(57)【要約】  補足計測位置座標決定システム（ＳＭＰＤ）は、ロボットと共に使用される。（例えば、可動アーム構成の遠位端の近傍に実装されたエンドツールのエンドツール位置を制御及び検知するための）「ロボット精度」は、ロボットに含まれるロボット位置センサに基づいている。ＳＭＰＤシステムは、撮像構成と、ＸＹスケールと、それらの間の位置合わせ／位置ずれを検知するための位置合わせセンサと、画像トリガ部と、処理部と、を含む。ＸＹスケール又は撮像構成のうち１つは可動アーム構成に結合され、他方は静止要素（例えばロボットよりも上方のフレーム）に結合されている。撮像構成は、既知の位置合わせ／位置ずれを含むＸＹスケールの画像を取得する。これを用いて、ロボット精度よりも良好な精度レベルで、エンドツール位置を示す計測位置座標を決定する。【選択図】図１
2021534983.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロボットシステムであって、
ロボットであって、
可動アーム構成であって、前記可動アーム構成の遠位端の近傍に位置付けられたエンドツール実装構成を含み、前記ロボットは、前記エンドツール実装構成に実装されたエンドツールの少なくとも一部をエンドツール作業範囲内で少なくとも２次元に沿って移動させるように前記可動アーム構成を移動させるよう構成されている、可動アーム構成と、
少なくとも部分的に、前記ロボットに含まれる少なくとも１つの位置センサを用いて前記可動アーム構成の位置を検知及び制御することに基づいて、ロボット精度として規定された精度レベルでエンドツール位置又は前記エンドツールの測定点位置を制御するように構成された移動制御システムと、
を備えるロボットを備え、
前記ロボットシステムは更に補足計測位置座標決定システムを備え、前記補足計測位置座標決定システムは、
第１のカメラを含み、光軸を有する第１の撮像構成と、
ノミナルで平面状の基板と、前記基板上に分散した複数の撮像可能要素と、を含むＸＹスケールであって、前記撮像可能要素はそれぞれ前記ＸＹスケール上の既知のＸＹスケール座標に位置付けられ、スケール面は前記ＸＹスケールの前記平面状基板とノミナルで一致するように規定され、前記スケール面に垂直な方向はスケール撮像軸方向として規定される、ＸＹスケールと、
少なくとも位置合わせセンサＡＳｅｎ及び動作位置合わせアクチュエータ構成を含む動作位置合わせサブシステムＯＡＳであって、前記位置合わせセンサは前記第１のカメラの近傍に位置付けられると共に前記第１のカメラに対して剛性構成に実装され、前記位置合わせセンサは前記スケール撮像軸方向を示す位置合わせ信号Ａｓｉｇを提供するように構成されている、動作位置合わせサブシステムＯＡＳと、
前記エンドツール位置又は前記エンドツールの測定点位置に関連した少なくとも１つの入力信号を入力し、前記少なくとも１つの入力信号に基づいて第１の撮像トリガ信号のタイミングを決定し、前記第１の撮像トリガ信号を前記第１の撮像構成に出力するよう構成された画像トリガ部であって、前記第１の撮像構成は前記第１の撮像トリガ信号の受信に応答して画像取得時点で前記ＸＹスケールのデジタル画像を取得するよう構成されている、画像トリガ部と、
前記取得された画像を入力し、前記ＸＹスケールの前記取得された画像に含まれる少なくとも１つの撮像可能要素及び関連する既知のＸＹスケール座標位置を識別するように構成された計測位置座標処理部と、
を備え、
前記補足計測位置座標決定システムは、前記ＸＹスケール又は前記第１の撮像構成のうち可動のものが、前記可動アーム構成に結合されるか又は前記可動アーム構成の一部である前記動作位置合わせアクチュエータ構成に結合され、前記ＸＹスケール又は前記第１の撮像構成のうち他方のものが前記ロボットの近傍で静止要素に結合され、前記ＸＹスケール又は前記第１の撮像構成のうち前記静止しているものが第１の参照位置を規定するように構成され、
前記ロボットシステムは、前記位置合わせセンサによって提供される位置合わせ信号に基づいて前記ＸＹスケール又は前記第１の撮像構成のうち前記可動のものの位置合わせを調整して前記補足計測位置座標決定システムの動作構成を与えるように、前記動作位置合わせサブシステム及び前記動作位置合わせアクチュエータ構成を動作させるよう構成され、前記補足計測位置座標決定システムの前記動作構成では、前記ＸＹスケール及び前記第１の撮像構成は、前記第１の撮像構成の前記光軸が前記位置合わせ信号で示される前記スケール撮像軸方向の方向と平行であるように、かつ、前記スケール面が前記スケール撮像軸方向に沿った前記第１の撮像構成の合焦範囲内に位置付けられるように配置され、
前記補足計測位置座標決定システムは、前記ＸＹスケール又は前記第１の撮像構成のうち前記可動のもの及び前記ＸＹスケール又は前記第１の撮像構成のうち前記静止しているものが前記動作構成に配置されている場合、かつ、前記ＸＹスケールが前記第１の撮像構成の視野内にあるように前記可動アーム構成が配置されている場合、前記計測位置座標処理部が、前記取得された画像内の前記識別された少なくとも１つの撮像可能要素の画像位置の決定に基づいて、前記ＸＹスケール又は前記第１の撮像構成のうち前記可動のものと前記第１の参照位置との間の相対位置を示す計測位置座標を前記ロボット精度よりも良好な精度レベルで決定するよう動作可能であるように構成され、
前記決定された計測位置座標は、少なくとも、前記スケール撮像軸方向の横断方向又は直交方向の少なくとも１つの前記計測位置座標のベクトル成分について、前記画像取得時点における前記エンドツール位置又は前記エンドツールの測定点位置を前記ロボット精度よりも良好な精度レベルで示す、ロボットシステム。
【請求項２】
前記動作位置合わせアクチュエータ構成は、少なくとも、第１の回転軸を中心として回転する第１の回転要素を含み、前記第１の回転軸は、前記ＸＹスケールが前記可動のものである場合は前記スケール面にノミナルで平行であり、前記第１の撮像構成が前記可動のものである場合は前記光軸にノミナルで直交する、請求項１に記載のロボットシステム。
【請求項３】
前記動作位置合わせアクチュエータ構成は、少なくとも、前記第１の回転軸にノミナルで直交する第２の回転軸を中心として回転する第２の回転要素を含む、請求項２に記載のロボットシステム。
【請求項４】
前記第１及び第２の回転要素は前記可動アーム構成に含まれる、請求項３に記載のロボットシステム。
【請求項５】
前記第１及び第２の回転要素は、前記可動アーム構成の遠位端の近傍に位置付けられた別個の動作位置合わせアクチュエータ構成に含まれる、請求項３に記載のロボットシステム。
【請求項６】
中央小部分は、少なくとも、前記第１の回転軸にノミナルで平行である回転軸を中心として回転する第１の中央小部分回転要素を含む、請求項２に記載のロボットシステム。
【請求項７】
前記ＸＹスケール又は前記第１の撮像構成のうち前記可動のものを中央小部分に結合する遠位小部分は、前記ＸＹスケールが前記可動のものである場合は前記スケール面にノミナルで直交する遠位小部分回転軸を含まず、前記第１の撮像構成が前記可動のものである場合は前記光軸にノミナルで平行である遠位小部分回転軸を含まない、請求項２に記載のロボットシステム。
【請求項８】
遠位小部分は、前記ＸＹスケール又は前記第１の撮像構成のうち前記可動のものを前記第１の回転要素に結合するブラケットを含む、請求項２に記載のロボットシステム。
【請求項９】
前記ＸＹスケール又は前記第１の撮像構成のうち前記可動のものは、前記エンドツール実装構成及び前記エンドツール実装構成に実装されたエンドツールのうち少なくとも１つに対して剛性関係に構成されている、請求項１に記載のロボットシステム。
【請求項１０】
前記位置合わせセンサは、前記ＸＹスケールに位置合わせビームを出力し、そこから反射された位置合わせビームを前記位置合わせセンサの位置検知検出器で受信し、前記位置検知検出器からの少なくとも１つの出力に基づいて前記位置合わせ信号を提供するように構成されている、請求項１に記載のロボットシステム。
【請求項１１】
前記補足計測位置座標決定システムが前記動作構成にある間、前記ロボットは前記ＸＹスケール又は前記第１の撮像構成のうち前記可動のものを前記スケール面と平行な面内で移動させるように構成されている、請求項１に記載のロボットシステム。
【請求項１２】
前記エンドツールが、ワークピースを測定するために使用されるタッチプローブであり、前記ワークピースに触れるとタッチ信号を出力する場合、前記画像トリガ部は、そのタッチ信号又はそれから導出された信号をその少なくとも１つの入力信号として入力するように構成されており、又は、
前記エンドツールが、ワークピースを測定するために使用されるスキャンプローブであり、各サンプルタイミング信号に対応した各ワークピース測定サンプルデータを与える場合、前記画像トリガ部は、その各サンプルタイミング信号又はそれから導出された信号をその少なくとも１つの入力信号として入力するように構成されており、又は、
前記エンドツールが、各ワークピース画像取得信号に対応した各ワークピース測定画像を与えるために使用されるカメラである場合、前記画像トリガ部は、そのワークピース画像取得信号又はそれから導出された信号をその少なくとも１つの入力信号として入力するように構成されている、請求項１に記載のロボットシステム。
【請求項１３】
前記補足計測位置座標決定システムは、前記ＸＹスケール又は前記第１の撮像構成のうち前記可動のものの前記相対位置を示す前記決定された計測位置座標、並びに、前記エンドツール位置又は前記エンドツールの測定点位置と前記ＸＹスケール又は前記第１の撮像構成のうち前記可動のものとの間の既知の座標位置オフセットに基づいて、前記画像取得時点における前記エンドツール位置又は前記エンドツールの測定点位置の計測位置座標を決定するように構成されている、請求項１に記載のロボットシステム。
【請求項１４】
前記第１の撮像構成及び前記位置合わせセンサは前記可動アーム構成に結合され、前記ＸＹスケールは前記静止要素に結合されている、請求項１に記載のロボットシステム。
【請求項１５】
前記静止要素は、前記エンドツール作業範囲の少なくとも一部よりも上方に配置されたフレームを含み、前記ＸＹスケールは、前記エンドツール作業範囲の一部よりも上方で前記フレームに固定されている、請求項１４に記載のロボットシステム。
【請求項１６】
前記ＸＹスケールの前記撮像可能要素は一意の識別可能パターンを有する撮像可能要素のセットを含み、この撮像可能要素のセットは、前記第１の撮像構成の視野の直径方向の距離よりも小さい距離だけ離間するように前記基板上に分散し、前記計測位置座標処理部は、前記ＸＹスケールの前記取得された画像に含まれる少なくとも１つの撮像可能要素を、その一意の識別可能パターンに基づいて識別するように構成されているか、又は、
前記計測位置座標処理部は、前記ＸＹスケールの前記取得された画像に含まれる少なくとも１つの撮像可能要素を、前記取得された画像内のその画像位置に基づいて、更に、前記画像取得時点に対応して前記移動制御システムから導出されたロボット位置データに基づいて識別するように構成され、前記ＸＹスケールの前記撮像可能要素は、前記ロボット精度内で許される最大位置誤差よりも大きい距離だけ相互に離間するように前記基板上に分散した同様の撮像可能要素のセットを含む、請求項１に記載のロボットシステム。
【請求項１７】
ロボットと共に利用される補足計測位置座標決定システムを動作させるための方法であって、
前記ロボットは、
可動アーム構成であって、前記可動アーム構成の遠位端の近傍に位置付けられたエンドツール実装構成を含み、前記ロボットは、前記エンドツール実装構成に実装されたエンドツールの少なくとも一部をエンドツール作業範囲内で少なくとも２次元に沿って移動させるように前記可動アーム構成を移動させるよう構成されている、可動アーム構成と、
少なくとも部分的に、前記ロボットに含まれる少なくとも１つの位置センサを用いて前記可動アーム構成の位置を検知及び制御することに基づいて、ロボット精度として規定された精度レベルでエンドツール位置又は前記エンドツールの測定点位置を制御するように構成された移動制御システムと、
を備え、
前記補足計測位置座標決定システムは、
第１のカメラを含み、光軸を有する第１の撮像構成と、
ノミナルで平面状の基板と、前記基板上に分散した複数の撮像可能要素と、を含むＸＹスケールであって、前記撮像可能要素はそれぞれ前記ＸＹスケール上の既知のＸＹスケール座標に位置付けられ、スケール面は前記ＸＹスケールの前記平面状基板とノミナルで一致するように規定され、前記スケール面に垂直な方向はスケール撮像軸方向として規定される、ＸＹスケールと、
少なくとも位置合わせセンサＡＳｅｎ及び動作位置合わせアクチュエータ構成を含む動作位置合わせサブシステムＯＡＳであって、前記位置合わせセンサは前記第１のカメラの近傍に位置付けられると共に前記第１のカメラに対して剛性構成に実装され、前記位置合わせセンサは前記スケール撮像軸方向を示す位置合わせ信号を提供するように構成されている、動作位置合わせサブシステムＯＡＳと、
画像トリガ部と、
計測位置座標処理部と、
を備え、
前記補足計測位置座標決定システムは、前記ＸＹスケール又は前記第１の撮像構成のうち可動のものが、前記可動アーム構成に結合されるか又は前記可動アーム構成の一部である前記動作位置合わせアクチュエータ構成に結合され、前記ＸＹスケール又は前記第１の撮像構成のうち他方のものが前記ロボットの近傍で静止要素に結合され、前記ＸＹスケール又は前記第１の撮像構成のうち前記静止しているものが第１の参照位置を規定するように構成され、
ロボットシステムは、前記位置合わせセンサによって提供される位置合わせ信号に基づいて前記ＸＹスケール又は前記第１の撮像構成のうち前記可動のものの位置合わせを調整して前記補足計測位置座標決定システムの動作構成を与えるように、前記動作位置合わせサブシステム及び前記動作位置合わせアクチュエータ構成を動作させるよう構成され、前記補足計測位置座標決定システムの前記動作構成では、前記ＸＹスケール及び前記第１の撮像構成は、前記第１の撮像構成の前記光軸が前記位置合わせ信号で示される前記スケール撮像軸方向の方向と平行であるように、かつ、前記スケール面が前記スケール撮像軸方向に沿った前記第１の撮像構成の合焦範囲内に位置付けられるように配置され、
前記方法は、
前記第１の撮像構成の前記光軸が前記位置合わせ信号で示される前記スケール撮像軸方向の前記方向と平行であると共に前記スケール面が前記スケール撮像軸方向に沿った前記第１の撮像構成の前記合焦範囲内に位置付けられる前記補足計測位置座標決定システムの前記動作構成を与えるように、前記動作位置合わせサブシステム及び前記動作位置合わせアクチュエータ構成を動作させることと、
前記画像トリガ部において、前記エンドツール位置又は前記エンドツールの測定点位置に関連した少なくとも１つの入力信号を受信し、前記少なくとも１つの入力信号に基づいて第１の撮像トリガ信号のタイミングを決定し、前記第１の撮像トリガ信号を前記第１の撮像構成に出力することであって、前記第１の撮像構成は、前記第１の撮像トリガ信号の受信に応答して画像取得時点で前記ＸＹスケールのデジタル画像を取得し、前記デジタル画像が取得される場合に前記補足計測位置座標決定システムは少なくともノミナルで前記動作構成にある、ことと、
前記計測位置座標処理部において、前記取得された画像を受信し、前記ＸＹスケールの前記取得された画像に含まれる少なくとも１つの撮像可能要素及び関連する既知のＸＹスケール座標位置を識別することと、
前記取得された画像内の前記識別された少なくとも１つの撮像可能要素の画像位置の決定に基づいて、前記ＸＹスケール又は前記第１の撮像構成のうち前記可動のものと前記第１の参照位置との間の相対位置を示す計測位置座標を決定することであって、前記決定された計測位置座標は、少なくとも、前記スケール撮像軸方向の横断方向又は直交方向の少なくとも１つの前記計測位置座標のベクトル成分について、前記画像取得時点における前記エンドツール位置又は前記エンドツールの測定点位置を前記ロボット精度よりも良好な精度レベルで示す、ことと、
を含む方法。
【請求項１８】
前記相対位置を示す前記決定された計測位置座標をワークピースの要素を測定するために利用することを更に含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記相対位置は、前記ワークピース上の第１の表面位置に対応する第１の相対位置であり、前記方法は更に、
前記撮像トリガ部において、前記エンドツール位置又は前記エンドツールの測定点位置に関連した少なくとも１つの第２の入力信号を受信し、前記少なくとも１つの第２の入力信号に基づいて第２の撮像トリガ信号のタイミングを決定し、前記第２の撮像トリガ信号を前記第１の撮像構成に出力することであって、前記第１の撮像構成は、前記第２の撮像トリガ信号の受信に応答して、第２の画像取得時点で前記ＸＹスケールの第２のデジタル画像を取得し、前記第２のデジタル画像が取得される場合に前記補足計測位置座標決定システムは少なくともノミナルで前記動作構成にある、ことと、
前記計測位置座標処理部において、前記第２の取得された画像を受信し、前記ＸＹスケールの前記第２の取得された画像に含まれる少なくとも１つの第２の撮像可能要素及び関連する第２の既知のＸＹスケール座標位置を識別することと、
前記第２の取得された画像内の前記識別された少なくとも１つの第２の撮像可能要素の第２の画像位置の決定に基づいて、前記ＸＹスケール又は前記第１の撮像構成のうち前記可動のものと第２の参照位置との間の第２の相対位置を示す計測位置座標を決定することであって、前記決定された計測位置座標は、少なくとも、前記スケール撮像軸方向の横断方向又は直交方向の少なくとも１つの前記計測位置座標のベクトル成分について、前記第２の画像取得時点における前記エンドツール位置又は前記エンドツールの測定点位置を前記ロボット精度よりも良好な精度レベルで示し、前記第２の相対位置は、前記第１の相対位置とは異なり、前記第１の表面位置とは異なる前記ワークピース上の第２の表面位置に対応する、ことと、
前記第１及び第２の相対位置を示す前記決定された計測位置座標を用いて、前記ワークピース上の前記第１及び第２の表面位置間の距離に対応する前記ワークピースの寸法を決定することと、
を含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
ロボットシステムと共に使用される補足計測位置座標決定システムであって、前記ロボットシステムは、
可動アーム構成であって、前記可動アーム構成の遠位端の近傍に位置付けられたエンドツール実装構成を含み、ロボットは、前記エンドツール実装構成に実装されたエンドツールの少なくとも一部をエンドツール作業範囲内で少なくとも２次元に沿って移動させるように前記可動アーム構成を移動させるよう構成されている、可動アーム構成と、
少なくとも部分的に、前記ロボットに含まれる少なくとも１つの位置センサを用いて前記可動アーム構成の位置を検知及び制御することに基づいて、ロボット精度として規定された精度レベルでエンドツール位置又は前記エンドツールの測定点位置を制御するように構成された移動制御システムと、
を備え、
前記補足計測位置座標決定システムは、
第１のカメラを含み、光軸を有する第１の撮像構成と、
ノミナルで平面状の基板と、前記基板上に分散した複数の撮像可能要素と、を含むＸＹスケールであって、前記撮像可能要素はそれぞれ前記ＸＹスケール上の既知のＸＹスケール座標に位置付けられ、スケール面は前記ＸＹスケールの前記平面状基板とノミナルで一致するように規定され、前記スケール面に垂直な方向はスケール撮像軸方向として規定される、ＸＹスケールと、
少なくとも位置合わせセンサ及び動作位置合わせアクチュエータ構成を含む動作位置合わせサブシステムであって、前記位置合わせセンサは前記第１のカメラの近傍に位置付けられると共に前記第１のカメラに対して剛性構成に実装され、前記位置合わせセンサは前記スケール撮像軸方向を示す位置合わせ信号を提供するように構成されている、動作位置合わせサブシステムと、
前記エンドツール位置又は前記エンドツールの測定点位置に関連した少なくとも１つの入力信号を入力し、前記少なくとも１つの入力信号に基づいて第１の撮像トリガ信号のタイミングを決定し、前記第１の撮像トリガ信号を前記第１の撮像構成に出力するよう構成された画像トリガ部であって、前記第１の撮像構成は前記第１の撮像トリガ信号の受信に応答して画像取得時点で前記ＸＹスケールのデジタル画像を取得するよう構成されている、画像トリガ部と、
前記取得された画像を入力し、前記ＸＹスケールの前記取得された画像に含まれる少なくとも１つの撮像可能要素及び関連する既知のＸＹスケール座標位置を識別するように構成された計測位置座標処理部と、
を備え、
前記補足計測位置座標決定システムは、前記ＸＹスケール又は前記第１の撮像構成のうち可動のものが、前記可動アーム構成に結合されるか又は前記可動アーム構成の一部である前記動作位置合わせアクチュエータ構成に結合され、前記ＸＹスケール又は前記第１の撮像構成のうち他方のものが前記ロボットの近傍で静止要素に結合され、前記ＸＹスケール又は前記第１の撮像構成のうち静止しているものが第１の参照位置を規定するように構成され、
前記ロボットシステムは、前記位置合わせセンサによって提供される位置合わせ信号に基づいて前記ＸＹスケール又は前記第１の撮像構成のうち前記可動のものの位置合わせを調整して前記補足計測位置座標決定システムの動作構成を与えるように、前記動作位置合わせサブシステム及び前記動作位置合わせアクチュエータ構成を動作させるよう構成され、前記補足計測位置座標決定システムの前記動作構成では、前記ＸＹスケール及び前記第１の撮像構成は、前記第１の撮像構成の前記光軸が前記位置合わせ信号で示される前記スケール撮像軸方向の方向と平行であるように、かつ、前記スケール面が前記スケール撮像軸方向に沿った前記第１の撮像構成の合焦範囲内に位置付けられるように配置され、
前記補足計測位置座標決定システムは、前記ＸＹスケール又は前記第１の撮像構成のうち前記可動のもの及び前記ＸＹスケール又は前記第１の撮像構成のうち前記静止しているものが前記動作構成に配置されている場合、かつ、前記ＸＹスケールが前記第１の撮像構成の視野内にあるように前記可動アーム構成が配置されている場合、前記計測位置座標処理部が、前記取得された画像内の前記識別された少なくとも１つの撮像可能要素の画像位置の決定に基づいて、前記ＸＹスケール又は前記第１の撮像構成のうち前記可動のものと前記第１の参照位置との間の相対位置を示す計測位置座標を前記ロボット精度よりも良好な精度レベルで決定するよう動作可能であるように構成され、
前記決定された計測位置座標は、少なくとも、前記スケール撮像軸方向の横断方向又は直交方向の少なくとも１つの前記計測位置座標のベクトル成分について、前記画像取得時点における前記エンドツール位置又は前記エンドツールの測定点位置を前記ロボット精度よりも良好な精度レベルで示す、ロボットシステム。
【請求項２１】
ロボットシステムであって、
ロボットであって、
可動アーム構成であって、前記可動アーム構成の遠位端の近傍に位置付けられたエンドツール実装構成を含み、前記ロボットは、前記エンドツール実装構成に実装されたエンドツールの少なくとも一部をエンドツール作業範囲内で少なくとも２次元に沿って移動させるように前記可動アーム構成を移動させるよう構成されている、可動アーム構成と、
少なくとも部分的に、前記ロボットに含まれる少なくとも１つの位置センサを用いて前記可動アーム構成の位置を検知及び制御することに基づいて、ロボット精度として規定された精度レベルでエンドツール位置又は前記エンドツールの測定点位置を制御するように構成された移動制御システムと、
を備えるロボットを備え、
前記ロボットシステムは更に補足計測位置座標決定システムを備え、前記補足計測位置座標決定システムは、
第１のカメラを含み、光軸を有する第１の撮像構成と、
ノミナルで平面状の基板と、前記基板上に分散した複数の撮像可能要素と、を含むＸＹスケールであって、前記撮像可能要素はそれぞれ前記ＸＹスケール上の既知のＸＹスケール座標に位置付けられ、スケール面は前記ＸＹスケールの前記平面状基板とノミナルで一致するように規定され、前記スケール面に垂直な方向はスケール撮像軸方向として規定される、ＸＹスケールと、
少なくとも位置合わせセンサを含む動作位置合わせサブシステムＯＡＳであって、前記位置合わせセンサは前記第１のカメラの近傍に位置付けられると共に前記第１のカメラに対して剛性構成に実装され、前記位置合わせセンサは前記スケール撮像軸方向を示す位置合わせ信号Ａｓｉｇを提供するように構成されている、動作位置合わせサブシステムＯＡＳと、
前記エンドツール位置又は前記エンドツールの測定点位置に関連した少なくとも１つの入力信号を入力し、前記少なくとも１つの入力信号に基づいて第１の撮像トリガ信号のタイミングを決定し、前記第１の撮像トリガ信号を前記第１の撮像構成に出力するよう構成された画像トリガ部であって、前記第１の撮像構成は前記第１の撮像トリガ信号の受信に応答して画像取得時点で前記ＸＹスケールのデジタル画像を取得するよう構成されている、画像トリガ部と、
前記取得された画像を入力し、前記ＸＹスケールの前記取得された画像に含まれる少なくとも１つの撮像可能要素及び関連する既知のＸＹスケール座標位置を識別するように構成された計測位置座標処理部と、
を備え、
前記補足計測位置座標決定システムは、前記ＸＹスケール又は前記第１の撮像構成のうち可動のものが前記可動アーム構成に結合され、前記ＸＹスケール又は前記第１の撮像構成のうち他方のものが前記ロボットの近傍で静止要素に結合され、前記ＸＹスケール又は前記第１の撮像構成のうち静止しているものが第１の参照位置を規定するように構成され、
前記ロボットシステムは、前記補足計測位置座標決定システムの少なくとも名目動作構成を与えるように構成され、前記補足計測位置座標決定システムの前記名目動作構成では、前記ＸＹスケール及び前記第１の撮像構成は、前記第１の撮像構成の前記光軸が前記スケール撮像軸方向の方向とノミナルで平行であるように、かつ、前記スケール面が前記スケール撮像軸方向に沿った前記第１の撮像構成の合焦範囲内に位置付けられるように配置され、
前記ロボットシステムは、前記位置合わせセンサによって提供される前記位置合わせ信号で示される前記光軸と前記スケール撮像軸との間の残留位置ずれを決定するよう前記動作位置合わせサブシステムを動作させるように構成され、
前記補足計測位置座標決定システムは、前記ＸＹスケール又は前記第１の撮像構成のうち前記可動のもの及び前記ＸＹスケール又は前記第１の撮像構成のうち前記静止しているものが前記名目動作構成に配置されている場合、かつ、前記ＸＹスケールが前記第１の撮像構成の視野内にあるように前記可動アーム構成が配置されている場合、前記計測位置座標処理部が、画像取得時点で前記ＸＹスケールの前記デジタル画像を取得し、対応する残留位置ずれを決定し、更に、前記取得された画像内の前記識別された少なくとも１つの撮像可能要素の画像位置及び前記対応する残留位置ずれに基づいて、前記ＸＹスケール又は前記第１の撮像構成のうち前記可動のものと前記第１の参照位置との間の相対位置を示す第１の計測位置座標セットについて、少なくとも、前記スケール撮像軸方向の横断方向又は直交方向の少なくとも１つの前記第１の計測位置座標セットのベクトル成分を前記ロボット精度よりも良好な精度レベルで決定するよう動作可能であるように構成されている、ロボットシステム。
【請求項２２】
