(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
機器を暖機するための方法であって、
光ビーム（４６）を照射するように構成された光源と、
前記光ビームを第１の方向に向けるように構成されたビーム走査装置（１０）であって、第１の方向は、第１の軸（２０）および第２の軸（１８）についてのビーム走査装置の回転に基づく、装置と、
前記機器から物体上のポイント（２６）まで前記光ビームが進む距離を測定するように構成された距離計（９２６）と、
前記機器内の第１の位置での機器温度を測定するように構成された第１の温度センサ（９２５）と、
大気温度を測定するように構成された第２の温度センサ（９２５）と、
第１の電流の印加に応じて熱を前記機器に注入するように構成された第１の熱源（９３２、９３４）と、
前記第１の電流を時間の関数として制御するように構成されたプロセッサ（９８０）と、
を含む機器を提供する工程（１３１０）と、
起動時間に第１の位置での機器温度を前記第１の温度センサにより第１の機器温度として測定する工程（１３３０）と、
起動時間に第１の大気温度を第２の温度センサにより測定する工程（１３２０）と、
前記第１の機器温度、前記第１の大気温度及び暖機された状態にある前記機器の予測される第３の温度に基づいて時間の関数として前記第１の熱源に印加される第１の電流の量を表わす第１のプロファイルを決定する工程（１３５０）と、
前記第１のプロファイルに従い前記第１の電流を前記第１の熱源に印加する工程（１３７０）と、
を含む、方法。
【請求項２】
機器を提供する工程（１３１０）において、前記第１の熱源は第１のモーターである、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
第１のプロファイルを決定する工程（１３５０）はさらに、前記第１のプロファイルの急速加熱部分と緩和部分を決定する工程を含み、前記急速加熱部分は、前記機器の平均温度を比較的急速に増加させるための、前記第１の熱源への電流の比較的急速な印加を表し、前記緩和部分は、前記機器に、前記機器のボリューム全体にわたって熱平衡により近づくようにするための、比較的低い電流の印加を表す、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
機器を提供する工程（１３１０）はさらに、第２の熱源を提供する工程を含み、前記第２の熱源は第２のモーターである、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
第２のプロファイルを決定する工程（１３６０）をさらに含み、前記第２のプロファイルを決定する工程（１３６０）は、前記第１の機器温度、前記第１の大気温度及び暖機された状態にある前記機器の予測される第３の温度に基づいて時間の関数として前記第２の熱源に印加される第２の電流の量を表わす前記第２のプロファイルを決定する工程である、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
機器を提供する工程（１３１０）において、ビーム走査装置はさらに、第１の構造（１４）と、第２の構造（１５）と、第１のモーター（９３２）と、第２のモーター（９３４）とを含み、前記第１のモーターは前記第１の構造を第１の軸（２０）について回転させるように構成され、前記第２のモーターは前記第２の構造を第２の軸（１８）について回転させるように構成される、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
機器を提供する工程（１３１０）はさらに、第１の角度センサ（９１４）および第２の角度センサ（９１６）を提供する工程を含み、前記第１の角度センサは、第１の軸（２０）についての第１の回転角度を測定するように構成され、前記第２の角度センサは第２の軸（１８）についての第２の回転角度を測定するように構成される、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
さらに、機器のための加熱モデルを決定する工程を含み、前記加熱モデルは少なくとも一部は参照装置上での一連の測定から収集したデータに基づき、前記参照装置は前記機器に実質的に類似する装置であり、第１のプロファイルを決定する工程はさらに、少なくとも一部は前記加熱モデルに基づく、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
オペレーターに、暖機が完了するまで残っている時間の指示を与える工程（１３８０）をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記機器を第２の時間に自動的にオンにする工程をさらに含み、前記第２の時間は、前記機器が第３の時間に動作できるように選択され、前記第３および第２の時間の差が決定された暖機時間に等しい、請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本発明は、２０１１年６月１４日に出願された、米国特許仮出願第６１／４９６，６７３号（参照により本明細書に完全に組み込まれる）の恩典を主張する。
【０００２】
本発明は、機器の暖機および安定性に関し、より特定的には機器、例えばレーザートラッカーを自動的に暖機するためまたはそのような機器の安定性をチェックするためのシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
レーザービームをポイントに送ることによりポイントの座標を測定する機器のクラスが存在する。レーザービームは、ポイントに直接当てられてもよく、またはポイントに接触するリトロリフレクターターゲットに当てられてもよい。いずれにしても、機器は、ターゲットまでの距離および２つの角度を測定することによりポイントの座標を決定する。距離は、距離測定装置、例えば絶対距離計または干渉計を用いて測定される。角度は、角度測定装置、例えば角度エンコーダを用いて測定される。機器内のジンバル式ビーム走査メカニズムは、レーザービームを対象ポイントに向ける。ポイントの座標を決定するための例示的なシステムは、ブラウン（Ｂｒｏｗｎ）らへの米国特許第４，７９０，６５１号およびラウ（Ｌａｕ）らへの米国特許第４，７１４，３３９号により記載されている。
【０００４】
レーザートラッカーは、照射する１つ以上のレーザービームを用いてリトロリフレクターターゲットを追跡する特定の型の座標測定装置である。レーザートラッカーに密接に関係する装置は、レーザースキャナである。レーザースキャナは、拡散表面上のポイントに１つ以上のレーザービームをステップさせる。レーザートラッカーおよびレーザースキャナはどちらも、座標測定装置である。例示的なレーザースキャナはベッカー（Ｂｅｃｋｅｒ）らへの米国特許第７，４３０，０６８号において記載されている。距離および角度測定能力を有するレーザースキャナ装置を表すためにも、レーザートラッカーという用語を使用することは今日では一般的である。リトロリフレクターまたは拡散的に散乱する表面のポイントを測定することができるトータルステーションまたはタキメーターとして知られている機器を混合した区分もまた存在する。例示的なトータルステーションは、ゴート（Ｇｏｒｔ）らへの米国特許第４，３４６，９８９号に記載されている。レーザートラッカーは、典型的には数μｍから数十μｍの精度を有し、通常、トータルステーションまたはスキャナよりもずっと正確である。この出願を通して、レーザートラッカーはレーザースキャナおよびトータルステーションを含む広い定義として使用される。
【０００５】
通常、レーザートラッカーは、リトロリフレクターターゲットにレーザービームを送る。一般的な型のリトロリフレクターターゲットは、球状に載置されたリトロリフレクター（ＳＭＲ）であり、これは、金属球内に嵌め込まれたキューブコーナーリトロリフレクターを含む。キューブコーナーリトロリフレクターは３つの相互に垂直なミラーを備える。３つのミラーの交差の共通点である頂点は、球の中心に配置される。球内のキューブコーナーのこの配置のために、ＳＭＲが回転されても、頂点からＳＭＲが位置する任意の表面までの垂直距離は一定のままである。その結果、レーザートラッカーは、ＳＭＲを表面上で移動させた時のＳＭＲの位置を追跡することにより表面の３Ｄ座標を測定することができる。言い換えると、レーザートラッカーは、表面の３Ｄ座標を十分に描くためには、３つの自由度（１つの半径方向距離および２つの角度）を測定するだけでよい。
【０００６】
補償パラメータは、トラッカーにアクセス可能なソフトウェアまたはファームウェアに保存される数値である。これらの数値は未処理トラッカーデータに適用され、トラッカー確度が改善される。最初に、トラッカーの製造業者は、補償手順と呼ばれる測定を実施することにより補償パラメータを見いだす。その後、トラッカーを顧客の場所で使用し、測定を実施する。定期的に、トラッカーは暫定試験を実施することにより、確度についてチェックされる。確度が標準以下である場合、トラッカーオペレーターは、現場で１つ以上の補償手順を実施する。これらには、特定のトラッカーおよび要求される試験によって、数分から１時間以上かかる。ほとんどの場合、トラッカー確度が減少する主原因は熱ドリフトであるが、機械的衝撃も重要となり得る。
【０００７】
