专利名称：激光指向机构的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及坐标测量设备，更特别地涉及被配置成在激光束被用户手动指向之后将激光束保持在固定方向的系统及方法。
背景技术：
一组坐标测量设备属于通过向点发送激光束并且在该点处激光束被后向反射器标靶拦截的方式来测量该点的三维(3D)坐标的一类仪器。所述仪器通过测量到标靶的距 离和两个角度来获得点的坐标。所述距离通过距离测量设备例如绝对测距仪或干涉仪进行测量。所述角度通过角度测量设备例如角编码器进行测量。在仪器内的装有万向接头的光束操纵机构将激光束导向感兴趣的点。用于确定点的坐标的示例性系统在Browm等人的美国专利No. 4，790, 651和Lau等人的美国专利No. 4，714，339中作了描述。激光跟踪器是一种特定类型的坐标测量设备，该设备使用由它发射的一束或更多束激光束来跟踪后向反射器标靶。与激光跟踪器密切相关的坐标测量设备是激光扫描器。激光扫描器将一束或更多束激光束以步进方式指向在漫反射表面上的点。扫描器可以将激光束发送到任意期望的位置，而激光跟踪器通常将激光束发送到后向反射器标靶。后向反射器标靶的常见类型是球形安装后向反射器(SMR)，所述球形安装后向反射器(SMR)包括嵌入在金属球体中的立方角后向反射器。所述立方角后向反射器包括三个相互垂直的镜子。作为三个镜子交汇的公共点的顶点位于球体的中心。由于立方角在球体中的这种放置，从顶点到搁置SMR的任意表面的垂直距离保持不变，即使当SMR被旋转时也如此。从而，激光跟踪器可以通过当SMR在表面上移动时跟随SMR的位置来测量该表面的3D坐标。在扫描器或激光跟踪器中的万向机构可以将激光束从扫描器或跟踪器导向期望的位置或后向反射器。对激光跟踪器来说，被SMR回射的光部分进入激光跟踪器并传送到位置检测器上。在激光跟踪器内的控制系统能够使用所述光在位置检测器上的位置来调节激光跟踪器的机械方位轴和天顶轴的旋转角度来保持激光束集中于SMR。以此方式，跟踪器能够跟随(跟踪)在感兴趣对象的表面上移动的SMR。扫描器通常通过使用绝对测距仪来测量到感兴趣的标靶的距离。激光跟踪器可以通过使用干涉仪或绝对测距仪(ADM)来测量距离。干涉仪通过计数当后向反射器标靶在起始点到终点之间移动时通过固定点的已知长度增量(通常是激光的半波长)的数量来获得从起始点到终点的距离。如果光束在测量中被中断，则计数的数量不能正确地获知，导致距离信息丢失。相比之下，ADM获得到后向反射器标靶的绝对距离，而不考虑光束中断。因此，ADM被称为能够进行“对准即拍(point-and-shoot) ”的测量。
激光跟踪器和扫描器两者通常使用高精度的角编码器来测量角度。激光跟踪器具有跟随(跟踪)快速移动的后向反射器的能力，但是扫描器通常不具有这种能力。在激光跟踪器的最常见的工作模式中，当来自跟踪器的激光束照射到距离后向反射器的中心足够近的位置时，激光跟踪器自动跟随SMR的移动。跟踪器或扫描器沿着通常会随时间而变化的方向发送激光束。一种可能是使计算设备向跟踪器或扫描器发送给出激光要指向的角度的图形的指令。计算设备向跟踪器或扫描器发送这种类型的图形轮廓被称为执行仿形器(profiler)功能。
对于处于跟踪模式的激光跟踪器的情况的第二种可能是跟踪移动的SMR。使得能够进行这种跟踪的反馈来自于从后向反射器反射回来并且重新进入跟踪器的激光。所述光中的一些光从部分反射型光束分离器反射回来并且传送到位置检测器。所述光在检测器上的位置是跟踪器控制系统所需要的保持激光束集中于后向反射器的信息。对于扫描器或激光跟踪器的第三种可能是使用户手动将激光束指向感兴趣的标靶。在很多情况下，将激光束指向期望的方向比将坐标或角度输入计算机控制设备中要容易。为使得用户能够容易地移动光束操纵机构，会将电机暂时关掉。在用户将激光束导向期望的方向后，用户会拿开他的手。如果万向机构非常平衡，则激光束将持续指向相同的方向。然而，如果万向机构出现不平衡，即使是极小角度的不平衡，光束也将趋于从它的初始位置下倾或上倾。当用户激活电机来阻止激光束的移动时，光束可能已经远离期望方向。用于控制可移动单元的旋转位置的系统通过Westermark等人的美国专利No. 7，634，381 和 Westermark 等人的美国专利 No. 7，765，084 作了描述。对使激光束被用户手动指向之后保持方向上的固定的光束操作机构存在需要。
发明内容
