(57)【要約】  本開示は工具の位置検出の較正に関する。工具はセンサを用いてパラメータの第1値を検出することができる。工具はモータを用いて工具の加工部材を、加工表面に向けて延伸できる。工具はベースを含むことができる。工具は、加工部材が加工サービスに接触すると、パラメータの第2値を検出できる。工具は、加工表面に対する加工部材のz軸位置を特定できる。
2018514875.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
工具の加工部材の位置を特定するシステムであって：
前記工具に結合されたベースと；
1つ又は複数のプロセッサを含む計算装置と；
前記計算装置に通信可能に結合されたセンサと；
前記計算装置により制御されるモータとを含み；
前記計算装置は：
前記ベースの一部分によって加工表面に向けてかけられる力の量を示すパラメータの第1値を前記センサを介して特定し；
前記モータに指示して前記加工部材を前記加工表面に向けて延伸させ；
前記加工部材が前記加工表面に接触すると前記センサを介して前記パラメータの第2値を特定し；
前記パラメータの前記第1値を前記パラメータの前記第2値と比較して、前記第1値と前記第2値との差を特定し；
前記第1値と前記第2値との差が閾値より大きいことに基づいて、前記加工表面に対する前記加工部材のz軸位置を特定する、システム。
【請求項２】
前記計算装置が、前記工具の前記ベースの前記一部分が前記加工表面に接触していること基づいて前記パラメータの前記第1値を特定するよう構成されていることを含む、請求項1のシステム。
【請求項３】
前記モータが前記加工部材を前記加工表面に接触させたことに応答して、前記工具の前記ベースの前記一部分が前記加工表面に接触していないことに基づいて、前記計算装置が、前記パラメータの前記第2値を、前記センサを介して特定するよう構成されていることを含む、請求項1のシステム。
【請求項４】
前記計算装置が、前記第1値が前記第2値より大きいことに応答して前記z軸位置を特定するよう構成されている、請求項1に記載のシステム。
【請求項５】
前記パラメータが前記センサによって測定される力を含み、前記第2値は前記第1値より小さい、請求項1に記載のシステム。
【請求項６】
前記計算装置が：
前記モータに指示して前記加工部材を加工表面に接触させて、前記工具の前記ベースを傾けさせ；
前記加工部材が前記加工表面に接触したことに応答して、前記加工部材が前記工具の前記ベースを傾けたことに応答して、前記加工表面に対する前記加工部材の前記z軸位置を求めるよう構成されていることを含む、請求項1に記載のシステム。
【請求項７】
前記計算装置が：
前記モータに命令して、前記加工表面に接触している前記加工部材を前記加工表面から離れるよう後退させ；
前記加工部材が前記加工表面に接触していないときに前記センサを介して前記パラメータの第3値を特定し；
前記第1値と前記第3値との第2の差が閾値未満であることに応答して、前記加工表面に対する前記加工部材の第2のz軸位置を求めるよう構成されていることを含む、請求項1に記載のシステム。
【請求項８】
前記工具は空洞を備えたフレームを含み、前記空洞は：
前記加工部材によって前記加工表面から取り除かれた材料の微粒子を前記加工部材から離れる方向に除去するよう構成されている、請求項1に記載のシステム。
【請求項９】
工具の加工部材の位置を特定する方法であって：
1つ又は複数のプロセッサを含む計算装置に通信可能に結合されたセンサによって、前記工具のベースの第1垂直位置に関するパラメータの第1値を検出する段階と；
前記計算装置によって制御されるモータによって、前記加工部材を前記加工表面に向けて延伸する段階と；
前記加工部材が前記加工表面に接触すると前記センサを介して、前記工具の前記ベースの第2垂直位置を示す前記パラメータの第2値を検出する段階と；
前記計算装置によって、前記パラメータの前記第1値を前記パラメータの前記第2値と比較して、前記工具の前記ベースの垂直位置における変化を特定する段階と；
前記計算装置によって、前記工具の前記ベースの前記垂直位置における前記変化に基づいて、前記加工表面に対する前記加工部材のz軸位置を特定する段階とを含む、方法。
【請求項１０】
前記工具の前記ベースの前記一部分が前記加工表面に接触した状態で、前記センサによって、前記パラメータの前記第1値を検出する段階を含む、請求項9の方法。
【請求項１１】
前記モータが前記加工部材を前記加工表面に接触させたことに応答して、前記工具の前記ベースの前記一部分が前記加工表面に接触していない状態で、前記センサによって前記パラメータの前記第2値を検出する段階を含む、請求項9に記載の方法。
【請求項１２】
前記パラメータが前記センサによって測定される力を含み、前記方法が：
前記第1値が前記第2値より大きいことに基づいて、前記計算装置によって前記z軸位置を特定するよう構成されている、請求項9に記載の方法。
【請求項１３】
前記センサが画像センサを含み、前記パラメータがピクセルを含み、前記方法が：
前記画像センサによって、前記パラメータの前記第1値を含む第1画像を取り込む段階と；
前記画像センサによって、前記パラメータの前記第2値を含む第2画像を取り込む段階と；
前記計算装置によって、前記第1値を含んだ前記第1画像と前記第2値を含んだ前記第2画像とを比較して、前記第1値と前記第2値との差を特定する段階とを含む、請求項9に記載の方法。
【請求項１４】
前記センサが加速度計を含み、前記方法が：
前記加速度計によって前記第1値を求め；
前記加速度計によって前記第2値を求め；
前記計算装置によって、前記第1値を前記第2値と比較して、前記加工部材が前記加工表面に接触したことに基づいて前記工具の前記ベースの加速を特定する段階とを含む、請求項9に記載の方法。
【請求項１５】
前記加工部材が前記加工表面に接触したことに応答して、前記加工部材が前記ベースを傾けたことに応答して、前記加工表面に対する前記加工部材の前記z軸位置を前記計算装置によって特定する段階を含む、請求項9に記載の方法。
【請求項１６】
前記計算装置によって制御された前記モータによって、前記加工表面に接触している前記加工部材を前記加工表面から離れるよう後退させる段階と；
前記加工部材が前記加工表面に接触していなくなった状態で前記センサによって、前記パラメータの前記第2値より大きい前記パラメータの第3値を検出する段階と；
前記第1値と前記第3値との第2の差が閾値未満であることに応答して、前記計算装置によって、前記加工表面に対する前記加工部材の第2のz軸位置を求める段階とを含む、請求項9に記載の方法。
【請求項１７】
前記工具の前記ベースが前記加工表面に接触した状態で、前記モータによって、前記加工表面を支持している表面に向かって前記加工部材を延伸させる段階と；
前記加工部材が前記加工表面を支持している前記表面に接触したことに応答して、前記センサによって、前記パラメータの第3値を特定する段階と；
前記第1値と前記第3値との第2の差が閾値より大きいことに応答して、前記計算装置によって、前記加工表面の厚さを求める段階とを含む、請求項9に記載の方法。
【請求項１８】
前記工具の前記加工部材が前記加工表面に接触していることに基づいて、それぞれがx軸座標、y軸座標、及びz軸座標を備えた複数の位置点を、前記計算装置によって特定する段階と、
前記計算装置によって、前記複数の位置点を用いて前記加工表2の3次元マップを生成する段階とを含む、請求項9に記載の方法。
【請求項１９】
前記工具の前記第2センサが、前記加工表面上に配置された基準マーカーを用いて前記複数の位置点それぞれの前記x軸座標及び前記y軸座標を求める段階を含む、請求項17に記載の方法。
【請求項２０】
前記工具の空洞を介して、前記加工部材によって前記加工表面から除去された材料の微粒子を取り除く段階と、
真空によって、前記微粒子を前記加工部材から離れる方向に前記空洞を介して除去する段階とを含む、請求項9に記載の方法。
【請求項２１】
工具の加工部材の位置を特定するシステムであって：
前記工具に結合されたベースと；
1つ又は複数のプロセッサを含む計算装置と；
前記計算装置に通信可能に結合された1つ又は複数のセンサと；
前記計算装置により制御される1つ又は複数のモータとを含み；
前記計算装置は：
前記1つ又は複数のセンサを介して前記加工部材のz軸位置を特定し、
前記1つ又は複数のモータを制御して前記加工部材を第1位置から第2位置へ移動させるためのモータ制御情報を、前記加工部材の前記z軸位置に少なくとも部分的に基づいて与えるよう構成されており、前記工具は、当該工具の前記加工部材の所定の経路に隣接した範囲内の方向に前進される、システム。
【請求項２２】
前記計算装置が、前記材料の前記表面との前記加工部材の接触状態に基づいて、前記加工表面に対する前記z軸位置を特定するよう構成されていることを含む、請求項21に記載のシステム。
【請求項２３】
工具の加工部材の位置を特定するシステムであって：
前記工具に結合されたベースと；
1つ又は複数のプロセッサを含む計算装置と；
前記計算装置に通信可能に結合された1つ又は複数のセンサと；
前記計算装置により制御される1つ又は複数のモータと；
前記加工部材によって前記加工表面から除去された材料の微粒子を取り除くための前記工具の空洞とを含み、
前記計算装置は：
前記1つ又は複数のセンサを介して受け取られた第1情報に基づいて、前記加工部材の第1位置を特定し、
前記加工部材の前記第1位置を所定の経路と比較して、前記経路に対応した前記工具の前記加工部材の第2位置を特定し、
前記1つ又は複数のモータを制御して前記加工部材を前記第1位置から前記第2位置へ移動させるためのモータ制御情報を、前記第2位置に基づいて与えるよう構成されており、前記工具は、当該工具の前記加工部材の所定の経路に隣接した範囲内の方向に前進され、前記空洞は、前記工具が前進する方向の反対方向に前記材料の前記微粒子を移動させるよう構成されている、システム。
【請求項２４】
前記材料の前記微粒子を前記工具から離れる方向に除去するための真空を含む、請求項23に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願への引用
本願は、その内容全体を引用して本明細書に援用する2015年5月13日付けで提出された米国仮特許出願第62/161,179号の優先権を合衆国法典第35巻第119条に基づいて主張する。
【背景技術】
【０００２】
材料の上に描かれた視覚ガイドをユーザが手動で辿るのは困難な場合がある。さらに、材料上の工具の位置を特定するのが困難なこともある。
【発明の概要】
【０００３】
本開示の装置、システム、及び方法は工具を容易に案内する。幾つかの実施形態では、前記システムは、木材のような材料片の表面に配置可能な載置台を備えたリグ又はフレームを含む。前記工具は前記フレームに電気的又は機械的に結合でき、前記フレームは前記工具と共に前記材料上を通過させることができる。前記システムは、前記材料上での前記工具の位置を特定すると共に前記フレーム、載置台、又は工具を前記材料上の所望の座標に正確に移動させる(又はユーザが移動させる)ためのセンサ、カメラ、又は位置決め論理を含むことができる。
【０００４】
幾つかの実施形態では、前記材料の前記表面には、当該材料の当該表面に対する前記工具の位置の検出を容易にする位置マーカーで印を付けることができる。前記マーカーは、前記工具のセンサによる簡単且つ高速で、信頼性が高い検出を容易にするよう設計又は構成できる。幾つかの実施形態では、前記マーカーは、バイナリーイメージを含むか又はバイナリーイメージに容易に変換できる態様で作製してよい。例えば、前記マーカーは、ドミノを表すことができる白黒画像などの最小計算パワーを用いて検出可能な基準マーカーを含むことができる。
【０００５】
幾つかの実施形態では、本開示は、材料の表面に作業を行う際に発生される粉塵を誘導又は抽出するシステム、方法、又は装置に関する。例えば、切削工具が木材のような材料を切削する際におが屑が発生し、これによって前記工具が、前記材料の前記表面に配置されたマーカーを検出することが困難になることがある。本開示の前記工具は、前記材料の切削により発生された前記屑がその内部に誘導される空洞を含む。例えば、前記空洞は、工具フレームの空所を含むことができ、前記工具のファンは前記屑を前記空洞に向けて誘導することができる。さらに、チャンネルを介して前記屑を抽出できるように、真空を前記工具に結合できる。
【０００６】
幾つかの実施形態では、本開示は、ワーク表面に対する工具の位置を特定するためのシステム、方法、又は装置に関する。前記システム、方法、又は装置は、前記切削工具(例えば、切削ビット)の先端が前記材料の前記表面に接触又は押圧された時を特定するため、前記工具の前記先端によりかけられる力の変化を算出できる。例えば、前記工具の前記先端は、このワーク表面に接触していない第1位置に配置できる。前記先端は、前記材料の前記表面に接触する第2位置まで徐々に移動できる。前記工具の前記先端が前記第2位置に移動すると、前記システム、方法、及び装置は、力が変化したことを確認でき、これは、前記工具先端による前記材料の前記表面への接触を示すことができる。例えば、前記工具のベースにかけられる力は、前記工具の前記先端が前記力の一部を前記ベースから除去する(offload)ので小さくなることがある。
【０００７】
本開示の少なくとも1つの側面は、工具の位置検出を較正するためのシステムに関する。前記システムは、前記工具に結合されたベースを含むことができる。前記ベースは加工表面に接触できる。前記システムは、1つ又は複数のプロセッサを備えた計算装置を含むことができる。前記システムは、前記計算装置に通信可能に結合されたセンサを含むことができる。前記システムは、前記計算装置によって制御されるモータを含むことができる。前記計算装置は、前記ベースの一部分によって前記加工表面にかけられる力の量を示すパラメータの第1値を前記センサを介して特定できる。前記計算装置は、前記モータに、前記加工部材を加工表面に向けて延伸させるよう指示できる。前記計算装置は、前記加工部材が前記加工表面に接触すると、前記センサを介して前記パラメータの第2値を識別できる。前記計算装置は、前記パラメータの前記第1値を前記パラメータの前記第2値と比較して、前記第1値と前記第2値との差を生成できる。前記計算装置は、前記第1値と前記第2値との差が閾値より大きいことに応答して、前記加工表面に対する前記加工部材のz軸位置を特定できる。
【０００８】
本開示の少なくとも1つの側面は、工具の加工部材の位置を評価する方法に関する。前記方法は、前記工具のベースの一部分によって前記加工表面にかけられた力を示すパラメータの第1値を検出する1つ又は複数のプロセッサを含む計算装置に通信可能に結合されたセンサを含むことができる。前記方法は、前記加工部材を加工表面に向けて延伸させる、前記1つ又は複数のプロセッサによって制御されるモータを含むことができる。前記ベースは、前記加工表面に少なくとも部分的に接触できる。前記方法は、前記加工部材が前記加工表面に接触するときに、前記センサが前記パラメータの第2値を検出する段階を含むことができる。前記パラメータの前記第2値は前記パラメータの前記第1値未満でよい。前記方法は、前記計算装置が、前記第1値と前記第2値との差が閾値より大きいことに応答して、前記加工表面に対する前記加工部材のz軸位置を特定する段階を含むことができる。
【０００９】
少なくとも1つの側面は、工具の加工部材の位置を特定するシステムに関する。前記システムは、前記工具に結合されたベースを含むことができる。前記システムは、1つ又は複数のプロセッサを備えた計算装置を含むことができる。前記システムは、前記計算装置に通信可能に結合されたセンサを含むことができる。前記システムは、前記計算装置によって制御されるモータを含むことができる。前記システムは、前記ベースの一部分によって加工表面に向けてかけられる力の量を示すパラメータの第1値を、前記センサを介して特定できるよう構成された前記計算装置を含むことができる。前記計算装置は、前記モータに、前記加工部材を前記加工表面に向けて延伸させるよう指示できる。前記計算装置は、前記加工部材が前記加工表面に接触した状態で、前記センサを介して前記パラメータの第2値を識別できる。前記計算装置は、前記パラメータの前記第1値を前記パラメータの前記第2値と比較して、前記第1値と前記第2値との差を識別できる。前記計算装置は、前記第1値と前記第2値との差が閾値より大きいことに基づいて、前記加工表面に対する前記加工部材のz軸位置を特定できる。
【００１０】
少なくとも1つの側面は、工具の加工部材の位置を特定する方法に関する。前記方法は、1つ又は複数のプロセッサを含む計算装置に通信可能に結合されたセンサによって、前記工具のベースの第1垂直位置に関するパラメータの第1値を検出する段階を含むことができる。前記方法は、前記計算装置によって制御されるモータによって、前記加工部材を前記加工表面に向けて延伸する段階を含むことができる。前記方法は、前記加工部材が前記加工表面に接触すると前記センサを介して、前記工具の前記ベースの第2垂直位置を示す前記パラメータの第2値を検出する段階を含むことができる。前記方法は、前記計算装置によって、前記パラメータの前記第1値を前記パラメータの前記第2値と比較して、前記工具の前記ベースの垂直位置における変化を特定する段階を含むことができる。前記方法は、前記計算装置によって、前記工具の前記ベースの前記垂直位置における前記変化に基づいて、前記加工表面に対する前記加工部材のz軸位置を特定する段階とを含むことができる。
【００１１】
少なくとも1つの側面は、工具の加工部材の位置を特定するシステムに関する。前記システムは、前記工具に結合されたベースを含むことができる。前記システムは、1つ又は複数のプロセッサを備えた計算装置を含むことができる。前記システムは、前記計算装置に通信可能に結合された1つ又は複数のセンサを含むことができる。前記システムは、前記計算装置によって制御される1つ又は複数のモータを含むことができる。前記計算装置は、前記1つ又は複数のセンサを介して前記加工部材のz軸位置を特定できる。前記計算装置は、前記1つ又は複数のモータを制御して前記加工部材を第1位置から第2位置へ移動させるためのモータ制御情報を、前記加工部材の前記z軸位置に少なくとも部分的に基づいて与えることができ、前記工具は、当該工具の前記加工部材の所定の経路に隣接した範囲内の方向に前進される。
【００１２】
少なくとも1つの側面は、工具の加工部材の位置を特定するシステムに関する。前記システムは、前記工具に結合されたベースを含むことができる。前記システムは、1つ又は複数のプロセッサを備えた計算装置を含むことができる。前記システムは、前記計算装置に通信可能に結合された1つ又は複数のセンサを含むことができる。前記システムは、前記計算装置によって制御される1つ又は複数のモータを含むことができる。前記システムは、前記加工部材によって前記加工表面から除去された材料の微粒子を取り除くための前記工具の空洞とを含むことができる。前記計算装置は、前記1つ又は複数のセンサを介して受け取られた第1情報に基づいて、前記加工部材の第1位置を特定できる。前記計算装置は、前記加工部材の前記第1位置を所定の経路と比較して、前記経路に対応した前記工具の前記加工部材の第2位置を特定できる。前記計算装置は、前記1つ又は複数のモータを制御して前記加工部材を前記第1位置から前記第2位置へ移動させるためのモータ制御情報を、前記第2位置に基づいて与えることができ、前記工具は、当該工具の前記加工部材の所定の経路に隣接した範囲内の方向に前進され、前記空洞は、前記工具が前進する方向の反対方向に前記材料の前記微粒子を移動させるよう構成されている。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図1は、工具を自動的に案内する装置の一実施形態の代表例である。
【図２】図2は、目標経路領域を辿るように工具を自動的に案内し、設計図に従って作業を行うための装置の一実施形態の代表的な例である。
【図３】図3は、工具を自動的に案内するシステムの一実施形態の例示的なブロック図である。
【図４】図4は、工具を自動的に案内する方法の一実施形態の例示的なフローチャートである。
【図５】図5は、工具を自動的に案内する方法の一実施形態の例示的なフローチャートである。
【図６】図6は、一実施形態に従って、本明細書で開示したシステム、装置、及び方法の様々な要素を実装するために使用できるコンピュータシステムの一般的なアーキテクチャを示すブロック図である。
【図７】図7A-7Bは、一実施形態に従って、本明細書で開示したシステム、装置、及び方法の様々な要素を実装するために使用できる位置決めマーカーの説明図である。
【図８】図8A-8Bは、一実施形態に従って、本明細書で開示したシステム、装置、及び方法の様々な要素を実装するために使用できる粉塵粒子を誘導又は抽出するための装置の一実施形態の代表例である。
【図９】図9A-9Bは、一実施形態に従って、本明細書で開示したシステム、装置、及び方法の様々な要素を実装するために使用できる粉塵粒子を誘導又は抽出するための装置の底部プレートの一実施形態の下向き透視図の代表例である。  図9Cは、一実施形態に従って、本明細書で開示したシステム、装置、及び方法の様々な要素を実装するために使用できる粉塵粒子を誘導又は抽出するための装置の底部プレートの一実施形態の上向き透視図の代表例である。  図9Dは、一実施形態に従って、本明細書で開示したシステム、装置、及び方法の様々な要素を実装するために使用できる粉塵粒子を誘導又は抽出するための装置の底部プレートの一実施形態の下向き透視図の代表例である。
【図１０】図10A-10Bは、一実施形態に従って、本明細書で開示したシステム、装置、及び方法の様々な要素を実装するために使用できる工具先端の位置を特定するためのシステムの一実施形態の代表例である。  図10C-10Dは、一実施形態に従って、本明細書で開示したシステム、装置、及び方法の様々な要素を実装するために使用できる工具先端の位置を特定するための装置に配置された力覚センサの一実施形態の代表例である。
