(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
定位置のネスト内に球面マウント再帰反射器（ＳＭＲ）を測定するとき、３次元（３Ｄ）座標測定装置内の距離計をリセットする方法であって、
本体と、再帰反射器と、基準点とを含むＳＭＲを用意するステップであって、前記本体が、球面中心を有する球状の外側部分を有し、前記本体が、空洞を含み、前記空洞が、前記再帰反射器を保持するように寸法設定され、前記空洞が、前記本体の外側の領域に対して開いており、前記再帰反射器の少なくとも一部が前記空洞の中に配設されており、前記再帰反射器が、オープンエア型のコーナキューブ再帰反射器であり、前記再帰反射器が、１組の３本のラインおよび共通の頂点において交差する１組の３つの互いに垂直で平坦な反射器を有し、前記空洞が、前記３つの平坦な反射器の組の反射面に対して内側の、エアを満たされた領域を含み、前記再帰反射器が、前記３本のラインの組に対する対称軸を有し、前記ＳＭＲが、前記対称軸に対して垂直であって前記球面中心を通過するＳＭＲのランアウト面を有し、前記ＳＭＲが、ＳＭＲの交点を有し、前記ＳＭＲの交点が、前記ＳＭＲのランアウト面と前記対称軸の交点であり、前記ＳＭＲが、前記頂点から前記球面中心まで延在する誤差ベクトルを有し、前記ＳＭＲ誤差ベクトルが、ＳＭＲの深さ誤差ベクトル成分およびＳＭＲのランアウト誤差ベクトル成分を有し、前記ＳＭＲの深さ誤差ベクトル成分が、前記頂点から前記ＳＭＲの交点まで延在するベクトルであり、前記ＳＭＲのランアウト誤差ベクトル成分が、前記ＳＭＲの交点から前記球面中心まで延在するベクトルであり、前記ＳＭＲの深さ誤差ベクトル成分が、ＳＭＲの深さ誤差と等しい大きさを有するステップと、
ベース、第１のモータ、第２のモータ、第１の角度測定装置、第２の角度測定装置、距離計、定位置のネストを含む３Ｄ座標測定装置を用意するステップであって、前記３Ｄ座標測定装置が、装置の座標系を有し、前記ＳＭＲに対して光線を放射するように構成されており、前記再帰反射器が、前記放射された光線の一部分を、反射光線として戻し、前記第１のモータと前記第２のモータが、一緒に、前記放射された光線を、放射される方向へ導き、前記放射される方向が、第１の軸のまわりの第１の回転角および第２の軸のまわりの第２の回転角によって決定され、前記第１の回転角が前記第１のモータによって生成され、前記第２の回転角が前記第２のモータによって生成され、前記第１の軸および前記第２の軸が、ジンバルポイントのまわりで回転するように構成されており、前記第１の軸および前記第２の軸が前記ベースに対して回転され、前記ジンバルポイントが、前記放射された光線と一致するラインの上にあり、前記第１の角度測定装置が前記第１の回転角を測定し、前記第２の角度測定装置が前記第２の回転角を測定し、前記距離計が、装置によって受け取られた前記反射光線に基づいて、前記装置から前記再帰反射器までのターゲット距離を測定し、前記定位置のネストが、前記ベースに貼り付けられており、前記球状の外側部分を受けるように構成されているステップと、
プロセッサおよびメモリを用意するステップと、
前記プロセッサによって実行されたときリセット距離を求めるコンピュータ可読命令を有するコンピュータ可読媒体を用意するステップと、
前記ジンバルポイントから前記定位置のネスト内の前記ＳＭＲの前記球面中心までの距離である定位置の基準距離を求めるステップと、
前記ＳＭＲの深さ誤差を求めるステップと、
前記定位置の基準距離および前記ＳＭＲの深さ誤差を、記録されたデータの組として記録するステップと、
前記プロセッサによって、前記記録されたデータの組を読み取るステップと、
前記定位置のネスト内に前記ＳＭＲを配置するステップと、
前記装置から前記定位置のネスト内の前記ＳＭＲへ、第１の放射された光線を送るステップと、
前記プロセッサで前記コンピュータ可読命令を実行して、前記定位置の基準距離および前記ＳＭＲの深さ誤差に基づいてリセット距離を求めるステップと、
前記距離計を、前記リセット距離に等しい距離を読み取るようにリセット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、
前記装置に対して、前記対称軸と前記第１の放射された光線の間の角度である好ましいホーム角度を用意するステップをさらに含み、
前記定位置のネスト内に前記ＳＭＲを配置する前記ステップが、前記定位置のネストの中へ前記ＳＭＲを前記好ましいホーム角度で配置するステップをさらに含むことを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項２に記載の方法であって、
前記ＳＭＲのランアウト誤差ベクトル成分を求めるステップをさらに含み、
前記ＳＭＲの深さ誤差を、記録されたデータの組として記録する前記ステップが、前記記録されたデータの組における前記ＳＭＲのランアウト誤差ベクトル成分の数値表現を記録するステップをさらに含むことを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項３に記載の方法であって、
前記定位置のネスト内にＳＭＲを配置する前記ステップにおいて、前記ＳＭＲが、前記定位置のネスト内に前記ＳＭＲの配向するためのルールであるホームルールに基づいて定位置の配向に配置され、前記定位置の配向が、前記装置の座標系における、前記対称軸に対する前記基準点の位置を示すものであり、
前記プロセッサによって前記コンピュータ可読命令を実行する前記ステップにおいて、前記定位置の基準距離が、前記ＳＭＲのランアウト誤差ベクトル成分の前記数値表現、前記定位置の配向、および前記好ましいホーム角度にさらに基づくものであることを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項３に記載の方法であって、
前記３Ｄ座標測定装置を用意する前記ステップにおいて、前記装置がカメラをさらに含み、前記カメラが、感光性アレイと焦点距離のあるレンズとを有し、前記レンズと前記感光性アレイの間に第１の距離を有し、前記ＳＭＲが前記定位置のネスト内に配置されたとき第１の画像上で前記ＳＭＲ上のマークに合焦するように、前記第１の距離が前記焦点距離に基づいて選択され、前記第１の画像が前記感光性アレイ上の画像であり、
前記方法が、前記第１の画像に基づいて前記ＳＭＲの定位置の配向を求めるステップをさらに含み、前記定位置の配向が、前記装置の座標系における、前記対称軸に対する前記基準点の位置を示すものであり、
前記プロセッサによって前記コンピュータ可読命令を実行する前記ステップにおいて、前記定位置の基準距離が、前記ＳＭＲのランアウト誤差ベクトル成分の前記数値表現、前記定位置の配向、および前記好ましいホーム角度にさらに基づくものであることを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項５に記載の方法であって、
前記ＳＭＲを用意するステップにおいて、前記ＳＭＲが、ＳＭＲの補償パラメータまたはＳＭＲの製造番号のうち少なくとも１つであるＳＭＲ情報を保持するように構成されたバーコードをさらに含み、
前記方法が、前記カメラで前記バーコードを読み取って前記ＳＭＲの情報を抽出するステップをさらに含むことを特徴とする方法。
【請求項７】
球面マウント再帰反射器（ＳＭＲ）の３次元（３Ｄ）座標を座標測定装置で測定するためのシステムであって、
本体および再帰反射器を含むＳＭＲであって、前記本体が、球面中心を有する球状の外側部分を有し、前記本体が、空洞を含み、前記空洞が、前記再帰反射器を保持するように寸法設定され、前記空洞が、前記本体の外側の領域に対して開いており、前記再帰反射器の少なくとも一部が前記空洞の中に配設され、ＳＭＲが、バーコードを含み、前記バーコードが、ＳＭＲ情報を保持するように構成され、前記ＳＭＲ情報が、ＳＭＲの補償パラメータまたはＳＭＲの製造番号のうち少なくとも１つである、ＳＭＲと、
ベース、第１のモータ、第２のモータ、第１の角度測定装置、第２の角度測定装置、距離計、位置検知器、制御システム、定位置のネスト、カメラ、およびプロセッサを含み、前記ＳＭＲに対して第１の光線を送るように構成されている座標測定装置であって、前記再帰反射器のターゲットが、前記第１の光線の一部分を第２の光線として戻す座標測定装置と、
前記第１の光線を第１の方向へ、一緒に導く第１のモータおよび第２のモータであって、前記第１の方向が、第１の軸のまわりの第１の回転角および第２の軸のまわりの第２の回転角によって決定され、前記第１の回転角が前記第１のモータによって生成され、前記第２の回転角が前記第２のモータによって生成され、前記第１の軸および前記第２の軸が、前記ベースに対して回転するように構成されている第１のモータおよび第２のモータと、
前記第１の回転角を測定する第１の角度測定装置および前記第２の回転角を測定する第２の角度測定装置と、
第１の光検知器によって受け取られた第２の光線の第１の部分に基づいて、前記座標測定装置から前記再帰反射器のターゲットまでの第１の距離を測定する距離計と、
前記第２の光線の第２の部分を受け取る位置検知器であって、前記位置検知器上の前記第２の部分の位置に応答して第１の信号を生成するように構成された位置検知器と、
前記第１の信号に基づく第２の信号を前記第１のモータへ送り、前記第１の信号に基づく第３の信号を前記第２のモータへ送る制御システムであって、前記ＳＭＲを追跡するために前記第１の光線の前記第１の方向を調節するように構成された制御システムと、
前記ＳＭＲを保持するように構成されて前記ベースに貼り付けられた定位置のネストと、
感光性アレイと焦点距離のあるレンズとを有するカメラであって、前記レンズと前記感光性アレイの間に第１の距離を有し、第１の画像を受け取り、それに応答して、カメラの電気信号を前記プロセッサに供給するように構成されており、前記ＳＭＲが前記定位置のネスト内に配置されたとき前記第１の画像上で前記ＳＭＲ上の前記バーコードに合焦するように、前記第１の距離が前記焦点距離に基づいて選択されるカメラにおいて、前記バーコードを明確に分解するのに十分な分解能を有するカメラと、
前記カメラの電気信号に基づいて前記バーコードの前記画像を処理し、前記ＳＭＲの情報を抽出して、前記再帰反射器のターゲットの３次元座標をもたらすように構成されたプロセッサであって、前記３次元座標が、前記第１の距離、前記第１の回転角、前記第２の回転角、および前記ＳＭＲの情報に基づくものであるプロセッサとを備えることを特徴とするシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、球面マウント再帰反射器（ＳＭＲ）を測定する方法に関し、具体的には、ＳＭＲの測定値に基づいて表面座標および３次元距離を求める方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ポイントに接触する再帰反射器のターゲットへレーザ光線を送ることによって、そのポイントの座標を測定する測定器のクラスがある。測定器は、ターゲットに対する距離および２つの角度を測定することにより、ポイントの座標を求める。距離は、ＡＤＭまたは干渉計などの距離測定装置で測定される。角度は、角度エンコーダなどの角度測定装置で測定される。測定器の内部のジンバル式ビームステアリング機構が、レーザ光線を注目のポイントに向ける。
【０００３】
レーザトラッカは、それが放射する１つ以上のレーザ光線で再帰反射器のターゲットを追跡する特定のタイプの座標測定装置である。再帰反射器または拡散的に散乱する表面上のポイントを測定するトータルステーションもしくはタキメータとして知られている別のカテゴリの測定器がある。レーザトラッカは、一般に、特定の環境の下で１０００分の１インチ程度の、１マイクロメートルまたは２マイクロメートルと同様な精度を有し、通常、トータルステーションよりもはるかに正確である。レーザトラッカの広範な定義はトータルステーションを含み、本出願の全体にわたって用いられる。
【０００４】
通常、レーザトラッカは再帰反射器のターゲットへレーザ光線を送る。一般的なタイプの再帰反射器のターゲットはＳＭＲである。ほとんどの場合、ＳＭＲという用語は、金属球の内部に組み込まれたコーナキューブ再帰反射器に適用される。しかしながら、ＳＭＲという用語は、金属を埋め込まれたキャットアイ再帰反射器の外側の球状部分にも適用され得る。そのようなキャットアイ再帰反射器は、球面の形状または２つの隣接した半球の形状に構成され得る。コーナキューブ再帰反射器は３つの互いに垂直な反射器を含む。３つの反射器の交差の共有ポイントである頂点が、球面の中心の近くにある。レーザトラッカは、通常の追跡モードでは、トラッカから、ＳＭＲの頂点の近くの位置へ光線を送る。光線が頂点に当たる限り、戻りの光線は、出射光線のトラッカへの経路を再トレースする。光線がＳＭＲの頂点からわずかに離れると、光線は、出射光線に対して平行ではあっても正確に一致することなく戻るはずである。トラッカの内部のサーボシステムは、トラッカによって放射された光線を中心へ戻すようにその方向を調節し、それによって、光線が、動いている再帰反射器を追跡することを可能にする。頂点がＳＭＲの球面中心とほぼ一致しているので、頂点からＳＭＲが置かれている任意の表面への垂直距離は、ＳＭＲが回転しているときさえ、ほぼ一定のままである。したがって、レーザトラッカは、ＳＭＲが表面上を移動するとき、ＳＭＲの位置を追跡することにより、表面の３Ｄ座標を比較的高い精度で測定することができる。この別のやり方では、レーザトラッカは、表面の３Ｄ座標を特徴付けるのに、たった３つの自由度（１つの半径方向距離および２つの角度）を測定するだけでよい。
【０００５】
ＳＭＲは、２つのネストの間の距離を測定するのにも使用され得る。特に有用な種類のネストは動ネストであり、ＳＭＲが、ネストにおいて反復可能に配置され得るという特性を有する。あるタイプのネストは、ＳＭＲの表面と３点で接触する。いくつかのタイプのネストは、ＳＭＲをネストの接触点に対して確実に適所に維持する磁気ネストである。
【０００６】
いくつかのレーザトラッカは、ｘ、ｙ、およびｚなどの３つの並進と、ピッチ、ロール、およびヨーなどの３つの回転とを含み得る６自由度（ＤＯＦ）を測定する能力を有する。例示的６ＤＯＦレーザ追跡システムが、参照によって本明細書に組み込まれているブリッジズら（Ｂｒｉｄｇｅｓ，ｅｔ  ａｌ．）の米国特許第７，８００，７５８号（‘７５８）に説明されている。‘７５８特許が開示しているプローブは、その上にマークが配置されたコーナキューブ再帰反射器を保持する。コーナキューブ再帰反射器はレーザトラッカからのレーザ光線によって照光され、コーナキューブ再帰反射器上のマークが、レーザトラッカの内部の配向カメラによって捕捉される。たとえばピッチ、ロール、およびヨーの角度といった３つの方向付けの自由度が、配向カメラによって取得された画像に基づいて計算される。レーザトラッカは、コーナキューブ再帰反射器の頂点への距離および２つの角度を測定する。頂点の３つの並進自由度を与える距離および２つの角度が、配向カメラの画像から取得された３つの方向付けの自由度と組み合わされたとき、コーナキューブ再帰反射器の頂点に対して所定の位置に配置されたプローブチップの位置が見いだされ得る。そのようなプローブチップは、たとえば、レーザトラッカからのレーザ光線の見通し線の外にある「隠された」フィーチャの座標を測定するために使用され得る。
【０００７】
上記で説明されたように、ＳＭＲ内のコーナキューブ再帰反射器の頂点は、理想的に言えば、コーナキューブが組み込まれている球面の正確な中心に配置される。実際には、頂点の位置は、球面の中心から１０００分の数インチだけ外れている。場合によっては、頂点の位置と球面中心の位置の差は高い精度で知られるが、このデータは、トラッカの読取り値を補正するのに用いられない。レーザトラッカを用いる正確な測定では、球面におけるコーナキューブ再帰反射器のセンタリングのこの誤差が、レーザトラッカ内の距離計および角度計からの誤差よりも大きいことがある。したがって、このセンタリング誤差を補正する方法に対するニーズがある。
【０００８】
今日使用されているほとんどのＳＭＲは、オープンエア型のコーナキューブ再帰反射器を含む。ガラスのコーナキューブ再帰反射器を使用するＳＭＲがいくつかあるが、ほとんどの場合、これらは精度が限定されている。そのようなガラスのコーナキューブに入る光が曲がるために、光は、コーナキューブ内の真の方向でない方向に進むように見える。したがって、ガラスのコーナキューブを用いて製作されたＳＭＲは、非常に小さく製作される傾向があり、これによって誤差が低減され、最高の精度が必要とされない用途に使用される傾向がある。６ＤＯＦレーザトラッカを使用してこの誤差を最小化する方法が米国特許第８，４６７，０７２号に示されており、その内容が参照によって組み込まれる。
【０００９】
レーザトラッカなどの３Ｄ座標測定装置では、定位置の基準距離を求めるためにプロシージャが実行される。その後、ＳＭＲは定位置のネストに慣例的に配置されてよく、装置の距離計が定位置の基準距離に設定され得る。しかしながら、定位置の基準距離はＳＭＲの中心に対して理想的に与えられるが、測定された距離はＳＭＲの頂点に対して示される。理想化されたＳＭＲの球面中心に対する距離ではなく、ＳＭＲの頂点に対する距離を示すように、リセットプロシージャを補正する必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】米国特許第７，８００，７５８号