至少一个实施方式包括与激光跟踪器或激光扫描器一起使用的指向设备，所述指向设备可以包括跟踪器或扫描器控制系统以及跟踪器或扫描器装置。所述跟踪器装置可以包括被配置成向操纵激光器的机构施加转矩的多个电机以及被配置成向所述跟踪器控制系统发送关于所述机构的角度位置的反馈信息的多个角编码器。所述跟踪器或扫描器控制系统可以被配置成使得当所述指向设备工作在手动调节模式时，所述跟踪器或扫描器控制系统控制所述多个电机向所述机构提供与由用户引起的运动相反方向的转矩。一个示例性实施方式包括与激光设备一起使用的指向设备，所述激光设备包括发射激光束的激光器并且所述激光器能够通过用户进行定位，所述指向设备包括控制系统；工作上耦接到所述控制系统的装置，所述装置包括被配置成向操纵激光器的机构施加转矩的多个电机和被配置成向所述控制系统发送关于所述机构的角度位置的反馈信息的角编码器；位置感测设备，所述位置感测设备被配置成向所述控制系统发送关于激光束在所述位置检测器表面上的位置的信息；主控制单元，所述主控制单元工作上耦接到所述控制系统和所述位置感测设备，所述主控制单元包括被配置成向所述控制系统提供命令位置读数的编码器平均器模块、被配置成向所述控制系统提供标靶位置读数的标靶定位器模块以及被配置成产生到所述控制系统的命令位置读数的运动仿形器模块。另一个示例性的实施方式包括与激光跟踪器一起使用的跟踪指向设备，所述激光跟踪器包括发射被后向反射器反射回来的激光束的激光器，所述激光器能够通过用户进行定位，所述跟踪指向设备包括跟踪器控制系统和跟踪器装置，所述跟踪器装置包括多个电机，所述多个电机包括天顶电机和方位电机，所述天顶电机和所述方位电机被配置成向操纵所述激光器的机构施加转矩；角编码器，所述角编码器包括天顶角编码器和方位角编码器，所述天顶角编码器和所述方位角编码器被配置成向所述跟踪器控制系统发送关于所述机构的角度位置的反馈信息；以及位置检测器，所述位置检测器被配置成向所述跟踪器控制系统发送关于所述激光束在所述位置检测器表面上的位置的信息。另一个示例性的实施方式包括与激光扫描器一起使用的扫描指向设备，所述激光扫描器包括发射激光束的激光器，并且所述激光器能够通过用户进行定位，所述扫描指向设备包括扫描器控制系统和扫描器装置，所述扫描器装置包括多个电机，所述多个电机包括天顶电机和方位电机，所述天顶电机和所述方位电机被配置成向操纵所述激光器的机构施加转矩；以及角编码器，所述角编码器包括天顶角编码器和方位角编码器，所述天顶角编码器和方位角编码器被配置成向所述扫描器控制系统发送关于所述机构的角度位置的反馈信息。·
现在参照附图，示出了示例性的实施方式，这些示例性的实施方式不应当被理解成限制关于本公开内容的全部范围，并且其中在一些图中一些元件以相似的附图标记进行标记图I是SMR被激光跟踪器测量的立体图；图2是激光跟踪器指向系统的框图；图3是激光扫描器指向系统的框图；图4示出了能够消除在激光跟踪器或激光扫描器中的光束操纵机构不平衡问题的控制系统的元件的另一个实施方式；图5示出了根据示例性实施方式的位置回路和速度回路；图6示出了根据示例性实施方式的电流回路；图7示出了根据示例性实施方式的用于在激光束被用户手动指向之后保持激光束的固定位置的方法的流程图；以及图8示出了能够结合文中描述的示例性激光指向机构来实现的处理器系统。
具体实施例方式图I示出了激光束从激光跟踪器10发送到SMR 26，SMR 26将激光束返回跟踪器
10。激光跟踪器10的示例性的装有万向接头的光束操纵机构12包括天顶架14，所述天顶架14安装在方位底座16上并且围绕方位轴20旋转。有效载荷15安装在天顶架14上并且围绕天顶轴18旋转。天顶机械旋转轴18和方位机械旋转轴20在跟踪器10内部以正交方式相交在万向点22处,所述万向点22通常是距离测量的起点。激光束46实质上通过万向点22并且以与天顶轴18正交的方式进行指向。换句话说，激光束46的路径在与天顶轴18正交的平面中。通过围绕天顶轴18旋转有效载荷15以及通过围绕方位轴20旋转天顶架14，激光束46指向期望的方向。在跟踪器内部的天顶角编码器及方位角编码器(未示出)附连到天顶机械旋转轴18以及方位机械旋转轴20并且高精度地指示旋转的角度。激光束46行进到SMR 26并且随后返回激光跟踪器10。跟踪器测量万向点22与后向反射器26之间的径向距离以及围绕天顶轴及方位轴18、20的旋转角度，以获得后向反射器26在跟踪器的球面坐标系中的位置。在跟踪模式中，从SMR 26回到跟踪器的那些激光通过部分反射型光束分离器被分离并且被发送到在跟踪器内部的位置探测器(未示出)。激光束在位置探测器上的位置被激光跟S示器控制系统用来保持激光束指向SMR 26的中心。对于激光跟踪器10的一种替代是激光扫描器。激光扫描器将不必结合协作的标靶例如SMR 26进行使用，并且它将不需要位置检测器。