具有集成软件控制的便携式关节臂坐标测量的制造方法

具有集成软件控制的便携式关节臂坐标测量的制造方法
【专利摘要】一种用于对便携式关节臂坐标测量机(AACMM)执行诊断或校准过程的方法。该AACMM包括具有相对的第一端和第二端的能够手动定位的关节臂部分，该臂部分包括多个连接的臂段，每个臂段包括至少一个用于产生位置信号的位置检测器。该AACMM还包括：具有自足式操作环境的电子电路，所述自足式操作环境包括用户界面应用；以及与该用户界面应用通信的显示装置。此外，测量装置附接到该AACMM的第一端。用户界面应用和显示装置被配置成便于对该AACMM执行并显示诊断或校准过程的结果。
【专利说明】具有集成软件控制的便携式关节臂坐标测量机
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请是于2011年1月14日提交的美国专利申请第13/006, 484号的部分继续 申请，该美国专利申请又要求于2010年1月20日提交的临时申请第61/296,555号的权 益，其内容通过引用全部合并到本文中。本申请还要求于2011年1月14日提交的美国专 利申请第13/006503号的权益，该美国专利申请又要求临时申请第61/296, 555号的权益， 其内容通过引用全部合并到本文中。本申请还要求于2011年1月14日提交的美国专利申 请第13/006455号的权益，该美国专利申请又要求临时申请第61/296, 555号的权益，其内 容通过引用全部合并到本文中。

【背景技术】
[0003] 本公开内容涉及坐标测量机，并且更具体地涉及具有集成软件控制的便携式关节 臂坐标测量机。
[0004] 已经发现便携式关节臂坐标测量机（AACMM)广泛用于零件的制造或生产，其中， 在零件的制造或生产（例如，机械加工）的各个阶段期间需要快速且精确地检验零件的尺 寸。便携式AACMM代表对已知的、静止或固定的、成本高的且相对难以使用测量装置--特 别是在对相对复杂的零件执行尺寸测量所花费的时间量方面--的巨大改进。通常，便携 式AACMM的用户仅仅沿着要测量的零件或物体的表面引导探针。然后，测量数据被记录并 提供给用户。在一些情况下，数据以可视形式--例如计算机屏幕上的三维（3-D)形式-- 提供给用户。在其他情况下，数据以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第5, 402, 582号（'582)中公开了现有技术的便携式关节 臂CMM的示例，其全部内容通过引用合并于此。'582专利公开了一种3-D测量系统，该3-D 测量系统包括在一端具有支撑基座而在另一端具有测量探针的手动操作的关节臂CMM。共 同转让的美国专利第5, 611，147号（'147)--其全部内容通过引用合并于此--公开了 一种类似的关节臂CMM。在'147专利中，关节臂CMM包括若干特征，这些特征包括在探针端 处的附加旋转轴，由此提供具有二-二-二或者二-二-三轴配置的臂（具有二-二-三 轴配置的臂为七轴臂）。
[0006] 当前的便携式AACMM需要连接至外部计算机例如膝上型电脑，以根据由AACMM收 集的原始测量数据来计算位置数据。此外，外部计算机还提供了用户界面应用，以允许操 作者向AACMM发出指令。因此，AACMM需要具有支持与各种操作系统（和操作系统级别） 通信的驱动器。此外，因为包括与便携式AACMM功能不相关的那些其他应用也可能在外部 计算机上执行并且可能会影响便携式AACMM功能，所以故障诊断常常是困难的。虽然当前 AACMM适合它们的预期目的，但是期望的是，使由与便携式AACMM结合来执行测量功能的外 部计算机的使用引入的变异量降低。


【发明内容】

[0007] 实施方式是一种用于对关节臂坐标测量机（AACMM)执行诊断或校准过程的方法。 所述方法包括提供AACMM。所述AACMM包括具有相对的第一端和第二端的能够手动定位的 关节臂部分，并且所述臂部分包括多个连接的臂段。所述臂段中的每个臂段包括至少一个 用于产生位置信号的位置检测器。提供附接到所述AACMM的第一端的测量装置。此外，在 AACMM中提供电子电路。所述电子电路包括处理器，并且所述电子电路被配置成从所述检测 器接收位置信号并且提供与测量装置的位置相对应的数据。所述电子电路具有用于AACMM 的自足式操作环境，所述自足式操作环境包括用户界面应用。还提供附接到AACMM的显示 装置。所述显示装置和所述电子电路是AACMM的组成部分，并且所述显示装置与用户界面 应用进行通信。在显示装置上显示多个选择，其中所述选择中的至少一个选择将会针对 AACMM执行诊断或校准过程。基于来自操作者的输入来选择诊断或校准过程中之一。在显 示装置上显示用于执行所述过程的信息。基于来自操作者的输入，执行所选择的诊断或校 准过程，并且在显示装置上显示结果。

【专利附图】

【附图说明】
[0008] 现在参照附图，示出了示例性实施方式，所述示例性实施方式不应当被理解为限 制关于本公开内容的整个范围，并且其中，在若干图中元件具有相同的标记：
[0009] 包括图1A和1B的图1是具有本发明的各个方面的实施方式中的便携式关节臂坐 标测量机（AACMM)的立体图；
[0010] 包括一并考虑的图2A至图2D的图2是用作根据实施方式的图1的AACMM的一部 分的电子线路的框图；
[0011] 包括一并考虑的图3A和图3B的图3是说明根据实施方式的图2的电子数据处理 系统的详细特征的框图；
[0012] 图4是用于对根据实施方式的AACMM实施自足式操作环境的处理的流程图；
[0013] 图5是根据实施方式的当AACMM通电时呈现给操作者的用户界面屏幕；
[0014] 图6是根据实施方式的当执行零件设置时呈现给操作者的用户界面屏幕；
[0015] 图7是根据实施方式的当执行测量时呈现给操作者的用户界面屏幕；
[0016] 图8是当显示位置数据时呈现给操作者的用户界面屏幕；
[0017] 图9是根据实施方式的当检查特征时呈现给操作者的用户界面屏幕；
[0018] 图10是根据实施方式的当管理AACMM上的文件时呈现给操作者的用户界面屏 辱；
