CN102472662B - 使用振动检测的坐标测量机 - Google Patents

Abstract

一种关节臂系统可以包括具有多个互连的支撑臂段的关节测量臂。所述臂段可以绕多个轴移动。多个转动角传感器可以安装在该臂上，用于测量这些支撑臂段之间的旋转位置。此外，在接近该臂的端部处，振动检测装置可以与该臂连接。该振动检测装置可以与这些传感器操作性连接，从而在检测到超过阈值振幅的新振动时由这些传感器输出旋转位置。

Description

使用振动检测的坐标测量机

相关申请的交叉引用

本申请根据35 U.S.C.§119(e)要求于2009年6月30提交的美国临时专利申请No.61/221,973的优先权，在此通过援引的方式明确并入其全部内容。

技术领域

本发明涉及测量装置，更具体地涉及坐标测量机。

背景技术

诸如关节臂型PCMM的便携式坐标测量机(Portable CoordinateMeasurement Machine，PCMM)可以用于执行各种测量和坐标获取任务。在一种常见的可商业获得的PCMM中，具有通过关节接头连接的三个传动构件的关节臂使得探针头部或探针顶端绕七个轴容易地移动以进行各种测量。在操作中，当探针头部或探针顶端接触目标时，PCMM向处理单元输出与关节臂上的传动构件和关节接头的定向有关的数据。然后该数据将被转化成在探针头部或探针顶端的位置测量。

这些装置的典型用途通常涉及制造检验和质量控制。在这些应用中，通常仅在臂上的测量点与待测物件接触时才进行测量。可以通过应变仪、静电荷或用户输入表示接触。这些装置已获得商业上的成功。但仍存在继续提高这些仪器的精确度的一般需求。

发明内容

如进一步详细说明的，这里公开的系统和方法克服现有技术的缺陷并且具有某些优势。使用应变仪来表示接触，在该仪器的偏移将附加误差引入位置测量的情况下会带来问题。静电荷不适用于所有应用。用户输入可引入误差，这是由于在初始接触与用户输入之间可存在附加延迟，并且还由于用户输入本身(例如，启动按钮)会导致PCMM的其他动作。此外，这些装置自身产生的振动会增加它们测量的误差。鉴于上述讨论的现有方法，需要一种用于检测接触的更优异的系统和方法。

在一个实施例中，一种关节臂系统可以包括具有多个互连的支撑臂段的关节测量臂。所述臂段可以绕多个轴移动。多个转动角传感器可以安装在该臂上，用于测量这些支撑臂段之间的旋转位置。此外，在接近该臂的端部处，振动检测装置可以与该臂连接。该振动检测装置可以与这些传感器操作性连接，从而当检测到超过阈值振幅的新振动时由这些传感器输出旋转位置。

在另一实施例中，提供一种操作关节臂系统的方法。用关节测量臂接触待测物品。该臂可以包括能绕多个轴移动的多个互连支撑臂段。刚刚接触该物品时，在该测量臂的端部感测新振动。响应该新振动产生触发信号。响应该触发信号自动测量该测量臂的端部的位置。在一些实施例中，自动测量的步骤可以包括传感器输出所述支撑臂段的旋转位置。在其他实施例中，该步骤还可以包括存储或处理输出的旋转位置。

在又一实施例中，提供一种用于坐标测量机的探针。该探针可以包括探针顶端，该探针顶端包括安装在其内的加速度计。该探针顶端可经由探针颈部与探针主体连接。此外，安装部可以将该探针主体安装到坐标测量机上。该安装部可以包括连接装置和数据端口。该连接装置可以与该坐标测量机形成相互接合的结构以形成物理连接。该数据端口可以在该探针与该坐标测量机之间提供数据传输。

出于概述的目的，在此描述本发明的某些方面、优势和新颖特征。应理解，根据本发明的任何特定实施例可不必实现所有这些优势。因此，例如，本领域的技术人员将认识到本发明可以实现这里所教导的一个优势或一组优势的方式被具体化或实施，而不必实现这里可教导或暗示的其他优势。

附图说明

从下文的详细描述结合示出本发明示例性实施例的附图中，本发明的进一步目的、特征和优势将变得更加清楚，其中：

图1是坐标测量机(CMM)的实施例的立体图；

图2是CMM的另一实施例的立体图；

图3是用于图1或图2的CMM的探针的实施例的示意图；

图3A是用于图1或图2的CMM的探针的实施例的示意图；

图4是用于图1或图2的CMM的探针的另一实施例的示意图；以及

图5是用于图1或图2的CMM的探针的另一实施例的示意图。

具体实施方式

下文的详细说明介绍了这里所描述的本教导的某些实施例的各种说明。但是，本教导的发明范围可以权利要求所限定和覆盖的多种不同的方式被具体化。在本说明中将参照附图，且在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。

