(57)【要約】座標測定デバイスによる再帰反射体の三次元座標の測定誤差を修正するための装置および方法が提供される。この方法は、軸線上での複数の第１角度と複数の第１および第２変位量とを測定するステップと、再帰反射体ターゲットへ光ビームを送出するステップと、二つの角度と再帰反射体までの距離とを測定するステップと、再帰反射体の三次元座標を決定するステップを含む。
2015524053.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
再帰反射体ターゲットの三次元座標測定の誤差を座標測定デバイスにより修正するための方法であって、前記座標測定デバイスが第１ビームを前記再帰反射体ターゲットへ送出するように構成されるとともに、前記再帰反射体ターゲットが前記第１ビームの一部分を第２ビームとして返送するように構成され、
第１回転軸と第２回転軸と第１モータと第２モータと第１角度測定デバイスと第２角度測定デバイスと距離計とプロセッサとを前記座標測定デバイスに設けるステップであって、前記第１回転軸が第１軸線を中心として回転するように構成され、前記第１回転軸が第１ベアリングと第２ベアリングとに支持され、複数の第１角度のうちの一つの第１角度だけ前記第１軸線を中心として前記第１回転軸を回転させるように前記第１モータが構成され、前記第１角度測定デバイスが第１角度を測定するように構成され、前記第２回転軸が第２軸線を中心として回転するように構成され、前記第２回転軸が第３ベアリングと第４ベアリングとに支持され、複数の第２角度のうちの一つの第２角度だけ前記第２軸線を中心として前記第２回転軸を回転させるように前記第２モータが構成され、前記第２角度測定デバイスが前記第２角度を測定するように構成され、前記距離計が、第１光学検出器に受理される前記第２ビームの第１部分に少なくとも部分的に基づいて前記座標測定デバイスから前記再帰反射体ターゲットまでの第１距離を測定するように構成される、ステップと、
前記第１角度測定デバイスで複数の第１角度を測定するステップと、
複数の第１変位量を測定するステップであって、前記複数の第１変位量の各々が前記複数の第１角度の一つと関連し、前記第１軸線に垂直であって前記第１軸線上の第１位置を通る複数の第１ラインの一つに沿って、前記複数の第１変位量の各々が取得されるステップと、
複数の第２変位量を測定するステップであって、前記複数の第２変位量の各々が前記複数の第１角度の一つと関連し、前記複数の第２変位量の各々が、前記第１軸線に垂直であって前記第１軸線上の第２位置を通る複数の第２ラインの一つに沿って取得され、前記第１位置と前記第２位置との間に第１分離距離が設けられるステップと、
前記複数の第１角度と前記複数の第１変位量と前記複数の第２変位量と前記第１分離距離とに少なくとも部分的に基づいて補正値を決定するステップと、
前記再帰反射体ターゲットへ前記第１ビームを送出するステップと、
前記第１角度測定デバイスで第１再帰反射体角度を測定するステップと、
前記第２角度測定デバイスで第２再帰反射体角度を測定するステップと、
前記距離計で前記第１距離を測定するステップと、
前記第１再帰反射体角度と前記第２再帰反射体角度と前記第１距離と前記補正値とに少なくとも部分的に基づいて、前記再帰反射体ターゲットの三次元座標を計算するステップと、
前記再帰反射体ターゲットの前記三次元座標をメモリに記憶するステップと、
を包含する方法。
【請求項２】
さらに、
複数の第３変位量を測定するステップであって、前記複数の第３変位量の各々が前記複数の第１角度の一つと関連し、前記第１軸線に垂直であって前記第１軸線上の第３位置を通る複数の第３ラインの一つに沿って前記複数の第３変位量の各々が取得されるステップと、
複数の第４変位量を測定するステップであって、前記複数の第４変位量の各々が前記複数の第１角度の一つと関連し、前記第１軸線に垂直であって前記第１軸線上の第４位置を通る複数の第４ラインの一つに沿って前記複数の第４変位量の各々が取得され、前記第３位置と前記第４位置との間に第２分離距離が設けられるステップと、
を包含し、
補正値を決定する前記ステップにおいて、前記補正値がさらに、前記複数の第３変位量と前記複数の第４変位量とに少なくとも部分的に基づく、
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
補正値を決定する前記ステップにおいて、前記補正値が前記第１軸線の複数の傾斜角度を含み、前記複数の傾斜角度の各々が前記複数の第１角度のうちの前記第１角度の一つと関連する、請求項１の方法。
【請求項４】
前記第１回転軸に着脱可能に装着されるように構成された試験装置を設けるステップであって、前記試験装置が第１センサと第２センサとを有するステップと、
前記複数の第１ラインの一つに前記第１センサを載置するとともに前記複数の第２ラインの一つに前記第２センサを載置するように、前記試験装置を前記第１回転軸に装着するステップと、
をさらに包含し、
複数の第１変位量を測定する前記ステップにおいて、前記第１センサで前記第１変位量が測定され、複数の第２変位量を測定する前記ステップにおいて、前記第２センサで前記第２変位量が測定される、
請求項１の方法。
【請求項５】
試験装置を設ける前記ステップにおいて、前記第１センサと前記第２センサとが静電容量センサである、請求項４の方法。
【請求項６】
試験装置を設ける前記ステップにおいて、前記第１センサが第１球体面に近接し、前記第２センサが第２球体面に近接する、請求項５の方法。
【請求項７】
第１センサと第２センサとを設けるステップであって、前記第１センサが前記複数の第１ラインの一つに配置されて、前記第２センサを前記複数の第２ラインの一つに載置するステップ、
をさらに包含し、
複数の第１変位量を測定する前記ステップにおいて、前記第１変位量が前記第１センサで測定され、複数の第２変位量を測定する前記ステップにおいて、前記第２変位量が前記第２センサで測定される、
請求項１の方法。
【請求項８】
複数の第１角度を測定する前記ステップにおいて、前記複数の第１角度のうちの前記第１角度の各々が、複数の第１非ラップ角度となるようにラッピングされず、前記第１非ラップ角度の各々が周期的不連続性を伴わずに変化する、請求項１の方法。
【請求項９】
補正値を決定する前記ステップがさらに、基本正弦波成分を計算することを含む、請求項８の方法。
【請求項１０】
前記第１軸線を中心とする前記第１回転軸の回転数を測定するステップをさらに含む方法であって、
補正値を決定する前記ステップがさらに、前記回転数に少なくとも部分的に基づいてベアリング誤差を決定することを含む、
請求項８の方法。
【請求項１１】
回転カウンタを設けるステップと、
前記回転カウンタで前記第１回転軸の回転数を測定するステップと、
をさらに含む、請求項１０の方法。
【請求項１２】
前記回転数を測定する前記ステップにおいて、前記回転カウンタが第１カウンタ部分と第２カウンタ部分とを含み、前記第１カウンタ部分が前記第１回転軸に装着されて、前記第１回転軸の回転に対して固定されているハウジングに前記第２カウンタ部分が装着され、前記第１カウンタ部分と前記第２カウンタ部分とが、前記第１回転軸の各回転について信号を発生させるように構成され、第１回転方向での回転カウント数を増加させて前記第１回転方向と反対の方向での回転カウント数を減少させるため、前記回転カウンタがさらに前記第１回転軸の回転方向に反応するように構成される、
請求項１１の方法。
【請求項１３】
前記回転数を測定する前記ステップにおいて、前記第１角度測定デバイスが作動可能でない時に前記回転数を測定するように前記回転カウンタが構成される、請求項１２の方法。
【請求項１４】
前記回転数を測定する前記ステップにおいて、前記回転カウンタがバッテリにより動力供給される、請求項１２の方法。
【請求項１５】
さらに、
前記第２角度測定デバイスで複数の第２角度を測定するステップと、
複数の第５変位量を測定するステップであって、前記複数の第５変位量の各々が前記複数の第２角度の一つと関連し、前記第２軸線に垂直であって前記第２軸線上の第５位置を通る複数の第５ラインの一つに沿って前記複数の第５変位量の各々が取得されるステップと、
複数の第６変位量を測定するステップであって、前記複数の第６変位量の各々が前記複数の第２角度の一つと関連し、前記第２軸線に垂直であって前記第２軸線上の第６位置を通る複数の第６ラインの一つに沿って前記複数の第６変位量の各々が取得され、前記第５位置と前記第６位置の間に第３分離距離が設けられるステップと、
複数の第７変位量を測定するステップであって、前記複数の第７変位量の各々が前記複数の第２角度の一つと関連し、前記第２軸線に垂直であって第７位置を通る複数の第７ラインの一つに沿って前記複数の第７変位量の各々が取得されるステップと、
複数の第８変位量を測定するステップであって、前記複数の第８変位量の各々が前記複数の第２角度の一つと関連し、前記第２軸に垂直であって第８位置を通る第８ラインに沿って前記複数の第８変位量の各々が取得され、前記第７位置と前記第８位置との間に第４分離距離が設けられるステップと、
補正値を決定する前記ステップにおいて、さらに、前記複数の第２角度と前記複数の第５変位量と前記複数の第６変位量と前記複数の第７変位量と前記複数の第８変位量と前記第３分離距離と前記第４分離距離とに少なくとも部分的に基づいて前記補正値を決定するステップと、
を含む、請求項２の方法。
【請求項１６】
再帰反射体ターゲットの三次元座標を測定するための座標測定デバイスであって、第１ビームを前記再帰反射体ターゲットへ送出するように構成される座標測定デバイスであり、前記再帰反射体ターゲットが前記第１ビームの一部分を第２ビームとして返送するように構成され、
第１回転軸と第２回転軸と第１モータと第２モータと第１角度測定デバイスと第２角度測定デバイスと距離計と回転カウンタとプロセッサとを包含し、前記第１回転軸が第１軸線を中心として回転するように構成され、前記第１回転軸が第１ベアリングと第２ベアリングとに支持され、前記第１モータが、前記第１軸線を中心として前記第１回転軸を第１角度だけ回転させるように構成され、前記第１角度測定デバイスが前記第１角度を測定するように構成され、前記第２回転軸が第２軸線を中心として回転するように構成され、前記第２回転軸が第３ベアリングと第４ベアリングとに支持され、前記第２モータが前記第２軸線を中心として前記第２回転軸を第２角度だけ回転させるように構成され、前記第２角度測定デバイスが前記第２角度を測定するように構成され、前記距離計が、第１光学検出器に受容される前記第２ビームの第１部分に少なくとも部分的に基づいて前記座標測定デバイスから前記再帰反射体ターゲットまでの第１距離を測定するように構成され、前記回転カウンタが前記第１回転軸の回転数を測定するように構成され、前記回転カウンタがさらに、デバイス電力がオフである時でも現在３６０度回転間隔の追跡を維持するように構成される、
デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、座標測定デバイスに関する。一つの座標測定デバイスセットは、レーザビームをある点へ送出することによりこの点の三次元（３Ｄ）座標を測定する機器類に属する。レーザビームは、この点、またはこの点と接触している再帰反射体ターゲットに直接的に衝突し得る。いずれの事例でも、ターゲットまでの距離と二つの角度とを測定することにより、機器はこの点の座標を決定する。距離は、絶対距離計または干渉計のような距離測定デバイスで測定される。角度は、角度エンコーダのような角度測定デバイスで測定される。機器内のジンバル式ビーム操作機構が、レーザビームを対象の点へ向ける。
【背景技術】
【０００２】
レーザトラッカは、これが放出する１本以上のレーザで再帰反射体ターゲットを追跡する特定タイプの座標測定デバイスである。レーザトラッカと緊密な関係を持つ座標測定デバイスは、レーザスキャナおよびトータルステーションである。レーザスキャナは、表面上の点へ１本以上のレーザビームを進める。表面から散乱した光線をピックアップし、各点までの距離および二つの角度をこの光線から決定する。調査用途で最も頻繁に使用されるトータルステーションは、拡散散乱性または再帰反射性のターゲットの座標を測定するのに使用されうる。以下、レーザトラッカの語は、レーザスキャナおよびトータルステーションを含むように広い意味で使用される。
【０００３】
通常、レーザトラッカは再帰反射体ターゲットへレーザビームを送出する。よく見られるタイプの再帰反射体ターゲットは、金属球に埋設されたキューブコーナ再帰反射体を包含する球体取付け再帰反射体（ＳＭＲ）である。キューブコーナ再帰反射体は、相互に垂直な３枚のミラーを包含する。３枚のミラーの共通交点である頂点は、球体の中心に配置される。球体内でのこのキューブコーナの配置のため、頂点からＳＭＲが当接する表面までの垂直距離は、ＳＭＲが回転しても一定のままである。結果的に、ＳＭＲが表面上を移動する際にその位置を追うことにより、レーザトラッカは表面の３Ｄ座標を測定できる。これを別の言い方にすると、表面の３Ｄ座標を充分に明確にするのに、レーザトラッカは三つの自由度（一つの径方向距離と二つの角度）を測定するのみでよい。
