提供了一種用于確定物體的表面上的點的三維坐標的方法。該方法包括設置結構光掃描儀和坐標測量裝置。坐標測量裝置在操作期間跟蹤結構光掃描儀的定位和取向。將定位數據和取向數據與由掃描儀捕獲的圖像幀進行組合，以使得圖像幀能夠相對于彼此配準。然后，可以在坐標測量裝置的參照系中確定物體的表面上的點的三維坐標。
【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】【專利說明】
技術介紹
本文所公開的主題涉及一種用于獲取物體的表面上的點的三維坐標的系統和方法，并且特別地，涉及一種用于結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和方法。可以已知的是，使用各種測量裝置來獲取物體或環境的三維坐標。環境被定義為測量裝置的范圍內的物體表面的集合。一種類型的測量裝置為將光束例如激光束導向要測量的回射器目標的飛行時間系統例如激光跟蹤儀。在實施方式中，使用絕對距離測量儀以基于光傳播到目標并返回所用的時間長度來確定從跟蹤儀到回射器目標的距離。通過將回射器目標放置成與物體表面接觸，可以確定物體表面的坐標。激光跟蹤儀通過使用電動機使兩個軸旋轉在選擇的方向上引導光束。使用角度傳感器例如角度編碼器來測量兩個軸的旋轉角度。通過測量一個距離和兩個角度，激光跟蹤儀可以確定回射器目標的三維(3D)坐標。一些激光跟蹤儀另外具有測量目標的取向的能力，從而提供六自由度(6D0F)的測量。飛行時間測量裝置的替選為基于三角測量原理來確定3D坐標的掃描系統。使用飛行時間距離測量儀的系統例如激光跟蹤儀在一些情況下比三角測量掃描儀更準確，但是因為三角測量掃描儀在每個時間瞬間將多個光斑投影到表面上，所以三角測量掃描儀可以更快。三角測量掃描儀將光線(例如來自激光線探頭的光)或光在區域上的圖案(例如結構光)投影到表面上。在系統中，攝像機以固定的機械關系耦接至投影機。從投影機發射的投影光圖案被表面反射并且通過攝像機成像。因為以固定的關系布置攝像機和投影機，所以根據三角測量原理，可以由投影圖案、捕獲的攝像機圖像以及分隔投影機和攝像機的基線距離來確定到物體的距離和角度。三角測量系統在快速獲取較大區域上的3D坐標數據方面提供了優勢。在一些系統中，在掃描過程期間，掃描儀獲取一系列3D圖像，所述一系列3D圖像可以相對于彼此配準以使得每個3D圖像相對于其他3D圖像的位置和取向是已知的。如果掃描儀為固定的，則這樣的配準不是必需的。類似地，如果掃描儀被附接至能夠測量掃描儀的位置和取向的機械裝置，則不需要提供這樣的配準。這樣的機械裝置的示例包括關節臂CMM和笛卡爾CMM。當掃描儀為手持式的并因此可移動時，可以使用各種技術來配準圖像。一個常用技術使用圖像的特征來匹配相鄰圖像幀的交疊區域。當被測量的物體具有與掃描儀的視場有關的許多特征時，該技術效果良好。然而，如果物體包含相對大的平面或彎曲的表面，則圖像可能不能夠相對于彼此正確地配準。因此，雖然現有的坐標測量裝置適于其預期目的，但仍然需要改進，特別地，在對由掃描儀裝置獲取的圖像的配準方面需要改進。
技術實現思路