图1示出便携式坐标测量机(PCMM)10的一个实施例。虽然所示实施例是便携式坐标测量机，但应理解某些实施例也可应用于非便携式或半便携式CMM的情况。在所示实施例中，PCMM 10包括基座20，多个刚性传动构件24、26和28，坐标获取构件30以及将所述刚性传动构件24、26、28彼此连接的多个关节构件40、42、44、46、48和50。每个关节构件配置成具有自由的一个或多个旋转和/或角度。通过各个关节构件40、42、44、46、48和50，PCMM 10可以对准不同的空间定向，由此允许坐标获取构件30在三维空间上的精确定位。

可以使用手动、机器人、半机器人和/或任何其它调整方法调整刚性传动构件24、26、28和坐标获取构件30的位置。在一个实施例中，PCMM 10通过各种关节构件设置有七个旋转的移动轴。但是，应理解，可以使用的移动轴的数量不受限制，并且更少或更多的移动轴可以包含在该PCMM设计中。

在各种实施例中，坐标获取构件30包括接触传感构件或接触探针32，用于接合所选目标的表面并且基于探针接触产生坐标数据。在一些实施例中，接触探针32可以是基本上刚性且固态的硬探针。用于检测和/或表示接触的装置或模块可以设置在硬探针的外侧，下文进一步讨论。如下文还进一步讨论的，探针接触可以由在探针上、附近或内部的检测到的振动来表示。在其他实施例中，坐标获取构件30还可以包括诸如远程扫描和检测部件的用于检测位置的其他方法和装置，该远程扫描和检测部件不一定需要与所选目标直接接触以获取几何数据。在一个实施例中，可以使用激光坐标检测装置(例如，激光照相机)，不直接与目标接触而获得几何数据。应理解，为了坐标获取的目的，用于检测位置和/或接触的各种坐标获取构件方法和装置还可以与振动检测探针(如下文描述)相结合，所述各种坐标获取构件方法和装置包括：接触传感探针、远程扫描探针、激光扫描探针、使用应变仪用于接触检测的探针、使用压力传感器用于接触检测的探针、使用红外光束用于定位的探针以及用于静电响应的探针。

在其他实施例中，刚性传动构件24、26、28的一个或多个包括包含内部分和外骨架部分的复合结构。在这种布置中，刚性传动构件24、26、28的内部分通过关节构件彼此互连，这些关节构件使得坐标获取构件30能够在三维空间内以各种不同的定向定位。在刚性传动构件24、26、28的各个内部分周围的外部分形成至少部分包围这些内部分的多个段的环境壁垒。在一个方面，所述内部分配置成在相应外部分内“漂浮”。

如本领域所知，通过知道每个构件的长度以及关节构件40、42、44、46、48、50的每一个的特定位置可以计算探针32在特定时刻的空间位置。关节构件40、42、44、46、48、50的每一个可以分解成单独的动作旋转度，每个动作旋转度使用专用旋转变换器测量。每个变换器输出信号(例如，电信号)，该信号随着关节构件40、42、44、46、48、50在其动作度的移动而变化。该信号可以通过电线传播或其它方式发送至基座20。在基座20中，该信号被处理和/或传送至计算机用于确定和记录探针32的空间位置。

在一个实例中，变换器可以包括光学编码器。通常，每个编码器通过将其移动耦接到一对内部滚轮来测量其轮轴的旋转位置，所述内部滚轮具有连续的透明和不透明带。在这样的实施例中，光能够穿过所述滚轮照射在馈送一对电输出的光学传感器上。由于轮轴扫过一个圆弧，因此模拟编码器的输出能够基本上是两个相位相差90度的正弦信号。通过监控这两个信号的极性变化可以进行粗定位。通过测量在待测时刻两个信号的实际值可以确定精确定位。在某些实施例中，通过在被电子噪声破坏之前精确地测量输出，从而能够获得最大的精确度。CMM 10的所示实施例的其它细节和实施例可以在美国专利No.5,829,148和(2007年7月9日提交的)美国专利公开No.2009-0013547以及(2007年12月21日提交的)美国专利公开No.2009-0013548中获得，在此通过援引的方式并入其全部内容。

