DE112011100290T5

DE112011100290T5 - Koordinatenmessgerät mit einem beleuchteten Sondenende und Betriebsverfahren

Info

Publication number: DE112011100290T5
Application number: DE112011100290T
Authority: DE
Inventors: Clark H. Briggs; David M. Danielson
Original assignee: Faro Technologies Inc
Current assignee: Faro Technologies Inc
Priority date: 2010-01-20
Filing date: 2011-01-14
Publication date: 2013-02-28
Also published as: US20110176148A1; WO2011090888A2; GB2489370A; JP2013517496A; US8284407B2; JP5306545B2; WO2011090888A3; GB201212486D0; CN102782442A; US8537374B2; GB2489370B; US20130025144A1; GB201302639D0

Abstract

Es ist ein tragbares Gelenkarm-Koordinatenmessgerät (Gelenkarm-KMG) vorgesehen. Das Gelenkarm-KMG (100) umfasst einen manuell positionierbaren Gelenkarm (104) mit entgegengesetzten ersten und zweiten Enden. Der Arm (104) umfasst mehrere verbundene Armsegmente (106, 108), wobei jedes der Armsegmente (106, 108) mindestens ein Positionsmessgerät zur Erzeugung eines Positionssignals umfasst. Eine Messvorrichtung (118) ist an einem ersten Ende des Gelenkarm-KMG (100) befestigt. Eine elektronische Schaltung (210) ist für den Empfang der Positionssignale von den Positionsmessgeräten und für die Bereitstellung von Daten, die einer Lage der Messvorrichtung (118) entsprechen, vorgesehen. Eine Lichtquelle (402) ist an den Arm (104) gekoppelt und derart angeordnet, dass sie Licht angrenzend an die Messvorrichtung (118) ausstrahlt.

Description

Querverweis auf verwandte Anmeldungen
Die vorliegende Anmeldung beansprucht den Vorteil der am 20. Januar 2010 angemeldeten vorläufigen Patentanmeldung, Aktenzeichen 61/296,555, und der am 8. Juli 2010 angemeldeten vorläufigen Patentanmeldung, Aktenzeichen 61/362,497, deren Inhalte hiermit in ihrer Gesamtheit einbezogen werden.
Hintergrund
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Koordinatenmessgerät und insbesondere ein tragbares Gelenkarm-Koordinatenmessgerät mit Zielbereichs-Beleuchtungsmerkmalen, die in das Sondenende des tragbaren Gelenkarm-Koordinatenmessgeräts integriert sind.
Tragbare Gelenkarm-Koordinatenmessgeräte (Gelenkarm-KMGs) fanden eine weit verbreitete Verwendung bei der Fertigung bzw. Herstellung von Teilen, wo ein Bedarf daran besteht, die Abmessungen des Teils während verschiedener Schritte der Fertigung bzw. Herstellung (z. B. der mechanischen Bearbeitung) des Teils schnell und genau nachzuprüfen. Tragbare Gelenkarm-KMGs stellen eine weitgehende Verbesserung gegenüber bekannten unbeweglichen bzw. feststehenden, kostenintensiven und relativ schwer zu bedienenden Messeinrichtungen dar, und zwar insbesondere hinsichtlich des Zeitaufwands, der für die Durchführung der Messungen der Dimensionen relativ komplexer Teile anfällt. Normalerweise führt ein Bediener eines tragbaren Gelenkarm-KMG einfach eine Sonde entlang der Oberfläche des zu messenden Teils oder Objekts. Die Messdaten werden dann aufgezeichnet und dem Bediener bereitgestellt. In einigen Fällen werden die Daten dem Bediener in optischer Form bereitgestellt, beispielsweise in dreidimensionaler (3-D) Form auf einem Computerbildschirm. In anderen Fällen werden die Daten dem Bediener in numerischer Form bereitgestellt, beispielsweise wenn bei der Messung des Durchmessers eines Lochs der Text „Durchmesser = 1,0034” auf einem Computerbildschirm angezeigt wird.
Ein Beispiel eines Gelenkarm-KMG des Stands der Technik wird in dem US-Patent Nr. 5,402,582 ('582) des gleichen Inhabers offenbart, welches hierin in seiner Gesamtheit einbezogen wird. Das Patent '582 offenbart ein 3-D-Messsystem, das ein manuell bedientes Gelenkarm-KMG mit einem Tragunterteil an einem Ende und einer Messsonde am anderen Ende umfasst. Das US-Patent Nr. 5,611,147 ('147) des gleichen Inhabers, welches hierin in seiner Gesamtheit einbezogen wird, offenbart ein ähnliches Gelenkarm-KMG. In dem Patent '147 umfasst das Gelenkarm-KMG mehrere Merkmale einschließlich einer zusätzlichen Drehachse am Sondenende, wodurch für einen Arm eine Konfiguration mit zwei-zwei-zwei oder zwei-zwei-drei Achsen bereitgestellt wird (wobei Letztere ein Arm mit sieben Achsen ist).
Bei der Handhabung einer Sonde am Ende eines Gelenkarm-KMG möchte der Bediener des Gelenkarm-KMG häufig in einem Teil eines Hohlraums arbeiten oder sehen, also beispielsweise unter einer Lippe auf einem Teil. Diese oder andere relativ schwer zugängliche Positionen führen oft dazu, dass die Oberfläche des Teils im Schatten liegt. Es versteht sich, dass diese Positionierung dem Bediener des Gelenkarm-KMG manchmal die richtige Erkennung der Merkmale desjenigen Teils relativ erschwert, zu dem die Sonde für die Messung Zugang hat. Häufig wird getrennt vom Arm des Gelenkarm-KMG eine Zusatzbeleuchtung in Form von tragbaren Arbeits-, Stirn- oder Handlampen vorgesehen. Diese können für den Bediener des Gelenkarm-KMG jedoch bei der Benutzung hinderlich sein und zusätzliche Zeit oder weiteres Personal für die Einstellung und Bedienung erforderlich machen.
Obwohl die bereits vorhandenen Gelenkarm-KMGs für ihre beabsichtigten Zwecke geeignet sind, besteht Bedarf an einem tragbaren Gelenkarm-KMG, das bestimmte Merkmale von Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung aufweist. Es besteht insbesondere Bedarf an einer effektiven Lösung für die Beleuchtung von relativ schwer zu beleuchtenden Stellen von Teilen durch die Verwendung einer Zielbereichsbeleuchtung.
Zusammenfassung der Erfindung
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist ein tragbares Gelenkarm-Koordinatenmessgerät (Gelenkarm-KMG) vorgesehen. Das Gelenkarm-KMG umfasst einen manuell positionierbaren Gelenkarmabschnitt mit entgegengesetzten ersten und zweiten Enden, wobei der Armabschnitt mehrere verbundene Armsegmente umfasst, wobei jedes der Armsegmente mindestens ein Positionsmessgerät zur Erzeugung eines Positionssignals umfasst. An das erste Ende ist eine Messvorrichtung gekoppelt. Es ist eine elektronische Schaltung vorgesehen, die die Positionssignale von den Positionsmessgeräten empfängt und Daten bereitstellt, die einer Lage der Messvorrichtung entsprechen. Ein Sondenendabschnitt ist zwischen der Messvorrichtung und dem ersten Ende angekoppelt. Es ist mindestens eine Lichtquelle an einer Schnittstelle zwischen dem Sondenendabschnitt und der Messvorrichtung angeordnet, wobei die mindestens eine Lichtquelle derart angeordnet ist, dass sie sichtbares Licht angrenzend an die Messvorrichtung projiziert.
Gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist ein Gelenkarm-KMG vorgesehen. Das Gelenkarm-KMG umfasst einen manuell positionierbaren Gelenkarmabschnitt mit entgegengesetzten ersten und zweiten Enden, wobei der Armabschnitt mehrere verbundene Armsegmente umfasst, wobei jedes der Armsegmente mindestens ein Positionsmessgerät zur Erzeugung eines Positionssignals umfasst. Am ersten Ende des Gelenkarm-KMG ist eine Messvorrichtung befestigt. Es ist eine elektronische Schaltung vorgesehen, die die Positionssignale von den Positionsmessgeräten empfängt und Daten bereitstellt, die einer Lage der Messvorrichtung entsprechen. Ein Sondenendabschnitt ist an das erste Ende gekoppelt. Mindestens eine Lichtquelle ist entfernt vom ersten Ende angeordnet und mit dem Sondenendabschnitt wirkverbunden, wobei die mindestens eine Lichtquelle angrenzend an die Messvorrichtung Licht projiziert, um die Betrachtung eines Teils zu erleichtern, das von dem Gelenkarm-KMG gemessen wird.
Gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist ein anderes Gelenkarm-KMG vorgesehen. Das Gelenkarm-KMG umfasst einen manuell positionierbaren Gelenkarmabschnitt mit entgegengesetzten ersten und zweiten Enden, wobei der Armabschnitt mehrere verbundene Armsegmente umfasst, wobei jedes der Armsegmente mindestens ein Positionsmessgerät zur Erzeugung eines Positionssignals umfasst. An das erste Ende des Gelenkarm-KMG ist eine Messvorrichtung gekoppelt, wobei die Messvorrichtung einen Körper aufweist, wobei der Körper mindestens eine Öffnung umfasst. Es ist eine elektronische Schaltung vorgesehen, die die Positionssignale von den Positionsmessgeräten empfängt und Daten bereitstellt, die einer Lage der Messvorrichtung entsprechen. Ein Sondenendabschnitt ist zwischen dem ersten Ende und der Messvorrichtung angeordnet, wobei der Sondenendabschnitt ein Gehäuse und einen Griff aufweist. Eine Lichtquelle mit mindestens einer LED ist mit dem Sondenendabschnitt wirkverbunden, wobei die Lichtquelle mit der mindestens einen Öffnung zusammenwirkt und sichtbares Licht von der Öffnung aus projiziert, um die Betrachtung eines Teils zu erleichtern, das von dem Gelenkarm-KMG gemessen wird.
Gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist ein weiteres Gelenkarm-KMG vorgesehen. Das Gelenkarm-KMG umfasst einen manuell positionierbaren Gelenkarm mit entgegengesetzten ersten und zweiten Enden, wobei der Arm mehrere verbundene Armsegmente umfasst, wobei jedes der Armsegmente mindestens ein Positionsmessgerät zur Erzeugung eines Positionssignals umfasst. An das erste Ende ist eine Messvorrichtung gekoppelt. Auf dem tragbaren Gelenkarm-Kordinatenmessgerät ist mindestens eine Lichtquelle angeordnet, wobei die mindestens eine Lichtquelle eine einstellbare Farbe aufweist, die zur Beleuchtung eines an die Messvorrichtung angrenzenden Bereichs projiziert wird. Es ist eine elektronische Schaltung vorgesehen, die die Positionssignale von den Positionsmessgeräten empfängt, Daten, die einer Lage der Messvorrichtung entsprechen, bereitstellt und die einstellbare Farbe steuert.
Gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist ein weiteres Gelenkarm-KMG vorgesehen. Das Gelenkarm-KMG umfasst einen manuell positionierbaren Gelenkarmabschnitt mit entgegengesetzten ersten und zweiten Enden, wobei der Armabschnitt mehrere verbundene Armsegmente umfasst, wobei jedes der Armsegmente mindestens ein Positionsmessgerät zur Erzeugung von Positionssignalen umfasst. An das erste Ende ist ein Sondenendabschnitt gekoppelt. Eine Messvorrichtung ist an einem vom ersten Ende entfernten Ende des Sondenendabschnitts befestigt. Es ist eine elektronische Schaltung vorgesehen, die die Positionssignale von den Positionsmessgeräten empfängt und Daten bereitstellt, die einer Lage der Messvorrichtung entsprechen. Ein Griff ist an einen mittleren Abschnitt des Sondenendabschnitts gekoppelt, wobei der mittlere Abschnitt zwischen der Messvorrichtung und dem ersten Ende angeordnet ist. Mindestens eine Lichtquelle ist auf einer an die Messvorrichtung angrenzenden Seite mit dem Griff wirkverbunden, wobei die mindestens eine Lichtquelle Licht angrenzend an die Messvorrichtung projiziert, um die Betrachtung eines Teils zu erleichtern, das von dem Gelenkarm-KMG gemessen wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Nun Bezug nehmend auf die Zeichnungen, sind beispielhafte Ausgestaltungen dargestellt, welche nicht als den gesamten Schutzbereich der Offenbarung einschränkend aufzufassen sind und wobei die Elemente in mehreren Figuren gleich nummeriert sind:
1 einschließlich 1A und 1B sind perspektivische Darstellungen eines tragbaren Gelenkarm-Koordinatenmessgeräts (Gelenkarm-KMG), das Ausgestaltungen verschiedener Aspekte der vorliegenden Erfindung darin aufweist;
2 einschließlich 2A–2D zusammengenommen sind Blockschaltbilder der Elektronik, die als Teil des Gelenkarm-KMG von 1 gemäß einer Ausgestaltung verwendet wird;
3 einschließlich 3A und 3B zusammengenommen sind Blockschaltbilder, die detaillierte Merkmale des elektronischen Datenverarbeitungssystems von 2 gemäß einer Ausgestaltung beschreiben;
4 ist eine detailliertere perspektivische Darstellung des Sondenendabschnitts des Gelenkarm-KMG von 1 mit dem Griff und einer beleuchteten Sonde, die daran befestigt sind;
5 ist eine aufgeschnittene Querschnittsansicht der in 4 dargestellten Messvorrichtung mit integrierten Merkmalen der Zielbereichsbeleuchtung gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung;
6 ist eine perspektivische Darstellung einer Lichtführung, die von einer oder mehreren Lichtquellen im Sondengehäuse ausgeht und als Lichtring konfiguriert ist, um dadurch 360 Grad Beleuchtung rings um das Sondengehäuse nahe der Messvorrichtung bereitzustellen;
7 ist eine Explosionsdarstellung einer anderen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung, bei der die LEDs und die elektronischen Karten mit dem Sondenende am Ende des Gelenkarm-KMG von 1 eingebaut sind;
8 ist eine perspektivische Darstellung des Sondengehäuses der Ausgestaltung von 7, bei der das Sondengehäuse Löcher, Lichtführungen oder Linsen aufweist, durch welche das Licht der LEDs auf dem Sondenende durch Linsen auf dem Sondengehäuse hindurch zu einem Zielbereich verläuft;
9 ist eine perspektivische Darstellung einer anderen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung, bei der das Sondenende des Gelenkarm-KMG von einer oder mehreren Lichtquellen beleuchtet wird, die auf einer elektronischen Schaltkarte angeordnet sind, die in dem Sondenende des Gelenkarm-KMG positioniert ist;
10 ist eine perspektivische Darstellung eines am Sondenende des Gelenkarm-KMG von 1 befestigten Griffs, wobei der Griff eine oder mehrere integrierte Lichtquellen gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung umfasst;
11 ist eine perspektivische Darstellung einer am Gelenkarm-KMG von 1 montierten Laserliniensonde (LLP), wobei eine integrierte Lichtquelle auf der Stirnseite der LLP gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung angeordnet ist; und
12 ist eine Seitenansicht eines Sondenendes des Gelenkarm-KMG von 1, bei der das Sondenende einen Lichtring aufweist, der verschiedene Farben darstellen kann.
Detaillierte Beschreibung
Es ist erstrebenswert, ein tragbares Gelenkarm-Koordinatenmessgerät zu haben, das dem Bediener eine Beleuchtung und visuelle Rückmeldung bereitstellt. Die Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung beinhalten die Vorteile einer integrierten Lichtquelle, die Licht auf eine Messvorrichtung und den umgebenden Bereich richtet. Andere Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung beinhalten Vorteile, indem sie dem Bediener eine Sichtanzeige des Zustands des Koordinatenmessgeräts mit einer farbigen Lichtquelle auf einem Sondenende bereitstellen. Noch weitere Ausgestaltungen der Erfindung beinhalten die Vorteile einer Lichtquelle, die mit einem Sensor gekoppelt ist, um dem Bediener eine visuelle Rückmeldung eines gemessenen Parameters bereitzustellen, der dem gemessenen Objekt zugeordnet ist.
1A und 1B veranschaulichen in der Perspektive ein tragbares Gelenkarm-Koordinatenmessgerät (Gelenkarm-KMG) 100 gemäß verschiedenen Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung, wobei ein Gelenkarm ein Typ von Koordinatenmessgerät ist. 1A und 1B zeigen, dass das beispielhafte Gelenkarm-KMG 100 ein Gelenkmessgerät mit sechs oder sieben Achsen umfassen kann, das ein Messsondengehäuse 102 aufweist, das an einem Ende an einen Armabschnitt 104 des Gelenkarm-KMG 100 gekoppelt ist. Der Armabschnitt 104 umfasst ein erstes Armsegment 106, das durch eine erste Gruppierung von Lagereinsätzen 110 (z. B. zwei Lagereinsätze) an ein zweites Armsegment 108 gekoppelt ist. Eine zweite Gruppierung von Lagereinsätzen 112 (z. B. zwei Lagereinsätze) koppelt das zweite Armsegment 108 an das Messsondengehäuse 102. Eine dritte Gruppierung von Lagereinsätzen 114 (z. B. drei Lagereinsätze) koppelt das erste Armsegment 106 an ein Unterteil 116, das am anderen Ende des Armabschnitts 104 des Gelenkarm-KMG 100 angeordnet ist. Jede Gruppierung von Lagereinsätzen 110, 112, 114 stellt mehrere Achsen der Gelenkbewegung bereit. Das Messsondengehäuse 102 kann auch die Welle des siebten Achsenabschnitts des Gelenkarm-KMG 100 umfassen (z. B. einen Einsatz, der ein Kodierersystem enthält, das die Bewegung des Messgeräts, beispielsweise einer Sonde 118, in der siebten Achse des Gelenkarm-KMG 100 bestimmt). Das Unterteil 116 ist bei der Verwendung des Gelenkarm-KMG 100 normalerweise an einer Arbeitsfläche befestigt.