補償パラメータは一般的に、機器の物理的特性に関連する。下記で与えられる実施例では、これらの補償パラメータのいくつかは下記に関連する：（１）機械的回転点（ジンバル点）に対するレーザービームのオフセット、（２）２つの機械軸に垂直に描かれた線に対するレーザービームの角度、および（３）２つの機械軸の非直角度。多くの他の型の補償パラメータが使用されるが、一般的に、これらの補償パラメータ（運動力学モデルパラメータまたは単純にパラメータとも呼ばれる）は、機器の物理的特性に関する。
【０００８】
各レーザートラッカー補償パラメータは真値を有し、これは典型的には、温度変化および機械的かく乱、例えば衝撃の結果、時間と共に変動する。真値は、典型的には不十分にしかわかっていない。さらに、各レーザートラッカー補償パラメータは記録された値を有し、これは特定の定数である。記録された値を使用して、特定の数式により未処理レーザートラッカー測定値を較正する。一般に、記録された値および真値は等しくない。
【０００９】
レーザートラッカーはかなりの時間オフにされた後、電源が入れられると、モーターおよび内部電子装置により発生する熱の結果、温められる。周囲温度が安定であれば、一定期間、典型的には約１または２時間後、トラッカーは安定な平衡温度に到達する。暖機が完了した後、標準計測行為は、機器の補償、続いて補償が成功したかを確かめるための暫定試験手順を求める。補償および暫定試験が完了した後、トラッカーは、いつでも最適確度で測定することができる。
【００１０】
トラッカーが完全に暖められる前に補償手順が実施された場合、補償パラメータの真値はトラッカーが暖められ続けると変化し続け、一方、補償パラメータの記録された値は一定のままである。これはひいては、レーザートラッカーの性能を低下させ、ユーザーに補償および暫定試験手順を繰り返させる。
【００１１】
トラッカーユーザーの観点からは、暖機、補償、および暫定試験にかかる時間は損失時間を表す。なぜなら、トラッカーは、測定することができないからである。この理由のために、可能な限り連続してトラッカーに電源を入れておくことが標準的な計測行為である。これにより、暖機期間が排除され、トラッカーはいつでも測定することができることが保証される。
【００１２】
しかしながら、多くの現実世界の状況では、機器に連続して電源を入れておくことは可能ではない。例えば、機器は、保管され、または別の現場に輸送される必要がある可能性があり、またはユーザーが単純にエネルギーを節約したいかもしれない。そのような場合、暖機を避けることはできない。これらの場合では、最も望まれるのは、機器およびユーザーの両方にとって、損失時間の量を最小に抑えることである。
【００１３】
暖機のシナリオは、ユーザーを困難な状況に置く。一方では、機器が暖まるのを待って損失される時間量を最小に抑えることが必要である。他方では、その後の測定において確度が必要とされる。機器に電源を入れるたびにレーザートラッカーユーザーはこのトレードオフに直面する。
【００１４】
困難さは、あらゆる暖機手順が異なるという事実により悪化する。詳細な挙動は、トラッカー内の初期温度分布、周囲条件、個々の機器の特性に依存する。また、長期挙動が大体定常状態にある場合、操作者が機器が定常状態値に「十分近い」かどうかを決定する場合、主観の要素がある。言い換えると、暖機中のレーザートラッカーの詳細な挙動は複雑であり、トラッカーが暖機された時を決定するのは些細な行為ではない。
【００１５】
現在の方法の重大な制限は、ユーザーが暖機の決定を正確に行う十分な技術および知識を有しているという保証がないことであり、これは多くのエラーにつながる可能性がある。別の重大な制限は、暖機を完了するための時間を減少させるための特別の工程がとられないことである。トラッカー内での熱源の通常の適用では、いくつかの型のトラッカーに対する暖機時間は、平均して最大２時間かかる可能性がある。
【００１６】
トラッカーを取り付ける方法によって要求される暖機時間を減少させるのを助けられる可能性がある程度ある。そのようなトラッカーの取付方法の一例がイースレイ（Ｅａｓｌｅｙ）らへの米国特許出願公開第２０１０／０１９５１１７号において提供される。しかしながら、この取付方法は、トラッカーが暖められるまでどれくらい待つべきかを決定するための方法を提供していない。また、これは純粋に受動的な方法であり、よって、わずかな改善しか提供しない。
【００１７】
できるだけ迅速に、追加コストを最小に抑えて、トラッカーが正確な測定を得るのに暖められた状態にあるという高い信頼性をもって、トラッカーを暖めて安定化させる自動化メカニズムが必要である。さらに、機器が期待される絶対性能または安定性を有さない場合、性能または安定性の減少の原因を診断する方法を有することが望ましい。レーザートラッカーが暖められ、または使用時に安定であることを証明する証拠（ペーパートレール」を監査役に提供することもまた望ましい可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１８】
【特許文献１】米国特許第４，７９０，６５１号明細書
【特許文献２】米国特許第４，７１４，３３９号明細書
【特許文献３】米国特許第７，４３０，０６８号明細書
【特許文献４】米国特許第４，３４６，９８９号明細書
【特許文献５】米国特許出願公開第２０１０／０１９５１１７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
本発明の一実施形態によれば、第１の機器を暖める方法は、光ビームを照射するように構成された光源と、光ビームを第１の方向に向けるように構成されたビーム走査装置であって、第１の方向は、第１の軸および第２の軸についてのビーム走査装置の回転に基づく装置と、機器から物体上のポイントまで光ビームが進む距離を測定するように構成された距離計と、機器内の第１の位置での機器温度を測定するように構成された第１の温度センサと、大気温度を測定するように構成された第２の温度センサと、第１の電流の印加に応じて熱を機器に注入するように構成された第１の熱源と、第１の電流を時間の関数として制御するように構成されたプロセッサと、を含む機器を提供する工程を含む。方法はまた、起動時間に第１の機器温度を第１の温度センサにより測定する工程と、起動時間に第１の大気温度を第２の温度センサにより測定する工程と、少なくとも一部は第１の機器温度および第１の大気温度に基づいて第１のプロファイルを決定する工程であって、第１のプロファイルは、時間の関数として印加される第１の電流の量を表し、第１のプロファイルは、暖機時間内に機器性能の予測されるレベルを提供するように選択される、工程と、第１のプロファイルに従い第１の電流を印加する工程と、オペレーターに起動時間に機器の暖機時間のための数値を提供する工程と、を含み、ここで、暖機時間は、少なくとも一部は第１の機器温度および第１の大気温度に基づく。
【００２０】
以下、実施形態を、ほんの一例として、添付の図面を参照して説明するが、図面は、例示であり、限定するものではないことが意味され、ここで、同様の要素は、いくつかの図面において同様の番号が付される。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】例示的な自動暖機および安定性実施形態が実行され得るレーザートラッカーを示す。
【図２】典型的な二面（ｔｗｏ−ｆａｃｅ）エラー（任意）対時間（任意単位）のプロットを示し、明確にするためにノイズは除去されている。
【図３】例示的な実施形態による安定性方法のための流れ図を示す。
【図４】例示的な実施形態によるパラメータの計算を含む安定性方法を示す。
【図５】図４の方法を証明するための、％で表した安定性メトリック対自己補償サイクル数のプロットを示す。
【図６】図４の方法を証明するための、％で表した安定性メトリック対自己補償サイクル数のプロットを示す。
【図７】図４の方法を証明するための、％で表した安定性メトリック対自己補償サイクル数のプロットを示す。
【図８】図４の方法を証明するための、％で表した安定性メトリック対自己補償サイクル数のプロットを示す。
【図９】レーザートラッカーのための例示的なコンピューティングシステムを示す。
【図１０】レーザートラッカーの安定性をチェックするための方法に対する流れ図を示す。
【図１１】典型的なレーザートラッカー加熱曲線を示す。
【図１２】典型的なレーザートラッカー熱緩和曲線を示す。
【図１３】機器を暖機するために必要とされる時間を最小に抑えるための方法の流れ図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図１は、レーザートラッカー１０を示し、これにおいて、例示的な自動暖機および安定性実施形態が実行され得る。レーザートラッカー１０は、光ビーム４６をレーザートラッカー１０からＳＭＲ２６まで送り、これは光ビーム４８をトラッカー１０に戻す。光ビーム４８は、光ビーム４６に関して光パワーがわずかに減少しているが、その他の点では、光ビーム４６とほぼ同一である。レーザートラッカー１０の例示的なジンバル式ビーム走査メカニズム１２は、基体１６に取り付けられた第１の構造１４を含む。第１の構造１４は、第１の軸（アジマス）２０について回転される。第２の構造１５は、第１の構造１４上に載置され、第２の軸（天頂）１８について回転される。第２の軸１８および第１の軸２０はトラッカー１０内部で、ジンバル点２２において直角に交差し、これは典型的には距離測定のための原点である。光ビーム４６は、仮にジンバル点２２を通過し、第２の軸１８に直交して指向される。言い換えると、光ビーム４６の経路は、第２の軸１８に垂直な面内にある。光ビーム４６は、第２の構造１５の第２の軸１８についての回転ならびに第１および第２の構造１４、１５の第１の軸２０についての回転により所望の向きに指向される。天頂角度エンコーダ（図示せず）は、トラッカーに対し内部にあり、第２の軸１８に対し整列された天頂軸（図示せず）に取り付けられ、アジマス角度エンコーダ（図示せず）は、トラッカーに対し内部にあり、第１の軸２０に対し整列されたアジマス軸（図示せず）に取り付けられる。角度エンコーダは、高い確度まで、第１および第２の構造の第１および第２の軸もついての回転の角度を示す。第１のモーター３２は、トラッカーに対し内部にあり、アジマス軸に取り付けられ、第１および第２の構造の第１の軸についての回転を提供する。第２のモーター３４は、トラッカーに対し内部にあり天頂軸に取り付けられ、第２の構造の第２の軸についての回転を提供する。トラッカー１０は、ジンバル点２２とリトロリフレクター２６の間の半径方向距離、ならびに天頂およびアジマス軸１８、２０についての回転角度を測定し、トラッカーの球座標系内のリトロリフレクター２６の位置を見いだす。
