多模式光学测量设备和操作方法技术

提供了一种光学测量设备，该光学测量设备包括跟踪设备，该跟踪设备被配置成发射第一光束并且对从目标反射的第一光束中的一部分进行接收。第一光束被从万向节位置发射，跟踪设备还包括绝对测距仪，该绝对测距仪被配置成确定到目标的距离。提供了一种扫描设备，该扫描设备被配置成沿着不使方向反转的轨迹发射第二光束并且对从对象反射的第二束光中的一部分进行接收。第二束光被从万向节位置发射，扫描仪还被配置成至少部分地基于光速来确定到对象的距离。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】坐标测量设备
本文所公开的主题涉及测量空间坐标的光学测量设备，并且更特别地涉及用于测量对象的具有多个光学设备的非接触式光学测量设备。
技术介绍
非接触式光学测量设备可以用于确定对象上的点的坐标。一种类型的光学测量设备通过将激光光束发送至点来测量该点的三维(3D)坐标。激光光束可以直接射到所述点上或者直接射到与所述点接触的回射器目标上。在上述任何一种情况下，仪器通过测量到目标的距离和与目标的两个角度来确定所述点的坐标。距离是用测距设备例如绝对测距仪或干涉仪来测量的。角度是用角度测量设备例如角度编码器来测量的。在仪器内的万向节式光束操纵机制将激光光束引导至所关注的点。激光跟踪仪是用其发射的一束或更多束激光光束跟踪回射器目标的特定类型的坐标测量设备。与激光跟踪仪密切相关的光学测量设备是激光扫描仪和全站仪。激光扫描仪逐步将一束或更多束激光光束发射到表面上的点。激光扫描仪拾取从所述表面散射的光并且根据所述光来确定到每个点的距离和与每个点的两个角度。在测量应用中最经常使用的全站仪可以用于测量漫散射(非协作的)目标或回反射(协作的)目标的坐标。激光跟踪仪通过将激光光束发送至用于测量特定点的坐标的回射器目标来进行操作。通用类型的回射器目标为球状安装的回射器(SMR)，其包括嵌入金属球中的角锥回射器。角锥回射器包括三个相互垂直的反射镜。作为三个反射镜的公共交点的顶点位于球的中心。由于球内的角锥的放置与所测量的点具有已知机械关系(即，即使当SMR被旋转时，从顶点到SMR所搁置的任意表面的垂直距离也保持恒定)，所以可以确定所测量的点的位置。因此，激光跟踪仪可以通过当SMR在表面上移动时跟随SMR的位置来测量表面的3D坐标。换句话说，激光跟踪仪仅需要测量三个自由度(一个径向距离和两个角度)来完全表征表面的3D坐标。一种类型的激光跟踪仪仅包括干涉仪(IFM)而不包括绝对测距仪(ADM)。如果对象阻挡来自这些跟踪仪中的一个跟踪仪的激光光束的路径，则IFM丢失其距离基准。然后，操作员必须在继续测量之前跟踪已知位置的回射器以重新设置基准距离。回避该限制的一种方式是在跟踪仪中包括ADM。ADM可以以指向并发射(point-and-shoot)的方式来测量距离。因为跟踪仪停留在一点上，所以理想的是对激光功率进行约束以维持IEC60825-1标准内的期望分类。因此，期望的是跟踪仪在低激光功率下工作。除了清楚地限定测量点以外，SMR返回激光功率的一大部分。相反，激光扫描仪可以被布置成连续地移动，由于在位于操作区中的人体部分上沉积的总能量很小，所以这允许了理想的IEC60825-1分类。因此，虽然激光扫描仪一般以比激光跟踪仪更低的精度和更短的距离进行操作，但是激光扫描仪可以以较高激光功率水平进行操作并且通过非协作目标进行操作。激光扫描仪还朝向对象发出激光光束。因为激光跟踪仪与操作员交互(经由回射器目标)，所以理想的是激光是可见的。然而，由于操作员不需要肉眼看见光束，所以激光扫描仪可以以其他波长(例如红外波长或可见光波长)进行操作。激光扫描仪接收从对象反射回来的光束并且部分地基于光束照射到对象并且返回扫描仪的飞行时间来确定到对象上的点的距离。一些激光扫描仪绕天顶轴连续地旋转并且同时绕方位轴旋转激光光束，可以确定在该区域中点相对于激光扫描仪的坐标。其他激光扫描仪将光束引导至单个点或以预定图案(例如光栅图案)引导光束。应当理解，激光扫描仪与激光跟踪仪相比可以更快获得多个点的坐标。然而，激光跟踪仪测量距离的精度较高。此外，由于激光跟踪仪驻留在特定点上，所以测量通常在零点几秒内求积分以降低电子装置和大气扰动中的噪声。由于激光扫描仪通常以每秒百万个点的量级来进行测量，所以通常以微秒或零点几微秒的量级来进行测量。因此，在扫描仪中，由电子装置和大气扰动引起的噪声会大得多。因此，虽然现有的非接触式光学测量设备适用于其预定的目的，但是仍然需要改进，特别地提供了使操作员能够在多个操作模式之间进行选择的光学测量设备。