Jeder Lagereinsatz in der Lagereinsatzgruppierung 110, 112, 114 enthält normalerweise ein Kodierersystem (z. B. ein optisches Winkelkodierersystem). Das Kodierersystem (d. h. ein Positionsmessgerät) stellt eine Angabe der Position der jeweiligen Armsegmente 106, 108 und der entsprechenden Lagereinsatzgruppierungen 110, 112, 114 bereit, die alle zusammen eine Angabe der Position der Sonde 118 in Bezug auf das Unterteil 116 (und somit die Position des durch das Gelenkarm-KMG 100 gemessenen Objekts in einem bestimmten Bezugssystem – beispielsweise einem lokalen oder globalen Bezugssystem) bereitstellen. Die Armsegmente 106, 108 können aus einem in geeigneter Weise starren Material bestehen, beispielsweise, ohne darauf beschränkt zu sein, einem Kohlefaserverbundmaterial. Ein tragbares Gelenkarm-KMG 100 mit sechs oder sieben Achsen der Gelenkbewegung (d. h. Freiheitsgraden) stellt die Vorteile bereit, dass dem Bediener gestattet wird, die Sonde 118 an einer gewünschten Stelle in einem 360°-Bereich rings um das Unterteil 116 zu positionieren, wobei ein Armabschnitt 104 bereitgestellt wird, der leicht von dem Bediener gehandhabt werden kann. Es ist jedoch zu erkennen, dass die Darstellung eines Armabschnitts 104 mit zwei Armsegmenten 106, 108 als Beispiel dient und dass die beanspruchte Erfindung nicht dadurch eingeschränkt sein sollte. Ein Gelenkarm-KMG 100 kann eine beliebige Anzahl an Armsegmenten aufweisen, die durch Lagereinsätze (und somit mehr oder weniger als sechs oder sieben Achsen der Gelenkbewegung bzw. Freiheitsgrade) miteinander gekoppelt sind.
Die Sonde 118 ist abnehmbar am Messsondengehäuse 102 angebracht, welches mit der Lagereinsatzgruppierung 112 verbunden ist. Ein Griff 126 ist in Bezug auf das Messsondengehäuse 102 beispielsweise mittels eines Schnellverbinders abnehmbar. Der Griff 126 kann durch ein anderes Gerät ersetzt werden (z. B. eine Laserliniensonde, einen Strichcodeleser), wodurch die Vorteile bereitgestellt werden, dass dem Bediener die Verwendung verschiedener Messgeräte mit demselben Gelenkarm-KMG 100 gestattet wird. Das Messsondengehäuse 102 beherbergt bei beispielhaften Ausgestaltungen eine abnehmbare Sonde 118, die ein Kontaktmessgerät ist und verschiedene Spitzen 118 aufweisen kann, die das zu messende Objekt physisch berühren und folgende umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein: Sonden vom Typ Kugel, berührungsempfindlich, gebogen oder verlängert. Bei anderen Ausgestaltungen wird die Messung beispielsweise durch ein berührungsloses Gerät wie z. B. eine Laserliniensonde (LLP; laser line probe) durchgeführt. Der Griff 126 ist bei einer Ausgestaltung durch die LLP ersetzt, wobei der Schnellverbinder verwendet wird. Andere Typen von Messgeräten können den abnehmbaren Griff 126 ersetzen, um eine zusätzliche Funktionalität bereitzustellen. Die Beispiele für solche Messgeräte umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein, z. B. eine oder mehrere Beleuchtungslampen, einen Temperatursensor, einen Thermoscanner, einen Strichcodescanner, einen Projektor, eine Lackierpistole, eine Kamera oder dergleichen.
In 1A und 1B ist ersichtlich, dass das Gelenkarm-KMG 100 den abnehmbaren Griff 126 umfasst, der die Vorteile bereitstellt, dass Ausrüstungsteile oder Funktionalitäten ausgetauscht werden können, ohne dass das Messsondengehäuse 102 von der Lagereinsatzgruppierung 112 entfernt werden muss. Wie unter Bezugnahme auf 2 detaillierter besprochen wird, kann der abnehmbare Griff 126 auch einen elektrischen Anschluss umfassen, der es gestattet, dass elektrische Energie und Daten mit dem Griff 126 und der im Sondenende angeordneten entsprechenden Elektronik ausgetauscht werden.
Bei verschiedenen Ausgestaltungen ermöglicht jede Gruppierung von Lagereinsätzen 110, 112, 114, dass der Armabschnitt 104 des Gelenkarm-KMG 100 um mehrere Drehachsen bewegt wird. Wie bereits erwähnt, umfasst jede Lagereinsatzgruppierung 110, 112, 114 entsprechende Kodierersysteme wie beispielsweise optische Winkelkodierer, die jeweils koaxial mit der entsprechenden Drehachse z. B. der Armsegmente 106, 108 angeordnet sind. Das optische Kodierersystem erfasst eine Drehbewegung (Schwenkbewegung) oder Querbewegung (Gelenkbewegung) beispielsweise von jedem der Armsegmente 106, 108 um die entsprechende Achse und überträgt ein Signal zu einem elektronischen Datenverarbeitungssystem in dem Gelenkarm-KMG 100, wie hierin im Folgenden ausführlicher beschrieben wird. Jede einzelne unverarbeitete Kodiererzählung wird separat als Signal zu dem elektronischen Datenverarbeitungssystem gesendet, wo sie zu Messdaten weiterverarbeitet wird. Es ist kein von dem Gelenkarm-KMG 100 selbst getrennter Positionsberechner (z. B. eine serielle Box) erforderlich, der in dem US-Patent Nr. 5,402,582 ('582) des gleichen Inhabers offenbart wird.
Das Unterteil 116 kann eine Befestigungs- bzw. Montagevorrichtung 120 umfassen. Die Montagevorrichtung 120 ermöglicht die abnehmbare Montage des Gelenkarm-KMG 100 an einer gewünschten Stelle wie beispielsweise einem Inspektionstisch, einem Bearbeitungszentrum, einer Wand oder dem Boden. Das Unterteil 116 umfasst bei einer Ausgestaltung einen Griffabschnitt 122, der eine zweckmäßige Stelle ist, an welcher der Bediener das Unterteil 116 hält, während das Gelenkarm-KMG 100 bewegt wird. Bei einer Ausgestaltung umfasst das Unterteil 116 ferner einen beweglichen Abdeckungsabschnitt 124, der herunterklappbar ist, um eine Benutzerschnittstelle wie beispielsweise einen Bildschirm freizugeben.
Gemäß einer Ausgestaltung enthält bzw. beherbergt das Unterteil 116 des tragbaren Gelenkarm-KMG 100 ein elektronisches Datenverarbeitungssystem, das zwei Hauptkomponenten umfasst: ein Basisverarbeitungssystem, das die Daten der verschiedenen Kodierersysteme im Gelenkarm-KMG 100 sowie Daten, die andere Armparameter zur Unterstützung der dreidimensionalen (3-D) Positionsberechnungen repräsentieren, verarbeitet; und ein Benutzerschnittstellen-Verarbeitungssystem, das ein integriertes Betriebssystem, einen berührungssensitiven Bildschirm und eine residente Anwendungssoftware umfasst, welche die Implementierung relativ vollständiger messtechnischer Funktionen innerhalb des Gelenkarm-KMG 100 gestattet, ohne dass dabei eine Verbindung zu einem externen Computer vorhanden sein muss.
Das elektronische Datenverarbeitungssystem im Unterteil 116 kann mit den Kodierersystemen, Sensoren und anderer peripherer Hardware, die entfernt vom Unterteil 116 angeordnet ist (z. B. eine LLP, die am abnehmbaren Griff 126 an dem Gelenkarm-KMG 100 montiert werden kann), kommunizieren. Die Elektronik, die diese peripheren Hardwarevorrichtungen oder -merkmale unterstützt, kann in jeder der in dem tragbaren Gelenkarm-KMG 100 angeordneten Lagereinsatzgruppierungen 110, 112, 114 angeordnet sein.
2 ist ein Blockschaltbild der Elektronik, die gemäß einer Ausgestaltung in einem Gelenkarm-KMG 100 verwendet wird. Die in 2 dargestellte Ausgestaltung umfasst ein elektronisches Datenverarbeitungssystem 210, das eine Basisprozessorkarte 204 zur Implementierung des Basisverarbeitungssystems, eine Benutzerschnittstellenkarte 202, eine Basisenergiekarte 206 zur Bereitstellung von Energie, ein Bluetooth-Modul 232 und eine Basisneigungskarte 208 umfasst. Die Benutzerschnittstellenkarte 202 umfasst einen Computerprozessor zum Ausführen der Anwendungssoftware, um die Benutzerschnittstelle, den Bildschirm und andere hierin beschriebene Funktionen durchzuführen.
In 2 ist ersichtlich, dass das elektronische Datenverarbeitungssystem 210 über einen oder mehrere Armbusse 218 mit den vorgenannten mehreren Kodierersystemen kommuniziert. Jedes Kodierersystem erzeugt bei der in 2 dargestellten Ausgestaltung Kodiererdaten und umfasst: eine Kodierer-Armbus-Schnittstelle 214, einen digitalen Kodierer-Signalprozessor (DSP) 216, eine Kodierer-Lesekopf-Schnittstelle 234 und einen Temperatursensor 212. Andere Geräte wie beispielsweise Dehnungssensoren können an den Armbus 218 angeschlossen werden.