【００２３】
一実施形態では、第２の構造１５は、ペイロードであり、ペイロード上に配置された要素から光を照射する。これらの要素は、ペイロード上に配置され、自由空間中に光を照射する光源、例えばレーザまたはスーパールミネセントダイオードとしてもよい。また、これらの要素は、光源に接続された光ファイバであってもよく、光ファイバの端はペイロード内の自由空間中に光を発射する。光源は、第２の構造（ペイロード）１５、第１の構造１４、または基体１６中に配置させてもよい。別の実施形態では、第２の構造は、基体１６または第１の構造１４から放射される光をトラッカー１０から外へ光ビーム４６として誘導するミラーである。
【００２４】
フロントサイトモードは、トラッカーの動作の通常モードとして規定される。バックサイトモードは、フロントサイトモードで開始し、その後、下記を実施することにより得られる。（１）アジマス軸を１８０°だけ回転させる工程、（２）元の天頂角度の負の値を有するように天頂軸を回転する工程（この場合、アジマス軸２０の向きは、０の天頂角度に対応する）、および（３）トラッキングを開始する工程。最後の工程は光ビームをキューブコーナーまたはミラー上の適正な位置に移動させ、これによって光ビーム４８は光ビーム４６の経路を引き返す。理想的なレーザートラッカーでは、フロントサイトモードおよびバックサイトモードでのリトロリフレクターまたはミラーターゲットの測定された三次元座標は同じである。現実のトラッカーでは、これらの測定された角度は全く同じではなく、相違は、トラッカーの測定品質の指標となる。二面測定は、パラメータエラーに特に感応性が高く、以下でより詳細に記載されており、よってレーザートラッカーを迅速に評価するための効果的な試験を提供する。
【００２５】
二面測定では、ある（ｘ、ｙ、ｚ）値がフロントサイトモードで得られ、ある（ｘ、ｙ、ｚ）値がバックサイトモードで得られる。ここで、ｘ、ｙ、およびｚは、レーザートラッカーが位置する固定された座標系内の座標である。二面測定では、半径方向距離を、フロントサイトおよびバックサイトモードに対し同じ値であると設定するのが普通である。その結果、フロントサイトおよびバックサイト座標示度における違いは、完全に横方向に沿うものである。ここで、横方向は、トラッカーからの光ビームに垂直な方向として規定される。二面エラーとしても知られている二面差は、フロントサイトおよびバックサイトモードにおいて得られた示度間の横方向の距離である。この測定では、対象の二面エラーは補償されていない二面エラー、言い換えると、補償パラメータが適用される前の二面エラーである。測定確度を改善する補償パラメータの目的、すなわち補償パラメータの適用は通常二面エラーを減少させる。言い換えると、補償された二面エラーは補償されていない二面エラーよりも通常は小さい。
【００２６】
二面測定がトラッカー問題を示すのに特に有効である理由は、それらがレーザートラッカー内の典型的なエラーモードの多くに高感応性であることである。理想的なトラッカーでは、光ビームは、少なくとも仮のトラッカージンバル点を通過する。現実のトラッカーでは、光ビームは、ジンバル点に関してオフセットされる。このオフセットは２つのパラメータ−ＴＸおよびＴＹ−を生じさせ、これらは単にＸおよびＹ方向のジンバル点に最接近する線でのオフセット距離である。ここで、ＸおよびＹ方向は、図１のペイロード１５に関して解釈される。（これらはｘおよびｙ方向とは異なり、それらはレーザートラッカーが位置する固定された座標系に関して解釈される。）これらのパラメータが安定であり、正確にわかっている限り、ジンバル点に関する光ビームのオフセットはエラーを引き起こさない。しかしながら、オフセットが温度と共に、例えばトラッカーが暖機するにつれて変化する場合、ＴＸおよびＴＹの真値もまた変化する。二面測定は、ＴＸおよびＴＹエラーに対し非常に感応性が高い。
【００２７】
理想的なトラッカーでは、天頂角度が９０°に設定された場合、光ビームはアジマス機械軸および天頂機械軸に垂直である。現実のトラッカーでは、光ビームは、垂直からわずかにそれる。この光ビームの傾きが２つのパラメータ−ＲＸおよびＲＹ−を生じさせ、これらは単にＸおよびＹ方向についての角傾きである。これらのパラメータが安定であり、正確にわかっている限り、機械軸に関する光ビームの傾きはエラーを引き起こさない。しかしながら、オフセットが温度と共に、例えばトラッカーが暖機するにつれて変化する場合、ＲＸおよびＲＹの真値が変化する。二面測定は、ＲＸおよびＲＹエラーに対し感応性が高い。
【００２８】
図１に示したトラッカーの型に対してパラメータＴＸ、ＴＹ、ＲＸ、ＲＹを見い出すための方法は、クラマー（Ｃｒａｍｅｒ）らへの米国特許第７，３２７，４４６（‘４４６）（参照により本明細書に組み込まれる）に記載されている。他のビーム走査方法を使用する他の手段が、レーザートラッカーに適用可能であろう。例えば、いくつかのレーザートラッカーはミラーを使用して光ビームを誘導し、これらのトラッカーは、図１で示したトラッカーとは異なるパラメータを有する。しかしながら、ビーム走査メカニズムに関係なく、全ての型のトラッカーに対し、問題を同定し、パラメータを見い出すために二面試験が使用される。
【００２９】
二面エラーはまた、他の型のトラッカーエラーを反映し得る。例えば、角度エンコーダにおいて見られる多くの型のエラーに感応性が高い可能性がある。ある条件下では、軸非直角度エラーに対しても感応性が高い。
【００３０】
トラッカーが安定である場合、二面測定は、正確なパラメータ値を見いだすための補償手順の一部として使用することができる。トラッカーが安定でない場合、二面測定値の変動性を使用して、この安定性の欠如を同定することができる。特定のパラメータ値およびこれらの値が時間と共にどのように変化するかを、起こり得る任意の問題の物理的原因を見いだす際にユーザーまたはサービス担当者を支援する診断ツールとして使用することができる。これは本明細書で記載される例示的な方法がすでに暖気されたトラッカー、ならびに暖気段階にあるトラッカーの安定性をチェックするために有用である理由の１つである。
【００３１】
以下で記載される例示的な実施形態は、トラッカーの一貫した暖気を迅速に確保するための方法に対するものである。例示的な実施形態は、トラッカー（すなわち、トラッカー上ターゲット、例えば、‘４４６特許に記載）上またはトラッカーの周囲のボリューム内の任意ポイントのいずれかに配置されている単一のリトロリフレクターターゲット上で繰り返し二面測定（すなわち、フロントサイトおよびバックサイト測定）を実施することを含むことができる。ポイントがトラッカーから離れている場合、リトロリフレクターは、例えば、床、機器スタンド、または構造に取り付けられ得る場所内に配置することができる。これらの測定は、一定間隔で実施することができ、間隔を空けなくてもよい。各二面測定が実施された後、フロントサイトおよびバックサイトモードの示度の差として規定される二面エラーが計算される。二面示度を使用してトラッカーが安定かどうか決定される。これを実施する方法は、以下で記載する。
【００３２】
別の例示的な実施形態では、第２のターゲットを、並進エラー（例えば、ＴＸおよびＴＹエラー）および角エラー（例えば、ＲＸおよびＲＹエラー）を分離するように追加することができる。トラッカー内の並進および角エラーを分離するいくつかの方法がある。第１の方法は、２つの異なるリトロリフレクターターゲットを異なる距離で配置するものである。遠くのターゲットは、近くのターゲットよりも角エラーの影響を受けやすく、遠いおよび近いターゲットは同様に並進エラーにより影響される。このため、二面測定は、２つの異なるレンジで配置された２つのリトロリフレクターターゲットに対して実施することができる。これらの測定からの示度を使用して、２つの型のエラーを分離することができる。
【００３３】
並進および角エラーを分離する第２の方法は、リトロリフレクターを第１のターゲットとして、ミラーを第２のターゲットとして選択するものである。ミラーは、トラッカーにおける角エラーに対し最も強く応答し、リトロリフレクターは角および並進エラーの両方に応答する。リトロリフレクターおよびミラーターゲットを使用して並進および角エラーを分離するための方法は、‘４４６特許において詳細に説明されている。トラッカーが暖機された時を決定するための基準は、２つの異なるターゲットに対する二面測定のδ値に基づく。様々な特定の数学規則を使用して、下記で記載されるように、トラッカーが暖機された時を決定してもよい。