【図１１】図11A-11Bは、一実施形態に従って、本明細書で開示したシステム、装置、及び方法の様々な要素を用いて粉塵粒子を誘導又は抽出する代表例である。
【図１２】図12は、一実施形態による工具の加工部材の位置を特定する方法を示すブロック図の代表例である。
【図１３】図13は、一実施形態に従った工具の正面図を示す。
【図１４】図14は、一実施形態に従った、加工部材が取り付けられていない状態の工具の正面図を示す。
【図１５】図15は、一実施形態に従った、加工部材を取り付けた状態の工具の側面図を示す。
【図１６】図16は、一実施形態に従った、加工部材を取り付けられていない状態の工具の側面図を示す。
【図１７】図17は、一実施形態に従った、加工部材を取り付けた状態の工具の背面図を示す。
【図１８】図18は、一実施形態に従った、加工部材を取り付けられていない状態の工具の背面図を示す。
【図１９】図19は、一実施形態に従った、加工部材を取り付けた状態の工具の上面図を示す。
【図２０】図20は、一実施形態に従った、加工部材を取り付けられていない状態の工具の上面図を示す。
【図２１】図21は、一実施形態に従った、後部の内部載置台及び旋回構成要素の底面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本開示は、一般に、木工又は印刷のような表面上で作業を行うためのシステム及び方法に関する。幾つかの実施形態では、本開示は、材料の表面を基準として工具の位置を特定し、その位置を用いて例えば切断経路又は線引き経路など所定の経路又は設計図に沿って工具を案内、調節、又は自動補正することに関する。幾つかの実施形態では、この基準位置は、オンラインデザインストアを介して取得したデザイン又は設計図に対応できる。
【００１５】
幾つかの場合では、本開示は、工具の加工部材の位置の評価を容易にすることができる。加工部材の位置の評価は、例えば、切削工具の幾何学的形状の特定またはワーク(例えば、加工表面)の幾何学的形状の特定を含むことができる。
【００１６】
工具の幾何学的形状の特定は、工具の基準系に対する工具先端(例えば、加工部材)の位置の特定を含む又はそうした特定を指すことができる。工具の幾何学的形状の特定は、切削工具の直径の特定を含む又はそうした特定を指すことができる。この工具の幾何学的形状情報を用いて、加工部材の切削フルートの長さおよびこのカッターの角度(例えば、V彫刻ビット又はねじれ角)を自動的に特定できる。
【００１７】
ワークの幾何学的形状の特定は、切削される材料の厚さの特定もしくは測定を含むまたはそれを指すことができ、あるいは工具先端で表面を繰り返し探ることによってそのトポロジーマップを作成することを含むまたはそうした作成を指すことができる。この工具は、ワークの穴などの対象となる特徴の位置を特定できる。
【００１８】
本開示は、工具の基準系に対する加工部材または工具先端の位置(例えば工具高さ)を特定するための1つ以上の技法を使用できる。例えば、工具は、工具先端すなわち加工部材およびベースを含むことができる。工具のベースは、加工表面上に置いて加工表面に接触できる。工具先端の位置を特定するための技法は、工具のベースで重さを測定しつつ、工具先端をワーク表面(またはテーブルなどの好都合な平坦面)まで延伸または落とす段階を含むことができる。工具先端がワーク表面に接触するとき、切削工具の付加的な下向き運動が起こるため、重さが工具先端まで移されて装置のベースから取り除かれうる。工具は、ベースでの重量の減少をベース内の重さセンサによって検出できる。この技法は、工具先端の位置特定の正確性を向上させることができるが、それは、工具先端位置を、装置のベースをワーク表面から持ち上げるのに必要な工具移動距離のわずかな部分内で特定できるからである。幾つかの場合では、工具先端が非常に鋭利であれば、装置を持ち上げるのに十分な力を発生させる前に、ワーク表面(例えば木材)に工具先端が一定距離にわたり沈むまたは入ることがある。しかし、重さセンサは、小さな力の低下(例えば、工具先端が加工表面に接触する前に材料に対して工具またはベースによって発揮される力の1%、2%、3%、5%、0.5%、0.1%、または10%)であっても検出するよう構成できるため、工具先端が少なくとも部分的に加工表面に入れば、工具は、工具先端が加工表面に接触する際の力の変化を検出できる。
【００１９】
さらに、工具は力の変化の検出に基づいて位置を特定できるので、工具は、重さセンサの絶対較正を行うことなく、この技法で工具先端の位置を特定できる。従って、安価で較正されていない力覚センサを使って工具先端の位置を特定できるようになる。力覚センサの例は、力感受性抵抗器、容量性力覚センサ、高域センサ、または圧抵抗センサを含むことができる。
【００２０】
工具は、工具先端すなわち加工部材がワーク表面に触れるまたは接触したときを、ベースの持ち上がりを検出、検知、特定、または他の方法で確認することによって検出できる。ベースの持ち上がりは比較的小さくてよい(例えば、力覚センサにおける0.1%、0.5%、1%、2%、5%、10%、15%、20%又は力センサの解像度若しくは粒度に基づいた他のパーセンテージの力の減少)。幾つかの場合では、工具はベースの傾きに基づいて持ち上がりを検出できる(例えば、1度角、2度、5度、10度、15度、25度または検出可能な他の傾き)。工具は、カメラ、視覚情報、ジャイロスコープ、または三軸加速度計を使って傾きを検出できる。例えばこのカメラは、取り込んだ画像における移動が、ベースの持ち上げに起因する傾きに一致すると判断できる。カメラは、工具が工具先端を加工表面に接触させる前に第1の写真すなわち画像を撮り、次に、工具先端が加工表面に接触したときに第2の画像を撮ることができる。カメラは、第1の画像と第2の画像とを比較して、これら2つの画像の傾きまたは変化を識別できる。加速度計は、ベースの持ち上げに起因する運動または突然の運動に応答して傾きを示すことができる。幾つかの実施形態では、工具は、切削工具の先端への力を直接的に測定するために、工具取付台に力覚センサを含めることができる。
【００２１】
工具は、先端すなわち加工部材位置、直径、または工具の幾何学的形状を含む工具に関する付加的情報を特定または検出できる。例えば、工具は、ビーム遮断(break-beam)センサ(例えば、レーザ遮断ビームセンサ、赤外線遮断センサ、光電センサ、または光学センサ)を含むことができる。加工部材は、センサの動作線(line of action)に落とすことができ、すると工具は、加工部材がビームを遮断するときに加工部材の位置を検出できる。幾つかの場合では、ビームの軸は、工具の座標系に対して予め較正しておくことができる。しかし、先端位置を、先端の幾何学的形状に基づいてこの技法で正確に検出するのが容易でない場合もある(例えば、先端の形状が端から端まで平坦でない場合)。
【００２２】
工具は、容量性センサまたは電磁センサを用いて工具先端の加工表面への近接度を測定できる。例えば、電磁センサは、金属を含む工具先端または加工部材の近傍でのセンシングコイルのインダクタンスの変化を、この金属内に誘導された渦電流を感知することで感知または検出できる。
【００２３】
別のアプローチは、工具に向けられた視覚カメラを用いて加工部材すなわち工具先端の位置を特定するものである。この視覚カメラは、工具先端を検出するため工具座標系に対して予め較正しておくことができる。幾つかの場合では、視覚カメラは、線形荷電結合素子(CCD)センサまたは他の画像センサを含むことができる。線形CCDセンサは、工具先端を検出するのに視覚カメラより処理が少なくなる場合がある。
【００２４】
工具は、これらの技法の1つを用いて工具の直径を測定できる。工具は、工具先端の位置を測定または特定する間に、工具先端をあちこちに移動させることができる。工具先端を移動させることによって、工具がビーム遮断センサを左右に通過することで、工具は、単一のセンサを用いて工具直径を検出できる。工具の横方向の運動は第1の遮断を引き起こし、次に、ビームを遮断解除して工具直径の測定ができる。ルータービットはねじれ刃を備えることがあるので、工具は、その直径を特定するため、工具の長さに沿って多数の測定を実行することができる。渦電流または容量性検知を一次元センサと共に使用し、センサデータを工具位置に相関させることで工具の幾何学的形状に関する多次元情報を得ることによって、工具は直径を特定できる。工具は、V字切削ビットの場合、先端角度などの工具先端に関する付加的情報を求めることができる。さらに、工具は、工具の幾何学的特性を検出するための視覚カメラを含むことができる。
【００２５】
工具は、工具先端の位置を、加工表面の平面上の装置位置と相関することによって加工表面の幾何学的形状を測定できる。これを行うため、工具先端の位置を検出することによって、工具(例えば、円錐形又は球形先端を備えた円筒形工具)は、まず工具の基準系に関連付けできる。工具の基準系に対する工具先端の位置がいったん分かれば、工具は対象表面(例えば、加工表面)上で横方向に位置決めして加工表面の垂直位置を特定できる。加工表面の垂直位置は、その深さが対象となる木片の凹部、空洞、へこみ、又は窪み部分を示すことができる。工具先端は、当該工具先端が凹部の底部に接触するまで挿入、延伸、下降、突入、又はそれ以外の方法で移動させればよい。工具先端が最初にワーク表面に接触した表面の上部を超える工具先端の付加的な変位は、凹部の深さを示す。凹部の表面状態が知りたいならば、工具は凹部の周囲で多数の地点まで移動させてもよい。工具は、これら多数の地点それぞれで深さを求めることができる。工具は、当該工具の深さ及び横方向位置の両方を記録できる(例えば、x、y、及びz座標であって、x及びy座標が横方向位置を示し、z座標が深さを示すことができる)。横方向の移動は、内蔵式位置決め載置台を用いて自動で、又はユーザによって手動で、又はその両者を組み合わせて実行できる。
【００２６】
別の可能な応用例は、加工表面の穴の中心位置を見つけることとすることもできる。円錐形の先端を備えた工具をシステムに装着できる。すると工具は、概ね穴の中心の上に(例えば、穴の直径の5%、10%、15%、20%、25%、30%、50%、75%、又は90%以内)に配置でき、先端が穴の円に接触するまで突入させることができる。工具先端は円錐形とすることができるので、工具先端によって工具は穴の中心に配置できる。すると工具は、例えば視覚システムを用いて穴の位置を確認することで横方向位置(例えば、x及びy座標)を特定できる。
【００２７】
工具は、材料の加工表面又は他の部分の厚さを求めることができる。加工表面の求められた厚さを用いて、工具は、自動的に、材料の厚さに依存することがある(例えば、フィンガーの長さが接合材料の厚さに対応すべき組継ぎ)切削深さを設定し又は切削経路を更新できる。工具は、材料の厚さを特定又は測定し、工具又はその一部を加工表面若しくは材料の縁部上に設置又は配置し、工具先端が材料を支持している表面に接触するまで延伸させればよい。加工表面を支えている表面に接触するために、工具先端が加工表面の上部を超えて延伸する深さが加工表面の厚さを示すことができる。
【００２８】
工具は、コンター木、バイナリーイメージ、基準マーカー、又はドミノを含むことができる位置マーカーを用いて加工材料の表面に対する工具又は工具先端の位置を特定できる。本開示は、工具の一部に設けられた1つ又は複数のチャンネルを介して粉塵を誘導する空気流を発生することで、工具の一部から粉塵の誘導及び抽出を容易にする。本開示は、工具の先端が材料に接触するときに力の減少を検出する力覚センサを用いて工具先端の高さを容易に特定する。
【００２９】
特定された情報を使って、工具は、工具の加工部材を案内して対象材料(例えば加工表面)で作業を行うよう構成できる。幾つかの実施形態では、システムは、この作業を行うために工具を自動的に案内できる。例えば、幾つかの実施形態では、本開示は、工具又は工具を含んだリグ(rig)の作業を行っている材料に対する位置を識別できる手持ち型システムを提供する。幾つかの実施形態では、この装置は手持ち型でなくてもよく、例えば、この装置は、遠隔操作プラットフォーム、ロボットプラットフォーム、又は制御可能若しくは制御可能でない他の種類の可動プラットフォームのような可動プラットフォーム上に設けてもよい。このシステムは、工具の位置を、工具の現在位置及び設計図に対応した所望位置に基づいて又はそれらに応じて調節できる(又は、工具の位置を調節するための命令を与えることができる)。幾つかの実施形態では、このシステムは、手で操作できる作業機器を備えた手持ち型装置を含み、これは、作業機器が移動する正確な経路を与えるため、空間的位置に基づいて作業器具の位置を高精度で調節できる。
【００３０】
幾つかの実施形態では、本明細書に開示されたシステムおよび方法は、工具の対象材料上での現在地又は位置を正確且つ頑強にさらに低待ち時間で検出可能な位置検出システムを含むことができ又はそうした1つ以上の位置検出技法を実行できる。例えば、工具及び付随する制御回路に結合されたビデオ又は静止画カメラを用いて、材料の表面を走査し、走査データ又は走査画像データを処理して材料に作業を行う前に材料表面のデジタルマップを生成できる。材料に対する作業の実行時に工具が材料の表面近くに運ばれると、カメラは第2画像を撮影し、第2画像をデジタルマップと比較して材料に対する工具の位置を検出できる。
【００３１】
様々な実施形態では、様々な位置検出技術を使用できるが、それらには、例えばRF、近接場型通信（near field communication）、ブルートゥース(登録商標)、レーザ追跡及び感知などの無線位置感知技術の組込や、工具の位置を特定し且つ作業を行うための工具の案内又はその位置調節を容易にするための他の適切な方法などなどが含まれる。幾つかの実施形態では、前記システムは、工具の位置を特定するために2つ以上の位置検出技法を使用するハイブリッド位置検出システムを含むことができる。例えば、各位置検出技法は、直交強さ及び弱点(orthogonal strengths and weaknesses)を含むが、組み合わせれば、高い精度と短い待ち時間で位置を検出できる。例えば、第1位置検出技法は高精度だが頻度が低くしてもよい(例えば、正確に位置を特定するが待ち時間が長い、毎秒一回データを取得するよう構成されたセンサ)。第1位置検出技法は、高頻度かつ高精度で位置情報を与えるが、与える情報が限られているセンサを含む第2位置技術(例えば、高頻度かつ高精度だが、全世界的な文脈における工具の位置でなく動きの方向及び速度を含む推測航法のみを与える光学マウスセンサ)と組み合わせてもよい。一例では、このハイブリッド位置検出システムは、カメラを用いて、材料表面上の工具の位置を正確に求めるために画像を取得し、次に、光学マウスセンサを用いて画像の次のフレームが到着するまでこの位置の変化を追跡できる。この例では、光学マウスセンサを用いる第2位置検出技術はすべての位置追跡を実現しないが、それは、位置特定のために速度を組み込むことは時間の経過と共にエラーを蓄積することになり、或いはこの装置は、拾い上げられ異なる場所に置かれるとその位置を特定できないためである。
【００３２】
幾つかの実施形態では、切削又は線引き動作の前にマップを生成するために、ユーザは、カメラが材料の表面若しくはその所望部分のすべて、実質的にすべて、又はその一部の画像を取得するまでそのカメラで材料の表面を走査すればよい。システムは、これら画像を取得し、それらをつなぎ合わせて統合されたマップを生成できる。このデジタルマップ画像の生成及び位置の検出は、例えば1つまたは複数の画像処理技法、パターン認識技術、場所特定技術、コンピュータビジョン技術を含むことができる。例えば、システムは、第1画像の点A及びBが第2画像の点C及びDに対応することを識別できるので、それら2つの画像をつなぎ合わせることができる。例えば、木材の表面上で、システムは画像における変化、明るい箇所、色の変化、印、基準マーカー、2値化画像、又は木目を識別し、それらをデジタルマップと比較して位置を特定できる。別の例では、システムは、角、側部、照明パターン、又は位置の識別が可能な他の印を利用してもよい。
【００３３】
材料には印を付けて、材料の表面のマッピングや材料上の又は材料に隣接した工具の位置の検出を容易にできる。例えば、金属又はプラスチックなどの材料の表面は、位置を正確に検出するのに十分な、識別用の印を含んでいないことがある。1つ又は複数の識別用の印又はマーカーを材料に付加して、パターン認識又は画像処理などの位置検出技法の実行を容易にしてもよい。これらマーカーは、任意種類の材料、インク、テープ、光、レーザ、彫刻、型彫り、温度勾配、隠顕インク(例えば、紫外線又は他の周波数の光が当たったときのみ可視となるインク)を含むことができる。幾つかの実施形態では、このマーカーは、上記の対象材料の表面の少なくとも一部に貼り付け可能なテープを含む。こうしたテープには、例えば、一意のバーコード、デザイン、パターン、色、型彫り、隆起部、又は凹部などのシンボルを含むことができる。幾つかの実施形態では、こうしたマーカーには、ユーザがペン、鉛筆、インク、隠顕インク、塗料、クレヨン、又は他の任意印付け又は筆記用具で対象材料に無作為に印し付けすることが含まれる。
【００３４】
材料の表面のデジタル画像を生成することに加え、幾つかの実施形態では、システムは、材料の表面における切削又は線引き設計図を識別できる。設計図は、システムのユーザが所望する任意の切削又は線引きを含むことができる。例えば、この設計図は、手描きデザイン、トレーシング、絵、画像、計算機支援設計(「CAD」)ソフトウェアを使用して生成したデザイン、購入したデザイン、または購入した電子デザインを含むことができる。前記設計図は、少なくとも一枚の木片から切り取り可能なテーブルのデザインなど、材料に動作を実行することで工具が作成できるオブジェクトのデザインでよい。
【００３５】
システムは、この設計図をマップ画像と組み合わせ或いはそれ以外の方法で設計図を材料表面のマップに関連付けるか、又は設計図をマップ画像に重ね合わせることができる。幾つかの実施形態では、この設計図は、材料の最初のマップを生成する前又は後に材料表面に描くことができる(そのインクが紫外線又は他の波長を使ってシステムにより検出可能な特別なペンを用いて)。例えば、材料の表面が最初のマッピング段階でデザイン(例えば、切削デザイン又は線引きデザイン)を含む場合、システムは画像を処理して設計図を識別し、それを材料表面のデジタルマップに含めることができる。このデザインが最初のマップ生成後に材料の表面に描かれ又は他の方法で印付けされる場合、システムは、カメラを使って材料を再走査したり材料の新規画像を撮影したりすることで、このデザインが印された材料の画像を取得できる。このデザインが最初のマップ生成前に材料の表面に描かれ又は他の方法で印付けされる場合、システムは、切削又は線引き設計図としてこのデザインを識別するか、ユーザが、識別されたデザインは切削又は線引き設計図であることをシステムに知らせればよい。
【００３６】
幾つかの実施形態では、デザインを材料の表面に物理的に加えたり、それ以外の方法で実際の材料にデザインを印し付けたりすることなく、デジタルデザインを材料の表面のデジタルマップに加えることができる。例えば、このデジタルデザインはコンピュータ上で生成し、そのデザインはCAD図面又は他の種類の図面(例えば、JPEG、BMP、又はGIF)を含むことができる。例えば、CADソフトウェアを使用すれば、ユーザは設計図を加えることでマップ画像を修正できる。他の任意ソフトウェアを用いて、設計図をマップ画像と組み合わせ或いはそれ以外の方法で設計図を材料表面のマップに関連付けることができる(例えば、材料への作業の実行を容易にするために使われる設計図の位置を示すデータ)。デザインをデジタルマップ又はデジタルマップ画像に位置合わせ(register)した後、システムは、設計図を含む対応するデジタルマップデータ又はデジタル画像データを工具に与えることができる。幾つかの実施形態では、システムは、デザインを含むマップ画像を工具の表示装置上で表示して材料へのユーザの作業の実行を容易にできる。幾つかの実施形態では、工具は、設計図を表示することなく設計図に従って作業を実行できる(例えば、工具は作業の一側面を自動的に実行してよいし、或いは、工具は表示装置を含まなくてもよい)。
【００３７】
切削又は線引き動作時に、ユーザは、工具を材料の表面上又はその近くに配置できる。表面上に工具を置くと、カメラが、材料の表面の一部を再走査又はその画像を撮影できる。この画像は、切削工具又は線引き工具とは異なる位置にある材料の一部に対応できる。システムは、新規画像における識別用印と、材料上の作業の実行前に生成されたマップ画像における識別用印とを比較することで、材料の表面又は設計図に対する工具の位置を特定できる。カメラは工具に取り付け又はそれ以外の方法で結合でき、カメラの取り込み側面(例えば、レンズ)は、切削工具(例えば、ドリルビット)からの固定且つ既知のベクトルで材料の表面に向けられる。切削工具から離れてカメラの焦点を合わせることで、システムは、位置検出用のマーカーを分かりにくくする可能性がある、切削により生じた破片が比較的写らない画像を取得できる。
【００３８】
システムは、新規画像を材料の表面のデジタルマップと比較して、工具の正確な位置を特定できる。例えば、右上角に対応するデジタルマップの部分は、一組の識別用印を含むことができる。新規画像を取得すると、システムはこれら同一の識別用印を識別し、これら印がマップ画像の右上角に対応することを特定できる。次に、システムは、カメラベクトルオフセットに基づいて切削又は線引き工具の正確な位置を特定できる。
【００３９】
幾つかの実施形態では、システムは、切削又は線引き工具の正確な位置を表示装置(例えば、工具の表示装置又はシステム又は工具に通信可能に結合された遠隔表示装置)上に実時間で表示できる。システムは、「X」、円、ドット、アイコン、又は工具の現在の位置を知らせる他の任意表示を介して表示装置上で位置を示すことができる。幾つかの実施形態では、工具は、現在の位置の表示を設計図又は切削経路(例えば、所定の経路)に重ね合わせる(overlay)ことができる。幾つかの実施形態では、工具は、現在の位置の表示をマップ画像に重ね合わせることができる。幾つかの実施形態では、工具は、現在の位置の表示を、設計図のオーバーレイを含むマップ画像に重ね合わせることができる。
