具有光學(xué)通信總線的便攜式關(guān)節(jié)臂坐標(biāo)測(cè)量的制造方法
【專利摘要】一種便攜式關(guān)節(jié)臂坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(AACMM)，該便攜式關(guān)節(jié)臂坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(AACMM)具有相對(duì)的第一端和第二端以及多個(gè)連接的臂段，每個(gè)臂段包括用于產(chǎn)生位置信號(hào)的至少一個(gè)位置檢測(cè)器；被配置成接收位置信號(hào)的電子電路；用于與電子電路進(jìn)行通信的第一總線，其中第一總線的至少一部分是被配置成傳送光的光學(xué)通信總線；以及具有第一部分和第二部分的旋轉(zhuǎn)耦合器，所述第二部分被配置成相對(duì)于所述第一部分旋轉(zhuǎn)，所述第一部分固定至所述第一臂段，所述旋轉(zhuǎn)耦合器被配置成在所述第一部分與所述第二部分之間在所述光學(xué)通信總線上傳送信號(hào)。
【專利說明】具有光學(xué)通信總線的便攜式關(guān)節(jié)臂坐標(biāo)測(cè)量機(jī)
【背景技術(shù)】
[0001] 本公開內(nèi)容涉及坐標(biāo)測(cè)量機(jī)，更具體地涉及如下便攜式關(guān)節(jié)臂坐標(biāo)測(cè)量機(jī)，該便 攜式關(guān)節(jié)臂坐標(biāo)測(cè)量機(jī)具有連接至坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的探頭端的一個(gè)或更多個(gè)高速通信數(shù)據(jù)總 線。
[0002] 便攜式關(guān)節(jié)臂坐標(biāo)測(cè)量機(jī)（AACMM)在部件制造或生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用，在部件 的制造或生產(chǎn)中需要在部件的制造或生產(chǎn)（例如，機(jī)械加工）的不同階段期間快速且準(zhǔn)確 地驗(yàn)證部件的尺寸。便攜式AACMM相對(duì)于已知的靜止或固定的、高成本的并且較難使用的 測(cè)量設(shè)施表現(xiàn)出重大改進(jìn)，尤其在對(duì)相對(duì)復(fù)雜的部件進(jìn)行尺寸測(cè)量時(shí)所需的時(shí)間量方面表 現(xiàn)出重大改進(jìn)。通常，便攜式AACMM的用戶僅沿著待測(cè)部件或?qū)ο蟮谋砻嬉龑?dǎo)探頭。然后， 對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，并且將其提供給用戶。在一些情況下，將數(shù)據(jù)以視覺形式提供給用 戶，例如，計(jì)算機(jī)屏上的三維（3D)形式。在其它情況下，將數(shù)據(jù)以數(shù)值形式提供給用戶，例 如，當(dāng)測(cè)量孔的直徑時(shí)，在計(jì)算機(jī)屏上顯示文本"直徑=1. 0034"。
[0003] 在共同轉(zhuǎn)讓的美國(guó)專利No. 5, 402, 582 ( '582)中公開了現(xiàn)有技術(shù)中的便攜式關(guān)節(jié) 臂CMM的示例，其全部?jī)?nèi)容通過引用合并到本文中。'582專利公開了一種3D測(cè)量系統(tǒng)，其 包括在一端具有支承基座并且在另一端具有測(cè)量探頭的手動(dòng)操作的關(guān)節(jié)臂CMM。共同轉(zhuǎn)讓 的美國(guó)專利No. 5, 611，147('147)公開了類似的關(guān)節(jié)臂CMM，其全部?jī)?nèi)容通過引用合并到本 文中。在'147專利中，關(guān)節(jié)臂CMM包括多個(gè)特征，所述多個(gè)特征包括在探頭端處的附加的 旋轉(zhuǎn)軸線，從而提供具有2-2-2或2-2-3軸線配置（后一種情況為七軸線臂）的臂。
[0004] 在現(xiàn)代的AACMM中，可以以下述三種方式之一收集且傳送包括來自附屬設(shè)備的數(shù) 據(jù)的測(cè)量數(shù)據(jù)：通過沿線傳送的模擬電氣信號(hào)、通過沿線（線的集合通常被稱為總線）傳送 的數(shù)字電氣數(shù)據(jù)，或者通過沿線傳送的模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)的組合。這些數(shù)據(jù)傳送方法的 限制在于數(shù)據(jù)以相對(duì)慢的速率傳送。數(shù)據(jù)速率限制的部分原因在于在許多現(xiàn)代的AACMM中 使用電滑環(huán)，這使得數(shù)據(jù)在旋轉(zhuǎn)的接合上傳送。特別地，附件（如果存在）可以從以高速傳 送相對(duì)大量的數(shù)據(jù)中獲益。事實(shí)上，使用測(cè)量器械的繼續(xù)趨勢(shì)是增大的數(shù)據(jù)傳送速率，這是 現(xiàn)代AACMM中的數(shù)據(jù)傳送方法和設(shè)備不能處理的。盡管現(xiàn)有的AACMM適合其預(yù)期目的，但 是需要一種具有本發(fā)明實(shí)施方式的某些特征的便攜式AACMM以提供增強(qiáng)的電氣總線。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005] 實(shí)施方式是一種便攜式關(guān)節(jié)臂坐標(biāo)測(cè)量機(jī)（AACMM)。該便攜式關(guān)節(jié)臂坐標(biāo)測(cè)量機(jī) (AACMM)包括：具有相對(duì)的第一端和第二端的可手動(dòng)定位的關(guān)節(jié)臂部，所述臂部包括多個(gè) 連接的臂段，每個(gè)臂段包括用于產(chǎn)生位置信號(hào)的至少一個(gè)位置檢測(cè)器，其中，多個(gè)臂段包括 第一臂段；耦接至第一端的測(cè)量設(shè)備；電子電路，被配置成從至少一個(gè)位置檢測(cè)器接收位 置信號(hào)并且提供與測(cè)量設(shè)備的位置對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)；設(shè)置在測(cè)量設(shè)備與第一端之間的探頭端； 用于與電子電路進(jìn)行通信的第一總線，其中第一總線的至少一部分是用于傳輸光的光學(xué)通 信總線；以及具有第一部分和第二部分的旋轉(zhuǎn)耦合器，第二部分被配置成相對(duì)于第一部分 旋轉(zhuǎn)，第一部分固定至第一臂段，該旋轉(zhuǎn)耦合器被配置成在第一部分與第二部分之間在光 學(xué)通信總線上傳送信號(hào)。
[0006] 根據(jù)另一實(shí)施方式，一種旋轉(zhuǎn)親合器檢測(cè)器筒包括：包含第一部分和第二部分的 機(jī)械組件，其中，第一部分被配置成相對(duì)于第二部分旋轉(zhuǎn)；具有第一部件和第二部件的第一 軸承，第一部件固定至第一部分并且第二部件固定至第二部分；具有第三部件和第四部件 的第二軸承，第三部件固定至第一部分并且第四部件固定至第二部分；檢測(cè)器，被配置成測(cè) 量第一部分相對(duì)于第二部分的旋轉(zhuǎn)角，該檢測(cè)器包括第一元件和第二元件，第一元件固定 至第一部分并且第二元件附接至第二部分；以及具有第一組成部件和第二組成部件的旋轉(zhuǎn) 耦合器，第一組成部件附接至第一部分并且第二組成部件附接至第二部分，第一組成部件 附接至第一光纖的第一端部并且第二組成部件附接至第二光纖的第二端部，其中，該旋轉(zhuǎn) 耦合器被配置成在第一光纖與第二光纖之間傳輸光。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0007] 現(xiàn)在參照附圖，示出了不應(yīng)理解為是限制關(guān)于本公開內(nèi)容的整個(gè)范圍的示例性實(shí) 施方式，并且其中在一些附圖中相同的元件采用相同的附圖標(biāo)記：
[0008] 圖1(包括圖IA和圖1B)是具有本發(fā)明各個(gè)方面的實(shí)施方式的便攜式關(guān)節(jié)臂坐標(biāo) 測(cè)量機(jī)（AACMM)的立體圖；
[0009] 圖2(包括連接在一起的圖2A?圖2E)是根據(jù)實(shí)施方式的用作為圖1中的AACMM 的一部分的電子裝置的框圖；
[0010] 圖3(包括連接在一起的圖3A、圖3B和圖3C)是描述了根據(jù)實(shí)施方式的圖2中的 電子數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的詳細(xì)特征的框圖；
[0011] 圖4是圖1中的AACMM的立體圖；
[0012] 圖5是耦接有手柄附件的圖1中的AACMM的探頭端的立體圖；
[0013] 圖6是局部附接有手柄附件的圖4中的探頭端的側(cè)視圖；
[0014] 圖7是圖4中的手柄附件的剖面的局部立體圖；
[0015] 圖8是圖6中的探頭端的一部分的放大視圖；
[0016] 圖9是示出了根據(jù)實(shí)施方式的組裝在兩個(gè)雙套筒聯(lián)接之間的編碼器/軸承套筒對(duì) 的局部分解圖；
[0017] 圖10是根據(jù)實(shí)施方式的具有光學(xué)回轉(zhuǎn)節(jié)的、圖9中的筒的剖視圖；
[0018] 圖11是根據(jù)另一實(shí)施方式的具有集成的光纖和電滑環(huán)的、圖9中的筒的剖視圖；
[0019] 圖12是根據(jù)另一實(shí)施方式的探頭端的剖視圖，該探頭端具有圖10的光學(xué)回轉(zhuǎn)節(jié) 或圖11的滑環(huán)；
[0020] 圖13是根據(jù)另一實(shí)施方式的臂段的一部分的剖視圖，臂部具有圖10的光學(xué)回轉(zhuǎn) 節(jié)或圖11的滑環(huán)；
[0021] 圖14是根據(jù)另一實(shí)施方式的兩個(gè)雙軸旋轉(zhuǎn)連接的剖視圖，該旋轉(zhuǎn)連接具有一個(gè) 或更多個(gè)圖10或圖Il中的光學(xué)回轉(zhuǎn)節(jié)或滑環(huán)；
[0022] 圖15是圖4中的探頭端的另一實(shí)施方式的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023] 本發(fā)明的實(shí)施方式提供了一種增強(qiáng)型AACMM，包括用于在AACMM內(nèi)傳輸數(shù)據(jù)的彼 此獨(dú)立操作的多個(gè)總線。
[0024] 圖IA和圖IB立體地示出了根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)施方式的AACMM 100,關(guān)節(jié)臂是一 種類型的坐標(biāo)測(cè)量機(jī)。如圖IA和圖IB所示，示例性AACMM 100可以包括六軸或七軸樞轉(zhuǎn) 的測(cè)量設(shè)備，該測(cè)量設(shè)備具有探頭端401，探頭端401包括在一端處耦接至AACMM 100的臂 部104的測(cè)量探頭殼體102。臂部104包括通過具有第一軸承套筒組110(例如，兩個(gè)軸承 套筒）的旋轉(zhuǎn)連接耦接至第二臂段108的第一臂段106。第二軸承套筒組112(例如，兩個(gè) 軸承套筒）將第二臂段108耦接至測(cè)量探頭殼體102。第三軸承套筒組114 (例如，三個(gè)軸 承套筒）將第一臂段106耦接至位于AACMM 100的臂部104的另一端的基座116。每個(gè)軸 承套筒組11〇、112、114提供多個(gè)軸線的樞轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。同樣地，探頭端401可以包括測(cè)量探頭 殼體102,其包括AACMM 100的第七軸線部的軸（例如，包括用于確定測(cè)量設(shè)備（例如接觸 探頭118)在AACMM 100的第七軸線上的運(yùn)動(dòng)的編碼器系統(tǒng)的筒）。在本實(shí)施方式中，探頭 端401可以繞穿過測(cè)量探頭殼體102的中心延伸的軸線旋轉(zhuǎn)。在使用AACMM 100時(shí)，通常 將基座116固定到工作面上。
