具有集成式線激光掃描儀的便攜式坐標測量機的制作方法

專利名稱：具有集成式線激光掃描儀的便攜式坐標測量機的制作方法
技術領域：
本發明一般涉及坐標測量機(CMM)，尤其涉及一種具有鉸接臂 的^更攜式坐標測量機，該4^接臂具有集成式線激光掃描儀。
背景技術：
現在，便攜式鉸接臂設置為具有主機和應用軟件的測量系統。該鉸接 臂通常用于測量物體上的點，并且所測量的這些點與存儲在主機上的計算 機輔助設計(CAD)數據進行比較，以確定該物體是否在計算機輔助設計 規格之內。換句話說，該計算機輔助設計數據為參照數據，鉸接臂進行的 實際測量與該參照數據進行比較。主機也可以包含通過檢查過程對操作人 員進行引導的應用軟件。對于包括復雜應用程序的多種情況，由于用戶將 觀察主機上的三維計算機輔助設計數據，同時響應應用軟件中的復雜命令， 所以該設置是合適的。
在美國專利No. 5,402，582(，582)中公開了用于在上述測量系統中使用 的現有技術的便攜式坐標測量機的例子，該專利以轉讓給本受讓人，并且 在此通過引用合并進來。該，582專利公開了一種常規三維測量系統，它包 括手動操作的多接頭連接的鉸接臂，該鉸接臂在其一端上具有支撐基部， 并在另一端上具有測量探針。在此再次通過引用合并進來的共同被轉讓的 美國專利5,611,147 (，147)公開了一種具有鉸接臂的類似的坐標測量機。 在該專利中，鉸接臂包括許多重要特征，其中包括探針端處的附加轉軸， 從而使臂具有2-1-3或2-2-3接頭構造(后一種情況為7軸臂)以及用于臂 中軸承的改進預載軸^造。
在此通過引用合并進來的共同被轉讓的美國專利5,978,748 (，748)公 開了 一種具有機載控制器的鉸接臂，該機載控制器存儲一個或多個可執行 程序并給用戶提供指令(例如，檢查程序)，并存儲用作參照數據的計算機 輔助設計數據。在該，748專利中，控制器安裝到臂上，并運行通過諸如檢
查程序的過程來指導用戶的所述可執行程序。在這種系統中，主機可以用 于生成所述可執行程序。
現有技術裝置具有局限，因為它們一次僅能夠測量空間中的一個點。
用線激光掃描儀和電荷耦合裝置(CCD )來代替單點探針的產品已經可用， 該線激光掃描儀和電荷耦合裝置能夠同時測量位于由掃描激光儀限定的平 面上的物體表面上的多個點的軌跡。這種現有技術產品的例子是由密歇根 普利茅斯的Perc印tron制造的ScanWorksTM。然而，這種現有技術裝置在 便攜式坐標測量機的現有鉸接臂上做的改造，并需要從掃描儀到主機的外 部高帶寬數據連接以及到電源的外部連接，該主機用于翻譯電荷耦合裝置 產生的圖像數據。于是，電線延伸到鉸接臂的外殼外。而且，當用改造的 線激光掃描儀代替單點探針時，喪失了或者至少減少了高精度單點探針的 功能。

發明內容
根據本發明，便攜式坐標測量機可以包括具有接頭連接的臂部分的 鉸接臂，該鉸接臂在其一端處具有測量探針，該測量探針具有以可轉 動的方式或其它方式安裝于其上的新穎的集成式線激光掃描儀。該激 光掃描儀可以是熱穩激光掃描儀。另外，在優選實施例中，該測量探
針具有整體安裝的觸摸41機探針，該探針很容易轉變成常規的硬探針。 該測量探針還包括改進的開關和測量指示器燈。該改進的開關包括允 許操作人員很容易在它們之間進行區別的不同的表面紋理和/或高 度，而指示器燈優選經過顏色編碼，以易于^Mt。
從下面的詳細描述和附圖中，本領域技術人員將認識和理解本發明的 上述和其他特征和優點。


現在參照附圖，其中在一些圖中用相似的附圖標記表示相似的
元件
圖1是本發明的包括鉸接臂和所連接的主機的便攜式坐標測量 機的前視透視圖2是圖1的坐標測量機的后視透視圖3是圖1的坐標測量機的右側視圖(去除了主機)；
圖3A是圖1的坐標測量機的右側視圖，其中略微修改的保護筒 管覆蓋兩個長接頭；
圖4是本發明的坐標測量機的部分分解透視圖，描繪了基部和 第一鉸接臂部；
圖5是本發明的坐標測量機的部分分解透視圖，描繪了基部、 第 一臂部和部分分解的第二臂部分；
圖6是本發明的坐標測量機的部分分解透視圖，描繪了基部、 第一臂部分、笫二臂部分和部分分解的第三臂部分；
圖7是分解透視圖，描繪了根據本發明在兩個雙插口接頭之間 組裝的一對編碼器/軸承盒筒；
圖8是圖7的軸承/編碼器盒筒和雙套筒接頭的正視圖9是根據本發明的短軸承/編碼器盒筒的分解透視圖9A是類似于圖9的分解透視圖，但是示出了單讀取頭；
圖9B是類似于圖9的分解透視圖，但是示出了四個讀取頭；
圖9C是圖9B組裝之后的透視圖9D是類似于圖9的分解透視圖，但是示出了三個讀取頭； 圖9E是圖9D組裝之后的透視圖； 圖10是圖9的盒筒的剖視正視圖11是根據本發明的長軸承/編碼器盒筒的分解透視圖； 圖IIA是類似于圖11的分解透視圖，但是示出了單讀取頭； 圖12是圖ll的盒筒的剖視正視圖12A是圖12的盒筒的剖視正視圖，描繪了可與軸一起轉動的 雙讀取頭；
圖13是根據本發明的又一個軸承/編碼器盒筒的分解透視圖； 圖13A是類似于圖13的分解透視圖，但是示出了單讀取頭；
圖14是圖13的盒筒的剖視正視圖15是根據本發明的軸承/編碼器盒筒和平衡配重彈簧的分解 透視圖15A是類似于圖15的分解透視圖，但是示出了單個讀取頭；
圖16是圖15的盒筒和平衡配重的剖視正視圖17是用于根據本發明使用的大直徑軸承/編碼器盒筒的雙讀 取頭組件的頂視平面圖18是沿著圖17的線18-18的剖視正視圖19是圖17的雙讀取頭組件的底視平面圖20是用于根據本發明的小直徑軸承/編碼器盒筒的雙讀取頭 組件的頂視平面圖21是沿著圖20的線21-21的剖視正視圖22是圖20的雙讀取頭組件的底視平面圖23A是描繪了用于使用單讀取頭的本發明坐標測量機的電子 器件構造的框圖，并且圖23B是描繪了用于使用雙讀取頭的本發明 坐標測量機的電子器件構造的框圖24是縱向穿過本發明的坐標測量機的剖視正視圖(其中去除 了基部);
圖24A是圖3A的坐標測量機的剖視正視圖25是圖24的一部分的放大剖視圖，描繪了圖24的基部和第 一長接頭部；
圖25A是根據本發明的替代實施例的長、短接頭之間的相互連 接的透視圖25B是縱向穿過圖25A的一部分的剖視正視圖26是圖24的一部分的放大剖視圖，描繪了第二和第三長接 頭部；
圖26A和26B是圖24A的一些部分的放大剖視圖，描繪了第二 和第三長接頭以及探針；
圖27是穿過根據本發明的測量探針的第一實施例的剖視側視正 視圖27A是根據本發明的測量探針的另 一實施例的側視正視圖27B是沿著圖27A的線27B-27B的剖視正視圖27C是在圖27A-27B中使用的一對"開啟"或"確認"開關 的透視圖28A-28C是按照順序的正視平面圖，描繪了根據本發明的 集成觸摸探針組件和轉換成硬探針組件；
圖29是根據本發明的測量探針的再一實施例的剖視側視正視
圖30是具有第七軸傳感器的測量探針的側視正視圖31是類似于圖30的側視正視圖，但是包括可拆卸手柄；
圖32是圖31的測量探針的端視圖33是圖31的測量探針的剖視正視圖34A是本發明的集成式線掃描儀的第一實施例的側視透視
圖34B是圖34A的集成式線掃描儀的部分切除透視圖35是本發明的便攜式坐標測量機的正視透視圖，包括具有集 成式線激光掃描儀和所連接的主機的鉸接臂；
圖36是圖35的鉸接臂的手持線激光掃描儀單元部分的側部輪 廓，示意性地示出了其操作；
圖37是圖36的手持激光線掃描儀單元的頂視平面圖，示出了
其操作；
圖38是圖36的手持線激光掃描儀的剖視圖39是描繪具有集成式線激光掃描儀的圖35的鉸接臂的操作 的沖匡圖40是線激光掃描儀的再一實施例的透視圖，該線激光掃描儀 安裝在圖31的測量探針上； 圖41和42分別是圖40的線激光掃描儀的后視透視圖和前視透 視圖43、 44和45分別是圖40的線激光掃描儀的側視圖、前視圖 和后視圖46是圖40的線激光掃描儀的類似于圖44的前視正視圖47是沿著圖46的線47-47的剖視正視圖48是部分分解視圖，描繪了線激光掃描儀連接到圖31的探 針上；
圖49是前視透視圖，說明了與圖40的線激光掃描儀一起使用 的運動支座；以及
圖50是圖49的運動支座的后視透視圖51是具有熱穩激光儀的另一實施例的透視圖52是圖51的熱穩激光儀的側視圖53是圖51的線激光掃描儀的剖視側視圖54是圖51的線激光掃描儀沿著圖53的截面A-A的前視圖55是校準板的頂視圖56是繞著校準板移動的線激光掃描儀的側視圖57是從圖56的繞著校準板移動的位置轉動了卯度的線激光 掃描儀的側視圖58是繞著校準板移動的線激光掃描儀的側視圖。
具體實施例方式
首先參照圖1至3，本發明的坐標測量機整體用IO表示。該坐標 測量機10包括多接頭連接的手動操作鉸接臂14,該鉸接臂在一端處 連接到基部12上，并在另一端處連接到測量探針28上。該臂14由基 本兩種類型的接頭構造成，即長接頭(用于旋轉運動)和短接頭(用 于鉸鏈運動)。該長接頭沿著該臂基本軸向或縱向地定位，而短接頭優 選與該臂的縱向軸線成卯度定位。該長接頭和短接頭以公知的2-2-2
