DE112013003584T5

DE112013003584T5 - Tragbares Gelenkarm-Koordinatenmessgerät mit optischem Kommunikationsbus

Info

Publication number: DE112013003584T5
Application number: DE112013003584.7T
Authority: DE
Inventors: Clark H. Briggs; Frederick York
Original assignee: Faro Technologies Inc
Current assignee: Faro Technologies Inc
Priority date: 2012-07-17
Filing date: 2013-07-08
Publication date: 2015-04-09
Also published as: WO2014014692A1; GB2519049A; US8997362B2; CN104471347A; US20140101953A1; JP2015528909A; GB201502653D0

Abstract

Ein tragbares Gelenkarm-Koordinatenmessgerät (Gelenkarm-KMG) weist Folgendes auf: entgegengesetzte erste und zweite Enden und eine Vielzahl von verbundenen Armsegmenten, die jeweils mindestens ein Positionsmessgerät zur Erzeugung eines Positionssignals aufweisen; eine elektronische Schaltung, die für den Empfang der Positionssignale konfiguriert ist; einen ersten Bus für die Kommunikation mit der elektronischen Schaltung, wobei mindestens ein Abschnitt des ersten Busses ein optischer Kommunikationsbus ist, der für die Übertragung von Licht konfiguriert ist; und einen Drehkoppler mit einem ersten Abschnitt und einem zweiten Abschnitt, wobei der zweite Abschnitt dafür konfiguriert ist, sich relativ zu dem ersten Abschnitt zu drehen, wobei der erste Abschnitt an dem ersten Armsegment befestigt ist, wobei der Drehkoppler dafür konfiguriert ist, Signale auf dem optischen Kommunikationsbus zwischen dem ersten Abschnitt und dem zweiten Abschnitt zu übertragen.

Description

Hintergrund
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Koordinatenmessgerät und insbesondere ein tragbares Gelenkarm-Koordinatenmessgerät mit einem oder mehreren Hochgeschwindigkeits-Kommunikatonsdatenbussen, die an ein Sondenende des Koordinatenmessgeräts angeschlossen sind.
Tragbare Gelenkarm-Koordinatenmessgeräte (Gelenkarm-KMGs) fanden 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 von Dimensionsmessungen 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 tragbaren Gelenkarm-KMG des Stands der Technik wird in dem US-Patent Nr. 5,402,582 ('582) des gleichen Inhabers offenbart, welches hierin durch Verweis 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 durch Verweis 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 heutigen Gelenkarm-KMGs können Messdaten einschließlich Daten von den Zusatzvorrichtungen auf einem von drei Wegen erfasst und übertragen werden: durch entlang Drähten übertragene analoge elektrische Signale, durch entlang Drähten übertragene digitale elektrische Signale (wobei die Sammlung von Drähten häufig als „Bus” bezeichnet wird) oder durch eine Kombination aus entlang Drähten übertragenen analogen und digitalen Signalen. Eine Einschränkung dieser Datenübertragungsverfahren besteht darin, dass die Daten bei einer relativ langsamen Geschwindigkeit übertragen werden. Ein Teil der Ursache für die Einschränkung der Datengeschwindigkeit ist bei vielen heutigen Gelenkarm-KMGs die Verwendung elektrischer Schleifringe, die die Datenübertragung über ein Drehgelenk ermöglichen. Insbesondere Zusatzteile (sofern vorhanden) können von der Übertragung einer relativ großen Datenmenge bei hoher Geschwindigkeit profitieren. In der Tat besteht bei der Benutzung von Messinstrumenten ein anhaltender Trend zu höheren Datenübertragungsgeschwindigkeiten, welche Datenübertragungsverfahren und -vorrichtungen bei heutigen Gelenkarm-KMGs unter Umständen nicht bewältigen können. Obwohl bereits existierende Gelenkarm-KMGs für ihre beabsichtigten Zwecke geeignet sind, besteht Bedarf an einem tragbaren Gelenkarm-KMG, das bestimmte Merkmale von Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung für die Bereitstellung eines verbesserten elektrischen Busses aufweist.
Zusammenfassung der Erfindung
Eine Ausgestaltung ist ein tragbares Gelenkarm-Koordinatenmessgerät (Gelenkarm-KMG). Das tragbare Gelenkarm-Koordinatenmessgerät (Gelenkarm-KMG) umfasst einen manuell positionierbaren Gelenkarmabschnitt mit entgegengesetzten ersten und zweiten Enden, wobei der Armabschnitt eine Vielzahl von verbundenen Armsegmenten umfasst, wobei jedes der Armsegmente mindestens ein Positionsmessgerät zur Erzeugung eines Positionssignals umfasst, wobei die Vielzahl von verbundenen Armsegmenten ein erstes Armsegment umfasst; eine an das erste Ende gekoppelte Messvorrichtung; eine elektronische Schaltung, die dafür konfiguriert ist, das Positionssignal des mindestens einen Positionsmessgeräts zu empfangen und Daten bereitzustellen, die einer Position der Messvorrichtung entsprechen; ein zwischen der Messvorrichtung und dem ersten Ende angeordnetes Sondenende; einen ersten Bus für die Kommunikation mit der elektronischen Schaltung, wobei mindestens ein Abschnitt des ersten Busses ein optischer Kommunikationsbus ist, der für die Übertragung von Licht konfiguriert ist; und einen Drehkoppler mit einem ersten Abschnitt und einem zweiten Abschnitt, wobei der zweite Abschnitt dafür konfiguriert ist, sich relativ zu dem ersten Abschnitt zu drehen, wobei der erste Abschnitt an dem ersten Armsegment befestigt ist, wobei der Drehkoppler dafür konfiguriert ist, Signale auf dem optischen Kommunikationsbus zwischen dem ersten Abschnitt und dem zweiten Abschnitt zu übertragen.
Gemäß einer anderen Ausgestaltung umfasst ein Drehkoppler-Messgerät-Einsatz eine mechanische Baugruppe, die einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt umfasst, wobei der erste Abschnitt dafür konfiguriert ist, sich relativ zu dem zweiten Abschnitt zu drehen; ein erstes Lager mit einem ersten Teil und einem zweiten Teil, wobei der erste Teil an dem ersten Abschnitt befestigt ist und der zweite Teil an dem zweiten Abschnitt befestigt ist; ein zweites Lager mit einem dritten Teil und einem vierten Teil, wobei der dritte Teil an dem ersten Abschnitt befestigt ist und der vierte Teil an dem zweiten Abschnitt befestigt ist; ein Messgerät, das dafür konfiguriert ist, einen Drehwinkel des ersten Abschnitts relativ zu dem zweiten Abschnitt zu messen, wobei das Messgerät ein erstes Element und ein zweites Element umfasst, wobei das erste Element an dem ersten Abschnitt befestigt ist und das zweite Element an dem zweiten Abschnitt befestigt ist; und einen Drehkoppler mit einem ersten Bauteil und einem zweiten Bauteil, wobei das erste Bauteil an den ersten Abschnitt angeschlossen ist und das zweite Bauteil an den zweiten Abschnitt angeschlossen ist, wobei das erste Bauteil an ein erstes Ende eines ersten Lichtwellenleiters angeschlossen ist und das zweite Bauteil an ein zweites Ende eines zweiten Lichtwellenleiters angeschlossen ist, wobei der Drehkoppler dafür konfiguriert ist, Licht zwischen dem ersten Lichtwellenleiter und dem zweiten Lichtwellenleiter zu übertragen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Es wird nun auf die Zeichnungen Bezug genommen, wobei beispielhafte Ausgestaltungen dargestellt sind, die nicht als den gesamten Schutzbereich der Offenbarung einschränkend aufzufassen sind und wobei die Elemente in mehreren Figuren gleich nummeriert sind. Es zeigen:
1: einschließlich 1A und 1B, perspektivische Darstellungen eines tragbaren Gelenkarm-Koordinatenmessgeräts (Gelenkarm-KMG), das Ausgestaltungen verschiedener Aspekte der vorliegenden Erfindung darin aufweist;
2: einschließlich 2A–2E zusammengenommen, ein Blockdiagramm der Elektronik, die als Teil des Gelenkarm-KMG von 1 gemäß einer Ausgestaltung verwendet wird;
3: einschließlich 3A, 3B und 3C zusammengenommen, ein Blockdiagramm, das detaillierte Merkmale des elektronischen Datenverarbeitungssystems von 2 gemäß einer Ausgestaltung beschreibt;
4: eine perspektivische Darstellung des Gelenkarm-KMG von 1;
5: eine perspektivische Darstellung des Sondenendes des Gelenkarm-KMG von 1 mit einem daran gekoppelten Griffzusatzteil;
6: eine Seitenansicht des Sondenendes von 4 mit dem teilweise befestigten Griffzusatzteil;
7: eine perspektivische Darstellung, teilweise im Querschnitt, des Griffzusatzteils von 4;
8: eine vergrößerte Darstellung eines Abschnitts des Sondenendes von 6;
9: eine Teilexplosionsdarstellung, die ein Paar von Kodierer-/Lagereinsätzen veranschaulicht, die zwischen zwei Doppelmuffenverbindungen gemäß einer Ausgestaltung montiert sind;
10: eine Schnittdarstellung eines Einsatzes von 9 mit einem optischen Drehgelenk gemäß einer Ausgestaltung;
11: eine Schnittdarstellung eines Einsatzes von 9 mit einem integrierten faseroptischen und elektrischen Schleifring gemäß einer anderen Ausgestaltung;
12: eine Schnittdarstellung des Sondenendes gemäß einer anderen Ausgestaltung, wobei das Sondenende ein optisches Drehgelenk von 10 oder einen Schleifring von 11 aufweist;
13: eine Schnittdarstellung eines Abschnitts eines Armsegments gemäß einer anderen Ausgestaltung, wobei der Armabschnitt ein optisches Drehgelenk von 10 oder einen Schleifring von 11 aufweist;
14: eine Schnittdarstellung einer Drehverbindung mit zwei Doppelachsen gemäß einer anderen Ausgestaltung, wobei die Drehverbindung ein bzw. einen oder mehrere optische Drehgelenke oder Schleifringe von 10 oder 11 aufweist; und
15: ein schematisches Diagramm einer anderen Ausgestaltung des Sondenendes von 4.
Detaillierte Beschreibung
Eine Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung sieht ein verbessertes Gelenkarm-KMG vor, das mehrere Busse umfasst, die unabhängig voneinander für die Datenübertragung in dem Gelenkarm-KMG arbeiten.
1A und 1B veranschaulichen in der Perspektive ein Gelenkarm-KMG 100 gemäß verschiedenen Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung, wobei ein Gelenkarm ein Typ des Koordinatenmessgeräts ist. 1A und 1B zeigen, dass das beispielhafte Gelenkarm-KMG 100 eine Gelenkmessvorrichtung mit sechs oder sieben Achsen mit einem Sondenende 401 umfassen kann, das ein Messsondengehäuse 102 umfasst, 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 Drehverbindung mit einer ersten 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 einen Sockel 116, der 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 Sondenende 401 kann auch ein Messsondengehäuse 102 umfassen, das die Welle des Abschnitts der siebten Achse des Gelenkarm-KMG 100 umfasst (z. B. einen Einsatz, der ein Kodierersystem enthält, das die Bewegung der Messvorrichtung, beispielsweise einer Kontaktsonde 118, in der siebten Achse des Gelenkarm-KMG 100 ermittelt). Das Sondenende 401 kann sich bei dieser Ausgestaltung um eine Achse drehen, die sich durch die Mitte des Messsondengehäuses 102 erstreckt. Der Sockel 116 ist bei der Verwendung des Gelenkarm-KMG 100 normalerweise an einer Arbeitsfläche befestigt.
Jeder Lagereinsatz in jeder 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 den Sockel 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, also beispielsweise, aber 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 den Sockel 116 zu positionieren, wobei ein Armabschnitt 104 bereitgestellt wird, der leicht von dem Bediener gehandhabt werden kann. Es versteht sich jedoch, 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.