如先前讨论的，存在有三种操作模式来建立激光束的指向方向。第一种模式如上面所描述的为跟踪模式，在该跟踪模式中，来自跟踪器的激光束跟随后向反射器的移动。采用这种操作模式，跟踪器电机被打开并促使主动地调节激光束的方向来跟随后向反射器标 靶。所述跟踪模式在激光扫描器中不可用。第二种模式是仿形器模式，在仿形器模式中，计算机发送关于指向角的期望图形的跟踪器或扫描器指令。采用这种工作模式，跟踪器电机被打开并且促使调节激光束的方向以跟随由计算机给出的图形。第三种模式是用户导向模式，在用户导向模式中，用户手动地调节激光束的方向。通常，电机被关闭以使用户能够容易地将激光束操纵到期望的方向。然而，当用户放开光束操纵机构且在电机可以被重新打开之前，光束操纵机构的不完全平衡会引起激光束改变方向。图2示出了能够消除在激光跟踪器例如图I的激光跟踪器10中的光束操纵机构不平衡问题的控制系统的元件。另外，图3示出了在激光扫描器内的类似控制系统。在图2中，跟踪器指向系统100包括跟踪器控制系统110以及跟踪器装置120。跟踪器装置120包括电机130，所述电机130可以包括天顶电机和方位电机；角编码器140，所述角编码器140可以包括天顶角编码器和方位角编码器；以及位置检测器150。电机130向操纵激光束的机构施加转矩。角编码器140向跟踪器控制系统110发送关于角度值的反馈信息。位置检测器150向跟踪器控制系统110发送关于激光束在它表面上的位置信息。跟踪器操作者可以选择三种工作模式中的任一种(I)跟踪模式，(2)仿形模式，或(3)手动调节模式。系统100可以包括处理器170，所述处理器170与系统100集成到一起或在系统100的外部，以提供系统100的应用能力以及用户控制。所述处理器的进一步的细节在文中参照图8描述。图3示出了能够消除激光扫描器中的光束操纵机构不平衡问题的控制系统的元件。激光扫描器指向系统200包括扫描器控制系统210和跟踪器装置220。跟踪器装置220包括电机230，所述电机230可以包括天顶电机和方位电机；角编码器240，所述角编码器240可以包括天顶角编码器及方位角编码器。电机230向操纵激光束的机构施加转矩。角编码器140向扫描器控制系统210发送关于角度值的反馈信息。系统200可以包括处理器270，所述处理器270与系统200集成到一起或者在系统200的外部，以提供系统200的应用能力以及用户控制。处理器的进一步的细节在文中参照图8描述。
再次参照图2，跟踪器操作者可以选择如下两种工作模式中的任一种(I)仿形模式或(2)手动调节t旲式。在跟S示t旲式中，跟S示器控制系统110保持激光束46集中于SMR 26，即使在SMR 26快速移动时也如此。所述控制系统可以是简单的比例积分微分(PID)类型，或者它可以更复杂。例如，它可以包括前馈(FF)元件以及PID部件，或者它还可以具有级联类型，包括位置和速度回路。控制回路的目的是控制激光束移动的速度或位置以匹配SMR移动的速度或位置。在仿形模式中，跟踪器控制系统110或扫描器控制系统210将激光束导向从计算机发送到跟踪器或扫描器的仿形角或坐标。所述控制回路的目的是控制激光束移动的速度或位置以匹配仿形值的速度或位置。 在用户调节模式中，跟踪器控制系统110或扫描器控制系统210在抗拒外力的同时导向激光束，所述外力可以是(由于不完全平衡引起的)重力或者是用户的重新定向的力。这可以通过使控制系统作用成抗拒除零之外的速度来实现，或者等同于使控制系统抗拒激光束的指向方向上的变化来实现。由控制系统施加的力被设计成对于非常小的重力不作响应，但是向用户的手施加与手动调节相反方向的转矩。所述力被设置到合理的水平，以使得操作者能够转动光束而无需施加过度的力。在激光跟踪器的情况下，用户调节模式的一个有价值的应用是将激光束瞄准得紧密靠近后向反射器标靶，然后调用自动搜索程序以快速锁定到标靶上。作为调用自动搜索程序的替代，可以使用安装在跟踪器上的相机来将激光束46导向SMR 26的中心。可以使用靠近相机安装的LED来重复照明SMR 26，由此简化后向反射器标靶的相机识别。图4示出了能够消除在激光跟踪器例如图I的激光跟踪器10中的光束操纵机构不平衡问题的控制系统300的元件的另一个实施方式。在另一个示例性的实施方式中，系统300可以被修改成利用激光扫描器来实现。在图4中，系统300包括主控制单元(MCU) 330和工作上耦接到控制系统325的装置310。装置310可以包括电机315和旋转编码器320。电机315可以是无刷直流电机，该电机获取由控制系统325驱动的电流并且将电流转化成操纵激光束的转矩。电机315可以包括天顶电机和方位电机。