CN105408723A - 控制坐标定位机器的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种控制坐标定位机器以使保持模块(16)与可释放地耦合的任务模块(18)分离的方法，该保持模块(16)被设置在该机器的可移动部分上，且该方法包括：移动该保持模块(16)以使该任务模块(18)与用于固持该任务模块(18)的储存端口(20)啮合；以及移动且同时旋转该保持模块(16)以通过该保持模块(16)的倾斜动作使该保持模块(16)与该任务模块(18)分离。

Description

控制坐标定位机器的方法

本发明涉及控制坐标定位机器的方法，且尤其涉及控制坐标定位机器以使可释放地耦合的模块彼此分离的方法，且涉及适于执行此方法的机器或机器控制器。坐标定位机器包含例如坐标测量机器、机床和手动坐标测量臂。

附图的图1展示已知坐标测量机器(CMM)2，其中安装在托架8上的套管轴(或臂)10可通过CMM2上的马达(未示出)在正交线性方向x、y和z中移动。在此实例中呈触针模块的形式的任务模块18可释放地安装在保持模块16上，其中保持模块16被附接到套管轴10。在此实例中，保持模块16和所示的任务模块18可一起被视为构成探针17。保持模块16可包括感测模块，其容纳探针17的感测机构。

任务模块18在保持模块16上的位置通常由任务模块18的上部表面上的一组运动元件与保持模块16的下部表面上的一组运动元件之间的啮合界定。这些运动元件可包括例如位于该模块中的一个模块上的围绕探针17的纵向轴线以120°隔开的三个圆柱形辊，其可与该模块中的另一个模块上类似地隔开的三对滚珠啮合。相应元件通过保持模块16和任务模块18两者上设置的磁体之间的吸引力而保持啮合。

探针17的模块化构造实现触针和其它任务模块的自动交换。为了提供真正灵活的测量系统，多个任务模块可保持在该机器2的工作区域内以实现一个任务模块对另一任务模块的自动交换。

为此目的，CMM2上可设置储存端口以容纳任务模块。若干储存端口可一起容纳于储料架(magazine)中。容纳于储存端口中的任务模块可由保持模块拾取，或任务模块可由保持模块放入空的储存端口中。以此方式，探针可交换任务模块以使得其使用最合适的一个模块用于当前任务。

WO9309398公开了容纳多个储存端口用于容纳可交换任务模块的此储料架的使用。每一储存端口包括具有一对夹爪的基座，该夹爪具有平行的对接嵌件。使此与附图的图1相关，探针17(其中保持模块16被附接到套管轴10且任务模块18可释放地安装在保持模块16上)由CMM2输送到储存端口，且任务模块18通过CMM2的进一步操作插入到储存端口中。任务模块18具有圆形唇缘，其与储存端口的对接嵌件相互连接。任务模块18随后通过套管轴10的向上移动与保持模块16分离，因为任务模块18由储存端口保持，该向上移动打破了它们之间的接触。

如WO9309398中所公开的此储料架和任务模块实现了任务模块18通过保持模块16的啮合，以及任务模块18在单个连续移动中从储存端口的脱离且无需任何额外机器设备(例如专用马达或电磁体)。然而，WO9309398的布置的缺点在于，保持模块16与任务模块18之间的磁力可能较大，且从而使其分离所需的力也将较大。在大探针的情况下尤其如此，其中需要较大的磁力以便支持又大又重的任务模块18。

该缺点在WO03083407中得到解决，WO03083407描述一种布置，其中在储存端口内提供一种机构，其利用机械优势以使任务模块18与保持模块16分离。通过此布置，保持模块16相对于储存端口的线性移动致使储存端口中的机构撬开任务模块18和保持模块16。

在附图的图式2A和2B中说明了如WO03083407中公开的布置。所示储存端口20，其包括外壳22，其中枢轴臂24位于外壳22内且在一个末端从外壳22延伸出。枢轴臂24可围绕位于外壳22内的枢轴26旋转有限幅度。

枢轴臂24的从外壳22延伸的部分具有大体上U形切口，其具有界定相对侧的两个指状物，如WO03083407的图6中所示。枢轴臂24的这些指状物被设计来接纳探针17的任务模块18。任务模块18在其外表面上具备一对凹部，该指状物插入其中。替代地，其可具有例如环形凹部以接纳该指状物。

任务模块18通过套管轴10及保持模块16的水平移动插入到储存端口20中，其中任务模块18紧固于保持模块16上。一旦任务模块18已插入到储存端口20中，如图2A中所示，任务模块18便通过使套管轴10和附接的保持模块16向上移动而与保持模块16分离。在任务模块18随保持模块16向上移动时，由任务模块18接纳的枢轴臂24的末端也被向上拉动且围绕其枢轴26旋转。在这样做时，其致使任务模块18沿着一个边缘打破与保持模块16的接触，如图2B中所示。

由于枢轴臂24的旋转运动致使保持模块16打破与任务模块18的一个边缘的接触，而不是沿着探针17的纵向轴线将该两个模块拉动隔开，因此使两个模块16、18分离需要较少的力。

本申请人已认识到简化此储存端口的设计同时仍允许任务模块与保持模块的直接分离的可取性。本申请人还已认识到，在多个任务模块成堆叠布置以磁性方式耦合在一起的情况下，特别是在磁性耦合具有相似强度的情况下，使用上述技术难以预测分离将在何处发生。本申请人因此已认识到期望提供一种技术，其关于可释放地耦合的任务模块的堆叠可靠地操作。

