具有光學通信總線的便攜式關節臂坐標測量的制造方法
【專利摘要】一種便攜式關節臂坐標測量機(AACMM)，該便攜式關節臂坐標測量機(AACMM)具有相對的第一端和第二端以及多個連接的臂段，每個臂段包括用于產生位置信號的至少一個位置檢測器；被配置成接收位置信號的電子電路；用于與電子電路進行通信的第一總線，其中第一總線的至少一部分是被配置成傳送光的光學通信總線；以及具有第一部分和第二部分的旋轉耦合器，所述第二部分被配置成相對于所述第一部分旋轉，所述第一部分固定至所述第一臂段，所述旋轉耦合器被配置成在所述第一部分與所述第二部分之間在所述光學通信總線上傳送信號。
【專利說明】具有光學通信總線的便攜式關節臂坐標測量機
【背景技術】
[0001] 本公開內容涉及坐標測量機，更具體地涉及如下便攜式關節臂坐標測量機，該便 攜式關節臂坐標測量機具有連接至坐標測量機的探頭端的一個或更多個高速通信數據總 線。
[0002] 便攜式關節臂坐標測量機（AACMM)在部件制造或生產中得到了廣泛應用，在部件 的制造或生產中需要在部件的制造或生產（例如，機械加工）的不同階段期間快速且準確 地驗證部件的尺寸。便攜式AACMM相對于已知的靜止或固定的、高成本的并且較難使用的 測量設施表現出重大改進，尤其在對相對復雜的部件進行尺寸測量時所需的時間量方面表 現出重大改進。通常，便攜式AACMM的用戶僅沿著待測部件或對象的表面引導探頭。然后， 對測量數據進行記錄，并且將其提供給用戶。在一些情況下，將數據以視覺形式提供給用 戶，例如，計算機屏上的三維（3D)形式。在其它情況下，將數據以數值形式提供給用戶，例 如，當測量孔的直徑時，在計算機屏上顯示文本"直徑=1. 0034"。
[0003] 在共同轉讓的美國專利No. 5, 402, 582 ( '582)中公開了現有技術中的便攜式關節 臂CMM的示例，其全部內容通過引用合并到本文中。'582專利公開了一種3D測量系統，其 包括在一端具有支承基座并且在另一端具有測量探頭的手動操作的關節臂CMM。共同轉讓 的美國專利No. 5, 611，147('147)公開了類似的關節臂CMM，其全部內容通過引用合并到本 文中。在'147專利中，關節臂CMM包括多個特征，所述多個特征包括在探頭端處的附加的 旋轉軸線，從而提供具有2-2-2或2-2-3軸線配置（后一種情況為七軸線臂）的臂。
[0004] 在現代的AACMM中，可以以下述三種方式之一收集且傳送包括來自附屬設備的數 據的測量數據：通過沿線傳送的模擬電氣信號、通過沿線（線的集合通常被稱為總線）傳送 的數字電氣數據，或者通過沿線傳送的模擬信號和數字信號的組合。這些數據傳送方法的 限制在于數據以相對慢的速率傳送。數據速率限制的部分原因在于在許多現代的AACMM中 使用電滑環，這使得數據在旋轉的接合上傳送。特別地，附件（如果存在）可以從以高速傳 送相對大量的數據中獲益。事實上，使用測量器械的繼續趨勢是增大的數據傳送速率，這是 現代AACMM中的數據傳送方法和設備不能處理的。盡管現有的AACMM適合其預期目的，但 是需要一種具有本發明實施方式的某些特征的便攜式AACMM以提供增強的電氣總線。
【發明內容】
[0005] 實施方式是一種便攜式關節臂坐標測量機（AACMM)。該便攜式關節臂坐標測量機 (AACMM)包括：具有相對的第一端和第二端的可手動定位的關節臂部，所述臂部包括多個 連接的臂段，每個臂段包括用于產生位置信號的至少一個位置檢測器，其中，多個臂段包括 第一臂段；耦接至第一端的測量設備；電子電路，被配置成從至少一個位置檢測器接收位 置信號并且提供與測量設備的位置對應的數據；設置在測量設備與第一端之間的探頭端； 用于與電子電路進行通信的第一總線，其中第一總線的至少一部分是用于傳輸光的光學通 信總線；以及具有第一部分和第二部分的旋轉耦合器，第二部分被配置成相對于第一部分 旋轉，第一部分固定至第一臂段，該旋轉耦合器被配置成在第一部分與第二部分之間在光 學通信總線上傳送信號。
[0006] 根據另一實施方式，一種旋轉親合器檢測器筒包括：包含第一部分和第二部分的 機械組件，其中，第一部分被配置成相對于第二部分旋轉；具有第一部件和第二部件的第一 軸承，第一部件固定至第一部分并且第二部件固定至第二部分；具有第三部件和第四部件 的第二軸承，第三部件固定至第一部分并且第四部件固定至第二部分；檢測器，被配置成測 量第一部分相對于第二部分的旋轉角，該檢測器包括第一元件和第二元件，第一元件固定 至第一部分并且第二元件附接至第二部分；以及具有第一組成部件和第二組成部件的旋轉 耦合器，第一組成部件附接至第一部分并且第二組成部件附接至第二部分，第一組成部件 附接至第一光纖的第一端部并且第二組成部件附接至第二光纖的第二端部，其中，該旋轉 耦合器被配置成在第一光纖與第二光纖之間傳輸光。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0007] 現在參照附圖，示出了不應理解為是限制關于本公開內容的整個范圍的示例性實 施方式，并且其中在一些附圖中相同的元件采用相同的附圖標記：
[0008] 圖1(包括圖IA和圖1B)是具有本發明各個方面的實施方式的便攜式關節臂坐標 測量機（AACMM)的立體圖；
[0009] 圖2(包括連接在一起的圖2A?圖2E)是根據實施方式的用作為圖1中的AACMM 的一部分的電子裝置的框圖；
[0010] 圖3(包括連接在一起的圖3A、圖3B和圖3C)是描述了根據實施方式的圖2中的 電子數據處理系統的詳細特征的框圖；
[0011] 圖4是圖1中的AACMM的立體圖；
[0012] 圖5是耦接有手柄附件的圖1中的AACMM的探頭端的立體圖；
[0013] 圖6是局部附接有手柄附件的圖4中的探頭端的側視圖；
[0014] 圖7是圖4中的手柄附件的剖面的局部立體圖；
[0015] 圖8是圖6中的探頭端的一部分的放大視圖；
[0016] 圖9是示出了根據實施方式的組裝在兩個雙套筒聯接之間的編碼器/軸承套筒對 的局部分解圖；
[0017] 圖10是根據實施方式的具有光學回轉節的、圖9中的筒的剖視圖；
[0018] 圖11是根據另一實施方式的具有集成的光纖和電滑環的、圖9中的筒的剖視圖；
[0019] 圖12是根據另一實施方式的探頭端的剖視圖，該探頭端具有圖10的光學回轉節 或圖11的滑環；
[0020] 圖13是根據另一實施方式的臂段的一部分的剖視圖，臂部具有圖10的光學回轉 節或圖11的滑環；
[0021] 圖14是根據另一實施方式的兩個雙軸旋轉連接的剖視圖，該旋轉連接具有一個 或更多個圖10或圖Il中的光學回轉節或滑環；
[0022] 圖15是圖4中的探頭端的另一實施方式的示意圖。
【具體實施方式】
[0023] 本發明的實施方式提供了一種增強型AACMM，包括用于在AACMM內傳輸數據的彼 此獨立操作的多個總線。
[0024] 圖IA和圖IB立體地示出了根據本發明的各種實施方式的AACMM 100,關節臂是一 種類型的坐標測量機。如圖IA和圖IB所示，示例性AACMM 100可以包括六軸或七軸樞轉 的測量設備，該測量設備具有探頭端401，探頭端401包括在一端處耦接至AACMM 100的臂 部104的測量探頭殼體102。臂部104包括通過具有第一軸承套筒組110(例如，兩個軸承 套筒）的旋轉連接耦接至第二臂段108的第一臂段106。第二軸承套筒組112(例如，兩個 軸承套筒）將第二臂段108耦接至測量探頭殼體102。第三軸承套筒組114 (例如，三個軸 承套筒）將第一臂段106耦接至位于AACMM 100的臂部104的另一端的基座116。每個軸 承套筒組11〇、112、114提供多個軸線的樞轉運動。同樣地，探頭端401可以包括測量探頭 殼體102,其包括AACMM 100的第七軸線部的軸（例如，包括用于確定測量設備（例如接觸 探頭118)在AACMM 100的第七軸線上的運動的編碼器系統的筒）。在本實施方式中，探頭 端401可以繞穿過測量探頭殼體102的中心延伸的軸線旋轉。在使用AACMM 100時，通常 將基座116固定到工作面上。