【００３４】
さらに別の例示的な実施形態では、パラメータは、二面測定から計算される。いくつかのパラメータ（例えば、いくつかの型のトラッカーに対してはＲＸおよびＲＹ）は、ミラーターゲットのみを使用して収集されてもよい。他の型のパラメータ（例えば、いくつかの他の型のトラッカーに対してはＴＸおよびＴＹ）は、２つ以上のリトロリフレクターまたはミラーターゲットを使用して収集される。関連パラメータは、特定のトラッカーによって異なる。例えば、パラメータは、走査ミラーを使用して、光ビームをトラッカーから指向させる型のトラッカーに対しては、図１で示される型のトラッカーに対するものとは異なる。一般に、任意の型のトラッカーに対する任意のパラメータが、トラッカーが暖められたまたは安定になった時を示す数学規則において使用され得る。
【００３５】
１つ以上の例示的な実施形態では、トラッカー１０は、ユーザーが任意の特定の時期にトラッカーを使用し始めようとした場合に、ユーザーに、その特定のターゲットポイントに対する最大許容エラー（ＭＰＥ）に関するトラッカー１０のエラーを教えるユーザーインターフェイスを含むことができる。ＭＰＥは、トラッカー製造業者が公開している仕様であり、これはレンジに応じたトラッカー確度を示す。
【００３６】
図２は、縦軸上の補償されていない二面エラー対横軸上の時間のプロットを示す。プロットは、トラッカー１０が暖められるにつれ、最初、初期の補償されていない二面エラー値２１５を有することを示す。暖機されるにつれ、二面エラーは移行段階２１０で急激に変化する。補償されていない二面エラーは正または負であってもよく、トラッカーが暖められるにつれ、より大きく、または小さくなり得る。時間の経過と共に、トラッカー１０は、平坦段階２２０に入り、ここでは、二面エラーは平坦値２２５に到達し、これはまた定常状態値とも呼ばれる。トラッカー１０が平坦値に近づくにつれ、安定であり、補償される状態にあると考えられる。
【００３７】
図１０は、機器、例えばレーザートラッカーが暖められた、または安定であるかどうかを決定する方法１０００に対する第１の例示的な実施形態のための流れ図を示す。少なくとも１つのターゲットが必要であり、これはリトロリフレクターまたはミラーでもよい。リトロリフレクターまたはミラーを使用して二面測定を実施する方法は、‘４４６特許においてより詳細に記載される。追加のターゲットを使用してもよく、これは、リトロリフレクターまたはミラーの任意の組み合わせとしてもよい。手順は、工程１０１０、１０２０、１０３０、１０４０、１０５０、および１０６０を含む。工程１０１０は、フロントサイトモードで、各ターゲットを測定するものである。工程１０２０は、バックサイトモードで、各ターゲットを測定するものである。フロントサイトおよびバックサイト測定を行う順序は重要ではないが、試験を完了する総時間は、ドリフト効果を軽減するために最小に抑えられるべきである。工程１０３０は、ターゲットの各々に対する二面エラーを計算するものである。二面エラー値は横方向の距離であり、長さの単位を有する。工程１０４０は、ターゲットが初めて測定されたかどうかを決定するものである。そうであれば、再び工程１０１０から開始され、第２の組の測定が実施される。そうでなければ、手順は工程１０５０へと続き、そこで、１つ以上の安定性メトリックが計算される。
【００３８】
安定性メトリックはトラッカーが安定化どうかを決定する規則により規定される任意の値である。安定性メトリックは、一対の測定された二面エラーに基づく単純数としてもよく、または数学規則に従って組み合わされたいくつかの測定値に基づくより複雑な値としてもよい。図１０を参照して、いくつかのパラメータおよび製造業者の仕様に基づく比較的複雑な値の後者の場合の一例を以下に示す。安定性メトリックは、過去からの一連の測定された値（例えば、移動平均またはいくつかの他の型のフィルターされた値）に依存してもよく、または単に、最も近くに収集された測定された値に依存してもよい。工程１０６０は、安定性メトリックが終了基準を満たしているかどうかを決定するものである。単一の終了基準が存在してもよく、またはいくつかの終了基準が存在してもよい。いくつかの終了基準が存在する場合、各基準に対応する安定性メトリックが存在するが、基準のいくつかは、二面エラーを見いださずに得ることができる。例えば、１つの基準はトラッカー補償二面エラーが製造業者のＭＰＥ仕様を満たすものであってもよい。これは、経時的な二面エラーの安定性に関連する第２の基準と共に使用することができる。複数の終了基準が与えられる場合、トラッカーが安定であると考えられるためには、これらの各々が対応する安定性メトリックにより満たされなければならない。安定性メトリックが終了基準を満たした場合、トラッカーは安定である、または暖機されたと考えられ、次の工程を実施することができる。次の工程は通常、トラッカーに対し補償手順を実施するか、またはトラッカーにより測定を開始するものであろう。
【００３９】
おそらく、最も簡単な型の安定性メトリックは、２つの前記二面エラーにおけるδ（差）の絶対値である。この場合における閾条件は単にある数値とすることができる。安定性メトリックが閾値よりも低い場合、トラッカーは安定であると考えられる。そうでなければ、安定であると考えられず、二面測定が続けられる。図２では最初、二面エラーは急速に変化することが見られ、これは、二面値のδ（差）が大きいことを意味する。よって、小さなδ値は、安定なトラッカーを示す。１つの複雑な事態は、一般に、図２に示される二面エラーが一般的な傾向を示す滑らかな曲線に加えていくらかのノイズを有するということである。この場合、単一のδ値に基づいて安定性を確立すると、トラッカーが完全に安定であるという十分な保証を提供しない可能性がある。
【００４０】
図１０の方法１０００の工程は流れ図フォーマットよりも、言葉で便宜的に記載することができる。安定性メトリックを計算するためには、少なくとも２つの二面エラーが必要である。結果として、複数のバックサイト測定、フロントサイト測定、および二面エラー計算があり、少なくとも１つの安定性メトリックがある。フロントサイトおよびバックサイト測定は交互に行われる。終了基準が満たされない場合、トラッカーが安定であるとみなされるまで、何回もの繰り返し二面測定が必要とされる可能性がある。
【００４１】
図３は、機器、例えばレーザートラッカーが暖機されたまたは安定であるかどうかを決定する方法３００のための第２の例示的な実施形態に対する流れ図を示す。方法３００は、工程３１０、３２０、３３０、３４０、および３５０を含む。工程３１０は、少なくとも２つターゲットについて二面測定を行うものであり、それらはリトロリフレクターまたはミラーターゲットであってもよい。工程３１０はまた、必要に応じて任意で、二面測定に加えて測定を含んでもよい。工程３２０は、機器補償パラメータ、一般的に機器パラメータの完全な組ではなく、パラメータのサブセットを計算するものである。工程３１０で実施される測定は、機器の少なくともいくつかのパラメータを計算するのに十分な情報を提供する。工程３３０は、工程３１０の測定が初めて実施されたかをチェックするものである。そうであれば、測定が工程３１０から開始して、再び実施される。そうでなければ、工程３４０が実施され、安定性メトリックが計算される。工程３５０は、安定性メトリックが閾値より低いかをチェックするものである。そうであれば、機器は安定であるまたは暖機されたと考えられる。そうでなければ、追加の測定および計算が、工程３１０から開始して、繰り返される。
【００４２】
図３に関して記載される方法３００は全体的な方法であり、それに対してさらなる例示的な実施形態を以下で説明する。
【００４３】
図４は、例示的な実施形態による方法４００を示す。方法４００は、工程４１０、４２０、４３０、４４０、および４５０を含む。工程４１０は、補償手順を実施するものである。図１で示され、‘４４６特許においてより詳しく記載される例示的なレーザートラッカーでは、好都合な補償手順は、自己補償手順であり、この場合、２つのトラッカー上ターゲット、トラッカー上リトロリフレクターおよびトラッカー上ミラーが、完全に自動化されたトラッカー手順において使用され、トラッカーパラメータが見いだされる。この手順は実施するのに約４から５分かかる。他の補償手順が同様によく使用できる。工程４２０は、トラッカーパラメータＴＸ、ＴＹ、ＲＸ、およびＲＹを計算するものである。自己補償手順は、特にこれらのトラッカーパラメータを取得する。工程４３０は、補償手順が初めて実施されたかをチェックするものである。そうであれば、補償手順は、再度実施され、パラメータ値が再び計算される。そうでなければ、工程４４０が実施され、安定性メトリックＳが見いだされる。安定性メトリックＳを計算するための方法についての詳細は以下で示す。工程４５０は、終了基準が安定性メトリックにより満たされたかをチェックするものである。そうであれば、トラッカーは安定であると考えられ、方法４００は終了する。この後トラッカー補償またはトラッカーによる測定の開始のいずれかが始まる。下記で記載される特定の例示的な実施形態では、安定性メトリックは０から１（または０から１００％）まで変動することができ、０は最も安定していないトラッカーを示し、１は最も安定なトラッカーを示す。例として、０．９（または９０％）の終了基準を選択してもよい。そうすると、安定性メトリックが０．９以上であれば、トラッカーは安定であると考えられる。
