用于测量物体的各种性质的系统和方法与流程

本发明涉及坐标测量机，并且更具体地涉及具有各种类型的扫描仪的坐标测量机。

背景技术：

直线测量系统，也称为坐标测量机(cmm)和关节臂坐标测量机，用于生成高度精确的几何信息。通常，这些仪器捕获物体的结构特性以用于质量控制、电子渲染和/或复制。用于坐标数据获取的常规设备的一个实施例是便携式坐标测量机(pcmm)，便携式坐标测量机是能够在装置的测量范围内进行高度精确测量的便携式装置。这种装置通常包括安装在臂的端部上的探针，该臂包括通过可转动接头连接在一起的多个臂构件。臂的与探针相对的端部通常联接到可移动基部。通常，接头被分解成单个旋转自由度，使用专用旋转换能器来测量每个旋转自由度。在测量期间，臂的探针通常由操作者手动地移动到测量范围中的不同点。在每个测量点处，必须在给定的瞬间时刻确定每个接头的位置。因此，每个换能器输出根据接头在该自由度上的移动而变化的电信号。通常，探针还生成信号。这些位置信号和探针信号通过臂被传送到记录器/分析器。然后，使用位置信号来确定探针在测量范围内的位置，并且因此还确定被测量的物体上的位置(例如，当被探针接触或以其它方式感测时)。参见例如美国专利号5,829,148和7,174,651，其通过引用整体结合于此。

pcmm越来越多地与光学或激光扫描仪结合使用。在这样的应用中，光学或激光扫描仪通常包括光学系统、激光器或其它光源、传感器和电子器件，它们都容纳在一个盒子中。然后，扫描仪盒子继而联接到pcmm的探针端部(例如，探针的一侧)。以这种方式，可以用激光扫描仪收集2维和/或3维数据，并将2维和/或3维数据与pcmm生成的位置信号组合。参见例如美国专利号7,246,030。

而这种pcmm和激光扫描仪组合是有用的。如上所述，pcmm的目的是进行高度精确的测量。因此，存在对改进此类装置的精确性和能力的持续需要。

技术实现要素：

本发明的一个方面是认识到这种现有技术系统遭受许多低效率问题。例如，可能期望使用pcmm来测量物体的表面处的不只是几何坐标，诸如表面下方的性质(例如，使用超声)、表面的组成的数据(例如，使用光谱成像或高光谱成像)、表面粗糙度、表面硬度或其它数据。此外，可能希望能够将该数据与对应的坐标数据相关联。然后，例如，可以生成被测量物体的更完整的描述，包括物体的超出表面的几何形状的各种性质。

在一个实施例中，提供了一种测量物体的各种性质的方法。第一测量装置可以安装到关节臂坐标测量机的端部，并且可以使用第一测量装置来测量物体的表面的三维坐标。然后，第二测量装置可以安装到关节臂坐标测量机的端部，并且在已经测量了三维坐标之后，可以使用第二测量装置测量物体的第二性质。

在另一个实施例中，可以提供一种测量物体的各种性质的方法。可以使用坐标测量装置来测量物体的表面的三维坐标。第二测量装置可以安装到坐标测量装置，并且在已经测量了三维坐标之后，可以使用第二测量装置测量物体的第二性质。

在另一个实施例中，一种被构造成测量物体的表面几何形状及所述物体的至少一个其它性质的装置可包括坐标测量装置、第二测量装置及一个或多个处理器。坐标测量装置可以被构造成通过至少测量坐标测量装置的一部分的位置和定向来测量物体的表面的三维坐标数据。该坐标测量装置还可以包括安装部分，该安装部分被构造成接收第二测量装置，使得该坐标测量装置可以测量第二测量装置的位置和定向。第二测量装置可以安装到安装部分并且被构造成在多个位置处测量不同于物体的表面的三维坐标数据的物体的性质。一个或多个处理器可以被构造成使用物体的表面的三维坐标数据以及第二测量装置的所测量的位置和定向来将由第二测量装置收集的数据与适当的三维坐标相关联。

所有这些实施方式都在本文公开的本发明的范围内。通过下面参照附图对优选实施方式的详细描述，本发明的这些和其它实施方式对于本领域技术人员来说将变得显而易见，本发明不限于所公开的任何特定优选实施方式。另外，个别实施方式不需要提供上述所有或任何优点。

附图说明

从下面结合示出本发明的说明性实施方式的附图的详细描述，本发明的其它目的、特征和优点将变得显而易见，其中：

图1是具有激光扫描仪的cmm臂的实施方式的立体图；

图1a是图1的cmm臂的侧视图；

图1b是图1的cmm臂的俯视图；

图2是图1的cmm臂的坐标获取构件的立体图；

图2a是图2的坐标获取构件的侧视图；

图2b是图2的坐标获取构件的俯视图；

图2c是图2的坐标获取构件在2c-2c处的侧面横截面图；

图3是图2的坐标获取构件的分解侧视图；

图3a是图3的非接触式坐标检测装置在3a-3a处的后视图；

图3b是图3的坐标获取构件的主体在3b-3b处的正视图；

图4a是图3的坐标获取构件的分解前立体图，其中锁定件也被分解；

图4b是图4a的坐标获取构件的分解后立体图；

图5至图9是附接到cmm臂的各种扫描装置的立体图。

图10和图11是表示用于测量物体的性质的方法的流程图。

图12是显示给用户的指示在物体上已经测量的点的实施方式图像。

具体实施方式

图1至图1b示出了关节臂便携式坐标测量机(pcmm)1的一个实施方式。在所示实施方式中，pcmm1包括基部10、多个刚性臂构件20、坐标获取构件50和多个关节构件30至36，所述关节构件将刚性臂构件20彼此连接以及连接到基部10和坐标获取构件50。每个关节构件30至36被构造成提供赋予一个或多个旋转和/或角度自由度的接头。通过各个关节构件30至36，pcmm1可以在各个空间定向上对齐，从而允许坐标获取构件50在三维空间中的精细定位和定向。然后，坐标获取构件50可以用于测量一个或多个特定位置，例如物体的表面上的几何或三维数据。

