(57)【要約】【解決手段】３次元座標測定システムはレトロリフレクター２８１０とレーザートラッカー２８２０とを含む。レーザートラッカーは、レーザートラッカーから第１の光ビームを放射するように構成された第１の光源４７と、第１の軸１８および第２の軸２０の周りを回転可能な構造体１５と、第２の光源５４と、第２の光源に近接した第１のカメラ５２と、実行可能命令に応答するプロセッサ８００とを含む。実行可能命令は、プロセッサによって実行されると、第１の段階において、作業者２８０５によって作業者が手にもつトロリフレクター２８１０でなされる作業者追従ジェスチャーが与えられたと判断し、それに応答して構造体を作業者の動きを追従するように回転させ、第２の段階において、作業者によってロックオンジェスチャー２８１５Ｂが与えられたと判断し、それに応答してレトロリフレクター上に第１の光ビームを向けるように動作する。【選択図】図２９Ｂ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
３次元（３Ｄ）座標測定システムであって、
レトロリフレクターと、
レーザートラッカーとを含み、
前記レーザートラッカーは、
前記レーザートラッカーから第１の光ビームを放射するように構成された第１の光源と、
第１の軸および第２の軸の周りを回転可能な構造体と、
第２の光源と、
前記第２の光源に近接した第１のカメラと、
実行可能命令に応答するプロセッサとを含み、
前記実行可能命令は、前記プロセッサによって実行されると、
第１の段階において、作業者によって作業者追従ジェスチャーが与えられたと判断し、それに応答して前記構造体を前記作業者の動きを追従するように回転させ、
第２の段階において、前記作業者によってロックオンジェスチャーが与えられたと判断し、それに応答して前記レトロリフレクター上に前記第１の光ビームを向ける
ように動作する、システム。
【請求項２】
前記作業者追従ジェスチャーは、空間における前記レトロリフレクターの動きと、前記レトロリフレクターからの戻り光の時間的変化とからなる群より選択される、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記レーザートラッカーは、前記作業者追従ジェスチャーの間に前記第２の光源で前記レトロリフレクターを照射し、それに応答して前記照射されたレトロリフレクターの画像を取り込むようにさらに構成される、請求項１または２に記載のシステム。
【請求項４】
前記作業者追従ジェスチャーは、前記レトロリフレクターが前記作業者の手に保持された状態で行われる、請求項１〜３のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項５】
前記ロックオンジェスチャーは、空間における前記レトロリフレクターの動きと、前記レトロリフレクターからの戻り光の時間的変化とからなる群より選択される、請求項１〜４のいずれかに記載のシステム。
【請求項６】
前記レーザートラッカーは、前記ロックオンジェスチャーの間に前記第２の光源で前記レトロリフレクターを照射し、それに応答して前記照射されたレトロリフレクターの画像を取り込むようにさらに構成される、請求項１〜５のいずれかに記載のシステム。
【請求項７】
前記ロックオンジェスチャーは、前記レトロリフレクターが前記作業者の手に保持された状態で行われる、請求項１〜６のいずれかに記載のシステム。
【請求項８】
前記作業者追従ジェスチャーおよび前記ロックオンジェスチャーの少なくとも１つが、前記作業者の胴体に対する前記作業者の腕の位置に基づくものである、請求項１〜７のいずれかに記載のシステム。
【請求項９】
前記プロセッサは、前記プロセッサによって実行されると、前記第２の段階において、前記ロックオンジェスチャーに続いて前記第１の光ビームで前記レトロリフレクターの動きを追跡するように動作する実行可能命令にさらに応答する、請求項１〜８のいずれかに記載のシステム。
【請求項１０】
前記プロセッサは、前記プロセッサによって実行されると、前記第２の段階において、前記ロックオンジェスチャーに続いて前記レトロリフレクターの３Ｄ座標を決定するように動作する実行可能命令にさらに応答する、請求項１〜９のいずれかに記載のシステム。
【請求項１１】
３次元（３Ｄ）座標を測定するための方法であって、
レトロリフレクターとレーザートラッカーとを設けるステップであって、前記レーザートラッカーは、第１の光ビームを放射するように構成された第１の光源と、第１の軸および第２の軸の周りを回転可能な構造体と、第２の光源と、前記第２の光源に近接した第１のカメラと、プロセッサとを含む、前記設けるステップと、
第１の段階において、
作業者が、作業者追従ジェスチャーを与えるステップと、
前記プロセッサで、前記作業者追従ジェスチャーに応答して実行可能命令を実行して、前記作業者の動きを追従するように前記構造体を回転させるステップと、
第２の段階において、
前記作業者が、ロックオンジェスチャーを与えるステップと、
前記プロセッサで、前記ロックオンジェスチャーに応答して実行可能命令を実行して、前記レトロリフレクター上に前記第１の光ビームを向けるステップと
を含む、方法。
【請求項１２】
前記作業者追従ジェスチャーを与える前記ステップにおいて、前記作業者追従ジェスチャーは、空間における前記レトロリフレクターの動きと、前記レトロリフレクターからの戻り光の時間的変化とからなる群より選択される、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記レーザートラッカーは、前記作業者追従ジェスチャーの間に前記第２の光源で前記レトロリフレクターを照射し、それに応答して前記照射されたレトロリフレクターの画像を取り込む、請求項１１または１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記作業者追従ジェスチャーは、前記レトロリフレクターが前記作業者の手に保持された状態で行われる、請求項１１〜１３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１５】
前記作業者がロックオンジェスチャーを与える前記ステップにおいて、前記ロックオンジェスチャーは、空間における前記レトロリフレクターの動きと、前記レトロリフレクターからの戻り光の時間的変化とからなる群より選択される、請求項１１〜１４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１６】
前記レーザートラッカーは、前記ロックオンジェスチャーの間に前記第２の光源で前記レトロリフレクターを照射し、それに応答して前記照射されたレトロリフレクターの画像を取り込む、請求項１１〜１５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１７】
前記第２の段階において、前記ロックオンジェスチャーは、前記レトロリフレクターが前記作業者の手に保持された状態で行われる、請求項１１〜１６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１８】
前記作業者追従ジェスチャーおよび前記ロックオンジェスチャーの少なくとも１つが、前記作業者の胴体に対する前記作業者の腕の位置に基づくものである、請求項１１〜１７のいずれかに記載の方法。
【請求項１９】
前記レーザートラッカーは、前記第２の段階に続いて、前記第１の光ビームで前記レトロリフレクターの動きを追跡する、請求項１１〜１８のいずれかに記載の方法。
【請求項２０】
前記レーザートラッカーは、前記第２の段階に続いて、前記レトロリフレクターの３Ｄ座標を決定する、請求項１１〜１９のいずれかに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願の相互参照］
このＰＣＴ出願は、２０１３年３月１４日に出願された米国特許出願第１３／８０３４７９号の分割出願である、２０１４年２月１４日に出願された米国特許出願第１４／１８０９００号の恩典を主張するものである、２０１４年１１月３日に出願された米国特許出願第１４／５３１１１３号の一部継続出願である、２０１６年２月２９日に出願された米国特許出願第１５／０５５６９９号の優先権を主張するものである。米国特許出願第１３／８０３４７９号は、その全内容が参照により本明細書に組み入れられる、２０１０年４月２１日に出願された米国仮特許出願第６１／３２６２９４号の恩典を主張する、２０１１年４月２０日に出願された米国特許出願第１３／０９０８８９号の分割出願である。
【背景技術】
【０００２】
本開示は、座標測定器に関する。１組の座標測定器が、レトロリフレクターターゲットによって遮られる点にレーザービームを送ることによって点の３次元（３Ｄ）座標を測定する計器のクラスに属する。計器は、ターゲットまでの距離とターゲットに対する２つの角度を測定することによって点の座標を見つける。距離は、絶対距離計（ＡＤＭ）や干渉計などの距離測定器で測定される。角度は、角度エンコーダなどの角度測定器で測定される。計器内のジンバル・ビーム・ステアリング機構は、レーザービームを関心点に向ける。このような装置の一例が、レーザートラッカーである。例示的なレーザー・トラッカー・システムが、参照により本明細書に組み入れられるＢｒｏｗｎらの米国特許第４７９０６５１号明細書およびＬａｕらの米国特許第４７１４３３９号明細書に記載されている。
【０００３】
レーザートラッカーに密接に関連した座標測定器がトータルステーションである。トータルステーションは、測量用途で最も頻繁に使用され、拡散性散乱ターゲットまたは再帰反射ターゲットの座標を測定するのに使用されうる。以下では、レーザートラッカーという用語は、トータルステーションを含む広義で使用される。
【０００４】
通常、レーザートラッカーは、レトロリフレクターターゲットにレーザービームを送る。レトロリフレクターターゲットの一般的なタイプは、球状レトロリフレクター（ＳＭＲ）であり、金属球内に埋め込まれたコーナーキューブレトロリフレクターを含む。コーナーキューブレトロリフレクターは、互いに垂直な３つの反射鏡を含む。コーナーキューブの頂点は、３つの反射鏡の共通の交点であり、球の中心に位置する。ＳＭＲの球面を被測定物に接触させ、次いでＳＭＲを被測定面上で動かすのが一般的な手法である。このようにコーナーキューブが球内に配置されているために、コーナーキューブの頂点から被測定物の表面までの垂直距離は、ＳＭＲの回転にもかかわらず一定のままである。したがって、トラッカーに表面上を動くＳＭＲの３Ｄ座標を追従させることによって、表面の３Ｄ座標を見つけることができる。ほこりや汚れがガラス表面を汚染するのを防ぐためにＳＭＲの上部にガラス窓を配置することが可能である。そのようなガラス表面の一例が、参照により本明細書に組み入れられる、Ｒａａｂらの米国特許第７３８８６５４号明細書に示されている。
【０００５】
レーザービームをトラッカーからＳＭＲに向けるにはレーザートラッカー内のジンバル機構が使用されうる。ＳＭＲによって再帰反射された光の一部は、レーザートラッカーに入り、位置検出器に伝わる。位置検出器に当たる光の位置は、トラッカー制御システムによって、レーザートラッカーの方位機械軸および天頂機械軸の回転角を調整してレーザービームをＳＭＲの中心に保つのに使用される。このようにして、トラッカーはＳＭＲを追従（追跡）することができる。
【０００６】
トラッカーの方位機械軸および天頂機械軸に取り付けられた角度エンコーダは、（トラッカーの基準系に対する）レーザービームの方位角および天頂角を測定しうる。レーザートラッカーによって行われる１つの距離測定と２つの角度測定は、ＳＭＲの３次元位置を完全に特定するのに十分である。
【０００７】
前述したように、レーザートラッカーでは、干渉計と絶対距離計（ＡＤＭ）の２種類の距離計が見られる。レーザートラッカーにおいて、干渉計は（存在する場合）、レトロリフレクターターゲットが２点間を移動する際に通過する既知の長さ（通常はレーザー光の半波長）の増分の数をカウントすることによって始点から終点までの距離を決定しうる。測定中にビームが遮断された場合、カウント数を正確に知ることができず、距離情報が失われる。それに比べて、レーザートラッカー内のＡＤＭは、ビーム遮断に関係なく、レトロリフレクターターゲットまでの絶対距離を決定し、ターゲットの切り換えも可能にするこのため、ＡＤＭは「簡単操作（ｐｏｉｎｔ−ａｎｄ−ｓｈｏｏｔ）」測定が可能であると言われている。当初、絶対距離計は静止したターゲットを測定することしかできず、このため常に干渉計と共に使用されていた。しかし、いくつかの最新の絶対距離計は迅速な測定を行うことができ、そのため干渉計が不要になる。そのようなＡＤＭは、Ｂｒｉｄｇｅｓらの米国特許第７３５２４４６号明細書に記載されている。
【０００８】
トラッキングモードでは、レーザートラッカーは、ＳＭＲがトラッカーの捕捉範囲にある場合、ＳＭＲの動きを自動的に追従する。レーザービームが遮断された場合、トラッキングは停止する。ビームは、以下のいくつかの手段のいずれかによって遮断されうる。（１）計器とＳＭＲとの間の障害物、（２）速すぎて計器が追従できないＳＭＲの迅速な動き、または（３）ＳＭＲの方向がＳＭＲの受光角を超えて曲がっていること。デフォルトでは、ビーム遮断に続いて、ビームはビーム遮断点または最後に命じられた位置に固定されたままになる。計器をＳＭＲにロックオンし、トラッキングを続行するために、作業者がトラッキングビームを目で見て探索し、ＳＭＲをビーム内に配置することが必要になりうる。
【０００９】
レーザートラッカーの中には、１または複数のカメラを含むものがある。カメラ軸は、測定ビームと同軸の場合もあり、測定ビームから一定の距離または角度だけずれている場合もある。カメラは、レトロリフレクターを位置特定するための広い視野を提供するのに使用されうる。カメラの光軸の近くに配置された変調光源がレトロリフレクターを照射して、レトロリフレクターを識別しやすくすることができる。この場合、レトロリフレクターは照射と同相で点滅するのに対し、背景物は照射と同相で点滅しない。そのようなカメラの１つの用途は、視野内の複数のレトロリフレクターを検出し、各々を自動化された順序で測定することである。例示的なシステムが、Ｐｅｔｔｅｒｓｅｎらの米国特許第６１６６８０９号明細書およびＢｒｉｄｇｅｓらの米国特許第７８００７５８号明細書に記載されている。
【００１０】
レーザートラッカーの中には、ｘ、ｙ、ｚなどの３つの座標と、ピッチ、ロール、ヨーなどの３つの回転とを含みうる、６自由度（ＤＯＦ）で測定できる機能を有するものがある。６自由度を測定するためにレーザートラッカーに基づくいくつかのシステムが利用可能であり、または提案されている。例示的なシステムが、参照により本明細書に組み入れられるＢｒｉｄｇｅｓの米国特許出願公開第２０１０／０１２８２５９号明細書、Ｂｒｉｄｇｅｓらの米国特許第７８００７５８号明細書、Ｐｅｔｔｅｒｓｅｎらの米国特許第５９７３７８８号明細書、Ｌａｕの米国特許第７２３０６８９号明細書に記載されている。
［レーザートラッカー機能のユーザー制御］
【００１１】
レーザートラッカーの２つの共通の動作モードは、トラッキングモードとプロファイリングモードである。トラッキングモードでは、トラッカーからのレーザービームは、作業者がレトロリフレクターをあちこち動かすとレトロリフレクターを追従する。プロファイリングモードでは、トラッカーからのレーザービームは、コンピュータコマンドまたは手動操作のどちらかを介して、作業者によって与えられた方向に進む。
【００１２】
トラッカーの基本的なトラッキングおよびポインティング挙動を制御するこれらの動作モード以外に、トラッカーが事前に作業者によって選択されたように応答することを可能にする特殊なオプションモードもある。所望のオプションモードは、通常、レーザートラッカーを制御するソフトウェアで選択される。そのようなソフトウェアは、（おそらくネットワークケーブルを介して）トラッカーに取り付けられた外部コンピュータにあってもよく、トラッカー自体の内部にあってもよい。後者の場合、ソフトウェアは、トラッカーに組み込まれたコンソール機能を介してアクセスされうる。
【００１３】
オプションモードの一例は、レーザービームが遮断されると常にレーザービームが事前設定基準点に発射される自動リセットモードである。自動リセット・オプション・モードの１つの一般的な基準点は、トラッカー本体に取り付けられた磁気ネストの位置であるトラッカー・ホーム・ポジションである。自動リセットの代替モードが、リセットなしオプションモードである。この場合、レーザービームは、レーザービームが遮断されると常に元の方向を指し示し続ける。トラッカー・ホーム・ポジションの説明は、参照により本明細書に組み入れられる、Ｃｒａｍｅｒらの米国特許第７３２７４４６号明細書に記載されている。
