專利名稱：用于重新定位鉸接臂式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的設(shè)備和方法
交叉引用
本申請(qǐng)要求2005年6月23日申請(qǐng)的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)第60/693,295號(hào)的優(yōu)先權(quán)，其通過(guò)引用結(jié)合在本文中。
背景技術(shù)：
本公開(kāi)涉及兩個(gè)坐標(biāo)測(cè)量裝置。這些裝置之一屬于通過(guò)使用鉸接機(jī)械結(jié)構(gòu)探測(cè)一點(diǎn)來(lái)測(cè)量該點(diǎn)坐標(biāo)的一類設(shè)備。探測(cè)可通過(guò)機(jī)械探針或通過(guò)非接觸掃描裝置進(jìn)行。探針的位置由設(shè)置在將鉸接部分相互連接的機(jī)械接合點(diǎn)處的角度編碼器的讀數(shù)確定。無(wú)論其使用機(jī)械探針還是掃描儀，該類型裝置都被稱為鉸接臂式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(CMM)。Raab的美國(guó)專利第5,402,582號(hào)描述了屬于該類裝置的示例性系統(tǒng)。
這些裝置的另一個(gè)是被稱為激光跟蹤儀的設(shè)備，其通過(guò)向與一點(diǎn)相接觸的回射器目標(biāo)發(fā)射激光光束來(lái)測(cè)量該點(diǎn)的坐標(biāo)。激光跟蹤儀通過(guò)測(cè)量到反光鏡的距離和兩個(gè)角度來(lái)確定該點(diǎn)的坐標(biāo)。距離通過(guò)例如絕對(duì)距離計(jì)量器或干涉儀等距離測(cè)量裝置測(cè)量。角度通過(guò)例如角度編碼器等角度測(cè)量裝置測(cè)量。在該設(shè)備中的萬(wàn)向梁操縱機(jī)構(gòu)將激光光束導(dǎo)向所關(guān)注的點(diǎn)。Brown等的美國(guó)專利第4,790,651號(hào)和Lau等的美國(guó)專利第4,714,339號(hào)描述了屬于該類設(shè)備的示例性系統(tǒng)。
鉸接臂式CMM能夠彎曲到各個(gè)方向。由于這點(diǎn)，其能夠測(cè)量“隱藏”的點(diǎn)，即隱藏于例如激光跟蹤儀等測(cè)量裝置的光線視野的點(diǎn)。另一方面，激光跟蹤儀可以比鉸接臂式CMM在更大的體積上測(cè)量。所需要的是在激光跟蹤儀更大的測(cè)量體積上通過(guò)鉸接臂式CMM獲得方便地測(cè)量隱藏點(diǎn)的方法。


