CN114509005A - 具有自动识别目标功能的坐标测量装置及其识别方法 - Google Patents

Abstract

本公开描述了一种具有自动识别目标功能的坐标测量装置及其识别方法，其中装置包括：目标和测量主机，测量主机包括目标识别单元、瞄准单元、激光发射单元、处理单元、以及驱动单元，目标识别单元用于接收第一光束以形成第一目标光斑；瞄准单元用于接收激光束以使测量主机瞄准目标；处理单元配置为基于第一目标光斑和初始光斑获得第一旋转角度和第二旋转角度；驱动单元配置为驱动目标识别单元以使第一目标光斑的质心移动至初始光斑的质心，并在第一目标光斑的质心移动至初始光斑的质心后驱动目标识别单元在第一方向上旋转。本公开能够提供一种具有自动识别目标功能的坐标测量装置及其识别方法,能够更加精准并快速地识别到目标。

Description

具有自动识别目标功能的坐标测量装置及其识别方法

技术领域

本公开涉及一种智能制造装备产业，具体涉及一种具有自动识别目标功能的坐标测量装置及其识别方法。

背景技术

近年来，激光跟踪仪、激光绝对测距仪等坐标测量装置在工业测量行业中受到了的广泛重视，并且逐渐成为工业测量行业中应用较为广泛的测量工具。通常情况下，坐标测量装置中测量主机能够跟踪目标并实现对目标的测量。但当目标移动速度过大或移动距离过大时，测量主机可能会丢失对目标的跟踪。

专利文献(CN105452806B)中公开了一种具有目标寻找功能的激光跟踪仪，在该专利文献中，基于目标的两个发光二极管之间的距离、成像元件上两个光斑之间的距离等数据并根据基本几何原理以获得目标的粗略距离，接着基于粗略距离获得在该粗略距离下的真实零点位置(原文中对此记载为粗略近似位置)，进而寻找到目标。并且该专利文献公开了可以基于预先存储在激光跟踪仪的开发查找表以获得上述真实零点位置。

上述现有技术虽然能够寻找到目标，但是需要预先标定在不同距离下的各个真实零点位置，数据量较多，需要重复操作的步骤也相应过多。且在标定过程中容易引入较多的误差，进而导致寻找目标的过程中出现偏差。

发明内容

本公开是有鉴于上述现有技术的状况而提出的，其目的在于提供一种具有自动识别目标功能的坐标测量装置及其识别方法，能够更加精准并快速地识别到目标。

本公开第一方面提供一种具有自动识别目标功能的坐标测量装置，包括：目标和用于识别并瞄准所述目标的测量主机，所述测量主机包括目标识别单元、瞄准单元、激光发射单元、处理单元、以及驱动单元，所述目标识别单元包括第一成像元件和第一照明光源，所述第一成像元件用于接收由所述第一照明光源发射并被所述目标反射的第一光束以形成第一目标光斑；所述瞄准单元包括位置探测器，所述位置探测器用于接收由所述激光发射单元发射并被所述目标反射的激光束以使所述测量主机瞄准所述目标；所述处理单元配置为基于所述第一目标光斑和初始光斑获得第一旋转角度和第二旋转角度，所述初始光斑为所述目标位于预设位置时第一光束在所述第一成像元件形成的光斑；所述驱动单元配置为驱动所述目标识别单元在第一方向旋转所述第一旋转角度并在第二方向旋转所述第二旋转角度以使所述第一目标光斑的质心移动至所述初始光斑的质心，并在所述第一目标光斑的质心移动至所述初始光斑的质心后驱动所述目标识别单元在所述第一方向上旋转以使所述位置探测器监测到所述目标反射的激光束。

在这种情况下，首先通过获得第一目标光斑并基于第一目标光斑和初始光斑获得测量主机的目标识别单元为了识别到目标需要旋转的第一旋转角度和第二旋转角度。接着基于第一旋转角度和第二旋转角度控制目标识别单元旋转以使第一目标光斑的质心移动至初始光斑的质心，并控制目标识别单元第一方向上旋转，由此能够使测量主机识别到目标。

另外，在本公开第一方面所涉及的坐标测量装置中，可选地，所述目标识别单元还包括第一透镜组件，被所述目标反射的第一光束透过所述第一透镜组件并在所述第一成像元件形成所述第一目标光斑。在这种情况下，经目标反射的第一光束透过第一透镜组件并由第一透镜组件聚焦后，能够在第一成像元件上形成清晰的第一目标光斑。

另外，在本公开第一方面所涉及的坐标测量装置中，可选地，所述目标识别单元包括多个第一照明光源，所述多个第一照明光源围绕所述第一透镜组件对称布置。在这种情况下，多个第一照明光源发射的多个第一光束经目标反射后能够透过第一透镜组件，并在成像元件上聚焦成为一个整体具有规则形状的光斑，例如经目标反射后的多个第一光束在第一成像元件上能够形成一个由多个光斑围绕而形成的圆环。

另外，在本公开第一方面所涉及的坐标测量装置中，可选地，所述目标包括通光孔和空心角锥棱镜，所述第一照明光源发射的第一光束通过所述通光孔到达所述空心角锥棱镜并反射。在这种情况下，到达目标的第一光束能够基于空心角锥棱镜以较高的精度被反射至第一成像元件以获得完整的第一目标光斑，进而能够粗略获得目标的空间位置。

另外，在本公开第一方面所涉及的坐标测量装置中，可选地，所述第一照明光源与所述第一透镜组件的光轴之间的距离不大于所述通光孔的直径与所述第一透镜组件的半径之和。在这种情况下，由第一照明光源发射的第一光束能够到达目标并被目标反射至第一成像元件以形成完整的第一目标光斑。

另外，在本公开第一方面所涉及的坐标测量装置中，可选地，所述目标识别单元还包括第二成像元件、第二透镜组件、多个第二照明光源，所述第二成像元件用于接收由所述多个第二照明光源发射并被所述目标反射且透过所述第二透镜组件的第二光束以形成多个第二目标光斑，所述处理单元配置为基于所述多个第二目标光斑之间的距离、所述第二透镜组件的焦距、以及所述多个第二照明光源之间的距离获得所述目标到所述测量主机的距离，并将所述目标到所述测量主机的距离作为目标距离，并基于所述目标距离获得在所述目标距离下的真实瞄准零点位置，所述驱动单元配置为基于所述目标距离和所述真实瞄准零点驱动所述目标识别单元旋转以使多个第二目标光斑的几何中心移动至所述真实瞄准零点位置。在这种情况下，目标识别单元能够基于目标距离获得真实瞄准零点位置，进而基于多个第二目标光斑的几何中心和真实瞄准零点位置获得为了识别到目标，目标识别单元需要旋转的角度。由此，目标识别单元能够基于不同的方案识别到目标，实现了测量时的便利性。

另外，在本公开第一方面所涉及的坐标测量装置中，可选地，所述处理单元还包括查找表，所述查找表存储有通过标定实验而建立的所述目标距离与所述真实瞄准零点之间的映射关系，所述处理单元基于所述目标距离和所述查找表获得所述真实瞄准零点。在这种情况下，当获得目标距离后，处理单元就能基于查找表获取对应的真实瞄准零点位置。换句话说，也即处理单元可以基于目标距离和查找表获得真实瞄准零点位置。

本公开第二方面提供一种自动识别目标的识别方法，是应用于坐标测量装置的自动识别目标的方法，所述坐标测量装置包括目标和测量主机，所述测量主机发射激光束并接收由所述目标反射的激光束以瞄准所述目标，所述测量主机包括具有第一成像元件和第一照明光源、以及具有位置探测器的瞄准单元，所述方法包括：所述第一照明光源发射第一光束，所述第一光束经由所述目标反射至所述第一成像元件以形成第一目标光斑，基于所述第一目标光斑和初始光斑获得第一旋转角度和第二旋转角度，所述初始光斑为所述目标位于预设位置时所述成像元件获取到的光斑，驱动所述目标识别单元在第一方向旋转所述第一旋转角度并在第二方向旋转所述第二旋转角度以使所述第一目标光斑的质心移动至所述初始光斑的质心，驱动所述目标识别单元在所述第一方向上旋转以使所述位置探测器监测到所述目标反射的激光束，所述测量主机基于所述位置探测器监测到的所述目标反射的激光束以实现对所述目标的瞄准。

