测量系统

摘要

测量系统，包括：具有处理单元和可移动支承部的坐标测量机；用于相对于基准表面定位可移动支承部的一个或多个致动器，可移动支承部具有支承部连接器；扫描探针(120、160)，与可移动支承部可拆卸地连接以测量位于定位在基准表面上的工件的表面上的扫描路径上的点；模块化旋转配件(50)，包括：第一连接器(90)，被设置为与支承部连接器互操作以将模块化旋转配件连接到可移动支承部；第二连接器(40)，被设置为与探针连接器互操作以将扫描探针连接到模块化旋转配件；和致动器(58)，用于使第二连接器相对于第一连接器旋转，该测量系统特征在于：第一连接器和第二连接器包含多个信号连接器(97、47、42)以将驱动信号传送到模块化旋转配件的致动器。

权利要求

1.一种测量系统，该测量系统包括：具有处理单元和可移动支承部的坐标测量机；用于相对于基准表面定位所述可移动支承部的一个或更多个致动器，所述可移动支承部具有支承部连接器；扫描探针(120、160)，该扫描探针(120、160)与所述可移动支承部可拆卸地连接，用于测量位于被定位在所述基准表面上的工件的表面上的扫描路径上的点；以及模块化旋转配件(50)，该模块化旋转配件(50)包括：第一连接器(90)，该第一连接器(90)被设置为与所述支承部连接器互操作，用于将所述模块化旋转配件可移除地连接到所述可移动支承部；第二连接器(40)，该第二连接器(40)被设置为与探针连接器互操作，用于将所述扫描探针可移除地连接到所述模块化旋转配件，其中，所述第一连接器和所述第二连接器具有定位表面(45)，这些定位表面(45)被设置为确保精确并可重复定位；以及致动器(58)，该致动器(58)用于使所述第二连接器相对于所述第一连接器旋转，该测量系统的特征在于：所述第一连接器和所述第二连接器包含多个信号连接器(97、47、42)，用于将驱动信号传送到所述模块化旋转配件的所述致动器。

2.根据权利要求1所述的测量系统，其中，所述信号连接器是电信号连接器和/或光信号连接器。

3.根据前述权利要求中的任意一项所述的测量系统，其中，所述模块化旋转配件包括连接到所述第一连接器和所述第二连接器的光纤(151)。

4.根据权利要求1所述的测量系统，其中，所述致动器(58)可驱动以使所述模块化旋转配件以大于360°的角度或者大于720°的角度转动。

5.根据权利要求1所述的测量系统，其中，所述第一连接器和所述第二连接器具有锁定装置(48)。

6.根据权利要求1所述的测量系统，其中，所述致动器可驱动以使所述模块化旋转配件顺时针和逆时针旋转。

7.根据权利要求1所述的测量系统，其特征还在于：所述模块化旋转配件被配重。

8.根据权利要求1所述的测量系统，其特征还在于：所述模块化旋转配件包含信号处理单元以驱动电动机、通过角度编码器测量角度、以及将数据发送到所述处理单元。

9.根据权利要求1所述的测量系统，其中，所述扫描探针被设置为使得所述测量点不处于所述模块化旋转配件的旋转轴线上。

10.根据权利要求1所述的测量系统，其中，所述扫描探针包括LVDT换能器以通过线性偏移或者角度偏移来测量点变化。

11.根据权利要求1所述的测量系统，其中，所述扫描探针包括光学非接触距离换能器。

12.根据权利要求1所述的测量系统，其中，所述扫描探针包括至少一个铰链，所述至少一个铰链允许在非预知的碰撞的情况下倾斜所述探针的一部分。

13.根据权利要求1所述的测量系统，其中，所述扫描探针和所述模块化旋转配件被设置为通过在被测量点周围的运动的组合来确定工件的表面取向。

说明书

测量系统

技术领域

[0001] 本发明的实施方式总体上涉及坐标测量机和使用坐标测量机的方法。这些是用于测量工件表面的点的坐标、用于沿着扫描路径扫描工件的表面、记录沿着扫描路径的点序列的坐标的装置。

背景技术

[0002] 坐标测量机(CMM)用于尺寸测量的领域并且在该领域中已知。在很多情况下，该CMM包括：基准表面，例如上面能够放置被测工件的经矫正的花岗岩平面；以及可移动支承部，该可移动支承体能够通过线性致动器和编码器的适当组件在三个坐标XYZ中精确定位。具有此结构的CMM通常被称为“门式(gantry)”或者“桥式(bridge)”CMM，并且例如已经在专利申请EP 1975546和US 5189806中进行了描述。