根据本发明的第一方面，提供一种控制坐标定位机器以使保持模块与可释放地耦合的任务模块分离的方法，所述保持模块被设置在所述机器的可移动部分上，且所述方法包括：移动所述保持模块以使所述任务模块与用于固持所述任务模块的储存端口啮合；以及移动且同时旋转所述保持模块以通过所述保持模块的倾斜动作使所述保持模块与所述任务模块分离。

所述保持模块可包括可释放地彼此耦合的多个单独模块。所述多个单独模块可以可释放地彼此串联耦合。

所述任务模块可包括可释放地彼此耦合的多个单独模块。所述多个单独模块可以可释放地彼此串联耦合。

所述方法可包括控制同时的移动和旋转以便维持所述保持模块的所得旋转轴线充分接近于所述保持模块与所述任务模块之间的耦合接口(或充分接近于所述耦合接口位于的平面)，以确保在所述耦合接口处发生分离，优先于所述保持模块或所述任务模块内任何两个其它可释放地耦合的模块之间的耦合接口。

所述方法可包括控制同时的移动和旋转以使得所述保持模块的所得旋转轴线，相较于所述保持模块或所述任务模块内任何两个其它可释放地耦合的模块之间的耦合接口(或耦合接口位于的平面)，其保持更接近于所述保持模块与所述任务模块之间的耦合接口(或耦合接口位于的平面)。

所述方法可包括控制同时的移动和旋转以使得所述保持模块的所得旋转轴线保持大体上处于或沿着所述保持模块与所述任务模块之间的耦合接口(或处于或沿着所述耦合接口位于的平面或仅从所述耦合接口位于的平面偏移)。

可控制所述旋转轴线以保持大体上处于或靠近所述保持模块与所述任务模块之间的所述耦合接口的边缘。替代地，可控制所述旋转轴线以保持大体上处于从所述耦合接口的边缘偏移的位置。

所述保持模块与所述任务模块之间的所述耦合接口可包括多个对准部件，其用于当可释放地耦合时相对于所述保持模块对准所述任务模块。

所述方法可包括控制同时的移动和旋转以使得所述保持模块的所得旋转轴线大体上通过所述对准部件中的第一对准部件，进而围绕所述第一对准部件枢转所述保持模块。

所述方法可包括控制所述保持模块的同时的移动和旋转以使得所述旋转轴线大体上通过所述对准部件中的第一和第二对准部件，进而围绕所述第一和第二对准部件枢转所述保持模块。

所述对准部件中的至少一个可为运动部件。全部所述对准部件可为运动部件。所述对准部件可形成所述保持模块与所述任务模块之间的运动耦合。

在所述保持模块的同时的移动和旋转期间，所述移动可沿着大体上位于一平面中的路径，而所述同时旋转可围绕大体上正交于所述平面的轴线。所述平面可大体上正交于所述任务模块与所述保持模块之间的耦合接口。

所述任务模块可在所述保持模块的同时的移动和旋转期间在所述储存端口中大体上保持静止。

在所述保持模块的同时的移动和旋转期间，所述移动可沿着部分圆形路径。

根据本发明的第二方面，提供一种坐标定位机器控制器，其被配置来执行根据本发明的第一方面的方法。换句话说，所述坐标定位机器控制器被配置来执行一种控制坐标定位机器以使保持模块与可释放地耦合的任务模块分离的方法，所述保持模块被设置在所述机器的可移动部分上，且所述方法包括：移动所述保持模块以使所述任务模块与用于固持所述任务模块的储存端口啮合；以及移动且同时旋转所述保持模块以通过所述保持模块的倾斜动作使所述保持模块与所述任务模块分离。

根据本发明的第三方面，提供一种坐标定位机器，其包括根据本发明的第二方面的控制器。换句话说，所述坐标定位机器包括一种坐标定位机器控制器，其被配置来执行一种控制坐标定位机器以使保持模块与可释放地耦合的任务模块分离的方法，所述保持模块被设置在所述机器的可移动部分上，且所述方法包括：移动所述保持模块以使所述任务模块与用于固持所述任务模块的储存端口啮合；以及移动且同时旋转所述保持模块以通过所述保持模块的倾斜动作使所述保持模块与所述任务模块分离。

根据本发明的第三方面，提供一种计算机程序，其当由坐标定位机器控制器运行时致使所述控制器执行根据本发明的第一方面的方法，或当被加载到坐标定位机器控制器中时致使所述坐标定位机器控制器变为根据本发明的第二方面的坐标定位机器控制器。所述程序可携载于载体媒体上。所述载体媒体可为存储媒体。所述载体媒体可为传输媒体。

根据本发明的第四方面，提供一种计算机可读媒体，其中存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令用于控制坐标定位机器控制器以执行根据本发明的第一方面的方法。

所述计算机程序(或计算机程序指令)被配置来控制坐标定位机器以使保持模块与可释放地耦合的任务模块分离，所述保持模块被设置在所述机器的可移动部分上，其中所述计算机程序(或计算机程序指令)被配置来：移动所述保持模块以使所述任务模块与用于固持所述任务模块的储存端口啮合；以及移动且同时旋转所述保持模块以通过所述保持模块的倾斜动作使所述保持模块与所述任务模块分离。

根据本发明的另一个方面，提供一种控制坐标定位机器以使保持模块与可释放地耦合的任务模块分离的方法，所述保持模块被设置在所述机器的可移动部分上，且所述方法包括：移动所述保持模块以使所述任务模块与用于固持所述任务模块的储存端口啮合；以及移动且同时旋转所述任务模块以通过所述任务模块的倾斜动作使所述保持模块与所述任务模块分离。