在这种情况下，识别方法首先通过获得第一目标光斑并基于第一目标光斑和初始光斑获得测量主机的目标识别单元为了识别到目标需要旋转的第一旋转角度和第二旋转角度。接着基于第一旋转角度和第二旋转角度控制目标识别单元旋转以使第一目标光斑的质心移动至初始光斑的质心，并控制目标识别单元在第一方向上旋转，由此能够使测量主机识别到目标。并且识别方法中只需预先标定一个初始光斑的数据，即可实现对目标的识别，减少了误差的引入进而提高识别精度。

另外，在本公开第二方面所涉及的识别方法中，可选地，基于所述第一目标光斑和初始光斑的像素差值获得所述第一旋转角度和所述第二旋转角度。在这种情况下，通过获得第一目标光斑的像素数据，并将第一目标光斑的像素数据与初始光斑的像素数据进行相应计算，能够计算出目标识别单元需要旋转的角度。

另外，在本公开第二方面所涉及的识别方法中，可选地，驱动所述目标识别单元在所述第一方向上旋转第三旋转角度以使所述位置探测器监测到所述目标反射的激光束，所述第三旋转角度与所述初始光斑在所述第一成像元件上的位置相关。这种情况下，目标识别单元在第一方向上二次旋转的过程中，当位置探测器监测到经目标反射的激光束后，则可以认为测量主机识别到目标。换句话说，在目标识别单元在第一方向上二次旋转的过程中，当监测到位置探测器的辐射强度发生变化即可认为测量主机已识别到目标，由此能够使测量主机识别到目标。

根据本公开，能够提供一种更精准并快速识别到目标的具有自动识别目标功能的坐标测量装置及其识别方法。

附图说明

现在将仅通过参考附图的例子进一步详细地解释本公开。

图1是示出了本公开示例所涉及的坐标测量装置的应用场景示意图。

图2是示出了本公开示例所涉及的坐标测量装置的结构框图。

图3是示出了本公开示例所涉及的测量主机的光学元件布置示意图。

图4是示出了本公开示例所涉及的测量主机的一个实施例的示意图。

图5是示出了本公开示例所涉及的目标的结构示意图。

图6是示出了本公开示例所涉及的第一照明光源与第一透镜组件之间的距离的示意图。

图7是示出了本公开示例所涉及的测量主机的另一个实施例的示意图。

图8是示出了本公开示例所涉及的目标识别单元获取目标距离时的光路示意图。

图9是示出了本公开示例所涉及的目标识别单元获取目标距离时的等效光路示意图。

图10是示出了本公开示例所涉及的识别方法的流程图。

具体实施方式

以下，参考附图，详细地说明本公开的优选实施方式。在下面的说明中，对于相同的部件赋予相同的符号，省略重复的说明。另外，附图只是示意性的图，部件相互之间的尺寸的比例或者部件的形状等可以与实际的不同。

需要说明的是，本公开中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，例如所包括或所具有的一系列步骤或单元的过程、方法、坐标测量装置、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可以包括或具有没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

另外，在本公开的下面描述中涉及的小标题等并不是为了限制本公开的内容或范围，其仅仅是作为阅读的提示作用。这样的小标题既不能理解为用于分割文章的内容，也不应将小标题下的内容仅仅限制在小标题的范围内。

本公开涉及一种具有自动识别目标功能的坐标测量装置，可以实现对目标的自动识别。本公开涉及的具有自动识别目标功能的坐标测量装置可以简称为坐标测量装置，或者还可以称为坐标测量仪器、坐标测量机、空间坐标测量机、激光跟踪仪或坐标测量设备等。需要说明的是，各名称是为表示本实施方式所涉及的自动识别目标的装置，并且不应当理解为限定性的。

以下通过附图进一步说明本公开所涉及的坐标测量装置。

图1是示出了本公开所涉及的坐标测量装置1的应用场景示意图。

参见图1，本实施方式所涉及的坐标测量装置1可以包括目标10和测量主机20。在一些示例中，测量主机20可以用于识别目标10。在另一些示例中，测量主机20可以用于瞄准目标10。在一些示例中，测量主机20可以用于识别并瞄准目标10。

在一些示例中，对目标10的瞄准也可以称为对目标10的跟踪。

在一些示例中，测量主机20可以通过检测目标10反射的光束(例如照明光束或/和激光光束)以实现对目标10的识别或/和瞄准。具体地，测量主机20可以基于目标10反射的照明光束以实现对目标10的识别。或基于目标10反射的照明光束以实现对目标10的粗略瞄准。在一些示例中，测量主机20可以基于目标10反射的照明光束同时实现对目标10的识别和粗略瞄准。在一些示例中，测量主机20可以基于目标10反射的激光光束以实现对目标10的精细瞄准。

图2是示出了本公开示例所涉及的坐标测量装置1的结构框图。

参见图2，在一些示例中，测量主机20可以包括目标识别单元21、处理单元22、以及驱动单元23。其中，目标识别单元21可以用于实现对目标10的识别和/或粗略瞄准。处理单元22可以用于计算目标识别单元21在识别目标10的过程中需要旋转的角度。驱动单元23可以配置为基于处理单元22计算的角度驱动目标识别单元21运动以实现对目标10的识别及瞄准。

在一些示例中，测量主机20还可以包括激光发射单元24。激光发射单元24可以用于从测量主机20发射激光束L3(稍后描述)至目标10。在一些示例中，激光发射单元24可以位于目标识别单元21的下方。在另一些示例中，激光发射单元24可以位于目标识别单元21的上方。

在一些示例中，目标10可以大体呈球体状。在一些示例中，目标10可以包括通光孔11和空心角锥棱镜12(稍后描述)。由此，目标10能够接收光束并反射光束。

参见图1，在一些示例中，测量主机20还可以包括支承部25，例如可以包括第一支承部251和第二支承部252。第一支承部251和第二支承部252上可以分别设置有第一通孔和第二通孔。在一些示例中，测量主机20还可以包括俯仰旋转轴。俯仰旋转轴可以通过第一通孔和第二通孔设置于第一支承部251和第二支承部252之间。在一些示例中，目标识别单元21可以通过俯仰旋转轴设置于测量主机20，也即设置于第一支承部251和第二支承部252之间。由此，有利于简化测量主机20的结构布置。

图3是示出了本公开示例所涉及的测量主机20的光学元件布置示意图。

如上所述，测量主机20可以包括目标识别单元21。在一些示例中，目标识别单元21可以具有较大的视场范围。目标识别单元21可以在较大的视场范围中实现对目标10的粗略瞄准。

在本实施方式中，目标识别单元21可以包括第一成像元件211和第一照明光源212。在一些示例中，第一照明光源212可以设置于第一成像元件211靠近目标10的一侧的前方。在另一些示例中，第一照明光源212可以设置于第一成像元件211靠近目标10的一侧的上方。由此，第一照明光源212发射的光束能够被目标10反射至第一成像元件211。

在一些示例中，第一成像元件211可以是CMOS感光元件，例如可以是CMOS图像传感器。在另一些示例中，第一成像元件211可以是CCD感光元件。但本实施方式的示例不限于此，第一成像元件211也可以是其他可以用于感光成像的元件。

在一些示例中，第一成像元件211可以包括感光阵列(或称为像素阵列)。感光阵列可以是由多个像素组成，可以将接收到的光信号转变为电信号输出。由此，测量主机20能够获得经过目标10反射的光束在第一成像元件211上形成的光斑的数据。

在一些示例中，第一照明光源212可以用于发射第一光束L1。在一些示例中，经由第一照明光源212发射的第一光束L1可以发射至目标10。在一些示例中，目标10可以用于接收第一光束L1并将第一光束L1反射至第一成像元件211以形成第一目标光斑。由此，目标识别单元21能够基于第一目标光斑粗略获得目标10的空间位置。