刚性臂构件20和坐标获取构件50的位置可以使用手动、机器人、半机器人和/或任何其它调节方法来调节。在一个实施方式中，pcmm1通过各个关节构件30至36设有七个旋转的移动轴线。然而，将了解，对可使用的移动轴线的数目不存在严格限制，并且可将更少或附加的移动轴线结合到pcmm设计中。

在图1所示的实施方式pcmm1中，关节构件30至36可基于它们的操作分成两个功能组，即：1)允许与特定传送构件相关联的转动运动的那些关节构件30、32、34、36(在下文中称为“转动接头”)，以及2)允许在两个相邻构件之间或在坐标获取构件30与其相邻构件之间形成的相对角度改变的那些关节构件31、33、35(在下文中称为“铰链接头”)。转动接头可以可选地提供高达至少360度的运动范围，并且还可以可选地提供无限旋转(使得它们可以在相同方向上连续旋转而不停止)。与普通铰链一样，铰链接头通常具有接近但小于360度的运动范围，以允许臂具有足够的柔性，从而以不同的角度到达各种各样的点。虽然所示实施方式包括被定位成产生七个移动轴线的四个转动接头和三个铰链接头，但是可以设想，在其它实施方式中，铰链接头和转动接头的数量和位置可以改变以在pcmm中实现不同的移动特性。例如，具有六个移动轴线的基本上类似的装置可以简单地在坐标获取构件50和相邻的关节构件20之间没有转动接头30。在其它实施方式中，转动接头和铰链接头可以被组合和/或以不同的组合使用。

坐标获取构件50可选地包括接触敏感构件或探针55(描绘为硬的探针，如果仅打算非接触式扫描而不减少本文所述的其它部件的功能性，则可以将探针移除或以其它方式不包括探针)，接触敏感构件或探针55被构造成接触选定物体的表面，并基于探针接触生成表面的几何数据，例如三维坐标数据，如图2至图3所示。例如，可以与关节臂上的其它传感器结合生成该坐标数据，所述其它传感器指示臂的位置，从而指示探针的位置。在所示实施方式中，坐标获取构件50还包括非接触式扫描和检测部件，非接触式扫描和检测部件不必要求与选定物体直接接触以获取三维坐标数据。如所描绘的，非接触式扫描装置包括非接触式坐标检测装置60(示出为激光坐标检测装置/激光扫描仪)，非接触式坐标检测装置60可以用于在没有直接物体接触的情况下获得三维坐标数据。应当理解，各种坐标获取构件构造包括：为了坐标获取的目的，可以使用接触敏感探针、非接触式扫描装置、激光扫描装置、结构光扫描仪、使用应变计进行接触检测的探针、使用压力传感器进行接触检测的探针、使用红外光束进行定位的装置，以及被构造成静电响应的探针。此外，在一些实施方式中，坐标获取构件50可包括一个、两个、三个或多于三个的坐标获取机构。也可以使用其它扫描装置，例如超声扫描仪、x射线扫描仪或可以测量被测量物体的表面之下的几何性质的其它扫描仪。因此，尽管在以下描述中，非接触式坐标检测装置60被示为安装在pcmm1上，但是也可使用不测量表面上的坐标或根本不测量坐标的其它装置。图5至图9描绘了安装到pcmm的多种不同测量和扫描装置。例如，图5描绘了具有接触探针50a和手枪式握把手柄的pcmm1a。图6描绘了具有接触探针50b而没有手枪式握把手柄的pcmm1b。图7描绘了具有接触探针和激光扫描仪50c和手枪式握把手柄的pcmm1c。图8描绘了具有接触探针和激光扫描仪50d而没有手枪式握把手柄的pcmm1d。图9描绘了具有结构光扫描仪50e和手枪式握把手柄的pcmm1e。

更进一步地，也可以包括不测量表面几何数据而是测量物体的一些非几何性质或物体的表面下方的几何特征的扫描装置，例如光谱和高光谱成像仪、粗糙度传感器、硬度传感器、超声传感器和涡流传感器。非几何性质可以包括颜色、化学性质、粗糙度、硬度和表面下的特征，例如空隙和裂纹。值得注意的是，非几何性质可以与可以从标准相机确定的性质不同，诸如颜色，非几何性质可能已经由非接触式坐标检测装置60上的相机检测到。从这些非几何传感器获取的数据仍可使用pcmm1(以及因此扫描装置)的已知位置和定向以及物体的表面的已知几何形状(其可以单独测量)与几何位置相关联。例如，可以使用扫描装置的已知位置以及物体的已知形状和位置将光谱二维图像上的像素与物体上的所测量的三维位置相关联。可以知道图像中的像素对应于沿着射线的某处的点，该射线开始于捕获图像的相机或其它传感器的中心点并且以由像素的位置和传感器的定向确定的角度延伸。可确定与射线相交的物体上的最近三维坐标(如也由pcmm1潜在地测量的)与像素相关联。类似的技术可以与在二维区域上生成多个数据(例如，作为二维图像)的其它测量装置一起使用。在还没有直接测量物体的几何形状的情况下，将物体在多个位置处的这种非几何数据与物体上的特定三维坐标相关联将更加困难。

