(57)【要約】【課題】ロボットと共に使用される補足計測位置座標決定システムを提供する。【解決手段】（例えば、ロボットの可動アーム構成の遠位端の近傍に搭載されたエンドツールのエンドツール位置を制御及び検知するための）ロボット精度として規定される第１の精度レベルは、ロボット内に含まれる位置センサ（例えばエンコーダ）を使用することに基づいている。補足計測位置座標決定システムは、撮像構成、ＸＹスケール、画像トリガ部、及び処理部を含む。ＸＹスケール又は撮像構成のうち一方が可動アーム構成に結合され、他方が静止要素（例えばロボットの上方のフレーム）に結合されている。撮像構成はＸＹスケールの画像を取得する。この画像を用いて、エンドツール位置を示す計測位置座標をロボット精度よりも良好な精度レベルで決定する。【選択図】図１
2020026032.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロボットシステムであって、
遠位端の近傍に位置付けられたエンドツール搭載構成を含む可動アーム構成であって、前記ロボットは、前記エンドツール搭載構成に搭載されたエンドツールの少なくとも一部を、エンドツール作業範囲内で少なくとも２次元に沿って移動させるように、前記可動アーム構成を移動させるよう構成されている、可動アーム構成と、
少なくとも部分的に、前記ロボットに含まれる位置センサを用いて前記可動アーム構成の位置を検知及び制御することに基づいて、ロボット精度として規定された精度レベルでエンドツール位置を制御するように構成された移動制御システムと、
を備えるロボットを備え、
前記ロボットシステムは更に、補足計測位置座標決定システムであって、
第１のカメラを含み、光軸を有する第１の撮像構成と、
ノミナルで平面状の基板と、前記基板上に分散した複数の撮像可能要素と、を含むＸＹスケールであって、前記撮像可能要素はそれぞれ前記ＸＹスケール上の既知のＸＹスケール座標に位置付けられている、ＸＹスケールと、
前記エンドツール位置に関連した少なくとも１つの入力信号を入力し、前記少なくとも１つの入力信号に基づいて第１の撮像トリガ信号のタイミングを決定し、前記第１の撮像トリガ信号を前記第１の撮像構成に出力するよう構成された画像トリガ部であって、前記第１の撮像構成は前記第１の撮像トリガ信号の受信に応答して画像取得時点で前記ＸＹスケールのデジタル画像を取得するよう構成されている、画像トリガ部と、
前記取得された画像を入力し、前記ＸＹスケールの前記取得された画像に含まれる少なくとも１つの撮像可能要素及び関連する既知のＸＹスケール座標ロケーションを識別するように構成された計測位置座標処理部と、
を備える補足計測位置座標決定システムを備え、
前記補足計測位置座標決定システムは、前記ＸＹスケール又は前記第１の撮像構成のうち可動のものが前記可動アーム構成に結合されるように構成され、他方のものが前記ロボットの近傍で静止要素に結合されるように構成され、前記ＸＹスケール又は前記第１の撮像構成のうち静止したものは第１の参照位置を規定し、
スケール面は前記ＸＹスケールの前記平面状の基板とノミナルで一致するように規定され、前記スケール面に対して垂直な方向はスケール撮像軸方向として規定され、前記ロボットシステムは少なくともノミナルで前記補足計測位置座標決定システムの動作構成を与えるように動作可能であり、前記補足計測位置座標決定システムの前記動作構成において、前記ＸＹスケール又は前記第１の撮像構成のうち少なくとも１つは、前記第１の撮像構成の前記光軸が前記スケール撮像軸方向の方向と平行であるように、かつ、前記スケール面が前記スケール撮像軸方向に沿った前記第１の撮像構成の合焦範囲内に位置付けられるように配置され、
前記補足計測位置座標決定システムは、前記ＸＹスケール又は前記第１の撮像構成のうち前記可動のもの及び前記ＸＹスケール又は前記第１の撮像構成のうち前記静止したものが前記動作構成に配置され、かつ、前記ＸＹスケールが前記第１の撮像構成の視野内にあるように前記可動アーム構成が配置されている場合、前記計測位置座標処理部が、前記取得した画像内の前記識別された少なくとも１つの撮像可能要素の画像位置の決定に基づいて、前記ＸＹスケール又は前記第１の撮像構成のうち前記可動のものと前記第１の参照位置との相対位置を示す計測位置座標を前記ロボット精度よりも良好な精度レベルで決定するように動作可能であるよう構成され、
前記決定された計測位置座標は、少なくとも前記スケール撮像軸方向の横断方向又は直交方向のうち一方である前記計測位置座標のベクトル成分について、前記画像取得時点における前記エンドツール位置を前記ロボット精度よりも良好な精度レベルで示す、ロボットシステム。
【請求項２】
前記ＸＹスケール又は、前記第１の撮像構成のうち前記可動のものは、第１の遠位小部分回転軸を中心として回転する少なくとも第１の遠位小部分回転要素を含む遠位小部分を介して、前記可動アーム構成の中央小部分に結合されており、前記第１の遠位小部分回転軸は、前記ＸＹスケールが前記可動のものである場合は前記スケール面とノミナルで平行であり、前記第１の撮像構成が前記可動のものである場合は前記光軸に対してノミナルで直交する、請求項１に記載のロボットシステム。
【請求項３】
前記中央小部分は、前記第１の遠位小部分回転軸とノミナルで平行である回転軸を中心として回転する少なくとも第１の中央小部分回転要素を含む、請求項２に記載のロボットシステム。
【請求項４】
前記ＸＹスケール又は前記第１の撮像構成のうち前記可動のものを前記中央小部分に結合する前記遠位小部分は、前記ＸＹスケールが前記可動のものである場合は前記スケール面にノミナルで直交する遠位小部分回転軸を含まず、前記第１の撮像構成が前記可動のものである場合は前記光軸とノミナルで平行な遠位小部分回転軸を含まない、請求項２に記載のロボットシステム。
【請求項５】
前記遠位小部分は、前記ＸＹスケール又は前記第１の撮像構成のうち前記可動のものを前記第１の遠位小部分回転要素に結合するブラケットを含む、請求項２に記載のロボットシステム。
【請求項６】
前記補足計測位置座標決定システムが前記動作構成にある間、前記ロボットは、前記ＸＹスケール又は前記第１の撮像構成のうち前記可動のものを前記スケール面と平行な面内で移動させるように構成されている、請求項１に記載のロボットシステム。
【請求項７】
前記エンドツールが、ワークピースを測定するために使用される、前記ワークピースに触れるとタッチ信号を出力するタッチプローブである場合、前記画像トリガ部は、そのタッチ信号又はそれから導出された信号を少なくとも１つの入力信号として入力するように構成されている、請求項１に記載のロボットシステム。
【請求項８】
少なくとも前記補足計測位置座標決定システムが前記動作構成にある間、前記エンドツールは、前記タッチプローブの中心軸が前記スケール撮像軸方向とノミナルに平行であるように構成されている、請求項７に記載のロボットシステム。
【請求項９】
前記エンドツールが、ワークピースを測定するために使用される、各サンプルタイミング信号に対応した各ワークピース測定サンプルデータを与えるスキャンプローブである場合、前記画像トリガ部は、その各サンプルタイミング信号又はそれから導出された信号を少なくとも１つの入力信号として入力するように構成されている、請求項１に記載のロボットシステム。
【請求項１０】
前記エンドツールが、各ワークピース画像取得信号に対応した各ワークピース測定画像を与えるために使用されるカメラである場合、前記画像トリガ部は、そのワークピース画像取得信号又はそれから導出された信号を少なくとも１つの入力信号として入力するように構成されている、請求項１に記載のロボットシステム。
【請求項１１】
前記補足計測位置座標決定システムは、前記ＸＹスケール又は前記第１の撮像構成のうち前記可動のものの前記相対位置を示す前記決定された計測位置座標、及び、前記エンドツール位置と前記ＸＹスケール又は前記第１の撮像構成のうち前記可動のものとの間の既知の座標位置オフセットに基づいて、前記画像取得時点における前記エンドツール位置の前記計測位置座標を決定するように構成されている、請求項１に記載のロボットシステム。
【請求項１２】
前記ＸＹスケールは前記可動アーム構成に結合され、前記第１の撮像構成は前記静止要素に結合されている、請求項１に記載のロボットシステム。
【請求項１３】
前記静止要素は前記エンドツール作業範囲の少なくとも一部よりも上方に配置されたフレームを含み、前記第１の撮像構成は前記エンドツール作業範囲の一部よりも上方で前記フレームに固定されている、請求項１２に記載のロボットシステム。
【請求項１４】
前記ＸＹスケールの前記撮像可能要素は、一意の識別可能パターンを有する撮像可能要素のセットを含み、前記撮像可能要素のセットは、前記第１の撮像構成の視野の直径方向の距離よりも小さい距離だけ離間するように前記基板上に分散され、
前記計測位置座標処理部は、前記ＸＹスケールの前記取得された画像に含まれる少なくとも１つの撮像可能要素を、その一意の識別可能パターンに基づいて識別するように構成されている、請求項１に記載のロボットシステム。
【請求項１５】
前記計測位置座標処理部は、前記ＸＹスケールの前記取得された画像に含まれる少なくとも１つの撮像可能要素を、前記取得された画像内でのその画像位置に基づいて、更に、前記画像取得時点に対応して前記移動制御システムから導出されたロボット位置データに基づいて識別するように構成されている、請求項１に記載のロボットシステム。
【請求項１６】
前記ＸＹスケールの前記撮像可能要素は、前記ロボット精度内で許される最大位置誤差よりも大きい距離だけ相互に等間隔で離間するように前記基板上に分散させた同様の撮像可能要素のセットを含む、請求項１５に記載のロボットシステム。
【請求項１７】
ロボットと共に利用されてロボットシステムを構成する補足計測位置座標決定システムを動作させるための方法であって、
前記ロボットは、
遠位端の近傍に位置付けられたエンドツール搭載構成を含む可動アーム構成であって、前記ロボットは、前記エンドツール搭載構成に搭載されたエンドツールの少なくとも一部を、エンドツール作業範囲内で少なくとも２次元に沿って移動させるように、前記可動アーム構成を移動させるよう構成されている、可動アーム構成と、
少なくとも部分的に、前記ロボットに含まれる位置センサを用いて前記可動アーム構成の位置を検知及び制御することに基づいて、ロボット精度として規定された精度レベルでエンドツール位置を制御するように構成された移動制御システムと、
を備え、
前記補足計測位置座標決定システムは、
第１のカメラを含み、光軸を有する第１の撮像構成と、
ノミナルで平面状の基板と、前記基板上に分散した複数の撮像可能要素と、を含むＸＹスケールであって、前記撮像可能要素はそれぞれ前記ＸＹスケール上の既知のＸＹスケール座標に位置付けられている、ＸＹスケールと、
画像トリガ部と、
計測位置座標処理部と、
を備え、前記補足計測位置座標決定システムは、前記ＸＹスケール又は前記第１の撮像構成のうち可動のものが前記可動アーム構成に結合されるように構成され、他方のものが前記ロボットの近傍で静止要素に結合されるように構成され、前記ＸＹスケール又は前記第１の撮像構成のうち静止したものは第１の参照位置を規定し、
スケール面は前記ＸＹスケールの前記平面状の基板とノミナルで一致するように規定され、前記スケール面に対して垂直な方向はスケール撮像軸方向として規定され、前記ロボットシステムは少なくともノミナルで前記補足計測位置座標決定システムの動作構成を与えるように動作可能であり、前記補足計測位置座標決定システムの前記動作構成において、前記ＸＹスケール又は前記第１の撮像構成のうち少なくとも１つは、前記第１の撮像構成の前記光軸が前記スケール撮像軸方向の方向と平行であるように、かつ、前記スケール面が前記スケール撮像軸方向に沿った前記第１の撮像構成の合焦範囲内に位置付けられるように配置され、
前記方法は、
前記画像トリガ部において、前記エンドツール位置に関連した少なくとも１つの入力信号を受信し、前記少なくとも１つの入力信号に基づいて第１の撮像トリガ信号のタイミングを決定し、前記第１の撮像トリガ信号を前記第１の撮像構成に出力し、前記第１の撮像構成は前記第１の撮像トリガ信号の受信に応答して画像取得時点で前記ＸＹスケールのデジタル画像を取得し、前記デジタル画像が取得される場合に前記補足計測位置座標決定システムは少なくともノミナルで前記動作構成にある、ことと、
前記計測位置座標処理部において、前記取得された画像を識別し、前記ＸＹスケールの前記取得された画像に含まれる少なくとも１つの撮像可能要素及び関連する既知のＸＹスケール座標ロケーションを識別することと、
前記取得した画像内の前記識別された少なくとも１つの撮像可能要素の画像位置の決定に基づいて、前記ＸＹスケール又は前記第１の撮像構成のうち前記可動のものと前記第１の参照位置との相対位置を示す計測位置座標を決定し、前記決定された計測位置座標は、少なくとも前記スケール撮像軸方向の横断方向又は直交方向のうち一方である前記計測位置座標のベクトル成分について、前記画像取得時点における前記エンドツール位置を前記ロボット精度よりも良好な精度レベルで示す、ことと、
を含む方法。
【請求項１８】
ワークピースの要素を測定するために前記相対位置を示す前記決定された計測位置座標を利用することを更に含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記相対位置は、前記ワークピース上の第１の表面ロケーションに対応する第１の相対位置であり、前記方法は更に、
前記画像トリガ部において、前記エンドツール位置に関連した少なくとも１つの第２の入力信号を受信し、前記少なくとも１つの第２の入力信号に基づいて第２の撮像トリガ信号のタイミングを決定し、前記第２の撮像トリガ信号を前記第１の撮像構成に出力し、前記第１の撮像構成は、前記第２の撮像トリガ信号の受信に応答して、第２の画像取得時点で前記ＸＹスケールの第２のデジタル画像を取得し、前記第２のデジタル画像が取得される場合に前記補足計測位置座標決定システムは少なくともノミナルで前記動作構成にある、ことと、
前記計測位置座標処理部において、前記第２の取得された画像を受信し、前記ＸＹスケールの前記第２の取得された画像に含まれる少なくとも１つの第２の撮像可能要素及び関連する第２の既知のＸＹスケール座標ロケーションを識別することと、
前記第２の取得した画像内の前記識別された少なくとも１つの第２の撮像可能要素の画像位置の決定に基づいて、前記ＸＹスケール又は前記第１の撮像構成のうち前記可動のものと前記第１の参照位置との間の第２の相対位置を示す計測位置座標を決定し、前記決定された計測位置座標は、少なくとも前記スケール撮像軸方向の横断方向又は直交方向のうち一方である前記計測位置座標のベクトル成分について、前記第２の画像取得時点における前記エンドツール位置を前記ロボット精度よりも良好な精度レベルで示し、前記第２の相対位置は、前記第１の相対位置とは異なり、前記第１の表面ロケーションとは異なる前記ワークピース上の第２の表面ロケーションに対応する、ことと、
前記第１及び第２の相対位置を示す前記決定された計測位置座標を用いて、前記ワークピース上の前記第１及び第２の表面ロケーション間の距離に対応する前記ワークピースの寸法を決定することと、
を含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
ロボットと共に使用される補足計測位置座標決定システムであって、
第１のカメラを含み、光軸を有する第１の撮像構成と、
ノミナルで平面状の基板と、前記基板上に分散した複数の撮像可能要素と、を含むＸＹスケールであって、前記撮像可能要素はそれぞれ前記ＸＹスケール上の既知のＸＹスケール座標に位置付けられている、ＸＹスケールと、
ロボットのエンドツール位置に関連した少なくとも１つの入力信号を入力し、前記少なくとも１つの入力信号に基づいて第１の撮像トリガ信号のタイミングを決定し、前記第１の撮像トリガ信号を前記第１の撮像構成に出力するよう構成された画像トリガ部であって、前記ロボットは、エンドツール搭載構成を備えた可動アーム構成と、少なくとも部分的に、前記ロボットに含まれる少なくとも１つの位置センサを用いて前記可動アーム構成の位置を検知及び制御することに基づいて、ロボット精度として規定された精度レベルでエンドツールのエンドツール位置を制御するように構成された移動制御システムと、を含み、前記第１の撮像構成は前記第１の撮像トリガ信号の受信に応答して画像取得時点で前記ＸＹスケールのデジタル画像を取得するよう構成されている、画像トリガ部と、
前記取得された画像を入力し、前記ＸＹスケールの前記取得された画像に含まれる少なくとも１つの撮像可能要素及び関連する既知のＸＹスケール座標ロケーションを識別するように構成された計測位置座標処理部と、
を備え、前記補足計測位置座標決定システムは、前記ＸＹスケール又は前記第１の撮像構成のうち可動のものが前記可動アーム構成に結合されるように構成され、他方のものが前記ロボットの近傍で静止要素に結合されるように構成され、前記ＸＹスケール又は前記第１の撮像構成のうち静止したものは第１の参照位置を規定し、
スケール面は前記ＸＹスケールの前記平面状の基板とノミナルで一致するように規定され、前記スケール面に対して垂直な方向はスケール撮像軸方向として規定され、前記補足計測位置座標決定システムの動作構成において、前記ＸＹスケール又は前記第１の撮像構成のうち少なくとも１つは、前記第１の撮像構成の前記光軸が前記スケール撮像軸方向の方向と平行であるように、かつ、前記スケール面が前記スケール撮像軸方向に沿った前記第１の撮像構成の合焦範囲内に位置付けられるように配置され、
前記補足計測位置座標決定システムは、前記ＸＹスケール又は前記第１の撮像構成のうち前記可動のもの及び前記ＸＹスケール又は前記第１の撮像構成のうち前記静止したものが前記動作構成に配置され、かつ、前記ＸＹスケールが前記第１の撮像構成の視野内にあるように前記可動アーム構成が配置されている場合、前記計測位置座標処理部が、前記取得した画像内の前記識別された少なくとも１つの撮像可能要素の画像位置の決定に基づいて、前記ＸＹスケール又は前記第１の撮像構成のうち前記可動のものと前記第１の参照位置との相対位置を示す計測位置座標を前記ロボット精度よりも良好な精度レベルで決定するように動作可能であるよう構成され、
前記決定された計測位置座標は、少なくとも前記スケール撮像軸方向の横断方向又は直交方向のうち一方である前記計測位置座標のベクトル成分について、前記画像取得時点における前記エンドツール位置を前記ロボット精度よりも良好な精度レベルで示す、補足計測位置座標決定システム。
【請求項２１】
前記ＸＹスケールは前記可動アーム構成に結合され、前記第１の撮像構成は前記静止要素に結合されている、請求項２０に記載の補足計測位置座標決定システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示はロボットシステムに関し、より具体的には、ロボットのエンドツール位置の座標を決定するためのシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ロボットシステムは、製造プロセス及び他のプロセスにますます利用されるようになっている。利用できる様々なタイプのロボットには、多関節ロボット、選択的コンプライアンス多関節ロボットアーム（ＳＣＡＲＡ：selective compliance articulated robot arm）ロボット、直交座標系ロボット（cartesian robot）、円筒座標系ロボット（cylindrical robot）、球座標系ロボット（spherical robot）等が含まれる。ロボットに含まれ得るコンポーネントの一例として、ＳＣＡＲＡロボットシステム（例えば多関節ロボットの１つのタイプであり得る）は典型的にベースを有し、このベースに第１のアーム部を回転可能に結合すると共に第１のアーム部の端部に第２のアーム部を回転可能に結合することができる。様々な構成では、第２のアーム部の端部にエンドツールを結合することができる（例えば特定の作業及び／又は検査動作を実行するため）。このようなシステムは、アーム部の配置を決定／制御し、これに応じてエンドツールの配置を決定／制御するため利用される位置センサ（例えば回転エンコーダ）を含むことができる。様々な実施例において、このようなシステムは約１００ミクロンの配置精度を有し得るが、これはいくつかのファクタによって制限される（例えば、ロボットシステムの機械的安定性と組み合わせた回転エンコーダの性能等）。
【０００３】