[0025] 各軸承套筒組110、112、114內的每個軸承套筒通常包括編碼器系統（例如，光學 角編碼器系統）。編碼器系統（即檢測器）提供相應的臂段106、108和對應的軸承套筒組 110、112、114的位置指示，這些位置指示合在一起提供探頭118相對于基座116的位置指示 (并且因此提供正由AACMM 100測量的對象在例如局部參照系或全局參照系的特定參照系 中的位置）。臂段106、108可以由合適的剛性材料（例如碳復合材料，但不限于此）制成。 具有六軸或七軸樞轉運動（即自由度）的便攜式AACMM100提供以下優點：使得操作者能夠 將探頭118放置在繞基座116的360°區域內的期望位置處，同時提供可以由操作者容易地 操縱的臂部104。然而，應理解，具有兩個臂段106、108的臂部104的示例用于示例性目的， 并且所要求保護的發明不局限于此。AACMM 100可以具有通過軸承套筒耦接在一起的任何 數量的臂段（并且因此，大于或小于六軸或七軸樞轉運動或自由度）。
[0026] 如將在下面詳細描述的，每個軸承套筒組110、112、114可以包括一個或更多個光 學回轉節540或滑環560 (圖10和圖11)。光學回轉節540或滑環560使電信號和光學信 號能夠沿著臂部140的長度傳輸，同時還使得每個軸承套筒組110、112、114基本上能夠沒 有阻礙的旋轉。
[0027] 探頭118被可拆卸地安裝至測量探頭殼體102,測量探頭殼體102連接至軸承套 筒組112。手柄附件126例如可以通過快速連接接口關于測量探頭殼體102可拆卸。在示 例性的實施方式中，快速連接接口可以包括如下兩者：用于將附件固定至殼體102的機械 緊固構件，以及用于使用戶能夠通過附件控制探頭118并且還提供附件與基座116之間的 高速數據通信的電連接（例如，啟動按鈕）。手柄126可以由其它設備（例如，激光線性探 頭、條形碼閱讀器）來替代，從而提供以下優點：使得操作者能夠以同一 AACMM 100使用不 同的測量設備。在示例性實施方式中，探頭殼體102容置可拆卸探頭118,探頭118是接觸 式測量設備并且可以具有與待測量的對象物理接觸的不同末端118,末端118包括但不限 于：球形的、觸摸感應的、彎曲并且延伸型探頭。在另外的實施方式中，例如，通過諸如激光 線性探頭（LLP)的非接觸式設備來執行測量。在一個實施方式中，使用快速連接接口將手 柄126替換為LLP。其它類型的附件設備可以替換可拆卸手柄126來提供額外的功能。例 如，這種附件設備的示例包括一個或更多個照明燈、溫度傳感器、熱掃描儀、條形碼掃描儀、 投影儀、噴漆器、攝像頭、攝像機、音頻記錄系統等，但不限于此。
[0028] 如圖IA和圖IB所示，AACMM 100包括提供以下優點的可拆卸手柄126 :使得能夠 改變附件或功能，而無需從軸承套筒組112去除測量探頭殼體102。如后面關于圖2更加 詳細討論的，可拆卸的手柄126還可以包括使得能夠與手柄126和位于探頭端401和基座 116中的對應電子裝置交換電力和數據的一個或更多個電連接器。
[0029] 在各種實施方式中，以及如將在后面詳細描述的那樣，每個旋轉連接均包括使得 AACMM 100的臂部104能夠繞多個轉動軸運動的軸承套筒組110、112、114。如上所述，例如， 每個軸承套筒組110、112、114均包括對應的編碼器系統（例如光學角編碼器），所述編碼器 系統分別與例如臂段106、108的對應旋轉軸同軸布置。例如，如后面更詳細描述的，光學編 碼器系統對例如每個臂段106、108繞對應的軸線的旋轉（回轉）或橫向（鉸鏈）運動進行 檢測，并且將信號傳送給AACMM 100內的電子數據處理系統。每個獨立的原始編碼器計數 作為信號被分別發送給電子數據處理系統，在電子數據處理系統中，該信號被進一步處理 成測量數據。如在共同轉讓的美國專利N〇.5,402,582( '582)所公開的，不需要從AACMM 100本身分離出位置計算器（例如，串行套筒）。
[0030] 基座116可以包括附接設備或安裝設備120。例如，安裝設備120使得AACMM 100 能夠可拆卸地安裝到期望位置處，例如檢查臺、機械加工中心、墻壁或地板上。在一個實施 方式中，基座116包括用以在AACMM 100移動時給操作者提供方便的位置來握住基座116 的手柄部122。在一個實施方式中，基座116還包括用以向下折疊以展示出諸如顯示屏的用 戶接口的可移動蓋部124。
[0031] 根據一個實施方式，便攜式AACMM 100的基座116包含或容置電子數據處理系統， 該電子數據處理系統包括兩個主要組成部件：基座處理系統，其對來自AACMM 100內的各 種編碼器系統的數據以及表示其它臂參數的數據進行處理，以支持三維（3D)位置計算；以 及用戶接口處理系統，其包括車載操作系統、觸摸屏顯示器以及常駐應用軟件，該常駐應用 軟件使得能夠在AACMM 100內實現相對完整的計量功能而無需連接到外部計算機。
[0032] 基座116中的電子數據處理系統可以與編碼器系統、傳感器以及遠離基座116布 置的其它外圍硬件（例如，可以安裝至AACMM 100上的可拆卸手柄126或安裝在可拆卸手 柄126內的LLP)進行通信。支撐這些外圍硬件設備或部件的電子裝置可以位于處于便攜 式AACMM 100內的各軸承套筒組110、112、114中。
[0033] 圖2是根據實施方式的在AACMM 100中使用的電子裝置的框圖。圖2A所示的實 施方式包括電子數據處理系統210,電子數據處理系統210包括用于實現基座處理系統的 基座處理器板204、用戶接口板202、用于提供電力的基座電源板206、藍牙模塊232以及基 座傾斜板208。用戶接口板202包括用于執行應用軟件以實現用戶接口、顯示以及文中所描 述的其它功能的計算機處理器。
[0034] 如圖2A至圖2D所示，電子數據處理系統210經由一個或更多個電氣總線218A、 218B、218C、218D與前述的多個編碼器系統進行通信。應理解，例如，數據處理系統210可以 包括被配置成使輸出信號和輸入信號適于光學總線219A?219D和電氣總線218A?218D 的附加組成部件，例如連接器211。例如，光學信號與電信號之間的轉換可以通過與圖2A相 關聯的電路板上的被配置成在光學信號與電信號之間進行轉換的組成部件來實現。為了清 楚起見，在圖2中沒有示出所有這些組成部件。在圖2所描繪的實施方式中，每個編碼器系 統生成編碼器數據并且包括：編碼器總線接口 214、編碼器數字信號處理器（DSP) 216、編碼 器讀取頭接口 234以及溫度傳感器212。可以將諸如應變傳感器的其它設備附接至電氣總 線218或光學總線219。
[0035] 此外，圖2E示出了與電氣總線218E和光學總線219E通信的探頭端電子裝置230。 探頭端電子裝置230包括探頭端DSP 228、溫度傳感器212、經由實施方式中的快速連接接 口與手柄126或LLP 242連接的手柄/LLP電氣總線240和總線241、以及探頭接口 226。總 線241可以是電氣總線、光學總線或者包括光學信號和電信號兩者的總線。快速連接接口 使得能夠通過手柄126訪問用于LLP和其它附件的電氣總線240和總線241。電氣總線可 以包括數據線、控制線和電源線。光學總線可以包括數據線和控制線。在一個實施方式中， 探頭端電子裝置230位于AACMM 100上的測量探頭殼體102中。在一個實施方式中，可以 從快速連接接口拆除手柄126,并且可以由經由手柄/LLP電氣總線240或光學總線241與 AACMM 100的探頭端電子裝置230進行通信的激光線性探頭（LLP) 242執行測量。應理解， 盡管電氣總線218和光學總線219被描述為單獨的組成部件，但是每個總線218、219可以 由串聯連接以在AACMM 100內傳送信號的多個單獨的總線段（例如，總線218A?218E，總 線219A?219E)形成。如文中所詳細討論的那樣，可以通過具有電滑環221A?221D和光 耦合器223A?223D的旋轉耦合器（圖10和圖11)將每段分開。
