CN102668424B

CN102668424B - 用于使多个度量装置所进行的测量同步的方法和设备

Info

Publication number: CN102668424B
Application number: CN201180004888.0A
Authority: CN
Inventors: 弗雷德里克·约翰·约克
Original assignee: Faro Technologies Inc
Current assignee: Faro Technologies Inc
Priority date: 2010-01-11
Filing date: 2011-01-10
Publication date: 2016-01-06
Anticipated expiration: 2031-01-10
Also published as: GB2489136A; JP2013516928A; GB201210423D0; JP5571802B2; DE112011100223T5; US20110170534A1; CN102668424A; WO2011085283A1; US8630314B2

Abstract

一种设备包括彼此以双向方式通信的至少两个度量装置，其中第一度量装置具有IEEE？1588精度时间协议接口，该接口包括以有线和无线方式与第二度量装置双向通信的一个或多个部件。第二度量装置具有IEEE？1588精度时间协议接口，该接口包括以有线和无线方式与第一度量装置双向通信的一个或多个部件。其中一个度量装置包括主时钟而其中另一个度量装置包括从时钟，主时钟向从时钟传达时间，并且从时钟响应于来自主时钟的所传达的时间以将从时钟的时间调整为对应于主时钟的时间，由此使该至少两个度量装置一起时间同步。每个度量装置测量参数，每个度量装置所进行的测量由于从时钟的时间对应于主时钟的时间而以时间同步的方式发生。

Description

用于使多个度量装置所进行的测量同步的方法和设备

对相关申请的交叉引用

本申请要求2010年1月11日提交的第61/293,838号临时申请和2010年1月20日提交的第61/296,555号临时申请的优先权，通过引用将每个临时申请的内容整体合并于此。

技术领域

本发明一般地涉及多个测量装置所进行的测量的时间同步，更具体地涉及多个度量装置(比如铰接臂坐标测量机、激光跟踪器、激光扫描器和其它类型的零件测量精度度量装置)进行的测量的时间同步。

背景技术

例如，这些度量装置之一可以属于如下一类仪器，该类仪器通过用铰接机械结构探测待测量的物体或零件上的多个点中的每个点来测量该点的坐标。可以用接触式机械探头尖端和/或用非接触式扫描装置(例如激光线探头(LLP))执行探测。探头尖端或扫描装置相对于结构的基部(即，在某个参考坐标框中)的位置由位于铰接臂分段的连接点(例如轴承盒)处的角度编码器的读数确定。该类型的装置无论它使用机械探头尖端还是扫描器都被称为铰接臂坐标测量机。

便携式铰接臂坐标测量机(AACMM)在零件的制造或生产中已得到广泛应用，其中需要在零件的制造或生产(例如加工)的各种阶段期间迅速且准确地验证零件的尺度。特别是在执行相对复杂零件的尺度测量所花费的时间量方面，便携式AACMM相对于已知的静止或固定的、成本密集的且相对难以使用的测量设备表现出巨大的改进。通常，便携式AACMM的用户简单地沿着待测量的零件或物体的表面导引探头。然后记录并向用户提供测量数据。在一些情况下，在计算机屏幕上以视觉形式(例如三维(3D)形式)向用户提供数据。在其它情况下，以数值形式向用户提供数据，例如当测量孔的直径时，在计算机屏幕上显示文字“直径＝1.0034”。

在通过整体引用合并于此的第5,402,582号共同转让美国专利(‘582)中公开了现有技术的便携式铰接臂CMM的例子。‘582专利公开了一种包括手动操作的铰接臂CMM的3D测量系统，该CMM在一端具有支撑基部而在另一端具有测量探头。通过整体引用合并于此的第5,611,147号共同转让美国专利(‘147)中公开了类似的铰接臂CMM。在‘147专利中，铰接臂CMM包括多个特征(这些特征包括探头端部的附加旋转轴)、由此提供具有二-二-二或二-二-三轴构造的臂(后一种情况为七轴臂)。

另一类型的这些装置可以是称为激光跟踪器的仪器，该仪器通过向与一点接触的回射器目标发送激光束来测量该点的坐标。激光跟踪器通过测量与回射器之间的距离和两个角度来确定该点的坐标。用距离测量装置(比如绝对距离计或干涉仪)测量距离。用角度测量装置(比如角度编码器)测量角度。仪器内的万向架束操纵机构将激光束指向感兴趣点。Brown等人的第4,790,651号美国专利和Lau等人的第4,714,339号美国专利描述了属于该类仪器的示例系统。

激光跟踪器可测量相对大的零件(即，比便携式AACMM在该AACMM不重新定位的情况下可测量的零件更大的零件)并且在与便携式AACMM相比更少量的时间内进行测量(尤其是在该便携式AACMM必须被重新定位以完整地测量零件的情况下)。现代激光跟踪器可以以达到0.001英寸的3D单点准确度测量相对大的零件。这样的激光跟踪器通常使用它的激光来通过跟随回射器(比如球面安装的回射器(SMR))的移动来测量3D坐标或者在长达230英尺(70m)的范围内的点，并且实时报告测得的位置。一些现代激光跟踪器可提供SMR位置的实时更新。

存在若干类型的激光器扫描器，但是所有类型向待测试或测量的物体上投射光。这些物体的多数表面漫散射，并且通常进行测量而未借助协同目标(比如回射器)。用手移动一些扫描器(比如附着到上述AACMM的端部的扫描器(比如LLP))，并且非接触式激光线探头可以将数据可交换地数字化而无需从AACMM移开任一部件。激光线探头沿着物体的由激光扫描线照射的表面提供待同时取得的多个采样点。用户可以用AACMM接触式探头准确测量棱镜特征，然后激光扫描分节需要每秒多于19,000个点的更大量数据(具体特征提取)——未添加或移开附件。在通过整体引用合并于此、Raab等人的第6,965,843号共同转让美国专利中描述了该类型的示例非接触式扫描器。

其它扫描器静止并且照射整个感兴趣区域。在Dillon等人的第7,599,071号美国专利中描述了该类型的示例扫描器。第三类型的激光扫描器在覆盖大体积的扫描图案内发送激光束。该类型的激光扫描器可以有时在数分钟内测量相对大体积的3D坐标。在通过整体引用合并于此、Becker等人的第7,430,068号共同转让美国专利中描述了该类型的示例激光扫描器。

有诸多如下情形，在这些情形中，在分布式联网系统中连接、布置或组合的、全部为相同类型或不同类型的多个度量装置可以从在时间上彼此同步中受益。一般而言，随着分布式网络技术在数目和复杂度上增加，应用于测量和控制的这些系统技术随着系统中的节点(即度量装置)数目增加而变得更复杂。已经变得普遍利用各种装置中的本地实时时钟以实现相对准确的系统范围时间。然而这些各个时钟中的每个时钟往往由于例如初始频率偏移、时钟振荡器中的不稳定和诸如温度、老化、振动、机械应力等环境条件而从彼此漂移开(即失去它们的系统范围同步)。这样，这些各种装置所进行的测量和向整个系统赋予的任何所得控制受各个时钟的时间不准确困扰。因此需要某种类型的时钟时间同步校正或调整以恰当同步各个时钟以由此维持系统范围时间的准确和共同测量。

下文概括其中精确时间同步使精度度量装置的系统组合受益的五个例子。

跟踪器和臂：便携式AACMM能够移动或定位成多种不同取向。因此，便携式AACMM能够测量“隐藏”点；也就是，向测量装置(比如激光跟踪器)的视线隐藏的点。另一方面，激光跟踪器可以在比AACMM大得多的体积内测量。有可能使用激光跟踪器以通过将回射器附着到便携式AACMM的臂部分来对AACMM进行重新定位。以该方式，保持每个装置的最好特征而又使组合系统能够在相对大的体积内准确测量隐藏点。

在通过整体引用合并于此、Raab的第7,804,602号共同转让美国专利中描述了用于以该方式在物理上对便携式AACMM重新定位的示例方法。为了获得最好的可能重新定位，重要的是便携式AACMM和激光跟踪器在时间上彼此准确同步，从而每个装置所进行的(例如回射器位置的)对应测量在重新定位过程中准确同步。

同时多点定位(multilateration)：通过使用多个激光跟踪器的高度准确距离计(例如干涉仪或绝对距离计)以同时测量单个宽角度回射器目标，可以测量目标的3D坐标达到相对高程度的准确度。希望对移动目标进行这样的同时多点定位测量。这使目标能够在感兴趣物体的表面内移动、由此产生表面轮廓的映射。为了获得用该方法获得的相对高准确度，多个跟踪器必须在时间上准确同步。

在AACMM的端部上的扫描器的无线同步：技术进步已经使得附着到AACMM(通常在探头端部)的扫描器收集的数据速率迅速增加。该增加的数据速率使得相对更难以从位于AACMM的一端(例如探头端部)的扫描器向通常在AACMM的另一端位于基部内的计算单元成功发送数据。一种回避该问题的方式是从扫描器向一个或多个计算单元无线发送数据。为了该无线方式实用，重要的是来自扫描器的零件测量数据与来自AACMM内的角度编码器的探头位置数据准确同步。

激光扫描器的补偿和校准：经常有必要补偿或校准上述类型的激光扫描器，该激光扫描器在覆盖相对大体积的扫描图案内发送激光束。该类型的扫描器可以有时在数分钟内测量这样的大体积的3D坐标。一种做到该点的方式是比较扫描器的读数与更准确仪器(比如激光跟踪器)的读数。这可以通过将目标放置于机动轨上安装的盒上来完成。扫描器放置于轨的一端上并且将它的激光束指向适当漫射目标。激光跟踪器放置于轨的另一端上并且将它的激光束指向适当回射器目标。漫射和回射器目标背靠背放置并且面向相反方向。为了加速数据采集，希望在目标组件移动之时从扫描器和跟踪器二者收集数据。如果扫描器和跟踪器准确同步，则这才有可能。

AACMM的补偿：有可能通过将AACMM的铰接臂部分的臂分段移动到多种不同位置而激光跟踪器跟随附着到臂来得到AACMM的补偿参数。通过比较来自激光跟踪器的3D读数与AACMM中的编码器的读数来得到补偿参数。为了该方法实用，臂分段必须移动到广泛多种位置而跟踪器按照相对高速率记录回射器位置数据。如果激光跟踪器和AACMM准确同步，则该方法才准确。

在所有上述例子情况下，需要的是一种用于在多个度量装置——在一些情况下为不同类型的多个度量装置，在其它情况下为类似类型的多个度量装置——之间进行的测量同步。

时间同步是必需的并且在便携式AACMM内已经可用。例如对AACMM中使用的多个角度编码器同时采样。类似地，以用于激光跟踪器中的每个激光干涉仪和绝对距离计的测量结果对应于相同时间瞬间这样的方式对激光干涉仪和绝对距离计采样。这样的同步相对易于在单件装置中完成，因为共同时钟可用。然而该情形在以协调测量方式使用多个便携式AACMM和/或其它测量装置时改变。在该情况下，通常提供主时钟，并且也提供用来使装置与主时钟同步的设备。

精度测量装置的前述时间同步方法具有相对大而不可接受的同步误差这样的固有问题。为了示范同步误差所产生的问题，考虑其中时间误差在同步中为一毫秒的情况。如果多个测量装置的系统中的测量装置之一是激光跟踪器，该激光跟踪器测量按照每秒一米移动的回射器，则测量距离的所得误差为一毫米。然而如果需要十微米的准确度，则误差是可接受误差的一百倍。另外对于对驱动各个度量装置的时钟无任何同步的那样情形(如在现有技术的情况中一样)，测量必须等待相应“sync”信号发生这样的事实引入附加同步延迟。例如可以向总传播延迟添加附加毫秒。