所述坐标定位机器可为机床、检查机器人、计算机数字控制(CNC)机器，或坐标测量机器。

现以随附图式为例作为参考，其中：

上文论述的图1是携载探针的坐标测量机器的透视图；

也在上文所论述的图2A和图2B是先前公开的储存端口中定位的探针的示意图；

图3是对应于图1中所示的坐标测量机器的透视图，其包含用于携载探针的铰接式头部；

图4是根据本发明的实施例的坐标测量机器的侧视示意图；

图5A到图5E说明根据本发明的实施例的控制坐标测量机器的方法中的步骤；

图6A和图6B说明保持模块和任务模块的一个可能的布置；

图7A和图7B说明保持模块和任务模块的另一可能的布置；

图8A和图8B说明保持模块和任务模块的另一可能的布置；

图9A和图9B说明保持模块和任务模块的另一可能的布置；

图10是本发明的另一应用的透视图；

图11A到图11E说明控制图10设备的根据本发明的实施例的方法中的步骤；

图12A到图12F说明控制图10设备的根据本发明的实施例的另一方法中的步骤；

图13说明其中任务模块保持于在除构成任务模块的最上部模块外的模块处的储存端口中的情形；以及

图14和图15展示了模块堆叠为何会基于旋转轴线的定位而如既定那样分离的机械分析。

现将描述本发明的实施例。本发明的此实施例利用在例如坐标测量机器(CMM)及类似物等坐标定位机器上使用的类型的铰接式头部(articulatinghead)。

铰接式探针头部是已知的且先前已经在例如EP360853、EP402440、EP690286和EP1989504中描述过。典型的铰接式探针头部包括可附接到例如机床或坐标测量机器(CMM)等坐标定位机器的可移动臂或套管轴的基座。该铰接式探针头部被布置以用相对于坐标定位机器的可移动臂或套管轴的一个或多个旋转自由度来支撑测量探针。此布置具有若干优点；举例来说，其允许通过测量探针检查不同定向的表面，进而允许探测原本将不可接近的部分上的特征。

图3中说明了并入此铰接式头部11的CMM2。铰接式头部11支撑探针17，其中铰接式头部11提供第一旋转轴线40和第二旋转轴线42，如将在下文更详细地描述。还说明了用于控制CMM2的操作的机器控制器36。通过参考图1和图2描述的类型的模块化系统，该铰接式头部当然可用来支撑除测量探针以外的任务模块。

图4中更详细说明具有铰接式头部的坐标测量机器(CMM)2的部分。CMM2包括基座4，其支撑框架6，框架6又固持托架8，其中套管轴10可相对于托架8在z方向中移动。恰如同图1机器，提供马达(未示出)以沿着三个相互正交轴线x、y和z移动套管轴8。

套管轴10固持铰接式探针头部11。铰接式探针头部11具有附接到套管轴10的基座部分12、中间部分14和保持模块16。基座部分12包括用于使中间部分14围绕第一旋转轴线40旋转的第一马达(未示出)。中间部分14包括用于使保持模块16围绕大体上垂直于第一旋转轴线40的第二旋转轴线42旋转的第二马达(未示出)。虽然未示出，但也可在铰接式探针头部11的可移动部分之间设置轴承。储存端口20被设置在CMM2的工作区域内。

在此实例中呈测量探针的形式的任务模块18可释放地耦合(例如，如上文所描述使用磁性吸引力)到保持模块16。任务模块18(测量探针)可为接触触发式探针或包含触针的模拟探针。任务模块18(测量探针)可包括光学传感器。替代地，任务模块18(测量探针)可为例如光学探针等非接触探针。

还提供用于控制CMM2的操作的机器控制器36。该机器控制器36可为专用电子控制系统和/或可包括在计算机程序的控制下操作的计算机。举例来说，该机器控制器36可包括向CMM2提供低层级指令的实时控制器以及用来操作该实时控制器的PC。

铰接式探针头部11是所谓的“主动头部(activehead)”，并且在使用中，探针头部11允许任务模块18(测量探针)以相对于套管轴10的两个旋转自由度移动。由探针头部11提供的该两个旋转自由度以及套管轴10的三个线性(x、y、z)平移轴线的组合允许任务模块18(测量探针)围绕五个轴线移动。这准许安装到CMM2的基座部分4的相关联零件44的所谓的“五轴线”测量。机器控制器36被布置以提供适当驱动电流到探针头部11的第一和第二马达且到控制套管轴10沿着三个正交线性轴线x、y、z的线性移动的马达。

应注意，图4及其以上的简要说明仅提供包括主动头部的CMM和主动头部自身的概述。可在别处找到此类设备的更完整描述；举例来说，参见EP402440或上文所提及的其它相似文献中的任一个。

图5A到图5E示意性地说明根据本发明的实施例的方法中的一系列阶段，该方法控制CMM2从而使保持模块16与任务模块18分离，任务模块18可释放地耦合到保持模块16。保持模块16被设置在(被耦合到)CMM2的可移动零件(套管轴10)上。在此实例中保持模块16呈铰接式头部的可旋转接合点的形式，其中保持模块16通过可围绕轴线40旋转的耦合件耦合到套管轴10(参见图4)，但情况不需要如此；保持模块16与套管轴10之间的耦合在另一实例中可为固定耦合。

图5A说明保持模块16和沿着储存端口20在CMM2的工作区域内的可释放地耦合的任务模块18。任务模块18与保持模块16之间的接口在本文中被称作耦合接口。在任务模块18和保持模块16的相应外壳大体上是圆柱形的情况下，该耦合接口将大体上为圆形形状。如下文中进一步描述，该耦合接口可具备对准特征(例如运动特征)以相对于保持模块16准确且可重复地对准任务模块18，但情况不一定如此。