[0003] 尽管“桥式”CMM系统主要依靠线性自由度根据需要对支承部进行定位，但是其它已知的测量系统使用多个转动自由度来对可移动支承部进行定位。例如，在US6354012和US5528505中对这种机器进行了描述。

[0004] 可变方向桥式CMM系统也是已知的。这些系统包括：可旋转头，该可旋转头能够使可移动支承部转动；以及例如沿着一个、两个、或者三个正交轴附接在该可旋转头上的坐标探针。在EP 1672309中可以找到这种设备的示例。

[0005] 坐标探针可以是简单的接触触发探针，其确定接触的时刻，例如在EP 1610087中所描述的。在其它情况下，尤其在使用探针以连续接触来扫描表面时，已知使用确定触笔的偏移(deflection)量的探针(例如通过LVDT或者应变仪传感器)，并且将该偏移发送到控制器，以结合(integrate)到坐标计算中。

[0006] 能够用于CMM中的光学探针当中的微成像数字系统与机械测量探针类似地运动，并且关注于将被测量坐标的点，而不接触该材料，允许进行3D坐标测量。同样可以使用激光坐标探针，该激光坐标探针能够在通过扫描激光束照射被测量物体的表面上的点时确定被测量物体的表面上的点的坐标。

[0007] 现有技术的坐标测量系统在不牺牲坐标精度的情况下能够实现的最大扫描速度方面存在限制。具体地，在高扫描速度下，快速振荡运动的物体(mass)产生的振动是很难从采样点隔离并且量化的测量误差源。

[0008] 已知的坐标测量系统的另一限制是需要对具有不同尺寸和大小的探针的大量选择，以测量复杂工件。频繁的探针更换使得测量变慢并且降低了系统的效率。长且重(massive)的探针还增加了测量误差并且增加了接触点处的扫描速度。

[0009] 通过采用对沿着三个轴的偏移敏感的复杂扫描探针，可以减少探针的数量，并且电动旋转头能够使探针绕着三个独立的轴连续旋转。然而，这些系统相对昂贵和易损坏(delicate)。

[0010] 具有一个或者更多个转动自由度的坐标测量系统在本领域已知，例如EP 1975546描述了一种具有一个或多个转动自由度的能够在两个方向上连续旋转并且无限旋转的CMM。这种高速旋转扫描系统允许快速并且精确地获得大量表面数据。不幸的是，动力学的复杂度和探针的高速度增加了探针或者探针支承部平台不可预知的碰撞到被测量的工件的风险和后果，尤其是在工件相对于其标称尺寸具有大的公差时。

发明内容

[0011] 因此需要一种坐标测量系统，该坐标测量系统能够以高速度以及经减小的振动和误差获取工件的表面上的大量坐标点。还需要一种测量探针，该测量探针能够适用于复杂表面，并且能够以比已知的多轴探针更低的成本在高速旋转的CMM中安全使用。

[0012] 根据本发明，这些目的通过所附的权利要求的对象来实现。

附图说明

[0013] 根据对以示例的方式给出的并在附图中例示的实施方式的描述，将更好地理解本发明，在附图中：

[0014] 图1示出具有线性偏移编码器的接触扫描探针。

[0015] 图2例示图1的探针的截面。

[0016] 图3例示用于模块化(modular)探针的连接器。

[0017] 图4示出模块化扫描探针的摆动(swing)版本。

[0018] 图5是图4的摆动探针的连接器侧的视图。

[0019] 图6是用于图1和图4例示的探针的旋转配件(fitting)的截面图。

[0020] 图7例示模块化非接触激光扫描探针。

[0021] 图8是图7的探针的截面。

[0022] 图9是图7所示的连接器的俯视图。

[0023] 图10示出安装在2轴腕上的图1的线性偏移探针。

[0024] 图11例示分度(index)2轴腕上的图4和图6的发明装置。

[0025] 图12例示分度2轴腕上的图7和图6的发明装置。

[0026] 图13到图15示出图10-图12的装置，但具有线性连续2轴腕。

具体实施方式

[0027] 本发明的一些实施方式涉及在分度腕或者线性腕上使用感应式线性偏移接触探针120。

[0028] 将参照图1到图3描述线性感应式探针的可能结构。该探针包括位于一端的连接器40，以及细长(elongated)的主体25。连接器40的功能是保持触角探针120相对于测量机的精确并可重复的空间关系，并且在探针120和适当的探针控制器之间传送所需的信号。探针控制器通常上被添加到CMM控制器，或者在多个实施方式中可以作为独立系统实现。连接器40的另一功能是确保到诸如偏移检测器的探针的电连接并且向嵌入的电子装置提供电力，以用于信号处理以及信息转换和存储，如在下文可见的。