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一態様によれば、定位置のネスト内に球面マウント再帰反射器（ＳＭＲ）を測定するとき、３次元（３Ｄ）座標測定装置内の距離計をリセットする方法が提供され、この方法は、本体と、再帰反射器と、基準点とを含むＳＭＲを用意するステップであって、本体が、球面中心を有する球状の外側部分を有し、本体が、空洞を含み、空洞が、再帰反射器を保持するように寸法設定され、空洞が、本体の外側の領域に対して開いており、再帰反射器が、空洞の中に少なくとも部分的に配設されており、再帰反射器が、オープンエア型のコーナキューブ再帰反射器であり、再帰反射器が、１組の３本のラインおよび共通の頂点において交差する１組の３つの互いに垂直で平坦な反射器を有し、空洞が、３つの平坦な反射器の組の反射面に対して内側の、エアを満たされた領域を含み、再帰反射器が、３本のラインの組に対する対称軸を有し、ＳＭＲが、対称軸に対して垂直な、球面中心を通過するＳＭＲのランアウト面を有し、ＳＭＲが、ＳＭＲの交点を有し、ＳＭＲの交点が、ＳＭＲのランアウト面と対称軸の交点であり、ＳＭＲが、頂点から球面中心まで延在する誤差ベクトルを有し、ＳＭＲ誤差ベクトルが、ＳＭＲの深さ誤差ベクトル成分およびＳＭＲのランアウト誤差ベクトル成分を有し、ＳＭＲの深さ誤差ベクトル成分が、頂点からＳＭＲの交点まで延在するベクトルであり、ＳＭＲのランアウト誤差ベクトル成分が、ＳＭＲの交点から球面中心まで延在するベクトルであり、ＳＭＲの深さ誤差ベクトル成分が、ＳＭＲの深さ誤差と等しい大きさを有するステップと、ベース、第１のモータ、第２のモータ、第１の角度測定装置、第２の角度測定装置、距離計、定位置のネストを含む３Ｄ座標測定装置を用意するステップであって、３Ｄ座標測定装置が、装置の座標系を有し、ＳＭＲに対して光線を放射するように構成されており、再帰反射器が、放射された光線の一部分を、反射光線として戻し、第１のモータと第２のモータが、一緒に、放射された光線を、放射される方向へ導き、放射される方向が、第１の軸のまわりの第１の回転角および第２の軸のまわりの第２の回転角によって決定され、第１の回転角が第１のモータによって生成され、第２の回転角が第２のモータによって生成され、第１の軸および第２の軸が、ジンバルポイントのまわりで回転するように構成されており、第１の軸および第２の軸がベースに対して回転され、ジンバルポイントが、放射された光線と一致するラインの上にあり、第１の角度測定装置が第１の回転角を測定し、第２の角度測定装置が第２の回転角を測定し、距離計が、装置によって受け取られた反射光線の反射された部分に少なくとも部分的に基づいて、装置から再帰反射器までのターゲット距離を測定し、定位置のネストが、ベースに貼り付けられており、球状の外側部分を受けるように構成されているステップと、プロセッサおよびメモリを用意するステップと、プロセッサによって実行されたときリセット距離を求めるコンピュータ可読命令を有するコンピュータ可読媒体を用意するステップと、ジンバルポイントから定位置のネスト内のＳＭＲの球面中心までの距離である定位置の基準距離を求めるステップと、ＳＭＲの深さ誤差を求めるステップと、定位置の基準距離およびＳＭＲの深さ誤差を、記録されたデータの組として記録するステップと、プロセッサによって、記録されたデータの組を読み取るステップと、定位置のネスト内にＳＭＲを配置するステップと、装置から定位置のネスト内のＳＭＲへ、第１の放射された光線を送るステップと、プロセッサでコンピュータ可読命令を実行して、定位置の基準距離およびＳＭＲの深さ誤差に少なくとも部分的に基づいてリセット距離を求めるステップと、距離計を、リセット距離に等しい距離を読み取るようにリセットするステップとを含む。
【００１２】
球面マウント再帰反射器（ＳＭＲ）の３次元（３Ｄ）座標を座標測定装置で測定するためのシステムは、本体および再帰反射器を含むＳＭＲであって、本体が、球面中心を有する球状の外側部分を有し、本体が、空洞を含み、空洞が、再帰反射器を保持するように寸法設定され、空洞が、本体の外側の領域に対して開いており、再帰反射器が、空洞の中に少なくとも部分的に配設され、ＳＭＲが、バーコードを含み、バーコードが、ＳＭＲ情報を保持するように構成され、ＳＭＲ情報が、ＳＭＲの補償パラメータまたはＳＭＲの製造番号のうち少なくとも１つである、ＳＭＲと、ベース、第１のモータ、第２のモータ、第１の角度測定装置、第２の角度測定装置、距離計、位置検知器、制御システム、定位置のネスト、カメラ、およびプロセッサを含み、ＳＭＲに対して第１の光線を送るように構成されている座標測定装置であって、再帰反射器のターゲットが、第１の光線の一部分を第２の光線として戻す座標測定装置と、第１の光線を第１の方向へ、一緒に導く第１のモータおよび第２のモータであって、第１の方向が、第１の軸のまわりの第１の回転角および第２の軸のまわりの第２の回転角によって決定され、第１の回転角が第１のモータによって生成され、第２の回転角が第２のモータによって生成され、第１の軸および第２の軸が、ベースに対して回転するように構成されている第１のモータおよび第２のモータと、第１の回転角を測定する第１の角度測定装置および第２の回転角を測定する第２の角度測定装置と、第１の光検知器によって受け取られた第２のビームの第１の部分に少なくとも部分的に基づいて、座標測定装置から再帰反射器のターゲットまでの第１の距離を測定する距離計と、第２のビームの第２の部分を受け取る位置検知器であって、位置検知器上の第２の部分の位置に応答して第１の信号を生成するように構成された位置検知器と、第１の信号に少なくとも部分的に基づく第２の信号を第１のモータへ送り、第１の信号に少なくとも部分的に基づく第３の信号を第２のモータへ送る制御システムであって、ＳＭＲを追跡するために第１のビームの第１の方向を調節するように構成された制御システムと、ＳＭＲを保持するように構成されてベースに貼り付けられた定位置のネストと、感光性アレイと焦点距離のあるレンズとを有するカメラであって、レンズと感光性アレイの間に第１の距離を有し、第１の画像を受け取り、それに応答して、カメラの電気信号をプロセッサに供給するように構成されており、ＳＭＲが定位置のネスト内に配置されたとき第１の画像上でＳＭＲ上のバーコードに合焦するように、第１の距離が、少なくとも部分的に焦点距離に基づいて選択されるカメラにおいて、バーコードを明確に分解するのに十分な分解能を有するカメラと、カメラの電気信号に少なくとも部分的に基づいてバーコードの画像を処理し、ＳＭＲの情報を抽出して、再帰反射器のターゲットの３次元座標をもたらすように構成されたプロセッサであって、３次元座標が、第１の距離、第１の回転角、第２の回転角、およびＳＭＲの情報に少なくとも部分的に基づくものであるプロセッサとを備える。
【００１３】
次に、限定するものではなく例示であることを意味する添付図面を参照しながら、実施形態が例としてのみ説明され、いくつかの図では、類似の要素には類似の番号が付けられている。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】一実施形態によるレーザトラッカおよびＳＭＲの斜視図である。
【図２】一実施形態によるレーザトラッカ、補助ユニット、および外部コンピュータの図である。
【図３】一実施形態によるレーザトラッカのペイロードの要素を示すブロック図である。
【図４】コーナキューブ再帰反射器を複製するのに使用される要素の斜視図である。
【図５Ａ】実施形態による、球面内に組み込まれたオープンエア型のコーナキューブスラグを含むＳＭＲの斜視図である。
【図５Ｂ】実施形態による、球面内に組み込まれたオープンエア型のコーナキューブスラグを含むＳＭＲの断面図である。
【図５Ｃ】実施形態による、球面内に組み込まれたオープンエア型のコーナキューブスラグを含むＳＭＲの正面図である。
【図６Ａ】実施形態による、反射領域を追加されたＳＭＲの斜視図である。
【図６Ｂ】実施形態による、バーコードパターンまたは製造番号を追加されたＳＭＲの斜視図である。
【図６Ｃ】実施形態による、ＲＦ識別タグを追加されたＳＭＲの斜視図である。
【図７Ａ】球面内で完全にはセンタリングされていないコーナキューブ再帰反射器を有するＳＭＲの正面図である。
【図７Ｂ】球面内で完全にはセンタリングされていないコーナキューブ再帰反射器を有するＳＭＲの側断面図である。
【図８Ａ】対称軸を有するコーナキューブ再帰反射器の一部分の斜視図である。
【図８Ｂ】一実施形態による、誤差ベクトルおよび誤差ベクトルの成分を有するＳＭＲの頂点および球面中心の拡大図である。
【図９Ａ】基準マークおよびＳＭＲのランアウト基準面を含んでいるコーナキューブ再帰反射器の一部分の斜視図である。
【図９Ｂ】一実施形態による、ＳＭＲのランアウト基準光線およびＳＭＲのランアウト基準角度を示すＳＭＲの頂点および球面中心の拡大図である。
【図９Ｃ】基準マークおよび光線のランアウト基準面を含んでいるコーナキューブ再帰反射器の一部分の斜視図である。
【図９Ｄ】一実施形態による、光線のランアウト基準光線およびＳＭＲのランアウト基準角度を示す光線の頂点および球面中心の拡大図である。
【図１０Ａ】コネクタソケットを設けるＳＭＲの斜視図である。
【図１０Ｂ】一実施形態による、これも示されているコネクタケーブルと電気的に接続するように構成された温度センサを示すＳＭＲの断面図である。
【図１０Ｃ】コネクタソケットを設けるＳＭＲの正面図である。
【図１０Ｄ】内蔵式の温度測定および通信のユニットが追加された図１０Ｃの要素を示す図である。
【図１０Ｅ】温度測定および通信のユニットの中の電気部品の概略図である。
【図１０Ｆ】温度測定および通信のユニットが手に付けられた、ＳＭＲの手持ちの図である。
【図１１】温度センサとともに使用されるバッテリおよびアンテナを含んでいるインターフェースユニットを取り付けたＳＭＲの図である。
【図１２】３Ｄ測定装置からの光線とＳＭＲの対称軸とのミスアライメントから生じる誤差の概略図である。
【図１３Ａ】一実施形態による、３Ｄ測定装置からの光線とＳＭＲの対称軸とを整合させるための代替方法の概略斜視図である。
【図１３Ｂ】一実施形態による、３Ｄ測定装置からの光線とＳＭＲの対称軸とを整合させるための代替方法の概略斜視図である。
【図１３Ｃ】一実施形態による、３Ｄ測定装置からの光線とＳＭＲの対称軸とを整合させるための代替方法の概略斜視図である。
【図１３Ｄ】一実施形態による、３Ｄ測定装置からの光線とＳＭＲの対称軸とを整合させるための代替方法の概略斜視図である。
【図１３Ｅ】一実施形態による、３Ｄ測定装置からの光線とＳＭＲの対称軸とを整合させるための代替方法の概略斜視図である。
【図１３Ｆ】一実施形態による、３Ｄ測定装置からの光線とＳＭＲの対称軸とを整合させるための代替方法の概略斜視図である。
【図１４Ａ】動ネストおよび支持軸を示す図である。
【図１４Ｂ】ＳＭＲを受ける動ネストを示す図である。
【図１５】図１４Ａの動ネストの数学的モデルを示す図である。
【図１６Ａ】動ネストによって保持されたＳＭＲの正面図である。
【図１６Ｂ】動ネストによって保持されたＳＭＲの側面図である。
【図１６Ｃ】ＳＭＲの半径の誤差が、測定された長さに重大な影響を及ぼさないことを示す図である。
【図１７Ａ】所望の測定方向に対して垂直なネストのうちの１つを有する動ネストによって保持されたＳＭＲの側面図である。
【図１７Ｂ】重大な誤差が生じ得る場合を示す図である。
【図１８】単一ステーションにおいてＳＭＲのアライメントを遂行する一方で、２つのステーションに配置された１つの装置に関してＳＭＲの球面中心の正確な３Ｄ測定を得る方法を示す図である。
【図１９Ａ】一実施形態ではＳＭＲ上の基準点に調整され得る最大のランアウト誤差ベクトル成分の方向が、測定誤差に対して重大な影響を及ぼし得ることを示す図である。
【図１９Ｂ】一実施形態ではＳＭＲ上の基準点に調整され得る最大のランアウト誤差ベクトル成分の方向が、測定誤差に対して重大な影響を及ぼし得ることを示す図である。
【図１９Ｃ】ランアウト誤差ベクトル成分を調整して測定誤差を最小化する一般的な手法を示す図である。
【図１９Ｄ】ランアウト誤差ベクトル成分を調整して測定誤差を最小化する一般的な手法を示す図である。
【図２０Ａ】前視モードのＳＭＲに対して行われる距離測定を示す図である。
【図２０Ｂ】後視モードのＳＭＲに対して行われる距離測定を示す図である。
【図２０Ｃ】定位置に対して行われる距離測定を示す図である。
【図２１Ａ】２つの球面マウント再帰反射器の間の距離を測定する方法を示す図である。
【図２１Ｂ】測定された距離のオフセット誤差を求める方法を示す図である。
【図２１Ｃ】座標測定装置に関する軸オフセット値を見いだす方法を示す図である。
【図２２】定位置におけるＳＭＲの頂点への距離を設定する方法を示す図である。
【図２３】一実施形態によるレーザトラッカ内の電子装置およびプロセッサを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１には例示的レーザトラッカ１０が示されている。レーザトラッカ１０の例示のジンバル式ビームステアリング機構１２は、アジマスベース１６上に取り付けられてアジマス軸２０のまわりで回転するゼニスキャリッジ１４を含む。ペイロード１５はゼニスキャリッジ１４上に取り付けられ、ゼニス軸１８のまわりで回転する。ゼニス機械回転軸（図示せず）とアジマス機械回転軸（図示せず）は、トラッカ１０の内部で、一般的には距離測定に関する原点であるジンバル点２２において垂直に交差する。レーザ光線４６は、ジンバル点２２を実質的に通過し、ゼニス軸１８に直交して向けられる。言い換えれば、レーザ光線４６はゼニス軸１８に対して垂直な面にある。レーザ光線４６は、ペイロード１５をゼニス軸１８およびアジマス軸２０のまわりで回転させる、トラッカ（図示せず）内のモータによって、所望の方向に向けられる。トラッカ（図示せず）の内部のゼニス角エンコーダおよびアジマス角エンコーダは、ゼニス機械軸（図示せず）およびアジマス機械軸（図示せず）に取り付けられており、回転角度を比較的高い精度で示す。レーザ光線４６は、上記で説明されたＳＭＲなどの外部再帰反射器２６へ進む。ジンバル点２２と再帰反射器２６の間の半径方向距離ならびにゼニス軸１８およびアジマス軸２０のまわりの回転角を測定することにより、再帰反射器２６の位置がトラッカの球座標系内で見いだされる。
【００１６】
レーザトラッカ１０の装置の座標系３０が固定されているアジマスベース１６は、一般的にはトラッカの周囲に対して静止している。装置の座標系３０は、様々な座標系で示され得る。装置の座標系３０は、３つの垂直な軸ｘ’、ｙ’、およびｚ’を有するデカルト座標系で示され得る。装置の座標系３０は球座標系で示されてよく、ポイント７４は、半径方向距離７３（ｒ）、第１の（ゼニス）角度７２（θ）、および第２の（アジマス）角度７１（φ）によって示される。角度θは、ポイント７４のｚ軸上への投影を用いることによって取得される。角度φは、ポイント７４のｘ’−ｙ’面上への投影を用いることによって取得される。レーザトラッカ１０は、元来、ｒを測定するための１つの距離計と、θおよびφを測定するための２つの角度エンコーダとを使用して、球座標系において測定する。しかしながら、極座標において測定されたポイントは、容易にデカルト座標に変換され得る。一実施形態では、ジンバル点２２が原点として選択される。他の座標系が可能であり、用いられてよい。
【００１７】
レーザトラッカ１０は回転座標系も含む。回転座標系のうちの１つは、光線４６をＳＭＲ２６の方へ向けるペイロード座標系３５である。ペイロード座標系は、軸２０および軸１８のまわりで回転する。ペイロード座標系という用語は、図１のペイロード１５ばかりでなく任意のタイプの光線送出システムの最終的な光線送出部分を意味し得ることを理解されたい。たとえば、ペイロード１５は、光線４６をＳＭＲ  ２６の方へ反射するミラーによって置換され得る。ペイロード座標系３５は、図１に示されるように、３つの垂直な軸ｘ”、ｙ”、およびｚ”を有するデカルト座標系において示され得る。例示的ペイロード座標系では、ｘ”軸は出力のレーザ光線４６の方向に向かい、ｙ”軸はゼニス軸１８の方向に向かい、ｚ”軸はｘ”軸およびｙ”軸に対して垂直な方向に向かう。ｙ”−ｚ”面は、レーザ光線の方向ｘ”に対して垂直である。一実施形態では、ジンバル点２２はペイロード座標系３５の原点である。
【００１８】
ＳＭＲ２６はＳＭＲ座標系４０を有する。ＳＭＲ座標系は、たとえば、３つの垂直な軸ｘ、ｙ、およびｚを有するデカルト座標系で示され得る。ＳＭＲ座標系４０のｘ軸、ｙ軸、およびｚ軸は、ＳＭＲ２６とともに動き、全体として、ペイロード座標系３５の対応するｘ”軸、ｙ”軸、およびｚ”軸に対して平行ではない。一実施形態では、ＳＭＲ内のコーナキューブ再帰反射器の頂点がＳＭＲ座標系の原点である。ＳＭＲ２６は、ポイント６３においてワークピースの表面６１に接触して配置され得る。ポイント６３の３次元（３Ｄ）座標を見いだすために、第１のトラッカは、それが測定した距離および２つの角度を用いてＳＭＲ２６の頂点の３Ｄ座標を求める。第１のトラッカは、次いで、ＳＭＲの頂点の３Ｄ座標を、表面の方へ、ＳＭＲの球面半径に等しい量だけシフトする。ＳＭＲ２６は、以下でさらに説明されるように、動ネスト上に配置されたとき３Ｄ座標を測定するようにも使用され得る。
【００１９】