在下一阶段中，如图5B中所说明，机器控制器36控制CMM2以沿着x、y、z中的路径移动保持模块16，其使任务模块18与储存端口20啮合。如上所提到，储存端口20适于固持任务模块18。在此实例中，储存端口20展示为包含从储存端口20的主体延伸的臂；该延伸臂可具有大体上U形切口或叉，其带有界定相对侧的两个指状物。该臂的指状物被设计用来接纳并固持任务模块18，其中任务模块18在其外表面上具备一对凹部，该指状物插入其中。所属领域的技术人员将容易了解将任务模块18固持于储存端口20内的其它方式。

虽然在图5A和图5B中描绘了保持模块16沿着纯水平路径移动以便使任务模块18与储存端口20啮合，但将了解，一般来说机器控制器36可被布置以沿着x、y、z中使任务模块18与储存端口20啮合所需的任何类型的路径移动保持模块16；实际上，必要时该移动可包含保持模块16和可释放地耦合的任务模块18围绕CMM2的铰接式头部11的一个或多个旋转轴线的旋转(参见以上参考图4的描述)，以便正确地定向任务模块18用来插入储存端口20中。

如图5C中所说明，在任务模块18由储存端口20保持大体上静止的情况下，机器控制器36随后控制CMM2(其包含铰接式头部11)以在x、y、z中移动保持模块16且同时使保持模块16围绕轴线42旋转。保持模块16的该同时的移动和旋转经协调以使得保持模块16围绕保持模块16与任务模块18之间的耦合接口的边缘枢转。保持模块16的同时的移动和旋转界定保持模块16的旋转轴线46，其受控制以便在耦合接口的边缘处保持大体上静止。

在此实例中，x、y、z中的移动大体上位于一平面中，其中围绕大体上正交于该平面的轴线执行该同时的旋转。该平面大体上正交于任务模块18与保持模块16之间的耦合接口。该平面可例如为y、z平面，或可为x、z平面，但将了解，该平面的定向是由储存端口20的特定位置和定向以及旋转轴线46所希望的定向而决定的。如图5C中所说明，x、y、z中的路径是部分圆形，是以旋转轴线46为中心的圆48的弧，该圆48具有由轴线42和轴线46之间的距离界定的半径。

如图5D中所说明，机器控制器36随后控制CMM2以向上移动保持模块16远离储存端口20。如图5E中所说明，机器控制器36随后控制CMM2以在与图5C中的旋转相反的意义上使保持模块16围绕轴线42旋转以便使保持模块16返回到其原始定向。

通过这些步骤，通过保持模块16的倾斜动作使保持模块16与任务模块18分离。这将本发明区别于图2中所公开的先前考虑的技术，且具有优于该技术的若干优点。

首先，使用体现本发明的技术，储存端口20简单得多(且成本较低)。储存端口20不需要任何复杂的枢转布置，或任何其它类型的机构来倾斜储存端口自身的零件。通过本发明的实施例，储存端口20可具有简单设计，例如完全由固定零件形成，且不需要具有倾斜机构的专门设计的托架端口。

第二，已经广泛使用的铰接式头部可用来实现本发明，因为它们提供一种便利的方法，依据该方法可通过保持模块16的倾斜动作使保持模块16旋转以使保持模块16与任务模块18分离。全部所需的只是适当地配置机器控制器36以仅使用伺服轴线中可用的运动范围来执行必要动作。

上文描述了图5C中说明的阶段中的保持模块16的移动和旋转是同时的。这应被理解为涵盖保持模块16的控制，其中移动和旋转以交错方式发生，保持模块16的小旋转与保持模块16的小移动极快速连续地交替，总体结果是存在保持模块16的有效同时的移动和旋转。这可替代地表达为保持模块16的组合移动和旋转。

还将理解，在图5C中说明的阶段的上下文中，其中描述存在保持模块16的同时的移动和旋转，此“移动”元素可视为且描述为保持模块16的平移。因此这可替代地表达为保持模块16的同时的(或组合)平移和旋转。

在参考图5C描述的实例中，保持模块16的同时的移动和旋转受控制以便界定在耦合接口的边缘处保持大体上静止的旋转轴线46。然而将了解，旋转轴线46不需要处于耦合接口的边缘处或甚至耦合接口的界限内，而是可从耦合接口的边缘偏移，在耦合接口的界限外部但仍在耦合接口位于的平面上或附近(例如，从其偏移小距离)。

在目前所描述的实例中，参考图4和图5A到图5E，保持模块16和任务模块18本身不是由可分离的模块(或子模块)形成的。本发明还适用于其中保持模块16包括多个可释放地彼此串联耦合的单独模块的情形。本发明也适用于其中任务模块18包括多个可释放地彼此串联耦合的单独模块的情形。这些的组合也是可能的，其中保持模块16和任务模块18两者都由多个可释放地耦合的模块形成。将参考图6到图9更详细描述此情形。

图6A和图6B再次说明了已经参考图5所描述的情形，其中保持模块16仅包括单个模块(铰接式头部11的可旋转接合点)，且任务模块18也仅包括单个模块(测量探针)。机器控制器36知道仅存在一个耦合接口，在该耦合接口处两个模块16、18之间的耦合可被打破(或分离)，且此耦合接口由图6A中的箭头说明。机器控制器36还知道保持模块16的旋转轴线46位于耦合接口的边缘处或附近，且能够相应控制保持模块16的同时的移动和旋转，如图6B中所说明，以通过保持模块16的倾斜动作使保持模块16与任务模块18分离。图6B还说明图5C和图5D中说明的移动可组合为单个连续移动，而不需要如图5C和图5D中所说明的两个不同且单独的阶段。实际上，可以流体连续方式执行一个或多个其它阶段(例如，全部阶段)而无需其之间的任何清晰区别；举例来说，如图5D和图5E中所说明的单独的阶段可容易地被组合为保持模块16的单个流体移动。