[0036] 在一個實施方式中，電子數據處理系統210位于AACMM 100的基座116中，探頭 端電子裝置230位于AACMM 100的測量探頭殼體102中，以及編碼器系統位于軸承套筒組 110、112、114中。探頭接口 226可以通過任何合適的通信協議與探頭端DSP 228連接，通信 協議包括來自美信集成產品公司（Maxim Integrated Products, Inc.)的包含Ι-wire?通 信協議236的商業可用產品。光學總線219可以被選擇成符合標準通信協議，諸如通用串 行總線（USB) 1.0、USB 2.0、USB 3.0、千兆以太網（IEEE802. 3-2008標準）、外圍組件互連 (PCI)Express、火線（Firewire)、攝像頭鏈路或任何其它定義的協議。
[0037] 圖3A至圖3C是描述根據實施方式的AACMM 100的電子數據處理系統210 (圖2A) 的詳細特征的框圖。在一個實施方式中，電子數據處理系統210位于AACMM 100的基座116 中并且包括基座處理器板204、用戶接口板202、基座電源板206、藍牙模塊232以及基座傾 斜模塊208。
[0038] 在圖3A至圖3C所示的實施方式中，基座處理器板204包括本文所示的各種功能 塊。例如，基座處理器功能302用來支持對來自AACMM 100的測量數據的收集并且經由電 氣總線218、光學總線219和總線控制模塊功能308來接收原始臂數據（例如編碼器系統數 據）。存儲功能304存儲程序和靜態AACMM配置數據。例如，基座處理器板204還包括用 于與任何外部硬件設備或附件進行通信的外部硬件選擇端口功能310,例如但不限于經由 HDMI端口 311與圖形監測器或電視機進行通信，經由端口 313、USB 3. 0端口 315與音頻設 備進行通信，以及經由端口 317與閃存（SD)卡進行通信。實時時鐘（RTC)和日志306、電池 組接口（IF) 316以及診斷端口 318也被包含在圖3所示的基座處理器板204的實施方式的 功能中。
[0039] 基座處理器板204還管理與外部設備（主機計算機）和內部設備（顯示處理器 328)的所有有線數據通信和無線數據通信。基座處理器板204具有經由千兆以太網功能 320(例如，使用例如電氣和電子工程師協會（IEEE) 1588的時鐘同步標準）與以太網網絡進 行通信的能力、經由LAN功能322與無線局域網（WLAN)進行通信的能力、以及經由并行-串 行通信（PSC)功能314與藍牙模塊232進行通信的能力。基座處理器板204還包括至通用 串行總線（USB 3. 0)設備312的連接。
[0040] 例如在前述的'582專利中所公開的串行套筒中那樣，基座處理器板204傳送并收 集原始測量數據（例如編碼器系統計數、溫度讀數）以處理成測量數據，而不需要任何預處 理。基座處理器204經由RS485接口（IF) 326將經處理的數據發送至用戶接口板202上的 顯示處理器328。在一個實施方式中，基座處理器204還將原始測量數據發送至外部計算 機。
[0041] 現在轉到圖3中的用戶接口板202,顯示處理器328上執行的應用程序利用通過基 座處理器所接收的角度和位置數據，以在AACMM 100內提供自主計量系統。可以在顯示處 理器328上執行應用程序以支持下述功能，所述功能例如但不限于：測量特征、引導和訓練 圖形、遠程診斷、溫度校正、控制各種操作特征、連接至各種網絡以及顯示測量對象。連同顯 示處理器328和液晶顯示器（IXD) 338 (例如，觸摸屏IXD)用戶接口一起，用戶接口板202 包括多個接口選項，包括：存儲器332、USB主機接口 334、診斷端口 336、攝像頭端口 340、音 頻/視頻接口 342、撥號/賽爾（cell)調制解調器344以及全球定位系統（GPS)端口 346。
[0042] 圖3所示的電子數據處理系統210還包括具有用于記錄環境數據的環境記錄器 362的基座電源板206。基座電源板206還使用AC/DC轉換器358和電池充電器控制器360 給電子數據處理系統210提供電力。基座電源板206使用集成電路間（I2C)串行單端總線 354以及經由DMA串行外圍接口（DSPI) 356與基座處理器板204進行通信。基座電源板206 經由在基座電源板206中實現的輸入/輸出（I/O)擴展功能364連接到傾斜傳感器和射頻 識別（RFID)模塊208。
[0043] 雖然示出為單獨的組成部件，但在其它實施方式中，所有組成部件或組成部件的 子集可以物理上位于不同的位置和/或以與圖3中所示的方式不同的方式進行功能性組 合。例如，在一個實施方式中，基座處理器板204和用戶接口板202被組合成一個物理板。
[0044] 現在參照圖1和圖4,示出了具有集成顯示器的AACMM 100的實施方式。AACMM 100 包括基座116,基座116包括被布置成與光學總線219通信或者經由一個或更多個電氣總 線218進行通信的電子數據處理系統210。光學總線219或電氣總線218所承載的數據可 以來自與軸承套筒組110、112、114相關聯的編碼器或來自臂附件。基座116包括在一端上 具有安裝設備120以及在相對端上具有軸承套筒組114和臂部104的殼體399。在一側上， 殼體399包括凹部403。凹部403由內壁405、第一側壁407、第二側壁409以及端壁411限 定。側壁407、409布置成相對于AACMM 100的安裝平面一定角度，使得凹部403從與安裝 設備120相鄰的端部至與臂部104相鄰的端部逐漸減小。與端壁411相鄰，殼體399包括 尺寸被設置成有利于操作者攜帶AACMM 100的手柄部122。
[0045] 在一個實施方式中，凹部403包括尺寸被設置成容納電池414的開口。電池414被 可拆卸地設置在殼體399中并且通過可移動地設置在壁405中的閂415固定。閂415可以 包括咬合電池414的表面并防止意外拆卸的突出部。電池414可以耦接至電池組接口并且 在AACMM 100沒有連接至外部電源（例如，壁裝電源插座）時給AACMM 100提供電力。在 示例性實施方式中，電池414包括與電子數據處理系統210通信并且傳送包括但不限于如 下信號的信號，以使得AACMM能夠以可控的方式關閉，該信號為：電池充電水平；電池類型； 型號；生產廠家；特性；放電率；預測剩余量；溫度；電壓；以及將放盡電警報。
[0046] 例如，在壁405上還可以設置耦接至電子數據處理系統210的一個或更多個外部 端口，諸如閃存卡端口 317、USB 3. 0端口 315、HDMI端口 311和音頻接口 313。外部端口被 布置成在可移動蓋部124從閉合位置（圖1)移動到打開位置（圖4)時用戶能夠進行訪問。
[0047] 可移動蓋部124包括安裝至用于將可移動蓋部124耦接至端壁411的鉸鏈的殼體 構件423。在示例性實施方式中，當可移動蓋部124處于打開位置時，可移動蓋部124被布 置成相對于內壁404成鈍角。應理解，可移動蓋部124可連續旋轉，并且該打開位置可以是 操作者能夠訪問和使用顯示屏的任何位置。
[0048] 可移動蓋部124還包括設置在一側上并且耦接至殼體構件423的面部構件424。 面部構件424包括尺寸被設置成允許觀看顯示器428的開口 425。殼體構件423和面部構 件424通常是由例如注塑模制塑料材料形成的用于限定中空的內部部分的薄壁結構。在一 個實施方式中，殼體構件423或面部構件424可以由其它材料制成，例如，包括但不限于鋼 或鋁金屬板。
[0049] 在可移動蓋部124內布置具有顯示屏428的顯示器428。顯示器428被安裝至面 部構件424。顯示器428提供使得操作者能夠在不利用或連接外部主機的情況下與AACMM 100進行交互和對AACMM 100進行操作的用戶界面。顯示器428可以包括具有如下用于檢 測觸摸的元件的觸敏屏，這些元件包括但不限于：電阻元件；表面聲波元件；電容元件；表 面電容元件；投射電容元件；紅外光電探測器元件；應變儀元件；光學成像元件；色散信號 元件；或聲音脈沖識別元件。顯示器428被布置成與用戶接口板202和基座處理器板204 雙向通信，以使得操作者啟動顯示器428可以導致一個或更多個信號傳送至顯示器428或 從顯示器428傳送一個或更多個信號。在一個實施方式中，顯示器428被配置成顯示數據， 諸如經由光學總線219傳送的高清晰度視頻圖像。