[0019] 图11是根据实施方式的当管理AACMM上的设置时呈现给操作者的用户界面屏 辱；
[0020] 图12是根据实施方式的用于校验对AACMM的请求更新被授权的处理的流程图；
[0021] 图13是根据实施方式的当执行诊断时呈现给操作者的用户界面屏幕；
[0022] 图14是根据实施方式的当执行校准时呈现给操作者的用户界面屏幕；以及
[0023] 图15是根据实施方式的用于执行诊断或校准过程的处理的流程图。

【具体实施方式】
[0024] 根据示例性实施方式提供了一种具有自足式操作环境的关节臂坐标测量机 (AACMM)。如本文中所用，术语"自足式操作环境"指的是AACMM是便携式的，其中执行测量 所需的所有元件均位于便携式AACMM上（例如，在AACMM的壳体内）。这与需要膝上型电脑 或其他处理装置来执行某些功能（例如，根据原始测量数据来计算位置数据）的AACMM形 成对照。自足式AACMM可以由电池供电和/或插入到电源（例如120V交流电）中。在实 施方式中，自足式AACMM以"信息亭模式"操作，其中AACMM上的软件被设计成执行一组支持 功能，所述支持功能当AACMM通电时在用户界面屏幕中呈现给操作者。所述"信息亭模式" 提供专用且受控的环境，其中操作者不需要关注AACMM的操作环境（例如，操作系统、软件 版本等）。另外，操作者不需要关注引进操作系统与加载特定软件的细微差别。在实施方式 中，当AACMM通电时，通过使用由AACMM提供的功能，用户界面屏幕被呈现给操作者以指导 操作者。
[0025] 图1A和图1B以立体方式示出了根据本发明的各种实施方式的便携式关节臂坐标 测量机（AACMM) 100,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AACMM 100可以包括六轴或七轴关节测量装置，该测量装置在一端处具有耦接至AACMM 100的臂 部分104的测量探针壳体102。臂部分104包括第一臂段106,第一臂段106通过第一组轴 承盒110 (例如，两个轴承盒）耦接至第二臂段108。第二组轴承盒112 (例如，两个轴承盒） 将第二臂段108耦接至测量探针壳体102。第三组轴承盒114 (例如，三个轴承盒）将第一 臂段106耦接至位于AACMM 100的臂部分104的另一端的基座116。每组轴承盒110、112、 114都提供了多个关节移动轴。此外，测量探针壳体102可以包括AACMM100的第七轴部分 的轴（例如，在AACMM 100的第七轴中包含确定测量装置例如探针118和/或外围装置的 移动的编码器系统的盒）。在使用AACMM 100时，基座116通常固定到作业表面。
[0026] 每个轴承盒组110、112、114中的每个轴承盒典型地包含编码器系统（例如，光学 编码器系统）。编码器系统（即检测器（transducer))提供各个臂段106、108和相应的轴 承盒组110、112、114的位置的指示，所有这些一起提供探针118相对于基座116的位置指 示（以及因而提供由AACMM 100测量的物体在特定参照系--例如局部参照系或全局参照 系一一中的位置）。臂段1〇6、108可以由合适的刚性材料制成，所述刚性材料例如是但不限 于诸如碳复合材料。具有六个或七个关节移动轴（即自由度）的便携式AACMM 100提供以 下优点：在提供可以由操作者容易地操作的臂部分104的同时，允许操作者将探针118定位 在基座116周围的360°区域内的期望位置。然而，应当理解的是，具有两个臂段106U08 的臂部分104的图示是为了示例性目的，而所要求保护的发明不应当限于此。AACMM 100可 以具有通过轴承盒耦接在一起的任意数量的臂段（以及因而具有多于或少于6个或7个关 节移动轴或者自由度）。
[0027] 探针118可拆卸地安装至连接到轴承盒组112的测量探针壳体102。柄126可经 由例如快速连接接口相对于测量探针壳体102移除。可以用另一种装置（例如激光线探针、 条形码阅读器）来替换柄126,从而提供允许操作者针对相同的AACMM 100使用不同的测量 装置的优点。在示例性实施方式中，探针壳体102容纳可移除的探针118,所述可移除的探 针118是接触式测量装置并且可以具有不同的顶端118，所述顶端118物理地接触待测量物 体，包括但不限于：球状型探针、触敏型探针、弯曲型探针以及伸展型探针。在其他实施方式 中，例如由非接触装置诸如激光线探针（LLP)执行测量。在实施方式中，使用快速连接接口 来用LLP替换柄126。其他类型的测量装置可以替换可移除的柄126以提供附加功能。这 样的测量装置的示例包括但不限于一个或多个照明灯、温度传感器、热扫描仪、条形码扫描 仪、投影机、涂料喷雾器、相机等。
[0028] 如图1A和图1B所示，AACMM 100包括可移除的柄126,所述可移除的柄126提供 了使得在无需将测量探针壳体102从轴承盒组112拆卸的情况下允许改变附件或功能的优 点。如在下面关于图2更详细讨论的，可移除的柄126还可以包括电连接器，所述电连接器 允许与柄126和位于探针端的相应电子装置交换电力和数据。
[0029] 在各种实施方式中，每组轴承盒110、112、114允许AACMM 100的臂部分104绕多 个旋转轴移动。如所提到的，每个轴承盒组11〇、112、114包括相应的编码器系统如光学角 度编码器，每个编码器系统与例如臂段106U08的相应旋转轴同轴排列。如在下面详细描 述，光学编码器系统检测例如臂段106U08中的每个臂段绕着相应轴的旋转（回转）或横 向（铰链）移动，并且向AACMM 100内的电子数据处理系统发送信号。每个单独的原始编 码器计数作为信号被分别传输到电子数据处理系统，在电子数据处理系统中进一步被处理 成测量数据。不需要如在共同转让的美国专利第5, 402, 582号（'582)所公开的与AACMM 100自身分离的位置计算器（例如串行盒）。
[0030] 基座116可以包括附接装置或安装装置120。安装装置120允许AACMM 100可移 除地安装至期望位置，例如检验台、加工中心、壁或地面。在一种实施方式中，基座116包括 柄部分122,该柄部分122为操作者提供便利的位置以在移动AACMM 100时握住基座116。 在一种实施方式中，基座116还包括可移动的盖部分124,该盖部分124向下折叠从而露出 用户界面例如显示屏。
