(57)【要約】      （修正有）【課題】空間内の物体の座標を測定するための可搬型の関節アーム座標測定機（ＡＡＣＭＭ）、およびＡＡＣＭＭを動作させる方法を提供する。【解決手段】ＡＡＣＭＭは、プロジェクターおよびカメラを有するレーザーラインプローブを含み、プロジェクターは光の線を投射し、カメラはレンズアセンブリとセンサーアセンブリを有する。センサアセンブリは、感光性アレイとレンズアセンブリとの間に配置されたフィルタを有する。フィルタは、所定の配置で複数の赤、緑および青のピクセルを有する。制御装置は、カメラに計測画像およびカラー画像を取得させる。表面上の点の３次元座標は計測画像に基づいて決定され、色はカラー画像に基づいて点に割り当てられる。カラー画像の露光時間は、ｅｘｐｏｓｕｒｅ  ｔｏ  ｔｈｅ  ｒｉｇｈｔカラーモデルまたはミッドグレーカラーモデルに基づいて調整される。【選択図】図１４
2019070637.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空間内の物体の座標を測定するための可搬型の関節アーム座標測定機（ＡＡＣＭＭ）であって、
基部と、
前記基部に結合され、前記基部と反対側の端部を有する、手動で位置決め可能なアーム部分と、
前記端部に結合された測定装置と、
基準枠に対する前記測定装置の位置を決定するように動作可能である電子回路と、
前記端部に動作可能に結合されるレーザラインプローブであって、プロジェクタおよびカメラを有し、前記プロジェクタは１以上の所定の波長の光の線を投影するように動作可能であり、前記カメラはセンサアセンブリに光学的に結合されたレンズアセンブリを有し、前記センサアセンブリは感光性アレイと、前記感光性アレイと前記レンズアセンブリとの間に配置されたフィルタと、を有し、前記フィルタは、所定の配置で複数の赤ピクセル、緑ピクセル、および青ピクセルを有する、レーザラインプローブと、
前記レーザラインプローブに動作可能に結合される制御装置であって、前記カメラに計測画像およびカラー画像を取得させるように動作可能である前記制御装置と、を備え、
前記制御装置および前記電子回路は、少なくとも部分的に計測画像に基づいて表面上の点の３次元座標を決定し、少なくとも部分的にカラー画像に基づいて前記点に色を割り当てるように協働し、
前記制御装置は、ｅｘｐｏｓｕｒｅ  ｔｏ  ｔｈｅ  ｒｉｇｈｔカラーモデルまたはミッドグレーカラーモデルに基づいて、前記カラー画像を取得するときに前記カメラの露光時間を調整することにさらに応答する、ＡＡＣＭＭ。
【請求項２】
前記制御装置は、前記ｅｘｐｏｓｕｒｅ  ｔｏ  ｔｈｅ  ｒｉｇｈｔカラーモデル、前記ミッドグレーモデルまたは固定露光モデルに基づいて前記露光時間を調整する請求項１に記載のＡＡＣＭＭ。
【請求項３】
前記制御装置は、前記物体の前記表面に少なくとも部分的に基づいて、前記ｅｘｐｏｓｕｒｅ  ｔｏ  ｔｈｅ  ｒｉｇｈｔカラーモデル、前記ミッドグレーモデル、または前記固定露光モデルを選択することにさらに応答する請求項２に記載のＡＡＣＭＭ。
【請求項４】
前記制御装置は、前記計測画像と前記カラー画像とをインターリーブシーケンスで取得するように動作可能である、請求項１に記載のＡＡＣＭＭ。
【請求項５】
前記ｅｘｐｏｓｕｒｅ  ｔｏ  ｔｈｅ  ｒｉｇｈｔカラーモデルは、前記露光時間を、少なくとも部分的に、
【数１】
2019070637.tif 000013
ここで、
【数２】
2019070637.tif 000014
であり、
【数３】
2019070637.tif 000015
であり、
ここで、ＥＶｏｐｔは次の露光時間であり、ＥＶｐｒｅは現在の露出時間であり、Ｚｋはピクセル強度（０...１０２３）であり、ｐ（Ｚｋ）はピクセル強度Ｚｋの頻度カウントであり、ｆｔｈｒｅｓｈｏｌｄはＥＴＴＲの最大周波数閾値である、
に基づいて決定する、請求項４に記載のＡＡＣＭＭ。
【請求項６】
前記ＥＴＴＲの前記最大周波数閾値は２５５である、請求項５に記載のＡＡＣＭＭ。
【請求項７】
前記ミッドグレーカラーモデルは、前記露光時間を、少なくとも部分的に、
【数４】
2019070637.tif 000016
ここで、
【数５】
2019070637.tif 000017
であり、
【数６】
2019070637.tif 000018
であり、
ここで、Ｚｋはピクセル強度（０...１０２３）であり、ａはミッドグレーの３次モーメントであり、Ｍはミッドグレー値であり、Ｐ（Ｚｋ）はピクセル強度Ｚｋの頻度カウントである、
に基づいて決定する、請求項４に記載のＡＡＣＭＭ。
【請求項８】
前記ミッドグレー値は、デフォルトの３５８として定義される、請求項７に記載のＡＡＣＭＭ。
【請求項９】
前記制御装置は、オペレータ入力に基づいて、前記ｅｘｐｏｓｕｒｅ  ｔｏ  ｔｈｅ  ｒｉｇｈｔカラーモデルまたは前記ミッドグレーカラーモデルのうちの１つを選択するようにさらに応答する、請求項１に記載のＡＡＣＭＭ。
【請求項１０】
空間内の物体の座標を測定するための可搬型の関節アーム座標測定機（ＡＡＣＭＭ）であって、
基部と、
前記基部に結合され、前記ベースと反対側の端部を有する、手動で位置決め可能なアーム部分と、
前記端部に結合された測定装置と、
基準枠に対する前記測定装置の位置を決定するように動作可能である電子回路と、
前記端部に動作可能に結合されるレーザラインプローブであって、プロジェクタおよびカメラを有し、前記プロジェクタは１以上の所定の波長の光の線を投影するように動作可能であり、前記カメラはセンサアセンブリに光学的に結合されたレンズアセンブリを有し、前記センサアセンブリは感光性アレイと、前記感光性アレイと前記レンズアセンブリとの間に配置されたフィルタと、を有し、前記フィルタは、所定の配置で複数の赤ピクセル、緑ピクセル、および青ピクセルを有する、レーザラインプローブと、
前記レーザラインプローブに動作可能に結合される制御装置であって、前記カメラに計測画像およびカラー画像を取得させるように動作可能である前記制御装置と、を備え、
前記制御装置および前記電子回路は、少なくとも部分的に計測画像に基づいて表面上の点の３次元座標を決定し、少なくとも部分的にカラー画像に基づいて前記点に色を割り当てるように協働し、
前記制御装置は、カラー補償を実行することによって前記カラー画像のカラーを調整することにさらに応答する、ＡＡＣＭＭ。
【請求項１１】
前記カラー補償は、ホワイトバランス補償、照度補償、角度補正、カラー補正のうちの少なくとも１つを含む、請求項１０に記載のＡＡＣＭＭ。
【請求項１２】
前記ホワイトバランス補償は、３つのカラーチャンネルのそれぞれに対して実質的に等しい平均値を提供するための画像のスケーリング係数の決定、および、前記スケーリング係数による生のセンサカラー値の乗算を含む、請求項１１に記載のＡＡＣＭＭ。
【請求項１３】
前記照度補償は、前記感光性アレイの各行について列を横切ってピクセル値をスケーリングすることを含む、請求項１０に記載のＡＡＣＭＭ。
【請求項１４】
前記角度補正は、表面法線に少なくとも部分的に基づいて受光した光の鏡面反射成分を減算することと、角度補正を決定するために反射モデルを適用することとを含む、請求項１０に記載のＡＡＣＭＭ。
【請求項１５】
前記反射モデルは、フォン照明モデルである、請求項１４に記載のＡＡＣＭＭ。
【請求項１６】
前記カラー補正は、カラーアーティファクトを撮像することによって決定された較正係数に少なくとも部分的に基づいて、前記カラー画像内のカラーを第１のカラースペースから第２のカラースペースに変換するカラー補正マトリックスを決定することを含む請求項１０に記載のＡＡＣＭＭ。
【請求項１７】
前記カラー補正は、前記カラー値を線形化するためにパラメータを使用することを含む、請求項１６に記載のＡＡＣＭＭ。
【請求項１８】
表面上の点の３次元座標を決定する方法であって、
関節アームの端部に接続されたレーザラインプローブ内のプロジェクタから光の線を物体の表面上に放射することと、
前記レーザラインプローブ内のカメラであって、赤、緑および青のピクセルの所定の配置を有するフィルタを備えるカメラ内の感光性アレイ上のピクセルの第１の部分を用いて前記表面における前記光の線の計測画像を取得することと、
少なくとも部分的に前記計測画像に基づいて複数の重心位置を決定することと、
ｅｘｐｏｓｕｒｅ  ｔｏ  ｔｈｅ  ｒｉｇｈｔカラーモデルまたはミッドグレーカラーモデルに基づいて露光時間を決定することと、
前記露光時間を用いて前記感光性アレイでカラー画像を取得することと、
カラー画像に少なくとも部分的に基づいて各重心位置に色を割り当てることと、
を含む方法。
【請求項１９】
前記計測画像は、第１のステップで取得され、前記カラー画像は第２のステップで取得される、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記ｅｘｐｏｓｕｒｅ  ｔｏ  ｔｈｅ  ｒｉｇｈｔカラーモデルは、露光時間を、
【数７】
2019070637.tif 000019
ここで、
【数８】
2019070637.tif 000020
であり、
【数９】
2019070637.tif 000021
であり、
ここで、ここで、ＥＶｏｐｔは次の露光時間であり、ＥＶｐｒｅは現在の露出時間であり、Ｚｋはピクセル強度（０...１０２３）であり、ｐ（Ｚｋ）はピクセル強度Ｚｋの頻度カウントであり、ｆｔｈｒｅｓｈｏｌｄはＥＴＴＲの最大周波数閾値である、
に基づいて決定する、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記ＥＴＴＲの前記最大周波数閾値は２５５である、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記ミッドグレーカラーモデルは、前記露光時間を、
【数１０】
2019070637.tif 000022
ここで、
【数１１】
2019070637.tif 000023
であり、
【数１２】
2019070637.tif 000024
であり、
ここで、Ｚｋはピクセル強度（０...１０２３）であり、ａはミッドグレーの３次モーメントであり、Ｍはミッドグレー値であり、Ｐ（Ｚｋ）はピクセル強度Ｚｋの頻度カウントである、
に基づいて決定する、請求項１９に記載の方法。
【請求項２３】
前記ミッドグレー値は、デフォルトの３５８として定義される、請求項２２に記載のＡＡＣＭＭ。
【請求項２４】
前記ｅｘｐｏｓｕｒｅ  ｔｏ  ｔｈｅ  ｒｉｇｈｔカラーモデルまたは前記ミッドグレーカラーモデルのうちの１つを選択することをさらに含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２５】
表面上の点の３次元座標を決定する方法であって、
関節アームの端部に接続されたレーザラインプローブ内のプロジェクタから光の線を物体の表面上に放射することと、
前記レーザラインプローブ内のカメラであって、赤、緑および青のピクセルの所定の配置を有するフィルタを備えるカメラ内の感光性アレイ上のピクセルの第１の部分を用いて前記表面における前記光の線の計測画像を取得することと、
少なくとも部分的に前記計測画像に基づいて複数の重心位置を決定することと、
前記感光性アレイを用いてカラー画像を取得することと、
カラー補償に基づいて前記カラー画像内の１以上のカラー値を変更することと、
前記カラー画像および前記カラー補償に少なくとも部分的に基づいて各重心位置に色を割り当てることと、
を含む方法。
【請求項２６】
前記カラー補償は、ホワイトバランス補償、照度補償、角度補正、カラー補正のうちの少なくとも１つを実行することをさらに含む、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記ホワイトバランス補償は、
３つのカラーチャネルのそれぞれに対して実質的に等しい平均値を提供するために画像スケーリング係数を決定することと、
生のセンサーカラー値にスケーリング係数を掛けることと、
を含む、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記照度補償は、前記感光性アレイの各行について列を横切ってピクセル値をスケーリングすることを含む、請求項２６に記載の方法。
【請求項２９】
前記角度補正は、
表面法線に少なくとも部分的に基づいて、受光した光の鏡面反射成分を減算することと、
反射モデルを適用して角度補正を決定することと、
を含む、請求項２６に記載の方法。
【請求項３０】
前記反射モデルは、フォン照明モデルである、請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
前記色補正は、カラーアーティファクトを撮像することによって決定された較正係数に少なくとも部分的に基づいて、前記カラー画像内のカラーを第１のカラースペースから第２のカラースペースに変換するカラー補正マトリックスを決定することを含む請求項２９に記載の方法
【請求項３２】
前記色補正は、前記カラー値を線形化するためにパラメータを使用することを含む請求項３１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１７年８月２９日に出願された米国仮出願第６２／５５１，３７７号の利益を主張する２０１８年２月１２日に出願された米国特許出願第１５／８９４，０６０号の一部継続出願であり、両者の内容は参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本開示は、座標測定システムに関し、特に、走査処理中にテクスチャまたは色を取得するレーザラインプローブを有する座標測定システムに関する。
【発明の概要】
【０００３】
可搬型の関節アーム座標測定機（ＡＡＣＭＭ）は、部材の製造または生産において、部材の製造または生産（たとえば機械加工）のさまざまな段階中に部材の寸法を迅速かつ正確に確かめる必要がある場合に幅広い用途を見いだしている。可搬型のＡＡＣＭＭは、特に、比較的複雑な部材の寸法測定を実施するのにかかる時間において、知られている据え置き型または固定された、コストのかかる、使用するのが比較的に難しい測定設備に対する大きな改善を示す。通常、可搬型ＡＡＣＭＭのユーザは、測定される対象の部材または物体の表面に沿ってプローブを案内するだけでよい。測定データは、次いで、記録され、ユーザに提供される。いくつかのケースでは、データは、コンピュータスクリーン上に視覚形態、たとえば３次元（３Ｄ）形態でユーザに提供される。他のケースでは、データは、数字形態でユーザに提供され、たとえば、穴の直径を測定するとき、テキスト「直径＝１．００３４”」がコンピュータスクリーン上に表示される。