【００１４】
特殊なオプションモードの別の例が、Ｌｅｉｃａ  Ｇｅｏｓｙｓｔｅｍｓが同社のＬｅｉｃａ  Ａｂｓｏｌｕｔｅ  Ｔｒａｃｋｅｒ（商標）で提供する機能であるＰｏｗｅｒＬｏｃｋである。ＰｏｗｅｒＬｏｃｋオプションモードでは、トラッカーレーザービームが遮断されると常にレトロリフレクターの位置がトラッカーによって見出される。カメラは、レトロリフレクターの角座標をトラッカー制御システムに即時に送り、それによってトラッカーにレーザービームをレトロリフレクターに再度向けさせる。レトロリフレクターの自動取得を伴う方法は、Ｄｏｌｄらの国際公開公報第２００７／０７９６０１号明細書およびＫａｎｅｋｏの米国特許第７０５５２５３号明細書に記載されている。
【００１５】
いくつかのオプションモードは、操作がやや複雑である。一例が安定判別モードであり、このモードはＳＭＲが一定期間にわたって静止しているときに常に呼び出されうる。作業者は、ＳＭＲを磁気ネストまで追跡して、降ろすことができる。安定判別がアクティブである場合、ソフトウェアはトラッカーの３次元座標値読み取り値の安定性を調べ始める。例えば、ユーザーは、ＳＭＲの距離読み取り値のピークトゥピークのずれが１秒の間隔にわたって２マイクロメータ未満である場合、ＳＭＲが安定していると判断することに決定しうる。安定判別が満たされた後、トラッカーは３Ｄ座標を測定し、ソフトウェアはデータを記録する。
【００１６】
より複雑な動作モードがコンピュータプログラムによって可能である。例えば、部品表面を測定し、それらを幾何学的形状に適合させるソフトウェアが利用可能である。ソフトウェアは、作業者に、ＳＭＲを表面上で動かし、次いで、データ点の収集を終了すると、ＳＭＲを物体の表面から持ち上げて測定を終了するよう指示する。ＳＭＲを表面から離すことは、測定が完了したことを指示するだけではなく、物体表面に対するＳＭＲの位置も指示する。この位置情報は、アプリケーションソフトウェアが、ＳＭＲ半径によって生じるオフセットを適正に考慮するために必要である。
【００１７】
複雑なコンピュータ制御の第２の例は、トラッカー測量である。測量では、トラッカーは、既定のスケジュールに従って、いくつかのターゲット位置の各々まで順次駆動される。作業者は、ＳＭＲを所望の位置の各々まで運ぶことによって、測量の前にこれらの位置を教えることができる。
【００１８】
複雑なソフトウェア制御の第３の例は、トラッカー誘導測定である。ソフトウェアは作業者にＳＭＲを所望の位置まで動かすように誘導する。これを行うのにソフトウェアは、グラフィックディスプレイを使用して、所望の位置までの方向および距離を示す。作業者が所望の位置にいるとき、コンピュータモニター上の色は、例えば、赤から緑に変わりうる。
【００１９】
上述したすべてのトラッカー動作に共通の要素は、作業者が、トラッカーの挙動を制御する能力を制限されていることである。一方で、ソフトウェアで選択されたオプションモードは、作業者がトラッカーの特定の挙動を事前設定することを可能にしうる。しかし、オプションモードがユーザーによって選択されると、トラッカーの挙動が確立され、作業者がコンピュータコンソールに戻らない限り変更することができない。他方で、コンピュータプログラムは作業者に、ソフトウェアが高度なやり方で分析した複雑な動作を実行するよう誘導しうる。どちらの場合も、作業者は、トラッカーおよびトラッカーによって収集されたデータを制御する能力を制限される。
［リモート・トラッカー・コマンドの必要性］
【００２０】
レーザートラッカーの作業者は、２つの基本的な機能を果たす。作業者は測定中にＳＭＲを位置決めし、制御コンピュータを介してトラッカーにコマンドを送る。しかし、コンピュータは通常測定場所から遠く離れているため、１人の作業者がこれらの測定機能の両方を果たすことは容易ではない。この制限を切り抜けるために様々な方法が試みられているが、完全に満足できるものはない。
【００２１】
往々にして使用される１つの方法は、１人の作業者がレトロリフレクターを所定の位置にセットし、計器制御キーボードに戻って測定命令を実行することである。しかし、これは作業者と計器の時間の非効率的な使用である。作業者が測定のためにレトロリフレクターを保持しなければならない場合、１人の作業者による制御が可能なのは、作業者がキーボードのすぐ近くにいるときに限られる。
【００２２】
第２の方法は、第２の作業者を追加することである。１人の作業者はコンピュータの近くに待機し、第２の作業者はＳＭＲを動かす。これは明らかに高くつく方法であり、遠距離での口頭によるコミュニケーションが問題となりうる。
【００２３】
第３の方法は、レーザートラッカーに遠隔制御を装備することである。ただし、遠隔制御にはいくつかの制限がある。多くの施設では、安全やセキュリティ上の理由から遠隔制御の使用を許可しない。たとえ遠隔制御が許可されていても、無線チャネル間の干渉が問題となりうる。遠隔制御信号の中にはレーザートラッカーの全範囲に到達しないものがある。はしごから作業するなど、状況によっては、空いた方の手で自由に遠隔制御を操作できない場合もある。遠隔制御を使用するには、通常、コンピュータと遠隔制御とを協働するようにセットアップする必要があり、その場合、常にアクセスできるのは通常トラッカーコマンドのごく一部分だけである。この考えに基づくシステムの一例が、Ｓｍｉｔｈらの米国特許第７２３３３１６号明細書に記載されている。
【００２４】
第４の方法は、携帯電話をレーザートラッカーとインターフェースさせることである。コマンドは、携帯電話から計器を呼び出し、携帯電話のキーパッドから、または音声認識によって番号を入力することによって遠隔で入力される。この方法にも多くの欠点がある。施設の中には携帯電話の使用が許可されていないものもあり、農村部では携帯電話が利用できない場合がある。サービスには毎月のサービスプロバイダ料金が必要である。携帯電話インターフェースは、コンピュータまたはレーザートラッカーにインターフェースする追加のハードウェアを必要とする。携帯電話技術は急速に変化し、アップグレードを必要としうる。遠隔制御の場合と同様に、コンピュータと遠隔制御とを協働するようにセットアップしなければならず、常にアクセスできるのは通常トラッカーコマンドのごく一部分だけである。
【００２５】
第５の方法は、レーザートラッカーにインターネットまたは無線ネットワーク機能を装備し、無線ポータブルコンピュータまたはパーソナル・デジタル・アシスタント（ＰＤＡ）を使用してレーザートラッカーにコマンドを伝達することである。しかし、この方法には携帯電話と同様の制限がある。この方法は、多くの場合、トータルステーションと共に使用される。この方法を使用するシステムの例には、Ｋｕｍａｇａｉらの米国特許出願第２００９／０１７６１８号明細書、Ｖｉｎｅｙらの米国特許第６０３４７２２号明細書、Ｇａｔｓｉｏｓらの米国特許第７４２３７４２号明細書、Ｇａｔｓｉｏｓらの米国特許第７３０７７１０号明細書、Ｐｉｅｋｕｔｏｗｓｋｉの米国特許第７５５２５３９号明細書、およびＭｏｎｚらの米国特許第６１３３９９８号明細書が含まれる。この方法はまた、Ｏｕｃｈｉらの米国特許第７５４１９６５号明細書に記載された方法による器具の制御にも使用されている。
【００２６】
第６の方法は、測定が行われるべき特定の位置を指し示すポインタを使用することである。この方法の一例が、Ｕｒａらの米国特許第７０２２９７１号明細書に記載されている。この方法をレーザートラッカーにコマンドを与えるように適合させることは可能であろうが、ポインタ・ビーム・パターンを投射すべき適切な表面を見つけることは通常あまり容易ではない。
【００２７】
第７の方法は、少なくともレトロリフレクター、送信機および受信機を収容する複雑なターゲット構造体を考案することである。そのようなシステムは、正確なターゲット情報を作業者に送信すると共に、全地球測位システム（ＧＰＳ）情報をトータルステーションに送信するために、トータルステーションと共に使用されうる。そのようなシステムの一例が、Ｈｉｎｄｅｒｌｉｎｇらの米国特許出願公開第２００８／０２２９５９２号明細書に記載されている。この場合、作業者が測定器（トータルステーション）にコマンドを送信する方法は提供されない。
【００２８】
第８の方法は、少なくともレトロリフレクター、送信機および受信機を収容する複雑なターゲット構造体を考案することであり、送信機は、変調光信号をトータルステーションに送信する能力を有する。変調光によるトータルステーションへのコマンドの送信にはキーパッドを使用することができる。これらのコマンドは、トータルステーションによって復号される。そのようなシステムの例は、Ｋａｔａｙａｍａらの米国特許第６０２３３２６号明細書、Ｍｕｒａｏｋａらの米国特許第６４６２８１０号明細書、Ｉｓｈｉｎａｂｅらの米国特許第６２９５１７４号明細書、およびＩｓｈｉｎａｂｅらの米国特許第６５８７２４４号明細書に記載されている。この方法は、複雑なターゲットおよびキーパッドが大きな標尺に取り付けられる測量用途に特に適している。そのような方法は、大きな制御パッドにつながれていない小さなターゲットを使用することが有利なレーザートラッカーでの使用に適さない。また、トラッカーがレトロリフレクターターゲットにロックオンされていないときでさえもコマンドを送信できる能力を有することが望ましい。
【００２９】
第９の方法は、トータルステーションに情報を送信するターゲット上に無線送信機と変調光源の両方を含めることである。無線送信機は、トータルステーションがターゲットレトロリフレクターにそのレーザービームを送るために適正な方向を向くことができるように、ターゲットの角度姿勢に関する情報を主に送信する。変調光源は、トータルステーション内の検出器によってピックアップされるように、レトロリフレクターの近くに配置される。このようにして、作業者は、トータルステーションが正しい方向に向けられていることを確信することができ、それによって、ターゲットレトロリフレクターから到来したのではない誤った反射が回避される。この手法に基づく例示的なシステムは、ＷＩｋｌｕｎｄらの米国特許第５３１３４０９号明細書に記載されている。この方法では、汎用コマンドをレーザートラッカーに送信する機能は提供しない。
【００３０】
第１０の方法は、無線送信機と、ターゲットとトータルステーションの両方のコンパスアセンブリと、誘導光トランスミッターとの組み合わせを含めることである。ターゲットとトータルステーションのコンパスアセンブリは、トータルステーションの方位角のターゲットへのアライメントを可能にするのに使用される。誘導光トランスミッターは、トータルステーション内の検出器で信号が受信されるまでターゲットが垂直方向にパンすることができる水平の扇状の光である。誘導光が検出器の中心に集められると、トータルステーションは、再帰反射信号を最大化するようにその向きをわずかに調整する。無線送信機は、ターゲットに位置するキーパッド上で作業者によって入力された情報を伝達する。この方法に基づく例示的なシステムは、Ｗａｓｕｔｏｍｉらの米国特許第７３０４７２９号明細書に記載されている。この方法では、汎用コマンドをレーザートラッカーに送信する機能は提供しない。
【００３１】
第１１の方法は、再帰反射光に時間変調が課されることを可能にするようにレトロリフレクターを変更し、それによってデータを送信することである。この発明のレトロリフレクターは、切頭を有するコーナーキューブと、コーナーキューブの前面に取り付けられた光スイッチと、データを送受信するための電子回路とを含む。このタイプの例示的なシステムは、Ｋｅｎｎｅｄｙの米国特許第５１２１２４２号明細書に記載されている。このタイプのレトロリフレクターは複雑で高価である。このタイプのレトロリフレクターは、スイッチ（強誘電性光結晶材料でありうる）と切頭とが原因で再帰反射光の品質を低下させる。また、レーザートラッカーに戻される光は、ＡＤＭビームの測定に使用するために既に変調されており、光のオン／オフを切り換えることは、ＡＤＭにとってのみならず、トラッカー干渉計および位置検出器にとっても問題となるはずである。
【００３２】
第１２の方法は、ターゲットと通信するための双方向送信機と、レトロリフレクターを識別するのを助けるアクティブレトロリフレクターとを含む測定器を使用することである。双方向送信機は、無線または光学式であってよく、レトロリフレクター、送信機、および制御ユニットを含む複雑なターゲット標尺の一部である。このタイプの例示的なシステムは、Ｈｅｒｔｚｍａｎらの米国特許第５８２８０５７号明細書に記載されている。そのような方法は、大きな制御パッドにつながれていない小さなターゲットを使用することが有利なレーザートラッカーでの使用に適さない。また、関心対象のレトロリフレクターターゲットを識別する方法は複雑で高くつく。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００３３】
作業者が遠くからレーザートラッカーにコマンドを伝達するための単純な方法が求められている。この方法は、（１）第２の作業者なしで使用でき、（２）レーザートラッカーの全範囲にわたって使用でき、（３）追加のハードウェアインターフェースなしに使用でき、（４）すべての場所で機能し、（５）サービスプロバイダ料金がかからず、（６）セキュリティ上の制限がなく、（７）追加のセットアップやプログラミングなしで容易に使用でき、（８）広範囲の単純なトラッカーコマンドおよび複雑なトラッカーコマンドを開始することができ、（９）複数のターゲットの中の特定のターゲットにトラッカーを呼び出すために使用でき、（１０）作業者が運ぶための最小限の追加装備で使用できることが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【００３４】
本発明の一実施形態によれば、３次元（３Ｄ）座標測定システムは、レトロリフレクターと、レーザートラッカーであって、レーザートラッカーから第１の光ビームを発するように構成された第１の光源と、第１の軸および第２の軸の周りを回転可能な構造体と、第２の光源と、第２の光源に近接した第１のカメラと、実行可能命令に応答するプロセッサであって、プロセッサによって実行されると、第１の段階において、作業者によって作業者追従ジェスチャーが与えられたと判断し、それに応答して構造体を作業者の動きを追従するように回転させ、第２の段階において、作業者によってロックオンジェスチャーが与えられたと判断し、それに応答して第１の光ビームをレトロリフレクター上に向けるように動作する実行可能命令に応答するプロセッサと、を含む、レーザートラッカーと、を含む。
【００３５】
本発明の別の実施形態によれば、３次元（３Ｄ）座標を測定するための方法は、レトロリフレクターとレーザートラッカーとを設けるステップであって、レーザートラッカーは、第１の光ビームを放射するように構成された第１の光源と、第１の軸および第２の軸の周りを回転可能な構造体と、第２の光源と、第２の光源に近接した第１のカメラと、プロセッサとを含む、設けるステップと、第１の段階において、作業者が、作業者追従ジェスチャーを与えるステップと、プロセッサで、作業者追従ジェスチャーに応答して実行可能命令を実行して、作業者の動きを追従するように構造体を回転させるステップと、第２の段階において、作業者が、ロックオンジェスチャーを与えるステップと、プロセッサで、ロックオンジェスチャーに応答して実行可能命令を実行して、レトロリフレクター上に第１の光ビームを向けるステップと、を含む。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
次に図面を参照する。いくつかの図において類似した要素には類似した番号が付されている。
【００３７】
【図１】例示的なレーザートラッカーを示す斜視図である。
【００３８】
【図２】例示的なレーザートラッカーに取り付けられた計算要素および電源要素を示す図である。
【００３９】
【図３Ａ】パッシブターゲットを使用して、レーザートラッカーのトラッキングシステムおよび測定システムを介してジェスチャー情報を伝達できる方法を示す図である。
【図３Ｂ】パッシブターゲットを使用して、レーザートラッカーのトラッキングシステムおよび測定システムを介してジェスチャー情報を伝達できる方法を示す図である。
【図３Ｃ】パッシブターゲットを使用して、レーザートラッカーのトラッキングシステムおよび測定システムを介してジェスチャー情報を伝達できる方法を示す図である。
【図３Ｄ】パッシブターゲットを使用して、レーザートラッカーのトラッキングシステムおよび測定システムを介してジェスチャー情報を伝達できる方法を示す図である。
