JP2019507349A - Laser tracker system - Google Patents

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シー. メーラー、ロバート
シー. メーラー、ロバート
イー. ブリッジズ、ロバート
イー. ブリッジズ、ロバート
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ファロ テクノロジーズ インコーポレーテッド
ファロ テクノロジーズ インコーポレーテッド
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Abstract

【解決手段】3次元座標測定システムはレトロリフレクター2810とレーザートラッカー2820とを含む。レーザートラッカーは、レーザートラッカーから第1の光ビームを放射するように構成された第1の光源47と、第1の軸18および第2の軸20の周りを回転可能な構造体15と、第2の光源54と、第2の光源に近接した第1のカメラ52と、実行可能命令に応答するプロセッサ800とを含む。実行可能命令は、プロセッサによって実行されると、第1の段階において、作業者2805によって作業者が手にもつトロリフレクター2810でなされる作業者追従ジェスチャーが与えられたと判断し、それに応答して構造体を作業者の動きを追従するように回転させ、第2の段階において、作業者によってロックオンジェスチャー2815Bが与えられたと判断し、それに応答してレトロリフレクター上に第1の光ビームを向けるように動作する。【選択図】図29BThe three-dimensional coordinate measurement system includes a retro reflector (2810) and a laser tracker (2820). The laser tracker includes a first light source 47 configured to emit a first light beam from the laser tracker, a structure 15 rotatable about the first axis 18 and the second axis 20, and a first Two light sources 54, a first camera 52 proximate to the second light source, and a processor 800 responsive to executable instructions. When the executable instructions are executed by the processor, in the first stage, the operator 2805 determines that an operator following gesture made by the trolley reflector 2810 held by the operator is given by the operator 2805, and in response the structure The body is rotated so as to follow the movement of the worker, and in the second stage, it is determined that the lock-on gesture 2815B is given by the worker, and in response thereto, the first light beam is directed onto the retroreflector. To work. [Selection] Figure 29B

Description

[関連出願の相互参照]
このPCT出願は、2013年3月14日に出願された米国特許出願第13/803479号の分割出願である、2014年2月14日に出願された米国特許出願第14/180900号の恩典を主張するものである、2014年11月3日に出願された米国特許出願第14/531113号の一部継続出願である、2016年2月29日に出願された米国特許出願第15/055699号の優先権を主張するものである。米国特許出願第13/803479号は、その全内容が参照により本明細書に組み入れられる、2010年4月21日に出願された米国仮特許出願第61/326294号の恩典を主張する、2011年4月20日に出願された米国特許出願第13/090889号の分割出願である。
[Cross-reference of related applications]
This PCT application is a divisional application of US Patent Application No. 13/803479 filed on March 14, 2013, which is a benefit of US Patent Application No. 14/180900 filed on February 14, 2014. No. 15/055699, filed Feb. 29, 2016, which is a continuation-in-part of U.S. Patent Application No. 14/53113, filed Nov. 3, 2014 Claiming priority. US Patent Application No. 13/803479 claims the benefit of US Provisional Patent Application No. 61/326294 filed on April 21, 2010, the entire contents of which are hereby incorporated by reference, 2011 This is a divisional application of US Patent Application No. 13/090889 filed on April 20th.

本開示は、座標測定器に関する。1組の座標測定器が、レトロリフレクターターゲットによって遮られる点にレーザービームを送ることによって点の3次元(3D)座標を測定する計器のクラスに属する。計器は、ターゲットまでの距離とターゲットに対する2つの角度を測定することによって点の座標を見つける。距離は、絶対距離計(ADM)や干渉計などの距離測定器で測定される。角度は、角度エンコーダなどの角度測定器で測定される。計器内のジンバル・ビーム・ステアリング機構は、レーザービームを関心点に向ける。このような装置の一例が、レーザートラッカーである。例示的なレーザー・トラッカー・システムが、参照により本明細書に組み入れられるBrownらの米国特許第4790651号明細書およびLauらの米国特許第4714339号明細書に記載されている。   The present disclosure relates to a coordinate measuring instrument. A set of coordinate measuring instruments belongs to the class of instruments that measure the three-dimensional (3D) coordinates of a point by sending a laser beam to the point intercepted by the retroreflector target. The instrument finds the coordinates of a point by measuring the distance to the target and two angles to the target. The distance is measured by a distance measuring device such as an absolute distance meter (ADM) or an interferometer. The angle is measured by an angle measuring device such as an angle encoder. A gimbal beam steering mechanism in the instrument directs the laser beam to the point of interest. An example of such a device is a laser tracker. Exemplary laser tracker systems are described in Brown et al. US Pat. No. 4,790,651 and Lau et al. US Pat. No. 4,714,339, which are hereby incorporated by reference.

レーザートラッカーに密接に関連した座標測定器がトータルステーションである。トータルステーションは、測量用途で最も頻繁に使用され、拡散性散乱ターゲットまたは再帰反射ターゲットの座標を測定するのに使用されうる。以下では、レーザートラッカーという用語は、トータルステーションを含む広義で使用される。   A coordinate measuring instrument closely related to the laser tracker is the total station. Total stations are most often used in surveying applications and can be used to measure the coordinates of diffuse scattering targets or retroreflective targets. In the following, the term laser tracker is used in a broad sense including total stations.

通常、レーザートラッカーは、レトロリフレクターターゲットにレーザービームを送る。レトロリフレクターターゲットの一般的なタイプは、球状レトロリフレクター(SMR)であり、金属球内に埋め込まれたコーナーキューブレトロリフレクターを含む。コーナーキューブレトロリフレクターは、互いに垂直な3つの反射鏡を含む。コーナーキューブの頂点は、3つの反射鏡の共通の交点であり、球の中心に位置する。SMRの球面を被測定物に接触させ、次いでSMRを被測定面上で動かすのが一般的な手法である。このようにコーナーキューブが球内に配置されているために、コーナーキューブの頂点から被測定物の表面までの垂直距離は、SMRの回転にもかかわらず一定のままである。したがって、トラッカーに表面上を動くSMRの3D座標を追従させることによって、表面の3D座標を見つけることができる。ほこりや汚れがガラス表面を汚染するのを防ぐためにSMRの上部にガラス窓を配置することが可能である。そのようなガラス表面の一例が、参照により本明細書に組み入れられる、Raabらの米国特許第7388654号明細書に示されている。   Typically, a laser tracker sends a laser beam to a retro reflector target. A common type of retro-reflector target is a spherical retro-reflector (SMR), which includes a corner cube retro-reflector embedded in a metal sphere. The corner cube retroreflector includes three reflectors that are perpendicular to each other. The vertex of the corner cube is the common intersection of the three reflectors and is located at the center of the sphere. The general technique is to bring the SMR sphere into contact with the object to be measured and then move the SMR on the surface to be measured. Since the corner cube is thus arranged in the sphere, the vertical distance from the vertex of the corner cube to the surface of the object to be measured remains constant despite the rotation of the SMR. Thus, the 3D coordinates of the surface can be found by having the tracker follow the 3D coordinates of the SMR moving over the surface. A glass window can be placed on top of the SMR to prevent dust and dirt from contaminating the glass surface. An example of such a glass surface is shown in US Pat. No. 7,388,654 to Raab et al., Which is incorporated herein by reference.

レーザービームをトラッカーからSMRに向けるにはレーザートラッカー内のジンバル機構が使用されうる。SMRによって再帰反射された光の一部は、レーザートラッカーに入り、位置検出器に伝わる。位置検出器に当たる光の位置は、トラッカー制御システムによって、レーザートラッカーの方位機械軸および天頂機械軸の回転角を調整してレーザービームをSMRの中心に保つのに使用される。このようにして、トラッカーはSMRを追従(追跡)することができる。   A gimbal mechanism in the laser tracker can be used to direct the laser beam from the tracker to the SMR. Part of the light retroreflected by the SMR enters the laser tracker and travels to the position detector. The position of the light impinging on the position detector is used by the tracker control system to adjust the rotation angle of the azimuth and zenith machine axes of the laser tracker to keep the laser beam at the center of the SMR. In this way, the tracker can follow (track) the SMR.

トラッカーの方位機械軸および天頂機械軸に取り付けられた角度エンコーダは、(トラッカーの基準系に対する)レーザービームの方位角および天頂角を測定しうる。レーザートラッカーによって行われる1つの距離測定と2つの角度測定は、SMRの3次元位置を完全に特定するのに十分である。   Angle encoders attached to the tracker's azimuth and zenith machine axes can measure the azimuth and zenith angles of the laser beam (relative to the tracker's reference frame). One distance measurement and two angle measurements made by the laser tracker are sufficient to fully identify the three-dimensional position of the SMR.

前述したように、レーザートラッカーでは、干渉計と絶対距離計(ADM)の2種類の距離計が見られる。レーザートラッカーにおいて、干渉計は(存在する場合)、レトロリフレクターターゲットが2点間を移動する際に通過する既知の長さ(通常はレーザー光の半波長)の増分の数をカウントすることによって始点から終点までの距離を決定しうる。測定中にビームが遮断された場合、カウント数を正確に知ることができず、距離情報が失われる。それに比べて、レーザートラッカー内のADMは、ビーム遮断に関係なく、レトロリフレクターターゲットまでの絶対距離を決定し、ターゲットの切り換えも可能にするこのため、ADMは「簡単操作(point−and−shoot)」測定が可能であると言われている。当初、絶対距離計は静止したターゲットを測定することしかできず、このため常に干渉計と共に使用されていた。しかし、いくつかの最新の絶対距離計は迅速な測定を行うことができ、そのため干渉計が不要になる。そのようなADMは、Bridgesらの米国特許第7352446号明細書に記載されている。   As described above, there are two types of distance meters, laser meters and interferometers and absolute distance meters (ADMs). In a laser tracker, the interferometer (if present) starts by counting the number of increments of a known length (usually half the wavelength of the laser beam) that the retroreflector target passes as it moves between the two points. The distance from the end point to the end point can be determined. If the beam is interrupted during the measurement, the count number cannot be known accurately and the distance information is lost. In contrast, the ADM in the laser tracker determines the absolute distance to the retro-reflector target and allows the target to be switched regardless of the beam block, so the ADM is “point-and-shot”. It is said that measurement is possible. Initially, absolute rangefinders could only measure stationary targets and were therefore always used with interferometers. However, some modern absolute rangefinders can make quick measurements, thus eliminating the need for interferometers. Such ADMs are described in US Pat. No. 7,352,446 to Bridges et al.

トラッキングモードでは、レーザートラッカーは、SMRがトラッカーの捕捉範囲にある場合、SMRの動きを自動的に追従する。レーザービームが遮断された場合、トラッキングは停止する。ビームは、以下のいくつかの手段のいずれかによって遮断されうる。(1)計器とSMRとの間の障害物、(2)速すぎて計器が追従できないSMRの迅速な動き、または(3)SMRの方向がSMRの受光角を超えて曲がっていること。デフォルトでは、ビーム遮断に続いて、ビームはビーム遮断点または最後に命じられた位置に固定されたままになる。計器をSMRにロックオンし、トラッキングを続行するために、作業者がトラッキングビームを目で見て探索し、SMRをビーム内に配置することが必要になりうる。   In the tracking mode, the laser tracker automatically follows the movement of the SMR when the SMR is in the tracker's capture range. If the laser beam is interrupted, tracking stops. The beam can be interrupted by any of several means: (1) Obstacles between the instrument and the SMR, (2) Rapid movement of the SMR that the instrument cannot follow because it is too fast, or (3) The direction of the SMR bends beyond the acceptance angle of the SMR. By default, following beam interruption, the beam remains fixed at the beam interruption point or the last commanded position. In order to lock on the instrument to the SMR and continue tracking, an operator may need to visually search the tracking beam and place the SMR in the beam.

レーザートラッカーの中には、1または複数のカメラを含むものがある。カメラ軸は、測定ビームと同軸の場合もあり、測定ビームから一定の距離または角度だけずれている場合もある。カメラは、レトロリフレクターを位置特定するための広い視野を提供するのに使用されうる。カメラの光軸の近くに配置された変調光源がレトロリフレクターを照射して、レトロリフレクターを識別しやすくすることができる。この場合、レトロリフレクターは照射と同相で点滅するのに対し、背景物は照射と同相で点滅しない。そのようなカメラの1つの用途は、視野内の複数のレトロリフレクターを検出し、各々を自動化された順序で測定することである。例示的なシステムが、Pettersenらの米国特許第6166809号明細書およびBridgesらの米国特許第7800758号明細書に記載されている。   Some laser trackers include one or more cameras. The camera axis may be coaxial with the measurement beam and may be offset from the measurement beam by a certain distance or angle. The camera can be used to provide a wide field of view for locating the retro reflector. A modulated light source placed near the optical axis of the camera can illuminate the retro-reflector, making it easier to identify the retro-reflector. In this case, the retroreflector flashes in phase with the irradiation, whereas the background object does not flash in phase with the irradiation. One application of such a camera is to detect multiple retro-reflectors in the field of view and measure each in an automated sequence. Exemplary systems are described in U.S. Pat. No. 6,166,809 to Pettersen et al. And U.S. Pat. No. 7,800,782 to Bridges et al.

レーザートラッカーの中には、x、y、zなどの3つの座標と、ピッチ、ロール、ヨーなどの3つの回転とを含みうる、6自由度(DOF)で測定できる機能を有するものがある。6自由度を測定するためにレーザートラッカーに基づくいくつかのシステムが利用可能であり、または提案されている。例示的なシステムが、参照により本明細書に組み入れられるBridgesの米国特許出願公開第2010/0128259号明細書、Bridgesらの米国特許第7800758号明細書、Pettersenらの米国特許第5973788号明細書、Lauの米国特許第7230689号明細書に記載されている。
[レーザートラッカー機能のユーザー制御]
Some laser trackers have a function that can be measured with six degrees of freedom (DOF), which can include three coordinates such as x, y, and z and three rotations such as pitch, roll, and yaw. Several systems based on laser trackers are available or proposed to measure 6 degrees of freedom. Exemplary systems include Bridges, U.S. Patent Application Publication No. 2010/0128259, Bridges et al., U.S. Pat. No. 7,800,758, Pettersen et al., U.S. Pat. No. 5,973,788, which are incorporated herein by reference. Lau in U.S. Pat. No. 7,230,689.
[User control of laser tracker function]

レーザートラッカーの2つの共通の動作モードは、トラッキングモードとプロファイリングモードである。トラッキングモードでは、トラッカーからのレーザービームは、作業者がレトロリフレクターをあちこち動かすとレトロリフレクターを追従する。プロファイリングモードでは、トラッカーからのレーザービームは、コンピュータコマンドまたは手動操作のどちらかを介して、作業者によって与えられた方向に進む。   Two common operating modes of the laser tracker are the tracking mode and the profiling mode. In tracking mode, the laser beam from the tracker follows the retro-reflector as the operator moves it around. In the profiling mode, the laser beam from the tracker travels in the direction given by the operator, either through computer commands or manual operation.

トラッカーの基本的なトラッキングおよびポインティング挙動を制御するこれらの動作モード以外に、トラッカーが事前に作業者によって選択されたように応答することを可能にする特殊なオプションモードもある。所望のオプションモードは、通常、レーザートラッカーを制御するソフトウェアで選択される。そのようなソフトウェアは、(おそらくネットワークケーブルを介して)トラッカーに取り付けられた外部コンピュータにあってもよく、トラッカー自体の内部にあってもよい。後者の場合、ソフトウェアは、トラッカーに組み込まれたコンソール機能を介してアクセスされうる。   In addition to these modes of operation that control the tracker's basic tracking and pointing behavior, there is also a special option mode that allows the tracker to respond as previously selected by the operator. The desired option mode is usually selected by software that controls the laser tracker. Such software may be on an external computer attached to the tracker (possibly via a network cable) or may be internal to the tracker itself. In the latter case, the software can be accessed via a console function built into the tracker.

オプションモードの一例は、レーザービームが遮断されると常にレーザービームが事前設定基準点に発射される自動リセットモードである。自動リセット・オプション・モードの1つの一般的な基準点は、トラッカー本体に取り付けられた磁気ネストの位置であるトラッカー・ホーム・ポジションである。自動リセットの代替モードが、リセットなしオプションモードである。この場合、レーザービームは、レーザービームが遮断されると常に元の方向を指し示し続ける。トラッカー・ホーム・ポジションの説明は、参照により本明細書に組み入れられる、Cramerらの米国特許第7327446号明細書に記載されている。   An example of an optional mode is an automatic reset mode where the laser beam is fired to a preset reference point whenever the laser beam is interrupted. One common reference point for the auto-reset option mode is the tracker home position, which is the position of the magnetic nest attached to the tracker body. An alternative mode of automatic reset is the no reset option mode. In this case, the laser beam continues to point in its original direction whenever the laser beam is interrupted. A description of the tracker home position is described in Cramer et al. US Pat. No. 7,327,446, which is incorporated herein by reference.

