專利名稱：：具有能夠旋轉(zhuǎn)的反射鏡的基于攝影機(jī)的六自由度標(biāo)靶測量和標(biāo)靶跟蹤設(shè)備的制作方法具有能夠旋轉(zhuǎn)的反射鏡的基于攝影機(jī)的六自由度標(biāo)靶測量和標(biāo)把跟蹤設(shè)備交叉引用本申請要求2006年4月21日提交的美國臨時(shí)申請60/793,811的優(yōu)先權(quán)，其中該臨時(shí)申請的全部內(nèi)容參引到本申請中。
背景技術(shù)：
：本發(fā)明公開涉及坐標(biāo)測量設(shè)備。一套坐標(biāo)測量設(shè)備屬于通過發(fā)送激光束到某一點(diǎn)來測量該點(diǎn)的三維坐標(biāo)的一類儀器。激光束可以直接撞擊于該點(diǎn)或者可以撞擊于與該點(diǎn)接觸的反向反射器標(biāo)靶。在任一種情況下，儀器通過測量相對于標(biāo)靶的距離和兩個(gè)角度來確定該點(diǎn)的坐標(biāo)。用諸如絕對測距儀或干涉儀等距離測量設(shè)備來測量距離。用諸如角度編碼器等角度測量設(shè)備來測量角度。儀器內(nèi)的萬向光束控制機(jī)構(gòu)將激光束引導(dǎo)至相關(guān)點(diǎn)。確定點(diǎn)坐標(biāo)的示例性系統(tǒng)在Brown等人的美國專利No.4,7卯,651和Lau等人的美國專利No.4,714,339中有描述。激光跟蹤器是一種特殊類型的坐標(biāo)測量設(shè)備，該設(shè)備利用其發(fā)射的一道或多道激光束來跟蹤反向反射器標(biāo)靶。與激光跟蹤器緊密相關(guān)的坐標(biāo)測量設(shè)備是激光掃描儀。激光掃描儀將一道或多道激光束引向漫反射面上的點(diǎn)。笫二套坐標(biāo)測量設(shè)備屬于使用一個(gè)或多個(gè)攝影機(jī)觀察附接到探針的光點(diǎn)來測量坐標(biāo)的一類儀器。攝影機(jī)觀察這些光點(diǎn)并根據(jù)影像確定探針端頭的位置。在多數(shù)情況下，使用的是兩個(gè)或多個(gè)攝影機(jī)。這些攝影機(jī)可以剛性連接，或者它們可以根據(jù)特定的測量需要而單獨(dú)設(shè)置。如果攝影機(jī)沒有剛性連接，那么必須在測量之前或期間由攝影機(jī)對參照長度進(jìn)行測量以建立標(biāo)度。使用攝影機(jī)和光點(diǎn)確定點(diǎn)坐標(biāo)的示例性系統(tǒng)在Pettersen的美國專利No.5,196,卯0中有描述。還可以通過使用單個(gè)攝影機(jī)觀察附接到探針的光點(diǎn)來得到探針端頭的坐標(biāo)。通常認(rèn)為這種設(shè)備不太精確，但是當(dāng)成本低廉或能夠察看狹窄開口很重要時(shí)，這種設(shè)備是合適的。使用單個(gè)攝影機(jī)確定探針端頭的坐標(biāo)的示例性系統(tǒng)在Pettersen等人的美國專利No.5，440，392中有描述。為了避免單攝影機(jī)系統(tǒng)中徑向距離精度的局限性，已設(shè)計(jì)了將攝影機(jī)和測距器相結(jié)合的方法。在一個(gè)實(shí)施方式中，測距器包括測距儀和一個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)向反射鏡。測距器測量離安裝在探針上的反向反射器的距離。同時(shí)，定位于測距器附近的攝影機(jī)測量相對于位于探針上的點(diǎn)光源的角度。距離和角度信息的結(jié)合給出了探針端頭的坐標(biāo)。在第二實(shí)施方式中，測距器包括測距儀和一個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)向反射鏡。測距器將光引導(dǎo)至安裝在探針上的反向反射器。從反向反射器返回的部分激光行進(jìn)到測距儀，而另一部分則分離到攝影機(jī)。攝影機(jī)也測量相對于位于探針上的點(diǎn)光源的角度。距離和角度信息的結(jié)合給出了探針端頭的坐標(biāo)。使用結(jié)合有測距器的攝影機(jī)確定探針端頭的坐標(biāo)的示例性系統(tǒng)在Pettersen等人的美國專利No.5，973，788中有描述。在自動(dòng)化工廠中這些坐標(biāo)測量設(shè)備都因?yàn)樵S多問題而不夠理想。激光跟蹤器，雖然精度高且速度快，但是它對于諸如精確定位機(jī)器人末端執(zhí)行器以進(jìn)行鉆孔等許多普通操作來說過于昂貴。另外，激光跟蹤器僅僅測量三維坐標(biāo)而非全部六自由度。由此，激光跟蹤器在某些情況下必須測量三個(gè)或更多標(biāo)靶以得到全部六自由度。以這種方式測量多個(gè)標(biāo)靶需要額外的時(shí)間和標(biāo)靶。以兩個(gè)或更多攝影機(jī)為基礎(chǔ)的基于攝影機(jī)的坐標(biāo)測量設(shè)備同樣昂貴，而且還有幾何局限。為了精確，單個(gè)攝影機(jī)必須以相對于測量范圍來說較遠(yuǎn)的距離間隔開。因此，攝影機(jī)系統(tǒng)在察看狹窄開口的能力方面受到限制。攝影機(jī)系統(tǒng)的視場也有局限，這意味著會(huì)需要進(jìn)行耗時(shí)的重新定位程序以觀察測量空間內(nèi)的所有標(biāo)靶。僅包括單個(gè)攝影機(jī)的系統(tǒng)制造便宜，但是當(dāng)使用適合于機(jī)器人控制或工廠自動(dòng)化的小標(biāo)靶時(shí)，該系統(tǒng)在測量徑向距離方面不夠精確。添加測距器改善了精度，但是對于多數(shù)的機(jī)器人和工廠自動(dòng)化的應(yīng)用場合來說過于昂貴。鑒于這些局限，目前需要一種成本低、精確且不會(huì)具有當(dāng)前基于攝像機(jī)的系統(tǒng)的幾何局限的設(shè)備。
發(fā)明內(nèi)容一個(gè)實(shí)施方式可包括基于攝影機(jī)的標(biāo)靶坐標(biāo)測量系統(tǒng)，用于以保持高精度級別的方式測量物體的位置。這種高級別的測量精度通常僅與更昂貴的基于激光的設(shè)備相關(guān)?？梢杂性S多不同的配置。例如，在一個(gè)實(shí)施方式中，用于測量物體的位置而無需使用激光測距器來測量距離的基于攝影機(jī)的標(biāo)靶坐標(biāo)測量系統(tǒng)可包括能夠繞第一軸線和第二軸線旋轉(zhuǎn)的反射鏡；定位成接收由光源發(fā)射并由反射鏡反射的光的攝影機(jī)；具有至少三個(gè)或更多光源的標(biāo)靶，其中光源以相對于彼此已知的三維坐標(biāo)定位于標(biāo)靶上，其中光源中的至少一個(gè)離反射鏡的距離不同于連接兩個(gè)其它光源的線段的中點(diǎn)離反射鏡的距離，而且其中標(biāo)靶構(gòu)造為放置在待測物體上或放置在測量物體的設(shè)備上；兩個(gè)角度測量設(shè)備，用以測量反射鏡繞第一軸線和第二軸線的旋轉(zhuǎn)角；至少一個(gè)馬達(dá)，用以使反射鏡繞第一軸線和第二軸線旋轉(zhuǎn)；光敏像素陣列，位于攝影機(jī)中，用于記錄標(biāo)靶上的光源的影像；和處理器，用于操控馬達(dá)并用于確定標(biāo)靶的多達(dá)三個(gè)的位置自由度和多達(dá)三個(gè)的旋轉(zhuǎn)自由度。另一個(gè)實(shí)施方式可包括用于測量標(biāo)靶相對于至少一個(gè)參照系的位置而無需使用激光測距器來測量距離的基于攝影機(jī)的坐標(biāo)測量系統(tǒng)，其包括位于標(biāo)靶上的至少三個(gè)或更多光源，其中所述光源以相對于彼此已知的三維坐標(biāo)定位于標(biāo)乾上；至少一個(gè)能夠繞第一軸線和第二軸線旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)式反射鏡；定位成接收由光源發(fā)射并從反射鏡上反射的光的攝影機(jī)；兩個(gè)角度測量設(shè)備，用以測量反射鏡繞第一軸線和第二軸線的旋轉(zhuǎn)角；和處理器，用于確定標(biāo)靶的多達(dá)三個(gè)的位置自由度和多達(dá)三個(gè)的旋轉(zhuǎn)自由度。另一個(gè)實(shí)施方式可包括使用基于攝影機(jī)的標(biāo)靶坐標(biāo)測量方法的相關(guān)方法，用于測量物體的位置。對于所述方法可以有多種變型。例如，一種具體方法包括用于測量物體的位置而無需使用激光測距器來測量距離的基于攝影機(jī)的標(biāo)靶坐標(biāo)測量方法，其包括操作能夠繞第一軸線和第二軸線旋轉(zhuǎn)的反射鏡；操作攝影機(jī)，其定位成接收由光源發(fā)射并由反射鏡反射的光；放置標(biāo)靶，所述標(biāo)靶用反射鏡觀察而且具有至少三個(gè)或更多光源，其中光源以相對于彼此已知的三維坐標(biāo)定位于標(biāo)靶上，其中光源中的至少一個(gè)離反射鏡的距離不同于連接兩個(gè)其它光源的線段的中點(diǎn)離反射鏡的距離，而且其中標(biāo)靶構(gòu)造為放置在待測物體上或放置在測量物體的設(shè)備上；用兩個(gè)角度測量設(shè)備測量反射鏡繞第一軸線和第二軸線的旋轉(zhuǎn)角；用至少一個(gè)馬達(dá)使反射鏡繞第一軸線和第二軸線旋轉(zhuǎn)；在位于攝影機(jī)中的光敏像素陣列上記錄光源的影像；和在處理器中確定標(biāo)靶的多達(dá)三個(gè)的位置自由度和多達(dá)三個(gè)的旋轉(zhuǎn)自由度?