通過雷射跟蹤儀對維度數據的自動測量的製作方法
2023-05-20 14:50:36 3
通過雷射跟蹤儀對維度數據的自動測量的製作方法
【專利摘要】通過具有回射器目標和雷射跟蹤儀的系統進行測量包括存儲用於三個目標以及至少一個附加點的名義坐標的列表；在跟蹤儀的感光陣列上捕捉通過光束髮射並反射離開三個目標的一部分光線；根據反射離開三個目標的光線，獲得跟蹤儀相機的感光陣列上的光點位置；確定跟蹤儀感光陣列上的三個光點位置與三個目標的名義坐標之間的對應關係；至少部分地基於第一光點位置和第一目標的名義坐標，將來自跟蹤儀的光束引導到三個目標；通過跟蹤儀測量三個目標的三維坐標；至少部分地基於測量的三個目標的三維坐標以及至少一個附加點的名義坐標，確定至少一個附加點的三維坐標。
【專利說明】通過雷射跟蹤儀對維度數據的自動測量
[0001]相關申請的交叉參考
[0002]本申請要求2011年3月14日提交的美國臨時專利申請N0.61/452，314的優先權，其全部內容通過參考合併於此。本申請還要求2011年12月30日提交的美國專利申請N0.13/340，730的優先權，該美國專利申請N0.13/340，730要求2011年4月20日提交的美國專利申請N0.13/090，889的優先權，該美國專利申請N0.13/090，889要求2010年4月21日提交的美國臨時專利申請N0.61/326，294的優先權，這些申請的全部內容通過參考合併於此。此外本申請要求2011年4月15日提交的美國臨時專利申請N0.61/475,703的優先權，其全部內容通過參考合併於此。此外本申請要求2012年I月30日提交的美國臨時專利申請N0.61/592，049的優先權，其全部內容通過參考合併於此。此外本申請要求2012年2月29日提交的美國專利申請N0.13/407, 983的優先權，該美國專利申請N0.13/407, 983要求2011年3月3日提交的美國臨時專利申請N0.61/448,823的優先權，這兩個申請的全部內容通過參考合併於此。
【技術領域】
[0003]本公開涉及例如像雷射跟蹤儀這樣的計量裝置，尤其涉及利用一個或多個與雷射跟蹤儀相關聯(例如，作為雷射跟蹤儀的部件)的定位器相機來自動識別物體上放置的多個回射器(retroreflector)目標中每個目標的雷射跟蹤儀。
【背景技術】
[0004]有一種稱為雷射跟蹤儀的儀器，通過向與點接觸的回射器目標發出雷射束，來測量該點的坐標。該儀器通過測量到目標的距離和兩個角度，確定該點的坐標。距離通過諸如絕對距離計量儀或幹涉儀這樣的測距裝置測量。角度通過諸如角度編碼器這樣的測角裝置測量。儀器中的萬向束控機構將雷射束引導到感興趣的點。
[0005]雷射跟蹤儀是通過它發射的一個或多個雷射束跟蹤回射器目標的特殊類型的坐標測量裝置。另一種稱為全站儀或視距儀的儀器可測量擴散的散射面上的回射器或點。通常精度為千分之一英寸並且在某些情況下差不多為一或兩個微米量級的雷射跟蹤儀一般比全站儀精確得多。本申請全部採用包括全站儀的雷射跟蹤儀的廣義定義。
[0006]一般而言，雷射跟蹤儀向通常位於待測物體表面上的回射器目標發出雷射束。普通類型的回射器目標是球面安裝的回射器(SMR)，它包括嵌入金屬球中的立方隅角回射器。立方隅角回射器包括三個相互垂直的鏡子。頂點是三個鏡子的公共交點，位於球心附近。因為球中立方隅角的這種布置，從頂點到SMR所在物體的任一表面的垂直距離都保持幾乎恆定，即使在SMR旋轉時。因此，當SMR在表面上移動時，雷射跟蹤儀可以通過跟隨SMR的位置，測量該表面的3D坐標。換言之，雷射跟蹤儀只需要測量三個自由度(一個徑向距離和兩個角度)就能表現表面的3D坐標的特徵。
[0007]有些雷射跟蹤儀具有測量六個自由度(DOF)的能力，六個自由度可包括三個平移，例如x、y和z,以及三個旋轉,例如俯仰、翻滾和偏轉。通過參考合併於此的授予Bridges等的美國專利N0.7，800, 758 (『758)中描述了示例性的六-DOF雷射跟蹤儀系統。『758專利公開了一種保持立方隅角回射器的探針，回射器上放有標誌。放有這種標誌的回射器被稱為六DOF回射器。通過來自雷射跟蹤儀的雷射束照亮立方隅角回射器，且通過雷射跟蹤儀中的相機捕捉立方隅角回射器上的標誌。基於相機獲得的圖像計算三個方位自由度，例如俯仰角、翻滾角和偏轉角。雷射跟蹤儀測量到立方隅角回射器頂點的距離和兩個角度。當給出頂點的三個平移自由度的距離和兩個角度與通過相機圖像獲得的三個方位自由度組合時，可以找到相對於立方隅角回射器的頂點布置在預定位置的探針頂端的位置。這種探針頂端例如可用於測量來自雷射跟蹤儀的雷射束的視線之外的「隱藏」特徵的坐標。
[0008]雷射跟蹤儀的一種通常應用是測量較大的物體，看它的實際尺寸與設計尺寸(例如，如同CAD數據給出的)相比怎麼樣。在特定應用中可能使用這些物體中的若干物體，並且通常希望這些物體在幾何結構上相同。物體的幾何結構中最初或者隨時間發展的任何變形都會影響該物體作為其一部分的整個系統中的其他操作。例如，如果物體以任何方式彎曲或扭曲，都會導致製造缺陷和不良的產品質量。
[0009]已知，為了測量的目的，通常需要至少三個點來建立雷射跟蹤儀與物體之間的關係。如同現有技術中已知的，操作者以足夠的精度手動測量這些初始點的能力是供參考的領域。
[0010]因此，需要雷射跟蹤儀或類似測量裝置的操作者能夠不必手動測量目標點(例如SMR)0作為代替，期望雷射跟蹤儀的操作者利用雷射跟蹤儀中的相機系統自動測量任何特定應用所需的所有目標點，從而顯著減少測量過程中操作者誤差的可能性，並且不需要專門技能和/或訓練。
[0011]更一般而言，需要一種方法和系統，其中雷射跟蹤儀自動執行之前必須手動執行的很多功能。期望即使是不熟練的操作者執行測量，也通過雷射跟蹤儀快速獲得一致的測量。通常的測量包括工具檢查測量；例如，白車身裝配線中的車箱是要檢查或監測的工具的示例。工具的其他示例包括薄片金屬衝壓夾具，以及用於裝配一部分飛機結構的裝配工具。一般而言，對於汽車或航空應用中製造的幾乎每個部件，都有對應的工具。因此，期望通過雷射跟蹤儀改善測量這些工具的處理。此外，期望將測量處理應用於完成的部件。
【發明內容】
[0012]一種用於通過系統進行測量的方法包括步驟:提供包括回射器目標的集合以及雷射跟蹤儀的系統，回射器目標的集合包括至少三個非共線回射器目標，至少三個非共線回射器目標包括第一目標、第二目標和第三目標，第一參考框架中的雷射跟蹤儀關於跟蹤儀環境固定，雷射跟蹤儀具有結構、第一光源、絕對距離計量儀、第一角度變換器、第二角度變換器、跟蹤系統、第一相機、第二光源以及處理器，結構關於第一軸和第二軸能旋轉，第一光源產生與絕對距離計量儀協作的第一光束，第一角度變換器測量關於第一軸的第一旋轉角度，第二角度變換器測量關於第二軸的第二旋轉角度，跟蹤系統被配置為將第一光束移動到回射器目標集合中的任意回射器目標的中心，第一相機包括第一透鏡系統和第一感光陣列，第二光源提供第二光束，並且處理器被配置為操作雷射跟蹤儀；存儲用於第一目標、第二目標、第三目標以及至少一個附加點的名義坐標的列表，名義坐標是第二參考框架中的三維坐標；在第一感光陣列上捕捉通過第二光束髮射並反射離開第一目標、第二目標和第三目標的一部分光線；根據反射離開第一目標、第二目標和第三目標中的每個目標的一部分光線，獲得感光陣列上的光點位置；分別確定第一感光陣列上的第一光點位置、第二光點位置和第三光點位置與第一目標、第二目標和第三目標的名義坐標之間的對應關係；至少部分地基於第一光點位置和第一目標的名義坐標，將第一光束引導到第一目標；利用絕對距離計量儀、第一角度變換器和第二角度變換器測量第一目標的三維坐標；至少部分地基於第二光點位置和第二目標的名義坐標，將第一光束引導到第二目標；利用絕對距離計量儀、第一角度變換器和第二角度變換器測量第二目標的三維坐標；至少部分地基於第三光點位置和第三目標的名義坐標，將第一光束引導到第三目標；利用絕對距離計量儀、第一角度變換器和第二角度變換器測量第三目標的三維坐標；至少部分地基於測量的第一目標、第二目標和第三目標的三維坐標以及至少一個附加點的名義坐標，確定第一參考框架中至少一個附加點的三維坐標；以及存儲確定的至少一個附加點的三維坐標。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013]下面參照附圖，所示的示例性實施例不應解釋為對本公開的全部範圍的限制，並且其中，在若干附圖中對元件類似地編號:
[0014]圖1是根據實施例的雷射跟蹤儀、輔助單元和外部計算機的立體圖；
[0015]圖2是根據實施例的圖1的雷射跟蹤儀的立體圖，該雷射跟蹤儀具有附加的窄視場相機和關聯光源；
[0016]圖3示出三維矢量圖的二維表示；
[0017]圖4A是在圖1的雷射跟蹤儀的剛性結構部分上設置的寬場定位器相機的正視圖，其中剛性結構被旋轉，以使得定位器相機能夠同時觀看多個回射器目標；
[0018]圖4B是沿著圖4A的線410-410看去、圖4A的定位器相機的剖視圖；
[0019]圖5A是在雷射跟蹤儀對物體上的各種目標點自動進行測量下，關於要通過雷射跟蹤儀測量的物體的第一方位中、圖1的雷射跟蹤儀的立體圖；
[0020]圖5B是在雷射跟蹤儀對物體上的各種目標點自動進行測量下，在關於要通過雷射跟蹤儀測量的物體的第二方位中、圖1的雷射跟蹤儀的立體圖；
[0021]圖6示出根據實施例的雷射跟蹤儀中的電子處理器元件；
[0022]圖7是示出通過根據實施例的系統測量的步驟的流程圖；
[0023]圖8是示出通過根據實施例的系統測量的步驟的流程圖；
[0024]圖9是示出通過根據實施例的系統測量的步驟的流程圖；
[0025]圖10是示出通過根據實施例的系統測量的步驟的流程圖；
[0026]圖11是示出通過根據實施例的系統測量的步驟的流程圖；
[0027]圖12是示出通過根據實施例的系統測量的步驟的流程圖；
[0028]圖13是示出通過根據實施例的系統測量的步驟的流程圖；
[0029]圖14是示出通過根據實施例的系統測量的步驟的流程圖；以及
[0030]圖15是示出通過根據實施例的系統測量的步驟的流程圖。
【具體實施方式】
[0031]圖1示出示例性雷射跟蹤儀10。雷射跟蹤儀10的示例性萬向束控機構12包括天頂架14，天頂架14安裝在方位底座16上並繞方位軸20旋轉。載荷15安裝在天頂架14上並繞天頂軸18旋轉。在跟蹤儀10內部,天頂機械旋轉軸(未示出)與方位機械旋轉軸(未示出)在萬向點22正交,萬向點22通常是用於距離測量的原點。雷射束46虛擬通過萬向點22並垂直指向天頂軸18。換言之，雷射束46處於與天頂軸18垂直的平面。雷射束46通過跟蹤儀中的電機(未示出)指向期望的方向，電機繞天頂軸18和方位軸20旋轉載荷15。在跟蹤儀10內部，天頂和方位角度編碼器(未示出)附接於天頂機械軸(未示出)和方位機械軸(未示出)，並以較高的精度指出旋轉的角度。雷射束46傳向外部回射器26，例如上述球面安裝的回射器(SMR)。通過測量萬向點22與回射器26之間的徑向距離以及關於天頂軸18和方位軸20的旋轉角，在跟蹤儀的球面坐標系中找到回射器26的位置。
[0032]雷射跟蹤儀10是具有裝置參考框架30的裝置。裝置參考框架可將萬向點22作為其原點。參考框架可關於方位底座16固定，方位底座16通常關於環境靜止。裝置參考框架可通過各種坐標系表示。一種坐標系是有三個垂直軸x、y和z的笛卡爾坐標系。另一種坐標系是球面坐標系。球面坐標30中的點74在球面坐標系中可通過一個徑向距離73
(r)、第一(天頂)角72 ( Θ)以及第二 (方位)角71 (P)表示。角度Θ通過利用將點74