参见图3，目标识别单元21还可以包括第一透镜组件213。第一透镜组件213可以设置于第一成像元件211靠近目标10的一侧的正前方。被目标10反射的第一光束L1可以透过第一透镜组件213并在第一成像元件211形成第一目标光斑。在这种情况下，经目标10反射的第一光束L1透过第一透镜组件213并由第一透镜组件213聚焦后，能够在第一成像元件211上形成清晰的第一目标光斑。

在一些示例中，第一透镜组件213可以是单个透镜。在另一些示例中，第一透镜组件213可以由若干个透镜组成，并且第一透镜组件213靠近目标10的一侧可以具有用于聚集光束的聚光透镜。由此，能够便于第一透镜组件213聚集经目标10反射的光束，进而能够在第一成像元件211上形成清晰的光斑。

在一些示例中，当第一透镜组件213由若干个透镜组成时，若干个透镜的光轴可以保持在同一直线上。在一些示例中，第一透镜组件213的光轴和第一成像元件211的光轴可以重合。由此，第一光束L1能够更好地聚焦于第一成像元件211。

图4是示出了本公开示例所涉及的测量主机20的一个实施例的示意图。

如上所述，测量主机20可以包括目标识别单元21。在一些示例中，目标识别单元21可以包括一个第一照明光源212。在另一些示例中，目标识别单元21可以包括多个第一照明光源212，例如可以包括2个、3个、4个、5个……N个照明光源。

参见图4，在一些示例中，多个第一照明光源212可以围绕第一透镜组件213对称布置。具体地，是在同一个平面内围绕第一透镜组件213对称布置，例如可以在垂直于第一透镜组件213的光轴上的一个平面内围绕第一透镜组件213对称布置。优选地，多个第一照明光源212可以围绕第一透镜组件213呈十字对称布置。在这种情况下，多个第一照明光源212发射的多个第一光束L1经目标10反射后能够透过第一透镜组件213，并在成像元件上聚焦成为一个整体具有规则形状的光斑，例如经目标10反射后的多个第一光束L1在第一成像元件211上能够形成一个由多个光斑围绕而形成的圆环。

在一些示例中，第一照明光源212可以定位在这样的位置，即当第一透镜组件213的光轴与第一成像元件211的光轴重合时，第一照明光源212可以位于第一透镜组件213的正上方和/或正下方。在一些示例中，第一照明光源212可以位于第一透镜组件213的正侧方。由此，能够有效减少第一透镜组件213与第一成像元件211之间的杂散光。

如上所述，目标识别单元21可以包括多个第一照明光源212，例如可以包括四个第一照明光源212。参见图4，在一些示例中，目标识别单元21可以包括四个第一照明光源212，具体为第一照明光源212a、第一照明光源212b、第一照明光源212c以及第一照明光源212d。四个第一照明光源212可以围绕第一透镜组件213对称布置。优选地，可以是十字对称布置，例如第一照明光源212a和第一照明光源212b的连线可以垂直于第一照明光源212c和第一照明光源212d的连线。由此，在第一成像元件211上形成的四个第一目标光斑组成的形状是规则的。

如上所述，测量主机20可以包括激光发射单元24，参见图3和图4，激光发射单元24可以设置于目标识别单元21的下方。在另一些示例中，激光发射单元24也可以不与目标识别单元21设置在一个部件当中，例如可以在设置在测量主机20的支承部25，或者设置在任意空间位置。当激光发射单元24不与目标识别单元21设置在同一个部件时，可以利用光纤将激光发射单元24发射的激光束L3引至目标识别单元21的下方即可。如图3和图4所示，在一些示例中，激光束L3的输出窗口可以设置于第一透镜组件213的正下方。在一些示例中，激光束L3的输出窗口可以设置于第一照明光源212的正下方。在一些示例中，测量主机20还可以包括多个反射单元216。激光发射单元24发射的激光束L3可以经由多个反射单元216到达输出窗口。

参见图2，在一些示例中，测量主机20还可以包括瞄准单元26。瞄准单元26相对于目标识别单元21具有较小的视场范围。在一些示例中，瞄准单元26能够基于目标10反射的激光束L3实现对目标10的精细瞄准。在一些示例中，对目标10的精细瞄准也可以是对目标10的的连续跟踪。在另一些示例中，对目标10的精细瞄准可以是高精度地对准目标10。

在一些示例中，目标识别单元21和瞄准单元26可以被集成在一个部件当中。例如可以被集成在如图1中的光学主体27中。在一些示例中，目标识别单元21的运动可以是光学主体27整体的运动。当目标识别单元21旋转时，被集成于光学主体27的所有单元和/或部件可以跟随一起旋转。

在一些示例中，瞄准单元26可以包括位置探测器261，位置探测器261可以简称为PSD。在一些示例中，位置探测器261可以称为位置敏感器件，是一种能够基于光从而检测目标位置的器件。

在一些示例中，位置探测器261可以设置于反射单元216的下方。由此，若激光束L3能够到达目标10并被目标10反射回测量主机20时，位置探测器261能够接收到被反射的激光束L3。

在一些示例中，位置探测器261可以用于接收由激光发射单元24发射并被目标10反射的激光束L3以使测量主机20瞄准目标10。在一些示例中，激光束L3也可以成为测量光束。测量主机20能够基于测量光束获得目标10的空间坐标和/或目标10与测量主机20之间的距离。

由于测量主机20可以基于激光束L3以测量目标10的空间姿态和空间坐标，为了描述方便，以下将与激光束L3在输出窗口的出射方向重合的轴线称为测量光轴A。换句话说，激光束L3的输出窗口在贯穿方向上的几何轴线可以是测量光轴A。(参见图3)

上述设置使得第一成像元件211的光轴(以下简称成像光轴B)和测量光轴A具有一定的距离。换言之，成像光轴B和测量光轴A在第一方向上存在视差Z(参见图3)。在一些示例中，第一方向可以是竖直方向。在一些示例中，第一方向可以是俯仰方向。

图5是示出了本公开示例所涉及的目标10的结构示意图。图6是示出了本公开示例所涉及的第一照明光源212与第一透镜组件213之间的距离的示意图。

如上所述，目标10可以包括通光孔11和空心角锥棱镜12。参见图5，在一些示例中，通光孔11可以是由于空心角锥棱镜12设置于目标10而形成。在一些示例中，空心角锥棱镜12可以由多个前表面反射镜组成。这种结构设置可以使得光束的反射精度不受其入射角度的影响。换言之，无论目标10的通光孔11的朝向如何，均不会影响其将光束反射至测量主机20的精度。在一些示例中，空心角锥棱镜12还可以减小因色散带来带来的影响。

如图5所示，在一些示例中，通光孔11可以具有最高顶点111，例如可以具有最高第一顶点111a和最高第二顶点111b，最高第一顶点111a与最高第二顶点111b之间的距离可以是目标10的通光孔径。目标10的半通光孔径可以是通光孔径的一半。

在一些示例中，第一照明光源212发射的第一光束L1可以通过通光孔11到达空心角锥棱镜12。由此，目标10能够接收到由第一照明光源212发射的第一光束L1。在一些示例中，第一光束L1通过通光孔11到达空心角锥棱镜12后可以被空心角锥棱镜12反射至目标识别单元21。具体地，第一光束L1是经由空心角锥棱镜12反射并透过第一透镜组件213后聚焦于第一成像元件211以形成第一目标光斑。在这种情况下，到达目标的第一光束L1能够基于空心角锥棱镜12以较高的精度被反射至第一成像元件211以获得完整的第一目标光斑，进而能够粗略获得目标10的空间位置。

在一些示例中，第一照明光源212与第一透镜组件213之间的距离需要满足预设条件，即第一照明光源212发射的第一光束L1能够到达目标10且经过目标10的反射透过第一透镜组件213后在第一成像元件211上成像。以下具体说明上述预设条件。

在一些示例中，若想要第一光束L1可以被反射至第一成像元件211，则经由第一照明光源212发射的第一光束L1必须能够到达目标10。以下以当目标识别单元21具有一个第一照明光源212，第一透镜组件213具有一个透镜并且目标10的中心位于第一透镜组件213或第一成像元件211的光轴上时的简单情况为例具体说明如何满足预设条件。