【００４４】
安定性メトリックＳは、下記工程を実施することにより計算される。運動力学モデルパラメータＲＸ、ＲＹ、ＴＸ、ＴＹの変化は下記のように計算される。
【数１】
0005552574.tif 000002
【００４５】
ここで、下付文字「ｎｅｗ」は、最近の測定で計算されたパラメータを示し、下付文字「ｏｌｄ」は、最近の測定の直前の測定で計算されたパラメータを示す。
【００４６】
根二乗和（ｒｓｓ）値、DＲ、DＴが、運動力学モデルパラメータの変化におけるｘおよびｙ成分に対し計算される。
【数２】
0005552574.tif 000003
【００４７】
機器のレンジｄの関数としての標準の横方向不確定さＵｓｔｄは製造業者の公開された仕様値ＡおよびＢに基づいて見いだされる。
【数３】
0005552574.tif 000004
【００４８】
パラメータの安定性と関連する横方向不確定さＵｐｒｍは、式（２）から得られた計算値ΔＴおよびΔＲに基づき見いだされる。
【数４】
0005552574.tif 000005
【００４９】
式（３）および（４）から得られる不確定さ値ＵｓｔｄおよびＵｐｒｍは組み合わされて、根二乗和（ｒｓｓ）値Ｕａｄｊが得られる。
【数５】
0005552574.tif 000006
【００５０】
レンジ依存安定性比ｓ＝ｓ（ｄ）は下記として規定される。
【数６】
0005552574.tif 000007
【００５１】
安定性メトリックＳは、トラッカーの可能なレンジ（ｄｍｉｎからｄｍａｘに及ぶ）にわたる安定性比の最小値として規定される。
【数７】
0005552574.tif 000008
【００５２】
式（７）で規定されるように、Ｓは間隔［０、１］上に存在する無次元数である。トラッカー１０に電源が入れられた直後に、温度および運動力学モデルパラメータは急速に変化する可能性があり、これによりＳに対し比較的低い値が得られる。その後、温度が平衡に近づき、モデルパラメータがよりゆっくり変化するにつれ、Ｓは１に近づく。自己補償サイクルはＳが規定された許容値を超えると終了する。典型的な許容値は０．９である。上記で記載した方法は、式（３）で与えられるＡおよびＢの線形関数である必要はないが、他の例示的な実施形態において容易に一般化させることができる。例えば、製造業者の性能仕様がレンジの非線形関数である場合、単に、上記式（３）を変化させる。図３および４の実施形態の利点は、自動暖機が完了すると、トラッカー１０は暖機されるだけでなく、補償されることである。これは、最小のユーザーの注意力を要求するにすぎないので、この方法は、上記自己補償方法が使用された場合特に好都合である。ユーザーは、測定を実施する前に機器の確度を確かめるためにクイック試験を実行すれば十分である。
【００５３】
図５−８は、方法４００を証明するための安定性メトリック対自己補償サイクル数のプロット５００、６００、７００、８００を示す。図５−７は、低温条件から開始したトラッカーを示し、図８はすでに熱平衡化されたトラッカーを示す。図５−８は、暖機時間は、約５の補償サイクル（すなわち、約２５分）にわたっておこることを示す。図５−８は、例を示しているにすぎず、方法４００の例示であることが認識される。他の例示的な実施形態では、他の補償サイクル数が可能である。よって、図５−８は、方法４００により支持されるように、熱平衡が近づくにつれ、プロット５００、６００、７００、８００は、平坦挙動を示すことを説明する。
【００５４】
別の例示的な実施形態では、セルフテスト補償方法は、自動測定を実施し、パラメータを計算する。ターゲットはこれらの測定のために使用され、トラッカー載置リトロリフレクターおよびトラッカー載置ミラーが挙げられる。アルゴリズムは、終了基準を評価し、符号変換アルゴリズム（ＳＣ）と呼ばれる。ＳＣでは、問題のパラメータが安定化されると、その値のランダム振動が、暖機によるいずれの系統的挙動に対しても重要になり始め、それは、本質的に単調である傾向がある。ＳＣは次へのサイクルから各パラメータのδを計算する。δが符号を変換させる毎に、関連パラメータに対するカウンタがインクリメントされる。各パラメータがＮ符号変換を受けた時にループが終了され、ここでＮは前に規定された１以上の整数である。Ｎは、ユーザーまたはトラッカー製造業者のいずれかによって特定されてもよい。終了基準はそれぞれ、Ｎを減少または増加させることにより効果的に緩められ、またはきつくされる。ＳＣ実施形態の利点は、自己補償方法に基づくため、自動起動が完了した時に、トラッカーが暖機されるだけでなく、補償されることである。
【００５５】
本明細書で記載される本発明の方法の重要な観点は、トラッカーを暖められるのに必要とされる時間が最小に抑えられることである。ここまで上記のように、実施形態は主に、トラッカーが暖機された時を決定するための方法に向けられてきた。ここで、本出願はより詳細に、どのように暖機時間が最小に抑えられ得るのかを考える。トラッカーには、電気モーター３２、３４の形態の内蔵ヒーターが装備される。試験は、電気モーターの使用による能動加熱は、暖機時間を著しく減少させることができることを示している。最も一般的な状況では、トラッカーは最初周囲温度であり、モーター加熱の適正な適用による暖機時間は、相当量減少され得る。例えば、１つの型のトラッカーでは、暖機時間は、２時間から３０分まで、４倍減少される。
【００５６】
熱源の他に、加速された暖機プロセスは、制御機構を必要とする。制御機構は、ある一定の時にモーター印加される電流の量を調節する。最適化された制御機構は、暖機時間を最小に抑えるように電流をモーターに印加する。そうすることで確実に、必要とされる熱量がトラッカーに投入される。典型的にはモーター付近にあるホットスポットが冷却され、典型的にはモーターからいくらかの距離にあるコールドスポットが温められることも確保される。このプロセスは、熱緩和と呼ばれる、レーザートラッカーのボディ全体で迅速に熱平衡を得るために有効な方法は、最初に、加熱サイクルを提供し、続いて熱緩和サイクルを提供するものである。暖機は、加熱プロセスおよび熱緩和プロセスの両方が完了するまで、完了しない。しかしながら、一般に、熱はレーザートラッカーに様々な時間パターンで、通常、暖機手順の開始のより近くではより高い熱が適用され、暖機手順の終わり近くではより低いレベルの熱が適用されるように、効果的に適用され得る。
【００５７】
理想的な場合では、暖機後、トラッカーボディ内の各ポイントの温度は、良好な近似では、時間と共に一定なままである。この場合、トラッカーは、熱平衡に到達した、または同等に、平衡化された、もしくは温度平坦に到達したと呼ばれる。
【００５８】
トラッカーが熱平衡に到達した後、モーターには電流が供給され続け、ルーチントラッカー動作中のレーザートラッカー構造の移動が実施される。そのような移動では、トラッカーモーターへの全電流の印加に比べ、必要とされるのは比較的低いレベルである。例えば、１つの型のトラッカーの典型的なトラッカー動作では、電流使用は、最大電流レベルの約５％である。
【００５９】
一般に、暖機手順は、トラッカーが最初、周囲条件に比べ比較的冷えている場合により多くの時間を、比較的温かい場合により少ない時間を必要とする。暖機時間を最小に抑えるために、制御機構は初期のトラッカーおよび大気温度を考慮し、これらの温度に基づく暖機シーケンスを実行すべきである。制御機構はまた、モーターを過熱することによりトラッカーが損傷されないように確保しなければならない。
【００６０】
当業者により認識されるように、所定の時間でのモーター中の電流を指定するために多くの異なる型の制御機構が可能である。簡単なアプローチは、一定量の電流をモーターに一定期間印加するものである。このアプローチはトラッカーが最初周囲温度またはその付近にある最も一般的な状況では十分である。しかしながら、このアプローチは最初比較的温かいトラッカーを過熱する、および、最初比較的冷えているトラッカーでは加熱不足となる可能性がある。
【００６１】
別の型の制御機構は実時間比例制御であり、これはその名称が示唆するように、トラッカーおよび周囲大気温度の実時間測定に基づく。この型の制御を用いると、トラッカー温度に対する特定の設定点が指定され、制御機構は実際のトラッカー温度の設定点からの逸脱に比例して、モーターへの電流を増加または減少させる。その時間内の多くの期間においてモーターに送られる電流は最大値を下回るので、実時間比例制御アプローチは最短暖機時間を提供しない。
【００６２】
関連する型の制御機構は実時間非線形制御であり、これは一般に暖機時間を提供しない。これはそれらのトラッカーの使用を開始する前にどのくらい待つべきかを知りたいトラッカーユーザーにとって不好都合となり得る。
【００６３】
別の型の制御機構は、モデルベースアプローチに基づき、この場合、トラッカーの数学モデルが使用され、時間の関数として、どれくらいの量の電流がモーターに適用されるかが決定される。そのようなモデルは、熱力学および熱伝達の分野から得られるよく知られた結果から構築することができる。
【００６４】
例示的なモデルベースアプローチでは、暖機プロセスは、加熱段階と熱緩和段階から構成される。加熱段階中、安全な最大電流がモーターに特定の期間印加され、それは起動時に計算される。その後、熱緩和段階中、トラッカー内の温度分布が平衡状態まで緩和するように、より低い電流が印加される。熱緩和時間もまた、起動時に計算してもよい。また、トラッカー試験手順、例えば、上記で記載される二面測定を使用する試験手順を、暖機手順の終了付近で開始して実行してもよく、暖機手順が終了されるべき時が確立される。
