具有增強的操縱部件的激光追蹤器的制造方法
【專利摘要】一種坐標測量裝置，該坐標測量裝置向目標發送第一光束，該目標返回一部分光作為第二光束。該裝置包括：第一和第二馬達，所述第一和第二馬達將第一光束指向第一方向，所述第一方向由圍繞第一軸的第一旋轉角以及圍繞第二軸的第二旋轉角確定，所述第一旋轉角和所述第二旋轉角分別由所述第一馬達和所述第二馬達產生；第一和第二角度測量裝置，分別測量所述第一和第二旋轉角；測距儀，部分地基于第二光束的第一部分來測量從該裝置到目標的第一距離；處理器，部分地基于第一距離以及第一旋轉角和第二旋轉角提供目標的3D坐標；以及裝置頂側的可伸縮柄。
【專利說明】具有增強的操縱部件的激光追蹤器
[0001]相關申請的交叉引用
[0002]本申請要求2012年I月30日提交的美國臨時專利申請N0.61/592，049和2011年4月15日提交的美國臨時專利申請N0.61/475,703的優先權，這兩者的全部內容通過引用合并到本申請中。本申請還要求2012年2月21日提交的美國外觀設計專利申請N0.29/413811的優先權，其全部內容通過引用合并到本申請中。
【背景技術】
[0003]本公開涉及坐標測量裝置。一組坐標測量裝置屬于通過向點發送激光束來測量該點的三維(3D)坐標的一類儀器。該激光束可能直接照射在該點上或照射在與該點相接觸的回射器目標上。在任一情況下，該儀器通過測量到該目標的距離和兩個角來確定該點的坐標。該距離是利用諸如絕對距離儀或干涉儀的測距裝置來測量的。這些角是利用諸如角編碼器的角測裝置來測量的。該儀器內的萬向光束轉向機構使激光束指向關注點。
[0004]激光追蹤器是利用其發射的一個或多個激光束追蹤回射器目標的特定類型的坐標測量裝置。與激光追蹤器緊密相關的坐標測量裝置是激光掃描儀和全能測量儀。激光掃描儀將一個或多個激光束移動(step)至表面上的點。激光掃描儀拾取從表面散射的光并且根據該光確定到各點的距離和兩個角。勘測應用中最常使用的全能測量儀可以用來測量漫反射或回射目標的坐標。在下文，在廣義上使用術語激光追蹤器以包括激光掃描儀和全能測量儀。
[0005]通常，激光追蹤器向回射器目標發送激光束。回射器目標的常用類型是包括嵌入金屬球體內的立方隅角回射器的球形安裝的回射器(SMR)。立方隅角回射器包括三個相互垂直的鏡。作為這三個鏡的共同交叉點的頂點位于球體的中心。由于球體內立方隅角的該配置，即使在SMR轉動時，從頂點到保持SMR的任何表面的垂直距離保持恒定。結果，激光追蹤器可以通過隨著SMR在表面上移動而跟蹤SMR的位置來測量表面的3D坐標。換言之，激光追蹤器僅需要測量三個自由度(一個徑向距離和兩個角)以完全表征表面的3D坐標。
[0006]一種類型的激光追蹤器僅包括干涉儀(IFM)而不包括絕對距離儀(ADM)。在對象阻斷了來自這些追蹤器之一的激光束的路徑的情況下，IFM丟失其距離參考。于是，操作員必須將回射器追蹤至已知位置以在繼續測量之前重置至參考距離。繞過這種限制的方式是將ADM置于追蹤器中。如以下更詳細地所述，ADM可以以對準即拍(point-and-shoot)的方式測量距離。一些激光追蹤器僅包含ADM而不具有干涉儀。Bridges等人的美國專利N0.7，352，446 (‘446)(其內容通過引用包含于此)描述了僅具有能夠精確地掃描移動目標的ADM(且無IFM)的追蹤器。在‘446專利之前，絕對距離儀過慢而無法準確地找出移動目標的位置。
[0007]激光追蹤器內的萬向機構可以用來將來自追蹤器的激光束指向SMR。由SMR回射的光的一部分入射到激光追蹤器中并且傳遞至位置檢測器上。激光追蹤器內的控制系統可以使用光在位置檢測器上的位置來調整激光追蹤器的機械軸的轉動角，以保持激光束在SMR上居中。這樣，追蹤器能夠跟隨(追蹤)在關注對象的表面上移動的SMR。用于激光追蹤器的萬向機構可以用于很多其它應用。作為簡單示例，激光追蹤器可以用于具有可視指示光束但沒有測距儀的萬向轉向裝置，以將光束轉向至一系列回射器目標并且測量每個目標的角度。
[0008]將諸如角編碼器的角度測量裝置附接至追蹤器的機械軸。由激光追蹤器所進行的一個距離測量和兩個角度測量足以完全指定SMR的三維位置。
[0009]可利用或提出了用以測量六自由度而非普通的三自由度的幾種激光追蹤器。Bridges等人的美國專利N0.7，800,758( ‘758)(其全部內容通過引用包含于此)和Bridges等人的美國公開專利申請N0.2010/0128259 (其全部內容通過引用包含于此)描述了示例性的六自由度(六D0F)系統。
[0010]以前，激光追蹤器未提供用于升降和運輸的最佳部件。需要更好的部件來升降和運輸激光追蹤器。
【發明內容】
[0011]根據本發明的實施例，坐標測量裝置向遠處的目標點發送第一光束，目標點返回第一光束的一部分作為第二光束，該坐標測量裝置具有頂側、底側和重量。該測量裝置包括:第一馬達和第二馬達，該第一馬達和第二馬達一起將第一光束指向第一方向，該第一方向由圍繞第一軸的第一旋轉角和圍繞第二軸的第二旋轉角確定，第一旋轉角由第一馬達產生，以及第二旋轉角由第二馬達產生。該測量裝置還包括:用于測量第一旋轉角的第一角度測量裝置以及用于測量第二旋轉角的第二角度測量裝置；測距儀，該測距儀至少部分地基于由第一光學檢測器接收的第二光束的第一部分來測量從坐標測量裝置到目標點的第一距離；以及處理器，該處理器提供目標點的三維坐標，該三維坐標至少部分地基于第一距離、第一旋轉角、以及第二旋轉角；以及位于頂側的可伸縮柄。
[0012]根據本發明的另一實施例，坐標測量裝置向遠處的目標點發送第一光束，該目標點返回第一光束的一部分作為第二光束，該坐標測量裝置具有頂側和底側。該坐標測量裝置包括:第一馬達和第二馬達，第一馬達和第二馬達一起將第一光束指向第一方向，第一方向由圍繞第一軸的第一旋轉角以及圍繞第二軸的第二旋轉角確定，第一旋轉角由第一馬達產生以及第二旋轉角由第二馬達產生。該測量裝置還包括:用于測量第一旋轉角的第一角度測量裝置以及用于測量第二旋轉角的第二角度測量裝置；測距儀，該測距儀部分地基于由第一光學檢測器接收的第二光束的第一部分來測量從坐標測量裝置到目標點的第一距離；處理器，該處理器提供目標點的三維坐標，三維坐標至少部分地基于第一距離、第一旋轉角、以及第二旋轉角；以及底側上的凹陷把手，該凹陷把手是大到足以允許手指插入的凹□。
