用于測量表面上的特征結構的方法、測量組件、用于制造結構的方法和指向器的制造方法

用于測量表面上的特征結構的方法、測量組件、用于制造結構的方法和指向器的制造方法
【專利摘要】一種用于測量表面(16)上的特征結構(14A)的測量組件(12)，包括：度量系統(18)、移動器組件(19)、指向器(22)和控制系統(24)。所述度量系統(18)產生測量光束(26)，并且所述移動器組件(19)選擇性地調整測量光束(26)的方向。所述指向器(22)是手持型的并且產生指向器光束(22A)，所述指向器光束(22A)可以選擇性地指向所述表面(16)以在所述表面(16)上形成指向器光斑(36)。此外，所述控制系統(24)控制移動器組件(19)移動測量光束(26)的方向直到測量光束(26)近似指向指向器光斑(36)。
【專利說明】用于測量表面上的特征結構的方法、測量組件、用于制造結構的方法和指向器

【技術領域】
[0001]本發明涉及用于測量表面上的特征結構(feature)的方法、包括度量系統的測量組件、用于制造結構的方法和指向器。
[0002]本申請要求2012年6月14日提交的、名稱為“LASER POINTER TO DIRECT LASERMETROLOGY MEASURING SYSTEM”的美國臨時申請序列號61/659，885的優先權。就所允許的而言，美國臨時申請序列號61/659,885的內容通過引用被并入本文。

【背景技術】
[0003]諸如激光度量系統之類的度量系統可以用于各種目的。例如，激光度量系統可以用于對制造的部件的準確的尺寸測量和/或驗證。由于制造的部件變得越來越小，并且還包括更復雜的細節，所以對改進的測量系統的需求增加。
[0004]引用列表
[0005]專利文獻
[0006]專利文獻1:美國專利N0.4，733，609。
[0007]專利文獻2:美國專利N0.4，824，251。
[0008]專利文獻3:美國專利N0.4，830, 486。
[0009]專利文獻4:美國專利N0.4，969，736。
[0010]專利文獻5:美國專利N0.5，114，226。
[0011]專利文獻6:美國專利N0.7，139,446。
[0012]專利文獻7:美國專利N0.7，925，134。
[0013]專利文獻8:日本專利N0.2，664，399。
[0014]專利文獻9:美國已公布申請US2006-0222314。


【發明內容】

[0015]技術問題
[0016]不幸的是，當前可用的度量系統不完全令人滿意。例如，在某些度量系統中，操作者需要在視頻用戶接口屏幕上標識和選擇要測量的特征結構。在這種系統中，選擇可能包括使特征結構在屏幕上居中和按壓按鈕，或者也許，當使用觸摸屏時，僅僅在特征結構出現的位置觸摸所述屏幕。但是，此選擇過程可能有點緩慢，因為度量系統需要被驅動以展現或者指示要測量的特征結構。此外，選擇過程可能還包括縮放照相機以確信正確的特征結構被選擇。
[0017]問題的解決方案
[0018]本發明涉及用于測量表面上的特征結構的測量組件。在一個實施例中，測量系統包括度量系統、移動器組件、指向器和控制系統。所述度量系統產生測量光束，并且所述移動器組件選擇性地移動所述度量系統的至少一部分和所述測量光束的方向。指向器產生指向器光束，所述指向器光束可以被選擇性地定位以標識所述特征結構。例如，指向所述表面的指向器光束在所述表面上形成可以用于標識所述特征結構的指向器光斑。替代地，可以沿著預定路徑移動指向器光束以標識所述特征結構。在某些實施例中，所述指向器是容易操控和操縱的手持型裝置。
[0019]此外，所述控制系統控制所述移動器組件移動所述測量光束的方向直到所述測量光束近似指向標識的特征結構。例如，所述控制系統可以控制所述移動器組件移動所述測量光束的方向直到所述測量光束近似指向所述指向器光斑。
[0020]在一個實施例中，所述控制系統控制所述移動器組件移動所述測量光束的方向，使得所述測量光束近似跟隨所述表面上的指向器光斑。利用此設計，所述指向器可以用于快速并且容易地指示和標識隨后的要測量的特征結構。換句話說，所述指向器光斑可以被從一個特征結構移動到另一個特征結構，同時所述度量系統被控制為從一個特征結構到另一個特征結構自動地跟隨或者跟蹤所述指向器光斑。
[0021]此外，所述測量系統可以包括反饋裝置，所述反饋裝置向所述控制系統提供反饋信息以確定所述指向器光斑的相對位置。此外，在此實施例中，所述控制系統可以使用所述反饋信息以確定測量光束需要多少移動以指向所述指向器光斑。在一個實施例中，所述反饋裝置是具有視場的圖像設備(例如，照相機)。在此實施例中，所述照相機可以向所述控制系統提供反饋信息，以檢測所述指向器光斑何時在所述視場內。此外，在此實施例中，所述控制系統可以使用所述反饋信息以確定測量光束需要多少移動以指向所述指向器光斑。
