組み込みアーム歪みセンサ
可搬型の関節アーム座標測定機（ＡＡＣＭＭ）が、手動で位置付けることが可能な関節アーム部と、第１の端部に装着された測定デバイスと、ＡＡＣＭＭの構造的コンポーネントであって、軸方向を有する、構造的コンポーネントと、構造的コンポーネントに結合された、それぞれが受感軸を有する少なくとも３つの歪みゲージセンサであって、各歪みゲージセンサの受感軸が、軸方向に対してほぼ平行に向きを決められ、各歪みゲージセンサが、軸方向に垂直な横断面によってほぼ横切られ、アナログ歪みゲージ信号を生成し、歪みゲージセンサが、構造的コンポーネントと横断面の両方の上に存在する任意の点の曲げ歪みを判定するのに十分なデータを提供するように配置される、歪みゲージセンサと、位置信号を受信し、測定デバイスの位置に対応するデータを提供する電子回路とを含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、座標測定機に関し、より具体的には、可搬型の関節アーム座標測定機の構造的コンポーネントの歪みを測定するように構成された歪みゲージセンサを有する可搬型の関節アーム座標測定機に関する。
【背景技術】
【０００２】
本出願は、２０１０年１月２０日に出願した仮出願第６１／２９６，５５５号の利益を主張するものであり、この仮出願の内容は、その全体を本願に引用して援用する。
【０００３】
可搬型の関節アーム座標測定機（ＡＡＣＭＭ）は、部品の製造または生産のさまざまな段階（例えば、機械加工）の間に部品の寸法を迅速かつ正確に確認するニーズが存在する部品の製造または生産に広く使用されている。可搬型のＡＡＣＭＭは、特に、比較的複雑な部品の寸法の測定を実行するのにかかる時間量の中で、知られている据え付け式のまたは固定式の、コストが高く、使用するのが比較的難しい測定設備と比べて大きな改善を示す。通常、可搬型のＡＡＣＭＭのユーザは、単純に、測定されるべき部品または物体の表面に沿ってプローブを導く。次に、測定データが記録され、ユーザに提供される。場合によっては、データは、視覚的な形態、例えば、コンピュータスクリーン上の３次元（３Ｄ）の形態でユーザに提供される。その他の場合、データは、数字の形態でユーザに提供され、例えば、穴の直径を測定するとき、テキスト「直径＝１．００３４」がコンピュータスクリーン上に表示される。
【０００４】
先行技術の可搬型の関節アームＣＭＭの一例が、同一出願人による米国特許第５，４０２，５８２（‘５８２）号に開示されており、この米国特許は、その全体を本願に引用して援用する。‘５８２号特許は、一端に支持基部を、他端に測定プローブを有する手動操作式の関節アームＣＭＭを備える３Ｄ測定システムを開示する。同一出願人による米国特許第５，６１１，１４７（‘１４７）号は、類似の関節アームＣＭＭを開示しており、この米国特許は、その全体を本願に引用して援用する。‘１４７号特許においては、関節アームＣＭＭは、プローブ端の追加的な回転軸を含むいくつかの特徴を含み、それによって、２−２−２軸構成または２−２−３軸構成（後者は７軸アームである）のどちらかを有するアームを提供する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第５，４０２，５８２号明細書
【特許文献２】米国特許第５，６１１，１４７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
必要とされるのは、ＡＡＣＭＭに関連する歪みを測定することができる装置および方法である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
例示的な実施形態は、空間内の物体の座標を測定するための可搬型の関節アーム座標測定機（ＡＡＣＭＭ）であって、反対側にある第１の端部および第２の端部を有する手動で位置付けることが可能な関節アーム部であって、第１の端部に近接するアームセグメントを含む複数の接続されたアームセグメントを含み、各アームセグメントが、位置信号を生成する少なくとも１つの位置トランスデューサを含む、アーム部と、第１の端部に装着された測定デバイスと、ＡＡＣＭＭの構造的コンポーネントであって、軸方向を有する、構造的コンポーネントと、構造的コンポーネントに結合された、それぞれが受感軸を有する少なくとも３つの歪みゲージセンサであって、各歪みゲージセンサの受感軸が、軸方向に対してほぼ平行に向きを決められ、各歪みゲージセンサが、軸方向に垂直な横断面によってほぼ横切られ、アナログ歪みゲージ信号を生成し、歪みゲージセンサが、構造的コンポーネントと横断面の両方の上に存在する任意の点の曲げ歪みを判定するのに十分なデータを提供するように配置される、歪みゲージセンサと、位置信号を受信し、測定デバイスの位置に対応するデータを提供する電子回路とを含む、関節アーム座標測定機（ＡＡＣＭＭ）を含む。
【０００８】
さらなる例示的な実施形態は、関節アーム座標測定機（ＡＡＣＭＭ）の歪みを測定するための方法であって、反対側にある第１の端部および第２の端部を有する手動で位置付けることが可能な関節アーム部であって、それぞれが少なくとも１つの軸受カートリッジに装着された複数の接続されたアームセグメントを含み、複数の接続されたアームセグメントが、第１の端部に近接するアームセグメントを含み、各アームセグメントが、位置信号を生成する少なくとも１つの位置トランスデューサを含む、アーム部、前記第１の端部に装着された測定デバイス、関節アーム座標測定機の構造的コンポーネントであって、軸方向を有する、構造的コンポーネント、構造的コンポーネントに配置された少なくとも第１の歪みゲージセンサであって、各歪みゲージセンサが、アナログ歪みゲージ信号を生成する、少なくとも第１の歪みゲージセンサを設けるステップと、アナログ歪みゲージ信号の組み合わせを少なくとも１つのデジタル歪みゲージ信号に変換するステップと、位置信号および少なくとも１つのデジタル歪みゲージ信号を受信する電子回路に、少なくとも１つの軸受カートリッジのうちの少なくとも１つを通じて少なくとも１つのデジタル歪みゲージ信号を送信するステップと、測定デバイスの位置に対応するデータを提供および記憶するステップと、少なくとも１つのデジタル歪みゲージ信号を記憶するステップとを含む、方法を含む。
【０００９】
ここで図面を参照して、本開示の範囲全体に関して限定的であると解釈されるべきでなく、要素がいくつかの図で同様に付番されている例示的な実施形態が示される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１Ａ】図１Ａおよび１Ｂを含む、本発明のさまざまな態様の実施形態を中に有する可搬型の関節アーム座標測定機（ＡＡＣＭＭ）の斜視図である。
【図１Ｂ】図１Ａおよび１Ｂを含む、本発明のさまざまな態様の実施形態を中に有する可搬型の関節アーム座標測定機（ＡＡＣＭＭ）の斜視図である。
【図２Ａ】一緒に作られた図２Ａ〜２Ｄを含む、一実施形態による、図１のＡＡＣＭＭの一部として利用される電子機器の構成図である。
【図２Ｂ】一緒に作られた図２Ａ〜２Ｄを含む、一実施形態による、図１のＡＡＣＭＭの一部として利用される電子機器の構成図である。
【図２Ｃ】一緒に作られた図２Ａ〜２Ｄを含む、一実施形態による、図１のＡＡＣＭＭの一部として利用される電子機器の構成図である。
【図２Ｄ】一緒に作られた図２Ａ〜２Ｄを含む、一実施形態による、図１のＡＡＣＭＭの一部として利用される電子機器の構成図である。
【図３Ａ】一緒に作られた図３Ａおよび３Ｂを含む、一実施形態による、図２の電子データ処理システムの詳細な特徴を示す構成図である。
【図３Ｂ】一緒に作られた図３Ａおよび３Ｂを含む、一実施形態による、図２の電子データ処理システムの詳細な特徴を示す構成図である。
【図４】ＡＡＣＭＭのコンポーネントの曲げを示す、図１のＡＡＣＭＭの概略図である。
【図５】ＡＡＣＭＭの構造的コンポーネントに配置された例示的な歪みゲージセンサの図である。
【図６】例示的な実施形態による、歪みを検出するための方法の流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
例示的な実施形態は、測定結果を補償して精度を向上させるか、または修正措置の必要性をオペレータに警告するかのいずれかのために、可搬型の関節アーム座標測定機のアームセグメントの歪みを測定するためのシステムおよび方法を含む。
【００１２】
図１Ａおよび１Ｂは、本発明のさまざまな実施形態による可搬型の関節アーム座標測定機（ＡＡＣＭＭ）１００を全体的に示し、関節アームは、座標測定機の一種である。図１Ａおよび１Ｂに示されるように、例示的なＡＡＣＭＭ１００は、一端でＡＡＣＭＭ１００のアーム部１０４に結合された測定プローブ筐体１０２を有する６または７軸関節測定デバイスを含み得る。アーム部１０４は、軸受カートリッジ（例えば、２つの軸受カートリッジ）の第１の群１１０によって第２のアームセグメント１０８に結合された第１のアームセグメント１０６を含む。軸受カートリッジ（例えば、２つの軸受カートリッジ）の第２の群１１２は、第２のアームセグメント１０８を測定プローブ筐体１０２に結合する。軸受カートリッジ（例えば、３つの軸受カートリッジ）の第３の群１１４は、第１のアームセグメント１０６を、ＡＡＣＭＭ１００のアーム部１０４の他端に配置された基部１１６に結合する。軸受カートリッジの各群１１０、１１２、１１４は、関節による動作の複数の軸を提供する。また、測定プローブ筐体１０２は、ＡＡＣＭＭ１００の第７の軸部のシャフト（例えば、ＡＡＣＭＭ１００の第７の軸内の測定デバイス、例えば、プローブ１１８の動作を決定するエンコーダシステムを含むカートリッジ）を含み得る。ＡＡＣＭＭ１００を使用する際、基部１１６は、通常、作業台に固定される。
【００１３】
各軸受カートリッジの群１１０、１１２、１１４の中の各軸受カートリッジは、通常、エンコーダシステム（例えば、光学式の角度エンコーダシステム）を含む。エンコーダシステム（すなわち、トランスデューサ）は、基部１１６に対するプローブ１１８の位置（および、ひいては、特定の基準系、例えば、局所または大域基準系におけるＡＡＣＭＭ１００によって測定されている物体の位置）をすべてが一緒になって示すそれぞれのアームセグメント１０６、１０８および対応する軸受カートリッジの群１１０、１１２、１１４の位置を示す。アームセグメント１０６、１０８は、例えば、これに限定されないが、炭素複合材料などの好適な剛性のある材料で作製され得る。関節による動作の６つまたは７つの軸（すなわち、自由度）を有する可搬型のＡＡＣＭＭ１００は、オペレータによって簡単に扱われ得るアーム部１０４を提供しながら、オペレータが基部１１６周りの３６０度の領域内の所望の位置にプローブ１１８を位置付けることを可能にする利点をもたらす。しかし、２つのアームセグメント１０６、１０８を有するアーム部１０４の例は例示を目的とするものであり、特許請求される発明はそのように限定されるべきでないことを理解されたい。ＡＡＣＭＭ１００は、軸受カートリッジによって一緒に結合された任意の数のアームセグメント（および、ひいては、６つもしくは７つを超えるか、または６つもしくは７つ未満の関節による動作の軸または自由度）を持つ可能性がある。
【００１４】
プローブ１１８は、測定プローブ筐体１０２に取り外し可能なように取り付けられ、測定プローブ筐体１０２は、軸受カートリッジの群１１２に接続される。ハンドル１２６は、例えば、クイック接続インターフェース（ｑｕｉｃｋ−ｃｏｎｎｅｃｔ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）により測定プローブ筐体１０２に対して取り外し可能である。ハンドル１２６は、別のデバイス（例えば、レーザラインプローブ、バーコードリーダ）で置き換えられることができ、それによって、オペレータが同じＡＡＣＭＭ１００で異なる測定デバイスを使用することを可能にする利点をもたらす。例示的な実施形態において、プローブ筐体１０２は、接触式の測定デバイスであり、測定されるべき物体に物理的に接触する、ボール形の、タッチセンシティブな、湾曲した、および伸長式のプローブを含むがこれらに限定されない異なるチップ１１８を有する可能性がある取り外し可能なプローブ１１８を収容する。その他の実施形態において、測定は、例えば、レーザラインプローブ（ＬＬＰ）などの非接触式のデバイスによって実行される。一実施形態において、ハンドル１２６は、クイック接続インターフェースを使用してＬＬＰで置き換えられる。その他の種類の測定デバイスが、追加的な機能を提供するために取り外し可能なハンドル１２６を置き換える可能性がある。そのような測定デバイスの例は、例えば、１つ以上の照明、温度センサ、熱スキャナ、バーコードスキャナ、プロジェクタ、ペイントスプレーヤ、カメラなどを含むがこれらに限定されない。
【００１５】
図１Ａおよび１Ｂに示されるように、ＡＡＣＭＭ１００は、軸受カートリッジの群１１２から測定プローブ筐体１０２を取り外すことなしにアクセサリまたは機能が変更されることを可能にする利点をもたらす取り外し可能なハンドル１２６を含む。図２に関して以下でより詳細に検討されるように、取り外し可能なハンドル１２６は、電力およびデータが、ハンドル１２６、およびプローブ端に配置された対応する電子機器とやりとりされることを可能にする電気コネクタも含み得る。
【００１６】
さまざまな実施形態において、軸受カートリッジの各群１１０、１１２、１１４は、ＡＡＣＭＭ１００のアーム部１０４が複数の回転軸周りを動くことを可能にする。述べられたように、各軸受カートリッジの群１１０、１１２、１１４は、例えばアームセグメント１０６、１０８の対応する回転軸と同軸上にそれぞれが配置された、例えば光学式の角度エンコーダなどの対応するエンコーダシステムを含む。光学式のエンコーダシステムは、本明細書において以下でより詳細に説明されるように、例えば、対応する軸周りのアームセグメント１０６、１０８のそれぞれのアームセグメントの回転する（スイベルの）または横の（蝶番の）動きを検出し、ＡＡＣＭＭ１００内の電子データ処理システムに信号を送信する。それぞれの個々の処理されていないエンコーダのカウントが信号として電子データ処理システムに別々に送信され、電子データ処理システムにおいて、そのカウントは測定データへとさらに処理される。同一出願人による米国特許第５，４０２，５８２（‘５８２）号に開示されているような、ＡＡＣＭＭ１００自体から分離した位置計算機（例えば、シリアルボックス）は必要とされない。
