具有光学通信总线的便携式关节臂坐标测量的制造方法
【专利摘要】一种便携式关节臂坐标测量机(AACMM)，该便携式关节臂坐标测量机(AACMM)具有相对的第一端和第二端以及多个连接的臂段，每个臂段包括用于产生位置信号的至少一个位置检测器；被配置成接收位置信号的电子电路；用于与电子电路进行通信的第一总线，其中第一总线的至少一部分是被配置成传送光的光学通信总线；以及具有第一部分和第二部分的旋转耦合器，所述第二部分被配置成相对于所述第一部分旋转，所述第一部分固定至所述第一臂段，所述旋转耦合器被配置成在所述第一部分与所述第二部分之间在所述光学通信总线上传送信号。
【专利说明】具有光学通信总线的便携式关节臂坐标测量机
【背景技术】
[0001] 本公开内容涉及坐标测量机，更具体地涉及如下便携式关节臂坐标测量机，该便 携式关节臂坐标测量机具有连接至坐标测量机的探头端的一个或更多个高速通信数据总 线。
[0002] 便携式关节臂坐标测量机（AACMM)在部件制造或生产中得到了广泛应用，在部件 的制造或生产中需要在部件的制造或生产（例如，机械加工）的不同阶段期间快速且准确 地验证部件的尺寸。便携式AACMM相对于已知的静止或固定的、高成本的并且较难使用的 测量设施表现出重大改进，尤其在对相对复杂的部件进行尺寸测量时所需的时间量方面表 现出重大改进。通常，便携式AACMM的用户仅沿着待测部件或对象的表面引导探头。然后， 对测量数据进行记录，并且将其提供给用户。在一些情况下，将数据以视觉形式提供给用 户，例如，计算机屏上的三维（3D)形式。在其它情况下，将数据以数值形式提供给用户，例 如，当测量孔的直径时，在计算机屏上显示文本"直径=1. 0034"。
[0003] 在共同转让的美国专利No. 5, 402, 582 ( '582)中公开了现有技术中的便携式关节 臂CMM的示例，其全部内容通过引用合并到本文中。'582专利公开了一种3D测量系统，其 包括在一端具有支承基座并且在另一端具有测量探头的手动操作的关节臂CMM。共同转让 的美国专利No. 5, 611，147('147)公开了类似的关节臂CMM，其全部内容通过引用合并到本 文中。在'147专利中，关节臂CMM包括多个特征，所述多个特征包括在探头端处的附加的 旋转轴线，从而提供具有2-2-2或2-2-3轴线配置（后一种情况为七轴线臂）的臂。
[0004] 在现代的AACMM中，可以以下述三种方式之一收集且传送包括来自附属设备的数 据的测量数据：通过沿线传送的模拟电气信号、通过沿线（线的集合通常被称为总线）传送 的数字电气数据，或者通过沿线传送的模拟信号和数字信号的组合。这些数据传送方法的 限制在于数据以相对慢的速率传送。数据速率限制的部分原因在于在许多现代的AACMM中 使用电滑环，这使得数据在旋转的接合上传送。特别地，附件（如果存在）可以从以高速传 送相对大量的数据中获益。事实上，使用测量器械的继续趋势是增大的数据传送速率，这是 现代AACMM中的数据传送方法和设备不能处理的。尽管现有的AACMM适合其预期目的，但 是需要一种具有本发明实施方式的某些特征的便携式AACMM以提供增强的电气总线。
【发明内容】
[0005] 实施方式是一种便携式关节臂坐标测量机（AACMM)。该便携式关节臂坐标测量机 (AACMM)包括：具有相对的第一端和第二端的可手动定位的关节臂部，所述臂部包括多个 连接的臂段，每个臂段包括用于产生位置信号的至少一个位置检测器，其中，多个臂段包括 第一臂段；耦接至第一端的测量设备；电子电路，被配置成从至少一个位置检测器接收位 置信号并且提供与测量设备的位置对应的数据；设置在测量设备与第一端之间的探头端； 用于与电子电路进行通信的第一总线，其中第一总线的至少一部分是用于传输光的光学通 信总线；以及具有第一部分和第二部分的旋转耦合器，第二部分被配置成相对于第一部分 旋转，第一部分固定至第一臂段，该旋转耦合器被配置成在第一部分与第二部分之间在光 学通信总线上传送信号。
[0006] 根据另一实施方式，一种旋转親合器检测器筒包括：包含第一部分和第二部分的 机械组件，其中，第一部分被配置成相对于第二部分旋转；具有第一部件和第二部件的第一 轴承，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 的第二轴承，第三部件固定至第一部分并且第四部件固定至第二部分；检测器，被配置成测 量第一部分相对于第二部分的旋转角，该检测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；以及具有第一组成部件和第二组成部件的旋转 耦合器，第一组成部件附接至第一部分并且第二组成部件附接至第二部分，第一组成部件 附接至第一光纤的第一端部并且第二组成部件附接至第二光纤的第二端部，其中，该旋转 耦合器被配置成在第一光纤与第二光纤之间传输光。
【专利附图】
【附图说明】
[0007] 现在参照附图，示出了不应理解为是限制关于本公开内容的整个范围的示例性实 施方式，并且其中在一些附图中相同的元件采用相同的附图标记：
[0008] 图1(包括图IA和图1B)是具有本发明各个方面的实施方式的便携式关节臂坐标 测量机（AACMM)的立体图；
[0009] 图2(包括连接在一起的图2A?图2E)是根据实施方式的用作为图1中的AACMM 的一部分的电子装置的框图；
[0010] 图3(包括连接在一起的图3A、图3B和图3C)是描述了根据实施方式的图2中的 电子数据处理系统的详细特征的框图；
[0011] 图4是图1中的AACMM的立体图；
[0012] 图5是耦接有手柄附件的图1中的AACMM的探头端的立体图；
[0013] 图6是局部附接有手柄附件的图4中的探头端的侧视图；
[0014] 图7是图4中的手柄附件的剖面的局部立体图；
[0015] 图8是图6中的探头端的一部分的放大视图；
[0016] 图9是示出了根据实施方式的组装在两个双套筒联接之间的编码器/轴承套筒对 的局部分解图；
[0017] 图10是根据实施方式的具有光学回转节的、图9中的筒的剖视图；
[0018] 图11是根据另一实施方式的具有集成的光纤和电滑环的、图9中的筒的剖视图；
[0019] 图12是根据另一实施方式的探头端的剖视图，该探头端具有图10的光学回转节 或图11的滑环；
[0020] 图13是根据另一实施方式的臂段的一部分的剖视图，臂部具有图10的光学回转 节或图11的滑环；
[0021] 图14是根据另一实施方式的两个双轴旋转连接的剖视图，该旋转连接具有一个 或更多个图10或图Il中的光学回转节或滑环；
[0022] 图15是图4中的探头端的另一实施方式的示意图。
【具体实施方式】
[0023] 本发明的实施方式提供了一种增强型AACMM，包括用于在AACMM内传输数据的彼 此独立操作的多个总线。
[0024] 图IA和图IB立体地示出了根据本发明的各种实施方式的AACMM 100,关节臂是一 种类型的坐标测量机。如图IA和图IB所示，示例性AACMM 100可以包括六轴或七轴枢转 的测量设备，该测量设备具有探头端401，探头端401包括在一端处耦接至AACMM 100的臂 部104的测量探头壳体102。臂部104包括通过具有第一轴承套筒组110(例如，两个轴承 套筒）的旋转连接耦接至第二臂段108的第一臂段106。第二轴承套筒组112(例如，两个 轴承套筒）将第二臂段108耦接至测量探头壳体102。第三轴承套筒组114 (例如，三个轴 承套筒）将第一臂段106耦接至位于AACMM 100的臂部104的另一端的基座116。每个轴 承套筒组11〇、112、114提供多个轴线的枢转运动。同样地，探头端401可以包括测量探头 壳体102,其包括AACMM 100的第七轴线部的轴（例如，包括用于确定测量设备（例如接触 探头118)在AACMM 100的第七轴线上的运动的编码器系统的筒）。在本实施方式中，探头 端401可以绕穿过测量探头壳体102的中心延伸的轴线旋转。在使用AACMM 100时，通常 将基座116固定到工作面上。