[0022]在另一個實施例中，本發明涉及包括以下步驟的方法:(i)利用度量系統產生測量光束；(ii)利用移動器組件選擇性地移動所述測量光束的方向將來自指向器的指向器光束指向所述表面以在所述表面上形成指向器光斑；以及(iv)利用控制系統控制所述移動器組件移動所述測量光束的方向直到所述測量光束近似指向所述指向器光斑。
[0023]發明的有益效果
[0024]利用這些設計，指向器可以用于快速并且容易地指示要測量的一個或多個特征結構。作為其結果，通過利用指向器克服了移動度量系統以選擇要測量的特征結構的緩慢并且不方便的過程。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]結合所附描述，從附圖將最佳地理解本發明的新穎特征、以及本發明本身(既關于它的結構也關于它的操作)，在所述附圖中相同的附圖標記表示相同部件，并且在所述附圖中:
[0026]圖1是在測量光束瞄準第一位置并且指向器光束瞄準第一特征結構的情況下，具有本發明的特征的測量組件的實施例和對象的簡化的示意圖；
[0027]圖2是在測量光束和指向器光束瞄準第一特征結構的情況下，圖1的測量組件和對象的簡化的示意圖；
[0028]圖3是在測量光束瞄準第一特征結構并且指向器光束瞄準第二特征結構的情況下，圖1的測量組件和對象的簡化的示意圖；
[0029]圖4是在測量光束被移動以跟隨指向器光束的情況下，圖1的測量組件和對象的簡化的示意圖；
[0030]圖5是示出圖1-3的測量組件的使用的一個例子的流程圖；
[0031]圖6是具有本發明的特征的結構制造系統的框圖；以及
[0032]圖7是示出圖6的結構制造系統的處理流程的流程圖。

【具體實施方式】
[0033]圖1是測量組件12的第一實施例和對象10的簡化的示意圖，所述測量組件12可以用于測量存在于對象10的表面16上的一個或多個特征結構14A、14B、14C、14D (在圖1中具體示出了四個這樣的特征結構)。在一個實施例中，測量組件12可以用于精確測量對象10的表面16上的一個或多個特征結構14A-14D的大小和/或位置(例如，X-Y-Z坐標)、或者對象10的位置或定向。
[0034]可以根據測量組件12的希望的用途而改變測量組件12的構件的設計。在圖1中，測量組件12包括產生測量光束26的度量系統18、移動測量光束26的移動器組件19、反饋裝置20、產生指向器光束22A的指向器22、以及控制系統24。如此處提供的，指向器22可以被操縱以將指向器光束22A指向表面16以在表面16上產生指向器光斑36。此外，控制系統24控制移動器組件19以移動測量光束26的方向直到測量光束26近似指向指向器光斑36。利用此設計，可以使用指向器22以快速、精確并且容易地指示(標識)要測量的一個或多個特征結構14A-14D。作為其結果，測量系統12可以快速并且精確地測量特征結構14A-14D，并且在特征結構14A-14D之間快速移動。此外，通過利用指向器22克服了移動度量系統18以選擇要測量的特征結構14A-14D的緩慢并且不方便的過程。
[0035]一些此處提供的附圖包括指定X軸、Y軸和Z軸的定向系統(orientat1nsystem)。應當理解，定位系統僅用于參考并且可以被改變。此外，這些軸可以替代地被稱為第一、第二或者第三軸。
[0036]正被測量的對象10上的特征結構14A-14D和/或對象10的類型可以改變。例如，特征結構14A-14D可以是孔、邊緣、表面、球狀物、突起、線或者其它事物。作為非排他性例子，對象10可以是具有需要測量以評價對象10的質量的一個或多個特征結構14A-14D的組件、制造部件或者自然物體。替代地，例如，對象10可以是在制造或組裝過程期間被監視的部件或組件。測量、制造或組裝過程的尺度可以小(例如一毫米)或者大(例如幾十米)。
[0037]應當注意，在圖1中一個或多個特征結構14A-14D被示出為小圓只是為了演示的目的，并且特征結構14A-14D可以在表面16上具有任何大小和形狀。
[0038]在圖1中，對象10被示出為在空間中是自由的。但是，例如，對象10可以由在測量和/或組裝過程期間保持、操縱和移動對象10的自動移動裝置(未示出)保持。
[0039]在一個實施例中，度量系統18是精確測量對象10的表面16上的特征結構14A-14D的大小和/或位置的基于激光的度量系統。替代地，度量系統18可以具有不同的設計，并且/或者度量系統18可以用于其它合適的目的。
[0040]在一個實施例中，度量系統18包括產生可以指向對象10的表面16的測量光束26的激光源18A(被示出為虛線框)。在一個實施例中，測量光束26具有紅外線范圍中的波長。作為非排他性例子，測量光束26可以具有在約750nm和2微米之間的波長。替代地，測量光束26可以包括在紅外線范圍之外(諸如可見光或紫外線范圍)的波長。
[0041]應當注意，在圖1中，測量光束26當前撞擊表面16的地方可以被稱為測量點28 (用小加號表示)。在圖1中，此時，測量光束26瞄準表面16上的第一位置，而不是所述特征結構中的一個。
