计量系统的制作方法

相关申请

本申请要求于2018年2月28日提交的、题为“用于高速、非接触式坐标测量的方法以及装置(methodandapparatusforhighspeed,non-contactcoordinatemeasuring)”的美国临时专利申请no.62/636,739的优先权，该美国临时专利申请的全部公开内容通过参引合并在本文中。

本公开涉及计量的领域。更具体地，本公开涉及用于零件的高速、非接触式检查以及测量的包括一个或更多个计量桥的计量系统。

背景技术：

本文提供的背景描述是出于总体上呈现本公开内容的背景的目的。除非本文另有说明，否则本部分中描述的材料不是本申请中的权利要求的现有技术，并且不因包括在本部分中而被认为是现有技术。

零件的精度测量通常依赖通过工具接触零件(比如传感器和探头)而执行测量。每个工具通常从存储位置取出并且移动成与对象接触以执行。工具与零件的接触可能会进一步使对象损坏或在对象内引起缺陷。

附图说明

通过与附图结合的以下详细描述将容易地理解实施方式。为了有助于该描述，相同的参考标记指示相同的结构元件。在附图的图中，通过示例的方式而非通过限制性的方式示出了实施方式。

图1示出了根据各种实施方式的示例计量桥。

图2a示出了根据各种实施方式的示例测量系统组件。

图2b示出了根据各种实施方式的具有不同构型的载物台及压板的第二示例测量系统组件。

图2c是根据一些实施方式的运动轴线的堆叠结构的图。

图2d是根据各种实施方式的运动轴线的独立结构的图。

图3示出了根据各种实施方式的示例计量桥的侧视图。

图4示出了图3的根据各种实施方式的示例计量桥的立体图。

图5示出了根据各种实施方式的示例传感器装置结构。

图6示出了根据各种实施方式的示例传感器装置结构。

图7示出了根据各种实施方式的具有共焦传感器组件的示例计量桥。

图8示出了图7的根据各种实施方式的示例共焦传感器组件。

图9示出了图7的根据各种实施方式的示例计量桥的立体图。

图10示出了图7的根据各种实施方式的示例计量桥，其中，第一共焦传感器装置的延伸构件处于伸出位置。

图11示出了图7的根据各种实施方式的示例共焦传感器组件，其中，延伸构件处于伸出位置。

具体实施方式

本文公开了与用于零件的高速、非接触式坐标测量的计量系统相关的装置、系统以及方法。在实施方式中，计量系统包括联接至测量组件的一个或更多个计量桥。桥可以包括壳体、联接至壳体的安装构件以及安装在壳体内的多个传感器。安装构件可以将壳体可能以允许旋转的方式(例如“旋转地”联接)联接至测量组件。此外，多个传感器装置的传感器元件可以沿着壳体的长度对准并且可以指向壳体的外部。在实施方式中，测量组件包括基部和压板以接纳待测量对象。压板可以在精密支承件上相对于基部移动。

在实施方式中，公开的计量系统提供了零触摸式方法以测量对象，并且还可以提供高速测量能力。除了传统的接触探头和其他基于触摸的传感器之外或替代传统的接触探头和其他基于触摸的传感器，计量桥可以配备有一个或更多个非接触式传感器、例如激光和光学传感器。零触摸式传感器可以通过不必减慢或停止来进行接触测量而实现高速测量。此外，零触摸式传感器构造可以允许待测量对象更容易地放置在压板上，由于对象接触的缺少消除了充分牢固地紧固被测量对象的需要，使得接触的测量探头不会使该对象移位并且不损害测量精确性。

在以下详细描述中，参照形成该详细描述的一部分的附图，其中，相同的附图标记贯穿附图表示相同的部分，并且可以实践的实施方式在附图中通过图示的方式示出。应当理解的是，在不脱离本公开的范围的情况下，可以使用其他实施方式并且可以进行结构或逻辑上的变型。因此，以下详细描述不应该被理解为限制性意义，并且实施方式的范围由所附属的权利要求及其等同内容来限定。

在所附说明书中公开了本公开的各方面。在不脱离本公开的精神或范围的情况下，可以设计本公开的替代实施方式及其等同内容。应当注意的是，下面公开的相似元件在附图中由相似的附图标记表示。

各种操作可以以最有助于理解所要求保护的主题的方式被依次描述为多个不连续的动作或操作。然而，描述的顺序不应该被解释为暗示这些操作必须依赖顺序。特别是，这些操作可能不以显示的顺序来执行。所描述的操作可能以与所描述的实施方式不同的顺序来执行。在附加的实施方式中，可以执行各种附加的操作和/或可以省略所描述的操作。

出于本公开的目的，短语“a和/或b”是指(a)、(b)或(a和b)。出于本公开的目的，短语“a、b和/或c”是指(a)、(b)、(c)、(a和b)、(a和c)、(b和c)或(a、b以及c)。

本说明书可以使用短语“在实施方式中”或“在多个实施方式中”，这可以分别指代一个或更多个相同或不同的实施方式。此外，关于本公开的实施方式使用的术语“包括”、“包含”、“具有”等是同义的。

图1示出了根据各种实施方式的示例计量桥100。计量桥100可以联接至测量组件，并且可以用于测量对象或对象的一部分。

计量桥100可以包括壳体102。壳体102可以包括刚性结构。在其他实施方式中，壳体102可以包括半挠性结构、刚性结构或其某种组合。在一些实施方式中，壳体102可以由铝、钢、不锈钢、陶瓷、碳纤维、塑料或其某种组合形成。壳体102可以在一个或更多个方向上是长形的。此外，壳体102可以包括多个侧壁，由侧壁围封腔。在其他实施方式中，可以省略一个或更多个侧壁，以便使得容易进入腔。