类似地，可使用pcmm1以类似于与接触敏感构件55一起使用的方式来确定一次在一个位置处测量的数据。例如，超声传感器或涡流传感器可记录数据，并且该数据可与根据pcmm1的位置和定位测量的物体上的三维位置相关联。

在图10中所描绘的一个实施例中，可将例如接触探针或非接触式扫描装置等几何测量装置安装到pcmm1，并且几何测量装置可用于测量物体的表面上的三维坐标数据。然后，该几何测量装置可以被移除并被第二扫描装置替换，例如测量物体的非几何性质的装置，并且物体的第二性质可以用第二扫描装置来测量。可以对第三扫描装置、第四扫描装置等重复该过程。此外，附加的扫描装置可以可选地用于测量物体的表面上的三维坐标数据。例如，第一和第二扫描装置都可以测量表面上的三维坐标数据(例如利用结构光扫描仪，然后利用激光扫描仪)，然后可以测量表面的非几何性质。

值得注意的是，在一些实施方式中，可能同时在pcmm1上安装多个扫描装置，使得不需要用一个扫描装置替换另一个的步骤。此外，可能期望使用多个装置来测量几何性质，例如如果一个装置测量更精确而另一个装置测量不那么精确但更快。这样，用户可以较不精确地测量大面积，并且更精确地测量小面积，而不需要改变pcmm1上安装的装置。

使用这些不同的扫描装置，可以生成所测量物体的更完整的模型。例如，尽管先前测量的数据可能仅指示物体的表面上的几何形状，但是现在可以创建物体的完整几何描述，包括表面下的裂纹、开放空间、材料中的不连续性、或表面以下的其它特性。例如，可以利用可以安装在pcmm1上的超声传感器、涡流传感器或x射线传感器来测量表面以下的特征。此外，物体的模型中可以包括附加性质，诸如材料性质、纹理、硬度、颜色以及可以用附加传感器测量的其它性质。

对于装置的操作者来说，可能难以识别是否已经测量了整个物体，特别是如果在物体的表面之下进行了一些测量。在一些实施方式中，该装置可以首先用于测量物体的表面上的几何坐标，以创建足以还确定物体的内部空间的范围的物体的表面的模型。然后，该几何数据可由pcmm1上的(例如，在坐标获取构件50上、附接的特定扫描装置上、或pcmm的基部上)或与pcmm电子通信的单独计算装置上的处理器使用，以创建物体的内部的模型。此模型接着可由处理器使用以向pcmm1的操作者指示需要在何处进行附加测量以测量横跨物体的所有表面(且可选地包括物体的所有内部)或物体的所有期望部分的特定性质。处理器可选地还可以指示何时完成了整个物体或物体的期望部分的测量。图12描绘了可以向用户显示的图像，示出了已经在实施方式物体100上测量的点110，其中可以基于测量的三维坐标来确定物体的形状。

例如，在一些实施方式中，pcmm1可包括显示器43(或与单独的显示器通信)，显示器43可向pcmm的操作者显示哪里需要进行附加的测量，例如通过用覆盖在被测量物体的图像上的特定符号或颜色指示物体的表面下方的位置。在进一步的实施方式中，显示器可建议pcmm1处于的期望位置以测量尚未测量的物体的任何部分，从而在显示器上展示建议的位置。为了进一步将pcmm1的操作者引导到期望测量的位置，显示器可任选地在同一屏幕上显示除期望位置之外的pcmm1的当前位置，从而突出显示剩余的必要移动。当测量物体的表面以下的特性时，期望位置的这种显示可能特别有用，因为要在表面上测量的最佳位置可能不会立即对用户明显。当整个物体(或物体的期望部分)的测量完成时，可以向用户提供信号，诸如显示器上的信号或听觉信号。类似地，显示器可以显示在哪里已经进行了测量。这些方法也可以用于在物体的表面上进行测量，并且不限于在物体的表面下的测量。

因此，除了测量物体的表面上的坐标数据之外，pcmm1还可测量物体的一个或多个附加性质。此外，如所指示的，这些可以可选地顺序地完成，诸如从表面上的几何坐标开始，然后是表面下的几何坐标，然后是一个或多个附加测量。其它顺序也是可能的，例如在测量表面下方的几何坐标之前测量表面的各种附加(非几何坐标)性质。

在没有关节臂便携式坐标测量机的情况下，也可以进行类似的测量，而不是使用图11中描绘的通用坐标测量装置。例如，在一些实施方式中，激光跟踪仪(和相关联的回射器)可以以类似于pcmm1的方式与各种扫描装置一起使用，以确定扫描装置的位置和定向。扫描装置可以具有一个或多个回射器，可以使用激光器检测回射器，可以调节激光器的定向以跟随回射器。由激光器发射并由回射器反射的光可以被检测并用于确定扫描装置的位置。还可以使用激光跟踪仪系统上的变型，例如使用独立光源或其它视觉可识别物体代替激光器和回射器。激光跟踪仪可用于测量物体的表面的3d坐标，第二测量装置(例如扫描装置)可用于测量第二性质。在其它实施方式中，几何测量扫描装置可以与另一扫描装置安装在一起，并且几何测量扫描装置可以通过将当前测量的坐标与相同区域中先前测量的坐标对比，识别出存在于两组所测量的坐标中的各个特征，并且使用每组坐标中的各个特征的不同位置和定向来确定特征相对于扫描装置的距离和定向，从而确定几何测量扫描装置自身的位置。其它坐标测量装置也可用于确定物体的三维表面几何形状。

