包括可追蹤設備和構造成安裝在人體上的挽具的超可攜式坐標測量機器的製作方法
2023-10-11 17:54:34 2
本發明涉及坐標測量，尤其涉及移動坐標測量機。
背景技術：
直線測量系統還稱為坐標測量機以及關節臂式測量機，用以生成高精度幾何形狀信息。一般來講，這些儀器捕獲在質量控制、電子呈現和/或複製中使用的目標的結構特性。用於坐標數據獲取的常規設備的一個例子是可攜式坐標測量機(PCMM)，其是可攜式裝置，能夠在裝置的測量球面內進行高精度測量。這種裝置通常包括安裝在臂的端部上的探針，臂包括通過接頭連接起來的多個傳遞構件。與探針對置的臂的端部典型地聯接至可移動基座。典型地，接頭分解成單個旋轉自由度，使用專用旋轉變換器來測量每個旋轉自由度。在測量期間，臂的探針被操作員人工地移動至測量球面中的各個點處。在每個點處，每個接頭的位置必須在給定時刻及時確定。因此，每個變換器輸出電信號，電信號根據接頭在該自由度的移動而變化。典型地，探針還生成信號。這些位置信號和探針信號通過臂傳遞至記錄器/分析器。然後位置信號用以確定探針在測量球面內的位置。例如，參見分別公告於1998年11月3日、2007年2月13日以及2012年2月14日的美國專利5,829,148、7,174,651以及8,112,896，此處這些專利通過參考作為整體併入此處。
通常，這些裝置安裝在平穩及剛性的表面上，諸如桌子。在一些情形下，它們可以通過緊固件、吸力裝置等剛性地附接至所述表面。這種安裝技術降低了坐標測量機器的可攜帶性。此處本公開提供了對這些特質中至少一些的改進。
技術實現要素：
在一些實施例中，關節臂式坐標測量機器能夠包括多個傳遞構件以及多個關節構件，多個關節構件將多個傳遞構件連接至彼此以測量傳遞構件之間的角度。機器能夠 額外地包括至少一個坐標獲取構件，其定位於關節臂的端部。此外，機器能夠包括挽具，其連接至由傳遞構件和關節構件組成的組中的至少一個，以支撐傳遞構件和關節構件的重量的至少一部分。挽具還能夠構造為安裝至人體。
在另一實施例中，關節臂式坐標測量機器能夠包括多個傳遞構件以及多個關節構件，多個關節構件將多個傳遞構件連接至彼此以測量傳遞構件之間的角度。機器能夠額外地包括至少一個坐標獲取構件，其定位於關節臂的端部。此外，機器能夠包括安裝在關節臂上的可追蹤裝置。可追蹤裝置能夠構造為有利於測量關節臂式坐標測量機器在空間中的地點。
在另一實施例中，能夠提供一種用於測量一個或多個點的方法。關節臂式坐標測量機器能夠安裝至單個人。然後在關節臂式坐標測量機器安裝至單個人的同時，利用關節臂式坐標測量機器能夠測量一個或多個目標。
在另一實施例中，能夠提供一種用於測量一個或多個點的方法。具有多個傳遞構件以及關節構件的關節臂式坐標測量機器能夠被用戶攜帶。然後在被用戶攜帶的同時利用關節臂式坐標測量機器能夠測量一個或多個目標。然後在測量一個或多個目標的同時，能夠追蹤關節臂式坐標測量機器的地點。
在另一實施例中，坐標測量機器能夠包括挽具以及坐標測量機。挽具能夠構造為安裝至人體，坐標測量機的整個重量能夠構造為當被人體穿戴時通過挽具由人體支撐。坐標測量機器能夠包括以下至少一個：關節臂，其包括多個傳遞構件以及多個關節構件，多個關節構件將多個傳遞構件連接至彼此以測量傳遞構件之間的角度；以及光學坐標獲取構件。
在另一實施例中，坐標測量機器能夠包括：可追蹤裝置和至少一個關節臂式，關節臂式包括多個傳遞構件以及多個關節構件，多個關節構件將多個傳遞構件連接至彼此以測量傳遞構件之間的角度；以及光學坐標獲取構件。此外，可追蹤裝置能夠安裝在坐標測量機器上，可追蹤裝置構造為有利於測量坐標測量機器在空間中的地點。坐標測量機器還能夠構造為安裝至用戶用於免提使用。
在另一實施例中，能夠提供一種用於測量一個或多個點的方法。坐標測量機器包括能夠安裝至單個人的光學坐標獲取構件。在坐標測量機器安裝至單個人的同時，坐標測量機器能夠用以測量一個或多個目標。
在另一實施例中，能夠提供另一種用於測量一個或多個點的方法。用戶能夠攜帶 包括光學坐標獲取構件的坐標測量機器。在被用戶攜帶的同時坐標測量機器能夠測量一個或多個目標。此外，在測量一個或多個目標的同時，能夠追蹤坐標測量機器的地點。
在另一實施例中，坐標測量機器能夠包括安裝在坐標測量機器上的可追蹤裝置。可追蹤裝置能夠構造為有利於測量坐標測量機器在空間中的地點。
附圖說明
從以下結合附圖的詳細描述中，本發明的進一步目的、特徵及優勢將變得明顯，附圖示出了本發明的示意性實施例，其中：
圖1是超可攜式關節臂式坐標測量機器系統的實施例的立體圖。
圖2A是圖1的超可攜式關節臂式坐標測量機器的傳遞構件以及多個關節構件的局部分解圖。
圖2B是圖2A的蓋子被移除的接頭組件的立體圖。
圖2C是圖2B的接頭組件的截面圖。
圖2D是圖2A的傳遞構件的截面圖。
圖3是超可攜式關節臂式坐標測量機器系統的另一實施例的立體圖。
圖4是超可攜式關節臂式坐標測量機器的另一實施例在摺疊和未摺疊構造的立體圖。
圖5是超可攜式關節臂式坐標測量機器用在卡鉗模式實施例中的立體圖。
圖6是超可攜式關節臂式坐標測量機器用在鎖定模式實施例中的立體圖。
圖7是示出在卡鉗模式中進行測量的方法的流程圖。
圖8是示出進行測量的方法的流程圖，同時連接至嵌套裝置。
圖9是示出超出標準坐標測量機器的範圍進行多個測量的方法的流程圖。
圖10是伸縮傳遞構件的立體圖。
圖11A至圖11D和圖12是超可攜式關節臂式坐標測量機器的各種實施例的示意圖。