前記補足計測位置座標処理部は更に、前記第１の計測位置座標セット及び前記対応する残留位置ずれに基づいて、前記画像取得時点における前記エンドツール位置又は前記エンドツールの測定点位置を示す第２の計測位置座標セットについて、少なくとも、前記スケール撮像軸方向の横断方向又は直交方向の少なくとも１つの前記第２の計測位置座標セットのベクトル成分を前記ロボット精度よりも良好な精度レベルで決定するように構成されている、請求項２１に記載のロボットシステム。
【請求項２３】
前記位置合わせセンサは、前記ＸＹスケールに位置合わせビームを出力し、そこから反射された位置合わせビームを前記位置合わせセンサの位置検知検出器で受信し、前記位置検知検出器からの少なくとも１つの出力に基づいて前記位置合わせ信号を提供するように構成されている、請求項２１に記載のロボットシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本出願は、２０１８年８月１６日に出願された米国特許出願第１６／１０４，０３３号の一部継続出願である２０１８年９月２８日に出願された米国特許出願第１６／１４６，６４０号の一部継続出願である。これらの開示は援用により全体が本願に含まれる。
【０００２】
本開示はロボットシステムに関し、更に具体的には、ロボットのエンドツール位置の座標を決定するためのシステムに関する。
【背景技術】
【０００３】
ロボットシステムは、製造や他のプロセスのためにますます利用されるようになっている。様々なタイプのロボットが利用されており、多関節ロボット、水平多関節（ＳＣＡＲＡ：ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  ｃｏｍｐｌｉａｎｃｅ  ａｒｔｉｃｕｌａｔｅｄ  ｒｏｂｏｔ  ａｒｍ）ロボット、直交座標ロボット、円筒座標ロボット、極座標ロボット等が含まれる。ロボットに含まれ得るコンポーネントの一例として、ＳＣＡＲＡロボットシステム（例えば多関節ロボットシステムの１つのタイプであり得る）は典型的にベースを有し、このベースに第１のアーム部を回転可能に結合すると共に、第１のアーム部の端部に第２のアーム部を回転可能に結合することができる。様々な構成において、第２のアーム部の端部にエンドツールを結合することができる（例えば特定の作業及び／又は検査動作を実行するため）。このようなシステムは、アーム部の配置を決定／制御し、これに応じてエンドツールの位置を決定／制御するため利用される位置センサ（例えば回転エンコーダ）を含むことができる。様々な実施例において、このようなシステムは約１００ミクロンの位置精度を有し得るが、これはいくつかのファクタによって制限される（例えば、ロボットシステムの機械的安定性と組み合わせた回転エンコーダの性能等）。
【０００４】
援用により全体が本願に含まれる米国特許第４，７２５，９６５号は、ＳＣＡＲＡシステムの精度を向上させるためのいくつかの較正技法を開示している。この９６５号特許に記載されているように、第１の回転可能アーム部と、エンドツールを担持する第２の回転可能アーム部と、を備えたＳＣＡＲＡタイプのロボットを較正するための技法が提供されている。この較正技法は、運動モデルを用いてＳＣＡＲＡロボットを制御できるという事実に関連している。この運動モデルが正確な場合、アーム部を第１及び第２の角度構成に配置すると、第２のアーム部によって担持されたエンドツールがこれら双方の角度構成で同一の位置を保つことができる。運動モデルを較正するため、アーム部は、エンドツールを固定基準点の上方に位置付ける第１の構成に配置される。次いでアーム部は、ノミナルに（ｎｏｍｉｎａｌｌｙ）エンドツールを再び基準点に位置合わせして配置する第２の角度構成に配置される。アーム部を第１の角度構成から第２の角度構成に切り替えた場合の基準点に対するエンドツールの位置のシフトから、運動モデルの誤差が計算される。次いで、計算された誤差に従って運動モデルを補償する。これらのステップは、誤差がゼロに達するまで繰り返される。誤差がゼロに達した時点で、ＳＣＡＲＡロボットの運動モデルは較正済みであると見なされる。
【０００５】
９６５号特許に更に記載されている通り、較正技法は特定のカメラを使用することを含み得る。例えば１つの実施例において、基準点は、静止テレビジョンカメラ（すなわちエンドツールの下方の地面に配置される）の表示エリアの中心部とすることができ、このカメラの出力信号を処理して、第１の構成から第２の構成にリンクを切り替えた場合のカメラの表示エリア中心部からのエンドツールの位置シフトを決定できる。別の実施例では、第２のアーム部がカメラを担持することができ、この技法は最初に、これらのアーム部間で第２の所定の内角が測定される第１の角度構成にアーム部を配置して、第２のアーム部が担持するカメラを固定基準点の直上で中心に配置することができる。次いで、アーム部間で第２の所定の内角に等しい内角が測定される第２の角度構成にアーム部を配置して、ノミナルにカメラを再び基準点の上方で中心に配置する。次いでカメラの出力信号を処理して、アーム部を第１の角度構成から第２の角度構成に切り替えた場合にカメラによって観察された基準点の位置のシフトを決定する。次いで、カメラによって観察された基準点の位置のシフトに従って、カメラの既知の位置の誤差を決定する。これらのステップを、誤差がゼロに近付くまで較正プロセスの一部として繰り返す。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
９６５号特許に記載されているような技法はロボットシステムを較正するために使用できるが、いくつかの用途では、このような技法の利用は望ましくない場合がある（例えば、膨大な時間を要する可能性がある、及び／又は、いくつかの動作中にロボットの全ての可能な向きで所望のレベルの精度が得られるわけではない）。このような問題に関する改善を達成できるロボットシステムが望まれている（例えば、ワークピース測定及びその他のプロセス中の位置決定の信頼性、反復性、速度等を増大させるため）。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この概要は、以下で「発明を実施するための形態」において更に記載されるいくつかの概念を簡略化した形態で紹介するために提示する。この概要は、特許請求される主題の重要な特徴を識別することを意図しておらず、特許請求される主題の範囲の決定に役立てるため用いることも意図していない。
【０００８】
ロボットシステムの一部としてロボットと共に用いられる補足計測位置座標決定システムが提供される。ロボット（例えば多関節ロボット、ＳＣＡＲＡロボット、直交座標ロボット、円筒座標ロボット、極座標ロボット等）は、可動アーム構成及び移動制御システムを含む。可動アーム構成は、可動アーム構成の遠位端の近傍に位置付けられたエンドツール実装構成を含む。ロボットは、エンドツール実装構成に実装されたエンドツールの少なくとも一部をエンドツール作業範囲内で少なくとも２次元に沿って移動させるように可動アーム構成を移動させるよう構成されている。移動制御システムは、少なくとも部分的に、ロボットに含まれる少なくとも１つの位置センサ（例えば回転エンコーダ、リニアエンコーダ等）を用いて可動アーム構成の位置を検知及び制御することに基づいて、ロボット精度として規定された精度レベルでエンドツール位置又はエンドツールの測定点位置を制御するように構成されている。
【０００９】
補足計測位置座標決定システムは、第１の撮像構成と、ＸＹスケールと、少なくとも位置合わせセンサを含む動作位置合わせサブシステムと、画像トリガ部と、計測位置座標処理部と、を含む。第１の撮像構成は、第１のカメラを含み、光軸を有する。様々な実施例において、動作位置合わせサブシステムは、以下で更に詳しく記載されるような動作位置合わせアクチュエータ構成を更に含み得る。ＸＹスケールは、ノミナルで平面状の基板と、この基板上に分散した複数の撮像可能要素と、を含む。撮像可能要素は、それぞれＸＹスケール上の既知のＸＹスケール座標に位置付けられている。スケール面は、ＸＹスケールの平面状基板とノミナルで一致するように規定され、スケール面に垂直な方向は、スケール撮像軸方向として規定され得る。位置合わせセンサは、第１のカメラの近傍に位置付けられ、第１のカメラに対して剛性構成に実装されている。位置合わせセンサは、スケール撮像軸方向を示す位置合わせ信号を提供するように構成されている。画像トリガ部は、エンドツール位置又はエンドツールの測定点位置に関連した少なくとも１つの入力信号を入力し、この少なくとも１つの入力信号に基づいて第１の撮像トリガ信号のタイミングを決定し、この第１の撮像トリガ信号を第１の撮像構成に出力するよう構成されている。第１の撮像構成は、第１の撮像トリガ信号の受信に応答して画像取得時点でＸＹスケールのデジタル画像を取得するよう構成されている。計測位置座標処理部は、取得された画像を入力し、ＸＹスケールの取得された画像に含まれる少なくとも１つの撮像可能要素及び関連する既知のＸＹスケール座標位置を識別するように構成されている。様々な実施例において、ＸＹスケールは、インクリメンタルスケール又はアブソリュートスケールとすることができる。
【００１０】
動作位置合わせサブシステムが動作位置合わせアクチュエータ構成を含む様々な実施例において、補足計測位置座標決定システムは、ＸＹスケール又は第１の撮像構成のうち可動のものが、可動アーム構成に結合されるか又は可動アーム構成の一部である動作位置合わせアクチュエータ構成に結合されるように構成されている。ＸＹスケール又は第１の撮像構成のうち他方のものは、ロボットの近傍で静止要素に結合されている。ＸＹスケール又は第１の撮像構成のうち静止しているものは、第１の参照位置を規定する。
【００１１】
このような実施例において、ロボットシステムは、位置合わせセンサによって提供される位置合わせ信号に基づいてＸＹスケール又は第１の撮像構成のうち可動のものの位置合わせを調整して補足計測位置座標決定システムの動作構成を与えるように、動作位置合わせサブシステム及び動作位置合わせアクチュエータ構成を動作させるよう構成され、この動作構成では、ＸＹスケール及び第１の撮像構成は、第１の撮像構成の光軸が位置合わせ信号によって示されるスケール撮像軸方向の方向と平行であるように配置され、スケール面はスケール撮像軸方向に沿った第１の撮像構成の合焦範囲内に位置付けられている。
【００１２】
このような実施例において、補足計測位置座標決定システムは、ＸＹスケール又は第１の撮像構成のうち可動のもの、及びＸＹスケール又は第１の撮像構成のうち静止しているものが動作構成に配置されている場合、かつ、ＸＹスケールが第１の撮像構成の視野内にあるように可動アーム構成が配置されている場合、計測位置座標処理部が、取得された画像内の識別された少なくとも１つの撮像可能要素の画像位置の決定に基づいて、ＸＹスケール又は第１の撮像構成のうち可動のものと第１の参照位置との間の相対位置を示す計測位置座標をロボット精度よりも良好な精度レベルで決定するよう動作可能であるように構成されている。決定された計測位置座標は、少なくとも、スケール撮像軸方向の横断方向又は直交方向の少なくとも１つの計測位置座標のベクトル成分について、画像取得時点におけるエンドツール位置又はエンドツールの測定点位置をロボット精度よりも良好な精度レベルで示す。
【００１３】
このような実施例において、動作位置合わせアクチュエータ構成は、少なくとも、第１の回転軸を中心として回転する第１の回転要素を含むことができ、第１の回転軸は、ＸＹスケールが可動のものである場合はスケール面にノミナルで平行であり、第１の撮像構成が可動のものである場合は光軸にノミナルで直交する。動作位置合わせアクチュエータ構成は、少なくとも、第１の回転軸にノミナルで直交する第２の回転軸を中心として回転する第２の回転要素を更に含むことができる。本明細書で用いられる慣例に従って、方向ベクトルのドット積がゼロであるように配向された２つの軸は、それらが交差しているか否かには無関係に、直交すると理解される。いくつかのこのような実施例において、第１及び第２の回転要素は可動アーム構成に含まれ得る。他のこのような実施例において、第１及び第２の回転要素は、可動アーム構成の遠位端の近傍に位置付けられた別個の動作位置合わせアクチュエータ構成に含まれ得る。
【００１４】
動作位置合わせサブシステムが動作位置合わせアクチュエータ構成を含まない様々な実施例において、補足計測位置座標決定システムは、ＸＹスケール又は第１の撮像構成のうち可動のものが可動アーム構成に結合されるように構成されている。ＸＹスケール又は第１の撮像構成のうち他方のものは、ロボットの近傍で静止要素に結合されている。ＸＹスケール又は第１の撮像構成のうち静止しているものは、第１の参照位置を規定する。
【００１５】
このような実施例において、ロボットシステムは、補足計測位置座標決定システムの少なくとも名目動作構成（ｎｏｍｉｎａｌ  ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌ  ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ）を与えるように構成されている。名目動作構成では、ＸＹスケール又は第１の撮像構成のうち少なくとも１つは、第１の撮像構成の光軸がスケール撮像軸方向の方向とノミナルで平行であるように（例えばロボット精度に基づいて）、かつ、スケール面がスケール撮像軸方向に沿った第１の撮像構成の合焦範囲内に位置付けられるように配置されている。ロボットシステムは更に、光軸と、位置合わせセンサによって提供された位置合わせ信号で示されるスケール撮像軸と、の間の残留位置ずれ（ｒｅｓｉｄｕａｌ  ｍｉｓａｌｉｇｎｍｅｎｔ）を（例えばロボット精度よりも良好な精度で）決定するように動作位置合わせサブシステムを動作させるよう構成されている。
【００１６】
このような実施例において、補足計測位置座標決定システムは、ＸＹスケール又は第１の撮像構成のうち可動のもの、及びＸＹスケール又は第１の撮像構成のうち静止しているものが名目動作構成に配置されている場合、かつ、ＸＹスケールが第１の撮像構成の視野内にあるように可動アーム構成が配置されている場合、計測位置座標処理部が、画像取得時点でＸＹスケールのデジタル画像を取得し、対応する残留位置ずれを決定するよう動作可能であるように構成できる。補足計測位置座標決定システムは次いで、取得された画像内の識別された少なくとも１つの撮像可能要素の画像位置及び対応する残留位置ずれに基づいて、ＸＹスケール又は第１の撮像構成のうち可動のものと第１の参照位置との間の相対位置を示す第１の計測位置座標セットについて、少なくとも、スケール撮像軸方向の横断方向又は直交方向の少なくとも１つの第１の計測位置座標セットのベクトル成分をロボット精度よりも良好な精度レベルで決定することができる。補足計測位置座標処理部は更に、第１の計測位置座標セット及び対応する残留位置ずれに基づいて、画像取得時点におけるエンドツール位置又はエンドツールの測定点位置を示す第２の計測位置座標セットについて、少なくとも、スケール撮像軸方向の横断方向又は直交方向の少なくとも１つの第２の計測位置座標セットのベクトル成分をロボット精度よりも良好な精度レベルで決定するように構成できる。
【００１７】
様々な実施例において、位置合わせセンサは、ＸＹスケールに位置合わせビームを出力し、そこから反射された位置合わせビームを位置合わせセンサの位置検知検出器で受信し、位置検知検出器からの少なくとも１つの出力に基づいて位置合わせ信号を提供するように構成できる。
【００１８】
様々な実施例において、ＸＹスケール又は第１の撮像構成のうち可動のものは、エンドツール実装構成及び／又はエンドツール実装構成に実装されたエンドツールのうち少なくとも１つに対して剛性関係に構成されている。
【００１９】
様々な実施例において、補足計測位置座標決定システムは、ＸＹスケール又は第１の撮像構成のうち可動のものの相対位置を示す決定された計測位置座標、並びに、エンドツール位置又はエンドツールの測定点位置とＸＹスケール又は第１の撮像構成のうち可動のものとの間の既知の座標位置オフセットに基づいて、画像取得時点におけるエンドツール位置又はエンドツールの測定点位置の計測位置座標を決定するように構成されている。
【００２０】
様々な実施例において、補足計測位置座標決定システムが動作構成にある間、ロボットは、エンドツール及びＸＹスケール又は第１の撮像構成のうち可動のものをスケール面と平行な面内で移動させるように構成されている。
【００２１】
様々な実施例において、ロボットシステムは、ロボット位置座標モード又は補足計測位置座標モードのいずれかで動作することができる。ロボット位置座標モードは、ロボットの独立した及び／又は標準的な動作モードに対応し得る（例えば、補足計測位置座標決定システムがアクティブでないか又は他の理由で提供されない場合にロボットを独立して動作させるモード）。ロボット位置座標モードでは、ロボットの移動及び対応するエンドツール位置又はエンドツールの測定点位置が、ロボット精度として規定された精度レベルで制御及び決定される（例えば、ロボットに含まれる位置センサを用いる）。これに対して、補足計測位置座標モードでは、画像取得時点におけるエンドツール位置又はエンドツールの測定点位置を示す計測位置座標について、少なくとも、スケール撮像軸方向の横断方向又は直交方向の少なくとも１つの計測位置座標のベクトル成分を、ロボット精度よりも良好な（例えばロボットに含まれる位置センサの精度よりも良好な）精度レベルで決定できる。様々な実施例では、次いで、決定された位置情報（例えば、相対位置を示す決定された計測位置座標、エンドツール位置又はエンドツールの測定点位置の決定された計測位置座標、及び／又は他の関連する決定された位置情報）を、指定された機能（例えばワークピース測定、ロボットの配置制御等）のために使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に開示されている原理に従った動作位置合わせサブシステムの第１の例示的な実施例を含む、多関節ロボット及び補足計測位置座標決定システムを含むロボットシステムの第１の例示的な実施例のブロック図である。
【図２Ａ】第１の撮像構成及び動作位置合わせサブシステムの位置合わせセンサが静止要素に結合されている、図１のロボットシステムと同様のロボットシステムの第２の例示的な実施例の等角投影図である。
【図２Ｂ】位置合わせセンサによって示すことができるいくつかの誤差を示す、図２Ａのロボットシステムの等角投影図である。
【図３Ａ】ＸＹスケールが静止要素に結合され、第１の撮像構成及び動作位置合わせサブシステムの位置合わせセンサが可動要素に結合されている、ロボットシステムの第３の実施例の等角投影図である。
【図３Ｂ】位置合わせセンサによって示すことができるいくつかの誤差を示す、図３Ａのロボットシステムの等角投影図である。
【図４】インクリメンタルＸＹスケールの例示的な実施例の等角投影図である。
【図５】アブソリュートＸＹスケールの例示的な実施例の等角投影図である。
【図６】本明細書に開示されているロボット及び補足計測位置座標決定システムを含むロボットシステムを動作させるためのルーチンの第１の例示的な実施例を示すフロー図である。
【図７】移動タイミングの第１の部分の間にロボット位置センサを利用すると共に、移動タイミングの第２の部分の間に補足計測位置座標決定システムの決定された相対位置を利用することができる、エンドツール位置を決定するためのルーチンの第１の例示的な実施例を示すフロー図である。
【図８】多関節ロボットと、本明細書に開示されている原理に従った動作位置合わせサブシステムの第２の例示的な実施例を含む補足計測位置座標決定システムと、を含むロボットシステムの第４の例示的な実施例のブロック図である。
【図９】多関節ロボットを含む図８のロボットシステムと同様のロボットシステムの第５の例示的な実施例の一部の等角投影図であり、第１の撮像構成及び動作位置合わせサブシステムの位置合わせセンサが静止要素に結合され、位置合わせセンサが移動要素上に配置されたＸＹスケールの動作位置合わせを管理している。
【図１０】多関節ロボットを含むロボットシステムの第６の例示的な実施例の一部の等角投影図であり、第１の撮像構成及び動作位置合わせサブシステムの位置合わせセンサが移動要素に結合され、位置合わせセンサが、静止要素上に配置されたＸＹスケールに対する第１の撮像構成の動作位置合わせを管理している。
【図１１】本明細書に開示されているロボット及び補足計測位置座標決定システムを含むロボットシステムを動作させるためのルーチンの第２の例示的な実施例を示すフロー図である。
【図１２】図２Ａ及び図２Ｂのロボットシステムと同様のロボットシステムの実施例の一部を示す等角投影図であり、ＸＹスケール及び動作位置合わせサブシステムの位置合わせアクチュエータ構成が移動要素に結合され、位置合わせセンサ及び位置合わせアクチュエータを用いて、静止要素上に配置された撮像構成に対するＸＹスケールの動作位置合わせを管理する。
【図１３】図２Ａ及び図２Ｂのロボットシステムと同様のロボットシステムの実施例の一部を示す等角投影図であり、撮像構成並びに動作位置合わせサブシステムの位置合わせセンサ及び位置合わせアクチュエータ構成が移動要素に結合され、位置合わせセンサ及び位置合わせアクチュエータを用いて、静止要素上に配置されたＸＹスケールに対する撮像構成の動作位置合わせを管理する。
【図１４】本明細書に開示されている原理に従った動作位置合わせサブシステムの様々な実施例において使用できる位置合わせセンサの第１の例示的な構成の図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図１は、多関節ロボット１１０及び補足計測位置座標決定システム１５０を含むロボットシステム１００の第１の例示的な実施例のブロック図である。補足計測位置座標決定システム１５０は、以下で更に詳しく記載するように、動作位置合わせサブシステム処理回路／ルーチン１９０に接続された位置合わせセンサＡＳｅｎを少なくとも含む動作位置合わせサブシステムＯＡＳの第１の例示的な実施例を含むように示されている。
【００２４】
多関節ロボット１１０は、第１及び第２のアーム部１２０及び１３０、第１及び第２の回転継手１２５及び１３５、位置センサＳＥＮ１及びＳＥＮ２、エンドツール構成ＥＴＣＮ、並びにロボット移動制御及び処理システム１４０を含む。第１のアーム部１２０は、第１のアーム部１２０の近位端ＰＥ１において第１の回転継手１２５に実装されている。第１の回転継手１２５（例えば支持ベース部ＢＳＥの上端に位置付けられている）は、ｚ軸方向に沿って位置合わせされた回転軸ＲＡ１を有し、第１のアーム部１２０が第１の回転継手１２５を中心としてｚ軸に直交するｘｙ面内で移動するようになっている。第１のアーム部１２０の遠位端ＤＥ１に第２の回転継手１３５が位置付けられている。第２の回転継手１３５は、ｚ軸方向に沿ってノミナルに位置合わせされた回転軸ＲＡ２を有する。第２のアーム部１３０は、第２のアーム部１３０の近位端ＰＥ２において第２の回転継手１３５に実装されて、第２のアーム部１３０が第２の回転継手１３５を中心としてｚ軸にノミナルに直交するｘｙ面内で移動するようになっている。様々な実施例において、第１及び第２の回転継手１２５及び１３５を中心とした第１及び第２のアーム部１２０及び１３０の角度位置（すなわちｘｙ面内）をそれぞれ決定するため、位置センサＳＥＮ１及びＳＥＮ２（例えば回転エンコーダ）を利用することができる。
【００２５】
様々な実施例において、エンドツール構成ＥＴＣＮは、Ｚ移動機構ＺＭＭ、Ｚアーム部ＺＡＲＭ、位置センサＳＥＮ３、及び、エンドツールＥＴＬに結合するエンドツール結合部ＥＴＣＰを含むことができる。様々な実施例において、エンドツールＥＴＬは、エンドツール検知部ＥＴＳＮと、（例えばワークピースＷＰの表面に接触するための）測定点ＭＰを備えたエンドツールスタイラスＥＴＳＴと、を含むことができる。Ｚ移動機構ＺＭＭは、第２のアーム部１３０の遠位端ＤＥ２の近傍に位置付けられている。Ｚ移動機構ＺＭＭ（例えばリニアアクチュエータ）は、Ｚアーム部ＺＡＲＭをｚ軸方向で上下に移動させるように構成されている。いくつかの実施例において、Ｚアーム部ＺＡＲＭは、ｚ軸方向に平行な軸を中心として回転するよう構成することも可能である。いずれの場合であっても、エンドツールＥＴＬは、エンドツール結合部ＥＴＣＰに結合され、対応する座標（例えばｘ座標、ｙ座標、及びｚ座標）を持つ対応するエンドツール位置ＥＴＰを有する。様々な実施例において、エンドツール位置ＥＴＰは、Ｚアーム部ＺＡＲＭの遠位端ＤＥ３に対応するか又は遠位端ＤＥ３の近傍とすることができる（例えば、エンドツール結合部ＥＴＣＰにあるか又はその近傍にある）。
【００２６】
移動制御システム１４０は、ロボット精度として規定された精度レベルでエンドツールＥＴＬのエンドツール位置ＥＴＰを制御するように構成されている。より具体的には、移動制御システム１４０は概して、少なくとも部分的に、位置センサＳＥＮ１及びＳＥＮ２を用いて第１及び第２の回転継手１２５及び１３５を中心とした第１及び第２のアーム部１２０及び１３０の角度位置（すなわちｘｙ面内）を検知及び制御することに基づいて、エンドツール位置ＥＴＰのｘ座標及びｙ座標をロボット精度で制御するように構成されている。様々な実施例において、移動制御及び処理システム１４０は第１及び第２の回転継手制御及び検知部１４１及び１４２を含むことができ、これらは、第１及び第２のアーム部１２０及び１３０の角度位置を検知するため位置センサＳＥＮ１及びＳＥＮ２からそれぞれ信号を受信する、及び／又は第１及び第２のアーム部１２０及び１３０を回転させるため第１及び第２の回転継手１２５及び１３５における制御信号を（例えばモータ等に）提供できる。
【００２７】
更に、移動制御システム１４０は概して、少なくとも部分的に、Ｚ移動機構ＺＭＭ及び位置センサＳＥＮ３を用いてＺアーム部ＺＡＲＭの線形位置（すなわちｚ軸に沿った）を検知及び制御することに基づいて、エンドツール位置ＥＴＰのｚ座標をロボット精度で制御するように構成されている。様々な実施例において、移動制御及び処理システム１４０はＺ移動機構制御及び検知部１４３を含むことができ、これは、Ｚアーム部ＺＡＲＭの線形位置を検知するため位置センサＳＥＮ３から信号を受信する、及び／又はＺアーム部ＺＡＲＭのｚ位置を制御するためＺ移動機構ＺＭＭ（例えばリニアアクチュエータ）に制御信号を提供できる。
【００２８】
また、移動制御及び処理システム１４０は、エンドツール検知部ＥＴＳＮから信号を受信することができる。様々な実施例において、エンドツール検知部ＥＴＳＮは、ワークピースＷＰを検知するためのエンドツールＥＴＬの動作に関連した回路及び／又は構成を含み得る。以下で更に詳しく記載されるように、様々な実施例において、エンドツールＥＴＬ（例えばタッチプローブ、スキャンプローブ、カメラ等）は、ワークピースＷＰ上の表面ロケーション／位置／ポイントに接触するため又は他の方法でそれらを検知するために利用され、これに対応した様々な信号がエンドツール検知部ＥＴＳＮによって受信、決定、及び／又は処理され、エンドツール検知部ＥＴＳＮは対応する信号を移動制御及び処理システム１４０に提供することができる。様々な実施例において、移動制御及び処理システム１４０はエンドツール制御及び検知部１４４を含むことができ、これは、エンドツール検知部ＥＴＳＮに制御信号を提供する及び／又はエンドツール検知部ＥＴＳＮから検知信号を受信することができる。様々な実施例において、エンドツール制御及び検知部１４４とエンドツール検知部ＥＴＳＮはマージされる及び／又は区別できない場合がある。様々な実施例において、第１及び第２の回転継手制御及び検知部１４１及び１４２、Ｚ移動機構制御及び検知部１４３、並びにエンドツール制御及び検知部１４４は全て、ロボット位置処理部１４５に出力を提供する及び／又はロボット位置処理部１４５から制御信号を受信することができる。ロボット位置処理部１４５は、ロボット移動制御及び処理システム１４０の一部として、多関節ロボット１１０及び対応するエンドツール位置ＥＴＰの全体的な配置を制御及び／又は決定できる。