特殊なオプションモードの別の例が、Leica Geosystemsが同社のLeica Absolute Tracker(商標)で提供する機能であるPowerLockである。PowerLockオプションモードでは、トラッカーレーザービームが遮断されると常にレトロリフレクターの位置がトラッカーによって見出される。カメラは、レトロリフレクターの角座標をトラッカー制御システムに即時に送り、それによってトラッカーにレーザービームをレトロリフレクターに再度向けさせる。レトロリフレクターの自動取得を伴う方法は、Doldらの国際公開公報第2007/079601号明細書およびKanekoの米国特許第7055253号明細書に記載されている。   Another example of a special option mode is PowerLock, a function that Leica Geosystems offers in its Leica Absolute Tracker ™. In the PowerLock option mode, the position of the retro reflector is found by the tracker whenever the tracker laser beam is interrupted. The camera immediately sends the retroreflector's angular coordinates to the tracker control system, thereby causing the tracker to redirect the laser beam to the retroreflector. Methods involving the automatic acquisition of retroreflectors are described in Dold et al., WO 2007/079961, and Kaneko, US Pat. No. 7,055,253.

いくつかのオプションモードは、操作がやや複雑である。一例が安定判別モードであり、このモードはSMRが一定期間にわたって静止しているときに常に呼び出されうる。作業者は、SMRを磁気ネストまで追跡して、降ろすことができる。安定判別がアクティブである場合、ソフトウェアはトラッカーの3次元座標値読み取り値の安定性を調べ始める。例えば、ユーザーは、SMRの距離読み取り値のピークトゥピークのずれが1秒の間隔にわたって2マイクロメータ未満である場合、SMRが安定していると判断することに決定しうる。安定判別が満たされた後、トラッカーは3D座標を測定し、ソフトウェアはデータを記録する。   Some optional modes are somewhat complicated to operate. One example is the stability discrimination mode, which can be invoked whenever the SMR is stationary for a period of time. The operator can track and lower the SMR to the magnetic nest. If stability determination is active, the software begins to check the stability of the tracker's 3D coordinate reading. For example, the user may decide to determine that the SMR is stable if the peak-to-peak deviation of the SMR distance reading is less than 2 micrometers over a one second interval. After the stability discrimination is satisfied, the tracker measures 3D coordinates and the software records the data.

より複雑な動作モードがコンピュータプログラムによって可能である。例えば、部品表面を測定し、それらを幾何学的形状に適合させるソフトウェアが利用可能である。ソフトウェアは、作業者に、SMRを表面上で動かし、次いで、データ点の収集を終了すると、SMRを物体の表面から持ち上げて測定を終了するよう指示する。SMRを表面から離すことは、測定が完了したことを指示するだけではなく、物体表面に対するSMRの位置も指示する。この位置情報は、アプリケーションソフトウェアが、SMR半径によって生じるオフセットを適正に考慮するために必要である。   More complex operating modes are possible with computer programs. For example, software is available that measures part surfaces and adapts them to geometric shapes. The software directs the operator to move the SMR over the surface and then lift the SMR from the surface of the object to finish the measurement when the data point collection is complete. Separating the SMR from the surface not only indicates that the measurement is complete, but also indicates the position of the SMR relative to the object surface. This position information is necessary for the application software to properly consider the offset caused by the SMR radius.

複雑なコンピュータ制御の第2の例は、トラッカー測量である。測量では、トラッカーは、既定のスケジュールに従って、いくつかのターゲット位置の各々まで順次駆動される。作業者は、SMRを所望の位置の各々まで運ぶことによって、測量の前にこれらの位置を教えることができる。   A second example of complex computer control is tracker surveying. In surveying, the tracker is driven sequentially to each of several target positions according to a predetermined schedule. The operator can teach these positions before surveying by carrying the SMR to each of the desired positions.

複雑なソフトウェア制御の第3の例は、トラッカー誘導測定である。ソフトウェアは作業者にSMRを所望の位置まで動かすように誘導する。これを行うのにソフトウェアは、グラフィックディスプレイを使用して、所望の位置までの方向および距離を示す。作業者が所望の位置にいるとき、コンピュータモニター上の色は、例えば、赤から緑に変わりうる。   A third example of complex software control is tracker guidance measurement. The software guides the operator to move the SMR to the desired position. To do this, the software uses a graphic display to indicate the direction and distance to the desired location. When the operator is at the desired location, the color on the computer monitor can change, for example, from red to green.

上述したすべてのトラッカー動作に共通の要素は、作業者が、トラッカーの挙動を制御する能力を制限されていることである。一方で、ソフトウェアで選択されたオプションモードは、作業者がトラッカーの特定の挙動を事前設定することを可能にしうる。しかし、オプションモードがユーザーによって選択されると、トラッカーの挙動が確立され、作業者がコンピュータコンソールに戻らない限り変更することができない。他方で、コンピュータプログラムは作業者に、ソフトウェアが高度なやり方で分析した複雑な動作を実行するよう誘導しうる。どちらの場合も、作業者は、トラッカーおよびトラッカーによって収集されたデータを制御する能力を制限される。
[リモート・トラッカー・コマンドの必要性]
An element common to all tracker operations described above is that the operator has limited ability to control the behavior of the tracker. On the other hand, the option mode selected by the software may allow the operator to pre-set a specific behavior of the tracker. However, when the option mode is selected by the user, the tracker behavior is established and cannot be changed unless the operator returns to the computer console. On the other hand, the computer program may guide the operator to perform complex operations that the software has analyzed in a sophisticated manner. In either case, workers are limited in their ability to control the tracker and the data collected by the tracker.
[Necessity of remote tracker command]

レーザートラッカーの作業者は、2つの基本的な機能を果たす。作業者は測定中にSMRを位置決めし、制御コンピュータを介してトラッカーにコマンドを送る。しかし、コンピュータは通常測定場所から遠く離れているため、1人の作業者がこれらの測定機能の両方を果たすことは容易ではない。この制限を切り抜けるために様々な方法が試みられているが、完全に満足できるものはない。   Laser tracker operators perform two basic functions. The operator positions the SMR during measurement and sends commands to the tracker via the control computer. However, since a computer is usually far away from the measurement location, it is not easy for a single operator to perform both of these measurement functions. Various methods have been tried to overcome this limitation, but none are completely satisfactory.

往々にして使用される1つの方法は、1人の作業者がレトロリフレクターを所定の位置にセットし、計器制御キーボードに戻って測定命令を実行することである。しかし、これは作業者と計器の時間の非効率的な使用である。作業者が測定のためにレトロリフレクターを保持しなければならない場合、1人の作業者による制御が可能なのは、作業者がキーボードのすぐ近くにいるときに限られる。   One method that is often used is for one operator to set the retro-reflector in place and return to the instrument control keyboard to execute the measurement commands. However, this is an inefficient use of operator and instrument time. If an operator has to hold a retro reflector for measurement, control by a single operator is only possible when the operator is in the immediate vicinity of the keyboard.

第2の方法は、第2の作業者を追加することである。1人の作業者はコンピュータの近くに待機し、第2の作業者はSMRを動かす。これは明らかに高くつく方法であり、遠距離での口頭によるコミュニケーションが問題となりうる。   The second method is to add a second worker. One worker waits near the computer and the second worker moves the SMR. This is clearly an expensive method, and verbal communication at long distances can be a problem.

第3の方法は、レーザートラッカーに遠隔制御を装備することである。ただし、遠隔制御にはいくつかの制限がある。多くの施設では、安全やセキュリティ上の理由から遠隔制御の使用を許可しない。たとえ遠隔制御が許可されていても、無線チャネル間の干渉が問題となりうる。遠隔制御信号の中にはレーザートラッカーの全範囲に到達しないものがある。はしごから作業するなど、状況によっては、空いた方の手で自由に遠隔制御を操作できない場合もある。遠隔制御を使用するには、通常、コンピュータと遠隔制御とを協働するようにセットアップする必要があり、その場合、常にアクセスできるのは通常トラッカーコマンドのごく一部分だけである。この考えに基づくシステムの一例が、Smithらの米国特許第7233316号明細書に記載されている。   The third method is to equip the laser tracker with remote control. However, remote control has some limitations. Many facilities do not allow the use of remote control for safety or security reasons. Even if remote control is allowed, interference between radio channels can be a problem. Some remote control signals do not reach the full range of the laser tracker. Depending on the situation, such as working from a ladder, you may not be able to operate the remote control freely with your free hand. To use remote control, it is usually necessary to set up the computer and the remote control to work together, in which case only a small portion of the normal tracker command is always accessible. An example of a system based on this idea is described in Smith et al. US Pat. No. 7,233,316.

第4の方法は、携帯電話をレーザートラッカーとインターフェースさせることである。コマンドは、携帯電話から計器を呼び出し、携帯電話のキーパッドから、または音声認識によって番号を入力することによって遠隔で入力される。この方法にも多くの欠点がある。施設の中には携帯電話の使用が許可されていないものもあり、農村部では携帯電話が利用できない場合がある。サービスには毎月のサービスプロバイダ料金が必要である。携帯電話インターフェースは、コンピュータまたはレーザートラッカーにインターフェースする追加のハードウェアを必要とする。携帯電話技術は急速に変化し、アップグレードを必要としうる。遠隔制御の場合と同様に、コンピュータと遠隔制御とを協働するようにセットアップしなければならず、常にアクセスできるのは通常トラッカーコマンドのごく一部分だけである。   The fourth method is to interface the mobile phone with a laser tracker. Commands are entered remotely by calling the instrument from a mobile phone and entering the number from the mobile phone keypad or by voice recognition. This method also has many drawbacks. Some facilities do not allow the use of mobile phones, and mobile phones may not be available in rural areas. Service requires a monthly service provider fee. The cell phone interface requires additional hardware to interface to a computer or laser tracker. Mobile phone technology is changing rapidly and may require upgrades. As with remote control, the computer and remote control must be set up to work together, and only a small portion of the normal tracker commands are always accessible.

第5の方法は、レーザートラッカーにインターネットまたは無線ネットワーク機能を装備し、無線ポータブルコンピュータまたはパーソナル・デジタル・アシスタント(PDA)を使用してレーザートラッカーにコマンドを伝達することである。しかし、この方法には携帯電話と同様の制限がある。この方法は、多くの場合、トータルステーションと共に使用される。この方法を使用するシステムの例には、Kumagaiらの米国特許出願第2009/017618号明細書、Vineyらの米国特許第6034722号明細書、Gatsiosらの米国特許第7423742号明細書、Gatsiosらの米国特許第7307710号明細書、Piekutowskiの米国特許第7552539号明細書、およびMonzらの米国特許第6133998号明細書が含まれる。この方法はまた、Ouchiらの米国特許第7541965号明細書に記載された方法による器具の制御にも使用されている。   The fifth method is to equip the laser tracker with internet or wireless network capability and communicate the command to the laser tracker using a wireless portable computer or personal digital assistant (PDA). However, this method has the same limitations as mobile phones. This method is often used with a total station. Examples of systems using this method include U.S. Patent Application No. 2009/017618 to Kumagai et al., U.S. Pat. No. 6,034,722 to Viney et al., U.S. Pat. No. 7,423,742 to Gatios et al. U.S. Pat. No. 7,307,710, U.S. Pat. No. 7,552,539 to Piekutowski, and U.S. Pat. No. 6,133,998 to Monz et al. This method has also been used to control instruments according to the method described in Uchi et al. US Pat. No. 7,541,965.

第6の方法は、測定が行われるべき特定の位置を指し示すポインタを使用することである。この方法の一例が、Uraらの米国特許第7022971号明細書に記載されている。この方法をレーザートラッカーにコマンドを与えるように適合させることは可能であろうが、ポインタ・ビーム・パターンを投射すべき適切な表面を見つけることは通常あまり容易ではない。   The sixth method is to use a pointer that points to the specific location where the measurement should be made. An example of this method is described in Ura et al. US Pat. No. 7,022,971. Although it may be possible to adapt this method to give commands to the laser tracker, it is usually not very easy to find a suitable surface on which to project the pointer beam pattern.

第7の方法は、少なくともレトロリフレクター、送信機および受信機を収容する複雑なターゲット構造体を考案することである。そのようなシステムは、正確なターゲット情報を作業者に送信すると共に、全地球測位システム(GPS)情報をトータルステーションに送信するために、トータルステーションと共に使用されうる。そのようなシステムの一例が、Hinderlingらの米国特許出願公開第2008/0229592号明細書に記載されている。この場合、作業者が測定器(トータルステーション)にコマンドを送信する方法は提供されない。   The seventh method is to devise a complex target structure that houses at least the retro-reflector, transmitter and receiver. Such a system can be used with a total station to send accurate target information to an operator and to send global positioning system (GPS) information to the total station. An example of such a system is described in US Patent Application Publication No. 2008/0229592 to Hinderling et al. In this case, no method is provided for the operator to send a command to the measuring instrument (total station).

第8の方法は、少なくともレトロリフレクター、送信機および受信機を収容する複雑なターゲット構造体を考案することであり、送信機は、変調光信号をトータルステーションに送信する能力を有する。変調光によるトータルステーションへのコマンドの送信にはキーパッドを使用することができる。これらのコマンドは、トータルステーションによって復号される。そのようなシステムの例は、Katayamaらの米国特許第6023326号明細書、Muraokaらの米国特許第6462810号明細書、Ishinabeらの米国特許第6295174号明細書、およびIshinabeらの米国特許第6587244号明細書に記載されている。この方法は、複雑なターゲットおよびキーパッドが大きな標尺に取り付けられる測量用途に特に適している。そのような方法は、大きな制御パッドにつながれていない小さなターゲットを使用することが有利なレーザートラッカーでの使用に適さない。また、トラッカーがレトロリフレクターターゲットにロックオンされていないときでさえもコマンドを送信できる能力を有することが望ましい。   The eighth method is to devise a complex target structure that contains at least a retroreflector, a transmitter and a receiver, the transmitter having the ability to transmit a modulated optical signal to the total station. A keypad can be used to transmit commands to the total station using modulated light. These commands are decoded by the total station. Examples of such systems are US Pat. No. 6,023,326 to Katayama et al., US Pat. No. 6,462,810 to Murakaka et al., US Pat. No. 6,295,174 to Ishinobe et al., And US Pat. It is described in the specification. This method is particularly suitable for surveying applications where complex targets and keypads are attached to large scales. Such a method is not suitable for use in laser trackers where it is advantageous to use a small target that is not connected to a large control pad. It is also desirable to have the ability to send commands even when the tracker is not locked on to the retroreflector target.

第9の方法は、トータルステーションに情報を送信するターゲット上に無線送信機と変調光源の両方を含めることである。無線送信機は、トータルステーションがターゲットレトロリフレクターにそのレーザービームを送るために適正な方向を向くことができるように、ターゲットの角度姿勢に関する情報を主に送信する。変調光源は、トータルステーション内の検出器によってピックアップされるように、レトロリフレクターの近くに配置される。このようにして、作業者は、トータルステーションが正しい方向に向けられていることを確信することができ、それによって、ターゲットレトロリフレクターから到来したのではない誤った反射が回避される。この手法に基づく例示的なシステムは、WIklundらの米国特許第5313409号明細書に記載されている。この方法では、汎用コマンドをレーザートラッカーに送信する機能は提供しない。   A ninth method is to include both a wireless transmitter and a modulated light source on the target that transmits information to the total station. The wireless transmitter mainly transmits information about the angular orientation of the target so that the total station can point in the proper direction to send its laser beam to the target retroreflector. The modulated light source is placed near the retro-reflector so that it is picked up by a detector in the total station. In this way, the operator can be confident that the total station is oriented in the correct direction, thereby avoiding false reflections that did not come from the target retroreflector. An exemplary system based on this approach is described in US Pat. No. 5,313,409 to WIklund et al. This method does not provide a function for sending general-purpose commands to the laser tracker.

第10の方法は、無線送信機と、ターゲットとトータルステーションの両方のコンパスアセンブリと、誘導光トランスミッターとの組み合わせを含めることである。ターゲットとトータルステーションのコンパスアセンブリは、トータルステーションの方位角のターゲットへのアライメントを可能にするのに使用される。誘導光トランスミッターは、トータルステーション内の検出器で信号が受信されるまでターゲットが垂直方向にパンすることができる水平の扇状の光である。誘導光が検出器の中心に集められると、トータルステーションは、再帰反射信号を最大化するようにその向きをわずかに調整する。無線送信機は、ターゲットに位置するキーパッド上で作業者によって入力された情報を伝達する。この方法に基づく例示的なシステムは、Wasutomiらの米国特許第7304729号明細書に記載されている。この方法では、汎用コマンドをレーザートラッカーに送信する機能は提供しない。   The tenth method is to include a combination of a wireless transmitter, both target and total station compass assemblies, and a guided light transmitter. The target and total station compass assembly is used to allow alignment of the total station azimuth to the target. A guided light transmitter is a horizontal fan-like light that allows the target to pan vertically until a signal is received by a detector in the total station. When the guided light is collected at the center of the detector, the total station slightly adjusts its orientation to maximize the retroreflected signal. The wireless transmitter transmits information entered by the operator on the keypad located at the target. An exemplary system based on this method is described in US Pat. No. 7,304,729 to Wasutomi et al. This method does not provide a function for sending general-purpose commands to the laser tracker.