参见图6，在一些示例中，可以以第一透镜组件213的中心为坐标原点建立平面坐标系O(X，Y)。第一透镜组件213的光轴与X轴重合。考虑简单的情况，可以假设最高第一顶点111a到Y轴的距离为L。参见图5，令目标10的中心为P，半通光孔径为b，则目标10的最高第一顶点111a的坐标为(L，b)。假设第一透镜组件213的半孔径为a，则第一透镜组件213的两个顶点(可以称为上顶点B1和下顶点B2)的坐标分别为B1(0，a)和B2(0，-a)。在一些示例中，第一透镜组件213的半孔径可以是透镜中心与上顶点E1之间的距离，或者是透镜中心与下顶点E2之间的距离。换言之，第一透镜组件213的半孔径可以是上顶点E1与下顶点E2之间的距离的一半。在一些示例中，第一透镜组件213的上顶点E1和下顶点E2可以是垂直于第一透镜组件213的光轴且经过第一透镜组件213的中心的垂线与第一透镜组件213相交的两个交点。换言之，上顶点E1和下顶点E2的连线经过第一透镜组件213的中心(即图6中的坐标原点O)且垂直于第一透镜组件213的光轴。

在一些示例中，可以假设第一照明光源212的光源中心C位于Y轴且第一照明光源212的光源中心的坐标为(0，-d)，则可以将第一照明光源212相对于目标10的中心P成的像称为第一虚拟光源212＇，并且第一虚拟光源212＇的光源中心C＇的坐标为(2L，d)。此时可以将第一照明光源212发射的第一光束L1认为是由第一虚拟光源212＇发出，然后第一光束L1透过第一透镜组件213最终在第一成像元件211上成像。

为了便于描述，以下将第一照明光源212的光源中心C简称为第一光源中心C，第一照明光源212的光源中心C的坐标简称为第一中心坐标。第一虚拟光源212＇的光源中心C＇简称为第一虚拟光源中心C＇，第一虚拟照明光源的光源中心C＇的坐标简称为第一虚拟中心坐标。

如上所述，若想要第一光束L1可以被反射至第一成像元件211，则经由第一照明光源212发射的第一光束L1必须能够到达目标10。也即由第一虚拟光源212＇发出的第一光束L1能够到达目标10。换言之，第一照明光源212发射的第一光束L1能够到达目标10的最高第一顶点111a，且到达最高第一顶点111a的第一光束L1能够到达第一透镜组件213的下顶点E2。将上述文字内容用数学关系式表示出来，即可得到下列公式，由图6中的几何关系可得式1：

2b-d≥-a(式1)

由式1可推出式2：

d≤2b+a(式2)

其中，a为第一透镜组件213的半孔径，b为目标10的半通光孔径，d为第一光源中心C与第一透镜组件213的光轴(也即图6中的X轴)之间的距离。

由式2可知，若想要经由第一光源发射的第一光束L1能够到达目标10，则第一光源中心与第一透镜组件213的光轴之间的距离可以不大于通光孔11的直径与第一透镜组件213的半孔径之和。在这种情况下，由第一照明光源212发射的第一光束L1能够到达目标10并被目标10反射至第一成像元件211以形成完整的第一目标光斑。

在一些示例中，若第一透镜组件213的半孔径为3mm，目标10的通光孔径为21mm，也即a为3mm，2b为21mm，则可以计算得到第一光源中心与光轴之间的距离为d≤24mm。在此情况下，若第一照明光源212与光轴的距离满足上述计算结果，则可在第一成像元件211上获得完整的第一目标光斑。

在一些示例中，当目标识别单元21包括多个第一照明光源212时，多个第一照明光源212的光源中心与第一透镜组件213之间的距离均需满足上述预设条件。

在一些示例中，多个第一照明光源212可以尽可能地靠近第一透镜组件213。在这种情况下，能够使得被目标10反射的多个第一光束L1在第一成像元件211上的多个光斑更加集中，能够使多个光斑更加聚集以形成一个整体的光斑，也即视觉上多个光斑能够聚集重合成为一个光斑。

在本实施方式中，第一成像元件211可以用于接收由第一照明光源212发射并被目标10反射的第一光束L1以形成第一目标光斑。在一些示例中，多个第一目标光斑可以聚集成为一个目标光斑。

如上所述，测量主机20可以包括激光发射单元24。激光发射单元24可以用于从测量主机20发射激光束L3至目标10。在一些示例中，目标10可以接收并反射经由激光发射单元24发射的激光束L3。

在一些示例中，瞄准单元26可以包括位置探测器261。位置探测器261可以用于接收经由目标10反射的激光束L3。在一些示例中，经目标10反射的激光束L3可以经由多个反射单元216到达位置探测器261。

一般情况下，测量主机20瞄准目标10的过程中，若目标10移动距离过大或移动速度过快，则测量主机20有可能丢失对目标10的瞄准，也即激光发射单元24发射的激光束L3不能到达目标10的位置，同时被发射的激光束L3也就不能被目标10反射至位置探测器261。在本实施方式所涉及的测量主机20中，在识别目标10的过程中，若位置探测器261可以监测到反射回来的激光束L3，则可以判定目标识别单元21识别并粗略瞄准到目标10，接着测量主机20可以基于瞄准单元26实现对目标10的精细瞄准。换言之，在一些示例中，位置探测器261可以用于接收由激光发射单元24发射并被目标10反射的激光束L3以使测量主机20实现对目标10的精细瞄准。

如上所述，测量主机20还包括处理单元22和驱动单元23。其中，处理单元22可以用于计算目标识别单元21在识别目标10的过程中需要旋转的角度。具体地，在一些示例中，被目标10反射的第一光束L1在第一成像元件211上形成第一目标光斑后，处理单元22可以基于第一目标光斑和初始光斑获得第一旋转角度和第二旋转角度。

在本实施方式中，初始光斑可以是当目标10位于预设位置时，第一光束L1经由目标10反射并在第一成像元件211上形成的光斑。换句话说，初始光斑可以为目标10位于预设位置时，第一光束L1在第一成像元件211形成的光斑。在一些示例中，预设位置可以是人为定义的，例如预设位置可以定义为测量主机20刚好能够获取到目标10的姿态和坐标的位置，此时目标10与测量主机20之间的距离可以称为临界距离。也即当目标10处于小于临界距离的任意位置时，第一照明光源212发射的第一光束L1不能到达目标10，换言之，目标10不能接收到第一照明光源212发射的第一光束L1以将第一光束L1反射至第一成像单元，此时测量主机20也不可以获得目标10的坐标。换言之，预设位置可以是测量主机20的最短使用距离使，目标所处的位置。

在另一些示例中，预设位置也可以是测量主机20能够正常获取到目标10的姿态和坐标时目标10所处的任意位置。换句话说，初始光斑可以为目标10位于预设位置时，第一光束L1在第一成像元件211形成的光斑。再换言之，预设位置可以是指当激光束L3对准目标10并处于瞄准目标10时的位置。

在一些示例中，测量主机20可以包括记录单元(未图示)，记录单元可以用于记录第一目标光斑和初始光斑的多项数据，例如记录像素值或坐标值等。在一些示例中，记录单元可以具有存储器，从而能够便于记录数据。在一些示例中，记录单元可以与处理单元22信号连接，从而能够便于将所记录的数据传输至处理单元22。在一些示例中，初始光斑的多项数据可以预先记录在记录单元中。

在一些示例中，处理单元22可以读取记录单元所记录的数据。具体地，处理单元22可以按需读取记录单元所记录的数据。在一些示例中，处理单元22可以读取记录单元记录的所有数据。由此，处理单元22能够基于读取的数据计算出目标识别单元21需要做出的调整。

在一些示例中，测量主机20可以不包括记录单元，例如存储器可以被包括在处理单元22中，处理单元22能够直接记录各项数据(例如第一目标光斑和初始光斑的数据)并基于上述数据进行相应的处理。

在一些示例中，处理单元22可以基于第一目标光斑和初始光斑的像素值计算出目标识别单元21需要做出的调整，也即计算出第一旋转角度和第二旋转角度。具体地，处理单元22可以基于第一目标光斑和初始光斑的像素差值计算出第一旋转角度和第二旋转角度。在一些示例中，处理单元22还可以存储有与计算第一旋转角度和第二旋转角度时相匹配的内置参数。处理单元22可以基于第一目标光斑和初始光斑的像素差值并结合上述内置参数计算出第一旋转角度和第二旋转角度。

