(57)【要約】  本明細書は、部品の高速非接触座標測定のための計測システムに関連する装置、システム、及び、方法を開示する。一実施形態では、計測システムが測定アセンブリに結合されるべき計測ブリッジを含む。測定アセンブリは、複数の独立した軸に沿って移動可能なステージを含んでもよい。ブリッジは、ハウジング、ハウジングに結合される装着部材、及び、ハウジング内に装着される複数のセンサを含んでもよい。装着部材は、ハウジングを測定アセンブリに回転可能に結合してもよい。更に、複数のセンサデバイスのセンサ要素が、ハウジングの長さに沿って整列されてもよく、また、ハウジングの外側に向けられてもよい。【選択図】  図１
2021509479.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定アセンブリに結合されるようになっている計測ブリッジにおいて、
ハウジングと、
前記ハウジングに結合されるとともに、前記ハウジングを前記測定アセンブリに回転可能に結合するようになっている装着部材と、
前記ハウジング内に装着される１つ以上のセンサデバイスであって、前記１つ以上のセンサデバイスのそれぞれの各センサ要素が前記ハウジングの長さに沿って整列されて前記ハウジングの外側に向けられている、１つ以上のセンサデバイスと
を備える計測ブリッジ。
【請求項２】
前記センサ要素の各々が、前記ハウジングの側面から略垂直に延びる平面に沿って方向付けられている、請求項１に記載の計測ブリッジ。
【請求項３】
前記センサ要素の各々が共通の焦点面を共有している、請求項１に記載の計測ブリッジ。
【請求項４】
前記１つ以上のセンサデバイスのうちの少なくとも１つのセンサデバイスが非接触センサデバイスからなる、請求項１に記載の計測ブリッジ。
【請求項５】
前記１つ以上のセンサデバイスが少なくとも２つのセンサデバイスを含む、請求項１に記載の計測ブリッジ。
【請求項６】
前記１つ以上のセンサデバイスが第１の複数のセンサデバイスを備え、前記ハウジングが前記ハウジングの側面に装着される取外し可能な装着プレートを含み、前記第１の複数のセンサデバイスのそれぞれが前記取外し可能な装着プレートに装着され、前記取外し可能な装着プレートを第２の複数のセンサデバイスを有する第２の取外し可能な装着プレートに置き換えることができ、前記第２の複数のセンサデバイスが前記第１の複数のセンサデバイスとは異なっている、請求項１に記載の計測ブリッジ。
【請求項７】
前記１つ以上のセンサデバイスのうちの１つのセンサ要素が伸長部材を含み、前記伸長部材が、前記平面に沿って伸長及び収縮されるようになっているとともに、更に回転可能である、請求項２に記載の計測ブリッジ。
【請求項８】
前記１つ以上のセンサデバイスの前記センサデバイスが、
運動学的フレームを有する移動部材であって、前記伸長部材が前記移動部材に取り付けられている、移動部材と、
前記移動部材を並進させて前記伸長部材を前記平面に沿って伸長及び収縮させる作動機構であって、前記伸長部材が伸長位置にあるときに前記移動部材が前記作動機構から分離し、前記移動部材が前記作動機構から分離されるときに前記運動学的フレームが運動学的位置決め要素と係合するようになっている、作動機構と
を含む、請求項７に記載の計測ブリッジ。
【請求項９】
ベースから構成される本体と、
前記ベース上に配置されているステージと、
前記ステージ上に配置され、測定されるべき対象物を受けるプラテンと、
前記本体に回転可能に結合され、前記プラテンの周りで回転されるようになっている少なくとも１つの計測ブリッジと
を備え、
前記少なくとも１つの計測ブリッジが、
ハウジングと、
前記ハウジング内に装着される１つ以上のセンサデバイスであって、前記１つ以上のセンサデバイスのセンサ要素が、前記ハウジングの長さに沿って整列されるとともに、前記ハウジングの外側に向けられる、１つ以上のセンサデバイスと
を含む、測定システム。
【請求項１０】
前記本体に取り付けられる少なくとも１つのモータを更に備え、
前記モータが前記少なくとも１つの計測ブリッジを前記プラテンの周りで回転させる、請求項９に記載の測定システム。
【請求項１１】
前記センサ要素が前記ハウジングの側面から略垂直に延びる平面に沿って方向付けられている、請求項９に記載の測定システム。
【請求項１２】
前記ステージが少なくとも２つの軸において前記ベースに対して独立に移動するように構成されている、請求項９に記載の測定システム。
【請求項１３】
前記プラテンには１つ以上のベアリングが設けられ、前記プラテンが少なくとも１つの軸において前記ベース全体にわたって並進するように構成されている、請求項９に記載の測定システム。
【請求項１４】
前記ハウジングが前記ハウジングの側面に装着される取外し可能な装着プレートを含み、前記１つ以上のセンサデバイスが前記取外し可能な装着プレートに装着され、前記取外し可能な装着プレートを第２の１つ以上のセンサデバイスを有する第２の取外し可能な装着プレートに置き換えることができ、前記第２の１つ以上のセンサデバイスが前記１つ以上のセンサデバイスとは異なっている、請求項９に記載の測定システム。
【請求項１５】
前記１つ以上のセンサデバイスのうちの少なくとも１つのセンサ要素が伸長部材を含み、前記伸長部材が前記平面に沿って伸長及び収縮されるようになっている、請求項９に記載の測定システム。
【請求項１６】
前記センサデバイスが、
運動学的フレームを有する移動部材であって、前記伸長部材が前記移動部材に取り付けられている、移動部材と、
前記移動部材を並進させて前記伸長部材を前記平面に沿って伸長及び収縮させる作動機構であって、前記伸長部材が伸長位置にあるときに前記移動部材が前記作動機構から分離し、前記移動部材が前記作動機構から分離されるときに前記運動学的フレームが運動学的位置決め要素と係合するようになっている、作動機構と
を含む、請求項１５に記載の測定システム。
【請求項１７】
運動学的位置決め要素を有するガイドと、
前記ガイドに結合されるセンサデバイスと
を備え、
前記センサデバイスが、
運動学的フレームを有する移動部材であって、前記ガイドに結合されるとともに前記ガイドに沿って並進されるようになっている移動部材と、
前記運動学的フレームに結合される伸長部材であって、前記移動部材が前記ガイドに沿って並進される際に前記伸長部材が伸長及び収縮するようになっており、前記伸長部材の位置決めを容易にするために前記伸長部材が伸長位置にあるときに前記運動学的フレームが前記運動学的位置決め要素と係合するようになっている、伸長部材と
を含む、センサアセンブリ。
【請求項１８】
前記センサデバイスが、前記移動部材を前記ガイドに結合する作動部材を更に含み、前記作動部材が、前記移動部材を前記ガイドに沿って並進させるようになっており、前記伸長部材が前記伸長位置にあるときに前記作動部材が前記移動部材から分離するようになっている、請求項１７に記載のセンサアセンブリ。
【請求項１９】
前記センサデバイスが前記伸長部材に沿って配置される捕捉要素を更に含み、前記捕捉要素を含む前記伸長部材の部分が回転するようになっている、請求項１７に記載のセンサアセンブリ。
【請求項２０】
前記伸長部材の運動学的位置決めを容易にするために、前記運動学的フレームと前記運動学的位置決め要素との係合が前記運動学的フレームと前記運動学的位置決め要素との間の３点接触からなる、請求項１７に記載のセンサアセンブリ。
【請求項２１】
前記センサアセンブリが共焦点センサである、請求項１７に記載のセンサアセンブリ。
【請求項２２】
前記測定システムが複数の計測ブリッジを備える、請求項９に記載の測定システム。
【請求項２３】
前記ステージが、デカルト座標系で規定される少なくとも２つの軸において前記ベースに対して移動するように構成されている、請求項１２に記載の測定システム。
【請求項２４】
前記ステージが、Ｒ−シータ座標系で規定される少なくとも２つの軸において前記ベースに対して移動するように構成されている、請求項１２に記載の測定システム。
【請求項２５】
前記ステージが、Ｒ−Ｚ座標系で規定される少なくとも２つの軸において前記ベースに対して移動するように構成されている、請求項１２に記載の測定システム。
【請求項２６】
前記１つ以上のセンサデバイスのうちの前記少なくとも１つのセンサデバイスが、前記少なくとも１つの計測ブリッジ上の第１の位置と第２の位置との間で移動するように構成されている、請求項１２に記載の測定システム。
【請求項２７】
前記第１の位置及び第２の位置がそれぞれ運動学的ストッパを備える、請求項２６に記載の測定システム。
【請求項２８】
前記１つ以上のセンサデバイスが、前記ハウジング内に移動可能に装着されるとともに、前記ハウジング内の第１の位置と第２の位置との間で移動するように構成されている、請求項１に記載の計測ブリッジ。
【請求項２９】
前記第１の位置及び第２の位置がそれぞれ運動学的ストッパを備える、請求項２８に記載の計測ブリッジ。
【発明の詳細な説明】
【関連出願】
【０００１】