米国特許第４，７２５，９６５号（「９６５号特許」）は、ＳＣＡＲＡシステムの精度を向上させるためのいくつかの較正技法を開示している。９６５号特許に記載されているように、第１の回転可能アーム部と、エンドツールを支える第２の回転可能アーム部と、を備えたＳＣＡＲＡタイプのロボットを較正するための技法が提供されている。この較正技法は、運動モデルを用いてＳＣＡＲＡロボットを制御できるという事実に関連している。この運動モデルは、正確な場合、アーム部を第１及び第２の双方の角度構成に配置すると、第２のアーム部によって支えられたエンドツールが同一の位置を保つことができる。運動モデルを較正するため、アーム部は、エンドツールを固定基準点（fixed datum point）の上方に位置付ける第１の角度構成に配置される。次いでアーム部は、ノミナルにエンドツールを再び基準点に位置合わせして配置する第２の角度構成に配置される。アーム部を第１の角度構成から第２の角度構成に切り換えた場合の基準点に対するエンドツールの位置のシフトから、運動モデルの誤差が計算される。次いで、計算された誤差に従って運動モデルを補償する。これらのステップは、誤差がゼロに達するまで繰り返される。誤差がゼロに達した時点で、ＳＣＡＲＡロボットの運動モデルは較正済みであると見なされる。
【０００４】
９６５号特許に更に記載されている通り、較正技法は特定のカメラを使用することを含み得る。例えば１つの実施例において、基準点は、静止テレビジョンカメラ（すなわちエンドツールの下方の地面に配置される）の表示エリアの中心部とすることができ、このカメラの出力信号を処理して、第１の角度構成から第２の角度構成にリンクを切り換えた場合のカメラの表示エリア中心部からのエンドツールの位置シフトを決定できる。別の実施例では、第２のアーム部がカメラを支えることができ、この技法は最初に、これらのアーム部間で第２の所定の内角が測定される第１の角度構成にアーム部を配置して、第２のアーム部が支えるカメラを固定基準点の直上で中心に配置することができる。次いで、アーム部間で第２の所定の内角に等しい内角が測定される第２の角度構成にアーム部を配置して、ノミナルにカメラを再び基準点の上方で中心に配置する。次いでカメラの出力信号を処理して、アーム部を第１の角度構成から第２の角度構成に切り換えた場合にカメラによって観察された基準点の位置のシフトを決定する。次いで、カメラによって観察された基準点の位置のシフトに従って、カメラの既知の位置の誤差を決定する。これらのステップを、誤差がゼロに近付くまで較正プロセスの一部として繰り返す。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
９６５号特許に記載されているような技法はロボットシステムを較正するために使用できるが、いくつかの用途では、このような技法の利用は望ましくない場合がある（例えば、著しい時間を要する及び／又はいくつかの動作中にロボットの全ての可能な向きで所望のレベルの精度が得られるわけではない）。このような問題に関する改善を達成できるロボットシステムが望ましい（例えば、ワークピース測定及びその他のプロセス中の位置決定の信頼性、反復性、速度等を増大させるため）。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この概要は、以下で「発明を実施するための形態」において更に記載されるいくつかの概念を簡略化した形態で紹介するために提示する。この概要は、特許請求される主題の重要な特徴を識別することを意図しておらず、特許請求される主題の範囲の決定に役立てるため用いることも意図していない。
【０００７】
ロボットシステムの一部としてロボットと関連付けて使用される補足計測位置座標決定システムが提供される。ロボット（例えば多関節ロボット、ＳＣＡＲＡロボット、直交座標系ロボット、円筒座標系ロボット、球座標系ロボット等）は、可動アーム構成及び移動制御システムを含む。可動アーム構成は、遠位端の近傍に位置付けられたエンドツール搭載構成を含む。ロボットは、エンドツール搭載構成に搭載されたエンドツールの少なくとも一部を、エンドツール作業範囲内で少なくとも２次元に沿って移動させるように、可動アーム構成を移動させるよう構成されている。移動制御システムは、少なくとも部分的に、ロボットに含まれる少なくとも１つの位置センサ（例えば回転エンコーダ、リニアエンコーダ等）を用いて可動アーム構成の位置を検知及び制御することに基づいて、ロボット精度として規定された精度レベルでエンドツール位置を制御するように構成されている。
【０００８】
補足計測位置座標決定システムは、第１の撮像構成、ＸＹスケール、画像トリガ部、及び計測位置座標処理部を含む。第１の撮像構成は、第１のカメラを含み、光軸を有する。ＸＹスケールは、ノミナルで平面状の基板と、基板上に分散した複数の撮像可能要素と、を含み、撮像可能要素はそれぞれＸＹスケール上の既知のＸＹスケール座標に位置付けられている。画像トリガ部は、エンドツール位置に関連した少なくとも１つの入力信号を入力し、少なくとも１つの入力信号に基づいて第１の撮像トリガ信号のタイミングを決定し、第１の撮像トリガ信号を第１の撮像構成に出力するよう構成されている。第１の撮像構成は、第１の撮像トリガ信号の受信に応答して画像取得時点でＸＹスケールのデジタル画像を取得するよう構成されている。計測位置座標処理部は、取得された画像を入力し、ＸＹスケールの取得された画像に含まれる少なくとも１つの撮像可能要素及び関連する既知のＸＹスケール座標ロケーションを識別するように構成されている。様々な実施例において、ＸＹスケールはインクリメンタルスケール又はアブソリュートスケールとすることができる。
【０００９】
補足計測位置座標決定システムは、ＸＹスケール又は第１の撮像構成のうち可動のものが可動アーム構成に結合されるように構成され、他方のものがロボットの近傍で静止要素に結合されるように構成されている。ＸＹスケール又は第１の撮像構成のうち静止したものは第１の参照位置を規定する。スケール面はＸＹスケールの平面状の基板とノミナルで一致するように規定され、スケール面に対して垂直な方向はスケール撮像軸方向として規定されている。ロボットシステムは、少なくともノミナルで補足計測位置座標決定システムの動作構成を与えるように動作可能である。補足計測位置座標決定システムの動作構成において、ＸＹスケール又は第１の撮像構成のうち少なくとも１つは、第１の撮像構成の光軸がスケール撮像軸方向の方向と平行であるように、かつ、スケール面がスケール撮像軸方向に沿った第１の撮像構成の合焦範囲内に位置付けられるように配置されている。
【００１０】
補足計測位置座標決定システムは、ＸＹスケール又は第１の撮像構成のうち可動のもの及びＸＹスケール又は第１の撮像構成のうち静止したものが動作構成に配置され、かつ、ＸＹスケールが第１の撮像構成の視野内にあるように可動アーム構成が配置されている場合、計測位置座標処理部が、取得した画像内の識別された少なくとも１つの撮像可能要素の画像位置の決定に基づいて、ＸＹスケール又は第１の撮像構成のうち可動のものと第１の参照位置との相対位置を示す計測位置座標をロボット精度よりも良好な精度レベルで決定するように動作可能であるよう構成されている。決定された計測位置座標は、少なくともスケール撮像軸方向の横断方向又は直交方向のうち一方である計測位置座標のベクトル成分について、画像取得時点におけるエンドツール位置をロボット精度よりも良好な精度レベルで示す。様々な実施例において、補足計測位置座標決定システムは、ＸＹスケール又は第１の撮像構成のうち可動のものの相対位置を示す決定された計測位置座標、及び、エンドツール位置とＸＹスケール又は第１の撮像構成のうち可動のものとの間の既知の座標位置オフセットに基づいて、画像取得時点におけるエンドツール位置の計測位置座標を決定するように構成されている。
【００１１】
様々な実施例において、ＸＹスケール又は第１の撮像構成のうち可動のものは、第１の遠位小部分回転軸を中心として回転する少なくとも第１の遠位小部分回転要素を含む遠位小部分を介して、可動アーム構成の中央小部分に結合されており、第１の遠位小部分回転軸は、ＸＹスケールが可動のものである場合はスケール面とノミナルで平行であり、第１の撮像構成が可動のものである場合は光軸に対してノミナルで直交する。様々な実施例において、中央小部分は、第１の遠位小部分回転軸とノミナルで平行である回転軸を中心として回転する少なくとも第１の中央小部分回転要素を含む。様々な実施例において、遠位小部分は、ＸＹスケール又は第１の撮像構成のうち可動のものを第１の遠位小部分回転要素に結合するブラケットを含む。様々な実施例において、補足計測位置座標決定システムが動作構成にある間、ロボットは、エンドツールと、ＸＹスケール又は第１の撮像構成のうち可動のものとを、スケール面と平行な面内で移動させるように構成されている。
【００１２】
様々な実施例において、ＸＹスケールは可動アーム構成に結合され、第１の撮像構成は静止要素に結合され得る。様々な実施例において、静止要素は、エンドツール作業範囲の少なくとも一部よりも上方に配置されたフレームを含み得る。第１の撮像構成は、エンドツール作業範囲の一部よりも上方でフレームに固定され得る。
【００１３】
様々な実施例において、ロボットシステムは、ロボット位置座標モード又は補足計測位置座標モードのいずれかで動作させることができる。ロボット位置座標モードは、ロボットの独立した及び／又は標準的な動作モードに対応し得る（例えば、補足計測位置座標決定システムがアクティブでないか又は他の理由で提供されない場合にロボットを独立して動作させるモード）。ロボット位置座標モードでは、ロボットの移動及び対応するエンドツール位置は、ロボット精度として規定される精度レベルで（すなわち、ロボットに含まれる位置センサを用いて）制御及び決定される。これに対して補足計測位置座標モードでは、少なくともスケール撮像軸方向の横断方向又は直交方向のうち一方である計測位置座標のベクトル成分について、画像取得時点におけるエンドツール位置を示す計測位置座標を、ロボット精度よりも良好な（例えば、ロボットに含まれる位置センサの精度よりも良好な）精度レベルで決定できる。様々な実施例では、決定された位置情報（例えば、相対位置を示す決定された計測位置座標、エンドツール位置の決定された計測位置座標、及び／又は他の関連する決定された位置情報）を次いで、指定された機能を実行するため（例えばワークピース測定の一部、ロボットの配置制御等として）利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】多関節ロボット及び補足計測位置座標決定システムを含むロボットシステムの第１の例示的な実施例のブロック図である。
【図２】第１の撮像構成が静止要素に結合されている、図１のロボットシステムと同様のロボットシステムの第２の例示的な実施例の等角投影図である。
【図３】ＸＹスケールが静止要素に結合されているロボットシステムの第３の例示的な実施例の等角投影図である。
【図４】インクリメンタルＸＹスケールの例示的な実施例の等角投影図である。
【図５】アブソリュートＸＹスケールの例示的な実施例の等角投影図である。
【図６Ａ】多関節ロボット及び補足計測位置座標決定システムを含むロボットシステムを動作させるためのルーチンの第１の例示的な実施例を示すフロー図である。
【図６Ｂ】多関節ロボット及び補足計測位置座標決定システムを含むロボットシステムを動作させるためのルーチンの第１の例示的な実施例を示すフロー図である。
【図７】移動タイミングの第１の部分の間に位置センサを利用し、移動タイミングの第２の部分の間に補足計測位置座標決定システムの決定された相対位置を利用し得る、エンドツール位置を決定するためのルーチンの第１の例示的な実施例を示すフロー図である。
【図８】多関節ロボット及び補足計測位置座標決定システムを含むロボットシステムの第４の例示的な実施例のブロック図である。
【図９】第１の撮像構成が静止要素に結合されている、多関節ロボットを含む図８のロボットシステムと同様のロボットシステムの第５の例示的な実施例の一部の等角投影図である。
【図１０Ａ】ロボット及び補足計測位置座標決定システムを含むロボットシステムを動作させるためのルーチンの第２の例示的な実施例を示すフロー図である。
【図１０Ｂ】ロボット及び補足計測位置座標決定システムを含むロボットシステムを動作させるためのルーチンの第２の例示的な実施例を示すフロー図である。
【図１１】移動タイミングの第１の部分の間に位置センサを利用し、移動タイミングの第２の部分の間に補足計測位置座標決定システムの決定された計測位置座標を利用し得る、エンドツール位置を決定するためのルーチンの第２の例示的な実施例を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１は、多関節ロボット１１０及び補足計測位置座標決定システム１５０を含むロボットシステム１００の第１の例示的な実施例のブロック図である。多関節ロボット１１０は、第１及び第２のアーム部１２０及び１３０、第１及び第２の回転継手１２５及び１３５、位置センサＳＥＮ１及びＳＥＮ２、エンドツール構成ＥＴＣＮ、並びにロボット移動制御及び処理システム１４０を含む。第１のアーム部１２０は、第１のアーム部１２０の近位端ＰＥ１において第１の回転継手１２５に搭載されている。第１の回転継手１２５（例えば支持ベース部ＢＳＥの上端に位置付けられている）は、ｚ軸方向に沿って位置合わせされた回転軸ＲＡ１を有し、第１のアーム部１２０が第１の回転継手１２５を中心としてｚ軸に直交するｘｙ面内で移動するようになっている。第１のアーム部１２０の遠位端ＤＥ１に第２の回転継手１３５が位置付けられている。第２の回転継手１３５は、ｚ軸方向に沿ってノミナルに位置合わせされた回転軸ＲＡ２を有する。第２のアーム部１３０は、第２のアーム部１３０の近位端ＰＥ２において第２の回転継手１３５に搭載されて、第２のアーム部１３０が第２の回転継手１３５を中心としてｚ軸にノミナルに直交するｘｙ面内で移動するようになっている。様々な実施例において、第１及び第２の回転継手１２５及び１３５を中心とした第１及び第２のアーム部１２０及び１３０の角度位置（すなわちｘｙ面内）をそれぞれ決定するため、位置センサＳＥＮ１及びＳＥＮ２（例えば回転エンコーダ）を利用することができる。
【００１６】
様々な実施例において、エンドツール構成ＥＴＣＮは、Ｚ移動機構ＺＭＭ、Ｚアーム部ＺＡＲＭ、位置センサＳＥＮ３、及び、エンドツールＥＴＬに結合するエンドツール結合部ＥＴＣＰを含むことができる。様々な実施例において、エンドツールＥＴＬは、エンドツール検知部ＥＴＳＮと、（例えばワークピースＷＰの表面に接触するための）接点ＣＰを備えたエンドツールスタイラスＥＴＳＴと、を含むことができる。Ｚ移動機構ＺＭＭは、第２のアーム部１３０の遠位端ＤＥ２の近傍に位置付けられている。Ｚ移動機構ＺＭＭ（例えばリニアアクチュエータ）は、Ｚアーム部ＺＡＲＭをｚ軸方向で上下に移動させるように構成されている。いくつかの実施例において、Ｚアーム部ＺＡＲＭは、ｚ軸方向に平行な軸を中心として回転するよう構成することも可能である。いずれの場合であっても、エンドツールＥＴＬは、エンドツール結合部ＥＴＣＰに結合され、対応する座標（例えばｘ座標、ｙ座標、及びｚ座標）を持つ対応するエンドツール位置ＥＴＰを有する。様々な実施例において、エンドツール位置ＥＴＰは、Ｚアーム部ＺＡＲＭの遠位端ＤＥ３に対応するか又は遠位端ＤＥ３の近傍とすることができる（例えば、エンドツール結合部ＥＴＣＰにあるか又はその近傍にある）。
【００１７】
移動制御システム１４０は、ロボット精度として規定された精度レベルでエンドツールＥＴＬのエンドツール位置ＥＴＰを制御するように構成されている。より具体的には、移動制御システム１４０は概して、少なくとも部分的に、位置センサＳＥＮ１及びＳＥＮ２を用いて第１及び第２の回転継手１２５及び１３５を中心とした第１及び第２のアーム部１２０及び１３０の角度位置（すなわちｘｙ面内）を検知及び制御することに基づいて、ロボット精度でエンドツール位置ＥＴＰのｘ座標及びｙ座標を制御するように構成されている。様々な実施例において、移動制御及び処理システム１４０は第１及び第２の回転継手制御及び検知部１４１及び１４２を含むことができ、これらは、第１及び第２のアーム部１２０及び１３０の角度位置を検知するため位置センサＳＥＮ１及びＳＥＮ２からそれぞれ信号を受信する、及び／又は第１及び第２のアーム部１２０及び１３０を回転させるため第１及び第２の回転継手１２５及び１３５における制御信号を（例えばモータ等に）提供することができる。
【００１８】
更に、移動制御システム１４０は概して、少なくとも部分的に、Ｚ移動機構ＺＭＭ及び位置センサＳＥＮ３を用いてＺアーム部ＺＡＲＭの線形位置（すなわちｚ軸に沿った）を検知及び制御することに基づいて、ロボット精度でエンドツール位置ＥＴＰのｚ座標を制御するように構成されている。様々な実施例において、移動制御及び処理システム１４０はＺ移動機構制御及び検知部１４３を含むことができ、これは、Ｚアーム部ＺＡＲＭの線形位置を検知するため位置センサＳＥＮ３から信号を受信する、及び／又はＺアーム部ＺＡＲＭのｚ位置を制御するためＺ移動機構ＺＭＭ（例えばリニアアクチュエータ）に制御信号を提供できる。
【００１９】
また、移動制御及び処理システム１４０は、エンドツール検知部ＥＴＳＮから信号を受信することができる。様々な実施例において、エンドツール検知部ＥＴＳＮは、ワークピースＷＰを検知するためのエンドツールＥＴＬの動作に関連した回路及び／又は構成を含み得る。以下で更に詳しく記載されるように、様々な実施例において、エンドツールＥＴＬ（例えばタッチプローブ、スキャンプローブ、カメラ等）は、ワークピースＷＰ上の表面ロケーション／位置／ポイントに接触するため又は他の方法でそれらを検知するために利用され、これに対応した様々な信号がエンドツール検知部ＥＴＳＮによって受信、決定、及び／又は処理され、エンドツール検知部ＥＴＳＮは対応する信号を移動制御及び処理システム１４０に提供することができる。様々な実施例において、移動制御及び処理システム１４０はエンドツール制御及び検知部１４４を含むことができ、これは、エンドツール検知部ＥＴＳＮに制御信号を提供する及び／又はエンドツール検知部ＥＴＳＮから検知信号を受信することができる。様々な実施例において、エンドツール制御及び検知部１４４及びエンドツール検知部ＥＴＳＮはマージされる及び／又は区別できない場合がある。様々な実施例において、第１及び第２の回転継手制御及び検知部１４１及び１４２、Ｚ移動機構制御及び検知部１４３、並びにエンドツール制御及び検知部１４４は全て、ロボット位置処理部１４５に出力を提供する及び／又はロボット位置処理部１４５から制御信号を受信することができる。ロボット位置処理部１４５は、ロボット移動制御及び処理システム１４０の一部として、多関節ロボット１１０及び対応するエンドツール位置ＥＴＰの全体的な配置を制御及び／又は決定できる。
【００２０】
様々な実施例において、補足計測位置座標決定システム１５０は、多関節ロボット１１０と共に含めるか又は他の方法で多関節ロボット１１０に追加することができる（例えば、既存の多関節ロボット１１０に追加するための改造構成の一部として等）。一般に、補足計測位置座標決定システム１５０は、エンドツール位置ＥＴＰの決定における精度レベルを改善するために利用できる。より具体的には、以下で更に詳しく記載されるように、補足計測位置座標決定システム１５０を用いて、少なくともｚ軸に直交するｘｙ面内のｘ及びｙ計測位置座標について、エンドツール位置ＥＴＰの計測位置座標を示す相対位置をロボット精度よりも良好な精度レベルで決定することができる。
【００２１】
図１に示されているように、補足計測位置座標決定システム１５０は、第１の撮像構成１６０、ＸＹスケール１７０、画像トリガ部１８１、及び計測位置座標処理部１９０を含む。第１の撮像構成１６０は静止要素ＳＴＥに結合されている。様々な実施例において、静止要素ＳＴＥは、多関節ロボット１１０の動作可能な作業範囲ＯＰＶの少なくとも一部よりも上方に配置されたフレームを含むことができ、第１の撮像構成１６０は、動作可能な作業範囲ＯＰＶの一部よりも上方でフレームに固定されている。様々な実施例において、静止要素ＳＴＥは、静止要素ＳＴＥを多関節ロボット１１０に対して固定ロケーションに（例えば固定の位置及び／又は向きで）維持するための１つ以上の構造支持要素ＳＳＰ（例えば床や天井等から延出している）を含み得る。
【００２２】
第１の撮像構成１６０は第１のカメラＣＡＭ１を含み、ノミナルでｚ軸に対して平行に位置合わせされた光軸ＯＡ１を有する。第１の撮像構成１６０は、光軸ＯＡ１に沿った有効合焦範囲ＲＥＦＰを有する。様々な実施例において、範囲ＲＥＦＰは第１及び第２の有効合焦位置ＥＦＰ１及びＥＦＰ２によって画定できる。これについては以下で更に詳しく記載する。所与の時点で、第１の撮像構成１６０は、範囲ＲＥＦＰ内に収まる有効合焦位置ＥＦＰを有する。可変焦点距離（ＶＦＬ）レンズが使用される実施例では、範囲ＲＥＦＰはＶＦＬレンズの合焦範囲に対応し得る。
【００２３】