[0025] 各轴承套筒组110、112、114内的每个轴承套筒通常包括编码器系统（例如，光学 角编码器系统）。编码器系统（即检测器）提供相应的臂段106、108和对应的轴承套筒组 110、112、114的位置指示，这些位置指示合在一起提供探头118相对于基座116的位置指示 (并且因此提供正由AACMM 100测量的对象在例如局部参照系或全局参照系的特定参照系 中的位置）。臂段106、108可以由合适的刚性材料（例如碳复合材料，但不限于此）制成。 具有六轴或七轴枢转运动（即自由度）的便携式AACMM100提供以下优点：使得操作者能够 将探头118放置在绕基座116的360°区域内的期望位置处，同时提供可以由操作者容易地 操纵的臂部104。然而，应理解，具有两个臂段106、108的臂部104的示例用于示例性目的， 并且所要求保护的发明不局限于此。AACMM 100可以具有通过轴承套筒耦接在一起的任何 数量的臂段（并且因此，大于或小于六轴或七轴枢转运动或自由度）。
[0026] 如将在下面详细描述的，每个轴承套筒组110、112、114可以包括一个或更多个光 学回转节540或滑环560 (图10和图11)。光学回转节540或滑环560使电信号和光学信 号能够沿着臂部140的长度传输，同时还使得每个轴承套筒组110、112、114基本上能够没 有阻碍的旋转。
[0027] 探头118被可拆卸地安装至测量探头壳体102,测量探头壳体102连接至轴承套 筒组112。手柄附件126例如可以通过快速连接接口关于测量探头壳体102可拆卸。在示 例性的实施方式中，快速连接接口可以包括如下两者：用于将附件固定至壳体102的机械 紧固构件，以及用于使用户能够通过附件控制探头118并且还提供附件与基座116之间的 高速数据通信的电连接（例如，启动按钮）。手柄126可以由其它设备（例如，激光线性探 头、条形码阅读器）来替代，从而提供以下优点：使得操作者能够以同一 AACMM 100使用不 同的测量设备。在示例性实施方式中，探头壳体102容置可拆卸探头118,探头118是接触 式测量设备并且可以具有与待测量的对象物理接触的不同末端118,末端118包括但不限 于：球形的、触摸感应的、弯曲并且延伸型探头。在另外的实施方式中，例如，通过诸如激光 线性探头（LLP)的非接触式设备来执行测量。在一个实施方式中，使用快速连接接口将手 柄126替换为LLP。其它类型的附件设备可以替换可拆卸手柄126来提供额外的功能。例 如，这种附件设备的示例包括一个或更多个照明灯、温度传感器、热扫描仪、条形码扫描仪、 投影仪、喷漆器、摄像头、摄像机、音频记录系统等，但不限于此。
[0028] 如图IA和图IB所示，AACMM 100包括提供以下优点的可拆卸手柄126 :使得能够 改变附件或功能，而无需从轴承套筒组112去除测量探头壳体102。如后面关于图2更加 详细讨论的，可拆卸的手柄126还可以包括使得能够与手柄126和位于探头端401和基座 116中的对应电子装置交换电力和数据的一个或更多个电连接器。
[0029] 在各种实施方式中，以及如将在后面详细描述的那样，每个旋转连接均包括使得 AACMM 100的臂部104能够绕多个转动轴运动的轴承套筒组110、112、114。如上所述，例如， 每个轴承套筒组110、112、114均包括对应的编码器系统（例如光学角编码器），所述编码器 系统分别与例如臂段106、108的对应旋转轴同轴布置。例如，如后面更详细描述的，光学编 码器系统对例如每个臂段106、108绕对应的轴线的旋转（回转）或横向（铰链）运动进行 检测，并且将信号传送给AACMM 100内的电子数据处理系统。每个独立的原始编码器计数 作为信号被分别发送给电子数据处理系统，在电子数据处理系统中，该信号被进一步处理 成测量数据。如在共同转让的美国专利N〇.5,402,582( '582)所公开的，不需要从AACMM 100本身分离出位置计算器（例如，串行套筒）。
[0030] 基座116可以包括附接设备或安装设备120。例如，安装设备120使得AACMM 100 能够可拆卸地安装到期望位置处，例如检查台、机械加工中心、墙壁或地板上。在一个实施 方式中，基座116包括用以在AACMM 100移动时给操作者提供方便的位置来握住基座116 的手柄部122。在一个实施方式中，基座116还包括用以向下折叠以展示出诸如显示屏的用 户接口的可移动盖部124。
[0031] 根据一个实施方式，便携式AACMM 100的基座116包含或容置电子数据处理系统， 该电子数据处理系统包括两个主要组成部件：基座处理系统，其对来自AACMM 100内的各 种编码器系统的数据以及表示其它臂参数的数据进行处理，以支持三维（3D)位置计算；以 及用户接口处理系统，其包括车载操作系统、触摸屏显示器以及常驻应用软件，该常驻应用 软件使得能够在AACMM 100内实现相对完整的计量功能而无需连接到外部计算机。
[0032] 基座116中的电子数据处理系统可以与编码器系统、传感器以及远离基座116布 置的其它外围硬件（例如，可以安装至AACMM 100上的可拆卸手柄126或安装在可拆卸手 柄126内的LLP)进行通信。支撑这些外围硬件设备或部件的电子装置可以位于处于便携 式AACMM 100内的各轴承套筒组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2A所示的实 施方式包括电子数据处理系统210,电子数据处理系统210包括用于实现基座处理系统的 基座处理器板204、用户接口板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。用户接口板202包括用于执行应用软件以实现用户接口、显示以及文中所描 述的其它功能的计算机处理器。
[0034] 如图2A至图2D所示，电子数据处理系统210经由一个或更多个电气总线218A、 218B、218C、218D与前述的多个编码器系统进行通信。应理解，例如，数据处理系统210可以 包括被配置成使输出信号和输入信号适于光学总线219A?219D和电气总线218A?218D 的附加组成部件，例如连接器211。例如，光学信号与电信号之间的转换可以通过与图2A相 关联的电路板上的被配置成在光学信号与电信号之间进行转换的组成部件来实现。为了清 楚起见，在图2中没有示出所有这些组成部件。在图2所描绘的实施方式中，每个编码器系 统生成编码器数据并且包括：编码器总线接口 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。可以将诸如应变传感器的其它设备附接至电气总 线218或光学总线219。
[0035] 此外，图2E示出了与电气总线218E和光学总线219E通信的探头端电子装置230。 探头端电子装置230包括探头端DSP 228、温度传感器212、经由实施方式中的快速连接接 口与手柄126或LLP 242连接的手柄/LLP电气总线240和总线241、以及探头接口 226。总 线241可以是电气总线、光学总线或者包括光学信号和电信号两者的总线。快速连接接口 使得能够通过手柄126访问用于LLP和其它附件的电气总线240和总线241。电气总线可 以包括数据线、控制线和电源线。光学总线可以包括数据线和控制线。在一个实施方式中， 探头端电子装置230位于AACMM 100上的测量探头壳体102中。在一个实施方式中，可以 从快速连接接口拆除手柄126,并且可以由经由手柄/LLP电气总线240或光学总线241与 AACMM 100的探头端电子装置230进行通信的激光线性探头（LLP) 242执行测量。应理解， 尽管电气总线218和光学总线219被描述为单独的组成部件，但是每个总线218、219可以 由串联连接以在AACMM 100内传送信号的多个单独的总线段（例如，总线218A?218E，总 线219A?219E)形成。如文中所详细讨论的那样，可以通过具有电滑环221A?221D和光 耦合器223A?223D的旋转耦合器（图10和图11)将每段分开。