具体参照图3、图3a、图3b、图4a和图4b，在pcmm1的各种实施方式中，各种测量装置可被构造成从pcmm1手动断开和重新连接，使得操作者可在没有专用工具的情况下更换扫描装置。因此，操作者可以快速且容易地移除一个测量装置并用另一个测量装置(诸如坐标获取装置或非几何扫描装置)替换它。这种连接可以包括任何快速断开或手动断开装置。坐标获取装置的此快速连接能力在可在相对较短的时间段内在用于多种多样的测量技术的pcmm1中可尤其有利。尽管如所描绘的，仅移除了激光坐标检测装置60，但是在一些实施方式中，还可以以类似的方式移除和替换接触敏感构件55。

如图2所示，坐标获取构件50还可以包括按钮41，按钮41被构造成可由操作者接近。通过单独、多次或以以预设顺序按压一个或多个按钮41，操作者可以向pcmm1输入各种命令。在一些实施方式中，按钮41可以用于指示坐标读数准备好被记录。在其它实施方式中，按钮41可用于指示被测量的位置是原位置并且其它位置应当相对于原位置被测量。在其它实施方式中，按钮41可以用于使用接触敏感构件55来记录点、使用非接触式坐标检测装置60来记录点、使用非几何扫描装置来记录数据、或者在装置之间切换。在其它实施方式中，按钮41可以是可编程的以满足操作者的特定需要。按钮41在坐标获取构件50上的位置的优点在于，操作者在使用坐标获取构件50时不需要为了激活pcmm1的各种功能而访问基部10或计算机。在具有特别长的臂构件20的pcmm的实施方式中，这种定位可能是特别有利的，因此将基部10放置在坐标获取构件50的操作者在大多数位置不能够到达的位置。在pcmm1的一些实施方式中，可以提供任意数量的操作者输入按钮(例如，多于或少于两个)。有利地，如图所示，按钮41在触发位置被放置在手柄40上，但是在其它实施方式中，可能期望将按钮放置在坐标获取构件50上的其它位置或pcmm1上的任何位置，例如沿着最后的轴线l1的筒。pcmm的其它实施方式可以包括位于pcmm或坐标获取构件50上的其它操作者输入装置，例如代替操作者输入按钮或除了操作者输入按钮之外的开关、旋转拨盘、触摸屏或触摸板。此外，在一些实施方式中，输入装置可包括在可安装到pcmm1并可从pcmm1移除的扫描装置(例如非接触式坐标检测装置60)上。这些输入装置可以可选地专用于它们相关联的扫描装置。

特别参考图1，基部10可以通过磁性安装件、真空安装件、螺栓或其它联接装置联接到工作表面，或者可以替代地搁置在工作表面上。另外，基部10可包括各种电接口，例如插头、插座或附接端口。附接端口可提供pcmm1与用于连接到例如通用计算机的处理器的usb接口、用于与电源连接的ac电源接口或用于连接到监视器的视频接口之间的可连接性。pcmm1还可被构造成具有与外部处理器或通用计算机的无线连接，例如通过wifi连接、蓝牙连接、rf连接、红外连接或其它无线通信协议连接到通用计算机、智能电话、平板计算机或其它装置。这些还可以可选地提供与各种扫描装置的无线通信，所述扫描装置可安装到pcmm1与基部相对，例如几何和非几何扫描装置。各种电接口或附接端口可特别地被构造成满足特定pcmm1的要求。

继续参照图1，臂构件20优选地由中空的大致圆柱形管状构件构成，以便为构件20提供相当大的刚性。臂构件20可由任何合适的材料制成，该材料将为pcmm1提供基本上刚性的延伸。臂构件20优选地限定双管组件，以便为传送构件20提供附加的刚性。此外，可以设想，在各种其它实施方式中，臂构件20可由替代形状制成，例如包括三角形或八边形横截面的那些形状。

在一些实施方式中，可能期望使用复合材料，例如碳纤维材料，以构造臂构件20的至少一部分。在一些实施方式中，pcmm1的其它部件也可以包括复合材料，例如碳纤维材料。由诸如碳纤维的复合材料构造臂构件20可以是特别有利的，因为与诸如钢或铝的金属材料相比，碳纤维可以对热影响起较少的反应。因此，可以在各种温度下精确且一致地执行坐标测量。在其它实施方式中，臂构件20可包括金属材料，或者可包括诸如金属材料、陶瓷、热塑性塑料或复合材料的材料的组合。此外，如本领域技术人员将理解的，pcmm1的许多其它部件也可以由复合材料例如碳纤维制成。目前，由于与金属的制造能力相比，复合材料的制造能力通常不那么精确，因此通常需要较大程度的尺寸精度的pcmm1的部件通常由例如铝等金属制成。可以预见，随着复合材料的制造能力提高，pcmm1的更多数量的部件也可以由复合材料制成。

继续参考图1，pcmm1的一些实施方式还可以包括平衡系统110，平衡系统可以通过减轻pcmm的重量的影响来帮助操作者。在一些定向中，当臂构件20延伸远离基部10时，臂构件的重量可能对操作者造成困难。因此，平衡系统110可特别有利于减少操作者为方便测量而需要定位pcmm1的工作量。在一些实施方式中，平衡系统110可以包括阻力单元(未示出)，该阻力单元被构造成使臂构件20的运动容易，而不需要重的重量来使臂构件悬臂。本领域技术人员将理解，在其它实施方式中，简单的悬臂式配重可以用在适当位置或与阻力单元结合使用。此外，尽管如图所示仅有一个平衡系统110单元，但在其它实施方式中可以有更多的平衡系统单元。

