專利名稱：激光指向機構的制作方法
技術領域：
本發明涉及坐標測量設備，更特別地涉及被配置成在激光束被用戶手動指向之后將激光束保持在固定方向的系統及方法。
背景技術：
一組坐標測量設備屬于通過向點發送激光束并且在該點處激光束被后向反射器標靶攔截的方式來測量該點的三維(3D)坐標的一類儀器。所述儀器通過測量到標靶的距 離和兩個角度來獲得點的坐標。所述距離通過距離測量設備例如絕對測距儀或干涉儀進行測量。所述角度通過角度測量設備例如角編碼器進行測量。在儀器內的裝有萬向接頭的光束操縱機構將激光束導向感興趣的點。用于確定點的坐標的示例性系統在Browm等人的美國專利No. 4，790, 651和Lau等人的美國專利No. 4，714，339中作了描述。激光跟蹤器是一種特定類型的坐標測量設備，該設備使用由它發射的一束或更多束激光束來跟蹤后向反射器標靶。與激光跟蹤器密切相關的坐標測量設備是激光掃描器。激光掃描器將一束或更多束激光束以步進方式指向在漫反射表面上的點。掃描器可以將激光束發送到任意期望的位置，而激光跟蹤器通常將激光束發送到后向反射器標靶。后向反射器標靶的常見類型是球形安裝后向反射器(SMR)，所述球形安裝后向反射器(SMR)包括嵌入在金屬球體中的立方角后向反射器。所述立方角后向反射器包括三個相互垂直的鏡子。作為三個鏡子交匯的公共點的頂點位于球體的中心。由于立方角在球體中的這種放置，從頂點到擱置SMR的任意表面的垂直距離保持不變，即使當SMR被旋轉時也如此。從而，激光跟蹤器可以通過當SMR在表面上移動時跟隨SMR的位置來測量該表面的3D坐標。在掃描器或激光跟蹤器中的萬向機構可以將激光束從掃描器或跟蹤器導向期望的位置或后向反射器。對激光跟蹤器來說，被SMR回射的光部分進入激光跟蹤器并傳送到位置檢測器上。在激光跟蹤器內的控制系統能夠使用所述光在位置檢測器上的位置來調節激光跟蹤器的機械方位軸和天頂軸的旋轉角度來保持激光束集中于SMR。以此方式，跟蹤器能夠跟隨(跟蹤)在感興趣對象的表面上移動的SMR。掃描器通常通過使用絕對測距儀來測量到感興趣的標靶的距離。激光跟蹤器可以通過使用干涉儀或絕對測距儀(ADM)來測量距離。干涉儀通過計數當后向反射器標靶在起始點到終點之間移動時通過固定點的已知長度增量(通常是激光的半波長)的數量來獲得從起始點到終點的距離。如果光束在測量中被中斷，則計數的數量不能正確地獲知，導致距離信息丟失。相比之下，ADM獲得到后向反射器標靶的絕對距離，而不考慮光束中斷。因此，ADM被稱為能夠進行“對準即拍(point-and-shoot) ”的測量。
激光跟蹤器和掃描器兩者通常使用高精度的角編碼器來測量角度。激光跟蹤器具有跟隨(跟蹤)快速移動的后向反射器的能力，但是掃描器通常不具有這種能力。在激光跟蹤器的最常見的工作模式中，當來自跟蹤器的激光束照射到距離后向反射器的中心足夠近的位置時，激光跟蹤器自動跟隨SMR的移動。跟蹤器或掃描器沿著通常會隨時間而變化的方向發送激光束。一種可能是使計算設備向跟蹤器或掃描器發送給出激光要指向的角度的圖形的指令。計算設備向跟蹤器或掃描器發送這種類型的圖形輪廓被稱為執行仿形器(profiler)功能。
對于處于跟蹤模式的激光跟蹤器的情況的第二種可能是跟蹤移動的SMR。使得能夠進行這種跟蹤的反饋來自于從后向反射器反射回來并且重新進入跟蹤器的激光。所述光中的一些光從部分反射型光束分離器反射回來并且傳送到位置檢測器。所述光在檢測器上的位置是跟蹤器控制系統所需要的保持激光束集中于后向反射器的信息。對于掃描器或激光跟蹤器的第三種可能是使用戶手動將激光束指向感興趣的標靶。在很多情況下，將激光束指向期望的方向比將坐標或角度輸入計算機控制設備中要容易。為使得用戶能夠容易地移動光束操縱機構，會將電機暫時關掉。在用戶將激光束導向期望的方向后，用戶會拿開他的手。如果萬向機構非常平衡，則激光束將持續指向相同的方向。然而，如果萬向機構出現不平衡，即使是極小角度的不平衡，光束也將趨于從它的初始位置下傾或上傾。當用戶激活電機來阻止激光束的移動時，光束可能已經遠離期望方向。用于控制可移動單元的旋轉位置的系統通過Westermark等人的美國專利No. 7，634，381 和 Westermark 等人的美國專利 No. 7，765，084 作了描述。對使激光束被用戶手動指向之后保持方向上的固定的光束操作機構存在需要。
發明內容