[0036] 在一个实施方式中，电子数据处理系统210位于AACMM 100的基座116中，探头 端电子装置230位于AACMM 100的测量探头壳体102中，以及编码器系统位于轴承套筒组 110、112、114中。探头接口 226可以通过任何合适的通信协议与探头端DSP 228连接，通信 协议包括来自美信集成产品公司（Maxim Integrated Products, Inc.)的包含Ι-wire?通 信协议236的商业可用产品。光学总线219可以被选择成符合标准通信协议，诸如通用串 行总线（USB) 1.0、USB 2.0、USB 3.0、千兆以太网（IEEE802. 3-2008标准）、外围组件互连 (PCI)Express、火线（Firewire)、摄像头链路或任何其它定义的协议。
[0037] 图3A至图3C是描述根据实施方式的AACMM 100的电子数据处理系统210 (图2A) 的详细特征的框图。在一个实施方式中，电子数据处理系统210位于AACMM 100的基座116 中并且包括基座处理器板204、用户接口板202、基座电源板206、蓝牙�？�232以及基座倾 斜�？�208。
[0038] 在图3A至图3C所示的实施方式中，基座处理器板204包括本文所示的各种功能 块。例如，基座处理器功能302用来支持对来自AACMM 100的测量数据的收集并且经由电 气总线218、光学总线219和总线控制�？楣δ�308来接收原始臂数据（例如编码器系统数 据）。存储功能304存储程序和静态AACMM配置数据。例如，基座处理器板204还包括用 于与任何外部硬件设备或附件进行通信的外部硬件选择端口功能310,例如但不限于经由 HDMI端口 311与图形监测器或电视机进行通信，经由端口 313、USB 3. 0端口 315与音频设 备进行通信，以及经由端口 317与闪存（SD)卡进行通信。实时时钟（RTC)和日志306、电池 组接口（IF) 316以及诊断端口 318也被包含在图3所示的基座处理器板204的实施方式的 功能中。
[0039] 基座处理器板204还管理与外部设备（主机计算机）和内部设备（显示处理器 328)的所有有线数据通信和无线数据通信。基座处理器板204具有经由千兆以太网功能 320(例如，使用例如电气和电子工程师协会（IEEE) 1588的时钟同步标准）与以太网网络进 行通信的能力、经由LAN功能322与无线局域网（WLAN)进行通信的能力、以及经由并行-串 行通信（PSC)功能314与蓝牙�？�232进行通信的能力。基座处理器板204还包括至通用 串行总线（USB 3. 0)设备312的连接。
[0040] 例如在前述的'582专利中所公开的串行套筒中那样，基座处理器板204传送并收 集原始测量数据（例如编码器系统计数、温度读数）以处理成测量数据，而不需要任何预处 理。基座处理器204经由RS485接口（IF) 326将经处理的数据发送至用户接口板202上的 显示处理器328。在一个实施方式中，基座处理器204还将原始测量数据发送至外部计算 机。
[0041] 现在转到图3中的用户接口板202,显示处理器328上执行的应用程序利用通过基 座处理器所接收的角度和位置数据，以在AACMM 100内提供自主计量系统。可以在显示处 理器328上执行应用程序以支持下述功能，所述功能例如但不限于：测量特征、引导和训练 图形、远程诊断、温度校正、控制各种操作特征、连接至各种网络以及显示测量对象。连同显 示处理器328和液晶显示器（IXD) 338 (例如，触摸屏IXD)用户接口一起，用户接口板202 包括多个接口选项，包括：存储器332、USB主机接口 334、诊断端口 336、摄像头端口 340、音 频/视频接口 342、拨号/赛尔（cell)调制解调器344以及全球定位系统（GPS)端口 346。
[0042] 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和电池充电器控制器360 给电子数据处理系统210提供电力。基座电源板206使用集成电路间（I2C)串行单端总线 354以及经由DMA串行外围接口（DSPI) 356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连接到倾斜传感器和射频 识别（RFID)�？�208。
[0043] 虽然示出为单独的组成部件，但在其它实施方式中，所有组成部件或组成部件的 子集可以物理上位于不同的位置和/或以与图3中所示的方式不同的方式进行功能性组 合。例如，在一个实施方式中，基座处理器板204和用户接口板202被组合成一个物理板。
[0044] 现在参照图1和图4,示出了具有集成显示器的AACMM 100的实施方式。AACMM 100 包括基座116,基座116包括被布置成与光学总线219通信或者经由一个或更多个电气总 线218进行通信的电子数据处理系统210。光学总线219或电气总线218所承载的数据可 以来自与轴承套筒组110、112、114相关联的编码器或来自臂附件。基座116包括在一端上 具有安装设备120以及在相对端上具有轴承套筒组114和臂部104的壳体399。在一侧上， 壳体399包括凹部403。凹部403由内壁405、第一侧壁407、第二侧壁409以及端壁411限 定。侧壁407、409布置成相对于AACMM 100的安装平面一定角度，使得凹部403从与安装 设备120相邻的端部至与臂部104相邻的端部逐渐减小。与端壁411相邻，壳体399包括 尺寸被设置成有利于操作者携带AACMM 100的手柄部122。
[0045] 在一个实施方式中，凹部403包括尺寸被设置成容纳电池414的开口。电池414被 可拆卸地设置在壳体399中并且通过可移动地设置在壁405中的闩415固定。闩415可以 包括咬合电池414的表面并防止意外拆卸的突出部。电池414可以耦接至电池组接口并且 在AACMM 100没有连接至外部电源（例如，壁装电源插座）时给AACMM 100提供电力。在 示例性实施方式中，电池414包括与电子数据处理系统210通信并且传送包括但不限于如 下信号的信号，以使得AACMM能够以可控的方式关闭，该信号为：电池充电水平；电池类型； 型号；生产厂家；特性；放电率；预测剩余量；温度；电压；以及将放尽电警报。
[0046] 例如，在壁405上还可以设置耦接至电子数据处理系统210的一个或更多个外部 端口，诸如闪存卡端口 317、USB 3. 0端口 315、HDMI端口 311和音频接口 313。外部端口被 布置成在可移动盖部124从闭合位置（图1)移动到打开位置（图4)时用户能够进行访问。
[0047] 可移动盖部124包括安装至用于将可移动盖部124耦接至端壁411的铰链的壳体 构件423。在示例性实施方式中，当可移动盖部124处于打开位置时，可移动盖部124被布 置成相对于内壁404成钝角。应理解，可移动盖部124可连续旋转，并且该打开位置可以是 操作者能够访问和使用显示屏的任何位置。
[0048] 可移动盖部124还包括设置在一侧上并且耦接至壳体构件423的面部构件424。 面部构件424包括尺寸被设置成允许观看显示器428的开口 425。壳体构件423和面部构 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内部部分的薄壁结构。在一 个实施方式中，壳体构件423或面部构件424可以由其它材料制成，例如，包括但不限于钢 或铝金属板。
[0049] 在可移动盖部124内布置具有显示屏428的显示器428。显示器428被安装至面 部构件424。显示器428提供使得操作者能够在不利用或连接外部主机的情况下与AACMM 100进行交互和对AACMM 100进行操作的用户界面。显示器428可以包括具有如下用于检 测触摸的元件的触敏屏，这些元件包括但不限于：电阻元件；表面声波元件；电容元件；表 面电容元件；投射电容元件；红外光电探测器元件；应变仪元件；光学成像元件；色散信号 元件；或声音脉冲识别元件。显示器428被布置成与用户接口板202和基座处理器板204 双向通信，以使得操作者启动显示器428可以导致一个或更多个信号传送至显示器428或 从显示器428传送一个或更多个信号。在一个实施方式中，显示器428被配置成显示数据， 诸如经由光学总线219传送的高清晰度视频图像。
