在一个实施方式中，可包括基于摄影机的标靶坐标测量系统或装置，用于以保持高精度级别的方式测量物体的位置。该高级别测量精度通常仅仅与更昂贵的基于激光的设备相关。可以有多种不同的配置。其它实施方式可包括使用基于摄影机的标靶坐标测量方法的相关方法，用于测量物体的位置。对于所述方法可以有多种变型。例如，基于摄影机、用于测量标靶相对于至少一个参照系的位置而无需使用激光测距器来测量距离的坐标测量系统可包括：至少三个或更多位于标靶上的光源，其中所述光源以相对于彼此已知的三维坐标定位于标靶上；至少一个能够绕第一轴线和第二轴线旋转的旋转式反射镜；定位成接收由光源发射并从反射镜上反射的光的摄影机；两个角度测量设备，用以测量反射镜绕第一轴线和第二轴线的旋转角；和处理器，用于确定标靶的多达三个的位置自由度和多达三个的旋转自由度。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有能够旋转的反射镜的基于摄影机的六自由度标靶测量和标把跟踪设备交叉引用本申请要求2006年4月21日提交的美国临时申请60/793,811的优先 权，其中该临时申请的全部内容参引到本申请中。
技术介绍
本专利技术公开涉及坐标测量设备。 一套坐标测量设备属于通过发送激 光束到某一点来测量该点的三维坐标的一类仪器。激光束可以直接撞击 于该点或者可以撞击于与该点接触的反向反射器标靶。在任一种情况 下，仪器通过测量相对于标靶的距离和两个角度来确定该点的坐标。用 诸如绝对测距仪或干涉仪等距离测量设备来测量距离。用诸如角度编码 器等角度测量设备来测量角度。仪器内的万向光束控制机构将激光束引 导至相关点。确定点坐标的示例性系统在Brown等人的美国专利No. 4,7卯,651和Lau等人的美国专利No. 4,714,339中有描述。激光跟踪器是一种特殊类型的坐标测量设备，该设备利用其发射的 一道或多道激光束来跟踪反向反射器标靶。与激光跟踪器紧密相关的坐 标测量设备是激光扫描仪。激光扫描仪将一道或多道激光束引向漫反射 面上的点。笫二套坐标测量设备属于使用一个或多个摄影机观察附接到探针 的光点来测量坐标的一类仪器。摄影机观察这些光点并根据影像确定探 针端头的位置。在多数情况下，使用的是两个或多个摄影机。这些摄影 机可以刚性连接，或者它们可以根据特定的测量需要而单独设置。如果 摄影机没有刚性连接，那么必须在测量之前或期间由摄影机对参照长度 进行测量以建立标度。使用摄影机和光点确定点坐标的示例性系统在 Pettersen的美国专利No. 5,196,卯0中有描述。还可以通过使用单个摄影机观察附接到探针的光点来得到探针端头的坐标。通常认为这种设备不太精确，但是当成本低廉或能够察看狭 窄开口很重要时，这种设备是合适的。使用单个摄影机确定探针端头的坐标的示例性系统在Pettersen等人的美国专利No. 5，440，392中有描述。为了避免单摄影机系统中径向距离精度的局限性，已设计了将摄影 机和测距器相结合的方法。在一个实施方式中，测距器包括测距仪和一 个或多个转向反射镜。测距器测量离安装在探针上的反向反射器的距 离。同时，定位于测距器附近的摄影机测量相对于位于探针上的点光源 的角度。距离和角度信息的结合给出了探针端头的坐标。在第二实施方 式中，测距器包括测距仪和一个或多个转向反射镜。测距器将光引导至 安装在探针上的反向反射器。从反向反射器返回的部分激光行进到测距 仪，而另一部分则分离到摄影机。摄影机也测量相对于位于探针上的点 光源的角度。距离和角度信息的结合给出了探针端头的坐标。使用结合 有测距器的摄影机确定探针端头的坐标的示例性系统在Pettersen等人 的美国专利No. 5，973，788中有描述。在自动化工厂中这些坐标测量设备都因为许多问题而不够理想。激 光跟踪器，虽然精度高且速度快，但是它对于诸如精确定位机器人末端 执行器以进行钻孔等许多普通操作来说过于昂贵。另外，激光跟踪器仅 仅测量三维坐标而非全部六自由度。由此，激光跟踪器在某些情况下必须测量三个或更多标靶以得到全部六自由度。以这种方式测量多个标靶 需要额外的时间和标靶。以两个或更多摄影机为基础的基于摄影机的坐标测量设备同样昂 贵，而且还有几何局限。为了精确，单个摄影机必须以相对于测量范围 来说较远的距离间隔开。因此，摄影机系统在察看狭窄开口的能力方面 受到限制。摄影机系统的视场也有局限，这意味着会需要进行耗时的重 新定位程序以观察测量空间内的所有标靶。仅包括单个摄影机的系统制造便宜，但是当使用适合于机器人控制 或工厂自动化的小标靶时，该系统在测量径向距离方面不够精确。添加测距器改善了精度，但是对于多数的机器人和工厂自动化的应用场合来 说过于昂贵。鉴于这些局限，目前需要一种成本低、精确且不会具有当前基于摄像机的系统的几何局限的设备。