[0025] 各軸承套筒組110、112、114內(nèi)的每個(gè)軸承套筒通常包括編碼器系統(tǒng)（例如，光學(xué) 角編碼器系統(tǒng)）。編碼器系統(tǒng)（即檢測(cè)器）提供相應(yīng)的臂段106、108和對(duì)應(yīng)的軸承套筒組 110、112、114的位置指示，這些位置指示合在一起提供探頭118相對(duì)于基座116的位置指示 (并且因此提供正由AACMM 100測(cè)量的對(duì)象在例如局部參照系或全局參照系的特定參照系 中的位置）。臂段106、108可以由合適的剛性材料（例如碳復(fù)合材料，但不限于此）制成。 具有六軸或七軸樞轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)（即自由度）的便攜式AACMM100提供以下優(yōu)點(diǎn)：使得操作者能夠 將探頭118放置在繞基座116的360°區(qū)域內(nèi)的期望位置處，同時(shí)提供可以由操作者容易地 操縱的臂部104。然而，應(yīng)理解，具有兩個(gè)臂段106、108的臂部104的示例用于示例性目的， 并且所要求保護(hù)的發(fā)明不局限于此。AACMM 100可以具有通過軸承套筒耦接在一起的任何 數(shù)量的臂段（并且因此，大于或小于六軸或七軸樞轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)或自由度）。
[0026] 如將在下面詳細(xì)描述的，每個(gè)軸承套筒組110、112、114可以包括一個(gè)或更多個(gè)光 學(xué)回轉(zhuǎn)節(jié)540或滑環(huán)560 (圖10和圖11)。光學(xué)回轉(zhuǎn)節(jié)540或滑環(huán)560使電信號(hào)和光學(xué)信 號(hào)能夠沿著臂部140的長(zhǎng)度傳輸，同時(shí)還使得每個(gè)軸承套筒組110、112、114基本上能夠沒 有阻礙的旋轉(zhuǎn)。
[0027] 探頭118被可拆卸地安裝至測(cè)量探頭殼體102,測(cè)量探頭殼體102連接至軸承套 筒組112。手柄附件126例如可以通過快速連接接口關(guān)于測(cè)量探頭殼體102可拆卸。在示 例性的實(shí)施方式中，快速連接接口可以包括如下兩者：用于將附件固定至殼體102的機(jī)械 緊固構(gòu)件，以及用于使用戶能夠通過附件控制探頭118并且還提供附件與基座116之間的 高速數(shù)據(jù)通信的電連接（例如，啟動(dòng)按鈕）。手柄126可以由其它設(shè)備（例如，激光線性探 頭、條形碼閱讀器）來替代，從而提供以下優(yōu)點(diǎn)：使得操作者能夠以同一 AACMM 100使用不 同的測(cè)量設(shè)備。在示例性實(shí)施方式中，探頭殼體102容置可拆卸探頭118,探頭118是接觸 式測(cè)量設(shè)備并且可以具有與待測(cè)量的對(duì)象物理接觸的不同末端118,末端118包括但不限 于：球形的、觸摸感應(yīng)的、彎曲并且延伸型探頭。在另外的實(shí)施方式中，例如，通過諸如激光 線性探頭（LLP)的非接觸式設(shè)備來執(zhí)行測(cè)量。在一個(gè)實(shí)施方式中，使用快速連接接口將手 柄126替換為L(zhǎng)LP。其它類型的附件設(shè)備可以替換可拆卸手柄126來提供額外的功能。例 如，這種附件設(shè)備的示例包括一個(gè)或更多個(gè)照明燈、溫度傳感器、熱掃描儀、條形碼掃描儀、 投影儀、噴漆器、攝像頭、攝像機(jī)、音頻記錄系統(tǒng)等，但不限于此。
[0028] 如圖IA和圖IB所示，AACMM 100包括提供以下優(yōu)點(diǎn)的可拆卸手柄126 :使得能夠 改變附件或功能，而無需從軸承套筒組112去除測(cè)量探頭殼體102。如后面關(guān)于圖2更加 詳細(xì)討論的，可拆卸的手柄126還可以包括使得能夠與手柄126和位于探頭端401和基座 116中的對(duì)應(yīng)電子裝置交換電力和數(shù)據(jù)的一個(gè)或更多個(gè)電連接器。
[0029] 在各種實(shí)施方式中，以及如將在后面詳細(xì)描述的那樣，每個(gè)旋轉(zhuǎn)連接均包括使得 AACMM 100的臂部104能夠繞多個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸運(yùn)動(dòng)的軸承套筒組110、112、114。如上所述，例如， 每個(gè)軸承套筒組110、112、114均包括對(duì)應(yīng)的編碼器系統(tǒng)（例如光學(xué)角編碼器），所述編碼器 系統(tǒng)分別與例如臂段106、108的對(duì)應(yīng)旋轉(zhuǎn)軸同軸布置。例如，如后面更詳細(xì)描述的，光學(xué)編 碼器系統(tǒng)對(duì)例如每個(gè)臂段106、108繞對(duì)應(yīng)的軸線的旋轉(zhuǎn)（回轉(zhuǎn)）或橫向（鉸鏈）運(yùn)動(dòng)進(jìn)行 檢測(cè)，并且將信號(hào)傳送給AACMM 100內(nèi)的電子數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。每個(gè)獨(dú)立的原始編碼器計(jì)數(shù) 作為信號(hào)被分別發(fā)送給電子數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，在電子數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中，該信號(hào)被進(jìn)一步處理 成測(cè)量數(shù)據(jù)。如在共同轉(zhuǎn)讓的美國(guó)專利N〇.5,402,582( '582)所公開的，不需要從AACMM 100本身分離出位置計(jì)算器（例如，串行套筒）。
[0030] 基座116可以包括附接設(shè)備或安裝設(shè)備120。例如，安裝設(shè)備120使得AACMM 100 能夠可拆卸地安裝到期望位置處，例如檢查臺(tái)、機(jī)械加工中心、墻壁或地板上。在一個(gè)實(shí)施 方式中，基座116包括用以在AACMM 100移動(dòng)時(shí)給操作者提供方便的位置來握住基座116 的手柄部122。在一個(gè)實(shí)施方式中，基座116還包括用以向下折疊以展示出諸如顯示屏的用 戶接口的可移動(dòng)蓋部124。
[0031] 根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，便攜式AACMM 100的基座116包含或容置電子數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)， 該電子數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)包括兩個(gè)主要組成部件：基座處理系統(tǒng)，其對(duì)來自AACMM 100內(nèi)的各 種編碼器系統(tǒng)的數(shù)據(jù)以及表示其它臂參數(shù)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，以支持三維（3D)位置計(jì)算；以 及用戶接口處理系統(tǒng)，其包括車載操作系統(tǒng)、觸摸屏顯示器以及常駐應(yīng)用軟件，該常駐應(yīng)用 軟件使得能夠在AACMM 100內(nèi)實(shí)現(xiàn)相對(duì)完整的計(jì)量功能而無需連接到外部計(jì)算機(jī)。
[0032] 基座116中的電子數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)可以與編碼器系統(tǒng)、傳感器以及遠(yuǎn)離基座116布 置的其它外圍硬件（例如，可以安裝至AACMM 100上的可拆卸手柄126或安裝在可拆卸手 柄126內(nèi)的LLP)進(jìn)行通信。支撐這些外圍硬件設(shè)備或部件的電子裝置可以位于處于便攜 式AACMM 100內(nèi)的各軸承套筒組110、112、114中。
[0033] 圖2是根據(jù)實(shí)施方式的在AACMM 100中使用的電子裝置的框圖。圖2A所示的實(shí) 施方式包括電子數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)210,電子數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)210包括用于實(shí)現(xiàn)基座處理系統(tǒng)的 基座處理器板204、用戶接口板202、用于提供電力的基座電源板206、藍(lán)牙模塊232以及基 座傾斜板208。用戶接口板202包括用于執(zhí)行應(yīng)用軟件以實(shí)現(xiàn)用戶接口、顯示以及文中所描 述的其它功能的計(jì)算機(jī)處理器。
[0034] 如圖2A至圖2D所示，電子數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)210經(jīng)由一個(gè)或更多個(gè)電氣總線218A、 218B、218C、218D與前述的多個(gè)編碼器系統(tǒng)進(jìn)行通信。應(yīng)理解，例如，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)210可以 包括被配置成使輸出信號(hào)和輸入信號(hào)適于光學(xué)總線219A?219D和電氣總線218A?218D 的附加組成部件，例如連接器211。例如，光學(xué)信號(hào)與電信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換可以通過與圖2A相 關(guān)聯(lián)的電路板上的被配置成在光學(xué)信號(hào)與電信號(hào)之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換的組成部件來實(shí)現(xiàn)。為了清 楚起見，在圖2中沒有示出所有這些組成部件。在圖2所描繪的實(shí)施方式中，每個(gè)編碼器系 統(tǒng)生成編碼器數(shù)據(jù)并且包括：編碼器總線接口 214、編碼器數(shù)字信號(hào)處理器（DSP) 216、編碼 器讀取頭接口 234以及溫度傳感器212?？梢詫⒅T如應(yīng)變傳感器的其它設(shè)備附接至電氣總 線218或光學(xué)總線219。
[0035] 此外，圖2E示出了與電氣總線218E和光學(xué)總線219E通信的探頭端電子裝置230。 探頭端電子裝置230包括探頭端DSP 228、溫度傳感器212、經(jīng)由實(shí)施方式中的快速連接接 口與手柄126或LLP 242連接的手柄/LLP電氣總線240和總線241、以及探頭接口 226?？?線241可以是電氣總線、光學(xué)總線或者包括光學(xué)信號(hào)和電信號(hào)兩者的總線。快速連接接口 使得能夠通過手柄126訪問用于LLP和其它附件的電氣總線240和總線241。電氣總線可 以包括數(shù)據(jù)線、控制線和電源線。光學(xué)總線可以包括數(shù)據(jù)線和控制線。在一個(gè)實(shí)施方式中， 探頭端電子裝置230位于AACMM 100上的測(cè)量探頭殼體102中。在一個(gè)實(shí)施方式中，可以 從快速連接接口拆除手柄126,并且可以由經(jīng)由手柄/LLP電氣總線240或光學(xué)總線241與 AACMM 100的探頭端電子裝置230進(jìn)行通信的激光線性探頭（LLP) 242執(zhí)行測(cè)量。應(yīng)理解， 盡管電氣總線218和光學(xué)總線219被描述為單獨(dú)的組成部件，但是每個(gè)總線218、219可以 由串聯(lián)連接以在AACMM 100內(nèi)傳送信號(hào)的多個(gè)單獨(dú)的總線段（例如，總線218A?218E，總 線219A?219E)形成。如文中所詳細(xì)討論的那樣，可以通過具有電滑環(huán)221A?221D和光 耦合器223A?223D的旋轉(zhuǎn)耦合器（圖10和圖11)將每段分開。