[0050] 现在参照图5至图8,示出了探头端401的如下示例性实施方式：其包含具有快 速连接的机械和电气接口的测量探头壳体102,所述快速连接的机械和电气接口使得可拆 卸和可互换的设备400能够与AACMM 100耦接。在示例性实施方式中，设备400包括外壳 402,外壳402包括尺寸和形状被设置成可以握在操作者的手中的手柄部404,诸如手枪把 手。外壳402是具有腔406 (图7)的薄壁结构。腔406的尺寸被设置并且被配置成容纳控 制器408。控制器408可以是例如具有微处理器的数字电路，或模拟电路。在一个实施方式 中，控制器408与电子数据处理系统210(图2和图3)进行异步双向通信。控制器408与 电子数据处理系统210之间的通信连接可以是无线的、有线的（例如，经由总线218)或者 光学（例如，经由总线219)连接。通信连接还可以包括直接或间接无线连接（例如蓝牙或 IEEE 802. 11)或者是有线连接、光学连接和无线连接的组合。例如，在示例性实施方式中， 外壳402例如由注射模制的塑料材料形成为两个半部410、412。例如，半部410、412可以通 过诸如螺钉413的紧固件固定在一起。在其它实施方式中，外壳的半部410、412可以通过 例如粘合剂或超声波焊接固定在一起。
[0051] 手柄部404还包括可由操作者手动激活的按钮或致动器416、417。致动器416、 417被耦接至用于将信号传送给探头壳体102内的控制器420的控制器408。在示例性实 施方式中，致动器416、417执行位于探头壳体102上的、与设备400相对的致动器422的功 能。应理解，设备400可以具有用于控制设备400、AACMM 100的额外的开关、按钮或其它致 动器，反之亦然。此外，设备400可以包括例如指示器，诸如发光二极管（LED)、声音发生器、 仪表、显示器或计量器。在一个实施方式中，设备400可以包括允许口头说明与测量点同步 的数字语音记录器。在又一实施方式中，设备400包括使操作者能够将语音激活命令传送 给电子数据处理系统210的麦克风。
[0052] 在一个实施方式中，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还可以被配置成便于有残疾的操作者（例如缺失手指的 操作者或具有假臂的操作者）使用。另外，当间隙空间有限时，可以拆除手柄部404,而独立 使用探头壳体102。如上所述，探头端401还可以包括AACMM 100的第七轴线的柱。在本实 施方式中，设备400可以被布置成绕AACMM的第七轴线旋转。
[0053] 在一个实施方式中，探头端401包括与探头壳体102上的第二连接器协作的机械 和电气接口。连接器可以包括允许将设备400耦接至探头壳体102的电气和机械特征。在 一个实施方式中，接口 426包括其上具有机械耦接器432、第一电连接器434以及第二电连 接器435的第一表面430。外壳402还包括被定为成与第一表面430相邻并且从第一表面 430偏离的第二表面436。在示例性实施方式中，第二表面436是从第一表面430偏移约0. 5 英寸距离的平面。如将在后面详细描述的，当操作者拧紧或松开诸如套环438的紧固件时， 这个偏移为操作者的手指提供了间隙。接口 426提供了在设备400与探头壳体102之间的 相对快速且牢固的电连接而不需要使连接器插脚对准，并且不需要单独的电缆或连接器。
[0054] 第一电连接器434从第一表面430延伸并且包括一个或更多个连接器插脚440， 例如，一个或更多个连接器插脚440经由一个或更多个总线218以异步双向通信的方式与 电子数据处理系统210(图2和图3)电耦接。双向通信连接可以是有线的（例如经由总线 218)、无线的（例如蓝牙或IEEE 802. 11)、或有线连接和无线连接的组合。在一个实施方式 中，第一电连接器434电耦接至控制器420。例如，控制器420例如可以经由一个或更多个 电气总线218与电子数据处理系统210进行异步双向通信。
[0055] 类似地，第二电连接器435邻近电连接器434从第一表面430延伸。第二电连接 器435可以包括经由光学总线219以异步双向通信的方式与电子数据处理系统210电耦接 的一个或更多个连接器插脚。在示例性实施方式中，第二电连接器435使得能够进行高速 数据传输。在一个实施方式中，经由第二电连接器的数据传输大于12兆字节每秒并且兼容 通用串行总线标准。在另一实施方式中，经由第二电连接器435的数据传输高达625兆字 节每秒并且兼容USB 3.0标准。在又一实施方式中，经由第二电连接器435的数据传送高 达125兆字节每秒并且兼容千兆以太网（IEEE802. 3-2008)标准。
[0056] 如将在后面详细讨论的，第二电连接器435经由探头壳体102内的收发器421耦 接至电子数据处理系统210。收发器421被配置成将来自连接器435的电信号转换成光学 信号。收发器在光学通信介质与电通信介质之间提供双向通信。在示例性实施方式中，收 发器421经由第二电连接器435接收电信号并且将电信号传送至设备400以及经由光学总 线219接收和传送光学信号。在一个实施方式中，收发器421与控制器420集成。在另一实 施方式中，第二电连接器435是光学连接器并且可以省略收发器421。在一个实施方式中， 总线241还可以包括电信号线和光学信号线两者，在该情况下，当允许光学信号通过时，收 发器421仅用于将电信号转换成光学信号。应理解，在总线241仅是光学总线的实施方式 中，可以省略收发器421。
[0057] 电连接器434、435被定位成提供与探头壳体102上的相应的电连接器的相对快速 且牢固的电连接。当将设备400附接至探头壳体102时，这些电连接器相互连接。这些电 连接器可以分别包括金属包裹的连接器壳体，所述金属包裹的连接器壳体提供对电磁干扰 的屏蔽，以及保护连接器插脚并且在将设备400附接至探头壳体102的过程期间协助插脚 对准。
[0058] 机械耦接器432在设备400与探头壳体102之间提供相对刚性的机械耦接以支持 相对精确的应用，其中设备400在AACMM 100的臂部104的端部上的位置优选地不偏移或 移动。任何这样的移动通�？赡芤鸩饬拷峁鹊牟黄谕耐嘶�。利用本发明实施方式 中的快速连接的机械和电子接口的机械附接配置部分的各种结构特征可以实现这些期望 的结果。
[0059] 在一个实施方式中，机械耦接器432包括位于一端448 (设备400的前缘或"前 部"）上的第一突出部444。第一突出部444可以包括构成从第一突出部444延伸的边缘 446的以栓加固的、有凹口的或有坡度的接口。将边缘446的尺寸设置成适于被容纳在由 从探头壳体102延伸的突出部452限定的槽450中（图8)。应理解，第一突出部444和槽 450连同套环438形成耦接器装置，以使得在边缘446位于槽450内的情况下，可以使用槽 450来限制在设备400被附接到探头壳体102时设备400的纵向和横向移动两者。如将在 下面更详细描述的，可以使用套环438的旋转来将边缘446固定在槽450内。
[0060] 与第一突出部444相对，机械耦接器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，有凹口的边缘或有坡度的接口表面456(图6)。例如，第二突出 部454被定位成啮合与探头壳体102相关联的紧固件，诸如套环438。机械耦接器432包括 从表面430突出的凸起表面，该凸起表面与电连接器434相邻或布置在电连接器434附近， 这给接口 426提供了枢轴点。这在设备400附接到探头壳体102时用作设备400与探头壳 体102之间的三个机械接触点中的第三个机械接触点。