[0013]根據本發明的另一實施例，坐標測量裝置向遠處的目標點發送第一光束，該目標點返回第一光束的一部分作為第二光束，該坐標測量裝置具有頂側和底側。該坐標測量裝置包括:第一馬達和第二馬達，第一馬達和第二馬達一起將第一光束指向第一方向，第一方向由圍繞第一軸的第一旋轉角以及圍繞第二軸的第二旋轉角確定，第一旋轉角由第一馬達產生以及第二旋轉角由第二馬達產生。該測量裝置還包括:用于測量第一旋轉角的第一角度測量裝置以及用于測量第二旋轉角的第二角度測量裝置；測距儀，該測距儀部分地基于由第一光學檢測器接收的第二光束的第一部分來測量從坐標測量裝置到目標點的第一距離；處理器，該處理器提供目標點的三維坐標，三維坐標至少部分地基于第一距離、第一旋轉角、以及第二旋轉角；以及側把手對，側把手對包括第一側把手和第二側把手，第一側把手與第二側把手相對地位于坐標測量裝置的一側上，第一側把手和第二側把手位于頂側與底側中間的位置處，側把手對被配置成由雙手抓握。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]現在參考附圖，示出了不應當被解釋為限制本公開的整個范圍的示例性實施例，其中在幾個附圖中元件被類似地編號:
[0015]圖1是根據本發明實施例的具有回射器目標的激光追蹤器系統的立體圖；
[0016]圖2是根據本發明實施例的具有六DOF目標的激光追蹤器系統的立體圖；
[0017]圖3是說明根據本發明實施例的激光追蹤器的光學和電子學元件的框圖；
[0018]包括圖4A和4B的圖4示出兩種類型的現有技術的無焦光束擴展器；
[0019]圖5不出現有技術的光纖光束發射；
[0020]圖6A?6D是示出四種類型的現有技術的位置檢測器組件的示意圖；
[0021]圖6E和6F是示出根據本發明的實施例的位置檢測器組件的示意圖；
[0022]圖7是現有技術的ADM內的電氣和光電元件的框圖；
[0023]圖8A和8B是示出現有技術的光纖網絡內的光纖元件的示意圖；
[0024]圖SC是示出根據本發明實施例的光纖網絡內的光纖元件的示意圖；
[0025]圖9是現有技術的激光追蹤器的分解圖；
[0026]圖10是現有技術的激光追蹤器的截面圖；
[0027]圖11是根據本發明實施例的激光追蹤器的計算和通信元件的框圖；
[0028]圖12A是根據本發明實施例的使用單個波長的激光追蹤器中的元件的框圖；
[0029]圖12B是根據本發明實施例的使用單個波長的激光追蹤器中的元件的框圖；
[0030]圖13是根據本發明實施例的具有六DOF能力的激光追蹤器中的元件的框圖；以及
[0031]圖14A、圖14B和圖14C分別示出了根據本發明實施例的具有有用部件的激光追蹤器的前視圖、透視圖以及立體圖。
【具體實施方式】
[0032]圖1示出的示例性激光追蹤器系統5包括激光追蹤器10、回射器目標26、可選輔助單元處理器50和可選輔助計算機60。激光追蹤器10的示例性萬向光束轉向機構12包括安裝在方位基座16上并且繞方位軸20轉動的天頂滑架14。有效載荷15安裝在天頂滑架14上并且繞天頂軸18轉動。在追蹤器10內部，天頂軸18和方位軸20在通常作為距離測量的原點的萬向點22處垂直相交。激光束46實際上穿過萬向點22并且指向成與天頂軸18垂直。換句話說，激光束46存在于與天頂軸18大致垂直并且穿過方位軸20的平面內。輸出激光束46由于有效載荷15繞天頂軸18的轉動以及天頂滑架14繞方位軸20的轉動而指向期望方向。將追蹤器內部的天頂角編碼器附接至與天頂軸18對準的天頂機械軸。將追蹤器內部的方位角編碼器附接至與方位軸20對準的方位機械軸。天頂角編碼器和方位角編碼器以相對較高的精度測量轉動的天頂角和方位角。輸出激光束46傳播至例如可能是如上所述的球形安裝的回射器(SMR)的回射器目標26。通過測量萬向點22和回射器26之間的徑向距離、繞天頂軸18的轉動角和繞方位軸20的轉動角，在追蹤器的球面坐標系中找到回射器26的位置。
[0033]如以下所述，輸出激光束46可以包括一個或多個激光波長。為了清楚和簡便，在以下論述中假定圖1所示的這種轉向機構。然而，其它類型的轉向機構是可以的。例如，能夠使激光束從繞方位軸和天頂軸轉動的鏡反射。無論轉向機構的類型如何，均可應用本文描述的技術。
[0034]在激光追蹤器上可以包括磁槽17以針對例如1.5,7/8和1/2英寸的SMR的不同大小的SMR將激光追蹤器重置為“初始”位置。可以使用追蹤器上回射器19將追蹤器重置為參考距離。另外，如美國專利N0.7，327，446 (其內容通過引用并入本文)所述，可以將從圖1不可見的追蹤器上鏡與追蹤器上回射器相結合使用以使得能夠進行自補償。
[0035]圖2示出示例性激光追蹤器系統7，其中，除了以六DOF探測器1000替換回射器目標26以外，激光追蹤器系統7與圖1的激光追蹤器系統5相同。在圖1中，可以使用其它類型的回射器目標。例如，有時使用作為光會聚至玻璃結構的反射后表面上的小光斑的玻璃回射器的貓眼回射器。
[0036]圖3是示出激光追蹤器實施例中的光學和電氣元件的框圖。圖3示出如下激光追蹤器的元件:該激光追蹤器發出兩個波長的光并且用于追蹤，其中，第一波長用于ADM，第二波長用于可見指示器。可見指示器使得用戶能夠看見追蹤器所發出的激光束光斑的位置。使用自由空間分束器來組合這兩個不同波長。電光(EO)系統100包括可見光源110、隔離器115、可選第一光纖發射器170、可選干涉儀(IFM) 120、擴束器140、第一分束器145、位置檢測器組件150、第二分束器155、ADM160和第二光纖發射器170。
[0037]可見光源110可以是激光器、超發光二極管或其它發光裝置。隔離器115可以是Faraday隔離器、衰減器或能夠減少反射回至光源的光的其它裝置。可選IFM可以被配置成多種方式。作為可能實現的具體示例，IFM可以包括分束器122、回射器126、四分之一波板124,130和相位分析器128。可見光源110可以將光發射到自由空間，然后該光經過隔離器115和可選IFM120在自由空間內傳播。可選地，隔離器115可以經由光纖線纜耦接至可見光源110。在這種情況下，如以下參考圖5所論述的，來自隔離器的光可以經過第一光發射器170發射到自由空間內。
[0038]可以使用各種透鏡結構來設置擴束器140，但在圖4A、4B中示出兩種常用的現有技術結構。圖4A示出基于使用負透鏡141A和正透鏡142A的結構140A。入射到負透鏡141A上的準直光束220A從正透鏡142A出射為較大的準直光束230A。圖4B示出基于使用兩個正透鏡141BU42B的結構140B。入射到第一正透鏡141B上的準直光束220B從第二正透鏡142B出射為較大的準直光束230B。在從擴束器140離開的光中，少量光在從追蹤器出來的路上從分束器145、155反射并且丟失。穿過分束器155的那部分光與來自ADM160的光相組合以形成離開激光追蹤器并且傳播至回射器90的復合光束188。
