(57)【要約】      （修正有）【課題】非接触でも３次元表面の測定が可能な基準フレームを確立するために使用される距離計を備える座標測定機を提供する。【解決手段】可搬型の多関節アーム座標測定機は、少なくとも３つのターゲットの３Ｄ座標を測定するデバイス５００を備え、デバイス５００は、光源５０２と光学アセンブリ５０４と受光器を備え、光源５０２によってターゲットに光を放射し、ターゲットからの反射光を受光器で受光し、ターゲットまでの距離を測定する。これにより、少なくとも３つのターゲットによって確立された基準フレーム内の多関節アームの位置および配向を確定する。【選択図】図１０
2015184279.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空間内の物体の３次元座標を測定するための可搬型の多関節アーム座標測定機（ＡＡＣＭＭ）を操作するための方法であって、
原点を有するＡＡＣＭＭ基準フレーム内に前記ＡＡＣＭＭを用意するステップであって、前記ＡＡＣＭＭは手動で位置決め可能なアーム部分、基部、非接触測定デバイス、および電子回路を有し、前記アーム部分は対向する第１の端部および第２の端部を有し、前記アーム部分は複数の接続アームセグメントを備え、前記複数の接続アームセグメントのそれぞれは複数の位置信号を発生するための少なくとも１つの位置変換器を備え、前記第１の端部は前記基部に接続され、前記非接触測定デバイスは前記第２の端部、電磁放射線送信器、およびセンサに接続され、前記電子回路は前記複数の位置信号を受信するように構成される、ステップと、
ターゲット基準フレーム内で第１のターゲット３次元座標を有する第１の配置に第１の反射ターゲットを、前記ターゲット基準フレーム内で第２のターゲット３次元座標を有する第２の配置に第２の反射ターゲットを、前記ターゲット基準フレーム内で第３のターゲット３次元座標を有する第３の配置に第３の反射ターゲットを用意するステップであって、前記第１の配置、前記第２の配置、および前記第３の配置は同一線上にない、ステップと、
前記送信される電磁放射線を前記第１のターゲットに導くように前記第２の端部を手動で位置決めするステップと、
前記非接触測定デバイスで前記第１のターゲットまでの第１の距離を測定し、第１の複数の位置信号を測定するステップと、
前記送信される電磁放射線を前記第２のターゲットに導くように前記第２の端部を手動で位置決めするステップと、
前記非接触測定デバイスで前記第２のターゲットまでの第２の距離を測定し、第２の複数の位置信号を測定するステップと、
前記送信される電磁放射線を前記第３のターゲットに導くように前記第２の端部を手動で位置決めするステップと、
前記非接触測定デバイスで前記第３のターゲットまでの第３の距離を測定し、第３の複数の位置信号を測定するステップと、
プロセッサによって、前記ターゲット基準フレームに関して、第１の原点座標および第１のＡＡＣＭＭ配向角を決定するステップであって、前記第１の原点座標は前記ターゲット基準フレーム内の前記第１の原点の３次元座標であり、前記第１のＡＡＣＭＭ配向角は前記ターゲット基準フレーム内の前記第１のＡＡＣＭＭの配向の３つの回転角であり、前記第１の原点座標および前記第１のＡＡＣＭＭ配向角は少なくとも一部は前記第１の距離、前記第１の複数の信号、前記第１の３次元座標、前記第２の距離、前記第２の複数の信号、前記第２の３次元座標、前記第３の距離、前記第３の複数の信号、および前記第３の３次元座標に基づく、ステップと、
前記第１の原点座標および前記第１のＡＡＣＭＭ配向角を格納するステップとを含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、第１の反射ターゲットを用意する前記ステップにおいて、前記第１の反射ターゲットは逆反射体であることを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法であって、第１の反射ターゲットを用意する前記ステップにおいて、前記第１の反射ターゲットは非協力ターゲットであることを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法であって、ＡＡＣＭＭを用意する前記ステップにおいて、前記ＡＡＣＭＭは前記第２の端部に接続された接触測定デバイスを有し、前記電子回路は前記接触測定デバイスの位置を決定するようにさらに構成されることを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項４に記載の方法であって、前記ＡＡＣＭＭを用意する前記ステップにおいて、前記接触測定デバイスはプローブチップであることを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項４に記載の方法であって、
前記接触測定デバイスを前記物体の特徴部に触れさせるステップと、
前記ターゲット基準フレーム内で前記特徴部の４つの３次元座標を測定するステップであって、前記第４の３次元座標は少なくとも一部は前記接触測定デバイスの前記決定された位置、前記決定された第１の原点座標、および前記決定された第１のＡＡＣＭＭ配向角に基づく、ステップとをさらに含むことを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項１に記載の方法であって、
前記送信される電磁放射線を第４の反射ターゲットに導くように前記第２の端部を手動で位置決めするステップと、
前記非接触測定デバイスで前記第４の反射ターゲットまでの第４の距離を測定し、第４の複数の位置信号を測定するステップと、
前記プロセッサによって、前記ターゲット基準フレームに関して、前記第４の反射ターゲットの３次元座標を、少なくとも一部は前記測定された第４の距離、前記測定された第４の複数の位置信号、前記決定された第１の原点座標、および前記決定された第１のＡＡＣＭＭ配向角に基づき決定するステップとをさらに含むことを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項１に記載の方法であって、
前記ＡＡＣＭＭを、前記ターゲット基準フレームに関して、第２の原点座標および第２のＡＡＣＭＭ配向角に移動するステップと、
前記送信される電磁放射線を前記第１のターゲットに導くように前記第２の端部を手動で位置決めするステップと、
前記非接触測定デバイスで前記第１のターゲットまでの第４の距離を測定し、第４の複数の位置信号を測定するステップと、
前記送信される電磁放射線を前記第２のターゲットに導くように前記第２の端部を手動で位置決めするステップと、
前記非接触測定デバイスで前記第２のターゲットまでの第５の距離を測定し、第５の複数の位置信号を測定するステップと、
前記送信される電磁放射線を前記第３のターゲットに導くように前記第２の端部を手動で位置決めするステップと、
前記非接触測定デバイスで前記第３のターゲットまでの第６の距離を測定し、第６の複数の位置信号を測定するステップと、
前記プロセッサによって、前記ターゲット基準フレームに関して、第２の原点座標および第２のＡＡＣＭＭ配向角を決定するステップであって、前記第２の原点座標は前記ターゲット基準フレーム内の前記原点の３次元座標であり、前記第２のＡＡＣＭＭ配向角は前記ターゲット基準フレーム内の前記ＡＡＣＭＭの配向の３つの回転角であり、前記第２の原点座標および前記第２のＡＡＣＭＭ配向角は少なくとも一部は前記第４の距離、前記第４の複数の信号、前記第１の３次元座標、前記第５の距離、前記第５の複数の信号、前記第２の３次元座標、前記第６の距離、前記第６の複数の信号、および前記第３の３次元座標に基づく、ステップと、
前記第２の原点座標および前記第２のＡＡＣＭＭ配向角を格納するステップとをさらに含むことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、座標測定機に関し、より詳細には、非接触３次元測定に経過飛行時間を使用するアクセサリデバイスを座標測定機に接続することを可能にする座標測定機のプローブ端にコネクタを有する可搬型の多関節アーム座標測定機（portable articulated arm coordinate measuring machine）に関する。
【背景技術】
【０００２】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１１年１月１４日に出願した米国特許出願第１３／００６，５０７号の一部継続出願である、２０１２年６月１５日に出願した米国特許出願第１３／５２４，０２８号の一部継続出願であり、全体を本願に引用して援用する、２０１０年１月２０日に出願した米国仮出願第６１／２９６，５５５号、２０１０年６月１６日に出願した米国仮出願第６１／３５５，２７９号、および２０１０年６月４日に出願した米国仮出願第６１／３５１，３４７号の利益を主張するものである。
【０００３】
可搬型の多関節アーム座標測定機（ＡＡＣＭＭ）は、部品の製造または生産のさまざまな段階（例えば、機械加工）の間に部品の寸法を迅速かつ正確に確認するニーズが存在する部品の製造または生産に広く使用されている。可搬型のＡＡＣＭＭは、特に、比較的複雑な部品の寸法の測定を実行するのにかかる時間量において、知られている据え付け式のまたは固定式の、コストが高く、使用するのが比較的難しい測定設備と比べて大きな改善を示す。典型的には、可搬型のＡＡＣＭＭのユーザは、単純に、測定されるべき部品または物体の表面に沿ってプローブを導く。次いで、測定データが記録され、ユーザに提供される。場合によっては、データは、視覚的な形態、例えば、コンピュータスクリーン上の３次元（３Ｄ）の形態でユーザに提供される。他の場合には、データは、数字の形態でユーザに提供され、例えば、穴の直径を測定するときに、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】
先行技術の可搬型の多関節アームＣＭＭの一例が、同一出願人による特許文献１に開示されており、この特許文献１は、その全体を本願に引用して援用する。特許文献１は、一端に支持基部を、他端に測定プローブを有する手動操作式の多関節アームＣＭＭを備える３Ｄ測定システムを開示する。同一出願人による特許文献２は、類似の多関節アームＣＭＭを開示しており、この米国特許は、その全体を本願に引用して援用する。特許文献２において、多関節アームＣＭＭは、プローブ端の付加的回転軸を含む多数の特徴部を備え、それによって、２−２−２軸構成または２−２−３軸構成（後者は７軸アームである）のいずれかを有するアームを形成する。
【０００５】
３次元表面は、非接触技術を使用しても測定することができる。非接触デバイスの一種、ときにはレーザラインプローブとも称されるものが、レーザ光線をスポット上に、またはラインに沿って放射する。例えば、電荷結合素子（ＣＣＤ）などの撮像デバイスが、表面から反射した光の像を捕らえるためにレーザに隣接する位置に配置される。測定される物体の表面により、拡散反射が引き起こされる。センサ上の像は、センサと表面との間の距離が変化するのに合わせて変化する。撮像センサとレーザとの間の関係、およびセンサ上のレーザ像の位置を知ることによって、三角測量法を使用して表面上の地点の測定を行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【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７，７０１，５５９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
