CN103363267B - 用于校准标准件的座架 - Google Patents

Abstract

一种可重复定位物品（152）的安装设备（34）可以包括第一座架、第二座架和第三座架（40、60、80）。第一座架（40）可被配置为接收被耦合至物品（152）的第一构件（120），其中第一座架（40）可约束第一构件（120）沿三个相互垂直的方向（44、46、48）的运动。第二座架（60）可被配置为接收被耦合至物品（152）的第二构件（122），并且约束第二构件（122）沿所述方向中的两个方向（46、48）的运动。第三座架（100）可被配置为接收被耦合至物品（152）的第三构件（124），并且约束第三构件（124）沿所述方向中的一个方向（46）的运动。第一、第二和第三构件（120、122、124）可至少部分为球形，并且可被接合至各自的第一、第二和第三座架（40、60、80）。

Description

用于校准标准件的座架

技术领域

本公开一般涉及测量系统，并且更具体地涉及一种用于支撑或安装物品如激光投影仪的校准标准件的系统和方法。

背景技术

在多种制造过程中使用激光投影仪。例如，激光投影仪可在结构组装件中用于零件布置。就此而言，一个或更多激光投影仪可安装在工作区中，并且可发射将几何图案（pattern）直接投射到在组装夹具中组装的结构组装件的表面上的激光束。由激光束投射的几何图案可有利于在不使用硬质加工工具的情况下使结构组装件的一个组件相对于其他组件或相对于参照系相对精确地定位。

激光束可被投射为相对窄的光束（例如，0.030英寸）。激光束被优选以额定位置精确度投射到结构组装件的表面上。投射激光的位置精确度优选小于结构组装件的制造公差。例如，激光投影仪在15英尺的额定距离处可具有+/-0.015英寸的额定位置精确度，从而使得能够在结构组装件上定位具有+/-0.030英寸的额定位置公差的组件。

在一段时间不使用后或以周期性间隔，在操作激光投影仪之前，有必要验证激光投影仪的位置精确度处于额定公差内。在这方面，投射激光束的位置精确度可能受内部组件如激光投影仪的检流计的退化或故障的不利影响。验证激光投影仪的位置精确度的常规方法包括使用安装至结构的校准图案。激光束被向着校准图案投射，并且激光束相对于校准图案的偏离测量值被记录。

通常期望在含有组装夹具的工作区内的各个位置校准激光投影仪的位置精确度。例如，通常期望在组装夹具的相对侧和上侧与下侧校准激光投影仪的位置精确度。通常也期望解决可能导致校准图案膨胀或收缩的温度变化引起的校准图案在工作区内的位置和/或尺寸的变化。另外，一旦激光投影仪被校准，可能期望从工作区移除校准图案，以避免校准图案与制造操作冲突。

由此可见，在本领域存在对这样的系统和方法的需求，其用于以解决制造环境的温度变化导致的工作区内的校准图案的尺寸和相对位置变化的方式校准激光投影仪。另外，在本领域也存在对校准激光投影仪的系统和方法的需求，其中校准图案可能位于工作区内的各个位置，和/或使得可完全从工作区移除该校准以避免与制造操作的冲突。

发明内容

具体来说，与激光投影仪的校准关联的上述需求由本公开解决，其提供用于相对于安装设备可重复定位物品如校准标准件的安装设备。该安装设备可包括具有第一座架、第二座架和第三座架的固定装置。第一座架可被配置为接收可被耦合至物品的第一构件，并且其可约束第一构件沿三个互相垂直的方向的运动。第二座架可被定位成与第一座架呈固定关系，并且可被配置为接收第二构件。第二构件可被耦合至物品，并且可约束第二构件沿所述方向中的两个方向的运动。第三座架可被定位成与第一和第二座架呈固定关系。第三座架可被配置为接收可被固定耦合至物品的第三构件，并且可约束第三构件沿所述方向中的一个方向的运动。第一、第二和第三构件可被以不限制物品（例如，校准标准件）沿三个互相垂直方向的运动的方式接合至各自的第一、第二和第三座架。有利地，通过允许校准标准件沿上述三个互相垂直的方向以不受约束的方式运动，可以防止校准标准件的已知测量图案（例如，校准图案）的变形。

在进一步实施例中，公开一种激光投影仪的校准系统。该校准系统可包括校准标准件，该校准标准件可以具有安装到其上的至少三个部分球形的第一、第二和第三构件。该校准系统可进一步包括用于可重复定位校准标准件的安装设备。该安装设备可包括固定装置，该固定装置具有彼此呈固定关系的第一座架、第二座架和第三座架，并且以可与第一、第二和第三构件的三角形图案互补的三角形图案来提供。

第一座架可被配置为接收可被耦合至物品的第一构件，并且其可约束第一构件沿三个互相垂直方向的运动。第二座架可被定位成与第一座架呈固定关系，并且可被配置为接收第二构件。第二构件可被耦合至物品，并且可约束第二构件沿所述方向中的两个方向的运动。第三座架可被定位成与第一和第二座架呈固定关系。第三座架可被配置为接收可被固定耦合至物品的第三构件，并且可约束第三构件沿所述方向中的一个方向的运动。第一、第二和第三构件可被以不限制物品沿三个互相垂直方向的运动的方式接合至各自的第一、第二和第三座架。如上所述，物品如校准标准件的不受限制运动的能力可以有利地防止可能在校准标准件表面上提供的测量图案的变形。

也公开一种支撑物品如安装设备中的校准标准件的方法。该方法可包括提供具有至少为部分球形形状的第一、第二和第三构件的物品。该方法还可包括将第一构件接合在第一座架中，该第一座架被配置为约束第一构件沿三个互相垂直方向的运动。该方法可另外包括将第二构件接合在第二座架中，该第二构件可约束第二构件严格沿所述方向中的两个方向的运动。此外，该方法可包括将第三构件接合在第三座架中，该第三座架可约束第三构件严格沿所述方向中的一个方向的运动。有利地，该方法可提供一种在不约束物品的运动的情况下支撑物品的手段，所述运动诸如是可能由于温度变化导致的物品的热膨胀或热收缩，或者由于下垂、下沉导致的物品运动，或者在物品质量上作用的重力产生的物品变形。