【０００４】
物体の測定を補助するために、ＡＡＣＭＭで一般的に使用される付属品の１つのタイプに、レーザラインプローブ（ＬＬＰ）がある。ＬＬＰは、プロジェクタおよびカメラを含む三角測量ベースの非接触デバイスである。プロジェクタは、典型的には線としての光を放射する光源を含む。プロジェクタはまた、放射された光を物体に投影するレンズを含む。放射される光は、レーザ光、部分的コヒーレント光、またはインコヒーレント光であってもよい。カメラは、電荷結合素子（「ＣＣＤ」）またはＣＭＯＳ感光性アレイなどのカメラタイプの撮像素子を含む。カメラはまた、物体表面上の光のパターンを捕捉し、それを感光性アレイ上に投影するカメラレンズを含む。カメラは、典型的には、ＬＬＰ装置内のレーザ光源に隣接して配置される。プロジェクタは仮想発光点を有し、そこから光の線または縞が、一次元の角度で、かつ、直交次元の平坦なシートで、「扇状に広がる」ように見える。カメラは、対象物上のパターンからの光線が感光性アレイに進む際に通過するように見えるカメラ透視投影中心を有する。仮想発光点とカメラ投影中心との間の線分を基線と呼び、基線の長さを基線長と呼ぶ。
【０００５】
ＬＬＰによって投射された扇形の光は物体の表面に当たり、物体表面上に比較的明るい光の縞を形成する。カメラは、オブジェクトに投影されたレーザーストライプの３次元シルエットまたはプロファイルをキャプチャする。ＬＬＰは、投影されたラインストライプがＬＬＰの視野内の物体の全部または少なくとも所望の部分にわたって延びるようにユーザによって動かされる。このようにして、オブジェクト上でＬＬＰを移動することで、物体表面の何百もの断面が生データの３次元点群としてキャプチャされる。ＬＬＰの中には、１秒間に２８０フレーム、またはストライプの３次元データ、または１秒間に約５６０，０００ポイントのデータをキャプチャできるものがある。ＬＬＰによって得られる寸法測定値およびそのレーザストライプおよび三角測量測定プロセスを含む、３次元の生の点群データを処理して物体の３次元画像を作成するソフトウェアを実行する信号処理電子機器（例えば、コンピュータまたはプロセッサ）が提供される。
【０００６】
撮像装置上の反射線の像は、通常、撮像装置と物体表面との間の距離が変化するにつれて変化する。基線距離、基線に対するプロジェクタおよびカメラの向き、および撮像された光のパターンの感光性アレイ上の座標を室ことによって、既知の三角測量法を使用して、物体の表面上の点の３次元座標を測定することができる。すなわち、ＬＬＰが動かされると、撮像装置は各投影されたラインストライプの画像を作成する。感光性アレイ上の直線パターンからのいかなるズレも、物体表面上の高さ変動に変換され、それによって物体表面を画定できる。言い換えれば、上記の方法は、ＬＬＰの視野内の物体の形状および位置をデジタル化する。
【０００７】
従来のＬＬＰ装置では、感光性アレイは戻り光の明るさに基づいて信号を発生する。言い換えれば、表面のグレースケール画像を取得することができる。そのため、表面の色や質感は得られない。
【０００８】
したがって、既存のレーザーラインプローブはそれらの意図された目的には適しているが、ＬＬＰで走査されている表面のカラー情報を取得する際の改良に対する必要性が依然としてある。
【０００９】
本開示の一態様によれば、空間内の物体の座標を測定するための可搬型の関節アーム座標測定機（ＡＡＣＭＭ）が提供される。ＡＡＣＭＭは、基部と、基部に結合され、基部と反対側の端部を有する、手動で位置決め可能なアーム部分とを有する。測定装置が端部に結合される。基準枠に対する測定装置の位置を決定するように動作可能な電子回路が提供される。レーザラインプローブは端部に動作可能に結合され、レーザラインプローブはプロジェクタおよびカメラを有し、プロジェクタは１以上の所定の波長で光の線を投射するように動作可能であり、カメラはセンサアセンブリに光学的に結合されたレンズアセンブリを有し、センサアセンブリは感光性アレイと、感光性アレイとレンズアセンブリとの間に配置されたフィルタとを有し、フィルタは、所定の配置で複数の赤、緑および青のピクセルを有する。制御装置はレーザラインプローブに動作可能に結合され、制御装置ははカメラに計測画像およびカラー画像を取得させるように動作可能であり、制御装置および電子回路は、少なくとも部分的に計測画像に基づいて表面上の点の３次元座標を決定し、少なくとも部分的にカラー画像に基づいて点に色を割り当てるように協働し、制御装置は、ｅｘｐｏｓｕｒｅ  ｔｏ  ｔｈｅ  ｒｉｇｈｔカラーモデルまたはミッドグレーカラーモデルに基づいて、カラー画像を取得するときにカメラの露光時間を調整することにさらに応答する。
【００１０】
本開示の別の態様によれば、空間内の物体の座標を測定するための可搬型の関節アーム座標測定機（ＡＡＣＭＭ）が提供される。ＡＡＣＭＭは、基部と、基部に結合され、基部と反対側の端部を有する、手動で位置決め可能なアーム部分とを有する。測定装置が端部に結合される。基準枠に対する測定装置の位置を決定するように動作可能な電子回路が提供される。レーザラインプローブは端部に動作可能に結合され、レーザラインプローブはプロジェクタおよびカメラを有し、プロジェクタは１以上の所定の波長で光の線を投射するように動作可能であり、カメラはセンサアセンブリに光学的に結合されたレンズアセンブリを有し、センサアセンブリは感光性アレイと、感光性アレイとレンズアセンブリとの間に配置されたフィルタとを有し、フィルタは、所定の配置で複数の赤、緑および青のピクセルを有する。制御装置はレーザラインプローブに動作可能に結合され、制御装置ははカメラに計測画像およびカラー画像を取得させるように動作可能であり、制御装置および電子回路は、少なくとも部分的に計測画像に基づいて表面上の点の３次元座標を決定し、少なくとも部分的にカラー画像に基づいて点に色を割り当てるように協働し、制御装置は、カラー補償を実行することによってカラー画像のカラーを調整することにさらに応答する。
【００１１】
本開示の別の態様によれば、表面上の点の３次元座標を決定する方法が提供される。この方法は、関節アームの端部に結合されたレーザラインプローブ内のプロジェクタから光の線を物体の表面に放射することを含む。レーザラインプローブ内のカメラであって、所定の配置で複数の赤ピクセル、緑ピクセル、および青ピクセルを有するフィルタを有するカメラ内の感光性アレイ上のピクセルの第１の部分を用いて表面上における光の線の計測画像を取得する。複数の重心位置は、少なくとも部分的に計測画像に基づいて決定される。露光時間は、ｅｘｐｏｓｕｒｅ  ｔｏ  ｔｈｅ  ｒｉｇｈｔカラーモデルまたはミッドグレーカラーモデルに基づいて決定される。露光時間を用いて感光性アレイでカラー画像を取得する。少なくとも部分的にカラー画像に基づいて色が各重心位置に割り当てられる。
【００１２】
本開示の別の態様によれば、表面上の点の３次元座標を決定する方法が提供される。この方法は、関節アームの端部に結合されたレーザラインプローブ内のプロジェクタから光の線を物体の表面に放射することを含む。レーザラインプローブ内のカメラであって、所定の配置で複数の赤ピクセル、緑ピクセル、および青ピクセルを有するフィルタを有するカメラ内の感光性アレイ上のピクセルの第１の部分を用いて表面上における光の線の計測画像を取得する。複数の重心位置は、少なくとも部分的に計測画像に基づいて決定される。感光性アレイはカラー画像を取得する。カラー画像内の１以上のカラー値は、カラー補償に基づいて変更される。カラー画像およびカラー補償に少なくとも部分的に基づいて各重心位置に色が割り当てられる。
【００１３】
これらおよび他の利点および特徴は、図を併用して以下の説明からより明らかになるであろう。
【００１４】
本発明としてみなされる主題は、本明細書の終わりの特許請求の範囲内で特に指摘され、明確に特許請求される。本発明の前述および他の特徴および利点は、添付の図を併用して以下の詳細な説明から明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１Ａ】本発明の実施形態による可搬型の関節ＡＡＣＭＭの等角図である。
【図１Ｂ】本発明の実施形態による可搬型の関節ＡＡＣＭＭの等角図である。
【図１Ｃ】本発明の実施形態によるＡＡＣＭＭの部分的等角図である。
【図２】本発明の実施形態による、図１のＡＡＣＭＭの基本電子装置のブロック図である。
【図２Ａ】本発明の実施形態による、図２のブロック図内の要素のさらなる詳細を提供するブロック図である。
【図２Ｂ】本発明の実施形態による、図２のブロック図内の要素のさらなる詳細を提供するブロック図である。
【図２Ｃ】本発明の実施形態による、図２のブロック図内の要素のさらなる詳細を提供するブロック図である。
【図３】本発明の実施形態による、バスケーブルおよびこれらのエンコーダ構成要素との関係のブロック図である。
【図４Ａ】本発明の実施形態による、６軸電子装置内の相互接続要素のブロック図である。
【図４Ｂ】本発明の実施形態による、７軸電子装置内の相互接続要素のブロック図である。
【図５】本発明の実施形態による７軸アーム端電子装置のブロック図である。
【図６Ａ】本発明の実施形態によるＡＡＣＭＭの下側部分内の一部の要素を説明する等角図である。
【図６Ｂ】本発明の実施形態による、連結されたアームセグメントが垂直配向に保持されるときのＡＡＣＭＭの一部の要素の相対位置を示す等角図である。
【図７Ａ】本発明の実施形態による、取り外し可能なハンドルを含む、第７軸組立体の等角図である。
【図７Ｂ】本発明の実施形態による、取り外し可能な第７軸カバーを含む第７軸組立体の側面図である。
【図７Ｃ】本発明の実施形態による、取り外し可能なハンドルが取り付けられていることを示す、第７軸組立体の側面図である。
【図７Ｄ】本発明の実施形態による、取り外し可能なハンドルの上面図である。
【図７Ｅ】本発明の実施形態による、取り外し可能なハンドルの断面図である。
【図８Ａ】本発明の実施形態によるレーザラインプローブの等角図である。
【図８Ｂ】本発明の実施形態によるレーザラインプローブの部分断面図である。
【図８Ｃ】本発明の実施形態によるレーザラインプローブの部分非組立図である。
【図９Ａ】本発明の実施形態によるレーザラインプローブを示す図である。
【図９Ｂ】本発明の実施形態によるレーザラインプローブを示す図である。
【図９Ｃ】本発明の実施形態によるレーザラインプローブを示す図である。
【図９Ｄ】本発明の実施形態によるレーザラインプローブを示す図である。
【図９Ｅ】本発明の実施形態によるレーザラインプローブを示す図である。
【図９Ｆ】本発明の実施形態によるレーザラインプローブを示す図である。
【図１０】本発明の実施形態によるレーザラインプローブのカメラ部の部分断面図である。
【図１１】本発明の実施形態による感光性アレイのためのフィルタの概略図である。
【図１２】本発明の実施形態による感光性アレイのカラースペクトル応答のプロットである。
【図１３】本発明の実施形態によるレーザラインプローブを動作させる方法のフロー図である。
【図１４】本発明の実施形態による計測画像およびカラー画像の取得の時間プロットである。
【図１５】本発明の実施形態による計測画像およびカラー画像の取得の時間プロットである。
【図１６】本発明の実施形態による計測画像とカラー画像との相関の概略図である。
【図１７】本発明の実施形態によるＣＯＧ曲線の概略図である。
【図１８】本発明の実施形態によるＡＡＣＭＭ内のデータフローの概略図である。
【図１９】本発明の別の実施形態によるレーザラインプローブのカメラ部の部分断面図である。
【図２０】本発明の実施形態によるレーザトラッカおよびＳＭＲの等角図である。
【図２１】一実施形態による、トラッカＳＭＲと組み合わせて高い解像度で３Ｄ座標を測定するために使用される、ＡＡＣＭＭに結合されたプローブ先端部およびレーザラインプローブの等角図である。
【図２２】別の実施形態によるＡＡＣＭＭ内のデータフローの概略図である。
【図２３】カラー補償を実行する方法のフロー図である。
【図２４】グレースケール値とセンサーアレイの列番号との関係を示すプロットである。
【図２５】グレースケール値と距離との関係を示すプロットである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
詳細な説明が、図面を参照しつつ、あくまでも例として、本発明の実施形態を、利点および特徴とともに説明する。
【００１７】
表面がレーザラインプローブによって走査されているときに表面に関するカラーデータを取得するレーザラインプローブが提供される。本発明の実施形態は、単一のカメラで、測定データまたは計測データと、表面カラーデータを取得することを提供する。本発明の実施形態は、表面についてのカラーデータを取得するレーザラインプローブを有するAACMMを含む。本発明のさらなる実施形態は、計測データを測定するために所定の波長で光を放射するプロジェクタを有するレーザラインプローブを提供する。本発明のさらに別の実施形態は、複数の感光性アレイ、ハイパースペクトルセンサまたはマルチスペクトルアレイを含むレーザラインプローブを提供する。
【００１８】
図１Ａ、１Ｂ、１Ｃは、本発明のさまざまな実施形態によるＡＡＣＭＭ１０を等角図で示し、ＡＡＣＭＭは、座標測定機の１つのタイプである。一実施形態では、第１のセグメント２９５および第２のセグメント５９５が、一方の端部上で基部２０に、他方の端部上で測定装置に連結される。一実施形態では、測定装置は、触覚プローブ組立体９００である。
【００１９】
図１Ａ、１Ｂ、１Ｃに示す実施形態では、ＡＡＣＭＭ１０は、７つの回転要素を含み、故に、ＡＡＣＭＭ１０は、７軸ＡＡＣＭＭと称される。本明細書の以下において論じる別の実施形態では、ＡＡＣＭＭ１０は、６軸ＡＡＣＭＭである。図１Ａ、１Ｂ、１Ｃの７軸ＡＡＣＭＭ１０は、第１軸組立体１００と、第２軸組立体２００と、第３軸組立体３００と、第４軸組立体４００と、第５軸組立体５００と、第６軸組立体６００と、第７軸組立体７００とを含む。一実施形態では、触覚プローブ組立体９００およびハンドル１０００は、第７軸組立体に取り付けられる。軸組立体の各々は、スイベル回転またはヒンジ回転をもたらすことができる。図１Ａ、１Ｂ、１Ｃに示す実施形態では、第１軸組立体１００は、基部２０の装着方向に位置合わせされた軸周りのスイベル回転をもたらす。一実施形態では、第２軸組立体２００は、第１のセグメント２９５に対して垂直な軸周りのヒンジ回転をもたらす。第１軸組立体１００および第２軸組立体２００の組み合わせは、時に、口語的に肩部１２と称され、その理由は、一部の実施形態では、ＡＡＣＭＭ１０の肩部１２の可能となる動作が、人の肩で可能となる動作に類似するためである。一実施形態では、肩部１２は、ボール型およびソケット型の接続部である。