[0001]本出願は、２０１８年２月２８日に提出された「高速非接触座標測定のための方法及び装置（ＭＥＴＨＯＤ  ＡＮＤ  ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ  ＦＯＲ  ＨＩＧＨ  ＳＰＥＥＤ，  ＮＯＮ−ＣＯＮＴＡＣＴ  ＣＯＯＲＤＩＮＡＴＥ  ＭＥＡＳＵＲＩＮＧ）」と題する米国仮特許出願第６２／６３６，７３９号の優先権を主張し、その開示全体は参照により本願に組み入れられる。
【技術分野】
【０００２】
[0002]本開示は計測の分野に関する。より詳細には、本開示は、部品の高速非接触検査（ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ）及び測定（ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ）のための１つ以上の計測ブリッジ（ｍｅｔｒｏｌｏｇｙ  ｂｒｉｄｇｅ）を含む計測システムに関する。
【背景技術】
【０００３】
[0003]本明細書中で与えられる背景の説明は、一般に本開示の前後関係を提示することを目的とする。本明細書中で別段に示唆されなければ、この節において記載される資料は、この出願の特許請求の範囲に対する先行技術ではなく、この節に含めることによって先行技術であると認められない。
【０００４】
[0004]部品の精密測定は、一般に、測定を実行するためにツール（センサ及びプローブなど）を介して部品と接触することに依存する。各ツールは、一般に、保管位置から取り出されて移動され、測定を実行すべき対象物と接触する。ツールと部品との接触は、損傷を更に引き起こす場合があり、或いは、対象物中に欠陥をもたらす場合がある。
【０００５】
[0005]実施形態は、添付図面と関連する以下の詳細な説明によって容易に理解され得る。この説明を容易にするために、同様の参照番号は同様の構造要素を示す。実施形態は、添付図面の図において、限定としてではなく、一例として示される。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】様々な実施形態に係る計測ブリッジの一例を示す。
【図２Ａ】様々な実施形態に係る測定システムアセンブリの一例を示す。
【図２Ｂ】様々な実施形態に係る異なる形態のステージ及びプラテンを有する測定システムアセンブリの第２の例を示す。
【図２Ｃ】幾つかの実施形態に係る移動軸の積層配置の図である。
【図２Ｄ】様々な実施形態に係る移動軸の独立した配置の図である。
【図３】様々な実施形態に係る計測ブリッジの一例の側面図を示す。
【図４】様々な実施形態に係る図３の計測ブリッジの例の斜視図を示す。
【図５】様々な実施形態に係るセンサデバイスの配置の一例を示す。
【図６】様々な実施形態に係るセンサデバイスの配置の一例を示す。
【図７】様々な実施形態に係る共焦点センサアセンブリを有する計測ブリッジの一例を示す。
【図８】様々な実施形態に係る図７の共焦点センサアセンブリの例を示す。
【図９】様々な実施形態に係る図７の計測ブリッジの例の斜視図を示す。
【図１０】様々な実施形態に係る第１の共焦点センサデバイスの伸長部材が伸長位置にある図７の計測ブリッジの例を示す。
【図１１】様々な実施形態に係る伸長部材が伸長位置にある図７の共焦点センサアセンブリの例を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
[00020]本明細書では、部品の高速非接触座標測定のための計測システムに関連する装置、システム、及び、方法が開示される。実施形態において、計測システムは、測定アセンブリに結合される１つ以上の計測ブリッジを含む。ブリッジは、ハウジング、ハウジングに結合される装着部材、及び、ハウジング内に装着される複数のセンサを含んでもよい。装着部材は、場合により回転を可能にする態様で（例えば、「回転可能に」結合して）、ハウジングを測定アセンブリに結合してもよい。更に、複数のセンサデバイスのセンサ要素が、ハウジングの長さに沿って整列されてもよく、また、ハウジングの外側に向けられてもよい。実施形態において、測定アセンブリは、ベースと、測定されるべき対象物を受けるためのプラテンとを含む。プラテンは、高精度ベアリング上でベースに対して移動してもよい。
【０００８】
[00021]開示された計測システムは、実施形態では、対象物を測定するためのゼロ接触手法を提供し、高速測定能力を更に与えることができる。計測ブリッジには、従来の接触プローブ及び他の接触系センサに加えて又は代えて、１つ以上の非接触センサ、例えばレーザセンサ及び光学センサが設けられてもよい。ゼロ接触センサは、接触測定を行なうために減速したり停止したりする必要がないため、高速測定を可能にし得る。更に、ゼロ接触センサ形態は、測定されるべき対象物をプラテン上に容易に配置できるようにする。これは、対象物の接触がないため、接触測定プローブが対象物を移動させて測定精度を損なうことがないように測定される対象物を十分に強固に締結する必要がないからである。
【０００９】
[00022]以下の詳細な説明では、その一部を成す添付図面を参照するが、この場合、全体を通して同様の番号は同様の部分を示し、また、添付図面には、実施され得る実施形態が例示として示される。本開示の範囲から逸脱することなく、他の実施形態が利用されてもよく、また、構造的又は論理的な変更が成されてもよいことが理解されるべきである。したがって、以下の詳細な説明は、限定的な意味で解釈されるべきではなく、また、実施形態の範囲は、添付の特許請求の範囲及びそれらの均等物によって規定される。
【００１０】
[00023]本開示の態様は、添付の説明に開示される。本開示の思想又は範囲から逸脱することなく本開示の代わりの実施形態及びそれらの均等物が考え出されてもよい。以下に開示される同様の要素が図面において同様の参照番号によって示されることに留意すべきである。
【００１１】
[00024]特許請求の範囲に記載される主題を理解するのに最も役立つ態様で、様々な動作が複数の別個の作用又は作業として順に記載される場合がある。しかしながら、説明の順序は、これらの動作が必然的に順序に依存することを意味すると解釈されるべきでない。特に、これらの動作は、提示の順序で実行されない場合がある。説明される動作は、説明される実施形態とは異なる順序で実行されてもよい。様々な付加的な動作が実行されてもよく、及び／又は、更なる実施形態では説明された動作が省かれてもよい。
【００１２】
[00025]本開示の目的のために、語句「Ａ及び／又はＢ」は、（Ａ）、（Ｂ）、又は、（Ａ及びＢ）を意味する。本開示の目的のために、語句「Ａ、Ｂ、及び／又は、Ｃ」は、（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ａ及びＢ）、（Ａ及びＣ）、（Ｂ及びＣ）、又は、（Ａ，Ｂ及びＣ）を意味する。
【００１３】
[00026]説明では、「一実施形態では」又は「実施形態において」という語句が使用される場合があり、これらの語句はそれぞれ同じ又は異なる実施形態のうちの１つ以上を指す場合がある。更に、本開示の実施形態に関して使用される「備える」、「含む」、「有する」などの用語は同義語である。
【００１４】
[00027]図１は、様々な実施形態に係る計測ブリッジ１００の一例を示す。計測ブリッジ１００は、測定アセンブリに結合してもよく、また、対象物又はその何らかの部分の測定のために利用されてもよい。
【００１５】
[00028]計測ブリッジ１００はハウジング１０２を含んでもよい。ハウジング１０２は剛構造を備えてもよい。他の実施形態において、ハウジング１０２は、半可撓性構造、剛構造、又は、それらの何らかの組み合わせを備えてもよい。幾つかの実施形態において、ハウジング１０２は、アルミニウム、鋼、ステンレス鋼、セラミック、炭素繊維、プラスチック、又は、それらの何らかの組み合わせから形成されてもよい。ハウジング１０２は１つ以上の方向で長尺であってもよい。更に、ハウジング１０２が複数の側壁を含んでもよく、この場合、これらの側壁によってキャビティ（空所部）が取り囲まれる。他の実施形態では、キャビティに容易にアクセスできるように、側壁のうちの１つ以上が省かれてもよい。
【００１６】
[00029]計測ブリッジ１００は、ハウジング１０２のキャビティ内に配置される１つ以上のセンサデバイスを更に含んでもよい。幾つかの実施形態では、センサデバイス又はその何らかの部分がキャビティ外に延在してもよい。センサデバイスは非接触センサデバイスを備えてもよい。非接触センサデバイスを利用して、測定対象物に対してセンサデバイスが動いている間に測定を行なうと、対象物との接触がないこと及びセンサと対象物とが互いに対して静止しているという要件がないこととに起因して、対象物の検査速度を高めることができる。更に、接触しないことに基づき、損傷又は欠陥が対象物内にもたらされるリスクが少なくなる。他の実施形態において、センサデバイスは、測定のために接触を利用するセンサデバイス、非接触センサデバイス、又は、それらの何らかの組み合わせを備えてもよい。
【００１７】