【００２９】
様々な実施例において、補足計測位置座標決定システム１５０は、多関節ロボット１１０と共に含めるか又は他の方法で多関節ロボット１１０に追加することができる（例えば、既存の多関節ロボット１１０に追加するための改造構成の一部として等）。一般に、補足計測位置座標決定システム１５０は、エンドツール位置ＥＴＰの決定における精度レベルを向上させるために利用できる。より具体的には、以下で更に詳しく記載されるように、補足計測位置座標決定システム１５０を用いて、少なくともｚ軸に直交するｘｙ面内のｘ及びｙ計測位置座標について、エンドツール位置ＥＴＰの計測位置座標を示す相対位置を、ロボット精度よりも良好な精度レベルで決定することができる。
【００３０】
図１に示されているように、補足計測位置座標決定システム１５０は、第１の撮像構成１６０、ＸＹスケール１７０、画像トリガ部１８１、及び計測位置座標処理部１８５を含む。第１の撮像構成１６０は静止要素ＳＴＥに結合されている。様々な実施例において、静止要素ＳＴＥは、多関節ロボット１１０の動作可能な作業範囲ＯＰＶの少なくとも一部よりも上方に配置されたフレームを含むことができ、第１の撮像構成１６０は、動作可能な作業範囲ＯＰＶの一部よりも上方でこのフレームに固定されている。様々な実施例において、静止要素ＳＴＥは、静止要素ＳＴＥを多関節ロボット１１０に対して固定位置に（例えば固定の位置及び／又は向きで）維持するための１つ以上の構造支持要素ＳＳＰ（例えば床や天井等から延出している）を含み得る。
【００３１】
第１の撮像構成１６０は第１のカメラＣＡＭ１を含み、ｚ軸に対して平行に位置合わせされた光軸ＯＡ１を有する（例えばロボット精度に基づいてノミナルに位置合わせされるか、又は位置合わせセンサ信号に基づいて更に良好な精度で位置合わせされている）。第１の撮像構成１６０は、光軸ＯＡ１に沿った有効合焦範囲ＲＥＦＰを有する。様々な実施例において、範囲ＲＥＦＰは第１及び第２の有効合焦位置ＥＦＰ１及びＥＦＰ２によって画定できる。これについては以下で更に詳しく記載する。所与の時点で、第１の撮像構成１６０は、範囲ＲＥＦＰ内に収まる有効合焦位置ＥＦＰを有する。可変焦点距離（ＶＦＬ）レンズが使用される実施例では、範囲ＲＥＦＰはＶＦＬレンズの合焦範囲に対応し得る。
【００３２】
様々な実施例において、使用されるＶＦＬレンズは可変音響式屈折率分布型（ＴＡＧ：ｔｕｎａｂｌｅ  ａｃｏｕｓｔｉｃ  ｇｒａｄｉｅｎｔ  ｉｎｄｅｘ  ｏｆ  ｒｅｆｒａｃｔｉｏｎ）レンズとすることができる。このようなＴＡＧレンズの一般的な動作に関して、様々な実施例では、レンズコントローラ（例えば第１の撮像構成制御及び画像処理部１８０に含まれる）が、迅速にＴＡＧレンズの屈折力を周期的に調整又は変調して、２５０ｋＨｚ、又は７０ｋＨｚ、又は３０ｋＨｚ等の（すなわちＴＡＧレンズ共振周波数の）周期的変調が可能な高速ＴＡＧレンズを達成することができる。このような構成では、第１の撮像構成１６０の有効合焦位置ＥＦＰを、範囲ＲＥＦＰ（例えば自動合焦サーチ範囲）内で（迅速に）移動させることができる。有効合焦位置ＥＦＰ１（又はＥＦＰｍａｘ）はＴＡＧレンズの最大屈折力に対応し、有効合焦位置ＥＦＰ２（又はＥＦＰｍｉｎ）はＴＡＧレンズの負の最大屈折力に対応し得る。様々な実施例において、範囲ＲＥＦＰの中央はＥＦＰｎｏｍと示され、ＴＡＧレンズのゼロの屈折力に対応し得る。
【００３３】
様々な実施例では、このようなＶＦＬレンズ（例えばＴＡＧレンズ）及び対応する範囲ＲＥＦＰを好都合に選択することで、この構成は、有効合焦位置ＥＦＰを変更するための第１の撮像構成１６０の巨視的機械的調整及び／又はコンポーネント間の距離の調整の必要性を限定又は排除することができる。例えば、第２のアーム部１３０の遠位端ＤＥ２において未知の量の傾斜又は「たわみ（ｓａｇ）」が発生する可能性のある（例えば、第１及び第２のアーム部１２０及び１３０の重さ及び／又は特定の向き等に起因して）実施例では、第１の撮像構成１６０からＸＹスケール１７０までの精密な合焦距離は未知である及び／又はアームの異なる向き等によって変動する可能性がある。このような構成では、有効合焦位置ＥＦＰをスキャンするか又は他の方法で調整してＸＹスケール１７０を特定し正確に合焦を実行できるＶＦＬレンズを利用することが望ましい場合がある。
【００３４】
様々な実施例において、ＸＹスケール１７０は、ノミナルで平面状の基板ＳＵＢ（図４に示されている）を含む。平面状の基板ＳＵＢとノミナルで一致するようにスケール面が規定され、このスケール面に垂直な方向をスケール撮像軸方向ＳＩＡとして規定することができる。図示されている実施例において、ＸＹスケール１７０は、スケール撮像軸方向ＳＩＡが第１の撮像構成１６０の光軸ＯＡ１と少なくともノミナルで位置合わせされる（すなわち平行である）動作構成に位置合わせされている。
【００３５】
いくつかの実施例では、動作位置合わせサブシステムＯＡＳの動作位置合わせアクチュエータ構成ＡＡｃｔを省略する（又は使用しない）ことがあり、多関節ロボット１１０の１つ以上の姿勢（ｐｏｓｅ）において、スケール撮像軸方向ＳＩＡは単に光軸ＯＡ１及び／又はｚ軸とノミナルに位置合わせされる（例えばロボット精度に基づいて）。このような位置合わせは「受動的」又は開ループであり、小さいたわみ／傾きの位置ずれ角度ＭｉｓＡｎｇ（例えば図２Ｂに示されている）に関連した小さい位置合わせ誤差が発生し得ることは認められよう。これは、図１に示されている多関節ロボット１１０のロボット精度、及び／又はこのロボットの様々な姿勢において重力の結果生じる不可避のロボット変形に基づくか又はそれらに起因するものである。本明細書で用いられる慣習に従って、このような小さい位置合わせ誤差は、本明細書で概説される様々な実施例における「名目」動作構成の規定内及び／又は「名目」位置合わせの規定内に収まると見なすことができる。
【００３６】
しかしながら、他の実施例では、動作位置合わせアクチュエータ構成ＡＡｃｔ（例えば図１に示されている別個の動作位置合わせアクチュエータ構成ＡＡｃｔ）が動作位置合わせサブシステムＯＡＳに含まれ、使用される。このような実施例では、位置合わせセンサからの信号（光軸ＯＡ１に対して既知の及び／又は安定した位置合わせを有する）に基づいて、動作位置合わせアクチュエータ構成ＡＡｃｔは、多関節ロボット１１０の動作中の１又は複数の所望の時点で、多関節ロボット１１０の１つ以上の姿勢においてスケール撮像軸方向ＳＩＡを光軸ＯＡ１と能動的に位置合わせすることができる。このような位置合わせが能動的又は閉ループであり、多関節ロボット１１０の動作中の１又は複数の所望の時点で上述の小さいたわみ／傾斜の位置ずれ角度ＭｉｓＡｎｇに応じた小さい位置合わせ誤差を能動的に補正できることは認められよう。図示されている実施例において、位置合わせ誤差を能動的に補正するには、位置合わせ制御部１９２で発生した１又は複数の位置合わせ制御信号ＡＣｏｎｔを用いて、位置合わせセンサＡＳｅｎにより与えられた１又は複数の位置合わせ信号Ａｓｉｇに基づいて可動ＸＹスケール１７０の位置合わせを調整するように別個の動作位置合わせアクチュエータ構成ＡＡｃｔを制御し、位置合わせ信号Ａｓｉｇで示されるように、光軸ＯＡ１及びスケール撮像軸方向ＳＩＡが平行に配置されるＸＹスケール１７０及び第１の撮像構成１６０の動作構成を提供すればよい。
【００３７】
先に概説したように、図１に示されている実施例において、動作位置合わせサブシステムＯＡＳは、位置合わせセンサＡＳｅｎ、別個の動作位置合わせアクチュエータＡＡｃｔ、及び動作位置合わせサブシステム処理回路／ルーチン１９０を含む。動作位置合わせサブシステム処理回路／ルーチン１９０は少なくとも位置合わせ信号処理部１９１を含み、これは、位置合わせセンサＡｓｅｎの１もしくは複数の位置合わせ信号Ａｓｉｇのための主な信号調節及び／又は補正、及び／又は、１もしくは複数の位置合わせ信号Ａｓｉｇに対応する位置ずれ角度／ベクトルもしくは残留位置ずれ角度／ベクトルを決定する解析を行う信号処理を実行することができる。これについては以下で更に詳しく記載する。
【００３８】
動作位置合わせサブシステムＯＡＳが何らかの形態の動作位置合わせアクチュエータＡＡｃｔを含む実施例では、動作位置合わせサブシステム処理回路／ルーチン１９０は更に位置合わせ制御部１９２を含む。位置合わせ制御部１９２は概して、位置合わせセンサＡＳｅｎにより与えられる１又は複数の位置合わせ信号Ａｓｉｇに基づいてＸＹスケール又は第１の撮像構成のうち可動のものの位置合わせを調整するように構成されており、これによって、（例えば上記で概説したように）位置合わせ信号Ａｓｉｇで示されるように、第１の撮像構成の光軸（例えばＯＡ１）及びスケール撮像軸方向ＳＩＡが平行に配置されるＸＹスケール及び第１の撮像構成の動作構成を提供する。
【００３９】
図１に示され、上記で概説された動作位置合わせサブシステム処理回路／ルーチン１９０の構成は、単なる例示であって限定ではないことは認められよう。様々な実施例において、位置合わせサブシステム処理回路／ルーチン１９０の様々な部分は、外部制御システムＥＣＳの外部に（例えば動作位置合わせセンサＡＳｅｎに）配置することができるか、又は補足計測位置座標決定システム１５０の他の部分（例えば部分１８５及び／又は１８７）とマージされる及び／又は区別できない場合がある。いくつかの実施例では、動作位置合わせサブシステム処理回路／ルーチン１９０は、本明細書に開示されている様々な動作原理又は機能を実施するため、破線１９３で示されるように、ロボット移動及び制御処理システム１４０と位置及び／又は位置合わせ情報及び／又は制御信号を交換することができる。本明細書に開示されている原理に従った様々な動作位置合わせサブシステムＯＡＳの前述の態様及び他の態様については、以下で追加の図を参照して更に詳しく記載する。
【００４０】
ＸＹスケール１７０は、基板ＳＵＢ上に分散した複数のそれぞれ撮像可能な要素を含み得る。それぞれ撮像可能な要素は、ＸＹスケール１７０上の既知のｘ及びｙスケール座標に配置されている。様々な実施例において、ＸＹスケール１７０は、図４及び図５を参照して以下で更に記載されるように、インクリメンタルスケール又はアブソリュートスケールとすることができる。
【００４１】
様々な実施例において、画像トリガ部１８１及び／又は計測位置座標処理部１８５は、外部制御システムＥＣＳの一部として（例えば外部コンピュータ等の一部として）含めることができる。画像トリガ部１８１は、第１の撮像構成制御及び処理部１８０の一部として含めることができる。様々な実施例において、画像トリガ部１８１は、エンドツール位置ＥＴＰに関連した少なくとも１つの入力信号を入力し、この少なくとも１つの入力信号に基づいて第１の撮像トリガ信号のタイミングを決定し、更に、この第１の撮像トリガ信号を第１の撮像構成１６０に出力するよう構成されている。様々な実施例において、第１の撮像構成１６０は、第１の撮像トリガ信号の受信に応答して、画像取得時点でＸＹスケール１７０のデジタル画像を取得するよう構成されている。様々な実施例において、計測位置座標処理部１８５は、取得された画像を入力し、ＸＹスケール１７０の取得された画像に含まれる少なくとも１つの撮像可能要素及び関連する既知のＸＹスケール座標位置を識別するように構成されている。様々な実施例において外部制御システムＥＣＳは、対応するモードを実施するため、標準ロボット位置座標モード部１４７及び補足計測位置座標モード部１８７も含むことができる。これらについては以下で更に詳しく記載する。
【００４２】
様々な実施例において、第１の撮像構成１６０は、カメラＣＡＭ１の画像積分を定期的に（例えば設定されたタイミング間隔で）活性化するコンポーネント（例えばサブ回路、ルーチン等）を含むことができ、第１の撮像トリガ信号は、ストロボ光タイミング、又は事実上動きを止めると共に対応して積分期間内の露光を決定する他の機構を活性化できる。このような実施例では、積分期間中に第１の撮像トリガ信号が受信されない場合、得られる画像を破棄することができ、積分期間中に第１の撮像トリガ信号が受信された場合、得られる画像をセーブする及び／又は他の方法で処理／解析して相対位置を決定することができる。これについては以下で更に詳しく記載する。
【００４３】
様々な実施例において、異なるタイプのエンドツールＥＴＬは、画像トリガ部１８１に対して使用され得る異なるタイプの出力を提供できる。例えば、エンドツールＥＴＬが、ワークピースを測定するために使用されるタッチプローブであり、ワークピースに触れるとタッチ信号を出力する実施例では、画像トリガ部１８１は、そのタッチ信号又はそれから導出された信号を少なくとも１つの入力信号として入力し、それに基づいて第１の撮像トリガ信号のタイミングを決定するように構成できる。別の例として、エンドツールＥＴＬが、ワークピースを測定するために使用されるスキャンプローブであり、各サンプルタイミング信号に対応した各ワークピース測定サンプルデータを与える実施例では、画像トリガ部１８１は、その各サンプルタイミング信号又はそれから導出された信号を少なくとも１つの入力信号として入力するように構成できる。別の例として、エンドツールＥＴＬが、各ワークピース画像取得信号に対応した各ワークピース測定画像を与えるために使用されるカメラである実施例では、画像トリガ部１８１は、そのワークピース画像取得信号又はそれから導出された信号を少なくとも１つの入力信号として入力するように構成できる。
【００４４】
図１の例示的な実施例において、補足計測位置座標決定システム１５０は、第２のアーム部１３０の遠位端ＤＥ２の近傍で第２のアーム部１３０に結合されたＸＹスケール１７０と、静止要素ＳＴＥ（例えば多関節ロボット１１０よりも上方に配置されたフレーム）に結合されると共に第１の参照位置ＲＥＦ１を規定する第１の撮像構成１６０と、を用いて構成されている。代替的な実施例では（例えば以下で図３を参照して更に詳しく記載されるように）、補足計測位置座標決定システムは、第２のアーム部１３０の遠位端ＤＥ２の近傍で第２のアーム部１３０に結合された第１の撮像構成１６０と、静止要素ＳＴＥに結合されると共に第１の参照位置ＲＥＦ１を規定するＸＹスケール１７０と、を用いて構成されている。
【００４５】
いずれの場合であっても、以下で更に詳しく記載するように、ｚ軸に沿ったＸＹスケール１７０の位置は、第１の撮像構成１６０の合焦の範囲内であり（例えば合焦位置はＶＦＬレンズによって又は他の方法で調整され得る）、補足計測位置座標決定システム１５０は、取得した画像内で識別された少なくとも１つの撮像可能要素の画像位置の決定に基づいて、計測位置座標処理部１８５が、ＸＹスケール１７０又は第１の撮像構成１６０のうち可動のものと第１の参照位置ＲＥＦ１との相対位置（例えばｘ及びｙ座標を含む）をロボット精度よりも良好な精度レベルで決定するように動作可能であるよう構成されている。決定された相対位置は、画像取得時点におけるエンドツール位置ＥＴＰの計測位置座標について、少なくともｚ軸の横断方向又は直交方向であるｘｙ面内のｘ及びｙ計測位置座標をロボット精度よりも良好な精度レベルで示す。様々な実施例において、補足計測位置座標決定システム１５０は、決定された相対位置、及び、エンドツール位置ＥＴＰとＸＹスケール１７０又は第１の撮像構成１６０のうち可動のものとの間の既知の座標位置オフセット（ｘ及びｙ座標オフセット）に基づいて、画像取得時点におけるエンドツール位置ＥＴＰの計測位置座標を決定するように構成できる。このようなシステムが種々の代替的なシステムよりも優れたいくつかの利点を有し得ることは認められよう。例えば様々な実施例において、本明細書に開示されるようなシステムは、ロボット移動／位置を追跡するためにレーザトラッカ又は写真測量法のような技術を利用する代替的なシステムに比べて、小型である及び／又は低費用である可能性があり、更に、いくつかの実施例では精度が高い可能性もある。また、開示されるシステムは、動作可能な作業範囲ＯＰＶのどの部分も占有したり覆い隠したりしないが、代替的なシステムは、ワークピースに作業及び／又は検査等が実行される可能性のあるエリア（例えば動作可能な作業範囲）内の地上もしくはステージ上もしくは他の場所に、スケール又は基準を含むことがある。
【００４６】
図２Ａ及び図２Ｂは、第１の撮像構成１６０及び動作位置合わせサブシステムＯＡＳの位置合わせセンサＡＳｅｎが静止要素ＳＴＥ（例えば図１の静止要素ＳＴＥ）に結合されている、図１のロボットシステム１００と同様のロボットシステム２００の第２の例示的な実施例の等角投影図である。図２Ｂは、図２Ａのロボットシステムの等角投影図であり、位置合わせセンサＡＳｅｎによって示すことができるいくつかの誤差を示している。
【００４７】
図２Ａ及び図２Ｂのいくつかの番号を付けたコンポーネント（例えば１ＸＸ又は２ＸＸ）は、図１の同一又は同様の番号を付けた対応するコンポーネント（例えば１ＸＸ）に相当する及び／又はそれらと同様の動作を有し、それらと同様又は同一であると理解することができ、そうでなければ類推によって及び以下で記載するように理解され得ることは認められよう。同様の及び／又は同一の設計及び／又は機能を有する要素を示すためのこの番号付けスキームは、同一の又は同様の番号を付けた対応するコンポーネントを含む本明細書の他の様々な図にも適用される。場合によっては、後の図における明らかに同様の又は同一の要素の参照番号を省略することで、視覚的な混乱を回避すると共に、それらの後の図で導入される新たな要素又は異なる要素をいっそう明確に図示し強調する。このような同様の又は同一の要素は、様々な図において、記載又は文脈で指示される場合を除いて前述の記載からの類推により認識及び理解することができる。
【００４８】
図２Ａ及び図２Ｂの構成では、図１に示されている動作位置合わせアクチュエータ構成ＡＡｃｔは省略され、ＸＹスケール１７０は第２のアーム部１３０の遠位端ＤＥ２の近傍で第２のアーム部１３０に結合されている。様々な実施例において、図１を参照して上述したように、第１の撮像構成１６０が結合されている静止要素ＳＴＥは、多関節ロボット１１０よりも上方に配置されたフレームを含み得る。様々な実施例において、多関節ロボット１１０のコンポーネントのいくつかの移動、座標、及び角度に言及するため、異なる参照軸及び参照線を指定することがある。例えば、第１及び第２のアーム部１２０及び１３０には、各アーム部の中心を通る水平中心線ＣＬ１及びＣＬ２をそれぞれ指定できる。第１のアーム部１２０の中心線ＣＬ１とｘｚ面との間に生じる角度Ａ１を指定できる（例えば、第１の回転軸ＲＡ１を中心とする第１の回転継手１２５の回転量に従って）。第１のアーム部１２０の水平中心線ＣＬ１と第２のアーム部１３０の水平中心線ＣＬ２との間に生じる角度Ａ２を指定できる（例えば、第２の回転軸ＲＡ２を中心とする第２の回転継手１３５の回転量に従って）。
【００４９】
様々な実施例において、エンドツール構成ＥＴＣＮは、第２のアーム部１３０の遠位端ＤＥ２の近傍で第２のアーム部１３０に結合することができ、第２のアーム部１３０の中心線ＣＬ２とノミナルで交差するエンドツールＥＴＬのエンドツール軸ＥＡを有することを指定でき、エンドツール軸ＥＡは一般に、回転軸ＲＡ２及びｚ軸に平行であると仮定される。様々な実施例において、エンドツール軸ＥＡはエンドツール位置ＥＴＰを通り、ＸＹスケール１７０からの既知の座標位置オフセットを有する（すなわちｘ及びｙ座標）。これに応じて、エンドツール位置ＥＴＰとＸＹスケール１７０との間には既知の座標位置オフセットが存在し得る。例えばＸＹスケール１７０は、（例えばＸＹスケール１７０の中心又はエッジに）指定された参照点を有することができ、この参照点は、エンドツール軸ＥＡから、及び、これに応じてエンドツール位置ＥＴＰから、ｘｙ面内で既知の座標位置オフセット（例えば既知の距離）を有する。様々な実施例において、このような既知の座標位置オフセットは、既知のｘオフセット及び既知のｙオフセットで表現することができる。
【００５０】
様々な実施例において、エンドツール位置ＥＴＰとＸＹスケール１７０との間の既知の座標位置オフセットは、エンドツール位置ＥＴＰの計測位置座標を決定するためのプロセスの一部として利用できる。更に具体的には、上述のように、補足計測位置座標決定システム１５０は、取得した画像内で識別された（すなわちＸＹスケール１７０の）少なくとも１つの撮像可能要素の画像位置の決定に基づいて、計測位置座標処理部１８５が、ＸＹスケール１７０と第１の参照位置ＲＥＦ１（すなわち静止している第１の撮像構成１６０によって規定される）との間の相対位置を決定するように動作するよう構成できる。補足計測位置座標決定システム１５０は更に、決定された相対位置、及び、エンドツール位置ＥＴＰと可動ＸＹスケール１７０との間の既知の座標位置オフセットに基づいて、エンドツール位置ＥＴＰの計測位置座標を決定するように構成できる。１つの具体的な例示の実施例では、エンドツール位置ＥＴＰの計測位置座標を決定するため、既知の座標位置オフセット（例えば、既知のｘオフセット及び既知のｙオフセットで表現される）を、決定された相対位置に加算するか又は他の方法でこれと組み合わせることができる。
【００５１】
１つの具体的な例示の位置座標構成として、ＸＹスケール１７０は、参照位置（例えば原点位置）をＸ０、Ｙ０、Ｚ０に有することを指定できる（例えば原点位置は０、０、０の値を有し得る）。このような構成では、参照位置ＲＥＦ１（すなわち静止している第１の撮像構成１６０によって規定される）は相対座標Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１に存在し、これに対応する視野ＦＯＶ１（例えば取得された画像に対応する）の中心は相対座標Ｘ１、Ｙ１、Ｚ０に存在し得る。ＸＹスケール１７０から延出するｘｙ面内のエンドツール軸ＥＡの位置は、相対座標Ｘ２、Ｙ２、Ｚ０を有すると指定できる。エンドツール位置ＥＴＰは座標Ｘ２、Ｙ２、Ｚ２を有すると指定できる。様々な実施例において、エンドツールＥＴＬは、座標Ｘ３、Ｙ３、Ｚ３を有すると指定できる測定点ＭＰ（例えばワークピースに接触するためのエンドツールスタイラスＥＴＳＴの端部にある）を有し得る。エンドツールＥＴＬの測定点ＭＰがエンドツールの残り部分に対してｘ方向又はｙ方向に変動しない実施例では、Ｘ３及びＹ３座標はそれぞれＸ２及びＹ２座標に等しい可能性がある。
【００５２】
１つの具体的な例示の実施例では、取得された画像を計測位置座標処理部１８５によって解析して、相対位置を決定することができる（例えば、静止している第１の撮像構成１６０の視野ＦＯＶ１の中心に対応するＸ１、Ｙ１座標を決定する）。このような決定は、（例えばスケールに対するカメラの位置を決定するための）標準的なカメラ／スケール画像処理技法に従って実行できる。このような技法の様々な例が、米国特許第６，７８１，６９４号、第６，９３７，３４９号、第５，７９８，９４７号、第６，２２２，９４０号、及び第６，６４０，００８号に記載されている。これらの各々は援用により全体が本願に含まれる。様々な実施例では、このような技法を用いて、スケール範囲内（例えばＸＹスケール１７０内）の視野の位置（例えばカメラの位置に対応している）を決定できる。様々な実施例において、このような決定は、ＸＹスケール１７０の取得された画像内に含まれる少なくとも１つの各撮像可能要素及びそれに関連した各既知のＸＹスケール座標位置を識別することを含み得る。このような決定は、ＸＹスケール１７０と第１の参照位置ＲＥＦ１（すなわち静止している第１の撮像構成１６０によって規定される）との間の相対位置を決定することに対応し得る。次いで、エンドツール位置ＥＴＰとＸＹスケール１７０との間の既知の座標位置オフセットに従って、相対Ｘ２、Ｙ２座標（すなわちエンドツール位置ＥＴＰの）を決定することができる（例えば、Ｘ２及びＹ２を決定するためＸ１及びＹ１にｘ及びｙ位置オフセット値を加算する）。
【００５３】
先に概説したように、図２Ａ及び図２Ｂが示す実施例では、第１の撮像構成１６０及び動作位置合わせサブシステムＯＡＳの位置合わせセンサＡＳｅｎが静止要素ＳＴＥに結合され、ＸＹスケール１７０が可動第２のアーム部１３０に結合されている。位置合わせセンサＡＳｅｎは第１のカメラＣＡＭ１の近傍に配置され、既知の方法に従って、第１のカメラＣＡＭ１及び第１の撮像構成１６０に対して剛性構成に実装されている。この剛性構成では、位置合わせセンサＡＳｅｎにより出力される位置合わせビームＡＢｅａｍを、第１の撮像構成１６０の光軸ＯＡ１と平行に又はほぼ平行に位置合わせすることが望ましい。このような事例において、位置合わせビームＡＢｅａｍがＸＹスケールに対して垂直に位置合わせされている場合、必要に応じてスケール撮像軸方向ＳＩＡを光軸ＯＡ１に対して平行に位置合わせして、本明細書に開示され特許請求される原理に従って所望の動作構成を確立する。しかしながら、位置合わせビームＡＢｅａｍ及び光軸ＯＡ１がほぼ平行であるに過ぎない場合、実際的な結果として、様々な用途では、重要でないか又は補償の対象となる可能性のある一定のオフセット誤差が生じる。
【００５４】
説明のため、図２Ａは名目動作構成の理想的な事例を示している。これは、本明細書において前述した慣習によれば、受動的又は開ループの位置合わせ構成であり、ＸＹスケール１７０に対して垂直に規定されたスケール撮像軸方向ＳＩＡ及び光軸ＯＡ１は、セットアップ手順中に相互に対してノミナルで平行にセットアップされ、その後この構成で動作する。図示されている理想的な事例では、ロボットシステム２００の様々なアーム部に大きいたわみ又はねじれは存在せず、所望の動作構成（ＸＹスケール１７０に対して垂直に規定されたスケール撮像軸方向ＳＩＡが光軸ＯＡ１に対して平行に位置合わせされている）が一度セットアップされると、この所望の動作構成は、たわみ又はねじれ等による残留位置ずれＭｉｓＡｎｇが存在しない状態で、図示されている位置において及びロボットシステム２００の他の位置において維持される。
【００５５】
位置合わせセンサＡＳｅｎは、名目又は参照の向きに対して限られた範囲内の残留位置ずれＭｉｓＡｎｇ（図２Ｂに示されている）でＸＹスケールに対する垂直方向を決定するのに適した任意のタイプのものとすればよい。図示されている実施例において、所望の動作構成は、反射位置合わせビームＡＢｅａｍＲがＸＹスケール１７０上の位置合わせ反射要素ＡＲＦから反射して、出力位置合わせビームＡＢｅａｍと同一の経路に沿って位置合わせセンサＡｓｅｎに戻り、ヌル又は参照位置で位置合わせセンサＡｓｅｎの検出器に入射することに対応する。これにより、残留位置ずれを示さない（ＭｉｓＡｎｇ＝０）前述の位置合わせ信号ＡＳｉｇのヌル又は参照信号値が発生する。位置合わせセンサＡＳｅｎにおいて使用できる例示的な構成については、以下で図１４を参照して更に説明する。ＸＹスケール１７０及び位置合わせ要素ＡＲＦに使用できる例示的な構成については、以下で図４及び図５を参照して更に説明する。
【００５６】
可動ＸＹスケールは、エンドツール実装構成ＥＴＭＣ、エンドツールＥＴＬ、（例えばエンドツール位置ＥＴＰ）、及びエンドツールＥＴＬの測定点ＭＰに対して剛性関係に構成されていることは認められよう。このため、ＸＹスケール１７０とエンドツール位置ＥＴＰ及び／又は測定点ＭＰとの間の座標オフセットは一定であり、較正することができる。更に、位置合わせセンサＡｓｅｎによって定量的に示され得る限られた範囲内の残留位置ずれＭｉｓＡｎｇにおいて、エンドツールＥＴＬの残留位置ずれ（例えば位置ずれ角度又はベクトル）を知ることができ、示された残留位置ずれに基づいて、対応するエンドツール位置ＥＴＰ及び／又は測定点ＭＰの位置ずれ又は誤差を決定し、少なくとも部分的に補正又は補償できることは認められよう。これについては以下で図２Ｂを参照して更に詳しく記載する。
