專利名稱：嵌入型臂式應變傳感器的制作方法
嵌入型臂式應變傳感器相關申請的交叉引用本申請要求于2010年I月20日提交的臨時申請第61/296，555號的權益，其全部內容通過引用合并于此。
背景技術：
本發(fā)明涉及一種坐標測量機，更具體地，涉及一種具有應變計傳感器的便攜式關節(jié)臂坐標測量機，該應變計傳感器被配置成測量該便攜式關節(jié)臂坐標測量機的結構部件的應變。已發(fā)現便攜式關節(jié)臂坐標測量機(AACMM)廣泛用于制造或生產零 件，其中，在制造或生產(例如，機械加工)零件的各個階段期間需要快速且精確地檢驗零件的尺寸。便攜式 AACMM代表對已知的、靜止或固定的、成本高且相對難以使用的測量裝置的巨大改進，特別是在對相對復雜的零件進行尺寸測量所花費的時間量方面的巨大改進。通常，便攜式AACMM 的用戶沿著待測量的零件或對象的表面僅引導探針。然后，測量數據被記錄并提供給用戶。 在一些情況下，以可視形式(例如，計算機屏幕上的三維(3-D)形式)將數據提供給用戶。在其它情況下，以數字形式將數據提供給用戶，例如，當測量孔的直徑時，在計算機屏幕上顯示文本“直徑=1.0034”。在共同轉讓的美國專利第5，402，582號(‘582)中公開了現有技術的便攜式關節(jié)臂CMM的示例，其全部內容通過引用合并于此?！?82專利公開了一種3-D測量系統，該3-D 測量系統包括在一端具有支撐基部而在另一端具有測量探針的手動操作的關節(jié)臂CMM。共同轉讓的美國專利第5，611，147號(‘147)(其全部內容通過引用合并于此)公開了一種類似的關節(jié)臂CMM。在‘147專利中，關節(jié)臂CMM包括若干特征，這些特征包括在探針端的附加旋轉軸，由此提供具有二 -二- 二或者二 -二-三軸配置的臂(后一種情況為七軸臂)。需要能夠測量與AACMM相關聯的應變的設備和方法。

發(fā)明內容
示例性實施例包括一種便攜式關節(jié)臂坐標測量機(AACMM)，其用于測量對象在空間中的坐標，所述便攜式關節(jié)臂坐標測量機包括可人工定位的關節(jié)臂部，其具有相對的第一端和第二端，所述臂部包括多個連接的臂段，多個連接的臂段包括與第一端鄰近的臂段， 每個臂段包括至少一個用于產生位置信號的位置變換器；附接到所述第一端的測量裝置； AACMM的結構部件，其中，該結構部件具有軸向方向；至少三個應變計傳感器，其耦接到結構部件，每個應變計傳感器均具有靈敏軸，其中每個應變計傳感器的靈敏軸近似平行于軸向方向地定向，每個應變計傳感器近似與垂直于軸向方向的橫向平面相交，每個應變計傳感器產生模擬應變計信號，并且應變計傳感器被布置成提供足以用于確定存在于結構部件和橫向平面兩者上的任何點處的彎曲應變的數據；以及電子電路，其接收位置信號并提供與測量裝置的位置相對應的數據。另一示例性實施例包括一種用于測量關節(jié)臂坐標測量機(AACMM)中的應變的方法，包括設置如下部分可人工定位的關節(jié)臂部，其具有相對的第一端和第二端，所述臂部包括多個連接的臂段，每個臂段均附接到至少一個軸承支架，多個連接的臂段包括與所述第一端鄰近的臂段，每個臂段均包括至少一個用于產生位置信號的位置變換器；附接到所述第一端的測量裝置；關節(jié)臂坐標測量機的結構部件，其中，該結構部件具有軸向方向； 布置在結構部件上的至少第一應變計傳感器，每個應變計傳感器產生模擬應變計信號；將模擬應變計信號的組合轉換成至少一個數字應變計信號；通過所述至少一個軸承支架中的至少一個將至少一個數字應變計信號發(fā)送至電子電路，該電子電路接收位置信號和至少一個數字應變計信號；提供并存儲與測量裝置的 位置相對應的數據；以及存儲至少一個數字應變計信號。


現在參照附圖示出示例性實施例，這些示例性實施例不應該被解釋為對于本公開內容的整個范圍的限制，并且其中，在幾幅圖中以相似的方式對元件標號包括圖IA和圖IB的圖I是其中具有本發(fā)明的各個方面的實施例的便攜式關節(jié)臂坐標測量機(AACMM)的透視圖；包括合在一起的圖2A-2D的圖2是被用作根據實施例的、圖I中的AACMM的一部分的電子裝置的框圖；包括合在一起的圖3A和圖3B的圖3是描述根據實施例的、圖2中的電子數據處理系統的詳細特征的框圖；圖4示出了示出AACMM的部件的彎曲的、圖I的AACMM的示意圖；圖5示出布置在AACMM的結構部件上的示例性應變計傳感器的視圖；以及圖6是根據示例性實施例的用于檢測應變的方法的流程圖。