[0039]在實施例中，ADM160包括光源162、ADM電子器件164、光纖網絡166、互連電纜165和互連光纖168、169、184、186。ADM電子器件將電氣調制和偏置電壓發送至光源162，其中該光源162例如可以是以約1550nm的波長工作的分布式反饋激光器。在實施例中，光纖網絡166可以是圖8A所示的現有技術的光纖網絡420A。在本實施例中，來自圖3中的光源162的光經由與圖8A中的光纖432等同的光纖184傳播。[0040]圖8A的光纖網絡包括第一光纖耦合器430、第二光纖耦合器436和低傳輸反射器435、440。光經由第一光纖耦合器430傳播并且分裂成以下兩個路徑，其中第一路徑經由光纖433至第二光纖耦合器436，第二路徑經過光纖422和光纖長度均衡器423。光纖長度均衡器423連接至圖3的光纖長度168，其中該光纖長度168傳播至ADM電子器件164的參考通道。光纖長度均衡器423的目標是使光在參考通道內所經過的光纖的長度與光在測量通道內所經過的光纖的長度一致。這種方式的光纖長度一致減少了因環境溫度的變化所引起的ADM誤差。由于光纖的有效光路長度與光纖的平均折射率乘以光纖長度相等，因此可能產生這樣的誤差。由于光纖的折射率依賴于光纖的溫度，因此光纖的溫度變化導致測量通道和參考通道的有效光路長度出現變化。在測量通道內的光纖的有效光路長度相對于參考通道內的光纖的有效光路長度改變的情況下，即使回射器目標90保持靜止，該結果也將在回射器目標90的位置發生明顯偏移。為了避免該問題，采取兩個步驟。首先，使參考通道內的光纖的長度與測量通道內的光纖的長度盡可能匹配。其次，并排鋪設測量光纖和參考光纖以達到能夠確保兩個通道內的光纖經歷近乎相同的溫度變化的程度。
[0041]光經由第二光纖光耦合器436傳播并且分裂成以下兩個路徑，其中，第一路徑至低反射光纖終端440，第二路徑至光纖438，其中光從光纖438傳播至圖3的光纖186。光穿過光纖186而傳播至第二光纖發射器170。
[0042]在實施例中，在現有技術的圖5中示出光纖發射器170。來自圖3中的光纖186的光入射到圖5中的光纖172。光纖發射器170包括光纖172、箍174和透鏡176。光纖172附接至箍174，其中箍174穩定地附接至激光追蹤器10內的結構。如果需要，可以將光纖的端部打磨成角以減少背向反射。根據所使用的光的波長和光纖的特定類型，光250從可以是直徑為4?12微米的單模光纖的光纖的纖芯出射。光250分叉成一定角并且與透鏡176相交，其中透鏡176使光250平行。參考專利‘758中的圖3說明了經由ADM系統中的單模光纖來發射和接收光信號的方法。
[0043]參考圖3，分束器155可以是發射不同于所反射的波長的兩色分束器。在實施例中，來自ADM160的光從兩色分束器155反射并且與透過兩色分束器155的來自可見激光110的光合并。復合光束188從激光追蹤器傳播出來至回射器90作為第一光束，其中回射器90返回光的一部分作為第二光束。第二光束部分以ADM波長從兩色分束器155反射并且返回至第二光纖發射器170，其中第二光纖發射器170將光返回耦接至光纖186。
[0044]在實施例中，光纖186與圖8A中的光纖438相對應。返回光自光纖438穿過第二光纖耦合器436傳播并且分裂成兩個路徑。在本實施例中，第一路徑通往光纖424，光纖424與通往圖3中的ADM電子器件164的測量通道的光纖169相對應。第二路徑通往光纖433，然后通往第一光纖耦合器430。離開第一光纖耦合器430的光分裂成兩個路徑，第一路徑至光纖432，第二路徑至低反射終端435。在實施例中，光纖432與通往圖3中的光源162的光纖184相對應。在大多情況中，光源162包含使從光纖432進入光源的光量最小化的內置Faraday隔離器。在相反方向上反饋到激光內的過多的光可能會使激光不穩定。
[0045]來自光纖網絡166的光經由光纖168、169入射到ADM電子器件164。在圖7中示出現有技術的ADM電子器件的實施例。圖3中的光纖168與圖7中的光纖3232相對應，并且圖3中的光纖169與圖7中的光纖3230相對應。現在參考圖7，ADM電子器件3300包括頻率參考3302、合成器3304、測量檢測器3306、參考檢測器3308、測量混合器3310、參考混合器3312、調節電子器件3314、3316、3318、3320、N分預分頻器3324和模數轉換器(ADC) 3322。例如可以是恒溫控制的晶體振蕩器(OCXO)的頻率參考將例如可以為IOMHz的參考頻率fKEF發送至合成器，其中合成器產生兩種電信號:頻率為fKF的一個信號和頻率為的兩個信號。信號fKF進入與圖3中的光源162相對應的光源3102。頻率為的兩個信號進入測量混合器3310和參考混合器3312。來自圖3中的光纖168，169的光分別出現在圖7中的光纖3232，3230上，并且分別入射到參考通道和測量通道。參考檢測器3308和測量檢測器3306將光信號轉換成電信號。這些信號分別由電氣組件3316、3314進行調節，并且分別被發送至混合器3312、3310。這些混合器產生與- fEF的絕對值相等的頻率fIF。信號fKF可以是例如2GHz的相對高的頻率，而信號fIF可以是例如IOkHz的相對較低的頻率。
[0046]將參考頻率fKEF發送至預分頻器3324，其中預分頻器3324將頻率除以整數值。例如，可以將IOMHz的頻率除以40以獲得250kHz的輸出頻率。在該示例中，以250kHz的速率對進入ADC3322的IOkHz信號進行采樣，由此產生25個樣本/每周期。將來自ADC3322的信號發送至數據處理器3400，其中數據處理器3400例如可以是位于圖3的ADM電子器件164中的一個或多個數字信號處理器(DSP)單兀。
[0047]用于提取距離的方法基于針對參考通道和測量通道的ADC信號的相位的計算。在Bridges等人的美國專利N0.7，701，559 (‘559)中詳細描述了該方法，其內容通過引用包含于此。計算包括使用專利‘559的等式(I)?(8)。另外，在ADM首次開始測量回射器時，將合成器所生成的頻率改變若干次(例如，3次)，并且在各情況下計算可能的ADM距離。通過針對所選擇的各頻率比較可能的ADM距離，消除了 ADM測量時的不確定。專利‘559的等式(I)?⑶連同關于專利‘559的圖5所述的同步方法和專利‘559所述的Kalman濾波器方法使得ADM能夠測量移動目標。在其它實施例中，可以使用用于獲得絕對距離測量的其它方法，例如通過使用脈沖飛行時間(time-of-flight)而不是相位差來獲得絕對距離測量的方法。
[0048]返回光束190的穿過分束器155的部分到達分束器145，其中分束器145將該光的一部分發送至擴束器140并且將該光的另一部分發送至位置檢測器組件150。從激光追蹤器10或EO系統100出射的光可被看作第一光束，并且從回射器90或26反射的光的一部分可被看作第二光束。反射光束的部分被發送至EO系統100的不同功能元件。例如，可以將第一部分發送至諸如圖3中的ADM160的測距儀。可以將第二部分發送至位置檢測器組件150。在一些情況下，可以將第三部分發送至諸如可選干涉儀120的其它功能單元。理解以下很重要:在圖3的示例中，盡管第二光束的第一部分和第二部分在從分束器155和145反射之后分別被發送至測距儀和位置檢測器，但可以使光透過而不是反射到測距儀或位置檢測器上。