已讨论的特征、功能和优点可在本公开的各种实施例中单独实现，或者可在其他实施例中组合，其进一步细节可参考以下描述和附图看出。

附图说明

通过参考附图，本公开的这些和其他特征将变得更加明显，其中相同标号始终涉及相同部件，其中：

图1是被组装夹具保持在工作区中适当位置的激光投影仪和结构组装件的透视图，并且还示出用于在工作区的几个位置安装校准标准件的多个安装设备；

图2是工作区的顶视图，并且示出激光投影仪的相对位置和校准标准件的安装设备的位置；

图3是工作区的侧视图，并且示出具有安装到其上的校准标准件的安装设备之一；

图4是校准标准件的实施例的前视图，其具有以不限制校准标准件沿三个互相垂直方向的运动的方式分别安装至安装设备的第一、第二和第三座架的第一、第二和第三球形构件；

图5是图4的校准标准件和安装设备的顶视图；

图6是图4的校准标准件和安装设备的侧视图；

图7是用于支撑安装设备的第一、第二和第三座架的固定装置的前视图；

图8是图7的安装设备的顶视图；

图9是图7的安装设备的侧视图；

图10是被配置为用于支撑球形构件的圆锥形座架的第一座架的前视图；

图11是图10的圆锥形座架的顶视图；

图12是被配置为V形块的第二座架的前视图；

图13是图12的V形块的侧视图；

图14是图12的V形块的顶视图；

图15是一部分校准标准件的前视图，其示出将球形构件安装到校准标准件上；

图16是安装到校准标准件上的球形构件的侧视图；

图17是校准标准件的前视图，其具有被激光投影仪投射到校准标准件上的圆形-菱形-正方形图案；

图18是校准标准件的前视图，其具有被激光投影仪投射到校准标准件上的回扫（retrace）图案；

图19是校准标准件的前视图，其具有被激光投影仪投射到校准标准件上的竖直尖峰；

图20是校准标准件的前视图，其具有被激光投影仪投射到校准标准件上的水平尖峰；

图21是示出校准激光投影仪的方法中可包括的一个或更多操作的流程图。

具体实施方式

现在参考附图，其中示出内容是为了图示说明本公开的各种优选实施例，图1示出包括可用于支撑结构或物件14的组装夹具12的工作区10。工作区10可包括一个或更多测量装置，诸如用于发出激光束32的一个或更多激光投影仪28，其用于在物件14上布置和/或定位组件、用于在物件14上定位孔图案24或者用于其他目的。

有利地，本公开包括一种轻质便携式校准系统，其可包括安装设备34，该安装设备用于支撑在一个或更多工作区10中现场校准激光投影仪28的校准标准件150。安装设备34可被安装在工作区10中的一个或更多位置，以便可在工作区10中的不同位置校准激光投影仪28。安装设备34可被配置为允许将校准标准件150可重复地安装在安装设备34上的不同位置，诸如图1中所示的第一、第二和第三位置36、38、40。

有利地，校准标准件150可以具有简单构造，并且可被配置成相对轻质，以允许在工作区10内的不同位置处将校准标准件150手动重新定位到一个或更多安装设备34中。在工作区10中每个位置处的安装设备34可被配置为允许校准标准件150的不受约束运动。在某种意义上，校准标准件150的运动是不受约束的，即校准标准件150通常相对于安装设备34上的某一点（例如，第一座架60）是不可移动的，并且允许校准标准件150在任何方向的温度导致的膨胀或收缩。校准标准件150的这种温度导致的变化可包括校准标准件150的平面内热膨胀和/或平面外热膨胀或收缩。这种热膨胀或收缩可能由工作区10中的周围环境温度变化导致，并且如果约束校准标准件的运动，其可能另外导致校准标准件150的变形。

在图1中，可在制造操作过程中或者在可能引入的与物件14关联的其他操作（例如，测试）过程中将物件14安装到组装夹具12上。物件14可包括可由组装夹具12支撑的单一工件，或者物件14可包括可由组装夹具12支撑的工件组合。就此而言，物件14可包括但不限于可有利地包含本文公开的安装设备34和/或校准系统的用途的任何组装件、子组装件、系统、子系统、装置或任何其他元件。激光投影仪28可以发射可能以预定方式快速和重复地扫描或操纵的激光束32，以便激光束32在物件14表面上或组装夹具12上以几何元素或形状如直线、弧线、一组直线、一组交叉线或其他几何元素出现。以此方式，激光投影仪28可用于在物件14上或相对于物件14定位一个或更多工件。激光投影仪28也可用于但不限于在物件14上定位孔22或孔图案24或其他特征，或者辅助进行多种其他制造或测试操作中的任何一种，和/或进行任何类型的其他操作。

组装夹具12可包括上侧和下侧以及横侧，并且其可限定在其中可能期望校准激光投影仪28的工作区10的一部分边界。可将多个工具对齐目标或夹具目标26安装到或定位到夹具组装件上。这种夹具目标26可有利于相对于工作区10的基准坐标系220对齐激光投影仪28和组装夹具12。基准坐标系220可具有x轴222、y轴224和z轴226。夹具目标26也可被安装到物件14上，诸如物件14的第一和第二端16、18处物件14边缘20上，以及包括物件14的边缘20之间的位置的物件14上的各种其他位置。另外，可将夹具目标26安装到工作区10的其他区域，诸如工作区10的地面、墙壁和/或天花板上。通过将夹具目标26定位在工作区10内的不同位置处，激光投影仪28可在工作区10中的多个位置处与组装夹具12、物件14对齐。