具體實施例方式示例性實施例包括如下系統和方法該系統和方法用于測量便攜式關節(jié)臂坐標測量機的臂段上的應變以補償測量結果，從而改進精度，或者警告操作者需要校正操作。圖IA和圖IB以立體方式示出了根據本發(fā)明的各個實施例的便攜式關節(jié)臂坐標測量機(AACMM) 100，關節(jié)臂是一種類型的坐標測量機。如圖IA和圖IB所示，示例性AACMM 100可以包括六軸或七軸的關節(jié)測量裝置，該測量裝置在一端處具有耦接至AACMM 100的臂部104的測量探針殼體102。臂部104包括通過第一組軸承支架110 (例如，兩個軸承支架)而耦接至第二臂段108的第一臂段106。第二組軸承支架112 (例如，兩個軸承支架) 將第二臂段108耦接至測量探針殼體102。第三組軸承支架114 (例如，三個軸承支架)將第一臂段106耦接至位于AACMM 100的臂部104的另一端的基部116。每組軸承支架110、 112、114都提供了多軸關節(jié)移動。此外，測量探針殼體102可以包括AACMM100的第七軸部的軸(例如，AACMM 100的第七軸中包括確定測量裝置(例如，探針118)的移動的編碼器系統的盒)。在使用AACMM 100時，基部116通常固定到作業(yè)表面。各軸承支架組110、112、114內的每個軸承支架典型地包括編碼器系統(例如，光學角編碼器系統)。編碼器系統(即，變換器)提供對各個臂段106、108和對應的軸承支架組 110、112、114的位置的指示，所有這些指示一起提供探針118相對于基部116的位置(以及因而由AACMM100測量的對象在某個參照系中的位置一例如局部參照系或全局參照系)的指示。臂段106和臂段108可以由剛性適當的材料制成，諸如但不限于例如碳復合材料。具有六軸或七軸的關節(jié)移動(即，自由度)的便攜式AACMM 100提供了下述優(yōu)點在提供可以由操作員容易地操縱的臂部104的同時允許操作員將探針118放置在基部116周圍360° 區(qū)域內的期望位置。然而，應該認識到，具有兩個臂段106、108的臂部104的圖示僅為了示例性目的，而要求保護的本發(fā)明應該不限于此。AACMM 100可以具有通過軸承支架耦接在一起的任意數量的臂段(以及因而多于或少于六軸或七軸的關節(jié)移動或自由度)。探針118可拆卸地安裝至測量探針殼體102，測量探針殼體102連接至軸承支架組112。柄126可經由例如快速連接接口而相對于測量探針殼體102移除?？梢杂闷渌b置(例如，激光線探針、條形碼閱讀器)來替換柄126，由此提供允許操作員將不同的測量裝置與同一 AACMM 100—起使用的優(yōu)點。在示例性實施例中，探針殼體102容納可移除的探針118，可移除的探針118是接觸式測量裝置并且可以具有與待測量的對象物理接觸的不同尖端118，包括但不限于球型探針、觸敏型探針、彎曲型探針以及延伸型探針。在其它實施例中，測量例如由諸如激光線探針(LLP)的非接觸裝置來執(zhí)行。在實施例中，使用快速連接接口來以LLP替換柄126。其它類型的測量裝置可以替換可移除的柄126來提供附加功能。這樣的測量裝置的示例包括但不限于例如一個或多個照明燈、溫度傳感器、熱掃描儀、 條形碼掃描儀、投影儀、噴漆器、照相機等。如圖IA和圖IB所示，AACMM 100包括可移除的柄126，其提供了在無需將測量探針殼體102從軸承支架組112移除的情況下改變附件或功能的優(yōu)點。如以下針對圖2更加詳細描述的那樣，可移除的柄126還可以包括能夠與柄126交換電功率和數據的電連接器以及位于探針端的相應電子裝置。在各種實施例中，每組軸承支架110、112、114都允許AACMM 100的臂部104繞多個旋轉軸運動。如所述的，每個軸承支架組110、112、114都包括相應的編碼器系統(諸如， 例如光學角編碼器)，這些編碼器系統均與例如臂段106、臂段108的相應旋轉軸同軸地布置。光學編碼器系統檢測例如臂段106、臂段108中的每個臂段繞著相應軸的旋轉(轉體)或橫向(鉸鏈)運動，并且將信號傳送至本文以下 更詳細地描述的、AACMM100內的電子數據處理系統。每個單獨的原始編碼器計數作為信號被分別發(fā)送至電子數據處理系統，其中，該計數進一步被處理成測量數據。不需要與AACMM 100自身分離的位置計算器(例如，串行盒)， 如在共同轉讓的美國專利第5，402，582號(‘582)所公開的那樣。基部116可以包括附接裝置或裝配裝置120。例如，裝配裝置120使得AACMM 100 能夠可拆卸地裝配至期望位置，諸如檢驗臺、機械加工中心、壁或地面。在一個實施例中，基部116包括柄部122，柄部122提供便于操作員在AACMM 100正移動時保持基部116的位置。在一個實施例中，基部116還包括可移動蓋部124，可移動蓋部124向下折疊以顯露用戶接口(諸如顯示屏)。根據實施例，便攜式AACMM 100的基部116包含或容納具有以下兩個主要部件的電子數據處理系統基部處理系統，其對來自AACMM100內的各個編碼器系統的數據以及表示其它臂參數的數據進行處理以支持三維(3-D)位置計算；以及用戶接口處理系統，其包括板上操作系統、觸摸屏顯示器以及駐存應用軟件，該駐存應用軟件使得在AACMM100內實現相對完整的計量功能而無需連接到外部計算機。