例如一种现有技术的系统使用一个激光跟踪器作为主跟踪器而第二激光器跟踪器作为从跟踪器。主跟踪器发出由从跟踪器接收的选通信号。选通信号经过线缆驱动器来发送并且由跟踪器中的接收器截获。该信号去往微处理器，该微处理器对该从跟踪器以及主跟踪器实施测量任务。该过程引起约一毫秒延迟。线缆传播和电路部件的电容/电阻说明该延迟中的大量延迟。

例如如在Yanagita的第2006/0287769号美国公布专利申请中讨论的那样，也已经提出IEEE1588精度时间协议(PTP)用于在机器人中使用，该协议以相控环方式实施主时钟。然而Yanagita在段落[0007]事实上未推荐使用IEEE1588。Yanagita代之以声明IEEE1588需要专门化和昂贵硬件并且代之以提出一种将主和从滴答计数用于使两个或更多机器人手臂同步的编程软件解决方案。一般而言，在制造中使用的机器人装置需要实现度量仪器针对上述类型的应用而需要的500ns(纳秒)时间同步准确度。因此，机器人和度量领域没有如粗略考察可能建议的共性一样多的共性。

需要的是一种用于使用IEEE1588精度时间协议(PTP)对多个类似或不同度量装置内的实时时钟进行相对精确的时间同步(例如500纳秒最大值)以由此使各度量装置所进行的测量精确同步到期望的相对高的准确度水平的设备和方法。

发明内容

根据本发明第一方面的实施例，一种设备包括彼此以双向方式通信的至少两个度量装置，其中，该至少两个度量装置中的第一度量装置具有IEEE1588精度时间协议接口，该接口包括被配置用于以有线方式和无线方式二者与该至少两个度量装置中的第二度量装置双向通信的一个或多个部件。该至少两个度量装置中的第二度量装置具有IEEE1588精度时间协议接口，该接口包括被配置用于以有线方式和无线方式二者与该至少两个度量装置中的第一度量装置双向通信的一个或多个部件。其中，该至少两个度量装置中的一个度量装置包括主时钟而该至少两个度量装置中的另一个度量装置包括从时钟，其中，主时钟向从时钟传达时间，并且从时钟响应于来自主时钟的所传达的时间以将从时钟的时间调整为对应于主时钟的时间，由此使该至少两个度量装置一起时间同步。每个度量装置测量参数，并且每个度量装置所进行的测量由于从时钟的时间对应于主时钟的时间而以时间同步的方式发生。

根据本发明第二方面的实施例，一种用于在至少两个度量装置之间以双向方式通信的方法包括以下步骤：向该至少两个度量装置中的第一度量装置提供被配置用于以有线方式和无线方式二者与该至少两个度量装置中的第二度量装置双向通信的IEEE1588精度时间协议接口；向该至少两个度量装置中的第二度量装置提供被配置用于以有线方式和无线方式二者与该至少两个度量装置中的第一度量装置双向通信的IEEE1588精度时间协议接口；并且其中，该至少两个度量装置中的一个度量装置包括主时钟而该至少两个度量装置中的另一个度量装置包括从时钟，主时钟向从时钟传达时间，并且从时钟响应于来自主时钟的所传达的时间以将从时钟的时间调整为对应于主时钟的时间，由此使该至少两个度量装置一起时间同步。每个度量装置测量参数，并且每个度量装置所进行的测量由于从时钟的时间对应于主时钟的时间而以时间同步的方式发生。

本领域技术人员将根据下文具体描述和附图认识和理解本发明的上文讨论的以及其它特征和优点。

附图说明

现在参照附图示出了示例实施例，这些实施例不应解释为限制公开内容的整个范围，并且其中，在多个幅图中对各元件类似地编号。

包括图1A和1B的图1是其中具有本发明各种方面的实施例的便携式铰接臂坐标测量机(AACMM)的透视图；

包括放在一起的图2A-2D的图2是根据一个实施例的作为图1的AACMM的一部分而利用的电子器件的框图；

包括放在一起的图3A和3B的图3是描述根据一个实施例的图2的电子数据处理系统的具体特征的框图；

图4是在本发明的实施例中的与激光跟踪器结合使用的图1的便携式AACMM的透视图；

图5是在图4的本发明实施例中的与图1的便携式AACMM一起使用的回射器夹具组件的透视图的分解透视图；

图6是在图4的本发明实施例中的通过使用激光跟踪器来重新定位至第二位置的图1的便携式AACMM的透视图；

图7是在图4的本发明实施例中的与图1的便携式AACMM一起利用的安装了的球形组件的透视图；

包括图8A和8B的图8是在图4的本发明实施例中的与图5的安装了的球形组件接触的图1的便携式AACMM的透视图；

包括图9A和9B的图9是以参考坐标框为参考的在图4的本发明实施例中的与图5的安装了的球形组件接触的图1的便携式AACMM的与图8的透视图类似的透视图；

图10是示出了使用IEEE1588精度时间协议来使主导时钟与一个或多个从时钟时间同步的图；

图11和图12是图示了作为图10的在主导时钟与一个或多个从时钟之间的时间同步过程一部分的IEEE1588偏移和延迟测量；

图13是在从时钟内使用的并且具有如在现有技术中一样的相位累加器的可变硬件时钟的框图；

图14是使用如在现有技术中一样的相位累加器的IEEE1588PTP时钟控制的框图；

图15是示出了多个度量装置与其它装置一起通过有线和无线连接来连接到无线路由器并且继续连接到网络的框图；

包括放在一起的图16A-16C的图16是图示了无线路由器的简化视图的框图，该无线路由器具有IEEE1588PTP主、边界或可选透明时钟支持；

图17是图示了在本发明一个示例实施例中的由IEEE1588PTP利用的时钟分级的框图，其中在LAN域中的各种有线节点和在WLAN域中的各种无线站通过有线和无线连接来连接到中央路由器；

图18是图示了实施IEEE1588PTP的在从装置内执行的功能的框图；

图19是在IEEE1588PTPPHY装置内的硬件时间戳的更具体框图；

包括放在一起的图20A和20B的图20是在IEEE1588PTPPHY装置内的时序控制和外部信号生成的功能框图；

图21是多个节点的同步以太网配置的功能框图；

图22是用于支持图21的同步以太网配置的在IEEE1588PTPPHY装置内的功能的功能框图；并且

图23是包括无线LAN模块的无线站的功能框图，该无线LAN模块用作桥接无线网络与有线以太网网络的设备。

具体实施方式

图1A和2B在透视图中图示了根据本发明各种实施例的便携式铰接臂坐标测量机(AACMM)100，其中铰接臂是一种类型的坐标测量机。如图1A和1B中所示，示例AACMM100可以包括六或七轴铰接测量装置，该测量装置具有测量探头壳102，该测量探头壳在一端耦合到AACMM的臂部分104。臂部分104包括由第一分组的轴承盒110(例如两个轴承盒)耦合到第二臂分段108的第一臂分段106。第二分组的轴承盒112(例如两个轴承盒)将第二臂分段108耦合到测量探头壳102。第三分组的轴承盒114(例如三个轴承盒)将第一臂分段106耦合到基部116，该基部位于AACMM100的臂部分104的另一端。每个分组的轴承盒110、112、114提供多个铰接移动轴。测量探头102也可以包括AACMM100的第七轴部分(例如盒，该盒包括编码器系统，该编码器系统确定测量装置(例如探头118)在AACMM100的第七轴中的移动)的轴杆。在AACMM100的使用中，基部116通常粘附到工作表面。

在每个轴承盒分组110、112、114内的每个轴承盒通常包含编码器系统(例如光学角度编码器系统)。编码器系统(即换能器)提供相应臂分段106、108的位置的指示和对应轴承盒分组110、112、114，所有这些仪器提供探头118相对于基部116的位置(并且因此提供AACMM100测量的物体在某个参考框——例如局部或全局参考框——中的位置)的指示。臂分段106、108可以由适当硬材料(比如但不限于例如碳合成材料)制成。具有六个或七个铰接移动轴(即自由度)的便携式AACMM100在允许操作者在绕着基部116的360°区域内将探头118定位于所需位置而又提供操作者可以容易操纵的臂部分106时提供优点。然而应当理解，图示具有两个臂分段106、108的臂部分104仅出于示例目的，并且不应这样限制要求保护的本发明。AACMM100可以具有由轴承盒耦合在一起的任何数目的臂分段(并且因此具有多于或少于六个或七个铰接移动轴或自由度)。

探头118可拆卸地安装到测量探头壳102，该测量探头壳连接到轴承盒分组112。柄126通过例如快速连接接口相对于测量探头壳102可移开。柄126可替换为另一个装置(例如激光线探头、条形码读取器)、由此在允许操作者将不同测量装置与相同AACMM100一起使用时提供优点。在示例实施例中，探头壳102容纳可移开探头118，该探头是接触式测量装置并且可以具有物理接触待测量的物体的不同尖端118(包括但不限于：球、触敏、弯曲和延伸型探头)。在其它实施例中，测量例如由非接触式装置(比如激光线探头(LLP))执行。在一个实施例中，柄126使用快速连接接口来替换为LLP。其它类型的测量装置可以替换可移开柄126以提供附加功能。这样的测量装置的例子包括但不限于例如一个或多个照明灯、温度传感器、热扫描器、条形码扫描器、投影仪、涂料喷洒器、相机等。

如图1A和1B中所示，AACMM100包括在允许改变附件或功能而未从轴承盒分组112移开测量探头壳102时提供优点的可移开柄126。如下文参照图2更具体讨论的那样，可移开柄126也可以包括允许与柄126和位于探头端部中的对应电子器件交换电力和数据的电连接器。

在各种实施例中，每个轴承盒分组110、112、114允许AACMM100的臂部分104绕着多个旋转轴移动。如提到的那样，每个轴承盒分组110、112、114包括各自与例如臂分段106、108的对应旋转轴同轴布置的对应编码器系统(例如光学角度编码器)。光学编码器系统检测臂分段106、108中的每个臂分段绕着对应轴的旋转(回旋)或横向(铰链)移动并且向AACMM100内的如下文更具体描述的电子数据处理系统发送信号。向电子数据处理系统单独发送每个原始编码器计数作为信号，它在处理该系统进一步处理成测量数据。无需如在第5,402,582(‘582)号共同转让美国专利中公开的与AACMM110本身分离的位置计算器(例如串行箱)。

基部116可以包括附着装置或安装装置120。安装装置120允许AACMM100可移开地安装到所需位置(例如检查台、加工中央、墙壁或地板)。在一个实施例中，基部116包括柄部分122，该柄部分提供用于操作者在移动AACMM100时保持基部116的便利位置。在一个实施例中，基部116进一步包括向下折叠以显露用户接口(比如显示屏)的可移动盖部分124。

根据一个实施例，便携式AACMM100的基部116包含或容纳包括两个主要部件的电子数据处理系统：基部处理系统，处理来自AACMM100内的各种编码器系统的数据以及代表其它臂参数的数据以支持三维(3D)位置计算；以及用户接口处理系统，包括板上操作系统、触屏显示器和常驻应用软件，该应用软件允许相对完整的度量功能实施于AACMM100内而无需连接到外部计算机。

