通過(guò)激光跟蹤儀對(duì)維度數(shù)據(jù)的自動(dòng)測(cè)量的制作方法
【專(zhuān)利摘要】通過(guò)具有回射器目標(biāo)和激光跟蹤儀的系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量包括存儲(chǔ)用于三個(gè)目標(biāo)以及至少一個(gè)附加點(diǎn)的名義坐標(biāo)的列表；在跟蹤儀的感光陣列上捕捉通過(guò)光束發(fā)射并反射離開(kāi)三個(gè)目標(biāo)的一部分光線(xiàn)；根據(jù)反射離開(kāi)三個(gè)目標(biāo)的光線(xiàn)，獲得跟蹤儀相機(jī)的感光陣列上的光點(diǎn)位置；確定跟蹤儀感光陣列上的三個(gè)光點(diǎn)位置與三個(gè)目標(biāo)的名義坐標(biāo)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系；至少部分地基于第一光點(diǎn)位置和第一目標(biāo)的名義坐標(biāo)，將來(lái)自跟蹤儀的光束引導(dǎo)到三個(gè)目標(biāo)；通過(guò)跟蹤儀測(cè)量三個(gè)目標(biāo)的三維坐標(biāo)；至少部分地基于測(cè)量的三個(gè)目標(biāo)的三維坐標(biāo)以及至少一個(gè)附加點(diǎn)的名義坐標(biāo)，確定至少一個(gè)附加點(diǎn)的三維坐標(biāo)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】通過(guò)激光跟蹤儀對(duì)維度數(shù)據(jù)的自動(dòng)測(cè)量
[0001] 本發(fā)明申請(qǐng)是國(guó)際申請(qǐng)日為2012年3月14日、國(guó)際申請(qǐng)?zhí)枮?PCT/ US2012/028984"、國(guó)家申請(qǐng)?zhí)枮?201280013306. X"、發(fā)明名稱(chēng)為"通過(guò)激光跟蹤儀對(duì)維度數(shù) 據(jù)的自動(dòng)測(cè)量"的發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。
[0002] 相關(guān)申請(qǐng)的交叉參考
[0003] 本申請(qǐng)要求2011年3月14日提交的美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)No. 61/452, 314的優(yōu)先 權(quán)，其全部?jī)?nèi)容通過(guò)參考合并于此。本申請(qǐng)還要求2011年12月30日提交的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng) No. 13/340, 730的優(yōu)先權(quán)，該美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)No. 13/340, 730要求2011年4月20日提交的美 國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)No. 13/090, 889的優(yōu)先權(quán)，該美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)No. 13/090, 889要求2010年4月21 日提交的美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)No. 61/326, 294的優(yōu)先權(quán)，這些申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容通過(guò)參考合并 于此。此外本申請(qǐng)要求2011年4月15日提交的美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)No. 61/475,703的優(yōu)先 權(quán)，其全部?jī)?nèi)容通過(guò)參考合并于此。此外本申請(qǐng)要求2012年1月30日提交的美國(guó)臨時(shí)專(zhuān) 利申請(qǐng)No. 61/592, 049的優(yōu)先權(quán)，其全部?jī)?nèi)容通過(guò)參考合并于此。此外本申請(qǐng)要求2012年 2月29日提交的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)No. 13/407,983的優(yōu)先權(quán)，該美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)No. 13/407,983 要求2011年3月3日提交的美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)No. 61/448,823的優(yōu)先權(quán)，這兩個(gè)申請(qǐng)的全 部?jī)?nèi)容通過(guò)參考合并于此。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0004] 本公開(kāi)涉及例如像激光跟蹤儀這樣的計(jì)量裝置，尤其涉及利用一個(gè)或多個(gè)與激光 跟蹤儀相關(guān)聯(lián)（例如，作為激光跟蹤儀的部件）的定位器相機(jī)來(lái)自動(dòng)識(shí)別物體上放置的多 個(gè)回射器（retroref lector)目標(biāo)中每個(gè)目標(biāo)的激光跟蹤儀。
【背景技術(shù)】
[0005] 有一種稱(chēng)為激光跟蹤儀的儀器，通過(guò)向與點(diǎn)接觸的回射器目標(biāo)發(fā)出激光束，來(lái)測(cè) 量該點(diǎn)的坐標(biāo)。該儀器通過(guò)測(cè)量到目標(biāo)的距離和兩個(gè)角度，確定該點(diǎn)的坐標(biāo)。距離通過(guò)諸 如絕對(duì)距離計(jì)量?jī)x或干涉儀這樣的測(cè)距裝置測(cè)量。角度通過(guò)諸如角度編碼器這樣的測(cè)角裝 置測(cè)量。儀器中的萬(wàn)向束控機(jī)構(gòu)將激光束引導(dǎo)到感興趣的點(diǎn)。
[0006] 激光跟蹤儀是通過(guò)它發(fā)射的一個(gè)或多個(gè)激光束跟蹤回射器目標(biāo)的特殊類(lèi)型的坐 標(biāo)測(cè)量裝置。另一種稱(chēng)為全站儀或視距儀的儀器可測(cè)量擴(kuò)散的散射面上的回射器或點(diǎn)。通 常精度為千分之一英寸并且在某些情況下差不多為一或兩個(gè)微米量級(jí)的激光跟蹤儀一般 比全站儀精確得多。本申請(qǐng)全部采用包括全站儀的激光跟蹤儀的廣義定義。
[0007] 一般而言，激光跟蹤儀向通常位于待測(cè)物體表面上的回射器目標(biāo)發(fā)出激光束。普 通類(lèi)型的回射器目標(biāo)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(gè)相互垂直的鏡子。頂點(diǎn)是三個(gè)鏡子的公共交點(diǎn)，位于球心附近。因 為球中立方隅角的這種布置，從頂點(diǎn)到SMR所在物體的任一表面的垂直距離都保持幾乎恒 定，即使在SMR旋轉(zhuǎn)時(shí)。因此，當(dāng)SMR在表面上移動(dòng)時(shí)，激光跟蹤儀可以通過(guò)跟隨SMR的位 置，測(cè)量該表面的3D坐標(biāo)。換言之，激光跟蹤儀只需要測(cè)量三個(gè)自由度（一個(gè)徑向距離和 兩個(gè)角度）就能表現(xiàn)表面的3D坐標(biāo)的特征。
[0008] 有些激光跟蹤儀具有測(cè)量六個(gè)自由度（D0F)的能力，六個(gè)自由度可包括三個(gè)平 移，例如x、y和z,以及三個(gè)旋轉(zhuǎn)，例如俯仰、翻滾和偏轉(zhuǎn)。通過(guò)參考合并于此的授予Bridges 等的美國(guó)專(zhuān)利No. 7,800,758( '758)中描述了示例性的六-DOF激光跟蹤儀系統(tǒng)。'758專(zhuān) 利公開(kāi)了一種保持立方隅角回射器的探針，回射器上放有標(biāo)志。放有這種標(biāo)志的回射器被 稱(chēng)為六D0F回射器。通過(guò)來(lái)自激光跟蹤儀的激光束照亮立方隅角回射器，且通過(guò)激光跟蹤 儀中的相機(jī)捕捉立方隅角回射器上的標(biāo)志?；谙鄼C(jī)獲得的圖像計(jì)算三個(gè)方位自由度，例 如俯仰角、翻滾角和偏轉(zhuǎn)角。激光跟蹤儀測(cè)量到立方隅角回射器頂點(diǎn)的距離和兩個(gè)角度。當(dāng) 給出頂點(diǎn)的三個(gè)平移自由度的距離和兩個(gè)角度與通過(guò)相機(jī)圖像獲得的三個(gè)方位自由度組 合時(shí)，可以找到相對(duì)于立方隅角回射器的頂點(diǎn)布置在預(yù)定位置的探針頂端的位置。這種探 針頂端例如可用于測(cè)量來(lái)自激光跟蹤儀的激光束的視線(xiàn)之外的"隱藏"特征的坐標(biāo)。
[0009] 激光跟蹤儀的一種通常應(yīng)用是測(cè)量較大的物體，看它的實(shí)際尺寸與設(shè)計(jì)尺寸（例 如，如同CAD數(shù)據(jù)給出的）相比怎么樣。在特定應(yīng)用中可能使用這些物體中的若干物體，并 且通常希望這些物體在幾何結(jié)構(gòu)上相同。物體的幾何結(jié)構(gòu)中最初或者隨時(shí)間發(fā)展的任何變 形都會(huì)影響該物體作為其一部分的整個(gè)系統(tǒng)中的其他操作。例如，如果物體以任何方式彎 曲或扭曲，都會(huì)導(dǎo)致制造缺陷和不良的產(chǎn)品質(zhì)量。
[0010] 已知，為了測(cè)量的目的，通常需要至少三個(gè)點(diǎn)來(lái)建立激光跟蹤儀與物體之間的關(guān) 系。如同現(xiàn)有技術(shù)中已知的，操作者以足夠的精度手動(dòng)測(cè)量這些初始點(diǎn)的能力是供參考的 領(lǐng)域。
[0011] 因此，需要激光跟蹤儀或類(lèi)似測(cè)量裝置的操作者能夠不必手動(dòng)測(cè)量目標(biāo)點(diǎn)（例如 SMR)。作為代替，期望激光跟蹤儀的操作者利用激光跟蹤儀中的相機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)測(cè)量任何特 定應(yīng)用所需的所有目標(biāo)點(diǎn)，從而顯著減少測(cè)量過(guò)程中操作者誤差的可能性，并且不需要專(zhuān) 門(mén)技能和/或訓(xùn)練。
[0012] 更一般而言，需要一種方法和系統(tǒng)，其中激光跟蹤儀自動(dòng)執(zhí)行之前必須手動(dòng)執(zhí)行 的很多功能。期望即使是不熟練的操作者執(zhí)行測(cè)量，也通過(guò)激光跟蹤儀快速獲得一致的測(cè) 量。通常的測(cè)量包括工具檢查測(cè)量；例如，白車(chē)身裝配線(xiàn)中的車(chē)箱是要檢查或監(jiān)測(cè)的工具的 示例。工具的其他示例包括薄片金屬?zèng)_壓夾具，以及用于裝配一部分飛機(jī)結(jié)構(gòu)的裝配工具。 一般而言，對(duì)于汽車(chē)或航空應(yīng)用中制造的幾乎每個(gè)部件，都有對(duì)應(yīng)的工具。因此，期望通過(guò) 激光跟蹤儀改善測(cè)量這些工具的處理。此外，期望將測(cè)量處理應(yīng)用于完成的部件。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0013] 一種用于通過(guò)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量的方法包括步驟：提供包括回射器目標(biāo)的集合以及激 光跟蹤儀的系統(tǒng)，回射器目標(biāo)的集合包括至少三個(gè)非共線(xiàn)回射器目標(biāo)，至少三個(gè)非共線(xiàn)回 射器目標(biāo)包括第一目標(biāo)、第二目標(biāo)和第三目標(biāo)，第一參考框架中的激光跟蹤儀關(guān)于跟蹤儀 環(huán)境固定，激光跟蹤儀具有結(jié)構(gòu)、第一光源、絕對(duì)距離計(jì)量?jī)x、第一角度變換器、第二角度變 換器、跟蹤系統(tǒng)、第一相機(jī)、第二光源以及處理器，結(jié)構(gòu)關(guān)于第一軸和第二軸能旋轉(zhuǎn)，第一光 源產(chǎn)生與絕對(duì)距離計(jì)量?jī)x協(xié)作的第一光束，第一角度變換器測(cè)量關(guān)于第一軸的第一旋轉(zhuǎn)角 度，第二角度變換器測(cè)量關(guān)于第二軸的第二旋轉(zhuǎn)角度，跟蹤系統(tǒng)被配置為將第一光束移動(dòng) 到回射器目標(biāo)集合中的任意回射器目標(biāo)的中心，第一相機(jī)包括第一透鏡系統(tǒng)和第一感光陣 列，第二光源提供第二光束，并且處理器被配置為操作激光跟蹤儀；存儲(chǔ)用于第一目標(biāo)、第 二目標(biāo)、第三目標(biāo)以及至少一個(gè)附加點(diǎn)的名義坐標(biāo)的列表，名義坐標(biāo)是第二參考框架中的 三維坐標(biāo)；在第一感光陣列上捕捉通過(guò)第二光束發(fā)射并反射離開(kāi)第一目標(biāo)、第二目標(biāo)和第 三目標(biāo)的一部分光線(xiàn)；根據(jù)反射離開(kāi)第一目標(biāo)、第二目標(biāo)和第三目標(biāo)中的每個(gè)目標(biāo)的一部 分光線(xiàn)，獲得感光陣列上的光點(diǎn)位置；分別確定第一感光陣列上的第一光點(diǎn)位置、第二光點(diǎn) 位置和第三光點(diǎn)位置與第一目標(biāo)、第二目標(biāo)和第三目標(biāo)的名義坐標(biāo)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系；至少 部分地基于第一光點(diǎn)位置和第一目標(biāo)的名義坐標(biāo)，將第一光束引導(dǎo)到第一目標(biāo)；利用絕對(duì) 距離計(jì)量?jī)x、第一角度變換器和第二角度變換器測(cè)量第一目標(biāo)的三維坐標(biāo)；至少部分地基 于第二光點(diǎn)位置和第二目標(biāo)的名義坐標(biāo)，將第一光束引導(dǎo)到第二目標(biāo)；利用絕對(duì)距離計(jì)量 儀、第一角度變換器和第二角度變換器測(cè)量第二目標(biāo)的三維坐標(biāo)；至少部分地基于第三光 點(diǎn)位置和第三目標(biāo)的名義坐標(biāo)，將第一光束引導(dǎo)到第三目標(biāo)；利用絕對(duì)距離計(jì)量?jī)x、第一角 度變換器和第二角度變換器測(cè)量第三目標(biāo)的三維坐標(biāo)；至少部分地基于測(cè)量的第一目標(biāo)、 第二目標(biāo)和第三目標(biāo)的三維坐標(biāo)以及至少一個(gè)附加點(diǎn)的名義坐標(biāo)，確定第一參考框架中至 少一個(gè)附加點(diǎn)的三維坐標(biāo)；以及存儲(chǔ)確定的至少一個(gè)附加點(diǎn)的三維坐標(biāo)。
【專(zhuān)利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0014] 下面參照附圖，所示的示例性實(shí)施例不應(yīng)解釋為對(duì)本公開(kāi)的全部范圍的限制，并 且其中，在若干附圖中對(duì)元件類(lèi)似地編號(hào)：
[0015] 圖1是根據(jù)實(shí)施例的激光跟蹤儀、輔助單元和外部計(jì)算機(jī)的立體圖；
[0016] 圖2是根據(jù)實(shí)施例的圖1的激光跟蹤儀的立體圖，該激光跟蹤儀具有附加的窄視 場(chǎng)相機(jī)和關(guān)聯(lián)光源；
[0017] 圖3示出三維矢量圖的二維表示；
[0018] 圖4A是在圖1的激光跟蹤儀的剛性結(jié)構(gòu)部分上設(shè)置的寬場(chǎng)定位器相機(jī)的正視圖， 其中剛性結(jié)構(gòu)被旋轉(zhuǎn)，以使得定位器相機(jī)能夠同時(shí)觀看多個(gè)回射器目標(biāo)；
[0019] 圖4B是沿著圖4A的線(xiàn)410-410看去、圖4A的定位器相機(jī)的剖視圖；
[0020] 圖5A是在激光跟蹤儀對(duì)物體上的各種目標(biāo)點(diǎn)自動(dòng)進(jìn)行測(cè)量下，關(guān)于要通過(guò)激光 跟蹤儀測(cè)量的物體的第一方位中、圖1的激光跟蹤儀的立體圖；
[0021] 圖5B是在激光跟蹤儀對(duì)物體上的各種目標(biāo)點(diǎn)自動(dòng)進(jìn)行測(cè)量下，在關(guān)于要通過(guò)激 光跟蹤儀測(cè)量的物體的第二方位中、圖1的激光跟蹤儀的立體圖；
[0022] 圖6示出根據(jù)實(shí)施例的激光跟蹤儀中的電子處理器元件；
[0023] 圖7是示出通過(guò)根據(jù)實(shí)施例的系統(tǒng)測(cè)量的步驟的流程圖；
[0024] 圖8是示出通過(guò)根據(jù)實(shí)施例的系統(tǒng)測(cè)量的步驟的流程圖；
[0025] 圖9是示出通過(guò)根據(jù)實(shí)施例的系統(tǒng)測(cè)量的步驟的流程圖；
[0026] 圖10是示出通過(guò)根據(jù)實(shí)施例的系統(tǒng)測(cè)量的步驟的流程圖；
[0027] 圖11是示出通過(guò)根據(jù)實(shí)施例的系統(tǒng)測(cè)量的步驟的流程圖；
[0028] 圖12是示出通過(guò)根據(jù)實(shí)施例的系統(tǒng)測(cè)量的步驟的流程圖；
[0029] 圖13是示出通過(guò)根據(jù)實(shí)施例的系統(tǒng)測(cè)量的步驟的流程圖；
[0030] 圖14是示出通過(guò)根據(jù)實(shí)施例的系統(tǒng)測(cè)量的步驟的流程圖；以及
[0031] 圖15是示出通過(guò)根據(jù)實(shí)施例的系統(tǒng)測(cè)量的步驟的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032] 圖1示出示例性激光跟蹤儀10。激光跟蹤儀10的示例性萬(wàn)向束控機(jī)構(gòu)12包括 天頂架14,天頂架14安裝在方位底座16上并繞方位軸20旋轉(zhuǎn)。載荷15安裝在天頂架14 上并繞天頂軸18旋轉(zhuǎn)。在跟蹤儀10內(nèi)部，天頂機(jī)械旋轉(zhuǎn)軸（未示出）與方位機(jī)械旋轉(zhuǎn)軸 (未示出）在萬(wàn)向點(diǎn)22正交,萬(wàn)向點(diǎn)22通常是用于距離測(cè)量的原點(diǎn)。激光束46虛擬通過(guò) 萬(wàn)向點(diǎn)22并垂直指向天頂軸18。換言之，激光束46處于與天頂軸18垂直的平面。激光束 46通過(guò)跟蹤儀中的電機(jī)（未示出）指向期望的方向，電機(jī)繞天頂軸18和方位軸20旋轉(zhuǎn)載 荷15。在跟蹤儀10內(nèi)部，天頂和方位角度編碼器（未示出）附接于天頂機(jī)械軸（未示出） 和方位機(jī)械軸（未示出），并以較高的精度指出旋轉(zhuǎn)的角度。激光束46傳向外部回射器26， 例如上述球面安裝的回射器（SMR)。通過(guò)測(cè)量萬(wàn)向點(diǎn)22與回射器26之間的徑向距離以及 關(guān)于天頂軸18和方位軸20的旋轉(zhuǎn)角，在跟蹤儀的球面坐標(biāo)系中找到回射器26的位置。
[0033] 激光跟蹤儀10是具有裝置參考框架30的裝置。裝置參考框架可將萬(wàn)向點(diǎn)22作為 其原點(diǎn)。參考框架可關(guān)于方位底座16固定，方位底座16通常關(guān)于環(huán)境靜止。裝置參考框 架可通過(guò)各種坐標(biāo)系表示。一種坐標(biāo)系是有三個(gè)垂直軸x、y和z的笛卡爾坐標(biāo)系。另一種 坐標(biāo)系是球面坐標(biāo)系。球面坐標(biāo)30中的點(diǎn)74在球面坐標(biāo)系中可通過(guò)一個(gè)徑向距離73 (r)、 第一（天頂）角72(θ)以及第二（方位）角71(供）表示。角度Θ通過(guò)利用將點(diǎn)74投 射在ζ軸上獲得。角度Ρ通過(guò)利用將點(diǎn)74投射在x-y平面上獲得。激光跟蹤儀10固有地 在球面坐標(biāo)系中進(jìn)行測(cè)量，但是在球面坐標(biāo)中測(cè)量的點(diǎn)可以容易地轉(zhuǎn)換為笛卡爾坐標(biāo)。
[0034] 目標(biāo)26可以與待測(cè)物體（object under test)61接觸。待測(cè)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(biāo)x、y和z來(lái)表示。物體參考框架40的X、 y和z軸隨著物體61移動(dòng)，不一定與裝置參考框架30的對(duì)應(yīng)裝置軸X、y和z平行。目標(biāo) 26可以被放置為在點(diǎn)63與物體表面61接觸。為了找到點(diǎn)63的三維（3D)坐標(biāo)，跟蹤儀首 先利用其已經(jīng)測(cè)量的距離和兩個(gè)角度確定目標(biāo)26的中心。這也可以用于說(shuō)明回射器參考 點(diǎn)（例如，立方隅角頂點(diǎn)）關(guān)于目標(biāo)26的球面接觸表面的中心的矢量偏移。為了從目標(biāo)中 心移動(dòng)到工件表面，中心點(diǎn)位置偏移一個(gè)等于球面目標(biāo)表面半徑的量。在實(shí)施例中，通過(guò)測(cè) 量靠近接觸點(diǎn)63的若干點(diǎn)，找到偏移方向，以確定點(diǎn)63處的表面法線(xiàn)。