第11の方法は、再帰反射光に時間変調が課されることを可能にするようにレトロリフレクターを変更し、それによってデータを送信することである。この発明のレトロリフレクターは、切頭を有するコーナーキューブと、コーナーキューブの前面に取り付けられた光スイッチと、データを送受信するための電子回路とを含む。このタイプの例示的なシステムは、Kennedyの米国特許第5121242号明細書に記載されている。このタイプのレトロリフレクターは複雑で高価である。このタイプのレトロリフレクターは、スイッチ(強誘電性光結晶材料でありうる)と切頭とが原因で再帰反射光の品質を低下させる。また、レーザートラッカーに戻される光は、ADMビームの測定に使用するために既に変調されており、光のオン/オフを切り換えることは、ADMにとってのみならず、トラッカー干渉計および位置検出器にとっても問題となるはずである。   The eleventh method is to modify the retroreflector to allow time modulation to be imposed on the retroreflected light, thereby transmitting the data. The retroreflector of the present invention includes a corner cube having a truncated face, an optical switch attached to the front surface of the corner cube, and an electronic circuit for transmitting and receiving data. An exemplary system of this type is described in Kennedy US Pat. No. 5,121,242. This type of retro reflector is complex and expensive. This type of retro-reflector reduces the quality of the retroreflected light due to the switch (which can be a ferroelectric photonic crystal material) and the truncation. Also, the light returned to the laser tracker has already been modulated for use in measuring the ADM beam, and switching the light on / off is not only for the ADM, but also for the tracker interferometer and position detector. Should be a problem.

第12の方法は、ターゲットと通信するための双方向送信機と、レトロリフレクターを識別するのを助けるアクティブレトロリフレクターとを含む測定器を使用することである。双方向送信機は、無線または光学式であってよく、レトロリフレクター、送信機、および制御ユニットを含む複雑なターゲット標尺の一部である。このタイプの例示的なシステムは、Hertzmanらの米国特許第5828057号明細書に記載されている。そのような方法は、大きな制御パッドにつながれていない小さなターゲットを使用することが有利なレーザートラッカーでの使用に適さない。また、関心対象のレトロリフレクターターゲットを識別する方法は複雑で高くつく。   The twelfth method is to use a meter that includes a bi-directional transmitter for communicating with a target and an active retro-reflector that helps identify the retro-reflector. The bi-directional transmitter may be wireless or optical and is part of a complex target raid that includes a retro-reflector, transmitter, and control unit. An exemplary system of this type is described in US Pat. No. 5,828,057 to Hertzman et al. Such a method is not suitable for use in laser trackers where it is advantageous to use a small target that is not connected to a large control pad. Also, the method of identifying the retro reflector target of interest is complex and expensive.

作業者が遠くからレーザートラッカーにコマンドを伝達するための単純な方法が求められている。この方法は、(1)第2の作業者なしで使用でき、(2)レーザートラッカーの全範囲にわたって使用でき、(3)追加のハードウェアインターフェースなしに使用でき、(4)すべての場所で機能し、(5)サービスプロバイダ料金がかからず、(6)セキュリティ上の制限がなく、(7)追加のセットアップやプログラミングなしで容易に使用でき、(8)広範囲の単純なトラッカーコマンドおよび複雑なトラッカーコマンドを開始することができ、(9)複数のターゲットの中の特定のターゲットにトラッカーを呼び出すために使用でき、(10)作業者が運ぶための最小限の追加装備で使用できることが望ましい。   There is a need for a simple way for operators to communicate commands to the laser tracker from a distance. This method (1) can be used without a second operator, (2) can be used across the entire range of laser trackers, (3) can be used without additional hardware interfaces, and (4) works everywhere (5) No service provider fees, (6) No security restrictions, (7) Easy to use without additional setup or programming, (8) A wide range of simple tracker commands and complex It is desirable that a tracker command can be initiated, (9) can be used to call a tracker to a specific target among multiple targets, and (10) can be used with minimal additional equipment for the operator to carry.

本発明の一実施形態によれば、3次元(3D)座標測定システムは、レトロリフレクターと、レーザートラッカーであって、レーザートラッカーから第1の光ビームを発するように構成された第1の光源と、第1の軸および第2の軸の周りを回転可能な構造体と、第2の光源と、第2の光源に近接した第1のカメラと、実行可能命令に応答するプロセッサであって、プロセッサによって実行されると、第1の段階において、作業者によって作業者追従ジェスチャーが与えられたと判断し、それに応答して構造体を作業者の動きを追従するように回転させ、第2の段階において、作業者によってロックオンジェスチャーが与えられたと判断し、それに応答して第1の光ビームをレトロリフレクター上に向けるように動作する実行可能命令に応答するプロセッサと、を含む、レーザートラッカーと、を含む。   According to one embodiment of the present invention, a three-dimensional (3D) coordinate measurement system includes a retroreflector and a laser tracker, wherein the first light source is configured to emit a first light beam from the laser tracker. A structure rotatable about a first axis and a second axis; a second light source; a first camera proximate to the second light source; and a processor responsive to executable instructions, When executed by the processor, in a first stage, it is determined that an operator following gesture has been given by the operator, and in response thereto, the structure is rotated so as to follow the movement of the operator, and the second stage In response to an executable instruction that operates to direct a first light beam onto the retro-reflector in response to determining that a lock-on gesture has been provided by the operator That includes a processor, and includes a laser tracker, the.

本発明の別の実施形態によれば、3次元(3D)座標を測定するための方法は、レトロリフレクターとレーザートラッカーとを設けるステップであって、レーザートラッカーは、第1の光ビームを放射するように構成された第1の光源と、第1の軸および第2の軸の周りを回転可能な構造体と、第2の光源と、第2の光源に近接した第1のカメラと、プロセッサとを含む、設けるステップと、第1の段階において、作業者が、作業者追従ジェスチャーを与えるステップと、プロセッサで、作業者追従ジェスチャーに応答して実行可能命令を実行して、作業者の動きを追従するように構造体を回転させるステップと、第2の段階において、作業者が、ロックオンジェスチャーを与えるステップと、プロセッサで、ロックオンジェスチャーに応答して実行可能命令を実行して、レトロリフレクター上に第1の光ビームを向けるステップと、を含む。   According to another embodiment of the present invention, a method for measuring three-dimensional (3D) coordinates comprises providing a retroreflector and a laser tracker, wherein the laser tracker emits a first light beam. A first light source configured as described above, a structure rotatable about the first axis and the second axis, a second light source, a first camera proximate to the second light source, and a processor A step of providing an operator following gesture in a first stage, and a processor executing an executable instruction in response to the operator following gesture in a first stage, Rotating the structure so as to follow, in a second stage, the operator giving a lock-on gesture, and responding to the lock-on gesture with the processor Run the executable instructions Te, comprising the steps of: directing a first light beam onto a retro-reflector, a.

次に図面を参照する。いくつかの図において類似した要素には類似した番号が付されている。   Reference is now made to the drawings. Like elements are numbered alike in some figures.

例示的なレーザートラッカーを示す斜視図である。1 is a perspective view illustrating an exemplary laser tracker. FIG.

例示的なレーザートラッカーに取り付けられた計算要素および電源要素を示す図である。FIG. 3 shows computing and power supply elements attached to an exemplary laser tracker.

パッシブターゲットを使用して、レーザートラッカーのトラッキングシステムおよび測定システムを介してジェスチャー情報を伝達できる方法を示す図である。FIG. 6 illustrates how gesture information can be transmitted through a laser tracker tracking system and measurement system using a passive target. パッシブターゲットを使用して、レーザートラッカーのトラッキングシステムおよび測定システムを介してジェスチャー情報を伝達できる方法を示す図である。FIG. 6 illustrates how gesture information can be transmitted through a laser tracker tracking system and measurement system using a passive target. パッシブターゲットを使用して、レーザートラッカーのトラッキングシステムおよび測定システムを介してジェスチャー情報を伝達できる方法を示す図である。FIG. 6 illustrates how gesture information can be transmitted through a laser tracker tracking system and measurement system using a passive target. パッシブターゲットを使用して、レーザートラッカーのトラッキングシステムおよび測定システムを介してジェスチャー情報を伝達できる方法を示す図である。FIG. 6 illustrates how gesture information can be transmitted through a laser tracker tracking system and measurement system using a passive target. パッシブターゲットを使用して、レーザートラッカーのトラッキングシステムおよび測定システムを介してジェスチャー情報を伝達できる方法を示す図である。FIG. 6 illustrates how gesture information can be transmitted through a laser tracker tracking system and measurement system using a passive target.

パッシブターゲットを使用して、レーザートラッカーのカメラシステムを介してジェスチャー情報を伝達できる方法を示す図である。FIG. 6 illustrates a method by which a passive target can be used to communicate gesture information via a laser tracker camera system. パッシブターゲットを使用して、レーザートラッカーのカメラシステムを介してジェスチャー情報を伝達できる方法を示す図である。FIG. 6 illustrates a method by which a passive target can be used to communicate gesture information via a laser tracker camera system. パッシブターゲットを使用して、レーザートラッカーのカメラシステムを介してジェスチャー情報を伝達できる方法を示す図である。FIG. 6 illustrates a method by which a passive target can be used to communicate gesture information via a laser tracker camera system.

アクティブターゲットを使用して、レーザートラッカーのカメラシステムを介してジェスチャー情報を伝達できる方法を示す図である。FIG. 6 illustrates how gesture information can be communicated through a laser tracker camera system using an active target. アクティブターゲットを使用して、レーザートラッカーのカメラシステムを介してジェスチャー情報を伝達できる方法を示す図である。FIG. 6 illustrates how gesture information can be communicated through a laser tracker camera system using an active target. アクティブターゲットを使用して、レーザートラッカーのカメラシステムを介してジェスチャー情報を伝達できる方法を示す図である。FIG. 6 illustrates how gesture information can be communicated through a laser tracker camera system using an active target. アクティブターゲットを使用して、レーザートラッカーのカメラシステムを介してジェスチャー情報を伝達できる方法を示す図である。FIG. 6 illustrates how gesture information can be communicated through a laser tracker camera system using an active target.

ジェスチャーコマンドを発行し、実行する際に作業者およびレーザートラッカーによって実行されるステップを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the step performed by a worker and a laser tracker when issuing and executing a gesture command.

ジェスチャーコマンドの任意選択部分および必要部分を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the optional part and required part of a gesture command.

選択されたレーザー・トラッカー・コマンドと、これらのコマンドをレーザートラッカーに伝達するために作業者によって使用されうる対応するジェスチャーとを示す図である。FIG. 4 shows selected laser tracker commands and corresponding gestures that can be used by an operator to communicate these commands to the laser tracker. 選択されたレーザー・トラッカー・コマンドと、これらのコマンドをレーザートラッカーに伝達するために作業者によって使用されうる対応するジェスチャーとを示す図である。FIG. 4 shows selected laser tracker commands and corresponding gestures that can be used by an operator to communicate these commands to the laser tracker. 選択されたレーザー・トラッカー・コマンドと、これらのコマンドをレーザートラッカーに伝達するために作業者によって使用されうる対応するジェスチャーとを示す図である。FIG. 4 shows selected laser tracker commands and corresponding gestures that can be used by an operator to communicate these commands to the laser tracker.

使用されうる代替のタイプのジェスチャーを示す図である。FIG. 6 shows an alternative type of gesture that may be used. 使用されうる代替のタイプのジェスチャーを示す図である。FIG. 6 shows an alternative type of gesture that may be used. 使用されうる代替のタイプのジェスチャーを示す図である。FIG. 6 shows an alternative type of gesture that may be used. 使用されうる代替のタイプのジェスチャーを示す図である。FIG. 6 shows an alternative type of gesture that may be used. 使用されうる代替のタイプのジェスチャーを示す図である。FIG. 6 shows an alternative type of gesture that may be used. 使用されうる代替のタイプのジェスチャーを示す図である。FIG. 6 shows an alternative type of gesture that may be used.

ジェスチャーによってコマンドをレーザートラッカーに送るための例示的なコマンドタブレットを示す図である。FIG. 2 shows an exemplary command tablet for sending commands to a laser tracker by gestures.

ジェスチャーを使用してトラッカー基準点を設定するための例示的な方法を示す図である。FIG. 6 illustrates an exemplary method for setting a tracker reference point using a gesture.

ジェスチャーを使用して例示的なコマンドタブレットを初期設定するための例示的な方法を示す図である。FIG. 6 illustrates an example method for initializing an example command tablet using gestures.

ジェスチャーを使用して円を測定するための例示的な方法を示す図である。FIG. 6 illustrates an exemplary method for measuring a circle using a gesture.

ジェスチャーを使用してレーザートラッカーからのレーザービームでレトロリフレクターを取得するための例示的な方法を示す図である。FIG. 6 illustrates an exemplary method for obtaining a retroreflector with a laser beam from a laser tracker using a gesture.

レーザートラッカーと関連付けられた例示的な電子回路および処理システムを示す図である。FIG. 2 illustrates an example electronic circuit and processing system associated with a laser tracker.

レーザートラッカーの光軸から外れて位置するカメラを使用してターゲットの3次元座標を見つけることを可能にする例示的な幾何形状を示す図である。FIG. 4 illustrates an exemplary geometry that allows a camera located off the optical axis of a laser tracker to be used to find a target's three-dimensional coordinates.

空間パターンでレトロリフレクターを用いて合図することによってレーザートラッカーにコマンドを伝達するための例示的な方法を示す図である。FIG. 6 illustrates an exemplary method for communicating commands to a laser tracker by signaling with a retroreflector in a spatial pattern.

レトロリフレクターで位置を指示することによってレーザートラッカーにコマンドを伝達するための例示的な方法を示す図である。FIG. 6 illustrates an exemplary method for communicating a command to a laser tracker by indicating a position with a retro reflector.

時間パターンでレトロリフレクターを用いて合図することによってレーザートラッカーにコマンドを伝達するための例示的な方法を示す図である。FIG. 6 illustrates an exemplary method for communicating a command to a laser tracker by signaling with a retroreflector in a time pattern.

6自由度レーザートラッカーを用いて6自由度ターゲットの姿勢の変化を測定することによってレーザートラッカーにコマンドを伝達するための例示的な方法を示す図である。FIG. 6 illustrates an exemplary method for communicating commands to a laser tracker by measuring a change in posture of a 6-DOF target using a 6-DOF laser tracker.

レーザートラッカーからレトロリフレクターにレーザービームを向け、レトロリフレクターにロックオンするコマンドを伝達するための例示的な方法であって、伝達はレトロリフレクターを用いて生成された空間パターンを伴うジェスチャーに基づくものである、方法を示す図である。An exemplary method for directing a laser beam from a laser tracker to a retro-reflector and transmitting a command to lock-on to the retro-reflector, where the transmission is based on a gesture with a spatial pattern generated using the retro-reflector. FIG. 3 is a diagram illustrating a method.

レーザートラッカーからレトロリフレクターにレーザービームを向け、レトロリフレクターにロックオンするコマンドを伝達するための例示的な方法であって、伝達はレーザートラッカーによって受け取られた光パワーの時間パターンを伴うジェスチャーに基づくものである、方法を示す図である。An exemplary method for transmitting a laser beam from a laser tracker to a retro-reflector and transmitting a command to lock on to the retro-reflector, the transmission being based on a gesture with a temporal pattern of optical power received by the laser tracker It is a figure which shows a method.

レーザートラッカーからレトロリフレクターにレーザービームを向け、レトロリフレクターにロックオンするコマンドを伝達するための例示的な方法であって、伝達は6自由度プローブの姿勢の変化を伴うジェスチャーに基づくものである、方法を示す図である。An exemplary method for directing a laser beam from a laser tracker to a retro-reflector and transmitting a command to lock-on to the retro-reflector, wherein the transmission is based on a gesture with a change in posture of a 6-DOF probe. It is a figure which shows a method.

一実施形態による3D測定システムの斜視図である。1 is a perspective view of a 3D measurement system according to one embodiment. FIG.

一実施形態によるレトロリフレクターにロックオンするための方法の要素を示す図である。FIG. 6 illustrates elements of a method for locking on a retro-reflector according to one embodiment.

空間におけるレトロリフレクターの動きパターンに基づく例示的な作業者追従ジェスチャーを与える作業者を示す図である。It is a figure which shows the worker who gives the example worker following gesture based on the motion pattern of the retro reflector in space.

図28Aに示す例示的なレトロリフレクターを示す正面図である。FIG. 28B is a front view of the exemplary retro-reflector shown in FIG. 28A. 図28Aに示す例示的なレトロリフレクターを示す斜視図である。FIG. 28B is a perspective view of the exemplary retroreflector shown in FIG. 28A.

作業者追従コマンドを受け取ったことに応答して作業者を追従するように回転されているレーザートラッカーを示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a laser tracker being rotated to follow an operator in response to receiving an operator follow command.

空間におけるレトロリフレクターの動きパターンに基づく例示的なロックオンジェスチャーを与える作業者を示す図である。FIG. 5 shows an operator giving an exemplary lock-on gesture based on the motion pattern of retro reflectors in space.

ロックオンジェスチャーを受け取ったことに応答してレトロリフレクターにロックオンするレーザートラッカーを示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a laser tracker that locks on a retro-reflector in response to receiving a lock-on gesture.

