[發(fā)明專利]基于欠采樣方法的絕對距離計量儀

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201280018615.6
• 申請日: 2012-04-09
• 公開（公告）號: CN103477245A
• 公開（公告）日: 2013-12-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 雅各布·J·梅茨;羅伯特·E·布里奇斯
• 申請（專利權(quán)）人: 法羅技術(shù)股份有限公司
• 主分類號: G01S17/36
• 分類號: G01S17/36;G01S7/491
• 代理公司: 北京集佳知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 王萍;韓煒

相關(guān)申請的交叉參考

本申請要求2012年1月30日提交的美國臨時專利申請No.61/592,049以及2011年4月15日提交的美國臨時申請No.61/475,703的優(yōu)先權(quán)，因此通過參考將這兩個申請的全部內(nèi)容合并。

背景技術(shù)

本公開涉及坐標(biāo)測量裝置。一套坐標(biāo)測量裝置屬于通過向點發(fā)送激光束來測量該點的三維（3D）坐標(biāo)的一類儀器。激光束可以直接撞擊點，也可以撞擊與點接觸的回射器目標(biāo)。在任何情況下，儀器通過測量到目標(biāo)的距離和兩個角度來確定點的坐標(biāo)。距離通過諸如絕對距離計量儀或干涉儀這樣的測距裝置來測量。角度通過諸如角度編碼器這樣的測角裝置來測量。儀器中的萬向束控機(jī)構(gòu)將激光束引導(dǎo)到感興趣的點。

激光跟蹤儀是通過它發(fā)射的一個或多個激光束來跟蹤回射器目標(biāo)的特定類型的坐標(biāo)測量裝置。與激光跟蹤儀密切相關(guān)的坐標(biāo)測量裝置是激光掃描儀和全站儀。激光掃描儀向表面上的點逐步發(fā)射一個或多個激光束。它拾取從表面散射的光線并根據(jù)該光線確定到目標(biāo)的距離和兩個角度。全站儀在測量應(yīng)用中最常使用，可用于測量擴(kuò)散散射或回射目標(biāo)的坐標(biāo)。下面在廣義地使用包括激光掃描儀和全站儀的術(shù)語激光跟蹤儀。

通常激光跟蹤儀向回射器目標(biāo)發(fā)射激光束。普通類型的回射器目標(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面相互垂直的鏡子。頂點是三面鏡子的公共交點，設(shè)置在球心。因為球中立方隅角的這種布置，所以從頂點到SMR所在任何表面的垂直距離都保持恒定，即使在SMR旋轉(zhuǎn)時。因此，當(dāng)SMR在表面上移動時，激光跟蹤儀可以通過跟隨SMR的位置，測量表面的3D坐標(biāo)。換言之，激光跟蹤儀只需要測量三個自由度（一個徑向距離和兩個角度），就能完全表現(xiàn)表面的3D坐標(biāo)的特征。

一種類型的激光跟蹤儀只包含干涉儀（IFM），沒有絕對距離計量儀（ADM）。如果物體阻擋了來自這些跟蹤儀其中之一的激光束的路徑，IFM就會失去它的距離參考。然后操作者必須跟蹤回射器到已知位置，以在繼續(xù)測量之前復(fù)位到參考距離。解決這種限制的方法是將ADM置于跟蹤儀中。ADM可以以點和射擊方式來測量距離，如下更詳細(xì)所述。某些激光跟蹤儀只包含ADM，沒有干涉儀。授予Bridges等人的美國專利No.7,352,446（‘446）（其內(nèi)容通過參考合并于此）描述了只有ADM（并且沒有IFM）的激光跟蹤儀，其能夠準(zhǔn)確地掃描移動目標(biāo)。在‘446專利之前，絕對距離計量儀太慢，不能準(zhǔn)確地找到移動目標(biāo)的位置。

激光跟蹤儀中的萬向機(jī)構(gòu)可用于將來自跟蹤儀的激光束引導(dǎo)到SMR。被SMR回射的一部分光線進(jìn)入激光跟蹤儀并傳遞到位置檢測器上。激光跟蹤儀中的控制系統(tǒng)可以利用位置檢測器上光線的位置來調(diào)節(jié)激光跟蹤儀的機(jī)械軸的旋轉(zhuǎn)角度，以保持激光束以SMR為中心。通過這種方式，跟蹤儀能夠跟隨（跟蹤）在感興趣的物體的表面上移動的SMR。

諸如角度編碼器的角度測量裝置被附接于跟蹤儀的機(jī)械軸。通過激光跟蹤儀進(jìn)行的一個距離測量和兩個角度測量足以完全指定SMR的三維位置。

若干激光跟蹤儀可應(yīng)用于或者被提議用于測量6個自由度而不是通常的3個自由度。授予Bridges等人的美國專利No.7,800,758（‘758）（其內(nèi)容通過參考合并于此的）以及授予Bridges等人的美國公開專利申請No.2010/0128259（其內(nèi)容通過參考合并于此的）描述了示例性的6自由度（6DOF）系統(tǒng)。

當(dāng)今使用的ADM的一種類型通過在光束從測量裝置傳播到目標(biāo)并返回時測量正弦調(diào)制的光線光束的相位移動，來確定到目標(biāo)的距離。為了測量光線相位的移動，利用一個或多個混頻器將被檢測的光線下變換，然后發(fā)送到模數(shù)變換器（ADC），以獲得測量樣本，測量樣本經(jīng)過處理，以確定相位。在此方案中，混頻器增加了ADM設(shè)計的復(fù)雜性和成本，因此如果將其取消會更好。在下變換階段使用混頻器的另一個問題是混頻器會由于進(jìn)入混頻器的RF信號的功率等級的變化而經(jīng)歷相位的移動，從而在計算的到測量目標(biāo)的距離中產(chǎn)生誤差。