圖13是超可攜式坐標測量機器系統的另一實施例的立體圖。
圖14是類似於圖13的超可攜式坐標測量機器的立體圖。
圖15是具有探針的超可攜式坐標測量機器的立體圖。
圖16是具有探針的超可攜式坐標測量機器的另一實施例的立體圖。
圖17是具有探針的超可攜式坐標測量機器的另一實施例的立體圖。
圖18是具有探針的超可攜式坐標測量機器的另一實施例的立體圖。
圖19是具有探針的超可攜式坐標測量機器的另一實施例的立體圖。
具體實施方式
圖1圖示了超可攜式坐標測量機器(「UPCMM」)1的一個實施例。在圖示的實施例中，UPCMM1包括：多個剛性傳遞構件20；兩個坐標獲取構件50，它們在UPCMM的相反兩端上；以及多個關節構件30，它們形成將剛性傳遞構件20以及坐標獲取構件50連接至彼此的「接頭組件」。尤其，UPCMM1包括中間傳遞構件20a和附接在中間傳遞構件部的相反兩端處的兩側傳遞構件20b。關節構件30與傳遞構件20一起構造為賦予一個或多個旋轉自由度和/或角自由度。通過各個構件20、30，UPCMM1能夠對準各種空間方位，從而允許在三維空間中很好地定位以及定向坐標獲取構件50。
可以使用人工、機器人、半機器人和/或任何其他調節方法調節剛性傳遞構件20和坐標獲取構件50的位置。但是，正如此處討論的，在一些實施例中，特別期望人工地調節剛性傳遞構件20和坐標獲取構件50。在圖示於圖1的一個實施例中，通過各種關節構件30，UPCMM1設置有八個旋轉移動軸線。但是，不嚴格限制可以使用的移動軸線的數量，更少或者額外移動軸線可以併入UPCMM設計中。例如，圖示於圖3的UPCMM1a包括兩個額外傳遞構件，並且使用能夠充當中間傳遞構件20a的背包式挽具40a。此外，UPCMM1a能夠包括四個額外移動軸線。在一些實施例中，UPCMM1a能夠被認為具有對應於人體腕關節、手肘以及肩關節的傳遞構件20以及關節構件30。除非以其他方式指定，否則此處參考的所有UPCMM1能夠可選地以及可替換地應用至圖示於圖3的UPCMM1a、圖示於圖4的UPCMM1b或者其他UPCMM。
在圖示於圖1的實施例UPCMM1中，關節構件30能夠基於它們的關聯運動構件的操作而被分成兩個功能群組，即：1)這些關節構件30a，它們關聯於迴轉運動，迴轉運動關聯於特定和明顯的傳遞構件(下文，「迴轉接頭」)，和2)這些關節構件30b，它們允許形成在兩個相鄰構件之間或者形成在坐標獲取構件30及其相鄰構件之 間的相對角度的改變(下文，「鉸連結頭」或者「鉸鏈」)。這種關於傳遞構件20的關節構件30的例子示出於圖2A至圖2D。正如最好從圖2A示出的，傳遞構件20連接至迴轉接頭30a，迴轉接頭30a與鉸連結頭30b共用一殼體。蓋子32被示出為移除以示出殼體的內部。
更具體來說，正如示出的，UPCMM1基本關於中間傳遞構件20a對稱。中間傳遞構件20a的每個端部通過迴轉接頭30a和鉸連結頭30b兩者連接至側傳遞構件20b的端部。側傳遞構件20b的相反端部通過迴轉接頭30a和鉸連結頭30b連接至坐標獲取構件50。雖然圖1圖示的實施例包括定位成創建八個移動軸線的四個迴轉接頭30a和四個鉸連結頭30b，但是可以想到的是，在其他實施例中，鉸連結頭和迴轉接頭的數量和地點能夠變化以實現在UPCMM中的不同移動特性。例如，具有六個移動軸線的基本類似裝置將僅僅是少了坐標獲取構件50和側傳遞構件20b之間的迴轉接頭30a。作為另一例子，圖示於圖3的UPCMM1a能夠包括12個旋轉移動軸線。仍然在其他實施例中，迴轉接頭30a和鉸連結頭30b能夠被組合和/或使用在不同的組合中。例如，雖然附圖實施例是基本對稱的，但是在其他實施例中不同數量的傳遞構件20和/或關節構件30能夠設置在裝置的任一側上。例如，在一些實施例中，在一側可以存在六個移動軸線，在另一側可以存在七個移動軸線(例如，在諸如雷射掃描器的坐標獲取構件具有額外的移動軸線)。
正如公知於本領域的(例如見分別公告於2012年2月14日和1998年11月3日的美國專利8,112,896和5,829,148，它們通過參考併入此處)，傳遞構件20能夠包括一對雙同心管狀結構20a、20c(如圖2D所示)，它們具有內管狀軸，內管狀軸通過靠近相鄰構件的第一端部安裝的第一軸承和位於該構件的相對端部的第二軸承被可旋轉地共軸安裝在外管狀護套內，並且其能夠定位於例如雙軸線殼體內。傳遞構件20操作以將運動從傳遞構件的一個端部傳遞至傳遞構件的另一端部。傳遞構件20又與關節構件30連接起來以形成接頭組件，接頭組件能夠包括一個或多個關節構件。
鉸連結頭30b又能夠部分地通過從傳遞構件的一個端部延伸的軛以及延伸穿過關節構件30b的旋轉軸的組合形成。然後軛和傳遞構件兩者能夠繞旋轉軸旋轉以形成鉸鏈或者鉸連結頭30b。
每個鉸鏈或者迴轉接頭30能夠具有呈編碼器形式的其自身專用運動變換器。有利地，鉸鏈和迴轉接頭編碼器兩者能夠定位成至少局部地、更優選地整體地定位在相 應的關節構件30內的雙軸線殼體內。編碼器能夠感測鉸鏈或者迴轉接頭的旋轉，以生成反映旋轉的一個或多個傳感器信號。在一個實施例中，編碼器包括光學編碼器，其提供了關於鉸鏈或者迴轉接頭內的角度位置的信息。在其他實施例中，可以利用其他合適類型的傳感器。