[0050] 現在參照圖5至圖8,示出了探頭端401的如下示例性實施方式：其包含具有快 速連接的機械和電氣接口的測量探頭殼體102,所述快速連接的機械和電氣接口使得可拆 卸和可互換的設備400能夠與AACMM 100耦接。在示例性實施方式中，設備400包括外殼 402,外殼402包括尺寸和形狀被設置成可以握在操作者的手中的手柄部404,諸如手槍把 手。外殼402是具有腔406 (圖7)的薄壁結構。腔406的尺寸被設置并且被配置成容納控 制器408。控制器408可以是例如具有微處理器的數字電路，或模擬電路。在一個實施方式 中，控制器408與電子數據處理系統210(圖2和圖3)進行異步雙向通信。控制器408與 電子數據處理系統210之間的通信連接可以是無線的、有線的（例如，經由總線218)或者 光學（例如，經由總線219)連接。通信連接還可以包括直接或間接無線連接（例如藍牙或 IEEE 802. 11)或者是有線連接、光學連接和無線連接的組合。例如，在示例性實施方式中， 外殼402例如由注射模制的塑料材料形成為兩個半部410、412。例如，半部410、412可以通 過諸如螺釘413的緊固件固定在一起。在其它實施方式中，外殼的半部410、412可以通過 例如粘合劑或超聲波焊接固定在一起。
[0051] 手柄部404還包括可由操作者手動激活的按鈕或致動器416、417。致動器416、 417被耦接至用于將信號傳送給探頭殼體102內的控制器420的控制器408。在示例性實 施方式中，致動器416、417執行位于探頭殼體102上的、與設備400相對的致動器422的功 能。應理解，設備400可以具有用于控制設備400、AACMM 100的額外的開關、按鈕或其它致 動器，反之亦然。此外，設備400可以包括例如指示器，諸如發光二極管（LED)、聲音發生器、 儀表、顯示器或計量器。在一個實施方式中，設備400可以包括允許口頭說明與測量點同步 的數字語音記錄器。在又一實施方式中，設備400包括使操作者能夠將語音激活命令傳送 給電子數據處理系統210的麥克風。
[0052] 在一個實施方式中，手柄部404可以被配置成由操作者的手使用或用于特定的手 (例如左手或右手）。手柄部404還可以被配置成便于有殘疾的操作者（例如缺失手指的 操作者或具有假臂的操作者）使用。另外，當間隙空間有限時，可以拆除手柄部404,而獨立 使用探頭殼體102。如上所述，探頭端401還可以包括AACMM 100的第七軸線的柱。在本實 施方式中，設備400可以被布置成繞AACMM的第七軸線旋轉。
[0053] 在一個實施方式中，探頭端401包括與探頭殼體102上的第二連接器協作的機械 和電氣接口。連接器可以包括允許將設備400耦接至探頭殼體102的電氣和機械特征。在 一個實施方式中，接口 426包括其上具有機械耦接器432、第一電連接器434以及第二電連 接器435的第一表面430。外殼402還包括被定為成與第一表面430相鄰并且從第一表面 430偏離的第二表面436。在示例性實施方式中，第二表面436是從第一表面430偏移約0. 5 英寸距離的平面。如將在后面詳細描述的，當操作者擰緊或松開諸如套環438的緊固件時， 這個偏移為操作者的手指提供了間隙。接口 426提供了在設備400與探頭殼體102之間的 相對快速且牢固的電連接而不需要使連接器插腳對準，并且不需要單獨的電纜或連接器。
[0054] 第一電連接器434從第一表面430延伸并且包括一個或更多個連接器插腳440， 例如，一個或更多個連接器插腳440經由一個或更多個總線218以異步雙向通信的方式與 電子數據處理系統210(圖2和圖3)電耦接。雙向通信連接可以是有線的（例如經由總線 218)、無線的（例如藍牙或IEEE 802. 11)、或有線連接和無線連接的組合。在一個實施方式 中，第一電連接器434電耦接至控制器420。例如，控制器420例如可以經由一個或更多個 電氣總線218與電子數據處理系統210進行異步雙向通信。
[0055] 類似地，第二電連接器435鄰近電連接器434從第一表面430延伸。第二電連接 器435可以包括經由光學總線219以異步雙向通信的方式與電子數據處理系統210電耦接 的一個或更多個連接器插腳。在示例性實施方式中，第二電連接器435使得能夠進行高速 數據傳輸。在一個實施方式中，經由第二電連接器的數據傳輸大于12兆字節每秒并且兼容 通用串行總線標準。在另一實施方式中，經由第二電連接器435的數據傳輸高達625兆字 節每秒并且兼容USB 3.0標準。在又一實施方式中，經由第二電連接器435的數據傳送高 達125兆字節每秒并且兼容千兆以太網（IEEE802. 3-2008)標準。
[0056] 如將在后面詳細討論的，第二電連接器435經由探頭殼體102內的收發器421耦 接至電子數據處理系統210。收發器421被配置成將來自連接器435的電信號轉換成光學 信號。收發器在光學通信介質與電通信介質之間提供雙向通信。在示例性實施方式中，收 發器421經由第二電連接器435接收電信號并且將電信號傳送至設備400以及經由光學總 線219接收和傳送光學信號。在一個實施方式中，收發器421與控制器420集成。在另一實 施方式中，第二電連接器435是光學連接器并且可以省略收發器421。在一個實施方式中， 總線241還可以包括電信號線和光學信號線兩者，在該情況下，當允許光學信號通過時，收 發器421僅用于將電信號轉換成光學信號。應理解，在總線241僅是光學總線的實施方式 中，可以省略收發器421。
[0057] 電連接器434、435被定位成提供與探頭殼體102上的相應的電連接器的相對快速 且牢固的電連接。當將設備400附接至探頭殼體102時，這些電連接器相互連接。這些電 連接器可以分別包括金屬包裹的連接器殼體，所述金屬包裹的連接器殼體提供對電磁干擾 的屏蔽，以及保護連接器插腳并且在將設備400附接至探頭殼體102的過程期間協助插腳 對準。
[0058] 機械耦接器432在設備400與探頭殼體102之間提供相對剛性的機械耦接以支持 相對精確的應用，其中設備400在AACMM 100的臂部104的端部上的位置優選地不偏移或 移動。任何這樣的移動通常可能引起測量結果精度的不期望的退化。利用本發明實施方式 中的快速連接的機械和電子接口的機械附接配置部分的各種結構特征可以實現這些期望 的結果。
[0059] 在一個實施方式中，機械耦接器432包括位于一端448 (設備400的前緣或"前 部"）上的第一突出部444。第一突出部444可以包括構成從第一突出部444延伸的邊緣 446的以栓加固的、有凹口的或有坡度的接口。將邊緣446的尺寸設置成適于被容納在由 從探頭殼體102延伸的突出部452限定的槽450中（圖8)。應理解，第一突出部444和槽 450連同套環438形成耦接器裝置，以使得在邊緣446位于槽450內的情況下，可以使用槽 450來限制在設備400被附接到探頭殼體102時設備400的縱向和橫向移動兩者。如將在 下面更詳細描述的，可以使用套環438的旋轉來將邊緣446固定在槽450內。
[0060] 與第一突出部444相對，機械耦接器432可以包括第二突出部454。第二突出部 454可以具有以栓加固的，有凹口的邊緣或有坡度的接口表面456(圖6)。例如，第二突出 部454被定位成嚙合與探頭殼體102相關聯的緊固件，諸如套環438。機械耦接器432包括 從表面430突出的凸起表面，該凸起表面與電連接器434相鄰或布置在電連接器434附近， 這給接口 426提供了樞軸點。這在設備400附接到探頭殼體102時用作設備400與探頭殼 體102之間的三個機械接觸點中的第三個機械接觸點。