【００４０】
幾つかの実施形態では、システムは、工具の検出位置又は設計図に基づいて工具を修正又は移動させる位置決めシステムを含むことができる。幾つかの実施形態では、システムは、工具の位置を検出する様々な位置検出技法を用い、さらに、工具の位置を移動又は調節する様々な位置決め技法を用いることができる。例えば、システムは、工具を位置決めするため2つ以上の位置決めシステムを含むハイブリッド位置決めシステムを含むことができる。工具の位置及び工具の所望の位置を特定すると、第1位置決めシステムは、比較的広い範囲にわたるが比較的低い精度で、工具を移動、調節、又は位置決めする(例えば、工具を材料の作業領域又は表面の任意場所へ移動する)よう構成できる。第2位置決めシステムは、比較的短い範囲にわたって(例えば、工具の現在位置から半径5インチの範囲で)しかし比較的高い精度で、工具を移動、調節、又は位置決めするよう構成できる。幾つかの実施形態では、第1(例えば、大雑把又は粗い)位置決めシステムは材料の表面における工具の、人間による位置決めを含むことができ、第2(例えば、精密又は正確な)位置決めシステムは、例えば、サーバモータ、ステップモータ、駆動機構、又は偏心器を用いて工具を位置決めすることを含むことができる。第1位置決めシステムは、例えばロボットシステム、遠隔制御システム、又は全地球測位システム(「GPS」)使用可能装置などの人間によらない位置決めシステムを含むこともできる。
【００４１】
例えば、第1位置決めシステムは、設計図に基づいて工具の位置を移動、調節、又は修正するよう構成された長距離で低精度の位置決め機構を含むことができる。第2位置決めシステムは、設計図に基づいて、第1位置決め機構よりも正確に、最大範囲内で、工具の位置を移動、調節、又は修正可能な短距離で高精度の位置決め機構を含むことができる。例示的で非限定的な一例では、第1位置決めシステムは、例えば、作業領域(例えば、作業が行われる材料表面を含む領域)全体の範囲を含む最大範囲と、±0.25インチの正確度とを備えることができる。第2位置決めシステムは、例えば、±0.01の正確度で0.5インチの最大範囲を備えることができる。第1及び第2位置決めシステムの最大範囲及び正確度は、ハイブリッド位置決めシステム及び方法の実行を容易にする他の範囲及び正確度を含むこともできる。様々な実施形態では、範囲及び正確度は一次元正確度(例えば、x軸沿い)、二次元正確度(例えば、X-Y軸)、三次元正確度(例えば、X-Y-Z軸)を基準とすることができる。
【００４２】
第1位置決めシステムは正確度が低く、その最大範囲が第2システムの最大範囲より実質的に大きい位置決めシステムを含むことができる。例えば、第1位置決めシステムは、工具を材料の表面上において所望場所の±0.25インチ以内で任意場所から移動できるが、第2位置決めシステムは、現在位置から最大5インチまで工具を移動するが0.01インチの正確度を備えるように構成できる。幾つかの実施形態では、ハイブリッド位置決めシステムは、それぞれが正確に位置を特定し且つ工具を一定の距離範囲内に位置決めするよう構成された複数の位置決めシステムを含むことができ、これら複数の位置決めシステムを組み合わせて使用すると、このシステムは工具の位置を正確に特定し、工具をそれに従って位置決め又は調節できる。幾つかの実施形態では、その後の各位置決めシステムの最大範囲は、以前の位置決めシステムの正確度と同じ又はそれより大きくてよい。一例では、第1位置決めシステムは、工具を材料の表面上で、材料の表面のサイズに対応した最大範囲で且つ±1インチの正確度で位置決め可能とすればよい。第2位置決めシステムは、工具を材料の表面上で、2インチの最大範囲で且つ±0.1インチの正確度で位置決め可能とすればよい。第3位置決めシステムは、工具を、0.2インチの最大範囲内の任意地点に±0.01インチの正確度で位置決め可能とすればよい。従って、この例では、これら3つの位置決めシステムを組み合わせて使用することで、ハイブリッド位置決めシステムは、材料の表面又は作業領域全体を備えた最大範囲において±0.01インチの正確度で工具を正確に位置決めできる。
【００４３】
幾つかの実施形態では、システムは、設計図に従った作業の実行を容易にするために自動調節、案内、又は誤差修正を含むことができる。システムは、例えば偏心器、サーボ機構、ステップモータ、制御ループ、フィードバックループ、アクチュエータ、ナット・ボルト式機構などを含む、様々な種類の調節、案内、又は修正機構を使用できる。例えば、システムは、フレームと切削工具とに結合され、フレームに対する切削工具の位置を調節するよう構成された偏心器又はサーボモータを含むことができる。切削工具の現在の位置を特定すると、システムは現在の位置を所望の位置に比較できる。すると、システムは設計図に従って工具を案内できる。幾つかの実施形態では、システムが現在の位置と所望の位置との間に差があると判断するか、現在の位置又は軌跡が設計図から逸れていると判断すれば、システムは切削工具を設計図に従って調節できる。例えば、システムは、工具及び設計図の切削経路又はベクトルを識別し、次の切削が設計図に従った切削となるよう切削工具を調節できる。
【００４４】
前記システムは、様々な自動修正機構を使用できる。幾つかの実施形態では、システムは、切削工具の位置を調節するよう構成された偏心器を含むことができる。例えば、2つの偏心器を用いれば、システムは、切削工具の位置を二次元で調節できる。偏心器は、軸の周りを非対称に回転する任意の円形部品を含むことができる。例えば、偏心器は、非中心軸の周りを回転する円を含むことができる。偏心器は切削工具及びフレームに結合でき、フレームに対する切削工具の位置を調節するよう構成できるが、これにより材料の表面に対する切削工具の位置を調節できる。幾つかの実施形態では、システムは、工具の位置決めを修正又は調節するためネジとナットを使用して回転運動を直線変位に変換できる。
【００４５】
幾つかの実施形態では、システムは、切削工具の種類に基づいた配向制御を含むことができる。例えば、切削工具が直角に調節できないサーベル鋸であれば、システムは設計図に従ってサーベル鋸の配向又は角度を調節すればよい。システムは、鋸の傾き又は角度を調節するよう構成されたアクチュエータを含むことができる。
【００４６】
システムは、切削工具又は線引き工具のz軸を制御できる。システムは、ワーク表面に対する切削工具の先端の位置を特定できる。切削工具又は線引き工具のz軸(例えば、材料の表面に対して実質的に直交する軸；垂直の軸；加工部材が加工部材又は切削工具の表面から下降又は上昇される軸に平行な軸)を制御することで、システムは、設計図に従って切削又は線引きを開始し停止できる。例えば、切削工具が設計図の修正可能距離を超えている(例えば、自動補正半径の外である)場合、システムは切削工具のz軸を調節することで(例えば、ドリルビットを木材から持ち上げることで)切削を停止できる。ユーザが切削工具を自動調節半径内に戻すと、システムは、切削が再開されるように切削工具のz軸位置を自動的に調節できる(例えば、ドリルビットを木材まで下げる)。この補正半径又は範囲は、場所特定システムの位置決めシステムに対応できる。例えば、場所特定システムが、長距離及び短距離位置決めシステムを含むハイブリッド位置決めシステムを含む場合、補正半径は短距離位置決めシステムに対応させてもよい。幾つかの実施形態では、工具のz軸位置を制御することで2.5次元設計の作成が容易になる。例えば、設計図は、材料の表面に対応したz軸情報を示すことができる。従って、システムは、加工部材若しくは切削工具又はその先端の特定されたz軸位置を用いることでモータを制御して加工部材を第2位置又は地点(例えば、x、y、又はz軸位置)まで移動させることができる。
【００４７】
幾つかの実施形態では、システムは、切削工具が設計経路(例えば、所定の経路)上に又は補正半径内に位置しているのでシステムが切削工具の位置を修正できることを、ユーザに知らせることができる。幾つかの実施形態では、システムは、切削が設計経路上になく補正半径内にも位置していないことをユーザに知らせることができる。システムは、さらに、切削工具を設計経路に又は補正範囲内に置くため、切削工具の位置又は切削工具の移動方向を修正できることをユーザに知らせることができる。システムは、発光ダイオード又は他の光源、音声信号、警報、チャープ、又は振動を用いて表示装置を介して1つ又は複数の表示を視覚的に発することができる。幾つかの実施形態では、工具が許容範囲を超えて設計経路から逸れているという表示には、工具が材料への作業を停止できるようにするため、切削工具を自動的に停止したり、切削又は線引き工具のz軸を調節したりすることが含まれる。幾つかの実施形態では、システムは、例えば設計経路がどこに位置しているか及びどこへ進めばよいかをユーザに指示する光線を照射することなどによって、材料の表面上で設計経路を示すことができる。例えば、エラーを確認すると、システムは、工具の位置を自動補正半径内又は設計経路に戻すには工具をどの程度調節すべきかをユーザに示す光線を照射できる。
【００４８】
幾つかの実施形態では、サーベル鋸、ジグソー、ルーター、又はドリルのような複数の切削又は線引き工具をこのシステムと共に用いることができる。工具に対して小規模の/一時的な修正を行うことなく、ユーザが、本開示の様々な側面を様々な切削又は線引き工具と組み合わせて使用できるようシステムを構成できる。例えば、システムは、フレーム、カメラ、表示装置、計算装置を含むことができる。フレームは、切削工具がフレームに正しく取り付けされるよう構成できる。カメラはフレームに結合するか、切削工具に取り付ければよい。カメラを取り付けると、カメラと切削又は線引き工具(例えば、ドリルビット)との間のベクトルオフセットを取得するように、システムは自動又は手動で較正できる。
【００４９】
幾つかの実施形態では、システムは、マッピングと場所特定機能を実行するよう構成された自立型装置であって、ユーザにその装置の現在位置を示すよう構成された自立型装置を含むことができる。幾つかの実施形態では、この自立型装置は切削又は線引き工具に取り付ければよい。幾つかの実施形態では、この自立型装置は自動修正機能を備えていなくてもよい。幾つかの実施形態では、この自立型装置は表示装置又はカメラを含むことができる。幾つかの実施形態では、この自立型装置は設計経路を確認し、工具が設計経路から逸れたことを検出できる。この自立型装置は、例えば、表示装置、材料表面への光の照射、音声信号、又は音声ナレーションによってエラーを示すことができる。
【００５０】
図１を参照すると、作業を行うために工具を案内するための装置の一実施形態の代表的な例が示されている。幾つかの実施形態では、この装置は、フレームとそのフレーム内に取り付けられた工具(例えば、図１の例ではルーター)とを含む。フレームはユーザが手動で位置決めできる。この装置は、フレーム内の工具位置を調節して工具を設計図に従って案内若しくは調節でき、又はユーザの大雑把な位置決めの誤差を補正できる。この装置は表示装置を含むこともでき、対象材料をマッピングしてそれを表示装置に表示できる。幾つかの実施形態では、対象材料上のマーカー(例えば、ステッカー)が識別特徴を与えることにより、対象材料のマップを生成する助けとなる。この装置は、オンラインストアからデザイン又は設計図をダウンロードすることでそれを取得できる。この装置は、所望の切削パターンを示したデザインを備えた対象材料のマップを表示できる。
【００５１】
図2を参照すると、目標経路領域を辿るように工具を自動的に案内し、設計図に従って作業を行うための装置の代表的な例が示されている。幾つかの実施形態では、複雑な経路を辿るには、この装置のユーザは、フレームをその経路の大雑把な近似値で移動させればよい。この例では、点線は、工具の位置が調節されなければ工具がとるはずの経路を示し、実線はその実際の経路、例えば、米国南東部の輪郭である。この例では、ユーザはフレームを握って、工具を概ね点線沿いに案内すれば、工具が実線に沿って切削するように自動調節できる。幾つかの実施形態では、この装置は、切削工具の位置(例えば、x軸位置、y軸位置、又はz軸位置の1つ以上)と切削工具の所望の位置とに基づいて、ドリルビット又は他の切削工具を自動的に調節する。x軸とy軸は交差して材料の表面に実質的に平行な(例えば45度以内)x-y平面を形成できる一方で、z軸はx-y軸により形成される水平平面に実質的に垂直(例えば垂直から45度)又は直交する。幾つかの実施形態では、この装置が図2の設計図1205のような所望の設計図に従って切削工具を自動調節する(例えば、x、y、又はz位置)一方で、この装置のユーザは、図2の点線1210(又は図23の経路406)に沿って装置を移動させることができる。例えば、この装置は、デザインを備えた目標表面に対して切削工具の現在位置を識別又は検出できる。すると、この装置は、現在の位置をデザイン又はマップの所望位置と比較し、切削工具を調節できる。例えば、加工部材又は切削工具先端が材料表面の1インチ上にあると判断されると、システムは、切削部材先端を下降させて材料表面に接触させるよう決定できる。別の例では、デザインが材料に穴を0.5インチの深さまで開けることを示していれば、システムは、先端のz軸位置を求めて、求められたz軸位置に基づいて先端を材料の0.5インチの深さまで挿入できる。例えばシステムは、加工部材又は切削工具を、材料の表面を0.5インチ超えて延伸させるようモータに命令できる。
【００５２】
図3を参照すると、工具を自動的に案内するためのシステムの一実施形態の例示的なブロック図が示されている。幾つかの実施形態では、システム680はスマート装置681を含む。スマート装置681は、少なくとも1つの中央演算処理装置(「CPU」)又はプロセッサ683を含むことができ、さらに、1つ又は複数の処理を実行するソフトウェアコード685、少なくとも1つのメモリ687、又は少なくとも１つの表示装置689を含むことができる。スマート装置681は、自己完結型ユニットを含むこともできるし、スマート装置681は、自己完結型でなくすなわち分離された構成要素を含むこともできる。例えば、表示装置689は、スマート装置681につないでもよいし、スマート装置681のハウジング内部に組み込んでもよい。幾つかの実施形態では、スマート装置681は、システム680が自己完結型の携帯ユニットとなるようにこのシステムの一部として一体化できる。
【００５３】
幾つかの実施形態では、システム680は、工具の位置特定を容易にするための1つ又は複数のセンサを含むことができる(例えば、IR、レーザ、超音波距離測定など)。例えば、幾つかの実施形態では、システム680は、作業を行う材料のマップ684を作成するため、スマート装置681と組み合わせて使用できるカメラ682を含むことができる。任意の工具699の位置決めを行うため、カメラ682を工具699に結合又は取り付けてもよい。幾つかの実施形態では、カメラ682は表示装置689及びCPU683に接続されている。例えば、カメラ682は、任意の工具699に取り付け又は結合できるコンピュータ又はスマート装置681の一部としてもよい。ソフトウェアアプリケーション又はコード685は携帯型スマートフォンにインストールでき、このスマートフォンのカメラ、CPU、メモリ、及び表示装置を利用できる。幾つかの実施形態では、このソフトウェア又は処理の1つ又は複数の態様は、利用者書き込み可能アレイデバイス(「FPGA」)又はデジタル信号プロセッサ(「DSP」)により実行させてもよい。
【００５４】
幾つかの実施形態では、カメラ682は高フレームレートで画像を取得できる。例えば、このカメラは、材料の表面を走査して走査データ又は走査画像データを取得できる。幾つかの実施形態では、このカメラは材料の表面を走査でき、プロセッサがその走査されたものを処理して、材料の表面のマップを示す走査データを生成できる。これは、本明細書で開示する位置検出機能又はマッピング機能に役立ちうる。カメラ682は、比較的低フレームレートで画像を取得することもでき、カメラ682は1つ又は複数の光センサ(例えば、光学コンピュータマウス内のセンサ)と結合できる。これら光センサは、低待ち時間の推測航法情報を与えることができる。これら光センサはカメラ682と組み合わせて使用してもよい。例えば、カメラ682は、1秒に数回の頻度で正確な全世界測位情報を与え、感知できる遅れをもたらすことがあり、光センサを用いて最後の画像が撮影されてからの時間を埋める少ない遅れで推測航法情報を与えうる。幾つかの実施形態では、加速度計を推測航法のために用いてもよい。システム100は、走査時に被写域の正確度及び範囲を増大させ又は深さ情報を与えるため複数のカメラを用いてもよい。
【００５５】
幾つかの実施形態では、システム100は、マップ684を作成、生成、又は受け取るよう構成されている。幾つかの実施形態では、マップ684はコンピュータビジョン(「CV」)又はセンサ技術を用いて作成できる。例えば、CV技法を用いて集成写真を作成できる。集成写真の工程には、同一物体の異なる部分の写真を複数枚撮り、それら写真の少なくとも2枚をつなぎ合わせて、物体全体を網羅する少なくとも１つの全体像を作成することが含まれる。
【００５６】
幾つかの実施形態では、システム680又はプロセッサは、同時位置決め地図作成(「SLAM」)を含む技法を用いて走査データを評価するよう構成してもよい。SLAMは、作業対象の材料(すなわち「対象材料」)のマップ684を作成しつつ(例えば同時に)マップ684に対する工具699の位置を特定するためのプロセッサ683と通信可能に結合されたセンサ及び関連したソフトウェア685を用いることが含まれうる。例えば、マップの少なくとも一部を作成した後、カメラ682は作業中の材料の画像を取り込んでもよい。工具699又はリグの位置を特定するため、これら画像はスマート装置681に送り、この装置により処理できる。システム680はマップ684に基づいて取り込まれた画像を分析して、材料に対するカメラ682の位置(例えば地理的位置)を特定できる。カメラ682の位置が特定されると、幾つかの実施形態では、システム680はこのリグの位置が、リグに高剛性で取り付け可能なカメラ682の位置から既知又は特定可能なオフセットであることを識別できる。
【００５７】
様々な実施形態は、例えば、RF、近接場型の無線通信（near field communication）、ブルートゥース(登録商標)、レーザ追跡及び感知、又はワークの上で工具699の位置を特定するための他の適切な方法などの無線位置感知技術の組込などを含む、様々な他の位置処理及び特定技術を使用できる。例えば、超音波、IR距離測定、又はレーザを用いて作業領域又は材料の表面に対する工具の位置を検出できる。一実施形態に従った工具の位置の案内及び調節を容易にするため、工具の検出された位置はシステム680の他の任意構成要素に与えてよい。
【００５８】
幾つかの実施形態では、システム680は、モータシャフトの現在の配向を用いて、リグに対する工具699の位置を計算するよう構成してもよい。例えば、システム680は、モータシャフトをホーミングさせた後にホーミング工程からの1つ又は複数の動作を追跡することでモータシャフトの配向を識別してもよい。幾つかの実施形態では、システム680は、エンコーダならシャフトの配向を直接的に知ることができるのでホーミングの代わりにエンコーダを用いてもよい。オフセット及び計算を介して、システム680は、作業中の材料に対する工具699又はリグの位置を識別できる。マップ684に対して解析可能な取り込まれた画像は、例えば、木目や歪みなどの材料の特徴を含むことができ、或いは材料に配置されたマーカーを含むことができる。このマッピング及び位置特定技術の様々な側面は後に詳述する。
【００５９】
幾つかの実施形態では、システム680は、デザイン686又はテンプレートを受け取ることができる。例えば、スマート装置681は、システム680のユーザからデザイン686又はテンプレートを受け取るよう構成できる。スマート装置681は、デザイン686を受け取るよう構成された様々な入出力装置を含むか、それらにアクセスできる。幾つかの実施形態では、システム680は、ネットワークを介してデザイン686を受け取ることができる。幾つかの実施形態では、システム680は、マップ684に基づいてデザイン686を修正又は調節できる。例えば、ユーザは、作業中の材料上に所望の作業経路を生成するため、デザイン686のサイズを材料のマップ684に対して調節できる。幾つかの実施形態では、システム680は、デザインのサイズを材料の寸法に基づいて自動的に調節又は最適化できる。
【００６０】
ネットワークは、インターネット、ローカルエリアネットワーク、メトロポリタン地域ネットワーク、広域ネットワーク、イントラネット、及び携帯電話ネットワークなど他の通信ネットワークなどのコンピュータネットワークを含むことができる。こうしたネットワークを用いて、例えばラップトップ、デスクトップ、タブレット、携帯型情報端末、スマートフォン、又は携帯用コンピュータなどの少なくとも１つのユーザデバイス、システム680、又はシステム100に表示可能若しくはそれらが使用可能な小売店のウェブページ、オンラインストア、コンピュータ、又はデータにアクセスできる。
【００６１】