投射在z軸上獲得。角度朽！過利用將點74投射在x-y平面上獲得。雷射跟蹤儀10固有地在球面坐標系中進行測量，但是在球面坐標中測量的點可以容易地轉換為笛卡爾坐標。
[0033]目標26可以與待測物體(object under test)61接觸。待測物體61具有物體參考框架40。物體參考框架例如可以用笛卡爾坐標x、y和z來表示。物體參考框架40的X、I和z軸隨著物體61移動，不一定與裝置參考框架30的對應裝置軸X、y和z平行。目標26可以被放置為在點63與物體表面61接觸。為了找到點63的三維(3D)坐標，跟蹤儀首先利用其已經測量的距離和兩個角度確定目標26的中心。這也可以用於說明回射器參考點(例如，立方隅角頂點)關於目標26的球面接觸表面的中心的矢量偏移。為了從目標中心移動到工件表面，中心點位置偏移一個等於球面目標表面半徑的量。在實施例中，通過測量靠近接觸點63的若干點，找到偏移方向，以確定點63處的表面法線。
[0034]雷射束46可包括一個或多個雷射波長。為了清楚和簡明起見，在下面的討論中採取圖1所示類型的轉向機構。但是，其他類型的轉向機構也可以。例如，可以從繞著方位軸和天頂軸旋轉的鏡子反射雷射束。作為另一個示例，可以利用諸如電流計電機這樣的致動器驅動的兩個轉向鏡來使光束轉向。在後一情況下，不需要提供方位和天頂機械軸就可以使光束轉向。這裡所述的技術不管轉向機構的類型如何都是可行的。
[0035]在示例性雷射跟蹤儀10中，將相機52和光源54設置在載荷15上。光源54照亮一個或多個回射器目標26。在實施例中，光源54是通過電學方式驅動以重複發射脈衝光的LED。每個相機52包括感光陣列以及放置在感光陣列前面的透鏡。感光陣列例如可以是CMOS或CXD陣列。在實施例中，透鏡具有較寬的視場，例如30或40度。透鏡的目的是在感光陣列上形成透鏡視場中物體的圖像。通常，在相機52附近放置至少一個光源54，因此，來自光源54的光線反射離開每個回射器目標26到相機52上。(為了以能夠在相機52上看見的方式照亮回射器目標，光源54必須靠近相機；否則反射光將以過大的角度反射並錯過相機。)通過這種方式，容易將回射器圖像與感光陣列上的背景相區別，因為它們的圖像光點比背景物體更亮，並且是脈衝的。在實施例中，在雷射束46周圍放置兩個相機52和兩個光源54。通過以這種方式使用兩個相機，可以利用三角測量原理來找到相機視場中任何SMR的三維坐標。此外，當SMR點到點移動時，可以監測SMR的三維坐標。在Bridges等的美國公開專利申請N0.2010/0128259中描述了為此目的使用兩個相機，通過參考將其內容合併於此。
[0036]輔助單元50可以是雷射跟蹤儀10的部件。輔助單元50的目的是向雷射跟蹤儀本體提供電功率，在某些情況下還向系統提供計算和計時能力。通過將輔助單元50的功能轉移到跟蹤儀本體，可以完全去除輔助單元50。在大多數情況下，將輔助單元50附接於通用計算機60。載入通用計算機60的應用軟體可以提供諸如逆向工程這樣的應用能力。通過將通用計算機60的計算能力直接建立在雷射跟蹤儀10中，也可以完全去除通用計算機60。在這種情況下，可將可能提供鍵盤和滑鼠功能的用戶接口建立在雷射跟蹤儀10中。輔助單元50與計算機60之間的連接可以是無線的，也可以通過電線的線纜。計算機60可以連接到網絡，輔助單元50也可以連接到網絡。通過計算機60或輔助單元50，可將多個儀器(例如多個測量儀器或者致動器)連接在一起。在實施例中，省略輔助單元，並在雷射跟蹤儀10與計算機60之間直接進行連接。
[0037]在本發明的替代性實施例中，雷射跟蹤儀10可以同時利用雷射跟蹤儀10上的寬視場(FOV)和窄FOV相機52兩者。下面描述同時使用這種相機的各種示例性方法。
[0038]在第一實施例中，圖1中其中一個相機52是窄FOV相機，而另一個相機52是寬FOV相機。通過這種配置，寬FOV相機52在較寬的角度範圍裡識別回射器目標26。雷射跟蹤儀10在特別選擇的回射器目標26的方向上轉動光束46，直到回射器目標26在窄FOV相機52的FOV中。然後雷射跟蹤儀10可以執行下述方法，利用雷射跟蹤儀10上安裝的兩個相機52上的圖像，找到回射器目標的位置。這樣做是為了找到對回射器目標26位置的最佳估計。
[0039]在圖2所示的另一實施例中，兩個相機52都是寬FOV相機。此外，還有窄FOV相機58和鄰近光源56。兩個寬FOV相機52確定回射器目標26的三維位置，並使跟蹤儀光束46轉向目標26。當窄FOV相機58也看見回射器目標26時，將全部三個相機52、58提供的信息都用於計算回射器目標26的三維位置。
[0040]在另一實施例中，將圖1中的兩個寬FOV相機52用於確定目標的位置並使雷射束轉向它。與授予Bridges等的上述美國專利N0.7，800, 758 (『758)(通過參考合併於此)的圖2和圖7中所示的方位相機210相類似，方位相機觀看被照亮的回射器目標26周圍的小區域。通過觀察回射器26在方位相機210的感光陣列中的位置，雷射跟蹤儀10可以立即將雷射束46引導到回射器26的中心。
[0041]下面描述利用圖1和圖2的、安裝在雷射跟蹤儀10前面的兩個相機52上的圖像找到回射器目標的方法。
[0042]與雷射跟蹤儀10相關聯的5個參考框架:繞載荷15旋轉的載荷參考框架；繞天頂架14旋轉的方位參考框架；關於方位底座16固定的跟蹤儀世界參考框架；以及兩個相機參考框架。方位底座16關於其環境靜止。相機52包括透鏡系統(未不出)和感光陣列(未示出)。圖4A至圖4B中給出包含透鏡系統和感光陣列的相機的典型說明。
[0043]在實施例中，載荷參考框架的原點在萬向點22,位於沿著方位軸的點；與天頂方向平行的y軸；與y軸垂直且近似平行於雷射束的X軸；以及垂直於X軸和y軸的z軸。相機52關於載荷參考框架固定。[0044]在實施例中，方位參考框架的原點在萬向點22 ;沿著方位方向的z軸；與天頂軸平行且垂直於z軸的y軸；以及垂直於y軸和z軸的X軸。
[0045]在實施例中，跟蹤儀世界參考框架的原點在萬向點22 ;沿著方位軸的z軸；在將方位軸的角度設置為零度時與z軸垂直且平行於天頂軸的I軸；以及垂直於I軸和z軸的X軸。
[0046]在實施例中，相機參考框架的X軸是相機中透鏡系統的光軸。I軸和z軸垂直於X軸並相互垂直，且分別對準相機52中感光陣列的像素的行和列。
[0047]在雷射跟蹤儀10中，天頂角和方位角分別是關於天頂軸和方位軸旋轉的角度，且分別通過天頂編碼器和方位編碼器測量。知道載荷參考框架中相機光軸的方程以及天頂角和方位角以後，就可將5個參考框架(載荷參考框架、方位參考框架、跟蹤儀世界參考框架以及兩個相機參考框架)的任何一個變換為任何其他參考框架。通常利用變換矩陣來實現這一點，變換矩陣是4X 4矩陣，包括3 X 3旋轉矩陣和實現平移的縮放分量。變換矩陣的使用為本領域技術人員所公知。
[0048]相機52和光源54用於找到載荷參考框架或任何其他參考框架中一個或多個回射器目標26的位置。如果需要的話，可通過雷射跟蹤儀10自動獲取這些目標。
[0049]下面描述在載荷參考框架中找到回射器目標的方法。方法中第一步驟是打開光源54以照亮回射器26，並在相機52上形成圖像。在某些情況下，可以暫時關閉照明，並得到照亮場景與非照亮場景之間的差異。通過這種方式，可以移除背景特徵，使得能夠更清楚地揭示回射器目標。第二步驟是使用處理器(例如處理器50)，對相機52感光陣列上的每個回射器光點計算中心點。例如中心點可被計算為圖心。第三步驟是對每個中心點建立相機參考框架中的方向。在最簡單的近似下,通過在中心點與相機52的透視中心之間畫線來找到方向。更複雜的分析可以在確定方向時考慮透鏡系統的像差。第四步驟是將透視中心的坐標以及用於每個中心點的方向轉換為載荷參考框架。第五步驟是通過解聯立方程，對載荷參考框架中回射器目標26的位置找到最佳估計，如下所述。
[0050]對於每個回射器目標26，中心點形成在兩個相機52的每個相機的感光陣列上，並且從這些中心點開始，可以構造指示從每個相機到回射器目標26的方向的線。在理想情況下，兩條線在一個點相交，但是通常，兩條線是不精確相交的偏斜線。通過確定最近路徑的線段，找到對兩條偏斜線的相交位置的最佳估計。最近路徑的線段垂直於兩條偏斜線的每一個，並且短於與兩條偏斜線垂直的任何其他線段。通常，對回射器目標26位置的最佳估計是最近路徑的線段的中點。
[0051]圖3示出三維矢量圖的二維表示。例如在從上向下觀看跟蹤儀和回射器目標的俯視圖中可以獲得這種表示。點O是載荷參考框架的原點。矢量P和R從雷射跟蹤儀的原點分別延伸到第一相機和第二相機。矢量U表示通過第一相機的透視中心、並具有根據上述方法中第三步驟計算的方向的線。矢量V表示通過第二相機的透視中心、並具有根據上述方法中第三步驟計算的方向的線。矢量C表示從矢量U上的第一點延伸到矢量V上的第二點的線段。矢量C垂直於矢量U和V。
[0052]找到矢量C端點的一種方式是利用方程式:
[0053]P+u U+c C=R+v V， (I)
[0054]其中包括標量量U、c和V以及矢量量P、U、C、R和V。[0055]此外，矢量C服從約束:
[0056]C=UXV, (2)
[0057]其中X是叉乘運算符。矢量方程(I)可以通過X寫為第一方程，通過y寫為第二方程，通過z寫為第三方程。利用公知的叉乘公式，可以根據U和V的x、y和z分量寫出矢量C。C的x、y和z分量被代入第一方程、第二方程和第三方程。結果是x、y和z的三個方程，其中所有矢量都是已知的，只有三個標量u、v和c留待確定。因為有三個方程和三個未知數，所以可以確定三個值。
[0058]沿著最近路徑的線路連接矢量U和V的線段的三維端點坐標Q1和Q2通過以下給出:
[0059]Q^P+u U, (3)
[0060]Q2=R+v V。 (4) [0061]兩條線的交點的最佳估計Q通過以下給出:
[0062]Q=(QfQ2)/^ (5)
[0063]如果需要的話，可以使用其他數學方法來找到交叉點的最佳估計Q。例如，可以使用最優化程序來找到Q1和Q2的值。
[0064]關於雷射跟蹤儀10描述上述方法，雷射跟蹤儀10具有從載荷15發射的光束46，載荷15關於天頂軸18旋轉。但是，其他類型的機械轉向機構也可以。例如，可以用轉向鏡代替載荷15。通過這種方式，從方位底座16將光束引導向上。光束到達轉向鏡並反射出跟蹤儀外殼。附接於天頂機械軸的電機旋轉轉向鏡，以在期望方向上瞄準光束。在本實施例中，用鏡子參考框架代替載荷參考框架，但是分析相同。
[0065]也可以使用不附接於雷射跟蹤儀載荷的一個或多個相機。這些相機可以附接於方位架14，或者將它們全部獨立於雷射跟蹤儀安裝。找到相機與雷射跟蹤儀的參考框架之間關係的方法可通過與上述類似的方式找到:可通過相機並通過雷射跟蹤儀測量某些數量的點，並使用測量結果來建立適當的變換矩陣。
[0066]再參照圖2，因為在多數情況下窄FOV相機58具有較小的被每個像素覆蓋的角度範圍，所以優選為窄FOV相機58的讀數賦予更多的權重。做到這一點的簡單方法是修改上述方程式(5)。例如，如果窄FOV相機58的FOV是寬FOV相機58的FOV的四分之一，那麼代替上述方程式(5)使用的合理方程式可以是:
[0067]Q=0.20^0.8Q2 (6)
[0068]可以使用的另一種數學方法是最小平方最優化程序，以找到對於回射器目標26的最佳估計，但是相比於寬FOV相機52的讀數更多地強調窄FOV相機58的讀數。