發(fā)明內(nèi)容
一個(gè)實(shí)施例可以包括一種用于坐標(biāo)測(cè)量的系統(tǒng)，包括激光跟蹤儀；回射器；可重新定位到不同位置的可移動(dòng)的鉸接臂式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(CMM)；用于將所述回射器附著到所述鉸接臂式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(CMM)的組件；其中所述系統(tǒng)構(gòu)造成使得激光光束可以從所述激光跟蹤儀發(fā)射，用來(lái)測(cè)量所述回射器在第一坐標(biāo)系中相對(duì)于所述激光跟蹤儀的位置，同時(shí)所述鉸接臂式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(CMM)也測(cè)量回射器在第二坐標(biāo)系中相對(duì)于所述鉸接臂式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(CMM)的位置，并且所述可移動(dòng)的鉸接臂式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(CMM)可以重新定位到不同的位置而且所述測(cè)量可重復(fù)進(jìn)行；及用于將所述第一坐標(biāo)系和/或第二坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到公共坐標(biāo)參考系的裝置。
一個(gè)實(shí)施例可以包括一種用于坐標(biāo)測(cè)量的方法，包括將激光跟蹤儀安置在固定位置；將回射器已經(jīng)附著到其上的可移動(dòng)的鉸接臂式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(CMM)安置在另一個(gè)位置，使得所述回射器可以移動(dòng)到不同的位置而所述激光跟蹤儀保持在固定位置；從所述激光跟蹤儀發(fā)射激光光束到所述回射器并使其從回射器反射回來(lái)，以測(cè)量所述回射器在第一坐標(biāo)系中的位置，并且也在所述回射器位于相同位置時(shí)通過(guò)所述鉸接臂式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(CMM)測(cè)量所述回射器的位置，以測(cè)量所述回射器在第二坐標(biāo)系中相對(duì)于所述鉸接臂式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(CMM)的位置；及將在第一坐標(biāo)系和/或第二坐標(biāo)系中獲得的所述回射器的位置測(cè)量值轉(zhuǎn)換到公共坐標(biāo)參考系。
一個(gè)實(shí)施例還可以包括一種與鉸接臂式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(CMM)一起使用的回射器組件，包括回射器；及將所述回射器附著在所述鉸接臂式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(CMM)上的安裝件。
一個(gè)實(shí)施例還可以包括一種將用于測(cè)量物體的鉸接臂式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(CMM)重新定位在所述物體周圍的不同位置的方法，包括通過(guò)使用安置在鉸接臂式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(CMM)中的角度傳感器測(cè)量安置在所述鉸接臂式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(CMM)的臂上的回射器的第一位置在第一坐標(biāo)系中的第一組坐標(biāo)；還通過(guò)使用激光跟蹤儀和從所述激光跟蹤儀發(fā)射并從所述回射器反射回所述激光跟蹤儀的激光光束測(cè)量安置在所述臂上的所述回射器在第二坐標(biāo)系中的第一組第二坐標(biāo)；移動(dòng)所述鉸接臂式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(CMM)的連桿以將所述回射器重新定位到第二位置，并且通過(guò)使用安置在所述鉸接臂式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(CMM)中的角度傳感器測(cè)量安置在鉸接臂式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(CMM)的臂上的回射器的第二位置在第一坐標(biāo)系中的第二組坐標(biāo)；還通過(guò)使用激光跟蹤儀和從所述激光跟蹤儀發(fā)射并從所述回射器反射回所述激光跟蹤儀的激光光束測(cè)量安置在所述臂上的所述回射器在第二坐標(biāo)系中的第二組第二坐標(biāo)；移動(dòng)所述鉸接臂式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(CMM)的連桿以將所述回射器重新定位到第三位置，并且通過(guò)使用安置在所述鉸接臂式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(CMM)中的角度傳感器測(cè)量安置在鉸接臂式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(CMM)的臂上的回射器的第三位置在第一坐標(biāo)系中的第三組坐標(biāo)；還通過(guò)使用激光跟蹤儀和從所述激光跟蹤儀發(fā)射并從所述回射器反射回所述激光跟蹤儀的激光光束測(cè)量安置在所述臂上的所述回射器在第二坐標(biāo)系中的第三組第二坐標(biāo)；及使用所述三組第一和第二坐標(biāo)形成將所有組的坐標(biāo)與公共參考系建立聯(lián)系的轉(zhuǎn)換矩陣。
一個(gè)實(shí)施例還可以包括一種用于測(cè)量物體的激光測(cè)量設(shè)備，包括具有角度編碼器的鉸接臂式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(CMM)；具有測(cè)距儀和角度編碼器的激光跟蹤儀；及設(shè)置在所述鉸接臂式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(CMM)的臂上的與激光跟蹤儀一起使用的回射器。



現(xiàn)在參照附圖，顯示了實(shí)施例的示例，其不應(yīng)解釋為限制本公開(kāi)的整個(gè)范圍，并且其中幾幅圖中部件以相同的方式編號(hào) 圖1是與激光跟蹤儀一起使用的鉸接臂式CMM的立體視圖； 圖2是回射器夾具組件的分解立體視圖； 圖3是通過(guò)使用激光跟蹤儀重新定位到第二位置的鉸接臂式CMM的立體視圖； 圖4是安裝的球形組件的立體視圖； 圖5A和5B是與安裝的球嵌組接觸的回射器的立體視圖；及 圖6A和6B是參照數(shù)學(xué)術(shù)語(yǔ)的鉸接臂式CMM的立體視圖。