構造(當然也可以采用如2-1-2， 2-1-3， 2-2-3等其它接頭構造)成對 地設置。在圖4至6中示出了這些接頭對中的每一對。
圖4描繪了第一接頭對，即長接頭16和短接頭18的分解視圖。 圖4還描繪了基部12的分解視圖，該基部包括便攜式電源電子器件 20、便攜式電池組22、磁底座24以及兩件式基部外殼26A和26B。 所有這些部件都將在下文中更加詳細地討論。
重要地，應當注意到鉸接臂14的各種主要部件的直徑都將從基 部12到探針28逐漸變細。這種逐漸變細可以是連續的，或者如圖 中所示的實施例中的那樣，可以是不連續的或步進式的。另外，鉸 接臂14的每個主要部件都可以螺紋連接，從而取消與現有技術的坐 標測量機相關的大量緊固件。例如，并且將在下文中討論的，磁底 座24可螺紋連接到第一長接頭16上。優選地，這種螺紋連接是錐 螺紋連接，它是自鎖的并提供增大的軸向/彎曲剛度。或者，如圖 25A和25B中所示，并且如下文中所討論的那樣，鉸接臂的主要部 件可以具有互補的逐漸變細的公端和母端，這些公端和母端具有相 關聯的凸緣，這些凸緣用螺栓連在一起。
參照圖5，第二組長接頭和短接頭示出為連接到第一組上。該第 二接頭組包括長接頭30和短接頭32。與磁底座24連接到長接頭16 上相一致，長接頭30可螺紋連接到長接頭16的內表面上的螺紋上。 類似地，參照圖6，第三接頭組包括第三長接頭34和第三短接頭36。 第三長接頭34可螺紋連接到第二短接頭32的內表面上的螺紋上。 如將在下文中更加詳細討論的那樣，探針28可螺紋連接到短接頭 36上。
優選地，每個短接頭18、 32和36都由鑄造和/或機加工的鋁 部件構造成，或者由輕質硬合金或合成物構造成。每個長接頭16、 30和34都優選由鑄造和/或機加工的鋁、輕質硬合金和/或纖維 增強聚合物構造成。為了平順、統一的機械行為，前述三個接頭對 (即，對1包括接頭對16、 18,對2包括接頭對30、 32并且對3 包括接頭對34、 36)的機械軸相對于基部對準。前述從基部12到 探針28逐漸變細的構造是優選的，以促進基部處硬度增大和探針或 手柄處輪廓變小，在基部處載荷較大，而在探針或手柄處，無障礙 的使用是重要的。如將在下文中更加詳細討論的那樣，每個短接頭
都與在其任一端上的保護緩沖器相關聯，并且每個長探針都覆蓋有
保護筒管40或41。將認識到的是，第一長接頭16由基部外殼26A、 B保護，該基部外殼提供與筒管40、 41提供給第二和第三長接頭 30、 34的保護類型相同的保護。
根據本發明的重要特征，鉸接臂的每個接頭都使用模塊化的軸 承/編碼器盒筒，如圖7和8中所示的短盒筒42和長盒筒44。這 些盒筒42、 44安裝在雙插口接頭46、 48的開口中。每個插口接頭 46、 48都包括具有第一凹口或插口 120的第一圓筒形延伸部分47 和具有第二凹口或插口 51的第二圓筒形延伸部分49。盡管也可以 采用其他相對角度構造，但插口 120和51—般彼此成卯度定位。 短盒筒42定位在雙插口接頭46和48的每個插口 51中，以限定鉸 接頭，而長盒筒44定位在接頭46的插口 120中(見圖25)，并且 長盒筒44'(見圖26)定位在接頭48的插口 120中，以分別限定縱 向旋轉接頭。模塊化軸承/編碼器盒筒42、 44允許單獨制造其上安 裝有模塊化編碼器部件的預應力或預加載的雙軸承盒筒。然后，該 軸承編碼器盒筒可固定地連接到鉸接臂14的外骨架部件(即，雙插 口接頭46、 48)上。由于允許鉸接臂14的復雜子部件的高質量和 高速生產，所以這種盒筒的使用在本領域中是非常先進的。
在此處描述的實施例中，具有四種不同的盒筒類型，用于接頭 30和34的兩個長的軸向盒筒，用于接頭16的一個基部軸向盒筒， 用于短接頭18的一個基部盒筒(它包括平衡配重)，以及用于接頭 32和36的兩個鉸鏈盒筒。另外，與鉸接臂14的逐漸變細相一致， 相對于接頭30、 32、 34和36的較小直徑，最靠近基部(例如，位 于長接頭16和短接頭18中)的盒筒具有較大直徑。每個盒筒都包 括預加載軸承裝置和在本實施例中包括數字編碼器的傳感器。現在 將轉到圖9和10描述定位在軸向長接頭16中的盒筒44。
盒筒44包括由內部套筒54和外部套筒56分開的一對軸承50、 52。軸承50、 52被預先加載是非常重要的。在本實施例中，這種預 加載由具有不同長度(內部套筒54比外部套筒56短大約0.0005英 寸)的套筒54、 56提供，從而在緊固之后，在軸承50、 52上產生 預先選擇的預載。使用密封裝置58密封軸承50、 52,同時該組件 可轉動地安裝在軸60上。在其上表面處，軸60終止于軸上殼62
處。在軸60和軸上殼62之間限定環體63。整個該組件定位在外盒 筒殼64內，使用內螺母66和外螺母68的組合將軸及其軸承組件牢 固地連接到外殼64上。需要注意的是，在組裝之后，外殼64的上 部65將容納在環體63內。將認識到的是，在對軸承提供給壓緊力 的內螺母和外螺母66、 68緊固之后，前述預載被提供給軸承50、 52，并且由于內、外間隔物54、 56之間長度的不同，所以將施加預 期的預載。
優選地，軸承50、 52是雙聯球軸承。為了獲得足夠的預載，非 常重要的是支承面盡可能平行。平行性影響軸承的圓周附近預載的 均勻度。不均勻的載荷將使軸承具有粗糙的不均勻運行扭矩感，并 將導致意外的徑向游動和編碼器性能下降。模塊化安裝的編碼器盤 (將在下面討論)的徑向游動將導致讀取頭下方干涉樣式不理想的 移動。這導致明顯的編碼器角度測量誤差。而且，優選為雙聯球軸 承的結構的剛度直接與軸承的分離相關。軸承隔得越遠，該組件將 越硬。間隔物54、 56用于促進軸承的分離。由于盒筒殼64優選為 鋁，所以間隔物54、 56優選也由鋁制成并在長度和平行度方面經過 精加工。結果，溫度的變化將不會導致將使預載打折扣的不均勻膨 脹。如上所述，通過在間隔物54、 56的長度中的已知差異中的設計 來建立該預載。 一旦螺母66、 68完全緊固，則長度中的該差異將導 致支承預載。使用密封裝置58來提供密封的軸承，因為軸承的任何 污染都將影響所有的旋轉運動和編碼器精度，以及接頭感覺。
盡管盒筒44優選包括一對隔開的軸承，但是替代地，盒筒44 也能夠包括單個軸承或者三個或更多個軸承。于是，每個盒筒都最 少需要至少一個軸承。
本發明的接頭盒筒可以具有不受限制的轉動，或者作為替代， 可以具有受限制的轉動。對于受限制的轉動，外殼64的外表面上的 凸緣72上的凹槽70提供容納滑梭74的圓筒形軌道。滑梭74將坐 落在軌道70內，直到抵靠到可拆卸的滑梭止擋件如轉動止擋固定螺 釘76，由此阻止轉動。轉動量能夠根據預期而改變。在優選實施例 中，滑梭轉動將限制為小于720° 。在共同擁有的美國專利5，611，147 中更加詳細地描述了此處這種類型的轉動滑梭止擋件，這里將該美 國專利的全部內容并入作為參考。
如上所述，在替代的實施例中，本發明中所使用的接頭可具有 不受限制的轉動。在后一種情況中，使用已知的滑環組件。優選地，
軸60具有貫通其中的中空或軸向開口 78,該開口在其一端處具有 較大直徑部分80。圓柱形滑環組件82抵靠在限定于軸向開口 78和 80之間的相交位置處的肩部上。相對于模塊化接頭盒筒中闡述的預 載軸承組件，滑環組件82是非結構性的(也就是不提供機械功能， 而僅提供電氣功能和/或信號傳遞功能)。盡管在優選實施例中，滑 環組件82可以由任何商用的滑環構成，但是滑環組件82也包括可 從Reading, Berkshire ，United Kingdom的IDM電子有限7〉司獲得 的H系列滑環。這種滑環尺寸緊湊并由于其圓柱形設計而非常理想 地適于在軸60內的開口 80中4吏用。穿過軸60的軸向開口 80終止 于和通道86連通的孔隙84處，該通道的尺寸加工并構造成容納來 自滑環組件82的配線。這種配線由配線罩88固定到位并保護，該 配線罩咬合在通道86和孔隙84上并容納在其中。這種配線在圖10 中示意性地示出為卯。