基部116中的电子数据处理系统可以与位置离开基部116的编码器系统、传感器和其它外围硬件(例如可以安装到AACMM100上的可移开柄126的LLP)通信。支持这些外围硬件装置或特征的电子器件可以位于轴承盒分组110、112、114(这些轴承盒分组位于便携式AACMM100内)中的每个轴承盒分组中。

图2是根据一个实施例的在AACMM100中利用的电子器件的框图。图2中所示实施例包括电子数据处理系统210，该处理系统包括用于实施基部处理系统的基部处理器板204、用户接口板202、用于提供电力的基部电力板206、蓝牙模块232和基部倾斜板208。用户接口板202包括用于执行应用软件以提供这里描述的用户接口、显示和其它功能的计算机处理器。

如图2中所示，电子数据处理系统210经由一个或多个ARM总线218来与前述多个编码器系统通信。在图2中所示实施例中，每个编码器系统生成编码器数据并且包括：编码器ARM总线接口214、编码器数字信号处理器(DSP)216、编码器读取头接口234和温度传感器212。其它装置(比如应力传感器)可以附着到ARM总线218。

在图2中也示出了与ARM总线218通信的探头端部电子器件230。探头端部电子器件230包括探头端部DSP228、温度传感器212、在一个实施例中经由快速连接接口来与柄126或LLP242连接的柄/LLP接口总线240以及探头接口226。快速连接接口允许柄126接入由LLP242和其它附件使用的数据总线、控制线和电力总线。在一个实施例中，探头端部电子器件230位于AACMM100上的测量探头壳102中。在一个实施例中，柄126可以从快速连接接口移开，并且测量可以由经由柄/LLO接口总线240来与AACMM100的探头端部电子器件230通信的激光线探头(LLP)242执行。在一个实施例中，电子数据处理系统210位于AACMM100的基部116中，探头端部电子器件230位于AACMM100的测量探头壳102中，并且编码器系统位于轴承盒分组110、112、114中。探头接口226可以通过任何适当通信协议(包括来自MaximIntegratedProducts,Inc.的将1线通信协议236具体化的商业上可用产品)来与探头端部DSP228连接。

图3是描述根据一个实施例的AACMM100的电子数据处理系统210的具体特征的框图。在一个实施例中，电子数据处理系统210位于AACMM100的基部116中并且包括基部处理器板204、用户接口板202、基部电力板206、蓝牙模块232和基部倾斜模块208。

在图3中所示一个实施例中，基部处理器板204包括其中所示各种功能块。例如基部处理器功能302用来支持从AACMM100收集测量数据并且经由ARM总线218和总线控制模块功能308接收原始臂数据(例如编码器系统数据)。存储器功能304存储程序和静态臂配置数据。基部处理器板204也包括用于与任何外部硬件装置或附件(比如LLP242)通信的外部硬件选项端口功能310。在图3中所示基部处理器板203的一个实施例中的功能中包括实时时钟(RTC)和日志306、电池组接口(IF)316以及诊断端口318

基部处理器板204也管理与外部(主机计算机)和内部(显示处理器202)装置的所有有线和无线数据通信。基部处理器板204具有经由以太网功能320来与以太网网络通过信(例如使用时钟同步标准(比如电器和电子工程师协会(IEEE)1588))、经由LAN功能322来与无线局域网(WLAN)通信并且经由并行到串行通信(PSC)功能314来与蓝牙模块232通信的能力。基部处理器板204也包括与通用串行总线(USB)装置312的连接。

基部处理器板204发送并且收集原始测量数据(例如编码器系统计数、温度读数)用于处理成测量数据而无需比如在前述‘582专利的串行箱中公开的任何预处理。基部处理器204经由RS485接口(IF)326向用户接口板202上的显示处理器328发送已处理数据。在一个实施例中，基部处理器204也向外部计算机发送原始测量数据。

现在参照图3中的用户接口板202，基部处理器接收的角度和位置数据由在显示处理器328上执行的应用用来在AACMM100内提供自治度量系统。应用可以执行于显示处理器328上以支持比如但不限于以下功能：测量特征、向导和训练图形、远程诊断、温度校正、控制各种操作特征、连接到各种网络和显示测量的物体。与显示处理器328和液晶显示器(LCD)338(例如触屏LCD)用户接口一起，用户接口板202包括若干接口选项(包括安全数字(SD)卡接口330、存储器332、USB主机接口334、诊断端口336、相机端口340、音频/视频接口342、拨号/蜂窝调制解调器344和全球定位系统(GPS)端口346)。

图3中所示电子数据处理系统210也包括基部电力板206，该基部电力板具有用于记录环境数据的环境记录器362。基部电力板206也使用AC/DC转换器358和电池充电器控制360向电子数据处理系统210提供电力。基部电力板206使用集成电路间(I2C)串行单端总线354以及DMA串行外围接口(DSPI)356来与基部处理器板204通信。基部电力板206经由实施于基部电力板206中的输入/输出(I/O)扩展功能364来连接到倾斜传感器和射频标识(RFID)模块208。

尽管表示为单独部件，但是在其它实施例中，部件的全部或子集可以物理上位于以与图3中所示方式不同的方式组合的不同位置和/或功能中。例如在一个实施例中，基部处理器板204和用户接口板202可以组合成一个物理板。

例如无论是否以某一方式物理上附着的、一起布置、链接、连接、关联、配置或设置为系统的多个不同类型的度量装置或多个类似度量装置可以利用这里公开的根据本发明的时间同步设备和方法的实施例来使由系统内的多个度量装置所进行的各种测量准确同步。在一些实施例中，甚至可以在本发明的实施例中利用非度量装置(例如机器人或相机)。

本发明的一个示例实施例包括如下系统，该系统包括如下文具体描述的那样相对于彼此一起配置的铰接臂坐标测量机(比如上文参照图1-3描述的便携式AACMM100)和激光器跟踪器。使用IEEE1588精度时间协议(PTP)标准来使便携式AACMM100和激光跟踪器时间同步，例如以便进行对物体的测量。更具体而言，下文描述的示例实施例涉及便携式AACMM100和激光跟踪器，该AACMM和激光便携式跟踪器一起用来将便携式AACMM100重新定位至不同物理位置，从而便携式AACMM100可以完整测量相对大的零件或物体(例如汽车)，其中如果便携式AACMM100未重新定位至附加物理围着，则这样的完整测量是不可能的。

如上文描述的那样，便携式AACMM100用来获得关于物体(比如经受测量的零件)的三维位置数据。便携式AACMM100将物理物体转换成代表物理物体的数据集。在通过整体引用合并于此的前述第5,402,582(‘582)号共同转让美国专利中得到关于AACMM100的附加细节。

现代便携式AACMM100能够在限定为在如下范围内的体积中测量，该范围延伸直至AACMM100的臂部分104的最大触及范围。该最大臂触及范围可以主要根据臂分段106、108的长度而例如通常为六或十二英尺。在该体积以外或超出该体积测量而又仍然维持原始或全局参考坐标系或框需要物理上将便携式AACMM100重新定位至一个或多个其它不同物理位置并且在每个位置执行坐标系转移过程(例如称为“跳蛙”的过程)。在跳蛙过程中，在第一测量体积中(即当便携式AACMM100在它的初始物理位置时)的特征用来在将便携式AACMM100移向第二新的或不同物理位置之后重置便携式AACMM100的坐标系以继续零件测量过程(例如在测量汽车或类似大的物体时)。便携式AACMM100也可以随需重新定位至第三、第四或附加不同物理位置以成功完成零件测量过程。跳蛙过程的净结果是自便携式AACMM100连续用来重建它的坐标系起的任何误差的堆叠。在通过引用而整体合并于此的第4,430,796号美国专利中得到跳蛙过程的更具体描述。

在图4中示出了与通过整体引用合并于此的前述第7,804,602号共同转让美国专利中公开的测量系统类似的相对大规模坐标探测测量系统400的例子。图4的探测系统400包括与上文参照图1-3描述的便携式AACMM100类似并且在图4中以简化形式示出了的便携式AACMM100。该系统也包括在AACMM400的探头端部420或附近位于便携式AACMM100上的回射器夹具组件410并且包括激光跟踪器430。相同类型或不同类型的多个测量装置的其它取向、布置、设置和变化例如根据本领域具体应用而是可能的并且为本发明的实施例所设想。因此，图4的示例系统400不应视为限制。

图5示出了回射器夹具组件410的分解图，该回射器夹具组件包括球形安装的回射器(SMR)500、运动座(nest)510和夹具520。SMR500包括嵌入于部分球体540内的立方拐角回射器530。立方拐角回射器530包括三个平坦镜分段(M1，M2，M3)，这些镜分段以每个玻璃分段相对于其它两个玻璃分段成九十度角这样的方式接合在一起。三个玻璃分段的共同相交点称为SMR500的顶点“A”。顶点“A”位于部分球体540的球形中央。

运动座510附着到夹具520的顶部，该夹具又在探头端部420或附近锁定到便携式AACMM100的最终链接或臂分段550上。因此，夹具520允许回射器夹具组件410在所需位置放置到便携式AACMM100上。

运动座510具有SMR500的球形表面搁放到其上的三个点式接触(未示出)。这些点式接触保证SMR500的中央保持于空间中的与SRM500旋转相同的点。运动座510优选地在它的基部中包含磁体以保证SMR500保持与三个点式接触持续接触。

如图4中所示，激光跟踪器430向SMR500发送激光束440。立方拐角回射器530沿着与传出激光束相同的线440向激光跟踪器430反射回从激光跟踪器430发送的光。激光跟踪器430监视返回激光束的位置并且调整跟踪器头450的位置以即使在SMR500从点到点移动时仍然保持激光束居中于SMR500上。在该例子中，操作者将SMR500移向三个不同位置(而便携式AACMM100保持于相同物理位置)、但是也可以将SMR500移向十二个或更多位置或者可能仅一个位置。在每个SRM位置，便携式AACMM100和激光跟踪器430进行SMR500的坐标测量。便携式AACMM100通过使用它的内置角度编码器来做到这一点，这些角度编码器通常位于AACMM100的臂分段106、108与彼此以及与便携式AACMM100的基部116或者与最终链接550的耦合(例如轴承盒)中。激光跟踪器430通过使用它的距离计和角度编码器(未示出)来做到这一点。也可以使用其它类型的编码器和距离计。

通过比较便携式AACMM100和激光跟踪器430收集的该SMR测量数据，可以确定用于从便携式AACMM100的坐标系向激光跟踪器430的坐标系或者相反转换的变换矩阵。取而代之，两个数据集可以转换到某一其它优选坐标系(x，y，z)中。

当用便携式AACMM100测量相对大的物体(例如汽车)时，经常有必要物理上移动整个便携式AACMM100(或者AACMM100的执行测量功能的一部分——即臂部分而可能膝上型计算机始终保持于相同物理位置)至不同物理位置。做到这一点以相对于测量的物体在物理上重新定位便携式AACMM100至一个或多个其它不同物理位置，从而便携式AACMM100可以测量大的物体的对于从便携式AACMM100的第一物理位置的测量而言不可达的其它部分。这种将便携式AACMM100的全部或部分移向不同物理位置的动作被称为“重新定位”。也就是说，“重新定位”并非是指在用户将便携式AACMM100的一个或多个部分(例如臂分段、探头等)移向不同位置之时将便携式AACMM100保持于单个物理位置。