[0069]參照圖4A和圖4B，定位器相機400允許雷射跟蹤儀10迅速確定雷射跟蹤儀10的較寬視場中多個回射器的近似位置。多個相同的光源401設置在包圍透鏡402的環上。或者，可以使用更少的光源甚至單個光源。各個光源發射本質上非相干光440的重疊圓錐，共同構成光錐。每個回射器將來自光錐的一部分光線反射回定位器相機400，作為光束。圖4B示出光束457的其中一個。透鏡402將光束457聚焦為感光陣列404表面上的光點。感光陣列404與透鏡402的前主平面相距透鏡的焦長f。
[0070]電線441將來自雷射跟蹤儀10中電源(例如輔助單元50)的電力提供給發射器401和感光陣列404。此外電線441將來自感光陣列404的像素數據傳輸給通用計算機60，例如用於分析。計算機60分析感光陣列404上的光線圖案，以確定感光陣列404上中心點452的位置。此外計算機60進行通過回射器返回的其他光束形成的圖案的這種分析。換言之，通過透鏡402將反射光束聚焦為感光陣列404上的圖案。計算機60分析這些圖案，以確定每個圖案的中心點。根據中心點的位置，可以確定到每個回射器的近似角度方向。
[0071]假定感興趣的回射器是多個回射器中的特定回射器。如果目的是獲取目標並通過雷射跟蹤儀測量目標位置，可以進行以下程序。啟動電機，轉動載荷，直到雷射束瞄準特定回射器的近似方向。如果目標位置的估計足夠好，則光束直接鎖定目標並開始目標的跟蹤。如果目標位置的估計不夠好，一種可能性是啟動搜索，其中通過系統的方式改變雷射束的方向。例如，可以沿著螺旋圖案來使雷射束轉向。當雷射束與目標相交時，雷射跟蹤儀中的位置檢測器感測反射光線。來自位置檢測器的信號提供足夠的信息，使得電機能夠將載荷直接瞄準特定回射器的中心。另一種可能性是操作者直接抓取雷射跟蹤儀的機械機構，例如載荷，並且手動引導光束朝向感興趣的回射器。在一個實施例中，如果操作者將光束引導到充分靠近回射器中心，則LED開始在跟蹤儀前面閃光。如果光束更加靠近，則光束開始鎖定回射器目標。如果光束不是很充分地靠近回射器中心以鎖定目標，那麼可以進行快速搜索程序，以定位回射器目標。
[0072]在雷射跟蹤儀10上有兩個或更多個定位器相機52的情況下，通常可以通過上述的立體相機計算，直接建立回射器目標26與相機52的感光陣列上出現的目標中心之間的一一對應關係。類似地，如果將單個相機52放置在雷射跟蹤儀中的方式使得通過目標26反射的光線在雷射跟蹤儀的光軸上傳向相機，則相機與相機之間的視差被消除，並且通常可以建立回射器目標與相機的感光陣列上出現的目標中心之間的 對應關係。如果使用單個相機，可以使用替代性方法來建立目標中心與回射器目標之間的一一對應關係。一種方法涉及將方位軸轉動到不同的角度，並觀察單個相機52的感光陣列上位置的改變。當方位角改變時，感光陣列上中心的位置將改變一個取決於從雷射跟蹤儀10到回射器26的距離的量。對於方位角的給定變化，當與回射器的距離增加時，在感光陣列上兩個中心之間的改變減少。通過改變雷射跟蹤儀的天頂角而不是方位角，可以進行類似的程序。這種程序的更詳細描述參照美國專利申請N0.2011/0260033 (『033)的圖18描述，通過參考將該申請合併於此。
[0073]在某些情況下，雷射跟蹤儀上的一個或多個相機足夠準確，以將來自雷射跟蹤儀的光束引導到充分靠近回射器目標的中心，使得反射回到雷射跟蹤儀的光束被位置檢測器拾取，從而導致雷射束開始跟蹤目標。在這種情況下，控制雷射跟蹤儀的軟體可以自動將來自跟蹤儀的光束引導到每個目標，使得雷射跟蹤儀距離計量儀和角度編碼器的較高精度被變換為三維坐標值。在其他情況下，雷射跟蹤儀上的一個或多個相機不一定足夠準確到立即將來自雷射跟蹤儀的光束引導到充分靠近回射器目標的中心，使得位置檢測器能夠立即檢測光束並開始跟蹤。在這種情況下，來自雷射跟蹤儀的光束可以瞄準目標，並且光束在搜索圖案中被引導，以定位目標，如上所述。通過對測量體積內的每個目標重複該程序，可以對每個目標點獲得比較準確的三維坐標。目標點的比較準確的三維坐標是重要的，因為它們使得控制雷射跟蹤儀的軟體能夠有效地進行目標點的自動測量，不需要進行中間目標搜索。
[0074]如同上述討論所建議的，本發明的某些方面要求獲得通過雷射跟蹤儀上的一個或多個相機觀看到的目標點與回射器目標點的三維坐標的列表之間的一一對應關係。下面描述獲得目標點的三維坐標的列表的一些方法。在某些情況下，列表具有名義三維坐標，其與實際的三維坐標差一個較大的量。在其他情況下，列表可具有較準確的三維坐標。
[0075]在一個實施例中，根據描述物體上目標位置的CAD模型獲得雷射跟蹤儀與待測物體上目標點之間三維坐標的列表。
[0076]在另一個實施例中，通過對相機觀察的每個點進行三維測量來獲得目標點與三維坐標的列表之間的一一對應關係。可以在當前測量階段之前進行這種三維測量。
[0077]在某些情況下，一個或多個相機上目標點的圖像可能過於接近地分開，而不能立即確定目標點與相機圖像上光點之間的一一對應關係。在這種情況下，可利用上述方法，通過雷射跟蹤儀來測量點。例如，雷射跟蹤儀可以將光束引導到目標。然後雷射跟蹤儀可以直接測量目標位置，或者，如果必要的話，通過搜索程序的幫助來測量目標位置。
[0078]本發明的重要方面是雷射跟蹤儀的參考框架與待測物體的參考框架之間關係的建立。表達相同構思的另一種方式是說，重要的是有一種將雷射跟蹤儀參考框架轉換為待測物體參考框架或者反之的方法。
[0079]這裡教導了用於建立這種關係的三種方法。在第一方法中，通過雷射跟蹤儀測量至少三個回射器目標點。在第二方法中，通過雷射跟蹤儀測量至少兩個目標點，此外通過雷射跟蹤儀和待測目標中每一個上設置的傾角計測量至少兩個傾角。在第三方法中，通過具有六DOF測量能力的雷射跟蹤儀測量單個六自由度(DOF)相機。通過組合根據三種方法的任意方法獲得的信息，可將雷射跟蹤儀置於待測物體的參考框架中。同樣，可將待測物體置於雷射跟蹤儀的參考框架中。
[0080]下面對基於上文所述測量的信息的獲得，將待測物體置於跟蹤儀參考框架的方法給出簡單說明。對於雷射跟蹤儀測量三個回射器目標點的情況，通過允許三個測量點的其中一個作為待測物體的局部參考框架的原點，允許第二個測量點建立X軸，並允許第三個測量點建立y方向的分量，可以建立待測物體的局部坐標系。y軸被取為通過原點並垂直於X軸。z軸被取為通過原點並垂直於X軸和y軸，且方向根據右手定則而定，這為本領域技術人員所公知。待測物體可具有本身的參考坐標系，通過CAD製圖建立。例如，CAD製圖可具有建立原點、X軸、y軸和z軸的數據。為了將CAD製圖置於雷射跟蹤儀的參考框架中，或者同樣地，將雷射跟蹤儀置於CAD製圖的參考框架中，通常獲得三個變換矩陣。變換矩陣通常為4X4矩陣，包括3X3矩陣旋轉矩陣以及說明參考框架相對於其他參考框架的平移的縮放分量。在上述情況下，按照特定順序將三個變換矩陣一起相乘，以獲得總變換矩陣，將測量值或CAD值變換為期望的參考框架。變換矩陣的使用為本領域技術人員所公知，這裡不再描述。
[0081]對於除了雷射跟蹤儀和待測物體的傾斜角度之外，雷射跟蹤儀還測量至少兩個回射器目標點的三維坐標的情況，通過允許第一回射器目標點作為待測物體的局部原點，並允許從第一目標點到第二目標點的方向建立待測物體的局部X軸，可以建立待測物體的局部坐標系。如果設置在雷射跟蹤儀和待測物體上的傾角儀分別測量兩個垂直傾角以及重力矢量，那麼就可以再次使用本領域技術人員所公知的旋轉方法，旋轉待測物體，以排列兩個重力矢量。因為關於提供待測物體的局部X軸與通過CAD模型定義的X軸之間的適當對應關係的重力矢量，只有一種可能的旋轉，所以可以消除關於重力矢量的旋轉角度的不明確性。只要通過雷射跟蹤儀測量的兩個回射器目標點的三維坐標不形成與重力矢量一致的直線，這種方法就有效。
[0082]觀察參考框架之間的變換的另一種方式是考慮測量值提供的自由度的數量。例如，當雷射跟蹤儀測量第一回射器目標點時，就說在三個自由度上約束了待測物體的可能移動，因為對於待測物體上的點，已經建立了與X、y和Z坐標相對應的第一、第二和第三自由度。在物理上，這種約束將測量點的位置空間固定，但是允許待測物體在關於該點的任何方向上旋轉。當雷射跟蹤儀測量第二回射器目標點時，就說在附加的兩個自由度上約束了待測物體的可能移動，因為待測物體不再具有以三個方位角的任一個旋轉的能力，而是被約束為關於連接第一與第二回射器目標點的直線旋轉。因此三個方位自由度被降低為一個方位自由度。對於5個自由度的總體約束，第一測量點約束三個平移自由度，而第二測量點約束兩個方位自由度。因為在這種情況下有一個未約束自由度，所以約束自由度和未約束自由度的總數為6。
[0083]對於雷射跟蹤儀和待測物體上的傾角儀分別測量相對於重力矢量的兩個傾角，並且雷射跟蹤儀測量僅一個目標點的三維坐標的情況，沒有足夠的信息來完全約束待測物體。兩個傾角儀約束兩個角度，但是不提供關於待測物體的旋轉(關於重力矢量的旋轉)的信息。換言之，兩個傾角儀約束兩個自由度。對於5個自由度的總體約束，通過雷射跟蹤儀測量的單個目標的三維坐標提供三個自由度的約束。因為完全約束需要6個自由度，所以測量值不提供完全約束，並且物體自由地繞重力矢量移動。
[0084]對於雷射跟蹤儀和待測物體上的傾角儀分別測量相對於重力矢量的兩個傾角，並且雷射跟蹤儀測量兩個目標點的三維坐標的情況，有足夠的信息來完全約束待測物體，只要兩個目標點不沿著重力矢量的方向建立直線。通過進行這種測量，就說待測物體被約束在6個自由度中，只要兩個目標點不沿著重力矢量的方向擺放。
[0085]對於兩個矢量沿著重力矢量的方向擺放的情況，就說待測物體被5個自由度約束，因為沒有足夠的信息來確定待測物體關於重力矢量的方位。注意，自由度的數量不能通過簡單地相加單個測量獲得的自由度的數量來確定。例如，單個點的測量約束3個自由度，但是兩個點的測量約束5個自由度，而不是6個自由度。此外注意，雷射跟蹤儀和待測物體上的傾角儀提供的兩個角度自由度不加入通過兩個回射器目標點的雷射跟蹤儀測量獲得的5個自由度，以獲得6個或7個自由度。這是因為通過傾角儀提供的兩個自由度與這樣的基本組不對應:該基本組獨立於通過雷射跟蹤儀測量的兩個目標點的基本組。換言之，單個剛體的完全約束需要三個平移自由度(例如，x、y、z)和三個方位自由度(例如，俯仰、翻滾和偏轉角)的約束。在上述情況下，對於關於重力矢量的旋轉(通常稱為偏轉角)沒有約束。在本申請中，應當將術語「自由度」理解為表示獨立的自由度。
[0086]應當理解，通過旋轉雷射跟蹤儀的方位軸和天頂軸，雷射跟蹤儀上的相機觀察到的目標可處於遠離相機視場(FOV)的區域。例如，雷射跟蹤儀上其中一個相機的FOV在方位角方向上可以是30度。但是，跟蹤儀的方位軸可以旋轉360度，因此將相機的有效FOV增加到360度。
[0087]本發明的實施例允許經過測量系統的(例如，雷射跟蹤儀、目標加工、SMR或其他雷射跟蹤儀目標、計算機系統、測量系統軟體以及可選擇地，連接到測量軟體的手持裝置或者遠程控制)有限訓練的操作者可選擇地經由計算機(例如，通用計算機60)跟隨一組提示和指令來設置雷射跟蹤儀，可選擇地將要求的加工中的SMR放置在待測量部分，以及可選擇地限定待測量的感興趣區域。然後測量系統可以自動測量目標點並產生結果。
[0088]本發明的幫助操作者實現更簡單和更迅速的測量的實施例是這樣一種方法:雷射跟蹤儀將處於期望測量位置的光束瞄準物體，提示操作者將SMR放置在期望位置的方法。例如，可以提示操作者將回射器目標放置在待測物體上的磁巢中。作為另一個示例，回射器可能被放置在錯誤的位置，並且可以通過來自雷射跟蹤儀的光束提示操作者將錯放的目標移動到正確位置。提示例如可以通過將光束依次從包含錯放目標的第一位置移動到待放置目標的第二位置做到這一點。