レーザ光線４６は１つ以上のレーザ波長を含んでよく、または光線４６はレーザ光とは別の光線でもよい。明瞭さおよび簡単さのために、以下の論考では図１に示される種類のステアリング機構が想定される。しかしながら、他のタイプのステアリング機構が可能である。たとえば、アジマス軸およびゼニス軸のまわりで回転するミラーからレーザ光線を反射することが可能であろう。ここで説明される技術は、ステアリング機構のタイプに関係なく適用可能である。
【００２０】
例示的レーザトラッカ１０では、ペイロード１５上にロケータカメラ５２、５６および光源５４が配置される。光源５４は、１つ以上の再帰反射器のターゲット２６を照光する。一実施形態では、光源５４は、電気的に駆動されてパルス光を繰り返し放射するＬＥＤである。各ロケータカメラ５２および５６は、感光性アレイと、感光性アレイの前に配置されたレンズとを含む。たとえば、感光性アレイはＣＭＯＳまたはＣＣＤのアレイでよい。一実施形態では、ロケータカメラ５２のレンズは、たとえば３０度または４０度といった比較的広い視野を有する。それと対照的に、ロケータカメラ５６のレンズは、以下でさらに論じられるように、たとえば定位置のネスト１７が保有するＳＭＲ２６のバーコードまたは製造番号の明確な読取りを可能にするために、比較的狭い視野を有してよい。カメラ５２、５６のレンズの目的は、レンズの視野内の目標物の画像を、感光性アレイ上に形成することである。感光性アレイ上の画像は、プロセッサに対して電気信号を供給するために、感光性アレイの内部または外部にあり得るに電子装置に送られる。電気信号は、画像、テキスト、アレイ位置などの関連情報を抽出するために、プロセッサによって評価される。通常、少なくとも１つの光源５４がロケータカメラ５２の近くに配置され、その結果、光源５４からの光が、各再帰反射器のターゲット２６からロケータカメラ５２上へ反射される。このようにして、再帰反射器の画像のスポットが背景物体よりも明るくパルス状であるため、感光性アレイ上で、再帰反射器の画像は背景から容易に区別される。一実施形態では、レーザ光線４６のラインのまわりに配置された２つのロケータカメラ５２および２つの光源５４がある。このように２つのロケータカメラ５２を使用することにより、ロケータカメラの視野内の任意のＳＭＲの３次元座標を見いだすために三角測量の原理を利用することができる。それに加えて、ＳＭＲがポイントからポイントへと動くとき、ＳＭＲの３次元座標が監視され得る。
【００２１】
バーコードを読み取るように設計されたロケータカメラ５６については、逆反射された光の明るい閃光によって、カメラが、バーコードのはるかに暗いラインを読み取るのを妨げられる可能性があるので、光源はカメラの近く配置されない。その代わりに、バーコードを照光するために、必要に応じて、再帰反射器のターゲット２６からの光をロケータカメラ５６へと逆反射しないほどロケータカメラ５６から十分遠くにある光源５４が使用され得る。
【００２２】
図２に示されるように、補助ユニット７０はレーザトラッカ１０の一部分でよい。補助ユニット７０の目的はレーザトラッカ本体に電力を供給することであり、場合によっては、システムに計算能力および計時能力を与えることでもある。補助ユニット７０の機能をトラッカ本体に移すことにより、補助ユニット７０をすべて除去することが可能である。ほとんどの場合、補助ユニット７０は汎用コンピュータ８０に取り付けられている。汎用コンピュータ８０にロードされたアプリケーションソフトウェアは、リバースエンジニアリングなどのアプリケーション能力をもたらし得る。汎用コンピュータ８０の計算能力をレーザトラッカ１０の中に直接構築することにより、汎用コンピュータ８０を除去することも可能である。この場合、場合によってはキーボードおよびマウスの機能を提供するユーザインターフェースが、レーザトラッカ１０の中に構築されてよい。補助ユニット７０とコンピュータ８０の間の接続は、ワイヤレスでよく、または電線のケーブルを介してもよい。コンピュータ８０はネットワークに接続されてよく、補助ユニット７０もネットワークに接続されてよい。たとえば複数の測定機器またはアクチュエータといった複数の機器が、コンピュータ８０または補助ユニット７０のいずれかを介して互いに接続され得る。一実施形態では、補助ユニット７０が省略されて、レーザトラッカ１０とコンピュータ８０の間が直接接続される。
【００２３】
レーザトラッカ１０は、干渉計またはＡＤＭのいずれかを使用して距離ｒを測定する。レーザトラッカ１０は、角度エンコーダを使用してアジマス角φおよびゼニス角θを測定する。したがって、レーザトラッカは球座標系において測定するが、任意の測定されたポイントに関する座標値は、たとえば図１のデカルト座標系３０といった任意の他の所望の座標系の座標に変換され得る。
【００２４】
３つの並進自由度が、独立した３つの並進自由度を意味することを同様に理解されたい。このことの別の言い方は、３つの並進自由度に対応する３つの方向が、３次元空間における基底系を形成するということである。言い換えれば、並進自由度に対応する３つの方向の各々が、他の２つの方向の各々に対して直交する成分を有するわけである。
【００２５】
図３は、レーザトラッカ１０の電気光学組立体４００の一実施形態を示す。光源要素４０５および４１０は光源を示し、場合によっては追加の電気光学部品を示す。たとえば、光源要素４１０は、干渉計と組み合わせた赤色のヘリウムネオンレーザを表し得る。光源要素４０５は、ＡＤＭと組み合わせた赤外線レーザを表し得る。あるいは、システムは、干渉計のみ、またはＡＤＭのみを有してよい。光源要素４０５または４１０のうちの１つは、距離計なしで光源のみを有してよい。光源要素４０５および４１０内に含まれるものに加えて、追加の光源（図示せず）があってよい。光源要素４０５および４１０は、ペイロード１５に配置されてよく、または、ゼニスキャリッジ１４もしくはアジマスベース１６などのトラッカの他の部分のうちの１つに配置されてもよい。光源は、たとえばアジマスベースといった１つの部分に配置されてよく、距離計は、ペイロード１５などの別の部分に配置されてよい。光は、‘７５８特許において説明されているように、光ファイバによって１つの位置から別の位置へ送られてよい。あるいは、光源からの光は、ゼニス軸のまわりでステアリングされるミラー、およびアジマスベース１６に保持された距離計から反射されてよい。光源は、レーザ、スーパー発光ダイオード、発光ダイオード、または他のものを含み得る。
【００２６】
光源要素４１０からの光はビームスプリッタ４２０を通過する。光源要素４０５からの光は、ミラー４１５およびビームスプリッタ４２０から反射される。光源要素４０５、４１０が異なる波長の光を含む場合、ビームスプリッタ４２０は、有利には、光源要素４１０によって放射された光の波長を透過させ、光源要素４０５によって放射された光の波長を反射する、ダイクロイックビームスプリッタでよい。
【００２７】
ビームスプリッタ４２０からのほとんどの光はビームスプリッタ４２５を通過する。小量の光が、ビームスプリッタ４２５から反射されて失われる。光はビームエキスパンダ４３５を通過し、ビームエキスパンダ４３５は、トラッカからの出口において光線のサイズを拡大する。光線を拡大すると、光が、より小さい光線サイズの変化で、より長い距離を伝搬することができるので、助けになる。トラッカ１０を去るレーザ光４４０は、再帰反射器のターゲット２６へ進む。レーザ光のこの部分は、再帰反射器２６から反射されてトラッカに戻る。ビームエキスパンダ４３５は、トラッカへ戻る光線のサイズを縮小する。
【００２８】
戻る光の一部分はビームスプリッタ４２５へ進む。ほとんどの光は要素４０５、４１０へ進むが、小量が分割されて位置検知器４５０に当たる。場合によっては、光は、ビームスプリッタ４２５から反射されてから、位置検知器４５０に当たる前に、レンズを通過し得る。位置検知器４５０は、たとえば位置を感知可能な検知器、感光性アレイといった、いくつかのタイプでよい。位置を感知可能な検知器は、たとえば側面効果検知器または象限検知器でよい。たとえば、感光性アレイはＣＭＯＳまたはＣＣＤのアレイでよい。位置検知器は、戻る光線の位置に応答する。アジマス機械軸に取り付けられたモータおよびゼニス機械軸に取り付けられたモータが、トラッカ１０内の制御システムによって、戻る光線を、位置検知器４５０の中央にできるだけ近く保つように調節される。
【００２９】
ＳＭＲ２６の本体は、球状の外側部分および再帰反射器を有する。球状の外側部分は、コーナキューブ再帰反射器を保持するように寸法設定された空洞を含み、コーナキューブ再帰反射器は、少なくとも部分的に空洞内に配設されている。球状の外側部分は球状の中心を有する。コーナキューブ再帰反射器は、オープンエア型のコーナキューブまたはガラスのコーナキューブでよい。オープンエア型のコーナキューブ再帰反射器はエアの内部を有し、ガラスのコーナキューブ再帰反射器はガラスの内部を有する。
【００３０】
コーナキューブ再帰反射器は、互いに垂直な３つの平坦な反射器を含む。３つの平坦な反射器は、理想的にはポイントである共通の頂点において交差する。平坦な反射器の各々が２つの交差接合部を有し、その各々の交差接合部が、隣接した平坦な反射器と共有され、コーナキューブ再帰反射器内に合計で３つの交差接合部がある。コーナキューブ再帰反射器の内部は、３つの側が平坦な反射器によって取り囲まれた空間の領域である。本出願の主題であるオープンエア型のコーナキューブ再帰反射器の場合、空洞は、３つの平坦な反射器の内側の空気で満たされた部分と、３つの交差接合部と、頂点とを含む。空洞は本体の外部に対して開いており、これによって、光が再帰反射器へと送られて再帰反射器から反射される手段がもたらされる。
【００３１】
オープンエア型のコーナキューブ再帰反射器を製作する一般的な方法には、複製プロセス、ミラー挿入プロセス、およびＥＣＭプロセスの少なくとも３つがある。図４は複製プロセスを示す。マスタ要素５１０は、仕上がりの複製された再帰反射器における所望の特性をもたらすために注意深く機械加工される。たとえば、マスタ要素５１０は、３つの平坦な反射器表面５１２の各々が、２つの隣接した５１２に対してちょうど垂直になるように機械加工され得る。マスタ要素５１０の３つの平坦な反射器表面５１２は、近接した反射器の各々に対して、１秒または２秒以内の角度誤差で垂直であり得る。マスタ要素５１０は、金などの反射性材料でコーティングされている。コーナキューブスラグ５２０は、エポキシ樹脂などの材料の薄い接着層でコーティングされている機械加工された空所５２２を含む。コーナキューブスラグ５２０は、マスタ要素５１０と接触させられる。その際、エポキシの層が、マスタ要素５１０の形状に適合される。エポキシが硬化されてスラグ５２０がマスタ要素５１０から離昇された後、エポキシ樹脂に対して金層が貼り付けられ、それによって、反射コーティングを有するコーナキューブスラグ５２０がもたらされる。
【００３２】
オープンエア型のコーナキューブ再帰反射器を製作する第２の一般的な方法は、コーナキューブ組立体に接合されたミラーパネルが球状の外側部分において空洞の中に挿入されるミラー挿入プロセスである。３つのミラーパネルが、互いに垂直になるように、互いに接合される。
【００３３】
オープンエア型のコーナキューブ再帰反射器を製作する第３の一般的な方法は、電気化学的研磨（ＥＣＭ）プロセスである。場合によっては、再帰反射器と球状の外側部分が、単一ユニットへと一体化される。そのようなＳＭＲは、たとえば従来の機械加工とＥＣＭの組合せを利用して空洞を除去することによって作製され得る。そのようなＥＣＭプロセスは、平坦で平滑な、３つの互いに垂直な表面を作製するために用いられ得る。そのような表面は、３つの反射面をもたらすために、金または銀などの反射コーティングで覆われてよい。
【００３４】
オープンエア型のコーナキューブ再帰反射器を有するＳＭＲが図５Ａ〜図５Ｃに示されている。図５Ａに示されるＳＭＲ７００は、球状の外側部分７２０と、オープンエア型のコーナキューブ再帰反射器７１０と、カラー９０５と、基準マークまたは基準フィーチャ９３０とを含む。一実施形態では、球状の外側部分７２０の空洞は、コーナキューブ再帰反射器７１０を受けるように寸法設定される。コーナキューブ再帰反射器７１０は、場合によっては接着剤を用いて、球状の外側部分７２０の中に少なくとも部分的に配設されている。カラー９０５は、コーナキューブ再帰反射器７１０に対する保護をもたらし、好都合なグリップをもたらす。基準マークまたは基準フィーチャ９３０は、以下でより詳細に論じられるように、空間におけるＳＭＲの配向を確立するために用いられ得る。基準フィーチャ９３０は、窪みまたは隆起などの構造上のフィーチャでもよい。基準フィーチャ９３０は、製造番号、（図６Ａの６１０のような）反射領域、（図６Ｂの６３０のような）バーコード、無線周波数識別子（ＲＦＩＤ）タグ、または他のフィーチャでよい。この場合、基準マークは、慣例により、所与のフィーチャのたとえば中央、左側、または右側に選択されてよい。基準フィーチャは、ユーザまたは読取り装置による再帰反射器７１０の配向の識別を可能にする任意のフィーチャでよい。図５Ｂは、ＳＭＲ７００の中央を通って得られた断面図を示す。この断面は、オープンエア型のコーナキューブ７１０が複製されたタイプであるが、３つのミラーパネルで形成された、またはＥＣＭを使用して直接形成されたコーナキューブ再帰反射器が、同様に都合よく使用され得ることを明らかにするものである。図５Ｃは、ＳＭＲ７００の正面図を示す。
【００３５】
図６Ａ〜図６Ｃは、ＳＭＲの３つの実施形態を示す。図６Ａにおいて、ＳＭＲ７００は、球状の外側部分７２０、コーナキューブ再帰反射器７１０、およびカラー９０５を含む。反射材料の領域６１０が図６Ａのカラー９０５の前面に配置される。この反射材料の領域６１０は、レーザトラッカからの光によって照光され、トラッカ上に配設されたロケータカメラによってその位置が求められる。たとえば、光は光源５４よって供給されてよく、照光されたＳＭＲの画像が、図１に示されたような１つ以上のロケータカメラ５２によって捕捉され得る。領域６１０の位置は、以下でさらに説明されるように、ＳＭＲ７００の配向を見いだすのに用いられ得る。図６Ｂにおいて、ＳＭＲ７００は、反射材料の領域６１０がバーコードパターン６３０で置換されていること以外は図６Ａのものと同一の要素を含む。バーコードパターン６３０は、１次元バーコードパターンまたは２次元バーコードパターンでよい。２次元バーコードパターンは、マトリクスバーコード、２Ｄバーコード、２Ｄコードと称されることがあり、またはコードの特定の形態を示すＱＲなどの名称で呼ばれることもある。バーコードは、以下でより詳細に説明されるように、ＳＭＲの識別子をもたらす働きをしてよく、またはＳＭＲの１つ以上のパラメータを記憶する働きをしてもよい。バーコード６３０は、ＳＭＲ７００の配向をもたらすための基準マーク（図５Ａの９３０の機能に役立つ）、または反射材料の領域としても働き得る。必要に応じて、バーコードパターンは、図６Ｂに示されるようなリップの一部分のみではなく、カラーリップの全周のまわりに延在してもよい。必要に応じて、半径方向のパターンとして知られているバーコードパターンのタイプが用いられ得る。図６Ｃにおいて、ＳＭＲ７００は、反射材料の領域６１０がＲＦ識別チップ６５０で置換されていること以外は図６Ａのものと同一の要素を含む。このチップはＲＦ送信器／受信器によって質問されてよく、ＲＦ送信器／受信器は、ＳＭＲ７００に関する情報を取得するための、たとえば手持ち式ユニットまたはレーザトラッカ１０上に配置されたユニットであり得る。この情報は、ＳＭＲ７００の製造番号または１つ以上のパラメータでよい。
【００３６】
図７Ａ、図７Ｂは、ＳＭＲ７００の正面図および側断面図を示す。ＳＭＲは、球状の外側部分７２０および再帰反射器７１０を含む。再帰反射器７１０は、３つの交差接合部８１０Ａ、８１０Ｂ、および８１０Ｃと頂点８２０とにおいて交差する互いに垂直な３つの平坦な反射器８２５ＡＢ、８２５ＢＣ、および８２５ＡＣを有するコーナキューブ再帰反射器である。理想的なＳＭＲでは、３つの交差接合部は交差ラインであり、頂点はポイントである。本出願では、ラインという用語は、接合部が完全な直線でなく、鮮明でないとしても、交差接合部を参照するためにしばしば用いられる。同様に、頂点という用語は、実際の交差領域が完全なポイントでなくても、３つの面が交差する領域のポイントを表すためにしばしば用いられる。球状の外側部分７２０が有する球面中心８６０は、一般に、空間において頂点８２０とは異なるポイントである。
【００３７】
対称軸８４０は、３つの交差ライン８１０Ａ、８１０Ｂ、および８１０Ｃに関して対称である。対称軸と３つの交差ラインのうち任意のものとの間の角度は、
【数１】
0006509224.tif 000002
である。球面中心８６０を通過するランアウト面８６５が、対称軸８４０に対して垂直に描かれる。対称軸８４０は、交点８７０においてランアウト面８６５と交差する。頂点８２０から球面中心８６０まで延在するＳＭＲ誤差ベクトル８８５は、頂点８２０から交点８７０まで延在する、ＳＭＲの深さ誤差ベクトル成分８８０と、交点８７０から球面中心８６０まで延在する、ＳＭＲのランアウト誤差ベクトル成分８９０との２つのベクトル成分に分解される。ＳＭＲの深さ誤差ベクトル成分８８０は、ＳＭＲの深さ誤差と等しい長さを有し、ＳＭＲのランアウト誤差ベクトルの成分８９０は、ＳＭＲのランアウト誤差と等しい長さを有する。ＳＭＲの深さ誤差ベクトルの成分８８０およびＳＭＲのランアウト誤差ベクトルの成分８９０が示されている図７Ｂは、図７Ａの正面図におけるラインＡ−Ａを通って描かれた、断面の側面図である。ＳＭＲは、ＳＭＲに対して固定されたＳＭＲ座標系７３０を有する。可能なＳＭＲ座標系の一例が図７Ａ、図７Ｂに示されている。ＳＭＲの誤差ベクトル、ＳＭＲの深さ誤差ベクトル、およびＳＭＲのランアウト誤差ベクトルを含む、ＳＭＲの要素のすべてが、ＳＭＲ座標系に対して固定されている。ＳＭＲ座標系は、好都合には、頂点８２０または球面中心８６０のいずれかに配置され得る。