，F(xiàn)在參照附圖，示出了示例性實(shí)施方式，所述示例性實(shí)施方式不應(yīng)解釋為對本發(fā)明公開的整體范圍的限制，其中在若干附圖中相似元件被標(biāo)以相似的附圖標(biāo)記圖l是示例性三維測量設(shè)備和系統(tǒng)的立體圖；和圖2A和2B是示例性標(biāo)耙200A和200B的立體圖；和圖3A至3F是示例性標(biāo)乾200A、200B、200C和700的立體圖；和圖4A和4B是示例性標(biāo)靶1200的立體圖和正視圖；和圖5A至5F是示例性標(biāo)靶1200的立體圖；和圖6是示例性手持式參照掃描儀1800的立體圖；和圖7是示例性參照關(guān)節(jié)臂CMM2000的立體圖；和圖8是具有柱面透鏡的攝影機(jī)140的一個(gè)可能實(shí)施方式的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的立體圖；和圖9是具有球面透鏡的攝影機(jī)140的另一可能實(shí)施方式的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的立體圖；和圖10是具有^^面透鏡和兩條光束路徑的攝影機(jī)140的另一可能實(shí)施方式的略圖。具體實(shí)施例方式如圖1所示，示例性六自由度(6-DOF)跟蹤器1000可包括跟蹤攝影機(jī)裝置100、標(biāo)靶400和計(jì)算機(jī)300。六自由度可以是例如標(biāo)靶400的x、y、z坐標(biāo)以及俯仰、滾動(dòng)和橫擺。整個(gè)跟蹤攝影機(jī)裝置100可包括反射鏡110、第一角度組，120、第二角度組件130、攝影機(jī)140和處理器150。第一角度組件120包括第一角度軸(未示出)，其上安裝有測角器122和馬達(dá)124。測角器122優(yōu)選是角度編碼器，馬達(dá)124優(yōu)選是伺服馬達(dá)。第一角度軸(未示出)繞第一軸線126旋轉(zhuǎn)，該第一軸線126在該圖中是天頂軸線。第一和第二軸線在稱為萬向節(jié)點(diǎn)的空間點(diǎn)相交。第二角度組件130包括第二角度軸(未示出)，其上安裝有測角器132和馬達(dá)134。測角器132優(yōu)選是角度編碼器，馬達(dá)134優(yōu)選是伺服馬達(dá)。第二角度軸(未示出)繞第二軸線136旋轉(zhuǎn)，該第二軸線136在該圖中是方位軸線。第一角度組件120上安裝有反射鏡110。第一角度組件和反射鏡繞第一軸線126旋轉(zhuǎn)。第一角度組件安裝在第二角度組件上。第二角度組件130相對于基座繞第二軸線136旋轉(zhuǎn)。如圖1中所示的攝影機(jī)140是公知的。所必需的是能夠在測量空間內(nèi)引導(dǎo)反射鏡110指向任何方向，從而在攝影機(jī)上形成位于測量空間內(nèi)的物體的影像?？衫梅瓷溏R110的任意兩個(gè)角度旋轉(zhuǎn)以在攝影機(jī)上獲得所需要的標(biāo)靶200B的成像。在本示例中，設(shè)有標(biāo)靶的末端執(zhí)行器400包括末端執(zhí)行器410和一個(gè)或多個(gè)標(biāo)靶200B。末端執(zhí)行器400可安裝在例如機(jī)器人臂或機(jī)床上?？梢允倾@頭、銑刀或任何其它附件的工具412連接到末端執(zhí)行器410。這里還可以設(shè)想許多其它配置，圖l僅僅示出許多可能配置中的一個(gè)。攝影機(jī)140的目的是在攝影機(jī)內(nèi)的光敏陣列上形成標(biāo)靶200B的影像，并讀取該陣列上的數(shù)值以進(jìn)行分析，從而能夠精確控制工具412的位置。值得注意的是，只要能夠看到標(biāo)靶200B,則即使當(dāng)攝影機(jī)140無法看到工具412時(shí)也能夠控制工具412。處理器150利用攝像機(jī)140的像素的影像強(qiáng)度值以及測角器122和132的角度數(shù)據(jù)來計(jì)算標(biāo)靶400的六自由度。處理器150還發(fā)送控制信號(hào)給馬達(dá)124和134，從而將攝影機(jī)移動(dòng)至所希望的位置。用戶能夠選擇的定位控制類型有三種(l)跟蹤定位控制；(2)用戶指定定位控制；和(3)手動(dòng)定位控制。如果選擇跟蹤定位控制，那么處理器150促使馬達(dá)得到調(diào)整以將標(biāo)靶200保持居中于攝影機(jī)140內(nèi)的光敏陣列。如果希望采用用戶指定定位控制，處理器150促使馬達(dá)驅(qū)動(dòng)鏡頭指向用戶選擇的方向。如果希望采用手動(dòng)定位控制，則馬達(dá)124和134關(guān)閉，從而使用戶能夠手動(dòng)將鏡頭指向所希望的方向。參照圖2，標(biāo)靶200包括位于相對于彼此的固定位置處的至少三個(gè)光點(diǎn)。通常，通過利用多于3個(gè)的點(diǎn)，則能夠在擴(kuò)展的范圍上維持高徑向精度。例如，作為標(biāo)靶200的第一實(shí)施方式的標(biāo)靶200A，包括光點(diǎn)210、211和212,支架220和基座230。光點(diǎn)優(yōu)選是發(fā)光二級管(LED)，但可以是其它類型的有源光源，還可以是無源反射器。無源反射器的一個(gè)示例是由位于六自由度跟蹤器1000附近的閃光燈照亮的攝影測量斑點(diǎn)。作為標(biāo)靶200的第二實(shí)施方式的標(biāo)靶200B包括七個(gè)光點(diǎn)240至246，五個(gè)支架250至254和基座260。在操作中，當(dāng)標(biāo)耙200B移動(dòng)離開具有攝影機(jī)140的六自由度跟蹤器1000時(shí)，標(biāo)靶200B上的補(bǔ)充光點(diǎn)開啟。因而，當(dāng)標(biāo)靶200B靠近六自由度跟蹤器IOOO定位時(shí)，光點(diǎn)242、243和244照亮。更遠(yuǎn)時(shí)，光點(diǎn)241和245也照亮。進(jìn)一步更遠(yuǎn)時(shí)，補(bǔ)充光點(diǎn)240和246也照亮?？商娲?，所有七個(gè)光點(diǎn)可以一直照亮，使得當(dāng)距離增加時(shí)有更多的光點(diǎn)進(jìn)入視野。通常，將基座230或260附接到其六自由度待測的某些其它物體上。諸如220和250至254等的支架提供的幾何形狀有利于對物體進(jìn)行徑向距離的高精度測量。將光源安裝到支架上，從而使得光源的發(fā)射軸線和支架的軸線近似成一直線。如圖1所示，攝影機(jī)140指向例如可以是200B的標(biāo)靶。使通過反射鏡110反射的攝影機(jī)140的光軸保持與支架的軸線大體成一直線。有效的經(jīng)驗(yàn)法則是經(jīng)反射的攝影機(jī)140的光軸應(yīng)處于支架軸線的±45度以內(nèi)。如關(guān)于系統(tǒng)精度的部分中所闡明的那樣，最佳精度是在角度為零度的時(shí)候獲得的。光源210至212和240至246優(yōu)選是發(fā)射視場廣的發(fā)光二極管。容易獲得發(fā)射全角為110到120度的發(fā)光二極管。支架優(yōu)選為足夠高，從而使得較高的支架不會(huì)削弱從較低支架上發(fā)出的光。并且支架的高度應(yīng)該足以提供足夠的精度。有效的經(jīng)驗(yàn)法則是支架的高度應(yīng)該足以在基座230與光源210、211的連線之間或者在基座260與光源240至243的連線之間產(chǎn)生至少20度的角度。具有足夠大的角度的優(yōu)點(diǎn)將在關(guān)于系統(tǒng)精度的部分中闡明。雖然標(biāo)靶200A和200B具有安裝在支架上的光點(diǎn)一這些支架在中部較高而在邊緣處較低，但是同樣可以在邊緣處放置較高的支架而在更接近中部的位置處放置較低的支架。因而，在至少一個(gè)實(shí)施方式中，使用的是具有至少三個(gè)或更多光源的標(biāo)靶，其中光源以相對于彼此已知的三維坐標(biāo)定位于標(biāo)靶上，其中光源中的至少一個(gè)離攝影機(jī)的距離不同于連接兩個(gè)其它光源的線段S的中點(diǎn)M離攝影機(jī)的距離，并且其中標(biāo)靶構(gòu)造為放置在待測物體上或放置在用以測量物體的設(shè)備上。見圖2。200A中的光點(diǎn)210至212共面，200B中的光點(diǎn)240至246共面，而且當(dāng)從某一特定方向看去時(shí)它們呈現(xiàn)為形成直線。選擇這種式樣是因?yàn)槿菀讓ζ洳僮髟磉M(jìn)行解釋然而，通常在不犧牲精度的情況下光點(diǎn)可以布置為多種式樣。不必所有點(diǎn)共面或者當(dāng)從特定方向看去時(shí)其呈現(xiàn)為形成直線。為了理解標(biāo)靶200B中光源布置方式的好處，請看下文。通常，攝影機(jī)140內(nèi)光敏陣列上的光斑點(diǎn)不會(huì)填滿陣列。換句話說，光斑點(diǎn)不會(huì)從陣列的極左側(cè)延續(xù)到極右側(cè)，它們也不會(huì)從下邊緣延續(xù)到上邊緣。