專利名稱：帶有鉸接臂的便攜式坐標測量機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明總體上涉及一種坐標測量機(CMM)，并且尤其涉及一種具有鉸接臂的便攜式CMM。
背景技術：
目前，提出了一種作為測量系統(tǒng)的帶有主機和應用軟件的便攜式鉸接臂。該鉸接臂通常用來對一物體上的一些點進行測量，并且將這些測量到的點與存儲在該主機中的計算機輔助設計(CAD)數(shù)據(jù)進行比較以便確定該物體是否處于位于CAD規(guī)范(CAD specification)之內。換句話說，該CAD數(shù)據(jù)為基準數(shù)據(jù)，由該鉸接臂進行測量后所獲得的實際測量值與給基準數(shù)據(jù)進行比較。主機內也可以含有應用軟件來引導操作者進行該檢查過程。在涉及復雜應用的多種情況下，這種安排是比較合適的，因為使用者將會在對應用軟件中的復雜命令作出響應的同時觀察到該主機上的三維CAD數(shù)據(jù)。
美國專利US5402582(下面簡稱為‘582)披露了一種用于上述測量系統(tǒng)中的現(xiàn)有的便攜式CMM的例子，該專利被轉讓給了本發(fā)明的受讓人，該專利在此以參引方式包含在本申請中。該專利‘582披露了一種普通的三維測量系統(tǒng)，該三維測量系統(tǒng)包括一種可人工操作的具有多個關節(jié)的鉸接臂，該鉸接臂的一端具有一支承基座而在其另一端具有一測量探針。一主機通過一中間控制器或一串行盒(serial box)與該鉸接臂相聯(lián)通?？梢岳斫獾氖?，在該專利‘582中，該鉸接臂將會與該串行盒進行電子通信，反之，該串行盒也與該主機進行電子通信。共同轉讓的美國專利US5611147(下面簡稱為‘147)也以參引的方式包含在本申請中，該專利‘147披露了一種類似的具有鉸接臂的CMM。在該專利‘147中，該鉸接臂包括一些重要的特征，包括在該探針末端處的一附加的旋轉軸用來為一臂提供一種2-1-3或2-2-3關節(jié)結構(后一種情況為一種7軸臂)，以及用于該臂中的軸承的改進的預加載荷的軸承結構。
還有其他相關的現(xiàn)有CMM，包括共同轉讓的美國專利US5926782(下面簡稱為‘782)以及美國專利US5956857(下面簡稱為‘857)，專利‘782提供了一種鉸接臂，該鉸接臂具有可鎖定的轉換殼體，以便消除一個或多個自由度；專利‘857提供了一種快速斷開的安裝系統(tǒng)。
這里所描述的較多的現(xiàn)有類型的便攜式CMM都不是必須采用一種中間控制器或串行盒，因為其功能現(xiàn)在被包含在主機所提供了的軟件中。例如，共同轉讓的美國專利US5978748(下面簡稱為‘748，在此以參引的方式包含在本申請中)披露了一種具有在板控制器(on-board controller)鉸接臂，該在板控制器存儲有一個或多個可執(zhí)行的程序并且為使用者提供指令(例如檢查步驟)以及存儲作為基準數(shù)據(jù)的CAD數(shù)據(jù)。在專利‘748中，一控制器安裝在該鉸接臂上并運行該可執(zhí)行程序，該可執(zhí)行程序指導使用者經(jīng)過例如象檢查步驟一樣的過程。在這樣一種系統(tǒng)中，可以采用一主機來生成該可執(zhí)行程序。安裝在該鉸接臂上的控制器用來運行該可執(zhí)行程序但是不能用來生成可執(zhí)行程序或修改可執(zhí)行程序。通過模擬一些視頻游戲系統(tǒng)(video gamingsystem)，該主機起到了用于書寫視頻游戲或修改視頻游戲的平臺的作用，而該安裝在鉸接臂上的控制器起到了運行視頻游戲的平臺的作用。該控制器(例如，就象游戲的玩家)不能對該可執(zhí)行程序進行修改。如在專利‘748中所述，由于消除每個鉸接臂都需要配備一臺主機的需求，因此獲得了一種低成本的三維坐標測量系統(tǒng)。轉讓給本申請的受讓人的美國專利申請No.09/775236(下面簡稱為‘236，并以參引方式包含在本申請中)披露了一種用于向使用專利‘748中披露的坐標測量系統(tǒng)的使用者發(fā)送可執(zhí)行程序的方法和系統(tǒng)。該方法包括接受客戶要求生成一可執(zhí)行程序的請求并獲得與該可執(zhí)行程序相關的信息；隨后開發(fā)出該可執(zhí)行程序，該可執(zhí)行程序可引導操作者經(jīng)過一些采用該三維坐標測量系統(tǒng)將要執(zhí)行的測量步驟。優(yōu)選是通過在線網(wǎng)絡例如英特網(wǎng)將該可執(zhí)行程序發(fā)送給該客戶。
共同轉讓的美國專利US6131299(下面簡稱為‘299，其所有內容都在此以參引的方式包含在本申請中)披露了一種其上布置有一顯示裝置的鉸接臂，該顯示裝置便于操作者獲得位置數(shù)據(jù)的方便顯示和系統(tǒng)菜單提示。該顯示裝置包括例如LED，該LED可表明系統(tǒng)是否通電、轉換器位置狀況以及出錯情況。轉讓給本申請的受讓人的美國專利US6219928(下面簡稱為‘928，在此以參引的方式包含在本申請中)披露了一種用于鉸接臂的串行網(wǎng)絡(serial network)。該串行網(wǎng)絡將位于該鉸接臂中的轉換器的數(shù)據(jù)傳送到一控制器。每個轉換器都包括一帶有存儲器的轉換器接口(transducer interface)，該存儲器儲存轉換器數(shù)據(jù)。該控制器對每個存儲器進行串行尋址并將數(shù)據(jù)從該轉換器接口存儲器傳送到該控制器。共同轉讓的美國專利US66253458以及US6298569(下面分別簡稱為‘458以及‘569)都披露了用于在此所描述的那種鉸接臂便攜式CMM的可調節(jié)的平衡機構。
盡管這些技術方案都能很好地適用于其所要實現(xiàn)的目的，但是在該行業(yè)一直存在需要改進的便攜式CMM的需求，需要該改進的CMM能夠使用簡單，制造成本效益較好，能夠使特性改良并且銷售成本較低。
發(fā)明概述根據(jù)本發(fā)明的幾個目的可以知道，一種便攜式CMM包括一鉸接臂，該鉸接臂具有多段連接臂段。在一實施例中，這些臂段包括軸承/編碼器機芯，這些機芯采用一種雙套筒接頭(dual socket joint)彼此以預定的角度連接起來。每個機芯都包含有至少一個預緊軸承組件(優(yōu)選的是兩個)以及一個編碼器(優(yōu)選是光學編碼器)，并且都組裝在一圓柱形外殼內。優(yōu)選的是，在每個接頭中都采用兩個或多個編碼器讀出磁頭以便產生能夠進行求平均值的抵消效應(cancellation effect)。由于該臂是從基部直徑較大的部分逐漸向位于探針端部直徑較小的部分變細，因此該臂段可以通過螺紋連接的方式相互連接起來。
根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，該鉸接臂的一段或多段連接臂段包括可替換保護罩和/或緩沖件，用來限制較大的沖擊和磨損以及用來產生一種符合人機工程學而且有具有美感而舒適的抓握部位。
在本發(fā)明的另一個實施例中，該鉸接臂包括一個在其中一個鉸接關節(jié)內的一體形成的內部平衡部件。該平衡部件采用了一種具有相對較寬的端部環(huán)以及較窄的內環(huán)的螺旋彈簧，該螺旋彈簧采用一種金屬圓柱(metal cylinder)加工而成。該彈簧還包括至少兩個(優(yōu)選是三個)用于固定在該鉸接臂的鉸鏈構件中的柱子(post)以及一彈簧調節(jié)機構。
在本發(fā)明的另一個實施例中，該鉸接臂包括一位于其端部的測量探針。該測量探針具有一個一體安裝的接觸觸發(fā)器探針，該探針可方便地轉換成一種普通的硬探針(hard probe)。測量探針還包括一些改進的開關以及一測量指示燈。在一實施例中，這些開關具有一弧形的長方形，并且能夠很容易地由操作者驅動。這些改進的開關具有不同的顏色、表面紋路和/或重量，以便操作者能夠很容易地對它們進行區(qū)分，同時該指示燈優(yōu)選被編上色碼(color-coded)以便于操作。
本發(fā)明的另一個實施例包括一鉸接臂，該鉸接臂具有一一體在板供電再充電單元。該供電/再充電單元使得CMM能實現(xiàn)充分的便攜功能并使其能夠很方便地在遙遠的位置和/或在不需要將鉸接臂直接接電的情況下使用CMM。
本發(fā)明還有另一個實施例包括一鉸接臂，該鉸接臂的一端具有一測量探針。該測量探針包括可旋轉的手柄罩(handle cover)和開關組件，該組件包圍者該測量探針。該可旋轉的手柄罩和開關組件使得該測量探針可以更容易地把持和激發(fā)而不需考慮手的位置。使用這種可旋轉的手柄罩還消除了在探針末端需要第三旋轉軸的需要，因此獲得一種成本更低結構更簡單的的便攜式CMM(相對于7軸CMM或在測量探針上具有第三旋轉角度的CMM而言)。
在本發(fā)明的另一個實施例中，便攜式CMM包括一鉸接臂，該鉸接臂具有多段連接臂段，在該鉸接臂末端具有測量探針而在其另一端為基座。根據(jù)該實施例的新穎的特征，該基座中具有一一體磁性固定件，用來將該鉸接臂固定到磁性表面。該一體磁性固定件優(yōu)選是采用螺紋連接方式連接在該鉸接臂上并且具有一開/關(on/off)控制桿以便于使用(該控制桿優(yōu)選是在該固定件位于一磁性表面時自動起嚙合)。
本領域的普通技術人員將能夠根據(jù)下面的詳細說明和附圖理解和認識本發(fā)明的上述的以及其它的優(yōu)點和特征。
