关节臂坐标测量机的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明大体上涉及根据权利要求1的一种关节臂坐标测量机以及根据权利要求12的一种操作关节臂坐标测量机的方法。
【背景技术】
[0002]本发明所涉及的技术领域是关节臂坐标测量机(也称为AACMM或CMM)，例如在US5402582，US6366831或W003069267中所公开的那些。这些装置包括:固定的底座、以及含有用关节连接的多个臂段。该关节使与底座相对的臂的可移动端具有可移动性，并且，在该可移动端处具有测量探针能够附接于其上的探头。臂的每一个关节都配备有传感器以确定该关节的位置信息，从而能够据此确定该臂的姿势，并且能够确定探头相对于底座的位置和取向。探头配备有至少一个，优选地为可替换的探头，其能够用于测量待检查的物体的点或区域。在测量过程中，操作者手动引导探头接近期望的测量点，并且，根据臂的姿势可以得到该测量点的几何坐标数据。
[0003]例如，在US6131299中，示出了这样的关节臂坐标测量机CMM配备有字母数字显示器、LED和按钮，它们位于CMM的可移动端的手柄附近。该显示器将臂的实际位置指示为代表三维坐标的数字值X、Y和Z。从而，操作者在使用探头测量工件的时候可以看到该坐标值。
[0004]除了关节臂之外，为了避免对高级主机和应用软件的需求，US5978748示出了安装在关节臂的可移动端上的用户界面和控制器，该控制器具有用于存储可执行程序和参考数据的存储器。从而，可以向用户提供指令(诸如，检查过程)，存储的CAD数据可以作为参考数据，并且可以立即完成对实际测量值和参考数据的比较。
[0005]US8276286示出了一种AACMM，其具有全集成测量控制器和显示器，该全集成测量控制器和显示器位于底座上，从而避免了与测量臂之间的碰撞。
[0006]US20120144685示出了一种AACMM，其中控制器和显示器位于底座上。该AACMM提供了用于执行该CMM的诊断或校准过程的图形用户界面。
[0007]集成在关节臂中的这些本地计算系统的问题在于，这种计算设备的使用寿命相当短，特别地比关节臂软件的使用寿命短很多。根据摩尔定律，在AACMM的一般使用寿命内，相对于软件的CPU和存储需求，硬件需求大幅度增加，而通常，AACMM的一般使用寿命远远大于普通计算机软件/硬件的使用寿命，因此，通常该计算单元必须先于测量机构被更换。臂内部智能一般不能够容易升级或替换。特别地，那些内部系统是专门设计的，其不能被多个选项替换。该专门设备也已知是比现成的PC硬件更贵。此外，使用内部系统，使用者与臂制造商绑定以进行任何升级或者甚至是软件更新，这就是为什么要提供一种使用标准计算机和相应的软件的方案，该标准计算机和相应的软件可以采用来自很多供应商，或可以从普通商店买到，或从因特网下载的产品进行替换和升级。单纯的计算机通信接口(诸如USB、以太网、RS232……)已知具有更长的寿命，并且通常是向后兼容的或是可以升级的。
[0008]这些现有技术的设计的另一个缺点在于，在使用AACMM进行测量的期间，在外部计算机上提供的测量信息对于操作者而言并不总是直接可见的。特别地，不熟练的操作者通常需要针对要进行哪些测量步骤和如何优选地以有效的序列接近所有期望测量点的指导，因此在现有技术中提供了一种独立的测量协议文件。在一些现有技术中可能有显示器，其示出由该机器所确定的原始坐标数据，但是对于无经验的操作者来说，此信息通常是相当无用的。
【发明内容】
[0009]因此，本发明的一个目的在于改进AACMM，从而提高其对于操作者的可用性，特别是使其更直观，并且避免错误测量和/或对AACMM的损害。特别地，本发明的一个目的是，允许操作者在工作中完全集中于他所引导的探头，而不必离开工作查看构造或指导说明。
[0010]本发明的另一个目的是向操作者提供用户指导，优选地是如下的指导，利用操作者在测量任务期间总是面对该指导，并且该指导能够提供测量进程、关键性结果和警告等的在线反馈。
[0011]本发明的一个目的是简化对期望测量点的识别，并且使导航至要测量的复杂物体处的这些测量点变得简单，并且/或者通过优化要接近的点之间的路径规划来加速测量。
[0012]本发明的另一个目的是确保测量质量，并且避免操作者需要具有要测量的物体的知识或如何测量特定的特征的知识，并且在不得不测量的物体的多种情况时，确保每次测量都以相同的方式完成。
[0013]这些目的是通过实现独立权利要求中的特征来实现的。在独立权利要求中描述了以另选的或有利的方式进一步发展本发明的特征。
[0014]根据本发明，关节臂包括显示单元，该显示单元位于探头的附近，例如在臂的可移动端的一个末尾臂段上的旋转把手处、在用于臂移动的把手处或者在探头本身处一一特别地当光学扫描装置被用作探头的时候。优选地，该显示单元以这样的方式被包括，使得其提供的图形信息在靠近测量期间眼睛所看的位置处，通常是在靠近臂的可移动端处的探针端部处被提供给操作者。因此，操作者在测量期间将总是能够看见显示器一一不同于在现有技术中，被适配在底座上的显示器在测量期间经常会被要测量的工件、关节臂或者操作者遮挡。
