專利名稱：用于大型零件的便攜式激光數(shù)字化系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及用于產(chǎn)生大型零件或具有復雜幾何形狀的零件的高精度表面掃描的便攜式激光數(shù)字化系統(tǒng)。
諸如飛機這樣的大的產(chǎn)品自主模型開始構(gòu)造。當今，產(chǎn)品的零件是在計算機上進行設計的，而主模型通過描述產(chǎn)品表面的由計算機處理的數(shù)據(jù)組構(gòu)成。
但是，在計算機得到廣泛應用之前，這些主模型通常是手工制作的石膏和膠合板模型。例如，本發(fā)明的受讓方波音公司擁有許多存于遍布全國的不同倉庫中的用于飛機機翼和其它大型零件的大型石膏主模型，由此導致高昂的儲存和維護費用。由于它們中的大部分或全部是由手工制作的主模型，因此沒有針對零件的數(shù)據(jù)組，要使主模型計算機化必須進行零件的反求設計，從而要確保防止主模型的丟失或損壞。所以需要一種便攜式、高精度、數(shù)字化的系統(tǒng)，可在現(xiàn)場產(chǎn)生這些手工制作的主模型的表面圖，因此免除了把大型的、無可替代的零件運輸?shù)綊呙璎F(xiàn)場時的危險和費用。當產(chǎn)生并得到數(shù)據(jù)組后，就不再需要主模型了，可以將其毀掉，從而減少存放費用。
除了用于反求法設計零件，數(shù)字化系統(tǒng)也用于檢測制造完成的零件以保證其在所要求的公差范圍內(nèi)制造，還用于產(chǎn)品設計和刀具開發(fā)。
有許多可進行表面掃描的裝置，其可以是接觸式的也可以是非接觸式的系統(tǒng)。接觸式系統(tǒng)采用可直接測量零件的接觸探頭或采用使用激光器檢測被放置成和所測零件表面接觸的目標物之間的距離的方法。雖然接觸式系統(tǒng)非常精確，但是其分辨率被探頭(通常為3毫米(1/8英寸)的球體)或目標物(如38毫米(1.5英寸)的反射鏡)的尺寸所限制。此外，采用接觸式系統(tǒng)測量具有柔性或非剛性表面的零件時會帶來使所測表面發(fā)生變化或使其變形的危險。接觸式系統(tǒng)的例子包括坐標測量機(CMM)、計算機輔助經(jīng)緯儀(CAT)及激光跟蹤系統(tǒng)。
非接觸式系統(tǒng)通常采用諸如在激光數(shù)字化頭中的激光器或其它光學裝置，并且不與所測零件的表面接觸。
雖然有許多尺寸檢測裝置，但它們很少能夠以高分辨率精確地處理大型零件或具有復雜幾何形狀的零件。為得到最大分辨率，處理大型零件的裝置需要高昂的溫度和濕度控制設施。
坐標測量機(CMM)，例如由Brown&Sharpe of North Kingstown,RI制造的Chameleon及Xcel型號、意大利DEA-Brown&Sharpe SpA ofTorino制造的Delta、Bravo及Lambda型號和Mitutoyo U.S. of Aurora,IL制造的Bright系列，普遍在航天工業(yè)中用于尺寸檢測。它們一般包括大型花崗石塊基座和精密三軸運動驅(qū)動器。為保證其精確性，它們通常工作于恒溫室內(nèi)并安裝在可隔振的底座上。CMM采用已知長度和直徑的與零件接觸的接觸探頭，而X、Y和Z軸位置被記錄下來以備將來檢查。除不能便攜外，CMM的問題還包括高昂的設備和維護費用、機械限制以及對于大型零件不能確保其精確性，因為溫度或濕度的輕微變化會累加于CMM的工作外殼上。
三軸和五軸銑床也可用于測繪零件的表面。相同類型的用于CMM的接觸探頭可用于銑床進行測量。當采用銑床測量零件時，由操作員操縱銑床控制器使接觸探頭在零件表面上運動。Z向偏移數(shù)據(jù)由接觸探頭采集，而X、Y和Z軸位置通過銑床的內(nèi)部機械位置傳感器得到(例如馬達旋轉(zhuǎn)的若干圈數(shù)等于運動的已知距離)。這一系統(tǒng)同樣包括CMM所具有的缺少便攜性和熱不精確性的問題，此外，如果加工零件的同一機床后來又用于測量，則若機床和所測零件位于同一的相對位置時，銑床的不精確性將無法從測量結(jié)果中發(fā)現(xiàn)。如果機床和所測零件不在同一的相對位置，或者采用與加工所用機床不同的機床進行測量，則銑床的不精確性將使誤差過大或記錄下并不存在的誤差。無論如何，它們不能保證精確地測量和記錄零件的尺寸特性。