システム680は、幾つかの方法でデザイン686を作成、取り込み、又はロードするよう構成できる。幾つかの実施形態では、デザインはダウンロード又はそれ以外の方法で取得できる。例えば、ユーザはデザインを計算装置上で生成し、そのデザインをシステム680に転送又は他の態様で伝達できる。別の実施形態では、システム680は、サードパーティーからデザインを受け取ることができる。例えば、ユーザは、ネットワークを介してオンラインでデザインを購入し、そのデザインをスマート装置又はコンピュータ681にアップロードしてもよい。幾つかの実施形態では、システム680は、表面のマップ及びその表面上のデザイン686のマップの取り込みを容易にできる。これにより、システム680が特定の線を辿ったり、視界を遮る大型工具の下にある材料表面の画像をユーザに表示したり、表面が破片で覆われる前に又は設計図が描かれた表面が切り取られる前に、設計図が描かれた表面を初期状態で表示したりするためにシステムを設定することが容易になりうる。幾つかの実施形態では、デザイン686は、メニュー駆動のインターフェースを介して装置681上で、その元々の形状から設計、変更、操作でき、これによりユーザは、距離、角度、及び形状を入力し、又は接触式パッド又は表示装置上で図を手描きできる。
【００６２】
幾つかの実施形態では、ユーザが、システム又はリグ680を対象材料に沿って移動させる間に、スマート装置681はカメラ682からの取り込み画像を処理し、リグ680の位置を特定し、表示装置689上で所望経路をユーザに示す。一旦ユーザがリグ680を所望経路の近くに配置すると、リグ又はシステム680は、ロードされたデザイン686に従った所望の作業経路を実現するため工具699の位置を自動的に調節できる。「リグ」及び「システム」という用語は、本明細書の説明では区別なく使用できる。幾つかの実施形態では、リグは物理的な装置とその付属品とを含み、システムは物理的な装置と、その付属品と、それら物理的要素の幾つかに埋め込み又は含まれた関連した技術及びソフトウェアコードを含む。
【００６３】
幾つかの実施形態では、システム100は、対象となる領域全体が網羅されるまで、対象材料の任意経路に沿ってカメラによって取り込まれた画像に基づいてマップ684を作成する。例えば、ユーザは、対象となる領域全体が網羅されるまで、任意経路で材料表面をカメラで走査させることができる。幾つかの実施形態では、カメラ682が材料の一領域を走査又は通過するようにリグ100から取り外し可能となるよう、システム100を構成してもよい。システム100は、カメラ682が取得した画像をつなぎ合わせることができる。例えば、システム100は画像モザイクソフトウェアコード685を用いて、材料表面の対象領域の統合されたマップ684を作成できる。システム100はマップ684をメモリ687に格納できる。マッピングされた材料のカメラ682が撮影した画像を受け取ると、システム100は、この画像をメモリ687に保持されたマップ684と比較でき、さらに、位置及び配向を求めることもできる。例えば、システム100は、この比較に基づいて、工具、ドリル、システム、切削部材、載置台、又はリグの位置を特定できる。
【００６４】
幾つかの実施形態では、システム680によって、ユーザは、マップ684が作成された後でデザイン686を作成し且つロードできる。例えば、マップ684がスマート装置681(例えばコンピュータ)で作成された後に、ユーザはデザイン686を、生成されたマップ684上に直接プロットすることによってコンピュータ上でデザインを作成できる。例えば、ユーザは、ドリル穴を開けたい木材片の箇所に印を付けてもよい。ソフトウェアコード685の技法及び特徴(コンピュータ利用設計・製造を含む)を用いて、デザインを正確な測定値で作成できる。次に、ユーザが材料に戻ると、マップ684上でのカメラ682の位置は、設計図686がマップ684に重ね合わされた状態で、画面又は表示装置689で表示できる。例えば、システム680は、表示装置上に、材料表面に対する位置(例えば、センサ、装置、切削工具、又は線引き工具の位置)の表示が重ね合わされたマップ画像を表示できる。幾つかの実施形態では、システム680は、マップに対する工具の地理的位置(geo location)を識別できる。例えば、カメラ682はドリルに取り付け、デザイン686で指定された目標ドリル位置に対するドリルの位置を正確に求めるために用いることができ、これによりユーザによるドリルの正確な位置調整が容易になる。
【００６５】
幾つかの実施形態では、システム680は、対象材料の視覚的特徴を使用してマップを作成し且つカメラの位置を追跡するよう構成されている。幾つかの実施形態では、ソフトウェア685は、木目、欠陥、又は傷などの材料の可視特徴を使用して、マップを作成し且つカメラの位置を追跡するための命令を含んでいる。対象材料は、マッピング及び追跡機能を向上させるため変更してもよい。例えば、色で塗りつぶしたプラスチックは、システム680が効果的にマッピングし且つ追跡するには未分化の度合いが高すぎることがある。従って、ユーザは、例えば、なんらかの方法で追跡可能な特徴を付加するために材料表面を変更してよい。別の例では、システム680は、マーカーに、追跡可能な特徴を任意に付加するよう指示できる。例えば、付加可能な特徴には、典型的には不可視だが、紫外線又は他の光を当てると不可視スペクトル又は可視スペクトルにおいて可視になるこの材料に加えるインクが含まれ、これにより、ワークが完成すると目に見える印はまったく見あたらないが、カメラはこの不可視インクのパターンを追跡できるようになる。幾つかの実施形態では、ユーザは、後に取り除くことができるマーカー付きのステッカーを付けてもよい。例えば、プロジェクターなどを使って特徴を材料に投影することもできる。或いは、もしユーザが後に材料を塗料で塗りつぶすか、他の理由で材料の外観が気に入らない場合は、ユーザは鉛筆又はマーカーで材料を塗ればよい。
【００６６】
幾つかの実施形態では、マーカーテープ又はステッカーは、テープの全長にわたって一意の配列のバーコードを含むことができる。幾つかの実施形態では、このマーカーテープは、装置が引っかかったり邪魔されたりすることなくマーカーテープの上を通過できるよう薄くできる。幾つかの実施形態では、このテープは、この装置がその上を通過する際には張り付いた状態を維持するが、このプロジェクトが完了した時点で容易に取り外せるように設計、作製できる。マーカーテープ材料には、例えば、ビニール又は他の任意適切な材料が含まれる。
【００６７】
カメラが材料を追跡できない場合、十分正確にそれができない場合、材料が追跡に適していない(例えば平らでない表面などのため)場合、又はカメラが表面を直接追跡できない他の任意理由がある場合は、カメラは材料から離れた他のマーカーを追跡してもよい。例えば、ユーザは固有の特徴や印を備えた壁を、作業対象の材料の上、下、又は側部の周りに設けてもよい。これら周りを囲む表面上の特徴又は印により、カメラは、材料上の又は材料に対するその位置を特定可能となる。様々な実施形態では、異なる種類の位置決め技術又は装置を、追跡機能を実行することなく材料の外観を記録するために主に使用されるカメラと組み合わせて、工具699又は載置台690の位置特定に用いることができる。位置決め技術は、例えば、超音波、IR距離測定、又はレーザが含まれる。
【００６８】
システム680は、載置台690又は工具699が取り付けられた可動プラットフォームの地理的位置を調節することによって工具699の正確な位置を調節できる。載置台690は、モータシャフトに結合された偏心器(eccentric)に接続されている。モータシャフトが円形路を移動すると、偏心器が載置台690を複合弧及び複合経路に沿って移動させる。旋回軸694を載置台に結合でき、この旋回軸は第2又は旋回軸モータシャフトにも結合されている。旋回軸694は、360度範囲内における載置台の動きを制御するため、載置台690を押したり引いたりするよう構成できる。偏心器の回転を制御することで、システム680は載置台を範囲内のほぼすべてのXY位置に配置できる。
【００６９】
幾つかの実施形態では、システム680は、工具の案内を容易にするため参照ルックアップテーブルを使用する。例えば、参照ルックアップテーブルは、所望の載置台位置に関連したモータの座標を含むことができる。幾つかの実施形態では、システム680は、載置台690及び載置台690に接続された工具699の切削ビットを所望の位置まで移動させるモータを調節するため使用可能な計算を実行できる。幾つかの実施形態では、システム680は、載置台690及び旋回軸694を位置決めすることで、工具699を2次元平面内で360度動かすことができる。例えば、工具の切断具は、目標範囲408の360度領域内の任意場所に移動可能である。
【００７０】
幾つかの実施形態では、電気モータが、載置台690及び旋回軸694を移動させ、位置決めし、又は調節できる。載置台モータコントローラ691は載置台モータ210を制御できる。旋回軸モータコントローラ695は旋回軸モータ220を制御できる。載置台モータコントローラ691及び旋回軸モータコントローラ695は、スマート装置681から所望の位置又は座標を含む情報を受け取ることができる。受け取られた情報に基づいて、載置台モータコントローラ691及び旋回軸モータコントローラ695は、それぞれのモータ210及び220を作動且つ制御して載置台690及び旋回軸694を適切又は所望の位置に配置することで工具を所望の地理的位置に位置決めする。
【００７１】
幾つかの実施形態では、スマート装置681は、工具699と通信し、それから情報を受信し、それを制御する。例えば、スマート装置681は、電源をオン又はオフしたり、速度を増減したりする命令を送ることができる。幾つかの実施形態では、これら命令は、ユーザが材料の所望経路に十分近いか近接しているとき、例えば工具699の深さを調節することでいつ対象材料に係合するかを信号で伝えることができる。
【００７２】
図4は、作業を対象材料に対して行うための方法600の一実施形態の例示的フローチャートを示す。例えば、方法600は、ルーターに基づく実施形態を用いて加工表面の切削を容易にするものである。幾つかの実施形態では、動作602において、ユーザは、材料から切り出したいと望むデザインを見つけ又は作成できる。幾つかの実施形態では、この作業は複数の作業(例えば、全体の作業の一部であり得る第1作業及び第2作業)を含むことができる。例えば、材料からデザインを切り取るという作業は、デザインの第1部分を切削する第1作業と、デザインの第2部分を切削する第2作業とを含むことができる。幾つかの実施形態では、第1及び第2作業はかなり似ていることもあるが(例えば同一種類の切削又は線引き工具)、他の実施形態では、第1及び第2作業は異なることがある(例えば、異なるドリルビット又は線引き工具、異なる種類の切削工具、異なるユーザデバイス、材料の異なる領域など)。
【００７３】
この設計図を識別する前か後に、ユーザは材料又は材料シートの表面をマッピングできる。この材料に印が十分存在していれば、ユーザはその材料自体を使用してよい。しかし、動作604において、もし材料が平坦な表面を備えるか印が限られていれば、ユーザは材料の上にマーカーを配置できる。マーカーには、例えば、プリンタマーカーステッカー又は容易に識別可能な他の種類の適切な表示が含まれる。
【００７４】
幾つかの実施形態では、動作606において、走査データを取得するため、センサは材料を走査できる。例えば、カメラが、材料及び様々なマーカーを走査してマップを作成する。CPUはセンサ又はカメラにより取り込まれた画像を処理し、マップ又は走査データを生成することができる。このマップのサイズ及び形状は、所望の幾何学形状に合わせて適切に操作できる。幾つかの実施形態では、動作608において、切削設計図を作成するため、このデザインは、このマップに位置合わせされ又はそれ以外の方法で関係付けられる。
【００７５】
幾つかの実施形態では、動作610において、切削工具が作業を行うために準備される。例えば、ユーザは、ビットを装着、調節、又は固定し、それをリグに取り付け、ルーターを始動させることができる。幾つかの実施形態では、このシステムは、例えば、ユーザによるリグ100の特定方向への移動の動作検知を含む、1つ又は複数のパラメータに応答したソフトウェア開始処理を介してルーターを始動させることができる。
【００７６】
幾つかの実施形態では、動作612において、システムは様々な設定を受け取ることができる。例えば、ユーザは、切削工具のビットの幅、工具の所望範囲修正の範囲(例えば面積)、十字線のサイズ、又は切削工具の速度を設定できる。この後、作業を開始するための命令をソフトウェアに与えることができる。
【００７７】
幾つかの実施形態では、動作614において、リグが所望の経路に隣接して配置され、システムが工具の位置を、所望経路に沿った開始調節範囲位置に自動的に調節できるようになる。するとユーザは、例えば図3に関して本明細書で説明した一定速度方針を実行できる。幾つかの実施形態では、一旦、工具が設計図の周りを完全に移動した時点で(動作616)、ユーザは装置及び作業成果物を材料から除去できる。
【００７８】
図5は、一定速度方針に関する方法650の一実施形態の例示的フローチャートを示す。図3の処理は、ユーザが、ルーターをリグに取り付け済みであり、材料をマッピングしてデザインもロード済みであると仮定している。幾つかの実施形態では、動作651において、ユーザはこの工程を開始して材料を切削できる。この工程は、工具を材料上の、設計図又は経路の範囲内の点に移動することを含むことができる(動作653)。例えば、ユーザは工具を移動させてもよいし、工具が遠隔制御されるようにしてもよい。
【００７９】
幾つかの実施形態では、この工程は、工具の位置に基づいて、リグの調節範囲内に設計図上の点が存在するかを判断する段階を含む(動作655)。範囲内に点がない場合は、この工程は、通知を送る(例えば、表示、音声、振動、光、又はLEDを介して)段階と、ユーザが装置を調節範囲内に移動させるまで待つ段階(動作657)とを含む。
【００８０】
幾つかの実施形態では、調節範囲内に点が存在すれば、この工程は、動作659において、工具に最も近い設計図上の点を目標点として設定する段階を含む。幾つかの実施形態では、この工程は、工具を目標点に移動し、材料を切削する段階を含むことができる(動作661)。
【００８１】
幾つかの実施形態では、この工程は、新たな目標が調節範囲内に存在するかを判断することで第2目標を作成する段階を含む(動作663)。第2目標が存在する場合、この工程は、第2目標点を新たな目標として設定する段階を含む(動作665)。この装置は時計回りに移動を継続でき、古い目標点から新たな目標点まで切削する。幾つかの実施形態では、この工程は、工具又はルーターが古い目標点から新たな目標点まで切断する間に、調節範囲内で次の目標点を識別する段階を含むことができる(動作663)。例えば、最適又は所望の第2目標の特定は、連続的で且つカメラにより検出されシステムにより処理された画像又は様々な画像に基づくものとしてもよい。
【００８２】
幾つかの実施形態では、範囲内に目標点がない場合、この工程は目標点をクリアする段階(動作667)と、調節範囲内に点が存在するかの特定を動作655で開始する段階を含む。幾つかの実施形態では、この工程は、工具が例えば時計回り方向のような特定の方向で設計図のすべての又は一部を通過し終わるまで継続する。
【００８３】
幾つかの実施形態では、マッピング段階は、材料のサイズがデザインより大きい場合は抜かすことができる。例えば、ユーザが、デザインの一領域（例えば、右上角）に対応する開始点を特定して、システム800が画像の塗装を開始してもよい。
【００８４】
ここまで説明してきた実施形態は、載置台に取り付けられた工具を収容するリグに焦点を当てたものであり、この載置台は1つ又は複数のモータによって移動又は制御されている。直線設計は、モータにより移動されるルーターに関するもので、このルーターは直線載置台に接続されている。こうした例では、ルーターは別個のユニットとして取り付け又は装着されている。しかし、システムは単一ユニットとして設計して、載置台、載置台を移動させるモータ、コントローラなどすべてを同一ハウジング内に収容し且つ工具のハウジングと動力と同一の動力システム内に含ませることができる。例として、ルーターハウジングは、載置台及びモーターを収容できるよう拡大し、ハウジングと一体化した表示装置を含むようにできる。そうした実施形態を介して、フォームファクターが向上して一体型工具のような外観となりうる。
【００８５】
本明細書の実施形態は、すべてを網羅することを意図していない。本明細書で説明した概念を用いた他の実施形態は可能である。さらに、これら実施形態の構成要素は様々な異なる方法で実装できる。例えば、直線載置台、ヒンジ継手、電磁スライダ、又は他の位置決め機構を用いて、工具又は工具が設置された載置台を、その検出位置及びその意図した位置に応答して調節できる。
【００８６】
一例として、本明細書に記載のシステム及び方法は、ドリル、釘打ち機、及び固定位置で動作する他の工具と共に用いることもできる。こうした実施形態では、工具とソフトウェアを修正して、設計図が完全なデザインでなく1つ又は複数の目標点を含むようにすればよい。こうした装置は、目標点が調節範囲内に位置するようにユーザにより動かすことができる。すると、ソフトウェアが工具を正しい目標位置まで移動可能となる。するとユーザは、この工具を使って穴を開けたり、釘を打ったり、他の動作を実行したりできる。
【００８７】
幾つかの実施形態では、この工具は、自動調節を行わないでも作業の実行を補助できる。例えば、載置台、旋回軸、モータ、偏心器は取り除いてもよい。工具は下部載置台ハウジングに取り付けることができる。ソフトウェアを修正して、設計図に1つ又は複数の目標点が含まれるようにできる。ユーザは、工具が目標位置の真上に位置するよう装置を移動させることができる。ユーザは、表示装置で示された位置フィードバックを用いて正確な位置決めが可能である。
【００８８】
幾つかの実施形態では、本開示は、糸鋸の案内又は位置決めを容易にする。糸鋸の刃を回転させ刃の方向に進めることができるが、刃に直角に移動させれば折れてしまう。本開示は、位置決め載置台の上に設置可能な回転載置台を含むことができる。糸鋸はこの回転載置台に取り付ければよい。ソフトウェアを修正して、糸鋸が設計図を辿り、正しい向きに回転し、糸鋸が刃に対して直角には移動しないようにできる。幾つかの実施形態では、サーベル鋸を糸鋸の代わりに使用して同様の効果を得ることができる。こうした切削手段は回転載置台を回転させることで方向操作でき、切削手段は位置決め載置台を移動させることで切削方向に沿って移動させることができる。
【００８９】
幾つかの実施形態では、システムは、回転はサポートするが平行移動はサポートしない。例えば、システムは、スクローリング糸鋸(scrolling jigsaw)(例えば、本体とは独立して回転できる刃を備えた糸鋸)の刃を自動的に配向できる。この実施形態では、ソフトウェアは刃を操作して正確なコースに向けることができ、ユーザは、その位置を制御する役目を果たすことができる。
【００９０】
幾つかの実施形態では、システムはたすき鋸(scroll saw)の位置決めができる。例えば、カメラをたすき鋸に結合して、ユーザは材料を動かせばよい。たすき鋸の上部及び下部アームは、それらがコンピュータ制御により独立して移動できるように機械化できる。次に、ユーザは、設計図がたすき鋸の調節範囲に位置するように材料を移動さると、ソフトウェアがたすき鋸を調節して設計図を辿る。幾つかの実施形態では、これら上部及び下部アームは、同一位置に移動させてもよいし、材料に直角でない切削を行うために独立して移動させてもよい。
【００９１】
幾つかの実施形態では、位置修正装置を移動式プラットフォームに取り付けることができる。例えば、この装置は材料の上に置いて、それ自身を駆動するように放置しておいてもよい。この装置は、2つの移動式プラットフォームが切刃又は切断ワイヤをそれらの間で引っ張るような代替的な実施形態でも使用できる。例えば、各プラットフォームは独立して制御して、例えば発砲体を切るために切断線が三次元で任意に移動できるようにしてもよい。
【００９２】
幾つかの実施形態では、システムは、位置修正機構が搭載されたドーザーのような車両又は作業機器に結合又はそれ以外の態様で取り付けてもよい。例えば、ハイブリッド位置決めシステムの幾つかの実施形態は、第1範囲内までの精度を備えた第1位置修正システムと、第1範囲より正確な第2範囲までの精度を備えた第2位置修正システムとを備えた車両を含むことができる。この車両は地面に敷かれた鋼板のような材料シート上を駆動させることができ、プラズマ切断機のような切削工具を用いてこの材料を切断できる。幾つかの実施形態では、本開示は、プロット用具又は塗装装置が例えばフットボール場に線を引いたり、建築現場で印し付けをしたりする助けとなりうる。例えば、この車両は、車両(又は工具)の材料上の位置を特定し、材料のどこを切断又は印付けするかを識別し、工具を調節して適切な位置で材料を切断又は印付けするために、切断機又は他の工具と、カメラと、本明細書で記載した制御回路とを含むよう構成されたフォークリフト式の車両などの産業用車両を含むことができる。
【００９３】
図6は、例示的な実装例によるコンピュータシステム600のブロック図である。コンピュータシステム600を用いてシステム680を実装できる。計算機システム600は、情報を伝達するためのバス605又は他の通信構成要素と、情報処理のためにバス610に結合されたプロセッサ605又は処理回路とを含む。計算システム600は、情報処理のためにバスに結合された1つ又は複数のプロセッサ610又は処理回路を含むこともできる。計算機システム600は、情報とプロセッサ610に実行される命令とを格納するためにバス605に接続されたランダムアクセスメモリ(RAM)又は他の動的記憶装置などの主メモリ615も含んでいる。主メモリ615は、プロセッサ610による命令の実行時に位置情報、一時変数、又は他の中間情報を格納するためにも使われる。さらに、計算機システム600は、静的情報およびプロセッサ610の命令を格納するためにバス605に接続された読取り専用メモリ(ROM)1220または他の静的記憶装置も含むことができる。情報および命令を永続的に格納するため固体デバイス、磁気ディスク、または光学ディスクなどの記憶装置625がバス605に結合されている。
【００９４】