[00030]センサデバイスのそれぞれは、センサ要素１０４などの１つ以上のセンサ要素を有してもよい。例えば、センサ要素１０４は、カメラのレンズ、レーザのレンズ、共焦点センサデバイスの伸長部材、センサデバイスのプローブ、又は、それらの何らかの組み合わせを含んでもよい。センサ要素１０４は、ハウジング１０２の第１の側面１０６に配置されてもよく、及び／又は、ハウジング１０２の外側に向けられてもよい。センサ要素１０４は、実質的にハウジング１０２の第１の側面１０６から延びる平面に沿って方向付けられてもよい。幾つかの実施形態において、センサ要素１０４は、ハウジング１０２から所定の距離を隔てて共通の焦点面を共有してもよい。共通の焦点面を共有するセンサ要素１０４は、複数のセンサデバイスによる情報の同時捕捉を可能にして、検査速度を向上できるようにしてもよい。更に他の実施形態において、１つ以上のセンサ要素１０４は、回転又は限定された並進などにより、ハウジング１０２内で移動するように構成されてもよい。センサ要素１０４がそのように移動できる場合には、少なくとも図２Ａ〜図２Ｄに関して後述するように、計測ブリッジ１００及び対象物からの動きと組み合わせて、動作又は自由度の更なる軸（例えば、７つ、８つ、又は、それ以上の軸）が可能にされ得る。
【００１８】
[00031]複数のセンサ要素１０４の使用は、単一の時点での複数の測定値の同時捕捉を可能にし、それにより、測定スループットを潜在的に向上させることができる。幾つかの実施形態において、複数のセンサ要素１０４は、例えば公差又は距離を測定する同じタイプのものであってもよく、それにより、測定されるべき対象物の複数の公差及び／又は寸法を比較的同時に捕捉できる。他の実施形態では、対象物の複数のタイプの測定データを比較的同時に捕捉できるように、複数のセンサ要素１０４が異なるタイプのものであってもよい。幾つかの実施形態において、センサデバイスは、単一のセンサデバイスが場合により異なる方向又は寸法で略同時に複数の測定を行なうことができるようにするべく、複数のセンサ要素１０４を有してもよく、この場合、各センサ要素１０４は異なる態様で方向付けられる。例えば、測定を下方及び側方で同時に行なうことができるように、直交して配置される２つのセンサ要素１０４が単一のレーザセンサに設けられてもよい。そのような形態は孔を検査するために有用な場合があり、この場合、孔の深さは、径方向に配置される孔の半径又はねじ山の特徴と同時に測定され得る。
【００１９】
[00032]幾つかの実施形態において、計測ブリッジ１００は、センサ要素１０４の一部として１つ以上の非感知ツールを含んでもよい。この議論の目的のために、これらのツールは、それらの一般的な態様での装着に起因してセンサ要素１０４と見なされてもよい。非感知ツールは、例えば、ドリル又はボーリングツールを用いた穴の形成、（エポキシ又は他の適切な樹脂又は接着剤などを用いた）充填ツールによる穴又は隙間の充填、機械加工ヘッド、対象物の他の態様を測定できるようにするための対象物を回転又は反転する対象物操作など、様々な方法で測定されるべき対象物の操作を可能にし得る。
【００２０】
[00033]幾つかの実施形態において、ハウジング１０２は、ハウジング１０２の第１の側面１０６に装着される取外し可能な装着プレート１１８を含んでもよい。センサデバイスは、取外し可能な装着プレート１１８に装着されてもよい。取外し可能な装着プレート１１８は、ハウジング１０２から取り外されてもよく、また、異なるセンサデバイスを有する異なる取外し可能な装着プレート１１８に置き換えられてもよい。
【００２１】
[00034]幾つかの実施形態において、装着プレート１１８の全部又は一部は、センサ要素１０４が計測ブリッジ１００の長さに沿って並進できるようにするべく、ハウジング１０２に対して移動できるように構成される。この動きは、比較的大きなサイズに起因してステージ及びプラテンの想定し得る動作範囲を制限する対象物の測定に対応するべくセンサ要素１０４を再配置できるようにする。幾つかのそのような実施形態において、センサ要素１０４は、図１に描かれるようなハウジング１０２のほぼ中央にある第１の位置と、第１のカウンターバランス１１６ａに近接する第２の位置（第１の側面１０６のための矢印の位置の周りなど）とを有してもよい。他の実施形態において、センサ要素１０４は、所定の実装の必要性に応じて、ハウジング１０２上の様々な固有の場所にある１つ以上の更なる第３、第４、第５などの位置を有してもよい。幾つかの実施形態では、それぞれの位置ごとに、センサ要素１０４が運動学的（ｋｉｎｅｍａｔｉｃ）ストッパにロックしてもよく、該ストッパは、最小の位置誤差で又は位置誤差を伴わずにセンサ要素１０４を正確な位置に強固に反復可能にロックする。そのような実施形態において、センサ要素１０４は、高精度に較正される必要がない比較的単純な機構によりそのような運動学的ストッパ間で並進できる。
【００２２】
[00035]更に他の実施形態において、計測ブリッジ１００は、別個の運動学的ストッパに加えて又は代えて、センサ要素１０４のための高精度の動き又は機構を備えてもよい。そのような機構により、１つ以上の運動学的ストッパを必要とすることなく、センサ要素１０４のための略無限の数の位置を再現可能に且つ正確に得ることができる。再現可能な精度を潜在的にミクロンレベルまで得るためのそのような機構は、重力弛み（特に、計測ブリッジ１００が比較的大きな距離に及ぶ場合）、温度変動（システム２００が制御されたマイクロ環境内に収容されない場合）、振動などの要因を考慮する必要があるかもしれない。
【００２３】
[00036]更に、幾つかの実施形態では、ハウジング１０２が取外し可能なパネル１２０を含んでもよい。取外し可能なパネル１２０はハウジング１０２の第２の側面１２２に配置されてもよく、この場合、第２の側面１２２は第１の側面１０６の反対側に配置されてもよい。取外し可能なパネル１２０は、ハウジング１０２内のセンサデバイスにアクセスできるようにハウジング１０２から取り外されてもよい。更に、取外し可能なパネル１２０は、付加的なスペースを必要とし得るセンサデバイスのための配線経路及び／又は空間をもたらすように取り外されてもよい。
【００２４】
[00037]計測ブリッジ１００は１つ以上の装着部材１０８を更に含んでもよい。例えば、図示の実施形態では、計測ブリッジ１００が第１の装着部材１０８ａと第２の装着部材１０８ｂとを含む。第１の装着部材１０８ａは、ハウジング１０２の第１の端部１１０に配置されてもよく、また、第２の装着部材１０８ｂは、ハウジング１０２の第２の端部１１２に配置されてもよく、この場合、第２の端部１１２は第１の端部１１０とは反対側にある。装着部材１０８は、ハウジング１０２を測定アセンブリに回転可能に結合してもよい。例えば、装着部材１０８のそれぞれは、測定アセンブリと係合する開口部１１４などの開口部を含んでもよい。計測ブリッジ１００は開口部１１４を中心に回転してもよい。
【００２５】
[00038]計測ブリッジ１００は１つ以上のカウンターバランス１１６を更に含んでもよい。カウンターバランス１１６は、装着部材１０８に結合されてもよく、また、装着部材１０８の周囲でハウジング１０２を釣り合わせてもよい。例えば、図示の実施形態において、計測ブリッジ１００は第１のカウンターバランス１１６ａ及び第２のカウンターバランス１１６ｂを含んでもよい。第１のカウンターバランス１１６ａは第１の装着部材１０８ａに結合されてもよく、また、第２のカウンターバランス１１６ｂは第２の装着部材１０８ｂに結合されてもよい。第１のカウンターバランス１１６ａは、ハウジング１０２とは反対の第１の装着部材１０８ａの側に結合されてもよく、また、第２のカウンターバランス１１６ｂは、ハウジング１０２とは反対の第２の装着部材１０８ｂの側に結合されてもよい。
【００２６】
[00039]カウンターバランス１１６は、ハウジング１０２とセンサデバイスとを組み合わせた重量に略等しい重量となるように選択されてもよい。例えば、カウンターバランス１１６は、計測ブリッジ２０６を回転させるために最小限の大きさの力を必要とするように選択されてもよい。幾つかの実施形態において、カウンターバランス１１６は、アルミニウム、鋼、ステンレス鋼、又は，それらの何らかの組み合わせから形成されてもよい。幾つかの実施形態では、カウンターバランス１１６が交換可能であってもよい。例えば、カウンターバランス１１６は、装着部材１０８から取外し可能であってもよく、また、異なる重量、材料、及び／又は、形状のカウンターバランス１１６に置き換えられてもよい。他の実施形態において、カウンターバランス１１６を有する装着部材１０８は、ハウジング１０２から取外し可能であってもよく、また、異なる重量、材料、及び／又は、形状のカウンターバランス１１６を有する装着部材１０８に置き換えられてもよい。
【００２７】
[00040]図２Ａ及び図２Ｂは、様々な実施形態に係る計測システム２００の一例を示す。計測システム２００は本体２０１を含んでもよい。計測システム２００は、ステージ２０３上に位置するプラテン２０４を更に含んでもよく、ステージ２０３はベース２０２の上に位置し、ベース２０２は本体２０１の一部である。プラテン２０４は、本体２０１の一側に配置されてもよい。プラテン２０４は、測定されるべき対象物を受けることができる。