根據實施例，便攜式AACMM 100的基部116包含或容納具有以下兩個主要部件的電子數據處理系統基部處理系統，其對來自AACMM100內的各個編碼器系統的數據以及表示其它臂參數的數據進行處理以支持三維(3-D)位置計算；以及用戶接口處理系統，其包括板上操作系統、觸摸屏顯示器以及駐存應用軟件，該駐存應用軟件使得在AACMM100內實現相對完整的計量功能而無需連接到外部計算機。圖2是根據實施例的用在AACMM 100中的電子裝置的框圖。圖2所示的實施例包括電子數據處理系統210，電子數據處理系統210包括用于實現基部處理系統的基部處理器板204、用戶接口板202、用于提供功率的基部電源板206、藍牙模塊232以及基部傾斜板 208。用戶接口板202包括用于執(zhí)行應用軟件以實現此處描述的用戶接口、顯示和其它功能的計算機處理器。如圖2所示，電子數據處理系統210經由一條或多條臂總線218與前述的多個編碼器系統通信。在圖2所示的實施例中，每個編碼器系統生成編碼器數據，并且包括編碼器臂總線接口 214、編碼器數字信號處理器(DSP)216、編碼器讀取頭接口 234以及溫度傳感器212。諸如應變傳感器的其它裝置可以附接到臂總線218。 圖2中還示出了與臂總線218通信的探針端電子裝置230。探針端電子裝置230 包括探針端DSP 228、溫度傳感器212、柄/LLP接口總線240以及探針接口 226，其中，在實施例中，柄/LLP接口總線240經由快速連接接口與柄126或LLP 242連接?？焖龠B接接口使得能夠通過柄126對由LLP 242和其它附件使用的數據總線、控制線以及電源總線進行訪問。在實施例中，探針端電子裝置230位于AACMM 100上的測量探針殼體102中。在實施例中，可以從快速連接接口移除柄126，并且測量可以由經由柄/LLP接口總線240與 AACMM 100的探針端電子裝置230進行通信的激光線探針(LLP)242來執(zhí)行。在實施例中， 電子數據處理系統210位于AACMM 100的基部116中，探針端電子裝置230位于AACMM 100 的測量探針殼體102中，并且編碼器位于軸承支架組110、112、114中。探針接口 226可以通過任何適合的通信協議與探針端DSP 228連接，通信協議包括可從美信集成產品(Maxim Integrated Products)有限公司商業(yè)購得的、實施1-wire 通信協議236的產品。圖3是描述根據實施例的AACMM 100的電子數據處理系統210的詳細特征的框圖。在實施例中，電子數據處理系統210位于AACMM 100的基部116中，并且包括基部處理器板204、用戶接口板202、基部電源板206、藍牙模塊232以及基部傾斜模塊208。在圖3所示的實施例中，基部處理器板204包括其中所示的各個功能塊。例如，基部處理器功能302用于支持對來自AACMM 100的測量數據的收集，并且經由臂總線218和總線控制模塊功能308來接收原始臂數據(例如，編碼器系統數據)。存儲器功能304存儲程序和靜態(tài)臂配置數據?；刻幚砥靼?04還包括用于與任何外部硬件裝置或附件(諸如 LLP242)通信的外部硬件選項端口功能310。在圖3所示的基部處理器板204的實施例的功能中還包括實時時鐘(RTC)與日志306、電池組接口(IF) 316以及診斷端口 318。基部處理器板204還對與外部裝置(主計算機)和內部裝置(顯示處理器202)通信的所有有線數據和無線數據進行管理。基部處理器板204具有下述能力經由以太網功能 320 (例如，使用諸如電氣和電子工程師協會(IEEE) 1588的時鐘同步標準)與以太網通信， 經由LAN功能322與無線局域網(WLAN)通信，以及經由并行-串行通信(PSC)功能314與藍牙模塊232通信?；刻幚砥靼?04還包括到通用串行總線(USB)裝置312的連接。