Wie im Folgenden ausführlicher besprochen wird, kann jede der Lagereinsatzgruppierungen 110, 112, 114 ein bzw. einen oder mehrere optische Drehgelenke 540 oder Schleifringe 560 (10 und 11) umfassen. Das optische Drehgelenk 540 oder der Schleifring 560 gestattet die Übertragung elektrischer und optischer Signale entlang der Länge des Armabschnitts 104 und macht es dennoch möglich, dass sich jede der Lagereinsatzgruppierungen 110, 112, 114 im Wesentlichen ungehindert dreht.
Die Sonde 118 ist abnehmbar am Messsondengehäuse 102 angebracht, welches mit der Lagereinsatzgruppierung 112 verbunden ist. Ein Griffzusatzteil 126 ist in Bezug auf das Messsondengehäuse 102 beispielsweise mittels einer Schnellverbinder-Anschlussstelle entfernbar. Die Schnellverbinder-Anschlussstelle kann bei der beispielhaften Ausgestaltung sowohl mechanischen Befestigungselemente, die das Zusatzteil an dem Gehäuse 102 befestigen, als auch elektrische Anschlüsse, die dem Benutzer die Steuerung der Sonde 118 durch das Zusatzteil (z. B. Betätigungsknöpfe) ermöglichen und ferner eine Hochgeschwindigkeits-Datenkommunikation zwischen dem Zusatzteil und dem Sockel 116 bereitstellen, umfassen. Der Griff 126 kann durch eine andere Vorrichtung (z. B. eine Laserliniensonde, einen Strichcodeleser) ersetzt werden, wodurch sich dahingehend Vorteile ergeben, dass der Bediener verschiedene Messvorrichtungen mit demselben Gelenkarm-KMG 100 benutzen kann. Das Sondengehäuse 102 nimmt bei beispielhaften Ausgestaltungen eine entfernbare Sonde 118 auf, die eine Kontaktmessvorrichtung ist und entfernbare Spitzen 118 aufweisen kann, die das zu messende Objekt physisch berühren und folgende umfassen, aber ohne darauf beschränkt zu sein: Sonden vom Typ Kugel, berührungsempfindlich, gebogen und verlängert. Bei anderen Ausgestaltungen wird die Messung beispielsweise durch eine kontaktlose Vorrichtung wie beispielsweise eine Laserliniensonde (LLP; laser line probe) durchgeführt. Der Griff 126 ist bei einer Ausgestaltung durch die LLP ersetzt, wobei die Schnellverbinder-Anschlussstelle verwendet wird. Andere Typen von Zusatzvorrichtungen können den entfernbaren Griff 126 ersetzen, um eine zusätzliche Funktionalität bereitzustellen. Die Beispiele für solche Zusatzvorrichtungen umfassen, aber ohne darauf beschränkt zu sein, z. B. eine oder mehrere Beleuchtungslampen, einen Temperatursensor, einen Thermoscanner, einen Strichcodescanner, einen Projektor, eine Lackierpistole, eine Kamera, eine Videokamera, ein Tonaufzeichnungssystem oder dergleichen.
In 1A und 1B ist ersichtlich, dass das Gelenkarm-KMG 100 den entfernbaren Griff 126 umfasst, der die Vorteile bereitstellt, dass Zusatzteile oder Funktionalitäten ausgetauscht werden können, ohne dass das Messsondengehäuse 102 von der Lagereinsatzgruppierung 112 entfernt wird. Wie anhand von 2 detaillierter erörtert wird, kann der entfernbare Griff 126 auch einen oder mehrere elektrische Verbinder umfassen, die es gestatten, dass elektrische Energie und Daten mit dem Griff 126 und der in dem Sondenende 401 und dem Sockel 116 angeordneten entsprechenden Elektronik ausgetauscht werden.
Bei verschiedenen Ausgestaltungen und wie unten ausführlicher besprochen, umfasst jede Drehverbindung eine Gruppierung von Lagereinsätzen 110, 112, 114, die die Bewegung des Armabschnitts 104 des Gelenkarm-KMG 100 um mehrere Drehachsen gestatten. Wie bereits erwähnt, umfasst jede Lagereinsatzgruppierung 110, 112, 114 entsprechende Kodierersysteme wie beispielsweise optische Winkelkodierer, die jeweils koaxial zu 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.
Der Sockel 116 kann eine Befestigungs- bzw. Montagevorrichtung 120 umfassen. Die Montagevorrichtung 120 ermöglicht die entfernbare Montage des Gelenkarm-KMG 100 an einer gewünschten Stelle wie beispielsweise einem Inspektionstisch, einem Bearbeitungszentrum, einer Wand oder dem Boden. Der Sockel 116 umfasst bei einer Ausgestaltung einen Griffabschnitt 122, der eine zweckmäßige Stelle ist, an welcher der Bediener den Sockel 116 hält, während das Gelenkarm-KMG 100 bewegt wird. Bei einer Ausgestaltung umfasst der Sockel 116 ferner einen beweglichen Abdeckabschnitt 124, der herunterklappbar ist, um eine Benutzerschnittstelle wie beispielsweise einen Anzeigeschirm freizugeben.
Gemäß einer Ausgestaltung enthält bzw. beherbergt der Sockel 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 implementiert sein muss.
Das elektronische Datenverarbeitungssystem im Sockel 116 kann mit den Kodierersystemen, Sensoren und anderer peripherer Hardware, die entfernt vom Sockel 116 angeordnet ist (z. B. eine LLP, die am oder im entfernbaren 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 werden.
2 ist ein Blockdiagramm der Elektronik, die gemäß einer Ausgestaltung in einem Gelenkarm-KMG 100 verwendet wird. Die in 2A 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 Benutzerschnittstellen-, Anzeige- und andere Funktionen durchzuführen, die hierin beschrieben werden.
In 2A–2D ist ersichtlich, dass das elektronische Datenverarbeitungssystem 210 über einen oder mehrere elektrische Busse 218A, 218B, 218C, 218D mit der vorgenannten Vielzahl von Kodierersystemen kommuniziert. Es versteht sich, dass das Datenverarbeitungssystem 210 zusätzliche Komponenten wie beispielsweise einen Verbinder 211 umfassen kann, die dafür konfiguriert sind, die ein- und ausgehenden Signale an einen optischen Bus 219A–219D und einen elektrischen Bus 218A–218D anzupassen. Die Umwandlung zwischen optischen und elektrischen Signalen kann von einer Komponente durchgeführt werden, die dafür konfiguriert ist, zwischen elektrischen und optischen Signalen umzuwandeln, also beispielsweise auf einer Leiterplatte, die 2A zugeordnet ist. In 2 sind der Übersichtlichkeit halber nicht alle dieser Komponenten dargestellt. Jedes Kodierersystem erzeugt bei der in 2 dargestellten Ausgestaltung Kodiererdaten und umfasst: eine Kodierer-Bus-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 elektrischen Bus 218 oder den optischen Bus 219 angeschlossen werden.
In 2E ist auch die Sondenende-Elektronik 230 dargestellt, die mit dem elektrischen Bus 218E und dem optischen Bus 219E kommuniziert. Die Sondenende-Elektronik 230 umfasst einen Sondenende-DSP 228, einen Temperatursensor 212, einen elektrischen Griff-/LLP-Bus 240 und einen Bus 241, der bei einer Ausgestaltung über die Schnellverbinder-Anschlussstelle mit dem Griff 126 oder mit der LLP 242 verbindet, sowie eine Sondenschnittstelle 226. Der Bus 241 kann ein elektrischer Bus, ein optischer Bus oder ein Bus, der sowohl optische als auch elektrische Signale umfasst, sein. Die Schnellverbinder-Anschlussstelle ermöglicht den Zugriff des Griffs 126 auf den elektrischen Bus 240 und den Bus 241 für die LLP und andere Zusatzteile. Der elektrische Bus kann Datenleitungen, Steuerleitungen und Energieleitungen enthalten. Der optische Bus kann Datenleitungen und Steuerleitungen enthalten. 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 der Schnellverbinder-Anschlussstelle entfernt werden und die Messung kann mit der Laserliniensonde (LLP) 242, die über den elektrischen Griff-/LLP-Bus 240 oder den optischen Bus 241 mit der Sondenende-Elektronik 230 des Gelenkarm-KMG 100 kommuniziert, durchgeführt werden. Es versteht sich, dass, obwohl der elektrische Bus 218 und der optische Bus 219 als einzelne Komponenten behandelt werden, jeder der Busse 218, 219 aus einer Vielzahl von einzelnen Bussegmenten (z. B. Bus 218A–218E, Bus 219A–219E) ausgebildet sein kann, die in Reihe geschaltet sind, um Signale innerhalb des Gelenkarm-KMG 100 zu übertragen. Wie hierin ausführlicher besprochen wird, kann jedes Segment durch einen Drehkoppler (10 und 11), der einen elektrischen Schleifring 221A–221D und einen Optokoppler 223A–223D aufweist, getrennt werden.
Bei einer Ausgestaltung sind das elektronische Datenverarbeitungssystem 210 im Sockel 116 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. Der optische Bus 219 kann derart ausgewählt werden, dass er mit einem Standard-Kommunikationsprotokoll wie beispielsweise Universal Serial Bus (USB) 1.0, USB 2.0, USB 3.0, Gigabit Ethernet (Standard IEEE 802.3:2008), Peripheral Component Interconnect (PCI) Express, FireWire, Camera Link oder beliebigen anderen definierten Protokollen kompatibel ist.
3A–3C sind Blockdiagramme, die detaillierte Merkmale des elektronischen Datenverarbeitungssystems 210 (2A) des Gelenkarm-KMG 100 gemäß einer Ausgestaltung beschreiben. Das elektronische Datenverarbeitungssystem 210 ist bei einer Ausgestaltung im Sockel 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 3A–3C 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 elektrischen Bus 218, den optischen Bus 219 und eine Bussteuermodulfunktion 308 unverarbeitete Armdaten (z. B. Daten des Kodierersystems). Die Speicherfunktion 304 speichert Programme und statische Konfigurationsdaten des Gelenkarm-KMG. Die Basisprozessorkarte 204 umfasst ferner eine für eine externe Hardwareoption vorgesehene Portfunktion 310, um mit etwaigen externen Hardwaregeräten oder Zusatzteilen wie beispielsweise einem Grafikmonitor bzw. Fernsehgerät über den HDMI-Port 311, einem Audiogerät über den Port 313, einem USB-3.0-Port 315 und einer Flash-Speicherkarte (SD-Karte) über den Port 317, aber ohne darauf beschränkt zu sein, 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 zu externen (Host-Computer) und internen (Anzeigeprozessor 328) Geräten. Die Basisprozessorkarte 204 ist in der Lage, über eine Gigabit-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-3.0-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 beispielsweise bei der in dem vorgenannten Patent '582 offenbarten seriellen Box. Der Basisprozessor 204 sendet die verarbeiteten Daten über eine RS485-Schnittstelle (IF) 326 zu dem Anzeigeprozessor 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 Anzeigeprozessor 328 ausgeführten Anwendungen verwendet, um ein autonomes messtechnisches System in dem Gelenkarm-KMG 100 zur Verfügung zu stellen. Die Anwendungen können auf dem Anzeigeprozessor 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 Anzeigeprozessor 328 und einer Schnittstelle für einen Flüssigkristallbildschirm (LCD-Bildschirm; liquid crystal display) 338 (z. B. ein berührungssensitiver LCD-Bildschirm) mehrere Schnittstellenoptionen, zu denen 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 globale Positionsbestimmungssystem (GPS; global positioning system) gehören.
Das in 3 abgebildete elektronische Datenverarbeitungssystem 210 umfasst ferner 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 Batterieladersteuerung 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 Funkidentifikations-Modul (Funk-ID-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.