【０００４】
一つのタイプのレーザトラッカは、干渉計（ＩＦＭ）のみを内含し、絶対距離計（ＡＤＭ）は含まない。これらのトラッカの一つからのレーザビームの経路を対象物が妨害した場合には、ＩＦＭはその距離基準を失う。その際に操作者は、測定を継続する前に、再帰反射体を周知の箇所まで追跡して基準距離をリセットしなければならない。この制限を回避する手法は、トラッカにＡＤＭを設置することである。以下でより詳しく説明されるように、ＡＤＭはポイントアンドシュート方式で距離を測定できる。いくつかのレーザトラッカは干渉計を含まずにＡＤＭのみを内含する。特許文献１には、移動ターゲットを正確に走査することのできる（ＩＦＭではなく）ＡＤＭのみを有するレーザトラッカが記載されている。特許文献１より以前には、絶対距離計は移動ターゲットの位置を正確に知るのに時間がかかり過ぎた。
【０００５】
レーザトラッカ内のジンバル機構は、トラッカからＳＭＲへレーザビームを向けるのに使用されうる。ＳＭＲにより再帰反射された光線の一部は、レーザトラッカへ入って位置検出器へ進む。レーザトラッカ内の制御システムは、位置検出器での光線の位置を使用して、レーザトラッカの機械的軸線の回転角度を調節し、レーザビームをＳＭＲでのセンタリング状態に維持する。この手法で、トラッカは、対象物の表面上を移動しているＳＭＲを追う（追跡する）ことが可能である。
【０００６】
角度エンコーダのような角度測定デバイスが、トラッカの機械的軸線に装着される。レーザトラッカにより実施される一つの距離測定と二つの角度測定とは、ＳＭＲの三次元箇所を完全に明示するのに充分である。
【０００７】
いくつかのレーザトラッカは、通常の三つではなく六つの自由度を測定するのに利用可能であるか、そのことが提案されている。例示的な６自由度（６ＤＯＦ）システムは、特許文献２および特許文献３に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許第７，３５２，４４６号明細書
【特許文献２】米国特許第７，８００，７５８号明細書
【特許文献３】米国特許出願公開第２０１０／０１２８２５９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
補正パラメータは、トラッカにアクセス可能なソフトウェアまたはファームウェアに記憶される数値である。これらの数値は、生のトラッカデータに適用されてトラッカ精度を向上させる。トラッカの製造者、そしていくつかの事例では利用者は、補正手順と呼ばれる測定を実施することにより補正パラメータを見つける。今日、レーザトラッカは、トラッカジンバル点に対するレーザビームオフセットおよびビーム角度偏差のような光学機械的誤差とともに、軸線非直角度および軸線オフセットのような機械的誤差を解消するのに補正パラメータを使用する。しかし、現代のレーザトラッカでは、ベアリング振れの影響を解消する補正パラメータは含まれない。このような影響は比較的大きい。さらに、ベアリング振れは角度エンコーダの補正精度を低下させうる。補正パラメータの収集および適用により、ベアリング振れから生じる誤差を最小にすることができるような手順が必要とされる。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
一実施形態によれば、座標測定デバイスにより再帰反射体ターゲットの三次元座標の測定誤差を修正するための方法が提供され、座標測定デバイスは再帰反射体ターゲットへ第１光ビームを送出するように構成されるとともに、再帰反射体ターゲットは第１ビームの一部分を第２ビームとして返送するように構成され、この方法は、第１回転軸と第２回転軸と第１モータと第２モータと第１角度測定デバイスと第２角度測定デバイスと距離計とプロセッサとを座標測定デバイスに設けるステップであって、第１回転軸が第１軸線を中心として回転するように構成され、第１回転軸が第１ベアリングと第２ベアリングとに支持され、第１モータが第１軸線を中心として第１回転軸を第１角度だけ回転させるように構成され、第１角度測定デバイスが第１角度を測定するように構成され、第２回転軸が第２軸線を中心として回転するように構成され、第２回転軸が第３ベアリングと第４ベアリングとに支持され、第２モータが第２軸線を中心として第２回転軸を第２角度だけ回転させるように構成され、第２角度測定デバイスが第２角度を測定するように構成され、距離計が、第１光学検出器により受容される第２ビームの第１部分に少なくとも部分的に基づいて座標測定デバイスから再帰反射体ターゲットまでの第１距離を測定するように構成されるステップと、第１角度測定デバイスで複数の第１角度を測定するステップと、第１軸線上の第１位置で複数の第１変位量を測定するステップであって、複数の第１変位量の各々が複数の第１角度の一つと関連し、第１変位量が第１軸線に垂直な第１ライン上で取得されるステップと、第１軸線上の第２位置での複数の第２変位量を測定するステップであって、複数の第２変位量の各々が複数の第１角度の一つと関連し、第２変位量が第１軸線と垂直な第２ライン上で取得され、第１ラインと第２ラインとの間に第１分離距離が設けられるステップと、複数の第１角度と複数の第１変位量と複数の第２変位量と第１分離距離とに少なくとも部分的に基づいて補正値を決定するステップと、第１ビームを再帰反射体ターゲットへ送出するステップと、第１角度測定デバイスで第１再帰反射体角度を測定するステップと、第２角度測定デバイスで第２再帰反射体角度を測定するステップと、距離計で第１距離を測定するステップと、第１再帰反射体角度と第２再帰反射体角度と第１距離と補正値とに少なくとも部分的に基づいて再帰反射体ターゲットの三次元座標を計算するステップと、再帰反射体ターゲットの三次元座標をメモリに記憶するステップとを包含する。
【００１１】
一実施形態によれば、再帰反射体ターゲットの三次元座標を測定するための座標測定デバイスが設けられ、座標測定デバイスは第１光ビームを再帰反射体ターゲットへ送出するように構成され、再帰反射体ターゲットは第１ビームの一部分を第２ビームとして返送するように構成され、デバイスが、第１回転軸と第２回転軸と第１モータと第２モータと第１角度測定デバイスと第２角度測定デバイスと距離計と回転カウンタとプロセッサとを包含し、第１回転軸は第１軸線を中心として回転するように構成され、第１回転軸は第１ベアリングと第２ベアリングとに支持され、第１モータが第１軸線を中心として第１回転軸を第１角度だけ回転させるように構成されるとともに、第１角度測定デバイスが第１角度を測定するように構成され、第２回転軸は第２軸線を中心として回転するように構成され、第２回転軸が第３ベアリングと第４ベアリングとに支持され、第２モータは第２軸線を中心として第２回転軸を第２角度だけ回転させるように構成され、第２角度測定デバイスは第２角度を測定するように構成され、距離計は、少なくとも、第１光学検出器に受容される第２ビームの第１部分に部分的に基づいて座標測定デバイスから再帰反射体ターゲットまでの第１距離を測定するように構成され、回転カウンタは第１回転軸の回転数を測定するように構成される。
【００１２】
さて、図面を参照すると、開示の全範囲に関する制限であると解釈されるべきではない例示的な実施形態が示され、いくつかの図で同じ数字が要素に付けられている。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態による再帰反射体ターゲットを含むレーザトラッカシステムの斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態による６ＤＯＦターゲットを含むレーザトラッカシステムの斜視図である。
【図３】本発明の一実施形態によるレーザトラッカ光学素子および電子機器の要素を説明するブロック線図である。
【図４Ａ】先行技術による二つのタイプのアフォーカルビームエキスパンダを示す。
【図４Ｂ】先行技術による二つのタイプのアフォーカルビームエキスパンダを示す。
【図５】先行技術による光ファイバビーム放射部を示す。
【図６Ａ】先行技術による四つのタイプのうちの一つのタイプの位置検出器アセンブリを示す概略図である。
【図６Ｂ】先行技術による四つのタイプのうちの別のタイプの位置検出器アセンブリを示す概略図である。
【図６Ｃ】先行技術による四つのタイプのうちのさらに別のタイプの位置検出器アセンブリを示す概略図である。
【図６Ｄ】先行技術による四つのタイプのうちのさらに別のタイプの位置検出器アセンブリを示す概略図である。
【図６Ｅ】本発明の実施形態による位置検出器アセンブリを示す概略図である。
【図６Ｆ】本発明の実施形態による別の位置検出器アセンブリを示す概略図である。
【図７】先行技術によるＡＤＭの中の電気および電気光学要素のブロック線図である。
【図８Ａ】先行技術による光ファイバネットワークの中の光ファイバ要素を示す概略図である。
【図８Ｂ】先行技術による別の光ファイバネットワークの中の光ファイバ要素を示す概略図である。
【図８Ｃ】本発明の一実施形態による光ファイバネットワークの中の光ファイバ要素を示す概略図である。
【図９】先行技術によるレーザトラッカの分解図である。
【図１０】先行技術によるレーザトラッカの断面図である。
【図１１】本発明の一実施形態によるレーザトラッカの電算および通信要素のブロック線図である。
【図１２】本発明の一実施形態による、ミラーを使用して光ビームを操作するレーザトラッカの中のいくつかの内部要素の斜視図である。
【図１３】本発明の一実施形態によるレーザトラッカの中のいくつかの要素の斜視図である。
【図１４】本発明の一実施形態によるレーザトラッカの中のいくつかの要素の斜視図である。
【図１５Ａ】ベアリング誤差を測定する先行技術装置の斜視図である。
【図１５Ｂ】ベアリング誤差を測定する先行技術装置の斜視図である。
【図１６Ａ】旋盤スピンドルのベアリング誤差の測定から得られるデータのプロットである。
【図１６Ｂ】旋盤スピンドルのベアリング誤差の測定から得られるデータのプロットである。
【図１６Ｃ】旋盤スピンドルのベアリング誤差の測定から得られるデータのプロットである。
【図１７】二つのベアリングを内含するスピンドルの四つの連続回転を示す。
【図１８】本発明の一実施形態によるレーザトラッカコンポーネントおよびベアリング振れ測定装置の一部分解斜視図である。
【図１９】本発明の一実施形態によるレーザトラッカコンポーネントおよびベアリング振れ測定装置の一部分解斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１に図示された例示的なレーザトラッカシステム５は、レーザトラッカ１０と再帰反射体ターゲット２６と任意の補助ユニットプロセッサ５０と任意の補助コンピュータ６０とを含む。レーザトラッカ１０の例示的なジンバル式ビーム操作機構１２は、方位ベース１６に取り付けられて方位軸線２０を中心として回転される天頂キャリッジ１４を包含する。ペイロード１５が天頂キャリッジ１４に取り付けられて天頂軸線１８を中心として回転される。天頂軸線１８と方位軸線２０とはトラッカ１０の内部のジンバル点２２で直交して交差し、この点は一般的に距離測定の起点である。レーザビーム４６は、実質的にジンバル点２２を通って天頂軸線１８と直交する向きである。言い換えると、天頂軸線１８に対してほぼ垂直であって方位軸線２０を通る平面に、レーザビーム４６が位置するのである。前進レーザビーム４６は、天頂軸線１８を中心とするペイロード１５の回転により、また方位軸線２０を中心とする天頂キャリッジ１４の回転により、所望の方向へ向けられる。トラッカの内部の天頂角度エンコーダは、天頂軸線１８と整合された天頂機械的軸線に装着される。トラッカの内部の方位角度エンコーダは、方位軸線２０と整合された方位機械的軸線に装着される。天頂および方位角度エンコーダは、回転の天頂および方位角度を比較的高い精度で測定する。前進レーザビーム４６は、例えば上述した球体取付け再帰反射体（ＳＭＲ）である再帰反射体ターゲット２６まで進む。ジンバル点２２と再帰反射体２６との間の径方向距離を測定することにより、天頂軸線１８を中心とする回転角度、方位軸線２０を中心とする回転角度、そして再帰反射体２６の位置が、トラッカの球面座標系で求められる。
【００１５】
前進レーザビーム４６は、後で説明されるように一つ以上のレーザ波長を含みうる。明瞭性および単純性のため、以下の記載では図１に示された種類の操作機構が想定される。しかし、他のタイプの操作機構も可能である。例えば、方位および天頂軸線を中心として回転されるミラーでレーザを反射させることが可能である。ここで説明される技術は、操作機構のタイプに関係なく適用可能である。
【００１６】