[0036] 在一個(gè)實(shí)施方式中，電子數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)210位于AACMM 100的基座116中，探頭 端電子裝置230位于AACMM 100的測(cè)量探頭殼體102中，以及編碼器系統(tǒng)位于軸承套筒組 110、112、114中。探頭接口 226可以通過任何合適的通信協(xié)議與探頭端DSP 228連接，通信 協(xié)議包括來自美信集成產(chǎn)品公司（Maxim Integrated Products, Inc.)的包含Ι-wire?通 信協(xié)議236的商業(yè)可用產(chǎn)品。光學(xué)總線219可以被選擇成符合標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議，諸如通用串 行總線（USB) 1.0、USB 2.0、USB 3.0、千兆以太網(wǎng)（IEEE802. 3-2008標(biāo)準(zhǔn)）、外圍組件互連 (PCI)Express、火線（Firewire)、攝像頭鏈路或任何其它定義的協(xié)議。
[0037] 圖3A至圖3C是描述根據(jù)實(shí)施方式的AACMM 100的電子數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)210 (圖2A) 的詳細(xì)特征的框圖。在一個(gè)實(shí)施方式中，電子數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)210位于AACMM 100的基座116 中并且包括基座處理器板204、用戶接口板202、基座電源板206、藍(lán)牙模塊232以及基座傾 斜模塊208。
[0038] 在圖3A至圖3C所示的實(shí)施方式中，基座處理器板204包括本文所示的各種功能 塊。例如，基座處理器功能302用來支持對(duì)來自AACMM 100的測(cè)量數(shù)據(jù)的收集并且經(jīng)由電 氣總線218、光學(xué)總線219和總線控制模塊功能308來接收原始臂數(shù)據(jù)（例如編碼器系統(tǒng)數(shù) 據(jù)）。存儲(chǔ)功能304存儲(chǔ)程序和靜態(tài)AACMM配置數(shù)據(jù)。例如，基座處理器板204還包括用 于與任何外部硬件設(shè)備或附件進(jìn)行通信的外部硬件選擇端口功能310,例如但不限于經(jīng)由 HDMI端口 311與圖形監(jiān)測(cè)器或電視機(jī)進(jìn)行通信，經(jīng)由端口 313、USB 3. 0端口 315與音頻設(shè) 備進(jìn)行通信，以及經(jīng)由端口 317與閃存（SD)卡進(jìn)行通信。實(shí)時(shí)時(shí)鐘（RTC)和日志306、電池 組接口（IF) 316以及診斷端口 318也被包含在圖3所示的基座處理器板204的實(shí)施方式的 功能中。
[0039] 基座處理器板204還管理與外部設(shè)備（主機(jī)計(jì)算機(jī)）和內(nèi)部設(shè)備（顯示處理器 328)的所有有線數(shù)據(jù)通信和無線數(shù)據(jù)通信?；幚砥靼?04具有經(jīng)由千兆以太網(wǎng)功能 320(例如，使用例如電氣和電子工程師協(xié)會(huì)（IEEE) 1588的時(shí)鐘同步標(biāo)準(zhǔn)）與以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn) 行通信的能力、經(jīng)由LAN功能322與無線局域網(wǎng)（WLAN)進(jìn)行通信的能力、以及經(jīng)由并行-串 行通信（PSC)功能314與藍(lán)牙模塊232進(jìn)行通信的能力?；幚砥靼?04還包括至通用 串行總線（USB 3. 0)設(shè)備312的連接。
[0040] 例如在前述的'582專利中所公開的串行套筒中那樣，基座處理器板204傳送并收 集原始測(cè)量數(shù)據(jù)（例如編碼器系統(tǒng)計(jì)數(shù)、溫度讀數(shù)）以處理成測(cè)量數(shù)據(jù)，而不需要任何預(yù)處 理?；幚砥?04經(jīng)由RS485接口（IF) 326將經(jīng)處理的數(shù)據(jù)發(fā)送至用戶接口板202上的 顯示處理器328。在一個(gè)實(shí)施方式中，基座處理器204還將原始測(cè)量數(shù)據(jù)發(fā)送至外部計(jì)算 機(jī)。
[0041] 現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖3中的用戶接口板202,顯示處理器328上執(zhí)行的應(yīng)用程序利用通過基 座處理器所接收的角度和位置數(shù)據(jù)，以在AACMM 100內(nèi)提供自主計(jì)量系統(tǒng)。可以在顯示處 理器328上執(zhí)行應(yīng)用程序以支持下述功能，所述功能例如但不限于：測(cè)量特征、引導(dǎo)和訓(xùn)練 圖形、遠(yuǎn)程診斷、溫度校正、控制各種操作特征、連接至各種網(wǎng)絡(luò)以及顯示測(cè)量對(duì)象。連同顯 示處理器328和液晶顯示器（IXD) 338 (例如，觸摸屏IXD)用戶接口一起，用戶接口板202 包括多個(gè)接口選項(xiàng)，包括：存儲(chǔ)器332、USB主機(jī)接口 334、診斷端口 336、攝像頭端口 340、音 頻/視頻接口 342、撥號(hào)/賽爾（cell)調(diào)制解調(diào)器344以及全球定位系統(tǒng)（GPS)端口 346。
[0042] 圖3所示的電子數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)210還包括具有用于記錄環(huán)境數(shù)據(jù)的環(huán)境記錄器 362的基座電源板206?；娫窗?06還使用AC/DC轉(zhuǎn)換器358和電池充電器控制器360 給電子數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)210提供電力。基座電源板206使用集成電路間（I2C)串行單端總線 354以及經(jīng)由DMA串行外圍接口（DSPI) 356與基座處理器板204進(jìn)行通信?；娫窗?06 經(jīng)由在基座電源板206中實(shí)現(xiàn)的輸入/輸出（I/O)擴(kuò)展功能364連接到傾斜傳感器和射頻 識(shí)別（RFID)模塊208。
[0043] 雖然示出為單獨(dú)的組成部件，但在其它實(shí)施方式中，所有組成部件或組成部件的 子集可以物理上位于不同的位置和/或以與圖3中所示的方式不同的方式進(jìn)行功能性組 合。例如，在一個(gè)實(shí)施方式中，基座處理器板204和用戶接口板202被組合成一個(gè)物理板。
[0044] 現(xiàn)在參照?qǐng)D1和圖4,示出了具有集成顯示器的AACMM 100的實(shí)施方式。AACMM 100 包括基座116,基座116包括被布置成與光學(xué)總線219通信或者經(jīng)由一個(gè)或更多個(gè)電氣總 線218進(jìn)行通信的電子數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)210。光學(xué)總線219或電氣總線218所承載的數(shù)據(jù)可 以來自與軸承套筒組110、112、114相關(guān)聯(lián)的編碼器或來自臂附件?；?16包括在一端上 具有安裝設(shè)備120以及在相對(duì)端上具有軸承套筒組114和臂部104的殼體399。在一側(cè)上， 殼體399包括凹部403。凹部403由內(nèi)壁405、第一側(cè)壁407、第二側(cè)壁409以及端壁411限 定。側(cè)壁407、409布置成相對(duì)于AACMM 100的安裝平面一定角度，使得凹部403從與安裝 設(shè)備120相鄰的端部至與臂部104相鄰的端部逐漸減小。與端壁411相鄰，殼體399包括 尺寸被設(shè)置成有利于操作者攜帶AACMM 100的手柄部122。
[0045] 在一個(gè)實(shí)施方式中，凹部403包括尺寸被設(shè)置成容納電池414的開口。電池414被 可拆卸地設(shè)置在殼體399中并且通過可移動(dòng)地設(shè)置在壁405中的閂415固定。閂415可以 包括咬合電池414的表面并防止意外拆卸的突出部。電池414可以耦接至電池組接口并且 在AACMM 100沒有連接至外部電源（例如，壁裝電源插座）時(shí)給AACMM 100提供電力。在 示例性實(shí)施方式中，電池414包括與電子數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)210通信并且傳送包括但不限于如 下信號(hào)的信號(hào)，以使得AACMM能夠以可控的方式關(guān)閉，該信號(hào)為：電池充電水平；電池類型； 型號(hào)；生產(chǎn)廠家；特性；放電率；預(yù)測(cè)剩余量；溫度；電壓；以及將放盡電警報(bào)。
[0046] 例如，在壁405上還可以設(shè)置耦接至電子數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)210的一個(gè)或更多個(gè)外部 端口，諸如閃存卡端口 317、USB 3. 0端口 315、HDMI端口 311和音頻接口 313。外部端口被 布置成在可移動(dòng)蓋部124從閉合位置（圖1)移動(dòng)到打開位置（圖4)時(shí)用戶能夠進(jìn)行訪問。
[0047] 可移動(dòng)蓋部124包括安裝至用于將可移動(dòng)蓋部124耦接至端壁411的鉸鏈的殼體 構(gòu)件423。在示例性實(shí)施方式中，當(dāng)可移動(dòng)蓋部124處于打開位置時(shí)，可移動(dòng)蓋部124被布 置成相對(duì)于內(nèi)壁404成鈍角。應(yīng)理解，可移動(dòng)蓋部124可連續(xù)旋轉(zhuǎn)，并且該打開位置可以是 操作者能夠訪問和使用顯示屏的任何位置。
[0048] 可移動(dòng)蓋部124還包括設(shè)置在一側(cè)上并且耦接至殼體構(gòu)件423的面部構(gòu)件424。 面部構(gòu)件424包括尺寸被設(shè)置成允許觀看顯示器428的開口 425。殼體構(gòu)件423和面部構(gòu) 件424通常是由例如注塑模制塑料材料形成的用于限定中空的內(nèi)部部分的薄壁結(jié)構(gòu)。在一 個(gè)實(shí)施方式中，殼體構(gòu)件423或面部構(gòu)件424可以由其它材料制成，例如，包括但不限于鋼 或鋁金屬板。
[0049] 在可移動(dòng)蓋部124內(nèi)布置具有顯示屏428的顯示器428。顯示器428被安裝至面 部構(gòu)件424。顯示器428提供使得操作者能夠在不利用或連接外部主機(jī)的情況下與AACMM 100進(jìn)行交互和對(duì)AACMM 100進(jìn)行操作的用戶界面。顯示器428可以包括具有如下用于檢 測(cè)觸摸的元件的觸敏屏，這些元件包括但不限于：電阻元件；表面聲波元件；電容元件；表 面電容元件；投射電容元件；紅外光電探測(cè)器元件；應(yīng)變儀元件；光學(xué)成像元件；色散信號(hào) 元件；或聲音脈沖識(shí)別元件。顯示器428被布置成與用戶接口板202和基座處理器板204 雙向通信，以使得操作者啟動(dòng)顯示器428可以導(dǎo)致一個(gè)或更多個(gè)信號(hào)傳送至顯示器428或 從顯示器428傳送一個(gè)或更多個(gè)信號(hào)。在一個(gè)實(shí)施方式中，顯示器428被配置成顯示數(shù)據(jù)， 諸如經(jīng)由光學(xué)總線219傳送的高清晰度視頻圖像。