攝影測繪系統(tǒng)、經(jīng)緯儀和計算機輔助經(jīng)緯儀(CAT)均采用具有已知關(guān)系的光學裝置對放置于所測零件上的目標物的X、Y及Z向位置進行三角測量，攝影測繪系統(tǒng)，例如有由瑞士Leica AG of Heerbrugg制造的樣品SD2000和SD3000，以及由Vexcel of Boulder，CO制造的FotoG-FMS；經(jīng)緯儀，例如有由瑞士Leica AG of Heerbrugg制造的樣品NA820、NA824和NA828以及由Nikon,USAof Melville,NY制造的樣品NT-4D；計算機輔助經(jīng)緯儀，例如有由瑞士Leica AG of Heerbrugg制造的樣品T460、由日本Topconof Tokyo制造的樣品GTS-500和GTS-700以及由Nikon USA ofMelville,NY制造的樣品DTM-400。這三種系統(tǒng)都是能夠精確測量大型和復雜零件的便攜系統(tǒng)，但由于需要在零件上布設大量目標物并且需花費時間把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為可用格式，因此它們既費時又費力。例如，對于具有三十平方英尺表面的零件，一般需要三天時間以六英寸網(wǎng)格布局和測量零件并返回X、Y、Z向數(shù)據(jù)。更大的零件和/或更小的網(wǎng)格將耗費更多的時間。
由加拿大Hymarc Ltd.,of Ottawa,Ontario制造的Hyscan激光數(shù)字化頭是一種非接觸式系統(tǒng)，其設計為可安裝于CMM或諸如銑床的其它傳動裝置上。由Hyscan數(shù)字化頭代替接觸探頭進行測量。Hyscan并非采用接觸探頭機械地測量至所測零件表面上某點的距離，而是采用光柵激光束和局部三角測量計算至所測零件表面的偏移值。Hyscan激光掃描器以0.025毫米(0.001英寸)的精度在每秒6144點的連續(xù)速率下采集表面數(shù)據(jù)。采用以擺錘式運動前后掃描并高精度地快速“繪”出表面特征的擺動激光束逐點得到數(shù)據(jù)。采用同步運動鏡面系統(tǒng)和精確三角測量技術(shù)計算每一點。運動鏡面掃描穿過零件的激光束。光束通過一系列鏡面和一透鏡從零件表面反射到電荷耦合器件(CCD)陣列上。CCD陣列上被反射的激光束射中的位置被轉(zhuǎn)化成與主機的內(nèi)部X、Y和Z坐標合成的偏移值以產(chǎn)生數(shù)據(jù)組。雖然Hyscan數(shù)字化頭以高分辨率采集高精度的偏移數(shù)據(jù)，但其總體精度和測量范圍卻依賴于CMM或其它的傳動裝置。
組約Hauppange的Robotic Vision系統(tǒng)公司(RVSI)制造了一種具有非接觸式分離束激光數(shù)字化頭的三軸臺架。該數(shù)字化頭設置了加到臺架內(nèi)部的X、Y和Z向位置上的Z向偏移值。類似于CMM，由于熱不精確性，其設備和維護費用高昂，并且類似于Hyscan,RVSI系統(tǒng)精度依賴于臺架的內(nèi)部、機械裝置、位置傳感器。
除了專用的掃描系統(tǒng)，諸如瑞士Heerbrugg的Leica AG制造的Smart 310的3-D激光跟蹤系統(tǒng)已用于掃描零件。激光跟蹤系統(tǒng)是高精度、低分辨率的接觸式系統(tǒng)，其采用便攜柱式安裝的激光器跟蹤并返回置于被掃描面上的反射鏡的位置數(shù)據(jù)。由于采用人工沿被測面移動反射鏡測量表面，因此可能產(chǎn)生人工定位誤差而降低精度。反射鏡的運動由從激光頭向反射鏡投射激光束進行跟蹤。只要反射鏡不動，激光束就幾乎直接沿著其發(fā)射軌跡反射回激光頭。當反射鏡移動時，激光束就不再射中反射鏡的光心。反射鏡使反射光束沿平行軌跡返回激光頭。發(fā)射和返回激光束之間的平行偏移用于確定反射鏡移動的距離和方向。平行偏移由位置傳感器確定，位置傳感器是測量頭內(nèi)部的一種二維位置靈敏光電二極管。平行偏移信息也為激光跟蹤系統(tǒng)所用以使激光束返回指向反射鏡的中心。Smart 310每秒鐘能夠進行1000次這樣的更新，因此允許連續(xù)跟蹤反射鏡運動的任何軌跡。
