具有用于建立参照系的测距仪的坐标测量机的制作方法
【专利说明】具有用于建立参照系的测距仪的坐标测量机
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请是于2012年6月15日提交的美国专利申请13/524,028的部分继续申请， 其中，美国专利申请13/524, 028是于2011年1月14日提交的美国专利申请13/006,507 的部分继续申请，并且本申请要求于2010年1月20日提交的临时申请号61/296, 555、于 2010年6月16日提交的临时申请号61/355, 279W及于2010年6月4日提交的临时申请 号61/351，347的权益，该些申请的全部内容通过引用合并到本文中。
【背景技术】
[0003] 本公开内容设及坐标测量机，更具体地设及便携式关节臂坐标测量机，其中，在该 坐标测量机的探头端上具有连接器，该连接器允许将利用行进通过时间（transittimeof fli曲t)进行非接触式=维测量的的附件设备连接到坐标测量机。
[0004] 便携式关节臂坐标测量机（AACMM)在部件的制造或生产中得到了广泛应用，在部 件的制造或生产中需要在部件的制造或生产（例如，机械加工）的不同阶段期间快速且准 确地验证部件的尺寸。便携式AACMM相对于已知的静止或固定的、高成本的并且较难使用 的测量设施表现出重大改进，尤其在对相对复杂部件进行尺寸测量的所需的时间量方面表 现出重大改进。通常，便携式AACMM的用户简单地沿着待测部件或对象的表面引导探头。然 后，对测量数据进行记录，并且将其提供给用户。在一些情况下，数据W视觉形式提供给用 户，例如，在计算机屏幕上W=维（3D)形式提供给用户。在其他情况下，数据W数值形式提 供给用户，例如，当测量孔的直径时，在计算机屏幕上显示文本"直径=1. 0034"。
[0005] 在共同转让的美国专利No. 5, 402, 582 (巧82)中公开了现有技术中的便携式关节 臂CMM的示例，其全部内容通过引用合并到本文中。'582专利公开了一种3D测量系统，该 3D测量系统包括在一端上具有支承基座并且在另一端上具有测量探头的手动操作的关节 臂CMM。共同转让的美国专利No. 5, 611，147 ('147)公开了类似的关节臂CMM，其全部内容 通过引用合并到本文中。在'147专利中，关节臂CMM包括多个组件，所述多个组件包括在 探头端处的附加的旋转轴，从而给臂提供2-2-2或2-2-3轴配置（后一种情况为走轴臂）。
[0006] 还可W采用非接触技术来测量=维表面。一种类型的非接触式设备（有时称为激 光线探头）在点上或者沿着线发射出激光。例如，诸如电荷禪合器件（CCD)的成像设备被 定位成与激光器相邻W捕获来自表面的反射光的图像。被测对象的表面引起漫反射。传感 器上的图像将随着传感器与表面之间的距离变化而变化。通过获知成像传感器与激光器之 间的关系W及传感器上的激光图像的位置，可W使用=角测量方法来测量表面上的点。
[0007] 尽管现有的坐标测量机CMM适于其预期目的，但是需要一种具有本发明实施方式 的某些特征的便携式AACMM。
【发明内容】
[0008] 根据本发明的一个实施方式，提供了一种用于操作便携式关节臂坐标测量机 (AACMM)的方法，所述AACMM用于测量对象在空间中的立维坐标，所述方法包括；将所述 AACMM设置在具有原点的AACMM参照系中，所述AACMM具有能够手动定位的臂部、基座、非 接触式测量设备W及电子电路，所述臂部具有相对的第一端和第二端，所述臂部包括多个 连接的臂段，所述多个连接的臂段中的每个臂段包括用于产生多个位置信号的至少一个位 置转换器，所述第一端连接至所述基座，所述非接触式测量设备连接至所述第二端、电磁福 