此外，如圖10圖示的，在一些實施例中，一個或多個傳遞構件20能夠是可伸縮的。因而，例如，傳遞構件20能夠包括安裝在外管21b內的內管21a，使得這些管能夠相對於彼此縱向滑動。內管和外管之間的滑動能夠允許傳遞構件的長度可調節。此外，能夠包括傳感器以測量傳遞構件20的伸縮位置，使得傳遞構件的長度能夠被測量。例如，在一些實施例中，傳感器能夠是線性編碼器。在UPCMM1的背景中，側傳遞構件20b能夠是可伸縮的。但是，在其他實施例中，中間傳遞構件20a能夠是可伸縮的。在另一實施例中，所有三個傳遞構件20能夠是可伸縮的。有利地，可伸縮傳遞構件能夠允許UPCMM1更大範圍的運動。此外，可伸縮傳遞構件能夠有效調節UPCMM1的尺寸，使得其能夠適當地定尺寸為用於具有不同臂長度的較小以及較大用戶。
在各種實施例中，坐標獲取構件50能夠包括接觸式敏感構件(在圖1中描述為硬探針)，接觸式敏感構件構造為接合所選擇目標的表面並且基於探針接觸(諸如接觸探針、電渦流傳感器、聲學或者都卜勒傳感器或者磁體)生成坐標數據。在其他實施例中，坐標獲取構件50能夠額外地或者可替換地包括非接觸掃描以及檢測部件，其不是必須需要直接接觸所選擇目標以獲取幾何形狀數據。例如，非接觸掃描裝置能夠包括非接觸坐標檢測裝置(諸如雷射坐標檢測裝置/雷射掃描器)，其可以用來獲得幾何形狀數據而無需直接目標接觸。非接觸掃描裝置能夠包括結合雷射起作用的照相機或者其他光學裝置。將理解的是，各種坐標獲取構件構造包括：接觸敏感探針、非接觸掃描裝置、雷射掃描裝置、使用應變儀用於接觸檢測的探針、使用壓力傳感器用於接觸檢測的探針、使用紅外光束用於定位的裝置、以及構造為靜電響應的探針，它們可以用於坐標獲取的目的。此外，在一些實施例中，坐標獲取構件50能夠包括一個、兩個、三個或者多於三個坐標獲取機構。
能夠用於此處描述的實施例的坐標獲取構件的特定實施例的進一步說明能夠見於分別公告於2012年2月14日和2011年3月22日的美國專利8,112,896和7,908,757中，這兩個專利整體通過參考併入此處。正如上述參考中描述的，坐標獲取構件能夠 包括模塊化雷射掃描器，其能夠附接至坐標獲取構件(其還能夠包括觸摸探針)的主體。模塊化特徵能夠允許各種其他坐標檢測裝置與坐標獲取構件一起使用。此外，正如本領域技術人員基本公知的，能夠使用其他坐標獲取構件。
坐標獲取構件50、傳遞構件20以及關節構件30的各種布置示意地示出在圖11A至圖11D中，進一步包括下文進一步討論的可追蹤裝置75。如圖11A所示，兩個坐標獲取構件50能夠連接在相反端部處，同時多個傳遞構件20以及關節構件30在它們之間。在一些實施例中，如圖11B所示，傳遞構件20和關節構件30能夠交替。但是，在其他實施例中多個關節構件30能夠相鄰，諸如具有一對鉸鏈和迴轉接頭。如圖11C所示，在一些實施例中，可追蹤裝置75能夠替換坐標獲取構件50中的一個，使得一個端部具有坐標獲取構件而另一端部具有可追蹤裝置。此外，如圖11D所示，在一些實施例中，可追蹤裝置75能夠布置在傳遞構件20和/或關節構件30上(例如，挽具上)。
此外，正如示出的，UPCMM1能夠包括構造為安裝至人體的挽具40。挽具40能夠額外地附接至一個或多個傳遞構件20和/或關節構件30。更通常，挽具40能夠沿著任何臂部分附接至UPCMM1的剩餘部分。在一些實施例中，挽具40將連接在中間傳遞構件20a的相反兩側上。此外，在一些實施例中，挽具40將附接在UPCMM1的中心，或者附接在UPCMM的相反兩側的基本對稱地點上。例如，在一些實施例中，挽具40可以附接在相反的側構件20b處或者附接在中間傳遞構件20a的相反兩側處。
正如注意到的，挽具40能夠構造為安裝至人體。如圖1所示，挽具40能夠包括肩帶，其能夠安裝在人的肩部或者頸部周圍。挽具40能夠可選地包括襯料、加寬部分、可調節的帶、額外的帶、鎖定機構等。在一些實施例中，挽具40能夠是背包。在另一實施例中，挽具40能夠是單個帶，諸如呈圍裙或者信使袋的形式。在其他實施例中，挽具40能夠構造為安裝至人體的其他部分，諸如安裝至臀部周圍作為帶子，或者安裝在頭上作為頭盔(正如下文進一步描述的)。在另一實施例中，挽具40能夠構造為安裝至人體的肩部以及臀部。在一些實施例中(諸如下文描述的以及圖示於圖18和圖19的)，挽具40能夠允許用戶支撐UPCMM的重量而不使用它們的手，使得手能夠自由以執行其他任務。
背包式UPCMM1a的實施例圖示於圖3。正如示出的，UPCMM1a能夠在背包挽 具40a的任一側包括兩個側傳遞構件20b。因而背包挽具40a的主要部分能夠充當先前描述的UPCMM1的中間傳遞構件20a。正如下文進一步討論的，背包挽具40a還能夠攜帶額外電子特徵。背包式UPCMM1b的又一實施例圖示於圖4。正如示出的，UPCMM1b能夠包括挽具40b，其包括安裝在人體肩部周圍的鉤。應理解的是，除非作出相反的指示，否則下文描述的圖1中關於挽具40的特徵還能夠可選地或者可替換地應用至此處公開的其他挽具。
挽具40能夠附接至傳遞構件20和關節構件30中的至少一個以支撐傳遞構件和關節構件的重量。例如，在一些實施例中，挽具40能夠支撐傳遞構件20和關節構件30的重量的至少50％、75％或者基本所有重量。
此外，在一些實施例中，各UPCMM(諸如圖示於圖4的UPCMM1b)能夠構造為易於摺疊於一起。然後UPCMM1b能夠被存儲在攜帶箱體中。顯然地，因為UPCMM1b的挽具能夠在臂的基本中央部位(正如相對於每個以上討論的實施例討論的)，所以不像在一端從基座延伸的標準PCMM，UPCMM通常不能夠是懸臂式的。因而，由於它們不需要支撐太大轉矩，所以UPCMM1b能夠包括具有較小結構強度的傳遞構件和關節構件。因此，UPCMM1b能夠被製造地較輕，使其在使用期間以及當在攜帶箱體中時易於被用戶攜帶。應理解的是，這些特徵能夠額外地或者可替換地應用至此處描述的或者以其他方式描述的UPCMM1、1a。