另外，图1示出位于工作区10中的预定位置处的多个安装设备34。例如，图1示出位于组装夹具12的一端的第一位置36处、位于组装夹具12的大约中点的第二位置38处以及位于组装夹具12的一端的第三位置40处的安装设备34。虽然在工作区10中示出三个安装设备34，但是可提供任何数目的安装设备，并且可将其安装在工作区10中的任何位置，包括夹具组装件上或工作区10中的其他位置上。安装设备34可永久地安装在工作区10中，或者可移除地安装在工作区10中。例如，安装设备34可永久地耦合到或可移除地耦合到邻近组装夹具12的工作区10的地面，或者耦合到工作区10中的其他结构，包括由组装夹具12支撑的物件14。安装设备34也可永久地耦合到或可移除地耦合到工作区10的其他区域，包括工作区10的天花板（未示出）、墙壁（未示出）、附近结构或工作区10中的任何其他位置，以能够在工作区10的代表性体积中校准激光投影仪28。

在图1中，每个安装设备34可包括第一座架60、第二座架80和第三座架100。第一座架60、第二座架80和第三座架100可被安装在相对于彼此固定的位置中。例如，第一座架60、第二座架80和第三座架100可被固定地耦合至下文更详细描述的固定装置50。作为替代，第一座架60、第二座架80和第三座架100可被作为单独元件安装至工作区10中的结构，诸如组装夹具12上、工作区10的地面、墙壁或天花板上或者工作区10中的任何其他结构上。就此而言，多个基本类似的安装设备34可以被定位在工作区10中期望校准激光投影仪28的任何位置处。

每个安装设备34可被配置为支撑物品152如校准标准件150。在一个实施例中，校准标准件150可被配置为相对轻质、大致平坦的平板构件153，在其上可安装一个或更多测量目标172（未示出）和/或测量图案（未示出）。测量目标172可以有利于确定由激光投影仪28投射的激光束32的精确度，诸如激光束32的位置精确度。就此而言，测量目标172可以有利于确定激光投影仪28是否以特定位置精确度将激光束32投射出给定的投射距离。例如，制造商可能指定激光投影仪28能够在激光投影仪28与测量目标之间的给定距离（例如，20英尺）上以额定位置精确度（例如，+/-0.020英寸）投射激光束32。然而，测量目标172也可以有利于确定激光束32的宽度精确度。例如，测量目标172可以有利于确定是否以特定的额定光束宽度（例如，+/-0.015）将激光束32投射给定的距离（例如，20英尺）。

在图1中，安装设备34可有利地提供一种在工作区10中多个位置处（诸如在用于检查激光投影仪28或其他测量装置的精确度的组装夹具12上或邻近该组装夹具）正确定位校准标准件150的便利手段。就此而言，安装设备34有利地允许校准标准件150在被安装至安装设备34时不受约束地运动，以便校准标准件150可在安装设备34中被重复定位。例如，安装设备34可以有利于校准标准件150在由座架参照系42所指示和下文更详细描述的水平方向44、前后方向46和/或竖直方向48的运动（例如，平面内和/或平面外的膨胀或收缩）。

校准标准件150在被安装到安装设备34中时的不受约束运动有利地导致校准标准件150响应于由校准标准件150的温度变化导致的校准标准件150的热膨胀或收缩而产生可忽略或零翘曲、弓起、扭曲或其他变形。通过允许校准标准件150的不受约束运动，校准标准件150上的测量目标172的布置的变形或校准标准件150上的测量图案（图17-20）的变形可被最小化。通过使测量目标172和/或测量图案的变形最小化，可提高校准激光投影仪28的精确度。另外，本文公开的安装设备34提供一种在一个或更多工作区10中多个位置处可重复定位校准标准件150的方便轻质装置，以便方便地在现场校准一个或更多激光投影仪28。

在图2中，示出图1的工作区10的顶视图。激光投影仪28被显示为朝着安装在第一位置36处的安装设备34中的校准标准件150投射激光束32。在下文描述的方法300（图21）中，在对齐激光投影仪28和组装夹具12的过程中，用户可通过以下方式校准激光投影仪28，即首先在其中一个位置处（例如，在第一位置36处）将校准标准件150安装在安装设备34中，使用高精度测量系统（例如，照相测量系统-未示出）测量一个或更多目标172在校准标准件150上的定位，从安装设备34暂时移走校准标准件150，然后在相同位置处（例如，在第一位置36处）将校准标准件150重新安装在安装设备34中，以验证测量目标172在第一位置36处的定位的可重复性。用户可多次重复安装、测量检查和移走校准标准件150，以在给定位置处建立测量标准件150的定位的可重复性。测量目标172的定位测量的可重复性可以表示激光投影仪28的内部组件诸如激光投影仪28的检流计的完整性。当校准标准件150处于第一位置36时，在建立测量目标172定位的可重复性后，用户可通过如下文所述将测试圆（未示出）和/或测量图案200（图17-20）投射到校准标准件150上来执行激光投影仪28在第一位置36处的校准。

图3是工作区10的侧视图，其示出定位在第一位置36的安装设备34和校准标准件150的实施例。激光投影仪28被显示为安装到优选相对于组装夹具12不可移动的固定支架30上。就此而言，激光投影仪28可被永久安装在工作区10中的固定位置处，诸如安装至永久不可移动的结构，诸如安装至组装夹具12、工作区10的地面、天花板和/或墙壁和/或安装至可能处于工作区10中的其他结构（未示出）。将激光投影仪28安装在工作区10中的永久结构上可降低被人员或设备撞击导致的干扰激光投影仪28的对齐或校准的可能性。

图4-6是支撑校准标准件150的安装设备34的前视图、顶视图和侧视图。安装设备34包括被固定地耦合至固定装置50的第一座架60、第二座架80和第三座架100。第一座架60、第二座架80和第三座架100被配置为接收、接合或支撑各自的第一构件120、第二构件122和第三构件124，以便不限制由于校准标准件150的平面内膨胀168或收缩或平面外膨胀170或收缩导致的校准标准件150的运动。第一构件120、第二构件122和第三构件124可被固定地耦合至校准标准件150，并且被布置成三角形图案58以便在安装设备34上支撑校准标准件150。