射发射器W及传感器，所述电子电路被配置成接收所述多个位置信号；将第一反射目标设 置在目标参照系中的具有第一目标=维坐标的第一位置处，将第二反射目标设置在所述目 标参照系中的具有第二目标=维坐标的第二位置处，W及将第=反射目标设置在所述目标 参照系中的具有第=目标=维坐标的第=位置处，其中，所述第一位置、所述第二位置W及 所述第=位置是非共线的；手动定位所述第二端，W将所发射的电磁福射引向所述第一目 标；利用所述非接触式测量设备测量距所述第一目标的第一距离，并且测量第一多个位置 信号；手动定位所述第二端，W将所发射的电磁福射引向所述第二目标；利用所述非接触 式测量设备测量距所述第二目标的第二距离，并且测量第二多个位置信号；手动定位所述 第二端，W将所发射的电磁福射引向所述第=目标；利用所述非接触式测量设备测量距所 述第=目标的第=距离，并且测量第=多个位置信号；通过处理器确定相对于所述目标参 照系的第一原点坐标和第一AACMM方位角，所述第一原点坐标是所述原点在所述目标参照 系中的S维坐标，所述第一AACMM方位角是所述AACMM在所述目标参照系中的S个旋转方 位角，所述第一原点坐标和所述第一AACMM方位角至少部分地基于所述第一距离、所述第 一多个信号、所述第一=维坐标、所述第二距离、所述第二多个信号、所述第二=维坐标、所 述第=距离、所述第=多个信号和所述第==维坐标；W及存储所述第一原点坐标和所述 第一AACMM方位角。
【附图说明】
[0009] 现在参照附图，示出了不应理解为是限制关于本公开内容的整个范围的示例性实 施方式，并且其中在一些附图中元件被类似地编号：
[0010] 图1(包括图1A和图1B)是具有本发明各个方面的实施方式的便携式关节臂坐标 测量机（AACMM)的立体图；
[0011] 图2(包括连接在一起的图2A至图2D)是根据实施方式的用作图1中的AACMM的 一部分的电子装置的框图；
[0012] 图3(包括连接在一起的图3A和图3B)是描述了根据实施方式的图2中的电子数 据处理系统的详细特征的框图；
[001引图4是图1中的AACMM的探头端的等轴视图；
[0014] 图5是禪接有手柄的图4中的探头端的侧视图；
[0015] 图6是附接有手柄的图4中的探头端的侧视图；
[0016] 图7是图6的探头端的接口部的放大的局部侧视图；
[0017] 图8是图5的探头端的接口部的另一放大的局部侧视图；
[0018] 图9是图4的手柄的剖面的局部等轴视图；
[0019] 图10是附接有非接触式测距设备的图1中的AACMM的探头端的等轴视图；
[0020] 图11是图10中的设备为干设仪系统的实施方式的示意图；
[0021] 图12是图10中的设备为绝对测距系统的实施方式的示意图；
[0022] 图13是图10中的设备为聚焦类测距仪的实施方式的示意图；W及
[0023] 图14是图10中的设备为对比度聚焦型测距仪的实施方式的示意图。
【具体实施方式】
[0024] 便携式关节臂坐标测量机（"AACMM")用在多种应用中W获得对象的测量。本发 明的实施方式提供了W下优点：使得操作者能够容易地且快速地将附件设备禪接至AACMM 的探头端，该AACMM使用结构化的光来提供对S维对象的非接触式测量。本发明的实施方 式还提供了W下优点；提供通信数据，该通信数据表示由附件所测量的距对象的距离。本发 明的实施方式还提供了W下优点：给可拆卸的附件提供电力和数据通信，而无需外部的连 接或布线。