既存のＣＭＭは、これらの意図した目的に適してはいるが、必要とされるのは、本発明の実施形態のいくつかの特徴を有する可搬型のＡＡＣＭＭである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一実施形態により、空間内の物体の３次元座標を測定するための可搬型の多関節アーム座標測定機（ＡＡＣＭＭ）を操作するための方法が提供され、この方法は、原点を有するＡＡＣＭＭ基準フレーム内にＡＡＣＭＭを用意するステップであって、ＡＡＣＭＭは手動で位置決め可能なアーム部分、基部、非接触測定デバイス、および電子回路を有し、アーム部分は対向する第１の端部および第２の端部を有し、アーム部分は複数の接続アームセグメントを備え、複数の接続アームセグメントのそれぞれは複数の位置信号を発生するための少なくとも１つの位置変換器を備え、第１の端部は基部に接続され、非接触測定デバイスは第２の端部、電磁放射線送信器、およびセンサに接続され、電子回路は複数の位置信号を受信するように構成される、ステップと、ターゲット基準フレーム内で第１のターゲット３次元座標を有する第１の配置に第１の反射ターゲットを、ターゲット基準フレーム内で第２のターゲット３次元座標を有する第２の配置に第２の反射ターゲットを、ターゲット基準フレーム内で第３のターゲット３次元座標を有する第３の配置に第３の反射ターゲットを用意するステップであって、第１の配置、第２の配置、および第３の配置は同一線上にない、ステップと、送信される電磁放射線を第１のターゲットに導くように第２の端部を手動で位置決めするステップと、非接触測定デバイスで第１のターゲットまでの第１の距離を測定し、第１の複数の位置信号を測定するステップと、送信される電磁放射線を第２のターゲットに導くように第２の端部を手動で位置決めするステップと、非接触測定デバイスで第２のターゲットまでの第２の距離を測定し、第２の複数の位置信号を測定するステップと、送信される電磁放射線を第３のターゲットに導くように第２の端部を手動で位置決めするステップと、非接触測定デバイスで第３のターゲットまでの第３の距離を測定し、第３の複数の位置信号を測定するステップと、プロセッサによって、ターゲット基準フレームに関して、第１の原点座標および第１のＡＡＣＭＭ配向角を決定するステップであって、第１の原点座標はターゲット基準フレーム内の第１の原点の３次元座標であり、第１のＡＡＣＭＭ配向角はターゲット基準フレーム内の第１のＡＡＣＭＭの配向の３つの回転角であり、第１の原点座標および第１のＡＡＣＭＭ配向角は少なくとも一部は第１の距離、第１の複数の信号、第１の３次元座標、第２の距離、第２の複数の信号、第２の３次元座標、第３の距離、第３の複数の信号、および第３の３次元座標に基づく、ステップと、第１の原点座標および第１のＡＡＣＭＭ配向角を格納するステップとを含む。
【０００９】
次に、図面を参照すると、例示的な実施形態が図示されているが、これは本開示の範囲全体に関して制限するものとして解釈すべきでなく、それらの要素に、複数の図において類似の番号が振られている。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１Ａ】本発明のさまざまな態様の実施形態を有する可搬型の多関節アーム座標測定機（ＡＡＣＭＭ）の斜視図である。
【図１Ｂ】本発明のさまざまな態様の実施形態を有する可搬型の多関節アーム座標測定機（ＡＡＣＭＭ）の斜視図である。
【図２】図２Ａ〜２Ｄを一緒に含めて、一実施形態による図１のＡＡＣＭＭの一部として利用される電子機器のブロック図である。
【図２Ａ】一実施形態による図１のＡＡＣＭＭの一部として利用される電子機器のブロック図である。
【図２Ｂ】一実施形態による図１のＡＡＣＭＭの一部として利用される電子機器のブロック図である。
【図２Ｃ】一実施形態による図１のＡＡＣＭＭの一部として利用される電子機器のブロック図である。
【図２Ｄ】一実施形態による図１のＡＡＣＭＭの一部として利用される電子機器のブロック図である。
【図３】図３Ａおよび３Ｂを一緒に含めて、一実施形態による図２の電子データ処理システムの詳細な特徴を説明するブロック図である。
【図３Ａ】一実施形態による図２の電子データ処理システムの詳細な特徴を説明するブロック図である。
【図３Ｂ】一実施形態による図２の電子データ処理システムの詳細な特徴を説明するブロック図である。
【図４】図１のＡＡＣＭＭのプローブ端の等角図である。
【図５】ハンドルが結合されている図４のプローブ端の側面図である。
【図６】ハンドルが取り付けられている図４のプローブ端の側面図である。
【図７】図６のプローブ端のインターフェース部分の拡大部分側面図である。
【図８】図５のプローブ端のインターフェース部分の別の拡大部分側面図である。
【図９】図４のハンドルの部分断面等角図である。
【図１０】非接触距離測定デバイスが取り付けられている図１のＡＡＣＭＭのプローブ端の等角図である。
【図１１】図１０のデバイスが干渉計システムである一実施形態の概略図である。
【図１２】図１０のデバイスが絶対距離計システムである一実施形態の概略図である。
【図１３】図１０のデバイスが集束型距離計である一実施形態の概略図である。
【図１４】図１０のデバイスがコントラスト集束型の距離計である一実施形態の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
可搬型の多関節アーム座標測定機（「ＡＡＣＭＭ」）は、物体の測定を行うためにさまざまな用途で使用されている。本発明の実施形態は、操作者がアクセサリデバイスをＡＡＣＭＭのプローブ端に容易にかつ迅速に結合することを可能にするという利点を備え、アクセサリデバイスは構造化された光を使用して３次元物体の非接触測定を行う。本発明の実施形態は、アクセサリによって測定された物体までの距離を表すデータを通信により伝達するというさらなる利点を備える。本発明の実施形態は、外部接続または配線を有することなく取り外し可能なアクセサリに電力を供給し、データ通信を行うというさらなる利点を備える。
【００１２】
図１Ａおよび１Ｂは、本発明のさまざまな実施形態によるＡＡＣＭＭ１００、座標測定機の一種である多関節アームを斜視図に示している。図１Ａおよび１Ｂに示されているように、例示的なＡＡＣＭＭ１００は、一端にＡＡＣＭＭ１００のアーム部分１０４に結合された測定プローブハウジング１０２を備えるプローブ端４０１（図４）を有する６軸または７軸多関節測定デバイスを具備することができる。アーム部分１０４は、ベアリングカートリッジ１１０の第１のグループ（例えば、２つのベアリングカートリッジ）によって第２のアームセグメント１０８に結合されている第１のアームセグメント１０６を備える。ベアリングカートリッジ１１２の第２のグループ（例えば、２つのベアリングカートリッジ）は、第２のアームセグメント１０８を測定プローブハウジング１０２に結合する。ベアリングカートリッジ１１４の第３のグループ（例えば、３つのベアリングカートリッジ）は、第１のアームセグメント１０６をＡＡＣＭＭ１００のアーム部分１０４の他端に配置されている基部１１６に結合する。ペアリングカートリッジ１１０、１１２、１１４からなるそれぞれのグループは、複数の関節運動軸を形成する。また、プローブ端４０１は、ＡＡＣＭＭ１００の回転軸のシャフトを備える測定プローブハウジング１０２（例えば、ＡＡＣＭＭ１００の回転軸における、測定デバイス、例えば、プローブ１１８の移動を決定するエンコーダシステムを収容するカートリッジ）を具備することができる。この実施形態では、プローブ端４０１は、測定プローブハウジング１０２の中心を貫通する軸の周りに回転することができる。ＡＡＣＭＭ１００を使用する際に、基部１１６は、典型的には加工物表面に貼り付けられる。
【００１３】
それぞれのベアリングカートリッジグループ１１０、１１２、１１４内のそれぞれのベアリングカートリッジは、典型的には、エンコーダシステム（例えば、光学式角度エンコーダシステム）を収容する。エンコーダシステム（すなわち、変換器）は、各アームセグメント１０６、１０８および対応するベアリングカートリッジグループ１１０、１１２、１１４の位置の指示を提供し、これらはすべて一緒になって、基部１１６に関してプローブ１１８の位置の指示を提供する（したがって、物体の位置は特定の基準フレーム−例えば、局所的もしくは大域的基準フレーム内でＡＡＣＭＭ１００によって測定される）。アームセグメント１０６、１０８は、限定はしないが、例えば炭素繊維複合材料などの適度に剛性のある材料から作ることができる。６または７の関節運動軸（すなわち、自由度）を有する可搬型のＡＡＣＭＭ１００は、アーム部分１０４を操作者によって容易に取り扱えるようにしながら基部１１６の周りの３６０°の領域内で所望の配置にプローブ１１８を操作者が位置決めすることを可能にするという利点を備える。しかし、２つのアームセグメント１０６、１０８を有するアーム部分１０４の図は、例示することを目的としており、請求されている発明はそれに限定されるべきでないことは理解されるであろう。ＡＡＣＭＭ１００は、ベアリングカートリッジによって一緒に結合されたアームセグメントをいくつでも有することができる（したがって、６または７より多い、または少ない関節運動軸または自由度）。
【００１４】
プローブ１１８は、ベアリングカートリッジグループ１１２に接続される、測定プローブハウジング１０２に脱着可能に装着される。ハンドル１２６は、例えば、クイック接続インターフェースを使って、測定プローブハウジング１０２に関して取り外し可能である。以下でさらに詳しく説明されるように、ハンドル１２６は、物体の非接触距離測定を行うように構成された別のデバイスと置き換えることができ、これにより、接触型と非接触型の両方の測定を同じＡＡＣＭＭ１００で操作者が行うことができるという利点をもたらす。例示的な実施形態において、プローブ１１８は、接触測定デバイスであり、取り外し可能である。プローブ１１８は測定されるべき物体と物理的に接触する異なる先端部１１８を有し、これは限定はしないが、ボール型、タッチセンサー型、湾曲型、および伸長型プローブを含み得る。他の実施形態では、測定は、例えば、干渉計または絶対距離測定（ＡＤＭ）デバイスなどの非接触デバイスによって実行される。一実施形態において、ハンドル１２６は、クイック接続インターフェースを使用する符号化構造化光スキャナデバイスと置き換えられる。他の種類の測定デバイスも、付加的機能性を備えるために取り外し可能なハンドル１２６と置き換えることができる。そのような測定デバイスとして、限定はしないが、例えば、１つ以上の照明、温度センサ、熱スキャナ、バーコードスキャナ、プロジェクタ、塗料吹き付け器、カメラ、または同様のものが挙げられる。
【００１５】