様々な実施例において、使用されるＶＦＬレンズは可変音響式屈折率分布型（ＴＡＧ：tunable acoustic gradient index of refraction）レンズとすることができる。このようなＴＡＧレンズの一般的な動作に関して、様々な実施例では、レンズ制御部（例えば第１の撮像構成制御及び画像処理部１８０に含まれる）は、迅速にＴＡＧレンズの光学パワーを周期的に調整又は変調して、２５０ｋＨｚ、又は７０ｋＨｚ、又は３０ｋＨｚ等の（すなわちＴＡＧレンズ共振周波数の）周期的変調が可能な高速ＴＡＧレンズを達成することができる。このような構成において、第１の撮像構成１６０の有効合焦位置ＥＦＰを、範囲ＲＥＦＰ（例えば自動合焦サーチ範囲）内で（迅速に）移動させることができる。有効合焦位置ＥＦＰ１（又はＥＦＰｍａｘ）はＴＡＧレンズの最大光学パワーに対応し、有効合焦位置ＥＦＰ２（又はＥＦＰｍｉｎ）はＴＡＧレンズの負の最大光学パワーに対応し得る。様々な実施例において、範囲ＲＥＦＰの中央はＥＦＰｎｏｍと示され、ＴＡＧレンズのゼロの光学パワーに対応し得る。
【００２４】
様々な実施例では、このようなＶＦＬレンズ（例えばＴＡＧレンズ）及び対応する範囲ＲＥＦＰを好都合に選択することで、この構成は、有効合焦位置ＥＦＰを変更するための第１の撮像構成１６０の巨視的機械的調整及び／又はコンポーネント間の距離の調整の必要性を限定又は排除することができる。例えば、第２のアーム部１３０の遠位端ＤＥ２において未知の量の傾斜又は「たるみ（sag）」が発生する可能性のある実施例（例えば、第１及び第２のアーム部１２０及び１３０の重さ及び／又は特定の向き等のため）では、第１の撮像構成１６０からＸＹスケール１７０までの精密な合焦距離は未知である及び／又はアームの異なる向き等では変動する可能性がある。このような構成では、有効合焦位置ＥＦＰをスキャンするか又は他の方法で調整してＸＹスケール１７０を特定し正確に合焦を行うＶＦＬレンズを利用することが望ましい場合がある。
【００２５】
様々な実施例において、ＸＹスケール１７０は、ｚ軸に対してノミナルで直交に配置されたノミナルで平面状の基板ＳＵＢ、及び基板ＳＵＢ上に分散した複数の撮像可能要素を含む。撮像可能要素はそれぞれ、ＸＹスケール１７０上の既知のｘ及びｙスケール座標に位置付けられている。様々な実施例において、ＸＹスケール１７０はインクリメンタルスケール又はアブソリュートスケールとすることができる。これについては以下で図４及び図５を参照して更に詳しく記載する。
【００２６】
様々な実施例において、画像トリガ部１８１及び／又は計測位置座標処理部１９０は、外部制御システムＥＣＳの一部として（例えば外部コンピュータ等の一部として）含めることができる。画像トリガ部１８１は、第１の撮像構成制御及び画像処理部１８０の一部として含めることができる。様々な実施例において、画像トリガ部１８１は、エンドツール位置ＥＴＰに関連した少なくとも１つの入力信号を入力し、この少なくとも１つの入力信号に基づいて第１の撮像トリガ信号のタイミングを決定し、更に、この第１の撮像トリガ信号を第１の撮像構成１６０に出力するよう構成されている。様々な実施例において、第１の撮像構成１６０は、第１の撮像トリガ信号の受信に応答して、画像取得時点でＸＹスケール１７０のデジタル画像を取得するよう構成されている。様々な実施例において、計測位置座標処理部１９０は、取得された画像を入力し、ＸＹスケール１７０の取得された画像に含まれる少なくとも１つの撮像可能要素及び関連する既知のＸＹスケール座標ロケーションを識別するように構成されている。様々な実施例において外部制御システムＥＣＳは、対応するモードを実施するため、標準ロボット位置座標モード部１４７及び補足計測位置座標モード部１９２も含むことができる。これらについては以下で更に詳しく記載する。
【００２７】
様々な実施例において、第１の撮像構成１６０は、カメラＣＡＭ１の画像積分を定期的に（例えば設定されたタイミング間隔で）活性化するコンポーネント（例えばサブ回路、ルーチン等）を含むことができ、第１の撮像トリガ信号が、ストロボ光タイミング又は事実上移動を止めると共に対応して積分期間内の露光を決定する他の機構を活性化できる。このような実施例では、積分期間中に第１の撮像トリガ信号が受信されない場合、得られる画像を破棄することができ、積分期間中に第１の撮像トリガ信号が受信された場合、得られる画像をセーブする及び／又は他の方法で処理／解析して相対位置を決定することができる。これについては以下で更に詳しく記載する。
【００２８】
様々な実施例において、異なるタイプのエンドツールＥＴＬは、画像トリガ部１８１に対して使用され得る異なるタイプの出力を提供できる。例えば、エンドツールＥＴＬがタッチプローブであり、ワークピースを測定するため使用され、ワークピースに触れるとタッチ信号を出力する実施例では、画像トリガ部１８１は、そのタッチ信号又はそれから導出された信号を少なくとも１つの入力信号として入力し、それに基づいて第１の撮像トリガ信号のタイミングを決定するように構成できる。別の例として、エンドツールＥＴＬがスキャンプローブであり、ワークピースを測定するため使用され、各サンプルタイミング信号に対応した各ワークピース測定サンプルデータを与える実施例では、画像トリガ部１８１は、その各サンプルタイミング信号又はそれから導出された信号を少なくとも１つの入力信号として入力するように構成できる。別の例として、エンドツールＥＴＬがカメラであり、各ワークピース画像取得信号に対応した各ワークピース測定画像を与えるために使用される場合、画像トリガ部１８１は、そのワークピース画像取得信号又はそれから導出された信号を少なくとも１つの入力信号として入力するように構成できる。
【００２９】
図１の例示的な実施例において、補足計測位置座標決定システム１５０は、第２のアーム部１３０の遠位端ＤＥ２の近傍で第２のアーム部１３０に結合されたＸＹスケール１７０と、静止要素ＳＴＥ（例えば多関節ロボット１１０よりも上方に配置されたフレーム）に結合されると共に第１の参照位置ＲＥＦ１を規定する第１の撮像構成１６０と、を用いて構成されている。代替的な実施例（例えば、以下で図３を参照して更に詳しく記載する）では、補足計測位置座標決定システムは、第２のアーム部１３０の遠位端ＤＥ２の近傍で第２のアーム部１３０に結合された第１の撮像構成１６０と、静止要素ＳＴＥに結合されると共に第１の参照位置ＲＥＦ１を規定するＸＹスケール１７０と、を用いて構成されている。
【００３０】
いずれの場合であっても、以下で更に詳しく記載するように、ｚ軸に沿ったＸＹスケール１７０のロケーションは第１の撮像構成１６０の合焦範囲内であり（例えば、合焦位置はＶＦＬレンズ又は他のものによって調整できる）、補足計測位置座標決定システム１５０は、取得した画像内で識別された少なくとも１つの撮像可能要素の画像位置の決定に基づいて、計測位置座標処理部１９０が、ＸＹスケール１７０又は第１の撮像構成１６０のうち可動のものと第１の参照位置ＲＥＦ１との間の相対位置（例えばｘ座標及びｙ座標を含む）をロボット精度よりも良好な精度レベルで決定するよう動作可能であるように構成されている。決定された相対位置は、少なくともｚ軸に直交するｘｙ面内のｘ及びｙ計測位置座標について、画像取得時点におけるエンドツール位置ＥＴＰの計測位置座標をロボット精度よりも良好な精度レベルで示す。様々な実施例において、補足計測位置座標決定システム１５０は、決定された相対位置、及び、エンドツール位置ＥＴＰとＸＹスケール１７０又は第１の撮像構成１６０のうち可動のものとの間の既知の座標位置オフセット（ｘ及びｙ座標オフセット）に基づいて、画像取得時点におけるエンドツール位置ＥＴＰの計測位置座標を決定するように構成できる。このようなシステムが種々の代替的なシステムよりも優れたいくつかの利点を有し得ることは認められよう。例えば様々な実施例において、本明細書に開示されるようなシステムは、ロボット移動／位置を追跡するためにレーザトラッカ又は写真測量法のような技術を利用する代替的なシステムに比べて、小型である及び／又は低費用である可能性があり、更に、いくつかの実施例では精度が高い可能性もある。また、開示されるシステムは、動作可能な作業範囲ＯＰＶのどの部分も占有したり覆い隠したりしないが、代替的なシステムは、同一エリア（例えば動作可能な作業範囲）内の地上もしくはステージ上、又はワークピースに作業及び／又は検査等を行う可能性のある他の場所に、スケール又は基準を含むことがある。
【００３１】
図２は、第１の撮像構成１６０が静止要素ＳＴＥ（例えば図１の静止要素ＳＴＥ）に結合されている、図１のロボットシステム１００と同様のロボットシステム２００の第２の例示的な実施例の等角投影図である。図２のいくつかの番号を付けたコンポーネント（例えば１ＸＸ又は２ＸＸ）は、図１の同一又は同様の番号を付けたコンポーネント（例えば１ＸＸ）に対応する及び／又はそれらと同様の動作を有し、それらと同様又は同一であると理解することができ、他の場合は類推によって及び以下で記載するように理解され得ることは認められよう。同様の及び／又は同一の設計及び／又は機能を有する要素を示すこの番号付けスキームは、以下の図３から図５にも適用される。
【００３２】
図２の構成（すなわち図１の構成と同様）において、ＸＹスケール１７０は、第２のアーム部１３０の遠位端ＤＥ２の近傍で第２のアーム１３０に結合されている。様々な実施例では、図１を参照して上述したように、第１の撮像構成１６０が結合されている静止要素ＳＴＥは、多関節ロボット１１０よりも上方に配置されたフレームを含み得る。様々な実施例において、多関節ロボット１１０のコンポーネントのいくつかの移動、座標、及び軸に言及するため、異なる参照軸及び参照線を指定することがある。例えば、第１及び第２のアーム部１２０及び１３０には、各アーム部の中心を通る水平方向の中央線ＣＬ１及びＣＬ２を指定できる。第１のアーム部１２０の中央線ＣＬ１とｘｚ面との間に生じる（例えば第１の回転軸ＲＡ１を中心とした第１の回転継手１２５の回転量に応じた）角度Ａ１を指定できる。第１のアーム部１２０の水平方向の中央線ＣＬ１と第２のアーム部１３０の水平方向の中央線ＣＬ２との間に生じる（例えば第２の回転軸ＲＡ２を中心とした第２の回転継手１３５の回転量に応じた）角度Ａ２を指定できる。
【００３３】
様々な実施例において、エンドツール構成ＥＴＣＮは、第２のアーム部１３０の遠位端ＤＥ２の近傍で第２のアーム部１３０に結合し、第２のアーム部１３０の中央線ＣＬ２とノミナルに交差するエンドツールＥＴＬのエンドツール軸ＥＡを有することを指定できる。エンドツール軸ＥＡは、概ね回転軸ＲＡ２及びｚ軸に平行であると仮定できる。様々な実施例において、エンドツール軸ＥＡはエンドツール位置ＥＴＰを通り、ＸＹスケール１７０からの既知の座標位置オフセット（すなわちｘ座標及びｙ座標）を有する。これに応じて、エンドツール位置ＥＴＰとＸＹスケール１７０との間には既知の座標位置オフセットが存在し得る。例えばＸＹスケール１７０は、（例えばＸＹスケール１７０の中心又はエッジに）指定された参照点を有することができ、これはエンドツール軸ＥＡから、従ってエンドツール位置ＥＴＰから、ｘｙ面内の既知の座標位置オフセット（例えば既知の距離）を有する。様々な実施例において、このような既知の座標位置オフセットは、既知のｘオフセット及び既知のｙオフセットで表現することができる。
【００３４】
様々な実施例において、エンドツール位置ＥＴＰとＸＹスケール１７０との間の既知の座標位置オフセットは、エンドツール位置ＥＴＰの計測位置座標を決定するためのプロセスの一部として利用できる。更に具体的には、上述のように、補足計測位置座標決定システム１５０は、取得した画像内で識別された（すなわちＸＹスケール１７０の）少なくとも１つの撮像可能要素の画像位置の決定に基づいて、計測位置座標処理部１９０が、ＸＹスケール１７０と第１の参照位置ＲＥＦ１（すなわち静止した第１の撮像構成１６０によって規定される）との間の相対位置を決定するよう動作可能であるように構成できる。補足計測位置座標決定システム１５０は更に、決定された相対位置、及び、エンドツール位置ＥＴＰと可動ＸＹスケール１７０との間の既知の座標位置オフセットに基づいて、エンドツール位置ＥＴＰの計測位置座標を決定するように構成できる。１つの具体的な例示の実施例では、エンドツール位置ＥＴＰの計測位置座標を決定するため、既知の座標位置オフセット（例えば既知のｘオフセット及びｙオフセットで表現される）を、決定された相対位置に追加するか又は他の方法でこれと組み合わせることができる。
【００３５】
１つの具体的な例示の位置座標構成として、ＸＹスケール１７０は、参照位置（例えば原点位置）を、Ｘ０、Ｙ０、Ｚ０に有する（例えば原点位置では０、０、０の値を有し得る）ことを指定できる。このような構成では、参照位置ＲＥＦ１（すなわち静止した第１の撮像構成１６０によって規定される）は相対座標Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１に存在し、対応する視野ＦＯＶ１（例えば取得された画像に対応する）の中心は相対座標Ｘ１、Ｙ１、Ｚ０に存在し得る。ＸＹスケール１７０から延出するｘｙ面内のエンドツール軸ＥＡのロケーションは、相対座標Ｘ２、Ｙ２、Ｚ０を有すると指定できる。エンドツール位置ＥＴＰは座標Ｘ２、Ｙ２、Ｚ２を有すると指定できる。様々な実施例において、エンドツールＥＴＬは、座標Ｘ３、Ｙ３、Ｚ３を有すると指定できる接点ＣＰ（例えばワークピースに接触するためエンドツールスタイラスＥＴＳＴの端部にある）を有し得る。エンドツールＥＴＬの接点ＣＰがエンドツールの残り部分に対してｘ方向又はｙ方向に変動しない実施例では、Ｘ３及びＹ３座標はそれぞれＸ２及びＹ２座標に等しい可能性がある。
【００３６】
１つの具体的な例示の実施例では、取得された画像を計測位置座標処理部１９０によって解析して相対位置を決定することができる（例えば、静止した第１の撮像構成１６０の視野ＦＯＶ１の中心に対応するＸ１、Ｙ１座標を決定する）。このような決定は、（例えばスケールに対するカメラのロケーションを決定するための）標準的なカメラ／スケール画像処理技法に従って実行できる。このような技法の様々な例が、米国特許第６，７８１，６９４号、第６，９３７，３４９号、第５，７９８，９４７号、第６，２２２，９４０号、及び第６，６４０，００８号に記載されている。様々な実施例では、このような技法を用いて、スケール範囲内（例えばＸＹスケール１７０内）の視野のロケーション（例えばカメラの位置に対応している）を決定できる。これについては以下で図４及び図５を参照して更に詳しく記載する。様々な実施例において、このような決定は、ＸＹスケール１７０の取得された画像内に含まれる少なくとも１つの各撮像可能要素及びそれに関連した各既知のＸＹスケール座標ロケーションを識別することを含み得る。このような決定は、ＸＹスケール１７０と第１の参照位置ＲＥＦ１（すなわち静止した第１の撮像構成１６０によって規定される）との間の相対位置を決定することに対応し得る。次いで、エンドツール位置ＥＴＰとＸＹスケール１７０との間の既知の座標位置オフセットに従って、相対Ｘ２、Ｙ２座標（すなわちエンドツール位置ＥＴＰの）を決定することができる（例えば、Ｘ２及びＹ２を決定するためＸ１及びＹ１にｘ及びｙ位置オフセット値を加える）。
【００３７】
様々な実施例において、補足計測位置座標決定システム１５０は、１つ以上の追加の撮像構成を更に含み得る。例えば図２に示されているように、補足計測位置座標決定システム１５０は、第２のカメラＣＡＭ２及びノミナルでｚ軸に対して平行に位置合わせされた光軸ＯＡ２を有する第２の撮像構成１６０’を含むことができる。第２の撮像構成１６０’は、第２の参照位置ＲＥＦ２（例えば相対座標Ｘ１’、Ｙ１’、及びＺ１を有する）を規定できる。第２の撮像構成１６０’は、その光軸ＯＡ２に沿って有効合焦範囲ＲＥＦＰを有し得る。このような構成において、画像トリガ部１８１は更に、エンドツール位置ＥＴＰに関連した少なくとも１つの入力信号を入力し、この少なくとも１つの入力信号に基づいて第２の撮像トリガ信号のタイミングを決定し、更に、この第２の撮像トリガ信号を第２の撮像構成１６０’に出力するよう構成できる。様々な実施例において、第２の撮像構成１６０’は、第２の撮像トリガ信号の受信に応答して、画像取得時点でＸＹスケール１７０のデジタル画像を取得するように構成できる。計測位置座標処理部１９０は更に、取得された画像を入力し、ＸＹスケール１７０の取得された画像に含まれる少なくとも１つの撮像可能要素及び関連する既知のＸＹスケール座標ロケーションを識別するように構成できる。
【００３８】
様々な実施例において、計測位置座標処理部１９０は、取得した画像内で識別された少なくとも１つの撮像可能要素の画像位置の決定に基づいて、ＸＹスケール１７０と第２の参照位置ＲＥＦ２との間の相対位置をロボット精度よりも良好な精度レベルで決定するように動作可能である。このような実施例において、決定された相対位置は、少なくともｚ軸に直交するｘｙ面内のｘ及びｙ計測位置座標について、画像取得時点におけるエンドツール位置ＥＴＰの計測位置座標をロボット精度よりも良好な精度レベルで示す。
【００３９】
様々な実施例において、画像トリガ部１８１に入力される少なくとも１つの入力信号は、移動制御システム１４０から導出された１つ以上の信号を含む。このような構成において、画像トリガ部１８１は、移動制御システム１４０から導出された１つ以上の信号に基づいて、ＸＹスケール１７０が第１の撮像構成１６０又は第２の撮像構成１６０’のどちらと位置合わせされているかを判定するように構成できる。ＸＹスケール１７０が第１の撮像構成１６０と位置合わせされていると判定された場合（例えば、ＸＹスケール１７０の充分な部分が第１の撮像構成１６０によって撮像されるようになっている）、画像トリガ部１８１は第１の撮像トリガ信号を出力するように構成されている。これに対して、ＸＹスケール１７０が第２の撮像構成１６０’と位置合わせされていると判定された場合（例えば、ＸＹスケール１７０の充分な部分が第２の撮像構成１６０’によって撮像されるようになっている）、画像トリガ部１８１は第２の撮像トリガ信号を出力するように構成されている。
【００４０】
図３は、ＸＹスケール１７０が静止要素ＳＴＥに結合されていると共に第１の参照位置ＲＥＦ１を規定する、ロボットシステム３００の第３の例示的な実施例の等角投影図である。図３の構成において、第１の撮像構成１６０は、第２のアーム部１３０の遠位端ＤＥ２の近傍で第２のアーム部１３０に結合されている。様々な実施例において、エンドツール軸ＥＡは、第１の撮像構成１６０からの既知の座標位置オフセット（すなわちｘ及びｙ座標）を有する。これに応じて、エンドツール位置ＥＴＰと第１の撮像構成１６０との間には既知の座標位置オフセットが存在し得る。例えば第１の撮像構成１６０は、（例えば第１の撮像構成１６０の中心に）指定された参照点を有することができ、これはエンドツール軸ＥＡから、従ってエンドツール位置ＥＴＰから、ｘｙ面内の既知の座標位置オフセット（例えば既知の距離）を有する。様々な実施例において、このような既知の座標位置オフセットは、既知のｘオフセット及び既知のｙオフセットで表現することができる。
【００４１】
様々な実施例において、エンドツール位置ＥＴＰと第１の撮像構成１６０との間の既知の座標位置オフセットは、エンドツール位置ＥＴＰの計測位置座標を決定するためのプロセスの一部として利用できる。更に具体的には、上述のように、補足計測位置座標決定システム１５０は、取得した画像内で識別された（すなわちＸＹスケール１７０の）少なくとも１つの撮像可能要素の画像位置の決定に基づいて、計測位置座標処理部１９０が、第１の撮像構成１６０と第１の参照位置ＲＥＦ１（すなわち静止したＸＹスケール１７０によって規定される）との間の相対位置を決定するよう動作可能であるように構成できる。補足計測位置座標決定システム１５０は更に、決定された相対位置、及び、エンドツール位置ＥＴＰと可動の第１の撮像構成１６０との間の既知の座標位置オフセットに基づいて、エンドツール位置ＥＴＰの計測位置座標を決定するように構成できる。１つの具体的な例示の実施例では、エンドツール位置ＥＴＰの計測位置座標を決定するため、既知の座標位置オフセット（例えば既知のｘオフセット及びｙオフセットで表現される）を、決定された相対位置に追加するか又は他の方法で組み合わせることができる。
【００４２】