在一些实施方式中，阻力单元可以包括液压阻力单元，液压阻力单元使用流体阻力来为臂构件20的运动提供辅助。在其它实施方式中，阻力单元可以包括其它阻力装置，例如气动阻力装置，或者线性或旋转弹簧系统。

通过知道每个刚性臂构件20的长度和关节构件30至36中的每一个的具体位置，可以计算给定时刻的空间中的接触敏感构件55的位置。关节构件30至36中的每一个可被分解成单个旋转运动程度，使用专用旋转换能器来测量每个旋转运动程度。每个换能器输出信号(例如，电信号)，该信号根据关节构件在其运动程度上的移动而变化。信号可通过电线运载或以其它方式传输到基部10(或与pcmm1相关联的另一处理器)。从那里，信号可以被处理和/或传送到计算机，用于确定坐标获取构件50及其各个部分在空间中的位置。

在一个实施方式中，换能器可以包括光学编码器。在一个实施例中，每个编码器通过将其移动耦合到具有连续透明和不透明带的一对内轮来测量其轴的旋转位置。在这样的实施方式中，光可以穿过轮照射到光学传感器上，该光学传感器馈送一对电输出。当轴扫过弧度时，模拟编码器的输出可以基本上是90度异相的两个正弦信号。通过监测两个信号的极性变化，可以进行粗略定位。通过测量在所讨论的时刻的两个信号的实际值，可以确定精确定位。在某些实施方式中，通过在输出被电子噪声破坏之前精确地测量输出，可以获得最大精度。pcmm1的所示实施方式的其它细节和实施方式可以在美国专利号5,829,148中找到，其全部内容通过引用合并于此。也可使用其它类型的编码器，例如美国专利第公开号2011/0112786中所述的绝对编码器或美国专利号7,743,524中所述的球形编码器，其各自的全部内容通过引用合并于此。

参照图1、图1a和图1b，在一些实施方式中，pcmm1可包括一个或多个可旋转握把组件122、124。在所示的实施方式中，pcmm1可包括下部可旋转握把组件122和上部可旋转握把组件124。有利地，具有设置在最后的传送构件21上的下部可旋转握把组件122和上部可旋转握把组件124允许操作者在定位pcmm1时容易地使用双手。在其它实施方式中，pcmm1可包括一个或两个以上可旋转握把。握把组件的附加细节可以在美国专利号7,779,548中找到，其全部内容通过引用结合于此。

虽然本文已经一般性地讨论了pcmm1的若干实施方式和相关特征，但是pcmm的附加的细节和实施方式可以在美国专利号5,829,148、7,174,651和8,112,896中找到，这些专利的全部内容通过引用合并于此。

如图1所示，pcmm可包括位于其臂的远端处的坐标获取构件50。图2至图3更详细地示出了类似的坐标获取构件50。如图所示，坐标获取构件50可以包括接触敏感构件55和面向前端54的扫描装置60。坐标获取构件50还可以在下端51处附接到手柄40，在后端52处附接到pcmm1。坐标获取构件50还可以包括顶端53。在后端52处，坐标获取构件50还可以包括与铰链31的数据连接(未示出)，例如滑环连接、直接电线或一些其它连接。这可以允许坐标获取构件50和pcmm1之间的数据传送。pcmm1可包括沿其臂的类似数据传送元件，从而允许坐标获取构件50与基部10或pcmm臂外部的任何外围计算介质之间的数据传输。类似的数据传送也可以通过无线连接提供。

扫描装置60可以包括光源65(描绘为激光器)和光学传感器70(描绘为相机)，并且可以通过诸如三角测量的方法获取位置数据。激光器或光源65可以产生包括激光线l4的照射激光平面。相机70可以从激光平面移位，并且进一步不平行于激光平面。因此，相机70将根据其位置离激光器65更远或更近而在相机70所捕获的图像中观察激光器所照射的点是更高或更低。类似地，相机70将根据其相对于激光器65的实际位置，观察由激光器照射的点是更向左还是向右。比较激光器65和相机70的位置和定向之间的几何关系将允许本领域技术人员适当地将相机70捕获的图像中激光照射点的图像的位置转换成相对于坐标获取构件50自身的位置的空间中的实际三维位置。

在其它实施方式中，光源65可以发射2维图案，例如结构光图案。然后，相机可以获取被测量的物体上的该图案的图像，并且使用所投影的已知图案、在图像中获取的图案以及相机70和光源65的相对位置和定向之间的变化来确定物体上的几何坐标。例如，在金恩，詹森，基于dlp结构光3d成像技术和应用proc.spie7932，基于新兴数字微镜装置的系统和应用iii，79320b(2011年2月11日)中可以找到对这种系统的进一步描述；doi：10.1117/12.873125中描述的，其全部内容通过引用合并于此。

在图1中，根据多个移动轴线与坐标获取构件50的接近度来标记多个移动轴线。如图所示，坐标获取构件50可以绕转节30上的最后的旋转轴线l1枢转。最后的旋转轴线l1和转节30在图2a和图2c中更清楚地示出。如图所示，扫描装置60在pcmm臂1的端部处安装轴承150、151。轴承150、151的定向和位置可以基本上限定最后的轴线l1。因此，扫描装置60可以独立于接触敏感构件(描绘为探针)55绕最后的轴线l1旋转。在一些实施方式中，接触敏感构件55是不可旋转的，从而减少了由于接触敏感构件55和最后的轴线l1之间的任何偏心而产生的潜在误差。转节30可以在铰链接头31上绕最后的刚性传送构件21的端部处的倒数第二个旋转轴线l2旋转。与轴承150、151和最后的轴线l1类似，倒数第二个轴线l2可以基本上由铰链轴140限定。如所描绘的，最后的轴线l1也可以被认为是侧倾轴线，并且倒数第二个轴线也可以被认为是俯仰轴线。类似地，绕倒数第三个轴线l3的旋转可被认为是偏航轴线。