【図３Ｅ】パッシブターゲットを使用して、レーザートラッカーのトラッキングシステムおよび測定システムを介してジェスチャー情報を伝達できる方法を示す図である。
【００４０】
【図４Ａ】パッシブターゲットを使用して、レーザートラッカーのカメラシステムを介してジェスチャー情報を伝達できる方法を示す図である。
【図４Ｂ】パッシブターゲットを使用して、レーザートラッカーのカメラシステムを介してジェスチャー情報を伝達できる方法を示す図である。
【図４Ｃ】パッシブターゲットを使用して、レーザートラッカーのカメラシステムを介してジェスチャー情報を伝達できる方法を示す図である。
【００４１】
【図５Ａ】アクティブターゲットを使用して、レーザートラッカーのカメラシステムを介してジェスチャー情報を伝達できる方法を示す図である。
【図５Ｂ】アクティブターゲットを使用して、レーザートラッカーのカメラシステムを介してジェスチャー情報を伝達できる方法を示す図である。
【図５Ｃ】アクティブターゲットを使用して、レーザートラッカーのカメラシステムを介してジェスチャー情報を伝達できる方法を示す図である。
【図５Ｄ】アクティブターゲットを使用して、レーザートラッカーのカメラシステムを介してジェスチャー情報を伝達できる方法を示す図である。
【００４２】
【図６】ジェスチャーコマンドを発行し、実行する際に作業者およびレーザートラッカーによって実行されるステップを示すフローチャートである。
【００４３】
【図７】ジェスチャーコマンドの任意選択部分および必要部分を示すフローチャートである。
【００４４】
【図８】選択されたレーザー・トラッカー・コマンドと、これらのコマンドをレーザートラッカーに伝達するために作業者によって使用されうる対応するジェスチャーとを示す図である。
【図９】選択されたレーザー・トラッカー・コマンドと、これらのコマンドをレーザートラッカーに伝達するために作業者によって使用されうる対応するジェスチャーとを示す図である。
【図１０】選択されたレーザー・トラッカー・コマンドと、これらのコマンドをレーザートラッカーに伝達するために作業者によって使用されうる対応するジェスチャーとを示す図である。
【００４５】
【図１１Ａ】使用されうる代替のタイプのジェスチャーを示す図である。
【図１１Ｂ】使用されうる代替のタイプのジェスチャーを示す図である。
【図１１Ｃ】使用されうる代替のタイプのジェスチャーを示す図である。
【図１１Ｄ】使用されうる代替のタイプのジェスチャーを示す図である。
【図１１Ｅ】使用されうる代替のタイプのジェスチャーを示す図である。
【図１１Ｆ】使用されうる代替のタイプのジェスチャーを示す図である。
【００４６】
【図１２】ジェスチャーによってコマンドをレーザートラッカーに送るための例示的なコマンドタブレットを示す図である。
【００４７】
【図１３】ジェスチャーを使用してトラッカー基準点を設定するための例示的な方法を示す図である。
【００４８】
【図１４】ジェスチャーを使用して例示的なコマンドタブレットを初期設定するための例示的な方法を示す図である。
【００４９】
【図１５】ジェスチャーを使用して円を測定するための例示的な方法を示す図である。
【００５０】
【図１６】ジェスチャーを使用してレーザートラッカーからのレーザービームでレトロリフレクターを取得するための例示的な方法を示す図である。
【００５１】
【図１７】レーザートラッカーと関連付けられた例示的な電子回路および処理システムを示す図である。
【００５２】
【図１８】レーザートラッカーの光軸から外れて位置するカメラを使用してターゲットの３次元座標を見つけることを可能にする例示的な幾何形状を示す図である。
【００５３】
【図１９】空間パターンでレトロリフレクターを用いて合図することによってレーザートラッカーにコマンドを伝達するための例示的な方法を示す図である。
【００５４】
【図２０】レトロリフレクターで位置を指示することによってレーザートラッカーにコマンドを伝達するための例示的な方法を示す図である。
【００５５】
【図２１】時間パターンでレトロリフレクターを用いて合図することによってレーザートラッカーにコマンドを伝達するための例示的な方法を示す図である。
【００５６】
【図２２】６自由度レーザートラッカーを用いて６自由度ターゲットの姿勢の変化を測定することによってレーザートラッカーにコマンドを伝達するための例示的な方法を示す図である。
【００５７】
【図２３】レーザートラッカーからレトロリフレクターにレーザービームを向け、レトロリフレクターにロックオンするコマンドを伝達するための例示的な方法であって、伝達はレトロリフレクターを用いて生成された空間パターンを伴うジェスチャーに基づくものである、方法を示す図である。
【００５８】
【図２４】レーザートラッカーからレトロリフレクターにレーザービームを向け、レトロリフレクターにロックオンするコマンドを伝達するための例示的な方法であって、伝達はレーザートラッカーによって受け取られた光パワーの時間パターンを伴うジェスチャーに基づくものである、方法を示す図である。
【００５９】
【図２５】レーザートラッカーからレトロリフレクターにレーザービームを向け、レトロリフレクターにロックオンするコマンドを伝達するための例示的な方法であって、伝達は６自由度プローブの姿勢の変化を伴うジェスチャーに基づくものである、方法を示す図である。
【００６０】
【図２６】一実施形態による３Ｄ測定システムの斜視図である。
【００６１】
【図２７】一実施形態によるレトロリフレクターにロックオンするための方法の要素を示す図である。
【００６２】
【図２８Ａ】空間におけるレトロリフレクターの動きパターンに基づく例示的な作業者追従ジェスチャーを与える作業者を示す図である。
【００６３】
【図２８Ｂ】図２８Ａに示す例示的なレトロリフレクターを示す正面図である。
【図２８Ｃ】図２８Ａに示す例示的なレトロリフレクターを示す斜視図である。
【００６４】
【図２９Ａ】作業者追従コマンドを受け取ったことに応答して作業者を追従するように回転されているレーザートラッカーを示す図である。
【００６５】
【図２９Ｂ】空間におけるレトロリフレクターの動きパターンに基づく例示的なロックオンジェスチャーを与える作業者を示す図である。
【００６６】
【図２９Ｃ】ロックオンジェスチャーを受け取ったことに応答してレトロリフレクターにロックオンするレーザートラッカーを示す図である。
【００６７】
【図３０】作業者の胴体に対する作業者の腕の位置に基づく代替のロックオンジェスチャーを与える作業者と、それに応答してレトロリフレクターにロックオンするレーザートラッカーとを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００６８】
図１に例示的なレーザートラッカー１０を示す。レーザートラッカー１０の例示的なジンバル・ビーム・ステアリング機構１２は、方位ベース１６に取り付けられた、方位軸２０の周りを回転する天頂キャリッジ１４を含む。ペイロード１５は、天頂キャリッジ１４に取り付けられ、天頂軸１８の周りを回転する。天頂機械回転軸１８と方位機械回転軸２０とは、ジンバル点２２においてトラッカー１０の内部で直交し、ジンバル点２２は通常、距離測定のための原点である。レーザービーム４６は、事実上ジンバル点２２を通り、天頂軸１８に直交するように向けられる。言い換えれば、レーザービーム４６は、天頂軸１８に対して垂直な平面内にある。レーザービーム４６は、ペイロード１５に天頂軸１８および方位軸２０の周りを回転させるトラッカー内のモーター（図示せず）によって所望の方向に向けられる。トラッカーの内部の天頂角エンコーダと方位角エンコーダ（図示せず）とは天頂機械軸１８と方位機械軸２０とに取り付けられており、回転角を高精度で指示する。レーザービーム４６は、上述した球状レトロリフレクター（ＳＭＲ）などの外部レトロリフレクター２６まで進む。ジンバル点２２とレトロリフレクター２６との間の半径方向距離と、天頂軸１８および方位軸２０の周りの回転角とを測定することにより、トラッカーの球面座標系内でレトロリフレクター２６の位置が見出される。
【００６９】
レーザービーム４６は、１または複数のレーザー波長を含みうる。明瞭簡潔にするために、以下の考察では、図１に示す種類のステアリング機構が想定されている。しかし、他のタイプのステアリング機構も可能である。例えば、方位軸および天頂軸の周りを回転する反射鏡からレーザービームを反射することも可能であろう。このように反射鏡を使用する例は、Ｌａｕらの米国特許第４７１４３３９号明細書に記載されている。本明細書に記載される技術は、ステアリング機構のタイプにかかわらず適用可能である。
【００７０】
例示的なレーザートラッカー１０では、カメラ５２および光源５４はペイロード１５上に位置している。光源５４は、１または複数のレトロリフレクターターゲット２６を照射する。光源５４は、パルス光を繰り返し発するように電気的に励起されるＬＥＤであってよい。各カメラ５２は、感光性アレイと、感光性アレイの前に配置されたレンズとを含む。感光性アレイは、ＣＭＯＳまたはＣＣＤアレイであってよい。レンズは比較的広い視野、例えば３０度または４０度を有していてよい。レンズの目的は、感光性アレイ上にレンズの視野内の物体の画像を形成することである。各光源５４は、光源５４からの光が各レトロリフレクターターゲット２６からカメラ５２上に反射されるようにカメラ５２の近くに配置される。このようにして、レトロリフレクター画像は、それらの画像スポットが背景物よりも明るく、パルス化されるので、感光性アレイ上で背景と容易に区別される。レーザービーム４６のラインの周りには２つのカメラ５２および２つの光源５４が配置されうる。このように２つのカメラを使用することにより、三角測量の原理を使用して、カメラの視野内の任意のＳＭＲの３次元座標を見つけることができる。加えて、ＳＭＲが点から点へ移動される際にＳＭＲの３次元座標を監視することもできる。この目的での２つのカメラを使用については、Ｂｒｉｄｇｅｓの米国特許出願公開第２０１０／０１２８２５９号に記載されている。
【００７１】
１または複数のカメラおよび光源の他の構成も可能である。例えば、光源およびカメラを、トラッカーによって発せられるレーザービームと同軸またはほぼ同軸にすることができる。この場合、光フィルタリングまたは類似の方法を使用してトラッカーからのレーザービームでカメラの感光性アレイを飽和させるのを回避することが必要となりうる。
【００７２】
別の可能な構成は、トラッカーのペイロードまたはベース上に位置する単一のカメラを使用することである。単一のカメラは、レーザートラッカーの光軸から外れて位置する場合、レトロリフレクターへの方向を定義する２つの角度に関する情報を提供するが、レトロリフレクターまでの距離は提供しない。多くの場合には、この情報で十分である。単一のカメラを使用するときにレトロリフレクターの３Ｄ座標が必要とされる場合、１つの可能な方法は、トラッカーを方位角方向に１８０度回転させ、次いで再度レトロリフレクターを指し示すように天頂軸を反転させることである。このようにして、ターゲットを２つの異なる方向から見ることができ、三角測量を使用してレトロリフレクターの３Ｄ位置を見つけることができる。
【００７３】
単一のカメラでレトロリフレクターまでの距離を見つけるより一般的な手法は、レーザートラッカーに方位軸または天頂軸のどちらかの周りを回転させ、２つの回転角の各々についてトラッカー上に位置するカメラでレトロリフレクターを観測することである。レトロリフレクターは、例えば、カメラの近くに位置するＬＥＤによって照射されてもよい。図１８に、この手順を使用してレトロリフレクターまでの距離をどのように見つけることができるかを示す。試験装置９００は、レーザートラッカー９１０と、第１の位置のカメラ９２０と、第２の位置のカメラ９３０と、第１の位置９４０および第２の位置９５０のレトロリフレクターとを含む。カメラは、方位軸、天頂軸、または方位軸と天頂軸両方の周りでトラッカージンバル点９１２を中心にレーザートラッカー９１０を回転させることによって、第１の位置から第２の位置まで移動される。カメラ９２０は、レンズ系９２２と感光性アレイ９２４とを含む。レンズ系９２２は、レトロリフレクター９４０、９５０からの光ビームが通過する投影中心９２６を有する。カメラ９３０は、異なる位置へ回転されることを除いて、カメラ９２０と同じである。レーザートラッカー９１０の表面からレトロリフレクター９４０までの距離はＬ１であり、レーザートラッカーの表面からレトロリフレクター９５０までの距離はＬ２である。ジンバル点９１２からレンズ９２２の投影中心９２６までのパスは、線９１４に沿って描かれている。ジンバル点９１２からレンズ９３２の投影中心９３６までのパスは、線９１６に沿って描かれている。線９１４と線９１６とに対応する距離は、同じ数値を有する。図１８からわかるように、レトロリフレクターのより近い位置９４０は、レーザートラッカーからより遠い距離にある感光性アレイ９２４に対応する画像スポット９５２よりも感光性アレイの中心から遠くに画像スポット９４２を配置する。この同じパターンは、回転後に位置するカメラ９３０にも当てはまる（例えば、感光性アレイ９３４上の画像スポット９４４および画像スポット９５４を参照）。その結果、回転の前と後で近くにあるレトロリフレクター９４０の画像点間の距離は、回転の前と後で遠く離れるレトロリフレクター９５０の画像点間の距離よりも大きくなる。レーザートラッカーを回転させ、結果として得られる感光性アレイ上の画像スポットの位置の変化に注目することによって、レトロリフレクターまでの距離を見つけることができる。この距離を求める方法は、当業者には明らかなように、三角法を用いて容易に見つけることができる。
【００７４】
別の可能な方法は、ターゲットの測定と撮像とを切り換えることである。そのような方法の一例が、Ｂｒｉｄｇｅｓらの米国特許第７８００７５８号明細書に記載されている。他のカメラ構成も可能であり、本明細書に記載される方法と共に使用することができる。
【００７５】
図２に示すように、補助ユニット７０は、通常、レーザートラッカー１０の一部である。補助ユニット７０の目的は、レーザートラッカー本体に電力を供給することであり、場合によっては、システムに計算機能およびクロック制御機能も供給することである。補助ユニット７０の機能をトラッカー本体に移すことによって、補助ユニット７０を完全に除くことも可能である。ほとんどの場合、補助ユニット７０は汎用コンピュータ８０に取り付けられる。汎用コンピュータ８０上にロードされたアプリケーションソフトウェアは、リバースエンジニアリングなどのアプリケーション機能を提供しうる。汎用コンピュータ８０の計算能力をレーザートラッカー１０に直接組み込むことによって汎用コンピュータ８０を除くことも可能である。この場合、おそらくはキーボードおよびマウス機能を提供するユーザーインターフェースがレーザートラッカー１０に組み込まれる。補助ユニット７０とコンピュータ８０との間の接続は、無線でも、電線のケーブルを介したものでもよい。コンピュータ８０はネットワークに接続されてもよく、補助ユニット７０もネットワークに接続されてもよい。複数の計器、例えば、複数の測定計器やアクチュエーターが、コンピュータ８０または補助ユニット７０を介して相互に接続されていてよい。
【００７６】
レーザートラッカー１０は、その側面で回転してもよく、上下反転されてもよく、任意の向きに配置されてもよい。これらの状況では、方位軸および天頂軸という用語は、レーザートラッカーに対して、レーザートラッカー１０の向きに関係なく、図１に示す方向と同じ方向を有する。
【００７７】
別の実施形態では、ペイロード１５は、方位軸２０および天頂軸１８の周りを回転する反射鏡で置き換えられる。レーザービームは上方に向けられ、反射鏡に当たり、反射鏡からレトロリフレクター２６に向かって発射される。
［遠くからレーザートラッカーへのコマンドの送信］
【００７８】
図３Ａ〜図３Ｅ、図４Ａ〜図４Ｃおよび図５Ａ〜図５Ｄに、作業者が例示的なレーザートラッカー１０によって解釈され、コマンドとして実行されるジェスチャーパターンを伝達するための感知手段を示す。図３Ａ〜図３Ｅに、作業者が、例示的なレーザートラッカー１０がそのトラッキングシステムおよび測定システムを使用して解釈するジェスチャーパターンを伝達するための感知手段を示す。図３Ａに、レトロリフレクターターゲット２６によって遮られるレーザービーム４６を発するレーザートラッカー１０を示す。ターゲット２６が左右に動かされると、トラッカーからのレーザービームは動きを追従する。同時に、トラッカー１０内の角度エンコーダは、左右方向および上下方向のターゲットの角位置を測定する。角度エンコーダ読み取り値は、時間の関数としてトラッカーによって記録され、動きのパターンを探すために分析されうる角度の２次元マップを形成する。