在图4中，第一座架60和第二座架80可从校准标准件150的侧边缘158向内定位。例如，在一个实施例中，第一座架60和第二座架80可大致位于安装设备34的通风点（airy point）（未示出）。每个通风点可位于从侧边缘158向内一定距离，该距离为校准标准件150的底部边缘156的长度的大约22%。在这种位置处，可以使每个第一和第二座架60、80的相对侧上沿底部边缘156的下垂或弯曲最小化，这是因为当校准标准件150最初被安装在第一和第二座架60、80上时，校准标准件150的质量被分布并且达到平衡。通过将第一和第二座架60、80定位在校准标准件150的侧边缘158以内（例如，在通风点），包含校准标准件150的测量目标172（图17-20）或图案200（图17-20）的表面中的变形可被最小化。然而，第一座架60和第二座架80可被定位在沿校准标准件150的底部边缘156的任何位置处，包括校准标准件150的极端或拐角。

第一构件120、第二构件122和第三构件124可以是至少部分球形形状126（例如，半球形）（图10）。在一个实施例中，第一构件120、第二构件122和/或第三构件124中的每一个可作为球体128被提供。可以以相同尺寸提供第一、第二和第三构件120、122、124的球体128，以便标准尺寸的第一、第二和第三构件120、122、124可被安装到一个或更多工作区10中的一个或更多安装设备34的相应尺寸的第一、第二和第三座架60、80、100。在一个实施例中，可以以在大约0.1英寸-3英寸范围内的直径提供每个球体128，但是可以不限制地以任何尺寸、形状和构造提供第一构件120、第二构件122和第三构件124。

在一个实施例中，第一构件120、第二构件122和第三构件124可由金属材料如铝、钢或其他合金形成。然而，第一构件120、第二构件122和第三构件124可由非金属材料（例如，陶瓷材料）或金属和非金属材料的组合形成。第一、第二和第三构件120、122、124的材料优选具有相对低的热膨胀系数，以最小化校准标准件150的运动，诸如由于校准标准件150的温度变化而导致的平面内膨胀168或平面外膨胀170。在一个实施例中，第一、第二和第三构件120、122、124可由具有基本类似的热膨胀系数的基本相同材料形成，以便周围环境温度的变化导致第一、第二和第三构件120、122、124的尺寸的基本均匀变化。第一构件120、第二构件122和/或第三构件124可以以下文更详细描述的方式固定地耦合至校准标准件150。

校准标准件150可包括大致平坦的结构或平板构件153，其可以是大致直角形状（例如，正方形形状、矩形形状），但是其他形状也在预期中。如下文更详细所述，平板构件153可形成为三明治结构160，其包括被芯体164（图16）材料分离的一对金属和/或非金属表面片材162（图16）。在一个实施例中，表面片材162可由铝形成，并且可选地涂有碳纤维，以提高校准标准件150的硬度。芯体164材料可包含波纹状结构，诸如波纹状铝或其他波纹状材料。芯体164也可包括金属或非金属肋（未示出）。在进一步的实施例中，芯体164可包括蜂窝状铝芯体或其他金属或非金属蜂窝状芯体材料。

可替代地，芯体164材料可包括泡沫芯体或其他芯体164材料，以提供相对轻质和坚硬的结构，其可以有利于将校准标准件150运输到不同的工作区10，以便现场校准激光投影仪28或其他测量装置。校准标准件150的三明治构造也有利地最小化校准标准件150的下垂、下沉、弓起、翘曲、扭曲或其他变形，否则这些变形可能由于作用在校准标准件的质量上的重力174或者由于工作区10和/或校准标准件150的温度变化而发生。然而，校准标准件150可以以可替换结构构造形成，并且不限于三明治结构。例如，校准标准件150可以以半硬壳式结构形成为均质板，或者以多种可替换结构构造中的任何一种形成。

在图4-6中，校准标准件150可具有从大约1英尺到10英尺范围的高度和从大约1英尺到10英尺范围的宽度，但是校准标准件150可具有大于或小于1至10英尺范围的高度和宽度。在一个实施例中，校准标准件150可具有大约3-5英尺（高度）×3-5英尺（宽度）如大约4英尺×4英尺的高度和宽度。对于校准标准件150的更大长度和厚度，可通过具有成比例的更大厚度的表面片材162（图16）的间隔来限定校准标准件150的厚度。在一个实施例中，校准标准件150可具有大约0.1至1.5英寸的厚度。在一个实施例中，校准标准件150可具有大约0.5英寸的厚度，但是校准标准件150可不限制地具有任何厚度。校准标准件150的厚度可能使得校准标准件150对平面外挠曲或弯曲是相对有抵抗力的。

在图4中，第一座架60可被配置为圆锥形座架62，以便支撑示出为球体128的第一构件120。第一座架60可约束第一构件120沿三个互相垂直方向的运动，这三个互相垂直方向包括座架参照系42表示的水平方向44、前后方向46和竖直方向48。第一座架可由金属材料如工具钢或任何其他金属或非金属材料形成，但并不限于此。在一个实施例中，第一座架60可由具有相对低的热膨胀系数的材料形成。第一座架60可由基本类似于形成固定装置50的材料的材料形成，这种材料可基本类似于形成第二座架80和第三座架100的材料。然而，第一座架60、第二座架80、第三座架100和固定装置50可由不同材料形成。

在图4-6中，第二座架80可被配置为V形块82，其可被定位成与第一座架60呈固定关系。例如，第一和第二座架60、80可被固定地耦合至固定装置50的基底构件。第二座架80可由金属材料形成，该金属材料可以是与形成第一座架60和第三座架100的材料相同的材料，以便第一座架60、第二座架80和第三座架100具有相同的热膨胀系数。第二座架80可被配置为接收第二构件122。如上所述，第二构件122可具有至少部分球形的形状。例如，第二构件122可被配置为类似于第一构件120的球体128的金属球体128。第二构件122可被固定地耦合至校准标准件150。第二座架80可被配置为约束第二构件122沿所述相互垂直方向中的两个方向的运动。更具体地，第二座架80可约束第二构件122沿图6中所示的座架参照系42的前后方向46的运动。第二座架80可允许第二构件122沿座架参照系42的水平方向44和竖直方向48以不受限制的方式运动。