[0049]在圖6A?6D中示出現有技術的位置檢測器組件150A?150D的四個示例。圖6A示出最簡單的實現方式，其中位置檢測器組件包括安裝在用于從電子箱350獲得電力并且將信號返回至電子箱350的電路板152上的位置傳感器151，其可以表示在激光追蹤器10、輔助單元50或外部計算機60內的任意位置處的電子處理能力。圖6B包括用于阻斷不期望的光波長到達位置傳感器151的光學濾波器154。例如，還可以通過利用適當膜涂覆分束器145或位置傳感器151的表面來阻斷不期望的光波長。圖6C包括用于減小光束的大小的透鏡153。圖6D包括光學濾波器154和透鏡153這兩者。[0050]圖6E示出了包括光學調節器149E的新型位置檢測器組件。光學調節器包括透鏡153并且還可以包含可選的波長濾波器154。另外，光學調節器包括擴散器156和空間濾波器157中的至少一個。如以上所述，普遍類型的回射器為立方隅角回射器。一種類型的立方隅角回射器由三個鏡構成，其中，每個鏡與其它兩個鏡以直角結合。這三個鏡相結合的截交線可以具有光不會被完全反射回至追蹤器的有限厚度。有限厚度的線隨著它們傳播而衍射，使得這些線在到達位置檢測器時可以不出現在位置檢測器上的完全相同位置處。然而，衍射光模式通常將不滿足完全對稱。結果，照射位置檢測器151的光例如在衍射線附近可能光學功率(熱點)下降或上升。由于來自回射器的光的均一性在各回射器之間可能改變，并且還由于位置檢測器上的光的分布也可能隨著回射器轉動或傾斜而改變，因此包括擴散器156以提高照射位置檢測器151的光的平滑度可能是有利的。可能會爭辯，由于理想位置檢測器應當對應于質心并且理想擴散器應當對稱地擴散光斑，因此不會對位置檢測器所給出的結果位置產生影響。然而，實際上，觀察到擴散器改進了位置檢測器組件的性能，這可能是因為位置檢測器151和透鏡153的非線性(不完善)的影響。由玻璃制成的立方隅角回射器還可能在位置檢測器151處產生非均勻的光斑。如根據共同受讓人的于2012年2月10日提交的美國專利申請N0.13/370，339和于2012年2月29日提交的美國專利申請N0.13/407, 983 (這兩個申請通過應用包含于此)可以更加清楚地理解，位置檢測器處的光斑的變化相對于從六DOF目標中的立方隅角反射的光特別明顯。在實施例中，擴散器156是全息擴散器。全息擴散器在指定擴散角上提供受控的同質光。在其它實施例中，使用諸如毛玻璃或“乳色玻璃”擴散器的其它類型的擴散器。
[0051]位置檢測器組件150E的空間濾波器157的目標是阻斷例如可能作為光學表面的不期望的反射結果的重影光束照射位置檢測器151。空間濾波器包括具有孔徑的板157。通過將空間濾波器157布置為距透鏡的距離近似等于透鏡的焦距，返回光243E在接近其最窄時(即光束的腰部處)穿過空間濾波器。例如，作為光學元件的反射結果而以不同角傳播的光束偏離孔徑照射空間濾波器并且被阻止達到位置檢測器151。在圖6E中示出如下示例:不期望的重影光束244E從分束器145的表面反射并且傳播至空間濾波器157，在空間濾波器157處，該重影光束被阻斷。在不存在空間濾波器的情況下，重影光束244E將與位置檢測器151相交，由此導致不正確地確定光束243E在位置檢測器151上的位置。在重影光束位于距光的主要斑點相對大的距離處的情況下，即使微弱的重影光束也可能極大地改變位置檢測器151上質心的位置。
[0052]這里論述的這種回射器、立方隅角或貓眼反射器具有例如反射沿與入射光線平行的方向入射到回射器的光射線的性質。另外，入射光線和反射光線關于回射器的對稱點對稱配置。例如，在露天的立方隅角回射器中，回射器的對稱點是立方隅角的頂點。在玻璃立方隅角回射器中，對稱點也是頂點，但這種情況下必須考慮玻璃空氣界面處的光的彎曲。在衍射率為2.0的貓眼回射器中，對稱點也是球體中心。在由對稱地位于共同面上的兩個玻璃半球體制成的貓眼回射器中，對稱點是存在于該平面上并且處于各半球體的球形中心的點。對于激光追蹤器通常使用的回射器類型，主點是將回射器返回至追蹤器的光偏向相對于入射激光束的頂點的另一側。
[0053]圖3中的回射器90的該行為是利用激光追蹤器來追蹤回射器的基礎。位置傳感器在其表面上具有理想折回點。該理想折回點是發送至回射器的對稱點(例如，SMR中的立方隅角回射器的頂點)的激光束將返回的點。通常，折回點接近位置傳感器的中心。在將激光束發送至回射器的一側的情況下，該激光束在另一側上反射回來并且呈現為離開位置傳感器上的折回點。通過注意位置傳感器上的返回光束的位置，激光追蹤器10的控制系統可以使馬達將光束朝向回射器的對稱點移動。
[0054]在回射器以恒定速度相對于追蹤器橫向移動的情況下，回射器處的光束(在解決了瞬態之后)在距回射器的對稱點固定偏移距離處照射回射器。激光追蹤器基于從控制測量所獲得的縮放因數和從位置傳感器上的光束到理想折回點的距離進行校正，以補償回射器處的該偏移距離。
[0055]如以上所述，位置檢測器進行兩個主要功能，這兩個功能使得能夠追蹤并校正測量以補償回射器的移動。位置檢測器內的位置傳感器可以是能夠測量位置的任意類型的裝置。例如，位置傳感器可以是位置感測檢測器或感光陣列。位置感測檢測器例如可以是橫向效應檢測器或象限檢測器。感光陣列例如可以是CMOS或CCD陣列。
[0056]在實施例中，沒有從分束器145反射的返回光穿過擴束器140，從而變得較小。在另一實施例中，顛倒位置檢測器的位置和測距儀的位置，以使得分束器145所反射的光傳播至測距儀并且透過分束器的光傳播至位置檢測器。
[0057]光繼續穿過可選IFM，穿過隔離器并且入射到可見光源110。在該階段，光學功率應小到足以使得其不會使可見光源110不穩定。
[0058]在實施例中，經由圖5中的光束發射器170發射來自可見光源110的光。光纖發射器可以附接至光源110的輸出或隔離器115的光纖輸出。
[0059]在實施例中，圖3的光纖網絡166可以是圖8的現有技術的光纖網絡420B。這里，圖3的光纖184、186、168、169與圖8B的光纖443、444、424、422相對應。除了圖8B的光纖網絡具有單個光纖耦合器而非兩個光纖耦合器之外，圖SB的光纖網絡與圖8A的光纖網絡相同。圖SB相對于圖8A的優點是簡潔；然而，圖SB更可能使不期望的光學背向反射進入光纖422和424。
[0060]在實施例中，圖3的光纖網絡166是圖8C的光纖網絡420C。這里，圖3的光纖184、186、168、169與圖8C的光纖447、455、423、424相對應。光纖網絡420C包括第一光纖率禹合器445和第二光纖稱合器451。第一光纖稱合器445是具有兩個輸入端口和兩個輸出端口的2X2耦合器。這種耦合器通常通過鄰近地配置兩個光纖纖芯然后在被加熱時拉制這些光纖制成。這樣,光纖之間的倏逝波稱合(evanescent coupling)可以將光的期望部分分離到相鄰光纖。第二光纖耦合器451是所謂的環行器類型。第二光纖耦合器451包括三個端口，每個端口具有僅在指定方向上發送或接收光的能力。例如，光纖448上的光入射到端口 453并且如由箭頭所示朝向端口 454傳播。在端口 454處，光可以被傳輸至光纖455。同樣，在端口 455上傳播的光可以入射到端口 454并且沿箭頭方向傳播至端口 456，其中在端口 456處,一些光可以被傳輸至光纖424。在僅需要三個端口的情況下,環行器451可能經受比2X2耦合器小的光學功率損耗。另一方面，環行器451可能比2X2耦合器更貴，并且可能經歷在一些情形下可能成為問題的偏振模式分散。