如上所述，模塊化盒筒44包括已經在上面描述過的預載軸承結 構和現在將描述的模塊化編碼器結構。仍然參照圖9和10，在本發 明中使用的優選傳感器包括具有讀取頭92和光柵盤94這兩個主要 部件的模塊化光學編碼器。在本實施例中， 一對讀取頭92定位在讀 取頭連接器板96上。連接器板96 (經由緊固件98)連接到安裝板 100上。盤94優選連接到軸60的下支承表面102上(優選使用合 適的粘結劑)，并將與讀取頭92 (由板100支承并保持)間隔開并 對準。線槽口 104和密封帽106對外殼64的下端提供最終的外部覆 蓋。線槽口 104將捕獲并保持配線卯，如圖IO中最佳示出的那樣。 將認識到的是，由于在102處涂抹粘結劑，所以編碼器盤94將由軸 60保持并與其一起轉動。圖9和10描繪了雙讀取頭92。然而，將 認識到的是，也可以使用兩個以上的讀取頭，或者作為替代，也可 以使用如圖9A中所示的單讀取頭。圖9B-9E描繪了具有兩個以上 讀取頭的模塊化盒筒44的示例。圖9B-9C示出了容納在板100中 并以90度(當然也可以使用不同的相對間隔)間隔隔開的四個讀取 頭92。圖9D-9E示出了容納在板100中并以120度(當然也可以 使用不同的相對間隔)間隔隔開的三個讀取頭92。
為了正確對準盤94，在與盤94相鄰的位置處設置穿過外殼64 的孔(未示出)。然后，使用工具(未示出)將盤94推動成正確對 準，然后盤94和軸66之間的粘結劑固化，以將盤94鎖定到位。然 后，設置孔塞73穿過外殼64中的孔。
重要的是應注意到，盤94和讀取頭92的位置可以相反，從而 盤94連接到外殼56上，而讀取頭92與軸60—起轉動。在圖12A 中示出了這種實施例，其中板96'(經由粘結劑)連接到軸60，上， 與其一起轉動。 一對讀取頭92，連接到板96，上，從而與軸60，一起 轉動。盤94，定位在連接到外殼64，的支座100，上。在任何情況下， 將認識到，盤94或讀取頭92都可以安裝成與軸一起轉動。重要的 是將盤94和讀取頭92在盒筒(或接頭)中定位成可相對于彼此轉 動，同時保持光通信。
優選地，本發明中采用的可轉動編碼器類似于美國專利 5,486,923和5,559,600中所7>開的編碼器，這里將這兩個美國專利 的全部內容并入作為參考。這種模塊化編碼器可從MicroE Systems 購得，商標名為Pure Precision Optics。這些編碼器基于物理光學， 該物理光學探測衍射級之間的干涉，以干涉樣式插入的光探測器陣 列(例如，讀取頭)產生幾乎純正弦信號。對該正弦信號電子進行 插值，以允許只是一小部分光學干涉的移位的探測。
在使用激光源的情況下，激光束首先由透鏡校準，然后由孔隙 改變尺寸。已校準尺寸的光束通過光柵，該光柵將光衍射成具有由 光柵構造抑制的0離散級和所有的偶數級。在0級受到抑制情況下， 存在超過發散的3級的區域，其中只有土l級相重疊，以產生幾乎 純正弦干擾。 一個或多個光電探測器陣列(讀取頭)放置在該區域 內，并在光柵和探測器之間存在相對移動時示出幾乎純正弦干擾輸 出的四個通道。電子器件將該輸出放大、正態化并插值到期望的分 辨率等級。
該編碼器設計的筒化產生了相比于現有技術光學編碼器的若干 優點。只用激光源及其校準光學、衍射光柵和探測器陣列就可進行 測量。相對于較笨重的現有技術普通編碼器，這帶來了極為緊湊的 編碼器系統。另外，光柵和干涉移動之間的直接關系使得編碼器由 環境導致的誤差不敏感，而現有裝置對該環境導致的誤差非常敏感。
而且，由于干擾區域較大，并且由于在該區域中任何位置都可獲得 幾乎正弦干擾，所以與現有編碼器相比，對準公差遠遠放寬。
上述光學編碼器的顯著優點在于，讀取頭相對于編碼器盤的豎 立方位和距離或者距離和方位的精度遠沒有那么嚴格。這允許高精 確度的轉動測量和易于組裝的包裝。使用該"幾何公差"編碼器技
術的結果是坐標測量機10成本顯著降低并易于制造。
將認識到的是，盡管上述優選實施例包括光學盤94,但本發明 的優選實施例也包括允許讀取頭測量相對移動的任何光學干涉樣 式。如此處所使用的那樣，這種干涉樣式意味著設置提供移動測量 的光學元件的任何周期排列。這種光學元件或干涉樣式可安裝在如 上所述的轉動或靜止的盤上，或者可設置、固定或者定位或停靠在 盒筒的任何相對移動部件(如軸、軸承或外殼)上。
實際上，讀取頭和相關的周期排列或樣式不必基于光學(如上 所述)。相反，在廣義上，讀取頭能夠讀取(或感測)具有某種可用 來測量運動的其他可測量或特征的某種其他的周期樣式，所述運動 通常為旋轉運動。這些其他的可測量特征可以包括例如反射率、不 透明性、磁場、電容、感應系數或表面粗糙度。(注意，表面粗糙度 樣式可使用呈例如電荷耦合裝置相機的相機形式的讀取頭或傳感器 讀取)。在這些情況下，該讀取頭將測量例如磁場、反射率、電容、 感應系數、表面粗糙度等的周期變化。因此，如此處所用的那樣， 詞語"讀取頭"意味著用于分析這些可測量量或特征的任何傳感器 或轉變器及相關的電子器件，光學讀取頭只是一個優選的例子。當 然，讀取頭讀取的周期性樣式能夠存在于任何表面上，只要讀取頭 和周期性樣式之間存在相對(通常為旋轉)運動即可。周期性樣式 的例子包括以某種樣式設置在轉動或靜止部件上的磁性、感應或電 容介質。而且，如果表面粗糙度是將被讀取的周期性樣式，則由于 與相關讀取頭(可能是相機，如電荷耦合裝置相機)通信的任何部 件的表面粗糙度都可使用，所以不需要設置或提供單獨的周期性介 質。
如上所述，圖9和IO描繪了用于軸向長接頭16的模塊化軸承 和編碼器盒筒的元件。圖11和12描繪了用于軸向長接頭30和34 的軸承和編碼器盒筒。這些盒筒組件基本類似于圖9和10中所示的 組件，因此用44，表示。相對于盒筒44的細微差別在圖11和12中 是明顯的，例如不同構造的線帽/蓋88，，略微不同的線槽口/蓋 104，、 106，以及凸緣72，在外殼64，的上端處的定位。同樣，外殼64， 和軸上殼62之間的凸緣向外展開。當然，圖11和12中所示的各部 件的相對長度可以與圖9和10中所示的略有不同。由于所有這些部 件都基本類似，所以部件用相同的圖標記加上上標表示。圖11A類 似于圖11，但是描繪了單個讀取頭的實施例。
轉到圖13和14，類似地分解視圖和剖視圖示出了短鉸接頭32 和36中的軸承和編碼器盒筒。如圖11和12的長軸向接頭44，中那 樣，用于短鉸接頭32和36的盒筒基本類似于上面詳細討論的盒筒 44，因此這些盒筒的部件用44",使用雙上標表示類似部件。將認 識到的是，由于期望盒筒44，，使用在短接頭32、 36中，所以由于線 將因這些接頭的鉸鏈移動而簡單地通過軸向開口 78"、 80",因此將 不需要滑環。圖13A類似于圖13，但描繪了單讀取頭的實施例。
最后，參照圖15和16，用于短鉸接頭18的模塊化軸承/編碼 器盒筒示出為108。將認識到的是，除了包括配重平衡組件這一重 要不同外，盒筒108的基本所有部件都與盒筒44、 44，和44"相類似 或相同。該配重平衡組件包括配重彈簧110，該配重彈簧容納在外 殼64，，上并對坐標測量機10提供重要的配重平衡作用。圖15A類似 于圖15，但是描繪了單讀取頭的實施例。
如上所述，在優選實施例中，編碼器中可以使用超過一個讀取 頭。將認識到的是，編碼器的角度測量受到由于施加的載荷而導致 盤跑出或徑向移動的影響。已經確定的是，兩個彼此以180度定位 的讀取頭將帶來導致每個讀取頭中的取消效果的跑出。這些取消效 果是最終"免疫"角度測量的平均狀態。于是，兩個讀取頭的使用 和所帶來的錯誤取消將導致較少的錯誤傾向和較準確的編碼器測 量。圖17至19分別描繪了在例如接頭16和18 (即最靠近基部的 這些接頭)中的較大直徑盒筒中有用的雙讀取頭實施例的底視圖、 剖視圖和頂視圖。于是，盒筒端帽100上安裝一對電路板96,每個 電路板96都具有以機械方式連接到其上的讀取頭92。讀取頭92優 選彼此間隔180度定位，以提供盤的跑出或徑向移動所導致的錯誤 取消。每個電路板96都另外包括用于將電路板96連接到內部總線
和/或下文中將討論的其他配線上的連接器93。圖20至22基本描 繪了和圖17至19中相同的部件，其主要區別在于較小直徑的盒筒 端帽100。該較小直徑的雙讀取頭實施例將與例如接頭30、 32、 34 和36的較小直徑盒筒相關。
現在轉到圖23A，示出了用于圖9A、 IIA、 13A和15A的單讀 取頭實施例的電子器件的框圖。將認識到的是，坐標測量機10優選 包括外部總線(優選為USB總線)260和內部總線(優選為RS-485) 261，該內部總線設計成可擴展用于多個編碼器以及外部安裝 的軌道或輔助轉軸，如第七軸。該內部總線優選與RS485相容，并 且該總線優選以與串聯網絡相容的方式構造成可用作串聯網絡，用 于從便攜式坐標測量機臂中的傳感器連通數據，如共同擁有的美國 專利6,219,928中公開的那樣，其所有內容在此并入作為參考。