【００２０】
図１Ａ、１Ｂ、１Ｃに示す実施形態では、第３軸組立体３００は、第１のセグメント２９５に位置合わせされた軸周りのスイベル回転をもたらす。第４軸組立体４００は、第２のセグメント５９５に対して垂直な軸周りのヒンジ回転をもたらす。第５軸組立体５００は、第２のセグメント５９５に位置合わせされた軸周りのスイベル回転をもたらす。第３軸組立体３００、第４軸組立体４００、および第５軸組立体５００の組み合わせは、時に、口語的にひじ部１３と称され、その理由は、一部の実施形態では、ＡＡＣＭＭ１０のひじ部１３の可能となる動作が、人のひじで可能となる動作に類似するためである。
【００２１】
図１Ａ、１Ｂ、１Ｃに示す実施形態では、第６軸組立体は、第２のセグメント５９５に対して垂直な軸周りのヒンジ回転をもたらす。一実施形態では、ＡＡＣＭＭ１０は、さらに、第７の軸に取り付けられたプローブ組立体（たとえばプローブ９００）のスイベル回転をもたらす、第７軸組立体を備える。第６軸組立体６００、または第６軸組立体６００および第７軸組立体の組み合わせは、時に、口語的に、ＡＡＣＭＭ１０の手首部１４と称される。そのように手首部１４と称されるのは、一部の実施形態では、これが人の手首で可能となるものに類似する動作をもたらすためである。肩部１２、第１のセグメント２９５、ひじ部１３、第２のセグメント５９５、および手首部１４の組み合わせは、人の肩から人の手首までの人の腕に多くの点で類似する。一部の実施形態では、肩部、ひじ部、および手首部の各々に関連付けられた軸組立体の数は、図１Ａ、１Ｂ、１Ｃに示す数とは異なる。たとえば、３軸組立体３００をひじ部１３から肩部１２に動かすことが可能であり、それによって肩部内の軸組立体の数を３つに増やし、手首内の軸組立体の数を２つに減らす。他の軸の組み合わせも可能である。
【００２２】
一実施形態では、第１のセグメント２９５上のパーキングクランプ２５０は、パーキングクランプ指部２５２（図１Ｃ）を含み、このパーキングクランプ指部は、第１のセグメント２９５を第２のセグメント５９５に互いに結び付けながら、両方のセグメントを垂直配向に保持する。一実施形態では、パーキングクランプ指部２５２は、パーキングクランプ凹部２５４を把持し、その間６軸ヨークバンパ２５６は、第６軸組立体６００に対するパーキングクランプ２５０の衝撃を和らげ、それによって第１のセグメント２９５および第２のセグメント５９５が一緒にされるときの潜在的な機械的衝撃を低減するか、または防止する。一実施形態では、パーキングクランプ２５０は、第１のセグメント２９５および第２のセグメント５９５を、固定された垂直配向で保持し、それによってＡＡＣＭＭ１０が測定を行うのに使用されていないときにアームセグメント２９５、５９５によって占められる空間を低減するか、または最小限に抑える。一実施形態では、オペレータは、パーキングクランプ指部２５２を解放することができ、それによって図１Ａに示すようなアームセグメント２９５、５９５の自由運動を可能にする。別の実施形態では、パーキングクランプは、第１のセグメント２９５ではなく、第２のセグメント５９５に取り付けられる。別の実施形態では、パーキングクランプ指部は、図１Ｃのパーキングクランプ凹部ではなく異なる要素に取り付けられる。別の実施形態では、締め付けは、パーキングクランプ指部２５２とは異なる機構によってもたらされる。
【００２３】
図２は、基本電子装置２０００のブロック図である。図２は、モジュラー電源２００５と、電池パック２０１０と、電源２０１５とを含む。これらの要素は、図２Ａのブロック図に、より詳細に示される。一実施形態では、モジュラー電源２００５は、電源２０１５の外部に位置付けられ、ＡＣ主電源に差し込まれて、二重電池スマート充電器２０２０に２４ＶＤＣの電圧を供給する。一実施形態では、二重電池スマート充電器２０２０は、モジュラー電源２００５からの電圧の一部分を供給してスマート電池パックの一方または両方を充電する。一実施形態では、軽量通信のための単一終端式の簡単な２線式バスである、システム管理バス（ＳＭＢＵＳ）２０２１は、二重電池スマート充電器２０２０およびスマート電池パック２０１０の間に連通をもたらす。一実施形態では、スマート電池パック２０１０は、第１の電池パック２０１１と、第２の電池パック２０１２とを含む。一実施形態では、一方の電池パックは、電力をＡＡＣＭＭ１０に供給し、その間他方の電池パックは充電されている。一実施形態では、モジュラー電源２００５からの電力がかけられている間、いずれかまたは両方の電池パック２０１１、２０１２を取り外すことができる。換言すれば、電池パックは「ホットスワップ（ｈｏｔ  ｓｗａｐｐｅｄ）」されてよい。
【００２４】
一実施形態では、各電池パック２０１１、２０１２は、１４．４ＶＤＣリチウムイオン電池を含む。一実施形態では、電池パック２０１１、２０１２は、基部２０内の第１の電池扉４２および第２の電池扉４６それぞれの後方に配設され、これを図６Ａに示す。一実施形態では、第１の電池扉４２および第２の電池扉４６は、第１の電池扉ヒンジ４４および第２の電池扉ヒンジ４８それぞれ、ならびに第１の電池扉ラッチ４３および第２の電池扉ラッチ４７それぞれと共働する。一実施形態では、第１電池インジケータ光３８および第２電池インジケータ光３９は、第１の電池パック２０１１および第２の電池パック２０１２それぞれが充電される程度を示す。一実施形態では、外部２４ＶＤＣ電源が、係止コネクタを用いて図６Ａに示す電源ポート５８に取り付けられる。
【００２５】
線材２０２２を通過する電力の一部は、調節器２０３１に到達し、この調節器は、５ＶＤＣ局所（ローカル）電圧を点２１３５から環境センサおよび記録器２０７０（図２ｃ）に、および、電気オン／オフスイッチ２０２６およびマイクロコントローラ（ＭＣＵ）２０２７を含むユーザインタフェース（ＩＦ）２０２５に供給する。電気オン／オフスイッチ２０２６は、図６Ａに示す機械的オンオフボタン３２を押さえることに応答して起動される。オン／オフスイッチ２０２６がオン状態にあるとき、ＭＣＵ２０２７は、信号２０２８を生み出し、この信号によって固体継電器（ＳＳＲ）２０３２を閉じ、線材２０２２上の電圧をバックブースト調節器（レギュレータ）２０３３およびバック調節器２０３４まで進める。バック調節器２０３４は、５ＶＤＣシステム電圧を供給し、この電圧は、点２１３７から、プロセッサおよびメモリによる使用のために二次電圧３．３ＶＤＣ、１．８ＶＤＣ、１．５ＶＤＣ、および１．２ＶＤＣに逓減される。バックブースト調節器２０３３は、２４ＶＤＣ信号を点２１３６からアームセグメント、アーム端部、およびアーム端部に取り付けられた付属品内の電子装置に与える。
【００２６】
環境センサおよび記録器２０７０のブロック図が、図２Ｃに示される。線材２０２２上の電圧がゼロである場合、５ＶＤＣ局所電圧は、環境センサおよび記録器２０７０内の点２１３５には存在しない。この場合、電池２０７４が、３．３ＶＤＣ信号を環境センサおよび記録器２０７０の構成要素に与える。３．３ＶＤＣ信号は、電池充電器および調節器２０７６を通過して、ディープスリープモード付きプロセッサ２０７２に３．３ＶＤＣ信号を与える。プロセッサ２０７２は、湿度および温度センサ２０８８、±２００ｇまで測定する３軸加速度計２０８４、および±８ｇまで測定する３軸加速度計２０８６から読み取り値を受け取る。作動においては、プロセッサは、読み取り値を１５分ごとにフラッシュメモリ２０８２上に記憶する。一実施形態では、プロセッサはまた、３軸加速度計２０８４、２０８６によって観察された大きい加速イベントをフラッシュメモリ２０８２上に格納する。５ＶＤＣ局所電圧が点２１３５に存在する場合、電池充電器２０７６は、５ＶＤＣ局所電圧を使用して電池２０７４を充電する。
【００２７】
図２Ｂは、第１の基本プロセッサ２０４２および第２の基本プロセッサ２０６２を含む基本プロセッサ電子装置２０４０のブロック図である。一実施形態では、第２の基本プロセッサ２０６２は、実時間プロセッサである。一実施形態では、ディープスリープモード付きプロセッサ２０７２（図２Ｃ）は、集積回路間（Ｉ２Ｃ）バスを通じて、点２０９０を介して第１の基本プロセッサ２０４２と通信する。一実施形態では、電力が、電池パックではなくモジュラー電源２００５によってＡＡＣＭＭ１０に供給されるときはいつでも、第１の基本プロセッサ２０４２は、任意の外部装置による使用のために、５ＶＤＣ、２．５Ａｍｐ信号をユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）外部装置ポート２０６４を介して与える。この電圧は、図６Ａに示すＵＳＢ充電ポート５５に供給される。ユーザは、任意の互換性装置を取り付けて、ＵＳＢ充電ポート５５から電力を得ることができる。現在、ＵＳＢ規格は、ＵＳＢインプリメンターズフォーラム（ＵＳＢ−ＩＦ）によって策定される。
【００２８】
一実施形態では、第１の基本プロセッサ２０４２は、点を介して、外部コンピューティング装置などの外部ＵＳＢホスト装置と、図６Ａに示すＵＳＢデータ転送ポート５４を通じてデータを交換する。一実施形態では、電気信号は、ＵＳＢホスト装置に、およびＵＳＢホスト装置から点２０６２を介してＵＳＢハブ２０５９および第１の基本プロセッサ２０４２に進む。
【００２９】
一実施形態では、イーサネット（登録商標）信号が、図６Ａに示すようにイーサネットポート５２を通じて与えられ得る。イーサネットは、ＩＥＥＥ８０２．３規格に基づくコンピューティングネットワーキング技術である。イーサネット信号は、図２Ｂ内の点２０６６に到達し、２５ＭＨＺでクロック出力されるイーサネットＰＨＹ２０５４まで進行した後、第１の基本プロセッサ２０４２に到達する。イーサネットＰＨＹ２０５４は、リンク層へのアナログ信号の物理的アクセスをもたらす。
【００３０】
第２のイーサネット経路は、ＡＡＣＭＭ１０内部の電気構成要素との双方向通信を可能にする。イーサネットＰＨＹ２０５２を含む第２のイーサネット経路は、コネクタ２０５７を通過してバスの集合体２０６１に加わる。一実施形態では、イーサネットは、ギガビットイーサネットであり、これは、データを１秒間に１ギガビットの速度で転送できることを意味する。一実施形態では、第２のイーサネット経路は、主に、レーザラインプローブ（ＬＬＰ）などのＡＡＣＭＭ付属装置によって得られたデータを転送する。
【００３１】
一実施形態では、触覚プローブ組立体（たとえばプローブ９００）から得られた電気信号は、ＲＳ−４８５送受信機２０６０を通過した後、第２の基本プロセッサ２０６２に到達する。触覚プローブ組立体の例は、図１Ａ、１Ｂに示すハードプローブ組立体９００および図２２Ａの接触トリガプローブ組立体９６０である。オペレータによって方向付けられたとき、ハードプローブ組立体９００は、基本プロセッサ電子装置２０４０から送られた取り込み信号によって設定された定期的間隔で、エンコーダ読み取り値を基本プロセッサ電子装置２０４０に戻す。各取り込み間隔において、角度読み取り値が基本プロセッサ電子装置２０４０に戻され、それによってハードプローブ組立体９００上のプローブ先端部９０４（図７Ａ）の位置の算出を可能にする。これとは対照的に、接触トリガプローブ組立体は、設計された力がプローブ先端部９０４にかけられたときに読み取りをトリガする。故に、角度読み取りは、接触トリガプローブ組立体から送られたトリガ信号に応答して行われる。信号生成ユニット２０５８は、取り込み信号をブロードキャストし、トリガ信号を受け取る。一実施形態では、取り込み信号およびトリガ信号は、図２、４Ａ、４Ｂに示す第１のバス２１８２に沿って進行する。第２の基本プロセッサ２０６２は、第１の基本プロセッサ２０４２に結合されたＵＳＢハブ２０５９を通過するＵＳＢ従属（ｓｌａｖｅ）線２０６０を介して、第１の基本プロセッサ２０４２と通信する。
【００３２】
一実施形態では、第１の基本プロセッサ２０４２は、さらに、同じシリコンダイ上に一体化されたフラッシュメモリおよびフラッシュメモリ制御装置の両方を含む、埋め込まれたマルチメディア制御装置（ｅＭＭＣ）２０４６と接続する。一実施形態では、第１の基本プロセッサ２０４２は、さらに、メモリ２０４４と接続し、このメモリは、一実施形態では、ダブルデータレートタイプ３の同期型ダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＤＲ３  ＳＤＲＡＭ）である。
【００３３】
一実施形態では、基本プロセッサ電子装置２０４０は、さらに、付属品の通信およびセンサ装置を有する基板２１００とインタフェース接続する。一実施形態では、基板２１００は、無線ローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）２１０１を含む。一実施形態では、ＷＬＡＮ２１０１は、図６Ａに示すＷｉ−Ｆｉボタン３４を押さえることによって可能にされるＩＥＥＥ８０２．１１Ｗｉ−Ｆｉネットワークである。Ｗｉ−Ｆｉは、ＡＡＣＭＭ１０と、据え置きまたは携帯式コンピューティング装置などの外部装置との間の無線通信を可能にする。
【００３４】
一実施形態では、基板２１００は、さらに、コンピューティング装置などの外部装置と無線でデータ交換することができるＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）  Ｌｏｗ  Ｅｎｅｒｇｙ（ＢＬＥ）装置２１０２を含む。ＢＬＥは、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）  Ｓｐｅｃｉａｌ  Ｉｎｔｅｒｅｓｔ  Ｇｒｏｕｐによって設計され販売される無線パーソナルエリアネットワーク技術である。ＢＬＥ装置２１０２は、図６Ａに示すＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（商標）ボタン３６を押さえることによって可能にされる。オンオフボタン３２、Ｗｉ−Ｆｉボタン３４、およびＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）ボタン３６は、図２に示すより大きい膜（メンブレン）スイッチおよびユーザインタフェース（ＩＦ）２１１０の全部分である。
