(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
座標測定機（ＣＭＭ）の動作を制御する方法であって、
前記ＣＭＭに置かれ、検知ボリューム内のガイド要素の位置検知を提供するように構成される少なくとも１つのガイド要素追跡センサを含み、前記検知ボリュームを提供するガイド要素追跡システムを提供するステップと、
前記ガイド要素追跡センサ又は前記ＣＭＭの一部の少なくとも一方に対して前記検知ボリューム内にガイド要素追跡有効ボリュームを画定するステップと、
前記ガイド要素追跡有効ボリューム内に、前記ＣＭＭのユーザによって手動で制御されるガイド要素を挿入するステップと、
前記ガイド要素追跡有効ボリュームにおける前記ガイド要素の位置を検知し追跡するように前記ガイド要素追跡システムを機能させるステップと、
前記ガイド要素の追跡された前記位置に対応する３次元（３Ｄ）追跡動作に従って、前記ＣＭＭの測定プローブ部を移動させるステップと、
を含み、
前記方法は更に、
追跡動作起動トリガインジケータ又は状態を検出するように、前記ＣＭＭを機能させるステップと、
前記追跡動作起動トリガインジケータ又は状態が検出された後の前記３Ｄ追跡動作に従って、かつ、前記ガイド要素追跡有効ボリューム内に前記ガイド要素が置かれている状態に従って、前記ＣＭＭの前記測定プローブ部を移動させるように、前記ＣＭＭを機能させるステップと、
追跡動作停止インジケータ又は状態を検出し、前記追跡動作停止インジケータ又は状態の検出に反応して、前記測定プローブ部の前記３Ｄ追跡動作を停止するように、前記ＣＭＭを機能させるステップ
を含み、
前記追跡動作停止インジケータ又は状態は、前記ガイド要素追跡有効ボリューム内で、前記ガイド要素の速度又は加速度が閾値を超えることを含む、方法。
【請求項２】
座標測定機（ＣＭＭ）の動作を制御する方法であって、
前記ＣＭＭに置かれ、検知ボリューム内のガイド要素の位置検知を提供するように構成される少なくとも１つのガイド要素追跡センサを含み、前記検知ボリュームを提供するガイド要素追跡システムを提供するステップと、
前記ガイド要素追跡センサ又は前記ＣＭＭの一部の少なくとも一方に対して前記検知ボリューム内にガイド要素追跡有効ボリュームを画定するステップと、
前記ガイド要素追跡有効ボリューム内に、前記ＣＭＭのユーザによって手動で制御されるガイド要素を挿入するステップと、
前記ガイド要素追跡有効ボリュームにおける前記ガイド要素の位置を検知し追跡するように前記ガイド要素追跡システムを機能させるステップと、
前記ガイド要素の追跡された前記位置に対応する３次元（３Ｄ）追跡動作に従って、前記ＣＭＭの測定プローブ部を移動させるステップと、
を含み、
前記方法は更に、
追跡動作起動トリガインジケータ又は状態を検出するように、前記ＣＭＭを機能させるステップと、
前記追跡動作起動トリガインジケータ又は状態が検出された後の前記３Ｄ追跡動作に従って、かつ、前記ガイド要素追跡有効ボリューム内に前記ガイド要素が置かれている状態に従って、前記ＣＭＭの前記測定プローブ部を移動させるように、前記ＣＭＭを機能させるステップと、
追跡動作停止インジケータ又は状態を検出し、前記追跡動作停止インジケータ又は状態の検出に反応して、前記測定プローブ部の前記３Ｄ追跡動作を停止するように、前記ＣＭＭを機能させるステップ
を含み、
前記ガイド要素は、ユーザの指の一部を含み、前記ガイド要素追跡システムは、２本以上の指を検知するように構成され、前記追跡動作停止インジケータ又は状態は、前記検知ボリュームにおけるユーザの２本以上の指の関係を含むユーザジェスチャを含む、方法。
【請求項３】
座標測定機（ＣＭＭ）の動作を制御する方法であって、
前記ＣＭＭに置かれ、検知ボリューム内のガイド要素の位置検知を提供するように構成される少なくとも１つのガイド要素追跡センサを含み、前記検知ボリュームを提供するガイド要素追跡システムを提供するステップと、
前記ガイド要素追跡センサ又は前記ＣＭＭの一部の少なくとも一方に対して前記検知ボリューム内にガイド要素追跡有効ボリュームを画定するステップと、
前記ガイド要素追跡有効ボリューム内に、前記ＣＭＭのユーザによって手動で制御されるガイド要素を挿入するステップと、
前記ガイド要素追跡有効ボリュームにおける前記ガイド要素の位置を検知し追跡するように前記ガイド要素追跡システムを機能させるステップと、
前記ガイド要素の追跡された前記位置に対応する３次元（３Ｄ）追跡動作に従って、前記ＣＭＭの測定プローブ部を移動させるステップと、
を含み、
前記方法は更に、
追跡動作起動トリガインジケータ又は状態を検出するように、前記ＣＭＭを機能させるステップと、
前記追跡動作起動トリガインジケータ又は状態が検出された後の前記３Ｄ追跡動作に従って、かつ、前記ガイド要素追跡有効ボリューム内に前記ガイド要素が置かれている状態に従って、前記ＣＭＭの前記測定プローブ部を移動させるように、前記ＣＭＭを機能させるステップと、
を含み、
前記追跡動作起動トリガインジケータ又は状態は、前記ガイド要素が、前記ガイド要素追跡有効ボリューム内に位置付けられており、かつ、前記ガイド要素が、前記ガイド要素追跡有効ボリュームのサブセットである起動トリガボリューム内に入ることを含む、方法。
【請求項４】
座標測定機（ＣＭＭ）の動作を制御する方法であって、
前記ＣＭＭに置かれ、検知ボリューム内のガイド要素の位置検知を提供するように構成される少なくとも１つのガイド要素追跡センサを含み、前記検知ボリュームを提供するガイド要素追跡システムを提供するステップと、