根據本專利技術的一方面，提供了一種使用坐標測量裝置和便攜式結構光掃描儀裝置來確定物體的表面上的點的坐標的方法。該方法包括設置結構光掃描儀，結構光掃描儀具有主體、耦接至主體的第一攝像機和第一投影機，其中，第一攝像機被配置成接收從物體表面反射的光。結構光掃描儀包括從主體的第一側延伸的探頭以及耦接至主體的第二側的六自由度回射器。結構光掃描儀還具有被配置成確定物體表面上的點在掃描儀參照系中的坐標的第一處理器。設置了坐標測量裝置。坐標測量裝置被配置成測量平動坐標集和取向坐標集，平動集是結構光掃描儀在裝置參照系中的三個平動自由度的值，而取向集是結構光掃描儀在該裝置參照系中的三個取向自由度的值。平動集和取向集定義結構光掃描儀在空間中的位置和取向，坐標測量裝置被配置成將第一光束發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，坐標測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集，平動集至少部分地基于第二光束。設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和取向的同時，以預定模式移動結構光掃描儀探頭。響應于結構光掃描儀的移動針對該結構光掃描儀來確定平動坐標集和取向坐標集。根據本專利技術的另一方面，提供了一種方法。該方法包括設置結構光掃描儀，該結構光掃描儀具有彼此以固定關系布置的第一攝像機和第一投影機，結構光掃描儀被配置成獲取物體的多個圖像，結構光掃描儀具有與第一攝像機和第一投影機以固定關系布置的六自由度回射器。設置坐標測量裝置，該坐標測量裝置具有彼此以固定關系布置的光源和第二攝像機，坐標測量裝置被配置成至少部分地基于平動坐標集和取向坐標集來確定結構光掃描儀的定位和取向。平動集是結構光掃描儀在裝置參照系中的三個平動自由度的值，而取向集是結構光掃描儀在該裝置參照系中的三個取向自由度的值。使用結構光掃描儀掃描物體，并且獲得至少第一圖像幀和第二圖像幀。使用坐標測量裝置跟蹤六自由度回射器，以確定取向坐標集和平動坐標集。至少部分地基于第一圖像幀、第二圖像幀、取向坐標集以及平動坐標集在裝置參照系中確定物體的表面上的多個點的坐標。結合附圖，根據以下描述，這些優勢和特征以及其他優勢和特征將變得更明顯。【附圖說明】在本說明書的結尾部分處的權利要求書中特別指出并且明確要求保護被認為是專利技術的主題。結合附圖，根據以下詳細描述，本專利技術的前述特征和其他特征以及優勢是明顯的，在附圖中:圖1為根據本專利技術的實施方式的測量物體的系統的透視圖；圖2為在固定裝置中的掃描儀探頭構件的局部透視圖；圖3為具有掃描物體的掃描儀裝置的圖1的系統的局部透視圖；圖4為根據本專利技術的實施方式的確定物體的表面上的點的三維坐標的方法的流程圖；以及圖5為根據本專利技術的另一實施方式的確定物體的表面上的點的三維坐標的方法的流程圖。該詳細描述參考附圖以舉例的方式說明了本專利技術的實施方式以及優勢和特征。【具體實施方式】本專利技術的實施方式在由掃描儀裝置獲取的圖像的配準方面提供了優勢。本專利技術的實施方式還在使用坐標測量裝置例如激光跟蹤儀裝置跟蹤手持式掃描儀裝置方面提供了另外的優勢。此外，本專利技術的另外的實施方式還在校準/補償被激光跟蹤裝置跟蹤的掃描儀裝置方面提供了優勢。參考圖1至圖3，示出了用于測量物體22的三維坐標的系統20。該系統包括第一坐標測量裝置，例如與第二坐標測量裝置例如掃描儀26協作的激光跟蹤儀24。激光跟蹤儀24可以是例如于2010年8月3日提交的共有美國專利8，659，749或者于2012年4月23日提交的美國專利公開2013/0155386中所描述的裝置。激光跟蹤儀24包括距離測量儀以及發射光例如激光的投影機。投影機和距離測量儀被配置成經由光孔30發射和接收光28。距離測量儀可以是使激光跟蹤儀24能夠光學地測量激光跟蹤儀24與協作目標例如回射器之間的距離的絕對距離測量儀組件。六自由度(6D0F)激光跟蹤儀24可以包括電動機、角度編碼器以及位置檢測器，位置檢測器使激光跟蹤儀24能夠在6D0F回射器目標穿過空間時跟蹤6D0F回射器目標的位置。