[0050] 現(xiàn)在參照?qǐng)D5至圖8,示出了探頭端401的如下示例性實(shí)施方式：其包含具有快 速連接的機(jī)械和電氣接口的測(cè)量探頭殼體102,所述快速連接的機(jī)械和電氣接口使得可拆 卸和可互換的設(shè)備400能夠與AACMM 100耦接。在示例性實(shí)施方式中，設(shè)備400包括外殼 402,外殼402包括尺寸和形狀被設(shè)置成可以握在操作者的手中的手柄部404,諸如手槍把 手。外殼402是具有腔406 (圖7)的薄壁結(jié)構(gòu)。腔406的尺寸被設(shè)置并且被配置成容納控 制器408?？刂破?08可以是例如具有微處理器的數(shù)字電路，或模擬電路。在一個(gè)實(shí)施方式 中，控制器408與電子數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)210(圖2和圖3)進(jìn)行異步雙向通信?？刂破?08與 電子數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)210之間的通信連接可以是無線的、有線的（例如，經(jīng)由總線218)或者 光學(xué)（例如，經(jīng)由總線219)連接。通信連接還可以包括直接或間接無線連接（例如藍(lán)牙或 IEEE 802. 11)或者是有線連接、光學(xué)連接和無線連接的組合。例如，在示例性實(shí)施方式中， 外殼402例如由注射模制的塑料材料形成為兩個(gè)半部410、412。例如，半部410、412可以通 過諸如螺釘413的緊固件固定在一起。在其它實(shí)施方式中，外殼的半部410、412可以通過 例如粘合劑或超聲波焊接固定在一起。
[0051] 手柄部404還包括可由操作者手動(dòng)激活的按鈕或致動(dòng)器416、417。致動(dòng)器416、 417被耦接至用于將信號(hào)傳送給探頭殼體102內(nèi)的控制器420的控制器408。在示例性實(shí) 施方式中，致動(dòng)器416、417執(zhí)行位于探頭殼體102上的、與設(shè)備400相對(duì)的致動(dòng)器422的功 能。應(yīng)理解，設(shè)備400可以具有用于控制設(shè)備400、AACMM 100的額外的開關(guān)、按鈕或其它致 動(dòng)器，反之亦然。此外，設(shè)備400可以包括例如指示器，諸如發(fā)光二極管（LED)、聲音發(fā)生器、 儀表、顯示器或計(jì)量器。在一個(gè)實(shí)施方式中，設(shè)備400可以包括允許口頭說明與測(cè)量點(diǎn)同步 的數(shù)字語音記錄器。在又一實(shí)施方式中，設(shè)備400包括使操作者能夠?qū)⒄Z音激活命令傳送 給電子數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)210的麥克風(fēng)。
[0052] 在一個(gè)實(shí)施方式中，手柄部404可以被配置成由操作者的手使用或用于特定的手 (例如左手或右手）。手柄部404還可以被配置成便于有殘疾的操作者（例如缺失手指的 操作者或具有假臂的操作者）使用。另外，當(dāng)間隙空間有限時(shí)，可以拆除手柄部404,而獨(dú)立 使用探頭殼體102。如上所述，探頭端401還可以包括AACMM 100的第七軸線的柱。在本實(shí) 施方式中，設(shè)備400可以被布置成繞AACMM的第七軸線旋轉(zhuǎn)。
[0053] 在一個(gè)實(shí)施方式中，探頭端401包括與探頭殼體102上的第二連接器協(xié)作的機(jī)械 和電氣接口。連接器可以包括允許將設(shè)備400耦接至探頭殼體102的電氣和機(jī)械特征。在 一個(gè)實(shí)施方式中，接口 426包括其上具有機(jī)械耦接器432、第一電連接器434以及第二電連 接器435的第一表面430。外殼402還包括被定為成與第一表面430相鄰并且從第一表面 430偏離的第二表面436。在示例性實(shí)施方式中，第二表面436是從第一表面430偏移約0. 5 英寸距離的平面。如將在后面詳細(xì)描述的，當(dāng)操作者擰緊或松開諸如套環(huán)438的緊固件時(shí)， 這個(gè)偏移為操作者的手指提供了間隙。接口 426提供了在設(shè)備400與探頭殼體102之間的 相對(duì)快速且牢固的電連接而不需要使連接器插腳對(duì)準(zhǔn)，并且不需要單獨(dú)的電纜或連接器。
[0054] 第一電連接器434從第一表面430延伸并且包括一個(gè)或更多個(gè)連接器插腳440， 例如，一個(gè)或更多個(gè)連接器插腳440經(jīng)由一個(gè)或更多個(gè)總線218以異步雙向通信的方式與 電子數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)210(圖2和圖3)電耦接。雙向通信連接可以是有線的（例如經(jīng)由總線 218)、無線的（例如藍(lán)牙或IEEE 802. 11)、或有線連接和無線連接的組合。在一個(gè)實(shí)施方式 中，第一電連接器434電耦接至控制器420。例如，控制器420例如可以經(jīng)由一個(gè)或更多個(gè) 電氣總線218與電子數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)210進(jìn)行異步雙向通信。
[0055] 類似地，第二電連接器435鄰近電連接器434從第一表面430延伸。第二電連接 器435可以包括經(jīng)由光學(xué)總線219以異步雙向通信的方式與電子數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)210電耦接 的一個(gè)或更多個(gè)連接器插腳。在示例性實(shí)施方式中，第二電連接器435使得能夠進(jìn)行高速 數(shù)據(jù)傳輸。在一個(gè)實(shí)施方式中，經(jīng)由第二電連接器的數(shù)據(jù)傳輸大于12兆字節(jié)每秒并且兼容 通用串行總線標(biāo)準(zhǔn)。在另一實(shí)施方式中，經(jīng)由第二電連接器435的數(shù)據(jù)傳輸高達(dá)625兆字 節(jié)每秒并且兼容USB 3.0標(biāo)準(zhǔn)。在又一實(shí)施方式中，經(jīng)由第二電連接器435的數(shù)據(jù)傳送高 達(dá)125兆字節(jié)每秒并且兼容千兆以太網(wǎng)（IEEE802. 3-2008)標(biāo)準(zhǔn)。
[0056] 如將在后面詳細(xì)討論的，第二電連接器435經(jīng)由探頭殼體102內(nèi)的收發(fā)器421耦 接至電子數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)210。收發(fā)器421被配置成將來自連接器435的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成光學(xué) 信號(hào)。收發(fā)器在光學(xué)通信介質(zhì)與電通信介質(zhì)之間提供雙向通信。在示例性實(shí)施方式中，收 發(fā)器421經(jīng)由第二電連接器435接收電信號(hào)并且將電信號(hào)傳送至設(shè)備400以及經(jīng)由光學(xué)總 線219接收和傳送光學(xué)信號(hào)。在一個(gè)實(shí)施方式中，收發(fā)器421與控制器420集成。在另一實(shí) 施方式中，第二電連接器435是光學(xué)連接器并且可以省略收發(fā)器421。在一個(gè)實(shí)施方式中， 總線241還可以包括電信號(hào)線和光學(xué)信號(hào)線兩者，在該情況下，當(dāng)允許光學(xué)信號(hào)通過時(shí)，收 發(fā)器421僅用于將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成光學(xué)信號(hào)。應(yīng)理解，在總線241僅是光學(xué)總線的實(shí)施方式 中，可以省略收發(fā)器421。
[0057] 電連接器434、435被定位成提供與探頭殼體102上的相應(yīng)的電連接器的相對(duì)快速 且牢固的電連接。當(dāng)將設(shè)備400附接至探頭殼體102時(shí)，這些電連接器相互連接。這些電 連接器可以分別包括金屬包裹的連接器殼體，所述金屬包裹的連接器殼體提供對(duì)電磁干擾 的屏蔽，以及保護(hù)連接器插腳并且在將設(shè)備400附接至探頭殼體102的過程期間協(xié)助插腳 對(duì)準(zhǔn)。
[0058] 機(jī)械耦接器432在設(shè)備400與探頭殼體102之間提供相對(duì)剛性的機(jī)械耦接以支持 相對(duì)精確的應(yīng)用，其中設(shè)備400在AACMM 100的臂部104的端部上的位置優(yōu)選地不偏移或 移動(dòng)。任何這樣的移動(dòng)通?？赡芤饻y(cè)量結(jié)果精度的不期望的退化。利用本發(fā)明實(shí)施方式 中的快速連接的機(jī)械和電子接口的機(jī)械附接配置部分的各種結(jié)構(gòu)特征可以實(shí)現(xiàn)這些期望 的結(jié)果。
[0059] 在一個(gè)實(shí)施方式中，機(jī)械耦接器432包括位于一端448 (設(shè)備400的前緣或"前 部"）上的第一突出部444。第一突出部444可以包括構(gòu)成從第一突出部444延伸的邊緣 446的以栓加固的、有凹口的或有坡度的接口。將邊緣446的尺寸設(shè)置成適于被容納在由 從探頭殼體102延伸的突出部452限定的槽450中（圖8)。應(yīng)理解，第一突出部444和槽 450連同套環(huán)438形成耦接器裝置，以使得在邊緣446位于槽450內(nèi)的情況下，可以使用槽 450來限制在設(shè)備400被附接到探頭殼體102時(shí)設(shè)備400的縱向和橫向移動(dòng)兩者。如將在 下面更詳細(xì)描述的，可以使用套環(huán)438的旋轉(zhuǎn)來將邊緣446固定在槽450內(nèi)。
[0060] 與第一突出部444相對(duì)，機(jī)械耦接器432可以包括第二突出部454。第二突出部 454可以具有以栓加固的，有凹口的邊緣或有坡度的接口表面456(圖6)。例如，第二突出 部454被定位成嚙合與探頭殼體102相關(guān)聯(lián)的緊固件，諸如套環(huán)438。機(jī)械耦接器432包括 從表面430突出的凸起表面，該凸起表面與電連接器434相鄰或布置在電連接器434附近， 這給接口 426提供了樞軸點(diǎn)。這在設(shè)備400附接到探頭殼體102時(shí)用作設(shè)備400與探頭殼 體102之間的三個(gè)機(jī)械接觸點(diǎn)中的第三個(gè)機(jī)械接觸點(diǎn)。
[0061] 探頭殼體102包括同軸地布置在一端上的套環(huán)438。套環(huán)438包括在第一位置（圖 5)和第二位置（圖7)之間可移動(dòng)的螺紋部。通過旋轉(zhuǎn)套環(huán)438,套環(huán)438可用于緊固或拆 除設(shè)備400而不需要外部工具。套環(huán)438的旋轉(zhuǎn)使套環(huán)438沿相對(duì)粗糙的、方螺紋的圓柱 體474移動(dòng)。使用這種相對(duì)大尺寸、方螺紋且波狀（contoured)的表面可以以最小的轉(zhuǎn)矩 來實(shí)現(xiàn)大的夾緊力。圓柱體474的螺紋的大螺距還使套環(huán)438能夠以最小的旋轉(zhuǎn)來被擰緊 或松開。
