CN103502772A - 坐标定位机器控制器 - Google Patents

Abstract

一种坐标定位设备，该坐标定位设备包括：坐标定位机器，该坐标定位机器具有测量探头，该测量探头用来与人工制品相互作用以获得关于该人工制品的测量数据。所述测量探头和人工制品可相对于彼此在至少一个机器自由度中运动。该坐标定位设备进一步包括手持装置，该手持装置可在多个装置自由度中在自由空间中运动，用来控制所述测量探头相对于所述人工制品的运动。该手持装置包括用于感测所述手持装置在自由空间中的运动的至少一个运动传感器。所述坐标定位设备被构造成使得所述测量探头和人工制品的相对运动由所述手持装置在自由空间中的所述运动来控制。

Description

坐标定位机器控制器

技术领域

本发明涉及一种用于诸如坐标测量机器或机床等坐标定位机器的控制器以及控制坐标定位机器的方法。

背景技术

已知诸如坐标测量机器（CMM）之类的坐标定位机器用于在制造过程中和/或制造之后检查人工制品（artefact）。典型地，诸如测量探头之类的检查工具安装在坐标定位机器上并借助于该机器而在该人工制品周围驱动以取得若干测量。例如，装载在机器上的接触探头可以由机器驱动而在该人工制品周围的多个不同点处与该人工制品接触，从而取得测量。测量探头的运动可以借助于根据检查过程控制机器轴的运动的计算机自动地控制。当要在已知对象上测量多个点时这很有用，因为测量探头在计算机的自动控制下能够快速精确地运动。

然而，对于测量探头来说，在计算机的控制下自动运动并不是总是合适的。例如，在人工制品在坐标定位机器上进行初始部分对准过程中和/或当检查未知对象时，手动移动测量探头可能是有利的。实际上，已知例如借助于与机器相关联的操纵杆手动控制测量探头的运动。操作员使用操纵杆移动机器的轴，从而由此移动测量探头并取得关于人工制品的测量点。如果期望的话，可以记录并稍后再次使用测量探头的某些位置，由此使得能够对测量路径进行编程。

发明内容

本发明提供了一种用于手动控制坐标定位机器的改进装置。具体地说，本发明涉及一种用于坐标定位机器的装置，该装置使得能够通过例如使用该装置内的运动传感器借助于该装置在自由空间中的运动对机器的轴进行控制。

根据本发明的第一方面，提供了一种坐标定位设备，该坐标定位设备包括：坐标定位机器，该坐标定位机器具有测量探头，该测量探头用来与人工制品相互作用以获得关于该人工制品的测量数据，所述测量探头和人工制品可相对于彼此在至少一个机器自由度中运动；以及一装置（例如手持装置），该装置可在多个装置自由度中在自由空间中运动，用来控制所述测量探头相对于所述人工制品的运动，其中该装置包括用于感测所述装置在自由空间中的运动的至少一个运动传感器，其中所述设备被构造成使得所述测量探头和人工制品的相对运动由所述装置在自由空间中的所述运动来控制。

通过在自由空间中移动装置来控制坐标定位机器的运动相比于操纵杆提供了与坐标测量机器相互作用的更方便和更容易使用并且总体上更直观的方式。具体地说，由于可实现相对不受限制的运动范围，并且在可用输入姿势中的更大多用性，因此其能够便于对测量探头的运动进行更大控制，从而导致测量的不正确点更少。这又减少检查时间，由此提高了生产能力。

此外，坐标定位机器的手动操作是一个熟练工作。实际上，坐标定位机器非常昂贵，并且正被测量的人工制品可能也是这样。因此，避免会对坐标定位机器或人工制品造成损坏的测量探头和人工制品之间的碰撞十分重要。此外，测量人工制品上的具体点经常也十分重要。结果，可能花费大量时间和资源来培训操作员熟练他/她的工作。已经发现，利用根据本发明的运动敏感装置控制坐标定位机器可能要容易得多，因此减少了培训时间和资源。甚至已经发现对于新手来说也足以容易地快速直观地用来测量人工制品，由此方便这种新手操作员亲自执行特设性测量(ad-hoc measurement)，而不是必须等待受过专门训练的操作员来进行测量。

由于该装置是由操作员的手来保持和操纵的装置，因此这种装置可以称为“手持”装置。

如将理解的，用于感测手持装置的运动的合适的运动传感器包括典型地在惯性测量单元中发现的那些传感器，诸如用于感测手持装置的加速度的惯性传感器、电子罗盘以及位置跟踪传感器。如将理解的，这种加速度包括线性和/或角度加速度。合适的传感器包括加速计和/或陀螺仪。

因而，如将理解，所述设备可以被构造成使得所述测量探头和人工制品的相对运动的改变可以通过所述手持装置在自由空间中的所述运动来控制。换言之，所述手持装置的运动能够致使所述测量探头和人工制品的相对运动发生改变。这例如可以是所述测量探头和人工制品的相对运动的速率和/或方向的改变。例如，这可以致使所述测量探头和人工制品的相对运动从其它方面的静止构造变化到例如停止所述测量探头和人工制品的相对运动。

因此，所述测量探头和人工制品的相对运动可以通过所述手持装置相对于所述坐标定位机器的运动来控制。换言之，所述测量探头和人工制品的相对运动可以通过改变所述手持装置在自由空间中例如相对于所述坐标定位机器的位置和/或取向来控制。因而，所述设备可以被构造成响应于所述手持装置在自由空间中的所述运动来使所述测量探头和人工制品移动。

所述手持装置装置可以通过一个或多个有线链接与所述坐标定位机器通信。优选地，所述手持装置是无线手持装置。无线手持装置使操作员能够在所述人工制品/坐标定位机器周围的任何位置进行操作，不用在物理上与所述坐标定位设备的另一部分相关联。这对已知的有线操纵杆来说情况并非如此，因为操作员被束缚在距离坐标定位机器的控制器的给定距离内（通常位于应用编程软件附近）。当零件较大，坐标定位机器的工作容积较大，并且/或者待测量特征较小或当操作员位于坐标定位机器的控制处以操作编程软件时待测量特征被阻挡视野时，具有根据本发明的无线手持装置是特别有用的。

优选地，所述测量探头和人工制品在至少一个线性机器自由度中，更优选在至少两个正交的线性机器自由度中，特别优选在至少三个正交的线性机器自由度中，是可相对于彼此运动的。

所述设备可以被构造成使得所述测量探头和人工制品在线性自由度中的相对运动通过改变所述手持装置在线性自由度中的位置来控制。优选地，所述设备被构造成使得所述测量探头和人工制品在线性自由度中的相对运动通过改变所述手持装置的取向即在旋转自由度中使所述手持装置移动来控制。因而，该设备可以被构造成使得所述手持装置在旋转自由度中的运动控制所述测量探头和人工制品在线性自由度中的相对运动。

以下将其中所述手持装置可自由移动的线性和/或旋转自由度中的每个自由度都称为装置自由度。如将理解的，所述手持装置优选可在三个正交线性自由度中自由移动，并且还可在三个自由度中（即围绕三个正交轴）自由旋转。可将给定自由度关联（例如在逻辑或概念上关联而不是在物理上关联）至具体机器自由度。换言之，可以将给定装置自由度映射或相关至具体机器自由度。因而，所述手持装置在该给定自由度中的运动可以控制所述测量探头和人工制品在该给定机器自由度中的相对运动。具体地说，所述设备可以被构造成使得在给定装置自由度中的运动控制所述测量探头和人工制品仅在该给定装置自由度所关联的具体机器自由度中的相对运动。

优选地，所述给定装置自由度所关联的机器自由度可以被改变。优选地，给定装置自由度所关联的机器自由度根据所述手持装置的取向，例如所述手持装置相对于所述坐标定位机器的取向而自动地改变。这能够避免操作员必须告知设备来切换所述手持装置和机器自由度之间的关联。所述设备可以被构造成使得所述给定装置自由度所关联的机器自由度在确定所述手持装置已经围绕竖直轴（相对于地面）旋转预定角度时改变。例如，当确定所述手持装置已经围绕竖直轴已经旋转过至少25°，更优选至少35°，特别优选至少45°时，所述给定装置自由度所关联的机器自由度改变。可选地，所述手持装置的取向可以通过至少一个运动传感器来确定。优选地，所述手持装置包括电子罗盘，例如磁力计，其输出用来确定所述手持装置的取向。

优选地，所述手持装置包括至少一个激活区域。优选地，所述设备被构造成使得所述手持装置在自由空间中的运动只有在所述手持装置感测到其正在该手持装置上的至少一个“激活区域”中被触摸时才控制所述测量探头和所述人工制品的相对运动。因而，在这种情况下，触摸所述至少一个激活区域会激活通过所述手持装置的运动对所述测量探头和人工制品的相对运动进行的控制。所述手持装置可以包括至少一个触摸传感器。所述触觉传感器可以提供所述激活区域。因而，所述设备可以被构造成使得所述手持装置在自由空间中的运动只有在所述至少一个触觉传感器感测到其正被触摸时才控制所述测量探头和人工制品的相对运动。可选地，所述设备可以被构造成使得所述手持装置在自由空间中的运动只有在所述手持感测到其正在所述手持装置上的至少两个分开的激活区域中被触摸时才控制所述测量探头和人工制品的相对运动。这种激活区域可以通过至少两个触觉传感器来提供，或者通过例如提供两个分离的激活区域的一个触觉传感器来提供。优选地，所述设备被构造成使得所述手持装置在自由空间中的运动只有在所述至少一个触觉传感器感测到至少两个激活区域正被触摸时才控制所述测量探头和人工制品的相对运动。