In 2 ist auch die Sondenende-Elektronik 230 dargestellt, die mit dem Armbus 218 kommuniziert. Die Sondenende-Elektronik 230 umfasst einen Sondenende-DSP 228, einen Temperatursensor 212, einen Griff-/LLP-Schnittstellenbus 240, der bei einer Ausgestaltung über einen Schnellverbinder mit dem Griff 126 oder der LLP 242 verbindet, und eine Sondenschnittstelle 226. Der Schnellverbinder ermöglicht den Zugang des Griffs 126 zu dem Datenbus, den Steuerleitungen, dem von der LLP 242 benutzten Energiebus und anderen Ausrüstungsteilen. Die Sondenende-Elektronik 230 ist bei einer Ausgestaltung in dem Messsondengehäuse 102 an dem Gelenkarm-KMG 100 angeordnet. Der Griff 126 kann bei einer Ausgestaltung von dem Schnellverbinder entfernt werden und die Messung kann mit der Laserliniensonde (LLP) 242, die über den Griff-/LLP-Schnittstellenbus 240 mit der Sondenende-Elektronik 230 des Gelenkarm-KMG 100 kommuniziert, durchgeführt werden. Bei einer Ausgestaltung sind das elektronische Datenverarbeitungssystem 210 im Unterteil 106 des Gelenkarm-KMG 100, die Sondenende-Elektronik 230 im Messsondengehäuse 102 des Gelenkarm-KMG 100 und die Kodierersysteme in den Lagereinsatzgruppierungen 110, 112, 114 angeordnet. Die Sondenschnittstelle 226 kann durch ein beliebiges geeignetes Kommunikationsprotokoll, das im Handel erhältliche Produkte von Maxim Integrated Products, Inc., die als 1-Wire^®-Kommunikationsprotokoll 236 ausgebildet sind, umfasst, mit dem Sondenende-DSP 228 verbunden werden.
3 ist ein Blockschaltbild, das detaillierte Merkmale des elektronischen Datenverarbeitungssystems 210 des Gelenkarm-KMG 100 gemäß einer Ausgestaltung beschreibt. Das elektronische Datenverarbeitungssystem 210 ist bei einer Ausgestaltung im Unterteil 116 des Gelenkarm-KMG 100 angeordnet und umfasst die Basisprozessorkarte 204, die Benutzerschnittstellenkarte 202, eine Basisenergiekarte 206, ein Bluetooth-Modul 232 und ein Basisneigungsmodul 208.
Bei einer in 3 dargestellten Ausgestaltung umfasst die Basisprozessorkarte 204 die verschiedenen hierin dargestellten funktionellen Blöcke. Eine Basisprozessorfunktion 302 wird beispielsweise verwendet, um die Erfassung von Messdaten des Gelenkarm-KMG 100 zu unterstützen, und empfängt über den Armbus 218 und eine Bussteuermodulfunktion 308 unverarbeitete Armdaten (z. B. Daten des Kodierersystems). Die Speicherfunktion 304 speichert Programme und statische Armkonfigurationsdaten. Die Basisprozessorkarte 204 umfasst ferner eine für eine externe Hardwareoption vorgesehene Portfunktion 310, um mit etwaigen externen Hardwaregeräten oder Ausrüstungsteilen wie beispielsweise einer LLP 242 zu kommunizieren. Eine Echtzeituhr (RTC; real time clock) und ein Protokoll 306, eine Batteriesatzschnittstelle (IF; interface) 316 und ein Diagnoseport 318 sind ebenfalls in der Funktionalität bei einer Ausgestaltung der in 3 abgebildeten Basisprozessorkarte 204 enthalten.
Die Basisprozessorkarte 204 leitet auch die gesamte drahtgebundene und drahtlose Datenkommunikation mit externen (Host-Rechner) und internen (Bildschirmprozessor 202) Geräten. Die Basisprozessorkarte 204 ist in der Lage, über eine Ethernet-Funktion 320 mit einem Ethernet-Netzwerk [wobei z. B. eine Taktsynchronisations-Norm wie beispielsweise IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) 1588 verwendet wird], über eine LAN-Funktion 322 mit einem drahtlosen Local Area Network (WLAN; wireless local area network) und über eine Parallel-Seriell-Kommunikations-Funktion (PSK-Funktion) 314 mit dem Bluetooth-Modul 232 zu kommunizieren. Die Basisprozessorkarte 204 umfasst des Weiteren einen Anschluss an ein Universal-Serial-Bus-Gerät (USB-Gerät) 312.
Die Basisprozessorkarte 204 überträgt und erfasst unverarbeitete Messdaten (z. B. Zählungen des Kodierersystems, Temperaturmesswerte) für die Verarbeitung zu Messdaten, ohne dass dabei irgendeine Vorverarbeitung erforderlich ist, wie sie beispielsweise bei der seriellen Box des vorgenannten Patents '582 offenbart wird. Der Basisprozessor 204 sendet die verarbeiteten Daten über eine RS485-Schnittstelle (IF) 326 zu dem Bildschirmprozessor 328 auf der Benutzerschnittstellenkarte 202. Bei einer Ausgestaltung sendet der Basisprozessor 204 auch die unverarbeiteten Messdaten an einen externen Computer.
Nun Bezug nehmend auf die Benutzerschnittstellenkarte 202 in 3, werden die vom Basisprozessor empfangenen Winkel- und Positionsdaten von auf dem Bildschirmprozessor 328 ausgeführten Anwendungen verwendet, um ein autonomes messtechnisches System in dem Gelenkarm-KMG 100 bereitzustellen. Die Anwendungen können auf dem Bildschirmprozessor 328 ausgeführt werden, um beispielsweise folgende, aber nicht darauf beschränkte Funktionen zu unterstützen: Messung von Merkmalen, Anleitungs- und Schulungsgrafiken, Ferndiagnostik, Temperaturkorrekturen, Steuerung verschiedener Betriebseigenschaften, Verbindung zu verschiedenen Netzwerken und Anzeige gemessener Objekte. Die Benutzerschnittstellenkarte 202 umfasst zusammen mit dem Bildschirmprozessor 328 und einer Schnittstelle für einen Flüssigkristallbildschirm (LCD-Bildschirm; liquid crystal display) 338 (z. B. ein berührungssensitiver LCD-Bildschirm) mehrere Schnittstellenoptionen, zu denen eine Secure-Digital-Karten-Schnittstelle (SD-Karten-Schnittstelle) 330, ein Speicher 332, eine USB-Host-Schnittstelle 334, ein Diagnoseport 336, ein Kameraport 340, eine Audio-/Video-Schnittstelle 342, ein Wähl-/Funkmodem 344 und ein Port 346 für das Global Positioning System (GPS) gehören.
Das in 3 abgebildete elektronische Datenverarbeitungssystem 210 umfasst des Weiteren eine Basisenergiekarte 206 mit einem Umgebungsaufzeichnungsgerät 362 zur Aufzeichnung von Umgebungsdaten. Die Basisenergiekarte 206 stellt auch Energie für das elektronische Datenverarbeitungssystem 210 bereit, wobei ein Wechselstrom-Gleichstrom-Wandler 358 und eine Batterieladegerät-Steuerung 360 verwendet werden. Die Basisenergiekarte 206 kommuniziert über einen seriellen Single-Ended-Bus 354, der eine Inter-Integrated Circuit (I2C) aufweist, sowie über eine serielle Peripherieschnittstelle einschließlich DMA (DSPI) 356 mit der Basisprozessorkarte 204. Die Basisenergiekarte 206 ist über eine Ein-/Ausgabe-Erweiterungsfunktion (I/O-Erweiterungsfunktion) 364, die in der Basisenergiekarte 206 implementiert ist, mit einem Neigungssensor und einem Radiofrequenzidentifikations-Modul (RFID-Modul) 208 verbunden.
Obwohl sie als getrennte Komponenten dargestellt sind, können alle oder eine Untergruppe der Komponenten bei anderen Ausgestaltungen physisch an verschiedenen Stellen angeordnet sein und/oder die Funktionen auf andere Art als bei der in 3 dargestellten kombiniert sein. Beispielsweise sind die Basisprozessorkarte 204 und die Benutzerschnittstellenkarte 202 bei einer Ausgestaltung in einer physischen Karte kombiniert.
Bezug nehmend auf 4, ist dort der Sondenendabschnitt 400 detaillierter dargestellt, der den Griff 126 aufweist, der beispielsweise mittels einer mechanischen und elektronischen Schnittstelle daran angeschlossen ist. Der Sondenendabschnitt 400 kann verschiedene Komponenten umfassen, beispielsweise, ohne darauf beschränkt zu sein, eine Innenwelle, ein Gehäuse, Lager, eine Elektronik, die die Signalverarbeitung und/oder andere Funktionen durchführen kann, Lichtringe und eine Sicherungsmutter. Die berührende oder berührungslose Messvorrichtung 118 ist am Messsondengehäuse 102 angebracht. Wie nachfolgend ausführlicher beschrieben wird, können das Messsondengehäuse 102, die Messvorrichtung 118 und/oder der Griff 126 auch mechanische, elektronische und/oder optische Komponenten umfassen, die in das Sondenendegehäuse 102, die Messvorrichtung 118 und/oder den Griff 126 integriert sind und ein Teil der Beleuchtungslampen oder anderer ähnlicher Beleuchtungsmerkmale der Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind.