[0042]在特定實施例中，指向表面16的測量光束26可以從表面16被反射和/或散射回度量系統12，作為返回光束26R。在此實施例中，度量系統18可以包括檢測器18B(被示出為虛線框)，所述檢測器18B接收和檢測反射光束26R，并且向控制系統24提供與反射光束26R和測量點28相關的測量信號。在一個實施例中，反射光束26R與參考光束(未示出)
干涉以產生測量信號。
[0043]專利文獻I至8(通過引用被并入本文)公開了合適的度量系統18的例子。專利文獻9 (通過引用被并入本文)中公開的激光跟蹤器是合適的度量系統18的另一個非排他性例子。
[0044]移動器組件19選擇性地移動和定位度量系統18的至少一部分，并且選擇性地調整(指引)測量光束26的方向。利用此設計，移動器組件19可以選擇性地移動度量系統18，使得測量光束26指向要測量的希望的位置(例如特征結構14A-14D)。作為非排他性例子，移動器組件19可以順序地移動度量系統18，使得測量光束26(i)瞄準第一特征結構14A以測量第一特征結構14A、(ii)瞄準第二特征結構14B以測量第二特征結構14B、(iii)瞄準第三特征結構14C以測量第三特征結構14C、以及(iv)瞄準第四特征結構14D以測量第四特征結構14D。
[0045]在一個實施例中，移動器組件19關于兩個軸(即關于Y軸和關于Z軸)選擇性地移動度量系統18。替代地，移動器組件19可以被設計為以大于二個或小于二個轉動自由度移動度量系統18的一部分，和/或可以提供對度量系統18的位置的平移調整。
[0046]移動器組件19可以包括一個或多個轉動致動器、線性致動器、或者其它類型的致動器。移動器組件19可以由控制系統24控制。
[0047]反饋裝置20提供由控制系統24用于確定測量點28和/或指向器光斑36的相對位置的反饋信息。此外，在此實施例中，控制系統24可以使用反饋信息以確定測量光束26需要多少移動以指向指向器光斑36，和/或甚至當指向器22正被移動時需要多少移動使得測量光束26繼續指向指向器光斑36。
[0048]在一個實施例中，反饋裝置20是具有視場30(被示出為矩形框)的圖像設備(例如，照相機)。視場30有時還被稱為可檢測區域。在此實施例中，當指向器光斑36在視場30內時，照相機20可以向控制系統24提供反饋信息。在某些實施例中，照相機包括對指向器光束22k和測量光束26的波長敏感的圖像傳感器。合適的傳感器包括電荷耦合裝置或者互補金屬氧化物半導體。
[0049]在一個實施例中，照相機20的光學裝置被對準，使得視場30總是圍繞測量光束26撞擊表面16的地方。利用此設計，當指向器光斑36在照相機20的視場30內時，控制系統24可以利用反饋信息來標識指向器光斑36的位置和測量點28的位置。
[0050]在某些實施例中，反饋裝置20還連續產生顯示在視頻屏幕33 (被遠離反饋裝置20示出)上的它的視場30的圖像32。視頻屏幕33可以被用戶用作視頻用戶接口，以手動地輸入信息來控制移動器組件19。
[0051]在圖1中，圖像32示出了測量點圖像28A與指向器光斑圖像36A間隔開。利用反饋信息，控制系統24可以以閉環方式控制移動器組件19移動測量光束28直到測量光束28瞄準表面16上的瞄準的光斑36。此外，在圖1中，特征結構圖像14AA、14CA、14DA同樣在捕獲的圖像32中。
[0052]此外，在某些實施例中，移動器組件19同時移動反饋裝置20和測量光束26。在圖1中，反饋裝置20被固定地綁到度量系統18并且與度量系統18 —起移動。
[0053]指向器22產生指向器光束22A，所述指向器光束22A可以指向表面16以產生指向器光斑36。在某些實施例中，指向器22是手持型的，并且可以利用人的手來手動地操縱指向器22以將指向器光束22A指向表面16以創建明亮的并且裸眼可見的指向器光斑36。替代地，指向器22可以被安裝在指向器基座(未示出)上，并且/或者可以以除手持方式之外的方式來控制指向器22。
[0054]可以改變指向器22的設計，以適合度量系統18和/或測量組件12的具體設計要求。在圖1中，指向器22是激光指向器，所述激光指向器包括指向器外殼40、指向器激光源42 (被示出為虛線框)、以及一個或多個控制開關44。
[0055]在某些實施例中，指向器激光源42產生在可見光波長范圍中的指向器光束22A。作為非排他性例子，指向器光束22A可以具有在約六百納米和六百六十納米的范圍中的波長。此外，激光指向器22的規格應當在它將被使用的國家的應用的適當范圍中。例如，在日本，激光指向器22需要被限制為具有ImW的最高功率(第2級)，因為按照日本法律禁止具有聞于ImW的最聞功率的激光指向器。