图7A和图7B中说明替代的情形。在此情况下，保持模块16仍包括单个模块(可旋转接合点)。然而，任务模块18现在包括可释放地耦合到彼此的两个模块：测量探针和测量探针上方的额外模块(其也可为某些形式的任务模块，例如处理模块)。任务模块18现在借助于额外模块与保持模块16之间的可释放耦合而可释放地耦合到保持模块16。在耦合接口处保持模块16与任务模块18之间的耦合将被打破，该耦合接口由在图7A中的箭头说明，且保持模块的旋转轴线也被标记。如之前，机器控制器36控制保持模块16的同时的移动和旋转以通过保持模块16的倾斜动作使保持模块16与任务模块18分离，如图7B中所说明。

将了解，在图7中介绍的额外模块也可视为保持模块16而不是任务模块18的部分。模块是否视为保持模块16或任务模块18的部分取决于耦合接口的位置，在该耦合接口处保持模块16与任务模块18之间的耦合将被打破。

举例来说，图8说明与图7相同数目和次序的模块，但在图8中的耦合接口不同于图7，在该耦合接口处耦合将被打破。如图7中，在图8中存在可释放地彼此串联耦合的三个模块。如果这些被标记为第一到第三模块，以上部模块(其为可旋转接合点)开始，且以下部模块(测量探针)结束，那么在图7中耦合将在耦合接口处被打破，该耦合接口是在第一与第二模块之间，而在图8中，耦合接口是在第二与第三模块之间(再次由箭头所说明)。因此，在图7中，第二和第三模块形成任务模块18，其中保持模块16单独为第一模块；而在图8中第一和第二模块形成保持模块16，其中任务模块18单独为第三模块。

图9中说明另一情形，这次是第一到第四模块，且耦合将在耦合接口处被打破，该耦合接口是在第二与第三模块之间。第一和第二模块因此形成保持模块16，且第二和第三模块形成任务模块18。当然，不同配置是可能的，且此配置可在使用期间取决于模块堆叠将在何处被打破而被确定。图9还说明本发明不限于具有并入测量探针的任务模块；在图9中第四模块是透镜模块。

在图6到图9中分别说明的全部四个情形中操作原理是一样的：机器控制器36控制保持模块16(无论如何构成)的同时的移动和旋转以通过保持模块16的倾斜动作使保持模块16与任务模块18(无论如何构成)分离。

如上所提到，各种模块优选地使用运动耦合来彼此耦合。如所属领域的技术人员将理解且例如H.J.J.Braddick的“实验室设备的机械设计(MechanicalDesignofLaboratoryApparatus)”(Chapman&Hall，伦敦，1960，第11到30页)中所描述的，运动设计涉及使用最小数目的约束来约束主体或特征的运动的自由度，且具体来说涉及避免过多约束。运动耦合的使用确保一个模块与另一模块的高度可重复定位，且意味着模块将以可预测且已知方式耦合。因此，设置在一对模块中的一个模块上的运动特征与该对模块的另一模块上的对应运动特征啮合。应理解，为了避免无论任何程度的过多约束，运动耦合将理论上需要耦合零件之间的点接触。然而，运动耦合的普遍接受的意义是其大体上符合运动设计原理，即使使用小面积接触而不是点触点也是如此。此运动耦合可被称作虚拟运动或准运动(pseudoorquasikinematic)。运动约束有时也称为精确约束。

尽管图4到图9中说明的实例可并入运动耦合特征，但这些未明确地展示。现将参考确实明确地包含运动耦合特征的图10(和相关联图11和图12)描述实例。并且，尽管图4到图9在本质上是示意性的，但图10说明了本发明的更实际的应用。

由于类似参考标号说明类似零件，且由于图10的实例与图4到图9的实例接近地相关，因此不需要图10中的零件的详细描述。简单来说，图10是沿着储存端口20的边由保持模块16保持的任务模块18的透视图，任务模块18将放置于储存端口20中；图10中所说明的储存端口20是双端口变化托架(changerack)。

图11A中说明图10的侧视图，其更清楚地展示各种零件。图11A也是图11A到图11E中分别说明的一系列阶段中的第一阶段，该一系列阶段接近地对应于如上文所描述的图5A到图5E中说明的阶段。从图11A可见，存在可释放地彼此串联耦合的三个模块A、B和C。

在图11A到图11E中所说明的实例序列中，意图是打破模块B与C之间的耦合，且因此可视为模块A和B形成保持模块16，而模块C是任务模块。当然实际上，模块B在其被适配且设置以执行某一有用任务而不仅仅用以固持或支撑其下方的另一模块的意义上也是“任务模块”。

在图11A中所说明的特定实例中，模块B是相机模块，且模块C是透镜模块；模块A又仅仅是铰接式头部的旋转(或可旋转)枢轴接合点。从图11A可以看出，相机模块B具有围绕旋转模块A延伸的零件；模块B的延伸部分(充当平衡物)的上部末端未固定地附接，参考图12F其将在下文变得显而易见。

图11A中还说明运动耦合特征19。这些呈滚珠的形式，滚珠被设置在两个耦合模块中的一个上，其搁置在所述两个耦合模块中的另一个的耦合表面中所设置的狭槽或凹槽内。所属领域的技术人员将容易了解如何实施此运动耦合。

如上所提到，图11A是图11A到图11E中分别说明的一系列阶段中的第一阶段，且这些阶段分别接近地对应于图5A到图5E中所说明的阶段。在所关注的特定应用中，图11A说明透镜模块变化循环的开始：透镜模块C上的狭槽在变化端口20的叉的平面中排齐。

