[发明专利]使用合成波激光测距的位置确定

说明书

本申请涉及使用合成波激光测距的位置确定。具体地，本申请公开用于确定物体在坐标系中的位置的系统和方法。示例性系统包含三个或更多激光测距传感器，每个均被配置为朝向目标直射连续波光的传感器波束。目标反射的光干涉传感器波束，从而创建干涉波束。干涉波束与每个激光测距传感器内的本机振荡器波束组合以产生合成波波束。每个激光测距传感器也包含感测合成波波束的光电探测器阵列，并能够基于光电探测器阵列的输出测量到目标的距离。系统进一步包含控制器，该控制器从每个激光测距传感器接收距离测量值，并基于距离测量值计算目标在坐标系中的位置。

技术领域

本公开涉及激光的领域，且更特别地，涉及可以在诸如大型物体的制造和/或装配的应用中使用的激光测距传感器。

背景技术

术语“测距”指的是确定从一个位置到另一个位置的距离的过程。存在能够确定距离的各种系统，如SONAR(声音导航和测距)，RADAR(无线电探测和测距)以及LADAR(光探测和测距)。一种类型的测距技术使用行进时间测量值来确定距离。例如，传感器可向目标发射声或光脉冲，且测量直到回声被目标反射回的时间，以确定到物体的距离。其他类型的测距技术使用连续的声波或光波。例如，传感器可向目标发射连续的声波或光波，且来自目标的反射将干涉声波或光波，从而产生“干涉”波。当发射波和反射波(具有相同频率)组合形成干涉波时，通过发射波和反射波之间的相位差确定干涉波的所产生的模式。该相位差能被用于确定到目标的距离。

像这样的测距传感器可被用在产品诸如飞行器的制造和装配中。当零件正在被装配时，可能需要精确的测量以确保该零件被正确装配。在装配期间，匹配大型零件的形状和轮廓可能是困难的，尤其是当这些零件在不同的地方被制造时。如果激光测距传感器被用于装配过程，则期望的是设计激光测距传感器以提供有非常高精度的测量值。

发明内容

本文所描述的实施例提供实施激光测距传感器的改进的系统和方法。如本文所描述的一种系统使用三个或更多的激光测距传感器，以确定目标在坐标系中的位置。例如，如果目标位于设施中正被装配的物体上，则可以将三个或更多激光测距传感器安装在设施中的已知位置处以测量到该目标的距离。利用来自激光测距传感器的距离测量值，该目标的位置能够被准确地确定(例如，通过三边测量法)。

如本文所描述的激光测距传感器使用合成波干涉量度法来测量到目标的距离。更具体地，激光测距传感器使用具有渐增波长的合成波的梯形图来计算到目标的准确的距离测量值。示例性激光测距传感器将来自多个连续波激光器的光束混合以生成传感器波束，且将传感器波束作为光锥向目标直射或投射。当光从目标反射时，该反射干涉来自激光测距传感器的传感器波束，从而导致干涉波束。连续波激光器以不同的频率发射光束。当光束被混合在干涉波束中时，具有不同频率的光束将产生在本文中被称为“合成波”的“拍”频。由于使用多个连续波激光器，产生了合成波的梯形图。该合成波的特性随后能够被处理以测量距离。

同样地，在激光测距传感器内，来自连续波激光器的一部分光束被分割且被频移以产生本地振荡器波束。当本地振荡器波束与干涉波束混合时，基于来自连续波激光器的光束的频率和其对应的本地振荡器波束之间的差值产生外差。外差携带干涉波束的信息(如幅度和相位)，但是处于较低的频率。因此，能够针对每个外差确定光相位，且外差的光相位可被用来确定合成波的相位。合成波的波长和相位随后可被用来确定到目标的距离。

一个实施例包括用于确定目标在坐标系内的位置的装置。该装置包含三个或更多激光测距传感器，每个激光测距传感器均被配置为朝向目标直射连续波光的传感器波束，其中传感器波束的波束扩展具有比目标的宽度更大的宽度。每个激光测距传感器均被配置为将干涉波束与本地振荡器波束组合以产生合成波束，其中干涉波束由从目标反射且干涉传感器波束的光产生。每个激光测距传感器也包含光电探测器器件，该光电探测器器件包括被配置为感测合成波波束的光电探测器阵列。每个激光测距传感器被配置为基于光电探测器阵列的输出值测量到目标的距离。装置还包含控制器，该控制器被配置为从每个激光测距传感器接收距离测量值并基于距离测量值计算目标在坐标系内的位置。