[0061] 探頭殼體102包括同軸地布置在一端上的套環438。套環438包括在第一位置（圖 5)和第二位置（圖7)之間可移動的螺紋部。通過旋轉套環438,套環438可用于緊固或拆 除設備400而不需要外部工具。套環438的旋轉使套環438沿相對粗糙的、方螺紋的圓柱 體474移動。使用這種相對大尺寸、方螺紋且波狀（contoured)的表面可以以最小的轉矩 來實現大的夾緊力。圓柱體474的螺紋的大螺距還使套環438能夠以最小的旋轉來被擰緊 或松開。
[0062] 為了將設備400耦接至探頭殼體102,將邊緣446插入到槽450中并且使設備樞轉 以便如箭頭464所指示的使第二突出部454朝表面458旋轉（圖5)。旋轉套環438以使得 套環438沿箭頭462所示的方向移動或平移成與表面456接合。套環438抵靠有角度的表 面456的移動驅使機械耦接器432抵靠凸起表面460。這有助于克服接口表面上的外來對 象或接口的變形的潛在問題，這些潛在問題會影響設備400到探頭殼體102的剛性安置。套 環438對第二突出部454施加力使得機械耦接器432向前移動以將邊緣446按壓至探頭殼 體102的基座上。當繼續擰緊套環438時，使第二突出部454向上壓向探頭殼體102,從而 在樞轉點上施加壓力。這提供了一種蹺蹺板類型的布置，給第二突出部454、邊緣446和中 心樞轉點施加壓力以減少或消除設備400的偏移或搖擺。樞轉點直接壓靠到探頭殼體102 的底部，同時邊緣446在探頭殼體102的端部上施加向下的力。圖6包括箭頭462、464以 示出設備400和套環438的移動方向。應理解，設備400的表面436的偏移距離提供了套 環438與表面436之間的間隙（圖7)。間隙使操作者能夠在套環438上獲得更牢固的夾 持，同時降低隨著套環438的旋轉而夾痛手指的危險。在一個實施方式中，探頭殼體102具 有足夠的硬度以減少或防止在套環438擰緊時探頭殼體102變形。
[0063] 探頭端401與臂部104的端部的耦接創建了光學總線219與收發器421之間的通 信連接。這個耦接還創建了總線218與控制器420之間的通信連接。以此方式，可以通過 總線218、219兩者傳送和接收信號。應理解，理想的是臂部104的段106、108和探頭端401 在若干個旋轉軸線上是可旋轉的，以使得探頭端401可以被定位成執行期望的測量而不限 制用戶。因此，針對每個旋轉接合點，在每個軸承套筒組110、112、114處執行一個或更多個 電氣連接和光學連接。這些連接使得臂部104能夠移動和旋轉而不干擾電導體或光導體。
[0064] 現在參照圖9至圖11，示出了使用例如包括滑環組件的軸承套筒組（例如軸承套 筒組110)的臂部旋轉連接的示例性實施方式，該滑環組件使得臂段能夠旋轉同時使得光 纖或電導體能夠穿過臂部。如上面所討論的，例如，關節臂的每個旋轉連接利用模塊化軸承 /編碼器套筒（諸如套筒500或502)。這些套筒500、502被安裝在雙管套接合504、506的 開口中。每個管套接合504、506包括具有第一凹部或管套510的第一圓柱形延伸部508以 及具有第二凹部或管套514的第二圓柱形延伸部512。盡管可以采用其它相對的、角度配 置，但是通常將管套5KK514彼此定位成90°。套筒502被定位在雙管套接合504、506的 每個管套516中以限定鉸鏈接合，同時套筒500被定位在接合506的管套510中以分別限 定縱向回轉接合。模塊化軸承/編碼器套筒500、502提供以下優點：允許分開制造其上安 裝有模塊化編碼器組成部件的預應力或預加載的雙軸承套筒。然后，這個軸承編碼器套筒 可以固定地附接至例如關節臂部104的外部骨架組成部件（諸如雙管套接合504、506)。這 種套筒的使用有利于對關節臂部104的這些復雜的子組件進行高質量、高速的生產。
[0065] 在一些實施方式中，可以存在多達四種不同的套筒類型，兩種使得能夠回轉旋轉 的"長"軸線套筒，以及提供鉸鏈接合的"短"套筒。每個套筒包括預加載的軸承布置和可 以包括數字編碼器的檢測器。雖然套筒的長度可以變化，但出于示例性的目的，將關于套筒 500描述所有類型的套筒。
[0066] 如圖10所示，套筒500A包括通過內套管（sleeve) 522和外套管524隔開的一對 軸承518、520。期望軸承518、520是預加載的。在本實施方式中，這種預加載是通過不同 長度的套管522、524提供的，以使得當擰緊時，在軸承518、520上生成預選的預加載力。使 用密封件526對軸承518、520進行密封，其中這個組件被可旋轉地安裝至軸528。在軸528 的上表面處，軸528在軸上部殼體530處終止。環形件532被限定在軸528與軸上部殼體 530之間。該整個組件被定位在外部套筒殼體534內，使用內螺母527和外螺母529的組合 將軸528及其軸承組件固定地附接至殼體534。應注意，在組裝時，外殼534的上部被容納 到環形件532內。應理解，當擰緊用于給軸承提供壓縮力的內螺母和外螺母時，預加負荷被 提供給軸承518、520,并且由于內墊片（spacer)522與外墊片524之間的長度差，將實現所 需的預加載水平。
[0067] 在一個實施方式中，軸承518、520為雙滾珠軸承。為了獲得期望的預加載，重要的 是軸承表面要平行。平行度影響繞軸承的圓周的其它預加載的均勻性。不均勻加載使軸承 產生粗糙的不均勻運行扭矩的感覺，并且可以導致不希望的徑向跳動以及或降低編碼器性 能。墊片522、524用于增強軸承的間隔。在示例性實施方式中，套筒殼體534和墊片522、 524由鋁制成，并且被加工成期望的長度和平行度。因為針對內墊片和外墊片使用共同的材 料，所以溫度的變化不會產生可能有損于預加載的膨差。因為對軸承的任何污染可能會影 響到所有的旋轉運動和潛在的編碼器精度，所以使用密封件526來提供密封的軸承。
[0068] 雖然在示例性實施方式中，套筒500A包括一對軸承，但是套筒500A還可以包括單 個軸承或者三個或更多個軸承。因此，每個套筒包括至少一個軸承。在一個實施方式中，可 以將光學編碼器系統布置在端部554中。編碼器系統包括盤562和一個或更多個讀取頭 563。編碼器系統包括可測量特征的圖案。讀取頭中的光源將光發送至盤圖案，并且通過讀 取頭上的光學檢測器接收從讀取頭反射或透射的光。該信息用來確定旋轉角。
[0069] 套筒既可以不受限地旋轉，也可以僅允許受限的旋轉。對于受限的旋轉，在一個實 施方式中，殼體534的外表面上的凸緣538的凹槽536提供容納梭子（未示出）的圓筒形 軌道。例如，梭子在軌道536內行進直到梭子抵靠可拆卸的梭子止動件（例如旋轉止動件 設置螺釘）為止，從而將阻止進一步的旋轉。
[0070] 在示例性實施方式中，如圖10所示，套筒500是套筒500A。對于不受限旋轉，套筒 能夠自由地移動。例如，在本實施方式中，旋轉耦合器（例如光學回轉節540)用于使信號 能夠在光纖電纜219C、219D上行進以通過接合。軸528具有穿過其的開口 542。被定位在 開口 542內的是光學回轉節540。光纖電纜219C經由上部殼體530中的通道544進入套筒 500A。光纖纜線219進入被固定抵至開口 542的上部內的肩部548的軸套（bushing) 546。 與軸套546的端部平齊地相鄰安裝的是耦接至光纖電纜219C的端部的漸變折射率棒形透 鏡 550。
[0071] 類似地，光纖纜線219D經由殼體534的端部554中的通道552進入套筒500A。光 纖纜線219D進入被固定至下部554的軸套556。與軸套556的另一端平齊地相鄰安裝的是 另一漸變折射率棒形透鏡558。漸變折射率棒形透鏡558耦接至光纖纜線219D的端部。