基部處理器板204傳送并收集原始測量數據(例如，編碼器系統計數、溫度讀數)以處理成測量數據而無需任何預處理，如在前述‘582專利的串行盒中所公開的那樣。基部處理器204經由RS485接口(IF)326將處理后的數據發(fā)送至用戶接口板202上的顯示處理器 328。在實施例中，基部處理器204還將原始測量數據發(fā)送至外部計算機?，F在轉向圖3中的用戶接口板202，在顯示處理器328上執(zhí)行的應用程序利用由基部處理器接收的角度和位置數據以在AACMM 100內提供自主計量系統。應用程序可以在顯示處理器328上執(zhí)行以支持下述功能，這些功能諸如但不限于結構元件的測量、引導和訓練圖形、遠程診斷、溫度校正、各個操作結構元件的控制、連接至各個網絡以及顯示所測量的對象。連同顯示處理器328和液晶顯示器(IXD) 338 (例如，觸摸屏IXD)用戶接口一起， 用戶接口板202包括如下幾種接口選項，這些接口選項包括安全數字(SD)卡接口 330、存儲器332、USB主機接口 334、診斷端口 336、照相機端口 340、音頻/視頻接口 342、撥號/單元調制解調器344以及全球定位系統(GPS)端口 346。圖3所示的電子數據處理系統210還包括具有用于記錄環(huán)境數據的環(huán)境記錄器 362的基部電源板206?；侩娫窗?06還使用交流/直流(AC/DC)轉換器358和電池充電器控制器360來向電子數據處理系統210提供功率?；侩娫?板206使用內部集成電路 (I2C)串行單端總線354以及經由DMA串行外圍接口(DSPI) 356來與基部處理器板204通信?；侩娫窗?06經由在基部電源板206中實現的輸入/輸出(I/O)擴展功能364連接至傾斜傳感器與射頻識別(RFID)模塊208。盡管示為分離部件，但在其它實施例中，全部部件或部件中的子集可以物理地位于不同位置和/或可以是以與圖3所示的方式不同的方式結合的功能。例如，在一個實施例中，基部處理器板204和用戶接口板202結合到一個物理板中。圖4示出第一臂段106彎曲時的放大視圖。由于因重力、計數平衡彈簧或者操作者對AACMM 100的操縱而產生的力導致AACMM 100的部件(例如，第一臂段106和第二臂段 108)的彎曲和扭轉。如果基部處理器板204執(zhí)行的動態(tài)模型計算不考慮這些力，則當計算點的坐標時可能不能完全考慮臂段的彎曲或扭轉。通過直接測量臂的彎曲應變，可以將施加到AACMM 100的力的效果包括在動態(tài)模型計算中，從而改進AACMM100的測量精度。參照圖5，應變計傳感器500附接到結構零件510，結構零件510可以包括臂段 106、108、軸承支架組110、112、114或者AACMM 100的機械部件。應變計傳感器500例如可以用環(huán)氧樹脂接合到結構零件510，或者以另外的方式適當地連接到結構零件510。由于提供了用以區(qū)分AACMM的臂段上看到的兩種類型的應變(彎曲應變和軸向應變)的方法，并且確定臂段的彎曲方向，因此，應變計傳感器500在結構零件510 (在這種情況下為圓柱形)上在四個象限內的特定安裝配置尤其有利。對于圖5的臂段，應變計傳感器500可以安裝在外表面、內表面上，或者嵌入結構零件510的材料內。梁的軸向方向是梁的長軸。橫向垂直于軸向方向?？稍谳S向方向和橫向上向梁施加力。應變ε被定義為長度的變化dL與相應的長度L之比e=dL/L。梁的軸向方向應變由梁沿軸向方向的伸展或收縮導致一即，沒有彎曲。梁的彎曲應變由梁的彎曲導致，如圖4 所示。彎曲應變可能因沿橫向對梁施加力或者沿軸向方向對梁施加力但偏離梁的中軸而導致。對于直的、圓柱對稱梁，中軸沿著圓柱的中心延伸。如果第一應變計傳感器被置于梁頂部而第二應變計傳感器被置于梁底部，則能夠針對位于通過應變計傳感器和中軸的垂直平面內的任何力而將彎曲應變與軸向應變區(qū)分開。例如，如果頂部傳感器和底部傳感器測量的應變減少了相同的量，則沿著垂直橫截面的應變是壓縮的并且是完全軸向方向的。另一方面，如果頂部傳感器的應變?yōu)檎奶囟慷撞總鞲衅鞯膽優(yōu)樨摰南嗤?，則梁的頂部已伸展且梁的底部已收縮，而且沿著垂直橫截面的應變是完全彎曲的應變。通過將兩個應變計傳感器相隔180度地置于梁上，能夠根據兩個應變計傳感器的讀數計算彎曲應變的量和軸向應變的量。對于AACMM 100，各臂段106、108具有圍繞其長軸轉動的能力。結果，施加到一個臂段(例如，通過平衡彈簧)的力可以在任何方向上。為了預測力或應變對臂段106、108之一的影響，將兩個應變計傳感器相隔180地置于臂段上是不夠的。相反，為了發(fā)現在臂段的橫截面上的任意點處的軸向應變和彎曲應變，必須在臂段上適當地放置至少三個應變計傳感器500。在實施例中，臂段106、108為圓柱形管，其中三個應變計傳感器500放置在一個臂段的外表面上。這三個應變計傳感器相隔120度且與垂直于軸向方向的平面近似對齊。 