[發明專利]以六自由度跟蹤的結構光掃描儀的補償

無效

• 申請號: 201480014916.0
• 申請日: 2014-03-14
• 公開（公告）號: CN105190235A
• 公開（公告）日: 2015-12-23
• 發明（設計）人: 保羅·C·阿特韋爾;羅伯特·E·布里奇斯
• 申請（專利權）人: 法羅技術股份有限公司
• 主分類號: G01C15/00
• 分類號: G01C15/00;G01C25/00;G01B11/25
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 杜誠;陳煒

1.一種使用激光跟蹤儀和便攜式結構光掃描儀裝置來確定物體的表面上的點的坐標的方法，所述方法包括：

設置所述結構光掃描儀裝置，所述結構光掃描儀裝置包括主體、第一攝像機、投影機、探頭、六自由度組件以及第一處理器，所述主體固定在掃描儀參照系中，所述第一攝像機和所述投影機以所述第一攝像機與所述投影機之間存在基線距離的方式耦接至所述主體，所述投影機被配置成對投影光圖案進行投影，所述第一攝像機被配置成對從所述物體的表面反射的所述投影光圖案成像以作為成像圖案，所述探頭耦接至所述主體，所述探頭具有第一端部和第二端部，所述第一端部耦接至所述主體而所述第二端部具有球形形狀表面，所述六自由度組件包括回射器，所述六自由度組件耦接至所述主體，所述六自由度組件具有組件參照系，所述第一處理器被配置成確定所述物體的表面上的點在所述掃描儀參照系中的坐標；

設置所述激光跟蹤儀，所述激光跟蹤儀包括第一軸、第二軸以及第二處理器，所述激光跟蹤儀被配置成測量平動坐標集和取向坐標集，所述平動坐標集是所述六自由度組件在跟蹤儀參照系中的三個平動自由度的值，而所述取向坐標集是所述六自由度組件在所述跟蹤儀參照系中的三個取向自由度的值，所述平動坐標集和所述取向坐標集定義所述六自由度組件在空間中的位置和取向，所述激光跟蹤儀被配置成將以光在空氣中的速度傳播的第一光束發送到所述回射器并且接收由所述回射器反射的第二光束，所述第二光束是所述第一光束的一部分，所述第一光束具有通過繞所述第一軸的第一旋轉角度和繞所述第二軸的第二旋轉角度測量的第一方向，所述第二處理器被配置成確定所述取向坐標集和所述平動坐標集；

設置固定裝置，所述固定裝置具有被配置成容納所述第二端部的部分；

在保持所述第二端部與所述固定裝置接觸并且使用所述第一光束來跟蹤所述回射器的同時，以預定模式移動所述結構光掃描儀裝置；

響應于所述結構光掃描儀裝置的移動來測量多個平動集和多個取向集，所述多個平動集至少部分地基于所接收的第二光束、所述光在空氣中的速度、所述第一旋轉角度以及所述第二旋轉角度；

通過所述第二處理器至少部分地基于所述多個所測量的平動集和取向集來確定所述組件參照系與所述跟蹤儀參照系之間的數學轉換；

將所述投影光圖案投影到所述物體的表面上；

獲取所述成像圖案；

測量第一平動集和第一取向集，所述第一平動集至少部分地基于所接收的第二光束、所述光在空氣中的速度、所述第一旋轉角度以及所述第二旋轉角度；

通過所述第一處理器至少部分地基于所述基線距離、所述投影光圖案以及所述成像圖案來確定所述物體的表面上的點在所述掃描儀參照系中的坐標；

至少部分地基于所確定的所述物體的表面上的點在所述掃描儀參照系中的所述坐標、所測量的第一平動坐標集、所測量的第一取向坐標集以及所確定的數學轉換來確定所述物體的表面上的點在所述跟蹤儀參照系中的坐標；以及

存儲所確定的所述物體的表面上的點在所述跟蹤儀參照系中的所述坐標。

2.根據權利要求1所述的方法，其中：

在設置所述激光跟蹤儀的步驟中，所述激光跟蹤儀還包括繞所述第一軸和所述第二軸旋轉的第二攝像機；

在測量多個平動集和多個取向集的步驟中，通過所述第二攝像機來獲取所述結構光掃描儀裝置的多個第二圖像，并且所述多個取向集還至少部分地基于所述多個第二圖像。

3.根據權利要求2所述的方法，其中：

在設置所述結構光掃描儀裝置的步驟中，所述回射器是包括三個平面反射器的立方隅角回射器，每個平面反射器被配置成對光進行反射，每個平面反射器垂直于另外兩個所述平面反射器，每個平面反射器與另外兩個所述平面反射器相交于共同的頂點，并且每個平面反射器具有兩個相交接合部分，對于所述立方隅角回射器內的總共三個所述相交接合部分而言，每個所述相交接合部分由相鄰的平面反射器共享，每個所述相交接合部分具有非反射部；以及

在測量所述多個平動集和所述多個取向集的步驟中，所述多個取向集還至少部分地基于所述多個第二圖像的特征，所述特征與所述非反射部對應。

4.根據權利要求2所述的方法，其中：

在設置所述結構光掃描儀裝置的步驟中，所述六自由度組件還包括至少三個非共線的光點；以及

在測量所述多個平動集和所述多個取向集的步驟中，所述多個取向集還至少部分地基于所述多個第二圖像的特征，所述特征與所述至少三個非共線的光點對應。