【００７９】
図３Ｂに、レトロリフレクターターゲット２６を追跡するレーザービーム４６を示す。この場合、トラッカー１０からターゲット２６までの距離が測定される。ＡＤＭまたは干渉計の読み取り値は、時間の関数としてトラッカー１０によって記録され、動きのパターンを探すために分析されうる距離の１次元マップを形成する。３次元空間内のパターンを探すために図３Ａと図３Ｂとの複合動作もレーザートラッカー１０によって評価されうる。
【００８０】
角度、距離、または３次元空間における変動はすべて、空間パターンの例として考えられうる。空間パターンは、通常のレーザートラッカー測定の間に絶えず観測される。観測されるパターンの可能な範囲内で、いくつかのパターンは、関連付けられたレーザー・トラッカー・コマンドを有しうる。コマンドとみなされうる、今日使用されている１つのタイプの空間パターンがある。このパターンは、測定後に物体の表面から離れる動きである。例えば、作業者が、物体の外径を得るためにＳＭＲで物体上のいくつかの点を測定し、次いでＳＭＲを物体の表面から離した場合、外径が測定されていたことは明らかである。作業者が内径を測定した後にＳＭＲを表面から離した場合、内径が測定されていたことは明らかである。同様に、作業者がプレートを測定した後にＳＭＲを上方に動かした場合、プレートの上面が測定されていたことが理解される。物体のどの側が測定されているかを知ることは重要である。というのは、ＳＭＲの中心から外面までの距離であるＳＭＲのオフセットを除去する必要があるからである。ＳＭＲを物体から離すこの動作が、レーザートラッカー測定と関連付けられたソフトウェアによって自動的に解釈される場合には、ＳＭＲの動きは、「動きの方向からＳＭＲオフセットを差し引く」ことを指示するコマンドと考えられうる。したがって、本明細書で説明するように、空間パターンに基づく他のコマンドに加えてこの第１のコマンドを含めると、複数のコマンドが存在する。言い換えれば、複数のトラッカーコマンドと複数の空間パターンとの間には対応関係がある。
【００８１】
本出願におけるすべての考察では、レーザートラッカーのためのコマンドの概念は、特定の測定の文脈内で理解されるべきであることを理解されたい。例えば、レトロリフレクターの動きはレトロリフレクターターゲットが測定していたのが内径かそれとも外径かを指示するものであるとされた上記の状況においては、この記述は円形の輪郭を有する物体を測定するトラッカーの文脈においてのみ正しいはずである。
【００８２】
図３Ｃに、レトロリフレクターターゲット２６を追跡するレーザービーム４６を示す。この場合、レトロリフレクターターゲット２６は固定されており、トラッカー１０は３次元座標を測定する。例えば、後述するコマンドタブレットが特定の３次元位置に位置する場合などのように、測定ボリューム内の特定の位置に特別な意味が割り当てられてもよい。
【００８３】
図３Ｄに、レトロリフレクターターゲット２６に到達するのを阻止されているレーザービーム４６を示す。レーザービーム４６を交互に遮断および遮断解除することによって、トラッカー１０に返される光パワーのパターンが、位置検出器および距離計を含むトラッカー測定システムによって確認される。この返されるパターンの変動は、トラッカーによって記録され、パターンを探すために分析されうる時間の関数としてのパターンを形成する。
【００８４】
レーザートラッカーに返される光パワーのパターンは、多くの場合、通常の測定の間に確認される。例えば、レーザービームがレトロリフレクターに到達するのを阻止し、次いで、後で、おそらくはレトロリフレクターをトラッカーから新しい距離まで動かした後に、レトロリフレクターを用いてレーザービームを再捕捉するのが一般的である。レーザービームを遮断し、次いでレーザービームを再捕捉するこの動作は、レトロリフレクターが新しい位置まで動かされた後に再捕捉されるべきであることを指示する単純なタイプのユーザーコマンドであると考えられうる。したがって、本明細書で説明するように、光パワーの時間的変動に基づく他のコマンドに加えてこの第１の単純なコマンドを含めると、複数のコマンドが存在する。言い換えれば、複数のトラッカーコマンドと、レーザートラッカー上に配置されたセンサーによって受け取られる光パワーの変動に基づく複数のパターンとの間には対応関係がある。
【００８５】
光パワーの変化は、多くの場合、レーザービームがレーザートラッカーに戻るのを阻止される通常の測定の間に確認される。そのような動作は、「トラッキングの停止」または「測定の停止」を指示するコマンドとして解釈されうる。同様に、レトロリフレクターがレーザービームを遮るように動かされてもよい。そのような単純な動作は、「トラッキングの開始」を指示するコマンドとして解釈されうる。これらの単純なコマンドは、本特許出願の関心対象ではない。このため、本明細書で論じられるコマンドは、少なくとも光パワーの減少に続く光パワーの増加を含む光パワーの変化を伴う。
【００８６】
図３Ｅに、６自由度（ＤＯＦ）プローブ１１０を有するレトロリフレクター２６を追跡するレーザービーム４６を示す。多くのタイプの６自由度プローブが可能であり、図３Ｅに示す６自由度プローブ１１０は単なる代表例であり、その設計を限定するものではない。トラッカー１０は、プローブの傾斜角の角度を見つけることができる。例えば、トラッカーは、プローブ１１０のロール角、ピッチ角およびヨー角を時間の関数として見つけて記録しうる。角度の集合を分析してパターンを探すことができる。
【００８７】
図４Ａ〜図４Ｃに、作業者が、例示的なレーザートラッカー１０がそのカメラシステムを使用して解釈するジェスチャーパターンを伝達するための感知手段を示す。図４Ａに、レトロリフレクターターゲット２６の動きを観測するカメラ５２を示す。カメラ５２は、ターゲット２６の角位置を時間の関数として記録する。これらの角度は後でパターンを探すために分析される。レトロリフレクターターゲット２６の角運動を追従するのに必要なカメラは１つだけでよいが、第２のカメラはターゲットまでの距離の計算を可能にする。任意選択の光源５４はターゲット２６を照射し、それによって背景画像の中央での識別が容易になる。加えて、光源５４は、ターゲット識別をさらに単純化するようにパルス化されてもよい。
【００８８】
図４Ｂに、レトロリフレクターターゲット２６の動きを観測するカメラ５２を示す。カメラ５２はターゲット２６の角位置を記録し、三角測量を使用してターゲット２６までの距離を時間の関数として計算する。これらの距離は後でパターンを探すために分析される。任意の光源５４がターゲット２６を照射する。
【００８９】
図４Ｃに、固定されているレトロリフレクターターゲット２６の位置を観測するカメラ５２を示す。トラッカー１０は、ターゲット２６の３次元座標を測定する。例えば、後述するコマンドタブレットが特定の３次元位置に位置する場合などのように、測定ボリューム内の特定の位置に特別な意味が割り当てられてもよい。
【００９０】
図５Ａ〜図５Ｄに、作業者が、例示的なレーザートラッカー１０がそのカメラシステムをアクティブ光源と組み合わせて使用して解釈するジェスチャーパターンを伝達するための感知手段を示す。図５Ａに、アクティブ・レトロリフレクター・ターゲット１２０を観測するカメラ５２を示す。アクティブ・レトロリフレクター・ターゲットは、光源１２２と、光源１２２をオン、オフにする制御ボタン１２４とが取り付けられたレトロリフレクターターゲット１２６を含む。作業者は、制御ボタン１２４を所定のパターンでオン・オフして、カメラ５２によって確認され、トラッカー１０によって分析されるパターンで光源１２２を点灯する。
【００９１】
図５Ａの別の動作モードは、作業者が、例えば、左右の動きおよび上下の動きを使用して与えられうるコマンドを合図している間のみ制御ボタン１２４を押さえることである。この時間中だけ制御ボタン１２４を押さえることにより、トラッカー１０での解析および分析が単純化される。制御ボタン１２４が押さえられているか否かにかかわらず、トラッカーが動きのパターンを得ることができるいくつかの方法がある。（１）カメラ５２は光源１２２の動きを追従することができる、（２）カメラ５２は、光源５４（例えば、図４Ａ〜図４Ｃ参照）によって任意選択で照射されるレトロリフレクター１２６の動きを追従することができる、または（３）レーザートラッカー１０のトラッキングシステムおよび測定システムは、レトロリフレクター１２６の動きを追従することができる。加えて、トラッカーが測定データを収集するためにレトロリフレクター１２６を追従している間に、作業者が、同時に、制御ボタン１２４を上下に押して、トラッカーにコマンドを発行するＬＥＤ発光の時間パターンを生成することも可能である。
【００９２】
図５Ｂに、６自由度プローブ１３０上の光源１３２を観測するカメラ５２を示す。６自由度プローブ１３０は、レトロリフレクター１３６と、光源１３２と、制御ボタン１３４とを含む。作業者は、制御ボタン１３４を所定のやり方でオン・オフして、カメラ５４によって確認され、トラッカー１０によって分析されるパターンで光源１３２を点灯する。
【００９３】
図５Ｂの代替の動作モードは、作業者が、例えば、左右の動きおよび上下の動きまたは回転を使用して与えられうるコマンドを合図している間のみ制御ボタン１３４を押さえることである。この時間中だけ制御ボタン１３４を押さえることにより、トラッカー１０での解析および分析が単純化される。この場合、トラッカーが動きのパターンを得ることができるいくつかの方法がある。（１）カメラ５２は光源１３２の動きを追従することができる、（２）カメラ５２は、光源５４（例えば、図４Ａ〜図４Ｃ参照）によって任意選択的に照射されるレトロリフレクター１３６の動きを追従することができる、または（３）レーザートラッカー１０のトラッキングシステムおよび測定システムは、６自由度ターゲット１３０の動きまたは回転を追従することができる。
【００９４】
図５Ａ、図５Ｂはまた、特定の位置を指示するために使用することもできる。例えば、アクティブ・レトロリフレクター・ターゲット１２０の球面上の点または６自由度プローブ１３０の球面上の点を、カメラ５２によって決定されうる位置を提供する物体に対して保持することができる。例えば、図１２を参照して説明されるコマンドタブレットが特定の３次元位置に位置する場合などのように、測定ボリューム内の特定の位置に特別な意味が割り当てられてもよい。
【００９５】
図５Ｃに、ワンド１４０上の光源１４２を観測するカメラ５２を示す。ワンド１４０は、光源１４２と制御ボタン１４４とを含む。作業者は、制御ボタン１４４を所定のやり方でオン・オフして、カメラ５４によって確認され、トラッカー１０によって分析される時間パターンで光源１４２を点灯する。
【００９６】
図５Ｄに、ワンド１４０上の光源１４２を観測するカメラ５２を示す。作業者は、ワンド１４０上の制御ボタン１４４を押して、光源１４２を連続的に点灯する。作業者がワンド１４０を任意の方向に動かす際に、カメラ５２はワンド１４０の動きを記録し、そのパターンがトラッカー１０によって分析される。横断（左右、上下）の動きのパターンのみが重要であり、半径方向の動きは重要でない場合には、単一のカメラ５２を使用することが可能である。
【００９７】
上述したように、トラッカー１０は、レトロリフレクターターゲット２６、６自由度ターゲット１１０もしくは１３０、アクティブ・レトロリフレクター・ターゲット１２０、またはワンド１４０を使用して作業者によって生成された空間位置および時間パターンを検出する能力を有する。これらの空間パターンまたは時間パターンをまとめてジェスチャーと呼ぶ。図３Ａ〜図３Ｅ、図４Ａ〜図４Ｃ、図５Ａ〜図５Ｄに示す特定の装置および感知モードは具体例であり、本発明の範囲を限定するものと理解されるべきではない。
【００９８】
図６に、ジェスチャーコマンドを発行し実行する際に作業者およびレーザートラッカー１０によって実行されるステップを記載したフローチャート２００を示す。ステップ２１０で、レーザートラッカー１０はコマンドを絶えずスキャンする。言い換えると、トラッカーは、図３Ａ〜図３Ｅ、図４Ａ〜図４Ｃ、図５Ａ〜図５Ｄに示す１または複数の感知モードを使用して、位置、空間パターン、および時間パターンを記録する。ステップ２２０で、作業者はコマンドを送る。これは、作業者が、レトロリフレクターターゲット２６、６自由度ターゲット１１０もしくは１３０、アクティブ・レトロリフレクター・ターゲット１２０、またはワンド１４０などの物体に対して適切な動作を行うことによってジェスチャーを生成することを意味する。適切な動作は、特定の絶対座標までの移動、または特定の空間パターンもしくは時間パターンを生成する動きを伴いうる。
【００９９】
ステップ２３０で、トラッカー１０は、作業者によって送られたばかりのコマンドを傍受して解析する。トラッカー１０は、動く物体からの空間情報および時間情報を感知して記録することによってコマンドを傍受する。トラッカー１０は、おそらくはトラッカー内の計算能力を使用してコマンドを解析して、データストリームを適切なサブユニットに分割し、アルゴリズムに従ってサブユニットによって形成されたパターンを識別する。使用されうるアルゴリズムのタイプについては後述する。
【０１００】
ステップ２４０で、トラッカーは、コマンドが受け取られたことを確認する。確認は、例えば、トラッカー上に位置する点滅光の形態であってもよい。確認は、コマンドが明確に受け取られたか、文字化けしており、または不完全であるか、それとも何らかの理由で実行することが不可能であるかに応じていくつかの形態をとりうる。これら異なる条件の各々に対する信号を多種多様な方法で与えることができる。例えば、異なる色のランプや、異なるパターンまたは点滅の持続時間が可能であろう。可聴音をフィードバックとして使用することもできる。
【０１０１】
ステップ２５０で、トラッカー１０は、コマンドが文字化けしているかどうかを確認する。言い換えれば、受け取ったコマンドの意味は不明確か？である。コマンドが文字化けしている場合、フローはステップ２１０に戻り、そこでトラッカー１０は引き続きコマンドをスキャンする。そうでない場合、フローはステップ２６０に進み、そこでトラッカー１０はコマンドが不完全であるかどうかを確認する。言い換えれば、コマンドを完全に定義するために、より多くの情報が必要か？である。コマンドが不完全である場合、フローはステップ２１０に戻り、そこでトラッカー１０は引き続きコマンドをスキャンする。そうでない場合、フローはステップ２７０に進む。
【０１０２】
ステップ２７０で、トラッカー１０は、コマンドによって要求される動作を実行する。場合によっては、動作はトラッカー側と作業者側の両方で複数のステップを必要とする。そのような場合の例を以下で考察する。ステップ２８０で、トラッカー１０は、測定が完了したことを合図する。次いでフローはステップ２１０に戻り、そこでトラッカーは引き続きコマンドをスキャンする。
【０１０３】
図７に、作業者がコマンドを送るステップ２２０が、ステップ２２２−プロローグ、ステップ２２４−指令、およびステップ２２６−エピローグの３ステップを含むことを示す。プロローグステップとエピローグステップとは任意選択である。コマンドの指令部分は、従うべき命令を伝達するコマンドの部分である。コマンドのプロローグ部分はトラッカーに、コマンドが開始しており、指令が間もなく与えられることを指示する。コマンドのエピローグ部分はトラッカーに、コマンドが終了したことを指示する。
【０１０４】
図８〜図１０に、例示的なコマンドセットに対応する２つの例示的なジェスチャーセット（「例１ジェスチャー」および「例２」ジェスチャー）を示す。図８〜図１０の左端の列に、例示的なコマンドセットを示す。これらのコマンドの一部は、ＦＡＲＯ  ＣＡＭ２ソフトウェアから取られたものである。他のコマンドは、ＳＭＸ  ＩｎｓｉｇｈｔソフトウェアやＦＡＲＯレーザートラッカーに同梱されているユーティリティソフトウェアなどの他のソフトウェアから取られたものである。これらの例以外に、コマンドは他のソフトウェアから取得されてもよく、単に特定の必要のために生成されてもよい。図８〜図１０のそれぞれの第２列に、利用できる場合には、ＣＡＭ２ソフトウェア内のソフトウェアショートカットを示す。作業者は、キーボード上でこのソフトウェアショートカットを押して、対応するコマンドを実行しうる。図８〜図１０の第３列および第４列に、特定のコマンドを表すのに使用されうるいくつかの空間パターンを示す。２次元空間パターンは、例えば、図３Ａ、図４Ａまたは図５Ｄに示す方法を使用して感知されうる。