至少一個實施方式包括與激光跟蹤器或激光掃描器一起使用的指向設備，所述指向設備可以包括跟蹤器或掃描器控制系統以及跟蹤器或掃描器裝置。所述跟蹤器裝置可以包括被配置成向操縱激光器的機構施加轉矩的多個電機以及被配置成向所述跟蹤器控制系統發送關于所述機構的角度位置的反饋信息的多個角編碼器。所述跟蹤器或掃描器控制系統可以被配置成使得當所述指向設備工作在手動調節模式時，所述跟蹤器或掃描器控制系統控制所述多個電機向所述機構提供與由用戶引起的運動相反方向的轉矩。一個示例性實施方式包括與激光設備一起使用的指向設備，所述激光設備包括發射激光束的激光器并且所述激光器能夠通過用戶進行定位，所述指向設備包括控制系統；工作上耦接到所述控制系統的裝置，所述裝置包括被配置成向操縱激光器的機構施加轉矩的多個電機和被配置成向所述控制系統發送關于所述機構的角度位置的反饋信息的角編碼器；位置感測設備，所述位置感測設備被配置成向所述控制系統發送關于激光束在所述位置檢測器表面上的位置的信息；主控制單元，所述主控制單元工作上耦接到所述控制系統和所述位置感測設備，所述主控制單元包括被配置成向所述控制系統提供命令位置讀數的編碼器平均器模塊、被配置成向所述控制系統提供標靶位置讀數的標靶定位器模塊以及被配置成產生到所述控制系統的命令位置讀數的運動仿形器模塊。另一個示例性的實施方式包括與激光跟蹤器一起使用的跟蹤指向設備，所述激光跟蹤器包括發射被后向反射器反射回來的激光束的激光器，所述激光器能夠通過用戶進行定位，所述跟蹤指向設備包括跟蹤器控制系統和跟蹤器裝置，所述跟蹤器裝置包括多個電機，所述多個電機包括天頂電機和方位電機，所述天頂電機和所述方位電機被配置成向操縱所述激光器的機構施加轉矩；角編碼器，所述角編碼器包括天頂角編碼器和方位角編碼器，所述天頂角編碼器和所述方位角編碼器被配置成向所述跟蹤器控制系統發送關于所述機構的角度位置的反饋信息；以及位置檢測器，所述位置檢測器被配置成向所述跟蹤器控制系統發送關于所述激光束在所述位置檢測器表面上的位置的信息。另一個示例性的實施方式包括與激光掃描器一起使用的掃描指向設備，所述激光掃描器包括發射激光束的激光器，并且所述激光器能夠通過用戶進行定位，所述掃描指向設備包括掃描器控制系統和掃描器裝置，所述掃描器裝置包括多個電機，所述多個電機包括天頂電機和方位電機，所述天頂電機和所述方位電機被配置成向操縱所述激光器的機構施加轉矩；以及角編碼器，所述角編碼器包括天頂角編碼器和方位角編碼器，所述天頂角編碼器和方位角編碼器被配置成向所述掃描器控制系統發送關于所述機構的角度位置的反饋信息。·
現在參照附圖，示出了示例性的實施方式，這些示例性的實施方式不應當被理解成限制關于本公開內容的全部范圍，并且其中在一些圖中一些元件以相似的附圖標記進行標記圖I是SMR被激光跟蹤器測量的立體圖；圖2是激光跟蹤器指向系統的框圖；圖3是激光掃描器指向系統的框圖；圖4示出了能夠消除在激光跟蹤器或激光掃描器中的光束操縱機構不平衡問題的控制系統的元件的另一個實施方式；圖5示出了根據示例性實施方式的位置回路和速度回路；圖6示出了根據示例性實施方式的電流回路；圖7示出了根據示例性實施方式的用于在激光束被用戶手動指向之后保持激光束的固定位置的方法的流程圖；以及圖8示出了能夠結合文中描述的示例性激光指向機構來實現的處理器系統。
具體實施例方式圖I示出了激光束從激光跟蹤器10發送到SMR 26，SMR 26將激光束返回跟蹤器
10。激光跟蹤器10的示例性的裝有萬向接頭的光束操縱機構12包括天頂架14，所述天頂架14安裝在方位底座16上并且圍繞方位軸20旋轉。有效載荷15安裝在天頂架14上并且圍繞天頂軸18旋轉。天頂機械旋轉軸18和方位機械旋轉軸20在跟蹤器10內部以正交方式相交在萬向點22處,所述萬向點22通常是距離測量的起點。激光束46實質上通過萬向點22并且以與天頂軸18正交的方式進行指向。換句話說，激光束46的路徑在與天頂軸18正交的平面中。通過圍繞天頂軸18旋轉有效載荷15以及通過圍繞方位軸20旋轉天頂架14，激光束46指向期望的方向。在跟蹤器內部的天頂角編碼器及方位角編碼器(未示出)附連到天頂機械旋轉軸18以及方位機械旋轉軸20并且高精度地指示旋轉的角度。激光束46行進到SMR 26并且隨后返回激光跟蹤器10。跟蹤器測量萬向點22與后向反射器26之間的徑向距離以及圍繞天頂軸及方位軸18、20的旋轉角度，以獲得后向反射器26在跟蹤器的球面坐標系中的位置。在跟蹤模式中，從SMR 26回到跟蹤器的那些激光通過部分反射型光束分離器被分離并且被發送到在跟蹤器內部的位置探測器(未示出)。激光束在位置探測器上的位置被激光跟S示器控制系統用來保持激光束指向SMR 26的中心。對于激光跟蹤器10的一種替代是激光掃描器。