合适的触摸传感器是那些能够感测到操作员在物理上触摸/接触传感器和/或能够由物理上触摸/接触所述传感器的操作员操纵的传感器，包括例如开关、按钮和/或光电检测器。优选地，所述至少一个触觉传感器中的至少一个是触敏区域。如将理解的，用于实现触敏区域有各种技术，例如电容式、电阻式和表面声波（SAW）式。所述触敏区域可以例如由触摸垫来提供。

优选地，所述设备被构造成使得操作员可以通过触觉传感器，例如通过在所述触觉传感器上移动它们的手指或拇指来控制所述测量探头和人工制品在至少一个机器自由度中的相对运动。同一个触觉传感器还可以用来提供所述激活区域。可选地，该手持装置可以被构造成使得所述至少一个触觉传感器提供第一区域和第二区域，所述第一区域可由操作员用来控制所述测量探头和人工制品在至少一个机器自由度中的相对运动（下文称为“操纵杆区域”），所述第二区域不能用来控制这种运动。因而，所述第二区域可以仅仅用作激活区域。所述第一区域（操纵杆区域）也可以用作激活区域。所述手持装置可以被构造成使得提供至少两个触觉敏感区，每个触觉敏感区都提供第一区域（即操纵杆区域）和第二区域，所述第一区域可以由操作员用来控制所述测量探头和人工制品在至少一个机器自由度中的相对运动，所述第二区域仅仅用作激活区域。

所述设备可以被构造成使得通过触觉传感器控制的机器自由度与通过所述手持装置在自由空间中的运动控制的机器自由度一样。可选地，所述设备可以被构造成使得通过触觉传感器控制的机器自由度不同于通过所述手持装置在自由空间中的运动控制的机器自由度。例如，所述手持装置的运动可以被构造成用于控制所述测量装置和人工制品在至少一个线性自由度中的相对运动。所述触觉传感器可以被用来控制所述测量探头和人工制品在正交的线性自由度中的线性运动。

所述坐标定位机器可以被构造成使得所述测量探头和人工制品可以在至少一个旋转自由度中相对于彼此移动。所述坐标定位机器可以被构造成使得所述测量探头和人工制品可以在至少两个旋转自由度中，例如围绕两个正交轴，可选地在至少三个旋转自由度中，例如围绕三个正交轴，相对于彼此移动。所述设备可以被构造成使得在至少一个（可选地至少两个，进一步可选地至少三个）旋转自由度中的运动通过所述至少一个触觉传感器控制。

可选地，所述设备可以被构造成使得所述测量探头和人工制品在所述至少一个（可选地至少两个，进一步可选地至少三个）旋转自由度中的相对运动通过所述手持装置在自由空间中的运动来控制。

所述设备可以被构造成使得所述手持装置能够同时控制所述测量探头和人工制品在至少一个（可选地至少两个，进一步可选地至少三个）线性自由度和至少一个（可选地至少两个，进一步可选地至少三个）旋转自由度中的相对运动。所述设备可以被构造成使得所述测量探头和人工制品在至少一个（可选地至少两个，进一步可选地至少三个）线性自由度中的相对运动可通过所述手持装置在自由空间中的运动来控制。此外，可选地，所述设备可以被构造成使得所述测量探头和人工制品在至少一个（可选地至少两个，进一步可选地至少三个）旋转自由度中的相对运动可通过至少一个触觉传感器来控制。线性轴和旋转轴的这种同步控制能够避免操作员在不同操作模式之间切换的需要。如将理解的，用于控制所述测量探头和人工制品的相对运动的所述手持装置的运动和所述至少一个触觉传感器的使用的各种组合都是可能的。例如，所述测量探头和人工制品在至少一个线性自由度和至少一个旋转自由度中的相对运动都可以通过所述手持装置在自由空间中的运动来控制。优选地，所述测量探头和人工制品在两个正交线性自由度中（例如在大致水平平面中）的相对运动可以通过所述手持装置在自由空间中的运动（例如通过所述手持装置围绕两个正交轴的相应旋转）来控制，而所述测量探头和人工制品在第三个正交线性自由度中（例如在竖直维度中）的运动可以通过至少一个触觉传感器来控制。

所述手持装置包括用于向操作员显示信息（例如关于所述坐标定位设备的信息）的至少一个屏幕。所述设备可以被构造成使得在至少一个屏幕上显示关于测量探头的数据。具体地说，所述设备可以被构造成使得在所述至少一个屏幕上显示涉及所述测量探头和人工制品之间的相关作用的数据。

所述手持装置可以被构造成接收关于所述坐标定位设备的数据（例如，关于所述测量探头的数据，并且更具体地说，例如涉及所述测量探头之间的相互作用的数据）并处理这些数据以便在所述至少一个屏幕上显示关于所述坐标定位设备的信息。因而，所述手持装束能够包括被构造成处理这种数据以在所述至少一个屏幕上显示的至少一个处理器。

优选地，所述设备被构造成使得所述操作员可以与所述手持装置交互，从而输入和/或获得关于测量操作的信息。所述坐标定位设备可以要求从操作员输入关于在测量操作过程中获得的测量数据的输入。例如，所述坐标定位设备可以被构造成自动地确定正被测量的特征的类型。在这种情况下，所述坐标定位设备可以被构造成要求操作员确认被测特征的类型，例如其是圆形还是平面。因而，优选地，所述设备（例如所述手持装置）包括至少一个交互输入装置，通过该交互输入装置，操作员能够与所述手持装置交互，从而输入和/或获得关于测量操作的信息。

所述设备可以被构造成使得所述操作员可以使用所述手持装置例如通过确认待在测量操作中使用的中途点(way point)来对测量操作进行编程。因而，优选地，所述设备（例如所述手持装置）包括至少一个程序输入机构，通过该程序输入机构，操作员能够与所述手持装置交互，从而对关于测量操作的信息进行编程。

可选地，所述设备被构造成使得操作员可以与所述手持装置交互（例如询问所述手持装置），从而获得关于所述坐标定位设备的信息，例如关于所述测量探头的信息，可选地例如关于通过所述测量探头获得的测量点的信息，进一步可选地例如关于通过所述测量探头测量的特征的信息。例如，所述设备可以被构造成使得所述操作员可以取回关于测量的人工制品特征的测量信息，例如特征的尺寸和/或两个或更多个特征之间的距离。因而，优选地，所述设备（例如所述手持装置）包括至少一个询问输入机构，通过该询问输入机构，操作员可以询问所述手持装置关于所述坐标定位设备的信息，例如关于所述测量探头的信息，可选地例如关于通过所述测量探头获得的测量点的信息，进一步可选地例如关于通过所述测量探头测量的特征的信息。优选地，所述手持装置被构造成使得用户能够生成关于诸如以上提到的信息的报告。

所述手持装置可以包括所述至少一个交互输入机构和/或至少一个程序输入机构和/或至少一个询问输入机构。上述输入机构中的两个或更多个可以由共享的例如同一个输入装置提供。上述输入机构中的任一个都可以是至少一个触觉传感器，例如按钮、键盘、触敏区域（诸如触摸垫）、操纵杆和/或设置在所述手持装置上的跟踪球。可选地，在其中所述屏幕是触摸屏的实施方式中，上述输入机构中的至少一个是位于所述手持装置上的触摸屏界面。上述输入机构、激活区域和至少触敏传感器（通过它们可以控制所述测量探头和所述人工制品之间的相对运动）中的任一个或全部都可以由共享的例如同一个输入装置（例如触摸屏装置）来提供。

所述设备可以被构造成在所述至少一个屏幕上显示所述人工制品的至少一个被测特征的图形表示。所述图形表示可以是三维表示。可选地，所述设备被构造成使得操作员能够操纵该图形表示的视图。例如，如以下更详细地描述的，所述至少一个屏幕可以是触摸屏，并且所述设备因此可以被构造成使得操作员能够通过所述触摸屏操纵所述图形表示的视图。所述图形表示可以利用通过所述测量探头获得数据生成。所述手持装置可以处理来自所述坐标定位机器的数据以产生所述图形表示。可选地，所述手持装置可以从所述坐标定位设备的另一个部分（例如所述坐标定位机器的控制器或另一个处理器装置，例如（如以下更详细描述的）台式计算机）接收图形表示数据。可选地，所述设备可以被构造成在所述至少一个屏幕上显示所述人工制品的预先生成的计算机辅助设计（CAD）或计算机辅助制造（CAM）模型的图形表示。这可以取代被测特征的图形表示或与该图形表示一样。

因而，优选地，所述手持装置提供图形用户界面（GUI），通过该图形用户界面，操作员可以执行上述能力中的至少一个。

所述屏幕可以包括至少一个触摸屏。这可以使得操作员能够与所述手持装置上的软件进行交互，而无需使用硬件键盘和/或鼠标/跟踪球。所述至少一个激活区域可以通过所述至少一个触摸屏来提供。因而，所述触摸屏可以提供上述触觉传感器。