旋转编码器320提供轴的角位置反馈并且可以包括天顶角编码器和方位角编码器。控制系统325从MCU 330获取组合了来自装置310的编码器反馈的具体命令位置，以确定如何驱动到电机315的电流以使得角编码器320的读数与该命令位置匹配。MCU 330提供跟踪器的大部分的功能，其中一个功能是计算命令位置。所述命令位置可以有三个源1)编码器平均器335 ；2)标靶定位器340;以及3)运动仿形器345。另外，系统300可以包括所述命令位置的源工作的两种操作模式。在第一模式“保持位置模式”中，电机315进行操作使轴18、20中一个或更多个像文中进一步描述的那样返回固定位置。在所述“保持位置模式”中，系统300保持标靶的最后已知位置或者如果系统300完成跟踪标靶，系统300保持标靶的最后已知位置。在第二模式“保持速度模式”中，电机315进行操作将轴18、20中一个或更多个的速度降低到零速度。当处于“保持速度模式”时，系统300产生标靶的跟踪位置。当系统300完成跟踪位置时，系统300保持本身处于零速度。在两种模式中，电机315施加与作用在轴18、20上的外部力相反方向的转矩。如果被设置成“保持速度模式”并且跟踪是关闭的或者如果在光束路径上没有光束，则编码器平均器335产生命令位置。在这种情况下，MCU330读取编码器320并且计算平均值。如果没有外力作用在轴上(即，没有推它等)，则该命令位置与当前编码器读数匹配。如果施加有外力，则该平均编码器读数将滞后于最近的编码器读数。当平均编码器读数作为命令位置提供给控制系统325时，企图使编码器读数匹配该命令位置的控制系统325将以与试图抗拒该运动的外力相反的方向推回。当跟踪器被设置成使“跟踪模式” “开启(On) ”并且跟踪器识别到标靶在光束路径上时，标靶定位器340使用位置感测设备(PSD) 350、角编码器320以及到标靶的距离计算标靶位置。计算的标靶位置随后被发送到控制系统325作为命令位置。因为标靶是移动的，所以新的命令位置被发送到控制系统325，这导致它跟踪靶标的位置。运动仿形器345在一些情况下产生命令位置。在一种情况中，跟踪是关闭的并且被设定成“保持位置模式”，运动仿形器345反复地输出相同值。该值可以是标靶的最后已知位置、仿形移动的最后位置或当电机被接通时轴所指向的位置。光束路径中没有光束并且被设置成“保持位置模式”的情况与“跟踪是关闭的”是相同的。在第三种情况中，跟踪器已被请求指向新的位置，产生了将跟踪器指向新方向的请求。在这种情况下，运动仿形器345获取当前命令位置和新请求位置，然后计算发送到控制系统325的一系列命令位置，使得轴根据梯形速度曲线转动。系统300可以包括处理器370，所述处理器370与系统300集成到一起或在系统300外部，以提供系统300的应用能力以及用户控制。所述处理器的进一步的细节在文中参照图8描述。图5示出了根据示例性实施方式的位置回路400和速度回路500。在位置回路400中，命令位置节点(Cmd Pos)405表示由MCU 330提供的位置，该位置是期望从角编码器320读出来的读数。最后命令位置节点(Last Cmd Pos) 410表示由MCU 330提供的前命令位置。每当MCU 330发出新命令位置时，在“Cmd Pos”405中的当前值被复制到“Last CmdPos”410。编码器位置节点(Encoder Pos)415是轴位置的角位置反馈。命令位置节点405和编码器位置节点415之间的差值在差值节点420处计算，并被称作“位置偏差(position delta)”。该位置偏差被乘以位置积分器增益(1)425并且随后通过积分器430与前值进行总计，当存在恒定误差时，这随着时间来调节位置回路的输出。位置偏差在加法节点435处与积分器的输出相加并被乘以位置增益(P) 440。在差值节点445处计算的最后命令位置节点410与命令位置节点405之间的差值被乘以速度前馈增益(VFF)450，这提供了当命令位置节点405改变时对位置回路的输出的放大。速度前馈项和施加P增益后的输出在加法节点455处被加到一起以产生位置回路的输出，该输出是速度回路500的命令速度。参照速度回路500，编码器速度节点505表示编码器读数变化的速度。编码器速度 在差值节点510处从命令速度(位置回路400的输出)中被减去以产生速度偏差。速度偏差被乘以速度积分器增益(VI) 515然后通过积分器520与前值进行总计，当存在恒定误差时这随着时间调节速度回路500的输出。速度偏差在加法节点525处与积分器的输出相加并乘以速度增益(VP)530。该输出是电流回路600的命令输入，如现在所描述的。