激光掃描器將不必結合協作的標靶例如SMR 26進行使用，并且它將不需要位置檢測器。如先前討論的，存在有三種操作模式來建立激光束的指向方向。第一種模式如上面所描述的為跟蹤模式，在該跟蹤模式中，來自跟蹤器的激光束跟隨后向反射器的移動。采用這種操作模式，跟蹤器電機被打開并促使主動地調節激光束的方向來跟隨后向反射器標 靶。所述跟蹤模式在激光掃描器中不可用。第二種模式是仿形器模式，在仿形器模式中，計算機發送關于指向角的期望圖形的跟蹤器或掃描器指令。采用這種工作模式，跟蹤器電機被打開并且促使調節激光束的方向以跟隨由計算機給出的圖形。第三種模式是用戶導向模式，在用戶導向模式中，用戶手動地調節激光束的方向。通常，電機被關閉以使用戶能夠容易地將激光束操縱到期望的方向。然而，當用戶放開光束操縱機構且在電機可以被重新打開之前，光束操縱機構的不完全平衡會引起激光束改變方向。圖2示出了能夠消除在激光跟蹤器例如圖I的激光跟蹤器10中的光束操縱機構不平衡問題的控制系統的元件。另外，圖3示出了在激光掃描器內的類似控制系統。在圖2中，跟蹤器指向系統100包括跟蹤器控制系統110以及跟蹤器裝置120。跟蹤器裝置120包括電機130，所述電機130可以包括天頂電機和方位電機；角編碼器140，所述角編碼器140可以包括天頂角編碼器和方位角編碼器；以及位置檢測器150。電機130向操縱激光束的機構施加轉矩。角編碼器140向跟蹤器控制系統110發送關于角度值的反饋信息。位置檢測器150向跟蹤器控制系統110發送關于激光束在它表面上的位置信息。跟蹤器操作者可以選擇三種工作模式中的任一種(I)跟蹤模式，(2)仿形模式，或(3)手動調節模式。系統100可以包括處理器170，所述處理器170與系統100集成到一起或在系統100的外部，以提供系統100的應用能力以及用戶控制。所述處理器的進一步的細節在文中參照圖8描述。圖3示出了能夠消除激光掃描器中的光束操縱機構不平衡問題的控制系統的元件。激光掃描器指向系統200包括掃描器控制系統210和跟蹤器裝置220。跟蹤器裝置220包括電機230，所述電機230可以包括天頂電機和方位電機；角編碼器240，所述角編碼器240可以包括天頂角編碼器及方位角編碼器。電機230向操縱激光束的機構施加轉矩。角編碼器140向掃描器控制系統210發送關于角度值的反饋信息。系統200可以包括處理器270，所述處理器270與系統200集成到一起或者在系統200的外部，以提供系統200的應用能力以及用戶控制。處理器的進一步的細節在文中參照圖8描述。
再次參照圖2，跟蹤器操作者可以選擇如下兩種工作模式中的任一種(I)仿形模式或(2)手動調節t旲式。在跟S示t旲式中，跟S示器控制系統110保持激光束46集中于SMR 26，即使在SMR 26快速移動時也如此。所述控制系統可以是簡單的比例積分微分(PID)類型，或者它可以更復雜。例如，它可以包括前饋(FF)元件以及PID部件，或者它還可以具有級聯類型，包括位置和速度回路。控制回路的目的是控制激光束移動的速度或位置以匹配SMR移動的速度或位置。在仿形模式中，跟蹤器控制系統110或掃描器控制系統210將激光束導向從計算機發送到跟蹤器或掃描器的仿形角或坐標。所述控制回路的目的是控制激光束移動的速度或位置以匹配仿形值的速度或位置。 在用戶調節模式中，跟蹤器控制系統110或掃描器控制系統210在抗拒外力的同時導向激光束，所述外力可以是(由于不完全平衡引起的)重力或者是用戶的重新定向的力。這可以通過使控制系統作用成抗拒除零之外的速度來實現，或者等同于使控制系統抗拒激光束的指向方向上的變化來實現。由控制系統施加的力被設計成對于非常小的重力不作響應，但是向用戶的手施加與手動調節相反方向的轉矩。所述力被設置到合理的水平，以使得操作者能夠轉動光束而無需施加過度的力。在激光跟蹤器的情況下，用戶調節模式的一個有價值的應用是將激光束瞄準得緊密靠近后向反射器標靶，然后調用自動搜索程序以快速鎖定到標靶上。作為調用自動搜索程序的替代，可以使用安裝在跟蹤器上的相機來將激光束46導向SMR 26的中心。可以使用靠近相機安裝的LED來重復照明SMR 26，由此簡化后向反射器標靶的相機識別。圖4示出了能夠消除在激光跟蹤器例如圖I的激光跟蹤器10中的光束操縱機構不平衡問題的控制系統300的元件的另一個實施方式。在另一個示例性的實施方式中，系統300可以被修改成利用激光掃描器來實現。在圖4中，系統300包括主控制單元(MCU) 330和工作上耦接到控制系統325的裝置310。裝置310可以包括電機315和旋轉編碼器320。