所述坐标定位设备可以被构造成使得所述测量探头和人工制品响应于所述手持装置在自由空间中的位置和/或取向的改变而例如从其原始位置和/或取向，特别是例如从其原始激活位置和/或取向（例如与上述描述一致，至少一个激活区域被触摸的位置和/或取向）以预定速度相对于彼此运动。不管所述手持装置在自由空间中的位置和/或取向的改变程度如何，所述预定速度都可以相同。优选地，所述测量探头和人工制品相对于彼此运动的速度取决于所述手持装置在自由空间中的位置和/或取向例如从其原始位置和/或取向特别是例如从其原始激活位置和/或取向的改变大小。所述手持装置在自由空间中的位置和/或取向的改变大小和速度之间的关系可以以离散步骤变化。有选地，该关系光滑地变化。优选地，该关系是非线性的，具体地说，优选地，增加速度率随着所述手持装置在自由空间中的位置和/取向的变化大小的增加逐渐地增加。

因而，所述坐标定位设备可以被构造成将所述手持装置的运动（例如位置和/或取向的改变）转换成适合于用来指示所述测量探头和人工制品以根据至少一个预定函数的速度相对运动的数据。所述至少一个预定函数可以是线性函数。优选地，所述至少一个预定函数是非线性函数。具体地说，优选地，所述非线性函数是曲线函数。优选地，该曲线对于所述手持装置的较小程度运动来说较为微弱（即缓慢变化），而当所述手持装置的运动程度增加时（例如当所述手持装置的位置和/或取向从其原始位置和/或取向（特别是例如从其原始激活位置和/或取向）的改变增加时）逐渐陡峭。因而，所述非线性函数可以被构造成使得所述测量探头和人工制品之间的相对运动的速度增加率随着所述手持装置的运动程度的增加而增加。例如，所述函数可以被构造成使得所述测量探头和人工制品之间的相对运动的速度增加率随着所述手持装置的运动程度的增加而呈指数增加。

所述手持装置本身可以被构造成处理来自所述至少一个运动传感器的输出以产生适合于用来指示所述测量探头的相对运动的数据。可选地，坐标定位机器控制器或其它第三方装置（下面都详细地进行了描述）可以接收并处理来自所述手持装置的运动传感器的输出，并且产生适合于用来指示测量探头的相对运动的数据。

用于将所述手持装置的运动转换成所述测量探头和所述人工制品的相对运动的函数可以是可变的。因而，所述坐标定位设备可以被构造成使得操作员能够选择适当的函数来使用。例如，可以提供慢速函数和快速函数，这些函数被构造成使得对于所述手持装置从其原始位置和/或取向（例如其原始的激活位置和/或取向）离开的相同程度的运动来说，所述快速函数相比于所述慢速函数使所述测量探头和人工制品之间进行更快的相对运动。可选地，所述函数的至少一个变量是可变化，从而改变将所述手持装置的运动转换成用来指示所述测量探头和所述人工制品的相对运动的数据的方式。可选地，所述坐标定位设备可以被构造成使得多于一个可选择的函数将所述手持装置的运动映射到所述测量探头和人工制品的相对运动。

如将理解的，所述坐标定位设备可以包括静止平台，所述人工制品可以位于该平台上。所述测量探头可以被构造成相对于所述人工制品移动。可选地，所述坐标定位设备包括一平台，所述人工制品可以位于该平台上，该人工制品能够相对于所述测量探头在至少一个线性自由度和/或至少一个旋转自由度中移动。

所述坐标定位设备可以包括控制器。所述手持装置可以与该控制器通信，该控制器又控制所述坐标定位设备上的马达以实现所述测量探头和人工制品的相对运动。所述手持装置可以直接与所述控制器通信，或通过第三方装置，例如处理装置（例如定制或通用计算机）与所述控制器通信。

所述测量探头可以是接触探头。接触探头一般包括附装至探头本体并从该探头本体伸出的触针。触针可以包括用于接触工件的顶端。接触探头包括刚性触针探头和触针偏转探头。触针偏转探头通过在其被抵靠工件驱动时检测触针的偏转来操作。用于检测触针偏转的组件通常容纳在探头本体中。触针偏转探头可以是其中探头能够确定触针何时就座或偏转的“双态”探头。偏转可以通过由相对于探头本体倾斜的触针引起的探头本体中的接触断裂来检测。例如在US4270275中公开这种探头，将其全部内容结合在该说明书中作为参考。

触针偏转探头可以是其中探头能够确定触针偏转程度的模拟探头。模拟触针偏转探头可以光学触针偏转探头。例如，在以公报no.WO00/60310公开的国际专利申请no.PCT/GB00/01303中公开了这种探头，将其全部内容结合在该说明书中作为参考。

测量探头可以是非接触探头。这样的探头可以用来在没有接触工件的情况下测量该工件。非接触探头包括光学探头、激光探头、电容式探头和电感式探头，如在US4,750,835和US5,270,664中所公开了那些探头，将其全部内容结合在该说明书中作为参考。

非接触测量探头可以包括视觉探头，也称为摄像（或视频）探头。这种探头获得正被检查的人工制品的图像，从该图像可以获得测量信息。在这种情况下，以及在其中手持装置包括至少一个屏幕的实施方式中，所述设备可以被构造成使得所述手持装置可以在其至少一个屏幕上显示从所述视觉探头获得的至少一个图像。具体地说，所述设备可以被构造成使得所述手持装置在其屏幕上显示从所述视觉探头获得的多个图像，例如一系列图像，例如来自所述视觉探头的视频流，更具体地说来自所述视觉探头的现场视频流。这种图片和/或视频流也可以是有用的并且在使用非摄像探头例如使用接触探头时提供。例如，可以在接触探头上，例如在触针的顶端设置摄像机，或者沿着触针的长度查看。然后可以提供来自摄像机的图像并显示在所述手持装置上，从而在测量和/或路径计划操作过程中为用户提供探头的“触针视图”。

所述设备可以被构造成使得可以由操作员通过所述手持装置来改变视觉探头的特性。例如，所述设备可以被构造使得可以通过所述手持装置控制焦点（例如焦平面）和曝光设置中的至少一个。如果视觉探头包括照明装置，则该设备还可以被构造成使得这种装置的照明水平通过所述手持装置来控制。因而，所述手持装置可以包括用户可操作视觉探头特性改变器，通过该改变器，可由操作员借助于所述手持装置改变所述视觉探头的特性。所述用户可操作视觉探头特性改变器可以包括至少一个触觉传感器，例如滚轮。可选地，在其中所述屏幕是触摸屏的实施方式中，所述用户可操作视觉探头特性改变器可由所述触摸屏界面来提供。

根据本发明的第二方面，提供了一种操作坐标定位设备的方法，该坐标定位设备包括：坐标定位机器，该坐标定位机器具有测量探头，该测量探头用来与人工制品相互作用以获得关于该人工制品的测量数据；和手持装置，通过该手持装置操作员能够控制所述测量探头和人工制品之间的相对运动，该方法包括：在自由空间移动所述手持装置；以及所述测量探头和人工制品之间响应于此而相对彼此运动。

根据本发明的第三方面，提供了一种手持装置，该手持装置被构造成供上述设备或方法使用。具体地说，提供了一种手持装置，该手持装置可在多个装置自由度中在自由空间中运动，包括至少一个运动传感器，并且被构造成基于所述至少一个运动传感器的输出来确定和输出用于实现坐标定位设备上的测量探头和人工制品的相对运动的指令。

根据本发明的第四方面，提供了一种计算机实现的方法，该方法包括：从手持装置接收代表所述手持装置在自由空间中的运动的数据；基于所述数据产生用于使所述坐标定位机器相对于人工制品运动的指令；和将所述指令发送到所述机器以根据所述指令实现所述测量探头的运动。

根据本发明的第五发面，提供了一种用于控制坐标定位设备上的测量探头和人工制品的相对运动的计算机实现的方法，该方法包括：从手持装置中的至少一个运动传感器接收输出；处理所述输出以产生用于实现坐标定位设备的零件的运动的指令；以及将所述指令输出到所述坐标定位设备的控制器。根据另一个方面，提供了一种手持装置，该手持装置具有至少一个运动传感器、至少一个处理器和至少一个存储器装置，该存储器装置包括在被执行时实现上述方法的计算机程序指令。根据另一个方面，提供了一种计算机可读介质，该计算机可读介质包括该计算机程序指令，该计算机程序指令当在包括至少一个运动传感器的手持装置上执行时实现上述方法。

根据本发明的另一个方面，提供了坐标定位设备，该坐标定位设备包括：坐标定位机器，该坐标定位机器具有测量探头，该测量探头用于与人工制品相互作用以获得关于所述人工制品的测量数据，所述测量探头和人工制品可在至少一个机器自由度中相对于彼此运动；和一装置，该装置包括输入机构和用户界面，该输入机构用来通过所述手持装置或所述手持装置的一部分的操纵直接控制所述测量探头相对于所述人工制品的运动，通过该用户界面操作员能够输入和/或获得关于测量操作的信息。同样，还提供了一种装置，该装置包括输入机构和用户界面，该输入机构用来通过所述手持装置或所述手持装置的一部分的操纵直接控制坐标定位设备上所述测量探头相对于所述人工制品的运动，通过该用户界面操作能够输入和/或获得关于测量操作的信息。