【００２８】
[00041]計測システム２００は計測ブリッジ２０６を更に含んでもよい。計測ブリッジ２０６は、計測ブリッジ１００（図１）の特徴のうちの１つ以上を含んでもよい。計測ブリッジ２０６は、装着部材１０８（図１）などの１つ以上の装着部材によって測定アセンブリの本体２０１に回転可能に結合されてもよい。計測ブリッジ２０６内に配置されるセンサデバイスのセンサ要素は、プラテン２０４の方へ向けられてもよい。例えば、センサ要素は、プラテン２０４と交差する平面に沿って方向付けられてもよく、及び／又は、プラテン２０４に方向付けられる共通の焦点面を有してもよい。幾つかの実施形態において、計測システム２００は、独立した動きのために構成されてもよい複数の計測ブリッジ２０６を含んでもよい。例えば、各計測ブリッジ２０６は、以下でより詳しく論じられるように、Ｚ軸及びファイ（ＰＨＩ）軸の両方で独立に移動できてもよい。複数の計測ブリッジ２０６がシステム２００に装備される場合、それらのブリッジはそれぞれ、所定の実施形態の必要性に応じて、同一又は異なるセンサパッケージを有してもよい。同一のセンサパッケージは、潜在的にスループットを向上させるために、共通のタイプの測定による対象物の異なる部分の同時測定を可能にし得る。異なるセンサパッケージは、例えば深さ及び表面の質感又は仕上がりなど、対象物の異なる態様の同時測定を可能にし得る。
【００２９】
[00042]計測システム２００はモータ２０８を更に含んでもよい。モータ２０８は、計測システム２００の本体２０１に取り付けられてもよい。モータ２０８は、計測ブリッジ２０６に作用することができ、また、回転軸２１０を中心に計測ブリッジ２０６を回転させることができる。回転軸２１０は、計測ブリッジ２０６内のセンサデバイスのセンサ要素の焦点面及び／又は焦線と一致してもよい。例えば、センサ要素は、回転軸２１０の方へ向けられてもよい。本体２０１に取り付けられているモータ２０８は、計測ブリッジ２０６のより滑らかな回転をもたらすことができ、計測ブリッジ２０６のより良い位置決め精度をもたらすことができる。
【００３０】
[00043]ベース２０２は本体２０１の一部を備える。実施形態において、ベース２０２は、石などの比較的巨大な／重い材料から構成されてもよい。幾つかの実施形態において、石は、比較的温度の影響を受けず、耐振性があり、及び、測定を行なうための精密に寸法付けられたベースをもたらし得る花崗岩である。計測システム２００はサブミクロン以上の精度で測定を行なうことが求められる場合があるため、安定したベース２０２は、重要であるとともに、較正として又は計測ブリッジ２０６のセンサが較正し得る基準データとしての機能を果たし得る。幾つかの実施形態では、較正標的として作用するように構成される特定の特徴がベース２０２に設けられてもよく、ベース２０２に対する恒久的な取付けにより、これらの標的は、計測システム２００が計測ブリッジ２０６内の様々なセンサ要素１０４を較正できる非常に正確な既知の基準点を与える。
【００３１】
[00044]システム２００は、実施形態では、コマンド通りに又はルーチンに基づいて自己較正するように構成されてもよい。ベース２０２又はシステム２００の他の部分は、自己較正を可能にするべく１つ以上の較正標的又は機構を伴って構成されてもよい。幾つかの実施形態において、システム２００は、対象物の検査中及び測定中に自己検査／自己較正を実行して、許容可能な精度が維持されるようにするべく構成されてもよい。
【００３２】
[00045]幾つかの実施形態において、ベース２０２又は本体２０１の他の部分は、測定精度を最適化するために、受動及び／又は能動振動相殺技術を更に使用してもよい。例えば、振動減衰アセンブリ（例えば、振動絶縁アセンブリ、支持体）に加えて、計測システム２００を通じて伝達される振動を検出するために本体２０１、計測ブリッジ２０６、及び／又は、ベース２０２に１つ以上のモーションセンサが設けられてもよく、また、モーションセンサは、振動防止機構（カウンターウェイト又は質量ダンパなど）、振動の動きを測定誤差に因数分解すること、或いは、両方の技術又は場合により振動誘発性測定誤差を抑制するための他の技術の組み合わせを使用してもよい。
【００３３】
[00046]計測システム２００は、図示の実施形態において、プラテン２０４が配置される運動学的ステージ２０３を含む。ステージ２０３自体がベース２０２上に置かれてもよい。実施形態において、ステージ２０３は、ベース２０２に対して移動し、それにより、プラテン２０４及びプラテン２０４に固定される任意の対象物を移動させるように構成される。ステージ２０３が移動するように構成される場合、プラテン２０４上の対象物は、計測ブリッジ２０６のいずれかのセンサが対象物の周りで移動されることにより、（ステージ２０３がベース２０２に対して移動することにより）対象物自体が計測ブリッジ２０６のセンサに対して移動されることにより、又は、これらの両方の組み合わせにより測定される。
【００３４】
[00047]ステージ２０３は、後述するように、流体ベアリングなどの１つ以上のベアリング上でベース２０２に対して移動してもよい。ベアリングは、流体ベアリングとして実装される場合、ステージ２０３に対して又は幾つかの実施形態ではベース２０２の少なくとも一部に対して又はこれらの両方に送出される加圧空気供給によって動力が与えられてもよい。空気又は他のタイプの流体ベアリングを使用することにより、ステージ２０３が比較的摩擦のない態様でベース２０２全体にわたって移動でき、それにより、さもなければベース２０２及び計測ブリッジ２０６のセンサに対してステージ２０３を配置できる精度を低下させるように摩擦及び他の機械的現象が作用し得る場合に、測定精度を維持できる。この精度を維持することにより、ベース２０２と併せて又はベース２０２に代えてステージ２０３をセンサ較正及び測定のための基準データとして使用できる。ステージ２０３自体は、ベース２０２と同様に重い／高密度の材料から製造されてもよい。
【００３５】
[00048]他の実施形態において、システム２００は、複数の対象の測定に対応するべく、潜在的に同時に、複数のステージ２０３を備えてもよい。他の実施形態において、システム２００は、単一のステージ２０３上及び場合により単一のプラテン２０４上で複数の対象物を受け入れるように装備されてもよい。実施形態のいずれかの例において、システム２００は、ソフトウェア又は他の制御ロジックを介して、各対象物を順に自動的に測定するように構成されてもよい。更に他の想定し得る実施形態において、そのように構成されるシステム２００は、システム２００が複数の計測ブリッジ２０６を備える及び／又は単一の計測ブリッジ２０６内に複数のセンサデバイス（複数のセンサ要素を含む）を備える場合など、各対象物を同時に測定できてもよい。幾つかの実施形態では、後述するように、複数の対象物の各対象物が異なる座標系で測定されてもよい。
【００３６】
[00049]幾つかの実施形態では、ステージ２０３を支持するベアリングが１つ以上の軸に関して独立していてもよい。例えば、ステージ２０３は、第２の軸レール（例えば、ｙのみ）を支持する、単一の軸レール（例えば、ｘのみ）上に載置するステージ２０３ではなく、例えばベース２０２の表面全体にわたって、ｘ軸及びｙ軸の両方で並進移動できてもよい。独立した軸の動きの使用は、位置誤差が重なるのを防ぐ。この形態は、後述するように、図２Ｂ及び図２Ｄに示される。
【００３７】
[00050]例えば、ｙ軸に関する動きがｘ軸でのみ移動するレール又はベアリングでなされる場合（図２Ａの描写と同様）、ｘ軸の位置の任意の誤差が自動的にｙ軸に渡され、それ自体が独自の誤差をもたらし得る。したがって、積み重ねられた動きでステージ２０３により動かされた対象物の任意の位置は、積み重ねられた全ての軸に沿っての累積誤差をもたらす。この配置は、図２Ｃに図式的に描かれる。図２Ｃでは、ベース２０２がＸ−ステージ２４０を支持し、Ｘ−ステージ２４０がＹ−ステージ２４２を支持し、Ｙ−ステージ２４２がＺ−（及び、所定のシステム２００の形態に応じて、場合によりシータ）ステージ２４４を支持する。Ｘ−ステージ２４０は、ベース２０２に対する位置誤差２４１をもたらす場合がある。同様に、Ｙ−ステージ２４２は、Ｘ−ステージ２４０に対する位置誤差２４３をもたらす場合があり、また、Ｚ−ステージ２４４は、Ｙ−ステージ２４２に対する位置誤差２４５をもたらす場合がある。各位置誤差２４１、２４３、２４５は前のステージに関連しているため、位置誤差は、許容公差よりも大きくなり得る全体誤差をもたらすように付加的に組み合わさる。そのような誤差は、最小限に抑えられ得るが、許容公差内の誤差を達成するのに潜在的に多大なコストがかかる。
【００３８】
[00051]これに対し、また、図２Ｂ及び図２Ｄに描かれるように、ステージ２０３がｘ軸及びｙ軸で独立に移動する実施形態では、１つの軸の位置の誤差が他の軸に変換せず、したがって、位置精度を向上させることができる。図２Ｄを考慮すると、Ｘ−ステージ２４０、Ｙ−ステージ２４２、及び／又は、Ｚ−ステージ２４４のそれぞれは、ベース２０２に対して直接に移動され、したがって、各ステージの位置誤差２６０は独立しており積み重ならない。したがって、図２Ａ及び図２Ｃの形態の付加的誤差とは対照的に、全体誤差は、他のステージの位置誤差からの影響を伴わずに、任意の所定の単一のステージによって与えられる誤差２６０にすぎない。