電子處理裝置能夠位於傳遞構件20的管狀構件21的內部(正如圖12示意地示出的)，諸如包含微處理器的PC板，微處理器能夠用作管理編碼器同步、掃描器處理、臂的組合以及掃描器數據以及與額外計算機、平板電腦或者顯示器裝置通信。可替換地，這種電子裝置能夠位於殼體中的管狀構件21的外部，或者位於一個接頭30的內部或者外側。在一些實施例中，能夠優選將電子處理裝置定位在挽具40中，挽具40能夠是背包或者帶。在一些實施例中，電子裝置定位在挽具中能夠從編碼器以及其他傳感器移除重量以及熱量。還能夠將一個或多個電池以及無線通信裝置定位得很接近在管、接頭或者挽具的內部或者外側的電子處理裝置，或者在額外實施例中，電池以及無線裝置可以定位成遠離電子處理裝置。
通常，實施例UPCMM1能夠被人類用戶操作，人類用戶還能夠可選地攜帶UPCMM。用戶能夠在空間中移動UPCMM1以最終接觸或者很接近將被測量的目標。在該時間期間，UPCMM1能夠使用角度和/或線性編碼器可選地連續測量其自身位 置。在其他實施例中，當進行測量，諸如當使用絕對編碼器進行測量時，UPCMM1僅能夠測量其自身位置。當用戶確定出應該進行測量時，這種命令能夠被輸入(例如，通過按壓按鈕、接觸目標等)。然後扳機信號能夠生成，指示在給定時間來自編碼器的測量應該被記錄。然後這些測量能夠被發送至處理器(諸如電子處理裝置或者外部電子裝置)，以使用傳遞構件20和關節構件30的測量角度/線性位置來確定目標的位置或者目標上的點。
如圖5和圖6所示，UPCMM能夠以不同於正常PCMM的各種方式使用。例如，正如上文示出的以及討論的，UPCMM1能夠顯著地更便攜，允許用戶易於在比UPCMM的最大測量長度間隔開更大距離的各種地點進行測量。用戶能夠簡單步行至將被測量的新地點，而不需要移動正常PCMM的基座，正常PCMM可以固定至地面或者其他較少可移動或者不可移動的表面。
各種系統和方法能夠使用以測量由UPCMM1測量的點的絕對位置。例如，正常PCMM從本質上測量各種傳遞構件相對於彼此的地點，因而生成坐標獲取構件相對於PCMM的基座的位置。因為PCMM的基座不移動，測量的位置能夠在相同坐標系統中，因而它們的位置相對於彼此能夠已知。然後能夠可選地通過其他裝置或者方法(諸如此處描述的這些)測量基座在空間中的位置。
如此處使用的，「地點」或者「在空間中的地點」將指代相對於更大參考框架的地點，諸如地球上的地理空間地點或者房間裡的地點。相反，正如此處使用的，「位置」或者「UPCMM的位置」將指代UPCMM以及其相應的傳遞構件20、坐標獲取構件50以及其他部件相對於它本身/它們本身的位置。因而，例如，由UPCMM測量的「位置」可以指代關節構件30的角度以及由坐標獲取構件50測量的點相對於UPCMM上的另一坐標獲取構件的對應測量位置。但是，如果UPCMM稍後移動至新「地點」(例如，移動至從其先前地點達不到的地點)，那麼儘管在相同「位置」，但是不同的點能夠被UPCMM測量。因而，點能夠通過組合和UPCMM的「位置」和「地點」兩者而限定。換句話說，當從不同「地點」測量時，兩個獨特點能夠具有相同「位置」。
當期望時，UPCMM能夠使用其他方法以使各種測量的點的位置彼此相關。顯然地，以上討論的實施例UPCMM不包括永久地定位的基座。因而，測量傳遞構件相對於彼此(以及其他部件UPCMM)的位置會在一次中產生坐標獲取構件的位置，該位置可能與在其他時間測量的坐標不一致(或者在相同參考框架中)。
在一種方法中，在不同時間測量的坐標之間的一致性能夠忽略。例如，在一些實施例中，如圖5和圖7所示，UPCMM1能夠類似於三維卡鉗使用。因而，例如，UPCMM1能夠通過將UPCMM1的兩個端部放置為接觸感興趣的兩個點而用於測量兩個期望點之間的距離。然後能夠進行測量，指示兩個期望點之間的距離。甚至此外，如果UPCMM1構造為測量其在空間中的方位(即，其角度位置，可選地相對於重力)，然後兩個點之間的距離和角度(即，向量)能夠被測量。在一些實施例中，UPCMM1能夠包括位於UPCMM內的傾斜傳感器(或者測量相對於地球或者另一參考框架的方位的另一裝置，諸如加速計)以測量UPCMM在空間中的角度位置。在其他實施例中，UPCMM1能夠與外部系統(諸如下文進一步描述的成像系統)協作，該外部系統能夠測量UPCMM的角度位置。
在其他背景中，期望維持從不同地點測量的坐標之間的的一致性。用於使UPCMM1的各種測量點的位置相關的一種方法是提供用於UPCMM的有效基座。例如，如圖1所示，UPCMM1系統能夠包括一個或多個嵌套裝置60。如圖1所示，嵌套裝置能夠基本包括接收部分61和基座部分62。接收部分61能夠是大致杯形，以接收UPCMM1的坐標獲取構件50，諸如接觸敏感構件。因而，在一些實施例中，嵌套裝置60能夠將尺寸設計為提供與坐標獲取構件50的緊密以及穩固配合。在另一實施例中，如圖6所示，坐標獲取構件50能夠可釋放地附接至嵌套裝置60的接收部分61。例如，在一些實施例中，能夠使用磁力將嵌套裝置60的接收部分61和坐標獲取構件50保持在一起。在其他實施例中，坐標獲取構件50能夠與嵌套裝置60的接收部分61卡接，諸如在坐標獲取構件和嵌套裝置60之間具有可釋放的鎖定閂鎖。此外，在一些實施例中，緊固件(諸如螺栓)能夠將坐標獲取構件50可靠地保持在嵌套裝置60的接收部分61中。