附圖簡要說明現(xiàn)在參見附圖，其中在多幅附圖中相同的元件采用相同的數(shù)字標記。


圖1是本發(fā)明的便攜式CMM的前方透視圖，其包括一鉸接臂以及相關的主機；圖2是圖1中的的CMM的后方透視圖；圖3是圖1中的的CMM的右側視圖(其中主機被去掉)；
圖3A是圖1中的的CMM的右側視圖，其中罩在其中兩個長關節(jié)(longjoint)上的保護套略有改變；圖4是本發(fā)明的CMM的局部分解透視圖，其中表示出了基座和第一鉸接臂部分；圖5是本發(fā)明的CMM的局部分解透視圖，其中表示出了基座、第一鉸接臂部分以及局部分解的第二鉸接臂部分；圖6是本發(fā)明的CMM的局部分解透視圖，其中表示出了基座、第一鉸接臂部分以及局部分解的第三鉸接臂部分；圖7是一局部分解透視圖，其中表示出了一對本發(fā)明的編碼器/軸承機芯，其組裝在兩個雙套筒接頭之間；圖8是圖7中所示的的軸承/編碼器機芯和雙套筒接頭的主視圖；圖9是本發(fā)明的較短的軸承/編碼器機芯的分解透視圖；圖9A是與圖9相似的透視圖，不同的是表示出了單個讀出磁頭；圖9B是與圖9相似的分解透視圖，不同的是表示出了四個讀出磁頭；圖9C是與圖9B相似的組裝后的透視圖；圖9D是與圖9相似的分解透視圖，不同的是表示出了三個讀出磁頭；圖9E是與圖9D相似的組裝后的透視圖；圖10是圖9中所示機芯的剖視圖；圖11是本發(fā)明的較長的軸承/編碼器機芯的分解透視圖；圖11A是與圖11相似的分解透視圖，不同的是表示出了單個讀出磁頭；圖12是圖11中所示機芯的剖視圖；圖12A是圖12中所示的機芯剖視圖，表示出了可與軸一起旋轉的雙讀出磁頭；；圖13是本發(fā)明另一個軸承/編碼器機芯的分解透視圖；圖13A是與圖13相似的分解透視圖，不同的是表示出了單個讀出磁頭；圖14是圖13中所示機芯的剖視圖；圖15是本發(fā)明一個軸承/編碼器機芯以及平衡彈簧的分解透視圖；圖15A是與圖15相似的分解透視圖，不同的是表示出了單個讀出磁頭；圖16是圖15中所示機芯和平衡部件的剖視圖；
圖17是用于本發(fā)明的一種直徑較大的軸承/編碼器機芯的雙讀出磁頭組件的俯視圖；圖18所示的是沿圖17中的線18-18所作的剖視圖；圖19所示的是圖17中所示的雙讀出磁頭組件的仰視圖；圖20所示的是用于本發(fā)明的較小的軸承/編碼器機芯的雙讀出磁頭組件的俯視圖；圖21所示的是沿圖20中剖面21-21所作的剖視圖；圖22所示的是圖20中所示的雙讀出磁頭組件的仰視圖；圖23A是描述本發(fā)明的使用單讀出磁頭的CMM所采用的電子線路構造的方框圖；圖23B是描述本發(fā)明的使用雙讀出磁頭的CMM所采用的電子線路構造的方框圖；圖24所示的是本發(fā)明的CMM縱向剖視圖(其中去掉了基座)；圖24A所示的是圖3A中所示的CMM的剖視圖；圖25所示的是圖24中的一部分的放大剖視圖，表示出了圖24中的CMM的基座以及第一長關節(jié)；圖25A是表示根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的長關節(jié)和短關節(jié)之間相互連接狀態(tài)的視圖；圖25B所示的是圖25A中的一部分的縱向正剖視圖；圖26所示的是圖24中的一部分的放大剖視圖，表示出了第二和第三長關節(jié)段(long joint segment)；圖26A和B所示的是圖24A中的一部分的放大剖視圖，表示出了第二和第三長關節(jié)以及探針；圖27A所示的是一分解側視圖，表示出了本發(fā)明的第一短關節(jié)/平衡組件；圖27B是表示出圖27A中的元件的透視圖；圖28是表示本發(fā)明的內部平衡部件的正剖視圖；圖29是本發(fā)明的測量探針的第一實施例的側向正剖視圖；圖29A是本發(fā)明的探針的另一實施例的側視圖；圖29B是沿圖29A的截面29B-29B所作的剖視圖；
圖29C是用于圖29A-B中的一對“執(zhí)行(take)”或“確認(confirm)”開關的透視圖；圖30A-C依次是表示本發(fā)明的一體接觸探針組件以及轉換成硬式探針的的平面視圖；圖31是本發(fā)明的測量探針的另一實施例的側剖面視圖；圖32是本發(fā)明的一體磁性基座的分解透視圖；圖33是圖32中的磁性基座的正剖視圖；圖34是圖32中的磁性固定件的頂部平面視圖；圖35是源于Raab的專利’356中的具有雙讀出磁頭的CMM接頭(joint)的正剖視圖；圖36是源于Eaton的專利’148中的具有雙讀出磁頭的CMM接頭(joint)的正剖視圖；圖37是具有第七軸轉換器的測量探針的側視圖；圖38是與圖37類似的側視圖，不同的是其中包括一個可拆卸的手柄；圖39是圖38中的測量探針的端部視圖；以及圖40是圖38中的測量探針的正剖視圖。
具體實施例方式
參見附圖1-3，本發(fā)明的CMM總體采用標記10表示，CMM10包括一個具有多個連接在一起的、可手動操作的、鉸接臂14，該鉸接臂的一端連接在基座部分12上，而另一端連接在一測量探針28上。鉸接臂14的基本上由兩種類型的關節(jié)(joint)構成，即長關節(jié)(用于作回轉運動)以及短關節(jié)(用于作鉸接運動)。該長關節(jié)基本上沿著該鉸接臂的軸向或縱向方向布置，而短關節(jié)則優(yōu)選相對于該鉸接臂的縱向軸線成90°布置。該長關節(jié)和短關節(jié)配對出現(xiàn)，這種關節(jié)的配對構造通常稱之為2-2-2(盡管也可以采用其它的關節(jié)的構造形式，例如2-1-2、2-1-3、2-2-3等)。圖4-6中表示出了這些關節(jié)對中的每一對。
圖4表示出了第一關節(jié)對的分解視圖，即長關節(jié)16和短關節(jié)18。圖4還表示出了基座12的分解視圖，包括便攜式供電電子裝置20、便攜式電池組22、磁性固定件24以及兩件式基座殼體26A和26B。所有這些元件都會在下面進行更詳細的描述。
重要的是，需要理解的是，鉸接臂14的各種主要部件的直徑都是從基座12到探針28逐漸變細。這種逐漸變細的過程是連續(xù)的，或者如在圖中的實施例所示，這種逐漸變細是不連續(xù)的或者是階梯狀的。此外，鉸接臂14的每個主要部件都可以通過螺紋連接的方式進行連接，因此可消除現(xiàn)有CMM所涉及到的大量的緊固件。例如，象在后面要闡述的那樣，磁性固定件23是采用螺紋連接方式安裝在第一長關節(jié)16上的。優(yōu)選的是，這種螺紋是錐形螺紋，它可以進行自我鎖定并且可以增加軸向/彎曲剛度?；蛘撸鐖D25A和25B所示，象在后面要討論的那樣，該鉸接臂的主要部件可以具有互補的錐形凸凹端部，這些端部具有相應的凸緣，這種凸緣可以通過螺栓連接在一起。
參見圖5，所示的第二組長關節(jié)和短關節(jié)連接在所述第一組長關節(jié)和短關節(jié)上。第二關節(jié)組包括長關節(jié)30和短關節(jié)32。和將磁性固定件24安裝在長關節(jié)16上一樣，長關節(jié)30也通過螺紋連接方式連接在長關節(jié)16的內表面的螺紋上。同樣，參見圖6，第三關節(jié)組包括第三長關節(jié)34和第三短關節(jié)36。第三長關節(jié)34以螺紋連接方式連接在第二短關節(jié)32的內表面的螺紋上。象下面將要詳細描述的那樣，探針28也以螺紋連接方式連接在短關節(jié)36上。
優(yōu)選的是，每個短關節(jié)18、32以及36都由鑄造和/或機械加工過的鋁質元件構成，或者也可以采用輕質剛性合金或合成物構成。每個長關節(jié)16、30以及34優(yōu)選都由鑄造和/或機械加工過的鋁、輕質剛性合金或纖維補強的聚合物構成。三對前述關節(jié)對的機械軸(即第一對包括關節(jié)對16、18，第二對包括關節(jié)對30、32，第三對包括關節(jié)對34、36)相對于該基座對齊以便獲得平滑一致的機械特性。從基座12到探針28的前述逐漸變細的結構為優(yōu)選，以便能夠增加在負載較大的基座處的剛度，同時在能夠通暢使用方面很重要的探針或手柄處的截面較小。如在后面將詳細描述的那樣，每個短關節(jié)的兩端上都裝有緩沖件38，而每個長關節(jié)上都罩有一保護罩40或41。需要理解的是，第一長關節(jié)16受到基座殼體26A、26B的保護，該基座殼體所提供的保護和保護罩40、41為第二和第三長關節(jié)30、34所提供的保護類型相同。
根據(jù)本發(fā)明的一個重要特征，鉸接臂的每一關節(jié)都采用一種模制的(modular)軸承/編碼器機芯，例如如圖7和8所示的短機芯42以及長機芯44。這些機芯42、44安裝在雙套筒接頭46、48的開口中。每個套筒接頭46、48都包括具有第一凹部或套筒120的第一圓柱延伸部分47以及具有第二凹部或套筒51的第二圓柱延伸部分49。通常，套筒120和51彼此成90°角，不過也可以采用其它相對角結構。短機芯42布置在雙套筒接頭46和48的每個套筒51中以便構成一種鉸接關節(jié)(hinge joint)，同時長機芯44布置在接頭46(見圖25)的套筒120中而長機芯44’(見圖26)布置在接頭48的套筒120中，從而每個都構成一種縱向的回轉連接(swivel joint)。模制的軸承/編碼器機芯42、44容許獨立制造其上安裝有該模制的編碼器元件的預應力或預加載荷的雙軸承機芯。該軸承編碼器機芯隨后可以固定安裝到鉸接臂14的外部骨骼部件(即，雙套筒接頭46、48)上。采用這種機芯的顯著優(yōu)點在于它能夠高質量高速地生產鉸接臂14的這些復雜的子部件。
