(57)【要約】携帯型座標測定器は、接合アーム部を有する関節型アームを含む。アームは、デュアルソケット継手を用いて互いに所定角度で取付けたモジュール式ベアリング／エンコーダを含む。各カートリッジは、少なくとも１つ、好適には２つの予荷重をかけたベアリングアセンブリと、好適には光エンコーダであるエンコーダとを含み、これらすべては円筒形のハウジングに収容される。
2005517908.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
選択した体積の対象物の位置を測定する携帯型座標測定器（ＣＭＭ）であって、
対向する第１端および第２端と、複数の継手と、前記継手のうち少なくとも１つのベアリング／変換器カートリッジを含む少なくとも１つの継手と、を備えた手動位置決め可能な関節型アームと、
前記関節型アームの第１端に取付けた測定プローブと、
前記アーム中の変換器からの位置信号を受信して、選択体積中の前記プローブの位置に対応するディジタル座標を提供する電子回路と、
を有し、
前記カートリッジは、さらに、
回転可能なシャフトと、
前記シャフト上の少なくとも１つのベアリングと、
測定可能な特性の周期的パターンと、
前記パターンと間隔を空けて設置し、かつ前記パターンと連絡した少なくとも１つの読取ヘッドと、
前記少なくとも１つのベアリングと、パターンと、読取ヘッドと、前記シャフトの少なくとも一部とを囲み、独立した構成要素を規定するハウジングと、
を含み、前記ハウジングは間に外表面を有する一対の端部を有し、前記外表面は前記少なくとも１つの継手の構造要素を規定し、
前記パターンおよび前記読取ヘッドは、相対的に回転可能となるように前記シャフトおよび前記ハウジングに関連付けられるＣＭＭ。
【請求項２】
請求項１に記載のＣＭＭであって、
前記ハウジングは円筒形ハウジングであるＣＭＭ。
【請求項３】
請求項１に記載のＣＭＭであって、
前記少なくとも１つのベアリングは、少なくとも１つの予荷重をかけたベアリングを含むＣＭＭ。
【請求項４】
請求項３に記載のＣＭＭであって、
前記少なくとも１つの予荷重をかけたベアリングは、
第１ベアリングと、
第２ベアリングと、
前記第１ベアリングと前記第２ベアリング間の内スペーサスリーブと、
前記第１ベアリングと前記第２ベアリング間の外スペーサスリーブと、
を含み、
前記内スペーサスリーブと前記外スペーサスリーブは、異なる所定長さをもち、
前記内スペーサスリーブと前記外スペーサスリーブは、前記第１ベアリングおよび前記第２ベアリングに対して圧縮されて所定の予荷重を規定するＣＭＭ。
【請求項５】
請求項１に記載のＣＭＭであって、
前記少なくとも１つのベアリングは封止されるＣＭＭ。
【請求項６】
請求項１に記載のＣＭＭであって、
少なくとも２つの読取ヘッドを含むＣＭＭ。
【請求項７】
請求項６に記載のＣＭＭであって、
前記２つの読取ヘッドは１８０°離れて配置するＣＭＭ。
【請求項８】
請求項１に記載のＣＭＭであって、
少なくとも３つの読取ヘッドを含むＣＭＭ。
【請求項９】
請求項８に記載のＣＭＭにおいて、
前記３つの読取ヘッドは互いに１２０°離れて配置するＣＭＭ。
【請求項１０】
請求項１に記載のＣＭＭであって、
少なくとも４つの読取ヘッドを含むＣＭＭ。
【請求項１１】
請求項１０に記載のＣＭＭであって、
前記４つの読取ヘッドは互いに９０°離れて配置するＣＭＭ。
【請求項１２】
請求項１に記載のＣＭＭであって、
前記パターンは光干渉縞パターンを含み、
前記少なくとも１つの読取ヘッドは光学読取ヘッドを含むＣＭＭ。
【請求項１３】
請求項１２に記載のＣＭＭであって、
前記光干渉縞パターンは光学エンコーダディスク上に配置されるＣＭＭ。
【請求項１４】
請求項１２に記載のＣＭＭであって、
光通信は、回折オーダ間の干渉を検出して、前記干渉縞パターン中に挿入した読取ヘッドから正弦信号を生成する前記読取ヘッドを含み、前記正弦信号は電子的に補間されて変位を検出するＣＭＭ。
【請求項１５】
請求項１４に記載のＣＭＭであって、
前記各読取ヘッドは、レーザ、コリメータ、およびアパーチャを含み、
これにより前記レーザがビームを発射し、これを前記コリメータがコリメートし、アパーチャが大きさを決定し、前記干渉縞パターンは光を個別オーダに回折する回折格子を含むＣＭＭ。
【請求項１６】
請求項１５に記載のＣＭＭであって、
前記各読取ヘッドは光検出器アレイをさらに含み、
前記光検出器アレイは、前記干渉縞パターンと前記読取ヘッド間に相対移動があると４本のほぼ純粋な正弦出力を生成するＣＭＭ。
【請求項１７】
請求項１に記載のＣＭＭであって、
平均可能な相殺効果を生じる複数の読取ヘッドを含むＣＭＭ。
【請求項１８】
請求項１に記載のＣＭＭであって、
前記測定可能な特性のパターンは、反射率、透明度、磁場、静電容量、インダクタンス、および表面粗さからなるグループから選択される少なくとも１つの特性であるＣＭＭ。
【請求項１９】
請求項１に記載のＣＭＭであって、
前記カートリッジ中にスリップリングアセンブリを含むＣＭＭ。
【請求項２０】
請求項１９に記載のＣＭＭであって、
前記シャフトはシャフトを貫通する軸方向の開口を含み、
前記スリップリングアセンブリは前記軸方向の開口中に配置されるＣＭＭ。
【請求項２１】
請求項１に記載のＣＭＭであって、
前記シャフトはその一方端から外向きに延びるフランジを含み、
前記フランジは環を規定し、
前記ハウジングの一方端は前記環に収容されるＣＭＭ。
【請求項２２】
請求項２１に記載のＣＭＭであって、
前記ハウジングの他方端は開放端を含み、
前記開放端を覆う少なくとも１つのキャップを含むＣＭＭ。
【請求項２３】
請求項１に記載のＣＭＭであって、
前記継手の前記少なくとも１つは無制限の回転をもつＣＭＭ。
【請求項２４】
請求項１に記載のＣＭＭであって、
前記継手の少なくとも２つは、それぞれ少なくとも１つのカートリッジを含み、
前記カートリッジは互いに所定角度で取付けられるＣＭＭ。
【請求項２５】
請求項２４に記載のＣＭＭであって、
前記カートリッジ同士はソケット継手を用いて取付けられるＣＭＭ。
【請求項２６】
請求項２５に記載のＣＭＭであって、
前記ソケット継手は、
内部にソケットを有する第１延長部と、
内部にソケットを有する少なくとも１つの第２延長部と、
を含み、
前記第１延長部および前記第２延長部同士はある角度で取付けられ、
前記各ソケットは各カートリッジを収容するようなサイズおよび構成であるＣＭＭ。
【請求項２７】
請求項２６に記載のＣＭＭであって、
前記カートリッジの少なくとも１つは、一対の間隔を空けて設けたソケット継手の一対のソケット間に捕足されるＣＭＭ。
【請求項２８】
請求項２７に記載のＣＭＭであって、
前記捕足されたカートリッジは、前記ソケット対のそれぞれに接着剤で取付けられるＣＭＭ。
【請求項２９】
請求項２６に記載のＣＭＭであって、
前記ソケットの少なくとも１つの内側にネジ山を含むＣＭＭ。
【請求項３０】
請求項２９に記載のＣＭＭであって、
前記カートリッジの少なくとも１つから外向きに延びるネジ山を設けた構成要素を含み、
前記ネジ山を設けた構成要素は前記ソケット中のネジ山と噛合するＣＭＭ。
【請求項３１】
請求項１に記載のＣＭＭであって、
前記ハウジング上に延長チューブを含むＣＭＭ。
【請求項３２】
請求項３１に記載のＣＭＭにおいて、
前記延長チューブはファイバ補強された複合材を含むＣＭＭ。
【請求項３３】
請求項２５に記載のＣＭＭにおいて、
前記カートリッジは前記ソケット継手に接着剤で取付けられるＣＭＭ。
【請求項３４】
請求項１に記載のＣＭＭにおいて、
前記継手の少なくとも２つは互いにネジ山で相互接続されるＣＭＭ。
【請求項３５】
請求項１に記載のＣＭＭにおいて、
前記継手の少なくとも２つは互いにネジ係合できる留め具で締められるＣＭＭ。
【請求項３６】
請求項１に記載のＣＭＭにおいて、
前記継手の少なくとも２つは、前記留め具で一つに締められる相補型のテーパ付けされた部分を含むＣＭＭ。
【請求項３７】
請求項１に記載のＣＭＭにおいて、前記継手は、旋回動作用の長継手とヒンジ動作用の短継手とを含むＣＭＭ。
【請求項３８】
請求項３２に記載のＣＭＭであって、それぞれ長継手と短継手とを含む３つの継手対を含むＣＭＭ。
【請求項３９】
請求項３８に記載のＣＭＭにおいて、前記各継手対において、前記長継手は前記短継手に対して約９０°の角度に配置されるＣＭＭ。
【請求項４０】
請求項３９に記載のＣＭＭであって、前記測定プローブ中に第７の継手を含むＣＭＭ。
【請求項４１】
請求項１に記載のＣＭＭにおいて、前記継手は２−２−２、２−１−２、２−２−３、および２−１−３からなるグループから選択される継手構成に配置されるＣＭＭ。
【請求項４２】
請求項１に記載のＣＭＭであって、
前記カートリッジに関連付けられて前記カートリッジを固有に識別する電子識別チップを含むＣＭＭ。
【請求項４３】
請求項１に記載のＣＭＭにおいて、
前記パターンは前記シャフトとともに回転可能であり、
前記読取ヘッドは前記シャフトに対して静止しているＣＭＭ。
【請求項４４】
請求項４３に記載のＣＭＭにおいて、
前記パターンは前記シャフトに直接取付けられるＣＭＭ。
【請求項４５】
請求項１に記載のＣＭＭにおいて、
前記読取ヘッドは前記シャフトとともに回転可能であり、
前記パターンは前記シャフトに対して静止しているＣＭＭ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、座標測定器（ＣＭＭ）に関し、より特定的には関節型アームを有する携帯型ＣＭＭに関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、ホストコンピュータおよびアプリケーションソフトウェアを備えた測定システムとして、携帯型の関節型アームが提供されている。関節型アームは、一般に対象物上の各点の測定に使用され、測定した点とホストコンピュータに記憶させたコンピュータ支援設計（ＣＡＤ）データとを比較して、対象物がＣＡＤの仕様内におさまっているかどうか判定する。つまりＣＡＤデータは、関節型アームによる実際の測定値と比較する基準データである。ホストコンピュータはまた、オペレータに検査工程を案内するアプリケーションソフトウェアを備えてもよい。この構成は、ユーザがホストコンピュータ上の３次元ＣＡＤデータを観察しながらアプリケーションソフトウェアの複雑な命令に応答することから、複雑な用途を含む多くの状況について適切である。
【０００３】
上記の測定システムで使用する先行技術のＣＭＭの例は、本願と同一譲受人に譲渡され本願に引用して援用する米国特許第５，４０２，５８２号（以後、「５８２号特許」と称す）に開示されている。５８２号特許は、一方端に支持ベースかつ他方端に測定プローブを備え、手動操作型の複数の継手で接合した関節型アームから構成される従来の３次元測定システムを開示している。ホストコンピュータは中間コントローラまたはシリアルボックスを介してアームと通信する。５８２号特許では、アームとシリアルボックス、およびシリアルボックスとホストコンピュータが電子的に通信する。本願と同一譲受人に譲渡され本願に引用して援用する米国特許第５，６１１，１４７号（以後、「１４７号特許」と称す）は、関節型アームを有する同様のＣＭＭを開示している。この特許では、関節型アームは多数の重要な特徴を含んでおり、例えばプローブ端に追加の回転軸を設けて、アームに２−１−３または２−２−３継手構造（後者は７軸アームの場合）を提供すると同時に、アーム中のベアリングに予荷重をかけた改良型ベアリング構造を提供する。