【００３９】
[00052]図２Ｂは、独立したステージを組み込むシステム２００に関する別の実施形態を描く。図示のように、図２Ｂの実施形態は、花崗岩又は他の適切に重量感がある比較的安定した材料から形成されてもよい図２Ａのベース２０２を含む。ベース２０２上にはステージ２０３が載置され、ステージ２０３上にプラテン２０４がある。図２Ａの形態とは異なり、ステージ２０３は、Ｙ−ステージ２２２ａ及びＹ’−ステージ２２２ｂから独立しているＸ−ステージ２２６に結合される。図示の実施形態では、Ｙ−ステージがＹとＹ’との間で分割され、これらが同期して移動してＹ軸におけるステージ２０３の移動の適切な精度を与える。これらのステージは、ステージ２０３がベース２０２の真上にあるため独立しており、そのため、Ｘ軸及びＹ軸における全ての移動は、図２Ｃに描かれる下側に配置されたステージとは対照的に、ベース２０２に対してなされる。更に、測定されるべき対象物を支持するとともにステージ２０３を介してベース２０２により確立されるＸ平面及びＹ平面を基準とするプラテン２０４もシータ（ＴＨＥＴＡ）軸（回転）内で移動できる。実施形態において、シータ軸の動きは、モータ（空気圧、油圧、電気、又は、他の適した機構）などを介してステージ２０３により供給され、ステージ２０３を介してベース２０２に基準付けられる。後述するように、幾つかの実施形態において、ステージ２０３自体は、ベース２０２に対して直接にシータ軸に沿って回転するように構成されてもよい。そのような実施形態は、想定し得る位置誤差を低減するためように及び／又はステージ２０３及びプラテン２０４の構成を単純化するように、プラテン２０４をステージ２０３に対して所定位置で固定できるようにし得る。図２Ｂは、ステージ２０３を結合して単一の機械的な接続を介して移動できるようにするべくＹ及びＹ’−ステージ２２２ａ，２２２ｂ上で移動するＸ−ステージ２２６におけるガントリを示すが、他の実施形態は、Ｘ，Ｙステージがステージ２０３に対して別々に機械的に結合された状態で、Ｘ−ステージ２２６をベース２０２上に直接に配置することができる。
【００４０】
[00053]図２Ｂには、ベース２０２の２つの直立部分２２０ａ，２２０ｂも見える。直立部分２２０ａ，２２０ｂは、ベース２０２と一体であってもよく、及び／又は、同様の又は同一の材料から構成されてもよい。直立部分２２０ａ，２２０ｂは、安定した態様で計測ブリッジ１００を支持する。２つの直立部分２２０ａ，２２０ｂが描かれるが、他の実施形態は、直立部分がなく、１つの直立部分を有し、又は、それ以上の直立部分を有する。更に、所定の実装要求の必要性に応じて、直立部分２２０ａ，２２０ｂは、（図示のように）形態が略同一であってもよく、又は、互いに形態が異なってもよい。直立部分２２０ａ，２２０ｂは、同一又は異なる材料から製造されてもよい。幾つかの実施形態では、直立部分２２０ａ，２２０ｂがベース２０２の一部として形成される（例えば一体）。他の実施形態では、直立部分２２０ａ，２２０ｂが別個の構造として構成され、その後、ベース２０２上に接合又は配置される。いずれの構造でも、直立部分２２０ａ，２２０ｂがベース２０２の延在部として効果的に作用して計測ブリッジ１００及び対応する動作器具などの任意の器具のための頑丈な支持を行なうため、ベース２０２は任意の直立部分２２０ａ，２２０ｂ（又はそれ以上）を含むようになっている。
【００４１】
[00054]計測ブリッジ１００は、図示の実施形態では、Ｚ−ステージ２２４ａ及びＺ’−ステージ２２４ｂを介して独立したＺ軸で移動する。Ｚ−ステージ２２４ａ，２２４ｂは、Ｙ−ステージ２２２ａ，２２２ｂと同様に、同期して移動するとともに、図２Ｂに示されるＺ軸に沿って計測ブリッジ１００を上昇又は下降させるように作用する。Ｘ、Ｙ、及び、（幾つかの実施形態では）シータステージと同様に、Ｚステージは、ベース２０２（直立部分２２０ａ，２２０ｂを含む）に対して独立に且つ直接に移動する。図２Ｂは、少なくとも５度の動きを与えるために、付加的な軸シータ（プラテン２０４の回転）及びファイ（計測ブリッジ１００の回転）を描く。実施形態において、プラテン２０４は、図２Ｂに示されるように、シータ（回転）軸で移動するように構成されてもよい。そのような幾つかの実施形態は、ステージ２０３に対してそのような回転をもたらすことができる。他の実施形態は、ステージ２０３のための第３の独立した軸としてベース２０２に対するそのような回転をもたらすことができる。そのような実施形態において、プラテン２０４は、ステージ２０３を通じて与えられる回転を伴って、ステージ２０３に対して固定されてもよい（又は単にステージ２０３に組み込まれてもよい）。
【００４２】
[00055]図２Ａ〜図２Ｄに描かれる実施形態はデカルト系（Ｘ、Ｙ、Ｚ、シータ、場合によりファイ）における動きの度合いを表すが、これが限定しようとするものでないことを理解すべきである。システム２００は、他の座標／位置決めシステムを使用してＲ−シータなどの動きの度合いを表すことができ、この場合、位置は、略球状の対象物に適し得る赤経軸／赤緯軸とともに、対象物の回転及び半径に関して表される。Ｒ−Ｈ又はＲ−Ｚ系が略円筒状の対象物に適している場合があり、この場合、位置は、径方向距離及び高さに関して、更には回転成分を伴って表される。測定対象の性質に応じて、他の座標系、例えば極座標系が適している場合がある。そのような実施形態では、前述した様々なステージが必要に応じて異なるシステム軸で独立に移動するように再構成されてもよい。或いは、システム２００は、１つの座標系における入力とシステム２００に固有の座標系との間で並進するように（ソフトウェアを制御するなどして）構成されてもよい。例えば、システム２００がデカルト系で構成される場合、システム２００は、Ｒ−シータ系で表される測定のための位置を受け入れて、それらの位置をＸ，Ｙ，Ｚ（及びシータ、ファイなど）に変換するように構成されてもよい。
【００４３】
[00056]空気ベアリングを使用してステージ２０３を移動させることは、そのような独立した軸の移動を容易にし得る。図２Ａに描かれる例では、ｘ軸、ｙ軸、及び、シータ軸が積み重ねられる間、計測ブリッジ２０６は、ステージ２０３及びプラテン２０４とは別個に回転及び移動され（したがって、ブリッジ２０６上のセンサ要素）、これにより、ｚ軸及びファイ軸（計測ブリッジ２０６の回転）は独立したままにできる。独立したｘ軸及びｙ軸、及び、（実施形態では）独立したシータ軸を有するステージ２０３を使用することにより、更に、誤差の蓄積を伴うことなく、位置誤差を単一の軸誤差のみに限定することができる。空気ベアリングは、圧縮され得る空気をステージ２０３に供給して空気ベアリングを作動させることによって実装されてもよい。更に、空気ベアリングは１つの想定し得る実装であるが、他の実施形態において、ステージ２０３（及び場合により移動するシステム２００の他の構成要素）は、流体（空気ベアリングはそのタイプと見なすことができる）などの異なるタイプのベアリング、例えば、油圧式、機械式ベアリング（ジャーナル、ボールベアリング、ニードルベアリング、レースベアリングなど）、電磁式、又は、測定対象物の重量を支えることができるとともにステージ２０３を比較的摩擦がない容易な移動を可能にする任意の他の適切なタイプのベアリングを使用してもよい。
【００４４】
[00057]１つ以上のゼロ接触センサを使用することにより、プラテン２０４は、測定されるべき対象物を強固に保持する手段の必要性を取り除くことで幾らか単純化されてもよい。代わりに、単純なクランプ又はピン、或いは、対象物の形状に固有のホルダをすばやく受けて解放するように装備されたユニバーサルベースを使用して、測定されるべき対象物を迅速に交換できるようにしてもよい。このような迅速な交換により、従来の既知の計測システムに比べて生産性を損なうことなく異なる対象物間で計測システム２００を迅速に切り替えることができる。
【００４５】
[00058]計測システム２００が単一の計測ブリッジ２０６を伴って示されるが、他の実施形態では、計測システム２００が計測ブリッジ２０６などの複数の計測ブリッジを含んでもよいことが理解されるべきである。これらの実施形態の幾つかにおいては、計測ブリッジのそれぞれが同じポイントで本体２０１に結合されてもよく、また、各計測ブリッジが回転軸２１０（例えば、ファイ軸）の周りで回転してもよい。これらの他の実施形態において、計測ブリッジは、異なる位置で本体２０１に結合されてもよく、また、異なる回転軸を中心に回転してもよい。
【００４６】