前記ガイド要素追跡センサ又は前記ＣＭＭの一部の少なくとも一方に対して前記検知ボリューム内にガイド要素追跡有効ボリュームを画定するステップと、
前記ガイド要素追跡有効ボリューム内に、前記ＣＭＭのユーザによって手動で制御されるガイド要素を挿入するステップと、
前記ガイド要素追跡有効ボリュームにおける前記ガイド要素の位置を検知し追跡するように前記ガイド要素追跡システムを機能させるステップと、
前記ガイド要素の追跡された前記位置に対応する３次元（３Ｄ）追跡動作に従って、前記ＣＭＭの測定プローブ部を移動させるステップと、
を含み、
前記方法は更に、
追跡動作起動トリガインジケータ又は状態を検出するように、前記ＣＭＭを機能させるステップと、
前記追跡動作起動トリガインジケータ又は状態が検出された後の前記３Ｄ追跡動作に従って、かつ、前記ガイド要素追跡有効ボリューム内に前記ガイド要素が置かれている状態に従って、前記ＣＭＭの前記測定プローブ部を移動させるように、前記ＣＭＭを機能させるステップと、
を含み、
前記ガイド要素の追跡された前記位置に対応する前記３Ｄ追跡動作は、前記ガイド要素の追跡された位置の変化とほぼ同じ方向に及びほぼ同じ量で前記測定プローブ部を移動させることを含む、方法。
【請求項５】
前記少なくとも１つのガイド要素追跡センサ及び前記測定プローブ部は、前記ＣＭＭの３Ｄ移動部に互いに対し固定した関係で取り付けられ、前記３Ｄ追跡動作は、前記ガイド要素が、前記少なくとも１つのガイド要素追跡センサに対してほぼ固定した関係に維持されるように、前記ＣＭＭの前記３Ｄ移動部を移動させることを含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記ガイド要素追跡有効ボリュームの少なくとも一部は、前記ＣＭＭの前記３Ｄ移動部の１２インチ（１インチ＝２．５４センチメートル）内にある、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
座標測定機（ＣＭＭ）の動作を制御する方法であって、
前記ＣＭＭに置かれ、検知ボリューム内のガイド要素の位置検知を提供するように構成される少なくとも１つのガイド要素追跡センサを含み、前記検知ボリュームを提供するガイド要素追跡システムを提供するステップと、
前記ガイド要素追跡センサ又は前記ＣＭＭの一部の少なくとも一方に対して前記検知ボリューム内にガイド要素追跡有効ボリュームを画定するステップと、
前記ガイド要素追跡有効ボリューム内に、前記ＣＭＭのユーザによって手動で制御されるガイド要素を挿入するステップと、
前記ガイド要素追跡有効ボリュームにおける前記ガイド要素の位置を検知し追跡するように前記ガイド要素追跡システムを機能させるステップと、
前記ガイド要素の追跡された前記位置に対応する３次元（３Ｄ）追跡動作に従って、前記ＣＭＭの測定プローブ部を移動させるステップと、
を含み、
前記方法は更に、
追跡動作起動トリガインジケータ又は状態を検出するように、前記ＣＭＭを機能させるステップと、
前記追跡動作起動トリガインジケータ又は状態が検出された後の前記３Ｄ追跡動作に従って、かつ、前記ガイド要素追跡有効ボリューム内に前記ガイド要素が置かれている状態に従って、前記ＣＭＭの前記測定プローブ部を移動させるように、前記ＣＭＭを機能させるステップと、
を含み、
前記ガイド要素は、ユーザの指の一部を含む、方法。
【請求項８】
前記ガイド要素追跡システムは、２本以上の指を検知するように構成され、前記方法は更に、前記検知ボリュームにおけるユーザの２本以上の指の関係を含むユーザジェスチャを検出し、前記ユーザジェスチャの検出に基づいて機能又はコマンドを行うように、前記ＣＭＭを機能させるステップを含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
追跡動作停止インジケータ又は状態を検出し、前記追跡動作停止インジケータ又は状態の検出に反応して、前記測定プローブ部の前記３Ｄ追跡動作を停止するように、前記ＣＭＭを機能させるステップを更に含む、請求項３から８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
前記追跡動作停止インジケータ又は状態は、前記ガイド要素が前記ガイド要素追跡有効ボリュームから出ることを含む、請求項１、２、および９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
前記追跡動作停止インジケータ又は状態は、ユーザ制御される音、音声コマンド、ユーザ制御される電磁放射信号、又は、ユーザ制御される電気信号のうちの少なくとも１つを含む、請求項１、２、９、および１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記ＣＭＭは、追跡動作有効状態インジケータを含み、前記方法は更に、前記追跡動作起動トリガインジケータ又は状態が検出されると、前記追跡動作有効状態インジケータを起動させるステップを含む、請求項１から１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
前記追跡動作起動トリガインジケータ又は状態は、ユーザ制御される音、音声コマンド、ユーザ制御される電磁放射信号、又は、ユーザ制御される電気信号のうちの少なくとも１つを含む、請求項１から１２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】