【００３８】
図７Ａ、図７Ｂの要素が、図８Ａ、図８Ｂにおいて斜視図で示されている。図８Ａに示されているＳＭＲ７００の一部分には、３つの平坦な反射器８２５ＡＢ、８２５ＢＣ、８２５ＡＣと、３つの交差接合部８１０Ａ、８１０Ｂ、８１０Ｃと、頂点８２０と、対称軸８４０とが含まれる。図８Ｂは、ＳＭＲの中央の近くの領域の拡大図を示すものであり、頂点８２０は対称軸８４０と合致して示されている。ランアウト面８６５は対称軸８４０に対して垂直であり、球面中心８６０を通過する。対称軸は、ＳＭＲの交点８７０においてランアウト面と交差する。ＳＭＲの誤差ベクトル８８５は、頂点８２０から球面中心８６０まで延在する。ＳＭＲの深さ誤差ベクトル８８０は、頂点８２０からＳＭＲの交点８７０まで延在する。ＳＭＲのランアウト誤差ベクトル８９０は、ＳＭＲの交点８７０から球面中心８６０まで延在する。
【００３９】
図９Ａが示すＳＭＲの一部分９００に含まれるカラー９０５には基準フィーチャ９１０が貼付されており、これは、たとえば製造番号またはバーコードであり得る。この例では、基準マーク９３０は、慣例によって基準フィーチャ９１０の中央に選択されている。別の実施形態では、基準マークは、図５Ａのように、カラー上に記入されたライン９３０である。別の実施形態では、基準マークは、球状の外側部分７２０に対して直接貼付されている。基準マーク９３０には基準点９３２が関連付けられている。ＳＭＲの基準面９２０は、基準点９３２および対称軸８４０を取り巻く。
【００４０】
図９Ｂに、ＳＭＲの中央近くの拡大された斜視図が示されている。頂点８２０は、図９Ａと図９Ｂの両方に示されている。ＳＭＲの基準光線９４０は、ＳＭＲの基準面９２０とＳＭＲのランアウト面８６５の間の交差のラインと一致する光線であって、ＳＭＲの交点８７０において始まり、基準点９３２を含んでいるＳＭＲの基準面９２０の半分に沿って導かれる。ＳＭＲの基準光線９４０とＳＭＲのランアウト誤差ベクトル８９０の間の角度は、ＳＭＲのランアウト基準角度９５０である。特定のＳＭＲのランアウト基準角度の数値は、そのＳＭＲの特性である。一実施形態では、ＳＭＲの深さ誤差、ＳＭＲのランアウト誤差、およびＳＭＲのランアウト基準角度は、以下で論じられるように測定を実行することにより、それぞれのＳＭＲについて求められる。
【００４１】
図９Ｃは、ＳＭＲの、図９Ａと同一の部分９００を示す。装置１０からの光線４６は頂点８２０と交差する。光線の深さ誤差ベクトル９６２は、ＳＭＲの深さ誤差８８０と等しい大きさを有し、ＳＭＲの中央近くの拡大斜視図である図９Ｄに示されるように、頂点８２０から光線の交点９７０まで、光線４６の方向に沿って延在する。光線のランアウト面９６５は光線の交点９７０を含み、光線の深さ誤差ベクトル９６２に対して垂直である。光線の基準面９７５は、基準点９３２および光線の深さ誤差ベクトル９６２を取り巻く。
【００４２】
光線の基準光線９７２は、光線の基準面９７５と光線のランアウト面９６５の間の交差ラインと一致する光線であって、光線の交点９７０において始まり、基準点９３２を含んでいる光線の基準面９７５の半分に沿って導かれる。光線の基準光線９７２と光線のランアウト誤差ベクトル９７６の間の角度は、光線のランアウト基準角度９８２である。光線４６が対称軸８４０と整列していない限り、球面中心の計算された３Ｄ座標９７８と球面中心の実際の３Ｄ座標８６０の間には差があることになる。この差は、図１２Ａ〜図１２Ｅを参照しながらさらに論じられる。
【００４３】
頂点に対する球面中心の位置を求めるために、各ＳＭＲに対する測定が遂行される。そのような測定の結果は、いくつかの異なるやり方で記述され得る。頂点に対する球面中心のそのような記述の１つには、ＳＭＲの深さ誤差８８０、ＳＭＲのランアウト誤差８９０、およびＳＭＲのランアウト基準角度９５０が含まれる。異なるものであるが等価な説明には、デカルト座標を用いる、ＳＭＲの誤差ベクトルの成分の長さが含まれる。たとえば、そのような成分の長さは、図７Ａ、図７Ｂの座標系７３０などのＳＭＲの座標系の内部のデカルト軸ｘ、ｙ、ｚに沿って与えられ得る。次に、いくつかの代替の記述が示される。当業者には明らかなように、他の座標システムも可能である。
【００４４】
図９Ｂが示す座標系４０は、図１に示されるように、ＳＭＲに対して固定されている。頂点８２０を座標系４０の原点とすれば、球面中心（Ｃ）の３Ｄ座標は、座標系４０において（ｘＣ，ｙＣ，ｚＣ）として示され、ｘＣはＳＭＲの深さ誤差であり、ｙＣ、ｚＣはＳＭＲのランアウト誤差ベクトルの、ＳＭＲのランアウト面における座標である。この場合、ｚ軸は、ＳＭＲの基準光線９４０の方向に沿ってとられる。代替手法には、
【数２】
0006509224.tif 000003
軸が最大のランアウトの位置に整列される座標系９８８を用いるものがあり、つまり
【数３】
0006509224.tif 000004
軸が、ＳＭＲのランアウト誤差ベクトル８９０に整列される。この場合、
【数４】
0006509224.tif 000005
がゼロであるため、球面中心（Ｃ）の３Ｄ座標は次式で示される。
【数５】
0006509224.tif 000006
座標系９８８は、基準マーク９３０を、再帰反射器の最大のランアウトの位置へ整列することによって実現され得る。
【００４５】
デカルト座標系は、光線のランアウト面９６５に対しても適用され得る。図９Ｄは座標系９９６を示す。頂点８２０を座標系９９６の原点にとると、光線（Ｂ）の方向に基づいて計算された球面中心９７８の３Ｄ座標は（ＸＢ，ＹＢ，ＺＢ）として示され、ＸＢは、光線（ＸＢ軸）の方向に沿ったＳＭＲの深さ誤差であり、ＹＢ、ＺＢは、光線のランアウト誤差ベクトルの、光線のランアウト面における座標である。成分ＹＢ、ＺＢの大きさは成分ＹＣ、ＺＣの大きさと同一であり、面８６５から面９６５へシフトされただけである。代替手法には、
【数６】
0006509224.tif 000007
軸が光線のランアウト誤差ベクトル９７６に整列される座標系９９８を用いるものである。この場合、
【数７】
0006509224.tif 000008
がゼロであるため、計算された球面中心（Ｂ）の３Ｄ座標は次式で示される。
【数８】
0006509224.tif 000009
【００４６】
頂点８２０に対する球面中心８６０の位置を見いだすための多くのやり方がある。方法の１つには、デカルト座標測定機械（ＣＭＭ）を用いてＳＭＲを測定するものがある。この方法を用いると、球面中心に対する頂点の位置は、１マイクロメートルの数分の１まで見いだされ得る。たとえば、非常に優れたデカルトＣＭＭを用いると、頂点に対する中心の位置の拡張した不確実性は、ｘ、ｙ、ｚの３つのデカルト軸の各々に沿って、０．４マイクロメートルよりも優れたものであり得る。この誤差は、一般的なＳＭＲの、軸ｘ、ｙ、ｚに沿った０．０００５インチ＝１２．７マイクロメートルであるセンタリング誤差よりもはるかに小さい。非常に優れたＳＭＲでは、指定されたセンタリング誤差の成分は、０．０００１インチ＝２．５４マイクロメートルと小さいものであり得る。
【００４７】
頂点８２０に対する球面中心８６０の深さを測定する別のやり方には、アブソリュート干渉計または他のタイプの高精度のＡＤＭを利用するものがある。一実施形態では、球形に成形された目標物を反復可能にセンタリングするように構成された動ネストが、ＳＭＲを上方へ押すように配置されている。ＳＭＲの誤差ベクトル８８５を見いだすために、基準ＳＭＲは正確なデカルトＣＭＭを用いて測定される。基準ＳＭＲがネスト内に配置され、アブソリュート干渉計を使用して、アブソリュート干渉計から水平ラインに沿ってＳＭＲの頂点までの距離が測定される。次に試験用のＳＭＲがネスト内に配置され、測定が繰り返される。距離計測装置からＳＭＲまでの方向において、基準ＳＭＲの深さ誤差であるＥＤｅｐｔｈＲｅｆＳＭＲを、一般にプラスにとる。次いで、上記のプロシージャに続いて、試験用ＳＭＲの深さ誤差は、
ＥＤｅｐｔｈＴｅｓｔＳＭＲ＝ｄＴｅｓｔＳＭＲ−ｄＲｅｆＳＭＲ＋ＥＤｅｐｔｈＲｅｆＳＭＲ  （１）
となり、ｄＴｅｓｔＳＭＲは試験用ＳＭＲの測定された距離であり、ｄＲｅｆＳＭＲは基準ＳＭＲの測定された距離である。
【００４８】
ＳＭＲのランアウト誤差およびＳＭＲのランアウト基準角度（または同等にはＳＭＲのランアウト面のデカルト誤差）を測定する別のやり方には、当技術分野で周知の方法に従って、顕微鏡の下でＳＭＲを回転させるものがある。この方法の説明は、ＡＳＭＥ  Ｓｔａｎｄａｒｄ  Ｂ８９．４．１９−２００６、Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ  Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｌａｓｅｒ−Ｂａｓｅｄ  Ｓｐｅｒｉｃａｌ  Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ  Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  ＳｙｓｔｅｍｓのＡｐｐｅｎｄｉｘ  ＢのＳｅｃｔｉｏｎ  Ｂ−２．１に示されており、これは、参照によって本明細書に組み込まれる。この方法を用いて、試験用ＳＭＲが、顕微鏡スタンド上に静止している動ネスト上に配置される。光源が顕微鏡のフレームを照光する。顕微鏡のフレーム上のほこりの小片（または他の小物）を観察するために焦点が調節される。オペレータは、動ネスト内の球面中心のまわりでＳＭＲを回転させて、顕微鏡上でランアウト円の半径を観測する。観測された半径を４で割って、ＳＭＲのランアウト誤差ベクトル８９０の大きさであるＳＭＲのランアウト誤差を得る。この段落で論じられたプロシージャは、ＳＭＲが、そのランアウト（センタリング）規格を満たすかどうか判定する方法として用いられる。たとえば、製造業者は、ＳＭＲのセンタリング誤差が０．０００５インチ未満であるという仕様を提供してよい。これは、ＳＭＲの深さ誤差が０．０００５インチ未満であり、ＳＭＲのランアウト誤差が０．０００５インチ未満であることを意味するものと解釈されることになる。これまで、ＳＭＲに関して深さ誤差およびランアウト誤差が測定されてきたが、ＳＭＲの深さ誤差およびランアウト誤差のベクトル成分の情報を含み得るＳＭＲの補償パラメータに基づいて装置１０の読取り値を補正するためにこれらの値をプロセッサによって用いるための用意は、これまでになされていない。
【００４９】
ＳＭＲ上の基準マークに対するＳＭＲのランアウト誤差の観測された位置は、ＳＭＲのランアウト基準角度９５０を求めるために用いられ得る。図１９Ａ、図１９Ｂに関してさらに論じられる一実施形態では、基準マーク９３０が、試験プロシージャの間に最大のランアウトが観測された位置へ整列される。この効果は、ＳＭＲのランアウト基準角度がゼロになることである。一実施形態では、較正の検査技師は、基準マーク９３０を最大のランアウトの位置に配置する。言い換えれば、検査技師は、基準点９３２を基準面９２０内に配置する。
【００５０】
ＳＭＲのセンタリングの誤差（ＳＭＲの深さ誤差およびＳＭＲのランアウト誤差のベクトル成分）に加えて、ＳＭＲの半径の誤差もある。言い換えれば、ＳＭＲの半径は、必ずしも製造業者の仕様書に示されたものではない。一例として、いくつかの高品質ＳＭＲは、±１．２７マイクロメートルの半径寸法公差に相当する±０．０００１インチ＝±２．５４マイクロメートルの直径寸法公差を有する２５等級の鋼球から生産される。言い換えれば、このタイプの鋼球を用いて生産されたＳＭＲについては、少なくとも再帰反射器を保持する空洞にあまり近くない球面の部分において、実際のＳＭＲの半径が公称（指定された）半径の±１．２７マイクロメートルの範囲内に存在すると予期される。
【００５１】
ＳＭＲの半径を測定するいくつかのやり方がある。試験用ＳＭＲの半径を正確に測定するためにデカルトＣＭＭが使用され得る。半径誤差は、測定された半径と基準半径または公称半径の間の差をとることによって見いだされる。
【００５２】
アブソリュート干渉計も試験用ＳＭＲの半径誤差を測定するために使用され得る。この方法では、基準球面（球）の半径を見いだすために、基準球面が、デカルトＣＭＭまたはＴａｌｙｒｏｎｄ（登録商標）真円度測定装置などの座標測定機器を用いて測定される。一実施形態では、球形に成形された目標物を反復可能にセンタリングするように構成された動ネストが、球面を上方へ押すように配置されている。基準球面がネスト内に配置され、アブソリュート干渉計は、表面に対して垂直なラインに沿って球表面上へ焦点を合わせる。アブソリュート干渉計は、干渉計から表面までの距離を測定する。次に、試験用ＳＭＲがネスト内に配置される。ＳＭＲは、アブソリュート干渉計からの光線が、球状の外側部分７２０に対する法線ベクトルと同一直線上にあり得るように回転され、アブソリュート干渉計を使用して距離が測定される。試験用ＳＭＲへの測定された距離と試験球面への測定された距離の間の差が半径誤差である。
【００５３】
ＳＭＲの温度が変化すると、球面中心８６０に対する頂点８２０の位置もシフトする可能性がある。ＳＭＲの温度のそのような変化は、（１）ＳＭＲを取り囲む空気の周囲温度の変化、（２）オペレータの手によるＳＭＲの加熱、および（３）図１のレーザトラッカ１０の定位置のネスト１７などの比較的温かい物体とのＳＭＲの接触から生じる可能性がある。
【００５４】
いくつかのタイプのＳＭＲでは、温度の影響は比較的小さいものであり得る。たとえば、上記で論じたように、あるタイプのＳＭＲは、一体成形の鋼球の中に、３つの互いに垂直な表面が、ＥＣＭを用いてエッチングして製作される。このタイプのＳＭＲでは、温度によるＳＭＲの深さ誤差の変化は、熱膨張率（ＣＴＥ）とＳＭＲの温度変化と初期のＳＭＲの深さ誤差との積になる。初期のＳＭＲの深さ誤差が０．００１インチ＝２５．４マイクロメートルであって、ＳＭＲが１１．５マイクロメートル／メートル／℃の熱膨張率を有する鋼で製作されていれば、ＳＭＲの温度における３０℃の変化に対するＳＭＲの深さ誤差の変化は、（２５．４×１０−６）（１１．５）（３０）マイクロメートル＝０．００９マイクロメートルであり、無視できる量である。
【００５５】
他のいくつかのタイプのＳＭＲでは、熱の影響がより大きい。たとえば、アルミニウムスラグを含んでいるＳＭＲのタイプが、１．５インチ（３８．１ｍｍ）の直径の鋼の球状の外側部分に差し込まれると考える。アルミニウムスラグが頂点の下に１０ｍｍ延在し、その位置において鋼部分に対して固着すると想定する。接着剤の熱膨張を無視して、対称軸が球状の外側部分と交差する接触点を考えると、温度に対する頂点位置の相対的変化は、アルミニウムと鋼のＣＴＥ値の差と、１０ｍｍの伸張と、温度の変化との積である。鋼のＣＴＥが１１．５マイクロメートル／メートル／℃であり、アルミニウムのＣＴＥが２３マイクロメートル／メートル／℃であり、深さの延長部が１０ｍｍであって、温度の変化が３０℃であると想定する。球面中心に対する頂点の変化は、（０．０１）（２３−１１．５）（３０）マイクロメートル＝４．４５マイクロメートルである。
【００５６】
熱膨張の結果としてのＳＭＲの頂点の移動を補正するために、サーミスタまたはＲＴＤなどの温度センサがＳＭＲ内に組み込まれてよい。図１０Ａ、図１０Ｂ、図１０Ｃに示される一実施形態では、小さなコネクタソケット１０３０が、ＳＭＲ１０００の上またはＳＭＲ１０００の中に配設されている。コネクタソケットは、ワイヤ１０３２（一般的には２本または３本のワイヤ）の集合を通じて温度センサ１０３４に取り付けられている。温度センサ１０３４は、サーミスタ、ＲＴＤ、熱電対、または他の装置でよい。センサケーブル１０４０には、ケーブル１０４０の一端が第１のコネクタ１０４２に接続され、ケーブルの反対端が第２のコネクタ１０４６に接続されたワイヤ１０４４の第２の集合が含まれる。第１のコネクタ１０４２はコネクタソケット１０３０に接続されており、第２のコネクタ１０４６は、レーザトラッカ１０、コンピュータ８０、アクセサリボックス７０、温度計、または他の装置の上に配設された温度測定システムに接続されている。多くのタイプの温度測定システムが使用され得る。簡単な温度測定システム（図示せず）は、３つの内部抵抗器を有するホイートストンブリッジに基づく電子装置を含み得る。第１の内部抵抗器は電圧源に接続されてよく、第２の内部抵抗器はアースに接続されてよく、外部の温度センサ１０３４およびケーブル１０４４のワイヤがブリッジの第４の外部の抵抗性レグを与える。そのような温度測定システムは当技術分野で周知である。温度測定システムは、観測された電圧をＳＭＲの温度に変換する。次いで、球面中心に対する頂点の位置を補正するために、メモリに記憶された係数が用いられ得る。メモリは、レーザトラッカ１０、コンピュータ８０、アクセサリボックス７０、または他の装置の中に含まれてよい。特定のタイプのＳＭＲがＳＭＲの熱膨張特性を説明する情報を取得するのに先行して、測定が実行される。簡単な例では、単一ＣＴＥ値またはＣＴＥ値にＳＭＲの深さ誤差を掛けたものが、球面中心に対する頂点の移動を説明するのに十分であり得る。たとえば、上記で示された、頂点が３０℃に対して４．４５マイクロメートルだけ移動する例では、ＣＴＥの深さ誤差倍に対して０．１４８３の値を与える単一パラメータが用いられてよく、この値は、マイクロメートル／℃の単位を有するものである。別の実施形態では、値または係数の表が用意される。