[0029] 探针包括触角末端30，该触角末端30位于连接器40的相对端，与要被测量坐标的物体的表面的点成为接触关系。触角末端30优选地包括红宝石球、或者合适的硬材料的球，其半径是精确已知的。触角末端40安装在触笔25中安装的滑动杆60上，并且能够沿着线性轴线(例如与接触探针120的总体对称轴线对准的轴线)滑动。触笔25和滑动杆60之间的间隙优选地被柔性元件(例如波纹管(bellow)70)密封，以防止微粒或者液滴进入。

[0030] 弹性元件61用于使滑动杆60处于完全伸展的位置。在扫描期间，CMM获取或者确定工件的表面上的扫描路径，并且操作其致动器以将触角末端30与扫描路径的起始点接触并且确定弹簧61的预定压缩量。随后操作CMM以移动探针25并保持触角末端位于扫描路径上。滑动杆60相对于触笔25的线性位移持续地取决于扫描点的坐标，并且被线性差动变压器(LVDT)65感应地读取并且通过连接器40发送到探针控制器。

[0031] 在本实施方式中，探针不包括有源电子器件。LVDT换能器65通过适当的传输线经由连接器40连接到探针控制器，例如通过同轴电缆或者双绞线。不存在有源电子器件实现了所期望的(但不是必须的)简化和可靠性。本发明还包括其中具有有源电子元件(例如信号调节器)的探针，以处理和/或放大位置编码器的输出信号，和/或优选地将位置编码器的输出信号转换为能够发送到远距离单元而没有信息损失的数字信号。

[0032] 通常，图1到图3的线性位移探针的测量范围大于1毫米，例如4毫米，并且换能器的精度在线性化之后好于10微米，例如1微米。优选地，为了进行碰撞保护，触角末端可以大大超过测量范围滑动而不会损坏，即使当触角末端位移超出测量范围时探针不能提供高精度。触角末端的机械偏移范围优选地明显(sensibly)大于线性范围，例如比线性范围大至少2倍或3倍。

[0033] 根据全部种类的探针，测量范围小于机械范围。例如对于第一探针(图1)，机械范围允许在大范围内平移换能器(transducer)，但是测量范围受限于检测装置(captor)长度。同样地，摆动版本探针(图4)能够在大的机械范围内移动，但是测量范围仅是该范围的一部分。并且最后，光学探针(图7)提供相同的情况，其聚焦于特定范围内，当未聚焦时，其具有碰撞之前的机械范围、以及特定的测量范围。

[0034] 在这一方面与例如模块化旋转配件的组合中，由于校准和线性化损失，使得所得到的测量范围小于物理测量范围。根据这个事实，来自具有校准校正(calibration correction)的装置的实际测量范围看起来类似于更小测量范围的情况。该限制用作经过滤的测量范围。测量范围的这种变化应该根据彼此连接的装置而不同。例如，对于旋转振动，我们可以失去一些范围以确保在测量期间该振动的测量(measure)很低。在此情况下我们根据该事实而不使用全部范围。

[0035] 模块化装置和模块化探针的组合能够存储在通用信息存储器中以用于校准和线性化的目的。

[0036] 根据本发明的一个方面，探针控制器被编程为校正感应式换能器65的非线性，并且探针120内部存储用于线性化的单独信息或组合信息。在一优选变型例中，探针在适当的存储器中存储其自身的单独校准信息，例如经编码的多项式函数。线性化信息通过连接器40从探针传送到探针控制器，优选地使用低芯线数串行总线，例如Maxim Integrated2
Products提供的“1芯线”串行总线或Philips Electronics提供的“IC”总线。另选地，探针的存储器可以代替线性化数据而包含捆绑信息，该捆绑信息使得能够获取每个探针的单独的线性化信息，例如探针的序列号，探针控制器能够使用探针的序列号作为索引，以由探针控制器从适当的数据库定位特定的校准表和线性化数据。线性化数据或者序列号的传送也可以是无线的，例如通过RFID系统。