前記少なくとも１つのガイド要素追跡センサは、光検出器アレイ、飛行時間（ＴＯＦ）型３Ｄカメラ及び立体カメラ構成のうちの少なくとも１つを含む、請求項１から１３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１５】
前記ガイド要素追跡有効ボリューム及び前記検知ボリュームは、同じである、請求項１から１４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１６】
座標測定機（ＣＭＭ）に使用し、前記座標測定機（ＣＭＭ）の動作を手動で制御するための信号を生成するように使用可能であるガイド要素追跡システムであって、
前記ＣＭＭに置かれ、検知ボリューム内のガイド要素の位置検知を提供するように構成される少なくとも１つのガイド要素追跡センサと、
前記少なくとも１つのガイド要素追跡センサからの信号が入力されるガイド要素追跡システム処理部と、
を含み、
前記ガイド要素追跡システム処理部は、前記ガイド要素追跡センサ又は前記ＣＭＭの一部の少なくとも一方に対して前記検知ボリューム内にガイド要素追跡有効ボリュームを画定し、前記ガイド要素追跡有効ボリュームにおける前記ガイド要素の位置を検知し追跡するように前記ガイド要素追跡システムを機能させ、前記ＣＭＭのユーザによって手動で制御されるガイド要素が前記ガイド要素追跡有効ボリューム内に挿入されると、前記ガイド要素の追跡された前記位置に対応する３次元（３Ｄ）追跡動作に従って、前記ＣＭＭの測定プローブ部を移動させるように前記ＣＭＭを機能させるために、前記ＣＭＭの動作制御部に信号を提供するように構成され、
前記ガイド要素追跡システム処理部は更に、
追跡動作起動トリガインジケータ又は状態を検出するように前記ＣＭＭを機能させ、
前記追跡動作起動トリガインジケータ又は状態が検出された後の前記３Ｄ追跡動作に従って、かつ、前記ガイド要素追跡有効ボリューム内に前記ガイド要素が置かれている状態に従って、前記ＣＭＭの前記測定プローブ部を移動させるように前記ＣＭＭを機能させるために、前記動作制御部に前記信号を提供するように構成され、
前記追跡動作起動トリガインジケータ又は状態は、前記ガイド要素が、前記ガイド要素追跡有効ボリューム内に位置付けられていることを含み、
前記ガイド要素の追跡された前記位置に対応する前記３Ｄ追跡動作は、前記ガイド要素の追跡された位置の変化とほぼ同じ方向に及びほぼ同じ量で前記測定プローブ部を移動させることを含む、ガイド要素追跡システム。
【請求項１７】
前記少なくとも１つのガイド要素追跡センサは、光検出器アレイ、飛行時間（ＴＯＦ）型３Ｄカメラ及び立体カメラ構成のうちの少なくとも１つを含み、前記ガイド要素は、ユーザの指の一部を含む、請求項１６に記載のガイド要素追跡システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、計測システムに関し、より具体的には、座標測定機の動作を手動で制御する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
座標測定システム（ＣＭＭ）といった幾つかの計測システムは、検査済みワークの精密測定値を得るために使用され、また、コンピュータ上にプログラムされているワーク要素検査工程によって少なくとも部分的に制御されうる。１つの例示的な従来技術のＣＭＭが、特許文献１に記載されている。当該特許は、参照することにより、その全体が本明細書に組み込まれるものとする。特許文献１（第‘７４６号特許）に記載されるように、ＣＭＭは、ワークを測定するプローブ、プローブを移動させる移動機構及び移動機構を制御するコントローラを含む。
【０００３】
特許文献２には、表面走査測定プローブを含むＣＭＭが記載されている。当該特許は、参照することにより、その全体が本明細書に組み込まれるものとする。走査後、ワークの３次元形状が提供される。１つのタイプの走査プローブでは、ワークは、機械的接触プローブ（例えば精密小型ボール）をワーク表面に沿って走査することによって測定される。
【０００４】
幾つかのＣＭＭは、表面に物理的に接触することなく、ワークを走査する光プローブを使用する。光プローブは、表面の点を検出するために光点を使用するタイプ（例えば三角測量プローブ）であっても、ビデオカメラを使用し、ワークの幾何学的要素の座標が、画像処理ソフトウェアによって決定されるタイプであってもよい。
【０００５】
特許文献３には、光学的測定及び機械的測定の両方を使用する「複合型」座標測定機が記載されている。当該特許は、参照することにより、その全体が本明細書に組み込まれるものとする。
【０００６】
様々な応用において、ＣＭＭの測定プローブ（例えばスタイラスの先端）の位置は、コンピュータディスプレイユーザインターフェース、別個のジョイスティック一式、又は、ハンドルの操作によって制御される。ユーザにとって、ユーザインターフェースを理解し、及び／又は、測定点を正確に移動させる一方で、ハードウェアコンポーネントとワークコンポーネントとの不所望かつ危険な衝突を回避することは、特に経験の浅いユーザである場合、困難であるか又は直感的ではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第８４３８７４６号明細書
【特許文献２】米国特許第７６５２２７５号明細書
【特許文献３】米国特許第４９０８９５１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