技术实现思路
根据本专利技术的一个方面，提供了一种坐标测量设备。该坐标测量设备包括光学传递系统。提供了第一绝对测距仪，第一绝对测距仪包括第一光源、第一光学检测器以及第一电路，第一光源被配置成通过光学传递系统将第一光发送至回射器目标，第一光学检测器还被配置成响应于所回射的第一光而生成第一电信号并且将第一电信号传输到第一电路，第一电路被配置成至少部分地基于第一电信号来确定从坐标测量设备到回射器目标的第一距离。提供了第二绝对测距仪，第二绝对测距仪包括第二光源、第二光学检测器以及第二电路，第二光源被配置成通过光学传递系统将第二光发送至对象表面，第二光学检测器被配置成对被对象表面反射的并且通过光学传递系统的第二光进行接收，第二光学检测器还被配置成响应于所反射的第二光而生成第二电信号并且将第二电信号发送至第二电路，第二电路被配置成至少部分地基于第二电信号来确定从坐标测量设备到对象表面的第二距离。结构能够操作地耦接至光学传递系统、第一绝对测距仪和第二绝对测距仪。第一电机被配置成绕第一轴旋转结构。第一角度传感器能够操作地耦接至结构，第一角度传感器被配置成对绕第一轴的第一旋转角度进行测量。第二电机被配置成绕第二轴旋转结构，第二轴与第一轴基本上垂直。第二角度传感器能够操作地耦接至结构，第二角度传感器被配置成对绕第二轴的第二旋转角度进行测量。提供了位置检测器，位置检测器被配置成对由坐标测量设备发射的并且由回射器反射的辐射的一部分进行接收，位置检测器被配置成至少部分地基于辐射的一部分照射位置检测器处的位置来生成第三电信号。提供了处理器，处理器具有被配置成在第一模式下和第二模式下进行操作的计算机可读介质，第一模式包括：至少部分地基于第三电信号来跟踪回射器目标，至少部分地基于回射器目标在第一位置处的第一角度、回射器目标在第一位置处的第二角度以及回射器目标在第一位置处的第一距离来确定回射器目标的第一三维坐标，第二模式包括在连续地并且单调地改变第一角度和第二角度的同时将光束引导至对象表面，第二模式还包括至少部分地基于对象表面上的点的第一角度、对象表面上的点的第二角度以及对象表面上的点的第二距离来确定对象表面上的点的第二三维坐标。根据本专利技术的另一方面，提供了另一坐标测量设备。该坐标测量设备包括结构和第一电机，第一电机被配置成绕第一轴旋转结构。第一角度传感器能够操作地耦接至结构，第一角度传感器被配置成对绕第一轴的第一旋转角度进行测量。第二电机被配置成绕第二轴旋转结构，第二轴与第一轴基本上垂直，第二轴的投射与第一轴的投射相交于万向节点。第二角度传感器能够操作地耦接至结构，第二角度传感器被配置成对绕第二轴的第二旋转角度进行测量。光学传递系统能够操作地耦接至结构。第一绝对测距仪能够操作地耦接至结构，第一绝对测距仪包括第一光源、第一光学检测器以及第一电路，第一光源被配置成通过光学传递系统将第一光沿着从万向节点延伸的第一线的一部分发送至回射器目标，第一线与第一轴垂直，第一光学检测器被配置成对被回射器目标反射的并且通过光学传递系统的第一光进行接收，第一光学检测器还被配置成响应于所回射的第一光而生成第一电信号并且将第一电信号传输到第一电路，第一电路被配置成至少部分地基于第一电信号来确定从坐标测量本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种坐标测量设备，包括：光学传递系统；第一绝对测距仪，所述第一绝对测距仪包括第一光源、第一光学检测器以及第一电路，所述第一光源被配置成通过