[0089]通過來自雷射跟蹤儀的光束給出的引導在設置階段期間也具有優點，在設置階段中，當雷射跟蹤儀測量目標位置的三維坐標時，操作者將SMR放置在指定位置。當CAD模型上給出的名義尺寸與待測物體的實際尺寸不對應時，看到這種優點。如果在設置期間確定了目標點準確的三維位置，就可以減少測量時間以及後面在處理中出現的測量誤差。
[0090]通過光束的指示的操作者動作的引導可以幫助消除誤差。例如，軟體中對雷射跟蹤儀的測試方案可以指示操作者按照特定順序來測量點。這種測量的結果可以被保存並用於獲得期望的關係一例如，兩個參考框架之間的關係、兩條線之間的長度或者兩個平面之間的角度。如果操作者按照錯誤的順序測量了初始點或者測量了錯誤的點，則軟體將不能得到期望的值，或者得到錯誤的答案。
[0091]在上述情況下，引導操作者將回射器目標放置在固定位置，該位置例如可以是磁巢或加工孔。但是，有另一種重要情況，其中操作者測量表面輪廓。可以測量這種表面輪廓，例如以確定表面的平面度或者球的直徑，或者可以測量兩個表面，以確定表面之間的角度。作為另一個示例，操作者可以測量被構造用於裝配汽車或飛機的工具的一部分。可將雷射跟蹤儀用於測量表面輪廓，以查看表面是否在設計容差內。如果不在，可以引導操作者按照適當的方式修改工具——例如，有可能通過從一個區域磨損材料。在將SMR用於測量表面輪廓的所有這些情況下，通過指出待掃描的區域，控制雷射跟蹤儀的軟體可以通過操作者極大地簡化和加速程序。通過使得雷射跟蹤儀引導光束將操作者要掃描的區域劃界，可以做到這一點。或者，可以跟蹤操作者在掃描過程中要跟隨的實際路徑。
[0092]雷射跟蹤儀也可以用於幫助複雜結構的裝配。例如，可能必須將多個組件附接於飛機的座艙。在很多情況下，實現這一點的成本有效方式是瞄準光束，指令裝配者在適當位置鑽孔或者進行其他操作。將組件附接之後，可以指令操作者掃描安裝件的輪廓，以確認正確地進行了安裝。為了幫助這種測量，可以使用一個或多個相機來識別待裝配物體上的回射器。這些回射器可用於將雷射跟蹤儀移動到待裝配物體的參考框架，這樣就使得雷射跟蹤儀能夠利用來自跟蹤儀的光束，引導裝配者的行動。
[0093]通過旋轉方位軸或天頂軸，雷射跟蹤儀上的一個或多個相機具有測量大的有效FOV中所有回射器目標的能力，如上所述。如果雷射跟蹤儀可到達的唯一目標是那些待測物體上的目標，則雷射跟蹤儀可通過觀察回射器目標，自動確定待測量的空間區域。另一方面，如果目標佔據若干物體，並非所有物體都是當前測量所感興趣的，那麼在某些情況下，操作者必須指出待測量的區域。在一個實施例中，操作者可以通過利用回射器將感興趣的區域劃界來指出待測量的區域。操作者可以例如通過進行回射器目標的四個連續移動以指出區域的上、下、左、右範圍，來實現這一點。在另一個實施例中，操作者可以手動移動雷射跟蹤儀的載荷(或等同結構)，以在感興趣的區域的上、下、左、右邊緣指示光束。可以指令操作者通過控制雷射跟蹤儀的軟體進行這些移動，或者，操作者可以給出姿態，以給出該信息，而不需要通過電腦程式引導這樣做。這些姿態例如可包括在指定的時間間隔裡，以預定圖案移動回射器目標。作為另一個示例，操作者可通過抓取載荷並將來自雷射跟蹤儀的光束直接向下移動，表明將區域劃界的願望。操作者可以通過移動載荷將期望的測量區域的上、下、左、右邊緣劃界，來跟隨這種初始移動。在其他情況下，控制雷射跟蹤儀的軟體可以進行目標匹配程序，其中，軟體識別對應於CAD模型或者對應於目標的三維坐標列表的回射器目標的集合。
[0094]在上述討論中，強調了雷射跟蹤儀使用光束幫助操作者進行測量的好處。下面考慮完全自動進行測量的好處。一個潛在的好處是，因為可以進行完全自動測量的速度，所以可將附加目標加入待測物體而不增加測試時間。通過在每個數據組中提供更多的點，軟體可以以更少的潛在誤差、更快地確定待測物體的期望幾何特徵。此外，在不需要用戶手動移動SMR的情況下，通過測量點集，降低了測量階段期間物體移位的可能。這樣進而降低了測量誤差的可能。
[0095]完全自動測量的潛在優點是，可以優化進行測量的順序。在待測物體上有很多目標位置的情況下，操作者可以根據點的相對接近度來測量目標位置，因為這是手動測量的最快程序。另一方面，在完全自動程序中，可以產生最準確和最魯棒測量結果的順序來進行測量。例如，數據線上的兩個點可以在大的待測物體的相對側。自動測試程序可以逐一測量這些廣泛分布的數據點，從而避免漂移並得到最準確的測量結果。
[0096]完全自動測量的另一個潛在優點是自動改裝的可能性。經常希望，周期性地測量在產品製造中使用的工具的特性。這種周期性測量幫助確保工具不彎曲，目標不移動等等。如果待測物體凸起，那麼在周期性測量過程中，控制雷射跟蹤儀的軟體會注意到這一點。軟體會相應地調用自動改裝程序，其中重建凸起目標的新位置。此外，自動改裝程序可以減少對剛性安裝(以將物體剛性夾持在工具上)的要求。更低的剛性要求使得對於構造和操作非常準確、可重複使用的工具的更低的成本。
[0097]自動改裝的另一個示例是用於待測物體在裝配線上的情況。這種物體可能不是正好在它已經完成電路並且已經返回雷射跟蹤儀用於檢查之後的相同位置上。雷射跟蹤儀可以測量參考點，以重建雷射跟蹤儀的參考框架與待測物體的參考框架的關係。
[0098]上述自動測量可能形成的一種能力是期望精度值的設置(可以通過用戶)，以驅動指定操作以及設置閾值用於警告和警報。例如，為期望精度而設置的值可以驅動:(1)穩定性檢查的頻率和容差；(2)自補償相對於全瞄準比較要求；(3)自補償的頻率和容差；(4)每個測量點的測量樣本數量的閾值；(5)在補償檢查之前的環境溫度變化限度；(6)對於排列和位置移動的可接受結果的容差；以及(7)漂移檢查的頻率和容差。
[0099]或者，可以單獨設置這些值的每個值。可以基於不同的應用和操作條件來設置值的矩陣，並且可將它們保存並作為測量輪廓取回。
[0100]下面考慮設置程序包括通過操作者的合作而不是完全自動化的示例。對於期望的測量位置，雷射跟蹤儀10瞄準物體上期望的位置，以放置SMR。在第一實施例中，在將SMR放置在光束中時，操作者將SMR夾持在手中，從而使得光束能夠鎖定SMR。將SMR放置在物體上(例如，在磁巢上)之後，雷射跟蹤儀測量三維坐標並將光束移動到下一個目標位置。在第二實施例中，操作者將回射器就放在物體上，例如可以在磁巢上。如果光束沒有立即鎖定回射器，操作者例如通過在回射器目標前面移動一隻手，給出信號，從而導致目標在相機的視野中閃光。跟蹤儀搜索SMR並迅速測量SMR位置。然後跟蹤儀前進到下一個名義點，就目標放在物體上哪個地方指引操作者。第三實施例類似於第二實施例，除了如果沒有立即發現目標，雷射跟蹤儀不進行搜索之外。與之不同，當操作者在回射器目標前面移動一隻手時，雷射跟蹤儀將光束引導到下一個目標位置。在初始設置過程中，例如通過將每次測量時間限制為大約0.1秒，使得所有測量比較迅速是可以接受的。
[0101]可將可能超過100個的大量回射器目標用於測量工具上的點。在某些情況下，操作者可能希望一次只放一部分回射器(例如，一次25個回射器)，以節省購買回射器的錢。測量周期被定義為將可用的回射器目標(例如，25個目標)設置在工具上並通過雷射跟蹤儀進行測量的周期。
[0102]如果SMR還沒有附接於待測物體，操作者或者以手動方式，或者利用雷射跟蹤儀10提供的指引，將SMR放在物體上。然後，跟蹤儀可以進行穩定性和參考系統檢查。可通過測量一個或多個點來進行穩定性檢查。在實施例中，跟蹤儀連同體積中心最近的一個點一起，在測量體積的最邊界測量兩個或更多個點。雷射跟蹤儀10以更短或越來越長的持續時間(更多樣本)自動得取一系列點，以確定樣本的最佳數量來獲得期望的精度(操作者在系統中設置該數量)。用於逐點樣本的系統設置被設置為該值。系統將具有選擇以重新檢查經過一定時間周期之後的穩定性、在每個周期的開始和/或結束時測量的點的數量。經過第一次測量參考點(最小值為3)之後，在周期結束時可以重新測量它們以檢查移動，或者在每個周期開始時可以重新測量它們，以將雷射跟蹤儀重新定向到該部件，校正在移動SMR時可能通過操作者引入的物體的任何移動。檢查可能的移動的更簡單和更迅速的方法是將單個點放在物體上，將第二點放在其他地方；例如放在地板上。這些位置總是將SMR包含其中，並且測量系統可以在整個測量階段周期性地檢查它們。一種方式是，除了每個周期的開始和結束之外，在測量階段以特定的時間間隔進行檢查。最小限度的執行將在每個測量階段的開始和結束時測量這些漂移點。
[0103]測量系統逐個系統設置地自動測量所有要求的點。雷射跟蹤儀的用戶光線可以在測量每個點之後閃現LED圖案，就移動或失敗點警告操作者。如果點失敗，操作者可以通過在跟蹤儀的FOV中的任何目標之前揮手，中止自動測量。相機系統將登記響應於閃光的光源54產生的單個目標的閃光的中斷並且暫停測量。操作者可以將手保持在超差點之前，使得它可以調節。然後雷射跟蹤儀瞄準期望的點。數字式讀出指引操作者調節工具超差的部分。在完成調節時，操作者可以給出另一個姿態(例如在SMR之前移動手)，指令雷射跟蹤儀重新測量點，並繼續測量其餘點。通過標記SMR或者在物理上移動系統的方位軸或天頂軸，就可以執行全部的測量處理，因此操作者不需要使用遠程控制、滑鼠或鍵盤。
[0104]參照圖5和圖6，關於要通過雷射跟蹤儀10測量的物體500，分別示出圖1或圖2的雷射跟蹤儀10沿第一方位和第二方位的立體圖，雷射跟蹤儀10自動進行物體500上各種目標點(例如SMR26)的測量。物體500可以是任何類型的較大物體，例如架子，架子是汽車裝配線的部件。但是，這只是示例性的；物體500可以是任何類型的加工或完成的產品。如上所述，物體500具有多個目標點26，例如SMR26，根據本發明的實施例，多個目標點放置在物體500的各種位置上。SMR也可以放在通過物體500夾持的組件上。[0105]圖5A示出物體500上各種位置的多個SMR26。此外示出雷射跟蹤儀10將其雷射束46瞄準這多個SMR26。此外，圓錐510表示當相機(多個相機)觀察一部分物體500時雷射跟蹤儀10的一個或多個相機52、58的視場。
[0106]圖5B類似於圖5A，但是現在雷射跟蹤儀10關於物體500轉變方向，此外在圖5A中的特定位置的物體500上的某些SMR26已經移動到圖5B中物體500上的其他位置。此夕卜，相機(多個相機)52、58的視場的圓錐關於物體500處於不同的方位。這使得相機(多個相機)52,58能夠捕捉物體500上其他的附加目標點26。通過兩種方式的任何一種都可以實現目標向兩個不同位置的移動。在裝配線上，架子可以移動一個小量，以允許雷射跟蹤儀透視中的變化，如圖5和圖6所示。對於靜止工具，可以移動雷射跟蹤儀，以實現有可能從視野中隱藏的點的測量。
[0107]由於被測物體500的尺寸以及所期望的精度，如果不解決的話，物體500的環境溫度可以變為測量誤差的來源。例如，金屬結構在它們變熱時膨脹。此外，通常將物體的名義值(例如CAD文件)設置為受控室處於20攝氏溫度或68華氏溫度範圍的溫度。如果被測物體高於這個溫度，那麼它將在實際上更大。如果知道部件材料和溫度，通過向測量工作應用縮放係數並將測量數據調回設計溫度來調節此差異，或者通過測量參考點並在變換工作時應用縮放係數來調節此差異是常例。