異なるサイズのＳＭＲ―例えば１．５，７／８，および１／２インチＳＭＲの「ホーム」位置にレーザトラッカを再設定するための磁気ネスト１７が、レーザトラッカに含まれうる。トラッカ上再帰反射体１９は、トラッカを基準距離に再設定するのに使用されうる。加えて、米国特許第７，３２７，４４６号に記載されているように、図１の図では視認可能でないトラッカ上ミラーが、トラッカ上再帰反射体との組み合わせで使用されて自己補正の実施を可能にする。
【００１７】
図２は、再帰反射体ターゲット２６が６ＤＯＦプローブ１０００で置き換えられていることを除いて、図１のレーザトラッカシステム５と同様の例示的レーザトラッカシステム７を示す。図１では、他のタイプの再帰反射体ターゲットも使用されうる。例えば、光線がガラス構造の反射後面で小さな光点に集束するガラス再帰反射体であるキャットアイ再帰反射体が、時には使用される。
【００１８】
図３は、レーザトラッカ実施形態における光学および電気要素を示すブロック線図である。二つの波長の光線―ＡＤＭのための第１波長と可視ポインタおよび追跡のための第２波長―を放出するレーザトラッカの要素を示している。可視ポインタは、トラッカにより放出されるレーザビームスポットの位置を利用者が視認することを可能にする。自由空間ビームスプリッタを使用して二つの異なる波長が組み合わされる。電気光学（ＥＯ）システム１００は、可視光源１１０とアイソレータ１１５と任意の第１ファイバ放射部１７０と任意の干渉計（ＩＦＭ）１２０とビームエキスパンダ１４０と第１ビームスプリッタ１４５と位置検出器アセンブリ１５０と第２ビームスプリッタ１５５とＡＤＭ１６０と第２ファイバ放射部１７０とを含む。
【００１９】
可視光源１１０は、レーザ、スーパールミネセントダイオード、または他の発光デバイスでありうる。アイソレータ１１５は、ファラデーアイソレータ、減衰器、または反射して光源へ戻る光線を減少させうる他のデバイスでありうる。任意のＩＦＭは様々な手法で構成されうる。特定の実行可能例として、ＩＦＭは、ビームスプリッタ１２２と再帰反射体１２６と四分の一波長板１２４，１３０と位相アナライザ１２８とを含みうる。可視光源１１０が光線を自由空間へ放射すると、光線はアイソレータ１１５および任意のＩＦＭ１２０を通って自由空間内を移動する。代替的に、アイソレータ１１５が光ファイバケーブルにより可視光源１１０に結合されうる。この事例では、図５を参照して後で記されるように、アイソレータからの光線が、第１光ファイバ放射部１７０を通って自由空間へ放射されうる。
【００２０】
ビームエキスパンダ１４０は、様々なレンズ構成を使用して構築されうるが、図４Ａおよび４Ｂには、よく使用される二つの先行技術構成が示されている。図４Ａは、負レンズ１４１Ａと正レンズ１４２Ａとの使用に基づく構成１４０Ａを示している。負レンズ１４１Ａに入射した照準光ビーム２２０Ａは大きな視準光ビーム２３０Ａとして正レンズ１４２Ａから出現する。図４Ｂは、二つの正レンズ１４１Ｂ，１４２Ｂの使用に基づく構成１４０Ｂを示す。第１正レンズ１４１Ｂに入射した照準光ビーム２２０Ｂは大きな照準光ビーム２３０Ｂとして第２正レンズ１４２Ｂから出現する。ビームエキスパンダ１４０を離れた光線のうち、トラッカからの途上で少量がビームスプリッタ１４５，１５５に反射され、失われる。ビームスプリッタ１５５を通過した光線部分は、ＡＤＭ１６０からの光線と組み合わされて、レーザトラッカを離れて再帰反射体９０まで進む複合光ビーム１８８を形成する。
【００２１】
一実施形態において、ＡＤＭ１６０は、光源１６２とＡＤＭ用電子機器１６４とファイバネットワーク１６６と相互接続電気ケーブル１６５と相互接続光ファイバ１６８，１６９，１８４，１８６とを含む。ＡＤＭ用電子機器は電気変調・バイアス電圧を光源１６２に送り、これは例えばおよそ１５５０ｎｍの波長で作動する分散フィードバックレーザでありうる。一実施形態において、ファイバネットワーク１６６は、図８Ａに示された先行技術による光ファイバネットワーク４２０Ａでありうる。この実施形態では、図３の光源１６２からの光線は、図８Ａの光ファイバ４３２と同等である光ファイバ１８４を通って移動する。
【００２２】
図８Ａのファイバネットワークは、第１ファイバカプラ４３０と第２ファイバカプラ４３６と低透過率反射体４３５，４４０とを含む。光線は第１ファイバカプラ４３０を移動し、光ファイバ４３３を通って第２ファイバカプラ４３６までの第１経路と、光ファイバ４２２およびファイバ長イコライザ４２３を通る第２経路という二つの経路の間で分離する。ファイバ長イコライザ４２３は、ＡＤＭ用電子機器１６４の基準チャネルまで移動する図３のファイバ区分１６８に接続される。ファイバ長イコライザ４２３の目的は、基準チャネルで光線が通過する光ファイバの長さを、測定チャネルで光線が通過する光ファイバの長さと一致させることである。この手法でファイバ長を一致させると、周囲温度の変化により生じるＡＤＭ誤差を軽減する。このような誤差は、光ファイバの有効光路長が、光ファイバの平均屈折率とファイバ長を掛けたものに等しいために発生する。光ファイバの屈折率はファイバの温度に左右されるので、光ファイバの温度変化は測定および基準チャネルの有効光路長の変化を引き起こす。測定チャネルでの光ファイバの有効光路長が基準チャネルの光ファイバの有効光路長に対して変化した場合には、再帰反射体ターゲット９０が固定されたままであっても再帰反射体ターゲット９０の位置に見かけのシフトが生じる結果を招く。この問題を回避するため、二つのステップが取られる。第一に、基準チャネルのファイバの長さを測定チャネルでのファイバの長さとできる限り近い値で一致させる。第二に、二つのチャネルの光ファイバがほぼ同じ温度変化を呈することを保証できる程度まで、測定および基準ファイバを並置する。
【００２３】
光は第２光ファイバカプラ４３６の中を移動して、低反射率ファイバ終端４４０への第１経路と光ファイバ４３８への第２経路という二つの経路に分離し、ここから図３の光ファイバ１８６へ移動する。光ファイバ１８６上の光線は、第２ファイバ放射部１７０まで移動する。
【００２４】
一実施形態におけるファイバ放射部１７０が、先行技術の図５に示されている。図３の光ファイバ１８６からの光線は、図５のファイバ１７２に達する。ファイバ放射部１７０は、光ファイバ１７２とフェルール１７４とレンズ１７６とを含む。光ファイバ１７２は、レーザトラッカ１０内の構造に安定状態で装着されたフェルール１７４に装着される。所望であれば、後方反射を減少させるため光ファイバの端部がある角度で研磨されうる。光２５０は、使用される光の波長と光ファイバの特定タイプとに応じて４と１２マイクロメートルの間の直径を持つシングルモード光ファイバでありうるファイバのコアから出現する。光線２５０はある角度で発散してレンズ１７６を遮断し、これが光を視準する。ＡＤＭシステムにおいて単一の光ファイバを通して光学信号を放射および受容する方法は、‘７５８特許の図３を参照して説明されたものである。
【００２５】
図３を参照すると、ビームスプリッタ１５５は、反射するのではなく異なる波長を伝送するダイクロイックビームスプリッタでありうる。一実施形態において、ＡＤＭ１６０からの光線はダイクロイックビームスプリッタ１５５で反射して、ダイクロイックビームスプリッタ１５５を通して伝送された可視レーザ１１０からの光線と組み合わされる。複合光ビーム１８８は第１ビームとしてレーザトラッカから出て再帰反射体９０へ進み、再帰反射体は光の一部分を第２ビームとして返送する。ＡＤＭ波長である第２ビームのこの部分は、ダイクロイックビームスプリッタ１５５で反射して第２ファイバ放射部１７０へ戻り、第２ファイバ放射部は光を結合して光ファイバ１８６へ戻す。
【００２６】
一実施形態において、光ファイバ１８６は図８Ａの光ファイバ４３８に対応する。復路光は光ファイバ４３８から第２ファイバカプラ４３６を通って、二つの経路に分離する。第１経路は、一実施形態では図３のＡＤＭ用電子機器１６４の測定チャネルに通じる光ファイバ１６９に対応する光ファイバ４２４に通じている。第２経路は、光ファイバ４３３に、そして第１ファイバカプラ４３０に通じている。第１ファイバカプラ４３０を離れた光は、光ファイバ４３２への第１経路と、低反射率終端４３５への第２経路との二つの経路に分離する。一実施形態において、光ファイバ４３２は、図３の光源１６２に通じる光ファイバ１８４に対応する。たいていの事例において、光源１６２は、光ファイバ４３２から光源へ入る光の量を最少にする内蔵のファラデーアイソレータを内含する。逆方向にレーザへ送られる余剰光線は、レーザを不安定にし得る。
【００２７】
ファイバネットワーク１６６からの光は、光ファイバ１６８，１６９を通ってＡＤＭ用電子機器１６４へ入る。先行技術によるＡＤＭ用電子機器の実施形態が、図７に示されている。図３の光ファイバ１６８は図７の光ファイバ３２３２に対応し、図３の光ファイバ１６９は図７の光ファイバ３２３０に対応する。さて図７を参照すると、ＡＤＭ電子機器３３００は、周波数基準３３０２とシンセサイザ３３０４と測定検出器３３０６と基準検出器３３０８と測定ミキサ３３１０と基準ミキサ３３１２と調整用電子機器３３１４，３３１６，３３１８，３３２０とＮ除算プリスケーラ３３２４とアナログデジタルコンバータ（ＡＤＣ）３３２２とを含む。例えば恒温槽型水晶発振器（ＯＣＸＯ）である周波数基準は、例えば二つの電気信号―周波数ｆＲＦの信号が一つと周波数ｆＬＯの信号が二つ―を発生させるシンセサイザへ、１０ＭＨｚでありうる基準周波数ｆＲＥＦを送出する。信号ｆＲＦは、図３の光源１６２に対応する光源３１０２へ進む。周波数ｆＬＯの二つの信号は、測定ミキサ３３１０および基準ミキサ３３１２へ進む。図３の光ファイバ１６８，１６９からの光はそれぞれ図７のファイバ３２３２，３２３０に出現し、基準および測定チャネルへそれぞれ入る。基準検出器３３０８および測定検出器３３０６は、光学信号を電気信号に変換する。これらの信号はそれぞれ電気コンポーネント３３１６，３３１４により調整され、ミキサ３３１２，３３１０へそれぞれ送出される。ミキサは、ｆＬＯ−ｆＲＦの絶対値に等しい周波数ｆＬＦを発生させる。信号ｆＲＦは比較的高い周波数、例えば２ＧＨｚであるのに対して、信号ｆＩＦは比較的低い周波数、例えば１０ｋＨｚを有し得る。
【００２８】
基準周波数ｆＲＥＦはプリスケーラ３３２４へ送られ、プリスケーラは周波数を整数値で割る。例えば、１０ＭＨｚの周波数が４０で割られると、２５０ｋＨｚの出力周波数が得られる。この例では、ＡＤＣ３３２２へ入る１０ｋＨｚ信号が２５０ｋＨｚの割合でサンプリングされることで、１サイクルにつき２５個のサンプルが得られるだろう。ＡＤＣ３３２２からの信号はデータプロセッサ３４００へ送られ、このプロセッサは例えば、図３のＡＤＭ電子機器１６４に配置される一つ以上のデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）であろう。
【００２９】
距離を導出するための方法は、基準および測定チャネルのためのＡＤＣ信号の位相の計算に基づく。この方法は、Ｂｒｉｄｇｅ  ｅｔ  ａｌ．の米国特許第７，７０１，５５９号（‘５５９）に詳しく記載されている。計算は、‘５５９特許の等式（１）〜（８）の使用を含む。加えて、ＡＤＭが最初に再帰反射体の測定を始める時には、シンセサイザにより発生される周波数が数倍（例えば３倍）だけ変更され、各事例で可能なＡＤＭ距離が計算される。選択された周波数の各々について可能なＡＤＭ距離を比較することにより、ＡＤＭ測定の曖昧性が取り除かれる。‘５５９特許の図５に関して説明された同期化方法および‘５５９特許に記載されたカルマンフィルタ方法と組み合わされた‘５５９特許の等式（１）〜（８）は、ＡＤＭが移動ターゲットを測定することを可能にする。他の実施形態では、例えば位相差ではなくパルス飛行時間の使用により絶対距離測定値を求める方法が使用されうる。
【００３０】
ビームスプリッタ１５５を通過した復路光ビーム１９０の一部はビームスプリッタ１４５に達し、このスプリッタは光線の一部をビームエキスパンダ１４０へ、また光線の別の部分を位置検出器アセンブリ１５０へ送出する。レーザトラッカ１０またはＥＯシステム１００から出現する光は第１ビーム、再帰反射体９０または２６で反射する光部分は第２ビームと考えられる。反射ビーム部分は、ＥＯシステム１００の異なる機能要素へ送出される。例えば、第１部分は図３のＡＤＭ１６０などの距離計へ送られうる。第２部分は位置検出器アセンブリ１５０へ送られうる。いくつかの事例では、第３部分は任意の干渉計（１２０）のような他の機能ユニットへ送られうる。図３の例では、第２ビームの第１部分および第２部分が、それぞれビームスプリッタ１５５，１４５で反射した後に距離計および位置検出器へ送出されるが、反射ではなく光線を距離計または位置検出器へ伝送することが可能であったと理解することは重要である。
【００３１】