技术实现思路
一个实施方式可包括基于摄影机的标靶坐标测量系统，用于以保持 高精度级别的方式测量物体的位置。这种高级别的测量精度通常仅与更 昂贵的基于激光的设备相关。可以有许多不同的配置。例如，在一个实施方式中，用于测量物体的位置而无需使用激光测距器来测量距离的基于摄影机的标靶坐标测量系统可包括能够绕第一 轴线和第二轴线旋转的反射镜；定位成接收由光源发射并由反射镜反射 的光的摄影机；具有至少三个或更多光源的标靶，其中光源以相对于彼 此已知的三维坐标定位于标靶上，其中光源中的至少一个离反射镜的距 离不同于连接两个其它光源的线段的中点离反射镜的距离，而且其中标 靶构造为放置在待测物体上或放置在测量物体的设备上；两个角度测量 设备，用以测量反射镜绕第一轴线和第二轴线的旋转角；至少一个马达， 用以使反射镜绕第一轴线和第二轴线旋转；光敏像素阵列，位于摄影机 中，用于记录标靶上的光源的影像；和处理器，用于操控马达并用于确 定标靶的多达三个的位置自由度和多达三个的旋转自由度。另 一个实施方式可包括用于测量标靶相对于至少一个参照系的位 置而无需使用激光测距器来测量距离的基于摄影机的坐标测量系统，其 包括位于标靶上的至少三个或更多光源，其中所述光源以相对于彼此 已知的三维坐标定位于标乾上；至少一个能够绕第一轴线和第二轴线旋 转的旋转式反射镜；定位成接收由光源发射并从反射镜上反射的光的摄 影机；两个角度测量设备，用以测量反射镜绕第一轴线和第二轴线的旋 转角；和处理器，用于确定标靶的多达三个的位置自由度和多达三个的 旋转自由度。另一个实施方式可包括使用基于摄影机的标靶坐标测量方法的相 关方法，用于测量物体的位置。对于所述方法可以有多种变型。例如， 一种具体方法包括用于测量物体的位置而无需使用激光测距 器来测量距离的基于摄影机的标靶坐标测量方法，其包括操作能够绕 第一轴线和第二轴线旋转的反射镜；操作摄影机，其定位成接收由光源发射并由反射镜反射的光；放置标靶，所述标靶用反射镜观察而且具有 至少三个或更多光源，其中光源以相对于彼此已知的三维坐标定位于标 靶上，其中光源中的至少一个离反射镜的距离不同于连接两个其它光源 的线段的中点离反射镜的距离，而且其中标靶构造为放置在待测物体上 或放置在测量物体的设备上；用两个角度测量设备测量反射镜绕第一轴 线和第二轴线的旋转角；用至少一个马达使反射镜绕第一轴线和第二轴线旋转；在位于摄影机中的光敏像素阵列上记录光源的影像；和在处理 器中确定标靶的多达三个的位置自由度和多达三个的旋转自由度。附图说明现在参照附图，示出了示例性实施方式，所述示例性实施方式不应 解释为对本专利技术公开的整体范围的限制，其中在若干附图中相似元件被标以相似的附图标记图l是示例性三维测量设备和系统的立体图；和图2A和2B是示例性标耙200A和200B的立体图；和图3A至3F是示例性标乾200A、 200B、 200C和700的立体图；和图4A和4B是示例性标靶1200的立体图和正视图；和图5A至5F是示例性标靶1200的立体图；和图6是示例性手持式参照扫描仪1800的立体图；和图7是示例性参照关节臂CMM2000的立体图；和图8是具有柱面透镜的摄影机140的一个可能实施方式的内部结构 的立体图；和图9是具有球面透镜的摄影机140的另 一可能实施方式的内部结构 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于摄影机的标靶坐标测量系统，用于测量物体的位置而无需使用激光测距器来测量距离，所述系统包括： 反射镜，其能够绕第一轴线和第二轴线旋转； 摄影机，其定位成接收由光源发射并由所述反射镜反射的光； 标靶，其具有至少三个或更 多光源，其中所述光源以相对于彼此已知的三维坐标定位于所述标靶上，其中所述光源中的至少一个与连接两个其它光源的线段的中点相比以离所述反射镜的距离不同的方式定位，而且其中所述标靶构造为放置在待测物体上或放置在对所述物体进行测量的设备上； 两个角度测量设备，其用以测量所述反射镜绕所述第一轴线和所述第二轴线的旋转角； 至少一个马达，其用以使所述反射镜绕所述第一轴线和所述第二轴线旋转； 光敏像素阵列，其位于所述摄影机中，用于记录所述标靶上的所述光源的影像；和 处 理器，其用于操控所述马达并用于确定所述标靶的多达三个的位置自由度和多达三个的旋转自由度。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：罗伯特E布里奇斯，
申请(专利权)人：法罗技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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