Nun Bezug nehmend auf 1 und 4, ist dort eine Ausgestaltung des Gelenkarm-KMG 100 mit einer integrierten Anzeigevorrichtung dargestellt. Das Gelenkarm-KMG 100 umfasst einen Sockel 116, der das elektronische Datenverarbeitungssystem 210 umfasst, das derart angeordnet ist, dass es mit dem optischen Bus 219 und über einen oder mehrere elektrische Busse 218 kommuniziert. Die Daten, die durch den optischen Bus 219 oder elektrischen Bus 218 übertragen werden, können von Kodierern, die den Lagereinsatzgruppen 110, 112, 114 zugeordnet sind, oder von Armzusatzteilen kommen. Der Sockel 116 umfasst ein Gehäuse 399 mit der Montagevorrichtung 120 an einem Ende und der Lagereinsatzgruppierung 114 und dem Armabschnitt 104 an einem entgegengesetzten Ende. Das Gehäuse 399 umfasst auf einer Seite eine Aussparung 403. Die Aussparung ist durch eine Innenwand 405, eine erste Seitenwand 407, eine zweite Seitenwand 409 und eine Stirnwand 411 definiert. Die Seitenwände 407, 409 sind derart in einem Winkel relativ zu der Montageebene des Gelenkarm-KMG 100 angeordnet, dass die Aussparung 403 von dem an die Montagevorrichtung 120 angrenzenden Ende zu dem an den Armabschnitt 104 angrenzenden Ende hin abgeschrägt ist. Das Gehäuse 399 umfasst angrenzend an die Stirnwand 411 einen Griffabschnitt 122, der derart bemessen ist, dass er dem Bediener das Tragen des Gelenkarm-KMG 100 erleichtert.
Bei einer Ausgestaltung umfasst die Aussparung 403 eine Öffnung, die für die Aufnahme einer Batterie 414 bemessen ist. Die Batterie 414 ist entfernbar im Gehäuse 399 angeordnet und durch eine Arretierung 415 gesichert, die beweglich in der Wand 405 angeordnet ist. Die Arretierung 415 kann einen Zungenabschnitt umfassen, der eine Oberfläche der Batterie 414 in Eingriff nimmt und ein unbeabsichtigtes Entfernen verhindert. Die Batterie 414 kann an eine Batteriesatzschnittstelle gekoppelt werden und dem Gelenkarm-KMG 100 elektrische Energie zur Verfügung stellen, wenn es nicht an eine externe Energiequelle (z. B. eine Wandsteckdose) angeschlossen ist. Die Batterie 414 umfasst bei der beispielhaften Ausgestaltung eine Schaltungsanordnung, die mit dem elektronischen Datenverarbeitungssystem 210 kommuniziert und Signale überträgt, die Folgendes umfassen können, aber ohne darauf beschränkt zu sein: Batterieladezustand; Batterietyp; Modellnummer; Hersteller; Kenngrößen; Entladeleistung; voraussichtliche verbleibende Kapazität; Temperatur; elektrische Spannung; sowie einen Alarm bei fast vollständiger Entladung, damit das Gelenkarm-KMG in kontrollierter Weise abgeschaltet werden kann.
Auf der Wand 405 können auch einer oder mehrere externe Ports angeordnet sein, die an das elektronische Datenverarbeitungssystem 210 gekoppelt sind, also beispielweise ein Flash-Speicherkarten-Port 317, USB-3.0-Port 315, HDMI-Port 311 und Audio-Port 313. Die externen Ports sind derart angeordnet, dass sie für den Benutzer zugänglich sind, wenn der bewegliche Abdeckabschnitt 124 von einer geschlossenen Stellung (1) zu einer offenen Stellung (4) bewegt wird.
Der bewegliche Abdeckabschnitt 124 umfasst ein Gehäuseelement 423, das an Gelenken angebracht ist, die den beweglichen Abdeckabschnitt 124 an die Stirnwand 411 koppeln. Bei der beispielhaften Ausgestaltung ist der bewegliche Abdeckabschnitt 124, wenn er sich in der offenen Stellung befindet, in einem stumpfen Winkel relativ zur Innenwand 404 angeordnet. Es versteht sich, dass der bewegliche Abdeckabschnitt 124 kontinuierlich drehbar ist und dass die offene Stellung eine beliebige Stellung sein kann, bei welcher der Bediener auf den Anzeigeschirm zugreifen und diesen benutzen kann.
Der bewegliche Abdeckabschnitt 124 umfasst ferner ein Flächenelement 424, das auf einer Seite angeordnet und an das Gehäuseelement 423 gekoppelt ist. Das Flächenelement 424 umfasst eine Öffnung 425, die derart bemessen ist, dass sie den Blick auf eine Anzeigevorrichtung 428 ermöglicht. Das Gehäuseelement 423 und das Flächenelement 424 sind generell dünnwandige Strukturen, die beispielsweise aus einem spritzgegossenen Kunststoffmaterial ausgebildet sind und einen hohlen Innenabschnitt definieren. Das Gehäuseelement 423 oder das Flächenelement 424 kann bei einer Ausgestaltung aus anderen Materialien ausgebildet sein, die beispielsweise Stahl- oder Aluminiumblech umfassen, aber ohne darauf beschränkt zu sein.
In dem beweglichen Abdeckabschnitt 124 ist eine Anzeigevorrichtung 428 mit einer Anzeige 428 angeordnet. Die Anzeigevorrichtung 428 ist an dem Flächenelement 424 angebracht. Die Anzeigevorrichtung 428 stellt eine Benutzerschnittstelle zur Verfügung, die dem Bediener die Interaktion mit dem Gelenkarm-KMG 100 und dessen Bedienung gestattet, ohne einen externen Host-Computer zu benutzen oder anzuschließen. Die Anzeigevorrichtung 428 kann einen berührungsempfindlichen Bildschirm mit Elementen zur Erkennung der Berührung umfassen, zu denen folgende zählen, aber ohne darauf beschränkt zu sein: Widerstandselemente; Elemente für akustische Oberflächenwellen; kapazitive Elemente; Elemente für Oberflächenkapazität; Projected-Capacitance-Elemente (Elemente für projizierte Kapazität); Infrarot-Photodetektorelemente; Dehnungsmesselemente; optische Abbildungselemente; Dispersive-Signal-Elemente (Elemente für sich ausbreitende Signale); oder Elemente für akustische Impulserkennung. Die Anzeigevorrichtung 428 ist derart in bidirektionaler Kommunikation mit der Benutzerschnittstellenkarte 202 und der Basisprozessorkarte 204 angeordnet, dass die Betätigung der Anzeigevorrichtung 428 durch den Bediener bewirken kann, dass ein oder mehrere Signale zu oder von der Anzeigevorrichtung 428 übertragen werden. Die Anzeigevorrichtung 428 ist bei einer Ausgestaltung derart konfiguriert, dass sie Daten wie beispielsweise hoch aufgelöste Videobilder, die über den optischen Bus 219 übertragen werden, anzeigt.
Nun Bezug nehmend auf 5–8, ist dort eine beispielhafte Ausgestaltung eines Sondenendes 401 veranschaulicht, das ein Messsondengehäuse 102 mit einer mechanischen und optischen Schnellverbinder-Anschlussstelle aufweist, die das Koppeln der entfernbaren und austauschbaren Vorrichtung 400 an das Gelenkarm-KMG 100 ermöglicht. Die Vorrichtung 400 umfasst bei der beispielhaften Ausgestaltung eine Umschließung 402, die einen Griffabschnitt 404 umfasst, der derart bemessen und geformt ist, dass er in einer Hand des Bedieners gehalten wird, also beispielsweise wie ein Pistolengriff. Die Umschließung 402 ist eine dünnwandige Struktur mit einem Hohlraum 406 (7). Der Hohlraum 406 ist derart bemessen und konfiguriert, dass er eine Steuervorrichtung 408 aufnimmt. Die Steuervorrichtung 408 kann eine digitale Schaltung, die beispielsweise einen Mikroprozessor aufweist, oder eine analoge Schaltung sein. Die Steuervorrichtung 408 steht bei einer Ausgestaltung in asynchroner bidirektionaler Kommunikation mit dem elektronischen Datenverarbeitungssystem 210 (2 und 3). Die Kommunikationsverbindung zwischen der Steuervorrichtung 408 und dem elektronischen Datenverarbeitungssystem 210 kann eine drahtlose, drahtgebundene (z. B. über den Bus 218) oder optische (z. B. über den Bus 219) Verbindung sein. Die Kommunikationsverbindung kann auch eine direkte oder indirekte drahtlose Verbindung (z. B. Bluetooth oder IEEE 802.11) oder eine Kombination aus drahtgebundenen, optischen und drahtlosen Verbindungen umfassen. Bei der beispielhaften Ausgestaltung ist die Umschließung 402 in zwei Hälften 410, 412 ausgebildet, beispielsweise aus einem spritzgegossenen Kunststoffmaterial. Die Hälften 410, 412 können mit Befestigungsmitteln wie beispielsweise Schrauben 413 aneinander befestigt werden. Die Umschließungshälften 410, 412 können bei anderen Ausgestaltungen beispielsweise durch Klebstoffe oder Ultraschallschweißen aneinander befestigt werden.
Der Griffabschnitt 404 umfasst ferner Knöpfe bzw. Aktoren 416, 417, die der Bediener manuell einschalten kann. Die Aktoren 416, 417 sind an die Steuervorrichtung 408 gekoppelt, die ein Signal zu einer Steuervorrichtung 420 in dem Sondengehäuse 102 überträgt. Die Aktoren 416, 417 führen bei den beispielhaften Ausgestaltungen die Funktionen von Aktoren 422 durch, die auf dem Sondengehäuse 102 gegenüber der Vorrichtung 400 angeordnet sind. Es versteht sich, dass die Vorrichtung 400 zusätzliche Schalter, Knöpfe oder andere Aktoren aufweisen kann, die ebenfalls zur Steuerung der Vorrichtung 400, des Gelenkarm-KMG 100 oder umgekehrt verwendet werden können. Die Vorrichtung 400 kann auch Anzeigevorrichtungen wie beispielsweise Leuchtdioden (LEDs), Schallerzeuger, Messgeräte, Anzeigen oder Prüfvorrichtungen umfassen. Die Vorrichtung 400 kann bei einer Ausgestaltung ein digitales Sprachaufzeichnungsgerät umfassen, das die Synchronsation von Sprachkommentaren mit einem gemessenen Punkt gestattet. Bei noch einer weiteren Ausgestaltung umfasst die Vorrichtung 400 ein Mikrofon, das dem Bediener die Übertragung von durch Sprache aktivierten Befehlen an das elektronische Datenverarbeitungssystem 210 gestattet.
Der Griffabschnitt 404 kann bei einer Ausgestaltung für die Benutzung mit einer der beiden Hände des Bedieners oder für eine bestimmte Hand (z. B. die linke Hand oder die rechte Hand) konfiguriert sein. Der Griffabschnitt 404 kann auch dafür konfiguriert sein, Bedienern mit Behinderungen (z. B. Bedienern mit fehlenden Fingern oder Bedienern mit Armprothesen) die Benutzung zu erleichtern. Ferner kann der Griffabschnitt 404 entfernt werden und das Sondengehäuse 102 allein benutzt werden, wenn der freie Raum begrenzt ist. Wie oben erörtert wurde, kann das Sondenende 401 auch die Welle der siebten Achse des Gelenkarm-KMG 100 umfassen. Bei dieser Ausgestaltung kann die Vorrichtung 400 derart angeordnet sein, dass sie sich um die siebte Achse des Gelenkarm-KMG dreht.
Das Sondenende 401 umfasst bei einer Ausgestaltung eine mechanische und elektrische Anschlussstelle, die mit einem zweiten Verbinder auf dem Sondengehäuse 102 zusammenwirkt. Die Verbinder können elektrische und mechanische Merkmale umfassen, die das Koppeln der Vorrichtung 400 an das Sondengehäuse 102 gestatten. Die Anschlussstelle 426 umfasst bei einer Ausgestaltung eine erste Oberfläche 430 mit einem mechanischen Koppler 432, einem ersten elektrischen Verbinder 434 und einem zweiten elektrischen Verbinder 435 darauf. Die Umschließung 402 umfasst ferner eine zweite Oberfläche 436, die angrenzend an die erste Oberfläche 430 positioniert und versetzt davon angeordnet ist. Die zweite Oberfläche 436 ist bei der beispielhaften Ausgestaltung eine flächige Oberfläche, die um einen Abstand von ungefähr 12,5 mm gegenüber der ersten Oberfläche 430 versetzt ist. Wie unten ausführlicher beschrieben wird, stellt diese Versetzung freien Raum für die Finger des Bedieners zur Verfügung, wenn ein Befestigungsmittel wie beispielsweise ein Bund 438 festgedreht oder gelöst wird. Die Anschlussstelle 426 stellt eine relativ schnelle und sichere elektronische Verbindung zwischen der Vorrichtung 400 und dem Sondengehäuse 102 zur Verfügung, ohne dass Verbinderstifte ausgerichtet werden müssen und ohne dass separate Kabel oder Verbinder erforderlich sind.