具體實(shí)施例方式 現(xiàn)在將詳細(xì)參照附圖中示出的示例性實(shí)施例、示例。
圖1中顯示了大比例尺的坐標(biāo)探測(cè)系統(tǒng)100。探測(cè)系統(tǒng)100包括鉸接臂式CMM200、回射器夾具組件300和激光跟蹤儀400。根據(jù)例如本領(lǐng)域的特殊應(yīng)用，其他的方向、布置、設(shè)置和改變都是可能并且可以預(yù)期的。因而，本示例不應(yīng)被認(rèn)為是限制。
圖2顯示了回射器夾具組件300的分解視圖，其包括球形安裝的回射器(SMR)310、運(yùn)動(dòng)座320和夾具330。SMR310包括嵌入在部分球體314中的立體角回射器312。立體角回射器312包括三個(gè)平面鏡部分(M1，M2，M3)，這三個(gè)平面鏡部分以這樣的方式結(jié)合在一起每一個(gè)玻璃部分相對(duì)于其他兩個(gè)玻璃部分成九十度角。三個(gè)玻璃部分的公共交叉點(diǎn)稱為SMR310的頂點(diǎn)“A”。頂點(diǎn)“A”設(shè)置在部分球體314的球的中心。
運(yùn)動(dòng)座320附著到夾具330的頂部，夾具330再鎖定在鉸接臂式CMM200的末端連桿210上。因而，夾具330使得回射器夾具組件300安置在鉸接臂式CMM200上。
運(yùn)動(dòng)座320具有三個(gè)點(diǎn)狀(point-like)接點(diǎn)(未顯示)，SMR310的球形表面安置在其上。這些點(diǎn)狀接點(diǎn)確保SMR310的中心在SMR310旋轉(zhuǎn)時(shí)保持在空間中的相同的點(diǎn)。運(yùn)動(dòng)座320優(yōu)選在其底座中包含磁體，以確保SMR310與三個(gè)點(diǎn)狀接點(diǎn)保持連續(xù)接觸。
如圖1中所示，激光跟蹤儀400向SMR310發(fā)射激光光束。立體角回射器312將來(lái)自激光跟蹤儀的光沿著與激光光束輸出的相同線路410反射回到激光跟蹤儀400。激光跟蹤儀400監(jiān)控返回的激光光束的位置并且調(diào)節(jié)跟蹤儀頭部402的位置，以保持激光光束聚集在SMR310上，即使SMR310從一點(diǎn)移動(dòng)到另一點(diǎn)。在該例子中，操作者將鉸接臂式CMM200的端部移動(dòng)到三個(gè)截然不同的點(diǎn)，但是也可以將鉸接臂式CMM200移動(dòng)到十二個(gè)或更多的位置，或者可能只移動(dòng)到一個(gè)位置。在每一個(gè)位置處，SMR310回射器坐標(biāo)的測(cè)量通過(guò)鉸接臂式CMM200和激光跟蹤儀400進(jìn)行。鉸接臂式CMM200通過(guò)使用其通常設(shè)置在鉸接臂式CMM200的接合點(diǎn)中的內(nèi)置角度編碼器(未顯示)來(lái)進(jìn)行該操作。激光跟蹤儀400通過(guò)使用其測(cè)距儀和角度編碼器(未顯示)來(lái)進(jìn)行該操作。也可以使用其他類型的編碼器和測(cè)距儀。
通過(guò)比較由鉸接臂式CMM200和激光跟蹤儀400收集的該數(shù)據(jù)，確定一個(gè)變換矩陣，該變換矩陣用于將鉸接臂式CMM200的坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到激光跟蹤儀400的坐標(biāo)系或反過(guò)來(lái)?？蛇x地，兩組數(shù)據(jù)可轉(zhuǎn)換到一些其他優(yōu)選的坐標(biāo)系xyz中。