在激光跟蹤系統(tǒng)中采用干涉儀進行面掃描測量。利用各種干涉儀都不能得到絕對距離。由于通過條紋計數(shù)進行測量，因此僅可能確定距離的變化。所以，為采用具有干涉儀的激光跟蹤系統(tǒng)測量絕對距離，測量必須始終以將反射鏡置于絕對距離已知的點上開始。然后將干涉儀條紋計數(shù)脈沖加到這一初始距離或從初始距離將其減去以得到實際距離的測量結(jié)果。由于激光跟蹤系統(tǒng)為達到精度的要求需采用反射鏡，而反射鏡的尺寸，通常直徑為38毫米(1.5英寸)或更大，限制了可被檢測的表面細部的尺寸，也就是說，不能測出小于反射鏡的表面細部的變化，因為反射鏡不能與表面細部相適應。
現(xiàn)有的尺寸檢測裝置都不能同時具備低成本、便攜、高分辨率、高精度并可處理大型零件或具復雜幾何形狀的零件的能力。因此，需要一種尺寸檢測裝置，其可便攜并且不必費時費力地安裝，而且能以高精度和高分辨率處理大型零件及/或具有復雜幾何形狀的零件。
本發(fā)明提供了對極大零件及/或具有復雜幾何形狀的零件的高分辨率、高精度的表面掃描，卻不必借助于恒溫室或是大量且費時的安裝及校準過程，而是通過向主機連接一便攜數(shù)字化頭以高分辨率掃描零件表面，當數(shù)字化頭沿零件表面移動時采用便攜式激光跟蹤系統(tǒng)精確地跟蹤數(shù)字化頭的位置。從激光跟蹤系統(tǒng)得到的表示數(shù)字化頭位置的高精度數(shù)據(jù)與從數(shù)字化頭得到的高分辨率面掃描數(shù)據(jù)組合，從而形成高分辨率、高精度的零件表面掃描。
通過聯(lián)系附圖參考下面的詳細描述，將會更加清楚地明白本發(fā)明的前述方面和許多附帶的優(yōu)點，其中

圖1是本發(fā)明一裝置的示意圖；圖2是本發(fā)明表面掃描過程的流程圖；圖3是用于本發(fā)明優(yōu)選實施例的數(shù)字化頭的示意圖；圖4是圖3中數(shù)字化頭沿零件表面掃描的局部頂透視圖；圖5是用于本發(fā)明優(yōu)選實施例的激光跟蹤系統(tǒng)的示意圖。
參照圖1，本發(fā)明采用主機10在被掃描零件30的表面上方移動數(shù)字化頭20。與數(shù)字化頭20連接的是反射鏡40。激光跟蹤系統(tǒng)50采用由激光跟蹤系統(tǒng)50發(fā)射并由反射鏡40反射回的激光束跟蹤數(shù)字化頭20的位置。從激光跟蹤系統(tǒng)50得到的極位數(shù)據(jù)被送至數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換器60，數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換器60先把極化數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成笛卡爾形式，然后再轉(zhuǎn)換成編碼數(shù)據(jù)格式以便數(shù)字化頭控制器25使用。從數(shù)字化頭20得到的表面掃描數(shù)據(jù)被送至數(shù)字化頭控制器25，與從數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換器60轉(zhuǎn)換的位置數(shù)據(jù)“組合”，從而產(chǎn)生所掃描零件30的高分辨率和高精度的表面圖。