Der erste elektrische Verbinder 434 erstreckt sich von der ersten Oberfläche 430 aus und umfasst einen oder mehrere Verbinderstifte 440, die, beispielsweise über einen oder mehrere Busse 218, in asynchroner bidirektionaler Kommunikation elektrisch mit dem elektronischen Datenverarbeitungssystem 210 (2 und 3) gekoppelt sind. Die bidirektionale Kommunikationsverbindung kann drahtgebunden (z. B. über den Bus 218), drahtlos (z. B. Bluetooth oder IEEE 802.11) oder eine Kombination aus drahtgebundenen und drahtlosen Verbindungen sein. Bei einer Ausgestaltung ist der erste elektrische Verbinder 434 elektrisch an die Steuervorrichtung 420 gekoppelt. Die Steuervorrichtung 420 kann in asynchroner bidirektionaler Kommunikation mit dem elektronischen Datenverarbeitungssystem 210 stehen, beispielsweise über einen oder mehrere elektrische Busse 218.
Ähnlich erstreckt sich der zweite elektrische Verbinder 435 von der ersten Oberfläche 430 aus angrenzend an den elektrischen Verbinder 434. Der zweite elektrische Verbinder 435 kann einen oder mehrere Verbinderstifte umfassen, die über den optischen Bus 219 in asynchroner und bidirektionaler Kommunikation elektrisch mit dem elektronischen Datenverarbeitungssystem 210 gekoppelt sind. Der zweite elektrische Verbinder 435 gestattet bei der beispielhaften Ausgestaltung eine Hochgeschwindigkeits-Datenübertragung. Bei einer Ausgestaltung ist die Datenübertragung über den zweiten elektrischen Verbinder höher als 12 Megabytes pro Sekunde und konform mit dem Universal-Serial-Bus-Standard. Die Datenübertragung über den zweiten elektrischen Verbinder 435 erfolgt bei einer anderen Ausgestaltung mit bis zu 625 Megabytes pro Sekunde und ist konform mit dem USB-3.0-Standard. Die Datenübertragung über den zweiten elektrischen Verbinder 435 erfolgt bei noch einer anderen Ausgestaltung mit bis zu 125 Megabytes pro Sekunde und ist konform mit dem Gigabit-Ethernet-Standard (IEEE 802.3:2008).
Wie unten ausführlicher beschrieben wird, ist der zweite elektrische Verbinder 435 über einen Sendeempfänger 421 im Sondengehäuse 102 an das elektronische Datenverarbeitungssystem 210 gekoppelt. Der Sendeempfänger 421 ist dafür konfiguriert, das elektrische Signal des Verbinders 435 in ein optisches Signal umzuwandeln. Der Sendeempfänger stellt die bidirektionale Kommunikation zwischen einem optischen Kommunikationsmedium und einem elektrischen Kommunikationsmedium zur Verfügung. Bei der beispielhaften Ausgestaltung empfängt und überträgt der Sendeempfänger 421 über den zweiten elektrischen Verbinder 435 elektrische Signale von bzw. zu der Vorrichtung 400 und empfängt und überträgt der Sendeempfänger 421 optische Signale über den optischen Bus 219. Der Sendeempfänger 421 ist bei einer Ausgestaltung einstückig mit der Steuervorrichtung 420 ausgebildet. Bei noch einer anderen Ausgestaltung ist der zweite elektrische Verbinder 435 ein optischer Verbinder und kann der Sendeempfänger 421 entfallen. Der Bus 241 kann bei einer Ausgestaltung ferner sowohl elektrische als auch optische Signalleitungen umfassen, wobei in diesem Fall der Sendeempfänger 421 nur zum Umwandeln der elektrischen Signale in optische Signale verwendet wird, während das Durchlassen der optischen Signale gestattet wird. Es versteht sich, dass bei Ausgestaltungen, wo der Bus 241 lediglich ein optischer Bus ist, der Sendeempfänger 421 entfallen kann.
Die elektrischen Verbinder 434, 435 sind derart positioniert, dass sie eine relativ schnelle und sichere elektronische Verbindung mit entsprechenden elektrischen Verbindern auf dem Sondengehäuse 102 bereitstellen. Die elektrischen Verbinder verbinden sich miteinander, wenn die Vorrichtung 400 am Sondengehäuse 102 befestigt wird. Die elektrischen Verbinder können jeweils ein in Metall eingekapseltes Verbindergehäuse umfassen, das die Abschirmung gegen elektromagnetische Störungen bereitstellt, die Verbinderstifte schützt und die Stiftausrichtung während des Vorgangs der Befestigung der Vorrichtung 400 am Sondengehäuse 102 unterstützt.
Der mechanische Koppler 432 stellt eine relativ starre mechanische Kopplung zwischen der Vorrichtung 400 und dem Sondengehäuse 102 bereit, um relativ genaue Anwendungen zu halten, bei denen sich die Position der Vorrichtung 400 am Ende des Armabschnitts 104 des Gelenkarm-KMG 100 vorzugsweise nicht verschiebt bzw. bewegt. Ein etwaige solche Bewegung kann typisch zu einer unerwünschten Verschlechterung bei der Genauigkeit des Messergebnisses führen. Diese erwünschten Ergebnisse werden mit verschiedenen Strukturmerkmalen des mechanischen Befestigungs-Konfigurationsabschnitts der mechanischen und elektronischen Schnellverbinder-Anschlussstelle einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung erzielt.
Der mechanische Koppler 432 umfasst bei einer Ausgestaltung einen ersten Vorsprung 444, der auf einem Ende 448 (der Vorderkante bzw. der „Front” der Vorrichtung 400) angeordnet ist. Der erste Vorsprung 444 kann eine gekehlte, gekerbte oder abgeschrägte Anschlussstelle umfassen, die eine Lippe 446 bildet, die sich von dem ersten Vorsprung 444 aus erstreckt. Die Lippe 446 ist derart bemessen, dass sie in einem Schlitz 450 aufgenommen wird, der durch einen Vorsprung 452 definiert ist, der sich von dem Sondengehäuse 102 aus erstreckt (8). Es versteht sich, dass der erste Vorsprung 444 und der Schlitz 450 zusammen mit dem Bund 438 eine Koppleranordnung derart bilden, dass, wenn die Lippe 446 in dem Schlitz 450 positioniert ist, der Schlitz 450 dazu benutzt werden kann, sowohl die Längs- als auch die Seitenbewegung der Vorrichtung 400 zu beschränken, wenn sie am Sondengehäuse 102 befestigt ist. Wie im Folgenden ausführlicher erörtert wird, kann man die Drehung des Bunds 438 zum Befestigen der Lippe 446 im Schlitz 450 verwenden.
Gegenüber dem ersten Vorsprung 444 kann der mechanische Koppler 432 einen zweiten Vorsprung 454 umfassen. Der zweite Vorsprung 454 kann eine gekehlte, eine eine gekerbte Lippe aufweisende oder eine abgeschrägte Anschlussstellenoberfläche 456 umfassen (6). Der zweite Vorsprung 454 ist derart angeordnet, dass er ein dem Sondengehäuse 102 zugeordnetes Befestigungsmittel, beispielsweise den Bund 438, in Eingriff nimmt. Der mechanische Koppler 432 umfasst eine über der Oberfläche 430 hervorstehende erhöhte Oberfläche, die an den elektrischen Verbinder 434 angrenzt oder rings um den elektrischen Verbinder 434 angeordnet ist, der einen Schwenkpunkt für die Anschlussstelle 426 bildet. Dieser dient als dritter von drei Punkten des mechanischen Kontakts zwischen der Vorrichtung 400 und dem Sondengehäuse 102, wenn die Vorrichtung 400 daran befestigt ist.
Das Sondengehäuse 102 umfasst einen Bund 438, der koaxial auf einem Ende befestigt ist. Der Bund 438 umfasst einen Gewindeabschnitt, der zwischen einer ersten Position (5) und einer zweiten Position (7) bewegt werden kann. Der Bund 438 kann durch seine Drehung zum Befestigen oder Entfernen der Vorrichtung 400 benutzt werden, ohne dass externe Werkzeuge erforderlich sind. Die Drehung des Bunds 438 bewegt ihn entlang eines Zylinders 474 mit einem relativ groben Flachgewinde. Die Verwendung eines solchen relativ großen Flachgewindes und solcher konturierter Oberflächen ermöglicht eine signifikante Klemmkraft bei minimalem Drehmoment. Die grobe Steigung der Gewinde des Zylinders 474 ermöglicht ferner das Festdrehen oder Lösen des Bunds 438 bei minimaler Drehung.
Zum Koppeln der Vorrichtung 400 an das Sondengehäuse 102 wird die Lippe 446 in den Schlitz 450 eingebracht und die Vorrichtung geschwenkt, um den zweiten Vorsprung 454 zu einer Oberfläche 458 hin zu drehen, wie es durch den Pfeil 464 angezeigt ist (5). Der Bund 438 wird gedreht, was dazu führt, dass er in der durch den Pfeil 462 angezeigten Richtung in Eingriff mit der Oberfläche 456 bewegt bzw. verschoben wird. Die Bewegung des Bunds 438 gegen die gewinkelte Oberfläche 456 führt den mechanischen Koppler 432 gegen die erhöhte Oberfläche 460. Dies hilft dabei, potentielle Probleme beim Verziehen der Anschlussstelle oder im Falle von Fremdobjekten auf der Oberfläche der Anschlussstelle zu überwinden, die den starren Sitz der Vorrichtung 400 am Sondengehäuse 102 beeinträchtigen könnten. Die Ausübung von Kraft durch den Bund 438 auf den zweiten Vorsprung 454 bewirkt, dass der mechanische Koppler 432 nach vorne bewegt wird, wobei er die Lippe 446 in einen Sitz auf dem Sondengehäuse 102 drückt. Während der Bund 438 weiter festgedreht wird, wird der zweite Vorsprung 454 unter Aufbringung von Druck auf einen Schwenkpunkt nach oben zu dem Sondengehäuse 102 hin gedrückt. Dies stellt eine Wippanordnung bereit, die Druck auf den zweiten Vorsprung 454, die Lippe 446 und den mittleren Schwenkpunkt aufbringt, um ein Verschieben oder Schaukeln der Vorrichtung 400 zu verringern oder zu eliminieren. Der Schwenkpunkt drückt direkt gegen die Unterseite des Sondengehäuses 102, während die Lippe 446 eine nach unten gerichtete Kraft auf das Ende des Sondengehäuses 102 ausübt. 6 enthält Pfeile 462, 464, um die Richtung der Bewegung der Vorrichtung 400 und des Bunds 438 anzuzeigen. Es versteht sich, dass der Versetzungsabstand der Oberfläche 436 der Vorrichtung 400 einen Zwischenraum zwischen dem Bund 438 und der Oberfläche 436 bildet (7). Der Zwischenraum gestattet dem Bediener, den Bund 438 fester zu greifen, wobei sich zugleich das Risiko verringert, dass seine Finger während der Drehung des Bunds 438 eingeklemmt werden. Das Sondengehäuse 102 besitzt bei einer Ausgestaltung eine ausreichende Steifigkeit, um das Verziehen beim Festdrehen des Bunds 438 zu reduzieren oder zu verhindern.
Das Koppeln des Sondenendes 401 an das Ende des Armabschnitts 104 erzeugt eine Kommunikationsverbindung zwischen dem optischen Bus 219 und dem Sendeempfänger 421. Dieses Koppeln erzeugt ferner eine Kommunikationsverbindung zwischen dem Bus 218 und der Steuervorrichtung 420. Auf diese Weise können Signale über beide Busse 218, 219 übertragen und empfangen werden. Es versteht sich, dass es für die Segmente 106, 108 des Armabschnitts 104 und das Sondenende 401 erstrebenswert wäre, dass sie um mehrere Drehachsen drehbar wären, um dem Sondenende 401 die Möglichkeit zu bieten, für die Durchführung einer gewünschten Messung positioniert zu werden, ohne den Benutzer zu behindern. Infolgedessen werden eine oder mehrere elektrische und optische Verbindungen an jeder der Lagereinsatzgruppierungen 110, 112, 114 für jedes Drehgelenk gebildet. Diese Verbindungen ermöglichen das Bewegen und Drehen des Armabschnitts 104 ohne Beeinträchtigung durch elektrische oder optische Leiter.