[0061] 探头壳体102包括同轴地布置在一端上的套环438。套环438包括在第一位置（图 5)和第二位置（图7)之间可移动的螺纹部。通过旋转套环438,套环438可用于紧固或拆 除设备400而不需要外部工具。套环438的旋转使套环438沿相对粗糙的、方螺纹的圆柱 体474移动。使用这种相对大尺寸、方螺纹且波状（contoured)的表面可以以最小的转矩 来实现大的夹紧力。圆柱体474的螺纹的大螺距还使套环438能够以最小的旋转来被拧紧 或松开。
[0062] 为了将设备400耦接至探头壳体102,将边缘446插入到槽450中并且使设备枢转 以便如箭头464所指示的使第二突出部454朝表面458旋转（图5)。旋转套环438以使得 套环438沿箭头462所示的方向移动或平移成与表面456接合。套环438抵靠有角度的表 面456的移动驱使机械耦接器432抵靠凸起表面460。这有助于克服接口表面上的外来对 象或接口的变形的潜在问题，这些潜在问题会影响设备400到探头壳体102的刚性安置。套 环438对第二突出部454施加力使得机械耦接器432向前移动以将边缘446按压至探头壳 体102的基座上。当继续拧紧套环438时，使第二突出部454向上压向探头壳体102,从而 在枢转点上施加压力。这提供了一种跷跷板类型的布置，给第二突出部454、边缘446和中 心枢转点施加压力以减少或消除设备400的偏移或摇摆。枢转点直接压靠到探头壳体102 的底部，同时边缘446在探头壳体102的端部上施加向下的力。图6包括箭头462、464以 示出设备400和套环438的移动方向。应理解，设备400的表面436的偏移距离提供了套 环438与表面436之间的间隙（图7)。间隙使操作者能够在套环438上获得更牢固的夹 持，同时降低随着套环438的旋转而夹痛手指的危险。在一个实施方式中，探头壳体102具 有足够的硬度以减少或防止在套环438拧紧时探头壳体102变形。
[0063] 探头端401与臂部104的端部的耦接创建了光学总线219与收发器421之间的通 信连接。这个耦接还创建了总线218与控制器420之间的通信连接。以此方式，可以通过 总线218、219两者传送和接收信号。应理解，理想的是臂部104的段106、108和探头端401 在若干个旋转轴线上是可旋转的，以使得探头端401可以被定位成执行期望的测量而不限 制用户。因此，针对每个旋转接合点，在每个轴承套筒组110、112、114处执行一个或更多个 电气连接和光学连接。这些连接使得臂部104能够移动和旋转而不干扰电导体或光导体。
[0064] 现在参照图9至图11，示出了使用例如包括滑环组件的轴承套筒组（例如轴承套 筒组110)的臂部旋转连接的示例性实施方式，该滑环组件使得臂段能够旋转同时使得光 纤或电导体能够穿过臂部。如上面所讨论的，例如，关节臂的每个旋转连接利用模块化轴承 /编码器套筒（诸如套筒500或502)。这些套筒500、502被安装在双管套接合504、506的 开口中。每个管套接合504、506包括具有第一凹部或管套510的第一圆柱形延伸部508以 及具有第二凹部或管套514的第二圆柱形延伸部512。尽管可以采用其它相对的、角度配 置，但是通常将管套5KK514彼此定位成90°。套筒502被定位在双管套接合504、506的 每个管套516中以限定铰链接合，同时套筒500被定位在接合506的管套510中以分别限 定纵向回转接合。�？榛岢�/编码器套筒500、502提供以下优点：允许分开制造其上安 装有模块化编码器组成部件的预应力或预加载的双轴承套筒。然后，这个轴承编码器套筒 可以固定地附接至例如关节臂部104的外部骨架组成部件（诸如双管套接合504、506)。这 种套筒的使用有利于对关节臂部104的这些复杂的子组件进行高质量、高速的生产。
[0065] 在一些实施方式中，可以存在多达四种不同的套筒类型，两种使得能够回转旋转 的"长"轴线套筒，以及提供铰链接合的"短"套筒。每个套筒包括预加载的轴承布置和可 以包括数字编码器的检测器。虽然套筒的长度可以变化，但出于示例性的目的，将关于套筒 500描述所有类型的套筒。
[0066] 如图10所示，套筒500A包括通过内套管（sleeve) 522和外套管524隔开的一对 轴承518、520。期望轴承518、520是预加载的。在本实施方式中，这种预加载是通过不同 长度的套管522、524提供的，以使得当拧紧时，在轴承518、520上生成预选的预加载力。使 用密封件526对轴承518、520进行密封，其中这个组件被可旋转地安装至轴528。在轴528 的上表面处，轴528在轴上部壳体530处终止。环形件532被限定在轴528与轴上部壳体 530之间。该整个组件被定位在外部套筒壳体534内，使用内螺母527和外螺母529的组合 将轴528及其轴承组件固定地附接至壳体534。应注意，在组装时，外壳534的上部被容纳 到环形件532内。应理解，当拧紧用于给轴承提供压缩力的内螺母和外螺母时，预加负荷被 提供给轴承518、520,并且由于内垫片（spacer)522与外垫片524之间的长度差，将实现所 需的预加载水平。
[0067] 在一个实施方式中，轴承518、520为双滚珠轴承。为了获得期望的预加载，重要的 是轴承表面要平行。平行度影响绕轴承的圆周的其它预加载的均匀性。不均匀加载使轴承 产生粗糙的不均匀运行扭矩的感觉，并且可以导致不希望的径向跳动以及或降低编码器性 能。垫片522、524用于增强轴承的间隔。在示例性实施方式中，套筒壳体534和垫片522、 524由铝制成，并且被加工成期望的长度和平行度。因为针对内垫片和外垫片使用共同的材 料，所以温度的变化不会产生可能有损于预加载的膨差。因为对轴承的任何污染可能会影 响到所有的旋转运动和潜在的编码器精度，所以使用密封件526来提供密封的轴承。
[0068] 虽然在示例性实施方式中，套筒500A包括一对轴承，但是套筒500A还可以包括单 个轴承或者三个或更多个轴承。因此，每个套筒包括至少一个轴承。在一个实施方式中，可 以将光学编码器系统布置在端部554中。编码器系统包括盘562和一个或更多个读取头 563。编码器系统包括可测量特征的图案。读取头中的光源将光发送至盘图案，并且通过读 取头上的光学检测器接收从读取头反射或透射的光。该信息用来确定旋转角。
[0069] 套筒既可以不受限地旋转，也可以仅允许受限的旋转。对于受限的旋转，在一个实 施方式中，壳体534的外表面上的凸缘538的凹槽536提供容纳梭子（未示出）的圆筒形 轨道。例如，梭子在轨道536内行进直到梭子抵靠可拆卸的梭子止动件（例如旋转止动件 设置螺钉）为止，从而将阻止进一步的旋转。
[0070] 在示例性实施方式中，如图10所示，套筒500是套筒500A。对于不受限旋转，套筒 能够自由地移动。例如，在本实施方式中，旋转耦合器（例如光学回转节540)用于使信号 能够在光纤电缆219C、219D上行进以通过接合。轴528具有穿过其的开口 542。被定位在 开口 542内的是光学回转节540。光纤电缆219C经由上部壳体530中的通道544进入套筒 500A。光纤缆线219进入被固定抵至开口 542的上部内的肩部548的轴套（bushing) 546。 与轴套546的端部平齐地相邻安装的是耦接至光纤电缆219C的端部的渐变折射率棒形透 镜 550。
[0071] 类似地，光纤缆线219D经由壳体534的端部554中的通道552进入套筒500A。光 纤缆线219D进入被固定至下部554的轴套556。与轴套556的另一端平齐地相邻安装的是 另一渐变折射率棒形透镜558。渐变折射率棒形透镜558耦接至光纤缆线219D的端部。
[0072] 透镜550、558形成使得来自光纤缆线219C、219D的信号能够通过透镜之间的间隙 的光耦合器。对透镜550、558的焦距进行选择，以使得每个透镜将来自光纤的光学信号准 直成平行光束或轴向指向另一透镜的光柱。接收透镜将接收准直光束并且将其聚焦至相应 的光纤219C、219D的端部。透镜550、558的相对面的直径基本上大于光纤缆线219C、219D 的可比较直径。因此，轴向未对准的透镜550、558导致比同样轴向未对准的裸光纤端部出 现明显较少的中断。此外，对旋转耦合器内的光学信号的准直允许透镜间隙明显大于用于 维持可比较光纤耦合传送的直接光纤至光纤回转节中的光纤之间的间隙。在一个实施方式 中，透镜间隙小于1/10英寸。在一个实施方式中，光学回转节540是由穆格有限公司（MOOG， Inc)生产的型号为F0228的光纤回转节。