计量桥100还可以包括定位在壳体102的腔内的一个或更多个传感器装置。在一些实施方式中，传感器装置或传感器装置的一些部分可以延伸出腔。传感器装置可以包括非接触式传感器装置。在传感器装置相对于正在被测量的对象运动的同时进行测量的情况下使用非接触式传感器装置，由于不需要与对象接触并且不需要传感器和对象相对于彼此静止而允许提高对象的检查速度。此外，由于缺少接触，存在损坏对象或在对象内引起缺陷的较小风险。在其他实施方式中，传感器装置可以包括利用接触以进行测量的传感器装置、非接触式传感器装置或其某种组合。

传感器装置中的每个传感器装置可以具有一个或更多个传感器元件、比如传感器元件104。例如，传感器元件104可以包括照相机的透镜、激光的透镜、共焦传感器装置的延伸构件、传感器装置的探头或其某种组合。传感器元件104可以定位在壳体102的第一侧部106处和/或可以指向壳体102的外部。传感器元件104可以沿着大致从壳体102的第一侧部106延伸的平面定向。在一些实施方式中，传感器元件104可以共享在距壳体102预定距离处的共焦平面。共享共焦平面的传感器元件104可以允许通过多个传感器装置同时捕获信息，从而允许提高检查速度。在另外其他实施方式中，一个或更多个传感器元件104可以构造成比如通过旋转或限制的平移而在壳体102内移动。在传感器元件104能够这样运动的情况下，可以实现与计量桥100和对象的运动相结合的附加的运动的轴线或自由度(例如七个、八个或更多个轴线)，如下面相对于至少图2a至图2d所描绘的。

多个传感器元件104的使用可以允许在单个点处及时对多个测量结果同时进行捕获，由此潜在地提高测量处理量。在一些实施方式中，多个传感器元件104可以是相同类型的、例如测量公差或距离的类型，使得待测量对象的多个公差和/或尺寸可以相对同时地被捕获。在其他实施方式中，多个传感器元件104可以是不同类型的，使得对象的多种类型的测量数据可以相对同时地捕获。在一些实施方式中，传感器装置可以具有多个传感器元件104，其中，每个传感器元件104以不同的方式定向，以允许单个传感器装置潜在地在不同的方向或尺寸上大致同时地进行多个测量。例如，单个激光传感器可以配备有正交定位的两个传感器元件104，使得测量可以在向下方向和侧向方向上同时进行。这种构型可以用于检查孔眼，其中，孔眼的深度可以与孔眼的径向定位的半径或螺纹特征同时被测量。

在一些实施方式中，计量桥100可以包括作为传感器元件104的一部分的一个或更多个非感测工具。出于该讨论的目的，这些工具由于其以通用的方式安装而可以考虑为传感器元件104。非感测工具可以允许以各种方式操纵待测量对象：例如用钻孔或镗孔工具制造孔洞、通过填充工具(比如用环氧树脂或其他合适的树脂或粘合剂)填充孔洞或间隙、加工头部、操作对象以旋转或翻转对象以允许对象的其他方面被测量等。

在一些实施方式中，壳体102可以包括安装在壳体102的第一侧部106处的可移除的安装板118。传感器装置可以安装至可移除的安装板118。可移除的安装板118可以从壳体102移除，并且可以被具有不同传感器装置的不同的可移除的安装板118替代。

在一些实施方式中，安装板118的全部或一部分构造成能够相对于壳体102移动，以使得传感器元件104能够沿着计量桥100的长度平移。该运动允许传感器元件104重新定位以适应由于具有相对大的尺寸而限制载物台和压板的可能的运动范围的对象的测量。在一些这种实施方式中，传感器元件104可以具有大约在壳体102的中心的第一位置，如图1所描绘的，并且具有靠近第一平衡件116a的第二位置(比如在针对第一侧部106的箭头的位置周围)。在其他实施方式中，根据给定实现方式指示的需要，传感器元件104可以在壳体102上的各种独特位置处具有一个或更多个附加的第三、第四、第五等位置。在一些实施方式中，对于每个位置，传感器元件104可以锁定到运动学止挡部中，该运动学止挡部以最小的位置误差或没有位置误差的方式安全且可重复地将传感器元件104锁定在精确位置中。在这种实施方式中，传感器元件104可以通过不需要被校准为高精度的相对简单的机构在这种运动学止挡部之间平移。

在其他实施方式中，除了不连续的运动学止挡部或代替不连续的运动学止挡部，计量桥100还可以配备有用于传感器元件104的高精度运动件或机构。这种机构可以允许在不需要一个或更多个运动学止挡块的情况下重复且精确地获得用于传感器元件104的实质上无限数目的位置。为了实现可能达到微米级水平的可重复精度，这种机构可能需要考虑比如重力骤降(特别是在计量桥100跨过相对较大的距离的情况下)、温度波动(在系统200不包含在受控制的微环境内的情况下)、振动等因素。

此外，在一些实施方式中，壳体102可以包括可移除面板120。可移除面板120可以定位在壳体102的第二侧部122处，其中，第二侧部122可以定位成与第一侧部106相反。可移除面板120可以从壳体102移除，从而允许触及壳体102内的传感器装置。此外，可移除面板120可以被移除以为可能需要附加空间的传感器装置提供布线和/或空间。

计量桥100还可以包括一个或更多个安装构件108。例如，在图示的实施方式中，计量桥100包括第一安装构件108a和第二安装构件108b。第一安装构件108a可以定位在壳体102的第一端部110处，并且第二安装构件108b可以定位在壳体102的第二端部112处，其中，第二端部112与第一端部110相反。安装构件108可以以可旋转的方式将壳体102联接至测量组件。例如，安装构件108中的每个安装构件可以包括与测量组件接合的开孔、比如开孔114。计量桥100可以绕开孔114旋转。