[0035] 激光束46可包括一個(gè)或多個(gè)激光波長(zhǎng)。為了清楚和簡(jiǎn)明起見(jiàn)，在下面的討論中采 取圖1所示類(lèi)型的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)。但是，其他類(lèi)型的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)也可以。例如，可以從繞著方位軸 和天頂軸旋轉(zhuǎn)的鏡子反射激光束。作為另一個(gè)示例，可以利用諸如電流計(jì)電機(jī)這樣的致動(dòng) 器驅(qū)動(dòng)的兩個(gè)轉(zhuǎn)向鏡來(lái)使光束轉(zhuǎn)向。在后一情況下，不需要提供方位和天頂機(jī)械軸就可以 使光束轉(zhuǎn)向。這里所述的技術(shù)不管轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的類(lèi)型如何都是可行的。
[0036] 在示例性激光跟蹤儀10中，將相機(jī)52和光源54設(shè)置在載荷15上。光源54照亮 一個(gè)或多個(gè)回射器目標(biāo)26。在實(shí)施例中，光源54是通過(guò)電學(xué)方式驅(qū)動(dòng)以重復(fù)發(fā)射脈沖光 的LED。每個(gè)相機(jī)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CCD陣列。在實(shí)施例中，透鏡具有較寬的視場(chǎng)，例如30或40度。透鏡的目的是 在感光陣列上形成透鏡視場(chǎng)中物體的圖像。通常，在相機(jī)52附近放置至少一個(gè)光源54,因 此，來(lái)自光源54的光線(xiàn)反射離開(kāi)每個(gè)回射器目標(biāo)26到相機(jī)52上。（為了以能夠在相機(jī)52 上看見(jiàn)的方式照亮回射器目標(biāo)，光源54必須靠近相機(jī)；否則反射光將以過(guò)大的角度反射并 錯(cuò)過(guò)相機(jī)。）通過(guò)這種方式，容易將回射器圖像與感光陣列上的背景相區(qū)別，因?yàn)樗鼈兊膱D 像光點(diǎn)比背景物體更亮，并且是脈沖的。在實(shí)施例中，在激光束46周?chē)胖脙蓚€(gè)相機(jī)52和 兩個(gè)光源54。通過(guò)以這種方式使用兩個(gè)相機(jī)，可以利用三角測(cè)量原理來(lái)找到相機(jī)視場(chǎng)中任 何SMR的三維坐標(biāo)。此外，當(dāng)SMR點(diǎn)到點(diǎn)移動(dòng)時(shí)，可以監(jiān)測(cè)SMR的三維坐標(biāo)。在Bridges等 的美國(guó)公開(kāi)專(zhuān)利申請(qǐng)No. 2010/0128259中描述了為此目的使用兩個(gè)相機(jī)，通過(guò)參考將其內(nèi) 容合并于此。
[0037] 輔助單元50可以是激光跟蹤儀10的部件。輔助單元50的目的是向激光跟蹤儀 本體提供電功率，在某些情況下還向系統(tǒng)提供計(jì)算和計(jì)時(shí)能力。通過(guò)將輔助單元50的功能 轉(zhuǎn)移到跟蹤儀本體，可以完全去除輔助單元50。在大多數(shù)情況下，將輔助單元50附接于通 用計(jì)算機(jī)60。載入通用計(jì)算機(jī)60的應(yīng)用軟件可以提供諸如逆向工程這樣的應(yīng)用能力。通 過(guò)將通用計(jì)算機(jī)60的計(jì)算能力直接建立在激光跟蹤儀10中，也可以完全去除通用計(jì)算機(jī) 60。在這種情況下，可將可能提供鍵盤(pán)和鼠標(biāo)功能的用戶(hù)接口建立在激光跟蹤儀10中。輔 助單元50與計(jì)算機(jī)60之間的連接可以是無(wú)線(xiàn)的，也可以通過(guò)電線(xiàn)的線(xiàn)纜。計(jì)算機(jī)60可以 連接到網(wǎng)絡(luò)，輔助單元50也可以連接到網(wǎng)絡(luò)。通過(guò)計(jì)算機(jī)60或輔助單元50,可將多個(gè)儀器 (例如多個(gè)測(cè)量?jī)x器或者致動(dòng)器）連接在一起。在實(shí)施例中，省略輔助單元，并在激光跟蹤 儀10與計(jì)算機(jī)60之間直接進(jìn)行連接。
[0038] 在本發(fā)明的替代性實(shí)施例中，激光跟蹤儀10可以同時(shí)利用激光跟蹤儀10上的寬 視場(chǎng)（F0V)和窄F0V相機(jī)52兩者。下面描述同時(shí)使用這種相機(jī)的各種示例性方法。
[0039] 在第一實(shí)施例中，圖1中其中一個(gè)相機(jī)52是窄F0V相機(jī)，而另一個(gè)相機(jī)52是寬 F0V相機(jī)。通過(guò)這種配置，寬F0V相機(jī)52在較寬的角度范圍里識(shí)別回射器目標(biāo)26。激光跟 蹤儀10在特別選擇的回射器目標(biāo)26的方向上轉(zhuǎn)動(dòng)光束46,直到回射器目標(biāo)26在窄F0V相 機(jī)52的F0V中。然后激光跟蹤儀10可以執(zhí)行下述方法，利用激光跟蹤儀10上安裝的兩個(gè) 相機(jī)52上的圖像，找到回射器目標(biāo)的位置。這樣做是為了找到對(duì)回射器目標(biāo)26位置的最 佳估計(jì)。
[0040] 在圖2所示的另一實(shí)施例中，兩個(gè)相機(jī)52都是寬F0V相機(jī)。此外，還有窄F0V相 機(jī)58和鄰近光源56。兩個(gè)寬F0V相機(jī)52確定回射器目標(biāo)26的三維位置，并使跟蹤儀光束 46轉(zhuǎn)向目標(biāo)26。當(dāng)窄F0V相機(jī)58也看見(jiàn)回射器目標(biāo)26時(shí)，將全部三個(gè)相機(jī)52、58提供的 信息都用于計(jì)算回射器目標(biāo)26的三維位置。
[0041] 在另一實(shí)施例中，將圖1中的兩個(gè)寬F0V相機(jī)52用于確定目標(biāo)的位置并使激光束 轉(zhuǎn)向它。與授予Bridges等的上述美國(guó)專(zhuān)利No. 7, 800, 758 ( '758)(通過(guò)參考合并于此） 的圖2和圖7中所示的方位相機(jī)210相類(lèi)似，方位相機(jī)觀看被照亮的回射器目標(biāo)26周?chē)?小區(qū)域。通過(guò)觀察回射器26在方位相機(jī)210的感光陣列中的位置，激光跟蹤儀10可以立 即將激光束46引導(dǎo)到回射器26的中心。
[0042] 下面描述利用圖1和圖2的、安裝在激光跟蹤儀10前面的兩個(gè)相機(jī)52上的圖像 找到回射器目標(biāo)的方法。
[0043] 與激光跟蹤儀10相關(guān)聯(lián)的5個(gè)參考框架：繞載荷15旋轉(zhuǎn)的載荷參考框架；繞天 頂架14旋轉(zhuǎn)的方位參考框架；關(guān)于方位底座16固定的跟蹤儀世界參考框架；以及兩個(gè)相 機(jī)參考框架。方位底座16關(guān)于其環(huán)境靜止。相機(jī)52包括透鏡系統(tǒng)（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(tǒng)和感光陣列的相機(jī)的典型說(shuō)明。
[0044] 在實(shí)施例中，載荷參考框架的原點(diǎn)在萬(wàn)向點(diǎn)22,位于沿著方位軸的點(diǎn)；與天頂方 向平行的y軸；與y軸垂直且近似平行于激光束的X軸；以及垂直于X軸和y軸的z軸。相 機(jī)52關(guān)于載荷參考框架固定。
[0045] 在實(shí)施例中，方位參考框架的原點(diǎn)在萬(wàn)向點(diǎn)22 ;沿著方位方向的z軸；與天頂軸平 行且垂直于z軸的y軸；以及垂直于y軸和z軸的X軸。
[0046] 在實(shí)施例中，跟蹤儀世界參考框架的原點(diǎn)在萬(wàn)向點(diǎn)22 ;沿著方位軸的z軸；在將方 位軸的角度設(shè)置為零度時(shí)與z軸垂直且平行于天頂軸的y軸；以及垂直于y軸和z軸的X 軸。
[0047] 在實(shí)施例中，相機(jī)參考框架的X軸是相機(jī)中透鏡系統(tǒng)的光軸。y軸和z軸垂直于X 軸并相互垂直，且分別對(duì)準(zhǔn)相機(jī)52中感光陣列的像素的行和列。
[0048] 在激光跟蹤儀10中，天頂角和方位角分別是關(guān)于天頂軸和方位軸旋轉(zhuǎn)的角度，且 分別通過(guò)天頂編碼器和方位編碼器測(cè)量。知道載荷參考框架中相機(jī)光軸的方程以及天頂角 和方位角以后，就可將5個(gè)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(gè)相機(jī)參考框架）的任何一個(gè)變換為任何其他參考框架。通常利用變換矩陣來(lái)實(shí)現(xiàn) 這一點(diǎn)，變換矩陣是4X 4矩陣，包括3 X 3旋轉(zhuǎn)矩陣和實(shí)現(xiàn)平移的縮放分量。變換矩陣的使 用為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知。
[0049] 相機(jī)52和光源54用于找到載荷參考框架或任何其他參考框架中一個(gè)或多個(gè)回射 器目標(biāo)26的位置。如果需要的話(huà)，可通過(guò)激光跟蹤儀10自動(dòng)獲取這些目標(biāo)。
[0050] 下面描述在載荷參考框架中找到回射器目標(biāo)的方法。方法中第一步驟是打開(kāi)光源 54以照亮回射器26,并在相機(jī)52上形成圖像。在某些情況下，可以暫時(shí)關(guān)閉照明，并得到 照亮場(chǎng)景與非照亮場(chǎng)景之間的差異。通過(guò)這種方式，可以移除背景特征，使得能夠更清楚地 揭示回射器目標(biāo)。第二步驟是使用處理器（例如處理器50)，對(duì)相機(jī)52感光陣列上的每個(gè) 回射器光點(diǎn)計(jì)算中心點(diǎn)。例如中心點(diǎn)可被計(jì)算為圖心。第三步驟是對(duì)每個(gè)中心點(diǎn)建立相機(jī) 參考框架中的方向。在最簡(jiǎn)單的近似下，通過(guò)在中心點(diǎn)與相機(jī)52的透視中心之間畫(huà)線(xiàn)來(lái)找 到方向。更復(fù)雜的分析可以在確定方向時(shí)考慮透鏡系統(tǒng)的像差。第四步驟是將透視中心的 坐標(biāo)以及用于每個(gè)中心點(diǎn)的方向轉(zhuǎn)換為載荷參考框架。第五步驟是通過(guò)解聯(lián)立方程，對(duì)載 荷參考框架中回射器目標(biāo)26的位置找到最佳估計(jì)，如下所述。
[0051] 對(duì)于每個(gè)回射器目標(biāo)26,中心點(diǎn)形成在兩個(gè)相機(jī)52的每個(gè)相機(jī)的感光陣列上，并 且從這些中心點(diǎn)開(kāi)始，可以構(gòu)造指示從每個(gè)相機(jī)到回射器目標(biāo)26的方向的線(xiàn)。在理想情況 下，兩條線(xiàn)在一個(gè)點(diǎn)相交，但是通常，兩條線(xiàn)是不精確相交的偏斜線(xiàn)。通過(guò)確定最近路徑的 線(xiàn)段，找到對(duì)兩條偏斜線(xiàn)的相交位置的最佳估計(jì)。最近路徑的線(xiàn)段垂直于兩條偏斜線(xiàn)的每 一個(gè)，并且短于與兩條偏斜線(xiàn)垂直的任何其他線(xiàn)段。通常，對(duì)回射器目標(biāo)26位置的最佳估 計(jì)是最近路徑的線(xiàn)段的中點(diǎn)。
[0052] 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(biāo)的俯 視圖中可以獲得這種表示。點(diǎn)〇是載荷參考框架的原點(diǎn)。矢量P和R從激光跟蹤儀的原點(diǎn) 分別延伸到第一相機(jī)和第二相機(jī)。矢量U表示通過(guò)第一相機(jī)的透視中心、并具有根據(jù)上述 方法中第三步驟計(jì)算的方向的線(xiàn)。矢量V表示通過(guò)第二相機(jī)的透視中心、并具有根據(jù)上述 方法中第三步驟計(jì)算的方向的線(xiàn)。矢量C表示從矢量U上的第一點(diǎn)延伸到矢量V上的第二 點(diǎn)的線(xiàn)段。矢量C垂直于矢量U和V。
[0053] 找到矢量C端點(diǎn)的一種方式是利用方程式：
[0054] P+u U+c C = R+v V, (1)
[0055] 其中包括標(biāo)量量u、c和v以及矢量量P、U、C、R和V。
[0056] 此外，矢量C服從約束：
[0057] C = UXV, (2)
[0058] 其中X是叉乘運(yùn)算符。矢量方程（1)可以通過(guò)X寫(xiě)為第一方程，通過(guò)y寫(xiě)為第二 方程，通過(guò)z寫(xiě)為第三方程。利用公知的叉乘公式，可以根據(jù)U和V的x、y和z分量寫(xiě)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(jié)果是x、y和z的三個(gè)方 程，其中所有矢量都是已知的，只有三個(gè)標(biāo)量u、v和c留待確定。因?yàn)橛腥齻€(gè)方程和三個(gè)未 知數(shù)，所以可以確定三個(gè)值。
[0059] 沿著最近路徑的線(xiàn)路連接矢量U和V的線(xiàn)段的三維端點(diǎn)坐標(biāo)％和Q2通過(guò)以下給 出：
[0060] Qj = P+u U, (3)
[0061] Q2 = R+v V。 （4)
[0062] 兩條線(xiàn)的交點(diǎn)的最佳估計(jì)Q通過(guò)以下給出：
[0063] (5)
[0064] 如果需要的話(huà)，可以使用其他數(shù)學(xué)方法來(lái)找到交叉點(diǎn)的最佳估計(jì)Q。例如，可以使 用最優(yōu)化程序來(lái)找到％和Q 2的值。
[0065] 關(guān)于激光跟蹤儀10描述上述方法，激光跟蹤儀10具有從載荷15發(fā)射的光束46， 載荷15關(guān)于天頂軸18旋轉(zhuǎn)。但是，其他類(lèi)型的機(jī)械轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)也可以。例如，可以用轉(zhuǎn)向鏡 代替載荷15。通過(guò)這種方式，從方位底座16將光束引導(dǎo)向上。光束到達(dá)轉(zhuǎn)向鏡并反射出跟 蹤儀外殼。附接于天頂機(jī)械軸的電機(jī)旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向鏡，以在期望方向上瞄準(zhǔn)光束。在本實(shí)施例 中，用鏡子參考框架代替載荷參考框架，但是分析相同。
[0066] 也可以使用不附接于激光跟蹤儀載荷的一個(gè)或多個(gè)相機(jī)。這些相機(jī)可以附接于方 位架14,或者將它們?nèi)开?dú)立于激光跟蹤儀安裝。找到相機(jī)與激光跟蹤儀的參考框架之間 關(guān)系的方法可通過(guò)與上述類(lèi)似的方式找到：可通過(guò)相機(jī)并通過(guò)激光跟蹤儀測(cè)量某些數(shù)量的 點(diǎn)，并使用測(cè)量結(jié)果來(lái)建立適當(dāng)?shù)淖儞Q矩陣。
[0067] 再參照?qǐng)D2,因?yàn)樵诙鄶?shù)情況下窄F0V相機(jī)58具有較小的被每個(gè)像素覆蓋的角度 范圍，所以?xún)?yōu)選為窄F0V相機(jī)58的讀數(shù)賦予更多的權(quán)重。做到這一點(diǎn)的簡(jiǎn)單方法是修改上 述方程式（5)。例如，如果窄F0V相機(jī)58的F0V是寬F0V相機(jī)58的F0V的四分之一，那么 代替上述方程式（5)使用的合理方程式可以是：
[0068] Q = 0. 2〇!+0, 8Q2 (6)
[0069] 可以使用的另一種數(shù)學(xué)方法是最小平方最優(yōu)化程序，以找到對(duì)于回射器目標(biāo)26 的最佳估計(jì)，但是相比于寬F0V相機(jī)52的讀數(shù)更多地強(qiáng)調(diào)窄F0V相機(jī)58的讀數(shù)。
[0070] 參照?qǐng)D4A和圖4B，定位器相機(jī)400允許激光跟蹤儀10迅速確定激光跟蹤儀10的 較寬視場(chǎng)中多個(gè)回射器的近似位置。多個(gè)相同的光源401設(shè)置在包圍透鏡402的環(huán)上。或 者，可以使用更少的光源甚至單個(gè)光源。各個(gè)光源發(fā)射本質(zhì)上非相干光440的重疊圓錐，共 同構(gòu)成光錐。每個(gè)回射器將來(lái)自光錐的一部分光線(xiàn)反射回定位器相機(jī)400,作為光束。圖 4B示出光束457的其中一個(gè)。透鏡402將光束457聚焦為感光陣列404表面上的光點(diǎn)。感 光陣列404與透鏡402的前主平面相距透鏡的焦長(zhǎng)f。
[0071] 電線(xiàn)441將來(lái)自激光跟蹤儀10中電源（例如輔助單元50)的電力提供給發(fā)射器 401和感光陣列404。此外電線(xiàn)441將來(lái)自感光陣列404的像素?cái)?shù)據(jù)傳輸給通用計(jì)算機(jī)60， 例如用于分析。計(jì)算機(jī)60分析感光陣列404上的光線(xiàn)圖案，以確定感光陣列404上中心點(diǎn) 452的位置。此外計(jì)算機(jī)60進(jìn)行通過(guò)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(guò)透鏡402將反射光束聚焦為感光陣列404上的圖案。計(jì)算機(jī)60分析這些圖案，以 確定每個(gè)圖案的中心點(diǎn)。根據(jù)中心點(diǎn)的位置，可以確定到每個(gè)回射器的近似角度方向。 [0072] 假定感興趣的回射器是多個(gè)回射器中的特定回射器。如果目的是獲取目標(biāo)并通過(guò) 激光跟蹤儀測(cè)量目標(biāo)位置，可以進(jìn)行以下程序。啟動(dòng)電機(jī)，轉(zhuǎn)動(dòng)載荷，直到激光束瞄準(zhǔn)特定 回射器的近似方向。如果目標(biāo)位置的估計(jì)足夠好，則光束直接鎖定目標(biāo)并開(kāi)始目標(biāo)的跟蹤。 如果目標(biāo)位置的估計(jì)不夠好，一種可能性是啟動(dòng)搜索，其中通過(guò)系統(tǒng)的方式改變激光束的 方向。例如，可以沿著螺旋圖案來(lái)使激光束轉(zhuǎn)向。當(dāng)激光束與目標(biāo)相交時(shí)，激光跟蹤儀中的 位置檢測(cè)器感測(cè)反射光線(xiàn)。來(lái)自位置檢測(cè)器的信號(hào)提供足夠的信息，使得電機(jī)能夠?qū)⑤d荷 直接瞄準(zhǔn)特定回射器的中心。另一種可能性是操作者直接抓取激光跟蹤儀的機(jī)械機(jī)構(gòu)，例 如載荷，并且手動(dòng)引導(dǎo)光束朝向感興趣的回射器。在一個(gè)實(shí)施例中，如果操作者將光束引導(dǎo) 到充分靠近回射器中心，則LED開(kāi)始在跟蹤儀前面閃光。如果光束更加靠近，則光束開(kāi)始鎖 定回射器目標(biāo)。如果光束不是很充分地靠近回射器中心以鎖定目標(biāo)，那么可以進(jìn)行快速搜 索程序，以定位回射器目標(biāo)。
[0073] 在激光跟蹤儀10上有兩個(gè)或更多個(gè)定位器相機(jī)52的情況下，通?？梢酝ㄟ^(guò)上述 的立體相機(jī)計(jì)算，直接建立回射器目標(biāo)26與相機(jī)52的感光陣列上出現(xiàn)的目標(biāo)中心之間的 一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。類(lèi)似地，如果將單個(gè)相機(jī)52放置在激光跟蹤儀中的方式使得通過(guò)目標(biāo)26 反射的光線(xiàn)在激光跟蹤儀的光軸上傳向相機(jī)，則相機(jī)與相機(jī)之間的視差被消除，并且通常 可以建立回射器目標(biāo)與相機(jī)的感光陣列上出現(xiàn)的目標(biāo)中心之間的 對(duì)應(yīng)關(guān)系。如果使用 單個(gè)相機(jī)，可以使用替代性方法來(lái)建立目標(biāo)中心與回射器目標(biāo)之間的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。一種 方法涉及將方位軸轉(zhuǎn)動(dòng)到不同的角度，并觀察單個(gè)相機(jī)52的感光陣列上位置的改變。當(dāng)方 位角改變時(shí)，感光陣列上中心的位置將改變一個(gè)取決于從激光跟蹤儀10到回射器26的距 離的量。對(duì)于方位角的給定變化，當(dāng)與回射器的距離增加時(shí)，在感光陣列上兩個(gè)中心之間的 改變減少。通過(guò)改變激光跟蹤儀的天頂角而不是方位角，可以進(jìn)行類(lèi)似的程序。這種程序 的更詳細(xì)描述參照美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)No. 2011/0260033( '033)的圖18描述，通過(guò)參考將該申 請(qǐng)合并于此。
[0074] 在某些情況下，激光跟蹤儀上的一個(gè)或多個(gè)相機(jī)足夠準(zhǔn)確，以將來(lái)自激光跟蹤儀 的光束引導(dǎo)到充分靠近回射器目標(biāo)的中心，使得反射回到激光跟蹤儀的光束被位置檢測(cè)器 拾取，從而導(dǎo)致激光束開(kāi)始跟蹤目標(biāo)。在這種情況下，控制激光跟蹤儀的軟件可以自動(dòng)將來(lái) 自跟蹤儀的光束引導(dǎo)到每個(gè)目標(biāo)，使得激光跟蹤儀距離計(jì)量?jī)x和角度編碼器的較高精度被 變換為三維坐標(biāo)值。在其他情況下，激光跟蹤儀上的一個(gè)或多個(gè)相機(jī)不一定足夠準(zhǔn)確到立 即將來(lái)自激光跟蹤儀的光束引導(dǎo)到充分靠近回射器目標(biāo)的中心，使得位置檢測(cè)器能夠立即 檢測(cè)光束并開(kāi)始跟蹤。在這種情況下，來(lái)自激光跟蹤儀的光束可以瞄準(zhǔn)目標(biāo)，并且光束在搜 索圖案中被引導(dǎo)，以定位目標(biāo)，如上所述。通過(guò)對(duì)測(cè)量體積內(nèi)的每個(gè)目標(biāo)重復(fù)該程序，可以 對(duì)每個(gè)目標(biāo)點(diǎn)獲得比較準(zhǔn)確的三維坐標(biāo)。目標(biāo)點(diǎn)的比較準(zhǔn)確的三維坐標(biāo)是重要的，因?yàn)樗?們使得控制激光跟蹤儀的軟件能夠有效地進(jìn)行目標(biāo)點(diǎn)的自動(dòng)測(cè)量，不需要進(jìn)行中間目標(biāo)搜 索。