【００５７】
図２Ｂは、図２Ａに示されているものと同じ構成を示すが、ロボットシステム２００の様々なアーム部が著しい量のたわみ又はねじれ（例えば数十又は数百ミクロンのオーダー）を有する理想的でない事例すなわち実例である。先に概説した慣習に従って、この構成も、予想された又は指定された名目範囲内のロボット精度（例えば、様々な従来技術のロボットシステムで予想及び／又は許容されている）の配置及び測定結果を提供する名目動作構成を与えるものとして説明できる。
【００５８】
図２Ｂに示されている現実の事例では、ロボットシステム２００の様々なアーム部は著しいたわみ及び／又はねじれを有し、この結果、ＸＹスケール１７０は対応する残留位置ずれＭｉｓＡｎｇ（例えば残留位置ずれ角度）に偏向する。多くの実際のロボットシステムでは、このような残留位置ずれＭｉｓＡｎｇの角度は小さく、ＸＹスケール１７０は、残留位置ずれＭｉｓＡｎｇによってＸ及びＹに著しく変位することなくＺに著しく変位する可能性がある。従って、図２Ａに比べて光軸ＯＡ１は、同一のＸ及びＹ座標（Ｘ１、Ｙ１）であるが異なるＺ座標（Ｚ０でなくＺ０’）でＸＹスケールと交差するように図示されている。
【００５９】
しかしながら、「タッチプローブ」エンドツールＥＴＬのエンドツール位置ＥＴＰ及び測定点位置ＭＰは、ＸＹスケール１７０のスケール面に対するそれぞれのオフセットＬｏｆｆＥＰＴ及びＬｏｆｆＭＰと残留位置ずれＭｉｓＡｎｇの角度が相互作用することに起因して、Ｘ及びＹにも著しく変位すると共にＺにも著しく変位することが観察され得る。オフセットＬｏｆｆＥＰＴ及びＬｏｆｆＭＰは、スケール面に垂直な方向（及び／又は名目Ｚ軸）に沿った方向であることがわかる。これらのオフセットは設計又は較正によって知ることができる。測定位置ＭＰの座標変位又は誤差について、（Ｘ３’−Ｘ３）はＳＩＮ（ＭｉｓＡｎｇＸ）＊ＬｏｆｆＭＰで近似でき、（Ｙ３’−Ｙ３）はＳｉｎ（ＭｉｓＡｎｇＹ）＊ＬｏｆｆＭＰで近似できることは当業者に認められよう。ここで、ＭｉｓＡｎｇＸ及びＭｉｓＡｎｇＹは、それぞれＸＺ面及びＹＺ面における残留位置ずれＭｉｓＡｎｇの角度成分である。同様に、エンドツール位置ＥＴＰの座標変位又は誤差について、（Ｘ２’−Ｘ２）はＳＩＮ（ＭｉｓＡｎｇＸ）＊ＬｏｆｆＥＴＰで近似でき、（Ｙ２’−Ｙ２）はＳＩＮ（ＭｉｓＡｎｇＹ）＊ＬｏｆｆＥＴＰで近似できる。上記で概説したように残留位置ずれが存在する場合、残留位置ずれＭｉｓＡｎｇに基づくこれらの決定された座標変位又は誤差を用いて、エンドツール位置ＥＴＰ又はエンドツールの測定点位置ＭＰを示す計測位置座標セットを、少なくとも部分的に補正又は補償できる。すなわち、少なくとも、その計測位置座標セットのうち、スケール撮像軸方向の横断方向又は直交方向（例えばＸ及びＹ座標）の少なくとも１つのベクトル成分を補正又は補償できる。いくつかの実施例では、位置合わせセンサＡＳｅｎによって示される残留位置ずれＭｉｓＡｎｇ、並びにロボットシステム２００の様々なアーム部及び軸受の既知の幾何学的形状と向き及び機械的特徴（例えばビーム特性）に基づいて、（Ｚ２’−Ｚ２）及び／又は（Ｚ３’−Ｚ３）に関連する座標変位又は誤差を近似できる。このような実施例では、位置合わせセンサＡＳｅｎによって示される残留位置ずれに基づいて、計測位置座標セットのＺ座標に存在する誤差も少なくとも部分的に補正又は補償することができる。いくつかの実施例では、動作位置合わせサブシステムＯＡＳの動作において残留位置ずれＭｉｓＡｎｇの大きさを査定することができ、この大きさが所定の閾値（例えば関連する誤差限度）を超えている場合、視野ＦＯＶ１におけるＸＹスケール１７０の並進又は変位を補償又は補正することに関連した動作を実行できる。例えば、位置合わせセンサＡＳｅｎによって示される残留位置ずれＭｉｓＡｎｇ、並びにロボットシステム２００の様々なアーム部及び軸受の既知の幾何学的形状と向き及び機械的特徴（例えばビーム特性）に基づいて、大きい残留位置ずれに起因したＸＹスケール１７０のＸ及びＹ変位を近似できる。このような実施例では、位置合わせセンサＡＳｅｎによって示される残留位置ずれに関連する計算に基づいて、ＸＹスケール１７０の撮像可能要素のＸＹ画像位置座標及び／又は対応する計測位置座標セットに存在する誤差を少なくとも部分的に補正又は補償することができる。ＸＹスケール又は第１の撮像構成のうち可動のものと第１の参照位置との間の相対位置を示す計測位置座標セットに、このようなＸ及びＹ画像位置補正を含めるか否かの決定は、残留位置ずれの大きさ及び特定の用途において望まれる精度に基づき得ることは認められよう。
【００６０】
図３Ａ及び図３Ｂは、図１のロボットシステム１００並びに図２Ａ及び図２Ｂのロボットシステム２００と同様のロボットシステム３００の第３の例示的な実施例の等角投影図であるが、異なる点は、第１の撮像構成１６０及び動作位置合わせサブシステムＯＡＳの位置合わせセンサＡＳｅｎが第２のアーム部１３０の遠位端ＤＥ２の近傍で可動の第２のアーム部１３０に結合され、ＸＹスケール１７０が静止要素ＳＴＥに結合されると共に第１の参照位置ＲＥＦ１を規定していることである。特に、図３Ｂは図３Ａのロボットシステムの等角投影図であり、位置合わせセンサＡＳｅｎで示すことができるいくつかの誤差を例示している。図２Ａ及び図２Ｂの構成と同様、図１に示されている動作位置合わせアクチュエータ構成ＡＡｃｔは省略されている。
【００６１】
前述のように、図３Ａ及び図３Ｂのいくつかの番号を付けたコンポーネント（例えば３ＸＸ又）は、図１Ａ、図２Ａ、及び図２Ｂの同一又は同様の番号を付けた対応するコンポーネント（例えば１ＸＸ、２ＸＸ）に相当し、それらと同様又は同一であり、それらからの類推によって及び以下で記載するように理解され得る。場合によっては、後の図における明らかに同様の又は同一の要素の参照番号を省略することで、視覚的な混乱を回避することがあるが、それらは先に概説したように理解され得る。
【００６２】
図３Ａは、多くの点で図２Ａの前述の記載に対する類推から理解することができ、従って以下では大きな相違点のみが強調される。図３Ａに関して、第１の撮像構成１６０は、（例えば第１の撮像構成１６０の有効レンズ位置の中心に）指定された参照点を有し、これは座標（Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１）を有するものとして図示されている。
【００６３】
図２Ａと同様、説明のために、図３Ａは名目動作構成の理想的な事例を示している。これは、図２Ａを参照して前述されたものと同じ慣習によれば、受動的又は開ループの位置合わせ構成であり、スケール撮像軸方向ＳＩＡ及び光軸ＯＡ１は相互に対してノミナルで平行にセットアップされ、その後この構成で動作する。図示されている理想的な事例では、ロボットシステム２００の様々なアーム部に大きいたわみ又はねじれは存在せず、所望の名目動作構成が維持される。図示されている実施例において、所望の動作構成は、図２Ａを参照して前述したように、反射位置合わせビームＡＢｅａｍＲがＸＹスケール１７０上の位置合わせ反射要素ＡＲＦから反射して、出力位置合わせビームＡＢｅａｍと同一の経路に沿って位置合わせセンサＡｓｅｎに戻り、残留位置ずれを示さない（ＭｉｓＡｎｇ＝０）前述の位置合わせ信号ＡＳｉｇのヌル又は参照信号値を発生することに対応する。
【００６４】
可動の第１の撮像構成１６０及び位置合わせセンサＡＳｅｎは、相互に対して、また、エンドツール実装構成ＥＴＭＣ、エンドツールＥＴＬ、（例えばエンドツール位置ＥＴＰ）、及びエンドツールＥＴＬの測定点ＭＰに対して、剛性関係に構成されていることは認められよう。このため、第１の撮像構成１６０の指定された参照点とエンドツール位置ＥＴＰ及び／又は測定点ＭＰとの間の座標オフセットは一定であり、較正することができる。更に、位置合わせセンサＡｓｅｎによって定量的に示され得る限られた範囲内の残留位置ずれＭｉｓＡｎｇにおいて、エンドツールＥＴＬの残留位置ずれ（例えば位置ずれ角度又はベクトル）を知ることができ、示された残留位置ずれに基づいて、対応するエンドツール位置ＥＴＰ及び／又は測定点ＭＰの位置ずれ又は誤差を決定し、少なくとも部分的に補正又は補償できることは認められよう。これについては、図２Ｂを参照して先に概説した同様の決定及び補償又は補正に対する類推から理解すればよい。
【００６５】
図３Ｂは、図３Ａに示されているものと同じ構成を示すが、ロボットシステム３００の様々なアーム部が著しい量のたわみ又はねじれ（例えば数十又は数百ミクロンのオーダー）を有する理想的でない事例すなわち実例である。先に概説した慣習に従って、この構成も、予想された又は指定された名目範囲内のロボット精度（例えば、様々な従来技術のロボットシステムで予想及び／又は許容されている）の配置及び測定結果を提供する名目動作構成を与えるものとして説明できる。図３Ａは、多くの点で図２Ｂの前述の記載に対する類推から理解することができ、従って以下では大きな相違点のみが強調される。
【００６６】
図３Ｂに関して、図２Ａ及び図２Ｂに示された構成には存在しない残留位置ずれＭｉｓＡｎｇに起因した追加の誤差が発生する可能性がある。具体的には、残留位置ずれＭｉｓＡｎｇに応じて、第１の撮像構成１６０の視野ＦＯＶ１は、ＸＹスケール１７０において所望の又は参照位置合わせ位置（例えば図３Ａに示されている）から並進し、ＦＯＶ位置ずれ誤差を生じる。ＸＹスケール１７０に対する第１の撮像構成１６０の見かけの位置（少なくともＸ、Ｙ座標に関する）は、概ね、取得された画像内のＸＹスケール１７０の少なくとも１つの識別可能要素の画像位置を決定することに基づいて推論されることは理解されよう。残留位置ずれＭｉｓＡｎｇに関する情報が存在しない場合、上記のＦＯＶ位置ずれ誤差は概して検出不可能であり、ＸＹスケール１７０の少なくとも１つの識別可能要素の決定された画像位置の誤差として現れる。例えば図３Ａでは、ＭｉｓＡｎｇ＝０である場合、取得された画像内で光軸ＯＡ１に沿って配置されたスケール要素は、第１の撮像構成１６０の指定された参照点の位置座標（Ｘ１、Ｙ１）と同一のＸ及びＹ位置座標（Ｘ１、Ｙ１）を有することが示されている。これに対し、図３Ｂに示されている残留位置ずれＭｉｓＡｎｇに起因して、取得された画像内で光軸ＯＡ１に沿って配置されたスケール要素は、第１の撮像構成１６０の指定された参照点の実際の位置座標（Ｘ１、Ｙ１）とは異なる「並進した」Ｘ及びＹ位置座標（Ｘ１’、Ｙ１’）を有し、この結果、その取得画像に基づいて第１の撮像構成の位置を推定又は決定する場合、対応する誤差（ＦＯＶ位置ずれ誤差）が生じる。
【００６７】
しかしながら、位置合わせセンサＡｓｅｎによって定量的に示され得る限られた範囲内の残留位置ずれＭｉｓＡｎｇにおいて、残留位置ずれ（例えば位置ずれ角度又はベクトル）を知ることができ、示された残留位置ずれＭｉｓＡｎｇに基づいて、対応するＦＯＶ位置ずれ誤差を決定し、少なくとも部分的に補正又は補償することができる。Ｘ方向に沿ったＦＯＶ位置ずれ誤差（Ｘ１’−Ｘ１）をＳＩＮ（ＭｉｓＡｎｇＸ）＊ＩＤで近似し、Ｙ方向に沿ったＦＯＶ位置ずれ誤差（Ｙ１’−Ｙ１）をＳＩＮ（ＭｉｓＡｎｇＹ）＊ＩＤで近似することができ、ＭｉｓＡｎｇＸ及びＭｉｓＡｎｇＹはそれぞれＸＺ及びＹＺにおける残留位置ずれＭｉｓＡｎｇの角度成分であることは、当業者によって認められよう。残留位置ずれＭｉｓＡｎｇに基づくそのように決定されたＦＯＶ位置ずれ変位又は誤差を用いて、画像位置誤差及び／又は得られる計測位置座標セットを少なくとも部分的に補正又は補償できること、すなわち、少なくとも、その計測位置座標セットのうち、スケール撮像軸方向の横断方向又は直交方向（例えばＸ及びＹ座標）の少なくとも１つのベクトル成分を補正又は補償できることは理解されよう。
【００６８】
残留位置ずれ誤差と各オフセットが組み合わされることに起因してエンドツール位置ＥＴＰ及び／又は測定点ＭＰに実行され得る前述の補正と共に、上記の画像位置補正を用いることで、画像取得時点におけるエンドツール位置ＥＴＰ又はエンドツールの測定点位置を示す計測位置座標セットをロボット精度よりも良好な精度レベルで決定できる、すなわち、少なくとも、その第２の計測位置座標セットのうち、スケール撮像軸方向の横断方向又は直交方向の少なくとも１つのベクトル成分を決定できることは理解されよう。いくつかの実施例では、位置合わせセンサＡＳｅｎによって示される残留位置ずれ、並びにロボットシステム３００の様々なアーム部及び軸受の既知の幾何学的形状と向き及び機械的特徴（例えばビーム特性）に基づいて、（Ｚ２’−Ｚ２）及び／又は（Ｚ３’−Ｚ３）に関連する座標変位又は誤差を近似できる。このような実施例では、位置合わせセンサＡＳｅｎによって示される残留位置ずれに基づいて、計測位置座標セットのＺ座標に存在する誤差も少なくとも部分的に補正又は補償することができる。
【００６９】
動作位置合わせサブシステムＯＡＳが動作位置合わせアクチュエータ構成ＡＡｃｔを含まない、図２Ａ、図２Ｂ、図３Ａ、及び図３Ｂを参照して先に概説された様々な構成及び動作は、以下のようにまとめることができる。ロボットシステム２００、３００は、可動アーム構成ＭＡＣ及び移動制御システムを備えるロボットを含む。可動アーム構成ＭＡＣは、可動アーム構成ＭＡＣの遠位端の近傍に配置されたエンドツール実装構成ＥＴＭＣを含む。ロボットは、エンドツール実装構成ＥＴＭＣに実装されたエンドツールＥＴＬの少なくとも一部をエンドツール作業範囲内で少なくとも２次元に沿って移動させるように、可動アーム構成ＭＡＣを移動させるよう構成されている。移動制御システムは、少なくとも、ロボットに含まれる少なくとも１つの位置センサＳＥＮを用いて可動アーム構成ＭＡＣの位置を検知及び制御することに基づいて、エンドツール位置ＥＴＰ又はエンドツールＥＴＬの測定点位置ＭＰをロボット精度として規定された精度レベルで制御するように構成されている。ロボットシステムは更に補足計測位置座標決定システム１５０を含み、これは、第１の撮像構成１６０、ＸＹスケール１７０、動作位置合わせサブシステムＯＡＳ、画像トリガ部１８１、計測位置座標処理部１８５を含む。第１の撮像構成１６０は第１のカメラＣＡＭ１を含み、光軸ＯＡ１を有する。以下で更に詳しく記載されるように、ＸＹスケール１７０は、ノミナルで平面状の基板と、この基板上に分散した複数のそれぞれ撮像可能な要素と、を含む。各撮像可能要素はＸＹスケール上の既知のＸＹスケール座標に配置され、スケール面はＸＹスケールの平面状基板とノミナルで一致するように規定され、このスケール面に垂直な方向はスケール撮像軸方向ＳＩＡとして規定される。動作位置合わせサブシステムＯＡＳは、少なくとも位置合わせセンサＡＳｅｎを含む。位置合わせセンサＡＳｅｎは、第１のカメラＣＡＭ１の近傍に位置付けられ、第１のカメラＣＡＭ１に対して剛性構成に実装されている。位置合わせセンサＡＳｅｎは、スケール撮像軸方向ＳＩＡを示す位置合わせ信号ＡＳｉｇを提供するように構成されている。画像トリガ部は、エンドツール位置ＥＴＰ又はエンドツールＥＴＬの測定点位置ＭＰに関連した少なくとも１つの入力信号を入力し、少なくとも１つの入力信号に基づいて第１の撮像トリガ信号のタイミングを決定し、第１の撮像トリガ信号を第１の撮像構成１６０に出力するよう構成されている。第１の撮像構成１６０は、第１の撮像トリガ信号の受信に応答して画像取得時点でＸＹスケールのデジタル画像を取得するよう構成されている。計測位置座標処理部は、取得された画像を入力し、ＸＹスケールの取得された画像に含まれる少なくとも１つの撮像可能要素及び関連する既知のＸＹスケール座標位置を識別するように構成されている。
【００７０】
このような構成において、補足計測位置座標決定システム１５０は、ＸＹスケール１７０又は第１の撮像構成１６０及び位置合わせセンサＡＳｅｎのうち可動のものが可動アーム構成ＭＡＣに結合され、ＸＹスケール１７０又は第１の撮像構成１６０及び位置合わせセンサＡＳｅｎのうち他方のものがロボットの近傍で静止要素ＳＴＥに結合され、ＸＹスケール１７０又は第１の撮像構成１６０のうち静止しているものが第１の参照位置を規定するように構成されている。ロボットシステムは、補足計測位置座標決定システム１５０の少なくとも名目動作構成を与えるように構成されている。補足計測位置座標決定システム１５０の名目動作構成において、ＸＹスケール１７０及び第１の撮像構成１６０は、第１の撮像構成１６０の光軸ＯＡ１がスケール撮像軸方向ＳＩＡの方向とノミナルで平行であるように、かつ、スケール面がスケール撮像軸方向ＳＩＡに沿った第１の撮像構成１６０の合焦範囲内に位置付けられるように配置されている。ロボットシステムは更に、位置合わせセンサＡＳｅｎによって提供される位置合わせ信号ＡＳｉｇで示される光軸ＯＡ１とスケール撮像軸方向ＳＩＡとの間の残留位置ずれＭｉｓＡｎｇを決定するように動作位置合わせサブシステムＯＡＳを動作させるよう構成されている。補足計測位置座標決定システム１５０は更に、ＸＹスケール１７０又は第１の撮像構成１６０のうち可動のもの及びＸＹスケール１７０又は第１の撮像構成１６０のうち静止しているものが名目動作構成に配置されている場合、かつ、ＸＹスケール１７０が第１の撮像構成１６０の視野ＦＯＶ１内にあるように可動アーム構成ＭＡＣが配置されている場合、計測位置座標決定システム１５０が画像取得時にＸＹスケール１７０のデジタル画像を取得し、対応する残留位置ずれＭｉｓＡｎｇを決定するように動作可能であるよう構成されている。補足計測位置座標決定システムは次いで、取得された画像内の少なくとも１つの撮像可能要素の画像位置及び対応する残留位置ずれＭｉｓＡｎｇに基づいて、ＸＹスケール１７０又は第１の撮像構成１６０のうち可動のものと第１の参照位置との間の相対位置を示す第１の計測位置座標セットをロボット精度よりも良好な精度レベルで決定できる。すなわち、少なくとも、第１の計測位置座標セットのうち、スケール撮像軸方向の横断方向又は直交方向の少なくとも１つのベクトル成分を決定することができる。計測位置座標処理部１５０は更に、第１の計測位置座標セット及び対応する残留位置ずれＭｉｓＡｎｇに基づいて、画像取得時点におけるエンドツール位置ＥＴＰ又はエンドツールＥＴＬの測定点位置ＭＰを示す第２の計測位置座標セットをロボット精度よりも良好な精度レベルで決定する、すなわち、少なくとも、第２の計測位置座標セットのうち、スケール撮像軸方向ＳＩＡの横断方向又は直交方向の少なくとも１つのベクトル成分を決定するように動作可能であり得る。
【００７１】
図４は、インクリメンタルＸＹスケール１７０Ａの例示的な実施例の等角投影図である。図４に示されているように、インクリメンタルＸＹスケール１７０Ａは、均等に離間したインクリメンタル撮像可能要素ＩＩＦのアレイを含む。様々な実施例において、インクリメンタルＸＹスケール１７０Ａは、１００ミクロンよりも小さい周期を有し得る（例えば、ｘ軸及びｙ軸に沿ったインクリメンタル撮像可能要素ＩＩＦ間の周期的間隔ＸＳＰ１及びＹＳＰ１はそれぞれ１００ミクロン未満とすることができる）。様々な実施例において、インクリメンタルＸＹスケール１７０Ａを用いて決定される位置情報は、少なくとも１０ミクロンの精度を有し得る。いくつかの実施例では約１００ミクロン以上であり得るロボット精度に対して、このようなＸＹスケール１７０Ａを用いて決定される精度はロボット精度の少なくとも１０倍とすることができる。１つの具体的な例示の実施例では、インクリメンタルＸＹスケール１７０Ａは更に高い約１０ミクロンの周期性を有することができ、第１の撮像構成１６０の倍率が約１であり内挿が１０倍で実行される場合、約１ミクロンの精度を達成できる。このような構成は、約１００ミクロンのロボット精度の約１００倍の精度向上を与える。
【００７２】
様々な実施例において、インクリメンタルＸＹスケール１７０Ａ内の第１の撮像構成１６０の視野ＦＯＶの位置は、ＸＹスケール１７０Ａと第１の参照位置ＲＥＦ１との間の相対位置の指示を与えることができる。様々な実施例において、第１の撮像構成１６０をインクリメンタルＸＹスケール１７０Ａと組み合わせて、カメラ／スケール画像処理構成の一部として利用できる。例えば計測位置座標処理部１８５は、取得された画像内のＸＹスケール１７０Ａの部分によって示されるように、更に、カメラ／スケール画像処理技法の技術において既知のように（例えば上述のように本願に含まれる引例に記載されているように）、インクリメンタルＸＹスケール１７０Ａ内の視野ＦＯＶの位置に基づいて、ＸＹスケール１７０Ａと第１の参照位置ＲＥＦ１との間の相対インクリメンタル位置を決定できる。様々な実施例において、インクリメンタルＸＹスケール１７０Ａは、視野ＦＯＶに対して様々な大きさとすることができる（例えば、インクリメンタルＸＹスケール１７０Ａは視野ＦＯＶの少なくとも４倍、１０倍、２０倍等とすればよい）。
【００７３】
様々な実施例において、ＸＹスケール１７０Ａで示されるインクリメンタル位置を、多関節ロボット１１０からの位置情報と組み合わせて、比較的精密な及び／又は絶対的な位置を決定することができる。例えば、多関節ロボット１１０のセンサＳＥＮ１及びＳＥＮ２（例えば回転エンコーダ）はエンドツール位置ＥＴＰをロボット精度で示すことができ、ＸＹスケール１７０Ａによって示されたインクリメンタル位置を用いてこの決定されたエンドツール位置ＥＴＰを更に改善することで、ロボット精度よりも高い精度が得られる。１つのそのような実施例において、計測位置座標処理部１８５は、取得された画像内の１つ以上の撮像可能要素ＩＩＦの画像位置に基づいて、更に、画像取得時点に対応して移動制御システム１４０から導出された多関節ロボット位置データに基づいて、ＸＹスケール１７０Ａの取得された画像に含まれる１つ以上の撮像可能要素ＩＦＦを識別するように構成できる。
【００７４】
そのような構成において、ＸＹスケール１７０Ａの各撮像可能要素ＩＦＦは、ロボット精度内で許される最大位置誤差よりも大きい距離だけ相互に等間隔で離間するように基板上に分散させた同様の撮像可能要素ＩＦＦのセットを含み得る。図４に示されているように、撮像可能要素ＩＦＦは、代表的な撮像可能要素ＩＦＦを取り囲む円で表されている最大位置誤差ＭＰＥよりも大きく（例えば間隔ＸＳＰ１及びＹＳＰ１で）離間されている。このような構成において、位置決定のためのロボット精度は、撮像可能要素ＩＦＦ間の間隔よりも大きい精度で位置を決定するためには充分であることは認められよう。更に具体的には、様々な実施例において、ＸＹスケール１７０Ａ上の単一の撮像可能要素ＩＦＦは（すなわち、撮像可能要素は全てスケール全体にわたる均等な間隔に従ってＸＹスケール１７０Ａ上で、既知のｘ及びｙ計測位置座標に存在する）、このように、２つの撮像可能要素ＩＦＦが相互に混同されないよう充分な精度で多関節ロボット位置データによって識別できる。このような構成では、次いで、取得された画像内の単一の撮像可能要素ＩＦＦの位置を用いてエンドツール位置ＥＴＰを更に改善し、少なくともｚ軸に直交するｘｙ面内のエンドツール位置ＥＴＰのｘ及びｙ計測位置座標についてロボット精度よりも高い精度を得ることができる。
【００７５】
図２を参照して上述したように、１つの具体的な例示の実施例において、ＸＹスケール１７０Ａは、参照位置（例えば原点位置）をＸ０、Ｙ０、Ｚ０に有することを指定できる（例えば原点位置は０、０、０の値を有し得る）。このような構成において、参照位置ＲＥＦ１（すなわち静止している第１の撮像構成１６０によって規定される）は相対座標Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１に存在し、対応する視野ＦＯＶ（例えば取得した画像内でキャプチャされる）の中心は相対座標Ｘ１、Ｙ１、Ｚ０に存在し得る。ＸＹスケール１７０から延出するｘｙ面内のエンドツール軸ＥＡの位置は、相対座標Ｘ２、Ｙ２、Ｚ０を有すると指定できる。エンドツール位置ＥＴＰは座標Ｘ２、Ｙ２、Ｚ２を有すると指定できる。
【００７６】
動作中、取得された画像を計測位置座標処理部１８５によって解析して、静止している第１の撮像構成１６０の視野ＦＯＶの中心に対応するＸ１、Ｙ１座標を決定することができる。様々な実施例において、このような決定は、スケール範囲内（例えばＸＹスケール１７０Ａ内）の視野の位置（例えばカメラの位置に対応している）を決定するための標準的なカメラ／スケール画像処理技法に従って実行できる。標準的なカメラ／スケール画像処理技法に従って、そのような決定を行うために、参照位置／原点位置Ｘ０、Ｙ０、Ｚ０が視野ＦＯＶ内にある必要はないことは認められよう（すなわち、相対位置は、均等に離間したインクリメンタル撮像可能要素ＩＩＦを含むスケール要素によって部分的に与えられる、ＸＹスケール１７０Ａに沿った任意の位置のスケール情報から決定できる）。様々な実施例において、このような決定は、ＸＹスケール１７０の取得された画像内に含まれる少なくとも１つの撮像可能要素、及びそれに関連する既知のＸＹスケール座標位置を識別することを含み得る。このような決定は、ＸＹスケール１７０と第１の参照位置ＲＥＦ１（すなわち静止している第１の撮像構成１６０によって規定される）との相対位置を決定することに対応し得る。次いで、エンドツール位置ＥＴＰとＸＹスケール１７０との間の既知の座標位置オフセットに従って、相対Ｘ２、Ｙ２座標（すなわちエンドツール位置ＥＴＰの）を決定することができる（例えば、Ｘ２及びＹ２を決定するためＸ１及びＹ１にｘ及びｙ位置オフセット値を加算する）。
【００７７】
多関節ロボット１１０からの位置情報をＸＹスケール１７０Ａで示されるインクリメンタル位置情報と組み合わせて比較的精密な及び／又は絶対的な位置を決定する具体例は、以下の通りである。図４に示されているように、取得された画像は、視野ＦＯＶの中心が４つのインクリメンタル撮像可能要素ＩＩＦの中央にあることを示し得るが、ＸＹスケール１７０のどの特定の４つのインクリメンタル撮像可能要素ＩＩＦが画像内に含まれるかは示さない可能性がある。多関節ロボット１１０からの位置情報は、ＸＹスケール１７０Ａの特定の４つのインクリメンタル撮像可能要素ＩＩＦを識別できるそのような情報を与えるのに充分な精度を有し得る（例えば、各撮像可能要素ＩＦＦを一意に識別できるように、各撮像可能要素ＩＦＦが代表的な円形エリアＭＰＥで表される最大位置誤差よりも大きく離間している上述の原理に部分的に基づく）。次いで、取得された画像を計測位置座標処理部１８５によって解析して、ＸＹスケールのそのセクション（すなわち特定の４つのインクリメンタル撮像可能要素ＩＩＦを含む）内のどこに視野の中心（すなわち座標Ｘ１、Ｙ１、Ｚ０）があるかを精密に決定できる。次いで、（例えば対応してエンドツール位置ＥＴＰのＸ２及びＹ２座標を決定するため）このプロセスは上述のように継続することができる。
【００７８】
位置合わせセンサＡＳｅｎと共にＸＹスケール１７０Ａ等を使用することに関して、図２Ａ〜図３Ｂに示されているように、位置合わせビームＡＢｅａｍは、スケール面に平行な表面上の位置合わせ反射要素ＡＲＦから反射される。様々な実施例において、反射要素ＡＲＦは撮像可能要素ＩＦＦとすることができ、位置合わせビームＡＢｅａｍは、そのためにロボットを移動させることに基づいてそのような要素から反射するように配置すればよい（ロボット精度の使用で充分である）。位置合わせセンサは、ＸＹスケール１７０Ａ上の全ての場所において動作する必要はなく、連続して動作する必要もないことは認められよう。例えば取得されたスケール画像内で関連した「ノイズ」を回避するため、位置合わせビームＡＢｅａｍを間欠的に動作させてもよい。