手柄40通常还可以包括手枪式握把，手枪式握把还可以包括与人的手指(未示出)相对应的人体工程学凹槽。手柄还可以具有大致的中心轴线。可选地，电池可以保持在手柄40内。在一些实施方式中，手柄40可包括密封电池，如在2007年11月8日出版的美国公开号2007/0256311a1中所述，该专利的全部内容通过引用合并于此。此外，电池可以穿过手柄40的底部插入。在其它实施方式中，电池可穿过手柄40的顶部插入，并且手柄40可从坐标获取构件50释放以暴露用于电池插入和移除的开口。电池可被提供用以为扫描装置、围绕关节构件30至36中的一个的旋转马达和/或其它类型的探针或装置供电。这可以减少通过臂的电流汲取、降低整体功率要求和/或减少在臂的各个部分中生成的热量。

数据可以无线地传输到坐标获取构件50或扫描装置60和pcmm1的基部或从其传输到例如计算机的外部装置。这可以减少穿过pcmm1的内部电线的数量。其还可减少pcmm1与计算机之间的电线的数量。

在手柄40上方，坐标获取构件50可包括主体90，如图3最佳所示。主体90可在坐标获取构件50的后端52处直接连接到铰链31。主体90还可以保持接触敏感构件55。在优选实施方式中，主体90甚至还可以保持接触敏感构件55与转节30接近对齐，使得接触敏感构件55的轴线在转节30的最后的轴线l1附近延伸。在一些实施方式中，接触敏感构件55的轴线可以穿过转节30的最后的轴线l1。在其它实施方式中，接触敏感构件55的轴线可在最后的轴线l1的10mm内通过。

如图2b中最佳示出的，主体90还可以包括显示器43。显示器43被描绘为在主体90的顶后端处，但是也可以被布置在其它位置处。显示器43可以朝向主体90的后部设置，以防止其被扫描装置60覆盖，该扫描装置可以包括在顶部上的上壳体80，如本文进一步讨论的。显示器43可以向用户提供反馈，诸如关于已经或应当由如被用户操作的装置获取的测量的信息，如本文所讨论的。显示器43还可提供其它信息，例如与pcmm1或扫描装置60有关的诊断信息，例如电池电平、温度或其它问题。

如图3b中最佳地描绘的，主体90还可以包括安装部分91、凹部92和数据端口93，主体90被构造成与扫描装置(描绘为激光扫描仪)60相互作用。如图3a中最佳示出的，激光扫描仪60可包括上壳体80、激光器65和数据端口101。如图3所示，激光扫描仪60可被构造成作为辅助体(在其它实施方式中，辅助体可包括不同的装置)安装在主体90上。上壳体80可以成形为匹配安装部分91，并且可以相应地由该安装部分接收。凹部92可以成形为当安装部分91接收上壳体80时接收激光器65。基于这些相互作用，数据端口93、101可相互作用以在主体90与激光扫描仪60之间传递信息(且因此进一步沿着pcmm臂1传递信息，如上文所描述)。激光扫描仪60还可以包括基板75。基板75可以包括端口85，端口85被构造成当激光扫描仪60安装到主体90时接收接触敏感构件55。

基板75还可以包括可重复的运动学安装，其中激光扫描仪60可以被移除并且重新安装到主体90而无需工具(例如，与卡扣锁定机构组合)。通过使用3点运动学座，其可以以高水平的可重复性重新安装，3点运动学座包括基板75上的三个运动学安装部分94(描绘为一对柱体)和主体90上的三个运动学安装部分104(描绘为接收在该对柱体之间的圆形或球形体)。安装部分94、104可以精确地成形以彼此匹配，从而形成保持它们的角度位置恒定的运动学安装。也可以使用这种设计的变型，例如使用不同形状或不同数量的安装部分94、104，例如多于三组的安装部分，以及四面体孔，而不是一对柱体。

如图4a和图4b中最佳示出的，锁定装置120可用于牢固地将扫描仪60固定到主体90。锁定装置120可包括以与扫描仪60上的端口85类似的方式接收接触敏感构件55的端口。这样，锁定装置120可以被安装成使得扫描仪60位于锁定装置和主体90之间。锁定装置120可包括一对钩子，在手柄旋转时，该钩子旋转并钩住主体90上的手柄，以将扫描仪60保持在主体90上。手柄的进一步旋转可以促使扫描仪60抵靠主体90，以将扫描仪60牢固地固定到主体90。在扫描仪60和主体90之间、扫描仪60和锁定装置120之间、或者锁定装置120和主体90之间可以包括能够弹性变形的各种弹性构件，例如弹簧(例如波形弹簧或螺旋弹簧)、垫圈和衬垫结构。弹性构件可以机械地隔离这些部件，使得锁定压力不会导致任何本体的偏转，或者不会允许一个本体的偏转引起另一个本体的偏转。因此，例如，如果接触敏感构件55接触被测量的项目，导致它和主体90偏转，则机械隔离将减小扫描仪60中的任何重合偏转。弹性构件还可以可选地在主体90和扫描仪60之间提供热绝缘。

其它扫描装置可以可选地具有与激光扫描仪60类似的形状。例如，其它扫描装置可以包括基板75(或另一本体)，基板75包括被构造成(例如，通过本体中的孔)接收接触敏感构件55的端口85。类似地，其它扫描装置可以包括光源(例如激光器、投影仪或普通光源)，光源可以以类似于激光器65的方式接收在凹部92中。此外，在一些实施方式中，pcmm1上的安装部分91的形状可变化以适应其它扫描装置。例如，在一些实施方式中，主体90的本体可以被减小以为可能安装到安装部分91的扫描装置上的其它部件提供间隙。图7、图8和图9中描述了安装在主体90上的其它装置(并由主体90接收)的实施例。