在此處所述的實施例中，有四個不同的機芯類型，即，用于關節(jié)30、34的兩個軸向長機芯、一個用于關節(jié)16的基座軸向機芯、一個用于短關節(jié)18和16的基座機芯(其包括一平衡部件)以及兩個用于關節(jié)32和36的鉸接機芯。此外，與逐漸變細的鉸接臂14相一致，最靠近基座的機芯(例如，位于長關節(jié)16和短關節(jié)18中的機芯)的直徑相對具有較小直徑的關節(jié)30、32、34以及36而言要大些。每個機芯都包括一預加載荷軸承結構和一轉換器，在該實施例中，該轉換器包括一數(shù)字編碼器。參見圖9和10，現(xiàn)在對位于軸向長關節(jié)16中的機芯44進行說明。
機芯44包括一對由內座套54和外座套56分開的軸承50、52。重要的是軸承50、52上要預加載荷。在該實施例中，這種預加載荷通過座套54、56提供，該座套54、56具有不同的長度(內座套54要比外座套56短大約0.0005英寸)，從而在緊固時在軸承50、52上產生一預先選定的預加載荷。軸承50、52采用密封件58進行密封，這些部件構成的該組件可旋轉地安裝在軸60上。在其上表面處，軸60的末端形成一軸上部殼體62。在軸60和軸上部殼體62之間形成一環(huán)形空間63。整個組件被布置在機芯外殼體64內，其中采用內螺母66和外螺母68的組合將該軸60和其軸承組件牢固安裝在機芯外殼體64上。需要注意的是，在組裝的時候，外殼體64的上部65將被容納在環(huán)形空間63內?？梢岳斫獾降氖?，在對內外螺母66和68進行緊固時對該軸承施加壓縮力，從而將上述預加載荷施加到軸承50、52上，并且由于內外間隔套(座套)54、56的長度不同，因此可以施加所需的預加載荷。
優(yōu)選的是，軸承50、62是兩個成對雙聯(lián)向心推力球軸承。為了獲得足夠的預加載荷，使得支承面盡可能的平行是很重要的。該平行度會影響到軸承周邊上的預加載荷的均勻度。不均勻的載荷會導致極為不均勻的扭矩感覺并且會導致不可預測的徑向跳動和降低編碼器性能。模塊化安裝的編碼器盤(將在下面進行討論)的徑向跳動會在讀出磁頭下面導致一種不理想的干涉條紋移位。這種情況會導致編碼器角度測量出現(xiàn)重大的誤差。而且，這種優(yōu)選的成對雙聯(lián)向心推力球軸承結構的剛度也與軸承的分離直接相關。軸承相距越遠，該組件越有剛性。采用間隔套54、56可以增強該軸承的分離。由于機心外殼64優(yōu)選為鋁質的，因此間隔套54、56優(yōu)選也采用鋁制成并且在長度和平行度方面進行精確加工。因此，溫度改變不會導致不均勻的膨脹，這種不均勻的膨脹會影響到該預加載荷。如前所述，通過以一種已知方式設計間隔套54、56的長度方面的差別可以獲得該預加載荷。一旦該螺母66、68完全被緊固后，該長度差可以導致一軸承預緊度。使用密封件58可以提供密封軸承，因為軸承的任何污染都會影響到所有旋轉運動和編碼器的精度以及關節(jié)感覺(joint feel)。
盡管機芯44優(yōu)選包括一對間隔開的軸承，但是機芯44也可以包括單個軸承或三個或更多的軸承。因此，每個機芯至少需要一個軸承，作為最低需要。
本發(fā)明的連接機芯既可以作無限的旋轉運動，或者作為一種選擇也可以作有限旋轉運動。為了實現(xiàn)有限旋轉運動，在殼體64的外表面上的凸緣72上的一個槽70形成了一條容納一梭子(shuttle)74的圓柱軌道70。該梭子74將行駛在軌道70中直到其抵靠在一可拆卸的梭子止動件為止，該梭子止動件例如旋轉止動調節(jié)螺釘76，通過該調節(jié)螺釘可以阻止旋轉運動。旋轉運動的轉數(shù)可以根據(jù)需要進行改變。在一優(yōu)選實施例中，可以將梭子的轉數(shù)限定為低于720°。此處的旋轉梭子止動件的類型在共同轉讓的美國專利US5611147中有詳細的描述，該專利的所有內容以參引的方式包含在本申請中。
如上所述，在另一可替換實施例中，本發(fā)明所使用的關節(jié)進行無限的旋轉運動。在后面一種情況下，采用了一種已知的滑環(huán)組件。優(yōu)選的是，軸60有一中空或軸向孔78，該孔的一端有一個直徑較大的部分80。在軸向孔78和80之間形成的臺肩上抵靠有一個圓柱形滑環(huán)組件82。相對于在該模制連接機芯中提出的該預加載荷軸承組件而言，滑環(huán)組件82是不起結構租用的(也就是說，它并不提供任何機械功能，僅僅提供電的和/或信號傳遞功能)。盡管滑環(huán)組件82可以是任何市場上可以購買到的滑環(huán)，但是在一優(yōu)選實施例中，滑環(huán)組件82包括可以從United Kingdom Reading，BERKSHRE的IDMElectronics Ltd.公司購買的H系列的滑環(huán)。這種滑環(huán)尺寸比較緊湊并且具有圓柱形結構，而且可以完美地適用于軸60內的孔80中。穿過軸60的軸向孔80的末端形成孔84，該孔84與槽道86連通，該槽道86的大小和結構可以容納來自于滑環(huán)組件82的電線。該電線由電線蓋88固定就位并受到保護，該電線蓋88卡裝在槽道86和孔84中。這種電線由圖10中的標記90示意性地表示。
如上所述，模制機芯44包括一上述預加載荷軸承構件以及一下面將要描述的模制的編碼器構件。還是參見圖9和10，用于本發(fā)明的該優(yōu)選的轉換器包括一模制光學編碼器，該編碼器具有兩中主要部件，即讀出磁頭92和光柵盤94。在該實施例中，一對讀出磁頭92布置在一讀出磁頭連接器板96。該連接器板96安裝在一安裝板100上。光柵盤94優(yōu)選(優(yōu)選采用一種適當?shù)恼澈蟿?安裝在軸60的下部支承表面102上并且與該讀出磁頭92(該磁頭通過板100支承固定)間隔開并且與該讀出磁頭對齊。一電線箍104和密封蓋106為殼體64的下端提供了最外部的遮蓋。電線箍104會如圖10所示的那樣收納和保持電線90?？梢岳斫獾降氖?，該編碼器盤94有在102上涂敷有粘合劑而被固定在軸60上并可隨著該軸旋轉。圖9和10表示出了一種雙讀出磁頭92，不過，可以理解到的是，可以使用兩個以上的讀出磁頭，或者如圖9A中所示使用單個讀出磁頭。圖9B-C表示出了安裝在一板100中的四個讀出磁頭92并且以90°的間隔間隔開(盡管采用不同的相對間隔也是合適的)。圖9D-E表示出了安裝在一板100中的三個讀出磁頭92并且以120°的間隔間隔開(盡管采用不同的相對間隔也是合適的)。
為了同心地對齊盤94，在靠近盤94的位置提供了一個穿過殼體64的孔(未示出)。隨后采用一種工具(未示出)將盤94推動到同心對齊位置，在該位置上使得盤94和軸60之間的粘合劑固化以便將盤94鎖定就位。隨后將孔塞73插入殼體64中的所述孔(未示出)中。
重要的是需要指出，該盤94和讀出磁頭92的位置可以反過來，從而盤94固定在外座套56上而讀出磁頭92可以與軸60一起旋轉。圖12A中表示出了這樣的實施例，其中板96’(通過粘合劑)固定在軸60’上以便與其一起旋轉。一對讀出磁頭92’固定在板96’上并因此和軸60’一起旋轉。盤94’布置在一支承件100’上，該支承件100’固定在外殼64’上。在任何情況下，可以理解到的是，無論是盤94還是讀出磁頭92都可以安裝成與軸一起旋轉。重要的是盤94和讀出磁頭92要布置在一機芯(或接頭)中以便在維持光學連通的同時可以彼此相對旋轉。優(yōu)選的是，在本發(fā)明中所采用的旋轉編碼器比在美國專利US5486923以及US5559600中披露的那個要小，這兩個專利的所有內容都通過參引的方式包含在本申請中。這種模制編碼器可以從MicroE Systems公司購買到，其商品名稱為Pure Precision Optics。這些編碼器都以物理光學為基礎檢測衍射級之間的干涉，從而從一插入干涉條紋中的光電檢測器陣列中生成近乎完美正弦信號。采用電子學的方法對該正弦信號進行內插值以便能夠檢測到僅僅一小部分光學條紋的位移。
采用一種激光源，首先采用一透鏡使該激光束成為平行光束，隨后通過一小孔進行篩分(sized)。該篩分后的平行激光束穿過一光柵，該光柵使得光衍射成具有0th的離散級(discrete order)以及受到光柵結構(gratingconstruction)抑制的所有均勻級(even order)。由于該0級受到抑制，在第三分支級()之外存在一個區(qū)域，在該區(qū)域內只有±1st級相互交迭形成一近乎純粹的正弦干涉。在該區(qū)域內布置一個或多個光電檢測器陣列(讀出磁頭)，并且當光柵和檢測器之間存在相對運動時該光電檢測器陣列產生四個信道的幾乎純粹的正弦輸出量。將輸出量進行電子學放大、規(guī)格化并內插到理想的分辨水平(level of resolution)。
對該編碼器結構的簡化產生了幾個優(yōu)于現(xiàn)有光學編碼器的優(yōu)點。僅僅采用一個激光源及其平行校準光學器件、衍射光柵以及一檢測器陣列就可以進行測量。相對于較為粗笨的現(xiàn)有普通編碼器而言，這就使得本發(fā)明的編碼器裝置顯得極為緊湊。此外，該光柵和干涉條紋運動(fringe movement)之間的直接關系減弱了該編碼器對外界環(huán)境所引起的誤差的的敏感性，而現(xiàn)有的裝置就易于受到這種誤差的影響。而且，由于該干涉區(qū)域較大，并且可以在該區(qū)域的任何位置獲得幾乎正弦干涉，因此，對準直容差(alignmenttolerance)的要求遠比現(xiàn)有編碼器在這方面的要求寬松得多。