１つの具体的な例示の位置座標構成において、ＸＹスケール１７０は、参照位置ＲＥＦ１（例えば原点位置）を、Ｘ０、Ｙ０、Ｚ０に有する（例えば原点位置では０、０、０の値を有し得る）ことを指定できる。第１の撮像構成１６０は相対座標Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１のロケーションに存在し、対応する視野ＦＯＶ１（例えば取得した画像内でキャプチャされる）の中心は相対座標Ｘ１、Ｙ１、Ｚ０に存在し得る。第１の撮像構成１６０から延出するｘｙ面内のエンドツール軸ＥＡのロケーションは、相対座標Ｘ２、Ｙ２、Ｚ１を有すると指定できる。エンドツール位置ＥＴＰは座標Ｘ２、Ｙ２、Ｚ２を有すると指定できる。様々な実施例において、エンドツールＥＴＬは、座標Ｘ３、Ｙ３、Ｚ３を有すると指定できる接点ＣＰ（例えばワークピースに接触するためエンドツールスタイラスＥＴＳＴの端部にある）を有し得る。エンドツールＥＴＬの接点ＣＰがエンドツールの残り部分に対してｘ方向又はｙ方向に変動しない実施例では、Ｘ３及びＹ３座標はそれぞれＸ２及びＹ２座標に等しい可能性がある。
【００４３】
様々な実施例において、図３のロボットシステム３００は、図２のロボットシステム２００に比べていくつかの異なる設計上の検討事項及び態様を有し得る（例えば、それぞれ第１及び第２のアーム部１２０及び１３０の遠位端ＤＥ１及びＤＥ２で生じ得る垂直方向の変位又はたるみに関連して）。このような変位又はたるみが（例えばアーム部や撮像構成１６０等の重さ及び／又は異なる向き等のため）生じ得る実施例では、これに応じて第１の撮像構成１６０の視野ＦＯＶがシフトすることに関連して、図３のロボットシステム３００では特に望ましくない効果が発生し得る。より具体的には、そのような垂直方向の変位又はたるみは、ＸＹスケール１７０（すなわち静止要素ＳＴＥに取り付けられている）上の視野ＦＯＶのロケーションに比較的大きいシフト／変化を引き起こし、その結果、決定された相対位置及び対応するエンドツール位置ＥＴＰの計測位置座標に比較的大きい誤差が発生する恐れがある。このような問題のため、いくつかの実施例では、図２のロボットシステム２００の構成が図３のロボットシステム３００よりも優れた利点を有すると考えられる。
【００４４】
図４は、インクリメンタルＸＹスケール１７０Ａの例示的な実施例の等角投影図である。図４に示されているように、インクリメンタルＸＹスケール１７０Ａは均等に離間された増分撮像可能要素ＩＩＦのアレイを含む。様々な実施例において、インクリメンタルＸＹスケール１７０Ａは１００ミクロンよりも小さい周期を有し得る（例えば、ｘ軸及びｙ軸に沿った増分撮像可能要素ＩＩＦ間の周期的間隔ＸＳＰ１及びＹＳＰ１はそれぞれ１００ミクロン未満とすることができる）。様々な実施例において、インクリメンタルＸＹスケール１７０Ａを用いて決定される位置情報は、少なくとも１０ミクロンの精度を有し得る。いくつかの実施例では約１００ミクロンであるロボット精度に対して、このようなＸＹスケール１７０Ａを用いて決定される精度はそのロボット精度の少なくとも１０倍とすることができる。１つの具体的な例示の実施例において、インクリメンタルＸＹスケール１７０Ａは約１０ミクロンよりも高い周期性を有し、第１の撮像構成１６０の倍率が約１であり内挿が１０倍で実行される場合、約１ミクロンの精度を達成できる。このような構成は、約１００ミクロンのロボット精度の約１００倍の精度向上を与える。
【００４５】
様々な実施例において、インクリメンタルＸＹスケール１７０Ａ内の第１の撮像構成１６０の視野ＦＯＶのロケーションは、ＸＹスケール１７０Ａと第１の参照位置ＲＥＦ１との間の相対位置の指示を与えることができる。様々な実施例において、第１の撮像構成１６０をインクリメンタルＸＹスケール１７０Ａと組み合わせて、カメラ／スケール画像処理構成の一部として利用できる。例えば計測位置座標処理部１９０は、カメラ／スケール画像処理技法の技術において既知のように（例えば本願に含まれる前述の引用文献に記載されているように）、取得された画像内のＸＹスケール１７０Ａの部分で示されるインクリメンタルＸＹスケール１７０Ａ内の視野ＦＯＶの位置に基づいて、ＸＹスケール１７０Ａと第１の参照位置ＲＥＦ１との間の相対増分位置を決定できる。様々な実施例において、インクリメンタルＸＹスケール１７０Ａは視野ＦＯＶに対して様々な大きさとすることができる（例えば、インクリメンタルＸＹスケール１７０Ａは視野ＦＯＶの少なくとも４倍、１０倍、２０倍等とすればよい）。
【００４６】
様々な実施例において、ＸＹスケール１７０Ａによって示される増分位置を、多関節ロボット１１０からの位置情報と組み合わせて、比較的精密な及び／又は絶対的な位置を決定することができる。例えば、多関節ロボット１１０のセンサＳＥＮ１及びＳＥＮ２（例えば回転エンコーダ）はエンドツール位置ＥＴＰをロボット精度で示すことができ、ＸＹスケール１７０Ａによって示された増分位置を用いてこの決定されたエンドツール位置ＥＴＰを更に改善することで、ロボット精度よりも高い精度が得られる。１つのそのような実施例では、計測位置座標処理部１９０は、取得された画像内の１つ以上の撮像可能要素ＩＦＦの画像位置に基づいて、更に、画像取得時点に対応して移動制御システム１４０から導出された関節ロボット位置データに基づいて、ＸＹスケール１７０Ａの取得された画像に含まれる１つ以上の撮像可能要素ＩＩＦを識別するように構成できる。
【００４７】
そのような構成において、ＸＹスケール１７０Ａの各撮像可能要素ＩＦＦは、ロボット精度内で許される最大位置誤差よりも大きい距離だけ相互に等間隔で離間するように基板上に分散させた同様の撮像可能要素ＩＦＦのセットを含み得る。図４に示されているように、撮像可能要素ＩＦＦは、代表的な撮像可能要素ＩＦＦを取り囲む円で表されている最大位置誤差ＭＰＥよりも大きく（例えば間隔ＸＳＰ１及びＹＳＰ１で）離間されている。このような構成において、位置決定のためのロボット精度は、撮像可能要素ＩＦＦ間の間隔よりも大きい精度でロケーションを決定するためには充分であることは認められよう。更に具体的には、様々な実施例において、ＸＹスケール１７０Ａ上の単一の撮像可能要素ＩＦＦは（すなわち、撮像可能要素は全てスケール全体の均等な間隔に従ってＸＹスケール１７０Ａ上の既知のｘ及びｙ計測位置座標に存在する）、このように、２つの撮像可能要素ＩＦＦが相互に混同されないよう充分な精度で多関節ロボット位置データによって識別できる。このような構成では、次いで、取得された画像内の単一の撮像可能要素ＩＦＦのロケーションを用いてエンドツール位置ＥＴＰを更に改善し、少なくともｚ軸に直交するｘｙ面内のエンドツール位置ＥＴＰのｘ及びｙ計測位置座標についてロボット精度よりも高い精度を得ることができる。
【００４８】
図２を参照して上述したように、１つの具体的な例示の実施例において、ＸＹスケール１７０Ａは、参照位置（例えば原点位置）を、Ｘ０、Ｙ０、Ｚ０に有する（例えば原点位置では０、０、０の値を有し得る）ことを指定できる。このような構成において、参照位置ＲＥＦ１（すなわち静止した第１の撮像構成１６０によって規定される）は相対座標Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１に存在し、対応する視野ＦＯＶ（例えば取得した画像内でキャプチャされる）の中心は相対座標Ｘ１、Ｙ１、Ｚ０に存在し得る。ＸＹスケール１７０から延出するｘｙ面内のエンドツール軸ＥＡのロケーションは、相対座標Ｘ２、Ｙ２、Ｚ０を有すると指定できる。エンドツール位置ＥＴＰは座標Ｘ２、Ｙ２、Ｚ２を有すると指定できる。
【００４９】
動作中、取得された画像を計測位置座標処理部１９０によって解析して、静止した第１の撮像構成１６０の視野ＦＯＶ１の中心に対応するＸ１、Ｙ１座標を決定することができる。様々な実施例において、このような決定は、スケール範囲内（例えばＸＹスケール１７０Ａ内）の視野のロケーション（例えばカメラのロケーションに対応している）を決定するための標準的なカメラ／スケール画像処理技法に従って実行できる。標準的なカメラ／スケール画像処理技法に従って、そのような決定を行うために、参照位置／原点位置Ｘ０、Ｙ０、Ｚ０が視野ＦＯＶ内にある必要はないことは認められよう（すなわち、相対位置は、均等に離間した増分撮像可能要素ＩＩＦを含むスケール要素によって部分的に与えられるＸＹスケール１７０Ａに沿った任意のロケーションのスケール情報から決定できる）。様々な実施例において、このような決定は、ＸＹスケール１７０の取得された画像内に含まれる少なくとも１つの撮像可能要素、及びそれに関連する既知のＸＹスケール座標ロケーションを識別することを含み得る。このような決定は、ＸＹスケール１７０と第１の参照位置ＲＥＦ１（すなわち静止した第１の撮像構成１６０によって規定される）との相対位置を決定することに対応し得る。次いで、エンドツール位置ＥＴＰとＸＹスケール１７０との間の既知の座標位置オフセットに従って、相対Ｘ２、Ｙ２座標（すなわちエンドツール位置ＥＴＰの）を決定することができる（例えば、Ｘ２及びＹ２を決定するためＸ１及びＹ１にｘ及びｙ位置オフセット値を加える）。
【００５０】
多関節ロボット１１０からの位置情報をＸＹスケール１７０Ａで示された増分位置情報と組み合わせて比較的精密な及び／又は絶対的な位置を決定する具体例は以下の通りである。図４に示されているように、取得された画像は、視野ＦＯＶの中心が４つの増分撮像可能要素ＩＩＦの中央にあることを示し得るが、ＸＹスケール１７０のどの特定の４つの増分撮像可能要素ＩＩＦが画像内に含まれるかは示さない可能性がある。多関節ロボット１１０からの位置情報は、ＸＹスケール１７０Ａの特定の４つの増分撮像可能要素ＩＩＦを識別できるそのような情報を与えるのに充分な精度を有し得る（例えば、各撮像可能要素ＩＦＦを一意に識別できるように、撮像可能要素ＩＦＦが代表的な円形エリアＭＰＥで表される最大位置誤差よりも大きく離間している上述の原理に部分的に基づく）。次いで、取得された画像を計測位置座標処理部１９０によって解析して、ＸＹスケールのそのセクション（すなわち特定の４つの増分撮像可能要素ＩＩＦを含む）内のどこに視野の中心（すなわち座標Ｘ１、Ｙ１、Ｚ０）があるかを精密に決定できる。次いで、（例えば対応してエンドツール位置ＥＴＰのＸ２及びＹ２座標を決定するため）このプロセスは上述のように継続することができる。
【００５１】
図５は、アブソリュートＸＹスケール１７０Ｂの例示的な実施例の等角投影図である。図５の例では、インクリメンタルＸＹスケール１７０Ａと同様に、アブソリュートＸＹスケール１７０Ｂは均等に離間した増分撮像可能要素ＩＩＦのアレイを含み、更に、一意の識別可能パターン（例えば１６ビットパターン）を有する絶対撮像可能要素ＡＩＦのセットも含む。動作中、アブソリュートＸＹスケール１７０Ｂ内の第１の撮像構成１６０の視野ＦＯＶ（すなわちキャプチャした画像に含まれる）のロケーションは、ＸＹスケール１７０Ｂと第１の参照位置ＲＥＦ１との間の絶対位置の指示を与える。図５の実施例において、絶対撮像可能要素ＡＩＦのセットは、第１の撮像構成１６０の視野ＦＯＶの直径方向の距離よりも小さい距離だけ（例えば間隔ＸＳＰ２及びＹＳＰ２で）離間するように基板上に分散している（すなわち、少なくとも１つの絶対撮像可能要素ＡＩＦが常に視野内に含まれるようになっている）。動作中、計測位置座標処理部１９０は、ＸＹスケール１７０Ｂの取得された画像に含まれる少なくとも１つの絶対撮像可能要素ＡＩＦを、各絶対撮像可能要素ＡＩＦの一意の識別可能パターンに基づいて識別するように構成されている。このような実施例は、少なくともｚ軸に直交するｘｙ面内のエンドツール位置ＥＴＰのｘ及びｙ計測位置座標について、ロボット精度よりも良好な精度でエンドツール位置ＥＴＰを示す絶対位置を独立して決定できることは認められよう（例えば、インクリメンタルＸＹスケール１７０Ｂとは異なり、絶対位置を決定するために多関節ロボット１１０からの位置情報との組み合わせを必要としない可能性がある）。
【００５２】
絶対撮像可能要素ＡＩＦを用いて比較的精密な絶対的な位置を決定する具体例は以下の通りである。図５に示されているように、取得された画像は、視野ＦＯＶの中心が多数の増分撮像可能要素ＩＩＦの中央にあることを示し得る。含まれる２つの絶対撮像可能要素ＡＩＦからの位置情報は、画像がＸＹスケール１７０Ｂのどのセクションを含むかを示し、これに含まれるＸＹスケール１７０増分撮像可能要素ＩＩＦも識別することができる。従って、取得された画像を計測位置座標処理部１９０によって解析して、ＸＹスケールのそのセクション（すなわち２つの絶対撮像可能要素及び複数の増分撮像可能要素ＩＩＦを含む）内のどこに視野の中心（すなわち座標Ｘ１、Ｙ１、Ｚ０）があるかを精密に決定できる。次いで、（例えば対応してエンドツール位置ＥＴＰのＸ２及びＹ２座標を決定するため）このプロセスは上述のように継続することができる。
【００５３】
図６Ａ及び図６Ｂは、多関節ロボット及び補足計測位置座標決定システムを含むロボットシステムを動作させるためのルーチン６００Ａ及び６００Ｂの例示的な実施例を示すフロー図である。図６Ａに示されているように、決定ブロック６１０では、ロボットシステムを補足計測位置座標モードで動作させるか否かを決定する。様々な実施例において、補足計測位置座標モード又は標準ロボット位置座標モードの選択及び／又は活性化は、ユーザによって行う、及び／又は特定の動作及び／又は命令に応答してシステムによって自動的に行うことができる。例えば１つの実施例では、多関節ロボットが特定の位置に移動した場合（例えばエンドツールを、アセンブリ又は他の動作が実行される一般エリアから、ワークピース検査動作が典型的に実行されると共に補足計測位置座標モードが利用される特定エリアに移動させた場合）、補足計測位置座標モードを開始することができる（例えば自動的に又はユーザによる選択に従って）。様々な実施例では、このようなモードは外部制御システムＥＣＳによって実施できる（例えば、標準ロボット位置座標モード部１４７及び補足計測位置座標モード部１９２を使用する図１の外部制御システムＥＣＳ）。様々な実施例では、ハイブリッドモードを、独立して又は補足計測位置座標モードの一部として動作させる及び／又はモード間の切り換えとして実施することができる。これについては図７を参照して以下で更に詳しく記載する。
【００５４】
決定ブロック６１０においてロボットシステムを補足計測位置座標モードで動作させないことが決定された場合、ルーチンはブロック６２０に進み、ロボットシステムを標準ロボット位置座標モードで動作させる。標準ロボット位置座標モードの一部として、多関節ロボットの位置センサ（例えば回転エンコーダ）を用いて、ロボット精度（例えば、多関節ロボットの位置センサの精度に少なくとも部分的に基づく）で、多関節ロボットの移動及び対応するエンドツール位置を制御及び決定する。上述のように、第１及び第２の回転エンコーダは、ＸＹスケールを用いて決定される位置情報よりも低い精度で第１及び第２のアーム部の位置を示し得る。一般に、ロボット位置座標モードは、多関節ロボットの独立した及び／又は標準的な動作モードに対応し得る（例えば、補足計測位置座標決定システムがアクティブでないか又は他の理由で提供されない場合に多関節ロボットを独立して動作させるモード）。
【００５５】
ロボットシステムを補足計測位置座標モードで動作させる場合、ルーチンはブロック６３０に進み、多関節ロボットのエンドツール位置に関連した少なくとも１つの入力信号を（例えば画像トリガ部で）受信する。少なくとも１つの入力信号に基づいて第１の撮像トリガ信号のタイミングを決定し、この第１の撮像トリガ信号を第１の撮像構成に出力する。第１の撮像構成は、第１の撮像トリガ信号の受信に応答して、画像取得時点でＸＹスケールのデジタル画像を取得する。ブロック６４０では、取得された画像を（例えば計測位置座標処理部で）受信し、ＸＹスケールの取得された画像に含まれる少なくとも１つの撮像可能要素及び関連する既知のＸＹスケール座標ロケーションを識別する。
【００５６】
ブロック６５０では、取得した画像内で識別された少なくとも１つの撮像可能要素の画像位置の決定に基づいて、ＸＹスケール又は第１の撮像構成のうち可動のものと第１の参照位置との間の相対位置をロボット精度よりも良好な精度レベルで決定する。決定された相対位置は、少なくともｚ軸に直交するｘｙ面内のｘ及びｙ計測位置座標について、画像取得時点におけるエンドツール位置の計測位置座標をロボット精度よりも良好な精度レベルで示す。ブロック６６０では、決定された位置情報（例えば、決定された相対位置、エンドツール位置の決定された計測位置座標、及び／又は他の関連する決定された位置情報）を、指定された機能のため（例えばワークピース測定、多関節ロボットの配置制御等のため）に使用する。このような動作又は他のものの一部として、ルーチンは次いでポイントＡに進むことができる。様々な実施例では、ルーチンはここで終了するか、又は図６Ｂを参照して以下で更に詳しく記載するように継続できる。
【００５７】
図６Ｂに示されているように、ルーチン６００ＢはポイントＡからブロック６７０へと継続することができる。以下で更に詳しく記載するように、ルーチン６００Ｂの一部として、（例えばブロック６６０からの）決定された位置情報を、ワークピース上の第１の表面ロケーションに対応するか又はこれを決定するため利用することができ、次いでワークピース上の第２の表面ロケーションを決定できる（例えばワークピース測定の一部として）。ブロック６７０では、エンドツール位置に関連した少なくとも１つの第２の入力信号を（例えば画像トリガ部で）受信し、少なくとも１つの第２の入力信号に基づいて第２の撮像トリガ信号のタイミングを決定する。この第２の撮像トリガ信号を第１の撮像構成に出力する。第１の撮像構成は、第２の撮像トリガ信号の受信に応答して、第２の画像取得時点でＸＹスケールの第２のデジタル画像を取得する。
【００５８】
ブロック６８０では、取得された画像を（例えば計測位置座標処理部で）受信し、ＸＹスケールの第２の取得された画像に含まれる少なくとも１つの第２の撮像可能要素及び関連する第２の既知のＸＹスケール座標ロケーションを識別する。ブロック６９０では、第２の取得した画像内で識別された少なくとも１つの第２の撮像可能要素の第２の画像位置の決定に基づいて、ＸＹスケール又は第１の撮像構成のうち可動のものと第１の参照位置との間の第２の相対位置をロボット精度よりも良好な精度レベルで決定する。決定された第２の相対位置は、少なくともｚ軸に直交するｘｙ面内のｘ及びｙ計測位置座標について、第２の画像取得時点におけるエンドツール位置の計測位置座標をロボット精度よりも良好な精度レベルで示す。第２の相対位置は第１の相対位置とは異なり、第１の表面ロケーションとは異なるワークピース上の第２の表面ロケーションに対応する。
【００５９】
ブロック６９５では、第１及び第２の相対位置及び／又は関連する位置情報を用いて、第１及び第２の画像取得時点における各エンドツール位置（例えば接点位置等を示す）に対応するワークピース上の第１及び第２の表面ロケーション間の距離に対応するワークピースの寸法を決定する。多関節ロボットの位置センサ（例えば回転エンコーダ）を用いてロボット精度でワークピース上の第１及び第２の表面ロケーションを決定するのではなく、上述した技法を用いて、より精度の高い位置情報を決定できることは認められよう。更に具体的には、第１及び第２の表面ロケーション（すなわち、ＸＹスケール上の第１及び第２のロケーションに対応し、そのようなロケーション間の精密な距離はＸＹスケールの精度に応じて上述した技法を用いて決定できる）の決定によって、第１及び第２の表面ロケーション間のワークピース上の対応する寸法を、より高い精度で決定することが可能となる。
【００６０】
図７は、移動タイミングの異なる部分の間にそれぞれ異なる技法を使用することができる、エンドツール位置を決定するためのルーチン７００の１つの例示的な実施例を示すフロー図である。概して、移動タイミングの間に、多関節ロボットの１つ以上のアーム部を第１の回転位置から第２の回転位置へ移動させる（例えば、回転継手を中心としてアーム部を第１の回転向きから第２の回転向きへ回転させることを含み得る）。図７に示されているように、決定ブロック７１０では、移動タイミング中のエンドツール位置を決定するためにハイブリッドモードを利用するか否かを決定する。様々な実施例において、ハイブリッドモードは、補足計測位置座標モードと標準ロボット位置座標モードとの切り換えを含むプロセスも表し得る。ハイブリッドモードが利用されない場合、ルーチンはブロック７２０に進み、移動タイミング中のエンドツール位置を決定するために多関節ロボットの位置センサ（例えば回転エンコーダ）のみを単独で利用する。
【００６１】
ハイブリッドモードが使用される場合、ルーチンはブロック７３０に進み、移動タイミングの第１の部分の間、エンドツール位置を決定するため多関節ロボットに含まれる位置センサを使用する。このような動作中、エンドツール位置を決定するために補足計測位置座標決定システムの相対位置は決定されない及び／又は利用されない可能性がある。ブロック７４０では、移動タイミングの第１の部分の後に生じる移動タイミングの第２の部分の間、補足計測位置座標決定システムの決定された相対位置を用いてエンドツール位置を決定する。このような動作によって、システムは、移動タイミングの第１の部分の間にエンドツール位置の初期の／高速の／粗い移動を実行できると共に、移動タイミングの第２の部分の間にエンドツール位置の高精度の最後の／低速の／細かい移動を実行できることは認められよう。