作業者の胴体に対する作業者の腕の位置に基づく代替のロックオンジェスチャーを与える作業者と、それに応答してレトロリフレクターにロックオンするレーザートラッカーとを示す図である。It is a figure which shows the operator who gives the alternative lock-on gesture based on the position of the operator's arm with respect to the operator's torso, and the laser tracker that locks on the retro-reflector in response.

図1に例示的なレーザートラッカー10を示す。レーザートラッカー10の例示的なジンバル・ビーム・ステアリング機構12は、方位ベース16に取り付けられた、方位軸20の周りを回転する天頂キャリッジ14を含む。ペイロード15は、天頂キャリッジ14に取り付けられ、天頂軸18の周りを回転する。天頂機械回転軸18と方位機械回転軸20とは、ジンバル点22においてトラッカー10の内部で直交し、ジンバル点22は通常、距離測定のための原点である。レーザービーム46は、事実上ジンバル点22を通り、天頂軸18に直交するように向けられる。言い換えれば、レーザービーム46は、天頂軸18に対して垂直な平面内にある。レーザービーム46は、ペイロード15に天頂軸18および方位軸20の周りを回転させるトラッカー内のモーター(図示せず)によって所望の方向に向けられる。トラッカーの内部の天頂角エンコーダと方位角エンコーダ(図示せず)とは天頂機械軸18と方位機械軸20とに取り付けられており、回転角を高精度で指示する。レーザービーム46は、上述した球状レトロリフレクター(SMR)などの外部レトロリフレクター26まで進む。ジンバル点22とレトロリフレクター26との間の半径方向距離と、天頂軸18および方位軸20の周りの回転角とを測定することにより、トラッカーの球面座標系内でレトロリフレクター26の位置が見出される。   An exemplary laser tracker 10 is shown in FIG. The exemplary gimbal beam steering mechanism 12 of the laser tracker 10 includes a zenith carriage 14 that rotates about an azimuth axis 20 attached to an azimuth base 16. Payload 15 is attached to zenith carriage 14 and rotates about zenith axis 18. The zenith machine rotation axis 18 and the azimuth machine rotation axis 20 are orthogonal to each other inside the tracker 10 at a gimbal point 22, and the gimbal point 22 is usually an origin for distance measurement. The laser beam 46 is directed substantially through the gimbal point 22 and perpendicular to the zenith axis 18. In other words, the laser beam 46 is in a plane perpendicular to the zenith axis 18. Laser beam 46 is directed in a desired direction by a motor (not shown) in the tracker that causes payload 15 to rotate about zenith axis 18 and azimuth axis 20. A zenith angle encoder and an azimuth encoder (not shown) inside the tracker are attached to the zenith machine shaft 18 and the azimuth machine shaft 20 and indicate the rotation angle with high accuracy. Laser beam 46 travels to external retro-reflector 26, such as the spherical retro-reflector (SMR) described above. By measuring the radial distance between the gimbal point 22 and the retroreflector 26 and the rotation angle about the zenith axis 18 and the azimuth axis 20, the position of the retroreflector 26 is found in the tracker's spherical coordinate system. .

レーザービーム46は、1または複数のレーザー波長を含みうる。明瞭簡潔にするために、以下の考察では、図1に示す種類のステアリング機構が想定されている。しかし、他のタイプのステアリング機構も可能である。例えば、方位軸および天頂軸の周りを回転する反射鏡からレーザービームを反射することも可能であろう。このように反射鏡を使用する例は、Lauらの米国特許第4714339号明細書に記載されている。本明細書に記載される技術は、ステアリング機構のタイプにかかわらず適用可能である。   Laser beam 46 may include one or more laser wavelengths. For clarity and simplicity, the following discussion assumes a steering mechanism of the type shown in FIG. However, other types of steering mechanisms are possible. For example, it may be possible to reflect the laser beam from a reflector that rotates about the azimuth and zenith axes. An example of using such a reflector is described in US Pat. No. 4,714,339 to Lau et al. The techniques described herein are applicable regardless of the type of steering mechanism.

例示的なレーザートラッカー10では、カメラ52および光源54はペイロード15上に位置している。光源54は、1または複数のレトロリフレクターターゲット26を照射する。光源54は、パルス光を繰り返し発するように電気的に励起されるLEDであってよい。各カメラ52は、感光性アレイと、感光性アレイの前に配置されたレンズとを含む。感光性アレイは、CMOSまたはCCDアレイであってよい。レンズは比較的広い視野、例えば30度または40度を有していてよい。レンズの目的は、感光性アレイ上にレンズの視野内の物体の画像を形成することである。各光源54は、光源54からの光が各レトロリフレクターターゲット26からカメラ52上に反射されるようにカメラ52の近くに配置される。このようにして、レトロリフレクター画像は、それらの画像スポットが背景物よりも明るく、パルス化されるので、感光性アレイ上で背景と容易に区別される。レーザービーム46のラインの周りには2つのカメラ52および2つの光源54が配置されうる。このように2つのカメラを使用することにより、三角測量の原理を使用して、カメラの視野内の任意のSMRの3次元座標を見つけることができる。加えて、SMRが点から点へ移動される際にSMRの3次元座標を監視することもできる。この目的での2つのカメラを使用については、Bridgesの米国特許出願公開第2010/0128259号に記載されている。   In the exemplary laser tracker 10, the camera 52 and light source 54 are located on the payload 15. The light source 54 illuminates one or more retroreflector targets 26. The light source 54 may be an LED that is electrically excited to repeatedly emit pulsed light. Each camera 52 includes a photosensitive array and a lens disposed in front of the photosensitive array. The photosensitive array may be a CMOS or CCD array. The lens may have a relatively wide field of view, for example 30 degrees or 40 degrees. The purpose of the lens is to form an image of the object in the lens field of view on the photosensitive array. Each light source 54 is disposed near the camera 52 such that light from the light source 54 is reflected from each retroreflector target 26 onto the camera 52. In this way, retroreflector images are easily distinguished from the background on the photosensitive array because their image spots are brighter and pulsed than the background. Two cameras 52 and two light sources 54 can be arranged around the line of the laser beam 46. By using two cameras in this way, the triangulation principle can be used to find the 3D coordinates of any SMR within the camera's field of view. In addition, the three-dimensional coordinates of the SMR can be monitored as the SMR is moved from point to point. The use of two cameras for this purpose is described in US Patent Application Publication No. 2010/0128259 to Bridges.

1または複数のカメラおよび光源の他の構成も可能である。例えば、光源およびカメラを、トラッカーによって発せられるレーザービームと同軸またはほぼ同軸にすることができる。この場合、光フィルタリングまたは類似の方法を使用してトラッカーからのレーザービームでカメラの感光性アレイを飽和させるのを回避することが必要となりうる。   Other configurations of one or more cameras and light sources are possible. For example, the light source and camera can be coaxial or nearly coaxial with the laser beam emitted by the tracker. In this case, it may be necessary to avoid saturating the photosensitive array of the camera with a laser beam from the tracker using optical filtering or similar methods.

別の可能な構成は、トラッカーのペイロードまたはベース上に位置する単一のカメラを使用することである。単一のカメラは、レーザートラッカーの光軸から外れて位置する場合、レトロリフレクターへの方向を定義する2つの角度に関する情報を提供するが、レトロリフレクターまでの距離は提供しない。多くの場合には、この情報で十分である。単一のカメラを使用するときにレトロリフレクターの3D座標が必要とされる場合、1つの可能な方法は、トラッカーを方位角方向に180度回転させ、次いで再度レトロリフレクターを指し示すように天頂軸を反転させることである。このようにして、ターゲットを2つの異なる方向から見ることができ、三角測量を使用してレトロリフレクターの3D位置を見つけることができる。   Another possible configuration is to use a single camera located on the tracker payload or base. A single camera, when located off the laser tracker's optical axis, provides information about the two angles that define the direction to the retroreflector, but not the distance to the retroreflector. In many cases, this information is sufficient. If the 3D coordinates of the retroreflector are needed when using a single camera, one possible method is to rotate the tracker azimuthally 180 degrees and then turn the zenith axis to point again to the retroreflector It is to invert. In this way, the target can be viewed from two different directions and triangulation can be used to find the 3D position of the retroreflector.

単一のカメラでレトロリフレクターまでの距離を見つけるより一般的な手法は、レーザートラッカーに方位軸または天頂軸のどちらかの周りを回転させ、2つの回転角の各々についてトラッカー上に位置するカメラでレトロリフレクターを観測することである。レトロリフレクターは、例えば、カメラの近くに位置するLEDによって照射されてもよい。図18に、この手順を使用してレトロリフレクターまでの距離をどのように見つけることができるかを示す。試験装置900は、レーザートラッカー910と、第1の位置のカメラ920と、第2の位置のカメラ930と、第1の位置940および第2の位置950のレトロリフレクターとを含む。カメラは、方位軸、天頂軸、または方位軸と天頂軸両方の周りでトラッカージンバル点912を中心にレーザートラッカー910を回転させることによって、第1の位置から第2の位置まで移動される。カメラ920は、レンズ系922と感光性アレイ924とを含む。レンズ系922は、レトロリフレクター940、950からの光ビームが通過する投影中心926を有する。カメラ930は、異なる位置へ回転されることを除いて、カメラ920と同じである。レーザートラッカー910の表面からレトロリフレクター940までの距離はLであり、レーザートラッカーの表面からレトロリフレクター950までの距離はLである。ジンバル点912からレンズ922の投影中心926までのパスは、線914に沿って描かれている。ジンバル点912からレンズ932の投影中心936までのパスは、線916に沿って描かれている。線914と線916とに対応する距離は、同じ数値を有する。図18からわかるように、レトロリフレクターのより近い位置940は、レーザートラッカーからより遠い距離にある感光性アレイ924に対応する画像スポット952よりも感光性アレイの中心から遠くに画像スポット942を配置する。この同じパターンは、回転後に位置するカメラ930にも当てはまる(例えば、感光性アレイ934上の画像スポット944および画像スポット954を参照)。その結果、回転の前と後で近くにあるレトロリフレクター940の画像点間の距離は、回転の前と後で遠く離れるレトロリフレクター950の画像点間の距離よりも大きくなる。レーザートラッカーを回転させ、結果として得られる感光性アレイ上の画像スポットの位置の変化に注目することによって、レトロリフレクターまでの距離を見つけることができる。この距離を求める方法は、当業者には明らかなように、三角法を用いて容易に見つけることができる。 A more common way to find the distance to the retro-reflector with a single camera is to rotate the laser tracker around either the azimuth axis or the zenith axis, with a camera located on the tracker for each of the two rotation angles. It is to observe a retro reflector. The retro reflector may be illuminated, for example, by an LED located near the camera. FIG. 18 shows how this procedure can be used to find the distance to the retroreflector. The test apparatus 900 includes a laser tracker 910, a first position camera 920, a second position camera 930, and a first position 940 and a second position 950 retroreflector. The camera is moved from the first position to the second position by rotating the laser tracker 910 about the tracker gimbal point 912 about the azimuth axis, the zenith axis, or both the azimuth and zenith axes. Camera 920 includes a lens system 922 and a photosensitive array 924. The lens system 922 has a projection center 926 through which the light beams from the retroreflectors 940 and 950 pass. Camera 930 is the same as camera 920 except that it is rotated to a different position. Distance from the surface of the laser tracker 910 to retroreflector 940 is L 1, the distance from the surface of the laser tracker to retroreflector 950 is L 2. A path from the gimbal point 912 to the projection center 926 of the lens 922 is drawn along line 914. A path from the gimbal point 912 to the projection center 936 of the lens 932 is drawn along line 916. The distances corresponding to lines 914 and 916 have the same numerical value. As can be seen from FIG. 18, the closer position 940 of the retro-reflector places the image spot 942 farther from the center of the photosensitive array than the image spot 952 corresponding to the photosensitive array 924 that is further away from the laser tracker. . This same pattern applies to the camera 930 located after rotation (see, for example, image spot 944 and image spot 954 on photosensitive array 934). As a result, the distance between the image points of the retro reflector 940 that are close before and after the rotation is greater than the distance between the image points of the retro reflector 950 that are far apart before and after the rotation. By rotating the laser tracker and noting the resulting change in the position of the image spot on the photosensitive array, the distance to the retroreflector can be found. A method for obtaining this distance can be easily found using trigonometry, as will be apparent to those skilled in the art.

別の可能な方法は、ターゲットの測定と撮像とを切り換えることである。そのような方法の一例が、Bridgesらの米国特許第7800758号明細書に記載されている。他のカメラ構成も可能であり、本明細書に記載される方法と共に使用することができる。   Another possible method is to switch between target measurement and imaging. An example of such a method is described in US Pat. No. 7,800,578 to Bridges et al. Other camera configurations are possible and can be used with the methods described herein.

図2に示すように、補助ユニット70は、通常、レーザートラッカー10の一部である。補助ユニット70の目的は、レーザートラッカー本体に電力を供給することであり、場合によっては、システムに計算機能およびクロック制御機能も供給することである。補助ユニット70の機能をトラッカー本体に移すことによって、補助ユニット70を完全に除くことも可能である。ほとんどの場合、補助ユニット70は汎用コンピュータ80に取り付けられる。汎用コンピュータ80上にロードされたアプリケーションソフトウェアは、リバースエンジニアリングなどのアプリケーション機能を提供しうる。汎用コンピュータ80の計算能力をレーザートラッカー10に直接組み込むことによって汎用コンピュータ80を除くことも可能である。この場合、おそらくはキーボードおよびマウス機能を提供するユーザーインターフェースがレーザートラッカー10に組み込まれる。補助ユニット70とコンピュータ80との間の接続は、無線でも、電線のケーブルを介したものでもよい。コンピュータ80はネットワークに接続されてもよく、補助ユニット70もネットワークに接続されてもよい。複数の計器、例えば、複数の測定計器やアクチュエーターが、コンピュータ80または補助ユニット70を介して相互に接続されていてよい。   As shown in FIG. 2, the auxiliary unit 70 is usually a part of the laser tracker 10. The purpose of the auxiliary unit 70 is to supply power to the laser tracker body, and in some cases also to provide computing and clock control functions to the system. It is also possible to completely remove the auxiliary unit 70 by transferring the function of the auxiliary unit 70 to the tracker body. In most cases, the auxiliary unit 70 is attached to a general purpose computer 80. Application software loaded on the general-purpose computer 80 can provide application functions such as reverse engineering. It is also possible to eliminate the general-purpose computer 80 by directly incorporating the calculation capability of the general-purpose computer 80 into the laser tracker 10. In this case, a user interface, possibly providing keyboard and mouse functions, is incorporated into the laser tracker 10. The connection between the auxiliary unit 70 and the computer 80 may be wireless or via an electric cable. The computer 80 may be connected to a network, and the auxiliary unit 70 may also be connected to the network. A plurality of instruments, for example, a plurality of measurement instruments and actuators may be connected to each other via the computer 80 or the auxiliary unit 70.

レーザートラッカー10は、その側面で回転してもよく、上下反転されてもよく、任意の向きに配置されてもよい。これらの状況では、方位軸および天頂軸という用語は、レーザートラッカーに対して、レーザートラッカー10の向きに関係なく、図1に示す方向と同じ方向を有する。   The laser tracker 10 may rotate on its side surface, may be turned upside down, and may be arranged in any direction. In these situations, the terms azimuth axis and zenith axis have the same direction as shown in FIG. 1 with respect to the laser tracker, regardless of the orientation of the laser tracker 10.

別の実施形態では、ペイロード15は、方位軸20および天頂軸18の周りを回転する反射鏡で置き換えられる。レーザービームは上方に向けられ、反射鏡に当たり、反射鏡からレトロリフレクター26に向かって発射される。
[遠くからレーザートラッカーへのコマンドの送信]
In another embodiment, payload 15 is replaced with a reflector that rotates about azimuth axis 20 and zenith axis 18. The laser beam is directed upward, hits the reflector, and is emitted from the reflector toward the retro-reflector 26.
[Send command to laser tracker from a distance]

図3A〜図3E、図4A〜図4Cおよび図5A〜図5Dに、作業者が例示的なレーザートラッカー10によって解釈され、コマンドとして実行されるジェスチャーパターンを伝達するための感知手段を示す。図3A〜図3Eに、作業者が、例示的なレーザートラッカー10がそのトラッキングシステムおよび測定システムを使用して解釈するジェスチャーパターンを伝達するための感知手段を示す。図3Aに、レトロリフレクターターゲット26によって遮られるレーザービーム46を発するレーザートラッカー10を示す。ターゲット26が左右に動かされると、トラッカーからのレーザービームは動きを追従する。同時に、トラッカー10内の角度エンコーダは、左右方向および上下方向のターゲットの角位置を測定する。角度エンコーダ読み取り値は、時間の関数としてトラッカーによって記録され、動きのパターンを探すために分析されうる角度の2次元マップを形成する。   FIGS. 3A-3E, 4A-4C, and 5A-5D illustrate sensing means for transmitting a gesture pattern that an operator interprets and executes as a command by the exemplary laser tracker 10. FIG. 3A-3E illustrate sensing means for an operator to convey a gesture pattern that the exemplary laser tracker 10 interprets using its tracking and measurement systems. FIG. 3A shows a laser tracker 10 that emits a laser beam 46 that is blocked by a retroreflector target 26. When the target 26 is moved left and right, the laser beam from the tracker follows the movement. At the same time, the angle encoder in the tracker 10 measures the angular position of the target in the horizontal direction and the vertical direction. The angle encoder readings are recorded by the tracker as a function of time, forming a two-dimensional map of angles that can be analyzed to look for patterns of motion.