利用該配置，三個應變計傳感器500提供足夠的信息以計算在橫截面的平面處該管周圍的任意位置處的軸向應變和彎曲應變。三個應變計傳感器500不是必需相隔120度放置，但不是三個應變計的所有布置都提供期望的信息。例如，三個應變計傳感器中的兩個不能相隔180度放置，這是因為這僅為一個平面(包含中軸和相隔180度的兩個應變計傳感器的平面)提供關于軸向應變和彎曲應變的信息。在實施例中，結構部件包括具有圓柱形管形式的臂段106、108。圓柱形管的外表面上的三個或更多個應變計傳感器500被放置成使得應變計傳感器與垂直于軸向方向的平面相交。利用該布置，可以針對存在于結構部件和橫向平面兩者上 的每個點計算彎曲應變。 通過選擇管外部上(在橫向平面的位置處)彎曲應變具有正的極值和負的極值的位置，可以計算彎曲的方向和幅度。通過將每個結構元件的彎曲的方向和幅度與變換器(例如，角編碼器)的讀數結合，可以計算測量裝置在AACMM 100的局部參考系中的總位移。例如，該位移可以是由于施加到臂段的力而導致的、探針118的探針末端的位移。 應變計傳感器500可以是電阻式的、聲敏的、電容式的、電感式的、機械的、光學的、壓阻式的或者半導電的。在實施例中，應變計傳感器500是電阻式的，其具有接合到彈性背襯(例如，薄聚酰亞胺)的金屬箔形式。箔形式的金屬可以是自身溫度補償(STC)的康銅合金。自身溫度補償通過對康銅合金的適當處理(特別地，通過冷加工)來實現，使得康銅規(guī)格線在較寬的溫度范圍內具有非常低的熱感應應變。在實施例中，結構零件510包括臂段106、108，臂段106、108是由具有低CTE的碳纖維復合材料制成的空心管。應變計傳感器的箔形式的金屬是被選擇為具有類似的低CTE的康銅合金(或其它合金)。箔圖案可以是平行線的鋸齒形圖案，使得平行線的方向上的少量應力乘以箔圖案的有效長度上的應變。平行線的方向被認為是應變計傳感器的靈敏方向。應變計傳感器500的箔圖案中的平行線被設置為平行于結構零件510的軸向方向。在實施例中，通過應用基于STC應變計的制造商提供的曲線或多項式方程的校正因子，進一步提高STC應變計的應變讀數的精度。應變計500可放置在惠斯通電橋電路中，惠斯通電橋電路例如可以位于溫度傳感器212附近的電路板上。在一個實施例布置中，應變計傳感器500提供四電阻網絡中的一個電阻。其它三個電阻由具有隨著溫度很微小變化的電阻的固定電阻器提供。在替選實施例中，相隔180度的兩個應變傳感器提供惠斯通電橋的四電阻網絡中的兩個電阻?；菟雇姌蚩梢耘渲迷谌€網絡中，以去除從電子裝置趨向應變計傳感器500的導線的寄生電阻的影響。在實施例中，來自惠斯通電橋的信號被發(fā)送到模數轉換器電路，其中，來自惠斯通電橋的模擬信號被轉換成數字應變計信號。所有的數字應變計信號被提供到臂總線218上。盡管迄今為止的討論已考慮了應變對梁的影響，尤其是對諸如臂段106、108的圓柱形梁的影響，但是應變計傳感器500可以用于發(fā)現其它結構中的應變。如果正考慮的特定結構不是關于軸向方向對稱的，則需要執(zhí)行進一步分析以適當地解釋應變計讀數的含義。例如，在復雜的結構部件中，使用特定結構的具體CAD模型在計算機上執(zhí)行的有限元分析(FEA)可以用于基于四個應變計的讀數發(fā)現軸向應變和彎曲應變。在這樣的情況下，會需要四個或更多個應變計，而不是三個應變計。從應變計獲得的讀數可用于提高AACMM 100測量的精度或者向操作者給出表示需要執(zhí)行校正操作的警告。為了最佳精度，使應變計讀數與編碼器讀數相關。這可以通過在與編碼器讀數相同的瞬時捕獲應變計讀 數來完成。在實施例中，AACMM 100中的全部傳感器(包括應變計和編碼器)可以響應于經由臂總線218內的總線發(fā)送的捕獲信號來捕獲讀數。例如，應變計傳感器500可提供應變數據以實時(例如， 每秒1000個點)校正AACMM 100的位置,而無需操作者介入。 來自應變計監(jiān)測系統的數據還可以用于以聽覺警告或視覺警告的形式向操作者提供直接反饋。可以在應變計讀數(尤其針對彎曲應變)從既定(期望)值偏離了預定值以上時發(fā)出這樣的警告。這些警告可以由被設計成教導并改善測量技術的應用軟件補充。在示例性實施例中，視覺警告可以包括結構零件510的視覺顯示520，其示出用以表示應變的嚴重性的色度或灰度530。為了獲得考慮了彎曲應變和軸向應變的影響的、AACMM 100的簡單但有效的動態(tài)模型，使用FEA來觀察力對于AACMM 100的影響是有用的。在圖5的上部插圖520中示出這樣的FEA的示例。在該插圖中，由灰度值表示不同的應變(或應力)量。在所示的情況下， 最大應變集中于區(qū)域530處。作為進一步的改善，可以進行實驗以根據臂段在空間內的定向測量平衡彈簧施加的力。