【００３５】
一実施形態では、基板２１００は、さらに、ｎｅａｒ−ｆｉｅｌｄ  ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ（ＮＦＣ）ハードウェア２１０３を含む。一実施形態では、ＮＦＣハードウェア２１０３は、外部ＮＦＣ読み取り装置と通信するデュアルインタフェースメモリ／タグ装置と、第１の基本プロセッサ２０４２と通信する有線ポートとを含む。別の実施形態では、ＮＦＣハードウェアは、外部ＮＦＣ読み取り装置と通信する単一ポートＮＦＣタグを含むが、第１の基本プロセッサ２０４２と通信するための有線ポートを含まない。単一ポートＮＦＣタグは、シリアルナンバ、構成（コンフィギュレーション）、改訂（リヴィジョン）データ、またはエンコーダ識別データなどの装置データを記憶し送信することができる。ＡＡＣＭＭにおけるＮＦＣの使用の説明は、同一出願人が共有する米国特許出願公開第２０１５／０３３０７６１号、米国特許出願公開第２０１５／０３３０７６２号、米国特許出願公開第２０１５／０３３０７６３号、米国特許出願公開第２０１５／０３３０７６４号、米国特許出願公開第２０１５／０３３０７６５号、米国特許出願公開第２０１５／０３３０７６６号に提供され、そのすべての内容を本願に引用して援用する。
【００３６】
一実施形態では、基板２１００は、さらに、全地球測位システム（ＧＰＳ）受信機２１０４を含む。一実施形態では、ＧＰＳ受信機２１０４は、たとえばリースされたときにＡＡＣＭＭ１０の場所を決定するために、ＡＡＣＭＭ１０の場所を追跡するために使用される。別の実施形態では、ＧＰＳ受信機２１０４は、ＡＡＣＭＭ、レーザトラッカ、走査装置、または他の装置を含む複数の計器を同期化するために使用される。ＡＡＣＭＭと共に使用されるＧＰＳの説明は、米国特許出願公開第２０１５／０３５５３１０号において提供され、この文献の内容を本願に引用して援用する。一実施形態では、ＷＬＡＮ２１０１、ブルートゥース（商標）２１０２、ＮＦＣ２１０３、およびＧＰＳ２１０４は、アンテナ２１０５、２１０６を含むことができるアンテナと併用される。
【００３７】
図３に示す実施形態では、ＡＡＣＭＭ１０の軸組立体１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００の回転角度が、角度変換器によって測定される。一実施形態では、角度変換器は、角度エンコーダ２１６０であり、その要素を図３に概略的に示す。一実施形態では、角度エンコーダ２１６０は、エンコーダディスク２１６５と、エンコーダ電子装置２１７０とを含む。一実施形態では、エンコーダ電子装置２１７０は、エンコーダ印刷回路基板（ＰＣＢ）２１７２と、１つ以上の読み取りヘッド２１７３と、プロセッサおよび支援電子装置２１７６と、温度センサコネクタ２１７８と、基板コネクタ２１７４とを含む。一実施形態では、エンコーダディスク２１６５は、１つ以上の読み取りヘッド２１７３によってその位置が感知される、径方向に向けられた線材の集合体を含み、感知された位置は、プロセッサおよび支援電子装置２１７６によって処理されて、読み取りヘッド２１７３に関連するエンコーダディスク２１６５の回転角度を決定する。一実施形態では、各基板コネクタ２１７４は、第１のバス２１８２（図２）内のＴケーブル２１５４のＴコネクタ２１５２に取り付けられる。各エンコーダＰＣＢ２１７２は、第１のバス２１８２の対応するＴケーブル２１５４と接続する。Ｔケーブル２１５４の各端部上のケーブルコネクタ２１５０は、ＡＡＣＭＭ１０内の隣接するＴケーブル２１５４上のケーブルコネクタ２１５４に取り付けられる。このようにして、角度情報は、さらなる処理のために、各角度エンコーダ２１６０から第１のバス２１８２を介して主プロセッサ電子装置２０４０に転送され得る。送信された角度は、一実施形態では約１キロヘルツの速度を有する取り込み信号と同期化される。単一のＴコネクタ２１５２を対応する単一の基板コネクタ２１７４に接続することにより、エンコーダ電子装置２１７０の１つ以上が第１のバス２１８２から接続解除される場合であっても、角度エンコーダ２１６０は、その角度読み取り値を基本プロセッサ電子装置２０４０に送り続ける。一実施形態では、ケーブルコネクタ２１５０は、第２のバス２１８４（図２）の相互接続ケーブル２１５６の各端部上に設けられる。隣接する相互接続ケーブル２１５６のケーブルコネクタ２１５０は、互いに接続されて第２のバス２１８４のための連続電気経路を提供する。
【００３８】
図４Ａは、６軸ＡＡＣＭＭ内の電気要素２１８０を示す。電気要素２１８０は、一方の端部上で第１のバス２１８２によって基本プロセッサ電子装置２０４０に、他方の端部上で６軸アーム端電子装置１２４０に取り付けられた６つの角度エンコーダ２１６０を含む。一実施形態では、エンコーダＰＣＢ２１７２の１つ以上は、拡張可能な温度センサ２１９０に取り付けられる。拡張可能な温度センサ２１９０が温度センサコネクタ２１７８（図３）に取り付けられるとき、別の温度センサ２１８８が、拡張可能な温度センサ２１９０に取り付けられ得る。一実施形態では、一部の温度センサ２１８８は拡張可能ではない。一実施形態では、少なくとも１つの温度センサ、２１８８または２１９０は、各角度エンコーダの近傍に置かれて、熱膨張を考慮して角度読み取り値を補正する可能性をもたらす。一実施形態では、別の温度センサ２１８８または２１９０は、第１のセグメント２９５（図１Ａ）および第２のセグメント５９５（図１Ａ）の近傍に置かれて、セグメントの熱膨張を考慮するようにセグメント長さを補正することを可能にする。一実施形態では、補正されたセグメント長さは、基本プロセッサ電子装置２０４０によって、または関連するコンピューティング装置によって使用されて、ＡＡＣＭＭ１０によって測定された３Ｄ座標をより正確に決定する。一実施形態では、第２のバス２１８４は、基本プロセッサ電子装置２０４０を６軸アーム端電子装置１２４０に電気的に取り付ける。
【００３９】
図４Ｂは、７軸ＡＡＣＭＭ内の電気要素２２００を示す。電気要素２２００は、一方の端部上で第１のバス２１８２によって基本プロセッサ電子装置２０４０に、他方の端部上で７軸アーム端電子装置２２１０に取り付けられた７つの角度エンコーダ２１６０を含む。一実施形態では、エンコーダＰＣＢ２１７２の１つ以上は、拡張可能な温度センサ２１９０に取り付けられる。拡張可能な温度センサ２１９０が温度センサコネクタ２１７８に取り付けられるとき、別の温度センサ２１８８が、拡張可能な温度センサ２１９０に取り付けられ得る。一実施形態では、一部の温度センサ２１８８は拡張可能ではない。一実施形態では、少なくとも１つの温度センサ、２１８８または２１９０は、角度エンコーダの近傍に置かれて、熱膨張を考慮するように角度読み取り値を補正することを可能にする。一実施形態では、別の温度センサ、２１８８または２１９０は、第１のセグメント２９５（図１Ａ）および第２のセグメント５９５（図１Ａ）の近傍に置かれて、セグメントの熱膨張を考慮するようにセグメント長さを補正することを可能にする。一実施形態では、補正されたセグメント長さは、基本プロセッサ電子装置２０４０または関連するコンピューティング装置によって使用されて、ＡＡＣＭＭ１０によって測定された３Ｄ座標をより正確に決定する。一実施形態では、第２のバス２１８４は、基本プロセッサ電子装置２０４０を７軸アーム端電子装置２２１０に電気的に取り付ける。
【００４０】
図５は、７軸アーム端電子装置２２１０の要素のブロック図である。図１９Ｆにも示すバスコネクタ７１９は、６軸組立体６００の第１のバス２１８２（図２）および第２のバス２１８４のケーブルコネクタ２１５０（図３）に取り付けられた２つの電気コネクタを含む。図５、およびさらに図１８Ｂ、１９Ｈにも示すアーム−ハンドルコネクタ８３２は、図２４Ａ、２４Ｂに示すようにレーザラインプローブ（ＬＬＰ）１１００などの付属品のハンドル−アームコネクタ１０２２（図１８Ｄ）と、または図１８Ａ、１８Ｃ、１８Ｄ、１８Ｅに示すようにハンドル１０００と接続する。図５は、図１９Ｃ、１９Ｆ、２０Ａ、２１Ａ、２１Ｂ、２５Ａ、２５Ｄにさらに示すプローブインタフェース基板７８０を含む。プローブインタフェース基板７８０は、取り外し可能な触覚プローブと電気接触するように構成され、これは本明細書の以下でさらに説明する。プローブインタフェース基板７８０は、Ｉ２Ｃバスを介してアーム端プロセッサ２２２０と双方向に通信する。接触トリガプローブ組立体９６０（図２２Ｄ）が取り付けられたとき、プローブインタフェース基板７８０は、さらに、トリガ信号をプローブインタフェース基板７８０からアーム端プロセッサ２２２０に送る。
【００４１】
一実施形態では、７軸アーム端電子装置２２１０は、図５に示すようなアーム端プロセッサ２２２０を含む。一実施形態では、アーム端プロセッサ２２２０は、シリアルペリフェラルインタフェース（ＳＰＩ）バスを介して３軸加速度計２２３０に電気的に接続される。３軸加速度計２２３０は、アーム端への深刻な衝撃の記録を提供する。そのような衝撃の記録は、運転中に観察された問題の原因に対する手がかりをもたらし得る。一実施形態では、３軸加速度計２２３０は、７軸アーム端基板上に含まれる。
【００４２】
一実施形態では、アーム端プロセッサ２２２０は、さらに、Ｉ２Ｃバスを介して発光ダイオード（ＬＥＤ）制御装置２２３２に接続される。一実施形態では、ＬＥＤ２２４０は、可視光線内の複数の色の任意のものをもたらす赤青緑（ＲＧＢ）ＬＥＤである。ＬＥＤ制御装置２２３２は、制御信号をＬＥＤ２２４０に与えてＬＥＤ２２４０から発せられた色および光レベルなどの様相を制御する。一実施形態では、ＬＥＤ２２４０から発せられた光は、ＬＥＤ２２４０ごとに別個に制御され、それにより、ＬＥＤ２２４０によって発せられる光は、上側光拡散器からの一色および末端効果器組立体の下側光拡散器からの別の色になり得る。
【００４３】
一実施形態では、アーム端プロセッサ２２２０はまた、Ｉ２Ｃバスを通じて温度センサインタフェース２２３４と通信する。温度センサインタフェースは、アームの端部に取り付けられた要素の熱膨張を補正するために使用され得る、測定された温度を提供する。
【００４４】
アーム端プロセッサ２２２０は、バス電力信号、エンコーダ信号、取り込み信号、およびトリガ信号を含むさまざまな電気信号をバスコネクタ７１９から受け取る。バスコネクタは、さらに、電力スイッチ２２１４がアーム端プロセッサ２２２０からのＬＬＰ１１００制御信号によって起動される場合、アーム−ハンドルコネクタ８３２にバス電力を供給する。ＬＬＰ１１００制御信号は、ＬＬＰ１１００または他の付属品によって提供される信号であり、この信号は、ＬＬＰ１１００または他の付属品がＡＡＣＭＭ１０に接続され、バスから電力を受け取らなければならないことを示す。バス電力をＬＬＰ１１００または他の付属装置に送る以外に、アーム−ハンドルコネクタ８３２はまた、高速データをＬＬＰ１１００などの付属品から第２のバス２１８４（図４Ａ、４Ｂ）を通じて第１の基本プロセッサ２０４２に転送する。一実施形態では、アクチュエータまたはボタンを押した結果、信号は、図７Ａに示すハンドルボタン１０１０を押さえることに応答して、アーム−ハンドルコネクタ８３２からアーム端プロセッサ２２２０に送信され得る。取り込み信号は、アーム端プロセッサ２２２０からアーム−ハンドルコネクタ８３２に送られて、ＬＬＰ１１００などの付属品から得られた、測定された値を、アーム軸組立体１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００内の角度エンコーダによって得られた角度読み取り値と同期化する。一部の場合、付属品は、トリガ信号をアーム端プロセッサ２２２０に送ることができる。付属装置はまた、システム内のその存在および識別を示す存在／ＩＤ信号を送ることもできる。
【００４５】
図６Ａ、６Ｂは、下側アームの一部の要素を示す。装着装置１５は、ＡＡＣＭＭ１０を装着リングに取り付ける方法を提供する。衝撃吸収バンパ１１０は、アームを装着リングに固着したとき、ＡＡＣＭＭ１０が落下した場合に和らげる方法を提供する。基部２０は、基部カバー２２、制御パネル３０、電池アクセス部４０、およびポートパネル５０などの図６Ａ、６Ｂに示す要素を含む。制御パネル３０は、オンオフボタン３２と、Ｗｉ−Ｆｉボタン３４と、ブルートゥース（商標）ボタン３６と、第１電池インジケータ光３８と、第２電池インジケータ光３９とを含む。電池アクセス部４０は、第１の電池扉４２と、第１の電池扉ラッチ４３と、第１の電池扉ヒンジ４４と、第２の電池扉４６と、第２の電池扉ラッチ４７と、第２の電池扉ヒンジ４８とを含む。ポートパネル５０は、イーサネットジャック５２と、ＵＳＢデータ転送ポート５４と、ＵＳＢ充電ポート５５と、補助ポート５６と、電源ポート５８とを含む。
【００４６】
第１軸組立体１００の構成および動作は、同時係属中の米国仮出願第６２／４５１，３０７および同時係属中の米国仮出願第６２／５１２，３２６号に記載されたものと同様であってもよく、その内容は参照により本明細書に組み込まれる。一実施形態では、第１軸組立体１００は、第１軸カートリッジと、第１軸ヨーク構造体とを含む。ハンドル１２５および衝撃吸収バンパ１１０は、第１の軸組立体１００に結合される。一実施形態では、第１軸カートリッジ内では、第１軸シャフトが、第１の軸の周りを第１の軸ハウジングに対して回転する。第１軸カートリッジは、読み取りヘッドを備えたエンコーダ基板と、読み取りヘッド板と、エンコーダディスクと、下側軸受と、予荷重（予圧）軸受スペーサと、波形座金と、第１軸ハウジングと、上側軸受と、第１軸シャフトとを含む。第１軸ハウジングは、下側へり部を含み、この下側へり部に押しつけて波形座金が置かれる。
【００４７】
図６Ａ、６Ｂはまた、第１セグメントヨークと、第２軸キャップと、ケーブルカバーと、ケーブルトラックとを含む第２軸組立体２００の一部の外部要素を示す。第２軸組立体２００の構成および動作は、前述の同時係属中の米国仮出願第６２／４５１，３０７号および同時係属中の米国仮特許出願第６２／５１２，３２６号に記載されたものと同様であってもよい。一実施形態では、第２軸組立体２００は、第２の軸周りのヒンジタイプの回転をもたらす。一実施形態では、第２軸組立体２００はまた、釣り合いリングも含み、この釣り合いリングは、オペレータによって保持されたアームセグメント上の下方向の力を軽減するトルクをもたらし、それによってオペレータが測定を行うときにＡＡＣＭＭ１０を支持し走査することをより容易にする。
【００４８】