[0075] 如同上述討論所建議的，本發(fā)明的某些方面要求獲得通過(guò)激光跟蹤儀上的一個(gè)或 多個(gè)相機(jī)觀看到的目標(biāo)點(diǎn)與回射器目標(biāo)點(diǎn)的三維坐標(biāo)的列表之間的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。下面描 述獲得目標(biāo)點(diǎn)的三維坐標(biāo)的列表的一些方法。在某些情況下，列表具有名義三維坐標(biāo)，其與 實(shí)際的三維坐標(biāo)差一個(gè)較大的量。在其他情況下，列表可具有較準(zhǔn)確的三維坐標(biāo)。
[0076] 在一個(gè)實(shí)施例中，根據(jù)描述物體上目標(biāo)位置的CAD模型獲得激光跟蹤儀與待測(cè)物 體上目標(biāo)點(diǎn)之間三維坐標(biāo)的列表。
[0077] 在另一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)對(duì)相機(jī)觀察的每個(gè)點(diǎn)進(jìn)行三維測(cè)量來(lái)獲得目標(biāo)點(diǎn)與三維 坐標(biāo)的列表之間的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系?？梢栽诋?dāng)前測(cè)量階段之前進(jìn)行這種三維測(cè)量。
[0078] 在某些情況下，一個(gè)或多個(gè)相機(jī)上目標(biāo)點(diǎn)的圖像可能過(guò)于接近地分開(kāi)，而不能立 即確定目標(biāo)點(diǎn)與相機(jī)圖像上光點(diǎn)之間的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。在這種情況下，可利用上述方法，通 過(guò)激光跟蹤儀來(lái)測(cè)量點(diǎn)。例如，激光跟蹤儀可以將光束引導(dǎo)到目標(biāo)。然后激光跟蹤儀可以 直接測(cè)量目標(biāo)位置，或者，如果必要的話(huà)，通過(guò)搜索程序的幫助來(lái)測(cè)量目標(biāo)位置。
[0079] 本發(fā)明的重要方面是激光跟蹤儀的參考框架與待測(cè)物體的參考框架之間關(guān)系的 建立。表達(dá)相同構(gòu)思的另一種方式是說(shuō)，重要的是有一種將激光跟蹤儀參考框架轉(zhuǎn)換為待 測(cè)物體參考框架或者反之的方法。
[0080] 這里教導(dǎo)了用于建立這種關(guān)系的三種方法。在第一方法中，通過(guò)激光跟蹤儀測(cè)量 至少三個(gè)回射器目標(biāo)點(diǎn)。在第二方法中，通過(guò)激光跟蹤儀測(cè)量至少兩個(gè)目標(biāo)點(diǎn)，此外通過(guò)激 光跟蹤儀和待測(cè)目標(biāo)中每一個(gè)上設(shè)置的傾角計(jì)測(cè)量至少兩個(gè)傾角。在第三方法中，通過(guò)具 有六D0F測(cè)量能力的激光跟蹤儀測(cè)量單個(gè)六自由度（D0F)相機(jī)。通過(guò)組合根據(jù)三種方法的 任意方法獲得的信息，可將激光跟蹤儀置于待測(cè)物體的參考框架中。同樣，可將待測(cè)物體置 于激光跟蹤儀的參考框架中。
[0081] 下面對(duì)基于上文所述測(cè)量的信息的獲得，將待測(cè)物體置于跟蹤儀參考框架的方法 給出簡(jiǎn)單說(shuō)明。對(duì)于激光跟蹤儀測(cè)量三個(gè)回射器目標(biāo)點(diǎn)的情況，通過(guò)允許三個(gè)測(cè)量點(diǎn)的其 中一個(gè)作為待測(cè)物體的局部參考框架的原點(diǎn)，允許第二個(gè)測(cè)量點(diǎn)建立X軸，并允許第三個(gè) 測(cè)量點(diǎn)建立y方向的分量，可以建立待測(cè)物體的局部坐標(biāo)系。y軸被取為通過(guò)原點(diǎn)并垂直于 X軸。z軸被取為通過(guò)原點(diǎn)并垂直于X軸和y軸，且方向根據(jù)右手定則而定，這為本領(lǐng)域技 術(shù)人員所公知。待測(cè)物體可具有本身的參考坐標(biāo)系，通過(guò)CAD制圖建立。例如，CAD制圖可 具有建立原點(diǎn)、X軸、y軸和z軸的數(shù)據(jù)。為了將CAD制圖置于激光跟蹤儀的參考框架中，或 者同樣地，將激光跟蹤儀置于CAD制圖的參考框架中，通常獲得三個(gè)變換矩陣。變換矩陣通 常為4X4矩陣，包括3X3矩陣旋轉(zhuǎn)矩陣以及說(shuō)明參考框架相對(duì)于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?qū)⑷齻€(gè)變換矩陣一起相乘，以獲得總變換矩陣，將 測(cè)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(lǐng)域技術(shù)人員所公知，這里 不再描述。
[0082] 對(duì)于除了激光跟蹤儀和待測(cè)物體的傾斜角度之外，激光跟蹤儀還測(cè)量至少兩個(gè)回 射器目標(biāo)點(diǎn)的三維坐標(biāo)的情況，通過(guò)允許第一回射器目標(biāo)點(diǎn)作為待測(cè)物體的局部原點(diǎn)，并 允許從第一目標(biāo)點(diǎn)到第二目標(biāo)點(diǎn)的方向建立待測(cè)物體的局部X軸，可以建立待測(cè)物體的局 部坐標(biāo)系。如果設(shè)置在激光跟蹤儀和待測(cè)物體上的傾角儀分別測(cè)量?jī)蓚€(gè)垂直傾角以及重力 矢量，那么就可以再次使用本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的旋轉(zhuǎn)方法，旋轉(zhuǎn)待測(cè)物體，以排列兩個(gè) 重力矢量。因?yàn)殛P(guān)于提供待測(cè)物體的局部X軸與通過(guò)CAD模型定義的X軸之間的適當(dāng)對(duì)應(yīng) 關(guān)系的重力矢量，只有一種可能的旋轉(zhuǎn)，所以可以消除關(guān)于重力矢量的旋轉(zhuǎn)角度的不明確 性。只要通過(guò)激光跟蹤儀測(cè)量的兩個(gè)回射器目標(biāo)點(diǎn)的三維坐標(biāo)不形成與重力矢量一致的直 線(xiàn)，這種方法就有效。
[0083] 觀察參考框架之間的變換的另一種方式是考慮測(cè)量值提供的自由度的數(shù)量。例 如，當(dāng)激光跟蹤儀測(cè)量第一回射器目標(biāo)點(diǎn)時(shí)，就說(shuō)在三個(gè)自由度上約束了待測(cè)物體的可能 移動(dòng)，因?yàn)閷?duì)于待測(cè)物體上的點(diǎn)，已經(jīng)建立了與X、y和Z坐標(biāo)相對(duì)應(yīng)的第一、第二和第三自 由度。在物理上，這種約束將測(cè)量點(diǎn)的位置空間固定，但是允許待測(cè)物體在關(guān)于該點(diǎn)的任何 方向上旋轉(zhuǎn)。當(dāng)激光跟蹤儀測(cè)量第二回射器目標(biāo)點(diǎn)時(shí)，就說(shuō)在附加的兩個(gè)自由度上約束了 待測(cè)物體的可能移動(dòng)，因?yàn)榇郎y(cè)物體不再具有以三個(gè)方位角的任一個(gè)旋轉(zhuǎn)的能力，而是被 約束為關(guān)于連接第一與第二回射器目標(biāo)點(diǎn)的直線(xiàn)旋轉(zhuǎn)。因此三個(gè)方位自由度被降低為一個(gè) 方位自由度。對(duì)于5個(gè)自由度的總體約束，第一測(cè)量點(diǎn)約束三個(gè)平移自由度，而第二測(cè)量點(diǎn) 約束兩個(gè)方位自由度。因?yàn)樵谶@種情況下有一個(gè)未約束自由度，所以約束自由度和未約束 自由度的總數(shù)為6。
[0084] 對(duì)于激光跟蹤儀和待測(cè)物體上的傾角儀分別測(cè)量相對(duì)于重力矢量的兩個(gè)傾角，并 且激光跟蹤儀測(cè)量?jī)H一個(gè)目標(biāo)點(diǎn)的三維坐標(biāo)的情況，沒(méi)有足夠的信息來(lái)完全約束待測(cè)物 體。兩個(gè)傾角儀約束兩個(gè)角度，但是不提供關(guān)于待測(cè)物體的旋轉(zhuǎn)（關(guān)于重力矢量的旋轉(zhuǎn)） 的信息。換言之，兩個(gè)傾角儀約束兩個(gè)自由度。對(duì)于5個(gè)自由度的總體約束，通過(guò)激光跟蹤 儀測(cè)量的單個(gè)目標(biāo)的三維坐標(biāo)提供三個(gè)自由度的約束。因?yàn)橥耆s束需要6個(gè)自由度，所 以測(cè)量值不提供完全約束，并且物體自由地繞重力矢量移動(dòng)。
[0085] 對(duì)于激光跟蹤儀和待測(cè)物體上的傾角儀分別測(cè)量相對(duì)于重力矢量的兩個(gè)傾角，并 且激光跟蹤儀測(cè)量?jī)蓚€(gè)目標(biāo)點(diǎn)的三維坐標(biāo)的情況，有足夠的信息來(lái)完全約束待測(cè)物體，只 要兩個(gè)目標(biāo)點(diǎn)不沿著重力矢量的方向建立直線(xiàn)。通過(guò)進(jìn)行這種測(cè)量，就說(shuō)待測(cè)物體被約束 在6個(gè)自由度中，只要兩個(gè)目標(biāo)點(diǎn)不沿著重力矢量的方向擺放。
[0086] 對(duì)于兩個(gè)矢量沿著重力矢量的方向擺放的情況，就說(shuō)待測(cè)物體被5個(gè)自由度約 束，因?yàn)闆](méi)有足夠的信息來(lái)確定待測(cè)物體關(guān)于重力矢量的方位。注意，自由度的數(shù)量不能通 過(guò)簡(jiǎn)單地相加單個(gè)測(cè)量獲得的自由度的數(shù)量來(lái)確定。例如，單個(gè)點(diǎn)的測(cè)量約束3個(gè)自由度， 但是兩個(gè)點(diǎn)的測(cè)量約束5個(gè)自由度，而不是6個(gè)自由度。此外注意，激光跟蹤儀和待測(cè)物體 上的傾角儀提供的兩個(gè)角度自由度不加入通過(guò)兩個(gè)回射器目標(biāo)點(diǎn)的激光跟蹤儀測(cè)量獲得 的5個(gè)自由度，以獲得6個(gè)或7個(gè)自由度。這是因?yàn)橥ㄟ^(guò)傾角儀提供的兩個(gè)自由度與這樣 的基本組不對(duì)應(yīng)：該基本組獨(dú)立于通過(guò)激光跟蹤儀測(cè)量的兩個(gè)目標(biāo)點(diǎn)的基本組。換言之，單 個(gè)剛體的完全約束需要三個(gè)平移自由度（例如，x、y、z)和三個(gè)方位自由度（例如，俯仰、翻 滾和偏轉(zhuǎn)角）的約束。在上述情況下，對(duì)于關(guān)于重力矢量的旋轉(zhuǎn)（通常稱(chēng)為偏轉(zhuǎn)角）沒(méi)有 約束。在本申請(qǐng)中，應(yīng)當(dāng)將術(shù)語(yǔ)"自由度"理解為表示獨(dú)立的自由度。
[0087] 應(yīng)當(dāng)理解，通過(guò)旋轉(zhuǎn)激光跟蹤儀的方位軸和天頂軸，激光跟蹤儀上的相機(jī)觀察到 的目標(biāo)可處于遠(yuǎn)離相機(jī)視場(chǎng)（F0V)的區(qū)域。例如，激光跟蹤儀上其中一個(gè)相機(jī)的F0V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(zhuǎn)360度，因此將相機(jī)的有效F0V 增加到360度。
[0088] 本發(fā)明的實(shí)施例允許經(jīng)過(guò)測(cè)量系統(tǒng)的（例如，激光跟蹤儀、目標(biāo)加工、SMR或其他 激光跟蹤儀目標(biāo)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、測(cè)量系統(tǒng)軟件以及可選擇地，連接到測(cè)量軟件的手持裝置或 者遠(yuǎn)程控制）有限訓(xùn)練的操作者可選擇地經(jīng)由計(jì)算機(jī)（例如，通用計(jì)算機(jī)60)跟隨一組提 示和指令來(lái)設(shè)置激光跟蹤儀，可選擇地將要求的加工中的SMR放置在待測(cè)量部分，以及可 選擇地限定待測(cè)量的感興趣區(qū)域。然后測(cè)量系統(tǒng)可以自動(dòng)測(cè)量目標(biāo)點(diǎn)并產(chǎn)生結(jié)果。
[0089] 本發(fā)明的幫助操作者實(shí)現(xiàn)更簡(jiǎn)單和更迅速的測(cè)量的實(shí)施例是這樣一種方法：激光 跟蹤儀將處于期望測(cè)量位置的光束瞄準(zhǔn)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(biāo)放置在待測(cè)物體上的磁巢中。作為另一個(gè)示例，回射器 可能被放置在錯(cuò)誤的位置，并且可以通過(guò)來(lái)自激光跟蹤儀的光束提示操作者將錯(cuò)放的目標(biāo) 移動(dòng)到正確位置。提示例如可以通過(guò)將光束依次從包含錯(cuò)放目標(biāo)的第一位置移動(dòng)到待放置 目標(biāo)的第二位置做到這一點(diǎn)。
[0090] 通過(guò)來(lái)自激光跟蹤儀的光束給出的引導(dǎo)在設(shè)置階段期間也具有優(yōu)點(diǎn)，在設(shè)置階段 中，當(dāng)激光跟蹤儀測(cè)量目標(biāo)位置的三維坐標(biāo)時(shí)，操作者將SMR放置在指定位置。當(dāng)CAD模型 上給出的名義尺寸與待測(cè)物體的實(shí)際尺寸不對(duì)應(yīng)時(shí)，看到這種優(yōu)點(diǎn)。如果在設(shè)置期間確定 了目標(biāo)點(diǎn)準(zhǔn)確的三維位置，就可以減少測(cè)量時(shí)間以及后面在處理中出現(xiàn)的測(cè)量誤差。
[0091] 通過(guò)光束的指示的操作者動(dòng)作的引導(dǎo)可以幫助消除誤差。例如，軟件中對(duì)激光跟 蹤儀的測(cè)試方案可以指示操作者按照特定順序來(lái)測(cè)量點(diǎn)。這種測(cè)量的結(jié)果可以被保存并用 于獲得期望的關(guān)系一例如，兩個(gè)參考框架之間的關(guān)系、兩條線(xiàn)之間的長(zhǎng)度或者兩個(gè)平面 之間的角度。如果操作者按照錯(cuò)誤的順序測(cè)量了初始點(diǎn)或者測(cè)量了錯(cuò)誤的點(diǎn)，則軟件將不 能得到期望的值，或者得到錯(cuò)誤的答案。
[0092] 在上述情況下，引導(dǎo)操作者將回射器目標(biāo)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(cè)量表面輪廓?？梢詼y(cè)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(cè)量?jī)蓚€(gè)表面，以確定表面之間的角度。 作為另一個(gè)示例，操作者可以測(cè)量被構(gòu)造用于裝配汽車(chē)或飛機(jī)的工具的一部分?？蓪⒓す?跟蹤儀用于測(cè)量表面輪廓，以查看表面是否在設(shè)計(jì)容差內(nèi)。如果不在，可以引導(dǎo)操作者按照 適當(dāng)?shù)姆绞叫薷墓ぞ?-例如，有可能通過(guò)從一個(gè)區(qū)域磨損材料。在將SMR用于測(cè)量表面 輪廓的所有這些情況下，通過(guò)指出待掃描的區(qū)域，控制激光跟蹤儀的軟件可以通過(guò)操作者 極大地簡(jiǎn)化和加速程序。通過(guò)使得激光跟蹤儀引導(dǎo)光束將操作者要掃描的區(qū)域劃界，可以 做到這一點(diǎn)?；蛘?，可以跟蹤操作者在掃描過(guò)程中要跟隨的實(shí)際路徑。
[0093] 激光跟蹤儀也可以用于幫助復(fù)雜結(jié)構(gòu)的裝配。例如，可能必須將多個(gè)組件附接于 飛機(jī)的座艙。在很多情況下，實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)的成本有效方式是瞄準(zhǔn)光束，指令裝配者在適當(dāng)位 置鉆孔或者進(jìn)行其他操作。將組件附接之后，可以指令操作者掃描安裝件的輪廓，以確認(rèn)正 確地進(jìn)行了安裝。為了幫助這種測(cè)量，可以使用一個(gè)或多個(gè)相機(jī)來(lái)識(shí)別待裝配物體上的回 射器。這些回射器可用于將激光跟蹤儀移動(dòng)到待裝配物體的參考框架，這樣就使得激光跟 蹤儀能夠利用來(lái)自跟蹤儀的光束，引導(dǎo)裝配者的行動(dòng)。
[0094] 通過(guò)旋轉(zhuǎn)方位軸或天頂軸，激光跟蹤儀上的一個(gè)或多個(gè)相機(jī)具有測(cè)量大的有效 F0V中所有回射器目標(biāo)的能力，如上所述。如果激光跟蹤儀可到達(dá)的唯一目標(biāo)是那些待測(cè) 物體上的目標(biāo)，則激光跟蹤儀可通過(guò)觀察回射器目標(biāo)，自動(dòng)確定待測(cè)量的空間區(qū)域。另一方 面，如果目標(biāo)占據(jù)若干物體，并非所有物體都是當(dāng)前測(cè)量所感興趣的，那么在某些情況下， 操作者必須指出待測(cè)量的區(qū)域。在一個(gè)實(shí)施例中，操作者可以通過(guò)利用回射器將感興趣的 區(qū)域劃界來(lái)指出待測(cè)量的區(qū)域。操作者可以例如通過(guò)進(jìn)行回射器目標(biāo)的四個(gè)連續(xù)移動(dòng)以指 出區(qū)域的上、下、左、右范圍，來(lái)實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。在另一個(gè)實(shí)施例中，操作者可以手動(dòng)移動(dòng)激光 跟蹤儀的載荷（或等同結(jié)構(gòu)），以在感興趣的區(qū)域的上、下、左、右邊緣指示光束?？梢灾噶?操作者通過(guò)控制激光跟蹤儀的軟件進(jìn)行這些移動(dòng)，或者，操作者可以給出姿態(tài)，以給出該信 息，而不需要通過(guò)計(jì)算機(jī)程序引導(dǎo)這樣做。這些姿態(tài)例如可包括在指定的時(shí)間間隔里，以預(yù) 定圖案移動(dòng)回射器目標(biāo)。作為另一個(gè)示例，操作者可通過(guò)抓取載荷并將來(lái)自激光跟蹤儀的 光束直接向下移動(dòng)，表明將區(qū)域劃界的愿望。操作者可以通過(guò)移動(dòng)載荷將期望的測(cè)量區(qū)域 的上、下、左、右邊緣劃界，來(lái)跟隨這種初始移動(dòng)。在其他情況下，控制激光跟蹤儀的軟件可 以進(jìn)行目標(biāo)匹配程序，其中，軟件識(shí)別對(duì)應(yīng)于CAD模型或者對(duì)應(yīng)于目標(biāo)的三維坐標(biāo)列表的 回射器目標(biāo)的集合。
[0095] 在上述討論中，強(qiáng)調(diào)了激光跟蹤儀使用光束幫助操作者進(jìn)行測(cè)量的好處。下面考 慮完全自動(dòng)進(jìn)行測(cè)量的好處。一個(gè)潛在的好處是，因?yàn)榭梢赃M(jìn)行完全自動(dòng)測(cè)量的速度，所以 可將附加目標(biāo)加入待測(cè)物體而不增加測(cè)試時(shí)間。通過(guò)在每個(gè)數(shù)據(jù)組中提供更多的點(diǎn)，軟件 可以以更少的潛在誤差、更快地確定待測(cè)物體的期望幾何特征。此外，在不需要用戶(hù)手動(dòng)移 動(dòng)SMR的情況下，通過(guò)測(cè)量點(diǎn)集，降低了測(cè)量階段期間物體移位的可能。這樣進(jìn)而降低了測(cè) 量誤差的可能。
[0096] 完全自動(dòng)測(cè)量的潛在優(yōu)點(diǎn)是，可以?xún)?yōu)化進(jìn)行測(cè)量的順序。在待測(cè)物體上有很多目 標(biāo)位置的情況下，操作者可以根據(jù)點(diǎn)的相對(duì)接近度來(lái)測(cè)量目標(biāo)位置，因?yàn)檫@是手動(dòng)測(cè)量的 最快程序。另一方面，在完全自動(dòng)程序中，可以產(chǎn)生最準(zhǔn)確和最魯棒測(cè)量結(jié)果的順序來(lái)進(jìn)行 測(cè)量。例如，數(shù)據(jù)線(xiàn)上的兩個(gè)點(diǎn)可以在大的待測(cè)物體的相對(duì)側(cè)。自動(dòng)測(cè)試程序可以逐一測(cè) 量這些廣泛分布的數(shù)據(jù)點(diǎn)，從而避免漂移并得到最準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果。
[0097] 完全自動(dòng)測(cè)量的另一個(gè)潛在優(yōu)點(diǎn)是自動(dòng)改裝的可能性。經(jīng)常希望，周期性地測(cè)量 在產(chǎn)品制造中使用的工具的特性。這種周期性測(cè)量幫助確保工具不彎曲，目標(biāo)不移動(dòng)等等。 如果待測(cè)物體凸起，那么在周期性測(cè)量過(guò)程中，控制激光跟蹤儀的軟件會(huì)注意到這一點(diǎn)。軟 件會(huì)相應(yīng)地調(diào)用自動(dòng)改裝程序，其中重建凸起目標(biāo)的新位置。此外，自動(dòng)改裝程序可以減少 對(duì)剛性安裝（以將物體剛性?shī)A持在工具上）的要求。更低的剛性要求使得對(duì)于構(gòu)造和操作 非常準(zhǔn)確、可重復(fù)使用的工具的更低的成本。
[0098]自動(dòng)改裝的另一個(gè)示例是用于待測(cè)物體在裝配線(xiàn)上的情況。這種物體可能不是正 好在它已經(jīng)完成電路并且已經(jīng)返回激光跟蹤儀用于檢查之后的相同位置上。激光跟蹤儀可 以測(cè)量參考點(diǎn)，以重建激光跟蹤儀的參考框架與待測(cè)物體的參考框架的關(guān)系。
[0099] 上述自動(dòng)測(cè)量可能形成的一種能力是期望精度值的設(shè)置（可以通過(guò)用戶(hù)），以驅(qū) 動(dòng)指定操作以及設(shè)置閾值用于警告和警報(bào)。例如，為期望精度而設(shè)置的值可以驅(qū)動(dòng)：（1)穩(wěn) 定性檢查的頻率和容差；（2)自補(bǔ)償相對(duì)于全瞄準(zhǔn)比較要求；（3)自補(bǔ)償?shù)念l率和容差；(4) 每個(gè)測(cè)量點(diǎn)的測(cè)量樣本數(shù)量的閾值；（5)在補(bǔ)償檢查之前的環(huán)境溫度變化限度；(6)對(duì)于排 列和位置移動(dòng)的可接受結(jié)果的容差；以及（7)漂移檢查的頻率和容差。
[0100] 或者，可以單獨(dú)設(shè)置這些值的每個(gè)值。可以基于不同的應(yīng)用和操作條件來(lái)設(shè)置值 的矩陣，并且可將它們保存并作為測(cè)量輪廓取回。