[0108]在自動測量階段(其中使用並測量參考點26)，操作者可以通過軟體中的設置指示，在變換工作時總是應用縮放係數。這種實例的問題在於，如果物體的幾何改變、彎曲等等，則自動縮放方法可通過改變工作的標度來減少這種誤差。第二方法可以使用放置在物體上的材料傳感器，並讓操作者輸入膨脹係數或材料類型，系統基於這些輸入，就可以確定標度。但是，自動系統可以操作的優選方法是，比較這兩種方法，如果任意變化超過期望的系統精度，就警告操作者。操作者可以在物體上放置一個或多個材料傳感器。系統經由內部跟蹤儀傳感器或者外部傳感器，可以檢查環境溫度。如果差異大到足以使得部件在測量階段期間膨脹或者收縮，則系統警告操作者，以允許物體浸泡在環境中，並延遲測量，直到物體溫度穩定。測量工作可包括材料類型和/或材料的膨脹係數。系統測量物體上的參考點，並將它們的值與名義值或期望值進行比較。
[0109]在變換處理期間，系統基於測量向名義的變換計算縮放係數，並基於材料類型和材料溫度傳感器計算標度。如果在兩種標度計算之間有不可接受的差異，則操作者被警告，並且測量階段停止。這種差異可以指示出現了以下情況的其中之一，並且系統不能按照期望的那樣測量工作；(I)材料溫度傳感器(多個傳感器)和/或空氣溫度傳感器(多個傳感器)可能有缺陷並產生錯誤的值；(2)或者更一般的原因可以是，物體幾何形變到參考點26不再處於物體上的設計位置的程度。當自動縮放趨於隱藏這些誤差並在整個工作中引入不確定性或誤差時，這樣比較難以在當前的測量階段檢測。如果參考點有誤差，傳統的整個工作將稍微地離開名義移位，並且這使得一些點不正確地失敗。如果需要最高精度，那麼在測量階段期間，可以通過系統進行附加檢查，以將部件的膨脹或收縮最小化。
[0110]相對而言，大多數自動系統可以使用雷射跟蹤儀10上的立體相機52來確定深度和位置，以估計SMR26的位置。在實施例中，操作者將SMR26放在物體500上並手動將它們瞄準雷射跟蹤儀10的方向。操作者按照軟體所提示的，通過手動將跟蹤儀10的方位軸和天頂軸移動到測量體積的相對極端點，來指示期望的測量體積。軟體提示操作者將跟蹤儀頭部和雷射束46移動到最右邊的點；然後操作者移動跟蹤儀頭部。當移動穩定特定的時間量(例如2秒)之後，系統記錄位置。軟體提示用戶將跟蹤儀頭部移動到期望體積的最左邊、最上邊和最下邊。
[0111]如果指示的體積超過跟蹤儀10上相機系統52的最寬視場的範圍，則跟蹤儀執行整個體積的編程掃視/環視，找尋SMR26或目標。如果需要的話，這種編程掃視/環視將在整個測量階段重複，以監測SMR的狀態或者找尋給系統的用戶輸入。利用立體相機52，雷射跟蹤儀10估計測量體積中每個點的XYZ位置。測量系統軟體對於跟蹤儀與點集之間的變換計算第一近似。然後跟蹤儀瞄準期望的點。如果有任何點從測量設備看不見，跟蹤儀10就通過跟蹤儀前面的LED (未示出)閃現誤差，然後瞄準目標26錯過、誤瞄或者被其他物體混淆的位置。跟蹤儀可以在固定的圖案中移動，以使得位置對於操作者而言更加可見。一旦該點被校正，操作者就可以標記SMR26，並且系統將知道測量位置並繼續進行處理。同樣是自動地，跟蹤儀10瞄準並使用相機系統52或者傳統的搜索系統來鎖定和測量每個目標26。
[0112]如上所述，在將光束指向目標位置時，在圖案中移動光束而不是以固定角度瞄準它有時候可能是好的想法。例如，考慮磁巢位置脫離待測物體頂部的情況。在這種情況下，直接指向目標位置(即，當放置在磁巢中時回射器目標的中心)的光束可以被操作者看見，因為它可以在其路徑上不撞擊任何東西的情況下通過物體。通過在圖案中移動光束，可以使得SMR的期望位置被看見。
[0113]如果雷射跟蹤儀10配置一個或多個寬視場(WFOV)相機以及一個或多個窄視場(NFOV)相機，則系統可以通過WFOV相機確定SMR26的一般位置並瞄準點26。如果雷射束46不碰撞目標26的中心，接近到足以使得跟蹤系統鎖定目標，就可以執行一個或多個以下處理。(I)跟蹤儀可以根據WFOV相機再評估位置，並再次瞄準靜止點。(2)跟蹤儀可以切換為NFOV相機並重新計算目標的光學中心以及瞄準這個計算的中心並嘗試通過跟蹤系統獲取目標。(3)如果跟蹤儀裝備有NFOV相機上的光學縮放功能，並且NFOV相機不能在從WFOV相機改變之後看見目標(WFOV位置計算導致跟蹤儀瞄準具有足以使得NFOV相機(不能看見SMR的誤差的位置)，NFOV相機可以縮小目標可見的點，然後計算光學中心並正確地瞄準跟蹤儀。
[0114]可以重複這些處理的任意個直到重新獲取目標，優點是，與使用雷射束和位置傳感器的傳統瞄準和搜索方法相比，使用WFOV相機與NFOV相機的組合(這裡稱為相機系統)可以更快。
[0115]在本發明的其他實施例中，另一種測量程序可以是在軟體的指引下，將測量結果與允許容差進行比較。雷射跟蹤儀10可將工具上的目標點之間的名義(CAD模型)尺寸與通過雷射跟蹤儀測量的尺寸進行比較。如果名義尺寸與測量尺寸之間的誤差超過容差值，跟蹤儀可以採取動作。該動作可以如同重新測量點或者用更長的時間測量點一樣簡單。跟蹤儀也可以進行雙面測量，確保沒有跟蹤儀精度的問題。在替代方案中，通過跟蹤儀採取的動作可以是向操作者發送誤差消息、發出嘟嘟聲、閃光、甚至關閉生產線直到操作者檢查穩定性、進行調節或者例如，替換有缺陷的目標。
[0116]雙面測試的實施例如在Cramer等的美國專利N0.7，327，446 (『446)中所述，這裡通過參考將其全部內容合併於此。跟蹤儀10進行一個或多個目標點26的雙面測量。如果獲得的雙面誤差超過指定值(例如，如同製造商的數據頁給出的)，則下一個步驟可能是跟蹤儀進行補償程序，以提高跟蹤儀性能。有兩種類型的最常見地執行的補償程序(雖然其他程序也可以)。這兩種程序是『446專利中所述的自補償程序和指向補償程序。指向補償程序包括通過指向目標，進行多次雙面測量，目標可以安裝在地板上、基座上或者物體上。在收集來自指向補償的數據之後，跟蹤儀自動校正其內部參數，從而提高其測量精度。
[0117]另一種測量程序可以是檢查測量隨時間的穩定性。例如，跟蹤儀可以測量地板上的目標點和工具上的另一個目標點。如果這兩個目標點的相對位置隨著測量的過程而改變，則跟蹤儀可以向操作者發出警報。類似地，跟蹤儀可以測量工具上三個點之間的距離，然後在測量結束時返回，並重新測量這三個點。如果這些點的相對位置改變，則整個測量的有效性受到懷疑，可能需要附加的測量。
[0118]雖然討論主要是處理將一個或多個相機置於雷射跟蹤儀的載荷上的情況，但是本領域技術人員應當理解，也可將這些相機設置在雷射跟蹤儀內部(例如，與雷射跟蹤儀的光軸同軸)、設置在雷射跟蹤儀10的方位架14上、或者完全脫離雷射跟蹤儀。
[0119]圖6是示出維度測量電子處理系統1500的方框圖，系統1500包括雷射跟蹤儀電子處理系統1510、周圍元件1582、1584、1586、計算機1590以及其他網絡組件1600，這裡用雲表示。示例性雷射跟蹤儀電子處理系統1510包括主處理器1520、載荷功能電子裝置1530、方位編碼器電子裝置1540、天頂編碼器電子裝置1550、顯示器和用戶界面(UI)電子裝置1560、移動存儲硬體1565、射頻識別(RFID)電子裝置以及天線1572。載荷功能電子1530包括多個子功能，多個子功能包括6D0F電子裝置1531、相機電子裝置1532、ADM電子裝置1533、位置檢測器(PSD)電子裝置1534以及等級電子裝置1535。大多數子功能有至少一個處理器單元，例如可以是數位訊號處理器(DSP)或者現場可編程門陣列(FPGA)。電子單元1530、1540和1550因為它們在雷射跟蹤儀中的位置而分離，如圖所示。在實施例中，載荷功能1530位於載荷中，而方位編碼器電子裝置位於方位裝配中，且天頂編碼器電子1550位於天頂裝配中。
[0120]很多類型的外設都是可以的，但是這裡示出這樣三種裝置:溫度傳感器1582、6D0F探針1584以及個人數字助理1586 (例如智慧型電話)。雷射跟蹤儀可以通過各種手段與外設通信，包括經由天線1572，通過視覺系統(例如相機)以及通過雷射跟蹤儀的距離和角度讀數，與合作目標(例如6D0F探針1584)的無線通信。
[0121]在實施例中，獨立的通信總線從主處理器1520延伸到每個電子單元1530、1540、1550、1560、1565和1570。每個通信線路例如可具有三個串行線路，包括數據線路、時鐘線路以及幀線路。幀線路指示電子單元是否應當注意時鐘線路。如果它指示應當給予注意，則電子單元在每個時鐘信號處讀取數據線路的當前值。時鐘信號例如可以對應於時鐘脈衝的上升沿。在實施例中，信息在數據線路上以數據分組的形式傳輸。在實施例中，每個數據分組包括地址、數字值、數據消息以及校驗和。地址指示在電子單元中，將數據消息引導到哪裡。位置例如可以對應於電子單元中的處理器子程序。數字值指示數據消息的長度。數據消息包含電子單元要執行的數據或指令。校驗和是用於將經由通信線路傳輸的誤差的可能性最小化的數字值。
[0122]在實施例中，主處理器1520將信息的分組通過總線1610發送給載荷功能電子裝置1530，通過總線1611發送給方位編碼器電子裝置1540，通過總線1612發送給天頂編碼器電子裝置1550，通過總線1613發送給顯示器和Π電子裝置1560，通過總線1614發送給移動存儲硬體1565，以及通過總線1616發送給RFID和無線電子裝置1570。
[0123]在實施例中，主處理器1520還將synch (同步)脈衝通過同步總線1630同時發送給每個電子單元。同步脈衝提供一種將通過雷射跟蹤儀的測量功能收集的值同步的方式。例如，方位編碼器電子裝置1540和天頂編碼器電子1550裝置一收到同步脈衝就鎖存它們的編碼器值。類似地，載荷功能電子裝置1530鎖存載荷中包含的電子裝置所收集的數據。當給予同步脈衝時，6D0F、ADM以及位置檢測器都鎖存數據。在大多數情況下，相機和傾角儀以相比同步脈衝速率更慢的速率收集數據，但是可以以多個同步脈衝周期鎖存數據。
[0124]雷射跟蹤儀電子處理系統1510可以與外部計算機1590通信，或者它可以在雷射跟蹤儀中提供計算、顯示以及Π功能。雷射跟蹤儀經由通信鏈路1606與計算機1590通信，通信鏈路1606例如可以是乙太網線路或無線連接。雷射跟蹤儀還可以經由通信鏈路1602與通過雲表不的其他兀件1600通信,通信鏈路1602可包括一個或多個電纜,例如乙太網電纜，以及一個或多個無線連接。元件1600的示例是另一個三維測試儀器一一例如，可通過雷射跟蹤儀重置的鉸接臂CMM。計算機1590與元件1600之間的通信連結1604可以是有線的(例如乙太網)，也可以是無線的。位於遠程計算機1590的操作者可以通過乙太網或無線線路與通過雲1600表示的網際網路的連接，進而通過乙太網或無線線路連接到主處理器1520。通過這種方式，用戶可以控制遠程雷射跟蹤儀的動作。