在图11B中，机器控制器36控制CMM2以使得透镜模块C中的狭槽与变化端口20的叉完全啮合。

在图11C中，机器控制器36控制CMM2(包含铰接式头部)以执行五轴线运动(或至少使用该五个轴线中的三个：套管轴10的至少两个笛卡尔轴线和铰接式头部的一个旋转轴线)，其解析为围绕与透镜模块C的运动支架中的一个重合的旋转轴线46的旋转，轴线46在一平面中，该平面在标称上平行于运动的平面，且最方便的是，平行于铰接式头部的底部旋转轴线42。使用在透镜模块C与相机模块B之间的耦合接口处设置的运动支架中的哪一个来界定轴线46并不要紧，只要零件之间存在足够的间隙以允许小旋转来打破其它运动支架即可。因此，此实例说明旋转轴线46不需要恰好位于正被打破的耦合接口的边缘处，但可在耦合接口的界限内，例如在耦合接口处例如运动特征的特征处。如上所提到，甚至可能的是旋转轴线46位于耦合接口的界限外部。下文将参考图14和图15更详细探索旋转轴线46的定位。还应注意虽然图11C说明铰接式头部的逆时针旋转以围绕左侧枢转，但也可能在此步骤中执行顺时针旋转以便围绕相对侧枢转，例如旋转轴线46与透镜模块C的两个运动支架重合。

在图11D中，机器控制器36控制CMM2以执行大体上垂直移动以打破剩余运动底座(或多个底座)，且在图11E中铰接式头部执行旋转移动以使相机模块B返回到笔直向下位置。

当然，如图6到图9所解释，可在不同耦合接口处打破或分离模块A到C。图12A到图12E说明图11A到图11E的替代的阶段序列，其中在旋转模块A与相机模块B之间的耦合接口处分离模块，以使得任务模块18由相机模块B和透镜模块C组成，且保持模块18就是旋转模块A。

因此，简单来说，图12A说明相机模块变化循环的开始：相机模块上的狭槽在变化端口20的叉的平面中排齐。在图12B中，使相机模块B中的狭槽与变化端口20的叉啮合。在图12C中，围绕与相机模块B的运动支架19中的一个重合的轴线46进行有效旋转；选择透镜模块C与相机模块B之间的运动支架中的哪一个来定位轴线46也是不要紧的，只要零件之间存在足够的间隙以允许小旋转来打破其它运动支架即可。在图12D中，进行大体上垂直移动以打破剩余运动底座。在图12E中，进行旋转移动以使支架返回到笔直向下位置。图12F中所说明的额外阶段，其中机器控制器36控制CMM2以执行实质上水平移动以将铰接式头部带离相机模块B的平衡物。

在任务模块18由一个以上模块组成的情况下，虽然该情况通常将是在保持模块16旋转时那些模块中的最上部保持于储存端口20中，但情况不一定是这样。实际上，这在一些情形中可为不可能的。举例来说，图13是对应于图7的示意性说明，其中存在构成任务模块18的两个模块。在图13中，由于两个模块(测量探针)的下部的长度与基座4上方的储存端口20的臂的高度相关，因此不可能在储存端口20中固持该两个模块的上部。也可能是该两个模块的上部未合适地适于由储存端口20固持。然而，仍可能在储存端口20中固持这两个模块的下部，同时确保保持模块16的旋转轴线46相对于保持模块16与任务模块18的上部模块之间的耦合接口适当地定位(例如，如上文所描述，在耦合接口的边缘处或附近，或从耦合接口的边缘偏移但仍在耦合接口位于的平面上或附近，或相较于任何其它耦合接口更接近将被打破的耦合接口)。这将确保模块堆叠在正确的耦合接口处分离。

上文描述了控制保持模块16的同时的移动和旋转以使得保持模块16的所得旋转轴线保持在保持模块16与任务模块18之间的耦合接口的边缘处或附近。还描述了甚至在堆叠中存在可释放地彼此耦合的多个模块的情况下这也是有效的：举例来说，如果旋转轴线46置于需要打破或分离该堆叠的耦合接口处或附近，那么将实际上在该接口而不是邻近接口处分离该堆叠。简单地说，模块堆叠是基于旋转轴线46的定位而被分离的。现将参考图14和图15探索关于情况为何如此的一个可能的机械分析，即模块堆叠为何基于旋转轴线46的定位而被分离。

考虑可释放地彼此耦合且耦合到下方的固定支撑模块C的两个相同模块A和B，其中在相应耦合接口处有相同磁耦合力和相同耦合特征(在此说明中，运动特征)。图14呈现其中旋转轴线46置于下部耦合接口(即模块B与C之间)的运动特征中的一个上的情形的分析。这类似于上文参考图8描述的情形。

图14的下部部分中绘制两个曲线图，对应于两个替代的情形：第一情形，其中进而致使模块堆叠在上部耦合接口(即模块A与B之间)分离，以及第二情形，其中进而致使模块堆叠在下部耦合接口(即模块B与C之间)分离。第一情形在图14的左上方部分中描绘，而第二情形在图14的右上方部分中描绘。

对于这些情形中的每一种，在图14的下部部分中绘制了线以展示针对剥离角度(即，在两个模块之间开放的角度)的磁体分离的总变化。可见对于给定的剥离角度，第一情形中所需的磁体分离大于第二情形(用于分裂上部运动的梯度更陡)。这意味着需要更多付出来分裂上部运动，因此将实际上分裂底部运动(需要较少付出)：即实际上第二情形将发生。