這些力值可以用于改進FEA分析。FEA的主要目的在于幫助建立AACMM 100的動態(tài)模型的相對簡單且精確的形式。 一旦建立了動態(tài)模型的形式，就收集大量數據并且使其適于模型。優(yōu)化方法用于為模型選擇最佳的數字參數值。將收集數據并求解最佳參數值的組合步驟稱為補償或校準。數據的收集可以包括在臂段移動到各種定向時測量安裝在槽中的探針的坐標。由于當探針末端不動時坐標值應該不變，因此，可選擇參數值以對于臂段不同定向最小化探針讀數的差異。數據的收集還包括測量具有已知長度一個或多個人工制品上的點之間的距離。如上文所述，應變計傳感器500可以放置在結構零件510的外表面、內表面上或者嵌入結構零件510的材料內。在后一種情況下，應變計傳感器500可以嵌入連接接頭的管 510的碳纖維中。在制造工藝中，碳纖維織物典型地纏繞在心軸上，并且可以在完成最終纏繞之前安裝應變計傳感器500，從而保護應變計傳感器500并將其嵌入零件中。通過將應變計傳感器500放置在臂管510的相對端處并且在管510的外周上相隔九十度(即，正交布置)，管變形可以完全在于靠近配對部件的接合接頭(在其中，最大變形發(fā)生)的應變計區(qū)域中，如圖5的應變示圖所示。圖6是根據示例性實施例的用于測量應變的方法600的流程圖，其示出了 AACMM100可以在塊610連續(xù)地測量應變，在塊620對AACMM100的臂模型進行適當校正，并且只要操作者在塊640選擇測量和顯示，則在塊630連續(xù)地顯示測量結果。技術效果和益處包括能夠連續(xù)地測量AACMM 100的結構零件510上的應變。同樣地，操作者可以知道在測量期間AACMM 100是否正經受任何應變，以將測量期間的應變納入考慮或者采取校正操作。本領域技術人員將理解，本發(fā)明的各方面可以被實施為系統、方法或計算機程序產品。因此，本發(fā)明的各方面可以采取完全硬件實施例的形式、完全軟件實施例(包括固件、駐存軟件、微代碼等)的形式或者結合軟件方面和硬件方面(在此全部通?？梢苑Q為“電路”、“模塊”或“系統”)的實施例的形式。此外，本發(fā)明的各方面還可以采取以一個或多個包括計算機可讀程序代碼的計算機可讀介質實現的計算機程序產品的形式?？梢圆捎靡粋€或多個計算機可讀介質的任何組合。計算機可讀介質可以是計算機可讀信號介質或者計算機可讀存儲介質。計算機可讀存儲介質例如可以是但不限于電子、 磁、光學、電磁、紅外線或半導體系統、設備或裝置、或者前述的任何適當組合。計算機可讀介質的更具體的示例(非詳盡的列表)可以包括以下各項具有一條或多條線的電連接、便攜式計算機磁盤、硬盤、隨機存取存儲器(RAM)、只讀存儲器(ROM)、可擦除可編程只讀存儲器(EPR0M或閃存)、光纖、便攜式致密盤只讀存儲器(CD-ROM)、光存儲裝置、磁存儲裝置或前述的任何適當組合。在本文檔的上下文中，計算機可讀存儲介質可以是任何有形媒體，該有形媒體可以包含或存儲供指令執(zhí)行系統、設備或裝置使用的或者與指令執(zhí)行系統、設備或裝置結合的程序。計算機可讀信號介質可以包括包含有計算機可讀程序代碼的傳播數據信號，例如，在基帶中或者作·為載波的一部分。這樣的傳播信號可以采用各種形式，包括但不限于電磁、光學或其任何適當的組合。計算機可讀信號介質可以是任何不是計算機可讀存儲介質的計算機可讀介質，其可以傳遞、傳播或傳輸供指令執(zhí)行系統、設備或裝置使用的或者與指令執(zhí)行系統、設備或裝置結合的程序?？梢允褂萌魏芜m當的介質來傳送在計算機可讀介質上實現的程序代碼，這些適當的介質包括但不限于無線、有線、光纖線纜、RF等或前述的任何適當組合。用于實現本發(fā)明的各方面的操作的計算機程序代碼可以以一種或多種編程語言的任何組合來編寫，這些編程語目包括面向目標編程語目(諸如，Java、Smalltalk、C++、C# 等)以及傳統的過程化編程語言(諸如，“C”編程語言或者類似的編程語言)。程序代碼可以完全在用戶的計算機上運行、部分在用戶的計算機上運行、作為獨立的軟件包運行、部分在用戶的計算機上而部分在遠程計算機上運行、或者完全在遠程計算機或服務器上運行。在后者的情況下，遠程計算機可以通過任何類型的網絡(包括局域網(LAN)或廣域網(WAN)) 連接到用戶的計算機，或者可以(例如，利用因特網服務提供方、通過因特網)連接到外部計算機。參照根據本發(fā)明的實施例的方法、設備(系統)和計算機程序產品的流程圖和/或框圖描述本發(fā)明的各方面。將理解的是，流程圖和/或框圖中的每個框以及流程圖和/或框圖中的框的組合可以通過計算機程序指令來實現?？