图6示出了根据示例性实施方式的电流回路600。电流605是由传感器测量的、流过电机的电流量的读数。电流605在差值节点615处从命令电流610 (速度回路500的输出)中被减去以产生电流偏差。所述电流偏差乘以电流积分器增益(CI)620并然后通过积分器625与前值进行总计，当存在恒定误差时这随着时间来调节电流回路600的输出。电流偏差在加法节点630处与积分器625的输出相加并乘以电流增益(CP) 635。命令电流610乘以前馈项(CFF) 640。前馈项640和在施加CP增益635之后的输出在加法节点645处被加在一起以产生到电机650的输出。图7示出了根据示例性实施方式的用于在激光器已被用户手动指向之后保持激光束的固定位置的方法700的流程图。该方法700可以通过文中描述的任何示例性系统实现。系统在块710处确定进行中的激光束是否存在移动。如果在块710处存在移动，则系统在块770处输出文中所描述的运动仿形位置。如果在块710处激光束不存在移动，则系统在块720处确定跟踪是否开启。如果在块720处跟踪没有开启，则系统在块740处确定是否保持位置。如果系统在块740处确定保持位置，则系统在块770处输出文中所描述的运动仿形位置。如果在块740处系统确定不保持位置，则在块760处系统输出如文中所描述的平均编码器读数。如果在块720处系统确定跟踪是开启的，则在块730处系统确定标靶是否是存在。如果在块730标靶不存在，则系统进入如上所述的块740。如果在块730处系统确定标祀存在，贝1J在块750处系统输出如文中所描述的标祀位置。 如在此描述的，示例性系统100、200、300可以各自包括与系统100、200、300集成到一起或在系统100、200、300的外部的处理器170、270、370，以提供系统100、200、300的应用能力以及用户控制。处理器170、270、370可以是如参照图8所描述的集成或独立的处理系统，该图8示出了可以结合文中描述的示例性激光指向机构来实现的处理器系统800。文中描述的方法可以以软件(例如，固件)、硬件或它们的组合来实现。在示例性的实施方式中，文中描述的方法作为可执行程序以软件实现，并且通过专用或通用数字计算机例如个人计算机、工作站、小型计算机或大型计算机来执行。系统800因此包括通用计算机801。在示例性实施方式中，就如图8示出的硬件体系架构而言，计算机801包括处理器805、耦接到存储器控制器815的存储器810以及通过本地输入/输出控制器835在通信上进行耦接的一个或更多个输入和/或输出(I/O)设备840、845(或外围设备)。输入/输出控制器835可以是但不限于本技术领域已知的一个或更多个总线或其他有线或无线连接。输入/输出控制器835可以具有额外元件例如控制器、缓冲器(高速缓存)、驱动器、中继器以及接收器，以使得能够进行通信，这些额外元件为简单起见被省略了。另外，本地接口可以包括地址、控制和/或数据连接，以使得能够在前面提到的元件之间进行恰当的通信。处理器805是用来执行软件特别是存储在存储器810中的软件的硬件设备。处理器805可以是任何定制或商用的处理器、中央处理器(CPU)、在与计算机801关联的若干处理器中的辅助处理器、基于半导体的微处理器(微型芯片或芯片组形式)、宏处理器或用于执行软件指令的通常的任何设备。存储器810可以包括易失性存储器元件(例如随机存取存储器(RAM，例如DRAM、SRAM、SDRAM等))和非易失性存储器元件(例如ROM、可擦除可编程只读存储器(EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、可编程只读存储器(PROM)、磁带、只读光盘(CD-ROM)、磁盘、软盘、编码磁带、盒式磁带之类等)中的任一种或它们的组合。此外，存储器810可以包括电的、磁的、光的和/或其他类型的存储介质。注意，存储器810可以具有分布式架构，在所述分布式架构中，各种元件彼此远离定位，但是可以被处理器805访问。