[0073] 应理解，具有光学回转节540的套筒500A形成旋转接口，该旋转接口使得轴528 能够独立于壳体534旋转，同时仍使信号能够通过旋转连接传送。在示例性实施方式中，轴 528和壳体534可以以不受限旋转的方式运动。光学回转节540仅执行信号传送功能并且 是非结构化的，这意味着光学回转节540不给旋转连接提供机械功能。应理解，这提供了以 下优点：使得信号能够沿着臂部104的长度传送，同时仍使臂部104的各部分或段能够自由 地旋转。
[0074] 现在参照图11，例如，套筒500的另一实施方式是被示出具有混合旋转耦合器（例 如滑环560)的套筒500B。混合滑环560包括安装在开口 542内抵靠肩部548的轴套546。 光纤缆线219C通过通道544进入套筒并且延伸至轴套546。渐变折射率棒形透镜550被平 齐地安装至轴套546的端部。在本实施方式中，包括至少一个电导体的电缆218C也通过通 道544进入并且进入轴套546。至少一个接触环564耦接至电缆218C内的导体并且被安装 至开口 542内的轴套546的端部。
[0075] 混合滑环560还包括经由通道552进入壳体534的端部554并且延伸至轴套556 的光纤缆线219D。渐变折射率棒形透镜558被平齐地安装至轴套556的端部。第二电缆 219D经由通道552进入壳体534并且进入轴套556。可以作为接触环的至少一个传送构件 568耦接至电缆218D内的导体并且被安装至开口 542内的轴套556的端部。接触环564 和传送构件568被布置成在操作期间彼此滑动接触以使得电信号能够在其间穿过。例如， 传送构件568可以由适合的材料（例如金属或石墨）制成。在另一实施方式中，传送构件 568可以是被布置成与接触环564的外径接触的一个或更多个刷子。如上面所讨论的，在 操作期间，在光纤缆线219C、219D上传送的信号经由透镜550、558穿过接合点。信号在电 缆218C、218D上传送以经由接触环564和传送构件568穿过接合点。在一个实施方式中， 被配置成在集成组件中提供电信号和光学信号两者的传送的混合滑环560可以是可来自 穆格有限公司的型号H18。
[0076] 应理解，套筒500B中使用的滑环可以容纳多个电导体。通过滑环的通信可以是单 向的、双向的、同步或异步的通信。在一个实施方式中，总线218使得能够通过该总线传送 数据信号和电力。
[0077] 光学回转节540和滑环560可以用在除了图9中的套筒500、502以外的其它接合 配置中。图12示出了绕轴线570可旋转的探头端401。在本实施方式中，探头端401包括 一对轴承572、574。轴承572、574使得探头端401能够绕轴576相对于耦接至臂401的端 部的壳体578旋转。在壳体578内布置旋转耦合器580,旋转耦合器580可以是图10中所 示的旋转耦合器540或图11中所示的旋转耦合器560。旋转耦合器540、560被配置成使得 信号能够从探头端401传送至臂部104。光学总线219E从探头端401中的控制器（未示 出）穿过轴576延伸至旋转耦合器580。类似地，总线218E从控制器穿过轴576延伸至旋 转耦合器580。总线218D、219D耦接至旋转耦合器580的一端并且穿过旋转耦合器580进 入臂部104。因此，旋转耦合器580提供通过总线218、219在探头端401与臂部104之间的 信号传送功能。
[0078] 现在参照图13,例如，光学回转节540和滑环560也可以用在臂段（例如臂段106) 中。在本实施方式中，臂段106包括内轴582和外壳584。内轴582被配置成独立于外壳 584旋转。内轴582在被布置在内轴582的相对端部上的第一轴承586和第二轴承588上 旋转。如上面所讨论的实施方式，轴承586、588可以被预加载并且按压适配至壳体584中。 旋转耦合器590布置在臂段106的一端上。在本实施方式中，旋转耦合器590可以是图10 中的旋转耦合器540或图11中的旋转耦合器560,旋转耦合器590被配置成使得信号能够 在被布置在内轴582的端部592处的总线218A、219A与耦接至内轴582的总线218B、219B 之间传送。因此，可以传送信号而不妨碍内轴582的旋转。
[0079] 图14所示的又一实施方式示出了提供具有两个旋转轴的旋转连接，其中一个连 接提供大于360度的旋转。在本实施方式中，旋转连接具有尺寸被设置成容纳编码器组件 596的壳体594。编码器组件596包括具有一对轴承598、600的壳体597,轴承598、600限 定轴602相对于壳体597旋转所绕的旋转轴。旋转编码器604绕轴602布置，其响应于轴 602的旋转生成信号。在一个实施方式中，旋转编码器604包括耦接至轴602且随轴602旋 转的编码器盘605以及耦接至壳体597的读取头607。编码器盘包括通过读取头照射的多 个可测量特征。由读取头接收通过盘反射或透射的光并且用于获得角度读数。盖599被配 置成将编码器组件596封入到壳体594内。
[0080] 轴602包括延伸穿过其的孔603。孔603的尺寸被设置成容纳至少部分地设置在 其中的旋转耦合器606。总线518B、519B的第一段被容纳在孔603的一端并且耦接至旋转 耦合器606的第一半部609。第一半部609相对于壳体597固定。总线518C、519C的第二 段耦接至旋转耦合器606的第二半部611。第二半部611被固定至孔603并且随轴602旋 转。旋转耦合器606在操作上基本上类似于光学回转节540、560,以使得信号能够在总线 518B、519B与总线518C、519C之间传送而不妨碍轴602相对于编码器组件596的旋转。
[0081] 总线218、219使得能够在数据处理系统210与探头端401之间双向、异步地传送 信号。如图15所示，在一些应用中，可能希望在探头端401上连接多个设备或附件。例如， 可能希望将激光线性探头242和高清摄像头两者分别连接至探头端。在一个实施方式中， 多个连接点通过单独的光学总线耦接至电子数据处理系统210。在另一实施方式中，探头端 401包括与收发器421耦接的单个光学总线219E。收发器421允许光通信介质与电通信介 质之间的双向通信。与光学总线219E相反，收发器421连接至路由设备495,例如集线器 (用于USB 3. 0连接）或交换机（用于千兆以太网连接）。路由设备495使得多个附件设 备能够与单个光学总线219E耦接。
[0082] 在本发明的其它实施方式中，耦接至AACMM 100的设备400可以包括利用光学总 线219E的高传输速率将数据传送至电子数据处理系统210的功能性设备。设备400可以 是，但不限于高清晰度静止摄像头、高清晰度摄像机（例如大于1280X720像素）、条形码 扫描仪、热扫描仪、音频记录系统，图像投影仪、飞行时间扫描仪、飞点扫描仪，结构化光扫 描仪以及IR温度计。在一个实施方式中，设备400可以包括多个摄像机，例如，包括但不限 于"微型"摄像头、"超微型"摄像头或三维图像摄像头。在一个实施方式中，设备400可以 包括如在共同转让的美国专利7, 804, 602所述的题为"用于重新定位关节臂坐标测量机的 设备和方法（Apparatus and Method for Relocating an Articulating-Arm Coordinate Measuring Machine) "中所描述的回射器保持器，该申请的全部内容通过引用合并到本文 中。在另一实施方式中，设备400可以包括如在共同拥有的美国专利5, 412, 880的题为 "使用三维坐标测量设备构建可测量的量的三维映射的方法（Method of Constructing a 3-Dimensional Map of a Measurable Quantity Using Three Dimensional Coordinate Measuring Apparatus) "中所描述的超声波探头，该申请的全部内容通过引用合并到本文 中。