先行技術の位置検出器アセンブリ１５０Ａ〜１５０Ｄの四つの例が、図６Ａ〜Ｄに示されている。図６Ａは最も単純な実行例を表し、位置検出器アセンブリは、電子機器ボックス３５０から電力を得て、レーザトラッカ１０内のいずれかの箇所での電子処理能力を示す信号をこれに返送する回路基板１５２に取り付けられた位置センサ１５１、補助ユニット５０、または外部コンピュータ６０を含む。図６Ｂは、不要な光学波長が位置センサ１５１に達するのを妨害する光学フィルタ１５４を含む。例えば、ビームスプリッタ１４５または位置センサ１５１の表面を適切なフィルムでコーティングすることによっても、不要な光学波長が妨害されうる。図６Ｃは、光ビームのサイズを縮小するレンズ１５３を含む。図６Ｄは、光学フィルタ１５４とレンズ１５３の両方を含む。
【００３２】
図６Ｅは、光学調整器１４９Ｅを含む本発明の実施形態による位置検出器アセンブリを示す。光学調整器はレンズ１５３を内含し、光学波長フィルタ１５４も内含し得る。加えて、ディフューザ１５６と空間フィルタ１５７の少なくとも一方を含む。上で説明されたように、一般的なタイプの再帰反射体はキューブコーナ再帰反射体である。キューブコーナ再帰反射体の一つのタイプは、各々が他の２枚のミラーに直角に接合される３枚のミラーから成る。これら３枚のミラーが接合される交線は、光線がトラッカへ完全に反射されない有限厚さを有し得る。位置検出器に達した際に位置検出器と正確には同じでなくなるように、有限厚さのラインは伝搬の際に回折される。しかし、回折光線パターンは概して、完全対称から逸脱するだろう。その結果、位置検出器１５１に衝突する光線には、例えば、回折線の近傍で光学出力の低下または上昇（ホットスポット）が見られる。再帰反射体からの光線の均一性は再帰反射体ごとに変化するため、また再帰反射体が回転または傾斜する際に位置検出器での光の分布が変化するため、位置検出器１５１に衝突する光の平滑性を向上させるようにディフューザ１５６を含めると有利である。理想的な位置検出器は重心に反応すべきであって理想的なディフューザはスポットを対称的に拡散すべきであるため、位置検出器により得られる合成位置には影響すべきでないと主張できる。しかし実際には、おそらくは位置検出器１５１およびレンズ１５３の非線形性（不完全性）の影響のため、ディフューザが位置検出器アセンブリの性能を向上させることが観察される。ガラス製のキューブコーナ再帰反射体も、位置検出器１５１で不均一な光点を発生させる。譲受人が同じである２０１２年２月１０日出願の米国特許出願第１３／３７０，３３９（‘３３９）と２０１２年２月２９日出願の第１３／４０７，９８３号（‘９８３）からより明白に理解されうるように、位置検出器での光点の変化は６ＤＯＦターゲットのキューブコーナから反射した光から特に顕著である。一実施形態では、ディフューザ１５６はホログラフィックディフューザである。ホログラフィックディフューザは、制御された均質光を指定の拡散角度にわたって提供する。他の実施形態では、すりガラスまたは「オパール」ディフューザなど、他のタイプのディフューザが使用される。
【００３３】
位置検出器アセンブリ１５０Ｅの空間フィルタ１５７の目的は、例えば光学面での不要な反射の結果生じうるゴーストビームが位置検出器１５１に衝突するのを阻止することである。空間フィルタは、孔を有するプレート１５７を含む。レンズの焦点距離にほぼ等しい距離だけレンズから離して空間フィルタ１５７を載置することにより、復路光２４３Ｅは、最も狭いところ―ビームのくびれ―の近くになった時に空間フィルタを通過する。例えば光学要素の反射の結果として異なる角度で進むビームは孔から離れたところで空間フィルタに衝突し、位置検出器１５１に達するのを妨害される。不要なゴーストビーム２４４Ｅがビームスプリッタ１４５の表面で反射して空間フィルタ１５７まで進んでここで妨害される例が、図６Ｅに示されている。空間フィルタが無ければ、ゴーストビーム２４４Ｅが位置検出器１５１を遮り、こうして位置検出器１５１でのビーム２４３Ｅの位置の決定が不正確になる。弱いゴーストビームであっても、主要な光点から比較的長い距離に位置する場合には、ゴーストビームは位置検出器１５１での重心位置を大きく変化させる。
【００３４】
ここに記載される類の再帰反射体、例えばキューブコーナまたはキャットアイ再帰反射体は、入射光線と平行な方向で再帰反射体に入る光を反射させるという特性を有する。加えて、入射および反射光は、再帰反射体の対称点について対称的な位置にある。例えば、開放キューブコーナ再帰反射体では、再帰反射体の対称点はキューブコーナの頂点である。ガラスキューブコーナ再帰反射体では、対称点はやはり頂点であるが、この事例ではガラスと空気の境界面での光の曲りを考慮しなければならない。２．０の屈折率を有するキャットアイ再帰反射体では、対称点は球体の中心である。共通面上において対称的に所在する二つのガラス半球体から成るキャットアイ再帰反射体では、対称点は、この平面上で各半球体の球体中心に位置する。主要な点は、レーザトラッカで通常使用されるタイプの再帰反射体については、再帰反射体によりトラッカへ返送される光線が、入射レーザ光線に対して頂点の反対側にシフトされることである。
【００３５】
図３の再帰反射体９０のこの作用は、レーザトラッカによる再帰反射体追跡の原理である。位置センサは、その表面上に理想的復帰点を有する。理想的復帰点は、再帰反射体の対称点（ＳＭＲではキューブコーナ再帰反射体の頂点など）へ送出されたレーザビームが戻る点である。通常、復帰点は、位置センサの中心に近い。レーザビームは、再帰反射体の片側へ送出される場合には、反対側で反射して位置センサの復帰点に出現する。位置センサ上での復路光ビームの位置に注目することにより、レーザトラッカ１０の制御システムは、モータにより再帰反射体の対称点へ光ビームを進めることができる。
【００３６】
再帰反射体がトラッカに対して横向きに一定速度で移動した場合、再帰反射体での光ビームは、（過渡状態が安定した後で）再帰反射体の対称点から一定のオフセット距離で再帰反射体に衝突するだろう。レーザトラッカは、制御された測定値から取得された倍率に基づき、また位置センサ上の光ビームから理想的復帰点までの距離に基づいて、再帰反射体でのこのオフセット距離を解消する修正を行う。
【００３７】
上で説明されたように、位置検出器は、再帰反射体の動きを説明する二つの重要な機能―追跡の実行と測定値の修正とを実施する。位置検出器内の位置センサは、位置の測定が可能ないかなるタイプのデバイスでもありうる。例えば、位置センサは位置検知検出器または感光性アレイでありうる。位置検知検出器は、例えば横効果検出器または象限検出器でありうる。感光性アレイは、例えばＣＭＯＳまたはＣＣＤアレイでありうる。
【００３８】
一実施形態において、ビームスプリッタ１４５で反射しない復路光はビームエキスパンダ１４０を通過することで小さくなる。別の実施形態では、ビームスプリッタ１４５により反射された光が距離計まで進み、ビームスプリッタにより伝送される光が位置検出器まで進むように、位置検出器および距離計の位置が逆転される。
【００３９】
光線は、任意のＩＦＭとアイソレータとを通って可視光源１１０まで進み続ける。この段階で、光強度は、可視光源１１０を不安定にしないように充分に小さくされるべきである。
【００４０】
一実施形態において、可視光源１１０からの光線は図５のビーム放射部１７０から放射される。ファイバ放射部は、光源１１０の出力またはアイソレータ１１５の光ファイバ出力に装着されうる。
【００４１】
一実施形態において、図３のファイバネットワーク１６６は、図８Ｂの先行技術ファイバネットワーク４２０Ｂである。ここで図３の光ファイバ１８４，１８６，１６８，１６９は、図８Ｂの光ファイバ４４３，４４４，４２４，４２２に対応する。図８Ｂのファイバネットワークが２ファイバカプラではなくシングルファイバカプラを有することを除いて、図８Ｂのファイバネットワークは図８Ａのファイバネットワークに類似している。図８Ａと比較した図８Ｂの利点は単純性である。しかし、図８Ｂは、光ファイバ４２２，４２４へ入る不要な光学後方反射を有する可能性がより高い。
【００４２】
一実施形態において、図３のファイバネットワーク１６６は図８Ｃのファイバネットワーク４２０Ｃである。ここで、図３の光ファイバ１８４，１８６，１６８，１６９は、図８Ｃの光ファイバ４４７，４５５，４２３，４２４に対応する。ファイバネットワーク４２０Ｃは、第１ファイバカプラ４４５と第２ファイバカプラ４５１とを含む。第１ファイバカプラ４４５は、二つの入力ポートと二つの出力ポートとを有する２×２カプラである。このタイプのカプラは通常、二つのファイバコアを近接状態に置いてから加熱中にファイバを延伸することにより製作される。このようにして、ファイバの間の一過性結合が所望の光線画分から隣接のファイバまで分離し得る。第２ファイバカプラ４５１は、サーキュレータと呼ばれるタイプのものである。三つのポートを有して各々が、指定の方向のみに光線を伝送または受容する能力を有する。例えば、光ファイバ４４８上の光線はポート４５３に入り、矢印で示されているようにポート４５４へ搬送される。ポート４５４では、光が光ファイバ４５５へ伝送されうる。同様に、ポート４５５上を進む光線はポート４５４へ入り、矢印の方向にポート４５６へ進み、ここで一部の光が光ファイバ４２４へ伝送されうる。必要とされるのが三つのポートのみである場合、サーキュレータ４５１が受ける光強度の損失は２×２カプラよりも少ない。他方、サーキュレータ４５１が２×２カプラよりも高価で偏波モード分散が見られることがあり、これはある状況では問題となりうる。
【００４３】
図９および１０は、Ｂｒｉｄｇｅｓ  ｅｔ  ａｌ．の米国特許出願公開第２０１０／０１２８２５９号の図２および３に描かれた先行技術のレーザトラッカ２１００の分解図および断面図をそれぞれ示す。方位アセンブリ２１１０は、ポストハウジング２１１２と方位エンコーダアセンブリ２１２０と下方および上方方位ベアリング２１１４Ａ，２１１４Ｂと方位モータアセンブリ２１２５と方位スリップリングアセンブリ２１３０と方位回路基板２１３５とを含む。
【００４４】
方位エンコーダアセンブリ２１２０の目的は、ポストハウジング２１１２に対するヨーク２１４２の回転角を精密に測定することである。方位エンコーダアセンブリ２１２０は、エンコーダディスク２１２１と読取りヘッドアセンブリ２１２２とを含む。エンコーダディスク２１２１はヨークハウジング２１４２のシャフトに装着され、読取りヘッドアセンブリ２１２２はポストアセンブリ２１１０に装着される。読取りヘッドアセンブリ２１２２は、一つ以上の読取りヘッドアセンブリが締結される回路基板を包含する。読取りヘッドから送出されたレーザ光線は、エンコーダディスク２１２１の微細格子線で反射する。エンコーダ読取りヘッドの検出器によりピックアップされた反射光線は、固定読取りヘッドに対する回転エンコーダディスクの角度を求めるように処理される。
【００４５】
方位モータアセンブリ２１２５は、方位モータロータ２１２６と方位モータステータ２１２７とを含む。方位モータロータは、ヨークハウジング２１４２のシャフトに直接的に装着される永久磁石を包含する。方位モータステータ２１２７は、規定の磁界を発生させる界磁巻線を包含する。この磁界は方位モータロータ２１２６の磁石と相互作用を行って、所望の回転運動を発生させる。方位モータステータ２１２７は、ポストフレーム２１１２に装着される。
【００４６】
方位回路基板２１３５は、エンコーダやモータのような方位コンポーネントにより必要とされる電気的機能を提供する一つ以上の回路基板である。方位スリップリングアセンブリ２１３０は、外側部品２１３１と内側部品２１３２とを含む。一実施形態では、補助ユニットプロセッサ５０から配線束２１３８が出現する。配線束２１３８は、トラッカに電力を送るか、トラッカとの信号の出入を行う。配線束２１３８の配線の一部は、回路基板のコネクタにつながっている。図１０に示された例において、配線は、方位回路基板２１３５とエンコーダ読取りヘッドアセンブリ２１２２と方位モータアセンブリ２１２５とを経由している。他の配線は、スリップリングアセンブリ２１３０の内側部品２１３２を経由している。内側部品２１３２はポストアセンブリ２１１０に装着され、結果的に固定状態のままである。外側部品２１３１はヨークアセンブリ２１４０に装着され、結果的に内側部品２１３２に対して回転する。スリップリングアセンブリ２１３０は、外側部品２１３１が内側部品２１３２に対して回転する際に低インピーダンス電気接触を許容するように設計される。
【００４７】
天頂アセンブリ２１４０は、ヨークハウジング２１４２と天頂エンコーダアセンブリ２１５０と左右の天頂ベアリング２１４４Ａ，２１４４Ｂと天頂モータアセンブリ２１５５と天頂スリップリングアセンブリ２１６０と天頂回路基板２１６５とを包含する。
【００４８】