[0062] 為了將設(shè)備400耦接至探頭殼體102,將邊緣446插入到槽450中并且使設(shè)備樞轉(zhuǎn) 以便如箭頭464所指示的使第二突出部454朝表面458旋轉(zhuǎn)（圖5)。旋轉(zhuǎn)套環(huán)438以使得 套環(huán)438沿箭頭462所示的方向移動(dòng)或平移成與表面456接合。套環(huán)438抵靠有角度的表 面456的移動(dòng)驅(qū)使機(jī)械耦接器432抵靠凸起表面460。這有助于克服接口表面上的外來對(duì) 象或接口的變形的潛在問題，這些潛在問題會(huì)影響設(shè)備400到探頭殼體102的剛性安置。套 環(huán)438對(duì)第二突出部454施加力使得機(jī)械耦接器432向前移動(dòng)以將邊緣446按壓至探頭殼 體102的基座上。當(dāng)繼續(xù)擰緊套環(huán)438時(shí)，使第二突出部454向上壓向探頭殼體102,從而 在樞轉(zhuǎn)點(diǎn)上施加壓力。這提供了一種蹺蹺板類型的布置，給第二突出部454、邊緣446和中 心樞轉(zhuǎn)點(diǎn)施加壓力以減少或消除設(shè)備400的偏移或搖擺。樞轉(zhuǎn)點(diǎn)直接壓靠到探頭殼體102 的底部，同時(shí)邊緣446在探頭殼體102的端部上施加向下的力。圖6包括箭頭462、464以 示出設(shè)備400和套環(huán)438的移動(dòng)方向。應(yīng)理解，設(shè)備400的表面436的偏移距離提供了套 環(huán)438與表面436之間的間隙（圖7)。間隙使操作者能夠在套環(huán)438上獲得更牢固的夾 持，同時(shí)降低隨著套環(huán)438的旋轉(zhuǎn)而夾痛手指的危險(xiǎn)。在一個(gè)實(shí)施方式中，探頭殼體102具 有足夠的硬度以減少或防止在套環(huán)438擰緊時(shí)探頭殼體102變形。
[0063] 探頭端401與臂部104的端部的耦接創(chuàng)建了光學(xué)總線219與收發(fā)器421之間的通 信連接。這個(gè)耦接還創(chuàng)建了總線218與控制器420之間的通信連接。以此方式，可以通過 總線218、219兩者傳送和接收信號(hào)。應(yīng)理解，理想的是臂部104的段106、108和探頭端401 在若干個(gè)旋轉(zhuǎn)軸線上是可旋轉(zhuǎn)的，以使得探頭端401可以被定位成執(zhí)行期望的測(cè)量而不限 制用戶。因此，針對(duì)每個(gè)旋轉(zhuǎn)接合點(diǎn)，在每個(gè)軸承套筒組110、112、114處執(zhí)行一個(gè)或更多個(gè) 電氣連接和光學(xué)連接。這些連接使得臂部104能夠移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)而不干擾電導(dǎo)體或光導(dǎo)體。
[0064] 現(xiàn)在參照?qǐng)D9至圖11，示出了使用例如包括滑環(huán)組件的軸承套筒組（例如軸承套 筒組110)的臂部旋轉(zhuǎn)連接的示例性實(shí)施方式，該滑環(huán)組件使得臂段能夠旋轉(zhuǎn)同時(shí)使得光 纖或電導(dǎo)體能夠穿過臂部。如上面所討論的，例如，關(guān)節(jié)臂的每個(gè)旋轉(zhuǎn)連接利用模塊化軸承 /編碼器套筒（諸如套筒500或502)。這些套筒500、502被安裝在雙管套接合504、506的 開口中。每個(gè)管套接合504、506包括具有第一凹部或管套510的第一圓柱形延伸部508以 及具有第二凹部或管套514的第二圓柱形延伸部512。盡管可以采用其它相對(duì)的、角度配 置，但是通常將管套5KK514彼此定位成90°。套筒502被定位在雙管套接合504、506的 每個(gè)管套516中以限定鉸鏈接合，同時(shí)套筒500被定位在接合506的管套510中以分別限 定縱向回轉(zhuǎn)接合。模塊化軸承/編碼器套筒500、502提供以下優(yōu)點(diǎn)：允許分開制造其上安 裝有模塊化編碼器組成部件的預(yù)應(yīng)力或預(yù)加載的雙軸承套筒。然后，這個(gè)軸承編碼器套筒 可以固定地附接至例如關(guān)節(jié)臂部104的外部骨架組成部件（諸如雙管套接合504、506)。這 種套筒的使用有利于對(duì)關(guān)節(jié)臂部104的這些復(fù)雜的子組件進(jìn)行高質(zhì)量、高速的生產(chǎn)。
[0065] 在一些實(shí)施方式中，可以存在多達(dá)四種不同的套筒類型，兩種使得能夠回轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn) 的"長(zhǎng)"軸線套筒，以及提供鉸鏈接合的"短"套筒。每個(gè)套筒包括預(yù)加載的軸承布置和可 以包括數(shù)字編碼器的檢測(cè)器。雖然套筒的長(zhǎng)度可以變化，但出于示例性的目的，將關(guān)于套筒 500描述所有類型的套筒。
[0066] 如圖10所示，套筒500A包括通過內(nèi)套管（sleeve) 522和外套管524隔開的一對(duì) 軸承518、520。期望軸承518、520是預(yù)加載的。在本實(shí)施方式中，這種預(yù)加載是通過不同 長(zhǎng)度的套管522、524提供的，以使得當(dāng)擰緊時(shí)，在軸承518、520上生成預(yù)選的預(yù)加載力。使 用密封件526對(duì)軸承518、520進(jìn)行密封，其中這個(gè)組件被可旋轉(zhuǎn)地安裝至軸528。在軸528 的上表面處，軸528在軸上部殼體530處終止。環(huán)形件532被限定在軸528與軸上部殼體 530之間。該整個(gè)組件被定位在外部套筒殼體534內(nèi)，使用內(nèi)螺母527和外螺母529的組合 將軸528及其軸承組件固定地附接至殼體534。應(yīng)注意，在組裝時(shí)，外殼534的上部被容納 到環(huán)形件532內(nèi)。應(yīng)理解，當(dāng)擰緊用于給軸承提供壓縮力的內(nèi)螺母和外螺母時(shí)，預(yù)加負(fù)荷被 提供給軸承518、520,并且由于內(nèi)墊片（spacer)522與外墊片524之間的長(zhǎng)度差，將實(shí)現(xiàn)所 需的預(yù)加載水平。
[0067] 在一個(gè)實(shí)施方式中，軸承518、520為雙滾珠軸承。為了獲得期望的預(yù)加載，重要的 是軸承表面要平行。平行度影響繞軸承的圓周的其它預(yù)加載的均勻性。不均勻加載使軸承 產(chǎn)生粗糙的不均勻運(yùn)行扭矩的感覺，并且可以導(dǎo)致不希望的徑向跳動(dòng)以及或降低編碼器性 能。墊片522、524用于增強(qiáng)軸承的間隔。在示例性實(shí)施方式中，套筒殼體534和墊片522、 524由鋁制成，并且被加工成期望的長(zhǎng)度和平行度。因?yàn)獒槍?duì)內(nèi)墊片和外墊片使用共同的材 料，所以溫度的變化不會(huì)產(chǎn)生可能有損于預(yù)加載的膨差。因?yàn)閷?duì)軸承的任何污染可能會(huì)影 響到所有的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和潛在的編碼器精度，所以使用密封件526來提供密封的軸承。
[0068] 雖然在示例性實(shí)施方式中，套筒500A包括一對(duì)軸承，但是套筒500A還可以包括單 個(gè)軸承或者三個(gè)或更多個(gè)軸承。因此，每個(gè)套筒包括至少一個(gè)軸承。在一個(gè)實(shí)施方式中，可 以將光學(xué)編碼器系統(tǒng)布置在端部554中。編碼器系統(tǒng)包括盤562和一個(gè)或更多個(gè)讀取頭 563。編碼器系統(tǒng)包括可測(cè)量特征的圖案。讀取頭中的光源將光發(fā)送至盤圖案，并且通過讀 取頭上的光學(xué)檢測(cè)器接收從讀取頭反射或透射的光。該信息用來確定旋轉(zhuǎn)角。
[0069] 套筒既可以不受限地旋轉(zhuǎn)，也可以僅允許受限的旋轉(zhuǎn)。對(duì)于受限的旋轉(zhuǎn)，在一個(gè)實(shí) 施方式中，殼體534的外表面上的凸緣538的凹槽536提供容納梭子（未示出）的圓筒形 軌道。例如，梭子在軌道536內(nèi)行進(jìn)直到梭子抵靠可拆卸的梭子止動(dòng)件（例如旋轉(zhuǎn)止動(dòng)件 設(shè)置螺釘）為止，從而將阻止進(jìn)一步的旋轉(zhuǎn)。
[0070] 在示例性實(shí)施方式中，如圖10所示，套筒500是套筒500A。對(duì)于不受限旋轉(zhuǎn)，套筒 能夠自由地移動(dòng)。例如，在本實(shí)施方式中，旋轉(zhuǎn)耦合器（例如光學(xué)回轉(zhuǎn)節(jié)540)用于使信號(hào) 能夠在光纖電纜219C、219D上行進(jìn)以通過接合。軸528具有穿過其的開口 542。被定位在 開口 542內(nèi)的是光學(xué)回轉(zhuǎn)節(jié)540。光纖電纜219C經(jīng)由上部殼體530中的通道544進(jìn)入套筒 500A。光纖纜線219進(jìn)入被固定抵至開口 542的上部?jī)?nèi)的肩部548的軸套（bushing) 546。 與軸套546的端部平齊地相鄰安裝的是耦接至光纖電纜219C的端部的漸變折射率棒形透 鏡 550。
[0071] 類似地，光纖纜線219D經(jīng)由殼體534的端部554中的通道552進(jìn)入套筒500A。光 纖纜線219D進(jìn)入被固定至下部554的軸套556。與軸套556的另一端平齊地相鄰安裝的是 另一漸變折射率棒形透鏡558。漸變折射率棒形透鏡558耦接至光纖纜線219D的端部。
[0072] 透鏡550、558形成使得來自光纖纜線219C、219D的信號(hào)能夠通過透鏡之間的間隙 的光耦合器。對(duì)透鏡550、558的焦距進(jìn)行選擇，以使得每個(gè)透鏡將來自光纖的光學(xué)信號(hào)準(zhǔn) 直成平行光束或軸向指向另一透鏡的光柱。接收透鏡將接收準(zhǔn)直光束并且將其聚焦至相應(yīng) 的光纖219C、219D的端部。透鏡550、558的相對(duì)面的直徑基本上大于光纖纜線219C、219D 的可比較直徑。因此，軸向未對(duì)準(zhǔn)的透鏡550、558導(dǎo)致比同樣軸向未對(duì)準(zhǔn)的裸光纖端部出 現(xiàn)明顯較少的中斷。此外，對(duì)旋轉(zhuǎn)耦合器內(nèi)的光學(xué)信號(hào)的準(zhǔn)直允許透鏡間隙明顯大于用于 維持可比較光纖耦合傳送的直接光纖至光纖回轉(zhuǎn)節(jié)中的光纖之間的間隙。在一個(gè)實(shí)施方式 中，透鏡間隙小于1/10英寸。在一個(gè)實(shí)施方式中，光學(xué)回轉(zhuǎn)節(jié)540是由穆格有限公司（MOOG， Inc)生產(chǎn)的型號(hào)為F0228的光纖回轉(zhuǎn)節(jié)。
[0073] 應(yīng)理解，具有光學(xué)回轉(zhuǎn)節(jié)540的套筒500A形成旋轉(zhuǎn)接口，該旋轉(zhuǎn)接口使得軸528 能夠獨(dú)立于殼體534旋轉(zhuǎn)，同時(shí)仍使信號(hào)能夠通過旋轉(zhuǎn)連接傳送。在示例性實(shí)施方式中，軸 528和殼體534可以以不受限旋轉(zhuǎn)的方式運(yùn)動(dòng)。光學(xué)回轉(zhuǎn)節(jié)540僅執(zhí)行信號(hào)傳送功能并且 是非結(jié)構(gòu)化的，這意味著光學(xué)回轉(zhuǎn)節(jié)540不給旋轉(zhuǎn)連接提供機(jī)械功能。應(yīng)理解，這提供了以 下優(yōu)點(diǎn)：使得信號(hào)能夠沿著臂部104的長(zhǎng)度傳送，同時(shí)仍使臂部104的各部分或段能夠自由 地旋轉(zhuǎn)。
[0074] 現(xiàn)在參照?qǐng)D11，例如，套筒500的另一實(shí)施方式是被示出具有混合旋轉(zhuǎn)耦合器（例 如滑環(huán)560)的套筒500B?；旌匣h(huán)560包括安裝在開口 542內(nèi)抵靠肩部548的軸套546。 光纖纜線219C通過通道544進(jìn)入套筒并且延伸至軸套546。漸變折射率棒形透鏡550被平 齊地安裝至軸套546的端部。在本實(shí)施方式中，包括至少一個(gè)電導(dǎo)體的電纜218C也通過通 道544進(jìn)入并且進(jìn)入軸套546。至少一個(gè)接觸環(huán)564耦接至電纜218C內(nèi)的導(dǎo)體并且被安裝 至開口 542內(nèi)的軸套546的端部。