參照圖23A,將認識到的是，每個盒筒中的每個編碼器都與編 碼器板相關。用于接頭16中的盒筒的編碼器板定位在基部12內， 并在圖25中用112表示。用于接頭18和30的編碼器在位于第二長 接頭30中的雙編碼器機載處理，并在圖26中用114表示。圖26還 描繪了用于在接頭32和34中使用的編碼器的類似的雙編碼器板 116,板116定位在第三長接頭34中，如圖26中所示。最后，如圖 24中所示，端編碼器板118定位在測量探針柄28內，并用于處理 短接頭36中的編碼器。每個板114、 116和118都與熱電偶相關， 以提供由于溫度消失而造成的熱補償。每個板112、 114、 116和118 都包含嵌入的模數轉換器、編碼計數器和串行通信。每個板還都具 有讀取可編程閃存，以允許操作數據的本地存儲。主處理器板112 還可通過外部USB總線260現場編程。如上所述，內部總線(RS -485) 261設計成可擴展用于多個編碼器，該編碼器也包括外部安 裝的軌道和/或第七轉軸。已經提供軸口用于內部總線診斷。由于 外部USB通信協議的性能，所以在這些圖中用IO表示的類型的多 個坐標測量機可以連接到單個應用程序上。而且，出于相同原因， 多個應用程序也可以連接到單個坐標測量機10上。
優選地，每個板112、 114、 116和118都包括16位數字信號處 理器，如可從摩托羅拉公司獲得的名稱為DSP56F807的處理器。該 單個處理部件組合了多種處理特征，包括串行通信、正交解碼、A/D
轉換器和機載存儲器，從而允許減少每個板需要的芯片的總數。
根據本發明的另一重要特征，每個編碼器都與個性化標識芯片
120相關。該芯片將識別每個單獨編碼器，并因此將識別每個單獨 軸承/編碼器模塊盒筒，從而方便并加快質量控制、測試和修復。
圖23B是電子器件框圖，它類似于圖23A,但是描繪了圖IO、 12、 14以及16至22的雙讀取頭實施例。
參照圖24至26，現在將描述鉸接臂14中每個盒筒的組裝(要 注意的是，圖24描繪了沒有基部12的臂10。還要注意的是，圖24 至26實施了圖9A、 IIA、 13A和15A的單讀取頭實施例)。如圖25 中所示，第一長接頭16包括相對較長的盒筒44,盒筒44的上端已 經插入到雙插口接頭46的圓筒形插口 120中。使用合適的粘結劑將 盒筒44緊固地保持在插口 120中。盒筒44的相對的下端插入到延 伸管中，該延伸管在本實施例中可以是鋁筒管122(但是筒管122 也可以由硬合金或合成材料構成)。再次使用合適的粘結劑將盒筒 44緊固在筒管122中。筒管122的下端包括其上具有內螺紋126的 較大外徑部分124。這種螺紋向外逐漸變細，并構造成與磁底座外 殼130上的向內逐漸變細的螺紋128螺紋配合，如圖4中清晰示出。 如已經討論的，坐標測量機10的所有這些接頭都使用這種逐漸變細 的螺紋相互連接。優選地，該逐漸變細的螺紋屬于NPT型，該類型 螺紋是自鎖緊的，因此不需要鎖緊螺母或其他緊固裝置。該螺紋還 允許并應當包括螺紋鎖定劑。
轉到圖26，如笫一長接頭16中那樣，長盒筒44"以粘接方式固 定在雙插口接頭46，的圃柱形開口 120，中。盒筒44，的外殼64，包括 由凸緣72，的下表面限定的肩部132。該肩部132支撐圓筒形延伸管 134,該延伸管設置并環繞在外殼64，的外表面上。在接頭中使用延 伸管來形成用于連接到螺紋部件上的可變長度管。于是，延伸管134 從盒筒64，的底部向外延伸，并在其中插有螺紋筒管136。使用適當 的粘結劑將外殼44，粘結到延伸管134上，以及將筒管136和管134 粘結在一起。筒管136終止于其上具有外螺紋138的逐漸變細部分。 該外螺紋與已經以粘接方式固定在雙插口接頭48的開口 144中的連 接件142上的內螺紋140螺玟配合。優選地，延伸管134由合成材 料構成，如適當的碳纖維合成物，而螺紋筒管136由鋁構成，從而
與雙插口接頭48的熱特性相匹配。將認識到的是，PC板114緊固 到支架146上，而支架146又緊固到雙插口接頭支架142上。
除了前述螺紋連接之外，還可以使用如圖25A-25B中所示的 螺紋緊固件將一個或一些或者所有接頭相互連接起來。與圖26的螺 紋筒管136不同，圖25B的筒管136，具有光滑的逐漸變細的端部 137，該端部容納在互補的逐漸變細的插口支架142，中。凸緣139 從筒管136，沿圃周向外延伸， 一排螺栓孔(在該情況下為6個)穿 過凸緣139，用于容納螺栓141。螺栓141用螺紋容納在沿插口支架 142，的上表面的相應的孔中。延伸管134，容納在插口 136，上，如圖 26中的實施例所示。相對于現有技術，用于接頭的該互補的逐漸變 細的陽性和陰性互連提供了改進的連接接口 。
仍然參照圖26,以類似于長接頭30的盒筒44，的方式將第三長 接頭34的長盒筒44"緊固到臂14上。也就是說，盒筒44"的上部 以粘接方式緊固到雙插口接頭46"的開口 120"中。延伸管148 (優 選由關于管134所描述的合成材料構成)定位在外殼64"上，并從 其向外延伸，從而容納以粘接方式緊固到延伸管148的內徑上的配 合筒管150。配合筒管150終止于具有外螺紋152的逐漸變細部分， 并與雙插口接頭盒筒154上互補的內螺紋153配合，該雙插口接頭 盒筒已經以粘接方式連接到雙插口接頭148，內的圓筒形插口 156 上。類似地，使用緊固于雙插口接頭盒筒154的PCB支架146，將 印刷電路板116連接到雙插口接頭上。
如參照圖7和8所述，圖13和14中的短盒筒44，和圖15中的 108僅僅定位在兩個雙插口接頭46、 48之間，并使用合適的粘結劑 緊固在雙插口接頭內。結果，長盒筒和短盒筒很容易以直角彼此連 接(或者，如果需要，則以直角以外的角度連接)。
如上所述的模塊化軸承/傳感器盒筒構成例如Raab的美國專 利5,794,356和Eaton的美國專利5,829,148中所示的^f更攜式坐標測 量機的重要技術進步。這是由于該盒筒(或者盒筒的外殼)實際限 定了組成鉸接臂的每個接頭的結構元件。如此處所使用的，"結構元
件"意味著盒筒(例如，盒筒外殼)的表面剛性連接到鉸接臂的另 一結構部件上，以傳遞轉動而不使臂變形(或者最多只有微小變形)。
這與(如Raab的'356和Eaton的'148專利中所公開的)相反，在常規的便攜式坐標測量機中，需要單獨且不同的接頭元件和傳遞 元件，并且轉動編碼器是接頭元件(但不是轉換元件)的一部分。 實際上，通過將接頭和傳遞元件的功能組合到單個的模塊部件(即， 盒筒)中，本發明已經消除了對單獨的傳遞元件(例如傳遞構件) 的需要。因此，與由單獨且不同的接頭和傳遞構件組成的鉸接臂不 同，本發明使用由較長接頭元件和較短接頭元件(即，盒筒)的組 合組成的鉸接臂，這些接頭元件全部都是臂的結構元件。相對于現
有技術，這帶來了更好的功效。例如，在，148和，582專利中的接頭 /傳遞構件組合中使用的軸承數量為四個(兩個軸承在接頭中，兩 個軸承在傳遞構件中)，而本發明的模塊化軸承/傳感器盒筒可以使 用最少一個軸承(當然兩個軸承是優選的)，并且仍然實現同樣的功 能(當然以不同和改進的方式)。
圖24A和26A-B是剖視圖，類似于圖24至26，但是示出了 圖10、 12、 14以及16至22的雙讀取頭實施例，并且是圖3A中所 示的坐標測量機IO，的進一步剖視圖。
鉸接臂14和/或各種臂部分的總長可以根據其期望的應用而改 變。在一個實施例中，鉸接臂可以具有大約24英寸的總長，并提供 大約0.0002英寸到0.0005英寸的測量。該臂尺寸和測量精度提供一 種很好地適用于現在使用一般的手工工具如千分尺、高度計、測徑 器等所實現的測量的便攜式坐標測量機。當然，鉸接臂14能夠具有 更小或更大的尺寸和精度等級。例如，較大的臂可以具有8英尺或 12英尺的總長，以及0.001英寸的相關測量精度，從而允許用于大 多數的實時監測應用或者用于逆向工程。
坐標測量機10還可以與安裝到其上的控制器共同使用，并用于 運算如前述專利5,978,748和申請序列號No. 09/775,226中公開的 相對較簡單的可執行程序；或者可以與主機172上的更復雜的程序 共同使用。
參照圖l至6以及圖24至26，在優選實施例中，長接頭和短接 頭中每個都受到彈性緩沖器保護或覆蓋，該緩沖器起到限制高沖擊 震動并提供人體工程學上滿意的抓持位置(以及審美滿意的外觀)。 長接頭16、 30和34都受到可更換的剛性塑料(例如，ABS)蓋的 保護，該蓋起到沖擊和磨損保護器的作用。對于第一長接頭16,該
可更換剛性塑料蓋是兩件式基部外殼26A和26B的形式，也示出在 圖4中。長接頭30和34每個都受到一對蓋件40和41保護，如圖 5和6中所示，這對蓋件可以使用合適的螺釘以貝殼方式緊固在一 起，從而形成保護筒管。將認識到的是，在優選實施例中，用于每 個長接頭30和34的該可更換剛性塑料蓋將分別環繞優選為合成材 料(碳纖維)的延伸管134和148。
優選地，其中一個蓋，在此情況下為蓋部41,包括整體模制在 其中的傾斜支柱166，該傾斜支柱限制臂在彎曲處的轉動，從而限 制探針28與靜止位置處的基部12碰撞。這在圖3、 24和26中最佳 示出。將認識到的是，支柱166將因此而限制不必要的沖擊和磨損。
如將參照圖29和31討論的那樣，探針28還可以包括由剛性塑 料材料制成的可更換塑料保護蓋。
