[發(fā)明專利]以六自由度跟蹤的結(jié)構(gòu)光掃描儀的補(bǔ)償

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201480014916.0
• 申請(qǐng)日: 2014-03-14
• 公開（公告）號(hào): CN105190235A
• 公開（公告）日: 2015-12-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 保羅·C·阿特韋爾;羅伯特·E·布里奇斯
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 法羅技術(shù)股份有限公司
• 主分類號(hào): G01C15/00
• 分類號(hào): G01C15/00;G01C25/00;G01B11/25
• 代理公司: 北京集佳知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 杜誠(chéng);陳煒

背景技術(shù)

本文所公開的主題涉及一種用于獲取物體的表面上的點(diǎn)的三維坐標(biāo)的系統(tǒng)和方法，并且特別地，涉及一種用于結(jié)合掃描儀裝置來操作激光跟蹤儀以在操作期間跟蹤掃描儀裝置的位置和取向的系統(tǒng)和方法。

可以已知的是，使用各種測(cè)量裝置來獲取物體或環(huán)境的三維坐標(biāo)。環(huán)境被定義為測(cè)量裝置的范圍內(nèi)的物體表面的集合。一種類型的測(cè)量裝置為將光束例如激光束導(dǎo)向要測(cè)量的回射器目標(biāo)的飛行時(shí)間系統(tǒng)例如激光跟蹤儀。在實(shí)施方式中，使用絕對(duì)距離測(cè)量?jī)x以基于光傳播到目標(biāo)并返回所用的時(shí)間長(zhǎng)度來確定從跟蹤儀到回射器目標(biāo)的距離。通過將回射器目標(biāo)放置成與物體表面接觸，可以確定物體表面的坐標(biāo)。激光跟蹤儀通過使用電動(dòng)機(jī)使兩個(gè)軸旋轉(zhuǎn)在選擇的方向上引導(dǎo)光束。使用角度傳感器例如角度編碼器來測(cè)量?jī)蓚€(gè)軸的旋轉(zhuǎn)角度。通過測(cè)量一個(gè)距離和兩個(gè)角度，激光跟蹤儀可以確定回射器目標(biāo)的三維(3D)坐標(biāo)。一些激光跟蹤儀另外具有測(cè)量目標(biāo)的取向的能力，從而提供六自由度(6DOF)的測(cè)量。

飛行時(shí)間測(cè)量裝置的替選為基于三角測(cè)量原理來確定3D坐標(biāo)的掃描系統(tǒng)。使用飛行時(shí)間距離測(cè)量?jī)x的系統(tǒng)例如激光跟蹤儀在一些情況下比三角測(cè)量掃描儀更準(zhǔn)確，但是因?yàn)槿菧y(cè)量掃描儀在每個(gè)時(shí)間瞬間將多個(gè)光斑投影到表面上，所以三角測(cè)量掃描儀可以更快。

三角測(cè)量掃描儀將光線(例如來自激光線探頭的光)或光在區(qū)域上的圖案(例如結(jié)構(gòu)光)投影到表面上。在系統(tǒng)中，攝像機(jī)以固定的機(jī)械關(guān)系耦接至投影機(jī)。從投影機(jī)發(fā)射的投影光圖案被表面反射并且通過攝像機(jī)成像。因?yàn)橐怨潭ǖ年P(guān)系布置攝像機(jī)和投影機(jī)，所以根據(jù)三角測(cè)量原理，可以由投影圖案、捕獲的攝像機(jī)圖像以及分隔投影機(jī)和攝像機(jī)的基線距離來確定到物體的距離和角度。三角測(cè)量系統(tǒng)在快速獲取較大區(qū)域上的3D坐標(biāo)數(shù)據(jù)方面提供了優(yōu)勢(shì)。

在一些系統(tǒng)中，在掃描過程期間，掃描儀獲取一系列3D圖像，所述一系列3D圖像可以相對(duì)于彼此配準(zhǔn)以使得每個(gè)3D圖像相對(duì)于其他3D圖像的位置和取向是已知的。如果掃描儀為固定的，則這樣的配準(zhǔn)不是必需的。類似地，如果掃描儀被附接至能夠測(cè)量掃描儀的位置和取向的機(jī)械裝置，則不需要提供這樣的配準(zhǔn)。這樣的機(jī)械裝置的示例包括關(guān)節(jié)臂CMM和笛卡爾CMM。當(dāng)掃描儀為手持式的并因此可移動(dòng)時(shí)，可以使用各種技術(shù)來配準(zhǔn)圖像。一個(gè)常用技術(shù)使用圖像的特征來匹配相鄰圖像幀的交疊區(qū)域。當(dāng)被測(cè)量的物體具有與掃描儀的視場(chǎng)有關(guān)的許多特征時(shí)，該技術(shù)效果良好。然而，如果物體包含相對(duì)大的平面或彎曲的表面，則圖像可能不能夠相對(duì)于彼此正確地配準(zhǔn)。

因此，雖然現(xiàn)有的坐標(biāo)測(cè)量裝置適于其預(yù)期目的，但仍然需要改進(jìn)，特別地，在對(duì)由掃描儀裝置獲取的圖像的配準(zhǔn)方面需要改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容

根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種使用坐標(biāo)測(cè)量裝置和便攜式結(jié)構(gòu)光掃描儀裝置來確定物體的表面上的點(diǎn)的坐標(biāo)的方法。該方法包括設(shè)置結(jié)構(gòu)光掃描儀，結(jié)構(gòu)光掃描儀具有主體、耦接至主體的第一攝像機(jī)和第一投影機(jī)，其中，第一攝像機(jī)被配置成接收從物體表面反射的光。結(jié)構(gòu)光掃描儀包括從主體的第一側(cè)延伸的探頭以及耦接至主體的第二側(cè)的六自由度回射器。結(jié)構(gòu)光掃描儀還具有被配置成確定物體表面上的點(diǎn)在掃描儀參照系中的坐標(biāo)的第一處理器。設(shè)置了坐標(biāo)測(cè)量裝置。坐標(biāo)測(cè)量裝置被配置成測(cè)量平動(dòng)坐標(biāo)集和取向坐標(biāo)集，平動(dòng)集是結(jié)構(gòu)光掃描儀在裝置參照系中的三個(gè)平動(dòng)自由度的值，而取向集是結(jié)構(gòu)光掃描儀在該裝置參照系中的三個(gè)取向自由度的值。平動(dòng)集和取向集定義結(jié)構(gòu)光掃描儀在空間中的位置和取向，坐標(biāo)測(cè)量裝置被配置成將第一光束發(fā)送到回射器并且被配置成接收來自回射器的第二光束，第二光束是第一光束的一部分，坐標(biāo)測(cè)量裝置包括裝置處理器。該裝置處理器被配置成確定取向集和平動(dòng)集，平動(dòng)集至少部分地基于第二光束。設(shè)置具有被配置成接納探頭的部分的固定裝置。探頭被放置在所述部分上。在保持探頭與所述部分接觸并且跟蹤六自由度回射器的坐標(biāo)和取向的同時(shí)，以預(yù)定模式移動(dòng)結(jié)構(gòu)光掃描儀探頭。響應(yīng)于結(jié)構(gòu)光掃描儀的移動(dòng)針對(duì)該結(jié)構(gòu)光掃描儀來確定平動(dòng)坐標(biāo)集和取向坐標(biāo)集。