當(dāng)使用鉸接臂式CMM200測(cè)量大物體時(shí)，通常需要將鉸接臂式CMM200移動(dòng)到不同的位置，以測(cè)量從第一位置不能測(cè)量的該大物體的其他部分。將鉸接臂式CMM200移動(dòng)到不同位置的該動(dòng)作被稱為“重新定位”。上述使用鉸接臂式CMM200和激光跟蹤儀400同時(shí)測(cè)量SMR310位置的步驟在鉸接臂式CMM200重新定位(例如參見(jiàn)圖3中鉸接臂式CMM200從位置A移動(dòng)到位置B)的任何時(shí)候進(jìn)行。這使得從鉸接臂式CMM200的數(shù)個(gè)位置收集的數(shù)據(jù)在相同參考系中相同公共坐標(biāo)系內(nèi)完全連續(xù)地接合在一起。通過(guò)上面描述的方法，鉸接臂式CMM200可以迅速準(zhǔn)確地重新定位在激光跟蹤儀400的測(cè)量體積內(nèi)的任何位置。
這是相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)的解決方案重大的改進(jìn)，在現(xiàn)有技術(shù)的解決方案中，這樣相對(duì)簡(jiǎn)單的重新定位是不可能的，因?yàn)橥ǔＴ诘匕迳习仓脭?shù)個(gè)座(例如四個(gè)座)作為鉸接臂式CMM的參考系。因而，這些座在鉸接臂式CMM重新定位時(shí)也必須重新定位，并且例如所有參照點(diǎn)必須相對(duì)重新校準(zhǔn)。
圖3中顯示了從第一位置(位置A)移動(dòng)到第二位置(位置B)來(lái)測(cè)量大物體600的鉸接臂式CMM200的一個(gè)示例。該圖中，激光跟蹤儀400提供鉸接臂式CMM200迅速和精確的重新定位。
也可以采用下面的技術(shù)來(lái)提高鉸接臂式CMM重新定位的精度(1)使用鉸接臂式CMM和激光跟蹤儀測(cè)量很多點(diǎn)(例如多于三個(gè))；(2)測(cè)量三維空間中盡可能分開(kāi)的點(diǎn)(即靠近鉸接臂測(cè)量極限的外邊緣)；和(3)測(cè)量覆蓋所有三維尺寸的點(diǎn)(即避免選取全部位于或接近一個(gè)平面上的點(diǎn))。
補(bǔ)償來(lái)查找SMR位置 當(dāng)回射器夾具組件300第一次附著到鉸接臂式CMM200時(shí)，SMR310的坐標(biāo)必須相對(duì)于末端連桿210(參見(jiàn)圖6B)的參考系查找。為了實(shí)現(xiàn)這點(diǎn)，使用圖4中所示的安裝的球500進(jìn)行補(bǔ)償步驟。這也可稱為“初始補(bǔ)償”步驟，因?yàn)槠鋬H需要在回射器夾具組件300第一次附著到鉸接臂CMM200上時(shí)進(jìn)行。
安裝的球500包括金屬球510、磁性座520和底座530。例如，金屬球510可以具有與SMR310相同的直徑。磁性座520具有三個(gè)點(diǎn)狀接點(diǎn)(未顯示)，金屬球510安置在這三個(gè)點(diǎn)狀接點(diǎn)上。一磁體(未顯示)牢固地將金屬球510抵靠在三個(gè)點(diǎn)狀接點(diǎn)上。磁性座520附著到底座530上，底座530在附著到另一個(gè)穩(wěn)定表面上的底板(floor)上。
在查找SMR位置的補(bǔ)償步驟開(kāi)始時(shí)，SMR310從運(yùn)動(dòng)座320卸下。使運(yùn)動(dòng)座320與金屬球510形成接觸，該金屬球510安置在磁性座520上。這顯示在圖5A中。隨后，鉸接臂式CMM200的連桿或節(jié)段移動(dòng)到不同的位置中，如圖5B中所示。運(yùn)動(dòng)座320的準(zhǔn)確位置并不重要。通過(guò)至少再一次地但是優(yōu)選為再多次地重新定位連桿，鉸接臂式CMM的角度編碼器上的角度可以用來(lái)確定SMR310的中心位置。
使用例如機(jī)器人或鉸接臂式CMM上鉸接的連桿確定坐標(biāo)的數(shù)學(xué)方法是公知的。例如，Rachid Manseur的機(jī)器人模擬和運(yùn)動(dòng)學(xué)(RobotModeling and Kinematics)的第3和4章中描述了相關(guān)方程式。通過(guò)這些方程式，可建立末端連桿210的參考系內(nèi)的金屬球510的中心位置