図１Ａおよび１Ｂに示されているように、ＡＡＣＭＭ１００は、測定プローブハウジング１０２をベアリングカートリッジグループ１１２から取り外すことなくアクセサリまたは機能性を変えることができるといい利点を備える取り外し可能なハンドル１２６を具備する。図２に関して以下で詳しく説明されているように、取り外し可能なハンドル１２６は、ハンドル１２６およびプローブ端４０１内に配置されている対応する電子機器に電力を供給し、それらとデータを交換することを可能にする電気コネクタも備え得る。
【００１６】
さまざまな実施形態において、ベアリングカートリッジ１１０、１１２、１１４のそれぞれのグループは、ＡＡＣＭＭ１００のアーム部分１０４が複数の回転軸の周りに移動することを可能にする。述べられているように、それぞれのベアリングカートリッジグループ１１０、１１２、１１４は、例えば、アームセグメント１０６、１０８の対応する回転軸と同軸上にそれぞれ配置構成されている、例えば光学式角度エンコーダなどの、対応するエンコーダシステムを備える。光学式エンコーダシステムは、以下でさらに詳しく説明されているように、対応する軸の周りの、例えば、アームセグメント１０６、１０８のそれぞれ１つの回転（スイベル）または横断（ヒンジ）運動を検出し、信号をＡＡＣＭＭ１００内の電子データ処理システムに送信する。それぞれの個別の生のエンコーダカウントは、信号として電子データ処理システムに別々に送信され、そこで、さらに処理されて測定データに加工される。ＡＡＣＭＭ１００それ自体と別の位置計算器（例えば、シリアルボックス）は、同一出願人による特許文献１で開示されているように不要である。
【００１７】
基部１１６は、アタッチメントデバイスまたは装着デバイス１２０を備えることができる。装着デバイス１２０は、ＡＡＣＭＭ１００を、例えば検査台、マシニングセンター、壁、または床などの所望の配置に取り外し可能に装着することを可能にする。一実施形態において、基部１１６は、ＡＡＣＭＭ１００が移動しているときに操作者が基部１１６を保持するための都合のよい配置を用意するハンドル部分１２２を備える。一実施形態において、基部１１６は、ディスプレイ画面などの、ユーザインターフェースが現れるように折り曲げられる移動可能なカバー部分１２４をさらに備える。
【００１８】
一実施形態により、可搬型のＡＡＣＭＭ１００の基部１１６は、２つの主要なコンポーネントを備える電子データ処理システムを有する電子回路を収容または収納し、これらのコンポーネントはＡＡＣＭＭ１００内のさまざまなエンコーダシステムからのデータさらには３次元（３Ｄ）位置計算をサポートする他のアームパラメータを表すデータを処理する基部処理システム、およびオンボードオペレーティングシステム、タッチスクリーンディスプレイ、および外部コンピュータに接続することを必要とせずにＡＡＣＭＭ１００内で比較的完全な計測機能を実行させることができる常駐するアプリケーションソフトウェアを備えるユーザインターフェース処理システムである。
【００１９】
基部１１６内の電子データ処理システムは、基部１１６から離して配置されているエンコーダシステム、センサ、および他の周辺機器ハードウェア（例えば、ＡＡＣＭＭ１００上の取り外し可能なハンドル１２６に装着することができる非接触距離測定デバイス）と通信することができる。これらの周辺機器ハードウェアデバイスまたは特徴部をサポートする電子機器は、可搬型のＡＡＣＭＭ１００内に配置されているベアリングカートリッジグループ１１０、１１２、１１４のそれぞれの中に配置され得る。
【００２０】
図２は、一実施形態によるＡＡＣＭＭ１００で利用される電子機器のブロック図である。図２Ａに示されている実施形態は、基部処理システムを実装するための基部プロセッサ基板２０４と、ユーザインターフェース基板２０２と、電力を供給するための基部電源基板２０６と、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈモジュール２３２と、基部傾斜基板２０８とを含む電子データ処理システム２１０を備える。ユーザインターフェース基板２０２は、ユーザインターフェース、表示、および本明細書において説明されている他の機能を実行するアプリケーションソフトウェアを実行するためのコンピュータプロセッサを備える。
【００２１】
図２Ａに示されているように、電子データ処理システム２１０は、１つ以上のアームバス２１８を介して上述の複数のエンコーダシステムと通信している。図２Ｂおよび図２Ｃに示されている実施形態において、それぞれのエンコーダシステムは、エンコーダデータを生成し、エンコーダアームバスインターフェース２１４と、エンコーダデジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）２１６と、エンコーダ読み取りヘッドインターフェース２３４と、温度センサ２１２とを備える。歪みセンサなどの他のデバイスが、アームバス２１８に取り付けられ得る。
【００２２】
また図２Ｄに示されているのは、アームバス２１８と通信しているプローブ端電子機器２３０である。プローブ端電子機器２３０は、プローブ端ＤＳＰ２２８と、温度センサ２１２と、一実施形態においてクイック接続インターフェースを介してハンドル１２６または非接触距離測定デバイス２４２に接続するハンドル／デバイスインターフェースバス２４０と、プローブインターフェース２２６とを備える。クイック接続インターフェースは、非接触距離測定デバイス２４２および他のアクセサリによって使用されるデータバス、制御線、および電源バスへのハンドル１２６によるアクセスを可能にする。一実施形態において、プローブ端電子機器２３０は、ＡＡＣＭＭ１００上の測定プローブハウジング１０２内に配置される。一実施形態において、ハンドル１２６は、クイック接続インターフェースから取り外され、測定は、インターフェースバス２４０を介してＡＡＣＭＭ１００のプローブ端電子機器２３０と通信する非接触距離測定デバイス２４２によって実行され得る。一実施形態において、電子データ処理システム２１０は、ＡＡＣＭＭ１００の基部１１６内に配置され、プローブ端電子機器２３０は、ＡＡＣＭＭ１００の測定プローブハウジング１０２に配置され、エンコーダシステムは、ベアリングカートリッジグループ１１０、１１２、１１４内に配置される。プローブインターフェース２２６は、１−ｗｉｒｅ（登録商標）通信プロトコル２３６を具現化する、Ｍａｘｉｍ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ，Ｉｎｃ．から市販されている製品を含む任意の好適な通信プロトコルによってプローブ端ＤＳＰ２２８に接続することができる。
【００２３】
図３Ａは、一実施形態によるＡＡＣＭＭ１００の電子データ処理システム２１０の詳細な特徴を説明するブロック図である。一実施形態において、電子データ処理システム２１０は、ＡＡＣＭＭ１００の基部１１６内に配置され、基部プロセッサ基板２０４、ユーザインターフェース基板２０２、基部電源基板２０６、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈモジュール２３２、基部傾斜モジュール２０８を備える。
【００２４】
図３Ａに示されている一実施形態において、基部プロセッサ基板２０４は、図示されているさまざまな機能ブロックを備える。例えば、基部プロセッサ機能３０２は、ＡＡＣＭＭ１００からの測定データの収集をサポートするために利用され、アームバス２１８およびバス制御モジュール機能３０８を介して生のアームデータ（例えば、エンコーダシステムのデータ）を受信する。メモリ機能３０４は、プログラムおよび静的なアーム構成データを記憶する。基部プロセッサ基板２０４は、非接触距離測定デバイス２４２などの任意の外部ハードウェアデバイスまたはアクセサリと通信するための外部ハードウェアオプションポート機能３１０も備える。リアルタイムクロック（ＲＴＣ）およびログ３０６と、バッテリパックインターフェース（ＩＦ）３１６と、診断ポート３１８とが、図３に示されている基部プロセッサ基板２０４の実施形態の機能性にも含まれる。
【００２５】
また、基部プロセッサ基板２０４は、外部（ホストコンピュータ）および内部（ディスプレイプロセッサ２０２）デバイスとのすべての有線およびワイヤレスデータ通信を管理する。基部プロセッサ基板２０４は、（例えば、米国電気電子学会（ＩＥＥＥ）１５８８などのクロック同期規格を使用する）イーサネット機能３２０を介してイーサネットネットワークと、ＬＡＮ機能３２２を介してワイヤレスローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）と、およびパラレルシリアル通信（ＰＳＣ）機能３１４を介してＢｌｕｅｔｏｏｔｈモジュール２３２と通信する能力を有する。基部プロセッサ基板２０４は、ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）デバイス３１２への接続も備える。
【００２６】
基部プロセッサ基板２０４は、上述の特許文献１のシリアルボックスで開示されているような前処理を必要とすることなく処理して測定データに加工するために、生の測定データ（例えば、エンコーダシステムのカウント、温度の読み取り値）を送信し、収集する。基部プロセッサ２０４は、ＲＳ４８５インターフェース（ＩＦ）３２６を介してユーザインターフェース基板２０２上のディスプレイプロセッサ３２８に処理済みデータを送信する。一実施形態において、基部プロセッサ２０４は、生の測定データを外部コンピュータにも送信する。
【００２７】
次に、図３Ｂのユーザインターフェース基板２０２に目を向けると、基部プロセッサによって受信された角度および位置データは、ＡＡＣＭＭ１００内の自律的計測システムを提供するためにディスプレイプロセッサ３２８で実行されるアプリケーションによって利用される。アプリケーションは、限定はしないが、特徴の測定、ガイダンスおよびトレーニンググラフィックス、遠隔診断、温度補正、さまざまな動作特徴の制御、さまざまなネットワークへの接続、ならびに測定された物体の表示などの機能をサポートするためにディスプレイプロセッサ３２８で実行され得る。ディスプレイプロセッサ３２８および液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）３３８（例えば、タッチスクリーンＬＣＤ）ユーザインターフェースとともに、ユーザインターフェース基板２０２は、セキュアデジタル（ＳＤ）カードインターフェース３３０と、メモリ３３２と、ＵＳＢホストインターフェース３３４と、診断ポート３３６と、カメラポート３４０と、オーディオ／ビデオインターフェース３４２と、ダイヤルアップ／セルモデム３４４と、全地球測位システム（ＧＰＳ）ポート３４６とを含むいくつかのインターフェースオプションを備える。
【００２８】
図３Ａに示されている電子データ処理システム２１０は、環境データを記録するための環境レコーダ３６２を有する基部電源基板２０６も備える。また、基部電源基板２０６は、ＡＣ／ＤＣコンバータ３５８およびバッテリ充電器制御部３６０を使用して、電子データ処理システム２１０に電力を供給する。基部電源基板２０６は、集積回路間（Ｉ２Ｃ）シリアルシングルエンドバス３５４を使用して、さらにはＤＭＡシリアル周辺機器インターフェース（ＤＳＰＩ）３５７を介して基部プロセッサ基板２０４と通信する。基部電源基板２０６は、基部電源基板２０６に実装された入力／出力（Ｉ／Ｏ）拡張機能３６４を介して傾斜センサおよび無線周波数識別（ＲＦＩＤ）モジュール２０８に接続される。