[002引图1A和图1B立体地示出了根据本发明的各种实施方式的AACMM100,关节臂是一 种类型的坐标测量机。如图1A和图1B所示，示例性AACMM100可W包括具有探头端401 (图 4)的六轴或走轴关节测量设备，该探头端包括在一端处禪接至AACMM100的臂部104的测 量探头壳体102。臂部104包括通过第一轴承盒组110(例如，两个轴承盒）禪接至第二臂 段108的第一臂段106。第二轴承盒组112 (例如，两个轴承盒）将第二臂段108禪接至测 量探头壳体102。第S轴承盒组114 (例如，S个轴承盒）将第一臂段106禪接至位于AACMM 100的臂部104的另一端的基座116。轴承盒组110、112、114中的每一个提供多轴关节运 动。此外，探头端401可W包括测量探头壳体102,测量探头壳体102包括针对AACMM100 的旋转轴线的柱（shaft)(例如，包括编码器系统的套筒，该编码器系统确定测量设备（例 如探头118)在AACMM100的旋转轴线上的运动）。在本实施方式中，探头端401可W关于 延伸穿过测量探头壳体102的中屯、的轴线进行旋转。在使用AACMM100时，通常将基座116 固定到工作面上。
[0026] 各轴承盒组110、112、114内的每个轴承盒通常包括编码器系统（例如，光学角编 码器系统）。编码器系统（即变送器）提供各个臂段106、108和对应的轴承盒组110、112、 114的位置的指示，该些指示一起提供探头118相对于基座116的位置的指示（并且因此 提供AACMM100所测量的对象在特定参照系-例如局部参照系或全局参照系中的位置）。 臂段106、108可W由适合的刚性材料制成，例如但不限于碳复合材料。具有六轴或走轴关 节运动（即自由度）的便携式AACMM100提供W下优点：使得操作者能够将探头118放置 在关于基座116的360°区域内的期望位置处，同时提供可W由操作者容易地操纵的臂部 104。然而，应理解，具有两个臂段106、108的臂部104的示例是出于示例性的目的，并且所 要求保护的发明不局限于此。AACMM100可W具有通过轴承盒禪接在一起的任何数量的臂 段（并且因此，具有多于或少于六轴或走轴的关节运动或自由度）。
[0027] 探头118可拆卸地安装至连接到轴承盒组112的测量探头壳体102。手柄126通 过例如快速连接接口相对于测量探头壳体102可拆卸。如后面更详细讨论的，手柄126可 W由被配置成提供对对象的非接触式距离测量的另一设备来替代，从而提供W下优点：使 得操作者能够使用同一AACMM100进行接触式测量和非接触式测量两者。在示例性实施 方式中，探头118是接触式测量设备并且是可拆卸的。探头118可W具有与待测对象物理 接触的不同的末端118,末端118包括但不限于；球形的、触摸感应的、弯曲的W及延伸型探 头。在另外的实施方式中，例如，通过诸如干设仪或绝对测距（ADM)设备的非接触式设备来 执行测量。在一个实施方式中，使用快速连接接口将手柄126替换为编码结构化的光扫描 设备。其他类型的测量设备可W代替可拆卸手柄126来提供额外的功能。例如，该种测量 设备的示例包括但不限于，一个或更多个照明灯、温度传感器、热扫描仪、条形码扫描仪、投 影仪、喷漆器、摄像头等。
[002引如图1A和图1B所示，AACMM100包括可拆卸手柄126,可拆卸手柄126提供W下 优点；使得能够改变附件或功能，而不需从轴承盒组112拆卸测量探头壳体102。如后面关 于图2更加详细讨论的，可拆卸手柄126还可W包括电连接器，使得能够与手柄126和位于 探头端401中对应的电子装置交换电力和数据。
[0029] 在各种实施方式中，轴承盒组110、112、114中的每一个使得AACMM100的臂部104 能够关于多个旋转轴运动。如上所述，例如，轴承盒组110、112、114中的每一个包括对应 的编码器系统（诸如光学角编码器），所述编码器系统分别与例如臂段106、108的对应旋 转轴同轴布置。如后面更详细描述的，光学编