在優(yōu)選實施例中，主機10是由IL，ROCKORN的Ingersoll銑床公司制造的95英尺的五軸特形銑，但也可以是任何能用來定位數(shù)字化頭20的裝置，并且其尺寸范圍可從有軌電車安裝平臺或更大的尺寸一直到便攜機械手那樣的小尺寸；優(yōu)選實施例的主機具有X和Y軸導架，用于定位數(shù)字化頭20的垂直Z軸支承柱13。優(yōu)選的數(shù)字化頭20是加拿大Ottawa,Ontario的Hymarc公司供應的Model 25 Hyscan掃描器；激光跟蹤系統(tǒng)50是瑞士Heerbrugg的Leica公司制造的Smart 310。
圖2描述了典型表面的掃描順序。步驟100中，掃描零件被置于工作區(qū)70中，并且數(shù)字化頭20連接到主機10上，工作區(qū)70是主機10可在其中定位數(shù)字化頭20的空間容積。
步驟110中，通過用數(shù)字化頭20掃描位于工作范圍70中的參考目標80(優(yōu)選實施例中為三英寸直徑的理想球體)為系統(tǒng)建立了公共坐標基準。實際上，球體只有一部分被掃描到，球體的其余部分由內(nèi)插法確定中心，該中心用于建立0,0,0參考點或定域起始點。此外，表示X、Y和Z軸位置的信息被輸入數(shù)字化頭控制器25，從而為本發(fā)明的激光數(shù)字化系統(tǒng)建立了坐標系?；蛘撸胶痛怪眳⒖寄繕?2和84(圖1)可分別被掃描，以分別向數(shù)字化頭控制器25提供水平和垂直參考面。所有送向數(shù)字化頭控制器的位置信息均自動地參考該公共坐標基準。
同樣在步驟110，通過從激光跟蹤系統(tǒng)的激光發(fā)射器把反射鏡40放置在參考位置55處并通過如圖5所示從激光發(fā)射器51向反射鏡40發(fā)射激光束和在激光跟蹤系統(tǒng)50中的干涉儀52中接收反射束建立第一距離參考而預置激光跟蹤系統(tǒng)50。預置后，反射鏡40與數(shù)字化頭20連接，數(shù)字化頭20的運動由干涉儀和編碼器跟蹤，干涉儀和編碼器測量反射鏡移向或遠離參考位置55的距離和角度。本領域的技術(shù)人員將會明白，在不脫離本發(fā)明精神的情況下可用于接收反射激光束的是距離確定裝置而不是干涉儀。
回到圖2，在步驟120中，操作員通過用控制桿或其它定位裝置操縱主機10把數(shù)字化頭20定位在零件30的表面上方而控制零件的掃描。如圖3和4所示，數(shù)字化頭20包括一激光掃描器21，當數(shù)字化頭20沿零件30的表面移動時，激光掃描器21以擺錘式運動前后擺動激光束而連續(xù)掃描70毫米(2.8英寸)寬的路徑32。激光束從零件30表面反射到數(shù)字化頭20內(nèi)的電荷耦合器件(CCD)陣列22上。CCD陣列上被反射激光束射中的位置被校準為表示零件至數(shù)字化頭的距離。偏移信息被從數(shù)字化頭20送至數(shù)字化頭控制器25。
在步驟130至132，與步驟120同步，激光跟蹤系統(tǒng)50通過從激光發(fā)射器51向反射鏡40的中心發(fā)射激光束、接收從反射鏡40返回的反射束、通過比較發(fā)射和接收的激光束確定反射鏡位置的變化以及修正激光發(fā)射器51的方向(高度和方位)以保持發(fā)射激光束的準直線在反射鏡的中心上以跟蹤與數(shù)字化頭20相連的反射鏡40的位置。當在步驟131中激光跟蹤系統(tǒng)50跟蹤反射鏡40的運動時，激光跟蹤系統(tǒng)50的干涉儀52同時測量反射鏡40移向或遠離激光發(fā)射器51的距離，并在步驟132把高度、方位和距離數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成表示反射鏡40位置的極位數(shù)據(jù)。激光跟蹤控制器53利用編碼器確定激光發(fā)射器的高度和方位。至數(shù)字化頭20的距離被編碼成干涉儀可讀的數(shù)據(jù)。激光跟蹤控制器53采用任一通用轉(zhuǎn)換方法把高度、方位和距離信息轉(zhuǎn)換成三維極坐標。本優(yōu)選實施例的激光跟蹤控制器53是對激光束的高度和方位以及干涉儀的距離信息進行編碼的在個人計算機上運行的軟件，并以極坐標形式輸出高度、方位和距離信息。個人計算機配置有聯(lián)接器以從激光跟蹤系統(tǒng)50接收數(shù)據(jù)并向數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換器60輸出數(shù)據(jù)。本領域的技術(shù)人員將會明白，在不脫離本發(fā)明精神的情況下可使用專用的黑匣子或任一其它裝置執(zhí)行激光跟蹤控制器的所需功能。