【００１７】
基部１１６は、装着デバイスまたは取り付けデバイス１２０を含み得る。取り付けデバイス１２０は、ＡＡＣＭＭ１００が、例えば、検査台、マシニングセンタ、壁、または床などの所望の位置に取り外し可能なように取り付けられることを可能にする。一実施形態において、基部１１６は、ＡＡＣＭＭ１００が移動されているときにオペレータが基部１１６を持つのに都合の良い位置を提供するハンドル部１２２を含む。一実施形態において、基部１１６は、折りたたむとディスプレイスクリーンなどのユーザインターフェースが見えるようになる可動式のカバー部１２４をさらに含む。
【００１８】
一実施形態によれば、可搬型のＡＡＣＭＭ１００の基部１１６は、２つの主要なコンポーネント、すなわち、ＡＡＣＭＭ１００内のさまざまなエンコーダシステムからのデータ、および３次元（３Ｄ）位置計算をサポートするためのその他のアームパラメータを表すデータを処理する基部処理システムと、比較的完全な計測機能が外部コンピュータへの接続を必要とせずにＡＡＣＭＭ１００内で実施されることを可能にする、搭載オペレーティングシステム、タッチスクリーンディスプレイ、および常駐アプリケーションソフトウェアを含むユーザインターフェース処理システムとを含む電子データ処理システムを含むまたは収容する。
【００１９】
一実施形態によれば、可搬型のＡＡＣＭＭ１００の基部１１６は、２つの主要なコンポーネント、すなわち、ＡＡＣＭＭ１００内のさまざまなエンコーダシステムからのデータ、および３次元（３Ｄ）位置計算をサポートするためのその他のアームパラメータを表すデータを処理する基部処理システムと、比較的完全な計測機能が外部コンピュータへの接続を必要とせずにＡＡＣＭＭ１００内で実施されることを可能にする、搭載オペレーティングシステム、タッチスクリーンディスプレイ、および常駐アプリケーションソフトウェアを含むユーザインターフェース処理システムとを含む電子データ処理システムを含むまたは収容する。
【００２０】
図２は、一実施形態による、ＡＡＣＭＭ１００で利用される電子機器の構成図である。図２に示される実施形態は、基部処理システムを実装するための基部プロセッサ基板２０４と、ユーザインターフェース基板２０２と、電力を供給するための基部電源基板２０６と、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈモジュール２３２と、基部傾斜基板２０８とを含む電子データ処理システム２１０を含む。ユーザインターフェース基板２０２は、ユーザインターフェース、表示、および本明細書において説明されるその他の機能を実行するアプリケーションソフトウェアを実行するためのコンピュータプロセッサを含む。
【００２１】
図２に示されるように、電子データ処理システム２１０は、１つ以上のアームバス２１８を介して上述の複数のエンコーダシステムと通信している。図２に示された実施形態において、各エンコーダシステムは、エンコーダデータを生成し、エンコーダアームバスインターフェース２１４と、エンコーダデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）２１６と、エンコーダ読み取りヘッドインターフェース２３４と、温度センサ２１２とを含む。歪みセンサなどのその他のデバイスが、アームバス２１８に装着され得る。
【００２２】
さらに図２に示されているのは、アームバス２１８と通信しているプローブ端電子機器２３０である。プローブ端電子機器２３０は、プローブ端ＤＳＰ２２８と、温度センサ２１２と、一実施形態においてはクイック接続インターフェースによってハンドル１２６またはＬＬＰ２４２に接続するハンドル／ＬＬＰインターフェースバス２４０と、プローブインターフェース２２６とを含む。クイック接続インターフェースは、ＬＬＰ２４２およびその他のアクセサリによって使用されるデータバス、制御線、および電源バスへのハンドル１２６によるアクセスを可能にする。一実施形態において、プローブ端電子機器２３０は、ＡＡＣＭＭ１００の測定プローブ筐体１０２に配置される。一実施形態において、ハンドル１２６は、クイック接続インターフェースから取り外されることができ、測定は、ハンドル／ＬＬＰインターフェースバス２４０を介してＡＡＣＭＭ１００のプローブ端電子機器２３０と通信するレーザラインプローブ（ＬＬＰ）２４２によって実行される可能性がある。一実施形態において、電子データ処理システム２１０は、ＡＡＣＭＭ１００の基部１１６に配置され、プローブ端電子機器２３０は、ＡＡＣＭＭ１００の測定プローブ筐体１０２に配置され、エンコーダは、軸受カートリッジの群１１０、１１２、１１４に配置される。プローブインターフェース２２６は、１−ｗｉｒｅ（登録商標）通信プロトコル２３６を実施する、Ｍａｘｉｍ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ，Ｉｎｃ．から販売されている製品を含む任意の好適な通信プロトコルによってプローブ端ＤＳＰ２２８に接続することができる。
【００２３】
図３は、一実施形態による、ＡＡＣＭＭ１００の電子データ処理システム２１０の詳細な特徴を示す構成図である。一実施形態において、電子データ処理システム２１０は、ＡＡＣＭＭ１００の基部１１６に配置され、基部プロセッサ基板２０４と、ユーザインターフェース基板２０２と、基部電源基板２０６と、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈモジュール２３２と、基部傾斜モジュール２０８とを含む。
【００２４】
図３に示される実施形態において、基部プロセッサ基板２０４は、図中に示されるさまざまな機能ブロックを含む。例えば、基部プロセッサ機能３０２は、ＡＡＣＭＭ１００からの測定データの収集をサポートするために利用され、アームバス２１８およびバス制御モジュール機能３０８を介して処理されていないアームデータ（例えば、エンコーダシステムのデータ）を受信する。メモリ機能３０４は、プログラムおよび静的なアーム構成データを記憶する。基部プロセッサ基板２０４は、ＬＬＰ２４２などの任意の外部ハードウェアデバイスまたはアクセサリと通信するための外部ハードウェアオプションポート機能３１０も含む。リアルタイムクロック（ＲＴＣ）およびログ３０６と、バッテリパックインターフェース（ＩＦ）３１６と、診断ポート３１８とが、図３に示される基部プロセッサ基板２０４の実施形態の機能にやはり含まれる。
【００２５】
また、基部プロセッサ基板２０４は、外部（ホストコンピュータ）および内部（ディスプレイプロセッサ２０２）デバイスとのすべての有線および無線データ通信を管理する。基部プロセッサ基板２０４は、（例えば、米国電気電子学会（ＩＥＥＥ）１５８８などのクロック同期規格を用いて）イーサネット機能３２０を介してイーサネットネットワークと、ＬＡＮ機能３２２を介して無線ローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）と、およびパラレル・シリアル通信（ＰＳＣ）機能３１４を介してＢｌｕｅｔｏｏｔｈモジュール２３２と通信する能力を有する。基部プロセッサ基板２０４は、ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）デバイス３１２への接続も含む。
【００２６】
基部プロセッサ基板２０４は、上述の‘５８２号特許のシリアルボックスで開示されたようないかなる前処理も必要とせずに測定データへと処理するために、処理されていない測定データ（例えば、エンコーダシステムのカウント、温度の読み取り値）を送信および収集する。基部プロセッサ２０４は、ＲＳ４８５インターフェース（ＩＦ）３２６を介してユーザインターフェース基板２０２のディスプレイプロセッサ３２８に処理されたデータを送信する。一実施形態において、基部プロセッサ２０４は、処理されていない測定データを外部コンピュータにやはり送信する。
【００２７】
ここで図３のユーザインターフェース基板２０２を参照すると、基部プロセッサによって受信された角度および位置データが、ＡＡＣＭＭ１００内の自律的な計測システムを提供するためにディスプレイプロセッサ３２８で実行されるアプリケーションによって利用される。アプリケーションは、これらに限定されないが、特徴の測定、手引きおよび訓練のグラフィックス、遠隔診断、温度の修正、さまざまな動作の特徴の制御、さまざまなネットワークへの接続、ならびに測定された物体の表示などの機能をサポートするためにディスプレイプロセッサ３２８で実行され得る。ディスプレイプロセッサ３２８および液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）３３８（例えば、タッチスクリーンＬＣＤ）ユーザインターフェースとともに、ユーザインターフェース基板２０２は、セキュアデジタル（ＳＤ）カードインターフェース３３０と、メモリ３３２と、ＵＳＢホストインターフェース３３４と、診断ポート３３６と、カメラポート３４０と、音声／映像インターフェース３４２と、ダイヤルアップ／セルモデム３４４と、全地球測位システム（ＧＰＳ）ポート３４６とを含むいくつかのインターフェースオプションを含む。
【００２８】
図３に示される電子データ処理システム２１０は、環境データを記録するための環境レコーダ３６２を有する基部電源基板２０６も含む。また、基部電源基板２０６は、ＡＣ／ＤＣコンバータ３５８およびバッテリ充電器制御３６０を用いて、電子データ処理システム２１０に電力を供給する。基部電源基板２０６は、集積回路間（ｉｎｔｅｒ−ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ）（Ｉ２Ｃ）シリアルシングルエンドバス３５４を用いて、およびＤＭＡシリアル周辺インターフェース（ＤＭＡ ｓｅｒｉａｌ ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）（ＤＳＰＩ）３５６を介して基部プロセッサ基板２０４と通信する。基部電源基板２０６は、基部電源基板２０６に実装された入力／出力（Ｉ／Ｏ）拡張機能３６４を介して傾斜センサおよび無線周波数識別（ＲＦＩＤ）モジュール２０８に接続される。
【００２９】
別個のコンポーネントとして示されているが、その他の実施形態において、これらのコンポーネントのすべてまたは一部は、図３に示された位置とは異なる位置に物理的に配置される、および／または図３に示された方法とは異なる方法で組み合わされた機能である可能性がある。例えば、一実施形態において、基部プロセッサ基板２０４およびユーザインターフェース基板２０２は、１つの物理的な基板に組み合わされる。
【００３０】
図４は、第１のアームセグメント１０６の曲げの誇張された図を示す。ＡＡＣＭＭ１００のコンポーネント（例えば、第１のアームセグメント１０６および第２のアームセグメント１０８）の曲げおよびねじれは、重力、カウンタバランスばね（ｃｏｕｎｔｅｒ ｂａｌａｎｃｅ ｓｐｒｉｎｇ）、またはオペレータによるＡＡＣＭＭ１００の操作によって生じる可能性がある。基部プロセッサ基板２０４によって実行される運動学モデル計算がこれらの力を考慮に入れない場合、その運動学モデル計算は、点の座標を計算するときに、アームセグメントの曲げまたはねじれを十分に勘案しない可能性がある。アームの曲げ歪みを直接測定することによって、ＡＡＣＭＭ１００に加えられた力の影響が、運動学モデル計算に含められ、それによって、ＡＡＣＭＭ１００の測定精度を向上させることができる。
【００３１】
図５を参照すると、歪みゲージセンサ５００が、アームセグメント１０６、１０８、軸受カートリッジの群１１０、１１２、１１４、またはＡＡＣＭＭ１００のその他の機械的コンポーネントを含み得る構造的部品５１０に装着されている。歪みゲージセンサ５００は、構造的部品５１０に、例えばエポキシ樹脂で接着されるか、またはその他の好適な方法で接続され得る。歪みゲージセンサ５００の、この例では円筒形をしている構造的部品５１０の四分円状の特定の取り付け構成は、その取り付け構成が、ＡＡＣＭＭのアームセグメントに見られる２種類の歪み−曲げ歪みおよび軸歪み−を区別する方法を提供し、加えて、アームセグメントの曲げの方向を判定するので特に好ましい。図５のアームセグメントに関して、歪みゲージセンサ５００は、外面に取り付けられるか、内面に取り付けられるか、または構造的部品５１０の材料に組み込まれる可能性がある。
【００３２】
ビーム（ｂｅａｍ）の軸方向は、ビームの長軸である。横断方向は、軸方向に垂直である。力は、ビームに対して軸方向および横断方向に加えられ得る。歪みεは、長さの変化ｄＬの対応する長さＬに対する比：ε＝ｄＬ／Ｌとして定義される。ビームの軸歪みは、軸方向に沿った−つまり、曲げのないビームの伸長または収縮によって生じる。ビームの曲げ歪みは、図４に示されたようなビームの曲げによって生じる。曲げ歪みは、横断方向に沿ってビームに力を加えることによって、または軸方向に沿って、ただしビームの中立軸をはずしてビームに力を加えることによって生じる可能性がある。まっすぐな円筒状に対称的なビームに関しては、中立軸は、円筒の中心に沿って延びる。
【００３３】
第１の歪みゲージセンサがビームの最上部に配置され、第２の歪みゲージセンサがビームの最下部に配置される場合、歪みゲージセンサおよび中立軸を通る垂直な平面内に存在するあらゆる力によって、曲げ歪みを軸歪みと区別することができる。例えば、上部センサと下部センサの両方によって測定される歪みが同じ量だけ減少する場合、垂直な断面に沿った歪みは、圧縮的であり、もっぱら軸歪みである。一方、上部センサの歪みが特定の量の正の歪みであり、下部センサの歪みが同じ量の負の歪みである場合、ビームの上部が伸び、ビームの下部が収縮しており、垂直な断面に沿った歪みは、もっぱら曲げ歪みである。２つの歪みゲージセンサをビーム上に１８０度離して配置することによって、２つの歪みゲージセンサの読み取り値から曲げ歪みおよび軸歪みの量を計算することができる。
【００３４】