在存储器810中的软件可以包括一个或更多个独立程序，每个独立程序包括用于实现逻辑功能的可执行指令的排序列表。在图8的示例中，在存储器810中的软件包括文中根据示例性实施方式描述的激光指向方法以及适合的操作系统(0S)811。操作系统811本质上控制其他计算机程序的执行，例如文中描述的激光指向系统和方法，并且提供调度、输入输出控制、文件和数据管理、存储器管理、以及通信控制和有关服务。文中描述的激光指向方法可以是如下形式源程序、可执行程序(目标代码)、脚本或包括要被执行一组指令的任何其他实体。当是源程序时，则程序需要通过可以包括在或不包括在存储器810内的编译器、汇编程序、解释程序等进行翻译，以结合操作系统811进行正常操作。此外，激光指向方法可以使用具有数据和方法的类的面向对象编程语言来编写，或者使用具有例程、子例程和/或函数的程序编程语言来编写。在不例性的实施方式中，传统键盘850和鼠标855可以I禹接到输入/输出控制器835。其他输出设备例如I/O设备840、845可以包括如下输入设备例如但不限于打印机、扫描仪、麦克风等。最后，I/O设备840、845还可以包括与输入和输出两者通信的设备例如但不限于网络接口卡(NIC)或调制器/解调器(用于访问其他文件、设备、系统或网络)、射 频(RF)或其他收发器、电话接口、网桥、路由器等。系统800还可以包括耦接到显示器830的显示控制器825。在示例性的实施方式中，系统800还可以包括用于耦接到网络865的网络接口 860。网络865可以是用于通过宽带连接在计算机801和任何外部服务器、客户机等之间进行通信的基于IP的网络。网络865在计算机801和外部系统之间发送和接收数据。在示例性实施方式中，网络865可以是由服务提供商管理的受管理IP网络。网络865可以以无线方式例如使用无线协议和技术如WiFi、WiMax等实现。网络865也可以是分组交换网络，例如局域网、广域网、城域网、互联网或其他类型的网络环境。网络865可以是固定的无线网络、无线局域网(LAN)、无线广域网(WAN)、个人区域网(PAN)、虚拟专用网(VPN)、内联网或其他适合的网络系统，并且包括用于接收和发送信号的设备。如果计算机801是PC、工作站、智能设备等，在存储器810中的软件还可以包括基本输入输出系统(BIOS)(为简单起见被省略)。BIOS是一组基本软件例程，其在启动时初始化并且测试硬件、启动OS 811以及支持在硬件设备之间的数据传输。BIOS被存储在ROM中以使当计算机801被启动时BIOS可以被执行。当计算机801在工作中时，处理器805被配置成执行存储在存储器810中的软件、将数据传输到存储器810及将数据从存储器810传输出来、以及通常根据软件控制计算机801的操作。文中描述的激光指向方法和OS 811整体地或部分地但通常是部分地被处理器805读入、可能在处理器805中进行缓冲、然后被执行。当文中描述的系统和方法如图8中所示以软件实现时，所述方法可以存储在任何计算机可读介质例如存储器820上，以被任何计算机相关系统或方法使用或与任何计算机相关系统或方法一起使用。如将被本领域的普通技术人员理解的，本发明的方面可以实施成系统、方法或计算机程序产品。因此，本发明的方面可以采取如下形式完全硬件实施方式、完全软件实施方式(包括固件、常驻软件、微代码等)或组合软件和硬件方面的在此处全部可以被通称为“电路”、“模块”或“系统”的实施方式。另外，本发明的方面可以采用实施在实现计算机可读程序代码的一个或更多个计算机可读介质中的计算机程序产品形式。
可以使用一个或更多个计算机可读介质的任意组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或计算机可读存储介质。计算机可读存储介质可以是例如但不限于电的、磁的、光的、电磁的、红外线的或半导体的系统、设备或装置，或前面所提到的任意适合的组合。计算机可读存储介质的更具体的示例(未穷举的列表)将包括具有一条或更多条导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPR0M或闪存)、光纤、便携式只读光盘(CD-ROM)、光存储设备、磁存储设备或前面所提到的任意适合的组合。在本文的上下文中，计算机可读存储介质可以是能够包含或存储由指令执行系统、设备或装置使用或与所述指令执行系统、设备或装置一起使用的程序的有形介质。计算机可读信号介质可以包括计算机可读程序代码实施在其中的、例如在基带中或作为载波的部分的传播数据信号。这样的传播信号可以采用包括但不限于电磁的、光的或它们的任意合适组合的多种形式中的任何一种。计算机可读信号介质可以是不是计算机可读存储介质的但可以被指令执行系统、设备或装置使用或与所述指令执行系统、设备或装置一起使用以用于通信、传播或传输的任何计算机可读介质。 实施在计算机可读介质上的程序代码可以使用任何合适的介质进行传输，包括但不限于无线、有线、光缆、RF等，或前面所提到的任意适合的组合。用来执行本发明的方面的操作的计算机程序代码可以以一种或更多种编程语言的任意组合来编写，所述编程语目包括面向对象的编程语目，例如Java、Smalltalk、C++等；以及常规程序编程语言，例如“C”编程语言或类似的编程语言。