Bezug nehmend auf 4–5, ist dort eine Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung dargestellt, bei der die Messvorrichtung 118 und der an die Messvorrichtung 118 angrenzende Bereich mit einer oder mehreren Lichtquellen wie beispielsweise Leuchtdioden (LEDs; light emitting diodes) 402 beleuchtet werden. Bei dieser Ausgestaltung einer beleuchteten Messvorrichtung bzw. „I-Sonde” („i-Probe”) umfasst eine Messvorrichtung 118 eine elektronische Schnittstellenkarte 404, die an einer Schnittstelle 405 zwischen dem Sondenendabschnitt 400 und der Messvorrichtung 118 angeordnet ist. Die elektronische Schnittstellenkarte 404 ist bei einer Ausgestaltung in einem Körper 406 der Messvorrichtung 118 angeordnet, welcher die eine oder die mehreren Lichtquellen wie beispielsweise die LEDs 402 enthält. Zu den Beispielen für derartige Ausgestaltungen gehören ohne Einschränkung die auf der elektronischen Schnittstellenkarte 404 angebrachten LEDs 402, wobei die Karte 404 im Körper 406 eingebaut und elektronisch mit dem Sondenendegehäuse 102 verbunden ist. Der Körper 406 kann einen Gewindeabschnitt 412 umfassen, der mit einem Gewindeelement 414 auf dem Ende des Messsondengehäuses 102 zusammenwirkt, um die Messvorrichtung 118 an das Messsondengehäuse 102 zu koppeln.
Die LEDs 402 können derart ausgerichtet werden, dass sie dem Spitzenende 408 zugewandt sind und die Beleuchtung durch den Körper 406 hindurch zu einem Zielbereich wie beispielsweise einem Abschnitt eines Teils, das von dem Gelenkarm-KMG 100 gemessen wird, bereitstellen. Es können insbesondere ein(e) oder mehrere Löcher oder Linsen 410 in dem kegelförmigen Abschnitt des Körpers 406 Licht von den LEDs 402 durch die Messvorrichtung 118 durchlassen und dieses Licht am Zielbereich fokussieren, wodurch die Arbeitsfläche des Teils nahe dem Spitzenende 408 beleuchtet wird. Bei der beispielhaften Ausgestaltung sind fünf LEDs 402 auf der elektronischen Schnittstellenkarte 404 angeordnet und derart ausgerichtet, dass sie Licht durch eine entsprechende Öffnung oder Linse 410 richten. Bei einer anderen Ausgestaltung sind mehrere LEDs 402 gleich rings um die elektronische Schnittstellenkarte 404 angeordnet (z. B. vier LEDs, die um 90 Grad beabstandet angeordnet sind). Es versteht sich, dass die Lage der Lichtquelle an der Schnittstelle des Sondenendabschnitts und der Messvorrichtung oder innerhalb der Messvorrichtung Vorteile bietet, indem sie Licht auf die Arbeitsfläche projiziert, ohne dass die Hand des Bedieners dabei stört.
Bezug nehmend auf 6, ist dort eine Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung dargestellt, bei der eine Lichtführung, die von einer oder mehreren Lichtquellen (z. B. den LEDs 402) im Körper 406 ausgeht, als Lichtring 416 konfiguriert ist. Der Lichtring 416 stellt bei einer Ausgestaltung 360 Grad Beleuchtung rings um den Körper 406 nahe dem Spitzenende 408 bereit. Der Lichtring 416 erstreckt sich bei einer anderen Ausgestaltung über weniger als 360 Grad (z. B. 180 Grad). Bei noch einer weiteren Ausgestaltung ist ein Lichtring 416 vorgesehen, der sich über weniger als 360 Grad erstreckt und derart angeordnet ist, dass der Bediener den Lichtring 416 um den Körper 406 herumdrehen kann.
Bezug nehmend auf 7, ist dort eine Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung dargestellt, bei der die LEDs 402 und die eine oder die mehreren elektronischen Schaltkarten 404 im Messsondengehäuse 102 am Ende des Gelenkarm-KMG 100 statt in dem Körper 406 wie bei der Ausgestaltung von 5 eingebaut sind. Ebenfalls Bezug nehmend auf 8, richtet bzw. richten die Lichtquelle(n) 402 ihr Licht bei dieser Ausgestaltung zu einem Zielbereich durch Löcher, Lichtführungen oder Linsen 410 hindurch, die in einem Körper 406 angeordnet sind, der keine der elektronischen Schaltkarten 404 enthalten und auch keinen Platz für etwaige elektrische Anschlüsse bereitstellen kann.
Es versteht sich, dass, obwohl die Ausgestaltungen hierin die Lichtquelle als LEDs 402 benennen können, dies als Beispiel dient und die beanspruchte Erfindung nicht darauf beschränkt sein sollte. Die zur Beleuchtung der Arbeitsfläche verwendete Lichtquelle kann Folgendes umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein: eine Glühlampe; eine organische Leuchtdiode (OLED); eine Polymer-Leuchtdiode; eine Gasentladungslampe; eine Leuchtstofflampe; eine Halogenlampe; eine Hochdruckentladungslampe; oder eine Metallhalogenlampe zum Beispiel.
Bezug nehmend auf 9, ist dort eine weitere Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung dargestellt, bei der der Sondenendabschnitt 400 des Gelenkarm-KMG 100 von 1 (an welchem die Messvorrichtung 118 angebracht ist) beispielsweise durch eine oder mehrere Lichtquellen wie z. B. die LEDs 402 beleuchtet wird. Bei einer anderen Ausgestaltung können die LEDS 402 auf einer elektronischen Schnittstellenkarte 404 angeordnet sein, die sich innerhalb des Messsondengehäuses 102 des Gelenkarm-KMG 100 befindet. Die im Messsondengehäuse 102 angeordneten Löcher, Linsen oder Lichtführungen 410 können verwendet werden, um Licht nach vorne zum Spitzenende 408 sowie rings um das Spitzenende 408 zu richten. Alternativ oder zusätzlich dazu kann man eine Lichtführung bzw. einen Lichtring, die bzw. der sich auf dem Kreisumfang der Messvorrichtung 118 befindet, verwenden, um eine allgemeine Bereichsbeleuchtung ähnlich wie bei der Ausgestaltung von 6 bereitzustellen. Bei der Ausgestaltung von 9 kann der Körper 406 eine kegelförmige Oberfläche 418 angrenzend an den Gewindeabschnitt 412 aufweisen. Die kegelförmige Oberfläche 418 umfasst mindestens eine Aussparung 420. Von der Aussparung 420 aus erstreckt sich eine Linse 422, die mit einem Merkmal, das den Löchern, Linsen oder Lichtführungen 410 ähnlich ist, zusammenwirkt, um das von den LEDs 402 erzeugte Licht auszustrahlen. Die LEDs 402 sind bei einer Ausgestaltung innerhalb der Linse 422 angeordnet.
Bei noch weiteren Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung können am Sondenendabschnitt 400 des Gelenkarm-KMG von 10 befestigte Ausrüstungsteile hauptsächlich für die Beleuchtung verwendet werden oder eine Beleuchtung als zusätzlichen Vorteil umfassen. 10 zeigt beispielsweise einen Griff 126, der am Messsondengehäuse 102 des Gelenkarm-KMG 100 befestigt ist. Der Griff 126 umfasst bei dieser Ausgestaltung eine oder mehrere integrierte Lichtquellen 424, 426. Die erste Lichtquelle 424 ist auf einem Vorsprung 428 auf dem Griff 126 angrenzend an die Messvorrichtung 118 angeordnet. Die erste Lichtquelle 424 kann ein Linsenelement umfassen, das das von ihr ausgestrahlte Licht fokussiert oder streut. Das Linsenelement kann derart konfiguriert sein, dass der Bediener den Brennpunkt und die Streuung des Lichts manuell einstellen kann.
Der Griff 126 kann eine zweite Lichtquelle 426 umfassen, die auf einem Ende 430 gegenüber dem Messsondengehäuse 102 angeordnet ist. Das Ende 430 kann einen Vorsprung 432 mit einer abgewinkelten Oberfläche 434 umfassen. Die zweite Lichtquelle 426 kann auf der abgewinkelten Oberfläche 434 angeordnet sein, um Licht in einem Winkel zu der Messvorrichtung 118 und dem umgebenden Bereich auszustrahlen. Es versteht sich, dass die zweite Lichtquelle 426 Vorteile bieten kann, indem sie Licht derart auf der Arbeitsfläche verteilt, dass eine verbesserte Sicht bei Anwendungen bereitgestellt wird, wo der gewünschte Sichtbereich für die nahe der Messvorrichtung 118 angeordnete Lichtquelle versperrt sein kann. Die zweite Lichtquelle 426 umfasst bei einer Ausgestaltung eine Linse. Die Linse ist manuell einstellbar, damit der Bediener die Lage und die zu der Messvorrichtung 118 gerichtete Lichtmenge verändern kann.