【０００４】
さらに他の関連先行技術のＣＭＭには、ロック可能な移動ハウジングを設けて一段階以上の自由度を排除する関節型アームを提供する米国特許第５，９２６，７８２号（以後、「７８２号特許」と称する）、および迅速な取外しシステムを有する関節型アームを提供する米国特許第５，９５６，８５７号（以後、「８５７号特許」と称する）がある。
【０００５】
本願に記載するタイプのより最近の携帯型ＣＭＭは、ホストコンピュータによって中間コントローラの機能がソフトウェア中に組込まれているため、中間コントローラまたはシリアルボックスを用いる必要がない。例えば、本願と同一譲受人に譲渡され本願に引用して援用する米国特許第５，９７８，７４８号（以後、「７４８号特許」と称す）は、１つ以上の実行可能プログラムを記憶し、かつユーザに命令（検査手順等）を与え、基準データとして機能するＣＡＤデータを保存するオンボードコントローラを有する関節型アームを開示している。７４８号特許では、コントローラがアームに設置され、ユーザに検査手順等のプロセスを指導する実行可能プログラムを実行する。このようなシステムでは、ホストコンピュータを用いて実行可能プログラムを作成できる。アームに設置されたホストコンピュータは、実行可能プログラムの実行には使用できるが、実行可能プログラムの作成または修正には使用できない。ビデオゲームシステムに例えると、ホストコンピュータはビデオゲームの書き込みまたは修正用のプラットフォームとして機能し、アームに設置したコントローラはビデオゲーム再生用のプラットフォームとして機能する。コントローラ（プレーヤ等）は、実行可能プログラムの修正はできない。７４８号特許に記載されるように、これにより各間接型アームごとにホストコンピュータを設ける必要がなくなり、低コストの３次元座標測定システムが得られる。本願と同一譲受人に譲渡され本願に引用して援用する米国特許出願連続番号第０９／７７５，２３６号（以後、「２３６号出願」と称す）は、７４８号特許に記載される種類の座標測定システムのユーザに実行可能プログラムを配布する方法およびシステムを開示している。この方法は、顧客から実行可能プログラムの作成リクエストを受信して、該実行可能プログラムに関する情報を入手するステップを含む。その後、実行可能プログラムが作成され、３次元座標測定システムを用いて実行する多数の測定ステップをオペレータに指導する。実行可能プログラムは、好適にはインターネット等のオンラインネットワークを介して顧客に配布される。
【０００６】
本願と同一譲受人に譲渡された米国特許第６，１３１，２９９号（以後、「２９９号特許」と称す）（本特許の内容全体を本願に引用して援用する）は、オペレータが位置データおよびシステムメニュープロンプトを便宜よく表示できる表示装置を設置した関節型アームを開示している。表示装置は、例えばシステムの電力状態、トランスデューサ（変換器）位置状態、およびエラー状態を示すＬＥＤを含みうる。本願と同一譲受人に譲渡され本願に引用して援用する米国特許第６，２１９，９２８号（以後、「９２８号特許」と称す）は、関節型アーム用のシリアルネットワークを開示している。このシリアルネットワークは、アーム中に位置する変換器からコントローラへデータを通信する。各変換器は、変換器データを保存するメモリを有する変換器インターフェースを含む。コントローラは、各メモリにシリアルにアドレス指定を行い、データが変換器インターフェースメモリからコントローラへ転送される。本願と同一譲受人に譲渡された米国特許第６，２５３，４５８号（以後、「４５８号特許」と称す）、および第６，２９８，５６９号（以後、「５６９号特許」と称す）は、どちらも本願に記載するタイプの関節型の携帯型ＣＭＭ用の調整可能なカウンタバランス機構を開示している。
【０００７】
上記各特許および出願はそれぞれの意図する目的に十分に合致しているが、当該産業界では、より簡単に使用でき、より効率的に製造でき、改良した機能を提供でき、低コストで販売できる改良された携帯型ＣＭＭがなお必要とされている。
【０００８】
【特許文献１】米国特許第５，４０２，５８２号明細書
【特許文献２】米国特許第５，６１１，１４７号明細書
【特許文献３】米国特許第５，９２６，７８２号明細書
【特許文献４】米国特許第５，７５６，８５７号明細書
【特許文献５】米国特許第５，９７８，７４８号明細書
【特許文献６】米国特許出願第０９／７７５，２３６号明細書
【特許文献７】米国特許第６，１３１，２９９号明細書
【特許文献８】米国特許第６，２１９，９２８号明細書
【特許文献９】米国特許第６，２５３，４５８号明細書
【特許文献１０】米国特許第６，２９８，５６９号明細書
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に従えば、携帯型ＣＭＭは、接合したアームセグメントを有する関節型アームを含む。一実施形態では、アームセグメントは、デュアルソケット継手を用いて互いに所定角度で設置したベアリング／エンコーダカートリッジを含む。各カートリッジは、少なくとも１つ、好適には２つの予荷重（ｐｒｅ−ｌｏａｄ）をかけたベアリングアセンブリと、エンコーダ、好適には光エンコーダとを含み、これらすべては円筒形のハウジング内に組入れられる。好適には、各継手中に２つ以上のエンコーダ読取ヘッドを用いて、平均化できる相殺効果を生じるようにする。アームセグメントは、直径の広いアーム基部から直径の狭いプローブ端までテーパ付けされているアームとネジ山で相互接続できる。
【００１０】
本発明の他の実施形態では、関節型アームの１つ以上の接合アームセグメントは、交換可能な保護カバーおよび／またはバンパ（緩衝部）を含み、強い衝撃および摩滅を抑え、かつ人間工学的および美的に満足いく把持位置を提供する。
【００１１】
本発明のさらに他の実施形態では、関節型アームは、ヒンジ継手の１つに一体型の内部カウンタバランス（釣合いおもり）を含む。このカウンタバランスは、金属柱体から機械加工したやや幅広のエンドリングと狭い内部リングとを有するコイルバネを利用する。コイルバネはさらに、アームのヒンジ構造中へ固定するための少なくとも２つ（好適には３つ）のポスト（柱）と、バネ調整機構とを含む。
【００１２】
本発明のさらに他の実施形態では、関節型アームは、その一方端に測定プローブを含む。この測定プローブは、一体型に設置したタッチトリガプローブであり、従来のハードプローブに簡単に変換できる。この測定プローブはまた、改良型のスイッチと測定インジケータライトとを含む。一実施形態では、スイッチはアーチ状の楕円形で、オペレータが簡単に駆動できる。改良型スイッチは、オペレータが簡単に各スイッチを識別できるように色、表面の質感、および／または高さがそれぞれ異なり、一方、インジケータライトは、好適には動作の簡便化のために色分けされている。
【００１３】
本発明の他の実施形態は、一体型オンボード電力再充電装置を有する関節型アームを含む。この電力再充電装置によって完全に携帯型のＣＭＭが可能となり、ＣＭＭの遠隔位置での使用、および／または直接ケーブル接続した関節型アームを必要としないＣＭＭの使用がはるかに簡単になる。
【００１４】
本発明のさらに他の実施形態は、一方端に測定プローブを有する関節型アームを含む。測定プローブは、回転可能なハンドルカバーと、測定プローブを取囲むスイッチアセンブリとを含む。回転可能なハンドルカバーおよびスイッチアセンブリにより、手の位置に関係なく測定プローブをより簡単に保持かつ駆動できる。回転可能なハンドルカバーの使用はさらに、プローブ端に第３の回転軸を設ける必要をなくすため、低コストでより簡単な構造の（７軸ＣＭＭ、または測定プローブに第３の回転角度を有するＣＭＭと比較して）、携帯型ＣＭＭが得られる。
【００１５】
本発明の他の実施形態では、携帯型ＣＭＭは、一方端に測定プローブ、他方端に基部を有する、接合型アームセグメントを備えた関節型アームを含む。本実施形態の新規の特徴では、基部はアームを磁性面に設置する一体型の磁気マウント（取付台）を含む。この一体型磁気マウントは、好適には関節型アームにネジ山で接続され、使用の簡易化のためオン／オフレバー（好適にはマウントが磁性面上に位置決めされると自動的に係合するレバー）を有する。
【００１６】
上述した本発明の特徴および利点、ならびにその他の特徴および利点は、当業者であれば以下の詳細な説明および各図面から理解かつ認識できると考える。次に図面を参照するが、複数図面中、同一要素には同じ参照番号を付す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
まず図１〜図３では、本発明のＣＭＭを一般に参照番号１０で示す。ＣＭＭ１０は、多関節で手動操作型の関節型アーム１４を含む。この関節型アーム１４は、その一方端で基部１２に、かつ他方端で測定プローブ２８に取付けられる。アーム１４は基本的に２種類の継手、すなわち長継手（旋回動作用）と短継手（ヒンジ動作用）とから構成される。長継手はアームのほぼ軸方向すなわち長手方向に位置決めされ、短継手は好適にはアームの長軸に対して９０°の位置に配置される。長継手と短継手とが対になって、一般に２−２−２構成として公知の形状をなす（ただし２−１−２、２−１−３、２−２−３等の他の継手構成を利用してもよい）。これら継手対をそれぞれ図４〜図６に示す。
【００１８】
図４は、第１の継手対、すなわち長継手１６と短継手１８との展開図を示す。図４はまた、携帯型電源電子機器２０と、携帯型バッテリーパック２２と、磁気マウント２４と、二部材からなる基部ハウジング２６Ａおよび２６Ｂとを含む基部１２の展開図を示す。これら構成要素のすべてについては、以下でより詳細に説明する。
【００１９】
重要なことであるが、関節型アーム１４の各種主要構成要素の直径は、基部１２からプローブ２８までテーパ付けされていることを理解されたい。テーパ付けは、上記図面の実施形態のように連続的でもよいし、または非連続的もしくは段階的なものでもよい。また、関節型アーム１４の各主要構成要素はネジで取付けることができるので、先行技術のＣＭＭに関連した多数の留め具を不要にできる。例えば、以下で説明するように、磁気マウント２４は第１の長継手１６にネジで取付ける。好適には、このようなネジ山は自動ロック式のテーパ付けされたネジ山であり、軸方向の剛性／曲げ剛性を増大する。または、図２５Ａおよび図２５Ｂに示すように、かつ以下で説明するように、関節型アームの主要構成要素は、ボルト留めされる関連フランジを備えたテーパ付けした相補的な雄端と雌端とを含むような構成でもよい。
【００２０】
図５は、第２の長継手と短継手の組が第１の継手組に取付けられた状態を示す。第２の継手組は、長継手３０と短継手３２とを含む。磁気マウント２４を長継手１６に設置するのと同様に、第２の長継手３０を第１の長継手１６内面のネジ山にネジで取付ける。同様に、かつ図６を参照すると、第３の継手組は第３の長継手３４と第３の短継手３６とを含む。第３の長継手３４は第２の短継手３２内面のネジ山にネジで取付ける。プローブ２８は、以下で詳述するように短継手３６にネジで取付ける。
【００２１】