【００７９】
位置合わせセンサの最良の性能のために、位置合わせ反射要素ＡＲＦが位置合わせビームＡｂｅａｍのスポットサイズよりも大きいことが望ましい場合がある。このことが撮像可能要素ＩＦＦの所望のサイズと矛盾する場合、図４に示す任意選択的な位置合わせ反射要素ＡＲＦで概略的に表されているように、より大きい追加の要素ＡＲＦをＸＹスケール上の様々な位置に提供すればよい。他の実施例では、位置合わせビームＡＢｅａｍが第１の撮像構成１６０に見えない波長を有し（例えばカメラ感度又は波長フィルタリングに基づいて）、ＸＹスケール１７０Ａが全ての場所に波長固有の反射層を含み、これによって位置合わせセンサＡＳｅｎがＸＹスケール１７０Ａ上の全ての場所で及び／又は連続的に動作できることは認められよう。
【００８０】
図５は、アブソリュートＸＹスケール１７０Ｂの例示的な実施例の等角投影図である。位置合わせセンサＡＳｅｎと共にＸＹスケール１７０Ｂ等を使用すること関して、考慮すべき事項は図４を参照して先に概説したものと同一であることは理解されよう。図５の例では、インクリメンタルＸＹスケール１７０Ａと同様、アブソリュートＸＹスケール１７０Ｂは、均等に離間したインクリメンタル撮像可能要素ＩＩＦのアレイを含み、更に、一意の識別可能パターン（例えば１６ビットパターン）を有するアブソリュート撮像可能要素ＡＩＦのセットも含む。動作中、アブソリュートＸＹスケール１７０Ｂ内の第１の撮像構成１６０の視野ＦＯＶ（すなわちキャプチャした画像に含まれる）の位置は、ＸＹスケール１７０Ｂと第１の参照位置ＲＥＦ１との間の絶対的な位置の指示を与える。図５の実施例において、アブソリュート撮像可能要素ＡＩＦのセットは、第１の撮像構成１６０の視野ＦＯＶの直径方向の距離に対応する距離よりも小さい距離だけ（例えば間隔ＸＳＰ２及びＹＳＰ２で）離間するように基板ＳＵＢ上に分散している（すなわち、少なくとも１つのアブソリュート撮像可能要素ＡＩＦが常に視野内に含まれるようになっている）。動作中、計測位置座標処理部１８５は、各アブソリュート撮像可能要素ＡＩＦの一意の識別可能パターンに基づいて、ＸＹスケール１７０Ｂの取得された画像に含まれる少なくとも１つのアブソリュート撮像可能要素ＡＩＦを識別するように構成されている。このような実施例は、少なくとも、ｚ軸に直交するｘｙ面内のエンドツール位置ＥＴＰのｘ及びｙ計測位置座標について、エンドツール位置ＥＴＰを示す絶対的な位置をロボット精度よりも良好な精度で独立して決定できることは認められよう（例えば、インクリメンタルＸＹスケール１７０Ｂとは対照的に、絶対的な位置を決定するため多関節ロボット１１０からの位置情報と組み合わせる必要がない場合がある）。
【００８１】
アブソリュート撮像可能要素ＡＩＦを用いて比較的精密な絶対的な位置を決定する具体例は、以下の通りである。図５に示されているように、取得された画像は、視野ＦＯＶの中心が多数のインクリメンタル撮像可能要素ＩＩＦの中央にあることを示し得る。含まれる２つのアブソリュート撮像可能要素ＡＩＦからの位置情報は、この画像がＸＹスケール１７０Ｂのどのセクションを含むかを示すので、含まれるＸＹスケール１７０のインクリメンタル撮像可能要素ＩＩＦも識別することができる。従って、取得された画像を計測位置座標処理部１８５によって解析することで、ＸＹスケールのそのセクション（すなわち２つのアブソリュート撮像可能要素及び複数のインクリメンタル撮像可能要素ＩＩＦを含む）内のどこに視野の中心（すなわち座標Ｘ１、Ｙ１、Ｚ０）があるかを精密に決定できる。次いで、（例えば対応してエンドツール位置ＥＴＰのＸ２及びＹ２座標を決定するため）このプロセスは上述のように継続することができる。
【００８２】
図６は、ロボットと、動作位置合わせアクチュエータ構成ＡＡｃｔを含まない動作位置合わせサブシステムを含む補足計測位置座標決定システムと、を含むロボットシステムを動作させるためのルーチン６００の例示的な実施例を示すフロー図である。図６Ａに示されているように、判断ブロック６１０では、ロボットシステムを補足計測位置座標モードで動作させるか否かを決定する。様々な実施例において、補足計測位置座標モード又は標準ロボット位置座標モードの選択及び／又は活性化は、ユーザによって行う、及び／又は特定の動作及び／又は命令に応答してシステムによって自動的に行うことができる。例えば１つの実施例では、多関節ロボットが特定の位置に移動した場合（例えばエンドツールを、アセンブリ又は他の動作が実行される一般エリアから、ワークピース検査動作が典型的に実行され、補足計測位置座標モードが利用される特定エリアに移動させた場合）、補足計測位置座標モードを開始することができる（例えば自動的に又はユーザによる選択に従って）。様々な実施例では、このようなモードは外部制御システムＥＣＳによって実施できる（例えば、標準ロボット位置座標モード部１４７及び補足計測位置座標モード部１８７を使用する図１の外部制御システムＥＣＳ等）。様々な実施例では、ハイブリッドモードを、独立して又は補足計測位置座標モードの一部として動作させる及び／又はモード間の切り替えとして実施することができる。これについては図７を参照して以下で更に詳しく記載する。
【００８３】
判断ブロック６１０において、ロボットシステムを補足計測位置座標モードで動作させないことが決定された場合、ルーチンはブロック６１５に進み、ロボットシステムを標準ロボット位置座標モードで動作させる。標準ロボット位置座標モードの一部として、多関節ロボットの位置センサ（例えば回転エンコーダ）を用いて、ロボット精度（例えば、多関節ロボットの位置センサの精度に少なくとも部分的に基づく）で、多関節ロボットの移動及び対応するエンドツール位置を制御及び決定する。上述のように、第１及び第２の回転エンコーダは、ＸＹスケールを用いて決定される位置情報よりも低い精度で第１及び第２のアーム部の位置を示し得る。一般に、ロボット位置座標モードは、多関節ロボットの独立した及び／又は標準的な動作モードに対応し得る（例えば、補足計測位置座標決定システムがアクティブでないか又は他の理由で提供されない場合に多関節ロボットを独立して動作させるモード）。
【００８４】
ロボットシステムを補足計測位置座標モードで動作させる場合、ルーチンはブロック６２０に進み、ロボット及び補足計測位置座標決定システムは、補足計測位置座標決定システムの「名目」動作構成を与えるように配置される。「名目」動作構成は、本明細書で用いられる慣習に従って予め規定されている。スケール面はＸＹスケールの平面状基板とノミナルで一致するように規定され、スケール面に垂直な方向はスケール撮像軸方向として規定される。「名目」動作構成において、ＸＹスケール又は第１の撮像構成のうち少なくとも１つは、第１の撮像構成の光軸がスケール撮像軸方向の方向にノミナルで平行であるように配置され、スケール面は、スケール撮像軸方向に沿った第１の撮像構成の合焦範囲内に位置付けられる。
【００８５】
ブロック６３０では、多関節ロボットのエンドツール位置又はエンドツールの測定点位置に関連した少なくとも１つの入力信号を受信する（すなわち画像トリガ部で）。この少なくとも１つの入力信号に基づいて第１の撮像トリガ信号のタイミングを決定し、この第１の撮像トリガ信号を第１の撮像構成に出力する。第１の撮像構成は、第１の撮像トリガ信号の受信に応答して、画像取得時点でＸＹスケールのデジタル画像を取得する。
【００８６】
ブロック６３５では、（例えばロボットシステムによって）動作位置合わせサブシステムを動作させて、光軸と位置合わせセンサにより与えられた位置合わせ信号で示されるスケール撮像軸との間の残留位置ずれを決定する。残留位置ずれは、取得したデジタル画像に対応している。様々な実施例において、取得したデジタル画像に対応する残留位置ずれは状況によって異なる可能性がある。最良の精度のため、残留位置ずれは、ブロック６３０の動作中に使用されたのと同一の（又はほぼ同一の）位置及び／又は姿勢のロボットの可動アーム構成を用いて決定することが望ましい場合がある。しかしながら、ロボットアーム構成が充分に剛性である場合、及び／又はブロック６３５の動作中に使用される位置及び／又は姿勢がブロック６３０の動作中に使用されたものに近い場合、及び／又は特定の状況における精度の要求があまり厳しくない場合は、ブロック６３５及び６３０の動作を異なる位置及び／又は時点で実行することができ、ブロック６３５で決定される残留位置ずれはブロック６３０で取得したデジタル画像に充分に対応し得る。
【００８７】
ブロック６４０では、取得した画像を（例えば計測位置座標処理部で）受信し、ＸＹスケールの取得した画像に含まれる少なくとも１つの撮像可能要素、及びそれに関連する既知のＸＹスケール座標位置を識別する。
【００８８】
ブロック６５０では、ＸＹスケール又は第１の撮像構成のうち可動のものと第１の参照位置との間の相対位置を示す第１の計測位置座標セットをロボット精度よりも良好な精度で決定できる。すなわち、少なくとも、第１の計測位置座標セットのうち、スケール撮像軸方向の横断方向又は直交方向の少なくとも１つのベクトル成分を決定できる。第１の計測位置座標セットは、取得した画像内で識別された少なくとも１つの撮像可能要素の画像位置及び対応する残留位置ずれに基づいて決定される（例えば、図２Ａ、図２Ｂ、図３Ａ、及び／又は図３Ｂを参照して先に概説したように）。
【００８９】
任意選択的なブロック６５５では、第１の計測位置座標セット及び対応する残留位置ずれに基づいて、画像取得時点におけるエンドツール位置又はエンドツールの測定点位置を示す第２の計測位置座標セットをロボット精度よりも良好な精度レベルで決定できる。すなわち、少なくとも、第２の計測位置座標セットのうち、スケール撮像軸方向の横断方向又は直交方向の少なくとも１つのベクトル成分を決定できる。ブロック６５０で決定された第１の計測位置座標セットは、ＸＹスケール又は第１の撮像構成のうち可動のものの局所参照位置を示すことは理解されよう。このブロック６５５の動作は、例えば図２Ａ及び図２Ｂの記載で強調されているように、エンドツール位置又はエンドツールの測定点とＸＹスケール又は第１の撮像構成のうち可動のものの参照位置との間の既知のオフセットに対する残留位置ずれの効果に関する誤差を補正することに関連している。ブロック６５０（又は６５５）の動作の後、ルーチンは終了することができる。
【００９０】
あるいは、ブロック６５０（又は６５５）の動作の後、ルーチンを部分的に又は全体的に繰り返してもよい。例えば、（例えばブロック６５５からの）決定された位置情報は、ワークピース上の第１の表面位置の決定に対応するか、又はこれを決定するため使用することができ、ルーチンを繰り返して、次いでワークピース上の第２の表面位置を決定することができる（例えば、ワークピースの要素の測定のようなワークピース測定の一部として）。ルーチンの繰り返しにおいて、様々な実施例では、ブロック６２０の動作を繰り返す必要はない。いずれの場合であっても、ルーチン６００の繰り返しにより決定された、第１及び第２の相対位置及び／又は関連する位置情報を示す第１及び第２の決定された計測位置座標を用いて、各画像取得時点でワークピース上の第１及び第２の表面位置等に接触した場合の各エンドツール位置又はエンドツールの測定ポイント位置に対応するワークピース上の第１及び第２の表面位置間の距離に相当するワークピースの寸法を決定できる。ロボットの位置センサ（例えば回転エンコーダ、リニアエンコーダ等）を用いてロボット精度でワークピース上の第１及び第２の表面位置を決定するよりも、本明細書に記載されている技法を用いると、より正確な位置情報を決定できることは認められよう。更に具体的には、第１及び第２の表面位置（すなわち、ＸＹスケール上の第１及び第２の位置に対応する第１及び第２の決定された計測位置座標に対応する。上述した技法を用いてこのような座標／位置間の精密な距離をＸＹスケールの精度に応じて決定できる）の決定によって、第１及び第２の表面位置間の（例えばワークピース要素の）ワークピースの対応する寸法を、高い精度で決定することが可能となる。
【００９１】
図７は、移動タイミングの異なる部分の間にそれぞれ異なる技法を使用することができる、エンドツール位置を決定するためのルーチン７００の１つの例示的な実施例を示すフロー図である。概して、移動タイミングの間に、多関節ロボットの１つ以上のアーム部を第１の回転位置から第２の回転位置へ移動させる（例えば、回転継手を中心としてアーム部を第１の回転向きから第２の回転向きへ回転させることを含み得る）。図７に示されているように、判断ブロック７１０では、移動タイミング中のエンドツール位置を決定するためにハイブリッドモードを利用するか否かを決定する。様々な実施例において、ハイブリッドモードは、補足計測位置座標モードと標準ロボット位置座標モードとの切り替えを含むプロセスも表し得る。ハイブリッドモードが利用されない場合、ルーチンはブロック７２０に進み、移動タイミング中のエンドツール位置を決定するために多関節ロボットの位置センサ（例えば回転エンコーダ）のみを単独で利用する。
【００９２】
ハイブリッドモードが使用される場合、ルーチンはブロック７３０に進み、移動タイミングの第１の部分の間、エンドツール位置を決定するため多関節ロボットに含まれる位置センサを使用する。このような動作中、エンドツール位置を決定するために補足計測位置座標決定システムの相対位置は決定されない及び／又は利用されない可能性がある。ブロック７４０では、移動タイミングの第１の部分の後に生じる移動タイミングの第２の部分の間、補足計測位置座標決定システムの決定された相対位置を用いてエンドツール位置を決定する。このような動作によって、システムは、移動タイミングの第１の部分の間にエンドツール位置の初期の／高速の／粗い移動を実行できると共に、移動タイミングの第２の部分の間にエンドツール位置の高精度の最後の／低速の／細かい移動を実行できることは認められよう。
【００９３】
図８は、ロボット８１０及び補足計測位置座標決定システム８５０を含むロボットシステム８００の第４の例示的な実施例のブロック図である。補足計測位置座標決定システム８５０は、位置合わせセンサＡＳｅｎと、ロボットシステム８００の可動アーム構成ＭＡＣ’並びにロボット移動制御及び処理システム８４０に含まれる要素を備えた動作位置合わせアクチュエータ構成ＡＡｃｔと、を含む動作位置合わせサブシステムＯＡＳの第２の例示的な実施例を含むことが図示されている。これらについては以下で更に詳しく記載する。位置合わせセンサＡＳｅｎ及び動作位置合わせアクチュエータ構成ＡＡｃｔは、動作位置合わせサブシステム処理回路／ルーチン８９０に接続されている（又はこれと相互運用される）。
【００９４】
ロボット８１０（例えば多関節ロボット）は、可動アーム構成ＭＡＣ’とロボット移動制御及び処理システム８４０を含む。補足計測位置座標決定システム８５０は、第１の撮像構成８６０、ＸＹスケール８７０、画像トリガ部８８１、及び計測位置座標処理部８８５を含む。図８の構成において、ＸＹスケール８７０は可動アーム構成ＭＡＣ’に結合されている。以下で更に詳しく記載されるように、第１の撮像構成８６０は、動作構成にある場合にスケール撮像軸方向ＳＩＡに対して平行とすることができる第１の光軸ＯＡ１を有する。
【００９５】
図８の例において、可動アーム構成ＭＡＣ’は、下方ベース部ＢＳＥ’、アーム部８２１〜８２５、移動機構８３１〜８３５、位置センサＳＥＮ１’〜ＳＥＮ５、及びエンドツール実装構成ＥＴＭＣを含む。以下で更に詳しく記載し、また図９にも示すように、アーム部８２１〜８２５の各々はそれぞれ近位端ＰＥ１’〜ＰＥ５及び遠位端ＤＥ１’〜ＤＥ５を有し得る。様々な実施例において、アーム部８２１〜８２５のいくつか又は全ては、各アーム部８２１〜８２５の各近位端ＰＥ１’〜ＰＥ５において各移動機構８３１〜８３５に実装することができる。図８の例において、移動機構８３１〜８３５（例えば、対応するモータを備えた回転継手及び／又はリニアアクチュエータ等）のいくつか又は全ては、各アーム部８２１〜８２５の（例えば各回転軸ＲＡ１’〜ＲＡ５を中心とした、又はこれらの各軸に沿った）移動（例えば回転や線形移動等）を可能とする。様々な実施例において、位置センサＳＥＮ１’〜ＳＥＮ５（例えば回転エンコーダ、リニアエンコーダ等）は、各アーム部８２１〜８２５の位置（例えば角度方位、線形位置等）を決定するために使用できる。
【００９６】
様々な実施例において、可動アーム構成ＭＡＣ’は、終端部として指定される部分（例えば第５のアーム部８２５）を有し得る。図８の例示的な構成において、エンドツール実装構成ＥＴＭＣは、可動アーム構成ＭＡＣ’の遠位端に対応する（例えば終端部として指定された）第５のアーム部８２５の遠位端ＤＥ５の近傍に位置付けられている（例えば遠位端ＤＥ５に位置付けられている）。様々な実施例において、ＸＹスケール８７０は、可動アーム構成ＭＡＣ’の遠位端の近傍にあるように可動アーム構成ＭＡＣ’に結合することができる。図８の実施例において、ＸＹスケール８７０は、可動アーム構成ＭＡＣ’の遠位端の近傍の位置で第５のアーム部８２５に結合されている。本明細書に開示されている原理に従ったいくつかの実施例において、補足計測位置座標決定システムは、ＸＹスケール（例えば８７０）又は第１の撮像構成（例えば８６０）のうち可動のものを動作位置合わせアクチュエータ構成ＡＡｃｔに結合するように構成されており、動作位置合わせアクチュエータ構成ＡＡｃｔは、可動アーム構成（例えばＭＡＣ’）に結合されているか又はその一部である。図８、図９、及び図１０に示されている実施例は、動作位置合わせアクチュエータ構成ＡＡｃｔが、可動アーム構成ＭＡＣ’に含まれる第１の回転要素８３５／８２５及び第２の回転要素８３４／８２４を含むので、この記載に対応する。
【００９７】
様々な実施例において、エンドツール実装構成ＥＴＭＣは、可動アーム構成ＭＡＣ’の遠位端の近傍にエンドツールＥＴＬを結合し維持するための様々な要素を含み得る。例えば様々な実施例において、エンドツール実装構成ＥＴＭＣは、オートジョイント接続、磁気結合部、及び／又はエンドツールＥＴＬを対応する要素に実装するための当技術分野において既知である他の結合要素を含み得る。また、エンドツール実装構成ＥＴＭＣは、エンドツールＥＴＬの少なくとも一部との間で（例えばエンドツール検知部ＥＴＳＮとの間で）電力及び／又は信号を提供及び／又は伝送するための電気的接続（例えば電力接続、１つ以上の信号線等）も含み得る。
【００９８】
様々な実施例において、エンドツールＥＴＬは、エンドツール検知部ＥＴＳＮと、（例えばワークピースＷＰの表面に接触するための）エンドツールの測定点ＭＰを備えたエンドツールスタイラスＥＴＳＴと、を含むことができる。第５の移動機構８３５は、第４のアーム部８２４の遠位端ＤＥ４の近傍に位置付けられている。様々な実施例において、第５の移動機構８３５（例えば対応するモータを備えた回転継手）は、第５のアーム部８２５を、回転軸ＲＡ５を中心として回転させるように構成できる。いずれの場合であっても、エンドツールＥＴＬは、エンドツール実装構成ＥＴＭＣに実装され（例えば結合され）、対応する計測位置座標（例えばｘ、ｙ、及びｚ座標）を持つ対応するエンドツール位置ＥＴＰを有する。様々な実施例において、エンドツール位置ＥＴＰは、エンドツール実装構成ＥＴＭＣの位置に相当するか又はその近傍とすることができる（例えば、可動アーム構成ＭＡＣ’の遠位端に対応する第５のアーム部８２５の遠位端ＤＥ５にあるか又はその近傍にある）。
【００９９】
移動制御システム８４０は、ロボット精度として規定された精度レベルでエンドツールＥＴＬのエンドツール位置ＥＴＰを制御するように構成されている。より具体的には、移動制御システム８４０は概して、少なくとも部分的に、アーム部８２１〜８２５の位置を検知及び制御するため移動機構８３１〜８３５及び位置センサＳＥＮ１’〜ＳＥＮ５を使用することに基づいて、ロボット精度でエンドツール位置ＥＴＰの計測位置座標（例えばｘ、ｙ、及びｚ座標）を制御するように構成されている。様々な実施例において、移動制御及び処理システム８４０は移動機構制御及び検知部８４１〜８４５を含むことができ、これらは、各アーム部８２１〜８２５の位置（例えば角度位置や線形位置等）を検知するため各位置センサＳＥＮ１’〜ＳＥＮ５からそれぞれ信号を受信する、及び／又は各アーム部８２１〜８２５を移動させるため各移動機構８３１〜８３５（例えば回転継手、リニアアクチュエータ、モータ等を含む）に制御信号を提供することができる。
【０１００】
また、移動制御及び処理システム８４０は、エンドツール検知部ＥＴＳＮから信号を受信することができる。様々な実施例において、エンドツール検知部ＥＴＳＮは、ワークピースＷＰを検知するためのエンドツールＥＴＬの動作に関連した回路及び／又は構成を含み得る。以下で更に詳しく記載するように、様々な実施例において、エンドツールＥＴＬ（例えばタッチプローブ、スキャンプローブ、カメラ等）は、ワークピースＷＰ上の表面ロケーション／位置／ポイントに接触するため又は他の方法でそれらを検知するために利用され、これに対応した様々な信号がエンドツール検知部ＥＴＳＮによって受信、決定、及び／又は処理され、エンドツール検知部ＥＴＳＮは対応する信号を移動制御及び処理システム８４０に提供することができる。様々な実施例において、移動制御及び処理システム８４０はエンドツール制御及び検知部８４６を含むことができ、これは、エンドツール検知部ＥＴＳＮに制御信号を提供する及び／又はエンドツール検知部ＥＴＳＮから検知信号を受信することができる。様々な実施例において、エンドツール制御及び検知部８４６及びエンドツール検知部ＥＴＳＮはマージされる及び／又は区別できない場合がある。様々な実施例において、移動機構制御及び検知部８４１〜８４５並びにエンドツール制御及び検知部８４６は全て、ロボット位置処理部８４７に出力を提供する及び／又はロボット位置処理部８４７から制御信号を受信することができる。ロボット位置処理部８４７は、ロボット移動制御及び処理システム８４０の一部として、ロボット８１０の可動アーム構成ＭＡＣ’及び対応するエンドツール位置ＥＴＰの全体的な配置を制御及び／又は決定できる。
【０１０１】
様々な実施例において、補足計測位置座標決定システム８５０は、ロボット８１０と共に含めるか又は他の方法でロボット８１０に追加することができる（例えば、既存のロボット８１０に追加するための改造構成の一部として等）。一般に、補足計測位置座標決定システム８５０は、エンドツール位置ＥＴＰの決定における精度レベルを改善するために利用できる。より具体的には、以下で更に詳しく記載されるように、補足計測位置座標決定システム８５０を用いて、少なくとも、スケール撮像軸方向ＳＩＡの横断方向又は直交方向の少なくとも１つの計測位置座標のベクトル成分について、エンドツール位置ＥＴＰを示す計測位置座標をロボット精度よりも良好な精度レベルで決定することができる。様々な実施例において（例えば、スケール撮像軸方向ＳＩＡ及びエンドツールスタイラスＥＴＳＴがｚ方向に平行である場合）、これは、少なくともｚ軸に直交するｘｙ面内のｘ及びｙ計測位置座標について、精度レベルがロボット精度よりも良好であることに対応し得る。
【０１０２】
図８に示されているように、第１の撮像構成８６０は、ロボット８１０の近傍で静止要素ＳＴＥに結合されている。様々な実施例において、静止要素ＳＴＥは、エンドツール作業範囲ＥＴＷＶ’の少なくとも一部よりも上方に配置されたフレームを含むことができ、第１の撮像構成８６０は、エンドツール作業範囲ＥＴＷＶ’の一部よりも上方でこのフレームに固定されている。様々な実施例において、静止要素ＳＴＥは、静止要素ＳＴＥをロボット８１０に対して固定位置に（例えば固定の位置及び／又は向きで）維持するための１つ以上の構造支持要素ＳＳＰ（例えば床や天井等から延出している）を含み得る。
【０１０３】
様々な実施例において、エンドツール作業範囲ＥＴＷＶ’は、エンドツールＥＴＬ及び／又はＸＹスケール８７０のうち少なくとも一方の少なくとも一部を移動させることができる範囲（ｖｏｌｕｍｅ）から成る。図８の例では、エンドツール作業範囲ＥＴＷＶ’は、ワークピースを検査する場合にエンドツールＥＴＬの測定点ＭＰを移動させることができる範囲を含むものとして図示されている。１つの代替的な例では、エンドツール作業範囲は、ワークピースを検査するためエンドツールＥＴＬを移動させる場合にＸＹスケール８７０が移動できる範囲を含み得る。様々な実施例において、ロボット８１０は、エンドツール実装構成ＥＴＭＣに実装されたエンドツールＥＴＬの少なくとも一部（例えばエンドツールＥＴＬの測定点ＭＰ）を、エンドツール作業範囲ＥＴＷＶ’内で少なくとも２次元（例えばｘ及びｙ次元）に沿って移動させるように、可動アーム構成ＭＡＣ’を移動させるよう構成されている。図８の例において、エンドツールＥＴＬの一部（例えばエンドツールＥＴＬ’の測定点ＭＰ）は、ロボット８１０によって３次元（例えばｘ、ｙ、及びｚ次元）で移動可能である。
【０１０４】
第１の撮像構成８６０は第１のカメラＣＡＭ１を含み、光軸ＯＡ１を有する。補足計測位置座標決定システム８５０の動作構成において、第１の撮像構成８６０の光軸ＯＡ１はスケール撮像軸方向ＳＩＡの方向に平行である。第１の撮像構成８６０は、光軸ＯＡ１に沿った有効合焦範囲ＲＥＦＰを有する。様々な実施例において、範囲ＲＥＦＰは第１及び第２の有効合焦位置ＥＦＰ１及びＥＦＰ２によって画定できる。これについては以下で更に詳しく記載する。所与の時点で、第１の撮像構成８６０は、範囲ＲＥＦＰ内に収まる有効合焦位置ＥＦＰを有する。可変焦点距離（ＶＦＬ）レンズが使用される実施例では、範囲ＲＥＦＰはＶＦＬレンズの合焦範囲に対応し得る。
【０１０５】
様々な実施例において、使用されるＶＦＬレンズは可変音響式屈折率分布型（ＴＡＧ）レンズとすることができる。このようなＴＡＧレンズの一般的な動作に関して、様々な実施例では、レンズコントローラ（例えば第１の撮像構成制御及び画像処理部８８０に含まれる）が、迅速にＴＡＧレンズの屈折力を周期的に調整又は変調して、２５０ｋＨｚ、又は７０ｋＨｚ、又は３０ｋＨｚ等の（すなわちＴＡＧレンズ共振周波数の）周期的変調が可能な高速ＴＡＧレンズを達成することができる。このような構成では、第１の撮像構成８６０の有効合焦位置ＥＦＰを、範囲ＲＥＦＰ（例えば自動合焦サーチ範囲）内で（例えば迅速に）移動させることができる。有効合焦位置ＥＦＰ１（又はＥＦＰｍａｘ）はＴＡＧレンズの最大屈折力に対応し、有効合焦位置ＥＦＰ２（又はＥＦＰｍｉｎ）はＴＡＧレンズの負の最大屈折力に対応し得る。様々な実施例において、範囲ＲＥＦＰの中央はＥＦＰｎｏｍと示され、ＴＡＧレンズのゼロの屈折力に対応し得る。
【０１０６】
様々な実施例では、このようなＶＦＬレンズ（例えばＴＡＧレンズ）及び／又は対応する範囲ＲＥＦＰを好都合に選択することで、この構成は、有効合焦位置ＥＦＰを変更するために第１の撮像構成８６０の巨視的機械的調整及び／又はコンポーネント間の距離の調整を行う必要性を限定又は排除することができる。例えば、第５のアーム部８２５の遠位端ＤＥ５（例えば可動アーム構成ＭＡＣ’の遠位端に対応する）において未知の量の傾斜又は「たわみ」が発生する可能性がある（例えば、アーム部８２１〜８２５の重さ及び／又は特定の向き等に起因して）実施例では、第１の撮像構成８６０からＸＹスケール８７０までの精密な合焦距離は未知である及び／又はアーム部の異なる向き等によって変動する可能性がある。また、図８の例示的な構成では、（例えばワークピースＷＰの表面をスキャンするための動作の一部として）エンドツール位置ＥＴＰをスケール撮像軸方向ＳＩＡに沿って第１の撮像構成８６０から異なる位置／距離へ移動させる可動アーム構成ＭＡＣ’の一般的な動作に従って、ＸＹスケール８７０と第１の撮像構成８６０との間の距離は概ね変化し得ることは認められよう。このような構成では、有効合焦位置ＥＦＰをスキャンするか又は他の方法で調整してＸＹスケール８７０を特定し正確に合焦を実行できるＶＦＬレンズを利用することが望ましい場合がある。様々な実施例では、ＶＦＬレンズを用いるこのような技法を他の合焦調整技法と組み合わせて使用してもよい（例えば、第１の撮像構成８６０に含まれ得る変更可能対物レンズと組み合わせて使用する等）。