梢詫⑦@些計算機程序指令提供給通用計算機、專用計算機的或其它可編程數據處理設備的處理器以制造機器，以使得經由計算機或其它可編程數據處理設備的處理器執(zhí)行的指令創(chuàng)建用于實現流程圖和/或一個或多個框圖的框中所指定的功能/動作的裝置。 這些計算機程序指令還可以存儲在計算機可讀介質中，其中該計算機可讀介質可以引導計算機、其它可編程數據處理設備或其它裝置以特定方式運行，以使得存儲在計算機可讀介質中的指令產生包括實現流程圖和/或一個或多個框圖的框中所指定的功能/動作的指令的制品。計算機程序指令還還可以加載到計算機、其它可編程數據處理設備或其它裝置上，以使得在計算機、其它可編程設備或其它裝置上執(zhí)行一系列操作步驟從而產生計算機實現的處理，以使得在計算機或其它可編程設備上運行的指令提供用于實現流程圖和/或一個或多個框圖的框中所指定的功能/動作的處理。附圖中的流程圖和框圖示出了根據本發(fā)明的各個實施例的系統、方法和計算機程序產品的可能實施的體系結構、功能和操作。在這點上，流程圖或框圖中的每個框都可以表示代碼的模塊、段或部分，其中代碼包括用于實現所指定的邏輯功能的一條或多條可執(zhí)行指令。還應該注意，在一些可替選實施中，框中所提到的功能可以不按照圖中所提到的順序來發(fā)生。例如，根據所涉及的功能，實際上可以基本同時實現相繼示出的兩個框，或者有時可以按倒序實現框。還將注意的是，框圖和/或流程圖中的每個框以及框圖和/或流程圖中的框的組合可以通過執(zhí)行特定功能或動作的基于專用硬件的系統或者專用硬件與計算機指令的組合來實現。 盡管已經參照示例實施例描述了本發(fā)明，但是本領域技術人員將理解的是，在不背離本發(fā)明的范圍的情況下可以進行各種改變并且等效物可以替代本發(fā)明的要素。此外， 在不背離本發(fā)明的基本范圍的情況下可以進行許多修改以使具體情況或材料適于本發(fā)明的教導。因此，本發(fā)明不限于作為實施本發(fā)明所預期的最佳模式所公開的特定實施例，而是本發(fā)明將包括落入在所附權利要求的范圍內的全部實施例。此外，術語第一、第二等的使用不表示任何順序或重要性，而是術語第一、第二等用于將一個要素與另一個要素相區(qū)分。此夕卜，術語一個、一種(a、an)等的使用不表示對數量的限制，而是表示存在至少一個所提及的項目。
權利要求
1.一種便攜式關節(jié)臂坐標測量機(AACMM)，用于測量對象在空間中的坐標，所述便攜式關節(jié)臂坐標測量機包括 人工可定位的關節(jié)臂部，其具有相對的第一端和第二端，所述臂部包括多個連接的臂段，所述多個連接的臂段包括與所述第一端鄰近的臂段，每個臂段包括至少一個用于產生位置信號的位置變換器； 附接到所述第一端的測量裝置； 所述AACMM的結構部件，其中，所述結構部件具有軸向方向； 至少三個應變計傳感器，其耦接到所述結構部件，每個應變計傳感器均具有靈敏軸，其中每個應變計傳感器的靈敏軸近似平行于所述軸向方向地定向，每個應變計傳感器近似與垂直于所述軸向方向的橫向平面相交，每個應變計傳感器產生模擬應變計信號，并且所述應變計傳感器被布置成提供足以用于確定存在于所述結構部件和所述橫向平面兩者上的任何點處的彎曲應變的數據；以及 電子電路，其接收所述位置信號并提供與所述測量裝置的位置相對應的數據。
2.根據權利要求I所述的AACMM，還包括模數轉換器電路，所述模數轉換器電路將所述模擬應變計信號的一些組合轉換成多個數字應變計信號，其中，所述電子電路接收所述多個數字應變計信號。
3.根據權利要求2所述的AACMM，其中，所述電子電路計算所述結構部件的最大彎曲的幅度和方向。
4.根據權利要求3所述的AACMM，其中，所述電子電路使用來自所述至少三個應變計傳感器的所述數字應變計信號來修改所提供的與所述測量裝置的位置相對應的數據。
5.根據權利要求4所述的AACMM，還包括捕獲信號，其中，響應于所述捕獲信號收集所述位置信號和所述數字應變計信號。
6.根據權利要求4所述的AACMM，還包括從補償過程獲得并存儲在所述電子電路中的參數，其中，所述參數部分地通過由所述AACMM響應于所述臂段的移動而收集數據來獲得。
7.根據權利要求6所述的AACMM，其中，所述電子電路使用所述參數和所計算出的最大彎曲的幅度和方向來修改所提供的與所述測量裝置的位置相對應的數據。
8.根據權利要求3所述的AACMM，其中，所述結構部件具有熱膨脹系數，并且所述應變計傳感器被選擇為匹配所述結構部件的熱膨脹系數。
9.根據權利要求3所述的AACMM，還包括第四應變計傳感器。
10.根據權利要求3所述的AACMM，其中，所述電子電路響應于所述應變計信號而產生警告。