在步驟133，從激光跟蹤控制器53把極位數(shù)據(jù)送至數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換器60，在此被轉(zhuǎn)換成適于數(shù)字化頭控制器25的編碼格式。在優(yōu)選實施例中，數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換器補充作為個人計算機的一塊插件板，其具有連接器以接納從激光跟蹤控制器引出的電纜并向數(shù)字化頭控制器25輸出數(shù)據(jù)，并且具有硬件電路以把極坐標數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成笛卡爾坐標數(shù)據(jù)，然后轉(zhuǎn)換成適于數(shù)字化頭控制器的編碼格式。但是應該注意，在不脫離本發(fā)明精神的情況下，數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換器60也可是專用的黑匣子，其包括必要的連接器和硬件或具有帶有必要的連接器和固件或軟件的單板機以執(zhí)行必要的轉(zhuǎn)換，或完全以軟件形式運行于配置了必要連接器的個人計算機上，或者是作為任何其它從激光跟蹤控制器52接收數(shù)據(jù)、執(zhí)行必要的轉(zhuǎn)換并向數(shù)字化頭控制器25輸出數(shù)據(jù)的裝置。
極位數(shù)據(jù)從激光跟蹤控制器52送至數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換器60，數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換器60采用任一通用轉(zhuǎn)換方法把極位數(shù)據(jù)實時轉(zhuǎn)換成笛卡爾坐標，然后轉(zhuǎn)換成適于數(shù)字化頭控制器25的編碼數(shù)據(jù)格式，在此編碼數(shù)據(jù)更新數(shù)字化頭控制器25中的X、Y和Z信息。
在步驟140，數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換器60的編碼數(shù)據(jù)連續(xù)地更新數(shù)字化頭控制器25中的X、Y和Z信息以示反射鏡40的當前位置。在更新數(shù)字化頭控制器25中的X、Y和Z信息的同時，數(shù)字化頭20向數(shù)字化頭控制器25發(fā)送有關(guān)正被測量零件30的表面的偏移數(shù)據(jù)。數(shù)字化頭控制器25既接收零件30表面的偏置數(shù)據(jù)，也接收有關(guān)擺動激光束的位置的偏移信息。由于數(shù)字化頭20中的激光掃描器以擺錘式運動前后擺動激光束進行掃描，位于掃描窗口端部附近的點從窗口中心附近的點偏移。因此，如果數(shù)字化頭沿單一軸運動，則需要對垂直于運動軸的軸進行偏移。若數(shù)字化頭斜向運動，則兩個軸都需要偏移。數(shù)字化頭控制器25采用通用數(shù)學算法自動校準這些偏移。例如，若數(shù)字化頭20沿X軸掃描，數(shù)字化頭控制器25就會自動提供Y和Z偏移的校正。為說明這一校正的必要性，假設數(shù)字化頭20沿一半圓管路的中心線掃描，因為管路的所有點均等距于數(shù)字化頭的光束發(fā)射點，半圓管路可能被看作為平面。