電機315可以是無刷直流電機，該電機獲取由控制系統325驅動的電流并且將電流轉化成操縱激光束的轉矩。電機315可以包括天頂電機和方位電機。旋轉編碼器320提供軸的角位置反饋并且可以包括天頂角編碼器和方位角編碼器。控制系統325從MCU 330獲取組合了來自裝置310的編碼器反饋的具體命令位置，以確定如何驅動到電機315的電流以使得角編碼器320的讀數與該命令位置匹配。MCU 330提供跟蹤器的大部分的功能，其中一個功能是計算命令位置。所述命令位置可以有三個源1)編碼器平均器335 ；2)標靶定位器340;以及3)運動仿形器345。另外，系統300可以包括所述命令位置的源工作的兩種操作模式。在第一模式“保持位置模式”中，電機315進行操作使軸18、20中一個或更多個像文中進一步描述的那樣返回固定位置。在所述“保持位置模式”中，系統300保持標靶的最后已知位置或者如果系統300完成跟蹤標靶，系統300保持標靶的最后已知位置。在第二模式“保持速度模式”中，電機315進行操作將軸18、20中一個或更多個的速度降低到零速度。當處于“保持速度模式”時，系統300產生標靶的跟蹤位置。當系統300完成跟蹤位置時，系統300保持本身處于零速度。在兩種模式中，電機315施加與作用在軸18、20上的外部力相反方向的轉矩。如果被設置成“保持速度模式”并且跟蹤是關閉的或者如果在光束路徑上沒有光束，則編碼器平均器335產生命令位置。在這種情況下，MCU330讀取編碼器320并且計算平均值。如果沒有外力作用在軸上(即，沒有推它等)，則該命令位置與當前編碼器讀數匹配。如果施加有外力，則該平均編碼器讀數將滯后于最近的編碼器讀數。當平均編碼器讀數作為命令位置提供給控制系統325時，企圖使編碼器讀數匹配該命令位置的控制系統325將以與試圖抗拒該運動的外力相反的方向推回。當跟蹤器被設置成使“跟蹤模式” “開啟(On) ”并且跟蹤器識別到標靶在光束路徑上時，標靶定位器340使用位置感測設備(PSD) 350、角編碼器320以及到標靶的距離計算標靶位置。計算的標靶位置隨后被發送到控制系統325作為命令位置。因為標靶是移動的，所以新的命令位置被發送到控制系統325，這導致它跟蹤靶標的位置。運動仿形器345在一些情況下產生命令位置。在一種情況中，跟蹤是關閉的并且被設定成“保持位置模式”，運動仿形器345反復地輸出相同值。該值可以是標靶的最后已知位置、仿形移動的最后位置或當電機被接通時軸所指向的位置。光束路徑中沒有光束并且被設置成“保持位置模式”的情況與“跟蹤是關閉的”是相同的。在第三種情況中，跟蹤器已被請求指向新的位置，產生了將跟蹤器指向新方向的請求。在這種情況下，運動仿形器345獲取當前命令位置和新請求位置，然后計算發送到控制系統325的一系列命令位置，使得軸根據梯形速度曲線轉動。系統300可以包括處理器370，所述處理器370與系統300集成到一起或在系統300外部，以提供系統300的應用能力以及用戶控制。所述處理器的進一步的細節在文中參照圖8描述。圖5示出了根據示例性實施方式的位置回路400和速度回路500。在位置回路400中，命令位置節點(Cmd Pos)405表示由MCU 330提供的位置，該位置是期望從角編碼器320讀出來的讀數。最后命令位置節點(Last Cmd Pos) 410表示由MCU 330提供的前命令位置。每當MCU 330發出新命令位置時，在“Cmd Pos”405中的當前值被復制到“Last CmdPos”410。編碼器位置節點(Encoder Pos)415是軸位置的角位置反饋。命令位置節點405和編碼器位置節點415之間的差值在差值節點420處計算，并被稱作“位置偏差(position delta)”。該位置偏差被乘以位置積分器增益(1)425并且隨后通過積分器430與前值進行總計，當存在恒定誤差時，這隨著時間來調節位置回路的輸出。位置偏差在加法節點435處與積分器的輸出相加并被乘以位置增益(P) 440。在差值節點445處計算的最后命令位置節點410與命令位置節點405之間的差值被乘以速度前饋增益(VFF)450，這提供了當命令位置節點405改變時對位置回路的輸出的放大。速度前饋項和施加P增益后的輸出在加法節點455處被加到一起以產生位置回路的輸出，該輸出是速度回路500的命令速度。參照速度回路500，編碼器速度節點505表示編碼器讀數變化的速度。編碼器速度 在差值節點510處從命令速度(位置回路400的輸出)中被減去以產生速度偏差。速度偏差被乘以速度積分器增益(VI) 515然后通過積分器520與前值進行總計，當存在恒定誤差時這隨著時間調節速度回路500的輸出。