[00059]幾つかの更なる実施形態において、計測システム２００は、測定されるべき対象物をプラテン２０４に対して自動的に取り込む又は取り出すことができるようにする機構に装備されてもよい。図１に関して前述したように、計測ブリッジ１００には対象物を操作できるセンサ要素１０４が設けられてもよく、そのようなセンサ要素１０４は、場合によりステージ２０３からの動きと関連して、対象物をプラテン２０４上に配置するように構成され得る。更に、センサ要素１０４が視覚スキャナ（例えば、対象物の形状を検出できる光学カメラ又はセンサ）を含む場合、計測装置２００は、任意の不定の位置で対象物をプラテン２０４上に配置できるように構成されてもよく、この場合、対象物の向き及び位置を検出し、それに応じて対象物の検査計画を調整するためにカメラ又は他の適したセンサが使用される。他の実施形態において、計測ブリッジ１００は、対象物の検出された位置に基づいて、対象物検査計画と共に用いるのに望ましい位置に対象物を再配置するように作用してもよい。更に他の実施形態では、カメラ又は他のセンサを使用して、対象物のタイプを検出してもよく、また、対象物認識技術（当該技術分野において知られるものなど）を介して、効果的に自動の測定プロセスに適した対象物検査計画をロードしてもよい。
【００４７】
[00060]図２Ａ又は図２Ｂに描かれないが、計測システム２００は、温度、湿度、気圧などの様々な要因の微小環境制御のための筐体を含み又はそのような筐体内に配置され、それにより、例えば対象物の測定精度が環境要因によって大きく影響され得る用途に関して、空気の移動がゼロとなるようにしてもよい。更にまた、計測システム２００は、ステージ２０３を移動させる（及び伸長によって、プラテン２０４）、プラテン２０４を回転させるためのアクチュエータなどの計測装置２００上の様々なシステムの動作を駆動及び／又は調整する１つ以上の制御ユニット又はデバイス上で実行できる作動ソフトウェア、並びに、計測ブリッジ２０６又はその何らかの構成要素に接続されてそれらを駆動させることができる１つ以上のモータ２０８を含んでもよい。更に、ソフトウェアは、計測ブリッジ２０６に装備されてもよい１つ以上のセンサからの測定値のトリガ及び受信を調整してもよい。ソフトウェアは、様々なアクチュエータと連携して動作して、測定されるべき任意の対象物のための測定の点群の収集を自動化できる。ソフトウェア自体は、マイクロコントローラ、ＰＣ、専用ハードウェア、又は、これらの何らかの組み合わせで実行してもよく、更に、ソフトウェアは、全体的又は部分的に、ファームウェアの形態で、又は、一部の実施形態では、カスタム設計の特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、或いは、幾つかの他の適したデバイス又はデバイス及び／又はソフトウェアの組み合わせなどのハードウェアの形態で実装されてもよい。
【００４８】
[00061]図３は、様々な実施形態に係る計測ブリッジ３００の一例の側面図を示す。計測ブリッジ３００は、計測ブリッジ１００（図１）の特徴のうちの１つ以上を含んでもよい。例えば、計測ブリッジ３００は、キャビティ３０４を含むハウジング１０２（図１）の特徴のうちの１つ以上を含んでもよいハウジング３０２を含み得る。
【００４９】
[00062]計測ブリッジ３００は、キャビティ３０４内に配置される複数のセンサデバイス３０４を含んでもよい。例えば、計測ブリッジ３００は、図示の実施形態では、キャビティ３０４内に配置される第１のセンサデバイス３０４ａ、第２のセンサデバイス３０４ｂ、及び、第３のセンサデバイス３０４ｃを含む。図示の実施形態では、第１のセンサデバイス３０４ａがレーザデバイスであり、第２のセンサデバイス３０４ｂが共焦点センサデバイスであり、第３のセンサデバイス３０４ｃがカメラデバイスである。他の実施形態において、複数のセンサデバイス３０４は、ポイントレーザ、ラインスキャンレーザ、直接光モデリングレーザ、白色光センサ、干渉計、ビデオセンサ、カメラセンサ、共焦点センサ、カラーセンサ、接着センサ、湿度センサ、温度センサ、表面仕上げセンサ、静電容量センサ、タッチプローブセンサ、エアゲージセンサ、超音波センサ、ｘ線センサ、撮像センサ、深層学習センサ、白色光干渉センサ、色共焦点センサ、ステレオラインスキャンセンサ、レーザ三角測量センサ、白光共焦点センサ、視覚センサ、赤外線センサ、ｘ線センサ、所定の実装に適した他のセンサ、又は、これらの組み合わせを含んでもよい。
【００５０】
[00063]複数のセンサデバイス３０４は、ハウジング３０２の側面３０６でハウジング３０２に装着されてもよい。センサデバイス３０４は、計測システム２００が実行し得る測定のタイプ及び／又は他の検査に関して選択されてもよく及び／又はそれらに影響を及ぼし得る。１つの想定し得る実施形態では、側方で測定値を読み取ることができる（例えば、センサの長手方向軸から直角に測定し得る）非接触センサを含むセンサデバイス３０４を使用すると、比較的深い表面特徴への測定が可能になる。例えば、センサデバイス３０４が孔内に挿入して側方で感知することによりねじ及び／又は他の孔特徴を測定できるため、そのようなセンサ形態を使用して孔又は（場合により）ねじ穴を検査することができる。幾つかの実施形態において、センサデバイス３０４は、計測ブリッジ３００の任意のＺ軸移動とは無関係に伸長及び収縮できてもよく、また、プラテン２０４／ステージ２０３の任意のシータ軸移動とは別個の独立した回転が更に可能であってもよい。
【００５１】
[00064]図４は、様々な実施形態に係る図３の例示的な計測ブリッジ３００の斜視図を示す。計測ブリッジ３００は、ハウジング３０２の側面３０６に配置される取外し可能な装着プレート４０２を含んでもよい。センサデバイス３０４は、取外し可能な装着プレート４０２に装着されてもよい。更に、取外し可能な装着プレート４０２は、センサデバイス３０４のセンサ要素４０６のための複数の開口４０４を有してもよい。特に、取外し可能な装着プレート４０２は、第１のセンサデバイス３０４ａのレーザレンズ４０６ａに対応する第１の開口４０４ａと、第２のセンサデバイス３０４ｂの移動部材４０６ｂに対応する第２の開口４０４ｂと、図示の実施形態では第３のセンサデバイス３０４ｃのカメラレンズ４０６ｃに対応する第３の開口４０４ｃとを有する。
【００５２】
[00065]取外し可能な装着プレート４０２は、ハウジング３０２から取り外されて他の取外し可能な装着プレートに置き換えられてもよい。他の取外し可能な装着プレートは、取外し可能な装着プレートに装着される異なるセンサデバイスを有してもよい。更に、他の取外し可能な装着プレートは、異なるセンサデバイスのセンサ要素のための異なる開口を有してもよい。センサ要素４０６などのセンサ要素は、レーザレンズ、移動部材、カメラレンズ、スピーカ、湿度センサ受容体、プローブ、又は、それらの何らかの組み合わせを備えてもよい。
【００５３】
[00066]センサデバイス３０４のセンサ要素４０６は、同じ方向に向けられてもよい。更に、センサ要素４０６は、ハウジング３０２の長さに沿って直線状に整列されてもよい。例えば、センサ要素４０６は、ハウジング３０２の側面３０６から実質的に（５度以内で）垂直に延びる平面に沿って方向付けられてもよい。更に、幾つかの実施形態では、センサ要素４０６が共通の焦点面を共有してもよい。開口４０４は、ハウジング３０２の長さに沿って直線状に更に整列されてもよい。
【００５４】
[00067]図５は、様々な実施形態に係るセンサデバイス配列５００の一例を示す。センサデバイス配列５００は、計測ブリッジ１００（図１）、計測ブリッジ２０６（図２Ａ）、及び／又は、計測ブリッジ３００（図３）などの計測ブリッジ内に実装されてもよい。
【００５５】
[00068]センサデバイス配列５００は複数のセンサデバイス５０２を含んでもよい。図示の実施形態において、センサデバイス配列５００は、第１のセンサデバイス５０２ａ、第２のセンサ装置５０２ｂ、及び第３のセンサ装置５０２ｃを含む。他の実施形態では、センサデバイス配列５００が２つ以上のセンサデバイス５０２を含んでもよい。
【００５６】
[00069]センサデバイス５０２のそれぞれはセンサ要素５０４を含んでもよい。センサ要素５０４は、センサデバイス５０２のための外部データが収集されるセンサデバイス５０２の部分を備えてもよい。例えば、レーザセンサデバイスのためのセンサ要素５０４は、レーザが放出されてデータが収集されるレーザレンズを備え、共焦点センサデバイスのためのセンサ要素５０４は、共焦点センサデバイスから延びてデータを収集する伸長部材（以下で更に詳しく説明する）と、画像が捕捉されるカメラレンズとを備える。センサ要素５０４は、センサデバイス５０２が内部に配置されるハウジングの長さに沿って整列されてもよい。例えば、第１のセンサデバイス５０２ａのレーザレンズ５０４ａ、第２のセンサデバイス５０２ｂの伸長部材５０４ｂ、及び、第３のセンサデバイス５０２ｃのカメラレンズ５０４ｃは、ライン５０６によって示されるように、ハウジングの長さに沿って整列される。
【００５７】
[00070]図６は、様々な実施形態に係るセンサデバイス配列６００の一例を示す。センサデバイス配列６００は、計測ブリッジ１００（図１）、計測ブリッジ２０６（図２Ａ）、及び／又は、計測ブリッジ３００（図３）などの計測ブリッジ内に実装されてもよい。
【００５８】