【００２９】
別個のコンポーネントとして図示されているけれども、他の実施形態において、これらのコンポーネントの全部または一部は、図３に示されている位置とは異なる位置に物理的に配置され、および／または図３に示されている方法とは異なる方法で組み合わされた機能であるものとしてよい。例えば、一実施形態において、基部プロセッサ基板２０４およびユーザインターフェース基板２０２は、１つの物理的な基板に組み合わされる。
【００３０】
次に図４〜９を参照すると、取り外し可能で交換可能なデバイス４００がＡＡＣＭＭ１００に結合することを可能にするクイック接続の機械的および電気的インターフェースを有する測定プローブハウジング１０２を有するプローブ端４０１の例示的な実施形態が、図示されている。例示的な実施形態において、デバイス４００は、例えばピストルの握りのように操作者の手で握られる大きさおよび形状を有するハンドル部分４０４を備えるエンクロージャ４０２を具備する。エンクロージャ４０２は、キャビティ４０６を有する薄壁構造物である（図９）。キャビティ４０６は、コントローラ４０８を受け入れるサイズおよび構成をとる。コントローラ４０８は、例えばマイクロプロセッサを有するデジタル回路であるか、またはアナログ回路であるものとしてよい。一実施形態において、コントローラ４０８は、電子データ処理システム２１０（図２および３）と非同期双方向通信をしている。コントローラ４０８と電子データ処理システム２１０の間の通信接続は、（例えば、コントローラ４２０を介して）有線であるか、または直接的もしくは間接的なワイヤレス接続（例えば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）もしくはＩＥＥＥ８０２．１１）、または有線接続とワイヤレス接続の組み合わせであるものとしてよい。例示的な実施形態において、エンクロージャ４０２は、例えば、射出成形プラスチック材料などから２つの半分４１０、４１２で形成される。半分４１０、４１２は、例えば、ネジ４１４などの締め具によって１つに固定され得る。他の実施形態において、エンクロージャの半分４１０、４１２は、例えば、接着剤または超音波溶接によって１つに固定され得る。
【００３１】
ハンドル部分４０４は、操作者によって手動で作動され得るボタンまたは作動装置４１６、４１８も備える。アクチュエータ４１６、４１８は、プローブハウジング１０２内のコントローラ４２０に信号を送信するコントローラ４０８に結合される。例示的な実施形態において、アクチュエータ４１６、４１８は、デバイス４００とは反対側のプローブハウジング１０２上に配置されたアクチュエータ４２２、４２４の機能を実行する。デバイス４００は、デバイス４００、ＡＡＣＭＭ１００を制御するためにも使用され得る付加的なスイッチ、ボタン、または他のアクチュエータを有するか、またはその逆もあり得ることは理解されるであろう。また、デバイス４００は、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）、音源、メータ、ディスプレイ、または計器などのインジケータを備え得る。一実施形態において、デバイス４００は、口頭コメントと測定点とを同期させることを可能にするデジタルボイスレコーダを備え得る。さらに別の実施形態において、デバイス４００は、操作者が音声作動コマンドを電子データ処理システム２１０に送信することを可能にするマイクロホンを備える。
【００３２】
一実施形態において、ハンドル部分４０４は、操作者の手で使用されるように、または特定の手（例えば、左利きまたは右利き）用に構成され得る。ハンドル部分４０４は、障害を持った操作者（例えば、指の欠けた操作者または義手を着けた操作者）を助けるように構成され得る。さらに、ハンドル部分４０４は、すき間空間が限られるときには取り外され、プローブハウジング１０２が単体で使用され得る。上で説明されているように、プローブ端４０１は、ＡＡＣＭＭ１００の回転軸のシャフトも備え得る。
【００３３】
プローブ端４０１は、プローブハウジング１０２の第２のコネクタ４２８と連携するデバイス４００の第１のコネクタ４２９（図８）を有する機械的および電気的インターフェース４２６を備える。コネクタ４２８、４２９は、デバイス４００とプローブハウジング１０２との結合を可能にする電気的および機械的特徴部を備え得る。一実施形態において、インターフェース４２６は、機械的結合部４３２および電気コネクタ４３４を搭載した第１の表面４３０を備える。エンクロージャ４０２は、第１の表面４３０に隣接して配置され、第１の表面４３０からオフセットされた第２の表面４３６も備える。例示的な実施形態において、第２の表面４３６は、第１の表面４３０から約０．５インチの距離だけオフセットされた平面である。このオフセットは、カラー４３８などの締め具を締めるかまたは緩めるときに操作者の指のための隙間を形成する。インターフェース４２６は、コネクタのピンを位置合わせすることを必要とせずに、また別個のケーブルまたはコネクタを必要とせずに、デバイス４００とプローブハウジング１０２との間の比較的迅速で安全な電子的接続を実現する。
【００３４】
電気コネクタ４３４は、第１の表面４３０から延在し、例えば、１つ以上のアームバス２１８などを介して電子データ処理システム２１０（図２および３）と非同期双方向通信するように電気的に結合された１つ以上のコネクタピン４４０を備える。双方向通信接続は、有線（例えば、アームバス２１８を介して）、ワイヤレス（例えば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）もしくはＩＥＥＥ８０２．１１）、または有線接続とワイヤレス接続との組み合わせであるものとしてよい。一実施形態において、電気コネクタ４３４は、コントローラ４２０に電気的に結合される。コントローラ４２０は、例えば、１つ以上のアームバス２１８などを介して電子データ処理システム２１０と非同期双方向通信することができる。電気コネクタ４３４は、プローブハウジング１０２の電気コネクタ４４２と比較的迅速で安全な電子的接続を行うように位置決めされる。電気コネクタ４３４、４４２は、デバイス４００がプローブハウジング１０２に取り付けられると互いに接続する。電気コネクタ４３４、４４２は、それぞれ、電磁干渉からの遮蔽、ならびにコネクタピンの保護、およびデバイス４００をプローブハウジング１０２に取り付ける過程でピンの位置合わせの補助を行う金属で覆われたコネクタハウジングを備え得る。
【００３５】
機械的結合部４３２は、ＡＡＣＭＭ１００のアーム部分１０４の端部のデバイス４００の配置が好ましくはずれたり、移動したりしない比較的精密な用途をサポートするために、デバイス４００とプローブハウジング１０２との間の比較的剛性の高い機械的結合を形成する。そのような移動は、典型的には、測定結果の精度に望ましくない低下をもたらす可能性がある。これらの所望の結果は、本発明の実施形態のクイック接続の機械的および電子的インターフェースの機械的取り付け構成部分のさまざまな構造的特徴部を使用して達成される。
【００３６】
一実施形態において、機械的結合部４３２は、一方の端部４４８（デバイス４００の前縁または「最前部」）に位置決めされた第１の突出部４４４を備える。第１の突出部４４４は、第１の突出部４４４から延在するリップ部４４６を形成する鍵型にされた、切欠きを入れられた、または傾斜を付けられたインターフェースを備え得る。リップ部４４６は、プローブハウジング１０２から延在する突出部４５２によって画成される溝４５０（図８）に受け入れられるサイズを有する。第１の突出部４４４および溝４５０は、リップ部４４６が溝４５０内に位置決めされるときに、溝４５０が、プローブハウジング１０２に取り付けられたときにデバイス４００の長手方向と横方向の両方の移動を制限するために使用されるように結合部の配置構成をカラー４３８とともに形成することは理解されるであろう。以下でさらに詳しく説明されるように、カラー４３８の回転は、リップ部４４６を溝４５０内に固定するために使用され得る。
【００３７】
第１の突出部４４４の反対側で、機械的結合部４３２が第２の突出部４５４を備え得る。第２の突出部４５４は、鍵型にされた、切欠きを入れられたリップ部を有する、または傾斜を付けられたインターフェース表面４５６（図５）を有することができる。第２の突出部４５４は、例えば、カラー４３８などの、プローブハウジング１０２に関連付けられた締め具を係合するように位置決めされる。以下でさらに詳しく説明されるように、機械的結合部４３２は、インターフェース４２６のための枢着部を形成する、電気コネクタ４３４に隣接する、または電気コネクタ４３４周りに配設された、表面４３０から突出する膨らんだ表面を備える（図７および８）。これは、デバイス４００がプローブハウジング１０２に取り付けられるときに、デバイス４００とプローブハウジング１０２との間の３つの機械的接点のうちの第３の接点として働く。
【００３８】
プローブハウジング１０２は、一方の端部上に同軸に配置構成されたカラー４３８を備える。カラー４３８は、第１の位置（図５）と第２の位置（図７）との間で移動可能であるネジ部を備える。カラー４３８を回転させることによって、カラー４３８は、外部の道具を必要とせずにデバイス４００を固定するか、または取り外すために使用され得る。カラー４３８の回転は、比較的間隔の広い角ネジ付き円筒４７４に沿ってカラー４３８を移動する。そのような比較的大きなサイズの角ネジおよび外形表面の使用により、最小限の回転トルクによって非常に大きな締め付け力を得ることができる。さらに、円筒４７４のねじの広いピッチは、カラー４３８が最小限の回転で締められるか、または緩められることを可能にする。
【００３９】
デバイス４００をプローブハウジング１０２に結合するために、リップ部４４６が溝４５０に挿入され、デバイスは、第２の突出部４５４を矢印４６４（図５）に示されるように表面４５８に向かって回転するように枢動させられる。カラー４３８が回転し、これにより、カラー４３８は矢印４６２によって示される方向に移動するか、または平行移動し、表面４５６と係合する。カラー４３８が移動して角度の付いた表面４５６に当接すると、機械的結合部４３２は膨らんだ表面４６０の方へ押しやられる。これは、デバイス４００をプローブハウジング１０２に強固に固定することを妨げる可能性があるインターフェースの歪みまたはインターフェースの表面の異物に関して起こり得る問題を克服するのに役立つ。カラー４３８によって第２の突出部４５４に力を印加することで、機械的結合部４３２は前方に移動し、リップ部４４６がプローブハウジング１０２の座部に圧し付けられる。カラー４３８の締め付けが続くと、第２の突出部４５４は、プローブハウジング１０２の方へ圧し上げられ、枢着部に圧力が加わる。これは、シーソー型の配置構成をもたらし、圧力を第２の突出部４５４、リップ部４４６、および中央の枢着部に印加して、デバイス４００のずれまたは揺れを軽減するかまたは取り除く。枢着部は、プローブハウジング１０２の底を直接押し、一方、リップ部４４６は、プローブハウジング１０２の端部に下向きの力を印加する。図５は、デバイス４００およびカラー４３８の移動の方向を示す矢印４６２、４６４を含む。図７は、カラー４３８が締められるときにインターフェース４２６内で印加される圧力の方向を示す矢印４６６、４６８、４７０を含む。デバイス４００の表面４３６のオフセット距離は、カラー４３８と表面４３６の間の間隙４７２（図６）を形成することは理解されるであろう。間隙４７２は、カラー４３８が回転されるときに指を挟む危険性を減じながら、操作者がカラー４３８をよりしっかりと握ることを可能にする。一実施形態において、プローブハウジング１０２は、カラー４３８が締められるときの歪みを低減するかまたは防止するのに十分なだけの剛性がある。