速度偏差在加法節點525處與積分器的輸出相加并乘以速度增益(VP)530。該輸出是電流回路600的命令輸入，如現在所描述的。圖6示出了根據示例性實施方式的電流回路600。電流605是由傳感器測量的、流過電機的電流量的讀數。電流605在差值節點615處從命令電流610 (速度回路500的輸出)中被減去以產生電流偏差。所述電流偏差乘以電流積分器增益(CI)620并然后通過積分器625與前值進行總計，當存在恒定誤差時這隨著時間來調節電流回路600的輸出。電流偏差在加法節點630處與積分器625的輸出相加并乘以電流增益(CP) 635。命令電流610乘以前饋項(CFF) 640。前饋項640和在施加CP增益635之后的輸出在加法節點645處被加在一起以產生到電機650的輸出。圖7示出了根據示例性實施方式的用于在激光器已被用戶手動指向之后保持激光束的固定位置的方法700的流程圖。該方法700可以通過文中描述的任何示例性系統實現。系統在塊710處確定進行中的激光束是否存在移動。如果在塊710處存在移動，則系統在塊770處輸出文中所描述的運動仿形位置。如果在塊710處激光束不存在移動，則系統在塊720處確定跟蹤是否開啟。如果在塊720處跟蹤沒有開啟，則系統在塊740處確定是否保持位置。如果系統在塊740處確定保持位置，則系統在塊770處輸出文中所描述的運動仿形位置。如果在塊740處系統確定不保持位置，則在塊760處系統輸出如文中所描述的平均編碼器讀數。如果在塊720處系統確定跟蹤是開啟的，則在塊730處系統確定標靶是否是存在。如果在塊730標靶不存在，則系統進入如上所述的塊740。如果在塊730處系統確定標祀存在，貝1J在塊750處系統輸出如文中所描述的標祀位置。 如在此描述的，示例性系統100、200、300可以各自包括與系統100、200、300集成到一起或在系統100、200、300的外部的處理器170、270、370，以提供系統100、200、300的應用能力以及用戶控制。處理器170、270、370可以是如參照圖8所描述的集成或獨立的處理系統，該圖8示出了可以結合文中描述的示例性激光指向機構來實現的處理器系統800。文中描述的方法可以以軟件(例如，固件)、硬件或它們的組合來實現。在示例性的實施方式中，文中描述的方法作為可執行程序以軟件實現，并且通過專用或通用數字計算機例如個人計算機、工作站、小型計算機或大型計算機來執行。系統800因此包括通用計算機801。在示例性實施方式中，就如圖8示出的硬件體系架構而言，計算機801包括處理器805、耦接到存儲器控制器815的存儲器810以及通過本地輸入/輸出控制器835在通信上進行耦接的一個或更多個輸入和/或輸出(I/O)設備840、845(或外圍設備)。輸入/輸出控制器835可以是但不限于本技術領域已知的一個或更多個總線或其他有線或無線連接。輸入/輸出控制器835可以具有額外元件例如控制器、緩沖器(高速緩存)、驅動器、中繼器以及接收器，以使得能夠進行通信，這些額外元件為簡單起見被省略了。另外，本地接口可以包括地址、控制和/或數據連接，以使得能夠在前面提到的元件之間進行恰當的通信。處理器805是用來執行軟件特別是存儲在存儲器810中的軟件的硬件設備。處理器805可以是任何定制或商用的處理器、中央處理器(CPU)、在與計算機801關聯的若干處理器中的輔助處理器、基于半導體的微處理器(微型芯片或芯片組形式)、宏處理器或用于執行軟件指令的通常的任何設備。存儲器810可以包括易失性存儲器元件(例如隨機存取存儲器(RAM，例如DRAM、SRAM、SDRAM等))和非易失性存儲器元件(例如ROM、可擦除可編程只讀存儲器(EPROM)、電可擦除可編程只讀存儲器(EEPROM)、可編程只讀存儲器(PROM)、磁帶、只讀光盤(CD-ROM)、磁盤、軟盤、編碼磁帶、盒式磁帶之類等)中的任一種或它們的組合。此外，存儲器810可以包括電的、磁的、光的和/或其他類型的存儲介質。注意，存儲器810可以具有分布式架構，在所述分布式架構中，各種元件彼此遠離定位，但是可以被處理器805訪問。