[0075] 混合滑環(huán)560還包括經(jīng)由通道552進(jìn)入殼體534的端部554并且延伸至軸套556 的光纖纜線219D。漸變折射率棒形透鏡558被平齊地安裝至軸套556的端部。第二電纜 219D經(jīng)由通道552進(jìn)入殼體534并且進(jìn)入軸套556?？梢宰鳛榻佑|環(huán)的至少一個(gè)傳送構(gòu)件 568耦接至電纜218D內(nèi)的導(dǎo)體并且被安裝至開口 542內(nèi)的軸套556的端部。接觸環(huán)564 和傳送構(gòu)件568被布置成在操作期間彼此滑動(dòng)接觸以使得電信號(hào)能夠在其間穿過。例如， 傳送構(gòu)件568可以由適合的材料（例如金屬或石墨）制成。在另一實(shí)施方式中，傳送構(gòu)件 568可以是被布置成與接觸環(huán)564的外徑接觸的一個(gè)或更多個(gè)刷子。如上面所討論的，在 操作期間，在光纖纜線219C、219D上傳送的信號(hào)經(jīng)由透鏡550、558穿過接合點(diǎn)。信號(hào)在電 纜218C、218D上傳送以經(jīng)由接觸環(huán)564和傳送構(gòu)件568穿過接合點(diǎn)。在一個(gè)實(shí)施方式中， 被配置成在集成組件中提供電信號(hào)和光學(xué)信號(hào)兩者的傳送的混合滑環(huán)560可以是可來自 穆格有限公司的型號(hào)H18。
[0076] 應(yīng)理解，套筒500B中使用的滑環(huán)可以容納多個(gè)電導(dǎo)體。通過滑環(huán)的通信可以是單 向的、雙向的、同步或異步的通信。在一個(gè)實(shí)施方式中，總線218使得能夠通過該總線傳送 數(shù)據(jù)信號(hào)和電力。
[0077] 光學(xué)回轉(zhuǎn)節(jié)540和滑環(huán)560可以用在除了圖9中的套筒500、502以外的其它接合 配置中。圖12示出了繞軸線570可旋轉(zhuǎn)的探頭端401。在本實(shí)施方式中，探頭端401包括 一對(duì)軸承572、574。軸承572、574使得探頭端401能夠繞軸576相對(duì)于耦接至臂401的端 部的殼體578旋轉(zhuǎn)。在殼體578內(nèi)布置旋轉(zhuǎn)耦合器580,旋轉(zhuǎn)耦合器580可以是圖10中所 示的旋轉(zhuǎn)耦合器540或圖11中所示的旋轉(zhuǎn)耦合器560。旋轉(zhuǎn)耦合器540、560被配置成使得 信號(hào)能夠從探頭端401傳送至臂部104。光學(xué)總線219E從探頭端401中的控制器（未示 出）穿過軸576延伸至旋轉(zhuǎn)耦合器580。類似地，總線218E從控制器穿過軸576延伸至旋 轉(zhuǎn)耦合器580。總線218D、219D耦接至旋轉(zhuǎn)耦合器580的一端并且穿過旋轉(zhuǎn)耦合器580進(jìn) 入臂部104。因此，旋轉(zhuǎn)耦合器580提供通過總線218、219在探頭端401與臂部104之間的 信號(hào)傳送功能。
[0078] 現(xiàn)在參照?qǐng)D13,例如，光學(xué)回轉(zhuǎn)節(jié)540和滑環(huán)560也可以用在臂段（例如臂段106) 中。在本實(shí)施方式中，臂段106包括內(nèi)軸582和外殼584。內(nèi)軸582被配置成獨(dú)立于外殼 584旋轉(zhuǎn)。內(nèi)軸582在被布置在內(nèi)軸582的相對(duì)端部上的第一軸承586和第二軸承588上 旋轉(zhuǎn)。如上面所討論的實(shí)施方式，軸承586、588可以被預(yù)加載并且按壓適配至殼體584中。 旋轉(zhuǎn)耦合器590布置在臂段106的一端上。在本實(shí)施方式中，旋轉(zhuǎn)耦合器590可以是圖10 中的旋轉(zhuǎn)耦合器540或圖11中的旋轉(zhuǎn)耦合器560,旋轉(zhuǎn)耦合器590被配置成使得信號(hào)能夠 在被布置在內(nèi)軸582的端部592處的總線218A、219A與耦接至內(nèi)軸582的總線218B、219B 之間傳送。因此，可以傳送信號(hào)而不妨礙內(nèi)軸582的旋轉(zhuǎn)。
[0079] 圖14所示的又一實(shí)施方式示出了提供具有兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)連接，其中一個(gè)連 接提供大于360度的旋轉(zhuǎn)。在本實(shí)施方式中，旋轉(zhuǎn)連接具有尺寸被設(shè)置成容納編碼器組件 596的殼體594。編碼器組件596包括具有一對(duì)軸承598、600的殼體597,軸承598、600限 定軸602相對(duì)于殼體597旋轉(zhuǎn)所繞的旋轉(zhuǎn)軸。旋轉(zhuǎn)編碼器604繞軸602布置，其響應(yīng)于軸 602的旋轉(zhuǎn)生成信號(hào)。在一個(gè)實(shí)施方式中，旋轉(zhuǎn)編碼器604包括耦接至軸602且隨軸602旋 轉(zhuǎn)的編碼器盤605以及耦接至殼體597的讀取頭607。編碼器盤包括通過讀取頭照射的多 個(gè)可測(cè)量特征。由讀取頭接收通過盤反射或透射的光并且用于獲得角度讀數(shù)。蓋599被配 置成將編碼器組件596封入到殼體594內(nèi)。
[0080] 軸602包括延伸穿過其的孔603?？?03的尺寸被設(shè)置成容納至少部分地設(shè)置在 其中的旋轉(zhuǎn)耦合器606?？偩€518B、519B的第一段被容納在孔603的一端并且耦接至旋轉(zhuǎn) 耦合器606的第一半部609。第一半部609相對(duì)于殼體597固定?？偩€518C、519C的第二 段耦接至旋轉(zhuǎn)耦合器606的第二半部611。第二半部611被固定至孔603并且隨軸602旋 轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)耦合器606在操作上基本上類似于光學(xué)回轉(zhuǎn)節(jié)540、560,以使得信號(hào)能夠在總線 518B、519B與總線518C、519C之間傳送而不妨礙軸602相對(duì)于編碼器組件596的旋轉(zhuǎn)。
[0081] 總線218、219使得能夠在數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)210與探頭端401之間雙向、異步地傳送 信號(hào)。如圖15所示，在一些應(yīng)用中，可能希望在探頭端401上連接多個(gè)設(shè)備或附件。例如， 可能希望將激光線性探頭242和高清攝像頭兩者分別連接至探頭端。在一個(gè)實(shí)施方式中， 多個(gè)連接點(diǎn)通過單獨(dú)的光學(xué)總線耦接至電子數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)210。在另一實(shí)施方式中，探頭端 401包括與收發(fā)器421耦接的單個(gè)光學(xué)總線219E。收發(fā)器421允許光通信介質(zhì)與電通信介 質(zhì)之間的雙向通信。與光學(xué)總線219E相反，收發(fā)器421連接至路由設(shè)備495,例如集線器 (用于USB 3. 0連接）或交換機(jī)（用于千兆以太網(wǎng)連接）。路由設(shè)備495使得多個(gè)附件設(shè) 備能夠與單個(gè)光學(xué)總線219E耦接。
[0082] 在本發(fā)明的其它實(shí)施方式中，耦接至AACMM 100的設(shè)備400可以包括利用光學(xué)總 線219E的高傳輸速率將數(shù)據(jù)傳送至電子數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)210的功能性設(shè)備。設(shè)備400可以 是，但不限于高清晰度靜止攝像頭、高清晰度攝像機(jī)（例如大于1280X720像素）、條形碼 掃描儀、熱掃描儀、音頻記錄系統(tǒng)，圖像投影儀、飛行時(shí)間掃描儀、飛點(diǎn)掃描儀，結(jié)構(gòu)化光掃 描儀以及IR溫度計(jì)。在一個(gè)實(shí)施方式中，設(shè)備400可以包括多個(gè)攝像機(jī)，例如，包括但不限 于"微型"攝像頭、"超微型"攝像頭或三維圖像攝像頭。在一個(gè)實(shí)施方式中，設(shè)備400可以 包括如在共同轉(zhuǎn)讓的美國(guó)專利7, 804, 602所述的題為"用于重新定位關(guān)節(jié)臂坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的 設(shè)備和方法（Apparatus and Method for Relocating an Articulating-Arm Coordinate Measuring Machine) "中所描述的回射器保持器，該申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容通過引用合并到本文 中。在另一實(shí)施方式中，設(shè)備400可以包括如在共同擁有的美國(guó)專利5, 412, 880的題為 "使用三維坐標(biāo)測(cè)量設(shè)備構(gòu)建可測(cè)量的量的三維映射的方法（Method of Constructing a 3-Dimensional Map of a Measurable Quantity Using Three Dimensional Coordinate Measuring Apparatus) "中所描述的超聲波探頭，該申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容通過引用合并到本文 中。在一個(gè)實(shí)施方式中，設(shè)備400包括多個(gè)功能，例如圖像投影儀和激光線性探頭。圖像 (例如CAD)數(shù)據(jù)可以經(jīng)由總線218E傳送至圖像投影儀，同時(shí)可以經(jīng)由光學(xué)總線219E傳送 通過LLP圖像傳感器獲得的數(shù)據(jù)。應(yīng)理解，這些設(shè)備的集成可以提供下述優(yōu)點(diǎn)：使操作者能 夠獲取更快以及具有更高可靠度的測(cè)量。例如，采用附接的靜止攝像頭或攝像機(jī)設(shè)備，操作 者可以記錄采用該設(shè)備測(cè)量的對(duì)象的圖像或高清圖像。圖像數(shù)據(jù)可以經(jīng)由光學(xué)總線219傳 送，同時(shí)測(cè)量數(shù)據(jù)經(jīng)由總線218同時(shí)傳送。例如，這些圖像可以被顯示在顯示器328上，經(jīng) 由HDMI端口 311輸出至視頻監(jiān)測(cè)器或納入檢查報(bào)告中。在一個(gè)實(shí)施方式中，操作者可以經(jīng) 由用戶接口板202將圖形標(biāo)記放置在所顯示的圖像上以限定測(cè)量點(diǎn)。以此方式，操作者可 以隨后從存儲(chǔ)器中調(diào)用被標(biāo)記的圖像并且快速查看在哪進(jìn)行測(cè)量。在其它實(shí)施方式中，捕 獲被測(cè)對(duì)象的視頻。然后，視頻經(jīng)由用戶接口板202重播以幫助操作者對(duì)待檢查的下個(gè)對(duì) 象進(jìn)行重復(fù)多個(gè)測(cè)量，或作為新操作者的訓(xùn)練工具。