【００６５】
以下、加熱モデルと熱緩和モデルを組み合わせた熱的モデルに基づく例示的な実施形態について記載する。加熱モデルは、機器を質量ｍ、平均比熱ｃ、および周囲空気に対する熱伝達係数ｈを有する等温体として処理することにより得られる。表面積ａを有する機器、温度Ｔａｉｒの空気と接触する機器では、微分方程式（８）が、時間ｔに伴う機器温度Ｔの変化率を与える。
【数８】
0005552574.tif 000009
式の右の第１項は、機器より空気に向かって失われる熱を表す。第２項は、内部電子装置（Ｑｅドット）およびモーター（Ｑｍドット）により機器に追加される熱の速度を表し、最終項は、空気から機器への熱伝達を表す。
【００６６】
量Ｓは、周囲大気温度Ｔａｍｂに対するトラッカーの温度として規定される。量Ｓｉは、周囲大気温度Ｔｉに対する初期トラッカー温度として規定され、量Ｓｅｑは、周囲大気温度に対する平衡トラッカー温度として規定される。
【数９】
0005552574.tif 000010
【００６７】
微分方程式の解は式（９）として表すことができる。
【数１０】
0005552574.tif 000011
式中、項Ｓｅｑは機器が無限大に向かって時間が経過するとともに漸近的に達成される温度差である。この量は、式（８）内の材料および環境特性に関連する量に依存する。Ｔｉは機器の初期（測定された）温度差であり、oは加熱時間定数である。特定の型の機器を試験することにより直接τおよびＴｅｑの値を決定することができる。試験は、式（１０）が周囲温度Ｔａｍｂならびに空気の特性、例えば比熱ｃおよび熱伝達係数ｈ（通常正確に確率することが困難である）に関係なく適用できることを実験的に立証するために実施されている。値τおよびＴｅｑを決定する試験方法は、所定の型の機器に電源を入れる工程と、モーター電流を所望の一定値に設定する工程と、機器が暖機するにつれ機器の温度および大気温度を反復して測定する工程と、を含む。試験データを最小二乗フィット計算を実施することにより式（９）のモデルにフィットさせ、τおよびＴｅｑに対する値を見いだす。
【００６８】
式（８）および（１０）は、最大電流がトラッカーに印加される初期加熱段階およびより低い電流レベルが印加されるその後の熱緩和段階の両方に当てはまる。このより低い電流レベルはトラッカーの通常動作中にモーターに印加される電流レベルに設定される。熱平衡温度Ｔｅｑはモーターに印加される電流レベルに依存し、よって、加熱段階および熱緩和段階では異なっている。加熱段階では、熱平衡温度はＴｅｑ＝Ｔｅｑ１で示される。熱緩和段階では、熱平衡温度はＴｅｑ＝Ｔｅｑ２で示される。一般に、熱平衡温度Ｔｅｑ１，Ｔｅｑ２は大気温度およびトラッカーに印加される電流レベルに依存する。
【００６９】
熱的モデルの第２の部分は熱緩和モデルであり、これは第２の暖機段階中に適用可能であり、この場合、熱はトラッカーが熱平衡に近づくにつれ、内部トラッカー構成要素中間で拡散させられる。熱緩和工程が完了した時点で、機器は適正に暖機され、いつでも使用できる。
【００７０】
一実施形態では、第１の構造１４はヨークと呼ばれる。ヨークは、特定の垂直面について外観は対称である。しかしながら、ヨークは内部は対称ではない。というのも、モーターがヨークの片側（加熱されるまたは熱い側）に載置されるからである。ヨークのもう一方の側（加熱されないまたは冷たい側）はモーターを有さない。温度Ｓは、周囲温度に関し規定される。Ｓｈ＝Ｔｈ−Ｔａｍｂ、Ｓｕ＝Ｔｕ−Ｔａｍｂ。一実施形態では、熱平衡では、熱い側と冷たい側の間に温度差がある。式（１１）および（１２）は、緩和モデルの基本を形成する。
【数１１】
0005552574.tif 000012
【数１２】
0005552574.tif 000013
式中、ｍ２は、ヨークの片側の質量であり、ヨークの２つの側は同じ質量を有すると仮定され、Ｃ２はヨークの平均比熱容量であり、ｈ２は空気とヨークの間の熱伝達係数であり、ａ２はヨークの半分の有効表面積であり、ｋはヨークの熱い側と冷たい側の間の有効熱伝達定数であり、Ｑ（ドット）はヨークの熱い側から冷たい側への熱伝達速度であり、Ｔｈは熱い（加熱された）側の温度であり、Ｔｕは冷たい（加熱されていない）側の温度である。式（１１）および（１２）は、基本的には式（８）の再フォーマットバージョンであるが、ヨークの熱いおよび冷たい側に対し特定的に書かれている。
【００７１】
式（１２）を式（１１）から減算し、得られた式を温度差ａ＝Ｔｈ−Ｔｕ＝Ｓｈ−Ｓｕを用いて簡約化すると、式（１３）が得られる。
【数１３】
0005552574.tif 000014
式１３は微分方程式であり、その解は簡約化後下記となる
【数１４】
0005552574.tif 000015
ここで、αは特定の時間ｔでの熱い側温度−冷たい側温度に等しく、αｅｑはａ熱平衡での温度差であり（時間が無限大に近づくにつれ）、αｉは加熱段階の終わりに対応する熱緩和段階の開始時の（測定された）温度差であり、σは熱緩和時間定数である。実験データを使用して、緩和時間定数σおよび平衡温度差αｅｑの値が見いだされる。
【００７２】
式（１３）は代数的に解かれ、加熱段階中に特定の温度Ｔに到達するための規定の加熱時間ｔｈｅａｔが見いだされる。結果は、式（１５）で示される。式（１４）は代数的に解かれ、特定の温度差α＝Ｔｈ−Ｔｕに到達するための規定の緩和時間ｔｒｅｌａｘが見いだされる。結果は式（１６）で示される。
【数１５】
0005552574.tif 000016
【数１６】
0005552574.tif 000017
ここで、ｔｈｅａｔは加熱段階中所定の温度Ｔに到達するのに要求される加熱時間であり、ｔｒｅｌａｘは、ヨークの２つの側が緩和段階中に所定の温度差αに到達するのに要求される熱緩和時間である。温度Ｔの特定の値が、加熱段階と熱緩和段階の間の転移温度Ｔｔｒａｎｓとして選択される。所定の許容される温度差α＝Ｔｈ−Ｔｕに対し総暖機時間ｔｔｏｔａｌ＝ｔｈｅａｔ＋ｔｗａｒｍｕｐを最小に抑える値Ｔ＝Ｔｒａｎｓを見いだすために実験を実施してもよい。上記記載において、式（１０）および（１４）は熱伝達式から得られた。図１１は、特定のモデルレーザートラッカーにおいて加熱段階中所定の印加電流レベルに対して観察された温度に対し式（１０）に基づく曲線を比較するプロットである。プロット１１００では、点線１１０５は実際の試験データであり、実線１１０７は、実験データを式（１０）にフィットさせることにより得られたモデルパラメータを用いるモデル予測である。図１２は、特定のモデルレーザートラッカーにおいて緩和段階中所定の印加電流レベルに対して観察された温度に対し式（１４）に基づく曲線を比較するプロットである。プロット１２００では、点線１２０５は実際の試験データであり、実線１２０７は、実験データを式（１４）にフィットさせることにより得られたモデルパラメータを用いるモデル予測である。これらのプロットは、トラッカーの暖機挙動は、予測された挙動に比較的によく一致することを示す。図１１で示した実験データでは、温度Ｔは、トラッカーのヨーク（第１の構造１４）における４つの温度センサ、熱い側の２つの温度センサおよび冷たい側の２つの温度センサの示度を平均することにより見いだされた。温度センサは、プロセッサ、例えば、図９のプロセッサ９２５に取り付けられてもよい。図１２に示される実験データでは、温度差αは冷たい側の２つの温度センサの示度の平均を、熱い側の２つの温度センサの示度の平均から減算することにより見いだされる。
【００７３】
一実施形態では、ヨーク（第１の構造１４）内の温度センサは、上記式中の温度Ｔｉ、Ｔｈ及びＴｕを見いだすために使用される。ヨーク中の温度センサを使用する１つの理由は、ヨークがペイロードに近接しており、よって、ペイロード内の熱的分布に比較的大きな影響を有し得ることである。いくつかの型のトラッカー内のペイロードは、熱的効果に比較的感応する光学および光学機械構成要素を含む。特定の型のトラッカーに対する試験では、ヨーク内のセンサにより測定された温度から計算された暖機時間は、二面試験を実施することにより評価される、良好なトラッカー性能によく相関することが見いだされた。他の型のトラッカーでは、第２の構造１５内で測定された温度を考慮することが重要である場合があり、それはペイロードまたはミラーアセンブリ（天頂モーターを含む）であってもよい。他の場合では、基体１６内の温度センサにより測定される温度を考慮することが重要である可能性がある。熱は最初基体に適用されるので、ジンバル点２２は上方に拡大する。ジンバル点が安定な位置に到達したことを確保するために、基体１６内、ならびに第１の構造１４および第２の構造１５内の温度センサからの温度を使用することが重要となり得る。一般に、トラッカー上または内の異なる位置に配置された温度センサの重要性は、トラッカーの型に依存する。
【００７４】