运动可以通过例如至少一个物理操纵杆、跟踪球、触觉传感器、触摸垫、触摸屏或运动传感器来直接控制（例如，由此控制所述手持装置在自由空间中的运动）。如将理解的，直接控制使用户能够实时地控制所述测量探头和人工制品的运动，例如测量探头和人工制品的运动响应于所述手持装置或所述手持装置的一部分的操纵而基本上立即发生。换言之，所述手持装置可以用来控制所述测量探头和人工制品的当前运动进行控制。

如将理解的，以上结合上述其它发明作出的阐述同样也可以适用于该发明，反之亦然。因而，例如，用户界面可以包括至少一个屏幕，该屏幕用来向操作员显示信息，例如关于坐标定位设备的信息。该设备可以被构造成使得关于测量探头的数据被显示在至少一个屏幕上。具体地说，该设备可以被构造成使得关于所述测量探头和人工制品之间的相互作用的数据被显示在所述至少一个屏幕上。

所述手持装置可以被构造成接收关于所述坐标定位设备的数据（例如，关于所述测量探头的数据，更具体地说，例如关于所述测量探头之间的相互作用的数据），并对这些数据进行处理以在所述至少一个屏幕上显示关于所述坐标定位设备的信息。

优选地，所述设备被构造成使得所述操作员能够与所述手持装置交互，从而输入和/或获得关于测量操作的信息。如上所述，所述手持装置可以包括至少一个交互输入装置，通过该交互输入装置，操作员能够与所述手持装置交互，从而输入和/或获得关于测量操作的信息。

如上所述，所述设备可以被构造成使得操作员能够使用所述手持装置来例如通过确认将在测量操作中使用的中途点来对测量操作进行编程。因而，优选地，所述设备（例如所述手持装置）包括至少一个程序输入机构，通过该程序输入机构，操作员能够与所述手持装置交互，从而对关于测量操作的信息进行编程。

如上所述，所述设备可以被构造成使得所述操作员能够与所述手持装置相互（例如询问所述手持装置），从而获得关于所述坐标定位设备，例如关于所述测量探头，可选地例如关于通过所述测量探头获得的测量点，进一步可选地例如关于由所述测量探头测量的特征的信息。例如，所述设备可以被构造成使得操作员能够取回关于测量的特征的测量信息，例如特征的尺寸和/或两个或更多个特征之间的距离。因而，优选地，所述设备（例如所述手持装置）包括至少一个询问输入机构，通过该询问输入机构，操作员能够询问所述手持装置关于所述坐标定位设备，例如关于所述测量探头，可选地例如关于通过所述测量探头获得的测量点，进一步可选地关于由所述测量探头测量的特征的信息。

如上所述，所述手持装置可以包括所述至少一个交互输入机构和/或至少一个程序输入机构和/或至少一个询问输入机构。

与上述说明一致，所述设备可以被构造成在所述至少一个屏幕上显示所述人工制品的至少一个被测特征的图形表示（例如三维表示）。另外，如上所述，所述设备被构造成使得所述操作员能够操纵所述图形表示的视图。

因而，优选地，所述手持装置包括图形用户界面(GUI)，通过该图形用户界面，操作员能够执行上述能力中的至少一个。

与上述说明一致，所述屏幕可以包括至少一个触摸屏。

附图说明

现在将参照附图描述本发明的实施方式，其中：

图1是根据本发明的实施方式的示意性系统硬件图；

图2是根据本发明的实施方式的手持装置的视图；

图3a和图3b示出了根据本发明的一个实施方式如何将手持装置的运动映像到测量探头的运动上；

图4a、4b和4c是根据本发明的另一个实施方式的手持装置的显示器的屏幕截图；

图5是根据本发明的实施方式的示意性软件架构图；

图6是示出了通过根据本发明的实施方式的手持装置控制探头运动时涉及的步骤的示意性过程图；以及

图7是示出了在将数据从坐标测量机器反馈到根据本发明的实施方式的手持装置时涉及的步骤的示意性过程图。

具体实施方式

参照图1，示出了根据本发明的实施方式的坐标定位设备10，该坐标定位设备10包括采取坐标测量机器（“CMM”）100形式的坐标定位机器、采取平板计算机200形式的手持装置、台式计算机300和控制器102。CMM100包括平台104和门架，可以将待检查对象106放置在平台104上，该门架包括两个竖直构件108和在这两个竖直构件108之间延伸的横梁构件110。门架在控制器102的控制下通过马达（未示出）可以在一个线性维度（在该情况下，标有“y”的轴）上沿着平台运动。横梁构件110承载主轴112，该主轴112在控制器102的控制下通过马达（未示出）可以沿着横梁构件的长度（在该情况下沿着标有“x”的轴）运动并还可以与y和x轴垂直地（即沿着如图所示的“z”轴）运动。主轴112承载头部114，头部114又承载具有触针118的探头116。头部114由于其具有轴承和马达（未示出）而被铰接，轴承和马达便于探头116并因而便于触针118在控制器102的控制下围绕第一和第二正交轴（在图1中示出为“A1”和“A2”）旋转。该CMM包括位置编码器（未示出），这些位置编码器将门架、主轴和探头在三个线性自由度和两个旋转自由度中的每个自由度中的位置报告给控制器102。

在所描述的实施方式中，坐标定位机器是串行CMM（即，其中由三个独立的正交运动轴提供三个线性自由度）。然而，如将理解的，本发明还可以用来控制其它类型的坐标定位机器（诸如并行CMM或机械臂等）的运动。本发明还可以与不仅仅是专用的CMM一起使用，而且还可以与诸如机床之类的坐标定位机器一起使用。此外，如将理解的，本发明还可以适合供笛卡尔和非笛卡尔定位机器（诸如极坐标和球面坐标定位机器）使用。

在所描述的实施方式中，探头116是接触式触摸触发探头，当在探头116（具体是触针118（更具体是触针顶端））与对象106之间检测到接触时，这种接触式触摸触发探头发出信号。在GB1445977中更详细地描述了这种探头的示例。如将理解的，探头116不需要必然是触摸触发式探头。例如，其可以是模拟探头（还称为扫描探头），这种模拟探头检测并报告触针从其休止位置(rest)偏转的程度。在英国专利公报GB1551218和美国专利公报US5390424中更详细地描述这种探头的示例。此外，探头116不需要必然是接触式探头。其可以是例如非接触式探头，诸如电容式或电感式探头。可选地，其可以是视觉探头，例如摄像探头，或者是结构光分析探头。在国际专利申请PCG/GB2009/001260（公告号WO2009/141606）和PCT/GB2008/002758（公告号WO2009/024756）中更详细地描述了这种探头的示例。

如图所示，平板计算机200包括包含各种处理器和存储器电子器件（未示出）的壳体202和触敏屏204。平板计算机200能够被自由地移动，例如其可以在自由空间中移动。平板计算机200还包括多个加速计（未示出），这些加速计可以用来检测平板计算机在自由空间中的运动。平板计算机200可以在由轴系201示出的六个自由度中运动；三个正交的自由度x、y和z；以及另外三个旋转自由度a、b和c（即围绕x、y和z轴的旋转）。在六个自由度中的运动可以借助于加速计来检测。尽管如图所示平板计算机200的自由度与CMM的自由度（由轴系示出的x、y和z轴）是对齐的，但这无需必然如此。实际上，如以下更详细地说明，平板计算机200的轴系201（运动是在该轴系201中检测的）是相对于平板计算机200而不是CMM100限定的，因此遵循平板计算机200而不是CMM100。

平板计算机200还包括无线收发器，通过该无线收发器，该平板计算机200与台式计算机300进行无线通信。具体地说，台式计算机300通过以太网连接连接至无线路由器302，该无线路由器302根据802.11标准提供无线局域网（WLAN），平板计算机200通过该无线局域网与台式计算机300通信。平板计算机200通过由无线路由器302提供的WLAN与无线路由器302无线连接。当然，可以使用其它的无线技术和标准。例如，平板计算机200可以通过Bluetooth^TM（蓝牙）无线标准与台式计算机300连接。此外，如将理解的，平板计算机200甚至可以具有连接至台式计算机300的有线连接，不过如将理解的，这并不是太令人期望的，因为这种有线连接将平板计算机200束缚于台式计算机300。

在所描述的实施方式中，台式计算机300可以是通用计算机（即”PC”）。然而，如将理解的，该台式计算式300可以替换为定制处理装置。如还将理解的，以下针对图5更详细示出的系统架构仅仅是其中能够实现本发明的许多不同方式中的一种。例如，在具体实施方式中，控制器102或平板计算机200可以具有以下描述的台式计算机300的功能，从而平板计算机200能够直接与控制器102通信。在另外的可选示例实施方式中，平板计算机200可以具有以下描述的台式计算机300的功能，并且可选地还具有控制器102的功能，使得平板计算机200通过简单的无线或有线接口直接与CMM100通信。