したがって、ユーザが、測定プローブを容易かつ直感的に手動で移動させることができるようにＣＭＭを構成することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題は、座標測定機（ＣＭＭ）の動作を制御する方法によって解決される。当該方法は、ＣＭＭに置かれ、検知ボリューム内のガイド要素の位置検知を提供するように構成される少なくとも１つのガイド要素追跡センサを含み、検知ボリュームを提供するガイド要素追跡システムを提供するステップと、ガイド要素追跡センサ又はＣＭＭの一部の少なくとも一方に対して検知ボリューム内にガイド要素追跡有効ボリュームを画定するステップと、追跡有効ボリューム内に、ＣＭＭのユーザによって手動で制御されるガイド要素を挿入するステップと、追跡有効ボリュームにおけるガイド要素の位置を検知し追跡するようにガイド要素追跡システムを機能させるステップと、ガイド要素の追跡された位置に対応する３次元（３Ｄ）追跡動作に従って、ＣＭＭの測定プローブ部を移動させるステップと、を含み、当該方法は更に、追跡動作起動トリガインジケータ又は状態を検出するように、ＣＭＭを機能させるステップと、追跡動作起動トリガインジケータ又は状態が検出された後の追跡動作に従って、かつ、追跡有効ボリューム内にガイド要素が置かれている状態に従って、ＣＭＭの測定プローブ部を移動させるように、ＣＭＭを機能させるステップと、を含む。更に、上記課題は、座標測定機（ＣＭＭ）に使用し、座標測定機（ＣＭＭ）の動作を手動で制御するための信号を生成するように使用可能であるガイド要素追跡システムによって解決される。当該システムは、ＣＭＭに置かれ、検知ボリューム内のガイド要素の位置検知を提供するように構成される少なくとも１つのガイド要素追跡センサと、少なくとも１つのガイド要素追跡センサからの信号が入力され、ガイド要素追跡センサ又はＣＭＭの一部の少なくとも一方に対して検知ボリューム内にガイド要素追跡有効ボリュームを画定し、追跡有効ボリュームにおけるガイド要素の位置を検知し追跡するようにガイド要素追跡システムを機能させ、ＣＭＭのユーザによって手動で制御されるガイド要素が追跡有効ボリューム内に挿入されると、ガイド要素の追跡された位置に対応する３次元（３Ｄ）追跡動作に従って、ＣＭＭの測定プローブ部を移動させるようにＣＭＭを機能させるために、ＣＭＭの動作制御部に信号を提供するように構成されるガイド要素追跡システム処理部と、を含み、当該ガイド要素追跡システム処理部は更に、追跡動作起動トリガインジケータ又は状態を検出するようにＣＭＭを機能させ、追跡動作起動トリガインジケータ又は状態が検出された後の追跡動作に従って、かつ、追跡有効ボリューム内にガイド要素が置かれている状態に従って、ＣＭＭの測定プローブ部を移動させるようにＣＭＭを機能させるために、動作制御部に信号を提供するように構成される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本明細書に開示される本発明と併せて使用可能な座標測定機を含む計測システムの様々な標準的な構成要素を示す図である。
【図２】図２は、本明細書に開示される手動ガイド要素追跡原理に従って動作制御信号を提供するように構成されるガイド要素追跡システムを含む、図１の計測システムの座標測定機本体、動作コントローラ、操作ユニット及びホストコンピュータを示すブロック図である。
【図３Ａ】図３Ａは、図２に示されるガイド要素追跡システムの一実施形態の幾つかの特徴を示す図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、図２に示されるガイド要素追跡システムの一実施形態の幾つかの特徴を示す図である。
【図４】図４は、本明細書に開示される原理に従って使用可能なガイド要素動作追跡センサの一実施形態の視野図である。
【図５】図５は、本明細書に開示される原理に従って座標測定機の動作を制御する方法又はルーチンの一実施形態を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１は、本明細書に開示される原理の応用のための１つのコンテキストを提供する一般的な座標測定機を含む計測システム１の様々な標準的な構成要素を示す図である。計測システム１の幾つかの態様は、第‘７４６号特許に更に説明されている。計測システム１は、座標測定機本体２、座標測定機本体２の駆動部を制御する動作コントローラ３、座標測定機本体２を手動で操作するための操作ユニット４、及び、動作コントローラ３にコマンドを発行し、座標測定機本体２上に配置されたワーク（被測定物）１０の形状解析といった処理を実行するホストコンピュータ５を含んでよい。代表的な入力ユニット５８及び出力ユニット５９がホストコンピュータ５に接続され、また、ディスプレイユニット５Ｄも接続されている。
【００１２】
座標測定機本体２は、ワーク１０の表面に接触しうるスタイラス２１１を有する測定プローブ２１、測定プローブ２１の基端部を保持する３軸スライド機構２４を含む移動機構２２、及び、スライド機構２４を駆動する駆動機構２５を含む。
【００１３】
図２は、本明細書に開示される手動ガイド要素追跡原理に従って動作制御信号を提供するように構成されるガイド要素追跡システム６を含む、図１の計測システム１の座標測定機本体２、動作コントローラ３、操作ユニット４及びホストコンピュータ５を示すブロック図である。図１及び図２に示されるように、駆動機構２５は、スライド機構の構成要素を３次元でスライドさせる軸駆動ユニット２５Ｙ、２５Ｘ及び２５Ｚを含む。図示されていないが、駆動機構２５には、スライド機構２４の変位に応じて信号を出力する複数のセンサが設けられている。
【００１４】