Nun Bezug nehmend auf 9–11, ist dort eine beispielhafte Ausgestaltung einer Armdrehverbindung mit Gruppierungen von Lagereinsätzen wie zum Beispiel der Lagereinsatzgruppierung 110 dargestellt, die eine Schleifringbaugruppe umfassen, die die Drehung der Armsegmente gestattet, obwohl faseroptische oder elektrische Leiter durch den Arm durchgehen können. Wie oben besprochen wurde, wird bei jeder der Drehverbindungen des Gelenkarms ein modularer Lager-/Kodierereinsatz wie beispielsweise ein Einsatz 500 oder Einsatz 502 benutzt. Diese Einsätze 500, 502 werden in den Öffnungen von Doppelmuffenverbindungen 504, 506 angebracht. Jede Doppelmuffenverbindung 504, 506 umfasst eine erste zylindrische Verlängerung 508 mit einer ersten Aussparung bzw. Muffe 510 und eine zweite zylindrische Verlängerung 512 mit einer zweiten Aussparung bzw. Muffe 514. Die Muffen 510, 514 werden generell in einem 90°-Winkel zueinander positioniert, obwohl andere relative Winkelkonfigurationen verwendet werden können. Der Einsatz 502 wird in jeder Muffe 516 der Doppelmuffenverbindungen 504, 506 positioniert, um ein Scharniergelenk zu definieren, während der Einsatz 500 in der Muffe 510 der Verbindung 506 positioniert wird, um jeweils ein längs verlaufendes Drehgelenk zu definieren. Die modularen Lager-/Kodierereinsätze 500, 502 bieten dahingehend Vorteile, dass sie unterschiedliche Hersteller eines vorbelasteten bzw. vorgespannten Doppellagereinsatzes erlauben, auf welchem die modularen Kodiererkomponenten angebracht sind. Dieser Lager-/Kodierereinsatz kann dann fest an den äußeren Stützstrukturkomponenten, beispielsweise den Doppelmuffenverbindungen 504, 506, des Gelenkarmabschnitts 104 angebracht werden. Die Verwendung solcher Einsätze ist dahingehend von Vorteil, dass sie die hochwertige, schnelle Herstellung dieser fein abgestimmten Unterkomponenten des Gelenkarmabschnitts 104 gestatten.
Bei einigen Ausgestaltungen können bis zu vier verschiedene Einsatztypen vorhanden sein, und zwar zwei „lange” axiale Einsätze, die die Schwenkdrehung ermöglichen, und zwei „kurze” Einsätze, die ein Scharniergelenk ergeben. Jeder Einsatz umfasst eine vorgespannte Lagerbaugruppe und ein Messgerät, das einen Digitalkodierer umfassen kann. Obwohl die Länge des Einsatzes geändert werden kann, werden zu Veranschaulichungszwecken alle Einsatztypen mit Bezug auf den Einsatz 500 beschrieben.
In 10 ist dargestellt, dass der Einsatz 500A ein Paar von Lagern 518, 520 umfasst, die durch eine Innenhülse 522 und Außenhülse 524 voneinander getrennt sind. Die Lager 518, 520 sollten vorzugsweise vorgespannt werden. Ein solche Vorspannung wird bei dieser Ausgestaltung durch die Hülsen 522, 524 gebildet, die unterschiedlich lang sind, so dass nach dem Festmachen eine vorgewählte Vorspannkraft auf den Lagern 518, 520 erzeugt wird. Die Lager 518, 520 sind abgedichtet, wobei Dichtungen 526 mit dieser Baugruppe verwendet werden, die drehbar auf einer Welle 528 angebracht ist. Die Welle 528 endet an ihrer oberen Oberfläche an einem oberen Wellengehäuse 530. Zwischen der Welle 528 und dem oberen Wellengehäuse 530 ist ein Kreisraum 532 definiert. Diese gesamte Baugruppe ist in einem Lageraußengehäuse 534 positioniert, wobei die Welle 528 und ihre Lagerbaugruppe mittels einer Kombination aus einer Innenmutter 527 und einer Außenmutter 529 fest an dem Gehäuse 534 angebracht sind. Es ist anzumerken, dass der obere Abschnitt des Außengehäuses 534 beim Zusammenbau in dem Kreisraum 532 aufgenommen wird. Es versteht sich, dass die Vorspannung auf die Lager 518, 520 beim Festdrehen der Innen- und Außenmutter, welche Druckkräfte auf die Lager aufbringen, ausgeübt wird und dass das gewünschte Maß an Vorspannung wegen des Längenunterschieds zwischen dem inneren und äußeren Abstandsstück 522, 524 erzielt wird.
Die Lager 518, 520 sind bei einer Ausgestaltung Duplexkugellager. Es ist von Bedeutung, dass die Lagerlaufflächen parallel sind, um die gewünschte Vorspannung zu erzielen. Die Parallelität beeinflusst die Gleichmäßigkeit der Vorspannung rings um den Umfang des Lagers. Eine ungleichmäßige Belastung verleiht dem Lager ein raues, ungleichmäßiges Laufdrehmomentgefühl und kann zu unerwünschtem Radialschlag oder geringerer Kodiererleistung führen. Die Abstandsstücke 522, 524 dienen dazu, die Trennung der Lager zu verbessern. Das Einsatzgehäuse 534 und die Abstandsstücke 522, 524 bestehen bei der beispielhaften Ausgestaltung aus Aluminium und können in einer gewünschten Länge und Parallelität gespant werden. Da ein gemeinsames Material für das innere und äußere Abstandsstück verwendet wird, führen Temperaturänderungen nicht zu einer unterschiedlichen Ausdehnung, die die Vorspannung beeinträchtigen könnte. Die Verwendung der Dichtungen 526 stellt abgedichtete Lager bereit, weil eine etwaige Verunreinigung der Lager alle Drehbewegungen und die potentielle Kodierergenauigkeit beeinträchtigen kann.
Obwohl der Einsatz 500A bei der beispielhaften Ausgestaltung ein Paar von Lagern umfasst, könnte er auch ein einziges Lager oder drei oder mehr Lager umfassen. Somit umfasst jeder Einsatz mindestens ein Lager. Bei einer Ausgestaltung kann ein optisches Kodierersystem in einem Ende 554 angeordnet sein. Das Kodierersystem umfasst eine Scheibe 562 und einen oder mehrere Leseköpfe 563. Das Kodierersystem umfasst ein Muster messbarer Kenngrößen. Eine Lichtquelle im Lesekopf sendet Licht auf das Scheibenmuster, und das reflektierte oder durchgelassene Licht aus dem Lesekopf wird von dem optischen Detektor auf dem Lesekopf aufgefangen. Diese Information dient zur Ermittlung des Drehwinkels.
Die Einsätze können entweder eine unbegrenzte Drehung aufweisen oder nur eine begrenzte Drehung zulassen. Für die begrenzte Drehung stellt eine Vertiefung 536 auf einem Flansch 538 auf der Außenfläche des Gehäuses 534 bei einer Ausgestaltung eine zylindrische Spur zur Verfügung, die ein Schiffchen (nicht dargestellt) aufnimmt. Das Schiffchen fährt in der Spur 536, bis es an einen entfernbaren Schiffchenanschlag wie beispielsweise eine die Drehung stoppende Anschlagschraube anstößt, so dass danach eine weitere Drehung ausgeschlossen ist.
Bei einer beispielhaften Ausgestaltung ist der Einsatz 500 ein Einsatz 500A, der in 10 dargestellt ist. Der Einsatz kann sich frei in unbegrenzter Drehung bewegen. Bei dieser Ausgestaltung wird ein Drehkoppler wie beispielsweise das optische Drehgelenk 540 verwendet, um Signalen die Bewegung auf den Lichtwellenleiterkabeln 219C, 219D zum Durchqueren des Gelenks zu ermöglichen. Die Welle 528 hat eine durch sie gehende Öffnung 542. Das optische Drehgelenk 540 ist in der Öffnung 542 angeordnet. Das Lichtwellenleiterkabel 219C tritt über eine Durchführung 544 im oberen Gehäuse 530 in den Einsatz 500A ein. Das Lichtwellenleiterkabel 219 tritt in eine Buchse 546 ein, die an einem Absatz 548 im oberen Abschnitt der Öffnung 542 befestigt ist. Bündig montiert angrenzend an das Ende der Buchse 546 befindet sich eine Gradientenindex-Stablinse 550, die an das Ende des Lichtwellenleiterkabels 219C gekoppelt ist.
In ähnlicher Weise tritt das Lichtwellenleiterkabel 219D über eine Durchführung 552 im Ende 554 des Gehäuses 534 in den Einsatz 500A ein. Das Lichtwellenleiterkabel 219D tritt in eine Buchse 556 ein, die am unteren Abschnitt 554 befestigt ist. Bündig montiert angrenzend an das Ende der Buchse 556 befindet sich eine weitere Gradientenindex-Stablinse 558. Die Gradientenindex-Stablinse 558 ist an das Ende des Lichtwellenleiterkabels 219D gekoppelt.
Die Linsen 550, 558 bilden einen Optokoppler, der Signale von den Lichtwellenleiterkabeln 219C, 219D den Zwischenraum zwischen den Linsen durchqueren lässt. Die Brennweiten der Linsen 550, 558 werden derart ausgewählt, dass jede Linse ein Lichtsignal von der Faser zu einem parallelen Lichtstrahl bzw. einer parallelen Lichtsäule bündelt, der bzw. die an der anderen Linse axial gerichtet wird. Die auffangende Linse fängt den gebündelten Strahl auf und fokussiert ihn in das Ende des jeweiligen Lichtwellenleiters 219C, 219D. Die einander gegenüberliegenden Flächen der Linsen 550, 558 haben Durchmesser, die im Wesentlichen größer als der vergleichbare Durchmesser der Lichtwellenleiterkabel 219C, 219D sind. Daher führt eine axiale Fehlausrichtung der Linsen 550, 558 dazu, dass signifikant weniger Licht abgeschnitten wird, als es mit der gleichen axialen Fehlausrichtung der freien Faserenden der Fall wäre. Ferner gestattet die Bündelung des optischen Signals in dem Drehkoppler, dass der Linsenzwischenraum signifikant größer als der Zwischenraum zwischen Fasern in einem direkten Faser-zu-Faser-Drehgelenk ist, um eine vergleichbare optische Kopplungstransmission beizubehalten. Der Linsenzwischenraum ist bei einer Ausgestaltung kleiner als 0,25 mm. Bei einer Ausgestaltung ist das optische Drehgelenk 540 ein von Moog, Inc., hergestelltes faseroptisches Drehgelenk, nämlich das Modell FO228.
Es versteht sich, dass der Einsatz 500A mit dem optischen Drehgelenk 540 eine drehbare Schnittstelle bildet, die der Welle 528 die Möglichkeit bietet, sich unabhängig von dem Gehäuse 534 zu drehen, wobei dennoch gestattet wird, dass Signale durch die Drehverbindung durchgelassen werden. Die Welle 528 und das Gehäuse 540 können sich bei der beispielhaften Ausgestaltung mit unbegrenzter Drehung bewegen. Das optische Drehgelenk 540 führt nur eine Signalübertragungsfunktion durch und ist nicht strukturell, was bedeutet, dass es keine mechanische Funktion für die Drehverbindung bereitstellt. Es versteht sich, dass dies dahingehend Vorteile bietet, dass die Übertragung von Signalen entlang der Länge des Armabschnitts 104 ermöglicht wird und dennoch die einzelnen Abschnitte bzw. Segmente des Armabschnitts 104 frei drehbar sind.
Nun Bezug nehmend auf 11, ist dort eine andere Ausgestaltung des Einsatzes 500 ein Einsatz 500B, der derart dargestellt ist, dass er ein Hybriddrehkoppler wie beispielsweise ein Schleifring 560 ist. Der Hybridschleifring 560 umfasst eine Buchse 546, die in der Öffnung 542 am Absatz 548 angebracht ist. Das Lichtwellenleiterkabel 219C tritt durch die Durchführung 544 in den Einsatz ein und erstreckt sich in die Buchse 546. Eine Gradientenindex-Stablinse 550 ist bündig am Ende der Buchse 546 angebracht. Ein elektrisches Kabel 218C, das mindestens einen elektrischen Leiter umfasst, tritt bei dieser Ausgestaltung ebenfalls durch die Durchführung und in die Buchse 546 ein. Mindestens ein Kontaktring 546 ist an einen Leiter im elektrischen Kabel 218C gekoppelt und am Ende der Buchse 546 in der Öffnung 542 angebracht.