[00071]センサデバイス配列６００は複数のセンサデバイス６０２を含んでもよい。図示の実施形態において、センサデバイス配列６００は、第１のセンサデバイス６０２ａ、第２のセンサデバイス６０２ｂ、及び、第３のセンサデバイス６０２ｃを含む。第１のセンサデバイス６０２ａ、第２のセンサデバイス６０２ｂ、及び、第３のセンサデバイス６０２ｃは、第１のセンサデバイス５０２ａ（図５）、第２のセンサデバイス５０２ｂ（図５）、及び、第３のセンサデバイス５０２ｃ（図５）のそれぞれと同じセンサデバイスであってもよい。センサデバイス配列６００の第１のセンサデバイス６０２ａは、センサデバイス配列５００（図５）の第１のセンサデバイス５０２ａとは異なる方向で装着されてもよい。特に、第１のセンサデバイス６０２ａは、第１のセンサ５０２ａの向きとは９０度異なる向きで装着されてもよい。
【００５９】
[00072]センサデバイス６０２のそれぞれはセンサ要素６０４を含んでもよい。センサ要素６０４は、センサデバイス６０２が内部に配置されるハウジングの長さに沿って整列されてもよい。例えば、第１のセンサデバイス６０２ａのレーザレンズ６０４ａ、第２のセンサデバイス６０２ｂの伸長部材６０４ｂ、及び、第３のセンサデバイス６０２ｃのカメラレンズ６０４ｃは、ライン６０６によって示されるように、ハウジングの長さに沿って整列される。
【００６０】
[00073]図７は、様々な実施形態に係るセンサアセンブリ７０２を有する計測ブリッジ７００の一例を示す。計測ブリッジ７００は、計測ブリッジ１００（図１）、計測ブリッジ２０６（図２Ａ）、及び／又は、計測ブリッジ３００（図３）の特徴のうちの１つ以上を含んでもよい。図示の実施形態では、センサアセンブリ７０２が２つのセンサデバイスを含む。他の実施形態では、センサアセンブリ７０２が１つ以上のセンサデバイスを含んでもよい。図７〜図１１の描かれた実施形態は共焦点センサであるが、これが単なる例であることが理解されるべきである。センサアセンブリ７０２は、以下に記載される移動及び運動学的な位置決めの利益を享受できる任意の適切なセンサタイプであってもよい。センサアセンブリ７０２は、共焦点センサを含まず、１つの共焦点センサを含み、又は、それ以上の共焦点センサを含んでもよい。
【００６１】
[00074]センサアセンブリ７０２は、計測ブリッジ７００のハウジング７０６のキャビティ７０４内に部分的に配置されてもよい。計測ブリッジ７００は、ハウジング７０６に結合するとともにキャビティ７０４から延出するセンサアセンブリ７０２の一部を収容するアドオンハウジング７０８を含んでもよい。特に、取外し可能なパネル（取外し可能なパネル１２０（図１）など）がハウジング７０６から取り外されてもよく、また、アドオンハウジング７０８が取外し可能なパネルの代わりにハウジング７０６に結合されてもよい。
【００６２】
[00075]図８は、様々な実施形態に係る図７のセンサアセンブリ７０２の例を示す。センサアセンブリ７０２はガイド８０２を含んでもよい。ガイド８０２は、（同じ又は異なるタイプの）１つ以上のセンサデバイスを支持して、センサデバイスの一部分をこれらの部分が伸長及び収縮される際にガイドするための構造を与えてもよい。例えば、ガイド８０２は、図示の実施形態では、第１のロッド８０４及び第２のロッド８０８を含む。第１のロッド８０４及び第２のロッド８０８は、ガイド８０２の第１の端部８１０からガイド８０２の第２の端部８１２まで延びてもよい。ガイド８０２は、センサデバイスをハウジング内に装着するためにハウジング（ハウジング７０６（図７）など）に結合してもよい。
【００６３】
[00076]これらの部分は、図示の実施形態などの実施形態では、空気圧シリンダ８０６などの駆動機構により伸長／収縮される。図示の実施形態は空気圧シリンダを使用するが、他の実施形態は、電気、油圧、又は、他の適切な動力源などの他の手段によってシリンダ８０６を駆動してもよい。更に他の実施形態は、シリンダ８０６に代わる機構、例えば、ギア付き又はベルト付きドライブ、ジャッキねじ、又は、適切な精度及び制御でこれらの部分を駆動できる他の適切な機構を使用して様々な部分を駆動してもよい。
【００６４】
[00077]ガイド８０２は、運動学的位置決め要素８１４を含んでもよい。運動学的位置決め要素８１４は、ガイド８０２の第２の端部８１２に配置されてもよい。運動学的位置決め要素８１４は、実施形態では、以下で更に詳しく説明するように、運動学的フレーム８２６と（例えば、第１のロッド８０４及び第２のロッド８０８によって）結合して、１つ以上のセンサデバイス８１６ａ，８１６ｂを支持する運動学的マウントを形成する。実施形態において、運動学的位置決め要素８１４は、シリンダ８０６からの動作を介して第１のロッド８０４及び／又は第２のロッド８０８に沿って並進する。運動学的位置決め要素８１４は、この開示全体にわたって更に記載されるように、センサデバイスの伸長部材の運動学的位置決めを容易にし得る。例えば、運動学的位置決め要素８１４は、伸長部材の運動学的位置決めを容易にするために３つの接触点を含んでもよい。例えば、運動学的位置決め要素８１４は、図示の実施形態における運動学的位置決めを容易にするために、第１の凹部８３２、第２の凹部８３４、及び、接触点８３６を含んでもよい。他の実施形態は、所定の実装の必要性に応じて、第３の凹部（図示せず）、又は、それよりも多い又は少ない凹部を有してもよい。
【００６５】
[00078]センサアセンブリ７０２は、８１６と総称される１つ以上のセンサデバイス８１６ａ，８１６ｂ（８１６ｂは、破線の円により描かれるが、さもなければ見えない）を含んでもよい。例えば、図示の実施形態において、センサアセンブリ７０２は、第１のセンサデバイス８１６ａ及び第２のセンサデバイス８１６ｂを含み、他の実施形態は、単一のセンサデバイス８１６のみを有してもよく又は３つ以上のセンサデバイス８１６を有してもよい。簡潔にするために、第１のセンサデバイス８１６ａに関連する特徴が本明細書中に記載される。第２のセンサデバイス８１６ｂ（及び任意の他の更なるそのようなデバイス）が第１のセンサデバイス８１６ａの特徴のうちの１つ以上を含んでもよいことが理解されるべきである。
【００６６】
[00079]第１のセンサデバイス８１６ａは、伸長ハウジング８１８及び延在部８２０から構成される伸長部材を含んでもよい。延在部８２０は、実際の測定を行なうための構成要素を含む第１のセンサデバイス８１６ａのセンサ要素８２２を更に備えてもよい。伸長ハウジング８１８は、取り付けられる延在部８２０及びセンサ要素８２２と共に、第１のセンサデバイス８１６ａの動作中に伸長及び収縮され得る。幾つかの実施形態において、この伸長及び収縮は、センサ要素８２２がベース２０２に対して略平行に延びるように計測ブリッジがベース２０２に対して回転される場合など、計測ブリッジのＺ軸から独立する更なる度合いの動作をもたらし得る。この伸長及び収縮は、センサ要素８２２が許容可能に高い精度で再現可能に位置決めされ得る実施形態において、１つ以上の所定の運動学的ストッパ間であってもよく又は実質的に連続していてもよい。
【００６７】
[00080]幾つかの実施形態において、第１のセンサデバイス８１６ａは、センサ要素８２２が静止している間に延在部８２０及び／又は伸長ハウジング８１８を回転させることができ、したがって、更なる度合いの動作を可能にするアクチュエータを含んでもよい。第１のセンサデバイス８１６ａは、幾つかの実施形態では、伸長ハウジング８１８に沿って配置される１つ以上のセンサ要素（カメラレンズ及び／又はレーザレンズなど）を含んでもよい。例えば、第１のセンサデバイス８１６ａは、この開示全体にわたって更に説明されるように、（センサ要素８２２に加えて又は代えて）伸長ハウジング８１８の延在部８２０に沿って配置される更なる捕捉要素を含んでもよい。
【００６８】
[00081]第１のセンサデバイス８１６ａは移動部材８２４を更に含んでもよい。移動部材８２４は、第１のロッド８０４及び／又は第２のロッド８０８に結合されてもよく、また、第１のロッド８０４及び／又は第２のロッド８０８に沿って並進されてもよい。例えば、移動部材８２４は、第１のロッド８０４及び／又は第２のロッド８０８が貫通して延びる１つ以上の開口部を含んでもよい。移動部材８２４は、並進されるにつれて、第１のロッド８０４及び／又は第２のロッド８０８の長さに沿ってスライドし得る。図示の実施形態において、移動部材８２４は、第１のロッド８０４及び第２のロッド８０８に結合されて第１のロッド８０４及び第２のロッド８０８に沿って並進する。
【００６９】
[00082]移動部材８２４は運動学的フレーム８２６を更に含んでもよい。伸長ハウジング８１８は、運動学的フレーム８２６、移動８２４、又は、それらの何らかの組み合わせに結合されてもよい。運動学的フレーム８２６は、運動学的位置決め要素８１４と係合して伸長ハウジング８１８を位置決めすることができる。特に、運動学的フレーム８２６は、伸長ハウジング８１８を位置決めするために係合されるときに運動学的位置決め要素８１４と接触するための３つの接触要素を含んでもよい。例えば、運動学的フレーム８２６は、図示の実施形態では運動学的位置決め要素８１４と接触するようになっている第１の接触要素８３８、第２の接触要素８４０、及び、第３の接触要素８４２を含んでもよい。特に、この開示の全体にわたって更に説明されるように、第１の接触要素８３８が第１の凹部８３２内のシートと接触し、第２の接触要素８４０が接触点８３６と接触し、第３の接触要素８４２が第２の凹部８３４内に着座してもよい。