好適には、各短継手１８，３２および３６は、鋳造および／または機械加工したアルミニウム、または軽量で剛性のある合金もしくは複合材から構成される。各長継手１６，３０および３４は、好適には鋳造および／または機械加工したアルミニウム、軽量で剛性のある合金、および／またはファイバー補強したポリマーから構成される。上述した３つの継手対（すなわち第１対は継手対１６，１８からなり、第２対は継手対３０，３２からなり、第３対は継手対３４，３６からなる）の各機械軸は、機械の動作を円滑かつ均一にするように基部に対して整列している。上述のテーパ付けした基部１２からプローブ２８への構造は、負荷が大きい基部の剛性を増大させ、自由な使用が重要なプローブまたはハンドルの形状をより小さくするのに好適である。以下で詳述するが、各短継手の両端部は保護バンパ３８に関連付けられ、各長継手は保護スリーブ４０または４１で覆われる。第１の長継手１６は、第２の長継手３０および第３の長継手３４用に設けたスリーブ４０，４１と同じ種類の保護機能を与える基部ハウジング２６Ａ，Ｂによって保護されることを理解されたい。
【００２２】
本発明の重要な特徴に従い、関節型アームの各継手は、図７および図８に示す短カートリッジ４２および長カートリッジ４４等のモジュール式ベアリング／エンコーダカートリッジを利用する。これらカートリッジ４２，４４は、デュアルソケット継手４６，４８の開口中に設置される。各ソケット継手４６，４８は、第１の窪みすなわちソケット１２０を有する第１の円筒形延長部４７と、第２の窪みすなわちソケット５１を有する第２の円筒形延長部４９とを含む。一般に、ソケット１２０および５１は互いに対して９０°の角度に配置されるが、これ以外の相対角度に構成してもよい。短カートリッジ４２はデュアルソケット継手４６および４８の各ソケット５１中に配置されてヒンジ継手となり、長継手４４はデュアルソケット継手４６のソケット１２０中に配置され（図２５参照）、長継手４４’はデュアルソケット継手４８のソケット１２０中に配置されて（図２６参照）、それぞれ長手方向の旋回継手となる。モジュール式ベアリング／エンコーダカートリッジ４２，４４は、モジュール式エンコーダの各構成要素を設置する事前に応力をかけた、または予荷重をかけた二重ベアリングカートリッジを別個に製造することを可能にする。その後、このベアリングエンコーダカートリッジを関節型アーム１４の外骨格構成要素（すなわちデュアルソケット継手４６，４８）に固定できる。かかるカートリッジの使用は関節型アーム１４のこれら精巧な副構成要素の高性能かつ高速な製造を可能にするため、当該技術分野において大きな進歩である。
【００２３】
本実施形態では、カートリッジは４種類あり、すなわち継手３０および３４用の２つの軸方向の長カートリッジと、継手１６用の１つの軸方向のベースカートリッジと、短継手１８用の１つのベースカートリッジ（カウンタバランスを含む）と、継手３２および３６用の２つのヒンジカートリッジとがある。さらに、関節型アーム１４のテーパ付けに沿って、基部に最も近いカートリッジ（長継手１６および短継手１８中に位置するもの等）の直径は、継手３０，３２，３４および３６よりも大きい。各カートリッジは、予荷重をかけたベアリング構造と、本実施形態ではディジタルエンコーダを含む変換器とを含む。次に、図９および図１０を参照して軸方向の長継手１６中に配置したカートリッジ４４について説明する。
【００２４】
カートリッジ４４は、内スリーブ５４および外スリーブ５６によって離された一対のベアリング５０，５２を含む。ベアリング５０，５２には予荷重がかけられるのが重要である。本実施形態では、スリーブ５４，５６の長さの差（内スリーブ５４は外スリーブ５６よりも約０．０００５インチ（約０．００１３ｃｍ）だけ短い）によってこのような予荷重が付与され、予め選択した予荷重が締付け時にベアリング５０，５２に生じる。ベアリング５０，５２はシール５８を用いて封止され、本アセンブリはシャフト６０上に回転可能に設置される。シャフト６０の上面は、シャフトの上部ハウジング６２で終端する。シャフト６０とシャフト上面との間に環６３を規定する。このアセンブリ全体は外カートリッジハウジング６４中に配置され、シャフトおよびそのベアリングアセンブリは内ナット６６と外ナット６８との組み合わせを用いてハウジング６４に固定される。組立て完了後、外ハウジング６４の上部６５は環６３に収容されることに注意されたい。上述した予荷重はベアリングに圧縮力を与える内ナット６６と外ナット６８との締付け時にベアリング５０，５２に付与され、内スペーサ５４と外スペーサ５６との長さの差によって希望の予荷重がかけられることを理解されたい。
【００２５】
好適には、ベアリング５０，５２は二重玉軸受けである。適切な予荷重を得るため、ベアリング面同士はできるだけ平行なことが重要である。この平行性は、ベアリング周囲にかかる予荷重の均一性に影響する。荷重が不均一だと、ベアリングに粗い不均一な実行トルク感を与え、予測できない半径方向の振れおよびエンコーダ性能の低下を招く。モジュール式に設置したエンコーダディスク（以下で説明する）の半径方向の振れは、読取ヘッド下で不要な干渉縞パターンのシフトを生じる。これにより深刻なエンコーダの角度測定誤差を生じる。さらに、好適には二重のベアリング構造の剛性は、ベアリングの分離と直接関係する。ベアリング間が離れるに従い、アセンブリの剛性が増大する。スペーサ５４，５６を用いてベアリングの分離を促す。カートリッジハウジング６４は好適にはアルミニウム製なので、スペーサ５４，５６も好適にはアルミニウムから構成し、長さおよび平行性を精密に機械加工したものである。この結果、温度が変化しても、予荷重を改変しうる膨張差を生じない。上述したように、予荷重はスペーサ５４，５６の長さを公知の差をつけて設計することにより形成される。ナット６６，６８を完全に締めると、この長さの差がベアリングの予荷重を生じる。いかなるベアリングの汚染もすべての回転移動およびエンコーダ精度、ならびに継手感に影響しうるので、封止部５８を用いて封止ベアリングとする。
【００２６】
カートリッジ４４は、好適には間隔を空けた一対のベアリングを含むが、他の態様では１つのベアリング、または３つ以上のベアリングを含んでもよい。従って、各カートリッジは少なくとも最低１つのベアリングが必要である。
【００２７】
本発明の継手カートリッジは、回転を制限してもよいし制限しなくてもよい。回転を制限する場合、ハウジング６４の外表面のフランジ７２上の溝７０が、シャットル（杼）７４を受ける円筒形の軌道となる。シャットル７４は、そこで回転が阻止される回転停止セットネジ７６等の取外し可能なシャットルストップに当たるまで軌道７０に乗る。回転量は希望に応じて変更できる。好適な実施形態では、シャットルの回転は７２０°未満に制限されうる。この種類の回転シャットルストップについては、本願と同一人に発行されその内容全体を本願に引用して援用する米国特許第５，６１１，１４７号に詳述されている。
【００２８】
上述のとおり、他の実施形態では、本発明で用いる継手は回転を無制限にしてもよい。この場合、公知のスリップリングアセンブリを使用する。好適には、シャフト６０は、シャフトを貫通し、その一方端に大直径部８０を有する中空または軸方向の開口７８を備える。軸方向の開口７８と８０間の交差部に規定される肩部には、円筒形のスリップリングアセンブリ８２が当接する。スリップリングアセンブリ８２は、モジュール式継手カートリッジのところで説明した予荷重をかけたベアリングアセンブリに対して非構造部材（すなわち機械的機能はないが、電気および／または信号転送機能のみを提供する部材）である。スリップリングアセンブリ８２は市場で入手可能な任意のスリップリングから構成できるが、好適な実施形態では、スリップリングアセンブリ８２はＩＤＭ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ  Ｌｔｄ．（英国Ｂｅｒｋｓｈｉｒｅ州Ｒｅａｄｉｎｇ）製のＨシリーズのスリップリングから構成される。かかるスリップリングは、コンパクトサイズで円筒形の設計をしており、シャフト６０中の開口８０で用いるのに理想的である。シャフト６０を貫通する軸方向の開口８０は開口部８４で終了し、開口部８４はスリップリングアセンブリ８２からの配線を収容するようなサイズおよび構成の通路８６と連絡する。この配線は、通路８６および開口部８４上にカチッとはまって収容される配線カバー８８によって定位置に固定され保護される。この配線を図１０に模式的に示す。
【００２９】
上述したように、モジュール式カートリッジ４４は、上記の予荷重をかけたベアリング構造とともに、モジュール式エンコーダ構造を含み、これについて以下に説明する。図９および図１０をなお参照して、本発明で用いる好適な変換器は、２つの主要構成要素、すなわち読取ヘッド９２と回折格子ディスク９４とを有するモジュール式光学エンコーダを含む。本実施形態では、一対の読取ヘッド９２が読取ヘッドコネクタボード９６上に配置される。コネクタボード９６は設置プレート１００に（留め具９８で）取付けられる。ディスク９４は、好適にはシャフト６０のベアリング下面１０２に（好適には接着剤を用いて）取付けられ、（プレート１００で支持かつ保持される）読取ヘッド９２と間隔を空け、かつ該ヘッドと整列している。ワイヤーファネル（漏斗部）１０４および封止キャップ１０６は、ハウジング６４下端の最終の外カバーとなる。ワイヤーファネル１０４は、図１０に最もよく示すように、配線９０を捕足して保持する。エンコーダディスク９４は、１０２への接着剤の塗布によりシャフト６０によって保持され、かつ該シャフトとともに回転することを理解されたい。図９および図１０では２つの読取ヘッド９２を示すが、３つ以上の読取ヘッドを使用してもよいし、または図９Ａに示すように１つの読取ヘッドを用いてもよいことを理解されたい。図９Ｂ〜図９Ｅは、３つ以上の読取ヘッドを用いるモジュール式カートリッジ４４の例を示す。図９Ｂおよび図９Ｃは、４つの読取ヘッド９２が互いに９０°（ただしこれ以外の相対間隔が適切な場合もある）の間隔でプレート１００に収容される様子を示す。図９Ｄおよび図９Ｅは、３つの読取ヘッド９２が互いに１２０°（ただしこれ以外の相対間隔が適切な場合もある）の間隔でプレート１００に収容される様子を示す。
【００３０】
ディスク９４を正しく位置合わせさせるため、ハウジング６４のディスク９４に隣接する位置に穴（図示せず）を設ける。そして、ある道具（図示せず）を用いてディスク９４を正しく位置合わせするように押し、これによりディスク９４とシャフト６０間の接着剤が硬化してディスク９４を定位置に固定する。その後、ハウジング６４中の穴にホールプラグ７３を設ける。
【００３１】
重要なことだが、ディスク９４と読取ヘッド９２との位置を逆にして、ディスク９４がハウジング５６に取付けられ、読取ヘッド９２がシャフト６０とともに回転するようにしてもよいことに注目されたい。このような実施形態を図１２Ａに示し、ここではボード９６’がシャフト６０’に（接着剤で）取付けられ、シャフトとともに回転する。ボード９６’には一対の読取ヘッド９２’が設置されるので、これもシャフト６０’とともに回転する。ディスク９４’は、ハウジング６４’に取付けた支持部１００’上に配置される。いずれの場合も、ディスク９４または読取ヘッド９２はシャフトとともに回転するように設置できることを理解されたい。重要なことは、ディスク９４と読取ヘッド９２とが１つのカートリッジ（または継手）中に配置され、これにより光通信を維持しながら互いに回転可能となることである。
【００３２】