天頂エンコーダアセンブリ２１５０の目的は、ヨークハウジング２１４２に対するペイロードフレーム２１７２の回転角度を精密に測定することである。天頂エンコーダアセンブリ２１５０は、天頂エンコーダディスク２１５１と天頂読取りヘッドアセンブリ２１５２とを包含する。エンコーダディスク２１５１はペイロードハウジング２１４２に装着され、読取りヘッドアセンブリ２１５２はヨークハウジング２１４２に装着される。天頂読取りヘッドアセンブリ２１５２は、一つ以上の読取りヘッドが締結される回路基板を包含する。読取りヘッドから送出されるレーザ光は、エンコーダディスク２１５１の微細格子線で反射する。エンコーダ読取りヘッドの検出器によりピックアップされる反射光は、固定読取りヘッドに対する回転エンコーダディスクの角度を求めるように処理される。
【００４９】
天頂モータアセンブリ２１５５は、天頂モータロータ２１５６と天頂モータステータ２１５７とを包含する。天頂モータロータ２１５６は、ペイロードフレーム２１７２のシャフトに直接的に装着される永久磁石を包含する。天頂モータステータ２１５７は規定の磁界を発生させる界磁巻線を包含する。この磁界はロータ永久磁石と相互作用を行って所望の回転運動を生じる。天頂モータステータ２１５７は、ヨークフレーム２１４２に装着される。
【００５０】
天頂回路基板２１６５は、エンコーダやモータのような天頂コンポーネントにより必要とされる電気的機能を提供する一つ以上の回路基板に当たる。天頂スリップリングアセンブリ２１６０は、外側部品２１６１と内側部品２１６２とを包含する。配線束２１６８が方位外側スリップリング２１３１から出現して、電力または信号を伝える。配線束２１６８の一部の配線は回路基板のコネクタにつながっている。図１０に示された例において、配線は、天頂回路基板２１６５と天頂モータアセンブリ２１５０とエンコーダ読取りヘッドアセンブリ２１５２とを経由している。他の配線は、スリップリングアセンブリ２１６０の内側部品２１６２を経由している。内側部品２１６２はヨークフレーム２１４２に装着され、結果的に天頂角ではなく方位角のみで回転する。外側部品２１６１はペイロードフレーム２１７２に装着され、結果的に天頂角と方位角の両方で回転する。スリップリングアセンブリ２１６０は、外側部品２１６１が内側部品２１６２に対して回転する際に低インピーダンス電気接触を許容するように設計される。ペイロードアセンブリ２１７０は、主要光学素子アセンブリ２１８０と二次光学素子アセンブリ２１９０とを含む。
【００５１】
図１１は、レーザトラッカ用電子機器処理システム１５１０と、周辺要素１５８２，１５８４，１５８６の処理システムと、コンピュータ１５９０と、クラウドとして表された他のネットワークコンポーネント１６００とを含む寸法測定用電子機器処理システム１５００を描いたブロック線図である。例示的なレーザトラッカ用電子機器処理システム１５１０は、マスタプロセッサ１５２０とペイロード機能用電子機器１５３０と方位エンコーダ用電子機器１５４０と天頂エンコーダ用電子機器１５５０とディスプレイ・ユーザインタフェース（ＵＩ）用電子機器１５６０とリムーバブルストレージハードウェア１５６５と無線周波数識別（ＲＦＩＤ）用電子機器とアンテナ１５７２とを含む。ペイロード機能用電子機器１５３０は、６ＤＯＦ用電子機器１５３１とカメラ用電子機器１５３２とＡＤＭ用電子機器１５３３と位置検出器（ＰＳＤ）用電子機器１５３４とレベル電子機器１５３５を含むいくつかのサブ機能を含む。サブ機能の大部分は、例えばデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）またはフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）でありうる少なくとも一つのプロセッサユニットを有する。電子機器ユニット１５３０，１５４０，１５５０は、レーザトラッカ内でのその箇所のため、図示のように分離されている。一実施形態において、ペイロード機能１５３０は図９および１０のペイロード２１７０に配置されるのに対して、方位エンコーダ用電子機器１５４０は方位アセンブリ２１１０に配置されて、天頂エンコーダ用電子機器１５５０は天頂アセンブリ２１４０に配置される。
【００５２】
多くのタイプの周辺デバイスが可能であるが、ここではこのようなデバイスが三つ示されている。温度センサ１５８２、６ＤＯＦプローブ１５８４、そして例えばスマートフォンである携帯情報端末１５８６。レーザトラッカは、アンテナ１５７２を介した無線通信を含む多様な手段で、カメラのような視覚システムにより、また６ＤＯＦプローブ１５８４のような協働的ターゲットまでのレーザトラッカの距離および角度読取値により、周辺デバイスと通信し得る。周辺デバイスはプロセッサを内含し得る。６ＤＯＦアクセサリは、６ＤＯＦプローブシステムと６ＤＯＦスキャナと６ＤＯＦプロジェクタと６ＤＯＦセンサと６ＤＯＦインジケータとを含みうる。これらの６ＤＯＦデバイスのプロセッサは、レーザトラッカの処理デバイスに加えて外部コンピュータおよびクラウド処理リソースとともに使用されうる。概して、レーザトラッカプロセッサまたは測定デバイスプロセッサの語が使用される時には、可能な外部コンピュータとクラウドサポートとを含むことを意味する。
【００５３】
一実施形態では、別々の通信バスがマスタプロセッサ１５２０から電子機器ユニット１５３０，１５４０，１５５０，１５６０，１５６５，１５７０の各々まで通じている。各通信回線は、例えば、データ回線とクロック回線とフレーム回線とを含む３本のシリアル回線を有し得る。フレーム回線は、電子機器ユニットがクロック回線に注意すべきかどうかを指示する。注意すべきことを示している場合には、電子機器ユニットは各クロック信号でデータ回線の現在値を読み取る。クロック信号は例えば、クロックパルスの立ち上がりエッジに対応し得る。一実施形態では、情報はデータ回線を介してパケットの形で伝送される。一実施形態において、各パケットはアドレスと数値とデータメッセージとチェックサムとを含む。アドレスは、データメッセージが送られるのは電子機器ユニット内のどこであるかを指示する。その箇所は、例えば電子機器ユニット内のプロセッササブルーチンに対応する。数値は、データメッセージの長さを示す。データメッセージは、電子ユニットが実行するためのデータまたは命令を内含する。チェックサムは、通信回線を介して誤差が送信される可能性を最小にするのに使用される。
【００５４】
一実施形態において、マスタプロセッサ１５２０は、情報のパケットを、バス１６１０を介してペイロード機能用電子機器１５３０へ、バス１６１１を介して方位エンコーダ用電子機器１５４０へ、バス１６１２を介して天頂エンコーダ電子機器１５５０へ、バス１６１３を介してディスプレイ・ＵＩ電子機器１５６０へ、バス１６１４を介してリムーバブルストレージハードウェア１５６５へ、バス１６１６を介してＲＦＩＤ・無線用電子機器１５７０へ送出する。
【００５５】
一実施形態において、マスタプロセッサ１５２０はまた、同期バス１６３０を介して各電子機器へシンク（同期）パルスを同時に送出する。シンクパルスは、レーザトラッカの測定機能により収集される値を同期化する手法を提供する。例えば、同期パルスが受信されるとすぐに、方位エンコーダ用電子機器１５４０および天頂用電子機器１５５０がそのエンコーダ値を保持する。同様に、ペイロード機能用電子機器１５３０は、ペイロード内に格納される電子機器によって収集されるデータを保持する。６ＤＯＦとＡＤＭと位置検出器とはすべて、シンクパルスが付与されるとデータを保持する。たいていの事例では、カメラおよび傾斜計はシンクパルス速度よりも遅い速度でデータを収集するが、多数のシンクパルス周期でデータを保持し得る。
【００５６】
方位エンコーダ用電子機器１５４０および天頂エンコーダ用電子機器１５５０は、図９および１０に示されたスリップリング２１３０，２１６０により、相互に、またペイロード用電子機器１５３０から分離されている。この理由のため、図１１ではバスライン１６１０，１６１１，１６１２が別々のバスとして図示されている。
【００５７】
レーザトラッカ用電子機器処理システム１５１０は、外部コンピュータ１５９０と通信し得るか、電算、ディスプレイ、ＵＩの機能をレーザトラッカ内に提供し得る。レーザトラッカは、例えばイーサネット回線または無線接続でありうる通信リンク１６０６を介して、コンピュータ１５９０と通信する。レーザトラッカは、イーサネットケーブルなどの一つ以上の電気ケーブルおよび一つ以上の無線接続を含みうる通信リンク１６０２を介して、クラウドで表される他の要素１６００とも通信し得る。要素１６００の一例は、別の三次元試験機器―例えばレーザトラッカにより再配置されうる連接アームＣＭＭである。コンピュータ１５９０と要素１６００との間の通信リンク１６０４は、有線（イーサネットなど）または無線でありうる。遠隔コンピュータ１５９０の前に座っている操作者は、イーサネットまたは無線を介して、クラウドで表されるインターネットに接続し、インターネットはイーサネットまたは無線を介してマスタプロセッサ１５２０に接続される。このようにして、利用者は、遠隔レーザトラッカの動作を制御し得る。
【００５８】
図１２は、ミラー１２５２を使用してトラッカからの光ビーム１２５１，１２５５を操作するレーザトラッカ１２５０の一実施形態を示す。アセンブリ１２５６は、一つ以上の光ビームを生成し、光ビームの方向を制御して再帰反射体ターゲットの追跡を可能にし、ターゲットまでの距離を測定するように、多様な光学、電気、機械コンポーネント設計を含みうる。加えて、レーザトラッカ１２５０内に設けられる機能は、モータを使用して、それぞれ第１軸線１２５３および第２軸線１２５４を中心として回転軸１２６０，１２５８を回すことと、角度エンコーダを使用して、第１軸線および第２軸線を中心とする回転角度を測定することとを含む。図１２のレーザトラッカ１２５０は、機械的軸線１２５３，１２５４が実質的に交差する点にあるジンバル点１２６１を有することで、図９および１０で説明されたレーザトラッカと類似している。加えて、両方のタイプのトラッカでは、レーザビームが少なくとも事実上はジンバル点を通過する。
【００５９】
ジンバル点を有するがいくらか異なる構成を持つ他の機械的配置を使用することが可能である。例えば、ミラーが１２５５のビームと同じ方向に光を反射するように、１２５４と等しい軸線に沿った水平方向に光ビームを放出し、光ビームに対して４５度でミラーを傾斜させることが可能である。本出願では、二つの軸線の各々を中心とする回転は、各軸線と整合された回転軸の回転によって可能となり、二つの回転軸の各々は一対の離間ベアリングに取り付けられる。
【００６０】
上記のように、機械的軸線はジンバル点と呼ばれる点と実質的に公差するとされていた。二つの機械的軸線は正確には一点で交差しない。むしろ、二つの機械的軸線の間には若干の分離が見られ、二つの軸線に最接近した点でこれは軸線オフセットと呼ばれる。軸線オフセットにより生じる若干の誤差を修正するため、軸線オフセットについての補正パラメータが記憶されうる。トラッカプロセッサまたは外部コンピュータのソフトウェアはこの時、トラッカにより収集されるデータを修正して、軸線オフセットにより生じる誤差を取り除く。実際のところ、このトラッカは、二つの軸線が理想的ジンバル点で交差する完全なトラッカのモデルとなる。
【００６１】
上の記載では、トラッカからの光ビームが少なくとも実質上はジンバル点を通ると述べた。実際には、光ビームはジンバル点に対して若干オフセットし得る。一実施形態において、このオフセットは、二つの補正パラメータＴＸ，ＴＹを使用することによって解消される。理想的なトラッカでは、レーザビームは、垂直（方位）軸線を内含する平面上にあり、水平（天頂）軸線に対して垂直である。現実のトラッカでは、レーザビームはこの平面に対して若干傾斜し得る。このオフセットは、二つの補正パラメータＲＸ，ＲＹにより解消される。他の多くの補正パラメータが可能であり、これらのパラメータを表すのに異なる名称が使用されうる。例えば、９０度からの公称垂直軸線の偏差を指す軸線非直角度（ＡＸＮＳ）パラメータがある。ミラーと関連するパラメータ、例えば水平軸線に対するミラー表面の位置もある。レーザトラッカと関連するパラメータは、Ｊ．Ｒｅｓ．Ｎａｔｌ．Ｉｎｓｔ．Ｓｔａｎｄ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．１１４，２１〜３５（２００９年）におけるＭｕｒａｌｉｋｒｉｓｈｎａｎ  ｅｔ  ａｌ．の論文「ＡＳＭＥ  Ｂ８９．４．１９  レーザトラッカの性能評価試験および幾何学的不整合」に記載されているものを含みうる。
【００６２】