圖3A、 24A和26A-26B描繪了替代的保護筒管40，、 41，，這 些筒管也具有貝殼結構，但是用條帶或彈簧夾167而不是螺紋緊固 件保持到位。
每個短接頭18、 32和36都包括如前所述并如圖1至3和5至6 中清晰示出的一對彈性(例如，諸如Santoprene⑧的熱塑橡膠)緩 沖器38。緩沖器38可以使用螺紋緊固件、適當的粘結劑，或者以 任何其他合適的方式連接。彈性或橡膠緩沖器38將限制高沖擊震 動，并提供美學滿意和人體工程學上滿意的抓持位置。
前述蓋40、 41、 40，、 41，和緩沖器38都很容易更換(如同基部 外殼26A、 26B)，并允許臂14快速并低成本地翻新而不影響坐標 測量機10的機械性能。
仍然參照圖1至3，基部外殼26A、B包括至少兩個圓筒形凸起， 用于如圖3中以168示出的半球的安裝。該半球可以用于夾子型計 算機保持器170的安裝，該計算機保持器又支承便攜式或其他計算 機裝置172(例如，"主機")。優選地，圓筒形凸起設置在基部外殼 26A、 B的任一側上，使得球和夾子計算機底座可以安裝在坐標測 量機IO的任一側上。
現在轉到圖27和28A至C，現在將描述測量探針28的優選實 施例。探針28包括外殼196，該外殼中具有用于容納印刷電路板118
的內部空間198。將認識到的是，外殼196構成上述類型的雙插口 接頭，并包括插口 197,用于支撐電路板118的支撐構件199粘結 在該插口中。優選地，手柄28包括兩個開關，即開啟開關(take switch) 200和確認開關202。操作人員在操作期間使用這些開關開 啟測量(開啟開關200)和確認測量(確認開關202)。根據本發明 的重要特征，這些開關彼此區分開，從而使得使用期間混淆的可能 性最小。這種區分可以采取一種或多種形式，包括例如開關200、 202具有不同高度和/或不同紋理(注意，與開關200的光滑上表 面相對的是，開關202具有缺口 )和/或不同顏色(例如，開關200 可以是綠色，開關202可以是紅色)。同樣，根據本發明的重要特征， 指示燈204與開關200、 202相關聯，用于指示正確的探測。優選地， 指示燈204為兩色燈，從而例如燈204在測量開啟(并按壓綠色開 啟按鈕200)之后為綠色，并且當用于確認測量(并按壓紅色按鈕 202)之后為紅色。使用已知的LED用作燈204的光源來實現多色 燈的使用。為了幫助抓持、提供改進的美學效果和沖擊阻力，上述 類型的外保護蓋用206表示，并設置在探針28的一部分上。開關電 路板208設置用于按鈕200、 202和燈204的安裝，并由支撐構件 199支撐。開關板208與板118電連接，板118容納用于處理開關 和燈指示器以及用于處理短鉸接頭36的部件。
根據本發明的另一重要特征，并參照圖27以及圖28A-28C， 探針28包括永久安裝的觸摸式扳機探針(trigger probe),以及用 于在保護觸摸扳機探針的同時調整固定探針的可拆卸帽。該觸摸探 針機構在圖27中示出為210,并安置在簡化的三點運動基部上。該 常規構造包括與受到接觸彈簧216偏壓的球214接觸的鼻部212。 三個接觸銷(一個銷示出為218)與下面的電路接觸。對探針鼻部 212施加的任何力都導致三個接觸銷218中任一個的提升，從而導 致下面的電路打開，并因此觸發開關。優選地，觸摸扳機探針210 將結合前部"開啟，，開關200操作。
如圖28B中所示，當使用觸摸扳機探針210時，保護螺紋蓋220 螺紋連接到環繞扳機探針210的螺紋222上。然而，當期望使用固 定探針而不是觸摸扳機探針時，將可拆卸帽220去除，并且將如圖 27和28A - 28C中所示的期望的固定探針螺紋連接到螺紋222上。
將認識到的是，盡管固定探針224連接有圓球226，但是任何不同 的和期望的固定探針構造都可很容易經螺紋222螺紋連接到探針28 上。觸摸扳機探針組間210安裝在外殼228中，該外殼通過螺紋容 納在形成探針外殼196的一部分的螺紋連接器230中。該可通過螺 紋實現的相互連接使得觸摸扳機探針210完全整合到探針28中。完 全整合的觸摸探針的設置代表了本發明的重要特征，并能夠與現有 技術的坐標測量機相關的現有技術可分離觸摸探針區別開。另外， 永久安裝的觸摸扳機探針還很容易轉變成如上所述的硬探針。
圖27A-27C公開了根據本發明的測量探針的又一個優選實施 例。在圖27A-27C中，測量探針示出為28，，并基本類似于圖27 中的測量探針28，其主要區別在于"開啟"和"確認"開關的構造。 與圖27中所示的不連續按扭型開關不同，測量探針28，使用兩對拱 形橢圓開關200a-b和202a-b。每對相應的橢圓開關202a - b和 200a - b都分別對應于如上參照圖27所述的開啟開關和確i人開關。 測量探針28，實施例相對于測量探針28實施例的優點在于，每對橢 圓開關202和200都實質上環繞測量探針的整個圓周(或者至少大 部分圓周)，并因此可更加容易由便攜式坐標測量機的操作人員觸 動。如圖27實施例中所示，指示燈204與每個開關都相關，并且燈 204和開關200、 202安裝在相應的電路板208，上。同樣，如圖27 實施例中所示，可通過使用例如不同高度、不同紋理和/或不同顏 色來區分開關200、 202。優選地，開關200、 202略微浮動，從而 按鈕在沿其任何位置處被按下時都可以被觸動。如圖27實施例中所 示，使用上述類型的外保護蓋206，并將其設置在探針28，的一部分 上。
現在參照圖29,用于和坐標測量機10 —起使用的替代測量探針 整體示出為232。測量探針232類似于圖27的測量探針28,其主要 區別在于探針232包括轉動手柄蓋234。轉動蓋234安裝在一對間 隔開的軸承236、 238上，這對軸承又安裝在內芯或支架240上，使 得蓋234可(經由軸承236、 238)繞內芯240自由轉動。軸承236、 238優選是徑向軸承，并由于探針操作而使得臂上的附加力矩 (parasitic torque)最小化。重要的是，開關板208，和相應的開關 200，、 202，及LED 204，都安裝于轉動手柄蓋234，以用于與其一起
轉動。在轉動期間，使用常規滑環機構242提供與處理電路板118， 的電連接，該滑環機構包括已知多數個間隔開的彈簧夾242,這些 彈簧夾接觸靜止的圓形通道244。接著，這些接觸通道244電連接 到電路板118，上。該轉動手柄蓋234和開關組件因而利用滑環導體 242電聯接到內芯或探針軸240和電路板118，上。探針手柄234的 轉動允許開關200'、 202，方便用戶定向。通過使未提及的力最小化， 這允許鉸接臂14，在操作期間精確地進行測量。蓋234優選由剛性 聚合物構成，并設置有適當的缺口 246和248,以允許探針操作人 員容易和方便的抓持和操縱。
將認識到的是，其余探針232非常類似于包括在蓋220中設有 永久和整體安裝的觸摸探針210的探針28。要注意的是，開關200，、 202，具有不同高度和表面紋理，從而提供容易的區分。
轉動蓋234是坐標測量機領域中的顯著進步，因為它能夠消除 如前述美國專利5,611,147中所公開的探針處輔助(即，第七)轉軸 的需要。將認識到的是，附加第七軸導致坐標測量機更加復雜和昂 貴以及可能給系統增加誤差。可轉動探針232的使用消除了 "真正" 第七軸的需要，因為它允許探針提供探針端部處手柄位置所需的轉 動，而沒有第七傳感器和相關軸承、編碼器和電子器件的復雜性。
在期望使用具有"真正，，第七軸的測量探針的情況下，也就是 測量探針具有用于測量轉動的第七轉動編碼器時，這種測量探針在 圖30 - 33中示出。參照這些圖，測量探針500示出為具有基本類似 于圖27中的測量探針的這種測量探針，其主要區別在于插入了上述 類型的模塊化軸承/傳感器盒筒502，在測量探針的兩側上存在開 啟和確認開關504、 506，以及包括可拆卸手柄508。
將認識到的是，模塊化軸承/傳感器盒筒502基本類似于上面 詳細描述的盒筒，并包括可轉動軸、位于軸上的一對軸承、光學編 碼器盤，與編碼器盤隔開并光學通信的至少一個并優選為兩個光學 讀取頭，以及外殼，該外殼環繞軸承、光學編碼器盤、讀取頭和軸 的至少一部分，從而限定不連續的模塊化軸承/傳感器盒筒。用于 編碼器電子器件的電路板503位于具有探針500的開口 504中。在 探針500的向下突出的外殼部分510的任一側上設置數對開啟和確 認按鈕504、 506,并且這些按鈕連接到適當的PC板512上，如圖
27實施例的測量探針中那樣。類似地，如先前討論的實施例中那樣， 在按扭504、 506之間設置指示燈513。外殼510中的一對螺紋開口 514容納用于可拆卸地連接手柄508的緊固件，該手柄使得在測量 探針500的使用期間易于轉動操縱。