[0031] 根据实施方式，便携式AACMM 100的基座116包含或容纳电子数据处理系统，所述 电子数据处理系统包括以下两个主要部件：基座处理系统，其处理来自AACMM 100内的各 个编码器系统的数据以及表示其他臂参数的数据以支持三维（3-D)位置计算；以及用户界 面处理系统，其包括板上操作系统、触摸屏显示器以及驻留应用软件，所述驻留应用软件允 许在无需连接到外部计算机的情况下在AACMM 100内实现相对完整的计量功能。
[0032] 基座116中的电子数据处理系统可以与远离基座116设置的编码器系统、传感器 以及其他外围硬件（例如LLP，其可以安装至AACMM 100上的可移除的柄126)进行通信。 支持这些外围硬件装置或特征的电子装置可以位于便携式AACMM 100内的每个轴承盒组 110、112、114 中。
[0033] 图2是根据实施方式的在AACMM 100中使用的电子装置的框图。图2所示的实施 方式包括电子数据处理系统210,该电子数据处理系统210包括：用于实施基座处理系统的 基座处理器板204、用户界面板202、用于提供电力的基座电源板206、蓝牙模块232以及基 座倾斜板208。用户界面板202包括计算机处理器，该计算机处理器用于执行用户界面应用 软件以执行本文中描述的用户界面、显示和其他功能。
[0034] 如图2所示，电子数据处理系统210经由一个或多个臂总线218与前述的多个编 码器系统进行通信。在图2所描绘的实施方式中，每个编码器系统均生成编码器数据，并且 包括：编码器臂总线接口 214、编码器数字信号处理器（DSP) 216、编码器读取头接口 234以 及温度传感器212。诸如应变传感器的其他装置可以附接至臂总线218。
[0035] 图2中还示出了与臂总线218通信的探针端电子装置230。探针端电子装置230 包括探针端DSP 228、温度传感器212、柄/LLP接口总线240以及探针接口 226,在实施方式 中柄/LLP接口总线240经由快速连接接口与柄126或LLP 242连接。快速连接接口允许 通过柄126接入到由LLP242和其他附件使用的数据总线、控制线以及电力总线。在实施方 式中，探针端电子装置230位于AACMM 100上的测量探针壳体102中。在实施方式中，可以 从快速连接接口移除柄126,并且测量可以由经由柄/LLP接口总线240与AACMM 100的探 针端电子装置230进行通信的激光线探针（LLP)242来执行。在实施方式中，电子数据处理 系统210位于AACMM 100的基座116中，探针端电子装置230位于AACMM 100的测量探针 壳体102中，以及编码器系统位于轴承盒组110、112、114中。探针接口 226可以通过任何 适合的通信协议与探针端DSP 228连接，通信协议包括可从美信公司（Maxim Integrated Products, Inc)商业购得的、实施1-线⑩:通信协议236的产品。
[0036] 图3是描述根据实施方式的AACMM 100的电子数据处理系统210的详细特征的框 图。在实施方式中，电子数据处理系统210位于AACMM100的基座116中，并且包括基座处 理器板204、用户界面板202、基座电源板206、蓝牙模块232以及基座倾斜模块208。
[0037] 在图3所示的实施方式中，基座处理器板204包括其中所示的各个功能块。例如， 基座处理器功能被用来支持对来自AACMM 100的测量数据的收集，并且经由臂总线218和 总线控制模块功能308来接收原始臂数据（例如，编码器系统数据）。存储器功能304存 储程序和静态臂配置数据。基座处理器板204还包括用于与任何外部硬件装置或附件例如 LLP242通信的外部硬件选项端口功能310。在图3所描绘的基座处理器板204的实施方式 中的功能中还包括实时时钟（RTC)与日志306、电池组接口（IF)316以及诊断端口 318。
[0038] 基座处理器板204还对与外部（主计算机）装置和内部（显示处理器202)装置 的所有有线和无线数据通信进行管理。基座处理器板204具有下述能力：经由以太网功能 320 (例如，使用时钟同步标准例如电气和电子工程师协会（IEEE) 1588))与以太网通信，经 由LAN功能322与无线局域网（WLAN)通信，以及经由并行-串行通信（PSC)功能314与蓝 牙模块232通信。基座处理器板204还包括到通用串行总线（USB)装置312的连接。
[0039] 如在前述'582专利的串行盒中所公开的那样，基座处理器板204传输并收集原始 测量数据（例如编码器系统计数、温度读数）用于处理成测量数据而无需任何预处理。基 座处理器204经由RS485接口（IF) 326将处理后的数据发送至用户界面板202上的显示处 理器328。在实施方式中，基座处理器板204还将原始测量数据发送至外部计算机。
[0040] 现在转向图3中的用户界面板202,通过在显示处理器328上执行的应用程序来利 用由基座处理器接收到的角度和位置数据以提供AACMM100内的自治计量系统。可以在显 示处理器328上执行应用程序以支持下述功能，这些功能例如但不限于：特征的测量、指导 和训练图形、远程诊断、温度校正、各个操作特征的控制、连接至各个网络以及所测量对象 的显示。连同显示处理器328和液晶显示器（IXD) 338 (例如触摸屏IXD)用户界面一起，用 户界面板202还包括若干接口选项，这些接口选项包括安全数字（SD)卡接口 330、存储器 332、USB主机接口 334、诊断端口 336、相机端口 340、音频/视频接口 342、拨号/单元调制 解调器344以及全球定位系统（GPS)端口 346。
[0041] 图3所示的电子数据处理系统210还包括具有用于记录环境数据的环境记录器 362的基座电源板206。基座电源板206还使用AC/DC转换器358和电池充电器控制装置 360来向电子数据处理系统210提供电力。基座电源板206使用内部集成电路（I2C)串行 单端总线354以及经由DMA串行外围接口（DSPI) 356来与基座处理器板204进行通信。基 座电源板206经由在基座电源板206中实现的输入/输出（I/O)扩展功能364连接至倾斜 传感器与射频识别（RFID)模块208。