図１３は、一実施形態によるレーザトラッカのうち選択された要素１３００の斜視図である。方位／ベースアセンブリ１３１０は、方位回転軸１３１２と第１ベアリング１３１４Ａと第２ベアリング１３１４Ｂと角度エンコーダ１３１６とベースフレーム１３１８とを含む。ベースフレーム１３１８は、トラッカが所在している環境に対して固定されたレーザトラッカ部分に相当する。例えば、動作中に、レーザトラッカは機器スタンドに取り付けられ、ベースフレーム１３１８は機器スタンドに対して固定されている。回転軸１３１２は方位軸線１３５０を中心とする円運動１３５１で回転する。角度エンコーダ１３１６は、ディスク１３２１と読取りヘッドアセンブリ１３２２とを含む。ディスク１３２１はマーキングを含み、これは一実施形態では、ディスク中心から離間する方向の等間隔ラインを含む。読取りヘッドアセンブリ１３２２は、一つ以上の光源を含む。光源は、ディスク１３２１の表面で反射されるかディスクを透過される。読取りヘッドアセンブリは、ディスク上のマーキングを光線が通過した時を検知する一つ以上の光学検出器も含む。一実施形態では、ディスクが回転軸１３１２に取り付けられ、読取りヘッドアセンブリは方位／ベースアセンブリの固定部分に取り付けられる。言い換えると、読取りヘッドアセンブリは、ベースフレーム１３１８に対して固定状態で装着されている。代替的実施形態では、ディスクが固定され、読取りヘッドアセンブリが回転軸に装着される。読取りヘッドアセンブリ１３２２の一つ以上の光学検出器を通るラインを計算することにより、また補間用電子機器を使用することにより、エンコーダおよび関連の電子機器は回転軸１３１２の回転角度を比較的高い精度で決定することができる。電気信号は、読取りヘッドアセンブリ１３２２から電線１３２４を介して、信号を処理して回転軸１３１２の回転角度を決定する電子機器基板３１２５まで進む。電子機器基板１３２５は、図１１に示されているようにプロセッサ１５４０を内含し得る。
【００６３】
一実施形態では、方位ベアリング１３１４Ａ，１３１４Ｂは角度接触ボールベアリングである。ベアリングは、別々の要素として設けられる内レースと外レースとを有し得る。実施形態において、各ベアリングは、振れ最高点でマークされる。振れ最高点が方位回転軸１３１２上で同じ角度位置にあるように、ベアリング１３１４Ａ，１３１４Ｂが回転される。一実施形態において、方位／ベースアセンブリは、制御された前負荷力をベアリング１３１４Ａ，１３１４Ｂへ印加できるように構成されている。
【００６４】
天頂／ヨークアセンブリ１３３０は、天頂回転軸１３３２Ａ，１３３２Ｂと第１ベアリング１３３４Ａと第２ベアリング１３３４Ｂと角度エンコーダ１３３６とヨークフレーム１３３８とを含む。ヨークフレーム１３３８は、方位回転軸１３１２とともに回転するレーザトラッカ部分に相当する。ヨークフレームは、上に記された天頂キャリッジアセンブリの一部分である。回転軸１３３２Ａ，１３３２Ｂは方位軸線１３５４を中心とする円運動１３５３で回転する。角度エンコーダ１３３６は、ディスク１３４１と読取りヘッドアセンブリ１３４２とを含む。ディスク１３４１はマーキングを含み、これは一実施形態ではディスク中心から離間する方向の等間隔ラインを含む。読取りヘッドアセンブリ１３４２は、一つ以上の光源を含む。光源は、ディスク１３４１の表面で反射するかディスクを透過する。読取りヘッドアセンブリは、ディスク上のマーキングを光線が通過した時を検知する一つ以上の光学検出器も含む。一実施形態において、ディスクは天頂回転軸１３４２に取り付けられ、読取りヘッドアセンブリは、方位回転軸１３１２とともに回転する天頂アセンブリの部分に取り付けられる。言い換えると、読取りヘッドアセンブリ１３４２は、ヨークフレーム１３３８に対して固定状態にある。代替的実施形態では、ディスクが固定され、読取りヘッドアセンブリは天頂回転軸に装着されている。読取りヘッドアセンブリ１３４２の一つ以上の光学検出器を通過したラインをカウントすることにより、また補間用電子機器を使用することにより、エンコーダと関連の電子機器とが回転軸１３３２の回転角度を高い精度で決定できる。電気信号は、読取りヘッドアセンブリ１３４２から電線１３２６を介して、信号を処理して回転軸１３３２の回転角度を決定する電子基板１３２５へ進む。電子基板１３２５は、図１１に示されたようなプロセッサ１５５０を含みうる。天頂／ヨークアセンブリ１３３０は、光ビーム１３６０を発生させる一つ以上の光源（不図示）を内含し得る。上で説明されたように、光ビーム１３６０は、事実上は（または実際には）ジンバル点１３６２を通過する。回転軸は、同一線上にあるがペイロード構造１３６４により中心が支持された二つの部品（１３３２Ａ，１３３２Ｂ）を内含し、その一部分が図１３に示されている。ペイロード構造は、光源と、レンズおよびビームスプリッタのような光学要素と、位置検出器と、制御システムと、距離計と、電子機器と、傾斜計および温度センサのようなアクセサリコンポーネントとを支持し得る。代替的に、レーザ光線は、ペイロードの外側に配置された光ファイバにより、または他の手段により、ペイロード領域まで届けられる。
【００６５】
一実施形態では、天頂ベアリング１３３４Ａ，１３３４Ｂは角度接触ボールベアリングである。ベアリングは、別々の要素として設けられる内レースおよび外レースを内含し得る。一実施形態では、振れ最高点が方位軸１３１２上の同じ角度位置にあって、ベアリング振れにより生じる角度の変動を最小にするように、ベアリング１３３４Ａ，１３３４Ｂが回転される。一実施形態において、方位／ベースアセンブリは、制御された前負荷力をベアリング１３３４Ａ，１３３４Ｂへ印加できるように構成される。
【００６６】
図１４は、一実施形態によるレーザトラッカのうち被選択要素１４００の斜視図である。一部には光ビームをミラー１４６２に反射させることにより図１４のレーザトラッカが光ビームを向けるのに対して図１３のレーザトラッカがペイロード構造１３６４から直接的にビームを発することを除いて、図１４のレーザトラッカは図１３のレーザトラッカに類似している。方位／ベースアセンブリ１４１０は、方位回転軸１４１２と第１ベアリング１４１４Ａと第２ベアリング１４１４Ｂと角度エンコーダ１４１６とベースフレーム１４１８とを含む。ベースフレーム１４１８は、トラッカが所在する環境に対して固定されたレーザトラッカ部分に相当する。例えば、動作時に、レーザトラッカは機器スタンドに取り付けられ、ベースフレーム１４１８は機器スタンドに対して固定される。回転軸１４１２は、方位軸線１４５０を中心とする円運動１４５１で回転する。角度エンコーダ１４１６は、ディスク１４２１と読取りヘッドアセンブリ１４２２とを含む。ディスク１４２１はマーキングを含み、一実施形態ではディスク中心から離間する等間隔のラインを含む。読取りヘッドアセンブリ１４２２は一つ以上の光源を含む。光源は、ディスク１４２１の表面で反射されるか、ディスクを透過する。読取りヘッドアセンブリは、ディスク上のマーキングを光線が通過した時を検知する一つ以上の光学検出器も含む。一実施形態では、ディスクが回転軸１４１２に取り付けられ、読取りヘッドアセンブリが方位／ベースアセンブリの固定部分に取り付けられる。言い換えると、読取りヘッドアセンブリはベースフレーム１４１８に対して固定状態である。代替的実施形態では、ディスクが固定され、読取りヘッドアセンブリが回転軸に装着される。読取りヘッドアセンブリ１４２２の一つ以上の光学検出器を通過したラインをカウントすることにより、また補間用電子機器を使用することにより、エンコーダと関連の電子機器とは回転軸１４１２の回転角度を比較的高い精度で決定できる。電気信号は、読取りヘッドアセンブリ１４２２から電線１４２４を介して、信号を処理して回転軸１４１２の回転角度を決定する電子基板１４２５へ進む。電子基板１４２５は、図１１に示されたプロセッサ１５４０を内含し得る。
【００６７】
一実施形態において、方位ベアリング１４１４Ａ，１４１４Ｂは角度接触ボールベアリングである。ベアリングは、別々の要素として設けられる内レースおよび外レースを有し得る。一実施形態において、振れ最高点が方位回転軸１４１２上で同じ角度位置にあってベアリング振れにより生じる角度の変動を最小にするように、ベアリング１４１４Ａ，１４１４Ｂが回転される。一実施形態において、方位／ベースアセンブリは、制御された前負荷力をベアリング１４１４Ａ，１４１４Ｂへ印加できるように構成されている。
【００６８】
天頂／ヨークアセンブリ１４３０は、天頂回転軸１４３２Ａ，１４３２Ｂと第１ベアリング１４３４Ａと第２ベアリング１４３４Ｂと角度エンコーダ１４３６とヨークフレーム１４３８とを含む。ヨークフレーム１４３８は、方位回転軸１４１２とともに回転するレーザトラッカ部分に相当する。ヨークフレームは、上記の天頂キャリッジアセンブリの一部分である。回転軸１４３２Ａ，１４３２Ｂは、方位軸線１４５４を中心とする円運動１４５３で回転する。角度エンコーダ１４３６は、ディスク１４４１と読取りヘッドアセンブリ１４４２とを含む。ディスク１４４１はマーキングを含み、これは一実施形態では、ディスク中心から離間する等間隔ラインを含む。読取りヘッドアセンブリ１４４２は一つ以上の光源を含む。光源は、ディスク１４４１の表面で反射するかディスクを透過する。読取りヘッドアセンブリは、光線がディスク上のマーキングを通過した時を検知する一つ以上の光学検出器も含む。一実施形態では、ディスクが天頂回転軸１４４２に取り付けられ、読取りヘッドアセンブリは、方位回転軸１４１２とともに回転する天頂アセンブリ部分に取り付けられる。言い換えると、読取りヘッドアセンブリ１４４２は、ヨークフレーム１４３８に対して固定状態で取り付けられる。代替的実施形態において、ディスクは固定され、読取りヘッドアセンブリは天頂回転軸に装着されている。読取りヘッドアセンブリ１４４２の一つ以上の光学検出器を通過したラインをカウントすることにより、また補間用電子機器を使用することにより、エンコーダと関連の電子器機器とは回転軸１４３２の回転角度を比較的高い精度で決定できる。電気信号は、読取りヘッドアセンブリ１４４２から電線１４２６を介して、信号を処理して回転軸１４３２の回転角度を決定する電子基板１４２５まで進む。電子機器基板１４２５は、図１１に示されたプロセッサ１５５０を含みうる。方位／ベースアセンブリ１４１０は、ミラー１４６４により反射された光ビーム１４６０を発生させる一つ以上の光源（不図示）を内含し得る。上で説明されたように、光ビーム１４６１はジンバル点１４６２で反射し得る。回転軸は、同一線上にありミラー１４６４を支持する二つの部品（１４３２Ａ，１４３２Ｂ）を内含し得る。光源と光学素子と電子機器とはまた、中空回転軸１４１２の中に所在するか、ビームスプリッタおよびミラーで反射されてビーム１４６０を発生させ復路光を処理する。光学素子および電子機器は、レンズと位置検出器と制御システムと距離計と電子機器と、傾斜計や温度センサのようなアクセサリコンポーネントとを含みうる。
【００６９】
一実施形態において、天頂ベアリング１４３４Ａ，１４３４Ｂは角度接触ボールベアリングである。ベアリングは、別々の要素として設けられる内レースおよび外レースを有し得る。一実施形態において、各ベアリングは振れ最高点でマーキングされる。振れ最高点が方位回転軸１４１２上で同じ角度位置にあるように、ベアリング１４３４Ａ，１４３４Ｂが回転される。一実施形態において、方位／ベースアセンブリは、制御された前負荷力をベアリング１４３４Ａ，１４３４Ｂへ印加できるように構成される。
【００７０】
図１５Ａおよび１５Ｂは、装着されたレーザトラッカのベアリング誤差を測定するようにレーザトラッカに装着されうる先行技術装置３５００の斜視図である。装置は、回転アセンブリ３５１０と固定アセンブリ３５４０とを含む。回転アセンブリ３５１０は、第１シャフト部分３５１２と第２シャフト部分３５１３と第１球体部分３５１４と第２球体部分３５１６とを含む。第１シャフト部分は、回転構造に装着される表面３５１１を有する。一実施形態では、表面３５１１が移送要素（不図示）に装着され、それからこの要素が試験対象の回転構造に装着される。一実施形態では、５０ナノメータ以下の形状誤差となるように球体が鏡面研磨される。第１球体部分３５１４は、球体の大きい方の円であって第１および第２シャフト部分に垂直となるように整合される第１赤道部３５１５を有する。第２球体部分３５１６は、球体の大きい方の円であって第１および第２シャフト部分に垂直となるように整合される第１赤道部３５１７を有する。固定アセンブリ３５４０は、フレーム３５４２と、フレーム３５４２に固着される複数の容量性センサ３５４４，３５４５，３５４６，３５４７，３５４８とを含む。電気接続部３５３４，３５３５，３５３６，３５３７，３５３８は、それぞれセンサ３５４４，３５４５，３５４６，３５４７，３５４８から処理用の電気回路（不図示）まで通じている。一実施形態において、容量性センサ３５４４，３５４５は、第１赤道の高さで第１球体部分に対して垂直に整合される。容量性センサ３５４４，３５４５は、回転中のセンサとの衝突を防止するため、球体からわずかに離間移動される。容量性センサ３５１４は、容量性センサ３５１５から９０度回転される。固定アセンブリ３５４０は非回転構造に装着される。一実施形態において、フレーム３５４２は、回転物体（スピンドルまたは回転軸）を保持する固定構造に装着される。
【００７１】
