[发明专利]基准球检测装置、基准球位置检测装置和三维坐标测量装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种基准球检测装置、一种具有该基准球检测装置的基准球位置检测装置以及一种设有该基准球位置检测装置的三维坐标测量装置。

背景技术

近来，已经存在通过使用各种传感器(非接触传感器)对物体的三维形状进行测量的增长的需求。这些传感器被附接到能够在五或六个轴线上控制的机构，以便能够平行于x、y和z轴线中的每一个轴线移动并且围绕x、y和z轴线中的每一个轴线旋转。已经存在下述技术的许多实例，在所述技术中，用于测量被测物体的三维形状的传感器被附接到机械臂上，且所述形状被从各个位置和各个角度测得。特别是在传感器附接到机械臂上的情况下，除非基于传感器的位置和取向的精确评估进行数据关联，否则不可能以高精度确定三维形状。作为这种情况的实例，已经公开了这样的装置，在所述装置中，多个照相机能够在传感器的整个运动范围内成像，通过分析每个照相机(立体摄影法)的图像来利用所述多个照相机测量传感器的位置和取向(例如见专利文献1)。

专利文献1：基于PCT国际申请PCT/N094/00096的日本专利公布H8-510835

发明内容

本发明要解决的问题

然而，为了利用例如上述的常规方法达到更高的精度，必须降低像素尺寸，且必须采取诸如增加相机中的像素数或使传感器的运动范围变窄(使视野变窄)这样的措施。增加像素数具有像素数存在限制(4,000×4,000＝16,000,000)的缺点，而使传感器的运动范围变窄具有相反地影响所述装置的规格的缺点。

考虑到这些问题，研制了本发明，且本发明的目的是提供：一种基准球检测装置，由此能够同时实现高的测量精度和宽的测量范围；一种基准球位置检测装置，所述基准球位置检测装置设有该基准球检测装置；以及一种三维坐标测量装置，所述三维坐标测量装置设有该基准球位置检测装置。

解决问题的手段

为了解决上述问题，根据本发明的基准球检测装置包括：光学单元，所述光学单元具有光源、会聚透镜和接收单元，所述会聚透镜用于会聚来自光源的光并将光照射到定位在前焦点位置处或前焦点位置附近的基准球，所述接收单元用于接收和检测从所述基准球反射的光，所述接收单元设置在会聚透镜的后焦点位置处或后焦点位置附近；驱动单元，用于使光学单元绕基准点旋转地移动；和控制单元，用于以接收由接收单元检测到的反射光的位置为基础来控制驱动单元并旋转地移动光学单元，使得反射光到达接收单元的预定基准位置。

在这种基准球检测装置中，优选地，光学单元具有成像透镜和图像检测器，所述图像检测器用于检测由成像透镜成像的基准球的图像；并且控制单元控制驱动单元并以由图像检测器检测到的基准球的图像为基础来旋转地移动光学单元，以使反射光入射到接收单元上。

在这种基准球检测装置中，驱动单元优选地被构造成沿水平方向和竖直方向旋转地移动光学单元。

这种基准球检测装置优选地还包括角度检测器，该角度检测器用于检测光学单元在水平方向和竖直方向上的角度。

在这种基准球检测装置中，光学单元优选地还包括用于长度测量的干涉光学系统。

本发明的基准球位置检测装置包括介有预定间隔的两个上述基准球检测装置，并被构造成以所述预定间隔以及由两个基准球检测装置测得的方位角和仰角为基础来测量基准球的中心的三维坐标。

本发明的三维坐标测量装置包括：至少两个或更多个基准球，所述至少两个或更多个基准球附接到待测物体的外表面上；以及与基准球的数目相对应的至少两个或更多个上述基准球位置检测装置；其中通过各个对应的基准球位置检测装置来测量所述多个基准球的三维坐标，且基于由测量获得的值来检测被测物体的位置和取向。

本发明的有益效果

当如上所述地构造根据本发明的基准球检测装置、基准球位置检测装置和三维坐标测量装置时，能够以高精度测量宽范围的空间坐标。

附图说明

图1是示出了根据本发明的基准球检测装置的结构的视图；

图2是示出了在基准球处、相对于激光束的入射位置的反射方向的基本原理的视图；

图3是示出了根据本发明的基准球位置检测装置的原理的视图；并且

图4是示出了在设有用于长度测量的干涉光学系统的情况下根据本发明的基准球检测装置的结构的视图。

附图标记说明

1：        激光(光源)

3、33：    半透明反射镜

4：          分色镜

5：          透镜

6、16、26：  基准球