【００６２】
図８は、ロボット８１０及び補足計測位置座標決定システム８５０を含むロボットシステム８００の第４の例示的な実施例のブロック図である。ロボット８１０（例えば多関節ロボット）は、可動アーム構成ＭＡＣ’とロボット移動制御及び処理システム８４０を含む。補足計測位置座標決定システム８５０は、第１の撮像構成８６０−１、ＸＹスケール８７０、画像トリガ部８８１、及び計測位置座標処理部８９０を含む。図８の構成において、ＸＹスケール８７０は可動アーム構成ＭＡＣ’に結合されている。以下で更に詳しく記載されるように、第１の撮像構成８６０−１は、動作構成にある場合にスケール撮像軸方向ＳＩＡ’に対して平行とすることができる第１の光軸ＯＡ１’を有する。
【００６３】
図８の例において、可動アーム構成ＭＡＣ’は、下方ベース部ＢＳＥ’、アーム部８２１〜８２５、移動機構８３１〜８３５、位置センサＳＥＮ１’〜ＳＥＮ５’、及びエンドツール搭載構成ＥＴＭＣ’を含む。以下で更に詳しく記載し、また図９にも示すように、アーム部８２１〜８２５の各々はそれぞれ近位端ＰＥ１’〜ＰＥ５’及び遠位端ＤＥ１’〜ＤＥ５’を有し得る。様々な実施例において、アーム部８２１〜８２５のいくつか又は全ては、各アーム部８２１〜８２５の各近位端ＰＥ１’〜ＰＥ５’において各移動機構８３１〜８３５に搭載することができる。図８の例において、移動機構８３１〜８３５（例えば、対応するモータを備えた回転継手及び／又はリニアアクチュエータ等）のいくつか又は全ては、各アーム部８２１〜８２５の（例えば各回転軸ＲＡ１’〜ＲＡ５’を中心とした、又はこれらの各軸に沿った）移動（例えば回転や線形移動等）を可能とする。様々な実施例において、位置センサＳＥＮ１’〜ＳＥＮ５’（例えば回転エンコーダ、リニアエンコーダ等）は、各アーム部８２１〜８２５の位置（例えば角度方位、線形位置等）を決定するために使用できる。
【００６４】
様々な実施例において、可動アーム構成ＭＡＣ’は、終端部として指定される部分（例えば第５のアーム部８２５）を有し得る。図８の例示的な構成において、エンドツール搭載構成ＥＴＭＣ’は、可動アーム構成ＭＡＣ’の遠位端に対応する（例えば終端部として指定された）第５のアーム部８２５の遠位端ＤＥ５’の近傍に位置付けられている（例えば遠位端ＤＥ５に位置付けられている）。種々の代替的な実施例において、可動アーム構成の終端部は、アーム部でない要素（例えば回転可能要素等）とすることができるが、終端部の少なくとも一部は、エンドツール搭載構成ＥＴＭＣ’が位置付けられている可動アーム構成の遠位端に相当する。様々な実施例において、ＸＹスケール８７０は、可動アーム構成ＭＡＣ’の遠位端の近傍にあるように可動アーム構成ＭＡＣ’に結合することができる。図８の実施例において、ＸＹスケール８７０は、可動アーム構成ＭＡＣ’の遠位端の近傍のロケーションで第４のアーム部８２４に結合されている。
【００６５】
様々な実施例において、エンドツール搭載構成ＥＴＭＣ’は、可動アーム構成ＭＡＣ’の遠位端の近傍にエンドツールＥＴＬを結合し維持するための様々な要素を含み得る。例えば様々な実施例において、エンドツール搭載構成ＥＴＭＣ’は、オートジョイント（autojoint）接続、磁気結合部、及び／又はエンドツールＥＴＬを対応する要素に搭載するための当技術分野において既知である他の結合要素を含み得る。また、エンドツール搭載構成ＥＴＭＣ’は、エンドツールＥＴＬの少なくとも一部との間で（例えばエンドツール検知部ＥＴＳＮとの間で）電力及び／又は信号を提供及び／又は伝送するための電気的接続（例えば電力接続、１つ以上の信号線等）も含み得る。
【００６６】
様々な実施例において、エンドツールＥＴＬは、エンドツール検知部ＥＴＳＮと、（例えばワークピースＷＰの表面に接触するための）接点ＣＰを備えたエンドツールスタイラスＥＴＳＴと、を含むことができる。第５の移動機構８３５は、第４のアーム部８２４の遠位端ＤＥ４’の近傍に位置付けられている。様々な実施例において、第５の移動機構８３５（例えば対応するモータを備えた回転継手）は、第５のアーム部８２５を、回転軸ＲＡ５’（例えば、いくつかの向きでは光軸ＯＡ１’及び／又はスケール撮像軸方向ＳＩＡ’に平行であり得る。これは例えば、第４の移動機構８３４による第４のアーム部８２４の回転によって動作構成に配向された場合である）を中心として回転させるように構成できる。いくつかの実施例において第５の移動機構８３５は、これに加えて又はこの代わりに、第５のアーム部８２５を、線形に（例えば、動作構成に配向された場合、スケール撮像軸方向ＳＩＡ’で上下に）移動させるよう構成された異なるタイプの移動機構（例えばリニアアクチュエータ）を含んでもよい。いずれの場合であっても、エンドツールＥＴＬは、エンドツール搭載構成ＥＴＭＣ’に搭載され（例えば結合され）、対応する計測位置座標（例えばｘ、ｙ、及びｚ座標）を持つ対応するエンドツール位置ＥＴＰ’を有する。様々な実施例において、エンドツール位置ＥＴＰ’は、エンドツール搭載構成ＥＴＭＣ’の位置に相当するか又はその近傍とすることができる（例えば、可動アーム構成ＭＡＣ’の遠位端に対応する第５のアーム部８２５の遠位端ＤＥ５’にあるか又はその近傍にある）。
【００６７】
移動制御システム８４０は、ロボット精度として規定された精度レベルでエンドツールＥＴＬのエンドツール位置ＥＴＰ’を制御するように構成されている。より具体的には、移動制御システム８４０は概して、少なくとも部分的に、アーム部８２１〜８２５の位置を検知及び制御するため移動機構８３１〜８３５及び位置センサＳＥＮ１’〜ＳＥＮ５’を使用することに基づいて、ロボット精度でエンドツール位置ＥＴＰ’の計測位置座標（例えばｘ、ｙ、及びｚ座標）を制御するように構成されている。様々な実施例において、移動制御及び処理システム８４０は移動機構制御及び検知部８４１〜８４５を含むことができ、これらは、各アーム部８２１〜８２５の位置（例えば角度位置や線形位置等）を検知するため各位置センサＳＥＮ１’〜ＳＥＮ５’からそれぞれ信号を受信する、及び／又は各アーム部８２１〜８２５を移動させるため各移動機構８３１〜８３５（例えば回転継手、リニアアクチュエータ、モータ等を含む）に制御信号を提供することができる。
【００６８】
また、移動制御及び処理システム８４０は、エンドツール検知部ＥＴＳＮから信号を受信することができる。様々な実施例において、エンドツール検知部ＥＴＳＮは、ワークピースＷＰを検知するためのエンドツールＥＴＬの動作に関連した回路及び／又は構成を含み得る。以下で更に詳しく記載するように、様々な実施例において、エンドツールＥＴＬ（例えばタッチプローブ、スキャンプローブ、カメラ等）は、ワークピースＷＰ上の表面ロケーション／位置／ポイントに接触するため又は他の方法でそれらを検知するために利用され、これに対応した様々な信号がエンドツール検知部ＥＴＳＮによって受信、決定、及び／又は処理され、エンドツール検知部ＥＴＳＮは対応する信号を移動制御及び処理システム８４０に提供することができる。様々な実施例において、移動制御及び処理システム８４０はエンドツール制御及び検知部８４６を含むことができ、これは、エンドツール検知部ＥＴＳＮに制御信号を提供する及び／又はエンドツール検知部ＥＴＳＮから検知信号を受信することができる。様々な実施例において、エンドツール制御及び検知部８４６及びエンドツール検知部ＥＴＳＮはマージされる及び／又は区別できない場合がある。様々な実施例において、移動機構制御及び検知部８４１〜８４５並びにエンドツール制御及び検知部８４６は全て、ロボット位置処理部８４７に出力を提供する及び／又はロボット位置処理部８４７から制御信号を受信することができる。ロボット位置処理部８４７は、ロボット移動制御及び処理システム８４０の一部として、ロボット８１０の可動アーム構成ＭＡＣ’及び対応するエンドツール位置ＥＴＰ’の全体的な配置を制御及び／又は決定できる。
【００６９】
様々な実施例において、補足計測位置座標決定システム８５０は、ロボット８１０と共に含めるか又は他の方法でロボット８１０に追加することができる（例えば、既存のロボット８１０に追加するための改造構成の一部として等）。一般に、補足計測位置座標決定システム８５０は、エンドツール位置ＥＴＰ’の決定における精度レベルを改善するために利用できる。より具体的には、以下で更に詳しく記載されるように、補足計測位置座標決定システム８５０を用いて、少なくともスケール撮像軸方向ＳＩＡ’の横断方向又は直交方向のうち一方である計測位置座標のベクトル成分について、エンドツール位置ＥＴＰ’を示す計測位置座標をロボット精度よりも良好な精度レベルで決定することができる。様々な実施例において（例えば、スケール撮像軸方向ＳＩＡ’及びエンドツールスタイラスＥＴＳＴがｚ方向に平行である場合）、これは、少なくともｚ軸に直交するｘｙ面内のｘ及びｙ計測位置座標について、精度レベルがロボット精度よりも良好であることに対応し得る。
【００７０】
図８に示されているように、第１の撮像構成８６０−１は、ロボット８１０の近傍で静止要素ＳＴＥに結合されている。様々な実施例において、静止要素ＳＴＥは、エンドツール作業範囲（working volume）ＥＴＷＶ’の少なくとも一部よりも上方に配置されたフレームを含むことができ、第１の撮像構成８６０−１は、エンドツール作業範囲ＥＴＷＶ’の一部よりも上方でフレームに固定されている。様々な実施例において、静止要素ＳＴＥは、静止要素ＳＴＥをロボット８１０に対して固定ロケーションに（例えば固定の位置及び／又は向きで）維持するための１つ以上の構造支持要素ＳＳＰ（例えば床や天井等から延出している）を含み得る。
【００７１】
様々な実施例において、エンドツール作業範囲ＥＴＷＶ’は、エンドツールＥＴＬ及び／又はＸＹスケール８７０のうち少なくとも一方の少なくとも一部を移動させることができる範囲（volume）から成る。図８の例では、エンドツール作業範囲ＥＴＷＶ’は、ワークピースを検査する場合にエンドツールＥＴＬの接点ＣＰを移動させることができる範囲を含むものとして図示されている。１つの代替的な例では、エンドツール作業範囲は、ワークピースを検査するためエンドツールＥＴＬを移動させる場合にＸＹスケール８７０が移動できる範囲を含み得る。様々な実施例において、ロボット８１０は、エンドツール構成ＥＴＭＣ’に搭載されたエンドツールＥＴＬ（例えば接点ＣＰ）の少なくとも一部を、エンドツール作業範囲ＥＴＷＶ’内で少なくとも２次元（例えばｘ及びｙ次元）に沿って移動させるように、可動アーム構成ＭＡＣ’を移動させるよう構成されている。図８の例において、エンドツールＥＴＬ（例えば接点ＣＰ）の少なくとも一部は、ロボット８１０によって３次元（例えばｘ、ｙ、及びｚ次元）で移動可能である。
【００７２】
第１の撮像構成８６０−１は第１のカメラＣＡＭ１’を含み、光軸ＯＡ１’を有する。補足計測位置座標決定システム８５０の動作構成において、第１の撮像構成８６０−１の光軸ＯＡ１’はスケール撮像軸方向ＳＩＡ’の方向に平行である。第１の撮像構成８６０−１は、光軸ＯＡ１’に沿った有効合焦範囲ＲＥＦＰを有する。様々な実施例において、範囲ＲＥＦＰは第１及び第２の有効合焦位置ＥＦＰ１及びＥＦＰ２によって画定できる。これについては以下で更に詳しく記載する。所与の時点で、第１の撮像構成８６０−１は、範囲ＲＥＦＰ内に収まる有効合焦位置ＥＦＰを有する。可変焦点距離（ＶＦＬ）レンズが使用される実施例では、範囲ＲＥＦＰはＶＦＬレンズの合焦範囲に対応し得る。
【００７３】
様々な実施例において、使用されるＶＦＬレンズは可変音響式屈折率分布型（ＴＡＧ：tunable acoustic gradient index of refraction）レンズとすればよい。このようなＴＡＧレンズの一般的な動作に関して、様々な実施例では、レンズ制御部（例えば第１の撮像構成制御及び画像処理部８８０に含まれる）は、迅速にＴＡＧレンズの光学パワーを周期的に調整又は変調して、２５０ｋＨｚ、又は７０ｋＨｚ、又は３０ｋＨｚ等の（すなわちＴＡＧレンズ共振周波数の）周期的変調が可能な高速ＴＡＧレンズを達成することができる。このような構成において、第１の撮像構成８６０−１の有効合焦位置ＥＦＰを、範囲ＲＥＦＰ（例えば自動合焦サーチ範囲）内で（迅速に）移動させることができる。有効合焦位置ＥＦＰ１（又はＥＦＰｍａｘ）はＴＡＧレンズの最大光学パワーに対応し、有効合焦位置ＥＦＰ２（又はＥＦＰｍｉｎ）はＴＡＧレンズの負の最大光学パワーに対応し得る。様々な実施例において、範囲ＲＥＦＰの中央はＥＦＰｎｏｍと示され、ＴＡＧレンズのゼロの光学パワーに対応し得る。
【００７４】
様々な実施例では、このようなＶＦＬレンズ（例えばＴＡＧレンズ）及び／又は対応する範囲ＲＥＦＰを好都合に選択することで、この構成は、有効合焦位置ＥＦＰを変更するための第１の撮像構成８６０−１の巨視的機械的調整及び／又はコンポーネント間の距離の調整の必要性を限定又は排除することができる。例えば、第５のアーム部８２５の遠位端ＤＥ５（例えば可動アーム構成ＭＡＣ’の遠位端に対応する）において未知の量の傾斜又は「たるみ（sag）」が発生する可能性がある（例えば、アーム部８２１〜８２５の重さ及び／又は特定の向き等のため）実施例では、第１の撮像構成８６０−１からＸＹスケール８７０までの精密な合焦距離は未知である及び／又はアーム部の異なる向き等では変動する可能性がある。また、図８の例示的な構成では、（例えばワークピースＷＰの表面をスキャンするための動作の一部として）エンドツール位置ＥＴＰ’をスケール撮像軸方向ＳＩＡ’に沿って第１の撮像構成８６０−１から異なるロケーション／距離へ移動させる可動アーム構成ＭＡＣ’の一般的な動作に従って、ＸＹスケール８７０と第１の撮像構成８６０−１との間の距離は概ね変化し得ることは認められよう。このような構成では、有効合焦位置ＥＦＰをスキャンするか又は他の方法で調整してＸＹスケール８７０を特定し正確に合焦を行うＶＦＬレンズを利用することが望ましい場合がある。様々な実施例では、ＶＦＬレンズを用いるこのような技法を他の合焦調整技法と組み合わせて使用してもよい（例えば、第１の撮像構成８６０−１に含まれ得る変更可能対物レンズと組み合わせて使用する等）。
【００７５】
様々な実施例では、図４及び図５を参照して上述したように、ＸＹスケール８７０は、ノミナルで平面状の基板ＳＵＢ（例えば、動作構成においてスケール撮像軸方向ＳＩＡ’及び光軸ＯＡ１’に対してノミナルで直交であり得る）、及び基板ＳＵＢ上に分散した複数の撮像可能要素を含むことができる。撮像可能要素はそれぞれ、ＸＹスケール８７０上の既知のスケール座標（例えばｘ及びｙスケール座標）に位置付けられている。様々な実施例において、ＸＹスケール８７０は、図４及び図５を参照して上述したようにインクリメンタル又はアブソリュートスケールとすることができる。
【００７６】
様々な実施例において、スケール面はＸＹスケール８７０の平面基板ＳＵＢとノミナルで一致するように規定され、スケール面に対して垂直な方向はスケール撮像軸方向ＳＩＡ’として規定されている。様々な実施例において、ロボットシステム８００は、補足計測位置座標決定システム８５０の動作構成を少なくともノミナルで与えるように動作可能であり得る。補足計測位置座標決定システム８５０の動作構成において、可動ＸＹスケール８７０は、スケール撮像軸方向ＳＩＡ’の方向が第１の撮像構成８６０−１の光軸ＯＡ１’に平行であるように、かつ、スケール面がスケール撮像軸方向ＳＩＡ’に沿った第１の撮像構成８６０−１の合焦範囲ＲＥＦＰ内に位置付けられるように配置される。補足計測位置座標決定システム８５０を上記の特徴の動作構成に少なくともノミナルで配置するため、可動アーム構成ＭＡＣ’のアーム部８２１〜８２５の位置／向きに対して様々な調整が実行され得ることは認められよう。
【００７７】
本明細書で用いる場合、「ノミナルで（nominally）」という用語は、１つ以上のパラメータの許容可能公差内に収まるばらつきを包含する。一例として、１つの実施例では、２つの要素間の角度が５度未満である場合、本明細書ではこれらの要素がノミナルで平行であると規定できる。１つの実施例において、第１の撮像構成８６０−１の光軸ＯＡ１’とスケール撮像軸方向ＳＩＡ’の方向との間の角度が５度未満である場合、光軸ＯＡ１’はスケール撮像軸方向ＳＩＡ’の方向に対してノミナルで平行であると規定できる。第１の撮像構成８６０−１の光軸ＯＡ１’がスケール撮像軸方向ＳＩＡ’の方向に対して平行であるか又はノミナルで平行であるのうち少なくとも一方であるように、かつ、スケール面がスケール撮像軸方向ＳＩＡ’に沿った第１の撮像構成８６０−１の合焦範囲内に位置付けられるようにコンポーネントが（例えばロボットシステム８００によって）配置されている場合、補足計測位置座標決定システム８５０は、少なくともノミナルで動作構成にある（例えば動作構成にあるか又はノミナルで動作構成にあるのうち少なくとも一方である〉と規定できる。様々な実施例において、補足計測位置座標決定システム８５０は、ＸＹスケール８７０又は第１の撮像構成８６０−１のうち可動のもの及びＸＹスケール８７０又は第１の撮像構成８６０−１のうち静止したものが少なくともノミナルで動作構成に配置され、かつ、ＸＹスケール８７０が第１の撮像構成８６０−１の視野ＦＯＶ’内にあるように可動アーム構成ＭＡＣ’が配置されている場合、計測位置座標処理部８９０が、ＸＹスケール８７０又は第１の撮像構成８６０−１のうち可動のものと第１の参照位置ＲＥＦ１’との相対位置を示す計測位置座標をロボット精度よりも良好な精度レベルで決定するように動作可能であるよう構成できる。
【００７８】
様々な実施例において、ロボット８１０の少なくとも一部（例えば可動アーム構成ＭＡＣ’）は少なくとも１つの回転継手を含むことができ、これは、エンドツールＥＴＬ及び／又はＸＹスケール又は第１の撮像構成のうち可動のものが結合されている部分（例えばアーム部）に対して少なくとも１つの回転自由度を与える。このような実施例において、ロボット８１０は、少なくともノミナルで動作構成を提供するため、ＸＹスケール又は第１の撮像構成のうち静止したものに対してＸＹスケール又は第１の撮像構成のうち可動のものを並進及び回転させるように構成できる。これは、少なくとも１つの各回転自由度に対応して、エンドツールＥＴＬ及び／又はＸＹスケール又は第１の撮像構成のうち可動のものが結合された部分を回転させることを含む。図８及び図９の例示的な構成に関して、少なくとも１つの各回転継手は少なくとも第４の移動機構８３４に対応し、少なくとも１つの各回転自由度は少なくとも回転軸ＲＡ４’を中心とした回転に対応し得る。この構成に従って、第４の移動機構８３４は、スケール撮像軸方向ＳＩＡ’が光軸ＯＡ１’と平行であるか又はノミナルで平行であるのうち少なくとも一方１つとなる（例えば少なくともノミナルで動作構成になる）ように、第４のアーム部８２４を回転させるよう動作させることができる。様々な実施例において、第４のアーム部８２４及び／又はＸＹスケール８７０の全体又は一部は、回転軸ＲＡ４’に直交するか又はこれを横断する回転軸のような追加の回転軸（図示せず）を中心として、（例えば対応する移動機構を用いて）回転することができる。回転軸ＲＡ４’を中心とした回転と同様、このような調整を行うことで、スケール撮像軸方向ＳＩＡ’を、光軸ＯＡ１’と平行であるか又はノミナルで平行であるのうち少なくとも一方とする（例えば少なくともノミナルで動作構成にする）ことができる。様々な実施例において、このような追加の回転軸をある種のロール軸として指定し、回転軸ＲＡ４’をある種のピッチ軸として指定し、回転軸ＲＡ１’をある種のヨー軸として指定することができる。
【００７９】
いくつかの実施例では、このような調整（例えば回転軸ＲＡ４’を中心とした回転等を含む）は、自動的に実行できる（例えば、回路やルーチン等を用い、位置センサＳＥＮ４’又は他のセンサの使用等によって第４のアーム部８２４の向きを連続的に監視し、第４の移動機構８３４を用いて連続的に向きを調整することで、ＸＹスケール８７０及びスケール面をｘｙ面と同じ高さにする／平行にするか、又はスケール撮像軸方向ＳＩＡ’を光軸ＯＡ１’と平行にすればよい）。様々な実施例において、このような動作は、補足計測位置座標決定システム８５０を少なくともノミナルで動作構成に維持するため、連続的に又は他のやり方で実行できる。
【００８０】