第１のバス２１８２および第２のバス２１８４（図４Ａ）のワイヤは、スリップリングを介して第１軸組立体１００および第２軸組立体２００を通って配索される。バスワイヤ２１８２、２１８４は、ケーブルとして継続して、第３／第５カートリッジの一部であるスリップリングを介して、第３軸組立体３００および第５軸組立体５９５を通過する。第３軸組立体３００および第５軸組立体５００の構成および動作は、前述の同時係属中の米国仮出願第６２／４５１，３０７号および同時係属中の米国仮特許出願第６２／５１２，３２６号に記載されたものと同様であってもよい。一実施形態では、第３軸組立体３００および第５軸組立体５００は、それぞれ、第１のセグメント２９５および第２のセグメント５９５の中心線を通って延びる軸線の周りを回転する。
【００４９】
第４／第６軸組立体４００、６００は、ひじ部１３および手首部１４に対して、ヒンジタイプの回転を提供する。第４軸組立体４００および第６軸組立体６００の構成および動作は、前述の同時係属中の米国仮出願第６２／４５１，３０７号および同時係属中の米国仮特許出願第６２／５１２，３２６号に記載されたものと同様であってもよい。一実施形態では、第４／第６軸組立体４００、６００は、スリップリングを含まず、むしろワイヤを通す。一実施形態では、スリップリングは、これらの第２軸組立体２００、第４軸組立体４００、または第６軸組立体６００上では使用されず、その理由は、回転の総量がこれらの組立体のヒンジ運動によって限定されるためである。
【００５０】
組立体１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００の各々は、それぞれの組立体の回転量を測定するエンコーダを含む。エンコーダは、回転に応答して信号を送信する。この信号は、６自由度のプローブ組立体９００の位置の決定を可能にする。
【００５１】
一実施形態では、ＡＡＣＭＭ１０は、図７Ａ〜７Ｅに示されるように、７本の回転軸を含む。別の実施形態では、ＡＡＣＭＭ１０は、６本の回転軸のみを含む。図７Ａ〜７Ｅに示す実施形態では、第７軸組立体７００は、第７軸ハウジング／ヨーク７０２と、シャフトと、第７軸スリップリングと、プローブラッチ７６８と、上側末端効果器ボタン８０４と、第７軸回路基板と、担持体とを含む。一実施形態では、第７軸ハウジング／ヨーク７０２は、一方の端部において第６軸組立体６００に取り付けられる。第７軸組立体７００および第６軸組立体６００の構成および動作は、前述の同時係属中の米国仮出願第６２／４５１，３０７号および同時係属中の米国仮特許出願第６２／５１２，３２６号に記載されたものと同様であってもよい。この取り付けでは、第７軸ハウジング／ヨーク７０２は、ヨーク機能の役割を果たす。第７軸ハウジング／ヨーク７０２は、後部軸受の外輪および前部軸受の外輪に結合する。シャフト７５０は、後部軸受７３２および前部軸受７３６の内輪に結合する。一実施形態では、シャフト７５０は、第７軸７１１の周りをハウジング／ヨーク７０２に対して回転する。一実施形態では、波形座金７３４は、後部軸受７３２の外輪に力をかける。後部軸受７３２の内輪は、シャフト７５０上に圧入される。この結果、後部軸受７３２および前部軸受７３６の両方に予荷重がかけられる。
【００５２】
ナット組立体７４０は、ハウジング／ヨーク７０２および第７軸組立体７００の中央部分にあるシャフトを取り囲む。一実施形態では、ナット組立体７４０は、プッシュシュー８０２に結合される（図７Ｂ）。プッシュシュー８０２の目的は、取り外し可能な第７軸カバー８００、ハンドル１０００（図７Ａ）、ＬＬＰ１１００（図８Ａ）、または第７軸カバー８００の所定場所にある第７軸組立体７００に取り付けられた任意の他の付属品を係合するか、または解放するためのものである。ナット組立体７４０は、一定レベルの力を第７軸組立体７００内の内部要素にかけながら、プッシュシュー８０２を係合または解放する方法を提供する。ナット組立体７４０によるこの一貫したレベルの力の結果、触覚プローブおよび付属の測定装置を、そうでない場合に発生し得るものより優れた一貫性で第７軸組立体７００に取り付けることを可能にする。一実施形態では、ナット組立体７４０は、触覚プローブまたは他の測定装置上で補正（較正とも称される）を実施する必要性を低減するか、または解消する。
【００５３】
第７軸組立体７００は、１つ以上の回路基板を含み得る。ハンドル１０００（図７Ａ）またはＬＬＰ１１００（図８Ａ）が第７軸組立体７００に取り付けられたとき、アーム−ハンドルコネクタ１０２２（図７Ｄ、７Ｅ）は、ハンドル１０００またはＬＬＰ１１００と回路基板との間を電気接続する。一実施形態では、アーム端プロセッサは、第７軸回路基板上に含まれる。第７軸回路基板８２０上にさらに含まれるのは、上側の末端効果器ボタン８０４のオペレータによる作動または押さえに応答する機械的作動装置である。ハードプローブ組立体９００は、１つのタイプの触覚プローブである。例えば接触プローブのような他のタイプの触覚プローブも使用することができる。
【００５４】
一実施形態では、ハードプローブ組立体９００は、第７軸組立体７００に結合される。ハードプローブ組立体９００は、オペレータが測定される対象の物体と接触させて保持するプローブ先端部９０４を含む。設計された上側端部効果器（エンドエフェクタ）ボタン８０４が押されると、７軸組立体１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００内のエンコーダは、同期化されたエンコーダ読み取り値を基本プロセッサ電子装置２０４０に送り、このエンコーダ読み取り値は、基本プロセッサ電子装置２０４０のトリガおよび取り込み回路２０５８によって生成された取り込み信号と同期化される。これらのエンコーダ読み取り値は、ＡＡＣＭＭ１０の他の記録された特性と組み合わされて、プローブ先端部９０４の中心に対応する３Ｄ座標を算出する。物体の表面上のいくつかの点をプローブ先端部９０４によって測定することにより、また、プローブ先端部の半径を知ることにより、物体表面の３Ｄ座標を決定することができる。
【００５５】
図７Ｂは、取り外し可能な第７軸カバー８００が第７軸組立体７００に取り付けられる方法を示す。プッシュシュー８０２は、ナット組立体７４０を回転させてクラッチナットを後方に引っ張ることによって後方に引き出される。これは、取り外し可能な第７軸カバー８００を所定場所に押し出すことを可能にし、その後、クラッチナットを前方向に動かす方向にナット組立体７４０を回転させることによって、プッシュシュー８０２が前方向に押し出される。
【００５６】
図７Ｃは、ハンドル１０００が第７軸組立体７００に取り付けられる方法を示す。取り外し可能な第７軸カバー８００が第７軸組立体７００から取り外された後、ハンドル１０００の前方向把持縁１０２４（図７Ｄ）は、第７軸組立体７００を把持するように位置合わせされる。プッシュシュー８０２は、ナット組立体７４０を回転させることによって後方向に引き出され、その結果、クラッチナットは後方向に引っ張られる。ハンドル１０００およびハンドル１０００（図７Ｄ、７Ｅ）のハンドル−アームコネクタ１０２２は、第７軸組立体７００に押しつけられて、ハンドル−アームコネクタ１０２２をアーム−ハンドルコネクタ８３２（図７Ｂ）によって相互係止する。プッシュシュー８０２は、クラッチナットを前方向に動かす方向にナット組立体７４０を回転させることによって前方向に押し出される。本明細書では、前方向は、プローブ先端部９０４に向かう方向である。プッシュシュー８０２は、後部把持縁１０２６（図７Ｅ）と接触して、ハンドル１０００を所定場所に係止する。図７Ｅに示す一実施形態では、ハンドルフレーム１００２に結合されたハンドルボタン１０１０からのワイヤは、ハンドル−アームコネクタ１０２２を通り、アーム−ハンドルコネクタ８３２、図５に示す７軸アーム端電子装置２２１０まで電気信号を送る。
【００５７】
一実施形態では、ＡＡＣＭＭ１０は、７軸ＡＡＣＭＭではなく、６軸ＡＡＣＭＭである。６軸ＡＡＣＭＭは、第１軸組立体１００と、第２軸組立体２００と、第３軸組立体３００と、第４軸組立体４００と、第５軸組立体５００と、第６軸組立体６００と、を含む。６軸ＡＡＣＭＭは、ＡＡＣＭＭの主な用途が触覚プローブで測定することであるときは常に有利である。通常、触覚プローブに加えてＬＬＰ１１００が使用される場合、７軸ＡＡＣＭＭが選択される。６軸ＡＡＣＭＭでは、第７軸組立体７００はエンドエフェクタに置き換えられる。
【００５８】
一実施形態によれば、ＬＬＰ１１００は図８Ａ、８Ｂ、９および１０に示される。一実施形態では、ＬＬＰ１１００は、第７軸組立体７００と機械的および電気的接続をもたらすインタフェース１０２０を含む。一実施形態では、インタフェース１０２０は、前方向把持縁１０２４と、後部把持縁１０２６と、ハンドル−アームコネクタ１０２２とを含む。ＬＬＰ１１００を第７軸組立体７００に取り付けるために、最初に第７軸カバー８００が取り外される。ＬＬＰ１１００の前方向把持縁１０２４は、図７Ｃに関して説明したものに類似する方法で第７軸組立体７００を把持するように位置合わせされる。プッシュシュー８０２は、ナット組立体７４０を回転させてクラッチナットを後方向に引っ張ることによって後方向に（たとえば、プローブ先端部９０４が設置される場合はこれから離れるように）引き出される。ＬＬＰ１１００およびＬＬＰ１１００のハンドル−アームコネクタ１０２２は、第７軸組立体７００に押しつけられてハンドル−アームコネクタ１０２２をアーム−ハンドルコネクタ８３２によって相互係止する。プッシュシュー８０２は、クラッチナット７４１を前方向（たとえば、プローブ端先端部９０４が設置される場合はこれに向かって）動かす方向にナット組立体７４０を回転させることによって前方向に押し出される。プッシュシュー８０２は、後部把持縁１０２６と接触して、ＬＬＰ１１００を所定場所に係止する。
【００５９】
図８Ｂに示す実施形態では、ハンドルボタン１０１０からのワイヤは、電気信号を、ハンドル−アームコネクタ１０２２を通してアーム−ハンドルコネクタ８３２、図５に示す７軸アーム端電子装置２２１０まで送る。一実施形態では、ＬＬＰ１１００のカメラ１１２０から得られた高速信号は、ハンドル−アームコネクタ１０２２およびアーム−ハンドルコネクタ８３２を通過してギガビットイーサネット（図５）を通り過ぎてバスコネクタ７１９（図５）まで進む。一実施形態では、ＬＬＰ１１００は、プロジェクタ１１１０およびカメラ１１２０を含み、このプロジェクタおよびカメラは、基線距離だけ離れており、レーザ光の線、またはレーザ光または別のタイプの光でよい光のパターンによって照明された点の３Ｄ座標を決定するために三角測量測定を実施するように動作可能である。一実施形態では、ＬＬＰ１１００は、さらに、マーカ光源１１２５を含み、このマーカ光源は、スポット内の光の投射された線と交差する可視光のビームを投射し、それによって測定される対象の物体を位置付けるための推奨された位置をユーザに示す。カメラ１１２０およびプロジェクタ１１１０は、外側シェル１１０８をさらに含むカメラ−プロジェクタ部分１１０６内に含まれる。一実施形態では、ＬＬＰ１１００は、筐体１１０２を含むハンドル１１０４上に装着される。一実施形態では、カメラ１１２０およびプロジェクタ１１１０を含むＬＬＰ１１００の要素は、制御装置１０４０を含む電子装置によって支援される。一実施形態では、収集されたＬＬＰデータの処理を支援する一部の電子装置が、ハンドル１１０４内に含まれる。本明細書でより詳細に説明するように、ＬＬＰ１１０は、単一のカメラ１１２０を使用して表面に関する色情報を取得するように構成される。
【００６０】
次に図９Ａ−９Ｆを参照すると、レーザラインプローブ１１００Ａの別の実施形態が示されている。レーザラインプローブ１１００Ａは、外側シェル１１０８に取り付けられた光源１１４０の組み込みを除いて、図８のＬＬＰ１１００と同様である。図示する実施形態では、外側シェル１１０８は、開口部１１４４を画定する隆起部１１４２を含む。一実施形態では、隆起部は矩形形状を有する。開口部１１４４は、プロジェクタ１１１０および一対のレンズ１１４８、１１５０を覆うレンズ１１４６によって覆われる。図示する実施形態では、レンズ１１４８、１１５０は、焦点距離６ｍｍのシリンドリカルレンズである。
【００６１】
２つの光源１１５２、１１５４は、レンズ１１４８、１１５０の後ろに配置され、レンズ１１４８、１１５０に光を向けるように構成される。図示する実施形態では、光源１１５２、１１５４は、制御基板１１５６に取り付けられた発光ダイオード（ＬＥＤ）である。制御基板１１５６は、外側シェル１１０８に結合されている。制御基板１１５６は、ＬＥＤの駆動エレクトロニクスを含むプリント回路基板である。図示する実施形態では、光源１１５２、１１５４は、所定の波長の光、例えば白色光（約４００ｎｍ〜７００ｎｍ）を出射するよう構成される。光源１１５２、１１５４は、他の所定の波長の光を出射するよう構成されてもよいことを理解されたい。
【００６２】
一実施形態では、プロジェクタ１１１０は、光源１１５２、１１５４の間のギャップ１１５８を通して光を出射するように構成される。作動中、プロジェクタ１１１０からの光は、レンズ１１４６を通って物体の表面上まで延びる。本明細書で説明するように、作動においては、光源１１５２、１１５４は、感光性アレイ１１２８によってカラーデータが取得されることを可能にするために、測定される表面上に光を出射するように、連続的、周期的または非周期的に光が照射される。
【００６３】
引き続き図８Ａ〜８Ｃ、図９Ａ〜９Ｆを参照するとともに図１０を参照すると、例示的なカメラ１１２０は、被走査面の測定データ（３Ｄ座標）とカラーデータの両方を取得するように動作可能である。例示的な実施形態では、カメラ１１２０は、レンズアセンブリ１１２２およびセンサアセンブリ１１２４を備える。レンズアセンブリ１１２２は、複数の個々のレンズ１１２６を含む。一実施形態では、センサアセンブリ１１２４は、感光性アレイ１１２８、カラーフィルタアレイ１１３０およびカメラ制御回路１１３２を含む。一実施形態では、カメラ制御回路１１３２は、コントローラ１０４０と通信のために接続される。
【００６４】
一実施形態では、フィルタ１１３０はベイヤータイプフィルタである。ベイヤーフィルタは、例えば図１１に示すような、フォトセンサの正方格子上にＲＧＢカラーフィルタを配置するためのカラーフィルタアレイである。例示的な実施形態では、ベイヤーフィルタ１１３０は、緑色５０％、赤色２５％、青色２５％のフィルタパターンを有する。本明細書でより詳細に説明するように、感光性アレイ１１２８と組み合わせたベイヤーフィルタ１１３０は、走査される表面のカラーデータの取得を可能にする。別の実施形態では、ベイヤーフィルタおよび感光性アレイは、マルチスペクトルまたはハイパースペクトルイメージセンサに置き換えられる。さらに別の実施形態では、例えばＦｏｖｅｏｎ（登録商標）センサーなどの、ベイヤーフィルタ以外のカラーフィルタアレイは、可視スペクトルに使用され得る。