计量桥100还可以包括一个或更多个平衡件116。平衡件116可以联接至安装构件108，并且可以使壳体102绕安装构件108平衡。例如，在所示的实施方式中，计量桥100可以包括第一平衡件116a和第二平衡件116b。第一平衡件116a可以联接至第一安装构件108a，并且第二平衡件116b可以联接至第二安装构件108b。第一平衡件116a可以联接至第一安装构件108a的与壳体102相反的侧部，并且第二平衡件116b可以联接至第二安装构件108b的与壳体102相反的侧部。

平衡件116可以选择为与壳体102和传感器装置的组合重量大致相等的重量。例如，平衡件116可以选择成需要最小量的力使计量桥206旋转。在一些实施方式中，平衡件116可以由铝、钢、不锈钢或其某种组合形成。平衡件116在某些实施方式中可以相互交换。例如，平衡件116可以是能够从安装构件108拆卸的，并且平衡件116可以由具有不同重量、不同材料和/或不同形状的平衡件116替代。在其他实施方式中，具有平衡件116的安装构件108可以使能够从壳体102拆卸的，并且安装构件108可以由具有不同重量、不同材料和/或不同形状的平衡件116的安装构件108替代。

图2a和图2b示出了根据各种实施方式的示例计量系统200。计量系统200可以包括本体201。计量系统200还可以包括坐置于载物台203上的压板204，载物台203又坐置于基部202上，其中，基部202是本体201的一部分。压板204可以定位在本体201的侧部处。压板204可以接纳待待测量对象。

计量系统200还可以包括计量桥206。计量桥206可以包括计量桥100(图1)的一个或更多个特征。计量桥206可以通过一个或更多个安装构件、比如通过安装构件108(图1)以可旋转的方式联接至测量组件的本体201。定位在计量桥206内的传感器装置的传感器元件可以朝向压板204定向。例如，传感器元件可以沿着与压板204相交的平面定向和/或可以具有被定向在压板204处的共焦平面。在一些实施方式中，计量系统200可以包括构造成进行独立运动的多个计量桥206。例如，将在下面更详细地讨论的，每个计量桥206可以是能够在z轴线和φ轴线上能够独立地移动的。在多个计量桥206配备给系统200的情况下，基于给定实施方式的需要，桥可以各自具有相同或不同的传感器组件。相同的传感器组件可以允许使用常规类型的测量来同时测量对象的不同部分，以潜在地提高测量的数量。不同的传感器组件可以允许同时测量对象的不同方面、例如同时测量对象的深度和表面纹理或光洁度等。

计量系统200还可以包括马达208。马达208可以固定至计量系统200的本体201。马达208可以作用在计量桥206上并且使计量桥206绕旋转的轴线210旋转。旋转的轴线210可以与计量桥206内的传感器装置的传感器元件的焦平面和/或焦线重合。例如，传感器元件可以朝向旋转的轴线210指向。固定至本体201的马达208可以提供计量桥206的更平顺的旋转，并且可以提供计量桥206的更高定位精确性。

基部202包括本体201的一部分。在实施方式中，基部202可以由相对大/重的材料、比如石头构造。在一些实施方式中，所述石头是花岗岩，花岗岩可以提供进行测量所基于的温度相对不敏感、抗振动并且精确尺寸的基部。当可能需要计量系统200进行具有亚微米或更高精度的测量时，稳定的基部202是至关紧要的，并且可以用作校准或参考基准，其中，计量桥206中的传感器可以根据该校准或参考基准进行校准。在一些实施方式中，基部202可以配备有被构造为充当校准目标的特定特征；这些目标通过永久地固定至基部202而呈现出高精度的已知参考点，计量系统200可以使用这些高精度的已知参考点校准计量桥206中的各种传感器元件104。

在实施方式中，系统200可以构造成基于命令或常规进行自校准。基部202或系统200的另一部分可以构造成具有一个或更多个校准目标或机构以允许自校准。在一些实施方式中，系统200可以构造成在对象的检查和测量期间执行自检查/自校准，以确保维持可接受的精确性。

在一些实施方式中，基部202或本体201的另一部分可以进一步采用被动和/或主动的振动消除技术，以优化测量精度。例如除了减振组件(例如隔振组件、支撑件)，一个或更多个运动传感器也可以被配备至本体201、计量桥206和/或基部202以检测通过计量系统200传递的振动，并且采用防振机构(比如平衡件或质量阻尼器)，将振动运动分解为测量误差，或者采用这两种技术的组合或可能其他技术以抑制振动引起的测量误差。

在所描述的实施方式中，计量系统200包括运动学载物台203，在载物台203上布置有压板204。载物台203本身可以搁置在基部202上。在实施方式中，载物台203构造成相对于基部202移动，并且由此使压板204、以及紧固至压板204的任何对象移动。在载物台203构造成移动的情况下，压板204上的对象可以由计量桥206中的通过对象自身相对于计量桥206中的传感器被移动(借助于相对于基部202移动的载物台203)而绕对象移动的任意传感器或其组合来测量。

载物台203可以相对于基部202在一个或更多个支承件、比如下面讨论的流体支承件上移动。支承件在实现为流体支承件的情况下，可以由加压空气源来提供动力，该加压空气源输送至载物台203或在一些实施方式中输送至基部202的至少一部分或上述两者。空气或其他类型的流体支承件的使用允许载物台203以相对无摩擦的方式横跨基部202移动，这允许在摩擦和其他机械现象可能以其他方式降低载物台203相对于基部202和计量桥206中的传感器放置的精度的情况下保持测量精度。保持该精度还使得载物台203能够与要作为用于传感器校准和测量的参考基准的基部202结合或作为基部202的替代。载物台203本身可以由与基部202类似的重/致密材料制成。