如上所述，测量主机20还包括驱动单元23。驱动单元23可以与处理单元22信号连接。驱动单元23可以配置为基于处理单元22计算的角度驱动目标识别单元21运动以实现对目标10的识别及瞄准。换句话说，在本实施方式中，可以通过驱动单元23来调节目标识别单元21以使目标识别单元21识别并粗略瞄准到目标10。

在一些示例中，驱动单元23驱动目标识别单元21旋转的过程中，激光束L3也可以跟随目标识别单元21的旋转而旋转。

在一些示例中，驱动单元23可以配置为驱动目标识别单元21在第一方向旋转第一旋转角度。第一方向可以是与第一透镜组件213的光轴垂直的方向，例如在一些示例中，第一方向可以是竖直方向。在一些示例中，第一方向可以是俯仰方向。

在一些示例中，驱动单元23可以配置为驱动目标识别单元21在第二方向旋转第二角度。第二方向可以是与第一方向垂直的方向，例如可以是水平方向。

在一些示例中，第一方向可以是与第二方向不同的方向。第一方向与第二方向可以具有夹角，例如第一方向与第二方向的夹角可以是锐角。

在另外一些示例中，第一方向与第二方向的夹角可以是直角。换言之，第一方向可以垂直于第二方向。在一些示例中，第一方向可以是俯仰方向，第二方向可以是水平方向。可以理解的是，俯仰方向和水平方向是坐标测量装置1所处的领域的专用术语，本领域技术人员不会因此用词对此造成误解。

在本实施方式中，驱动单元23可以通过驱动目标识别单元21在第一方向上旋转第一角度并在第二方向上旋转第二角度以使第一目标光斑的质心移动至初始光斑的质心。在一些示例中，目标识别单元21通过在第一方向上旋转第一角度并在第二方向上旋转第二角度可以使第一目标光斑的质心移动至与初始光斑的质心重合。

在一些示例中，可以采用亮度分析对光斑进行分析。在一些示例中，光斑的质心可以是亮度峰值的区域。换句话说，就是亮度最高的区域。

在一些示例中，可以是将第一目标光斑的几何中心移动至初始光斑的几何中心。在一些示例中，处理单元22记录初始光斑的几何中心。在一些示例中，处理单元22也可以获得第一目标光斑的几何中心。并可以基于第一目标光斑的几何中心和初始光斑的几何中心获得第一旋转角度和第二旋转角度。

在一些示例中，第一目标光斑的几何中心可以是第一目标光斑的的质心，初始光斑的几何中心可以是初始光斑的质心。例如，当多个光斑重合成为一个目标光斑时，第一目标光斑的几何中心则可以是第一目标光斑的的质心。初始光斑同上。

在一些示例中，第一目标光斑的几何中心可以不是第一目标光斑的质心，初始光斑的几何中心可以不是初始光斑的质心。例如，当多个光斑不能重合成为一个目标光斑时，第一目标光斑的几何中心则可以不是第一目标光斑的的质心。初始光斑同上。

如上所述，成像光轴B和测量光轴A在俯仰方向上存在视差Z。这将导致第一目标光斑的质心移动至与初始光斑的质心重合后，测量主机20仍然不能识别到目标10。

例如，当第一目标光斑的质心移动至初始光斑的质心后，测量主机20能够获取目标10在第二方向上的坐标。在一些示例中，第二方向可以是水平方向。由于第二方向上不存在视差Z，则此时测量主机20获取到的目标10在第二方向上的坐标是目标10的真实坐标。但是成像光轴B和测量光轴A在俯仰方向上存在视差Z，此时测量主机20获得的在第一方向上的坐标并不是目标10的真实坐标。由于目标10在在第二方向上的坐标已经确定，此时只需要控制目标识别单元21在第一方向上再次旋转即可识别并粗略瞄准到目标10。

在一些示例中，第一目标光斑的质心移动至初始光斑的质心后，驱动单元23可以驱动目标识别单元21在第一方向上旋转。在一些示例中，第一目标光斑的质心移动至初始光斑的质心后，驱动单元23可以驱动目标识别单元21在第一方向上旋转直至搜索到目标10。换言之，驱动单元23可以驱动目标识别单元21在第一方向上二次旋转。在上述二次旋转的过程中，目标识别单元21必然能够识别到目标。换言之，也即必然能够搜索到目标10。

在一些示例中，可以将目标识别单元21在第一方向上二次旋转的角度成为第三旋转角度。在一些示例中，第三旋转角度可以没有任何限制。在另一些示例中，第三旋转角度可以与初始光斑在第一成像元件211上的位置相关。

例如，当预设位置定义为测量主机20刚好能够获取到目标10的姿态和坐标的位置，此时可以控制目标识别单元21在第一方向上向下旋转即可识别到目标10。在一些示例中，若预设位置是测量主机20能够正常获取到目标10的姿态和坐标时目标10所处的任意位置，则当目标10与测量主机20的距离不小于临界距离时，此时可以控制目标识别单元21在第一方向上向下旋转即可识别到目标10；若当目标10与测量主机20的距离不大于临界距离时，此时可以控制目标识别单元21在第一方向上向上旋转即可识别到目标10。

在一些示例中，当预设位置是测量主机20的最短使用距离，目标10所处的位置时，第三旋转角度可以是最大旋转角度。

在一些示例中，驱动单元23可以驱动目标识别单元21在第一方向上旋转直至识别到目标10。具体地，当位置探测器261监测到目标10反射的激光束L3，即可以判断目标识别单元21识别并粗略瞄准到目标10。由此，测量主机20能够实现对目标10的识别和粗略瞄准，同时，测量主机20也能够立即切换至瞄准单元26以实现对目标10的精细瞄准，也即能够实现对目标10的跟踪捕捉。

在本实施方式中，当测量主机20识别到目标10后，即可以实现对目标10的瞄准。具体地，目标识别单元21可以实现对目标10的粗略瞄准，瞄准单元26可以实现对目标10的精细瞄准。在一些示例中，测量主机20在识别到目标10后可以切换到瞄准单元26以实现对目标10的跟踪捕捉。

在一些示例中，当目标10距离测量主机20的距离足够大时，则可以认为成像光轴B和测量光轴A在俯仰方向上的视差Z为零，此时驱动单元23驱动目标识别单元21在第一方向上旋转第一角度并在第二方向上旋转第二角度，也即第一目标光斑的质心移动至初始光斑的质心后可以认为测量主机20识别到目标10。

在一些示例中，为了让识别结果更精细，即使当目标10距离测量主机20的距离足够大时，也可以使目识别单元21在第一方向上二次旋转以提高识别和瞄准精度。

本实施方式所涉及的测量主机20的一个实施例中，目标识别单元21能够实现对目标10的识别以及粗略瞄准，由于目标识别单元21具有较大的视场范围，其能够很快地获得目标10的位置并快速地粗略瞄准目标10。并且在本实施方式的测量主机20中，只需预先标定一个初始光斑的数据，即可实现对目标10的识别，操作步骤简单且能够减少误差的引入进而提高识别精度。

图7是示出了本公开示例所涉及的测量主机20的另一个实施例的示意图。

在一些示例中，本实施方式所涉及的目标识别单元21还可以包括第二成像元件(图中未标明)和第二照明光源215。在一些示例中，第二成像元件可以是和第一成像元件211区分的单独的成像元件。在另一些示例中，第二成像元件和第一成像元件211可以是同一个成像元件。由此，能够简化目标识别单元21的结构。

在一些示例中，目标识别单元21可以包括多个第二照明光源215，例如可以包括两个第二照明光源215。在另一些示例中，目标识别单元21可以包括3个、4个、5个等多个第二照明光源215。多个第二照明光源215可以呈轴对称分布。

参见图7，在一些示例中，目标识别单元21可以包括第一照明光源212e和第一照明光源212f、第二照明光源215a、以及第二照明光源215b共计两个第一照明光源212和两个第二照明光源215。并且其中两个第一照明光源212之间的距离可以不大于两个第二照明光源215之间的距离。