当pcmm1打算提供精确的位置数据时，pcmm可被设计成使接触敏感构件55处和非接触式坐标检测装置60处的误差最小化。通过使最后三个轴线的误差对接触敏感构件55和扫描装置60的影响最小化，可以减小坐标获取构件50的误差。例如，如所描绘的，相机70、接触敏感构件55和光源65可以直接与最后的轴线l1集成。例如，如所描绘的，当从前方(例如，沿着轴线l1)观察时，相机70、接触敏感构件55和光源65可以是大致共线的，其中接触敏感构件55位于中间并且与最后的轴线l1对齐。此外，如所描绘的，上壳体80、接触敏感构件55和光源65可以被布置为大致平行于最后的轴线l1。然而，相机70可以可选地相对于最后的轴线l1以一定角度定向。

这种布置在许多方面是有利的。例如，在这种布置中，元件绕l1的角度位置可以近似相等(当在最后的轴线l1的不同侧时，除了180度偏移)，从而简化了数据处理要求。作为另一个实施例，提供与最后的轴线l1对齐的这些元件可以便于平衡这些元件绕最后的轴线的重量，减少来自可能的偏转的误差并且易于绕轴线移动。更进一步，与绕最后的轴线l1旋转的角度相关联的误差被从该轴线到光源65发射的图案的中心(例如光源的焦点中心)的距离(例如垂直距离)放大。在这个定向上，距离被最小化。在一些实施方式中，从投射图案的中心到最后的轴线的垂直距离可以不大于35mm。值得注意的是，在其它实施方式中，可能希望将光源65移动到更靠近最后的轴线l1，例如通过将光源直接与之对齐(将其放置在图中示出的接触敏感构件55的位置)。然而，接触敏感构件55的精度也部分地取决于其与最后的轴线l1的接近度；并且如下所述，将光源65与相机70分开可以产生一些其它优点。

如进一步所示，当扫描装置60安装主体90时，接触敏感构件55和扫描装置可形成紧凑的设计。例如，光源65和/或相机70可延伸超过轴承150、151中的一个或两个。在其它实施方式中，这些元件可延伸到轴承，而不是超过它们。通常，使这些元件重叠会减小坐标获取构件50的必要长度。

在一些实施方式中，这种紧凑设计可以允许坐标获取元件更靠近倒数第二个轴线l2以及最后的轴线l1。因此，倒数第二个轴线l2与测量点(例如，在接触敏感构件55的尖端和/或在相机70的焦点处)之间的距离可减小。由于坐标获取构件50沿倒数第二个轴线l2的角度位置的误差被这些距离放大，这也以其它方式减少了pcmm1的误差。例如，紧凑设计还可以减少与从相机70的焦点到倒数第三个轴线l3的距离有关的误差。另外，将坐标获取构件50的元件设置成更靠近倒数第二和倒数第三个轴线l2、l3可以减小偏转，从而更进一步减小误差。在一些实施方式中，接触敏感构件55可以在倒数第二和/或倒数第三个轴线l2、l3的185mm内，并且相机70的焦点可以在倒数第三个轴线的285mm内。作为紧凑设计的另一个优点，可以减小坐标获取构件50的竖直高度，从而允许在更紧的点中进行测量。在一些实施方式中，高度可以不大于260mm。值得注意的是，当所示实施方式中的坐标获取构件50绕最后的轴线l1旋转时，高度也可表示坐标获取构件50的最大长度。

在一些实施方式中，扫描装置60可以包括附加的优点。举例来说，扫描装置60可使光源65与pcmm臂1的其它部分所生成的热量绝缘。例如，如图3所示，基板75在一端保持光源65，在另一端保持相机70，它们由接触敏感构件55分开。在一些实施方式中，基板75可以包括具有低热膨胀系数的材料，例如因瓦合金、陶瓷或碳纤维。减小热膨胀可以减小光源65和/或相机70的位置和定向的变化，这会产生诸如将附加误差引入测量中的问题。类似地，基板75也可以包括具有低导热性的材料，从而阻碍热量例如从相机70传递到光源65或pcmm1。

如图所示，相机70可以保持在扫描仪60的上壳体80中，并且在一些实施方式中，上壳体可以包括多个相机。在具有多个相机的实施方式中，相机可布置在最后的旋转轴线l1的相对侧，从而可选地在两个相机中的每一个与光源65之间绕轴线l1限定相等角度距离。或者，如图11所示，相机可相对于穿过最后的轴线l1的竖直平面对称地布置在旋转轴线l1的相对侧。在另外的实施方式中，可以确定相机之间的角度距离以平衡相机、光源和任何其它部件绕最后的轴线l1的重量。

上壳体80也可以包括诸如铝或塑料的材料。另外，上壳体80可以保护相机70免受大气污染物，例如灰尘、液体、环境光等。类似地，光源65可由主体90的凹部92保护。在一些实施方式中，凹部92可以包括具有低热膨胀系数和/或低导热系数的热隔离盘或板，从而保护光源免受外部热量的影响并且基本上保持其对齐。

在许多实施方式中，与扫描装置60相关联的电子器件160可产生大量的热量。如上所述，例如，利用具有低热膨胀系数和低导热率的材料，可以保护各种部件不受热的影响。如图所示，电子器件160可以位于扫描装置60的上壳体80中。

