点处具有第一条纹间距；将由第二条纹图案照射的第一物点成像到阵列点上，以从感光阵列获得第二电气数据值；至少部分地基于第一电气数据值、第二电气数据值以及基线长度计算第一物点的三维坐标；以及存储第一物点的三维坐标。

附图说明

现在参照附图，示出了示例性的实施方式，该示例性的实施方式不应理解为限制关于本公开内容的整个范围，并且在一些附图中，部件被类似地编号：

图1是示出了3D测量装置的操作的三角测量原理的示意图；

图2是示出了根据本发明实施方式的示例性投影仪的部件的框图；

图3是示出了根据本发明实施方式的示例性投影仪的主要部件的示意图；

图4、图4A和图4B是分别示出了移相器和针孔物体的正视图、第一截面图以及第二截面图的图；

图5是示出了根据本发明实施方式的用于移动相位/条纹调节器的机动化平台的部件的示意图；

图6是示出了穿过倾斜并且呈楔形的窗口的光射线的几何形状的图；

图7是示出了根据本发明实施方式的穿过包含有三个楔形窗口的组件的光射线的几何形状的图；

图8是示出了根据本发明实施方式的穿过包含有三个楔形窗口的组件的光射线的几何形状的图；

图9是示出了用于使用单个部件改变相位和条纹间距的组件的部件的示意图；

图10A至图10D是分别示出了根据本发明实施方式的相位和间距调节器窗口的正视图、第一截面图、第二截面图以及顶视图的图；以及

图11A和图11B分别是根据本发明实施方式的能够调节相位和条纹间距的组件的正视图和顶视图。

具体实施方式