ＡＡＣＭＭ１００に関して、各アームセグメント１０６、１０８は、そのアームセグメントの長軸周りに回転する能力を有する。その結果、アームセグメントのうちの１つに（例えば、カウンタバランスばねによって）加えられる力は、任意の方向である可能性がある。アームセグメント１０６、１０８のうちの１つに対する力または歪みの影響を予測するためには、２つの歪みゲージセンサをアームセグメント上に１８０度離して配置することは十分でない。むしろ、アームセグメントの断面の任意の点における軸歪みおよび曲げ歪みを見つけるために、少なくとも３つの歪みゲージセンサ５００が、アームセグメント上に適切に配置されなければならない。一実施形態において、アームセグメント１０６、１０８は、円筒状の管であり、３つの歪みゲージセンサ５００が、アームセグメントのうちの１つの外面に配置される。３つの歪みゲージセンサは１２０度離され、軸方向に垂直な平面にほぼ位置を合わせられる。この構成によって、３つの歪みゲージセンサ５００は、断面の平面上の、管のあちこちの任意の位置における軸歪みおよび曲げ歪みを計算するのに十分な情報を提供する。３つの歪みゲージセンサ５００は、１２０度離して配置される必要はないが、３つの歪みゲージのすべての配置が所望の情報をもたらすわけではない。例えば、３つの歪みゲージセンサのうちの２つは、１８０度離して配置されると、１つの平面−中立軸と、１８０度離れた２つの歪みゲージセンサとを含む平面に関してしか軸歪みおよび曲げ歪みついての情報をもたらさないので、１８０度離して配置されることはできない。
【００３５】
一実施形態において、構造的コンポーネントは、円筒状の管の形態であるアームセグメント１０６、１０８を含む。円筒状の管の外面上の３つ以上の歪みゲージセンサ５００は、それらの歪みゲージセンサが軸方向に垂直な平面によって横切られるように配置される。この配置により、曲げ歪みが、構造的コンポーネントと横断面の両方の上に存在する各点について計算され得る。曲げ歪みが極端な正の値および極端な負の値を持つ（横断面の位置における）管の外側の位置を選択することによって、曲げの方向および大きさが、計算され得る。構造的要素のそれぞれに関する曲げの方向および大きさをトランスデューサ（例えば、角度エンコーダ）の読み取り値と組み合わせることによって、測定デバイスの全体的な変位が、ＡＡＣＭＭ１００の局所基準系において計算され得る。変位は、例えば、アームセグメントに加えられた力の結果としてのプローブ１１８のプローブチップの変位である可能性がある。
【００３６】
歪みゲージセンサ５００は、抵抗式、音響式、容量式、誘導式、機械式、光学式、圧電抵抗式、または半導体式である可能性がある。一実施形態において、歪みゲージセンサ５００は、弾性のある裏材（例えば、薄いポリイミド）に張り合わされている金属箔の形態を有する抵抗式である。箔の金属は、自己温度補償（ＳＴＣ）コンスタンタン合金である可能性がある。自己温度補償は、コンスタンタン合金の適切な処理によって、特に冷間加工によって実現され、その結果、コンスタンタンゲージ配線は、広い温度範囲にわたり、熱によって引き起こされる歪みが非常に小さい。一実施形態において、構造的部品５１０は、低いＣＴＥを有する炭素繊維複合材で作製された中空の管であるアームセグメント１０６、１０８を含む。歪みゲージセンサの箔の金属は、同様の低いＣＴＥを有するように選択されたコンスタンタン合金（またはその他の合金）である。箔のパターンは、平行線のジグザグなパターンである可能性があり、したがって、平行線の方向の少量の応力が、箔のパターンの有効長にわたる歪みを増幅する。平行線の方向は、歪みゲージセンサの感度方向（ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）と呼ばれる。歪みゲージセンサ５００の箔のパターンの平行線は、構造的部品５１０の軸方向に対して平行に配置される。一実施形態において、ＳＴＣ歪みゲージの歪みの読み取り値の精度は、ＳＴＣ歪みゲージの製造元によって提供される曲線または多項式に基づく補正係数を適用することによってさらに改善される。
【００３７】
歪みゲージ５００は、例えば、温度センサ２１２付近の回路基板に配置され得るホイートストンブリッジ回路に配置される可能性がある。一実施形態の構成において、歪みゲージセンサ５００は、４つの抵抗器の回路網における１つの抵抗を提供する。その他の３つの抵抗は、温度によってほとんど変化しない抵抗を有する固定の抵抗器によって与えられる。代替的な実施形態においては、１８０度離された２つの歪みセンサが、ホイートストンブリッジの４つの抵抗の回路網における２つの抵抗を提供する。ホイートストンブリッジは、電子機器から歪みゲージセンサ５００まで延びる配線の寄生抵抗の影響を排除するために３線式回路網で構成され得る。一実施形態において、ホイートストンブリッジからの信号が、アナログ・デジタルコンバータ回路に送信され、アナログ・デジタルコンバータ回路において、ホイートストンブリッジからのアナログ信号が、デジタル歪みゲージ信号に変換される。デジタル歪みゲージ信号のすべては、アームバス２１８に乗せられる。
【００３８】
以上の検討はビームの、および特にアームセグメント１０６、１０８のような円筒形をしたビームの歪みの影響について考えたが、歪みゲージセンサ５００は、その他の構造の歪みを発見するために使用され得る。考慮されている特定の構造が軸方向周りに対称的でない場合、歪みゲージの読み取り値の意味を適切に解釈するためにさらなる分析を行うことが必要である可能性がある。例えば、複雑な構造的コンポーネントにおいては、特定の構造の詳細なＣＡＤモデルを用いてコンピュータ上で実行される有限要素解析（ＦＥＡ）が、４つの歪みゲージの読み取り値に基づいて軸歪みおよび曲げ歪みを発見するために使用され得る。そのような場合、３つではなく４つ以上の歪みゲージが、必要とされる可能性がある。
【００３９】
歪みゲージから得られた読み取り値は、ＡＡＣＭＭ１００の測定の精度を向上させるか、または修正措置が取られる必要があることを示すためにオペレータに警告を与えるかのいずれかのために使用され得る。最高の精度のために、歪みゲージの読み取り値は、エンコーダの読み取り値と相互に関連付けられる。これは、エンコーダの読み取り値と同じ瞬間に歪みゲージの読み取り値を取り込むことによってなされ得る。一実施形態において、読み取り値は、アームバス２１８内のバスを介して送信された取り込み信号に応答して、歪みゲージおよびエンコーダを含むＡＡＣＭＭ１００のセンサのすべてによって取り込まれ得る。例えば、歪みゲージセンサ５００は、オペレータの関与なしに、ＡＡＣＭＭ１００の位置を補正するための歪みデータをリアルタイムで（例えば、〜１０００点／秒）提供することができる。
【００４０】
また、歪みゲージ監視システムからのデータが、可聴的警告または視覚的警告のいずれかの形態でオペレータに直接的なフィードバックを与えるために使用され得る。そのような警告は、特に曲げ歪みに関して、歪みゲージの読み取り値が、定められた（予測された）値から所定の値を超えて逸脱するときに発せられる可能性がある。これらの警告は、測定技術を教え、改善するように設計されたアプリケーションソフトウェアによって補足され得る。例示的な実施形態において、可視的警告は、歪みのひどさを表すカラーまたはグレースケール５３０を示す、構造的部品５１０の視覚的表示５２０を含み得る。
【００４１】
曲げ歪みおよび軸歪みの影響を勘案する、ＡＡＣＭＭ１００に関する単純だが効果的な運動学モデルを得るために、ＦＥＡを使用してＡＡＣＭＭ１００に対する力の影響を観察することが有用である可能性がある。そのようなＦＥＡの例が、図５の上部の挿入図５２０に示されている。この挿入図において、異なる量の歪み（または応力）は、グレースケール値によって示されている。示された例において、歪みは、領域５３０に最も集中している。さらなる改良として、空間内のアームセグメントの向きに応じてカウンタバランスばねによって加えられる力を測定するために実験が行われ得る。これらの力の値は、ＦＥＡの分析を改善するために使用され得る。
【００４２】
ＦＥＡの主目的は、ＡＡＣＭＭ１００の運動学モデルの比較的単純だが正確な形態を定めるのを支援することである。運動学モデルの形態が定められると、大量のデータが、収集され、モデルに当てはまる。モデルに対する最良の数値パラメータの値を選択するために最適化方法が使用される。データを収集するステップと、最適なパラメータ値を求めるステップの組み合わせは、補償または校正と呼ばれる。データの収集は、アームセグメントがさまざまな向きに動かされる間にネスト（ｎｅｓｔ）に固定されたプローブの座標を測定することを含み得る。座標の値は動かないプローブチップに関しては一定でなければならないので、アームセグメントの異なる向きに対するプローブの読み取り値の差を最小化するようにパラメータ値が選択され得る。データの収集は、既知の長さの１つ以上の人工物上の点の間の距離を測定することも含み得る。
【００４３】
上述のように、歪みゲージセンサ５００は、外面に配置されるか、内面に配置されるか、または構造的部品５１０の材料に組み込まれる可能性がある。最後のケースでは、歪みゲージセンサ５００が、関節を接続する管５１０の炭素繊維に組み込まれ得る。製造プロセスにおいて、概して、炭素繊維織物が、マンドレルに巻きつけられ、歪みゲージセンサ５００が、最後の巻きつけを終える前に据え付けられ、それによって、歪みゲージセンサ５００を保護し、それらの歪みゲージセンサ５００を部品に組み込むことができる。歪みゲージセンサ５００をアームの管５１０の両端に、管５１０の外周に９０度離して配置する（すなわち、直行するように配置される）ことによって、管の変形が、図５の応力の図に示されたように最も大きな変形が発生する嵌合するコンポーネントの接着接合部付近の歪みゲージの領域内で十分に特徴づけられ得る。
【００４４】
図６は、ＡＡＣＭＭ１００が、オペレータがブロック６４０において測定することおよび表示することを選択する限り、ブロック６１０において継続的に歪みを測定し、ブロック６２０においてＡＡＣＭＭ１００のアームモデルに適切な補正を行い、ブロック６３０において継続的に測定値を表示することができることを示す、例示的な実施形態による歪みを測定するための方法６００の流れ図である。
【００４５】
技術的効果および利点は、ＡＡＣＭＭ１００の構造的部品５１０の歪みを継続的に測定する能力を含む。したがって、オペレータは、測定中に歪みを考慮に入れるため、または修正措置を取るために、ＡＡＣＭＭ１００が測定中に何らかの歪みにさらされているかどうかを知ることができる。
【００４６】
当業者に理解されるであろうように、本発明の態様は、システム、方法、またはコンピュータプログラム製品として具現化され得る。したがって、本発明の態様は、すべてハードウェアの実施形態、すべてソフトウェアの実施形態（ファームウェア、常駐ソフトウェア、マイクロコードなどを含む）、またはすべてが概して本明細書において「回路」、「モジュール」、もしくは「システム」と呼ばれることがあるソフトウェアの態様とハードウェアの態様とを組み合わせる実施形態の形態をとる可能性がある。さらに、本発明の態様は、コンピュータ可読プログラムコードを具現化する１つ以上のコンピュータ可読媒体で具現化されるコンピュータプログラム製品の形態をとる可能性がある。
【００４７】
１つ以上のコンピュータ可読媒体の任意の組み合わせが、利用され得る。コンピュータ可読媒体は、コンピュータ可読信号媒体またはコンピュータ可読ストレージ媒体である可能性がある。コンピュータ可読ストレージ媒体は、これらに限定されないが、例えば、電子的、磁気的、光学的、電磁的、赤外線、もしくは半導体システム、装置、もしくはデバイス、またはこれらの任意の好適な組み合わせである可能性がある。コンピュータ可読媒体のより具体的な例（非網羅的なリスト）は、以下、すなわち、１つ以上の配線を有する電気的な接続、持ち運び可能なコンピュータディスケット、ハードディスク、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、消去可能プログラマブル読み出し専用メモリ（ｅｒａｓａｂｌｅ ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｒｅａｄ−ｏｎｌｙ ｍｅｍｏｒｙ）（ＥＰＲＯＭもしくはフラッシュメモリ）、光ファイバ、持ち運び可能なコンパクトディスク読み出し専用メモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）、光学式ストレージデバイス、磁気式ストレージデバイス、またはこれらの任意の好適な組み合わせを含む。本明細書の文脈においては、コンピュータ可読ストレージ媒体は、命令実行システム、装置、もしくはデバイスによる使用のための、または命令実行システム、装置、もしくはデバイスに関連するプログラムを含むかまたは記憶することができる任意の有形の媒体である可能性がある。
【００４８】
コンピュータ可読信号媒体は、例えば、ベースバンドで、または搬送波の一部としてコンピュータ可読プログラムコードを具現化する伝播されるデータ信号を含み得る。そのような伝播される信号は、電磁的、光学的、またはこれらの任意の好適な組み合わせを含むがそれらに限定されないさまざまな形態のうちの任意の形態をとり得る。コンピュータ可読信号媒体は、コンピュータ可読ストレージ媒体ではなく、命令実行システム、装置、もしくはデバイスによる使用のための、または命令実行システム、装置、もしくはデバイスに関連するプログラムを伝達、伝播、または搬送することができる任意のコンピュータ可読媒体である可能性がある。
【００４９】
コンピュータ可読媒体上に具現化されたプログラムコードは、無線、有線、光ファイバケーブル、ＲＦなど、またはこれらの任意の好適な組み合わせを含むがこれらに限定されない任意の適切な媒体を用いて送信され得る。
【００５０】