[0083] 在又一實(shí)施方式中，設(shè)備被配置成具有噴嘴的噴漆設(shè)備。在本實(shí)施方式中，設(shè)備 400接收來自電子數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)210的信號(hào)并且選擇性地從一個(gè)或更多個(gè)噴射嘴噴射一種 或更多種顏色，一個(gè)或更多個(gè)噴射噴嘴中的每個(gè)連接至各自具有單個(gè)涂料顏色（如紅，綠 和藍(lán)）的貯存器。應(yīng)理解，噴射嘴還可以是將涂料滴、墨滴、顏料滴或印模沉積到表面上的 噴墨型噴射機(jī)構(gòu)。噴墨嘴可以包括但不限于：連續(xù)噴墨打印機(jī)、熱噴墨打印機(jī)和壓電噴墨打 印機(jī)。由于電子數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)已知探頭殼體102的位置和方位，所以設(shè)備可以接收命令以 在特定位置處噴射特定顏色來與存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的所希望的圖像匹配。因此，隨著操作者 橫跨所期望的表面（如壁）移動(dòng)設(shè)備400,圖像或圖片可以通過設(shè)備400再現(xiàn)。這個(gè)實(shí)施方 式還可以提供以下優(yōu)點(diǎn)：例如，在制造環(huán)境中，在制品（例如片金屬）上創(chuàng)建布局標(biāo)記。
[0084] 在另一實(shí)施方式中，例如，AACMM 100可以在手術(shù)室中使用。醫(yī)生可以使用便攜式 AACMM來確定制造切口或發(fā)現(xiàn)腫瘤的位置、將探頭或測(cè)量設(shè)備118的位置與來自計(jì)算機(jī)軸 向斷層數(shù)據(jù)的三維數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)的位置。在這種情況下，設(shè)備400中的投影儀可以經(jīng)由光學(xué)總 線接收?qǐng)D像信號(hào)并且將圖像投影至患者，提供CAT掃描影像的實(shí)際的復(fù)制或標(biāo)記以引導(dǎo)外 科醫(yī)生。通過手動(dòng)操作機(jī)器人遠(yuǎn)程執(zhí)行的手術(shù)可以以如上所述相同的方式使用投影系統(tǒng)。
[0085] 在AACMM用在制造環(huán)境中的應(yīng)用中，具有投影儀的設(shè)備400可以給根據(jù)3D CAD或 圖像文件驅(qū)動(dòng)的需要定位的各種操作提供引導(dǎo)。這包括，例如：給鉚釘、儀器儀表、附件鉆 孔；給汽車、飛機(jī)、公共汽車或大型部件貼花或應(yīng)用背膠帶；研磨/磨光表面或焊接點(diǎn)直到 他們符合圖紙要求；以及將釘子或螺釘定位到保護(hù)層后面的螺栓或結(jié)構(gòu)化構(gòu)件的位置。
[0086] 本發(fā)明的該方面的實(shí)施方式提供了對(duì)隱藏特征（例如管子、線路，管道或在壁、隔 板、地板的下方或鎖著的門后面的其它對(duì)象）的可視化，有助于確定在哪可以安全地進(jìn)行 切口。這些實(shí)施方式還提供了投影的可視化并且對(duì)鉆孔、切割以及進(jìn)入爆炸物的關(guān)鍵組成 部件進(jìn)行引導(dǎo)（例如，當(dāng)設(shè)備的3D CAD數(shù)據(jù)可用時(shí)）。
[0087] 根據(jù)本發(fā)明的該方面的實(shí)施方式，用于AACMM的投影系統(tǒng)將引導(dǎo)和部分?jǐn)?shù)據(jù)（例 如，結(jié)構(gòu)化CAD數(shù)據(jù)）投影到部件的表面上。投影系統(tǒng)還可以用來對(duì)在壁內(nèi)、結(jié)構(gòu)內(nèi)或人體 內(nèi)的圖像進(jìn)行投影以用于建筑改造、外科手術(shù)或其它侵入性操作。附接至臂的一個(gè)或更多 個(gè)微型投影儀可以將圖像或數(shù)據(jù)投影到部件或表面上，或引導(dǎo)操作者。臂/投影儀組合可 以給被壁隱藏的、隱藏在人體內(nèi)的、隱藏在爆炸設(shè)備等內(nèi)的特征提供可視化。當(dāng)存在對(duì)象的 3D記錄（例如，CAD圖紙、CAT掃描等）時(shí)，投影儀和臂的組合可以對(duì)顯示特征的位置的圖 像進(jìn)行投影，仿佛穿過壁看到的一樣。
[0088] 如本文所使用的，有關(guān)總線218的術(shù)語"總線"、"線"和"導(dǎo)體"可以互換使用，指 的是用于傳送信號(hào)（例如同步脈沖和/或數(shù)據(jù)）的傳輸介質(zhì)。
[0089] 例如，技術(shù)效果和益處包括用于在一個(gè)總線上傳送臂位置信號(hào)并且同時(shí)在高速總 線（例如光學(xué)總線上）傳送附件設(shè)備數(shù)據(jù)的能力。這導(dǎo)致可以通過響應(yīng)于每個(gè)捕獲信號(hào)使 更多的數(shù)據(jù)能夠被收集而提高系統(tǒng)性能和吞吐量。另外，AACMM 100能夠通過不要求所有 的附件設(shè)備符合用于收集位置數(shù)據(jù)的內(nèi)部總線來支持更廣泛的附件設(shè)備。
[0090] 如本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解的，本發(fā)明各方面可以實(shí)施為系統(tǒng)、方法或計(jì)算機(jī)程 序產(chǎn)品。相應(yīng)地，本發(fā)明各方面可以采取整體硬件實(shí)施方式的形式，整體軟件實(shí)施方式（包 括固件、常駐軟件、微代碼等）的形式或者對(duì)軟件和硬件方面進(jìn)行結(jié)合的實(shí)施方式的形式， 其在本文中統(tǒng)稱為"電路"、"模塊"或"系統(tǒng)"。此外，本發(fā)明各方面可以采取實(shí)施在一個(gè)或 更多個(gè)計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)中的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品的形式，所述一個(gè)或更多個(gè)計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)包 含有計(jì)算機(jī)可讀程序代碼。
[0091] 可以使用一個(gè)或更多個(gè)計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)的任何組合。計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)可以是計(jì)算 機(jī)可讀信號(hào)介質(zhì)或計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)。例如，計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)可以是但不限于：電子 的、磁的、光學(xué)的、電磁的、紅外的或半導(dǎo)體系統(tǒng)、裝置或設(shè)備，或前述的任何合適的組合。計(jì) 算機(jī)可讀介質(zhì)的更具體的示例（非窮舉列表）包括如下：具有一個(gè)或更多個(gè)線的電連接件、 便攜式計(jì)算機(jī)磁盤、硬盤、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM)、只讀存儲(chǔ)器（ROM)、可擦除可編程只讀存 儲(chǔ)器（EPROM或閃存）、光纖、便攜式光盤只讀存儲(chǔ)器（CD-ROM)、光存儲(chǔ)設(shè)備、磁存儲(chǔ)設(shè)備，或 者前述的任何合適的組合。在本文檔的上下文中，計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)可以是任何有形介 質(zhì)，該有形介質(zhì)可以包含或存儲(chǔ)有由指令執(zhí)行系統(tǒng)、裝置或設(shè)備使用的或與指令執(zhí)行系統(tǒng)、 裝置或設(shè)備有關(guān)的程序。
[0092] 例如，計(jì)算機(jī)可讀信號(hào)介質(zhì)可以包括在基帶中或作為載波的一部分的包含有計(jì)算 機(jī)可讀程序代碼的傳播數(shù)據(jù)信號(hào)。這種傳播信號(hào)可以采取任何不同的形式，包括但不限于： 電磁的、光學(xué)的或其任何合適的組合。計(jì)算機(jī)可讀信號(hào)介質(zhì)可以為不是計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介 質(zhì)的并且可以對(duì)由指令執(zhí)行系統(tǒng)、裝置或設(shè)備使用的或與指令執(zhí)行系統(tǒng)、裝置或設(shè)備有關(guān) 的程序進(jìn)行通信、傳播或傳送的任何計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)。
[0093] 可以使用任何合適的介質(zhì)，包括但不限于：無線、有線、光纖電纜、RF等，或前述的 任何合適的組合，來傳送計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上所包含的程序代碼。
[0094] 用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明各方面的操作的計(jì)算機(jī)程序代碼可以以一種或更多中編程語言 的任何組合來編寫，該編程語言包括面向?qū)ο缶幊陶Z言例如Java、Smalltalk、C++、C#等， 以及傳統(tǒng)過程式編程語言（例如"C"編程語言或類似的編程語言）。程序代碼可以完全地 在用戶的計(jì)算機(jī)上執(zhí)行、部分地在用戶的計(jì)算機(jī)上執(zhí)行，作為獨(dú)立軟件包部分地在用戶的 計(jì)算機(jī)上執(zhí)行且部分地在遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)上執(zhí)行或完全地在遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)或服務(wù)器上執(zhí)行。在后 一種情形中，遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)可以通過任何類型的網(wǎng)絡(luò)包括局域網(wǎng)（LAN)或廣域網(wǎng)（WAN)連接 至用戶的計(jì)算機(jī)，或者可以通過外部計(jì)算機(jī)（例如，通過使用因特網(wǎng)服務(wù)提供商的因特網(wǎng)） 來進(jìn)行連接。
[0095] 通過參照根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的方法、裝置（系統(tǒng)）和計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品的流程 圖和/或框圖來描述本發(fā)明的各方面。應(yīng)理解，可以通過計(jì)算機(jī)程序指令來實(shí)現(xiàn)流程圖和 /或框圖中的每個(gè)塊以及流程圖和/或框圖中的每個(gè)塊的組合。
[0096] 可以將這些計(jì)算機(jī)程序指令提供給通用計(jì)算機(jī)的處理器、專用計(jì)算機(jī)的處理器或 其它可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備的處理器以產(chǎn)生機(jī)構(gòu)，使得經(jīng)由計(jì)算機(jī)的處理器或其它可編程數(shù) 據(jù)處理裝置的處理器執(zhí)行的指令來創(chuàng)建用于實(shí)現(xiàn)流程圖和/或框圖中的一個(gè)或更多個(gè)塊 中所指定的功能/動(dòng)作的裝置。這些計(jì)算機(jī)程序指令還可以被存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)中， 該計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)可以以特定的方式引導(dǎo)計(jì)算機(jī)、其它可編程數(shù)據(jù)處理裝置或其它設(shè)備起 作用，以使得存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)中的指令產(chǎn)生制品，該制品包括實(shí)現(xiàn)流程圖和/或框 圖中的一個(gè)或更多個(gè)塊中所指定的功能/動(dòng)作的指令。