在本实施方式中，第二成像元件可以用于接收由多个第二照明光源215发射并被目标10反射的第二光束L2以形成多个第二目标光斑。具体地，在一些示例中，多个第二照明光源215的距离可以大于预设值。在这种情况下，由于多个第二照明光源215彼此之间具有一定距离，所以被目标10反射的多个第二光束L2在第二成像元件上能够形成彼此之间具有一定距离的多个第二目标光斑。

在一些示例中，目标识别单元21还可以包括第二透镜组件。第二透镜组件与第一透镜组件213可以是同一个透镜组件。在另一些示例中，第二透镜组件与第一透镜组件213可以是不同的透镜组件。在这种情况下，被目标10反射的多个第二光束L2能够透过第二透镜组件以在第二成像元件上形成清晰的多个第二目标光斑。

如上所述，目标识别单元21可以包括第二透镜组件(图中未标明)，则第二成像元件可以用于接收由多个第二照明光源215发射并被目标10反射且透过第二透镜组件的第二光束L2以形成多个第二目标光斑。在这种情况下，在第二成像元件上形成的光斑能够是清晰的。

以下，以第一成像元件211和第二成像元件为同一个成像元件，第一透镜组件213和第二透镜组件为同一个透镜组件为例对图7的实施例具体说明。

在一些示例中，多个第二照明光源215的光源中心与第二透镜组件的光轴之间的距离同时需要满足上述预设条件。也即满足上述式2。

图8是示出了本公开示例所涉及的目标识别单元21获取目标距离L＇时的光路示意图。图9是示出了本公开示例所涉及的目标识别单元21获取目标距离L＇时的等效光路示意图。

在一些示例中，处理单元22还可以配置为获得目标10的粗略距离。处理单元22可以基于多个第二照明光源215获得目标10的粗略距离。具体地，在一些示例中，处理单元22可以基于多个第二目标光斑之间的距离和多个第二照明光源215之间的距离获得目标10到测量主机20的距离。目标10到测量主机20的距离可以作为目标距离L＇。在另一些示例中，处理单元22可以基于多个第二目标光斑之间的距离、第二透镜组件的焦距、以及多个第二照明光源215之间的距离获得目标10到测量主机20的距离。目标10到测量主机20的距离可以作为目标距离L＇。

如上所述，在图7的实施例中，目标识别单元21可以包括两个第二照明光源215，即第二照明光源215a和第二照明光源215b，也即经目标10反射的第二光束L2可以在第二成像元件上形成两个目标光斑。处理单元22可以基于两个目标光斑的像素值计算出两个目标光斑之间的距离。在一些示例中，两个目标光斑之间的距离可以指的是两个目标光斑的质心之间的距离。

参见图8和图9，在一些示例中，可以令第二透镜组件的焦距为f，第二照明光源215a的中心和第二照明光源215b的中心之间的间距为D，目标10距离测量主机20的距离(即目标距离)为L＇，两个第二照明光源215发出的第二光束L2经目标10反射后在第二成像元件上形成的两个第二目标光斑之间的距离为s。

在一些示例中，第二照明光源215相对于目标10形成的像可以为第二虚拟光源215＇。参见图8，第二照明光源215a相对于目标10形成的像可以为第二虚拟光源215a＇，第二照明光源215b相对于目标10形成的像可以为第二虚拟光源215b＇。

在一些示例中，由多个第二照明光源215光源发射的第二光束L2经由目标10反射后在第二成像元件上形成多个第二目标光斑可以等效为由多个第二虚拟光源215＇发出的第二光束L2并在第二成像元件上形成多个第二目标光斑。参见图8，在一些示例中，相平面G(也即多个第二目标光斑所处的平面)相对于第二透镜组件的镜像可以为虚像平面G＇。

如图8所示，第二照明光源215a和第二照明光源215b发射的第二光束L2可以等效为由第二虚拟光源215a＇和第二虚拟光源215b＇发出。

在一些示例中，当由第二照明光源215光源发射的第二光束L2可以等效为由第二虚拟光源215＇发出的第二光束L2时。可以得到目标识别单元21获取目标距离L＇时的等效光路示意图(参见图9)。根据几何计算方法可以得到目标距离L＇为：

其中，D可以为两个第二照明光源215的光源中心之间的间距，f可以为第二透镜组件的焦距，s可以为两个第二目标光斑之间的距离。

在一些示例中，在获取到目标距离L＇后，处理单元22还可以基于目标距离L＇获得与目标距离L＇相匹配的真实瞄准零点位置。换言之，处理单元22可以基于目标距离L＇获得在目标距离L＇下的真实瞄准零点位置。

在一些示例中，真实瞄准零点位置可以是在相同距离下，目标10位于测量光轴A时，第二光束L2经目标10反射后在第二成像元件上形成的光斑。

在一些示例中，处理单元22还可以包括查找表，查找表可以存储有通过标定实验而建立的目标距离L＇与真实瞄准零点之间的映射关系。换言之，处理单元22可以存储有通过标定实验而建立的目标距离L＇与真实瞄准零点之间的映射关系的查找表。在这种情况下，当获得目标距离L＇后，处理单元22就能基于查找表获取对应的真实瞄准零点位置。换句话说，也即处理单元22可以基于目标距离L＇和查找表获得真实瞄准零点位置。在一些示例中，标定实验可以是在实验室进行标定的。在另一些示例中，标定实验可以是在室外进行标定的。

在一些示例中，查找表可以是存储在记录单元中。记录单元与处理单元22信号连接以获取查找表的数据。

在获取到真实瞄准零点位置后，处理单元22还可以基于真实瞄准零点位置和多个第二目标光斑获得目标识别单元21需要旋转的角度。具体地，在一些示例中，处理单元22可以对获得的多个第二目标光斑的质心的坐标进行处理以得到多个第二光斑目标的几何中心，例如可以对多个第二目标光斑的质心的坐标进行平均处理。

在一些示例中，处理单元22可以基于两个第二目标光斑的几何中心的坐标和真实瞄准零点位置的坐标获得目标识别单元21需要的旋转角度，例如在第一方向上的第四旋转角度和在第二方向上的第五旋转角度。具体内容可以参照本公开所涉及的上一个实施例中旋转角度的具体描述，在此不再赘述。

在本实施方式中，驱动单元23可以与处理单元22信号连接。驱动单元23可以基于处理单元22计算的第四旋转角度和第五旋转角度驱动目标识别单元21旋转以识别到目标10。换句话说，驱动单元23可以配置为基于目标距离L＇和真实瞄准零点驱动目标识别单元21旋转以使多个第二目标光斑的几何中心移动至真实瞄准零点位置。当第二目标光斑的几何中心移动至真实瞄准零点位置时，测量主机20就能够识别到目标10。

在一些示例中，当第二目标光斑的几何中心移动至真实瞄准零点位置时，位置探测器261能够接收到经目标10反射的激光束L3。由此，可以认为测量主机20识别到目标10。

在本实施方式中，当测量主机20识别到目标10后，即可以实现对目标10的瞄准。具体地，目标识别单元21可以实现对目标10的粗略瞄准，瞄准单元26可以实现对目标10的精细瞄准。在一些示例中，测量主机20在识别到目标10后可以切换到瞄准单元26以实现对目标10的跟踪捕捉。

在这种情况下，目标识别单元21能够基于目标距离L＇获得真实瞄准零点位置，进而基于多个第二目标光斑的几何中心和真实瞄准零点位置获得为了识别到目标10，目标识别单元21需要旋转的角度。由此，目标识别单元21能够基于不同的方案识别到目标10，实现了测量时的便利性。

在一些示例中，测量主机20能够根据实际情况进行多种方案的目标识别。在这种情况下，测量主机20能够同时适配多种尺寸的目标识别。

如上所述，在图7所示的实施例中，两个第一照明光源212之间的距离可以不大于两个第二照明光源215之间的距离。当目标10的尺寸较大时，例如目标10为1.5英寸、或0.875英寸等，可以基于两个第二照明光源215发射的第二光束L2，接着目标10反射第二光束L2以使第二光束L2在第二成像元件上形成两个具有一定距离的第二目标光斑以计算目标距离L＇。同时还可以基于两个第二目标光斑以获得两个第二目标光斑的几何中心用于参与旋转角度的计算。在一些示例中，也可以同时基于两个第一目标光斑和两个第二目标光斑获得四个目标光斑的总体几何中心用于参与旋转角度的计算。在这种情况下，能够减小旋转角度的计算误差进而提高测量主机20对目标10的识别和/或瞄准精度。