図２に示されるように、動作コントローラ３には、操作ユニット４、ホストコンピュータ５又はガイド要素追跡システム６からのコマンドに基づいて動作する駆動制御ユニット３１と、３次元変位を検出するように駆動機構２５に設けられているセンサによって出力される信号を検出し、当該信号をホストコンピュータ５に出力して測定プローブ２１のスタイラス２１１の変位又は位置を示す信号検出ユニット３２とが設けられている。
【００１５】
ホストコンピュータ５は、中央処理演算ユニット（ＣＰＵ）、メモリ及び他の既知の要素を含んでもよい。様々な実施態様において、計測システム１は、本明細書に記載される機能を行うようにソフトウェアを実行する１つ以上のプロセッサを含んでもよい、適切な一体型又は分散型のコンピュータシステム又はデバイスを含む。プロセッサは、プログラマブル汎用又は特殊目的用マイクロプロセッサ、プログラマブルコントローラ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、プログラマブル論理デバイス（ＰＬＤ）等、又は、これらのデバイスの組み合わせを含む。ソフトウェアは、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読出し専用メモリ（ＲＯＭ）、フラッシュメモリ等、又は、これらの構成要素の組み合わせといったメモリに記憶されてよい。ソフトウェアは更に、ディスクドライブ、半導体メモリ、又は、データを記憶するための任意の他の媒体といった１つ以上の記憶デバイスに記憶されてもよい。ソフトウェアは、特定のタスクを行う又は特定の抽象データ型を実施するルーチン、プログラム、オブジェクト、コンポーネント、データ構造等を含む１つ以上のプログラムモジュールを含んでよい。分散型コンピュータ環境では、プログラムモジュールの機能は、複数のコンピュータシステム又はデバイスに亘って組み合わされるか又は分散され、サービス呼によってアクセスされてもよい。
【００１６】
自動プログラム工程の間、ホストコンピュータ５は、所定のコマンドを動作コントローラ３に出力して、測定プローブ２１のスタイラス２１１をサンプリング経路に沿って移動させて、ワーク１０の表面を測定するように、座標測定機本体２を制御する。ワーク要素検査工程をプログラムする方法の一部として、（例えばディスプレイ５Ｄ上に表示されるユーザインターフェースを含む）手動制御、プログラム作成及び編集環境が、ホストコンピュータ５上の編集環境部によって提供される。
【００１７】
この工程の間、しばしば、測定プローブ２１を手動で移動させる必要があるか、又は、測定プローブ２１を手動で移動させることが好都合である。例えば、測定プローブ２１を、次の意図している測定場所のすぐ近くに、又は、ワークが固定されるか若しくは再配置されるように、邪魔にならないようにホーム位置へと移動させることが望ましい。電動動作制御システムを使用する従来技術のシステムでは、測定プローブ位置のこのような手動制御は、主に、コンピュータスクリーン上のグラフィカルユーザ環境といったユーザインターフェース、手動制御部上のジョイスティック若しくは「ティーチングペンダント」との相互作用によって、又は、より最近では、コンピュータ化されたタッチスクリーンタブレット等によって達成されている。このようなユーザインターフェースの１つの欠点は、その挙動及び／又は動作応答を、ユーザが学習しなければならない点である。もう１つの欠点は、このようなユーザインターフェースは、未熟なユーザの注意をユーザインターフェースデバイス自体に向け、測定プローブ及びワークから離してしまう傾向があり、したがって、不適切な動作及び／又は衝突の可能性を増加させる点である。ガイド要素追跡システム６は、測定プローブ２１の直感的な手動制御を可能にするので、これらの欠点は解決される。
【００１８】
図２に示されるように、ガイド要素追跡システム６は、ガイド要素追跡システム処理部６１、ガイド要素追跡センサ６２、追跡動作停止トリガ部６３及び起動トリガ部６４を含む。ガイド要素追跡システム６は、座標測定機（ＣＭＭ）本体２の動作を手動で制御するための信号を生成するように使用可能である。ガイド要素追跡センサ６２は、ＣＭＭ本体２若しくは計測システム１、その支持構造体、又は、任意の他の操作可能な場所に置かれ、検知ボリュームにおけるガイド要素の位置検知を提供するように構成されている。ガイド要素追跡システム処理部６１は、ガイド要素追跡センサ６２からの信号が入力され、次のように動作するように構成されている。すなわち、ガイド要素追跡システム処理部６１は、検知ボリューム内に、ガイド要素追跡センサ６２又はＣＭＭ本体２の一部に対するガイド要素追跡有効ボリュームを画定し、当該追跡有効ボリュームにおけるガイド要素の位置を検知及び追跡するようにガイド要素追跡システム６を機能させ、ＣＭＭ本体２のユーザによって手動で制御されるガイド要素が追跡有効ボリューム内に挿入されると、ガイド要素の追跡位置に対応する３次元（３Ｄ）追跡動作に従ってプローブ２１を移動させるようにＣＭＭ本体２を機能させるために、動作コントローラ３に信号を提供するように構成されている。ガイド要素追跡システム処理部６１は更に、追跡動作起動トリガインジケータ又は状態を検出するようにＣＭＭ本体２及び／又は計測システム１を機能させ、追跡動作起動トリガインジケータ又は状態が検出された後の追跡動作に従って、及び、ガイド要素が追跡有効ボリューム内に置かれている状態に従ってプローブ２１を移動させるようにＣＭＭ本体２を機能させるために、動作コントローラ３に信号を提供するように構成されている。図３Ａ及び図３Ｂに、ガイド要素追跡センサ及び追跡有効ボリュームの例示的な配置が詳細に示される。