【０１０５】
図８〜図１０の第３列および第４列のジェスチャーの各々について、開始位置は小さな円で指示されており、終了位置は矢印で指示されている。図８〜図１０の第３列のジェスチャーは、単純な形状、すなわち、円、三角形、または正方形である。この列に示されている２８形状は、各々の向きおよび開始位置によって互いに区別される。対照的に、図８および図９の第４列の形状は、実行されるべきコマンドを示唆している。第３列の形状の主な利点は、これらがコンピュータにとってコマンドとして認識、解釈しやすいことである。この局面については、以下でより詳細に論じる。図８および図９の第４列の形状の主な利点は、これらが作業者にとって覚やすいことである。
【０１０６】
図１１Ａ〜図１１Ｆに、ジェスチャーで使用されうるいくつかの代替の空間パターンを示す。図１１Ａに単一ストロークを示し、図１１Ｂに英数字を示し、図１１Ｃに単純な形状を示し、図１１Ｄに、パスが１回後戻りまたは反復される単純なパスを示し、図１１Ｅに、２つ以上のより単純なパターンから形成される複合パスを示し、図１１Ｆに、２文字以上から形成されるパターンを示す。
【０１０７】
図１２に、例示的なコマンドタブレット３００を示す。作業者は、測定が行われている位置の近くの好都合な場所までコマンドタブレット３００を運ぶ。コマンドタブレット３００は、ノート紙以上のサイズを有する剛性材料で作られていてよい。作業者はコマンドタブレット３００を適切な面に配置し、様々な手段を使用してターゲットを所定の位置に保持しうる。そのような手段には、テープ、磁石、熱接着剤、鋲またはマジックテープ（登録商標）が含まれうる。作業者は、レトロリフレクター２６で基準位置３１０、３１２、および３１４にタッチすることによって、レーザートラッカー１０の基準系でのコマンドタブレット３００の位置を確立する。所与の環境で複数のコマンドタブレットを使用することも可能であろう。コマンドタブレット位置を見つけるための例示的な手順について以下で論じる。
【０１０８】
コマンドタブレット３００は、いくつかの正方形に分割されうる。基準位置の正方形３１０、３１２、および３１４に加えて、図８〜図１０のコマンドの正方形と、ターゲットタイプ、ネストタイプ、方向、および数に対応する他の正方形とがある。例示的なコマンドタブレット３００のレイアウトおよび内容は単に示唆的であるにすぎず、コマンドタブレットは事実上、多種多様な方法で設計されうる。特定の作業用にカスタム・コマンド・タブレットが設計されてもよい。
【０１０９】
レーザートラッカー１０にコマンドを合図するために、作業者は、コマンドタブレット３００上の所望の正方形にレトロリフレクターをタッチさせる。作業者によるこの動作は、図２００のステップ２２０に対応する。動作の感知は、例えば、図３Ｃまたは図４Ｃに示す方法によって行われうる。複数の数字を伴うシーケンス（例えば、３．５０という数字）が入力される場合には、正方形３、正方形点、正方形５、および正方形０が順番にタッチされることになる。後述するように、正方形が読み取られることをトラッカーに指示する様々な方法がある。１つの可能な方法は、事前設定された時間、例えば少なくとも２秒間待機することである。トラッカーはその場合、例えば、トラッカーが正方形の内容を読み取ったことを指示する、点滅光であってもよい、信号を与える。数字のシーケンス全体が入力されると、作業者は所定の方法でシーケンスを終了させることができる。例えば、合意された終止符は、基準点のうちの１つに触れることであってもよい。
【０１１０】
コマンドタブレット３００は、レーザートラッカーの代わりに多関節腕ＣＭＭと共に使用されてもよい。多関節腕ＣＭＭは、一端部で固定ベースに取り付けられたいくつかの関節セグメントと、他端部のプローブ、スキャナー、またはセンサーとを含む。例示的な多関節腕ＣＭＭは、参照により本明細書に組み入れられるＲａａｂらの米国特許第６９３５０３６号明細書および参照により本明細書に組み入れられるＲａａｂらの米国特許第６９６５８４３号に記載されている。レーザートラッカーを使用する場合にレトロリフレクターターゲットをコマンドタブレット３００の正方形と接触させるのと同じ方法でプローブチップをコマンドタブレット３００の正方形と接触させる。多関節腕ＣＭＭは典型的には、レーザートラッカーが行うよりもずっと小さい測定ボリュームにわたって測定を行う。このため、多関節腕ＣＭＭを使用する場合、コマンドタブレット３００を取り付けるのに好都合な場所を見つけることは通常容易である。コマンドタブレット３００に含まれる特定のコマンドは、レーザートラッカーのコマンドとは異なる、多関節腕ＣＭＭに適したコマンドに適合される。コマンドタブレットを多関節腕ＣＭＭと共に使用する利点は、コマンドタブレットが作業者から、プローブを置き、コンピュータまで移動し、多関節腕ＣＭＭに戻る前にコマンドを入力する不便さおよび損失時間を省くことである。
【０１１１】
次に、図１３〜図１６に、ジェスチャーがどのように使用されうるかの４つの例を示す。図１３に、例示的なレーザートラッカー１０の基準点を設定するのに使用されるジェスチャーを示す。先の考察から、自動リセットがレーザートラッカーの可能なオプションモードであることを想起されたい。レーザートラッカーが自動リセットオプションに設定された場合には、ビームパスが遮断されると常に、レーザービームは基準位置に向けられる。一般的な基準位置はトラッカーのホームポジションであり、レーザートラッカーの本体に永続的に取り付けられた磁気ネストの位置に対応する。あるいは、ビームが遮断されたときに作業者がトラッカーまで戻る必要をなくすために作業ボリュームに近い基準点が選択されてもよい。（通常、この機能は、トラッカーがＡＤＭではなく干渉計を使用して測定を行う場合に最も重要である）。
【０１１２】
図１３では、フローチャート４００に示される動作は、ジェスチャーを使用して基準点を設定するために実行される。ステップ４２０で、作業者は、図１０の「基準点の設定」に示されたパターンでターゲットを動かす。この場合のターゲットは、例えば、図３Ａに示すような、レトロリフレクター２６であってもよい。ステップ４３０で、レーザートラッカー１０はコマンドを傍受して解析し、コマンドが受け取られたことを確認する。この場合、確認の形式は、トラッカーのフロントパネル上の赤いランプの２回点滅である。しかし、異なる色やパターン、または可聴音などの他のフィードバックが使用されてもよい。ステップ４４０で、作業者はＳＭＲ２６を、基準位置を定義する磁気ネスト内に配置する。レーザートラッカー１０は、ＳＭＲ２６の位置データを絶えず監視し、ＳＭＲ２６が静止するとそれを認める。ＳＭＲが５秒間静止している場合、トラッカー１０は作業者がＳＭＲをネストに意図的に配置したと認識し、トラッカーはステップ４５０によって測定を開始する。測定が行われている間、例えば、トラッカーパネル上の赤いランプが点灯しうる。測定が完了すると、赤いランプは消灯する。
【０１１３】
図１４では、フローチャート５００に示される動作は、３次元空間における例示的なコマンドタブレット３００の位置を確立するために実行される。先の考察から、コマンドタブレット３００は３つの基準位置３１０、３１２、および３１４を有することを想起されたい。これらの３つの位置にレトロリフレクターターゲットをタッチさせることによって、３次元空間におけるコマンドタブレット３００の位置を見つけることができる。ステップ５１０で、作業者は、図９の「コマンドタブレットの初期設定」に示されたパターンでターゲットを動かす。この場合のターゲットは、例えば、図３Ａに示すような、レトロリフレクター２６であってもよい。ステップ５２０で、レーザートラッカー１０は、コマンドを傍受して解析し、赤いランプを２回点滅させることによってコマンドが受け取られたことを確認する。ステップ５３０で、作業者は３つの基準点のうちの１つに対してＳＭＲ２６を保持する。レーザートラッカー１０は、ＳＭＲ２６の位置データを絶えず監視し、ＳＭＲが静止するとそれを認める。ステップ５４０で、ＳＭＲ２６が５秒間静止している場合、トラッカー１０は、ＳＭＲ２６の位置を測定する。ステップ５５０で、作業者は３つのうちの第２の基準点に対してＳＭＲ２６を保持する。ステップ５６０で、ＳＭＲ２６が５秒間静止している場合、トラッカー１０は、ＳＭＲ２６の位置を測定する。ステップ５７０で、作業者は３つのうちの第３の基準点に対してＳＭＲ２６を保持する。ステップ５８０で、ＳＭＲ２６が５秒間静止している場合、トラッカー１０は、ＳＭＲ２６の位置を測定する。ここでトラッカー１０は３つの基準点の各々の３次元位置を知っており、これらの３つの点から３つの点対間の距離を計算することができる。ステップ５９０で、トラッカー１０は、点間の既知の距離を、点間の計算された距離と比較することによって誤りを探索する。差が大きすぎる場合、ステップ５９５で、適切な指示によって信号誤りが指示され、指示は５秒間の赤いランプの点滅であってもよい。
【０１１４】
図１５では、フローチャート６００に示される動作は、ジェスチャーを使用して円を測定するために実行される。ステップ６１０で、作業者は、図８の「円の測定」に示されたパターンでターゲットを動かす。この場合のターゲットは、例えば、図３Ａに示すような、レトロリフレクター２６であってもよい。ステップ６２０で、レーザートラッカー１０は、コマンドを傍受して解析し、赤いランプを２回点滅させることによってコマンドが受け取られたことを確認する。ステップ６３０で、作業者はワークに対してレトロリフレクター２６を保持する。例えば、作業者が円形穴の内側を測定している場合、作業者はＳＭＲを穴の内側の部分に当てる。レーザートラッカー１０は、レトロリフレクター２６の位置データを絶えず監視し、ＳＭＲが静止するとそれを認める。ステップ６４０で、レトロリフレクター２６が５秒間静止した後、赤いランプが点灯し、トラッカー１０はレトロリフレクター２６の位置の連続測定を開始する。ステップ６５０で、作業者は、関心対象の円に沿ってレトロリフレクター１０を動かす。ステップ６６０で、十分な点が収集されると、作業者はレトロリフレクター２６を測定されている物体の表面から離す。レトロリフレクター２６の動きは、測定が完了したことを指示する。またレトロリフレクター２６の動きは、レトロリフレクターターゲット２６が測定しているのが内径かそれとも外径かも指示し、アプリケーションソフトウェアがレトロリフレクター２６の半径を説明するためにオフセット距離を除去することを可能にする。ステップ６７０で、トラッカー１０は、必要な測定データが収集されたことを指示するために赤いランプを２回点滅させる。
【０１１５】
図１６では、フローチャート７００に示される動作は、レーザートラッカー１０からのレーザービームが遮断された後でレトロリフレクターを取得するために実行される。ステップ７１０で、作業者は、図１０の「ＳＭＲの取得」に示されたパターンでレトロリフレクターを動かす。この場合のターゲットは、例えば、図４Ａに示すような、レトロリフレクター２６であってもよい。この手順の始めには、ＳＭＲはＳＭＲを取得しておらず、よって図３Ａ〜図３Ｅに示すモードは使用できない。代わりに、カメラ５２および光源５４が、レトロリフレクター２６を位置特定するために使用される。ステップ７２０で、レーザートラッカー１０は、コマンドを傍受して解析し、赤いランプを２回点滅させることによってコマンドが受け取られたことを確認する。同時に、レーザートラッカー１０は、レトロリフレクター２６の中心に向けてレーザービーム４６を発射する。ステップ７３０で、トラッカー１０は、レーザービームがレトロリフレクター２６によって捕捉されたかどうかを確認する。ほとんどの場合、レーザービームは、トラッカー内の位置検出器のアクティブ領域内に当たるようにレトロリフレクター２６の中心の十分に近くに発射される。この場合、トラッカー・サーボ・システムは、レーザービームを位置検出器の中心に向かわせる方向にレーザービームを発射し、またこれによりレーザービームはレトロリフレクター２６の中心に進む。その後、通常のトラッキングが行われる。レーザービームが、トラッカー内の位置検出器に当たるのに十分なほどレトロリフレクター２６の中心の近くに発射されない場合、１つの可能な方法は、ステップ７４０に示すように螺旋探索を行うことである。レーザートラッカー１０は、レーザービームを開始方向に向け、次いでビームを絶えず広がる螺旋状に向けることによって螺旋探索を実行する。螺旋探索を実行するか否かは、レーザートラッカーまたはレーザートラッカーと共に使用されるアプリケーションソフトウェアでオプションとして設定することができる。迅速に移動するターゲットに適しうる別のオプションは、レーザービームがレトロリフレクターによって捕捉されるまで、またはタイムアウトが発生するまで、ステップ７２０を反復的に繰り返すことである。
【０１１６】
図７を参照して前述したように、作業者は、任意選択のプロローグ、指令、および任意選択のエピローグの３つのステップを使用してコマンドを送る。トラッカー１０が絶えずデータを解析しており、所望のパターンが生成されたときに迅速に応答できる場合には、プロローグもエピローグもなしで指令のみを使用することが可能である。同様に、作業者がコマンドタブレット３００上の位置にタッチする場合にも、コマンドは、プロローグもエピローグも必要とせずにトラッカーに明らかになるはずである。他方、トラッカーが作業者によって生成されたパターンに即時に応答するのに十分なほど迅速に解析できない場合、または作業者が意図せずにコマンドパターンを生成する可能性がある場合には、プロローグ、エピローグ、またはその両方を使用することが必要となりうる。
【０１１７】
単純なプロローグまたはエピローグの例は、単にターゲットの動きの休止であり、これは、図３Ａ〜図３Ｅ、図４Ａ〜図４Ｃ、および図５Ａ〜図５Ｄに示すターゲットのいずれかであってもよい。例えば、作業者は、パターンの開始前に１または２秒間、パターンの終わりに１または２秒間休止してもよい。このように休止することによって、図８〜図１０ではそれぞれ円および矢印によって、図１１ではそれぞれ円および正方形によって指示される各ジェスチャーの開始位置および終了位置は、トラッカーまたはコンピュータ内の解析ソフトウェアによってより理解されやすくなる。
【０１１８】
単純なプロローグまたはエピローグの別の例は、トラッカーからのレーザービームの迅速な遮断および遮断解除である。例えば、作業者は、４桁の数字の各々の間にスペースが生じるように指を広げてもよい。その後、レーザービームを横切って指を迅速に動かすことによって、ビームは迅速に４回連続して遮断され、遮断解除されることになる。そのような時間パターンは、「４本指敬礼（ｆｏｕｒ  ｆｉｎｇｅｒ  ｓａｌｕｔｅ）」と呼ばれることもあり、レーザートラッカーによって容易に認識される。返されるレーザー出力の時間的変動に基づく感知モードは、パッシブターゲットで図３Ｄに、アクティブターゲットで図５Ａ〜図５Ｃに示されている。
【０１１９】
ジェスチャーコマンドにプロローグまたはエピローグを使用すること以外に、レーザートラッカーによる動作の開始時にあるタイプのプロローグが必要になることもある。例えば、図１３〜図１５の例では、コマンドが与えられた後、トラッカー測定が行われる前に５秒間の待機が発生する。この待機の目的は、作業者に、測定開始前にレトロリフレクターターゲットを所定の位置に置くための時間を与えることである。当然ながら、５秒間の時間は任意であり、任意の所望の値に設定することができる。加えて、測定が開始されるべきであると指示する他の表示を使用することも可能であろう。例えば、測定の準備ができていることを指示するのに、時間遅延ではなく４本指敬礼を使用することも可能であろう。
【０１２０】
図５Ａ〜図５Ｄに示すようなアクティブターゲットは、治工具のセットアップやデバイスアセンブリなどの用途において有用である。治工具とは、他の装置の製造を支援するために作られたタイプの装置である。自動車製造や航空宇宙製造などの分野では、厳しい仕様に合わせて工具が構築される。レーザートラッカーは、そのような治工具の組立てと検査の両方に役立つ。多くの場合、治工具の構成要素を互いに対して位置合わせする必要がある。レトロリフレクター２６などの単一のレトロリフレクターターゲットを使用して、治工具の各要素を適正に位置合わせするための座標系を確立することができる。しかし、複雑な治工具では、これは多くの反復測定を伴いうる。代替方法は、治工具要素に複数のレトロリフレクターターゲットを取り付け、次いでこれらのすべてを迅速に連続して測定することである。そのような迅速な測定が、今日、絶対距離計やカメラシステム（構成要素５２、５４など）などの最新のトラッカー技術によって可能になっている。複数のレトロリフレクターが治工具に直接取り付けられている場合には、作業者がこれらのレトロリフレクターのうちの１つを使用してジェスチャーコマンドを生成することは困難または非効率的でありうる。図５Ｃまたは図５Ｄに示す１４０のようなワンドを使用した方がより好都合でありうる。作業者は、ワンドを使用して、治工具に取り付けられたレトロリフレクターを妨げずに、迅速にコマンドを与えることができる。そのようなワンドは、作業者の両手で自由に組立ておよび調整を行えるようにしておくために、ハンマーまたは類似の装置の端部に取り付けられていてよい。ある場合には、図５Ａおよび図５Ｂにそれぞれ示すような別個のレトロリフレクターまたは６自由度プローブが治工具のセットアップ時に必要とされうる。基本のＳＭＲまたは６自由度プローブに光源と制御ボタンを追加することにより、作業者は非常に柔軟な方法でコマンドを発行することができる。