[0042] 尽管被示出为分离部件，但是在其他实施方式中，所有部件或部件的子集可以物 理地位于不同位置和/或是以与图3所示的方式不同的方式组合的功能。例如，在一种实 施方式中，基座处理器板204和用户界面板202组合到一个物理板中。
[0043] 图4示出了根据实施方式用于提供具有自足式操作环境的AACMM100的处理流程。 在实施方式中，自足式操作环境使用市场上可购得的操作系统，例如但不限于Windows CE。 图4中所示的处理由电子数据处理系统210 (本文中还称为"电子电路"）来执行。在步骤 402处，AACMM100通电，并且例如图5中所示的用户界面屏幕经由IXD 338呈现给操作者。 在步骤404处，例如图6至图7中所示的那些用户界面屏幕提示用户执行数据收集处理。在 步骤406处，在AACMM 100的基座处理器板204处计算位置数据，以及在步骤408处，将位 置数据输出至用户界面应用和/或应用程序编程接口。如果位置数据被输出至用户界面应 用，则显示如图8至图9中所示的那些用户界面屏幕。在实施方式中，应用程序编程接口与 在AACMM上（例如在显示处理器328上、在冷火处理器302上）执行的一个或多个应用进 行通信，以执行本文中所描述的一个或多个功能。在实施方式中，应用程序编程接口还与在 AACMM的外部执行的一个或多个应用（例如CAD/CAM软件、测量软件）对接。用户界面应用 是与用户界面装置如彩色LCD 338对接以与操作者进行通信的特定应用。
[0044] 图5是根据实施方式的当AACMM 100通电时呈现给操作者的主菜单用户界面屏幕 500。在实施方式中，图5中所描绘的主菜单用户界面屏幕500被显示在用户界面板202上 的LCD 338上。在实施方式中，用户界面板202包括驻留的用户界面应用（例如存储在存储 器332中），所述用户界面应用由显示处理器328执行以提供带有可选菜单选项的图形用户 界面（GUI)，所述可选菜单选项对应于由AACMM 100实现的可用功能。GUI可以被实施为一 组菜单选项，例如在图5中所示的那些菜单选项。在图5中，在IXD 338上显示的主菜单用 户界面屏幕500示出了各种菜单选项，例如"零件设置"（例如，用于指定零件元素如平面、 直线、圆和圆柱体）、"测量"（例如，用于指定特征、长度、角度和位置）、"文件"（例如，用于 定义新零件、加载宏和传输数据），"设置"（例如，用于指定应用程序、网络连接、显示特性、 声音元素、电力参数和语言）以及"诊断"（例如，用于执行如在下面图13中所示的那些诊 断）。在实施方式中，操作者（例如，通过触摸LCD 338上的屏幕）作出选择以启动操作。 主菜单用户界面屏幕500包括多个图标：在底部处的探针顶端，探针顶端在被选中时调出 用于确定探针位置的补偿画面；在右上角的电池，其指示电池电量还剩余多少，这在AACMM 100由电池供电时有助于操作者；以及网络图标（"WiFi"），其表示当前网络连接。图5中 所示的图标实际上是示例性的，因为示出状态和/或启动到功能的快速路径的其他图标可 以通过其他实施方式来实现。
[0045] 图6是当操作者在图5中所示的主菜单用户界面屏幕500上选择"零件设置"时 所呈现给操作者的零件设置用户界面屏幕600。在实施方式中，操作者使用零件设置用户界 面屏幕600来选择在数据收集期间待执行的零件测量的类型。零件设置用户界面屏幕600 具有：形状像房子的图标，其被用于使操作者返回到主菜单用户界面屏幕500 ;以及形状像 箭头的图标，其使操作者返回到之前的用户界面屏幕。
[0046] 图7是根据实施方式呈现给操作者的用于执行零件测量的测量用户界面屏幕 700。当操作者在图5所示的主菜单用户界面屏幕500上选择"测量"时，测量用户界面屏幕 700被显示。测量用户界面屏幕700选项包括"特征"、"长度"、"角度"、"位置显示"以及"检 查特征"。特征的示例（可以在随后的屏幕或弹出式窗口上选择）包括但不限于：圆、圆柱、 线、面、点以及球形。在实施方式中，一旦选择了特征，另外的用户界面屏幕就会提示操作者 进行测量处理以收集原始测量数据。例如，如果选择了平面，则连同表示下一步采用哪个测 量点的点一起，在LCD 338上显示平面的画面。如前所述，测量装置可以由包括接触式探针 的任意数量的装置来实施，其中通过将接触式探针按压至待测量零件来采用测量点。长度 的示例包括但不限于：点至点、点至平面、平面至平面、球至球以及圆至圆。角度的示例包括 但不限于：平面至平面、平面至圆柱、线至线以及顶点。在实施方式中，一旦选择了长度或角 度，另外的用户界面屏幕就会提示操作者进行测量处理以收集原始测量数据（本文中还称 为位置信号）。
[0047] 图8是当操作者从如图7中所示的测量用户界面屏幕700选择"位置显示"时所 呈现给操作者的位置显示用户界面屏幕800。AACMM 100基于原始测量数据来计算位置数 据。操作者可以经由位置显示用户界面屏幕800查看针对所选测量点中的每个测量点的位 置数据。还可以将诸如原始测量数据（例如，包括每个编码器系统处的角度和温度）的进 一步细节输出给操作者。
[0048] 图9是当操作者从如图7所示的测量用户界面屏幕700选择"检查特征"时所呈 现给操作者的检查特征用户界面屏幕900。使用检查特征用户界面屏幕900,操作者可以查 看所测量特征的位置数据。图9具有相机图标，当相机（例如网络相机）被插入到AACMM 100中时显示相机图标。网络相机可以用于拍摄所测量零件的图片。然后该图片可以被保 存，测量点可以在图片上叠加，以及该图片可以被显示并用于辅助操作者来测量零件。