无论何时对便携式AACMM100重新定位(见图6，其中便携式AACMM100例如从“位置A”移向“位置B”——即从第一物理位置移向第二物理位置)都执行上述用便携式AACMM100和激光跟踪器430二者同时测量SMR500的位置的过程。这允许从便携式AACMM100的若干不同位置收集的关于相对大的物体600的测量数据在相同参考框(例如全局参考框)中在相同共用坐标系中无缝拼接。利用上文描述的方法，便携式AACMM100可以快速并且准确重新定位至激光跟踪器430的测量体积内的任何物理位置。

该过程代表较其它如下解决方案而言的改进，在这些解决方案中，这样的相对容易重新定位过程是不可能的，因为若干目标(即座)(例如四个目标)通常放置于地板上作为用于便携式AACMM100的参考框。因此，当对便携式AACMM100重新定位并且需要相对重新校准所有参考点时也必须对座重新定位。

也可以实施以下技术以提高对便携式AACMM100重新定位的准确度：(1)用便携式AACMM100和激光跟踪器430测量多个点(例如多于三个)；(2)测量三维空间中尽可能远离(也就是在AACMM测量体积或包络的外边缘附近)的点；以及(3)测量覆盖所有三个维度的点(也就是说，避免收集完全落在平面上或附近的点)。

当回射器夹具组件410首次附着到便携式AACMM100时，必须相对于AACMM100的最终链接550的参考框得到SMR500的坐标(见图9B)。为了做到这一点，使用图7中所示的安装了的球体700来执行补偿过程。这也可以称为“初始补偿”过程，因为仅在回射器夹具组件410首次附着到便携式AACMM100时有必要执行它。

安装了的球体700包括金属球体710、磁座720和基部730。金属球体710可以例如具有与SMR500的直径相同的直径。磁座720具有金属球体701搁放到其上的三个点状接触(未示出)。磁体(未示出)与三个点状接触稳固地相抵保持金属球体710。磁座720附着到基部730，该基部又在另一稳定表面上附着到地板。

在开始用于得到SMR位置的补偿过程时，SMR500从运动座510移开。使运动座510与搁放于磁座720上的金属球体710接触。在图8A中示出了这一点。随后如图8B中所示将便携式AACMM100的臂分段106、108移入不同位置。运动座510的确切位置并不重要。通过对臂分段重新定位至少更多一次、但是优选更多多次，在便携式AACMM100的角度编码器上的角度可以用来确定SMR500的中央的位置。

用于使用比如在机器人或便携式AACMM上得到的铰接臂分段来确定坐标的数学众所周知。例如在RachidManseur的RobotModelingand Kinematics的第3和4章中描述了相关等式。利用这些等式，可以将金属球体710的中央在最终链接550的参考框内的位置与金属球体710的中央在便携式AACMM100的基部116的固定参考框内的位置相关。在图9A和9B中示出了用于特定AACMM的可能矢量和为了澄清这些矢量的含义，在图9A和9B中示出了分别用于便携式AACMM100和最终链接550的本地坐标系(x_A,y_A,z_A)和(x_F,y_F,z_F)。在如上文描述的用于得到SMR500的坐标的补偿过程的情况下，金属球体710的约束使矢量和即使在便携式AACMM100的臂分段到处移动时仍然保持恒定。将两个矢量相关的等式为：

在该等式中，是4×4变换矩阵，如在Manseur所著的上文引用的著作中说明的那样，该矩阵依赖于用于每个链接的所谓Denavit-Hartenberg(DH)参数。对于每个链接，DH参数中的仅一个参数(链接角度θ)在补偿过程中变化。其它DH参数是特定便携式AACMM100的特征并且将已经通过在制造便携式AACMM100时执行的工厂补偿过程来确定。单独的工厂补偿过程确定固定参数。矢量符号表示表明T是用于AACMM100中的所有耦合点的角度编码器读数的函数，而i表明第i个测量，其中每个测量对应于便携式AACMM100的不同位置，在图8A和8B中示出了该位置的两个例子位置。如果便携式AACMM100移向大量不同位置，则将没有等式(1)的唯一解。代之以通过使总残留误差最小来进行矢量和的最好估计。对于第i个测量，将残留误差定义为：

为了使总残留误差最小，选择和以使res_i个值的平方之和最小。在该情况下，和各自由三个坐标值(例如x、y和z)代表，从而有需要得到的六个参数值。用于选择参数以使平方值之和最小的过程在本领域中众所周知并且容易使用可广泛得到的软件来实现。因此将不进一步讨论该过程。

如先前提到的那样，通过用ACCMM100和激光跟踪器同时测量SM500的位置而SMR500移向若干不同位置来便利地对便携式AACMM100重新定位。ACCMM100收集的测量通过以下等式来与激光跟踪器430的测量相关：

在该等式中，和分别是SMR500在激光跟踪器430的参考框和便携式AACMM100的参考框中的坐标。量rx、ry、rz分别是代表绕着X、Y和Z轴的旋转的欧拉角度，并且tx、ty、tz分别是X、Y和Z移位。矩阵M(rx,ry,rz,tx,ty,tz)将SMR500的如重新定位的便携式AACMM100测量的坐标变换到激光跟踪器430的参考框(在该例子中为共同参考坐标框)中。然而有可能使用或分配任何适当参考框成为共同参考坐标框。该矩阵M(rx,ry,rz,tx,ty,tz)是重新定位过程确定的实体，并且可以在任何适当设备中(例如在处理器中或在软件中)计算矩阵。一旦它已知，它可以同样应用于测量附着到最终链接550的探头尖端420。矩阵M(rx,ry,rz,tx,ty,tz)变换探头尖端420的如便携式AACMM100测量的坐标以给定探头尖端420在激光跟踪器430的参考框中的坐标。

为了得到M(rx,ry,rz,tx,ty,tz)，将用于第i个测量的残留误差定义为：

执行标准最小平方拟合计算以得到六个拟合参数rx、ry、rz、tx、ty、tz的使残留误差的平方之和最小的值。

可以按照这里的教导来利用其它用于使用便携式AACMM和激光跟踪器二者来执行便携式AACMM100的重新定位的设备和方法。

在上文的公开内容中，当便携式AACMM100被重新定位至不同物理位置时，便携式AACMM100和激光跟踪器430同时测量SMR500的位置。每当SMR500移向一个或多个不同位置时执行该“同时测量”。这样，重要的是便携式AACMM100和激光跟踪器430尽可能准确地在时间上同步，从而SMR500的如便携式ACMM100和激光跟踪器430同时测量的位置的任何误差尽可能小并且是用于这样的精度度量应用的可接受值。

根据本发明实施例的设备和方法可以利用IEEE1588精度时间协议(PTP)来使便携式ACMM100和激光跟踪器430二者时间同步。这样的设备和方法可以实施于上文讨论的图4-9的重新定位实施例的便携式ACMM100和激光跟踪器430二者内。根据本发明实施例的这样的设备和方法可以利用IEEE1588PTP来使如下“节点”(例如度量装置)的多个其它分布式网络系统组合的实时时钟时间同步：这些节点全部类似(例如多个类似激光跟踪器)或不同(便携式AACMM和激光跟踪器)或者甚至包括非度量装置(例如相机、机器人或其它工业设备)。

除了上文描述的便携式AACMM和激光跟踪器的重新定位实施例之外，也可以有必要偶尔校准这样的度量装置系统组合。为了执行这样的校准，SMR500可以粘附到最后链接550或便携式AACMM100上的某一其它位置(图4)。激光跟踪器430然后测量SMR500相对于它的参考框的位置，而便携式AACMM100同时测量它的探头420的位置(并且因此测量SMR500的位置)。根据该信息，可以建立AACMM100相对于激光跟踪器430的参考框。然后，在校准之后，便携式AACMM100和激光跟踪器430可以彼此独立测量。可以随时间重新捕获便携式AACMM100的位置(即SMR500重新采集)以校验并且确认校准或者如上文描述的那样将便携式AACMM100重新定位至新位置。如在重新定位实施例中那样，在便携式AACMM100和激光跟踪器430的校准实施例中，希望便携式AACMM100和激光跟踪器430尽可能准确地在时间上对准，从而SMR500的如便携式AACMM100和激光跟踪器430同时测量的位置的任何误差尽可能小并且是用于这样的精度度量应用的可接受值。

如上文在一起组合的便携式AACMM100和激光跟踪器430的重新定位和校准实施例中提到的那样，位于便携式AACMM100上的SMR500的测量或“采集”用来建立便携式AACMM100的参考位置，从而当SMR500离开激光跟踪器的视线(例如由于太快移动SMR500或者由于居间物体遮挡SMR500)时，便携式AACMM100进行的测量却可以无间断继续。使用在便携式AACMM100移动之时针对AACCM上的SMR500进行的多个激光跟踪器测量将在确定便携式AACMM的参考位置时提高准确度。针对这一点有两个原因。首先，根据统计取得N个采样按照因子减少每个位置的含糊度。

另外，使用便携式AACMM100的多个AACMM取向而不是单个取向减少单个最差情况的AACMM位置误差影响结果的概率。持续移动SMR500并且因而持续移动便携式AACMM100内的编码器提供用于通过使用AACMM100的平均位置来更准确地确定AACMM参考位置的能力。这是在单点校准中使用的相同概念。

关于在分布式网络系统内一起连接(通过有线和/或无线通信能力)的多个装置(例如精度度量装置(比如便携式AACMM和激光跟踪器))，为了实现动态协调的测量和/或控制，通信网络通常必须显示确定性的行为。这意味着总是能够利用使所有参与装置(例如在上文公开的实施例中的便携式AACMM100和激光跟踪器430内的实时时钟)精确地时间同步的能力在预定义时间段内交换所需量的数据。

对硬件和软件单元设定的一些有代表性的网络需求包括时钟和调度、数据管理和消息协议、带宽、缓冲和同步。当前有线(IEEE802.3)和无线(IEEE802.11)标准提供相对最好的网络解决方案。目前，以太网(IEEE802.1)是用于本地无线网络连接应用的首要候选。

以太网的一些优点包括它实施起来相对廉价并且赋予例如在办公室和工业应用中的广泛使用。以太网也是通用的；例如可以实施有线和光线配置以及半或全双工实施方式。另外，工业以太网协议是可用的(例如实时以太网)，并且多个拓扑是可用的。另外，以太网供电(PoE)允许单个线路提供信号和电力。以太网也相对易于保护和分段并且也提供针对下文更具体讨论的IEEE1588PTP的支持。

Wi-Fi无线的一些优点包括它实施起来相对廉价并且赋予例如在办公室和工业应用中的广泛使用。利用Wi-Fi无线，站也可以相对容易移动。另外可以通过转送消息来延伸覆盖。Wi-Fi无线也赋予相对低的电力消耗；例如可以使用电池电力。也有用于支持的丰富硬件和软件，并且Wi-Fi无线也提供针对IEEE1588PTP的支持。

在本发明的设备和方法的各种实施例中，如下文具体描述的那样，通过使用硬件辅助的IEEE1588时间同步操作来实现关于在该多个精度度量装置之间的时间同步的相对高准确度水平。例如，一个实施例可以包括具有LLP的便携式AACMM(该LLP连接到AACMM的探头端部)以及与AACMM分离的激光跟踪器。如果具有LLP的便携式AACMM的移动是每秒一米并且同步时序误差是一毫秒(这是使用仅软件方式的IEEE1588PTP系统所常有的)，则臂速率量值与同步时序误差的改变的乘积给定同步误差所引起的所得位置误差。在该例子中，位置误差是毫米(这比激光跟踪器与便携式AACMM的组合误差相对大得多(两个数量级))。对于精度3D度量，希望同步时序误差少于一微秒(并且优选地近似不多于500纳秒)以产生可忽略不计的位置误差。硬件辅助的IEEE1588PTP方式一般可以满足所需准确度水平，而软件辅助的IEEE1588PTP方式一般不能。