在其他实施方式中，系统200可以配备有多个载物台203，以潜在地同时容许多个对象的测量。在其他实施方式中，系统200可以配备成在单个载物台203上并且可能在单个压板204上接纳多个对象。在任一示例实施方式中，系统200可以构造成通过软件或其他控制逻辑自动地依次测量每个对象。在其他可能的实施方式中，如此构造的系统200可能能够同时测量每个对象，比如在系统200配备有多个计量桥206和/或在单个计量桥206中的多个传感器装置(包括多个传感器元件)的情况下。在一些实施方式中，多个对象中的每个对象可以在不同的坐标系中被测量，如下面将讨论的。

在一些实施方式中，支撑载物台203的支承件可以对于一个或更多个轴线是独立的。例如，载物台203可能能够在x轴线和y轴线上平移运动、例如横跨基部202的表面，而不是载物台203静置在单轴线(例如仅x)轨道上，该单轴线轨道又支撑第二轴线轨道(例如仅y)。独立轴线运动的使用防止位置误差叠加。该构造在图2b和图2d中示出，如下面将讨论的。

例如，在y轴线的运动设置在仅沿x轴线移动的轨道或支承件上(类似于图2a的描绘)的情况下，在x轴线上的定位的任何误差都会自动传递至y轴线，这本身可能会引起y轴线自己的误差。因此，由载物台203以叠加运动移动的对象的任何位置都导致横跨所有叠加轴线的累积误差。在图2c中示意性地描绘了这种结构。在图2c中，基部202支撑x载物台240，该x载物台240又支撑y载物台242，该y载物台242又支撑z(并且可能支撑θ，基于给定系统200的构造)载物台244。x载物台240可以引入相对于基部202的位置误差241。类似地，y载物台242可以引入相对于x载物台240的位置误差243，以及z载物台244可以引入相对于y载物台242的位置误差245。由于每个位置误差241、243以及245都与之前的载物台有关，位置误差因此累加地结合，以导致可能大于可接受的公差的总误差。这样的误差可以被最小化，但是潜在地以高成本获得在可接受的公差范围内的误差。

相反，如图2b和图2d中所描绘的，在载物台203沿x轴线和y轴线独立地移动的实施方式中，在一个轴线的位置中的误差不会平移至另一轴线，从而允许提高位置精确性。考虑图2d，x载物台240、y载物台242和/或z载物台244中的每一者都相对于基部202直接移动，并且同样地，每个载物台的位置误差260是独立的，而不会叠加。因此，与图2a和图2c的构型的累加误差相反，总误差仅仅是由任何给定的单个载物台所呈现的误差260，而不受其他载物台的位置误差的影响。

图2b描绘了系统200的结合独立的载物台的替代实施方式。如可以看到的，图2b实施方式包括图2a的基部202，该基部202可以由花岗岩或其他合适的大的且相对稳定的材料制成。在基部202上搁置载物台203，压板204在载物台203上。与图2a的构型不同，载物台203联接至与y载物台222a和y’载物台222b独立的x载物台226。在所描述的实施方式中，y载物台分为y与y’，y和y’同步移动以提供载物台203在y轴线上的运动的足够精度。由于载物台203直接搁置于基部202的顶部，因此载物台是独立的，并且因此x轴线和y轴线上的所有运动都相对于基部202进行，这与图2c所示的较低放置的载物台相反。此外，支撑待测量对象并且通过载物台203参考由基部202建立的x平面和y平面的压板204也可以沿θ轴线(旋转)移动。在实施方式中，θ轴线运动由载物台203提供、比如通过马达(气动、液压、电动或其他合适的机构)提供，并且通过载物台203进一步参考基部202。如下面将要讨论的，在一些实施方式中，载物台203本身可以构造成直接抵靠基部202沿着θ轴线旋转。这种实施方式可以允许压板204相对于载物台203固定在适当的位置，以便减少可能的位置误差和/或简化载物台203和压板204的构造。尽管图2b示出了用于在y载物台222a和y’载物台222b的顶部移动的x载物台226的台架以允许载物台203通过单个机械连接件被联接以进行运动，其他实施方式可以将x载物台226直接放置在基部202的顶部上，其中，x载物台和y载物台单独地机械联接至载物台203。

在图2b中还可以看到基部202的两个直立部分220a和220b。直立部分220a和220b可以与基部202成为一体和/或由相似或相同的材料构造。直立部分220a和220b以稳定的方式支撑计量桥100。尽管描述了两个直立部分220a和220b，但是其他实施方式可以不具有直立部分、具有一个或更多个直立部分。此外，根据给定实施方式的需要，直立部分220a和220b可以在构造(如所示的)上大致相同，或者可以在构造上不同于彼此。直立部分220a和220b可以由相同或不同的材料制成。在一些实施方式中，直立部分220a和220b形成为基部202的一部分(例如一体的)。在其他实施方式中，直立部分220a和220b构造为单独的结构，并且随后被结合或布置在基部202上。在任一构造中，基部202旨在包括任何直立部分220a、220b(或更多)，因为直立部分220a和220b有效地充当基部202的延伸部，以为任何设备、比如计量桥100和相应的运动设备提供坚固的支撑。

在所描述的实施方式中，计量桥100通过z载物台224a和z’载物台224b沿独立的z轴线移动。与y载物台222a和222b一样，z载物台224a和224b以同步的方式移动，并且起到了沿着图2b所示的z轴线升高或降低计量桥100的作用。与x载物台、y载物台以及(在某些实施方式中的)θ载物台一样，z载物台相对于基部202(包括直立部分220a和220b)独立且直接地移动。图2b描绘了附加轴线θ(压板204的旋转)和φ(计量桥100的旋转)，以提供至少五个度的运动。在实施方式中，压板204可以构造成沿如图2b所示的θ(旋转的)轴线移动。一些这种实施方式可以提供相对于载物台203的这种旋转。其他实施方式可以提供相对于基部202的这种旋转作为载物台203的第三独立轴线。在这种实施方式中，压板204可以相对于载物台203固定(或者可以简单地一体地形成到载物台203中)，其中，旋转通过载物台203来提供。