前述光學編碼器的一個顯著的優(yōu)點是，對讀出磁頭相對于該編碼器盤的偏離位置和距離的精度或距離和位置的嚴格程度要低得多。這樣就能獲得一種高精度的旋轉測量以及一種易于組裝的包裝。采用這種“具有幾何容忍性(geometry tolerant)”的編碼器技術使得CMM10的成本顯著降低并且使得制造更為容易。
人們將會認識到，盡管上述優(yōu)選實施例含有一種光盤(optical disk)94，但是本發(fā)明的優(yōu)選實施例還可包括任何光學干涉條紋圖案，該圖案使得該讀出磁頭能夠檢測到相對運動。如在此所使用的那樣，這種干涉條紋圖案表示出了用來測量運動的光學元件的任何周期陣列。這些光學元件或干涉條紋圖案可以安裝到如上所述的旋轉或固定的盤上，或者可以儲存、固定或布置或安置在該機芯的任何相對運動的部件(例如軸、軸承或殼體)上。
實際上，該讀出磁頭以及相關的周期陣列或圖案并不必定需要完全基于(如上所述的)光學器件。廣義上來說，該讀出磁頭還可以讀出(或檢測到)許多其他可測量的數(shù)量或特性的許多其他的周期圖案，這些可測量的數(shù)量或特性可以用來檢測運動，例如通常為旋轉運動。這些其它可測量的特性可以包括例如反射率、不透明性、磁場、電容、感應系數(shù)或表面粗糙度(注意，表面粗糙度圖案可以采用具有相機例如CCD相機這種形式的讀出磁頭或傳感器來讀出)。在這些情況下，讀出磁頭將會測量出例如磁場、反射率、電容、感應系數(shù)、表面粗糙度等的周期變化。如在此所使用的術語那樣，術語“讀出磁頭”表示任何采用一種正如一優(yōu)選實施例那樣的光學讀出磁頭分析可測量的數(shù)量或特性的傳感器或轉換器以及相關的電子學器件。當然，由讀出磁頭讀出的周期圖案可以位于任何表面上，只要讀出磁頭和周期圖案之間存在相對運動(通常為旋轉運動)。周期圖案的一些例子包括以圖案形式沉積在一旋轉或固定部件上的磁性的、感應的或電容性的媒介。而且，如果表面粗糙度為待讀出的該周期圖案，就沒有必要沉積或提供一獨立的周期圖案，因為使用任何與該相關的讀出磁頭(可能為一架相機，例如為CCD相機)相連通的部件上的該表面粗糙度就可以了。
如上所述，圖9和10表示的是用于軸向長關節(jié)16的模制軸承和編碼器機芯的一些例子。圖11和12所示的是用于軸向長關節(jié)30和34的軸承和編碼器機芯。這些機芯組件基本上都與圖9和10中所示的相似并且因此標記為44’。從這些圖可以明顯地得出區(qū)別于機芯44的一些細微的區(qū)別，這些區(qū)別例如涉及電線蓋/罩88’結構不同的、電線箍/套104’、106’略有不同以及外殼體64’的上端處的凸緣72’的位置略有不同。而且，殼體64’和軸上部殼體62之間的凸緣是向外展開的。當然，圖11和12中所示的各種部件的相對長度也與圖9和10中所示的情況不同。由于所有這些部件基本上都相似，因此這些部件都采用相同的數(shù)字加上一個符號“‘”來指代。圖11A與圖11相似，不同的是表示出的是具有單個讀出磁頭的實施例。
參見圖13和14，所示的是短鉸接關節(jié)(short hinge joint)32和36中的軸承和編碼器機芯的分解剖視圖。如圖11和12中的軸向長關節(jié)44’所示，用于短鉸接關節(jié)32和36的機芯基本上與上面詳細描述的機芯44類似，因此這些機芯的元件標記為44″，并且相似的元件采用原來的竹子加上符號“″”來表示。人們將會理解到，由于機芯44″將用于短關節(jié)32、36，因此不需要滑環(huán)組件，因為該電線將由于這些關節(jié)的鉸接運動而簡單地穿過該軸向孔78″、80″。圖13A與圖13類似，不同的是表示的是一單讀出磁頭的實施例。
最后，參見圖15和16，短鉸接關節(jié)18的模制軸承/編碼器機芯圖示為108?？梢哉J識到的是，基本上機芯108的所有部件都與機芯44、44’以及44″中的部件相似或相同，其中重要的不同在于包含有一平衡組件。該平衡組件包括一平衡彈簧110，該彈簧套裝在殼體64″上并以一種下面將會參照圖26-28進行描述的方式為CMM10提供一種重要的平衡功能。圖15A與圖15相似，但是所示的是一單讀出磁頭實施例。
如上所示，在一優(yōu)選實施例中，在該編碼器中可以采用一個以上的讀出磁頭。可以理解到的是，可以通過由于所施加的負載而引起的盤的徑向跳動或徑向運動而進行編碼器的角度測量。已經(jīng)確定的是，兩個彼此成180°布置的讀出磁頭會導致徑向跳動，該徑向跳動回在每個讀出磁頭內產生抵消效應。對這些抵消效應求平均值獲得一最終的“免除的(immune)”角度測量值。因此采用兩個讀出磁頭以及合成誤差抵消會導致出錯的可能性減小并且獲得更為精確的編碼器測量值。圖17-19分別表示的是用于較大直徑的機芯中的雙讀出磁頭實施例的仰視圖、剖視圖以及俯視圖，該大直徑的機芯例如可在關節(jié)16和18(也就是最靠近基座的那些關節(jié))中找到。因此，一機芯端蓋100上安裝有一對電路板96，每個電路板96上都具有一采用機械方式安裝在其上的讀出磁頭92。該讀出磁頭92優(yōu)選布置成彼此間隔開180°，以備由所述盤的徑向跳動或徑向運動所導致的誤差抵消。每個電路板96都還包括一用于將該電路板96連接到下面將要進行說明的內部總線和/或其他電線上的連接器93。圖20-22所示的部件基本上與圖17-19中所示的部件相同，其中主要的區(qū)別是有一較小直徑的機芯端蓋100。該較小直徑的雙讀出磁頭實施例上連接有關節(jié)30、32、34以及36的所述較小直徑機芯。
優(yōu)選的是，采用至少兩個讀出磁頭(或更多磁頭，例如圖9D-E中所示的三個讀出磁頭以及圖9B-C中所示的四個讀出磁頭)也可被多種普通的坐標測量機所采用，從而顯著地降低該測量機的制造成本和復雜性。例如，美國專利US5794356(以下簡稱為專利‘356，并以參引方式包含在本申請中)中所描述的一種坐標測量機中的每個關節(jié)的構造都相對簡單，每個關節(jié)都包括第一殼體和第二殼體，該第一殼體保持固定并帶有一關節(jié)半片(joint half)，而第二殼體保持固定并具有第二關節(jié)半片，該第一和第二殼體具有預加載荷軸承，該軸承使其能夠相對旋轉。第一殼體固定一裝好的編碼器而第二課題包括一軸向布置的內軸，該內軸延伸到第一殼體中并與從該裝好的編碼器中凸出的該編碼器軸相匹配。該現(xiàn)有的裝好的編碼器要求沒有負載施加在其上，并且盡管該內軸的軸線與該裝好的編碼器的軸線對的不是太齊，但是第二殼體的運動要精確地傳遞到該編碼器上以便維持較高精度的旋轉測量。為了適應在軸向不對齊方面的制造公差，就需要在該編碼器軸和該內軸之間連接一個特殊的聯(lián)軸裝置。這種構件如在Raab的專利‘356中的圖7所示。
對比而言，圖35所示的是一種變化結構，Raab的專利‘356中CMM的連軸裝置和裝好的編碼器被去掉并采用編碼器盤96和端蓋100替代。在此，兩個關節(jié)彼此呈90°布置，每個關節(jié)具有第一殼體420和第二殼體410。內軸412從第二殼體420延伸到第一殼體410中。如圖所示，編碼器盤96例如采用粘合劑安裝在該內軸412的末端，而端蓋100固定在第一殼體420內。不過，可以理解的是，編碼器盤96可以固定在第一殼體420內并且端蓋100可以固定到內軸412上而不會影響到該關節(jié)的運轉。
如上所述，采用兩個(或更多的)讀出磁頭以及合成誤差抵消會導致出錯的可能性減小并且獲得更為精確的編碼器測量值，盡管軸線對得不是太齊。此外，光柵和干涉條紋運動之間的直接關系減弱了該編碼器對外界環(huán)境引起的誤差的敏感性，而現(xiàn)有裝置則易于受到該誤差的影響。而且由于該干涉區(qū)域較大，并且在該區(qū)域內的每個位置都可以獲得幾乎正弦干涉，因此對對齊公差的要求要比前述現(xiàn)有編碼器的要求寬松得多。
在另一實例中，Eaton的美國專利US5829148(以下簡稱為Eaton的專利’148，其以參引的方式包含到本申請中)描述了一種現(xiàn)有CMM，其中一裝好的編碼器通過提供主旋轉軸承而形成每個關節(jié)的一體部分，因此不需要對如上所述的Raab專利‘356中的軸向不對齊情況進行補償。不過，由于該編碼器提供了主旋轉軸承，因此重要的是該編碼器在結構上具有抗震性(rugged)并且能夠經(jīng)受各種負載而不會影響到其性能。這就增加了該編碼器的成本和粗笨程度。這種結構如Eaton的專利’148中的圖4所示。
對照而言，圖36所示的是一種變化結構，其中，Eaton的專利’148中的該裝好的編碼器和其中一個關節(jié)的連接軸被去掉并由端蓋100和編碼器盤96替代。在此，第一殼體470保持端蓋100并且通過軸承472保持第二殼體460的內軸462。內軸462延伸到末端靠近端蓋100，并且編碼器盤96例如采用粘合劑安裝在該內軸462的末端。如在圖35中所示的實施例一樣，采用兩個(或更多的)讀出磁頭回顯著地降低該關節(jié)的成本和復雜性同時不會損失精度。
回頭看圖23A，其所示的是用于圖9A、11A、13A以及15A中的單讀出磁頭實施例的電子線路的方框圖?？梢岳斫獾降氖?，CMM10優(yōu)選包括一外部總線(優(yōu)選為USB總線)260以及一內部總線(優(yōu)選為RS-485)261，該外部總線設計成可擴展的，以便用于多個編碼器以及一從外部安裝的扶手(rail)或附加的旋轉軸，例如第七軸。該內部總線優(yōu)選與RS485相一致，并且該總線優(yōu)選設置成可以以一種與用于傳送來自于一便攜式CMM鉸接臂中的轉換器的數(shù)據(jù)的串行網(wǎng)絡相同的方式用作一個串行網(wǎng)絡，該CMM鉸接臂披露在在共同轉讓的美國專利US6219928(其全部內容以參引方式包含在本申請中)中。