[0072] 透鏡550、558形成使得來自光纖纜線219C、219D的信號能夠通過透鏡之間的間隙 的光耦合器。對透鏡550、558的焦距進行選擇，以使得每個透鏡將來自光纖的光學信號準 直成平行光束或軸向指向另一透鏡的光柱。接收透鏡將接收準直光束并且將其聚焦至相應 的光纖219C、219D的端部。透鏡550、558的相對面的直徑基本上大于光纖纜線219C、219D 的可比較直徑。因此，軸向未對準的透鏡550、558導致比同樣軸向未對準的裸光纖端部出 現明顯較少的中斷。此外，對旋轉耦合器內的光學信號的準直允許透鏡間隙明顯大于用于 維持可比較光纖耦合傳送的直接光纖至光纖回轉節中的光纖之間的間隙。在一個實施方式 中，透鏡間隙小于1/10英寸。在一個實施方式中，光學回轉節540是由穆格有限公司（MOOG， Inc)生產的型號為F0228的光纖回轉節。
[0073] 應理解，具有光學回轉節540的套筒500A形成旋轉接口，該旋轉接口使得軸528 能夠獨立于殼體534旋轉，同時仍使信號能夠通過旋轉連接傳送。在示例性實施方式中，軸 528和殼體534可以以不受限旋轉的方式運動。光學回轉節540僅執行信號傳送功能并且 是非結構化的，這意味著光學回轉節540不給旋轉連接提供機械功能。應理解，這提供了以 下優點：使得信號能夠沿著臂部104的長度傳送，同時仍使臂部104的各部分或段能夠自由 地旋轉。
[0074] 現在參照圖11，例如，套筒500的另一實施方式是被示出具有混合旋轉耦合器（例 如滑環560)的套筒500B。混合滑環560包括安裝在開口 542內抵靠肩部548的軸套546。 光纖纜線219C通過通道544進入套筒并且延伸至軸套546。漸變折射率棒形透鏡550被平 齊地安裝至軸套546的端部。在本實施方式中，包括至少一個電導體的電纜218C也通過通 道544進入并且進入軸套546。至少一個接觸環564耦接至電纜218C內的導體并且被安裝 至開口 542內的軸套546的端部。
[0075] 混合滑環560還包括經由通道552進入殼體534的端部554并且延伸至軸套556 的光纖纜線219D。漸變折射率棒形透鏡558被平齊地安裝至軸套556的端部。第二電纜 219D經由通道552進入殼體534并且進入軸套556。可以作為接觸環的至少一個傳送構件 568耦接至電纜218D內的導體并且被安裝至開口 542內的軸套556的端部。接觸環564 和傳送構件568被布置成在操作期間彼此滑動接觸以使得電信號能夠在其間穿過。例如， 傳送構件568可以由適合的材料（例如金屬或石墨）制成。在另一實施方式中，傳送構件 568可以是被布置成與接觸環564的外徑接觸的一個或更多個刷子。如上面所討論的，在 操作期間，在光纖纜線219C、219D上傳送的信號經由透鏡550、558穿過接合點。信號在電 纜218C、218D上傳送以經由接觸環564和傳送構件568穿過接合點。在一個實施方式中， 被配置成在集成組件中提供電信號和光學信號兩者的傳送的混合滑環560可以是可來自 穆格有限公司的型號H18。
[0076] 應理解，套筒500B中使用的滑環可以容納多個電導體。通過滑環的通信可以是單 向的、雙向的、同步或異步的通信。在一個實施方式中，總線218使得能夠通過該總線傳送 數據信號和電力。
[0077] 光學回轉節540和滑環560可以用在除了圖9中的套筒500、502以外的其它接合 配置中。圖12示出了繞軸線570可旋轉的探頭端401。在本實施方式中，探頭端401包括 一對軸承572、574。軸承572、574使得探頭端401能夠繞軸576相對于耦接至臂401的端 部的殼體578旋轉。在殼體578內布置旋轉耦合器580,旋轉耦合器580可以是圖10中所 示的旋轉耦合器540或圖11中所示的旋轉耦合器560。旋轉耦合器540、560被配置成使得 信號能夠從探頭端401傳送至臂部104。光學總線219E從探頭端401中的控制器（未示 出）穿過軸576延伸至旋轉耦合器580。類似地，總線218E從控制器穿過軸576延伸至旋 轉耦合器580。總線218D、219D耦接至旋轉耦合器580的一端并且穿過旋轉耦合器580進 入臂部104。因此，旋轉耦合器580提供通過總線218、219在探頭端401與臂部104之間的 信號傳送功能。
[0078] 現在參照圖13,例如，光學回轉節540和滑環560也可以用在臂段（例如臂段106) 中。在本實施方式中，臂段106包括內軸582和外殼584。內軸582被配置成獨立于外殼 584旋轉。內軸582在被布置在內軸582的相對端部上的第一軸承586和第二軸承588上 旋轉。如上面所討論的實施方式，軸承586、588可以被預加載并且按壓適配至殼體584中。 旋轉耦合器590布置在臂段106的一端上。在本實施方式中，旋轉耦合器590可以是圖10 中的旋轉耦合器540或圖11中的旋轉耦合器560,旋轉耦合器590被配置成使得信號能夠 在被布置在內軸582的端部592處的總線218A、219A與耦接至內軸582的總線218B、219B 之間傳送。因此，可以傳送信號而不妨礙內軸582的旋轉。
[0079] 圖14所示的又一實施方式示出了提供具有兩個旋轉軸的旋轉連接，其中一個連 接提供大于360度的旋轉。在本實施方式中，旋轉連接具有尺寸被設置成容納編碼器組件 596的殼體594。編碼器組件596包括具有一對軸承598、600的殼體597,軸承598、600限 定軸602相對于殼體597旋轉所繞的旋轉軸。旋轉編碼器604繞軸602布置，其響應于軸 602的旋轉生成信號。在一個實施方式中，旋轉編碼器604包括耦接至軸602且隨軸602旋 轉的編碼器盤605以及耦接至殼體597的讀取頭607。編碼器盤包括通過讀取頭照射的多 個可測量特征。由讀取頭接收通過盤反射或透射的光并且用于獲得角度讀數。蓋599被配 置成將編碼器組件596封入到殼體594內。
[0080] 軸602包括延伸穿過其的孔603。孔603的尺寸被設置成容納至少部分地設置在 其中的旋轉耦合器606。總線518B、519B的第一段被容納在孔603的一端并且耦接至旋轉 耦合器606的第一半部609。第一半部609相對于殼體597固定。總線518C、519C的第二 段耦接至旋轉耦合器606的第二半部611。第二半部611被固定至孔603并且隨軸602旋 轉。旋轉耦合器606在操作上基本上類似于光學回轉節540、560,以使得信號能夠在總線 518B、519B與總線518C、519C之間傳送而不妨礙軸602相對于編碼器組件596的旋轉。
[0081] 總線218、219使得能夠在數據處理系統210與探頭端401之間雙向、異步地傳送 信號。如圖15所示，在一些應用中，可能希望在探頭端401上連接多個設備或附件。例如， 可能希望將激光線性探頭242和高清攝像頭兩者分別連接至探頭端。在一個實施方式中， 多個連接點通過單獨的光學總線耦接至電子數據處理系統210。在另一實施方式中，探頭端 401包括與收發器421耦接的單個光學總線219E。收發器421允許光通信介質與電通信介 質之間的雙向通信。與光學總線219E相反，收發器421連接至路由設備495,例如集線器 (用于USB 3. 0連接）或交換機（用于千兆以太網連接）。路由設備495使得多個附件設 備能夠與單個光學總線219E耦接。