【００４０】
インターフェース４２６の実施形態は、機械的結合部４３２および電気コネクタ４３４の適切な位置合わせを可能にし、また、もし保護しなかった場合にはカラー４３８、リップ部４４６、および表面４５６の締め付け動作によって生じる可能性がある印加される力から電子機器のインターフェースを保護する。これは、ハンダ付けされた端子を有する可能性がある回路基板４７６に取り付けられた電気コネクタ４３４、４４２に対する力による損傷を軽減するかまたは取り除く利点をもたらす。また、実施形態は、ユーザがデバイス４００をプローブハウジング１０２に接続するか、またはプローブハウジング１０２から切り離すために道具が必要とされないという点で、知られている手法に優る利点をもたらす。これは、操作者が手動で比較的簡単にデバイス４００をプローブハウジング１０２に接続し、プローブハウジング１０２から切り離すことを可能にする。
【００４１】
インターフェース４２６によって可能な比較的多数の遮蔽された電気接続のおかげで、比較的多数の機能が、ＡＡＣＭＭ１００とデバイス４００との間で共有され得る。例えば、ＡＡＣＭＭ１００上に配置されているスイッチ、ボタン、または他のアクチュエータは、デバイス４００を制御するために使用され得るか、またはその逆のもあり得る。さらに、コマンドおよびデータは、電子データ処理システム２１０からデバイス４００に送信され得る。一実施形態において、デバイス４００は、基部プロセッサ２０４のメモリに格納されるべき、またはディスプレイ３２８に表示されるべき記録された画像のデータを送信するビデオカメラである。別の実施形態において、デバイス４００は、電子データ処理システム２１０からデータを受信する画像プロジェクタである。それに加えて、ＡＡＣＭＭ１００またはデバイス４００のいずれかに配置されている温度センサは、他方によって共有され得る。本発明の実施形態は、さまざまなアクセサリデバイス４００がＡＡＣＭＭ１００に迅速、簡単、かつ確実に結合されることを可能にする柔軟なインターフェースを提供するという利点を備えることは理解されるであろう。さらに、ＡＡＣＭＭ１００とデバイス４００の間で機能を共有する能力は、重複をなくすことによってＡＡＣＭＭ１００のサイズ、電力消費、および複雑性を削減することを可能にし得る。
【００４２】
一実施形態において、コントローラ４０８は、ＡＡＣＭＭ１００のプローブ端４０１の動作または機能性を変更し得る。例えば、コントローラ４０８は、デバイス４００が取り付けられるときと、プローブハウジング１０２が単体で使用されるときとで異なるときに異なる色の光を放つ、異なる強さの光を放つ、または点灯／消灯のいずれかを行うようにプローブハウジング１０２のインジケータライトを変更することができる。一実施形態において、デバイス４００は、物体までの距離を測定する距離測定センサ（図示せず）を備える。この実施形態において、コントローラ４０８は、物体がプローブチップ１１８からどのぐらい遠いかを操作者に示すためにプローブハウジング１０２のインジケータライトを変更することができる。別の実施形態では、コントローラ４０８は、符号化構造化光スキャナデバイスによって取得された画像の画質に基づきインジケータライトの色を変化させることができる。これは、コントローラ４２０の要件を簡素化するという利点をもたらし、アクセサリデバイスの追加により機能性をアップグレードするか、または向上させることができる。
【００４３】
図１０〜１４を参照すると、物体の非接触測定を行うことを可能にするデバイス５００が図示されている。一実施形態では、デバイス５００は、結合部機構およびインターフェース４２６を介してプローブ端４０１に取り外し可能に結合される。別の実施形態では、デバイス５００は、プローブ端４０１に一体として接続される。以下でさらに詳しく説明されるように、デバイス５００は、干渉計（図１１）、絶対距離測定（ＡＤＭ）デバイス（図１２）、集束型メータ（図１３および図１４）、または別の種類の非接触距離測定デバイスであるものとしてよい。
【００４４】
デバイス５００は、ハンドル部分５１０を有するエンクロージャ５０１をさらに備える。一実施形態では、デバイス５００は、上で説明されているようにデバイス５００をプローブハウジング１０２に機械的および電気的に結合するインターフェース４２６を一端にさらに備える。インターフェース４２６は、デバイス５００が、付加的な道具を必要とせずに迅速かつ簡単にＡＡＣＭＭ１００に結合され、ＡＡＣＭＭ１００から取り外され得るという利点を備える。他の実施形態では、デバイス５００は、プローブハウジング１０２内に一体化され得る。
【００４５】
デバイス５００は、例えばレーザ光または白色光などのコヒーレントまたはインコヒーレント光を放射する光源５０２などの電磁放射線送信器を備える。光源５０２からの光は、デバイス５００から測定されるべき物体の方へ導かれる。デバイス５００は、光学アセンブリ５０４と受光器５０６とを備えることができる。光学アセンブリ５０４は、１つ以上のレンズ、ビームスプリッタ、ダイクロイックミラー、４分の１波長板、偏光光学系、および同様のものを備えることができる。光学アセンブリ５０４は、光源によって放射された光を分割し、一部を、例えば反射体などの物体の方へ、一部を、受光器５０６の方へ導く。受光器５０６は、光学アセンブリ５０４から反射光および向け直された光を受光し、光を電気信号に変換するように構成される。光源５０２および受光器５０６は両方とも、コントローラ５０８に結合される。コントローラ５０８は、１つ以上のマイクロプロセッサ、デジタルシグナルプロセッサ、メモリ、および信号調整回路を備えることができる。
【００４６】
さらに、デバイス５００は、ハンドル部分５１０にかかる力がプローブチップ１１８に関してデバイス５００の位置合わせに影響を及ぼさないようにプローブチップ１１８に関して実質的に固定されることは理解されるであろう。一実施形態では、デバイス５００は、デバイス５００からデータを取得することとプローブチップ１１８からデータを取得することとを操作者が切り替えることを可能にする付加的なアクチュエータ（図示せず）を有するものとしてよい。
【００４７】
デバイス５００は、操作者によって手動で作動されてデバイス５００による動作およびデータ取り込みを開始することができるアクチュエータ５１２、５１４をさらに備えることができる。一実施形態では、物体までの距離を決定する光学的処理は、コントローラ５０８によって実行され、距離データは、バス２４０を介して電子データ処理システム２１０に送信される。別の実施形態では、光学データは、電子データ処理システム２１０に送信され、物体までの距離は、電子データ処理システム２１０によって決定される。デバイス５００は、ＡＡＣＭＭ１００に結合されるので、電子処理システム２１０がデバイス５００の位置および配向を決定することができ（エンコーダからの信号を介して）、これにより、距離測定結果と組み合わせたときに、ＡＡＣＭＭに関する物体のＸ、Ｙ、Ｚ座標を決定することができることは理解されるであろう。
【００４８】
一実施形態では、図１１に示されているデバイス５００は、干渉計である。干渉計は、一種の距離計であり、例えばレーザ光などのコヒーレント光のビームを物体上の点に送る。例示的な実施形態において、物体は、例えば、外部逆反射体５１６である。干渉計は、戻ってきた光を光の参照ビームと組み合わせて物体の距離の変化を測定する。逆反射体５１６を距離Ｄが知られている初期位置に配置構成することによって、逆反射体５１６が新しい位置に移動したときに、距離Ｄ’を決定することができる。通常の、または増分干渉計を使用した場合、距離は、半波長を数えることによって決定されるが、それは、光の干渉パターンが距離計に関する物体の点の移動の半波長毎に繰り返されるからである。逆反射体５１６は、キューブコーナー逆反射体が埋め込まれている金属製球体を備える球状装着逆反射体であるものとしてよい。キューブコーナー逆反射体は、共通の頂点に会合する３つの垂直の鏡を備える。一実施形態では、頂点は、金属製球体の中心に置かれる。球体を物体と接触させたままにすることによって、物体表面の点までの距離は、干渉計によって測定され得る。逆反射体５１６は、出射光に平行に光を送り返す他の種類のデバイスでもあり得る。
【００４９】
一実施形態において、デバイス５００は、増分干渉計である。増分干渉計は、Ｄ＝ａ＋（ｎ＋ｐ）＊（ｌａｍｂｄａ／２）＊ｃ／ｎを使用して計算された測定距離Ｄを有し、式中、「ａ」は定数であり、「ｎ」はターゲットの移動において発生した整数カウント数であり、「ｐ」はサイクルの分数部分（数０から１は０から３６０度までの位相角に対応する）であり、「ｌａｍｂｄａ」は真空中の光の波長であり、「ｃ」は真空中の光速であり、「ｎ」は、光５２４が通る空気の温度、気圧、および湿度における光５２４の波長での空気の屈折率である。屈折率は、真空中の光の速度を局所的媒質（この場合には空気）中の光の速度で除算した値として定義され、したがって、計算された距離Ｄは空気中の光の速度「ｃ／ｎ」に依存する。一実施形態では、光源５０２から出た光５１８は、干渉計光学系５０４を通過し、離れたところにある逆反射体５１６へ進行し、戻り経路で干渉計光学系５０４を通り、受光器内に入る。受光器は、位相補間器に取り付けられる。一緒に受光器および位相補間器は戻る光の位相を復号し、半波長カウントの数を追跡するための光学系および電子機器を備える。位相補間器または多関節アーム１００内の別の場所または外部コンピュータ内の電子機器が、逆反射体５１６によって移動された増分距離を決定する。図１１の逆反射体５１６によって進められる増分距離は、Ｄ’−Ｄである。所定の時刻における距離Ｄ’は、例えば多関節アームＣＭＭ上の参照点からの距離Ｄとすることも可能である、参照点における逆反射体の位置を最初に見つけることによって決定され得る。例えば、逆反射体が球状装着逆反射体（ＳＭＲ）内に置かれている場合、距離Ｄ’は、最初に逆反射体５１６を、例えばＳＭＲを保持するように構成された磁気ネストであってもよい、参照配置に配置することによって見つけることができる。これ以降、ビームが光源５０２と逆反射体５１６との間に分かれない限り、全距離Ｄ’は、参照距離を上述の式の中の値「ａ」として使用することによって決定され得る。参照距離は、例えば、さまざまな配向に保持されているスキャナで参照球を測定することによって決定することが可能である。参照球の座標を自己一貫性のある形で解くことによって、参照距離を決定することができる。
【００５０】
図１１は、光５２４Ｂの戻るビームに平行に、ただし、それからオフセットされて進行する光５２４の放射された出射ビームを示している。いくつかの場合において、光５２４および５２４Ｂが同じ経路に沿って反対方向に進行するように光をそれ自体に戻らせることが望ましいことがある。この場合、単離法を使用して、反射光が光源５２０に入り不安定化するのを妨げることが重要であり得る。レーザを戻る光から絶縁するための一手段は、ファラデーアイソレータを光源５０２と戻る光５２４Ｂとの間の光路内に置くものである。