而是通常覆蓋陣列的某一較小部分。這方面的另一種說法是在陣列中只有沿給定方向的、可利用像素范圍的一部分被影像中的光斑點(diǎn)對著。如關(guān)于系統(tǒng)精度的部分中所闡明的那樣，六自由度跟蹤器1000的徑向距離測量中的相對不確定度與攝影機(jī)中被例如標(biāo)靶200B的光點(diǎn)對著的、光敏陣列的該部分成比例。當(dāng)標(biāo)靶200B移動(dòng)離開六自由度跟蹤器1000時(shí)，被光點(diǎn)對著的陣列部分減小，從而引起相對精度成比例降低。通過在標(biāo)靶200B移動(dòng)離開六自由度跟蹤器1000時(shí)開啟補(bǔ)充光點(diǎn)，使相對精度得12以恢復(fù)。標(biāo)靶200B中的光源被隔開，使得每一次當(dāng)攝影機(jī)影像中出現(xiàn)兩個(gè)新的光斑點(diǎn)時(shí)攝影機(jī)140能夠看到的標(biāo)靶大小以2倍增加。作為具體示例，假設(shè)當(dāng)標(biāo)靶200B離六自由度跟蹤器1000的距離為l米時(shí)，發(fā)光二極管242、243和244幾乎填滿光敏陣列。當(dāng)標(biāo)靶200B移動(dòng)離開至大約2米時(shí)，如下文關(guān)于精度的部分中所闡明的那樣，精度例如從5ppm下降到10ppm。當(dāng)標(biāo)靶移動(dòng)離開至大于2米時(shí)，光點(diǎn)241和245也開啟。這使得精度恢復(fù)到5ppm。當(dāng)標(biāo)靶移動(dòng)離開至超過4米時(shí)，光點(diǎn)240和246也開啟。這樣，可以在1到8米的范圍上使徑向距離測量中的相對精度維持在5到10ppm。參照圖3,示出了標(biāo)靶200的其它實(shí)施方式。例如，設(shè)有標(biāo)耙的末端執(zhí)行器400包括末端執(zhí)行器410和一個(gè)或多個(gè)標(biāo)耙實(shí)施方式200B(標(biāo)靶200A同樣可適用)。末端執(zhí)行器400可安裝在例如機(jī)器人臂或機(jī)床上?？梢允倾@頭、銑刀或任何其它附件的工具412在末端執(zhí)行器410上工作。同樣，例如探針500包括探針體510、軸520、端頭530和一個(gè)或多個(gè)標(biāo)靶200A(標(biāo)靶200B或者任何其它有三個(gè)或更多點(diǎn)的聚集體同樣可適用)。通過分析標(biāo)靶200A上的光點(diǎn)的影像，六自由度跟蹤器計(jì)算出探針端頭530的坐標(biāo)。探針端頭530可以插入六自由度跟蹤器1000中的攝影機(jī)無法看到的孔內(nèi)或物體后面。探針500可采用任何形狀。探針可以沿任何方向傾斜或彎成任何形狀。探針體510可以是任何長度。還有另一個(gè)標(biāo)靶的實(shí)施方式，例如將加工孔基準(zhǔn)裝置600置于已在工具或工件中鉆出的加工孔(未示出)內(nèi)，從而用作基準(zhǔn)點(diǎn)(參照點(diǎn))。加工孔基準(zhǔn)裝置的目的是為了能夠確定加工孔的坐標(biāo)。該信息可用來建立依據(jù)工具或工件的整體坐標(biāo)的測量儀器的參照系。該信息還可用來檢測熱膨脹或類似效應(yīng)引起的工件中的變化。加工孔基準(zhǔn)裝置610包括腳桿612、主體614和豎直標(biāo)把200A。腳桿612置于加工孔內(nèi)。加工孔基準(zhǔn)裝置620包括腳桿622、主體624和水平標(biāo)靶200A。加工孔基準(zhǔn)裝置630包括半球體632、定位座640和標(biāo)靶200C。標(biāo)靶200C與標(biāo)靶200A類似，只是標(biāo)耙200C中支架位于最外點(diǎn)下方，而不是如標(biāo)靶200A那樣位于最內(nèi)點(diǎn)。位于定位座640底部上的是置于加工孔內(nèi)的腳桿(未示出)。標(biāo)靶200的中心光點(diǎn)位于半球體632旋轉(zhuǎn)時(shí)該光點(diǎn)的坐標(biāo)不會(huì)改變。在例如本實(shí)施方式中，具備三種不同類型的加工孔基準(zhǔn)裝置的目的是為了給六自由度跟蹤器1000提供適當(dāng)?shù)挠^察角。然而，依據(jù)應(yīng)用場合可以使用多個(gè)加工孔基準(zhǔn)裝置。球形標(biāo)靶700包括球體712、光點(diǎn)714和中心光點(diǎn)716。中心光點(diǎn)716位于球體712的球體中心。當(dāng)球體712旋轉(zhuǎn)時(shí)，中心光點(diǎn)716保持不動(dòng)。球形標(biāo)靶700可以作為一種確定整個(gè)表面或多個(gè)表面的點(diǎn)的坐標(biāo)的方法而在任何物體上移動(dòng)。因?yàn)榍蝮w中心與標(biāo)靶700接觸到的表面的距離是已知的定值，所以正被測量的表面的坐標(biāo)能夠得以確定。從收集到的數(shù)據(jù)能夠得到諸如平面度、垂直度、直徑等物體特征?？商娲?，定位座800能夠在多個(gè)點(diǎn)附接到表面。定位座提供了加工孔的簡易替代物以建立基準(zhǔn)位置。球形標(biāo)靶700沿球體712的上表面具有四個(gè)光源714。除了光源716以外，兩個(gè)光源714足以確定相對于球體中心716的角度和距離。增加了補(bǔ)充的兩個(gè)光點(diǎn)714(四個(gè)優(yōu)于兩個(gè))是為了改善精度。另外，兩個(gè)光源714和一個(gè)光源716足以提供球形標(biāo)靶700的俯仰角、滾動(dòng)角和橫擺角。然而，因?yàn)楣恻c(diǎn)716位于球體表面的中心，俯仰角、滾動(dòng)角和橫擺角對于測量球形標(biāo)靶700來說通常情況下是不需要的。參照圖4,標(biāo)乾1200包括座架1210;支架1271至1274、1281至1284;和點(diǎn)光源1220至1234、1241至1244、1251至1254、1261至1264。座架1210和支架1271至1274、1281至1284優(yōu)選由諸如殷鋼等熱膨脹系數(shù)低的材料制成。點(diǎn)光源1220至1234、1241至1244、1251至1254和1261至1264優(yōu)選是沒有被玻璃、環(huán)氧樹脂或類似材料覆蓋、沒有被接合線遮擋且發(fā)射角度廣的發(fā)光二極管?？商娲?，點(diǎn)光源1220至1234、1241至1244、1251至1254和1261至1264可以是由外部光源照亮的攝影測量標(biāo)靶。點(diǎn)光源沿著圓圍1230或1250定位。當(dāng)標(biāo)乾1200離六自由度跟蹤器1000較遠(yuǎn)時(shí)，沿外圓圍1250的點(diǎn)光源1251至1254、1261至1264和點(diǎn)光源1220照亮。當(dāng)標(biāo)靶1200過于靠近六自由度跟蹤器1000以使沿外圓圏1250的所有發(fā)光二極管同時(shí)被六自由度跟蹤器1000內(nèi)的光敏陣列看到時(shí)，則使沿內(nèi)圓圏的點(diǎn)光源1231至1234、1241至1244照亮。對比于標(biāo)把200A、200B和200C，標(biāo)乾1200中的補(bǔ)充點(diǎn)光源使得由跟蹤攝影機(jī)所進(jìn)行的測量更加精確。標(biāo)乾1200具有八個(gè)沿圓團(tuán)1230的點(diǎn)光源和八個(gè)沿圓圏1250的光點(diǎn)。這與標(biāo)耙200A、200B和200C中的僅兩個(gè)等效點(diǎn)形成對比。這種點(diǎn)光源數(shù)量的四倍的增加使得精度以大約四的平方根倍增加。換句話說，標(biāo)靶1200的精度應(yīng)該比標(biāo)靶200A、200B和200C的精度好大約兩倍。為了用標(biāo)耙1200增加跟蹤攝影機(jī)的高精度測量的范圍，可以在圓團(tuán)1230以內(nèi)或圓團(tuán)1250以外設(shè)置補(bǔ)充的發(fā)光二極管圓圏。參照圖5，示出了標(biāo)靶1200的其它實(shí)施方式。例如，設(shè)有標(biāo)耙的末端執(zhí)行器1300包括末端執(zhí)行器1310和標(biāo)耙1200。末端執(zhí)行器可安裝在例如機(jī)器人臂或機(jī)床上?？梢允倾@頭、銑刀或任何其它附件的工具1312在末端執(zhí)行器1310上工作。同樣，例如探針1400包括探針體1410、軸1420、端頭1430和標(biāo)靶1200。通過分析標(biāo)靶1200上的光點(diǎn)的影像，六自由度跟蹤器1000計(jì)算出探針端頭1430的坐標(biāo)。探針端頭1430可以插入六自由度跟蹤器1000中的攝影機(jī)無法看到的孔內(nèi)或物體后面。探針1400可采用任何形狀。探針可以沿任何方向傾斜或彎成任何形狀。探針體1410可以是任何長度。該長度是已知尺寸。還有另一個(gè)標(biāo)靶的實(shí)施方式，例如將加工孔基準(zhǔn)裝置1500置于已在工具或工件中鉆出的加工孔(未示出)內(nèi)，從而用作基準(zhǔn)點(diǎn)(參照點(diǎn))。加工孔基準(zhǔn)裝置的目的是為了能夠確定加工孔的坐標(biāo)。