[0061]圖9和10分別示出Bridges等人的美國公開專利申請N0.2010/0128259的圖2和3中所述的現有技術的激光追蹤器2100的分解圖和截面圖，其中通過引用包含該申請。方位組件2110包括柱狀殼體2112、方位編碼器組件2120、下方位軸承2114A和上方位軸承2114B、方位馬達組件2125、方位滑環組件2130和方位電路板2135。
[0062]方位編碼器組件2120的目標是準確地測量軛2142相對于柱狀殼體2112的轉動角。方位編碼器組件2120包括編碼器盤2121和讀取頭組件2122。編碼器盤2121附接至軛殼體2142的軸，并且讀取頭組件2122附接至支柱組件2110。讀取頭組件2122包括其上緊固有一個或多個讀取頭的電路板。發送自讀取頭的激光從編碼器盤2121上的細光柵線反射出來。對編碼器讀取頭上的檢測器拾取到的反射光進行處理以求出編碼器盤相對于固定讀取頭轉動的角。
[0063]方位馬達組件2125包括方位馬達轉子2126和方位馬達定子2127。方位馬達轉子包括直接附接至軛殼體2142的軸的永磁體。方位馬達定子2127包括產生規定的磁場的場繞組。該磁場與方位馬達定子2126的磁體相互作用以產生期望的轉動動作。方位馬達定子2127附接至柱狀架2112。
[0064]方位電路板2135表示用于提供諸如編碼器和馬達的方位組件所需的電氣功能的一個或多個電路板。方位滑環組件2130包括外部部件2131和內部部件2132。在實施例中，線束2138從輔助單元處理器50露出。線束2138可以將電力傳遞至追蹤器或者將信號傳輸至追蹤器或從追蹤器傳輸信號。線束2138中的一些布線可以指向電路板上的連接器。在圖10所示的示例中，將線布到方位電路板2135、編碼器讀取頭組件2122和方位馬達組件2125。其它線布到達滑環組件2130的內部部件2132。內部部件2132附接至柱狀組件2110并且因而保持靜止。外部部件2131附接至軛組件2140并且因而相對于內部部件2132轉動。滑環組件2130被設計成隨著外部部件2131相對于內部部件2132轉動而允許低阻抗電氣接觸。
[0065]天頂部件2140包括軛殼體2142、天頂編碼器組件2150、左天頂軸承2144A和右天頂軸承2144B、天頂馬達組件2155、天頂滑環組件2160和天頂電路板2165。
[0066]天頂編碼器組件2150的目標是準確地測量有效載荷框架2172相對于軛殼體2142的轉動角。天頂編碼器組件2150包括天頂編碼器盤2151和天頂讀取頭組件2152。編碼器盤2151附接至有效載荷殼體2142并且讀取頭組件2152附接至軛殼體2142。天頂讀取頭組件2152包括其上緊固有一個或多個讀取頭的電路板。發送自讀取頭的激光從編碼器盤2151上的細光柵線反射出來。對編碼器讀取頭上的檢測器所拾取的反射光進行處理，以求出編碼器盤相對于固定讀取頭轉動的角。
[0067]天頂馬達組件2155包括方位馬達轉子2156和方位馬達定子2157。天頂馬達轉子2156包括直接附接至有效載荷框架2172的軸的永磁體。天頂馬達定子2157包括用于生成規定的磁場的場繞組。該磁場與轉子磁體相互作用以產生期望的轉動動作。天頂馬達定子2157附接至軛框架2142。
[0068]天頂電路板2165表示用于提供諸如編碼器和馬達的天頂部件所需的電氣功能的一個或多個電路板。天頂滑環組件2160包括外部部件2161和內部部件2162。線束2168從方位外部滑環2131露出并且可以輸送電力或信號。線束2168中的一些布線可以指向電路板上的連接器。在圖10所示的例子中，將線布到天頂電路板2165、天頂馬達組件2150和編碼器讀取頭組件2152。將其它線布到滑環組件2160的內部部件2162。內部部件2162附接至軛框架2142并且因而僅以方位角而不以天頂角轉動。外部部件2161附接至有效載荷框架2172并且因而以天頂角和方位角這兩者轉動。滑環組件2160被設計成隨著外部部件2161相對于內部部件2162轉動而允許低阻抗電氣接觸。有效載荷組件2170包括主光學組件2180和副光學組件2190。
[0069]圖11是示出維度測量電子處理系統1500的框圖，其中，維度測量電子處理系統1500包括激光追蹤器電子處理系統1510、外圍元件1582、1584、1586的處理系統、計算機1590和這里表示為云的其它網絡部件1600。示例性的激光追蹤器電子處理系統1510包括主處理器1520、有效載荷功能電子器件1530、方位編碼器電子器件1540、天頂編碼器電子器件1550、顯示器和用戶界面(UI)電子器件1560、可移除存儲硬件1565、射頻識別(RFID)電子器件和天線1572。有效載荷功能電子器件1530包括多個子功能，包含六DOF電子器件1531、攝像頭電子器件1532、ADM電子器件1533、位置檢測器(PSD)電子器件1534和電平電子器件1535。大多數子功能具有例如可以是數字信號處理器(DSP)或現場可編程門陣列(FPGA)的至少一個處理器單元。電子單元1530、1540和1550由于它們在激光追蹤器內的位置而單獨示出。在實施例中，有效載荷功能1530位于圖9、10的有效載荷2170內，而方位編碼器電子器件1540位于方位組件2110內并且天頂編碼器電子器件1550位于天頂組件2140內。
[0070]可以具有多種外圍裝置，但這里示出三個這種裝置:溫度傳感器1582、六DOF探測器1584和例如可以是智能電話的個人數字助理1586。激光追蹤器可以通過各種方式與外圍裝置通信，包括:通過諸如攝像頭的視覺系統和通過激光追蹤器向諸如六DOF探測器1584的協作目標的距離讀取和角讀取來經由天線1572進行無線通信。外圍裝置可以包含處理器。六DOF輔助設備可以包括六DOF探測系統、六DOF掃描儀、六DOF投射器、六DOF傳感器和六DOF指示器。這些六DOF裝置內的處理器可以結合激光追蹤器內的處理裝置以及外部計算機和云處理資源來使用。通常，在使用術語激光追蹤器處理器或測量裝置處理器時，這意味著包括可能的外部計算機和云支持。