【０１０７】
先に概説したように、図８に示されている実施例では、動作位置合わせサブシステムＯＡＳは、位置合わせセンサＡＳｅｎと、可動アーム構成ＭＡＣ’の要素を含む動作位置合わせアクチュエータＡＡｃｔと、動作位置合わせサブシステム処理回路／ルーチン８９０と、を備える。動作位置合わせサブシステム処理回路／ルーチン８９０は位置合わせ信号処理部８９１を含み、これは、位置合わせセンサＡＳｅｎの１もしくは複数の位置合わせ信号Ａｓｉｇのための主な信号調節及び／又は補正、及び／又は、１もしくは複数の信号Ａｓｉｇに対応する位置ずれ角度／ベクトルもしくは残留位置ずれ角度／ベクトルを決定する解析を行う信号処理を実行することができる。これについては以下で更に詳しく記載する。動作位置合わせサブシステム処理回路／ルーチン８９０は更に位置合わせ制御部８９２を含み、これは概して、上述のように、位置合わせセンサＡＳｅｎにより与えられる１又は複数の位置合わせ信号Ａｓｉｇに基づいてＸＹスケール又は第１の撮像構成のうち可動のものの位置合わせを調整するように構成されており、これによって、位置合わせ信号Ａｓｉｇで示されるように、第１の撮像構成の光軸（例えばＯＡ１）及びスケール撮像軸方向ＳＩＡが平行に配置されるＸＹスケール及び第１の撮像構成の動作構成を提供する。
【０１０８】
図８に示され、上記で概説された動作位置合わせサブシステム処理回路／ルーチン８９０の構成は、単なる例示であって限定でないことは認められよう。様々な実施例において、位置合わせサブシステム処理回路／ルーチン８９０の様々な部分は、外部制御システムＥＣＳの外側に（例えば動作位置合わせセンサＡＳｅｎに）配置することができるか、又は補足計測位置座標決定システム８５０の他の部分（例えば部分８８５及び／又は８８７）とマージされる及び／又は区別できない場合がある。図示されている実施例では、動作位置合わせサブシステム処理回路／ルーチン８９０は、本明細書に開示されている様々な動作原理又は機能を実施するため、破線８９３で示されるように、ロボット移動及び制御処理システム８４０と位置及び／又は位置合わせ情報及び／又は制御信号を交換する。上記で概説した様々な要素及び動作については以下で更に詳しく記載する。
【０１０９】
様々な実施例において、ＸＹスケール８７０は、図４及び図５に関して上述したＸＹスケール１７０と同一とすることができるか、又は本明細書に開示されている原理に従って構成されている。様々な実施例において、ロボットシステム８００は、図９及び図１０を参照して以下で更に詳しく記載するように、補足計測位置座標決定システム８５０の動作構成を与えるように動作できる。補足計測位置座標決定システム８５０の動作構成において、可動ＸＹスケール８７０は、位置合わせセンサＡＳｅｎの位置合わせ信号Ａｓｉｇで示されるようにスケール撮像軸方向ＳＩＡの方向が第１の撮像構成８６０の光軸ＯＡ１に平行であるように、かつ、スケール面がスケール撮像軸方向ＳＩＡに沿った第１の撮像構成８６０の合焦範囲ＲＥＦＰ内に位置付けられるように配置される。補足計測位置座標決定システム８５０を上記の特徴を備えた動作構成に配置するため、以下で図９を参照して記載されるように、位置合わせセンサＡＳｅｎの位置合わせ信号Ａｓｉｇ、及び動作位置合わせサブシステムＯＡＳの動作位置合わせアクチュエータＡＡｃｔと見なされるアクチュエータセットに基づいて、可動アーム構成ＭＡＣ’のアーム部８２１〜８２５の位置／向きに対して様々な調整を実行できることは認められよう。言い換えると、ロボットシステム８００は、位置合わせセンサＡＳｅｎによって提供される位置合わせ信号に基づいてＸＹスケール８７０又は第１の撮像構成８６０のうち可動のものの位置合わせを調整して補足計測位置座標決定システム８５０の動作構成を与えるように、動作位置合わせサブシステムＯＡＳ及び動作位置合わせアクチュエータ構成ＡＡｃｔを動作させるよう構成されている。補足計測位置座標決定システム８５０の動作構成では、ＸＹスケール８７０及び第１の撮像構成８６０は、第１の撮像構成８６０の光軸ＯＡ１が１又は複数の位置合わせ信号Ａｓｉｇで示されるスケール撮像軸方向ＳＩＡと平行であるように配置されている。
【０１１０】
様々な実施例において、画像トリガ部８８１及び／又は計測位置座標処理部８８５は、外部制御システムＥＣＳ’の一部として（例えば外部コンピュータ等の一部として）含めることができる。画像トリガ部８８１は、第１の撮像構成制御及び処理部８８０の一部として含めることができる。様々な実施例において、画像トリガ部８８１は、エンドツール位置ＥＴＰに関連した少なくとも１つの入力信号を入力し、この少なくとも１つの入力信号に基づいて第１の撮像トリガ信号のタイミングを決定し、更に、この第１の撮像トリガ信号を第１の撮像構成８６０に出力するよう構成されている。様々な実施例において、第１の撮像構成８６０は、第１の撮像トリガ信号の受信に応答して、画像取得時点でＸＹスケール８７０のデジタル画像を取得するよう構成されている。様々な実施例において、計測位置座標処理部８８５は、取得された画像を入力し、ＸＹスケール８７０の取得された画像に含まれる少なくとも１つの撮像可能要素及び関連する既知のＸＹスケール座標位置を識別するように構成されている。様々な実施例において外部制御システムＥＣＳ’は、対応するモードを実施するため、標準ロボット位置座標モード部８４９及び補足計測位置座標モード部８８７も含むことができる。これらについては以下で更に詳しく記載する。
【０１１１】
様々な実施例において、第１の撮像構成８６０は、カメラＣＡＭ１の画像積分を定期的に（例えば設定されたタイミング間隔で）活性化するコンポーネント（例えばサブ回路、ルーチン等）を含むことができ、画像トリガ部８８１からの第１の撮像トリガ信号は、ストロボ光タイミング、又は事実上移動を止めると共に対応して積分期間内の露光を決定する他の機構を活性化できる。このような実施例では、積分期間中に第１の撮像トリガ信号が受信されない場合、得られる画像を破棄することができ、積分期間中に第１の撮像トリガ信号が受信された場合、得られる画像をセーブする及び／又は他の方法で処理／解析して計測位置座標を決定することができる。これについては以下で更に詳しく記載する。
【０１１２】
様々な実施例において、異なるタイプのエンドツールＥＴＬは、画像トリガ部８８１に対して使用され得る異なるタイプの出力を提供できる。例えば、エンドツールＥＴＬが、ワークピースを測定するため使用されるタッチプローブであり、ワークピースに触れると（例えば測定点ＭＰがワークピースに接触すると）タッチ信号を出力する実施例では、画像トリガ部８８１は、そのタッチ信号又はそれから導出された信号を少なくとも１つの入力信号として入力し、それに基づいて第１の撮像トリガ信号のタイミングを決定するように構成できる。エンドツールＥＴＬがタッチプローブである様々な実施例では、タッチプローブの中心軸をスケール撮像軸方向ＳＩＡに沿うように配向することができる（例えば、タッチプローブの中心軸がエンドツール軸ＥＡに対応するように）。別の例として、エンドツールＥＴＬが、ワークピースを測定するため使用されるスキャンプローブであり、各サンプルタイミング信号に対応した各ワークピース測定サンプルデータを与える実施例では、画像トリガ部８８１は、その各サンプルタイミング信号又はそれから導出された信号を少なくとも１つの入力信号として入力するように構成できる。別の例として、エンドツールＥＴＬが、各ワークピース画像取得信号に対応した各ワークピース測定画像を与えるために使用されるカメラである実施例では、画像トリガ部８８１は、そのワークピース画像取得信号又はそれから導出された信号を少なくとも１つの入力信号として入力するように構成できる。
【０１１３】
図８の例示的な実施例において、補足計測位置座標決定システム８５０は、可動アーム構成（例えばＭＡＣ’）に結合されているか又はその一部である動作位置合わせアクチュエータ構成ＡＡｃｔに結合されたＸＹスケール８７０を用いて構成されている。図８、図９、及び図１０に示されている実施例は、動作位置合わせアクチュエータ構成ＡＡｃｔが、可動アーム構成ＭＡＣ’に含まれる第１の回転要素８３５／８２５及び第２の回転要素８３４／８２４を含むので、この記載に対応する。更に、第１の撮像構成８６０及び位置合わせセンサＡＳｅｎは、静止要素ＳＴＥ（例えばロボット８１０よりも上方でロボット８１０の近傍に配置されたフレーム）に結合され、第１の参照位置ＲＥＦ１を規定する。代替的な実施例では（例えば以下で図１０を参照して記載されるように）、補足計測位置座標決定システムは、可動アーム構成ＭＡＣ’の遠位端の近傍で可動アーム構成（例えばＭＡＣ’）に結合されているか又はその一部である動作位置合わせアクチュエータ構成ＡＡｃｔに結合された第１の撮像構成８６０及び位置合わせセンサＡＳｅｎと、静止要素ＳＴＥに結合されると共に第１の参照位置ＲＥＦ１を規定するＸＹスケール８７０と、を用いて構成されている。
【０１１４】
いずれの場合であっても、以下で更に詳しく記載するように、補足計測位置座標決定システム８５０は、ＸＹスケール８７０又は第１の撮像構成８６０のうち可動のもの及びＸＹスケール８７０又は第１の撮像構成８６０のうち静止しているものが、位置合わせセンサＡＳｅｎからの位置合わせ信号Ａｓｉｇに基づいて（又はこれによって示されるように）動作構成に配置されるように、かつ、ＸＹスケール８７０が可動アーム構成ＭＡＣ’によって第１の撮像構成８６０の視野ＦＯＶ内及び合焦範囲内にあるように構成することができる。計測位置座標処理部８８５は次いで、取得された画像内で識別された少なくとも１つの撮像可能要素の画像位置の決定に基づいて、ＸＹスケール８７０又は第１の撮像構成８６０のうち可動のものと第１の参照位置ＲＥＦ１との相対位置を示す計測位置座標をロボット精度よりも良好な精度レベルで決定する、すなわち、少なくとも、計測位置座標のうち、スケール撮像軸方向ＳＩＡの横断方向又は直交方向の少なくとも１つのベクトル成分を決定するように動作する。決定された計測位置座標は、少なくとも、スケール撮像軸方向ＳＩＡの横断方向又は直交方向の少なくとも１つの計測位置座標のベクトル成分について、画像取得時点におけるエンドツール位置ＥＴＰ及び／又はエンドツールの測定点位置ＭＰをロボット精度よりも良好な精度レベルで示す。様々な実施例において、補足計測位置座標決定システム８５０は、ＸＹスケール８７０又は第１の撮像構成８６０のうち可動のものの相対位置を示す決定された計測位置座標、並びに、エンドツール位置ＥＴＰ及び／又はエンドツールの測定点位置ＭＰとＸＹスケール８７０又は第１の撮像構成８６０のうち可動のものとの間の既知の座標位置オフセットに基づいて、画像取得時点におけるエンドツール位置ＥＴＰ及び／又はエンドツールの測定点位置ＭＰの計測位置座標を決定するように構成できる。
【０１１５】
図１及び図８に示されているようなロボットシステムが、種々の代替的なシステムよりも優れたいくつかの利点を有し得ることは認められよう。例えば様々な実施例において、本明細書に開示されるようなシステムは、ロボット移動／位置を追跡するためにレーザトラッカ又は写真測量法のような技法を利用する代替的なシステムに比べて、小型である及び／又は低費用である可能性があり、更に、いくつかの実施例では精度が高い可能性もある。また、開示されるシステムは、エンドツール作業範囲ＥＴＷＶ又はＥＴＷＶ’のどの部分も占有したり覆い隠したりしないが、代替的なシステムは、ワークピースに作業及び／又は検査等を行う可能性のあるエリア（例えばエンドツール作業範囲ＥＴＷＶ又はＥＴＷＶ’）内の地上もしくはステージ上もしくは他の場所に、スケール又は基準を含むことがある。
【０１１６】
図９及び図１０は、双方とも、図２Ｂ及び図３Ｂを参照して先に概説された、能動的な位置合わせを用いてＸ及びＹ誤差を除去する実施例を示すという点で同様である。能動的な位置合わせにより、これらの誤差は実質的に排除される。この能動的な位置合わせは、位置合わせセンサＡＳｅｎからの１又は複数の信号Ａｓｉｇに基づく「閉ループ」位置合わせ手順である。これらの図に示されている可動アーム構成ＭＡＣ’には、（例えば図２Ｂ及び図３Ｂに示されているものと同様の）たわみ及びねじれが存在するが、視覚的な混乱を避けるため、たわみ及びねじれは図示されていないことは理解されよう。たわみ及びねじれの効果は、本明細書に開示されている原理に従って、所望の動作構成を達成するための位置合わせセンサ信号に基づく能動的な位置合わせによって補償又は打ち消す（ｎｅｇａｔｅ）ことができる（少なくともＸ座標及びＹ座標に関して）ことは理解されよう。能動的な位置合わせは、手作業で又は自動的に、所望の動作構成を確立するためのロボットシステム９００（１０００）の動作中の所望の時点で少なくとも１度、又は間欠的に所望の時点で（例えばロボットの姿勢が変更された時）、又はいくつかの実施例では高頻度でもしくは連続的に、実行することができる。
【０１１７】
動作構成中に可動アーム構成ＭＡＣ’のたわみ及びねじれから生じるＺ誤差に関して、このＺ誤差は、図２Ｂ及び図３Ｂを参照して先に概説した通り、少なくとも近似的に（ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｌｙ）補正することができる。例えば、動作構成を達成するためたわみ及びねじれを補正する際に必要な動作位置合わせアクチュエータＡＡｃｔの調整の大きさを知ることができ、動作位置合わせサブシステム回路／ルーチン８９０（又は１９０）に記録できることは認められよう。あるいは、このような調整の前に動作位置合わせアクチュエータＡＡｃｔが既知の又は基準の状態にある場合の残留位置ずれＭｉｓＡｎｇの大きさを知り、記録することができる。いずれの場合であっても、位置合わせセンサＡＳｅｎ、可動アーム構成ＭＡＣ’の遠位端、及び／又はエンドツールＥＴＬの近傍のたわみ／ねじれ位置ずれ（例えばたわみ／ねじれ位置ずれ角度又はベクトル）を、少なくとも近似的に知ることができるか又は推論することができる。
【０１１８】
いくつかの実施例では、上述したように決定されたたわみ／ねじれ位置ずれに基づいて、これをロボットシステム９００（又は１０００）の様々なアーム部及び軸受の既知の幾何学的形状と向き及び機械的特徴（例えばビーム特性）と組み合わせることで、図９及び図１０に示されているＺ２及び／又はＺ３座標に関連した座標変位又は誤差を近似できる。このような実施例では、上述のたわみ／ねじれ位置ずれ決定は結局のところ、位置合わせセンサＡＳｅｎによって示される残留位置ずれに帰するか又はこれに基づくことは理解されよう。このため、１つのタイプの記載に従って、このような実施例では、結局は位置合わせセンサＡＳｅｎによって示される残留位置ずれに基づく、上記のように決定されたたわみ／ねじれ位置ずれに基づいて、計測位置座標セットのＺ座標に存在する誤差を少なくとも部分的に補正又は補償することができる。
【０１１９】
図９及び図１０に示されている実施例では、動作位置合わせアクチュエータ構成ＡＡｃｔは、可動アーム構成ＭＡＣ’に含まれ動作位置合わせサブシステムＯＡＳで使用される移動機構８３４及び８３５を備える。このような実施例では、多関節ロボット１１０の動作中の１又は複数の所望の時点で、多関節ロボット１１０の１つ以上の姿勢においてスケール撮像軸方向ＳＩＡを光軸ＯＡ１と能動的に位置合わせすることができる。このような位置合わせが能動的であり（すなわち、位置合わせセンサＡＳｅｎからの位置合わせ信号に基づいて「閉ループ」で確立される）、多関節ロボット１１０の動作中の１又は複数の所望の時点で、本明細書において上述された小さいたわみ／ねじれ位置ずれ角度ＭｉｓＡｎｇに応じた小さい位置合わせ誤差を能動的に補正できることは認められよう。図示されている実施例において、位置合わせ誤差を能動的に補正するには、位置合わせ制御部８９２で発生した１又は複数の位置合わせ制御信号を用いて、位置合わせセンサＡＳｅｎにより与えられた１又は複数の位置合わせ信号Ａｓｉｇに基づいて可動ＸＹスケール８７０の位置合わせを調整するように動作位置合わせアクチュエータ構成ＡＡｃｔを制御し、位置合わせ信号Ａｓｉｇで示されるように、光軸ＯＡ１及びスケール撮像軸方向ＳＩＡが平行に配置されるＸＹスケール８７０及び第１の撮像構成８６０の動作構成を提供すればよい。例えば、動作位置合わせサブシステム処理回路／ルーチン８９０は、本明細書に開示されている様々な動作原理又は機能を実施するため、破線８９３で示されるように、ロボット移動制御及び処理システム８４０と、特定の位置及び／又は位置合わせ情報及び／又は制御信号を交換することができる。図９及び図１０に示されている多くの態様及び機能は概して、様々な前述の図における類似の態様及び機能についての前述の説明及び記載に基づいて理解できる。いくつかの他の態様及び機能については以下で更に詳しく記載する。
【０１２０】
図９は、第１の撮像構成８６０及び動作位置合わせサブシステムＯＡＳの位置合わせセンサＡＳｅｎが静止要素ＳＴＥに結合されている、図８のロボットシステム８００と同様のロボットシステム９００の第５の例示的な実施例の一部の等角投影図である。位置合わせセンサＡＳｅｎは、移動要素上に配置されたＸＹスケール８７０の動作位置合わせを管理する。上述の番号付けスキームと同様、図９のいくつかの名前又は番号を付けたコンポーネント（例えば８ＸＸ、８ＸＸ’、又は９ＸＸ）は、図８又は他の図における同一又は同様の名前又は番号を付けた対応するコンポーネント（例えば８ＸＸ）に相当する及び／又はそれらと同様の動作を有し、それらと同様又は同一であると理解することができ、そうでなければ類推によって及び以下で記載するように理解され得ることは認められよう。上述のように、同様の及び／又は同一の設計及び／又は機能を有する要素を示すためのこの名前付け及び番号付けスキームは、本出願の様々な図に概ね適用される（例えば図１〜図５、図８、図９、及び図１０）。
【０１２１】
図９の構成において、第１の撮像構成８６０が結合されている静止要素ＳＴＥは、ロボット８１０よりも上方に配置されたフレームを含み得る。可動アーム構成ＭＡＣ’はアーム部８２１〜８２５を含む。図９に示されている様々な実施例において、動作位置合わせアクチュエータ構成ＡＡｃｔは、可動アーム構成ＭＡＣ’に含まれ動作位置合わせサブシステムＯＡＳで使用される移動機構８３４及び８３５を備える。ＸＹスケール８７０は、アーム部又はブラケット８２５に結合され、これにより動作位置合わせアクチュエータ構成ＡＡｃｔに結合され、これにより可動アーム構成ＭＡＣ’の残り部分に結合されている。他の構成では、ＸＹスケール８７０を可動アーム構成ＭＡＣ’に結合するために他の結合構成を利用してもよい。様々な実施例において、可動アーム構成ＭＡＣ’に結合されたＸＹスケール８７０の位置及び／又は向きは調整可能としてもよいが、（例えば一連の測定等のため）所与の位置／向きで一時的にロックするか又は他の方法で固定してもよい。いずれの場合であっても、補足計測位置座標決定システム８５０の動作構成において、第１の撮像構成８６０は、第１の撮像構成８６０の光軸ＯＡ１がスケール撮像軸方向ＳＩＡの方向に平行であると共に、スケール面がスケール撮像軸方向ＳＩＡに沿った第１の撮像構成８６０の合焦範囲内に位置付けられるように配置することができる。
【０１２２】
ロボット８１０は既知のタイプであるので、ここでは簡潔に説明する。図９に示されているように、第１のアーム部８２１（例えば上方ベース部）は、第１のアーム部８２１の近位端ＰＥ１’において第１の移動機構８３１（例えば回転継手を含む）に実装されている。第１の移動機構８３１は、下方サポートベース部ＢＳＥ’の上端に位置付けられ、Ｚ軸に沿って位置合わせされた回転軸ＲＡ１’を有する。光軸ＯＡ１及びスケール撮像軸方向ＳＩＡが所望の動作構成に配置されている場合にこれらと直交する面内で第１のアーム部８２１が回転するように、光軸ＯＡ１及びスケール撮像軸方向ＳＩＡをＺ軸と位置合わせできることは認められよう。第１のアーム部８２１の角度位置（例えば角度向き）を決定するため、位置センサＳＥＮ１’（例えば回転エンコーダ）を使用できる。第１のアーム部８２１の遠位端ＤＥ１’の近傍に、第２の移動機構８３２が位置付けられている。第２の移動機構８３２は、Ｚ軸にノミナルに直交する回転軸ＲＡ２’を有する。第２のアーム部８２２は、第２のアーム部８２２の近位端ＰＥ２’で第２の移動機構８３２に実装されて、第２のアーム部８２２が回転軸ＲＡ２’を中心として移動するようになっている。第２のアーム部８２２の角度位置Ａ２’を決定するため、位置センサＳＥＮ２’を使用できる。第２のアーム部８２２の遠位端ＤＥ２’に、第３の移動機構８３３が位置付けられている。第３の移動機構８３３は、Ｚ軸にノミナルに直交する回転軸ＲＡ３’を有する。第３のアーム部８２３は、第３のアーム部８２３の近位端ＰＥ３’で第３の移動機構８３３に実装されて、第３のアーム部８２３が回転軸ＲＡ３’を中心として移動するようになっている。第３のアーム部８２３の角度位置Ａ３’を決定するため、位置センサＳＥＮ３’を使用できる。第３のアーム部８２３の遠位端ＤＥ３に、第４の移動機構８３４が位置付けられている。第４の移動機構８３４は、Ｚ軸にノミナルに直交する回転軸ＲＡ４を有する。第４のアーム部８２４は、第４のアーム部８２４の近位端ＰＥ４で第４の移動機構８３４に実装されて、第４のアーム部８２４が回転軸ＲＡ４を中心として回転するようになっている。（例えばＺ軸に平行な面内の）第４のアーム部８２４の角度位置を決定するため、位置センサＳＥＮ４を使用できる。第５の移動機構８３５は、第４のアーム部８２４の遠位端ＤＥ４に位置付けることができ、様々な実施例において回転軸ＲＡ４とノミナルに直交し得る回転軸ＲＡ５を有する。第５のアーム部８２５（例えばブラケット）は、第５のアーム部８２５の近位端ＰＥ５で第５の移動機構８３５に実装されて、第５のアーム部８２５が回転軸ＲＡ５を中心として回転するようになっている。回転軸ＲＡ５を中心とした第５のアーム部８２５及び／又はＸＹスケール８７０の角度位置を決定するため、位置センサＳＥＮ５を使用できる。いくつかの実施例では、以下で更に詳しく記載するように、ＸＹスケール８７０のスケール面を回転軸ＲＡ５と平行に配置することが望ましい場合がある。図９に示されているように、第２及び第３のアーム部８２２及び８２３には、各アーム部の中心を通る中心線ＣＬ２’及びＣＬ３をそれぞれ指定できる。第２のアーム部８２２の中心線ＣＬ２’と面（例えば動作構成においてスケール面と平行な面であり、光軸ＯＡ１がｚ軸と平行な場合はｘｙ面内に存在し得る）との間に生じる角度Ａ２’（例えば第２の移動機構８３２の回転量に対応し得る）を指定できる。第２のアーム部８２２の中心線ＣＬ２’と第３のアーム部８２３の中心線ＣＬ３との間に生じる角度Ａ３’（例えば第３の回転軸ＲＡ３’を中心とした第３の移動機構８３３の回転量に応じる）を指定できる。可動アーム構成ＭＡＣ’のコンポーネントのいくつかの移動、座標、及び角度に言及するため、他のアーム部も同様に、対応する参照線及び／又は参照軸等を有し得ることは認められよう。
【０１２３】
様々な実施例において、可動ＸＹスケール８７０（例えば図８及び図９に示されている）は、回転軸ＲＡ４を中心として回転する回転要素（例えば移動機構８３４に結合されたアーム部８２４）及び回転軸ＲＡ５を中心として回転する回転要素（例えば移動機構８３５に結合されたブラケット又はアーム部８２５）を含む遠位小部分を介して、可動アーム構成ＭＡＣ’の中央小部分（例えばアーム部８２３及びその近傍の少なくともいくつかの要素を含む）に結合されているものとして記載できる。前述のように、移動機構８３４及び８３５は、動作位置合わせアクチュエータ構成ＡＡｃｔとして考えることができ、上記で概説され以下で更に詳しく記載される所望の動作位置合わせを行うために使用できる。図９に示されている例示的な動作位置合わせアクチュエータ構成ＡＡｃｔにおいて、回転軸ＲＡ５は、ＸＹスケール８７０のスケール面にノミナルで平行であると共にスケール撮像軸方向ＳＩＡにノミナルで直交する。回転軸ＲＡ４は回転軸ＲＡ５にノミナルで直交する。本明細書で使用される慣例に従って、方向ベクトルのドット積がゼロであるように配向された２つの軸は、それらが交差しているか否かには無関係に、直交するか又は垂直であると理解される。回転軸のこの配置によって、単純かつ便利な移動制御及び検知処理が可能となるが、これは単なる例示であって限定でないことは理解されよう。この実施例では、動作位置合わせアクチュエータ構成ＡＡｃｔの回転要素は可動アーム構成ＭＡＣ’に含まれるが、他の実施例では、回転要素（典型的に第１及び第２の回転要素）を、可動アーム構成ＭＡＣの遠位端の近傍に配置された別個の動作位置合わせアクチュエータ構成に含めてもよい（例えば図１２及び図１３を参照して以下で記載する）。
【０１２４】
図９（及び図１０）に示されている実施例において、回転軸ＲＡ４は、可動アーム構成ＭＡＣ’の１つ以上の他の回転軸（例えばＲＡ２、ＲＡ３）に平行である。このような場合、回転軸ＲＡ４が、可動アーム構成ＭＡＣ’における平行な回転軸の角度回転に反対及び等しい方向に逆回転すると、必要に応じてロボット８１０の様々な移動及び配置を通して補足計測位置座標決定システム８５０の所望の動作構成を維持できることは認められよう。更に一般的には、ＸＹはロックされるか、又は、特定の測定に望ましい向き／位置を達成するため可動アーム構成ＭＡＣ’に対して様々な固定の向き／位置に調整可能／回転可能である。
【０１２５】
様々な実施例において、エンドツールＥＴＬは、第５のアーム部８２５の遠位端ＤＥ５の近傍でエンドツール実装構成ＥＴＭＣに実装（例えば結合）することができる。エンドツールＥＴＬは、エンドツール軸ＥＡ（例えばスタイラスＥＴＳＴの中央及び／又は中心軸を通る）を有することを指定できる。図示されている実施例では、エンドツール軸ＥＡは、エンドツール位置ＥＴＰを通り、ＸＹスケール８７０から既知の座標位置オフセットを有し（例えば、Ｚ座標位置オフセット成分はオフセットＬｏｆｆＭＰで示される）、動作構成においてスケール撮像軸方向ＳＩＡに平行である（例えば、スタイラスＥＴＳＴを備えるエンドツールＥＴＬはスケール撮像軸方向ＳＩＡと平行に配向されている）。図２Ａ〜図２Ｂを参照して上記で概説したように、エンドツール位置ＥＴＰとＸＹスケール８７０との間には既知の座標位置オフセットが存在し得る。例えばＸＹスケール８７０は、（例えばＸＹスケール８７０の中心又はエッジに）指定された参照点を有することができ、この参照点は、エンドツール軸ＥＡから（例えば、これに応じてエンドツール位置ＥＴＰから）既知の座標位置オフセット（例えば、スケール面又は他のものと平行な面内における既知の距離）を有する。様々な実施例において、このような既知の座標位置オフセットは、既知のオフセット成分で表現することができる。
【０１２６】