时钟通常是两部分装置。第一部分是提供等间隔(在时间上)周期事件的振荡器。第二部分是合计这些事件的计数器(也称为积分器、加法器或累加器)。来自时钟的感知时间主要受三个要素影响。第一个由延迟摄动(从时钟到时间信息的接收器的通信路径扰动)引起。第二个是时钟时基本身(时基类型)的可变性。第三要素是对时钟的时序的任何环境影响。

为了实现在例如在系统中一起连接、布置或者以别的方式组合的多个类似或不同精度度量装置(例如激光跟踪器、便携式AACMMS)和/或其它类型的装置(例如工业机器人和设备)之间的所需时间同步精度水平(近似不大于500纳秒的最大可接受误差)，对于在装置之间的有线和/或无线通信，出于下文将讨论的原因而优选的是在本发明的设备和方法的示例实施例中实施IEEE1588PTP的基于硬件的实施方式而不是基于软件的实施方式。

作为关于IEEE1588PTP的背景信息，该标准的第一版本(版本1)于2002年发布，而修正版本(版本2)于2008年发布。IEEE1588PTP描述了一种用于装置网络内的时钟分布的分级主-从架构。IEEE1588PTP同步分布式网络中的实时是始终。在主-从分级中组织联网时钟，在该分级中双向信息交换发生于主时钟装置与每个从时钟装置之间以便保持所有时钟在所需时间同步精确水平内。在主-从分级架构之下，时间分布系统包括一个或多个通信介质(网络分段)和一个或多个时钟。普通时钟是具有单个网络连接的时钟并且是用于同步参考的源(主时钟)或目的地(从时钟)。边界时钟具有多个网络连接并且可以准确桥接从一个网络分段到另一个网络分段的同步。为系统中的每个网络分段选择同步主时钟。主导时钟是用于整个系统的根时序参考。主导时钟向与主导时钟相同的网络分段上驻留的其它时钟发送同步信息。存在于该分段上的边界时钟然后向它们也可以连接到的其它分段转送准确信息。

在IEEE1588版本2中，将称为透明时钟的时钟类型定义为一种形成级联分段拓扑的改进方法。它事实上是增强的以太网网关。透明时钟可以替换边界时钟。透明时钟监视在主与从时钟之间的PTP消息并且向当前PTP帧中插入本地时间延迟数据(驻留时间)。有端到端(E2E)和对等(P2P)这两个类型的透明时钟。P2P透明时钟与E2E不同在于P2P透明时钟上的每个端口还计算与它的链接伙伴(在入口或上游侧)的对等链接路径延迟并且在PTP帧的校正字段中包括该数据。

简化的PTP系统通常包括连接到单个网络的多个普通时钟。在该情况下，未利用边界时钟。选择主导时钟，并且所有其它时钟直接与它同步。一般在IEEE1588PTP中，“最好主时钟”算法确定系统内的“最好”或最准确时钟，系统中的所有其它时钟然后将与它同步。基于每个时钟的多个不同性质进行主时钟的该确定。例如时钟可以配对并且比较嵌入的时钟属性。所有时钟对相同信息操作并且得到相同结论。

图10图示了简化的PTP系统，在该系统中，主导时钟1000适于作为用于包括一个或多个从时钟1010的整个系统的时基。IEEE1588PTP版本2向版本1内的时钟类型添加一些附加时钟类型。在精度度量装置系统中，主导时钟1000可以驻留于度量装置之一(比如图4的便携式AACMM)内，而从时钟1010可以驻留于度量装置中的另一个主导装置(比如图4的激光跟踪器430)内。在激光跟踪器430内的从时钟1010然后可以使用IEEE1588PTP以使本身与便携式AACMM100内的主导时钟1000在时间上同步。这样，在两个精度度量装置100、430之间的测量准确度可以在500纳秒的可接受值内。

通过越过通信介质(例如连接主时钟和每个从时钟的局域网(LAN)或无线LAN)通过以包或消息(例如“PTP包”或“PTP消息”)的形式交换信息来实现对实施硬件辅助的IEEE1588PTP的系统的时间同步和管理。为此，IEEE1588PTP使用在各种装置之间交换的以下基本消息：Sync、Delay_Req、Follow_Up和Delay_Resp。这些消息由各种时钟用来越过网络传达与时间有关的信息(“时间戳”)以便使每个从时钟与主导时钟时间同步。其它消息或包与IEEE1588PTP的两个版本一起可用。将一些消息表征为事件消息，因为它们是时间关键消息，其中发送和接收时间戳准确度直接影响时钟分布准确度。将其它消息表征为一般消息，因为它们是更一般的协议数据单元，其中这些消息中的数据对于PTP而言是重要的，但是它们的发送和接收时间戳并不重要。可以使用多播(多播是以太网支持的分布式系统类型)来发送在IEEE1588PTP内定义的各种消息。

图11和图12图示了从时钟1010如何使用IEEE1588PTP以使本身与主时钟1000时间同步的例子。为了这样做，每个从时钟1010必须准确确定主时钟1000发送的Sync消息的网络运送时间。通过测量从每个从时钟1010到它的主时钟1000的往返时间来间接确定运送时间。

在时间t0，主时钟1000经由多播向所有从时钟1010(在IEEE1588PTP的版本1或版本2中)或者在IEEE1588PTP的版本2中经由单播向具体从时钟1010发出Sync消息。这可以由主时钟1000定期完成(例如在IEEE1588PTP的版本1中它每秒完成达到一次，而版本2允许Sync消息由主时钟1000广播每秒达十次)。当从时钟1010接收Sync消息时，从时钟1010加上该从时钟1010的本地时间t1作为时间戳。主时钟1000然后向从时钟1010发送消息Follow_Up。Follow_Up消息包含主时钟1000发送先前Sync消息的时间。每个从时钟1010然后计算在t1与t0之间的时间差以得出偏移加上延迟(其例如是量A)。

接着如图12，从时钟1010在时间t2向主时钟1000发送Delay_Req消息。主时钟1000然后向从时钟1010发送Delay_Req消息，其中Delay_Req包含主时钟1000从该从时钟1010接收Delay_Req消息的时间。从时钟1010然后计算在t3与t2之间的时间差以得出偏移减去延迟(其例如是量B)。

从时钟1010然后可以将偏移计算为(A-B)/2并且也可以将延迟计算为(A+B)/2。一旦从时钟1010知道在本身与它的主时钟1000之间的偏移，从时钟1010可以按照偏移的量来校正本身以使从时钟1010与主时钟1000一致。也就是说，可以将从时钟1010的当天时间设置成主时钟100的当天时间。

此外，IEEE1588PTP允许从时钟1010计算在从时钟1010中的振荡器与主时钟1000中的振荡器之间的漂移或频率差。这可以通过让主时钟1000向从时钟1010发送有时间戳的连续Sync和Follow-Up消息来实现。

利用IEEE1588PTP，已知硬件加时间戳比软件加时间戳在时间同步方面更准确。这主要通过减少协议栈抖动来实现。抖动通常描述循环事件的时序偏差。网络抖动是网络及其部件(包括所有连接的装置)引起的抖动。例如以太网软件通常划分成各层，其中每层在沿着以太网协议站或“交换结构”上传或下传称为标头的信息块之前去除或添加它。记载有两个模型类型，它们是OSI(历史)和TCP/IP(因特网)模型。在每个模型中，协议栈的顶部是与网络物理接口最远的那一层，其中与网络物理接口最近的层一般称为PHY层，该层是物理装置(比如网络集线器)驻留的层。

在IEEE1588PTP中的软件加时间戳造成比硬件加时间戳相对更低的时间同步准确性，因为加时间戳在所有主时钟中以及在所有从时钟中发生于协议栈的顶层。这样，时间戳必须在放置到网络上之前经过主时钟中的整个以太网协议栈向下行进。然后，时间戳必须经过每个从时钟中的整个协议栈向上行进。在时间戳经过协议栈行进时，通常由于协议栈抖动而引入多个毫秒的变化。另外，在时间戳通过网络行进时，重发器和交换机抖动引入数百纳秒到微秒的变化而路由器抖动通常引入毫秒。

对照而言，一般与以太网协议栈中的PHY级更近地执行硬件时间戳硬件加时间戳。例如在主时钟中，通常恰好位于协议栈中的PHY层上方的MAC层可以执行加时间戳，而在从时钟中，PHY层可以执行加时间戳。以该方式，硬件加时间戳技术去除在软件加时间戳中固有的协议栈抖动所引入的多个毫秒的变化。通过向以太网协议栈中的PHY层添加该功能来在PHY层实施硬件加时间戳的半导体集成电路可用(例如来自NationalSemiconductorCorporation的型号DP83640)。

IEEE1588PTP规定一种用于时钟调整或补偿的算法。在IEEE1588PTP内的一种广泛使用的算法是基于PTP测量来调整从时钟。这可以通过加速或减缓从时钟1010(即速率调整)直至它相对于主时钟1000的偏移收敛至零(例如通过使用比例/积分(P/I)伺服)来实现。伺服输入是根据消息中的所传达的时间戳计算的“偏移”。也参见通过整体引用合并于此、标题为“UtilizingIEEEwithEP80579IntegratedProcessProductLine”的IntelCorporationApplicationNote(2008年9月)。

现有技术中的一种在从时钟1010内的处理器中实施可变硬件时钟的常用已知方式是通过使用如图13中所见相位累加器1300。相位累加器是长度为2ⁿ的与M为模的计数器。也就是说，每当接收参考时钟脉冲时，2^Q位计数器(或累加器)的值被递增值M(调谐字)。当溢出标志(在计数超过2ⁿ时的标志)用作输出时，下式给定在输出频率与参考频率之间的以下关系：

F_out＝(MxF_ref)/2ⁿ(等式5)

其中：F_out等于相位累加器的输出频率，F_ref等于参考时钟频率(例如处理器时钟)，n等于相位累加器的u，而M等于调谐字。

参照图14，图示了如本领域中已知的使用相位累加器的IEEE1588PTP时钟控制的框图。在以下讨论中使用的一些定义包括：FreqOsc是输入时钟频率，FreqClk是频率补偿的时钟(即所需输出频率)，FreqDivRatio是等于FreqOsc/FreqClk的频率划分比，而FreqCompValue是用来设置FreqDivRatio的值。在图14内包括的计算逻辑单元是Q位累加器1400、R位加数寄存器1404、P位系统时钟计数器1408、IEEE1588时钟参考1412以及消息和时间戳逻辑1416。

相位累加器是以等于1/FreqOsc的速率向其添加加数值的Q位累加器，该累加器将产生1/FreqClk的进位速率。也就是说，进位将FreqCompValue次产生2^Q个时钟滴答，其中每1/FreqOsc秒发生时钟滴答。令FreqCompValue等于加数。对于R<＝Q：

F r e q C l k = F r e q O s c \cdot (\frac{F r e q C o m p V a l u e}{2^{Q}})

(等式6)

重复模式：周期模式(开始和结束于累加器等于0)在针对时钟点滴(加法)数目等于2^Q/gcd(FreqCompValue，2^Q)而言每个循环的载波数目等于FreqCompValue/gcd(FreqCompValue，2^Q)时发生。注意两个或更多非零整数的最大公约数(gcd)是将两个数整除的最大正整数。