[0049] 图10是根据实施方式的当管理AACMM 100上的文件时所呈现给操作者的文件用 户界面屏幕1000。当操作者在图5中所示的主菜单用户界面屏幕500上选择"文件"时， 在LCD 338上显示文件用户界面屏幕1000。在实施方式中，操作者使用文件用户界面屏幕 1000来管理AACMM 100上的文件。当"新零件"被选中时，用以存储新零件的测量数据的文 件被打开。当"传送文件"被选中时，操作者被提示在两个或更多个USB、SD和板载闪存之 间传送零件和/或宏文件。当"加载宏"被选中时，测量步骤的顺序被示出以指导操作者来 测量零件。当"加载零件"被选中时，显示已经采取的用于零件的测量数据（例如以用于检 查）。当"保存宏"被选中时，操作者被提示保存宏，而当"保存零件"被选中时，操作者被提 示保存零件数据。
[0050] 图11是根据实施方式的当管理AACMM 100上的设置时呈现给操作者的设置用户 界面屏幕1100。当操作者在图5中所示的主菜单用户界面屏幕500上选择"设置"时，在 IXD 338上显示设置用户界面屏幕1100。操作者可以改变应用设置、连接设置、显示设置、 声音设置、更新软件以及语言设置。在实施方式中，应用设置可以由操作者进行更新。例 如，可以调节最小点距离，可以启用/禁止扫描和/或可以设置当前时间。同样地，网络连 接设置；显示设置（字体大小、颜色等）；声音设置（音量、声音的类型等）；更新软件；以及 语言设置（法语、英语等）可以由操作者进行更新。可以改变的项目的范围和可以改变成 的值的范围是由AACMM100的当前操作环境所决定的。当前操作环境包括与可以被设置的 元件中的每个元件对接的软件和/或硬件接口。例如，显示接口限定可以更新的显示属性 的范围，并且包括任何属性的有效值。提供了类似的接口以用于连接、声音、软件更新和语 言元素。在实施方式中，当操作者选择更新软件时，显示了包含当前（或最新）软件版本和 AACMM 100上的软件的版本的列表，并且可以提示操作者执行软件升级处理。可替代地，该 列表可以包括在AACMM 100上的软件版本与最新的可用软件版本之间的所支持软件版本 的全部或子集。
[0051] 图12是根据实施方式的用于验证对AACMM 100的请求更新被授权的过程的流程 图。在步骤1202处，从用户接收更新AACMM 1000软件代码的请求。在实施方式中，从图11 中所示的设置用户界面屏幕1100的子菜单中启动更新请求。例如，子菜单可以具有操作 者选中的"更新应用软件"选项。在实施方式中，应用软件包括AACMM 100的自足式操作环 境所使用的任何逻辑指令。这些逻辑指令包括但不限于：对应用软件、应用程序编程接口、 用户界面应用、连接接口、显示接口、声音接口、电源接口以及语言接口、操作系统的任何更 新。例如，所述更新可以包括：允许显示接口支持新的设置、允许语言接口支持新的语言、 修改用户界面屏幕等。为了保持受控的环境，执行框1204以验证用户（例如操作者和/或 更新的源）已经授权进行更新。以本领域中已知的任何方式来执行所述授权。如果用户不 具有授权，则在框1208处该请求被拒绝。如果用户具有授权，则在框1206处执行对AACMM 100的更新。
[0052] 图13是当"诊断"作为来自图5的选项被选中时根据实施方式所呈现给操作者的 诊断用户界面屏幕1300。如图13所示，操作者被给出如下选项：验证安装是稳定的（本文 中还称为测斜仪稳定性测试）、（下面参照图14和图15描述的）执行单点关节移动测试 (SPAT)、执行温度稳定性测试、以查看先前诊断测试的结果的事件日志、查看环境日志（例 如，由环境记录器362收集的环境温度、湿度或其他数据的日志），以及查看系统信息（例 如，软件等级、零件编号和/或帮助信息）。从环境记录器362收集的数据可以（例如经由 LCD 338)被读出并显示给操作者。该数据可以包括：由冲击或振动触发的历史事件数据， 和/或当环境记录器362以预定的间隔自动唤醒以记录来自所有传感器或传感器的子集的 数据时所收集的数据。在实施方式中，数据的显示包括：对包括与在性能上变化的事件（例 如极端冲击）有关的数据的自动判读。
[0053] 如果操作者选择了图13上的"安装"，则使用例如来自倾斜传感器366 (或其他板 载水平）的输入和来自操作者的输入来执行安装稳定性诊断测试。在实施方式中，使用安 装装置120将AACMM 100安装至表面（例如台、加工中心、壁、地面）。操作者向安装装置 120施加压力以试图移动AACMM 100。在实施方式中，倾斜传感器（测斜仪）366经由彩色 LCD 338或其他显示装置指示（例如经由文本、图形、颜色等）安装装置120向操作者的任 何移动。在另一种实施方式中，操作者观看倾斜传感器366上的指示符（例如，气泡）以确 定移动。在另一种实施方式中，操作者以指定运动移动臂段，并且观察倾斜传感器366的作 为响应的读数变化。当正确地安装AACMM 100时，倾斜传感器366的读数变化预计较小。位 于AACMM 100的电子电路上的逻辑（例如软件、硬件）有助于本文所描述的安装稳定性诊 断测试（本文中还称为"测斜仪稳定性测试"）。
[0054] 在另一种实施方式中，在向安装装置120施加压力的同时，使AACMM 100上的测量 装置在巢中保持稳定。在实施方式中，用于测量装置（例如探针）的巢可以被安装在一定 位置处。一旦将巢安装在一定位置处，巢的位置就不会改变。基于在施加压力之前所接收 的来自检测器的位置信号来计算第一数据点，以及基于在施加压力之后所接收的位置信号 来计算第二数据点。如果第一数据点的读数与第二数据点的读数的差足够接近（在可编程 的阈值差内），则确定安装是稳定的。如果第一数据点和第二数据点在可编程的阈值差之 夕卜，则确定安装是不稳定的。如果安装是稳定的，则操作者可以利用AACMM 100继续测量数 据点。如果安装是不稳定的，则电子电路可以输出错误消息。可以在例如AACMM 100上的 内置显示屏幕如IXD 338或灯上指示该错误消息。
[0055] 如果操作者选择了图13上的"温度"，则使用来自位于AACMM 100上的温度传感器 (例如温度传感器212)的输入来执行温度稳定性诊断测试。在实施方式中，位于AACMM 100 的电子电路上的逻辑电路监视温度传感器，并且将由温度传感器指示的温度输出至显示装 置以用于操作者查看。一旦温度对于可编程时间期间内已经稳定，则认为AACMM 100处于 稳定状态，并且操作者可以利用AACMM 100继续测量数据点。如果温度在可编程时间期间 内是不稳定的，则电子电路可以输出错误消息。该错误消息可以经由AACMM 100上的灯和 /或经由AACMM 100上的显示装置指示给操作者。在实施方式中，当AACMM 100通电时，温 度稳定性测试被自动启动。