[0037] 为了减少同时或者以相同方式联络(talk)的装置的数量，或者为了协调(orchestrate)主-从通信，该系统能够组合来自多个配置的信息并且将模块化装置组合在一起，以降低每次计算积累或独立校准的复杂度。组合线性化的结果被存储在一个装置中，该装置能够存储一个以上的配置，但仅同时使用一个有效(active)配置。

[0038] 图3示出连接器40的一种可能的实现。该连接器还包括多个定位表面45，其被设置为确保探针的精确并可重复的定位。优选地，这些定位表面被设置为提供6个独立的接触点(均衡(isostatic)连接)。连接器40还包括多个电触点42以及锁定装置48，这些电触点42用于在探针和可移动支承部之间传送电信号和电能、发送扫描信号到CMM。EP1577050描述了一种用于包括类似特征的接触探针的模块化连接器，但其它形式的连接器也是可能的。

[0039] 根据在图4和图5中例示的本发明的另一实施方式，该探针可以按照摆动版本提出，提供了一种杠杆(lever)探针，该杠杆探针具有：位于摆动臂28的端部的触角球30，该摆动臂28通过铰链(articulation)63可枢转地连接到摆动臂支承部；以及感应式角度编码器，用于读取摆动臂支承部的角度偏移。对应于触角球30的允许摆动的一部分的角度编码器的测量范围优选地超过1毫米，例如4毫米，或者角度±10°，并且感应式编码器的精度在线性化之后好于10微米，例如1微米。对于线性差异(variant)，摆动探针120的感应式换能器能够使用存储在该探针自身中的信息独立地校准。优选地，对于碰撞容许量(tolerance)，摆动臂的最大允许偏移范围明显大于角度编码器的测量范围，例如大于该测量范围的至少两倍或三倍。在一优选实施方式中，测量轴63包括摩擦机构(friction mechanism)，以确保比角度编码器的测量范围大得多的偏移范围。

[0040] 图5例示探针的该变型例的连接器40。

[0041] 本发明的该实施方式包括手动操作的铰链64，以根据测量表面取向来设置探针取向。优选地，铰链的取向角度对于探针控制器是已知的，以在考虑到探针的倾斜的情况下计算探针处的测量的适当变化。铰链的角度可以由适当的编码器提供，或者由探针控制器在校准步骤中通过驱动CMM以用触角30接触基准主体而推测出。

[0042] 图4的配置例如对于扫描具有旋转对称性的内部形状(具体地说，圆柱孔)是有用的，将探针设置在腔体(volume)内部并且旋转以在旋转期间测量变化。探针的旋转轴线与被测量形状的轴线对准，但不要求绝对精确。操作铰链64以将触角30定位在距探针的旋转轴线122距离r处，该距离r对应于要被测量的孔或者其它特征的半径尺寸。通过这种方式，本发明的探针能够通过测量探针沿着单个轴线的偏移并通过探针支承部的简单旋转，来提供内孔的连续扫描测量。优选地，测量铰链63还包括摩擦机构，该摩擦机构允许手动地对触笔28进行取向，以在设定铰链64的取向之后使其明显地(sensibly)平行于旋转轴线122。

[0043] 铰链64优选地是摩擦铰链，其允许连续的角度位置并且能够通过旋钮66锁定或解锁。在另一可能的变型例中，铰链64被分度，并且允许可精确地重复并已知的有限数量的预设角度位置。在一变型例中，该铰链被设置为在外部扭矩或力的作用下从一位置切换到另一位置，并且可以操作CMM以相对于适当的工具推动摆动臂支承部探针并且由此按照所期望的来设定铰链的位置。在通过改变铰链62和/或63的倾斜而设定距离r之后，优选地用已知的基准固定装置(fixture)进行探针的重校准。

[0044] 优选地，探针120还包括安全铰链62，该安全铰链62允许摆动臂28绕安全倾斜轴线68倾斜。应当理解，安全铰链62允许绕与被角度编码器感测的旋转轴线不同的轴线倾斜。在例示的本发明的实施方式中，安全倾斜轴线和测量轴线不平行，并且允许摆动臂分别在两个不同平面中(可能在两个正交的平面中)倾斜；安全铰链允许在与测量平面正交的方向上倾斜，而角度编码器对于摆动臂在测量平面中的倾斜敏感。另外或另选地，分度铰链63也可以用作安全铰链。