好適には、本発明で用いる回転エンコーダは、本願にその内容をすべて引用して援用する米国特許第５，４８６，９２３号および第５，５５９，６００号に記載されているものと同様である。このようなモジュール式エンコーダは、Ｐｕｒｅ  Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ  Ｏｐｔｉｃｓという商品名でＭｉｃｒｏＥ  Ｓｙｓｔｅｍｓから販売されている。かかるエンコーダは、回折オーダ間の干渉を検出して、干渉縞パターン中に挿入した光検出器アレイ（読取ヘッド等）からほぼ完全な正弦信号を生成する物理光学に基づく。この正弦信号を電子的に補間して、光干渉縞のほんの一部の変位を検出できる。
【００３３】
レーザ光源を用いると、まずレンズによってレーザビームがコリメート（平行化）され、アパーチャによってサイズが決定される。コリメートされたサイズのビームがグレーティング（回折格子）を通過し、回折格子は光を個別順の光に回折し、０番目およびすべての偶数番目の光は回折格子構造によって抑制される。０番目の光が抑制された状態で、広がる３番目の光の向こうに±１番目の光だけが重なりあってほぼ純粋な正弦干渉を形成する領域が存在する。１つ以上の光検出器アレイ（読取ヘッド）をこの領域中に配置し、回折格子と検出器間に相対移動があればほぼ純粋な正弦波を出力する４つのチャネルを作成する。電子機器はこの出力を希望レベルの解像度に増幅、正規化、かつ補間する。
【００３４】
このエンコーダ設計の単純さのため、先行技術の光エンコーダと比べていくつかの利点が得られる。測定は、レーザ源とそのコリメート光学系、回折格子、および検出器アレイのみを用いて行うことができる。これにより先行技術の従来のかさばるエンコーダに比べて、非常にコンパクトなエンコーダシステムが得られる。また、回折格子と干渉縞の移動とが直接関係しているため、先行技術の装置が被りやすかった環境誘発誤差に対するエンコーダの感応度をさげる。さらに、干渉領域が広く、かつこの領域中のどこでもほぼ正弦干渉が得られるため、アライメント公差が先行技術のエンコーダに関連したものよりはるかに緩やかになる。
【００３５】
上述の光学エンコーダの重要な利点は、エンコーダディスクに対する読取ヘッドの分離方向および距離の精度、すなわち距離および向きの精度が、はるかに緩やかなことである。これにより高精度の回転測定が可能になり、かつ組立ての簡単なパッケージが可能となる。この「幾何学的に寛容な」エンコーダ技術を用いることにより、大幅にコストが削減され製造が容易なＣＭＭ１０が得られる。
【００３６】
上述した好適な実施形態は光ディスク９４を含むが、本発明の好適な実施形態はまた、読取ヘッドによる相対移動の測定を可能にする任意の光干渉縞パターンを包含しうることを理解されたい。ここでは、光干渉縞パターンとは移動の測定を行う周期的な任意の光学素子アレイを意味する。かかる光学素子または光干渉縞パターンは、上記のように回転ディスクまたは静止ディスク上に設置してもよいし、またはカートリッジの任意の相対移動要素（シャフト、ベアリング、またはハウジング等）の上に配置、固定、またはそれ以外の方法で位置決めもしくは配置してもよい。
【００３７】
もちろん読取ヘッド、および関連した周期的アレイもしくはパターンは、必ずしも（上述のような）光学系ベースのものである必要はまったくない。そうではなく広義には、読取ヘッドは、一般には回転運動である運動量の測定に使用できる何らかの他の測定可能な量もしくは特性の周期的パターンの読取り（または検知）が可能である。他の測定可能な特性には、例えば反射率、不透明度、磁場、静電容量、インダクタンス、または表面粗さがある。（表面粗さパターンは、ＣＣＤカメラ等のカメラ構成中の読取ヘッドまたはセンサを用いて読取りできることに注意されたい。）このような場合、読取ヘッドは、例えば磁場、反射率、静電容量、インダクタンス、または表面粗さ等の周期的変化を測定しうる。従って本明細書では、「読取ヘッド」とはこれらの測定可能な量または特性を分析するための任意のセンサまたは変換器および関連の電子機器を意味し、光学読取ヘッドは一つの好適な例にすぎない。当然ながら、読取ヘッドで読み出される周期的パターンは、読取ヘッドと周期的パターン間に相対的な（一般には回転）運動がある限り、どの表面上にも存在しうる。周期的パターンの例には、回転または静止構成要素上にあるパターンで配置される磁気、誘導、容量媒体がある。さらに、読取るべき周期的パターンが表面粗さの場合は、関連の読取ヘッド（おそらくはＣＣＤカメラ等のカメラ）と通じた任意の構成要素の表面粗さを用いることができるので、別個の周期的媒体を配置またはそれ以外の方法で設ける必要はない。
【００３８】
上述のように、図９および図１０は軸方向の長継手１６用のモジュール式ベアリングおよびエンコーダカートリッジの各要素を示す。図１１および図１２は軸方向の長継手３０および３４用のベアリングおよびエンコーダカートリッジを示す。これらカートリッジアセンブリは図９および図１０のものとほぼ同じであるので、４４’として示す。これら図面では、例えば形状の異なるワイヤキャップ／カバー８８’、わずかに異なるワイヤファネル／カバー１０４’，１０６’、およびハウジング６４’の上端のフランジ７２’の位置等、カートリッジ４４と少し異なる箇所を示している。またハウジング６４’とシャフトの上部ハウジング６２’との間のフランジは、外側へ張り出している。もちろん図１１および図１２に示す各種構成要素の相対的な長さは、図９および図１０に示すものとはわずかに異なりうる。各構成要素はほぼ同じなので、同一識別番号にダッシュ記号「’」を付す。図１１Ａは図１１と同じだが、読取ヘッドが１つの実施形態を示す。
【００３９】
次に図１３および図１４には、短いヒンジ継手３２および３６中のベアリングおよびエンコーダカートリッジについて同様の展開断面図を示す。図１１および図１２の軸方向の長継手４４’と同じく、短ヒンジ継手３２および３６用のカートリッジも上記で詳述したカートリッジ４４と同様であり、従ってこれらカートリッジは４４”として示し、同じ構成要素には二重ダッシュ記号「”」を付す。カートリッジ４４”は短継手３２，３６での使用を意図しており、配線はこれら継手のヒンジ動作によって軸方向の開口部７８”，８０”を単純に通過するので、スリップリングアセンブリは不要であることを理解されたい。図１３Ａは図１３と同じだが、読取ヘッドが１つの実施形態を示す。
【００４０】
最後に、図１５および図１６には、短ヒンジ継手１８用のモジュール式ベアリング／エンコーダカートリッジを１０８として示す。カートリッジ１０８のほぼ全ての構成要素はカートリッジ４４，４４’および４４”のものと同様または同一であり、ただしカウンタバランスアセンブリを備えているところが大きく異なることを理解されたい。このカウンタバランスアセンブリはカウンタバランスバネ１１０を含み、これはハウジング６４”上に設置されて、図２６〜図２８のところで説明するような方法でＣＭＭ１０に重要なカウンタバランス機能を与える。図１５Ａは図１５と同じだが、読取ヘッドが１つの実施形態を示す。
【００４１】
上述のように、好適な実施形態では、エンコーダに２つ以上の読取ヘッドを用いることができる。エンコーダの角度測定は、付与される負荷によるディスクの振れまたは半径方向の移動によって行われることを理解されたい。互いに１８０°離れた位置に配置される２つの読取ヘッドが振れを生じ、各読取ヘッド中で相殺効果を生じることになっている。この相殺効果を平均して、最終的な「影響をうけない」角度測定を行う。従って、２つの読取ヘッドの使用と得られる誤差相殺によって、誤差の影響を受けにくいより精度の高いエンコーダ測定ができる。図１７〜図１９は、継手１６および１８（つまり基部に最も近い継手）に見られるようなより直径の大きなカートリッジ等に有用な二重読取ヘッドの実施形態の底面図、断面図、および上面図をそれぞれ示す。このためカートリッジエンドキャップ１００には、一対の回路板９６を設置し、各回路板９６には読取ヘッド９２を機械的に取付ける。読取ヘッド９２は好適には互いに１８０°離れた位置にあり、ディスクの振れまたは半径方向の移動から生じる誤差相殺を行う。各回路板９６はさらに、以下で説明するように回路板９６を内部バスおよび／または他の配線へ取付けるコネクタ９３を含む。図２０〜図２２は、図１７〜図１９とほぼ同じ構成要素を示すが、主たる違いはカートリッジエンドキャップ１００の直径が小さいことである。この直径の小さな二重読取ヘッドの実施形態は、継手３０，３２，３４および３６等の直径の小さなカートリッジと関連づけることができる。
【００４２】
少なくとも２つの読取ヘッド（または図９Ｄおよび図９Ｅに示す３つの読取ヘッド、ならびに図９Ｂおよび図９Ｃに示す４つの読取ヘッド等）の使用はまた、より多くの従来型の座標測定器で用いて、コストの大幅な削減と製造の簡易化を実現するという利点がある。例えば、本願に引用して援用する米国特許第５，７９４，３５６号（以後「Ｒａａｂ３５６号特許」と称する）は、各継手について比較的簡単な構造をもち、各継手は継手の一方とともに静止状態に維持される第１ハウジングと、継手の他方とともに静止状態に維持される第２ハウジングとを含み、第１ハウジングと第２ハウジングとは相対的な回転を可能にする予荷重をかけたベアリングを有する。第１ハウジングはパッケージングしたエンコーダを保持し、第２ハウジングは軸方向に配置した内部シャフトを含み、これが第１ハウジング中へ延びて、パッケージングしたエンコーダから突出したエンコーダシャフトと噛合する。先行技術のパッケージングしたエンコーダは、負荷がかかっていないことが必要であり、かつ内部シャフトの軸とパッケージングしたエンコーダの軸とがわずかに不整列でも第２ハウジングの移動をエンコーダに正確に伝達して、高精度の回転測定を維持できなければならなかった。軸方向の不整列の製造公差に対処するため、エンコーダシャフトと内部シャフトとの間に特別な継手を接続する。このような構造はＲａａｂ３５６号特許の図７で示されている。
【００４３】
これに対して、図３５は、Ｒａａｂ３５６号特許の継手装置およびパッケージングしたエンコーダを除いて、代わりにエンコーダディスク９６とエンドキャップ１００とを設置した変形構造を示す。ここでは、２つの継手が互いに９０°の角度に配置され、各継手は第１ハウジング４２０と第２ハウジング４１０とを有する。内部シャフト４１２は第２ハウジング４２０から第１ハウジング４１０中へ延びる。図示するように、エンコーダディスク９６は、接着剤等を用いて内部シャフト４１２の端に取付け、エンドキャップ１００はハウジング４２０内部に固定する。ただし、エンコーダディスク９６は第１ハウジング４２０内部に固定して、キャップ１００を継手の動作に影響せずに内部シャフト４１２に固定してもよいことを理解されたい。
【００４４】
上述したように、２つ（またはそれ以上）の読取ヘッドの使用と、それによる誤差相殺のため、軸がわずかに不整列であっても誤差を受けにくくより高精度のエンコーダ測定ができる。また、回折格子と光干渉縞の移動とが直接関係しているため、先行技術の装置が被りやすかったエンコーダの環境誘発誤差に対する感応性を下げる。さらに、干渉領域が広く、この領域中ではどこでもほぼ正弦状の干渉が得られるため、上述したようにアライメント公差は先行技術のエンコーダに関連したものよりはるかに緩和される。
【００４５】