到鉸接臂式CMM200底座220的固定的參考系內(nèi)的金屬球510中心位置

的聯(lián)系。圖6A，6B中顯示了用于特定鉸接臂式CMM的可能的矢量

和

為了說(shuō)明這些矢量的含義，圖6A，6B中顯示了分別用于鉸接臂式CMM200和末端連桿210的本地坐標(biāo)系(xA，yA，zA)和(xF，yF，zF)。在如上所述用于查找SMR坐標(biāo)的補(bǔ)償步驟中，金屬球510的約束使矢量

和

即使在鉸接臂CMM200的連桿到處移動(dòng)時(shí)仍保持不變。與這兩個(gè)矢量相關(guān)的方程式為 在該方程式中，

為根據(jù)用于每一個(gè)連桿的所謂Denavit-Hartenberg(DH)參數(shù)的4×4變換矩陣，如上面所引用的Manseur的書(shū)中所解釋的。對(duì)于每一個(gè)連桿，只有一個(gè)DH參數(shù)，即連桿角度θ在補(bǔ)償步驟過(guò)程中變化。其他DH參數(shù)為特定鉸接臂式CMM的特性，并且將已經(jīng)由在鉸接臂式CMM制造時(shí)實(shí)施的工廠補(bǔ)償步驟確定。固定的參數(shù)由單獨(dú)的工廠補(bǔ)償步驟確定。矢量符號(hào)

表示T為用于臂中所有接合點(diǎn)的角度編碼器讀數(shù)的函數(shù)，并且i表示ith測(cè)量值，其中每一個(gè)測(cè)量值對(duì)應(yīng)于鉸接臂CMM200的一個(gè)不同位置，圖5A、5B中顯示了其兩個(gè)示例性位置。如果鉸接臂式CMM200移動(dòng)到許多不同的位置，則方程式(1)的解將不是唯一的。替代地，通過(guò)最小化總的殘差，得出矢量

和

的最佳估計(jì)值。對(duì)于ith測(cè)量值，殘差限定為 為了最小化總殘差，選擇

和

來(lái)最小化resi值的平方和。在這種情況下，

和

每一個(gè)由三個(gè)坐標(biāo)值(例如x，y，z)表示，因此具有六個(gè)參數(shù)值需要查找。選擇參數(shù)來(lái)最小化平方值的和的步驟在本領(lǐng)域是公知的，并且可以使用廣泛可得的軟件容易地進(jìn)行。因此該步驟將不再進(jìn)一步討論。
重新定位計(jì)算 如前面所述，使用鉸接臂式CMM200和激光跟蹤儀400同時(shí)測(cè)量SMR310的位置將鉸接臂式CMM200方便地重新定位，伴隨著SMR移動(dòng)到數(shù)個(gè)不同的位置。由鉸接臂式CMM200收集的測(cè)量值通過(guò)以下方程式與激光跟蹤儀400的測(cè)量值建立聯(lián)系 在該方程式中，