[0071]在實施例中，單獨的通信總線從主處理器1520到達各電子單元1530、1540、1550、1560、1565和1570。每個通信線例如可以具有三個串行線，這三個串行線包括數據線、時鐘線和幀線。幀線表示電子單元是否應關注時鐘線。在幀線表示應注意的情況下，電子單元在各時鐘信號讀取數據線的當前值。時鐘信號例如可能對應于時鐘脈沖的上升沿。在實施例中，以包的形式經由數據線來傳輸信息。在實施例中，每個包包括地址、數字值、數據消息和校驗和。該地址表示數字消息要指向電子單元內的何處。該位置例如可以與電子單元內的處理器子例程相對應。數字值表示數據消息的長度。數據消息包含電子單元要執行的數據或指令。校驗和是用于使經由通信線傳輸誤差的機會最小的數字值。
[0072]在實施例中，主處理器1520將信息包經由總線1610發送至有效載荷功能電子器件1530，經由總線1611發送至方位編碼器電子器件1540，經由總線1612發送至天頂編碼器電子器件1550，經由總線1613發送至顯示器和UI電子器件1560，經由總線1614發送至可移除存儲硬件1565，并且經由總線1616發送至RFID和無線電子器件1570。
[0073]在實施例中，主處理器1520還將同步脈沖經由同步總線1630同時發送至各電子單元。同步脈沖提供使激光追蹤器的測量功能所收集到的值同步的方式。例如，方位編碼器電子器件1540和天頂電子器件1550 —旦接收到同步脈沖，就鎖存它們的編碼器值。類似地，有效載荷功能電子器件1530鎖存由有效載荷內包含的電子器件所收集的數據。在給出同步脈沖時，六D0F、ADM和位置檢測器全部鎖存數據。在多數情況下，攝像頭和傾斜儀以比同步脈沖速率慢的速率收集數據但可以以同步脈沖周期的多倍鎖存數據。
[0074]方位編碼器電子器件1540和天頂編碼器電子器件1550彼此分開并且經由圖9、10所示的滑環2130、2160與有效載荷電子器件1530分開。這就是將總線1610、1611和1612描述為圖11中的單獨總線的原因。
[0075]激光追蹤器電子處理系統1510可以與外部計算機1590進行通信，或者可以提供激光追蹤器內的計算、顯示和Π功能。激光追蹤器經由例如可以是以太網線或無線連接的通信鏈路1606與計算機1590進行通信。激光追蹤器還可以經由可以包括諸如以太網線纜的一個或多個電纜以及一個或多個無線連接的通信鏈路1602來與以云為代表的其它元件1600進行通信。元件1600的示例是可以利用激光追蹤器來重新定位的例如關節臂CMM的其它三維測試儀器。計算機1590和元件1600之間的通信鏈路1604可以是有線(例如，以太網)或無線的。坐在遠程計算機1590處的操作員可以經由以太網或無線線路連接至以云1600為代表的因特網，而云1600經由以太網或無線線路連接至主處理器1520。這樣，用戶可以對遠程激光追蹤器的動作進行控制。
[0076]如今激光追蹤器針對ADM使用一個可見波長(通常為紅色)和一個紅外波長。紅色波長可以由適合用在干涉儀中并且還用來提供紅色指示光束的頻率穩定的氦氖(HeNe)激光是來提供。可選地，紅色波長可以由僅用作指示光束的二極管激光來提供。使用兩個光源的缺點在于額外光源、分束器、隔離器和其它部件所需的額外空間和附加成本。使用兩個光源的另一缺點是難以使這兩個光束沿著光束傳播的整個路徑完全對準。這可能會導致各種問題，包括無法從以不同波長工作的不同子系統同時獲得良好性能。在圖12A的光電系統500中示出使用單個光源并由此消除這些缺點的系統。
[0077]圖12A包括可見光源110、隔離器115、光纖網絡420、ADM電子器件530、光纖發射器170、分束器145和位置檢測器150。可見光源110例如可以是紅色或綠色二極管激光或垂直腔面發射激光(VCSEL)。隔離器可以是Faraday隔離器、衰減器或能夠充分減少反饋至光源的光量的任何其它裝置。來自隔離器115的光傳播至光纖網絡420，在實施例中，光纖網絡420為圖8A的光纖網絡420A。
[0078]圖12B示出光電系統400的實施例，其中，在光電系統400中，使用單波長的光但通過光的電光調制而不是光源的直接調制來實現調制。光電系統400包括可見光源110、隔離器115、電光調制器410、ADM電子器件475、光纖網絡420、光纖發射器170、分束器145和位置檢測器150。可見光源110例如可以是紅色或綠色激光二極管。經由例如可以是Faraday隔離器或衰減器的隔離器115來發送激光。可以在隔離器115的輸入端口和輸出端口進行光纖耦合。隔離器115將光發送至電光調制器410，其中，電光調制器410將光調制為選擇頻率，選擇頻率可以根據需要高達IOGHz或更高。來自ADM電子器件475的電信號476驅動電光調制器410內的調制。來自電光調制器410的調制光傳播至光纖網絡420，其可以是以上所述的光纖網絡420A、420B、420C或420D。光的一些部分經由光纖422傳播至ADM電子器件475內的參考通道。光的另一部分傳播到追蹤器外、從回射器90反射、返回至追蹤器并且到達分束器145。少量的光從分束器反射并且傳播至以上參考圖6A?6F所述的位置檢測器150。光的一部分穿過分束器145入射到光纖發射器170、經由光纖網絡420入射到光纖424，并且入射到ADM電子器件475的測量通道。通常，為了比圖12B的系統400省錢，可以制造圖12A的系統500 ;然而，電光調制器410能夠實現更高的調制頻率，這在一些情形下是有利的。
[0079]圖13示出定位攝像頭系統950和光電系統900的實施例，其中，方位攝像頭910與3D激光追蹤器的光電功能相結合來測量六自由度。光電系統900包括可見光源905、隔離器910、可選光電調制器410、ADM電子器件715、光纖網絡420、光纖發射器170、分束器145、位置檢測器150、分束器922和方位攝像頭910。來自可見光源的光在光纖980中發出并且經由輸入端口和輸出端口可以I禹合有光纖的隔離器910傳播。光可以經由利用來自ADM電子器件715的電信號716調制的電光調制器410傳播。可選地，ADM電子器件715可以經由線纜717發送電信號以對可見光源905進行調制。入射到光纖網絡的光的一部分經由光纖長度均衡器423和光纖422傳播以入射到ADM電子器件715的參考通道。可以可選地將電信號469應用于光纖網絡420以將開關信號提供至光纖網絡420內的光纖開關。光的一部分從光纖網絡傳播至光纖發射器170，其中該光纖發射器170將光纖上的光作為光束982發送到自由空間內。少量的光從分束器145反射并且丟失。光的一部分穿過分束器145、穿過分束器922，并且傳播到追蹤器外而到達六自由度(DOF)裝置4000。六DOF裝置4000可以是探測器、掃描儀、投射器、傳感器或其它裝置。
[0080]在其返回路徑上，來自六DOF裝置4000的光入射到光電系統900并且到達分束器922。光的一部分從分束器922反射并且入射到方位攝像頭910。方位攝像頭910記錄放置在回射器目標上的一些標記的位置。根據這些標記，求出六DOF探測器的方位角(B卩，三自由度)。以下說明本申請及專利‘758中的方位攝像頭的原理。分束器145處的光的一部分經由分束器傳播并且通過光纖發射器170發射到光纖上。光傳播至光纖網絡420。該光的一部分傳播至光纖424，其中該光從光纖424入射到ADM電子器件715的測量通道。