一実施形態において、容量性センサ３５４６，３５４７は、第１赤道３５１７の高さで第２球体部分３５１６に対して垂直に整合される。容量性センサ３５４６，３５４７は、回転中のセンサとの衝突を防止するため球体からわずかに離間移動される。容量性センサ３５４６は、容量性センサ３５４７から９０度回転される。一実施形態において、容量性センサ３５４８は、第２球体部分３５１６および第２シャフト部分３５１２の軸線上で整合される。代替的実施形態では、容量性センサ３５４８は装置３５００に含まれない。他の実施形態において、容量性センサは、球体加工品３５１４，３５１６ではなく一つ以上の円筒体加工品に整合される。
【００７２】
図１５Ｂには、回転軸線ｚと回転角度θとが描かれている。角度θは、ｚ軸線に対して垂直な軸線ｘについて求められる。第１球体部分３５１４は、第１球体部分の球体面の中心に原点３５７１を含む第１基準フレーム３５７０を有する。第１基準フレーム３５７０は、第１および第２シャフト部分の軸線および軸線ｚと整合された軸線ｚ１を有する。軸線ｘ１は容量性センサ３５４４と整合され、軸線ｙ１は容量性センサ３５４５と整合される。軸線ｘ１，ｙ１，ｚ１は相互に垂直である。
【００７３】
第２球体部分３５１６は、第２球体部分の球体面の中心に原点３５８１を含む第２基準フレーム３５８０を有する。第２基準フレーム３５８０は、第１および第２シャフト部分の軸線および軸線ｚと整合される軸線ｚ１を有する。軸線ｘ２は容量性センサ３５４６と整合され、軸線ｙ２は容量性センサ３５４７と整合される。軸線ｘ２，ｙ２，ｚ２は相互に垂直である。容量性センサ３５４８は、第２球体部分３５１６の底部付近で軸線ｚと整合される。ｚ方向における第１原点３５７１と第２原点３５８１との間の距離はLである。
【００７４】
各角度θについて、装置３５００は、５個の容量性センサ３５４４，３５４５，３５４６，３５４７，３５４８の各々について五つの変位量を測定する。これらの変位量はそれぞれ、Δｘ１，Δｙ１，Δｘ２，Δｙ２，Δｚ２である。これらの変位量から、ベアリング誤差により生じる傾斜角αｘおよびαｙが求められる。
αｘ＝（Δｘ１−Δｘ２）／Ｌ                                        （１）
αｙ＝（Δｙ１−Δｙ２）／Ｌ                                        （２）
【００７５】
過去には、たいていは精密加工工具、特にダイヤモンド旋盤ばかりでなく、様々な旋盤、フライス盤、研削盤、その他の高速スピンドルを測定するのに、ベアリング校正技術が使用されていた。通常は、第一に機械工具がその仕様を満たしていることを確認するため、第二に機械工具設計を変更して工具性能を向上させる手法を見つけるために、ベアリング校正が実施される。機械加工作業が実施される間には機械工具が調整されえないため、機械加工作業が進行中に機械工具の動作を修正することは、通常は可能でない。
【００７６】
高品質ベアリングの３６０度回転については、ほぼ正確に回転角度θの関数としてベアリング誤差が反復されるという場合が多い。言い換えると、同じ３６０度のウィンドウにわたってベアリングが前後に移動された場合に、容量性センサにより記録される誤差のパターンは所与の角度θについてほぼ同じである。しかし、たいてい、ベアリング誤差は３６０度の異なるサイクルにわたって反復されることはない。この動作は、２０１３年５月２日に行われた米国精密工学会の年次総会でＥｒｉｃ  Ｒ．Ｍａｒｓｈにより提示された「精密スピンドル測定学」についてのチュートリアルで説明されており、インターネットサイトｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｓｃｒｉｂｄ．ｃｏｍ／ｄｏｃ／１３２０２０８５１／Ｓｐｉｎｄｌｅ−Ｔｕｔｏｒｉａｌからアクセスできる。先行技術の図１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃ，１７は、この論文から改変されたものである。
【００７７】
図１６Ａは、旋盤スピンドルでのベアリング誤差の測定から得られるデータ３６０２のプロット３６００である。プロットは、図１５Ａおよび１５Ｂのものと類似した構成であるが５個の球体でなく単一の球体を含む単一容量性センサから得られるデータを示す。３２回のシャフトのターンで観察される最大値は、概ね＋／−６００ｎｍの範囲に含まれることが分かる。プロットから即座に観察されるのは、測定値は３２回のシャフトのターンの各々で異なっているということである。
【００７８】
図１６Ｂは、図１６Ａのボックス３６０４の中の３回のサイクルについてのデータ３６１２のプロット３６１０である。正弦波曲線３６１４はデータ３６１２に適合しており、正弦波曲線の平均がライン３６１５から導出される。正弦波曲線は概ね、第１球体部分３５１４および第２球体部分３５１６を回転軸線上に完全にセンタリングすることの困難さから生じる。回転軸線上でこれらの球体を完全にセンタリングすることが概して可能ではないため、収集データの処理中に基本的な正弦波成分が取り除かれる。図１６Ｃは、測定データ３６１２から正弦波３６１４の値を差し引くことにより求められるベアリング誤差３６２２のプロット３６２０である。収集データから基本的正弦波成分を差し引く計算は、軸方向変位量を測定する容量センサ３５４８ではなく、径方向（左右）変位量を測定する容量性センサ３５４４，３５４５，３５４６，３５４７のみで実施される。軸方向変位量については、基本的な正弦波の変化は有意であり、収集データから減算されない。
【００７９】
概して、ベアリングは３６０度の回転の後で最初の変位量には戻らない。この作用は、二つのベアリングを内含するスピンドルの４回の連続回転を示す図１７に図示されている。ターン１は、０と−１マイクロメートルの間の誤差を含む最も右方向の０度から始まる。反時計方向に回転し、３６０度回転の後には０と＋１マイクロメートルの間の誤差を有する。第２ターンについてのゼロ度の角度での誤差は、第１ターンについての３６０度の誤差と同じである。４回のターンを調べると、どの２回のターンも同じ誤差を有していないことが分かる。この結果は、ベアリング誤差パターンが７２０度ごとに繰り返されるという一般的な考えを否定する。
【００８０】
図１８は、図１５Ａおよび１５Ｂを参照して上で説明されたように、ベアリング測定装置３５００Ａ，３５００Ｂを受け入れるように構成された被選択のレーザトラッカコンポーネントの斜視図である。ベアリング測定装置３５００Ａ，３５００Ｂは電気回路３５９０に装着される。装置３５００Ａは、方位／ベースアセンブリ１３１０に装着されるように構成されている。図１５Ａに示された第１シャフト部分３５１２は、図１３に示された方位回転軸１３１２に装着されるように構成されている。矢印１８４２は、装着箇所を指す。第１シャフト部分３５１２を方位回転軸１３１２に接合するため、アダプタ要素（不図示）が追加されうる。フレーム３５４２は、矢印１８４４，１８４６で指示されているようにベースフレーム１３１８に接合される。
【００８１】
装置３５００Ｂは独立したベアリング測定装置であるか、ベアリング測定を実施するように異なる時点で装着される装置３５００Ａでありうる。代替的に、両方の軸線についてではなく単一の軸線についてのベアリング誤差を測定する手順が実行されうる。矢印１８３２，１８３４，１８３６は装着位置を指している。
【００８２】
ベアリング誤差は概して、いずれかの３６０度間隔にわって反復可能性が高い。しかし、異なる３６０度間隔では大きな変化が見られる。ベアリング誤差を実質的に無くすため、回転軸１３１２，１３３２Ａ，１３３２Ｂの回転範囲をベアリング校正データが取得されたこれらの角度領域に制限することと、トラッカの動作中に回転軸の回転角度の追跡を維持することが有益である。現在３６０度回転間隔の追跡の維持は、トラッカ電力がオフである時でも実施されるべきである。一実施形態では、不揮発性回転モニタを各軸線と関連させることによりこれが行われる。方位回転モニタ１８１０は、方位回転軸アタッチメント１８１２と固定フレームセンサ１８１４とを含む。センサがアタッチメントを通過するたびに、移動方向を指す信号を発生する。電気カウンタは、回転数の追跡を維持する。多様な物理量―例えば静電容量、インダクタンス、磁性、および光が、センサ１８１４により測定されうる。ベアリング校正データが取得された範囲を超える回転である場合には、利用者に警告メッセージが付与されうる。天頂回転モニタ１８２０は、天頂回転軸アタッチメント１８２２とヨークフレームセンサ１８２４とを含む。このモニタは、方位回転モニタと類似の方式で作動する。センサからの電気信号は、処理のため接続部１８１６，１８２６を介して回路基板１３２５へ送られる。回路基板１３２５は、モニタの不揮発性動作を提供するバッテリを内含し得る。
【００８３】
他のデバイスは、回転軸の現在３６０度範囲の追跡を維持するのに使用されうる。例えば、各回転軸の回転数と相関する測定可能な量の張力を付与するのにスプリングが使用されうる。回転量を限定範囲に制御するのにストップを使用することも可能である。
【００８４】
角度エンコーダなどいくつかの角度測定デバイスは、０と３６０度の間を測定するように設計されている。回転角度全体の追跡を維持するには、非ラップ角度に言及するのが通例である。例えば、０と−１０度などの間に入る角度は、（例えば角度エンコーダによる）３５０度のラップ角度読取値を有するが、非ラップ値は−１０度である。同様に、３６０度を１０度上回る角度であれば、１０度のラップ角度読取値と３７０度の非ラップ値とを有するだろう。
【００８５】
１８１０のような回転モニタは両方向カウンタであり、順方向カウントおよび逆方向カウントの数の追跡を維持することを意味する。順方向に完全に５回回転して逆方向に２回回転する回転軸は、順方向については５−２＝３回転することになる。（正味）回転数は、非ラップ角度を取得する角度エンコーダのような角度測定デバイスにより測定される０と３６０度の間の角度と組み合わされうる。非ラップ角度＝ラップ角度＋（正味回転）（３６０）であり、正味回転が正または負でありうることは言うまでもない。
【００８６】
図１９は、図１５Ａおよび１５Ｂを参照して上で説明されたように、ベアリング測定装置３５００Ａおよび３５００Ｂを受け入れるように構成された被選択のレーザトラッカコンポーネントの斜視図である。ベアリング測定装置３５００Ａ，３５００Ｂは、電気回路３５９０に装着される。装置３５００Ａは、方位／ベースアセンブリ１４１０に装着されるように構成される。図１５Ａに示された第１シャフト部分３５１２は、図１４に示された方位回転軸１４１２に装着されるように構成される。矢印１９４２は装着箇所を指す。第１シャフト部分３５１２を方位回転軸１４１２に接合するように、アダプタ要素（不図示）が追加されうる。矢印１９４４，１９４６により示されるように、フレーム３５４２はベースフレーム１４１８に接合される。
【００８７】
装置３５００Ｂは独立したベアリング測定装置であるか、ベアリング測定を実施するため異なる時点で装着される装置３５００Ａでありうる。代替的に、両方の軸線についてではなく単一の軸線についてベアリング誤差を測定する手順が実行されうる。矢印１９３２，１９３４，１９３６は装着位置を指す。
【００８８】
ベアリング誤差は概して、いずれかの３６０度間隔にわたって反復可能性が高い。しかし、異なる３６０度間隔では大きな変動が生じうる。ベアリング誤差をより完全に無くすには、回転軸１４１２，１４３２Ａ，１４３２Ｂの回転範囲をベアリング校正データが取得された角度領域に限定することと、トラッカの動作中に回転軸の回転角度の追跡を維持することとが有益である。現在３６０度回転間隔の追跡の維持は、トラッカ電力がオフになった時でも行われるべきである。一実施形態において、これは、不揮発性回転モニタと各軸線とを関連付けることにより行われる。方位回転モニタ１９１０は、方位回転軸アタッチメント１９１２と固定フレームセンサ１９１４とを含む。センサがアタッチメントを通過するたびに、移動方向を指す信号を発生させる。電気カウンタは回転数の追跡を維持する。多様な物理量―例えば、静電容量、インダクタンス、磁性、および光―がセンサ１９１４により測定されうる。ベアリング校正データが取得された範囲を超える回転である場合には、利用者に警告メッセージが付与されうる。天頂回転モニタ１９２０は、天頂回転軸アタッチメント１９２２とヨークフレームセンサ１９２４とを含む。このモニタは、方位回転モニタに類似した手法で作動する。センサからの電気信号は、処理のため接続部１９１６，１９２６を介して回路基板１４２５へ送られる。回路基板１４２５は、モニタの不揮発性動作を提供するバッテリを内含し得る。
【００８９】
他のデバイスは、回転軸の現在３６０度範囲の追跡を維持するのに使用されうる。例えば、各回転軸の回転数と相関する測定可能な量の張力を付与するのに、スプリングが使用されうる。回転量を限定範囲に制御するのにストップを使用することも可能である。