[0097] 還可以將計(jì)算機(jī)程序指令加載至計(jì)算機(jī)、其它可編程數(shù)據(jù)處理裝置或其它設(shè)備上 以使得待在計(jì)算機(jī)、其它可編程裝置或其它設(shè)備上執(zhí)行的一系列的操作步驟產(chǎn)生計(jì)算機(jī)實(shí) 現(xiàn)的處理，以使得在計(jì)算機(jī)或其它可編程設(shè)備上執(zhí)行的指令提供用于實(shí)現(xiàn)流程圖和/或框 圖中的一個(gè)或更多個(gè)塊中所指定的功能/動(dòng)作的處理。
[0098] 附圖中的流程圖和框圖示出了根據(jù)本發(fā)明各實(shí)施方式的系統(tǒng)、方法以及計(jì)算機(jī)程 序產(chǎn)品的可能實(shí)施方式的操作、功能和架構(gòu)。在這方面，流程圖或框圖中的每個(gè)塊可以表示 模塊、段或部分代碼，所述模塊、段或部分代碼包括用于實(shí)現(xiàn)一個(gè)或更多個(gè)特定的邏輯功能 的一個(gè)或更多個(gè)可執(zhí)行指令。還應(yīng)注意，在一些可替代的實(shí)施方式中，塊中提到的功能可以 不以圖中提到的順序出現(xiàn)。例如，實(shí)際上，可以基本上同時(shí)執(zhí)行連續(xù)顯示的兩個(gè)塊，或者有 時(shí)可以以相反的順序執(zhí)行這些塊，這取決于所涉及的功能。還應(yīng)注意，可以通過執(zhí)行特定功 能或動(dòng)作的基于硬件的專用系統(tǒng)或?qū)Ｓ糜布陀?jì)算機(jī)指令的組合來實(shí)現(xiàn)框圖和/或流程 圖中的每個(gè)塊以及框圖和/或流程圖中的塊的組合。
[0099] 雖然已經(jīng)參照示例實(shí)施方式描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)了解，在不 脫離本發(fā)明的范圍的前提下可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種變化以及可以用等同物替換本發(fā)明中 的元件。另外，在不脫離本發(fā)明的基本范圍的前提下，可以做出多種修改以適于本發(fā)明的教 導(dǎo)的特定情況或材料。因此，本發(fā)明不限于所公開的作為實(shí)施本發(fā)明的最佳方式的特定實(shí) 施方式，并且本發(fā)明將包括落入所附權(quán)利要求書的范圍內(nèi)的所有實(shí)施方式。此外，術(shù)語第 一、第二等的使用不表示任何順序或重要性，術(shù)語第一、第二等用于區(qū)分一個(gè)元件與另一個(gè) 元件。此外，術(shù)語一個(gè)、一等的使用不表示對(duì)數(shù)量的限制，而是表示存在被引用項(xiàng)目中的至 少之一。
【權(quán)利要求】
1. 一種便攜式關(guān)節(jié)臂坐標(biāo)測(cè)量機(jī)（AACMM)，包括； 具有相對(duì)的第一端和第二端的能夠手動(dòng)定位的關(guān)節(jié)臂部，所述臂部包括多個(gè)連接的臂 段，每個(gè)臂段包括用于產(chǎn)生位置信號(hào)的至少一個(gè)位置檢測(cè)器，其中，所述多個(gè)連接的臂段包 括第一臂段； 禪接至所述第一端的測(cè)量設(shè)備； 電子電路，被配置成接收來自所述至少一個(gè)位置檢測(cè)器的位置信號(hào)并且提供與所述測(cè) 量設(shè)備的位置對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)； 設(shè)置在所述測(cè)量設(shè)備與所述第一端之間的探頭端； 用于與所述電子電路進(jìn)行通信的第一總線，其中所述第一總線的至少一部分是被配置 成傳送光的光學(xué)通信總線；W及 具有第一部分和第二部分的旋轉(zhuǎn)禪合器，所述第二部分被配置成相對(duì)于所述第一部分 旋轉(zhuǎn)，所述第一部分固定至所述第一臂段，所述旋轉(zhuǎn)禪合器被配置成在所述第一部分與所 述第二部分之間在所述光學(xué)通信總線上傳送信號(hào)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式AACMM，其中，所述第一臂段能夠繞第一軸線旋轉(zhuǎn)至少 360 °，所述第一軸線基本上平行于所述第一臂段，所述第一臂段包括第一位置檢測(cè)器，所 述第一位置檢測(cè)器固定至所述第一臂段并且被配置成測(cè)量所述第一臂段繞所述第一軸線 的第一旋轉(zhuǎn)角。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式AACMM，還包括第二總線，所述第二總線被禪接用于所 述探頭端與所述電子電路之間的電通信，其中，所述第二總線和所述光學(xué)通信總線被配置 成同時(shí)工作。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的便攜式AACMM，其中，所述旋轉(zhuǎn)禪合器是混合禪合器，所述混 合禪合器被配置成在所述第一臂段與第二臂段之間在所述第二總線上傳送電信號(hào)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式AACMM，其中，所述旋轉(zhuǎn)禪合器包括其間具有間隙的第 一透鏡和第二透鏡，所述第一透鏡固定至所述第一部分并且所述第二透鏡固定至所述第二 部分，所述第一透鏡和所述第二透鏡禪接至所述光學(xué)通信總線，所述第一透鏡和所述第二 透鏡被配置成在所述第一透鏡與所述第二透鏡之間傳送光。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式AACMM，還包括禪接至所述光學(xué)通信總線的附件設(shè)備。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的便攜式AACMM，還包括收發(fā)器，所述收發(fā)器被禪接用于所述附 件設(shè)備與所述光學(xué)通信總線之間的通信，所述收發(fā)器被配置成將來自所述附件設(shè)備的電信 號(hào)轉(zhuǎn)換成光學(xué)信號(hào)并且將所述光學(xué)信號(hào)置于所述光學(xué)通信總線上。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的便攜式AACMM，還包括收發(fā)器，所述收發(fā)器被禪接用于所述附 件設(shè)備與所述光學(xué)通信總線之間的通信，所述收發(fā)器被配置成將所述光學(xué)通信總線上的光 學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)并且將所述電信號(hào)發(fā)送給所述附件設(shè)備。
9. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的便攜式AACMM，其中，所述附件設(shè)備還禪接至第二總線，所述 第二總線被禪接用于所述探頭端與所述電子電路之間的電通信。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式AACMM，還包括收發(fā)器，所述收發(fā)器被配置成將所述 光學(xué)通信總線上的光學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)并且將所述電信號(hào)發(fā)送給所述電子電路。
11. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的便攜式AACMM，其中，所述第一旋轉(zhuǎn)角能夠?yàn)槿魏沃怠?br>
12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式AACMM，其中，所述探頭端固定至所述第二部分。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式AACMM，其中，所述第二部分固定至第二臂段。
14. 一種旋轉(zhuǎn)禪合器檢測(cè)器套筒，包括： 包含第一部分和第二部分的機(jī)械組件，其中，所述第一部分被配置成相對(duì)于所述第二 部分旋轉(zhuǎn)； 具有第一部件和第二部件的第一軸承，所述第一部件固定至所述第一部分并且所述第 二部件固定至所述第二部分； 具有第=部件和第四部件的第二軸承，所述第=部件固定至所述第一部分并且所述第 四部件固定至所述第二部分； 檢測(cè)器，所述檢測(cè)器被配置成測(cè)量所述第一部分相對(duì)于所述第二部分的旋轉(zhuǎn)角，所述 檢測(cè)器包括第一元件和第二元件，所述第一元件固定至所述第一部分并且所述第二元件固 定至所述第二部分；W及 具有第一組成部件和第二組成部件的旋轉(zhuǎn)禪合器，所述第一組成部件附接至所述第一 部分并且所述第二組成部件附接至所述第二部分，所述第一組成部件附接至第一光纖的第 一端部，所述第二組成部件附接至第二光纖的第二端部，其中，所述旋轉(zhuǎn)禪合器被配置成在 所述第一光纖與所述第二光纖之間傳送光。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的旋轉(zhuǎn)禪合器檢測(cè)器套筒，其中，所述第一元件包括具有可 測(cè)量特征的周期性圖案，并且所述第二元件包括與所述周期性圖案分隔開并且與所述周期 性圖案通信的第一讀取頭。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的旋轉(zhuǎn)禪合器檢測(cè)器套筒，其中，所述第二元件還包括與所 述周期性圖案分隔開并且與所述周期性圖案通信的第二讀取頭。
17. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的旋轉(zhuǎn)禪合器檢測(cè)器套筒，其中，所述旋轉(zhuǎn)角能夠變化至少 360 度。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的旋轉(zhuǎn)禪合器檢測(cè)器套筒，其中，所述旋轉(zhuǎn)角能夠?yàn)槿魏沃怠?br>
19. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的旋轉(zhuǎn)禪合器檢測(cè)器套筒，其中，所述第一組成部件包括第 一透鏡并且所述第二組成部件包括第二透鏡，所述第一透鏡和所述第二透鏡被配置成在所 述第一透鏡與所述第二透鏡之間傳送光。
20. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的旋轉(zhuǎn)禪合器檢測(cè)器套筒，還包括滑環(huán)，所述滑環(huán)包括第一 導(dǎo)體和第二導(dǎo)體，所述第一導(dǎo)體附接至所述第一部分并且所述第二導(dǎo)體附接至所述第二部 分，所述滑環(huán)被配置成在所述第一導(dǎo)體與所述第二導(dǎo)體之間傳送電信號(hào)。
21. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的旋轉(zhuǎn)禪合器檢測(cè)器套筒，其中，所述旋轉(zhuǎn)角能夠變化至少 360 度。
22. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的旋轉(zhuǎn)禪合器檢測(cè)器套筒，其中，所述旋轉(zhuǎn)角能夠?yàn)槿魏沃怠?br>
【文檔編號(hào)】G01B5/008GK104471347SQ201380038474
【公開日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2013年7月8日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月17日
【發(fā)明者】克拉克·H·布里格斯, 弗雷德里克·約克 申請(qǐng)人:法羅技術(shù)股份有限公司
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