程序代码可以全部在用户计算机上执行、作为独立的软件包而部分地在用户计算机上执行、部分在用户计算机上执行以及部分在远程计算机上执行，或全部在远程计算机上或服务器上执行。在后种情况中，远程计算机可以通过任何类型的网络连接到用户计算机，包括局域网(LAN)或广域网(WAN)，或者该连接可以(例如通过使用互联网服务提供商的互联网)连接到外部计算机。本发明的方面在下面参照根据本发明实施方式的方法、设备(系统)和计算机程序产品的流程示和/或框图来描述。应当理解的是，可以通过计算机程序指令来实现所述流程示和/或框图中的每一个块以及在所述流程示和/或框图中的块的组合。这些计算机程序指令可以提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理设备的处理器，以产生机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图和/或框图块或块中指定的功能/行为的装置。这些计算机程序指令还可以存储在能够引导计算机、其他可编程数据处理设备或其他设备以特定的方式运行的计算机可读介质中，使得存储在计算机可读介质中的指令产生包括实施所述流程图和/或框图的一个块或更多个块中的指定功能/行为的指令的制品。计算机程序指令还可以被加载到计算机上、其他可编程数据处理设备上或其他设备上，以引起一系列操作步骤在计算机、其他可编程设备或其他设备上执行，从而产生计算机可实施的过程，使得在所述计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实施在流程图和/或框图的一个块或更多个块中的指定功能/行为的过程。图中的流程图以及框图示出了根据本发明各种实施方式的系统、方法以及计算机程序产品的可能实施方式的架构、功能和操作。在这点上，在流程图或框图中的每个块可以表示包括实现特定逻辑功能的一个或更多个可执行指令的代码的模块、段或部分。还应该注意的是，在一些可替代的实施中，在块中记录的功能可以以与图中所记录的顺序不同的顺序发生。例如，连续示出的两个块实际上可以基本上同时执行，或者有时所述块可以取决于所涉及的功能而以相反的顺序执行。还需要注意的是，框图和/或流程示中的每个块以及在框图和/或流程示中的块的组合可以通过执行特定功能或行为的专用硬件系统实现，或者通过专用硬件和计算机指令的组合来实现。在激光指向方法以硬件实现的示例性实施方式中，文中描述的激光指向方法可以使用如下本领域公知的技术中的任何一种或它们的组合来实现具有逻辑门的用于实现数据信号上的逻辑功能的分立式逻辑 电路、具有合适的组合逻辑门的专用集成电路(ASIC)、可编程门阵列(PGA)、现场可编程门阵列(FPGA)等。尽管已示出和描述了优选实施方式，但是可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下对这些实施方式进行各种修改和替代。因此，要理解的是，本发明只是作为说明进行描述，而不是作为限制进行描述。因此，当前公开的实施方式在所有方面应当被理解成是说明性的而非限制性的，本发明的范围由所附权利要求表示，而非由前述描述表示，因此，在所附权利要求的等同物的含意和范围内的所有变化意在包括在本发明的范围中。
权利要求
1.一种与激光设备一起使用的指向设备，所述激光设备包括发射激光束的激光器，所述激光器能够通过用户进行定位，所述指向设备包括 控制系统；以及 工作上耦接到所述控制系统的装置，所述装置包括 多个电机，所述多个电机被配置成向操纵所述激光器的机构施加转矩；以及多个角编码器，所述多个角编码器被配置成向所述控制系统发送关于所述机构的角位置的反馈信息； 位置感测设备，所述位置感测设备被配置成向所述控制系统发送关于所述激光束在所述位置检测器的表面上的位置的信息；以及 主控制单元，所述主控制单元工作上耦接到所述控制系统和所述位置感测设备，所述主控制单元包括 编码器平均器模块，所述编码器平均器模块被配置成向所述控制系统提供命令位置读数； 标靶定位器模块，所述标靶定位器模块被配置成向所述控制系统提供标靶位置读数；以及 运动仿形器模块，所述运动仿形器模块被配置成产生到所述控制系统的命令位置读数。
2.根据权利要求I所述的指向设备，其中，所述控制系统被配置成使得当所述指向设备工作在手动调节模式时所述控制系统控制所述电机向所述机构提供与由所述用户引起的运动相反方向的转矩。
3.根据权利要求I所述的指向设备，其中，当配置成跟踪模式时，所述标靶定位器模块计算所述标靶位置读数。
4.根据权利要求I所述的指向设备，其中，所述运动仿形器模块响应于所述激光设备的位置变化产生到所述控制系统的命令位置。