在一个实施例中，PCMM 10的基座20可以位于支撑表面上，例如位于桌子、地板、墙壁或任何其它稳定的表面上。在另一实施例中，如图2中所示，基座20A可以放置在移动单元14上，以允许PCMM 10A从一个位置方便地移动到另一个位置。在这种布置中，基座20A可以固定的方式(例如，栓接、紧扣或其它方式连接在一个或多个位置)固定到移动单元14上。此外，移动单元14可以配置有便于移动PCMM 10A的可伸缩的或者下拉式滚轮16。当适当地定位在所需位置时，滚轮16可以缩回，并且刚性支撑腿(未示出)可用于将PCMM 10A固定在固定且稳定的位置以备获取坐标数据。PCMM 10的此实施例的其他细节可以在(2006年12月26日公布的)美国专利No.7,152,456中获得，在此通过援引的方式并入其全部内容。

继续参照图1和图2，在PCMM 10的各个实施例中，诸如探针32的可以用于坐标获取的各种装置可以配置成与PCMM 10手动断开以及重新连接，以便用户无需专用工具就能够更换探针。因此，用户能够迅速且容易地移走一个探针，并且替换为另外一个探针。这种连接可以包括任何快速断开或手动断开装置。探针的快速连接能力对于在相对短的时间内用于众多种类测量技术(例如，在需要探针与表面的物理接触的测量之后进行仅需有探针光接触的测量)的PCMM特别有利。有关探针和快速连接能力的进一步细节可以在(2008年3月28日提交的)美国专利申请No.12/057,918中获得，在此通过援引的方式并入其全部内容。

在图1和图2的实施例中，探针30还包括按钮66，其配置成用户可以接近。通过逐一、多个或以预设顺序按压一个或多个按钮66，用户可以向PCMM 10输入各种命令。在一些实施例中，按钮66可以用于指示一个或多个坐标读取准备被记录。在其他实施例中，按钮66可以用于指示正被测量的位置是原始位置以及相对于原始位置的其他应测量位置。在又一些实施例中，按钮66可以用于启动或关闭PCMM 10。在另外的一些实施例中，按钮66是可编程的以满足用户的特殊需求。按钮66位于探针30上是有利的，因为用户当使用探针32或更普遍地使用坐标获取构件30时，不需要接近基座20或计算机便可启动PCMM 10的各种功能。这种定位特别有利于在PCMM具有特别长的传动构件24、26或28的实施例中将基座20设置在坐标获取构件30的用户达不到地方。在PCMM 10的一些实施例中，可以提供任何数量的用户输入按钮(例如，具有比图1中所示的三个更多或更少的数量)，这些用户输入按钮可以设置在坐标获取构件30上的各种其他位置或PCMM 10上的任何地方。代替用户输入按钮或除了用户输入按钮之外，PCMM的其他实施例可以包括位于PCMM 10或坐标获取构件30上的其他用户输入装置，例如，开关、旋转式拨号盘或触摸板。

图3至图5示出探针32的几个实施例，所述探针32包括用于提供与检测接触相关的信息以及其他能力的模块或装置。这里所使用的术语“模块”或“装置”是指用硬件或软件(包括固件)实现的逻辑、或硬件和软件的结合、或者软件指令的集合。软件指令可以嵌入在固件中，例如EPROM，并由处理器执行。还应理解，硬件模块可以包括连接的逻辑单元，例如门和触发器，和/或可以包括可编程单元，例如可编程门阵列或处理器。这里所描述的模块可实施为软件模块，或者可以用硬件或固件体现。通常，这里所描述的模块是指不管其物理组织或存储而可与其他模块相结合或分成多个子模块的逻辑模块。

图3示意性地示出改进探针32的一个实施例。探针32包括探针支架100、探针底座101、探针颈部105、以及探针顶端108。探针支架100可以是PCMM10的末端管，并且可配置成容纳例如感测振动、获得实时数据、和/或提供有关将探针与PCMM相校准的信息等的各个模块。探针底座101用于将探针32连接到PCMM 10，或者这里描述的PCMM或CMM的其它实施例或本领域公知的其它PCMM或CMM。类似地，这里描述的其它探针也可应用于各种PCMM或CMM。探针底座101提供的连接可以是永久连接、可逆连接、快速连接、或类似形式的连接。探针颈部105用于连接探针顶端108与探针支架100。在下文将讨论的一些实施例中，探针颈部105可以配置成包括例如获得探针32的温度的一些模块。在其他实施例中，探针颈部105可以基本上是固体的，可以仅提供细孔，用于一条或多条电线的通道。探针顶端108可以形成探针32的端部，并且可以用于接合所选目标的表面和/或基于本领域所公知的探针接触产生坐标数据。探针顶端108典型地形成圆形球状或球面，也可以是其他形状。

