[发明专利]机器人化激光指示器设备和方法

说明书

相关申请

下列专利和公布文本与本文有关，且它们的内容通过引用纳入本文：2012年11月3日提交的美国临时专利申请No.61/722,168；2008年10月28日公告的美国专利No.7,441,340B2；2011年10月4日公告的美国专利No.8,031,332B2；以及2012年5月3日公布的美国专利申请公布文本No.2012/0105870A1。

技术领域

本发明涉及激光指示领域，更具体地，涉及一种机器人化激光指示设备和运转该设备的方法。

背景技术

在在建的新建筑物中或在经历翻新或增建的现有建筑物中布局机械、电气和管道（plumbing）系统是繁重、耗时和昂贵的。通常，如下这样做需要大量劳动力：在施工场地（construction site）在墙壁、天花板及其他表面上布局施工点（construction point），以使得可以钻孔和制作切口，从而允许管道、导管及类似物穿行，以及允许安装吊架、开关、配件及其他物件。这个布局过程要求工人团队测量和标记这些施工点的位置，其中许多工作是手动完成的。

对所有这些变量进行手动测量和清算以在墙壁及其他竖直表面上定位施工点是困难和耗时的。这个过程受到测量误差和累积误差（它随着从一个中间点到下一个中间点进行相继测量而增加）的影响。此外，建筑物设计和要求变得更复杂，并且施工日程计划变得更紧张，从而增加了对促进和简化该布局过程的需要。

机器人化全站仪（robotic total station）有时被用于这个目的。例如，美国专利No.8,031,332B2描述了一种迭代过程，其将施工数据与机器人化全站仪一起使用，以引导激光束和建立施工点。

放置在已知位置的全站仪向目标（例如对象或对象点或施工点）引导激光束。通过测量该激光束的飞行时间，确定所述全站仪与所述目标之间的距离。通过还测量从所述全站仪到所述目标的所述激光束的方向（即，限定了从所述全站仪到所述目标的向量的高度和方位角），可以精确地确定所述目标的位置。

机器人化全站仪或自动化全站仪能够在不被操作者照管的情况下定位对象点。这样的全站仪可以被控制以指向精确确定的方向。全站仪可以指向工作场地各处的表面，并且通过检测从那些表面反射的光，确定该工作场地各处的被照亮的点相对于所述全站仪的位置的三维坐标。如果所述全站仪的坐标和取向被知晓，则被照亮的点的坐标也被知晓。

机器人化全站仪已知被用来进行距离和角度测量，计算该机器人化全站仪相对于参考点的位置，然后使用该机器人化全站仪的红色测距激光作为指示器（pointer）来布局施工点。Trimble Navigation Limited（天宝导航有限公司）在其现场软件产品“Trimble MEP”和“Trimble Field Link for MEP”中提供了这样的激光指示器布局功能，这些现场软件产品随Trimble Navigation Limited的机器人化全站仪机型RTS555、RTS655、RTS633、RTS773及其他仪器一起提供。尽管这些产品相对于现有产品表现出显著的进步，但仍渴望进一步的改进。

使用机器人化全站仪的红色测距激光作为指示器（例如用于施工布局）具有若干缺点。首先，红色激光的波长使得在日光条件下难以让人眼看到投射在目标上的光斑（spot）。图1示出了光的光度（人类色彩感知）与波长的关系。例如，650nm波长的典型红色激光的光度在日光下是约0.1，而在夜晚实际上是零。

其次，电子测距（EDM）光学器件现在未很好地适于用作指示器。可见激光EDM光学器件具有用于所发射的光束的小孔，以将发射路径与接收路径分开并且避免耦合发射的光和接收的光。典型的全站仪的EDM具有同轴路径，用于所发射的光束以及捕获从目标表面反射的光。所发射的光束穿过一个小的中心孔，而从所述目标反射的光穿过一个大得多的孔返回，该大得多的孔的中心区被所发射的光束的路径的中心孔阻挡。