第三座架100可被配置为至少部分平坦的表面，诸如板构件102的平坦表面104。第三座架100可位于第一和第二座架60、80上方，并且可被在垂直布置中定向，以便当将校准标准件150安装在固定装置50中时，第三构件124可被放置成与平坦表面104邻接接触。如图6所示，第三构件124可被固定地耦合至校准标准件150。第三座架100可约束第三构件124沿所述相互垂直方向中的一个方向的运动。更具体地，第三座架100可约束第三构件124沿图6中所示的座架参照系42的前后方向46的运动。第三座架100可允许第三构件124沿座架参照系42的水平方向44和竖直方向48以不受限制的方式运动。

在图6中，第一、第二和第三构件120、122、124可相对彼此定位，以便校准标准件150在被安装至安装设备时被以相对于竖直方向48小于约10度的安装角度108定向，但是安装角度108可以大于约10度。通过配置固定装置50以使得校准标准件150被以相对于竖直方向48的角度108定向，作用在校准标准件150的质量上的重力174可将校准标准件150正确定位在固定装置50中。

呈现图4所示的三角形图案58的第一、第二和第三座架60、80、100的布置提供校准标准件150的可重复的3点安置，这是由于第一构件120沿三个相互垂直的方向即水平方向44、前后方向46和竖直方向48被约束在第一座架60中。第二构件122沿所述相互垂直方向中的两个方向即前后方向46和竖直方向48被第二座架80约束，而沿水平方向44不受约束。第三构件124在所述相互垂直方向中的一个方向即前后方向46被第三座架100约束，而沿水平方向44和竖直方向48不受约束，以便被第一和第二座架60、80约束的方向不存在冲突。有利地，安装设备34适应校准标准件150的平面内和平面外运动。例如，图4示出校准标准件150大致沿水平方向44和竖直方向48的平面内膨胀168。图6示出校准标准件150大致沿前后方向46的平面外膨胀170。

图7-9示出安装设备34的实施例，其包括固定装置50和被固定地耦合至固定装置50的第一座架60、第二座架80和第三座架100。固定装置50可包括基底部分52和从基底部分52向上延伸的竖直构件54。基底部分52可被形成为板状体，或者以支撑彼此处于固定关系的第一座架60和第二座架80的其他构造体形成。竖直构件54也可形成为板状体，或者以刚性支撑相对于第一座架60和第二座架80处于固定位置的第三座架100的其他构造体形成。第三座架100可通过图8所示的连接器106耦合至竖直构件54的上部末端，但是可省略板状构件，并且可将竖直构件的上部末端配置为第三座架100。板状构件102可按尺寸和位置形成，以便如图6所示和如上所述，校准标准件150被以相对于垂直方向的安装角度108安装。

在图9中，固定装置50可选地包括一个或更多托架56，以便将基底部分52固定地耦合至竖直构件54。在一个实施例中，固定装置50可由基本类似于第一座架60、第二座架80和第三座架100的材料的材料形成，以便固定装置50和座架具有基本类似的热膨胀系数。虽然基底部分52和竖直构件54被显示出形成为细长的相对平坦的构件，但是可不限制地以任何布置提供固定装置50，并且不限于由细长的平坦构件形成。例如，固定装置50可被加工成桁架结构（未示出），以便第三座架100相对于第一座架60和第二座架80是基本不可移动或固定的。

在图10-11中，示出第一座架60被配置为具有上部末端70和下部末端72的圆锥形座架62。下部末端72可被固定地耦合至基底部分52。圆锥形表面64可在上部末端70中形成，以便支撑示出为球体128的第一构件120。可以以任何角度提供圆锥形表面64，以便第一构件120的球形表面以约束第一构件120防止其运动的方式接合圆锥形表面64。可穿过第一座架60形成孔68，以便使固定装置50的质量最小化。第一座架60不限于形成为圆锥形座架62，而是可形成为提供用于不可移动地支撑第一构件120的至少三点（未示出）的任何构造。就此而言，第一座架60可被配置成用于约束第一构件120沿如上所述的座架参照系42的三个相互垂直方向的运动的任何实施例。

在图12-14中示出第二座架80，其可被配置为具有上部末端88和下部末端90的V形块82。可以以类似于第一座架60的方式将第二座架80的下部末端90固定地耦合至基底部分52。上部末端88可包括具有用于接收示出为球体128的第二构件122的成角表面84的V形槽86。V形槽86可被定向在基本平行于可由第一构件120、第二构件122和第三构件124（图4）限定的平面（未示出）的布置中。以此方式，第二构件122可沿水平方向44（图4）不受约束地运动。应注意，第二座架80不限于V形块82构造，而是可以以允许沿水平方向44的不受约束运动且同时约束沿前后方向46和垂直方向的运动（图4）的任何构造提供。例如，第二座架80可包括具有用于支撑球形形状的第二构件122的基本平行水平定向的边缘、金属丝、杆的任何构造，其并不限于图12-14中所示的V形块82构造。

图15-16示出将第一构件120固定地耦合至校准标准件150。第二构件122和第三构件124可以以类似于第一构件120的方式耦合至校准标准件150。在所示实施例中，第一构件120可包括球体128。球体128可包括用于接收螺纹杆130的螺纹孔132。螺纹杆130可从校准标准件150的顶部边缘154（图4）或者从底部边缘156（图4）向外延伸。螺纹杆130可延伸到可在校准标准件150的侧边缘158中形成的螺纹孔132中。可沿校准标准件150的侧边缘158的芯体164材料（未示出）局部安装刚性材料如金属材料或灌注混合物166，以便螺纹杆130可被接合到侧边缘158中。可将一个或更多锁紧螺母（未示出）可旋转地固定在螺纹杆130上，以防止螺纹杆130相对于校准标准件150和相对于球体128旋转。应注意，不应将图15-16所示的实施例解读为限制用于将第一构件120、第二构件122和第三构件124固定地耦合至校准标准件150的可替换布置。就此而言，本公开包括用于将第一、第二和第三构件120、122、124（图4）固定地耦合到校准标准件150的多种构造。