尽管在图2a到图2d中所描绘的实施方式表示笛卡尔系统(x、y、z、θ、可能地φ)中的运动的程度，应该理解的是，这不旨在是限制性的。系统200可以使用其他坐标/定位系统来表示运动的程度、比如r-θ，其中，在对象旋转和半径方面连通上升/倾斜的轴线表示位置，这可以适合于大致球形的对象。r-h或r-z系统可能适用于大致筒形的对象，其中，在径向距离和高度方面来表示位置，并且进一步具有旋转的分量。其他坐标系基于被测量对象的性质可能是合适的、例如极坐标系。在这种实施方式中，上面描述的各种载物台可以重新构造成适合于沿不同的系统轴线独立地移动。替代性地，系统200可以配置成(比如通过控制软件)在一个坐标系的输入与系统200固有的坐标系的输入之间转换(translate)。例如，在系统200构造有笛卡尔系统的情况下，系统200可以构造成接受用于在r-θ系统中表示的测量的位置，并且将那些位置转换为x、y以及z(加上θ、φ等)。

使用空气支承件来移动载物台203可以有助于这种独立轴线运动。在图2a所描绘的示例中，当x、y以及θ轴线堆叠时，计量桥206与载物台203和压板204分开地旋转并且移动(并且因此，桥206上的传感器元件旋转并且移动)，从而允许z轴线和φ(计量桥206的旋转)轴线保持独立。采用具有独立的x和y轴线、以及(在实施方式中)独立的θ轴线的载物台203还允许将位置误差限制为仅单轴线误差，而没有误差的累积。空气支承件可以通过向载物台203供给可以被压缩的空气以激活空气支承件而实现。此外，尽管空气支承件是一种可能的实现方式，在其他实施方式中，载物台203(和可能地系统200的移动的其他部件)可以采用不同类型的支承件、比如流体支承件(空气支承件可以考虑为流体支承件的一种类型)，例如液压支承件、机械支承件(比如轴颈、球轴承、滚针轴承、滚珠轴承等)、电磁支承件或可以支撑正在被测量对象的重量的任何其他合适类型的支承件，并且允许载物台203的相对无摩擦且容易的运动。

通过采用一个或更多个零触摸式传感器，压板204可以通过消除对牢固地保持待测量对象的器件的需要而稍微简化。替代地，可以采用配备成快速地接纳和释放特定于对象形状的保持器(holder)的简单的夹或销、或通用基部，以允许待测量对象的快速改变。这种快速改变可以允许计量系统200在相对于常规的已知计量系统没有生产率的损失的情况下在不同的对象之间快速切换。

尽管计量系统200以单个计量桥206示出，但是应当理解的是，在其他实施方式中，计量系统200可以包括多个计量桥、比如计量桥206。在这些实施方式中的一些实施方式中，计量桥中的每个计量桥可以在相同点处联接至本体201，并且每个计量桥可以绕旋转的轴线210(例如，φ轴线)旋转。在这些实施方式的其他实施方式中，计量桥可以在不同位置处联接至本体201，并且可以绕不同的旋转轴线旋转。

在一些另外的实施方式中，计量系统200可以配备至用于允许待测量对象自动地从压板204装载或卸载的机构。如以上关于图1所述的，计量桥100可以配备有能够操纵对象的传感器元件104；这种传感器元件104可以构造成将对象放置在可能与载物台203的运动相结合的压板204上。更进一步地，在传感器元件104包括视觉扫描仪(例如可以检测对象形状的光学照相机或光学传感器)的情况下，计量装置200可以构造成允许将对象放置在压板204上的任意位置中，其中，照相机或其他合适的传感器用来检测对象的方向和位置并且相应地调整对象检查计划。在其他实施方式中，计量桥100可以基于对象的检测位置将对象重新定位至对象检查计划所使用的期望位置。在另外其他实施方式中，照相机或其他传感器可以用来检测对象的类型，并且通过对象识别技术(比如本领域中已知的那些技术)加载合适的对象检查计划以进行有效的自动测量过程。

虽然没有在图2a或图2b中描绘，计量系统200可以包括外壳或定位在外壳内，以针对对象的测量精度可能受环境因素严重影响的情况下的应用对比如温度、湿度、空气压力、安全的无压力空气运动等各种因素的微环境进行控制。更进一步地，计量系统200可以包括可以在一个或更多个控制单元或装置上运行的操作软件，所述控制单元或装置驱动和/或协调计量装置200上的各种系统的操作，所述各种系统比如为移动载物台203(并且通过延伸部移动压板204)、旋转压板204的致动器，以及可以连接至计量桥206并且驱动计量桥206或驱动计量桥206的一些部件的一个或更多个马达208。此外，该软件可以协调对可以配备至计量桥206的一个或更多个传感器的触发和接收测量。该软件通过与各种致动器协同工作可以针对任何待测量对象自动收集测量的点云。该软件本身可以在微控制器、pc、专用硬件或前述的某种组合上运行；此外，该软件可以全部地或部分地以固件的形式实现，或在一些实施方式中以硬件的形式实现、比如定制设计的专用集成电路(asic)、现场可编程门阵列(fpga)或一些其他合适的装置或装置和/或软件的组合。

图3示出了根据各种实施方式的示例计量桥300的侧视图。计量桥300可以包括计量桥100的一个或更多个特征(图1)。例如，计量桥300可以包括壳体302，该壳体302可以包括壳体102(图1)的一个或更多个特征，其中包括腔304。