【００１９】
当然ながら、幾つかの実施形態では、ガイド要素追跡有効ボリュームは、検知ボリュームと同様に、及び、検知ボリュームによって画定されてもよい。幾つかの実施形態では、追跡動作起動トリガインジケータ又は状態は、ガイド要素が、ガイド要素追跡有効ボリューム内に位置付けられることを含む。幾つかの実施形態では、追跡動作起動トリガインジケータ又は状態は、ガイド要素が、ガイド要素追跡有効ボリュームのサブセットである起動トリガボリューム内に入ることを含む。例えば起動トリガボリュームは、ガイド要素追跡有効ボリュームに対するガイド要素の少なくとも若干量の変位に対し安全に追跡し又は従うための「バッファ領域」をその周りに有するガイド要素追跡有効ボリューム内の中心部に当該ガイド要素が置かれるまで追跡動作が開始しないように、ガイド要素追跡有効ボリューム内の中心部にあるより小さいボリューム（例えば図３Ｂに示されるボリュームＴＲＩＧＶ）であってよい。他の実施形態では、追跡動作起動トリガインジケータ又は状態は、ユーザ制御される音、音声コマンド、ユーザ制御される電磁放射信号、又は、ユーザ制御される電気信号のうちの少なくとも１つを含む。
【００２０】
様々な既知のセンサタイプが、ガイド要素追跡センサ６２に使用されてもよい。例えば、様々な実施形態において、ガイド要素追跡センサは、光検出器アレイ、飛行時間（ＴＯＦ）型３Ｄカメラ、若しくは、立体カメラ構成、又は、これらの組み合わせのうちの少なくとも１つを含む。幾つかの実施形態では、ガイド要素の追跡された位置に対応する３Ｄ追跡動作は、プローブ２１及び／又はスタイラス２１１を、ガイド要素の追跡された位置の変化とほぼ同じ方向に及びほぼ同じ量で移動させることを含む。幾つかの実施形態では、ガイド要素追跡センサ６２、プローブ２１及び／又はスタイラス２１１は、計測システム１の３Ｄ移動部に互いに対し固定した関係で取付けられる。３Ｄ追跡動作は、ガイド要素が、少なくとも１つのガイド要素追跡センサに対しほぼ固定した関係に維持されるように、計測システム１の３Ｄ移動部を移動させることを含む。幾つかの実施形態では、ガイド要素追跡有効ボリュームの少なくとも一部が、計測システム１の３Ｄ移動部の１２インチ（１インチ＝２．５４センチメートル）内（例えば図示されている態様と類似してスライド機構２４上）にある。この場合、ユーザは、プローブ２１をその視野内に維持しつつ、プローブ２１を好都合に手動で制御することができる。様々な実施形態において、ガイド要素追跡有効ボリュームが、（例えば安全及び／又は便宜のために）非接触制御を提供するように、少し離れて画定されることが望ましい場合もある。それでもなお、幾つかの実施形態では、タッチ操作されるスイッチ又はボタンが、ガイド要素追跡有効ボリュームの近くのＣＭＭ本体２に置かれ、追跡動作起動トリガインジケータ又は状態を提供するように使用されてもよい。
【００２１】
ガイド要素追跡センサ６２と、ガイド要素追跡システム処理部６１の様々な機能（例えば指追跡、ジェスチャ解析等）とは、本開示に従って組み合わせて実施される既知のセンサ及び／又は処理方法によって提供されてもよい。例えば、本明細書に記載される原理に従ってＣＭＭと共に使用するために構成され、かつ、ルーチンによって機能させられる幾つかの例示的なガイド要素追跡センサが、米国特許第６，０５７，９０９号、第６，５３５，２７５号、第６，８５６，４０７号及び第７，８７４，９１７号に開示されている。このようなセンサ用の信号処理は、例えば米国特許出願公開第２０１３／０２３６０８９Ａ１号及び第２０１４／０１０４３８７Ａ１号に開示されている原理に従って適応されてもよい。例示的な構造化された光センサは、プライムセンス（PrimeSense）社から入手可能である。例示的なＴＯＦセンサは、ワシントン州レドモンドにあるマイクロソフト社から入手可能であるＫｉｎｅｃｔセンサや、テキサス州ダラスにあるテキサスインスツルメンツ社から入手可能である様々なセンサを含む。追加の例示的な動作追跡センサは、カリフォルニア州サンフランシスコにあるリープモーション（Leap Motion）社から入手可能であるリープモーションコントローラを含む。
【００２２】
幾つかの実施形態では、ガイド要素は、ユーザの指の一部を含む。幾つかの実施形態では、ガイド要素追跡システム６は、２本以上の指を検知するように構成され、計測システム１は、検知ボリュームにおけるユーザの２本以上の指の関係を含むユーザジェスチャを検出し、当該ユーザジェスチャの検出に基づいて機能又はコマンドを行うように機能させられる。幾つかの実施形態では、光電気センサが、ガイド要素からの赤外線照明を追跡するように構成される。これは、ユーザの指又は手を追跡する場合には有利であり、また、ガイド要素追跡センサ３１０に、ガイド要素追跡有効ボリュームＧＥＡＴＶ内の周囲光及び他の雑音を除去させる。
【００２３】
幾つかの実施形態では、計測システム１は、追跡動作停止インジケータ又は状態を検出して、追跡動作停止インジケータ又は状態の検出に反応して、プローブ２１の追跡動作を停止するように機能させられる。幾つかの実施形態では、追跡動作停止インジケータ又は状態は、ガイド要素が、ガイド要素追跡有効ボリュームから出ることを含む。幾つかの実施形態では、追跡動作停止インジケータ又は状態は、ガイド要素追跡有効ボリューム内で、ガイド要素の速度又は加速度が、閾値を（及び／又は、必要に応じて、特定の距離に亘って）超えることを含む。
【００２４】