[0056]控制開關44允許對指向器22和控制系統24的控制。例如，控制開關44中的一個或多個可以包括:(i)開/關電源按鈕44A、(ii)指示器開關44B，所述指示器開關44B可以向控制系統24指示何時指向器光束22k瞄準要測量的表面16上的希望的特征結構、和/或(iii)跟隨開關44C，所述跟隨開關44C向控制系統24指示移動器組件19應當被控制使得測量光束26跟隨(跟蹤)指向器光斑36。
[0057]應當注意，在圖1中，指向器光斑36由用戶(未示出)控制以指向第一特征結構14A。此外，還應當注意，在圖1中，指向器光斑36被示出為小圓點。替代地，指向器光斑36可以具有不同大小和形狀。
[0058]此外，在某些實施例中，以使得表面16上的指向器光斑36可以被控制系統24唯一地識別的方式加密指向器光束22A。在一個實施例中，可以使得指向器光束22A脈動(pulse)，使得照相機20容易標識它。例如，可以使得指向器光束22A以近似照相機20的幀速率的一半的速率脈動。如果照相機20的幀速率為約三十幀每秒(逐行掃描類型)，則可以使得指向器光束22A以約十五幀每秒來脈動。在此例中，照相機20的每隔一個圖像32將包含指向器光斑36，并且控制系統24的電子設備可以被編程為識別這種時序模式。替代地，可以以其它合適的方式來加密指向器22的指向器光束22A。
[0059]控制系統24控制測量組件12中的各種構件的操作。控制系統24可以包括一個或多個電子處理器和電路。
[0060]在一個實施例中，控制系統24與指向器22、度量系統18、移動器組件19和反饋裝置20電通信。作為非排他性例子，指向器22可以通過射頻(RF)、紅外線(IR)或者通過直接有線連接與控制系統24通信。在另一個實施例中，指向器22可以調整指向器光束22A的脈動速率，以與控制系統24通信。在此實施例中，例如，當指示器按鈕44B被激活時，指向器光束22k的脈動可以被改變以指示指向器光束22A正在照亮要測量的特征結構14A(“指示的特征結構”)。例如，從前面的例子(幀速率約三十幀每秒和約十五幀每秒的脈動速率)繼續，當指示器按鈕44B被激活時，指向器光束22A的脈動速率可以改變為以約十幀每秒來閃爍，從而發信號表示希望的測量點。
[0061]如此處提供的，在某些實施例中，控制系統24從照相機20接收信息，并且確定指示的特征結構14A(例如指向器光斑36的位置)和測量點28之間的相對位置。此外，控制系統24控制移動器組件19以移動測量光束26的方向直到測量光束26近似指向指示的特征結構14A(例如指向器光斑36)。此外，控制系統24可以控制移動器組件19以移動測量光束26的方向，使得測量光束26近似跟隨表面16上的指向器光斑36。利用此設計，可以利用控制系統24以確保指向器光斑36和測量光束26之間的有效的和連續的對準。
[0062]在圖1中示出的例子中，希望測量第一特征結構14A。在圖1中示出的時間，指向器光束22A指向第一特征結構14A，而測量光束26沒有指向第一特征結構14A。利用本發明，指示器按鈕44B可以被激活以向控制系統24指示控制移動器組件19適當地移動測量光束26。
[0063]替代地，可以利用其它合適的方法來指示希望測量的特征結構14A-14D。一個非排他性替代方法包括沿著預定路徑移動指向器光束22A(和指向器光斑)以標識要測量的特征結構14A。例如，在使用期間，操作者可以移動指向器22和指向器光束22A，使得指向器光斑36勾畫與特征結構14A-14D交叉的“X”以標識要測量的特征結構14A-14D。在此例中，預定路徑是“X”。測量組件12的電子設備(例如，控制系統24)將被編程使得在制造的部件10的表面16上產生的“X”將被識別為例如在“X”的中心的要測量的特征結構14A-14D的指示。
[0064]替代地，如果預定路徑是圓，則操作者可以移動指向器22和指向器光束22A，使得指向器光斑36勾畫包圍特征結構14A-14D的“0”，以標識要測量的特征結構14A-14D。在此例中，測量組件12的電子設備(例如，控制系統24)將被編程使得在制造的部件10的表面16上產生的“O”將被識別為例如在“O”的中心的要測量的特征結構14A-14D的指示。利用此設計，例如，如果特征結構14A-14D包括要測量的孔，則指向器22以及從而指向器光束22A可以被移動使得來自指向器光束22k的指向器光斑36在孔周圍勾畫圓，指示在勾畫出的圓的內部的要測量的孔特征結構。對于標識其中指向器光斑36可能不可見的特征結構，這種形式的指示將起作用。更具體地，當直接瞄準孔時，指向器光斑36可能不可見。從而，通過在孔周圍勾畫圓的外形可以標識孔。
[0065]應當注意，預定路徑可以具有除此處提供的例子之外的形狀。例如，預定路徑可以是一般的矩形形狀。
[0066]此外，如果要測量的特征結構14A-14D是不同的，諸如孔或邊緣，則度量系統18可以通過利用測量光束26掃描來精確地提煉特征結構14A-14D的位置。