继续参照图3，探针支架100还包括振动检测装置200。尽管这里描述的振动检测装置200是加速度计，但也可以使用本领域公知的其他振动检测的方法，例如电容式触摸传感器或MEMS扩音器的各种构造。在一个实施例中，加速度计200能够使用挂接具有差动电容器的弹簧的结构来检测振动，所述差动电容器提供表示该结构的位置以及弹簧的相应偏移的信号。在另一实施例中，加速度计200包括微机电系统(Micro Electro-Mechanical System，MEMS)，该微机电系统包括具有位于气封环境内提供阻尼的测试质量块(或测振质量块)的悬臂梁。在外部加速度的影响下，测试质量块偏移其振中位置。该偏移能够用模拟或数字方式测量。在一种布置中，测量在一组固定梁与测试质量块所连接的一组梁之间的电容。在另一布置中，压电电阻器可以结合到弹簧中以检测弹簧的形变。如本领域已知的，大多数加速度计在平面内起作用，也就是，它们设计成仅对装置的平面内的方向敏感。通过垂直地将两个装置结合在一个平面上，可以制成二轴加速度计。通过添加平面外的另一装置，可以测量三轴。本领域技术人员会了解根据这里的公开可以使用的加速度计200的其他实施例。

如图3中所示，加速度计200可以通过总线109与探针底座101连接，允许将来自加速度计的信息从探针32发送至PCMM 10以及任何其他所需单元或子部件。因此，加速度计200可以操作性地连接到PCMM 10的其他元件，如上述用于测量旋转位置的装置。在一些实施例中，操作性连接可以是直接的，使信号从所述加速度计200传送至子部件且保持不变。在其他实施例中，操作性连接可以是间接的，可以穿过(下文描述的)处理器，该处理器可以改变信号或者产生新的信号以传送到至少部分依赖来自加速度计200的信号的子部件。在另一些实施例中，操作性连接可以是间接的，穿过一系列中间部件。

在该实施例中，加速度计200接近探针顶端108，因此能够有利于检测探针顶端108上的或来自探针顶端108的振动。例如，在一些实施例中，加速度计可以直接或间接地刚性连接到探针顶端108。这种刚性连接能够最小化从探针顶端108传播到加速度计200的振动的阻尼。此外，可以以探针顶端108的初始加速进行最小化之后的连续振动方式连接加速度计200。例如，在一些实施例中，加速度计200可被直接支撑，而不是悬臂式或者挂接。

加速度计200可以用于测量包括三个平移方向和三个旋转方向的多个方向上的振动。但是，在一些实施例中，较少的振动方向能被检测。例如，由于在操作中旋转振动较不显著，因此在一些实施例中，仅能测量三个平移振动。此外，在一些实施例中，需要简化的加速度计200，在这种情况下，仅能测量与探针颈部105平行的平移振动。更一般地，所测量的振动可以根据PCMM 10的预期用途而变化。

一旦检测到振动，加速度计200可以向PCMM 10指示该活动，由此触发测量探针顶端108的位置。如上所述，响应触发，关节构件40、42、44、46、48、50的旋转度可被记录和/或获取。在一些实施例中，加速度计可以直接将该指示提供到例如与关节构件相关联的编码器。在其他实施例中，该指示可以例如经由探针32上的处理器(下文进一步讨论)或PCMM 10上的某个其他装置间接提供。在另一些实施例中，编码器可以将旋转位置连续输出到分离的处理器，该分离的处理器也与加速度计200操作性地连接。在这种情况下，加速度计可以触发记录期望数据，如旋转位置。

由于探针32即使没有接触待测目标也要经历振动和加速，所以加速度计200(以及可能的相关装置)可以仅在特定环境下指示接触。例如，在一些实施例中，探针32可以用于当加速度计200测量至少特定阈值振幅的加速度时指示接触。在其他实施例中，探针32可以当加速度在特定时间段内变化特定量(例如阈值觉克(jerk))时指示接触。此外，在一些实施例中，可以要求探针32的加速度或觉克的阈值持续时间以指示接触。例如，在一些实施例中，只有那些具有足够长持续时间(最小持续时间)的加速度或觉克才指示接触。类似地，在一些实施例中，加速度或觉克在一定持续时间(最大持续时间)之后必须结束(或衰弱)。更进一步地，在一些实施例中，仅在自最后一次指示的接触经过一定的平静时间(平静持续时间)之后才指示第二个接触。指示接触的特殊要求可以依照PCMM 10的预期用途而变化。例如，如果PCMM 10为自动操作，则探针32可配置成考虑PCMM 10的实际或可能移动，因此忽略单独由该移动导致的加速度和振动。如果PCMM 10为手动操作，则根据不同的预期移动进行类似的配置。例如，探针32可以配置成忽略由按压按钮66导致的振动。尤其，按压所述按钮66之一还可发信号通知探针32开始监控来自接触的振动。在又一些实施例中，探针32可以配置成忽略在会减小精确度的基本连续的高振动期间引起的振动(由于PCMM可在准静态条件下被校准)。更一般地，在一些实施例中，指示接触的标准可以配置成检查不同于其他正在进行的振动的新振动。