计量桥300可以包括定位在腔304内的多个传感器装置304。例如，在图示的实施方式中，计量桥300包括定位在腔304内的第一传感器装置304a、第二传感器装置304b以及第三传感器装置304c。在图示的实施方式中，第一传感器装置304a是激光装置，第二传感器装置304b是共焦传感器装置，以及第三传感器装置304c是照相机装置。在其他实施方式中，多个传感器装置304可以包括适用于给定的实现方式的点激光器、线扫描激光器、直接光模拟激光器、白光传感器、干涉仪、视频传感器、照相机传感器，共焦传感器，颜色传感器、附着传感器、湿度传感器、温度传感器、表面光洁度传感器、电容传感器、接触探头传感器、气压计传感器、超声传感器、x射线传感器、成像传感器、深度学习传感器、白光干涉型传感器、彩色共焦传感器、立体线扫描传感器、激光三角测量传感器、白光共焦传感器、视觉传感器、红外传感器、x射线传感器、其他传感器、或其某种组合。

多个传感器装置304可以在壳体302的侧部306处安装至壳体302。传感器装置304可以相对于计量系统200可以执行的测量和/或其他检查的类型来选择，和/或可以影响计量系统200可以执行的测量和/或其他检查的类型。在一种可能的实施方式中，采用包括可以侧向读取测量结果(例如能够与传感器的纵向轴线正交地测量)的非接触式传感器的传感器装置304能够实现进入相对深层表面特征的测量。例如，由于传感器装置304可以插入孔眼中并且通过侧向感测来测量螺纹和/或其他孔眼特征，孔眼或(可能地)螺纹孔可以通过使用这种传感器构型来检查。在一些实施方式中，传感器装置304可以是能够独立于计量桥300的任何z轴线的运动而伸出和缩回，并且还能够与压板204/载物台203的任何θ轴线的运动分开而独立旋转。

图4示出了图3的根据各种实施方式的示例计量桥300的立体图。计量桥300可以包括定位在壳体302的侧部306处的可移除的安装板402。传感器装置304可以安装至可移除的安装板402。此外，可移除的安装板402可以具有用于传感器装置304的传感器元件406的多个开口404。特别地，在所图示的实施方式中，可移除的安装板402具有对应于第一传感器装置304a的激光透镜406a的第一开口404a、对应于第二传感器装置304b的移位构件406b的第二开口404b以及对应于第三传感器装置304c的照相机透镜406c的第三开口404c。

可移除的安装板402可以从壳体302移除并且被另一可移除的安装板替代。另一可移除的安装板可以具有安装至可移除的安装板的不同的传感器装置。此外，另一可移除的安装板可以具有用于不同传感器装置的传感器元件的不同开口。传感器元件、比如传感器元件406可以包括激光透镜、移位构件、照相机透镜、扬声器、湿度传感器接收器、探头或其某种组合。

传感器装置304的传感器元件406可以沿相同的方向定向。此外，传感器元件406可以沿着壳体302的长度以线性的方式对准。例如，传感器元件406可以沿着基本上垂直于(在5度内)壳体302的侧部306延伸的平面定向。此外，在一些实施方式中，传感器元件406可以共享共焦平面。开口404也可以沿着壳体302的长度以线性的方式对准。

图5示出了根据各种实施方式的示例传感器装置结构500。传感器装置结构500可以在计量桥内、比如计量桥100(图1)、计量桥206(图2a)以及/或计量桥300(图3)内实现。

传感器装置结构500可以包括多个传感器装置502。在所图示的实施方式中，传感器装置结构500包括第一传感器装置502a、第二传感器装置502b以及第三传感器装置502c。在其他实施方式中，传感器装置结构500可以包括两个或更多个传感器装置502。

传感器装置502中的每个传感器装置可以包括传感器元件504。传感器元件504可以包括传感器装置502的用于传感器装置502的外部数据被收集所在的部分。例如，用于激光传感器装置的传感器元件504包括激光透镜，通过该激光透镜发射激光并且收集数据，用于共焦传感器装置的传感器元件504包括从共焦传感器装置延伸并且收集数据的延伸构件(在下面更详细地讨论)，以及照相机透镜，通过该照相机透镜捕获图像。传感器元件504可以沿着传感器装置502定位所在的壳体的长度对准。例如，第一传感器装置502a的激光透镜504a、第二传感器装置502b的延伸构件504b以及第三传感器装置502c的照相机透镜504c沿着壳体的如由线506所示的长度对准。

图6示出了根据各种实施方式的示例传感器装置结构600。传感器装置结构600可以在计量桥内、比如计量桥100(图1)、计量桥206(图2a)以及/或计量桥300(图3)内实现。

传感器装置结构600可以包括多个传感器装置602。在所示的实施方式中，传感器装置结构600包括第一传感器装置602a、第二传感器装置602b以及第三传感器装置602c。第一传感器装置602a、第二传感器装置602b以及第三传感器装置602c可以是分别与第一传感器装置502a(图5)、第二传感器装置502b(图5)以及第三传感器装置502c(图5)相同的传感器装置。传感器装置结构600的第一传感器装置602a可以在与传感器装置结构500的第一传感器装置502a不同的方向上安装(图5)。特别地，第一传感器装置602a可以以与第一传感器502a的取向相差90度的取向来安装。

传感器装置602中的每个传感器装置可以包括传感器元件604。传感器元件604可以沿着传感器装置602定位所在的壳体的长度来对准。例如，第一传感器装置602a的激光透镜604a、第二传感器装置602b的延伸构件604b以及第三传感器装置602c的照相机透镜604c沿着壳体的如由线606所示的长度对准。

图7示出了根据各种实施方式的具有传感器组件702的示例计量桥700。计量桥700可以包括计量桥100(图1)、计量桥206(图2a)以及/或计量桥300(图3)的一个或更多个特征。在所图示的实施方式中，传感器组件702包括两个传感器装置。在其他实施方式中，传感器组件702可以包括一个或更多个传感器装置。虽然图7至图11的所描绘的实施方式是共焦传感器，应该理解的是，这仅仅是示例。传感器组件702可以是受益于下面描述的运动和运动学定位的任何合适的传感器类型。传感器组件702可以包括零个、一个或更多个共焦传感器。