在所有其他基本方面，測量探針500類似于圖27的測量探針28， 包括優選使用永久安裝的觸摸扳機探針516以及用于在保護該觸摸 扳機探針的同時調整固定探針518的可拆卸帽。將認識到的是，包 括在測量探針500中的第七轉動編碼器502有助于坐標測量機10 的與已知的線激光掃描器和其它外圍設備一起使用。
現在轉到圖2至4、 23和25,根據本發明的重要特征，便攜式 電源給坐標測量機10提供動力，從而提供完全便攜式的坐標測量 機。這與電源只基于AC電纜的現有坐標測量機相反。另外，坐標 測量機10還可以由AC電纜通過AC/DC適配器經由常規插座直 接供電。如圖2、 3和25中所示，常規的可再充電電池(例如，鋰 離子電池)示出為22。電池22以機械方式和電氣方式連接到常規 電池支架252上，該電池支架又電連接到常規電源和位于電路板20 上的電池再充電電路部件254上。與電路板20連通的還有打開/關 閉開關258 (見圖3)和高速通信口 260 (優選為USB 口 )。臂14 的接頭電子部件使用RS-485總線連接到電路板20上。電池22可 在單獨充電器上充電，或者像通常在常規攝像機中那樣，將電池在 護架252中放好以進行充電。將認識到的是，便攜式式計算機172 (見圖2)能夠用其內置電池工作幾個小時，和/或電連接到坐標 測量機10的電源單元254上。
通過將根據本發明的機上電源/再充電器單元設置成基部12的 整體部分，更具體地是設置成塑料基部外殼26A、 B的一部分，該 部件優選被設置成坐標測量機10的整體部分。還要注意的是，基 部外殼26A、 26B優選包括小存儲區域259,該小存儲區域具有用 于存儲備用電池、探針等的可樞轉蓋262。
現在轉到圖34A和34B,示出了已經完全整合到探針28、 28，、 232上的線激光掃描器312,或者更為優選地，整合到探針500上。 線激光掃描器312包括用于容納數碼相機316、線激光318和適當 的電子電路320的外殼314。外殼314環繞探針28并包括從其向下
延伸的手柄322。在線掃描器的使用期間，操作人員很容易接近手 柄322。重要的是，該線掃描器能夠轉動以確保正確的在線測量。 為此，使用適當的軸承結構324在轉動的附加(即，第七)軸上安 裝外殼312。在優選實施例中，轉動的該附加軸包括傳感器，從而 構成除鉸接臂14中通常的五個或六個接頭之外的的單獨接頭。更優 選地，該附加軸是用于臂的三軸肘節的一部分(產生典型的2-l-3或2-2-3臂構造)。
優選地，如圖27和28A — 28C中所述的整體觸摸探針和硬探針 蓋連接也應用在圖34A-34B的實施例中。該整體的線激光掃描器 312將以已知和常規方式工作，但與必須在便攜式坐標測量機的端 上改造的現有技術不同，本發明完全整合在坐標測量機上。因此， 電路320將完全整合到鉸接臂14中的電源和信號總線上。結果，激 光掃描器和坐標測量機探針將位于同 一外殼中，使用相同內部配線， 并構成整體的機械結構。該結構也將允許同時使用或接近激光掃描 器和觸摸探針或硬探針。而且，與主機172合作的電路320將提供 機載圖像分析和在易于操作的環境中實時處理，并且來自激光掃描 器的信號經由RS-485 (或類似的)串聯通信總線傳遞。
圖35至39示出了整體線激光掃描器的另一實施例，其中坐標 測量機10示出為具有連接到探針28上的整體線激光掃描器/探針 600。如圖36和37中所示，從探針28向后間隔開的是激光發射器 窗口，掃描激光束604從掃描激光儀601通過該窗口發出。掃描激 光儀604掃過垂直于如圖36中所示的紙面并平行于圖37中所示的 紙面的平面，圖37示出了掃描器/探針600的平面圖。激光發射器 窗口 602下方是電荷耦合裝置窗口 606。如將在下面進一步詳細描 述，電荷耦合裝置窗口 606可以實際上是位于外殼610內的電荷耦 合裝置605的聚焦透鏡。電荷耦合裝置605具有如虛線608所示的 視野(FOV)。該電荷耦合裝置605的FOV與掃描激光束604在圖 37中虛線所示區域612內所限定的平面相交。因此將認識到，當物 體通過區域612時，面朝掃描儀/探針600的物體上軌跡交叉區域 612將被掃描的激光束604照亮并被電荷耦合裝置605成像。
由掃描激光束604照亮的物體的點的軌跡將顯示在電荷耦合裝 置605上為輪廓圖。由于坐標測量機10已知線激光掃描儀/探針600的位置和方位，所以區域612在由掃描激光束604限定的平面 上的精確位置是已知的。隨著由光束照亮的物體上的點移動靠近或 遠離線激光掃描儀/探針600,激光儀反射的光的圖像在電荷耦合 裝置成像平面(未示出)上移上或移下，而靠近電荷耦合裝置605 的成^^平面上左右兩邊的點對應于靠近物體交叉區域612的左右兩 邊的位置，并被掃描激光束604照亮。因此，電荷耦合裝置605的 每個像素都與區域612中可能被掃描激光束604照亮并位于電荷耦 合裝置605的FOV內的相應位置相關。
參照圖38和39，來自電荷耦合裝置605的圖4象數據在圖象處理 板620上處理，該板是位于外殼610的手柄611內的電路板。電荷 耦合裝置605包括用于捕獲電荷耦合裝置605所探測的圖像并將其 轉換成諸如蘋果計算機有P艮公司建立的FIREWIRE數據格式(或 任何合適的高速數據通信協議)的數碼格式的傳感器板。該完整圖 像實時傳播到新穎的圖象處理板620。圖# 處理板620包括火線接 口 622、數字信號處理器(DSP) 624和存儲器626。 DSP在接收圖 像數據時對其進行實時處理。軟件算法處理每個框架，以子像素精 度確定所測量物體的精確位置。由于經過線激光儀的輪廓接近高斯 函數，并延伸過電荷耦合裝置圖像平面上的多行像素，所以這是可 能的。選擇合適的像素來代表線位置是該軟件的重要功能。該軟件 算法沿著像素列分析線輪廓，并計算"重心，，(COV)，該重心可以 是部分像素位置并且是代表線的精確位置的最佳點。
該算法繼續進行，以計算框架中每一列的COV。 一旦該框架經 過處理，則拋棄原始圖像，并只保留處理過的數據。以類似于每個 接頭處的各種數字編碼器產生的其他數據的方式，所保留的信息經 由通信芯片627發送到坐標測量機的基部處的板。圖像處理板620 產生的數據包是原始圖像尺寸的一部分，并不需要顯著量的通信帶 寬。數據與相符的臂位置一起從主坐標測量機處理器發送到主機 CPU。因此，與現有技術相對，該新穎的圖象處理板允許在臂10 內部進行機載圖像處理，在現有技術中，在單獨單元或經外部更新 (retrofit)硬連線到激光掃描儀上的計算機中實現這種圖像處理。
如前述實施例中那樣，手柄611包括兩個開關，即開啟開關200 和確認開關202。在操作期間，操作人員在探測模式下使用這些開
關來開啟測量(開啟開關200)和確認測量(確認開關202)。同樣， 指示燈204與開關200 、 202相關，以用于指示正確的探測。優選地， 指示燈204是兩色燈，使得例如燈204在開啟測量(并按下綠色開 啟按鈕200)之后為綠色，并且在用于確認測量(并按下紅色按鈕 202)時為紅色。使用已知的LED作為燈204的光源很容易實現多 色燈的使用。
在掃描模式下，開啟開關200觸發上述掃描過程，而確認開關 202可用于某些其他目的，例如取消前一掃描。在任一模式下，都 可以由軟件程序來指定開關的功能。
圖38中的探針28包括如先前在圖27和30中所描述的觸摸探 針機構210和硬探針蓋220。觸摸探針機構210包括接觸彈簧偏壓 元件的鼻部212。三個接觸銷與下面的電路接觸。抵靠探針鼻部212 施加的力導致三個接觸銷中的一個提升，從而導致下面的電路開通， 因此觸發開關。優選地，觸摸扳機探針210將與探針模式下前"開 啟"開關200共同工作。
當使用觸摸探針機構210時，通過螺紋將探針蓋220取下。然 而，當期望使用固定探針而不是觸摸扳機探針時，如圖所示將探針 蓋220連接起來。將認識的到是，盡管探針蓋220連接有圓球226, 但是任何不同的和期望的固定探針構造都可以很容易地螺紋連接到 探針28上。觸摸探針機構2100安裝在外殼228中，該外殼通過螺 紋容納到形成探針外殼110的一部分的螺紋連接器中。
現在參照圖40至48,用700表示線激光掃描儀的又一實施例。 在圖40中，線掃描儀700示出為連接到具有圖30至32中所描述類 型的探針500的坐標測量機702上。轉到圖47,激光掃描儀700包 括外殼704,該外殼用于容納全部已經在上面結合圖38實施例描述 的電荷耦合裝置窗口 606、聚焦透鏡605、圖像處理板620、高速數 據通信協議接口板622、數字信號處理器624和存儲器626。