參見圖23A，可以理解的是，在每個機芯中的每個編碼器都與一編碼器板相連。關節(jié)16中的機芯的編碼器板被布置在基座12中并且在圖25中被標記為112。關節(jié)18和30的編碼器在一雙編碼器板上受到處理，該雙編碼器板位于第二長關節(jié)30中并且在圖26中被標記為114。圖26也表示了一種相似的雙編碼器板116，用于關節(jié)32和34中的編碼器，編碼器板116位于如圖26所示的第三長關節(jié)34中。最后，該端部編碼器板118如圖24所示位于測量探針手柄28內并且被用來處理短關節(jié)36中的編碼器。這些編碼器板114、116以及118中的每一個都連接有一熱電偶以便提供由于溫度瞬變導致的熱補償。每個編碼器板112、114、116以及118都包含有嵌入式模數(shù)轉換，編碼器計數(shù)以及串行端口通信(serial port communication)。每個編碼器板都具有可讀取編程的快速存儲器以便能夠將操作數(shù)據(jù)存儲在本地。主處理器插接板112也是可以通過外部USB總線260編程的區(qū)域(field)。如上所述，該內部總線(RS-485)261設計成可擴展式的以便用于更多的編碼器，該編碼器也包括一從外部安裝的扶手(rail)和/或第七旋轉軸。已經(jīng)設置了一軸孔以便為內部總線提供診斷。由于外部USB通信協(xié)議的容量的原因，可以將多個這些附圖中表示為10的CMM可以連接到一單一應用場合(single applicaiton)。而且也可以由于完全相同的原因而將多個應用連接到單一CMM10上。
優(yōu)選的是，每個編碼器板112、114、116以及118都包括一16位的數(shù)字信號處理器，例如可以從Motorola購買的標識為DSP56F807的處理器。該單一處理部件將多種處理特征(這些特征包括串行通信、積分譯碼、A/D轉換器以及在板存儲器)結合起來，因此能夠減少每個編碼器板所需的芯片的總數(shù)。
根據(jù)本發(fā)明的另一個重要特征，每個編碼器都與一具有個性化標識的芯片120相連。該芯片用來標識每個個別編碼器并因此標識出每個個別的軸承/編碼器模制機芯，從而能夠方便而快速地進行質量控制、測試以及修復。
圖23B是一個與圖23A相似的電子線路方框圖，但是所示的是圖10、12、14以及16-22中的雙讀出磁頭實施例。
下面將參考圖24-26對在該鉸接臂14中每個機芯的組件進行描述(注意，圖24所示的鉸接臂14沒有基座12。還有，圖24-26采用了圖9A、11A、13A以及15A中所示的單讀出磁頭實施例)。如圖25所示，第一長關節(jié)16包括一相對較長的機芯44，該機芯的上端被插進雙套筒接頭46的一圓柱形套筒120中。機芯44通過適當?shù)恼澈蟿┍焕喂痰毓潭ㄔ谔淄?20中。該機芯44的相對的下端被插進一延伸管(extension tube)中，在該實施例中，延伸管可以是鋁質套管122(但是套管122也可以包括一種剛性合金或復合材料)。機芯44再次采用適當?shù)恼澈蟿┕潭ㄔ谠撎坠?22內。該套管122的下端包括一較大的外直徑部分124，該部分上具有內螺紋126。該螺紋向外呈錐形并且設置成可以與位于磁性固定件殼體130上的向內呈錐形的螺紋128(清楚表示在圖4中)進行螺紋配合。如上所述，CMM10的所有關節(jié)都采用這種錐形螺紋相互連接。優(yōu)選的是，該錐形螺紋為能夠自我緊固的美國標準錐管螺紋(NPT)型螺紋，因此不需要鎖定螺母或其它的緊固裝置。該螺紋還容許并應包括螺紋鎖定劑(thread locking agent)。
參見圖26，與第一長關節(jié)16一樣，長機芯44’是采用粘合劑固定在雙套筒接頭46’的圓柱形開口120’中的。該機芯44’的外殼體64’包括一由凸緣72’的下表面形成的臺肩132。該臺肩132支承圓柱形延伸管134，該延伸管設置并套在外殼體64’的外表面上。延伸管用于這些關節(jié)中以便形成一安裝到一帶螺紋的部件上的長度可變的管。延伸管134因此從外殼體64’的底部向外延伸并其中已經(jīng)插入了一螺紋套管136。采用適當?shù)恼澈蟿⒃撏鈿んw64’粘接到延伸管134上以及將套管136和延伸管132粘接在一起。套管136的末端為一錐形部分，該錐形部分上具有外螺紋138。該外螺紋以螺紋連接方式與位于連接件142上的內螺紋140相配合，該連接件在這之前已經(jīng)采用粘接方式固定在了雙套筒接頭48的開口144中。優(yōu)選的是，延伸管134采用復合材料構成，例如一種合適的碳纖維復合材料，而螺紋套管136由鋁構成，以便與該雙套筒關節(jié)48的熱學特性相匹配?？梢岳斫獾降氖?，PC斑114緊固在一支承件146上，該支承件又固定在雙套筒關節(jié)支承件142上。
除了上述螺紋連接外，一個或多個或者所有關節(jié)都可以采用如圖25A-B中所示的螺紋緊固件進行相互連接。不是圖26中的螺紋套管136而是圖25B中的套管136’具有光滑的錐形端部137，該錐形端部容納在一具有互補錐形套筒的支承件142’中。凸緣139沿著周邊從套筒136’向外延伸，該凸緣上具有一批螺栓孔(在該實例中為6個螺栓孔)，穿過這些螺栓孔安裝有螺栓141。螺栓141沿著套筒支承件142’的上表面以螺紋連接方式安裝在相應的螺栓孔中。延伸管134’套裝在圖26中所示的實施例中的套管136’上。這些關節(jié)這種互補的錐形凸凹互連相對于現(xiàn)有技術來說改善了連接界面。
還是參見圖26，第三長關節(jié)34的長機芯44″采用與長關節(jié)30的機芯44’相似的方式固定到鉸接臂14上。也就是說，機芯44″的上部采用粘合方式固定到雙套筒關節(jié)46″的一開口120″中。延伸管148(優(yōu)選采用在針對管134進行說明時所描述的復合材料構成)套裝在外殼體64″上并且由其上向外延伸，以便容納一配合套管150，該配合套管以粘合方式固定在延伸管148的內徑上。配合套管150的末端形成一錐形部分，該錐形部分上具有外螺紋152并且與雙套筒關節(jié)支承件154上的互補內螺紋153相配合，該支承件154之前已經(jīng)粘接在了雙套筒關節(jié)148’內的一圓柱形套筒156上。印刷電路板116同樣采用PCB支承件146’連接到該雙套筒關節(jié)上，該PCB支承件146’固定在雙套筒關節(jié)支承件154上。
如針對圖7和8所述，在圖13和14中的短關節(jié)機芯44’以及圖15中的機芯108簡單地布置在兩個雙套筒關節(jié)46、48之間并且采用一種合適的粘合劑固定在該雙套筒關節(jié)內。因此，該長短機芯都能較容易地彼此成直角(如果需要的話可以成直角之外的任何角度)連接起來。
如上所述的模制軸承編碼器機芯構成了如在前述Raab的專利’356以及Eaton的專利’148中所示的便攜式CMM的一種重要的技術進步。這是因為，該機芯(或該機芯的外殼)實際上形成了每個關節(jié)的結構元件，每個關節(jié)組成了該鉸接臂。在此所使用的術語“結構元件”的意思是該機芯的表面(例如機芯殼體)剛性地連接在鉸接臂的其它結構元部件上，以便在不使該鉸接臂變形的情況下(或最多只能變形最小)傳遞旋轉運動。這和普通便攜式CMM(例如在Raab的專利’356以及Eaton的專利’148中所披露的那種)形成對比，其中，需要有單獨和截然不同的關節(jié)元件和傳遞元件，因為該旋轉編碼器是關節(jié)元件的一部分(但是不是傳遞元件的一部分)。實質上，本發(fā)明不需要單獨的傳遞元件(例如傳遞部件)，因為關節(jié)元件和傳遞元件的功能夠被整合到了一個單一模制部件(即，機芯)中。因此，與由獨立和截然不同的關節(jié)和傳遞元件構成的鉸接臂不同，本發(fā)明采用了一種由長短關節(jié)元件的組合體(即，機芯)構成的鉸接臂，這些長短關節(jié)都是該鉸接臂的結構元件。這相對現(xiàn)有技術來說可獲得更好的效率。例如，在專利’148以及專利’582中一關節(jié)/傳遞部件組合體中所使用的軸承的數(shù)量為四個(關節(jié)中有兩個軸承而傳遞部件中有兩個軸承)，而奔本發(fā)明中的模制軸承/轉換器機芯可以使用最少一個軸承(盡管使用兩個軸承為優(yōu)選)并且依然能夠實現(xiàn)相同的功能(盡管可以采用一種不同且改進的方式)。
圖24A以及26A-B是一些與圖24-26相似的剖視圖，但是表示出的是圖10、12、14以及16-22中所示的雙讀出磁頭實施例，并且還是圖3A中所示的CMM10’的剖視圖。
該鉸接臂14的全長和/或各個臂段可以根據(jù)其所要使用的場合而變化。在一實施例中，該鉸接臂的全長大約為24英寸并提供大約0.0002到0.0005英寸數(shù)量級的測量值。該鉸接臂的尺寸和測量精度提供了一種能夠較好地適應采用典型的手動工具例如千分尺、高度計、卡尺等就能立即實現(xiàn)測量的便攜式CMM。當然，鉸接臂14可以具有較小或較大的尺寸和精度等級。例如，較大的鉸接臂的全長為8英尺或12英尺，并且相應的測量精度為0.001英寸，因此能夠用于最實時的檢查用途或用于逆向工程。