嵌套裝置60的基座部分62能夠構造為將嵌套裝置60剛性地附接至基本固定表面。例如，嵌套裝置60的基座部分62能夠包括螺接孔或者通孔，或者以其他方式構造為接收緊固件，緊固件將嵌套裝置附接至壁、桌子、地板或者其他基本固定表面。在另一實施例中，基座部分62能夠包括磁體材料，使得其能夠磁性地附接至這種表面。甚至在另一實施例中，基座部分62可以包括吸力裝置、閂鎖裝置或者用於提供穩固連接至表面的任何其他器件。甚至此外，在一些實施例中，嵌套裝置60可以與較大結構(例如，壁、桌子、地板或者甚至將被測量的目標)一體形成，使得整個結 構能夠充當嵌套裝置60的基座部分62。應理解的是，基座部分62和表面之間的附接，以及接收部分61和UPCMM1之間的附接應該基本穩固，以便不會通過UPCMM1對測量引入額外誤差。
正如從上文注意到的，嵌套裝置60能夠有效充當用於UPCMM1的基座。因而，當UPCMM1的一個端部連接至嵌套裝置60時，UPCMM1(以及關聯的坐標獲取構件50)的另一端部能夠測量相對於嵌套裝置60(即，在相對於嵌套裝置的參考框架中)的位置。因而，例如，UPCMM1將能夠測量出UPCMM的第一端部所附接的嵌套裝置60與由UPCMM的第二端部(例如，通過與第二端部接觸)測量的地點之間的距離。這種方法的例子圖示於圖5和圖8。此外，在一些實施例中，UPCMM1的第一端部能夠在旋轉上固定至嵌套裝置60，使得其旋轉方位保持恆定。因而，能夠確定嵌套裝置60和測量地點之間的距離和角度。在其他實施例中，正如上文以及下文進一步描述的，通過其他器件(諸如傾斜傳感器或者成像系統)能夠確定UPCMM1相對於嵌套裝置60的角度方位。
顯然地，還能夠使用多個嵌套裝置60。在一些實施例中，嵌套裝置60能夠定位成充分靠近，使得從任何一個嵌套裝置60，UPCMM1能夠達到至少一個其他嵌套裝置60。正如通過圖9描述的方法的例子指示的，只要兩個或多個這些嵌套裝置串聯地定位，在所述距離內，在附接至任何嵌套裝置60的時候，人們能夠測量到一致的坐標。
因而，例如，人們能夠將UPCMM1的第一端部附接至第一嵌套裝置，並且利用UPCMM的第二端部測量第一獨特點的位置，使得點的位置相對於第一嵌套裝置是已知的。然後，人們能夠將UPCMM1的第二端部附接至第二嵌套裝置，並且測量兩個嵌套裝置相對於彼此的位置。然後，人們能夠從第一嵌套裝置拆開UPCMM1的第一端部並且測量第二獨特點的位置，使得第二點的位置相對於第二嵌套裝置是已知的。因為兩個嵌套裝置相對於彼此的位置也是已知的，所以兩個測量點相對於彼此以及相對於兩個嵌套裝置的位置也是已知的。顯然地，第二測量點不能從第一嵌套裝置由UPCMM1而達到。因而，在該方法中，UPCMM1的達到能夠通過在嵌套裝置60之間移動而有效延伸。應理解的是，在一些實施例中，能夠使用多於兩個嵌套裝置60以甚至進一步延伸UPCMM1的範圍。
在沒有嵌套裝置60的實施例中，或者在人們將要測量的所有點的範圍內不可獲 得嵌套裝置60的實施例中，其他方法以及系統能夠用以將通過UPCMM1測量的坐標進行相關聯。例如，在一些實施例中，能夠相對於另一參考框架測量UPCMM1的地點。例如，在一些實施例中，UPCMM1能夠關聯於雷射追蹤器。這種雷射追蹤器的例子圖示於圖3並且進一步公開於公布於2012年5月3日的美國專利申請2012/0105821中，該專利申請通過參考併入此處。正如示出的，雷射追蹤器70能夠定位成追蹤相對於固定雷射追蹤器的UPCMM1上的位置。在一些實施例中，UPCMM1能夠可選地包括在挽具40上或者在更具體實施例中在UPCMM的背包部分上的可追蹤裝置75。在一些實施例中，可追蹤裝置75能夠沿著傳遞構件20、管21的一部分定位，定位在接頭30處，或者定位在一個或者兩個坐標獲取構件50上。在一些實施例中，UPCMM1能夠從UPCMM的一個端部被追蹤，並且能夠使用位於另一端部的坐標獲取構件50利用UPCMM的另一端部測量。例如，一個端部能夠包括可追蹤裝置75，而另一端部能夠包括一個或多個坐標獲取構件50。在一些實施例中，可追蹤裝置75能夠是回射器或者易於被雷射追蹤器70檢測的另一反射裝置。此外，在一些實施例中，多個可追蹤裝置75能夠包括在UPCMM1上，改善UPCMM的測量地點和方位的準確度。一個優選實施例能夠包括一個或多個回射器以及一系列能夠被追蹤裝置看到的LED或者標記。甚至此外，在一些實施例中，雷射追蹤器70和可追蹤裝置75的布置能夠顛倒，使得追蹤器70安裝在UPCMM1上而可追蹤裝置75在固定地點。應理解的是，能夠使用其他追蹤系統，其他追蹤系統不是必須限制為雷射。例如，在一些實施例中，能夠使用全球定位系統(GPS)。此外，在一些實施例中，能夠使用本地化版本的GPS，包括在公知本地位置(諸如單個建築物的內部)與GPS接收器通信的本地信號發射器，GPS接收器能夠用作可追蹤裝置75。
例如，在另一實施例中，光學追蹤器80能夠用以追蹤UPCMM1的位置和方位。這種光學追蹤器的例子圖示於圖3並且進一步公開於公告於2011年5月17的美國專利7,945,311中，其通過參考併入此處。光學追蹤器80能夠捕獲UPCMM1的一個或多個圖像並且使用這些圖像來測量UPCMM相對於光學追蹤器80的地點。正如示出的，光學追蹤器80能夠可選地包括兩個並排照相機以創建立體測量。但是，在其他實施例中，能夠使用更多照相機。此外，在一些實施例中，照相機能夠獨立地定位。例如，在一些實施例中，照相機能夠安裝在室內的不同地點處。此外，在一些實施例中，能夠使用三個或多於三個照相機。正如以上討論的，類似於具有雷射追蹤器70 的實施例，UPCMM1能夠可選地包括能夠有利於通過光學追蹤器80識別的可追蹤裝置75。此外，在一些實施例中，光學追蹤器80能夠安裝在UPCMM1上，正如關於雷射追蹤器70描述的。