[0101] 下面考慮設(shè)置程序包括通過(guò)操作者的合作而不是完全自動(dòng)化的示例。對(duì)于期望的 測(cè)量位置，激光跟蹤儀10瞄準(zhǔn)物體上期望的位置，以放置SMR。在第一實(shí)施例中，在將SMR 放置在光束中時(shí)，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）之后，激光跟蹤儀測(cè)量三維坐標(biāo)并將光束移動(dòng)到下一個(gè)目標(biāo)位置。 在第二實(shí)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(méi)有立即鎖 定回射器，操作者例如通過(guò)在回射器目標(biāo)前面移動(dòng)一只手，給出信號(hào)，從而導(dǎo)致目標(biāo)在相機(jī) 的視野中閃光。跟蹤儀搜索SMR并迅速測(cè)量SMR位置。然后跟蹤儀前進(jìn)到下一個(gè)名義點(diǎn)， 就目標(biāo)放在物體上哪個(gè)地方指引操作者。第三實(shí)施例類(lèi)似于第二實(shí)施例，除了如果沒(méi)有立 即發(fā)現(xiàn)目標(biāo)，激光跟蹤儀不進(jìn)行搜索之外。與之不同，當(dāng)操作者在回射器目標(biāo)前面移動(dòng)一只 手時(shí)，激光跟蹤儀將光束引導(dǎo)到下一個(gè)目標(biāo)位置。在初始設(shè)置過(guò)程中，例如通過(guò)將每次測(cè)量 時(shí)間限制為大約〇. 1秒，使得所有測(cè)量比較迅速是可以接受的。
[0102] 可將可能超過(guò)100個(gè)的大量回射器目標(biāo)用于測(cè)量工具上的點(diǎn)。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(gè)回射器），以節(jié)省購(gòu)買(mǎi)回射器的錢(qián)。 測(cè)量周期被定義為將可用的回射器目標(biāo)（例如，25個(gè)目標(biāo)）設(shè)置在工具上并通過(guò)激光跟蹤 儀進(jìn)行測(cè)量的周期。
[0103] 如果SMR還沒(méi)有附接于待測(cè)物體，操作者或者以手動(dòng)方式，或者利用激光跟蹤儀 10提供的指引，將SMR放在物體上。然后，跟蹤儀可以進(jìn)行穩(wěn)定性和參考系統(tǒng)檢查?？赏ㄟ^(guò) 測(cè)量一個(gè)或多個(gè)點(diǎn)來(lái)進(jìn)行穩(wěn)定性檢查。在實(shí)施例中，跟蹤儀連同體積中心最近的一個(gè)點(diǎn)一 起，在測(cè)量體積的最邊界測(cè)量?jī)蓚€(gè)或更多個(gè)點(diǎn)。激光跟蹤儀10以更短或越來(lái)越長(zhǎng)的持續(xù)時(shí) 間（更多樣本）自動(dòng)得取一系列點(diǎn)，以確定樣本的最佳數(shù)量來(lái)獲得期望的精度（操作者在 系統(tǒng)中設(shè)置該數(shù)量）。用于逐點(diǎn)樣本的系統(tǒng)設(shè)置被設(shè)置為該值。系統(tǒng)將具有選擇以重新檢 查經(jīng)過(guò)一定時(shí)間周期之后的穩(wěn)定性、在每個(gè)周期的開(kāi)始和/或結(jié)束時(shí)測(cè)量的點(diǎn)的數(shù)量。經(jīng) 過(guò)第一次測(cè)量參考點(diǎn)（最小值為3)之后，在周期結(jié)束時(shí)可以重新測(cè)量它們以檢查移動(dòng)，或 者在每個(gè)周期開(kāi)始時(shí)可以重新測(cè)量它們，以將激光跟蹤儀重新定向到該部件，校正在移動(dòng) SMR時(shí)可能通過(guò)操作者引入的物體的任何移動(dòng)。檢查可能的移動(dòng)的更簡(jiǎn)單和更迅速的方法 是將單個(gè)點(diǎn)放在物體上，將第二點(diǎn)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，并且測(cè)量系統(tǒng)可以在整個(gè)測(cè)量階段周期性地檢查它們。一種方式是，除了每個(gè)周期 的開(kāi)始和結(jié)束之外，在測(cè)量階段以特定的時(shí)間間隔進(jìn)行檢查。最小限度的執(zhí)行將在每個(gè)測(cè) 量階段的開(kāi)始和結(jié)束時(shí)測(cè)量這些漂移點(diǎn)。
[0104] 測(cè)量系統(tǒng)逐個(gè)系統(tǒng)設(shè)置地自動(dòng)測(cè)量所有要求的點(diǎn)。激光跟蹤儀的用戶(hù)光線(xiàn)可以在 測(cè)量每個(gè)點(diǎn)之后閃現(xiàn)LED圖案，就移動(dòng)或失敗點(diǎn)警告操作者。如果點(diǎn)失敗，操作者可以通過(guò) 在跟蹤儀的F0V中的任何目標(biāo)之前揮手，中止自動(dòng)測(cè)量。相機(jī)系統(tǒng)將登記響應(yīng)于閃光的光 源54產(chǎn)生的單個(gè)目標(biāo)的閃光的中斷并且暫停測(cè)量。操作者可以將手保持在超差點(diǎn)之前，使 得它可以調(diào)節(jié)。然后激光跟蹤儀瞄準(zhǔn)期望的點(diǎn)。數(shù)字式讀出指引操作者調(diào)節(jié)工具超差的部 分。在完成調(diào)節(jié)時(shí)，操作者可以給出另一個(gè)姿態(tài)（例如在SMR之前移動(dòng)手），指令激光跟蹤 儀重新測(cè)量點(diǎn)，并繼續(xù)測(cè)量其余點(diǎn)。通過(guò)標(biāo)記SMR或者在物理上移動(dòng)系統(tǒng)的方位軸或天頂 軸，就可以執(zhí)行全部的測(cè)量處理，因此操作者不需要使用遠(yuǎn)程控制、鼠標(biāo)或鍵盤(pán)。
[0105] 參照?qǐng)D5和圖6,關(guān)于要通過(guò)激光跟蹤儀10測(cè)量的物體500,分別示出圖1或圖2 的激光跟蹤儀10沿第一方位和第二方位的立體圖，激光跟蹤儀10自動(dòng)進(jìn)行物體500上各 種目標(biāo)點(diǎn)（例如SMR 26)的測(cè)量。物體500可以是任何類(lèi)型的較大物體，例如架子，架子是 汽車(chē)裝配線(xiàn)的部件。但是，這只是示例性的；物體500可以是任何類(lèi)型的加工或完成的產(chǎn) 品。如上所述，物體500具有多個(gè)目標(biāo)點(diǎn)26,例如SMR 26,根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，多個(gè)目標(biāo) 點(diǎn)放置在物體500的各種位置上。SMR也可以放在通過(guò)物體500夾持的組件上。
[0106] 圖5A示出物體500上各種位置的多個(gè)SMR 26。此外示出激光跟蹤儀10將其激 光束46瞄準(zhǔn)這多個(gè)SMR 26。此外，圓錐510表示當(dāng)相機(jī)（多個(gè)相機(jī)）觀察一部分物體500 時(shí)激光跟蹤儀10的一個(gè)或多個(gè)相機(jī)52、58的視場(chǎng)。
[0107] 圖5B類(lèi)似于圖5A，但是現(xiàn)在激光跟蹤儀10關(guān)于物體500轉(zhuǎn)變方向，此外在圖5A 中的特定位置的物體500上的某些SMR 26已經(jīng)移動(dòng)到圖5B中物體500上的其他位置。此 夕卜，相機(jī)（多個(gè)相機(jī)）52、58的視場(chǎng)的圓錐關(guān)于物體500處于不同的方位。這使得相機(jī)（多 個(gè)相機(jī)）52、58能夠捕捉物體500上其他的附加目標(biāo)點(diǎn)26。通過(guò)兩種方式的任何一種都可 以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)向兩個(gè)不同位置的移動(dòng)。在裝配線(xiàn)上，架子可以移動(dòng)一個(gè)小量，以允許激光跟蹤 儀透視中的變化，如圖5和圖6所示。對(duì)于靜止工具，可以移動(dòng)激光跟蹤儀，以實(shí)現(xiàn)有可能 從視野中隱藏的點(diǎn)的測(cè)量。
[0108] 由于被測(cè)物體500的尺寸以及所期望的精度，如果不解決的話(huà)，物體500的環(huán)境溫 度可以變?yōu)闇y(cè)量誤差的來(lái)源。例如，金屬結(jié)構(gòu)在它們變熱時(shí)膨脹。此外，通常將物體的名義 值（例如CAD文件）設(shè)置為受控室處于20攝氏溫度或68華氏溫度范圍的溫度。如果被測(cè) 物體高于這個(gè)溫度，那么它將在實(shí)際上更大。如果知道部件材料和溫度，通過(guò)向測(cè)量工作應(yīng) 用縮放系數(shù)并將測(cè)量數(shù)據(jù)調(diào)回設(shè)計(jì)溫度來(lái)調(diào)節(jié)此差異，或者通過(guò)測(cè)量參考點(diǎn)并在變換工作 時(shí)應(yīng)用縮放系數(shù)來(lái)調(diào)節(jié)此差異是常例。
[0109] 在自動(dòng)測(cè)量階段（其中使用并測(cè)量參考點(diǎn)26)，操作者可以通過(guò)軟件中的設(shè)置指 示，在變換工作時(shí)總是應(yīng)用縮放系數(shù)。這種實(shí)例的問(wèn)題在于，如果物體的幾何改變、彎曲等 等，則自動(dòng)縮放方法可通過(guò)改變工作的標(biāo)度來(lái)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，并讓操作者輸入膨脹系數(shù)或材料類(lèi)型，系統(tǒng)基于這些輸入，就可以確定 標(biāo)度。但是，自動(dòng)系統(tǒng)可以操作的優(yōu)選方法是，比較這兩種方法，如果任意變化超過(guò)期望的 系統(tǒng)精度，就警告操作者。操作者可以在物體上放置一個(gè)或多個(gè)材料傳感器。系統(tǒng)經(jīng)由內(nèi) 部跟蹤儀傳感器或者外部傳感器，可以檢查環(huán)境溫度。如果差異大到足以使得部件在測(cè)量 階段期間膨脹或者收縮，則系統(tǒng)警告操作者，以允許物體浸泡在環(huán)境中，并延遲測(cè)量，直到 物體溫度穩(wěn)定。測(cè)量工作可包括材料類(lèi)型和/或材料的膨脹系數(shù)。系統(tǒng)測(cè)量物體上的參考 點(diǎn)，并將它們的值與名義值或期望值進(jìn)行比較。
[0110] 在變換處理期間，系統(tǒng)基于測(cè)量向名義的變換計(jì)算縮放系數(shù)，并基于材料類(lèi)型和 材料溫度傳感器計(jì)算標(biāo)度。如果在兩種標(biāo)度計(jì)算之間有不可接受的差異，則操作者被警告， 并且測(cè)量階段停止。這種差異可以指示出現(xiàn)了以下情況的其中之一，并且系統(tǒng)不能按照期 望的那樣測(cè)量工作；（1)材料溫度傳感器（多個(gè)傳感器）和/或空氣溫度傳感器（多個(gè)傳 感器）可能有缺陷并產(chǎn)生錯(cuò)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(diǎn) 26不再處于物體上的設(shè)計(jì)位置的程度。當(dāng)自動(dòng)縮放趨于隱藏這些誤差并在整個(gè)工作中引入 不確定性或誤差時(shí)，這樣比較難以在當(dāng)前的測(cè)量階段檢測(cè)。如果參考點(diǎn)有誤差，傳統(tǒng)的整個(gè) 工作將稍微地離開(kāi)名義移位，并且這使得一些點(diǎn)不正確地失敗。如果需要最高精度，那么在 測(cè)量階段期間，可以通過(guò)系統(tǒng)進(jìn)行附加檢查，以將部件的膨脹或收縮最小化。
[0111] 相對(duì)而言，大多數(shù)自動(dòng)系統(tǒng)可以使用激光跟蹤儀10上的立體相機(jī)52來(lái)確定深度 和位置，以估計(jì)SMR 26的位置。在實(shí)施例中，操作者將SMR26放在物體500上并手動(dòng)將它 們瞄準(zhǔn)激光跟蹤儀10的方向。操作者按照軟件所提示的，通過(guò)手動(dòng)將跟蹤儀10的方位軸 和天頂軸移動(dòng)到測(cè)量體積的相對(duì)極端點(diǎn)，來(lái)指示期望的測(cè)量體積。軟件提示操作者將跟蹤 儀頭部和激光束46移動(dòng)到最右邊的點(diǎn)；然后操作者移動(dòng)跟蹤儀頭部。當(dāng)移動(dòng)穩(wěn)定特定的時(shí) 間量（例如2秒）之后，系統(tǒng)記錄位置。軟件提示用戶(hù)將跟蹤儀頭部移動(dòng)到期望體積的最 左邊、最上邊和最下邊。
[0112] 如果指示的體積超過(guò)跟蹤儀10上相機(jī)系統(tǒng)52的最寬視場(chǎng)的范圍，則跟蹤儀執(zhí)行 整個(gè)體積的編程掃視/環(huán)視，找尋SMR 26或目標(biāo)。如果需要的話(huà)，這種編程掃視/環(huán)視將 在整個(gè)測(cè)量階段重復(fù)，以監(jiān)測(cè)SMR的狀態(tài)或者找尋給系統(tǒng)的用戶(hù)輸入。利用立體相機(jī)52， 激光跟蹤儀10估計(jì)測(cè)量體積中每個(gè)點(diǎn)的XYZ位置。測(cè)量系統(tǒng)軟件對(duì)于跟蹤儀與點(diǎn)集之間 的變換計(jì)算第一近似。然后跟蹤儀瞄準(zhǔn)期望的點(diǎn)。如果有任何點(diǎn)從測(cè)量設(shè)備看不見(jiàn)，跟蹤 儀10就通過(guò)跟蹤儀前面的LED(未示出）閃現(xiàn)誤差，然后瞄準(zhǔn)目標(biāo)26錯(cuò)過(guò)、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(dòng)，以使得位置對(duì)于操作者而言更加可 見(jiàn)。一旦該點(diǎn)被校正，操作者就可以標(biāo)記SMR 26,并且系統(tǒng)將知道測(cè)量位置并繼續(xù)進(jìn)行處 理。同樣是自動(dòng)地，跟蹤儀10瞄準(zhǔn)并使用相機(jī)系統(tǒng)52或者傳統(tǒng)的搜索系統(tǒng)來(lái)鎖定和測(cè)量 每個(gè)目標(biāo)26。
[0113] 如上所述，在將光束指向目標(biāo)位置時(shí)，在圖案中移動(dòng)光束而不是以固定角度瞄準(zhǔn) 它有時(shí)候可能是好的想法。例如，考慮磁巢位置脫離待測(cè)物體頂部的情況。在這種情況下， 直接指向目標(biāo)位置（即，當(dāng)放置在磁巢中時(shí)回射器目標(biāo)的中心）的光束可以被操作者看見(jiàn)， 因?yàn)樗梢栽谄渎窂缴喜蛔矒羧魏螙|西的情況下通過(guò)物體。通過(guò)在圖案中移動(dòng)光束，可以 使得SMR的期望位置被看見(jiàn)。
[0114] 如果激光跟蹤儀10配置一個(gè)或多個(gè)寬視場(chǎng)（WF0V)相機(jī)以及一個(gè)或多個(gè)窄視場(chǎng) (NF0V)相機(jī)，則系統(tǒng)可以通過(guò)WF0V相機(jī)確定SMR 26的一般位置并瞄準(zhǔn)點(diǎn)26。如果激光束 46不碰撞目標(biāo)26的中心，接近到足以使得跟蹤系統(tǒng)鎖定目標(biāo)，就可以執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)以下 處理。（1)跟蹤儀可以根據(jù)WF0V相機(jī)再評(píng)估位置，并再次瞄準(zhǔn)靜止點(diǎn)。（2)跟蹤儀可以切 換為NF0V相機(jī)并重新計(jì)算目標(biāo)的光學(xué)中心以及瞄準(zhǔn)這個(gè)計(jì)算的中心并嘗試通過(guò)跟蹤系統(tǒng) 獲取目標(biāo)。（3)如果跟蹤儀裝備有NF0V相機(jī)上的光學(xué)縮放功能，并且NF0V相機(jī)不能在從 WF0V相機(jī)改變之后看見(jiàn)目標(biāo)（WF0V位置計(jì)算導(dǎo)致跟蹤儀瞄準(zhǔn)具有足以使得NF0V相機(jī)（不 能看見(jiàn)SMR的誤差的位置），NF0V相機(jī)可以縮小目標(biāo)可見(jiàn)的點(diǎn)，然后計(jì)算光學(xué)中心并正確地 瞄準(zhǔn)跟蹤儀。
[0115] 可以重復(fù)這些處理的任意個(gè)直到重新獲取目標(biāo)，優(yōu)點(diǎn)是，與使用激光束和位置傳 感器的傳統(tǒng)瞄準(zhǔn)和搜索方法相比，使用WF0V相機(jī)與NF0V相機(jī)的組合（這里稱(chēng)為相機(jī)系統(tǒng)） 可以更快。
[0116] 在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，另一種測(cè)量程序可以是在軟件的指引下，將測(cè)量結(jié)果 與允許容差進(jìn)行比較。激光跟蹤儀10可將工具上的目標(biāo)點(diǎn)之間的名義（CAD模型）尺寸與 通過(guò)激光跟蹤儀測(cè)量的尺寸進(jìn)行比較。如果名義尺寸與測(cè)量尺寸之間的誤差超過(guò)容差值， 跟蹤儀可以采取動(dòng)作。該動(dòng)作可以如同重新測(cè)量點(diǎn)或者用更長(zhǎng)的時(shí)間測(cè)量點(diǎn)一樣簡(jiǎn)單。跟 蹤儀也可以進(jìn)行雙面測(cè)量，確保沒(méi)有跟蹤儀精度的問(wèn)題。在替代方案中，通過(guò)跟蹤儀采取的 動(dòng)作可以是向操作者發(fā)送誤差消息、發(fā)出嘟嘟聲、閃光、甚至關(guān)閉生產(chǎn)線(xiàn)直到操作者檢查穩(wěn) 定性、進(jìn)行調(diào)節(jié)或者例如，替換有缺陷的目標(biāo)。
[0117] 雙面測(cè)試的實(shí)施例如在Cramer等的美國(guó)專(zhuān)利No. 7, 327, 446 ( '446)中所述，這里 通過(guò)參考將其全部?jī)?nèi)容合并于此。跟蹤儀10進(jìn)行一個(gè)或多個(gè)目標(biāo)點(diǎn)26的雙面測(cè)量。如果 獲得的雙面誤差超過(guò)指定值（例如，如同制造商的數(shù)據(jù)頁(yè)給出的），則下一個(gè)步驟可能是跟 蹤儀進(jìn)行補(bǔ)償程序，以提高跟蹤儀性能。有兩種類(lèi)型的最常見(jiàn)地執(zhí)行的補(bǔ)償程序（雖然其 他程序也可以）。這兩種程序是'446專(zhuān)利中所述的自補(bǔ)償程序和指向補(bǔ)償程序。指向補(bǔ)償 程序包括通過(guò)指向目標(biāo)，進(jìn)行多次雙面測(cè)量，目標(biāo)可以安裝在地板上、基座上或者物體上。 在收集來(lái)自指向補(bǔ)償?shù)臄?shù)據(jù)之后，跟蹤儀自動(dòng)校正其內(nèi)部參數(shù)，從而提高其測(cè)量精度。
[0118] 另一種測(cè)量程序可以是檢查測(cè)量隨時(shí)間的穩(wěn)定性。例如，跟蹤儀可以測(cè)量地板上 的目標(biāo)點(diǎn)和工具上的另一個(gè)目標(biāo)點(diǎn)。如果這兩個(gè)目標(biāo)點(diǎn)的相對(duì)位置隨著測(cè)量的過(guò)程而改 變，則跟蹤儀可以向操作者發(fā)出警報(bào)。類(lèi)似地，跟蹤儀可以測(cè)量工具上三個(gè)點(diǎn)之間的距離， 然后在測(cè)量結(jié)束時(shí)返回，并重新測(cè)量這三個(gè)點(diǎn)。如果這些點(diǎn)的相對(duì)位置改變，則整個(gè)測(cè)量的 有效性受到懷疑，可能需要附加的測(cè)量。
[0119] 雖然討論主要是處理將一個(gè)或多個(gè)相機(jī)置于激光跟蹤儀的載荷上的情況，但是本 領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，也可將這些相機(jī)設(shè)置在激光跟蹤儀內(nèi)部（例如，與激光跟蹤儀的 光軸同軸）、設(shè)置在激光跟蹤儀10的方位架14上、或者完全脫離激光跟蹤儀。
[0120] 圖6是示出維度測(cè)量電子處理系統(tǒng)1500的方框圖，系統(tǒng)1500包括激光跟蹤儀電 子處理系統(tǒng)1510、周?chē)?582、1584、1586、計(jì)算機(jī)1590以及其他網(wǎng)絡(luò)組件1600，這里 用云表示。示例性激光跟蹤儀電子處理系統(tǒng)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(hù)界面（UI)電子 裝置1560、移動(dòng)存儲(chǔ)硬件1565、射頻識(shí)別（RFID)電子裝置以及天線(xiàn)1572。載荷功能電子 1530包括多個(gè)子功能，多個(gè)子功能包括6D0F電子裝置1531、相機(jī)電子裝置1532、ADM電子 裝置1533、位置檢測(cè)器（PSD)電子裝置1534以及等級(jí)電子裝置1535。大多數(shù)子功能有至少 一個(gè)處理器單元，例如可以是數(shù)字信號(hào)處理器（DSP)或者現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列（FPGA)。電子 單元1530、1540和1550因?yàn)樗鼈冊(cè)诩す飧檭x中的位置而分離，如圖所示。在實(shí)施例中，載 荷功能1530位于載荷中，而方位編碼器電子裝置位于方位裝配中，且天頂編碼器電子1550 位于天頂裝配中。
[0121] 很多類(lèi)型的外設(shè)都是可以的，但是這里示出這樣三種裝置：溫度傳感器1582、 6D0F探針1584以及個(gè)人數(shù)字助理1586 (例如智能電話(huà)）。激光跟蹤儀可以通過(guò)各種手段 與外設(shè)通信，包括經(jīng)由天線(xiàn)1572,通過(guò)視覺(jué)系統(tǒng)（例如相機(jī)）以及通過(guò)激光跟蹤儀的距離和 角度讀數(shù)，與合作目標(biāo)（例如6D0F探針1584)的無(wú)線(xiàn)通信。