【００６５】
レンズアセンブリ１１２２は、入射光１１３４の画像を感光性アレイ上に形成する。典型的にはレーザラインプローブカメラにおいて、例えば１５０ｍｍバンドパスフィルタなどのバンドパスフィルタが、迷光／不要光を低減するために含まれる。バンドパスフィルタは、光感受性アレイによるカラーデータの取得を妨げる光の波長を除去することを理解されたい。一実施形態では、レンズアセンブリ１１２２は、レーザラインプローブカメラに通常見られるバンドパスフィルタを含まない。別の実施形態では、レンズアセンブリ１１２２は、２０ｎｍバンドパスフィルタを含む。
【００６６】
一実施形態では、カメラ１１２０は、計測データ、例えば走査される物体の表面上の３次元座標の取得において、プロジェクタ１１１０と協働する。狭い帯域幅の光波長からの光を使用する従来技術のレーザラインプローブとは異なり、センサアセンブリ１１２４は、広いスペクトルの光波長にわたって光を受け取ることができることを理解されたい。一実施形態では、フィルタ１１３０は、青色および赤色の２倍の数の緑色のピクセルを有する。この実施形態では、プロジェクタ１１１の光源は、緑色の光スペクトル（例えば、４９５ｎｍ〜５７０ｎｍ）の光を放射する。一実施形態では、プロジェクタは、５３２ｎｍの波長の光を放射するように構成される。これにより、光がセンサアセンブリ１１２４の緑色のピクセルによって受光される。以下でさらに詳細に説明するように、補間を使用して赤色および青色のピクセルの値を推定する。いくつかの実施形態では、補間は、隣接するピクセルに基づく単純な補間であってもよい。別の実施形態では、補間は、デモザイクアルゴリズム（ディベイヤーアルゴリズムと呼ばれることもある）であってもよい。さらに、以下でさらに詳細に説明するように、単一のカメラ１１２０での計測データおよびカラーデータの取得を可能にするために、計測データの取得はカラーデータの取得と交互に行われてもよい。
【００６７】
別の実施形態では、プロジェクタ１１１０は４５０〜４９５ｎｍの青色光スペクトルの光を放射するように構成された光源を有する。一実施形態では、プロジェクタ１１１０は４５０ｎｍの光を放射する。青色光の使用は、スペックルを低減することにおいていくつかの用途において有利であり得る。この実施形態では、センサアセンブリ１１２４は、青色のピクセルのみを使用して計測データを決定し、したがって、４分の１（２５％）のピクセルのみが使用される。いくつかの実施形態では、緑色および赤色のピクセルの光の値は補間によって推定される。
【００６８】
別の実施形態では、プロジェクタ１１１０は、緑色のピクセルと青色のピクセルの両方が敏感である波長の光を放射するように構成された光源を有する。図１２に示されるように、５００ｎｍ〜５３０ｎｍのスペクトル（例えば、シアン）の光を放射することによって、７５％のピクセルを使用して計測データを決定することができることを理解されたい。一実施形態では、プロジェクタ１１１０は５１０ｎｍの光を放射する。別の実施形態では、プロジェクタ１１０は、５１５ｎｍの光を放射する。さらに別の実施形態では、プロジェクタ１１１０は５２０ｎｍの光を放射する。
【００６９】
さらに別の実施形態では、プロジェクタ１１１０は、白色光、言い換えれば、３８０ｎｍ〜７５０ｎｍのような広いスペクトルの波長を含む光を放射するように構成された、例えば光源１１５２、１１５４などの光源を有する。一実施形態では、白色光源は発光ダイオード（ＬＥＤ）である。白色光源は、白色の光の線を生成するために、例えば液晶ダイオード（ＬＣＤ）、デジタルライトプロジェクタ（ＤＬＰ）、液晶オンシリコン（ＬＣＯＳ）などの撮像アレイと組み合わされてもよい。別の実施形態では、プロジェクター１１１０はＲＧＢレーザー光源を含む。ＲＧＢレーザーは、赤色光波長、緑色光波長および青色光波長の３つのモジュールを含む光源である。３つのモジュールは、共通の光軸上に光を放射するように整列させることができる。一実施形態では、光源は３つの異なるダイオードを有する単一の光モジュールである。いずれの実施形態においても、ＲＧＢレーザーは３つの別々の単色波長を有する。３つのレーザモジュールによって放射された光は一緒に組み合わされて白色光源を生成する。３つのレーザモジュールによって放射された光は、組み合わされて白色光源を生成する。別の実施形態では、光源はレーザ光を発生するのではなく発光ダイオードを含む。
【００７０】
白色光を使用することによって、センサアセンブリ１１２４のすべてのピクセル（例えば、緑、赤、および青のピクセル）を使用して計測データを決定することができ、したがって補間は行われない。さらに、計測データとカラーデータの両方を同時に取得することができ、インタリーブは実行されない。白色光の使用はさらに、投影された線のＣＯＧの中心のより正確な位置（±１ピクセル）を可能にし得る。さらに、ＬＥＤ光源の使用はスペックルを除去することができ、それはさらに精度を高めるであろう。撮像レンズ１１２２は、白色光源を有する実施形態では、別個の（小波長帯域の）光源を有するものと比較したときに異なり得ることを理解されたい。
【００７１】
一実施形態では、カラー画像は、環境内の周囲光に基づいてカメラ１１２０によって取得される。別の実施形態では、ＬＥＤライト、キセノンライト、高輝度放電（ＨＩＤ）、またはデジタルライトプロジェクタ（ＤＬＰ）ベースのライトなどの１つ以上のライトは、外殻１１０８に結合され、物体の表面に光を向けるように配置される。ライトは、例えばライトバーまたはライトリングとして構成され得る。一実施形態では、ライトリングはカメラ１１２０の外側レンズの周りに配置される。ライトは、カラー画像フレームの間に、物体の照明を高めるために物体の表面に白色光を投射する。一実施形態では、ライトは連続的に点灯することができる。別の実施形態では、ライトは、カラー画像の取得と連携してパルス点灯または点滅されてもよい。例えば、一実施形態では、多数の計測画像フレームが各カラー画像フレームに対して取得されてもよい（例えば３対１）。そのような場合、ライトは、カラー画像の取得と連携してオンにされ、計測画像フレームに対してオフにされる。
【００７２】
次に図１３を参照すると、単一のカメラ１１２０を有するレーザラインプローブ１１００を用いてカラーデータおよび計測データを取得する方法１３００の一実施形態が示されている。一実施形態では、取得されたカラー画像の数に対する取得された計測画像フレームの比率は、予め決められていてもよいし（例えば、１：１、２：１、ｎ：１）、ユーザに選択されてもよい。例えば、より高い品質の色の決定を望むユーザは、より低い比率（例えば、１：１または２：１）を選択すればよく、測定データを取得する速さを望むユーザは、より高い比率（例えば、４：１）を選択すればよい。方法１３００の説明のために、比率は、１：ｎの任意の比率であり得る。この比率は、実行されるインターリーブの量を定義することを理解されたい。
【００７３】
方法１３００は、ブロック１３０２で始まり、ブロック１３０４に進み、そこでインタリーブ比（カラー画像フレーム当たりの計測画像フレーム）が定義され、カウンタが１に設定される。方法１３００は、次にクエリブロック１３０６に進み、そこでカウンタｎの現在値がカラーフレームに等しいかどうかが判定される。例えば、インタリーブ比が３：１である場合、カウンタが３に等しいとき、クエリブロック１３０６は肯定を返し、３未満である場合、クエリブロックは否定を返す。
【００７４】
クエリブロック１３０６が否定（計測データが取得されるべき）を返すと、方法１３００はブロック１３０８に進み、そこでカメラ１１２０によって画像が取得される。一実施形態では、プロジェクタ１１１０は、青色光（４５０ｎｍ）、緑色光（５３２ｎｍ）またはシアン光（５００〜５２０ｎｍ）などの所定の波長の光を放射する。光は物体の表面から散乱され、レンズアセンブリ１１２２を通り、ベイヤーフィルタ１１３０を通って感光性アレイ１１２８上に達する。多くの、または、すべての感光性アレイ１１２８上のピクセルが光を受けることになるが、投射光に対応するピクセルは最高の明るさを有するべきであることを理解されたい。例えば、プロジェクタ１１１０によって青色光が投射されるとき、感光性アレイ１１２８上の青色ピクセルは、緑色ピクセルまたは赤色ピクセルよりも高い値を有するべきである。
【００７５】
方法１３００は次にブロック１３１０に進み、そこで投影光に対応するピクセルの値が、補間に基づいて他のピクセルの値を推定するのに使用される。方法１３００は次にブロック１３１２に進み、そこでフィルタリングおよびエッジ検出が実行される。次いで、当技術分野で知られているように、投影線の画像を表す重心（ＣＯＧ）点がブロック１３１４で決定される。投影された線が物体の表面にぶつかると、その線の像は表面の幾何学的形状に基づいて歪むことになることを理解されたい。このようにして、計測データを取得することができる。感光性アレイ１１２８上の投影線１３１８の像１３１６の一例が図１６に示される。投影された線の像から決定されたＣＯＧ１３２０の一例が図１７に示される。
【００７６】
ＣＯＧが決定されると、方法１３００はブロック１３２２に進み、そこで物体の表面上の点の３次元座標が各ＣＯＧについて決定される。方法１３００は次にブロック１３２４に進み、そこでカウンタがインクリメントされ、方法１３００はクエリブロック１３０６にループバックする。
【００７７】
クエリブロック１３０６が、カラー画像フレームが取得されるべきであることを意味する肯定を返すと、方法１３００はクエリブロック１３０６からブロック１３２６に進み、そこでカメラ１１２０によってカラー画像が取得される。カラー画像１３３０の一例が図１６に示される。一実施形態では、カラー画像は、環境内に見られる周囲光を使用して取得される。別の実施形態では、レーザラインプローブ１１００上のＬＥＤ光源などの光源は、レーザライン光源の代わりに使用され、本明細書で説明されるように物体の表面に光を放射するように作動される。言い換えれば、レーザライン光源とＬＥＤ光源とは、同時に作動または点灯されない。一実施形態では、カメラは多数のカラー画像を取得することができ、結果として得られるカラー画像を改善するためにハイダイナミックレンジ（ＨＤＲ）方法が使用される。一実施形態では、自動露光を用いて第１のカラー画像が取得される。以下でより詳細に論じるように、一実施形態では、カラー画像のための自動露光には、ｅｘｐｏｓｕｒｅ  ｔｏ  ｔｈｅ  ｒｉｇｈｔ（ＥＴＴＲ）、平均グレーベース、またはミッドグレーベースの自動露光方法を使用する。一実施形態では、システムは、ＥＴＴＲ、ミッドグレー、平均グレー、または固定露光時間モードを選択的に使用する。一実施形態では、選択されたモードは、走査されている表面に少なくとも部分的に基づく。次に、第１の画像は、第２の画像の第２の露光を決定するのに使用される。次に、第１の画像および第２の画像は、カラー画像を生成するために、ＨＤＲ法を用いて組み合わされる。ＨＤＲ画像は、その内容が参照により本明細書に組み込まれる、「カラーイメージセンサーを使用してダイナミックレンジを向上させるラインスキャナー」という名称の共同所有の米国特許第９，６５８，０６１号に記載されているものと同様の方法で取得および生成され得る。本明細書の実施形態は２つの露光レベルから生成されるものとしてＨＤＲ画像を説明しているが、これは例示目的であり、特許請求の範囲はそのように限定されるべきではないことを理解されたい。他の実施形態では、ＨＤＲ画像を生成するのに複数の露光レベル（例えば３つの露光レベル）が使用されてもよい。
【００７８】
カラー画像を取得した後、方法１３００はブロック１３２８に進み、そこでディベイヤーフィルタが生画像データに適用される。ディベイヤーフィルタは、隣接するピクセルのカラー値を補間するためのデモザイク処理である。方法１３００は次にブロック１３３２へ進み、そこでカラー画像は図１６の合成画像１３３４として示されるように計測画像と関連付けられる。方法１３００は次にブロック１３３６に進み、そこで各ＣＯＧ位置に対するカラーデータがカラー画像から抽出される。場合によっては、例えばマルチパス干渉などにより、１以上の個々のＣＯＧが決定されないことがある。いくつかの実施形態では、欠けているＣＯＧの推定位置１３２１（図１７）が決定されてもよい。いくつかの実施形態では、推定位置からの色が格納される。
【００７９】
レーザラインプローブ１１１０は、最後の計測画像フレームとカラー画像の取得との間の期間中に移動し得ることを理解されたい。その結果、計測データとカラーデータとの間に時間的誤差が生じる可能性がある。一実施形態では、図１５に示されるように、カラーデータが抽出されると、各ＣＯＧの位置の色に加えて、ＣＯＧのピクセルの両側の所定数のピクセル（例えば、配列の列または行に沿ったピクセル）のカラーデータも格納される。例示的な実施形態では、ＣＯＧのピクセルの両側の３２のピクセル（合計６４ピクセル）のカラーデータが格納される。カラーデータの量は、レーザラインプローブ１１００の処理回路内の利用可能なメモリに基づいて変更できることを理解されたい。ピクセルの色「帯域」。ＡＡＣＭＭ１０によって決定されたレーザラインプローブ１１００の６自由度の情報を利用して、ＣＯＧに割り当てられるべき色の推定値は、レーザラインプローブ１１００の位置、向きおよび移動に基づいて決定されてもよい。これにより、ＣＯＧに割り当てられた色の相関が向上することを理解されたい。
【００８０】
一実施形態では、カラー画像が取得された時点で、カメラ中心の６自由度位置がＡＡＣＭＭ１０座標系の基準座標に格納される。一実施形態では、６自由度位置はカメラの投影中心に位置する。ＣＯＧが決定された後、ＣＯＧの三次元位置がカラー画像上に投影される。言い換えると、アーム基準枠内のカメラの６自由度位置は、第１のカメラフレームでは投影されたストライプで３Ｄ座標を得るために使用され、第２のカメラフレームでは背景光を使用してカラー２Ｄ画像を取得するために使用される。第１のフレームから第２のフレームへの６自由度位置の変化は、ＣＯＧにおいて決定された３Ｄ座標に、より正確に色を割り当てるために２Ｄカラー画像に適用されるべきシフト量を決定するために使用される。