【００７０】
[00083]第１のセンサデバイス８１６ａは作動機構８２８を含んでもよい。作動機構８２８は移動部材８２４に結合されてもよい。更に、作動機構８２８は、第１のロッド８０４及び／又は第２のロッド８０８と係合されてもよく、また、移動部材８２４を第１のロッド８０４及び／又は第２のロッド８０８に沿って並進させてもよい。移動部材８２４の並進は、伸長ハウジング８１８を伸長又は収縮させることができる。この開示の全体にわたって更に説明されるように、伸長ハウジング８１８が伸長位置にあるときに、移動部材８２４は運動学的フレーム８２６から切り離されてもよい。
【００７１】
[00084]第１のセンサデバイス８１６ａはケーブル保護要素８３０を更に含んでもよい。ケーブル保護要素８３０は、図示の実施形態ではチェーン型ケーブルプロテクタである。ケーブル保護要素８３０は、チェーン型ケーブルプロテクタ、チューブ型ケーブルプロテクタ、螺旋型ケーブルプロテクタ、編組スリーブ、織物スリーブ、熱収縮、グロメット、又は、これらの何らかの組み合わせを備えてもよい。ケーブル保護要素８３０は、移動部材８２４に結合されて、第１の共焦点センサデバイス８１６ａのケーブル及び／又はワイヤを取り囲み、それにより、ケーブル及び／又はワイヤを損傷から保護することができる。
【００７２】
[00085]図９は、様々な実施形態に係る図７の計測ブリッジ７００の例の斜視図を示す。計測ブリッジ７００は、取外し可能な装着プレート９０２を更に含んでもよい。取外し可能な装着プレート９０２は、取外し可能な装着プレート１１８（図１）及び／又は取外し可能な装着プレート４０２（図４）の特徴のうちの１つ以上を含んでもよい。センサアセンブリ７０２は取外し可能な装着プレート９０２に装着されてもよい。例えば、運動学的位置決め要素８１４（図８）及び／又はガイド８０２（図８）が取外し可能な装着プレート９０２に装着されてもよい。１つ以上の他のセンサデバイス９０４も取外し可能な装着プレート９０２に装着されてもよい。センサデバイス９０４は、センサデバイス３０４（図３）、センサデバイス５０２（図５）、及び／又は、センサデバイス６０２（図６）の特徴のうちの１つ以上を含んでもよい。他の実施形態では、センサデバイス９０４が省かれてもよい。図１に関して前述したように、装着プレート９０２（又は類似の構造）は、幾つかの実施形態では移動して、センサアセンブリ７０２及び／又はセンサデバイス９０４の再配置を可能にするように構成されてもよい。
【００７３】
[00086]取外し可能な装着プレート９０２は、センサアセンブリ７０２及び／又はセンサデバイス９０４のための複数の開口を有してもよい。特に、取外し可能な装着プレート９０２は、センサデバイス８１６（図８）の伸長部材及び／又はセンサデバイス９０４のセンサ要素のための開口を有してもよい。例えば、取外し可能な装着プレート９０２は、第１のセンサデバイス９０４ａのセンサ要素に対応する第１の開口９０６と、第１のセンサデバイス８１６ａ（図８）に対応する第２の開口９０８と、第２のセンサデバイス８１６ｂの伸長部材に対応する第３の開口９１０と、第２のセンサデバイス９０４ｂのセンサ要素に対応する第４の開口９１２とを有する。ライン９１４により示されるように、第１のセンサデバイス９０４ａのセンサ要素、伸長ハウジング８１８、第２のセンサデバイス８１６ｂの伸長部材、及び、第２のセンサデバイス９０４ｂのセンサ要素は、ハウジング７０６の長さに沿って整列されてもよく、また、ハウジング７０６の外側に向けられてもよい。
【００７４】
[00087]図１０は、様々な実施形態に係る伸長位置にあるセンサデバイス８１６（図８）を有する図７の計測ブリッジ７００の例を示す。例えば、センサデバイス８１６は、取外し可能な装着プレート９０２（図９）の第２の開口９０８（図９）を貫通してハウジング７０６の外側に延びてもよい。センサデバイス８１６は、ハウジング７０６の側面１００２から実質的に（５度以内で）垂直に第２の開口９０８から延びる平面に沿って延在してもよい。
【００７５】
[00088]図１１は、様々な実施形態に係る伸長位置にある伸長ハウジング８１８及び関連する延在部８２０を有する図７のセンサアセンブリ７０２の例を示す。伸長ハウジング８１８は、作動機構８０８によって伸長位置へ並進されてしまってもよい。特に、作動機構８０８は、伸長ハウジング８１８（及び接続により、センサチップ）を伸長位置へ並進させるために第１のロッド８０４及び第２のロッド８０８に沿って移動部材８２４により並進されてしまってもよい。
【００７６】
[00089]作動部材８２８は、伸長ハウジング８１８が伸長位置に配置されるときに移動部材８２４から分離されてもよい。例えば、作動部材８２８は、作動部材８２８を移動部材８２４に結合する電磁石、物理的要素、又は、これらの組み合わせを含んでもよい。電磁石、物理的要素、又は、これらの組み合わせは、伸長ハウジング８１８が伸長位置にあるときに作動部材８２８を移動部材８２４から分離してもよい。電磁石、物理的要素、又は、これらの組み合わせは、作動部材８２８を移動部材８２４に再結合して伸長ハウジング８１８を伸長位置から移動させてもよい。
【００７７】
[00090]作動機構８２８が移動部材８２４から分離されるときに、運動学的フレーム８２６が運動学的位置決め要素８１４と係合してもよい。特に、運動学的フレーム８２６は、運動学的フレーム８２６が運動学的位置決め要素８１４と係合されるときに運動学的位置決め要素８１４の３点で着座されてもよい。例えば、図示の実施形態では、第１の接触要素８３８が第１の凹部８３２（図８）内に着座され、第２の接触要素８４０が接触点８３６（図８）と接触し、第３の接触要素８４２が第２の凹部８３４内に着座される。運動学的位置決め要素８１４の３点で着座されている運動学的フレーム８２６は、伸長ハウジング８１８の位置決めを容易にすることができるとともに、伸長ハウジング８１８の位置決めの再現性及び精度を改善することができる。幾つかの実施形態において、センサアセンブリ７０２は、運動学的フレーム８２６が運動学的位置決め要素８１４との適切な係合から移動されてしまったかどうか及び／又は運動学的位置決め要素８１４との適切な係合を達成しなかったかどうかを決定するための１つ以上のセンサデバイスを更に含んでもよい。例えば、センサデバイスは、第１の接触要素８３８が第１の凹部８３２内に適切に着座され、第２の接触要素８４０が接触点８３６に接触し、及び／又は、第３の接触要素８４２が第２の凹部８３４内に適切に着座されているかどうかを決定してもよい。運動学的フレーム８２３と運動学的位置決め要素８１４との組み合わせは、正確な測定のためのロック位置への再現可能な位置決めを確保するのに役立つ。運動学的フレーム８２３と運動学的位置決め要素８１４とが係合されない場合、何らかの傾斜、動き、又は、他の誤差が許容されてもよい。実施形態では、運動学的フレーム８２３及び運動学的位置決め要素８１４が係合されていないとセンサデバイスが決定すると、システム２００は、様々な構成要素（例えば、測定されるべき対象物を有するステージ２０３、計測ブリッジ２０６、関連するセンサデバイスなど）の動きを遅らせ又は停止させて、測定対象物とシステム２００の一部との間の望ましくない接触（すなわち、「衝突」）に起因する、システム２００、その様々な構成要素、又は、測定対象物への損傷を防止するようにトリガされてもよい。
【００７８】
[00091]伸長ハウジング８１８は、伸長ハウジング８１８の側面に沿って配置される捕捉要素１１０２を更に含んでもよい。捕捉要素１１０２は、レーザレンズ、カメラレンズ、干渉計、又は、これらの何らかの組み合わせを含んでもよい。捕捉要素１１０２は、伸長ハウジング８１８から外側へ方向付けられてもよい。例えば、捕捉要素１１０２は、伸長ハウジング８１８の伸長及び収縮の方向とは異なる方向に向けられてもよい。伸長ハウジング８１８の延在部８２０又はその何らかの部分は、捕捉要素１１０２が向けられる方向を変化させるように回転されてもよい。例えば、伸長ハウジング８１８の延在部８２０が３６０度回転し、それにより、捕捉要素１１０２を３６０度回転させてデータを３６０度で捕捉できるようにしてもよい。
【００７９】
[00092]当業者に明らかなように、開示の思想又は範囲から逸脱することなく、開示されたデバイス及び関連する方法の開示された実施形態において様々な修正及び変更を成すことができる。したがって、修正及び変更が任意の請求項及びそれらの均等物の範囲内にあれば、本開示が先に開示された実施形態の修正及び変更を網羅することが意図される。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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