本発明の態様のオペレーションを実行するためのコンピュータプログラムコードは、Ｊａｖａ（登録商標）、Ｓｍａｌｌｔａｌｋ、Ｃ＋＋、Ｃ＃などのオブジェクト指向プログラミング言語と、「Ｃ」プログラミング言語または同様のプログラミング言語などの通常の手続き型プログラミング言語とを含む１つ以上のプログラミング言語の任意の組み合わせで記述され得る。プログラムコードは、すべてユーザのコンピュータ上で、スタンドアロンのソフトウェアパッケージとしてユーザのコンピュータ上で部分的に、ユーザのコンピュータ上で部分的にかつ遠隔のコンピュータ上で部分的に、またはすべて遠隔のコンピュータもしくはサーバ上で実行され得る。後者の場合、遠隔のコンピュータが、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）もしくは広域ネットワーク（ＷＡＮ）を含む任意の種類のネットワークを介してユーザのコンピュータに接続され得るか、または外部コンピュータへの接続が（例えば、インターネットサービスプロバイダを使用してインターネットを介して）行われ得る。
【００５１】
本発明の態様が、本発明の実施形態による方法、装置（システム）、およびコンピュータプログラム製品の流れ図および／または構成図を参照して説明されている。流れ図および／または構成図の各ブロックと、流れ図および／または構成図のブロックの組み合わせとは、コンピュータプログラム命令によって実装され得ることが理解されるであろう。
【００５２】
これらのコンピュータプログラム命令は、コンピュータまたはその他のプログラム可能なデータ処理装置のプロセッサによって実行される命令が、流れ図および／または構成図の１つのブロックまたは複数のブロックで規定された機能／動作を実施するための手段をもたらすように、多目的コンピュータ、専用コンピュータ、または機械を製造するためのその他のプログラム可能なデータ処理装置のプロセッサに与えられ得る。これらのコンピュータプログラム命令は、コンピュータ可読媒体に記憶された命令が、流れ図および／または構成図の１つのブロックまたは複数のブロックで規定された機能／動作を実施する命令を含む製品をもたらすように、コンピュータ、その他のプログラム可能なデータ処理装置、またはその他のデバイスを特定の方法で機能させることができるコンピュータ可読媒体に記憶される可能性もある。
【００５３】
コンピュータプログラム命令は、コンピュータまたはその他のプログラム可能な装置で実行される命令が、流れ図および／または構成図の１つのブロックまたは複数のブロックで規定された機能／動作を実施するためのプロセスを提供するように、コンピュータで実施されるプロセスを生成するために一連のオペレーションのステップがコンピュータ、その他のプログラム可能な装置、またはその他のデバイスで実行されるようにするために、コンピュータ、その他のプログラム可能なデータ処理装置、またはその他のデバイスにロードされる可能性もある。
【００５４】
図面の流れ図および構成図は、本発明のさまざまな実施形態によるシステム、方法、およびコンピュータプログラム製品のあり得る実装のアーキテクチャ、機能、およびオペレーションを示す。その際、流れ図または構成図の各ブロックは、（１つ以上の）規定された論理的な機能を実装するための１つ以上の実行可能命令を含むモジュール、セグメント、またはコードの一部を表す可能性がある。一部の代替的な実装において、ブロックで示された機能が、図面に示された順序とは異なる順序で行われ得ることにも留意されたい。例えば、連続で示された２つのブロックが、実際には実質的に同時に実行される可能性があり、またはそれらのブロックは、関連する機能に応じて逆順に実行される場合もあり得る。構成図および／または流れ図の各ブロックと、構成図および／または流れ図のブロックの組み合わせとは、規定された機能もしくは動作を実行する専用のハードウェアに基づくシステム、または専用のハードウェアとコンピュータ命令の組み合わせによって実装され得ることも認識されるであろう。
【００５５】
本発明が例示的な実施形態を参照して説明されたが、本発明の範囲を逸脱することなくさまざまな変更が行われる可能性があり、均等物が本発明の要素の代替とされる可能性があることが当業者に理解されるであろう。さらに、特定の状況または構成要素を本発明の教示に適合させるために、本発明の本質的な範囲を逸脱することなく多くの修正が行われ得る。したがって、本発明は本発明を実施するための考えられる最良の形態として開示された特定の実施形態に限定されず、本発明は添付の特許請求の範囲内に入るすべての実施形態を含むことが意図される。さらに、用語「第１」、「第２」などの使用はいかなる順序または重要度も表さず、むしろ用語「第１」、「第２」などはある要素を別の要素と区別するために使用される。その上、用語「ａ」、「ａｎ」などの使用は量の限定を表さず、むしろ言及される項目の少なくとも１つの存在を表す。
【技術分野】
【０００１】
本開示は、座標測定機に関し、より具体的には、可搬型の関節アーム座標測定機の構造的コンポーネントの歪みを測定するように構成された歪みゲージセンサを有する可搬型の関節アーム座標測定機に関する。
【背景技術】
【０００２】
本出願は、２０１０年１月２０日に出願した仮出願第６１／２９６，５５５号の利益を主張するものであり、この仮出願の内容は、その全体を本願に引用して援用する。
【０００３】
可搬型の関節アーム座標測定機（ＡＡＣＭＭ）は、部品の製造または生産のさまざまな段階（例えば、機械加工）の間に部品の寸法を迅速かつ正確に確認するニーズが存在する部品の製造または生産に広く使用されている。可搬型のＡＡＣＭＭは、特に、比較的複雑な部品の寸法の測定を実行するのにかかる時間量の中で、知られている据え付け式のまたは固定式の、コストが高く、使用するのが比較的難しい測定設備と比べて大きな改善を示す。通常、可搬型のＡＡＣＭＭのユーザは、単純に、測定されるべき部品または物体の表面に沿ってプローブを導く。次に、測定データが記録され、ユーザに提供される。場合によっては、データは、視覚的な形態、例えば、コンピュータスクリーン上の３次元（３Ｄ）の形態でユーザに提供される。その他の場合、データは、数字の形態でユーザに提供され、例えば、穴の直径を測定するとき、テキスト「直径＝１．００３４」がコンピュータスクリーン上に表示される。
【０００４】
先行技術の可搬型の関節アームＣＭＭの一例が、同一出願人による米国特許第５，４０２，５８２（‘５８２）号に開示されており、この米国特許は、その全体を本願に引用して援用する。‘５８２号特許は、一端に支持基部を、他端に測定プローブを有する手動操作式の関節アームＣＭＭを備える３Ｄ測定システムを開示する。同一出願人による米国特許第５，６１１，１４７（‘１４７）号は、類似の関節アームＣＭＭを開示しており、この米国特許は、その全体を本願に引用して援用する。‘１４７号特許においては、関節アームＣＭＭは、プローブ端の追加的な回転軸を含むいくつかの特徴を含み、それによって、２−２−２軸構成または２−２−３軸構成（後者は７軸アームである）のどちらかを有するアームを提供する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第５，４０２，５８２号明細書
【特許文献２】米国特許第５，６１１，１４７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
必要とされるのは、ＡＡＣＭＭに関連する歪みを測定することができる装置および方法である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
例示的な実施形態は、空間内の物体の座標を測定するための可搬型の関節アーム座標測定機（ＡＡＣＭＭ）であって、反対側にある第１の端部および第２の端部を有する手動で位置付けることが可能な関節アーム部であって、第１の端部に近接するアームセグメントを含む複数の接続されたアームセグメントを含み、各アームセグメントが、位置信号を生成する少なくとも１つの位置トランスデューサを含む、アーム部と、第１の端部に装着された測定デバイスと、ＡＡＣＭＭの構造的コンポーネントであって、軸方向を有する、構造的コンポーネントと、構造的コンポーネントに結合された、それぞれが受感軸を有する少なくとも３つの歪みゲージセンサであって、各歪みゲージセンサの受感軸が、軸方向に対してほぼ平行に向きを決められ、各歪みゲージセンサが、軸方向に垂直な横断面によってほぼ横切られ、アナログ歪みゲージ信号を生成し、歪みゲージセンサが、構造的コンポーネントと横断面の両方の上に存在する任意の点の曲げ歪みを判定するのに十分なデータを提供するように配置される、歪みゲージセンサと、位置信号を受信し、測定デバイスの位置に対応するデータを提供する電子回路とを含む、関節アーム座標測定機（ＡＡＣＭＭ）を含む。
【０００８】
さらなる例示的な実施形態は、関節アーム座標測定機（ＡＡＣＭＭ）の歪みを測定するための方法であって、反対側にある第１の端部および第２の端部を有する手動で位置付けることが可能な関節アーム部であって、それぞれが少なくとも１つの軸受カートリッジに装着された複数の接続されたアームセグメントを含み、複数の接続されたアームセグメントが、第１の端部に近接するアームセグメントを含み、各アームセグメントが、位置信号を生成する少なくとも１つの位置トランスデューサを含む、アーム部、前記第１の端部に装着された測定デバイス、関節アーム座標測定機の構造的コンポーネントであって、軸方向を有する、構造的コンポーネント、構造的コンポーネントに配置された少なくとも第１の歪みゲージセンサであって、各歪みゲージセンサが、アナログ歪みゲージ信号を生成する、少なくとも第１の歪みゲージセンサを設けるステップと、アナログ歪みゲージ信号の組み合わせを少なくとも１つのデジタル歪みゲージ信号に変換するステップと、位置信号および少なくとも１つのデジタル歪みゲージ信号を受信する電子回路に、少なくとも１つの軸受カートリッジのうちの少なくとも１つを通じて少なくとも１つのデジタル歪みゲージ信号を送信するステップと、測定デバイスの位置に対応するデータを提供および記憶するステップと、少なくとも１つのデジタル歪みゲージ信号を記憶するステップとを含む、方法を含む。
【０００９】
ここで図面を参照して、本開示の範囲全体に関して限定的であると解釈されるべきでなく、要素がいくつかの図で同様に付番されている例示的な実施形態が示される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１Ａ】図１Ａおよび１Ｂを含む、本発明のさまざまな態様の実施形態を中に有する可搬型の関節アーム座標測定機（ＡＡＣＭＭ）の斜視図である。
【図１Ｂ】図１Ａおよび１Ｂを含む、本発明のさまざまな態様の実施形態を中に有する可搬型の関節アーム座標測定機（ＡＡＣＭＭ）の斜視図である。
【図２Ａ】一緒に作られた図２Ａ〜２Ｄを含む、一実施形態による、図１のＡＡＣＭＭの一部として利用される電子機器の構成図である。
【図２Ｂ】一緒に作られた図２Ａ〜２Ｄを含む、一実施形態による、図１のＡＡＣＭＭの一部として利用される電子機器の構成図である。
【図２Ｃ】一緒に作られた図２Ａ〜２Ｄを含む、一実施形態による、図１のＡＡＣＭＭの一部として利用される電子機器の構成図である。
【図２Ｄ】一緒に作られた図２Ａ〜２Ｄを含む、一実施形態による、図１のＡＡＣＭＭの一部として利用される電子機器の構成図である。
【図３Ａ】一緒に作られた図３Ａおよび３Ｂを含む、一実施形態による、図２の電子データ処理システムの詳細な特徴を示す構成図である。
【図３Ｂ】一緒に作られた図３Ａおよび３Ｂを含む、一実施形態による、図２の電子データ処理システムの詳細な特徴を示す構成図である。
【図４】ＡＡＣＭＭのコンポーネントの曲げを示す、図１のＡＡＣＭＭの概略図である。
【図５】ＡＡＣＭＭの構造的コンポーネントに配置された例示的な歪みゲージセンサの図である。
【図６】例示的な実施形態による、歪みを検出するための方法の流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
例示的な実施形態は、測定結果を補償して精度を向上させるか、または修正措置の必要性をオペレータに警告するかのいずれかのために、可搬型の関節アーム座標測定機のアームセグメントの歪みを測定するためのシステムおよび方法を含む。
【００１２】
図１Ａおよび１Ｂは、本発明のさまざまな実施形態による可搬型の関節アーム座標測定機（ＡＡＣＭＭ）１００を全体的に示し、関節アームは、座標測定機の一種である。図１Ａおよび１Ｂに示されるように、例示的なＡＡＣＭＭ１００は、一端でＡＡＣＭＭ１００のアーム部１０４に結合された測定プローブ筐体１０２を有する６または７軸関節測定デバイスを含み得る。アーム部１０４は、軸受カートリッジ（例えば、２つの軸受カートリッジ）の第１の群１１０によって第２のアームセグメント１０８に結合された第１のアームセグメント１０６を含む。軸受カートリッジ（例えば、２つの軸受カートリッジ）の第２の群１１２は、第２のアームセグメント１０８を測定プローブ筐体１０２に結合する。軸受カートリッジ（例えば、３つの軸受カートリッジ）の第３の群１１４は、第１のアームセグメント１０６を、ＡＡＣＭＭ１００のアーム部１０４の他端に配置された基部１１６に結合する。軸受カートリッジの各群１１０、１１２、１１４は、関節による動作の複数の軸を提供する。また、測定プローブ筐体１０２は、ＡＡＣＭＭ１００の第７の軸部のシャフト（例えば、ＡＡＣＭＭ１００の第７の軸内の測定デバイス、例えば、プローブ１１８の動作を決定するエンコーダシステムを含むカートリッジ）を含み得る。ＡＡＣＭＭ１００を使用する際、基部１１６は、通常、作業台に固定される。
【００１３】
各軸受カートリッジの群１１０、１１２、１１４の中の各軸受カートリッジは、通常、エンコーダシステム（例えば、光学式の角度エンコーダシステム）を含む。エンコーダシステム（すなわち、トランスデューサ）は、基部１１６に対するプローブ１１８の位置（および、ひいては、特定の基準系、例えば、局所または大域基準系におけるＡＡＣＭＭ１００によって測定されている物体の位置）をすべてが一緒になって示すそれぞれのアームセグメント１０６、１０８および対応する軸受カートリッジの群１１０、１１２、１１４の位置を示す。アームセグメント１０６、１０８は、例えば、これに限定されないが、炭素複合材料などの好適な剛性のある材料で作製され得る。関節による動作の６つまたは７つの軸（すなわち、自由度）を有する可搬型のＡＡＣＭＭ１００は、オペレータによって簡単に扱われ得るアーム部１０４を提供しながら、オペレータが基部１１６周りの３６０度の領域内の所望の位置にプローブ１１８を位置付けることを可能にする利点をもたらす。しかし、２つのアームセグメント１０６、１０８を有するアーム部１０４の例は例示を目的とするものであり、特許請求される発明はそのように限定されるべきでないことを理解されたい。ＡＡＣＭＭ１００は、軸受カートリッジによって一緒に結合された任意の数のアームセグメント（および、ひいては、６つもしくは７つを超えるか、または６つもしくは７つ未満の関節による動作の軸または自由度）を持つ可能性がある。