和

分別為SMR310在激光跟蹤儀400的參考系和在鉸接臂式CMM200的參考系中的坐標(biāo)。參數(shù)rx、ry、rz分別為代表繞著X、Y和Z軸旋轉(zhuǎn)的歐拉角，且tx、ty、tz分別為X、Y和Z軸上的位移。矩陣M(rx，ry，rz，tx，ty，tz)將SMR310的由重新定位的鉸接臂CMM200測(cè)量的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到在本示例中為公共坐標(biāo)參考系的激光跟蹤儀400的參考系中。但是，可能使用或指定任何合適的參考系為公共坐標(biāo)參考系。該矩陣M(rx，ry，rz，tx，ty，tz)是由重新定位步驟確定的實(shí)體(entity)，并且該矩陣可以在任何合適的裝置中計(jì)算，例如在處理器或軟件(未顯示)中計(jì)算。一旦已知該矩陣，其也可用于測(cè)量固定到末端連桿210上的探針205。由鉸接臂式CMM200測(cè)量的探針205的坐標(biāo)通過(guò)矩陣M(rx，ry，rz，tx，ty，tz)轉(zhuǎn)換，以給出探針205在激光跟蹤儀400的參考系中的坐標(biāo)。
為了查找M(rx，ry，rz，tx，ty，tz)，用于ith測(cè)量的殘差限定為 進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)最小二乘法擬合計(jì)算來(lái)查找最小化殘差的平方和的6個(gè)擬合參數(shù)rx、ry、rz、yx、ty、tz的數(shù)值。
對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見(jiàn)的是，雖然已經(jīng)顯示和描述了示例性實(shí)施例，但是可以對(duì)本文公開(kāi)的通過(guò)使用激光跟蹤儀測(cè)量安裝在鉸接臂式CMM上的回射器來(lái)重新定位鉸接臂式CMM的設(shè)備和方法做出各種改進(jìn)和改變而不偏離本發(fā)明的精神和范圍。因此，應(yīng)可理解，各實(shí)施例已經(jīng)通過(guò)示出而不是限制進(jìn)行了描述。
權(quán)利要求
1.一種用于坐標(biāo)測(cè)量的系統(tǒng)，包括
激光跟蹤儀；
回射器；
可重新定位到不同位置的可移動(dòng)的鉸接臂式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(CMM)；
用于將所述回射器附著到所述鉸接臂式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(CMM)的組件；
其中所述系統(tǒng)構(gòu)造成使得激光光束可以從所述激光跟蹤儀發(fā)射，用來(lái)測(cè)量所述回射器在第一坐標(biāo)系中相對(duì)于所述激光跟蹤儀的位置，同時(shí)所述鉸接臂式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(CMM)也測(cè)量回射器在第二坐標(biāo)系中相對(duì)于所述鉸接臂式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(CMM)的位置，并且所述可移動(dòng)的鉸接臂式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(CMM)可以重新定位到不同的位置而且所述測(cè)量可重復(fù)進(jìn)行；及
用于將所述第一坐標(biāo)系和/或第二坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到公共坐標(biāo)參考系的裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述激光跟蹤儀固定在位。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述回射器包括球形安裝的回射器(SMR)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述回射器包括立方角回射器。
5.一種用于坐標(biāo)測(cè)量的方法，包括
將激光跟蹤儀安置在固定位置；
將回射器已經(jīng)附著到其上的可移動(dòng)的鉸接臂式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(CMM)安置在另一個(gè)位置，使得所述回射器可以移動(dòng)到不同的位置而所述激光跟蹤儀保持在固定位置；
從所述激光跟蹤儀發(fā)射激光光束到所述回射器并使其從回射器反射回來(lái)，以測(cè)量所述回射器在第一坐標(biāo)系中的位置，并且也在所述回射器位于相同位置時(shí)通過(guò)所述鉸接臂式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(CMM)測(cè)量所述回射器的位置，以測(cè)量所述回射器在第二坐標(biāo)系中相對(duì)于所述鉸接臂式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(CMM)的位置；及