[0125]圖7是示出用於通過系統進行測量的實施例中步驟700的流程圖。步驟705是提供包括回射器目標的集合以及雷射跟蹤儀的系統。回射器目標的集合包括至少三個回射器目標，即第一目標、第二目標和第三目標，這些目標不排列在一條直線上。雷射跟蹤儀處於第一參考框架中，在圖1、圖5和圖6中將第一參考框架示出為參考框架30。在實施例中，雷射跟蹤儀的參考框架的原點是雷射跟蹤儀的萬向點22。第一參考框架的x、y和z軸關於跟蹤儀的環境固定，但是通常參考跟蹤儀特徵(例如旋轉方向)。雷射跟蹤儀包括結構、第一光源、絕對距離計量儀、第一角度變換器、第二角度變換器、跟蹤系統、第一相機、第二光源和處理器。結構關於第一軸和第二軸可旋轉。在實施例中，第一軸是方位軸，而第二軸是天頂軸。在實施例中，結構是支持光學組件的載荷。在另一個實施例中，結構是偏轉光線、以在期望的方向上將光線送出雷射跟蹤儀的鏡子。產生第一光束的第一光源可以是雷射器、超級發光二極體或者其他類型的光源。絕對距離計量儀與第一光源合作，測量絕對距離。來自第一光源的光線可用於測量光線以光速通過空氣傳向回射器目標並返回跟蹤儀所花的時間。測量飛行時間的方法可包括相位測量方法、脈衝飛行時間方法或者任何其他類型的絕對距離測量方法。在實施例中，第一角度變換器和第二角度變換器可以是測量方位角和天頂角的角度編碼器。跟蹤系統用於將第一光束保持為以回射器目標為中心。回射器的位置是光束反射所相關的位置。例如，在立方隅角回射器中，光線關於立方隅角的頂點對稱地反射，立方隅角的頂點是三個相互垂直的表面相交所相關的點。在很多情況下，光線對稱地反射所在的點是在球中心。例如，在球面安裝的回射器類型中，將露天立方隅角的頂點放置在鋼球的中心。在這種情況下，雷射跟蹤儀的跟蹤系統保持第一光束以回射器目標的中心為中心。但是，回射器目標不必在球中心。更好的是，可將回射器直接附接於待測物體，而不是將其放置在球中。在這種情況下，術語「中心」是要表示第一光束對稱地反射所相關的回射器的點，即使它不表示任何物體的中心。雷射跟蹤儀的跟蹤系統可以保持一部分反射光線以雷射跟蹤儀中的位置檢測器為中心，位置檢測器例如是位置靈敏檢測器或者感光陣列。雷射跟蹤儀包括第一相機，在實施例中第一相機安裝在跟蹤儀的載荷的外表面，載荷能夠關於第一軸和第二軸旋轉。在其他實施例中，第一相機可以設置在雷射跟蹤儀內部，並且可以觀察雷射跟蹤儀外部的場景，場景以雷射跟蹤儀的光軸為中心。在其他實施例中，第一相機可以設置相關於雷射跟蹤儀上面或內部的其他位置。第一相機包括第一透鏡和第一感光陣列。第一透鏡在第一感光陣列上產生雷射跟蹤儀外部的物體的圖像。第二光源發射第二光束，在大多數情況下第二光源最接近第一相機。該光線傳向回射器目標，回射器目標是回射器目標的集合的一部分。一部分第二光束反射離開回射器並返回第一相機，第一相機在第一感光陣列上對反射光線成像。處理器可以設置在雷射跟蹤儀中、夥伴電子單元50中、外部單元60中，或者在位置的組合中。處理器可包括處理元件的組合，處理元件包括微處理器、數字處理單元、現場可編程門陣列和存儲器。處理器被配置為操作雷射跟蹤儀。
[0126]步驟710是存儲用於第一目標、第二目標、第三目標以及至少一個附加點的名義坐標的列表。名義坐標是在第二參考框架中給出的三維坐標。第二參考框架與待測物體相關聯，或者與待測物體所附接的結構相關聯。第二參考框架40的示例在圖1、圖5和圖6中示出。通常，第二參考框架的X、y和z軸可關於第一參考框架的X、y和z軸旋轉。
[0127]步驟715是在第一感光陣列上捕捉通過第二光束髮射並反射離開第一目標、第二目標和第三目標的一部分光線。
[0128]步驟720是根據反射離開第一目標、第二目標和第三目標的一部分光線，在感光陣列上獲得光點位置。光點位置例如可以是用於第一目標、第二目標和第三目標的光點的形心。
[0129]步驟725是分別確定第一感光陣列上的第一光點位置、第二光點位置和第三光點位置與第一目標、第二目標和第三目標的名義坐標的對應關係。這種對應關係可通過各種方式來獲得，例如根據所附權利要求中所述的方法。一種這樣的方法包括通過第一參考框架觀察第二參考框架的方位的允許範圍中的可能對應。另一種方法涉及通過雷射跟蹤儀上設置的兩個(立體)相機，使用三角測量方法。另一種方法涉及使用單個跟蹤儀相機，但是將跟蹤儀旋轉到兩個不同的方位。通過這種方法，將在相機的感光陣列上獲得的兩個圖像用於確定對應關係。也可以通過處於前準星和後準星模式下的第一相機進行測量，並將第一感光陣列上獲得的圖像用於確定對應關係。可以改變第一參考框架和第二參考框架的相對位置，並將第一感光陣列上得到的光點的圖案用於確定對應關係。例如，第二參考框架可以與移動架相關聯，如圖5和圖6所示，因此第一相機可以獲得兩個不同的圖像，就像在第一參考框架和第二參考框架的不同相對位置。在實施例中，可以採取用來確定感光陣列上的第一、第二和第三光點與第一目標、第二目標和第三目標的名義坐標之間的對應的一般數學方法涉及構造變換矩陣，將坐標從參考框架2變換到參考框架I或者相反，如同上文以及所附的權利要求所述。對於通過感光陣列獲得的圖像，可將陣列上的點從感光陣列上的位置通過透鏡的透視中心投射到目標空間。通過這種方式，可將第一感光陣列上的光點轉換為角度。如果第二感光陣列可用，利用第一感光陣列與第二感光陣列之間的已知距離，通過本領域技術人員公知的方法，可以使用三角測量程序來確定三個目標中的每個目標的位置。如果只有單個相機可用，通過獲得前準星和後準星圖像，仍然可以應用三角測量方法，因為在從前準星轉變為後準星模式時，相機的位置被翻轉到跟蹤儀光軸的相對側。前準星和後準星模式中相機位置之間的距離已知，因此該程序等同於立體三角測量程序。類似地，僅僅將跟蹤儀結構旋轉到兩個不同的角度(關於第一軸、第二軸或者兩者)，可以獲得兩個不同的視圖，並且可以使用類似於三角測量程序的方法，如上所述以及『033中所述。其中已知第一參考框架與第二參考框架之間的近似相對方位的約束方法一般不允許用於第一目標、第二目標和第三目標的每個三維坐標的直接解決方案，但是在大多數情況下，它使得能夠將位置局部化，好到足以畫出三個光點與第一目標、第二目標和第三目標的名義坐標之間的對應關係。
[0130]步驟730是至少部分地基於第一光點位置和第一目標的名義坐標將第一光束引導到第一目標，以及利用絕對距離計量儀、第一角度變換器和第二角度變換器測量第一目標的三維坐標。如步驟720所述，獲得對應關係的某些方法提供關於第一參考框架的三維坐標，因此將雷射束引導到第一目標、第二目標和第三目標是簡單直接的。在方向是基於第一參考框架與第二參考框架之間的約束的情況下，不一定高精度地了解到第一目標、第二目標和第三目標的最佳方向；但是，通過假定到目標的距離可以獲得方向。得到的方向通常充分接近能夠捕捉目標的最佳方向，例如通過所附權利要求所述的方法。測量的三維坐標是在第一參考框架中，第一參考框架是雷射跟蹤儀的參考框架。
[0131]步驟735與步驟730相同，僅應用於第二目標而不是第一目標。步驟740與步驟735相同，僅應用於第三目標而不是第一目標。
[0132]步驟745是至少部分地基於測量的第一目標、第二目標和第三目標的三維坐標以及至少一個附加點的名義坐標，確定第一參考框架中至少一個附加點的三維坐標。這是一個數學步驟，例如可以通過獲得變換矩陣來執行，變換矩陣實現將任何名義坐標計算為第一參考框架(跟蹤儀)中的三維坐標。利用本領域技術人員公知的方法，步驟725、730和735中獲得的三維坐標足以確定變換矩陣。
[0133]步驟750是存儲至少一個附加點的三維坐標。坐標例如可以存儲在電子可讀媒體中、計算機存儲器中或者微處理器中。步驟755是具有步驟700的方法的終止。
[0134]圖8是示出用於通過系統進行測量的實施例中的步驟800的流程圖。步驟800跟隨在圖7中標記為755的點A。步驟805是將光束引導到至少一個附加點。雷射跟蹤儀可以自動執行該步驟。
[0135]步驟810是放置選擇的回射器目標，攔截第一光束。實現這一點的一種方式是操作者將手持的選擇的回射器目標移動到第一光束。實現這一點的第二方式是將選擇的回射器目標放在待測物體上安裝的巢上，例如磁巢。如果足夠準確地知道至少一個附加點的三維坐標，就可以引導第一雷射束，好到足以通過選擇的回射器目標的清晰孔捕捉至少一部分光束。
[0136]步驟815是將第一光束引導到選擇的回射器目標的中心。該步驟通過雷射跟蹤儀的跟蹤系統進行。步驟820是利用絕對距離計量儀、第一角度變換器和第二角度變換器測量選擇的回射器目標的三維坐標。方法800在步驟825終止。
[0137]圖9是示出用於通過系統測量的實施例中的步驟900的流程圖。步驟900跟隨在圖7中標記為755的點A。步驟905是將光束引導到至少一個附加點。
[0138]步驟910是將第一光束移動到空間中的第一圖案，第一圖案最接近至少一個附加點。這種第一圖案通常稱為搜索圖案。作為示例，光束可以始於初始位置，然後以螺旋圖案向外移動。
[0139]步驟915是通過雷射跟蹤儀的跟蹤系統檢測光束。當反射離開回射器的第一光束撞擊位置檢測器時可以出現這種情況。通過位置檢測器對光線的這種檢測指示，第一光束已經攔截了回射器目標的清晰孔。
[0140]步驟920是將第一光束引導到選擇的回射器目標的中心。如上所述，這種背景下的中心表示相對於光束對稱地反射所相關的回射器目標的位置。這種背景下術語「中心」不一定表不回射器目標的實體中心。
[0141]步驟925是利用絕對距離計量儀、第一角度變換器和第二角度變換器測量選擇的回射器目標的三維坐標。方法900在步驟930終止。
[0142]圖10是示出用於通過系統進行測量的實施例中的步驟1000的流程圖。步驟1000跟隨在圖7中標記為755的點A。步驟1005是提供第三相機和第四光源，第三相機包括第三透鏡系統和第三感光陣列，第三相機的視場小於第一相機的視場，第四光源提供第四光束。
[0143]步驟1010是在第三感光陣列上捕捉通過第四光源發射並反射離開第一目標、第二目標和第三目標的一部分光線。通過第一相機已經獲得第一目標、第二目標和第三目標的圖像。下面利用第三相機收集附加測量結果。在某些情況下，從第一相機獲得的信息可用於操縱雷射跟蹤儀到使得第二相機能夠看到第一目標、第二目標或第三目標的位置。
[0144]步驟1015是根據反射離開第一目標、第二目標和第三目標的每個目標的一部分光線，獲得感光陣列上的光點位置。可以獲得這種光點位置，例如作為每個光點的形心。
[0145]步驟1020是分別確定第三感光陣列上的第一光點位置、第二光點位置和第三光點位置與第一目標、第二目標和第三目標的名義坐標之間的對應關係。確定對應關係的方法與上述方法相同，但是通過視場比第一相機窄的第三相機提供相對更準確的信息。方法1000在步驟1025終止。
[0146]圖11是示出用於通過系統測量的實施例中的步驟1100的流程圖。步驟1100跟隨在圖7中標記為755的點A。步驟1105是將第一光束引導到多個附加點，多個附加點包括第一附加點，多個附加點指示操作者要採取的動作。通過這種方式，雷射跟蹤儀能夠引導操作者的動作。
[0147]圖12是示出用於通過系統進行測量的實施例中的步驟1200的流程圖。步驟1200跟隨在圖8中標記為825的點B。步驟1205是根據檢查方案進行測量。典型的檢查方案可包括要測量的各種點。某些點可以在物體表面上，而其他點可以在巢中。某些點可以分離地測量，而其他點在指定表面上的掃描圖案中測量。
[0148]圖13是示出用於通過系統進行測量的實施例中的步驟1300的流程圖。步驟1300跟隨在圖7中標記為755的點A。步驟1305是將第一光束引導到至少一個附加點。步驟1310是在第一光束的位置進行裝配操作。裝配操作可包括鑽螺孔、打磨、上灰泥、碾磨或者意圖修改物體或加入物體的任何其他操作。例如，第一光束可指示物體上要鑽孔的位置。