频率和时间调整分辨率：根据上述定义

F r e q D i v R a t i o = F r e q O s c / F r e q C l k = \frac{2^{Q}}{F r e q C o m p V a l u e}

F r e q C o m p V a l u e = \frac{2^{Q}}{F r e q D i v R a t i o}

(等式7)

频率：对于FreqCompValue的改变，FreqClk的改变如下：

Δ F r e q C l k = \frac{Δ F r e q C o m p V a l u e}{2^{Q}} \cdot F r e q O s c

(等式8)

\frac{Δ F r e q C l k}{F r e q C l k} = \frac{Δ F r e q C o m p V a l u e}{2^{Q}} \cdot \frac{F r e q O s c}{F r e q C l k}

(等式9)

\frac{Δ F r e q C l k}{F r e q C l k} = \frac{Δ F r e q C o m p V a l u e}{2^{Q}} \cdot F r e q D i v R a t i o

(等式10)

时间：FreqOsc和FreqClk的周期是

T_{F r e q O s c} = \frac{1}{F r e q O s c}

T_{F r e q O s c} = \frac{1}{F r e q C l k}

FreqCompValue的改变造成FreqClk周期的改变如下：

{ΔT}_{F r e q C l k} = - {ΔT}_{F r e q O s c} \cdot (\frac{2^{Q}}{F r e q C o m p V a l u e}) \cdot \frac{(\frac{Δ F r e q C o m p V a l u e}{F r e q C o m p V a l u e})}{(1 + \frac{Δ F r e q C o m p V a l u e}{F r e q c o m p V a l u e})}

(等式11)

使用等式7

{ΔT}_{F r e q C l k} = - T_{F r e q O s c} \cdot F r e q D i v R a t i o \cdot (\frac{\frac{Δ F r e q C o m p V a l u e}{F r e q C o m p V a l u e}}{1 + \frac{Δ F r e q C o m p V a l u e}{F r e q C o m p V a l u e}})

(等式12)

将每侧除以T_FreqClk根据ΔFreqCompValue得到FreqClk的相对改变。

\frac{{ΔT}_{F r e q C l k}}{T_{F r e q C l k}} = \frac{- T_{F r e q O s c}}{T_{F r e q O s c}} \cdot F r e q D i v R a t i o \cdot \frac{(\frac{Δ F r e q C o m p V a l u e}{F r e q C o m p V a l u e})}{(1 + \frac{Δ F r e q C o m p V a l u e}{F r e q C o m p V a l u e})}

使用FreqDivRatio＝FreqOsc/FreqClk

\frac{{ΔT}_{F r e q C l k}}{T_{F r e q C l k}} = - 1 [\frac{(\frac{Δ F r e q C o m p V a l u e}{F r e q C o m p V a l u e})}{(1 + \frac{Δ F r e q C o m p V a l u e}{F r e q C o m p V a l u e})}]

(等式13)

近似。

\frac{Δ F r e q C l k}{F r e q C l k} = - 1 \cdot \frac{{ΔT}_{F r e q C l k}}{T_{F r e q C l k}}

(等式14)

注意抖动(相位步进校正)

J i t t e r (ϵ) = &PlusMinus; \frac{1}{F r e q O s c}

(等式15)

具体针对前述DP83640集成电路：FreqOsc＝125MHz，Q＝35，FreqDivRatio＝1.00006399。

使用等式8

Δ F r e q C l k = \frac{Δ F r e q C o m p V a l u e}{2^{Q}} \cdot F r e q O s c

可以根据FreqOsc(参考)表达FreqClk的改变。

\frac{Δ F r e q C l k}{F r e q O s c} = \frac{Δ F r e q C o m p V a l u e}{2^{Q}}

(等式16)

可以通过零FreqCompValue＝1(即每个增量)来得到FreqClk相对于FreqOsc的改变的分辨率。

Δ F r e q C l k / F r e q O s c = \frac{1}{2^{Q}} = 2.9103830457 \times 10^{- 11}

每个ΔfreqCompValue增量。

重新整理等式15

ΔFreqCompValue＝2^Q*(ΔFreqClk)/FreqOsc)

由于FreqOsc/FreqClk＝FreqDivRatio，所以可通过将左侧除以FreqDivRatio针对ΔFreqClk/FreqClk的改变来表达ΔFreqCompValue的所需改变。

ΔFreqCompValue＝2^Q.FreqDivRatio(ΔFreqClk/FreqClk)(等式17)

例子：求解ΔFreqCompValue以调整ΔFreqClk/FreqClk1953ppm。

ΔFreqCompValue＝2^Q.FreqDivRatio.(1953.10^-6)ΔFreqCompValue＝67108863(3FFFFFFhDP83640校正值)

关于无线网络类型，基础结构无线局域网(WLAN)的网络拓扑是具有单个中央控制器(例如无线接入点或无线路由器)和一个或多个无线客户端(例如站)的点到点多点星型。客户端可以连接到一个并且仅一个接入点而未连接到其它客户端。接入点可以仅连接到客户端而未连接到其它接入点。接入点与蜂窝网络中的基站类似并且可以执行无线到有线桥接。接入点可以与通常为以太网的分布系统或主干网络连接。在更大办公室或大型和异形住宅中，单个接入点可能未向区域的拐角提供覆盖。整个802.11标准提供如下网络，在该网络中，多个接入点连接到网络的从相同路由器操作的有线部分。这样的网络称为延伸的服务集(ESS)。在ESS中，所有接入点共享相同网络名或服务集标识符(SSID)。在基本服务集(BSS)中，成组通信站布置于与蜂窝网络中的蜂窝类似的基本服务区中。可以在不同模式之间切换；例如接入点或客户端，但是并非二者同时。

与基础结构网络(WLAN)相比，自组WLAN的网络拓扑是全连接矩阵而两个或更多无线客户端彼此连接(无中央控制器)。将自组网络连接到其它网络(例如因特网)通常涉及到将无线客户端之一桥接或寻路由(例如WindowsInternetConnectionSharing)到一些其它网络连接。

在本发明的设备和方法的实施例中，可以利用并且可以优选基础结构网络，因为这样的网络对于IEEE1588PTP主时钟算法的安全维护和开发而言相对更容易。然而并未排除本发明的利用自组网络的其它实施例。

无线接入点是在基础结构(与自组网络对比)无线网络中使用的中央桥接器装置。向桥接器的以太网或有线侧发送来自桥接器的无线侧的业务并且反之亦然。接入点通常控制所有无线业务。无线路由器通常包括三个分节：(1)以太网路由器，具有DHCP客户端和服务器、转译IP地址的网络地址转译(NAT)、转译端口的端口地址转译(PTAP)并且可选地具有防火墙；(2)以太网交换机；以及(3)接入点。附加单元可以包括用于与DSL调制解调器或线缆调制解调器接口的DSL调制解调器、线缆调制解调器或广域网(WAN)端口。注意经常比接入点更廉价的无线路由器可以被配置成作为接入点来工作。

在本发明的设备和方法的示例实施例中，被配置用于IEEE1588PTP的网络可以具有以下属性。例如域分离可以包括单个子网(即仅一个主/边界时钟)。图15是示出了多个度量装置与其它装置一起通过有线和无线连接来连接到无线路由器并且继续连接到网络的框图。例如与图1的便携式铰接臂坐标测量机(AACMM)类似的便携式AACMM1500与具有附着到AACMM的扫描器的AACMM(即臂加上扫描器1504)和激光跟踪器1508一起可以各自如图15中的虚线所示通过有线连接来连接到无线路由器1512。诸如传感器、机器人等其它第三方装置1516也可以通过有线或无线连接来连接到无线路由器1512。此外，扫描器和/或相机站1520可以直接连接到路由器1512、但是却可以无线通信。无线路由器1512充当用于LAN的接入点，该LAN包括通过有线连接来连接到接入点的各种装置1500、1504、1508、1512，这些装置由于它们有线连接到路由器1512而称为“节点”，扫描器和/或相机站1520由于它无线连接到它与之通信的其它装置而称为“站”。路由器1512也充当用于有线装置1500、1504、1508、1516的保护，这些装置在以太网LAN类型的连接中与路由器1516有线连接。也就是说，路由器1512从路由器也附着到的企业网络或实时工业网络保护以太网连接的装置。

在图15中，装置1500、1504、1508、1516可以是实施为受防护或“受保护”的网络群集或“云”的Wi-Fi站。也就是说，尽管这些装置连接到路由器1512，但是它们却可以与路由器的接入点无线通信以交换测量数据。这样，重要的是在本发明的实施例中使用IEEE1588PTP来使这些装置准确地时间同步。实质上，装置1500、1504、1508、1516在前台中取得测量数据并且在前景中经由接入点彼此交换数据，而本发明的设备和方法的实施例在后台中使装置1500、1504、1508、1516时间同步。

配置所得IEEE1588PTP无线网络组使得允许“隐藏节点”。也不会支持站数据转发(路由)并且不会支持移动(进入和离开覆盖区)站。将按照801.11i实施安全性(一种优选方法是WPA2)。

图16是图示了具有IEEE1588PTP主、边界或可选透明时钟(IEEE1588PTP版本2)支持的无线路由器的简化视图的框图。WAN以太网链路1600包含实际边界时钟硬件。也对于每个以太网LAN连接1604，IEEE1588PTP时间戳发生于以太网协议栈1616或“交换结构”内的PHY层1608与MAC层1612之间。

图17是图示了在本发明一个示例实施例中的由IEEE1588PTP利用的时钟分级的框图，其中在LAN域中的各种有线节点1700和在WLAN域中的各种无线站1704通过有线和无线连接来连接到中央路由器1708。具有针对IEE1588PTP的支持的路由器1708(比如图17中所示路由器)在商业上可用。

本发明的实施例使得多个类似或相异度量和/或其它非度量装置(例如机器人、相机、工业设备等)能够在时间上相对精确同步，从而装置可以通过装置的分布式网络使用有线和无线通信二者在它们之间准确共享数据。共享数据可以例如是来自度量装置的测量数据。优选地使用IEEE1588RTP来实现时间同步。这样，对于诸如铰接臂坐标测量机、激光跟踪器等精度度量装置希望网络针对相对精度度量性能在路由器/边界时钟1708(图17)与所有从节点1700和/或无线站1704之间提供少于两微秒的准确度和少于250纳秒的峰峰抖动。

迄今为止已经描述和图示的实施方式称为“在路径上”IEEE1588PTP实施方式。也就是说，所有单元(例如路由器、节点和站)支持IEEE1588PTP时间戳。基本上有主导/边界时钟或主时钟或者具有透明时钟能力的网络交换机。注意透明时钟(增强的以太网网关并且为IEEE1588PTP版本2所特有)测量并且调整PTP时间戳以考虑交换机内的包延迟。转发PTP消息，但是针对用于消息从入口端口向出口端口传播的驻留时间来修改PTP消息。必须针对Sync_msg和Delay_req消息二者进行校正。图15中所示虚线IEEE1588时间戳单元支持该能力。

不必实施上文描述的所有PTP部件。在包括所有或一些以太网装置(很少或无IEEE1588支持)的网络中，可以通过仅使用主和端部节点(从)来准确执行PTP。这可以通过增加sync_msg和delay_req(按照IEEE1588PTP版本2多达124个事务/秒)并且检测“幸运包”(最小延迟)速率来实现。视为主要为优先网络改进的“幸运包”算法可以用来提高用于有线/无线连接的时序稳定性。这通过检测“幸运包”的最小延迟并且使用来自这些包的结构进行速率和时间校正来完成。为了更多信息，参见通过整体引用合并于此的NationalSemiconductorCorporationApplicationNote1963“IEEE1588SynchronizationoverStandardNetworksUsingtheDP83640”。VLAN(虚拟LAN——如果它们附着到相同广播域，则这是在组之间的通信)技术也可以有帮助。另外无需边界时钟驻留于无线路由器内。WLAN或LAN端口可以用于该接入。