依據(jù)工具或工件的整體坐標(biāo)，該信息可用來建立測量儀器的參照系。該信息還可用來檢測熱膨脹或類似效應(yīng)引起的工件中的變化。加工孔基準(zhǔn)裝置1510包括腳桿1512、主體1514和豎直標(biāo)耙1200。腳桿1512置于加工孔內(nèi)。加工孔基準(zhǔn)裝置1520包括腳桿1522、主體1524和水平標(biāo)靶1200。加工孔基準(zhǔn)裝置1530包括半球體1532(在圖5E中被遮掩但是與圖3E中的半球體632具有相同的形狀)、定位座1540和標(biāo)靶1200。位于定位座1540底部上的是置于加工孔內(nèi)的腳桿(未示出)。標(biāo)靶1200的中心光點(diǎn)位于半球體1532的球體中心，從而使得當(dāng)半球體1532旋轉(zhuǎn)時(shí)該光點(diǎn)的坐標(biāo)不會(huì)改變。具備三種不同類型的加工孔基準(zhǔn)裝置1500的目的是為了給六自由度跟蹤器1000提供適當(dāng)?shù)挠^察角。球形標(biāo)靶1600包括球體1612和標(biāo)耙1200。居中于標(biāo)乾1200的光點(diǎn)1220位于球體1612的球體中心。當(dāng)球體1612旋轉(zhuǎn)時(shí)，光點(diǎn)1220保持不動(dòng)。球形標(biāo)靶1600可以作為一種確定整個(gè)表面或多個(gè)表面的點(diǎn)的坐標(biāo)的方法而在任何物體上移動(dòng)。因?yàn)榍蝮w中心與標(biāo)乾1600接觸到的表面的距離是已知的定值，所以正被測量的表面的坐標(biāo)能夠得以確定。從收集到的數(shù)據(jù)能夠得到諸如平面度、垂直度、直徑等等物體特征。可替代地，定位座1700能夠在多個(gè)點(diǎn)附接到表面。定位座提供了加工孔的簡易替代物以建立基準(zhǔn)位置。圖6示出了標(biāo)耙1200的另一實(shí)施方式。參照掃描儀1800包括位于手控掃描器體1810的一個(gè)或多個(gè)面上的標(biāo)靶1200,該手控掃描器體1810附接到手控掃描器手柄1820。操作員握持手控掃描器手柄1920，同時(shí)將參照掃描儀1800指向被測物體l卯O。參照掃描儀1800生成撞擊被測物體l卯O的激光譜線1830,因而使由參照掃描儀內(nèi)的光電檢測部件(未示出)拾取的光散射。從這種檢測到的光，參照掃描儀確定被測物體l卯O相對于其自身的內(nèi)部參照系的三維輪廓。同時(shí)，六自由度跟蹤器1000測量參照掃描儀1800的六自由度，并使用該信息將掃描數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)檎w參照系。以這種方式，操作員能夠?qū)⒄諕呙鑳x1800移至六自由度跟蹤器1000的旋轉(zhuǎn)范圍內(nèi)的任何位置。其結(jié)果就是整體參照系內(nèi)的整個(gè)被測物體1900的輪廓。將標(biāo)靶1200(或者諸如200A、200B或200C等其它標(biāo)乾)安裝在手控掃描器體1810的替代方案是將用于點(diǎn)光源的座架直接構(gòu)造于手控掃描器體1810。例如，手控掃描器體能夠由碳纖維復(fù)合材料模制而成，因而能夠以較低的成本獲得堅(jiān)固的且熱膨脹系數(shù)(CTE)非常低的座架。該方法還使得對突出的點(diǎn)光源的保護(hù)得以增強(qiáng)。雖然在標(biāo)靼1200、200A、200B和200C中點(diǎn)光源是以具體位置給出，但是應(yīng)該理解，在手控掃描器體1810的表面上布置點(diǎn)光源有許多合適的方式，而且這里所描述的布置方式不應(yīng)理解為是對設(shè)計(jì)的限制。圖6中所示手控掃描儀的變型是類似于圖6中所示掃描儀的掃描儀，但該掃描儀安裝在機(jī)器人結(jié)構(gòu)上(而不是手持)。機(jī)器人結(jié)構(gòu)可以是具有許多自由度的結(jié)構(gòu)，而且在這種情況下，掃描儀安裝在機(jī)器人的末端執(zhí)行器上?？商娲兀瑨呙鑳x可以安裝在直線移動(dòng)的機(jī)器人結(jié)構(gòu)上。這種直線性結(jié)構(gòu)可以是在一個(gè)維度中移動(dòng)的簡式機(jī)動(dòng)化軌道或者在兩個(gè)維度或三個(gè)維度中移動(dòng)的門架結(jié)構(gòu)。不管機(jī)器人結(jié)構(gòu)的移動(dòng)是具有多個(gè)自由度，還是被約束為直線移動(dòng)，光點(diǎn)都以這樣的方式安裝在機(jī)器人結(jié)構(gòu)上，即允許將掃描儀收集到的觀測數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)檎w參照系。圖6示出了將光點(diǎn)安裝在附接于機(jī)器人結(jié)構(gòu)的掃描儀上的示例性方法。然而，在這種情況下，將去除手柄1820，而標(biāo)靶1200將直接附接到機(jī)器人結(jié)構(gòu)上。圖7示出了標(biāo)靶1200的另一實(shí)施方式。參照關(guān)節(jié)臂坐標(biāo)測量儀(CMM)2000包括關(guān)節(jié)臂CMM2010和標(biāo)耙1200。關(guān)節(jié)臂CMM2010包括靜止基座2012、若干可旋轉(zhuǎn)節(jié)段2014A至2014F、探針端頭2016和角度編碼器2018(在圖7中看不到的內(nèi)部部件)。操作員使探針端頭2016與被測物體(未示出)接觸。角度編碼器2018位于各接合點(diǎn)。它們測量可旋轉(zhuǎn)節(jié)段2014A至2014F的角度，而且這些角度用來以高精度計(jì)算出探針端頭2016的位置。各關(guān)節(jié)臂CMM2010具有一定的最大范圍，該最大范圍由單個(gè)可旋轉(zhuǎn)節(jié)段的組合長度確定。為了測量大型被測物體，必需將關(guān)節(jié)臂CMM2010移動(dòng)到多個(gè)位置。以諸如機(jī)載方式測量多個(gè)標(biāo)靶定位座等傳統(tǒng)方法來進(jìn)行這種操作耗時(shí)而且不方便。當(dāng)在參照關(guān)節(jié)臂CMM2000中六自由度跟蹤器1000形成了標(biāo)靶1200發(fā)射的光的影像時(shí)，就排除了這一問題。六自由度跟蹤器1000馬上確定參照關(guān)節(jié)臂CMM的六自由度，并且將參照關(guān)節(jié)臂CMM測量到的三維坐標(biāo)轉(zhuǎn)變?yōu)檎w參照系。參照圖8，描述的是圖1的攝影機(jī)140的可能實(shí)施方式的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。攝影機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)900包括濾鏡914，光束分離器916，直角反射器917，孔徑920A、920B，柱面透鏡930A、930B和光敏陣列940A、940B。光從虛擬光源卯2射出。真實(shí)光源可以對應(yīng)于標(biāo)乾上出現(xiàn)的任何光源，例如210、211或212。在具有反射鏡110的情況下，攝影機(jī)將該虛擬光源看作虛擬物體點(diǎn)。換句話說，光通過光學(xué)系統(tǒng)而似乎是從點(diǎn)卯2發(fā)出。濾鏡914除去不需要的光波長，從而改善信號(hào)噪聲比。來自光源902的部分光行進(jìn)穿過濾鏡914、光束分離器916、孔徑920A和柱面透鏡930A,從而在光敏陣列940A上形成光線954A。另一部分光行進(jìn)穿過濾鏡914、由光束分離器916反射、由直角反射器917再次反射、穿過孔徑920B和柱面透鏡930B從而在光敏陣列940B上形成光線954B。柱面透鏡930A、930B可包括多個(gè)透鏡元件?？讖?20A、920B可位于柱面透鏡930A和930B的透鏡元件的任一側(cè)或其內(nèi)。光敏陣列940A上的光線位置指示了光點(diǎn)的y坐標(biāo)與光點(diǎn)的z坐標(biāo)之比。類似地，光敏陣列940B上的光線位置指示了光點(diǎn)的x坐標(biāo)與光點(diǎn)的z坐標(biāo)之比。參照圖9，描述的是圖1的攝影機(jī)140的另一可能實(shí)施方式的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。圖中示出了攝影機(jī)內(nèi)的成像塊，其中影像是以球面光學(xué)和光敏面陣形成。攝影機(jī)1100是攝影機(jī)140的實(shí)施方式。攝影機(jī)1100包括濾鏡1114、孔徑1120、透鏡1130和光敏陣列1140。光似乎從虛擬光源1102射出。真實(shí)光源可以是標(biāo)靶上的任何光源，例如光點(diǎn)210、211或212。虛擬光源位于如通過反射鏡110所看到的真實(shí)物體位置的虛擬物體位置處。來自虛擬光源的光穿過孔徑1120、透鏡1130，并到達(dá)光敏陣列U40上的點(diǎn)1153處的小斑點(diǎn)。在大多數(shù)情況下，光敏陣列1140上有至少三個(gè)來自相應(yīng)數(shù)目光源的影像斑點(diǎn)。