[0067]利用此設計，在實踐中，操作者將移動指向器22使得指向器光斑36被從一個特征結構移動到另一個特征結構，以精確地指示具體特征結構14A-14D。在一些實施例中，度量系統18可以被編程為僅近似地識別指示的特征結構14A-14D。隨后，在利用指向器22恰當地指示所有特征結構14A-14D之后，可以使用度量系統18來自動地逐一確定特征結構14A-14D的精確位置。
[0068]利用當前發明，可以極大地增強度量系統18和測量組件12的建立的容易度，并且建立時間可以比利用其它當前可用的度量系統的可能時間快得多。因此，測量組件12使得對象10上的特征結構14A-14D能夠被快速并且精確地測量，而沒有不必要的延遲。
[0069]圖2是圖1的測量組件12和包括特征結構14A、14B、14C、14D的對象10的簡化的示意圖，所述測量組件12包括度量系統18、移動器組件19、反饋裝置20、指向器22和控制系統24。比較圖1和2，移動器組件19已經移動測量光束26使得測量光束26與指向器光束22A —起指向第一特征結構14A。此時，測量光束26在第一特征結構14A上與指向器光束22A對準，并且可以使用度量系統18以對第一特征結構14A進行希望的測量。
[0070]圖3是圖1的測量組件12和包括特征結構14A、14B、14C、14D的對象10的簡化的示意圖，所述測量組件12包括度量系統18、移動器組件19、反饋裝置20、指向器22和控制系統24。比較圖2和3，在度量系統18正在對第一特征結構14A進行希望的測量時，指向器光束22A已經被移動以瞄準第二特征結構14B。此時，用戶通過指向器22可以向控制系統24指示控制移動器組件19移動測量光束26使得它指向第二特征結構14B。
[0071]圖4是圖1的測量組件12和包括特征結構14A、14B、14C、14D的對象10的簡化的示意圖，所述測量組件12包括度量系統18、移動器組件19、反饋裝置20、指向器22和控制系統24。此時，控制系統24正控制移動器組件19移動測量光束26以跟蹤指向器光束22A在表面16上從第二特征結構14B到第三特征結構14C的移動。換句話說，當測量光束26和指向器光斑22A對準時，度量系統18是可調整的，使得測量光束26連續跟隨表面16上的指向器光斑36。
[0072]一旦指向器22正在瞄準希望的特征結構14A-14D，用戶可以通過指向器22向控制系統24告知度量系統18應當進行希望的測量。
[0073]此外，上面實施例中的光斑36的形狀不限于圓光斑，還可以是例如星形、線形、方形或者其它形狀。反饋裝置20可以通過識別所述形狀來檢測指向器22的光斑36的位置。
[0074]此外，反饋裝置20(例如照相機)可以被設計為包括濾波器。濾波器可以被設計為在傳輸近似指向器光束22A的波長的光的同時阻擋不希望的光的波長。
[0075]此外，指向器光束22A的波長不限于固定波長，還可以是例如可變波長。例如，可以基于照射的指向光束22A和表面16的顏色來改變指向器光束22A的波長。更具體地，當例如由于指向光束22A的波長和表面16的顏色之間的相似性，由反饋裝置20作出的對指向器光束22A的指向器光斑36的確定的精度下降時，指向器光束22A的波長可以被改變。
[0076]此外，反饋裝置20(例如照相機)可以包括快門。快門可以用于控制曝光時間。當在預定快門速度的情況下指向器光束22k的曝光值可能較高時，快門可以控制曝光值的量。
[0077]此外，本發明還可以被調整為在度量系統和目標(例如角錐棱鏡(corner cube)、球或者其它參照物)之間進行測量的度量系統。合適的度量系統18的一個非排他性例子是專利文獻9 (通過引用被并入本文)中公開的激光跟蹤器。
[0078]此外，本發明不限于人作為用戶。例如，在另一個非排他性實施例中，指向器22可以由人型機器人(例如機器人手臂)操縱和控制。
[0079]此外，指向器22可以被修改為包括減少由用戶導致的指向器22的抖動對指向器光斑36在表面16上的位置的影響的穩定功能。
[0080]圖5是示出了此處提供的測量組件12的使用的一個例子的流程圖。更具體地，圖5概括了測量組件12的使用的一個例子。應當注意，雖然此處提供的步驟被以具體順序包含，但是各步驟的這種列出不是要限制于任何方式。例如，某些步驟可以被組合或者刪除，或者可以以與此處討論的順序不同的順序執行各步驟，而不改變本發明的預期寬度或范圍。
[0081]首先,在步驟501處,對象被標識或者選擇,所述對象包括希望測量的一個或多個特征結構。
[0082]在步驟503處，測量光束瞄準對象，并且照相機捕獲對象的圖像。照相機可以改變視場的區域。
[0083]在步驟505處，用戶可以操縱指向器以將指向器光束指向希望測量的第一特征結構。換句話說，用戶可以手動地移動指向器以手動地將指向器光束指向希望測量的第一特征結構。指向器通過用戶的指示(例如，用戶的手臂的移動)將指向器光束指向希望測量的第一特征結構。