【００１４】
プローブ１１８は、測定プローブ筐体１０２に取り外し可能なように取り付けられ、測定プローブ筐体１０２は、軸受カートリッジの群１１２に接続される。ハンドル１２６は、例えば、クイック接続インターフェース（ｑｕｉｃｋ−ｃｏｎｎｅｃｔ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）により測定プローブ筐体１０２に対して取り外し可能である。ハンドル１２６は、別のデバイス（例えば、レーザラインプローブ、バーコードリーダ）で置き換えられることができ、それによって、オペレータが同じＡＡＣＭＭ１００で異なる測定デバイスを使用することを可能にする利点をもたらす。例示的な実施形態において、プローブ筐体１０２は、接触式の測定デバイスであり、測定されるべき物体に物理的に接触する、ボール形の、タッチセンシティブな、湾曲した、および伸長式のプローブを含むがこれらに限定されない異なるチップ１１８を有する可能性がある取り外し可能なプローブ１１８を収容する。その他の実施形態において、測定は、例えば、レーザラインプローブ（ＬＬＰ）などの非接触式のデバイスによって実行される。一実施形態において、ハンドル１２６は、クイック接続インターフェースを使用してＬＬＰで置き換えられる。その他の種類の測定デバイスが、追加的な機能を提供するために取り外し可能なハンドル１２６を置き換える可能性がある。そのような測定デバイスの例は、例えば、１つ以上の照明、温度センサ、熱スキャナ、バーコードスキャナ、プロジェクタ、ペイントスプレーヤ、カメラなどを含むがこれらに限定されない。
【００１５】
図１Ａおよび１Ｂに示されるように、ＡＡＣＭＭ１００は、軸受カートリッジの群１１２から測定プローブ筐体１０２を取り外すことなしにアクセサリまたは機能が変更されることを可能にする利点をもたらす取り外し可能なハンドル１２６を含む。図２に関して以下でより詳細に検討されるように、取り外し可能なハンドル１２６は、電力およびデータが、ハンドル１２６、およびプローブ端に配置された対応する電子機器とやりとりされることを可能にする電気コネクタも含み得る。
【００１６】
さまざまな実施形態において、軸受カートリッジの各群１１０、１１２、１１４は、ＡＡＣＭＭ１００のアーム部１０４が複数の回転軸周りを動くことを可能にする。述べられたように、各軸受カートリッジの群１１０、１１２、１１４は、例えばアームセグメント１０６、１０８の対応する回転軸と同軸上にそれぞれが配置された、例えば光学式の角度エンコーダなどの対応するエンコーダシステムを含む。光学式のエンコーダシステムは、本明細書において以下でより詳細に説明されるように、例えば、対応する軸周りのアームセグメント１０６、１０８のそれぞれのアームセグメントの回転する（スイベルの）または横の（蝶番の）動きを検出し、ＡＡＣＭＭ１００内の電子データ処理システムに信号を送信する。それぞれの個々の処理されていないエンコーダのカウントが信号として電子データ処理システムに別々に送信され、電子データ処理システムにおいて、そのカウントは測定データへとさらに処理される。同一出願人による米国特許第５，４０２，５８２（‘５８２）号に開示されているような、ＡＡＣＭＭ１００自体から分離した位置計算機（例えば、シリアルボックス）は必要とされない。
【００１７】
基部１１６は、装着デバイスまたは取り付けデバイス１２０を含み得る。取り付けデバイス１２０は、ＡＡＣＭＭ１００が、例えば、検査台、マシニングセンタ、壁、または床などの所望の位置に取り外し可能なように取り付けられることを可能にする。一実施形態において、基部１１６は、ＡＡＣＭＭ１００が移動されているときにオペレータが基部１１６を持つのに都合の良い位置を提供するハンドル部１２２を含む。一実施形態において、基部１１６は、折りたたむとディスプレイスクリーンなどのユーザインターフェースが見えるようになる可動式のカバー部１２４をさらに含む。
【００１８】
一実施形態によれば、可搬型のＡＡＣＭＭ１００の基部１１６は、２つの主要なコンポーネント、すなわち、ＡＡＣＭＭ１００内のさまざまなエンコーダシステムからのデータ、および３次元（３Ｄ）位置計算をサポートするためのその他のアームパラメータを表すデータを処理する基部処理システムと、比較的完全な計測機能が外部コンピュータへの接続を必要とせずにＡＡＣＭＭ１００内で実施されることを可能にする、搭載オペレーティングシステム、タッチスクリーンディスプレイ、および常駐アプリケーションソフトウェアを含むユーザインターフェース処理システムとを含む電子データ処理システムを含むまたは収容する。
【００１９】
一実施形態によれば、可搬型のＡＡＣＭＭ１００の基部１１６は、２つの主要なコンポーネント、すなわち、ＡＡＣＭＭ１００内のさまざまなエンコーダシステムからのデータ、および３次元（３Ｄ）位置計算をサポートするためのその他のアームパラメータを表すデータを処理する基部処理システムと、比較的完全な計測機能が外部コンピュータへの接続を必要とせずにＡＡＣＭＭ１００内で実施されることを可能にする、搭載オペレーティングシステム、タッチスクリーンディスプレイ、および常駐アプリケーションソフトウェアを含むユーザインターフェース処理システムとを含む電子データ処理システムを含むまたは収容する。
【００２０】
図２は、一実施形態による、ＡＡＣＭＭ１００で利用される電子機器の構成図である。図２に示される実施形態は、基部処理システムを実装するための基部プロセッサ基板２０４と、ユーザインターフェース基板２０２と、電力を供給するための基部電源基板２０６と、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈモジュール２３２と、基部傾斜基板２０８とを含む電子データ処理システム２１０を含む。ユーザインターフェース基板２０２は、ユーザインターフェース、表示、および本明細書において説明されるその他の機能を実行するアプリケーションソフトウェアを実行するためのコンピュータプロセッサを含む。
【００２１】
図２に示されるように、電子データ処理システム２１０は、１つ以上のアームバス２１８を介して上述の複数のエンコーダシステムと通信している。図２に示された実施形態において、各エンコーダシステムは、エンコーダデータを生成し、エンコーダアームバスインターフェース２１４と、エンコーダデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）２１６と、エンコーダ読み取りヘッドインターフェース２３４と、温度センサ２１２とを含む。歪みセンサなどのその他のデバイスが、アームバス２１８に装着され得る。
【００２２】
さらに図２に示されているのは、アームバス２１８と通信しているプローブ端電子機器２３０である。プローブ端電子機器２３０は、プローブ端ＤＳＰ２２８と、温度センサ２１２と、一実施形態においてはクイック接続インターフェースによってハンドル１２６またはＬＬＰ２４２に接続するハンドル／ＬＬＰインターフェースバス２４０と、プローブインターフェース２２６とを含む。クイック接続インターフェースは、ＬＬＰ２４２およびその他のアクセサリによって使用されるデータバス、制御線、および電源バスへのハンドル１２６によるアクセスを可能にする。一実施形態において、プローブ端電子機器２３０は、ＡＡＣＭＭ１００の測定プローブ筐体１０２に配置される。一実施形態において、ハンドル１２６は、クイック接続インターフェースから取り外されることができ、測定は、ハンドル／ＬＬＰインターフェースバス２４０を介してＡＡＣＭＭ１００のプローブ端電子機器２３０と通信するレーザラインプローブ（ＬＬＰ）２４２によって実行される可能性がある。一実施形態において、電子データ処理システム２１０は、ＡＡＣＭＭ１００の基部１１６に配置され、プローブ端電子機器２３０は、ＡＡＣＭＭ１００の測定プローブ筐体１０２に配置され、エンコーダは、軸受カートリッジの群１１０、１１２、１１４に配置される。プローブインターフェース２２６は、１−ｗｉｒｅ（登録商標）通信プロトコル２３６を実施する、Ｍａｘｉｍ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ，Ｉｎｃ．から販売されている製品を含む任意の好適な通信プロトコルによってプローブ端ＤＳＰ２２８に接続することができる。
【００２３】
図３は、一実施形態による、ＡＡＣＭＭ１００の電子データ処理システム２１０の詳細な特徴を示す構成図である。一実施形態において、電子データ処理システム２１０は、ＡＡＣＭＭ１００の基部１１６に配置され、基部プロセッサ基板２０４と、ユーザインターフェース基板２０２と、基部電源基板２０６と、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈモジュール２３２と、基部傾斜モジュール２０８とを含む。
【００２４】
図３に示される実施形態において、基部プロセッサ基板２０４は、図中に示されるさまざまな機能ブロックを含む。例えば、基部プロセッサ機能３０２は、ＡＡＣＭＭ１００からの測定データの収集をサポートするために利用され、アームバス２１８およびバス制御モジュール機能３０８を介して処理されていないアームデータ（例えば、エンコーダシステムのデータ）を受信する。メモリ機能３０４は、プログラムおよび静的なアーム構成データを記憶する。基部プロセッサ基板２０４は、ＬＬＰ２４２などの任意の外部ハードウェアデバイスまたはアクセサリと通信するための外部ハードウェアオプションポート機能３１０も含む。リアルタイムクロック（ＲＴＣ）およびログ３０６と、バッテリパックインターフェース（ＩＦ）３１６と、診断ポート３１８とが、図３に示される基部プロセッサ基板２０４の実施形態の機能にやはり含まれる。
【００２５】
また、基部プロセッサ基板２０４は、外部（ホストコンピュータ）および内部（ディスプレイプロセッサ２０２）デバイスとのすべての有線および無線データ通信を管理する。基部プロセッサ基板２０４は、（例えば、米国電気電子学会（ＩＥＥＥ）１５８８などのクロック同期規格を用いて）イーサネット機能３２０を介してイーサネットネットワークと、ＬＡＮ機能３２２を介して無線ローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）と、およびパラレル・シリアル通信（ＰＳＣ）機能３１４を介してＢｌｕｅｔｏｏｔｈモジュール２３２と通信する能力を有する。基部プロセッサ基板２０４は、ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）デバイス３１２への接続も含む。
【００２６】
基部プロセッサ基板２０４は、上述の‘５８２号特許のシリアルボックスで開示されたようないかなる前処理も必要とせずに測定データへと処理するために、処理されていない測定データ（例えば、エンコーダシステムのカウント、温度の読み取り値）を送信および収集する。基部プロセッサ２０４は、ＲＳ４８５インターフェース（ＩＦ）３２６を介してユーザインターフェース基板２０２のディスプレイプロセッサ３２８に処理されたデータを送信する。一実施形態において、基部プロセッサ２０４は、処理されていない測定データを外部コンピュータにやはり送信する。
【００２７】
ここで図３のユーザインターフェース基板２０２を参照すると、基部プロセッサによって受信された角度および位置データが、ＡＡＣＭＭ１００内の自律的な計測システムを提供するためにディスプレイプロセッサ３２８で実行されるアプリケーションによって利用される。アプリケーションは、これらに限定されないが、特徴の測定、手引きおよび訓練のグラフィックス、遠隔診断、温度の修正、さまざまな動作の特徴の制御、さまざまなネットワークへの接続、ならびに測定された物体の表示などの機能をサポートするためにディスプレイプロセッサ３２８で実行され得る。ディスプレイプロセッサ３２８および液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）３３８（例えば、タッチスクリーンＬＣＤ）ユーザインターフェースとともに、ユーザインターフェース基板２０２は、セキュアデジタル（ＳＤ）カードインターフェース３３０と、メモリ３３２と、ＵＳＢホストインターフェース３３４と、診断ポート３３６と、カメラポート３４０と、音声／映像インターフェース３４２と、ダイヤルアップ／セルモデム３４４と、全地球測位システム（ＧＰＳ）ポート３４６とを含むいくつかのインターフェースオプションを含む。
【００２８】
図３に示される電子データ処理システム２１０は、環境データを記録するための環境レコーダ３６２を有する基部電源基板２０６も含む。また、基部電源基板２０６は、ＡＣ／ＤＣコンバータ３５８およびバッテリ充電器制御３６０を用いて、電子データ処理システム２１０に電力を供給する。基部電源基板２０６は、集積回路間（ｉｎｔｅｒ−ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ）（Ｉ２Ｃ）シリアルシングルエンドバス３５４を用いて、およびＤＭＡシリアル周辺インターフェース（ＤＭＡ ｓｅｒｉａｌ ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）（ＤＳＰＩ）３５６を介して基部プロセッサ基板２０４と通信する。基部電源基板２０６は、基部電源基板２０６に実装された入力／出力（Ｉ／Ｏ）拡張機能３６４を介して傾斜センサおよび無線周波数識別（ＲＦＩＤ）モジュール２０８に接続される。
【００２９】
別個のコンポーネントとして示されているが、その他の実施形態において、これらのコンポーネントのすべてまたは一部は、図３に示された位置とは異なる位置に物理的に配置される、および／または図３に示された方法とは異なる方法で組み合わされた機能である可能性がある。例えば、一実施形態において、基部プロセッサ基板２０４およびユーザインターフェース基板２０２は、１つの物理的な基板に組み合わされる。