他の実施形態では、本願に引用して援用する米国特許第５，８２９，１４８号（以後、「Ｅａｔｏｎ１４８号特許」と称する）は、パッケージングしたエンコーダが主回転ベアリングを設けることによって各継手の一体部分となり、これにより上記のＲａａｂ３５６号特許では必要であった軸不整列の補償の必要性を回避できる。しかしエンコーダが主回転ベアリングを設けるため、エンコーダは構造が頑丈で、性能に影響を及ぼさずに各種負荷を受けることができることが重要である。このためエンコーダのコストが上昇し大きさが増大する。このような構造はＥａｔｏｎ１４８号特許の図４に示されている。
【００４６】
これに対して図３６は、Ｅａｔｏｎ１４８号特許の１つの継手のパッケージングしたエンコーダおよび接続シャフトを除いて、代わりにエンドキャップ１００およびエンコーダディスク９６を設けた変形構造を示す。ここでは第１ハウジング４７０がエンドキャップ１００を保持し、かつベアリング４７２によって第２ハウジング４６０の内部シャフト４６２を保持する。内部シャフト４６２はエンドキャップ１００近傍で終端するように延び、エンコーダディスク９６は内部シャフト４６２端部で接着剤等を用いて取付けられる。図３５に示す実施形態では、２つ（またはそれ以上）の読取ヘッドの使用により、精度を犠牲にすることなくコストと複雑さを大幅に低減する。
【００４７】
次に、図２３Ａは、図９Ａ、図１１Ａ、図１３Ａおよび図１５Ａの読取ヘッドが１つの実施形態用の電子機器のブロック図を示す。好適には、ＣＭＭ１０は外部バス（好適にはＵＳＢバス）２６０と、より多くのエンコーダ向けに拡張可能な設計の内部バス（好適にはＲＳ−４８５）２６１、ならびに外部に設置したレールもしくは第７の軸等の追加回転軸とを含むことを理解されたい。この内部バスは好適にはＲＳ４８５に準拠し、本願と同一譲受人に譲渡されその内容すべてを本願に引用して援用する米国特許第６，２１９，９２８号に記載されている携帯型ＣＭＭアーム中の変換器からデータを通信するシリアルネットワークに合致した態様で、シリアルネットワークとして使用するように構成される。
【００４８】
図２３Ａを参照すると、各カートリッジ中のエンコーダには１つのエンコーダボードが関連付けられることを理解されたい。継手１６中のカートリッジ用のエンコーダボードは基部１２中に配置され、図２５に１１２で示す。継手１８および３０用のエンコーダは、第２の長継手３０中に位置し図２６に１１４で示す二重エンコーダボード上で処理される。図２６はまた、継手３２および３４中で用いるエンコーダ用の同様の二重エンコーダボード１１６を示し、図２６ではボード１１６は第３の長継手３４中に配置される。最後に、図２４に示すようにエンドエンコーダボード１１８が測定プローブハンドル２８内に配置され、短継手３６中のエンコーダの処理に使用される。各ボード１１２，１１４，１１６および１１８には熱電対が関連付けられ、温度遷移による熱を補償する。各ボード１１２，１１４，１１６および１１８は、埋め込み型のＡ／Ｄ変換、エンコーダカウント動作、およびシリアルポート通信を組込む。各ボードはまた、プログラマブルフラッシュメモリを備え、動作データを局所的に記憶できる。主プロセッサボード１１２は外部ＵＳＢバス２６０を介して電界のプログラムもできる。上述のように、内部バス（ＲＳ−４８５）２６１はより多くのエンコーダ用に拡張でき、かつ外部に設置したレールおよび／または第７の回転軸を含むように設計される。内部バスの診断用に軸ポートが設けられている。外部ＵＳＢ通信プロトコル機能により、各図面中に参照番号１０で示すタイプの複数のＣＭＭを１つの用途に結びつけることも可能である。さらに、まったく同じ理由で、複数の用途を１つのＣＭＭ１０に結びつけてもよい。
【００４９】
好適には、各ボード１１２，１１４，１１６および１１８は、Ｍｏｔｏｒｏｌａ社よりＤＳＰ５６Ｆ８０７として販売されているプロセッサ等の１６ビットディジタル信号プロセッサを含む。この信号処理装置は、シリアル通信、直角位相復調、Ａ／Ｄ変換器、およびオンボードメモリ等の多数の処理機能を組み合わせるため、各ボードに必要なチップの総数を削減できる。
【００５０】
本発明の他の重要な特徴に従うと、各エンコーダには個々の識別チップ１２０が関連づけられる。このチップは各エンコーダを識別し、これによりベアリング／エンコーダモジュール式カートリッジを識別して、品質制御、検査、および修理を簡易化かつ促進する。
【００５１】
図２３Ｂは図２３Ａと同様の電子機器のブロック図であるが、図１０、図１２、図１４および図１６〜図２２の読取ヘッドが２つの実施形態を示す。
【００５２】
次に図２４〜図２６を参照して、関節型アーム１４中の各カートリッジのアセンブリを説明する（図２４は基部１２のないアーム１０を示し、図２４〜図２６は図９Ａ、図１１Ａ、図１３Ａおよび図１５Ａの読取ヘッドが１つの実施形態に基づくことを注意されたい。）図２５に示すように、第１の長継手１６は比較的長いカートリッジ４４を含み、その上端はデュアルソケット継手４６の円筒形のソケット１２０中に挿入されている。カートリッジ４４は適当な接着剤を用いて円筒形ソケット１２０内部に固定される。この反対側、すなわちカートリッジ４４の下端は、この実施形態ではアルミニウム製のスリーブ１２２でありうる延長チューブに挿入される（ただしスリーブ１２２は剛性のある合金または複合材から構成してもよい）。カートリッジ４４は、やはり適当な接着剤を用いてスリーブ１２２中に固定される。スリーブ１２２の下端は内側にネジ山１２６を設けた大直径部１２４を含む。このネジ山は外向きにテーパ付けされており、図４にはっきり示すように磁気マウントハウジング１３０上の内向きにテーパ付けされたネジ山１２８と噛合するようになっている。すでに説明したように、ＣＭＭ１０のいくつかの継手はどれもこのようなテーパ付けされたネジ噛合によって相互接続される。好適には、テーパ付けされたネジ山は、自己緊締式でロックナットまたはその他の締付け具が不要なＮＰＴタイプである。このネジ山も、ネジ固定剤を使用してもよいし、ネジ固定剤を含むべきである。
【００５３】
図２６を参照すると、第１の長継手１６と同じく、長カートリッジ４４’はデュアルソケット継手４６’の円筒形開口部１２０’中に接着剤で固定される。カートリッジ４４’の外部ハウジング６４’は、フランジ７２’の下面によって規定される肩部１３２を含む。この肩部１３２は、ハウジング６４’の外表面上に該表面を囲むように設けた円筒形の延長チューブ１３４を支持する。延長チューブ１３４は、ネジ山を設けた構成要素に取付けるための可変長のチューブを構成するように継手中で使用される。従って延長チューブ１３４は、カートリッジ６４’の底部から外向きに延び、その内側にネジ山を設けたスリーブ１３６が挿入される。適切な接着剤を用いて、ハウジング４４’と延長チューブ１３４、およびスリーブ１３６とチューブ１３４とを接合する。スリーブ１３６は、外側にネジ山１３８を設けたテーパ付けされた部分で終了する。外側のネジ山は、デュアルソケット継手４８の開口１４４中に接着剤で固定されている接続部品１４２の内側ネジ山１４０と噛合する。好適には、延長チューブ１３４は適切なカーボンファイバ複合材等の複合材から構成され、ネジ山を設けることができるスリーブ１３６は、デュアルソケット継手４８の熱特性に合致するようにアルミニウムから構成される。ＰＣボード１１４は支持部１４６に固定され、支持部１１６はデュアルソケット継手支持部１４２に固定されることを理解されたい。
【００５４】
上記のネジ山による接続に加えて、１つ、複数、またはすべての継手は、図２５Ａおよび図２５Ｂに示すようにネジ山を設けた留め具を用いて相互接続できる。図２６のネジ山を設けたスリーブ１３６の代わりに、図２５Ｂのスリーブ１３６’は、テーパ付けされた相補的なソケット支持部１４２’に収容される緩やかなテーパ付け端部１３７をもつ。フランジ１３９がスリーブ１３６’の周辺部から外向きに延び、ネジ山を設けたボルト１４１を収容するための貫通ボルト穴列（この場合６個）を有する。ボルト１４１は、ソケット支持部１４２’の上面沿いの対応する穴に収容される。延長チューブ１３４’は、図２６の実施形態と同じくスリーブ１３６’上に収容される。相補的にテーパ付けした雄雌相互接続の継手により、先行技術より改善された接続インターフェースを提供する。
【００５５】
図２６をさらに参照すると、第３の長継手３４の長カートリッジ４４”は、長継手３０のカートリッジ４４’と同様の態様でアーム１４に固定される。すなわち、カートリッジ４４”の上部はデュアルソケット継手４６”の開口１２０”に接着剤で固定される。延長チューブ１４８（好適にはチューブ１３４に関して説明したように複合材から構成する）は、外ハウジング６４”上に配置され、延長チューブ１４８の内径に接着剤で固定される噛合スリーブ１５０を収容するように外向きに延びる。噛合スリーブ１５０は外ネジ山１５２をもつテーパ付けされた部分で終了し、デュアルソケット継手１４８’内部の円筒形ソケット１５６に接着剤で固定されているデュアルソケット継手支持部１５４上の相補的な内側のネジ山１５３と噛み合う。印刷回路板１１６も、デュアルソケット継手支持部１５４に固定されるＰＣＢ支持部１４６’を用いてデュアルソケット継手に同様に接続される。
【００５６】
図７および図８のところで説明したように、図１３および図１４の短カートリッジ４４”および図１５の１０８は、単純に２つのデュアルソケット継手４６，４８の間に配置され、適切な接着剤を用いてデュアルソケット継手中に固定される。この結果、長短のカートリッジ同士を直角に（または希望に応じて直角以外の角度に）簡単に取付けることができる。
【００５７】
上述したモジュール式ベアリング／変換器カートリッジは、上記のＲａａｂ３５６号特許およびＥａｔｏｎ１４８号特許等に記載されている携帯型ＣＭＭにおける技術上の重要な進歩である。なぜならカートリッジ（またはカートリッジのハウジング）が、関節型アームを構成する各継手の構造要素を実際に規定するからである。ここで「構造要素」とは、アームの変形なく（またはあったとしてもほんのわずかな変形で）回転を伝達するために、カートリッジ表面（カートリッジのハウジング等）が関節型アームの他の構造上の構成要素に硬く取付けられることを意味する。これは、別個の独立した継手要素と伝達要素とが必要で、回転エンコーダが継手要素の一部である（ただし伝達要素の一部ではない）従来の携帯型ＣＭＭ（Ｒａａｂ３５６号特許およびＥａｔｏｎ１４８号特許等）と対比をなす。本質的には、本発明は継手要素と伝達要素との機能性を１つのモジュール式構成要素（すなわちカートリッジ）中に組合わせることによって、個別伝達要素（伝達部材等）の必要性をなくしている。従って、別個の独立した継手部材および伝達部材から構成される関節型アームではなく、本発明は、すべて構造要素である長短の継手要素（すなわちカートリッジ）の組み合わせから構成される関節型アームを用いる。これにより先行技術よりも効率が高くなる。例えば、１４８号特許および５８２号特許の継手／伝達部材の組合わせで用いているベアリングの数は４つ（継手中に２つのベアリングと伝達部材中に２つのベアリング）だが、本発明のモジュール式ベアリング／変換器カートリッジは、最低１つのベアリング（ただしベアリングは２つが好適である）を用いながら、同様の機能性を（ただし異なる改善された態様で）達成できる。
【００５８】
図２４Ａ、図２６Ａおよび図２６Ｂは、図２４〜図２６と同様の断面図だが、図１０、図１２、図１４および図１６〜図２２に示す二重読取ヘッドの実施形態の場合を示し、かつ図３Ａに示すＣＭＭ１０’の断面図を示す。
【００５９】