参照图18，图示了实施IEEE1588PTP的在从装置内(例如度量装置(比如上文描述的度量装置))执行的功能的框图。节点在任一时间仅为以太网节点(LAN配置)或WLAN站、但是从未同时为二者。这意味着迫使无论来自有线还是无线网络的包括PTP包的包共享共同IEEE1588PHY装置1800(比如来自NationalSemiconductorCorporation的型号DP836450)。实质上，相同对待PTP包而未考虑使用的介质(即有线或无线)。也就是说，LAN或WLAN连接无论数据是来自有线还是无线连接都使用相同IEE1588PHY装置1800。这样，无论IEEE1588PHY装置1800是处理有线还是无线连接都以相同方式为IEEE1588PTP包或消息加时间戳。LAN交换机(复用器)1804确定如在LAN(例如以太网)或WLAN(Wi-Fi)之间选择哪个网络。然而只要涉及节点，它就总是表现为以太网LAN。使用的加时间戳算法在任一设置之下不变。例如“幸运包”算法无论选择的介质如何都相同工作。

取而代之，便携式AACMM100本身可以被编程为直接从IEEE1588PHY装置1800捕获数据。例如可以经由PTP时钟设置事件计时器以有助于数据捕获。类似地，也可以向来自内部或外部源的触发信号加时间戳。

以太网有线LAN信号从以太网连接器1808进来，而WLAN无线连接经过天线1812进来、然后进入无线RF模块1816。向处理单元1820馈送IEEE1588PHY装置1800的输出。对于在基部处理器板204内的IEEE1588PTP功能320，也参见图3A。

在一个实施例中，用户接口1824可以是与处理器1820分开的单独处理器。这给予多个优点(包括维持旧式配置；也就是说，基站处理器204无需RTOS)。也可以通过仅使用基部处理器204的实施方式来获得相对更低成本。另外，用户接口和无线功能可以位置远离基部处理器204，并且可以实施相对简单的串行接口。此外，它在考虑样式和功能问题时允许相对最好放置并且允许硬件和软件的模块开发。另外，无线通信最好保持为单独功能，并且无实时性能命中由于两个其它模块中的任一或两个模块而发生于基部处理器204上。最后，基站处理器204将需要TCP/IP栈。

参照图19，图示了在IEEE1588PTPPHY装置内的硬件时间戳的更具体框图。

参照图20，图示了在IEEE1588PTPPHY装置内的时序控制和外部信号生成的功能框图；可从NationalSemiconductorCorporation获得的型号DP83640具有不仅在PHY级支持加时间戳的架构，而且它也提供为外部装置生成同步时钟。该外部时钟标称频率可以是与250MHz除以n有关的任何频率，其中n是范围为2至255的整数。该时钟由两个可选模拟振荡器之一生成并且按照PTP_RATE寄存器中的速率信息来偏移。因此，它的频率准确至IEEE1588PTP时钟时间。此外，它没有如相位累加器得出的信号将具有的与它的参考频率(125MHz)有关的频率跃变。

参照图21和图22，本发明的实施例的另一个特征是支持同步以太网(SyncE)。同步以太网是指来自接收节点的时钟恢复(和锁相环滤波)并且将它转发到发送同步的节点。注意同步以太网仅产生频率同步而PTP产生时间和频率同步。可以在有线以太网网络上(但是未在无线网络上(因为无“上游”时钟))并行运用同步以太网和IEEE1588PTP。当在PTP从节点(并且仅从节点)上启用同步以太网模式时提高时间偏移和抖动性能。为了更多信息，参见通过整体引用合并于此的NationalSemiconductorCorporationApplicationNote1730“SynchronousEthernetMode:AchievingSub-nanosecondAccuracyinPTPApplications”。

参照图23，图示了无线站，该无线站包括嵌入式系统2300、商业上可用的WIZnetWIZ610wiWLANWi-Fi模块2304和路由器2308。WLANWi-Fi模块2304提供一种桥接有线(以太网LAN)和无线(WLAN)网络的设备。桥接是在包交换网络中使用的转发技术，并且未做出关于网络地址的假设(如在路由器中那样)。WLANWi-Fi模块2304提供三个接口：低速TTL串行(用于装置设置和状态)；MII(MAC级以太网)；以及无线的无线电。从系统观点来看，通过将非IEEE1588PHY(即标准以太网PHY)连接到MII接口(如图18中那样)，进行从以太网向无线并且回到以太网的转变。

在上述背景章节中，给出如下应用的例子，在这些应用中，当时多个度量仪器一起使用时需要相对高的时间同步准确度。上文具体讨论了这些应用之一。下文进一步描述其它应用。

同时多点定位：同时多点定位是一种通过同时使用至少三个、但是优选四个激光跟踪器测量与回射器目标的距离来以相对高的准确度测量该目标的位置的方法。激光器可以包含两个类型的距离计中的任一或两个类型的距离计：干涉仪和绝对距离。通常使用跟踪器干涉仪来测量与回射器目标的距离，但是可以代之以使用ADM。在Greenleaf的第4,457,625号美国专利中给出使用跟踪干涉仪的多点定位例子。

激光跟踪器中的干涉仪或绝对距离计得到的径向距离通常准确度是跟踪器中的角度测量装置得到的横向距离的至少五倍。出于该原因，依赖于径向距离测量的同时多点定位比基于角度读数的跟踪器测量更准确。

同步对于静止回射器目标的同时多点定位而言并不重要。然而对于移动目标的多点定位，准确同步是必要的。例如假设目标以每秒一米移动并且同步准确至五毫秒。3D位置的所得误差然后在5mm这一级，这对于该应用而言相对太大。另一方面，如果同步准确至十微秒，则误差将为十微米这一级，并且可以通过使用卡尔曼滤波或类似方法来进一步减少该误差。本发明的利用IEEE1588PTP的实施例将实现该改进的同步。

无线同步：如上文描述的那样，普遍将扫描器附着到AACMM的端部。扫描器提供的扫描数据必须与AACMM内的角度编码器收集的数据同步。由于线用来产生这些连接并且由于电子器件可以由单个主时钟控制，所以相对准确同步是可能的。然而在将来，扫描器收集的很高数据速率将可能使得难以经由少数目的线传送大量数据。此外，使用经过臂分段的专用线限制在将不同类型的装置附着到臂的端部时限制灵活性。一种更好的方法是使用本发明的实施例提供的高速而又准确同步的无线数据传送方法。

中等范围扫描器的补偿和校准：扫描器是通过在感兴趣表面之上扫描光源来测量物体的3D坐标的装置。中等范围激光扫描器是测量无论何处的从数米到数百米的最大距离的扫描器。在该范围内操作的扫描器需要补偿和校准它们的距离传感器。例如，这样的扫描器测量的距离可以依赖于向扫描器返回的光功率或者它可以随着从扫描器到目标的距离而周期性地变化。可借助向扫描器的固件或软件中录入的补偿参数校正这样的距离变化。为了获得这些补偿参数，具有已知特性的漫射目标可以安装于放在轨上的盒上。可沿着用手移动或者优选地借助电机自动移动该盒。在漫射目标的背部上，可以安装回射器用于由装置(比如激光跟踪器)测量。为了使数据收集尽可能便利，应当有可能从点到点或者优选地在连续运动中快速步进目标。如果在扫描器与跟踪器之间的同步例如高度准确至约十微秒则这是可能的。除了扫描器的补偿之外，也有必要校准激光扫描器。校准是用来验证扫描器的性能的过程。上文描述的相同设置可以用于校准和补偿，但是应当略微变化条件以保证在所有扫描器范围内恰当应用校正。

AACMM的补偿：一种两部分方法常用来补偿AACMM。该方法的第一部分是将附着到臂的端部的球形探头尖端放入圆锥形座位或三点球形座中。臂的不同分段然后旋转至多个不同位置以使臂内的角度编码器在它们的完全运动范围内执行。该方法的第二部分是测量一个或多个校准的标度条。利用从这两个部分获得的信息，可以针对臂分段(链接)长度、每个编码器的零角度、接头偏移等获得参数。一种可以提高臂准确度的可替选方法是当臂的不同分段旋转至多个不同位置时使用激光跟踪器来测量回射器的位置。为了使该方法可行，有必要使跟踪器和臂的读数很精确地同步。

本发明实施例的一些优点包括：(1)所得网络支持任何有线/无线介质混合(其中“有线”介质可以不仅包括传统物理线等而且包括光纤)；(2)所有节点支持IEEE1588精度时间协议；(3)可实现在节点/站与路由器/边界时钟之间少于一微秒的时序准确度；(4)可以支持工业网络(比如以太网/IP、Powerelink、EtherCAT和PROFIINET)；(5)可以运行多个并行测量应用；(6)支持单个主机接口；(7)可以包括网络存储和缓冲；(8)单个“测量”域(一个边界时钟，在有线和无线网络中统一)在运用分级边界时钟时去除准确度问题；(9)可以在PTP从时钟中选择同步以太网(SyncE)模式；(10)支持外部主导时钟(包括但不限于GPS)；(11)为高带宽应用(扫描器)提供多频带解决方案；(12)拓扑可以延及其它度量应用；(13)可以容易集成801.11n(MIMO-多天线)与IEEE1588PTP能力的将来一起使用。

3D机器人扫描器可以用来检查热屏蔽。可以运用一种使用IEEE1588PTP来使激光线探头和商业机器人同步的解决方案。软件可以实时控制机器人并且显示和修补3D扫描、由此提供缩放。缺陷测量和烧蚀体衰退速率分析(在应力之下的表面退化)。

本发明的方法和设备的实施例提供由多个度量装置(比如铰接臂坐标测量机、激光跟踪器和其它精度度量装置)和甚至非度量装置(比如机器人、相机和工业设备)进行的测量的相对准确的时间同步。使用IEEE1588精度时间协议通过将一个主时钟用于所有链接的装置、将从时钟用于剩余链接的装置、使用时间戳例程并且通过考虑延迟和偏移来极大地减少时间同步延迟。目的是在操作中实现同步至优于500纳秒。

另外，为了完全灵活，同步通过有线和无线介质二者可用。当实现这一点时，可以容易混合便携式AACMM并且可以进行联合3D测量。这里呈现的技术应用于便携式度量装置(比如AACMM和激光跟踪器)。然而它可以延及其它类型的度量装置(比如使用实际飞行时间(ATOF)或到达时间差(DTOA)方法的度量装置)。

如本领域技术人员将理解的那样，本发明的方面可以具体化为系统、方法或计算机程序产品。因而本发明的方面可以采用全硬件实施例、全软件实施例(包括固件、常驻软件、微代码等)或组合软件与硬件方面的实施例这样的形式，这些实施例可以这里全部通称为“电路”、“模块”或“系统”。另外，本发明的方面可以采用在一个或多个计算机可读中具体化的计算机程序产品的形式，该计算机可读介质具有体现于其上的计算机可读程序代码。