图15呈现其中实际上控制旋转轴线46以便将其置于上部耦合接口(即模块A与B之间)的运动特征中的一个上的情形的分析。这类似于上文参考图13描述的情形。

图15的下部部分中描绘了两个曲线图，对应于两个替代的情形：其中进而致使模块堆叠在上部耦合接口(即模块A与B之间)分离的第一情形，以及其中进而致使模块堆叠在下部耦合接口(即模块B与C之间)分离的第二情形。第一情形在图15的左上方部分中描绘，而第二情形在图15的右上方部分中描绘。

对于这些情形中的每一种，在图15的下部部分中绘制了线以展示针对剥离角度(即，在两个模块之间开放的角度)的磁体分离的总变化。可见对于给定的剥离角度，第二情形中所需的磁体分离大于第一情形(用于分裂上部运动的梯度更陡)。这意味着需要更多付出来分裂下部运动，因此将实际上分裂上部运动(需要较少付出)：即实际上第一情形将发生。

可延伸以上推理以展示至少对于相同模块的堆叠，该打破将在最靠近所选枢轴点(旋转轴线46)的耦合接口处发生。因此，不存在将旋转轴线46精确维持在所选耦合接口处的要求，而是应将其维持为比任何其它轴线更接近该耦合接口。换句话说，可设置机器控制器36以控制保持模块16的同时的移动和旋转，以使得保持模块16的所得旋转轴线46，相较于保持模块16或任务模块18内任何两个其它可释放地耦合的模块之间的耦合接口，其保持更接近保持模块16与任务模块18之间的耦合接口。

在模块之间存在不同耦合力和/或不同耦合特征的情况下可适当地修改此方针。更一般化地可称，控制保持模块16的同时的移动和旋转以便维持保持模块16的所得旋转轴线充分接近保持模块16与任务模块18之间的耦合接口，以确保在该耦合接口处发生分离，其优先于保持模块16或任务模块18内任何两个其它可释放地耦合的模块之间的耦合接口。

还将理解，不可能以绝对精度控制保持模块16的移动和旋转，使得即使例如意图是旋转轴线46保持静止，而实际上旋转轴线46也可能不这么做。从以上阐释来看，这显而易见地并不重要，因为该技术合理地容忍此缺陷。在一些情况下，可有意控制该同时的移动和旋转使得旋转轴线46不保持静止，且例如使其跟随预定路径。

将了解，参考图14和图15呈现的分析既定不是严格或完整的，但仅意图提供一个可能的阐释且充当指南。取决于正部署的特定设置，其它因素也可能起作用。举例来说，除比较磁体分离(且因此所付出的劳动)以确定哪一接合点将首先被打破之外，还可能需要较大力来打破横向(滑动)方向而不是轴向(提升)方向中的运动。举例来说，参见图14的左上方部分中的图，在上部接合点(模块A与B之间)的打破将需要左侧运动滑动(而不是提升)而离开，其由于耦合的性质而在机械上难以实现。

将了解，可设置主动储存端口20，其使得实际上在任务模块18上执行相似的主动倾斜动作，而不是如上文所描述的移动且同时旋转保持模块16以通过保持模块16的倾斜动作使保持模块16与任务模块18分离。因此，还提出控制坐标定位机器以使保持模块16与可释放地耦合的任务模块18分离的方法，其中：移动保持模块以使任务模块18与用于固持任务模块18的储存端口20啮合；以及由储存端口20移动且同时旋转任务模块18，同时固持保持模块16大体上静止，以通过任务模块18的倾斜动作使保持模块16与任务模块18分离。此实例中的主动储存端口20将由机器控制器36控制。这区别于上文参考图2描述的先前所考虑的技术，在该先前所考虑的技术中使用被动储存端口20，且此外需要使保持模块16向上移动以造成任务模块18的倾斜动作。以此方式主动地移动/旋转任务模块18在某情形中具有优于先前所考虑的技术的特定优点，在该情形中存在构成保持模块16和/或任务模块18的一个以上的模块，因为可以受控方式完成任务模块18的移动/旋转以便确保打破正确的耦合。也可能将主动地移动/旋转保持模块16与主动地移动/旋转任务模块18组合以通过任务模块18和保持模块16两者的倾斜动作使保持模块16与任务模块18分离。

由本发明实现的优点在于，存在将保持模块耦合到任务模块的力有顺序或分阶段的打破，而不是必须一次性打破整个力，例如如同WO9309398的情况。举例来说，在耦合接口具有三个运动对准特征且使保持模块围绕该三个运动中的两个枢转的情况下，首先在余下的运动处(在旋转阶段期间)打破耦合，且随后在两个枢转运动处(在提升阶段期间)打破耦合。在使保持模块围绕三个运动中的一个枢转的情况下，首先在余下的两个运动处(在旋转阶段期间)打破耦合，且随后在枢转运动处(在提升阶段期间)打破耦合。这类似于将一个层从另一层剥离，其中层之间的耦合力不是一次性在整个区域上被打破，而是循序跨越该区域而打破。在两个理论上刚性平面表面相对于彼此枢转或倾斜的情况下，虽然理论上整个表面区域将同时移动而彼此分开(除了潜在地在旋转轴线处之外)，但实际上在表面和/或耦合结构中可存在某些程度的柔性以使得存在如同剥离的一定程度的有顺序解耦，其中按顺序打破耦合，从离旋转轴线的较远处开始且朝向旋转轴线移动。另外，由于倾斜动作，表面的不同部分将在任何一个时间处于不同分离，且因此由于耦合力和/或耦合结构的性质(例如，磁力取决于分离)而通常将经历不同的耦合力，且因此将存在一个模块从另一模块分阶段的或有顺序的解耦。这有助于避免使模块分离所需的力中的任何大的峰值，其中在本发明的一实施例中的耦合力是循序地或以分阶段的方式被打破而不是同时打破，进而有助于避免对机器马达施加应变且有助于避免任何突然的、猛烈的分离，如WO9309398的情况那样。