透鏡1130可包括多個(gè)透鏡元件?？讖?120可位于透鏡1130的透鏡元件的任一側(cè)或其內(nèi)。:攝影機(jī)2100是攝影機(jī)140的另一實(shí)施方式。攝影機(jī)2100包括光束分離器2110，反射鏡2112、2114、2116、2118，球面透鏡2122、2124和光敏陣列2132、2134。來自點(diǎn)光源的光2140撞擊光束分離器2110。部分光由光束分離器2110反射、進(jìn)一步由反射鏡2112反射并且通過球面透鏡2122在光敏陣列2132上形成影像。另一部分光穿過光束分離器2110傳輸、由球面透鏡2124聚焦、從反射鏡2114、2116、2118上反射并且撞擊到光敏陣列2134。對于圖10中所示的具體配置來說，透鏡2124的焦距是透鏡2122焦距的大約四倍大。攝影機(jī)2100的優(yōu)點(diǎn)是其使攝影機(jī)在寬范圍的距離上保持高精度，同時(shí)保持適當(dāng)小的標(biāo)靶尺寸。例如，假設(shè)透鏡2122的焦距是150亳米，那么透鏡2124的焦距就是600毫米。還假設(shè)光敏陣列有1000個(gè)像素，每一個(gè)的長度和寬度都是5微米。如果標(biāo)靶的直徑是50毫米，那么當(dāng)從標(biāo)靶到透鏡2122的攝影機(jī)原點(diǎn)的距離是1.5米時(shí)，影像以邊到邊的形式填滿光敏陣列。這里，應(yīng)當(dāng)注意，通過將標(biāo)靶直徑乘以焦距再除以光敏陣列的寬度就得到該距離；換句話說，(50mm)(150mm)/(5mm)=1.5米。由于像素必須填滿邊到邊距離的大約百分之50到100，由此得出位于50毫米標(biāo)靶外周的點(diǎn)光源能夠覆蓋1.5到3米的范圍。如果使用標(biāo)靶1200，那么兩個(gè)同心的光圓圏使得攝影機(jī)能夠在0.75到3米的擴(kuò)展范圍上使用。由于透鏡2124的焦距是透鏡2122的四倍，由此得出其可接受的距離范圍增加四倍，這意味著用兩英寸的標(biāo)靶攝影機(jī)2100能夠覆蓋0.75到12米的范圍。通過給標(biāo)把1200添加直徑100亳米的補(bǔ)充光圓圏，所述范圍能夠擴(kuò)展到24米。與測量較近距離的攝影機(jī)相比，能夠測量到如此大的距離的攝影機(jī)需要的是發(fā)射出更大光強(qiáng)度的點(diǎn)光源。攝影機(jī)定位模式如先前所討論的，跟蹤器具有三種定位攝影機(jī)的模式跟蹤模式、用戶指定定位模式和手動(dòng)定位模式。當(dāng)開啟跟蹤模式時(shí)，萬向機(jī)構(gòu)使攝影機(jī)繞兩個(gè)軸線旋轉(zhuǎn)，從而跟隨標(biāo)耙的移動(dòng)。跟蹤機(jī)構(gòu)試圖使預(yù)設(shè)的光源，通常是諸如211或243等的中心光源，保持居中于光敏陣列。中心光源不必精確地居中于光敏陣列。重要的只是使標(biāo)靶足夠良好地居中，從而使重要的光點(diǎn)保持在光敏陣列上。跟蹤器所使用的使標(biāo)靶上的中心光源在攝影機(jī)中保持大致居中的方法如下所述。攝影機(jī)140將光敏陣列上的光斑點(diǎn)的形心位置發(fā)送到處理器150。處理器150計(jì)算出從中心光斑點(diǎn)的形心到光敏陣列的實(shí)際中心的像素?cái)?shù)目。將實(shí)際中心限定為光軸與光敏陣列相交的位置。處理器150利用該像素?cái)?shù)目連同測角器122和132記錄的角度來計(jì)算第一角度軸(未示出)和第二角度軸(未示出)需要旋轉(zhuǎn)以將中心斑點(diǎn)移動(dòng)到光敏陣列的實(shí)際中心的角度。跟蹤模式的優(yōu)點(diǎn)在于用戶能夠?qū)?biāo)靶從一點(diǎn)移動(dòng)到另一點(diǎn)。跟蹤器將自動(dòng)跟隨標(biāo)靶而無需用戶必須返回到六自由度跟蹤器1000或計(jì)算機(jī)300以使攝影機(jī)指向合適的方向。當(dāng)操作員使諸如探針500、基準(zhǔn)標(biāo)乾600或球形標(biāo)靶700等標(biāo)靶從一點(diǎn)移動(dòng)到另一點(diǎn)而作為測量被測零件或固定裝置的特征的方式時(shí)，跟蹤模式格外有用。當(dāng)啟動(dòng)跟蹤模式時(shí)，快速收集到大量數(shù)據(jù)，然后對其進(jìn)行自動(dòng)分析，從而確定諸如表面輪廓，孔或特征件位置，孔、球體或柱體直徑，表面平面度，鄰接表面之間的垂直度，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)技術(shù)條件的表面偏差等特征。第二種模式是用戶指定定位模式。在這種模式中，用戶指定標(biāo)靶的近似坐標(biāo)，或者可替代地，用戶指定攝影機(jī)所指向的方向。在大多數(shù)情況下，"用戶"實(shí)際上是已被編程為以預(yù)定坐標(biāo)來進(jìn)行測量的計(jì)算機(jī)300。用戶指定定位模式的一個(gè)有益應(yīng)用示例是適當(dāng)移動(dòng)攝影機(jī)以精確測量機(jī)器人末端執(zhí)行器的位置。末端執(zhí)行器通過機(jī)器人本身大致放置在預(yù)定位置，這使得計(jì)算機(jī)300容易驅(qū)動(dòng)攝影機(jī)。用戶定位模式的另一有益應(yīng)用示例是測量多個(gè)基準(zhǔn)標(biāo)靶(600)或重復(fù)性標(biāo)靶(未示出)。重復(fù)性標(biāo)靶類似于基準(zhǔn)標(biāo)靶，只是重復(fù)性標(biāo)乾一般是粘附到表面，而不是放置在孔中或定位座中。通常對基準(zhǔn)標(biāo)靶進(jìn)行測量，從而快速建立被測固定裝置或零件的參照系?；鶞?zhǔn)標(biāo)靶和重復(fù)性標(biāo)靶通常均用來校驗(yàn)工具、固定裝置或零件的熱穩(wěn)定性和機(jī)械穩(wěn)定性。第三種模式是手動(dòng)定位模式。在這種模式中，關(guān)閉馬達(dá)124和134，用戶親自使攝影機(jī)指向所希望的方向。在攝影機(jī)指向大致正確的方向時(shí)，開啟馬達(dá)。如果標(biāo)靶處于攝影機(jī)的視野內(nèi)，馬達(dá)124和134快速使標(biāo)靶居中于攝影機(jī)。如果標(biāo)靶光點(diǎn)處于視野以外，那么進(jìn)行查找程序，其中馬達(dá)124和134使攝影機(jī)以諸如螺旋線等式樣移動(dòng)，直到找到光點(diǎn)。當(dāng)跟蹤已丟失而且不知道標(biāo)靶的標(biāo)稱坐標(biāo)時(shí)，手動(dòng)定位模式通常會(huì)比較方便。在諸如機(jī)器人控制等應(yīng)用場合中，例如標(biāo)粑400的定向是提前已知的。在其它情況下，例如對握持在用戶手中的標(biāo)靶的任意表面的測量，諸如標(biāo)乾500、600、700或1200等標(biāo)乾的位置是不會(huì)提前知道的，而且標(biāo)靶的定向會(huì)存在180度的模糊度。在這種情況下，使一個(gè)或多個(gè)指定光源閃光以消除180度的模糊度是便利的。例如，光源211和212可以在測量開始時(shí)閃光，同時(shí)使光源210停止。這消除了180度的模糊度并識(shí)別出標(biāo)靶上的光源。數(shù)學(xué)方法這是對于旋轉(zhuǎn)式反射鏡的情況的數(shù)學(xué)方法。假i殳有位于標(biāo)靶200A上的三個(gè)光點(diǎn)210、211和212，以及相對于標(biāo)靶固定的另一點(diǎn)，該另一點(diǎn)的位置是我們想知道的。該點(diǎn)可以是附接到機(jī)器人臂的鉆頭的端頭或手持式探針的端頭。該點(diǎn)還可以是球形標(biāo)靶的中心、在基準(zhǔn)標(biāo)靶下方的孔的中心或各種其它位置。當(dāng)使用圖5所示的球面透鏡1130的攝影機(jī)時(shí)，令固定式攝影機(jī)140的參照系的原點(diǎn)處于例如光軸1112和攝影機(jī)透鏡1130的入射光瞳的交點(diǎn)。入射光瞳限定為從透鏡1130前面觀看到的外在孔徑光闌。如果孔徑1120在透鏡1130前面，那么入射光瞳將與孔徑1120重合。根據(jù)近軸(小角度)光學(xué)的方程式，所有射線似乎都匯集于入射光瞳。事實(shí)上，這不完全真實(shí)，我們必須進(jìn)行校正以補(bǔ)償近軸條件下的偏差。這方面將在下面解釋。由于具有反射鏡，所以攝影機(jī)看到的是虛擬物體點(diǎn)，而不是真實(shí)物體點(diǎn)。令三個(gè)虛擬物體點(diǎn)在固定式攝影機(jī)的參照系中的坐標(biāo)為(XF1，YF1，ZK1)、(X2F,Y2F，Z2"和(X3K，Y3F,Z3K)。令光點(diǎn)對之間的距離分別為Li2、L23和L13。我們對攝影機(jī)光敏陣列上的三個(gè)光斑點(diǎn)的形心進(jìn)行計(jì)算。接下來，我們應(yīng)用補(bǔ)償校正值，該補(bǔ)償校正值是光點(diǎn)相對于攝影機(jī)原點(diǎn)的距離和角度的函數(shù)。該校正值是在工廠通過進(jìn)行多次測量而確定的。