再次，應理解的是，能夠使用其他追蹤系統。例如，一些追蹤器能夠使用除了可見光以外的信號進行操作，諸如電磁波譜的其他部分。此外，在一些實施例中，利用通過三角測量檢測其位置(或者多個可追蹤裝置的位置)的多個傳感器能夠確定UPCMM1的位置和方位。在另一實施例中，能夠通過一系列照相機追蹤UPCMM1上的標記來進行追蹤。甚至此外，在一些實施例中，使用室內全球定位系統(GPS)能夠追蹤UPCMM1的地點。
類似地，其他測量系統能夠用以測量坐標相對於UPCMM的位置。例如，在一些實施例中，光學測量裝置能夠用以以類似於臂部件(諸如傳遞構件和關節構件)的方式測量相對於UPCMM的坐標。一個例子圖示於圖13和圖14。正如示出的，UPCMM1c能夠包括光學坐標獲取構件100c，其以背包形式安裝至挽具40c。但是，應理解的是，能夠使用用於安裝至用戶的其他挽具或者其他結構，例如此處描述的這些。使用類似於諸如圖3中描述的方法和系統的方法和系統，圖示於圖13和圖14的UPCMM1c能夠在空間中被追蹤。
圖13和圖14中的UPCMM1c包括呈一個或多個照相機102c形式的光學坐標獲取構件100c，其構造為接收可見光、紅外光或者電磁波譜的其他部分。正如示出的，能夠設置兩個照相機102c以形成直接安裝至挽具的立體視覺系統。立體視覺系統100c能夠採集將被測量的目標的圖像。因為照相機102c能夠相對於挽具被保持在公知位置和方位(諸如固定位置和方位)，所以能夠使用立體視覺技術通過比較兩個圖像來估計將被測量的目標的位置。
此外，如圖16和圖17所示，在一些實施例中，光學坐標獲取構件100d、100e能夠包括立體視覺系統，立體視覺系統包括投光器104d、104e，諸如結構投光器或者規則(非結構化)投光器。圖16包括具有一個照相機102d的光學坐標獲取構件100d，圖17包括具有兩個照相機102e的光學坐標獲取構件100e。結構投光器104d、104e能夠構造為將結構光圖案投射在將被測量的目標上，有利於通過一個或多個照相機在光學坐標獲取構件上進行點檢測。光圖案能夠具有二維特性，二維特性能夠在目標上創建可識別特徵或者紋理，有利於通過照相機(一個或多個)識別類似特徵。 顯然地，雖然投影儀104d、104e被示出為安裝有照相機102d、102e，但是在一些實施例中，投影儀能夠獨立安裝(諸如安裝在三腳架上，不連接至挽具)。但是，在僅具有一個照相機102d的實施例中，優選將投影儀104d和照相機保持在固定的或者以其他方式公知的相對位置和方位。投影儀104d、104e能夠構造為產生各種結構或者非結構圖案，有助於將一個照相機的像素相關至其他照相機的像素。一些通常使用的圖案為隨機點、隨機正方形、固定點、固定正方形、棋盤、網格、線、通常在移相中使用的交替灰度正弦圖案。同樣能夠採用其他圖案、不同圖案以及不同圖案之間交替的組合。
照相機和投影儀能夠可選地構造為傾斜以及平移(pan)，使得它們能夠以不同的方向定向以查看相對於穿戴UPCMM的用戶的不同區域。因而，例如，如果用戶期望測量天花板或者地板上的目標，那麼照相機和投影儀能夠向上或者向下瞄準。此外，在一些實施例中，照相機和投影儀能夠構造為自動地平移以及傾斜，因此使得用戶能夠相應地命令它們移動。編碼器能夠用以追蹤照相機的移動，因而關連UPCMM的其他部分(諸如挽具)的任何角度改變，正如此處描述的其地點被追蹤的挽具。
與光學坐標獲取構件一起使用的照相機能夠是高解析度照相機，諸如可從Point Grey獲得的Blackfly型號。與光學坐標獲取構件一起使用的投影儀能夠是LED或者雷射源雷射。此外，光掩模能夠用以產生隨機或者規則圖案以在目標上形成結構光(諸如紋理)。例子包括來自Effilux的EFFI-Lase。投影儀還能夠是DLP投影儀，諸如來自Texas Instruments的Lightcrafter。正此處如進一步討論的，這種投影儀能夠潛在地向用戶投射各種不同的圖案以及額外信息。
顯然地，光學坐標獲取構件能夠同時測量多個位置。此外，當UPCMM移動通過環境時這些測量能夠連續進行。在一些實施例中，UPCMM能夠構造為以期望頻率連續地進行測量，使得能夠基本上實時生成環境的三維測量結果。可替換地，UPCMM能夠構造為在特定時間進行測量，例如被用戶命令時進行測量。正如下文進一步描述的，在一些實施例中，這些命令能夠根據UPCMM在空間中的移動而提供。
光學坐標獲取構件同時測量多個位置的能力還能夠用以以類似於圖9的方式關聯於在不同時間測量的位置。正如圖9描述的，臂特徵能夠關聯兩個嵌套裝置的坐標，使得在不同時間測量的位置能夠關聯。類似地，通過照相機在兩個不同的圖像中測量的重疊點能夠用以關聯每個圖像的坐標系統，使得在圖像中測量的非重疊點能夠關聯 於單個坐標系統。因而，UPCMM的地點能夠可選地在空間中被追蹤而無需外部追蹤裝置。在一些實施例中，期望在環境中包括固定標記，諸如可識別標記120f(圖示於圖19)。這些固定標記120f能夠固定至空間、目標或者能夠投射至空間、目標上以提供恆定位置，恆定位置能夠易於被照相機識別以關聯多個圖像中的坐標系統。因而，固定標記120f能夠用作類似於上述嵌套裝置60的目的。