関節型アーム１４および／または各種アーム部の全体の長さは、意図する用途によって異なりうる。一実施形態では、関節型アームは全長約２４インチで、約０．０００２インチ〜０．０００５インチ（約０．０００５ｃｍ〜０．００１３ｃｍ）程度の測定を行う。このアーム寸法と測定精度により、現在はマイクロメータ、高度計、およびカリパス等の一般的なハンドツールを用いて行っている測定に十分に適した携帯型ＣＭＭを提供する。もちろん関節型アーム１４の寸法および精度レベルは上下してもよい。例えば、大きなアームでは全長８フィート（約２４４ｃｍ）または１２フィート（約３６６ｃｍ）で関連測定精度０．００１インチ（約０．００２５ｃｍ）であり、大半のリアルタイム検査用途またはリバースエンジニアリングでの使用ができる。
【００６０】
ＣＭＭ１０はまた、ＣＭＭに設置したコントローラとともに用いて、上述した米国特許第５，９７８，７４８号および米国特許出願連続番号第０９／７７５，２２６号に記載されているような比較的単純な実行可能プログラムの稼動に使用してもよいし、またはホストコンピュータ１７２上のより複雑なプログラムとともに用いてもよい。
【００６１】
図１〜図６および図２４〜図２６を参照すると、好適な実施形態では、各長短継手は、強い衝撃を制限し人間工学的に快適な把持位置（および美的外観）を提供するように機能する、弾性バンパまたはカバーによって保護される。長継手１６，３０および３４はすべて、衝撃かつ磨耗保護部として機能する剛性のあるプラスチック（ＡＢＳ等）製の交換可能なカバーによって保護される。第１の長継手１６では、この剛性プラスチック製の交換可能なカバーは、図４に示すように２部分からなる基部ハウジング２６Ａおよび２６Ｂとして設けられる。長継手３０および３４は、それぞれ一対のカバー部品４０および４１によって保護され、これらカバー部品は、図５および図６に示すように適切なネジを用いて一つに留められ二枚貝状に保護スリーブを形成する。好適な実施形態では、各長継手３０および３４用のこの剛性プラスチック製の交換可能なカバーは、好適には複合材（カーボンファイバ）の延長チューブ１３４および１４８を取囲むことを理解されたい。
【００６２】
好適には、一方のカバー、ここではカバー部４１は一体成型された斜めの支持ポスト１６６を含み、これがアームの肘部で回転を制限して、静止位置でプローブ２８が基部１２と崩れないように制限する。この様子は図３、図２４および図２６に最もよく示している。ポスト１６６は従って不要な衝撃および磨耗を制限する。
【００６３】
図２９および図３１のところで説明したように、プローブ２８はまた、剛性プラスチック材料から構成される交換可能なプラスチックカバーを含んでもよい。
【００６４】
図３Ａ、図２４Ａ、図２６Ａおよび図２６Ｂは、やはり２枚貝構造をもつ他の保護スリーブ４０’、４１’を示すが、ネジ山を設けた留め具ではなくストラップまたはバネクリップ１６７を用いて定位置に保持される。
【００６５】
短継手１８，３２および３６は、上述したような、かつ、図１〜図３および図５、図６に明示するような一対の弾性のある（Ｓａｎｔｏｐｒｅｎｅ（登録商標）等の熱可塑性ゴム等）バンパ３８を含む。バンパ３８は、ネジ山を設けた留め具、適当な接着剤、またはその他の適当な任意の方法で設置できる。弾性またはゴムバンパ３８は、強い衝撃を抑制し、かつ美的で人間工学上快適な把持位置を提供する。
【００６６】
上述のカバー４０，４１，４０’，４１’およびバンパ３８は、どれも（基部ハウジング２６Ａ，２６Ｂと同様に）簡単に交換でき、かつＣＭＭ１０の機械的性能に影響せずにアーム１４を迅速かつ安価に刷新できる。
【００６７】
図１〜図３をまた参照すると、基部ハウジング２６Ａ，２６Ｂは、図３の１６８で示す球体設置用の少なくとも２つの円筒形ボス（突起部）を含む。球体は、クランプ型のホルダー１７０の設置に使用され、ホルダー１７０は携帯型またはその他のコンピュータ装置１７２（「ホストコンピュータ」等）を支持する。好適には、円筒形のボスは基部ハウジング２６Ａ，２６Ｂの両側に配置して、ボールおよびクランプコンピュータマウントをＣＭＭ１０のどちら側でも設置できるようにする。
【００６８】
次に図１５、図１６、図２７Ａ、図２７Ｂおよび図２８を参照して、ＣＭＭ１０とともに使用する好適なカウンタバランスについて説明する。従来、本願に記載するタイプの携帯型ＣＭＭは、関節型アームの外側に張出して別個に設置した外部設置型のコイルバネをカウンタバランスとして用いていた。これに対して、本発明は関節型アーム全体の輪郭を小さくする完全一体型の内部カウンタバランスを用いる。一般的には、先行技術のカウンタバランスは、巻回したコイルバネをカウンタバランス機構に用いていた。しかし本発明の重要な特徴に従うと、カウンタバランスは（巻回したコイルバネではなく）機械加工したコイルバネを用いる。図１６および図２７Ａ、図２７Ｂに示すこの機械加工したバネ１１０は、１つの金属（鋼）柱から形成し、コイル両端に一対の比較的幅広のリング１７４，１７６と、このエンドコイル１７４−１７６間に中間コイルとなるやや狭いリング１７８とを設けるように機械加工される。幅広の端部リング１７４，１７６はハウジング６４”のシャフト６２’と１８２の各側面１８０に係合して、バネ１１０の横方向の移動を防止することを理解されたい。幅広の硬いエンドリング１７４，１７６はねじれ防止装置として作用し、先行技術の巻回バネよりも優れた機能を提供する。エンドリング１７４は好適には一対の固定用ポスト１８４，１８６（ただし１つだけの固定用ポストを用いてもよい）を含み、エンドリング１７６は固定用ポスト１８８を含む。
【００６９】
図２７Ｂを参照すると、各デュアルソケット継手４６，４８は、各ポスト１８４，１８６または１８８を収容するため、デュアルソケット継手４６中に１９０および１９１等で示す通路を含む。図２８を参照すると、ピン１８４，１８６はデュアルソケット継手４８の適切な通路または溝中の定位置にとどまるが、ピン１８８の位置は、バネ１１０の総巻上げを最適化し、かつ一番効率的なカウンタバランス力を付与するように変更してもよい。これにはネジ山を設けたネジ１９４を受けるネジ穴１９２を用いる。図２８に示すように、ネジ１９４をコンタクトピン１８８上へ駆動して、ピン１８８を図２７Ｂにピンアクセス溝１９０と直交するように示す内部通路１９６に沿って時計回りに周回させる。ネジ１９４は好適には工場でバネ１１０を最適化させるように配置される。
【００７０】
関節型アーム１４の使用中、エンコーダ／ベアリングカートリッジ１０８はヒンジ継手として機能し、デュアルソケット継手４６，４８のソケット内に挿入され接着剤で固定されると、ピン１８４，１８６および１８８は各溝中に固定される。ソケット継手４８がソケット継手４６に対して（カートリッジ１０８のヒンジ継手を介して）回転すると、バネ１１０が巻上げられる。ソケット継手４８を元位置に回転して戻したい場合は、バネ１１０の巻回力が解放されて希望のカウンタバランス力を付与する。
【００７１】
関節型アーム１４をグラインダ、梁または天井等に上下逆に設置したい場合は、バネ１１０の向きも同様に反転（または逆転）させ、必要なカウンタバランスが得られるような正しい配向にすることができる。
【００７２】
次に図２９および図３０Ａ〜図３０Ｃを参照して、測定プローブ２８の好適な実施形態について説明する。プローブ２８は、印刷回路板１１８を収容する内部空間１９８を有するハウジング１９６を含む。ハウジング１９６は、上述したタイプのデュアルソケット継手を構成し、回路板１１８を支持する支持部材１９９を接合したソケット１９７を含むことを理解されたい。好適には、ハンドル２８は２つのスイッチ、すなわち実行スイッチ２００と確認スイッチ２０２とを含む。動作時には、これらスイッチをオペレータが操作して、測定実行（実行スイッチ２００）と測定確認（確認スイッチ２０２）とを行う。本発明の重要な特徴に従うと、使用中の混乱を最低限に抑えるためスイッチは互いに区別されている。この区別は、例えばスイッチ２００，２０２の高さを変えたり、および／または質感を変えたり（スイッチ２００の上面が円滑なのに対しスイッチ２０２には刻み目をつけていることに注意されたい）、および／または色を変えたり（例えばスイッチ２００を緑、スイッチ２０２を赤に）する等の、１つ以上の形式で行うことができる。また本発明の重要な実施形態に従うと、正しくプローブ測定が行われていることを示すために、スイッチ２００，２０２にはインジケータライト２０４が関連付けられる。好適には、インジケータライト２０４は２色ライトで、例えば測定時には（かつ緑の実行ボタン２００を押下時には）ライト２０４は緑になり、確認時には（かつ赤ボタン２０２の押下時には）赤になる。多色ライトの使用は、ライト２０４の光源に公知のＬＥＤを用いれば簡単に行うことができる。把持を助けるため、美的さを増すため、かつ耐衝撃性のため、上述したタイプの外部保護カバーリングを２０６で示し、プローブ２８の一部上に設置する。ボタン２００，２０２の設置のためスイッチ回路板２０８を設け、ランプ２０４は支持部材１９９によって支持される。スイッチ回路板２０８は、スイッチおよび光インジケータを処理し、かつ短ヒンジ継手３６を処理する各種構成要素を収容するボード１１８と電気的に相互接続される。
【００７３】
本発明の他の重要な特徴に従い、かつ図２９および図３０Ａ〜図３０Ｃを参照すると、プローブ２８は、永久設置されたタッチトリガプローブと、タッチトリガプローブを保護しながら固定プローブを適応させるための取外し可能なキャップとを含む。タッチプローブ機構は図２９の２１０で示し、単純な運動学上の３点座上に設置される。この従来構造は、コンタクトバネ２１６によって偏向されるボール２１４に接するノーズ２１２を含む。３本のコンタクトピン（１本のピンを２１８で示す）はその下の電気回路と接触する。プローブノーズ２１２に対して何らかの力が付与されると、３本のコンタクトピン２１８のいずれか１つが持ち上がり、その下の電気回路を開いてスイッチを駆動する。好適には、タッチトリガプローブ２１０は前面の「実行」スイッチ２００とともに動作する。
【００７４】
図３０Ｂに示すように、タッチトリガプローブ２１０の使用時には、トリガプローブ２１０を囲むネジ山２２２にネジ山付きの保護カバー２２０を取付ける。ただしタッチトリガプローブではなく固定プローブを使用したい場合は、取外し可能なキャップ２２０をはずして、図２９および図３０Ａ〜図３０Ｃの２２４で示すような希望の固定プローブをネジ山２２２に沿って取付ける。固定プローブ２２４には丸いボール２２６が取付けられているが、これ以外の任意の希望する固定プローブ構成もネジ山２２２に沿ってプローブ２８に簡単に取付けることができることを理解されたい。タッチトリガプローブアセンブリ２１０は、プローブハウジング１９６の一部をなすネジ山付きコネクタ２３０中にネジ山に沿って収容されるハウジング２２８内部に設置できる。このネジ山による相互接続により、タッチトリガプローブ２１０をプローブ２８中に完全に一体化できる。完全に一体化したタッチプローブを設けることは本発明の重要な特徴であり、先行技術のＣＭＭに関連した先行技術の取外し可能なタッチプローブと区別できる。また上述のように、永久設置したタッチトリガプローブをハードプローブと簡単に変換できる。
【００７５】