幾つかの実施形態では、ガイド要素は、ユーザの指の一部を含み、ガイド要素追跡システム６は、２本以上の指を検知するように構成される。追跡動作停止インジケータ又は状態は、検知ボリュームにおけるユーザの２本以上の指の関係を含むユーザジェスチャを含む。幾つかの実施形態では、追跡動作停止インジケータ又は状態は、ユーザ制御される音、音声コマンド、ユーザ制御される電磁放射信号、又は、ユーザ制御される電気信号のうちの少なくとも１つを含む。
【００２５】
当然ながら、ガイド要素追跡システム処理部６１及びホストコンピュータ５は、図２では別個の要素として示されているが、様々な実施形態において、ホストコンピュータ５は、ガイド要素追跡システム処理部６１の本明細書に概説された機能及びルーチンの一部又はすべてを提供するようにプログラムされてもよく、これらの２つの要素は統合され、及び／又は、区別されることがない。
【００２６】
図３Ａ及び図３Ｂは、図２に示されるガイド要素追跡システム６の一実施形態の幾つかの特徴を、本明細書に開示されるガイド要素動作追跡原理に従って動作するように構成される座標測定機２を含む計測システム１の様々な構成要素（例えば図１を参照して説明された要素と同様の要素）と共に示す図である。図３Ａに示されるガイド要素追跡システム６の要素は、ガイド要素追跡有効ボリュームＧＥＡＴＶを提供するために使用される検知ボリュームＳＶを提供するガイド要素動作追跡センサ３１０（ガイド要素追跡センサとも呼ばれる）を含む。
【００２７】
受動ガイド要素ＧＥ（例えば指又は指先）又は能動ガイド要素ＧＥ’（例えば放射源を含む手持ち式のワンド）が、ユーザによって、ガイド要素追跡有効ボリュームＧＥＡＴＶ内に挿入される。次に、上で概説され、以下に詳細に説明されるように、ガイド要素動作に対応する測定プローブ２１を移動させる動作制御信号を提供するために、ガイド要素の位置が、（例えば既知の方法に従って）ガイド要素追跡センサ３１０によって追跡される。
【００２８】
様々な実施形態において、ガイド要素追跡システム６によって動作コントローラに提供される動作制御信号は、ガイド要素の追跡された位置の変化とほぼ同じ方向及びほぼ同じ量で測定プローブ部を移動させる３Ｄ追跡動作を提供する。様々な実施形態において、ガイド要素追跡有効ボリュームＧＥＡＴＶは、ＣＭＭの一部及び／又は測定プローブに対して固定した関係で画定される。ガイド要素追跡センサ３１０及び測定プローブ２１が、ＣＭＭの３Ｄ移動部（例えばスライド機構２４）に互いに対し固定した関係で取り付けられる場合、３Ｄ追跡動作は、ガイド要素が、少なくとも１つのガイド要素追跡センサ及び／又はガイド要素追跡有効ボリュームＧＥＡＴＶに対してほぼ固定した関係に維持されるように、ＣＭＭの３Ｄ移動部を移動させることを含む。これは、本明細書に開示される手動動作制御を実施するための特に単純かつ効率的な実施形態を可能にする。しかし、この実施形態は例示に過ぎず、限定ではない。
【００２９】
幾つかの実施形態では、計測システム１は、追跡動作有効状態インジケータ（図３Ａに示されている要素ＴＭＥＩを参照）を含む。当該追跡動作有効能状態インジケータは、追跡動作起動トリガインジケータ又は状態が検出されると、ユーザへの通知又は確認として、起動される。様々な実施形態では、可聴及び／又は視覚アラートが、追跡有効モードが有効状態となったことを示す。
【００３０】
上で概説されたように、幾つかの実施形態では、追跡動作起動トリガインジケータ又は状態は、単に、ガイド要素が、ガイド要素追跡有効ボリュームのサブセットである起動トリガボリューム（例えば図３Ｂに示されるボリュームＴＲＩＧＶ）に入ることを含む。この場合、追跡動作は、ガイド要素追跡有効ボリュームに対するガイド要素の変位を安全に追跡するためにガイド要素追跡有効ボリュームの周りの「バッファ領域」を有する当該ガイド要素追跡有効ボリューム内の中心部に当該ガイド要素が置かれるまで、開始する必要はない。
【００３１】
図４は、本明細書に開示される原理に従って構成されるＣＭＭシステム内で使用可能なガイド要素動作追跡センサ４１０の一実施形態の視野４００の図である。様々な実施形態において、ガイド要素追跡センサ４１０は、構造化された光カメラシステム、立体カメラシステム、ＴＯＦカメラシステム、又は、画定された領域（例えば追跡される指先、放射線エミッタ等）の第３次元を決定するための処理（例えば領域サイズ、領域自動フォーカス等）を含む２Ｄセンサを含む多要素３Ｄ距離センサである。より一般的には、本明細書に概説され、請求項に記載される原理を満たすために使用可能な任意の検知システムを使用してよい。いずれの場合でも、ガイド要素追跡センサ４１０は、上で概説されたように、ガイド要素動作追跡有効ボリュームにおける少なくとも１つのガイド要素の３Ｄ動作を検出するように構成されている。
【００３２】
視野４００は、ガイド要素に対応する第１の画像部分ＩＭＧ１を示す。図示される実施形態では、視野内のガイド要素の位置（例えばその重心）は、動作追跡有効ボリューム内のガイド要素の横座標ｘ１及びｙ１を示す。１つの例示的な実施形態では、第１の画像セグメントＩＭＧ１の直径ｄ１は、ガイド要素のｚ位置ｚ（ｄ１）を示す。代替実施形態では、ｚ位置は、三角測量又は上で概説されたような他の距離検知方法といった技術から求められてもよい。
【００３３】