Der Hybridschleifring 560 umfasst ferner ein Lichtwellenleiterkabel 219D, das über die Durchführung 552 in das Ende 554 des Gehäuses 534 eintritt und sich in die Buchse 556 erstreckt. Eine Gradientenindex-Stablinse 558 ist bündig am Ende der Buchse 556 angebracht. Ein zweites elektrisches Kabel 219D tritt über die Durchführung 552 in das Gehäuse 534 sowie in die Buchse 556 ein. Mindestens ein Übertragungselement 568, das ein Kontaktring sein kann, ist an einen Leiter im elektrischen Kabel 218D gekoppelt und am Ende der Buchse 556 in der Öffnung 542 angebracht. Der Kontaktring 564 und das Übertragungselement 568 sind derart angeordnet, dass sie während des Betriebs in Gleitkontakt miteinander sind, um elektrische Signale dazwischen durchzulassen. Das Übertragungselement 568 kann aus einem geeigneten Material wie beispielsweise Metall oder Graphit bestehen. Bei einer anderen Ausgestaltung kann das Übertragungselement 568 eine oder mehrere Bürsten sein, die in Kontakt mit dem Außendurchmesser des Kontaktrings 564 sind. Während des Betriebs durchqueren Signale, die auf den Lichtwellenleiterkabeln 219C, 219D übertragen werden, das Gelenk über die Linsen 550, 558, wie oben besprochen wurde. Signale werden auf den elektrischen Kabeln 218C, 218D übertragen, um das Gelenk über den Kontaktring 564 und das Übertragungselement 568 zu durchqueren. Bei einer Ausgestaltung kann der Hybridschleifring 560, der für die Bereitstellung einer elektrischen und optischen Signalübertragung in einer integrierten Baugruppe konfiguriert ist, ein H18-Modell sein, das bei Moog, Inc., erhältlich ist.
Es versteht sich, dass der in dem Einsatz 500B benutzte Schleifring eine Vielzahl elektrischer Leiter aufnehmen kann. Die Kommunikation durch den Schleifring hindurch kann monodirektional, bidirektional, synchron oder asynchron sein. Der Bus 218 gestattet bei einer Ausgestaltung die Übertragung von Datensignalen und elektrischer Energie über den Bus.
Das optische Drehgelenk 540 und der Schleifring 560 können in anderen Gelenkkonfigurationen als den Einsätzen 500, 502 von 9 verwendet werden. 12 zeigt ein Sondenende 401, das um eine Achse 570 drehbar ist. Das Sondenende 401 umfasst bei dieser Ausgestaltung ein Paar von Lagern 572, 574. Die Lager 572, 574 ermöglichen es, dass sich das Sondenende 401 um eine Welle 576 relativ zu einem Gehäuse 578 drehen kann, das an das Ende des Arms 401 gekoppelt ist. Im Gehäuse 578 ist ein Drehkoppler 580 angeordnet, der ein wie in 10 dargestellter Drehkoppler 540 oder ein wie in 11 dargestellter Drehkoppler 560 sein könnte, wobei der Drehkoppler 540, 560 dafür konfiguriert ist, die Signalübertragung vom Sondenende 401 zum Armabschnitt 104 zu gestatten. Ein optischer Bus 219E erstreckt sich von einer Steuervorrichtung (nicht dargestellt) im Sondenende 401 durch die Welle 576 zum Drehkoppler 580. Ähnlich erstreckt sich der Bus 218E von der Steuervorrichtung durch die Welle 576 zum Drehkoppler 580. Die Busse 218D, 218E sind an einem Ende an den Drehkoppler 580 gekoppelt und gehen in den Armabschnitt 104 durch. Der Drehkoppler 580 stellt somit die Signalübertragungsfunktion zwischen dem Sondenende 401 über die Busse 218, 219 zu dem Armabschnitt 104 zur Verfügung.
Nun Bezug nehmend auf 13, können das optische Drehgelenk 540 und der Schleifring 560 ferner in Armsegmenten wie beispielsweise dem Armsegment 106 verwendet werden. Das Armsegment 106 umfasst bei dieser Ausgestaltung eine Innenwelle 582 und ein Außengehäuse 584. Die Innenwelle 582 ist dafür konfiguriert, sich unabhängig vom Außengehäuse 584 zu drehen. Die Innenwelle 582 dreht sich auf einem ersten Lager 586 und einem zweiten Lager 588, die auf entgegengesetzten Enden der Innenwelle 582 angeordnet sind. Wie bei den oben besprochenen Ausgestaltungen können die Lager 586, 588 vorgespannt und durch Presspassung im Gehäuse 584 angebracht sein. An einem Ende des Armsegments 106 ist ein Drehkoppler 590 angeordnet. Der Drehkoppler 590 kann bei dieser Ausgestaltung ein Drehkoppler 540 wie in 10 oder ein Drehkoppler 560 wie in 11 sein, wobei der Drehkoppler 590 dafür konfiguriert ist, die Signalübertragung zwischen den Bussen 218A, 219A, die an einem Ende 592 der Innenwelle 582 angeordnet sind, und den Bussen 218B, 219B, die an die Innenwelle 582 gekoppelt sind, zu ermöglichen. Die Signale können demnach übertragen werden, ohne die Drehung der Innenwelle 582 zu stören.
In 14 ist noch eine andere Ausgestaltung dargestellt, die eine Drehverbindung mit zwei Drehachsen bereitstellt, wobei eine der Verbindungen eine Drehung mit mehr als 360 Grad zur Verfügung stellt. Bei dieser Ausgestaltung hat die Drehverbindung ein Gehäuse 594, das für die Aufnahme einer Kodiererbaugruppe 596 bemessen ist. Die Kodiererbaugruppe 596 umfasst ein Gehäuse 597 mit einem Paar von Lagern 598, 600, die eine Drehachse definieren, um welche sich eine Welle 602 relativ zu dem Gehäuse 597 dreht. Rings um die Welle 602 ist ein Drehkodierer 604 angeordnet, der als Reaktion auf die Drehung der Welle 602 ein Signal erzeugt. Bei einer Ausgestaltung umfasst der Drehkodierer 604 eine Kodiererscheibe 605, die derart gekoppelt ist, dass sie sich mit der Welle 602 dreht, und einen Lesekopf 607, der an das Gehäuse 597 gekoppelt ist. Die Kodiererscheibe umfasst eine Vielzahl messbarer Kenngrößen, die durch den Lesekopf beleuchtet werden. Das durch die Scheibe reflektierte oder durchgelassene Licht wird von dem Lesekopf aufgefangen und zum Erhalten eines Winkelmesswerts verwendet. Eine Abdeckung 599 ist daür konfiguriert, die Kodiererbaugruppe 596 in dem Gehäuse 594 zu umschließen.
Die Welle 602 umfasst eine Bohrung 603, die sich dadurch erstreckt. Die Bohrung 603 ist für die Aufnahme eines Drehkopplers 606 bemessen, der zumindest teilweise darin angeordnet ist. Ein erstes Segment von Bussen 518B, 519B ist in einem Ende der Bohrung 603 aufgenommen und an eine erste Hälfte 609 des Drehkopplers 606 gekoppelt. Die erste Hälfte 609 ist relativ zu dem Gehäuse 597 feststehend. Ein zweites Segment der Busse 518C, 519C ist an die zweite Hälfte 611 des Drehkopplers 606 gekoppelt. Die zweite Hälfte 611 ist an der Bohrung 603 befestigt und dreht sich mit der Welle 602. Der Drehkoppler 606 ist im Betrieb im Wesentlichen ähnlich wie die optischen Drehgelenke 540, 560, um die Übertragung von Signalen zwischen den Bussen 518B, 519B und Bussen 518C, 519C zu gestatten, ohne die Drehung der Welle 602 relativ zu der Kodiererbaugruppe 596 zu stören.
Die Busse 218, 219 ermöglichen die bidirektionale asynchrone Übertragung von Signalen zwischen dem Datenverarbeitungssysten 210 und dem Sondenende 401. Es ist möglicherweise bei einigen Anwendungen wünschenswert, mehrere Vorrichtungen oder Zusatzteile auf dem Sondenende 401 anzuschließen, wie es in 15 dargestellt ist. Es ist unter Umständen erstrebenswert, eine Laserliniensonde 242 und eine hoch auflösende Kamera separat an das Sondenende anzuschließen. Bei einer Ausgestaltung sind mehrere Anschlusspunkte durch separate optische Busse an das elektronische Datenverarbeitungssystem 210 gekoppelt. Bei einer anderen Ausgestaltung ist der Sendeempfänger 421 des Sondenendes 401 an eine Routingvorrichtung 495 wie beispielsweise einen Hub (für einen USB-3.0-Anschluss) oder einen Switch (für eine Gigabit-Ethernetverbindung) angeschlossen. Die Routingvorrichtung 495 macht es möglich, dass mehrere Zusatzvorrichtungen mit einem einzigen optischen Bus 219E gekoppelt werden.
Bei anderen Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung kann die an das Gelenkarm-KMG 100 gekoppelte Vorrichtung 400 eine Funktionsvorrichtung umfassen, die die hohe Übertragungsgeschwindigkeit des optischen Busses 219E nutzt, um Daten an das elektronische Datenverarbeitungssystem 210 zu übertragen. Die Vorrichtung 400 kann eine hoch auflösende Standbildkamera, eine hoch auflösende Videokamera (z. B. mit mehr als 1280×720 Pixeln), ein Strichcodescanner, ein Thermoscanner, ein Tonaufzeichnungssystem, ein Bildprojektor, ein Laufzeitscanner, ein Lichtpunktabtaster, ein Scanner mit strukturiertem Licht und ein IR-Thermometer sein, ist aber nicht darauf beschränkt. Die Vorrichtung 400 kann bei einer Ausgestaltung mehrere Videokameras umfassen, zu denen beispielsweise „Pikokameras”, „Ultraminiaturkameras” oder Kameras mit dreidimensionalen Bildern gehören, aber ohne darauf beschränkt zu sein. Bei einer Ausgestaltung kann die Vorrichtung 400 einen Retroreflektorhalter wie beispielsweise denjenigen umfassen, der in dem US-Patent 7,804,602 des gleichen Inhabers mit dem Titel „Apparatus and Method for Relocating an Articulating-Arm Coordinate Measuring Machine” beschrieben wird, das hierin in seiner Gesamtheit einbezogen wird. Bei noch einer anderen Ausgestaltung kann die Vorrichtung 400 eine Ultraschallsonde wie zum Beispiel diejenige umfassen, die in dem US-Patent 5,412,880 des gleichen Inhabers mit dem Titel „Method of Constructing a 3-Dimensional Map of a Measurable Quantity Using Three Dimensional Coordinate Measuring Apparatus” beschrieben wird, das hierin durch Verweis in seiner Gesamtheit einbezogen wird. Die Vorrichtung 400 umfasst bei einer Ausgestaltung mehrere Funktionen wie beispielsweise einen Bildprojektor und eine Laserliniensonde. Die Bilddaten (z. B. CAD-Daten) können über den Bus 218E zum Bildprojektor übertragen werden, während die durch den LLP-Bildsensor erfassten Daten über den optischen Bus 219E übertragen werden können. Es versteht sich, dass die Integrierung dieser Vorrichtungen dahingehend Vorteile bringen kann, dass dem Bediener die Möglichkeit geboten wird, Messungen schneller und mit einem höheren Grad an Zuverlässigkeit zu erfassen. Beispielsweise kann der Bediener, wenn die Standbild- oder Videokameravorrichtung angeschlossen ist, ein oder mehrere hoch aufgelöste Bilder des zu messenden Objekts mit der Vorrichtung aufnehmen. Die Bilddaten können über den optischen Bus 219 übertragen werden, während die Messdaten gleichzeitig über den Bus 218 übertragen werden. Diese Bilder können beispielsweise auf der Anzeigevorrichtung 328 angezeigt, über den HDMI-Port 311 auf einem Videomonitor ausgegeben oder in einen Prüfbericht einbezogen werden. Bei einer Ausgestaltung kann der Bediener grafische Markierungen auf dem angezeigten Bild anordnen, um über die Benutzerschnittstellenkarte 202 Messpunkte zu definieren. Auf diese Weise kann der Bediener später das markierte Bild aus dem Speicher abrufen und schnell sehen, wo Messungen durchzuführen sind. Bei anderen Ausgestaltungen wird ein Video des gerade gemessenen Objekts aufgenommen. Das Video wird anschließend über die Benutzerschnittstellenkarte 202 wieder abgespielt, um den Bediener bei der Wiederholung mehrfacher Messungen auf dem nächsten zu prüfenden Objekt zu unterstützen oder um es als Schulungswerkzeug für neue Bediener zu verwenden.