在一个实施方式中，设备400包括多个功能，例如图像投影仪和激光线性探头。图像 (例如CAD)数据可以经由总线218E传送至图像投影仪，同时可以经由光学总线219E传送 通过LLP图像传感器获得的数据。应理解，这些设备的集成可以提供下述优点：使操作者能 够获取更快以及具有更高可靠度的测量。例如，采用附接的静止摄像头或摄像机设备，操作 者可以记录采用该设备测量的对象的图像或高清图像。图像数据可以经由光学总线219传 送，同时测量数据经由总线218同时传送。例如，这些图像可以被显示在显示器328上，经 由HDMI端口 311输出至视频监测器或纳入检查报告中。在一个实施方式中，操作者可以经 由用户接口板202将图形标记放置在所显示的图像上以限定测量点。以此方式，操作者可 以随后从存储器中调用被标记的图像并且快速查看在哪进行测量。在其它实施方式中，捕 获被测对象的视频。然后，视频经由用户接口板202重播以帮助操作者对待检查的下个对 象进行重复多个测量，或作为新操作者的训练工具。
[0083] 在又一实施方式中，设备被配置成具有喷嘴的喷漆设备。在本实施方式中，设备 400接收来自电子数据处理系统210的信号并且选择性地从一个或更多个喷射嘴喷射一种 或更多种颜色，一个或更多个喷射喷嘴中的每个连接至各自具有单个涂料颜色（如红，绿 和蓝）的贮存器。应理解，喷射嘴还可以是将涂料滴、墨滴、颜料滴或印模沉积到表面上的 喷墨型喷射机构。喷墨嘴可以包括但不限于：连续喷墨打印机、热喷墨打印机和压电喷墨打 印机。由于电子数据处理系统已知探头壳体102的位置和方位，所以设备可以接收命令以 在特定位置处喷射特定颜色来与存储在存储器中的所希望的图像匹配。因此，随着操作者 横跨所期望的表面（如壁）移动设备400,图像或图片可以通过设备400再现。这个实施方 式还可以提供以下优点：例如，在制造环境中，在制品（例如片金属）上创建布局标记。
[0084] 在另一实施方式中，例如，AACMM 100可以在手术室中使用。医生可以使用便携式 AACMM来确定制造切口或发现肿瘤的位置、将探头或测量设备118的位置与来自计算机轴 向断层数据的三维数据关联的位置。在这种情况下，设备400中的投影仪可以经由光学总 线接收图像信号并且将图像投影至患者，提供CAT扫描影像的实际的复制或标记以引导外 科医生。通过手动操作机器人远程执行的手术可以以如上所述相同的方式使用投影系统。
[0085] 在AACMM用在制造环境中的应用中，具有投影仪的设备400可以给根据3D CAD或 图像文件驱动的需要定位的各种操作提供引导。这包括，例如：给铆钉、仪器仪表、附件钻 孔；给汽车、飞机、公共汽车或大型部件贴花或应用背胶带；研磨/磨光表面或焊接点直到 他们符合图纸要求；以及将钉子或螺钉定位到保护层后面的螺栓或结构化构件的位置。
[0086] 本发明的该方面的实施方式提供了对隐藏特征（例如管子、线路，管道或在壁、隔 板、地板的下方或锁着的门后面的其它对象）的可视化，有助于确定在哪可以安全地进行 切口。这些实施方式还提供了投影的可视化并且对钻孔、切割以及进入爆炸物的关键组成 部件进行引导（例如，当设备的3D CAD数据可用时）。
[0087] 根据本发明的该方面的实施方式，用于AACMM的投影系统将引导和部分数据（例 如，结构化CAD数据）投影到部件的表面上。投影系统还可以用来对在壁内、结构内或人体 内的图像进行投影以用于建筑改造、外科手术或其它侵入性操作。附接至臂的一个或更多 个微型投影仪可以将图像或数据投影到部件或表面上，或引导操作者。臂/投影仪组合可 以给被壁隐藏的、隐藏在人体内的、隐藏在爆炸设备等内的特征提供可视化。当存在对象的 3D记录（例如，CAD图纸、CAT扫描等）时，投影仪和臂的组合可以对显示特征的位置的图 像进行投影，仿佛穿过壁看到的一样。
[0088] 如本文所使用的，有关总线218的术语"总线"、"线"和"导体"可以互换使用，指 的是用于传送信号（例如同步脉冲和/或数据）的传输介质。
[0089] 例如，技术效果和益处包括用于在一个总线上传送臂位置信号并且同时在高速总 线（例如光学总线上）传送附件设备数据的能力。这导致可以通过响应于每个捕获信号使 更多的数据能够被收集而提高系统性能和吞吐量。另外，AACMM 100能够通过不要求所有 的附件设备符合用于收集位置数据的内部总线来支持更广泛的附件设备。
[0090] 如本领域的技术人员将理解的，本发明各方面可以实施为系统、方法或计算机程 序产品。相应地，本发明各方面可以采取整体硬件实施方式的形式，整体软件实施方式（包 括固件、常驻软件、微代码等）的形式或者对软件和硬件方面进行结合的实施方式的形式， 其在本文中统称为"电路"、"模块"或"系统"。此外，本发明各方面可以采取实施在一个或 更多个计算机可读介质中的计算机程序产品的形式，所述一个或更多个计算机可读介质包 含有计算机可读程序代码。
[0091] 可以使用一个或更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 机可读信号介质或计算机可读存储介质。例如，计算机可读存储介质可以是但不限于：电子 的、磁的、光学的、电磁的、红外的或半导体系统、装置或设备，或前述的任何合适的组合。计 算机可读介质的更具体的示例（非穷举列表）包括如下：具有一个或更多个线的电连接件、 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、便携式光盘只读存储器（CD-ROM)、光存储设备、磁存储设备，或 者前述的任何合适的组合。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介 质，该有形介质可以包含或存储有由指令执行系统、装置或设备使用的或与指令执行系统、 装置或设备有关的程序。
[0092] 例如，计算机可读信号介质可以包括在基带中或作为载波的一部分的包含有计算 机可读程序代码的传播数据信号。这种传播信号可以采取任何不同的形式，包括但不限于： 电磁的、光学的或其任何合适的组合。计算机可读信号介质可以为不是计算机可读存储介 质的并且可以对由指令执行系统、装置或设备使用的或与指令执行系统、装置或设备有关 的程序进行通信、传播或传送的任何计算机可读介质。
[0093] 可以使用任何合适的介质，包括但不限于：无线、有线、光纤电缆、RF等，或前述的 任何合适的组合，来传送计算机可读介质上所包含的程序代码。
[0094] 用于实现本发明各方面的操作的计算机程序代码可以以一种或更多中编程语言 的任何组合来编写，该编程语言包括面向对象编程语言例如Java、Smalltalk、C++、C#等， 以及传统过程式编程语言（例如"C"编程语言或类似的编程语言）。程序代码可以完全地 在用户的计算机上执行、部分地在用户的计算机上执行，作为独立软件包部分地在用户的 计算机上执行且部分地在远程计算机上执行或完全地在远程计算机或服务器上执行。在后 一种情形中，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 至用户的计算机，或者可以通过外部计算机（例如，通过使用因特网服务提供商的因特网） 来进行连接。
[0095] 通过参照根据本发明的实施方式的方法、装置（系统）和计算机程序产品的流程 图和/或框图来描述本发明的各方面。应理解，可以通过计算机程序指令来实现流程图和 /或框图中的每个块以及流程图和/或框图中的每个块的组合。
[0096] 可以将这些计算机程序指令提供给通用计算机的处理器、专用计算机的处理器或 其它可编程数据处理设备的处理器以产生机构，使得经由计算机的处理器或其它可编程数 据处理装置的处理器执行的指令来创建用于实现流程图和/或框图中的一个或更多个块 中所指定的功能/动作的装置。这些计算机程序指令还可以被存储在计算机可读介质中， 该计算机可读介质可以以特定的方式引导计算机、其它可编程数据处理装置或其它设备起 作用，以使得存储在计算机可读介质中的指令产生制品，该制品包括实现流程图和/或框 图中的一个或更多个块中所指定的功能/动作的指令。