計算機システム600は、ユーザに情報を表示するため、液晶表示装置またはアクティブマトリックス表示装置などの表示装置635にバス605を介して接続することもできる。情報および選択した指令をプロセッサ610に伝達するため、英数字および他のキーを含むキーボードのような入力装置630をバス605に結合できる。別の実装例では、入力装置630はタッチスクリーン表示装置635を備える。入力装置630は、方向情報および選択された指令をプロセッサ610に伝達し、かつ表示装置635上でのカーソルの動作を制御するため、マウス、トラックボール、またはカーソル方向キー(cursor direction key)などのカーソル制御装置を含むこともできる。
【００９５】
様々な実装例によれば、本明細書に記載された処理は、主メモリ610に含まれた一連の命令を実行するプロセッサ615に応答して計算機システム600により実装できる。こうした命令は、記憶装置625などの別のコンピュータ可読媒体から主メモリ615に読み込み可能である。主メモリ615に保持された一連の命令の実行によって、計算機システム600は、本明細書に記載された例示的な処理を実行する。主メモリ615に保持された命令を実行するため、多重処理構成の1つ又は複数のプロセッサを利用してもよい。代替的な実装例では、例示的な実装例を実施するため、ソフトウェア命令に代えてまたはそれらと組み合わせてハードワイヤード回路を使用してもよい。よって、実装例は、ハードウェア回路又はソフトウェアの特定の組合せに限定されるものではない。
【００９６】
例示的な計算機システムを図6に記載したが、本明細書に記載した主題および機能動作は、他の種類のデジタル電子回路又はコンピュータソフトウェア、ファームウェア若しくは本明細書で開示された構造体およびその構造的等価物を含むハードウェア若しくはそれらの1つ又は複数の組合せで実装できる。
【００９７】
本明細書に記載した主題及び動作の実装例は、デジタル電子回路又はコンピュータソフトウェア、ファームウェア若しくは本明細書で開示された構造体及びその構造的等価物を含むハードウェア又はそれらの1つ若しくは複数の組合せで実装できる。本明細書に記載した主題は、1つ又は複数のコンピュータプログラムとして、すなわち、データ処理装置による実行又はデータ処理装置の動作制御のため1つ又は複数のコンピュータ記憶媒体で符号化されたコンピュータプログラム命令の1つ又は複数の回路として実装できる。代替的に又は付加的に、これらプログラム命令は、データ処理装置により実行するため適切な受信装置への送信用に情報を符号化するため生成される、例えば機械生成の電気、光学、又は電磁気信号などの人工生成伝搬信号で符号化できる。コンピュータ格納媒体は、コンピュータ可読記憶装置、コンピュータ可読格納基板、ランダム又はシリアルアクセス記憶装置アレイ若しくはデバイス、又はそれらの1つ若しくは複数の組合せとすることができ、或いはそれらに含まれていてもよい。さらに、コンピュータ格納媒体は伝搬信号ではないが、コンピュータ格納媒体は、人工生成伝搬信号で符号化されたコンピュータプログラム命令の供給源又は出力先となりうる。コンピュータ格納媒体は、1つ若しくは複数の別々の構成要素又は媒体(例えば、複数のCD、ディスク、又は他の記憶装置)とすることができ、又はそれらに含まれていてもよい。従って、このコンピュータ格納媒体は有形かつ非一時的である。
【００９８】
本明細書に記載された動作は、1つ又は複数のコンピュータ可読記憶装置に格納された又は他の供給源から受け取られたデータに対してデータ処理装置によって実行できる。
【００９９】
「データ処理装置」または「計算装置」という用語は、例示的には、プログラマブルプロセッサ、コンピュータ、チップ搭載システム、それらの複数または組合せを含む、データを処理するための様々な装置、デバイス、機械を包含する。こうした装置は、例えば、FPGA（利用者書き込み可能ゲートアレイ）又はASIC（特定用途向けIC）などの専用論理回路を含むことができる。さらに、この装置は、ハードウェアに加え、例えば、プロセッサファームウェア、プロトコルスタック、データベース管理システム、オペレーティングシステム、クロスプラットフォームのランタイム環境、仮想マシン、これらの1つ又は複数の組合せなどを構成するコードなど、当該コンピュータプログラムの実行環境を作成するコードを含むことができる。これら装置及び実行環境は、ウェブサービス、分散形計算及びグリッドコンピューティング・インフラストラクチャなどの様々な異なる計算モデルインフラストラクチャを実現できる。
【０１００】
コンピュータプログラム(プログラム、ソフトウェア、ソフトウェアアプリケーション、スクリプト、又はコードとも呼ばれる)は、コンパイル済み若しくは解釈実行言語又は宣言型若しくは手続き型言語を含む任意形式のプログラミング言語で書くことができ、こうしたプログラムは、スタンドアローン形式のプログラム若しくは回路、構成要素、サブルーチン、オブジェクト又は計算環境における使用に適した他の単位を含む任意形式で導入できる。コンピュータプログラムは、ファイルシステムのファイルに対応できるが、必ずしもそうである必要はない。プログラムは、他のプログラム又はデータ(例えば、マーク付け言語文書に格納された1つ又は複数のスクリプト)を保持するファイルの一部、このプログラム専用の単一ファイル、又は多数の調整ファイル(coordinated files) (例えば、1つ又は複数の回路、サブプログラム、又はコードの複数部分を格納するファイル)に格納できる。コンピュータプログラムは、単一のコンピュータ又は単一サイトに配置された複数のコンピュータ若しくは複数サイトに分散されて通信ネットワークにより相互接続した複数のコンピュータで実行されるよう導入できる。
【０１０１】
コンピュータプログラムの実行に適したプロセッサは、例示目的だが、汎用及び専用マイクロプロセッサ並びに任意種類のデジタルコンピュータの１つ又は複数のプロセッサを含む。一般に、プロセッサは、読取り専用メモリ又はランダムアクセスメモリ或いはそれら両方から命令及びデータを受け取る。コンピュータの不可欠な要素は、命令に従って動作を実行するためのプロセッサと、命令及びデータを格納するための１つ又は複数の記憶装置とである。一般に、コンピュータは、例えば、磁気ディスク、光磁気ディスク、又は光ディスクなどの１つ又は複数の大容量データ記憶装置を含むか、それらからデータを受信又は転送、或いはその両方を行うため機能的に接続されている。しかし、コンピュータはそうした装置を備えている必要はない。さらに、コンピュータは、一部しか列挙しないが、例えば、携帯電話、携帯型情報端末(PAD)、携帯オーディオ若しくはビデオプレーヤ、ゲームコンソール、全地球測位システム(GPS)受信機、又は携帯用記憶装置(例えば、ユニバーサルシリアルバス(USB)フラッシュドライブ)などの別の装置に埋め込んでもよい。コンピュータプログラム命令及びデータを格納するのに適した装置は、例えば、EPROM、EEPROM、及びフラッシュメモリ装置などの半導体記憶装置、例えば、内部ハードディスク又はリムーバルブディスクなどの磁気ディスク、光磁気ディスク、並びにCD-ROM及びDVD-ROMディスクを含むあらゆる形式の不揮発性記憶装置、媒体及び記憶装置を例えば含む。こうしたプロセッサ及びメモリは、専用論理回路により補足するかそれに組み込み可能である。
【０１０２】
ユーザとのインタラクションを実現するため、本明細書に記載された主題の実装例は、情報をユーザに表示するための、例えば、CRT(ブラウン管)またはLCD(液晶表示装置)モニタなどの表示装置と、ユーザがコンピュータに入力を与えるのに使用できるキーボードと、例えばマウスやトラックボールなどのポインティングデバイスとを備えたコンピュータで実装できる。他の種類のデバイスを使ってもユーザとインタラクションを実現できる。例えば、ユーザに与えられるフィードバックは、視覚フィードバック、聴覚フィードバック、又は触覚フィードバックなどの任意形式の感覚フィードバックでよく、ユーザからの入力は、音響、音声、又は触覚入力を含む任意形式で受信できる。
【０１０３】
図7Aを参照すると、設計図及び印付け材料702の一実施形態の代表的な例が示されている。印付け材料704を付加することで対象材料のマッピングが容易になりうる。例えば、対象材料は、識別用の印を十分に備えていないことがある。識別用の印(例えばステッカー、インク、鉛筆)を対象材料に加えることで、システム680が、対象材料をマッピングし且つ切削工程時に切削工具の位置を追跡することが容易となりうる。この例では、設計図は国の形状をしている。印付け材料を対象材料の表面に配置して、対象材料のマッピング、位置の追跡、及びデザインに従った位置の調節を容易にすることができる。
【０１０４】
図7Bを参照すると、位置決めマーカー706の一実施形態の代表的な例が示されている。位置決めマーカー706は設計図の一部として含めてもよいし、設計図を形成するために使用されるある種類の印付け材料702を指すことができる。位置決めマーカー706は対象材料上に配置し、システム680によってこの対象材料をマッピングし、材料の表面に対する切削工具の位置を追跡することができる。
【０１０５】
位置決めマーカー706は、それらがシステムによって容易に検出し且つ読む(例えば、カメラ又はセンサ682を介して)ことができるように設計、作製、又は構成できる。例えば、位置決めマーカー706は、2値化画像を表すドミノを含むことができる。2値化画像は、2色を備えた画像などの2値を備えた画像を含むことができる。幾つかの実施形態では、これら2色は、これら2色の第1色がこれら2色の第2色と対照をなすように選択できる。例えば、これら2色は、白と黒、赤と白、橙と青、緑と紫などを含むことができる。ドミノに基づいた位置決めマーカー706は、システム680が容易に速く読むことができる。所定数の特徴(例えば、ブラブ710)を備えた位置決めマーカー706を使用することで、位置決めマーカー706を2値化画像コンター木(contour tree)から速く読むことができる。さらに、各ドミノは数を含むことができ、これが多数のドミノの追跡を容易にする。さらに、システム680は、それぞれの円710のサブピクセル正確度を容易に求めることができる。幾つかの実施形態では、角の円(例えば、710)は、複数ドミノ706のそれぞれに存在させてもよい。角の円710をそれぞれのドミノに存在させることによって、位置決めマーカー706を読むことが容易になり、特徴の大きさが均一であるため、システム680がより遠くから位置決めマーカーを読むことができるようになりうる。大きさが均一の特徴を備えることで、すべての特徴が消失する前に、特徴の一部が消失することを防止できる。例えば、すべての特徴710が同一の大きさであれば、システム680はすべての特徴を検出するか又は位置決めマーカー708が検出範囲の外にあれば、まったく検出できないかのいずれかである。
【０１０６】
実施形態によっては、位置決めマーカー706は基準マーカー708を含むことができる。基準マーカーは、最小計算パワーを備えたシステム680が検出できるマーカーを指すことができる。幾つかの実施形態では、システム680は、位置決めマーカー706を白黒画像(例えば一つの可能性としてはグレースケール又はフルカラーなどのより多くのデータを備えた画像の2値化として)である入力から直接的に検出できる。
【０１０７】
幾つかの実施形態では、システム680は、2値化画像のコンター木を用いて位置決めマーカー706を検出できる。コンター木はブラブ木を指すことができる。ブラブは同じ色の領域を指すことができる。コンターは、ブラブ又は同じ色の領域の境界線を指すか含むことができる。ブラブは、円、正方形、三角形、多角形、長円、楕円、長方形、五角形、外形、又はシステム680が位置マーカーを検出可能とする他の形状などの形状を備えることができる。
【０１０８】
幾つかの実施形態では、ブラブは木に編成して、この木の各ノードが1つのブラブに対応するようにできる。さらに、ノードは別のノードの子となることができるが、それはその子ブラブが親ブラブにより包囲されている場合である。例えば、大文字「B」の画像では4つのブラブが存在する。すなわち、白い背景、文字の黒、Bの内側部の2つの白いブラブである。この文字が背景の子になり、2つの内側ブラブが両方ともこの文字の子になるように、これらが木として構成されている。
【０１０９】
幾つかの実施形態では、位置マーカーは、図7Bに示されたようにドミノを含むことができる。四角形のドミノが図7Bに示されているが、パターン又は他の形状のブラブを備えた他のマーカーを使用してもよい。例えば、長方形マーカー708のかわりに、このマーカーは、多角形、円形、楕円、正方形、三角形、五角形などでよい。ブラブ710は円でも他の形状でもよい。これらマーカーの集まり又は複数のマーカーは、光景706、複数のマーカー706、又は複数の候補位置マーカー706と呼ぶことができる。任意のマーカー708が候補マーカーとなりうるのは、システム680が初期処理を実行して、この画像を識別し且つこの画像が閾値テスト又は判断基準(例えば、ブラブが所定の位置に存在するか、パターンが存在するか、又はこの画像が位置マーカー708に対応する画像を示す他のシグニチャ)を満たしていることに基づいて位置マーカーであるかどうかを判断できるからである。
【０１１０】
これら位置マーカーは、1つ又は複数のマーカー708を含む1つ又は複数の行712と、1つ又は複数のマーカー708を含む1つ又は複数の列714とを含むことができる。幾つかの実施形態では、複数の位置マーカー706すなわち光景706は対称でよい(例えば、同一数の行と列)。幾つかの実施形態では、複数の位置マーカー706又は光景706は対称でなくてもよい(例えば、異なる数の行と列)。
【０１１１】
各ドミノ706は、コンター木に識別可能なシグニチャを含むことができる。例えば、任意のドミノは、黒いブラブ内に10個の白いブラブを含むことができる。白いブラブは子ブラブを含むことはできない。このドミノ構成は、黒い背景木の葉である10個の白い子を備えたコンター木を含むことができる。従って、システム680が、この構成(例えば、10個の白いブラブを備えた1つの黒いブラブ)を検出すると、システム680は、この黒いブラブを基準マーカーとして処理できる。この付加的処理は、このドミノをマーカーとして拒否することもあるし、或いはこのドミノを位置マーカーとして受け入れる結果となることもある。この可能性はコンター木の任意の識別可能なシグニチャまで拡張され、それには可変数の子ブラブが含まれうるが、それが十分に特徴的であってカンターのみからそれがマーカーであるという高い確率があり、より綿密に検討するための付加的な計算資源を使うことができる場合に限る。
【０１１２】
従って、システム680は、初期画像処理技法を用いて検出画像の初期評価を行うよう構成できる。この初期処理技法実行時に、システム680はコンター木を識別して、このコンター木が初期選別に一致又は満足するかを判断する。例えば、システム680が10個の白いブラブを備えた1つの黒いブラブ（例えば、ドミノ708に示したように）を検出すると、システム680は、その画像が位置マーカーを含む可能性があると判断し、さらなる処理のためその画像を転送できる。初期評価を実行することによって、システム680は画像を前もって選別し、これら画像の一部をさらなる、より集中的な計算処理のため選択できる。よって、システム680は効率を向上させ、加工表面に対する工具の位置を特定するのに用いられる計算資源の量を減少させることができる。
【０１１３】
幾つかの実施形態では、入力画像を2値化し、カンター/ブラブ木を計算し、又は既知のシグネチャを探すことによって非常に速く検出できるマーカ。幾つかの実施形態では、位置マーカーは、データを各基準に符号化することができ（例えば、708）、容易に検出できる。例えば、基準マーカー708は数を符号化することができ、これによってシステム680は光景（例えば、光景は複数の位置マーカー706を示すことができる）に存在する多数の基準を追跡(管理、維持、識別、又は測定)できる。基準708の数は光景706において一意でもよいし、光景706において固有でなくてもよい。幾つかの実施形態では、各ドミノ708のようなマーカーは、2進法で数を符号化する白いブラブのパターンを含む。
【０１１４】
幾つかの実施形態では、マーカー708は、所定位置に配置されたブラブ（例えば710）を含むことができる。マーカー708は四隅のそれぞれにブラブを含むことができ、それによりシステム680は基準マーカー708の存在だけでなく、その配置も特定できる(マーカーのカメラ682に対する位置及び配向など)。ブラブを所定の位置に含めることは、マーカー自体に符号化されたメッセージを復号するシステム680の能力を向上させることができる。例えば、ブラブがグリッド状に配置されていれば、それら隅を認識することでグリッドの配置が与えられ、システム680は各グリッド正方形を、ブラブが存在するか否かによって1又は0にマッピングできる。幾つかの実施形態では、システム680は、マーカーの所定位置にあるブラブを用いてドミノすなわちマーカー708の配置を検出できるが、符号化されたデータを別の方法でパーズできるが、これは2値化された画像/コンター木に符号化されていてもされていなくてもよい。
【０１１５】
幾つかの実施形態では、マーカー708は、フルカラー(又はグレースケール)画像まで参照することによって、サブピクセル精度で解像できる形状であるブラブを含むことができる。例えば、システム680は、ブラブを円であると識別できる(又はブラブを円であると識別するよう予め構成されている)。システム680は、2値化された画像の各ブラブのバウンディングボックスを特定できる。すると、システム680は、グレースケール画像の対応するグレースケールピクセルを用いて楕円(透視法で見た円)をピクセルにフィッテイングでき、サブピクセル精度を与えることができる。システム680は、ブラブのこのサブピクセル精度検出を用いることによってカメラに対する基準708の位置及び配向をより正確に検出できる。この位置及び配向は、3D空間におけるカメラの位置確認などのさらなる処理のために、システム680において転送できる。
【０１１６】
ここで図8A-8Bを参照すると、粉塵を誘導して抽出するためのシステム、方法、及び装置が示されている。粉塵の抽出とは、ミリング、ルーター加工、サンダー仕上げなどの加工工程時にバルクワーク(材料の表面、ワーク表面)から取り除かれた材料の微粒子の除去を指すことができる。木工の分野では、粉塵はおがくずでありうる。粉塵を効果的に除去すれば、清潔な作業環境、粉塵のない呼吸しても安全な空気の維持に役立ち、工具の近傍でその切断動作を妨げ且つ過剰な熱を発生させかねない粉塵の蓄積を防止する。さらに、木粉の蓄積は爆発の危険をもたらす可能性もある。さらに、位置確認のための光学的方法を利用する自動案内工具(システム680など)に関しては、粉塵は材料の表面に対する工具の位置を特定する工具の能力に干渉する可能性がある。本開示のシステム、方法、及び装置は、工具の作業領域から効率的に粉塵を除去する。幾つかの実施形態では、真空源がなくても、粉塵を作業領域から遠ざかるように制御された方向に送ることができる。
【０１１７】
図8Aは、一実施形態に従って粉塵を誘導しかつ除去するよう構成された工具800を示す。工具800は、回転カッター1(又は工具先端、切削部材、又は加工部材)であって、材料2内を通って軸方向、横方向、又はその組合せで移動する際に材料2を切る回転カッター1を含む。工具800は工具フレーム3を含む。工具フレーム3は、当該工具フレーム3内の空所で形成された空洞を含むことができる。空洞3は、さらに、加工材料2の一部が除去又は切り取られた箇所に空間4により形成できる。切削部材、ルータービット、又は工具の先端が空洞3を通過して延伸できる。空洞3は、1つ若しくは複数のチャンネル又はチャンネルの一部を形成できる。このチャンネルは空気流6を誘導する。複数のチャンネルが図9A-9Bに図示されている。工具は、カメラ682の1つ又は複数の機能を含みうるカメラ10を含むことができる。カメラ10は、画像センサ、赤外線センサ、レーザーセンサなどのセンサを含むことができ、又はそうしたセンサと呼ぶことができる。
【０１１８】
幾つかの実施形態では、回転カッター1の回転動力は、一体式ファン802を含むルーター5又はスピンドル5(例えば、木工トリムルーター、金属切削工具、又はプラスチック切削工具など)によってが発生できる。ファン802は、スピンドル5に一体化された別個のファンでもよいし、或いは、ファン802は、スピンドル5が切削工具1を回転させる副産物として発生する空気流を指すこともできる。幾つかの実施形態では、ファン802は、スピンドル5の外部など工具の外部に設けてもよい。ファン802は、回転すると空気流を発生させる1つ若しくは複数の羽根又はブレードを装置に含むことができる。このファン802は、粉塵を工具フレーム3及び空間4により形成された収集空洞から追い出して、工具の底部プレート7のチャンネルに沿って移動させる下向きの空気流6を発生できる。これらチャンネルは粉塵を工具8の前部に向けて送り、これによって粉塵が、光学位置決めシステム10(例えば、カメラ682)が向けられる工具9の後部に蓄積されることを防止する。幾つかの実施形態では、工具800の前部8は、工具が切断している方向から離れる方を向いている工具の部分又は工具のユーザに近い工具の部分を指すことができる。幾つかの実施形態では、工具800の後部9は、工具の切断方向を向いている工具の部分又は工具のユーザから離れる方の工具部分を指すことができる。幾つかの実施形態では、工具の後部9は、カメラ10が向けられる工具800の部分を指す。工具800は、空洞3及び4により形成されたチャンネルの1つ内に開口する空気流6を受ける真空ポート11を含むことができる。
【０１１９】
図8Bは、真空ポート11に取り付けられた真空源12を含む工具800に似た工具801の一実施形態を示す。真空源12は空気流を真空源13の方に向かわせる。これにより底部プレート7に空洞3及び4により形成された接続チャンネルを介して真空源12内に抽出できる。この構成では、粉塵は周囲の環境(例えば、工具9の後部)に入ることなく効率的に除去できる。