【０１２１】
図５Ａ〜図５Ｄに示すようなアクティブターゲットもまた、デバイスアセンブリにおいて有用である。最新の傾向は、自動化された治工具アセンブリではなく、レーザートラッカーを使用したフレキシブルアセンブリである。トラッカー手法の重要な利点は、事前準備がほとんど必要ないことである。今日そのような組立てが実現されている要因の１つは、ＣＡＤソフトウェア図面をレーザートラッカーによって作成された測定値と一致させるソフトウェアが利用できることである。組み立てられる各部品にレトロリフレクターを配置して、レーザートラッカーでレトロリフレクターを順次に測定することにより、「遠い」を指示する赤、「近づいている」を指示する黄色、および「十分に近い」を指示する緑などの色を使用して、アセンブリの近接度をコンピュータディスプレイに示すことができる。アクティブターゲットを使用すれば、作業者は、組立てプロセスを最適化する方法で選択したターゲットまたはターゲット群を測定するコマンドを与えることができる。
【０１２２】
複数のレトロリフレクターは、多くの場合、単一の測定ボリューム内に位置する。複数のレトロリフレクターを用いた治工具のセットアップおよびデバイスアセンブリの例については上述した。これらの例は、アクティブターゲットが特に有用でありうることを示した。他の場合には、レーザートラッカーが複数のパッシブレトロリフレクターの動きを認識する能力が有用となりうる。例えば、板金スタンピングプレスなどの治工具上に複数のレトロリフレクターが配置されており、作業者は、治工具の各操作後にターゲット測量を行いたいと仮定する。この測量では、治工具の繰り返し精度を確認するために、各ターゲットの座標を順次測定する。作業者が初期測量座標をセットアップするための簡単な方法は、各レトロリフレクターをそのネストから順次持ち上げ、所定のジェスチャーパターンに従ってレトロリフレクターをあちこち動かすことである。トラッカーはパターンを認識すると、そのネスト内のレトロリフレクターの座標を測定する。作業者がレトロリフレクターを都合よく切り換えることを可能にする広い視野にわたってジェスチャーパターンを認識することがトラッカーカメラの機能である。
【０１２３】
前述したように、ジェスチャーパターンを識別し、それらをコマンドとして解釈するために使用できるいくつかの異なるタイプの方法またはアルゴリズムがある。ここで本発明者らはいくつかの方法を提案するが、多種多様な方法やアルゴリズムを使用することができ、それらは等しくうまく機能するはずであることも認識している。先に説明したように、（１）単一点絶対位置、（２）時間パターン、および（３）動きパターンの３つの主要なタイプの関心対象パターンがある。単一点絶対位置を認識することがこれらの３つのカテゴリの中で最も簡単であることはほぼ間違いない。この場合、トラッカーは、単に、測定された座標を比較して、これらがコマンドタブレット３００の表面上の座標に対する指定公差内に一致するかどうかを確認するだけでよい。
【０１２４】
時間パターンも比較的容易に識別できる。特定のパターンは、例えば、特定の回数のオン／オフ繰り返しから構成されてもよく、許容されるオン・オフの回数に追加の制約が課されてもよい。この場合、トラッカー１０は、単に、オン・オフの回数を記録し、既定のパターンとの一致が存在するかどうかを周期的に確認するだけでよい。当然ながら、トラッカーに信号を送るランプを完全に消すのではなく、パワーレベルを下げることも可能である。再帰反射レーザー出力のレベルの低下は、ＮＤフィルター、偏光子、絞りの使用などの多くの手段によって得ることができる。
【０１２５】
動きパターンは、１次元、２次元または３次元で解析されうる。半径方向距離の変化は、１次元の動きの一例である。横断（上下、左右）の動きの変化は、２次元測定の一例である。半径方向寸法および横断寸法の変化は、３次元測定の一例である。当然ながら、関心対象の寸法は、レーザー・トラッカー・システムによって現在監視されている寸法である。解析および認識のタスクを単純化するのに役立つ１つの方法は、それが一定の範囲内の時間と空間で行われるよう要求することである。例えば、パターンは、２００ｍｍ〜８００ｍｍ（８インチ〜３２インチ）の範囲内にあり、１秒〜３秒間で完了することが必要とされうる。横断の動きの場合、トラッカーはそれらの動きを角度の変化として認識し、ラジアン単位のこれらの角度にターゲットまでの距離を掛けてパターンのサイズを取得しなければならない。許容されるパターンを特定の範囲内の時間と空間に制限することによって、多くの動きを、ジェスチャーコマンドとしてのさらなる考察から除外することができる。残りの動きは、様々な方法で評価されうる。例えば、データは、認識されたジェスチャーパターンのいずれかとの潜在的な一致が存在するかどうかを確認するために周期的に評価されるバッファに一時的に格納されてもよい。特に識別しやすいジェスチャーの動きパターンの特殊な事例は、ジェスチャーが行われていることを指示するランプ１２２を点灯するために図５Ａのコマンドボタン１２４が押される場合である。コンピュータはその場合、単に、ランプ１２２が点灯されたときに行われたパターンを記録し、次いでそのパターンを評価して、有効なジェスチャーが生成されたかどうかを確認するだけでよい。作業者がコマンドボタン１３４を押して図５Ｂのランプ１３２を点灯し、またはコマンドボタン１４４を押して図５Ｄのランプ１４２を点灯する場合にも、同様の手法をとることができる。
【０１２６】
これらの３つの主要なパターン以外に、パッシブオブジェクトまたはパッシブオブジェクトとレトロリフレクターの組み合わせを使用して生成されたパターンを生成することも可能である。例えば、トラッカー上のカメラは、特定のサイズのパッシブな赤い正方形がＳＭＲの１インチ以内に持ち込まれると常に、特定のコマンドが与えられたと認識しうる。
【０１２７】
３つの主要なパターンのうちの２つを組み合わせることも可能である。例えば、移動速度を特定の空間パターンと組み合わせて、パターンタイプ２とパターンタイプ３とを組み合わせることも可能である。別の例として、作業者は、急に上げ、続いてゆっくり戻す動きを含む鋸歯状パターンを有する特定のコマンドを送ってもよい。同様に、加速が使用されてもよい。例えば、フリック動作を使用して、レーザービームを物体の周りで特定の方向に「投射」してもよい。
【０１２８】
変化はパターンのタイプ内でも可能である。例えば、空間パターンのカテゴリ内では、小さい正方形（例えば、一辺が３インチ（約７．６２ｃｍ））と大きい正方形（例えば、一辺が２４インチ（６０．９６ｃｍ））とを区別することが可能である。
【０１２９】
上述のアルゴリズムの方法は、図１７に示す処理システム８００によって実施される。処理システム８００は、トラッカー処理ユニット８１０と、任意選択でコンピュータ８０とを含む。処理ユニット８１０は少なくとも１つのプロセッサ（または処理回路）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）、または同様のデバイスであってよい。情報を処理し、内部トラッカーのプロセッサにコマンドを発行するための処理能力が提供される。そのようなプロセッサには、位置検出器プロセッサ８１２、方位エンコーダプロセッサ８１４、天頂エンコーダプロセッサ８１６、表示灯プロセッサ８１８、ＡＤＭプロセッサ８２０、干渉計（ＩＦＭ）プロセッサ８２２、およびカメラプロセッサ８２４が含まれうる。ジェスチャーパターンの評価または解析を支援するジェスチャープリプロセッサ８２６が含まれていてもよい。補助ユニットプロセッサ８７０は、任意選択で、トラッカーのプロセッサユニット８１０内の他のプロセッサのための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。補助ユニットプロセッサ８７０はデバイスバス８３０によって他のプロセッサと通信でき、デバイスバス８３０は、当技術分野で周知のように、データパケットによってトラッカー全体に情報を転送しうる。計算能力は、トラッカー処理ユニット８１０全体に分散されていてよく、ＤＳＰおよびＦＰＧＡはトラッカーセンサーによって収集されたデータの中間計算を行う。これらの中間計算の結果は補助ユニットプロセッサ８７０に戻される。前に説明したように、補助ユニット７０は、長いケーブルを介してレーザートラッカー１０の本体に取り付けられていてもよく、トラッカーがコンピュータ８０に直接（または任意選択で）接続するようにレーザートラッカーの本体内に引き込まれてもよい。補助ユニット８７０は、接続８４０によってコンピュータ８０に接続されてよく、接続８４０は、例えば、イーサネット（登録商標）ケーブルや無線接続であってよい。補助ユニット８７０とコンピュータ８０とは、接続８４２、８４４を介してネットワークに接続されてよく、接続８４２、８４４は、例えば、イーサネットケーブルや無線接続であってよい。
【０１３０】
センサーデータの前処理は、プロセッサ８１２〜８２４のいずれかによってジェスチャー内容について評価されうるが、ジェスチャー前処理を実行するように特に指定されたプロセッサ８２６があってもよい。ジェスチャープリプロセッサ８２６は、マイクロプロセッサ、ＤＳＰ、ＦＰＧＡ、または同様のデバイスであってよい。ジェスチャープリプロセッサ８２６は、ジェスチャー内容について評価されるべきデータを格納するバッファを含んでいてよい。前処理されたデータは、最終評価のために補助ユニットに送られてもよく、ジェスチャー内容の最終評価が、ジェスチャープリプロセッサ８２６によって実行されてもよい。あるいは、生データまたは前処理されたデータが分析のためにコンピュータ８０に送られてもよい。
【０１３１】
上述したジェスチャーの使用は大部分が単一のレーザートラッカーでの使用に集中しているが、ジェスチャーをレーザートラッカーの集合と共に、またはレーザートラッカーと他の計器との組み合わせと共に使用することも有益である。１つの可能な方法は、１つのレーザートラッカーを、他の計器にコマンドを送るマスターとして指定することである。例えば、各トラッカーによって測定された距離のみを使用して３次元座標が計算されるマルチラテレーション測定において４つのレーザートラッカーのセットが使用されうる。コマンドは単一のトラッカーに与えることができ、このトラッカーがその他のトラッカーにコマンドを中継する。別の可能な方法は、複数の計器がジェスチャーに応答できるようにすることである。例えば、レーザートラッカーが多関節腕ＣＭＭを再配置するのに使用されたと仮定する。そのようなシステムの一例が、参照により本明細書に組み入れられるＲａａｂの米国特許第７８０４６０２号に記載されている。この場合、レーザートラッカーは、再配置手順においてマスターとして指定されうる。作業者はトラッカーにジェスチャーコマンドを与え、トラッカーは多関節腕ＣＭＭに適切なコマンドを送る。再配置手順が完了した後、作業者は、上述したように、コマンドタブレットを使用して多関節腕ＣＭＭにジェスチャーコマンドを与えることができる。
【０１３２】
図１９に、図３Ａ〜図３Ｂ、図４Ａ〜図４Ｂ、および図５Ａを参照した考察に従ってレーザートラッカーにコマンドを伝達するジェスチャーを与える際に実行されるステップ１９００を示す。ステップ１９１０は、コマンドと空間パターンとの間の対応規則を提供することである。ステップ１９２０は、ユーザーが可能なコマンドの中からコマンドを選択することである。ステップ１９３０は、ユーザーが所望のコマンドに対応する空間パターンでレトロリフレクターを動かすことである。空間パターンは、横断方向または半径方向であってよい。ステップ１９４０は、レーザートラッカーからレトロリフレクターに光を投射することである。この光は、レーザートラッカーの光軸に沿って発せられる光ビームであってもよく、レーザートラッカー上に配置されたカメラの近くのＬＥＤによって発せられる光であってもよい。ステップ１９５０は、レトロリフレクターからレーザートラッカーに光を反射することである。ステップ１９６０は反射光を感知することである。感知は、トラッカー上に配置されたカメラ内の感光性アレイによって、トラッカー内の位置検出器によって、またはトラッカー内の距離計によって行われうる。ステップ１９７０は、対応規則に基づいてコマンドを決定することである。ステップ１９８０は、コマンドを実行することである。
【０１３３】
図２０に、図３Ｃ、図４Ｃ、および図５Ａを参照した考察に従ってレーザートラッカーにコマンドを伝達するジェスチャーを与える際に実行されるステップ２０００を示す。ステップ２０１０は、コマンドと３次元位置との間の対応規則を提供することである。ステップ２０２０は、ユーザーが可能なコマンドの中からコマンドを選択することである。ステップ２０３０は、ユーザーが、おそらくはレトロリフレクターターゲットをコマンドタブレットに接触させることによって、所望のコマンドに対応する位置までレトロリフレクターを動かすことである。ステップ２０４０は、レーザートラッカーからレトロリフレクターに光を投射することである。この光は、レーザートラッカーの光軸に沿って発せられる光ビームであってもよく、レーザートラッカー上に配置されたカメラの近くのＬＥＤによって発せられる光であってもよい。ステップ２０５０は、レトロリフレクターからレーザートラッカーに光を反射することである。ステップ２０６０は反射光を感知することである。感知は、トラッカー上に配置されたカメラ内の感光性アレイによって、トラッカー内の位置検出器によって、またはトラッカー内の距離計によって行われうる。ステップ２０７０は、対応規則に基づいてコマンドを決定することである。ステップ２０８０は、コマンドを実行することである。
【０１３４】
図２１に、図３Ｄおよび図５Ａを参照した考察に従ってレーザートラッカーにコマンドを伝達するジェスチャーを与える際に実行されるステップ２１００を示す。ステップ２１１０は、コマンドと時間パターンとの間の対応規則を提供することである。ステップ２１２０は、ユーザーが可能なコマンドの中からコマンドを選択することである。ステップ２１３０は、レーザートラッカーからレトロリフレクターに光を投射することである。この光は、レーザートラッカーの光軸に沿って発せられる光ビームであってもよく、レーザートラッカー上に配置されたカメラの近くのＬＥＤによって発せられる光であってもよい。ステップ２１４０は、レトロリフレクターからレーザートラッカーに光を反射することである。ステップ２１５０は反射光を感知することである。感知は、トラッカー上に配置されたカメラ内の感光性アレイによって、トラッカー内の位置検出器によって、またはトラッカー内の距離計によって行われうる。ステップ２１６０は、ユーザーが、レーザートラッカー上のセンサーによって受け取られた光パワーの時間パターンを生成することである。そのような時間パターンは、以下で論じるように、光ビームを遮断および遮断解除することによって容易に行われる。ステップ２１７０は、対応規則に基づいてコマンドを決定することである。ステップ２１８０は、コマンドを実行することである。
【０１３５】
図２２に、図３Ｅおよび図５Ｂを参照した考察に従って６自由度レーザートラッカーにコマンドを伝達するジェスチャーを与える際に実行されるステップ２２００を示す。ステップ２２１０は、コマンドと６自由度ターゲットの姿勢との間の対応規則を提供することである。ステップ２２２０は、ユーザーが可能なコマンドの中からコマンドを選択することである。ステップ２２３０は、６自由度レーザートラッカーを使用して、第１の姿勢の６自由度ターゲットの少なくとも１つの座標を測定することである。姿勢は、３つの並進座標（ｘ、ｙ、ｚなど）と３つの姿勢角度座標（ロール、ピッチ、ヨーなど）とを含む。ステップ２２４０は、ユーザーが６自由度ターゲットの姿勢の６次元のうちの少なくとも１つを変更することである。ステップ２２５０は、ユーザーがステップ２２４０を完了した後に得られる姿勢である、第２の姿勢の少なくとも１つの座標を測定することである。ステップ２２６０は、対応規則に基づいてコマンドを決定することである。ステップ２２７０は、コマンドを実行することである。