[0097] 还可以将计算机程序指令加载至计算机、其它可编程数据处理装置或其它设备上 以使得待在计算机、其它可编程装置或其它设备上执行的一系列的操作步骤产生计算机实 现的处理，以使得在计算机或其它可编程设备上执行的指令提供用于实现流程图和/或框 图中的一个或更多个块中所指定的功能/动作的处理。
[0098] 附图中的流程图和框图示出了根据本发明各实施方式的系统、方法以及计算机程 序产品的可能实施方式的操作、功能和架构。在这方面，流程图或框图中的每个块可以表示 �？�、段或部分代码，所述�？�、段或部分代码包括用于实现一个或更多个特定的逻辑功能 的一个或更多个可执行指令。还应注意，在一些可替代的实施方式中，块中提到的功能可以 不以图中提到的顺序出现。例如，实际上，可以基本上同时执行连续显示的两个块，或者有 时可以以相反的顺序执行这些块，这取决于所涉及的功能。还应注意，可以通过执行特定功 能或动作的基于硬件的专用系统或专用硬件和计算机指令的组合来实现框图和/或流程 图中的每个块以及框图和/或流程图中的块的组合。
[0099] 虽然已经参照示例实施方式描述了本发明，但是本领域的技术人员应了解，在不 脱离本发明的范围的前提下可以对本发明进行各种变化以及可以用等同物替换本发明中 的元件。另外，在不脱离本发明的基本范围的前提下，可以做出多种修改以适于本发明的教 导的特定情况或材料。因此，本发明不限于所公开的作为实施本发明的最佳方式的特定实 施方式，并且本发明将包括落入所附权利要求书的范围内的所有实施方式。此外，术语第 一、第二等的使用不表示任何顺序或重要性，术语第一、第二等用于区分一个元件与另一个 元件。此外，术语一个、一等的使用不表示对数量的限制，而是表示存在被引用项目中的至 少之一。
【权利要求】
1. 一种便携式关节臂坐标测量机（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，所述臂部包括多个连接的臂 段，每个臂段包括用于产生位置信号的至少一个位置检测器，其中，所述多个连接的臂段包 括第一臂段； 禪接至所述第一端的测量设备； 电子电路，被配置成接收来自所述至少一个位置检测器的位置信号并且提供与所述测 量设备的位置对应的数据； 设置在所述测量设备与所述第一端之间的探头端； 用于与所述电子电路进行通信的第一总线，其中所述第一总线的至少一部分是被配置 成传送光的光学通信总线；W及 具有第一部分和第二部分的旋转禪合器，所述第二部分被配置成相对于所述第一部分 旋转，所述第一部分固定至所述第一臂段，所述旋转禪合器被配置成在所述第一部分与所 述第二部分之间在所述光学通信总线上传送信号。
2. 根据权利要求1所述的便携式AACMM，其中，所述第一臂段能够绕第一轴线旋转至少 360 °，所述第一轴线基本上平行于所述第一臂段，所述第一臂段包括第一位置检测器，所 述第一位置检测器固定至所述第一臂段并且被配置成测量所述第一臂段绕所述第一轴线 的第一旋转角。
3. 根据权利要求1所述的便携式AACMM，还包括第二总线，所述第二总线被禪接用于所 述探头端与所述电子电路之间的电通信，其中，所述第二总线和所述光学通信总线被配置 成同时工作。
4. 根据权利要求3所述的便携式AACMM，其中，所述旋转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与第二臂段之间在所述第二总线上传送电信号。
5. 根据权利要求1所述的便携式AACMM，其中，所述旋转禪合器包括其间具有间隙的第 一透镜和第二透镜，所述第一透镜固定至所述第一部分并且所述第二透镜固定至所述第二 部分，所述第一透镜和所述第二透镜禪接至所述光学通信总线，所述第一透镜和所述第二 透镜被配置成在所述第一透镜与所述第二透镜之间传送光。
6. 根据权利要求1所述的便携式AACMM，还包括禪接至所述光学通信总线的附件设备。
7. 根据权利要求6所述的便携式AACMM，还包括收发器，所述收发器被禪接用于所述附 件设备与所述光学通信总线之间的通信，所述收发器被配置成将来自所述附件设备的电信 号转换成光学信号并且将所述光学信号置于所述光学通信总线上。
8. 根据权利要求6所述的便携式AACMM，还包括收发器，所述收发器被禪接用于所述附 件设备与所述光学通信总线之间的通信，所述收发器被配置成将所述光学通信总线上的光 学信号转换成电信号并且将所述电信号发送给所述附件设备。
9. 根据权利要求6所述的便携式AACMM，其中，所述附件设备还禪接至第二总线，所述 第二总线被禪接用于所述探头端与所述电子电路之间的电通信。
10. 根据权利要求1所述的便携式AACMM，还包括收发器，所述收发器被配置成将所述 光学通信总线上的光学信号转换成电信号并且将所述电信号发送给所述电子电路。
11. 根据权利要求2所述的便携式AACMM，其中，所述第一旋转角能够为任何值。
12. 根据权利要求1所述的便携式AACMM，其中，所述探头端固定至所述第二部分。
13. 根据权利要求1所述的便携式AACMM，其中，所述第二部分固定至第二臂段。
14. 一种旋转禪合器检测器套筒，包括： 包含第一部分和第二部分的机械组件，其中，所述第一部分被配置成相对于所述第二 部分旋转； 具有第一部件和第二部件的第一轴承，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轴承，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； 检测器，所述检测器被配置成测量所述第一部分相对于所述第二部分的旋转角，所述 检测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 具有第一组成部件和第二组成部件的旋转禪合器，所述第一组成部件附接至所述第一 部分并且所述第二组成部件附接至所述第二部分，所述第一组成部件附接至第一光纤的第 一端部，所述第二组成部件附接至第二光纤的第二端部，其中，所述旋转禪合器被配置成在 所述第一光纤与所述第二光纤之间传送光。
15. 根据权利要求14所述的旋转禪合器检测器套筒，其中，所述第一元件包括具有可 测量特征的周期性图案，并且所述第二元件包括与所述周期性图案分隔开并且与所述周期 性图案通信的第一读取头。
16. 根据权利要求15所述的旋转禪合器检测器套筒，其中，所述第二元件还包括与所 述周期性图案分隔开并且与所述周期性图案通信的第二读取头。
17. 根据权利要求14所述的旋转禪合器检测器套筒，其中，所述旋转角能够变化至少 360 度。
18. 根据权利要求17所述的旋转禪合器检测器套筒，其中，所述旋转角能够为任何值。
19. 根据权利要求14所述的旋转禪合器检测器套筒，其中，所述第一组成部件包括第 一透镜并且所述第二组成部件包括第二透镜，所述第一透镜和所述第二透镜被配置成在所 述第一透镜与所述第二透镜之间传送光。
20. 根据权利要求14所述的旋转禪合器检测器套筒，还包括滑环，所述滑环包括第一 导体和第二导体，所述第一导体附接至所述第一部分并且所述第二导体附接至所述第二部 分，所述滑环被配置成在所述第一导体与所述第二导体之间传送电信号。
21. 根据权利要求20所述的旋转禪合器检测器套筒，其中，所述旋转角能够变化至少 360 度。
22. 根据权利要求21所述的旋转禪合器检测器套筒，其中，所述旋转角能够为任何值。
【文档编号】G01B5/008GK104471347SQ201380038474
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2013年7月8日 优先权日:2012年7月17日
【发明者】克拉克·H·布里格斯, 弗雷德里克·约克 申请人:法罗技术股份有限公司
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