[发明专利]通过激光跟踪仪对维度数据的自动测量

说明书

本发明申请是国际申请日为2012年3月14日、国际申请号为“PCT/US2012/028984”、国家申请号为“201280013306.X”、发明名称为“通过激光跟踪仪对维度数据的自动测量”的发明专利申请的分案申请。

相关申请的交叉参考

本申请要求2011年3月14日提交的美国临时专利申请No.61/452,314的优先权，其全部内容通过参考合并于此。本申请还要求2011年12月30日提交的美国专利申请No.13/340,730的优先权，该美国专利申请No.13/340,730要求2011年4月20日提交的美国专利申请No.13/090,889的优先权，该美国专利申请No.13/090,889要求2010年4月21日提交的美国临时专利申请No.61/326,294的优先权，这些申请的全部内容通过参考合并于此。此外本申请要求2011年4月15日提交的美国临时专利申请No.61/475,703的优先权，其全部内容通过参考合并于此。此外本申请要求2012年1月30日提交的美国临时专利申请No.61/592,049的优先权，其全部内容通过参考合并于此。此外本申请要求2012年2月29日提交的美国专利申请No.13/407,983的优先权，该美国专利申请No.13/407,983要求2011年3月3日提交的美国临时专利申请No.61/448,823的优先权，这两个申请的全部内容通过参考合并于此。

技术领域

本公开涉及例如像激光跟踪仪这样的计量装置，尤其涉及利用一个或多个与激光跟踪仪相关联(例如，作为激光跟踪仪的部件)的定位器相机来自动识别物体上放置的多个回射器(retroreflector)目标中每个目标的激光跟踪仪。

背景技术

有一种称为激光跟踪仪的仪器，通过向与点接触的回射器目标发出激光束，来测量该点的坐标。该仪器通过测量到目标的距离和两个角度，确定该点的坐标。距离通过诸如绝对距离计量仪或干涉仪这样的测距装置测量。角度通过诸如角度编码器这样的测角装置测量。仪器中的万向束控机构将激光束引导到感兴趣的点。

激光跟踪仪是通过它发射的一个或多个激光束跟踪回射器目标的特殊类型的坐标测量装置。另一种称为全站仪或视距仪的仪器可测量扩散的散射面上的回射器或点。通常精度为千分之一英寸并且在某些情况下差不多为一或两个微米量级的激光跟踪仪一般比全站仪精确得多。本申请全部采用包括全站仪的激光跟踪仪的广义定义。

一般而言，激光跟踪仪向通常位于待测物体表面上的回射器目标发出激光束。普通类型的回射器目标是球面安装的回射器(SMR)，它包括嵌入金属球中的立方隅角回射器。立方隅角回射器包括三个相互垂直的镜子。顶点是三个镜子的公共交点，位于球心附近。因为球中立方隅角的这种布置，从顶点到SMR所在物体的任一表面的垂直距离都保持几乎恒定，即使在SMR旋转时。因此，当SMR在表面上移动时，激光跟踪仪可以通过跟随SMR的位置，测量该表面的3D坐标。换言之，激光跟踪仪只需要测量三个自由度(一个径向距离和两个角度)就能表现表面的3D坐标的特征。

有些激光跟踪仪具有测量六个自由度(DOF)的能力，六个自由度可包括三个平移，例如x、y和z，以及三个旋转，例如俯仰、翻滚和偏转。通过参考合并于此的授予Bridges等的美国专利No.7,800,758(‘758)中描述了示例性的六-DOF激光跟踪仪系统。‘758专利公开了一种保持立方隅角回射器的探针，回射器上放有标志。放有这种标志的回射器被称为六DOF回射器。通过来自激光跟踪仪的激光束照亮立方隅角回射器，且通过激光跟踪仪中的相机捕捉立方隅角回射器上的标志。基于相机获得的图像计算三个方位自由度，例如俯仰角、翻滚角和偏转角。激光跟踪仪测量到立方隅角回射器顶点的距离和两个角度。当给出顶点的三个平移自由度的距离和两个角度与通过相机图像获得的三个方位自由度组合时，可以找到相对于立方隅角回射器的顶点布置在预定位置的探针顶端的位置。这种探针顶端例如可用于测量来自激光跟踪仪的激光束的视线之外的“隐藏”特征的坐标。

激光跟踪仪的一种通常应用是测量较大的物体，看它的实际尺寸与设计尺寸(例如，如同CAD数据给出的)相比怎么样。在特定应用中可能使用这些物体中的若干物体，并且通常希望这些物体在几何结构上相同。物体的几何结构中最初或者随时间发展的任何变形都会影响该物体作为其一部分的整个系统中的其他操作。例如，如果物体以任何方式弯曲或扭曲，都会导致制造缺陷和不良的产品质量。