在一个特定实例中，可以比较时间上接近的两个加速度测量。如果两个加速度测量的差值幅度超过特定阈值，则探针32可以指示接触。在更具体的实例中，加速度的差值可以是被测量的加速度矢量的差值，并且差值幅度可以是差值的基准。但是，在其他实施例中，可以不同地分析加速度的差值，例如通过对加速度在每个分量方向上的变化的绝对值求和。两次测量之间的阈值水平和时间间隔可以随PCMM 10、探针32及其预期用途而不同。在一些实施例中，可以用硬件实施该比较，例如，一个加速度测量被延迟并且用比较电路比较两个加速度。

有利地，在一些实施例中，被这些振动触发的探针32可以不具有移动部件。在其他实施例中，探针32可以具有较少的移动部件。例如，在这里所描述的实施例中，探针32可以选择性地缺省主动启动探针32或PCMM 10中的振动(与接触振动无关)的振动器或某个其他装置。减少移动部件能够使得探针32的制造成本降低，并且在探针32的整个使用寿命期间更加可靠。此外，在这里所描述的探针32的实施例中，当探针32可能被探针32上的模块或装置或者CMM 10上的其他装置控制而以不同方式操作时，探针32可选地作为标准硬接触探针工作，下文进一步描述。

图3A示出了探针32的另一实施例，与图3中所示的探针类似并且具有描述中所涉及的可选变化，除了下述不同。如图中所示，支架100还可以包括几个模块，例如用于提供唯一识别探针32的数据、用于辅助校准探针与PCMM 10等。探针支架100包括处理器102、固态存储装置104、温度传感器106和加速度计200。固态存储装置104、温度传感器106和加速度计200分别使用总线103、111和110与处理器102连接。

在一些实施例中，处理器102、存储器104、温度传感器106和加速度计200均可集成在一个芯片上。在其他实施例中，它们可以是安装在电路板上或者例如通过有线连接而电连接的分离部件。在其他实施例中，仅存在所述部件的一个、两个或三个，而不需要其他部件。

总线109可以将处理器102连接到探针底座101，以便将处理器102从固态存储装置104、温度传感器106和加速度计200获得的任何信息从探针32发送到与探针32连接的PCMM 10。在一个实施例中，PCMM 10可以使用发送的信息校准探针32与PCMM 10。在另一实施例中，PCMM 10可以转发获得的信息至用于校准探针32与PCMM 10的通用计算机(未示出)。在另一实施例中，PCMM 10可以使用PCMM从处理器102获得的信息来检索存储在不同介质中的与探针32有关的校准或标定数据，所述介质例如为存储钥匙、硬盘、或计算机，下文将进一步描述。在又一些实施例中，如上所述，PCMM 10使用该信息指示与待测目标接触，因此测量在此时探针顶端108的位置。

如图3A中所示，在一个实施例中的处理器102是通用中央处理单元(CPU)，用于控制探针32所包括的固态存储装置104、温度传感器106和加速度计200的各个模块的操作。处理器的其他实例可以包括但不限于分离或单独的处理核、分离或分布的处理逻辑、通用处理器、专用处理器、具有处理功能的专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、存储控制器、系统控制器等。如图3A中所示，处理器102可通过总线103与固态存储装置104连接，通过总线111与温度传感器106连接，以及通过总线110与加速度计200连接。在一个实施例中，处理器102用于使用连接103、111和110控制固态存储装置104、温度传感器106、以及加速度计200的操作。在另一实施例中，处理器102例如通过发送指令以读取固态存储装置104中的特定地址并且从固态存储装置104接收与处理器102所发送的地址相应的数据信号来控制固态存储装置104。在一些实施例中，处理器102使用总线109将其从固态存储装置104接收的数据发送到PCMM 10。在另一实施例中，处理器102使用总线103获得从温度传感器106读取的温度，并使用总线109将读取的温度发送至PCMM 10。在其他实施例中，可以使用无线数据传输协议向处理器102无线发送数据或从处理器102无线接收数据。

固态存储装置104能够接收数据、存储数据以及随后提供数据。如图3A中所示的固态存储装置104显示了非易失性电可擦除可编程只读存储器(Non-volatile Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory，EEPROM)装置。处理器102或其它存储控制器可以选择性地写入或擦除EEPROM的任何部分，无需写入或擦除整个EEPROM。尽管在这里所述的各个实施例中的探针32中优选使用EEPROM，但是探针32可以配置成包括任何适当的非易失性电子数据存储装置，包括但不限于，磁带、硬盘、光盘、闪存、可编程只读存储器(Programmable Read-Only Memory，PROM)、可擦除PROM(EPROM)等。在一个实施例中，固态存储装置104是包括48比特激光蚀刻序列号的EEPROM装置。如上所述，处理器102可以用于通过控制线103发送控制信号来控制固态存储装置104的操作，例如，发送用于固态存储装置104的指令以向通过地址总线(未示出)发送的存储器单元地址中写入通过数据总线(未示出)发送的数据。在某些实施例中，处理器102使用分离的系统和存储控制器(未示出)来控制固态存储装置104的操作。