當從數(shù)字化頭20接收到每一組偏移數(shù)據(jù)時，數(shù)字化頭控制器25中的X、Y和Z信息被識讀并與輸入的偏移數(shù)據(jù)組合形成零件30的表面圖的單元。在步驟150，表面圖數(shù)據(jù)輸出至表面圖文件90。當掃描完零件30后，相應的表面圖文件90可顯示于圖形工作站上，或用于產(chǎn)品開發(fā)、刀具設計、質(zhì)量確認或任何其它應用表面圖的用途。由于反射鏡40和數(shù)字化頭20始終處于同一相對位置，代表反射鏡40位置的信息也代表數(shù)字化頭20的位置。
在優(yōu)選實施例中，數(shù)字化頭控制器25補充作為帶有用于從數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換器60接收編碼格式數(shù)據(jù)的連接器和用于從數(shù)字化頭20接收偏置信息的連接器的圖形工作站。此外，數(shù)字化頭控制器25包括一算法的軟件程序，以組合數(shù)字化頭20的偏移信息和數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換器60的X、Y及Z向位置數(shù)據(jù)。本領域的技術(shù)人員應該明白，在不脫離本發(fā)明精神的情況下，可采用個人計算機或任何其它設備把從數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換器60和數(shù)字化頭20得到的數(shù)據(jù)組合成為表面圖文件。
雖然已說明并描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，但應明白，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下可以進行各種改進。
權(quán)利要求
1．一種用于產(chǎn)生大型或復雜零件的高精度表面掃描的便攜式數(shù)字化系統(tǒng)，該數(shù)字化系統(tǒng)包括一主機，具有多個運動軸，多個運動軸限定一工作區(qū)；一數(shù)字化頭，用于掃描零件表面并采集有關(guān)掃描面的數(shù)據(jù)，其中數(shù)字化頭連接到主機上并可沿主機的多個軸運動；一位置傳感器，用于跟蹤數(shù)字化頭的運動，位置傳感器還用于采集有關(guān)數(shù)字化頭的位置信息；及一控制器，用于合成從數(shù)字化頭得到的數(shù)據(jù)和從位置傳感器得到的數(shù)據(jù)，以產(chǎn)生所掃描零件的高精度的面掃描。
2．如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中數(shù)字化頭還包括一激光掃描器，用于在各數(shù)字化頭位置從一個或多個表面位置采集Z向偏移信息。
3．如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中位置傳感器還包括一具有位于工作區(qū)外部的激光發(fā)射器和接收器裝置的激光跟蹤系統(tǒng)，及一與數(shù)字化頭連接的反射鏡。
4．如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中激光發(fā)射器和接收器裝置是帶有干涉儀的便攜柱式安裝的激光器。
5．如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中激光跟蹤系統(tǒng)利用從激光發(fā)射器發(fā)射、從反射鏡反射回激光接收器的激光束跟蹤數(shù)字化頭的運動。
6．如權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中激光接收器是一干涉儀。
7．如權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中位置傳感器采集代表反射鏡相對于激光發(fā)射器和接收器裝置的位置的數(shù)據(jù)。
8．如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中數(shù)字化頭還包括一激光掃描器。