在存儲器810中的軟件可以包括一個或更多個獨立程序，每個獨立程序包括用于實現邏輯功能的可執行指令的排序列表。在圖8的示例中，在存儲器810中的軟件包括文中根據示例性實施方式描述的激光指向方法以及適合的操作系統(0S)811。操作系統811本質上控制其他計算機程序的執行，例如文中描述的激光指向系統和方法，并且提供調度、輸入輸出控制、文件和數據管理、存儲器管理、以及通信控制和有關服務。文中描述的激光指向方法可以是如下形式源程序、可執行程序(目標代碼)、腳本或包括要被執行一組指令的任何其他實體。當是源程序時，則程序需要通過可以包括在或不包括在存儲器810內的編譯器、匯編程序、解釋程序等進行翻譯，以結合操作系統811進行正常操作。此外，激光指向方法可以使用具有數據和方法的類的面向對象編程語言來編寫，或者使用具有例程、子例程和/或函數的程序編程語言來編寫。在不例性的實施方式中，傳統鍵盤850和鼠標855可以I禹接到輸入/輸出控制器835。其他輸出設備例如I/O設備840、845可以包括如下輸入設備例如但不限于打印機、掃描儀、麥克風等。最后，I/O設備840、845還可以包括與輸入和輸出兩者通信的設備例如但不限于網絡接口卡(NIC)或調制器/解調器(用于訪問其他文件、設備、系統或網絡)、射 頻(RF)或其他收發器、電話接口、網橋、路由器等。系統800還可以包括耦接到顯示器830的顯示控制器825。在示例性的實施方式中，系統800還可以包括用于耦接到網絡865的網絡接口 860。網絡865可以是用于通過寬帶連接在計算機801和任何外部服務器、客戶機等之間進行通信的基于IP的網絡。網絡865在計算機801和外部系統之間發送和接收數據。在示例性實施方式中，網絡865可以是由服務提供商管理的受管理IP網絡。網絡865可以以無線方式例如使用無線協議和技術如WiFi、WiMax等實現。網絡865也可以是分組交換網絡，例如局域網、廣域網、城域網、互聯網或其他類型的網絡環境。網絡865可以是固定的無線網絡、無線局域網(LAN)、無線廣域網(WAN)、個人區域網(PAN)、虛擬專用網(VPN)、內聯網或其他適合的網絡系統，并且包括用于接收和發送信號的設備。如果計算機801是PC、工作站、智能設備等，在存儲器810中的軟件還可以包括基本輸入輸出系統(BIOS)(為簡單起見被省略)。BIOS是一組基本軟件例程，其在啟動時初始化并且測試硬件、啟動OS 811以及支持在硬件設備之間的數據傳輸。BIOS被存儲在ROM中以使當計算機801被啟動時BIOS可以被執行。當計算機801在工作中時，處理器805被配置成執行存儲在存儲器810中的軟件、將數據傳輸到存儲器810及將數據從存儲器810傳輸出來、以及通常根據軟件控制計算機801的操作。文中描述的激光指向方法和OS 811整體地或部分地但通常是部分地被處理器805讀入、可能在處理器805中進行緩沖、然后被執行。當文中描述的系統和方法如圖8中所示以軟件實現時，所述方法可以存儲在任何計算機可讀介質例如存儲器820上，以被任何計算機相關系統或方法使用或與任何計算機相關系統或方法一起使用。如將被本領域的普通技術人員理解的，本發明的方面可以實施成系統、方法或計算機程序產品。因此，本發明的方面可以采取如下形式完全硬件實施方式、完全軟件實施方式(包括固件、常駐軟件、微代碼等)或組合軟件和硬件方面的在此處全部可以被通稱為“電路”、“模塊”或“系統”的實施方式。另外，本發明的方面可以采用實施在實現計算機可讀程序代碼的一個或更多個計算機可讀介質中的計算機程序產品形式。
可以使用一個或更多個計算機可讀介質的任意組合。計算機可讀介質可以是計算機可讀信號介質或計算機可讀存儲介質。計算機可讀存儲介質可以是例如但不限于電的、磁的、光的、電磁的、紅外線的或半導體的系統、設備或裝置，或前面所提到的任意適合的組合。計算機可讀存儲介質的更具體的示例(未窮舉的列表)將包括具有一條或更多條導線的電連接、便攜式計算機磁盤、硬盤、隨機存取存儲器(RAM)、只讀存儲器(ROM)、可擦除可編程只讀存儲器(EPR0M或閃存)、光纖、便攜式只讀光盤(CD-ROM)、光存儲設備、磁存儲設備或前面所提到的任意適合的組合。在本文的上下文中，計算機可讀存儲介質可以是能夠包含或存儲由指令執行系統、設備或裝置使用或與所述指令執行系統、設備或裝置一起使用的程序的有形介質。計算機可讀信號介質可以包括計算機可讀程序代碼實施在其中的、例如在基帶中或作為載波的部分的傳播數據信號。這樣的傳播信號可以采用包括但不限于電磁的、光的或它們的任意合適組合的多種形式中的任何一種。計算機可讀信號介質可以是不是計算機可讀存儲介質的但可以被指令執行系統、設備或裝置使用或與所述指令執行系統、設備或裝置一起使用以用于通信、傳播或傳輸的任何計算機可讀介質。 實施在計算機可讀介質上的程序代碼可以使用任何合適的介質進行傳輸，包括但不限于無線、有線、光纜、RF等，或前面所提到的任意適合的組合。