传感器组件702可以部分地定位在计量桥700的壳体706的腔704内。计量桥700可以包括附加壳体708，该附加壳体708联接至壳体706并且容纳传感器组件702的延伸出腔704的部分。特别地，可移除面板(比如可移除面板120(图1))可以从壳体706移除，并且附加壳体708可以替代可移除面板而联接至壳体706。

图8示出了图7的根据各种实施方式的示例传感器组件702。传感器组件702可以包括导引件802。导引件802可以支撑一个或更多个(相同或不同类型的)传感器装置，并且在传感器装置的部分伸出和缩回时提供用于导引所述部分的结构。例如，在所图示的实施方式中，导引件802包括第一杆804和第二杆808。第一杆804和第二杆808可以从导引件802的第一端部810延伸至导引件802的第二端部812。导引件802可以联接至壳体(比如壳体706(图7))，以将传感器装置安装在壳体内。

在比如所图示实施方式的实施方式中，所述部分是通过驱动机构、比如气动缸806而伸出/缩回。尽管所图示的实施方式使用气动缸，但是其他实施方式可以通过其他方式比如电动的、液压的或其他合适的动力源来驱动缸806。还有其他实施方式可以使用缸806的替代机构、例如可以以适当的精确性和控制的方式驱动所述部分的齿轮传动或带传动、千斤顶螺旋或其他合适的机构来驱动各个部分。

导引件802可以包括运动学定位元件814。运动学定位元件814可以定位在导引件802的第二端部812处。在实施方式中，运动学定位元件814与运动学框架826联接(比如通过第一杆804和第二杆808)以形成运动学安装结构(mount)，该运动学安装结构承载一个或更多个传感器装置816a和816b，这将在下面更详细地讨论。在实施方式中，运动学定位元件814通过来自缸806的运动沿着第一杆804和/或第二杆808平移。运动学定位元件814可以有助于传感器装置的延伸构件的运动学定位，如贯穿本公开进一步描述的。例如，运动学定位元件814可以包括三个接触点以有助于延伸构件的运动学定位。例如，在所图示的实施方式中，运动学定位元件814可以包括第一凹部832、第二凹部834以及接触点836，以有助于运动学定位。其他实施方式可以根据给定实现方式的需要而具有第三凹部(未示出)，或者具有更多或更少的凹部。

传感器组件702可以包括一个或更多个传感器装置816a和816b(816b由虚线圈表示，但在其他方面不可见)，这些传感器装置统称为816。例如，在所描述的实施方式中，传感器组件702包括第一传感器装置816a和第二传感器装置816b；其他实施方式可以仅具有单个传感器装置816，或者可以具有多于两个传感器装置816。出于简洁起见，在此描述与第一传感器装置816a相关的特征。应当理解的是，第二传感器装置816b(和任何其他附加的这种装置)可以包括第一传感器装置816a的一个或更多个特征。

第一传感器装置816a可以包括由延伸壳体818和延伸部820构成的延伸构件。延伸部820还可以包括第一传感器装置816a的传感器元件822，该传感器元件822包括用于进行实际测量的部件。延伸壳体818与附接的延伸部820和传感器元件822一起可以在第一传感器装置816a的操作期间伸出和缩回。在一些实施方式中，比如在计量桥相对于基部202旋转使得传感器元件822大致平行于基部202延伸的情况下，这种伸出和缩回可以提供独立于计量桥的z轴线的附加的运动度。在传感器元件822可以以可接受地高精确性重复地定位的实施方式中，这种伸出和缩回可以位于一个或更多个限定的运动学止挡部之间，或者可以是大致连续的。

在一些实施方式中，第一传感器装置816a可以包括致动器，该致动器可以在传感器元件822保持静止的同时使延伸部820和/或延伸壳体818旋转，因此从而实现附加的运动度。在一些实施方式中，第一传感器装置816a可以包括沿着延伸壳体818定位的一个或更多个传感器元件(比如照相机透镜和/或激光透镜)。例如，第一传感器装置816a可以包括沿着延伸壳体818的延伸部820定位的附加的捕获元件(除了传感器元件822或作为传感器元件822的替代方案)，如贯穿本公开进一步描述的。

第一传感器装置816a还可以包括移位构件824。移位构件824可以联接至第一杆804和/或第二杆808，并且可以沿着第一杆804和/或第二杆808平移。例如，移位构件824可以包括第一杆804和/或第二杆808延伸所穿过的一个或更多个开孔。移位构件824可以沿着第一杆804和/或第二杆808的长度如平移一样地滑动。在所图示的实施方式中，移位构件824联接至第一杆804和第二杆808，并且沿着第一杆804和第二杆808平移。

移位构件824还可以包括运动学框架826。延伸壳体818可以联接至运动学框架826、移位构件824或其某种组合。运动学框架826可以与运动学定位元件814接合以定位延伸壳体818。特别地，运动学框架826可以包括三个接触元件，以在运动学框架826被接合以定位延伸壳体818时接触运动学定位元件814。例如，在所图示的实施方式中，运动学框架826可以包括与运动学定位元件814接触的第一接触元件838、第二接触元件840以及第三接触元件842。特别地，第一接触元件838可以接触第一凹部832内的座部，第二接触元件840可以与接触点836接触，并且第三接触元件842可以坐置在第二凹部834内，如贯穿本公开进一步描述的。

第一传感器装置8161a可以包括致动机构828。致动机构828可以联接至移位构件824。此外，致动机构828可以与第一杆804和/或第二杆808接合，并且致动机构828可以使移位构件824沿着第一杆804和/或第二杆808平移。移位构件824的平移可以使延伸壳体818伸出或缩回。移位构件824可以在延伸壳体818处于伸出位置时与运动学框架826断开联接，如贯穿本公开进一步描述的。