[0081]定位攝像頭系統950包括攝像頭960和一個或多個光源970。在圖1中也示出該定位攝像頭系統，其中攝像頭為元件52并且光源是元件54。攝像頭包括透鏡系統962、感光陣列964和主體966。定位攝像頭系統950的一個用途是在工作體積中定位回射器目標。這通過使光源970閃光來進行，其中攝像頭將光源970拍攝作為感光陣列964上的亮點。定位攝像頭系統950的第二個用途是基于反射器光點或LED在六DOF裝置4000上的觀察位置來建立六DOF裝置4000的粗略方位。在激光追蹤器上可存在兩個或更多個定位攝像頭的情況下，可以使用三角測量原理來計算至工作體積中的每個回射器目標的方向。在單個定位攝像頭被定位成拍攝沿著激光追蹤器的光軸反射的光的情況下，可以找到至每個回射器目標的方向。在單個攝像頭被定位為偏離激光追蹤器的光軸的情況下，可以根據感光陣列上的圖像立即獲得至回射器目標的近似方向。在這種情況下，可以通過使激光的機械軸朝向不止一個方向轉動并且觀察感光陣列上的光點位置的變化來求出至目標的更精確方向。
[0082]圖14A和14B示出了具有增強的設計部件的示例性激光追蹤器的前視圖和立體圖，其中，增強的設計部件包括:窄視場(FOV)指示燈4116、寬FOV照明側面板4140、不對稱部件4112、4114、觸摸感應按鈕4130以及伸縮柄4150。圖14C示出伸縮柄4150處于拉開位置的示例性激光追蹤器的透視圖。在圖14A至圖14C中還示出指槽4168、柱4152、側把手4164A、4164B、具有側把手凹口的側把手4166以及凹陷的把手4160。圖14A至圖14C中示出的可伸縮柄的優點在于:追蹤器4100、4190可以被設計成具有非常硬(厚)的天頂滑架14，從而還使得能夠使用柄并允許將追蹤器的尺寸最小化以用于裝載在運輸集裝箱中。在實施例中，柱4152提供使可伸縮柄4150保持在其當前位置的摩擦約束，當前位置為拉開位置或縮回位置。指槽4168被配置成允許用戶將手指插入可伸縮柄兩側中的任一側，從而使得更容易施加力以上下移動可伸縮柄。可伸縮柄可以結合凹陷把手4160方便地使用，以使得用戶在移動或定位追蹤器時能夠使用兩只手。在實施例中，可伸縮柄硬到足以使得追蹤器能夠側放，以例如存儲到儀器箱或者從儀器箱中移除。側把手允許用戶將手放在追蹤器的相對側上。當從一個用戶向另一用戶轉變追蹤器位置時，側把手特別方便。側把手可以由彈性材料制成以提供改進的抓握。側把手可以包括側把手凹口以進一步改進抓握。例如，第一用戶可以使用可伸縮柄支撐追蹤器，而第二用戶通過側把手抓握追蹤器。出于本申請的目的，術語“頂”指追蹤器具有可伸縮柄4150的一側，術語“底”指追蹤器具有凹陷把手4160的一側。盡管追蹤器可以側邊或者甚至顛倒過來使用，但這些術語頂和底指追蹤器最常使用的方位。
[0083]如從前視圖可以看出，窄視場指示燈4116從左到右標識為燈I至燈6。在實施例中，兩個最里面的燈(編號為3和4的燈)是紅色的和綠色的。在測量進行中時，紅燈亮。當來自激光追蹤器的光束鎖定到目標上時，綠燈發出穩定的輝光。當追蹤器未鎖定到目標但是位置檢測器正在檢測光束時，綠燈亮且閃爍。在實施例中，靠近最里面的兩個燈的燈(編號為2和5的燈)是黃色的，并且最外面的燈(編號為I和6的燈)是藍色的。黃燈和藍燈可以用于多種目的，例如，向操作員提供信號。用戶可以通過軟件開發工具包(SDK)獲得這些燈的功能。
[0084]窄視場燈使得操作員能夠在距離追蹤器遠距離(例如80米)處看見LED。因為這種大范圍和窄視場，站在激光追蹤器側的觀察者可能會看不到指示燈。為了克服這個問題，在照明側面板4140中的漫散射側面板的下面設置附加的紅色和綠色指示燈。例如，可以放置紅燈和綠燈以允許從任一側觀察，甚至以較低水平從激光追蹤器的前面或后面觀察。
[0085]激光追蹤器的兩種操作模式是前視模式和后視模式。前視模式是正常操作模式。后視模式是通過以前視模式開始然后執行下面步驟所獲得的模式:(1)將方位角旋轉180度，以及(2)旋轉天頂角以顛倒其符號(向上的垂直方向對應于零度)，從而將激光束向后指向為幾乎原始方向。在使用激光追蹤器測量時，經常希望能夠從遠處快速分辨激光追蹤器是處于前視模式還是后視模式。不對稱裝置4112和3914在后視模式會被翻轉倒置，并且幫助操作員分辨激光追蹤器處于哪種模式。另外，在后視模式下，指示燈會翻轉到激光追蹤器輸出孔的下面，從而為操作員提供激光追蹤器處于前視模式還是后視模式下的清晰指示。
[0086]在激光追蹤器上頻繁執行一些操作。例如，頻繁執行的操作是將激光追蹤器發送到起始位置。這通過使激光束到達SMR (通常放置在三個磁槽4120之一上的SMR)來完成。因為從這些“起始位置”到激光追蹤器的萬向點22的距離是已知的，所以執行起始操作提供了對激光追蹤器中的ADM或IFM上的距離參考進行重置的方便方法。在一些情況下,操作員可能想要快速執行起始操作而不返回到電腦執行起始命令。觸摸感應按鈕4130提供了進行該操作的簡易方法。在實施例中，當操作員觸摸按鈕4130中的一個按鈕時，激光追蹤器直接將激光束發送至該按鈕上方的SMR。三個磁槽4120可以對應于不同大小的SMR，例如，直徑為1.5英寸、7/8英寸以及1/2英寸的SMR。因此，磁槽下方的按鈕還提供在這些SMR中切換的能力。例如，操作員可以通過將1/2英寸SMR放置在合適的磁槽并且按壓該磁槽下方的觸摸感應傳感器容易地從1.5英寸SMR切換到1/2英寸SMR。觸摸傳感器可以基于電容傳感器的使用，現今電容傳感器可低成本得到。可以使觸摸感應按鈕在進行實際物理接觸之前響應靠近按鈕的運動。換言之，可以使用接近傳感器。除了在此給出的觸摸傳感器的使用示例之外，還可以使用觸摸傳感器以向激光追蹤器發布各種各樣的命令。
[0087]盡管已經參考示例實施例說明了本發明，但本領域技術人員應當理解，可以在沒有背離本發明的范圍的情況下進行各種變化并且可以利用等同物來替換元件。另外，可以在沒有背離本發明的實質范圍的情況下進行多種變形以使特定情形或材料適合本發明的教導。因此，期望本發明不限于作為用于執行本發明考慮的最佳模式所公開的特定實施例，但本發明將包括落在所附權利要求書的范圍內的所有實施例。此外，術語第一、第二等的使用并不表示任何順序或重要度，而是使用術語第一、第二等來將各元件區分開。此外，術語“一”、“一個”等的使用并不表示量的限制，而是表示存在至少一個所引用的項。
【權利要求】