様々な実施例において、補足計測位置座標決定システム８５０が少なくともノミナルで動作構成にある間、ロボット８１０は、エンドツールＥＴＬ及びＸＹスケール８７０又は第１の撮像構成８６０−１のうち可動のものをスケール面と平行な面内で移動させるように構成できる。様々な実施例において、スケール面と平行な面内でのこのような移動は、ＳＣＡＲＡロボットや多関節ロボット等によって２次元（例えばｘ及びｙ次元）で実施できるか、又は、このような移動はリニアロボット等によって主に１次元（例えばｘ又はｙ次元）で実施できる。図８及び図９の例示的な構成において、多関節ロボット８１０は例えば、第１の移動機構８３１を用いて回転軸ＲＡ１’を中心として第１のアーム部８２１を回転させ、これによって、エンドツールＥＴＬ及び取り付けられたＸＹスケール８７０の（例えば可動アーム構成ＭＡＣ’の遠位端における）移動を、スケール面と平行な面内で２次元（例えばｘ及びｙ次元）で生成することにより、スケール面と平行な面内でそのような移動を実行できる（例えばこれによって、そのような移動中に補足計測位置座標決定システム８５０を少なくともノミナルで動作構成に維持することができる）。
【００８１】
様々な実施例において、画像トリガ部８８１及び／又は計測位置座標処理部８９０は、外部制御システムＥＣＳ’の一部として（例えば外部コンピュータ等の一部として）含めることができる。画像トリガ部８８１は、第１の撮像構成制御及び処理部８８０の一部として含めることができる。様々な実施例において、画像トリガ部８８１は、エンドツール位置ＥＴＰ’に関連した少なくとも１つの入力信号を入力し、この少なくとも１つの入力信号に基づいて第１の撮像トリガ信号のタイミングを決定し、更に、この第１の撮像トリガ信号を第１の撮像構成８６０−１に出力するよう構成されている。様々な実施例において、第１の撮像構成８６０−１は、第１の撮像トリガ信号の受信に応答して、画像取得時点でＸＹスケール８７０のデジタル画像を取得するよう構成されている。様々な実施例において、計測位置座標処理部８９０は、取得された画像を入力し、ＸＹスケール８７０の取得された画像に含まれる少なくとも１つの撮像可能要素及び関連する既知のＸＹスケール座標ロケーションを識別するように構成されている。様々な実施例において外部制御システムＥＣＳ’は、対応するモードを実施するため、標準ロボット位置座標モード部８４９及び補足計測位置座標モード部８９２も含むことができる。これらについては以下で更に詳しく記載する。
【００８２】
様々な実施例において、第１の撮像構成８６０−１は、カメラＣＡＭ１’の画像積分を定期的に（例えば設定されたタイミング間隔で）活性化するコンポーネント（例えばサブ回路、ルーチン等）を含むことができ、画像トリガ部８８１からの第１の撮像トリガ信号が、ストロボ光タイミング又は事実上移動を止めると共に対応して積分期間内の露光を決定する他の機構を活性化できる。このような実施例では、積分期間中に第１の撮像トリガ信号が受信されない場合、得られる画像を破棄することができ、積分期間中に第１の撮像トリガ信号が受信された場合、得られる画像をセーブする及び／又は他の方法で処理／解析して計測位置座標を決定することができる。これについては以下で更に詳しく記載する。
【００８３】
様々な実施例において、異なるタイプのエンドツールＥＴＬは、画像トリガ部８８１に対して使用され得る異なるタイプの出力を提供できる。例えば、エンドツールＥＴＬがタッチプローブであり、ワークピースを測定するため使用され、ワークピースに触れると（例えば接点ＣＰがワークピースに接触すると）タッチ信号を出力する実施例では、画像トリガ部８８１は、そのタッチ信号又はそれから導出された信号を少なくとも１つの入力信号として入力し、それに基づいて第１の撮像トリガ信号のタイミングを決定するように構成できる。エンドツールＥＴＬがタッチプローブである様々な実施例において、タッチプローブの中心軸はスケール撮像軸方向ＳＩＡ’に沿うように配向することができる（例えば、タッチプローブの中心軸がエンドツール軸ＥＡに対応するように）。別の例として、エンドツールＥＴＬがスキャンプローブであり、ワークピースを測定するため使用され、各サンプルタイミング信号に対応した各ワークピース測定サンプルデータを与える実施例では、画像トリガ部８８１は、その各サンプルタイミング信号又はそれから導出された信号を少なくとも１つの入力信号として入力するように構成できる。別の例として、エンドツールＥＴＬがカメラであり、各ワークピース画像取得信号に対応した各ワークピース測定画像を与えるために使用される場合、画像トリガ部８８１は、そのワークピース画像取得信号又はそれから導出された信号を少なくとも１つの入力信号として入力するように構成できる。
【００８４】
図８の例示的な実施例において、補足計測位置座標決定システム８５０は、可動アーム構成ＭＡＣ’に結合されたＸＹスケール８７０を用いて構成されている。更に、第１の撮像構成８６０−１は、静止要素ＳＴＥ（例えばロボット８１０よりも上方でロボット８１０の近傍に配置されたフレーム）に結合され、第１の参照位置ＲＥＦ１’を規定する。（例えば図３を参照して上述したような）代替的な実施例では、補足計測位置座標決定システムは、可動アーム構成ＭＡＣ’の遠位端の近傍で可動アーム構成ＭＡＣ’に結合された第１の撮像構成８６０−１と、静止要素ＳＴＥに結合されると共に第１の参照位置ＲＥＦ１を規定するＸＹスケール８７０と、を用いて構成されている。
【００８５】
いずれの場合であっても、以下で更に詳しく記載するように、補足計測位置座標決定システム８５０は、ＸＹスケール８７０又は第１の撮像構成８６０−１のうち可動のもの及びＸＹスケール８７０又は第１の撮像構成８６０−１のうち静止したものが動作構成に配置され、かつ、ＸＹスケール８７０が第１の撮像構成８６０−１の視野ＦＯＶ’内にあるように可動アーム構成ＭＡＣ’が配置されている場合、計測位置座標処理部８９０が、取得した画像内で識別された少なくとも１つの撮像可能要素の画像位置の決定に基づいて、ＸＹスケール８７０又は第１の撮像構成８６０−１のうち可動のものと第１の参照位置ＲＥＦ１’との相対位置を示す計測位置座標をロボット精度よりも良好な精度レベルで決定するように動作可能であるよう構成できる。決定された計測位置座標は、少なくともスケール撮像軸方向ＳＩＡ’の横断方向又は直交方向のうち一方である計測位置座標のベクトル成分について、画像取得時点におけるエンドツール位置ＥＴＰ’をロボット精度よりも良好な精度レベルで示す。様々な実施例において、補足計測位置座標決定システム８５０は、ＸＹスケール８７０又は第１の撮像構成８６０−１のうち可動のものの相対位置を示す決定された計測位置座標、及び、エンドツール位置ＥＴＰ’とＸＹスケール８７０又は第１の撮像構成８６０−１のうち可動のものとの間の既知の座標位置オフセットに基づいて、画像取得時点におけるエンドツール位置ＥＴＰ’の計測位置座標を決定するように構成できる。
【００８６】
エンドツール位置ＥＴＰの計測位置座標を決定するための同様のプロセスを、部分的に前述した通り、図１のロボットシステム１００によって実行できることは認められよう。より具体的には、ロボットシステム１００において可動アーム構成ＭＡＣは、第１及び第２のアーム部１２０及び１３０、第１及び第２の回転継手１２５及び１３５（例えば第１及び第２の移動機構の一部として含まれる）、位置センサＳＥＮ１及びＳＥＮ２、並びにエンドツール構成ＥＴＣＮを含むことができる。前述のように、エンドツール構成ＥＴＣＮは、Ｚ移動機構ＺＭＭ（例えば第３の移動機構の一部として含まれる）、Ｚアーム部ＺＡＲＭ（例えば第３のアーム部として指定される）、位置センサＳＥＮ３、及びエンドツール結合部ＥＴＣＰ（例えばエンドツール搭載構成ＥＴＭＣの一部として含まれる）を含むことができる。様々な実施例において、これに加えて又はこの代わりに、動作可能な作業範囲ＯＰＶをエンドツール作業範囲ＥＴＷＶとして指定してもよい。
【００８７】
図１の構成において、ロボット１１０は、エンドツール作業範囲ＥＴＷＶ内で少なくとも２次元に沿ってエンドツール構成ＥＴＭＣに搭載されたエンドツールＥＴＬの少なくとも一部を移動させるように、可動アーム構成ＭＡＣを移動させるよう構成されている。移動制御システム１４０は、少なくとも部分的に、ロボット１１０に含まれる少なくとも１つの位置センサを用いて可動アーム構成ＭＡＣの位置を検知し制御することに基づいて、ロボット精度として規定された精度レベルでエンドツール位置ＥＴＰを制御するように構成されている。スケール面はＸＹスケール１７０の平面基板とノミナルで一致するように規定され、スケール面に対して垂直な方向はスケール撮像軸方向ＳＩＡとして規定されている。補足計測位置座標決定システム１５０の動作構成において、ＸＹスケール１７０又は第１の撮像構成１６０のうち少なくとも１つは、第１の撮像構成１６０の光軸ＯＡ１がスケール撮像軸方向ＳＩＡの方向と平行であるように、かつ、スケール面がスケール撮像軸方向ＳＩＡに沿った第１の撮像構成１６０の合焦範囲ＲＥＦＰ内に位置付けられるように配置されている。
【００８８】
補足計測位置座標決定システム１５０は、ＸＹスケール１７０又は第１の撮像構成１６０のうち可動のもの及びＸＹスケール１７０又は第１の撮像構成１６０のうち静止したものが動作構成に配置され、かつ、ＸＹスケール１７０が第１の撮像構成１６０の視野内にあるように可動アーム構成ＭＡＣが配置されている場合、計測位置座標処理部１９０が、取得した画像内で識別された少なくとも１つの撮像可能要素の画像位置を決定することに基づいて、ＸＹスケール１７０又は第１の撮像構成１６０のうち可動のもの第１の参照位置ＲＥＦ１との相対位置を示す計測位置座標をロボット精度よりも良好な精度レベルで決定するように動作可能であるように構成できる。決定された計測位置座標は、少なくともスケール撮像軸方向ＳＩＡの横断方向又は直交方向のうち一方である計測位置座標のベクトル成分について、画像取得時点におけるエンドツール位置ＥＴＰをロボット精度よりも良好な精度レベルで示す。様々な実施例において、補足計測位置座標決定システム１５０は、ＸＹスケール１７０又は第１の撮像構成１６０のうち可動のものの相対位置を示す決定された計測位置座標、及び、エンドツール位置ＥＴＰとＸＹスケール１７０又は第１の撮像構成１６０のうち可動のものとの間の既知の座標位置オフセットに基づいて、画像取得時点におけるエンドツール位置ＥＴＰの計測位置座標を決定するように構成できる。
【００８９】
図１及び図８に示されているようなロボットシステムが、種々の代替的なシステムよりも優れたいくつかの利点を有し得ることは認められよう。例えば様々な実施例において、本明細書に開示されるようなシステムは、ロボット移動／位置を追跡するためにレーザトラッカ又は写真測量法のような技術を利用する代替的なシステムに比べて、小型である及び／又は低費用である可能性があり、更に、いくつかの実施例では精度が高い可能性もある。また、開示されるシステムは、エンドツール作業範囲ＥＴＷＶ又はＥＴＷＶ’のどの部分も占有したり覆い隠したりしないが、代替的なシステムは、同一エリア（例えばエンドツール作業範囲ＥＴＷＶ又はＥＴＷＶ’）内の地上もしくはステージ上、又はワークピースに作業及び／又は検査等を行う可能性のある他の場所に、スケール又は基準を含むことがある。
【００９０】
図９は、第１の撮像構成８６０−１が静止要素ＳＴＥ（例えば図８の静止要素ＳＴＥ）に結合されている、図８のロボットシステム８００と同様のロボットシステム９００の第５の例示的な実施例の一部の等角投影図である。上述の番号付けスキームと同様、図９のいくつかの名前又は番号を付けたコンポーネント（例えば８ＸＸ、８ＸＸ’、又は９ＸＸ）は、図８又は他の図の同一又は同様の名前又は番号を付けた対応するコンポーネント（例えば８ＸＸ）に対応する及び／又はそれらと同様の動作を有し、それらと同様又は同一であると理解することができ、他の場合は類推によって及び以下で記載するように理解され得ることは認められよう。上述したように、同様の及び／又は同一の設計及び／又は機能を有する要素を示すこの名前付け及び番号付けスキームは、概して本出願の様々な図にも適用される（例えば図１〜図５、図８、及び図９）。
【００９１】
図９の構成（すなわち図８の構成と同様）において、第１の撮像構成８６０−１が結合されている静止要素ＳＴＥは、ロボット８１０よりも上方に配置されたフレームを含み得る。可動アーム構成ＭＡＣ’はアーム部８２１〜８２５を含み、ＸＹスケール８７０は可動アーム構成ＭＡＣ’に結合されている。様々な実施例において、ＸＹスケール８７０を可動アーム構成ＭＡＣ’に結合するためブラケットＢＲＫＴ’が使用される。他の構成では、ＸＹスケール８７０を可動アーム構成ＭＡＣ’に結合するため他の結合構成を使用することも可能である。
【００９２】
様々な実施例において、ＸＹスケール８７０は、可動アーム構成ＭＡＣ’に対して端部から、側面から、又は他の向きから延出するように、可動アーム構成ＭＡＣ’に結合できる。例えば図８においてＸＹスケール８７０は、可動アーム構成ＭＡＣ’の近位端から、中央ベース部ＢＳＥ’（例えばこれを中心として可動アーム構成ＭＡＣ’が回転し得る）から離れる半径方向に延出するものとして図示されている。別の例として、図９では、ＸＹスケール８７０は可動アーム構成ＭＡＣ’の側面から延出するものとして図示されている（例えば、ＸＹスケール８７０は挟み込まれるか又は他のやり方で可動アーム構成ＭＡＣ’の側面から延出するものとして記載できる。これは、図８の構成において、ＸＹスケール８７０が可動アーム構成ＭＡＣ’の他の部分から外側へ半径方向に延出し、可動アーム構成ＭＡＣ’がベース部ＢＳＥ’を中心として枢動する際に余分な半径方向の隙間を必要とし得るのとは対照的である）。
【００９３】
様々な実施例において、可動アーム構成ＭＡＣ’に結合されたＸＹスケール８７０の位置及び／又は向きは調整可能であるが、（例えば一連の測定のために）所与の位置／向きに一時的にロックするか又は他のやり方で固定してもよい。例えば所与の測定用途では、可動アーム構成ＭＡＣ’に対するＸＹスケール８７０の位置／向きは調整可能である（例えば、図９に示されているように一方側で挟み込まれるか、又は図８に示されているように半径方向に延出するよう設定されるが、特定の設定はそれぞれ既知の位置／向き及び関連する較正等を有し、所与の測定プロセス全体を通して維持され得る）。所与の測定プロセス中（例えば、ワークピース表面上の一連の測定ポイントを測定／決定している間等）、ＸＹスケール８７０の位置／向きは、可動アーム構成ＭＡＣ’に対して適正位置にロックするか又は他のやり方で固定することができる（例えば、ＸＹスケール８７０が取り付けられているロボットアーム部に対するＸＹスケール要素の位置をノミナルで固定できるように、更に、本明細書に記載されるプロセスに従ってエンドツール位置ＥＴＰ’を正確に決定できるように）。様々な対応する実施例において、ＸＹスケール８７０は概ね、局所ｘ軸及び／又はｙ軸を中心としてピッチ及び／又はロールで調整可能であるものとして記載できる（例えば、少なくともノミナルで動作構成を達成するため、回転軸ＲＡ４’及び／又は回転軸ＲＡ４’に直交するかこれを横断する図示されていない追加の回転軸を中心として回転させる）が、（例えば所与の測定プロセスの間は）スケール面内でヨーベクトル成分に対してノミナルで固定してもよい（例えば、可動アーム構成ＭＡＣ’の中央小部分（sub-portion）とは独立した、スケール面にノミナルで垂直な軸を中心としたＸＹスケール８７０の回転を可能としないように、所与の測定プロセスの間は固定される）。
【００９４】
上述のように、様々な実施例において、第１の撮像構成８６０−１は、静止要素ＳＴＥに結合する（例えば図８及び図９に示されている）か、又は可動アーム構成ＭＡＣ’に結合する（例えば図３に示す構成と同様）ことができる。図３と同様の実施例では、第１の撮像構成８６０−１は、第１の撮像構成８６０−１の光軸ＯＡ１’がＺ軸方向に沿って接点ＣＰと実際にできる限り位置合わせされるように可動アーム構成ＭＡＣ’に結合することができる（例えば、特定の環境下で可動アーム構成ＭＡＣ’及びエンドツールＥＴＬの様々な部分のたわみ又は傾斜のために生じ得る特定のタイプの位置誤差の大きさを低減するようにする）。いずれの場合であっても、補足計測位置座標決定システム８５０の動作構成において、第１の撮像構成８６０−１は、第１の撮像構成８６０−１の光軸ＯＡ１’がスケール撮像軸方向ＳＩＡ’の方向に平行であるように、かつ、スケール面がスケール撮像軸方向ＳＩＡ’に沿った第１の撮像構成８６０−１の合焦範囲内に位置付けられるように配置される。
【００９５】
様々な実施例において、ＸＹスケール８７０（例えば図８及び図９に示されている）又は第１の撮像構成８６０−１（例えば図３の構成と同様）のうち可動のものは、第１の遠位小部分回転軸（例えば回転軸ＲＡ４）を中心として回転する少なくとも第１の遠位小部分回転要素（例えばアーム部８２４）を含む遠位小部分を介して、可動アーム構成ＭＡＣ’の中央小部分（例えばアーム部８２３及びそれに対する少なくともいくつかの近位要素を含む）に結合されているものとして記載できる。様々な実施例において、遠位小部分は、ＸＹスケール８７０又は第１の撮像構成８６０−１のうち可動のものを第１の遠位小部分回転要素（例えばアーム部８２４）に結合するブラケット（例えばブラケットＢＲＫＴ’）を含み得る。様々な実施例において、第１の遠位小部分回転軸（例えば回転軸ＲＡ４’）は、スケール面とノミナルで平行である（例えばＸＹスケール８７０が可動のものである場合）か、又は光軸ＯＡ１’に対してノミナルで直交し得る（例えば第１の撮像構成８６０−１が可動のものある場合）。様々な実施例において、中央小部分は、第１の遠位小部分回転軸（例えば回転軸ＲＡ４’）とノミナルで平行である回転軸（例えば回転軸ＲＡ２’及び／又はＲＡ３’）を中心として回転する少なくとも第１の中央小部分回転要素（例えばアーム部８２２及び／又は８２３）を含み得る。
【００９６】
このような実施例は、可動アーム構成ＭＡＣ’のいずれかのアーム部のピッチ及びロールを相殺する必要に応じてＸＹスケール８７０をピッチ及びロールで回転させることで、ＸＹスケール８７０を光軸ＯＡ１’に対して少なくともノミナルで垂直にする（例えば、少なくともノミナルで動作構成を達成する）ことができる構成に対応し得る。図８及び図９の例において、可動アーム構成ＭＡＣ’のいくつかのアーム部は回転軸を中心とした回転によって概ねピッチし、可動アーム構成ＭＡＣ’は全体として回転軸ＲＡ１’を中心として回転することができる（例えば、いくつかの実施例ではヨー移動に対応する）。（例えば中央アーム部の軸を中心とした）ロール移動は、ＸＹスケール８７０が移動する図８及び図９の構成では概ね図示されていないが、様々な実施例において補償ロール軸として追加することができる（例えば、ＸＹスケール８７０及び／又はアーム部８２４の一部もしくは全体、又はＸＹスケール８７０が結合されている他の部分等のロール移動を達成するため、ＸＹスケール８７０の近くに移動機構を追加すればよい）。
【００９７】
様々な実施例において、ＸＹスケール８７０又は第１の撮像構成８６０−１のうち可動のものを中央小部分に結合する遠位小部分（例えばアーム部８２４及びブラケットＢＲＫＴ’を含む）は、ＸＹスケール８７０が可動のものである場合はスケール面にノミナルで直交する遠位小部分回転軸を含まず、第１の撮像構成８６０−１が可動のものである場合は光軸ＯＡ１’とノミナルで平行な遠位小部分回転軸を含まない。このような実施例は、ＸＹスケール８７０がスケール面内で回転しないので、スケール要素がＸＹロケーションに関して可動アーム構成ＭＡＣ’のアーム部のうち１つ以上（例えばアーム部８２４）にノミナルで固定されている実施例に対応し得る（例えば、スケールに対してノミナルで垂直なＺ軸を中心とする独立した回転が図示されていないように、スケール要素はスケール面内でヨーベクトル成分に対してノミナルで固定されている）。上述のように、様々な実施例において、ＸＹスケール８７０は様々な測定手順の間にそのように固定され得るが、特定の測定用途における所望の向き／位置を達成するため、可動アーム構成ＭＡＣ’に対して（例えばアーム部８２４に対して）異なる固定の向き／位置に調整可能／回転可能としてもよい。
【００９８】
図９に示されているように、第１のアーム部８２１（例えば上方ベース部）は、第１のアーム部８２１の近位端ＰＥ１’において第１の移動機構８３１（例えば回転継手を含む）に搭載されている。第１の移動機構８３１は、下方サポートベース部ＢＳＥ’の上端に位置付けられ、第１のアーム部８２１がスケール撮像軸方向ＳＩＡ’に直交する面内で回転するようにスケール撮像軸方向ＳＩＡ’に沿って位置合わせされた回転軸ＲＡ１’を有する。第１の撮像構成８６０−１の光軸ＯＡ１’（及び、動作構成におけるスケール撮像軸方向ＳＩＡ’）がｚ軸と平行である実施例では、第１のアーム部８２１はこれに対応して、ｚ軸に直交するｘｙ面内で回転することができる。様々な実施例において、第１のアーム部８２１の角度位置（例えば角度向き）を決定するために位置センサＳＥＮ１’（例えば回転エンコーダ）を使用できる。
【００９９】
