[发明专利]激光跟踪器的自动预热和稳定性检查

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求在法律上相关的、2010年10月25日提交的第61/406,393号美国临时专利申请的优先权，其通过引用完全并入本文中。

技术领域

本发明涉及仪器预热和稳定性，并且更具体地，涉及自动预热诸如激光跟踪器等仪器或检查此类仪器的稳定性的系统和方法。

背景技术

存在一类通过向点发送激光束来测量该点的坐标的仪器。激光束可直接打到该点上或可打到与该点相接触的回射器目标上。在任一种情形下，该仪器通过测量相对于目标的距离和两个角度来确定该点的坐标。使用诸如绝对测距计或干涉计等测距装置来测量距离。使用诸如角度编码器等角度测量装置来测量角度。在仪器内的万向光束调向机构将激光束引导至感兴趣的点。Brown等人的美国专利No.4,790,651和Lau等人的美国专利No.4,714,339描述了确定点的坐标的示例性系统。

激光跟踪器是使用其发射的一个或更多个激光束来跟踪回射器目标的特殊类型的坐标测量装置。与激光跟踪器密切相关的是激光扫描器。激光扫描器向漫射表面上的点逐步发送（steps）一个或更多个激光束。激光跟踪器和激光扫描器都是坐标测量装置。通过引用并入本文的Becker等人的美国专利No.7,430,068和通过引用并入本文的Gittinger等人的美国专利No.7,847,922描述了示例性激光扫描器。现今普遍的做法是使用术语激光跟踪器来表示具有距离和角度测量能力的激光扫描器装置。还存在已知为全站仪或准距仪的、可测量回射器或漫散射表面的点的混合类型仪器。Gort等人的美国专利No.4,346,989中描述了示例性的全站仪。激光跟踪器通常具有一千英寸的量级的准确度并且在某些情况下具有相当于一个或两个微米的准确度，并且通常远远比全站仪或扫描器准确。在本申请中使用激光跟踪器的宽泛定义，即包括激光扫描器和全站仪。

通常激光跟踪器向回射器目标发送激光束。普通类型的回射器目标是球安装回射器（spherically mounted retroreflector,SMR），SMR包括嵌入金属球内的立方角回射器。立方角回射器包括三个相互垂直的镜。顶点（其是这三个镜的公共交点）位于该球的中心。由于立方角在球内的放置，即使在SMR旋转时，从立方角的顶点到SMR所依靠的任何表面的垂直距离保持不变。因此，激光跟踪器可以通过跟随在表面上移动的SMR的位置，来测量该表面的3D坐标。使用另一种方式陈述：激光跟踪器仅需要测量三个自由度（一个径向距离和两个角度）来充分表征表面的3D坐标。

补偿参数是在跟踪器可访问的软件或固件中存储的数值。这些数值被应用于原始的跟踪数据来改善跟踪器的准确度。最初，跟踪器的制造商通过执行被称为补偿程序的测量来寻找补偿参数。之后，将跟踪器用于客户现场作出测量。通过执行中期测试（interim tests）来周期性地检查跟踪器的准确度。如果准确度未达标准，则跟踪器操作者将在工厂车间执行一个或更多个补偿程序。这些补偿程序根据所需的测试和特定跟踪器而可能占用几分钟到一个小时或更多时间。尽管机械冲击也非常重要，但在大多数情形下，降低跟踪器准确度的主要原因是热漂移。

补偿参数通常涉及仪器的物理特性。下文的给定示例中，这些补偿参数中的一些涉及（1）激光束关于机械旋转点（万向点）的偏移量，（2）激光束关于垂直于两个机械轴所引出的线的角度，以及（3）两个机械轴的非方正度。许多其他类型的补偿参数被使用，但是通常这些补偿参数（也被称为运动学模型参数或简称参数）涉及仪器的物理特性。下文中，术语补偿参数和参数被认为是同义的。

当激光跟踪器在已被关闭了相当长的时间后被加电时，激光跟踪器由于电动机和内部的电子元件产生的热量而预热。如果环境温度是稳定的，则一段时间之后，通常约一个小时或两个小时之后，跟踪器到达稳定的平衡温度。完成预热之后，标准的计量实践需要对仪器进行补偿，其次需要进行中间测试程序以校验补偿是成功的。在补偿和测试程序已经完成之后，跟踪器准备好进行测量。如果在跟踪器充分预热之前，在激光跟踪器上执行补偿程序，则当跟踪器继续预热时，补偿参数将继续变化。当这种情况发生时，补偿参数变得越来越不准确并且测量结果相应地劣化。

从实践的角度来看，预热、补偿和测试的时间是损失的时间，这是因为在此时间跟踪器不可用来测量。由于这个原因，标准的计量实践是随时保持跟踪器持续加电。这消除了预热期并且保证跟踪器随时准备好进行测量。