[發明專利]使用手勢控制激光跟蹤器的方法和裝置

無效

• 申請號: 201280067910.0
• 申請日: 2012-12-18
• 公開（公告）號: CN104094080A
• 公開（公告）日: 2014-10-08
• 發明（設計）人: 尼爾斯·P·斯特芬森;大衛·H·帕克
• 申請（專利權）人: 法羅技術股份有限公司
• 主分類號: G01B11/00
• 分類號: G01B11/00;G01S17/66;G06F3/03;G06F3/01
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 康建峰;韓雪梅

相關申請的交叉引用

本申請要求于2011年4月20日提交的美國非臨時專利申請No.13/090,889的優先權，該美國非臨時專利申請No.13/090,889要求于2010年4月21日提交的美國臨時專利申請No.61/326,294的優先權，這兩件申請通過引用合并在本文中。

背景技術

本公開涉及一種坐標測量設備。一組坐標測量設備屬于通過將激光束發送到點來測量該點的三維(3D)坐標的一類儀器，其中激光束由回射器目標截取。儀器通過測量到目標的距離和兩個角度來求出點的坐標。利用距離測量設備(如絕對測距儀(ADM)或干涉儀)來測量距離。利用角度測量設備(如角度編碼器)來測量角度。儀器內的萬向節式射束調向機構將激光束導向感興趣的點。激光跟蹤器是這種設備的示例。通過引用合并于此的Brown等人的美國專利No.4,790,651和Lau等人的美國專利No.4,714,339描述了示例性激光跟蹤器。

與激光跟蹤器最密切相關的坐標測量裝置是全站儀。在測量應用中最常用的全站儀可以用于測量漫散射目標或回射目標的坐標。在下文中，廣義上使用的術語激光跟蹤器包括全站儀。

通常，激光跟蹤器將激光束發送到回射器目標。常見類型的回射器目標是球形安裝的回射器(SMR)，其包括嵌入在金屬球體內的立方體角回射器。立方體角回射器包括三個相互垂直的鏡。立方體角的作為三個鏡的公共交點的頂點位于球體的中心。通常的做法是放置SMR的球形表面與測試中的對象接觸，然后使SMR在被測量的表面上移動。由于立方體角在球體內的這種布局，所以不論SMR怎么旋轉，從立方體角的頂點到測試中的對象的表面的垂直距離都保持恒定。因此，可以通過使跟蹤器跟隨在表面上移動的SMR的3D坐標來得到該表面的3D坐標。可以將玻璃窗放置在SMR的頂部，以防止灰塵或污垢污染玻璃表面。在Raab等人的美國專利No.7,388,654中示出了這種玻璃表面的示例，上述專利通過引用合并到本文中。

可以使用激光跟蹤器內的萬向節機構將來自跟蹤器的激光束導向SMR。由SMR回射的光的一部分進入激光跟蹤器并傳遞到位置檢測器上。跟蹤器控制系統使用光擊中位置檢測器的位置來調整激光跟蹤器的機械方位軸和天頂軸的旋轉角，以保持激光束以SMR為中心。以此方式，跟蹤器能夠跟隨(跟蹤)SMR。

附接到跟蹤器的機械方位軸和天頂軸的角度編碼器可以測量激光束(相對于跟蹤器坐標系)的方位角和天頂角。由激光跟蹤器進行的一個距離測量和兩個角度測量足以完全地指定SMR的三維位置。

如前所述，在激光跟蹤器中可以找到兩種類型的測距儀：干涉儀和絕對測距儀(ADM)。在激光跟蹤器中，干涉儀(如果存在)可以通過對回射器目標在兩點之間移動時通過的已知長度(通常為激光的半波長)的增量的數量進行計數來確定從開始點到結束點的距離。如果射束在測量期間中斷，則不能夠精確地知道計數的數量，使得距離信息丟失。相比之下，激光跟蹤器中的ADM在不用考慮射束中斷的情況下確定到回射器目標的絕對距離，這也使得能夠在目標之間進行切換。由此，ADM被稱為能夠進行“傻瓜式(point?and?shoot)”測量。起初，絕對測距儀僅能夠測量靜止目標，因此總是與干涉儀一起使用。然而，一些現代的絕對測距儀可以進行快速測量，從而消除了對于干涉儀的需要。在Bridges等人的美國專利No.7,352,446中描述了這種ADM，上述專利通過引用合并到本文中。

在激光跟蹤器的跟蹤模式下，激光跟蹤器在SMR處于該跟蹤器的捕捉范圍時會自動地跟隨SMR移動。如果激光束中斷，則跟蹤停止。可以通過以下手段中的任何手段中斷射束：(1)儀器與SMR之間的障礙物；(2)SMR的快速移動太快以致儀器不能夠跟隨；或者(3)SMR被轉動的方向超出SMR的可接受角度。默認地，在射束中斷后，射束仍固定在射束中斷的點處或者在最后被命令的位置處。操作者可能需要視覺地搜索以跟蹤射束并且將SMR放置在該射束中以便將儀器鎖定到SMR上從而繼續跟蹤。

一些激光跟蹤器包括一個或更多個照相機。照相機軸線可以與測量射束同軸或者從測量射束偏移固定的距離或者角度。照相機可以用于提供寬視場以定位回射器。放置在照相機光軸線附近的調制光源可以照射回射器，從而使其更容易識別。在該情況下，回射器以與該照射同相的方式閃爍，而背景對象不閃爍。這種照相機的一個應用是檢測視場中的多個回射器并且以自動化的順序來測量每個回射器。在Pettersen等人的美國專利No.6,166,809和Bridges等人的美國專利No.7,800,758中描述了示例性系統，上述專利通過引用合并到本文中。