図3Bに、レトロリフレクターターゲット26を追跡するレーザービーム46を示す。この場合、トラッカー10からターゲット26までの距離が測定される。ADMまたは干渉計の読み取り値は、時間の関数としてトラッカー10によって記録され、動きのパターンを探すために分析されうる距離の1次元マップを形成する。3次元空間内のパターンを探すために図3Aと図3Bとの複合動作もレーザートラッカー10によって評価されうる。   FIG. 3B shows a laser beam 46 that tracks the retroreflector target 26. In this case, the distance from the tracker 10 to the target 26 is measured. The ADM or interferometer readings are recorded by the tracker 10 as a function of time to form a one-dimensional map of distance that can be analyzed to look for motion patterns. The combined operation of FIGS. 3A and 3B can also be evaluated by the laser tracker 10 to look for patterns in the three-dimensional space.

角度、距離、または3次元空間における変動はすべて、空間パターンの例として考えられうる。空間パターンは、通常のレーザートラッカー測定の間に絶えず観測される。観測されるパターンの可能な範囲内で、いくつかのパターンは、関連付けられたレーザー・トラッカー・コマンドを有しうる。コマンドとみなされうる、今日使用されている1つのタイプの空間パターンがある。このパターンは、測定後に物体の表面から離れる動きである。例えば、作業者が、物体の外径を得るためにSMRで物体上のいくつかの点を測定し、次いでSMRを物体の表面から離した場合、外径が測定されていたことは明らかである。作業者が内径を測定した後にSMRを表面から離した場合、内径が測定されていたことは明らかである。同様に、作業者がプレートを測定した後にSMRを上方に動かした場合、プレートの上面が測定されていたことが理解される。物体のどの側が測定されているかを知ることは重要である。というのは、SMRの中心から外面までの距離であるSMRのオフセットを除去する必要があるからである。SMRを物体から離すこの動作が、レーザートラッカー測定と関連付けられたソフトウェアによって自動的に解釈される場合には、SMRの動きは、「動きの方向からSMRオフセットを差し引く」ことを指示するコマンドと考えられうる。したがって、本明細書で説明するように、空間パターンに基づく他のコマンドに加えてこの第1のコマンドを含めると、複数のコマンドが存在する。言い換えれば、複数のトラッカーコマンドと複数の空間パターンとの間には対応関係がある。   Angles, distances, or variations in three-dimensional space can all be considered as examples of spatial patterns. Spatial patterns are constantly observed during normal laser tracker measurements. Within the possible range of observed patterns, some patterns may have an associated laser tracker command. There is one type of spatial pattern used today that can be considered a command. This pattern is a movement away from the surface of the object after measurement. For example, if an operator measures several points on an object with SMR to obtain the outer diameter of the object and then moves the SMR away from the surface of the object, it is clear that the outer diameter has been measured. . It is clear that the inner diameter was measured when the operator measured the inner diameter and then separated the SMR from the surface. Similarly, if the operator moves the SMR upward after measuring the plate, it is understood that the upper surface of the plate has been measured. It is important to know which side of the object is being measured. This is because it is necessary to remove the SMR offset, which is the distance from the center of the SMR to the outer surface. If this movement of the SMR away from the object is automatically interpreted by software associated with the laser tracker measurement, the SMR movement is considered a command to indicate “subtract the SMR offset from the direction of movement”. Can be. Thus, as described herein, there are multiple commands when this first command is included in addition to other commands based on the spatial pattern. In other words, there is a correspondence between a plurality of tracker commands and a plurality of spatial patterns.

本出願におけるすべての考察では、レーザートラッカーのためのコマンドの概念は、特定の測定の文脈内で理解されるべきであることを理解されたい。例えば、レトロリフレクターの動きはレトロリフレクターターゲットが測定していたのが内径かそれとも外径かを指示するものであるとされた上記の状況においては、この記述は円形の輪郭を有する物体を測定するトラッカーの文脈においてのみ正しいはずである。   In all discussions in this application, it should be understood that the concept of commands for a laser tracker should be understood within the context of a particular measurement. For example, in the above situation where the retroreflector movement is said to indicate whether the retroreflector target was measuring the inner or outer diameter, this description measures an object with a circular contour. Should only be correct in the context of a tracker.

図3Cに、レトロリフレクターターゲット26を追跡するレーザービーム46を示す。この場合、レトロリフレクターターゲット26は固定されており、トラッカー10は3次元座標を測定する。例えば、後述するコマンドタブレットが特定の3次元位置に位置する場合などのように、測定ボリューム内の特定の位置に特別な意味が割り当てられてもよい。   FIG. 3C shows a laser beam 46 that tracks the retroreflector target 26. In this case, the retroreflector target 26 is fixed, and the tracker 10 measures three-dimensional coordinates. For example, a special meaning may be assigned to a specific position in the measurement volume, such as when a command tablet to be described later is located at a specific three-dimensional position.

図3Dに、レトロリフレクターターゲット26に到達するのを阻止されているレーザービーム46を示す。レーザービーム46を交互に遮断および遮断解除することによって、トラッカー10に返される光パワーのパターンが、位置検出器および距離計を含むトラッカー測定システムによって確認される。この返されるパターンの変動は、トラッカーによって記録され、パターンを探すために分析されうる時間の関数としてのパターンを形成する。   FIG. 3D shows the laser beam 46 being blocked from reaching the retro-reflector target 26. By alternately blocking and unblocking the laser beam 46, the pattern of optical power returned to the tracker 10 is confirmed by a tracker measurement system that includes a position detector and rangefinder. This returned pattern variation forms a pattern as a function of time that can be recorded by the tracker and analyzed to find the pattern.

レーザートラッカーに返される光パワーのパターンは、多くの場合、通常の測定の間に確認される。例えば、レーザービームがレトロリフレクターに到達するのを阻止し、次いで、後で、おそらくはレトロリフレクターをトラッカーから新しい距離まで動かした後に、レトロリフレクターを用いてレーザービームを再捕捉するのが一般的である。レーザービームを遮断し、次いでレーザービームを再捕捉するこの動作は、レトロリフレクターが新しい位置まで動かされた後に再捕捉されるべきであることを指示する単純なタイプのユーザーコマンドであると考えられうる。したがって、本明細書で説明するように、光パワーの時間的変動に基づく他のコマンドに加えてこの第1の単純なコマンドを含めると、複数のコマンドが存在する。言い換えれば、複数のトラッカーコマンドと、レーザートラッカー上に配置されたセンサーによって受け取られる光パワーの変動に基づく複数のパターンとの間には対応関係がある。   The pattern of optical power returned to the laser tracker is often confirmed during normal measurements. For example, it is common to prevent the laser beam from reaching the retroreflector and then recapture the laser beam with the retroreflector later, perhaps after moving the retroreflector to a new distance from the tracker . This action of blocking the laser beam and then recapturing the laser beam can be considered a simple type of user command that indicates that the retroreflector should be recaptured after being moved to a new position. . Thus, as described herein, there are multiple commands when including this first simple command in addition to other commands based on temporal variations in optical power. In other words, there is a correspondence between a plurality of tracker commands and a plurality of patterns based on variations in optical power received by a sensor placed on the laser tracker.

光パワーの変化は、多くの場合、レーザービームがレーザートラッカーに戻るのを阻止される通常の測定の間に確認される。そのような動作は、「トラッキングの停止」または「測定の停止」を指示するコマンドとして解釈されうる。同様に、レトロリフレクターがレーザービームを遮るように動かされてもよい。そのような単純な動作は、「トラッキングの開始」を指示するコマンドとして解釈されうる。これらの単純なコマンドは、本特許出願の関心対象ではない。このため、本明細書で論じられるコマンドは、少なくとも光パワーの減少に続く光パワーの増加を含む光パワーの変化を伴う。   The change in optical power is often confirmed during normal measurements where the laser beam is prevented from returning to the laser tracker. Such an operation can be interpreted as a command indicating “stop tracking” or “stop measurement”. Similarly, the retro reflector may be moved to block the laser beam. Such a simple operation can be interpreted as a command indicating “start tracking”. These simple commands are not of interest to this patent application. Thus, the commands discussed herein involve a change in optical power that includes at least an increase in optical power following a decrease in optical power.

図3Eに、6自由度(DOF)プローブ110を有するレトロリフレクター26を追跡するレーザービーム46を示す。多くのタイプの6自由度プローブが可能であり、図3Eに示す6自由度プローブ110は単なる代表例であり、その設計を限定するものではない。トラッカー10は、プローブの傾斜角の角度を見つけることができる。例えば、トラッカーは、プローブ110のロール角、ピッチ角およびヨー角を時間の関数として見つけて記録しうる。角度の集合を分析してパターンを探すことができる。   FIG. 3E shows a laser beam 46 that tracks a retroreflector 26 having a six degree of freedom (DOF) probe 110. Many types of six-degree-of-freedom probes are possible, and the six-degree-of-freedom probe 110 shown in FIG. 3E is merely representative and does not limit its design. The tracker 10 can find the angle of inclination of the probe. For example, the tracker may find and record the roll angle, pitch angle, and yaw angle of the probe 110 as a function of time. Analyzing a set of angles to find a pattern.

図4A〜図4Cに、作業者が、例示的なレーザートラッカー10がそのカメラシステムを使用して解釈するジェスチャーパターンを伝達するための感知手段を示す。図4Aに、レトロリフレクターターゲット26の動きを観測するカメラ52を示す。カメラ52は、ターゲット26の角位置を時間の関数として記録する。これらの角度は後でパターンを探すために分析される。レトロリフレクターターゲット26の角運動を追従するのに必要なカメラは1つだけでよいが、第2のカメラはターゲットまでの距離の計算を可能にする。任意選択の光源54はターゲット26を照射し、それによって背景画像の中央での識別が容易になる。加えて、光源54は、ターゲット識別をさらに単純化するようにパルス化されてもよい。   4A-4C illustrate sensing means for an operator to convey gesture patterns that the exemplary laser tracker 10 interprets using its camera system. FIG. 4A shows a camera 52 that observes the motion of the retroreflector target 26. The camera 52 records the angular position of the target 26 as a function of time. These angles are later analyzed to look for patterns. While only one camera is required to follow the angular motion of the retroreflector target 26, the second camera allows the distance to the target to be calculated. An optional light source 54 illuminates the target 26, thereby facilitating identification at the center of the background image. In addition, the light source 54 may be pulsed to further simplify target identification.

図4Bに、レトロリフレクターターゲット26の動きを観測するカメラ52を示す。カメラ52はターゲット26の角位置を記録し、三角測量を使用してターゲット26までの距離を時間の関数として計算する。これらの距離は後でパターンを探すために分析される。任意の光源54がターゲット26を照射する。   FIG. 4B shows a camera 52 that observes the motion of the retroreflector target 26. Camera 52 records the angular position of target 26 and uses triangulation to calculate the distance to target 26 as a function of time. These distances are later analyzed to look for patterns. An arbitrary light source 54 irradiates the target 26.

図4Cに、固定されているレトロリフレクターターゲット26の位置を観測するカメラ52を示す。トラッカー10は、ターゲット26の3次元座標を測定する。例えば、後述するコマンドタブレットが特定の3次元位置に位置する場合などのように、測定ボリューム内の特定の位置に特別な意味が割り当てられてもよい。   FIG. 4C shows a camera 52 that observes the position of the retroreflector target 26 that is fixed. The tracker 10 measures the three-dimensional coordinates of the target 26. For example, a special meaning may be assigned to a specific position in the measurement volume, such as when a command tablet to be described later is located at a specific three-dimensional position.

図5A〜図5Dに、作業者が、例示的なレーザートラッカー10がそのカメラシステムをアクティブ光源と組み合わせて使用して解釈するジェスチャーパターンを伝達するための感知手段を示す。図5Aに、アクティブ・レトロリフレクター・ターゲット120を観測するカメラ52を示す。アクティブ・レトロリフレクター・ターゲットは、光源122と、光源122をオン、オフにする制御ボタン124とが取り付けられたレトロリフレクターターゲット126を含む。作業者は、制御ボタン124を所定のパターンでオン・オフして、カメラ52によって確認され、トラッカー10によって分析されるパターンで光源122を点灯する。   5A-5D illustrate sensing means for an operator to convey a gesture pattern that the exemplary laser tracker 10 interprets using its camera system in combination with an active light source. FIG. 5A shows a camera 52 that observes the active retro-reflector target 120. The active retro-reflector target includes a retro-reflector target 126 with a light source 122 and a control button 124 that turns the light source 122 on and off. The operator turns on / off the control button 124 in a predetermined pattern, and turns on the light source 122 in a pattern confirmed by the camera 52 and analyzed by the tracker 10.

図5Aの別の動作モードは、作業者が、例えば、左右の動きおよび上下の動きを使用して与えられうるコマンドを合図している間のみ制御ボタン124を押さえることである。この時間中だけ制御ボタン124を押さえることにより、トラッカー10での解析および分析が単純化される。制御ボタン124が押さえられているか否かにかかわらず、トラッカーが動きのパターンを得ることができるいくつかの方法がある。(1)カメラ52は光源122の動きを追従することができる、(2)カメラ52は、光源54(例えば、図4A〜図4C参照)によって任意選択で照射されるレトロリフレクター126の動きを追従することができる、または(3)レーザートラッカー10のトラッキングシステムおよび測定システムは、レトロリフレクター126の動きを追従することができる。加えて、トラッカーが測定データを収集するためにレトロリフレクター126を追従している間に、作業者が、同時に、制御ボタン124を上下に押して、トラッカーにコマンドを発行するLED発光の時間パターンを生成することも可能である。   Another mode of operation in FIG. 5A is to hold down the control button 124 only while the operator signals a command that can be given using, for example, left and right movements and up and down movements. By pressing the control button 124 only during this time, the analysis and analysis at the tracker 10 is simplified. There are several ways in which the tracker can obtain a pattern of movement, regardless of whether the control button 124 is pressed. (1) The camera 52 can follow the movement of the light source 122. (2) The camera 52 follows the movement of the retroreflector 126 that is optionally irradiated by the light source 54 (see, for example, FIGS. 4A to 4C). Or (3) the tracking system and measurement system of the laser tracker 10 can follow the movement of the retroreflector 126. In addition, while the tracker is following the retro-reflector 126 to collect measurement data, the operator simultaneously presses the control button 124 up and down to generate an LED emission time pattern that issues commands to the tracker. It is also possible to do.

図5Bに、6自由度プローブ130上の光源132を観測するカメラ52を示す。6自由度プローブ130は、レトロリフレクター136と、光源132と、制御ボタン134とを含む。作業者は、制御ボタン134を所定のやり方でオン・オフして、カメラ54によって確認され、トラッカー10によって分析されるパターンで光源132を点灯する。   FIG. 5B shows the camera 52 that observes the light source 132 on the six-degree-of-freedom probe 130. The six degree of freedom probe 130 includes a retro reflector 136, a light source 132, and a control button 134. The operator turns on and off the control button 134 in a predetermined manner and turns on the light source 132 in a pattern confirmed by the camera 54 and analyzed by the tracker 10.

図5Bの代替の動作モードは、作業者が、例えば、左右の動きおよび上下の動きまたは回転を使用して与えられうるコマンドを合図している間のみ制御ボタン134を押さえることである。この時間中だけ制御ボタン134を押さえることにより、トラッカー10での解析および分析が単純化される。この場合、トラッカーが動きのパターンを得ることができるいくつかの方法がある。(1)カメラ52は光源132の動きを追従することができる、(2)カメラ52は、光源54(例えば、図4A〜図4C参照)によって任意選択的に照射されるレトロリフレクター136の動きを追従することができる、または(3)レーザートラッカー10のトラッキングシステムおよび測定システムは、6自由度ターゲット130の動きまたは回転を追従することができる。   An alternative mode of operation in FIG. 5B is to hold down the control button 134 only while the operator signals a command that can be given using, for example, left and right movement and up and down movement or rotation. By pressing the control button 134 only during this time, the analysis and analysis at the tracker 10 is simplified. In this case, there are several ways in which the tracker can get the pattern of movement. (1) The camera 52 can follow the movement of the light source 132. (2) The camera 52 can observe the movement of the retro-reflector 136 that is optionally illuminated by the light source 54 (see, eg, FIGS. 4A-4C). Or (3) the tracking system and measurement system of the laser tracker 10 can follow the movement or rotation of the six-degree-of-freedom target 130.