通常，對于對稱透鏡來說，校正值可以有效地描述成場角(相對于光軸的角度)的奇數(shù)冪的多項(xiàng)式展開。在已進(jìn)行所述校正之后，光敏陣列上的三個(gè)光斑點(diǎn)(210、211、212)在固定式攝影機(jī)參照系中所形成的坐標(biāo)給出為(Xl，yi)、(x2,y2)和(x3，y3)?，F(xiàn)在有9個(gè)未知的坐標(biāo)值(Xi，Yi,ZJ，i=1，2，3。這些值可以用9個(gè)等式求解。如果/是透鏡的有效焦距，且如果光軸與光敏陣列在(x。，y。)處相交，那么9個(gè)等式是(1)W—/AWi=l，2，3(2)JH廣y0-—/4/2^，1,2,3(3)(AT"-^,"2—y,)2+(2^+&"27這9個(gè)等式能夠用線性代數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)方法求解。如果對三個(gè)點(diǎn)進(jìn)行多次測量，那么可以使用標(biāo)準(zhǔn)數(shù)學(xué)方法來得到光點(diǎn)的坐標(biāo)值，從而給出最小的平方殘余誤差。如果標(biāo)靶包括的光點(diǎn)多于三個(gè)，那么也要使用使最小的平方殘余誤差極小化的方法。為了將固定式攝影機(jī)的參照系轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)式反射鏡的參照系，我們使用一種旋轉(zhuǎn)矩陣。為了闡明該方法，考慮特定情況，其中第一軸線126是天頂軸線(y軸)，第二軸線136是方位軸線(z軸)。天頂軸線和方位軸線在公共點(diǎn)重合，該公共點(diǎn)稱為萬向節(jié)點(diǎn)。反射鏡的前表面(反射面)位于萬向節(jié)點(diǎn)處，并且攝影機(jī)的光軸大致穿過萬向節(jié)點(diǎn)。為了將固定式攝影機(jī)的參照系轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)式反射鏡的參照系，通過以這樣的順序執(zhí)行歐拉角旋轉(zhuǎn)而導(dǎo)出旋轉(zhuǎn)矩陣，所述順序即z軸、y軸和x軸。令繞z軸、(旋轉(zhuǎn))y軸和(旋轉(zhuǎn))x軸的旋轉(zhuǎn)角分別為rz、ry和rx。角度根據(jù)測角器122和132的讀數(shù)確定。令攝影機(jī)透鏡的入射光瞳為固定式攝影機(jī)的參照系的原點(diǎn)。令萬向節(jié)點(diǎn)為旋轉(zhuǎn)式反射鏡的參照系的原點(diǎn)。則反射鏡的原點(diǎn)相對于攝影機(jī)的原點(diǎn)的坐標(biāo)近似為(tx，ty，tz)~(0，0，d)，其中d是取決于透鏡的焦距和萬向節(jié)點(diǎn)到透鏡的入射光瞳的距離的值。使反射鏡的z軸垂直于反射鏡的表面而且沿離開前表面(反射面)的方向?yàn)檎?。定義在旋轉(zhuǎn)式反射鏡的參照系中的x和y,使得當(dāng)rz=0、ry-0且rx-0時(shí)，對反射鏡的參照系和固定式跟蹤器的參照系來說三個(gè)軸線一致。我們通過將大寫的C或S分別放置在指代特定旋轉(zhuǎn)角的下標(biāo)的前面來表示三個(gè)旋轉(zhuǎn)角的余弦和正弦。旋轉(zhuǎn)矩陣及CM為(4)<formula>formulaseeoriginaldocumentpage22</formula>令虛擬影像點(diǎn)在旋轉(zhuǎn)式反射鏡的參照系中的坐標(biāo)為(X1VMYivMZlVM)，(X2vM，Y2vM,Z2VM)和(X3vM，Y3vM，Z3vM)。將矩陣Kj/和「VM定義為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage22</formula>(5)<table>tableseeoriginaldocumentpage23</column></row><table>上述第一矩陣中的負(fù)號(hào)說明該點(diǎn)是虛擬影像點(diǎn)而非真實(shí)物體點(diǎn)。令(Xit，Yit，ZiT)，(X2T，Y2T，ZT)和(X3T，Y3T,Z3T)是三個(gè)(真實(shí))標(biāo)靶光點(diǎn)在固定式跟蹤器的參照系中的坐標(biāo)。這些坐標(biāo)可以根據(jù)以下等式得出(11)「"及釘Fm,如本部分的第一段中所描述的，為了得到相對于三個(gè)光點(diǎn)固定的點(diǎn)的位置，則需要得到該固定點(diǎn)相對于三個(gè)光點(diǎn)的位置。這通過使用補(bǔ)償程序來進(jìn)行，該補(bǔ)償程序相當(dāng)于執(zhí)行若干動(dòng)作涉及該固定點(diǎn)的操作(測量、鉆孔等)并使這些操作的結(jié)果與光點(diǎn)的坐標(biāo)相關(guān)聯(lián)。在固定點(diǎn)相對于光點(diǎn)的坐標(biāo)已知后，接著使用標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)換方法來確定固定點(diǎn)在固定式(跟蹤器)參照系中的坐標(biāo)。系統(tǒng)精度概述過去，用基于攝影機(jī)的計(jì)量系統(tǒng)得到徑向測量和角度測量中的高精度意味著使用彼此間隔開較遠(yuǎn)的兩個(gè)或更多的攝影機(jī)。通過收縮視場并確保標(biāo)靶幾乎填滿光敏陣列，我們避免了使用單個(gè)攝影機(jī)的精度問題。這是由使用萬向光束控制機(jī)構(gòu)連同諸如高精度角度編碼器等的測角器而促成的。此外，萬向/編碼器裝置能夠在比傳統(tǒng)多攝影機(jī)系統(tǒng)寬得多的角度范圍上進(jìn)行測量，同時(shí)還能夠察看多攝影機(jī)系統(tǒng)不能接近的狹窄開口。如下所示，取得窄的視場并確保標(biāo)靶幾乎填滿光敏陣列對于徑向精度和角度精度都相當(dāng)重要。正確設(shè)計(jì)的系統(tǒng)在徑向測量和角度測量方面都具有大約10ppm的精度，這與激光跟蹤器所獲得的精度相當(dāng)，通常認(rèn)為激光跟蹤器是當(dāng)今可得到的最精確的大型便攜式坐標(biāo)測量儀器。一個(gè)可能產(chǎn)生的問題是諸如"窄視場或窄視野"和"幾乎填滿光敏陣列"等這里使用的術(shù)語所表示的含義。在下述示例中，假設(shè)光敏陣列的邊是5毫米且具有1000x1000像素。如果透鏡到攝影機(jī)140的光敏陣列的距離是100亳米，那么攝影機(jī)視角范圍是5毫米/100亳米=0.05弧度，大約為3度。如果標(biāo)靶的長度是50亳米，那么當(dāng)標(biāo)靶離攝影機(jī)l米時(shí)，像素將完全覆蓋沿諸如邊到邊或上到下等線性尺寸的光敏陣列。如下面討論中所示，這種情況下的徑向精度是大約5ppm，受到角度編碼器精度支配的角度精度是大約10ppm。如果該相同標(biāo)靶移動(dòng)離開攝影機(jī)2米，那么徑向精度將下降到10ppm，而角度精度將幾乎保持于大約10ppm不變。如果該相同標(biāo)靶移動(dòng)離開相同的跟蹤器更遠(yuǎn)，那么徑向測量中的相對不確定度將增加，而角度測量中的相對不確定度將仍然是大約10ppm。為了避免這種徑向測量的相對不確定度的增加，可以使用像200B這樣的標(biāo)靶。利用這種類型的標(biāo)靶，當(dāng)跟蹤器至標(biāo)靶的距離增加時(shí)，能夠看到補(bǔ)充光源，因而如其它地方所詳細(xì)說明的那樣，徑向精度得以恢復(fù)。對于這里所考慮的情況來說，當(dāng)距離達(dá)4米時(shí)，標(biāo)靶長度將必須從50毫米增加到100毫米從而維持10ppm的精度，而當(dāng)距離達(dá)8米時(shí)，則標(biāo)靶長度將必須從50亳米增加到200亳米從而維持10ppm的精度。一種在使用小型標(biāo)靶時(shí)保持高精度的方法是增加透鏡到攝影機(jī)中光敏陣列的距離。例如，通過將透鏡至光敏陣列的距離從100毫米增加到400毫米，當(dāng)距離達(dá)8米時(shí)，使用長度僅50毫米的標(biāo)靶可以獲得10ppm的精度。在這種情況下，視場縮減為5毫米/400毫米=0.0125弧度，大約為0.7度。徑向距離精度通常，對于計(jì)量等級測量而言，用單個(gè)攝影機(jī)進(jìn)行測量的徑向距離精度被認(rèn)為不夠好。然而，如果滿足下述優(yōu)選條件，那么通過單個(gè)攝影機(jī)在至少一個(gè)文中所述的實(shí)施方式中能夠獲得高精度測量攝影機(jī)具有窄視場，從而使得光敏陣列僅對應(yīng)于小的角度范圍；影像遍布光敏陣列上的像素的大部分；攝影機(jī)的填充系數(shù)為100%,且沿各尺寸具有至少1000個(gè)像素；攝影機(jī)的透鏡質(zhì)量上乘并設(shè)有阻擋不需要的光波長的涂層；而且應(yīng)用補(bǔ)償以消除攝影機(jī)系統(tǒng)中的偏差。然而，其它變型和配置也是可能的，且包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。為了用窄視場攝影機(jī)獲得大視場，將攝影機(jī)轉(zhuǎn)至任意所希望的角度，同時(shí)高精度地測量該所希望的角度。在這些條件下，徑向距離精度能夠非常好。