5.根据权利要求4所述的指向设备，其中，当处于保持位置模式时，所述运动仿形器模块输出恒定值。
6.根据权利要求5所述的指向设备，其中，所述恒定值是最后的已知标靶位置读数。
7.根据权利要求5所述的指向设备，其中，所述恒定值是仿形移动的最后位置。
8.根据权利要求5所述的指向设备，其中，所述恒定值是在所述多个电机上电的情况下的激光束位置读数。
9.根据权利要求I所述的指向设备，其中，所述编码器平均器模块响应于所述激光束的位置变化向所述控制系统产生所述命令位置。
10.根据权利要求4所述的指向设备，其中，所述主控制单元计算由所述编码器平均器模块产生的所述命令位置的平均值。
11.根据权利要求10所述的指向设备，其中，响应于没有外力作用在所述激光设备上，所述命令位置的所述平均值等于所述编码器平均器模块输出的最近命令位置读数。
12.根据权利要求10所述的指向设备，其中，响应于外力作用在所述激光设备上，所述命令位置的所述平均值滞后于最近命令位置读数。
13.根据权利要求10所述的指向设备，其中，当处于保持速度模式时，所述多个电机产生与所述外力相反方向的转矩。
14.根据权利要求I所述的指向设备，其中，所述多个电机被配置成产生与作用在所述激光设备上的外力相反方向的转矩。
15.根据权利要求14所述的指向设备，其中，所述多个电机被配置成将所述激光束返回到已知位置。
16.根据权利要求14所述的指向设备，其中，所述多个电机被配置成将所述激光设备的速度降低到零速度。
17.一种与激光跟踪器一起使用的跟踪指向设备，所述激光跟踪器包括发射待被后向反射器反射回来的激光束的激光器，所述激光器能够通过用户进行定位，所述跟踪指向设备包括 跟踪器控制系统；以及 跟踪器装置，所述跟踪器装置包括 多个电机，所述多个电机包括天顶电机和方位电机，所述天顶电机和所述方位电机被配置成向操纵所述激光器的机构施加转矩； 多个角编码器，所述多个角编码器包括天顶角编码器和方位角编码器，所述天顶角编码器和所述方位角编码器被配置成向所述跟踪器控制系统发送关于所述机构的角位置的反馈信息；以及 位置检测器，所述位置检测器被配置成向所述跟踪器控制系统发送关于所述激光束在所述位置检测器的表面上的位置的信息。
18.根据权利要求17所述的跟踪指向设备，其中，所述跟踪器控制系统被配置成使得当所述跟踪指向设备工作在手动调节模式时，所述跟踪器控制系统控制所述天顶电机和所述方位电机向所述机构提供与由所述用户引起的运动相反方向的转矩。
19.根据权利要求14所述的跟踪指向设备，其中，所述多个电机被配置成将所述激光束返回到已知位置。
20.根据权利要求14所述的跟踪指向设备，其中，所述多个电机被配置成将所述激光设备的速度降低到零速度。
21.一种与激光扫描器一起使用的扫描指向设备，所述激光扫描器包括发射激光束的激光器，所述激光器能够通过用户进行定位，所述扫描指向设备包括 扫描器控制系统；以及 扫描器装置，所述扫描器装置包括 多个电机，所述多个电机包括天顶电机和方位电机，所述天顶电机和所述方位电机被配置成向操纵所述激光器的机构施加转矩；以及 多个角编码器，所述多个角编码器包括天顶角编码器和方位角编码器，所述天顶角编码器和所述方位角编码器被配置成向所述扫描器控制系统发送关于所述机构的角位置的反馈信息。
22.根据权利要求21所述的扫描指向设备，其中，所述扫描器控制系统被配置成使得当所述扫描指向设备工作在手动调节模式时，所述扫描器控制系统控制所述天顶电机和所述方位电机向所述机构提供与由所述用户引起的运动相反方向的转矩。
23.根据权利要求21所述的扫描指向设备，其中，所述多个电机被配置成将所述激光束返回到已知位置。
24.根据权利要求21所述的扫描指向设备，其中，所述多个电机被配置将所述激光设备的速度降低到零速度。
全文摘要
一种与激光跟踪器或激光扫描器一起使用的指向设备，所述指向设备可以包括跟踪器或扫描器控制系统以及跟踪器或扫描器装置。所述跟踪器装置可以包括多个电机，所述电机被配置成向操纵激光器的机构施加转矩；以及多个角编码器，所述角编码器被配置成向所述控制系统发送关于所述机构的角位置的反馈信息。所述跟踪器或扫描器控制系统可以被配置成使得当所述指向设备工作在手动调节模式时，所述跟踪器或扫描器控制系统控制所述多个电机向所述机构提供与由所述用户引起的运动相反方向的转矩。
文档编号G01B11/00GK102753989SQ201080041638
公开日2012年10月24日 申请日期2010年9月21日 优先权日2009年9月21日
发明者小约翰·M·霍费尔 申请人:法罗技术股份有限公司