此外，光學坐標獲取構件能夠與探針110一起使用。如圖15至圖19所示，探針110能夠被用戶保持並且與UPCMM的剩餘部分斷開。探針110能夠包括多個可識別標記112，其能夠被照相機102顯示在UPCMM上。然後照相機102能夠確定可識別標記112的位置以及使用其來確定探針110相對於UPCMM的位置和方位。因而，還能夠確定探針末端114的位置，使得當接觸探針末端時能夠測量具體點。可識別標記112能夠是LED、回射器，或者包括能夠被照相機102識別的可識別顏色或者圖案。此外，它們能夠被分布，使得在使用期間在探針110的基本所有位置中，3個或更多可識別標記112能夠被照相機102一次可見。探針能夠構造為具有各種接觸末端，諸如球、點或者接觸觸發探針。其還可以呈非接觸探針形式，諸如雷射線掃描器或者區域掃描器。
此外，在一些實施例中，能夠使用多個探針110。在這種情形下，期望每個探針110包括可區分的標記112，諸如包括不同的顏色或者圖案。還能夠使用探針狀特徵，諸如指示公知尺寸諸如公知距離或者角度的絕對標尺。例如，絕對標尺能夠包括間隔開公知距離的兩個可識別標記，或者限定公知角度的三個可識別標記。然後絕對標尺上的標記能夠用以校準光學坐標獲取構件或者增強光學系統的比例和位置。
甚至此外，在一些實施例中，探針110能夠呈手套的形式。在這種實施例中，用戶能夠在還測量目標的同時可選地使用他們的手來移動將被測量的目標。在這種情形下，可識別標記能夠可選地固定至目標，使得該目標能夠被追蹤同時該目標能夠被移動。
此外，在一些實施例中，此處描述的探針110能夠用作用於UPCMM的遠程控制。例如，探針110能夠包括一個或多個按鈕、旋鈕或者能夠允許用戶輸入命令的其他可致動裝置。探針110能夠包括通信模塊，其能夠發送這些命令至UPCMM的主要部分(諸如挽具)，指示命令諸如進行測量、改變測量頻率、改變裝置的功率設定或者其他命令。此外，在一些實施例中，探針110能夠具有手槍式握把。
如圖18和圖19所示，以及正如上文簡要描述的，UPCMM1f能夠可選地利用呈頭盔形式的挽具40f被用戶穿戴。顯然地，當UPCMM1f具有較輕重量時，諸如當使用光學坐標獲取構件100f代替較大和/或較重臂特徵時，作為頭盔的挽具40f能夠更有效。頭盔40f還能夠可選地結合背包式挽具或者其他挽具以從頭盔移除重量。例如，背包挽具能夠包括電池模塊、計算機處理模塊或者其他特徵，其他特徵能夠連接至照相機102f(以及可選投影儀)但是不需要以公知幾何學關係安裝至照相機。照相機102f能夠安裝在頭盔40f上並且定向成，使得照相機對用戶看到的區域成像。此外，正如示出的，頭盔40f能夠包括可追蹤裝置75，可追蹤裝置75能夠有利於測量UPCMM1f的地點。
額外地或者可替換地，在一些實施例中，UPCMM1能夠與平視顯示器(「HUD」)90一起使用。因為UPCMM1能夠特別便攜，所以用戶在使用期間將不太可能靠近計算機監控器其他視覺輸出裝置。因而，可攜式顯示器可以是有利的。如圖3所示，用戶能夠穿著可攜式顯示器90，可攜式顯示器90將視覺顯示提供給用戶。正如示出的，可攜式顯示器90能夠是呈眼鏡形式的HUD。眼鏡能夠包括投影儀或者用戶能夠在操作期間看見的其他顯示器機構。在一些實施例中，在UPCMM1的主體上的處理器(諸如位於挽具40上，傳遞構件20或者管21的內部或者外側，或者接頭30的內部或者外側的處理器)能夠通過有線或者無線與可攜式顯示器90通信以控制顯示的內容。因而，例如，HUD能夠提供信息，諸如什麼點已經被測量、剩餘電池壽命、UPCMM1的測量模式、還未被測量的區域、測量點以及期望坐標之間的差異(例如，來自CAD文件或者建築計劃)，投射至不實際出現在環境中的環境特徵或者目標、其他加強的現實特徵等。正如此處描述的，當與保持照相機的頭盔式挽具一起使用時，HUD90能夠特別有利。更通常，當光學坐標獲取構件100的照相機緊密匹配用戶的視野時，HUD90能夠基本上實時地向用戶示出測量的坐標(或者源於測量的坐標的其他關聯數據)。
類似地，在一些實施例中，此處描述的投影儀104能夠用以提供類似於由HUD提供的數據。顯然地，該數據能夠直接投射在環境上以及投射在將被測量的目標上，使得除了用戶的個體能夠看見投射的信息。
額外地或者可替換地，在一些實施例中，UPCMM1能夠至少局部被臂本身的運動控制。因為UPCMM1可以比普通PCMM更便攜，所以UPCMM的用戶可以遠離 計算機或者與PCMM通信的其他命令輸入裝置。因而，額外命令輸入選項可以是期望的。例如，在一些實施例中，一些命令或者指令可以通過按壓按鈕、拉動操作杆、轉動刻度盤或者致動一些其他傳統致動裝置而觸發，在其他實施例中，相同或者不同的指令能夠通過UPCMM1的具體運動或者位置而觸發，UPCMM1的具體運動或者位置能夠被編碼器以及UPCMM中的其他傳感器檢測。例如，在一些實施例中，臂取決於其移動速度能夠進入不同的數據獲取模式。當很快就要測量臨界點時，UPCMM1的操作員可以緩慢移動UPCMM。因而，當臂緩慢移動時，UPCMM1能夠增加其測量頻率、準確度或者其他特性。此外，通過一個最後軸線的快速移動，UPCMM1能夠在臂用作計算機滑鼠的模式以測量模式之間切換。