[0015]在一种实施方式中，显示单元可以包括图形屏幕，用于显示基于像素光栅的图形项目。显示单元与臂之间的附接可以是可移动的或可摆动的，以便可被调节到操作者最方便的视角，或者克服操作者视野中的障碍，或者克服由于显示器与要测量的物体或其所附接的臂之间的冲突所造成的探头移动性的障碍。显示单元也可以配备有确保在显示单元上所示出的信息总是保持水平的手段，例如利用重力保持显示器本身竖直的机械装置，或者根据来自重力或水平传感器的数据来旋转显示器所显示的图像信息的电子手段。
[0016]该显示单元还可以是可拆卸的，这能够例如允许操作者根据其方便或根据要测量的物体的类型，来将显示单元放在臂的可移动端处的上述位置中的任一位置。所述显示单元还可以被完全整合到探头中，到可移动端处的臂段中，或者到臂的可移动端处的把手中。
[0017]在另一种实施方式中，显示单元可以包括用于图形信息的投影仪，该投影仪被构造为将图形信息投影到要测量的物体上，或投影在实际测量的附近，例如，投影到实际测量点旁边的测量台上。
[0018]在又一种实施方式中，显示单元可附接至操作者本身，例如，附接到操作者的前臂，从而所示出的信息的视图不会受到操作者手腕的位置的影响，或者例如，附接到操作者的头部，如平视(head-up)显示器、包括微型屏幕或投影设备以将图形信息叠加到操作者的视野中的虚拟现实眼镜(例如，像已知的谷歌眼镜那样的显示单元)。
[0019]显示单元可以由导线通过关节处的集流环(slip ring)供电，或者通过关节处的变压器传输进行无线供电，或者使用电池供电。另一个选择(同样与电池结合)是利用操作者的臂活动时所获得的能量来产生电力，以在操作期间向显示器单元提供动力。
[0020]可以使用沿着臂的有线通信和/或无线通信，如无线网络(诸如WiF1、蓝牙等)来进行显示装置与臂的位置测量单元和/或外部计算装置之间的通信。
[0021]显示单元通常包括某种计算单元，该计算单元可以在如下范围内变化:从显示图像的基本计算电路到强大的图形处理单元(GUP)和/或微控制器、DSP、FPGA或ASIC。对于使用根据本发明的关节臂进行测量，可以利用控制器或者工控计算机或个人计算机来完成主要的计算能力，该控制器或者工控计算机或个人计算机位于或靠近该关节臂的固定底座处，或者远离该臂，这提供了如下的优点:简单的可替换性和可升级性，并且能够有助于避免发热问题。在情况中的显示单元只处理用于与主计算机通信的基本的计算，并据此提供图形输出一一可以这么说，该显示单元是运行主要应用的外部计算装置的远程用户界面。在另一种实施方式中，显示单元还包括强大的计算能力(例如，类似于用在智能手机、平板计算机等中的片上系统(SOC))，其允许处理坐标测量机器中所要求的实时计算。
[0022]被包括在臂的可移动端处，特别地被包括在显示单元处的相机可以用于将工件的CAD与来自相机的实际图像进行叠加，以在测量过程中指导操作者，并且/或者显示物体的几何特征与该几何特征的实时期望值相比较的偏差。
[0023]例如，安装在臂的可移动端处的显示单元能够拍摄物体的图片或影片，该显示器上安装有相机并且相机朝向该物体的方向取向，特别地，其中，相机的视野覆盖了探头能够收集测量值的区域。然后，该显示器能够向用户示出扩充了的实际内容，包括由与该测量任务有关的图形信息所叠加的相机图像的至少部分，例如，测量结果能够被直接显示在探头所测量的点或区域附近。从而，操作者不再需要直接查看探头的针尖，而可以通过该显示单元所示出的扩充了的实际图像来观察其测量。例如，下一个期望测量点，或接近它的方向和/或最新的测量结果也能够立即被示出给操作者。所扩充的视图还允许使用附加功能(诸如放大)，来准确地接近期望测量点。该缩放能够通过手动和/或动态缩放来控制，这取决于，例如，要测量的期望目标特征和/或探头与期望测量点或区域之间的实际偏差。在测量信息的此类扩充视图的另一种实施方式中，显示单元在其默认状态下还可以是透明的，使得操作者能够透过显示器看到物体，并且图形信息通过显示器而被叠加到该视图上，从而可以省去拍摄物体的相机。
[0024]显示单元也能够包括如下单元，该单元能够跟踪操作者的眼睛或头部，以识别操作者当前对显示单元的视野，并且相应地采用所示出的信息和/或相机图像，从而，操作者如同在没有显示单元的时候他所自然地期望的那样，来观察物体和扩充的信息。本段中的操作者跟踪选项也能够被开启或关闭，这取决于其对于操作者所面对的测量任务的可用性。
[0025]为了与测量机器的互动，显示单元可以包括触摸传感器设备或非接触式传感器设备(诸如触摸屏幕、手势识别、近程传感器等)，以探测操作者与由显示器所提供的信息之间的互动。
[0026]显示单元所提供的信息可以包括很多种图形项目，例如:指示测量值的图形信息和/或字母数字信息、在整个测量过程中指导操作者的信息、关于与期望的测量结果状态之间的偏差的信息、对已经测量的点或区域或者在测量过程中的下一个点或区域的指示、或者臂要以有效方式从探头的当前位置接近下一个点或区域的预期移动，显示警告、显示提示以及关于测量的当前的精确度的信息，等等。
[0027]此外或另选地，位于探头附近的