Bezug nehmend auf 11, ist dort ein Griff 126 dargestellt, der eine Laserliniensonde (LLP) 436 mit einer Lichtquelle 438 aufweist. Eine LLP 436 ist ein Ausrüstungsteil für ein Gelenkarm-KMG 100, das eine optische Vorrichtung 440 wie beispielsweise einen Laser aufweist, der angrenzend an einen Sensor 442 wie beispielsweise eine Kamera angeordnet ist. Die LLP 436 ermöglicht die Erfassung dreidimensionaler Koordinatendaten ohne Berührung des Objekts. Die LLP 436 kann einen Brennpunkt oder eine Brennlinie haben, bei dem bzw. der die Koordinatendaten optimal erfasst werden. Bei dieser Ausgestaltung umfasst die LLP 436 eine integrierte Lichtquelle 438, die zwischen der optischen Vorrichtung 440 und dem Sensor 442 angeordnet ist. Die Lichtquelle 438 strahlt Licht in dem an die Messvorrichtung 118 und die LLP 436 angrenzenden Bereich aus, beispielsweise im Bereich eines optimalen Brennpunkts bzw. einer optimalen Brennlinie. Es versteht sich, dass der Sondenendabschnitt 400 mit einer LLP 436 auch zusätzliche Lichtquellen umfassen kann, beispielsweise in der Messvorrichtung 118 oder dem Messsondengehäuse 102 angeordnete LEDs 402, die derart zusammenwirken, dass sie eine gewünschte Beleuchtung der Arbeitsfläche oder des Objekts bereitstellen, die bzw. das gemessen wird.
Anders als das von der optischen Vorrichtung 440 ausgestrahlte Licht wird das von der Lichtquelle 438 ausgestrahlte Licht derart bereitgestellt, dass es das Ansprechverhalten des Sensors 442 minimiert. Diese Unempfindlichkeit wird bei einer Ausgestaltung erzielt, indem die Lichtquelle 438 nur dann mit Energie versorgt wird, wenn die LLP keine Daten erfasst. Die Unempfindlichkeit wird bei einer anderen Ausgestaltung dadurch erzielt, dass die Wirkung der Wellenlänge des Lichts von der Lichtquelle 438 auf den Sensor 442 minimiert wird, und zwar entweder indem eine Wellenlänge für die Lichtquelle 438 ausgewählt wird, die das Ansprechverhalten des Sensors 442 im Wesentlichen reduziert oder minimiert, oder indem ein optischer Filter über dem Sensor 442 angefügt wird, um die Wellenlängen der Lichtquelle 438 zu blockieren.
Bei kommerziell erhältlichen Laserliniensonden ist das von der optischen Vorrichtung 440 ausgestrahlte Licht Laserlicht, eine Art von Licht mit hoher Kohärenz. Andererseits hat die Lichtquelle 438, die für die allgemeine Beleuchtung beabsichtigt ist, eine geringe Kohärenz. Zukünftig könnte das von der optischen Vorrichtung 440 ausgestrahlte Licht von einer Superlumineszenzdiode (SLD) kommen, die eine andere Art einer Vorrichtung mit geringer Kohärenz ist.
Ausrüstungsteile außer einer LLP 436, die am Sondenendabschnitt 400 des Gelenkarm-KMG 100 montierbar sind, können bei beispielhaften Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung jeweils eine oder mehrere Lichtquellen der Beleuchtung gemäß den Lehren hierin umfassen. Diese verschiedenen Ausrüstungsteile können beispielsweise ohne Einschränkung folgende umfassen: (1) eine Kamera mit einer integrierten Lichtquelle, die eine Blitzkapazität für die Fotografie umfassen kann; (2) ein Wärmebildgerät mit einer integrierten Lichtquelle; (3) einen Strichcodeleser mit einer integrierten Lichtquelle; (4) einen berührungslosen Temperatursensor mit einer integrierten Lichtquelle; (5) einen Projektor mit oder als Lichtquelle; und (6) eine unabhängige Lichtquelle, beispielsweise als montierbares Zusatzteil.
Bei anderen Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung bietet eine Doppelfunktionsbeleuchtung die Möglichkeit von Mehrzwecklichtquellen. Eine solche Doppelfunktionsbeleuchtung ergibt sich beispielsweise aus der Entwicklung mehrfarbiger LED-Komponenten (z. B. RGB), die derart gesteuert werden können, dass sie eine beliebige Farbe oder ein kontinuierliches Lichtspektrum (wie es vom menschlichen Auge wahrgenommen wird) erzeugen. Allgemein wird hier auf Lichtquellen verwiesen, die mehr als eine Lichtfarbe als Lichtquellen mit variablem Spektrum erzeugen können. Beispielsweise kann eine Lichtquelle mit variablem Spektrum rote, blaue und grüne Leuchten enthalten, die jeweils allein oder kombiniert beleuchtet werden können, um nahezu jedwede Farbe des für das menschliche Auge sichtbaren Spektrums zu erzeugen. Bezug nehmend auf 12, können LEDs oder andere Lichtquellen bzw. -anzeigen wie beispielsweise ein Lichtring 444 verwendet werden, um den Zustand des Gelenkarm-KMG 100 anzuzeigen. Beispielsweise kann blaues Licht (450–475 Nanometer) für „eingeschaltet”, rotes (620–750 Nanometer) für „Stopp”, gelbes für „Warnung” oder grünes (495–570 Nanometer) für „gut” usw. ausgestrahlt werden, wobei alle davon angewiesen werden können, für allgemeine Beleuchtungszwecke auf weißes Licht umzuschalten. In 12 können diese Zustandsleuchten die Form eines einzigen 360-Grad-Lichtrings 444 aufweisen, der auf dem Messsondengehäuse 102 oder dem Griff 126 des Gelenkarm-KMG 100 von 1 angeordnet ist. Der Lichtring 444 kann auch dazu verwendet werden, eine allgemeine Beleuchtung statt einer Zustandsanzeige bereitzustellen, wenn er die Anweisung erhält, weißes Licht zu erzeugen.
Wieder Bezug nehmend auf 4–5, können die LEDs 402, die auf der Messvorrichtung 118 (oder dem Sondenendabschnitt 400) angeordnet sind und für die allgemeine Beleuchtung dienen sollen, auch derart angewiesen werden, dass sie ihre Beleuchtungsfarbe ändern, um einen Zustand des Gelenkarm-KMG 100 anzuzeigen. Auf diese Weise kann die Lichtfarbe des Zustands auf den Zielbereich der Oberfläche des Teils projiziert werden, wodurch dem Bediener eine Rückmeldung bereitgestellt wird, ohne dass er auf eine Anzeigeleuchte am Gelenkarm-KMG 100 blicken muss. Die Farbe der für die allgemeine Beleuchtung benutzten Leuchten kann für eine spezifische Anwendung geändert werden. Beispielsweise kann blaues Licht statt weißem Licht mit einer LLP 436 verwendet werden, um eine Oberflächenbeleuchtung bereitzustellen, ohne dass dabei die Wellenlänge (z. B. rot) der Lichtquelle in der LLP gestört wird. Ferner könnte rotes Licht in Situationen mit schlechten Lichtverhältnissen oder Situationen, in denen die Blendung minimiert und der sichtbare Bereich des Lichts reduziert werden sollen, verwendet werden. Bei der Beleuchtung farbiger Oberflächen kann eine helle Farbe ausgewählt werden, um den Kontrast zu maximieren. Wenn eine Farbe in Verbindung mit anderen Vorrichtungen verwendet wird, die Raster, Zielpunkte oder andere optische Markierungen auf die Oberfläche des Teils projizieren könnten, kann man eine Farbe derart auswählen, dass sie dieses Bild optisch nicht unkenntlich macht oder nicht den Betrieb der Vorrichtung stört, die das Bild erzeugt und benutzt.
Die Lichtquelle wie beispielsweise der Lichtring 444 umfasst bei einer Ausgestaltung eine mit einem Sensor 446 wirkverbundene Lichtquelle mit kontinuierlichem Spektrum (z. B. eine RGB-LED 402). Der Sensor 446 kann zum Beispiel ein Entfernungsmesser oder ein Pyrometer sein. Der Sensor 446 misst einen gewünschten Parameter und stellt einem Controller (nicht dargestellt), der im Messsondengehäuse 102 angeordnet ist, ein Signal zur Verfügung. Der Controller ändert die Farbe oder einen Farbton der vom Lichtring 444 ausgestrahlten Farbe als Reaktion auf den gemessenen Parameter, der entweder einen Schwellwert (z. B. einen Temperaturschwellwert oder einen Distanzschwellwert) überschreitet oder in einem gewünschten Bereich liegt. In den Fällen, in denen der Sensor 446 ein Entfernungsmesser ist, kann der Farbton der ausgestrahlten Farbe geändert werden, während der Sondenendabschnitt 400 näher zu dem Objekt bewegt wird. Daraus ergeben sich die Vorteile, dass der Bediener eine Sichtanzeige in Bezug auf die Distanz zum Objekt erhält, selbst wenn das Spitzenende 408 der Messvorrichtung 118 für den Bediener nicht sichtbar ist (sich z. B. in einem Hohlraum befindet). Die Farbe oder der Farbton kann sich bei einer Ausgestaltung mit einer LLP 436 ändern, wenn das Objekt innerhalb eines gewünschten Bereichs des Brennpunkts bzw. der Brennlinie der LLP liegt. Der Lichtring 444 kann sich bei einer Ausgestaltung zu einem Farbton oder einer anderen Farbe verändern, wenn sich die Messsonde in einer gewünschten Lage befindet, um beispielweise eine bestimmte Abmessung wie den Durchmesser eines zylindrischen Lochs auf halbem Weg zwischen der Unterseite und der Oberfläche des Lochs zu erhalten.