【００３０】
図４は、第１のアームセグメント１０６の曲げの誇張された図を示す。ＡＡＣＭＭ１００のコンポーネント（例えば、第１のアームセグメント１０６および第２のアームセグメント１０８）の曲げおよびねじれは、重力、カウンタバランスばね（ｃｏｕｎｔｅｒ ｂａｌａｎｃｅ ｓｐｒｉｎｇ）、またはオペレータによるＡＡＣＭＭ１００の操作によって生じる可能性がある。基部プロセッサ基板２０４によって実行される運動学モデル計算がこれらの力を考慮に入れない場合、その運動学モデル計算は、点の座標を計算するときに、アームセグメントの曲げまたはねじれを十分に勘案しない可能性がある。アームの曲げ歪みを直接測定することによって、ＡＡＣＭＭ１００に加えられた力の影響が、運動学モデル計算に含められ、それによって、ＡＡＣＭＭ１００の測定精度を向上させることができる。
【００３１】
図５を参照すると、歪みゲージセンサ５００が、アームセグメント１０６、１０８、軸受カートリッジの群１１０、１１２、１１４、またはＡＡＣＭＭ１００のその他の機械的コンポーネントを含み得る構造的部品５１０に装着されている。歪みゲージセンサ５００は、構造的部品５１０に、例えばエポキシ樹脂で接着されるか、またはその他の好適な方法で接続され得る。歪みゲージセンサ５００の、この例では円筒形をしている構造的部品５１０の四分円状の特定の取り付け構成は、その取り付け構成が、ＡＡＣＭＭのアームセグメントに見られる２種類の歪み−曲げ歪みおよび軸歪み−を区別する方法を提供し、加えて、アームセグメントの曲げの方向を判定するので特に好ましい。図５のアームセグメントに関して、歪みゲージセンサ５００は、外面に取り付けられるか、内面に取り付けられるか、または構造的部品５１０の材料に組み込まれる可能性がある。
【００３２】
ビーム（ｂｅａｍ）の軸方向は、ビームの長軸である。横断方向は、軸方向に垂直である。力は、ビームに対して軸方向および横断方向に加えられ得る。歪みεは、長さの変化ｄＬの対応する長さＬに対する比：ε＝ｄＬ／Ｌとして定義される。ビームの軸歪みは、軸方向に沿った−つまり、曲げのないビームの伸長または収縮によって生じる。ビームの曲げ歪みは、図４に示されたようなビームの曲げによって生じる。曲げ歪みは、横断方向に沿ってビームに力を加えることによって、または軸方向に沿って、ただしビームの中立軸をはずしてビームに力を加えることによって生じる可能性がある。まっすぐな円筒状に対称的なビームに関しては、中立軸は、円筒の中心に沿って延びる。
【００３３】
第１の歪みゲージセンサがビームの最上部に配置され、第２の歪みゲージセンサがビームの最下部に配置される場合、歪みゲージセンサおよび中立軸を通る垂直な平面内に存在するあらゆる力によって、曲げ歪みを軸歪みと区別することができる。例えば、上部センサと下部センサの両方によって測定される歪みが同じ量だけ減少する場合、垂直な断面に沿った歪みは、圧縮的であり、もっぱら軸歪みである。一方、上部センサの歪みが特定の量の正の歪みであり、下部センサの歪みが同じ量の負の歪みである場合、ビームの上部が伸び、ビームの下部が収縮しており、垂直な断面に沿った歪みは、もっぱら曲げ歪みである。２つの歪みゲージセンサをビーム上に１８０度離して配置することによって、２つの歪みゲージセンサの読み取り値から曲げ歪みおよび軸歪みの量を計算することができる。
【００３４】
ＡＡＣＭＭ１００に関して、各アームセグメント１０６、１０８は、そのアームセグメントの長軸周りに回転する能力を有する。その結果、アームセグメントのうちの１つに（例えば、カウンタバランスばねによって）加えられる力は、任意の方向である可能性がある。アームセグメント１０６、１０８のうちの１つに対する力または歪みの影響を予測するためには、２つの歪みゲージセンサをアームセグメント上に１８０度離して配置することは十分でない。むしろ、アームセグメントの断面の任意の点における軸歪みおよび曲げ歪みを見つけるために、少なくとも３つの歪みゲージセンサ５００が、アームセグメント上に適切に配置されなければならない。一実施形態において、アームセグメント１０６、１０８は、円筒状の管であり、３つの歪みゲージセンサ５００が、アームセグメントのうちの１つの外面に配置される。３つの歪みゲージセンサは１２０度離され、軸方向に垂直な平面にほぼ位置を合わせられる。この構成によって、３つの歪みゲージセンサ５００は、断面の平面上の、管のあちこちの任意の位置における軸歪みおよび曲げ歪みを計算するのに十分な情報を提供する。３つの歪みゲージセンサ５００は、１２０度離して配置される必要はないが、３つの歪みゲージのすべての配置が所望の情報をもたらすわけではない。例えば、３つの歪みゲージセンサのうちの２つは、１８０度離して配置されると、１つの平面−中立軸と、１８０度離れた２つの歪みゲージセンサとを含む平面に関してしか軸歪みおよび曲げ歪みついての情報をもたらさないので、１８０度離して配置されることはできない。
【００３５】
一実施形態において、構造的コンポーネントは、円筒状の管の形態であるアームセグメント１０６、１０８を含む。円筒状の管の外面上の３つ以上の歪みゲージセンサ５００は、それらの歪みゲージセンサが軸方向に垂直な平面によって横切られるように配置される。この配置により、曲げ歪みが、構造的コンポーネントと横断面の両方の上に存在する各点について計算され得る。曲げ歪みが極端な正の値および極端な負の値を持つ（横断面の位置における）管の外側の位置を選択することによって、曲げの方向および大きさが、計算され得る。構造的要素のそれぞれに関する曲げの方向および大きさをトランスデューサ（例えば、角度エンコーダ）の読み取り値と組み合わせることによって、測定デバイスの全体的な変位が、ＡＡＣＭＭ１００の局所基準系において計算され得る。変位は、例えば、アームセグメントに加えられた力の結果としてのプローブ１１８のプローブチップの変位である可能性がある。
【００３６】
歪みゲージセンサ５００は、抵抗式、音響式、容量式、誘導式、機械式、光学式、圧電抵抗式、または半導体式である可能性がある。一実施形態において、歪みゲージセンサ５００は、弾性のある裏材（例えば、薄いポリイミド）に張り合わされている金属箔の形態を有する抵抗式である。箔の金属は、自己温度補償（ＳＴＣ）コンスタンタン合金である可能性がある。自己温度補償は、コンスタンタン合金の適切な処理によって、特に冷間加工によって実現され、その結果、コンスタンタンゲージ配線は、広い温度範囲にわたり、熱によって引き起こされる歪みが非常に小さい。一実施形態において、構造的部品５１０は、低いＣＴＥを有する炭素繊維複合材で作製された中空の管であるアームセグメント１０６、１０８を含む。歪みゲージセンサの箔の金属は、同様の低いＣＴＥを有するように選択されたコンスタンタン合金（またはその他の合金）である。箔のパターンは、平行線のジグザグなパターンである可能性があり、したがって、平行線の方向の少量の応力が、箔のパターンの有効長にわたる歪みを増幅する。平行線の方向は、歪みゲージセンサの感度方向（ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）と呼ばれる。歪みゲージセンサ５００の箔のパターンの平行線は、構造的部品５１０の軸方向に対して平行に配置される。一実施形態において、ＳＴＣ歪みゲージの歪みの読み取り値の精度は、ＳＴＣ歪みゲージの製造元によって提供される曲線または多項式に基づく補正係数を適用することによってさらに改善される。
【００３７】
歪みゲージ５００は、例えば、温度センサ２１２付近の回路基板に配置され得るホイートストンブリッジ回路に配置される可能性がある。一実施形態の構成において、歪みゲージセンサ５００は、４つの抵抗器の回路網における１つの抵抗を提供する。その他の３つの抵抗は、温度によってほとんど変化しない抵抗を有する固定の抵抗器によって与えられる。代替的な実施形態においては、１８０度離された２つの歪みセンサが、ホイートストンブリッジの４つの抵抗の回路網における２つの抵抗を提供する。ホイートストンブリッジは、電子機器から歪みゲージセンサ５００まで延びる配線の寄生抵抗の影響を排除するために３線式回路網で構成され得る。一実施形態において、ホイートストンブリッジからの信号が、アナログ・デジタルコンバータ回路に送信され、アナログ・デジタルコンバータ回路において、ホイートストンブリッジからのアナログ信号が、デジタル歪みゲージ信号に変換される。デジタル歪みゲージ信号のすべては、アームバス２１８に乗せられる。
【００３８】
以上の検討はビームの、および特にアームセグメント１０６、１０８のような円筒形をしたビームの歪みの影響について考えたが、歪みゲージセンサ５００は、その他の構造の歪みを発見するために使用され得る。考慮されている特定の構造が軸方向周りに対称的でない場合、歪みゲージの読み取り値の意味を適切に解釈するためにさらなる分析を行うことが必要である可能性がある。例えば、複雑な構造的コンポーネントにおいては、特定の構造の詳細なＣＡＤモデルを用いてコンピュータ上で実行される有限要素解析（ＦＥＡ）が、４つの歪みゲージの読み取り値に基づいて軸歪みおよび曲げ歪みを発見するために使用され得る。そのような場合、３つではなく４つ以上の歪みゲージが、必要とされる可能性がある。
【００３９】
歪みゲージから得られた読み取り値は、ＡＡＣＭＭ１００の測定の精度を向上させるか、または修正措置が取られる必要があることを示すためにオペレータに警告を与えるかのいずれかのために使用され得る。最高の精度のために、歪みゲージの読み取り値は、エンコーダの読み取り値と相互に関連付けられる。これは、エンコーダの読み取り値と同じ瞬間に歪みゲージの読み取り値を取り込むことによってなされ得る。一実施形態において、読み取り値は、アームバス２１８内のバスを介して送信された取り込み信号に応答して、歪みゲージおよびエンコーダを含むＡＡＣＭＭ１００のセンサのすべてによって取り込まれ得る。例えば、歪みゲージセンサ５００は、オペレータの関与なしに、ＡＡＣＭＭ１００の位置を補正するための歪みデータをリアルタイムで（例えば、〜１０００点／秒）提供することができる。
【００４０】
また、歪みゲージ監視システムからのデータが、可聴的警告または視覚的警告のいずれかの形態でオペレータに直接的なフィードバックを与えるために使用され得る。そのような警告は、特に曲げ歪みに関して、歪みゲージの読み取り値が、定められた（予測された）値から所定の値を超えて逸脱するときに発せられる可能性がある。これらの警告は、測定技術を教え、改善するように設計されたアプリケーションソフトウェアによって補足され得る。例示的な実施形態において、可視的警告は、歪みのひどさを表すカラーまたはグレースケール５３０を示す、構造的部品５１０の視覚的表示５２０を含み得る。
【００４１】
曲げ歪みおよび軸歪みの影響を勘案する、ＡＡＣＭＭ１００に関する単純だが効果的な運動学モデルを得るために、ＦＥＡを使用してＡＡＣＭＭ１００に対する力の影響を観察することが有用である可能性がある。そのようなＦＥＡの例が、図５の上部の挿入図５２０に示されている。この挿入図において、異なる量の歪み（または応力）は、グレースケール値によって示されている。示された例において、歪みは、領域５３０に最も集中している。さらなる改良として、空間内のアームセグメントの向きに応じてカウンタバランスばねによって加えられる力を測定するために実験が行われ得る。これらの力の値は、ＦＥＡの分析を改善するために使用され得る。
【００４２】
ＦＥＡの主目的は、ＡＡＣＭＭ１００の運動学モデルの比較的単純だが正確な形態を定めるのを支援することである。運動学モデルの形態が定められると、大量のデータが、収集され、モデルに当てはまる。モデルに対する最良の数値パラメータの値を選択するために最適化方法が使用される。データを収集するステップと、最適なパラメータ値を求めるステップの組み合わせは、補償または校正と呼ばれる。データの収集は、アームセグメントがさまざまな向きに動かされる間にネスト（ｎｅｓｔ）に固定されたプローブの座標を測定することを含み得る。座標の値は動かないプローブチップに関しては一定でなければならないので、アームセグメントの異なる向きに対するプローブの読み取り値の差を最小化するようにパラメータ値が選択され得る。データの収集は、既知の長さの１つ以上の人工物上の点の間の距離を測定することも含み得る。
【００４３】
上述のように、歪みゲージセンサ５００は、外面に配置されるか、内面に配置されるか、または構造的部品５１０の材料に組み込まれる可能性がある。最後のケースでは、歪みゲージセンサ５００が、関節を接続する管５１０の炭素繊維に組み込まれ得る。製造プロセスにおいて、概して、炭素繊維織物が、マンドレルに巻きつけられ、歪みゲージセンサ５００が、最後の巻きつけを終える前に据え付けられ、それによって、歪みゲージセンサ５００を保護し、それらの歪みゲージセンサ５００を部品に組み込むことができる。歪みゲージセンサ５００をアームの管５１０の両端に、管５１０の外周に９０度離して配置する（すなわち、直行するように配置される）ことによって、管の変形が、図５の応力の図に示されたように最も大きな変形が発生する嵌合するコンポーネントの接着接合部付近の歪みゲージの領域内で十分に特徴づけられ得る。
【００４４】
図６は、ＡＡＣＭＭ１００が、オペレータがブロック６４０において測定することおよび表示することを選択する限り、ブロック６１０において継続的に歪みを測定し、ブロック６２０においてＡＡＣＭＭ１００のアームモデルに適切な補正を行い、ブロック６３０において継続的に測定値を表示することができることを示す、例示的な実施形態による歪みを測定するための方法６００の流れ図である。
【００４５】
技術的効果および利点は、ＡＡＣＭＭ１００の構造的部品５１０の歪みを継続的に測定する能力を含む。したがって、オペレータは、測定中に歪みを考慮に入れるため、または修正措置を取るために、ＡＡＣＭＭ１００が測定中に何らかの歪みにさらされているかどうかを知ることができる。
【００４６】