[0082] 在本發明的其它實施方式中，耦接至AACMM 100的設備400可以包括利用光學總 線219E的高傳輸速率將數據傳送至電子數據處理系統210的功能性設備。設備400可以 是，但不限于高清晰度靜止攝像頭、高清晰度攝像機（例如大于1280X720像素）、條形碼 掃描儀、熱掃描儀、音頻記錄系統，圖像投影儀、飛行時間掃描儀、飛點掃描儀，結構化光掃 描儀以及IR溫度計。在一個實施方式中，設備400可以包括多個攝像機，例如，包括但不限 于"微型"攝像頭、"超微型"攝像頭或三維圖像攝像頭。在一個實施方式中，設備400可以 包括如在共同轉讓的美國專利7, 804, 602所述的題為"用于重新定位關節臂坐標測量機的 設備和方法（Apparatus and Method for Relocating an Articulating-Arm Coordinate Measuring Machine) "中所描述的回射器保持器，該申請的全部內容通過引用合并到本文 中。在另一實施方式中，設備400可以包括如在共同擁有的美國專利5, 412, 880的題為 "使用三維坐標測量設備構建可測量的量的三維映射的方法（Method of Constructing a 3-Dimensional Map of a Measurable Quantity Using Three Dimensional Coordinate Measuring Apparatus) "中所描述的超聲波探頭，該申請的全部內容通過引用合并到本文 中。在一個實施方式中，設備400包括多個功能，例如圖像投影儀和激光線性探頭。圖像 (例如CAD)數據可以經由總線218E傳送至圖像投影儀，同時可以經由光學總線219E傳送 通過LLP圖像傳感器獲得的數據。應理解，這些設備的集成可以提供下述優點：使操作者能 夠獲取更快以及具有更高可靠度的測量。例如，采用附接的靜止攝像頭或攝像機設備，操作 者可以記錄采用該設備測量的對象的圖像或高清圖像。圖像數據可以經由光學總線219傳 送，同時測量數據經由總線218同時傳送。例如，這些圖像可以被顯示在顯示器328上，經 由HDMI端口 311輸出至視頻監測器或納入檢查報告中。在一個實施方式中，操作者可以經 由用戶接口板202將圖形標記放置在所顯示的圖像上以限定測量點。以此方式，操作者可 以隨后從存儲器中調用被標記的圖像并且快速查看在哪進行測量。在其它實施方式中，捕 獲被測對象的視頻。然后，視頻經由用戶接口板202重播以幫助操作者對待檢查的下個對 象進行重復多個測量，或作為新操作者的訓練工具。
[0083] 在又一實施方式中，設備被配置成具有噴嘴的噴漆設備。在本實施方式中，設備 400接收來自電子數據處理系統210的信號并且選擇性地從一個或更多個噴射嘴噴射一種 或更多種顏色，一個或更多個噴射噴嘴中的每個連接至各自具有單個涂料顏色（如紅，綠 和藍）的貯存器。應理解，噴射嘴還可以是將涂料滴、墨滴、顏料滴或印模沉積到表面上的 噴墨型噴射機構。噴墨嘴可以包括但不限于：連續噴墨打印機、熱噴墨打印機和壓電噴墨打 印機。由于電子數據處理系統已知探頭殼體102的位置和方位，所以設備可以接收命令以 在特定位置處噴射特定顏色來與存儲在存儲器中的所希望的圖像匹配。因此，隨著操作者 橫跨所期望的表面（如壁）移動設備400,圖像或圖片可以通過設備400再現。這個實施方 式還可以提供以下優點：例如，在制造環境中，在制品（例如片金屬）上創建布局標記。
[0084] 在另一實施方式中，例如，AACMM 100可以在手術室中使用。醫生可以使用便攜式 AACMM來確定制造切口或發現腫瘤的位置、將探頭或測量設備118的位置與來自計算機軸 向斷層數據的三維數據關聯的位置。在這種情況下，設備400中的投影儀可以經由光學總 線接收圖像信號并且將圖像投影至患者，提供CAT掃描影像的實際的復制或標記以引導外 科醫生。通過手動操作機器人遠程執行的手術可以以如上所述相同的方式使用投影系統。
[0085] 在AACMM用在制造環境中的應用中，具有投影儀的設備400可以給根據3D CAD或 圖像文件驅動的需要定位的各種操作提供引導。這包括，例如：給鉚釘、儀器儀表、附件鉆 孔；給汽車、飛機、公共汽車或大型部件貼花或應用背膠帶；研磨/磨光表面或焊接點直到 他們符合圖紙要求；以及將釘子或螺釘定位到保護層后面的螺栓或結構化構件的位置。
[0086] 本發明的該方面的實施方式提供了對隱藏特征（例如管子、線路，管道或在壁、隔 板、地板的下方或鎖著的門后面的其它對象）的可視化，有助于確定在哪可以安全地進行 切口。這些實施方式還提供了投影的可視化并且對鉆孔、切割以及進入爆炸物的關鍵組成 部件進行引導（例如，當設備的3D CAD數據可用時）。
[0087] 根據本發明的該方面的實施方式，用于AACMM的投影系統將引導和部分數據（例 如，結構化CAD數據）投影到部件的表面上。投影系統還可以用來對在壁內、結構內或人體 內的圖像進行投影以用于建筑改造、外科手術或其它侵入性操作。附接至臂的一個或更多 個微型投影儀可以將圖像或數據投影到部件或表面上，或引導操作者。臂/投影儀組合可 以給被壁隱藏的、隱藏在人體內的、隱藏在爆炸設備等內的特征提供可視化。當存在對象的 3D記錄（例如，CAD圖紙、CAT掃描等）時，投影儀和臂的組合可以對顯示特征的位置的圖 像進行投影，仿佛穿過壁看到的一樣。
[0088] 如本文所使用的，有關總線218的術語"總線"、"線"和"導體"可以互換使用，指 的是用于傳送信號（例如同步脈沖和/或數據）的傳輸介質。
[0089] 例如，技術效果和益處包括用于在一個總線上傳送臂位置信號并且同時在高速總 線（例如光學總線上）傳送附件設備數據的能力。這導致可以通過響應于每個捕獲信號使 更多的數據能夠被收集而提高系統性能和吞吐量。另外，AACMM 100能夠通過不要求所有 的附件設備符合用于收集位置數據的內部總線來支持更廣泛的附件設備。
[0090] 如本領域的技術人員將理解的，本發明各方面可以實施為系統、方法或計算機程 序產品。相應地，本發明各方面可以采取整體硬件實施方式的形式，整體軟件實施方式（包 括固件、常駐軟件、微代碼等）的形式或者對軟件和硬件方面進行結合的實施方式的形式， 其在本文中統稱為"電路"、"模塊"或"系統"。此外，本發明各方面可以采取實施在一個或 更多個計算機可讀介質中的計算機程序產品的形式，所述一個或更多個計算機可讀介質包 含有計算機可讀程序代碼。
[0091] 可以使用一個或更多個計算機可讀介質的任何組合。計算機可讀介質可以是計算 機可讀信號介質或計算機可讀存儲介質。例如，計算機可讀存儲介質可以是但不限于：電子 的、磁的、光學的、電磁的、紅外的或半導體系統、裝置或設備，或前述的任何合適的組合。計 算機可讀介質的更具體的示例（非窮舉列表）包括如下：具有一個或更多個線的電連接件、 便攜式計算機磁盤、硬盤、隨機存取存儲器（RAM)、只讀存儲器（ROM)、可擦除可編程只讀存 儲器（EPROM或閃存）、光纖、便攜式光盤只讀存儲器（CD-ROM)、光存儲設備、磁存儲設備，或 者前述的任何合適的組合。在本文檔的上下文中，計算機可讀存儲介質可以是任何有形介 質，該有形介質可以包含或存儲有由指令執行系統、裝置或設備使用的或與指令執行系統、 裝置或設備有關的程序。
[0092] 例如，計算機可讀信號介質可以包括在基帶中或作為載波的一部分的包含有計算 機可讀程序代碼的傳播數據信號。這種傳播信號可以采取任何不同的形式，包括但不限于： 電磁的、光學的或其任何合適的組合。計算機可讀信號介質可以為不是計算機可讀存儲介 質的并且可以對由指令執行系統、裝置或設備使用的或與指令執行系統、裝置或設備有關 的程序進行通信、傳播或傳送的任何計算機可讀介質。
[0093] 可以使用任何合適的介質，包括但不限于：無線、有線、光纖電纜、RF等，或前述的 任何合適的組合，來傳送計算機可讀介質上所包含的程序代碼。
[0094] 用于實現本發明各方面的操作的計算機程序代碼可以以一種或更多中編程語言 的任何組合來編寫，該編程語言包括面向對象編程語言例如Java、Smalltalk、C++、C#等， 以及傳統過程式編程語言（例如"C"編程語言或類似的編程語言）。程序代碼可以完全地 在用戶的計算機上執行、部分地在用戶的計算機上執行，作為獨立軟件包部分地在用戶的 計算機上執行且部分地在遠程計算機上執行或完全地在遠程計算機或服務器上執行。在后 一種情形中，遠程計算機可以通過任何類型的網絡包括局域網（LAN)或廣域網（WAN)連接 至用戶的計算機，或者可以通過外部計算機（例如，通過使用因特網服務提供商的因特網） 來進行連接。
[0095] 通過參照根據本發明的實施方式的方法、裝置（系統）和計算機程序產品的流程 圖和/或框圖來描述本發明的各方面。應理解，可以通過計算機程序指令來實現流程圖和 /或框圖中的每個塊以及流程圖和/或框圖中的每個塊的組合。