CMM10還可以與安裝在其上的控制器一起使用，該控制器用于執(zhí)行一個如在前述專利US5978748以及美國專利申請NO.09/775226中所披露的相對簡單化的可執(zhí)行程序；或者CMM10可以與一相對復雜的程序或主機172一起使用。
參見圖1-6以及24-26，在一優(yōu)選實施例中，長關節(jié)和短關節(jié)中的每一個都受到一彈性體緩沖器或罩的保護，該緩沖器或罩所起的作用是限制較高沖力力并提供一種具有人機工程學的舒適抓握部位(以及一種從美觀上來說令人感覺舒服的外觀)。長關節(jié)16、30以及34都受到可更換的硬質塑料(例如ABS)罩的保護，該硬質塑料罩起到一種防沖擊和磨損的保護裝置的作用。對于第一長關節(jié)16，該可更換的硬質塑料罩可以形成兩件式基座殼體26A以及26B，如圖4中所示。長關節(jié)30以及34每個都受到一對罩殼件40和41(如圖5和6所示)保護，該隊罩殼件可以采用適當?shù)穆葆斠愿驓ば问骄o固在一起以便形成一個保護套?？梢岳斫獾氖?，在一優(yōu)選實施例中，用于每個長關節(jié)30和34的該可更換的硬質塑料罩都分別包圍著該優(yōu)選為復合材料(碳纖維)的延伸管134和138。
優(yōu)選的是，其中一個罩，例如罩部分41，包括一一體模制在其中的傾斜的支承柱166，該支承柱限制該鉸接臂的肘部處的旋轉，從而防止在靜止狀態(tài)下探針28碰撞到基座12。這在圖3、24以及26中顯示的最為清楚?？梢岳斫獾降氖窃撝С兄?66因此會限制不必要的沖擊和磨損。
如將要針對圖29和31所描述的那樣，探針28還可以包括一可更換的塑料保護罩，該保護罩采用一種硬質塑料材料制成。
圖3A、24A以及26A-B所示的是可替換的保護套40’、41’，這些保護套也具有蛤殼式構造，不同的是它們采用夾板(strap)或彈簧夾167而不是螺紋緊固件來固定就位。
每個短關節(jié)18、32以及36都包括一對彈性體(例如熱塑性橡膠，例如SANTOPRENE & COMMAT)緩沖器38，和前面所述的并在圖1-3以及5-6中清楚表示的一樣。緩沖器38可以采用一種螺紋緊固件、適當?shù)恼澈蟿┗虿捎萌魏纹渌m當?shù)姆绞桨惭b。彈性體或橡膠緩沖器38將限制較高的沖擊力并提供具有美感令人愉快并且具有人機工程學的舒適的握持部位。
前述保護罩40、41、40’、41’以及緩沖器38都可以方便地進行更換(基座殼體26A、26B也一樣)并且使得鉸接臂14能夠在不影響CMM10的機械性能的情況下快速而廉價地進行整修。
還是參見圖1-3，基座殼體26A、26B包括至少兩個圓柱形軸轂(boss)，用來安裝如圖3中的168處所示的一個球體。該球體可以用來安裝夾子型的計算機夾持器170，噶夾持器又支承著一便攜式或其他計算機裝置172(例如所述的“主機”)。優(yōu)選的是，圓柱形軸轂設置在該基座殼體26A、B的任意一側，使得該球體和計算機夾持器可以安裝在該CMM的任意一側。
現(xiàn)在參見圖15、16、27A、B以及28來描述用于CMM10的該優(yōu)選的平衡部件。通常，此處所描述的便攜式CMM都已經(jīng)采用了一種從外部安裝的螺旋彈簧，該螺旋彈簧以一種懸臂支架的形式獨立地安裝在鉸接臂的外側以便用作一平衡部件。對比而言，本發(fā)明采用一種完全構成一體的內部平衡部件，該平衡部件使得該鉸接臂的整個外部輪廓減小。通常，現(xiàn)有平衡部件都是在平衡機構中采用一種卷繞螺旋彈簧。但是，根據(jù)本發(fā)明的一個重要的特征，該平衡部件采用的卻是一種采用機器加工出來的螺旋彈簧(與卷繞螺旋彈簧相對)。圖16和27A-B中所示的是這種采用機器加工出來的彈簧110，并且該彈簧110采用單個金屬(鋼質)圓柱形成，該金屬圓柱通過機器加工形成一對位于該螺旋的相對末端的相對較寬的環(huán)174、176以及一些構成無效簧圈174、176之間的中間簧圈的相對較窄的環(huán)?？梢岳斫獾降氖?，該較寬的無效簧圈174、176分別與軸62’的側表面180以及殼體64″的側表面182相嚙合，由此防止彈簧110橫向運動。較寬的堅固的無效簧圈174、176起到一個抗扭曲裝置的作用并且提供了優(yōu)于現(xiàn)有卷繞彈簧的功能。無效簧圈174優(yōu)選包括一對鎖定柱184、186(盡管可以只用一個鎖定柱)而無效簧圈176包括一個鎖定柱(locking post)188。
參見圖27B，每個雙套筒關節(jié)46、48都包括如在標記190和191處所示的凹槽，用于容納相應的鎖定柱184、186或188。參見圖28，盡管鎖定柱184、186會以固定狀態(tài)保持在雙套筒關節(jié)48的適當凹槽內，但是鎖定柱188的位置是可以改變的以便使得彈簧110上的整個卷緊度最佳化并提供最有效的平衡力。這可以采用一種螺紋孔192來實現(xiàn)，該螺紋孔內安裝有螺釘194。如圖28所示，可以對螺釘194進行操作使其與鎖定柱188接觸并在圓周方向上沿著內部導槽196逆時針方向推動該鎖定柱188，如圖27B所示，該內部導槽與鎖定柱的進入凹槽190垂直。優(yōu)選的是在工廠中就將螺釘194布置在使得彈簧110最佳化的位置。
可以理解到的是，在使用該鉸接臂14的過程中，該編碼器/軸承機芯108將會起到一鉸接關節(jié)的作用，并且一旦被插入并采用粘接方式固定在雙套筒關節(jié)46、48的套筒中時，該鎖定柱184、186以及188將會被鎖定在其相應的凹槽內。當套筒關節(jié)48(經(jīng)過機芯108的鉸接關節(jié))相對套筒關節(jié)46旋轉時，該彈簧110就會卷緊。當需要套筒關節(jié)48旋轉回到其原始位置時，該彈簧110的卷繞力就會放松而提供所需的平衡力。
在需要顛倒安裝鉸接臂14時，例如安裝在磨床、橫梁或天花板上事4，彈簧110的方位同樣可以倒過來(或反過來)以便能獲得必要的平衡所需的適當方位。
下面參見圖29和30A-C來描述測量探針28的一優(yōu)選實施例。探針28包括一殼體196，該殼體內有內部空間198，用于容納印刷電路板118?？梢岳斫獾降氖牵瑲んw196構成上述類型的雙套筒關節(jié)并且包括套筒197，在該套筒中粘接到一支承部件199，該支承部件用于支承電路板118。優(yōu)選的是，手柄28包括兩個開關，即執(zhí)行(take)開關200以及確認(confirm)開關202。這些開關由操作者用來在操作過程中(通過執(zhí)行開關200)進行測量并(通過確認開關202)確認該測量。根據(jù)本發(fā)明的一個重要的特征，該開關被彼此區(qū)別開來以便在使用過程中使得混淆的可能最小化。該區(qū)別可以采用多種方式進行，這些方式包括例如使得開關200、202具有不同的高度和/或具有不同的紋路(需要注意的是，開關202上又壓痕，而與此相反開關200的上表面是平滑的)和/或具有不同的顏色(例如開關200為綠色而開關202為紅色)。還是根據(jù)本發(fā)明的一重要特征，指示燈204也與開關200、202相連以便指示適當?shù)奶綔y行為。優(yōu)選的是，指示燈204為一種兩色燈，以便例如指示燈204在進行測量時(以及在按下綠色執(zhí)行按鈕200時)顯示綠色以及在確認測量時(以及在按下紅色確認按鈕202時)顯示紅色。利用一種現(xiàn)有的LED就可很容易地實現(xiàn)使用多色燈。為了有助于握持，為了產生改進的美感以及為了耐沖擊，在探針28的一部分上提供了標記為206的上述類型的外保護罩。開關電路板208用來將按鈕200、202以及指示燈204，并且該電路板由支承部件199支承。開關電路板208與電路板118進行電連接，該電路板118上安裝有用來處理該開關和指示燈以及處理短鉸接關節(jié)36的元件。
根據(jù)本發(fā)明的另一個重要特征并參見圖29和圖30A-C，探針28包括一永久安裝的接觸觸發(fā)器探針以及一可拆除蓋體，該蓋體與一固定探針相配合并保護該接觸觸發(fā)器探針。圖29中的標記210處所示的是該接觸觸發(fā)器探針機構，并且該探針機構以一種簡化的三點運動學探針座為基座。折中普通的結構包括一探針鼻端212，該前鼻端與受到接觸彈簧216偏壓的球體214接觸。三個接觸銷212(在218處只有一個表示出來)都與一隱藏的電路接觸。向探針鼻端施加的任何力都會導致三個接觸銷218中的任何一個上升，而該接觸銷的上升會導致該隱藏的電路打開逼供因此驅動一開關。優(yōu)選的是，接觸觸發(fā)器探針210還可以與前面所述的“執(zhí)行”開關200一起協(xié)同工作。
如圖30B所示，當使用接觸觸發(fā)器探針210時，保護性螺紋罩220可以螺紋方式安裝到觸發(fā)器探針210周圍的螺紋222上。不過，當需要采用一種固定探針而不是采用接觸觸發(fā)器探針時，可以拆除該可拆除的蓋體220，如圖29已經(jīng)30A-C中的標記224處所示的那種所需的固定探針以螺紋連接方式安裝到一螺紋222上。可以理解到的是，盡管固定探針224具有一安裝在其上的圓球，但是將任何不同構造的所需固定探針方便地以螺紋連接方式通過螺紋安裝到探針28上?；A觸發(fā)器探針組件210安裝在一殼體228中，該殼體228可螺紋連接地安裝在螺紋接頭230中，該螺紋接頭形成探針殼體196的一部分。這種相互螺紋連接使得太接觸觸發(fā)器探針210完全集成在該探針28中。一種完全集成的探針的提出表現(xiàn)了本發(fā)明一個重要特征并且顯著區(qū)別于安裝在現(xiàn)有CMM上的現(xiàn)有可拆除的接觸探針。此外，該永久安裝的接觸觸發(fā)器探針也和方便地轉換成如上所述的硬探針。