[0045] 安全铰链62、并且优选地还有测量铰链63包括摩擦或者其它合适的保持装置，以防止正常测量期间的倾斜，并且当与碰撞相对应地，横向力超过预定值时，允许探针120的至少部分或臂28的倾斜。在一变型例中，该安全功能还可以由释放机构来提供，例如被弹性地推动到凹槽中的球体、或类似的机构。

[0046] 在一变型例中，类似于图1的探针的对触角的线性位移敏感的线性模拟探针也包括安全铰链和/或分度铰链。在这种情况下，对于每个可能的碰撞矢量增强了故障容许度。当结合如图11例示的可旋转腕部使用时，两个独立转动自由度和线性偏移限制足以保护探针，因为可以容易地避免轴向碰撞的情况。

[0047] 根据图1-5所示并在以上描述的独立方面，本发明涉及模拟扫描探针提供沿着单个轴线的线性或角度偏移测量，并且优选地包括感应式换能器并且内部地存储校准和线性化信息。根据该第一方面的模拟扫描探针优选地包括用于与坐标定位平台互操作的模块化连接器。

[0048] 本发明的另一独立方面涉及图6例示的旋转模块化配件50。该附加的致动器提供沿着优选地不与测量点的路径交叉(但是与探针的对称轴线一致)的轴线的自动旋转。旋转配件50允许使探针旋转，同时保持旋转部件的惯性最小化。该可旋转方案确保以低振动进行快速和精确的扫描。

[0049] 该旋转模块化配件50允许以小的驱动路径误差横向扫描工件并且作为结果获得工件的测量值，而无需相对于被扫描表面的取向改变整个扫描头的取向。与现有技术中的已知装置相比，能够迅速改变探针的取向而无需使重的部件运动。在本发明中，该旋转允许沿着平行于该表面的路径移动支承部并且至少对于探针的旋转的一段(segment)来选择与该表面交叉的探针旋转路径，其中当与本发明一起使用时扫描头碰撞到一些障碍的风险很低。

[0050] 即使在未预知的影响的情况下，本发明的系统也可能幸存而不被损坏，因为旋转配件后面的高速运动的元件具有低惯性，并且固有地可容许碰撞，如以上已经阐述的。该系统的较重的部件(例如探针支承部)被优选地沿着非常远离工件表面的平行路径以相对较低速度驱动，并且当与任何障碍发生非期望的接触时存在问题。该系统容许没有实际损坏的小的碰撞，而与在扫描前该系统已知的但仅基于工件的标称尺寸的扫描路径和轨道无关。

[0051] 根据本发明的一个方面，CMM和旋转模块化配件50的轴线能够以旋转的方式被驱动，以增加在所关注的特殊区域中测量的点的采样密度，预先确定或者根据(in function of)先前的测量自动决定。例如可想到在一些部分中较慢旋转，以采集该表面的具有给定密度的点的坐标，而在例如接近该表面的边缘或其它特征的其它部分中使探针较快旋转，以按照更高密度采集点的坐标，或者进行特定的测量，例如被测量表面的取向确定。

[0052] 该旋转配件在其两端具有两个连接器40和90，这两个连接器40和90与CMM的可移动支承部上的连接器可互操作，并且分别与扫描探针120上的连接器可互操作，并且共享图9、5和3中可见的扫描探针的连接器的大部分特征，例如电和/或光信号连接器97、47、42，定位表面45被设置为确保配件50在该平台上的精确并可重复定位、以及探针在该配件和锁定装置48上的精确并可重复定位。

[0053] 通过这种方式，当需要时，可以将旋转配件50插入到可移动支承部和探针之间。由于轴承56，旋转配件50的上端和下端可以由电动机58驱动而相对彼此旋转。旋转的角度由适当的角度编码器52连续读取。驱动电动机58和编码器52的读取的命令经由连接器90的电触点传送到CMM。优选地，该旋转配件包括数字处理单元(未表示)，该数字处理单元被设置为驱动电动机58，测量由编码器52提供的角度，并且与探针控制器进行通信。

[0054] 图7和图8例示本发明的系统的变型例，该变型例包括非接触光学扫描探针160。优选地，探针160不包含光学有源元件，而是通过光纤150连接到探针模块内部的光学探针控制器，以将信号转换为电信息或者通过CMM插槽通过光纤将光信号外部地传送到控制器。在这种情况下，连接器40和90配备有光学端口47、97，以在探针和光学控制器之间用单模或多模光纤单向或双向地传送光信号。图9示出上述连接器。在一变型例中，该光学控制器包括在模块化探针中，并且无线地传送信号。