[0084]在步驟507處，用戶通過指向器可以向控制系統指示移動測量光束以在指向器光斑上對準。隨后，控制系統自動地控制測量光束的方向的移動。在某些實施例中，在沒有用戶對方向的指示的情況下，控制系統控制移動測量光束的方向。本發明還可以對移動光束調整幾次以在指向器光斑上對準。例如，一次是粗略對準，在粗略對準之后，另一對準是精細對準。在粗略對準和精細對準之間，移動長度可能是不同的。在粗略對準和精細對準之間，照相機的視場也可能是不同的。在某些實施例中，用于粗略對準的照相機的視場比用于精細對準的照相機的視場更廣闊。
[0085]在步驟509處，在測量光束在特征結構上對準之后，測量光束可以對特征結構進行測量。
[0086]在步驟511處，接下來，用戶通過指向器可以指示控制系統移動測量光束以跟隨指向器光斑到隨后的特征結構。
[0087]接下來，將針對設置有上文描述的測量設備(度量系統18)的結構制造系統作出解釋。
[0088]圖6是結構制造系統700的非排他性例子的框圖。結構制造系統用于從至少一種材料制作至少一種結構(諸如船、飛機等)，并且由外形測量設備100檢查所述結構。實施例的結構制造系統700包括實施例中的上文描述的外形測量設備100、設計設備610、成形設備620、控制器630 (檢查設備)和修理設備640。控制器630包括坐標存儲部631和檢查部632。
[0089]設計設備610針對結構的形狀創建設計信息，并且向成形設備620發送創建的設計信息。此外，設計設備610使控制器630的坐標存儲部631存儲創建的設計信息。設計信息包括指示結構的各位置的坐標的信息。
[0090]成形設備620基于從設計設備610輸入的設計信息來制作結構。由成形設備620進行的成形過程包括諸如鑄造、鍛造、切割等。外形測量設備18測量制作的結構(測量對象)的坐標，并且向控制器630發送指示測量的坐標的信息(形狀信息)。
[0091]控制器630的坐標存儲部631存儲設計信息。控制器630的檢查部632從坐標存儲部631讀出設計信息。檢查部632比較從外形測量設備18接收的指示坐標的信息(形狀信息)和從坐標存儲部631讀出的設計信息。基于比較結果，檢查部632確定結構是否按照設計信息被成形。換句話說，檢查部632確定制作的結構是否是無缺陷的。當結構不是按照設計信息被成形時，那么檢查部632確定結構是否是可修理的。如果是可修理的，那么檢查部632基于比較結果計算缺陷部分和修理量，并且向修理設備640發送指示缺陷部分的信息和指示修理量的信息。
[0092]修理設備640基于從控制器630接收的指示缺陷部分的信息和指示修理量的信息來執行結構的缺陷部分的處理。
[0093]圖7是示出結構制造系統700的處理流程的流程圖。關于結構制造系統700，首先，設計設備610創建關于結構的形狀的設計信息(步驟S101)。然后，成形設備620基于設計信息制作結構(步驟S102)。然后，外形測量設備18測量制作的結構以獲得其形狀信息(步驟S103)。然后控制器630的檢查部632通過比較從外形測量設備100獲得的形狀信息和設計信息來檢查結構是否真正按照設計信息被制作(步驟S104)。
[0094]然后，控制器630的檢查部632確定制作的結構是否是無缺陷的(步驟S105)。當檢查部632已經確定制作的結構是無缺陷的(步驟S105處的“是”)時，那么結構制造系統700結束過程。另一方面，當檢查部632已經確定制作的結構是有缺陷的(步驟S105處的“否”)時，那么它確定制作的結構是否是可修理的(步驟S106)。
[0095]當檢查部632已經確定制作的結構是可修理的(步驟S106處的“是”)時，那么修理設備640對結構執行再處理過程(步驟S107)，并且結構制造系統700將過程返回步驟S103。當檢查部632已經確定制作的結構是不可修理的(步驟S106處的“否”)時，那么結構制造系統700結束過程。于是，結構制造系統700完成了圖7的流程圖示出的全部過程。
[0096]關于實施例的結構制造系統700，因為實施例中的外形測量設備18能夠正確地測量結構的坐標，所以可以確定制作的結構是否是無缺陷的。此外，當結構是有缺陷的時，結構制造系統700可以對所述結構執行再處理過程以修理所述結構。
[0097]此外，在實施例中由修理設備640執行的修理過程可以被替換，諸如讓成形設備620再次執行成形過程。在這種情況下，當控制器630的檢查部632已經確定結構是可修理的時，那么成形設備620再次執行成形過程(鍛造、切割等)。特別地例如，成形設備620對本應該經歷切割但卻沒有經歷切割的結構的各部分執行切割過程。利用此優點，結構制造系統700可以正確地制作結構。
[0098]在以上實施例中，結構制造系統700包括外形測量設備18、設計設備610、成形設備620、控制器630 (檢查設備)和修理設備640。但是，本教導不限于此配置。例如，根據本發明的結構制造系統可以包括比此處描述的構件更少的構件。