继续参照图3A，在一个实施例中的固态存储装置104可以配置成包括唯一的序列号或产品编号，即，唯一识别固态存储装置104所在的特定探针32的机器可读数据。唯一的序列号允许所有的改进探针单独序列化，以有利于随后识别每个探针32。在某些实施例中，唯一序列号还能识别属于同一类型或类别的单独探针32。例如，在一些实施例中，固态存储装置104可以包括用于标识探针包含振动检测装置200的信息。

包括识别探针32的机器可读的唯一序列号的固态存储装置104具有几个优势。如上文所述，如果探针32首次安装到PCMM 10上，或者如果首次使用新的探针32，则必须校准探针32与PCMM 10。每个探针32具有与探针32的特征相关的标定数据，例如，长度、类别、类型、偏移量、宽度、厚度等，通常包含在如存储盘、存储钥匙等不同介质中。此标定数据用作校准探针32与PCMM 10的起始点。在一些实施例中，标定数据存储在与PCMM 10连接的计算机中。在其他实施例中，标定数据存储在位于PCMM 10上的存储区域中。在另外一些实施例中，用于探针32的标定数据连同用于该特定探针32的机器可读唯一序列号存储在不同的存储介质中。在校准过程中，PCMM 10通过先从探针32读取机器可读的唯一序列号并且获得位于包含相同唯一序列号的不同介质上的标定数据，能够获得用于探针32的标定数据。如此，与传统系统相比，识别探针32的机器可读唯一序列号可以用于更好地匹配探针32与存储在不同介质上的相应的标定数据，而一些传统系统不能区别同一类型或类别的探针32。

此外，在其他实施例中，唯一识别探针32的机器可读序列号能够用于匹配校准数据与探针32。当PCMM 10校准探针32时，结果可以是从PCMM 10的端部到探针32的顶端提供转移的数据。在又一些实施例中，校准数据可以指示PCMM 10与探针32之间的振动特征以及其他特征，所述振动特征例如为在PCMM 10与探针32之间传播的由PCMM 10的非接触式移动产生的振动倾向。因此校准数据对于特定PCMM 10和探针32组合能够是唯一的。如同标定数据那样，校准数据通常也存储在与坐标获取装置30不同的介质中，例如存储钥匙、计算机上的硬盘、或位于PCMM 10上的存储区域，等等。在一些实施例中，PCMM 10将用于探针32的校准数据连同特定探针32的机器可读序列号存储在不同的介质上。当探针32重新安装到PCMM 10上时，如同上述标定数据那样，PCMM 10通过从探针32先读取机器可读唯一序列号并且获得包含相同序列号的校准数据，可以从所述不同的介质获得探针32专用的校准数据。

尽管在前面公开的实施例中机器可读序列号存储在固态存储装置104中，但是在其他实施例中机器可读序列号可以位于探针32上的其他任何地方。在一些实施例中，序列号位于探针支架100中的另一模块中，例如，处理器102。在其他实施例中，机器可读序列号可由与在仓库作业中使用的系统类似的软件和/或硬件的集成包提供，例如条形码和RFID标签。

在有关图3A的另外一些其他实施例中，固态存储装置104可以用于存储标定数据。在一个实施例中，处理器102例如使用控制线103将与探针32的物理特征相关的标定数据存储到固态存储装置104中。标定数据可以在探针32的制造阶段写入固态装置104中。在其他实施例中，在探针32组装好之后将标定数据写入到固态存储装置104中，例如使用通用计算机将标定数据写入固态存储装置104中。在一些实施例中，探针32上的RFID标签可以存储所述机器可读序列号和/或标定数据。PCMM 10可以从RFID标签无线检索序列号和/或标定数据。在其他实施例中，可以通过其他无线协议，例如WiFi、蓝牙或RF进行CMM与探针间的通信。在又一些其他实施例中，PCMM10先从固态装置104读取机器可读唯一序列号，然后基于机器可读唯一序列号从诸如存储钥匙或另一计算机等的不同介质获得标定数据，并且将标定数据存储在固态104中，使得探针32保留该标定数据用于随后的校准。用于存储标定数据的固态存储装置104不需要维护用于存储标定数据的单独介质，因此减小了管理大量探针及其相关标定数据的难度。