【００５１】
増分干渉計の一実施形態では、干渉計は、光源５０２が単一周波数で動作するレーザであるようなホモダインタイプのデバイスである。他の実施形態では、デバイスは、ヘテロダインタイプのデバイスであってよく、レーザは偏光され、直交している２つの重なり合うビームを発生するように少なくとも２つの周波数で動作する。光源５０２は、ビーム分割デバイス５２０内に導かれる光５１８を放射する。ここで、光の第１の部分５２２は、反射されて、受光器５０６に伝達される。第１の部分５２２は、少なくとも１つの鏡５２３から反射されて第１の部分を受光器５０６に導く。例示的な実施形態では、第１の部分５２２は、複数の鏡５２３およびビームスプリッタ５２０から反射される。この第１の部分５２２は、戻るか、または反射された光との比較に使用される光の参照ビームである。
【００５２】
光の第２の部分５２４は、ビーム分割デバイス５２０を透過し、逆反射体５１６の方へ導かれる。光学アセンブリ５０４は、限定はしないが、例えばレンズ、４分の１波長板、フィルタ、および同様のもの（図示せず）などの他の光学コンポーネントをさらに備えることができることは理解されるであろう。光の第２の部分５２４は、逆反射体５１６に進行し、この逆反射体５１６は第２の部分５２４を出射光に平行な経路５２７に沿ってデバイス５００の方へ反射して戻す。戻ってくる反射光を光学アセンブリを通して受光し、そこで、ビーム分割デバイス５２０を通して受光器５０６に伝達される。例示的な実施形態では、戻る光がビーム分割デバイス５２０を通して伝達されるときに、これは共通光路を受光器５０２への第１の部分５２２の光と結合する。光学アセンブリ５０４は、ビーム分割デバイス５２０と受光器５０６との間に、例えば回転する偏光面を生じる光学系などの付加的な光学コンポーネント（図示せず）をさらに備えることができることは理解されるであろう。これらの実施形態では、受光器５０６は、電力正規化機能を可能にする複数の偏光感知受信器から構成され得る。
【００５３】
受光器５０６は、第１の部分５２２と第２の部分５２４の両方の光を受ける。２つの光部分５２２、５２４はそれぞれ、異なる光路長を有するので、第２の部分５２４は、受光器５０６における第１の部分５２２と比較したときに位相シフトを有する。デバイス５００がホモダイン干渉計である一実施形態では、受光器５０６は、光の２つの部分５２２、５２４の強度の変化に基づき電気信号を発生する。デバイス５００がヘテロダイン干渉計である一実施形態では、受光器５０６は、例えばドップラー偏移信号などの技術を使用して位相または周波数測定を可能にし得る。いくつかの実施形態では、受光器５０６は、受光した光を例えば位相補間器５０８またはスペクトラムアナライザに伝達する光ファイバーピックアップであってよい。さらに他の実施形態では、受光器５０６は、電気信号を発生し、その信号を位相補間器５０８に送信する。
【００５４】
増分干渉計では、カウント数ｎの変化を追跡する必要がある（上述の式から）。光のビームが逆反射体５１６に当てたままにする場合、受光器５０６内の光学系および電子機器を使用して、カウント数を追跡することができる。別の実施形態では、別の種類の測定が使用され、その場合、距離計からの光は測定されるべき物体上に直接送られる。例えば金属であってもよい物体は、光の比較的小さな部分のみが受光器に戻るように光を拡散反射し得る。この実施形態では、光は、戻る光が出射光と実質的に同時になるようにそれ自体直接戻る。その結果、例えばファラデーアイソレータなどの、光源５０２内に送り返される光の量を低減するための手段を備える必要があり得る。
【００５５】
散光ターゲットまでの距離を測定する難しさの１つは、縞模様をカウントすることが可能でないことである。逆反射体ターゲット５１６の場合、逆反射体がトラッカーから離れるときに光の位相が連続的に変化することが知られている。しかし、光のビームが物体を越える場合、戻る光の位相は、例えば、光が縁のそばを通るときに不連続に変化し得る。この場合、絶対干渉計と称される種類の干渉計を使用することが望ましいことがある。絶対干渉計は、複数の波長の光を同時に放射し、これらの波長は例えばミリメートルのオーダーとなり得る、「合成波長」を形成するように構成される。絶対干渉計は、移動のそれぞれの半波長に対する縞模様の数をカウントする必要がない点を除き、増分干渉計と同じ精度を有する。測定は、１つの合成波長に対応する領域内のどこかで行うことができる。
【００５６】
一実施形態では、光学アセンブリ５０４は、絶対干渉計からの光をスキャナから反射させ、再びスキャナに受光させることで領域上を高速に測定する微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）鏡などのステアリングミラー（図示せず）を備えることができる。
【００５７】
一実施形態では、デバイスは、絶対干渉計と組み合わせて使用される、カメラ５２９などのオプションの画像取得デバイスを備えることができる。カメラ５２９は、レンズおよび光感知アレイを備える。レンズは、光感知アレイ上の照射物点を結像するように構成される。光感知アレイは、絶対干渉計によって放射された光の波長に反応するように構成される。光感知アレイ上の結像光の位置に注目することによって、物点の曖昧さの範囲を決定することが可能である。例えば、絶対干渉計が約１ｍｍの曖昧さの範囲を有すると想定する。次いで、ターゲットまでの距離が１ミリメートル以内であると知られている限り、干渉計を使用してターゲットまでの距離を見つけることに問題はない。しかし、ターゲットまでの距離が１ｍｍの曖昧さの範囲内にあることが知られていないと想定する、一実施形態では、曖昧さの範囲内でターゲットまでの距離を見つける方法は、光のビームの放射点の近くにカメラ５２９を置くことである。カメラは、光感知アレイ上に散乱光の像を形成する。光の結像スポットの位置は、光学的ターゲットまでの距離に依存し、それにより、曖昧さの範囲内に合わせてターゲットまでの距離を決定する方法を提供する。
【００５８】
一実施形態では、距離測定デバイスは、物体までの距離の決定にコヒーレント光（例えば、レーザ）を使用する。一実施形態では、デバイスは、レーザの波長を時間の関数として、例えば、時間の関数として直線的に変化させる。出射レーザビームの一部は、光検出器に送られ、逆反射体に進行する出射レーザビームの別の部分は、検出器にも送られる。光ビームは検出器内で光学的に混合され、電気回路が光検出器からの信号を評価して距離計から逆反射体ターゲットまでの距離を決定する。
【００５９】
一実施形態では、デバイス５００は、絶対距離計（ＡＤＭ）デバイスである。ＡＤＭデバイスは、典型的には、インコヒーレント光を使用し、距離計からターゲットまで進行して、戻るのに要する時間に基づき物体までの距離を決定する。ＡＤＭデバイスは、通常、干渉計よりも低い精度を有するけれども、ＡＤＭは、物体までの距離の変化を測定するのではなく物体までの距離を直接測定するという利点を備える。したがって、干渉計とは異なり、ＡＤＭは知られている初期位置を必要としない。
【００６０】
ＡＤＭの一種に、パルス飛行時間（ＴＯＦ）ＡＤＭがある。パルスＴＯＦ  ＡＤＭにより、レーザは光のパルスを放射する。光の一部は物体に送られ、物体から散乱し、光検出器によってピックアップされ、光検出器が光信号を電気信号に変換する。光の別の部分は、検出器（または別個の検出器）に直接送られ、そこで、電気信号に変換される。２つの電気パルス信号の前縁の間の時間ｄｔを使用して、距離計から物点までの距離を決定する。距離Ｄは、ちょうどＤ＝ａ＋ｄｔ＊ｃ／（２ｎ）であり、式中、ａは定数であり、ｃは真空中の光速であり、ｎは空気中の光の屈折率である。
【００６１】
別の種類のＡＤＭとして、位相ベースのＡＤＭがある。位相ベースのＡＤＭは、正弦波変調がレーザに直接適用されて放射されたレーザビームの屈折力を変調するものである。変調は、正弦波または方形波のいずれかとして適用される。検出された波形の基本周波数に関連する位相が抽出される。基本周波数は、その波形の主または最低周波数である。典型的には、基本周波数に関連する位相は、光を光検出器に送って電気信号を取得し、光を調整し（増幅器、混合器、およびフィルタに光を通すことを含むことも可能である）、アナログ／デジタルコンバータを使用して電気信号をデジタル化されたサンプルに変換し、次いで計算方法を使用して位相を計算することによって得られる。
【００６２】
位相ベースのＡＤＭは、Ｄ＝ａ＋（ｎ＋ｐ）＊ｃ／（２＊ｆ＊ｎ）の等しい測定距離Ｄを有し、式中、「ａ」は定数であり、「ｎ」および「ｐ」は物点の「曖昧さの範囲」の整数部分および小数部分であり、「ｆ」は変調の周波数であり、「ｃ」は真空中の光速であり、ｎは光の屈折率である。量Ｒ＝ｃ／（２＊ｆ＊ｎ）は曖昧さの範囲である。例えば、変調周波数がｆ＝３ＧＨｚである場合、この式から、曖昧さの範囲は、約５０ｍｍである。「Ｄ」に対する公式は、計算された距離が空気中の光の速度「ｃ／ｎ」に依存することを示している。絶対干渉計の場合のように、決定することが望ましいパラメータの１つは、調査対象の物点に対する曖昧さの範囲である。散光表面の座標を測定するために使用されるＡＡＣＭＭ１００について、デバイス５００の光のビームは、数ミリ秒の行程において数メートル隔てられている物体に向けられ得る。曖昧さの範囲が決定されなかった場合、そのような大きな変化はデバイスの曖昧さの範囲を超える可能性があり、したがって、物点までの距離を知ることなくＡＤＭから出る。
【００６３】
一実施形態では、放射光は、曖昧さの範囲がリアルタイムで決定されるように複数の周波数で変調される。例えば、一実施形態では、４つの異なる変調周波数が、レーザ光に同時に適用され得る。サンプリングの知られている手段および抽出手順によって、ターゲットまでの絶対距離をこれら４つの周波数のそれぞれについて位相を計算することで決定することができる。他の実施形態では、４つより少ない周波数が使用される。位相ベースのＡＤＭは、近いまたは遠い範囲のいずれかで使用され得る。他の種類のインコヒーレント光による距離計を使用する変調および処理方法も可能である。そのような距離計は、当技術分野でよく知られており、これ以上説明しない。
【００６４】