前述のように、エンドツール位置ＥＴＰとＸＹスケール８７０との間の既知の座標位置オフセットは、エンドツール位置ＥＴＰの計測位置座標を決定するためのプロセスの一部として利用できる。更に具体的には、上述のように、補足計測位置座標決定システム８５０は、取得した画像内で識別された（すなわちＸＹスケール８７０の）少なくとも１つの撮像可能要素の画像位置の決定に基づいて、計測位置座標処理部８８５が、ＸＹスケール８７０と第１の参照位置ＲＥＦ１（すなわち静止している第１の撮像構成８６０によって規定される）との間の相対位置を示す計測位置座標を決定するように動作するよう構成できる。補足計測位置座標決定システム８５０は更に、相対位置（すなわちＸＹスケール８７０と第１の参照位置ＲＥＦ１との間の）を示す決定された計測位置座標、並びに、エンドツール位置ＥＴＰ及び／又はエンドツールの測定点位置ＭＰと可動ＸＹスケール８７０との間の既知の座標位置オフセットに基づいて、エンドツール位置ＥＴＰ及び／又はエンドツールの測定点位置ＭＰの計測位置座標を決定するように構成できる。１つの具体的な例示の実施例では、エンドツールＥＴＰ及び／又はエンドツールＥＴＬの測定点位置ＭＰの計測位置座標を決定するため、既知の座標位置オフセット（例えば、既知のｘオフセット及び既知のｙオフセット及び既知のｚオフセット等、既知のオフセット成分で表現される）を、相対位置（すなわちＸＹスケール８７０と第１の参照位置ＲＥＦ１との間の）を示す決定された計測位置座標に加算するか又は他の方法でこれと組み合わせることができる。
【０１２７】
１つの具体的な例示の位置座標構成として、動作構成でスケール撮像軸方向ＳＩＡがｚ軸と平行である実施例では、ＸＹスケール８７０は、Ｘ０、Ｙ０、Ｚ０に原点を有することを指定できる（例えば、スケールの中心にある原点位置であり、０、０、０のスケール座標値を有し得る）。参照位置ＲＥＦ１（すなわち静止している第１の撮像構成８６０によって規定される）は計測座標Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１を有し、これに対応する視野ＦＯＶ１（例えば取得された画像に対応する）の中心は計測座標Ｘ１、Ｙ１、Ｚ０に存在し得る。ＸＹスケール８７０から延出するｘｙ面内のエンドツール軸ＥＡの位置は、相対計測位置座標Ｘ２、Ｙ２を有すると指定できる。エンドツール位置ＥＴＰは計測位置座標Ｘ２、Ｙ２、Ｚ２を有すると指定できる。様々な実施例において、エンドツールＥＴＬは、計測位置座標Ｘ３、Ｙ３、Ｚ３を有すると指定できる測定点ＭＰ（例えばワークピースに接触するためのエンドツールスタイラスＥＴＳＴの端部にある）を有し得る。エンドツールＥＴＬの測定点ＭＰがエンドツールの残り部分に対してｘ方向又はｙ方向に変動せず、エンドツール軸ＥＡが動作構成においてｚ軸に平行である実施例では、Ｘ３及びＹ３座標はそれぞれＸ２及びＹ２座標に等しい可能性がある。
【０１２８】
１つの具体的な例示の実施例では、取得された画像を計測位置座標処理部８８５によって解析して、静止している第１の撮像構成８６０の視野ＦＯＶ１の中心に対応する計測位置座標Ｘ１、Ｙ１に対応するスケール座標を決定することができる。このような決定は、（例えばスケールに対するカメラの位置を決定するための）標準的なカメラ／スケール画像処理技法に従って実行できる。このような技法の様々な例が、米国特許第６，７８１，６９４号、第６，９３７，３４９号、第５，７９８，９４７号、第６，２２２，９４０号、及び第６，６４０，００８号に記載されている。これらの各々は援用により全体が本願に含まれる。様々な実施例では、このような技法を用いて、図４及び図５に関連付けて上述したように、スケール範囲内（例えばＸＹスケール８７０内）の視野ＦＯＶ１の位置（例えばカメラの位置に対応している）を決定できる。様々な実施例において、このような決定は、ＸＹスケール８７０の取得された画像内に含まれる少なくとも１つの各撮像可能要素及びそれに関連した各既知のＸＹスケール座標位置を識別することを含み得る。このような決定は、ＸＹスケール８７０と第１の参照位置ＲＥＦ１（すなわち静止している第１の撮像構成８６０によって規定される）との間の相対位置を示す計測位置座標を決定することに対応し得る。次いで、エンドツール位置ＥＴＰ及び／又はエンドツールＥＴＬの測定点位置ＭＰとＸＹスケール８７０との間の既知の座標位置オフセットに従って、相対Ｘ２、Ｙ２座標（すなわちエンドツール位置ＥＴＰの）を決定することができる（例えば、Ｘ２、Ｙ２、Ｚ２及び／又はＸ３、Ｙ３、Ｚ３を決定するため、Ｘ１及びＹ１及びＺ０に既知のｘ及びｙ及びｚ位置オフセット値を加算する）。
【０１２９】
図９に示されている実施例の動作を要約すると、上記のように提供された所望の動作構成において、位置ずれセンサＡＳｅｎに基づきこれによって示される残留位置ずれＭｉｓＡｎｇはゼロに低減される。従って、残留位置ずれＭｉｓＡｎｇに応じて生じる誤差（例えば図２Ａ〜図３Ｂを参照して上記で概説した）は実質的に防止されるので、補正又は補償する必要はない。例えば、非ゼロの残留位置ずれに起因した追加の補正又は補償を行う必要なく、本明細書で概説したように、様々なコンポーネント間の様々なオフセット量及び／又は位置ずれ誤差を較正データとして決定及び／又はセーブして使用することができる。
【０１３０】
図１０は、図９のロボットシステム９００と同様のロボットシステム１０００の第６の例示的な実施例の一部の等角投影図であるが、異なる点は、第１の撮像構成８６０及び動作位置合わせサブシステムＯＡＳの位置合わせセンサＡＳｅｎが可動アーム構成ＭＡＣ’の移動要素に結合され、位置合わせセンサＡＳｅｎが、静止要素ＳＴＥ上に配置されたＸＹスケール８７０に対する第１の撮像構成８６０の動作位置合わせを管理していることである。
【０１３１】
図１０の構成において、ＸＹスケール８７０が結合されている静止要素ＳＴＥは、ロボット８１０よりも上方に配置されたフレームを含み得る。図１０に示されている実施例において、動作位置合わせアクチュエータ構成ＡＡｃｔは移動機構８３４及び８３５を含み、これらは、図９を参照して先に概説したように、可動アーム構成ＭＡＣ’に含まれて動作位置合わせサブシステムＯＡＳで使用される。第１の撮像構成８６０及び位置合わせセンサＡＳｅｎは、アーム部又はブラケット８２５に結合され、これにより動作位置合わせアクチュエータ構成ＡＡｃｔに結合され、これにより可動アーム構成ＭＡＣ’の残り部分に結合されている。他の構成では、第１の撮像構成８６０を可動アーム構成ＭＡＣ’に結合するために他の結合構成を利用してもよい。様々な実施例において、可動アーム構成ＭＡＣ’に結合された第１の撮像構成８６０の位置及び／又は向きは調整可能としてもよいが、（例えば一連の測定等のため）所与の位置／向きで一時的にロックするか又は他の方法で固定してもよい。いずれの場合であっても、補足計測位置座標決定システム８５０の動作構成において、第１の撮像構成８６０は、第１の撮像構成８６０の光軸ＯＡ１がスケール撮像軸方向ＳＩＡの方向に平行であると共に、スケール面がスケール撮像軸方向ＳＩＡに沿った第１の撮像構成８６０の合焦範囲内に位置付けられるように配置することができる。
【０１３２】
ロボット８１０は実質的に図９を参照して前述した通りとすることができる。様々な実施例において、可動の第１の撮像構成８６０（例えば図１０に示されている）は、回転軸ＲＡ４を中心として回転する回転要素（例えば移動機構８３４に結合されたアーム部８２４）及び回転軸ＲＡ５を中心として回転する回転要素（例えば移動機構８３５に結合されたブラケット又はアーム部８２５）を含む遠位小部分を介して、可動アーム構成ＭＡＣ’の中央小部分（例えばアーム部８２３及びその近傍の少なくともいくつかの要素を含む）に結合されているものとして記載できる。前述のように、移動機構８３４及び８３５は、動作位置合わせアクチュエータ構成ＡＡｃｔとして考えることができ、上記で概説され以下で更に詳しく記載される所望の動作位置合わせを行うために使用できる。いくつかの実施例では、例えば図１０に示され以下で更に詳しく記載されるように、第１の撮像構成８６０の光軸ＯＡ１を回転軸ＲＡ５に直交して配置することが望ましい場合がある。回転軸ＲＡ４は回転軸ＲＡ５にノミナルで直交する。本明細書で使用される慣例に従って、方向ベクトルのドット積がゼロであるように配向された２つの軸は、それらが交差しているか否かには無関係に、直交するか又は垂直であると理解される。回転軸のこの配置によって、単純かつ便利な移動制御及び検知処理が可能となるが、これは単なる例示であって限定でないことは理解されよう。この実施例では、動作位置合わせアクチュエータ構成ＡＡｃｔの回転要素は可動アーム構成ＭＡＣ’に含まれるが、他の実施例では、回転要素（典型的に第１及び第２の回転要素）を、可動アーム構成ＭＡＣの遠位端の近傍に配置された別個の動作位置合わせアクチュエータ構成に含めてもよい（例えば図１２及び図１３を参照して以下で記載する）。
【０１３３】
図１０に示されている実施例において、回転軸ＲＡ４は、可動アーム構成ＭＡＣ’の１つ以上の他の回転軸（例えばＲＡ２、ＲＡ３）に平行である。このような場合、回転軸ＲＡ４が、可動アーム構成ＭＡＣ’における平行な回転軸の角度回転に反対及び等しい方向に逆回転すると、必要に応じてロボット８１０の様々な移動及び配置を通して補足計測位置座標決定システム８５０の所望の動作構成を維持できることは認められよう。更に一般的には、ＸＹはロックされるか、又は、特定の測定に望ましい向き／位置を達成するため可動アーム構成ＭＡＣ’に対して様々な固定の向き／位置に調整可能／回転可能である。
【０１３４】
様々な実施例では、（様々なオフセット寸法等の様々な小さい相違以外は）実質的に図９を参照して前述したものと同様の機能特性及び要素を有する構成において、エンドツールＥＴＬは、第５のアーム部８２５の遠位端ＤＥ５の近傍に実装（例えば結合）することができる。図３Ａ〜図３Ｂを参照して上記で概説したように、エンドツール位置ＥＴＰと第１の撮像構成８６０との間には既知の座標位置オフセットが存在し得る（例えば、Ｚ座標位置オフセット成分はオフセットＬｏｆｆＭＰで示される）。例えば第１の撮像構成８６０は、エンドツール位置ＥＴＰから既知の座標位置オフセットを有する指定された参照点を（例えばレンズの中心で、計測座標位置ラベルＸ１、Ｙ１、Ｚ１に）有することができる。様々な実施例において、このような既知の座標位置オフセットは既知のオフセット成分で表現することができる。
【０１３５】
前述のように、エンドツール位置ＥＴＰと第１の撮像構成８６０との間の既知の座標位置オフセットは、エンドツール位置ＥＴＰの計測位置座標を決定するためのプロセスの一部として利用できる。更に具体的には、上述のように、補足計測位置座標決定システム８５０は、取得した画像内で識別された（すなわちＸＹスケール８７０の）少なくとも１つの撮像可能要素の画像位置の決定に基づいて、計測位置座標処理部８８５が、第１の撮像構成８６０と第１の参照位置ＲＥＦ１（すなわち静止しているＸＹスケール８７０によって規定される）との間の相対位置を示す計測位置座標を決定するように動作するよう構成できる。補足計測位置座標決定システム８５０は更に、相対位置（すなわち第１の撮像構成８６０と第１の参照位置ＲＥＦ１との間の）を示す決定された計測位置座標、並びに、エンドツール位置ＥＴＰ及び／又はエンドツールの測定点位置ＭＰと可動の第１の撮像構成８６０との間の既知の座標位置オフセットに基づいて、エンドツール位置ＥＴＰ及び／又はエンドツールの測定点位置ＭＰの計測位置座標を決定するように構成できる。１つの具体的な例示の実施例では、エンドツールＥＴＰ及び／又はエンドツールＥＴＬの測定点位置ＭＰの計測位置座標を決定するために、既知の座標位置オフセット（例えば、既知のｘオフセット及び既知のｙオフセット及び既知のｚオフセット等、既知のオフセット成分で表現される）を、相対位置（すなわち第１の撮像構成８６０と第１の参照位置ＲＥＦ１との間の）を示す決定された計測位置座標に加算するか又は他の方法でこれと組み合わせることができる。
【０１３６】
１つの具体的な例示の位置座標構成として、動作構成で光軸ＯＡ１がスケール撮像軸ＳＩＡ及びＺ軸と平行である実施例では、ＸＹスケール８７０は、ＲＥＦ１位置Ｘ０、Ｙ０、Ｚ０に原点を有することを指定できる。スケールの中心にある原点位置はスケール座標値０、０、０を有し得るので、この特定の実施例ではスケール座標系及び計測座標系は一致する。第１の撮像構成８６０の光軸に沿った視野ＦＯＶ１（例えば取得した画像に対応する）の中心の位置は、計測座標Ｘ１、Ｙ１、Ｚ０に存在し得る。所望の動作構成において、第１の撮像構成８６０の参照点は計測座標Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１を有すると理解できる。エンドツール位置ＥＴＰは計測位置座標Ｘ２、Ｙ２、Ｚ２を有すると指定できる。様々な実施例において、エンドツールＥＴＬは、計測位置座標Ｘ３、Ｙ３、Ｚ３を有すると指定できる測定点ＭＰ（例えばワークピースに接触するためのエンドツールスタイラスＥＴＳＴの端部にある）を有し得る。エンドツール位置ＥＴＰ及びエンドツールＥＴＬの測定点ＭＰが第１の撮像構成８６０の参照点に対してｘ方向又はｙ方向に変動しない実施例では、Ｘ２、Ｙ２及びＸ３、Ｙ３座標はそれぞれＸ１、Ｙ１座標に等しい可能性がある。
【０１３７】
１つの具体的な例示の実施例では、取得された画像を計測位置座標処理部８８５によって解析して、静止している第１の撮像構成８６０の視野ＦＯＶ１の中心に対応する計測位置座標Ｘ１、Ｙ１に対応するスケール座標を決定することができる。このような決定は、（例えばスケールに対するカメラの位置を決定するための）標準的なカメラ／スケール画像処理技法に従って実行できる。このような技法の様々な例が、米国特許第６，７８１，６９４号、第６，９３７，３４９号、第５，７９８，９４７号、第６，２２２，９４０号、及び第６，６４０，００８号に記載されている。これらの各々は援用により全体が本願に含まれる。様々な実施例では、このような技法を用いて、図４及び図５に関連付けて上述したように、スケール範囲内（例えばＸＹスケール８７０内）の視野ＦＯＶ１の位置（例えばカメラの位置に対応している）を決定できる。様々な実施例において、このような決定は、ＸＹスケール８７０の取得された画像内に含まれる少なくとも１つの各撮像可能要素及びそれに関連した各既知のＸＹスケール座標位置を識別することを含み得る。このような決定は、第１の撮像構成８６０と第１の参照位置ＲＥＦ１（すなわち静止しているＸＹスケール８７０によって規定される）との間の相対位置を示す計測位置座標を決定することに対応し得る。次いで、エンドツール位置ＥＴＰ及び／又はエンドツールＥＴＬの測定点位置ＭＰと第１の撮像構成８６０との間の既知の座標位置オフセットに従って、相対Ｘ、Ｙ座標（すなわちエンドツール位置ＥＴＰの）及び／又はエンドツールＥＴＬの測定点位置ＭＰを決定することができる（例えば、Ｘ２、Ｙ２、Ｚ２及び／又はＸ３、Ｙ３、Ｚ３を決定するため、Ｘ１及びＹ１及びＺ１に既知のｘ及びｙ及びｚ位置オフセット値を加算する）。
【０１３８】
図１０に示されている実施例の動作を要約すると、上記のように提供された所望の動作構成において、位置ずれセンサＡＳｅｎに基づきこれによって示される残留位置ずれＭｉｓＡｎｇはゼロに低減される。従って、残留位置ずれＭｉｓＡｎｇに応じて生じる誤差（例えば図２Ａ〜図３Ｂを参照して上記で概説した）は実質的に防止されるので、補正又は補償する必要はない。例えば、非ゼロの残留位置ずれに起因した追加の補正又は補償を行う必要なく、本明細書で概説したように、様々なコンポーネント間の様々なオフセット量及び／又は位置ずれ誤差を較正データとして決定及び／又はセーブして使用することができる。
【０１３９】
図９及び図１０を参照して上述された実施例は、可動アーム構成ＭＡＣに含まれる動作位置合わせアクチュエータＡＡｃｔを使用する。あるいは、所望の場合、動作位置合わせサブシステムＯＡＳが別個の動作位置合わせアクチュエータＡＡｃｔのセットを提供できることは認められよう（例えば、関連付けられた可動アーム構成が、動作位置合わせサブシステムＯＡＳによって使用するのに適したアクチュエータを含まない場合）。このような別個の動作位置合わせアクチュエータＡＡｃｔのセットは、実質的に図９及び図１０を参照して上述されたものと同様に動作し、本明細書に開示されている原理に従って同様の利点を提供することができる。図１２及び図１３はそのような実施例を示す。
【０１４０】
図１２は、図２Ａ及び図２Ｂのロボットシステムと同様のロボットシステム１２００の実施例の一部を示す等角投影図である。ＸＹスケール８７０、並びに動作位置合わせサブシステムＯＡＳの位置合わせアクチュエータ構成ＡＡｃｔは、移動要素に結合されている。位置合わせセンサＡＳｅｎ及び位置合わせアクチュエータ構成ＡＡｃｔを用いて、静止要素ＳＴＥ上に配置された撮像構成８６０に対するＸＹスケール８７０の動作位置合わせを管理する。動作位置合わせサブシステムＯＡＳに関連する機能及び動作は、図９を参照して上記で概説したものと同様である。上述の番号付けスキームと同様、図１２のいくつかの名前又は番号を付けたコンポーネント（例えば１ＸＸ、８ＸＸ、８ＸＸ’）は、図２Ａ、図２Ｂ、図９、又は他の図における同一又は同様の名前又は番号を付けた対応するコンポーネント（例えば１ＸＸ、８ＸＸ）に相当する及び／又はそれらと同様の動作を有し、それらと同様又は同一であると理解することができ、そうでなければ類推によって及び以下で記載するように理解され得ることは認められよう。上述のように、同様の及び／又は同一の設計及び／又は機能を有する要素を示すためのこの名前付け及び番号付けスキームは、本出願の様々な図に概ね適用される（例えば図１〜図５、図８、図９、図１０、図１２、及び図１３）。
【０１４１】
図１２の構成において、第１の撮像構成８６０が結合されている静止要素ＳＴＥは、ロボット８１０よりも上方に配置されたフレームを含み得る。可動アーム構成ＭＡＣは、図２Ａに示されているものと同一とすればよい。図１２に示されている実施例において、動作位置合わせアクチュエータ構成ＡＡｃｔは、動作位置合わせサブシステムＯＡＳの一部とすることができる別個の移動機構８３４’及び８３５’を含む。例えば、動作位置合わせアクチュエータ構成ＡＡｃｔはアーム部又はブラケット８２５に結合することができ、アーム部又はブラケット８２５はＸＹスケール８７０及びエンドツール構成ＥＴＣＮのエンドツールＥＴＬに結合することができる。エンドツール構成ＥＴＣＮは、エンドツール実装構成ＥＴＭＣで可動アーム構成ＭＡＣに機械的及び電気的に接続されている。図示されている実施例では、別個の移動機構８３４’及び８３５’は、それぞれ回転軸ＲＡ４及びＲＡ５を中心とした比較的小さい角度範囲の移動に対応するだけで充分である。従ってこれらは、図１２に概略的に示されている通り、薄型の（ｌｏｗ  ｐｒｏｆｉｌｅ）コンパクトな２軸アクチュエータに一体化することができる。このようなアクチュエータに関する教示は、例えば米国特許第５，５８３，６９１号及び第９，３２３，０２５号に開示されている。これらは援用により全体が本願に含まれる。別個の移動機構８３４’及び８３５’からの制御及び位置信号を、本明細書にすでに開示されている及び／又は当技術分野で一般的に既知である可動アーム構成ＭＡＣを含むロボットシステムのものと組み合わせることができることは認められよう。
【０１４２】
様々な実施例において、動作位置合わせアクチュエータ構成ＡＡｃｔに結合され、これによって可動アーム構成ＭＡＣに結合されたＸＹスケール８７０の位置及び／又は向きは、調整可能としてもよいが、（例えば一連の測定等のため）所与の位置／向きで一時的にロックするか又は他の方法で固定してもよい。いずれの場合であっても、補足計測位置座標決定システム８５０の動作構成において、第１の撮像構成８６０は、第１の撮像構成８６０の光軸ＯＡ１がスケール撮像軸方向ＳＩＡの方向に平行であると共に、スケール面がスケール撮像軸方向ＳＩＡに沿った第１の撮像構成８６０の合焦範囲内に位置付けられるように配置することができる。
【０１４３】
図１２に示されているように、移動機構８３４’は、いくつかの実施例では（例えば著しいたわみ又はねじれが存在しない場合）Ｚ軸にノミナルで直交し得る回転軸ＲＡ４を有する。移動機構８３４’は、回転軸ＲＡ４を中心として回転するように移動機構８３４’に結合されたアクチュエータ部ＡＰ８２４（例えばプレート）を含むことができる。（例えばＺ軸に平行な面内での）アクチュエータ部ＡＰ８２４の角度位置を決定するため、移動機構８３４’の位置センサを使用することができる。
【０１４４】
移動機構８３５’は、アクチュエータ部ＡＰ８２４に結合することができ、様々な実施例において回転軸ＲＡ４にノミナルで直交し得る回転軸ＲＡ５を有する。移動機構８３５’は、回転軸ＲＡ５を中心として回転するように移動機構８３５’に結合されたアクチュエータ部ＡＰ８２５（例えばプレート）を含むことができる。アクチュエータ部ＡＰ８２５にアーム部８２５’（例えばブラケット）を実装することができる。アクチュエータ部ＡＰ８２５、アーム部８２５’、及び／又はＸＹスケール８７０の角度位置を決定するため、移動機構８３５’の位置センサを使用することができる。いくつかの実施例では、ＸＹスケール８７０のスケール面を回転軸ＲＡ５と平行に配置することが望ましい場合がある。
【０１４５】
様々な実施例において、可動ＸＹスケール８７０は、回転軸ＲＡ４を中心として回転する回転要素（例えば移動機構８３４’に結合されたアクチュエータ部ＡＰ８２４）及び回転軸ＲＡ５を中心として回転する回転要素（例えば移動機構８３５’に結合されたアクチュエータ部ＡＰ８２５及び／又はブラケットもしくはアーム部８２５’）を含む別個の動作位置合わせアクチュエータ構成ＡＡｃｔを介して、可動アーム構成ＭＡＣの中央小部分（例えばアーム部１３０及びその近傍の少なくともいくつかの要素を含む）に結合されているものとして記載できる。図１２に示されている例示的な動作位置合わせアクチュエータ構成ＡＡｃｔでは、回転軸ＲＡ５は、ＸＹスケール８７０のスケール面にノミナルで平行であり、スケール撮像軸方向ＳＩＡにノミナルで直交する。回転軸ＲＡ４は、回転軸ＲＡ５にノミナルで直交する。回転軸のこの配置によって、単純かつ便利な移動制御及び検知処理が可能となるが、これは単なる例示であって限定でないことは理解されよう。
【０１４６】
図１２に示されている実施例において、可動アーム構成ＭＡＣは、位置合わせセンサＡＳｅｎ及び動作位置合わせアクチュエータＡＡｃｔを用いて補足計測位置座標決定システム８５０の所望の動作構成が一度確立されたら、必要に応じて、ロボット８１０の様々な移動又は配置を通してこの所望の動作構成をノミナルで維持できるように構成されている。動作構成において可能な限り最良の位置合わせを保証することが望ましい場合、位置合わせセンサＡＳｅｎに基づきこれによって示される通りに所望の動作位置合わせを行うように１又は複数の動作位置合わせアクチュエータＡＡｃｔの位置を調整することで、任意の所望の時点で動作位置合わせを調整できる。
【０１４７】
前述のように、エンドツール位置ＥＴＰ及び／又はエンドツールの測定点位置ＭＰとＸＹスケール８７０との間の既知の座標位置オフセットは、エンドツール位置ＥＴＰの計測位置座標を決定するためのプロセスの一部として利用できる。更に具体的には、上述のように、補足計測位置座標決定システム８５０は、取得した画像内で識別された（すなわちＸＹスケール８７０の）少なくとも１つの撮像可能要素の画像位置の決定に基づいて、計測位置座標処理部８８５が、ＸＹスケール８７０と第１の参照位置ＲＥＦ１（すなわち静止している第１の撮像構成８６０によって規定される）との間の相対位置を示す計測位置座標を決定するように動作するよう構成できる。補足計測位置座標決定システム８５０は更に、相対位置（すなわちＸＹスケール８７０と第１の参照位置ＲＥＦ１との間の）を示す決定された計測位置座標、並びに、エンドツール位置ＥＴＰ及び／又はエンドツールの測定点位置ＭＰと可動ＸＹスケール８７０との間の既知の座標位置オフセットに基づいて、エンドツール位置ＥＴＰ及び／又はエンドツールの測定点位置ＭＰの計測位置座標を決定するように構成できる。１つの具体的な例示の実施例では、エンドツール位置ＥＴＰ及び／又はエンドツールＥＴＬの測定点位置ＭＰの計測位置座標を決定するため、既知の座標位置オフセット（例えば、既知のｘオフセット及び既知のｙオフセット及び既知のｚオフセット等、既知のオフセット成分で表現される）を、相対位置（すなわちＸＹスケール８７０と第１の参照位置ＲＥＦ１との間の）を示す決定された計測位置座標に加算するか又は他の方法でこれと組み合わせることができる。
【０１４８】
１つの具体的な例示の実施例では、取得された画像を計測位置座標処理部８８５によって解析して、静止している第１の撮像構成８６０の視野ＦＯＶ１の中心に対応する計測位置座標Ｘ１、Ｙ１に対応するスケール座標を決定することができる。このような決定は、（例えばスケールに対するカメラの位置を決定するための）標準的なカメラ／スケール画像処理技法に従って実行できる。様々な実施例では、このような技法を用いて、図４及び図５に関連付けて上述したように、スケール範囲内（例えばＸＹスケール８７０内）の視野ＦＯＶ１の位置（例えばカメラの位置に対応している）を決定できる。様々な実施例において、このような決定は、ＸＹスケール８７０の取得された画像内に含まれる少なくとも１つの各撮像可能要素及びそれに関連した各既知のＸＹスケール座標位置を識別することを含み得る。このような決定は、ＸＹスケール８７０と第１の参照位置ＲＥＦ１（すなわち静止している第１の撮像構成８６０によって規定される）との間の相対位置を示す計測位置座標を決定することに対応し得る。次いで、エンドツール位置ＥＴＰ及び／又はエンドツールＥＴＬの測定点位置ＭＰとＸＹスケール８７０との間の既知の座標位置オフセットに従って、相対Ｘ２、Ｙ２座標（すなわちエンドツール位置ＥＴＰの）を決定することができる（例えば、Ｘ２、Ｙ２、Ｚ２及び／又はＸ３、Ｙ３、Ｚ３を決定するため、Ｘ１及びＹ１及びＺ０に既知のｘ及びｙ及びｚ位置オフセット値を加算する）。
【０１４９】
図１２に示されている実施例の動作を要約すると、上記のように提供された所望の動作構成において、位置ずれセンサＡＳｅｎに基づきこれによって示される残留位置ずれＭｉｓＡｎｇはゼロに低減される。従って、残留位置ずれ角度ＭｉｓＡｎｇに応じて生じる誤差（例えば図２Ａ〜図３Ｂを参照して上記で概説した）は実質的に防止されるので、補正又は補償する必要はない。例えば、非ゼロの残留位置ずれに起因した追加の補正又は補償を行う必要なく、本明細書で概説したように、様々なコンポーネント間の様々なオフセット量及び／又は位置ずれ誤差を較正データとして決定及び／又はセーブして使用することができる。
【０１５０】
図１３は、図１２、図３Ａ、及び図３Ｂのロボットシステムと同様のロボットシステム１３００の実施例の一部を示す等角投影図である。撮像構成８６０、並びに動作位置合わせサブシステムＯＡＳの位置合わせセンサＡＳｅｎ及び位置合わせアクチュエータ構成ＡＡｃｔは、移動要素に結合されている。位置合わせセンサＡＳｅｎ及び位置合わせアクチュエータ構成ＡＡｃｔを用いて、静止要素ＳＴＥ上に配置されたＸＹスケール８７０に対する撮像構成８６０の動作位置合わせを管理する。
【０１５１】
動作位置合わせサブシステムＯＡＳに関連する機能及び動作は、図１０及び図１２を参照して上記で概説したものと同様である。上述の番号付けスキームと同様、図１３のいくつかの名前又は番号を付けたコンポーネント（例えば１ＸＸ、８ＸＸ、８ＸＸ’）は、図３Ａ、図３Ｂ、図１０、図１２、又は他の図における同一又は同様の名前又は番号を付けた対応するコンポーネント（例えば１ＸＸ、８ＸＸ）に相当する及び／又はそれらと同様の動作を有し、それらと同様又は同一であると理解することができ、そうでなければ類推によって及び以下で記載するように理解され得ることは認められよう。
【０１５２】