继续参照图3A，探针32能够使用温度传感器106测量探针32的温度，并且提供该温度信息至PCMM 10。如图1中所示，如果每个传动构件24、26和28的长度以及探针32的长度已知，则可以计算探针32在指定时刻的空间位置。探针32的长度和其他物理参数可以在校准期间由PCMM 10例如通过从固态存储装置104读取标定数据的方式获得。但是，探针32的长度可以改变，例如响应温度的升高而膨胀。在一些实施例中，PCMM 10的传动构件24、26和28与探针32由具有不同加热系数的不同材料构成，因此响应温度以不同的比例膨胀或收缩。在其他实施例中，传动构件24、26和28与探针32由相同的材料构成，但是由于例如PCMM 10内产生的热量造成探针32的温度可能与PCMM 10的温度不同，因此它们仍以不同的比例膨胀或收缩。

PCMM 10可以使用温度传感器106补偿由于温度的变化导致的探针32的膨胀或收缩。在一个实施例中，固态存储装置104包含与探针32的温度特征相关的标定数据，例如，加热系数信息、在一定默认温度下的长度，等等。在任何指定时间，PCMM 10可以从温度传感器106获得探针32的温度、从固态存储装置104获得探针32的热膨胀系数，并且使用获得的温度以及探针的热膨胀系数计算探针32的物理特征的任何变化。在一些实施例中，例如通过处理器102将探针32的温度以及探针32的热膨胀系数发送到与PCMM 10连接的通用计算机，从而计算探针32的物理特征的变化。在其他实施例中，PCMM 10或通用计算机从例如存储钥匙、存储盘、数据库等不同的介质获得探针32的热膨胀系数。在其他实施例中，PCMM 10和/或通用计算机使用探针32的唯一机器可读序列号，从该不同的介质获得探针32的适当的热膨胀系数。以上述方式，使用温度传感器106补偿探针32由于温度变化导致的膨胀或收缩，因此不需要PCMM 10响应温度作用而重新校准探针32。此外，可以根据温度变化，例如，诸如振动检测装置200的传感器的行为来计算探针32的其他变化。

此外，如上述有关检测与待测量目标的接触所讨论的，处理器102可以用于判断是否应当考虑来自振动检测装置200的指定信号以指示接触。上述各种可能的规则可以作为软件或硬件输入到处理器102中。在一些实施例中，例如在振动校准过程中，处理器102通过不断地检查在PCMM 10未接触的移动期间振动检测装置200的输出，可以进一步校准用于接触检测的规则。该振动校准过程可以涉及PCMM 10以与实际未接触任何目标的正常操作期间类似的方式的移动。这能够用于适当地设定各种阈值和例如这里所描述的其他可能的接触检测参数。

尽管图2的探针32包括作为位于探针支架100上的作为分离模块的处理器102、固态存储装置104、温度传感器106和加速度计200，但是也可以采用其他配置。例如，处理器102、固态存储装置104、温度传感器106和加速度计200中的一些或所有模块可以位于探针32或PCMM 10上的不同区域(下文将进一步说明)。此外，探针32可以包括组合有处理器102、固态存储装置104、温度传感器106和加速度计200中的一个或多个的功能的模块。

上文或这里未明确提到的其他配置也是可能的。例如，在一些实施例中，可以在坐标获取构件30上设置附加坐标传感器，并且该附加坐标传感器也可以与上述装置和模块相关联。类似地，可以设置多个附加传感器以监控PCMM10的各个位置的状态。其他装置和模块及其布置和用途在2008年3月28日提交的美国专利申请No.12/057,918中描述，在此通过援引的方式并入其全部内容。

图4示出改进探针32的另一实施例。如图所示，振动检测装置200可以位于探针顶端108内部。由于振动检测装置200与探针底座101距离较远，因此他们可以经由串联的两个总线109A、109B连接。图4中所示的实施例可以具有与图3和图3A中所示实施例类似的特征，并且可以类似的方式操作以及具有描述中所涉及的可选变化，除了下述不同。尤其参照图3A中的实施例的细节，在优选实施例中，如图中所示，振动检测装置200位于探针顶端108内，这种情况下振动检测装置200与其他模块和装置分离。但是，在其他实施例中，每个装置和模块可以装在探针顶端内。

图5示出探针32的另一实施例，与图3和图3A中所示的实施例也类似并且具有描述中所涉及的可选变化，除了下述不同。如图所示，振动检测装置200可以位于探针底座101内部。因此，振动检测装置200通常可以与探针32分离，如在一些实施例中，探针32可以从探针底座101和PCMM 10拆卸。因此，即使在使用不具有振动检测装置的标准现有的探针(例如，硬探针)时，PCMM 10能够检测振动。类似地，在振动检测装置200位于探针32上时，探针32能够与现有的PCMM臂共同使用以检测振动。