1.一種坐標測量裝置(10)，所述坐標測量裝置(10)向遠處的目標點(26)發送第一光束(46)，所述目標點返回所述第一光束的一部分作為第二光束(47)，所述坐標測量裝置具有頂側、底側和重量，所述測量裝置包括: 第一馬達(2125)和第二馬達(2155)，所述第一馬達(2125)和所述第二馬達(2155) —起將所述第一光束指向第一方向，所述第一方向由圍繞第一軸(20 )的第一旋轉角和圍繞第二軸(18)的第二旋轉角確定，所述第一旋轉角由所述第一馬達產生，并且所述第二旋轉角由所述第二馬達產生； 用于測量所述第一旋轉角的第一角度測量裝置(2120)以及用于測量所述第二旋轉角的第二角度測量裝置(2150)； 測距儀(160，120)，用于至少部分地基于由第一光學檢測器(3306)所接收的所述第二光束的第一部分，來測量從所述坐標測量裝置到所述目標點的第一距離；
處理器(1520，1530，1531，1532，1533，1534，1535，1540，1550，1560，1565，1570，1590)，用于提供所述目標點的三維坐標，所述三維坐標至少部分地基于所述第一距離、所述第一旋轉角以及所述第二旋轉角；以及 位于所述頂側的可伸縮柄(4150 )。
2.根據權利要求1所述的坐標測量裝置，其中，所述可伸縮柄被配置成在用戶沒有對其施加力的情況下保持在當前位置，所述當前位置為拉開位置或縮回位置。
3.根據權利要求1所述的坐標測量裝置，還包括第一指槽(4168)和第二指槽(4168)，所述第一指槽和所述第二指槽與所述可伸縮柄鄰近，所述第一指槽在所述可伸縮柄的第一側上，以及所述第二指槽在所述可伸縮柄的與所述第一側相對的一側上，所述第一指槽和所述第二指槽被配置 成用于通過用戶的手指抓握所述可伸縮柄。
4.根據權利要求1所述的坐標測量裝置，還包括底側上的凹陷把手(4160)，所述凹陷把手是大到足以允許手指插入的凹口。
5.根據權利要求4所述的坐標測量裝置，其中，所述可伸縮柄被配置成當所述可伸縮柄降低到大致與所述凹陷把手相同的水平時支撐所述坐標測量裝置的重量。
6.根據權利要求1所述的坐標測量裝置，還包括側把手對，所述側把手對包括第一側把手(4164A)和第二側把手(4164B)，所述第一側把手與所述第二側把手相對地位于所述坐標測量裝置的側面上，所述第一側把手和所述第二側把手位于所述頂側與所述底側中間的位置處，所述側把手對被配置成由雙手抓握。
7.根據權利要求4所述的坐標測量裝置，還包括側把手對，所述側把手對包括第一側把手和第二側把手，所述第一側把手與所述第二側把手相對地位于所述坐標測量裝置的側面上，所述第一側把手和所述第二側把手位于所述頂側與所述底側中間的位置處，所述側把手對被配置成由雙手抓握。
8.一種坐標測量裝置(10)，所述坐標測量裝置(10)向遠處的目標點(26)發送第一光束(46)，所述目標點返回所述第一光束的一部分作為第二光束(47)，所述坐標測量裝置具有頂側和底側，所述測量裝置包括: 第一馬達(2125)和第二馬達(2155)，所述第一馬達(2125)和所述第二馬達(2155) —起將所述第一光束指向第一方向，所述第一方向由圍繞第一軸(20 )的第一旋轉角和圍繞第二軸(18)的第二旋轉角確定，所述第一旋轉角由所述第一馬達產生，并且所述第二旋轉角由所述第二馬達產生； 用于測量所述第一旋轉角的第一角度測量裝置(2125)以及用于測量所述第二旋轉角的第二角度測量裝置(2125)； 測距儀(160，120)，用于至少部分地基于由第一光學檢測器(3306)所接收的所述第二光束的第一部分，來測量從所述坐標測量裝置到所述目標點的第一距離；
處理器(1520，1530，1531，1532，1533，1534，1535，1540，1550，1560，1565，1570，1590)，用于提供所述目標點的三維坐標，所述三維坐標至少部分地基于所述第一距離、所述第一旋轉角以及所述第二旋轉角；以及 所述底側上的凹陷把手(4160)，所述凹陷把手是大到足以允許手指插入的凹口。
9.根據權利要求8所述的坐標測量裝置，還包括位于所述頂側的可伸縮柄(4150)。
10.根據權利要求8所述的坐標測量裝置，還包括側把手對，所述側把手對包括第一側把手(4164A)和第二側把手(4164B)，所述第一側把手與所述第二側把手相對地位于所述坐標測量裝置的側面上，所述第一側把手和所述第二側把手位于所述頂側與所述底側中間的位置處，所述側把手對被配置成由雙手抓握。
11.根據權利要求9所述的坐標測量裝置，還包括側把手對，所述側把手對包括第一側把手和第二側把手，所述第一側把手與所述第二側把手相對地位于所述坐標測量裝置的側面上，所述第一側把手和所述第二側把手位于所述頂側與所述底側中間的位置處，所述側把手對被配置成由雙手抓握。
12.—種坐標測量裝置(10)，所述坐標測量裝置(10)向遠處的目標點(26)發送第一光束(46)，所述目標點返回所述 第一光束的一部分作為第二光束(47)，所述坐標測量裝置具有頂側和底側，所述測量裝置包括: 第一馬達(2125)和第二馬達(2155)，所述第一馬達(2125)和所述第二馬達(2155) —起將所述第一光束指向第一方向，所述第一方向由圍繞第一軸(20 )的第一旋轉角和圍繞第二軸(18)的第二旋轉角確定，所述第一旋轉角由所述第一馬達產生，并且所述第二旋轉角由所述第二馬達產生； 用于測量所述第一旋轉角的第一角度測量裝置(2120)以及用于測量所述第二旋轉角的第二角度測量裝置(2150)； 測距儀(160，120)，用于至少部分地基于由第一光學檢測器(3306)所接收的所述第二光束的第一部分，來測量從所述坐標測量裝置到所述目標點的第一距離；
處理器(1520，1530，1531，1532，1533，1534，1535，1540，1550，1560，1565，1570，1590)，用于提供所述目標點的三維坐標，所述三維坐標至少部分地基于所述第一距離、所述第一旋轉角以及所述第二旋轉角；以及 側把手對，所述側把手對包括第一側把手(4164A)和第二側把手(4164B)，所述第一側把手與所述第二側把手相對地位于所述坐標測量裝置的側面上，所述第一側把手和所述第二側把手位于所述頂側與所述底側中間的位置處，所述側把手對被配置成由雙手抓握。
13.根據權利要求12所述的坐標測量裝置，其中，所述第一側把手和所述第二側把手包括側把手凹口(4166)。
14.根據權利要求12所述的坐標測量裝置，其中，所述第一側把手和所述第二側把手由彈性材料制成。
15.根據權利要求12所述的坐標測量裝置，還包括位于所述頂側的可伸縮柄。
16.根據權利要求12所述的坐標測量裝置，還包括所述底側上的凹陷把手(4160)，所述凹陷把手是大到足以允許手指插入的凹口。
17.根據權利要求15所述的坐標測量裝置，還包括所述底側上的凹陷把手，所述凹陷把手是大到足以允許手指插入的 凹口。
【文檔編號】G01S7/481GK103477188SQ201280018390
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2012年4月13日 優先權日:2011年4月15日
【發明者】杰里米·M·加里, 喬納森·羅伯特·戴, 肯尼斯·斯特菲, 詹姆士·K·韋斯特 申請人:法羅技術股份有限公司