図5A、図5Bはまた、特定の位置を指示するために使用することもできる。例えば、アクティブ・レトロリフレクター・ターゲット120の球面上の点または6自由度プローブ130の球面上の点を、カメラ52によって決定されうる位置を提供する物体に対して保持することができる。例えば、図12を参照して説明されるコマンドタブレットが特定の3次元位置に位置する場合などのように、測定ボリューム内の特定の位置に特別な意味が割り当てられてもよい。   5A and 5B can also be used to indicate a specific location. For example, a point on the sphere of the active retroreflector target 120 or a point on the sphere of the six-degree-of-freedom probe 130 can be held against an object that provides a position that can be determined by the camera 52. For example, a special meaning may be assigned to a specific position in the measurement volume, such as when the command tablet described with reference to FIG. 12 is located at a specific three-dimensional position.

図5Cに、ワンド140上の光源142を観測するカメラ52を示す。ワンド140は、光源142と制御ボタン144とを含む。作業者は、制御ボタン144を所定のやり方でオン・オフして、カメラ54によって確認され、トラッカー10によって分析される時間パターンで光源142を点灯する。   FIG. 5C shows the camera 52 observing the light source 142 on the wand 140. The wand 140 includes a light source 142 and a control button 144. The operator turns on and off the control button 144 in a predetermined manner and turns on the light source 142 in a time pattern confirmed by the camera 54 and analyzed by the tracker 10.

図5Dに、ワンド140上の光源142を観測するカメラ52を示す。作業者は、ワンド140上の制御ボタン144を押して、光源142を連続的に点灯する。作業者がワンド140を任意の方向に動かす際に、カメラ52はワンド140の動きを記録し、そのパターンがトラッカー10によって分析される。横断(左右、上下)の動きのパターンのみが重要であり、半径方向の動きは重要でない場合には、単一のカメラ52を使用することが可能である。   FIG. 5D shows the camera 52 observing the light source 142 on the wand 140. The operator presses the control button 144 on the wand 140 to turn on the light source 142 continuously. As the operator moves the wand 140 in any direction, the camera 52 records the movement of the wand 140 and the pattern is analyzed by the tracker 10. A single camera 52 can be used if only the transverse (left and right, up and down) movement pattern is important and the radial movement is not important.

上述したように、トラッカー10は、レトロリフレクターターゲット26、6自由度ターゲット110もしくは130、アクティブ・レトロリフレクター・ターゲット120、またはワンド140を使用して作業者によって生成された空間位置および時間パターンを検出する能力を有する。これらの空間パターンまたは時間パターンをまとめてジェスチャーと呼ぶ。図3A〜図3E、図4A〜図4C、図5A〜図5Dに示す特定の装置および感知モードは具体例であり、本発明の範囲を限定するものと理解されるべきではない。   As described above, the tracker 10 detects the spatial position and temporal pattern generated by the operator using the retroreflector target 26, the six degree of freedom target 110 or 130, the active retroreflector target 120, or the wand 140. Have the ability to These spatial patterns or temporal patterns are collectively called a gesture. The particular devices and sensing modes shown in FIGS. 3A-3E, 4A-4C, and 5A-5D are exemplary and should not be understood as limiting the scope of the present invention.

図6に、ジェスチャーコマンドを発行し実行する際に作業者およびレーザートラッカー10によって実行されるステップを記載したフローチャート200を示す。ステップ210で、レーザートラッカー10はコマンドを絶えずスキャンする。言い換えると、トラッカーは、図3A〜図3E、図4A〜図4C、図5A〜図5Dに示す1または複数の感知モードを使用して、位置、空間パターン、および時間パターンを記録する。ステップ220で、作業者はコマンドを送る。これは、作業者が、レトロリフレクターターゲット26、6自由度ターゲット110もしくは130、アクティブ・レトロリフレクター・ターゲット120、またはワンド140などの物体に対して適切な動作を行うことによってジェスチャーを生成することを意味する。適切な動作は、特定の絶対座標までの移動、または特定の空間パターンもしくは時間パターンを生成する動きを伴いうる。   FIG. 6 shows a flowchart 200 that describes the steps performed by the operator and the laser tracker 10 when issuing and executing gesture commands. At step 210, the laser tracker 10 constantly scans for commands. In other words, the tracker records the position, spatial pattern, and temporal pattern using one or more sensing modes shown in FIGS. 3A-3E, 4A-4C, and 5A-5D. In step 220, the operator sends a command. This means that the operator generates a gesture by performing an appropriate action on an object such as the retro-reflector target 26, the six-degree-of-freedom target 110 or 130, the active retro-reflector target 120, or the wand 140. means. Appropriate motion may involve movement to a specific absolute coordinate or movement that generates a specific spatial or temporal pattern.

ステップ230で、トラッカー10は、作業者によって送られたばかりのコマンドを傍受して解析する。トラッカー10は、動く物体からの空間情報および時間情報を感知して記録することによってコマンドを傍受する。トラッカー10は、おそらくはトラッカー内の計算能力を使用してコマンドを解析して、データストリームを適切なサブユニットに分割し、アルゴリズムに従ってサブユニットによって形成されたパターンを識別する。使用されうるアルゴリズムのタイプについては後述する。   At step 230, the tracker 10 intercepts and analyzes the command just sent by the operator. The tracker 10 intercepts commands by sensing and recording spatial and temporal information from moving objects. The tracker 10 parses the command, possibly using computing power within the tracker, splits the data stream into appropriate subunits, and identifies the patterns formed by the subunits according to an algorithm. The types of algorithms that can be used are described below.

ステップ240で、トラッカーは、コマンドが受け取られたことを確認する。確認は、例えば、トラッカー上に位置する点滅光の形態であってもよい。確認は、コマンドが明確に受け取られたか、文字化けしており、または不完全であるか、それとも何らかの理由で実行することが不可能であるかに応じていくつかの形態をとりうる。これら異なる条件の各々に対する信号を多種多様な方法で与えることができる。例えば、異なる色のランプや、異なるパターンまたは点滅の持続時間が可能であろう。可聴音をフィードバックとして使用することもできる。   At step 240, the tracker confirms that the command has been received. The confirmation may be, for example, in the form of flashing light located on the tracker. Confirmation can take several forms, depending on whether the command was clearly received, garbled, or incomplete, or impossible to perform for some reason. Signals for each of these different conditions can be provided in a wide variety of ways. For example, different colored lamps, different patterns or flashing durations may be possible. Audible sound can also be used as feedback.

ステップ250で、トラッカー10は、コマンドが文字化けしているかどうかを確認する。言い換えれば、受け取ったコマンドの意味は不明確か?である。コマンドが文字化けしている場合、フローはステップ210に戻り、そこでトラッカー10は引き続きコマンドをスキャンする。そうでない場合、フローはステップ260に進み、そこでトラッカー10はコマンドが不完全であるかどうかを確認する。言い換えれば、コマンドを完全に定義するために、より多くの情報が必要か?である。コマンドが不完全である場合、フローはステップ210に戻り、そこでトラッカー10は引き続きコマンドをスキャンする。そうでない場合、フローはステップ270に進む。   In step 250, the tracker 10 checks whether the command is garbled. In other words, are you sure of the meaning of the received command? It is. If the command is garbled, the flow returns to step 210 where the tracker 10 continues to scan the command. If not, the flow proceeds to step 260 where the tracker 10 checks to see if the command is incomplete. In other words, do you need more information to fully define the command? It is. If the command is incomplete, the flow returns to step 210 where the tracker 10 continues to scan for commands. Otherwise, the flow proceeds to step 270.

ステップ270で、トラッカー10は、コマンドによって要求される動作を実行する。場合によっては、動作はトラッカー側と作業者側の両方で複数のステップを必要とする。そのような場合の例を以下で考察する。ステップ280で、トラッカー10は、測定が完了したことを合図する。次いでフローはステップ210に戻り、そこでトラッカーは引き続きコマンドをスキャンする。   In step 270, the tracker 10 performs the operation requested by the command. In some cases, the operation requires multiple steps on both the tracker side and the worker side. Examples of such cases are considered below. At step 280, the tracker 10 signals that the measurement is complete. The flow then returns to step 210 where the tracker continues to scan for commands.

図7に、作業者がコマンドを送るステップ220が、ステップ222−プロローグ、ステップ224−指令、およびステップ226−エピローグの3ステップを含むことを示す。プロローグステップとエピローグステップとは任意選択である。コマンドの指令部分は、従うべき命令を伝達するコマンドの部分である。コマンドのプロローグ部分はトラッカーに、コマンドが開始しており、指令が間もなく与えられることを指示する。コマンドのエピローグ部分はトラッカーに、コマンドが終了したことを指示する。   FIG. 7 shows that step 220 in which the operator sends a command includes three steps: step 222-prologue, step 224-command, and step 226-epilogue. The prologue step and epilogue step are optional. The command part of the command is the part of the command that conveys the command to be followed. The prolog part of the command tells the tracker that the command is starting and that a command will be given soon. The epilog portion of the command tells the tracker that the command has finished.

図8〜図10に、例示的なコマンドセットに対応する2つの例示的なジェスチャーセット(「例1ジェスチャー」および「例2」ジェスチャー)を示す。図8〜図10の左端の列に、例示的なコマンドセットを示す。これらのコマンドの一部は、FARO CAM2ソフトウェアから取られたものである。他のコマンドは、SMX InsightソフトウェアやFAROレーザートラッカーに同梱されているユーティリティソフトウェアなどの他のソフトウェアから取られたものである。これらの例以外に、コマンドは他のソフトウェアから取得されてもよく、単に特定の必要のために生成されてもよい。図8〜図10のそれぞれの第2列に、利用できる場合には、CAM2ソフトウェア内のソフトウェアショートカットを示す。作業者は、キーボード上でこのソフトウェアショートカットを押して、対応するコマンドを実行しうる。図8〜図10の第3列および第4列に、特定のコマンドを表すのに使用されうるいくつかの空間パターンを示す。2次元空間パターンは、例えば、図3A、図4Aまたは図5Dに示す方法を使用して感知されうる。   FIGS. 8-10 show two example gesture sets (“Example 1 gesture” and “Example 2” gesture) corresponding to the example command set. An exemplary command set is shown in the leftmost column of FIGS. Some of these commands were taken from FARO CAM2 software. Other commands were taken from other software, such as SMX Insight software or utility software shipped with the FARO laser tracker. Beyond these examples, commands may be obtained from other software or simply generated for specific needs. Each second column of FIGS. 8-10 shows a software shortcut in the CAM2 software, if available. The operator can press this software shortcut on the keyboard to execute the corresponding command. The third and fourth columns of FIGS. 8-10 show some spatial patterns that can be used to represent a particular command. A two-dimensional spatial pattern can be sensed using, for example, the method shown in FIG. 3A, FIG. 4A or FIG. 5D.

図8〜図10の第3列および第4列のジェスチャーの各々について、開始位置は小さな円で指示されており、終了位置は矢印で指示されている。図8〜図10の第3列のジェスチャーは、単純な形状、すなわち、円、三角形、または正方形である。この列に示されている28形状は、各々の向きおよび開始位置によって互いに区別される。対照的に、図8および図9の第4列の形状は、実行されるべきコマンドを示唆している。第3列の形状の主な利点は、これらがコンピュータにとってコマンドとして認識、解釈しやすいことである。この局面については、以下でより詳細に論じる。図8および図9の第4列の形状の主な利点は、これらが作業者にとって覚やすいことである。   The start position is indicated by a small circle and the end position is indicated by an arrow for each of the gestures in the third row and the fourth row in FIGS. The gestures in the third column of FIGS. 8-10 are simple shapes, i.e., circles, triangles, or squares. The 28 shapes shown in this column are distinguished from each other by their orientation and starting position. In contrast, the shape of the fourth column in FIGS. 8 and 9 suggests the command to be executed. The main advantage of the shape of the third row is that they are easy to recognize and interpret as commands for the computer. This aspect is discussed in more detail below. The main advantage of the shape of the fourth row in FIGS. 8 and 9 is that they are easy for the operator.

図11A〜図11Fに、ジェスチャーで使用されうるいくつかの代替の空間パターンを示す。図11Aに単一ストロークを示し、図11Bに英数字を示し、図11Cに単純な形状を示し、図11Dに、パスが1回後戻りまたは反復される単純なパスを示し、図11Eに、2つ以上のより単純なパターンから形成される複合パスを示し、図11Fに、2文字以上から形成されるパターンを示す。   Figures 11A-11F illustrate some alternative spatial patterns that may be used in gestures. FIG. 11A shows a single stroke, FIG. 11B shows alphanumeric characters, FIG. 11C shows a simple shape, FIG. 11D shows a simple path where the path is reversed or repeated once, and FIG. A composite path formed from two or more simpler patterns is shown, and FIG. 11F shows a pattern formed from two or more characters.

図12に、例示的なコマンドタブレット300を示す。作業者は、測定が行われている位置の近くの好都合な場所までコマンドタブレット300を運ぶ。コマンドタブレット300は、ノート紙以上のサイズを有する剛性材料で作られていてよい。作業者はコマンドタブレット300を適切な面に配置し、様々な手段を使用してターゲットを所定の位置に保持しうる。そのような手段には、テープ、磁石、熱接着剤、鋲またはマジックテープ(登録商標)が含まれうる。作業者は、レトロリフレクター26で基準位置310、312、および314にタッチすることによって、レーザートラッカー10の基準系でのコマンドタブレット300の位置を確立する。所与の環境で複数のコマンドタブレットを使用することも可能であろう。コマンドタブレット位置を見つけるための例示的な手順について以下で論じる。   FIG. 12 shows an exemplary command tablet 300. The operator carries the command tablet 300 to a convenient location near the location where the measurement is being made. The command tablet 300 may be made of a rigid material having a size larger than that of notebook paper. The operator can place the command tablet 300 on the appropriate surface and use various means to hold the target in place. Such means may include tapes, magnets, thermal adhesives, scissors or velcro tapes. The operator establishes the position of the command tablet 300 in the reference system of the laser tracker 10 by touching the reference positions 310, 312 and 314 with the retroreflector 26. It would also be possible to use multiple command tablets in a given environment. An exemplary procedure for finding the command tablet location is discussed below.

コマンドタブレット300は、いくつかの正方形に分割されうる。基準位置の正方形310、312、および314に加えて、図8〜図10のコマンドの正方形と、ターゲットタイプ、ネストタイプ、方向、および数に対応する他の正方形とがある。例示的なコマンドタブレット300のレイアウトおよび内容は単に示唆的であるにすぎず、コマンドタブレットは事実上、多種多様な方法で設計されうる。特定の作業用にカスタム・コマンド・タブレットが設計されてもよい。   The command tablet 300 can be divided into several squares. In addition to the reference location squares 310, 312, and 314, there are the command squares of FIGS. 8-10 and other squares corresponding to the target type, nest type, direction, and number. The layout and content of the example command tablet 300 is merely suggestive, and the command tablet can be designed in a wide variety of ways in practice. Custom command tablets may be designed for specific tasks.

レーザートラッカー10にコマンドを合図するために、作業者は、コマンドタブレット300上の所望の正方形にレトロリフレクターをタッチさせる。作業者によるこの動作は、図200のステップ220に対応する。動作の感知は、例えば、図3Cまたは図4Cに示す方法によって行われうる。複数の数字を伴うシーケンス(例えば、3.50という数字)が入力される場合には、正方形3、正方形点、正方形5、および正方形0が順番にタッチされることになる。後述するように、正方形が読み取られることをトラッカーに指示する様々な方法がある。1つの可能な方法は、事前設定された時間、例えば少なくとも2秒間待機することである。トラッカーはその場合、例えば、トラッカーが正方形の内容を読み取ったことを指示する、点滅光であってもよい、信号を与える。数字のシーケンス全体が入力されると、作業者は所定の方法でシーケンスを終了させることができる。例えば、合意された終止符は、基準点のうちの1つに触れることであってもよい。   In order to signal a command to the laser tracker 10, the operator touches a desired reflector on the command tablet 300 with a retro reflector. This operation by the operator corresponds to step 220 in FIG. Motion sensing can be performed, for example, by the method shown in FIG. 3C or FIG. 4C. When a sequence with a plurality of numbers (for example, a number of 3.50) is input, the square 3, the square point, the square 5, and the square 0 are touched in order. As described below, there are various ways to instruct the tracker that a square is read. One possible way is to wait for a preset time, eg at least 2 seconds. The tracker then gives a signal, which may be, for example, a flashing light, indicating that the tracker has read the square content. Once the entire number sequence is entered, the operator can end the sequence in a predetermined manner. For example, the agreed end may be touching one of the reference points.