【０１２０】
空洞3及び4により形成されたチャンネルによって、工具スピンドル5のファン802が発生した空気流6及び真空源12が発生した空気流が共通経路に沿って作用して粉塵を除去できる。真空源12が一体式スピンドルファン802によって発生された空気流に抗しないので、これは効率的な粉塵抽出システムを実現する。
【０１２１】
図9Aは、粉塵を誘導し且つ抽出するための装置900の下向き透視図を示す。装置900は、システム又は装置800若しくは801の1つ又は複数の構成要素に接続されるか、その一部となるか、又はそれから形成されうる。幾つかの実施形態では、装置900は工具800の底部プレート7を含む。底部プレート7は、空所すなわち空洞3によって底部プレート7に形成されたチャンネル904a-bを含む。底部プレート7の一部分は、材料2に面するか、その上に載置されるか、対向している。ファン802は、材料2に向かって下方に流れる空気流6を発生させる。真空源12は、空気流13を真空源12及び真空ポート11の方に向ける。空気流6が材料2の方へ進むときの方向はXで示し、真空ポート11の方へ進む空気流13は円内のドットで示した。
【０１２２】
幾つかの実施形態では、底部プレート7に形成されたチャンネル904a-bはV字型である。幾つかの実施形態では、空洞3から延伸する2つのチャンネル904a及び904bを設けてもよい。幾つかの実施形態では、チャンネルは1つとしてもよい(例えば、チャンネル904aのみ)。幾つかの実施形態では、チャンネルは複数としてもよい(例えば、2つ以上のチャンネル)。複数チャンネルのうち1つは、真空源12に結合された真空ポート11を含むことができる。チャンネル904a及び904bはU字型を形成できる。チャンネル804は、空洞3を介してチャンネル904a及び904bに対して直角に延伸する第3チャンネルを含むことができる。
【０１２３】
チャンネル904a及び904bは角度を形成できる。角度806は1度から180度までの範囲でよい。幾つかの実施形態では、角度906は、90度、45度、60度、120度などでよい。材料2からの粉塵が、工具の後部9からチャンネル904a及び904b並びに空気流6及び13を介して工具の前部8に向かって効果的に誘導されるように角度906を選択できる。
【０１２４】
チャンネル904a-bは、チャンネル深さを含むことができる。チャンネル深さはチャンネル904aとチャンネル904bとで同じでもよいし、これら異なるチャンネルで異なっていてもよい。チャンネル深さはゼロより大きくすればよい。チャンネル深さは、0.02インチから2インチの範囲の値でよい。この深さは、工具の種類又は切削される材料の種類に基づいてそれより小さくても大きくてもよい。例えば、誘導又は抽出される微粒子の大きさによってチャンネル深さを決定してもよい(例えば、より小さい微粒子にはより浅いチャンネル深さとし、より大きい微粒子にはより深いチャンネルなど)。
【０１２５】
幾つかの実施形態では、ファン802により発生された空気流6及び13の第1成分は、真空源12から発生された空気流6及び13の第2成分よりも大きくしてもよい。幾つかの実施形態では、ファン802により発生された空気流6及び13の第1成分は、真空源12から発生された空気流6及び13の第2成分よりも小さくしても又は同じでもよい。
【０１２６】
幾つかの実施形態では、真空源12から発生される空気流量は、その空気流が工具800(又は装置900)を材料2に保持しておけるように決定してもよい。これによって、材料に接触している工具の部分との摩擦を増加され、これが材料2を切削し又は材料2に作業を行う際の安定性を増大させることができる。
【０１２７】
図9Bは、工具の後部9から粉塵を誘導又は抽出する装置902を示す。図9Bは、チャンネル904a-bを含む装置902又は底部プレート7の下向き透視図を示す。装置902は、装置900の1つ又は複数の構成要素に似ているか又はそれらを含むことができる。幾つかの実施形態では、装置902は真空ポート11を含むが、真空源には結合されていない(例えば、装置900に示したように)。装置902は真空ポート11で真空源に結合されていないかもれしれないが、それでも装置902は、粉塵をファン(例えば、ファン802)により発生された空気流6によりチャンネル804を介して誘導且つ抽出できる。
【０１２８】
真空ポート11は、チャンネル904a又はチャンネル904bに沿った任意地点に配置できる。幾つかの実施形態では、真空ポート11は、空洞3に対して底部プレート900の縁又は角により近い場所に配置してよい。真空ポート11と底部プレート902の縁との距離908はゼロを上回ればよい。真空ポート11と空洞3との距離910はゼロを上回ればよい。距離910は距離908とは異なっていてもよい。距離910は距離908よりも大きくしてもよい。距離910は距離908の倍数としてもよい。粉塵が効果的且つ効率的に工具の後部9から離れる方向に誘導され且つ抽出されるように、距離908及び910を決定できる。
【０１２９】
図9Cは、底部プレート910の上向き透視図を示す。底部プレート910は底部プレート7に類似していてもよい。底部プレート910はチャンネル912a-bを含み、これらはチャンネル904a-bに類似していてもよい。底部プレート910は、空洞3に類似していてよい空洞916を含む。底部プレート910はチャンネル912に空洞914を含み、これは空洞11に類似していもよい。真空ポート914は真空源に接続されていても、されていなくてもよい。
【０１３０】
底部プレート910は、システム680又は工具800の動作を容易にする任意材料製とすることができる。材料は、金属、プラスチック、合金、又は工具800に適切な構造的支持を与え且つ工具を安定させつつそれが表面を摺動可能とする摩擦をもたらす他の材料でよい。
【０１３１】
図9Dは底部プレート920の下向き透視図であり、これは図9Bの底部プレート902の一実施形態に対応する。底部プレート920は、工具の切削部材又は先端がそれを介して延伸する空洞922を含む。底部プレート920は真空ポート924を含むことができる。
【０１３２】
底部プレート920は、底部プレート920の底部にチャンネルを含むことができる(例えば、底部プレートの部分又は側であって、作業が行われる材料の反対の部分又は側)。底部プレート920は、1つ若しくは複数のねじのための、又は底部プレート920を工具800などの工具に結合するのに使用される結合機構のための付加的な開口部、空洞、又は溝を含むことができる。
【０１３３】
図10Aを参照すると、ワーク表面又は材料に対する工具先端の一部の位置を特定するためのシステム、方法、及び装置が示されている。このシステム、方法、及び装置は工具の位置検出を較正できる。幾つかの実施形態では、システム680は、ワーク表面に対する工具先端の位置を特定するよう構成、設計、又は作製できる。システム1000(又は工具1000)は、1つ又は複数の方向に工具先端24を移動、配置、又はその動きを制御できる(例えば、図10Bは、工具先端24が材料2の表面に接触していることを示す)。制御は手動又は自動で実行すればよい。幾つかの実施形態では、工具1000は、ワークすなわち材料2の表面に対する回転カッター24の高さの自動制御を含むか又はそれを備えるように構成できる。システム1000は、図1-9及び11A-11Bのシステム又は装置の1つ若しくは複数の機能又は構成要素を含むことができる。
【０１３４】
システム1000(又は工具1000)は工具の位置検出を較正できる。システム1000は、工具1000に結合されたベース18を含むことができる。ベース18は加工表面2に接触できる。幾つかの場合では、ベース18はパッド22を含むことができる。例えば、ベース18はパッド22を含むことができ、ベース18がパッド22を介して加工表面2に接触できる。従って、そして幾つかの実施形態では、ベース18は、ベース18及びパッド22を指すことがある。幾つかの実施形態では、ベース18は加工表面に接触しない。ベース18はパッド22に接触しているセンサ23に接触でき、パッド22は加工表面又はワークすなわち材料2に接触できる。
【０１３５】
システム1000は、1つ又は複数のプロセッサを備えた1つ又は複数の計算装置を含むことができる。幾つかの場合では、システム1000は、工具から離れた場所に1つ又は複数の計算装置を含むことができる。例えば、工具は、データ又は制御情報を、工具から遠隔の1つ又は複数の計算装置に送受信できる無線又は有線通信インターフェースを含むことができる。
【０１３６】
システム1000は、計算装置に通信可能に結合された1つ又は複数のセンサ23を含むことができる。システム1000は、工具先端24を加工表面2に向かって且つ離れる方向に延伸させ、引き込ませるよう計算装置によって制御されるモータ19を含むことができる。モータ19は、例えば可動キャリッジ15を含む工具先端24を延伸させ、後退させるよう構成されたシステム1000の1つ又は複数の構成要素を制御し、含み、又はそれらを指すことができる。
【０１３７】
システム1000は、ベースの一部分によって加工表面にかけられる力の量を示すパラメータの第1値を1つ又は複数のセンサを介して特定できる。例えば、センサ23は、力覚センサ23を含むことができる。システム1000は、第1値を、ベース23によって材料2にかけられるデフォルト又は初期力を示す第1力値として認識してもよい。これは工具の重さを示すものでもよい。この力はニュートン又はポンドで測定又は算出させることができる。センサ23は、任意の時間間隔(例えば、毎0.1秒、0.5秒、1秒、2秒、3秒、5秒、又は他の時間間隔)に基づいてこのパラメータの値を繰り返し検出又は測定できる。センサ23は、第1値又は第1測定値を、第2の又は後の測定値と比較できる。センサ23は、当該センサが測定値間の変化又は差(例えば、0.5%、1%、2%、3%、又は1 N、0.5 N、0.25 N、0.1N、0.05N、又は2N等の絶対変化)を検出するまで、測定値を次の測定値と繰り返し測定できる。この差は、所定の閾値による差を示すことができる。この閾値は固定されていても動的でもよい。この閾値はセンサ23の解像度に基づくことができる。
【０１３８】
システム1000は、モータに、加工部材すなわち先端24を加工表面2に向けて延伸させるよう命令することができる。システム1000は、加工部材24が加工表面2に接触するとセンサ23を介してパラメータの第2値を識別できる。第2値は第2力値とすることができる。第2力値は、工具先端24が加工表面に接触していなかったときにセンサ23によって求められた第1力値より小さいことがある。幾つかの場合では、多数のセンサ23を配してもよく、各センサが第１力値及び第２力値を算出できる。幾つかの場合では、第1センサは、第2センサによって検出される第1力値とは異なる第1力値を求めることができる。第1値は、工具先端が材料2に接触していないときを指すことができる。工具の質量中心は第1及び第2センサ間で均等に位置していないため、第1センサと第2センサとは、異なる第1値を求めることがある。よって、工具先端24が材料2に接触する際に、第1センサによって検出される第2力値は第2センサによって検出される第2力値とは異なる場合がある。例えば、工具先端24が材料2に接触すると、工具のベース18は一定の角度で傾くことがある(例えば1度角、2度、5度、又は10度)。ベース18の傾きによって、第1センサ22は、第1センサ22が測定する第1力値より小さい第2力値を測定することがある一方で、第2センサ22は、第2センサが測定する第1力値より大きい第2力値を測定することがある。
【０１３９】
システム1000(又は計算装置)は、工具のベース18の一部分が加工表面2に接触していることに基づいてこのパラメータの第1値を求めることができる。システム1000は、モータ19が加工部材24を加工表面2に接触させたことに応答して、センサ23を介して、工具のベースのこの部分が加工表面に接触していないこと(例えば、部分的に接触しているか又は以前にかけられた表面への力より少ない力がかけられている)に基づいてこのパラメータの第2値を求めることができる。例えば、接触していないとは、ベース18のこの部分によってかけられている力がより小さいことを指すことができ、又はそれを含むことができる。幾つかの場合では、システム1000は、加工表面2に接触させて少なくともベース18一部を傾斜させるようモータ19に命令できる。ベース18を傾けることは、ベース18によりかけられている力を分散させて、ベース18の第1部分がベース18の第2部分よりも大きな力を材料2にかけることを指すことができる。ベース18を傾けることは、ベース18のこれら部分によりかけられている力の分布を変更することを指すことができる。システム1000は、加工部材24が加工表面2に接触したことに応答して、加工部材24が工具のベース18を傾けたことに応答して、加工表面2に対する加工部材24のz軸位置を特定できる。
【０１４０】
システム1000は、パラメータの第1値をパラメータの第2値と比較して、第1値と第2値との差を生成できる。システム1000は、絶対差(例えば、力の量の差)又は2つの値が互いに等しくないという意味で差があることを単に特定できる。システム1000は、特定のセンサ22の第1及び第2値が等しくなければ、そのことは、工具先端24が材料24に接触し、ベース18によって材料2にかけられた力を相殺又は分配させたことによると判断できる。システム1000は、ベース18によって材料2にかけられた力が小さくなるため、第1力値が第2力値よりも大きいことに応答してz軸位置を特定できる。
【０１４１】
この差の検出に応答して、システム1000は、工具先端24が材料に接触したと判断でき、この情報を用いて加工表面に対する加工部材のz軸位置を特定できる。例えば、システム1000は、これが工具先端24のベースライン又はデフォルト位置であると判断できる。システム1000は、これがゼロ位置となるように工具先端24の位置を較正できる。システム1000が材料から工具先端24を後退させる際に、システム1000は、材料2の表面に対応した較正されたゼロ位置からの工具先端24の距離を監視又は追跡できる。例えば、システム1000は、モータ19を制御又は命令して、工具先端24を材料の表面に対応できる較正されたゼロ位置から一定距離(例えば、1ミリメートル、5ミリメートル、1センチメートル、5センチメートル、又は10センチメートル)後退又は移動させることができる。システム1000は、幾つかの場合では、モータ19に命令又はそれを制御して工具先端24を材料内に一定距離挿入させることができる。例えば、システム1000は、モータ19を制御又は命令して工具先端24を較正されたゼロ位置を超えて1センチメートル挿入することができ、これにより工具先端24は材料2の内部に1センチ入ることができる。例えば、システム1000は、較正されたゼロ位置を用いて材料に1センチメートルの穴を開けることができる。
【０１４２】
システム1000はモータに命令して、加工表面2に接触している加工部材24を加工表面2から離れる方向に後退させることができる。システム1000(又はそのセンサ23)は、このパラメータの第3値を測定することによって、加工部材24が加工表面2に接触していないときを特定できる。このパラメータの第3値は、工具先端24がベース18によって材料2にかけられた力(例えば、センサ23又はパッド22を介して)を相殺しなくなったことにより、パラメータの第2値より大きくなりうる。このパラメータの第3値は、工具先端24が材料2に接触していないときのこのパラメータの第1値に等しい(例えば、1%、2%、5%、又は10%以内で実質的に等しい)ことがある。システム1000は、第1値と第3値との第2の差が閾値未満であることに応答して加工表面に対する加工部材の第2のz軸位置を特定できる(例えば、この差は、第1値又は第3値の1%、2%、3%、5%、若しくは10%のようなパーセンテージ未満とするか、又は1ニュートン、0.5ニュートン、0.01ニュートン、2ニュートン、5ニュートン、又は10ニュートンなどの力値未満とする)。
【０１４３】
従って、回転カッター24の高さ制御を容易にするため、工具は基準又は「ゼロ」点を特定して、工具1000を(例えば、切削部材24を介して)一定量の材料2を除去するように位置決めできる。例えば、工具1000が、回転カッター24を所定の深さでワーク2に突入させて、その後、溝を作るため横方向に移動させてもよい。工具は、工具先端のワーク表面に対する位置を正確に求める方法を用いることもできる。幾つかの実施形態では、工具1000は、工具1000の一部により材料2にかけられる力のデルタ又は変化を検出する力覚センサ23などの低価格のセンサ23を使用する。幾つかの場合では、センサ23は、容量性センサ、光電センサ、電磁センサ、荷重センサ、ひずみゲージロードセル、圧電性結晶、油圧式荷重計、又は空気式荷重計を含むことができる。
【０１４４】
先端24が材料2に向かって移動して材料2に接触すると、ベース18によってかけられる力が工具24の先端に移されるので、この力は減少する。この力の変化の検出は、工具の先端が材料2の表面を接触していることを示すことができ、工具がこの位置をゼロ位置として構成、設定、又は初期化できる。これは、自動案内工具を含む手持ち式電動工具には有用となることがあり、又、完全自動工作機械にも応用できる。
【０１４５】
幾つかの実施形態では、工具1000は、ルーター5(例えば、木工トリムルーター)のスピンドル14に取り付けられたルータービットを含む。ルーター5は、案内レール16上を摺動する可動キャリッジ15内に固定できる。案内レール16は構造コラム17に取り付けできる。構造コラム17は工具1000のベース18に固定してもよい。モータ19は工具1000のベース18に固定して、親ねじ20を回転できる。親ねじ20は、可動キャリッジ15のナット21を貫通させればよい。親ねじ20は、角ねじ、アクメねじ、又は鋸歯ねじを含むことができる。モータ19が回転すると、可動キャリッジ15が親ねじ20のピッチに比例して平行移動する。
【０１４６】
幾つかの実施形態では、可動キャリッジ15は、フレームによってZ方向に制約されている移動載置台に取り付けることができる。幾つかの実施形態では、Zコラムすなわち案内レール16は、装置1000のフレームによってZ方向に制約されている移動XY載置台に取り付けることができる。例えば、工具又は装置1000は、木材のような材料片の表面に配置可能な載置台を備えたリグ又はフレームを含むことができる。工具はフレームに電気的又は機械的に結合でき、フレームは工具と共に材料上を通過させることができる。この工具は、フレーム、載置台、又は工具を材料上の所望のXY又はZ座標に移動させる(又はユーザに移動させる命令を出す)ことができる。例えば、この工具は、米国特許出願公開第2015/0094836号に記載されたシステムの1つ又は複数の構成要素(例えば、リグ、工具、載置台など)を含むことができる。この米国特許出願公開第2015/0094836号はその内容全体を引用して本明細書に援用する。
【０１４７】
幾つかの実施形態では、工具1000は、工具1000の先端24をワーク表面に対して移動させる1つ又は複数の構成又は技法を使用できる。他の構成には、パワースクリュー、平行移動ねじ(translation screw)、ボールねじ、ローラーねじ、流体動力、テアトレイン(tear train)、ウォーム駆動装置、ラックアンドピニオン駆動装置、電磁作動、圧電作動、油圧リフト、電気リフト、機械リフト、レバー、ギヤなどを含むことができる。
【０１４８】
工具(又は装置)1000のベース18は、装置1000が載置されるパッド22によってワーク表面2から離間させることができる。幾つかの実施形態では、1つ又は複数の力覚センサ23は、装置1000のパッド22とベース18との間に配置できる。装置1000の重さが発生する重力は、装置1000がワーク表面2に置かれると部分的又は完全に1つ又は複数の力覚センサ23を通過する。
【０１４９】
切削工具1000の先端24の位置を確認するため、システム又は装置1000がキャリッジ15をワーク表面2に近づけると、先端24がワーク表面に向かって移動する。この動作が行われると、力覚センサ23を通過する力が測定できる(例えば、動作に応答して測定されたり、定期的に測定されたり、毎ミリ秒、10ミリ秒、1秒などの時間間隔に基づいて測定されたりする)。切削工具の先端24がワーク表面2と接触した後に、さらなる動作が行われると、装置1000の重さの一部が工具先端24を介してワーク表面2に移されることになり、センサ23を通過する力はそれに従って減少する。システムは1つ又は複数のセンサ23への力の変化を検出し、キャリッジの運動を停止できる。キャリッジ15の位置は記録され、これは、工具先端がワーク表面に配置された点に対応できる。工具先端及びワーク表面は固いことがあるので、検出可能な重さの移動は非常に小さい距離において発生し、1/4インチのカーバイド製ルーティングビットをカバの木合板表面で使用する場合は、この方法のエラーは0.0005インチ未満に対応する。
【０１５０】
システム1000は、工具先端24を、材料2又は材料2を支えている表面(例えば、机、作業台、床、又は他の支持構造体)に向かって繰り返し延伸且つそれから離れる方向に後退させることができる。システム1000は、工具先端24を繰り返し延伸且つ後退させて材料2の3次元マップを生成又は作成できる。
【０１５１】