將在第一坐標(biāo)系和/或第二坐標(biāo)系中獲得的所述回射器的位置測(cè)量值轉(zhuǎn)換到公共坐標(biāo)參考系。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其還包括移動(dòng)所述鉸接臂式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(CMM)的連桿，以將所述回射器移動(dòng)到相對(duì)于所述激光跟蹤儀的至少兩個(gè)其他不同位置，并且在每一個(gè)位置使用所述激光跟蹤儀和所述鉸接臂式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(CMM)進(jìn)行一組測(cè)量，以在至少三個(gè)不同位置產(chǎn)生至少三組測(cè)量。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，將在第一坐標(biāo)系和/或第二坐標(biāo)系中獲得的所述回射器的位置測(cè)量值轉(zhuǎn)換到公共坐標(biāo)參考系是使用矩陣和在所述三個(gè)位置獲得的測(cè)量值組進(jìn)行的。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，將在第一坐標(biāo)系和/或第二坐標(biāo)系中獲得的所述回射器的位置測(cè)量值轉(zhuǎn)換到公共坐標(biāo)參考系是使用矩陣進(jìn)行，還包括
通過(guò)下述方程式使所述鉸接臂式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(CMM)獲得的測(cè)量值和所述激光跟蹤儀的測(cè)量值建立聯(lián)系
其中
和
分別為所述回射器在所述激光跟蹤儀的參考系和所述鉸接臂式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(CMM)的參考系中的坐標(biāo)，
參數(shù)rx、ry、rz分別為代表繞著X、Y和Z軸旋轉(zhuǎn)的歐拉角，并且
tx、ty、tz分別X、Y和Z軸上的位移，因而所述矩陣為
M(rx，ry，rz，tx，ty，tz)
所述矩陣將由所述鉸接臂式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(CMM)測(cè)量的所述回射器的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到用作公共參考系的所述激光跟蹤儀參考系中。
9.一種與鉸接臂式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(CMM)一起使用的回射器組件，包括
回射器；及
將所述回射器附著在所述鉸接臂式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(CMM)上的安裝件。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的回射器組件，其中，所述回射器包括球形安裝的回射器(SMR)。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的回射器組件，其中，所述回射器包括立體角回射器。
12.一種將用于測(cè)量物體的鉸接臂式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(CMM)重新定位在所述物體周圍的不同位置的方法，包括
通過(guò)使用安置在鉸接臂式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(CMM)中的角度傳感器測(cè)量安置在所述鉸接臂式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(CMM)的臂上的回射器的第一位置在第一坐標(biāo)系中的第一組坐標(biāo)；
還通過(guò)使用激光跟蹤儀和從所述激光跟蹤儀發(fā)射并從所述回射器反射回所述激光跟蹤儀的激光光束測(cè)量安置在所述臂上的所述回射器在第二坐標(biāo)系中的第一組第二坐標(biāo)；
移動(dòng)所述鉸接臂式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(CMM)的連桿以將所述回射器重新定位到第二位置，并且通過(guò)使用安置在所述鉸接臂式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(CMM)中的角度傳感器測(cè)量安置在鉸接臂式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(CMM)的臂上的回射器的第二位置在第一坐標(biāo)系中的第二組坐標(biāo)；
還通過(guò)使用激光跟蹤儀和從所述激光跟蹤儀發(fā)射并從所述回射器反射回所述激光跟蹤儀的激光光束測(cè)量安置在所述臂上的所述回射器在第二坐標(biāo)系中的第二組第二坐標(biāo)；
移動(dòng)所述鉸接臂式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(CMM)的連桿以將所述回射器重新定位到第三位置，并且通過(guò)使用安置在所述鉸接臂式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(CMM)中的角度傳感器測(cè)量安置在鉸接臂式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(CMM)的臂上的回射器的第三位置在第一坐標(biāo)系中的第三組坐標(biāo)；
還通過(guò)使用激光跟蹤儀和從所述激光跟蹤儀發(fā)射并從所述回射器反射回所述激光跟蹤儀的激光光束測(cè)量安置在所述臂上的所述回射器在第二坐標(biāo)系中的第三組第二坐標(biāo)；及
使用所述三組第一和第二坐標(biāo)形成將所有組的坐標(biāo)與公共參考系建立聯(lián)系的轉(zhuǎn)換矩陣。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的將用于測(cè)量物體的鉸接臂式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(CMM)重新定位在所述物體周圍的不同位置的方法，其還包括使用所述轉(zhuǎn)換矩陣將通過(guò)所述鉸接臂式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(CMM)獲得的隱藏于所述激光跟蹤儀的隱藏位置的第四組坐標(biāo)測(cè)量值與公共參考系建立聯(lián)系。