[0099]雖然上面已經討論了測量組件12的一些示例性方面和實施例，但是本領域技術人員將認識到其某些修改、置換、增加和子組合。下面所附權利要求和在下文中引入的權利要求因此要被解釋為包括所有這些在它們的真正精神和范圍內的修改、置換、增加和子組口 ο
[0100][測量人員的指尖的顯示]
[0101]在上述實施例中，雖然由指向器22向度量系統18指示要測量的對象，但是對此沒有限制。例如，可以提供這樣的配置:測量人員(執行測量的人員)在接觸位置與對象接觸或者觸摸對象，然后度量系統18識別接觸位置，并且測量光束的方向指向或者瞄準接觸位置。
[0102]替代地，可以提供下面的配置:其中將具有圖案的圖案化光束(結構光)向預定空間投影。圖案可以是其中圖案化光束的強度以預定規律改變的條紋圖案，或者圖案可以是沒有任何規律的隨機圖案，但是所述隨機圖案具有用預定光強度的光束照射的區域和沒有用光束照射的區域。
[0103]在這種情況下，圖案被投影到出現在預定空間中的測量人員上。由反饋裝置20 (由諸如照相機之類的圖像設備例示)對被投影到測量人員的表面上的圖案進行成像。向預定空間投影的圖案隨著測量人員和照相機之間的距離而改變。基于要投影到測量人員上的圖案和在測量人員的表面上實際形成的圖案之間的差別來計算測量人員和照相機之間的距離；并且基于計算的距離獲得關于測量人員的三維信息。
[0104]在上面的情況下，識別了測量人員在預定空間中的位置，并且進一步識別了測量人員與要測量的對象接觸的位置。例如，識別了測量人員的手指(例如，食指)與要測量的對象接觸的接觸位置。在度量系統18照射測量光束的照射方向與接觸位置不同(測量光束沒有指向接觸位置)的情況下，那么改變測量光束的照射方向使得測量光束基本指向接觸位置。
[0105]替代地，在上面的情況下，測量人員可以不與對象接觸。例如，在測量人員在預定空間中移動指尖的情況下，可以根據指尖的移動來移動測量光束的照射方向。還可替代地，可以沿著指尖的移動指向的方向在指尖前方1cm位置處設置對象。
[0106][粗略移動機構和精細移動機構]
[0107]在上述實施例中，根據由反饋裝置20(諸如照相機)獲得的指向器光斑圖像36A計算指向器22的指向器光束22A的照射位置和由度量系統18照射的測量光束26的照射方向之間的差別，并且度量系統18的測量光束26的照射方向指向指向器22的指向器光束22A的照射位置。但是，用于控制來自度量系統18的測量光束26的照射方向的方法不限于此。
[0108]例如，可以在指向器22上設置位置標識按鈕(附圖中未示出)，并且當按下位置標識按鈕時，聲波或無線電波被輻射到度量系統18上，這反過來引起度量系統18檢測測量光束的照射方向和位置標識按鈕的位置之間的差別，以便改變測量光束的照射方向使得測量光束基本指向位置標識按鈕的位置。然后，指向器光束22A被照射到對象上，以便利用反饋裝置20 (照相機)獲得由指向器光束22A形成的指向器光斑36的圖像；并且基于由作為照相機的反饋裝置20獲得的指向器光斑圖像36A來改變度量系統18的測量光束的照射方向。
[0109]換句話說，例如通過提供粗略移動機構和精細移動機構可以實現用于控制來自度量系統18的測量光束26的照射方向的方法，所述粗略移動機構被布置在照相機的視場外部并且能夠沿著照射方向標識測量光束照射的照射位置，所述精細移動機構能夠標識照相機的視場內部的照射位置。還可以僅用粗略移動機構標識照射位置。
[0110]附圖標記列表
[0111]12:測量組件
[0112]18:度量系統
[0113]19:移動器組件
[0114]22:指向器
[0115]22A:指向器光束
[0116]24:控制系統
[0117]26:測量光束
[0118]36:指向器光斑
【權利要求】
1.一種被配置為測量表面上的特征結構的測量組件，所述測量組件包括: 度量系統，被配置為產生測量光束； 移動器組件，被配置為選擇性地移動度量系統的至少一部分以移動所述測量光束的方向； 檢測器，被配置為標識在所述特征結構處的指向器光束的指向器光斑的位置；以及 控制系統，被配置為基于由所述檢測器標識的位置來控制所述移動器組件移動所述測量光束的方向。
2.根據權利要求1所述的測量組件，其中所述控制系統被配置為基于指示器信號開始控制所述移動器組件移動所述測量光束的方向。
3.根據權利要求1所述的測量組件，其中所述控制系統被配置為基于指向器光斑的位置的改變來控制所述移動器組件移動所述測量光束的方向。
4.根據權利要求3所述的測量組件，其中所述控制系統被配置為基于指示器信號開始控制所述移動器組件移動所述測量光束的方向。
5.根據權利要求1所述的測量組件，其中指向表面的指向器光束在表面上形成指向器光斑；并且其中所述控制系統被配置為控制所述移動器組件移動所述測量光束的方向直到所述測量光束近似指向所述指向器光斑。
6.根據權利要求5所述的測量組件，還包括被配置為產生在所述特征結構處的指向器光束的指向器， 其中所述指向器包括指示器，所述指示器被配置為被控制以向所述度量系統選擇性地指示在所述指向器光斑近似指向要測量的表面上的特征結構的情況下。