9．如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中激光掃描器采用激光束使其沿一預定窗口掃過掃描表面。
10．如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中激光掃描器采集Z向偏移數(shù)據(jù)流，Z向偏移數(shù)據(jù)流表示表面的掃描窗口上的點至數(shù)字化頭的激光掃描器的距離。
11．如權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中控制器將從激光掃描器得到的Z向偏移數(shù)據(jù)和從激光跟蹤系統(tǒng)得到的位置信息合成。
12．如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中激光跟蹤系統(tǒng)的位置信息為偏移量，以計算反射鏡對于激光掃描器的相對位置。
13．如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中數(shù)字化頭還包括一激光掃描器。
14．如權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中激光掃描器采用激光束沿一預定窗口掃過掃描表面。
15．如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中激光掃描器采集Z向偏移數(shù)據(jù)流，Z向偏移數(shù)據(jù)流表示表面的掃描窗口上的點至數(shù)字化頭上的激光掃描器的距離。
16．一種通過從使用與主機連接的數(shù)字化頭采集到的數(shù)據(jù)產(chǎn)生大型或復雜零件的高精度面掃描的方法，主機具有多個用于限定工作區(qū)的運動軸，數(shù)字化頭可在該區(qū)域中運動，所述方法包括下述步驟把被掃描零件放置于所述工作區(qū)域中；通過沿掃描面隨主機移動數(shù)字化頭掃描零件，以采集表示零件表面至數(shù)字化頭的距離的Z向偏移數(shù)據(jù)；當數(shù)字化頭在工作區(qū)內(nèi)運動時，采用位于工作區(qū)外的位置傳感器跟蹤數(shù)字化頭并采集表示數(shù)字化頭位置的數(shù)據(jù)；及通過合成從數(shù)字化頭得到的Z向偏移數(shù)據(jù)和從位置傳感器得到的位置數(shù)據(jù)產(chǎn)生零件的高精度的面掃描。
17．如權(quán)利要求16所述的方法，其中位置傳感器是激光跟蹤系統(tǒng)，所述方法還包括把反射鏡連接到數(shù)字化頭上的步驟。
18．如權(quán)利要求17所述的方法，其中跟蹤并采集表示數(shù)字化頭位置的數(shù)據(jù)的步驟還包括下述步驟從激光跟蹤系統(tǒng)的激光發(fā)射器向與數(shù)字化頭連接的反射鏡發(fā)射激光束；由激光跟蹤系統(tǒng)的激光接收器接收反射鏡的反射光束；比較接收的激光束和發(fā)射的激光束以確定數(shù)字化頭運動的位置和方向；及在反射鏡基于運動信息所確定方向與數(shù)字化頭一起運動時，調(diào)整發(fā)射激光束的方向以跟蹤反射鏡。
19．如權(quán)利要求17所述的方法，其中數(shù)字化頭還包括一激光掃描器，并且掃描零件以采集Z向偏移數(shù)據(jù)的步驟還包括對于數(shù)字化頭的每一位置均至少對掃描面的一個位置進行掃描的步驟。
全文摘要
一種用于產(chǎn)生大型及/或復雜零件的高精度面掃描的系統(tǒng),采用一諸如用于銑削零件的機床的主機、一與主機連接的數(shù)字化頭及一跟蹤與數(shù)字化頭連接的立體反射鏡位置的遠程激光跟蹤系統(tǒng)。
文檔編號G01S17/00GK1218177SQ9811599
公開日1999年6月2日 申請日期1998年7月14日 優(yōu)先權(quán)日1997年7月31日
發(fā)明者弗雷德里克·C·魯?shù)履峥? 杰弗里·M·漢森, 查爾斯·M·理查茲 申請人:波音公司