图2示出了根据本发明的一个实施方式的平板计算机200的示意图。在该情况下，触摸屏204仅仅在沿着触摸屏显示器204的底部边缘的相对角部中实现两个“激活区域”210。如以下更详细地描述的，操作员需要同时触摸这两个激活区域210，以便能够使用平板计算机200来控制CMM100上的探头116的运动。这些激活区域210不仅用来“激活”平板计算机200来用于响应于平板计算机200在自由空间中的运动控制探头116的运动，而且它们还用来在激活区域210中的一个或二者被释放时使平板计算机200的这种功能“失活”。因此，激活区域210用作俗话所说的“安全手柄”，并确保如果例如平板计算机200被操作员例如由于操作员将平板计算机200掉落而释放则将平板计算机200的控制控制功能禁止。如将理解的，设备100可以被构造成在其它情形下（例如如果平板计算机200感测到其正被操作员摇晃）暂停CMM100的运动。此外，设备10可以被构造成如果其确定平板计算机200和CMM100、控制器102和/或PC300之间的通信已经丢失和/或中断则暂停CMM100的轴的运动。

如将理解的，激活区域不需要由触敏屏上的区域（例如区域210）提供。相反，它们可以由或者它们由平板计算机200的其它部分上的触敏区域来提供，并且可以例如包括按钮或开关等。此外，如果期望的话，可以仅设置一个激活区域，或者设置多于两个的激活区域。此外，尽管从健康和安全角度来看高度期望并推荐这种激活区域，但它们并不是本发明的必不可少的部分。例如，该设备可以被构造成使得CMM100根据平板计算机200的任何运动来移动探头116。

图3a和3b示出了可以如何使用平板计算机200来控制安装在CMM100上的探头116的运动。概括地说，在所描述的实施方式中，使用平板计算机200内的加速计感测平板计算机200围绕x和y轴的加速度，并将该信息传送到台式计算机300，台式计算机300又将该信息传送到控制器102，控制器102控制CMM100上的马达，以便移动测量探头116。为了提供可预测的运动，将平板计算机200的x和y轴与CMM的具体运动轴相关联。例如，在图1所示的设置中，平板计算机200的x轴被关联到CMM100的y轴，并且平板计算机200的y轴被关联至CMM100的x轴。因而，平板计算机200围绕其x轴的旋转运动将致使探头116沿着CMM100的y轴进行线性运动，而平板计算机200围绕其y轴的旋转运动将致使探头116沿着CMM100的x轴进行线性运动。

具体地说，所描述的实施方式监测平板计算机200围绕轴从两个激活区域被初始接触的点的旋转程度，并将所检测到的旋转程度映射到CMM100所关联的轴的线性运动速度。

例如，参照图3a，示出了平板计算机200的端视图，该平板计算机200已经围绕x轴经过45°的角取向运动到水平。（在该实施方式中，操作员在平板计算机200水平时初始触摸激活区域210，然后围绕x轴将平板计算机200旋转45°）。图3b示出了如何将平板计算机200的旋转运动映射到探头116沿着CMM100的y轴的运动。如图所示，y轴上的运动的速度取决于平板计算机200围绕x轴的旋转幅度。如曲线图所示，x轴旋转在0至1（以及0至－1）之间测量，其对应于从首次触摸激活区域210时平板计算机200的取向获取的0°至90°（以及0°至－90°）之间的角取向。在所描述的实施方式中，任何经过大于90°的运动对于增加探头116沿着CMM的轴的运动速度都不再有任何进一步作用。如图3a中所示，平板计算机200已经围绕x轴经过45°的角取向而运动到水平，因此这对应于x＝0.5的值。如图3b中的曲线图所示，这对应于近似175的CMM速度（其中0＝没有运动/速度，而500＝沿着CMM轴的最大速度）。

可以看出，用于将平板计算机200的旋转运动映像至CMM速度的函数不是线性函数。相反，其是非线性函数，该非线性函数的生长速率随着平板计算机200的旋转增加而增加。在所描述的具体示例中，该生长速率是指数的，然而，如将理解的，这不需要必然如此。这确保了对于平板计算机200从其初始激活取向开始的小旋转运动来说，探头116沿着CMM的轴的运动速度保持较慢，但是随着平板计算机200的旋转取向的增加，该运动速度平稳增加。已经发现以平板计算机200的更小旋转取向来将系统的敏感性降低，由此增加利用探头116精确地获得测量点的容易性，同时如果期望的话仍允许探头116进行快速粗略运动。

此外，如图所示，该函数不经过0。这是因为在所描述的具体实施方式中，在施加表示阈值速度（在该具体情况下为59.9）的信号之前，CMM的轴不运动。因此，所示的函数避免了这种死点(dead-spot)，并且确保只要平板计算机200运动，探头116就沿着CMM100的轴运动。如将理解的，这种死点在其它类型的机器上可能存在，也可能不存在，不过可能具有不同的阈值。

如将理解的，可以使用相同函数或不同函数将手持装置200在其它自由度中的运动映射到探头116和对象106的相对运动。此外，该手持装置200可以被构造成使得操作员能够在用于同一自由度的多个不同函数之间进行选择。例如，可以提供第一和第二曲线函数，其中第一曲线函数与第二函数相比弯曲不太尖锐。因而，第一曲线函数可能更适合于新手操作员使用，而第二曲线函数可能更适合于具有经验的操作员使用。控制可以借助于手持装置200的触摸屏界面来提供，以使操作员能够选择使用哪个函数。例如，可以设置拔动开关，这使操作员能够在不同函数之间拨动。此外，作为对设置的多个不同函数的替代，可以设置一个函数，该函数可以由操作员来改变。例如，函数的参数可由用户来改变，以改变曲线函数的锐度。这可以借助于通过手持装置200的触摸屏界面提供的滑动按钮来改变，操作员可以移动该滑动按钮以改变函数。在另一个实现中，操作员可以在不同的函数之间选择（或改变函数），以改变CMM的轴响应于手持装置200的运动能够运动的最大速度。

参照图4a，示出了根据本发明的另一个实施方式的平板计算机200的屏幕截图。与图2中所示的相反，有多得多的信息显示在屏幕上。仍然有两个沿着平板计算机的底部边缘朝向相对角部设置的激活区域210。然而，在这种情况下，每个激活区域210包括空白区域220（该空白区域可以以上面针对图2描述的大致相同方式使用，即该空白区域220实质上是安全手柄）和含有操纵杆222、224的操纵杆区域223、225。具体地说，右手激活区域210包括2D操纵杆222，而左手激活区域210包括1D操纵杆224。如将理解的，操纵杆222、224由软件提供，该软件示出了通常还被称为“D-垫”的操纵垫的图形表示。操作员可以通过在操纵杆上移动他的拇指（或手指）来控制1D和2D操纵杆224、222，其方式与利用物理操纵垫/D－垫进行控制的方式相同。如以下更详细地描述的，因为操纵杆222、224位于激活区域210内，它们本身可以用来“激活”探头116的基于加速计的运动控制。然而，又如以下更详细描述的，在一些实施方式中，如果选择了操纵杆222、224的一定组合，则不激活基于加速计的运动控制可能是优选的。

如以下更详细地描述的，由于对象上的点是在检查过程中获得的，因此，数据被反馈给平板计算机200，平板计算机200可以使得对象的图形表示能够被构建在平板计算机200的屏幕204上。这在图4a中由位于触摸屏204的中间的图形表示230示出。操作员可以在图形表示230上通过在触摸屏204上滑动它们的手指来操纵图形表示230的视图，从而改变角取向。此外，操作员可以在图形表示230上通过在触摸屏204上捏合他们的手指或展开他们的手指的动作来缩小或放大图形表示230。当然，如将理解的，这些仅仅是可能用来操纵该模型的姿势类型的示例，其它姿势和操作也可用来与图形表示230相互作用。

还是如图4a所示，触摸屏204给操作员提供了许多按钮。按照按钮从左到右的顺序，第一按钮232可以由操作员选择，以将平板计算机200的加速计从用来控制CMM100的线性x、y轴切换到控制头部114的旋转轴A1、A2。当该按钮被选择时，以与沿着线性轴的运动大致相同的方式控制探头116围绕旋转轴的运动。是平板计算机200的旋转运动产生围绕头部114的A1和A2轴的旋转运动。具体地说，平板计算机200围绕其x轴的旋转运动可以被关联到围绕头部114的一个轴（例如A1）的旋转运动，并且平板计算机200围绕其y轴的旋转运动可以被关联到围绕头部114的另一个轴（例如A2）的旋转运动。此外，与图3b中所示相同或相似的函数可以用来控制探头116围绕头部114的轴A1、A2的旋转运动的速度。

第二按钮234的选择导致取得一点，例如中途点。如果平板计算机200正在用来对测量路径进行编程，则这可能有用，因为其可以用来在围绕对象106导航时指示CMM100将探头116移动到远离对象106的某个点。第三按钮236可以用来取消所取得的点，这些点或者是通过在探头116和对象106之间的接触产生的，或者是通过选择第二按钮234产生的。第四按钮238可用来开启或关闭探头116（即，可以关闭探头116，从而使得即使在探头116和对象106之间进行了接触，探头116也不发出触发信号）。第五按钮240可以用来将CMM100的马达关闭。如果操作员希望手动移动探头116，则可能是有用的。