在一些示例中，也可以基于两个第一照明光源212获得第一目标光斑，进而处理单元22基于第一目标光斑和初始光斑计算得到目标识别单元21需要旋转的角度以识别目标10。

当目标10的尺寸较小时，例如目标10为0.5英寸时，可能不能得到完整的第二目标光斑。但是由于目标10的尺寸较小，此时两个第一目标光斑可以在第一成像元件211上区分开来，可以利用两个第一照明光源212形成的两个第一目标光斑以获得目标距离L＇。接着基于两个第一目标光斑的质心以获得两个第一目标光斑的几何中心用于参与旋转角度的计算。

在一些示例中，两个第一照明光源212可以尽量靠近第一透镜组件213的光轴。在这种情况下，无论是大尺寸的目标10还是小尺寸的目标10，经目标10反射后的第一光束L1在第一成像元件211上形成的两个第一目标光斑可以尽可能地聚集重合为一个第一目标光斑。处理单元22可以基于两个第一照明光源212形成的第一目标光斑和初始光斑获得目标识别单元21需要旋转的角度。接着将第一目标光斑的质心移动至初始光斑的质心后，在第一方向上使目标识别单元21二次旋转即可识别到目标10。

在一些示例中，多个第一照明光源212和多个第二照明光源215的位置可以互相调换。例如，第一照明光源212e与第一照明光源212f的位置可以与第二照明光源212a和多个第二照明光源215b的位置互相调换。换言之，也即多个第一照明光源212可以位于第二方向上，多个第二照明光源215可以位于第一方向上。

在一些示例中，目标识别单元21也可以不包括第二成像元件和第二照明光源215。在一些示例中，目标识别单元21也可以不包括第二透镜组件。在这种情况下，目标识别单元21可以仅仅基于多个第一照明光源212以实现对目标10的识别和/或瞄准(具体内容参见图4所涉及的实施例)。

本公开还涉及一种自动识别目标的识别方法，以下可以简称为识别方法或方法。在一些示例中，自动识别目标的识别方法还可以称为具有自动识别目标功能的方法。在本公开所涉及的识别方法中，可以实现对目标10的快速识别。在一些示例中，识别方法还可以实现对目标10的快速识别和精准瞄准。

在一些示例中，识别方法是应用于坐标测量装置1的自动识别目标的方法，也即应用于如上文所述的坐标测量装置1。需要说明的是，本公开所涉及的识别方法可以应用于任意需要进行识别或/和瞄准功能的装置，并不应当理解为仅仅应用于本公开所涉及的坐标测量装置1。

图10是示出了本公开示例所涉及的识别方法的流程图。

以下，以坐标测量装置1为例，具体说明如何进行目标10的自动识别。

如上所述，坐标测量装置1可以包括目标10和测量主机20。在一些示例中，测量主机20可以发射激光束L3至目标10。在另一些示例中，测量主机20可以接收由目标10反射的激光束L3。在一些示例中，测量主机20可以发射激光束L3并接收由目标10反射的激光束L3以瞄准目标10。

在一些示例中，测量主机20可以包括激光发射单元24。用于发射激光束L3的单元可以是激光发射单元24。

在一些示例中，测量主机20可以包括目标识别单元21。当测量主机20丢失对目标10的瞄准时，目标识别单元21可以先粗略获取目标10的空间位置，接着识别并粗略瞄准目标10。

在一些示例中，测量主机20可以包括瞄准单元26。瞄准单元26可以用于实现对目标10的精细瞄准，也即实现对目标10的跟踪捕捉。

在一些示例中，测量主机20可以同时包括目标识别单元21和瞄准单元26。

在本实施方式中，目标识别单元21可以包括第一成像元件211和第一照明光源212。瞄准单元26可以包括位置探测器261。

参见图10，本公开的所涉及的识别方法可以包括获得第一目标光斑(步骤S100)、基于第一目标光斑和初始光斑获得第一旋转角度和第二旋转角度(步骤S200)、驱动目标识别单元21旋转以使第一目标光斑的质心移动至初始光斑的质心(步骤S300)、并且驱动目标识别单元21旋转以使位置探测器261监测到激光束L3(步骤S400)。

在一些示例中，在步骤S100中，可以获得第一目标光斑。

具体而言，第一照明光源212可以发射第一光束L1至目标10，接着目标10将第一光束L1反射至第一成像元件211以形成第一目标光斑。

在一些示例中，目标识别单元21还可以包括第一透镜组件213，则第一光束L1可以经由目标10反射并透过第一透镜组件213最终在第一成像元件211上形成第一目标光斑。在这种情况下，由于第一透镜组件213具有聚焦的效果，第一光束L1能够在第一成像元件211上形成清晰的光斑。

在一些示例中，在步骤S200中，可以基于第一目标光斑和初始光斑获得第一旋转角度和第二旋转角度。

如上所述，测量主机20可以包括处理单元22。第一光束L1经目标10反射至第一成像单元形成第一目标光斑后，处理单元22可以获取并存储第一目标光斑的数据。在一些示例中，测量主机20也可以包括记录单元，记录单元获取第一目标光斑的数据并与处理单元22信号连接以将数据传输至处理单元22。

在一些示例中，处理单元22还可以存储有初始光斑的数据。如上所述，初始光斑可以是当目标10位于预设位置时，第一光束L1经由目标10反射并在第一成像单元上形成的光斑。换言之，初始光斑可以为目标10位于预设位置时成像元件获取到的光斑。关于初始光斑的内容，上文已有具体描述，在此不再赘述。在一些示例中，初始光斑的数据也可以是存储在记录单元中。记录单元与处理单元22信号连接以将初始光斑的数据传输至处理单元22。

在本实施方式中，处理单元22可以基于第一目标光斑和初始光斑获得第一旋转角度和第二旋转角度。具体地，处理单元22可以基于第一目标光斑和初始光斑的像素差值获得第一旋转角度和第二旋转角度。在这种情况下，通过获得第一目标光斑的像素数据，并将第一目标光斑的像素数据与初始光斑的像素数据进行相应计算，能够计算出目标识别单元21需要旋转的角度。

在一些示例中，在步骤S300中，可以驱动目标识别单元21旋转以使第一目标光斑的质心移动至初始光斑的质心。

如上所述，测量主机20可以包括驱动单元23。驱动单元23可以与处理单元22信号连接，驱动单元23可以基于处理单元22传输的数据驱动目标识别单元21运动以识别和/或瞄准目标10。在一些示例中，驱动单元23可以驱动目标识别单元21在第一方向上旋转第一旋转角度。在一些示例中，驱动单元23可以驱动目标识别单元21在第二方向上旋转第二旋转角度。在一些示例中，驱动单元23可以驱动目标识别单元21在第一方向旋转第一旋转角度并在第二方向旋转第二旋转角度。经过上述旋转，第一目标光斑的质心可以移动至初始光斑的质心。

在一些示例中，第一方向可以是与第二方向不同的方向。第一方向与第二方向可以具有夹角，例如第一方向与第二方向的夹角可以是锐角。

在另外一些示例中，第一方向与第二方向的夹角可以是直角。换言之，第一方向可以垂直于第二方向。在一些示例中，第一方向可以是俯仰方向，第二方向可以是水平方向。可以理解的是，俯仰方向和水平方向是坐标测量装置1的领域的专用术语，本领域技术人员不会因此用词对此造成误解。

在一些示例中，在步骤S400中，可以驱动目标识别单元21旋转以使位置探测器261监测到激光束L3。

在一些示例中，当位置探测器261可以监测到经目标10反射的激光束L3时，则可以认为测量主机20识别到目标10。换言之，基于位置探测器261监测到的激光束L3，测量主机20能够识别目标10。并且，在测量主机20识别到目标10后，可立即切换至瞄准单元26并基于瞄准单元26实现对目标10的精细瞄准。