【００９０】
一実施形態において、方位軸線と天頂軸線とは、レーザトラッカの中のモータによって回転される。例えば、図９および１０に示されているように、モータは、ロータ２１２６とステータ２１２７とを含む方位モータであり、天頂モータはロータ２１５６とステータ２１５７とを含む。一実施形態では、図１３および１４に示されているように、角度エンコーダ、例えば方位角度エンコーダ１３１６，１４１６と天頂角度エンコーダ１３３６，１４３６とにより、回転角度が決定される。一実施形態では、角度エンコーダの各々の各読取りヘッドについてデータが記録される。上で記したように、ベアリング測定は方位および天頂軸線について、同時あるいは連続的に実施されうる。いくつかの事例において、データは、後処理されうる生の読取りヘッドデータでありうる。同時に、一つ以上のベアリング測定システムによりデータが収集される。
【００９１】
ベアリング誤差は、誤差値を再現するのに使用されうるマップまたは等式として記憶されうる。混同を避けるため、ベアリング誤差の語は以下では振れ誤差と称される。これは、上で説明された方法を使用して収集された測定からは概して判明しない個別ベアリングと関連する誤差との混同を回避するのに役立つ。ここで使用される振れの語は、観察されうる誤差値の全範囲を表すのに使用される特殊な語である「全振れ表示」ではなく、ベアリングにより発生される誤差という一般的なカテゴリを指す。収集された振れ値は、トラッカに内含されるプロセッサにより、または外部コンピュータにより使用されうる。本質的に、図１１に示された処理要素のいずれも、ベアリング振れに関わる電算で使用されうる。
【００９２】
ベアリング振れが使用されうる主な手法は二つある。第一に、レーザトラッカの基準フレームを修正してトラッカ測定の精度を向上させること。第二に、角度エンコーダ読取値の精度を向上させること。ベアリング振れのこのような使用のうち第一のものを理解するには、方位ベアリングが不完全である時にトラッカからの光ビームに起こりうることがらを検討すること。下方ベアリングが完全に丸くてベアリング誤差を有していないと仮定する。トラッカからの光ビームが（基準のトラッカフレームで）ゼロ度の方位角を指している時に、方位角が１８０度傾斜している時よりも方位回転軸がさらに２マイクロメートル前方に傾斜するように、上方ベアリングが２マイクロメートルの最大振れ誤差を有していると仮定する。さらに、方位軸線上のベアリングの間の距離が０．５メートルであると仮定する。これは、逆方向を指しているビームによる傾斜量と比較した、順方向を指すビームによる軸線の傾斜量が２マイクロメートル／０．５メートル＝４マイクロラジアンであることを意味する。レーザトラッカの角度精度を評価する一般的な方法は、二面試験と呼ばれる手順を実施することである。二面試験は、最初に、前視モードで特定方向に配置される再帰反射体にレーザトラッカを向けることにより実施される。前視モードは、定義上、通常のトラッカ動作モードである。次に、最初にトラッカの方位を１８０度回転させてからトラッカの天頂角度を調節して再びターゲットを向かせることにより、トラッカが後視モードに入る。再帰反射体の横（左右）座標の差は、トラッカ測定での誤差を反映する距離である。この誤差は二面誤差と称される。二面誤差は、トラッカエラーの高感度測定と考えられる。この事例では天頂ベアリングと角度測定システムとが完全であると仮定する。さらに、６メートルの距離で測定が行われると仮定する。二面誤差はこの事例では６メートル×４マイクロラジアン＝２４マイクロメートルである。ベアリング振れが修正された場合には、この２４マイクロメートルの誤差は実質的には無くなるだろう。この事例では、誤差は垂直方向に見られ、これは普通、レーザビームの天頂移動と関連していることに注意されたい。言い換えると、天頂エンコーダの測定誤差により表面に起こりうる誤差は、むしろ方位ベアリングの誤差により生じるようである。
【００９３】
類似の作用の別の例として、天頂軸線上のベアリングに誤差が生じた事例を検討する。前視モードにおいて光ビームが４５度の天頂角度で上向きとなり、方位角度がゼロ度であるという事例を検討する。この時、後視モードでは、方位角度は１８０度回転され、天頂角度は−４５度回転される。前視モードで左側ベアリングが＋４５度の天頂角度で回転軸を上向きに押すように、天頂ベアリングに触れ誤差が生じると仮定する。回転軸は右下を向き、レーザビームは（方位ベアリングが完全であると想定して）右向きとなるだろう。後視モードでは、ベアリングは方位角度で１８０度回転してから、天頂角度を逆転する。回転軸は左下を向き、トラッカからの光ビームは左を指す。この事例の二面誤差は、ほぼ水平方向に見られる。以前の事例のように、この誤差は故障した方位角度エンコーダの結果であると間違って推測されうる。
【００９４】
方位および天頂回転軸の傾斜の結果としての光ビームのビーム傾斜により生じる誤差を修正するのに使用されうる数学的方法はいくつかある。このような方法が当業者には周知のように使用されることは言うまでもない。使用されうる一つの方法は、最初に方位軸線の傾斜角度を説明することである。等式（１）および（２）が使用されうる。天頂および方位軸線のベアリング振れを解消するのに使用される三つの座標ｘ，ｙ，ｚが存在する。例えば、方位軸線のベアリング誤差を解消するのに使用される座標は、方位軸線とともに回転する基準フレームではｘおよびｚ方向にあるだろう。天頂軸線のベアリング振れを解消するのに使用される座標は、ヨーク（方位キャリッジ）軸線とともに回転する基準フレームではｙおよびｚ方向にあるだろう。ベアリング誤差が求められると、特定の方位および天頂角度について光ビーム１３６０，１４６１の傾斜全体を決定するのに回転行列が使用され、ベアリング誤差がゼロである理想的なビームに対する傾斜が求められる。ベアリング振れの結果としての光ビームのオフセット量は、当該技術で周知のように回転と並進の両方の作用を説明する標準的な４×４変換行列により計算されうる。方位および天頂変換行列が掛け合わされて、システム変換行列が得られる。軸線オフセット、軸線非直角度、および上で記された他のパラメータのような作用を説明するために、さらなる計算が実施されうる。
【００９５】
ベアリング振れが使用されうる第二の手法は、角度エンコーダの読取値の誤差を修正することである。最初に、完全エンコーダディスクが軸線上に配置されて、ディスク回転に対して固定されたフレームに完全な読取りヘッドアセンブリが載置される事例を検討する。ベアリング振れが存在しない場合には、角度エンコーダ読取値は完全だろう。次に、いくつかのベアリング振れが存在すると仮定する。この事例では、エンコーダディスクは読取りヘッドに対して移動するだろう。単一の読取りヘッドを有するシステム読取りヘッドアセンブリでは、読取りヘッドの箇所でラインに垂直な方向にエンコーダディスクがシフトする時は常に、誤差が観察されるだろう。複数の読取りヘッドが回転軸線を中心として対称的に載置される場合には、ディスク移動により生じる誤差が縮小されるが、概して無くなることはない。ベアリング振れ値を明らかにすることにより、これらを解消する修正がエンコーダ読取値に対して行われうる。
【００９６】
回転軸が何らかの角度（特定の３６０度領域に制約されない）まで回転される場合、ベアリング振れの同期部分のみが修正されうる。多くの事例では、非同期的な振れは同期的な振れより大きく（ある事例では著しく大きく）、そのため方位および天頂軸線についてのどの３６０度回転領域かを決定するのが賢明である。
【００９７】
ここに説明される本発明が有益である用途はいくつか存在する。第一の用途では、トラッカが使用されて、非使用の場合に可能であるよりも高い精度の三次元測定を行う。これらの測定は、距離計（ＡＤＭまたは干渉計）と二つの角度エンコーダの両方の読取値に基づく。第二の用途では、トラッカが使用されて、連続マルチラテレーションと呼ばれる方法でのみ距離測定を行う。少なくとも三箇所、好ましくは四箇所に載置されたトラッカにより、照準測定が行われる。ベアリング振れを取り除くと、高い測定精度での測定を可能にする。角度エンコーダ読取値を含めることで可能となるよりも良好な精度で再帰反射体ターゲットの三次元座標を決定するのに、この結果が使用される。関連の方法は、多数の測定が三つ以上のレーザトラッカから広角再帰反射体に対して同時に行われる同時マルチラテレーションである。ベアリング補正手順により結果的にベアリングの精度が向上するので、ベアリング振れ補正の別の潜在的な利点は、比較的低価格なベアリングの使用を可能にすることである。
【００９８】
上の記載の大部分はマルチラテレーション測定の事例においてベアリング振れを修正する重要性を強調しているが、多くの事例では、角度測定の修正が一層重要であろう。適切に補正されたレーザトラッカの角度エンコーダは、今日では、天頂および方位回転軸の角度回転を測定する際に誤差が１秒角未満であることが多い。多くの事例では、ベアリングは、角度エンコーダよりも多く、再帰反射体ターゲットの三次元座標の測定に寄与する。両方の回転軸についての角度回転（３６０度を超えうる）の関数としての角度エンコーダの角運動を決定すると、レーザトラッカの角度精度を著しく向上させる手法が得られる。言い換えると、上述した手順で収集されるデータがトラッカの運動力学モデルで使用されて、以下の四つの測定値を向上させうる。再帰反射体までの二つの角度（例えば垂直および水平角度）、再帰反射体までの距離、トラッカ起点の位置（見かけのジンバル点）。
【００９９】
例としての実施形態を参照して本発明が説明されたが、様々な変更が行われて、発明の範囲を逸脱せずに同等物がその要素に置き換えられうることは、当業者に理解されるだろう。加えて、発明の本質的範囲を逸脱せずに発明の教示に特定の状況または材料を適応させるため、多くの変更が行われうる。そのため、本発明を実行するのに考えられる最良の態様として開示された特定の実施形態に本発明が限定されないこと、そして本発明は添付の請求項の範囲に包含されるすべての実施形態を含むことが意図されている。また、第１、第２等の語の使用は順序または重要性を表すのではく、むしろ第１、第２等の語は一つの要素を別の要素と区別するのに使用される。さらに、「ａ」、「ａｎ」等の語は量の限定を表すのではなく、むしろ言及される物品の少なくとも一つが存在することを表す。
【図１】
2015524053.tif 000003
【図２】
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【図４Ａ】
2015524053.tif 000005
【図４Ｂ】
2015524053.tif 000006
【図５】
2015524053.tif 000007
【図６Ａ】
2015524053.tif 000008
【図６Ｂ】
2015524053.tif 000009
【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
2015524053.tif 000011
【図６Ｅ】
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【図６Ｆ】
2015524053.tif 000013
【図９】
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【図１０】
2015524053.tif 000015
【図１２】
2015524053.tif 000016
【図１３】
2015524053.tif 000017
【図１４】
2015524053.tif 000018
【図１５Ａ】
2015524053.tif 000019
【図１５Ｂ】
2015524053.tif 000020
【図１６Ａ】
2015524053.tif 000021
【図１６Ｂ】
2015524053.tif 000022
【図１６Ｃ】
2015524053.tif 000023
【図１８】
2015524053.tif 000024
【図１９】
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【図３】
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【図７】
2015524053.tif 000027
【図８Ａ】
2015524053.tif 000028
【図８Ｂ】
2015524053.tif 000029
【図８Ｃ】
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【図１１】
2015524053.tif 000031
【図１７】
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【国際調査報告】
2015524053.tif 000033
2015524053.tif 000034
2015524053.tif 000035