圖29A-C披露的也是本發(fā)明的測量探針的另一優(yōu)選實施例。在圖29A-C中，在28’處所示的一測量探針基本上類似于圖29中所示的測量探針28，其主要區(qū)別在于“執(zhí)行”和“確認”開關的構造上。與圖29中所示的分散式按鈕型開關不同，測量探針28’采用了兩對弧形橢圓開關200a-b以及202a-b。每對相應的橢圓開關200a-b以及202a-b都相應地對應于圖29中所述的執(zhí)行開關和確認開關。該測量探針28’的這種實施方式相對于測量探針28這種實施方式的優(yōu)點在于每對橢圓開關202和200實際上都包圍著該測量探針的整個圓周(或者包圍著圓周的至少大部分)并因此更容易由該便攜式CMM的操作者驅動。和圖29中所示的實施例一樣，指示燈204與每個開關相連，該指示燈204以及開關200、202安裝在相應的電路板208’上。還是和圖29中所示的實施例一樣，開關200、202可以采用例如不同的高度、不同的紋路和/或不同的顏色進行區(qū)分。優(yōu)選的是，開關200、202略微浮起以便該按鈕可以在被沿著該按鈕的任何位置被按下時受到驅動。和圖29中所示的實施例一樣，在206處使用了上述類型的外保護罩，并且該保護罩安裝在一部分探針28’上。
參見圖31，用于CMM10的一種可替代的測量探針如標記232所示。測量探針232與圖29中的測量探針28相似，其中的主要區(qū)別在于探針232包括一旋轉手柄罩234。該旋轉手柄罩234安裝在一對間隔開的軸承236、238上，該軸承又安裝在一內芯或支承件240上，從而該旋轉罩234可以自由地繞著內芯240旋轉。
軸承236、238優(yōu)選為徑向軸承并且使得由于探針手柄產生的在該鉸接臂上的附加力矩最小化。值得注意的是，該開關電路板208’以及相應的開關200’、202’和LED204’都安裝在該旋轉手柄罩234上以便與其一起旋轉。在旋轉期間，采用一種普通的滑環(huán)機構242為處理電路板118’提供電連接，該滑環(huán)機構包括一些現(xiàn)有的間隔開的彈簧爪式定位裝置(spring finger)242，該彈簧爪與固定環(huán)形凹槽244接觸。這些接觸凹槽244采用滑環(huán)導體242又與電路板118’進行電連接。該旋轉手柄罩234以及開關組件因此采用滑環(huán)導體242與內芯或探針軸240電連接。該探針手柄罩234的旋轉使得開關200’、202’能夠定向成方便于使用者。這使得該鉸接臂14’可以在操作過程中通過使得無事實證明的力(undocumented force)最小化而進行精確的測量。該旋轉手柄罩優(yōu)選由一剛性聚合物制成并且其上設有一些適當?shù)陌疾?46和248，以便方便該探針的操作者容易握持和操控。
可以理解的是，探針232的剩余部分與探針28十分相似，包括在蓋體220中設置一永久而一體安裝的接觸探針210。需要指出的是，開關200’、202’都具有不同的高度和表面紋路以便方便辨識。
在CMM領域，旋轉手柄罩234的一個顯著的優(yōu)點在于他可以弱化象在前述美國專利US5611147中所披露的對第七旋轉軸的需要。可以理解到的是，增加第七軸會使得CMM更為復雜和昂貴并且增加了系統(tǒng)導致誤差的可能。使用可旋轉的探針232弱化了對一種“真正的”第七軸的需要，因為在沒有第七轉換器和相應的軸承、編碼器以及電子器件的復雜情況下它使得探針能夠提供在探針末端的手柄位置所需的旋轉。
在需要使用具有“真正”第七軸的測量探針的情況下，也就是說，在測量探針具有用于測量旋轉運動的第七旋轉編碼器的情況下，圖37-40表示出了這種中測量探針。參見這些圖，所示的測量探針500具有這樣的測量探針，該探針基本上與圖29中的測量探針相似，其主要區(qū)別在于插入了一如上所述類型的模制軸承/轉換器機芯502，執(zhí)行和確認開關540、506位于該測量探針的側面并且包括一可拆除的手柄508。
可以理解到的是，該模制軸承/轉換器機芯502基本上與上面詳細描述的機芯相似并且包括一可旋轉的軸，一對位于該軸上的軸承，一光學編碼器盤，至少一個(優(yōu)選為兩個)光學讀出磁頭彼此間隔開的并且與該編碼器盤光學連通的以及一包圍該軸承、光學編碼器盤、讀出磁頭以及至少一部分軸的殼體，以便構成該分散(discrete)的模制軸承/轉換器機芯。編碼器電子器件的電路板503位于探針500的開口504中。成對的執(zhí)行和確認按鈕504、506布置在探針500的向下凸出的殼體部分510的任意一側，其中這些按鈕與適當?shù)腜C板512連接，就和圖29中的實施例中的測量探針一樣。同樣，和在前面所述的實施例一樣，指示燈513位于按鈕504、506之間。在殼體510中的一對螺紋孔514接收緊固件以便可拆除地安裝手柄508，該手柄用于在測量探針使用過程中方便進行旋轉操控。
在所有其它實質方面，測量探針500都與圖29中的測量探針28相似，包括優(yōu)選使用永久安裝的接觸觸發(fā)器探針516以及可拆除的蓋體，該蓋體與一固定探針518相配合同時保護該接觸觸發(fā)器探針。需要理解的是，包含在測量探針500內的第七旋轉編碼器502使得CMM10能很容易地與現(xiàn)有的激光行掃描儀和其他外圍設備連接起來使用。
參見圖2-4以及25，根據(jù)本發(fā)明的一個重要特征，便攜式電源用來為CMM10供電，因此提供一種完全便攜式的CMM。與現(xiàn)有CMM進行對比不同在于該電源僅僅基于一種AC電纜。此外，CMM10還可以經(jīng)普通插座通過AC/DC適配器直接由AC電纜供電。如圖2、3以及25所示，標記22所示的為一種普通充電電池(例如鋰離子電磁)。電池22采用機械方式電連接在普通電池支承件252中，該電池支承件252又與普通電源以及位于電路板20中的電池充電電路部件254進行電連接。一開/關258(見圖3)以及快速連通接口(優(yōu)選為USB接口)也與電路板20連通。該鉸接臂14的關節(jié)的電子器件采用RS-485總線與電路板20相連。電池22可以在一獨立的充電器上進行充電，或者就象在普通的錄像機上所見到的那樣在支承件252上就地充電?？梢岳斫獾牡氖?，該便攜式計算機172(見圖2)可以依靠其內置電池工作幾個小時和/或或者可以電連接到CMM10的電源單元上。
根據(jù)本發(fā)明的該在板電源/充電器單元優(yōu)選作設置成為CMM10的一個一體化部分，例如通過將該部件作為基座12的一個一體化部分以及更具體來說作為該塑料基座殼體26A、26B的一部分。需要指出的是，基座殼體26A、26B包括一個較小的儲存區(qū)域259，該區(qū)域具有一可樞軸轉動的蓋子262，以便存儲備用電池、探針等。
下面參考圖4、25以及32-34對用于CMM10的新穎磁性安裝裝置進行描述。該磁性安裝裝置在圖4、25、32以及33中采用標記24來進行總體表示。該磁性固定件24包括一圓柱形非磁性殼體266，該殼體的上端的末端形成螺紋部分268。和在CMM10中所使用的所有優(yōu)選的螺紋一樣，螺紋268是一錐形螺紋，該錐形螺紋用來與第一長關節(jié)16上的螺紋126進行螺紋連接，如圖25所示。非磁性殼體266有一基本上圓柱形結構，不同之處在于兩個縱向延伸部分270、272，這兩個延伸部分彼此相對成180°并且從殼體266向外和向下延伸。一對半圓柱形殼體274、276安裝在縱向延伸部分270、272的任意一側上，其中每一個都由一種“磁性”材料構成，也就是說，采用一種能夠被磁化的材料構成，例如鐵或磁性不銹鋼?！按判浴睔んw的兩半274、276以及縱向延伸部分270、272一起形成一端部開口的圓柱形封閉件，以便接受和容納一磁芯278。該磁芯278為一橢圓形，其中一非磁性中心部件280夾在一對稀土金屬磁體(例如釹鐵硼)282、284之間。一軸向孔286穿過該非磁性的中心部件280。一圓形蓋板288位于磁芯278的下面并且位于由殼體部件274、276已經(jīng)縱向延伸部分270、272形成的下部殼體內。一軸290穿過殼體266中的圓形孔292并向下延伸穿過磁芯278的軸向孔286。軸290由一上部軸承292以及一下部軸承294支承以便旋轉。上部軸承292安裝在殼體266內的一內圓柱形凹部中而下部軸承294安裝在蓋板288中的相似圓柱形凹部內。一控制桿垂直于軸290向外延伸，并且和之后將要描述的那樣提供了一個用于該磁性固定件264的開/關機構?？刂茥U296經(jīng)一穿過殼體266的槽297延伸到殼體266之外(見圖25)。
控制桿296、軸290以及軸承292、294構成的組件采用上部螺紋緊固件298以及一下部固定環(huán)300固定在一起?？梢岳斫獾氖牵判怨潭?64的各種部件還通過例如螺紋緊固件302和304進行固定，螺紋緊固件302將殼體266連接到“磁性”材料殼體部分274、276上，而螺紋緊固件304將殼體部分274、276與蓋板288相互連接起來。此外，螺紋緊固件306將殼體266的縱向延伸部分270、272固定到蓋板288上。銷子308安裝在磁芯278中一橫向孔以及軸290中的一橫向孔中從而將軸290鎖定到磁芯278上。這樣，當控制桿296旋轉時，軸290將回借助于軸連接件208而使磁芯278旋轉。