從外殼704向外和向下延伸的是運動環，該運動環在圖49和50 中最佳示出并包括三個間隔開的(優選以等距或以180度間隔開的) 切口或開口 707。每個開口 707都在其中容納小的圓柱桿708。圓柱 桿708容納在探針500的向下突出的外殼部分510的內表面712上
相應地間隔開并且形狀互補的開口 710中。保持環714具有內螺紋 716，該內螺紋由探針500的螺紋222螺紋容納，然后該螺紋222 將外殼504以(由運動座706帶來的)精確對準緊固地連接到探針 500上。
盡管激光掃描儀700以類似于圖38的激光掃描儀600的方式工 作，但是掃描儀700具有能夠容易地可拆卸方式連接到附加軸探針 500上的優點(與圖24A和38的更永久連接的激光掃描儀相比)。 像先前描述的激光掃描儀實施例那樣，圖40至48的線激光掃描儀 提供完全整合的掃描裝置，該掃描裝置包括線激光儀、光過濾器和 數碼相機，它們都連接到高速數據通信協議(即，火線)上，連接 到用于圖像分析和三維分析的數據圖像處理器、DSP處理器和存儲 器上，并最后連接到用于將所得數據包與坐標測量機10的鉸接臂的 總線通信的通信處理器上，并最終連接到主機172上。重要的是， 激光掃描儀700將使用已經整合到坐標測量機10的臂中的電源。本 實施例中所需要的唯一外部電纜是從掃描儀外殼704到探針500上 的連接器的短電纜。該電纜進行用于傳送數據包的電力和信號總線 連接。與主CPU172的通信整合在鉸接臂內，從而不像現有技術裝 置中那樣需要外部通信電纜。因此，本發明的激光掃描儀允許內部 數字圖像處理器板620實時分析圖像傳感器數據，使得這種分析的 結果以相符的編碼器位置數據傳回到主機CPU。如上所述，現有技 術需要包括笨重和龐大的外部電纜的外部視頻處理單元和電源。
根據掃描儀700的另一特征，重要的是，在激光儀602和相機 605之間具有剛性的熱穩定向，以及外殼704和附加的軸探針500 之間具有熱穩連接。為此，根據優選實施例，外殼704內框架718 的內部構造由低熱膨脹系數(CTE)材料(例如，在1.0xlO"至10 xl(T6in/in/° F之間的平均熱膨脹系數)制成，該材料優選是諸如 鐵/鎳合金的金屬合金，例如因瓦合金(優選是因瓦合金36)。該 金屬框架718延伸越過處于連接環706形式的通常為塑料的外殼 704，并允許直接連接到上述三點運動支座上。如上所述，該三點運 動支座710定位在臂的探針底座的基部處，用于容納掃描儀外殼 704。另外，將認識到的是，如果需要的話，該運動支座710還可以 容納任何其他外部安裝的傳感器。 圖34至48的激光掃描儀不僅可以與此處描述的坐標測量機一 起使用，而且可以與具有鉸接臂的任何其他便攜式坐標測量機一起 使用，如前述美國專利5,796,356或5，829，148中所述的鉸接臂或者 由Kosaka,Cimcore,Romer或其他制造商制造的那些鉸接坐標測量 機臂。
轉到另外的實施例，如圖51至52中所示，與圖47中所示的實 施例相比，可以并入多個附加的特征。與圖47中所示元件相對應的 元件具有與圖51至52中所示相同的圖標記。相應的元件已經在上 面結合圖47的實施例進行過描述。然而，下面描述的附加元件可以 和任何上述實施例一起使用。
如圖51中所示，激光掃描儀800包括外殼804。然而，與圖47 中所示的實施例不同，外殼804不包括可以包括例如清晰窗口的電 荷耦合裝置窗口 806，這是因為在本實施例中，電荷耦合裝置窗口 806直接安裝到透鏡組件807上。這消除了電荷耦合裝置窗口 806 和透鏡組件807之間的移動的任何潛在可能。
另外，如圖51和53中所示，已經在激光發射器窗口 802的后 面添加光束衰減器808,以減小掃描激光束604的寬度。該激光發 射器窗口 802也可以直接安裝到掃描激光儀801上，或者掃描激光 儀801的相關部分上，以減少激光發射窗口 802和掃描激光儀801 之間的移動。
同樣，如圖52中所示，該掃描激光儀801在本實施例中是熱穩 的，并且可以包括安裝到例如掃描激光儀801上的至少一個溫度傳 感器810和例如加熱器組件820，該加熱器組件利用控制電子元件 (未示出)控制并穩定掃描激光儀801的溫度。熱絕緣筒管818也 可以位于掃描激光儀801附近，例如如圖52中所示。
平面校準
另外，上述任何實施例都可包括有用的和省時的平面校準方法， 例如作為軟件或硬件，這還降低了制造成本。如下所述，利用單個 參照平面，該方法通過使用球探針226和的激光線掃描儀800來校 準該實施例的坐標測量機。例如，利用單個參照平面，對于最靠近 探針226的臂的最后短接頭38,可以發現線激光掃描儀800的位置
的6自由度。
如圖55中所示，為了校準坐標測量機，首先使用球探針226、 然后使用激光線掃描儀800來將校準板900數字化。
利用所有的探針226，校準板卯0的白色區域901將用球探針 226數字化，該球探針226接觸具有球探針的白色表面并將白色區 域901表面上的八個點902數字化。接下來，該球探針從白色區域 卯l移開。計算白色區域901表面的平坦度，并將結果顯示在對話 框(未示出)中。
接下來，如圖56中所示，利用已知為激光線探針(LLP)的激 光線掃描儀800將校準板卯0的白色區域901數字化。首先，激光 瞄準白色區域卯l表面的中間。通過將激光線掃描儀800移動到與 八個點902相關的白色區域表面卯l的中心來移動激光線掃描儀 800，直到激光指在中心范圍中為止。
接下來，如圖57中所示，該激光線掃描儀800轉動卯度，并 且重復上述過程。
接下來，如圖58中所示，該激光線掃描儀800如上所述瞄準白 色表面901的中間。然而，該激光線掃描儀800移向白色表面卯l， 直到激光處于近范圍903中為止，即靠近白色區域901的表面。然 后，激光線掃描儀800移動到遠范圍卯4,同時指向白色表面的中 心。
然后，計算較準點，并且更新探針校準狀態。如果探針通過， 則將當前日期和時間添加到探針信息中。
DRO
實施例軟件包可以將數字讀出(DRO )窗口添加到屏幕。該DRO 窗口顯示探針在當前坐標系中的當前位置。
如果激光線探針(LLP)處于測程中，則X、 Y、 Z坐標為激光 線的中心。要注意的是，由于激光線的某些部分可能在測程之外， 所以這可能不是整個激光線的中心。
本領域普通技術人員能夠認識到的是，計算機或其他客戶端或 服務器裝置可以用作計算機網絡的一部分，或者用在分布式計算環境中。在這方面，上述和/或此處要求的方法和設備適合任何計算 機系統，該計算機系統具有任何數量的存儲器或存儲單元，和發生 在任何數量的存儲單元或容量中的任何數量的應用程序和過程，它 們可以與上面描述和/或此處要求的方法和設備共同使用。于是， 它們可以應用到具有在網絡環境或分布式計算環境中使用的、具有 遠程或本地存儲器的服務器計算機和客戶端計算機的環境中。上面 描述和/或此處要求的方法和設備還可以應用到孤立的計算裝置， 該計算裝置具有編程語言功能、用于連同遠程或本地服務器產生、 接收和傳遞信息的翻譯和執行能力。
上面所述和/或此處要求的方法和設備可與數個其他通用目的 或特定目的計算系統環境或構造一起運作。可適于與上述和/或此 處要求的方法和設備一起使用的已知計算系統、環境和/或構造的
例子包括但不限于個人計算機、服務器計算機、手持或膝上裝置， 多處理器系統、基于微處理器的系統、網絡PC、迷你計算機、大型 計算機以及包括上述系統或裝置中任一個的分布式計算環境。
上述和/或此處要求的方法可以在諸如程序模塊的由計算機執 行的計算機可執行指令的一般文章中描述。程序模塊通常包括執行 特殊任務或實現特殊抽象數據類型的例行程序、程序、對象、要素、
數據結構等。于是，上述和/或此處要求的方法和設備還可以在分 布式計算環境中實施，例如在不同發電廠或不同的發電單元之間， 在那里由通過通信網絡或其他數據傳輸介質連接的遠程處理裝置執 行任務。在典型的分布式計算環境中，程序模塊和例行程序或數據 可以位于包括存儲器存儲裝置的本地和遠程計算機存儲介質中。通 過計算裝置和系統之間的直接交換，分布式計算有助于計算機資源 和服務的共享。這些資源和服務可以包括信息交換、文件的高速緩 沖存儲器存儲和硬盤存儲。分布式計算利用網絡連通的優點，從而 允許客戶利用它們的集體力量產生杠桿效用，以有助于整個企業。 在這方面，多種裝置可以具有可使用上述和/或此處要求的方法和 設備的應用程序、對象或資源。
執行上述方法的計算機程序將在諸如CD-ROM的分布介質上 共同分配給用戶。該程序可拷貝到硬盤或類似的中間存儲介質上。 當程序即將運行時，它們將從它們的分布介質或它們的中間存儲介
質加載到計算機的執行存儲器中，從而將計算機構造成根據上述方 法和設備而運作。
詞語"計算機可讀介質"包括所有分布和存儲媒介、計算機的 存儲器和能夠進行存儲以用于由計算機讀取執行上述方法的計算機 程序的任何其他介質或裝置。