[0096] 可以將這些計算機程序指令提供給通用計算機的處理器、專用計算機的處理器或 其它可編程數據處理設備的處理器以產生機構，使得經由計算機的處理器或其它可編程數 據處理裝置的處理器執行的指令來創建用于實現流程圖和/或框圖中的一個或更多個塊 中所指定的功能/動作的裝置。這些計算機程序指令還可以被存儲在計算機可讀介質中， 該計算機可讀介質可以以特定的方式引導計算機、其它可編程數據處理裝置或其它設備起 作用，以使得存儲在計算機可讀介質中的指令產生制品，該制品包括實現流程圖和/或框 圖中的一個或更多個塊中所指定的功能/動作的指令。
[0097] 還可以將計算機程序指令加載至計算機、其它可編程數據處理裝置或其它設備上 以使得待在計算機、其它可編程裝置或其它設備上執行的一系列的操作步驟產生計算機實 現的處理，以使得在計算機或其它可編程設備上執行的指令提供用于實現流程圖和/或框 圖中的一個或更多個塊中所指定的功能/動作的處理。
[0098] 附圖中的流程圖和框圖示出了根據本發明各實施方式的系統、方法以及計算機程 序產品的可能實施方式的操作、功能和架構。在這方面，流程圖或框圖中的每個塊可以表示 模塊、段或部分代碼，所述模塊、段或部分代碼包括用于實現一個或更多個特定的邏輯功能 的一個或更多個可執行指令。還應注意，在一些可替代的實施方式中，塊中提到的功能可以 不以圖中提到的順序出現。例如，實際上，可以基本上同時執行連續顯示的兩個塊，或者有 時可以以相反的順序執行這些塊，這取決于所涉及的功能。還應注意，可以通過執行特定功 能或動作的基于硬件的專用系統或專用硬件和計算機指令的組合來實現框圖和/或流程 圖中的每個塊以及框圖和/或流程圖中的塊的組合。
[0099] 雖然已經參照示例實施方式描述了本發明，但是本領域的技術人員應了解，在不 脫離本發明的范圍的前提下可以對本發明進行各種變化以及可以用等同物替換本發明中 的元件。另外，在不脫離本發明的基本范圍的前提下，可以做出多種修改以適于本發明的教 導的特定情況或材料。因此，本發明不限于所公開的作為實施本發明的最佳方式的特定實 施方式，并且本發明將包括落入所附權利要求書的范圍內的所有實施方式。此外，術語第 一、第二等的使用不表示任何順序或重要性，術語第一、第二等用于區分一個元件與另一個 元件。此外，術語一個、一等的使用不表示對數量的限制，而是表示存在被引用項目中的至 少之一。
【權利要求】
1. 一種便攜式關節臂坐標測量機（AACMM)，包括； 具有相對的第一端和第二端的能夠手動定位的關節臂部，所述臂部包括多個連接的臂 段，每個臂段包括用于產生位置信號的至少一個位置檢測器，其中，所述多個連接的臂段包 括第一臂段； 禪接至所述第一端的測量設備； 電子電路，被配置成接收來自所述至少一個位置檢測器的位置信號并且提供與所述測 量設備的位置對應的數據； 設置在所述測量設備與所述第一端之間的探頭端； 用于與所述電子電路進行通信的第一總線，其中所述第一總線的至少一部分是被配置 成傳送光的光學通信總線；W及 具有第一部分和第二部分的旋轉禪合器，所述第二部分被配置成相對于所述第一部分 旋轉，所述第一部分固定至所述第一臂段，所述旋轉禪合器被配置成在所述第一部分與所 述第二部分之間在所述光學通信總線上傳送信號。
2. 根據權利要求1所述的便攜式AACMM，其中，所述第一臂段能夠繞第一軸線旋轉至少 360 °，所述第一軸線基本上平行于所述第一臂段，所述第一臂段包括第一位置檢測器，所 述第一位置檢測器固定至所述第一臂段并且被配置成測量所述第一臂段繞所述第一軸線 的第一旋轉角。
3. 根據權利要求1所述的便攜式AACMM，還包括第二總線，所述第二總線被禪接用于所 述探頭端與所述電子電路之間的電通信，其中，所述第二總線和所述光學通信總線被配置 成同時工作。
4. 根據權利要求3所述的便攜式AACMM，其中，所述旋轉禪合器是混合禪合器，所述混 合禪合器被配置成在所述第一臂段與第二臂段之間在所述第二總線上傳送電信號。
5. 根據權利要求1所述的便攜式AACMM，其中，所述旋轉禪合器包括其間具有間隙的第 一透鏡和第二透鏡，所述第一透鏡固定至所述第一部分并且所述第二透鏡固定至所述第二 部分，所述第一透鏡和所述第二透鏡禪接至所述光學通信總線，所述第一透鏡和所述第二 透鏡被配置成在所述第一透鏡與所述第二透鏡之間傳送光。
6. 根據權利要求1所述的便攜式AACMM，還包括禪接至所述光學通信總線的附件設備。
7. 根據權利要求6所述的便攜式AACMM，還包括收發器，所述收發器被禪接用于所述附 件設備與所述光學通信總線之間的通信，所述收發器被配置成將來自所述附件設備的電信 號轉換成光學信號并且將所述光學信號置于所述光學通信總線上。
8. 根據權利要求6所述的便攜式AACMM，還包括收發器，所述收發器被禪接用于所述附 件設備與所述光學通信總線之間的通信，所述收發器被配置成將所述光學通信總線上的光 學信號轉換成電信號并且將所述電信號發送給所述附件設備。
9. 根據權利要求6所述的便攜式AACMM，其中，所述附件設備還禪接至第二總線，所述 第二總線被禪接用于所述探頭端與所述電子電路之間的電通信。
10. 根據權利要求1所述的便攜式AACMM，還包括收發器，所述收發器被配置成將所述 光學通信總線上的光學信號轉換成電信號并且將所述電信號發送給所述電子電路。
11. 根據權利要求2所述的便攜式AACMM，其中，所述第一旋轉角能夠為任何值。
12. 根據權利要求1所述的便攜式AACMM，其中，所述探頭端固定至所述第二部分。
13. 根據權利要求1所述的便攜式AACMM，其中，所述第二部分固定至第二臂段。
14. 一種旋轉禪合器檢測器套筒，包括： 包含第一部分和第二部分的機械組件，其中，所述第一部分被配置成相對于所述第二 部分旋轉； 具有第一部件和第二部件的第一軸承，所述第一部件固定至所述第一部分并且所述第 二部件固定至所述第二部分； 具有第=部件和第四部件的第二軸承，所述第=部件固定至所述第一部分并且所述第 四部件固定至所述第二部分； 檢測器，所述檢測器被配置成測量所述第一部分相對于所述第二部分的旋轉角，所述 檢測器包括第一元件和第二元件，所述第一元件固定至所述第一部分并且所述第二元件固 定至所述第二部分；W及 具有第一組成部件和第二組成部件的旋轉禪合器，所述第一組成部件附接至所述第一 部分并且所述第二組成部件附接至所述第二部分，所述第一組成部件附接至第一光纖的第 一端部，所述第二組成部件附接至第二光纖的第二端部，其中，所述旋轉禪合器被配置成在 所述第一光纖與所述第二光纖之間傳送光。
15. 根據權利要求14所述的旋轉禪合器檢測器套筒，其中，所述第一元件包括具有可 測量特征的周期性圖案，并且所述第二元件包括與所述周期性圖案分隔開并且與所述周期 性圖案通信的第一讀取頭。
16. 根據權利要求15所述的旋轉禪合器檢測器套筒，其中，所述第二元件還包括與所 述周期性圖案分隔開并且與所述周期性圖案通信的第二讀取頭。
17. 根據權利要求14所述的旋轉禪合器檢測器套筒，其中，所述旋轉角能夠變化至少 360 度。
18. 根據權利要求17所述的旋轉禪合器檢測器套筒，其中，所述旋轉角能夠為任何值。
19. 根據權利要求14所述的旋轉禪合器檢測器套筒，其中，所述第一組成部件包括第 一透鏡并且所述第二組成部件包括第二透鏡，所述第一透鏡和所述第二透鏡被配置成在所 述第一透鏡與所述第二透鏡之間傳送光。
20. 根據權利要求14所述的旋轉禪合器檢測器套筒，還包括滑環，所述滑環包括第一 導體和第二導體，所述第一導體附接至所述第一部分并且所述第二導體附接至所述第二部 分，所述滑環被配置成在所述第一導體與所述第二導體之間傳送電信號。
21. 根據權利要求20所述的旋轉禪合器檢測器套筒，其中，所述旋轉角能夠變化至少 360 度。
22. 根據權利要求21所述的旋轉禪合器檢測器套筒，其中，所述旋轉角能夠為任何值。
【文檔編號】G01B5/008GK104471347SQ201380038474
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2013年7月8日 優先權日:2012年7月17日
【發明者】克拉克·H·布里格斯, 弗雷德里克·約克 申請人:法羅技術股份有限公司
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