【０１３６】
図２３に、レーザートラッカーに、レーザートラッカーからターゲットにレーザービームを向け、ターゲットにロックオンするコマンドを伝達するジェスチャーを与える際に実行されるステップ２３００を示す。ステップ２３１０は、レトロリフレクター上に光を投射することである。この光は、レーザートラッカー上に配置されたカメラの近くのＬＥＤによって発せられる光であってもよい。ステップ２３２０は、ユーザーがレトロリフレクターを所定の空間パターンで動かすことである。ステップ２３３０は、レトロリフレクターからレーザートラッカーに光を反射することである。ステップ２３４０は反射光を感知することである。感知は、例えばトラッカー上に配置されたカメラ内の感光性アレイによって行われうる。ステップ２３５０は、対応規則に基づいてコマンドを決定することである。ステップ２３６０は、トラッカーからレトロリフレクターに光ビームを向けることである。ステップ２３７０は、トラッカーからのレーザービームでレトロリフレクターにロックオンすることである。
【０１３７】
図２４に、レーザートラッカーに、レーザートラッカーからターゲットにレーザービームを向け、ターゲットにロックオンするコマンドを伝達するジェスチャーを与える際に実行されるステップ２４００を示す。ステップ２４１０は、レトロリフレクター上に光を投射することである。この光は、レーザートラッカー上に配置されたカメラの近くのＬＥＤによって発せられる光であってもよい。ステップ２４２０は、レトロリフレクターからレーザートラッカーに光を反射することである。ステップ２４３０は反射光を感知することである。感知は、例えばトラッカー上に配置されたカメラ内の感光性アレイによって行われうる。ステップ２４４０は、上述したように、所定の時間パターンを生成することである。ステップ２４５０は、対応規則に基づいてコマンドを決定することである。ステップ２４６０は、トラッカーからレトロリフレクターに光ビームを向けることである。ステップ２４７０は、トラッカーからのレーザービームでレトロリフレクターにロックオンすることである。
【０１３８】
図２５に、レーザートラッカーに、レーザートラッカーからターゲットにレーザービームを向け、ターゲットにロックオンするコマンドを伝達するジェスチャーを与える際に実行されるステップ２５００を示す。ステップ２５１０は、レトロリフレクターに光を投射することである。この光は、レーザートラッカー上に配置されたカメラの近くのＬＥＤによって発せられる光であってもよい。ステップ２５２０は、６自由度ターゲットの第１の姿勢の少なくとも１つの座標を測定することである。上述したように、この姿勢は３つの並進自由度と３つの姿勢角度自由度とを含む。ステップ２５３０は、第１の姿勢の少なくとも１つの座標を変更することである。ステップ２５４０は、６自由度プローブの少なくとも１つの座標が変更された後に得られる姿勢である第２の姿勢の少なくとも１つの座標を測定することである。ステップ２５５０は、対応規則が満たされたと判断することである。ステップ２５６０は、トラッカーからレトロリフレクターに光ビームを向けることである。ステップ２５７０は、トラッカーからのレーザービームでレトロリフレクターにロックオンすることである。
【０１３９】
図２６に、図１のレーザートラッカー１０と同様のレーザートラッカー１０Ｂを示すが、図２６のカメラ２６１０、２６２０は異なる視野を有するものとして明記されている。一実施形態では、広視野（ＦＯＶ）カメラ２６１０は、狭視野カメラ２６２０よりも広いＦＯＶを有する。レーザートラッカー１０Ｂは、狭視野カメラ２６２０の入口開口に近接した光源２６２２をさらに含む。光源２６２２は、狭視野カメラ２６２０が敏感な波長範囲で発光するように選択される。一実施形態では、広視野カメラ２６１０は、少なくとも可視波長に応答し、狭視野カメラは、少なくとも赤外線波長に応答する。他の実施形態では、カメラ２６１０、２６２０は、代替のスペクトル領域の光の波長に応答する。
【０１４０】
ＦＯＶという用語は、本明細書では、カメラから見える角度範囲を意味するのに使用される。例えば、カメラの感光性アレイの対角長がｘである場合、焦点距離ｆを有するカメラレンズでは、画角は、２ａｒｃｔａｎ（ｘ／２ｆ）として定義されうる。当然ながら、ＦＯＶの他の定義が使用されてもよく、一般的な概念は、ＦＯＶはカメラの感光性アレイによって捕捉されるシーンの角度範囲を表すというものである。一実施形態では、広視野カメラ２６１０は、４０度〜９０度の範囲のＦＯＶを有する。別の実施形態では、カメラ２６１０は、より広いＦＯＶ、例えば１００度〜１８０度を有する魚眼レンズである。一実施形態では、狭視野カメラ２６２０は、０．５度〜２０度のＦＯＶを有する。狭視野カメラ２６２０の小さな角度では、１ラジアンが約６０度であることに留意することによってカメラから見える近似直線横断寸法を見つけることができる。その場合、トラッカーから観測点までの距離Ｒについて、カメラによって観測される横断直線寸法ＬはおおよそＬ＝Ｒ・ＦＯＶ／６０であり、ＦＯＶは度数で与えられる。例えば、狭視野カメラ２６２０が４度のＦＯＶを有し、トラッカーがＲ＝１５メートル離れた物点を見ている場合、狭視野カメラ２６２０の感光性アレイに見える横断直線距離は約（１５ｍ）（４）／６０＝１メートルである。狭視野カメラの感光性アレイが直線寸法に沿って１０００画素を有する場合には、狭視野カメラの分解能はほぼ１メートル／１０００＝１ｍｍである。対照的に、６０度のＦＯＶを有する広視野カメラでは、ＦＯＶは式２Ｒ・ｔａｎ（６０°／２）によってより正確に見出される。例えば、トラッカーから観測点までの距離が１５メートルの場合、カメラによって観測される横断長は、（２）（１５ｍ）（ｔａｎ（６０°／２））＝１７．３ｍである。この寸法が１０００画素にわたって広視野カメラ２６１０の感光性アレイによって撮像される場合には、物点の分解能はほぼ１７．３ｍ／１０００＝１７．３ｍｍである。
【０１４１】
一実施形態では、３Ｄ測定システムは、レーザートラッカー１０Ｂと、レトロリフレクター２６と、通信装置２６３０とを含む。レトロリフレクター２６はＳＭＲの形で示されているが、レトロリフレクターは、任意のタイプの再帰反射ターゲット、例えば独立型のコーナーキューブレトロリフレクターやキャットアイレトロリフレクター、または６自由度ターゲットに埋め込まれたレトロリフレクターであってもよいことを理解されたい。一実施形態では、通信装置２６３０は、光源２６３２からの発光２６３４を制御するように構成された作業者制御ユニット２６３１を含む。光源２６３２は、概ね可視の光源、例えば、多くのスマートフォンに見られる「フラッシュライト」照明器や遠隔制御ユニットのライトであってもよい。
【０１４２】
一実施形態では、光源２６３２は、作業者がアクチュエーター２６３６を押すと作動され、アクチュエーター２６３６は、スマートデバイス（通信装置２６３０など）のユーザーインターフェース２６３８上のタッチスクリーン選択アイコンであってもよい。スマートデバイスは、ある程度までインタラクティブに、自律的に動作する電子機器である。ほとんどの場合、スマートデバイスは、ブルートゥース（登録商標）、近距離無線通信（ＮＦＣ）、Ｗｉ‐Ｆｉ（ＩＥＥＥ８０２．１１規格）、セルラ通信方式（例えば、３ＧやＬＴＥ）、または様々な他の通信プロトコルのいずれかなどのプロトコルを介して他のデバイスにも接続されうる。スマートデバイスの例には、スマート携帯電話、スマートタブレット、スマートラップトップ、スマートウェアラブルなどが含まれる。
【０１４３】
代替の実施形態では、通信装置２６３０は遠隔制御装置である。遠隔制御装置の作業者制御ユニット（２６３１など）は、ユーザーによって押されると作動する複数の触覚キー（アクチュエーター２６３６など）を含みうる。これらのキーは、作業者制御ユニット２６３１のアクチュエーター２６３６として働く。通信装置２６３０は、触覚キーのうちの１つを押すことによって作動される光源２６３２をさらに含む。一実施形態では、光源２６３２は、白色光ＬＥＤまたは作業者によるアクチュエーター２６３６の作動に応答して点灯する任意の他のタイプの光源であってもよい。
【０１４４】
作業者制御ユニット２６３１内のプロセッサを含みうる電気構成要素は、作業者によるアクチュエーター２６３６の作動に応答して光源２６３２に信号を送る。光源２６３２は、アクチュエーター２６３６の作動に応答して点灯する。発光２６３４は、様々な実施形態に従って、様々なパターンで、例えば、（１）作業者がアクチュエーターアイコンを押している間、（２）所定の固定時間長にわたって、（３）選択されたアクチュエーターと関連付けられたコマンドに対応する発光の時間パターンで、または（４）トラッカー１０Ｂ上の光源２６２２からの光がレトロリフレクター２６によって反射され、狭視野カメラ２６２０によって受け取られるまでの照射パターンで発せられうる。
【０１４５】
一実施形態では、通信装置２６３０は、スマートデバイスであれ遠隔制御装置であれ、レーザートラッカー１０Ｂと無線信号で通信するようにさらに構成される。一実施形態では、通信装置２６３０はバッテリ２６３３をさらに含み、バッテリ２６３３は充電式バッテリであってもよい。
【０１４６】
トラッカー・ロックイン・コマンドは、トラッカー１０Ｂ内の（全体として参照番号４７で示す）光源からの光ビーム４６のステアリングを開始するコマンドである。動き２６４０によって新たに方向付けられた光４６Ｂはレトロリフレクター２６に当たる。レトロリフレクター２６に当たった光は反射されてトラッカー１０Ｂに戻り、反射光の一部分はトラッカー１０Ｂ内の位置検出器１３まで進み、別の部分は距離計１７まで進む。位置検出器１３は、反射光が位置検出器１３の表面領域に当たる位置を指示する信号を提供する。信号が位置検出器１３によって受け取られた後、トラッカー制御システム２３は、レトロリフレクター２６が動かされるときでさえ、光ビーム４６Ｂをレトロリフレクター２６にロックオンされたままにする。光ビーム４６Ｂをレトロリフレクター２６上に保持するトラッカーモーターの動作は、位置検出器１３によって提供される信号に少なくとも一部は基づくものである。
【０１４７】
一実施形態では、作業者が指定されたアクチュエーター２６３６を押すと、通信装置２６３０から光２６３４が発せられ、光２６３４はプロセッサ（図１７に示す処理システム８００など）に、プロセッサ８００によって実行される実行可能命令を介して、ロックインコマンドが発行されたかどうか判断し、発行された場合、トラッカー１０Ｂからの光ビーム４６をレトロリフレクター２６に向けられるように操作し、光ビーム４６Ｂで表されるようにレトロリフレクターにロックオンするための一連のステップを実行させる。
【０１４８】
通信装置２６３０によって光源２６３２から発せられた光２６３４は、広視野カメラ２６１０に明るい信号を提供しうる。提供されうる高レベルの光は、スマートフォン（通信装置２６３０など）の典型的なフラッシュライト機能からの光２６３４を観測することによって容易に確認することができる。ほとんどの場合、そのような光は周囲の物体よりも明るく、広視野カメラ２６１０での位置特定を容易にする。ある場合には、一定の繰り返し周波数で光源２６３２をオン・オフにして、トラッカー１０Ｂが点滅から光源２６３２を位置特定できるようにすることが有利となりうる。ある場合には、広視野カメラ２６１０は、点滅光をより明瞭に示すために光バンドパスフィルターを備えていてもよい。別の場合には、以下でさらに論じるように、広視野カメラ２６１０は、ロックインシーケンスを開始する機能以外に追加機能を有するカラーカメラであってもよい。この場合、オプションは特定の色のサブピクセルの中から照射を選択することである。例えば、光源２６３２が赤の波長を発する場合には、最も強い赤の発光の位置を決定するために赤のサブピクセルの信号レベルが評価されうる。
【０１４９】
トラッカー１０Ｂ内のプロセッサ（処理システム８００など）は、点灯された光源２６３２を指示する、広視野カメラ２６１０（本明細書では第１のカメラともいう）の感光性アレイ上に形成されたデジタル画像に少なくとも一部は基づいてロックインコマンドが与えられたと判断する。図１７に示すように、プロセッサ８００は、外部コンピュータ、トラッカーに取り付けられたインターフェースボックスにあっても、トラッカー内の１もしくは複数の内部プロセッサにあってもよく、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）、または任意の他のタイプのコンピューティングデバイスを含んでいてよい。コンピューティングデバイスは、一般に、特定の量の使用すべき関連付けられたメモリを有する。
【０１５０】
一実施形態では、プロセッサ８００は、ロックイン信号が与えられたことに応答して、トラッカー１０Ｂ上の光源２６２２を点灯させる。光源２６２２からの光は、レトロリフレクター２６を照射し、狭視野カメラ２６２０（本明細書では第２のカメラともいう）に向けて反射される。反射光が狭視野カメラ２６２０のＦＯＶ内にある場合、プロセッサ８００は、トラッカー１０Ｂのモーターを誘導して、光ビーム４６Ｂで表されるようにレトロリフレクター２６を遮るように光ビーム４６を発射させる。
【０１５１】
トラッカー１０Ｂ上の光源２６２２からの反射光が狭視野カメラ２６２０のＦＯＶ内にない場合、プロセッサ８００は、通信装置２６３０からの光２６３４に応答して広視野カメラ２６１０のデジタル画像によって提供される情報を使用して、トラッカー１０Ｂ上の光源２６２２を同時に点灯し続けながら、光ビーム４６を方向変換された光ビーム４６Ｂとしてトラッカーからレトロリフレクターに向ける。トラッカー１０Ｂ上の光源２６２２からの反射光が狭視野カメラ２６２０によって確認されると、プロセッサ８００はステアリングを、第２の狭視野カメラ２６２０上でピックアップされたデジタル画像に主にまたは完全に基づくものとする。
【０１５２】
一実施形態では、通信装置２６３０の光源２６３２からの光２６３４は、トラッカー１０Ｂ上の光源２６２２からの反射光が狭視野カメラ２６２０によってピックアップされるまである種のパターンで照射され続ける。光源２６３２を例えば点滅パターンで点灯し続けることによって、プロセッサ８００は、光ビーム４６を光ビーム４６Ｂで表されるようにレトロリフレクター２６に向けてより正確に向けることができる。一実施形態では、トラッカー１０Ｂは、レーザートラッカー１０Ｂの無線送受信機２６５０から通信装置２６３０の無線送受信機２６３９に無線信号を送信し、無線信号は、狭視野カメラ２６２０がトラッカー１０Ｂ上の光源２６２２からの反射光をピックアップしたかどうかを指示する。一実施形態では、無線信号は、無線周波数（ＲＦ）、マイクロ波、または電磁スペクトルのミリ波領域で提供される電磁信号である。
【０１５３】
光ビーム４６Ｂがレトロリフレクター２６上に当たると、トラッカー１０Ｂ上の光源２６２２からの反射光は、感光性アレイ上のラインに沿ったどこか、トラッカー１０Ｂからレトロリフレクター２６までの距離によって決定されるライン上の位置に当たる。感光性アレイ上のこのラインは、ビーム４６が向けられる際のレトロリフレクター２６の取得を速めるために、工場で決定され、プロセッサ８００のメモリに含められてもよい。
【０１５４】
ある場合には、作業者は、トラッカー１０Ｂまたはコンピュータコンソール（図２に示すコンピュータ８０など）に戻らずに、レトロリフレクター２６をある場所まで運び、光ビーム４６をレトロリフレクター２６に向けさせたいと思うこともある。一実施形態では、作業者は、光源２６３２に光２６３４を放射させるアクチュエーター２６３６を押して、上述したプロセッサが指図するイベントシーケンスに導く。光ビーム４６をレトロリフレクター２６に向けるこの方法は、作業者がＳＭＲ２６を困難な場所に、例えばはしごを登って運ばなければならない場合に特に有用である。
【０１５５】
ある場合には、作業者は、ＳＭＲ２６が磁気ネストによって保持されているある場所で光ビーム４６をＳＭＲ２６にロックオンさせることができる。作業者は、第２のＳＭＲ２６を第２の場所に、おそらくははしごを登って運び、トラッカーの光ビーム４６を見つけさせて第２のＳＭＲ２６にロックオンさせたいと思う。一実施形態では、通信装置２６３０は、２つの異なるタイプのロックインコマンドに対応するアクチュエーター２６３６を有する。第１のロックインコマンドでは、光ビーム４６Ｂは、光源２６３２に最も近いＳＭＲ２６にロックオンする。第２のロックインコマンドでは、光ビーム４６Ｂは、最も近い位置が狭視野カメラ２６２０のＦＯＶ内にある限り、その最も近い位置の最も近くのＳＭＲ２６にロックオンする。