【００５７】
センサケーブル１０４０を伴う組込み型の温度センサ１０３４を使用すると、バッテリ、温度回路、またはＳＭＲ内のワイヤレス通信システムに対するニーズが無くなるという利点がある。このシステムでは、たとえばＳＭＲがトラッカの定位置に戻ったとき、ＳＭＲが検査されてよい。
【００５８】
図１０Ｄに示されるように、可能性の１つには、ケーブル１０４０を、ソケット１０５２を介して温度電子モジュール１０５０に接続するものがある。図１０Ｅに示される一実施形態では、バッテリ１０５４は、ワイヤ１０６２を通じて、組込み型温度センサ１０３４、温度処理電子装置１０５６、およびワイヤレス通信電子装置１０５８に電力を供給する。一実施形態では、温度処理電子装置１０５６は、ホイートストンブリッジと、抵抗器と、ワイヤ１０６４を通じてワイヤレス通信電子装置１０５８にデジタル信号を供給するためのマイクロプロセッサとを含む。デジタル信号は、温度センサ１０３４によって測定された温度を表す。一実施形態では、ワイヤレス通信電子装置１０５８は、測定された温度のデジタル表現を、アンテナ１０５９を通じて送り出す。一実施形態では、ワイヤレス通信電子装置は、デジタル表現を、アンテナ１０５９を通じて、たとえば５分ごとといった一定間隔で送信するように構成されている。間隔時間は、バッテリ電源を節約する一方で適切な温度情報を供給するように選択されてよい。アンテナ１０５９からのワイヤレス信号は、図１に示された装置１０内の電子装置によって受信されてよく、受信された温度値は、ＳＭＲの球面中心の３Ｄ座標の補償を改善するのに用いられる。一実施形態では、温度電子モジュール１０５０は、オペレータの、たとえばシャツのポケットまたはズボンのポケットといったポケットの中に配置されてよい。
【００５９】
図１０Ｆに示される一実施形態では、温度処理電子装置１０５０はオペレータの手首に貼付され得る。一実施形態では、オペレータが着用するグローブ１０７０に、温度処理電子装置１０５０およびケーブル１０４０が組み込まれている。一実施形態では、グローブは、オペレータの手からＳＭＲ１０００への熱伝達を最小化する絶縁グローブである。別の実施形態では、グローブは、絶縁グローブではないが、オペレータがＳＭＲを直接扱うことができるように手指の開口を有する。別の実施形態では、オペレータはグローブを着用しない。温度処理電子装置１０５０は、オペレータの手首に直接取り付けられるのではなく、たとえばストラップまたはゴムバンドによって取り付けられる。
【００６０】
図１１は、ＳＭＲ１１００に取り付けられたインターフェース要素１１２０を示す。インターフェース要素１１２０は、複数の任意選択の要素を含み得る。インターフェース要素１１２０は、ＳＭＲ１１００内に取り付けられた温度センサに接続されてよい。アンテナ１１３０は、無線周波数信号の形式のワイヤレスデータの送信および／または受信のために使用され得る。そのようなアンテナは、インターフェース要素１１２０の内部に取り付けた小さなバッテリ１１２８によって給電される小回路基板に取り付けられ得る。小回路基板は、非常にコンパクトな回路がインターフェース要素の内部に密封されることを可能にするリジッドフレックス材料で製作され得る。温度センサと、バッテリによって給電されるワイヤレス通信のシステムとを用意することにより、ＳＭＲの温度がいつでも知られ得、その結果、ＳＭＲ１１００の３Ｄ座標の測定が最大限に正確なものになる。
【００６１】
より正確な３Ｄ測定を可能にするやり方として、ＳＭＲの不完全性を補償するのに用いられる数値は、ＳＭＲの補償パラメータと称される。ＳＭＲの補償パラメータは、一般的には測定装置またはコンピュータデバイスのメモリに記憶される。たとえば、ＳＭＲの補償パラメータは、図１のレーザトラッカ１０のメモリに記憶されてよい。レーザトラッカ１０内のプロセッサは、ＳＭＲ２６の球面中心の３Ｄ座標を補正するのに使用され得る。あるいは、外部コンピュータ８０内のプロセッサ、アクセサリ装置、またはネットワークに接続されたコンピュータデバイスが、メモリに記憶された補償値にアクセスして、これらの値を、球面中心の３Ｄ座標を補正するために用いるように使用され得る。そのような補償は、球面中心に対する頂点の位置の差を反映し得る。そのような補償は、図１４〜図１７に関して以下で説明される方法を用いて、球面半径誤差の影響を反映し得る。
【００６２】
場合によっては、レーザトラッカなどの測定装置のプロセッサの内部で補償演算が行われる。たとえば、トラッカのプロセッサは、特定の測定向けに使用されるＳＭＲを識別して、そのＳＭＲに対する補償演算を自動的に遂行し、測定された頂点の３Ｄ座標を球面中心の３Ｄ座標に変換する。他の場合には、補償はアプリケーションソフトウェアによって行われる。たとえば、アプリケーションソフトウェアは、複数の測定を行ってＳＭＲの半径に対して誤差をなくすための補償演算を適用する際に、ＳＭＲの位置および配向を考慮に入れてよい。一般に、プロセッサという用語は、トラッカなどの装置のプロセッサ、外部コンピュータのプロセッサ、または両方のプロセッサを意味するように理解されてよい。
【００６３】
ＳＭＲの補償パラメータをメモリに入力することができるいくつかのやり方がある。一実施形態では、工場から装置１０とともに出荷されるＳＭＲには、メモリに事前にロードされた補償パラメータが付属する。別の実施形態では、ユーザは、それぞれのＳＭＲ用の数的な補償値のリストを提供される。装置１０内に組み込まれたアプリケーションソフトウェアが、ユーザが数値を入力する手段を提供する。そのような値は、装置１０内のメモリに記憶されるので、１度だけ入力すればよい。別の実施形態では、ＳＭＲの補償パラメータは、フラッシュドライブ、ＣＤ  ＲＯＭ、または装置１０によって読み取られる他の媒体、コンピュータ８０、またはメモリにおける自動記憶のための他の構成要素で提供される。別の実施形態では、補償パラメータの数値は、ネットワークを通じてトラッカにダウンロードされる。別の実施形態では、ＳＭＲの補償パラメータは、１次元または２次元のバーコード６３０へと符号化される。バーコード読取り装置は、バーコード上のＳＭＲの補償値を読み取って、これらを装置１０のメモリへと自動的にダウンロードしてよい。
【００６４】
一実施形態では、装置１０が定位置のネスト１７のうち１つの中のＳＭＲにロックした（トラッキングを開始した）とき、図１に示された近距離カメラ５６がＳＭＲに直接向けられる。図１の装置１０では、カメラ５６は、光線４６が放射される開口の上に配置されている。カメラがＳＭＲのバーコードを明瞭に読み取り得ることを保証するために、カメラ組立体は、定位置１７に配置されたＳＭＲの中心の方へ向けられてよい。言い換えれば、図１に示された例については、カメラの光学軸は、光線４６に対して平行ではなく、わずかに下へ向けられてよい。それに加えて、一実施形態では、カメラ４６は、定位置のネスト１７の中のＳＭＲに対して明瞭に焦点を合わせるように構成されている。これは、トラッカから比較的遠い再帰反射器上に焦点を合わせるように通常は設計されているカメラ５２とは全般的に異なる。一実施形態では、カメラ５６は、バーコードまたは製造番号に対して適切な分解能をもたらすために、十分小さい視野を有する。たとえば、そのようなカメラの視野は約２０度でよい。定位置における小さい視野および明瞭な焦点は、焦点距離を正確に選択し、カメラ５６におけるレンズの位置を調節することによって取得され得る。（定位置１７に向けた）最適の指向方向と、定位置１７における合焦状態と、比較的小さい視野とを組み合わせると、比較的廉価なカメラ５６で、たとえば１次元または２次元のバーコードであり得るバーコード６１０上のマークを明瞭に解像し得ることが保証される。さらに、カメラの感光性アレイが再帰反射光によって視界を失うのを確実に防止するために、カメラ５６の動作中には、ＳＭＲの近くのあらゆる光が遮断される。この、視界が失われる作用を防止するために、通常は、いかなる光も、再帰反射器の縁端部から少なくとも再帰反射器の直径１つ分は離す必要がある。言い換えれば、再帰反射器が円形の断面および１インチの直径を有するオープンエア型のコーナキューブ再帰反射器であるなら、いかなる光も、再帰反射器の外縁から少なくとも１インチは離されるべきである。トラッカからのレーザ光線４６が、視準されて再帰反射器の中心に当たるので、散乱してカメラ５６へ戻る光はほとんどないはずである。しかしながら、レーザ光線４６が明るすぎる場合には、ＳＭＲ上のバーコードの読取り中はレーザ光線４６がオフにされ得る。一実施形態では、カメラ５６は、製造番号を読み取るために、光学式文字認識（ＯＣＲ）ソフトウェアと組み合わせて使用される。
【００６５】
定位置ではＳＭＲの距離が機械的にリセットされるので、ＳＭＲ上のバーコードの測定は、オペレータ側の余分なステップを必要とすることなく、定位置の測定と併せて行われ得る。例示的方法では、ＳＭＲは定位置に配置される。トラッカは、最初にカメラをオンにして、バーコードを調べてＳＭＲのパラメータを抽出する。トラッカは、次いで、光線をオンにして頂点へ送り、距離を測定して、距離をホーム基準値にリセットする。一実施形態では、距離計を最も正確で可能なやり方でホーム基準値にリセットするために、トラッカ内のソフトウェアは、適用される距離値を頂点ではなくＳＭＲの球面中心に設定する。すべてのＳＭＲに対して、ホーム基準値がＳＭＲの深さ誤差に関係なく正確に適用されることが確実になるので、これは重要なことである。球面中心をできる限り正確に求めるために、ＳＭＲが、定位置のネスト１７の中で好ましい配向に配置されるべきであり、または、カメラ５６が、定位置のネストにおけるＳＭＲの配向を自動的に求めるように使用されるべきである。定位置のネストにおけるＳＭＲの位置を確立するこれらの方法が、以下でより詳細に論じられる。図１７では、別々に寸法設定された３つのＳＭＲを収容するように寸法設定された３つの異なる定位置のネストが存在している。一実施形態では、定位置のネストは、１．５インチ、０．８７５インチ、および０．５インチの直径を有するＳＭＲを受け入れるように寸法設定されている。これらの定位置のネストの各々に対して、別々のホーム基準値が用意されている。
【００６６】
一実施形態では、ＳＭＲの補償パラメータはＲＦＩＤタグ６５０へと符号化されている。符号化された情報は、恐らく近距離カメラ５６の代わりにペイロード１２に取り付けられ得るＲＦＩＤ読取り装置を使用して回復される。回復された製造番号は、ネットワークシステム（クラウド）またはトラッカもしくはコンピュータなどの装置の内部に保存された情報のデータベースから、ＳＭＲのデータにアクセスするために用いられ得る。
【００６７】
一般的な例では、レーザトラッカ１０などの３Ｄ座標測定装置は、たとえばＳＭＲへの距離および２つの角度を測定することによって、ＳＭＲの頂点の測定された３Ｄ座標を取得する。球面中心の３Ｄ座標を取得するために、ここで説明された方法を用いて、測定された頂点の３Ｄ座標に対してＳＭＲの補償係数が適用される。測定にあたって、オペレータは、ＳＭＲの基準面９２０を好ましい配向に配置するように基準点９３２を保持する。好ましい配向は、測定目標に依拠して、いくつかの異なるやり方で選択され得る。
【００６８】
一般に、オペレータは、装置からの光線の方向へ対称軸を整列させようとするはずである。これは、図１２および図１３を参照しながら上記で論じられている。本明細書で用いられる、好ましい配向という用語は、アライメントプロシージャの付加的なステップとしての基準点の位置調整を意味するものである。光線に対して対称軸を整列させる一方で好ましい配向を達成するやり方は、光線に対して対称軸を整列させるのに続いて対称軸のまわりでＳＭＲを回転させることである。ＳＭＲの基準光線が光線に対して垂直であり、しかも基準点を含んでいる基準面内にあるので、オペレータは、対称軸を回転させることによってＳＭＲの基準光線を調節して好ましい配向を得ると言うことができる。
【００６９】
対称軸を光線に整列させることが不可能な、いくつかの特別な場合がある。たとえば、ＳＭＲが定位置１７にある状態では、機械的制約のために、光線に対して対称軸を整列させることは不可能であろう。したがって、この特別な場合には、好ましい配向という用語の意味は、アライメントの必要な変化を許容するものと変更される。定位置におけるアライメントに関する特別な場合が、以下で論じられる。
【００７０】
第１のタイプの好ましい配向では、ＳＭＲの基準面９２０が、図１に示されるようなペイロード座標系３５のｘ”−ｚ”面に整列される。ｘ”軸が光線の方向に相当し、ｚ”軸はｘ”軸およびｙ”（ゼニス）軸に対して垂直である。ｘ”−ｚ”面に常に含まれる（装置の座標系３０の）ｚ”ベクトルは、装置１０の上部を指し示す。通常の直立位置にある装置１０については、好ましい配向において、ＳＭＲの基準面が重力ベクトルならびに光線４６を含む。しかしながら、たとえばトラッカに対してレーザ光線が真直ぐ上に向かう状態といった、重力ベクトルが適切でない可能性があるとき、より一般的なｘ”−ｚ”面を用いることができる。第１のタイプの好ましい配向では、オペレータは、ＳＭＲの球面中心およびＳＭＲの基準マークを、光線４６および軸ｚ’を含んでいる面内に配置するようにＳＭＲを保持するのみである。図９Ｃ、図９Ｄに関して上記で論じられ、図１２、図１３に関して以下で論じられるように、オペレータは、ＳＭＲの対称軸８４０を光線４６の方向に整列させることも試みるべきである。ＳＭＲが好ましい配向に保持された状態で、プロセッサ内のソフトウェアは、図９Ａ〜図９Ｄに関して上記で説明されたように、測定されたＳＭＲの頂点の３Ｄ座標およびＳＭＲの補償パラメータを用いてＳＭＲの球面中心を計算する。
【００７１】
第２のタイプの好ましい配向では、ＳＭＲの基準面９２０が、図１に示されるようなペイロード座標系３５のｙ”−ｚ”面に整列される。ｙ”−ｚ”面は、装置１０のゼニス軸１８（ｙ”軸）を常に含んでいる。装置１０が図１に示されるような直立した配向に配置されている場合、アジマス軸２０は垂直方向に向けられており、ゼニス軸１８は水平平面上にあってアジマス軸のまわりで回転する。第２のタイプの好ましい配向では、オペレータは、ＳＭＲの球面中心およびＳＭＲの基準マークを、光線４６およびゼニス軸１８（ｘ”軸）を含んでいる面内に配置するようにＳＭＲを保持する。基準マーク９３０が、図９Ａに示されるようにカラー９０５上で半径方向の外側へ向かう場合、第２の好ましい配向のために、基準マークは水平平面内に保持されるべきである。第２のタイプの好ましい配向のために、球面中心８６０に対するＳＭＲの基準マーク９３０の好ましい位置も、たとえば球面中心の右側に与えられる必要がある。前述のように、オペレータは、ＳＭＲの対称軸８４０を光線４６の方向に整列させることを試みるべきである。
【００７２】
第３のタイプの好ましい配向では、測定ラインの寸法の特性を測定するために、ＳＭＲの基準光線９４０が、所定のやり方で測定ラインに整列される。これは、図１９Ａ、図１９Ｂを参照しながら以下でさらに論じられる。
【００７３】
次に、図１２Ａ〜図１２Ｅに関して、装置１０からの光線に対する対称軸８４０のミスアライメントに関連した誤差に関して論じる。図１２ＡのＳＭＲが受け取る光線１２１０は、光線中心１２１２および光線幅１２１４を有し、ＳＭＲのカラー９０５によってクリップを開始される。角度１２１５は、光線１２１０に対するＳＭＲの受光角である。レーザトラッカ１０から一般的な赤色光の光線を受け取る直径１．５インチのＳＭＲについては、受光角１２１５は通常約２５度である。
【００７４】
図１２ＢのＳＭＲが受け取る光線１２４０は、対称軸８４０に一致するものである。図１２Ｂについては、頂点８２０および球面中心８６０の近くの拡大された領域１２３０が、図１２Ｃの拡大図１に示されている。光線１２４０が対称軸８４０と整列するので、球面中心の位置が求められる精度は、ＳＭＲの頂点の３Ｄ座標を見いだすことにおける測定誤差、言い換えれば装置１０によって測定される距離および２つの角度の誤差によってのみ制限されるものである。
【００７５】
図１２ＤのＳＭＲの７２０は、その球面中心のまわりで１０度の角度だけ回転されている。この回転の結果として、頂点８２０は、新規の頂点位置８２０Ｒへと量１２５０だけシフトする。３つの交差接合部に対する対称の軸である対称軸も、ライン８４０からライン８４０Ｒまで１０度だけシフトする。その結果、たとえばＳＭＲが動ネスト上に配置されているとき、ＳＭＲ  ７２０をその中心のまわりで回転させると、ＳＭＲの深さ誤差ベクトルおよびＳＭＲのランアウト誤差ベクトルに対して補償パラメータが適用された後、中心の位置のミスアライメント誤差ベクトル１２５０をもたらす。図１２Ｅに示されるように、ミスアライメント誤差１２５０は、対称軸８４０Ｒに沿った成分１２５２と、対称軸８４０Ｒに対して垂直な面上の成分１２５４とを含む。
【００７６】
通常動作の間、オペレータは、直径１．５インチのＳＭＲの対称軸８４０を、光線１２４０の方向に対して通常は約１０度の範囲内に整列させて保持することができる。図１２Ｄに示されるように、ＳＭＲを球面中心８６０のまわりで１０度の角度だけ回転させたときもたらされるミスアライメント誤差ベクトル１２５０は、ＳＭＲの誤差ベクトル８８５Ｒと比較して相対的に小さいものである。ＳＭＲの３Ｄ座標がレーザトラッカによって測定される場合、光線１２４０は図１に示されるような光線４６である。