【００８１】
一実施形態では、例えばランレングス符号化（ＲＬＥ）などの無損失データ圧縮アルゴリズムなどを用いて、各ＣＯＧに関連付けられた色の帯域のデータがフィルタリングされてもよい。
【００８２】
ＣＯＧにカラーデータが関連づけられた状態で、方法１３００は次にブロック１３３８に進み、そこでカウンタは１にリセットされる。方法１３００は次にクエリブロック１３０６にループバックし、そこで方法１３００はレーザラインプローブによる走査が継続する間継続する。
【００８３】
次に図１４を参照すると、図１３の方法の一部が時間の関数として示されている。
システムは、計測フレームサイクル１５０４の一部としてセンサの露光１５０２を開始する時刻Ｔ０に計測露光１５００を開始する。時刻Ｔ１で露光１５０２が完了し、計測フレームが取得される。計測フレームは、ＣＯＧが決定された時刻Ｔ２で読み出され完了する。時刻Ｔ３に、カラーフレームサイクル１５０６が開始される。カラー露光１５０８は、時刻Ｔ３から時刻Ｔ４まで発生する。そして、データの読み出し１５１０が時間Ｔ５までに完了する。カラーデータはカラーバッファ１５１２に格納される。カラーデータが読み出されると、計測フレームが再び開始されます。
【００８４】
図１４の実施形態は、計測フレーム、次いでカラーフレームの順次取得を示す。このタイプの取得プロセスは、例えばローリングシャッターなどのカメラシャッタータイプに適している可能性がある。ローリングシャッターでは、先導するカーテンがセンサーアレイを１行ずつ露出させながら移動する。所望の露光時間が経過すると、クロージングカーテンはセンサを横切って移動する際にリーディングカーテンに追従し、それにより、行単位でピクセルの露光が停止される。クロージングカーテンがセンサーの幅を横切ったら、フレーム取得は完了する。
【００８５】
次に図１５を参照すると、画像フレームを取得する別のシーケンス１６００が示されている。この実施形態では、カメラ１１２８は、グローバルシャッタと呼ばれるタイプのシャッタを使用する。グローバルシャッタを用いると、アレイ内の全てのフォトダイオードへの入射光を同時に制御することができる。任意の所与の時点において、フォトダイオードは、行ごとに選択的に開閉されてもよい。このタイプのシャッターは電子シャッターと呼ばれることもある。グローバルシャッタを使用するカメラセンサの例は、ベルギーのアントワープのＡＭＳ  Ｓｅｎｓｏｒｓによって製造されたモデルＣＭＶ２０００  ｖ３  ＣＭＯＳＩＳイメージャである。その結果、計測画像フレームが感光性アレイの別の部分でまだ取得されている間にカラー画像フレームを感光性アレイの一部で取得することができるので、画像フレーム取得時間を短縮できるという利点が得られる。
【００８６】
この実施形態では、計測露光１６０２は、計測フレームサイクル１６０６の露光１６０４を開始するために、時間Ｔ０に開始される。露光は時刻Ｔ１で完了する。時間Ｔ１において、計測画像の露光が完了し、読み出しが開始されると、カラー露光１６０８が開始され、カラーフレームサイクル１６１２の露光１６１０が開始される。計測フレームの読み出しは時刻Ｔ２で完了し、カラー露光は時刻Ｔ３で完了する。カラーデータの読み出しは時刻Ｔ４で完了し、そのデータはカラーバッファに格納される。時間Ｔ５において、データをカラーバッファに格納している間に、次の計測露光が開始され、サイクルが再び開始されてもよい。始まってもよい。
【００８７】
グローバルシャッタを備えたカメラを使用することは、計測とカラー露光とを互いに時間的に非常に近くに置くことを理解されたい。したがって、２回の連続露光間のギャップはより小さく、一実施形態では、２回の連続露光は１回の露光であると仮定される。その結果、スキャナーの移動速度のために図１４の実施形態で使用されているカラーマッピングおよび補間ステップを排除することができる。これは、マッピングおよび補間の要件のためにシステム全体に転送されるであろう大量のカラーピクセルデータを減らすことにおいて利点を提供する。いくつかの実施形態では、これは、広い帯域幅がレーザラインプローブ１１００とベースプロセッサ電子機器との間でデータを転送するのに使用され、アームバス２１８４がデータフローにおけるボトルネックになり得ないのでフレームレートを改善できるというさらなる利点を提供し得る。
【００８８】
次に図１８を参照すると、レーザラインプローブ１１００内のデータフロー１４００の一実施形態が示されている。データフローはブロック１４０２で開始し、そこで生画像データまたは「アンタップ」画像データを画像センサ１１２８から受信する。次にデータはブロック１４０４に進み、そこで生データは、機能しないまたは「デッド」ピクセル、また例えば飽和値を一貫して提供するピクセルなど、エラーをもたらすことが知られているピクセルに基づいて調整される。その後、データは、赤、緑、および青の値を出力するベイヤーサブサンプラモジュール１４０６に進む。データの流れは、カメラ１１２０がカラー画像または計測画像のどちらを取得するのかに応じて分岐する。上述のように、図示の実施形態では、計測画像とカラー画像とがインタリーブされる。一実施形態では、カラー画像に対する計測画像の比率は固定されていてもよいしユーザ定義であってもよい。
【００８９】
計測画像シーケンスの場合、プロジェクタ１１１０に関連する色に関するデータは、ベイヤーサブサンプラモジュール１４０６の出力から補間器１４０８に流れる。図示の実施形態では、プロジェクタ１１１０は、投影線を形成するために青色光（例えば４５０ｎｍ）を放射する。したがって、青色ピクセル値出力１４１０が補間器１４０８に送信される。別の実施形態では、ベイヤーサブサンプラモジュール１４０６の緑色出力または赤色出力からのデータは、補間器１４０８に転送されてもよい。
【００９０】
補間器１４０８は、青色ピクセル１４１０からのデータ値を使用して、感光性アレイ１１２８の緑色ピクセルおよび赤色ピクセルについての推定値を生成する。補間器１４０８から、結果として得られるデータは、データ内のノイズの量を減らすガウスフィルタ１４１２によって処理される。一実施形態では、ガウシアンフィルタはデータの加重平均を実行する。ガウスフィルタ１４１２から、データはエッジ検出モジュール１４１４に流れる。一実施形態では、エッジ検出モジュール１４１４は、ピーク光強度の位置でエッジまたは線（図１６の線１３１８など）を特定する。したがって、エッジ検出モジュール１４１４は、それに沿ってＣＯＧが位置する線を表す単一のエッジを生成する。
【００９１】
エッジが検出されると、データはモジュール１４１６に流れ、そこで、データから、検出されたエッジから離れたデータが除去される。これはデータセットのサイズを縮小することにおいて利点を提供することを理解すべきである。モジュール１４１６から、データはＣＯＧセントロイドモジュール１４１８に流れる。ＣＯＧセントロイドモジュール１４１８は、検出されたエッジに沿ってＣＯＧの位置（行、列）を特定する。これらの結果はメモリモジュール１４２０に格納され、ヒストグラムモジュール１４２２に渡される。ヒストグラムモジュール１４２２は、関心領域（例えば、検出されたエッジの領域）の飽和レベルを監視する。ヒストグラムモジュール１４２２の出力は、自動露光モジュール１４２４によって使用される。主制御モジュール１４２６は、ヒストグラムモジュール１４２２の出力と、メモリモジュール１４２０から格納されているＣＯＧ値とを受け取る。主制御モジュール１４２６はまた、基本電子装置２０００（図２）、画像センサ１１２０、およびプロジェクタ１１１０との通信を管理する。
【００９２】
例えばカラー画像を取得しようとする場合には、ベイヤーサブサンプラモジュール１４０６からの赤、緑および青の出力は、ディベイヤーモジュール１４２８に渡される。本明細書で説明するように、ディベイヤーモジュールは、入力画像データをデモザイク処理し、行および列データを用いて赤、緑および青の出力を生成する。一実施形態では、このデモザイク処理済みデータはカラーバッファモジュール１４３０に流れる。
【００９３】
一実施形態では、ＣＯＧデータは、ＣＯＧルックアップテーブルを生成するモジュール１４３２、１４３４に送信される。ＣＯＧルックアップテーブルから、ＣＯＧ補間モジュール１４３６は、モジュール１４１８において（例えばマルチパス干渉により）ＣＯＧが識別されなかったＣＯＧの位置を推定する。
【００９４】
カラーバッファ１４３０は、ディベイヤーモジュール１４２８およびＣＯＧ補間モジュール１４３６から入力を受け取る。これらの入力から、カラー画像はＣＯＧ１３２０、１３２１に関連付けられる。一実施形態では、カラーバッファ１４３０は、各ＣＯＧ１３２０、１３２１に対して単一の色を出力する。別の実施形態では、カラーバッファ１４３０は、ＣＯＧにおけるピクセルの色と、ＣＯＧにおけるピクセルの両側（行または列）の所定数のピクセル（たとえば３２ピクセル）とを関連付ける。このピクセルの行は、例えばＲＬＥを介するなどしてフィルタ１４３８によって処理することができる。ＣＯＧに関連する結果として得られるカラーデータは次にカラー制御モジュール１４４０に渡される。
【００９５】
一実施形態では、自動露光データは、モジュール１４２４からカラー自動露光モジュール１４４２に渡される。さらに、カラー画像取得のために光源（例えばＬＥＤ光源）が提供される実施形態では、距離計モジュール１４４４は物体までの距離を推定してもよい。この範囲データと自動露光データとから、カラー画像を取得するときに、光源のタイミングを変えることができる。
【００９６】
次に図１９を参照すると、カメラ１４５０の別の実施形態が示されている。この実施形態では、物体の表面から反射された光１１３４はレンズアセンブリ１１２２を通過する。レンズアセンブリからの出力光１４５２はビームスプリッタ１４５４に当たる。一実施形態では、光１４５２の一部は、ビームスプリッタ１４５４を通過して感光性アレイ１４５６に衝突する。この実施形態では、感光性アレイは単色であり、ベイヤーフィルタを含まない。一実施形態では、バンドパスフィルタをビームスプリッタ１４５４と感光性アレイ１４５６との間に配置することができる。バンドパスフィルタは、プロジェクタの光波長に対応する所定の波長の光を通過させる。したがって、感光性アレイ１４５６を使用して、物体の表面上の光のビームの画像を捕捉できる。
【００９７】
光の第２の部分１４５８は、ビームスプリッタ１４５４で反射してミラー１４６０に向けられる。ミラー１４６０は、光１４５８をセンサアセンブリ１１２４に向かって反射する。図１０に関連して上述したように、センサアセンブリ１１２４は、ベイヤーフィルタ１１３０および感光性アレイ１１２８を含み、カラー画像を取得する。カメラ１４５０は、計測画像を感光性アレイ１４５６によって、カラー画像を感光性アレイ１１２８によって同時に取得することを可能にするという利点を提供することができる。したがって、計測データとカラーデータの処理が同時に行われ、レーザラインプローブ１１００の走査速度が向上する。画像がインターリーブされず、本明細書で説明した時間的誤差が発生しないという点で、さらなる利点が得られ得る。
【００９８】
いくつかの実施形態において、ＡＡＣＭＭ１０またはレーザラインプローブ１１００（一緒にまたは別々に）は、再帰反射装置３３９５と組み合わせてレーザ追跡装置３３００などの他の計測装置と共に使用されてもよい。再帰反射装置がＡＡＣＭＭ１０に結合されると、図２０に示されるように、ＡＡＣＭＭ１０の位置はレーザ追跡装置３３００によって測定され得る。一実施形態では、レーザトラッカ３３００は、トラッカ出口開口３３７４から出た光３３９０のビームを、一実施形態では図１８に示すような再帰反射器ＳＭＲ３３９５である再帰反射器３３９５に向かって送る。別の実施形態では、レーザトラッカ３３００は、光３３９０のビームを、ＡＡＣＭＭ１０に結合された再帰反射器に送る。本明細書に使用する用語レーザトラッカは、光のビームを発し、応答して３Ｄ座標を測定する任意の３Ｄ測定装置を指すことを理解されたい。光のビームは、任意のタイプの光でよく、レーザ光だけではなく、発光ダイオード、スーパールミネッセント（ｓｕｐｅｒｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ）ダイオード、または任意のタイプの非干渉性、干渉性、または部分的に干渉性の光源からの光であってもよい。ＳＭＲは、出て行く光３３９０のものとは反対の方向に光３３９２を戻す。トラッカ３３００に戻り、出口開口３３７４を通過する光３３９２の第１の部分は、レーザトラッカ３３００からＳＭＲ３３９５までの距離を決定する絶対距離計に進行する。戻り光３３９２の第２の部分は、トラッカ３３００の内側の戻り光３３９２の位置を記録する位置検出器に進行する。トラッカ内の制御システムは、位置検出器からの位置情報を使用して、出て行く光３３９０をＳＭＲ３３９５の中心に向ける。ＳＭＲ３３９５が動かされるにつれて、出て行く光３３９０をＳＭＲ３３９５の中心に向けて保つことによって、出て行く光３３９０はＳＭＲ３３９５を追跡する。ＳＭＲ部分的球体２４０３の表面は、ＳＭＲ３３９５の中心およびキューブコーナ再帰反射器２４０１の頂点２４０２から常に一定の距離にあるため、測定されている物体の表面は、ＳＭＲが物体の表面にわたって動かされるときにＳＭＲ３３９５の３Ｄ座標を測定することによって決定され得る。
【００９９】
一実施形態では、物体上の隠された点を測定するよう望まれることがあり、この隠された点は、光３３９０の出て行くビームが、その隠された点に位置決めされたＳＭＲ３３９５に到達することを遮られる点である。別の実施形態では、ＳＭＲ３３００の直径が大きすぎて所望の高い解像度を提供できない比較的小さい特徴を測定するよう望まれることがある。これらの状況のいずれにおいても、隠された点を測定するか、またはＳＭＲ３３９５で可能なものより高い解像度で測定することが望まれるとき、有利には、ＡＡＣＭＭ１０は、レーザトラッカ３３００と組み合わせて使用され得る。レーザトラッカ３３００およびＡＡＣＭＭ１０の組み合わせを使用して３Ｄ座標を測定するために、レーザトラッカ３３００およびＡＡＣＭＭ１０によって行われる３Ｄ測定値をレーザトラッカ３３００の基準枠などの共通の基準枠内で得る必要がある。
【０１００】