図２９Ａ〜図２９Ｃは、本発明に従う測定プローブの好適な他の実施形態を示す。図２９Ａ〜図２９Ｃでは測定プローブを２８’で示し、これは図２９の測定プローブ２８とほぼ同じだが、主たる違いは「実行」および「確認」スイッチの構造である。図２９の個別ボタンタイプのスイッチではなく、測定プローブ２８’は２対のアーチ状の楕円形スイッチ２００ａ，ｂと２０２ａ，ｂとを用いる。楕円スイッチ対２０２ａ，ｂおよび２００ａ，ｂは、図２９のところで説明したように、それぞれ実行スイッチと確認スイッチに対応する。測定プローブ２８と比べた場合、測定プローブ２８’の実施形態の利点は、楕円スイッチ２０２と２００の対が測定プローブの全周（または少なくとも周囲の大半）をほぼ囲んでいるため、携帯型ＣＭＭのオペレータがより簡単に駆動できることである。図２９の実施形態に示すように、各スイッチにはインジケータライト２０４が関連づけられ、ライト２０４およびスイッチ２００，２０２は各回路板２０８’上に設置される。また図２９の実施形態では、スイッチ２００，２０２は、例えば高さ、質感、および／または色を変える等により区別できる。好適には、スイッチ２００，２０２はわずかに浮いており、スイッチに沿ってどこを押してもボタンを駆動できるようになっている。図２９の実施形態のように、上述のタイプの外部カバーリング２０６を用いてプローブ２８’の一部を覆う。
【００７６】
次に図３１には、ＣＭＭ１０とともに使用する他の測定プローブを一般に２３２で示す。測定プローブ２３２は図２９の測定プローブ２８と同様だが、主たる違いは、プローブ２３２は回転ハンドルカバー２３４を含むことである。回転カバー２３４は一対の間隔を空けたベアリング２３６，２３８上に設置され、これらベアリングは内部コアまたは支持部２４０上に設置されて、カバー２３４が内部コア２４０を中心に回転自在（ベアリング２３６，２３８を介して）となるようになっている。ベアリング２３６，２３８は好適には半径方向のベアリングで、プローブの操作によってアームにかかる寄生トルクを最小限に抑える。重要なことは、スイッチ板２０８’および対応するスイッチ２００’，２０２’ならびにＬＥＤ２０４’は、すべて回転式ハンドルカバー２３４に設置されてカバーとともに回転するようになっている。回転時には、従来のスリップリング機構２４２を用いて処理回路板１１８’に電気的接続が行われ、この機構は静止円形通路２４４に接触する公知の複数の間隔を空けたバネフィンガー２４２を含む。これら接触通路２４４は、回路板１１８’に電気的に接続される。回転式ハンドルカバー２３４およびスイッチアセンブリは、こうして内部コアまたはプローブシャフト２４０およびエレクトロニクス板１１８’にスリップリングコンダクタ２４２を用いて電気的に接続される。プローブハンドル２３４の回転により、スイッチ２００’，２０２’をユーザに好都合な向きに配向できる。これにより認可されない力を最小限に抑えて、関節型アーム１４’が操作中に正確に測定を行えるようにする。カバー２３４は好適には剛性のあるポリマーから構成され、適切なくぼみ２４６および２４８を設けて、プローブのオペレータが簡単かつ便利に把持かつ操作できるようになっている。
【００７７】
プローブ２３２のその他の部分は、カバー２２０中に永久かつ一体に設置されたタッチプローブ２１０を設けることを含め、プローブ２８と極めてよく似ている。スイッチ２００’，２０２’は、簡単に識別できるように高さと表面の質感が異なることを注意されたい。
【００７８】
回転カバー２３４は、前述した米国特許第５，６１１，１４７号に記載されているプローブ等における第７の回転軸の必要性をなくす点で、ＣＭＭの分野で大きな進歩である。第７の軸を追加することは、ＣＭＭをより複雑かつ高価にし、またシステムのエラーの可能性を増大させてしまうことを理解されたい。回転可能なプローブ２３２を使用することにより、第７の変換器と関連のベアリング、エンコーダ、および電子機器という複雑な構造なしで、プローブ端でハンドル位置に必要な回転を付与できるので、「真の」第７の軸が不要になる。
【００７９】
「真の」第７の軸を有する測定プローブ、すなわち回転測定用の第７の回転エンコーダを備えた測定プローブの利用を望む場合のかかる測定プローブを、図３７〜図４０に示す。これらの図の測定プローブ５００は図２９の測定プローブとほぼ同じだが、主たる違いは、上述したタイプのモジュール式ベアリング／変換器カートリッジ５０２を挿入していること、実行および確認スイッチ５０４，５０６が測定プローブの側面にあること、および取外し可能なハンドル５０８を含んでいることである。
【００８０】
モジュール式ベアリング／変換器カートリッジ５０２は、上記で詳述したカートリッジとほぼ同じであり、回転可能なシャフトと、シャフト上の一対のベアリングと、光学エンコーダディスクと、該エンコーダディスクから間隔を空けて配置し光で通信する少なくとも１つ、好適には２つの光学読取ヘッドと、独立したモジュール式ベアリング／変換器カートリッジを規定するようにベアリング、光学エンコーダディスク、読取ヘッド（１つまたは複数）、および少なくともシャフトの一部を囲うハウジングとを含む。エンコーダ電子機器用の回路板５０３はプローブ５００の開口中に位置する。実行ボタン５０４と確認ボタン５０６の対は、図２９の実施形態の測定プローブと同じく、適切なＰＣボード５１２に接続された状態で、プローブ５００のハウジングの下向きに突き出した部分５１０のどちらかの側面に配置される。同様に、インジケータライト５１３も、前実施形態と同じくボタン５０４−５０６間に配置される。ハウジング５１０中の一対のネジ山を設けた開口５１４は、測定プローブ５００の使用時に回転操作を容易にするハンドル５０８を取外し可能に取付けるための留め具を収容する。
【００８１】
上記以外の実質的な点は、永久設置されたタッチトリガプローブ５１６およびタッチトリガプローブを保護しながら固定プローブ５１８を適用するための取外し可能なキャップを好適に使用すること等、すべて図２９の測定プローブ２８と同じである。測定プローブ５００に含まれる第７の回転エンコーダ５０２は、公知のレーザ線スキャナおよびその他の周辺装置とともにＣＭＭ１０の使用を簡単にすることを理解されたい。
【００８２】
次に図２〜図４、図２３および図２５を参照して、本発明の重要な特徴に従うと、ＣＭＭ１０への電力供給用に携帯型電源が設けられ、これにより完全に携帯型のＣＭＭを提供する。これは電源がＡＣ線のみに基づく先行技術のＣＭＭと対照的である。さらに、ＣＭＭ１０は従来のプラグイン式のコンセントからＡＣ／ＤＣアダプタを介してＡＣ線によって直接電力供給することも可能である。図２、図３および図２５に示すように、従来の再充電可能な電池（リチウムイオン電池等）を２２で示す。電池２２は、従来の電池支持部２５２に機械的かつ電気的に接続され、電池支持部２５２は回路板２０上に位置する従来の電源および電池再充電回路素子２５４に電気的に接続される。回路板２０は、オン／オフスイッチ２５８（図３参照）および高速通信ポート２６０（好適にはＵＳＢポート）にも接続される。アーム１４の継手エ電子機器はＲＳ−４８５バスを用いて回路板２０に接続される。電池２２は別個の充電器で充電してもよいし、または従来のビデオカメラで一般的に見られるように受台２５２中の定位置で充電してもよい。携帯型コンピュータ１７２（図２参照）は、内蔵電池で数時間動作可能であり、および／またはＣＭＭ１０の電源装置２５４に電気的に接続してもよいことを理解されたい。
【００８３】
本発明に従うオンボード電源／再充電装置は、好適には基部１２の一体部分として、より特定的にはプラスチック製の基部ハウジング２６Ａ，２６Ｂの一部として配置して、ＣＭＭ１０の一体部分として設けることができる。また好適には、基部ハウジング２６Ａ，２６Ｂは、スペア電池またはプローブ等を保管するための旋回可能な蓋２６２を有する小さな保管領域２５９を含むことに注意されたい。
【００８４】
次に図４、図２５および図３２〜図３４を参照して、ＣＭＭ１０とともに使用する新規の磁気設置装置について説明する。この磁気設置装置は、図４、図２５、図３２および図３３に一般的に２４で示す。磁気マウント２４は、ネジ山部分２６８でその上端が終了する円筒形の非磁性ハウジング２６６を含む。ＣＭＭ１０で使用するあらゆる好適なネジ山と同じく、ネジ山２６８は、図２５にもっともよく示すように第１の長継手１６のネジ山１２６とのネジ接続を意図したテーパ付けされたネジ山である。非磁性ハウジング２６６はほぼ円筒形だが、互いに１８０°離れた対向位置に配置されハウジング２６６から外向きかつ下向きに延びる２つの長手方向の延長部２７０，２７２を含む。長手延長部２７０，２７２の両側には「磁気材料」、すなわち鉄または磁気ステンレス鋼等の磁化可能な材料構成した一対の半円筒形のハウジング２７４，２７６が取付けられる。「磁性」ハウジング片２７４，２７６と長手延長部２７０，２７２とを合わせて、磁気コア２７８を収容する開放型の円筒形エンクロージャを構成する。磁気コア２７８は、非磁性中心部２８０が一対の希土類磁石（ネオジム−鉄−ボロン等）２８２−２８４間に挟まれた楕円形状である。非磁性中心部２８０を貫通して軸方向の開口２８６を設ける。円形のセンターカバー板２８８を磁気コア２７８下に配置し、要素２７４，２７６および長手延長部２７０，２７２によって形成される下部ハウジング内に位置決めする。シャフト２９０はハウジング２６６中の円形の開口２９２を介して配置され、磁気コア２７８の軸方向の開口２８６を通って下向きに延びる。シャフト２９０は上ベアリング２９２と下ベアリング２９４によって回転を支援される。上ベアリング２９２はハウジング２６６中の内部円筒形凹部に収容され、下ベアリング２９４はカバープレート２８８中の同様の円筒形凹部に収容される。レバー２９６はシャフト２９０から外向きかつ垂直方向に延び、以下に説明するように磁気マウント２６４のオン／オフ機構となる。レバー２９６はハウジング２６６中の溝２９７を通ってハウジング２６６から外側へ延びる（図２５参照）。
【００８５】
このレバー２９６、シャフト２９０およびベアリング２９２，２９４からなるアセンブリ全体は、ネジ山を設けた上留め具２９８と保持用下リング３００とを用いて一つに固定される。磁気マウント２６４の各種構成要素はさらに、ハウジング２６６を「磁気」材料ハウジング部２７４，２７６に接続するネジ山を設けた留め具３０２と、ハウジング部２７４，２７６とカバー２８８とを相互接続するネジ山を設けた留め具３０４等によって固定されることを理解されたい。さらに、ネジ山を設けた留め具３０６によって、ハウジング２６６の長手延長部２７０，２７２をカバー２８８に取付ける。ピン３０８は、シャフト２９０をコア２７８に固定するように、コア２７８中の横方向の開口とシャフト２９０中の横方向の開口に収容される。こうして、レバー２９６が回転するとシャフト２９０はコア２７８をシャフト接続２０８を介して回転させる。
【００８６】
図１、図３、および図２５に示すように、レバー２９６は、基部１２の外側で簡単にアクセスでき磁気マウント２６４の駆動に使用するハンドル３１０に接続される。これにはハンドル３１０を（図１の右方から左方へ）動かせばよい。ハンドル３１０の移動により回転レバーが回り、これによりシャフト２９０が回転し、希土類磁石２８２，２８４を非動作位置（磁石２８２，２８４が非磁性延長部２７０，２７２と整列した状態）から、磁石２８２，２８４が磁性延長部２７４，２７６と整列した状態の駆動位置へ回転させる。上記のように磁石が磁気材料と整列すると、磁場（フラックス）が形成される。同様に、磁石２８２，２８４が磁気材料２７６，２７６と整列していない場合は、フラックス経路が遮断される。この状態では、磁気ベースは位置する台から離れていてもよい。ただし、たとえ非整列位置であっても、多少の残留磁束は存在する。この「オフ」位置での少量の残留磁束は、台に戻されたときに磁石と反応して自動的にレバー２９６を回転させるため、本発明の明らかな特徴である。磁石が磁気材料と整列している場合、強力な磁場が形成され、半円形要素２７４，２７６は、図２５および図３３に３１２で示す底面に形成した環状の表面に磁気接着されることを理解されたい。