11.根據權利要求10所述的AACMM，其中，所述警告是視覺警告和聽覺警告之一。
12.根據權利要求10所述的AACMM，其中，當所述彎曲應變具有超出預定限值的值時產生所述警告。
13.一種用于測量關節(jié)臂坐標測量機(AACMM)中的應變的方法，所述方法包括以下步驟 設置如下部分可人工定位的關節(jié)臂部，其具有相對的第一端和第二端，所述臂部包括多個連接的臂段，每個臂段附接到至少一個軸承支架，所述多個連接的臂段包括與所述第一端鄰近的臂段，每個臂段包括至少一個用于產生位置信號的位置變換器；附接到所述第一端的測量裝置；所述關節(jié)臂坐標測量機的結構部件，其中，所述結構部件具有軸向方向；布置在所述結構部件上的至少第一應變計傳感器，每個應變計傳感器產生模擬應變計信號; 在所述結構部件上設置第二應變計傳感器以及在所述結構部件上設置第三應變計傳感器，其中，所述第一應變計傳感器、所述第二應變計傳感器和所述第三應變計傳感器產生模擬應變計信號； 將所述第一應變計傳感器、所述第二應變計傳感器和所述第三應變計傳感器耦接到所述結構部件，所述第一應變計傳感器、所述第二應變計傳感器和所述第三應變計傳感器中的每個具有靈敏軸，其中，每個應變計傳感器的所述靈敏軸近似平行于所述軸向方向地定向； 將所述結構部件上的每個應變計傳感器布置成近似與垂直于所述結構部件的軸向方向的橫向平面相交； 將所述第一應變計傳感器、所述第二應變計傳感器和所述第三應變計傳感器布置成提供足以用于確定存在于所述結構部件和所述橫向平面兩者上的任何點處的彎曲應變的數據； 將所述模擬應變計信號的組合轉換成至少一個數字應變計信號； 通過所述至少一個軸承支架中的至少一個將所述至少一個數字應變計信號發(fā)送至電子電路，所述電子電路接收所述位置信號和所述至少一個數字應變計信號； 提供并存儲與所述測量裝置的位置相對應的數據；以及 存儲所述至少一個數字應變計信號。
16.根據權利要求13所述的用于測量關節(jié)臂坐標測量機(AACMM)中的應變的方法，還包括如下步驟計算所述結構部件的最大彎曲的幅度和方向。
17.根據權利要求16所述的用于測量關節(jié)臂坐標測量機(AACMM)中的應變的方法，還包括如下步驟使用所述多個數字應變計信號來修改所提供的與所述測量裝置的位置相對應的數據。
18.根據權利要求17所述的用于測量關節(jié)臂坐標測量機(AACMM)中的應變的方法，還包括以下步驟 提供捕獲信號；以及 響應于所述捕獲信號收集所述位置信號和所述數字應變計信號。
19.根據權利要求18所述的用于測量關節(jié)臂坐標測量機(AACMM)中的應變的方法，還包括如下步驟從補償過程獲得參數，其中，所述參數部分地通過由所述關節(jié)臂坐標測量機響應于所述臂段的移動而收集數據來獲得。
20.根據權利要求19所述的用于測量關節(jié)臂坐標測量機(AACMM)中的應變的方法，還包括如下步驟使用所述參數和所計算出的最大彎曲的幅度和方向來修改所提供的與所述測量裝置的位置相對應的數據。
21.根據權利要求13所述的用于測量關節(jié)臂坐標測量機(AACMM)中的應變的方法，還包括如下步驟選擇熱膨脹系數以使每個應變計傳感器匹配所述結構元件的熱膨脹系數。
22.根據權利要求13所述的用于測量關節(jié)臂坐標測量機(AACMM)中的應變的方法，還包括如下步驟響應于所述應變計信號而產生警告。
23.根據權利要求22所述的用于測量關節(jié)臂坐標測量機(AACMM)中的應變的方法，其中，所述警告是視覺警告和聽覺警告之一。
24.根據權利要求16所述的用于測量關節(jié)臂坐標測量機(AACMM)中的應變的方法，還包括如下步驟當所述彎曲應變具有超過預定限值的值時，響應于所述應變計信號產生警告。
全文摘要
一種便攜式關節(jié)臂坐標測量機(AACMM)可以包括可人工定位的關節(jié)臂部；附接到第一端的測量裝置；AACMM的結構部件，其中，該結構部件具有軸向方向；至少三個應變計傳感器，其耦接到結構部件，每個應變計傳感器均具有靈敏軸，其中每個應變計傳感器的靈敏軸近似平行于軸向方向地定向，每個應變計傳感器近似與垂直于軸向方向的橫向平面相交，每個應變計傳感器產生模擬應變計信號，并且應變計傳感器被布置成提供足以用于確定存在于結構部件和橫向平面兩者上的任何點處的彎曲應變的數據；以及電子電路，其接收位置信號并提供與測量裝置的位置對應的數據。
文檔編號B25J9/16GK102712091SQ201180006408
公開日2012年10月3日 申請日期2011年1月14日 優(yōu)先權日2010年1月20日
發(fā)明者伯納姆·斯托克斯, 保羅·C·阿特韋爾 申請人:法羅技術股份有限公司