第六按钮242的选择使触摸屏上出现选项框，该选项框使得操作员能够手动地告知平板计算机200该平板计算机200相对于CMM100的取向。这样使得平板计算机200的轴和CMM100的轴之间的关联能够根据平板计算机200和CMM100的取向而改变。例如，如上所述，平板计算机200的x轴被关联到CMM100的y轴，而平板计算机200的y轴被关联到CMM100的x轴。然而，如果操作员绕行到CMM100的一侧并面对CMM10而使得平板计算机200已经围绕其z轴旋转90°，则可以更适合于将平板计算机200的x轴关联至CMM100的y轴，而将平板计算机200的y轴关联至CMM100的x轴。因而，操作员可以通过按钮242告知平板计算机200，该平板计算机200和CMM100之间的取向已经如此改变，从而由此改变平板计算机200和CMM100的轴之间的关联。如以下更详细地描述，这种平板计算机200和CMM100的轴之间的关联的改变可以自动地进行。

第七按钮244可以用来在非限制性2D操纵杆与限制性2D操纵杆之间拨动2D操纵杆222，其中2D操纵杆222可以同时（未示出）沿着两个线性维度即x和y上不受限制地运动，而在任何一个时间2D操纵杆222都只能在一个线性维度即x或y上运动（在这种情况下，圆形（O）操纵杆边界223将被替换为十字（+）边界，由此在适当位置向操作员提供限制可视指示）。

操作员还可以询问平板计算机200关于坐标定位设备的信息（具体地说，例如关于正被检查的对象106的信息）。具体地说，平板计算机200可以用来审阅关于对象106的测量数据，诸如特征的尺寸和/或两个或更多个特征之间的距离。这种数据询问可以通过操作员与平板计算机200相互作用来访问，例如通过触摸屏204来访问。例如，可以提供菜单，该菜单可以例如通过操作员选择平板计算机200上例如触摸屏204上的按钮（未示出）来访问，或者通过以指定方式倾斜平板计算机200，例如通过将平板计算机200在其一个较短端部之上倾斜到基本竖直取向来访问。例如，图4b示出了当它们将平板计算机200竖直地倾斜到其一个较短端部上时呈现给操作员的示例屏幕。如图所示，操作员可以选择观看关于所测量的任何具体特征的测量数据（通过触摸特征的名称（例如平面001、平面002））。在所示的示例中，测量数据是针对圆002示出的。

如上所述，检查软件352可以被构造成自动地确定正被测量的特征的类型。该检查软件352可以在操作过程中要求由操作员输入关于所获得的测量数据以便帮助特征识别过程。在这种情况下，设备10可以被构造成使得在平板计算机200的触摸屏204上显示从操作员确认正被测量的特征的类型的请求。例如，可以在触摸屏204上显示特征类型（例如，平面、直线和/或圆）的选择。操作员然后可以通过触摸屏204（例如通过选择适当的特征类型）来进行响应。

现在参照图5，示出了平板计算机200和台式计算机300的软件架构的示意图。如图所示，平板计算机200和台式计算机300中的软件可以被提取为许多层和组件。具体地说，平板计算机200包括用户界面（“UI”）层250、触摸屏层252、3D渲染器254、加速计层256、罗盘层257、业务层258和通信（“comms”）层260，而台式计算机300包括代理服务器350、检查软件352和通用CMM控制器（“UCC”）服务器354。这些层和组件将在下面更详细地描述。

UI层250控制图形在触摸屏204上的显示（诸如图4a中所示的那些），并且还处理触摸屏204上的触摸的检测，包括向触摸屏层252报告触摸屏204被触摸的位置。

触摸屏层252从UI层250获得这种触摸信号，并且确定如果有的话响应于这些触摸执行什么操作。响应于此，其可以指示UI层250更改显示，从而示出已经检测到触摸。例如，如果已经触摸了按钮或激活区域，则其可以通过更改其颜色而突出显示。作为另一个示例，如果已经操纵了操纵杆224、224，则可以更改触摸屏204上的操纵垫的位置以反映操作员的动作。此外，触摸屏层252还响应于检测到的对触摸屏204的触摸而向业务层258发送指令，如以下更详细地描述的那样。

3D渲染器254响应于来自台式计算机300的模型数据而处理图形表示230的构建，如以下更详细地描述的那样。

加速计层256处理来自平板计算机200的加速计的数据并将信息传送到业务层258。同样，罗盘层257处理来自平板计算机200内嵌的罗盘的数据并将信息传送到业务层258。

业务层258处理来自加速计层256、罗盘层257、触摸屏层252和3D渲染器254中的每一个的数据并将所处理的数据传送到通信层260以发送到台式计算机300。例如，业务层258处理加速计层256的输出并使用例如以上结合图3a和3b描述的方案将其转换成能够用来控制测量探头116的运动的值。在其中操作员能够操纵在触摸屏204上显示的3D模型的实施方式中，3D渲染器可能参与处理触摸屏204上的触摸的定位，并且推导出操作员已经触摸了模型的那一部分，并将该信息传送到业务层258进行处理（例如突出显示模型的被触摸部分，和/或显示模型的被触摸部分的信息）。业务层258还从通信层260接收台式计算机300已经发送给平板计算机200的数据，并对该数据进行处理和/或传送到适当的层。例如，其从台式计算机300接收关于要在触摸屏204上显示的图形表示230的信息，并且将该信息传送到3D渲染器。通信层260处理数据通过WLAN向/从台式计算机300的发送和接收。下面将结合图6至8更详细地描述各个层的进一步功能。

台式计算机300的代理服务器350处理数据（通过无线路由器）向/从平板计算机200的发送和接收。此外，代理服务器350将从平板计算机200接收的测量探头运动指令直接传送给控制器102。如图5所示，代理服务器350连接至控制器102上的输入端口103。对于现有技术的系统来说，操纵杆105将直接连接至该输入端口103（由虚线表示），并且来自操纵杆的信号将由控制器102接收，控制器102将信号解析并使用这些信号来实现CMM100上的探头116的运动。在所描述的实施方式中，代理服务器350提供这些信号而不是操纵杆105来提供。然而，如将理解的，本发明可以有这样的实施方式，其中也设置操纵杆105，该操纵杆105可以用来控制探头116的运动。台式计算机还包括处理来自控制器102的数据的UCC服务器354和使用来自控制器102（通过UCC服务器354接收）的数据来尤其构建正被检查的对象的3D表示的检查软件352。

如上所述，图5中所示的系统架构只是可以实现本发明的各种不同方式中的一种，通过设备的不同部分可以提供各种模块。实际上，如上所述，可以将PC完全移除，其模块由平板计算机200、控制器102或二者的组合来提供。

图6示出了信息如何从平板计算机200流动到控制器102从而实现探头116的运动。方法600以步骤602开始，在该步骤602，触摸屏层352监测来自UI层250的信号，以确定两个激活区域210是否已经被操作员触摸。如果不是，该方法继续等待，直到它们被触摸。一旦两个激活区域都已经被触摸，则该方法继续至步骤604，此时确定是否已经都选择了1D操纵杆224和2D操纵杆222。在目前描述的实施方式中，操纵杆区域222、224中没有一个已经被选择（仅有空白区域210已经被选择），因此该方法继续至步骤606，然后继续至步骤608，此时确定是否只有1D操纵杆224区域或2D操纵杆区域已经被选择。在目前实施方式中，只有空白区域210已经被选择，因此在这些时候的回答都是否，因此方法继续到步骤610。在步骤610，平板计算机200的加速计被激活，从而它们的输出被加速计层256监测并被报告给业务层258。在步骤612，业务层258处理来自加速计层256的输出并以根据以上关于图3a和3b描述的产生指令的方式产生用于使探头116移动的指令。业务层258将这些指令传送到通信层260，通信层260在步骤614通过WLAN将这些指令发送到代理服务器350。在步骤616，代理服务器350又将这些指令传送到控制器102，控制器102将正常解析来自操纵杆105的指令一样地解析这些指令并根据这些指令实现探头116的运动。步骤612至616在一循环中继续，直到至少一个激活区域被操作员释放，此时控制返回到步骤602。

如将理解的，和以上描述一致，如果在该过程中的任意阶段操作员释放了任一个激活区域210，则该方法中止并且控制返回到步骤602。此外，将一STOP（停止）信号（通过台式计算机300）发送到控制器，以确保将探头116的全部运动暂停。

图7示出了如何将信息从控制器102向回传送到平板计算机200。如步骤702中所示，UCC服务器354查询控制器102来自CMM100的编码器的位置信息，并还查询探头116是否已经发出触发信号。控制器102将该信息向回传送到UCC服务器354，并且在步骤704，UCC服务器354确定控制器102是否已经指示探头116已经发出触发信号。如果不是，则UCC服务器354对所接收到的位置信息进行记录并将控制向回传到步骤702。当UCC服务354确实从控制器102接收到了探头116已经发出触发信号的指示时，控制传至步骤706，此时UCC服务器354使用当前位置并还使用之前其已经接收到的位置信息来确定接触点的途径向量(approach vector)。UCC服务器354然后在步骤706使用来自编码器的位置信息以及探头116的途径向量连同已经知道的关于探头的信息（例如，探头长度、触针顶端直径等）一起，来确定探头116和对象106之间发生的接触点在哪，并对此进行记录。