第２の移動機構８３２（例えば回転継手を含む）は、第１のアーム部８２１の遠位端ＤＥ１’の近傍に位置付けられている。第２の移動機構８３２は、回転軸ＲＡ２’を有する（これは、例えば光軸ＯＡ１’及び／又はスケール撮像軸方向ＳＩＡ’に直交する方向に沿ってノミナルで位置合わせされ得る）。第２のアーム部８２２は、第２のアーム部８２２の近位端ＰＥ２’で第２の移動機構８３２に搭載されており、（例えば光軸ＯＡ１’及び／又はスケール撮像軸方向ＳＩＡ’にノミナルで平行な面内で）第２のアーム部８２２が第２の移動機構８３２を中心として移動するようになっている。様々な実施例において、（例えば光軸ＯＡ１’及び／又はスケール撮像軸方向ＳＩＡ’に平行な面内の）第２のアーム部８２２の角度位置を決定するため、位置センサＳＥＮ２’（例えば回転エンコーダ）を使用できる。
【０１００】
第３の移動機構８３３（例えば回転継手を含む）は、第２のアーム部８２２の遠位端ＤＥ２’に位置付けられている。第３の移動機構８３３は、回転軸ＲＡ３’を有する（これは例えば光軸ＯＡ１’及び／又はスケール撮像軸方向ＳＩＡ’に直交する方向に沿ってノミナルで位置合わせされ得る）。第３のアーム部８２３は、第３のアーム部８２３の近位端ＰＥ３’で第３の移動機構８３３に搭載されており、（例えば光軸ＯＡ１’及び／又はスケール撮像軸方向ＳＩＡ’にノミナルで平行な面内で）第３のアーム部８２３が第３の移動機構８３３を中心として移動するようになっている。様々な実施例において、（例えば光軸ＯＡ１’及び／又はスケール撮像軸方向ＳＩＡ’に平行な面内の）第３のアーム部８２３の角度位置を決定するため、位置センサＳＥＮ３’（例えば回転エンコーダ）を使用できる。
【０１０１】
第４の移動機構８３４（例えば回転継手を含む）は、第３のアーム部８２３の遠位端ＤＥ３’に位置付けられている。第４の移動機構８３４は、回転軸ＲＡ４’を有する（これは例えば光軸ＯＡ１’及び／又はスケール撮像軸方向ＳＩＡ’に直交する方向に沿ってノミナルで位置合わせされ得る）。第４のアーム部８２４は、第４のアーム部８２４の近位端ＰＥ４’で第４の移動機構８３４に搭載されており、（例えば光軸ＯＡ１’及び／又はスケール撮像軸方向ＳＩＡ’にノミナルで平行な面内で）第４のアーム部８２４が回転するようになっている。様々な実施例において、（例えば光軸ＯＡ１’及び／又はスケール撮像軸方向ＳＩＡ’に平行な面内の）第４のアーム部８２４の角度位置を決定するため、位置センサＳＥＮ４’（例えば回転エンコーダ）を使用できる。
【０１０２】
第５の移動機構８３５は、第４のアーム部８２４の遠位端ＤＥ４’に位置付けることができる。上述のように、いくつかの実施例において、第５の移動機構８３５（例えば回転継手を含む）は、回転軸ＲＡ５’を中心として第５のアーム部８２５を回転させるように構成できる（回転軸ＲＡ５’は、例えばスケール撮像軸方向ＳＩＡ’に平行であり、いくつかの向きでは光軸ＯＡ１’に平行であり得る。これは例えば、第４の移動機構８３４による第４のアーム部８２４の回転によって動作構成にあるように配向された場合である）。そのような構成において、第５のアーム部８２５は、第５のアーム部８２５の近位端ＰＥ５’において第５の移動機構８３５に搭載することができる。いくつかの実施例において第５の移動機構８３５は、これに加えて又はこの代わりに、第５のアーム部８２５を、線形に（例えば、動作構成に配向された場合、スケール撮像軸方向ＳＩＡ’で上下に）移動させるよう構成された異なるタイプの移動機構（例えばリニアアクチュエータ）を含んでもよい。様々な実施例では、第５のアーム部８２５を可動アーム構成ＭＡＣ’の終端部として指定することができ、可動アーム構成ＭＡＣ’の遠位端は第５のアーム部８２５の遠位端ＤＥ５’に対応し、ここにエンドツール搭載構成ＥＴＭＣ’を位置付けることができる。第５の移動機構８３５が回転継手を含み、動作構成においてスケール撮像軸方向ＳＩＡ’がｚ軸と平行である実施例では、これに対応してエンドツールＥＴＬはｚ軸に直交するｘｙ面内で回転することができる。
【０１０３】
様々な実施例において、上述したように、可動アーム構成ＭＡＣ’に結合されたＸＹスケール８７０の位置及び／又は向きは調整可能であるが、（例えば一連の測定のために）所与の位置／向きに一時的にロックするか又は他のやり方で固定してもよい。様々な実施例では、ＸＹスケール８７０及び／又はＸＹスケール８７０が結合されたアーム部の少なくとも一部を、（例えば対応する移動機構によって又はユーザによる手作業の回転等で）回転するように構成することで、エンドツールＥＴＬの接点ＣＰがＸＹスケール８７０と干渉することなく移動してワークピースＷＰと接触できるようにする。更に具体的には、接点ＣＰをワークピースＷＰの方へ移動させた場合、いくつかの例で、またいくつかの向きでは、接点ＣＰが移動してワークピースＷＰに接触可能となる前に、ＸＹスケール８７０が偶発的にワークピースＷＰ又は他の物体もしくは障害物と物理的に接触することがある。このような事態の発生を防止するため、様々な実施例では、測定プロセスが開始する前にＸＹスケール８７０をワークピースＷＰ又は他の物体もしくは障害物から離れる方へ回転させて、ＸＹスケール８７０が妨害したり他の干渉を生じたりすることなく接点ＣＰをワークピースＷＰに接触させることができる。
【０１０４】
様々な実施例において、可動アーム構成ＭＡＣ’のコンポーネントのいくつかの移動、座標、及び角度に言及するため、異なる参照軸及び参照線を指定することがある。いくつかの具体例として、図９に示されているように、第２及び第３のアーム部８２２及び８２３には、各アーム部の中心を通る中心線ＣＬ２’及びＣＬ３’を指定できる。第２のアーム部８２２の中心線ＣＬ２’と面（例えば動作構成においてスケール面と平行な面であり、光軸ＯＡ１’がｚ軸と平行な場合にｘｙ面内に存在し得る）との間に生じる（例えば第２の移動機構８３２の回転量に対応し得る）角度Ａ２’を指定できる。第２のアーム部８２２の中心線ＣＬ２’と第３のアーム部８２３の中心線ＣＬ３’との間に生じる（例えば第３の回転軸ＲＡ３’を中心とした第３の移動機構８３３の回転量に応じた）角度Ａ３’を指定できる。可動アーム構成ＭＡＣ’のコンポーネントのいくつかの移動、座標、及び角度に言及するため、他のアーム部８２１、８２４、及び８２５も同様に、対応する参照線及び／又は参照軸等を有し得ることは認められよう。
【０１０５】
様々な実施例において、エンドツールＥＴＬは、第５のアーム部８２５の遠位端ＤＥ５’の近傍でエンドツール搭載構成ＥＴＭＣ’に搭載（例えば結合）することができる。エンドツールＥＴＬは、エンドツール軸ＥＡ（例えばスタイラスＥＴＳＴの中央及び／又は中心軸を通る）を有することを指定でき、この軸は、第５の移動機構８３５の第５の回転軸ＲＡ５’と一致すると共に第４の移動機構８３４の第４の回転軸ＲＡ４’の延長線と交差し得る。様々な実施例において、エンドツール軸ＥＡはエンドツール位置ＥＴＰ’を通り、ＸＹスケール８７０からの既知の座標位置オフセットを有し、動作構成においてスケール撮像軸方向ＳＩＡ’に平行である（例えば、スタイラスＥＴＳＴを備えたエンドツールＥＴＬはスケール撮像軸方向ＳＩＡ’と平行に配向されている）。これに応じて、エンドツール位置ＥＴＰ’とＸＹスケール８７０との間には既知の座標位置オフセットが存在し得る。例えばＸＹスケール８７０は、（例えばＸＹスケール８７０の中心又はエッジに）指定された参照点を有することができ、この参照点は、エンドツール軸ＥＡから（例えば、これに応じてエンドツール位置ＥＴＰ’から）既知の座標位置オフセット（例えばスケール面に平行な面内等の既知の距離）を有する。様々な実施例において、このような既知の座標位置オフセットは、既知のオフセット成分（例えば既知のｘオフセット及び既知のｙオフセット、及び／又は、例えば第４のアーム部８２４のような可動アーム構成ＭＡＣ’の少なくとも一部に対するＸＹスケール８７０の既知の角度向きと既知の距離の組み合わせ）で表現することができる。
【０１０６】
様々な実施例において、エンドツール位置ＥＴＰ’とＸＹスケール８７０との間の既知の座標位置オフセットは、エンドツール位置ＥＴＰ’の計測位置座標を決定するためのプロセスの一部として利用できる。更に具体的には、上述のように、補足計測位置座標決定システム８５０は、取得した画像内で識別された（すなわちＸＹスケール８７０の）少なくとも１つの撮像可能要素の画像位置の決定に基づいて、計測位置座標処理部８９０が、ＸＹスケール８７０と第１の参照位置ＲＥＦ１’（すなわち静止した第１の撮像構成８６０−１によって規定される）との間の相対位置を示す計測位置座標を決定するように動作するよう構成できる。補足計測位置座標決定システム８５０は更に、相対位置（すなわちＸＹスケール８７０と第１の参照位置ＲＥＦ１’との間の）を示す決定された計測位置座標、及び、エンドツール位置ＥＴＰ’と可動ＸＹスケール８７０との間の既知の座標位置オフセットに基づいて、エンドツール位置ＥＴＰ’の計測位置座標を決定するように構成できる。１つの具体的な例示の実施例では、エンドツール位置ＥＴＰ’の計測位置座標を決定するため、既知の座標位置オフセット（例えば、既知のｘオフセット及び既知のｙオフセット、及び／又はＸＹスケール８７０の既知の角度向きと既知の距離の組み合わせ等、既知のオフセット成分で表現される）を、相対位置（すなわちＸＹスケール８７０と第１の参照位置ＲＥＦ１’との間の）を示す決定された計測位置座標に追加するか又は他の方法でこれと組み合わせることができる。
【０１０７】
１つの具体的な例示の位置座標構成として、動作構成においてスケール撮像軸方向ＳＩＡ’がｚ軸と平行である実施例では、ＸＹスケール８７０は、参照位置（例えば原点位置）を、Ｘ０、Ｙ０、Ｚ０に有する（例えば原点位置では０、０、０の値を有し得る）ことを指定できる。このような構成では、参照位置ＲＥＦ１’（すなわち静止した第１の撮像構成８６０−１によって規定される）は相対座標Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１に存在し、対応する視野ＦＯＶ１’（例えば取得された画像に対応する）の中心は相対座標Ｘ１、Ｙ１、Ｚ０に存在し得る。ＸＹスケール８７０から延出するｘｙ面内のエンドツール軸ＥＡのロケーションは、相対座標Ｘ２、Ｙ２、Ｚ０を有すると指定できる。エンドツール位置ＥＴＰ’は座標Ｘ２、Ｙ２、Ｚ２を有すると指定できる。様々な実施例において、エンドツールＥＴＬは、座標Ｘ３、Ｙ３、Ｚ３を有すると指定できる接点ＣＰ（例えばワークピースに接触するためエンドツールスタイラスＥＴＳＴの端部にある）を有し得る。エンドツールＥＴＬの接点ＣＰがエンドツールの残り部分に対してｘ方向又はｙ方向に変動せず、エンドツール軸ＥＡが動作構成においてｚ軸に平行である実施例では、Ｘ３及びＹ３座標はそれぞれＸ２及びＹ２座標に等しい可能性がある。いくつかの実施例が追加のＸＹスケールを含み得ることは理解されよう（例えばＸＹスケール１７０及び／又は８７０等と同様のものであり、それぞれ参照位置を有すると指定できる（これらは例えば参照位置ＲＥＦ１及び／又はＲＥＦ１’等と同様であるが異なる）。このような実施例において、「第１の」ＸＹスケール１７０及び／又は８７０等に追加されたＸＹスケール（例えば第２のＸＹスケール、第３のＸＹスケール等）は、ロボットの全作業範囲内の各ロケーションで、それぞれ高精度の補足計測位置座標決定範囲（例えばエンドツール作業範囲等）を関連付けることができる。
【０１０８】
１つの具体的な例示の実施例では、取得された画像を計測位置座標処理部８９０によって解析して、相対位置を示す計測位置座標を決定することができる（例えば、静止した第１の撮像構成８６０−１の視野ＦＯＶ１’の中心に対応するＸ１、Ｙ１座標を決定する）。このような決定は、（例えばスケールに対するカメラのロケーションを決定するための）標準的なカメラ／スケール画像処理技法に従って実行できる。このような技法の様々な例が、米国特許第６，７８１，６９４号、第６，９３７，３４９号、第５，７９８，９４７号、第６，２２２，９４０号、及び第６，６４０，００８号に記載されている。様々な実施例では、このような技法を用いて、図４及び図５を参照して上述したように、スケール範囲内（例えばＸＹスケール８７０内）の視野のロケーション（例えばカメラの位置に対応している）を決定できる。様々な実施例において、このような決定は、ＸＹスケール８７０の取得された画像内に含まれる少なくとも１つの各撮像可能要素及びそれに関連した各既知のＸＹスケール座標ロケーションを識別することを含み得る。このような決定は、ＸＹスケール８７０と第１の参照位置ＲＥＦ１’（すなわち静止した第１の撮像構成８６０−１によって規定される）との間の相対位置を示す計測位置座標を決定することに対応し得る。次いで、エンドツール位置ＥＴＰ’とＸＹスケール８７０との間の既知の座標位置オフセットに従って、相対Ｘ２、Ｙ２座標（すなわちエンドツール位置ＥＴＰ’の）を決定することができる（例えば、Ｘ２及びＹ２を決定するためＸ１及びＹ１にｘ及びｙ位置オフセット値を加える）。
【０１０９】
上述のように、様々な実施例において、決定された計測位置座標（例えばＸ０、Ｙ０座標に対するＸ１、Ｙ１座標の決定に対応する）は、少なくともスケール撮像軸方向の横断方向又は直交方向のうち一方である計測位置座標のベクトル成分について、画像取得時間におけるエンドツール位置（例えばＸ２、Ｙ２座標）をロボット精度よりも良好な精度レベルで示す。上記の例において、動作構成でスケール撮像軸方向ＳＩＡ’がｚ軸に平行である構成では、これは、少なくともｚ軸に直交するｘｙ面内のｘ及びｙ計測位置座標について、ロボット精度よりも良好な精度レベルに対応し得る（又は、より一般的には、様々な実施例において、ｘｙ面と同様であるがｚ軸を横断し、必ずしもｚ軸に対して完璧に直交でない座標面内の計測位置座標について、ロボット精度より良好である）。更に具体的には、このような構成では、スケール撮像軸方向ＳＩＡ’に直交する計測位置座標のベクトル成分は、成分対（Ｘ１−Ｘ０、Ｙ１−Ｙ０）によって表されるベクトル、又は、Ｘ０及びＹ０が０である場合は単に（Ｘ１、Ｙ１）に対応し得る。
【０１１０】
様々な実施例において、補足計測位置座標決定システム８５０は、１つ以上の追加の撮像構成を更に含み得る。例えば図９に示されているように、補足計測位置座標決定システム８５０は、第２のカメラＣＡＭ２’と、動作構成にある場合にスケール撮像軸方向ＳＩＡ’の方向と平行な第２の光軸ＯＡ２’と、を有する第２の撮像構成８６０−２を含むことができる。第２の撮像構成８６０−２は、第２の参照位置ＲＥＦ２’（例えば相対座標Ｘ１’、Ｙ１’、及びＺ１を有する）を規定できる。第２の撮像構成８６０−２は、その光軸ＯＡ２’に沿って有効合焦範囲ＲＥＦＰを有し得る。このような構成において、画像トリガ部８８１は更に、エンドツール位置ＥＴＰ’に関連した少なくとも１つの入力信号を入力し、この少なくとも１つの入力信号に基づいて第２の撮像トリガ信号のタイミングを決定し、更に、この第２の撮像トリガ信号を第２の撮像構成８６０−２に出力するよう構成できる。様々な実施例において、第２の撮像構成８６０−２は、第２の撮像トリガ信号の受信に応答して、画像取得時点でＸＹスケール８７０のデジタル画像を取得するように構成できる。計測位置座標処理部８９０は更に、取得された画像を入力し、ＸＹスケール８７０の取得された画像に含まれる少なくとも１つの撮像可能要素及び関連する既知のＸＹスケール座標ロケーションを識別するように構成できる。
【０１１１】
様々な実施例において、計測位置座標処理部８９０は、取得した画像内で識別された少なくとも１つの撮像可能要素の撮像位置の決定に基づいて、ＸＹスケール８７０と第２の参照位置ＲＥＦ２’との間の相対位置を示す計測位置座標をロボット精度よりも良好な精度レベルで決定するように動作可能である。このような実施例において、決定された計測位置座標は、少なくともスケール撮像軸方向ＳＩＡ’の横断方向又は直交方向のうち一方である計測位置座標のベクトル成分について、画像取得時点におけるエンドツール位置ＥＴＰ’をロボット精度よりも良好な精度レベルで示す。
【０１１２】
様々な実施例において、画像トリガ部８８１に入力される少なくとも１つの入力信号は、移動制御システム８４０から導出された１つ以上の信号を含む。このような構成において、画像トリガ部８８１は、移動制御システム８４０から導出された１つ以上の信号に基づいて、ＸＹスケール８７０が第１の撮像構成８６０−１又は第２の撮像構成８６０−２のどちらと位置合わせされているかを判定するように構成できる。ＸＹスケール８７０が第１の撮像構成８６０−１と位置合わせされていると判定された場合（例えば、ＸＹスケール８７０の充分な部分が第１の撮像構成８６０−１によって撮像されるようになっている）、画像トリガ部８８１は第１の撮像トリガ信号を出力するように構成されている。これに対して、ＸＹスケール８７０が第２の撮像構成８６０−２と位置合わせされていると判定された場合（例えば、ＸＹスケール８７０の充分な部分が第２の撮像構成８６０−２によって撮像されるようになっている）、画像トリガ部８８１は第２の撮像トリガ信号を出力するように構成されている。このような実施例では、ＸＹスケール８７０は第１の撮像構成８６０−１又は第２の撮像構成８６０−２のうち少なくとも１つに対して動作構成にあり得ることは認められよう。
【０１１３】
上述のように、様々な実施例において、図４のインクリメンタルＸＹスケール１７０Ａを図８及び図９のＸＹスケール８７０として利用可能である。更に上述したように、様々な実施例においてＸＹスケール１７０Ａは、ノミナルで平面状の基板ＳＵＢ（例えば、動作構成にある場合、スケール撮像軸方向ＳＩＡ’に対してノミナルで直交に配置されている）、及び、基板ＳＵＢ上に分散した複数の撮像可能要素ＩＩＦを含む。撮像可能要素ＩＦＦはそれぞれ、ＸＹスケール１７０Ａ上の既知のスケール座標（例えばｘ及びｙ座標）に位置付けられている（すなわち、それぞれ既知のＸＹスケール座標ロケーションに対応する）。図４の例示の実施例において、増分撮像可能要素ＩＩＦのアレイは均等に離間している。様々な実施例において、インクリメンタルＸＹスケール１７０Ａ内の第１の撮像構成１６０−１の視野ＦＯＶのロケーションに対応する計測位置座標は、ＸＹスケール１７０Ａと第１の参照位置ＲＥＦ１’との間の相対位置の指示を与えることができる。
【０１１４】
更に具体的には、様々な実施例において、ＸＹスケール１７０Ａ上の単一の撮像可能要素ＩＦＦは（例えば、撮像可能要素は全てスケール全体の均等な間隔に従ってＸＹスケール１７０Ａ上の既知のｘ及びｙ計測位置座標のような既知の計測位置座標に存在する）、このように、２つの撮像可能要素ＩＦＦが相互に混同されないよう充分な精度でロボット位置データによって識別できる。このような構成では、次いで、取得された画像内の単一の撮像可能要素ＩＦＦのロケーションを用いてエンドツール位置ＥＴＰ’を更に改善し、少なくともスケール撮像軸方向の横断方向又は直交方向のうち一方である計測位置座標のベクトル成分について（例えば、少なくともｚ軸に直交するｘｙ面内のエンドツール位置ＥＴＰ’のｘ及びｙ計測位置座標について）、ロボット精度よりも良好な精度を得ることができる。
【０１１５】
標準的なカメラ／スケール画像処理技法に従って、そのような決定を行うために、参照位置／原点位置Ｘ０、Ｙ０、Ｚ０が視野ＦＯＶ内にある必要はないことは認められよう（すなわち、相対位置を示す計測位置座標は、均等に離間した増分撮像可能要素ＩＩＦを含むスケール要素によって部分的に与えられるＸＹスケール１７０Ａに沿った任意のロケーションにおけるスケール情報から決定できる）。様々な実施例において、このような決定は、ＸＹスケール１７０Ａの取得された画像内に含まれる少なくとも１つの撮像可能要素、及びそれに関連する既知のＸＹスケール座標ロケーションを識別することを含み得る。このような決定は、ＸＹスケール１７０Ａと第１の参照位置ＲＥＦ１’（すなわち静止した第１の撮像構成８６０−１によって規定される）との相対位置を示す計測位置座標を決定することに対応し得る。次いで、エンドツール位置ＥＴＰ’とＸＹスケール１７０Ａとの間の既知の座標位置オフセットに従って、相対Ｘ２、Ｙ２座標（すなわちエンドツール位置ＥＴＰ’の）を決定することができる（例えば、Ｘ２及びＹ２を決定するためＸ１及びＹ１にｘ及びｙ位置オフセット値を加える）。
【０１１６】
上述のように、様々な実施例において、図５のアブソリュートＸＹスケール１７０Ｂを図８及び図９のＸＹスケール８７０として代替的に利用可能である。上記のように、アブソリュートＸＹスケール１７０Ｂは均等に離間した増分撮像可能要素ＩＩＦのアレイを含み、更に、一意の識別可能パターン（例えば１６ビットパターン）を有する絶対撮像可能要素ＡＩＦのセットも含む。様々な実施例において、撮像可能要素ＩＩＦ及びＡＩＦの全ては、それぞれＸＹスケール上の既知の計測位置座標（例えばｘ及びｙ座標）に位置付けられている（すなわち、それぞれ既知のＸＹ座標ロケーションに対応する）。更に上述のように、このような実施例は、少なくともスケール撮像軸方向の横断方向又は直交方向のうち一方である計測位置座標のベクトル成分について（例えば、ｚ軸に直交するｘｙ面内のエンドツール位置ＥＴＰ’のｘ及びｙ計測位置座標について）、ロボット精度よりも良好な精度レベルでエンドツール位置ＥＴＰ’を示す絶対位置を独立して決定できる。インクリメンタルＸＹスケール１７０Ａとは異なり、絶対位置を決定するためにロボット１１０又は８１０からの位置情報との組み合わせを必要としない可能性がある。