Die Vorrichtung ist bei noch einer weiteren Ausgestaltung als Lacksprühvorrichtung mit einer Düse konfiguriert. Die Vorrichtung 400 empfängt bei dieser Ausgestaltung ein Signal von dem elektronischen Datenverarbeitungssystem 210 und sprüht selektiv eine oder mehrere Farben aus einer oder mehreren Sprühdüsen, die jeweils mit einem Behälter verbunden sind (z. B. rot, grün und blau), der jeweils eine einzige Lackfarbe enthält. Es versteht sich, dass die Sprühdüsen auch ein Tintenstrahltyp eines Sprühmechanismus sein können, der Lack-, Tinten-, Pigment- bzw. Farbstofftröpfchen auf eine Oberfläche aufbringt. Die Tintenstrahldüsen können kontinuierliche, thermische und piezoelektrische Tintenstrahlen umfassen, sind aber nicht darauf beschränkt. Da das elektronische Datenverarbeitungssystem die Position und die Orientierung des Sondengehäuses 102 kennt, kann die Vorrichtung Befehle empfangen, um eine bestimmte Farbe derart an einer bestimmten Stelle aufzusprühen, dass eine Übereinstimmung mit einem im Speicher gespeicherten gewünschten Bild erreicht wird. Daher kann ein Bild bzw. eine Abbildung mittels der Vorrichtung 400 reproduziert werden, während der Bediener die Vorrichtung 400 über die gewünschte Oberfläche (z. B. eine Wand) bewegt. Diese Ausgestaltung kann auch Vorteile in Produktionsumgebungen bereitstellen, um Layoutmarkierungen auf einem Gegenstand wie beispielsweise Blech zu erzeugen.
Bei einer anderen Ausgestaltung kann das Gelenkarm-KMG 100 beispielsweise in einem Operationssaal benutzt werden. Ein Arzt kann ein tragbares Gelenkarm-KMG verwenden, um die Stelle für die Markierung eines Einschnitts oder zum Auffinden eines Tumors zu ermitteln, wobei die Position der Sonde bzw. Messvorrichtung 118 mit 3D-Daten der Computertomographie-Daten in Beziehung gesetzt wird. In diesem Fall kann ein Projektor in der Vorrichtung 400 über den optischen Bus ein Bildsignal empfangen und ein Bild auf den Patienten projizieren, wobei Markierungen oder eine tatsächliche Replik des Bildmaterials des CT-Scans bereitgestellt werden, um den Chirurgen anzuleiten. Bei der Chirurgie, die an einem entfernten Ort durch manuell bediente Roboter durchgeführt wird, können Projektionssysteme in der gleichen Weise wie oben beschrieben benutzt werden.
Bei Anwendungen, wo ein Gelenkarm-KMG in einer Produktionsumgebung verwendet wird, kann eine Vorrichtung 400 mit einem Projektor eine Anleitung für eine Vielzahl von Vorgängen zur Verfügung stellen, die eine Positionierung benötigen, die durch 3D-CAD- oder Bilddateien gesteuert wird. Dies umfasst beispielsweise Folgendes: Bohren von Löchern für Niete, Instrumente und Zusatzteile; Aufbringen von Abziehbildern oder Streifen mit selbstklebender Rückseite an Fahrzeugen, Flugzeugen, Bussen oder großen Teilen; Auflackieren von Buchstaben, Details oder Bildern; Schleifen/Abschmirgeln von Oberflächen oder Schweißstellen, bis sie mit Zeichnungsanforderungen übereinstimmen; und Auffinden von Bolzen oder Strukturelementen hinter einer Verkleidung für Nagel- oder Schraubenpositionen.
Ausgestaltungen dieses Aspekts der vorliegenden Erfindung sorgen für eine bildliche Darstellung von verborgenen Merkmalen wie Rohren, Verdrahtungen, Strömungskanälen oder anderen Objekten unter Wänden, Schotten und Böden oder hinter verschlossenen Türen, wobei die bildliche Darstellung bei der Ermittlung hilft, wo Schnitte sicher durchgeführt werden können. Diese Ausgestaltungen sehen auch eine projizierte bildliche Darstellung und Anleitung für das Bohren, Schneiden und den Zugang zu kritischen Bestandteilen von Kampfmitteln vor (z. B. wenn 3D-CAD-Daten der Vorrichtung zur Verfügung stehen).
Gemäß den Ausgestaltungen dieses Aspekts der vorliegenden Erfindung projiziert ein Projektionssystem für ein Gelenkarm-KMG Anleitungs- und Teiledaten (z. B. strukturelle CAD-Daten) auf eine Oberfläche eines Teils. Es kann auch zum Projizieren von Bildern dessen benutzt werden, was sich in Wänden, Strukturen oder dem menschlichen Körper befindet, und bei Gebäudeveränderungen, chirurgischen oder anderen invasiven Verfahren verwendet werden. Einer oder mehrere am Arm befestigte Miniaturprojektoren können Bilder oder Daten auf ein Teil oder eine Oberfläche projizieren oder dem Bediener eine Anleitung bereitstellen. Die Arm-Projektor-Kombination kann die bildliche Darstellung von Merkmalen zur Verfügung stellen, die durch Wände verborgen sind, im menschlichen Körper liegen, sich in Sprengvorrichtungen befinden usw. Falls ein 3D-Datensatz (z. B. CAD-Zeichnung, CT-Scan usw.) des Objekts vorhanden ist, kann die Projektor-Arm-Kombination ein Bild projizieren, das die Stelle von Merkmalen so zeigt, als ob man durch die Wand hindurchsieht.
Die hierin verwendeten Begriffe „Bus”, „Draht” und „Leiter” in Bezug auf den Bus 218 werden untereinander austauschbar verwendet, um ein Übertragungsmedium zum Übertragen von Signalen wie beispielsweise Synchronisierungsimpulsen und/oder Daten zu bezeichnen.
Zu den technischen Auswirkungen und Vorteilen zählen die Fähigkeit, gleichzeitig Armpositionssignale auf einem Bus sowie Daten von Zusatzteilen auf einem Hochgeschwindigkeitsbus wie beispielsweise einem optischen Bus zu übertragen. Dies kann zu einer erhöhten Systemleistung und größerem Durchsatz führen, indem mehr Daten als Reaktion auf jedes Erfassungssignal erfasst werden können. Zusätzlich dazu ist das Gelenkarm-KMG 100 möglichweise in der Lage, einen breiteren Bereich von Zusatzvorrichtungen zu unterstützen, weil nicht alle Zusatzvorrichtungen mit dem internen Bus konform sein müssen, der zur Erfassung von Positionsdaten verwendet wird.
Es versteht sich für den Fachmann, dass Aspekte der vorliegenden Erfindung als ein System, Verfahren oder Computerprogrammprodukt ausgebildet werden 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 die hierin allgemein als „Schaltung”, „Modul” oder „System” bezeichneten Software- und Hardware-Aspekte kombiniert, annehmen. 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.
Es kann eine beliebige Kombination von einem oder mehreren computerlesbaren Medien benutzt werden. Das computerlesbare Medium kann ein computerlesbares Signalmedium oder ein computerlesbares Speichermedium sein. Ein computerlesbares Speichermedium kann beispielsweise ein(e) elektronische(s), magnetische(s), optische(s), elektromagnetische(s), Infrarot- oder Halbleiter-System, Vorrichtung oder Gerät oder eine beliebige geeignete Kombination der vorstehenden sein, aber ohne darauf beschränkt zu sein. Zu den spezifischeren Beispielen (keine erschöpfende Auflistung) für das computerlesbare Medium würde Folgendes zählen: ein elektrischer Anschluss mit einem oder mehreren Drähten, eine tragbare Computerdiskette, eine Festplatte, ein Direktzugriffsspeicher (RAM), ein Nurlesespeicher (ROM), ein löschbarer programmierbarer Nurlesespeicher (EPROM oder Flash-Speicher), ein Lichtwellenleiter, ein tragbarer CD-Nurlesespeicher (CD-ROM), ein optisches Speichergerät, ein magnetisches Speichergerät oder eine beliebige geeignete Kombination der vorstehenden. Im Rahmen dieser Druckschrift kann ein computerlesbares Speichermedium ein beliebiges physisch vorhandenes Medium sein, das ein Programm enthalten oder speichern kann, damit es von oder in Verbindung mit einem System, einer Vorrichtung oder einem Gerät verwendbar ist, welches bzw. welche Anweisungen ausführt.
Ein computerlesbares Signalmedium kann ein sich ausbreitendes Datensignal mit einem darin ausgebildeten computerlesbaren Programmcode sein, beispielsweise im Basisband oder als Teil einer Trägerwelle. Ein solches sich ausbreitendes Signal kann irgendeine von unterschiedlichen Formen annehmen, die elektromagnetische, optische oder eine beliebige geeignete Kombination davon umfassen, aber nicht darauf beschränkt sind. Ein computerlesbares Signalmedium kann ein beliebiges computerlesbares Medium sein, das kein computerlesbares Speichermedium ist und das ein Programm kommunizieren, ausbreiten oder transportieren kann, damit es von oder in Verbindung mit einem System, einer Vorrichtung oder einem Gerät verwendbar ist, welches bzw. welche Anweisungen ausführt.
Der auf einem computerlesbaren Medium ausgebildete Programmcode kann mit irgendeinem geeigneten Medium übertragen werden, das ein drahtloses Medium, eine Drahtleitung, ein Lichtwellenleiterkabel, eine Funkfrequenz usw. oder eine beliebige geeignete Kombination der vorstehenden umfasst, aber ohne darauf beschränkt zu sein.
Der Computerprogrammcode zur Durchführung der Vorgänge für die Aspekte der vorliegenden Erfindung kann in einer beliebigen Kombination einer oder mehrerer Programmiersprachen geschrieben sein, zu denen eine objektorientierte Programmiersprache wie beispielsweise Java, Smalltalk, C++, C# oder dergleichen und herkömmliche Verfahrensprogrammiersprachen wie beispielsweise die Programmiersprache „C” oder ähnliche Programmiersprachen gehören. Der Programmcode kann vollständig auf dem Computer des Benutzers, teilweise auf dem Computer des Benutzers, als unabhängiges Softwarepaket, teilweise auf dem Computer des Benutzers und teilweise auf einem Ferncomputer oder vollständig auf dem Ferncomputer oder -server ausgeführt werden. Im letzteren Szenarium kann der Ferncomputer durch irgendeinen Netzwerktyp einschließlich eines lokalen Netzwerks (LAN) oder eines Weitverkehrsnetzes (WAN) mit dem Computer des Benutzers verbunden sein oder kann die Verbindung zu einem externen Computer erfolgen (beispielsweise über das Internet durch einen Internet-Dienstanbieter).
Die Aspekte der vorliegenden Erfindung werden unter Bezugnahme auf Ablaufdiagramm-Darstellungen und/oder Blockdiagramme von Verfahren, Vorrichtungen (Systemen) und Computerprogrammprodukten gemäß den Ausgestaltungen der Erfindung beschrieben. Es versteht sich, dass jeder Block der Ablaufdiagramm-Darstellungen und/oder Blockdiagramme und Kombinationen von Blöcken in den Ablaufdiagramm-Darstellungen und/oder Blockdiagrammen durch Computerprogramm-Anweisungen implementierbar sind.