7.根據權利要求5所述的測量組件，還包括反饋裝置，所述反饋裝置被配置為向所述控制系統提供關于所述指向器光斑的反饋信息。
8.根據權利要求7所述的測量組件，其中所述反饋裝置包括可檢測區域，并且其中所述控制系統被配置為確定在所述反饋裝置的可檢測區域內部的指向器光斑的方向。
9.根據權利要求7所述的測量組件，其中所述控制系統被配置為從所述反饋裝置接收所述反饋信息，并且確定測量光束需要多少移動以指向所述指向器光斑。
10.根據權利要求9所述的測量組件，其中使所述指向器光束脈動使得由所述控制系統根據所述反饋信息標識所述表面上的指向器光斑。
11.根據權利要求1所述的測量組件，其中所述移動器組件被配置為以兩個轉動自由度移動所述度量系統。
12.根據權利要求1所述的測量組件，還包括被配置為產生在所述特征結構處的指向器光束的指向器，并且所述指向器是手持型裝置。
13.—種被配置為測量表面上的特征結構的測量組件，所述測量組件包括: 度量系統，被配置為產生測量光束； 移動器組件，被配置為選擇性地移動所述度量系統的至少一部分以移動所述測量光束的方向； 具有視場的照相機，所述照相機被配置為標識在所述特征結構處的指向器光束的指向器光斑的位置，并且提供關于所述視場的反饋信息；以及 被配置為從所述照相機接收所述反饋信息的控制系統，所述控制系統被配置為確定所述指向器光斑是否在所述照相機的視場內，并且，所述控制系統被配置為在所述控制系統確定所述指向器光斑在所述照相機的視場內的情況下確定所述測量光束需要多少移動以指向所述指向器光斑，并且其中所述控制系統被配置為基于由所述照相機標識的位置來控制所述移動器組件移動所述測量光束的方向。
14.根據權利要求13所述的測量組件，其中所述控制系統被配置為控制所述移動器組件以移動所述測量光束的方向，使得所述測量光束近似跟隨所述表面上的指向器光斑。
15.根據權利要求14所述的測量組件，還包括被配置為產生在所述特征結構處的指向器光束的指向器，其中所述指向器包括指示器，所述指示器被配置為被控制以向度量系統選擇性地指示在所述指向器光斑近似指向要測量的表面上的特征結構的情況下。
16.根據權利要求13所述的測量組件，其中使所述指向器光束脈動使得由所述控制系統根據所述反饋信息標識所述指向器光斑。
17.一種用于測量表面上的特征結構的方法，所述方法包括以下步驟: 利用度量系統產生測量光束； 利用移動器組件選擇性地移動所述測量光束的方向； 將來自指向器的指向器光束指向所述特征結構以標識所述特征結構；以及 利用控制系統控制所述移動器組件移動所述測量光束的方向直到所述測量光束近似指向標識的特征結構。
18.根據權利要求17所述的方法，其中將所述指向器光束指向所述特征結構的步驟在所述表面上形成指向器光斑；并且其中控制所述移動器組件的步驟包括移動所述測量光束的方向直到所述測量光束近似指向所述指向器光斑。
19.根據權利要求18所述的方法，其中控制所述移動器組件的步驟包括控制所述移動器組件以移動所述測量光束的方向，使得所述測量光束近似跟隨所述表面上的指向器光斑。
20.根據權利要求18所述的方法，還包括利用反饋裝置產生關于所述指向器光斑的反饋信息的步驟，其中所述反饋信息被提供給所述控制系統。
21.根據權利要求18所述的方法，其中控制所述移動器組件的步驟包括確定所述測量光束需要多少移動以指向所述指向器光斑的步驟。
22.根據權利要求17所述的方法，其中將指向器光束指向所述特征結構的步驟包括沿著預定路徑移動所述指向器光束以指示所述特征結構。
23.一種用于制造結構的方法，包括以下步驟:基于設計信息制作所述結構；通過利用權利要求17的方法來獲得結構的形狀信息；將獲得的形狀信息與所述設計信息比較。
24.根據權利要求23所述的用于制造結構的方法，還包括基于比較結果再處理所述結構。
25.根據權利要求23所述的用于制造結構的方法，其中再處理所述結構包括再次制作所述結構。
26.一種被配置為產生指向器光束的指向器，所述指向器光束被配置為被選擇性地定位以標識通過利用度量系統來測量的表面上的特征結構，所述指向器包括: 指示器，所述指示器被配置為被控制以向度量系統選擇性地指示在指向器光斑近似指向要測量的表面上的特征結構的情況下，所述指示器與所述度量系統電通信； 其中所述度量系統被配置為產生測量光束，所述度量系統包括移動器組件和控制系統，所述移動器組件被配置為選擇性地移動所述度量系統的至少一部分以移動所述測量光束的方向，所述控制系統被配置為控制所述移動器組件以移動所述測量光束的方向直到所述測量光束近似指向標識的特征結構。
【文檔編號】G01S17/06GK104380138SQ201380030991
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2013年6月14日 優先權日:2012年6月14日
【發明者】T·W·諾維科 申請人:株式會社尼康