Der Sensor 446 kann bei anderen Ausgestaltungen eine Temperaturmessvorrichtung wie zum Beispiel ein Pyrometer sein. Bei dieser Ausgestaltung kann die Farbe oder der Farbton des Lichtrings 444 als Reaktion auf die Temperatur des Objekts oder der Umgebung geändert werden. Diese Anordnung bietet Vorteile, indem sie dem Bediener eine visuelle Rückmeldung darüber bereitstellt, ob der Sondenendabschnitt 400 in dem Bereich positioniert werden soll, wo die Messung durchzuführen ist. Falls die Temperatur zu hoch ist, ist der erfasste Messwert möglicherweise falsch (wegen der Wärmeausdehnung) oder kann die Messvorrichtung wegen der hohen Temperaturen beschädigt werden.
Die hierin beschriebenen Lichtquellen können vom Bediener eingeschaltet werden, beispielsweise durch die Betätigung des Knopfs 448 auf dem Griff 126 oder des Knopfs 450 auf dem Sondengehäuse 102. Die Lichtquellen können ferner durch eine Anweisung eingeschaltet werden, die von dem elektronischen Datenverarbeitungssystem 210, der Benutzerschnittstellenkarte 202 oder über einen Ferncomputer ausgegeben wird. Daraus ergeben sich die Vorteile, dass die Lichtquelle von einem zweiten Bediener eingeschaltet werden kann, wenn der Bediener, der den Sondenendabschnittt 400 betätigt, sich in einem eingeschränkten Raum befindet oder anderweitig nicht in der Lage ist, einen der Knöpfe 448, 450 zu drücken.
Es ist für den Fachmann zu erkennen, dass die Aspekte der vorliegenden Erfindung als ein System, Verfahren oder Computerprogrammprodukt ausgebildet sein können. Die Aspekte der vorliegenden Erfindung können demgemäß die Form einer ganz aus Hardware bestehenden Ausgestaltung, einer ganz aus Software bestehenden Ausgestaltung (einschließlich Firmware, residenter Software, Mikrocode usw.) oder einer Ausgestaltung, welche alle allgemein hierin als „Schaltung”, „Modul” oder „System” bezeichneten Software- und Hardware-Aspekte kombiniert, aufweisen. Darüber hinaus können die Aspekte der vorliegenden Erfindung die Form eines Computerprogrammprodukts aufweisen, das in einem oder mehreren computerlesbaren Medien ausgebildet ist, auf denen ein computerlesbarer Programmcode ausgebildet ist.
Obwohl die Erfindung anhand beispielhafter Ausgestaltungen beschrieben wurde, versteht sich für den Fachmann, dass verschiedene Änderungen vorgenommen und Äquivalente an Stelle von Elementen davon eingesetzt werden können, ohne von dem Schutzbereich der Erfindung abzuweichen. Ferner können zahlreiche Modifikationen erfolgen, um eine bestimmte Situation oder ein bestimmtes Material an die Lehren der Erfindung anzupassen, ohne von deren wesentlichem Schutzbereich abzuweichen. Es ist demzufolge beabsichtigt, dass die Erfindung nicht auf die bestimmte Ausgestaltung beschränkt ist, die als die zur Durchführung dieser Erfindung beste Ausführungsform erachtete offenbart wurde, sondern dass die Erfindung alle Ausgestaltungen umfasst, die im Schutzbereich der beigefügten Ansprüche liegen. Ferner bedeutet die Verwendung der Begriffe „erster”, „zweiter” usw. nicht irgendeine Reihenfolge oder Bedeutsamkeit, sondern werden die Begriffe „erster”, „zweiter” usw. vielmehr zur Unterscheidung eines Elements von einem anderen verwendet. Darüber hinaus bedeutet die Verwendung der Begriffe „ein”, „eine” usw. nicht eine Beschränkung der Menge, sondern vielmehr das Vorhandensein von mindestens einem des Gegenstands, auf den Bezug genommen wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 5402582 [0004, 0030]
US 5611147 [0004]

Claims

Tragbares Gelenkarm-Koordinatenmessgerät (Gelenkarm-KMG), umfassend: einen manuell positionierbaren Gelenkarmabschnitt (104) mit entgegengesetzten ersten und zweiten Enden, wobei der Armabschnitt (104) mehrere verbundene Armsegmente (106, 108) umfasst, wobei jedes der Armsegmente (106, 108) mindestens ein Positionsmessgerät zur Erzeugung eines Positionssignals umfasst; eine Messvorrichtung (118), die an das erste Ende gekoppelt ist; eine elektronische Schaltung (210) zum Empfang der Positionssignale von den Positionsmessgeräten und zur Bereitstellung von Daten, die einer Lage der Messvorrichtung (118) entsprechen; einen Sondenendabschnitt (400), der zwischen der Messvorrichtung (118) und dem ersten Ende angekoppelt ist; und mindestens eine Lichtquelle (402), die an einer Schnittstelle (405) zwischen dem Sondenendabschnitt (400) und der Messvorrichtung (118) angeordnet ist, wobei die mindestens eine Lichtquelle (402) derart angeordnet ist, dass sie sichtbares Licht angrenzend an die Messvorrichtung (118) projiziert.
Gelenkarm-KMG nach Anspruch 1, wobei die mindestens eine Lichtquelle (402) in der Messvorrichtung (118) angeordnet ist.
Gelenkarm-KMG nach Anspruch 2, wobei die mindestens eine Lichtquelle (402) mehrere Leuchtdioden (LEDs) umfasst.
Gelenkarm-KMG nach Anspruch 3, ferner umfassend mehrere Öffnungen (410) in dem Sondenendabschnitt (400), wobei die mehreren Öffnungen (410) derart angeordnet sind, dass sie das von den mehreren LEDs (402) ausgestrahlte Licht zu einem an die Messvorrichtung (118) angrenzenden Bereich richten.
Gelenkarm-KMG nach Anspruch 4, ferner umfassend mehrere Linsen (410), wobei jede der mehreren Linsen (410) in einer der mehreren Öffnungen (410) angeordnet ist.
Gelenkarm-KMG nach Anspruch 3, wobei die mehreren Lichtquellen (402) mindestens eine Lichtquelle mit variablem Spektrum mit einer einstellbaren Farbe umfassen.
Gelenkarm-KMG nach Anspruch 6, wobei die einstellbare Farbe, die von der mindestens einen Lichtquelle mit variablem Spektrum projiziert wird, auf einen von der elektronischen Schaltung (210) bestimmten Parameter anspricht.
Gelenkarm-KMG nach Anspruch 2, wobei der Sondenendabschnitt (400) einen Griff (126) umfasst und die mindestens eine Lichtquelle (402) an den Griff (126) gekoppelt ist.
Gelenkarm-KMG nach Anspruch 1, wobei die mindestens eine Lichtquelle (402) Licht mit geringer Kohärenz projiziert.
Tragbares Gelenkarm-Koordinatenmessgerät (Gelenkarm-KMG), umfassend: einen manuell positionierbaren Gelenkarmabschnitt (104) mit entgegengesetzten ersten und zweiten Enden, wobei der Armabschnitt (104) mehrere verbundene Armsegmente (106, 108) umfasst, wobei jedes der Armsegmente (106, 108) mindestens ein Positionsmessgerät zur Erzeugung eines Positionssignals umfasst; eine Messvorrichtung (118), die an einem ersten Ende des Gelenkarm-KMG befestigt ist; eine elektronische Schaltung (210) zum Empfang der Positionssignale von den Positionsmessgeräten und zur Bereitstellung von Daten, die einer Lage der Messvorrichtung (118) entsprechen; einen Sondenendabschnitt (400), der an das erste Ende gekoppelt ist; und mindestens eine Lichtquelle (402), die entfernt vom ersten Ende angeordnet und mit dem Sondenendabschnitt (400) wirkverbunden ist, wobei die mindestens eine Lichtquelle (402) Licht angrenzend an die Messvorrichtung (118) projiziert, um die Betrachtung eines Teils zu erleichtern, das von dem Gelenkarm-KMG gemessen wird.
Gelenkarm-KMG nach Anspruch 10, wobei die mindestens eine Lichtquelle (402) Licht mit geringer Kohärenz projiziert.
Gelenkarm-KMG nach Anspruch 10, wobei die mindestens eine Lichtquelle (402) mit der elektronischen Schaltung (210) wirkverbunden ist, um eine Anzeige eines Zustands des Arms bereitzustellen.