[0056] 在实施方式中，直到执行了两个或更多个诊断测试并且两个诊断测试都指示稳定 状态为止，AACMM 100才被认为是稳定的。在实施方式中，存在两个主要的诊断测试：温度 稳定性（例如，臂是否变热？）和安装稳定性（例如，臂和作业表面相对于待测量零件是否 是物理稳定的？）。在实施方式中，存在有水平指示器（例如气泡水平仪、倾斜传感器），其 可以用于确定作业表面是否是水平的；然而，作业表面是水平的对AACMM100的精度不是关 键的。在实施方式中，利用传感器和AACMM 100提供的数据由软件代码来执行臂诊断测试。
[0057] SPAT可以作为诊断或校准过程被执行（图14)。作为诊断过程，SPAT可以提供指 示AACMM 100是否在制造商的规格范围内进行操作的合格/不合格信息。作为校准过程， AACMM 100可以提供关于SPAT的性能的细节，或者AACMM 100可以响应于SPAT结果来改变 参数。
[0058] 图14是根据实施方式的当操作者执行校准时所呈现给操作者的校准用户界面屏 幕1400。如图14所示，操作者被给出校准硬探针、LLP和/或接触式探针的选项。此外，操 作者可以查看先前校准结果的校准日志。
[0059] 操作者可以经由图14的用户界面屏幕1400进行选择来执行硬探针校准。这样的 校准包括将硬探针放置在巢中，该巢将AACMM探针顶端的中心限制到空间中的单个点。操 作者以由内置显示器（例如LCD 338)上的图形指示的指定图案来移动臂段。当移动探针 顶端时，用户界面可以发展成新的移动图案。当收集到足够多的信息时，用户界面程序将指 示探针校准是否已经成功，并且还可以给出其他细节。硬探针校准的目的是提供关于探针 端部相对于其附接到的AACMM 100的位置的信息。
[0060] 用户可以选择校准激光线探针（LLP)。这样的校准可能涉及各种步骤，例如将来自 LLP的激光的条纹扫过平表面。显示器（例如，IXD 338)可以在待执行的测量方面提供指 导。在用户执行所指示操作之后，用户界面屏幕可以指示校准是否已经成功，并且还可以提 供其他细节例如误差值。
[0061] 用户可以选择执行快速（或场）臂补偿，在图14中被标记"臂补偿"。紧接着相 对快速过程由操作者来执行这类补偿。这样的过程可以包括：执行SPAT测试、测量具有已 知距离的工件、或者执行一些其他类型的测量。用户界面屏幕可以为操作者在执行快速补 偿过程方面提供指导。当该过程完成时，显示器可以指示该过程是成功还是不成功。显示 器可能会询问将新的参数安装到AACMM 100中的权限，或者显示器可以自动地安装新的参 数。该过程的目的是提高关节臂精度。
[0062] 在图15中示出了根据实施方式可以执行的校准过程。图15所示的测试过程1500 开始于框1510,其中，提供AACMM 100,该AACMM 100包括具有相对的第一端和第二端的能 够手动定位的关节臂部分，该臂部分包括多个连接的臂段，所述臂段中的每个臂段包括至 少一个用于产生位置信号的位置检测器。
[0063] 在框1520处，提供附接到AACMM 100的第一端的测量装置。这样的测量装置可能 是例如硬探针、触发式探针、或LLP。
[0064] 在框1530处，提供包括处理器的电子电路（例如电子数据处理系统210)。该电子 电路被配置成从检测器接收位置信号，并且提供与测量装置的位置相对应的数据。该电子 电路具有用于AACMM 100的自足式操作环境，并且该自足式操作环境包括用户界面应用。 除了收集检测器数据并将该数据转换成三维坐标系的一般功能之外，电子电路内的处理器 还提供了支持用户界面程序的自足式操作环境（即操作系统）。用户界面程序提供图5至 图14中所示的用户界面屏幕。用户界面程序还可以执行与内置显示器相关的其他功能，并 且可以执行与当用户在用户界面屏幕上按下所选图标时所执行的功能相关的计算。
[0065] 在框1540处，提供与用户界面程序通信的显示装置。该显示装置可以是由显示处 理器328支持的IXD 338。该显示装置是内置显示器，其是AACMM 100的组成部分。因为支 持用户界面程序的操作环境是自足式的，所以可以无需将AACMM 100附接至外部计算机来 使用AACMM100,从而在很多情况下简化了安装和测量性能。
[0066] 在框1550处，在显示装置上显示多个选项，其中所述选项中的至少一个选项将要 对AACMM 100执行诊断或校准过程。典型地，如在图5至图14中所描绘的那样，将以图标 的形式来呈现选项。
[0067] 在框1560处，操作者选择诊断或校准过程中之一。并非图13和图14的用户界面 屏幕中之一上所呈现的每个选项都将必须包含图15的流程图中所示的所有步骤。例如，图 13上的标记为"系统信息"的图标向操作者提供信息，但并不要求操作者根据所指定的步骤 顺序来执行过程。
[0068] 在框1570处，在显示装置上显示关于执行所述过程的信息。在一些情况下，可以 以图示-无论是静态图示还是动态图示-的形式呈现所述信息来指示操作者要采取的操 作。在其他情况下，所述信息可以是文本描述的形式。
[0069] 在框1580处，操作者执行所选择的诊断或校准过程。在一些情况下，显示器上的 反馈可以呈现给用户以指示正在采取的操作是否是期望的那些。例如，在单点关节测试的 探针校准的情况下，所述程序可以监视臂内的关节的角度并且提供是否正在执行正确移动 的指示。可以使用其他反馈例如音频反馈（蜂鸣声、语音邮件等）来补充在显示器上所提 供的反馈。
[0070] 在框1590处，在显示装置上显示所选择的诊断或校准过程的结果。在一些情况 下，所述结果可以以合格/不合格消息的形式来指示在诊断过程的情况下是否按预期执行 AACMM 100或者在补偿过程的情况下是否成功找到新的补偿参数并进行安装。在其他情况 下，所述结果可以包括更详细的信息例如所观察到的误差。所述结果还可以包括查询，其中 操作者被询问例如是否应当安装所计算的参数。