第一传感器装置816a还可以包括电缆保护器元件830。在所图示的实施方式中，电缆保护器元件830是链型电缆保护器。电缆保护器元件830可以包括链型电缆保护器、管型电缆保护器、螺旋型电缆保护器、编织套筒、织物套筒、热收缩件、索环或其某种组合。电缆保护器元件830可以联接至移位构件824并且包围第一共焦传感器装置816a的电缆和/或电线，由此保护电缆和/或电线免受损坏。

图9示出了图7的根据各种实施方式的示例计量桥700的立体图。计量桥700还可以包括可移除的安装板902。可移除的安装板902可以包括可移除的安装板118(图1)和/或可移除的安装板402(图4)的一个或更多个特征。传感器组件702可以安装至可移除的安装板902。例如，运动学定位元件814(图8)和/或导引件802(图8)可以安装至可移除的安装板902。一个或更多个其他传感器装置904也可以安装至可移除的安装板902。传感器装置904可以包括传感器装置304(图3)、传感器装置502(图5)和/或传感器装置602(图6)中的一个或更多个特征。在其他实施方式中，传感器装置904可以省略。如以上关于图1所讨论的，安装板902(或类似结构)可以在一些实施方式中构造成移动，以允许传感器组件702和/或传感器装置904的重新定位。

可移除的安装板902可以具有用于传感器组件702和/或传感器装置904的多个开口。特别地，可移除的安装板902可以具有用于传感器装置816的延伸构件(图8)和/或传感器装置904的传感器元件的开口。例如，可移除的安装板902具有与第一传感器装置904a的传感器元件对应的第一开口906、与第一传感器装置816a(图8)对应的第二开口908、与第二传感器装置816b的延伸构件对应的第三开口910、以及与第二传感器装置904b的传感器元件对应的第四开口912。第一传感器装置904a的传感器元件、延伸壳体818、第二传感器装置816b的延伸构件以及第二传感器装置904b的传感器元件可以沿着壳体706的如由线914所示的长度对准，并且可以指向壳体706的外部。

图10示出了图7的根据各种实施方式的示例性计量桥700，其中，传感器装置816(图8)处于伸出位置。例如，传感器装置816可以穿过可移除的安装板902(图9)的第二开口908(图9)延伸出壳体706。传感器装置816可以沿着从第二开口908大致(在5度内)垂直于壳体706的侧部1002延伸的平面延伸。

图11示出了图7的根据各种实施方式的示例传感器组件702，其中，延伸壳体818和相关联的延伸部820处于伸出位置。延伸壳体818可以已经通过致动机构808平移至伸出位置。特别地，致动机构808可能已经通过移位构件824沿着第一杆804和第二杆808平移，以使延伸壳体818(并且通过连接，使传感器梢部)平移至伸出位置。

致动构件828可以在延伸壳体818处于伸出位置时与移位构件824断开联接。例如，致动构件828可以包括将致动构件828联接至移位构件824的电磁体、物理元件或其组合。电磁体、物理元件或其组合可以在延伸壳体818处于伸出位置时将致动构件828与移位构件824断开联接。电磁体、物理元件或其组合可以将致动构件828重新联接至移位构件824，以使延伸壳体818移动出伸出位置。

当致动机构828与移位构件824断开联接时，运动学框架826可以接合运动学定位元件814。特别地，运动学框架826可以在运动学框架826与运动学定位元件814接合时坐置在运动学定位元件814的三个点处。例如，在所图示实施方式中，第一接触元件838坐置在第一凹部832内(图8)，第二接触元件840与接触点836(图8)接触，并且第三接触元件842坐置在第二凹部834内。坐置在运动学定位元件814的三个点处的运动学框架826可以有助于延伸壳体818的定位，并且可以提高在延伸壳体818的定位的可重复性和精度。在一些实施方式中，传感器组件702还可以包括一个或更多个传感器装置，以确定运动学框架826是否已经从与运动学定位元件814的适当接合中移动和/或没有实现与运动学定位元件814的适当接合。例如，传感器装置可以确定第一接触元件838是否正确地坐置在第一凹部832内，第二接触元件840是否与接触点836接触，以及/或第三接触元件842是否正确地坐置在第二凹部834内。运动学框架823和运动学定位元件814的组合有助于确保可重复地定位到锁定位置中以进行精度测量。当运动学框架823与运动学定位元件814不接合时，可以允许一些倾斜、运动或其他误差。在实施方式中，当传感器装置确定运动学框架823与运动学定位元件814未接合时，系统200可以被触发以减慢或停止各种部件的运动(例如具有待测量对象的载物台203、计量桥206、相关的传感器装置等)，以防止由于正在被测量的对象与系统200的一部分之间的不期望的接触(也被称为“碰撞”)而损坏系统200、系统200的各种组件以及/或被测量的对象。

延伸壳体818还可以包括沿着延伸壳体818的侧部定位的捕获元件1102。捕获元件1102可以包括激光透镜、照相机透镜、干涉仪或其某种组合。捕获元件1102可以从延伸壳体818向外指向。例如，捕获元件1102可以以与延伸壳体818的伸出和缩回方向不同的方向定向。延伸壳体818的延伸部820或延伸部820的一部分可以旋转，从而使捕获元件1102所定向的方向改变。例如，延伸壳体818的延伸部820可以旋转360度，由此允许捕获元件1102旋转360度并且以360度捕获数据。

对于本领域技术人员将明显的是，在不脱离本公开的精神或范围的情况下，可以对所公开的装置和相关方法的所公开的实施方式进行各种修改和变型。因此，旨是本公开涵盖以上公开的实施方式的修改和变型，只要修改和变型落在任何权利要求及其等同内容的范围内。