図１２に示されている一実施形態では、デバイス５００は、光源５２８、アイソレータ５３０、ＡＤＭ電子機器５４６、ファイバーネットワーク（fiber network）５３６、ファイバーローンチ（fiber launch）５３８、ならびに適宜、ビームスプリッタ５４０および位置検出器５４２を備えるＡＤＭデバイスである。光源５２８は、例えば赤色または赤外線レーザダイオードなどのレーザであってよい。レーザ光は、アイソレータ５３０を通して送られ、これは例えばファラデーアイソレータまたは減衰器であってよい。アイソレータ５３０は、入力および出力ポートのところで結合されるファイバーであってよい。ＡＤＭ電子機器５３２は、無線周波（ＲＦ）電気信号をレーザの入力に印加することによって光源５２８を変調する。一実施形態では、ＲＦ信号は、１つ以上の変調周波数のレーザによって放射される光の屈折力を正弦波変調するケーブル５３２を通して印加される。アイソレータを通過する変調光は、ファイバーネットワーク５３６に進行する。光の一部は光ファイバー５４８を越えてＡＤＭ電子機器５４６の参照チャネルに進行する。光の別の部分は、デバイス５００から出て、ターゲット５１６から反射し、デバイス５００に戻る。一実施形態では、ターゲット５１６は、アルミニウムまたは鋼鉄などの拡散反射材料などの非協力ターゲットである。別の実施形態では、ターゲット５１６は、光の大部分をデバイス５００に送り返す、例えば、逆反射体ターゲットなどの協力ターゲットである。デバイス５００に入る光は、ファイバーローンチ５３８およびファイバーネットワーク５３６を通って戻り、光ファイバーケーブル５５０を通じてＡＤＭ電子機器５４６の測定チャネルに入る。ＡＤＭ電子機器５４６は、光ファイバー５４８および５５０から受信された参照および測定光信号を参照および測定電気信号に変換する光検出器を備える。これらの信号が電子機器によって処理され、ターゲットまでの距離を決定する。
【００６５】
一実施形態では、デバイス５００からの光は、非協力（散光）ターゲットではなく逆反射体に送られる。この場合、ビームスプリッタ５４０から反射された少量の光を受光するために位置検出器５４２を備えることができる。位置検出器５４２によって受信された信号は制御システムによって使用され、これによりデバイス５００からの光ビームが移動する逆反射体５１６を追跡するようにできる。逆反射体ターゲットの代わりに散光ターゲットが使用される場合、ビームスプリッタ５４０および位置検出器５４２は省くことができる。
【００６６】
一実施形態では、ＡＤＭデバイス５００は、本願に引用して援用する、同一出願人による特許文献３において説明されているような構成を組み込む。干渉計デバイスおよびＡＤＭデバイスは両方とも、空気中の光の速度に少なくとも一部は基づき物体までの距離を決定することは理解されるであろう。
【００６７】
別の種類の距離計として、集束法に基づくものがある。集束距離計（focusing distance meters）の例は、色集束計（chromatic focusing meter）、コントラスト集束計（contrast focusing meter）およびアレイ感知集束計（array sensing focusing meter）である。図１３に示されているものなどの色集束法を使用するデバイスは、インコヒーレントであるが、白色光は光源５５２によって発生する。光学アセンブリ内のレンズ５５４の色収差により、光は、光の波長に基づき物体５５６上の「焦線」内に集束される。その結果、白色光の異なる波長成分が異なる距離のところに集束される。スペクトロメータ５５７を使用して、物体５５６までの距離を決定することができる。
【００６８】
図１４に示されている別の種類の集束距離計は、コントラスト集束デバイスである。この実施形態では、物体までの距離は、最大のコントラストまたは像鮮明度に合わせて集束させることによって決定される。集束は、物体５６０の方向で軸に沿ってカメラ５５８を移動することによって達成される。最大コントラストの位置が見つかったときに、物体５６０は、知られている距離のところのセンサ５６２の光軸上にある。この知られている距離は、較正過程において予め決定される。
【００６９】
一実施形態では、デバイス５００は、アレイ感知集束計であるものとしてよい。この種類のデバイスでは、光源が光をレンズおよびビームスプリッタに通して送る。光の一部は物体に当たり、ビームスプリッタから反射し、光感知アレイに進行する。検査対象の物体が光点の焦点位置にある場合、光感知アレイ上の光は非常に小さい。したがって、アレイ上のスポットが十分に小さければ常に、ＡＡＣＭＭ１００を使用して３Ｄ座標を捕らえることが可能である。
【００７０】
さらに別の実施形態では、デバイス５００は、コノスコピックホログラフィデバイスであってよい。この種類のデバイスでは、物体の表面は、レーザ点によって探られる。レーザ光はその表面によって拡散反射されて点光源を形成する。この点から発せられる光円錐は、光学系によって広げられる。複屈折性結晶が、２つの円偏光子の間に配置構成され、これにより、光を通常ビームと異常ビームとに分ける。第２の偏光レンズを透過した後、２つのビームの重ね合わせが生じて、ＣＣＤカメラなどの光感知センサによって取得され得るホログラフィック干渉縞パターンを発生する。物体までの距離は、像処理によって干渉縞から決定される。
【００７１】
集束デバイスおよびコノスコピックホログラフィデバイスは、空気中の光の屈折率に依存し得るが、これらのデバイスの距離の決定は空気中の光の速度に無関係であることは理解されるであろう。
【００７２】
ＡＡＣＭＭの届く範囲は、それが配置されている環境と比較して比較的短いことが多い。例えば、多関節アームは航空機用の大きなツーリング構造物を測定するために使用されうるが、このツーリング構造物は大きな格納庫または製造設備内に配置されている。そのような状況において、同じコンポーネントを測定しながらＡＡＣＭＭを一方の配置から他方の配置に移動することが必要になることが多い。例えば、上で説明されている大きなツーリング構造物については、ＡＡＣＭＭをツーリング構造物の左側から構造物の中間部分まで移動し、共通基準フレーム内でＡＡＣＭＭによって測定される３次元座標を提供することが必要になることもある。これまで、このためのさまざまな方法が策定されており、これらの方法は一般的にその意図された目的に適していたけれども、ＡＡＣＭＭを大きな距離にわたって移動しながらこれを行うのに必要な条件を満たしていなかった。
【００７３】
一実施形態では、距離計はＡＡＣＭＭの端部に取り付けられる。ＡＡＣＭＭは、３つの並進自由度を有する原点を有する。ＡＡＣＭＭは、３つの配向自由度を有する配向も有する。ＡＡＣＭＭは、ターゲット基準フレームと本明細書では称されている、それ独自の基準フレームを有する環境内に配置されている。例えば、上で与えられた例では、大きなツーリング構造物は、ＣＡＤモデルによって、または従来の３Ｄ測定から得られたモデルによって記述され得る。ＣＡＤモデルまたは測定モデルに関して、ターゲット基準フレームが割り当てられる。ターゲット基準フレームは、ターゲット原点を有し、通常これはターゲット基準フレーム内で直交座標（０，０，０）を割り当てられる。ターゲット基準フレームは、３つの直交座標軸ｘ、ｙ、およびｚに関して記述され得る、配向も有する。
【００７４】
ＡＡＣＭＭは、ターゲット基準フレームに関してＡＡＣＭＭ原点とＡＡＣＭＭ配向とを有する。言い換えると、ＡＡＣＭＭ原点は、ターゲット基準フレームからある量ｄｘ、ｄｙ、ｄｚだけオフセットされ、ＡＡＣＭＭ基準フレームの３つの軸は、ターゲット基準フレームの軸に関する３つの回転角度によって記述され得る。
【００７５】
例えば、測定値をＣＡＤモデルで示されている値と比較しようとするときに、ターゲット基準フレーム内のＡＡＣＭＭ基準フレームを知ることが望ましいことが多い。そのような手段によって、ＡＡＣＭＭは、指定された許容範囲内でコンポーネントまたは道具が製造されているかどうかを決定することができる。ＡＡＣＭＭが第１のＡＡＣＭＭ基準フレームから第２のＡＡＣＭＭ基準フレームに移動される場合、ターゲット基準フレーム内で第１および第２の両方のＡＡＣＭＭ基準フレームを知ることは有用である。
【００７６】
ＡＡＣＭＭの端部に取り付けられている距離計を使用して、一方のフレームから他方のフレームに移動するために必要な数学的変換を行うことができる。このために、距離計は、少なくともほぼターゲット基準フレーム内に収まると知られている３Ｄ座標を有する少なくとも３つのターゲットまでの距離を測定する。いくつかの場合において、少なくとも３つのターゲットの配置は任意であり、近似的にも知られていない。いくつかの場合において、ＣＡＤモデルは、物体上の特徴部の公称３Ｄ座標を示している。少なくとも３つの特徴部の３Ｄ座標を測定することによって、アームは、ターゲット座標系に対するｘ、ｙ、およびｚ（または同等の）軸を構築することができる。例えば、第１の測定点は、原点を確立することができる。第２の測定点は、ターゲット基準フレーム内のｘ軸を確立するために使用され得る。第３の測定点は、ｙおよびｚ軸を確立するために使用され得る。（ｙ軸はｘ軸に垂直であり、ｚ軸はｘおよびｙの両方の軸に垂直である。）他の場合には、多数の点が、アームで測定され、最良適合手順を使用してＣＡＤモデルへの最良適合を決定することができる。この最良適合は、次いで、ターゲット基準フレームに対する基準となる。
【００７７】
使用される方法に関係なく、ＡＡＣＭＭにより少なくとも３つの点の３Ｄ座標を測定することによって、アームは、ターゲット基準フレーム内のＡＡＣＭＭ基準フレームの位置および配向を決定することができる。いくつかの場合において、これは、個別の道具またはコンポーネントを越えて延在する領域にわたって実行され、建物全体に拡大され得る。例えば、建物は、建物内のすべての物体に対する基準フレームを確立するために距離計によって測定される複数のターゲットを有することもあり得る。
【００７８】
多関節アームを移動する操作は、再配置と称される複数の位置まで移動され、再配置に続いて共通基準フレームを確立する方法は、見当合わせと称されることが多い。
【００７９】
一実施形態では、少なくとも３つのターゲットがターゲット基準フレーム内に用意される。これらのターゲットは、協力または非協力ターゲットとすることができる。協力ターゲットの一例は、逆反射体、例えば、キューブコーナー逆反射体である。非協力ターゲットの一例は、物体上の特徴部、例えば、球体もしくは穴である。協力または非協力と考えられ得るターゲットの一例は、高反射率ターゲット、例えば、高反射率円形ターゲットである。そのようなターゲットは、例えば、キューブコーナー逆反射体ほど光を反射しないとしても、逆反射ターゲットと称されることが多い。いくつかの場合において、非協力ターゲットは、物体の自然な特徴部、例えば、３つの平面の交差点である。
【００８０】
本発明は、例示的な実施形態に関して説明されているが、当業者であれば、本発明の範囲から逸脱することなく、さまざまな変更を加え、これらの要素の代わりに同等物を使用できることを理解するであろう。それに加えて、本発明の本質的範囲から逸脱することなく、さまざまな修正を行って、特定の状況または材料を本発明の教示に適合させることができる。したがって、本発明は、本発明を実施するために考えられた最良の様式として開示されている特定の実施形態に限定されないことが意図されているが、本発明は、付属の請求項の範囲内にあるすべての実施形態を含むことが意図されている。さらに、第１の、第２の、などの言い回しは、順序、または重要度を表さず、むしろ、第１の、第２の、などは、要素を互いに区別するために使用される。さらに、「１つの」（英文中の「ａ」、「ａｎ」などを日本語に訳して明示する場合）という言い回しの使用は、数量の限定を表さず、むしろ、参照されている項目のうちの少なくとも１つが存在することを表す。
【図１Ａ】
2015184279.tif 000003
【図１Ｂ】
2015184279.tif 000004
【図２】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
2015184279.tif 000007