当業者に理解されるであろうように、本発明の態様は、システム、方法、またはコンピュータプログラム製品として具現化され得る。したがって、本発明の態様は、すべてハードウェアの実施形態、すべてソフトウェアの実施形態（ファームウェア、常駐ソフトウェア、マイクロコードなどを含む）、またはすべてが概して本明細書において「回路」、「モジュール」、もしくは「システム」と呼ばれることがあるソフトウェアの態様とハードウェアの態様とを組み合わせる実施形態の形態をとる可能性がある。さらに、本発明の態様は、コンピュータ可読プログラムコードを具現化する１つ以上のコンピュータ可読媒体で具現化されるコンピュータプログラム製品の形態をとる可能性がある。
【００４７】
１つ以上のコンピュータ可読媒体の任意の組み合わせが、利用され得る。コンピュータ可読媒体は、コンピュータ可読信号媒体またはコンピュータ可読ストレージ媒体である可能性がある。コンピュータ可読ストレージ媒体は、これらに限定されないが、例えば、電子的、磁気的、光学的、電磁的、赤外線、もしくは半導体システム、装置、もしくはデバイス、またはこれらの任意の好適な組み合わせである可能性がある。コンピュータ可読媒体のより具体的な例（非網羅的なリスト）は、以下、すなわち、１つ以上の配線を有する電気的な接続、持ち運び可能なコンピュータディスケット、ハードディスク、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、消去可能プログラマブル読み出し専用メモリ（ｅｒａｓａｂｌｅ ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｒｅａｄ−ｏｎｌｙ ｍｅｍｏｒｙ）（ＥＰＲＯＭもしくはフラッシュメモリ）、光ファイバ、持ち運び可能なコンパクトディスク読み出し専用メモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）、光学式ストレージデバイス、磁気式ストレージデバイス、またはこれらの任意の好適な組み合わせを含む。本明細書の文脈においては、コンピュータ可読ストレージ媒体は、命令実行システム、装置、もしくはデバイスによる使用のための、または命令実行システム、装置、もしくはデバイスに関連するプログラムを含むかまたは記憶することができる任意の有形の媒体である可能性がある。
【００４８】
コンピュータ可読信号媒体は、例えば、ベースバンドで、または搬送波の一部としてコンピュータ可読プログラムコードを具現化する伝播されるデータ信号を含み得る。そのような伝播される信号は、電磁的、光学的、またはこれらの任意の好適な組み合わせを含むがそれらに限定されないさまざまな形態のうちの任意の形態をとり得る。コンピュータ可読信号媒体は、コンピュータ可読ストレージ媒体ではなく、命令実行システム、装置、もしくはデバイスによる使用のための、または命令実行システム、装置、もしくはデバイスに関連するプログラムを伝達、伝播、または搬送することができる任意のコンピュータ可読媒体である可能性がある。
【００４９】
コンピュータ可読媒体上に具現化されたプログラムコードは、無線、有線、光ファイバケーブル、ＲＦなど、またはこれらの任意の好適な組み合わせを含むがこれらに限定されない任意の適切な媒体を用いて送信され得る。
【００５０】
本発明の態様のオペレーションを実行するためのコンピュータプログラムコードは、Ｊａｖａ（登録商標）、Ｓｍａｌｌｔａｌｋ、Ｃ＋＋、Ｃ＃などのオブジェクト指向プログラミング言語と、「Ｃ」プログラミング言語または同様のプログラミング言語などの通常の手続き型プログラミング言語とを含む１つ以上のプログラミング言語の任意の組み合わせで記述され得る。プログラムコードは、すべてユーザのコンピュータ上で、スタンドアロンのソフトウェアパッケージとしてユーザのコンピュータ上で部分的に、ユーザのコンピュータ上で部分的にかつ遠隔のコンピュータ上で部分的に、またはすべて遠隔のコンピュータもしくはサーバ上で実行され得る。後者の場合、遠隔のコンピュータが、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）もしくは広域ネットワーク（ＷＡＮ）を含む任意の種類のネットワークを介してユーザのコンピュータに接続され得るか、または外部コンピュータへの接続が（例えば、インターネットサービスプロバイダを使用してインターネットを介して）行われ得る。
【００５１】
本発明の態様が、本発明の実施形態による方法、装置（システム）、およびコンピュータプログラム製品の流れ図および／または構成図を参照して説明されている。流れ図および／または構成図の各ブロックと、流れ図および／または構成図のブロックの組み合わせとは、コンピュータプログラム命令によって実装され得ることが理解されるであろう。
【００５２】
これらのコンピュータプログラム命令は、コンピュータまたはその他のプログラム可能なデータ処理装置のプロセッサによって実行される命令が、流れ図および／または構成図の１つのブロックまたは複数のブロックで規定された機能／動作を実施するための手段をもたらすように、多目的コンピュータ、専用コンピュータ、または機械を製造するためのその他のプログラム可能なデータ処理装置のプロセッサに与えられ得る。これらのコンピュータプログラム命令は、コンピュータ可読媒体に記憶された命令が、流れ図および／または構成図の１つのブロックまたは複数のブロックで規定された機能／動作を実施する命令を含む製品をもたらすように、コンピュータ、その他のプログラム可能なデータ処理装置、またはその他のデバイスを特定の方法で機能させることができるコンピュータ可読媒体に記憶される可能性もある。
【００５３】
コンピュータプログラム命令は、コンピュータまたはその他のプログラム可能な装置で実行される命令が、流れ図および／または構成図の１つのブロックまたは複数のブロックで規定された機能／動作を実施するためのプロセスを提供するように、コンピュータで実施されるプロセスを生成するために一連のオペレーションのステップがコンピュータ、その他のプログラム可能な装置、またはその他のデバイスで実行されるようにするために、コンピュータ、その他のプログラム可能なデータ処理装置、またはその他のデバイスにロードされる可能性もある。
【００５４】
図面の流れ図および構成図は、本発明のさまざまな実施形態によるシステム、方法、およびコンピュータプログラム製品のあり得る実装のアーキテクチャ、機能、およびオペレーションを示す。その際、流れ図または構成図の各ブロックは、（１つ以上の）規定された論理的な機能を実装するための１つ以上の実行可能命令を含むモジュール、セグメント、またはコードの一部を表す可能性がある。一部の代替的な実装において、ブロックで示された機能が、図面に示された順序とは異なる順序で行われ得ることにも留意されたい。例えば、連続で示された２つのブロックが、実際には実質的に同時に実行される可能性があり、またはそれらのブロックは、関連する機能に応じて逆順に実行される場合もあり得る。構成図および／または流れ図の各ブロックと、構成図および／または流れ図のブロックの組み合わせとは、規定された機能もしくは動作を実行する専用のハードウェアに基づくシステム、または専用のハードウェアとコンピュータ命令の組み合わせによって実装され得ることも認識されるであろう。
【００５５】
本発明が例示的な実施形態を参照して説明されたが、本発明の範囲を逸脱することなくさまざまな変更が行われる可能性があり、均等物が本発明の要素の代替とされる可能性があることが当業者に理解されるであろう。さらに、特定の状況または構成要素を本発明の教示に適合させるために、本発明の本質的な範囲を逸脱することなく多くの修正が行われ得る。したがって、本発明は本発明を実施するための考えられる最良の形態として開示された特定の実施形態に限定されず、本発明は添付の特許請求の範囲内に入るすべての実施形態を含むことが意図される。さらに、用語「第１」、「第２」などの使用はいかなる順序または重要度も表さず、むしろ用語「第１」、「第２」などはある要素を別の要素と区別するために使用される。その上、用語「ａ」、「ａｎ」などの使用は量の限定を表さず、むしろ言及される項目の少なくとも１つの存在を表す。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空間内の物体の座標を測定するための可搬型の関節アーム座標測定機（ＡＡＣＭＭ）であって、
反対側にある第１の端部および第２の端部を有する手動で位置付けることが可能な関節アーム部であって、前記第１の端部に近接するアームセグメントを含む複数の接続されたアームセグメントを含み、各アームセグメントが、位置信号を生成する少なくとも１つの位置トランスデューサを含む、アーム部と、
前記第１の端部に装着された測定デバイスと、
ＡＡＣＭＭの構造的コンポーネントであって、軸方向を有する、構造的コンポーネントと、
前記構造的コンポーネントに結合された、それぞれが受感軸を有する少なくとも３つの歪みゲージセンサであって、各歪みゲージセンサの前記受感軸が、前記軸方向に対してほぼ平行に向きを決められ、各歪みゲージセンサが、前記軸方向に垂直な横断面によってほぼ横切られ、アナログ歪みゲージ信号を生成し、歪みゲージセンサが、前記構造的コンポーネントと前記横断面の両方の上に存在する任意の点の曲げ歪みを判定するのに十分なデータを提供するように配置される、歪みゲージセンサと、
前記位置信号を受信し、前記測定デバイスの位置に対応するデータを提供する電子回路とを含むことを特徴とする関節アーム座標測定機（ＡＡＣＭＭ）。
【請求項２】
請求項１に記載のＡＡＣＭＭであって、前記アナログ歪みゲージ信号の何らかの組み合わせを複数のデジタル歪みゲージ信号に変換するアナログ・デジタルコンバータ回路であって、前記電子回路が、前記複数のデジタル歪みゲージ信号を受信する、アナログ・デジタルコンバータ回路をさらに含むことを特徴とするＡＡＣＭＭ。
【請求項３】
請求項２に記載のＡＡＣＭＭであって、前記電子回路が、前記構造的コンポーネントの最大の曲げの大きさおよび方向を計算することを特徴とするＡＡＣＭＭ。
【請求項４】
請求項３に記載のＡＡＣＭＭであって、前記電子回路が、前記測定デバイスの前記位置に対応する提供されたデータを修正するために、前記少なくとも３つの歪みゲージセンサからの前記デジタル歪みゲージ信号を使用することを特徴とするＡＡＣＭＭ。
【請求項５】
請求項４に記載のＡＡＣＭＭであって、取り込み信号であって、前記位置信号および前記デジタル歪みゲージ信号が、取り込み信号に応答して収集される、取り込み信号をさらに含むことを特徴とするＡＡＣＭＭ。
【請求項６】
請求項４に記載のＡＡＣＭＭであって、補償手順によって得られ、前記電子回路に記憶されるパラメータであって、部分的に、前記アームセグメントの動きに応じた前記ＡＡＣＭＭによるデータの収集によって取得される、パラメータをさらに含むことを特徴とするＡＡＣＭＭ。
【請求項７】
請求項６に記載のＡＡＣＭＭであって、前記電子回路が、前記測定デバイスの前記位置に対応する前記提供されたデータを修正するために、前記パラメータと、最大の曲げの計算された大きさおよび方向とを使用することを特徴とするＡＡＣＭＭ。
【請求項８】
請求項３に記載のＡＡＣＭＭであって、前記構造的コンポーネントが、熱膨張係数を有し、前記歪みゲージセンサが、前記構造的コンポーネントの前記熱膨張係数に合致するように選択されることを特徴とするＡＡＣＭＭ。
【請求項９】
請求項３に記載のＡＡＣＭＭであって、第４の歪みゲージセンサをさらに含むことを特徴とするＡＡＣＭＭ。
【請求項１０】
請求項３に記載のＡＡＣＭＭであって、前記電子回路が、前記歪みゲージ信号に応じて警告を生成することを特徴とするＡＡＣＭＭ。
【請求項１１】
請求項１０に記載のＡＡＣＭＭであって、前記警告が、視覚的警告および可聴的警告のうちの１つであることを特徴とするＡＡＣＭＭ。
【請求項１２】
請求項１０に記載のＡＡＣＭＭであって、前記警告が、前記曲げ歪みが所定の制限範囲外である値を有するときに生成されることを特徴とするＡＡＣＭＭ。
【請求項１３】
関節アーム座標測定機（ＡＡＣＭＭ）の歪みを測定するための方法であって、
反対側にある第１の端部および第２の端部を有する手動で位置付けることが可能な関節アーム部であって、それぞれが少なくとも１つの軸受カートリッジに装着された複数の接続されたアームセグメントを含み、前記複数の接続されたアームセグメントが、前記第１の端部に近接するアームセグメントを含み、各アームセグメントが、位置信号を生成する少なくとも１つの位置トランスデューサを含む、アーム部、前記第１の端部に装着された測定デバイス、前記関節アーム座標測定機の構造的コンポーネントであって、軸方向を有する、構造的コンポーネント、前記構造的コンポーネントに配置された少なくとも第１の歪みゲージセンサであって、各歪みゲージセンサが、アナログ歪みゲージ信号を生成する、少なくとも第１の歪みゲージセンサを設けるステップと、
前記構造的コンポーネント上の第２の歪みゲージセンサおよび前記構造的コンポーネント上の第３の歪みゲージセンサを設けるステップであって、前記第１の歪みゲージセンサ、前記第２の歪みゲージセンサ、および前記第３の歪みゲージセンサが、アナログ歪みゲージ信号を生成する、ステップと、
それぞれが受感軸を有する前記第１の歪みゲージセンサ、前記第２の歪みゲージセンサ、および前記第３の歪みゲージセンサを前記構造的コンポーネントに結合するステップであって、各歪みゲージセンサの前記受感軸が、前記軸方向に対してほぼ平行に向きを決められる、ステップと、
各歪みゲージセンサを前記構造的コンポーネント上に、前記構造的コンポーネントの前記軸方向に垂直な横断面によってほぼ横切られるように配置するステップと、
前記第１の歪みゲージセンサ、前記第２の歪みゲージセンサ、および前記第３の歪みゲージセンサを、前記構造的コンポーネントと前記横断面の両方の上に存在する任意の点の曲げ歪みを判定するのに十分なデータを提供するように配置するステップと、
前記アナログ歪みゲージ信号の組み合わせを少なくとも１つのデジタル歪みゲージ信号に変換するステップと、
前記位置信号および前記少なくとも１つのデジタル歪みゲージ信号を受信する電子回路に、前記少なくとも１つの軸受カートリッジのうちの少なくとも１つを通じて前記少なくとも１つのデジタル歪みゲージ信号を送信するステップと、