【００７７】
次に図１３Ａ〜図１３Ｆを参照して、光線４６に対する対称軸８４０のアライメントを改善し、それによってミスアライメント誤差ベクトル１２５０の大きさを最小化する方法を説明する。図１３Ａに示される第１の方法では、カラー９０５の上にアライメントキャップ１３１０が配置される。アライメントキャップに含まれるリング１３１２の上に取り付けられている不透明のカバー１３１４の中心には、マーキングされた十字線１３１７または３Ｄ座標測定装置１０からの光線４６とほぼ同一の直径を有するマーキングされた円１３１６がある。入来光線４６に対して対称軸８４０を整列させるために、オペレータは、最初にアライメントキャップ１３１０で光線を阻止して、光線がＳＭＲ７００を追跡するのを止める。オペレータは、カラー９０５の上にアライメントキャップ１３１０を配置し、入射光線１３１８をマーキングされた円１３１６の中央におくようにＳＭＲを回転させる。オペレータは、アライメントキャップ１３１０を除去して、光線をＳＭＲ上にロックさせる。その際、光線４６は対称軸８４０と一致させられる。この方法では、１．５インチのＳＭＲに関して、２度またはそれよりも優れたアライメント精度が予期され得る。
【００７８】
図１３Ｂに示される第２の方法では、再帰反射器に光を通す窓１３２０が、カラー９０５に対して、外側のマーキングされた円１３２４をカラーの外縁と整合させるように配置される。オペレータは、窓１３２０から散乱した入射光１３２８の、十字線１３１７または内側のマーキングされた円１３２６に対する位置を確認して、入射光１３２８を内側のマーキングされた円１３２６と一致させるようにＳＭＲを回転させる。その際、入射光線４６は対称軸８３０と一致させられる。
【００７９】
図１３Ｃは、入射光線の一部分１３３２を、たとえば細長い厚紙であり得る反射性の細長片１３２０とともに観測することによってＳＭＲを整列させる方法を示す。ＳＭＲの開口に対して細長片を移動することにより、オペレータは、アライメントを改善するためにＳＭＲを回転すべき方向を視覚的に判定することができる。
【００８０】
入射光の一部分１３４２を観測するのに、反射性の細長片１３３０ではなく手指１３４０が使用されている点を除けば、図１３Ｄは図１３Ｃに類似である。ＳＭＲの開口に対して手指を動かすことによって、オペレータは、アライメントを改善するためにＳＭＲを回転すべき方向を視覚的に判定することができる。
【００８１】
図１３Ｅに示される方法では、反射性のキャップ１３５０がカラー９０５の上に配置されており、これは図１３Ｅの視界から隠されている。反射性のキャップに含まれるリング１３５２の上に取り付けられたミラー１３５４は、光１３５２を受け取って、その前面から光１３５３を反射するように設計されている。任意選択で、十字線１３１７またはマーキングされた円１３５６は、ミラー１３５４上にセンタリングされる。円の直径は、３Ｄ座標測定装置からの光線の直径とほぼ等しい。入来光線１３５２に対して対称軸８４０を整列させるために、オペレータは、最初に反射性のキャップ１３５０で光線を阻止して、光線がＳＭＲ７００を追跡するのを止める。オペレータは、カラー９０５の上に反射性のキャップを配置し、円１３５６が存在する場合、円のほぼ中心に光線を配置するようにＳＭＲを回転させる。オペレータは、反射光の、３Ｄ座標測定装置上の位置、またはその近くの位置を観測し、アライメントをさらに改善するために必要であれば、ＳＭＲ７００を回転させて、反射光を３Ｄ座標測定マシンから発光点のより近くへ移動させる。図１では、レーザトラッカ１０の発光点は、光線４６がレーザトラッカ１０を出発するポイントである。反射された光線が発光点に十分に近いとき、オペレータは、ミラーキャップ１３５０を除去して光線をＳＭＲ上へロックさせる。一般的な高品質ミラーが有するくさび角度はわずか数分であり、これがもたらす反射光線における角度のずれは無視できるものである。光線を、発光点の近くの３Ｄ測定装置に当てるように反射することにより、対称軸８３０を光線に対して１度の数分の１以内で整列させることができる。たとえば、反射性のキャップ１３５０を有するＳＭＲ７００はレーザトラッカ２６から１０メートルであり、反射されたレーザ光線が発光点の約１７５ｍｍ、すなわち約７インチの範囲内にある場合、アライメントの軸８４０は、放射された光線４６に対して１度以内に整列される。
【００８２】
図１３Ｆは、レーザトラッカ１０などの３Ｄ座標測定装置に、たとえばＳＭＲのカラー９０５または類似のフィーチャといった、ＳＭＲの直径と等しい直径を有する、回転するパターン１３６０の光線を放射させる方法を示す。オペレータは、回転する光線に対してＳＭＲが整列するまでＳＭＲを回転させることによって、ＳＭＲを整列させる。
【００８３】
以前に図１および図６を参照して、定位置測定と装置のカメラを使用するバーコード読取りとを組み合わせるための方法が教示された。この方法の一部分は、距離計を、使用されているＳＭＲの頂点ではなく球面中心のホーム基準値に設定するものであった。球面中心に対する頂点の３Ｄ座標を変換するためには、図２２を参照しながら以下で説明されるように、定位置におけるＳＭＲの配向を知ることが重要であり得る。次にＳＭＲの配向を確立するための２つの方法を示す。
【００８４】
上記で説明されたように、好ましい配向の確立は２つの態様を有する。通常の場合、ＳＭＲの対称軸は、光線に対して可能な限りよく整列される。第２の態様では、基準マークを好ましい配向に配置するために、ＳＭＲが対称軸のまわりで回転される。
【００８５】
場合によっては、光線に対して対称軸を完全に整列させるのが不可能である。たとえば、定位置１７で、いくつかの種類のネストにおいて、ＳＭＲを光線との正確なアライメントへと回転させるのに機械的制約があり得る。定位置では、別のタイプのアライメント基準が与えられることがある。たとえば、製造業者は、ＳＭＲのカラーをネストの約２ｍｍ上に配置すべきであると指定する可能性がある。次いで、装置１０のソフトウェアは、与えられたＳＭＲのパラメータに基づいて誤差ベクトルを計算してよい。
【００８６】
対称軸が光線と整列しない場合については、配向は、基準点を所望の配向へと（たとえば垂直面またはアジマス軸を含んでいる面へと）移動させ、次いで、指定されたように対称軸を光線方向に対して整列させる（たとえばネストの２ｍｍ上にカラーを移動させる）ことによって、容易に得られる。別の可能性には、ＳＭＲの配向を求めるためにカメラ５６を使用することがある。カメラが定位置におけるポイントに向けられた状態で、ＳＭＲの配向は、バーコード（または任意の他のマーカ）の位置から容易に見いだされる。このようにカメラを使用すると正確な結果がもたらされ、オペレータにとって簡単である。
【００８７】
このカメラコンセプトは、カメラの中に適切なズームカメラが設けられていれば、ＳＭＲが装置１０から何メートルもの距離にある場合にも適用され得る。上記で論じられ、参照によって組み込まれた‘７５８特許には、そのようなズームカメラの一例が説明されている。ＳＭＲの配向の自動決定を提供するために、本出願の図６Ａのマーク６１０などの反射マークが、そのようなカメラとともに使用され得る。この方法は、６ＤＯＦのトラッカが３ＤＯＦのＳＭＲとともに使用されるとき適用可能である。
【００８８】
ＳＭＲは、表面とＳＭＲを複数のポイントにおいて接触させることによって表面のポイントの座標を測定するのに使用され得る。ＳＭＲは、動ネストに関連した座標を測定するためにも使用され得る。これらのタイプの測定の両方で、ＳＭＲの半径の誤差が、表面またはネストのポイントの測定における誤差をもたらす可能性がある。上記で説明されたように、ＳＭＲの半径を正確に測定するための方法が得られる。測定された半径から公称の半径を引いたものとして定義された半径の差分が、後のアクセスのためにメモリに記憶されてよい。この場合の測定された半径は、たとえばデカルトＣＭＭ、Ｔａｌｙｒｏｎｄ（登録商標）、またはアブソリュート干渉計を使用することにより、上記で説明された正確な方法のうちの１つによって測定される。半径の差分は、一実施形態では各ＳＭＲに取り付けられて３Ｄ座標測定装置の読取り装置によって読み取られるバーコードまたはＲＦＩＤチップなどの情報記憶装置にも保存され得る。
【００８９】
ＳＭＲを用いて表面上の３Ｄ座標を測定するのに使用される装置１０については、ＳＭＲが表面上のいくつかの位置へ移動され、対応する表面接触点に関するＳＭＲの球面中心の３Ｄ座標の集合が取得される。３Ｄポイントの集合に対して垂直なベクトルを取得するために、互いに近接した３Ｄ中心座標が用いられる。接触点の集合における１つのポイントから、またはポイントの集合におけるものではないが集合の近くの１つのポイントから、法線ベクトルが突き出される。その１つのポイントに対応する接触点の３Ｄ座標は、３Ｄ球面の中心座標から、測定されている表面に向けて、法線ベクトルを突き出すことによって取得される。
【００９０】
ＳＭＲの半径の誤差が、平面の全体の形状を変えることにはならない。しかしながら、ＳＭＲの半径の誤差が、他の状況における誤差をもたらす可能性がある。これは、１つの平面がＳＭＲの左側にあって１つの平面がＳＭＲの右側にある２つの平面の間の距離を測定するのにＳＭＲが使用される場合を考えることによって容易に理解され得る。真の直径が公称の直径または基準の直径よりも大きく、他のすべての測定が完全であれば、測定される距離が、ＳＭＲの半径誤差の２倍だけ小さすぎることになる。
【００９１】
ＳＭＲの半径の誤差は、動ネストなどの支持体に対する測定の誤差をもたらす可能性もある。図１４Ａに示される動ネスト１４００のタイプの一例には、この場合、それぞれがベース１４１０の頂面１４１２に付けられ、他のボールから１２０度だけ分離された３つの球状ボール１４２０が含まれる。支持軸１４３０は、３つの球１４２０の中心と交差する面に対して垂直である。また、支持軸１４３０は、支持軸に沿った任意の点において３つの球１４２０の中心から等距離である。図１４Ｂは、ＳＭＲ７００の球状の外側部分が動ネスト１４００上に配置されている機構１４５０を示す。本明細書で用いられる「動（ｋｉｎｅｍａｔｉｃ）」という用語は、ＳＭＲが、その３Ｄ座標が移動後に移動前とほとんど同じ状態で、ネストから取り外したりネストに戻したりされ得ることを意味する。ＳＭＲ７００が回転するとき、球面中心は支持軸１４３０上の所定の位置に固定されたままである。場合によっては、動ネスト１４００に対してＳＭＲの鋼の球状の外側部分をしっかりと保持してネストから落ちないようにするために、ベース１４１０内に磁石が含まれる。
【００９２】
支持軸１４３０を数学用語で記述するやり方には、ネスト上に取り付けた様々なサイズの球面に関する球面中心の軌跡としてのものがある。言い換えれば、比較的小さい半径の球面と比較的大きい半径の球面が、どちらも支持軸１４２０上にあることになる。もちろん、３つの球１４２０に適切に適合する何らかの最小の球面サイズおよび最大の球面サイズがあるが、球面サイズの許容範囲内では、球面中心の軌跡は支持軸１４３０上にあることになる。
【００９３】
ＳＭＲは、製造業者によって、公称半径を伴って提供される。アプリケーションソフトウェアは、ＳＭＲの製造業者によって提供された数値であるＳＭＲの公称半径に基づいて計算を遂行する。以下でさらに論じられるように、公称半径の値と実際の半径の値の差が誤差をもたらし得る。
【００９４】
ネスト１４Ａなどのネストには、一般に、明確に定義された基準点がない。特定のネストと特定のＳＭＲとの組合せに対する好都合で安定した基準点は「理想的支持位置」であり、これは支持軸１４３０上の位置である。理想的支持位置は、公称半径とまさに等しい半径を有する球面の球面中心の、支持軸１４３０上の位置と定義される。公称半径と異なる半径を有するＳＭＲは、実際の支持位置と称される、支持軸上の異なる位置に球面中心を有することになる。
【００９５】
半径の測定も、半径誤差に基づく３Ｄ座標に対する補正も、再帰反射器の内部反射機構に依拠するものではないので、本明細書で論じられる、半径を補正する方法は、オープンエア型のコーナキューブ再帰反射器を有するＳＭＲに限定されるものではない。この方法は、３つの垂直な反射表面を有するガラスプリズムを含む再帰反射器であるガラスのコーナキューブ再帰反射器を含んでいるＳＭＲにも同様に適用可能である。この方法は、単一の球面または互いに接合された２つの半球のいずれかとして成形されて球状の外側部分の空洞内に少なくとも部分的に配置されているガラス光学素子を有するキャットアイ再帰反射器にも適用可能である。ガラスプリズムまたはキャットアイを含んでいるＳＭＲは、当技術分野において周知である。
【００９６】
前述のように、測定された半径から公称半径を引いたものが半径の差分である。３つの球面の中心を接続する面からネストによって保持されたＳＭＲの球面中心への支持軸１４３０の方向をプラスとする。言い換えれば、図１４Ａでは、支持軸１４３０に沿って右方向がプラスと見なされる。そこで、理想的支持位置は、ネスト１４００内のＳＭＲの球面中心の３Ｄ座標を測定して、その３Ｄ座標を、支持軸に沿ってマイナス方向へ、精密ではなく概算で半径の差分に等しい距離だけ移動することによって見いだされ得る。図１５を参照しながら以下で説明されるように、正確な移動量もネスト１４００の寸法形状に依拠する。半径の誤差すなわち差分の関数として理想的支持位置を求めるために、式が用いられ得る。係数などの補償値は、たとえば装置１０または分離したコンピュータ８０内のプロセッサによって理想的支持位置の３Ｄ座標を求めるのに用いられ得るように、メモリに記憶されてよい。
【００９７】
次に、１２０度だけ隔てられた３つの球１４２０を有する動ネスト１４００によって支持されたＳＭＲ７００の場合について、球面中心８６０のシフト量が計算される。図１５は、ネスト１４００および図１４ＢのＳＭＲ７００の要素に対応するラインセグメントを示す。３つの球面１４２０の各々が中心１５１０を有し、任意の２つの中心１５１０が、数学記号ａを与えられたベース距離１５２５だけ離れている。各球の中心を通って描かれた断面が輪郭１５１５を示す。球の各々が、接点１５２０においてＳＭＲ７００の球状の外側部分７２０と接触する。球面中心８６０から接点１５２０を通って引かれたラインが、球１４２０の中心１５１０を通過する。ＳＭＲは基準または公称の半径Ｒおよび半径誤差ｅを有し、その結果、ＳＭＲの実際の半径はＲ＋ｅである。３本のライン１５２５が３角錐１５４０のベースを形成する。球中心１５１０から球面中心８６０まで延在するライン１５３０が、３角錐の辺を形成する。各球の半径はｒであり、その結果、３角錐の辺は長さＲ＋ｅ＋ｒを有する。高さｈを有する３角錐の高さの線分１５５０が、３つの球中心１５１０を接続する面の上にあるベース中心１５４５から球面中心８６０まで延在している。ベースの頂点１５１０の各々が６０度の角度を有し、したがって、球中心１５１０からベース中心１５４５へ引かれたラインの長さは
【数９】
0006509224.tif 000010
である。ピタゴラスの定理により、高さの線分の高さは、
【数１０】
0006509224.tif 000011
である。半径誤差ｅ＝０のための辺の長さをＲ０とし、高さをｈ０とする。２項近似を用いると、誤差ｅの結果としての高さｈの変化はδｈ＝ｅＲ０／ｈ０であることが、優れた精度で示され得る。高さｈ０が辺長さＲ０よりも小さいので、高さの変化δｈは半径誤差ｅよりもいくぶん大きい。たとえば、１マイクロメートルの半径誤差に対して、高さの変化δｈは１．０４８マイクロメートルである。高さの変化が半径誤差よりも大きい理由は、より大きいＳＭＲ７００が、球中心１５１０を接続するベースからわずかに遠くへ離れて球１４２０と交差するためである。
【００９８】
一般に、高さの変化δｈは、ＳＭＲのネスト１４００の構造（寸法形状）に依拠し、異なるタイプのネストについては異なるものである。高さの変化における半径誤差の影響に対してできる限り正確に補正するために、半径誤差の量と、ＳＭＲとともに使用されているネストのタイプとの両方を知る必要がある。高さの変化における半径誤差の影響に対する近似の補正を得るために、半径誤差ｅが、ネストの寸法形状を考慮に入れずに用いられ得る。１つ前の段落で示された例については、ネスト１４００の寸法形状を考慮に入れずに計算された高さの相対的誤差は４．８％であった。
【００９９】
ネスト内のＳＭＲに対して行われる測定におけるＳＭＲの半径誤差の影響の一例が次に示される。図１６Ａは第１のネスト１４００Ａによって保持された第１のＳＭＲ７００Ａの正面図であり、図１６Ｂは第２のネスト１４００Ｂによって保持された第２のＳＭＲ７００Ｂの側面図である。７００Ａと７００Ｂの両方の半径が基準半径と等しい理想的な場合には、両ＳＭＲの中心の間の長さは図１６Ｃの矢印１６７２によって示される。次に、第１のＳＭＲ７００Ａの球面半径が基準半径と等しく、第２のＳＭＲ７００Ｂの球面半径が基準半径よりも大きい場合を考える。ＳＭＲ７００Ｂについては、矢印１６７４によって示されるように、球面中心が上方へ押される。したがって、測定された３Ｄ座標はベクトル１６７６となる。ベクトル１６７２の長さがＬ１であってベクトル１６７４の長さがδｈであると、長さ１６７２と１６７６の差は
【数１１】
0006509224.tif 000012
であり、２項近似を適用すると、ΔＬ＝δｈ２／２Ｌ１として優れた精度が示される。一例としてδｈ＝２マイクロメートル、Ｌ１＝２メートルとすると、誤差は１０−６マイクロメートルとなり、無視できるものである。
【０１００】