[0122] 在實(shí)施例中，獨(dú)立的通信總線(xiàn)從主處理器1520延伸到每個(gè)電子單元1530、1540、 1550、1560、1565和1570。每個(gè)通信線(xiàn)路例如可具有三個(gè)串行線(xiàn)路，包括數(shù)據(jù)線(xiàn)路、時(shí)鐘線(xiàn) 路以及幀線(xiàn)路。幀線(xiàn)路指示電子單元是否應(yīng)當(dāng)注意時(shí)鐘線(xiàn)路。如果它指示應(yīng)當(dāng)給予注意， 則電子單元在每個(gè)時(shí)鐘信號(hào)處讀取數(shù)據(jù)線(xiàn)路的當(dāng)前值。時(shí)鐘信號(hào)例如可以對(duì)應(yīng)于時(shí)鐘脈沖 的上升沿。在實(shí)施例中，信息在數(shù)據(jù)線(xiàn)路上以數(shù)據(jù)分組的形式傳輸。在實(shí)施例中，每個(gè)數(shù)據(jù) 分組包括地址、數(shù)字值、數(shù)據(jù)消息以及校驗(yàn)和。地址指示在電子單元中，將數(shù)據(jù)消息引導(dǎo)到 哪里。位置例如可以對(duì)應(yīng)于電子單元中的處理器子程序。數(shù)字值指示數(shù)據(jù)消息的長(zhǎng)度。數(shù) 據(jù)消息包含電子單元要執(zhí)行的數(shù)據(jù)或指令。校驗(yàn)和是用于將經(jīng)由通信線(xiàn)路傳輸?shù)恼`差的可 能性最小化的數(shù)字值。
[0123] 在實(shí)施例中，主處理器1520將信息的分組通過(guò)總線(xiàn)1610發(fā)送給載荷功能電子裝 置1530,通過(guò)總線(xiàn)1611發(fā)送給方位編碼器電子裝置1540,通過(guò)總線(xiàn)1612發(fā)送給天頂編碼 器電子裝置1550,通過(guò)總線(xiàn)1613發(fā)送給顯示器和Π 電子裝置1560,通過(guò)總線(xiàn)1614發(fā)送給 移動(dòng)存儲(chǔ)硬件1565,以及通過(guò)總線(xiàn)1616發(fā)送給RFID和無(wú)線(xiàn)電子裝置1570。
[0124] 在實(shí)施例中，主處理器1520還將synch (同步）脈沖通過(guò)同步總線(xiàn)1630同時(shí)發(fā)送 給每個(gè)電子單元。同步脈沖提供一種將通過(guò)激光跟蹤儀的測(cè)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裝置一收到同步脈沖就鎖存它們 的編碼器值。類(lèi)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(shù)據(jù)。 當(dāng)給予同步脈沖時(shí)，6D0F、ADM以及位置檢測(cè)器都鎖存數(shù)據(jù)。在大多數(shù)情況下，相機(jī)和傾角 儀以相比同步脈沖速率更慢的速率收集數(shù)據(jù)，但是可以以多個(gè)同步脈沖周期鎖存數(shù)據(jù)。
[0125] 激光跟蹤儀電子處理系統(tǒng)1510可以與外部計(jì)算機(jī)1590通信，或者它可以在激光 跟蹤儀中提供計(jì)算、顯示以及Π 功能。激光跟蹤儀經(jīng)由通信鏈路1606與計(jì)算機(jī)1590通信， 通信鏈路1606例如可以是以太網(wǎng)線(xiàn)路或無(wú)線(xiàn)連接。激光跟蹤儀還可以經(jīng)由通信鏈路1602 與通過(guò)云表不的其他兀件1600通信，通信鏈路1602可包括一個(gè)或多個(gè)電纜，例如以太網(wǎng)電 纜，以及一個(gè)或多個(gè)無(wú)線(xiàn)連接。元件1600的示例是另一個(gè)三維測(cè)試儀器--例如，可通過(guò) 激光跟蹤儀重置的鉸接臂CMM。計(jì)算機(jī)1590與元件1600之間的通信鏈接1604可以是有線(xiàn) 的（例如以太網(wǎng)），也可以是無(wú)線(xiàn)的。位于遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)1590的操作者可以通過(guò)以太網(wǎng)或無(wú) 線(xiàn)線(xiàn)路與通過(guò)云1600表示的互聯(lián)網(wǎng)的連接，進(jìn)而通過(guò)以太網(wǎng)或無(wú)線(xiàn)線(xiàn)路連接到主處理器 1520。通過(guò)這種方式，用戶(hù)可以控制遠(yuǎn)程激光跟蹤儀的動(dòng)作。
[0126] 圖7是示出用于通過(guò)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量的實(shí)施例中步驟700的流程圖。步驟705是提 供包括回射器目標(biāo)的集合以及激光跟蹤儀的系統(tǒng)?；厣淦髂繕?biāo)的集合包括至少三個(gè)回射器 目標(biāo)，即第一目標(biāo)、第二目標(biāo)和第三目標(biāo)，這些目標(biāo)不排列在一條直線(xiàn)上。激光跟蹤儀處于 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(shí)施例中， 激光跟蹤儀的參考框架的原點(diǎn)是激光跟蹤儀的萬(wàn)向點(diǎn)22。第一參考框架的X、y和z軸關(guān) 于跟蹤儀的環(huán)境固定，但是通常參考跟蹤儀特征（例如旋轉(zhuǎn)方向）。激光跟蹤儀包括結(jié)構(gòu)、 第一光源、絕對(duì)距離計(jì)量?jī)x、第一角度變換器、第二角度變換器、跟蹤系統(tǒng)、第一相機(jī)、第二 光源和處理器。結(jié)構(gòu)關(guān)于第一軸和第二軸可旋轉(zhuǎn)。在實(shí)施例中，第一軸是方位軸，而第二 軸是天頂軸。在實(shí)施例中，結(jié)構(gòu)是支持光學(xué)組件的載荷。在另一個(gè)實(shí)施例中，結(jié)構(gòu)是偏轉(zhuǎn)光 線(xiàn)、以在期望的方向上將光線(xiàn)送出激光跟蹤儀的鏡子。產(chǎn)生第一光束的第一光源可以是激 光器、超級(jí)發(fā)光二極管或者其他類(lèi)型的光源。絕對(duì)距離計(jì)量?jī)x與第一光源合作，測(cè)量絕對(duì)距 離。來(lái)自第一光源的光線(xiàn)可用于測(cè)量光線(xiàn)以光速通過(guò)空氣傳向回射器目標(biāo)并返回跟蹤儀所 花的時(shí)間。測(cè)量飛行時(shí)間的方法可包括相位測(cè)量方法、脈沖飛行時(shí)間方法或者任何其他類(lèi) 型的絕對(duì)距離測(cè)量方法。在實(shí)施例中，第一角度變換器和第二角度變換器可以是測(cè)量方位 角和天頂角的角度編碼器。跟蹤系統(tǒng)用于將第一光束保持為以回射器目標(biāo)為中心?；厣淦?的位置是光束反射所相關(guān)的位置。例如，在立方隅角回射器中，光線(xiàn)關(guān)于立方隅角的頂點(diǎn)對(duì) 稱(chēng)地反射，立方隅角的頂點(diǎn)是三個(gè)相互垂直的表面相交所相關(guān)的點(diǎn)。在很多情況下，光線(xiàn)對(duì) 稱(chēng)地反射所在的點(diǎn)是在球中心。例如，在球面安裝的回射器類(lèi)型中，將露天立方隅角的頂點(diǎn) 放置在鋼球的中心。在這種情況下，激光跟蹤儀的跟蹤系統(tǒng)保持第一光束以回射器目標(biāo)的 中心為中心。但是，回射器目標(biāo)不必在球中心。更好的是，可將回射器直接附接于待測(cè)物體， 而不是將其放置在球中。在這種情況下，術(shù)語(yǔ)"中心"是要表示第一光束對(duì)稱(chēng)地反射所相關(guān) 的回射器的點(diǎn)，即使它不表示任何物體的中心。激光跟蹤儀的跟蹤系統(tǒng)可以保持一部分反 射光線(xiàn)以激光跟蹤儀中的位置檢測(cè)器為中心，位置檢測(cè)器例如是位置靈敏檢測(cè)器或者感光 陣列。激光跟蹤儀包括第一相機(jī)，在實(shí)施例中第一相機(jī)安裝在跟蹤儀的載荷的外表面，載荷 能夠關(guān)于第一軸和第二軸旋轉(zhuǎn)。在其他實(shí)施例中，第一相機(jī)可以設(shè)置在激光跟蹤儀內(nèi)部，并 且可以觀察激光跟蹤儀外部的場(chǎng)景，場(chǎng)景以激光跟蹤儀的光軸為中心。在其他實(shí)施例中，第 一相機(jī)可以設(shè)置相關(guān)于激光跟蹤儀上面或內(nèi)部的其他位置。第一相機(jī)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(chǎn)生激光跟蹤儀外部的物體的圖像。第二光源發(fā)射 第二光束，在大多數(shù)情況下第二光源最接近第一相機(jī)。該光線(xiàn)傳向回射器目標(biāo)，回射器目標(biāo) 是回射器目標(biāo)的集合的一部分。一部分第二光束反射離開(kāi)回射器并返回第一相機(jī)，第一相 機(jī)在第一感光陣列上對(duì)反射光線(xiàn)成像。處理器可以設(shè)置在激光跟蹤儀中、伙伴電子單元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(shù)字處理單元、現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列和存儲(chǔ)器。處理器被配置為操作激光跟蹤儀。
[0127] 步驟710是存儲(chǔ)用于第一目標(biāo)、第二目標(biāo)、第三目標(biāo)以及至少一個(gè)附加點(diǎn)的名義 坐標(biāo)的列表。名義坐標(biāo)是在第二參考框架中給出的三維坐標(biāo)。第二參考框架與待測(cè)物體相 關(guān)聯(lián)，或者與待測(cè)物體所附接的結(jié)構(gòu)相關(guān)聯(lián)。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(guān)于第一參考框架的X、y和z軸旋轉(zhuǎn)。
[0128] 步驟715是在第一感光陣列上捕捉通過(guò)第二光束發(fā)射并反射離開(kāi)第一目標(biāo)、第二 目標(biāo)和第三目標(biāo)的一部分光線(xiàn)。
[0129] 步驟720是根據(jù)反射離開(kāi)第一目標(biāo)、第二目標(biāo)和第三目標(biāo)的一部分光線(xiàn)，在感光 陣列上獲得光點(diǎn)位置。光點(diǎn)位置例如可以是用于第一目標(biāo)、第二目標(biāo)和第三目標(biāo)的光點(diǎn)的 形心。
[0130] 步驟725是分別確定第一感光陣列上的第一光點(diǎn)位置、第二光點(diǎn)位置和第三光點(diǎn) 位置與第一目標(biāo)、第二目標(biāo)和第三目標(biāo)的名義坐標(biāo)的對(duì)應(yīng)關(guān)系。這種對(duì)應(yīng)關(guān)系可通過(guò)各種 方式來(lái)獲得，例如根據(jù)所附權(quán)利要求中所述的方法。一種這樣的方法包括通過(guò)第一參考框 架觀察第二參考框架的方位的允許范圍中的可能對(duì)應(yīng)。另一種方法涉及通過(guò)激光跟蹤儀上 設(shè)置的兩個(gè)（立體）相機(jī)，使用三角測(cè)量方法。另一種方法涉及使用單個(gè)跟蹤儀相機(jī)，但是 將跟蹤儀旋轉(zhuǎn)到兩個(gè)不同的方位。通過(guò)這種方法，將在相機(jī)的感光陣列上獲得的兩個(gè)圖像 用于確定對(duì)應(yīng)關(guān)系。也可以通過(guò)處于前準(zhǔn)星和后準(zhǔn)星模式下的第一相機(jī)進(jìn)行測(cè)量，并將第 一感光陣列上獲得的圖像用于確定對(duì)應(yīng)關(guān)系?？梢愿淖兊谝粎⒖伎蚣芎偷诙⒖伎蚣艿南?對(duì)位置，并將第一感光陣列上得到的光點(diǎn)的圖案用于確定對(duì)應(yīng)關(guān)系。例如，第二參考框架可 以與移動(dòng)架相關(guān)聯(lián)，如圖5和圖6所示，因此第一相機(jī)可以獲得兩個(gè)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(duì)位置。在實(shí)施例中，可以采取用來(lái)確定感光陣列上 的第一、第二和第三光點(diǎn)與第一目標(biāo)、第二目標(biāo)和第三目標(biāo)的名義坐標(biāo)之間的對(duì)應(yīng)的一般 數(shù)學(xué)方法涉及構(gòu)造變換矩陣，將坐標(biāo)從參考框架2變換到參考框架1或者相反，如同上文以 及所附的權(quán)利要求所述。對(duì)于通過(guò)感光陣列獲得的圖像，可將陣列上的點(diǎn)從感光陣列上的 位置通過(guò)透鏡的透視中心投射到目標(biāo)空間。通過(guò)這種方式，可將第一感光陣列上的光點(diǎn)轉(zhuǎn) 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(guò)本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的方法，可以使用三角測(cè)量程序來(lái)確定三個(gè)目標(biāo)中的每個(gè)目標(biāo)的位 置。如果只有單個(gè)相機(jī)可用，通過(guò)獲得前準(zhǔn)星和后準(zhǔn)星圖像，仍然可以應(yīng)用三角測(cè)量方法， 因?yàn)樵趶那皽?zhǔn)星轉(zhuǎn)變?yōu)楹鬁?zhǔn)星模式時(shí)，相機(jī)的位置被翻轉(zhuǎn)到跟蹤儀光軸的相對(duì)側(cè)。前準(zhǔn)星 和后準(zhǔn)星模式中相機(jī)位置之間的距離已知，因此該程序等同于立體三角測(cè)量程序。類(lèi)似地， 僅僅將跟蹤儀結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)到兩個(gè)不同的角度（關(guān)于第一軸、第二軸或者兩者），可以獲得兩個(gè) 不同的視圖，并且可以使用類(lèi)似于三角測(cè)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(duì)方位的約束方法一般不允許用于第一 目標(biāo)、第二目標(biāo)和第三目標(biāo)的每個(gè)三維坐標(biāo)的直接解決方案，但是在大多數(shù)情況下，它使得 能夠?qū)⑽恢镁植炕?，好到足以?huà)出三個(gè)光點(diǎn)與第一目標(biāo)、第二目標(biāo)和第三目標(biāo)的名義坐標(biāo) 之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。
[0131] 步驟730是至少部分地基于第一光點(diǎn)位置和第一目標(biāo)的名義坐標(biāo)將第一光束引 導(dǎo)到第一目標(biāo)，以及利用絕對(duì)距離計(jì)量?jī)x、第一角度變換器和第二角度變換器測(cè)量第一目 標(biāo)的三維坐標(biāo)。如步驟720所述，獲得對(duì)應(yīng)關(guān)系的某些方法提供關(guān)于第一參考框架的三維 坐標(biāo)，因此將激光束引導(dǎo)到第一目標(biāo)、第二目標(biāo)和第三目標(biāo)是簡(jiǎn)單直接的。在方向是基于第 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(biāo)、第二 目標(biāo)和第三目標(biāo)的最佳方向；但是，通過(guò)假定到目標(biāo)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(biāo)的最佳方向，例如通過(guò)所附權(quán)利要求所述的方法。測(cè)量的三維坐標(biāo) 是在第一參考框架中，第一參考框架是激光跟蹤儀的參考框架。
[0132] 步驟735與步驟730相同，僅應(yīng)用于第二目標(biāo)而不是第一目標(biāo)。步驟740與步驟 735相同，僅應(yīng)用于第三目標(biāo)而不是第一目標(biāo)。
[0133] 步驟745是至少部分地基于測(cè)量的第一目標(biāo)、第二目標(biāo)和第三目標(biāo)的三維坐標(biāo)以 及至少一個(gè)附加點(diǎn)的名義坐標(biāo)，確定第一參考框架中至少一個(gè)附加點(diǎn)的三維坐標(biāo)。這是一 個(gè)數(shù)學(xué)步驟，例如可以通過(guò)獲得變換矩陣來(lái)執(zhí)行，變換矩陣實(shí)現(xiàn)將任何名義坐標(biāo)計(jì)算為第 一參考框架（跟蹤儀）中的三維坐標(biāo)。利用本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的方法，步驟725、730和 735中獲得的三維坐標(biāo)足以確定變換矩陣。
[0134] 步驟750是存儲(chǔ)至少一個(gè)附加點(diǎn)的三維坐標(biāo)。坐標(biāo)例如可以存儲(chǔ)在電子可讀媒體 中、計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器中或者微處理器中。步驟755是具有步驟700的方法的終止。
[0135] 圖8是示出用于通過(guò)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量的實(shí)施例中的步驟800的流程圖。步驟800跟 隨在圖7中標(biāo)記為755的點(diǎn)A。步驟805是將光束引導(dǎo)到至少一個(gè)附加點(diǎn)。激光跟蹤儀可 以自動(dòng)執(zhí)行該步驟。
[0136] 步驟810是放置選擇的回射器目標(biāo)，攔截第一光束。實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)的一種方式是操 作者將手持的選擇的回射器目標(biāo)移動(dòng)到第一光束。實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)的第二方式是將選擇的回射 器目標(biāo)放在待測(cè)物體上安裝的巢上，例如磁巢。如果足夠準(zhǔn)確地知道至少一個(gè)附加點(diǎn)的三 維坐標(biāo)，就可以引導(dǎo)第一激光束，好到足以通過(guò)選擇的回射器目標(biāo)的清晰孔捕捉至少一部 分光束。
[0137] 步驟815是將第一光束引導(dǎo)到選擇的回射器目標(biāo)的中心。該步驟通過(guò)激光跟蹤儀 的跟蹤系統(tǒng)進(jìn)行。步驟820是利用絕對(duì)距離計(jì)量?jī)x、第一角度變換器和第二角度變換器測(cè) 量選擇的回射器目標(biāo)的三維坐標(biāo)。方法800在步驟825終止。
[0138] 圖9是示出用于通過(guò)系統(tǒng)測(cè)量的實(shí)施例中的步驟900的流程圖。步驟900跟隨在 圖7中標(biāo)記為755的點(diǎn)A。步驟905是將光束引導(dǎo)到至少一個(gè)附加點(diǎn)。
[0139] 步驟910是將第一光束移動(dòng)到空間中的第一圖案，第一圖案最接近至少一個(gè)附加 點(diǎn)。這種第一圖案通常稱(chēng)為搜索圖案。作為示例，光束可以始于初始位置，然后以螺旋圖案 向外移動(dòng)。
[0140] 步驟915是通過(guò)激光跟蹤儀的跟蹤系統(tǒng)檢測(cè)光束。當(dāng)反射離開(kāi)回射器的第一光束 撞擊位置檢測(cè)器時(shí)可以出現(xiàn)這種情況。通過(guò)位置檢測(cè)器對(duì)光線(xiàn)的這種檢測(cè)指示，第一光束 已經(jīng)攔截了回射器目標(biāo)的清晰孔。
[0141] 步驟920是將第一光束引導(dǎo)到選擇的回射器目標(biāo)的中心。如上所述，這種背景下 的中心表示相對(duì)于光束對(duì)稱(chēng)地反射所相關(guān)的回射器目標(biāo)的位置。這種背景下術(shù)語(yǔ)"中心"不 一定表不回射器目標(biāo)的實(shí)體中心。
[0142] 步驟925是利用絕對(duì)距離計(jì)量?jī)x、第一角度變換器和第二角度變換器測(cè)量選擇的 回射器目標(biāo)的三維坐標(biāo)。方法900在步驟930終止。
[0143] 圖10是示出用于通過(guò)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量的實(shí)施例中的步驟1000的流程圖。步驟1000 跟隨在圖7中標(biāo)記為755的點(diǎn)A。步驟1005是提供第三相機(jī)和第四光源，第三相機(jī)包括第 三透鏡系統(tǒng)和第三感光陣列，第三相機(jī)的視場(chǎng)小于第一相機(jī)的視場(chǎng)，第四光源提供第四光 束。
[0144] 步驟1010是在第三感光陣列上捕捉通過(guò)第四光源發(fā)射并反射離開(kāi)第一目標(biāo)、第 二目標(biāo)和第三目標(biāo)的一部分光線(xiàn)。通過(guò)第一相機(jī)已經(jīng)獲得第一目標(biāo)、第二目標(biāo)和第三目標(biāo) 的圖像。下面利用第三相機(jī)收集附加測(cè)量結(jié)果。在某些情況下，從第一相機(jī)獲得的信息可 用于操縱激光跟蹤儀到使得第二相機(jī)能夠看到第一目標(biāo)、第二目標(biāo)或第三目標(biāo)的位置。
[0145] 步驟1015是根據(jù)反射離開(kāi)第一目標(biāo)、第二目標(biāo)和第三目標(biāo)的每個(gè)目標(biāo)的一部分 光線(xiàn)，獲得感光陣列上的光點(diǎn)位置?？梢垣@得這種光點(diǎn)位置，例如作為每個(gè)光點(diǎn)的形心。
[0146] 步驟1020是分別確定第三感光陣列上的第一光點(diǎn)位置、第二光點(diǎn)位置和第三光 點(diǎn)位置與第一目標(biāo)、第二目標(biāo)和第三目標(biāo)的名義坐標(biāo)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。確定對(duì)應(yīng)關(guān)系的方 法與上述方法相同，但是通過(guò)視場(chǎng)比第一相機(jī)窄的第三相機(jī)提供相對(duì)更準(zhǔn)確的信息。方法 1000在步驟1025終止。
[0147] 圖11是示出用于通過(guò)系統(tǒng)測(cè)量的實(shí)施例中的步驟1100的流程圖。步驟1100跟 隨在圖7中標(biāo)記為755的點(diǎn)A。步驟1105是將第一光束引導(dǎo)到多個(gè)附加點(diǎn)，多個(gè)附加點(diǎn)包 括第一附加點(diǎn)，多個(gè)附加點(diǎn)指示操作者要采取的動(dòng)作。通過(guò)這種方式，激光跟蹤儀能夠引導(dǎo) 操作者的動(dòng)作。