コマンドタブレット300は、レーザートラッカーの代わりに多関節腕CMMと共に使用されてもよい。多関節腕CMMは、一端部で固定ベースに取り付けられたいくつかの関節セグメントと、他端部のプローブ、スキャナー、またはセンサーとを含む。例示的な多関節腕CMMは、参照により本明細書に組み入れられるRaabらの米国特許第6935036号明細書および参照により本明細書に組み入れられるRaabらの米国特許第6965843号に記載されている。レーザートラッカーを使用する場合にレトロリフレクターターゲットをコマンドタブレット300の正方形と接触させるのと同じ方法でプローブチップをコマンドタブレット300の正方形と接触させる。多関節腕CMMは典型的には、レーザートラッカーが行うよりもずっと小さい測定ボリュームにわたって測定を行う。このため、多関節腕CMMを使用する場合、コマンドタブレット300を取り付けるのに好都合な場所を見つけることは通常容易である。コマンドタブレット300に含まれる特定のコマンドは、レーザートラッカーのコマンドとは異なる、多関節腕CMMに適したコマンドに適合される。コマンドタブレットを多関節腕CMMと共に使用する利点は、コマンドタブレットが作業者から、プローブを置き、コンピュータまで移動し、多関節腕CMMに戻る前にコマンドを入力する不便さおよび損失時間を省くことである。   Command tablet 300 may be used with an articulated arm CMM instead of a laser tracker. The articulated arm CMM includes several joint segments attached to a fixed base at one end and a probe, scanner or sensor at the other end. Exemplary articulated arm CMMs are described in Raab et al. US Pat. No. 6,935,036 incorporated herein by reference and Raab et al. US Pat. No. 6,965,843 incorporated herein by reference. When the laser tracker is used, the probe tip is brought into contact with the square of the command tablet 300 in the same manner that the retroreflector target is brought into contact with the square of the command tablet 300. The articulated arm CMM typically takes measurements over a much smaller measurement volume than does a laser tracker. For this reason, when using the articulated arm CMM, it is usually easy to find a convenient place to attach the command tablet 300. The specific command contained in the command tablet 300 is adapted to a command suitable for the articulated arm CMM, which is different from the command of the laser tracker. The advantage of using the command tablet with the articulated arm CMM is that the command tablet places the probe from the operator, moves to the computer, and eliminates the inconvenience and loss time of entering commands before returning to the articulated arm CMM. is there.

次に、図13〜図16に、ジェスチャーがどのように使用されうるかの4つの例を示す。図13に、例示的なレーザートラッカー10の基準点を設定するのに使用されるジェスチャーを示す。先の考察から、自動リセットがレーザートラッカーの可能なオプションモードであることを想起されたい。レーザートラッカーが自動リセットオプションに設定された場合には、ビームパスが遮断されると常に、レーザービームは基準位置に向けられる。一般的な基準位置はトラッカーのホームポジションであり、レーザートラッカーの本体に永続的に取り付けられた磁気ネストの位置に対応する。あるいは、ビームが遮断されたときに作業者がトラッカーまで戻る必要をなくすために作業ボリュームに近い基準点が選択されてもよい。(通常、この機能は、トラッカーがADMではなく干渉計を使用して測定を行う場合に最も重要である)。   Next, FIGS. 13 to 16 show four examples of how gestures can be used. FIG. 13 shows the gestures used to set the reference point of the exemplary laser tracker 10. Recall from the previous discussion that automatic reset is a possible option mode for laser trackers. When the laser tracker is set to the automatic reset option, the laser beam is directed to the reference position whenever the beam path is interrupted. A common reference position is the tracker's home position, which corresponds to the position of the magnetic nest permanently attached to the body of the laser tracker. Alternatively, a reference point close to the working volume may be selected to eliminate the need for the operator to return to the tracker when the beam is interrupted. (Typically, this feature is most important when the tracker uses an interferometer instead of an ADM to make measurements).

図13では、フローチャート400に示される動作は、ジェスチャーを使用して基準点を設定するために実行される。ステップ420で、作業者は、図10の「基準点の設定」に示されたパターンでターゲットを動かす。この場合のターゲットは、例えば、図3Aに示すような、レトロリフレクター26であってもよい。ステップ430で、レーザートラッカー10はコマンドを傍受して解析し、コマンドが受け取られたことを確認する。この場合、確認の形式は、トラッカーのフロントパネル上の赤いランプの2回点滅である。しかし、異なる色やパターン、または可聴音などの他のフィードバックが使用されてもよい。ステップ440で、作業者はSMR26を、基準位置を定義する磁気ネスト内に配置する。レーザートラッカー10は、SMR26の位置データを絶えず監視し、SMR26が静止するとそれを認める。SMRが5秒間静止している場合、トラッカー10は作業者がSMRをネストに意図的に配置したと認識し、トラッカーはステップ450によって測定を開始する。測定が行われている間、例えば、トラッカーパネル上の赤いランプが点灯しうる。測定が完了すると、赤いランプは消灯する。   In FIG. 13, the operations shown in flowchart 400 are performed to set a reference point using a gesture. In step 420, the worker moves the target in the pattern shown in “Set reference point” in FIG. 10. The target in this case may be, for example, a retro reflector 26 as shown in FIG. 3A. In step 430, the laser tracker 10 intercepts and analyzes the command to confirm that the command has been received. In this case, the form of confirmation is a double flashing of the red lamp on the front panel of the tracker. However, other feedback such as different colors and patterns, or audible sounds may be used. At step 440, the operator places the SMR 26 in a magnetic nest that defines a reference position. The laser tracker 10 constantly monitors the position data of the SMR 26 and recognizes when the SMR 26 is stationary. If the SMR is stationary for 5 seconds, the tracker 10 recognizes that the operator has intentionally placed the SMR in the nest and the tracker starts the measurement by step 450. While the measurement is taking place, for example, a red lamp on the tracker panel can be lit. When the measurement is complete, the red lamp will turn off.

図14では、フローチャート500に示される動作は、3次元空間における例示的なコマンドタブレット300の位置を確立するために実行される。先の考察から、コマンドタブレット300は3つの基準位置310、312、および314を有することを想起されたい。これらの3つの位置にレトロリフレクターターゲットをタッチさせることによって、3次元空間におけるコマンドタブレット300の位置を見つけることができる。ステップ510で、作業者は、図9の「コマンドタブレットの初期設定」に示されたパターンでターゲットを動かす。この場合のターゲットは、例えば、図3Aに示すような、レトロリフレクター26であってもよい。ステップ520で、レーザートラッカー10は、コマンドを傍受して解析し、赤いランプを2回点滅させることによってコマンドが受け取られたことを確認する。ステップ530で、作業者は3つの基準点のうちの1つに対してSMR26を保持する。レーザートラッカー10は、SMR26の位置データを絶えず監視し、SMRが静止するとそれを認める。ステップ540で、SMR26が5秒間静止している場合、トラッカー10は、SMR26の位置を測定する。ステップ550で、作業者は3つのうちの第2の基準点に対してSMR26を保持する。ステップ560で、SMR26が5秒間静止している場合、トラッカー10は、SMR26の位置を測定する。ステップ570で、作業者は3つのうちの第3の基準点に対してSMR26を保持する。ステップ580で、SMR26が5秒間静止している場合、トラッカー10は、SMR26の位置を測定する。ここでトラッカー10は3つの基準点の各々の3次元位置を知っており、これらの3つの点から3つの点対間の距離を計算することができる。ステップ590で、トラッカー10は、点間の既知の距離を、点間の計算された距離と比較することによって誤りを探索する。差が大きすぎる場合、ステップ595で、適切な指示によって信号誤りが指示され、指示は5秒間の赤いランプの点滅であってもよい。   In FIG. 14, the operations shown in flowchart 500 are performed to establish the position of exemplary command tablet 300 in three-dimensional space. Recall from the previous discussion that the command tablet 300 has three reference positions 310, 312, and 314. By touching the retro reflector target at these three positions, the position of the command tablet 300 in the three-dimensional space can be found. In step 510, the worker moves the target in the pattern shown in “Initial setting of command tablet” in FIG. The target in this case may be, for example, a retro reflector 26 as shown in FIG. 3A. At step 520, the laser tracker 10 intercepts and analyzes the command and confirms that the command has been received by blinking the red lamp twice. At step 530, the operator holds the SMR 26 for one of the three reference points. The laser tracker 10 constantly monitors the position data of the SMR 26 and recognizes when the SMR is stationary. In step 540, if the SMR 26 is stationary for 5 seconds, the tracker 10 measures the position of the SMR 26. In step 550, the operator holds the SMR 26 for the second of the three reference points. In step 560, if the SMR 26 is stationary for 5 seconds, the tracker 10 measures the position of the SMR 26. At step 570, the operator holds the SMR 26 for the third of the three reference points. In step 580, if the SMR 26 is stationary for 5 seconds, the tracker 10 measures the position of the SMR 26. Here, the tracker 10 knows the three-dimensional position of each of the three reference points and can calculate the distance between the three point pairs from these three points. At step 590, the tracker 10 searches for errors by comparing the known distance between points to the calculated distance between points. If the difference is too large, at step 595, a signal error is indicated by an appropriate indication, which may be a flashing red lamp for 5 seconds.

図15では、フローチャート600に示される動作は、ジェスチャーを使用して円を測定するために実行される。ステップ610で、作業者は、図8の「円の測定」に示されたパターンでターゲットを動かす。この場合のターゲットは、例えば、図3Aに示すような、レトロリフレクター26であってもよい。ステップ620で、レーザートラッカー10は、コマンドを傍受して解析し、赤いランプを2回点滅させることによってコマンドが受け取られたことを確認する。ステップ630で、作業者はワークに対してレトロリフレクター26を保持する。例えば、作業者が円形穴の内側を測定している場合、作業者はSMRを穴の内側の部分に当てる。レーザートラッカー10は、レトロリフレクター26の位置データを絶えず監視し、SMRが静止するとそれを認める。ステップ640で、レトロリフレクター26が5秒間静止した後、赤いランプが点灯し、トラッカー10はレトロリフレクター26の位置の連続測定を開始する。ステップ650で、作業者は、関心対象の円に沿ってレトロリフレクター10を動かす。ステップ660で、十分な点が収集されると、作業者はレトロリフレクター26を測定されている物体の表面から離す。レトロリフレクター26の動きは、測定が完了したことを指示する。またレトロリフレクター26の動きは、レトロリフレクターターゲット26が測定しているのが内径かそれとも外径かも指示し、アプリケーションソフトウェアがレトロリフレクター26の半径を説明するためにオフセット距離を除去することを可能にする。ステップ670で、トラッカー10は、必要な測定データが収集されたことを指示するために赤いランプを2回点滅させる。   In FIG. 15, the operations shown in flowchart 600 are performed to measure a circle using a gesture. In step 610, the operator moves the target in the pattern shown in "Measure circle" in FIG. The target in this case may be, for example, a retro reflector 26 as shown in FIG. 3A. In step 620, the laser tracker 10 intercepts and analyzes the command and confirms that the command has been received by blinking the red lamp twice. In step 630, the operator holds the retro reflector 26 against the workpiece. For example, when an operator is measuring the inside of a circular hole, the operator applies the SMR to a portion inside the hole. The laser tracker 10 constantly monitors the position data of the retroreflector 26 and recognizes when the SMR is stationary. In step 640, after the retro-reflector 26 has been stationary for 5 seconds, the red lamp is lit and the tracker 10 begins a continuous measurement of the position of the retro-reflector 26. In step 650, the operator moves the retroreflector 10 along the circle of interest. In step 660, when enough points have been collected, the operator moves the retroreflector 26 away from the surface of the object being measured. The movement of the retro reflector 26 indicates that the measurement is complete. The motion of the retroreflector 26 also indicates whether the retroreflector target 26 is measuring the inner diameter or the outer diameter, allowing application software to remove the offset distance to account for the retroreflector 26 radius. To do. At step 670, the tracker 10 blinks the red lamp twice to indicate that the necessary measurement data has been collected.

図16では、フローチャート700に示される動作は、レーザートラッカー10からのレーザービームが遮断された後でレトロリフレクターを取得するために実行される。ステップ710で、作業者は、図10の「SMRの取得」に示されたパターンでレトロリフレクターを動かす。この場合のターゲットは、例えば、図4Aに示すような、レトロリフレクター26であってもよい。この手順の始めには、SMRはSMRを取得しておらず、よって図3A〜図3Eに示すモードは使用できない。代わりに、カメラ52および光源54が、レトロリフレクター26を位置特定するために使用される。ステップ720で、レーザートラッカー10は、コマンドを傍受して解析し、赤いランプを2回点滅させることによってコマンドが受け取られたことを確認する。同時に、レーザートラッカー10は、レトロリフレクター26の中心に向けてレーザービーム46を発射する。ステップ730で、トラッカー10は、レーザービームがレトロリフレクター26によって捕捉されたかどうかを確認する。ほとんどの場合、レーザービームは、トラッカー内の位置検出器のアクティブ領域内に当たるようにレトロリフレクター26の中心の十分に近くに発射される。この場合、トラッカー・サーボ・システムは、レーザービームを位置検出器の中心に向かわせる方向にレーザービームを発射し、またこれによりレーザービームはレトロリフレクター26の中心に進む。その後、通常のトラッキングが行われる。レーザービームが、トラッカー内の位置検出器に当たるのに十分なほどレトロリフレクター26の中心の近くに発射されない場合、1つの可能な方法は、ステップ740に示すように螺旋探索を行うことである。レーザートラッカー10は、レーザービームを開始方向に向け、次いでビームを絶えず広がる螺旋状に向けることによって螺旋探索を実行する。螺旋探索を実行するか否かは、レーザートラッカーまたはレーザートラッカーと共に使用されるアプリケーションソフトウェアでオプションとして設定することができる。迅速に移動するターゲットに適しうる別のオプションは、レーザービームがレトロリフレクターによって捕捉されるまで、またはタイムアウトが発生するまで、ステップ720を反復的に繰り返すことである。   In FIG. 16, the operation shown in flowchart 700 is performed to acquire a retroreflector after the laser beam from laser tracker 10 is interrupted. In step 710, the worker moves the retro reflector in the pattern shown in “Obtain SMR” in FIG. 10. The target in this case may be, for example, a retro reflector 26 as shown in FIG. 4A. At the beginning of this procedure, the SMR has not obtained an SMR, so the modes shown in FIGS. 3A-3E cannot be used. Instead, the camera 52 and light source 54 are used to locate the retroreflector 26. At step 720, the laser tracker 10 intercepts and analyzes the command and confirms that the command has been received by blinking the red lamp twice. At the same time, the laser tracker 10 emits a laser beam 46 toward the center of the retro reflector 26. At step 730, the tracker 10 checks whether the laser beam has been captured by the retroreflector 26. In most cases, the laser beam is fired sufficiently close to the center of the retroreflector 26 to strike the active area of the position detector in the tracker. In this case, the tracker servo system fires the laser beam in a direction that directs the laser beam toward the center of the position detector, and this causes the laser beam to travel to the center of the retroreflector 26. Thereafter, normal tracking is performed. If the laser beam is not fired near the center of the retroreflector 26 enough to hit the position detector in the tracker, one possible method is to perform a helical search as shown in step 740. The laser tracker 10 performs a spiral search by directing the laser beam in the starting direction and then directing the beam into a continuously expanding spiral. Whether to perform a spiral search can be optionally set in the laser tracker or application software used with the laser tracker. Another option that may be appropriate for a rapidly moving target is to repeat step 720 repeatedly until the laser beam is captured by a retroreflector or a timeout occurs.

図7を参照して前述したように、作業者は、任意選択のプロローグ、指令、および任意選択のエピローグの3つのステップを使用してコマンドを送る。トラッカー10が絶えずデータを解析しており、所望のパターンが生成されたときに迅速に応答できる場合には、プロローグもエピローグもなしで指令のみを使用することが可能である。同様に、作業者がコマンドタブレット300上の位置にタッチする場合にも、コマンドは、プロローグもエピローグも必要とせずにトラッカーに明らかになるはずである。他方、トラッカーが作業者によって生成されたパターンに即時に応答するのに十分なほど迅速に解析できない場合、または作業者が意図せずにコマンドパターンを生成する可能性がある場合には、プロローグ、エピローグ、またはその両方を使用することが必要となりうる。   As described above with reference to FIG. 7, an operator sends a command using three steps: an optional prologue, a command, and an optional epilogue. If the tracker 10 is constantly analyzing the data and can respond quickly when the desired pattern is generated, it is possible to use only commands without a prologue or epilogue. Similarly, if an operator touches a position on the command tablet 300, the command should be revealed to the tracker without requiring a prologue or epilogue. On the other hand, if the tracker cannot parse quickly enough to respond immediately to the pattern generated by the worker, or if the worker may unintentionally generate a command pattern, the prologue, It may be necessary to use an epilogue, or both.

単純なプロローグまたはエピローグの例は、単にターゲットの動きの休止であり、これは、図3A〜図3E、図4A〜図4C、および図5A〜図5Dに示すターゲットのいずれかであってもよい。例えば、作業者は、パターンの開始前に1または2秒間、パターンの終わりに1または2秒間休止してもよい。このように休止することによって、図8〜図10ではそれぞれ円および矢印によって、図11ではそれぞれ円および正方形によって指示される各ジェスチャーの開始位置および終了位置は、トラッカーまたはコンピュータ内の解析ソフトウェアによってより理解されやすくなる。   An example of a simple prologue or epilogue is simply a pause in target movement, which may be any of the targets shown in FIGS. 3A-3E, 4A-4C, and 5A-5D. . For example, the operator may rest for 1 or 2 seconds before the start of the pattern and 1 or 2 seconds at the end of the pattern. By pausing in this way, the start and end positions of each gesture, indicated by circles and arrows in FIGS. 8 to 10, respectively, and circles and squares in FIG. 11 respectively, are determined by the tracker or analysis software in the computer. It becomes easy to understand.