所述光学传递系统将第一光发送至回射器目标，所述第一光学检测器还被配置成响应于所回射的第一光而生成第一电信号并且将所述第一电信号传输到所述第一电路，所述第一电路被配置成至少部分地基于所述第一电信号来确定从所述坐标测量设备到所述回射器目标的第一距离；第二绝对测距仪，所述第二绝对测距仪包括第二光源、第二光学检测器以及第二电路，所述第二光源被配置成通过所述光学传递系统将第二光发送至对象表面，所述第二光学检测器被配置成对被所述对象表面反射的并且通过所述光学传递系统的第二光进行接收，所述第二光学检测器还被配置成响应于所反射的第二光而生成第二电信号并且将所述第二电信号发送至所述第二电路，所述第二电路被配置成至少部分地基于所述第二电信号来确定从所述坐标测量设备到所述对象表面的第二距离；结构，所述结构能够操作地耦接至所述光学传递系统、所述第一绝对测距仪以及所述第二绝对测距仪；第一电机，所述第一电机被配置成绕第一轴旋转所述结构；第一角度传感器，所述第一角度传感器能够操作地耦接至所述结构，所述第一角度传感器被配置成对绕所述第一轴的第一旋转角度进行测量；第二电机，所述第二电机被配置成绕第二轴旋转所述结构，所述第二轴与所述第一轴基本上垂直；第二角度传感器，所述第二角度传感器能够操作地耦接至所述结构，所述第二角度传感器被配置成对绕所述第二轴的第二旋转角度进行测量；位置检测器，所述位置检测器被配置成对由所述坐标测量设备发射的并且由所述回射器反射的辐射的一部分进行接收，所述位置检测器被配置成至少部分地基于所述辐射的一部分照射所述位置检测器处的位置来生成第三电信号；以及处理器，所述处理器具有被配置成在第一模式下和第二模式下进行操作的计算机可读介质，所述第一模式包括：至少部分地基于所述第三电信号来跟踪所述回射器目标，至少部分地基于所述回射器目标在第一位置处的第一角度、所述回射器目标在所述第一位置处的第二角度以及所述回射器目标在所述第一位置处的第一距离来确定所述回射器目标的第一三维坐标，所述第二模式包括在连续地并且单调地改变所述第一角度和所述第二角度的同时将光束引导至所述对象表面，所述第二模式还包括至少部分地基于所述对象表面上的点的第一角度、所述对象表面上的所述点的第二角度以及所述对象表面上的所述点的第二距离来确定所述对象表面上的所述点的第二三维坐标。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.02.12 US 13/765,0141.一种坐标测量设备，包括：光学传递系统；第一绝对测距仪，所述第一绝对测距仪包括第一光源、第一光学检测器以及第一电路，所述第一光源被配置成通过所述光学传递系统将第一光发送至回射器目标，所述第一光学检测器还被配置成响应于由所述回射器目标反射的第一光而生成第一电信号并且将所述第一电信号传输到所述第一电路，所述第一电路被配置成至少部分地基于所述第一电信号来确定从所述坐标测量设备到所述回射器目标的第一距离；第二绝对测距仪，所述第二绝对测距仪包括第二光源、第二光学检测器以及第二电路，所述第二光源被配置成通过所述光学传递系统将第二光发送至对象表面，所述第二光学检测器被配置成对被所述对象表面反射的并且通过所述光学传递系统的第二光进行接收，所述第二光学检测器还被配置成响应于由所述对象表面反射的第二光而生成第二电信号并且将所述第二电信号发送至所述第二电路，所述第二电路被配置成至少部分地基于所述第二电信号来确定从所述坐标测量设备到所述对象表面的第二距离；结构，所述结构能够操作地耦接至所述光学传递系统、所述第一绝对测距仪以及所述第二绝对测距仪；第一电机，所述第一电机被配置成绕第一轴旋转所述结构；第一角度传感器，所述第一角度传感器能够操作地耦接至所述结构，所述第一角度传感器被配置成对绕所述第一轴的第一旋转角度进行测量；第二电机，所述第二电机被配置成绕第二轴旋转所述结构，所述第二轴与所述第一轴基本上垂直；第二角度传感器，所述第二角度传感器能够操作地耦接至所述结构，所述第二角度传感器被配置成对绕所述第二轴的第二旋转角度进行测