然而，在其它实施方式中，电子器件160可定位成更远离传感器55、60，例如在完全分离的壳体中。例如，在一些实施方式中，电子器件160可由扫描装置60保持在也附接到基板75的单独壳体中。在其它实施方式中，电子器件160可位于pcmm1的更下方，例如在刚性传送构件20中或在基部10中。将电子器件160沿着pcmm1进一步移动可减小在臂的端部处的重量，从而使臂的偏转最小化。类似地，在一些实施方式中，电子器件160可完全在pcmm1外部，例如在单独的计算机中。来自传感器55、70的数据可通过pcmm1在臂中的内部电缆上无线地或通过其它数据传输方法传输。在一些实施方式中，数据端口93、101可以包括弹簧加载的引脚，使得没有电缆暴露在外部。

作为所描绘的实施方式的另一个优点，所描绘的系统的布局可以使用更小的体积。扫描装置60有时可以根据三角测量理论进行操作。因此，可能希望在光源65和相机70之间留出一定距离。所描述的实施方式有利地将接触敏感构件55放置在该空间内，减小了坐标获取构件50的体积。另外，最后的轴线l1也超过该空间，使系统绕旋转轴线平衡并减小坐标获取构件50的旋转体积。在这种构造中，轴线和扫描装置的组合还可以被唯一地优化以减小重量，因为更紧凑的设计减小了偏转，并且相应地减小了对重负载承载材料的需要。

从本公开中，本文描述的方法和系统的许多其它变化将是显而易见的。例如，取决于实施方式，本文描述的任何算法的某些动作、事件或功能可以以不同的顺序执行，可以被添加、合并或完全省去(例如，并非所有描述的动作或事件都是算法的实践所必需的)。此外，在某些实施方式中，可以例如通过多线程处理、中断处理或多个处理器或处理器核芯或在其它并行架构上并发地而不是顺序地执行动作或事件。另外，不同的任务或过程可以由可以一起运行的不同的机器和/或计算系统来执行。

结合本文公开的实施方式描述的各种算法步骤可实现为电子硬件、计算机软件或两者的组合。为了清楚地说明硬件和软件的这种可互换性，上文已经一般性地根据其功能性描述了各种说明性步骤。将此功能性实现为硬件还是软件取决于特定应用和强加于整个系统的设计约束。所描述的功能性可针对每一特定应用以不同方式实现，但此实现决策不应被解释为导致脱离本公开的范围。

结合本文公开的实施方式而描述的各种说明性步骤、部件和计算系统(例如，装置、数据库、接口和引擎)可由机器实现或执行，所述机器例如为被设计成执行本文所描述的功能的通用处理器、图形处理器单元、数字信号处理器(dsp)、特定用途集成电路(asic)、现场可编程门阵列(fpga)或其它可编程逻辑装置、离散门或晶体管逻辑、离散硬件部件或其任何组合。通用处理器可以是微处理器，但在替代方案中，处理器可以是控制器、微控制器或状态机、其组合等。处理器也可以实现为计算装置的组合，例如，dsp和微处理器的组合、多个微处理器、一个或多个微处理器与dsp核芯的结合、或者任何其它这种配置。尽管本文主要关于数字技术进行描述，但处理器还可主要包含模拟部件。计算环境可以包括任何类型的计算机系统，包括但不限于基于微处理器的计算机系统、图形处理器单元、大型计算机、数字信号处理器、便携式计算装置、个人组织器、装置控制器以及器械内的计算引擎，仅举几个例子。

结合本文公开的实施方式而描述的方法、过程或算法的步骤以及所述步骤中所使用的数据库可直接在硬件中、在由处理器执行的软件模块中或在两者的组合中来体现。软件模块、引擎和相关联的数据库可以驻留在存储器资源中，诸如在ram存储器、闪存、rom存储器、eprom存储器、eeprom存储器、寄存器、硬盘、可移动磁盘、cd-rom、或本领域已知的任何其它形式的非瞬态计算机可读存储介质、媒介、或物理计算机存储中。示例性存储介质可耦合到处理器，使得处理器可从存储介质读取信息并向存储介质写入信息。在替代方案中，存储介质可与处理器成一体。处理器和存储介质可以驻留在asic中。asic可以驻留在用户终端中。在替代方案中，处理器和存储介质可作为离散部件驻留于用户终端中。

这里使用的条件语言，例如，其中，“可能”、“可以”、“可”、“例如”等，除非另外特别说明，或者在所使用的上下文中另外理解，通常旨在表示某些实施方式包括某些特征、元件和/或状态，而其它实施方式不包括这些特征、元件和/或状态。因此，这样的条件语言一般不旨在暗示特征、元件和/或状态以任何方式对于一个或多个实施方式是必需的，或者一个或多个实施方式必然包括用于在有或没有作者输入或提示的情况下决定这些特征、元件和/或状态是否被包括在任何特定实施方式中或者是否要在任何特定实施方式中执行的逻辑。术语“包括”、“包含”、“具有”等是同义词，并且以开放式的方式包含性地使用，并且不排除附加的元件、特征、动作、操作等。此外，术语“或”以其包含的意义(而不是其排他的意义)使用，使得当例如用于连接一列元件时，术语“或”表示该列表中的一个、一些或所有元件。

虽然以上详细描述已展示、描述并指出应用于各种实施方式的新颖特征，但将理解，可在不脱离本公开的精神的情况下作出所示的装置或算法的形式和细节的各种省略、替代和改变。如将认识到，本文描述的本发明的某些实施方式可在不提供本文阐述的所有特征和益处的形式内体现，因为一些特征可与其它特征分开使用或实践。