6D0F回射器目標為可以由6D0F激光跟蹤儀在6D0F中測當前第1頁1 2 3 4 本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種使用激光跟蹤儀和便攜式結構光掃描儀裝置來確定物體的表面上的點的坐標的方法，所述方法包括：設置所述結構光掃描儀裝置，所述結構光掃描儀裝置包括主體、第一攝像機、投影機、探頭、六自由度組件以及第一處理器，所述主體固定在掃描儀參照系中，所述第一攝像機和所述投影機以所述第一攝像機與所述投影機之間存在基線距離的方式耦接至所述主體，所述投影機被配置成對投影光圖案進行投影，所述第一攝像機被配置成對從所述物體的表面反射的所述投影光圖案成像以作為成像圖案，所述探頭耦接至所述主體，所述探頭具有第一端部和第二端部，所述第一端部耦接至所述主體而所述第二端部具有球形形狀表面，所述六自由度組件包括回射器，所述六自由度組件耦接至所述主體，所述六自由度組件具有組件參照系，所述第一處理器被配置成確定所述物體的表面上的點在所述掃描儀參照系中的坐標；設置所述激光跟蹤儀，所述激光跟蹤儀包括第一軸、第二軸以及第二處理器，所述激光跟蹤儀被配置成測量平動坐標集和取向坐標集，所述平動坐標集是所述六自由度組件在跟蹤儀參照系中的三個平動自由度的值，而所述取向坐標集是所述六自由度組件在所述跟蹤儀參照系中的三個取向自由度的值，所述平動坐標集和所述取向坐標集定義所述六自由度組件在空間中的位置和取向，所述激光跟蹤儀被配置成將以光在空氣中的速度傳播的第一光束發送到所述回射器并且接收由所述回射器反射的第二光束，所述第二光束是所述第一光束的一部分，所述第一光束具有通過繞所述第一軸的第一旋轉角度和繞所述第二軸的第二旋轉角度測量的第一方向，所述第二處理器被配置成確定所述取向坐標集和所述平動坐標集；設置固定裝置，所述固定裝置具有被配置成容納所述第二端部的部分；在保持所述第二端部與所述固定裝置接觸并且使用所述第一光束來跟蹤所述回射器的同時，以預定模式移動所述結構光掃描儀裝置；響應于所述結構光掃描儀裝置的移動來測量多個平動集和多個取向集，所述多個平動集至少部分地基于所接收的第二光束、所述光在空氣中的速度、所述第一旋轉角度以及所述第二旋轉角度；通過所述第二處理器至少部分地基于所述多個所測量的平動集和取向集來確定所述組件參照系與所述跟蹤儀參照系之間的數學轉換；將所述投影光圖案投影到所述物體的表面上；獲取所述成像圖案；測量第一平動集和第一取向集，所述第一平動集至少部分地基于所接收的第二光束、所述光在空氣中的速度、所述第一旋轉角度以及所述第二旋轉角度；通過所述第一處理器至少部分地基于所述基線距離、所述投影光圖案以及所述成像圖案來確定所述物體的表面上的點在所述掃描儀參照系中的坐標；至少部分地基于所確定的所述物體的表面上的點在所述掃描儀參照系中的所述坐標、所測量的第一平動坐標集、所測量的第一取向坐標集以及所確定的數學轉換來確定所述物體的表面上的點在所述跟蹤儀參照系中的坐標；以及存儲所確定的所述物體的表面上的點在所述跟蹤儀參照系中的所述坐標。...
【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】...
【專利技術屬性】
技術研發人員：保羅·C·阿特韋爾，羅伯特·E·布里奇斯，
申請(專利權)人：法羅技術股份有限公司，
類型：發明
國別省市：美國;US
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