それと対照的に、図１７Ａ、図１７Ｂは、第１のＳＭＲ７００Ａと第１のネスト１４００Ａが図１６Ｂのように整列している一方で、第２のネスト１４００Ｂが、７００Ａと７００Ｂの球面中心を接続するラインに対して垂直に配向されている状況を示すものである。７００Ａと７００Ｂの両方の半径が基準半径と等しい理想的な場合には、両ＳＭＲの中心の間の長さは図１７Ｂの矢印１７５２によって示される。次に、第１のＳＭＲ７００Ａの球面半径が基準半径と等しく、第２のＳＭＲ７００Ｂの球面半径が基準半径よりも大きい場合を考える。ＳＭＲ７００Ｂについては、矢印１７５４によって示されるように、球面中心が左方へ押される。したがって、測定された３Ｄ座標はベクトル１７５６となり、オフセット値１７５４だけ短すぎる。上記で説明されたように、オフセット値１７５４は差分（すなわち半径誤差）とネストの寸法形状の両方に依拠するものである。この場合、７００Ｂの球面半径が２マイクロメートルだけ大きすぎ、ネストの寸法形状が以前の例で示されたものと同一であれば、２つのＳＭＲの間の測定された距離は２．０９６マイクロメートルだけ小さすぎることになる。言い換えれば、図１６Ａ、図１６Ｂの状況については、両ＳＭＲの間の測定された長さの誤差にはＳＭＲのうち１つの直径誤差による影響がなく、一方、図１７Ａ、図１７Ｂの状況については、両ＳＭＲの間の測定された長さの誤差には、ＳＭＲのうち１つの直径誤差による直接的な影響がある。
【０１０１】
多くの状況において、２つのネストの支持軸１４３０の方向が、ネスト内に配置されたＳＭＲの間で測定される未補正の距離に対して大きな影響を及ぼし得ることが、上記の議論から明らかである。支持軸１４３０の方向を得ることができるいくつかのやり方がある。第１に、オペレータが、アプリケーションソフトウェアにおいて支持軸の方向を示してよい。第２に、ネストが、ＣＡＤモデルにおいて既知の表面を有する目標物上に直接取り付けられてよく、そこから支持軸１４３０の方向が求められ得る。第３に、検査において使用される各ネストの支持軸１４３０の方向を含んでいる検査計画に対して測定が行われてよい。第４に、オペレータが、ネストのフィーチャを測定して、支持軸１４３０の方向を求めてよい。たとえば、図１４Ａのネスト１４００の場合には、オペレータは、装置１０とともにＳＭＲを使用して、頂面１４１２上のポイントの３Ｄ座標を測定してよい。これらのポイントの３Ｄ座標は、垂直な支持軸１４３０が見いだされる面に当てはめられる。
【０１０２】
一般に、ネスト内に配置されたＳＭＲを用いて行われた測定の誤差を補正するためには、支持軸１４３０の方向と半径の差分の大きさの両方が必要である。図１５を参照しながら論じたように、ネストの寸法形状も考慮すれば、より正確な補正が可能である。
【０１０３】
図１８を参照しながら説明されたプロシージャは、トラッカが複数の位置へ移動される状況で同一のＳＭＲの位置を測定しなければならない場合は常に有用である。たとえば、較正プロシージャは、図１８に示されるように、２つのＳＭＲ７００ＡとＳＭＲ７００Ｂの間の距離を、ＳＭＲから離れて２つの異なる位置１０Ａ、１０Ｂに設定されたトラッカを用いて測定する必要があり得る。他の場合には、トラッカは、異なる位置から行われたトラッカ測定を共通の座標系に載せるやり方として、複数の位置から３つ以上のネストを測定する必要があり得る。
【０１０４】
方法の第１のステップにおいて、２つ以上のＳＭＲ７００Ａ、７００Ｂを支持体１４００Ａ、１４００Ｂの中で回転させて、各ＳＭＲの対称軸８４０を、座標系１８１０内の３Ｄ座標（ｘ１，ｙ１，ｚ１）を有する第１の位置に配置された３Ｄ測定機器に対して整列させる。この第１の位置において、トラッカは参照番号１０Ａを与えられる。このアライメントは、たとえば図１３Ａ〜図１３Ｆのアライメント方法のうちの１つを用いて達成され得る。１０Ａにおけるトラッカは、ＳＭＲ７００Ａと、ＳＭＲ７００Ｂと、トラッカ１０Ａに対して整列させる必要のない少なくとも１つの追加の再帰反射器７００Ｃとを測定する。第２のステップにおいて、３Ｄ座標（ｘ２，ｙ２，ｚ２）を有する第２の位置に配置されたとき、同じ３Ｄ測定機器が１０Ｂとして示される。このステップでは、ＳＭＲ７００Ａ、７００Ｂは、さらに回転されるのではなく、初期の配向のままに保たれる。トラッカ１０Ｂは、７００Ａ、７００Ｂ、および７００Ｃの頂点の３Ｄ座標を測定する。３Ｄ測定機器１０Ｂによって測定されたＳＭＲ７００Ａ、７００Ｂの頂点の３Ｄ座標は、ＳＭＲ７００Ａ、７００Ｂの各々の球面中心８６０に対する頂点８２０のミスアライメントを反映するために数学的に補正される。
【０１０５】
これを行うための数学的方法は、理解するのが容易である。７００Ａ、７００Ｂ、７００Ｃの、再帰反射器の頂点に対して測定された値を用いて、トラッカ１０Ｂが、１０Ａにおけるトラッカの座標系に加えられる。これは、トラッカ１０Ａおよび１０Ｂによって測定された７００Ａ、７００Ｂ、および７００Ｃの３Ｄ座標が、できる限り精密に一致するまで、６自由度（たとえばｘ、ｙ、ｚ、ピッチ、ロール、ヨー）のトラッカ１０Ｂが調節される最適化手法を用いて行われる。通常の最適化手法は、残余誤差の２乗の合計が最小化されるものである。
【０１０６】
１０Ｂによって測定された３Ｄ座標を１０Ａの座標系へと変換するのに必要とされる変換マトリクスが、１０Ａにおける７００Ａ、７００ＢのＳＭＲの誤差ベクトルを、１０Ｂにおける７００Ａ、７００Ｂの誤差ベクトルへと変換するのに用いられ得る。このようにして、トラッカ１０Ｂによる測定に先立ってＳＭＲ７００Ａ、７００Ｂを再整列するステップを省くことができる。
【０１０７】
少なくとも３つの再帰反射器のターゲットの３Ｄ座標を少なくとも２つの位置から測定することによって変換マトリクスを確立する方法は、ＳＭＲがなくても実行され得ることを理解されたい。言い換えれば、コーナキューブ再帰反射器または他のタイプの再帰反射器が、任意の種類の目標物に対して貼付され得る。本明細書で説明された方法が、２つ以上のステーションから観察されたときの単一ＳＭＲまたは複数のＳＭＲの３Ｄ座標を補正するのに用いられ得ることも理解されたい。
【０１０８】
上記で説明されたように、好ましいタイプのＳＭＲの配向は、ＳＭＲの基準光線９４０が、測定ラインに関連した寸法特性の測定誤差を最小化するやり方として、測定ラインに対して所定のやり方で整列されるものである。次に、当該の寸法特性が２点間の長さである場合を考える。
【０１０９】
図１９Ａ、図１９Ｂに示される測定では、ネスト１４００Ａ、１４００Ｂが、ゼロのＳＭＲのランアウト基準角度９５０を有する。ネスト１４００Ａがネスト１４００Ｂの上に直接取り付けられており、ネスト１４００Ａ内に配置されたＳＭＲ７００Ａとネスト１４００Ｂ内に配置されたＳＭＲ７００Ｂの間の垂直距離を測定するのに、トラッカ１０などの３Ｄ座標測定装置が使用される。図１９Ａにおいて、ＳＭＲ７００Ａは、そのランアウト基準ライン１９１０をＳＭＲ７００Ａの上部へ垂直方向に配置するように、ネスト１４００Ａ内で回転される。ＳＭＲ７００Ｂは、そのランアウト基準ライン１９２０をＳＭＲ７００Ｂの下部へ垂直方向に配置するようにネスト１４００Ｂ内で回転される。ＳＭＲ７００Ａの球面中心とＳＭＲ７００Ｂの球面中心の間の真の距離が、ライン１９０２によって示されている。ＳＭＲ７００ＡのＳＭＲのランアウト誤差ベクトルがベクトル１９０４によって示されており、ＳＭＲ７００ＢのＳＭＲのランアウト誤差ベクトルがベクトル１９０６によって示されている。結果として生じる球面中心間の長さの測定値は、ベクトル１９０４と１９０６の大きさの合計と等しい量だけ取り去られる。これらの誤差は、長さ１９０８によって表される測定された長さに現れる。
【０１１０】
図１９Ｂにおいて、ＳＭＲ７００ＣはＳＭＲ７００Ａと同一であるが、ＳＭＲ７００Ａは、ネスト１４００Ａ内のＳＭＲの中心とネスト１４００Ｂ内のＳＭＲの中心とを接続するラインに対してランアウト基準ラインが垂直になる水平位置に、ランアウト基準ラインを配置するように回転されている。ＳＭＲ７００ＤはＳＭＲ７００Ｂと同一であるが、ＳＭＲ７００Ｄは、ランアウト基準ラインを水平位置に配置するように回転されている。ＳＭＲ７００Ｃの球面中心とＳＭＲ７００Ｄの球面中心の間の真の距離が、ライン１９５２によって示されている。ＳＭＲ７００ＣのＳＭＲのランアウト誤差ベクトルがベクトル１９５４によって示されており、ＳＭＲ７００ＤのＳＭＲのランアウト誤差ベクトルがベクトル１９５６によって示されている。結果として生じる長さ１９５８は、真の長さ１９５２に近い長さを有する。長さ１９５８の計算から生じる誤差は、図１６に関して示された例に示されるように、大抵の場合は無視できる余弦誤差として知られている。
【０１１１】
図１９Ａの測定値の誤差は、７００Ａ、７００Ｂに対するランアウト基準ラインを両方とも上または下へ整列させれば、より小さくできるはずであるが、結果は、一般に、ランアウト基準ラインが、２つのＳＭＲの球面中心を接続するラインに対して垂直に回転されるのであれば、はるかに優れている。これは、２つのＳＭＲを接続するラインに対する垂直方向ばかりでなく、あらゆる方向に関して真である。
【０１１２】
ＳＭＲのランアウトのアライメントを簡単にするために、オペレータが最大のランアウト誤差ベクトル成分の方向を知るのは都合がよいことである。これは、基準点が最大のランアウト誤差ベクトル成分に対して整列されれば、言い換えると、ＳＭＲのランアウト基準角度がゼロに設定されれば、容易に達成される。あるいは、基準点は、１８０度または＋９０度もしくは−９０度などの、別の容易に理解される値に設定され得る。この角度は、製造業者によって生産された各ＳＭＲが、最大のランアウト誤差ベクトルに対して同一の位置に基準点を有するという意味で好ましい所定の角度である。
【０１１３】
基準マークを整列させるこの方法は、長さの測定値に加えて寸法の測定値の誤差を最小化するためにも適用され得る。第１のＳＭＲ１９８２、１９８３の位置の、方向ｘ’における小さな変位の寸法の測定の一例。この場合、図１９Ｃに示される基準マーク９３２の配向は依然として正確である。言い換えれば、第１のネストまたは第２のネストのいずれかの、方向ｘ’に沿った小さな変位を感度よく測定しようとするなら、ネストの基準マークは図１９Ｃに示されるように配向されるべきである。他方では、目的が、第１のネストまたは第２のネストのいずれかの、方向ｚ’に沿った小さな変位を感度よく測定することであるなら、基準マーク９３２の最適位置は異なるはずである。この場合、ＳＭＲのランアウト誤差成分は、測定する方向に対して垂直になるはずである。図１９Ｄに示されるように、ＳＭＲの基準光線９４０は、ｘ’−ｙ’面において光線方向に対して垂直に配向されるべきである。この場合、１９８７のような光線の左側または１９８８のような光線の右側の、２つの可能な配向がある。ＳＭＲの基準は、当業者にとって明らかなように、他の寸法量の測定値の誤差を最小化するように配向されてよい。
【０１１４】
図２０Ａは、図１で説明されたアジマス軸２０およびゼニス軸１８の概略表示３０００を示す。それぞれアジマス軸２０およびゼニス軸１８に対応するアジマス機械軸（アクスル）２０およびゼニス機械軸（アクスル）２３も示されている。アジマス機械軸２４は、アジマス軸２０のまわりで角度２１だけ回転する。アジマス軸２０はアジマス機械軸２４の中心線２７に相当する。ゼニス機械軸２３は、ゼニス軸のまわりで角度１９だけ回転する。アジマス軸とゼニス軸の間に、２つの軸の最接近のポイントにおいて、垂直線２８が引かれる。垂直線２８は、ポイント２２において中心線２７と交差する。アジマス軸２０とゼニス軸１８の間の垂直線の長さ２９は、軸のオフセット（ＡＸＯＦ）長さ２９である。図１の機械的装置において、ペイロード１５がゼニス機械軸のまわりで回転し、ゼニス機械軸が、固定ベースに取り付けられているアジマス機械軸のまわりで回転するので、交点２２は、図１の装置の座標系３０に対して静止していることになる。このために、ポイント２２は装置１０のジンバルポイントと見なされてよく、すなわち、ポイント２２のまわりで、アジマス機械軸およびゼニス機械軸が回転する。しかしながら、ゼニス軸１８は、ジンバルポイント２２のまわりで正確に回転するわけではないことに注目されたい。しかしながら、すべての回転がジンバルポイントに対して参照されるように、数学的補償を行うことができる。光線オフセットおよび光線チルトに対する小さな補償を行った後、光線４６は、ゼニス軸１８上の光線の回転ポイントから出て来るように見える。
【０１１５】
要約すると、装置１０内の定留点としてジンバルポイント２２を選択し、装置１０によって測定された３Ｄ座標を、このポイントに対して参照するのが、数学的に好都合であり、当技術分野では通例である。これは、実際の機械軸の非理想の態様を反映するために数学的補償が行われることを意味する。そのような非理想の態様の１つには軸オフセット２９がある。機械軸の別の非理想の態様には軸の非直角度がある。理想的機械システムでは、アジマス軸とゼニス軸は正確に垂直である。実際のシステムでは、垂直からの小さなずれがあり、これは軸の非直角度の値と称される角度値である。測定された３Ｄ座標を得るために、装置１０によって測定された距離および２つの角度を補正するのに数学的方法が用いられ、ジンバルポイント２２に対してこれらの値を参照する。
【０１１６】
同様のやり方で、理想的装置１０では、光線４６は実質的にジンバルポイント２２を通過する。実際のシステムでは、光線は、ジンバルポイント２２から軸のオフセット距離２９だけ最初にオフセットされる。それに加えて、光線４６は、（ゼニス軸１８上の）光線の回転ポイントからオフセットされる。オフセットは、図１に示されるペイロード座標系３５のｙ”−ｚ”面におけるｙ”およびｚ”の小さな距離値である。
【０１１７】
理想的装置１０では、光線４６が装置から出て来る方向は、アジマス軸とゼニス軸の両方に対して垂直である。実際の装置１０では、光線４６は、この理想的角度からわずかにずれて出て来る。測定された距離および２つの角度を、トラッカ座標系を有する座標に対して、ジンバルポイントを原点として移動させるために、これらの効果を数学的に反映し、すべての測定値を原点に対して参照するのに、パラメータが用いられ得る。たとえば、図１の装置１０において説明されたビームステアリング機構のタイプでは、パラメータＴＸ、ＴＹが（理想的状態に対する）光線オフセットを反映してよく、パラメータＲＸ、ＲＹが（理想的状態に対する）光線チルトを反映してよい。たとえばミラーを使用する機構といった他のビームステアリング機構には、システムの機械的不完全性および光学的不完全性を補償するための様々な方法があり得るが、本明細書で論じられた一般的な原理は、すべてのそのようなビームステアリング機構に対して適用可能であることを理解されたい。
【０１１８】
装置１０内の距離計に対して基準距離を与える必要がある。距離計からの光線が光線の回転ポイントから出て来るように見えるので、あらゆる測定された距離がこのポイントを参照するやり方を提供する必要がある。これを行う方法が、以下で詳細に論じられる。
【０１１９】
装置１０の通常の動作モードは前視モードである。図２０Ａに示された装置は、前視モードにある。示された図では、ゼニス軸１８はアジマス軸２０の前にあるが、アジマス軸の反対側（後）にあることも可能である。前視モードという用語は、単に、これが装置の製造業者によって定義された通常の動作モードであることを示すものである。
【０１２０】
この装置の別の動作モードは後視モードである。前視モードから始めて後視モードになるために、ペイロードが、アジマス軸のまわりで１８０度だけ回転され、光線４６が再帰反射器のターゲットに戻されるポイントまでゼニス軸のまわりで回転される。図２０Ｂに示されるように、装置１０を後視モードにすることの効果は、ゼニス機械軸をアジマス機械軸の反対側に配置することである。言い換えれば、軸オフセットパラメータが、前視モードにおいてプラスであれば後視モードではマイナスであり、その逆も成り立つ。ＳＭＲ７００の頂点８２０が図２０Ａおよび図２０Ｂのように最接近のライン２８と一致して配置されている場合については、後視距離４７’から前視距離４７を引いたものが、軸オフセット値の２倍に等しい。
【０１２１】
図２０Ｃは、図１の定位置の測定ネスト１７内に配置されているＳＭＲ７００に対して光線を送る装置１０の概略表示３０４０を示す。光線４６”は、光線の回転ポイントから放射される。一実施形態では、距離計は、前視モードにおいてポイント１８でゼロの距離を有するように設定される。距離計は、ＳＭＲ７００が定位置のネスト１７内に配置されているとき、距離３０４２を読み取る。しかしながら、装置１０が（補償後に）ジンバルポイント２２に対して読み取る距離は、ジンバルポイント２２から頂点８２０までの距離４８である。
【０１２２】
次に、図２１Ａ〜図２１Ｃを参照しながら説明されるように、光線の回転ポイントを距離計のゼロポイントとして確立するために別のプロシージャが実行される。図２１Ａの概略表示３１００に示される第１のステップにおいて、２つのＳＭＲの中心位置の間の距離が測定される。この距離を測定するやり方の１つには、レーザトラッカのジンバルポイント３１１２を、２つのＳＭＲの中心を接続するラインに位置合わせするものがある。ネスト３１３０内に配置されたときのＳＭＲ３１２０の球面中心は、この議論のために第１のネスト中心と称され得る。第２のネスト３１３０’に移動されたときのＳＭＲ３１２０’の球面中心は、第２のネスト中心と称され得る。第１のネスト中心と第２のネスト中心を接続するラインは、球面中心ラインと称され得る。球面中心ラインの、第１の球面中心と第２の球面中心の間の部分は、球面中心ラインの内側部分と称され、球面中心ラインの内側部分以外は外側部分である。