前記測定デバイスの位置に対応するデータを提供および記憶するステップと、
前記少なくとも１つのデジタル歪みゲージ信号を記憶するステップとを含むことを特徴とする方法。
【請求項１４】
関節アーム座標測定機（ＡＡＣＭＭ）の歪みを測定するための請求項１３に記載の方法であって、前記構造的コンポーネントの最大の曲げの大きさおよび方向を計算するステップをさらに含むことを特徴とする方法。
【請求項１５】
関節アーム座標測定機（ＡＡＣＭＭ）の歪みを測定するための請求項１４に記載の方法であって、前記測定デバイスの前記位置に対応する提供されたデータを修正するために、複数の前記デジタル歪みゲージ信号を使用するステップをさらに含むことを特徴とする方法。
【請求項１６】
関節アーム座標測定機（ＡＡＣＭＭ）の歪みを測定するための請求項１５に記載の方法であって、
取り込み信号を提供するステップと、
前記取り込み信号に応答して前記位置信号および前記デジタル歪みゲージ信号を収集するステップとをさらに含むことを特徴とする方法。
【請求項１７】
関節アーム座標測定機（ＡＡＣＭＭ）の歪みを測定するための請求項１６に記載の方法であって、補償手順によってパラメータを取得するステップであって、前記パラメータが、部分的に、前記アームセグメントの動きに応じた前記関節アーム座標測定機によるデータの収集によって取得される、ステップをさらに含むことを特徴とする方法。
【請求項１８】
関節アーム座標測定機（ＡＡＣＭＭ）の歪みを測定するための請求項１７に記載の方法であって、前記測定デバイスの前記位置に対応する前記提供されたデータを修正するために、前記パラメータと、構造的要素の最大の曲げの計算された大きさおよび方向とを使用するステップをさらに含むことを特徴とする方法。
【請求項１９】
関節アーム座標測定機（ＡＡＣＭＭ）の歪みを測定するための請求項１３に記載の方法であって、前記構造的コンポーネントの熱膨張係数に合致するように各歪みゲージセンサの熱膨張係数を選択するステップをさらに含むことを特徴とする方法。
【請求項２０】
関節アーム座標測定機（ＡＡＣＭＭ）の歪みを測定するための請求項１３に記載の方法であって、前記歪みゲージ信号に応じて警告を生成するステップをさらに含むことを特徴とする方法。
【請求項２１】
関節アーム座標測定機（ＡＡＣＭＭ）の歪みを測定するための請求項２０に記載の方法であって、前記警告が、視覚的警告および可聴的警告のうちの１つであることを特徴とする方法。
【請求項２２】
関節アーム座標測定機（ＡＡＣＭＭ）の歪みを測定するための請求項１４に記載の方法であって、前記曲げ歪みが所定の制限範囲外である値を有するときに、前記歪みゲージ信号に応じて警告を生成するステップをさらに含むことを特徴とする方法。
【請求項１】
空間内の物体の座標を測定するための可搬型の関節アーム座標測定機（ＡＡＣＭＭ）であって、
反対側にある第１の端部および第２の端部を有する手動で位置付けることが可能な関節アーム部であって、前記第１の端部に近接するアームセグメントを含む複数の接続されたアームセグメントを含み、各アームセグメントが、位置信号を生成する少なくとも１つの位置トランスデューサを含む、アーム部と、
前記第１の端部に装着された測定デバイスと、
ＡＡＣＭＭの構造的コンポーネントであって、軸方向を有する、構造的コンポーネントと、
前記構造的コンポーネントに結合された、それぞれが受感軸を有する少なくとも３つの歪みゲージセンサであって、各歪みゲージセンサの前記受感軸が、前記軸方向に対してほぼ平行に向きを決められ、各歪みゲージセンサが、前記軸方向に垂直な横断面によってほぼ横切られ、アナログ歪みゲージ信号を生成し、歪みゲージセンサが、前記構造的コンポーネントと前記横断面の両方の上に存在する任意の点の曲げ歪みを判定するのに十分なデータを提供するように配置される、歪みゲージセンサと、
前記位置信号を受信し、前記測定デバイスの位置に対応するデータを提供する電子回路とを含むことを特徴とする関節アーム座標測定機（ＡＡＣＭＭ）。
【請求項２】
請求項１に記載のＡＡＣＭＭであって、前記アナログ歪みゲージ信号の何らかの組み合わせを複数のデジタル歪みゲージ信号に変換するアナログ・デジタルコンバータ回路であって、前記電子回路が、前記複数のデジタル歪みゲージ信号を受信する、アナログ・デジタルコンバータ回路をさらに含むことを特徴とするＡＡＣＭＭ。
【請求項３】
請求項２に記載のＡＡＣＭＭであって、前記電子回路が、前記構造的コンポーネントの最大の曲げの大きさおよび方向を計算することを特徴とするＡＡＣＭＭ。
【請求項４】
請求項３に記載のＡＡＣＭＭであって、前記電子回路が、前記測定デバイスの前記位置に対応する提供されたデータを修正するために、前記少なくとも３つの歪みゲージセンサからの前記デジタル歪みゲージ信号を使用することを特徴とするＡＡＣＭＭ。
【請求項５】
請求項４に記載のＡＡＣＭＭであって、取り込み信号であって、前記位置信号および前記デジタル歪みゲージ信号が、取り込み信号に応答して収集される、取り込み信号をさらに含むことを特徴とするＡＡＣＭＭ。
【請求項６】
請求項４に記載のＡＡＣＭＭであって、補償手順によって得られ、前記電子回路に記憶されるパラメータであって、部分的に、前記アームセグメントの動きに応じた前記ＡＡＣＭＭによるデータの収集によって取得される、パラメータをさらに含むことを特徴とするＡＡＣＭＭ。
【請求項７】
請求項６に記載のＡＡＣＭＭであって、前記電子回路が、前記測定デバイスの前記位置に対応する前記提供されたデータを修正するために、前記パラメータと、最大の曲げの計算された大きさおよび方向とを使用することを特徴とするＡＡＣＭＭ。
【請求項８】
請求項３に記載のＡＡＣＭＭであって、前記構造的コンポーネントが、熱膨張係数を有し、前記歪みゲージセンサが、前記構造的コンポーネントの前記熱膨張係数に合致するように選択されることを特徴とするＡＡＣＭＭ。
【請求項９】
請求項３に記載のＡＡＣＭＭであって、第４の歪みゲージセンサをさらに含むことを特徴とするＡＡＣＭＭ。
【請求項１０】
請求項３に記載のＡＡＣＭＭであって、前記電子回路が、前記歪みゲージ信号に応じて警告を生成することを特徴とするＡＡＣＭＭ。
【請求項１１】
請求項１０に記載のＡＡＣＭＭであって、前記警告が、視覚的警告および可聴的警告のうちの１つであることを特徴とするＡＡＣＭＭ。
【請求項１２】
請求項１０に記載のＡＡＣＭＭであって、前記警告が、前記曲げ歪みが所定の制限範囲外である値を有するときに生成されることを特徴とするＡＡＣＭＭ。
【請求項１３】
関節アーム座標測定機（ＡＡＣＭＭ）の歪みを測定するための方法であって、
反対側にある第１の端部および第２の端部を有する手動で位置付けることが可能な関節アーム部であって、それぞれが少なくとも１つの軸受カートリッジに装着された複数の接続されたアームセグメントを含み、前記複数の接続されたアームセグメントが、前記第１の端部に近接するアームセグメントを含み、各アームセグメントが、位置信号を生成する少なくとも１つの位置トランスデューサを含む、アーム部、前記第１の端部に装着された測定デバイス、前記関節アーム座標測定機の構造的コンポーネントであって、軸方向を有する、構造的コンポーネント、前記構造的コンポーネントに配置された少なくとも第１の歪みゲージセンサであって、各歪みゲージセンサが、アナログ歪みゲージ信号を生成する、少なくとも第１の歪みゲージセンサを設けるステップと、
前記構造的コンポーネント上の第２の歪みゲージセンサおよび前記構造的コンポーネント上の第３の歪みゲージセンサを設けるステップであって、前記第１の歪みゲージセンサ、前記第２の歪みゲージセンサ、および前記第３の歪みゲージセンサが、アナログ歪みゲージ信号を生成する、ステップと、
それぞれが受感軸を有する前記第１の歪みゲージセンサ、前記第２の歪みゲージセンサ、および前記第３の歪みゲージセンサを前記構造的コンポーネントに結合するステップであって、各歪みゲージセンサの前記受感軸が、前記軸方向に対してほぼ平行に向きを決められる、ステップと、
各歪みゲージセンサを前記構造的コンポーネント上に、前記構造的コンポーネントの前記軸方向に垂直な横断面によってほぼ横切られるように配置するステップと、
前記第１の歪みゲージセンサ、前記第２の歪みゲージセンサ、および前記第３の歪みゲージセンサを、前記構造的コンポーネントと前記横断面の両方の上に存在する任意の点の曲げ歪みを判定するのに十分なデータを提供するように配置するステップと、
前記アナログ歪みゲージ信号の組み合わせを少なくとも１つのデジタル歪みゲージ信号に変換するステップと、
前記位置信号および前記少なくとも１つのデジタル歪みゲージ信号を受信する電子回路に、前記少なくとも１つの軸受カートリッジのうちの少なくとも１つを通じて前記少なくとも１つのデジタル歪みゲージ信号を送信するステップと、
前記測定デバイスの位置に対応するデータを提供および記憶するステップと、
前記少なくとも１つのデジタル歪みゲージ信号を記憶するステップとを含むことを特徴とする方法。
【請求項１４】
関節アーム座標測定機（ＡＡＣＭＭ）の歪みを測定するための請求項１３に記載の方法であって、前記構造的コンポーネントの最大の曲げの大きさおよび方向を計算するステップをさらに含むことを特徴とする方法。
【請求項１５】
関節アーム座標測定機（ＡＡＣＭＭ）の歪みを測定するための請求項１４に記載の方法であって、前記測定デバイスの前記位置に対応する提供されたデータを修正するために、複数の前記デジタル歪みゲージ信号を使用するステップをさらに含むことを特徴とする方法。
【請求項１６】
関節アーム座標測定機（ＡＡＣＭＭ）の歪みを測定するための請求項１５に記載の方法であって、
取り込み信号を提供するステップと、
前記取り込み信号に応答して前記位置信号および前記デジタル歪みゲージ信号を収集するステップとをさらに含むことを特徴とする方法。
【請求項１７】
関節アーム座標測定機（ＡＡＣＭＭ）の歪みを測定するための請求項１６に記載の方法であって、補償手順によってパラメータを取得するステップであって、前記パラメータが、部分的に、前記アームセグメントの動きに応じた前記関節アーム座標測定機によるデータの収集によって取得される、ステップをさらに含むことを特徴とする方法。
【請求項１８】
関節アーム座標測定機（ＡＡＣＭＭ）の歪みを測定するための請求項１７に記載の方法であって、前記測定デバイスの前記位置に対応する前記提供されたデータを修正するために、前記パラメータと、構造的要素の最大の曲げの計算された大きさおよび方向とを使用するステップをさらに含むことを特徴とする方法。
【請求項１９】
関節アーム座標測定機（ＡＡＣＭＭ）の歪みを測定するための請求項１３に記載の方法であって、前記構造的コンポーネントの熱膨張係数に合致するように各歪みゲージセンサの熱膨張係数を選択するステップをさらに含むことを特徴とする方法。
【請求項２０】
関節アーム座標測定機（ＡＡＣＭＭ）の歪みを測定するための請求項１３に記載の方法であって、前記歪みゲージ信号に応じて警告を生成するステップをさらに含むことを特徴とする方法。
【請求項２１】
関節アーム座標測定機（ＡＡＣＭＭ）の歪みを測定するための請求項２０に記載の方法であって、前記警告が、視覚的警告および可聴的警告のうちの１つであることを特徴とする方法。
【請求項２２】
関節アーム座標測定機（ＡＡＣＭＭ）の歪みを測定するための請求項１４に記載の方法であって、前記曲げ歪みが所定の制限範囲外である値を有するときに、前記歪みゲージ信号に応じて警告を生成するステップをさらに含むことを特徴とする方法。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図２】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図２Ｄ】
【図３】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４】
【図５】
【図６】
【図１Ｂ】
【図２】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図２Ｄ】
【図３】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４】
【図５】
【図６】
【公表番号】特表２０１３−５１７５０７（Ｐ２０１３−５１７５０７Ａ）
【公表日】平成２５年５月１６日（２０１３．５．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５５００５４（Ｐ２０１２−５５００５４）
【出願日】平成２３年１月１４日（２０１１．１．１４）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１１／０２１２７６
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０９０９０２
【国際公開日】平成２３年７月２８日（２０１１．７．２８）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．ＢＬＵＥＴＯＯＴＨ
２．イーサネット
【出願人】（５９８０６４５１０）ファロ テクノロジーズ インコーポレーテッド (60)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２５年５月１６日（２０１３．５．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月１４日（２０１１．１．１４）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１１／０２１２７６
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０９０９０２
【国際公開日】平成２３年７月２８日（２０１１．７．２８）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．ＢＬＵＥＴＯＯＴＨ
２．イーサネット
【出願人】（５９８０６４５１０）ファロ テクノロジーズ インコーポレーテッド (60)
【Ｆターム（参考）】
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