图17示出校准标准件150的实施例，其具有呈现圆形-菱形-正方形202形式的多个测量目标172和测量图案200，其被应用于校准标准件150以便检查激光投影仪28的精确度和/或校准激光投影仪28（图1）。在非限制性实施例中，测量目标172可包括向后反射目标（未示出），其被配置为有利于以已知方式视觉检查激光束32（图1）的精确度。圆形-菱形-正方形202可提供一种本领域已知的用于执行激光投影仪28的振荡检流计（未示出）的功能性检查的手段。例如，激光束32产生菱形和正方形图案的角的精确度可提供检流计的功能性指示。

图18示出校准标准件150的实施例，其具有呈现回扫（retrace）204图案形式的多个测量目标172和测量图案200。回扫204图案提供一种检查激光投影仪28（图1）在两点间产生直线的精确度的手段。图18中所示的线间的弓起或间隔可能表示激光投影仪28缺少位置精确度。如本领域所知，两点之间的单根直线可能表示激光投影仪28在位置精确度的特定公差内投射激光束32。

图19-20示出校准标准件150的实施例，其具有呈现竖直尖峰206（图19）或水平尖峰208（图20）形式的多个测量目标172和测量图案200。竖直尖峰206提供一种检查激光投影仪28（图1）在水平方向44（图4）的精确度的手段。水平尖峰208提供一种检查激光投影仪28在竖直方向48的精确度的手段。

图21是示出可被包括在用于校准激光投影仪28（图1）的方法300中的一个或更多操作的流程图。可通过使用以上描述且在图1-20中所示的结合校准标准件150的安装设备34来执行该方法。

图21的方法300的步骤302可包括提供一种校准标准件150（图1），其具有至少部分为球形形状的第一、第二和第三构件120、122、124。如上所述，可以以图4-6和图10-11中所示的方式将第一、第二和第三构件120、122、124固定地耦合至校准标准件150。如上所述，以三角形图案58提供第一、第二和第三构件120、122、124。

图21的方法300的步骤304可包括提供安装设备34，其包括可被固定地安装至固定装置50的第一、第二和第三座架60、80、100。例如，图4-6示出具有第一、第二和第三座架60、80、100的安装设备34的实施例，所述第一、第二和第三座架60、80、100被布置成与校准标准件150的第一、第二和第三构件124的三角形图案58互补的三角形图案58。

图21的方法300的步骤306可包括将第一构件120接合至第一座架60。第一座架60可被配置为使得第一构件120沿三个相互垂直方向的运动受到约束。例如，如图4-6所示，第一构件120沿水平方向44、前后方向46和竖直方向48的运动受到约束。

图21的方法300的步骤308可包括将第二构件122接合至第二座架80。第二座架80可被配置为约束第二构件122沿前后方向46和竖直方向48的运动。如上所述，第二座架80可允许第二构件122沿水平方向44不受约束地运动。

图21的方法300的步骤310可包括将第三构件124接合至第三座架100。在一个实施例中，第三座架100（图4）可被配置为在第一座架60（图4）和第二座架80（图4）上方竖直定位的平坦表面104（图4）。平坦表面104可被配置为约束第三构件124（图4）沿前后方向46（图4）的运动。第三座架100可允许第三构件124沿水平方向44（图4）和竖直方向48（图4）的不受约束运动。

图21的方法300的步骤312可包括将校准标准件150（图4）安装到工作区10（图3）中的一个安装设备34（图4）中，并且在校准激光投影仪之前允许校准标准件150获得空间平衡。例如，当最初将校准标准件150安装在安装设备中时，校准标准件150相对于工作区10中的周围空气温度可能处于不同温度。在使用校准标准件150校准激光投影仪28（图1）之前，可允许校准标准件150在安装设备34中保持不受干扰一段时间，直到校准标准件150获得等于工作区10中的周围空气温度的温度。

就此而言，在使用该标准件校准激光投影仪28之前，与第一构件120、第二构件122和第三构件124的球形构造协作的第一座架60、第二座架80和第三座架120的构造可允许校准标准件150在图4所示的平面内方向和/或平面外方向以不受约束的方式热膨胀或热收缩。另外，如上所述，在校准激光投影仪28之前，可允许校准标准件150在安装设备34中保持不受干扰一段时间，以允许校准标准件150获得上述质量分布平衡。

图21的方法300的步骤314可包括使用安装设备34校准在第一位置36（图2）的激光投影仪28（图2）。如前所述，校准标准件150（图17）可包括在校准标准件150上提供的测量目标172（图17）和/或测量图案200（图17）。同样如上所述，工作区10（图1）可包括安装在组装夹具12上、物件14（图1）上、工作区10的地面、天花板和/或墙壁上以及可能位于工作区10中的其他结构上的一个或更多位置的夹具目标26（图1）。

通过在第一位置安装在安装设备34（图1）中的校准标准件150（图1），可激活激光投影仪28（图1），并且可进行关于激光束32（图1）在校准标准件150上的测量目标172（图1）上的投射偏移量的测量。最初可使用高精度测量系统（未示出）如照相测量系统、激光跟踪器或其他高精度测量系统来测量校准标准件150的测量目标172相对于夹具目标26（图1）的定位。在使用高精度测量系统测量该测量目标172期间，校准标准件150可暂时从安装设备34移走，然后在相同位置和方向重新安装在安装设备34中。可使用高精度测量系统进行第二组测量，以确定测量目标172在校准标准件150上的位置。该过程可重复几次，以建立测量目标172的位置的可重复性，稍后将由激光投影仪28朝着该位置投射激光束32，以便在该位置（例如，在工作区10的第一位置）校准激光投影仪。

