[发明专利]三维坐标扫描仪和操作方法

权利要求书

1.一种确定对象的表面上的点的三维坐标的方法，所述方法包括：

设置组件，所述组件包括第一投影仪和第一相机，所述第一投影仪和所述第一相机相对于彼此固定，在所述第一投影仪与所述第一相机之间存在有基线距离，所述第一投影仪具有光源，所述第一相机具有镜头和光敏阵列；

设置处理器，所述处理器电耦接至所述第一投影仪和所述第一相机；

设置对所述表面上的特征的形状的数学表示；

设置可接受的拟合优度的值；

将第一发射光从所述第一投影仪发送至所述对象上；

通过所述第一相机获取第一反射光以及将第一信号发送至所述处理器作为响应，所述第一反射光是从所述表面反射的所述第一发射光的一部分；

通过所述处理器确定所述表面上的第一点的三维(3D)坐标的第一测量集合，所述第一测量集合至少部分地基于所述第一发射光、所述第一信号以及所述基线距离；

通过所述处理器确定点的第一测量子集，所述点的第一测量子集是所述表面上的所述第一点的子集，所述点的第一测量子集是与所述特征对应的测量点；

通过所述处理器将所述点的第一测量子集的3D坐标拟合成所设置的对所述特征的所述形状的数学表示，所述拟合包括将所述点的第一测量子集的3D坐标与点的第一导出子集的3D坐标进行比较以获得残差的集合，所述点的第一导出子集是位于所述特征的所述形状上的点的集合，来自所述残差的集合中的每个残差是对来自所述第一测量子集与所述第一导出子集的对应3D坐标的分离的度量，所述拟合还包括根据最小化规则来数学上调整所述形状的位置和取向以使所述残差的集合最小化；

通过所述处理器确定测量的拟合优度，所述测量的拟合优度是根据所述残差的集合获得的数学上导出的量；

通过所述处理器至少部分地基于所述测量的拟合优度与所述可接受的拟合优度的比较，确定所述点的第一测量子集的3D坐标是否可接受；

通过所述处理器至少部分地基于所述点的第一测量子集的3D坐标是否可接受来确定所述3D坐标的第一测量集合是否可接受；

如果所述3D坐标的第一测量集合可接受，则存储3D坐标的所述第一测量集合；

如果所述3D坐标的第一测量集合不可接受，则采取下述步骤(a)至步骤(e)：

(a)通过所述处理器选择要采取的至少一个动作以及采取所述动作，所述至少一个动作选自：改变所述组件的姿态、改变所述光源的照度水平、改变所述发射光的图案、以及通过照射机械探针并且使用所述第一相机对所述探针上的光点进行成像来测量所述特征；

(b)将第二发射光从所述第一投影仪发送至所述对象上或者照射与所述对象保持接触的所述机械探针上的光点；

(c)通过所述第一相机获取第二反射光以及将第二信号发送至所述处理器作为响应，所述第二反射光是从所述表面或所述机械探针反射的所述第二发射光的一部分；

(d)通过所述处理器确定所述表面上的第二点的3D坐标的第二测量集合，所述3D坐标的第二测量集合至少部分地基于所述第二发射光、所述第二信号以及所述基线距离；以及

(e)存储所述3D坐标的第二测量集合。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，在设置对所述表面上的特征的数学表示的步骤中，所述特征选自：圆、圆柱形孔、凸起的圆柱形、球、两个面的交点以及三个面的交点。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，在通过所述处理器确定测量的拟合优度的步骤中，所述测量的拟合优度基于卡方检验统计。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，在通过所述处理器拟合所述点的第一测量子集的3D坐标的步骤中，所述最小化规则将使来自所述残差的集合中的每个残差的平方之和最小化。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，在通过所述处理器选择至少一个动作的步骤中，改变所述组件的所述姿态包括改变所述组件与所述对象的相对位置。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，在通过所述处理器选择至少一个动作的步骤中，改变所述组件的所述姿态包括改变所述组件与所述对象的相对取向。

7.根据权利要求1所述的方法，还包括设置可移动结构的步骤，所述可移动结构被配置用于附接至装置或附接至所述对象。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，在通过所述处理器选择至少一个动作的步骤中，改变所述光源的照度水平包括多次增加或减少所发射的光以使用所述第一相机来获得多个图像。