此外，在一些實施例中，UPCMM1在空間中的地點能夠用以將命令輸入至UPCMM1。例如，當與追蹤裝置諸如雷射或者光學追蹤器70、80一起使用時，UPCMM1當靠近追蹤器或者另一指定區域時可進入低功率或者睡眠模式。儘管靠近追蹤器或者其他指定區域，但是操作員可以在遠離將被測量的目標(一個或多個)的計算機或者桌子處。因而，當不測量目標時UPCMM1能夠降低其功率消耗。類似地，在一些實施例中，UPCMM1能夠響應於特定位置(諸如臂摺疊位置)而進入低功率或者睡眠模式。在一些實施例中，當其位於進一步遠離追蹤器處時，UPCMM1能夠重新進入喚醒模式或者正常測量模式。在其他實施例中，喚醒或者正常測量模式能夠被UPCMM1的位置(諸如臂張開位置)觸發。類似地，命令能夠進入，利用光學坐標獲取構件而不是臂。例如，如果用戶在延長的時間周期內將照相機保持在具體位置，測量能夠進行，或者當照相機緩慢移動時，測量頻率和/或準確度能夠增加。關於數據進入的可替換方法的進一步細節能夠見於公告於2012年2月14日的美國專利8,112,896中，其通過參考併入此處。
正如在先前實施例中，應該理解的是，相關於臂的控制的這些特徵能夠用在其他類型的CMM中，並且不需要結合上文以及下文的前面段落描述的額外實施例使用。
在其它實施例中，挽具40能夠提供多種功能。例如，正如以上討論的，挽具40能夠包括可追蹤裝置75並且能夠用作中間傳遞構件20a。此外，在一些實施例中，挽具40能夠包括處理器，處理器構造為從關聯於關節構件的編碼器接收信號並且為了各種目的處理這些信號。在一些實施例中，來自編碼器的數據能夠存儲在挽具40內的內存中。在其它實施例中，數據能夠通過有線或者無線被傳遞至外部計算機或者 處理器。此外，挽具40能夠包括電源、熱傳遞裝置、全球定位裝置等。
甚至此外，在一些實施例中，這些和其他特徵能夠通過特徵包模塊化地提供，特徵包能夠經由對接部分連接挽具40或者UPCMM1的另一部分。對接部分能夠形成UPCMM1和特徵包之間的電子連接。在一些實施例中，對接部分能夠提供用於高速數據傳遞、功率傳遞等的連通性。因而，當連接至對接部分時，特徵包能夠將模塊化電子、機械或者熱部件提供至UPCMM1，允許各種不同的特徵及功能，諸如增加電池壽命、無線能力、數據存儲、改進的數據處理、處理掃描器數據信號、溫度控制、機械支撐或者鎮流或者其他特徵。模塊化特徵包能夠包含用於增強功能性的連接器、電池、電子電路板、開關、按鈕、燈、無線或者有線通信電子裝置、揚聲器、麥克風，或者在基礎水平產品上不具有的任何其他類型的延伸功能。此外，在一些實施例中，特徵包能夠定位於UPCMM1的不同部分，諸如沿著傳遞構件、關節構件，或者作為坐標獲取構件50或者關聯手柄的附加物。
作為一個例子，特徵包能夠包括電池，諸如主電池或者輔助電池。有利地，在特徵包是輔助電池的實施例中，UPCMM1能夠包括內部主電池，其能夠在輔助電池不存在或者被替換的時候，維持UPCMM的操作。因而，通過循環輔助電池，無需利用直接電源連接，UPCMM1能夠無限期地維持。
作為另一例子，特徵包能夠包括數據存儲裝置。特徵包上的可用數據存儲器能夠任意大，使得UPCMM1能夠測量以及保留大量數據而不需要連接至較大和/或較小的方便數據存儲裝置，諸如桌上型電腦。此外，在一些實施例中，數據存儲裝置能夠將數據傳遞至臂，包括用於臂操作的指令，諸如當按壓特定按鈕時或者當臂處於特定運動或者位置時用於臂的新命令，或者其他定製設定。
在特徵包包括無線能力的例子中，類似功能能夠與數據存儲裝置提供。利用無線能力，數據能夠在UPCMM1和外部裝置(諸如桌上型電腦)之間連續地傳遞而無需有線連接。在一些實施例中，UPCMM1能夠連續地從輔助裝置接收命令。此外，在一些實施例中，輔助裝置能夠連續地顯示來自臂的數據，諸如臂的位置或者已經獲取的數據點。在一些實施例中，裝置能夠是個人計算機(「PC」)，並且特徵包能夠無線地將臂坐標數據以及掃描器數據傳遞至PC。在無線傳遞或者作為單獨數據流傳遞它們之前，所述特徵包能夠組合特徵包中的臂數據以及掃描器數據。
在另一實施例中，特徵包還能夠包括數據處理裝置。這些數據處理裝置能夠有利 地執行各種操作，這些操作能夠改善臂的操作、數據存儲或者其他功能性。例如，在一些實施例中，基於臂位置，給臂的命令能夠通過特徵包被處理。在額外實施例中，特徵包能夠在存儲或者傳遞之前壓縮來自臂的數據。
在又一例子中，特徵包能夠包括熱功能。例如，特徵包能夠包括散熱片、冷卻風扇或者其他熱傳遞裝置。對接部分和特徵包之間的連接還能夠通過導熱構件連接至UPCMM1中的電子裝置，允許UPCMM臂和特徵包之間的基本熱傳遞。
此外，在一些實施例中，特徵包能夠具有基本匹配它們所連接的UPCMM1的一側的尺寸和形狀。因而，特徵包能夠使用而無需基本增加UPCMM的尺寸，降低其可能的便攜性，或者限制其相對於其他裝置的地點。
再次，特徵包能夠彼此組合使用，與此處描述的其他特徵組合使用，和/或能夠獨立用在其他類型的CMM中。對特徵包的額外描述能夠見於公告於2012年2月14日的美國專利8,112,896中，其通過參考併入此處。
上述各種裝置、方法、程序以及技術提供了實施本發明的多種方式。當然，應該理解的是，描述的所有目的或者優勢不是必然可以根據此處描述的任何特定實施例實現。而且，雖然本發明已經公開在特定實施例以及例子的內容中，但是本領域技術人員將理解的是，本發明可擴展得超出具體公開的實施例，擴展至其他可替換實施例和/或用途以及顯而易見的修改及其等同結構。因此，本發明不旨在被此處的優選實施例的具體公開所限制。