[0148] 圖12是示出用于通過(guò)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量的實(shí)施例中的步驟1200的流程圖。步驟1200 跟隨在圖8中標(biāo)記為825的點(diǎn)B。步驟1205是根據(jù)檢查方案進(jìn)行測(cè)量。典型的檢查方案可 包括要測(cè)量的各種點(diǎn)。某些點(diǎn)可以在物體表面上，而其他點(diǎn)可以在巢中。某些點(diǎn)可以分離 地測(cè)量，而其他點(diǎn)在指定表面上的掃描圖案中測(cè)量。
[0149] 圖13是示出用于通過(guò)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量的實(shí)施例中的步驟1300的流程圖。步驟1300 跟隨在圖7中標(biāo)記為755的點(diǎn)A。步驟1305是將第一光束引導(dǎo)到至少一個(gè)附加點(diǎn)。步驟 1310是在第一光束的位置進(jìn)行裝配操作。裝配操作可包括鉆螺孔、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鉆孔的位置。
[0150] 圖14是示出用于通過(guò)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量的實(shí)施例中的步驟1400的流程圖。步驟1400 跟隨在圖8中標(biāo)記為825的點(diǎn)B。步驟1405是提供檢查方案，通過(guò)激光跟蹤儀測(cè)量檢查點(diǎn)。 步驟1410是將至少一個(gè)回射器目標(biāo)附接于待測(cè)物體。這種回射器目標(biāo)在效果上充當(dāng)漂移 樁（drift monument)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定性檢查。步驟1415是向附接于待測(cè)物體的至少一個(gè) 回射器目標(biāo)的三維坐標(biāo)提供最大允許移動(dòng)。最大允許移動(dòng)是用戶(hù)基于要求的穩(wěn)定性提供的 數(shù)字值。步驟1020是測(cè)量附接于待測(cè)物體的至少一個(gè)回射器目標(biāo)的三維坐標(biāo)，測(cè)量在第一 時(shí)間以及在第二時(shí)間進(jìn)行。步驟1025是確定從第一時(shí)間到第二時(shí)間、至少一個(gè)回射器目標(biāo) 的三維坐標(biāo)中的第一變化。在高度穩(wěn)定的系統(tǒng)中，這些坐標(biāo)改變一個(gè)小量。如果待測(cè)物體 或者激光跟蹤儀被撞擊，則測(cè)量結(jié)果突然改變，從而引入誤差。類(lèi)似地，如果環(huán)境溫度顯著 改變，則物體的尺寸會(huì)改變，跟蹤儀的性能會(huì)下降，或者第一光束通過(guò)其傳播的空氣的性質(zhì) 會(huì)改變。這些改變中的任意改變都會(huì)降低測(cè)量的精度。步驟1030是在第一變化超過(guò)最大 允許移動(dòng)時(shí)采取動(dòng)作。動(dòng)作可包括測(cè)量待測(cè)物體上至少三個(gè)回射器，以重建檢查點(diǎn)的三維 坐標(biāo)。也可包括通知操作者，第一變化已經(jīng)超過(guò)最大允許移動(dòng)。這樣可以提示操作者，重新 補(bǔ)償激光跟蹤儀、檢查待測(cè)物體和激光跟蹤儀的穩(wěn)定性或者采取其他步驟。方法1400在步 驟1435終止。
[0151] 圖15是示出用于通過(guò)系統(tǒng)測(cè)量的實(shí)施例中的步驟1700的流程圖。步驟1700跟 隨在圖7中標(biāo)記為755的點(diǎn)A。步驟1705是提供最大允許偏差。這是用戶(hù)提供的值。步驟 1710是提供待測(cè)物體的熱膨脹系數(shù)（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/°C的CTE。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(cè)物體上，在參考溫度時(shí)，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(cè)量待測(cè)物體的溫度。步驟1725是通過(guò)從待測(cè)物體的測(cè) 量溫度減去參考溫度，計(jì)算第一溫度差。步驟1730是通過(guò)將第一溫度差乘以熱膨脹系數(shù)， 計(jì)算縮放系數(shù)。這樣給出的值單位例如是微米/米。換言之，縮放因子是無(wú)量綱量。步驟 1735是利用絕對(duì)距離計(jì)量?jī)x、第一角度變換器和第二角度變換器測(cè)量第一參考回射器和第 二參考回射器的3D坐標(biāo)。步驟1740是計(jì)算從測(cè)量的第一參考回射器的3D坐標(biāo)延伸到測(cè) 量的第二參考回射器的3D坐標(biāo)的第二距離。步驟1745是通過(guò)從第二距離減去第一距離， 計(jì)算第三距離。步驟1750是通過(guò)將第一距離乘以縮放系數(shù)，計(jì)算第四距離。步驟1755是 通過(guò)從第四距尚減去第二距尚，計(jì)算偏差值。步驟1760是當(dāng)偏差值超過(guò)最大允許偏差時(shí)米 取動(dòng)作，動(dòng)作是發(fā)出警報(bào)，或者測(cè)量回射器目標(biāo)的集合中至少一些回射器目標(biāo)的坐標(biāo)，以及 根據(jù)這些數(shù)據(jù)，為物體重建參考框架。步驟1700的目的是檢查熱長(zhǎng)度補(bǔ)償?shù)囊恢滦?，以?接測(cè)量長(zhǎng)度差。如果長(zhǎng)度變化不匹配，就有可能溫度測(cè)量無(wú)效、CTE值沒(méi)有正確給出或者有 一些其他問(wèn)題。通過(guò)這種問(wèn)題識(shí)別，可以采取附加步驟。
[0152] 如同本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的，可將本發(fā)明的方案具體實(shí)施為系統(tǒng)、方法或計(jì)算 機(jī)程序產(chǎn)品。因此，本發(fā)明的方案可以采取完全硬件實(shí)施例、完全軟件實(shí)施例（包括固件、 駐留軟件、微代碼等等）或者將軟件和硬件方案組合的實(shí)施例的形式，這里可以將它們?nèi)?部一般性地稱(chēng)為"電路"、"模塊"或"系統(tǒng)"。此外，本發(fā)明的方案可以采取在一個(gè)或多個(gè)計(jì) 算機(jī)可讀介質(zhì)中具體實(shí)施的計(jì)算機(jī)程序的形式，計(jì)算機(jī)可讀程序代碼在計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上 具體實(shí)施。
[0153] 可以利用一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)的任意組合。計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)可以是計(jì)算機(jī) 可讀信號(hào)介質(zhì)或計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)。計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)例如可以是電子、磁、光、電磁、 紅外或半導(dǎo)體系統(tǒng)、設(shè)備或裝置或者前述的任意合適組合，但是不限于此。計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì) 的更多具體示例（非窮舉列表）可包括以下：有一個(gè)或多個(gè)電線(xiàn)的電連接、便攜式計(jì)算機(jī)磁 盤(pán)、硬盤(pán)、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM)、只讀存儲(chǔ)器（ROM)、可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器（EPROM或閃 存）、光纖、便攜式壓縮盤(pán)只讀存儲(chǔ)器（CD-ROM)、光存儲(chǔ)裝置、磁存儲(chǔ)裝置或者前述的任意 合適組合。在本文獻(xiàn)的背景下，計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)可以是任何有形介質(zhì)，可以包含或存儲(chǔ) 通過(guò)指令執(zhí)行系統(tǒng)、設(shè)備或裝置使用的程序或者與指令執(zhí)行系統(tǒng)、設(shè)備或裝置有關(guān)的程序。
[0154] 可以利用一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)的任意組合。計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)可以是計(jì)算機(jī) 可讀信號(hào)介質(zhì)或計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)。計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)例如可以是電子、磁、光、電磁、 紅外或半導(dǎo)體系統(tǒng)、設(shè)備或裝置或者前述的任意合適組合，但是不限于此。計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì) 的更多具體示例（非窮舉列表）可包括以下：有一個(gè)或多個(gè)電線(xiàn)的電連接、便攜式計(jì)算機(jī)磁 盤(pán)、硬盤(pán)、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM)、只讀存儲(chǔ)器（ROM)、可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器（EPROM或閃 存）、光纖、便攜式壓縮盤(pán)只讀存儲(chǔ)器（CD-ROM)、光存儲(chǔ)裝置、磁存儲(chǔ)裝置或者前述的任意 合適組合。在本文獻(xiàn)的背景下，計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)可以是任何有形介質(zhì)，可以包含或存儲(chǔ) 通過(guò)指令執(zhí)行系統(tǒng)、設(shè)備或裝置使用的程序或者與指令執(zhí)行系統(tǒng)、設(shè)備或裝置有關(guān)的程序。
[0155] 計(jì)算機(jī)可讀信號(hào)介質(zhì)可包括例如在基帶中或者作為載波的一部分傳播的數(shù)據(jù)信 號(hào)，其中具體實(shí)施計(jì)算機(jī)可讀程序代碼。這種傳播的信號(hào)可以采取多種形式的任何一種，包 括但不限于電磁、光或者它們的任何合適組合。計(jì)算機(jī)可讀信號(hào)介質(zhì)可以是并非計(jì)算機(jī)可 讀存儲(chǔ)介質(zhì)、并且可以傳遞、傳播或傳輸通過(guò)指令執(zhí)行系統(tǒng)、設(shè)備或裝置使用的程序或者與 指令執(zhí)行系統(tǒng)、設(shè)備或裝置有關(guān)的程序的任何計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)。
[0156] 在計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上具體實(shí)施的程序代碼可以利用任何適當(dāng)?shù)慕橘|(zhì)來(lái)傳輸，包括 但不限于無(wú)線(xiàn)、有線(xiàn)、光纖電纜、RF等等，或者前述的任意合適組合。
[0157] 用于執(zhí)行本發(fā)明的方案的操作的計(jì)算機(jī)程序代碼可以通過(guò)一種或多種編程語(yǔ)言 的任意組合來(lái)編寫(xiě)，包括面向?qū)ο蟮木幊陶Z(yǔ)言（例如Java、Smalltalk、C++、C#等等）和傳 統(tǒng)的程序式編程語(yǔ)言（例如"C"編程語(yǔ)言或者類(lèi)似的編程語(yǔ)言）。程序代碼可以完全在用 戶(hù)計(jì)算機(jī)上執(zhí)行，可以作為單機(jī)軟件包部分地在用戶(hù)計(jì)算機(jī)上執(zhí)行，可以部分地在用戶(hù)計(jì) 算機(jī)上并且部分地在遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)上執(zhí)行，或者完全在遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)或服務(wù)器上執(zhí)行。在后一 種情況下，遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)可以通過(guò)任何類(lèi)型的網(wǎng)絡(luò)連接到用戶(hù)計(jì)算機(jī)，包括局域網(wǎng)（LAN)或 廣域網(wǎng)（WAN)，或者可以進(jìn)行與外部計(jì)算機(jī)的連接（例如，通過(guò)使用互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)供應(yīng)商的互 聯(lián)網(wǎng)）。本發(fā)明的方案參照根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的方法、設(shè)備（系統(tǒng)）和計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品的流 程圖說(shuō)明和/或方框圖來(lái)描述。應(yīng)當(dāng)理解，流程圖說(shuō)明和/或方框圖的每個(gè)方框以及流程 圖說(shuō)明和/或方框圖中方框的組合可以通過(guò)計(jì)算機(jī)程序指令實(shí)現(xiàn)。
[0158] 這些計(jì)算機(jī)程序指令可以提供給通用計(jì)算機(jī)、專(zhuān)用計(jì)算機(jī)或者其他可編程數(shù)據(jù)處 理設(shè)備的處理器，以產(chǎn)生機(jī)器，使得經(jīng)由計(jì)算機(jī)或者其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備的處理器執(zhí) 行的指令能夠產(chǎn)生用于實(shí)現(xiàn)流程圖和/或方框圖或方框中指定的功能/動(dòng)作的方法。這些 計(jì)算機(jī)程序指令也可以存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)中，計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)可以引導(dǎo)計(jì)算機(jī)、其他 可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備或者其他裝置以特定方式運(yùn)行，因此計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)中存儲(chǔ)的指令產(chǎn) 生制造的條款，包括實(shí)現(xiàn)流程圖和/或方框圖或方框中指定的功能/動(dòng)作的指令。
[0159] 計(jì)算機(jī)程序指令也可以載入計(jì)算機(jī)、其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備或者其他裝置，導(dǎo) 致在計(jì)算機(jī)上執(zhí)行一系列操作性步驟，導(dǎo)致其他可編程設(shè)備或其他裝置產(chǎn)生計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的 處理，因此在計(jì)算機(jī)或其他可編程設(shè)備上執(zhí)行的指令提供處理，以實(shí)現(xiàn)流程圖和/或方框 圖或方框中指定的功能/動(dòng)作。
[0160] 附圖中的任何流程圖和方框圖示出根據(jù)本發(fā)明各種實(shí)施例的系統(tǒng)、方法和計(jì)算機(jī) 程序產(chǎn)品的構(gòu)造、功能以及可能的實(shí)施方式的操作。就此而言，流程圖或方框圖中的每個(gè)方 框可以表示模塊、片段或代碼的一部分，包括用于實(shí)現(xiàn)指定的邏輯功能（多個(gè)功能）的一個(gè) 或多個(gè)可執(zhí)行指令。應(yīng)當(dāng)理解，在一些替代性實(shí)施方式中，方框中注明的功能可以脫離附圖 中注明的順序而發(fā)生。例如，連續(xù)示出的兩個(gè)方框?qū)嶋H上可以基本上同時(shí)執(zhí)行，或者，有時(shí) 候方框可以按照相反的順序執(zhí)行，這取決于涉及的功能。此外應(yīng)當(dāng)注意，方框圖和/或流程 圖說(shuō)明的每個(gè)方框以及方框圖和/或流程圖說(shuō)明中方框的組合可以通過(guò)基于專(zhuān)用硬件的 系統(tǒng)或者專(zhuān)用硬件與計(jì)算機(jī)指令的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)，基于專(zhuān)用硬件的系統(tǒng)執(zhí)行指定的功能或動(dòng) 作。
[0161] 雖然已經(jīng)示出并描述優(yōu)選實(shí)施例，但是在不脫離本發(fā)明精神和范圍的情況下可以 對(duì)其進(jìn)行各種修改和替代。因此，應(yīng)當(dāng)理解，通過(guò)說(shuō)明而非限制的方式描述了本發(fā)明。
[0162] 因此，當(dāng)前公開(kāi)的實(shí)施例在任何方面都應(yīng)視作說(shuō)明性而非限制性的，本發(fā)明的范 圍由后附權(quán)利要求書(shū)而非前面的描述指出，并且因此，落入權(quán)利要求書(shū)的等同物含義和范 圍的所有變化都將被涵蓋其中。
[0163] 根據(jù)上述描述可知，本發(fā)明的實(shí)施例公開(kāi)了但不限于下列的技術(shù)方案：
[0164] 方案1. 一種用于通過(guò)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量的方法，所述方法（700)包括步驟：
[0165] 提供包括回射器目標(biāo)（26,27,28)的集合以及激光跟蹤儀（10)的系統(tǒng)（705)，所述 回射器目標(biāo)的集合包括至少三個(gè)非共線(xiàn)回射器目標(biāo)（27)，所述至少三個(gè)非共線(xiàn)回射器目標(biāo) 包括第一目標(biāo)、第二目標(biāo)和第三目標(biāo)，第一參考框架（30)中的所述激光跟蹤儀關(guān)于跟蹤儀 環(huán)境固定，所述激光跟蹤儀具有結(jié)構(gòu)（15)、第一光源、絕對(duì)距離計(jì)量?jī)x（1533)、第一角度變 換器（1540)、第二角度變換器（1550)、跟蹤系統(tǒng)（1534)、第一相機(jī)（52,400)、第二光源（54， 401)以及處理器（1520, 50,60)，所述結(jié)構(gòu)能夠關(guān)于第一軸（20)和第二軸（18)旋轉(zhuǎn)，所述 第一光源產(chǎn)生與所述絕對(duì)距離計(jì)量?jī)x協(xié)作的第一光束（46)，所述第一角度變換器測(cè)量關(guān)于 所述第一軸的第一旋轉(zhuǎn)角度（71)，所述第二角度變換器測(cè)量關(guān)于所述第二軸的第二旋轉(zhuǎn)角 度（72)，所述跟蹤系統(tǒng)被配置為將所述第一光束移動(dòng)到所述回射器目標(biāo)集合中的任意回射 器目標(biāo)的中心，所述第一相機(jī)包括第一透鏡系統(tǒng)（402)和第一感光陣列（404)，所述第二光 源提供第二光束（440)，并且所述處理器被配置為操作所述激光跟蹤儀；
[0166] 存儲(chǔ)用于所述第一目標(biāo)、所述第二目標(biāo)和所述第三目標(biāo)以及至少一個(gè)附加點(diǎn)（26， 29)的名義坐標(biāo)的列表（710)，所述名義坐標(biāo)是第二參考框架（40)中的三維坐標(biāo)；
[0167] 在所述第一感光陣列上捕捉通過(guò)所述第二光束發(fā)射并反射離開(kāi)所述第一目標(biāo)、所 述第二目標(biāo)和所述第三目標(biāo)的一部分光線(xiàn)（715);
[0168] 根據(jù)反射離開(kāi)所述第一目標(biāo)、所述第二目標(biāo)和所述第三目標(biāo)中的每個(gè)目標(biāo)的一部 分光線(xiàn)，獲得所述感光陣列上的光點(diǎn)位置（720,42);
[0169] 分別確定所述第一感光陣列上的第一光點(diǎn)位置、第二光點(diǎn)位置和第三光點(diǎn)位置與 所述第一目標(biāo)、所述第二目標(biāo)和所述第三目標(biāo)的名義坐標(biāo)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系（725);
[0170] 至少部分地基于所述第一光點(diǎn)位置和所述第一目標(biāo)的名義坐標(biāo)，將所述第一光束 引導(dǎo)到所述第一目標(biāo)（730);
[0171] 利用所述絕對(duì)距離計(jì)量?jī)x、所述第一角度變換器和所述第二角度變換器測(cè)量所述 第一目標(biāo)的三維坐標(biāo)（730);
[0172] 至少部分地基于所述第二光點(diǎn)位置和所述第二目標(biāo)的名義坐標(biāo)，將所述第一光束 引導(dǎo)到所述第二目標(biāo)（735);
[0173] 利用所述絕對(duì)距離計(jì)量?jī)x、所述第一角度變換器和所述第二角度變換器測(cè)量所述 第二目標(biāo)的三維坐標(biāo)（735);
[0174] 至少部分地基于所述第三光點(diǎn)位置和所述第三目標(biāo)的名義坐標(biāo)，將所述第一光束 引導(dǎo)到所述第三目標(biāo)（740);