Diese Computerprogramm-Anweisungen können einem Prozessor eines Universalcomputers, Spezialcomputers oder einer anderen programmierbaren Datenverarbeitungsvorrichtung zur Bildung eines Geräts derart bereitgestellt werden, dass die Anweisungen, welche über den Prozessor des Computers oder der anderen programmierbaren Datenverarbeitungsvorrichtung ausgeführt werden, Mittel zur Implementierung der Funktionen/Vorgänge erzeugen, die in dem Block oder den Blöcken des Ablaufdiagramms und/oder Blockdiagramms vorgegeben sind. Diese Computerprogramm-Anweisungen können auch auf einem computerlesbaren Medium gespeichert sein, das einen Computer, eine andere programmierbare Datenverarbeitungsvorrichtung oder andere Geräte derart für eine bestimmte Funktionsweise steuern kann, dass die auf dem computerlesbaren Medium gespeicherten Anweisungen einen Herstellungsartikel einschließlich Anweisungen erzeugen, welche die Funktion bzw. den Vorgang implementieren, die bzw. der in dem Block oder den Blöcken des Ablaufdiagramms und/oder Blockdiagramms vorgegeben ist.
Die Computerprogramm-Anweisungen können ferner derart auf einen Computer, eine andere programmierbare Datenverarbeitungsvorrichtung oder andere Geräte geladen werden, dass sie eine Reihe von Arbeitsschritten bewirken, die auf einem Computer, einer anderen programmierbaren Vorrichtung oder anderen Geräten so durchzuführen sind, dass sie ein computerimplementiertes Verfahren derart erzeugen, dass die Anweisungen, welche auf dem Computer oder der anderen programmierbaren Vorrichtung ausgeführt werden, Verfahren zur Implementierung der Funktionen/Vorgänge bereitstellen, die in dem Block bzw. den Blöcken des Ablaufdiagramms und/oder Blockdiagramms vorgegeben sind.
Die Ablauf- und Blockdiagramme in den Figuren zeigen die Architektur, die Funktionalität und den Betrieb möglicher Implementierungen von Systemen, Verfahren und Computerprogrammprodukten gemäß verschiedenen Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung. In dieser Hinsicht kann jeder Block in den Ablauf- oder Blockdiagrammen ein Modul, ein Segment oder einen Teil eines Codes repräsentieren, welcher eine oder mehrere ausführbare Anweisungen zur Implementierung der vorgegebenen logischen Funktion(en) umfasst. Es ist ferner anzumerken, dass die in dem Block angegebenen Funktionen bei einigen alternativen Implementierungen in einer anderen als der in den Figuren angegebenen Reihenfolge erfolgen können. Beispielsweise können zwei hintereinander dargestellte Blöcke eigentlich im Wesentlichen gleichzeitig ausgeführt werden oder können die Blöcke je nach der betreffenden Funktionalität manchmal in umgekehrter Reihenfolge ausgeführt werden. Es ist ebenfalls anzumerken, dass jeder Block der Blockdiagramme und/oder der Ablaufdiagramm-Darstellung und Kombinationen von Blöcken in den Blockdiagrammen und/oder der Ablaufdiagramm-Darstellung durch spezielle Systeme auf Hardware-Basis implementierbar sind, die die vorgegebenen Funktionen oder Vorgänge sowie Kombinationen von speziellen Hardware- und Computeranweisungen durchführen.
Obwohl die Erfindung anhand von Beispielausgestaltungen beschrieben wurde, versteht sich für den Fachmann, dass verschiedene Änderungen vorgenommen und Äquivalente an Stelle von Merkmalen 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 Merkmals 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.

Claims

Tragbares Gelenkarm-Koordinatenmessgerät (Gelenkarm-KMG), umfassend: einen manuell positionierbaren Gelenkarmabschnitt mit entgegengesetzten ersten und zweiten Enden, wobei der Armabschnitt eine Vielzahl von verbundenen Armsegmenten umfasst, wobei jedes der Armsegmente mindestens ein Positionsmessgerät zur Erzeugung eines Positionssignals umfasst, wobei die Vielzahl von verbundenen Armsegmenten ein erstes Armsegment umfasst; eine an das erste Ende gekoppelte Messvorrichtung; eine elektronische Schaltung, die dafür konfiguriert ist, das Positionssignal des mindestens einen Positionsmessgeräts zu empfangen und Daten bereitzustellen, die einer Position der Messvorrichtung entsprechen; ein zwischen der Messvorrichtung und dem ersten Ende angeordnetes Sondenende; einen ersten Bus für die Kommunikation mit der elektronischen Schaltung, wobei mindestens ein Abschnitt des ersten Busses ein optischer Kommunikationsbus ist, der für die Übertragung von Licht konfiguriert ist; und einen Drehkoppler mit einem ersten Abschnitt und einem zweiten Abschnitt, wobei der zweite Abschnitt dafür konfiguriert ist, sich relativ zu dem ersten Abschnitt zu drehen, wobei der erste Abschnitt an dem ersten Armsegment befestigt ist, wobei der Drehkoppler dafür konfiguriert ist, Signale auf dem optischen Kommunikationsbus zwischen dem ersten Abschnitt und dem zweiten Abschnitt zu übertragen.
Tragbares Gelenkarm-KMG nach Anspruch 1, wobei das erste Armsegment um mindestens 360° um eine erste Achse drehbar ist, wobei die erste Achse im Wesentlichen parallel zu dem ersten Armsegment ist, wobei das erste Armsegment ein erstes Positionsmessgerät umfasst, das an dem ersten Armsegment befestigt ist und dafür konfiguriert ist, einen ersten Drehwinkel des ersten Armsegments um die erste Achse zu messen.
Tragbares Gelenkarm-KMG nach Anspruch 1, ferner umfassend einen zweiten Bus, der für die elektrische Kommunikation zwischen dem Sondenende und der elektronischen Schaltung gekoppelt ist, wobei der zweite Bus und der optische Kommunikationsbus für den simultanen Betrieb konfiguriert sind.
Tragbares Gelenkarm-KMG nach Anspruch 3, wobei der Drehkoppler ein Hybridkoppler ist, der für die Übertragung elektrischer Signale auf dem zweiten Bus zwischen dem ersten Armsegment und einem zweiten Armsegment konfiguriert ist.
Tragbares Gelenkarm-KMG nach Anspruch 1, wobei der Drehkoppler eine erste Linse und eine zweite Linse mit einem Zwischenraum dazwischen umfasst, wobei die erste Linse an dem ersten Abschnitt befestigt ist und die zweite Linse an dem zweiten Abschnitt befestigt ist, wobei die erste Linse und die zweite Linse an den optischen Kommunikationsbus gekoppelt sind, wobei die erste Linse und die zweite Linse für die Übertragung des Lichts dazwischen konfiguriert sind.
Tragbares Gelenkarm-KMG nach Anspruch 1, ferner umfassend eine an den optischen Kommunikationsbus gekoppelte Zusatzvorrichtung.
Tragbares Gelenkarm-KMG nach Anspruch 6, ferner umfassend einen Sendeempfänger, der für die Kommunikation zwischen der Zusatzvorrichtung und dem optischen Kommunikationsbus gekoppelt ist, wobei der Sendeempfänger dafür konfiguriert ist, ein elektrisches Signal der Zusatzvorrichtung in ein optisches Signal umzuwandeln und das optische Signal auf den optischen Kommunikationsbus aufzubringen.
Tragbares Gelenkarm-KMG nach Anspruch 6, ferner umfassend einen Sendeempfänger, der für die Kommunikation zwischen der Zusatzvorrichtung und dem optischen Kommunikationsbus gekoppelt ist, wobei der Sendeempfänger dafür konfiguriert ist, ein optisches Signal auf dem optischen Kommunikationsbus in ein elektrisches Signal umzuwandeln und das elektrische Signal an die Zusatzvorrichtung zu senden.
Tragbares Gelenkarm-KMG nach Anspruch 6, wobei die Zusatzvorrichtung ferner an einen zweiten Bus gekoppelt ist, wobei der zweite Bus für die elektrische Kommunikation zwischen dem Sondenende und der elektronischen Schaltung gekoppelt ist.
Tragbares Gelenkarm-KMG nach Anspruch 1, ferner umfassend einen Sendeempfänger, der dafür konfiguriert ist, ein optisches Signal auf dem optischen Kommunikationsbus in ein elektrisches Signal umzuwandeln und das elektrische Signal an die elektronische Schaltung zu senden.
Tragbares Gelenkarm-KMG nach Anspruch 2, wobei der erste Drehwinkel irgendeinen Wert annehmen kann.
Tragbares Gelenkarm-KMG nach Anspruch 1, wobei das Sondenende an dem zweiten Abschnitt befestigt ist.
Tragbares Gelenkarm-KMG nach Anspruch 1, wobei der zweite Abschnitt an einem zweiten Armsegment befestigt ist.
Drehkoppler-Messgerät-Einsatz umfassend: eine mechanische Baugruppe, die einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt umfasst, wobei der erste Abschnitt dafür konfiguriert ist, sich relativ zu dem zweiten Abschnitt zu drehen; ein erstes Lager mit einem ersten Teil und einem zweiten Teil, wobei der erste Teil an dem ersten Abschnitt befestigt ist und der zweite Teil an dem zweiten Abschnitt befestigt ist; ein zweites Lager mit einem dritten Teil und einem vierten Teil, wobei der dritte Teil an dem ersten Abschnitt befestigt ist und der vierte Teil an dem zweiten Abschnitt befestigt ist; ein Messgerät, das dafür konfiguriert ist, einen Drehwinkel des ersten Abschnitts relativ zu dem zweiten Abschnitt zu messen, wobei das Messgerät ein erstes Element und ein zweites Element umfasst, wobei das erste Element an dem ersten Abschnitt befestigt ist und das zweite Element an dem zweiten Abschnitt befestigt ist; und einen Drehkoppler mit einem ersten Bauteil und einem zweiten Bauteil, wobei das erste Bauteil an den ersten Abschnitt angeschlossen ist und das zweite Bauteil an den zweiten Abschnitt angeschlossen ist, wobei das erste Bauteil an ein erstes Ende eines ersten Lichtwellenleiters angeschlossen ist und das zweite Bauteil an ein zweites Ende eines zweiten Lichtwellenleiters angeschlossen ist, wobei der Drehkoppler dafür konfiguriert ist, Licht zwischen dem ersten Lichtwellenleiter und dem zweiten Lichtwellenleiter zu übertragen.
Drehkoppler-Messgerät-Einsatz nach Anspruch 14, wobei das erste Element ein periodisches Muster einer messbaren Kenngröße ist und das zweite Element einen von dem periodischen Muster beabstandeten und mit dem periodischen Muster kommunizierenden ersten Lesekopf umfasst.
Drehkoppler-Messgerät-Einsatz nach Anspruch 15, wobei das zweite Element ferner einen von dem periodischen Muster beabstandeten und mit dem periodischen Muster kommunizierenden zweiten Lesekopf umfasst.
Drehkoppler-Messgerät-Einsatz nach Anspruch 14, wobei der Drehwinkel um mindestens 360 Grad variieren kann.
Drehkoppler-Messgerät-Einsatz nach Anspruch 17, wobei der Drehwinkel irgendeinen Wert annehmen kann.
Drehkoppler-Messgerät-Einsatz nach Anspruch 14, wobei das erste Bauteil eine erste Linse umfasst und das zweite Bauteil eine zweite Linse umfasst, wobei die erste Linse und die zweite Linse für die Übertragung des Lichts dazwischen konfiguriert sind.
Drehkoppler-Messgerät-Einsatz nach Anspruch 14, ferner umfassend einen Schleifring, wobei der Schleifring einen ersten Leiter und einen zweiten Leiter umfasst, wobei der erste Leiter an den ersten Abschnitt angeschlossen ist und der zweite Leiter an den zweiten Abschnitt angeschlossen ist, wobei der Schleifring dafür konfiguriert ist, ein elektrisches Signal zwischen dem ersten Leiter und dem zweiten Leiter zu übertragen.
Drehkoppler-Messgerät-Einsatz nach Anspruch 20, wobei der Drehwinkel um mindestens 360 Grad variieren kann.
Drehkoppler-Messgerät-Einsatz nach Anspruch 21, wobei der Drehwinkel irgendeinen Wert annehmen kann.