通常，移动振动检测装置200远离顶端108可以有利于减小传输信号过程中的误差和延迟，由于信号没有远距离传送。但是，振动检测装置200与探针顶端108之间的变大的距离会增加测量到的振动与顶端上的实际振动之间的误差。

尽管本教导的上述公开的实施例已示出、描述和指出应用于上述实施例的本发明的基本新颖特征，但应理解，本领域技术人员在不脱离本发明的范围内，可以对所述装置、系统和/或方法的细节进行各种省略、替换和改变。因此，本发明的范围不应限于上述说明，而应由权利要求限定。

本说明书中所提到的所有公开和专利申请表明了本发明相关的领域中技术人员的技术水平。在此通过援引的方式并入所有公开和专利申请，就如同每个单独公开或专利申请被明确地、分别地说明以通过援引的方式并入。

上述各种装置、方法、程序和技术提供了实现本发明的许多方法。当然，应理解，根据这里描述的任何特定实施例并不一定可以实现所述所有目的或优势。此外，尽管用特定实施例和实例公开了本发明，但是，本领域技术人员应理解本发明不局限于具体公开的实施例，而是延伸到其他替换实施例、组合、子组合和/或用途及其各种修改和等效物。因此，本发明并不希望被这里的优选实施例的特定公开所限定。

Claims (24)

1.一种关节臂系统包括： 

关节测量臂，包括可以绕多个轴移动的多个互连的支撑臂段； 

多个旋转角传感器，安装在所述关节测量臂上，用于测量所述支撑臂段之间的旋转位置；以及 

振动检测装置，在接近所述关节测量臂的端部处与该关节测量臂连接，该振动检测装置与所述传感器操作性地连接，从而在检测到超过阈值振幅的新振动时由所述传感器输出旋转位置。 

2.如权利要求1所述的系统，进一步包括在所述关节测量臂的端部的坐标获取构件。 

3.如权利要求2所述的系统，其中所述振动检测装置设置在所述坐标获取构件上。 

4.如权利要求2所述的系统，其中所述坐标获取构件包括硬探针。 

5.如权利要求2至4中任一所述的系统，其中所述坐标获取构件还包括用于检测与所述振动检测装置不同的位置和/或接触的装置。 

6.如权利要求2至4中任一所述的系统，其中所述坐标获取构件是可拆除的。 

7.如权利要求2和4中任一所述的系统，其中所述振动检测装置设置在所述坐标获取构件内。 

8.如权利要求4所述的系统，其中所述振动检测装置设置在所述硬探针内。 

9.如权利要求1至4和权利要求8中任一所述的系统，其中至少一个所述传感器是光学编码器。 

10.如权利要求2至4和权利要求8中任一所述的系统，其中所述振动检测装置与所述坐标获取构件刚性连接。 

11.如权利要求2至4和权利要求8中任一所述的系统，其中所述坐标获取构件包括探针顶端，并且所述振动检测装置设置在所述探针顶端内。 

12.如权利要求1所述的系统，其中所述振动检测装置设置在所述关节测量臂上。 

13.如权利要求1至4和权利要求8中任一所述的系统，其中所述振动 检测装置是加速度计。 

14.一种操作关节臂系统的方法包括： 

用关节测量臂接触待测物品，该关节测量臂包括可以绕多个轴移动的多个互连的支撑臂段； 

刚刚接触所述物品时，在所述测量臂的端部感测新振动； 

响应所述新振动产生触发信号；以及 

响应所述触发信号自动测量所述测量臂的端部的位置。 

15.如权利要求14所述的方法，其中所述触发信号指示接触所述物品。 

16.如权利要求14或15所述的方法，还包括存储测量到的位置的步骤。 

17.如权利要求14或15所述的方法，其中所述测量步骤进一步包括存储测量到的位置。 

18.如权利要求14或15所述的方法，其中所述自动测量步骤利用电子编码器执行。 

19.如权利要求14所述的方法，还包括判断感测到的新振动是否指示接触所述物品的步骤。 

20.如权利要求19所述的方法，其中所述判断步骤进一步包括检查阈值振幅。 

21.如权利要求19或20所述的方法，其中所述判断步骤进一步包括检查加速度的最小持续时间。 

22.如权利要求19或20所述的方法，其中所述判断步骤进一步包括检查加速度的最大持续时间。 

23.如权利要求19或20所述的方法，其中所述判断步骤进一步包括忽略在基本上持续高振动期间的振动。 

24.如权利要求19或20所述的方法，其中所述判断步骤进一步包括检查平静持续时间的消失。 

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