然后，可基于测量目标172在第一位置36的重复测量由高精度测量系统产生数据文件（未示出）。该数据文件可代表校准标准件150上的测量目标172相对于组装夹具12上的夹具目标26和相对于工作区10中的其他位置如地面上（图1）的夹具目标26的位置和定向。有利地，由安装设备34的第一座架60、第二座架80和第三座架100（图4）提供的不受限制运动能力允许每次在给定位置（例如，在第一位置36）在安装设备34中移除和重新安装校准标准件150时校准标准件150的测量目标172都重复地呈现在基本相同的位置。校准标准件150的位置的可重复性可确立给定位置处的测量数据的可靠性。

然后，通过处于第一位置的校准标准件150，激光投影仪28可将特定尺寸的测试圆（未示出）投射到夹具目标26上，以分析激光投影仪28的检流计（未示出）的交互性精确度。投射的测试圆的直径可取决于从夹具目标26到激光投影仪28的距离。例如，对于测量目标172与激光投影仪28之间的约20英尺距离，可投射约0.25-0.59英寸直径的测试圆。对于测量目标172与激光投影仪28之间的更大距离，可投射更大的测试圆。测试圆的投射可提供激光束32（图1）的位置精确度和激光束32的束宽（未示出）精确度的指示。测量图案200、202、204、206、208（图17-20）也可被投射到校准标准件150上（图1），以提供激光投影仪28的检流计（未示出）的交互精确度的进一步指示。可基于激光束32相对于测量目标172的偏离量和将测量图案200投射到校准标准件150上的激光束32的质量来校准激光投影仪28。

图21的方法300的步骤316可包括利用与在上述步骤314中用于第一位置36中的校准标准件150的相同过程，使用安装设备34（图1）校准在第二位置38（图1）的激光投影仪28。继而，可将校准标准件150（图1）安装到位于工作区10（图1）中的不同位置（例如，第三位置40）的不同安装设备34。安装设备34也可位于组装夹具12上的不同位置（未示出），以测量和解决组装夹具12的热膨胀和热收缩。激光投影仪28可在工作区（图1）中的每个位置被校准。以此方式，可针对工作区10的操作体积内的精确度校准激光投影仪28。在工作区内的一个或更多位置校准激光投影仪28后，激光投影仪28可精确地定位可被安装在工作区10中的组装夹具12上的物件14（图1）的部分、孔图案24（图1）和其他部件。

在附图和正文中，在一个方面，公开一种用于可重复定位物品152的安装设备34，其包括：第一座架60，其被配置为接收被耦合至物品152的第一构件120并约束第一构件120沿三个相互垂直方向44、46、48的运动；第二座架80，其被定位成与第一座架60呈固定关系，并被配置为接收被耦合至物品152的第二构件122，并且约束第二构件122沿所述方向中的两个方向46、48的运动；以及第三座架100，其被定位成与第一和第二座架80呈固定关系，并被配置为接收被耦合至物品152的第三构件124，并且约束第三构件124沿所述方向中的一个方向46的运动；第一、第二和第三构件120、122、124以一种方式接合至各自的第一、第二和第三座架60、80、100，以便不限制物品152沿三个相互垂直方向44、46、48的运动。在一种变体中，安装设备34包括，其中：第一、第二和第三座架60、80、100被固定地安装至固定装置。

在另一变体中，安装设备34包括，其中：固定装置50包括基底部分52和从基底部分52向上延伸的竖直构件54；第一和第二座架60、80被安装至基底部分52；并且第三座架100被安装至竖直构件54。在另一变体中，安装设备34包括，其中第一、第二和第三座架60、80、100被配置如下：第一座架60包括具有圆锥形表面64的圆锥形座架62；第二座架80包括V形块82；并且第三座架100包括位于第一和第二座架60、80上方的板构件102。在一个示例中，安装设备34包括，其中：第一、第二和第三座架60、80、100限定用于安装物品152的三角形图案58。在另一示例中，安装设备34包括，其中：第一、第二和第三座架60、80、100被布置为以一种方式支撑物品152，以便物品152的重量导致物品152相对于第一、第二和第三座架60、80、100被正确定位。

在另一示例中，安装设备34包括，其中：第一、第二和第三座架60、80、100被相对于彼此定位，以便物品152在被安装设备34支撑时被以相对于竖直方向小于约10度的安装角度108定向。在另一示例中，安装设备包括，其中：第一、第二和第三构件120、122、124中的每一个从物品152的边缘154、156横向向外延伸，以接合各自的第一、第二和第三座架60、80、100。在一个示例中，安装设备包括，其中：第一、第二和第三构件120、122、124中的至少一个包括球体128。在另一示例中，安装设备34包括，其中：物品152包括校准标准件150。在另一示例中，安装设备34包括，其中：校准标准件150包括平板构件153；并且平板构件153包括具有相对表面片材162和插在表面片材162之间的芯体164的三明治结构160。在另一示例中，安装设备34包括，其中：芯体164由蜂窝状材料形成。

在一个方面，公开一种用于激光投影仪28的校准系统，其包括：校准标准件150，其具有以三角形图案58安装在其上的至少三个部分球形构件120、122、124；以及安装设备34，其用于可重复地定位校准标准件150，安装设备34包括：第一座架60，其被配置为支撑被耦合至校准标准件150的第一构件120，并且约束第一构件120沿三个相互垂直方向44、46、48的运动；第二座架80，其被定位城与第一座架60呈固定关系，并被配置为支撑被耦合至校准标准件150的第二构件122，并且约束第二构件122沿所述方向中的两个方向46、48的运动；以及第三座架100，其被定位成与第一和第二座架80呈固定关系，并被配置为支撑被耦合至校准标准件150的第三构件124，并且约束第三构件124沿所述方向中的一个方向46的运动；第一、第二和第三构件120、122、124以一种方式接合至各自的第一、第二和第三座架60、80、100，以便不限制校准标准件150沿三个相互垂直方向44、46、48的运动。