[0149]圖14是示出用於通過系統進行測量的實施例中的步驟1400的流程圖。步驟1400跟隨在圖8中標記為825的點B。步驟1405是提供檢查方案，通過雷射跟蹤儀測量檢查點。步驟1410是將至少一個回射器目標附接於待測物體。這種回射器目標在效果上充當漂移樁(drift monument),實現系統的穩定性檢查。步驟1415是向附接於待測物體的至少一個回射器目標的三維坐標提供最大允許移動。最大允許移動是用戶基於要求的穩定性提供的數字值。步驟1020是測量附接於待測物體的至少一個回射器目標的三維坐標，測量在第一時間以及在第二時間進行。步驟1025是確定從第一時間到第二時間、至少一個回射器目標的三維坐標中的第一變化。在高度穩定的系統中,這些坐標改變一個小量。如果待測物體或者雷射跟蹤儀被撞擊，則測量結果突然改變，從而引入誤差。類似地，如果環境溫度顯著改變，則物體的尺寸會改變，跟蹤儀的性能會下降，或者第一光束通過其傳播的空氣的性質會改變。這些改變中的任意改變都會降低測量的精度。步驟1030是在第一變化超過最大允許移動時採取動作。動作可包括測量待測物體上至少三個回射器，以重建檢查點的三維坐標。也可包括通知操作者，第一變化已經超過最大允許移動。這樣可以提示操作者，重新補償雷射跟蹤儀、檢查待測物體和雷射跟蹤儀的穩定性或者採取其他步驟。方法1400在步驟1435終止。
[0150]圖15是示出用於通過系統測量的實施例中的步驟1700的流程圖。步驟1700跟隨在圖7中標記為755的點A。步驟1705是提供最大允許偏差。這是用戶提供的值。步驟1710是提供待測物體的熱膨脹係數(CTE)以及參考溫度。作為示例，如果材料是鋼，可以提供11.5微米/米/1:的0^。參考溫度可以是20°C的常用值。步驟1715是將第一參考回射器和第二參考回射器放在待測物體上，在參考溫度時，第一參考回射器與第二參考回射器之間有第一距離。步驟1720是測量待測物體的溫度。步驟1725是通過從待測物體的測量溫度減去參考溫度，計算第一溫度差。步驟1730是通過將第一溫度差乘以熱膨脹係數，計算縮放係數。這樣給出的值單位例如是微米/米。換言之，縮放因子是無量綱量。步驟1735是利用絕對距離計量儀、第一角度變換器和第二角度變換器測量第一參考回射器和第二參考回射器的3D坐標。步驟1740是計算從測量的第一參考回射器的3D坐標延伸到測量的第二參考回射器的3D坐標的第二距離。步驟1745是通過從第二距離減去第一距離，計算第三距離。步驟1 750是通過將第一距離乘以縮放係數，計算第四距離。步驟1755是通過從第四距尚減去第二距尚，計算偏差值。步驟1760是當偏差值超過最大允許偏差時米取動作，動作是發出警報，或者測量回射器目標的集合中至少一些回射器目標的坐標，以及根據這些數據，為物體重建參考框架。步驟1700的目的是檢查熱長度補償的一致性，以直接測量長度差。如果長度變化不匹配，就有可能溫度測量無效、CTE值沒有正確給出或者有一些其他問題。通過這種問題識別，可以採取附加步驟。
[0151]如同本領域技術人員所理解的，可將本發明的方案具體實施為系統、方法或電腦程式產品。因此，本發明的方案可以採取完全硬體實施例、完全軟體實施例(包括固件、駐留軟體、微代碼等等)或者將軟體和硬體方案組合的實施例的形式，這裡可以將它們全部一般性地稱為「電路」、「模塊」或「系統」。此外，本發明的方案可以採取在一個或多個計算機可讀介質中具體實施的電腦程式的形式，計算機可讀程序代碼在計算機可讀介質上具體實施。
[0152]可以利用一個或多個計算機可讀介質的任意組合。計算機可讀介質可以是計算機可讀信號介質或計算機可讀存儲介質。計算機可讀存儲介質例如可以是電子、磁、光、電磁、紅外或半導體系統、設備或裝置或者前述的任意合適組合，但是不限於此。計算機可讀介質的更多具體示例(非窮舉列表)可包括以下:有一個或多個電線的電連接、可攜式計算機磁碟、硬碟、隨機存取存儲器(RAM)、只讀存儲器(ROM)、可擦除可編程只讀存儲器(EPR0M或快閃記憶體)、光纖、可攜式壓縮盤只讀存儲器(CD-ROM)、光存儲裝置、磁存儲裝置或者前述的任意合適組合。在本文獻的背景下，計算機可讀存儲介質可以是任何有形介質，可以包含或存儲通過指令執行系統、設備或裝置使用的程序或者與指令執行系統、設備或裝置有關的程序。
[0153]可以利用一個或多個計算機可讀介質的任意組合。計算機可讀介質可以是計算機可讀信號介質或計算機可讀存儲介質。計算機可讀存儲介質例如可以是電子、磁、光、電磁、紅外或半導體系統、設備或裝置或者前述的任意合適組合，但是不限於此。計算機可讀介質的更多具體示例(非窮舉列表)可包括以下:有一個或多個電線的電連接、可攜式計算機磁碟、硬碟、隨機存取存儲器(RAM)、只讀存儲器(ROM)、可擦除可編程只讀存儲器(EPR0M或快閃記憶體)、光纖、可攜式壓縮盤只讀存儲器(CD-ROM)、光存儲裝置、磁存儲裝置或者前述的任意合適組合。在本文獻的背景下，計算機可讀存儲介質可以是任何有形介質，可以包含或存儲通過指令執行系統、設備或裝置使用的程序或者與指令執行系統、設備或裝置有關的程序。
[0154]計算機可讀信號介質可包括例如在基帶中或者作為載波的一部分傳播的數據信號，其中具體實施計算機可讀程序代碼。這種傳播的信號可以採取多種形式的任何一種，包括但不限於電磁、光或者它們的任何合適組合。計算機可讀信號介質可以是並非計算機可讀存儲介質、並且可以傳遞、傳播或傳輸通過指令執行系統、設備或裝置使用的程序或者與指令執行系統、設備或裝置有關的程序的任何計算機可讀介質。
[0155]在計算機可讀介質上具體實施的程序代碼可以利用任何適當的介質來傳輸，包括但不限於無線、有線、光纖電纜、RF等等，或者前述的任意合適組合。
[0156]用於執行本發明的方案的操作的電腦程式代碼可以通過一種或多種程式語言的任意組合來編寫，包括面向對象的程式語言(例如Java、Smalltalk、C++、C#等等)和傳統的程序式程式語言(例如「C」程式語言或者類似的程式語言)。程序代碼可以完全在用戶計算機上執行，可以作為單機軟體包部分地在用戶計算機上執行，可以部分地在用戶計算機上並且部分地在遠程計算機上執行，或者完全在遠程計算機或伺服器上執行。在後一種情況下，遠程計算機可以通過任何類型的網絡連接到用戶計算機，包括區域網(LAN)或廣域網(WAN)，或者可以進行與外部計算機的連接(例如，通過使用網際網路服務供應商的網際網路)。本發明的方案參照根據本發明實施例的方法、設備(系統)和電腦程式產品的流程圖說明和/或方框圖來描述。應當理解，流程圖說明和/或方框圖的每個方框以及流程圖說明和/或方框圖中方框的組合可以通過電腦程式指令實現。
[0157]這些電腦程式指令可以提供給通用計算機、專用計算機或者其他可編程數據處理設備的處理器，以產生機器，使得經由計算機或者其他可編程數據處理設備的處理器執行的指令能夠產生用於實現流程圖和/或方框圖或方框中指定的功能/動作的方法。這些電腦程式指令也可以存儲在計算機可讀介質中，計算機可讀介質可以引導計算機、其他可編程數據處理設備或者其他裝置以特定方式運行，因此計算機可讀介質中存儲的指令產生製造的條款，包括實現流程圖和/或方框圖或方框中指定的功能/動作的指令。
[0158]電腦程式指令也可以載入計算機、其他可編程數據處理設備或者其他裝置，導致在計算機上執行一系列操作性步驟，導致其他可編程設備或其他裝置產生計算機實現的處理，因此在計算機或其他可編程設備上執行的指令提供處理，以實現流程圖和/或方框圖或方框中指定的功能/動作。
[0159]附圖中的任何流程圖和方框圖示出根據本發明各種實施例的系統、方法和電腦程式產品的構造、功能以及可能的實施方式的操作。就此而言，流程圖或方框圖中的每個方框可以表示模塊、片段或代碼的一部分，包括用於實現指定的邏輯功能(多個功能)的一個或多個可執行指令。應當理解，在一些替代性實施方式中，方框中註明的功能可以脫離附圖中註明的順序而發生。例如，連續示出的兩個方框實際上可以基本上同時執行，或者，有時候方框可以按照相反的順序執行，這取決於涉及的功能。此外應當注意，方框圖和/或流程圖說明的每個方框以及方框圖和/或流程圖說明中方框的組合可以通過基於專用硬體的系統或者專用硬體與計算機指令的組合來實現，基於專用硬體的系統執行指定的功能或動作。
[0160]雖然已經示出並描述優選實施例，但是在不脫離本發明精神和範圍的情況下可以對其進行各種修改和替代。因此，應當理解，通過說明而非限制的方式描述了本發明。
[0161]因此，當前公開的實施例在任何方面都應視作說明性而非限制性的，本發明的範圍由後附權利要求書而非前面的描述指出，並且因此，落入權利要求書的等同物含義和範圍的所有變化都將被涵蓋其中。
【權利要求】
1.一種用於通過系統進行測量的方法，所述方法(700)包括步驟: 提供包括回射器目標(26，27，28)的集合以及雷射跟蹤儀(10)的系統(705)，所述回射器目標的集合包括至少三個非共線回射器目標(27)，所述至少三個非共線回射器目標包括第一目標、第二目標和第三目標，第一參考框架(30)中的所述雷射跟蹤儀關於跟蹤儀環境固定，所述雷射跟蹤儀具有結構(15)、第一光源、絕對距離計量儀(1533)、第一角度變換器(1540)、第二角度變換器(1550)、跟蹤系統(1534)、第一相機(52，400)、第二光源(54，401)以及處理器(1520，50，60)，所述結構能夠關於第一軸(20)和第二軸(18)旋轉，所述第一光源產生與所述絕對距離計量儀協作的第一光束(46)，所述第一角度變換器測量關於所述第一軸的第一旋轉角度(71)，所述第二角度變換器測量關於所述第二軸的第二旋轉角度(72)，所述跟蹤系統被配置為將所述第一光束移動到所述回射器目標集合中的任意回射器目標的中心，所述第一相機包括第一透鏡系統(402)和第一感光陣列(404)，所述第二光源提供第二光束(440)，並且所述處理器被配置為操作所述雷射跟蹤儀； 存儲用於所述第一目標、所述第二目標和所述第三目標以及至少一個附加點(26，29)的名義坐標的列表(710)，所述名義坐標是第二參考框架(40)中的三維坐標； 在所述第一感光陣列上捕捉通過所述第二光束髮射並反射離開所述第一目標、所述第二目標和所述第三目標的一部分光線(715)； 根據反射離開所述第一目標、所述第二目標和所述第三目標中的每個目標的一部分光線，獲得所述感光陣列上的光點位置(720，42)； 分別確定所述第一感光陣列上的第一光點位置、第二光點位置和第三光點位置與所述第一目標、所述第二目標和所述第三目標的名義坐標之間的對應關係(725)； 至少部分地基於所述第一光點位置和所述第一目標的名義坐標，將所述第一光束引導到所述第一目標(730); 利用所述絕對距離計量儀、所述第一角度變換器和所述第二角度變換器測量所述第一目標的三維坐標(730)； 至少部分地基於所述第二光點位置和所述第二目標的名義坐標，將所述第一光束引導到所述第二目標(735); 利用所述絕對距離計量儀、所述第一角度變換器和所述第二角度變換器測量所述第二目標的三維坐標(735)； 至少部分地基於所述第三光點位置和所述第三目標的名義坐標，將所述第一光束引導到所述第三目標(740); 利用所述絕對距離計量儀、所述第一角度變換器和所述第二角度變換器測量所述第三目標的三維坐標(740)； 至少部分地基於測量的所述第一目標、所述第二目標和所述第三目標的三維坐標以及所述至少一個附加點的名義坐標，確定所述第一參考框架中至少一個附加點的三維坐標(745);以及 存儲確定的所述至少一個附加點的三維坐標(750)。
2.根據權利要求1所述的方法，還包括步驟: 將所述第一光束引導到所述至少一個附加點(805)； 將選擇的回射器目標放置為攔截至少一部分所述第一光束，所述選擇的回射器目標選自所述回射器目標的集合中任意的回射器目標(810)； 將所述第一光束引導到所述選擇的回射器目標的中心(815);以及利用所述絕對距離計量儀、所述第一角度變換器和所述第二角度變換器，測量所述選擇的回射器目標的三維坐標(820 )。
3.根據權利要求2所述的方法，其中將選擇的回射器目標放置為攔截至少一部分所述第一光束的步驟包括選自以下群組的一個步驟，所述群組包括: 移動所述選擇的回射器目標，以攔截至少一部分所述第一光束；以及將所述選擇的回射器目標放置在固定巢中，所述固定巢位於攔截至少一部分所述第一光束的位置。