令A(yù)^為沿著例如光敏陣列1140中的一個(gè)尺寸的像素?cái)?shù)目，7V為光敏陣列1140的影像上的任意兩個(gè)光斑點(diǎn)之間的最大像素?cái)?shù)目。令及為透鏡1120到標(biāo)靶光點(diǎn)的平均距離，且令及。為透鏡1120到最外影像斑點(diǎn)處于陣列相對邊緣處的位置的距離。得到以下公式(12)J-i。AyiV利用微分得到范圍測量中的不確定度,(13)<formula>formulaseeoriginaldocumentpage26</formula>距離上的相對不確定度是等式(10)顯示相對不確定度與徑向距離成比例。這種特性在諸如角度編碼器、干涉儀或高性能絕對測距儀等多數(shù)其它測量設(shè)備中都未出現(xiàn)，這些裝置的相對誤差恒定而且與距離無關(guān)。高質(zhì)量攝影機(jī)系統(tǒng)中，單個(gè)光點(diǎn)的亞像素精度是100分之一或更好。為確定距離，對兩個(gè)像素進(jìn)行測量，其各自帶來自身的隨機(jī)噪聲。于是合成噪聲是70.7分之一。如果使用的是標(biāo)靶1200或類似物，則有多達(dá)四倍的點(diǎn)光源(除中心光點(diǎn)外)。這會(huì)引起不確定度減少大約V=2。于是像素位置的有效不確定度是dA^1/141。如果當(dāng)及。=1米時(shí)標(biāo)靶影像對著1000像素的電荷耦合器件(CCD)陣列中的全部1000個(gè)像素，那么當(dāng)標(biāo)靶離透鏡l米時(shí)，徑向距離測量中的總不確定度為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage26</formula>相對不確定度是7/zm/lii^7ppm。該結(jié)果也能夠從等式(10)中獲得?，F(xiàn)在假設(shè)通過使用沿內(nèi)圓圏1230定位的光點(diǎn)，標(biāo)乾1200得到上述結(jié)果。如果現(xiàn)在將標(biāo)靶1200移動(dòng)離開六自由度跟蹤器1000達(dá)距離為2米，那么沿外圓圏1250的光點(diǎn)開啟，7ppm的相對不確定度得以保持。如果將標(biāo)靶1200移動(dòng)到離六自由度跟蹤器1000的4米處，那么精度將下降到14ppm。對于在平穩(wěn)點(diǎn)進(jìn)行測量的情況來說，通過使攝像機(jī)略微移位來多次測量相同點(diǎn)，由此可以改善精度。這就是所謂的"攝影機(jī)移位"技術(shù)。由于像素誤差是隨機(jī)的，所以測量中的誤差將以測量數(shù)目的平方根系數(shù)減少，至少對測量數(shù)目少的情況是如此。例如，可以在一或兩秒鐘間隔內(nèi)將跟蹤器移動(dòng)至四個(gè)略微不同的位置并在各情況下用六自由度跟蹤器1000測量標(biāo)靶。對于上述給出的示例，4米距離處14ppm的不確定度將以=2減小至7ppm的精度。上述等式(IO)已使用蒙特卡羅模擬進(jìn)行徹底驗(yàn)證，且發(fā)現(xiàn)在寬的條件范圍下有效。定向精度標(biāo)靶可以旋轉(zhuǎn)為多個(gè)角度。這些角度可以描述為繞三個(gè)軸線的旋轉(zhuǎn)0X、0y和0z?？商娲?，有時(shí)術(shù)語俯仰、橫擺和滾動(dòng)可以用來描述三個(gè)正交旋轉(zhuǎn)。這里z軸對應(yīng)于攝影機(jī)的光軸。這三個(gè)角度的精度最能影響到附接到標(biāo)靶的點(diǎn)一例如探針或工具的端頭一的精度。為了計(jì)算特定情況下的定向角的不確定度，我們考慮具有三個(gè)位于(0，0，0)、(a，0,b)和(麗a,0，b)的點(diǎn)(210、211和212)的標(biāo)靶200A。換句話說，當(dāng)從沿z軸定位的攝影機(jī)看去，三個(gè)點(diǎn)呈現(xiàn)為形成直線，一點(diǎn)位于其它兩點(diǎn)中間?，F(xiàn)在假:&x軸繞原點(diǎn)(0，0，0)旋轉(zhuǎn)角0X。其它兩點(diǎn)旋轉(zhuǎn)到坐標(biāo)(a,-bsin0x，bcos^)和(-a,-bsin0X，bcos0x)。與其原來的位置對比，出現(xiàn)在攝影機(jī)上的這兩點(diǎn)的y已經(jīng)以-bsin^變動(dòng)。作為示例，令攝影機(jī)中的光敏陣列具有線性尺寸丄=5亳米，iV產(chǎn)1000像素，且離攝影機(jī)原點(diǎn)的距離g=100毫米。令標(biāo)靶定位成離攝影機(jī)原點(diǎn)的距離h=1000毫米。令探針的深度尺寸6=25毫米。假設(shè)如上述討論的那樣使用標(biāo)靶1200時(shí)的有效亞像素精度</7V=l/141，那么對標(biāo)靶繞標(biāo)靶的x軸的旋轉(zhuǎn)進(jìn)行確定的精度大約是,抓-(100irnn)(25inmXlOOO)141=l4//rad角0X的測量中的不確定度大約為14微弧度，其等同于百萬分之(ppm)14?，F(xiàn)在考慮標(biāo)靶繞y軸旋轉(zhuǎn)角0y的情況。對于如上所述的同樣條件，如果旋轉(zhuǎn)是繞著原點(diǎn)，其它兩點(diǎn)均呈現(xiàn)在x方向上以大約bsin0y變動(dòng)。換句話說，在攝影機(jī)的x-y平面中，原點(diǎn)看起來移動(dòng)成更靠近其中一點(diǎn)。對于這種情況，旋轉(zhuǎn)角0y的測量中的不確定度與繞的旋轉(zhuǎn)大致相同，或者說大約為14微弧度。對于標(biāo)靶繞z軸旋轉(zhuǎn)角^的情況，則考慮一種具體示例。如果當(dāng)R0=l米時(shí)標(biāo)靶影像對著1000像素CCD陣列中的全部1000個(gè)像素，那么當(dāng)標(biāo)靶離透鏡l米時(shí)角^的測量中的不確定度為&及0(18)—2如)1_1000.141，該不確定度與x和y方向的定向角的不確定度相同。將定向(俯仰、滾動(dòng)和橫擺)角的不確定度乘以標(biāo)靶的原點(diǎn)到待確定點(diǎn)的距離，該待確定點(diǎn)可以是探針的端頭或諸如鉆具等工具的端頭。例如，如果鉆具端頭位于標(biāo)靶200B中心下方200毫米距離處的末端執(zhí)行器400上，那么鉆具端頭相對于標(biāo)靶的位置的不確定度大約為14ppm乘以0.2米，即2.8微米。因?yàn)樾D(zhuǎn)角中的不確定度小，所以在不會(huì)顯著降低精度的情況下，可以將標(biāo)靶附接到離機(jī)械工具的長距離處或離探針端頭的長距離處。為了清楚說明，這種端頭相對于標(biāo)靶的位置的不確定度將稱為"相對端頭位置"不確定度。角度精度確定機(jī)器工具、探針端頭或基準(zhǔn)標(biāo)記器的x-y-z坐標(biāo)的便利方法是確定標(biāo)靶的點(diǎn)相對于任意原點(diǎn)的坐標(biāo)。然后進(jìn)行最佳擬合計(jì)算以確定至原點(diǎn)的距離和三個(gè)旋轉(zhuǎn)角ex，^y和0z。最后，該信息用來計(jì)算機(jī)械工具、探針端頭或基準(zhǔn)標(biāo)記器的位置。為了確定標(biāo)靶上原點(diǎn)的角度，將角度校正值加入優(yōu)選為角度編碼器的測角器122和132所指示的角度值。該角度校正值基于攝影機(jī)陣列的影像圖案。該角度校正值中的不確定度是(cpmk/A^)^V。使用0.05弧度(大約3度)的視場、1000像素，則標(biāo)靶1200的有效亞像素精度為1/141，校正值的不確定度為0.35微弧度，這是非常小的不確定度。萬向系統(tǒng)的角度測量中的不確定度包括來自如上所述的角度校正、角度編碼器、軸承和運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)牟淮_定度分量。如果向心軸承質(zhì)量上乘且運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償適當(dāng)，那么通過高質(zhì)量的角度編碼器，總角度誤差為5到10微弧度是可能的。這相當(dāng)于說，角度編碼器的精度為5到10nm/m或5到10ppm。在這些條件下，角度不確定度的角度校正分量可以忽略。系統(tǒng)精度相對于標(biāo)靶處于固定位置的點(diǎn)的坐標(biāo)的總不確定度受到下列因素影響(l)徑向距離不確定度；(2)角度距離不確定度；(3)運(yùn)動(dòng)不確定度；和(4)"相對端頭位置"不確定度。運(yùn)動(dòng)不確定度指的是與諸如RO(從萬向節(jié)點(diǎn)到儀器的參照點(diǎn)的距離)、軸線偏移(最接近狀態(tài)點(diǎn)下機(jī)械軸線之間的距離)、軸線不垂直度(相對于卯度的兩個(gè)機(jī)械軸線之間的角度)等運(yùn)動(dòng)參數(shù)相關(guān)的不確定度。利用適當(dāng)設(shè)計(jì)的標(biāo)靶，良好的電氣、機(jī)械和光學(xué)設(shè)計(jì)，以及良好的補(bǔ)償，則不確定度分量(l)對徑向距離大約為7-14ppm;(2)對邊到邊(角度)距離大約為5到10ppm;和(3)對運(yùn)動(dòng)效應(yīng)大約為l到2ppm。相對端頭位置的不確定度大約為14ppm，但是該值乘以標(biāo)耙到探針端頭的距離而不是乘以標(biāo)乾到跟蹤器的距離。