[0175] 利用所述絕對(duì)距離計(jì)量?jī)x、所述第一角度變換器和所述第二角度變換器測(cè)量所述 第三目標(biāo)的三維坐標(biāo)（740);
[0176] 至少部分地基于測(cè)量的所述第一目標(biāo)、所述第二目標(biāo)和所述第三目標(biāo)的三維坐標(biāo) 以及所述至少一個(gè)附加點(diǎn)的名義坐標(biāo)，確定所述第一參考框架中至少一個(gè)附加點(diǎn)的三維坐 標(biāo)（745);以及
[0177] 存儲(chǔ)確定的所述至少一個(gè)附加點(diǎn)的三維坐標(biāo)（750)。
[0178] 方案2.根據(jù)方案1所述的方法，還包括步驟：
[0179] 將所述第一光束引導(dǎo)到所述至少一個(gè)附加點(diǎn)（805);
[0180] 將選擇的回射器目標(biāo)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(biāo)選自所述回射器目標(biāo)的集合中任意的回射器目標(biāo)（810);
[0181] 將所述第一光束引導(dǎo)到所述選擇的回射器目標(biāo)的中心（815);以及
[0182] 利用所述絕對(duì)距離計(jì)量?jī)x、所述第一角度變換器和所述第二角度變換器，測(cè)量所 述選擇的回射器目標(biāo)的三維坐標(biāo)（820)。
[0183] 方案3.根據(jù)方案2所述的方法，其中將選擇的回射器目標(biāo)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(gè)步驟，所述群組包括：
[0184] 移動(dòng)所述選擇的回射器目標(biāo)，以攔截至少一部分所述第一光束；以及
[0185] 將所述選擇的回射器目標(biāo)放置在固定巢中，所述固定巢位于攔截至少一部分所述 第一光束的位置。
[0186] 方案4.根據(jù)方案1所述的方法，還包括步驟：
[0187] 將所述第一光束引導(dǎo)到所述至少一個(gè)附加點(diǎn)（905);
[0188] 將所述第一光束移動(dòng)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(gè) 附加點(diǎn)（910);
[0189] 通過(guò)所述跟蹤系統(tǒng)檢測(cè)所述第一光束的存在（915);
[0190] 將所述第一光束引導(dǎo)到所述選擇的回射器目標(biāo)的中心（920);以及
[0191] 利用所述絕對(duì)距離計(jì)量?jī)x、所述第一角度變換器和所述第二角度變換器測(cè)量所述 選擇的回射器目標(biāo)的三維坐標(biāo)（925)。
[0192] 方案5.根據(jù)方案1所述的方法，還包括步驟：
[0193] 提供第三相機(jī)和第四光源（1005)，所述第三相機(jī)（58)包括第三透鏡系統(tǒng)和第三 感光陣列，所述第三相機(jī)的視場(chǎng)小于所述第一相機(jī)的視場(chǎng)，所述第四光源（56)提供第四光 束；
[0194] 在所述第三感光陣列上捕捉通過(guò)所述第四光源發(fā)射并反射離開(kāi)所述第一目標(biāo)、所 述第二目標(biāo)和所述第三目標(biāo)的一部分光線(xiàn)（1010);
[0195] 根據(jù)反射離開(kāi)所述第一目標(biāo)、所述第二目標(biāo)和所述第三目標(biāo)中每個(gè)目標(biāo)的一部分 光線(xiàn)，獲得所述感光陣列上的光點(diǎn)位置（1015);以及
[0196] 分別確定所述第三感光陣列上的第一光點(diǎn)位置、第二光點(diǎn)位置和第三光點(diǎn)位置與 所述第一目標(biāo)、所述第二目標(biāo)和所述第三目標(biāo)的名義坐標(biāo)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系（1020)。
[0197] 方案6.根據(jù)方案1所述的方法，其中在所述第一感光陣列上捕捉通過(guò)所述第二光 束發(fā)射并反射離開(kāi)所述第一目標(biāo)、所述第二目標(biāo)和所述第三目標(biāo)的一部分光線(xiàn)的步驟還包 括選自以下群組的一個(gè)步驟，所述群組包括：
[0198] 將所述激光跟蹤儀置于架子上，使得所述第一感光陣列同時(shí)獲得用于所述第一目 標(biāo)、所述第二目標(biāo)和所述第三目標(biāo)的光點(diǎn)位置；
[0199] 將所述第一相機(jī)和所述第二光源旋轉(zhuǎn)至多個(gè)方位，使得對(duì)于所述第一目標(biāo)、所述 第二目標(biāo)和所述第三目標(biāo)，所述第一感光陣列在所述多個(gè)方位中的一些方位獲得一些光點(diǎn) 位置；以及
[0200] 移動(dòng)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(biāo)、所述第二目 標(biāo)和所述第三目標(biāo)的空間區(qū)域劃界，所述空間區(qū)域由所述激光跟蹤儀、通過(guò)跟蹤所述選擇 的回射器目標(biāo)或者通過(guò)在所述第一感光陣列上跟隨所述選擇的回射器目標(biāo)的移動(dòng)來(lái)確定。
[0201] 方案7.根據(jù)方案1所述的方法，其中提供包括回射器目標(biāo)的集合以及激光跟蹤儀 的系統(tǒng)的步驟還包括提供第二相機(jī)和第三光源，所述第二相機(jī)包括第二透鏡系統(tǒng)和第二感 光陣列，所述第三光源提供第三光束，所述激光跟蹤儀中的所述處理器還被配置為計(jì)算所 述回射器目標(biāo)的集合中任意回射器目標(biāo)的三維坐標(biāo)，所計(jì)算的三維坐標(biāo)至少部分地基于所 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(yīng)于所述第二光源和所述第三光源發(fā)射的光線(xiàn)獲得，來(lái)自所述第一光源和 所述第二光源的光線(xiàn)被所述回射器目標(biāo)的集合中的回射器目標(biāo)反射。
[0202] 方案8.根據(jù)方案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(diǎn)位 置、第二光點(diǎn)位置和第三光點(diǎn)位置與所述第一目標(biāo)、所述第二目標(biāo)和所述第三目標(biāo)的名義 坐標(biāo)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系包括選自以下群組的一個(gè)步驟，所述群組包括：
[0203] 至少部分地基于所述第一參考框架與所述第二參考框架之間的允許相對(duì)方位的 范圍以及所述第一目標(biāo)、所述第二目標(biāo)和所述第三目標(biāo)的名義坐標(biāo)，來(lái)確定所述對(duì)應(yīng)關(guān) 系；
[0204] 響應(yīng)于通過(guò)來(lái)自所述第二光源的光線(xiàn)對(duì)所述第一目標(biāo)、所述第二目標(biāo)和所述第三 目標(biāo)的照射，在第一時(shí)間收集來(lái)自所述第一感光陣列的第一組圖像；改變所述第一旋轉(zhuǎn)角 度和所述第二旋轉(zhuǎn)角度其中之一，并且響應(yīng)于通過(guò)來(lái)自所述第二光源的光線(xiàn)對(duì)所述第一目 標(biāo)、所述第二目標(biāo)和所述第三目標(biāo)的照射，在第二時(shí)間收集來(lái)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(diǎn)位置、所述第二光點(diǎn)位置和所述第 三光點(diǎn)位置與所述第一目標(biāo)、所述第二目標(biāo)和所述第三目標(biāo)的名義坐標(biāo)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系， 所述確定至少部分地基于所述第一組圖像和所述第二組圖像；以及
[0205] 響應(yīng)于通過(guò)來(lái)自所述第二光源的光線(xiàn)對(duì)所述第一目標(biāo)、所述第二目標(biāo)和所述第三 目標(biāo)的照射，在第三時(shí)間收集來(lái)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(duì)于所述第一參考框架的位置，并且響應(yīng)于通過(guò)來(lái)自所述第二光源的光線(xiàn)對(duì)所述第一 目標(biāo)、所述第二目標(biāo)和所述第三目標(biāo)的照明，在第四時(shí)間收集來(lái)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(diǎn)位置、所述第二光點(diǎn)位置和所述第三 光點(diǎn)位置與所述第一目標(biāo)、所述第二目標(biāo)和所述第三目標(biāo)的名義坐標(biāo)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，所 述確定至少部分地基于所述第三組圖像和所述第四組圖像。
[0206] 方案9.根據(jù)方案1所述的方法，其中存儲(chǔ)用于所述第一目標(biāo)、所述第二目標(biāo)和所 述第三目標(biāo)以及至少一個(gè)附加點(diǎn)的名義坐標(biāo)的列表，所述名義坐標(biāo)是第二參考框架中的三 維坐標(biāo)的步驟還包括以下步驟的其中之一：
[0207] 從CAD模型中提取所述名義坐標(biāo)；以及
[0208] 通過(guò)3D測(cè)量?jī)x器測(cè)量所述名義坐標(biāo)。
[0209] 方案10.根據(jù)方案1所述的方法，還包括將所述第一光束引導(dǎo)到多個(gè)附加點(diǎn)的步 驟，所述多個(gè)附加點(diǎn)包括第一附加點(diǎn)，所述多個(gè)附加點(diǎn)指示操作者要采取的動(dòng)作（1105)。
[0210] 方案11.根據(jù)方案10所述的方法，其中操作者要采取的動(dòng)作包括以下至少其中之
[0211] 拾取選擇的回射器目標(biāo)，所述選擇的回射器目標(biāo)由所述多個(gè)附加點(diǎn)指定；
[0212] 沿所述多個(gè)附加點(diǎn)指示的方向移動(dòng)選擇的回射器目標(biāo)，通過(guò)所述回射器捕捉所述 第一光束，以及利用所述絕對(duì)距離計(jì)量?jī)x、所述第一角度變換器和所述第二角度變換器，測(cè) 量至少一個(gè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)；
[0213] 觀察通過(guò)所述多個(gè)附加點(diǎn)形成的圖案，通過(guò)所述回射器捕捉所述第一光束，以及 沿著所述圖案測(cè)量三維點(diǎn)；以及
[0214] 觀察通過(guò)所述多個(gè)附加點(diǎn)形成的圖案，將所述點(diǎn)解釋為姿態(tài)命令，并采取通過(guò)所 述姿態(tài)命令指示的動(dòng)作。
[0215] 方案12.根據(jù)方案1所述的方法，其中確定所述至少一個(gè)附加點(diǎn)的三維坐標(biāo)的步 驟還包括步驟：
[0216] 計(jì)算變換矩陣，所述變換矩陣用于將所述第二參考框架中的任意三維坐標(biāo)變換為 所述第一參考框架中的任意三維坐標(biāo)，所述計(jì)算至少部分地基于所述第一目標(biāo)、所述第二 目標(biāo)和所述第三目標(biāo)的名義坐標(biāo)；以及
[0217] 至少部分地基于所述變換矩陣以及所述至少一個(gè)附加點(diǎn)的名義坐標(biāo)，計(jì)算所述至 少一個(gè)附加點(diǎn)的三維坐標(biāo)。
[0218] 方案13.根據(jù)方案1所述的方法，其中提供包括回射器目標(biāo)的集合以及激光跟蹤 儀的系統(tǒng)的步驟包括從回射器目標(biāo)的集合中提供至少一個(gè)具有立方隅角回射器的回射器 目標(biāo)，所述立方隅角回射器具有相互垂直的三個(gè)反射表面。
[0219] 方案14.根據(jù)方案1所述的方法，其中提供包括回射器目標(biāo)的集合以及激光跟蹤 儀的系統(tǒng)的步驟包括從回射器目標(biāo)的集合中提供至少一個(gè)回射器目標(biāo)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。
[0220] 方案15.根據(jù)方案1所述的方法，其中提供包括回射器目標(biāo)的集合以及激光跟蹤 儀的系統(tǒng)的步驟包括從回射器目標(biāo)的集合中提供至少一個(gè)回射器目標(biāo)作為位于球表面中 心的反射點(diǎn)。
[0221] 方案16.根據(jù)方案2所述的方法，還包括根據(jù)檢查方案進(jìn)行測(cè)量的步驟（1205)。
[0222] 方案17.根據(jù)方案16所述的方法，其中根據(jù)檢查方案進(jìn)行測(cè)量的步驟還包括在沒(méi) 有操作者干涉的情況下自動(dòng)進(jìn)行測(cè)量的步驟。
[0223] 方案18.根據(jù)方案16所述的方法，其中根據(jù)檢查方案進(jìn)行測(cè)量的步驟還包括以下 步驟：移動(dòng)所述第一光束以引導(dǎo)操作者移動(dòng)所述選擇的回射器目標(biāo)，從而根據(jù)檢查方案進(jìn) 行測(cè)量。
[0224] 方案19.根據(jù)方案16所述的方法，其中根據(jù)檢查方案進(jìn)行測(cè)量的步驟還包括：檢 測(cè)何時(shí)操作者將所述回射器目標(biāo)置于錯(cuò)誤位置，并引導(dǎo)操作者將所述選擇的回射器目標(biāo)移 動(dòng)到正確位置，所述激光跟蹤儀移動(dòng)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(biāo)的正確位置。
[0225] 方案20.根據(jù)方案1所述的方法，還包括步驟：
[0226] 將所述第一光束引導(dǎo)到所述至少一個(gè)附加點(diǎn)（1305);以及
[0227] 在所述第一光束的位置進(jìn)行裝配操作（1310)。
[0228] 方案21.根據(jù)方案20所述的方法，其中進(jìn)行裝配操作的步驟包括在處于所述第一 光束的位置的物體中鉆孔。
[0229] 方案22.根據(jù)方案2所述的方法，還包括步驟：
[0230] 提供通過(guò)所述激光跟蹤儀測(cè)量檢查點(diǎn)的檢查方案（1405);
[0231] 將至少一個(gè)回射器目標(biāo)附接于待測(cè)物體（1410);
[0232] 向附接于所述待測(cè)物體的所述至少一個(gè)回射器目標(biāo)的三維坐標(biāo)提供最大允許移 動(dòng)（1415);
[0233] 測(cè)量附接于所述待測(cè)物體的所述至少一個(gè)回射器目標(biāo)的三維坐標(biāo)，所述測(cè)量在第 一時(shí)間以及在第二時(shí)間進(jìn)行（1420);
[0234] 確定從所述第一時(shí)間到所述第二時(shí)間、所述至少一個(gè)回射器目標(biāo)的三維坐標(biāo)的第 一變化（1425);以及
[0235] 當(dāng)所述第一變化超過(guò)所述最大允許移動(dòng)時(shí)采取動(dòng)作（1430)，所述動(dòng)作是以下其中 之一：
[0236] 測(cè)量所述待測(cè)物體上的至少三個(gè)回射器，以重建所述檢查點(diǎn)的三維坐標(biāo)，以及
[0237] 通知操作者所述第一變化已經(jīng)超過(guò)所述最大允許移動(dòng)。
[0238] 方案23.根據(jù)方案1所述的方法，還包括步驟：
[0239] 提供最大允許偏差（1705);
[0240] 向待測(cè)物體提供熱膨脹系數(shù)（1710);
[0241] 提供參考溫度（1710);
[0242] 將第一參考回射器和第二參考回射器置于所述待測(cè)物體上，在所述參考溫度時(shí)， 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);
[0243] 測(cè)量所述待測(cè)物體的溫度（1720);
[0244] 通過(guò)從測(cè)量的所述待測(cè)物體的溫度減去所述參考溫度，計(jì)算第一溫度差（1725);
[0245] 通過(guò)將所述第一溫度差乘以所述熱膨脹系數(shù)，計(jì)算縮放系數(shù)（1730);
[0246] 利用所述絕對(duì)距離計(jì)量?jī)x、所述第一角度變換器和所述第二角度變換器，測(cè)量所 述第一參考回射器的三維坐標(biāo)（1735);
[0247] 利用所述絕對(duì)距離計(jì)量?jī)x、所述第一角度變換器和所述第二角度變換器，測(cè)量所 述第二參考回射器的三維坐標(biāo)（1735);
[0248] 計(jì)算從測(cè)量的所述第一參考回射器的三維坐標(biāo)延伸到測(cè)量的所述第二參考回射 器的三維坐標(biāo)的第二距離（1740);
[0249] 通過(guò)從所述第二距離減去所述第一距離，計(jì)算第三距離（1745);
[0250] 通過(guò)將所述縮放系數(shù)乘以所述第一距離，計(jì)算第四距離（1750);
[0251] 通過(guò)從所述第四距離減去所述第三距離，計(jì)算偏差值（1755);以及
[0252] 當(dāng)所述偏差值超過(guò)所述最大允許偏差時(shí)采取動(dòng)作，所述動(dòng)作是發(fā)出警報(bào)，或者是 測(cè)量所述回射器目標(biāo)的集合中至少一些回射器目標(biāo)的三維坐標(biāo)，以及根據(jù)這些數(shù)據(jù)，重建 用于待測(cè)物體的參考框架（1760)。
[0253] 方案24.根據(jù)方案16所述的方法，其中根據(jù)檢查方案進(jìn)行測(cè)量的步驟包括步驟：
[0254] 獲得目標(biāo)點(diǎn)的名義坐標(biāo)，所述名義坐標(biāo)得自計(jì)算機(jī)輔助制圖（CAD)中提供的數(shù) 據(jù)，所述CAD數(shù)據(jù)被變換為所述第一參考框架；
[0255] 提供所述選擇的回射器目標(biāo)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；
[0256] 將所述選擇的回射器目標(biāo)放置在所述目標(biāo)點(diǎn)的位置，所述回射器目標(biāo)或者抵住所 述目標(biāo)點(diǎn)地保持或者被放置在代表所述目標(biāo)點(diǎn)的磁巢上；
[0257] 利用所述絕對(duì)距離計(jì)量?jī)x、所述第一角度變換器和所述第二角度變換器，測(cè)量所 述選擇的回射器目標(biāo)的三維坐標(biāo)；
[0258] 至少部分地基于測(cè)量的所述選擇的回射器目標(biāo)的三維坐標(biāo)以及所述第一半徑，計(jì) 算所述測(cè)量的目標(biāo)點(diǎn)的三維坐標(biāo)；
[0259] 計(jì)算測(cè)量的目標(biāo)點(diǎn)的三維坐標(biāo)與所述目標(biāo)點(diǎn)的名義坐標(biāo)之間的第一差；以及
[0260] 提供所述第一差的指示。
[0261] 方案25.根據(jù)方案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(guò)第一允許差，則提供警告。
[0262] 方案26.根據(jù)方案16所述的方法，其中根據(jù)檢查方案進(jìn)行測(cè)量的步驟包括步驟： 進(jìn)行雙面測(cè)試以獲得雙面誤差，并且如果所述雙面誤差超過(guò)最大允許雙面誤差值，則提供 敬生 目 1=1 〇
[0263] 方案27.根據(jù)方案16所述的方法，其中根據(jù)檢查方案測(cè)量的步驟包括步驟：測(cè)量 兩個(gè)目標(biāo)點(diǎn)的三維坐標(biāo)，并且如果所述兩個(gè)目標(biāo)點(diǎn)的相對(duì)位置超過(guò)最大允許目標(biāo)改變值， 則提供警告。
【權(quán)利要求】