将了解，坐标测量机器2的操作可由在该机器2上操作的程序控制，且具体来说由在例如图4中示意性说明的控制器36的坐标测量机器控制器上操作的程序控制。此程序可存储在计算机可读媒体上，或可例如包含于信号中，例如从因特网网站提供的可下载的数据信号。所附权利要求书应解释为涵盖程序本身或作为载体上的记录或作为信号或呈任何其它形式。

虽然已主要在坐标测量机器的上下文中描述本发明的实施例，但本发明更一般化地适用于任何类型的坐标定位机器。坐标定位机器可为例如机床、检查机器人、计算机数字控制(CNC)机器或坐标测量机器。坐标测量机器因此仅是坐标定位机器的一个实例。坐标定位机器通常包含用于支撑该机器正对其操作的对象的工作台，以及可相对于该工作台移动的通常具有三个线性自由度的臂，该臂携载例如切割工具、检查探针或焊接臂等任务模块。常规坐标定位机器在机器人的情况下通过多个串联安装的可旋转接合点或者在机床和坐标测量机器的情况下在多个串联安装的线性导槽上支撑该可移动臂。

Claims (20)

1.一种控制坐标定位机器以使保持模块(16)与可释放地耦合的任务模块(18)分离的方法，所述保持模块(16)被设置在所述机器的可移动部分上，且所述方法包括：

移动所述保持模块(16)以使所述任务模块(18)与用于固持所述任务模块(18)的储存端口(20)啮合；以及

移动且同时旋转所述保持模块(16)以通过所述保持模块(16)的倾斜动作使所述保持模块(16)与所述任务模块(18)分离。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述保持模块(16)包括可释放地彼此串联耦合的多个单独模块。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述任务模块(18)包括可释放地彼此串联耦合的多个单独模块。

4.根据任一前述权利要求所述的方法，其包括控制同时的移动和旋转以便维持用于所述保持模块(16)的所得旋转轴线充分接近于所述保持模块(16)与所述任务模块(18)之间的耦合接口，以确保，相对于所述保持模块(16)或所述任务模块(18)内任何两个其它可释放地耦合的模块之间的耦合接口，使得分离优先发生于所述保持模块(16)与所述任务模块(18)之间的耦合接口处。

5.根据任一前述权利要求所述的方法，其包括控制同时的移动和旋转以使得用于所述保持模块(16)的所得旋转轴线，相对于所述保持模块(16)或所述任务模块(18)内任何两个其它可释放地耦合的模块之间的耦合接口，更接近于所述保持模块(16)与所述任务模块(18)之间的耦合接口。

6.根据任一前述权利要求所述的方法，其包括控制同时的移动和旋转以使得用于所述保持模块(16)的所得旋转轴线保持大体上处于或沿着所述保持模块(16)与所述任务模块(18)之间的耦合接口，或保持大体上处于或沿着所述耦合接口位于的平面或仅从所述耦合接口位于的平面偏移。

7.根据权利要求6所述的方法，其中控制所述旋转轴线以保持大体上处于或靠近所述保持模块(16)与所述任务模块(18)之间的所述耦合接口的边缘。

8.根据权利要求6所述的方法，其中控制所述旋转轴线以保持大体上处于从所述保持模块(16)与所述任务模块(18)之间的所述耦合接口的边缘偏移的位置。

9.根据任一前述权利要求所述的方法，其中所述保持模块(16)与所述任务模块(18)之间的所述耦合接口包括多个对准部件，其用于当可释放地耦合时相对于所述保持模块(16)对准所述任务模块(18)。

10.根据权利要求9所述的方法，其包括控制同时的移动和旋转以使得用于所述保持模块(16)的所得旋转轴线大体上通过所述对准部件中的第一对准部件，进而使得所述保持模块(16)围绕所述第一对准部件枢转。

11.根据权利要求10所述的方法，其包括控制所述保持模块(16)的同时的移动和旋转以使得所述旋转轴线大体上通过所述对准部件中的第一和第二对准部件，进而使得所述保持模块(16)围绕所述第一和第二对准部件枢转。

12.根据权利要求9、10或11所述的方法，其中所述对准部件形成所述保持模块(16)与所述任务模块(18)之间的运动耦合。

13.根据任一前述权利要求所述的方法，其中在所述保持模块(16)的同时的移动和旋转期间，所述移动是沿着大体上位于一平面中的路径，而所述同时旋转是围绕大体上正交于所述平面的轴线。

14.根据权利要求13所述的方法，其中所述平面大体上正交于所述任务模块(18)与所述保持模块(16)之间的耦合接口。

15.根据任一前述权利要求所述的方法，其中所述任务模块(18)在所述保持模块(16)的同时的移动和旋转期间在所述储存端口(20)中大体上保持静止。

16.根据任一前述权利要求所述的方法，其中在所述保持模块(16)的同时的移动和旋转期间，所述移动是沿着部分圆形路径。

17.一种坐标定位机器控制器，其被配置来执行根据任一前述权利要求所述的方法。

18.一种坐标定位机器，其包括根据权利要求17所述的控制器。

19.一种计算机程序，其当由坐标定位机器控制器运行时致使所述控制器执行根据权利要求1到16中任一权利要求所述的方法。

20.一种计算机可读媒体，其中存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令用于控制坐标定位机器控制器以执行根据权利要求1到16中任一权利要求所述的方法。