[0071] 无需个人计算机（PC)而仅对AACMM 100执行诊断和/或校准以根据位置信号计 算坐标数据（例如x、Y、z数据）的优点包括：不用在工作区携带或放置多余的设备；不用PC 所需的电线或无线接口；无需购买PC、没有PC损坏或丢失；以及没有硬件与软件兼容性方 面的问题，这是因为软件系统与硬件集成一体。另外的优点包括：在不中断工作流程或丢失 数据（系统独立运行）的情况下，在PC上的冗长测量会话中间执行快速测量的能力；在基 于软件的PC上采用快速验证测量的装置；用于快速测量的更快、更简单的用户界面（UI)， 这在基于系统的PC上是不可能的；以及通过直接硬件接口访问臂传感器数据，这用PC是不 可能实现的。另外的优点包括：通过直接硬件接口控制无线接口选项，这经由无线遥控装置 是不可能的（即经由Wi-Fi进行通信时PC不能改变臂Wi-Fi设置）。
[0072] 本文中示出和描述的用户界面屏幕是示例性实施方式所使用的高级别屏幕的示 例。包括附加子屏幕的其他屏幕（以不同的顺序呈现的不同内容、附加内容）可以通过示 例性实施方式来实现。此外，术语"屏幕"和"子屏幕"意在覆盖提供数据例如但不限于弹 出菜单和选择列表的任意方法。
[0073] 技术效果和益处包括：具有用于根据由AACMM 100收集的原始测量数据来计算位 置数据的自足式便携式AACMM 100,而不需要连接到外部计算机。此外，不需要外部计算机 来提供允许操作者向AACMM 100发出指令的用户界面应用。益处在于：单个的装置、独立便 携式AACMM100就是全部，该单个的装置、独立便携式AACMM 100需要收集并报告测量数据。 另外的益处在于：AACMM 100仅需要支持一个操作系统/操作系统级别（即，正被自足式操 作环境所使用的那一个）。此外，故障排除较容易，这是因为整个环境是已知的并且没有由 不同的操作环境（例如，在外部计算机上安装的不同的操作系统、软件等）引起的操作上的 变化。
[0074] 本领域技术人员将理解，本发明的各方面可以被实施为系统、方法或计算机程序 产品。因此，本发明的各方面可以采取完全硬件实施方式的形式、完全软件实施方式（包括 固件、驻留软件、微代码等）的形式或者结合软件方面和硬件方面（在此全部通常可以称为 "电路"、"模块"或"系统"）的实施方式的形式。此外，本发明的各方面还可以采取以一个 或多个具有计算机可读程序代码的计算机可读介质实现的计算机程序产品的形式。
[0075] 可以利用一个或多个计算机可读介质的任何组合。计算机可读介质可以是计算机 可读信号介质或者计算机可读存储介质。计算机可读存储介质可以是例如但不限于电子、 磁、光学、电磁、红外线或半导体系统、设备或装置、或者前述的任何适当组合。计算机可读 介质的更具体的示例（非详尽的列表）可以包括以下各项：具有一条或多条电线的电连接、 便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器（RAM)、只读存储器（ROM)、可擦除可编程只读存 储器（EPROM或闪存）、光纤、便携式致密盘只读存储器（CD-ROM)、光存储装置、磁存储装置 或前述的任何适当组合。在本文档的上下文中，计算机可读存储介质可以是任何有形媒体， 该有形媒体可以包含或存储由指令执行系统、设备或装置使用的或者与指令执行系统、设 备或装置结合的程序。
[0076] 计算机可读信号介质可以包括包含有计算机可读程序代码的传播数据信号，例 如，在基带中或者作为载波的一部分。这样的传播信号可以采用各种形式，包括但不限于电 磁、光学或其任何适当的组合。计算机可读信号介质可以是任何计算机可读介质，其不是计 算机可读存储介质并且可以传递、传播或传输由指令执行系统、设备或装置使用的或者与 指令执行系统、设备或装置结合的程序。
[0077] 可以使用任何适当的介质来传输在计算机可读介质上实现的程序代码，这些适当 的介质包括但不限于无线、有线、光纤线缆、RF等或前述的任何适当组合。
[0078] 用于执行本发明的各方面的操作的计算机程序代码可以以一种或多种编程语言 的任何组合来编写，这些编程语目包括面向对象编程语目（诸如，Java、Smalltalk、C++、 C#等）以及传统的过程化编程语言（诸如，"C"编程语言或者类似的编程语言）。程序代 码可以完全在用户的计算机上运行、部分在用户的计算机上运行、作为独立的软件包运行、 部分在用户的计算机上而部分在远程计算机上运行、或者完全在远程计算机或服务器上运 行。在后者的情况下，远程计算机可以通过任何类型的网络（包括局域网（LAN)或广域网 (WAN))连接到用户的计算机，或者可以（例如，使用因特网服务提供方通过因特网）连接到 外部计算机。
[0079] 参照根据本发明的实施方式的方法、设备（系统）和计算机程序产品的流程图和 /或框图描述本发明的各方面。将理解的是，流程图和/或框图中的每个框以及流程图和/ 或框图中的框的组合可以通过计算机程序指令来实现。
[0080] 可以将这些计算机程序指令提供给通用计算机、专用计算机的或其他可编程数据 处理设备的处理器以制造机器，以使得经由计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执 行的指令创建用于实现流程图和/或框图的一个或多个框中所指定的功能/操作的装置。 这些计算机程序指令还可以存储在计算机可读介质中，其中该计算机可读介质可以引导计 算机、其他可编程数据处理设备或其他装置以特定方式运行，以使得存储在计算机可读介 质中的指令产生包括实现流程图和/或框图的一个或多个框中所指定的功能/操作的指令 的制品。
[0081] 计算机程序指令还还可以加载到计算机、其他可编程数据处理设备或其他装置 上，以使得在计算机、其他可编程设备或其他装置上执行一系列操作步骤从而产生计算机 实现的处理，以使得在计算机或其他可编程设备上运行的指令提供用于实现流程图和/或 框图的一个或多个框中所指定的功能/操作的处理。