幾つかの実施形態では、システム1000は、材料の縁部の近傍で工具先端24を延伸させることができる。システム1000は、工具先端24が材料を支持している表面に接触するまで、工具先端24を材料の縁部の近傍で延伸させることができる。システム1000は、材料を支持している表面に接触するために工具先端24が延伸する材料2の表面を超えた距離を求めることで、材料の厚さを求めることができる。システムは、力覚センサ23を用いて工具先端24が材料2又は材料を支持している表面に接触するときを検出することで、これら位置を特定できる。例えば、システム1000(又はモータ19)は、加工表面を支持している表面に向かって加工部材24を延伸させることができる。工具のベース18の一部は加工表面2に接触できる一方で、工具ベース18の他の一部は材料2から非接触でとしてもよい。又は、幾つかの場合においては、ベース18は材料2と接触でき、さらに、延伸状態では工具先端24は表面でなく材料2を支持している表面に接触するように、材料を構成又は成形でき；或いは、工具先端24は、材料2の穴を介して延伸して材料2を支持している表面に接触できる。システム1000は(例えば、センサ23を介して)、加工部材24が加工表面を支持している表面に接触したことを検出できる。例えば、システム1000は、パラメータ(例えば、力)の第3値を検出し、第1値と第3値との第2の差が閾値を上回ったことに応答して加工表面2の厚さを算出できる(例えば、この差は、第1値若しくは第3値の一方の1%、2%、5%、10%より大きくてもよいし、又はこの差は、1ニュートン、0.5ニュートン、0.01ニュートン、2ニュートン、5ニュートン、若しくは10ニュートンなどの力値より大きくてもよい)。
【０１５２】
システム1000は、工具の加工部材24の加工表面への接触に基づいて多数の位置点を特定できる。例えば、システム1000は、24の加工部材を繰り返し延伸且つ引き込んで、材料2に接触させ、加工部材24を表面から離れる方向に移動させることができる。システム1000は、工具先端24が材料2に接触する(又は材料2に接触しない)度に情報を記録できる。例えば、システム1000は、位置点を記録又は特定できる。それぞれの位置点は、x軸座標、y軸座標、及びz軸座標を備えることができる。x-y座標は、材料の表面上のマーカーを用いて求めることができ、さらに、材料の表面に関連するか又は材料の表面上の位置でよい。x-y座標は、材料の表面上の基準マーカー、画像技術、又は視覚技術を用いて求めることができる。例えば、工具の第2センサ(例えば、視覚センサ又はカメラ)が、加工表面上に配置された基準マーカーを用いて各位置点のx軸座標及びy軸座標を求めることができるこのシステムは、工具先端24が表面に接触するまで先端24を延伸し、較正されたゼロ位置に対する深さを測定することで、z座標(すなわち深さ)を求めることができる。この較正されたゼロ位置は材料の表面上の位置でよい。システム1000は、これら位置点を用いて加工表面2の3次元マップを生成できる。
【０１５３】
システム1000は、工具先端24位置を、加工表面2の平面上の装置(例えば、工具1000)位置と相関することによって加工表面2の幾何学的形状を測定できる。これを行うために、工具先端24の位置を検出することによって、工具先端24(例えば、円錐形又は球形先端を備えた円筒形工具)は、まず工具100の基準系に関連付けできる。工具の基準系に対する工具先端24の位置がいったん分かれば、工具は対象表面(例えば、加工表面2)上で横方向に位置決めして加工表面の垂直位置を特定できる。加工表面の垂直位置は、加工表面の材料の表面を指すことができる。幾つかの場合では、この垂直位置は、その深さが対象となる木片の凹部、空洞、へこみ、又は窪み部分を示すことができる。幾つかの場合では、この垂直位置は、その深さが対象となる木片の隆起部、こぶ、突起、又は凸部を示すことができる。工具先端は、当該工具先端が材料のそうした部分(例えば、凹部又は突起)の表面に接触するまで挿入、延伸、下降、突入、又はそれ以外の方法で移動させればよい。工具先端が最初にワーク表面に接触した表面の上部を超える工具先端の付加的な変位は、凹部の深さを示すことができる。同様に、工具先端が最初にワーク表面に接触した表面から上への工具先端の変位の減少は、突起の高さを示すことができる。凹部の表面状態が知りたいならば、工具は凹部の周囲で多数の地点まで移動させてもよい。工具は、これら多数の地点それぞれで深さを求めることができる。工具は、当該工具の深さ及び横方向位置の両方を記録できる(例えば、x、y、及びz座標であって、x及びy座標が横方向位置を示し、z座標が深さを示すことができる)。横方向の移動は、内蔵式位置決め載置台を用いて自動で、又はユーザによって手動で、又はその両者を組み合わせて実行できる。
【０１５４】
装置1000は、加工表面2の穴の中心位置を確認又は求めることができる。例えば、円錐形先端24を備えた工具1をシステムに装着できる。すると工具1は、概ね穴の中心の上に(例えば、穴の直径の5%、10%、15%、20%、25%、30%、50%、75%、又は90%以内)に配置でき、先端24が穴の円に接触するまで突入させることができる。工具先端24は円錐形とすることができるので、工具先端24によって工具は穴の中心に配置できる。すると工具は、例えばカメラ10を備えた視覚システムを用いて穴の位置を確認することで横方向位置(例えば、x及びy座標)を特定できる。
【０１５５】
システム1000は、計算装置、プロセッサ、又はマイクロプロセッサ(例えば、システム680のプロセッサなど)を含むかそれらと通信できる。計算装置は、システム680の1つ又は複数のプロセスを含むことができる。システム1000は、計算装置を用いて位置決めモータの動作を制御し、さらに1つ又は複数の力覚センサ23を通過する力を測定できる。センサ23は、例えば、力感応抵抗、圧電性センサ、ひずみゲージ、荷重ピン、せん断けた、引張リンク、磁気レベルゲージ、トルクセンサ、ロードセル、油圧式荷重計、空気式荷重計、弾性装置、磁気弾性装置、塑性変形、箔ひずみゲージなどを含むことができる。
【０１５６】
幾つかの実施形態では、工具は、カメラ、視覚情報、ジャイロスコープ、または三軸加速度計を使って傾きを検出できる。工具は、カメラ10(図8Aにも示されている)又は他のセンサを含むことができる。カメラ10は、カメラ682の1つ又は複数の構成要素又は機能を含むことができる。例えばこのカメラは、取り込んだ画像における移動が、ベースの持ち上げに起因する傾きに一致すると判断できる。カメラ10は、工具が工具先端24を加工表面2に接触させる前に第1の写真すなわち画像を撮り、次に、工具先端が加工表面に接触したときに第2の画像を撮ることができる。カメラ10は、時間間隔(例えば、毎1秒、2秒、3秒、5秒、又は5秒)に基づいて画像を繰り返し取得し、最初の画像を次の画像と比較して傾きを確認できる。カメラ10は画像を連射撮影した後、これらの画像を互いに比較することで、工具先端が表面に接触して傾きを引き起こしたときを検出できる。幾つかの場合では、連射撮影された画像のそれぞれは、タイムスタンプに関連付けることができる。これら画像のそれぞれは、工具先端の位置にさらに関連付けしたり、そうした位置でタグ付けしたり、他の方法で対応させたりできる。システムは、連射撮影された画像のうちどの画像が最初に傾きを示しているかを特定できる(例えば、カメラ10が撮影した画像中の物体が、工具先端が材料2に接触したときに工具1000が工具の後部に向かって傾くとより近くに見えることがある)。幾つかの場合では、システム1000は、第1画像と次の画像との間のピクセルの違いすなわち位置ずれを特定できる。このピクセルの位置ずれに応答して、システム1000は、第1の又は以前の画像に対して位置ずれしたピクセルを備えた次のすなわち2番目の画像に対応したタイムスタンプにおいて、工具先端が材料2に接触したことを特定できる。カメラは、第1の画像と第2の画像とを比較して、これら2つの画像の傾きまたは変化を識別できる。
【０１５７】
センサ10は、画像センサ又はカメラを含むことができる。パラメータはピクセルを含むことができる。ピクセルは画像内に位置を占めることができる。システム1000は、第1値(例えば、2進値、256ビット値、赤、緑、青値、グレースケール値、又は数値)を備えたピクセルを含む第1画像を(例えば、画像センサを介して)取り込むことができる。システム1000は、このピクセルの第2値を含む第2画像を取り込むことができる。第2値は第1値と同じピクセルに関するものでよい。このピクセルは画像内の任意位置でよい。システム1000は、第1値を含んだ第1画像と第2値を含んだ第2画像とを比較して、第1値と第2値との差を特定できる。システムは、第1画像の1つ又は複数のピクセルを、第2画像の1つ又は複数のピクセルと比較して差を検出できる。システムは、これら2つの取り込まれた画像を比較して、これらが位置ずれしていることを判断できる。ベースが角度を付けて傾いていることによってこれら画像は位置ずれしている可能性があり、このためカメラが、第2画像を第1画像と比べて異なる角度で又は異なる視野から取り込むことができる。よって、システムは、この位置ずれを、工具先端24が加工材料の表面に接触してベースを傾けたことに帰することができる。
【０１５８】
工具は、容量性センサ10または電磁センサ10を用いて工具先端24の加工表面2への近接度を測定できる。例えば、電磁センサ10は、金属を含む工具先端24または加工部材24の近傍でのセンシングコイルのインダクタンスの変化を、この金属内に誘導された渦電流を感知することで感知または検出できる。
【０１５９】
幾つかの場合では、工具1000は加速度計を含むことができる。例えば、センサ23又はセンサ10は、三軸加速度計又はジャイロスコープ等の加速度計を含むことができる。加速度計は、ベースの持ち上げに起因する運動または突然の運動に応答して傾きを示すことができる。例えば、この加速度計は、工具先端が表面に接触していないときに工具のベースの加速を示す第1値を求めることができる。例えば、ベースが加工表面上に置かれているので第1値がゼロになることがある。この加速度計は、工具先端が表面に接触又は当接する際の第2値を求めることができる。第2値すなわち第2加速度値は、ベースの加速、衝撃、運動、力、又は工具先端が加工表面に接触して工具先端に機械的に接続されたベースを移動させることによるベースの他の変位を示すことができる。計算装置は第1値を第2値に比較して、加工部材が加工表面に接触したことに基づいて工具のベースの加速を特定できる。幾つかの場合では、計算装置は、第1値及び第2値が等しくない又は実質的に等しくない(例えば、1%、2%、又は5%)ことを特定し、加速度に違いがあることに基づいて工具先端が加工表面に接触したことを特定できる。
【０１６０】
工具は、先端すなわち加工部材位置、直径、または工具の幾何学的形状を含む工具に関する付加的情報を特定または検出できる。工具の幾何学的形状の特定は、切削工具の直径の特定を含む又はそうした特定を指すことができる。この工具の幾何学的形状情報を用いて、加工部材の切削フルートの長さおよびこのカッターの角度(例えば、V彫刻ビット又はねじれ角)を自動的に特定できる。例えば、工具は、工具先端24に近接したカメラ10又はビーム遮断(break-beam)センサ10(例えば、レーザ遮断ビームセンサ、赤外線遮断センサ、光電センサ、または光学センサ)を含むことができる。加工部材24は、センサ10の動作線(line of action)に落とすことができ、すると工具は、加工部材24がセンサ10によって発生されたビームを遮断するときに加工部材24の位置を検出できる。幾つかの場合では、ビームの軸は、工具の座標系に対して予め較正しておいてもよい。
【０１６１】
幾つかの場合は、システムは、工具部材1又は工具先端24の位置を特定するために工具先端24又は工具部材1に向けられた1つ又は複数の視覚カメラ10を含むことができる。この視覚カメラ10は、工具先端24を検出するため工具座標系に対して予め較正しておくことができる。幾つかの場合では、視覚カメラは、線形荷電結合素子(CCD)センサまたは他の画像センサを含むことができる。線形CCDセンサは、工具先端を検出するのに視覚カメラより処理が少なくなる場合がある。
【０１６２】
システム1000は、加工部材1又は工具先端24の直径を測定できる。工具は、工具先端24の位置を測定または特定する間に、工具先端をあちこちに移動させることができる。工具先端を移動させることによって、工具がビーム遮断センサ10を左右に通過することで、工具は単一のセンサ10を用いて工具直径を検出できる。工具の横方向の運動は第1の遮断を引き起こし、次に、ビームを遮断解除して工具直径の測定ができる。ルータービットはねじれ刃を備えることがあるので、工具は、その直径を特定するため、工具の長さに沿って多数の測定を実行することができる。 渦電流または容量性検知を一次元センサと共に使用し、センサデータを工具位置に相関させることで工具の幾何学的形状に関する多次元情報を得ることによって、工具は直径を特定できる。工具は、V字切削ビットの場合、先端角度などの工具先端24に関する付加的情報を求めることができる。さらに、工具は、工具の幾何学的特性を検出するための視覚カメラ10を含むことができる。
【０１６３】
システム1000は、工具の加工部材を位置決めするためのハイブリッド位置決めシステムを含むか、それを使用して構成できる。例えば、システムは載置台を含むことができる。システムは、載置台の移動を容易にするため載置台に近接して滑りパッドを含むことができる。システムは、載置台を移動させるよう適合された少なくとも1つのモータを含むことができる。システムは、この少なくとも1つのモータを制御する少なくとも1つのコントローラを含むことができる。システムは、データを処理し且つ情報を少なくとも1つのモータコントローラに与えるために1つ又は複数のソフトウェアアプリケーションと組み合わせて計算装置又はプロセッサを含むことができる。システムは、材料の表面のマップを作成するため、材料の表面の第1情報を取り込むよう構成された第1センサを含むことができる。この第1情報は表面の画像を含むことができる。前記システムは、プロセッサに通信可能に結合された第2センサを含むことができる。第2センサは、表面に対する加工部材の位置と加工部材の配向の少なくとも一方を特定するために使用される表面の第2情報を取り込むことができる。計算装置又はプロセッサは、第1センサによって取り込まれた第1情報を用いて表面のマップを作成できる。計算装置又はプロセッサは、第1情報を用いて作成された表面のマップに対応したデザインを受け取ることができる。プロセッサは、マップに重ね合わされたデザインを表示画面を介して表示できる。システムは、第2センサを介して表面の第2情報を受け取ることができる。システムは、表面の第2情報に基づき且つマップに基づいて、表面に対する加工部材の位置と加工部材の配向の少なくとも一方を特定できる。システムは、表示画面を介してマップに重ね合わされた加工部材の位置を表示できる。システムは、マップに位置合わせされたデザイン並びに位置及び配向の少なくとも一方に基づいて、加工部材の所望位置を特定できる。デザインの輪郭に実質的に隣接した選択範囲内で工具が第1方向に前進される際に、システムは、モータ制御情報を与えて、載置台及び加工部材を所望の位置に移動させるために少なくとも1つのモータを制御できる。システムは、工具が第1方向に前進される際に、工具を第2方向でデザインの境界縁部に自動的に再位置合わせすることができる。
【０１６４】
例えば、システム1000は加工部材の特定されたz軸位置を用いて、1つ又は複数のモータを制御して加工部材を第1位置から第2位置へ移動させるためのモータ制御情報を、加工部材のz軸位置に少なくとも部分的に基づいて与えることができる。モータ制御情報は、x軸座標、y軸座標、又はz軸位置の1つ又は複数を含むことができる。工具は、工具の加工部材の所定の経路に隣接した範囲内の方向に前進させることができる。
【０１６５】
幾つかの場合では、システム1000は、第1センサから第1情報を受け取り、表面のマップを用いて、表面に対する工具の加工部材の第1位置(例えば、x-y座標又はx-y-z座標)と加工部材の配向との少なくとも一方を、材料の表面の第1情報に基づいて特定できる。システムは、表面のマップに対する工具の加工部材の第1位置を、工具の表示画面を介して示すことができる。システムは、工具の加工部材の経路を特定するために表面のマップに対応したデザインを取り出すことができる。システムは、工具の加工部材の第1位置をデザインと比較して、工具の加工部材の経路に対応した工具の加工部材の第2位置を特定できる。システムは、第2位置及び配向の少なくとも一方に基づいて、少なくとも1つのモータを制御して載置台及び加工部材を第2位置に移動させるためのモータ制御情報を与えることができる。工具は、工具の加工部材の経路に隣接した範囲内の方向に前進させることができる。
【０１６６】
工具が複数の後続の方向に進められる間に、システムは定速技術を実行して、載置台及び加工部材を対応する複数の後続位置に移動させるためのモータ制御情報を与えることができる。システムは、工具が第4方向に前進される際に、工具を第3方向でデザインの境界縁部に自動的に再位置合わせすることができる。システムは、工具の基準点、意図された切削経路、及び所望の工具移動経路の図が描かれた目標範囲ウィンドウを表示できる。意図した切削経路は、z軸深さに加えてx-y-z座標フレームにおける位置を示すことができる。
【０１６７】
センサは、画像データのライブフィードを受信又は取り込むことができる。システムは、センサにより取り込まれた画像データのライブフィードを受信し、このライブフィード画像データを用いてデザイン上の以前の位置(例えば、x-y座標又はx-y-z座標)をデザイン上の好適な次の位置(例えば、x-y座標又はx-y-z座標)と比較して、自動的に工具の位置を再位置合わせできる。
【０１６８】
図10A-10Bはワーク表面2に対する回転切削工具24の位置の特定を示しているが、この方法は、プロッティングペン、ビニール刃物、ピペットチップ、ピックアンドプレース式装置用の真空ノズル、又は加工材料2に対する加工部材24のゼロ位置位置を特定するための他の任意装置に適用できる。
【０１６９】
図10Cは、一実施形態によるパッドに隣接した力覚センサ23を示す。力覚センサ23は、較正手順を実行してゼロ位置を特定するために一時的にそこに配置できる。力覚センサ23は較正手順が完了すれば取り除けばよい。
【０１７０】
図10Dは、底部プレート920の上部に配置又は設置された力覚センサ23を示す。1つ又は複数の力覚センサ23は、工具1000の任意の場所に配置でき、力覚センサ23は、材料2の表面への工具先端24の接触に対応した力の変化を検出できる。力の一部が、力覚センサ23を通過して材料に伝達されるのでなく、工具先端24を介して材料に伝達されるので、力の変化は検出される力の減少である場合がある。
【０１７１】
図11A及び11Bは、底部プレート1105を備えた工具1100を示す。工具1100は、工具1000の1つ又は複数の構成要素を含むことができ、底部プレート1105は底部プレート910に対応できる。図11Aは、粉塵抽出及び誘導技法が使用されない場合に材料に付着する粉塵又は微粒子を示す一方で、図11Bは、本明細書で説明する粉塵抽出及び誘導技法が粉塵を材料からどのように除去するかを示す(例えば、ファン及び/又は真空源が発生する空気流で、チャンネルを通過して工具の後部から離れるか又は真空ポートを介して抽出される空気流を介して)。工具1100は、工具の底部プレートの空洞又はチャンネルを介して、加工部材によって加工表面から除去された材料の微粒子を取り除くことができる。工具1100は、真空によって、これら微粒子を加工部材から離れる方向に空洞を介して除去できる。
【０１７２】
図12は、一実施形態による工具の位置検出を較正する方法のブロック図を示す。概略的に述べると、方法1200は、1205でパラメータの第1値を検出する工具を含む。ステップ1210で、工具は、加工部材を加工表面に向けて延伸させる。1210では、工具は、このパラメータの第2値を検出する。ステップ1220で、工具は、加工表面に対する加工部材の位置を特定する。方法1200は、図1-11Bに示した1つ又は複数のシステムの1つ又は複数の構成要素若しくはモジュールにより実行できる。
【０１７３】
図12を続けて参照し、さらに詳細には、1205において工具はパラメータの第1値を検出する。工具は(例えば、センサを介して)パラメータの第1値を検出できる。センサは、1つ又は複数のプロセッサを含む計算装置に通信可能に結合できる。パラメータ又はその第1値は、工具のベースの一部分によって加工表面へ又は作業面に向けてかけられる力の量を示すことができる。工具は、工具のベースのその部分が加工表面に接触している状態で、このパラメータの第1値を検出できる。例えば、ベースのこの部分は、加工表面又は材料に載置又は配置されていもよい。幾つかの場合では、ベースは、加工表面に接触するパッドを含むことができる。
【０１７４】
ステップ1210で、工具は、加工部材を加工表面に向けて延伸させる。工具は、(例えば、計算装置によって制御されるモータを介して)加工部材を加工表面に向けて延伸できる。加工部材が加工表面に接触すると、ベースは加工表面に少なくとも部分的に接触できる。例えば、加工部材は加工表面に接触し、ベースの一部を少なくとも部分的に持ち上げ又は傾けることができる。ベースのこの部分は、材料の表面に接触している工具先端がどの程度ベースを持ち上げるか又は傾けるかによって、表面に接触することもあり、しないこともある。幾つかの場合では、ベースは表面に接触し続けているが、ベースによって加工表面にかけられる力の量が小さくなることがある。このより小さい力の量はパラメータの第2値に対応できる。
【０１７５】
1210では、工具はこのパラメータの第2値を検出する。工具は(例えばセンサを介して)、パラメータの第1値よりも小さいパラメータの第2値を求めることによって加工部材が加工表面に接触するときを検出できる。第2値が第1値より小さくなるのは、工具先端がベースによってかけられる力を分散することでベースのこの部分によってかけられる力が小さくなるからである。工具先端が力の一部を材料にかけるか、ベースの別の部分がベースの第1部分よりも大きな力をかけるように、この力を分散できる。例えば、ベースの第1部分がベースの第2部分よりも小さい力をかけるように、工具先端がベースを傾けることができる。例えば、モータが加工部材を加工表面に接触させたことに応答して工具のベースのその部分が加工表面に接触していない状態で、工具はこのパラメータの第2値を検出できる。工具は、加工部材が加工表面に接触したことに応答して、加工部材がベースを傾けたことに応答して、加工表面に対する加工部材のz軸位置を特定できる。