用來執行本發明的方面的操作的計算機程序代碼可以以一種或更多種編程語言的任意組合來編寫，所述編程語目包括面向對象的編程語目，例如Java、Smalltalk、C++等；以及常規程序編程語言，例如“C”編程語言或類似的編程語言。程序代碼可以全部在用戶計算機上執行、作為獨立的軟件包而部分地在用戶計算機上執行、部分在用戶計算機上執行以及部分在遠程計算機上執行，或全部在遠程計算機上或服務器上執行。在后種情況中，遠程計算機可以通過任何類型的網絡連接到用戶計算機，包括局域網(LAN)或廣域網(WAN)，或者該連接可以(例如通過使用互聯網服務提供商的互聯網)連接到外部計算機。本發明的方面在下面參照根據本發明實施方式的方法、設備(系統)和計算機程序產品的流程示和/或框圖來描述。應當理解的是，可以通過計算機程序指令來實現所述流程示和/或框圖中的每一個塊以及在所述流程示和/或框圖中的塊的組合。這些計算機程序指令可以提供給通用計算機、專用計算機或其他可編程數據處理設備的處理器，以產生機器，使得通過計算機或其他可編程數據處理設備的處理器執行的指令產生用于實現在流程圖和/或框圖塊或塊中指定的功能/行為的裝置。這些計算機程序指令還可以存儲在能夠引導計算機、其他可編程數據處理設備或其他設備以特定的方式運行的計算機可讀介質中，使得存儲在計算機可讀介質中的指令產生包括實施所述流程圖和/或框圖的一個塊或更多個塊中的指定功能/行為的指令的制品。計算機程序指令還可以被加載到計算機上、其他可編程數據處理設備上或其他設備上，以引起一系列操作步驟在計算機、其他可編程設備或其他設備上執行，從而產生計算機可實施的過程，使得在所述計算機或其他可編程設備上執行的指令提供用于實施在流程圖和/或框圖的一個塊或更多個塊中的指定功能/行為的過程。圖中的流程圖以及框圖示出了根據本發明各種實施方式的系統、方法以及計算機程序產品的可能實施方式的架構、功能和操作。在這點上，在流程圖或框圖中的每個塊可以表示包括實現特定邏輯功能的一個或更多個可執行指令的代碼的模塊、段或部分。還應該注意的是，在一些可替代的實施中，在塊中記錄的功能可以以與圖中所記錄的順序不同的順序發生。例如，連續示出的兩個塊實際上可以基本上同時執行，或者有時所述塊可以取決于所涉及的功能而以相反的順序執行。還需要注意的是，框圖和/或流程示中的每個塊以及在框圖和/或流程示中的塊的組合可以通過執行特定功能或行為的專用硬件系統實現，或者通過專用硬件和計算機指令的組合來實現。在激光指向方法以硬件實現的示例性實施方式中，文中描述的激光指向方法可以使用如下本領域公知的技術中的任何一種或它們的組合來實現具有邏輯門的用于實現數據信號上的邏輯功能的分立式邏輯 電路、具有合適的組合邏輯門的專用集成電路(ASIC)、可編程門陣列(PGA)、現場可編程門陣列(FPGA)等。盡管已示出和描述了優選實施方式，但是可以在不脫離本發明的精神和范圍的情況下對這些實施方式進行各種修改和替代。因此，要理解的是，本發明只是作為說明進行描述，而不是作為限制進行描述。因此，當前公開的實施方式在所有方面應當被理解成是說明性的而非限制性的，本發明的范圍由所附權利要求表示，而非由前述描述表示，因此，在所附權利要求的等同物的含意和范圍內的所有變化意在包括在本發明的范圍中。
權利要求
1.一種與激光設備一起使用的指向設備，所述激光設備包括發射激光束的激光器，所述激光器能夠通過用戶進行定位，所述指向設備包括 控制系統；以及 工作上耦接到所述控制系統的裝置，所述裝置包括 多個電機，所述多個電機被配置成向操縱所述激光器的機構施加轉矩；以及多個角編碼器，所述多個角編碼器被配置成向所述控制系統發送關于所述機構的角位置的反饋信息； 位置感測設備，所述位置感測設備被配置成向所述控制系統發送關于所述激光束在所述位置檢測器的表面上的位置的信息；以及 主控制單元，所述主控制單元工作上耦接到所述控制系統和所述位置感測設備，所述主控制單元包括 編碼器平均器模塊，所述編碼器平均器模塊被配置成向所述控制系統提供命令位置讀數； 標靶定位器模塊，所述標靶定位器模塊被配置成向所述控制系統提供標靶位置讀數；以及 運動仿形器模塊，所述運動仿形器模塊被配置成產生到所述控制系統的命令位置讀數。
2.根據權利要求I所述的指向設備，其中，所述控制系統被配置成使得當所述指向設備工作在手動調節模式時所述控制系統控制所述電機向所述機構提供與由所述用戶引起的運動相反方向的轉矩。
3.根據權利要求I所述的指向設備，其中，當配置成跟蹤模式時，所述標靶定位器模塊計算所述標靶位置讀數。
4.根據權利要求I所述的指向設備，其中，所述運動仿形器模塊響應于所述激光設備的位置變化產生到所述控制系統的命令位置。