【０１２３】
装置３１１０のジンバルポイント３１１２は外側部分のポイントに配置されている。ジンバルポイント３１１２から第１のネスト内のＳＭＲの頂点３１２２までの光線３１１４の距離３１２４が測定される。ＳＭＲが第２のネスト３１３０’に移動される。ジンバルポイントから第２のネスト内のＳＭＲの頂点３１２２’までの光線３１１６の距離３１２６が測定される。距離３１２６から距離３１２４を引いたものが、頂点３１２２と頂点３１２２の間の距離である。しかしながら、図２１Ａの寸法形状のために、ＳＭＲの深さ誤差は共通モードであり、２つの長さ測定値に関して相殺する。したがって、距離３１２６と３１２４の差は、ＳＭＲ３１２０の球面中心とＳＭＲ３１２０’の球面中心の間の距離でもある。
【０１２４】
距離計を、（ゼニス軸１８上の）光線の回転ポイントにおいてゼロの距離を有する設定にするように距離３０４２を設定するための、図２１Ｂ、図２１Ｃに示された２つの追加のステップが実行されてよい。概略表示３１４０に示された第１のステップにおいて、前視モードの装置が、装置３１１０’のジンバルポイント３１１２’が内側部分になるように配置される。距離計は、ジンバルポイント３１１２’からＳＭＲ３１２０’の頂点までの距離３１４２と、ジンバルポイント３１１２’からＳＭＲ３１２０”の頂点までの距離３１４４とを測定する。図２１Ｃの概略表示３１７０に示された第２のステップにおいて、装置３１１０”が後視モードに配置される。２つのＳＭＲに対する測定が繰り返されて、距離３１７２および３１７４が取得される。
【０１２５】
距離計が（ゼニス軸１８上の）光線の回転ポイントに対して正確にゼロに設定されていれば、距離３１２６は、距離３１４２と３１４４の合計と等しいはずである。理想状態からのいかなる相違も補正するためにオフセット距離を計算するのに、オフセット距離＝（距離３１２６−（距離３１４２＋距離３１４４））／２、という式が用いられる。このオフセット距離が、各距離の読取り値に対して加えられる。同等に、オフセット距離は、光線の回転ポイントをゼロに設定するように設定されると考えることができる。
【０１２６】
リセットのやり方がいくぶん異なる、アブソリュート距離計とインクリメンタル距離計の２つの異なるタイプの距離計がある。干渉計などのインクリメンタル距離計の場合、距離は、所与のポイントにおいて既知の値に設定される。たとえば、定位置のネストに送られたＳＭＲに送られるレーザ光線は、工場または実験室における測定値に基づいて、０．１６７メートルの距離読取り値を有すると予期される、ということであり得る。インクリメンタル距離計については、光線は、定位置のＳＭＲに対して送られて０．１６７メートルの値を読み取るように設定される。その後、装置は、光波の波長シフトの数をカウントし、カウント値に、対象となっている光の（ローカルのエア媒体における）波長を掛けて、合計の距離の変化を得る。任意の後の時間における距離を得るために、距離におけるこの変化が元の距離に加えられる。
【０１２７】
アブソリュート距離計（ＡＤＭ）の場合、距離計に対して光線が再び送られてよいが、この場合は、距離計が読み取った距離が、やはり０．１６７メートルであり得る既知の距離と比較される。ＡＤＭの測定値に関連した、たとえば位相オフセットパラメータなどの１つ以上のパラメータが、０．１６７メートルの予期された読取り値を与えるように調節される。その後、調整されたパラメータが、ＡＤＭの読取り値を補正するのに継続して用いられる。
【０１２８】
距離計をリセットするやり方は、インクリメンタル距離計については距離へとリセットし、ＡＤＭについてはパラメータをリセットする、といった具合に、２つの場合でいくらか異なるが、どちらも、必要な補償を行うのに先立って、装置からＳＭＲの頂点まで光線を送る必要がある。
【０１２９】
図２１Ｃは、軸オフセット値２９を求めるやり方を示す概略表示３１７０である。距離計は、距離３１７２および３１７４を後視モードで測定する。軸オフセット値は、軸オフセット値＝（（距離３１４２＋距離３１４４）−（距離３１７２＋距離３１７４））／４、という式を用いて計算される。軸オフセット値は、測定された距離および２つの角度を、ジンバルポイント２２上にセンタリングされた座標システム３０の３Ｄ座標に変換するのに用いられる。
【０１３０】
上記で論じられた、装置１０内の距離計に対してゼロ距離値を設定するためのこの方法は、距離計によってＳＭＲの頂点８２０に対して測定された距離を示していた。しかしながら、各ＳＭＲにはそれ自体の深さ誤差があり、このことは、図２１の方法が、使用される１つ以上のＳＭＲに依拠して異なる結果を与えるはずであることを意味する。この問題をめぐるやり方には、ＳＭＲの球面頂点ではなく球面中心までを測定するためのＳＭＲ補償パラメータを用いるものがある。図２１Ｂに示されているのは、通常、ＳＭＲ３１２０’および３１２０”の対称軸が装置３１１０’からの光線に対して整列され得る場合である。この場合、ランアウト誤差の影響は無視できる。たとえば、ジンバルポイント３１１２’からの距離が２メートルに等しい状況で、ＳＭＲ３１２０”のランアウト誤差が１２マイクロメートルであると想定する。測定された長さの誤差は、
【数１２】
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であり、無視できる値である。ＳＭＲ３１２０’および３１２０”の対称軸が装置３１１０’からの光線に対してよく整列され得る限り、ＳＭＲの深さ誤差を反映するには、測定された距離３１４２、３１４４を増加させるかまたは減少させるだけでよい。この補正を行うことにより、図２１Ａ〜図２１Ｃを参照しながら上記で説明された方法は、ＳＭＲの深さ誤差に関係なく正確なはずである。
【０１３１】
図２１Ａ〜図２１Ｃを参照して説明されたプロシージャにおいて、いくつかの変形形態が可能である。図２１の方法は、ネストの間の既知の距離を有する基準アーチファクトを取得することによって変更され得る。ネスト３１３０と３１３０’上に配置された球面の間の距離は、デカルトＣＭＭまたは干渉計を１回使用して測定され得る。試験が約２０℃の一定温度の環境において行われる場合には、特に、アーチファクトが熱膨張率（ＣＴＥ）の小さい材料で製作されていれば、ネストの間の距離は変化しないはずである。たとえば、アーチファクトは、ＣＴＥが小さい炭素繊維複合材料またはインバールもしくはスーパーインバールで製作されてよい。
【０１３２】
別の例では、１つのＳＭＲをネスト間で移動するのではなく、ネスト３１３０内とネスト３１３０’内に別のＳＭＲが配置されてもよい。このように２つのＳＭＲを使用すると、自動プロシージャにおいて時間が節約され得る。この場合、各ＳＭＲの深さ誤差は、光線の回転ポイントにおいて距離計をゼロに設定して求めることで別々に反映される。
【０１３３】
図２１Ａ〜図２１Ｃに関する議論は、距離計を、正確な値を読み取るように設定する方法、または距離の読取り値に対して補償値または補正値を適用する方法に関するものであった。これらの補正の重要な態様は、距離計の補償がＳＭＲの深さ誤差に関係なく正確であるようにＳＭＲの深さ誤差を反映することである。定位置のネスト１７を有する装置１０の場合、図２１Ａ〜図２１Ｃのプロシージャの最終結果は、定位置の基準距離と称される数値であり、（ゼニス軸１８上の）回転ポイントから定位置のネスト内に配置された（所与の直径の）ＳＭＲの中心までの距離として定義される。
【０１３４】
定位置のネストがない装置については、図２１Ａ〜図２１Ｃのプロシージャの最終結果は、距離計自体に対する補正である。言い換えれば、距離計の処理が、距離読取り値３１４２と３１４４の合計を距離の読取り値３１２６と３１２４の差に等しくするプロシージャに続いて変更される。その後、このリセットされた距離読取り値が、装置に固定された再帰反射器への距離を設定するのに用いられ得る。そのような固定された再帰反射器は、距離計からドリフトを除去するために、必要に応じて常に測定されてよい。
【０１３５】
前の段落で述べたように、ＳＭＲを保持するネストを有する装置については、図２１Ａ〜図２１Ｃのプロシージャの最終結果は定位置の基準距離であり、数値である。一実施形態では、この数値は、ＳＭＲの深さ誤差を補正することによってより正確になる。定位置の基準距離は、装置のメモリに保存される。
【０１３６】
装置１０の定型化した使用法では、定位置の基準距離は、定位置のネスト１７に配置されたＳＭＲの距離読取り値を補正するのに用いられる。そのような定型化した補正は、温度変化および機械的衝撃の結果として経時的に起こる可能性がある、距離計のドリフトを補正するのに有用であり得る。図２０Ｃで説明され、図２２に再び示されるように、光線４６は、定位置のネスト１７内のＳＭＲ７００の頂点８２０に送られてよい。可能であれば、ＳＭＲの対称軸が装置からの光線に対して整列される。これが可能なとき、距離計は、ＳＭＲのランアウト誤差ベクトル成分を考慮に入れることなく、定位置の基準距離およびＳＭＲの深さ誤差に基づいて頂点８２０への距離３０４２を設定され得る。たとえば、ＳＭＲの球面頂点８２０がゼニス軸１８上の光線の回転ポイントから０．１６７メートルの距離にある状態で、ＳＭＲの球面半径が０．７５インチ＝１９．０５ｍｍであると想定する。ＳＭＲのランアウト誤差が０．０００５インチ＝１２．７マイクロメートルであるとさらに想定する。測定距離における、ＳＭＲのランアウト誤差によってもたらされる誤差は、
【数１３】
0006509224.tif 000014
であり、無視できるものである。
【０１３７】
場合によっては、ＳＭＲ７００の対称軸を光線方向４６に整列させるのが不可能なことがある。たとえば図２２では、カラー９０５は、ネスト表面と接触して、対称軸と整列され得ない。そのような接触は、ＳＭＲをネストの接触点から上昇させる可能性があり、それによって誤差をもたらすので、防止されるべきである。
【０１３８】
この場合、ＳＭＲの深さ誤差ならびにＳＭＲのランアウト誤差ベクトル成分の影響を反映するのが望ましい。これは２つのステップで行われ得る。第１のステップで、ＳＭＲは、カラーをネスト表面から一定の距離だけ離してネスト内に配置される。たとえば、カラーを、ネスト表面に触れるまで下げ、次いでネストを２ｍｍ上げるという規定でもよい。オペレータが、半径１９．０５ｍｍのＳＭＲに対して、カラーを目標値から１ｍｍ以内に調節することができると想定すると、約±３度の範囲内のアライメントが得られる。第２のステップで、ＳＭＲは、基準点９３２を指定された配向に配置するように整列される。たとえば、基準点９３２を最上のＳＭＲ位置にする、という規定であり得る。次いで、距離の読取り値を補正してベクトル誤差を反映するために、図９Ｃ、図９Ｄおよび図１２Ａ、図１２Ｄに関して上記で論じられた計算が実行され得る。言い換えれば、定位置のネスト１７内のＳＭＲの球面中心の値を意図した定位置の基準距離は、ベクトル誤差が、装置１０によって測定される実際のポイントであるＳＭＲの頂点に対する距離を設定するように調節される。第２のステップを実行する代替的方法には、上記で論じられたように、図１のカメラ５６を、ＳＭＲの配向を求めるように使用するものがある。
【０１３９】
図２３は、ＳＭＲを測定するのに使用される装置を表すレーザトラッカ１０の内部および外部の電気的構成要素およびコンピュータ構成要素２０００を示す。これらの電気的構成要素およびコンピュータ構成要素は単なる典型であり、他の構成が可能であることを理解されたい。マスタプロセッサ２０７０は、レーザトラッカ内のプロセッサとの間でデータメッセージを送受する。これらのメッセージは、有線装置のバス、光学装置のバス、または無線装置のバス２０３０を通じて送られ得る。処理は、レーザトラッカ１０内の機能に関して、独立して実行され得る。たとえば、位置検知器プロセッサ２０１２、アジマスエンコーダプロセッサ２０１４、ゼニスエンコーダプロセッサ２０１６、ＡＤＭプロセッサ２０２０、干渉計プロセッサ２０２２、ロケータカメラプロセッサ２０２４、表示灯プロセッサ２０１８、温度電子装置プロセッサ２０２５、アジマス（ＡＺ）およびゼニス（ＺＥ）モータプロセッサ、ならびにＲＦＩＤおよび無線プロセッサ２０２８があり得る。ＲＦＩＤおよび無線プロセッサ２０２８は無線周波数（ＲＦ）信号を放射するかまたは受け取るためのアンテナ２０２９に接続されてよい。本明細書で用いられるプロセッサという用語は、マイクロプロセッサ、ＦＰＧＡ、およびＤＳＰを含み得るコンピュータデバイスばかりでなく、コンピュータデバイスまたはメモリに送られる信号を調節するのに必要とされる機能を遂行する電子回路も含むように意図されている。そのような電子回路は、たとえばアナログデジタル変換器または温度割出し電子装置を含み得る。マスタプロセッサ２０７０は、図２のインターフェースボックス７０などのボックスの中に密封されてよい。あるいは、マスタプロセッサ２０７０は、トラッカ本体の内部の電子装置に組み込まれてもよい。マスタプロセッサからの信号は、外部コンピュータ２５へ行ってよく、またはネットワーク２０４４、２０４２に接続されてもよい。
【０１４０】
コンピュータ構成要素２０００の内部の電気的メモリ成分は情報を記憶するのに使用されてよい。そのような情報は、プロセッサによって用いられてよく、または有線もしくは無線の手段によって遠隔プロセッサへ伝送されてもよい。情報は、上記で論じられたような製造番号およびＳＭＲのパラメータを含み得る。
【０１４１】
上記の説明は本発明の特定の実施形態を参照しているが、本発明の精神から逸脱することなく多くの修正形態が製作され得ることが理解されよう。添付の特許請求の範囲は、本発明の真の範囲および精神の範囲内に入るような修正形態を包含するように意図されている。
【０１４２】
したがって、現在開示された実施形態は、すべての点で例示であって限定するものではないと見なされるべきであり、本発明の範囲は、前述の説明ではなく、添付の特許請求の範囲によって示されており、したがって、特許請求の範囲の同等の意味および範囲内に入るすべての変更形態は、その中に包含されるように意図されている。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
0006509224.tif 000026
【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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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１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１０Ｄ】
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【図１０Ｅ】
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【図１０Ｆ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【図１３Ｄ】
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【図１３Ｅ】
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【図１３Ｆ】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１６Ｃ】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１８】
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【図１９Ａ】
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【図１９Ｂ】
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【図１９Ｃ】
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【図１９Ｄ】
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【図２０Ａ】
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【図２０Ｂ】
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【図２０Ｃ】
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【図２１Ａ】
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【図２１Ｂ】
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【図２１Ｃ】
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【図２２】
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【図２３】
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