視野４００は更に、ガイド要素に対応する第２の画像セグメントＩＭＧ２も示す。画像セグメントＩＭＧ２に対応するガイド要素は、動作追跡有効ボリューム内の位置（ｘ２、ｙ２、ｚ（ｄ２））にあるものと決定される。画像セグメントＩＭＧ２の直径ｄ２は、ｄ１よりも小さく、これは、当該ガイド要素は、画像セグメントＩＭＧ１によって示されるｚ位置ｚ（ｄ１）よりも、ガイド要素追跡センサ４１０から離れたｚ位置にあることを示す。ガイド要素追跡システムは、上で概説されたように、ガイド要素の追跡された位置又は動作に反応して、測定プローブを（例えば動作制御又は動作制御「誤差」信号を提供することによって）移動させるように構成されている。図示される実施形態では、ＣＭＭは、動作追跡有効ボリュームの中心に対応する画像セグメントＩＭＧ１（及び／又はＩＭＧ２）の直径を維持しつつ、画像セグメントＩＭＧ１（及び／又はＩＭＧ２）を再度中心にするために、連続的に移動されている。ガイド要素認識及び追跡のための代替のセンサ及び方法は、上記されている。当然ながら、ガイド要素が、必要に応じて、ガイド要素追跡有効ボリュームのほぼ中心に留まるように構成される追跡動作を提供するために、様々な既知のタイプのセンサ及び／又は処理が使用されてもよい。
【００３４】
図５は、本明細書に開示される原理に従って座標測定機の動作を制御する方法又はルーチンの一実施形態を示すフローチャート５００である。
【００３５】
ステップ５１０において、検知ボリュームを提供するガイド要素追跡システムが提供される。ガイド要素追跡システムは、ＣＭＭに置かれ、検知ボリュームにおけるガイド要素の位置検知を提供するように構成される少なくとも１つのガイド要素追跡センサを含む。
【００３６】
ステップ５２０において、ガイド要素追跡有効ボリュームが、ガイド要素追跡センサ又はＣＭＭの一部の少なくとも一方に対して、検知ボリューム内に画定される。上記されたように、一実施形態では、ガイド要素追跡有効ボリュームは、検知ボリュームと同様に、及び／又は、検知ボリュームによって画定される。様々な実施形態において、ガイド要素追跡有効ボリュームは、ガイド要素追跡センサ又はＣＭＭの一部の少なくとも一方に対して固定されている位置検知座標系を提供する。一実施形態では、当該位置検知座標系は、ＣＭＭ測定プローブを担持するＣＭＭの一部に対し固定されている。
【００３７】
ステップ５３０において、ガイド要素追跡システムは、少なくとも、ガイド要素が追跡有効ボリューム内にある場合に、当該ガイド要素の位置を検知し追跡するように機能させられる。ガイド要素の位置を検知し追跡する様々な方法は、図２を参照して上で概説されている。しかし、当然ながら、これらの方法は、例示に過ぎず、限定ではない。より一般的に、ガイド要素の位置を検知し追跡する任意の適用可能な方法が使用されてもよい。
【００３８】
ステップ５４０において、ガイド要素が、追跡有効ボリューム内に挿入される。当該ガイド要素は、ＣＭＭのユーザによって手動で制御される。１つの例示的な実施形態では、ガイド要素は、単に、ユーザの１つ以上の指先であることが有利である。他の実施形態では、ガイド要素は、手持ち式ワンドに含まれる要素等であってもよい。幾つかのこのような実施形態では、ガイド要素は、その位置が検知されることに加えて、制御可能な電磁放射線を放射し、及び／又は、様々な制御信号を提供する。
【００３９】
ステップ５５０において、ＣＭＭは、以下の所定の条件下で、ガイド要素の追跡された位置に対応する３次元（３Ｄ）追跡動作に従ってＣＭＭの測定プローブ部を移動させるように機能させられる。ＣＭＭは、追跡動作起動トリガインジケータ又は状態を検出するように機能させられる。ＣＭＭは、追跡動作起動トリガインジケータ又は状態が検出された後の追跡動作に従って、また、ガイド要素が追跡有効ボリューム内に置かれている状態に従って、ＣＭＭの測定プローブ部を移動させるように機能させられる。
【００４０】
上記された様々な代替案のうち、一実施形態において、追跡動作起動トリガインジケータ又は状態は、単に、ガイド要素が、ガイド要素追跡有効ボリューム内に位置付けられることを含むか又は位置付けられることで構成される。一実施形態では、追跡動作起動トリガインジケータ又は状態は、ガイド要素が、ガイド要素追跡有効ボリュームのサブセットである（例えば追跡有効ボリュームのサブセットの中心に置かれている）起動トリガボリュームに入ることを含むことが有利である。様々な実施形態において、ガイド要素の追跡された位置に対応する３Ｄ追跡動作が、ガイド要素の追跡された位置の変化とほぼ同じ方向に及びほぼ同じ量で測定プローブ部を移動させることを含むことが有利であり直感的である。この場合、測定プローブは、非接触にガイドされ、ガイド要素（例えばユーザの指先）がガイド要素追跡有効ボリューム内を移動されるに従って当該ガイド要素を単に追跡（例えば並行して移動）する。
【００４１】
上記された様々な実施形態は、更なる実施形態を提供するように組み合わされてもよい。本明細書において言及された米国特許及び米国特許出願はすべて、参照することにより、その全体が本明細書に組み込まれるものとする。実施形態の態様は、様々な特許及び出願の概念を採用して更なる実施形態を提供するために、必要に応じて変更されてもよい。
【００４２】
上記詳述された説明に鑑みて、これらの及び他の変更を実施形態に行ってもよい。一般に、以下の請求項において使用される用語は、請求項を明細書及び請求項に開示される特定の実施形態に限定するものと解釈されるべきではなく、むしろ、請求項が権利を有する均等物の完全な範囲と共に、あらゆる可能な実施形態を含むと解釈されるべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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