【０１７６】
ステップ1220で、工具は、加工表面に対する加工部材の位置を特定する。工具は(例えば、計算装置を介して)、第1値と第2値との差が閾値より大きいことに応答して加工表面に対する加工部材のz軸位置又は深さを求めることができる。工具は、これらの検出されたz軸位置に基づいて工具の位置検出システムを較正できる。例えば、工具はこの位置を、ゼロ、初期、又はデフォルト位置として設定できる。すると、システムは、この較正されたゼロ位置に対して工具先端のz軸座標又は位置を特定できる。幾つかの場合では、工具は検出された表面をゼロ位置として較正せず、スピンドルからの絶対距離を記録してもよい。工具先端長は加工部材又は工具の種類に基づいて変化しうるので、スピンドルの先端の位置は置き換え可能ではないので工具によって予め定めることができる。
【０１７７】
切削工具と共に使用するための本開示の実施形態の形状及び構造は、図13-21に記載し且つ示した。図13-21に示した実施形態は、ルーター500と共に使用するよう構成されたシステム又はリグ100を提供する。システム100は、下端においてベースハウジング130に取り付けられ、上端において装置取付台122内部で終端する2つの支持脚104を含む。装置取付台122は、モニタ又はスマート装置570を装置取付台122に留める又は固定する左右の表示装置クリップ124を含む。装置570は、ユーザが特定の用途の切削経路を見ることができるようにする表示画面572を含む。ベース130は、ハンドル支持アーム108を介して取り付けられた左右のハンドル又はグリップ106も備えている。
【０１７８】
ベース130の下端は、載置台150と下部載置台滑りパッド151とを囲む底部プレート139を備えている。ベース130及び底部プレート139は、機械加工ネジなどにより互いに固定されている。図20に示したように、底部プレート139は、底部に取り付けられた底部滑りパッド141を備えている。底部滑りパッド141は、加工中の材料の表面上でのリグ100の動きを助けるために使用できる。底部滑りパッド141は、高密度ポリエチレン、テフロン(登録商標)、又は耐久性が高く且つ材料上での摺動に適した他の適切な材料製とすることができる。
【０１７９】
ルーター500は、ルーター底部プレート510を載置台150に取り付けることで、リグ100に取り付け可能である。図21に示したように、載置台150は、ルーターベース510を載置台150に取り付けるための幾つかの工具取付点164を備えている。ルーターベース510は、ルータービット512の周りにケージを形成する幾つかのルーターベース支持脚508を備えている。ルーター500は、電源コード506及びオン・オフスイッチ504も備えている。リグ100は、バッテリ電源などの搭載電源を含む自己完結型の携帯ユニットとして実装してもよい。
【０１８０】
スマートユニット又はモニタ570は、ケーブル端末又はレセプタクル576を備えた入力ケーブル574を備えることができる。この装置がスマートユニットであれば、CPU、ソフトウェア、及びメモリはその装置上に設けられる。装置570が単にモニタであれば、ケーブル574及びレセプタクル576がCPUユニットに接続される。
【０１８１】
図14-19に示したように、システム100は、載置台モータ210と旋回軸モータ220とを収容できる。載置台モータ210を用いて載置台150の動きを制御する。旋回軸モータ220を用いて、載置台150を押し引きする旋回アーム156の運動を制御し、モータ210、220の回転運動を比較的直線の運動に変換する。載置台モータ210及び旋回軸モータ220は、それぞれの専用のモータキャップ212及び222を備えることができる。
【０１８２】
モータ210及び220は、プリント回路板250及びマイクロコントローラボード252に接続された載置台モータ駆動部253及びピボットモータ駆動部254により制御可能である。マイクロコントローラ252は、スマート装置又はCPUユニット（すなわち、ラップトップ）からの低レベル命令を処理する。これらの命令は、モータ210、220を設定位置（例えば、位置150、125）で正しいステップコマンドに移動させて、モータをこれらの位置に駆動する命令である。モータの配向は、一旦モータをゼロ位置にホーミングさせ、それに続いてとられるすべてのステップを追跡することによって追跡される。幾つかの実施形態では、システムは、回転エンコーダを用いてモータシャフトの配向の状態を追跡できる。モータ210、220及びモータ駆動部253、254は、電源プラグレセプタクル255を電源に接続することで電源を得る。
【０１８３】
図15-16に示したように、リグ100の背部はカメラ支持部190を含む。カメラ支持部190は、上部載置台ハウジング130に接続され、カメラ300が取り付けられるリグ100の上部で終端する1つ又は複数の支持部材でよい。カメラ300及びレンズ304は、加工中の材料の画像及びその周囲の領域を取り込むよう比較的下向きの姿勢に配置されている。
【０１８４】
偏心器を用いてモータの回転運動を直線運動に変換できる。偏心器は、偏心シャフトの周りを回転する円板である。これらシャフトは、回転すると偏心円板周りに環装されたカラーに直線運動を生み出す。偏心器は、比較的安価でありつつ、精密直線載置台と同様の低いバックラッシ正確度を維持できる。1/2インチの直線変位範囲は、十分に偏心器の能力範囲である。工具は、フレームに取り付けられ、ベース上で摺動できる載置台に接続された2つの偏心器を含むことができる。これら偏心器はステップモータにより回転させることができ、それらを回転させることで、載置台がフレーム内で移動可能となる。様々な偏心器のサイズ及び形状を変更することで、作業空間に対する、工具699のより大きい又は小さい相対運動を実現できる。
【０１８５】
載置台を拘束するため、一方の偏心器をボールベアリング連結により載置台に直接接続できると共に、他方は継手とヒンジにより接続される。この連結設計によって、偏心配向と載置台位置との非直線的関係が得られる。範囲の中心の近くでは、偏心器の穏やかな回転は、載置台を穏やかに運動させる。 対照的に、範囲の端部の近くでは、載置台を一定量移動させるにはずっと大きな回転が必要である。本発明では、載置台の変位は、極端な非直線的な位置を避けるため、最大範囲の概ね95%限定されている。この連結設計により、工具に作用する力が、カムをそれらの目標位置から離れる方向に回転させうるという意味で後退駆動（back driving）が発生しうる。しかし、本発明は、一定の力が存在しても後退駆動を防止するのに十分な力を備えた、適切な電力供給を受けるモータを使用する。
【０１８６】
図21に示したように、上部載置台ハウジング130は、上部載置台ハウジング130の形状になるよう機械加工又は形成されたスペーサ131、133、135を備えた一体型ユニットでよい。スペーサ131、133、135は、載置台150及び旋回アーム156が運動するのに必要な空間を確保する。前部スペーサ131、側部スペーサ133、及び後部スペーサ135は単一のユニットとして形成する必要はない。その代わり、前部スペーサ131、側部スペーサ133、及び後部スペーサ135は、上部載置台ハウジング130に取り付けられた別個の部材片とすることもできる。上部載置台ハウジング130は、幾つかの上部載置台滑りパッド137も収容する。上部載置台滑りパッド137は、載置台安定化アーム152が最小の摩擦でパッド137上を移動可能とする。
【０１８７】
載置台150は、アルミ又は他の合金のような軽量だが耐久性があって強い材料製とすることが理想的である。載置台150は、1つ又は複数の安定化アーム152、載置台偏心アーム部材154、工具取付点168、及び工具が載置台150を通過して延伸する開口部160を含むように機械加工されることになる可能性が最も高い。さらに、旋回アーム156は、載置台150と同じ合金又は材料から機械加工で形成されることになる可能性が最も高い。
【０１８８】
動作にあたって、載置台モータ210は、載置台モータシャフト184の回転に応答して運動する。載置台偏心カム部材174が載置台モータシャフト184に取り付けられている。載置台モータシャフト184が回転すると、載置台偏心カム部材174が回転し、カムの設計によって、カム174に接続されそれを囲む載置台アーム部材154が載置台150を移動させることができる。カム174と載置台アーム部材154との間にベアリングリングを用いてもよい。
【０１８９】
さらに、旋回軸モータ220が動くと、旋回軸モータシャフト186が回転する。旋回偏心カム部材176が、載置台モータシャフト186に取り付けられている。旋回モータシャフト186が回転すると旋回偏心カム部材176が回転し、カムの設計によって、カム176に接続されそれを囲む旋回アーム部材154が旋回アーム156を前後に移動させ、これによって、載置台150が旋回アーム156に対して移動可能となる。カム176と旋回アーム156との間にベアリングリングを用いてもよい。
【０１９０】
載置台150及び旋回アーム154が動くにつれ、載置台安定化アーム152が上部載置台滑りパッド及び下部載置台滑りパッド151（例えば、図13に示したように）に沿って移動し、移動時に載置台150を安定させる。さらに、載置台偏心器174及び旋回偏心器176はボスを含むことができる。このボスは、載置台モータシャフト184又は旋回モータシャフト186を締め付ける止めネジを収容するための追加材料を偏心器174、176に確保するので、これをそれぞれの偏心器174、176にしっかりと取り付ける。旋回偏心ボス187は図21に示されている。これら図には載置台偏心ボスを示していないが、それは、載置台150と旋回アーム156が異なる平面上で動作するため、それが旋回ボス187に対して反転しているからである。
【０１９１】
本開示の代表的な方法による様々な動作を説明したが、本開示の範囲から逸脱することなく、本明細書で説明した幾つかの動作は省略でき、他の動作を加えることができることは理解されている。
【０１９２】
当業者であれば、本開示の広い概念から逸脱することなく上述の実施形態に変更又は修正を行うことができることは理解されるはずである。従って、本開示は、説明された特定の実施形態に限定されるものでなく、本開示の範囲及び精神内のすべての修正及び変更を網羅することを意図していることは理解されている。
【０１９３】
本明細書で説明されたシステムは、それらの構成要素のいずれ又はそれぞれの多数個を提供でき、これら構成要素は独立型マシンに設けることができ、幾つかの実施形態では、分散システムの多数のマシンに設けることができる。本明細書で説明したシステム及び方法は、ソフトウェア、ファームウェア、ハードウェア、又はそれらの組み合わせを実現するためのプログラミング技法又は工学技法を用いることで、方法、装置、又は製品として実装できる。さらに、本明細書に記載したシステム及び方法は、1つ又は複数の製品に実装された1つ又は複数のコンピュータ可読プログラムとして提供できる。本明細書に記載した「製品」という用語は、1つ又は複数のコンピュータ可読装置、ファームウェア、プログラム可能論理、記憶装置(例えば、EEPROM、ROM、PROM、RAM、SRAM)、ハードウェア(例えば、集積回路チップ、書替え可能ゲートアレイ（FPGA）又は特定用途向けIC（ASIC）)、電子装置、コンピュータ可読不揮発性記憶ユニット(例えば、CD-ROM、フロッピーディスク、ハードディスク装置)からアクセス可能な又はそれに埋め込まれたコード又は論理を包含することを意図している。この製品は、ネットワーク通信線、無線通信媒体、空間を伝搬する信号、無線波、又は赤外線信号を介してコンピュータ可読プログラムにアクセスを実現するファイルサーバからアクセスできる。この製品は、フラッシュメモリカード又は磁気テープでもよい。この製品は、プロセッサに実行されるコンピュータ可読媒体に埋め込み可能なソフトウェア又はプログラム可能コードに加えてハードウェア論理も含む。一般に、こうしたコンピュータ可読媒体は、LISP、PERL、C、C++、C#、PROLOGのような任意のプログラミング言語、又はJAVA(登録商標)のような任意のバイトコード言語で実装すればよい。ソフトウェアは、1つ又は複数の製品にオブジェクトコードとして格納できる。
【０１９４】
1つ又は複数の仮想マシンの音声ハードウェアを仮想化するための方法及びシステムの幾つかの実施形態を説明してきたが、当業者には、本開示の概念を採用した他の実施形態も使用できることは明らかとなるはずである。
【０１９５】
様々な実施形態を本明細書で説明し例示してきたが、通常の技能を備えた当業者であれば、本明細書に記載した機能を実行又は本明細書に記載した1つ又は複数の利点の成果を実現する様々な手段又は構造体を構想できるはずであり、そうした各変形例又は修正は本明細書に記載された実施形態の範囲に入る。より一般的には、通常の技能を備えた当業者であれば、本明細書に記載したすべてのパラメータ、寸法、材料、及び構成は例示を意図したものであり、実際のパラメータ、寸法、材料、及び構成は、そうした教示が使用される1つ又は複数の具体的な応用例に依存することは容易に理解するはずである。当業者であれば、本明細書に記載した具体的な実施形態の等価物を理解し、或いは、通常の実験を行うだけでそれらを特定できるはずである。従って、上述の実施形態は例示目的のみで記載されたもので、実施形態は、明細書に具体的に記載され且つ請求項に記載されたものとは異なる態様で、添付の請求項及びその等価物の範囲内において実施可能であることは理解すべきである。本開示の実施形態は、本明細書に記載された各個別の特徴、システム、物品、材料、キット、又は方法に関する。さらに、2つ以上のそれら特徴、システム、物品、材料、キット、又は方法の任意組み合わせは、そうした特徴、システム、物品、材料、キット、又は方法が互いに矛盾しない限り、本開示の範囲に含まれる。
【０１９６】
上述の実施形態は多くの方法うちのいずれかで実装できる。例えば、これら実施形態は、ハードウェア、ソフトウェア、又はそれらの組み合わせを用いて実装できる。ソフトウェアとして実装する場合、ソフトウェアコードは、単一のコンピュータに設けられていても多数のコンピュータに分散されていても、任意適切な単一プロセッサ又は一群のプロセッサ上で実行できる。
【０１９７】
又、コンピュータは、1つ又は複数の入力装置及び出力装置を備えることができる。これら装置は、例えば、ユーザインターフェースを提示するために使用できる。ユーザインターフェースを提示するために使用できる出力装置の例には、出力の視覚提示のための印刷機又は表示画面及び出力の聴覚提示のためのスピーカ又は他の音声発生装置が含まれる。ユーザインターフェースとして使用できる入力装置の例としては、キーボード、マウスのようなポインティングデバイス、タッチバッド、及びディジタル化タブレットが含まれる。別の例としては、コンピュータは、音声認識を介して又は他の可聴形式で入力情報を受け取ってもよい。
【０１９８】
そうしたコンピュータは、企業ネットワークのようなローカルエリアネットワーク若しくは広域ネットワーク、インテリジェントネットワーク(IN)、又はインターネットを含む、適切な形式の1つ又は複数ネットワークによって相互接続してもよい。こうしたネットワークは任意適切な技術に基づいたものとすることができ、任意適切なプロトコルに従って動作でき、無線ネットワーク、有線ネットワーク、又は光ファイバネットワークを含むことができる。
【０１９９】
本明細書に記載の機能の少なくとも一部を実装するため使用されるコンピュータは、メモリと、1つ又は複数の処理ユニット(本明細書では単に「プロセッサ」とも呼ぶ)、1つ又は複数の通信インターフェースと、1つ又は複数の表示ユニットと、1つ又は複数のユーザ入力装置とを含むことができる。メモリは任意のコンピュータ可読媒体を含むことができ、さらに、メモリは、本明細書に記載した様々な機能を実装するためのコンピュータ命令(本明細書では「プロセッサ実行可能命令」とも呼ぶ)を格納ことができる。1つ又は複数の処理ユニットを用いてこれら命令を実行できる。1つまたは複数の通信インターフェースは有線もしくは無線ネットワーク、バス、又は他の通信手段に結合してよく、従って、コンピュータは、他の装置との間で情報を送信し且つ/又は受信できる。例えば、ユーザが、命令の実行に関連した様々な情報をビューできるように1つ又は複数の表示装置を設けてもよい。1つ又は複数のユーザ入力装置を設けて、例えば、ユーザによる手動調節、選択、データ若しくは様々な情報の入力、及び/又は命令の実行時におけるプロセッサとの様々な態様での対話を可能としてよい。
【０２００】
本明細書で概説した様々な方法及びプロセスは、様々なオペレーティングシステム又はプラットフォームのいずれかを使用する1つ又は複数のプロセッサ上で実行可能なソフトウェアとして符号化できる。さらに、そうしたソフトウェアは、多数の適切なプログラミング言語又はプログラミング若しくはスクリプトツールのいずれかを使って記述でき、さらに、フレームワーク又は仮想マシン上で実行される実行可能マシン言語コード又は中間コードとしてコンパイルできる。
【０２０１】
本明細書に記載の概念は、1つ若しくは複数のコンピュータ又は他のプロセッサ上で実行されると、本明細書に記載の様々な実施形態を実装する方法を実行する1つ又は複数のプログラムを符号化したコンピュータ可読記憶媒体(又は多数のコンピュータ可読記憶媒体)(例えば、コンピュータメモリ、1つ又は複数のフロッピーディスク、コンパクトディスク、光ディスク、磁気テープ、フラッシュメモリ、書替え可能ゲートアレイ、他の半導体装置、又は他の非一時的媒体若しくは有形コンピュータ可読記憶)として実装できる。こうした1つ又は複数のコンピュータ可読媒体は移動式とすることができ、そこに格納された1つ又は複数のプログラムを1つ又は複数の異なるコンピュータ又は他のプロセッサにロードして、本明細書に記載した様々な側面及び実施形態を実施できる。
【０２０２】
本明細書で使用する「プログラム」又は「ソフトウェア」という用語は、一般的な意味で、本明細書に記載した様々な実施形態の側面を実施するためにコンピュータ又は他のプロセッサをプログラムするため使用可能な任意種類のコンピュータコード又はコンピュータ可読命令をいう。さらに、一側面によれば、実行すると本明細書に記載した方法又は動作を実行する1つ又は複数のコンピュータプログラムは、単一のコンピュータ又はプロセッサに設けられている必要はなく、本明細書に記載した様々な側面又は実施形態を実装するために多数の異なるコンピュータ又はプロセッサにモジュール形式で分散してよい。
【０２０３】
コンピュータ可読命令は、1つ若しくは複数のコンピュータ又は他の装置で実行されるプログラムモジュールのような様々な形式としてよい。一般に、プログラムモジュールは、特定の作業を実行したり特定の抽象データ型を実装したりするルーチン、プログラム、オブジェクト、構成要素、又はデータ構造を含む。典型的には、こうしたプログラムモジュールの機能は、様々な実施形態で好適に組み合わせ又は分散してよい。
【０２０４】
こうしたデータ構造は、任意適切な形式でコンピュータ可読媒体に格納できる。例示を単純化するため、データ構造は、その構造内の位置を介して関係付けされたフィールドを備えることを示すことができる。こうした関係性は、こうしたフィールドの格納を、それらフィールド間の関係性を伝えるコンピュータ可読媒体内の位置に割り当てることでも達成できる。ポインタ、タグ、又はデータ要素間の関係を確立する他の仕組みを含む、任意適切な仕組みを用いてデータ構造内のフィールドの情報間の関係を確立できる。
【０２０５】
本明細書に記載された概念は1つ又は複数の方法として実施でき、それらの一例は記載されている。その方法の一部として実行される動作は任意適切な方法で順序付けてよい。従って、実施形態は、動作が例示されたものと異なる順序で実行されるように構成でき、例示的な実施形態では一連の動作として示したが、これには幾つかの動作を同時に実行することを含んでもよい。
【０２０６】
「光」、「光学的」、及びそれらに関連した用語は、本明細書で使用する限りは、可視スペクトルの電磁放射のみを指すと理解すべきでなく、紫外線(約10 nm〜390 nm)、可視(390 nm〜750 nm)、近赤外線(750 nm〜1400 nm)、中赤外線(1400 nm〜15,000 nm)、及び遠赤外線(15,000 nm〜約1 mm)の電磁放射を指す。
【０２０７】
本明細書及び請求項で使用された不定冠詞「1つの(a)」及び「1つの(an)」は、それとは異なることが明示されていない限り、「少なくとも1つの」を意味するものと理解すべきである。
【０２０８】
「又は」という語句は包括的なものと解釈でき、「又は」を用いて記載された任意項目は、その記載された項目の単一、2つ以上、或いはすべてを示すことができる。
【０２０９】
上記の明細書だけでなく請求項においても、「包含する」、「含む」、「保持する」、「含有する」、「伴う」、「保有する」、「からなる」などの移行語句は制限を設定しないもの、すなわち対象を限定しないで含むことを意味すると理解すべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図９Ｄ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１０Ｄ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
2018514875.tif 000026
【図１６】
2018514875.tif 000027
【図１７】
2018514875.tif 000028
【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【国際調査報告】
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