该信息然后被传送到记录接触点数据的检查软件352。检查软件352还执行特征识别过程以建立正被测量的对象的特征的表示。例如，该特征识别过程可以用来试图鉴别正被测量的特征是否是平面特征（诸如平坦端面）或圆形特征（诸如圆孔）。特征识别算法是已知的，例如在欧洲专利no.0254515中有描述，将其内容结合本说明书中作为参考。如步骤710至716所示，检查软件352然后通过代理服务器350、平板计算机200的通信层260和业务层258将该特征表示数据发送到平板计算机200中的3D渲染器254。3D渲染器然后在步骤718以适合于在触摸屏204上作为图形表示显示的格式处理该特征表示数据，然后将图形表示发送到UI层250，UI层250然后在步骤720在触摸屏204上显示该图形表示230。

如将理解的，检查软件352可以执行以上描述的功能以外的功能。例如，检查软件352可以用来建立关于正被检查的对象的正式报告；存储测量路径程序并将指令发送给控制器102以执行该测量程序；以及在连接至台式计算机300的显示器（未示出）上显示所测量的特征的表示。

如图6中所示，除了单独地通过平板计算机200的加速计之外，还有控制器探头116的方式。例如现在将描述的，可以通过由平板计算机200的触摸屏204上的用户界面提供的1D操纵杆224和2D操纵杆222来控制探头116的运动。例如，如果在步骤604确定操作员已经在1D操纵杆224和2D操纵杆222所定位的位置触摸了触摸屏204，则控制继续至步骤620，此时1D操纵杆224和2D操纵杆222在步骤620中激活。这涉及触摸屏层252监测操作员的手指在1D操纵杆区域224和2D操纵杆区域222中的位置，并将这种位置信息报告给业务层258。在步骤622，业务层258处理这种位置信息，从而产生用于移动探头116的指令。具体地说，业务层258处理关于1D操纵杆224的位置信息以产生用于使主轴112在Z轴上移动从而使探头116在Z轴上移动的指令，并且处理关于2D操纵杆222的位置信息以产生用于使主轴112沿着横梁构件110在X轴上移动以及还用于使门架沿着Y轴移动的指令，由此沿着X和Y轴移动探头116。业务层258以与以上结合图3b描述的相同方式处理来自触摸屏的位置信息，即，其使用非线性（例如指数）函数将远离原始被触摸位置的运动程度映像到CMM运动速度。

注意，在以上刚刚结合步骤620和622描述的情况中，平板计算机200的加速计并没有被启用。因而，探头116的运动仅仅由1D操纵杆224和2D操纵杆222来控制。如果在步骤608中确定操作员已经在2D操纵杆222（但是不是1D操纵杆224）定位的位置触摸了触摸屏204，则产生类型情形。在这种情况下，加速计也不启动，但是业务层258处理关于2D操纵杆222的位置信息以产生用于使主轴112沿着横梁构件110在X轴上移动并使门架沿着Y轴移动的指令，由此使探头116沿着X和Y轴移动。

然而，与此相反，如果在步骤606确定操作员已经在1D操纵杆223（但是不是2D操纵杆222）定位的位置触摸了触摸屏204，则加速计被启用，并且业务层258处理来自加速计层256的输出，从而以根据以上关于图3a和3b描述的方式产生用于使探头116沿着X和Y轴移动的指令，并且处理关于1D操纵杆224的位置信息以产生用于使主轴112在Z轴上移动从而使探头116在Z轴上移动的指令。

在进一步的另选实施方式中，1D操纵杆224和/或2D操纵杆222可以用来与加速计同时地控制探头116和对象106的相对运动。具体地说，加速计可以用来控制探头116和对象106的线性相对运动，而1D操纵杆224和/或2D操纵杆222可以用来控制探头116和对象106的旋转相对运动。例如，在步骤620，可以将1D和2D操纵杆以及加速计激活，并且在步骤622，业务层258可以处理来自加速计层256的输出，从而产生用于使探头116沿着X和Y轴移动的指令，处理关于1D操纵杆224的位置信息以产生使主轴112在Z轴上移动从而使探头116在Z轴上移动的指令，并且处理关于2D操纵杆222的位置信息以产生用于控制头部114以使探头116围绕A1和A2轴移动的指令。

如上所述，由触摸屏204上的用户界面提供的第六按钮242使操作员能够告知平面计算机200其相对于CMM100的取向，由此手动改变平板计算机200的哪个轴与CMM100的哪个轴发生关联。这可以供操作员在测量操作开始时用来告知平板计算机200其相对于CMM100的取向，即其是否位于前侧、CMM100的后部的其中一侧。平板计算机200然后可以将其轴关联至CMM100的适当轴（例如，在所描述的实施方式中，如果操作员告知平板计算机200其正面对CMM100的前侧，则设备被构造成使得平板计算机200围绕其y轴的旋转控制测量探头114沿着CMM100的x轴的线性运动）。

第六按钮242还可以用来告知平板计算机200其相对于CMM100的取向什么时候发生了改变，以由此更改平板计算机200和CMM100的轴之间的关联（例如，在所描述的实施方式中，如果操作员告知平板计算机100正在面对CMM100的一侧，则设备被构造成使得平板计算机200围绕其y轴的旋转控制测量探头114沿着CMM100的y轴的线性运动）。

所描述的平板计算机200还能够确定其相对于CMM100的取向的变化，并自动地改变平板计算机200的哪个轴与CMM100的哪个轴发生关联。这是因为如图5所示，设置了罗盘层257，罗盘层257监测嵌入在平板计算机200中的罗盘（未示出）的输出。罗盘层257将来自罗盘的数据传送到业务层258。当业务层258已经确定平板计算机200已经围绕竖直轴（例如，当平板计算机水平放置时，围绕其Z轴）充分地旋转从而基本上改变平板计算机200和CMM100的相对取向时，业务层258改变平板计算机200的哪个轴与CMM的哪个轴发生关联（在所描述的具体实施方式中，当平板计算机已经围绕竖直轴旋转至少45°时是这样）。当然，这种取向变化的检测也可以通过罗盘以外的方式实现，例如通过使用平板计算机200的加速计和/或陀螺仪来实现。

如上所述，可以将诸如摄像探头之类的视觉探头安装在CMM100的头部114上来取代接触式探头。如将理解的，摄像探头获取正被检查的对象的图像，例如视频图像。软件，例如检查软件352，可以分析图像以从中提取测量信息。还可将来自摄像探头的图像（例如视频流）从摄像探头传送到平板计算机200并在触摸屏204上示出，从而操作员可以看到摄像探头看到了什么。同样，在其它类型的非摄像探头的情况下，可以设置位于触针、探头上和/或CMM的一部分（诸如铰接头部）上的摄像机（例如多镜头摄像机），并且可以将来自该摄像机（这些摄像机）的图像和/或视频流提供给平板计算机200，例如给用户该部分的“探头视图”。例如，可以通过控制器102、UCC服务器354、检查软件352、代理服务器350和通信层260将图像和/视频流传送到业务层，该业务层然后将数据处理成适合于传送至UI层250以在触摸屏204上显示的格式。该视频流可以以各种方式来利用。例如，可以获得并存储正被检查的部分的一个或多个（例如一系列）静止图片。所述图片、图形表示230和/或测量点可以彼此重叠（其中图形表示230和/或测量点中的一个或多个是部分透明的）从而使操作员能够对数据进行比较。这可以在过程中（例如在测量过程中）进行，或者在过程后进行。另外，这可以在平板计算机200本身上进行，或者可以在一些外部计算机上进行。此外，操作员可以使用视频流来在测量过程中引导摄像探头的运动。这可以辅助或取代在实际工件和摄像探头处进行直接观察。对于通过镜头照明（TTLI）摄像探头（这种摄像探头通过摄像探头的成像透镜投射窄光束）来说这可能是特别有用的，因为其能够帮助操作员将光束定位在工件的待测量的部分上。例如，当测量窄孔时，其可以帮助操作员观看孔的正确部分正被光束照射。

此外，可以通过触摸屏204给操作员提供工具以使操作员能够控制摄像探头的一些特性，例如曝光和焦距、照明等。这在图4c中示出，图4c示出了与图4a中所示类似的平板计算机200的屏幕截图，相同的部分分享相同的附图标记。如能看到的，在该实施方式中，在触摸屏204上显示了来自摄像探头的现场视频流270。此外，设有多个用于控制安装在CMM上的摄像探头的工具272、274、276。在该实施方式中，该摄像探头具有用于照明其检查的人工制品的照明设备。具体地说，围绕摄像探头的物镜周围设置一圈LED。因而，如能看到的，设置有用于控制该圈LED中的任一个LED的开启和关闭的照明控制工具272、用于控制LED的亮度的LED强度控制工具274和用于控制摄像探头的焦平面位置的聚焦工具276。此外，可以设置“快门”控制工具（通过触摸屏204），该快门控制工具实现摄像探头的当前输出的快照的获取和存储。

在CMM上设置平板计算机200（诸如以上描述的用于控制探头运动的平板计算机）将操作员解放出来与和它们的位置无关的部分相互作用。已经发现这有助于减少编程误差，简化编程任务，并降低测量编程周期时间。当考虑到倾斜顶端探头（诸如表面精整探头或需要大量视觉观察的其它触针）时，例如当对小尺寸特征诸如小孔的测量进行编程时，这是特别有利的。