由此，相對端頭位置中的不確定度通常較小，從而可以忽視。徑向不確定度和角度不確定度近似相等，從而形成近似成球形且半徑大約為7到14ppm的空間中不確定度范圍。作為將這種相對不確定度轉(zhuǎn)換為絕對不確定度的具體示例，考慮了標(biāo)靶是在3米處進(jìn)行測量而相對不確定度為10ppm的情況。此時(shí)標(biāo)靶的位置不確定度是3米，10微米/米=30微米，該值略大于0.001英寸。對于機(jī)器人鉆床的控制來說，150到200微米的不確定度在多數(shù)情況下視為適當(dāng)。因而這里描述的設(shè)備具有這種應(yīng)用場合所需的精度。而且，設(shè)計(jì)的簡化使得能夠首次得到成本低、計(jì)量等級高的儀器。權(quán)利要求1.一種基于攝影機(jī)的標(biāo)靶坐標(biāo)測量系統(tǒng)，用于測量物體的位置而無需使用激光測距器來測量距離，所述系統(tǒng)包括反射鏡，其能夠繞第一軸線和第二軸線旋轉(zhuǎn)；攝影機(jī)，其定位成接收由光源發(fā)射并由所述反射鏡反射的光；標(biāo)靶，其具有至少三個(gè)或更多光源，其中所述光源以相對于彼此已知的三維坐標(biāo)定位于所述標(biāo)靶上，其中所述光源中的至少一個(gè)與連接兩個(gè)其它光源的線段的中點(diǎn)相比以離所述反射鏡的距離不同的方式定位，而且其中所述標(biāo)靶構(gòu)造為放置在待測物體上或放置在對所述物體進(jìn)行測量的設(shè)備上；兩個(gè)角度測量設(shè)備，其用以測量所述反射鏡繞所述第一軸線和所述第二軸線的旋轉(zhuǎn)角；至少一個(gè)馬達(dá)，其用以使所述反射鏡繞所述第一軸線和所述第二軸線旋轉(zhuǎn)；光敏像素陣列，其位于所述攝影機(jī)中，用于記錄所述標(biāo)靶上的所述光源的影像；和處理器，其用于操控所述馬達(dá)并用于確定所述標(biāo)靶的多達(dá)三個(gè)的位置自由度和多達(dá)三個(gè)的旋轉(zhuǎn)自由度。2.—種基于攝影機(jī)的標(biāo)靶坐標(biāo)測量方法，用于測量物體的位置而無需使用激光測距器來測量距離，所述方法包括操作反射鏡，所述反射鏡能夠繞第一軸線和第二軸線旋轉(zhuǎn)；操作攝影機(jī)，所述攝影機(jī)定位成接收由光源發(fā)射并由所述反射鏡反射的光；放置標(biāo)靶，所述標(biāo)靶用所述反射鏡來觀察而且具有至少三個(gè)或更多光源，其中所述光源以相對于彼此已知的三維坐標(biāo)定位于所述標(biāo)靶上，其中所述光源中的至少一個(gè)與連接兩個(gè)其它光源的線段的中點(diǎn)相比以離所述反射鏡的距離不同的方式定位，而且其中所述標(biāo)靶構(gòu)造為放置在待測物體上或放置在對所述物體進(jìn)行測量的設(shè)備上；用兩個(gè)角度測量設(shè)備測量所述反射鏡繞所述第一軸線和所述第二軸線的旋轉(zhuǎn)角；用至少一個(gè)馬達(dá)使所述反射鏡繞所述第一軸線和所述第二軸線旋轉(zhuǎn)；在位于所述攝影機(jī)中的光敏像素陣列上記錄所述光源的影像；和在處理器中確定所述標(biāo)靶的多達(dá)三個(gè)的位置自由度和多達(dá)三個(gè)的旋轉(zhuǎn)自由度。3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中，當(dāng)離所述攝影機(jī)的徑向距離增加時(shí)，如需要?jiǎng)t使所述標(biāo)靶上的補(bǔ)充光源照亮或被看到，從而維持精度。4.一種基于攝影機(jī)的坐標(biāo)測量系統(tǒng)，用于測量標(biāo)乾相對于至少一個(gè)參照系的位置而無需使用激光測距器來測量距離，所述系統(tǒng)包括至少三個(gè)或更多位于標(biāo)靶上的光源，其中，所述光源以相對于彼此已知的三維坐標(biāo)定位于所述標(biāo)乾上；至少一個(gè)旋轉(zhuǎn)式反射鏡，所述反射鏡能夠繞第一軸線和第二軸線旋轉(zhuǎn)；攝影機(jī)，其定位成接收由所述光源發(fā)射并由所述反射鏡反射的光；兩個(gè)角度測量設(shè)備，其用以測量所述反射鏡繞所述第一軸線和所述第二軸線的旋轉(zhuǎn)角；和處理器，其用以確定所述標(biāo)靶的多達(dá)三個(gè)的位置自由度和多達(dá)三個(gè)的旋轉(zhuǎn)自由度。5.如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中，所述光源是點(diǎn)光源。6.如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中,所述光源是發(fā)光二極管(LED)。7.如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中，所述標(biāo)靶構(gòu)造為放置在待測物體上或放置在對所述物體進(jìn)行測量的設(shè)備上。8.如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括兩個(gè)馬達(dá)，其用以使所述反射鏡繞所述第一軸線和所述第二軸線旋轉(zhuǎn)。9.如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中，在所述標(biāo)靶上包括有補(bǔ)充光源，而且當(dāng)所述標(biāo)靶與所述反射鏡的距離增加時(shí)，如需要?jiǎng)t使所述補(bǔ)充光源照亮或被看到，從而增加精度。10.如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中，所述光源以相對于彼此已知的三維坐標(biāo)定位于所述標(biāo)靶上，其中所述光源中的至少一個(gè)與連接兩個(gè)其它光源的線段的中點(diǎn)相比以離所述反射鏡的距離不同的方式定位，而且其中所述標(biāo)靶構(gòu)造為放置在待測物體上或放置在對所述物體進(jìn)行測量的設(shè)備上。11.如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中，所述標(biāo)靶構(gòu)造為放置在具有探針端頭的探針上，以測量與所述探針端頭接觸的物體的三維坐標(biāo)。12、如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中，所述標(biāo)耙是球形標(biāo)乾。13.如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中，所述標(biāo)靶構(gòu)造為放置在激光掃描器單元上。14.如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中，所述標(biāo)把構(gòu)造為放置在坐標(biāo)測量儀(CMM)上。15.如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中，所述標(biāo)靶構(gòu)造為放置在機(jī)器人臂上。16.如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中，所述標(biāo)靶結(jié)合在加工孔基準(zhǔn)裝置中，以確定物體中的加工孔的三維坐標(biāo)。17.如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中，所述標(biāo)靶構(gòu)造為放置在關(guān)節(jié)臂坐標(biāo)測量儀(CMM)上。全文摘要在一個(gè)實(shí)施方式中，可包括基于攝影機(jī)的標(biāo)靶坐標(biāo)測量系統(tǒng)或裝置，用于以保持高精度級別的方式測量物體的位置。該高級別測量精度通常僅僅與更昂貴的基于激光的設(shè)備相關(guān)?？梢杂卸喾N不同的配置。其它實(shí)施方式可包括使用基于攝影機(jī)的標(biāo)靶坐標(biāo)測量方法的相關(guān)方法，用于測量物體的位置。對于所述方法可以有多種變型。例如，基于攝影機(jī)、用于測量標(biāo)靶相對于至少一個(gè)參照系的位置而無需使用激光測距器來測量距離的坐標(biāo)測量系統(tǒng)可包括至少三個(gè)或更多位于標(biāo)靶上的光源，其中所述光源以相對于彼此已知的三維坐標(biāo)定位于標(biāo)靶上；至少一個(gè)能夠繞第一軸線和第二軸線旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)式反射鏡；定位成接收由光源發(fā)射并從反射鏡上反射的光的攝影機(jī)；兩個(gè)角度測量設(shè)備，用以測量反射鏡繞第一軸線和第二軸線的旋轉(zhuǎn)角；和處理器，用于確定標(biāo)靶的多達(dá)三個(gè)的位置自由度和多達(dá)三個(gè)的旋轉(zhuǎn)自由度。文檔編號(hào)G01S5/16GK101427155SQ200780014383公開日2009年5月6日申請日期2007年4月20日優(yōu)先權(quán)日2006年4月21日發(fā)明者羅伯特·E·布里奇斯申請人:法羅技術(shù)股份有限公司