如圖1、3以及25所示，控制桿296與手柄310相連，該手柄位于基座12的外部而很容易接近并且用來驅動磁性固定件264。為了實現(xiàn)這種驅動，只需要使得手柄310移動(在圖1中而從右向左)。手柄310的運動又使得控制桿296旋轉，而控制桿296的轉動又使得軸290旋轉，隨后軸290的旋轉使得稀土金屬磁體282、284從其非操作位置(在該位置，磁體282、284與非磁性延伸部分270、272對齊)轉動到一驅動位置，在該驅動位置，磁體282、284與磁性材料274、276對齊。當該磁體如上所述與該磁性材料對齊時，就形成一磁場(磁通量)。同樣，當磁體282、284與該磁性材料274、276不對齊時，該磁通路徑被中斷。
在該狀態(tài)下，磁性基座與其所坐在的桌面分離。不過，需要注意的是，在非對齊狀態(tài)下，將會存在一些剩余磁通。在“關閉”狀態(tài)下的這些較小的剩余磁通是本發(fā)明的一正面特征，因為在磁性基座從桌面上被替換時少量的磁通反作用于磁體并使得控制桿296自動地旋轉返回到“開啟”狀態(tài)。需要理解的是，當磁體與磁性材料對齊時，將會形成一強磁場并且半圓形部件274、276將回磁性地連接在形成于其底部處的環(huán)形表面上，如圖25和33中的標記312處所示。
本發(fā)明的磁性固定件264提供了一種完全集成在一起而又可以拆卸安裝的裝置，因為其(通過螺紋268)可拆卸地安裝在一起并且可以由其他連接件例如螺釘固定件或真空固定件來替代。淡然，為了適當?shù)厥褂?，磁性固定?64必須布置在一可磁化的表面上并且(通過控制桿296)受到驅動而進行工作。在需要安裝到非磁性表面(例如花崗巖)上的情況下，就必須在該磁芯基座和非磁性表面之間使用轉換面板和其它適當?shù)臋C構。
盡管所示的和所描述的是優(yōu)選實施例，但是在不脫離本發(fā)明和精神和范圍的情況下依然進行各種改變和替換。因此，需要理解的是本發(fā)明僅僅是進行了一些闡述性的說明而不是進行限制性說明。
權利要求
1.一種坐標測量機(CMM)，用于測量一選定體積內的目標的位置，其包括一可手動定位的鉸接臂，該鉸接臂具有相對的第一末端和第二末端，述鉸接臂包括一些關節(jié)；至少一個所述的關節(jié)包括至少一個軸承/轉換器機芯；一安裝在所述鉸接臂的第一末端的測量探針；一電子電路，該電子電路接收所述鉸接臂中的一些轉換器發(fā)出的位置信號并提供與在一選定體積內的探針的位置相對應的數(shù)字坐標；以及其中所述機芯還包括一可旋轉的軸；至少一個位于所述軸上的軸承；一具有可測量特征的周期圖案；至少一個與所述圖案間隔開的并與所述圖案連通的讀出磁頭；一殼體，包圍所述至少一個軸承、圖案、讀出磁頭以及至少一部分軸的，以便構成一分立(discrete)部件，該所述殼體具有一對端部，在該對端部之間有一外表面，所述外表面構成所述至少一個關節(jié)的結構元件；以及所述圖案以及所述讀出磁頭與所述軸和殼體相連以便所述圖案以及所述讀出磁頭彼此可相對旋轉。
2.如權利要求1所述的CMM，其中，所述殼體包括一圓柱形殼體。
3.如權利要求1所述的CMM，其中，所述至少一個軸承包括至少一個預加載荷軸承。
4.如權利要求3所述的CMM，其中，所述至少一個預加載荷軸承包括第一軸承；第二軸承；位于第一軸承和第二軸承之間的內間隔套；位于第一軸承和第二軸承之間的外間隔套；所述內外間隔套具有不同的預定長度；并且所述內外間隔套壓靠在所述第一和第二軸承上從而形成一預定預加載荷。
5.如權利要求1所述的CMM，其中，所述至少一個軸承被密封。
6.如權利要求1所述的CMM，其包括至少兩個讀出磁頭。
7.如權利要求6所述的CMM，其中，所述兩個讀出磁頭布置成彼此成180°分開。
8.如權利要求1所述的CMM，其包括至少三個讀出磁頭。
9.如權利要求8所述的CMM，其中，所述三個讀出磁頭布置成彼此成120°分開。
10.如權利要求1所述的CMM，其包括至少四個讀出磁頭。
11.如權利要求10所述的CMM，其中，所述四個讀出磁頭布置成彼此成90°分開。
12.如權利要求1所述的CMM，其中，所述圖案包括一種光學干涉條紋圖案；并且所述至少一個讀出磁頭包括一種光學讀出磁頭。
13.如權利要求12所述的CMM，其中，所述光學干涉條紋圖案布置在一光學編碼器盤上。
14.如權利要求12所述的CMM，其中，所述通信包括所述讀出磁頭檢測衍射級之間的干涉從而由插入所述干涉條紋圖案中的所述讀出磁頭產生正弦信號，采用電子學的方法對所述正弦信號進行內插值以便檢測位移。
15.如權利要求14所述的CMM，其中，每個所述讀出磁頭都包括一激光器，平行光管，以及一小孔，由此所述激光器發(fā)射出一束激光，該束激光有所述平行光管被校直，并隨后通過所述小孔進行篩分(sized)，所述干涉條紋圖案包括一光柵，該光柵使得光衍射成離散級(discrete order)。
16.如權利要求15所述的CMM，其中，每個所述的讀出磁頭還包括一光電檢測器陣列，所述光電檢測器陣列在所述光柵和讀出磁頭之間存在相對運動時產生四個信道的幾乎純粹的正弦輸出量。
17.如權利要求1所述的CMM，其包括一些讀出磁頭，所述讀出磁頭導致可以求平均值的抵消效應。
18.如權利要求1所述的CMM，其中，具有可測量他正的所述圖案為選自以下一組特征中至少一個特征反射率、不透明性、磁場、電容量、感應系數(shù)以及表面粗糙度。
19.如權利要求1所述的CMM，其包括一位于所述機芯中的滑環(huán)組件。
20.如權利要求19所述的CMM，其中，所述軸包括一穿過其中的軸向孔，并且其中所述滑環(huán)組件位于所述軸向孔內。
21.如權利要求1所述的CMM，其中，所述軸包括一凸緣，該凸緣從其一端向外延伸，所述凸緣限定了一環(huán)形空間，并且，其中，所述殼體的所述末端其中之一容納在所述環(huán)形空間內。
22.如權利要求1所述的CMM，其中，所述殼體的所述末端中的另一個具有一開口端，并且包括至少一個罩在該開口端的帽蓋。
23.如權利要求1所述的CMM，其中，所述至少一個所述關節(jié)能無限旋轉。
24.如權利要求1所述的CMM，其中，至少兩個所述的關節(jié)每個都包括至少一機芯，所述機心以預定的角度彼此連接起來。
25.如權利要求24所述的CMM，其中，所述機芯采用套筒關節(jié)彼此連接起來。
26.如權利要求25所述的CMM，其中，所述套筒關節(jié)包其中具有一套筒的第一延伸部分；至少一其中具有一套筒的第二延伸部分，所述第一和第二延伸部分以一角度彼此連接起來并且所述套筒每個的大小和結構設置成可以容納一機芯。
27.如權利要求26所述的CMM，其中，至少一個所述的機芯限制在一對彼此間隔開的套管關節(jié)的一對套筒之間。
28.如權利要求27所述的CMM，其中，所述被限制的機芯通過粘接方式連接在每個所述套筒對上。
29.如權利要求26所述的CMM，其包括位于至少一個所述套筒中的螺紋。
30.如權利要求29所述的CMM，其包括一螺紋部件，從至少一個所述機芯向外延伸，所述螺紋部件可螺紋連接地與所述套筒中的螺紋相配合。
31.如權利要求1所述的CMM，其包括位于所述殼體上的延伸管。
32.如權利要求31所述的CMM，其中，所述延伸管包括一種纖維增強復合材料。
33.如權利要求25所述的CMM，其中，所述機芯采用粘接方式固定在所述套筒關節(jié)上。
34.如權利要求1所述的CMM，其中，至少所述兩個所述關節(jié)采用可螺紋連接方式彼此相互連接在一起。
35.如權利要求1所述的CMM，其中，至少所述兩個所述關節(jié)采用可螺紋連接的緊固件彼此相互連接在一起。
36.如權利要求1所述的CMM，其中，所述至少兩個關節(jié)包括可以采用所述緊固件緊固在一起的互補錐形部分。
37.如權利要求1所述的CMM，其中，所述關節(jié)包括用于進行回轉運動的長關節(jié)和用于鉸接運動的短關節(jié)。
38.如權利要求32所述的CMM，其包括三個關節(jié)對，每個關節(jié)對都包括一長關節(jié)和一短關節(jié)。。
39.如權利要求38所述的CMM，其中，在每個關節(jié)對中，所述長關節(jié)與所述短關節(jié)相互大約成90°。
40.如權利要求39所述的CMM，其包括一位于所述測量探針中的第七關節(jié)。
41.如權利要求1所述的CMM，其中，所述關節(jié)都布置成從由2-2-2、2-1-2、2-2-3以及2-1-3構成的一組關節(jié)構造中所選出的一種關節(jié)構造。
42.如權利要求1所述的CMM，其包括與所述關節(jié)相連一電子識別芯片，用于獨一無二地識別所述機芯。
43.如權利要求1所述的CMM，其中，所述所述圖案相對所述軸可以旋轉；并且所述讀出磁頭相對于所述軸靜止。
44.如權利要求43所述的CMM，其中，所述圖案直接連接在所述軸上。
45.如權利要求1所述的CMM，其中，所述讀出磁頭相對所述軸可以旋轉；并且所述圖案相對于所述軸靜止。
全文摘要
一種坐標測量機(10)，其包括一具有連接起來的臂分段的鉸接臂(14)。該鉸接臂(14)包括一些關節(jié)組件，這些關節(jié)組件包括至少兩個與一具有可測量特征的周期圖案連通的讀出磁頭，該圖案和讀出磁頭布置在該關節(jié)內以便可以彼此相對旋轉。
文檔編號B25J9/16GK1630805SQ03803685
公開日2005年6月22日 申請日期2003年2月13日 優(yōu)先權日2002年2月14日
發(fā)明者西蒙·拉布, 塞義德·阿里·薩杰迪, 肯尼思·J·哈斯萊奧克, 梅爾·巴伯 申請人:Faro科技有限公司