在本实施方式中，驱动单元23驱动目标识别单元21旋转以使第一目标光斑的质心移动至初始光斑的质心后，由于在第一方向上存在视差Z的原因，此时可能还未识别到目标10，此时可以再次驱动目标识别单元21在第一方向上旋转。换句话说，为了能够识别到目标10，还需要使目标识别单元21在第一方向上二次旋转。

在一些示例中，若第一方向上的视差Z为0，则可以不在第一方向上二次旋转。换言之，若第一方向上的视差Z为0，当第一目标光斑的质心移动至初始光斑的质心后即可实现对目标10的识别。

在一些示例中，可以驱动目标识别单元21在第一方向上旋转以使位置探测器261监测到激光束L3。具体地，可以驱动目标识别单元21在第一方向上旋转第三旋转角度以使位置探测器261监测到激光束L3。在这种情况下，目标识别单元21在第一方向上二次旋转的过程中，当位置探测器261监测到经目标10反射的激光束L3后，则可以认为测量主机20识别到目标10。换句话说，在目标识别单元21在第一方向上二次旋转的过程中，当监测到位置探测器261的辐射强度发生变化即可认为测量主机20已识别到目标10，由此能够使测量主机20识别到目标10。

在一些示例中，第三旋转角度可以与初始光斑在第一成像元件211上的位置相关。例如，当初始光斑位于测量主机20的最短使用距离的位置时，第三旋转角度是最大的。

在本实施方式中，当测量主机20识别到目标10后，即可以实现对目标10的瞄准。具体地，目标识别单元21可以实现对目标10的粗略瞄准，瞄准单元26可以实现对目标10的精细瞄准。在一些示例中，测量主机20在识别到目标10后可以切换到瞄准单元26以实现对目标10的跟踪捕捉。

本实施方式所涉及的识别方法中，首先通过目标识别单元21实现对目标10的识别以及粗略瞄准，由于目标识别单元21具有较大的视场范围，其能够很快地获得目标10的位置并快速地粗略瞄准目标10。并且在本实施方式的识别方法中，只需预先标定一个初始光斑的数据，即可实现对目标10的识别，与现有技术相比本识别方法操作步骤简单且能够减少误差的引入进而提高识别精度。

在一些示例中，初始光斑的数据也可以是在识别现场标定的，由此能够更加灵活地选择预设位置。

根据本公开，能够获得一种具有自动目标10识别功能的坐标测量装置1。首先通过获得第一目标光斑并基于第一目标光斑和初始光斑获得测量主机20的目标识别单元21为了识别到目标10需要旋转的第一旋转角度和第二旋转角度。接着基于第一旋转角度和第二旋转角度控制目标识别单元21旋转以使第一目标光斑的质心移动至初始光斑的质心，并控制目标识别单元21在第一方向上二次旋转以使测量主机20识别到目标10。在本公开中，识别到目标10之后，还能够实现对目标10的瞄准以获得目标10的空间姿态以及空间坐标。同时，根据本公开，还能够获得一种自动识别目标10的方法，当测量主机20丢失对目标10的瞄准时，根据本公开能够实现对目标10的自动识别和跟踪捕获。

虽然以上结合附图和示例对本公开进行了具体说明，但是可以理解，上述说明不以任何形式限制本公开。本领域技术人员在不偏离本公开的实质精神和范围的情况下可以根据需要对本公开进行变形和变化，这些变形和变化均落入本公开的范围内。

Claims (10)

1.一种具有自动识别目标功能的坐标测量装置，其特征在于，包括：所述目标和用于识别并瞄准所述目标的测量主机，所述测量主机包括目标识别单元、瞄准单元、激光发射单元、处理单元、以及驱动单元，所述目标识别单元包括第一成像元件和第一照明光源，所述第一成像元件用于接收由所述第一照明光源发射并被所述目标反射的第一光束以形成第一目标光斑；所述瞄准单元包括位置探测器，所述位置探测器用于接收由所述激光发射单元发射并被所述目标反射的激光束以使所述测量主机瞄准所述目标；所述处理单元配置为基于所述第一目标光斑和初始光斑获得第一旋转角度和第二旋转角度，所述初始光斑为所述目标位于预设位置时第一光束在所述第一成像元件形成的光斑；所述驱动单元配置为驱动所述目标识别单元在第一方向旋转所述第一旋转角度并在第二方向旋转所述第二旋转角度以使所述第一目标光斑的质心移动至所述初始光斑的质心，并在所述第一目标光斑的质心移动至所述初始光斑的质心后驱动所述目标识别单元在所述第一方向上旋转以使所述位置探测器监测到所述目标反射的激光束。

2.根据权利要求1所述的坐标测量装置，其特征在于，

所述目标识别单元还包括第一透镜组件，被所述目标反射的第一光束透过所述第一透镜组件并在所述第一成像元件形成所述第一目标光斑。

3.根据权利要求2所述的坐标测量装置，其特征在于，

所述目标识别单元包括多个第一照明光源，所述多个第一照明光源围绕所述第一透镜组件对称布置。

4.根据权利要求2或3所述的坐标测量装置，其特征在于，

所述目标具有通光孔和空心角锥棱镜，所述第一照明光源发射的第一光束通过所述通光孔到达所述空心角锥棱镜并反射。

5.根据权利要求4所述的坐标测量装置，其特征在于，

所述第一照明光源与所述第一透镜组件的光轴之间的距离不大于所述通光孔的直径与所述第一透镜组件的半径之和。

6.根据权利要求1或2所述的坐标测量装置，其特征在于，

所述目标识别单元还包括第二成像元件、第二透镜组件、多个第二照明光源，

所述第二成像元件用于接收由所述多个第二照明光源发射并被所述目标反射且透过所述第二透镜组件的第二光束以形成多个第二目标光斑，

所述处理单元配置为基于所述多个第二目标光斑之间的距离、所述第二透镜组件的焦距、以及所述多个第二照明光源之间的距离获得所述目标到所述测量主机的距离，并将所述目标到所述测量主机的距离作为目标距离，并基于所述目标距离获得在所述目标距离下的真实瞄准零点位置，

所述驱动单元配置为基于所述目标距离和所述真实瞄准零点驱动所述目标识别单元旋转以使多个第二目标光斑的几何中心移动至所述真实瞄准零点位置。

7.根据权利要求6所述的坐标测量装置，其特征在于，

所述处理单元还包括查找表，所述查找表存储有通过标定实验而建立的所述目标距离与所述真实瞄准零点之间的映射关系，

所述处理单元基于所述目标距离和所述查找表获得所述真实瞄准零点。

8.一种自动识别目标的识别方法，是应用于坐标测量装置的自动识别目标的方法，所述坐标测量装置包括目标和测量主机，所述测量主机发射激光束并接收由所述目标反射的激光束以瞄准所述目标，所述测量主机包括具有第一成像元件和第一照明光源的目标识别单元、以及具有位置探测器的瞄准单元，其特征在于，所述方法包括：所述第一照明光源发射第一光束，所述第一光束经由所述目标反射至所述第一成像元件以形成第一目标光斑，基于所述第一目标光斑和初始光斑获得第一旋转角度和第二旋转角度，所述初始光斑为所述目标位于预设位置时所述成像元件获取到的光斑，驱动所述目标识别单元在第一方向旋转所述第一旋转角度并在第二方向旋转所述第二旋转角度以使所述第一目标光斑的质心移动至所述初始光斑的质心，驱动所述目标识别单元在所述第一方向上旋转以使所述位置探测器监测到所述目标反射的激光束，所述测量主机基于所述位置探测器监测到的所述目标反射的激光束以实现对所述目标的瞄准。

9.根据权利要求8所述的识别方法，其特征在于，

基于所述第一目标光斑和初始光斑的像素差值获得所述第一旋转角度和所述第二旋转角度。

10.根据权利要求8所述的识别方法，其特征在于，

驱动所述目标识别单元在所述第一方向上旋转第三旋转角度以使所述位置探测器监测到所述激光束，所述第三旋转角度与所述初始光斑在所述第一成像元件上的位置相关。

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