1. 一種用于通過(guò)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量的方法，所述方法包括步驟： 提供包括回射器目標(biāo)的集合以及激光跟蹤儀的系統(tǒng)，所述回射器目標(biāo)的集合包括至少 三個(gè)回射器目標(biāo)，所述至少三個(gè)回射器目標(biāo)被配置為當(dāng)置于物體上時(shí)以非共線(xiàn)關(guān)系布置， 所述至少三個(gè)非共線(xiàn)回射器目標(biāo)包括第一目標(biāo)、第二目標(biāo)和第三目標(biāo)，第一參考框架中的 所述激光跟蹤儀關(guān)于激光跟蹤儀環(huán)境固定，所述激光跟蹤儀具有結(jié)構(gòu)、第一光源、絕對(duì)距離 計(jì)量?jī)x、第一角度變換器、第二角度變換器、跟蹤系統(tǒng)、第一相機(jī)、第二光源、處理器以及存 儲(chǔ)器，所述存儲(chǔ)器可操作地耦接至所述處理器，所述結(jié)構(gòu)能夠關(guān)于第一軸和第二軸旋轉(zhuǎn)，所 述第一光源產(chǎn)生與所述絕對(duì)距離計(jì)量?jī)x協(xié)作的第一光束，所述第一角度變換器測(cè)量關(guān)于所 述第一軸的第一旋轉(zhuǎn)角度，所述第二角度變換器測(cè)量關(guān)于所述第二軸的第二旋轉(zhuǎn)角度，所 述跟蹤系統(tǒng)被配置為將所述第一光束移動(dòng)到所述回射器目標(biāo)集合中的任意回射器目標(biāo)的 中心，所述第一相機(jī)包括第一透鏡系統(tǒng)和第一感光陣列，所述第二光源提供第二光束，并且 所述處理器被配置為操作所述激光跟蹤儀； 通過(guò)所述處理器將用于所述第一目標(biāo)、所述第二目標(biāo)、所述第三目標(biāo)以及至少一個(gè)附 加點(diǎn)的名義坐標(biāo)的列表存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器中，所述名義坐標(biāo)是第二參考框架中的三維坐標(biāo)； 在所述第一感光陣列上捕捉通過(guò)所述第二光束發(fā)射并反射離開(kāi)所述第一目標(biāo)、所述第 二目標(biāo)和所述第三目標(biāo)的一部分光線(xiàn)； 根據(jù)反射離開(kāi)所述第一目標(biāo)、所述第二目標(biāo)和所述第三目標(biāo)中的每個(gè)目標(biāo)的一部分光 線(xiàn)，獲得所述第一感光陣列上的光點(diǎn)位置； 分別確定所述第一感光陣列上的第一光點(diǎn)位置、第二光點(diǎn)位置和第三光點(diǎn)位置與所述 第一目標(biāo)、所述第二目標(biāo)和所述第三目標(biāo)的名義坐標(biāo)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系； 至少部分地基于所述第一光點(diǎn)位置和所述第一目標(biāo)的名義坐標(biāo)，將所述第一光束引導(dǎo) 到所述第一目標(biāo)； 利用所述絕對(duì)距離計(jì)量?jī)x、所述第一角度變換器和所述第二角度變換器測(cè)量所述第一 目標(biāo)的三維坐標(biāo)； 至少部分地基于所述第二光點(diǎn)位置和所述第二目標(biāo)的名義坐標(biāo)，將所述第一光束引導(dǎo) 到所述第二目標(biāo)； 利用所述絕對(duì)距離計(jì)量?jī)x、所述第一角度變換器和所述第二角度變換器測(cè)量所述第二 目標(biāo)的三維坐標(biāo)； 至少部分地基于所述第三光點(diǎn)位置和所述第三目標(biāo)的名義坐標(biāo)，將所述第一光束引導(dǎo) 到所述第三目標(biāo)； 利用所述絕對(duì)距離計(jì)量?jī)x、所述第一角度變換器和所述第二角度變換器測(cè)量所述第三 目標(biāo)的三維坐標(biāo)； 將所述第一光束引導(dǎo)到多個(gè)附加點(diǎn)，所述多個(gè)附加點(diǎn)包括所述至少一個(gè)附加點(diǎn)，所述 多個(gè)附加點(diǎn)指示操作者要采取的動(dòng)作； 至少部分地基于測(cè)量的所述第一目標(biāo)、所述第二目標(biāo)和所述第三目標(biāo)的三維坐標(biāo)以及 所述至少一個(gè)附加點(diǎn)的名義坐標(biāo)，確定所述第一參考框架中至少一個(gè)附加點(diǎn)的三維坐標(biāo)； 以及 通過(guò)所述處理器將確定的所述至少一個(gè)附加點(diǎn)的三維坐標(biāo)存儲(chǔ)到所述處理器中。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括步驟： 響應(yīng)于所述第一光束被引導(dǎo)到所述至少一個(gè)附加點(diǎn)，由所述操作者將選擇的回射器目 標(biāo)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(biāo)選自所述回射器目標(biāo)的集 合中任意的回射器目標(biāo)； 將所述第一光束引導(dǎo)到所述選擇的回射器目標(biāo)的中心；以及 利用所述絕對(duì)距離計(jì)量?jī)x、所述第一角度變換器和所述第二角度變換器，測(cè)量所述選 擇的回射器目標(biāo)的三維坐標(biāo)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中將選擇的回射器目標(biāo)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(gè)步驟，所述群組包括： 移動(dòng)所述選擇的回射器目標(biāo)，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(biāo)放置在固定巢中，所述固定巢位于攔截至少一部分所述第一 光束的位置。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，還包括根據(jù)檢查方案進(jìn)行測(cè)量的步驟。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中根據(jù)檢查方案進(jìn)行測(cè)量的步驟還包括在沒(méi)有所述 操作者干涉的情況下自動(dòng)進(jìn)行測(cè)量的步驟。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中根據(jù)檢查方案進(jìn)行測(cè)量的步驟還包括以下步驟： 移動(dòng)所述第一光束以引導(dǎo)所述操作者移動(dòng)所述選擇的回射器目標(biāo)，從而根據(jù)檢查方案進(jìn)行 測(cè)量。
7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中根據(jù)檢查方案進(jìn)行測(cè)量的步驟還包括：檢測(cè)何時(shí) 所述操作者將所述選擇的回射器目標(biāo)置于錯(cuò)誤位置，并引導(dǎo)操作者將所述選擇的回射器目 標(biāo)移動(dòng)到正確位置，所述激光跟蹤儀移動(dòng)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(biāo)的正確位置。
8. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中根據(jù)檢查方案進(jìn)行測(cè)量的步驟包括步驟： 獲得目標(biāo)點(diǎn)的名義坐標(biāo)，所述名義坐標(biāo)得自計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD)中提供的數(shù)據(jù)，所 述CAD數(shù)據(jù)被變換為所述第一參考框架； 提供所述選擇的回射器目標(biāo)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(biāo)放置在所述目標(biāo)點(diǎn)的位置，所述回射器目標(biāo)或者抵住所述目 標(biāo)點(diǎn)地保持或者被放置在代表所述目標(biāo)點(diǎn)的磁巢上； 利用所述絕對(duì)距離計(jì)量?jī)x、所述第一角度變換器和所述第二角度變換器，測(cè)量所述選 擇的回射器目標(biāo)的三維坐標(biāo)； 至少部分地基于測(cè)量的所述選擇的回射器目標(biāo)的三維坐標(biāo)以及所述第一半徑，計(jì)算所 述測(cè)量的目標(biāo)點(diǎn)的三維坐標(biāo)； 計(jì)算測(cè)量的目標(biāo)點(diǎn)的三維坐標(biāo)與所述目標(biāo)點(diǎn)的名義坐標(biāo)之間的第一差；以及 提供所述第一差的指示。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8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(guò)第一允許差，則提供警告。
10. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中根據(jù)檢查方案進(jìn)行測(cè)量的步驟包括步驟：進(jìn)行雙 面測(cè)試以獲得雙面誤差，并且如果所述雙面誤差超過(guò)最大允許雙面誤差值，則提供警告。
11. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中根據(jù)檢查方案測(cè)量的步驟包括步驟：測(cè)量?jī)蓚€(gè)目 標(biāo)點(diǎn)的三維坐標(biāo)，并且如果所述兩個(gè)目標(biāo)點(diǎn)的相對(duì)位置超過(guò)最大允許目標(biāo)改變值，則提供 敬生 目 1=1 〇
12. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，還包括步驟： 提供通過(guò)所述激光跟蹤儀測(cè)量檢查點(diǎn)的檢查方案； 將至少一個(gè)回射器目標(biāo)附接于待測(cè)的所述物體； 向附接于待測(cè)的所述物體的所述至少一個(gè)回射器目標(biāo)的三維坐標(biāo)提供最大允許移 動(dòng)； 測(cè)量附接于待測(cè)的所述物體的所述至少一個(gè)回射器目標(biāo)的三維坐標(biāo)，所述測(cè)量在第一 時(shí)間以及在第二時(shí)間進(jìn)行； 確定從所述第一時(shí)間到所述第二時(shí)間、所述至少一個(gè)回射器目標(biāo)的三維坐標(biāo)的第一變 化；以及 當(dāng)所述第一變化超過(guò)所述最大允許移動(dòng)時(shí)采取動(dòng)作，所述動(dòng)作是以下其中之一： 測(cè)量待測(cè)的所述物體上的至少三個(gè)回射器，以重建所述檢查點(diǎn)的三維坐標(biāo)，以及 通知所述操作者所述第一變化已經(jīng)超過(guò)所述最大允許移動(dòng)。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括步驟： 將所述第一光束移動(dòng)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(gè)附加 占. 通過(guò)所述跟蹤系統(tǒng)檢測(cè)所述第一光束的存在； 將所述第一光束引導(dǎo)到選擇的回射器目標(biāo)的中心，所述選擇的回射器的目標(biāo)選自所述 回射器目標(biāo)的集合中的任意回射器目標(biāo)；以及 利用所述絕對(duì)距離計(jì)量?jī)x、所述第一角度變換器和所述第二角度變換器測(cè)量所述選擇 的回射器目標(biāo)的三維坐標(biāo)。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括步驟： 提供第三相機(jī)和第四光源，所述第三相機(jī)包括第三透鏡系統(tǒng)和第三感光陣列，所述第 三相機(jī)的第三視場(chǎng)小于所述第一相機(jī)的第一視場(chǎng)，所述第四光源提供第四光束； 在所述第三感光陣列上捕捉通過(guò)所述第四光源發(fā)射并反射離開(kāi)所述第一目標(biāo)、所述第 二目標(biāo)和所述第三目標(biāo)的一部分光線(xiàn)； 根據(jù)反射離開(kāi)所述第一目標(biāo)、所述第二目標(biāo)和所述第三目標(biāo)中每個(gè)目標(biāo)的一部分光 線(xiàn)，獲得所述第三感光陣列上的光點(diǎn)位置；以及 分別確定所述第三感光陣列上的第四光點(diǎn)位置、第五光點(diǎn)位置和第六光點(diǎn)位置與所述 第一目標(biāo)、所述第二目標(biāo)和所述第三目標(biāo)的名義坐標(biāo)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。
15. 根據(jù)權(quán)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(guò)所述第二光束 發(fā)射并反射離開(kāi)所述第一目標(biāo)、所述第二目標(biāo)和所述第三目標(biāo)的一部分光線(xiàn)的步驟還包括 選自以下群組的一個(gè)步驟，所述群組包括： 將所述激光跟蹤儀置于架子上，使得所述第一感光陣列同時(shí)獲得所述第一光點(diǎn)位置、 所述第二光點(diǎn)位置和所述第三光點(diǎn)位置； 將所述第一相機(jī)和所述第二光源關(guān)于所述第一軸旋轉(zhuǎn)至多個(gè)方位，使得所述第一感光 陣列在第一多個(gè)方位獲得所述第一光點(diǎn)位置以及在第二多個(gè)方位獲得所述第二光點(diǎn)位置； 以及 移動(dòng)所述回射器目標(biāo)的集合中的選擇的回射器目標(biāo)，以將包含所述第一目標(biāo)、所述第 二目標(biāo)和所述第三目標(biāo)的空間區(qū)域劃界，所述空間區(qū)域由所述激光跟蹤儀、通過(guò)跟蹤所述 選擇的回射器目標(biāo)或者通過(guò)在所述第一感光陣列上跟蹤所述選擇的回射器目標(biāo)的移動(dòng)來(lái) 確定。
16. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中提供包括回射器目標(biāo)的集合以及激光跟蹤儀的 系統(tǒng)的步驟還包括提供第二相機(jī)和第三光源，所述第二相機(jī)包括第二透鏡系統(tǒng)和第二感光 陣列，所述第三光源提供第三光束，所述處理器還被配置為計(jì)算所述回射器目標(biāo)的集合中 任意回射器目標(biāo)的三維坐標(biāo)，所計(jì)算的三維坐標(biāo)至少部分地基于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(yīng)于所 述第二光源和所述第三光源發(fā)射的光線(xiàn)獲得，來(lái)自所述第一光源和所述第二光源的光線(xiàn)被 所述任意回射器目標(biāo)反射。
17. 根據(jù)權(quán)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(diǎn)位置、 第二光點(diǎn)位置和第三光點(diǎn)位置與所述第一目標(biāo)、所述第二目標(biāo)和所述第三目標(biāo)的名義坐標(biāo) 之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系的步驟包括選自以下群組的一個(gè)步驟，所述群組包括： 至少部分地基于所述第一參考框架與所述第二參考框架之間的允許相對(duì)方位的范圍 以及所述第一目標(biāo)、所述第二目標(biāo)和所述第三目標(biāo)的名義坐標(biāo)，來(lái)確定所述對(duì)應(yīng)關(guān)系； 響應(yīng)于通過(guò)來(lái)自所述第二光源的光線(xiàn)對(duì)所述第一目標(biāo)、所述第二目標(biāo)和所述第三目標(biāo) 的照射，在第一時(shí)間收集來(lái)自所述第一感光陣列的第一組圖像；改變所述第一旋轉(zhuǎn)角度和 所述第二旋轉(zhuǎn)角度其中之一，并且響應(yīng)于通過(guò)來(lái)自所述第二光源的光線(xiàn)對(duì)所述第一目標(biāo)、 所述第二目標(biāo)和所述第三目標(biāo)的照射，在第二時(shí)間收集來(lái)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(diǎn)位置、所述第二光點(diǎn)位置和所述第三光 點(diǎn)位置與所述第一目標(biāo)、所述第二目標(biāo)和所述第三目標(biāo)的名義坐標(biāo)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，所述 確定至少部分地基于所述第一組圖像和所述第二組圖像；以及 響應(yīng)于通過(guò)來(lái)自所述第二光源的光線(xiàn)對(duì)所述第一目標(biāo)、所述第二目標(biāo)和所述第三目 標(biāo)的照射，在第三時(shí)間收集來(lái)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(duì)于所述第一參考框架的位置，并且響應(yīng)于通過(guò)來(lái)自所述第二光源的光線(xiàn)對(duì)所述第一目 標(biāo)、所述第二目標(biāo)和所述第三目標(biāo)的照射，在第四時(shí)間收集來(lái)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(diǎn)位置、所述第二光點(diǎn)位置和所述第三光 點(diǎn)位置與所述第一目標(biāo)、所述第二目標(biāo)和所述第三目標(biāo)的名義坐標(biāo)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，所述 確定至少部分地基于所述第三組圖像和所述第四組圖像。
18. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中存儲(chǔ)用于所述第一目標(biāo)、所述第二目標(biāo)、所述第 三目標(biāo)以及至少一個(gè)附加點(diǎn)的名義坐標(biāo)的列表的步驟還包括選自以下群組中的一個(gè)步驟， 其中，所述名義坐標(biāo)是第二參考框架中的三維坐標(biāo)，所述群組包括： 從計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD)模型中提取所述名義坐標(biāo)；以及 通過(guò)3D測(cè)量?jī)x器測(cè)量所述名義坐標(biāo)。
19. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中操作者要采取的動(dòng)作包括選自以下群組中的動(dòng) 作，所述群組包括： 拾取選擇的回射器目標(biāo)，所述選擇的回射器目標(biāo)由所述多個(gè)附加點(diǎn)指定； 沿所述多個(gè)附加點(diǎn)指示的方向移動(dòng)所述選擇的回射器目標(biāo)，通過(guò)所述選擇的回射器目 標(biāo)捕捉所述第一光束，以及利用所述絕對(duì)距離計(jì)量?jī)x、所述第一角度變換器和所述第二角 度變換器，測(cè)量至少一個(gè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)； 觀察通過(guò)所述多個(gè)附加點(diǎn)形成的圖案，通過(guò)所述選擇的回射器目標(biāo)捕捉所述第一光 束，以及沿著所述圖案測(cè)量三維點(diǎn)；以及 觀察通過(guò)所述多個(gè)附加點(diǎn)形成的圖案，將所述點(diǎn)解釋為姿態(tài)命令，并采取通過(guò)所述姿 態(tài)命令指示的動(dòng)作。
20. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中確定所述至少一個(gè)附加點(diǎn)的三維坐標(biāo)的步驟還 包括步驟： 計(jì)算變換矩陣，所述變換矩陣用于將所述第二參考框架中的任意三維坐標(biāo)變換為所述 第一參考框架中的任意三維坐標(biāo)，所述計(jì)算至少部分地基于所述第一目標(biāo)、所述第二目標(biāo) 和所述第三目標(biāo)的名義坐標(biāo)；以及 至少部分地基于所述變換矩陣以及所述至少一個(gè)附加點(diǎn)的名義坐標(biāo)，計(jì)算所述至少一 個(gè)附加點(diǎn)的三維坐標(biāo)。
21. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中提供包括回射器目標(biāo)的集合以及激光跟蹤儀的 系統(tǒng)的步驟包括從回射器目標(biāo)的集合中提供至少一個(gè)具有立方隅角回射器的回射器目標(biāo)， 所述立方隅角回射器具有相互垂直的三個(gè)反射表面。
22. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中提供包括回射器目標(biāo)的集合以及激光跟蹤儀的 系統(tǒng)的步驟包括從回射器目標(biāo)的集合中提供至少一個(gè)回射器目標(biāo)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。
23. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中提供包括回射器目標(biāo)的集合以及激光跟蹤儀的 系統(tǒng)的步驟包括從回射器目標(biāo)的集合中提供至少一個(gè)回射器目標(biāo)作為位于球表面中心的 反射點(diǎn)。
24. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括步驟： 將所述第一光束引導(dǎo)到所述至少一個(gè)附加點(diǎn)；以及 在所述第一光束的位置進(jìn)行裝配操作。
25. 根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其中進(jìn)行裝配操作的步驟包括在處于所述第一光束 的位置的物體中鉆孔。
26. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括步驟： 提供最大允許偏差； 向待測(cè)的所述物體提供熱膨脹系數(shù)； 提供參考溫度； 將第一參考回射器和第二參考回射器置于待測(cè)的所述物體上，在所述參考溫度時(shí)，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； 測(cè)量待測(cè)的所述物體的溫度； 通過(guò)從測(cè)量的待測(cè)的所述物體的溫度減去所述參考溫度，計(jì)算第一溫度差； 通過(guò)將所述第一溫度差乘以所述熱膨脹系數(shù)，計(jì)算縮放系數(shù)； 利用所述絕對(duì)距離計(jì)量?jī)x、所述第一角度變換器和所述第二角度變換器，測(cè)量所述第 一參考回射器的三維坐標(biāo)； 利用所述絕對(duì)距離計(jì)量?jī)x、所述第一角度變換器和所述第二角度變換器，測(cè)量所述第 二參考回射器的三維坐標(biāo)； 計(jì)算從測(cè)量的所述第一參考回射器的三維坐標(biāo)延伸到測(cè)量的所述第二參考回射器的 三維坐標(biāo)的第二距離； 通過(guò)從所述第二距離減去所述第一距離，計(jì)算第三距離； 通過(guò)將所述縮放系數(shù)乘以所述第一距離，計(jì)算第四距離； 通過(guò)從所述第四距離減去所述第三距離，計(jì)算偏差值；以及 當(dāng)所述偏差值超過(guò)所述最大允許偏差時(shí)采取動(dòng)作，所述動(dòng)作是發(fā)出警報(bào)，或者是測(cè)量 所述回射器目標(biāo)的集合中至少一些回射器目標(biāo)的三維坐標(biāo)，以及重建用于待測(cè)的所述物體 的參考框架。
【文檔編號(hào)】G01B11/00GK104251663SQ201410483841
【公開(kāi)日】2014年12月31日 申請(qǐng)日期:2012年3月14日 優(yōu)先權(quán)日:2011年3月14日
【發(fā)明者】肯尼斯·斯特菲, 尼爾斯·P·斯特芬森, 羅伯特·E·布里奇斯 申請(qǐng)人:法羅技術(shù)股份有限公司
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