4.根據權利要求1所述的方法，還包括步驟: 將所述第一光束引導到所述至少一個附加點(905)； 將所述第一光束移動到空間中的第一圖案中，所述第一圖案最接近所述至少一個附加點(910)； 通過所述跟蹤系統檢測所述第一光束的存在(915)； 將所述第一光束引導到所述選擇的回射器目標的中心(920);以及利用所述絕對距離計量儀、所述第一角度變換器和所述第二角度變換器測量所述選擇的回射器目標的三維坐標(925)。
5.根據權利要求1所述的方法，還包括步驟:` 提供第三相機和第四光源(1005)，所述第三相機(58)包括第三透鏡系統和第三感光陣列，所述第三相機的視場小於所述第一相機的視場，所述第四光源(56)提供第四光束；在所述第三感光陣列上捕捉通過所述第四光源發射並反射離開所述第一目標、所述第二目標和所述第三目標的一部分光線(1010)； 根據反射離開所述第一目標、所述第二目標和所述第三目標中每個目標的一部分光線，獲得所述感光陣列上的光點位置(1015);以及 分別確定所述第三感光陣列上的第一光點位置、第二光點位置和第三光點位置與所述第一目標、所述第二目標和所述第三目標的名義坐標之間的對應關係(1020)。
6.根據權利要求1所述的方法，其中在所述第一感光陣列上捕捉通過所述第二光束髮射並反射離開所述第一目標、所述第二目標和所述第三目標的一部分光線的步驟還包括選自以下群組的一個步驟，所述群組包括: 將所述雷射跟蹤儀置於架子上，使得所述第一感光陣列同時獲得用於所述第一目標、所述第二目標和所述第三目標的光點位置； 將所述第一相機和所述第二光源旋轉至多個方位，使得對於所述第一目標、所述第二目標和所述第三目標，所述第一感光陣列在所述多個方位中的一些方位獲得一些光點位置；以及 移動所述回射器的集合中的選擇的回射器，以將包含所述第一目標、所述第二目標和所述第三目標的空間區域劃界，所述空間區域由所述雷射跟蹤儀、通過跟蹤所述選擇的回射器目標或者通過在所述第一感光陣列上跟隨所述選擇的回射器目標的移動來確定。
7.根據權利要求1所述的方法，其中提供包括回射器目標的集合以及雷射跟蹤儀的系統的步驟還包括提供第二相機和第三光源，所述第二相機包括第二透鏡系統和第二感光陣列，所述第三光源提供第三光束，所述雷射跟蹤儀中的所述處理器還被配置為計算所述回射器目標的集合中任意回射器目標的三維坐標，所計算的三維坐標至少部分地基於所述第一感光陣列上的第一圖像以及所述第二感光陣列上的第二圖像，所述第一圖像和所述第二圖像分別響應於所述第二光源和所述第三光源發射的光線獲得，來自所述第一光源和所述第二光源的光線被所述回射器目標的集合中的回射器目標反射。
8.根據權利要求1所述的方法，其中分別確定所述第一感光陣列上的第一光點位置、第二光點位置和第三光點位置與所述第一目標、所述第二目標和所述第三目標的名義坐標之間的對應關係包括選自以下群組的一個步驟，所述群組包括: 至少部分地基於所述第一參考框架與所述第二參考框架之間的允許相對方位的範圍以及所述第一目標、所述第二目標和所述第三目標的名義坐標，來確定所述對應關係； 響應於通過來自所述第二光源的光線對所述第一目標、所述第二目標和所述第三目標的照射，在第一時間收集來自所述第一感光陣列的第一組圖像；改變所述第一旋轉角度和所述第二旋轉角度其中之一，並且響應於通過來自所述第二光源的光線對所述第一目標、所述第二目標和所述第三目標的照射，在第二時間收集來自所述第一感光陣列的第二組圖像；以及確定所述第一感光陣列上的所述第一光點位置、所述第二光點位置和所述第三光點位置與所述第一目標、所述第二目標和所述第三目標的名義坐標之間的對應關係，所述確定至少部分地基於所述第一組圖像和所述第二組圖像；以及 響應於通過來自所述第二光源的光線對所述第一目標、所述第二目標和所述第三目標的照射，在第三時間收集來自所述第一感光陣列的第三組圖像；改變所述第二參考框架相對於所述第一參考框架的位置，並且響應於通過來自所述第二光源的光線對所述第一目標、所述第二目標和所述第三目標的照明，在第四時間收集來自所述第一感光陣列的第四組圖像；以及確定所述感光陣列上的所述第一光點位置、所述第二光點位置和所述第三光點位置與所述第一目標、所述第二目標和所述第三目標的名義坐標之間的對應關係，所述確定至少部分地基於所述第三組圖像和所述第四組圖像。`
9.根據權利要求1所述的方法，其中存儲用於所述第一目標、所述第二目標和所述第三目標以及至少一個附加點的名義坐標的列表，所述名義坐標是第二參考框架中的三維坐標的步驟還包括以下步驟的其中之一: 從CAD模型中提取所述名義坐標；以及 通過3D測量儀器測量所述名義坐標。
10.根據權利要求1所述的方法，還包括將所述第一光束引導到多個附加點的步驟，所述多個附加點包括第一附加點，所述多個附加點指示操作者要採取的動作(1105)。
11.根據權利要求10所述的方法，其中操作者要採取的動作包括以下至少其中之一: 拾取選擇的回射器目標，所述選擇的回射器目標由所述多個附加點指定； 沿所述多個附加點指示的方向移動選擇的回射器目標，通過所述回射器捕捉所述第一光束，以及利用所述絕對距離計量儀、所述第一角度變換器和所述第二角度變換器，測量至少一個點的三維坐標； 觀察通過所述多個附加點形成的圖案，通過所述回射器捕捉所述第一光束，以及沿著所述圖案測量三維點；以及 觀察通過所述多個附加點形成的圖案，將所述點解釋為姿態命令，並採取通過所述姿態命令指示的動作。
12.根據權利要求1所述的方法，其中確定所述至少一個附加點的三維坐標的步驟還包括步驟: 計算變換矩陣，所述變換矩陣用於將所述第二參考框架中的任意三維坐標變換為所述第一參考框架中的任意三維坐標，所述計算至少部分地基於所述第一目標、所述第二目標和所述第三目標的名義坐標；以及 至少部分地基於所述變換矩陣以及所述至少一個附加點的名義坐標，計算所述至少一個附加點的三維坐標。
13.根據權利要求1所述的方法，其中提供包括回射器目標的集合以及雷射跟蹤儀的系統的步驟包括從回射器目標的集合中提供至少一個具有立方隅角回射器的回射器目標，所述立方隅角回射器具有相互垂直的三個反射表面。
14.根據權利要求1所述的方法，其中提供包括回射器目標的集合以及雷射跟蹤儀的系統的步驟包括從回射器目標的集合中提供至少一個回射器目標作為球面安裝的回射器，所述球面安裝的回射器具有嵌入球表面中的立方隅角回射器。
15.根據權利要求1所述的方法，其中提供包括回射器目標的集合以及雷射跟蹤儀的系統的步驟包括從回射器目標的集合中提供至少一個回射器目標作為位於球表面中心的反射點。
16.根據權利要求2所述的方法，還包括根據檢查方案進行測量的步驟(1205)。
17.根據權利要求16所 述的方法，其中根據檢查方案進行測量的步驟還包括在沒有操作者幹涉的情況下自動進行測量的步驟。
18.根據權利要求16所述的方法，其中根據檢查方案進行測量的步驟還包括以下步驟:移動所述第一光束以引導操作者移動所述選擇的回射器目標，從而根據檢查方案進行測量。
19.根據權利要求16所述的方法，其中根據檢查方案進行測量的步驟還包括:檢測何時操作者將所述回射器目標置於錯誤位置，並引導操作者將所述選擇的回射器目標移動到正確位置，所述雷射跟蹤儀移動所述第一光束，以向所述操作者指示所述選擇的回射器目標的正確位置。
20.根據權利要求1所述的方法，還包括步驟: 將所述第一光束引導到所述至少一個附加點(1305);以及 在所述第一光束的位置進行裝配操作(1310)。
21.根據權利要求20所述的方法，其中進行裝配操作的步驟包括在處於所述第一光束的位置的物體中鑽孔。
22.根據權利要求2所述的方法，還包括步驟: 提供通過所述雷射跟蹤儀測量檢查點的檢查方案(1405)； 將至少一個回射器目標附接於待測物體(1410)； 向附接於所述待測物體的所述至少一個回射器目標的三維坐標提供最大允許移動(1415)； 測量附接於所述待測物體的所述至少一個回射器目標的三維坐標，所述測量在第一時間以及在第二時間進行(1420)；確定從所述第一時間到所述第二時間、所述至少一個回射器目標的三維坐標的第一變化(1425);以及 當所述第一變化超過所述最大允許移動時採取動作(1430)，所述動作是以下其中之 測量所述待測物體上的至少三個回射器，以重建所述檢查點的三維坐標，以及 通知操作者所述第一變化已經超過所述最大允許移動。
23.根據權利要求1所述的方法，還包括步驟: 提供最大允許偏差(1705)； 向待測物體提供熱膨脹係數(1710)； 提供參考溫度(1710)； 將第一參考回射器和第二參考回射器置於所述待測物體上，在所述參考溫度時，所述第一參考回射器與所述第二參考回射器之間為第一距離(1715); 測量所述待測物體的溫度(1720)； 通過從測量的所述待測物體的溫度減去所述參考溫度，計算第一溫度差(1725)； 通過將所述第一溫度差乘以所述熱膨脹係數，計算縮放係數(1730); 利用所述絕對距離計量儀、所述第一角度變換器和所述第二角度變換器，測量所述第一參考回射器的三維坐標(1735)； 利用所述絕對距離計量儀、所述第一角度變換器和所述第二角度變換器，測量所述第二參考回射器的三維坐標(1735)； 計算從測量的所述第一參考回射器的三維坐標延伸到測量的所述第二參考回射器的三維坐標的第二距離(1740)； 通過從所述第二距離減去所述第一距離，計算第三距離(1745); 通過將所述縮放係數乘以所述第一距離，計算第四距離(1750)； 通過從所述第四距離減去所述第三距離，計算偏差值(1755 );以及當所述偏差值超過所述最大允許偏差時採取動作，所述動作是發出警報，或者是測量所述回射器目標的集合中至少一些回射器目標的三維坐標，以及根據這些數據，重建用於待測物體的參考框架(1760)。
24.根據權利要求16所述的方法，其中根據檢查方案進行測量的步驟包括步驟: 獲得目標點的名義坐標，所述名義坐標得自計算機輔助製圖(CAD)中提供的數據，所述CAD數據被變換為所述第一參考框架； 提供所述選擇的回射器目標作為球面安裝的回射器，所述球面安裝的回射器具有嵌入球表面中的立方隅角回射器，所述球表面具有第一半徑； 將所述選擇的回射器目標放置在所述目標點的位置，所述回射器目標或者抵住所述目標點地保持或者被放置在代表所述目標點的磁巢上； 利用所述絕對距離計量儀、所述第一角度變換器和所述第二角度變換器，測量所述選擇的回射器目標的三維坐標； 至少部分地基於測量的所述選擇的回射器目標的三維坐標以及所述第一半徑，計算所述測量的目標點的三維坐標； 計算測量的目標點的三維坐標與所述目標點的名義坐標之間的第一差；以及提供所述第一差的指示。
25.根據權利要求24所述的方法，其中提供所述第一差的指示的步驟包括:如果所述第一差超過第一允許差，則提供警告。
26.根據權利要求16所述的方法，其中根據檢查方案進行測量的步驟包括步驟:進行雙面測試以獲得雙面誤差，並且如果所述雙面誤差超過最大允許雙面誤差值，則提供警告。
27.根據權利要求16所述的方法，其中根據檢查方案測量的步驟包括步驟:測量兩個目標點的三維坐標，並且如果所述兩個目標點的相對位置超過最大允許目標改變值，則提供警告。`
【文檔編號】G01C15/00GK103608642SQ201280013306
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2012年3月14日 優先權日:2011年3月14日
【發明者】肯尼斯·斯特菲, 尼爾斯·P·斯特芬森, 羅伯特·E·布裡奇斯 申請人:法羅技術股份有限公司