上記で説明されるように、試験はパラメータ値を決定するために実施される。実験データを式（１０）および（１４）の指数曲線にフィットさせることにより引き出されたパラメータは加熱時間定数τ、緩和時間定数σ、最大モーター電流の印加が与えられた内部トラッカー温度に対する平衡値Ｔｅｑ１、減少させたモーター電流の印加が与えられた内部トラッカー温度に対する平衡値Ｔｅｑ２、および減少させたモーター電流の印加が与えられた温度差に対する平衡値αｅｑを含み得る。平衡温度Ｔｅｑ１、Ｔｅｑ２、αｅｑは、周囲大気温度ならびにモーターに印加された電流レベルに依存する。どのように平衡温度が周囲大気温度に依存するかを決定する測定を実施することは重要であり得る。平衡値Ｔｅｑ１、Ｔｅｑ２はトラッカー内または上の特定の位置で漸近的に達成される温度であってもよく、または温度の一群−例えば、第２の構造１４内の４つの温度センサの示度の平均に基づいてもよい。同様に、平衡値αｅｑは、トラッカー内または上の特定の位置の２つの温度センサの示度間で漸近的に達成される温度であってもよく、または温度の一群−例えば、第２の構造１４の片側上の２つの温度センサおよびもう一方の側の２つの温度センサの示度の平均間の差に基づいてもよい。試験はまた、総暖機時間ｔｔｏｔａｌ＝ｔｈｅａｔ＋ｔｗａｒｍｕｐを最小に抑える転移温度Ｔ＝Ｔｔｒａｎｓを決定するように、実施されてもよい。
【００７５】
上記で記載される実施形態の１つでは、一定の最大電流が、第１の段階（加熱段階）中で印加され、一定の減少された電流が第２の段階（熱緩和段階）中で印加される。一定の減少された電流は、大体、通常動作におけるトラッカーの動作電流のレベルに設定される。電流は、様々な異なる時間パターンで印加されてもよい。時間の関数としての電流のパターン（時間パターン）はプロファイルと呼ばれる。トラッカーが第１のモーターおよび第２のモーターを有する場合、第１のプロファイルは第１のモーターに適用され、第２のプロファイルは第２のモーターに適用される。
【００７６】
１つの型のモーター３２、３４はブラシレスモーターである。そのようなモーターでは、電流はシャフトを回転させるために、またはシャフトを回転させずに、モーターおよびその周囲を単に温めるために使用され得る。言い換えると、第１のモーター３２および第２のモーター３４は、電流の印加により、第１の構造１４および第２の構造１５を回転させずに、加熱され得る。これは、構造の不必要な移動を排除するので好都合であり得る、しかしながら、本明細書で記載される暖機手順は、第１の構造および第２の構造の移動と共に、またはそれなしで適用することができる。
【００７７】
むだ時間を最小に抑えるために、トラッカーが暖機されたことをトラッカーオペレーターに通知することができる。この通知は多くの形態をとることができる。例えば、トラッカーが暖機されたことを示すために光を点滅させ、または音をならすことができる。さらに、コンピュータスクリーンは、暖機が完了するまで残っている時間を示すカウントダウンメッセージを示してもよい。オペレーターに通知する他の方法を使用することができる。本明細書で記載される発明なしでは、オペレーターはトラッカーが暖機するのに必要とされる時間を多く見積もりすぎる傾向がある可能性がある。その結果、オペレーターは暖機が完了するのを待つのに時間を無駄にする可能性がある。
【００７８】
上記で記載される暖機時間を最小に抑えるための方法は、電流の印加によるモーター加熱の使用に向けられていた。他の加熱装置、例えば熱ブランケットを使用してトラッカーを加熱することも可能である。熱ブランケットは、例えば、暖機プロセスを加速するために、主なトラッカー要素の周りに巻いてもよい。トラッカーを温めるためのそのようなヒーターブランケットまたは他の加熱装置の使用は、一般的にレーザを安定化するためのヒーターブランケットの使用と混同してはならない。ＨｅＮｅレーザにより照射されるレーザモードを安定化するために干渉測定源として使用されるヘリウム−ネオン（ＨｅＮｅ）レーザ管の周りにヒーターブランケットを巻くことはレーザートラッカーでは一般的な方法である。そのようなヒーターブランケットの目的はレーザを安定化することであり、そのようなブランケットは、トラッカー構造の温度を独立して調節するために効果的に使用することはできない。
【００７９】
レーザートラッカーを暖機するための例示的な方法１３００を図１３に示す。工程１３１０は、基体１６に関し第１の軸２０について回転可能な第１の構造１４と、第１の構造１４を第１の軸２０について回転させることができる第１のモーター３２と、第１の構造１４に関し第２の軸１８について回転可能な第２の構造１５と、第２の構造１４を第２の軸１８について回転させることができる第２のモーター３４と、を含む機器を提供するものである。上記で説明されるように、第１の構造および第２の構造は、図１で示されるものとは異なる形態を有してもよい。例えば、第２の構造はシャフトに取り付けられた回転可能なミラーとしてもよく、そのシャフトに一対のベアリング、モーター、および角度トランスデューサ、例えば角度エンコーダが載置される。
【００８０】
工程１３２０は、第１の温度を決定するものであり、第１の温度は、機器が存在する空気の温度である。そのような温度を決定する１つの方法は、大気温度センサにより大気温度（時として周囲温度と呼ばれる）を測定するものである。第１の温度を決定する別の方法は、例えば、工場内での典型的な示度またはリモートサーモスタットの設置に基づいて、これを推定するものである。
【００８１】
工程１３３０は、第２の温度を決定するものであり、第２の温度は、機器の温度である。そのような温度を決定する１つの方法は、初期に、機器の１つ以上の温度を測定するものであり、温度は、一般的に機器上または内の温度を示す。第２の温度は、単一の温度センサの示度に基づき、よって、第２の温度は機器内または上の温度センサの位置に対応する。第２の温度は１を超える温度センサの示度に基づき、よって、第２の温度は、測定された温度のコレクションに基づいてもよい。例えば、４つの温度センサが機器の内部に配置される場合、第２の温度は、４つの温度センサの平均であってもよい。第２の温度を決定する別の方法は、これを推定するものである。例えば、機器が長期間安定な室温にある場合、および、機器が暖機手順の開始時にオンにされる場合、機器は大気温度にあると合理的に仮定され得る。
【００８２】
工程１３４０は第３の温度を決定するものであり、第３の温度は暖機された状態にある機器の予測される温度である。第３の温度は、第１および第２のモーターに、機器の通常動作中に印加される電流を表す減少された電流で動作するにつれ、機器により漸近的に達成される温度である。上記記載では、この平衡温度はＴｅｑ２として示される。一般に、この温度は、周囲大気温度および通常動作におけるトラッカーに印加される典型的な平均電流の両方の関数である。
【００８３】
工程１３５０は、第１のプロファイルを決定するものであり、ここで、第１のプロファイルは第１のモーターに印加される電流であり、この電流は少なくとも一部は第１の温度、第２の温度、および第３の温度に基づく規則に従って時間の関数として変動する。プロファイルという用語は、モーター電流の印加における時間パターンを示す。上記実施形態の１つでは、プロファイルは、最大電流の規定の加熱時間ｔｈｅａｔの間の印加、続く減少された電流の異なる規定の時間ｔｗａｒｍｕｐの間の印加を含む。この場合、全体の暖機手順の期間は、式（１６）において選択される許容可能な温度差α＝Ｔｈ−Ｔｕに基づいて前もって確立される。別の実施形態では、時間ｔｗａｒｍｕｐは、前もって正確に確立されないが、機器により実施される確度チェックの結果に基づく。
【００８４】
工程１３６０は、第２のプロファイルを決定するものであり、ここで、第２のプロファイルは、第２のモーターに印加される電流であり、この電流は少なくとも一部は第１の温度、第２の温度、および第３の温度に基づく規則に従って時間の関数として変動する。この工程は、電流が第１のモーターではなく第２のモーターに印加されることを除き、工程１３５０に類似する。
【００８５】
工程１３７０は、第１および第２のプロファイルを適用するものである。言い換えると、工程１３５０、１３６０において決定される電流プロファイルは、モーターに適用される。
【００８６】
上記で記載される方法は、手動で、あるいは、トラッカーの内部、またはトラッカーに取り付けられた外部コンピュータシステム内のいずれかに配置されたコンピューティングシステムの助けを借りて、実行してもよい。トラッカーに対し内部または外部のいずれかにあるコンピューティングシステムの使用に基づく方法は、オペレーターの時間を節約するので、好都合である。
【００８７】
例示的なコンピューティングシステム（処理システム）９００を図９に示す。処理システム９００は、トラッカー処理ユニット９１０と、必要に応じて任意でコンピュータ９８０と、を備える。処理ユニット９１０は、少なくとも１つのプロセッサを含み、これはマイクロプロセッサ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、または同様の装置であってもよい。情報を処理し、コマンドを送る処理能力が内部トラッカープロセッサに提供される。そのようなプロセッサとしては、位置検出器プロセッサ９１２、アジマスエンコーダプロセッサ９１４、天頂エンコーダプロセッサ９１６、表示灯プロセッサ９１８、絶対距離計（ＡＤＭ）プロセッサ９２６、干渉計（ＩＦＭ）プロセッサ９２２、カメラプロセッサ９２４、温度センサプロセッサ９２５、アジマスモータープロセッサ９３２、および天頂モータープロセッサ９３４が挙げられる。補助ユニットプロセッサ９７０は、必要に応じて任意でトラッカープロセッサユニット９１０内の他のプロセッサに対しタイミングおよびマイクロプロセッササポートを提供する。好ましくは、補助ユニットプロセッサ９７０はデバイスバス９３０により他のプロセッサと通信し、デバイスバスは当技術分野でよく知られているようにデータパケットによりトラッカー全体に情報を伝達してもよい。計算能力はトラッカー処理ユニット９１０全体に分配されてもよく、ＤＳＰおよびＦＰＧＡは、トラッカーセンサにより収集されたデータに対し、中間計算を実施する。これらの中間計算の結果は、補助ユニットプロセッサ９７０に戻される。補助ユニット９７０は、レーザートラッカー１０の本体に長いケーブルにより取り付けられてもよく、またはレーザートラッカーの本体内に引き寄せられてもよく、よってトラッカーは直接（および、必要に応じて任意で）コンピュータ９８０に取り付けられる。補助ユニット９７０は、コンピュータ９８０にコネクション９４０により接続されてもよく、それは好ましくはイーサネット（登録商標）ケーブルまたはワイヤレス接続であってもよい。補助ユニット９７０およびコンピュータ９８０は、コネクション９４２、９４４を介してネットワークに接続されてもよく、これはイーサネットケーブルまたはワイヤレス接続であってもよい。本明細書における例示的な実施形態で記載される安定性計算は、処理ユニット９００内からのプロセッサ（マイクロプロセッサ、ＤＳＰ、またはＦＰＧＡ）を使用してもよく、任意的なコンピュータ９８０によってもよい。