[0055] 光学探针160具有细长的触笔，在该触笔的自由端带有透镜300。可以包括干涉仪的光学探针控制器被配备为确定透镜300和被测工件之间的距离。在一优选变型例中，透镜300被设置为沿着不与探针的轴线对准而是与探针的轴线相交(例如90°)的方向测量距离。通过这种方式，旋转配件50能够被致动，以沿着一路径扫描工件的表面。在现有技术中，探针被使用以仅在聚焦点上工作，在本发明中，通过部分焦点(partial focal point)来使用光学探针。事实上，当焦点在非聚焦区域中时，该机器采用聚焦界限(limit)的两个端点来确定尺寸。事实上，通过探针的局部旋转，这些点允许描绘表面的完整图，而不需要严格遵循与表面保持聚焦的理想路径。

[0056] 图6和图8例示探针和旋转配件的截面。由于光纤151、152的两个柔性部分以螺旋的方式缠绕在电动机自身的上方和下方，并且穿过电动机的轴中的轴向孔，所以光纤能够适应(accommodate)电动机52的旋转。通过这种方式，旋转配件50能够在两个旋转方向上以大于360°(优选地大于720°)的角度转动，而不会中断通过光纤150的传输。已经发现，尽管重复和交替的旋转，这种设置也实现了光纤的长寿命。

[0057] 在此处未示出的一变型例中，模块化旋转配件可以与一个或更多个附加的模块化旋转配件组合，通过以连续的方式组合多个相同方式的旋转和相反的旋转，以产生具有特殊的结果函数的运动，例如正弦或者其它数学函数。非常受关注的是：通过多个低惯性模块积累加速度并随后产生对于某些功能(function)所需的高加速度。

[0058] 以与光学连接器97和47类似的方式，连接器90和40通过柔性螺旋电导体(图中未示出)连接在一起。在一变型例中，旋转配件还可以能够绕其轴线无限旋转。在这种情况下，通过气隙(air gap)、或信号转换器、或避免信号损失的等同装置，由适当的集电环和光重发装置来确保旋转部件之间的信号和电力传输。

[0059] 图10-15示出本发明的测量系统的各种应用。在图10中，线性感应式接触探针被安装在旋转分度头250上，该旋转分度头250连接到CMM机的套筒(quill)600。在该配置中，套筒600能够沿着3个独立线性坐标轴XYZ运动，以通过扫描探针120的末端跟随预定的扫描路径。分度头250允许将探针的取向设置为最佳地适应于测量。

[0060] 图11例示类似于图10的安装在分度头250上的摆动臂感应式扫描探针。旋转配件50插设在探针头250和感应式探针120之间。由于旋转配件50能够连续或者反向旋转，并且测量触角不限制于保持在其自身的旋转轴线上，所以图11的系统具有可用于扫描的额外的自由度。图12例示具有额外的转动自由度的扫描系统，其配备有非接触光学探针160。头250的分度旋转关节(joint)251和252允许在多个角度位置设定探针160的取向并且例如使用轴向(需要或无需相对于系统的中心轴线的小的偏移)或径向光学探针，并具有在表面附近旋转以跟随扫描路径检测尺寸变化的能力。本发明允许在扫描的一部分在聚焦范围之外时基于聚焦范围之外的两端获得的点在聚焦范围扫描并且还确定尺寸。这种焦点未对准被认为类似于机械范围相比于位于聚焦范围上的测量范围。

[0061] 在图13-15的变型例中，扫描探针被安装在三轴旋转扫描头350上，实现具有6个自由度(用于套筒600的运动的3个线性坐标轴，以及沿着扫描头350的3个独立旋转轴351、352和450的3个旋转)的扫描系统。根据需要，扫描探针可以是接触感应式探针120(如图13和14中)，或者是非接触探针160(如图15中)。旋转轴351、352和450可以被CMM控制器驱动至任意期望的角度。在该变型例中，可以添加模块化旋转配件，以获得更复杂的旋转扫描路径。通过大于测量范围的机械范围，它们都具有碰撞容许量。机械范围通过探针在到达其界限之前并随后产生碰撞情形的运动自由范围(liberty)来限定。通过本发明、使用上述新型探针可以容易地避免这些碰撞情形。