在一个方面，公开一种在安装设备34中支撑物品152的方法：提供具有至少部分球形的第一、第二和第三构件120、122、124的物品152；用被配置为约束第一构件120沿三个相互垂直方向44、46、48的运动的第一座架60支撑第一构件120；用被配置为约束第二构件122严格沿所述方向中的两个方向46、48的运动的第二座架80支撑第二构件122；以及，用被配置为约束第三构件124严格沿所述方向中的一个方向46运动的第三座架100支撑第三构件124。在一种变体中，该方法还包括以下步骤：用圆锥形座架62支撑第一构件120。在另一变体中，该方法还包括以下步骤：用V形块82支撑第二构件122。在另一变体中，该方法还包括以下步骤：用大致平坦表面104支撑第三构件124。在另一变体中，该方法还包括以下步骤：用具有基本类似的热膨胀系数的材料形成第一、第二和第三座架60、80、100。在一个示例中，该方法包括，其中物品152包括校准标准件，该方法还包括以下步骤：在校准激光投影仪28之前，允许标准150获得空间平衡。在另一示例中，该方法还包括以下步骤：使用安装设备34校准在第一位置36的激光投影仪28；以及，使用安装设备34校准在第二位置38的激光投影仪28。

本公开的额外修改和改进对本领域技术人员来说可能是显而易见的。因此，本文所述和所示的部件的特定组合仅旨在代表本公开的某些实施例，并无意用于限制本公开的精神和范围内的可替换实施例或装置。

Claims (8)

1.一种可重复定位物品(152)的安装设备(34)，其包括：

第一座架(60)，其被配置为接收被耦合至所述物品(152)的第一构件(120)，并且约束所述第一构件(120)沿三个相互垂直的方向(44、46、48)的运动；

第二座架(80)，其被定位成与所述第一座架(60)呈固定关系，并且被配置为接收被耦合至所述物品(152)的第二构件(122)，并且约束所述第二构件(122)沿所述方向中的两个方向(46、48)的运动；以及

第三座架(100)，其被定位成与所述第一和第二座架呈固定关系，并且被配置为接收被耦合至所述物品(152)的第三构件(124)，并且约束所述第三构件(124)沿所述方向中的一个方向(46)的运动；

所述第一、第二和第三构件(120、122、124)以不限制所述物品(152)沿三个相互垂直的方向(44、46、48)的运动的方式接合至各自的第一、第二和第三座架(60、80、100)，

其中所述第一、第二和第三座架(60、80、100)被固定地安装至固定装置，所述固定装置(50)包括基底部分(52)和从所述基底部分(52)向上延伸的竖直构件(54)；

所述第一和第二座架(60、80)被安装至所述基底部分(52)；以及

所述第三座架(100)被安装至所述竖直构件(54)。

2.根据权利要求1所述的安装设备(34)，其中所述第一、第二和第三座架(60、80、100)中的至少一个被如下配置：

所述第一座架(60)包括具有圆锥形表面(64)的圆锥形座架(62)；

所述第二座架(80)包括V形块(82)；以及

所述第三座架(100)包括位于所述第一和第二座架(60、80)上方的板构件(102)。

3.根据权利要求2所述的安装设备(34)，其中：

所述第一、第二和第三座架(60、80、100)限定用于安装所述物品(152)的三角形图案(58)；

其中以一种方式布置所述第一、第二和第三座架(60、80、100)以支撑所述物品(152)，使得所述物品(152)的重量导致所述物品(152)相对于所述第一、第二和第三座架(60、80、100)被正确定位；以及，其中所述第一、第 二和第三座架(60、80、100)被相对于彼此定位，使得当被所述安装设备(34)支撑时，所述物品(152)以相对于竖直方向小于约10度的安装角度(108)定向。

4.根据权利要求3所述的安装设备(34)，其中：

所述第一、第二和第三构件(120、122、124)中的每一个从所述物品(152)的边缘(154、156)向外横向延伸，以接合各自的第一、第二和第三座架(60、80、100)；并且其中所述第一、第二和第三构件(120、122、124)中的至少一个包括球体(128)。

5.根据权利要求4所述的安装设备(34)，其中：

所述物品(152)包括校准标准件(150)，所述校准标准件(150)包括平板构件(153)；以及

所述平板构件(153)包括三明治结构(160)，所述三明治结构(160)具有相对的表面片材(162)和插在所述表面片材(162)之间的芯体(164)；其中所述芯体(164)由蜂窝状材料形成。

6.根据权利要求1所述的安装设备(34)，其中所述安装设备(34)用于可重复地定位激光投影仪(28)的校准系统的校准标准件(150)，所述校准标准件(150)具有以三角形图案(58)安装于其上的至少三个部分球形构件(120、122、124)。

7.一种在安装设备(34)中支撑物品(152)的方法：

提供具有至少部分球形的第一、第二和第三构件(120、122、124)的物品(152)；

用被配置为约束所述第一构件(120)沿三个相互垂直的方向(44、46、48)的运动的第一座架(60)支撑所述第一构件(120)；

用被配置为约束所述第二构件(122)严格沿所述方向中的两个方向(46、48)的运动的第二座架(80)支撑所述第二构件(122)；以及

用被配置为约束所述第三构件(124)严格沿所述方向中的一个方向(46)的运动的第三座架(100)支撑所述第三构件(124)，

其中所述方法还包括用具有基本类似的热膨胀系数的材料形成所述第一、 第二和第三座架(60、80、100)，

其中所述物品(152)包括校准标准件，所述方法还包括以下步骤：

在校准激光投影仪(28)之前，允许所述标准件(150)获得空间平衡；

使用所述安装设备(34)校准在第一位置(36)中的激光投影仪(28)；以及

使用所述安装设备(34)校准在第二位置(38)中的所述激光投影仪(28)。

8.根据权利要求7所述的方法，其还包括以下步骤：

用圆锥形座架(62)支撑所述第一构件(120)；

用V形块(82)支撑所述第二构件(122)；

用大致平坦表面(104)支撑所述第三构件(124)。