この方法の別の利点は、ＳＭＲ３３９５で測定するには繊細すぎるか、または小さすぎる詳細を有する特徴を測定する能力である。比較的繊細な／小さな特徴を有する物体の一例が、図１９に示される。縁およびコーナ内の繊細な／小さな詳細３４２１は、ＳＭＲ３３９５と比べて比較的小さい直径を有するプローブ先端部９０４を用いて測定されてよく、または、レーザラインプローブ１１００によって繊細な詳細３４２１を測定することができる。さらに、ＳＭＲを使用して表面３４２２を測定することができる。したがって、ＡＡＣＭＭ１０の測定値をレーザトラッカ３３００の基準枠に変換することができる。
【０１０１】
次に図２２を参照すると、カラー画像フレームの自動露光を含むデータフロー２２００の一実施形態が示されている。データフロー２２００は、本明細書で説明されている実施形態のうちの任意のものと共に使用され得ることを理解されたい。図２２の実施形態は、図１８のデータフロー１４００に類似しており、図１６と同じ符号を有する要素は同じ機能を有する。データフロー２２００は、任意の既知のデジタルまたはアナログ回路を使用してハードウェアで実施することができる。図示の実施形態では、データフロー２２００はフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）によって実行される。図２２の実施形態では、カラー画像フレームのカラー品質を改善するカラー自動露光方法が実施される。この実施形態では、カラーフレームの間に取得された色を表すためにＹＵＶカラーモデルが使用される。ＹＵＶカラーモデルは標準的なＲＧＢモデルよりも人間の色知覚をよりよく表すことが分かった。ＹＵＶモデルでは、Ｔは輝度（明るさ成分）、ＵとＶはクロミナンス（色成分）である。
【０１０２】
図２２の実施形態では、ディベイヤーモジュール１４２８は、ＲＧＢ画像データをＹＵＶ変換モジュール２２０２に出力する。変換モジュール２２０２は、ＲＧＢ画像データをＹＵＶ色空間に変換する。変換器モジュール２２０２の出力は、Ｙ輝度をヒストグラムモジュール２２０４に出力し、ヒストグラムモジュール２２０４は、最小および最大輝度値をオートゲインモジュール２２０６に出力する。
【０１０３】
一実施形態では、自動ゲインモジュール２２０６は、平均輝度ベースのモデルを使用して露光時間を決定する。平均輝度モデルでは、露光時間は次の式で決定される。
【数１】
2019070637.tif 000003
【０１０４】
この露光モジュールは、伝統的な従来技術の平均輝度ベースの自動露光モデルである。ここで、ＥＶｏｐｔは次の露光時間であり、ＥＶｐｒｅは現在の露出時間であり、Ｂｐｒｅは輝度の平均値であり、Ｂｏｐｔ（ｄ）は、「ｄ」距離における１８％グレーカードに対する較正からの平均輝度であり、ｋはイメージセンサ毎に測定された定数である。平均輝度自動露出モデルは、カラーイメージセンサのダイナミックレンジの全部またはかなりの部分の利用を常に可能にするとは限らないことが分かった。より詳細に説明するように、カラー品質に応じて、ｅｘｐｏｓｕｒｅ  ｔｏ  ｔｈｅ  ｒｉｇｈｔ（ＥＴＴＲ）カラーモデルを使用して改善されてもよい。ＥＴＴＲモデルは、高コントラストな表面を有する物体を走査するときに利点を提供することも分かった。さらに、走査されている物体が単色または均一な表面を有する場合、ミッドグレーカラーモデルがより良い性能を提供することが分かった。
【０１０５】
一実施形態では、ＥＴＴＲ自動露光モデルは次式によって決定される。
【数２】
2019070637.tif 000004
ここで、
【数３】
2019070637.tif 000005
であり、
【数４】
2019070637.tif 000006
である。
【０１０６】
ここで、ＥＶｏｐｔは次の露光時間であり、ＥＶｐｒｅは現在の露出時間であり、Ｚｋはピクセル強度（０...１０２３）であり、ｐ（Ｚｋ）はピクセル強度Ｚｋの頻度カウントであり、ｆｔｈｒｅｓｈｏｌｄはＥＴＴＲの最大周波数閾値である。一実施形態では、ｆｔｈｒｅｓｈｏｌｄのデフォルト値は２５５である。
【０１０７】
上述したように、走査されている物体が単色または均一な表面を有する場合、ミッドグレーカラーモデルは色品質を改善する上で利点を提供することができる。一実施形態では、ミッドグレーカラーモデルは、以下の式によって決定される。
【数５】
2019070637.tif 000007
【数６】
2019070637.tif 000008
【数７】
2019070637.tif 000009
【０１０８】
ここで、Ｚｋはピクセル強度（０...１０２３）であり、ａはミッドグレーの３次モーメントであり、Ｍはミッドグレー値であり、Ｐ（Ｚｋ）はピクセル強度Ｚｋの頻度カウントである。一実施形態では、ミッドグレー値（Ｍ）は、デフォルトの３５８、１８％グレーの７０％として定義される。
【０１０９】
一実施形態では、平均輝度モデル、ＥＴＴＲモデル、およびミッドグレーモデルの間の選択は、ユーザ選択可能である。別の実施形態では、平均輝度モデル、ＥＴＴＲモデル、およびミッドグレーモデルの間の選択は自動的に行われる。
【０１１０】
一実施形態では、飽和のリスクを防止または低減するためにホワイトバランス、光補正および露光補正（まとめて「カラー補償」と呼ばれる）した後に色が縮小されるときに利点が提供される。この実施形態が、カラー画像センサのダイナミックレンジの利用率を向上させることが分かった。一実施形態では、ホワイトバランス縮小率は０．８６未満であり、光出力強度も増加した。
【０１１１】
オートゲインモジュール２２０６の出力はカラー自動露出モジュール２２０８に送信され、そこでカラー画像センサに対する露出時間が適用される。一実施形態では、自動露光モジュール２２０８は、ＥＴＴＲモデル、ミッドグレイモデル、平均グレイモデル、固定露光モデル、またはこれらの組合せを使用することができる。一実施形態では、自動露光方法は、走査されている表面に少なくとも部分的に基づいて自動的に選択される。別の実施形態では、自動露光はオペレータによる手動選択に基づいている。
【０１１２】
一実施形態では、ヒストグラムモジュール２２０４は、最小および最大輝度値を任意の等化モジュール２２１０に出力する。一実施形態では、等化モジュールは、センサのダイナミックレンジにわたって広げられる輝度値の範囲を測定する。等化モジュール２２１０は、輝度成分（Ｙ’'）および色差成分（ＵＶ）を、色をＲＧＢカラーモデルに変換する変換器モジュール２２１２に出力する。変換器モジュール２１２はＲＧＢカラーパケタイザモジュール２２１４にＲＧＢ値出力を提供し、次にＲＧＢカラーパケタイザモジュール２２１４は主制御モジュール１４２６に出力を提供する。主制御モジュール１４２６はまた、基本電子装置２０００（図２）、画像センサ１１２０、およびプロジェクタ１１１０との通信を管理する。
【０１１３】
次に図２３を参照すると、カラー補償を実行するための方法２３００が示されている。方法２３００はブロック２３０２で開始し、そこでカラー画像が、本明細書で提供される実施形態のいずれかで説明されるように取得される。方法は次にブロック２３０４に進み、そこでホワイトバランス補正が行われる。方法２３００は、ＬＬＰ内または基本処理システム内のプロセッサによって実行され得る。ホワイトバランスは、３つのカラーチャンネルを調整してホワイトポイントをシフトする。カラー画像センサの異なる波長の光に対する応答のために、これはシーン内の白色を白色として撮像することにおいて利点を提供する。一実施形態では、ホワイトバランス補正を実行するために、カラー画像センサの較正中に、グレーカードの画像が取得される。このグレーカード画像から、３つのカラーチャネルのそれぞれに対する平均値が同じになるように画像スケーリング係数が決定される。次に、生のセンサーカラー値にスケーリング係数を掛ける。
【数８】
2019070637.tif 000010
【０１１４】
別の実施形態では、最初に望ましくない（例えばノイズ）データが除去され、カラー値が平均される。次に、その画像に対してぼかし処理が実行され、ＣＯＧに対応するカラー値が抽出される。センサは、各ｚ位置の２０４８のＣＯＧに対応して、感光性アレイの各行に２０４８列有する。次に、各位置について、比ｗｂＲ＝Ｇ／ＲおよびｗｂＢ＝Ｇ／Ｂが各列について求められる。ｗｂＲとｗｂＢは［２０４８，ｎ］行列であり、ｎはｚ方向の位置の数である。本明細書で使用されるとき、用語ｗｂＲは、「ホワイトバランスされた」赤色成分を指し、そして用語ｗｂＢは、「ホワイトバランスされた」青色成分を指す。言い換えれば、ホワイトバランスが実行されると、これらは赤色成分と青色成分になる。センサーアレイのすべての列ごとに、６次多項式フィットが求められる。最後に、２組の２０４８個の６次多項式（例えば２０４８×２×７＝２８６７２）の係数が決定される。
【０１１５】
ホワイトバランスが実行されると、方法２３００は次にブロック２３０６に進み、そこで照度補償が実行される。少なくともいくつかの例では、物体が異なる距離または異なる向きで走査されると、カラー画像センサは物体について異なる出力をすることが分かった。例えば、近距離から遠距離まで走査された白色プレートは、照明光（例えばＬＥＤ）の強度に応じて異なるグレーの濃淡をもたらす。特定の理論に制限されることなく、これは少なくとも部分的にはｘ−ｚ平面内のＬＥＤ光の強度の不均一性によるものであると考えられる。図２４および図２５に示されるように、ＬＥＤ光源からの距離が（Ｚ方向に）増加するにつれてＬＥＤ強度は減少し、その上、強度はＺ軸に垂直な平面内で（例えば、ピクセルの列を横切って）減少する。一実施形態では、照度補償は、（所与の行に対する）列を横切るすべてのピクセル値が実質的に同じになるように値をスケーリングする。一実施形態では、スケール倍率は、１８％グレースケールカードを使用する較正中に決定される。一実施形態では、ブロック２３０６の照度補償処理は、補償／較正中に実行される。その中で、照度曲線（図２４）は、異なるｚ位置に対する多項式関数を用いて近似される。次に、これらの近似多項式を使用して各列の補正係数を計算する。この係数は、その列における信号強度を、与えられた一様で拡散反射性の表面に対する最中央の列と名目上等しくなるような値で効果的に乗算する。
【０１１６】
別の実施形態では、緑色チャネル（例えば、［２０４８、ｎ］行列）はホワイトバランスに使用される。センサアレイの列ごとに、６次多項式フィットが決定される。この一組の２０４８個の６次多項式係数（例えば２０４８×７＝１４３３６）が照度補償のために決定される。
【０１１７】
照明補償が実行されると、方法２３００はブロック２３０８に進み、そこで角度補償が実行される。走査されている物体の表面とスキャナによって放射された光との間の入射角が増大するにつれて、鏡面反射により、より多くの光が失われることを理解されたい。一実施形態では、まず、表面法線を使用して光の鏡面成分が減算される。一実施形態では、表面はランバート散乱体／エミッタとしてモデル化される。散乱強度は表面法線を使用して決定され、それはｃｏｓ（θ）の関数として減少する。この補正方法は、ＬＬＰの照度ベクトルと３Ｄ点群から計算された表面法線ベクトルとを利用する。次いで、フォンの反射モデル（フォン照明またはフォンライティングとも呼ばれる）または同等のモデルが角度補正に使用される。一実施形態では、鏡面反射がないと仮定する。
【０１１８】
別の実施形態では、角度補償係数は、比較的均一な連続面を有する平面の実験的測定を通して経験的に決定されてもよい。これらの測定は、異なる角度で実行され、フィット曲線が生成される。
【０１１９】
角度補正が行われると、方法２３００は次にブロック２３１０に進み、そこでカラー補正が行われる。カラー補正は、オペレータが点群データを見ているモニタ上の同じ視覚的外観のためにカラー値を適切なカラースペースに変換する。まず、カラー補正マトリックス（ＣＣＭ）が、カラー値を第１のカラースペースから第２のカラースペースに変換するために決定される。カラーアーティファクトの画像は、標準カラースペースに対する較正係数を決定するために使用される。カラー画像センサの出力が所望の較正値に変換されるようにＣＣＭが解かれる。
【数９】
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【０１２０】
別の実施形態では、カラー補正は、（センサカラースペースとｓＲＧＢカラースペースの両方において）カラー値を線形化するためのパラメータを使用して実行される。ここでＣＣＭは行列を使って解かれる。
【数１０】
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【０１２１】
カラー補正を実行した後、カラー補償は完了し、方法２３００はブロック２３１２に進み、そこでカラーデータが出力されメモリに保存される。一実施形態では、カラーデータはディスプレイ上にクラウドデータと共に表示される。色補正を実行した後、色補正は完了し、方法２３００はブロック２３１２に進み、そこで色データが出力されメモリに保存される。 一実施形態では、カラーデータはディスプレイ上に点群データと共に表示される。
【０１２２】
本発明を限定された数の実施形態のみに関連して詳細に説明してきたが、本発明はそのように開示された実施形態に限定されないことが容易に理解されるはずである。そうではなく、本発明を、これまで説明されていないが本発明の趣旨および範囲に相応する、任意の数の変形、変更、置換、または等価の配置を組み込むように改変することができる。さらに、本発明のさまざまな実施形態を説明してきたが、本発明の態様が、説明する実施形態の一部のみを含んでよいことを理解されたい。したがって、本発明は、前述の説明によって限定されるとみなされるものではなく、付属の特許請求の範囲によってのみ限定される。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図７Ｅ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図９Ｄ】
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【図９Ｅ】
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【図９Ｆ】
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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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【外国語明細書】
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