【０１１７】
図１０Ａ及び図１０Ｂは、ロボット及び補足計測位置座標決定システムを含むロボットシステムを動作させるためのルーチン１０００Ａ及び１０００Ｂの例示的な実施例を示すフロー図である。図１０Ａに示されているように、決定ブロック１０１０では、ロボットシステムを補足計測位置座標モードで動作させるか否かを決定する。様々な実施例において、補足計測位置座標モード又は標準ロボット位置座標モードの選択及び／又は活性化は、ユーザによって行う、及び／又は特定の動作及び／又は命令に応答してシステムによって自動的に行うことができる。例えば１つの実施例では、ロボットが特定の位置に移動した場合（例えばエンドツールを、アセンブリ又は他の動作が実行される一般エリアから、ワークピース検査動作が典型的に実行される及び／又は他の状況で補足計測位置座標モードが利用される特定エリアに移動させた場合）、補足計測位置座標モードを開始することができる（例えば自動的に又はユーザによる選択に従って）。様々な実施例では、このようなモードは外部制御システムによって実施できる（例えば、標準ロボット位置座標モード部１４７及び補足計測位置座標モード部１９２を使用する図１の外部制御システムＥＣＳ、又は、標準ロボット位置座標モード部８４９及び補足計測位置座標モード部８９２を使用する図８の外部制御システムＥＣＳ’）。様々な実施例では、ハイブリッドモードを、独立して又は補足計測位置座標モードの一部として動作させる及び／又はモード間の切り換えとして実施することができる。これについては図１１を参照して以下で更に詳しく記載する。
【０１１８】
決定ブロック１０１０においてロボットシステムを補足計測位置座標モードで動作させないことが決定された場合、ルーチンはブロック１０１５に進み、ロボットシステムを標準ロボット位置座標モードで動作させる。標準ロボット位置座標モードの一部として、ロボットの位置センサ（例えば回転エンコーダ、リニアエンコーダ等）を用いて、ロボット精度（例えば、ロボットの位置センサの精度に少なくとも部分的に基づく）で、ロボットの移動及び対応するエンドツール位置を制御及び決定する。図１〜図５、図８、及び図９を参照して上述したように、ロボットの位置センサは、ＸＹスケールを用いて決定される位置情報よりも低い精度で可動アーム構成ＭＡＣ又はＭＡＣ’の位置（例えばアーム部の位置）を示し得る。一般に、ロボット位置座標モードは、ロボットの独立した及び／又は標準的な動作モードに対応し得る（例えば、補足計測位置座標決定システムがアクティブでないか又は他の理由で提供されない場合にロボットを独立して動作させるモード）。
【０１１９】
ロボットシステムを補足計測位置座標モードで動作させる場合、ルーチンはブロック１０２０に進み、ロボット及び補足計測位置座標決定システムは、少なくともノミナルで補足計測位置座標決定システムの動作構成を与えるように配置される。スケール面はＸＹスケールの平面基板とノミナルで一致すると規定され、スケール面に垂直な方向はスケール撮像軸方向として規定される。ＸＹスケール又は第１の撮像構成のうち少なくとも１つは、第１の撮像構成の光軸がスケール撮像軸方向の方向に対して平行であるか又はノミナルで平行であるのうち少なくとも一方であるように、かつ、スケール面がスケール撮像軸方向に沿った第１の撮像構成の合焦範囲内に位置付けられるように配置される。
【０１２０】
上述のように、様々な実施例において、少なくともノミナルで動作構成を達成するためのこのプロセスは、（例えば可動アーム構成ＭＡＣ又はＭＡＣ’のアーム部の位置等の）様々な調整を実行することを含み得る。１つの具体例として、図８及び図９の実施例において第４の移動機構８３４は、ＸＹスケール８７０を回転させてスケール撮像軸方向ＳＩＡ’を光軸ＯＡ１’に対して平行であるか又はノミナルで平行であるのうち少なくとも一方とするように第４のアーム部８２４を回転させるよう動作され得る。特定の実施例において、このような調整は自動的に又は他のやり方で実行できる（例えば、回路やルーチン等を用い、第４のアーム部８２４の向きを連続的に又は他のやり方で監視すると共に、第４の移動機構８３４を用いて連続的に又は他のやり方で向きを調整することで、ＸＹスケール８７０をほぼ同じ高さにするか、又はスケール撮像軸方向ＳＩＡ’を光軸ＯＡ１’に対して平行であるか又はノミナルで平行であるのうち少なくとも一方にすればよい）。様々な実施例では、スケール撮像軸方向ＳＩＡ’に沿った第１の撮像構成８６０−１の合焦範囲内にスケール面を位置付けるように、様々な調整を第１の撮像構成８６０−１に実行することができる（例えば倍率及び／又は合焦範囲を調整する等）。いくつかの他の実施例（例えば図１〜図３の例示的な構成）では、動作構成を達成するために必要な調整はより少ないか、又は全く調整を必要としないことがある（例えば、可動アーム構成ＭＡＣの構成は、いくつかの実施例においてノミナルでｘｙ面内にある第１及び第２のアーム部１２０及び１３０の回転に従って、スケール撮像軸方向ＳＩＡが光軸ＯＡ１に少なくともノミナルで平行であるようなものであり得る）。
【０１２１】
ブロック１０３０では、ロボットのエンドツール位置に関連した少なくとも１つの入力信号を（例えば画像トリガ部１８１又は８８１等のような画像トリガ部で）受信する。少なくとも１つの入力信号に基づいて第１の撮像トリガ信号のタイミングを決定し、この第１の撮像トリガ信号を第１の撮像構成に出力する。第１の撮像構成は、第１の撮像トリガ信号の受信に応答して、画像取得時点でＸＹスケールのデジタル画像を取得する。様々な実施例において、異なるタイプのエンドツールは、少なくとも１つの入力信号に対して使用され得る異なるタイプの出力を提供できる。例えば、エンドツールがタッチプローブであり、ワークピースを測定するため使用され、ワークピースに触れるとタッチ信号を出力する実施例では、そのタッチ信号又はそれから導出された信号を少なくとも１つの入力信号として入力し、それに基づいて第１の撮像トリガ信号のタイミングを決定することができる。別の例として、エンドツールがスキャンプローブであり、ワークピースを測定するため使用され、各サンプルタイミング信号に対応した各ワークピース測定サンプルデータを与える実施例では、その各サンプルタイミング信号又はそれから導出された信号を少なくとも１つの入力信号として入力することができる。別の例として、エンドツールがカメラであり、各ワークピース画像取得信号に対応した各ワークピース測定画像を与えるために使用される場合、そのワークピース画像取得信号又はそれから導出された信号を少なくとも１つの入力信号として入力することができる。
【０１２２】
ブロック１０４０では、取得された画像を（例えば計測位置座標処理部１９０又は８９０等のような計測位置座標処理部で）受信し、ＸＹスケールの取得された画像に含まれる少なくとも１つの撮像可能要素及び関連する既知のＸＹスケール座標ロケーションを識別する。ブロック１０５０では、取得した画像内で識別された少なくとも１つの撮像可能要素の画像位置の決定に基づいて、ＸＹスケール又は第１の撮像構成のうち可動のものと第１の参照位置との間の相対位置を示す計測位置座標をロボット精度よりも良好な精度レベルで決定する。決定された計測位置座標は、少なくともスケール撮像軸方向ＳＩＡ’の横断方向又は直交方向のうち一方である計測位置座標のベクトル成分について、画像取得時点におけるエンドツール位置をロボット精度よりも良好な精度レベルで示す。ブロック１０６０では、決定された位置情報（例えば、相対位置を示す決定された計測位置座標、エンドツール位置の決定された計測位置座標、及び／又は他の関連する決定された位置情報）を、指定された機能のため（例えばワークピース測定、ロボットの可動アーム構成の配置制御等のため）に使用する。このような動作又は他のものの一部として、ルーチンは次いでポイントＡに進むことができる。様々な実施例では、ルーチンはここで終了するか、又は図１０Ｂを参照して以下で更に詳しく記載するように継続できる。
【０１２３】
図１０Ｂに示されているように、ルーチン１０００ＢはポイントＡからブロック１０６５へと継続することができる。以下で更に詳しく記載するように、ルーチン１０００Ｂの一部として、（例えばブロック１０６０からの）決定された位置情報を、ワークピース上の第１の表面ロケーションを決定するため利用することができ、次いでワークピース上の第２の表面ロケーションを決定できる（例えばワークピースの要素の測定のようなワークピース測定の一部として）。ブロック１０６５では、ロボット及び補足計測位置座標決定システムは、少なくともノミナルで補足計測位置座標決定システムの動作構成を与えるように配置される。動作構成では、ＸＹスケール面又は第１の撮像構成のうち少なくとも１つは、第１の撮像構成の光軸がスケール撮像軸方向の方向に対して平行であるか又はノミナルで平行であるのうち少なくとも一方であるように、かつ、スケール面がスケール撮像軸方向に沿った第１の撮像構成の合焦範囲内に位置付けられるように配置される。例えば図８及び図９の実施例において、これは、可動アーム構成ＭＡＣ’がエンドツールＥＴＬを（例えば接点ＣＰと共に）ワークピース上の第２の表面ロケーションの近傍に（例えばその上方に）移動させることに対応し得る。ワークピース上の第２の表面ロケーションの近傍において動作構成を少なくともノミナルで達成するため、（例えば第４の移動機構８３４によってＸＹスケール８７０の向きを調整することで）調整を実行できる。上記したように、いくつかの他の実施例（例えば図１〜図３の例示的な構成）では、動作構成を達成するために必要な調整はより少ないか、又は全く調整を必要としないことがある（例えば、可動アーム構成ＭＡＣの構成は、いくつかの実施例においてノミナルでｘｙ面内にある第１及び第２のアーム部１２０及び１３０の回転に従って、スケール撮像軸方向ＳＩＡが光軸ＯＡ１に少なくともノミナルで平行であるようなものであり得る）。
【０１２４】
ブロック１０７０では、ロボットのエンドツール位置に関連した少なくとも１つの入力信号を（例えば画像トリガ部１８１又は８８１等のような画像トリガ部で）受信し、この少なくとも１つの入力信号に基づいて第２の撮像トリガ信号のタイミングを決定する。第２の撮像トリガ信号を第１の撮像構成に出力する。第１の撮像構成は、第２の撮像トリガ信号の受信に応答して、第２の画像取得時点でＸＹスケールの第２のデジタル画像を取得する。ブロック１０８０では、取得された画像を（例えば計測位置座標処理部１９０又は８９０等のような計測位置座標処理部で）受信し、ＸＹスケールの第２の取得画像に含まれる少なくとも１つの第２の撮像可能要素及び関連する第２の既知のＸＹスケール座標ロケーションを識別する。
【０１２５】
ブロック１０９０では、第２の取得画像内で識別された少なくとも１つの第２の撮像可能要素の画像位置の決定に基づいて、ＸＹスケール又は第１の撮像構成のうち可動のものと第１の参照位置との間の第２の相対位置を示す第２の計測位置座標をロボット精度よりも良好な精度レベルで決定する。第２の決定された計測位置座標は、少なくともスケール撮像軸方向ＳＩＡ’の横断方向又は直交方向のうち一方である第２の計測位置座標のベクトル成分について、第２の画像取得時点におけるエンドツール位置をロボット精度よりも良好な精度レベルで示す。第２の相対位置は、第１の相対位置とは異なり、第１の表面ロケーションとは異なるワークピース上の第２の表面ロケーションに対応する（例えば、第１の撮像可能要素は第２の取得画像には含まれない、及び／又は第２の撮像可能要素は第１の取得画像には含まれない可能性がある）。このような技法は、基準又は他の参照マークを利用する技法とは異なるものとして記載される（例えば、同一の基準又は参照マークは各画像に存在する必要があるのに対し、ＸＹスケール１７０又は８７０では、位置情報をＸＹスケール１７０又は８７０全体にわたって決定することができ、従って撮像構成１６０又は８６０の視野ＦＯＶ又はＦＯＶ’に対応する画像内に含まれるＸＹスケール１７０又は８７０の任意の部分について決定できる）。
【０１２６】
ブロック１０９５では、第１及び第２の相対位置及び／又は関連する位置情報を示す第１及び第２の決定された計測位置座標を用いて、第１及び第２の画像取得時点における各エンドツール位置（例えば、ワークピース上の第１及び第２の表面ロケーションに接触した場合の接点位置等を示す）に対応するワークピース上の第１及び第２の表面ロケーション間の距離に相当するワークピースの寸法を決定する。ロボットの位置センサ（例えば回転エンコーダ、リニアエンコーダ等）を用いてロボット精度でワークピース上の第１及び第２の表面ロケーションを決定するよりも、本明細書に記載される技法を用いて、より正確な位置情報を決定できることは認められよう。より具体的には、第１及び第２の表面ロケーション（すなわち、ＸＹスケール上の第１及び第２のロケーションに対応する第１及び第２の決定された計測位置座標に対応する。上述した技法を用いてこのような座標／ロケーション間の精密な距離をＸＹスケールの精度に応じて決定できる）の決定によって、第１及び第２の表面ロケーション間のワークピースの（例えばワークピース要素の）対応する距離を、高い精度で決定することが可能となる。
【０１２７】
図１１は、移動タイミングの異なる部分の間にそれぞれ異なる技法を使用することができる、エンドツール位置を決定するためのルーチン１１００の１つの例示的な実施例を示すフロー図である。概して、移動タイミングの間に、ロボットの１つ以上のアーム部を第１の位置から第２の位置へ移動させる（例えば、移動機構を中心として１つ以上のアーム部を第１の回転向きから第２の回転向きへ回転させる、又は他のやり方でアーム部を移動させること等を含み得る）。図１１に示されているように、決定ブロック１１１０では、移動タイミング中のエンドツール位置を決定するためにハイブリッドモードを利用するか否かを決定する。様々な実施例においてハイブリッドモードは、図１０Ａを参照して上述したように、補足計測位置座標モードと標準ロボット位置座標モードとの切り換えを含むプロセスも表し得る。ハイブリッドモードが利用されない場合、ルーチンはブロック１１２０に進み、移動タイミング中のエンドツール位置を決定するために、（例えば移動アーム構成ＭＡＣ又はＭＡＣ’のような移動アーム構成の）ロボットの位置センサ（例えば回転エンコーダ、リニアエンコーダ等）のみを単独で利用する。
【０１２８】
ハイブリッドモードが使用される場合、ルーチンはブロック１１３０に進み、移動タイミングの第１の部分の間、エンドツール位置を決定するため、ロボットに含まれる（例えばロボットの可動アーム構成ＭＡＣ又はＭＡＣ’に含まれる）位置センサを使用する。このような動作中、エンドツール位置を決定するために補足計測位置座標決定システムの計測位置座標は決定されない及び／又は利用されない可能性がある。ブロック１１４０では、移動タイミングの第１の部分の後に生じる移動タイミングの第２の部分の間、補足計測位置座標決定システムの決定された計測位置座標を用いてエンドツール位置を決定する。このような動作によって、システムは、移動タイミングの第１の部分の間にエンドツール位置の初期の／高速の／粗い移動を実行できると共に、移動タイミングの第２の部分の間にエンドツール位置の高精度の最後の／低速の／細かい移動を実行できることは認められよう。
【０１２９】
本開示において、要素１７０、１７０Ａ、１７０Ｂ、８７０等に関して要素名「ＸＹスケール」を用いたが、この要素名は単なる例示であって限定ではないことは理解されよう。これはデカルト座標系に関連付けて「ＸＹスケール」と称され、ノミナルに平面状の基板を含むものとして記載されている（例えば、いくつかの実施例ではｚ軸に平行であり得るスケール撮像軸方向に対してノミナルに直交に配置されている）。しかしながら更に一般的には、要素名ＸＹスケールは、本明細書に開示されるように動作できるならば、参照スケール上の既知の２次元座標（例えば２次元の正確なロケーション及び／又は正確に較正されたロケーション）に対応する複数の要素又はマークを含む任意の参照スケールを指すと理解するべきである。例えばそのようなスケール要素は、その参照スケール上のデカルト座標系、又は極座標系、又は他の任意の好都合な座標系で表現する及び／又は指し示すことができる。更に、そのような要素は、これらの要素がスケール上の既知の２次元座標に対応すると共に本明細書に開示されるように動作できるならば、動作スケールエリア全体にわたって均一に又は不均一に分散させた要素を含み、目盛の付いた（graduated）又は目盛の付いていない（ungraduated）スケールマークを含むことができる。
【０１３０】
本明細書に開示され説明されるロボットシステム及び対応する可動アーム構成は、概ね特定の数のアーム部（例えば３つのアーム部、５つのアーム部等）を参照して図示され記載されるが、そのように限定されないことは理解されよう。様々な実施例において、本明細書に記載される及び／又は特許請求されるもののような２つのアーム部を含むならば、ロボットシステムは所望の場合に更に少ないか又は更に多くのアーム部を含むことも可能である。
【０１３１】
ＸＹスケール又は参照スケール及びスケールを撮像するために使用されるカメラは、ロボットシステムの移動及び／又は位置に応じて、相互に対して回転し得ることは理解されよう。（例えば本願に含まれる引用文献に開示されているような）当技術分野において既知の方法を用いて、そのような相対的な回転を正確に決定する及び／又は必要な座標変換を実行すること、及び／又はそのような相対的な回転にかかわらず本明細書に開示される原理に従ってカメラ及びスケールの相対位置を解析することが可能であることは認められよう。本明細書で言及される計測位置座標が、様々な実施例において、そのような相対的な回転を考慮に入れていることは理解されよう。更に、いくつかの実施例において、本明細書で言及される計測位置座標は、所望の場合、そのような相対的な回転の精密な決定値及び／又は指示を含む座標セットを含み得ることは理解されよう。
【０１３２】
本開示の好適な実施例について図示及び記載したが、本開示に基づいて、図示及び記載した要素の構成及び動作のシーケンスにおける多数の変形が当業者には明らかであろう。種々の代替的な形態を用いて本明細書に開示された原理を実施することができる。更に、上述の様々な実施例を組み合わせて別の実施例を提供することも可能である。これらの様々な特許及び出願の概念を用いて更に別の実施例を提供するために必要な場合は、上述の実施例の態様は変更可能である。
【０１３３】
前述の記載に照らして、実施例にこれら及び他の変更を行うことができる。一般に、以下の特許請求の範囲において、使用される用語は本明細書及び特許請求の範囲に開示される特定の実施例に特許請求の範囲を限定するものとして解釈されず、そのような特許請求の範囲の権利が与えられる（entitled）均等物の全範囲に加えて全ての可能な実施例を包含するものとして解釈されるべきである。
【符号の説明】
【０１３４】
１００，２００，３００，８００，９００…ロボットシステム
１１０，８１０…多関節ロボット（ロボット）
１２０，１３０，８２１〜８２５…アーム部
１２５，１３５…回転継手
１４０，８４０…移動制御システム（処理システム）
１４１〜１４４，８４１〜８４６…検知部
１４５，８４７…ロボット位置処理部
１４７，８４９…標準ロボット位置座標モード部
１５０，８５０…補足計測位置座標決定システム
１６０，８６０…撮像構成
１７０，８７０…ＸＹスケール
１８０，８８０…画像処理部
１８１，８８１…画像トリガ部
１９０，８９０…計測位置座標処理部
１９２，８９２…補足計測位置座標モード部
８３１〜８３５…移動機構
８４７…ロボット位置処理部
【図１】
2020026032.tif 000003
【図２】
2020026032.tif 000004
【図３】
2020026032.tif 000005
【図４】
2020026032.tif 000006
【図５】
2020026032.tif 000007
【図６Ａ】
2020026032.tif 000008
【図６Ｂ】
2020026032.tif 000009
【図７】
2020026032.tif 000010
【図８】
2020026032.tif 000011
【図９】
2020026032.tif 000012
【図１０Ａ】
2020026032.tif 000013
【図１０Ｂ】
2020026032.tif 000014
【図１１】
2020026032.tif 000015