Gelenkarm-KMG nach Anspruch 10, ferner umfassend einen an den Sondenendabschnitt (400) gekoppelten Sensor, wobei die mindestens eine Lichtquelle (402) mit dem Sensor wirkverbunden ist, um eine Anzeige eines erfassten Parameters bereitzustellen.
Gelenkarm-KMG nach Anspruch 13, wobei die mindestens eine Lichtquelle (402) mehrere LEDs umfasst.
Gelenkarm-KMG nach Anspruch 14, wobei die mehreren LEDs (402) LEDS mit variablem Spektrum sind und die mehreren LEDs (402) einen Farbton als Reaktion auf einen von der elektronischen Schaltung (210) bestimmten Parameter ändern.
Gelenkarm-KMG nach Anspruch 15, wobei die elektronische Schaltung (210) den Parameter zumindest teilweise basierend auf einem Messwert eines Entfernungsmessers oder eines Pyrometers bestimmt.
Tragbares Gelenkarm-Koordinatenmessgerät (Gelenkarm-KMG), umfassend: einen manuell positionierbaren Gelenkarmabschnitt (104) mit entgegengesetzten ersten und zweiten Enden, wobei der Armabschnitt (104) mehrere verbundene Armsegmente (106, 108) umfasst, wobei jedes der Armsegmente (106, 108) mindestens ein Positionsmessgerät zur Erzeugung eines Positionssignals umfasst; eine Messvorrichtung (118), die an ein erstes Ende des Gelenkarm-KMG gekoppelt ist, wobei die Messvorrichtung (118) einen Körper (406) aufweist, wobei der Körper (406) mindestens eine Öffnung (410) umfasst; eine elektronische Schaltung (210) zum Empfang der Positionssignale von den Positionsmessgeräten und zur Bereitstellung von Daten, die einer Lage der Messvorrichtung (118) entsprechen; einen Sondenendabschnitt (400), der zwischen dem ersten Ende und der Messvorrichtung (118) angeordnet ist, wobei der Sondenendabschnitt (400) ein Gehäuse (102) und einen Griff (126) aufweist; und eine Lichtquelle (402) mit mindestens einer LED, die mit dem Sondenendabschnitt (400) wirkverbunden ist, wobei die Lichtquelle (402) mit der mindestens einen Öffnung (410) zusammenwirkt und sichtbares Licht von der Öffnung (410) aus projiziert, um die Betrachtung eines Teils zu erleichtern, das von dem Gelenkarm-KMG gemessen wird.
Gelenkarm-KMG nach Anspruch 17, ferner umfassend mindestens eine Linse (422), die in der mindestens einen Öffnung (410) angeordnet ist.
Gelenkarm-KMG nach Anspruch 18, wobei der Körper (406) eine kegelförmige Oberfläche (418) umfasst und die mindestens eine Öffnung in der kegelförmigen Oberfläche (418) angeordnet ist.
Gelenkarm-KMG nach Anspruch 18, wobei der Körper (406) eine kegelförmige Oberfläche (418) mit mindestens einer Aussparung (420) umfasst und die mindestens eine Linse (422) in der mindestens einen Aussparung (420) angeordnet ist.
Gelenkarm-KMG nach Anspruch 18, wobei die mindestens eine LED (402) in dem Gehäuse (102) angeordnet ist.
Gelenkarm-KMG nach Anspruch 18, wobei die mindestens eine LED (402) in dem Körper (406) angeordnet ist.
Gelenkarm-KMG nach Anspruch 17, ferner umfassend ein in dem Gehäuse (102) angeordnetes Ringelement (444), wobei das Ringelement (444) mit der Lichtquelle (402) wirkverbunden ist.
Gelenkarm-KMG nach Anspruch 17, wobei die Lichtquelle (402) derart wirkverbunden ist, dass sie ein Signal von der elektronischen Schaltung (210) empfängt, wobei die Lichtquelle (402) die Farbe ändert, um eine Anzeige eines Zustands des Gelenkarm-KMG als Reaktion auf das Signal bereitzustellen.
Gelenkarm-KMG nach Anspruch 17, ferner umfassend einen Sensor, der mit dem Sondenendabschnitt (400) wirkverbunden ist und mit der Lichtquelle (402) wirkverbunden ist, wobei die Lichtquelle (402) die Farbe als Reaktion auf ein Signal des Sensors ändert.
Gelenkarm-KMG nach Anspruch 25, wobei der Sensor ein Pyrometer ist und die Lichtquelle die Farbe als Reaktion auf einen Temperaturschwellwert ändert.
Gelenkarm-KMG nach Anspruch 25, wobei der Sensor ein Entfernungsmesser ist und die Lichtquelle die Farbe als Reaktion auf einen Distanzschwellwert ändert.
Gelenkarm-KMG nach Anspruch 27, ferner umfassend eine an den Sondenendabschnitt (400) gekoppelte Laserliniensonde (436), wobei der Distanzschwellwert an einen Brennpunkt der Laserliniensonde (436) angrenzt.
Tragbares Gelenkarm-Koordinatenmessgerät (Gelenkarm-KMG), umfassend: einen manuell positionierbaren Gelenkarm (104) mit entgegengesetzten ersten und zweiten Enden, wobei der Arm (104) mehrere verbundene Armsegmente (106, 108) umfasst, wobei jedes der Armsegmente (106, 108) mindestens ein Positionsmessgerät zur Erzeugung eines Positionssignals umfasst; eine Messvorrichtung (118), die an das erste Ende gekoppelt ist; mindestens eine Lichtquelle (402), die auf dem tragbaren Gelenkarm-Koordinatenmessgerät angeordnet ist, wobei die mindestens eine Lichtquelle (402) eine einstellbare Farbe aufweist, die zur Beleuchtung eines an die Messvorrichtung (118) angrenzenden Bereichs projiziert wird; und eine elektronische Schaltung (210), die Positionssignale von den Positionsmessgeräten empfängt, Daten, die einer Lage der Messvorrichtung (118) entsprechen, bereitstellt und die einstellbare Farbe steuert.
Gelenkarm-KMG nach Anspruch 27, wobei die von der mindestens einen Lichtquelle (402) projizierte einstellbare Farbe auf einen von der elektronischen Schaltung (210) bestimmten Parameter anspricht.
Tragbares Gelenkarm-Koordinatenmessgerät (Gelenkarm-KMG), umfassend: einen manuell positionierbaren Gelenkarmabschnitt (104) mit entgegengesetzten ersten und zweiten Enden, wobei der Armabschnitt (104) mehrere verbundene Armsegmente (106, 108) umfasst, wobei jedes der Armsegmente (106, 108) mindestens ein Positionsmessgerät zur Erzeugung von Positionssignalen umfasst; einen Sondenendabschnitt (400), der an das erste Ende gekoppelt ist; eine Messvorrichtung (118), die an einem vom ersten Ende entfernten Ende des Sondenendabschnitts (400) befestigt ist; eine elektronische Schaltung (210) zum Empfang der Positionssignale von den Positionsmessgeräten und zur Bereitstellung von Daten, die einer Lage der Messvorrichtung (118) entsprechen; einen Griff (126), der an einen mittleren Abschnitt des Sondenendabschnitts (400) gekoppelt ist, wobei der mittlere Abschnitt zwischen der Messvorrichtung (118) und dem ersten Ende angeordnet ist; mindestens eine Lichtquelle (402), die auf einer an die Messvorrichtung (118) angrenzenden Seite an den Griff (126) gekoppelt ist, wobei die mindestens eine Lichtquelle (402) Licht angrenzend an die Messvorrichtung (118) projiziert, um die Betrachtung eines Teils zu erleichtern, das von dem Gelenkarm-KMG gemessen wird.
Gelenkarm-KMG nach Anspruch 31, wobei die mindestens eine Lichtquelle (402) eine erste Lichtquelle (424) und eine zweite Lichtquelle (426) umfasst, wobei die erste Lichtquelle (424) angrenzend an die Messvorrichtung (118) an den Griff (126) gekoppelt ist und die zweite Lichtquelle (426) an einem Ende des Griffs (126) gegenüber der ersten Lichtquelle (424) positioniert ist.
Gelenkarm-KMG nach Anspruch 31, wobei der Griff (126) eine an die Messvorrichtung (118) angrenzende Laserliniensonde (436) umfasst, wobei die Laserliniensonde (436) eine optische Vorrichtung (440) und einen Sensor (442) umfasst, wobei die mindestens eine Lichtquelle (438) zwischen der optischen Vorrichtung (440) und dem Sensor (442) angeordnet ist.
Gelenkarm-KMG nach Anspruch 33, wobei die mindestens eine Lichtquelle (438) ein Licht mit geringer Kohärenz projiziert.
Gelenkarm-KMG nach Anspruch 33, wobei die mindestens eine Lichtquelle (438) ein sichtbares Licht nur dann projiziert, wenn die optische Vorrichtung (440) kein Licht projiziert.
Gelenkarm-KMG nach Anspruch 31, wobei das Licht, das von der mindestens einen Lichtquelle (438) in den Sensor (442) verläuft, bezogen auf eine Wellenlänge des Lichts selektiv abgeschwächt ist.