【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図３】
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【図３Ａ】
2015184279.tif 000011
【図３Ｂ】
2015184279.tif 000012
【図４】
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【図５】
2015184279.tif 000014
【図６】
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【図７】
2015184279.tif 000016
【図８】
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【図９】
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【図１０】
2015184279.tif 000019
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【手続補正書】
【提出日】平成27年7月6日(2015.7.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空間内の物体の３次元座標を測定するための可搬型の多関節アーム座標測定機（ＡＡＣＭＭ）を操作するための方法であって、
原点を有するＡＡＣＭＭ基準フレーム内に前記ＡＡＣＭＭを用意するステップであって、前記ＡＡＣＭＭは手動で位置決め可能なアーム部分、基部、非接触測定デバイス、および電子回路を有し、前記アーム部分は対向する第１の端部および第２の端部を有し、前記アーム部分は複数の接続アームセグメントを備え、前記複数の接続アームセグメントのそれぞれは複数の位置信号を発生するための少なくとも１つの位置変換器を備え、前記第１の端部は前記基部に接続され、前記非接触測定デバイスは前記第２の端部、電磁放射線送信器、およびセンサに接続され、前記電子回路は前記複数の位置信号を受信するように構成される、ステップと、
ターゲット基準フレーム内で第１のターゲット３次元座標を有する第１の配置に第１のターゲットを、前記ターゲット基準フレーム内で第２のターゲット３次元座標を有する第２の配置に第２のターゲットを、前記ターゲット基準フレーム内で第３のターゲット３次元座標を有する第３の配置に第３のターゲットを用意するステップであって、前記第１の配置、前記第２の配置、および前記第３の配置は同一線上にない、ステップと、
前記電磁放射線送信器から送信される電磁放射線を前記第１のターゲットに導くように前記第２の端部を手動で位置決めするステップと、
前記非接触測定デバイスで前記第１のターゲットまでの第１の距離を測定し、第１の複数の位置信号を測定するステップと、
前記電磁放射線送信器から送信される電磁放射線を前記第２のターゲットに導くように前記第２の端部を手動で位置決めするステップと、
前記非接触測定デバイスで前記第２のターゲットまでの第２の距離を測定し、第２の複数の位置信号を測定するステップと、
前記電磁放射線送信器から送信される電磁放射線を前記第３のターゲットに導くように前記第２の端部を手動で位置決めするステップと、
前記非接触測定デバイスで前記第３のターゲットまでの第３の距離を測定し、第３の複数の位置信号を測定するステップと、
プロセッサによって、前記ターゲット基準フレームに関して、第１の原点座標および第１のＡＡＣＭＭ配向角を決定するステップであって、前記第１の原点座標は前記ターゲット基準フレーム内の前記第１の原点の３次元座標であり、前記第１のＡＡＣＭＭ配向角は前記ターゲット基準フレーム内の前記第１のＡＡＣＭＭの配向の３つの回転角であり、前記第１の原点座標および前記第１のＡＡＣＭＭ配向角は少なくとも一部は前記第１の距離、前記第１の複数の位置信号、前記第１のターゲット３次元座標、前記第２の距離、前記第２の複数の位置信号、前記第２のターゲット３次元座標、前記第３の距離、前記第３の複数の位置信号、および前記第３のターゲット３次元座標に基づく、ステップと、
前記第１の原点座標および前記第１のＡＡＣＭＭ配向角を格納するステップとを含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、第１のターゲットを用意する前記ステップにおいて、前記第１のターゲットは逆反射体であることを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法であって、第１のターゲットを用意する前記ステップにおいて、前記第１のターゲットは非協力ターゲットであることを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法であって、ＡＡＣＭＭを用意する前記ステップにおいて、前記ＡＡＣＭＭは前記第２の端部に接続された接触測定デバイスを有し、前記電子回路は前記接触測定デバイスの位置を決定するようにさらに構成されることを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項４に記載の方法であって、前記ＡＡＣＭＭを用意する前記ステップにおいて、前記接触測定デバイスはプローブチップであることを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項４に記載の方法であって、
前記接触測定デバイスを前記物体の特徴部に触れさせるステップと、
前記ターゲット基準フレーム内で前記特徴部の第４の３次元座標を測定するステップであって、前記第４の３次元座標は少なくとも一部は前記接触測定デバイスの前記決定された位置、前記決定された第１の原点座標、および前記決定された第１のＡＡＣＭＭ配向角に基づく、ステップとをさらに含むことを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項１に記載の方法であって、
前記電磁放射線送信器から送信される電磁放射線を第４のターゲットに導くように前記第２の端部を手動で位置決めするステップと、
前記非接触測定デバイスで前記第４のターゲットまでの第４の距離を測定し、第４の複数の位置信号を測定するステップと、
前記プロセッサによって、前記ターゲット基準フレームに関して、前記第４のターゲットの３次元座標を、少なくとも一部は前記測定された第４の距離、前記測定された第４の複数の位置信号、前記決定された第１の原点座標、および前記決定された第１のＡＡＣＭＭ配向角に基づき決定するステップとをさらに含むことを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項１に記載の方法であって、
前記ＡＡＣＭＭを、前記ターゲット基準フレームに関して、第２の原点座標および第２のＡＡＣＭＭ配向角に移動するステップと、
前記電磁放射線送信器から送信される電磁放射線を前記第１のターゲットに導くように前記第２の端部を手動で位置決めするステップと、
前記非接触測定デバイスで前記第１のターゲットまでの第４の距離を測定し、第４の複数の位置信号を測定するステップと、
前記電磁放射線送信器から送信される電磁放射線を前記第２のターゲットに導くように前記第２の端部を手動で位置決めするステップと、
前記非接触測定デバイスで前記第２のターゲットまでの第５の距離を測定し、第５の複数の位置信号を測定するステップと、
前記電磁放射線送信器から送信される電磁放射線を前記第３のターゲットに導くように前記第２の端部を手動で位置決めするステップと、
前記非接触測定デバイスで前記第３のターゲットまでの第６の距離を測定し、第６の複数の位置信号を測定するステップと、
前記プロセッサによって、前記ターゲット基準フレームに関して、第２の原点座標および第２のＡＡＣＭＭ配向角を決定するステップであって、
前記第２の原点座標は前記ターゲット基準フレーム内の前記原点の３次元座標であり、前記第２のＡＡＣＭＭ配向角は前記ターゲット基準フレーム内の前記ＡＡＣＭＭの配向の３つの回転角であり、前記第２の原点座標および前記第２のＡＡＣＭＭ配向角は少なくとも一部は前記第４の距離、前記第４の複数の位置信号、前記第１の３次元座標、前記第５の距離、前記第５の複数の位置信号、前記第２の３次元座標、前記第６の距離、前記第６の複数の位置信号、および前記第３の３次元座標に基づく、ステップと、
前記第２の原点座標および前記第２のＡＡＣＭＭ配向角を格納するステップとをさらに含むことを特徴とする方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
本発明の一実施形態により、空間内の物体の３次元座標を測定するための可搬型の多関節アーム座標測定機（ＡＡＣＭＭ）を操作するための方法が提供され、この方法は、原点を有するＡＡＣＭＭ基準フレーム内にＡＡＣＭＭを用意するステップであって、ＡＡＣＭＭは手動で位置決め可能なアーム部分、基部、非接触測定デバイス、および電子回路を有し、アーム部分は対向する第１の端部および第２の端部を有し、アーム部分は複数の接続アームセグメントを備え、複数の接続アームセグメントのそれぞれは複数の位置信号を発生するための少なくとも１つの位置変換器を備え、第１の端部は基部に接続され、非接触測定デバイスは第２の端部、電磁放射線送信器、およびセンサに接続され、電子回路は複数の位置信号を受信するように構成される、ステップと、ターゲット基準フレーム内で第１のターゲット３次元座標を有する第１の配置に第１のターゲットを、ターゲット基準フレーム内で第２のターゲット３次元座標を有する第２の配置に第２のターゲットを、ターゲット基準フレーム内で第３のターゲット３次元座標を有する第３の配置に第３のターゲットを用意するステップであって、第１の配置、第２の配置、および第３の配置は同一線上にない、ステップと、電磁放射線送信器から送信される電磁放射線を第１のターゲットに導くように第２の端部を手動で位置決めするステップと、非接触測定デバイスで第１のターゲットまでの第１の距離を測定し、第１の複数の位置信号を測定するステップと、電磁放射線送信器から送信される電磁放射線を第２のターゲットに導くように第２の端部を手動で位置決めするステップと、非接触測定デバイスで第２のターゲットまでの第２の距離を測定し、第２の複数の位置信号を測定するステップと、電磁放射線送信器から送信される電磁放射線を第３のターゲットに導くように第２の端部を手動で位置決めするステップと、非接触測定デバイスで第３のターゲットまでの第３の距離を測定し、第３の複数の位置信号を測定するステップと、プロセッサによって、ターゲット基準フレームに関して、第１の原点座標および第１のＡＡＣＭＭ配向角を決定するステップであって、第１の原点座標はターゲット基準フレーム内の第１の原点の３次元座標であり、第１のＡＡＣＭＭ配向角はターゲット基準フレーム内の第１のＡＡＣＭＭの配向の３つの回転角であり、第１の原点座標および第１のＡＡＣＭＭ配向角は少なくとも一部は第１の距離、第１の複数の位置信号、第１のターゲット３次元座標、第２の距離、第２の複数の位置信号、第２のターゲット３次元座標、第３の距離、第３の複数の位置信号、および第３のターゲット３次元座標に基づく、ステップと、第１の原点座標および第１のＡＡＣＭＭ配向角を格納するステップとを含む。