【００８７】
本発明の磁気マウント２６４は、着脱可能に（ネジ山２６８を介して）設置されており、かつネジマウントまたは真空マウント等の他のアタッチメントで代用できることから、完全に一体化されているが取外し可能な設置装置を提供する。もちろん正しく使用するためには、磁気マウント２６４は磁化可能な表面上に設置して（レバー２９６によって）駆動して操作しなければならない。非磁性面（花コウ岩等）への設置が必要な場合は、インターフェースプレートまたはその他の適当な機構を磁気基部と非磁性面との間に用いなければならない。
【００８８】
以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、これら各実施形態は本発明の精神および範囲から逸脱することなく各種変形および代用が可能である。従って、本発明の説明は例示に基づいており限定的ではないことを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】関節型アームとそこに取付けたホストコンピュータとを含む本発明の携帯型ＣＭＭの前面斜視図である。
【図２】図１のＣＭＭの背面斜視図である。
【図３】図１のＣＭＭの（ホストコンピュータを取外した状態の）右側面図である。
【図３Ａ】図１のＣＭＭにおいて、２つの長継手を覆う保護スリーブをわずかに変形した右側面図である。
【図４】本発明のＣＭＭの基部と第１の関節型アーム部とを示す一部展開斜視図である。
【図５】本発明のＣＭＭの基部と、第１アーム部と、一部展開した第２アーム部とを示す一部展開斜視図である。
【図６】本発明のＣＭＭの基部と、第１アーム部と、第２アーム部と、一部展開した第３アーム部とを示す一部展開斜視図である。
【図７】本発明に従う２つのデュアルソケット継手間に組立てた一対のエンコーダ／ベアリングカートリッジを示す展開斜視図である。
【図８】図７のベアリング／エンコーダカートリッジとデュアルソケット継手の前面立面図である。
【図９】本発明に従う短ベアリング／エンコーダカートリッジの展開斜視図である。
【図９Ａ】図９と同様の展開斜視図であるが、読取ヘッドが１つの場合を示す図である。
【図９Ｂ】図９と同様の展開斜視図であるが、読取ヘッドが４つの場合を示す図である。
【図９Ｃ】図９Ｂを組み立てた後の斜視図である。
【図９Ｄ】図９と同様の展開斜視図であるが、読取ヘッドが３つの場合を示す図である。
【図９Ｅ】図９Ｄを組立てた後の斜視図である。
【図１０】図９のカートリッジの立面断面図である。
【図１１】本発明に従う長ベアリング／エンコーダカートリッジの展開斜視図である。
【図１１Ａ】図１１と同様の展開斜視図であるが、読取ヘッドが１つの場合を示す図である。
【図１２】図１１のカートリッジの立面断面図である。
【図１２Ａ】図１２のカートリッジの立面断面図であり、２つの読取ヘッドがシャフトとともに回転可能である様子を示す図である。
【図１３】本発明に従うさらに他のベアリング／エンコーダカートリッジの展開斜視図である。
【図１３Ａ】図１３と同様の展開斜視図であるが、読取ヘッドが１つの場合を示す図である。
【図１４】図１３のカートリッジの立面断面図である。
【図１５】本発明に従うベアリング／エンコーダカートリッジとカウンタバランスバネとを示す展開斜視図である。
【図１５Ａ】図１５と同様の展開斜視図であるが、読取ヘッドが１つの場合を示す図である。
【図１６】図１５のカートリッジとカウンタバランスとの立面断面図である。
【図１７】本発明に従う直径の大きなベアリング／エンコーダカートリッジ用の二重読取ヘッドアセンブリの上面図である。
【図１８】図１７の１８−１８線に沿って切取った立面断面図である。
【図１９】図１７の二重読取ヘッドアセンブリの底面図である。
【図２０】本発明に従う直径の短いベアリング／エンコーダカートリッジ用の二重読読取ヘッドの上面平面図である。
【図２１】図２０の２１−２１線に沿った立面断面図である。
【図２２】図２０の二重読取ヘッドアセンブリの底面平面図である。
【図２３Ａ】１つの読取ヘッドを用いる本発明のＣＭＭ用の電子機器構造を示すブロック図である。
【図２３Ｂ】二重読取ヘッドを用いる本発明のＣＭＭ用の電子機器構造を示すブロック図である。
【図２４】本発明のＣＭＭを（基部は取外した状態で）長手方向に見た立面断面図である。
【図２４Ａ】図３ＡのＣＭＭの立面断面図である。
【図２５】図２４の拡大断面図の一部であり、図２４のＣＭＭの第１の長継手部を含む図である。
【図２５Ａ】本発明の他の実施形態に従う長短の継手間の相互関係を示す斜視図である。
【図２５Ｂ】図２５Ａの一部を長手方向から見た立面断面図である。
【図２６】図２４の一部の拡大断面図であり、第２および第３の長継手部を示す図である。
【図２６Ａ】図２４の一部の拡大断面図であり、第２の長継手を示す図である。
【図２６Ｂ】図２４の一部の拡大断面図であり、第３の長継手およびプローブを示す図である。
【図２７Ａ】本発明に従う第１の短継手／カウンタバランスアセンブリを示す展開立面側面図である。
【図２７Ｂ】図２７Ａの構成要素を示す斜視図である。
【図２８】本発明の内部カウンタバランスを示す立面断面図である。
【図２９】本発明に従う第１実施形態の測定プローブの立面側面断面図である。
【図２９Ａ】本発明に従う他の実施形態の測定プローブの立面側面図である。
【図２９Ｂ】図２９Ａの２９Ｂ−２９Ｂ線に沿って切取った立面断面図である。
【図２９Ｃ】図２９Ａおよび図２９Ｂで用いた一対の「撮影」または「確認」スイッチの斜視図である。
【図３０Ａ】本発明に従う一体型タッチプローブアセンブリおよびハードプローブアセンブリへの変換を示す一連の立面平面図である。
【図３０Ｂ】本発明に従う一体型タッチプローブアセンブリおよびハードプローブアセンブリへの変換を示す一連の立面平面図である。
【図３０Ｃ】本発明に従う一体型タッチプローブアセンブリおよびハードプローブアセンブリへの変換を示す一連の立面平面図である。
【図３１】本発明に従うさらに他の実施形態の測定プローブの立面側面断面図である。
【図３２】本発明に従う一体型磁性基部の展開斜視図である。
【図３３】図３２の磁性基部に沿って見た立面断面図である。
【図３４】図３２の磁気マウントの上面平面図である。
【図３５】二重読取ヘッドを有するＲａａｂ３５６号特許のＣＭＭ継手の立面断面図である。
【図３６】二重読取ヘッドを有するＥａｔｏｎ１４８号特許のＣＭＭ継手の立面断面図である。
【図３７】第７の軸の変換器を有する測定プローブの側面立面図である。
【図３８】図３７と同様だが取外し可能なハンドルを備えた側面立面図である。
【図３９】図３８の測定プローブの端部の図である。
【図４０】図３８の測定プローブの立面断面図である。
【図１】
2005517908.tif 000003
【図２】
2005517908.tif 000004
【図３】
2005517908.tif 000005
【図３Ａ】
2005517908.tif 000006
【図４】
2005517908.tif 000007
【図５】
2005517908.tif 000008
【図６】
2005517908.tif 000009
【図７】
2005517908.tif 000010
【図８】
2005517908.tif 000011
【図９】
2005517908.tif 000012
【図９Ａ】
2005517908.tif 000013
【図９Ｂ】
2005517908.tif 000014
【図９Ｃ】
2005517908.tif 000015
【図９Ｄ】
2005517908.tif 000016
【図９Ｅ】
2005517908.tif 000017
【図１０】
2005517908.tif 000018
【図１１】
2005517908.tif 000019
【図１１Ａ】
2005517908.tif 000020
【図１２】
2005517908.tif 000021
【図１２Ａ】
2005517908.tif 000022
【図１３】
2005517908.tif 000023
【図１３Ａ】
2005517908.tif 000024
【図１４】
2005517908.tif 000025
【図１５】
2005517908.tif 000026
【図１５Ａ】
2005517908.tif 000027
【図１６】
2005517908.tif 000028
【図１７】
2005517908.tif 000029
【図１８】
2005517908.tif 000030
【図１９】
2005517908.tif 000031
【図２０】
2005517908.tif 000032
【図２１】
2005517908.tif 000033
【図２２】
2005517908.tif 000034
【図２３Ａ】
2005517908.tif 000035
【図２３Ｂ】
2005517908.tif 000036
【図２４】
2005517908.tif 000037
【図２４Ａ】
2005517908.tif 000038
【図２５】
2005517908.tif 000039
【図２５Ａ】
2005517908.tif 000040
【図２５Ｂ】
2005517908.tif 000041
【図２６】
2005517908.tif 000042
【図２６Ａ】
2005517908.tif 000043
【図２６Ｂ】
2005517908.tif 000044
【図２７Ａ】
2005517908.tif 000045
【図２７Ｂ】
2005517908.tif 000046
【図２８】
2005517908.tif 000047
【図２９】
2005517908.tif 000048
【図２９Ａ】
2005517908.tif 000049
【図２９Ｂ】
2005517908.tif 000050
【図２９Ｃ】
2005517908.tif 000051
【図３０Ａ】
2005517908.tif 000052
【図３０Ｂ】
2005517908.tif 000053
【図３０Ｃ】
2005517908.tif 000054
【図３１】
2005517908.tif 000055
【図３２】
2005517908.tif 000056
【図３３】
2005517908.tif 000057
【図３４】
2005517908.tif 000058
【図３５】
2005517908.tif 000059
【図３６】
2005517908.tif 000060
【図３７】
2005517908.tif 000061
【図３８】
2005517908.tif 000062
【図３９】
2005517908.tif 000063
【図４０】
2005517908.tif 000064
【国際調査報告】
2005517908.tif 000065
2005517908.tif 000066
2005517908.tif 000067