【０１５６】
一実施形態では、通信装置２６３０は、追加のトラッカーコマンドに対応する追加のアクチュエーター２６３６を含む。一実施形態では、トラッカーコマンドのうちの１つは、トラッカー１０Ｂによって測定された距離および２つの角度に少なくとも一部は基づいて、トラッカーにレトロリフレクター２６の３Ｄ座標を決定させる測定コマンドである。距離は、距離計１７によって、第１の角度と第２の角度とは第１の角度エンコーダ２１と第２の角度エンコーダ１９とによってそれぞれ測定されうる。
【０１５７】
一実施形態では、プロセッサ８００は、広視野カメラ２６１０からの画像をディスプレイ上に示すように構成され、ディスプレイは、例えば、作業者によって保持されるスマートデバイス（通信装置２６３０など）上やコンピュータモニター上のディスプレイ（ユーザーインターフェース２６３８など）であってよい。例えば、マウスや他の選択装置でディスプレイ上の位置を選択することによって、作業者は、トラッカー１０Ｂが指示された位置まで進むよう指図されるクリックトゥドライブコマンドを開始しうる。クリックトゥドライブコマンドは、（レトロリフレクターが存在する場合は）クリックトゥドライブ位置に最も近いレトロリフレクター２６に自動的にさらにロックインするように設定されうる。
【０１５８】
一実施形態では、レーザートラッカー１０Ｂは、ビーム４６がもはやレトロリフレクター２６にロックオンされなくなると、その無線送受信機２６５０から通信装置２６３０の無線送受信機２６３９に無線メッセージを送信しうる。通信装置２６３０はそれに応答して、作業者に警告メッセージ、例えば点滅灯や警告音を与えることができる。作業者は、警告メッセージに応答して、ロックインコマンドに対応するアクチュエーター２６３６を押すことができる。あるいは作業者は、通信装置２６３０がレーザートラッカー１０Ｂから無線「ロック・イズ・ロスト」メッセージを受信すると、光２６３２の点滅から開始するロックインシーケンスを自動的に作動させるように通信装置２６３０を設定してもよい。別の実施形態では、レーザートラッカー１０Ｂから無線ロック・イズ・ロスト・メッセージを受信したことに応答して、無線装置（通信装置２６３０など）は、トラッカー１０Ｂに「ロック・イン・ナロー」コマンドを返すように設定されうる。このコマンドは、プロセッサ８００に、光源２６３２を作動させて光２６３４を放射させるのではなく、代わりに、狭視野カメラ２６２０がトラッカー１０Ｂ上の光源２６２２からの反射光を確認できるかどうかを判断する。狭視野カメラ２６２０が反射光を確認できる場合、プロセッサ８００は、光ビーム４６を、光ビーム４６Ｂで表されるように、レトロリフレクター２６にロックオンするように向けさせる。
【０１５９】
図２７に、一実施形態によるレーザートラッカー１０Ｂでレトロリフレクター２６にロックオンするための方法２７００の要素を示す。要素２７０５は、通信装置２６３０、レトロリフレクター２６、およびレーザートラッカー１０Ｂを設けることを含む。通信装置２６３０は、第１の光源２６３２と、第１の光源２６３２からの第１の光２６３４の放射を制御する作業者制御ユニット２６３１とを有する。レトロリフレクター２６は、通信装置２６３０とは別である。レーザートラッカー１０Ｂは、構造体（方位ベース１６など）と、距離計１７と、第１の角度エンコーダ２１と、第２の角度エンコーダ１９と、第１のカメラ（広視野カメラ）２６１０と、第２のカメラ（狭視野カメラ）２６２０と、第２の光源２６２２と、位置検出器１３と、プロセッサ８００と、第３の光源４７とを含む。構造体１６は、第１の軸２０および第２の軸１８の周りを回転する。第２のカメラ２６２０は、第２の光源２６２２に近接しており、第１のカメラ２６１０よりも狭い視野を有する。第１および第２のカメラ２６１０、２６２０は、構造体１６の外側部分に取り付けられている。位置検出器はトラッカー１０Ｂの内部にある。
【０１６０】
要素２７１０は、通信装置２６３０から第１の光２６３４を放射することを含む。要素２７１５は、第１のカメラ（広視野カメラ）２６１０で第１の光２６３４を捕捉して（全体として符番２６１０'で表されている）第１のデジタル画像を生成することを含む。要素２７２０は、プロセッサ８００が、第１のデジタル画像２６１０'に少なくとも一部は基づいて、ロックインコマンドが与えられたと判断し、それに応答して（狭視野カメラ２６２０に近接した）第２の光源２６２２を作動させて第２の光を生成することを含む。
【０１６１】
要素２７２５は、レトロリフレクター２６から第２の光の一部分を第２の反射光として反射することを含む。要素２７３０は、第２のカメラ２６２０で第２の反射光を捕捉して（全体として符番２６２０'で表されている）第２のデジタル画像を生成することを含む。
【０１６２】
要素２７３５は、第３の光源４７から第３の光ビーム４６を発射し、構造体１６を操作して第３の光ビーム４６をレトロリフレクター２６に向けることを含み、操作は、第２のデジタル画像および位置検出器１３の読み取り値のうちの１つに少なくとも一部は基づくものである。
【０１６３】
要素２７４０は、第３の光ビーム４７の一部分を第３の反射光として反射することを含む。要素２７４５は、位置検出器１３で第３の反射光の第１の部分を捕捉することを含む。要素２７５０は、距離計１７で第３の反射光の第２の部分を捕捉することを含む。
【０１６４】
要素２７５５は、プロセッサで、第３の反射光の第２の部分に少なくとも一部は基づいてレトロリフレクター２６までの第１の距離を決定することを含む。ステップ２７６０は、第１の角度エンコーダ２１で、第１の軸の２０周りの第１の回転角を測定することを含む。ステップ２７６５は、第２の角度エンコーダ１９で、第２の軸１８の周りの第２の回転角を測定することを含む。ステップ２７６０は、プロセッサ８００で、第１の距離、第１の回転角、および第２の回転角に少なくとも一部は基づいて、レトロリフレクター２６の３次元（３Ｄ）座標を決定することを含む。ステップ２７６５は、３Ｄ座標を格納することを含む。
【０１６５】
上述したように、レトロリフレクターがレーザートラッカーの指示方向から比較的大きな角度距離だけ移動した後、レトロリフレクターにロックオンすることが多くの場合望ましい。ある場合には、作業者が、新しい位置に移動する前に、例えば、はしごを登る前に、レトロリフレクターをポケットに入れようとすることもある。別の場合には、作業者が、所望のパスを再開する前に、柱などの障害物の後を通過しなければならないこともある。さらに別の場合には、作業者が、単に、ある場所から別の場所に向かっている間、レトロリフレクターをトラッカーのレーザービームの方向に向けたままに保つ手間を惜しむこともある。
【０１６６】
次に、図２８Ａ〜図２８Ｃ、図２９Ａ〜図２９Ｃ、および図３０を参照して説明する実施形態では、ジェスチャー方法は、作業者がレトロリフレクターにロックオンされたままではなく第１の位置から第２の位置に移動することを可能にする。図２８Ａに、図２８Ｂの正面図と図２８Ｃの斜視図に示すＳＭＲ２８１０を保持している作業者２８０５を示す。一実施形態では、作業者は、「作業者追従」コマンドを表す規定の対応規則によって指定された空間パターンでレトロリフレクターを移動させる。一例では、作業者追従コマンドは、上下のパターン２８１５によって指示される。ジェスチャーが行われるときにレーザートラッカーからの光ビームがレトロリフレクター２８１０にロックオンされる場合、動きパターン（この場合は上下）は、レーザートラッカーの角度測定システムによって検出されうる。光ビームがレトロリフレクター２８１０にロックオンされるか否かにかかわらず、レトロリフレクターは、レーザートラッカー１０上の光源５４からの光ビームによって照射され、照射されたレトロリフレクターは１または複数のカメラ５２によって取り込まれる。どちらかの手法を用いて空間パターン（この例では上下）が識別され、空間パターンに基づいてジェスチャーコマンドが決定されうる。あるいは、作業者は、作業者追従コマンドを生成する上述した方法のいずれかを使用して、レトロリフレクターからの戻り光の時間的変化をもたらす時間パターンを生成してもよい。
【０１６７】
一実施形態では、図２８Ａのジェスチャーコマンドによって生成された作業者追従コマンドは、レーザートラッカーに、ペイロードおよび天頂キャリッジを含むその構造体を回転させて、図２９Ａに示すようにパス２８２５Ａに沿って作業者２８０５Ａに対面させる。ある場合には、方向２８２５Ａは、レーザートラッカーによって発せられる可視光、例えば赤いレーザービームが進むパスに対応しうる。別の場合には、方向２８２５Ａは、光ビームを発することなく作業者２８０５Ａを追従しうる。ある場合には、図２９Ａのレーザートラッカー２８２０は、例えば、作業者によって認識されうる所定のパターンでトラッカー上の着色光を点滅させることによって、そのような追従が行われるという指示を提供しうる。
【０１６８】
一実施形態では、トラッカー２８２０の構造体は、たとえ作業者が障害物２８４０の後を通過したとしても、第１の作業者位置２８０５Ａから第２の作業者位置２８０５Ｂまでの作業者の動き２８３０に追従し続ける。作業者は、いくつかの異なる方法によってトラッカーに識別されうる。そのような識別は、たとえ作業者位置２８０５Ｂが作業者位置２８０５Ａに比べて比較的大きく変化したとしても、トラッカー構造体が作業者の方を指し示し続けることを可能にするので重要である。多くの場合、作業者は作業者の動きに基づいて識別されてよく、作業者の動きは画像処理システムによって固定された背景環境とは異なるものとして認識されうる。多くの場合、作業者は、固定された背景とは異なると認識される作業者の動きによって識別されうる。そのような認識は、例えば、トラッカー１０の１または複数のカメラ５２またはトラッカー２８２０のための同様のカメラと関連付けられた画像処理ソフトウェアによって行われうる。加えて、作業者は、当技術分野で公知の画像処理方法を使用して作業者の一般的なサイズおよび形状に基づいて識別されてもよい。
【０１６９】
作業者が、図２９Ｂおよび図２９Ｃに示すように、レーザートラッカーをレトロリフレクター２８１０に再度ロックオンさせたい所望の位置２８０５Ｂに到達すると、作業者はロックオンコマンドを与え、ロックオンコマンドは、一実施形態では、図２９Ｂに示すように空間移動ジェスチャー２８１５Ｂである。それに応答して、レーザートラッカー２８２０は、図２９Ｃに示すように、トラッカーからの光ビームを、方向２８２５Ｃに沿ってレトロリフレクター２８１０にロックオンするように向ける。
【０１７０】
代替の実施形態では、レーザートラッカーを含むシステムは、ジェスチャー・ロックオン・コマンドを取得するために作業者の相対的な姿勢を監視する。図３０に示す実施形態では、ジェスチャーは、作業者が腕２８１５Ｃを胴体の脇に直接保持することによって提供される。一実施形態では、そのような作業者姿勢の判断は、作業者を、四肢および胴体の要素が線としてモデル化された棒線図として表すことに基づいて行われうる。一実施形態では、ジェスチャープリプロセッサ８２６は、ジェスチャープリプロセッサ８２６によって実行されると、作業者２８０５の画像を分析し、作業者２８０５によって行われたジェスチャーパターンを評価または解析する画像分析アルゴリズムを実行する実行可能命令に応答する。
【０１７１】
トラッカーが、ロックオンジェスチャーが与えられたと判断すると、トラッカーは、ライト５４などの１または複数のライトを点灯して、１または複数のカメラ５２上の照明スポットを得ることができる。上述したように、１または複数のカメラ５２上の照明スポットの位置は、トラッカーがレトロリフレクター２８１０にロックオンすることを可能にする情報を提供する。あるいは、図３０のジェスチャー方法の場合、レトロリフレクターのロックオン位置は、作業者の腕２８１５Ｃの端部にあると定義される。
【０１７２】
以上すべてから、本発明の一実施形態は、レトロリフレクター２８１０とレーザートラッカー２８２０とを含む３Ｄ座標測定システムおよび３Ｄ座標を測定するための方法を含み、レーザートラッカー２８２０は、レーザートラッカー２８２０から第１の光ビーム２８２５Ａを放射するように構成された第１の光源４７（図１のレーザートラッカー１０参照）と、第１の軸１８および第２の軸２０の周りを回転可能な構造体１５と、第２の光源５４と、第２の光源５４に近接した第１のカメラ５２と、実行可能命令に応答するプロセッサ８００とを有し、実行可能命令は、プロセッサ８００によって実行されると、第１の段階において、作業者２８０５によって作業者追従ジェスチャー２８１５が与えられたと判断し、作業者追従ジェスチャー２８１５は、一実施形態では、レトロリフレクター２８１０が作業者２８０５の手に保持された状態で行われ、それに応答して構造体１５を作業者２８０５の動き２８３０を追従する２８２５Ｂように回転させ、第２の段階において、ロックオンジェスチャー２８１５Ｂが作業者２８０５によって与えられたと判断し、ロックオンジェスチャー２８１５Ｂは、一実施形態では、レトロリフレクター２８１０が作業者２８０５の手に保持された状態で行われ、それに応答して、第１の光ビーム２８２５Ｂをレトロリフレクター２８１０上に向ける２８２５Ｃように動作することが理解されるであろう。一実施形態では、作業者追従ジェスチャー２８１５は、図２８Ａに示すように、空間におけるレトロリフレクター２８１０の動きであってもよく、上述したように、レトロリフレクター２８１０からの戻り光の時間的変化であってもよい。同様に、ロックオンジェスチャー２８１５Ｂも、空間におけるレトロリフレクター２８１０の動きであっても、レトロリフレクター２８１０からの戻り光の時間的変化であってもよい。
【０１７３】
一実施形態では、レーザートラッカー２８２０は、作業者追従ジェスチャー２８１５の間に第２の光源５４でレトロリフレクター２８１０を照射し、それに応答して照射されたレトロリフレクター２８１０の画像を１または複数のカメラ５２によって取り込むように構成され、一実施形態では、ロックオンジェスチャー２８１５Ｂの間に第２の光源５４でレトロリフレクター２８１０を照射し、それに応答して照射されたレトロリフレクター２８１０の画像を１または複数のカメラ５２によって取り込むように構成される。
【０１７４】
一実施形態では、作業者追従ジェスチャー２８１５、ロックオンジェスチャー２８１５Ｂ、またはその両方は、作業者２８０５の胴体に対する作業者２８０５の腕の位置に基づくものである。
【０１７５】
一実施形態では、プロセッサ８００は、プロセッサ８００によって実行されると、第２の段階において、ロックオンジェスチャー２８１５Ｂに続いて、第１の光ビーム２８２５Ｃでレトロリフレクター２８１０の動きを追跡し、レトロリフレクター２８１０の３Ｄ座標を決定するように動作する実行可能命令に応答する。
【０１７６】
好ましい実施形態を図示し説明したが、これらの実施形態には本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく様々な改変および置換を行われうる。したがって、本発明は限定ではなく例示として記載されていることを理解されたい。
【０１７７】
したがって、本開示の実施形態はあらゆる点で限定的ではなく例示的であり、本発明の範囲は、前述の説明ではなく添付の特許請求の範囲によって示されており、したがって、特許請求の範囲と均等な意味および範囲内に含まれるあらゆる変更は本発明に包含されることが意図されている。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図３Ｅ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８Ａ−２８Ｃ】
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【図２９Ａ】
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【図２９Ｂ】
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【図２９Ｃ】
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【図３０】
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【国際調査報告】
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