【００８８】
当業者により認識されるように、本発明の観点はシステム、方法またはコンピュータプログラムプロダクトとして具体化されてもよい。したがって、本発明の観点は、完全にハードウエア実施形態、完全にソフトウェア実施形態（ファームウェア、常駐ソフトウェア、マイクロコード、などを含む）またはソフトウェアとハードウエア観点を組み合わせた、全て一般的に本明細書では「回路」、「モジュール」または「システム」とよばれてもよい実施形態の形態をとってもよい。さらに、本発明の観点はコンピュータ可読プログラムコードが具体化される１つ以上のコンピュータ可読媒体において具体化されるコンピュータプログラムプロダクトの形態をとってもよい。
【００８９】
１つ以上のコンピュータ可読媒体の任意の組み合わせが使用されてもよい。コンピュータ可読媒体はコンピュータ可読信号媒体またはコンピュータ可読記憶媒体であってもよい。コンピュータ可読記憶媒体は、例えば、電子、磁気、光学、電磁気、赤外線、または半導体システム、機器、または装置、または前記の任意の好適な組み合わせであってもよいが、それらに限定されない。コンピュータ可読記憶媒体のより具体的な例（包括的でないリスト）としては下記が挙げられる：１つ以上のワイヤを有する電気接続、携帯用コンピュータディスケット、ハードディスク、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読取り専用メモリ（ＲＯＭ）、消去可能プログラマブル読取り専用メモリ（ＥＰＲＯＭまたはフラッシュメモリ）、光ファイバ、携帯用コンパクトディスク読取り専用メモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）、光記憶装置、磁気記憶装置、または前記の任意の好適な組み合わせ。この文書の関連では、コンピュータ可読記憶媒体は命令実行システム、機器、または装置によって、またはこれに接続されて使用するためのプログラムを含む、または保存することができる任意の実質的な媒体であってもよい。
【００９０】
コンピュータ可読信号媒体は、伝搬されるデータ信号を含んでもよく、その中でコンピュータ可読プログラムコードが、例えば、ベースバンドにおいてまたは搬送波の一部として具体化される。そのような伝搬される信号は、電磁気、光学、またはそれらの任意の好適な組み合わせを含むが、それらに限定されない様々な形態のいずれをとってもよい。コンピュータ可読信号媒体は、コンピュータ可読記憶媒体ではなく、命令実行システム、機器、または装置によって、またはこれに接続されて使用するためのプログラムを通信、伝搬、または輸送することができる任意のコンピュータ可読媒体であってもよい。
【００９１】
コンピュータ可読媒体上で具体化されるプログラムコードは、任意の適切な媒体、例えば限定はされないが、ワイヤレス、ワイヤライン、光ファイバケーブル、ＲＦ、など、または前記の任意の好適な組み合わせを使用して伝送されてもよい。
【００９２】
本発明の観点の動作を実施するためのコンピュータプログラムコードは、１つ以上のプログラミング言語、例えばオブジェクト指向プログラミング言語、例としてジャバ（Ｊａｖａ(登録商標)）、スモールトーク（Ｓｍａｌｌｔａｌｋ）、Ｃ＋＋などおよび従来の手続きプログラミング言語、例えば「Ｃ」プログラミング言語または同様のプログラミング言語の任意の組み合わせで書かれてもよい。プログラムコードは、完全にユーザーのコンピュータ上、部分的にユーザーコンピュータ上で、スタンドアロンソフトウェアパッケージとして、部分的にユーザーのコンピュータ上で、部分的にリモートコンピュータ上または完全にリモートコンピュータまたはサーバ上で実行してもよい。後者のシナリオ上では、リモートコンピュータは、ユーザーのコンピュータに任意の型のネットワーク、例えば、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）または広域ネットワーク（ＷＡＮ）を介して接続されてもよく、または外部コンピュータ（例えば、インターネットサービスプロバイダを用いてインターネットを介して）に接続されてもよい。
【００９３】
本発明の観点を以下、本発明の実施形態による方法、機器（システム）およびコンピュータプログラムプロダクトの流れ図および／またはブロック図を参照して記載する。流れ図および／またはブロック図における各ブロック、流れ図および／またはブロック図におけるブロックの組み合わせは、コンピュータプログラム命令により実行することができることは理解されるであろう。これらのコンピュータプログラム命令は、機械を製造するために、汎用コンピュータ、専用コンピュータ、または他のプログラマブルデータ処理装置のプロセッサに提供することができ、そのため、コンピュータまたは他のプログラマブルデータ処理装置のプロセッサを介して実行する命令は、流れ図および／またはブロック図ブロック（１つまたは複数）において特定される機能／作用を実行するための手段を作成する。
【００９４】
これらのコンピュータプログラム命令はまた、コンピュータ可読媒体に保存させることができ、これは、コンピュータ、他のプログラマブルデータ処理装置、または他の装置を特定の様式で機能させるようにすることができ、そのため、コンピュータ可読媒体中に保存された命令は、流れ図および／またはブロック図ブロック（１つまたは複数）において特定される機能／作用を実行する命令を含む製品を生成させる。
【００９５】
コンピュータプログラム命令はまた、コンピュータ、他のプログラマブルデータ処理装置、または他の装置にロードさせてもよく、一連の動作工程がコンピュータ、他のプログラマブル装置または他の装置上で実行されることとなり、コンピュータ実装プロセスが作成され、そのため、コンピュータまたは他のプログラマブル装置上で実行する命令が、流れ図および／またはブロック図ブロック（１つまたは複数）において特定される機能／作用を実行する命令を実行するためのプロセスを提供する。
【００９６】
図中の流れ図およびブロック図は、本発明の様々な実施形態によるシステム、方法およびコンピュータプログラムプロダクトの可能な実行のアーキテクチャ、機能および動作を説明する。この関連で、流れ図またはブロック図における各ブロックは、モジュール、セグメント、またはコードの一部を表してもよく、これは特定の論理機能（複数可）を実行するための１つ以上の実行可能命令を含む。いくつかの他の実行ではブロックで示される機能は、図で示される順序からはずれて起きてもよいことにもまた、注意すべきである。例えば、連続して示される２つのブロックは、実際には、関係する機能によって、実質的に同時に実行されてもよく、またはそれらのブロックは時として逆の順序で実行されてもよい。ブロック図および／または流れ図の各ブロック、およびブロック図および／または流れ図におけるブロックの組み合わせは、特定の機能または作用を実行する専用ハードウエア−ベースシステム、または専用ハードウエアおよびコンピュータ命令の組み合わせにより実行することができることも注意されるべきであろう。
【００９７】
例示的な実施形態では、自動暖機方法がハードウエアに実装されており、この場合、本明細書で記載される自動暖機方法は、下記テクノロジーのいずれかまたは組み合わせにより実行することができ、これらはそれぞれ当技術分野でよく知られている：データ信号によって論理機能を実行するための論理ゲートを有する個別論理回路（複数可）、適切な組み合わせ論理ゲートを有する特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、プログラマブルゲートアレイ（複数可）（ＰＧＡ）、ＦＰＧＡ、ＤＳＰ、など。
【００９８】
上記説明は本発明の特定の実施形態に言及しているが、その精神から逸脱せずに多くの改変が可能であることは理解されるであろう。添付の特許請求の範囲は、そのような改変を、本発明の真の範囲および精神に含まれるものとして包含することを意図する。
【００９９】
よって、ここで開示された実施形態は、全ての点で、例示にすぎず、制限するものではなく、本発明の範囲は、前記説明ではなく、添付の特許請求の範囲により示され、特許請求の範囲の意味および等価物の範囲内にある全ての変更は、その中に含まれることが意図される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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