因此，此處所述各種技術都可與硬件或軟件或在適當的情況下 與它們的適當組合共同執行。于是，上述和/或此處要求的方法和 設備，或它們的某些方面或部分可以釆用嵌入到有形媒介如軟盤、
CD-ROM、硬盤驅動器或任何其他機器可讀存儲介質中的程序代碼 或指令的形式，其中當程序代碼加載到如計算機之類的機器中并由 其執行時，該機器變成用于實施上述和/或此處要求的方法和設備 的設備。在可編程計算機上執行程序代碼的情況下，計算裝置將通 常包括處理器、可由該處理器讀取的存儲介質、至少一個輸入裝置 和至少 一個輸出裝置，該存儲介質可以包括易失性或非易失性存儲 器和/或存儲元件。例如通過數據處理的使用，可以使用上述和/ 或此處要求的方法和設備的一個或多個程序可以以高水平面向程序 或面向對象的編程語言執行，以與計算機系統通信。然而，如果需 要的話，也可以以匯編語言或機器語言執行所述程序。在任何情況 下，該語言都可以是編譯語言或腳本語言，并可與硬件執行相結合。
上述和/或此處要求的方法和設備還可以經過以程序代碼形式 嵌入的信息執行，該信息通過光纖在某些傳遞介質上傳遞，如電線 或電纜，或經過任何其他形式的傳遞來執行，其中當機器接收并加 載和執行該程序代碼時，如EPROM、門陣列、可編程邏輯裝置 (PLD )、客戶端計算機或具有如上面示例性實施例中所述的信號處 理能力的接收機，該機器變為用于執行上述和/或此處要求的方法 的設備。當在一般用途處理器上執行時，該程序代碼與處理器組合， 以提供操作成調用上述和/或此處要求的方法和設備的功能的獨特 設備。而且，與上述和/或此處要求的方法和設備共同使用的任何 存儲技術都可以一直是硬件和軟件的組合。
盡管已經示出和描述了優選實施例，但是在不脫離本發明的精神和范 圍的情況下，也可作出各種修改和替代。因此，將理解的是，已經通過示 例而非限制的方式描述了本發明。
該書面描述使用包括最佳模式在內的例子來公開本發明，并且 還使本領域技術人員能夠制造和使用本發明。本發明的專利范圍由 權利要求限定，并可以包括本領域技術人員想到的裝置、方法和物 體的其他例子。如果這些其他例子具有與權利要求的文字語言相同 的結構元件，或者如果它們包括與權利要求的文字語言無實質區別 的和/或法律允許的等效結構元件，則至少在權利要求的范圍內。
而且，熟練才支術人員將從不同實施例中認識到各種特征的互換性。 類似地，本領域普通技術人員可對所述各種特征，以及每個特征的其他已 知等效物進行混合和匹配。
權利要求
1.一種用于測量選定容積中物體的位置的便攜式坐標測量機(CMM)，包括可手動定位的鉸接臂，其具有相反的第一端和第二端，所述臂包括多個接頭連接起來的臂部分，每個臂部分都包括用于產生位置信號的至少一個位置傳感器；位于所述臂的所述第一端處的熱穩激光掃描儀；電子電路，該電子電路接收來自所述傳感器的所述位置信號并提供與選定容積中所述臂的第一端的位置相對應的數字坐標；以及設置在所述鉸接臂內的至少一根內部總線，其用于在內部將電力和數據信號中的至少一個傳遞給所述激光掃描儀，所述激光掃描儀包括與所述至少一根總線通信的電路。
2. 如權利要求l所述的坐標測量機，還包括 至少一個衰減器，其設置成減小從所述熱穩激光仗良出的激光線的寬度。
3. 如權利要求l所述的坐標測量機，還包括 安裝在所述熱穩激光掃描儀上的至少一個清晰窗口 。
4. 如權利要求l所述的坐標測量機，還包括 從所述臂的所述第 一端延伸的手柄。
5. 如權利要求l所述的坐標測量機，其中，所述臂的所述第一端包 括三個自由度，并且所述三個自由度中的一個自由度是用于使所述熱穩 激光掃描儀轉動的轉軸。
6. 如權利要求5所述的坐標測量機，其中，所述便攜式坐標測量機 包括三個附加的自由度，以使得所述接頭連接起來的臂部分具有2-1-3 構造中的自由度。
7. 如權利要求5所述的坐標測量機，其中，所述便攜式坐標測量機 包括四個附加的自由度，以使得所述接頭連接起來的臂部分具有2-2-3 構造中的自由度。
8. 如權利要求l所述的坐標測量機，其中，所述至少一根總線包括 串行通信總線，并且所述熱穩激光掃描儀連接到所述總線上。
9. 如權利要求8所述的坐標測量機，其中，所述串行通信總線為 RS-485型。
10. 如權利要求l所述的坐標測量機，其中 所述激光掃描儀以可拆卸的方式安裝到所述臂的所述第 一端上。
11. 如權利要求l所述的坐標測量機，還包括用于將所述熱穩激光掃描儀以可拆卸的方式安裝到所述臂的所述 第一端上的運動支座。
12. 如權利要求l所述的坐標測量機，其中，所述激光掃描儀包括 用于容納激光儀和相機的掃描儀外殼，所述外殼安裝到所述臂的所述第 一端上。
13. 如權利要求12所述的坐標測量機，其中，所述掃描儀外殼永久 地安裝到所述臂的所述第 一端上。
14. 如權利要求12所述的坐標測量機，其中，所述掃描儀外殼以可 拆卸的方式安裝到所述臂的所述第 一端上。
15. 如權利要求12所述的坐標測量機，其中，至少所述激光儀和相 機安裝在熱膨脹系數低的框架上。
16. 如權利要求15所述的坐標測量機，其中，所述低熱膨脹系數框 架包括鋼/鎳合金。
17.如權利要求16所述的坐標測量機，其中，所述鋼/鎳合金包括 因瓦合金。
18. 如權利要求l所述的坐標測量機，其中，所述激光掃描儀還包括與所勤目機通信的數字接口 ；與所述數字接口通信的數字信號處理器(DSP)，其用于處理來自 所述掃描儀的圖l象；與所述數字信號處理器通信的存儲器；以及 與所述數字信號處理器通信的通信處理器。
19. 如權利要求17所述的坐標測量機，其中，所述數字接口包括 用于在所勤目機和所述數字接口之間通信的高速數據通信接口 。
20. 如權利要求17所述的坐標測量機，其中 所述高速數據通信接口使用火線數據格式。
21. 如權利要求l所述的坐標測量機，其中，所述至少一根總線傳 遞電力和數據信號。
22. 如權利要求l所述的坐標測量機，其中，所述臂包括用于同時 從所述傳感器和所述激光掃描儀傳遞^:據到主機的電路。
23. 如權利要求l所述的坐標測量機，其中，所述激光掃描儀包括 將圖像數據轉換成三維數據的機載圖像處理電路。
24. 如權利要求21所述的坐標測量機，其中，使用所述至少一根總 線來傳送所述三維數據。
25.如權利要求16所述的坐標測量機，其中，所述數字信號處理器 包括將圖像數據轉換成三維數據的機載圖像處理電路。
26.如權利要求l所述的坐標測量機，其中，所述激光掃描儀包括產生處理過的數據的機載圖像處理電路，這種處理過的數據的數量少于 與源于從所i^目機接收的圖像的原始數據相關的數據的數量。
27. —種用于測量選定容積中物體的位置的便攜式坐標測量機 (CMM)，包括可手動定位的鉸M，其具有相反的第一端和第二端，所述臂包括 多個接頭連接起來的臂部分，每個臂部分都包括用于產生位置信號的至 少一個位置傳感器；位于所述臂的所述第 一端處的激光掃描儀；安裝在所述激光掃描儀上的至少一個清晰窗口 ；電子電路，其接收來自所述傳感器的所述位置信號并提供與選定容 積中所述臂的第一端的位置相對應的數字坐標；以及設置在所述鉸接臂內的至少一根內部總線，其用于在內部將電力和 數據信號中的至少一個傳遞給所述激光掃描儀，所述激光掃描儀包括與 所述至少一根總線通信的電路。
28. 如權利要求27所述的坐標測量機，其中，所述激光掃描儀包括 至少一個衰減器，所述衰減器設置成減小從所述激光儀發出的激光線的 寬度。
29. —種校準用于測量物體位置的坐標測量機(CMM)的方法， 包括利用均連接于所述坐標測量機的球探針和激光線掃描儀將校準板 數字化；使所述球探針觸及所述校準板區域，并將表面上的多個參照點數字化；由所述參照點的位置來計算所^面的平面度；將所述激光線掃描儀瞄準在與所述多個參照點相關的所述校準板 的表面的中心處；將所述激光線掃描儀轉動卯度，并將所述激光線掃描儀瞄準在與所述多個參照點相關的所述校準板的表面的中心處；將所述激光線掃描儀瞄準在與所述多個參照點相關的所述校準板 的表面的中心處，并將所述激光線掃描儀朝所述校準板的所i^面移動 到接近該表面的范圍；以及，在使所述激光線掃描儀指向所述校準板的 所^面的中心的同時^f吏其移動離開該表面；以及由與上面執行的激光線掃描儀瞄準和轉動步驟相關的所述參照點 的位置來計算所述激光掃描儀的校準點。
全文摘要
一種便攜式坐標測量機，包括具有接頭連接的臂部分的鉸接臂。該臂包括其上安裝有集成式線激光掃描儀的測量探針。該激光儀可以是熱穩激光儀。
文檔編號G01B11/00GK101371099SQ200780002647
公開日2009年2月18日 申請日期2007年1月18日 優先權日2006年1月18日
發明者喬爾·懷亞特·厄普丘奇, 保羅·克里斯托弗·阿特韋爾, 西蒙·拉布, 賽義德·阿里·莎杰迪, 雅辛特·R·巴爾巴 申請人:法羅技術股份有限公司