14.一種用于測(cè)量物體的激光測(cè)量設(shè)備，包括
具有角度編碼器的鉸接臂式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(CMM)；
具有測(cè)距儀和角度編碼器的激光跟蹤儀；及
設(shè)置在所述鉸接臂式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(CMM)的臂上的與激光跟蹤儀一起使用的回射器。
15.一種將用于測(cè)量物體的鉸接臂式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(CMM)重新定位在所述物體周圍的不同位置的方法，包括
通過(guò)使用安置在鉸接臂式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(CMM)中的角度傳感器測(cè)量安置在所述鉸接臂式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(CMM)的臂上的回射器的第一位置在第一坐標(biāo)系中的第一組坐標(biāo)；
還通過(guò)使用激光跟蹤儀和從所述激光跟蹤儀發(fā)射并從所述回射器反射回所述激光跟蹤儀的激光光束測(cè)量安置在所述臂上的所述回射器在第二坐標(biāo)系中的第一組第二坐標(biāo)；
移動(dòng)所述鉸接臂式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(CMM)的連桿以將所述回射器重新定位到第二位置，并且通過(guò)使用安置在所述鉸接臂式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(CMM)中的角度傳感器測(cè)量安置在鉸接臂式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(CMM)的臂上的回射器的第二位置在第一坐標(biāo)系中的第二組坐標(biāo)；
還通過(guò)使用激光跟蹤儀和從所述激光跟蹤儀發(fā)射并從所述回射器反射回所述激光跟蹤儀的激光光束測(cè)量安置在所述臂上的所述回射器在第二坐標(biāo)系中的第二組第二坐標(biāo)；
移動(dòng)所述鉸接臂式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(CMM)的連桿以將所述回射器重新定位到第三位置，并且通過(guò)使用安置在所述鉸接臂式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(CMM)中的角度傳感器測(cè)量安置在鉸接臂式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(CMM)的臂上的回射器的第三位置在第一坐標(biāo)系中的第三組坐標(biāo)；
還通過(guò)使用激光跟蹤儀和從所述激光跟蹤儀發(fā)射并從所述回射器反射回所述激光跟蹤儀的激光光束測(cè)量安置在所述臂上的所述回射器在第二坐標(biāo)系中的第三組第二坐標(biāo)；
移動(dòng)所述鉸接臂式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(CMM)的連桿以將所述回射器重新定位到第四位置，并且通過(guò)使用安置在所述鉸接臂式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(CMM)中的角度傳感器測(cè)量安置在鉸接臂式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(CMM)的臂上的回射器的第四位置在第一坐標(biāo)系中的第四組坐標(biāo)；
還通過(guò)使用激光跟蹤儀和從所述激光跟蹤儀發(fā)射并從所述回射器反射回所述激光跟蹤儀的激光光束測(cè)量安置在所述臂上的所述回射器在第二坐標(biāo)系中的第四組第二坐標(biāo)；及
使用所述四組第一和第二坐標(biāo)和/或附加的第五、第六、第七或更多組的測(cè)量數(shù)據(jù)形成將所有組的測(cè)量坐標(biāo)與公共參考系建立聯(lián)系的轉(zhuǎn)換矩陣。
全文摘要
本發(fā)明描述一種用于測(cè)量物體的測(cè)量設(shè)備、系統(tǒng)和方法，其可以輕易地繞著所述物體重新定位。該系統(tǒng)使用鉸接臂式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(CMM)(200)和激光跟蹤儀(400)。與激光跟蹤儀一起使用的回射器(310、312)設(shè)置在鉸接臂坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(CMM)的臂上。公共坐標(biāo)參考系可以確定用于CMM和激光跟蹤儀，使得CMM可以移動(dòng)。而且，可以使用例如CMM測(cè)量隱藏于激光跟蹤儀的點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01B21/04GK101203730SQ200680022308
公開(kāi)日2008年6月18日 申請(qǐng)日期2006年6月23日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月23日
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