还已经发现，与加速计（和可选的操纵杆）控制相组合地在手持装置200上设置以上所述显示功能意味着操作员可以更容易地事前学习复杂的测量操作。例如，对于初学者来说难以在标准已知的操纵杆上同时进行在x、y、z轴和/或围绕旋转轴A1、A2的运动。变成使用这种标准操纵杆的专家本身就是一种需要大量训练和实践的技巧。这种复杂性还增加犯错的概率，例如当操作员的注意力在操作控制装置和必须在单独的台式计算机的用户界面上执行动作之间分心时尤其如此。这在探头接近零件紧密碰撞时特别明显。包括这种用户界面的手持装置意味着操作员不会在两个可分开的装置之间分心，这有降低错误的可能性。此外，所描述的平板计算机200提供了直观且容易地使用控制来对沿着/围绕多个轴的运动进行同时控制，同样无需在操作模式之间进行切换。此外，如上所述，使用罗盘可以自动地处理取向的切换。因而，上述每个特征都产生降低操作员错误的可能性，操作员的这种错误会导致对昂贵的探头和对象的损坏和相互间的碰撞。

另外，使用诸如以上结合图3b描述的那些函数使得能够对测量探头的运动速度进行各种控制，而不必在不同的快速/缓慢模式之间进行切换。因而，当CMM的速度也通过同一个手持装置来直观地管理（例如平板计算机的倾斜程度确定直到最大速度的加速度/减速度的速度）时，则这可以消除在目前已知的操纵杆上需要的再一个相互作用（即缩减一个单独按钮的相互作用）。使用诸如结合图3b描述的加速度曲线能够提供具有极限的反应非常迅速的倾斜系统，这意味着操作员能够非常快速地练习对装置的加速度和减速度的速率的非常精细水平的控制。对于新手操作员来说高加速度速率可能是危险的，因为系统可能快速地变成不可控。如上所述，可以给操作员允许进行良好控制的选择，例如，允许容易地选择适当修改加速度曲线（或使用不同的加速度曲线）的新手/专家使用模式。

因而，根据本发明的设备直观得多并且更容易学习。这降低培训费用，并允许新手操作员变得更多产更快速。这总体上又促进了探测测量，由此导致更高质量的零件，因为之前被忽略的特征现在可以变成可测量和被测量。

手持装置200可以用来对检查对象的测量路径进行编程，执行零件的测量，收集、显示和/或分析结果。这与需要分开的操纵杆和PC的目前系统相比更高效。如上所述，测量和/或编程数据可以存储在手持装置上。操作员可以与该数据相互作用。数据可以与当前测量任务相关。该数据可以是历史的，从而可进行趋势分析。该数据可以从另一个PC推导而来，从而同样可进行比较分析。能够在任何时候任何地点需要时将该信息传递给操作员可以帮助优化编程任务，特别是在特设性（ad-hoc）测量中。例如，查看特设性测量的历史情形能够将零件变化最可能的地方通知操作员，并可以向它们突出显示在当前零件和所指示的特征上执行特设性测量的需要，也就是说，该装置能够通知操作员最佳测量策略。

在所描述的实施方式中，平板计算机200是一般的多用途平板计算机200，诸如可从苹果公司（Apple,Inc）获得

或可从三星电子有限公司(Samsung Electronics Co.Ltd)获得的银河平板（Galaxy Tab）。当然，可以使用其它手持运动敏感装置，并不需要限于平板计算机。例如，可以使用运动敏感移动电话，例如可从苹果公司获得的

另选地，该手持装置可以是纯粹为了用来控制CMM100而设计的定制装置。尽管在所示出的实施方式中，该手持装置包括触摸屏，但不需要如此。例如，屏幕可以是非触敏的，并且可以转而设置按钮或外围输入装置（例如键盘或鼠标）以便与该手持装置相互作用。此外，该手持装置根本无需必然具有屏幕。相反，该手持装置可以包括基本显示指示器或根本不具有任何视觉显示装置。在这种情况下，该手持装置可纯粹用作用于控制探头116的运动的运动敏感输入装置。

如上所述，根据本发明的另一个方面，提供了一种手持装置，该手持装置包括：输入机构，该输入机构用于通过对该手持装置的部分或一部分的操纵来直接控制测量探头相对于人工制品的运动；和用户界面，通过该用户界面操作员能够输入和/或获得关于测量操作的信息。就该方面来说，该手持装置不需必然具有用于检测该手持装置的运动的运动传感器。相反，测量探头的运动可以通过操纵杆、跟踪球、跟踪垫或触摸屏等来控制。例如，参照图4和图6，当设置了不方便运动敏感控制的装置时，探头的运动可以例如使用图形操纵杆/D垫222、224来控制。在这种情况下，系统可以如图6所示那样操作，但是在该图6中，仅设置了第一和第三分支（分别表示为项目604、620、622和608、640、642）。如还将理解的，物理操纵杆、跟踪球或其它触摸垫可设置在该手持装置上并以类似方式操作。给手持装置设置这种用户界面使得用户能够访问来自正在使用的装置的相关信息，以控制测量探头的运动，由此避免访问不同装置（例如台式工作站）的需要，这些不同装置可能远离当控制运动时它们想要在的位置。以与以上描述类似的方式，该手持装置使得用户能够询问该手持装置关于坐标定位设备的信息，具体地说，该手持装置可以被构造成在至少一个屏幕上显示人工制品的至少一个被测特征的图形表示（例如三维表示），特别像图4（a）中所示那样。

Claims (15)

1.一种坐标定位设备，该坐标定位设备包括：

坐标定位机器，该坐标定位机器具有测量探头，该测量探头用来与人工制品相互作用以获得关于该人工制品的测量数据，所述测量探头和人工制品可相对于彼此在至少一个机器自由度中运动；以及

手持装置，该手持装置可在多个装置自由度中在自由空间中运动，用来控制所述测量探头相对于所述人工制品的运动，其中该手持装置包括用于感测所述手持装置在自由空间中的运动的至少一个运动传感器，

其中所述坐标定位设备被构造成使得所述测量探头和人工制品的相对运动由所述手持装置在自由空间中的所述运动来控制。

2.如任一前述权利要求所述的设备，其中在旋转自由度中改变所述手持装置的取向控制所述测量探头和人工制品在线性自由度中的相对运动。

3.如权利要求1或2中所述的设备，其中给定装置自由度被关联至具体机器自由度，使得在该给定装置自由度中的运动控制在该具体机器自由度中的运动，并且其中所述给定装置自由度所关联的所述机器自由度能够被改变。

4.如权利要求3所述的设备，其中给定装置自由度所关联的所述机器自由度根据所述装置相对于所述坐标定位机器的取向自动地改变。

5.如任一前述权利要求所述的设备，其中所述手持装置包括至少一个触觉传感器，并且其中所述设备被构造成使得操作员能够通过所述触觉传感器控制所述测量探头和人工制品在至少一个机器自由度中的相对运动。

6.如任一前述权利要求所述的设备，其中所述坐标定位机器被构造成使得所述测量探头和人工制品能够在至少一个旋转自由度中相对于彼此运动，并且其中所述设备被构造成使得所述测量探头和人工制品在所述至少一个旋转自由度中的相对运动能够通过所述手持装置在自由空间中的运动来控制。

7.如任一前述权利要求所述的设备，其中所述手持装置包括用于向所述操作员显示涉及所述测量探头和人工制品之间的相互作用的数据的屏幕。

8.如权利要求7所述的设备，其中所述手持装置被构造成在至少一个屏幕上显示所述人工制品的至少一个被测特征的图形表示。

9.如权利要求5和7所述的设备，其中所述屏幕包括触摸屏，由此提供所述触摸传感器。

10.如权利要求7、8或9所述的设备，其中所述测量探头包括视觉探头，并且其中所述手持装置被构造成在所述屏幕上显示来自所述视觉探头的现场视频流，并且优选地其中所述视觉探头的特性能够由所述操作员通过所述手持装置来改变。

11.如任一前述权利要求所述的设备，其中所述至少一个运动传感器是惯性传感器。

12.一种操作坐标定位设备的方法，该坐标定位设备包括：坐标定位机器，该坐标定位机器具有测量探头，该测量探头用来与人工制品相互作用以获得关于该人工制品的测量数据；和手持装置，通过该手持装置操作员能够控制所述测量探头和人工制品之间的相对运动，该方法包括：

操作员在自由空间移动所述手持装置；以及

所述测量探头和人工制品之间的相对运动对此响应而改变。

13.一种手持装置，该手持装置可在多个装置自由度中在自由空间中运动，包括至少一个运动传感器，并且被构造成基于所述至少一个运动传感器的输出来确定和输出用于实现坐标定位设备上的测量探头和人工制品的相对运动的指令。

14.一种用于控制坐标定位设备上的测量探头和人工制品的相对运动的计算机实现的方法，该方法包括：从手持装置中的至少一个运动传感器接收输出；处理所述输出以产生用于实现坐标定位设备的零件的运动的指令；以及将所述指令输出到所述坐标定位设备的控制器。

15.一种手持装置，该手持装置具有至少一个运动传感器，该手持装置包括计算机程序指令，该计算机程序指令在被执行时实现如权利要求14所述的方法。

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