[0082] 附图中的流程图和框图示出了根据本发明的各个实施方式的系统、方法和计算机 程序产品的可能实施的体系结构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个框都可以 表示代码的模块、段或部分，其中代码包括用于实现所指定的（一个或多个）逻辑功能的一 条或多条可执行指令。还应该注意，在一些可替选实施中，框中所提到的功能可以不按照图 中所提到的顺序来发生。例如，取决于所涉及的功能，实际上可以基本同时实现相继示出的 两个框，或者有时可以按倒序实现框。还将注意的是，框图和/或流程图中的每个框以及框 图和/或流程图中的框的组合可以通过执行特定功能或操作的基于专用硬件的系统或者 专用硬件与计算机指令的组合来实现。
[0083] 尽管已经参照示例实施方式描述了本发明，但是本领域技术人员将理解的是，在 不背离本发明的范围的情况下可以进行各种改变并且等效物可以替代本发明的要素。此 夕卜，在不背离本发明的基本范围的情况下可以进行许多修改以使具体情况或材料适于本发 明的教导。因此，本发明不限于作为实施本发明所预期的最佳模式所公开的特定实施方式， 而是本发明将包括落入在所附权利要求的范围内的全部实施方式。此外，术语第一、第二等 的使用不表示任何顺序或重要性，而是术语第一、第二等用于将一个要素与另一个要素相 区分。此外，术语一个（a、an)等的使用不表示对数量的限制，而是表示存在至少一个所提 及的项目。
【权利要求】
1. 一种用于对关节臂坐标测量机（AACMM) (100)执行诊断（1300)或校准（1400)过程 的方法，所述方法（1500)包括： 提供AACMM(1510)，所述AACMM包括具有相对的第一端和第二端的能够手动定位的关 节臂部分（104)，所述臂部分包括多个连接的臂段（106,108)，所述臂段中的每个臂段包括 至少一个用于产生位置信号的位置检测器（234); 提供附接到所述AACMM的所述第一端的测量装置（230, 242,1520); 在所述AACMM中提供电子电路（1530)，所述电子电路（210)包括处理器（204)，所述电 子电路被配置成从所述检测器接收位置信号并且提供与所述测量装置的位置相对应的数 据，所述电子电路具有用于所述AACMM的自足式操作环境，所述自足式操作环境包括用户 界面应用； 提供附接到所述AACMM的显示装置（1540)，所述显示装置（338)和所述电子电路是所 述AACMM的组成部分，所述显示装置与所述用户界面应用进行通信； 在所述显示装置上显示多个选择（1550)，所述选择（500,600, 700,1000,1100,1300， 1400)中的至少一个选择将会针对所述AACMM执行诊断或校准过程； 响应于来自操作者的输入，选择所述诊断或校准过程中之一（1560); 在所述显示装置上显示用于执行所述过程的信息（1570); 响应于来自操作者的输入，执行所选择的诊断或校准过程（1580);以及 在所述显示装置上显示所选择的诊断或校准过程的结果（1590)。
2. 根据权利要求1所述的执行诊断或校准过程的方法，其中，来自所述操作者的输入 (1560)包括来自所述显示装置（124, 338)的触摸屏的输入。
3. 根据权利要求1所述的执行诊断或校准过程的方法，其中，在所述显示装置上显示 多个选择包括从安装稳定性诊断过程、单点关节测试（SPAT)诊断过程、硬探针校准过程、 激光线探针（LLP)校准过程、触摸式探针校准过程、SPAT校准过程以及快速臂补偿过程 (1300,1400)中进行的至少一个选择。
4. 根据权利要求3所述的执行诊断或校准过程的方法，其中， 选择所述诊断或校准过程中之一包括：选择所述安装稳定性诊断过程（1300); 在所述显示装置上显示用于执行所述过程的信息包括：以指定方式对所述AACMM的指 定部分施加力的指示，或者以指定方式移动臂段的指示；以及 在所述显示装置上显示所述诊断或校准过程的结果包括：指示所述关节臂坐标测量机 被认为是稳定的还是不稳定的。
5. 根据权利要求3所述的执行诊断或校准过程的方法，其中， 选择所述诊断或校准过程中之一包括：选择所述安装稳定性诊断过程（1300); 在所述显示装置上显示用于执行所述过程的信息包括：将探针顶端放置在巢中并且以 指定方式对所述AACMM的指定部分施加力的指示；以及 显示所述诊断或校准过程的结果包括：指示所述关节臂坐标测量机被认为是稳定的还 是不稳定的。
6. 根据权利要求3所述的执行诊断或校准过程的方法，其中， 选择所述诊断或校准过程中之一包括：选择所述SPAT诊断过程或所述SPAT校准过程 (1300)； 在所述显示装置上显示用于执行所述过程的信息包括：指示所述臂段是否已经移动超 过预定量；以及 显示所述诊断或校准过程的结果包括：显示错误值，或者显示所述AACMM是在规范之 内还是之外。
7. 根据权利要求3所述的执行诊断或校准过程的方法，其中， 选择所述诊断或校准过程中之一包括：选择所述硬探针校准过程（1400); 在所述显示装置上显示用于执行所述过程的信息包括：显示示出所述操作者将要作出 的移动的图，并且提供反馈以指示所期望的移动何时已经被执行；以及 显示所述诊断或校准过程的结果包括：指示错误值，或者指示所述硬探针校准过程是 否成功。
8. 根据权利要求3所述的执行诊断或校准过程的方法，其中， 选择所述诊断或校准过程中之一包括：选择所述LLP校准过程（1400); 在所述显示装置上显示用于执行所述过程的信息包括：显示示出激光线探针将要如何 移动越过目标的图，并且提供反馈以指示所期望的移动何时已经被执行；以及 显示所述诊断或校准过程的结果包括：指示错误值，或者指示所述LLP校准过程是否 成功。
9. 根据权利要求3所述的执行诊断或校准过程的方法，其中， 操作者选择所述诊断或校准过程中之一包括：选择所述快速臂补偿过程（1400); 在所述显示装置上显示用于执行所述过程的信息包括：关于将要执行的移动的信息； 以及 显示所述诊断或校准过程的结果包括：指示错误值，或者指示应用了快速臂补偿结果 来改变所述AACMM的至少一个补偿参数。
【文档编号】G01B21/04GK104145170SQ201380010448
【公开日】2014年11月12日 申请日期:2013年1月18日 优先权日:2012年2月21日
【发明者】保罗·C·阿特韦尔, 克拉克·H·布里格斯, 伯纳姆·斯托克斯 申请人:法罗技术股份有限公司