5.根據權利要求4所述的指向設備，其中，當處于保持位置模式時，所述運動仿形器模塊輸出恒定值。
6.根據權利要求5所述的指向設備，其中，所述恒定值是最后的已知標靶位置讀數。
7.根據權利要求5所述的指向設備，其中，所述恒定值是仿形移動的最后位置。
8.根據權利要求5所述的指向設備，其中，所述恒定值是在所述多個電機上電的情況下的激光束位置讀數。
9.根據權利要求I所述的指向設備，其中，所述編碼器平均器模塊響應于所述激光束的位置變化向所述控制系統產生所述命令位置。
10.根據權利要求4所述的指向設備，其中，所述主控制單元計算由所述編碼器平均器模塊產生的所述命令位置的平均值。
11.根據權利要求10所述的指向設備，其中，響應于沒有外力作用在所述激光設備上，所述命令位置的所述平均值等于所述編碼器平均器模塊輸出的最近命令位置讀數。
12.根據權利要求10所述的指向設備，其中，響應于外力作用在所述激光設備上，所述命令位置的所述平均值滯后于最近命令位置讀數。
13.根據權利要求10所述的指向設備，其中，當處于保持速度模式時，所述多個電機產生與所述外力相反方向的轉矩。
14.根據權利要求I所述的指向設備，其中，所述多個電機被配置成產生與作用在所述激光設備上的外力相反方向的轉矩。
15.根據權利要求14所述的指向設備，其中，所述多個電機被配置成將所述激光束返回到已知位置。
16.根據權利要求14所述的指向設備，其中，所述多個電機被配置成將所述激光設備的速度降低到零速度。
17.一種與激光跟蹤器一起使用的跟蹤指向設備，所述激光跟蹤器包括發射待被后向反射器反射回來的激光束的激光器，所述激光器能夠通過用戶進行定位，所述跟蹤指向設備包括 跟蹤器控制系統；以及 跟蹤器裝置，所述跟蹤器裝置包括 多個電機，所述多個電機包括天頂電機和方位電機，所述天頂電機和所述方位電機被配置成向操縱所述激光器的機構施加轉矩； 多個角編碼器，所述多個角編碼器包括天頂角編碼器和方位角編碼器，所述天頂角編碼器和所述方位角編碼器被配置成向所述跟蹤器控制系統發送關于所述機構的角位置的反饋信息；以及 位置檢測器，所述位置檢測器被配置成向所述跟蹤器控制系統發送關于所述激光束在所述位置檢測器的表面上的位置的信息。
18.根據權利要求17所述的跟蹤指向設備，其中，所述跟蹤器控制系統被配置成使得當所述跟蹤指向設備工作在手動調節模式時，所述跟蹤器控制系統控制所述天頂電機和所述方位電機向所述機構提供與由所述用戶引起的運動相反方向的轉矩。
19.根據權利要求14所述的跟蹤指向設備，其中，所述多個電機被配置成將所述激光束返回到已知位置。
20.根據權利要求14所述的跟蹤指向設備，其中，所述多個電機被配置成將所述激光設備的速度降低到零速度。
21.一種與激光掃描器一起使用的掃描指向設備，所述激光掃描器包括發射激光束的激光器，所述激光器能夠通過用戶進行定位，所述掃描指向設備包括 掃描器控制系統；以及 掃描器裝置，所述掃描器裝置包括 多個電機，所述多個電機包括天頂電機和方位電機，所述天頂電機和所述方位電機被配置成向操縱所述激光器的機構施加轉矩；以及 多個角編碼器，所述多個角編碼器包括天頂角編碼器和方位角編碼器，所述天頂角編碼器和所述方位角編碼器被配置成向所述掃描器控制系統發送關于所述機構的角位置的反饋信息。
22.根據權利要求21所述的掃描指向設備，其中，所述掃描器控制系統被配置成使得當所述掃描指向設備工作在手動調節模式時，所述掃描器控制系統控制所述天頂電機和所述方位電機向所述機構提供與由所述用戶引起的運動相反方向的轉矩。
23.根據權利要求21所述的掃描指向設備，其中，所述多個電機被配置成將所述激光束返回到已知位置。
24.根據權利要求21所述的掃描指向設備，其中，所述多個電機被配置將所述激光設備的速度降低到零速度。
全文摘要
一種與激光跟蹤器或激光掃描器一起使用的指向設備，所述指向設備可以包括跟蹤器或掃描器控制系統以及跟蹤器或掃描器裝置。所述跟蹤器裝置可以包括多個電機，所述電機被配置成向操縱激光器的機構施加轉矩；以及多個角編碼器，所述角編碼器被配置成向所述控制系統發送關于所述機構的角位置的反饋信息。所述跟蹤器或掃描器控制系統可以被配置成使得當所述指向設備工作在手動調節模式時，所述跟蹤器或掃描器控制系統控制所述多個電機向所述機構提供與由所述用戶引起的運動相反方向的轉矩。
文檔編號G01B11/00GK102753989SQ201080041638
公開日2012年10月24日 申請日期2010年9月21日 優先權日2009年9月21日
發明者小約翰·M·霍費爾 申請人:法羅技術股份有限公司