可以利用一个或多个计算机可读介质的任何组合。计算机可读介质可以是例如是但不限于电子、磁、光学、电池、红外线或半导体系统、设备或装置或前述各项的任何适当组合。计算机可读介质的更多具体例子(非穷举列表)将包括以下各项：具有一个或多个线的电连接。便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)、光学存储装置、磁存储装置或前述各项的任何适当组合。在本文献的上下文中，计算机可读存储介质可以是任何可以包含或存储用于由指令执行系统、设备或装置使用或者与指令执行系统、设备或装置一起使用的程序的有形介质。

计算机可读信号介质可以例如在基带中或者作为载波的一部分包括传播的数据信号，该数据信号具有体现于其中的计算机可读程序代码。这样的传播信号可以采用多种形式(包括但不限于电磁、光学或其任何组合)中的任何形式。计算机可读信号介质可以是任何如下计算机可读介质，该计算机可读介质并非计算机可读存储介质并且可以传达、传播或传送用于由指令执行系统、设备或装置使用或者与指令执行系统、设备或装置一起使用的程序。

可以使用任何适当介质(包括但不限于无线、有线、光纤线缆、RF等或前述各项的任何组合)来发送体现于计算机可读介质上的程序代码。

可以用一个或多个编程语言(包括面向对象编程语言(比如Java、Smalltalk、C++、C#等)和常规过程编程语言(比如“C”编程语言或类似编程语言))的任何组合编写用于实现用于本发明方面的操作的计算机程序代码。程序代码可以完全在用户的计算机上、部分在用户的计算机上、作为独立软件包、部分在用户的计算机上而部分在远程计算机上或者完全在远程计算机或服务器上执行。在后一种场景中，远程计算机可以通过任何类型的网络(包括局域网(LAN)或广域网(WAN))连接到用户的计算机，或者可以产生与外部计算机的连接(例如通过使用因特网服务提供商的因特网)。

参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)和计算机程序产品的流程图图示和/或框图描述本发明的方面。将理解计算机程序指令可以实施流程图图示和/或框图的每个块以及在流程图图示和/或框图中的块组合。

可以向通用计算机、专用计算机或其它可编程数据处理设备的处理器提供这些计算机程序指令以产生机器，从而经由计算机或其它可编程数据处理设备的处理器执行的指令创建用于实施在流程图和/或框图的一个或多个块中指定的功能/动作的设备。这些计算机程序指令也可以存储于计算机可读介质中，该计算机可读介质可以指引计算机、其它可编程数据处理设备或其它装置以特定方式工作，从而存储于计算机可读介质中的指令产生包括指令的制造品，这些指令实施在流程图和/或框图的一个或多个块中指定的功能/动作。

计算机程序指令也可以加载到计算机、其它可编程数据处理设备或其它装置上以使系列操作步骤在计算机、其它可编程设备或其它装置执行执行以产生计算机实施的过程，从而在计算机或其它可编程设备上执行的指令提供用于实施在流程图和/或框图的一个或多个块中指定的功能/动作的过程。

图中的流程图和框图图示了根据本发明各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实施方式的架构、功能和操作。就这一点而言，流程图或框图中的每个块可以代表包括用于实施指定的逻辑功能的一个或多个可执行指令的代码模块、分段或部分。也应当注意，在一些可替选实施例中，在块中提到的功能可以不按图中提到的顺序发生。例如事实上根据涉及到的功能可以基本上并行执行接连示出的两个块或者有时可以反序执行块。也将注意框图和/或流程图图示的每个块以及在框图和/或流程图图示中的块组合可以由执行自动的功能或动作的专用基于硬件的系统或专用硬件与计算机指令的组合实施。

尽管已经参照例子实施例描述本发明，但是本领域技术人员将理解可以进行各种改变并且等效要素可以替换其要素而未脱离本发明的范围。此外，可以进行诸多修改以使特定情形或材料适应本发明的教导而未脱离其实质范围。因此旨在于本发明并不限于作为设想的用于实现本发明的最佳实施方式而公开的具体实施例而是本发明将包括落入所附权利要求的范围内的所有实施例。另外，使用术语第一、第二等并未表示任何顺序或重要性，而实际上术语第一、第二等用来区分一个要素与另一要素。另外，使用术语一个/一种等并未表示限制量而实际上表明存在至少一个/一种引用项。

Claims

1.一种包括彼此以双向方式通信的至少两个度量装置的设备，所述设备包括：

所述至少两个度量装置中的第一度量装置，所述第一度量装置具有IEEE1588精度时间协议接口，所述接口包括被配置用于以有线方式和无线方式二者与所述至少两个度量装置中的第二度量装置双向通信的一个或多个部件；

所述至少两个度量装置中的所述第二度量装置，所述第二度量装置具有IEEE1588精度时间协议接口，所述接口包括被配置用于以有线方式和无线方式二者与所述至少两个度量装置中的所述第一度量装置双向通信的一个或多个部件；

其中，所述至少两个度量装置中的一个度量装置包括主时钟而所述至少两个度量装置中的另一个度量装置包括从时钟，其中，所述主时钟向所述从时钟传达时间，并且所述从时钟响应于来自所述主时钟的所传达的时间以将所述从时钟的时间调整为对应于所述主时钟的时间，由此使所述至少两个度量装置一起时间同步；并且

其中，每个度量装置测量参数，并且其中，每个度量装置所进行的测量由于所述从时钟的时间对应于所述主时钟的时间而以时间同步的方式发生。

2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述至少两个度量装置连接在分布式网络中。

3.根据权利要求1所述的设备，其中，所述有线通信通过以太网局域网发生。

4.根据权利要求1所述的设备，其中，所述无线通信通过Wi-Fi网络发生。

5.根据权利要求1所述的设备，其中，每个度量装置包括来自于包括铰接臂坐标测量机、附着有扫描器的铰接臂坐标测量机、激光跟踪器和激光扫描器的组的装置。

6.根据权利要求1所述的设备，其中，每个度量装置包括来自于包括附着有扫描器的铰接臂坐标测量机和激光跟踪器的组的装置，其中，所述铰接臂坐标测量机和所述激光跟踪器中的每一个跟踪附着到所述铰接臂坐标测量机的所述扫描器的位置。

7.根据权利要求6所述的设备，其中，所述铰接臂坐标测量机和所述激光跟踪器中的每一个在铰接臂坐标测量机重新定位过程或铰接臂坐标测量机校准过程中的一个过程中跟踪附着到所述铰接臂坐标测量机的所述扫描器的位置。

8.根据权利要求2所述的设备，其中，所述分布式网络包括来自于包括实时工业网络和企业网络的组的网络。

9.根据权利要求2所述的设备，其中，所述分布式网络包括来自于包括基础结构网络和自组网络的组的网络。

10.根据权利要求1所述的设备，进一步包括以有线和/或无线方式与所述至少两个度量装置中的每一个度量装置连接的路由器，其中，所述路由器包括IEEE1588精度时间协议接口。

11.根据权利要求1所述的设备，其中，所述有线通信以同步以太网方式通过以太网局域网发生。

12.根据权利要求1所述的设备，其中，所述两个度量装置中的每个度量装置内的所述IEEE1588精度时间协议接口实施硬件辅助的加时间戳。

13.根据权利要求1所述的设备，其中，所述两个度量装置中的每个度量装置内的所述IEEE1588精度时间协议接口进一步包括交换机，所述交换机在其第一输入具有来自所述至少两个度量装置中的另一个度量装置的有线连接而在其第二输入具有来自所述至少两个度量装置中的另一个度量装置的无线连接，其中，来自所述至少两个度量装置中的另一个度量装置的所述无线连接包括将所述无线连接转换成向所述交换机的所述第二输入施加的有线连接的一个或多个部件。

14.根据权利要求1所述的设备，其中，所述两个度量装置中的每个度量装置内的所述IEEE1588精度时间协议接口实施硬件辅助的加时间戳，从而当所述主时钟向所述从时钟传达时间，并且所述从时钟响应于来自所述主时钟的所传达的时间以将所述从时钟的时间调整为对应于所述主时钟的时间，其中所述主时钟的时间与所述从时钟的时间之差不大于500纳秒。

15.一种用于在至少两个度量装置之间以双向方式通信的方法，所述方法包括以下步骤：

向所述至少两个度量装置中的第一度量装置提供被配置用于以有线方式和无线方式二者与所述至少两个度量装置中的第二度量装置双向通信的IEEE1588精度时间协议接口；

向所述至少两个度量装置中的所述第二度量装置提供被配置用于以有线方式和无线方式二者与所述至少两个度量装置中的所述第一度量装置双向通信的IEEE1588精度时间协议接口；

其中，所述至少两个度量装置中的一个度量装置包括主时钟而所述至少两个度量装置中的另一个度量装置包括从时钟，所述主时钟向所述从时钟传达时间，并且所述从时钟响应于来自所述主时钟的所传达的时间以将所述从时钟的时间调整为对应于所述主时钟的时间，由此使所述至少两个度量装置一起时间同步；并且

16.根据权利要求15所述的方法，进一步包括将所述至少两个度量装置连接在分布式网络中。

17.根据权利要求15所述的方法，其中，所述有线通信通过以太网局域网发生。

18.根据权利要求15所述的方法，其中，所述无线通信通过Wi-Fi网络发生。

19.根据权利要求15所述的方法，其中，每个度量装置包括来自于包括铰接臂坐标测量机、附着有扫描器的铰接臂坐标测量机、激光跟踪器和激光扫描器的组的装置。

20.根据权利要求15所述的方法，其中，每个度量装置包括来自于包括附着有扫描器的铰接臂坐标测量机和激光跟踪器的组的装置，进一步包括：所述铰接臂坐标测量机和所述激光跟踪器中的每一个跟踪附着到所述铰接臂坐标测量机的所述扫描器的位置。

21.根据权利要求20所述的方法，进一步包括：所述铰接臂坐标测量机和所述激光跟踪器中的每一个在铰接臂坐标测量机重新定位过程或铰接臂坐标测量机校准过程中的一个过程中跟踪附着到所述铰接臂坐标测量机的所述扫描器的位置。

22.根据权利要求16所述的方法，其中，所述分布式网络包括来自于包括实时工业网络和企业网络的组的网络。

23.根据权利要求16所述的方法，其中，所述分布式网络包括来自于包括基础结构网络和自组网络的组的网络。

24.根据权利要求15所述的方法，进一步包括以有线和/或无线方式与所述至少两个度量装置中的每一个度量装置连接的路由器，其中，所述路由器包括IEEE1588精度时间协议接口。

25.根据权利要求15所述的方法，其中，所述有线通信以同步以太网方式通过以太网局域网发生。

26.根据权利要求15所述的方法，其中，所述两个度量装置中的每个度量装置内的所述IEEE1588精度时间协议接口实施硬件辅助的加时间戳。

27.根据权利要求15所述的方法，其中，所述两个度量装置中的每个度量装置内的所述IEEE1588精度时间协议接口进一步包括交换机，所述交换机在其第一输入具有来自所述至少两个度量装置中的另一个度量装置的有线连接而在其第二输入具有来自所述至少两个度量装置中的另一个度量装置的无线连接，其中，来自所述至少两个度量装置中的另一个度量装置的所述无线连接包括将所述无线连接转换成向所述交换机的所述第二输入施加的有线连接的一个或多个部件。

28.根据权利要求15所述的方法，其中，所述两个度量装置中的每个度量装置内的所述IEEE1588精度时间协议接口实施硬件辅助的加时间戳，从而当所述主时钟向所述从时钟传达时间，并且所述从时钟响应于来自所述主时钟的所传达的时间以将所述从时钟的时间调整为对应于所述主时钟的时间，其中所述主时钟的时间与所述从时钟的时间之差不大于500纳秒。