量；位置检测器，所述位置检测器被配置成对由所述坐标测量设备发射的并且由所述回射器目标反射的辐射的一部分进行接收，所述位置检测器被配置成至少部分地基于辐射的一部分照射所述位置检测器处的位置来生成第三电信号；以及处理器，所述处理器具有被配置成在第一模式下和第二模式下进行操作的计算机可读介质，所述第一模式包括：至少部分地基于所述第三电信号来跟踪所述回射器目标，至少部分地基于所述回射器目标在第一位置处的第一旋转角度、所述回射器目标在所述第一位置处的第二旋转角度以及所述回射器目标在所述第一位置处的第一距离来确定所述回射器目标的第一三维坐标，所述第二模式包括在连续地并且单调地改变所述第一旋转角度和所述第二旋转角度的同时将所述第二光引导至所述对象表面，所述第二模式还包括至少部分地基于所述对象表面上的点的第一旋转角度、所述对象表面上的所述点的第二旋转角度以及所述对象表面上的所述点的第二距离来确定所述对象表面上的所述点的第二三维坐标。2.根据权利要求1所述的坐标测量设备，其中，所述光学传递系统具有内光束路径和外光束路径，所述外光束路径与所述内光束路径同轴并且所述外光束路径在所述内光束路径的外部；所述第一光学检测器被配置成对被所述回射器目标反射的并且通过所述光学传递系统的内光束路径的第一光进行接收；并且所述第二光学检测器被配置成对被所述对象表面反射的并且通过所述光学传递系统的外光束路径的第二光进行接收。3.根据权利要求1所述的坐标测量设备，其中，单向地旋转所述结构以沿着具有螺旋状的轨迹发射所述第二光。4.根据权利要求1所述的坐标测量设备，其中，所述光学传递系统还包括被定位成接收由所述对象表面反射的第二光的一部分的环状孔。5.根据权利要求4所述的坐标测量设备，其中，所述处理器被配置成当所述第二绝对测距仪发射所述第二光时发射所述第一光。6.根据权利要求1所述的坐标测量设备，其中，所述第一光具有约700纳米的波长。7.根据权利要求6所述的坐标测量设备，其中，所述第二光具有约1550纳米的波长。8.一种坐标测量设备，包括：结构；第一电机，所述第一电机被配置成绕第一轴旋转所述结构；第一角度传感器，所述第一角度传感器能够操作地耦接至所述结构，所述第一角度传感器被配置成对绕所述第一轴的第一旋转角度进行测量；第二电机，所述第二电机被配置成绕第二轴旋转所述结构，所述第二轴与所述第一轴基本上垂直，所述第二轴的投射与所述第一轴的投射相交于万向节点；第二角度传感器，所述第二角度传感器能够操作地耦接至所述结构，所述第二角度传感器被配置成对绕所述第二轴的第二旋转角度进行测量；光学传递系统，所述光学传递系统能够操作地耦接至所述结构；第一绝对测距仪，所述第一绝对测距仪能够操作地耦接至所述结构，所述第一绝对测距仪包括第一光源、第一光学检测器以及第一电路，所述第一光源被配置成通过所述光学传递系统将第一光沿着从所述万向节点延伸的第一线的一部分发送至回射器目标，所述第一线与所述第一轴垂直，所述第一光学检测器被配置成对被所述回射器目标反射的并且通过光学传递系统的第一光进行接收，所述第一光学检测器还被配置成响应于由所述回射器目标反射的第一光而生成第一电信号并且将所述第一电信号传输到所述第一电路，所述第一电路被配置成至少部分地基于所述第一电信号来确定从所述坐标测量设备到所述回射器目标的第一距离；第二绝对测距仪，所述第二绝对测距仪能够操作地耦接至所述结构，所述第二绝对测距仪包括第二光源、第二光学检测器以及第二电路，所述第二光源被配置成通过所述光学传递系统将第二光沿着从所述万向节点延伸的第二线的一部分发送至对象表面，所述第二线与所述第一轴垂直，所述第二线与所述第一线不同，所述第二光学检测器被配置成对被所述对象表面反射的并且通过所述光学传递系统的第二光进行接收，所述第二光学检测器还被配置成响...

【专利技术属性】
技术研发人员：肯尼斯·斯特菲，罗伯特·E·布里奇斯，大卫·H·帕克，
申请(专利权)人：法罗技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US