図１３の構成において、ＸＹスケール８７０が結合されている静止要素ＳＴＥは、ロボット８１０よりも上方に配置されたフレームを含み得る。可動アーム構成ＭＡＣは、図２Ａ又は図３Ｂに示されているものと同一とすればよい。図１３に示されている実施例において、動作位置合わせアクチュエータ構成ＡＡｃｔは、動作位置合わせサブシステムＯＡＳの一部とすることができる別個の移動機構８３４’及び８３５’を含む。例えば、動作位置合わせアクチュエータ構成ＡＡｃｔはアーム部又はブラケット８２５に結合することができ、アーム部又はブラケット８２５は第１の撮像構成８６０及びエンドツール構成ＥＴＣＮのエンドツールＥＴＬに結合することができる。エンドツール構成ＥＴＣＮは、エンンドツール実装構成ＥＴＭＣで可動アーム構成ＭＡＣに機械的及び電気的に接続されている。図示されている実施例では、別個の移動機構８３４’及び８３５’は、それぞれ回転軸ＲＡ４及びＲＡ５を中心とした比較的小さい角度範囲の移動に対応するだけで充分である。従ってこれらは、図１３に概略的に示されているように、薄型のコンパクトな２軸アクチュエータに一体化することができる。このようなアクチュエータに関する教示は、例えば米国特許第５，５８３，６９１号及び第９，３２３，０２５号に開示されている。これらは援用により全体が本願に含まれる。別個の移動機構８３４’及び８３５’からの制御及び位置信号を、本明細書にすでに開示されている及び／又は当技術分野で一般的に既知である可動アーム構成ＭＡＣを含むロボットシステムのものと組み合わせることができることは認められよう。
【０１５３】
様々な実施例において、動作位置合わせアクチュエータ構成ＡＡｃｔに結合され、これにより可動アーム構成ＭＡＣに結合された第１の撮像構成８６０の位置及び／又は向きは、調整可能としてもよいが、（例えば一連の測定等のため）所与の位置／向きで一時的にロックするか又は他の方法で固定してもよい。いずれの場合であっても、補足計測位置座標決定システム８５０の動作構成において、第１の撮像構成８６０は、第１の撮像構成８６０の光軸ＯＡ１がスケール撮像軸方向ＳＩＡの方向に平行であると共に、スケール面がスケール撮像軸方向ＳＩＡに沿った第１の撮像構成８６０の合焦範囲内に位置付けられるように配置することができる。
【０１５４】
図１３に示されているように、移動機構８３４’は、いくつかの実施例では（例えば著しいたわみ又はねじれが存在しない場合）Ｚ軸にノミナルで直交し得る回転軸ＲＡ４を有する。移動機構８３４’は、回転軸ＲＡ４を中心として回転するように移動機構８３４’に結合されたアクチュエータ部ＡＰ８２４（例えばプレート）を含むことができる。（例えばＺ軸に平行な面内での）アクチュエータ部ＡＰ８２４の角度位置を決定するため、移動機構８３４’の位置センサを使用することができる。
【０１５５】
移動機構８３５’は、アクチュエータ部ＡＰ８２４に結合することができ、様々な実施例において回転軸ＲＡ４にノミナルで直交し得る回転軸ＲＡ５を有する。移動機構８３５’は、回転軸ＲＡ５を中心として回転するように移動機構８３５’に結合されたアクチュエータ部ＡＰ８２５（例えばプレート）を含むことができる。アクチュエータ部ＡＰ８２５にアーム部８２５’（例えばブラケット）を実装することができる。アクチュエータ部ＡＰ８２５、アーム部８２５’、及び／又はＸＹスケール８７０の角度位置を決定するため、移動機構８３５’の位置センサを使用することができる。いくつかの実施例では、第１の撮像構成８６０の光軸ＯＡ１を回転軸ＲＡ５と直交するように配置することが望ましい場合がある。
【０１５６】
様々な実施例において、可動の第１の撮像構成８６０は、回転軸ＲＡ４を中心として回転する回転要素（例えば移動機構８３４’に結合されたアクチュエータ部ＡＰ８２４）及び回転軸ＲＡ５を中心として回転する回転要素（例えば移動機構８３５’に結合されたアクチュエータ部ＡＰ８２５及び／又はブラケット又はアーム部８２５’）を含む別個の動作位置合わせアクチュエータ構成ＡＡｃｔを介して、可動アーム構成ＭＡＣの中央小部分（例えばアーム部１３０及びその近傍の少なくともいくつかの要素を含む）に結合されているものとして記載できる。図１３に示されている例示的な動作位置合わせアクチュエータ構成ＡＡｃｔでは、回転軸ＲＡ５は、第１の撮像構成８６０の光軸ＯＡ１にノミナルで直交し、これと位置合わせされている。回転軸ＲＡ４は、回転軸ＲＡ５にノミナルで直交する。回転軸のこの配置によって、単純かつ便利な移動制御及び検知処理が可能となるが、これは単なる例示であって限定でないことは理解されよう。
【０１５７】
図１３に示されている実施例において、可動アーム構成ＭＡＣは、位置合わせセンサＡＳｅｎ及び動作位置合わせアクチュエータＡＡｃｔを用いて補足計測位置座標決定システム８５０の所望の動作構成が一度確立されたら、必要に応じて、ロボット８１０の様々な移動又は配置を通してこの所望の動作構成をノミナルで維持できるように構成されている。動作構成において可能な限り最良の位置合わせを保証することが望ましい場合、位置合わせセンサＡＳｅｎに基づきこれによって示される通りに所望の動作位置合わせを行うように１又は複数の動作位置合わせアクチュエータＡＡｃｔの位置を調整することで、任意の所望の時点で動作位置合わせを調整できる。
【０１５８】
前述のように、エンドツール位置ＥＴＰ及び／又はエンドツールの測定点位置ＭＰと第１の撮像構成８６０との間の既知の座標位置オフセットは、エンドツール位置ＥＴＰの計測位置座標を決定するためのプロセスの一部として利用できる。更に具体的には、上述のように、補足計測位置座標決定システム８５０は、取得した画像内で識別された（すなわちＸＹスケール８７０の）少なくとも１つの撮像可能要素の画像位置の決定に基づいて、計測位置座標処理部８８５が、第１の撮像構成８６０と第１の参照位置ＲＥＦ１（すなわち静止しているＸＹスケール８７０によって規定される）との間の相対位置を示す計測位置座標を決定するように動作するよう構成できる。補足計測位置座標決定システム８５０は更に、相対位置（すなわち第１の撮像構成８６０と第１の参照位置ＲＥＦ１との間の）を示す決定された計測位置座標、並びに、エンドツール位置ＥＴＰ及び／又はエンドツールの測定点位置ＭＰと可動の第１の撮像構成８６０との間の既知の座標位置オフセットに基づいて、エンドツール位置ＥＴＰ及び／又はエンドツールの測定点位置ＭＰの計測位置座標を決定するように構成できる。１つの具体的な例示の実施例では、エンドツール位置ＥＴＰ及び／又はエンドツールＥＴＬの測定点位置ＭＰの計測位置座標を決定するため、既知の座標位置オフセット（例えば、既知のｘオフセット及び既知のｙオフセット及び既知のｚオフセット等、既知のオフセット成分で表現される）を、相対位置（すなわち第１の撮像構成８６０と第１の参照位置ＲＥＦ１との間の）を示す決定された計測位置座標に加算するか又は他の方法でこれと組み合わせることができる。
【０１５９】
１つの具体的な例示の実施例では、取得された画像を計測位置座標処理部８８５によって解析して、静止している第１の撮像構成８６０の視野ＦＯＶ１の中心に対応する計測位置座標Ｘ１、Ｙ１に対応するスケール座標を決定することができる。このような決定は、（例えばスケールに対するカメラの位置を決定するための）標準的なカメラ／スケール画像処理技法に従って実行できる。様々な実施例では、このような技法を用いて、図４及び図５に関連付けて上述したように、スケール範囲内（例えばＸＹスケール８７０内）の視野ＦＯＶ１の位置（例えばカメラの位置に対応している）を決定できる。様々な実施例において、このような決定は、ＸＹスケール８７０の取得された画像内に含まれる少なくとも１つの各撮像可能要素及びそれに関連した各既知のＸＹスケール座標位置を識別することを含み得る。このような決定は、第１の撮像構成８６０と第１の参照位置ＲＥＦ１（すなわち静止しているＸＹスケール８７０によって規定される）との間の相対位置を示す計測位置座標を決定することに対応し得る。次いで、エンドツール位置ＥＴＰ及び／又はエンドツールＥＴＬの測定点位置ＭＰとＸＹスケール８７０との間の既知の座標位置オフセットに従って、相対Ｘ２、Ｙ２及び／又はＸ３、Ｙ３座標を決定することができる（例えば、Ｘ２、Ｙ２、Ｚ２及び／又はＸ３、Ｙ３、Ｚ３を決定するため、Ｘ１及びＹ１及びＺ０に既知のｘ及びｙ及びｚ位置オフセット値を加算する）。
【０１６０】
図１３に示されている実施の動作を要約すると、上記のように提供された所望の動作構成において、位置ずれセンサＡＳｅｎに基づきこれによって示される残留位置ずれＭｉｓＡｎｇはゼロに低減される。従って、残留位置ずれ角度ＭｉｓＡｎｇに応じて生じる誤差（例えば図２Ａ〜図３Ｂを参照して上記で概説した）は実質的に防止されるので、補正又は補償する必要はない。例えば、非ゼロの残留位置ずれに起因した追加の補正又は補償を行う必要なく、本明細書で概説したように、様々なコンポーネント間の様々なオフセット量及び／又は位置ずれ誤差を較正データとして決定及び／又はセーブして使用することができる。
【０１６１】
図１１は、ロボットと、動作位置合わせアクチュエータ構成ＡＡｃｔを備える動作位置合わせサブシステムを含む補足計測位置座標決定システムと、を含むロボットシステムを動作させるためのルーチン１１００Ａの例示的な実施例を示すフロー図である。図１１に示されているように、判断ブロック１１１０では、ロボットシステムを補足計測位置座標モードで動作させるか否かを決定する。様々な実施例において、補足計測位置座標モード又は標準ロボット位置座標モードの選択及び／又は活性化は、ユーザによって行う、及び／又は特定の動作及び／又は命令に応答してシステムによって自動的に行うことができる。例えば１つの実施例では、ロボットが特定の位置に移動した場合（例えばエンドツールを、アセンブリ又は他の動作が実行される一般エリアから、ワークピース検査動作が典型的に実行される及び／又は補足計測位置座標モードが利用される特定エリアに移動させた場合）、補足計測位置座標モードを開始することができる（例えば自動的に又はユーザによる選択に従って）。様々な実施例では、このようなモードは外部制御システムによって実施できる（例えば、標準ロボット位置座標モード部１４７及び補足計測位置座標モード部１８７を使用する図１の外部制御システムＥＣＳ、又は、標準ロボット位置座標モード部８４９及び補足計測位置座標モード部８８７を使用する図８の外部制御システムＥＣＳ’）。様々な実施例では、ハイブリッドモードを、独立して又は補足計測位置座標モードの一部として動作させる及び／又はモード間の切り替えとして実施することができる。これについては図７を参照して上記で概説されている。
【０１６２】
判断ブロック１１１０において、ロボットシステムを補足計測位置座標モードで動作させないことが決定された場合、ルーチンはブロック１１１５に進み、ロボットシステムを標準ロボット位置座標モードで動作させる。標準ロボット位置座標モードの一部として、ロボットの位置センサ（例えば回転エンコーダやリニアエンコーダ等）を用いて、ロボット精度（例えば、ロボットの位置センサの精度に少なくとも部分的に基づく）で、ロボットの移動及び対応するエンドツール位置又はエンドツールの測定点位置を制御及び決定する。本明細書で上述したように、ロボットの位置センサは、ＸＹスケールを用いて決定される位置情報よりも低い精度で可動アーム構成ＭＡＣ又はＭＡＣ’の位置（例えばアーム部の位置）を示し得る。一般に、ロボット位置座標モードは、ロボットの独立した及び／又は標準的な動作モードに対応し得る（例えば、補足計測位置座標決定システムがアクティブでないか又は他の理由で提供されない場合にロボットを独立して動作させるモード）。
【０１６３】
ロボットシステムを補足計測位置座標モードで動作させる場合、ルーチンはブロック１１２０に進み、ロボット及び補足計測位置座標決定システムは、位置合わせセンサにより提供される位置合わせ信号に基づいてＸＹスケール又は第１の撮像構成のうち可動のものの位置合わせを調整して補足計測位置座標決定システムの動作構成を与えるように、動作位置合わせサブシステム及び動作位置合わせアクチュエータ構成を動作させるよう構成されている。スケール面はＸＹスケールの平面状基板とノミナルで一致するように規定され、このスケール面に垂直な方向はスケール撮像軸方向として規定される。動作構成において、ＸＹスケール及び第１の撮像構成は、第１の撮像構成の光軸が位置合わせ信号で示されるスケール撮像軸方向の方向に平行であると共にスケール面がスケール撮像軸方向に沿った第１の撮像構成の合焦範囲内に位置付けられるように配置される。
【０１６４】
前述のように、様々な実施例において、動作構成を提供するためのこのプロセスは、動作位置合わせアクチュエータＡＡｃｔを用いて様々な位置調整を行うことを含み得る。動作位置合わせアクチュエータＡＡｃｔは、動作位置合わせサブシステムＯＡＳの別個のアクチュエータ、及び／又は可動アーム構成ＭＡＣもしくはＭＡＣ’に含まれるアクチュエータを含み得る。１つの具体例として、図８、図９、及び図１０の実施例では、第４及び第５の移動機構８３４及び８３５が、ＸＹスケール８７０を回転させて、位置合わせセンサＡＳｅｎの位置合わせ信号で示される通りスケール撮像軸方向ＳＩＡを光軸ＯＡ１と平行にするように、第４及び第５のアーム部８２４及び８２５を回転させるよう動作させることができる。いくつかの実施例において、このような調整は、自動的に行うか又はユーザもしくは検査プログラム等により指示することができる。様々な実施例では、スケール撮像軸方向ＳＩＡに沿った第１の撮像構成８６０の合焦範囲内にスケール面を配置するように、第１の撮像構成８６０に様々な調整を行うことができる（例えば、倍率及び／又は合焦範囲等を調整できる）。
【０１６５】
ブロック１１３０では、ロボットのエンドツール位置又はエンドツールの測定点位置に関連した少なくとも１つの入力信号を（例えば、画像トリガ部１８１又は８８１等の画像トリガ部で）受信する。この少なくとも１つの入力信号に基づいて第１の撮像トリガ信号のタイミングを決定し、この第１の撮像トリガ信号を第１の撮像構成に出力する。第１の撮像構成は、第１の撮像トリガ信号の受信に応答して、画像取得時点でＸＹスケールのデジタル画像を取得する。様々な実施例において、異なるタイプのエンドツールは、少なくとも１つの入力信号に対して使用され得る異なるタイプの出力を提供できる。例えば、エンドツールが、ワークピースを測定するために使用されるタッチプローブであり、ワークピースに触れるとタッチ信号を出力する実施例では、そのタッチ信号又はそれから導出された信号を少なくとも１つの入力信号として入力し、それに基づいて第１の撮像トリガ信号のタイミングを決定する。別の例として、エンドツールが、ワークピースを測定するために使用されるスキャンプローブであり、各サンプルタイミング信号に対応した各ワークピース測定サンプルデータを与える実施例では、その各サンプルタイミング信号又はそれから導出された信号を少なくとも１つの入力信号として入力できる。別の例として、エンドツールが、各ワークピース画像取得信号に対応した各ワークピース測定画像を与えるために使用されるカメラである実施例では、そのワークピース画像取得信号又はそれから導出された信号を少なくとも１つの入力信号として入力できる。
【０１６６】
ブロック１１４０では、取得された画像を（例えば、計測位置座標処理部１８５又は８８５等の計測位置座標処理部で）受信し、ＸＹスケールの取得された画像に含まれる少なくとも１つの撮像可能要素及び関連する既知のＸＹスケール座標位置を識別する。ブロック１１５０では、取得した画像内で識別された少なくとも１つの撮像可能要素の画像位置の決定に基づいて、ＸＹスケール又は第１の撮像構成のうち可動のものと第１の参照位置との間の相対位置を示す計測位置座標をロボット精度よりも良好な精度で決定する。決定された計測位置座標は、少なくとも、スケール撮像軸方向の横断方向又は直交方向の少なくとも１つの計測位置座標のベクトル成分について、画像取得時点におけるエンドツール位置をロボット精度よりも良好な精度レベルで示す。ブロック１１６０では、決定された位置情報（例えば、相対位置を示す決定された計測位置座標、エンドツール位置又はエンドツールの測定点位置の決定された計測位置座標、及び／又は他の関連する決定された位置情報）を、指定された機能（例えばワークピース測定、ロボットの可動アーム構成の配置制御等）のために使用する。ブロック１１６０における動作の後、ルーチンは終了することができる。このような動作の一部として又は他として、ルーチンは次いでポイントＡに進み、様々な実施例ではここでルーチンは終了することができる。あるいは、ブロック１１６０における動作の後、ルーチンを部分的に又は全体的に繰り返してもよい。例えば、（例えばブロック１１６０からの）決定された位置情報は、ワークピース上の第１の表面位置の決定に対応するか、又はこれを決定するため使用することができ、ルーチンを繰り返して、次いでワークピース上の第２の表面位置を決定することができる（例えば、ワークピースの要素の測定のようなワークピース測定の一部として）。ルーチンの繰り返しにおいて、ブロック１１２０における動作を繰り返すか否かは特定の状況に依存し得る。最良の精度のため、ブロック１１２０で上述した動作位置合わせは、ブロック１１３０及び／又は１１４０の動作中に使用されるのと同じ（又はほぼ同じ）位置及び／又は姿勢のロボットの可動アーム構成を用いて確立することが望ましい場合があり、動作は、位置合わせセンサにより提供された位置合わせ信号に基づいて、ＸＹスケール又は第１の撮像構成のうち可動のものの位置合わせを調整する。しかしながら、ロボットアーム構成が充分に剛性である場合、及び／又は第２の表面位置において使用される位置及び／又は姿勢が第１の表面位置において使用されたものに近い場合、及び／又は特定の状況における精度の要求があまり厳しくない場合は、いくつかのそのような状況では必要に応じてブロック１１２０の動作の繰り返しを省略してもよい。
【０１６７】
いずれの場合であっても、ルーチン１１００の繰り返しにより決定された、第１及び第２の相対位置及び／又は関連する位置情報を示す第１及び第２の決定された計測位置座標を用いて、各画像取得時点でワークピース上の第１及び第２の表面位置等に接触した場合の各エンドツール位置又はエンドツールの測定点に対応するワークピース上の第１及び第２の表面位置間の距離に相当するワークピースの寸法を決定する。ロボットの位置センサ（例えば回転エンコーダ、リニアエンコーダ等）を用いてロボット精度でワークピース上の第１及び第２の表面位置を決定するよりも、本明細書に記載される技法を用いると、より正確な位置情報を決定できることは認められよう。更に具体的には、第１及び第２の表面位置（すなわち、ＸＹスケール上の第１及び第２の位置に対応する第１及び第２の決定された計測位置座標に対応する。上述した技法を用いてこのような座標／位置間の精密な距離をＸＹスケールの精度に応じて決定できる）の決定によって、第１及び第２の表面位置間の（例えばワークピース要素の）ワークピースの対応する寸法を、高い精度で決定することが可能となる。
【０１６８】
上記で概説した様々な技法は、基準又は他の参照マークを利用する技法とは異なるものとして記載される（例えば、同一の基準又は参照マークが各画像に存在する必要があるのに対し、ＸＹスケール１７０又は８７０では、位置情報をＸＹスケール１７０又は８７０の全領域にわたって決定することができ、従って撮像構成１６０又は８６０の視野ＦＯＶ又はＦＯＶ１に対応する画像内に含まれるＸＹスケール１７０又は８７０の任意の部分について決定できる）。
【０１６９】
図６を参照して上述したルーチンを、対応する動作位置合わせサブシステムＯＡＳ（例えば図１〜図３Ｂを参照して記載されている）と共に使用するか、又は、図１１を参照して上述したルーチンを、対応する動作位置合わせサブシステムＯＡＳ（例えば図８〜図１０、及び／又は以下の図１２〜図１３を参照して記載されている）と共に使用することで、図７を参照して上述したハイブリッドモードを実施できることは認められよう。特に、このようなルーチン及び対応する動作位置合わせサブシステムＯＡＳは、図７のブロック７４０の動作で使用することができる。
【０１７０】
図１４は、本明細書に開示されている原理に従った動作位置合わせサブシステムＯＡＳの様々な実施例において使用できる位置合わせセンサＡＳｅｎの第１の例示的な構成の図１４００である。１つのタイプの記載に従って、これは、位置合わせビームＡＢｅａｍを用いてＸＹスケール１７０又は８７０等の残留位置ずれＭｉｓＡｎｇを検出するためのレーザオートコリメータ（ａｕｔｏ  ｃｏｌｌｉｍａｔｏｒ）と考えることができる。図１４に示されているように、位置合わせセンサＡＳｅｎは概して、レーザビーム光源ＬＤ（例えばレーザダイオード及びレンズ）と、偏光ビームスプリッタＰＢＳと、レーザビーム源ＬＤの波長に対応する４分の１波長板ＰＸと、対物レンズＬと、位置センサＰＳＤと、を含み得る。光源ＬＤの発光点は、対物レンズＬの焦点に配置されている。偏光ビームスプリッタＰＢＳは、光源ＬＤが発する光ビームの光路上に配置され、光源ＬＤから距離「ｂ」だけ離れている。偏光ビームスプリッタＰＢＳは、位置合わせビームＡＢｅａｍ内の光を偏光する。４分の１波長板ＰＸは、既知の原理に従って位置合わせビームＡＢｅａｍ内の光の偏光を回転させ、次いで位置合わせビームＡＢｅａｍは、対物レンズＬを介して本明細書で前述されているＸＹスケール１７０（８７０）に出力される。
【０１７１】
ＸＹスケール１７０（８７０）は、本明細書で前述したように、位置合わせビームＡＢｅａｍを反射位置合わせビームＡＢｅａｍＲとして反射する。反射位置合わせビームＡＢｅａｍＲは、図示されているように、対物レンズＬ及び４分の１波長板ＰＸを通って戻り、偏光ビームスプリッタＰＢＳから位置センサＰＳＤへ反射する。位置検出器ＰＳＤは、偏光ビームスプリッタＰＢＳから距離「ｂ」だけ離間している。
【０１７２】
ＸＹスケールが位置合わせビームＡＢｅａｍに対して残留位置ずれ角θを有する場合、反射位置合わせビームＡＢｅａｍＲが角度２＊θで反射することは理解されよう。これは、本明細書で前述した様々な図において残留位置ずれ２＊ＭｉｓＡｎｇで示されている。従って、図示されている構成では、位置検出器ＰＳＤ上で合焦する反射位置合わせビームＡＢｅａｍＲの変位又は位置「ｄ」は、以下の関係に従う。
θ＝ｄ／２Ｆ
ここで、ｆ（＝ａ＋ｂ）は対物レンズＬの焦点距離である。
【０１７３】
前述の記載は１つの面内での位置ずれ検出を説明しているが、位置検出器ＰＳＤが２つの検知軸及びそれらに対応する出力信号を有する場合、同一の検出器及び同一の検出原理を２つの面内に適用できることは理解されよう。例えば様々な実施例において、位置検出器ＰＳＤを既知のタイプの象限検出器とすることができ、反射位置合わせビームＡＢｅａｍＲに対して、「Ｘ」軸及び「Ｙ」軸に沿った変位又は位置「ｄ」を示す既知のタイプの差動信号を提供できる。このような信号は、位置合わせセンサＡＳｅｎの前述した位置合わせ信号ＡＳｉｇと見なすことができる。
【０１７４】
本開示において、要素１７０、１７０Ａ、１７０Ｂ、８７０等に関して要素名「ＸＹスケール」を用いたが、この要素名は単なる例示であって限定ではないことは理解されよう。これはデカルト座標系に関連付けて「ＸＹスケール」と称され、ノミナルに平面状の基板を含むものとして記載されている（例えば、いくつかの実施例では、ｚ軸に平行であり得るスケール撮像軸方向に対してノミナルに直交して配置されている）。しかしながら更に一般的には、要素名ＸＹスケールは、本明細書に開示されるように動作できるならば、任意の参照スケールであって、このスケール上の既知の２次元座標（例えば２次元の正確な位置及び／又は正確に較正された位置）に対応する複数の要素又はマークを含むものを指すと理解するべきである。例えばそのようなスケール要素は、その参照スケール上のデカルト座標系、又は極座標系、又は他の任意の好都合な座標系で表現する及び／又は指し示すことができる。更に、そのような要素は、これらの要素がスケール上の既知の２次元座標に対応すると共に本明細書に開示されるように動作できるならば、動作スケールエリア全体にわたって均一に又は不均一に分散させた要素を含み、目盛の付いた又は目盛の付いていないスケールマークを含むことができる。
【０１７５】
本明細書に開示され説明されるロボットシステム及び対応する可動アーム構成は、概ね特定の数のアーム部（例えば３つのアーム部、５つのアーム部等）を参照して図示され記載されるが、このようなシステムはそのように限定されないことは理解されよう。様々な実施例において、本明細書に記載される及び／又は特許請求されるもののようなアーム部を含むならば、ロボットシステムは所望の場合はより少ないか又はより多くのアーム部を含むことも可能である。
【０１７６】
ＸＹスケール又は参照スケール及びスケールを撮像するために使用されるカメラは、ロボットシステムの移動及び／又は位置に応じて、相互に対して回転し得ることは理解されよう。（例えば本願に含まれる引用文献に開示されているような）当技術分野において既知の方法を用いて、そのような相対的な回転を正確に決定する及び／又は必要な座標変換を実行すること、及び／又はそのような相対的な回転にかかわらず本明細書に開示される原理に従ってカメラ及びスケールの相対位置を解析することが可能であることは認められよう。本明細書で言及される計測位置座標は、様々な実施例において、そのような相対的な回転を考慮に入れていることは理解されよう。更に、いくつかの実施例において、本明細書で言及される計測位置座標は、所望の場合、そのような相対的な回転の精密な決定値及び／又は指示を含む座標セットを含み得ることは理解されよう。
【０１７７】
本開示の好適な実施例について図示及び記載したが、本開示に基づいて、図示及び記載した要素の構成及び動作のシーケンスにおける多数の変形が当業者には明らかであろう。種々の代替的な形態を用いて本明細書に開示された原理を実施することができる。更に、上述の様々な実施例を組み合わせて別の実施例を提供することも可能である。本明細書において言及した米国特許及び米国特許出願は全て援用によりその全体が本願に含まれるものとする。これらの様々な特許及び出願の概念を用いて更に別の実施例を提供するために必要な場合は、上述の実施例の態様は変更可能である。
【０１７８】
前述の記載に照らして、実施例にこれら及び他の変更を行うことができる。一般に、以下の特許請求の範囲において、使用される用語は本明細書及び特許請求の範囲に開示される特定の実施例に特許請求の範囲を限定するものとして解釈されず、そのような特許請求の範囲の権利が与えられる均等物の全範囲に加えて全ての可能な実施例を包含するものとして解釈されるべきである。
【図１】
2021534983.tif 000003
【図２Ａ】
2021534983.tif 000004
【図２Ｂ】
2021534983.tif 000005
【図３Ａ】
2021534983.tif 000006
【図３Ｂ】
2021534983.tif 000007
【図４】
2021534983.tif 000008
【図５】
2021534983.tif 000009
【図６】
2021534983.tif 000010
【図７】
2021534983.tif 000011
【図８】
2021534983.tif 000012
【図９】
2021534983.tif 000013
【図１０】
2021534983.tif 000014
【図１１】
2021534983.tif 000015
【図１２】
2021534983.tif 000016
【図１３】
2021534983.tif 000017
【図１４】
2021534983.tif 000018
【国際調査報告】
2021534983.tif 000019