単純なプロローグまたはエピローグの別の例は、トラッカーからのレーザービームの迅速な遮断および遮断解除である。例えば、作業者は、4桁の数字の各々の間にスペースが生じるように指を広げてもよい。その後、レーザービームを横切って指を迅速に動かすことによって、ビームは迅速に4回連続して遮断され、遮断解除されることになる。そのような時間パターンは、「4本指敬礼(four finger salute)」と呼ばれることもあり、レーザートラッカーによって容易に認識される。返されるレーザー出力の時間的変動に基づく感知モードは、パッシブターゲットで図3Dに、アクティブターゲットで図5A〜図5Cに示されている。   Another example of a simple prologue or epilogue is the rapid interruption and release of the laser beam from the tracker. For example, the operator may spread his fingers so that a space is created between each of the four digits. Thereafter, by quickly moving the finger across the laser beam, the beam will be quickly blocked and unblocked four times in succession. Such a time pattern is sometimes referred to as “four finger salute” and is easily recognized by the laser tracker. A sensing mode based on the time variation of the returned laser power is shown in FIG. 3D for a passive target and in FIGS. 5A-5C for an active target.

ジェスチャーコマンドにプロローグまたはエピローグを使用すること以外に、レーザートラッカーによる動作の開始時にあるタイプのプロローグが必要になることもある。例えば、図13〜図15の例では、コマンドが与えられた後、トラッカー測定が行われる前に5秒間の待機が発生する。この待機の目的は、作業者に、測定開始前にレトロリフレクターターゲットを所定の位置に置くための時間を与えることである。当然ながら、5秒間の時間は任意であり、任意の所望の値に設定することができる。加えて、測定が開始されるべきであると指示する他の表示を使用することも可能であろう。例えば、測定の準備ができていることを指示するのに、時間遅延ではなく4本指敬礼を使用することも可能であろう。   In addition to using a prologue or epilogue for gesture commands, some type of prologue may be required at the beginning of the action by the laser tracker. For example, in the examples of FIGS. 13 to 15, after a command is given, there is a waiting for 5 seconds before the tracker measurement is performed. The purpose of this waiting is to give the operator time to place the retro-reflector target in place before starting the measurement. Of course, the time of 5 seconds is arbitrary and can be set to any desired value. In addition, other indications may be used that indicate that a measurement should be initiated. For example, it may be possible to use a four-finger salute rather than a time delay to indicate that a measurement is ready.

図5A〜図5Dに示すようなアクティブターゲットは、治工具のセットアップやデバイスアセンブリなどの用途において有用である。治工具とは、他の装置の製造を支援するために作られたタイプの装置である。自動車製造や航空宇宙製造などの分野では、厳しい仕様に合わせて工具が構築される。レーザートラッカーは、そのような治工具の組立てと検査の両方に役立つ。多くの場合、治工具の構成要素を互いに対して位置合わせする必要がある。レトロリフレクター26などの単一のレトロリフレクターターゲットを使用して、治工具の各要素を適正に位置合わせするための座標系を確立することができる。しかし、複雑な治工具では、これは多くの反復測定を伴いうる。代替方法は、治工具要素に複数のレトロリフレクターターゲットを取り付け、次いでこれらのすべてを迅速に連続して測定することである。そのような迅速な測定が、今日、絶対距離計やカメラシステム(構成要素52、54など)などの最新のトラッカー技術によって可能になっている。複数のレトロリフレクターが治工具に直接取り付けられている場合には、作業者がこれらのレトロリフレクターのうちの1つを使用してジェスチャーコマンドを生成することは困難または非効率的でありうる。図5Cまたは図5Dに示す140のようなワンドを使用した方がより好都合でありうる。作業者は、ワンドを使用して、治工具に取り付けられたレトロリフレクターを妨げずに、迅速にコマンドを与えることができる。そのようなワンドは、作業者の両手で自由に組立ておよび調整を行えるようにしておくために、ハンマーまたは類似の装置の端部に取り付けられていてよい。ある場合には、図5Aおよび図5Bにそれぞれ示すような別個のレトロリフレクターまたは6自由度プローブが治工具のセットアップ時に必要とされうる。基本のSMRまたは6自由度プローブに光源と制御ボタンを追加することにより、作業者は非常に柔軟な方法でコマンドを発行することができる。   Active targets such as those shown in FIGS. 5A-5D are useful in applications such as jig setup and device assembly. A tool is a type of device created to support the manufacture of other devices. In fields such as automobile manufacturing and aerospace manufacturing, tools are built to strict specifications. Laser trackers are useful for both assembly and inspection of such tools. In many cases, it is necessary to align the components of the tool with respect to each other. A single retro-reflector target, such as retro-reflector 26, can be used to establish a coordinate system for properly aligning each element of the tool. However, for complex jigs, this can involve many repeated measurements. An alternative method is to attach multiple retro-reflector targets to the tool element and then measure all of these quickly and continuously. Such rapid measurements are now possible with modern tracker technologies such as absolute rangefinders and camera systems (components 52, 54, etc.). If multiple retro-reflectors are directly attached to the tool, it may be difficult or inefficient for an operator to generate gesture commands using one of these retro-reflectors. It may be more convenient to use a wand such as 140 shown in FIG. 5C or 5D. The operator can use the wand to give commands quickly without disturbing the retro-reflector attached to the tool. Such a wand may be attached to the end of a hammer or similar device to allow free assembly and adjustment with both hands of the operator. In some cases, a separate retro-reflector or 6-degree-of-freedom probe as shown in FIGS. 5A and 5B, respectively, may be required during tool set-up. By adding light sources and control buttons to a basic SMR or 6 DOF probe, the operator can issue commands in a very flexible manner.

図5A〜図5Dに示すようなアクティブターゲットもまた、デバイスアセンブリにおいて有用である。最新の傾向は、自動化された治工具アセンブリではなく、レーザートラッカーを使用したフレキシブルアセンブリである。トラッカー手法の重要な利点は、事前準備がほとんど必要ないことである。今日そのような組立てが実現されている要因の1つは、CADソフトウェア図面をレーザートラッカーによって作成された測定値と一致させるソフトウェアが利用できることである。組み立てられる各部品にレトロリフレクターを配置して、レーザートラッカーでレトロリフレクターを順次に測定することにより、「遠い」を指示する赤、「近づいている」を指示する黄色、および「十分に近い」を指示する緑などの色を使用して、アセンブリの近接度をコンピュータディスプレイに示すことができる。アクティブターゲットを使用すれば、作業者は、組立てプロセスを最適化する方法で選択したターゲットまたはターゲット群を測定するコマンドを与えることができる。   Active targets such as those shown in FIGS. 5A-5D are also useful in device assemblies. The latest trend is flexible assembly using a laser tracker rather than automated tool assembly. An important advantage of the tracker approach is that little advance preparation is required. One of the factors that has led to such assembly today is the availability of software that matches CAD software drawings with measurements made by a laser tracker. By placing a retro-reflector on each part to be assembled and measuring the retro-reflector sequentially with a laser tracker, red to indicate “far”, yellow to indicate “close”, and “close enough” A color such as green indicating can be used to indicate the proximity of the assembly on the computer display. Using an active target, an operator can be given a command to measure a selected target or group of targets in a way that optimizes the assembly process.

複数のレトロリフレクターは、多くの場合、単一の測定ボリューム内に位置する。複数のレトロリフレクターを用いた治工具のセットアップおよびデバイスアセンブリの例については上述した。これらの例は、アクティブターゲットが特に有用でありうることを示した。他の場合には、レーザートラッカーが複数のパッシブレトロリフレクターの動きを認識する能力が有用となりうる。例えば、板金スタンピングプレスなどの治工具上に複数のレトロリフレクターが配置されており、作業者は、治工具の各操作後にターゲット測量を行いたいと仮定する。この測量では、治工具の繰り返し精度を確認するために、各ターゲットの座標を順次測定する。作業者が初期測量座標をセットアップするための簡単な方法は、各レトロリフレクターをそのネストから順次持ち上げ、所定のジェスチャーパターンに従ってレトロリフレクターをあちこち動かすことである。トラッカーはパターンを認識すると、そのネスト内のレトロリフレクターの座標を測定する。作業者がレトロリフレクターを都合よく切り換えることを可能にする広い視野にわたってジェスチャーパターンを認識することがトラッカーカメラの機能である。   Multiple retro-reflectors are often located within a single measurement volume. An example of tool setup and device assembly using multiple retroreflectors has been described above. These examples showed that active targets can be particularly useful. In other cases, the ability of the laser tracker to recognize the movement of multiple passive retro-reflectors can be useful. For example, it is assumed that a plurality of retro reflectors are arranged on a jig such as a sheet metal stamping press, and the operator wants to perform a target survey after each operation of the jig. In this survey, the coordinates of each target are sequentially measured in order to confirm the repeatability of the tool. A simple way for the operator to set up the initial survey coordinates is to lift each retroreflector sequentially from its nest and move the retroreflector around according to a predetermined gesture pattern. When the tracker recognizes the pattern, it measures the coordinates of the retroreflector within its nest. The function of the tracker camera is to recognize gesture patterns over a wide field of view that allows the operator to conveniently switch between retro reflectors.

前述したように、ジェスチャーパターンを識別し、それらをコマンドとして解釈するために使用できるいくつかの異なるタイプの方法またはアルゴリズムがある。ここで本発明者らはいくつかの方法を提案するが、多種多様な方法やアルゴリズムを使用することができ、それらは等しくうまく機能するはずであることも認識している。先に説明したように、(1)単一点絶対位置、(2)時間パターン、および(3)動きパターンの3つの主要なタイプの関心対象パターンがある。単一点絶対位置を認識することがこれらの3つのカテゴリの中で最も簡単であることはほぼ間違いない。この場合、トラッカーは、単に、測定された座標を比較して、これらがコマンドタブレット300の表面上の座標に対する指定公差内に一致するかどうかを確認するだけでよい。   As previously mentioned, there are several different types of methods or algorithms that can be used to identify gesture patterns and interpret them as commands. Here we propose several methods, but also recognize that a wide variety of methods and algorithms can be used, and they should work equally well. As explained above, there are three main types of patterns of interest: (1) single point absolute position, (2) temporal pattern, and (3) motion pattern. Recognizing single point absolute position is almost certainly the simplest of these three categories. In this case, the tracker simply needs to compare the measured coordinates to see if they match within the specified tolerances for the coordinates on the surface of the command tablet 300.

時間パターンも比較的容易に識別できる。特定のパターンは、例えば、特定の回数のオン/オフ繰り返しから構成されてもよく、許容されるオン・オフの回数に追加の制約が課されてもよい。この場合、トラッカー10は、単に、オン・オフの回数を記録し、既定のパターンとの一致が存在するかどうかを周期的に確認するだけでよい。当然ながら、トラッカーに信号を送るランプを完全に消すのではなく、パワーレベルを下げることも可能である。再帰反射レーザー出力のレベルの低下は、NDフィルター、偏光子、絞りの使用などの多くの手段によって得ることができる。   Time patterns can also be identified relatively easily. A particular pattern may consist of, for example, a particular number of on / off iterations, and additional constraints may be imposed on the number of allowed on / off cycles. In this case, the tracker 10 simply records the number of on / off times and periodically checks whether there is a match with a predetermined pattern. Of course, it is also possible to reduce the power level rather than completely extinguishing the lamp that sends the signal to the tracker. A reduction in the level of retroreflective laser power can be obtained by many means such as the use of ND filters, polarizers, stops.

動きパターンは、1次元、2次元または3次元で解析されうる。半径方向距離の変化は、1次元の動きの一例である。横断(上下、左右)の動きの変化は、2次元測定の一例である。半径方向寸法および横断寸法の変化は、3次元測定の一例である。当然ながら、関心対象の寸法は、レーザー・トラッカー・システムによって現在監視されている寸法である。解析および認識のタスクを単純化するのに役立つ1つの方法は、それが一定の範囲内の時間と空間で行われるよう要求することである。例えば、パターンは、200mm〜800mm(8インチ〜32インチ)の範囲内にあり、1秒〜3秒間で完了することが必要とされうる。横断の動きの場合、トラッカーはそれらの動きを角度の変化として認識し、ラジアン単位のこれらの角度にターゲットまでの距離を掛けてパターンのサイズを取得しなければならない。許容されるパターンを特定の範囲内の時間と空間に制限することによって、多くの動きを、ジェスチャーコマンドとしてのさらなる考察から除外することができる。残りの動きは、様々な方法で評価されうる。例えば、データは、認識されたジェスチャーパターンのいずれかとの潜在的な一致が存在するかどうかを確認するために周期的に評価されるバッファに一時的に格納されてもよい。特に識別しやすいジェスチャーの動きパターンの特殊な事例は、ジェスチャーが行われていることを指示するランプ122を点灯するために図5Aのコマンドボタン124が押される場合である。コンピュータはその場合、単に、ランプ122が点灯されたときに行われたパターンを記録し、次いでそのパターンを評価して、有効なジェスチャーが生成されたかどうかを確認するだけでよい。作業者がコマンドボタン134を押して図5Bのランプ132を点灯し、またはコマンドボタン144を押して図5Dのランプ142を点灯する場合にも、同様の手法をとることができる。   The motion pattern can be analyzed in one, two or three dimensions. The change in the radial distance is an example of a one-dimensional movement. The change in crossing (up and down, left and right) movement is an example of a two-dimensional measurement. The change in radial dimension and transverse dimension is an example of a three-dimensional measurement. Of course, the dimensions of interest are those currently monitored by the laser tracker system. One way to help simplify the parsing and recognition task is to require it to be done in time and space within a certain range. For example, the pattern may be in the range of 200 mm to 800 mm (8 inches to 32 inches) and may need to be completed in 1 to 3 seconds. For transverse movements, the tracker must recognize these movements as changes in angle and multiply these angles in radians by the distance to the target to get the size of the pattern. By limiting the allowed patterns to a time and space within a certain range, many movements can be excluded from further consideration as gesture commands. The remaining movement can be evaluated in various ways. For example, the data may be temporarily stored in a buffer that is periodically evaluated to see if there is a potential match with any of the recognized gesture patterns. A special case of a gesture movement pattern that is particularly easy to identify is when the command button 124 of FIG. 5A is pressed to turn on the lamp 122 that indicates that a gesture is being performed. The computer then simply has to record the pattern made when the lamp 122 is lit and then evaluate the pattern to see if a valid gesture has been generated. A similar approach can be taken when the operator presses the command button 134 to turn on the lamp 132 in FIG. 5B, or presses the command button 144 to turn on the lamp 142 in FIG. 5D.

これらの3つの主要なパターン以外に、パッシブオブジェクトまたはパッシブオブジェクトとレトロリフレクターの組み合わせを使用して生成されたパターンを生成することも可能である。例えば、トラッカー上のカメラは、特定のサイズのパッシブな赤い正方形がSMRの1インチ以内に持ち込まれると常に、特定のコマンドが与えられたと認識しうる。   In addition to these three main patterns, it is also possible to generate patterns generated using passive objects or a combination of passive objects and retroreflectors. For example, a camera on a tracker may recognize that a specific command has been given whenever a specific size passive red square is brought within 1 inch of the SMR.

3つの主要なパターンのうちの2つを組み合わせることも可能である。例えば、移動速度を特定の空間パターンと組み合わせて、パターンタイプ2とパターンタイプ3とを組み合わせることも可能である。別の例として、作業者は、急に上げ、続いてゆっくり戻す動きを含む鋸歯状パターンを有する特定のコマンドを送ってもよい。同様に、加速が使用されてもよい。例えば、フリック動作を使用して、レーザービームを物体の周りで特定の方向に「投射」してもよい。   It is also possible to combine two of the three main patterns. For example, the pattern type 2 and the pattern type 3 can be combined by combining the moving speed with a specific spatial pattern. As another example, an operator may send a specific command having a serrated pattern that includes a sudden lift and subsequent slow back movement. Similarly, acceleration may be used. For example, a flick motion may be used to “project” the laser beam around the object in a particular direction.

変化はパターンのタイプ内でも可能である。例えば、空間パターンのカテゴリ内では、小さい正方形(例えば、一辺が3インチ(約7.62cm))と大きい正方形(例えば、一辺が24インチ(60.96cm))とを区別することが可能である。   Variations are possible within the pattern type. For example, within the category of spatial patterns, it is possible to distinguish between small squares (eg, 3 inches on each side) and large squares (eg, 24 inches (60.96 cm) on each side). .

上述のアルゴリズムの方法は、図17に示す処理システム800によって実施される。処理システム800は、トラッカー処理ユニット810と、任意選択でコンピュータ80とを含む。処理ユニット810は少なくとも1つのプロセッサ(または処理回路)を含み、これは、マイクロプロセッサ、デジタル信号プロセッサ(DSP)、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ(FPGA)、または同様のデバイスであってよい。情報を処理し、内部トラッカーのプロセッサにコマンドを発行するための処理能力が提供される。そのようなプロセッサには、位置検出器プロセッサ812、方位エンコーダプロセッサ814、天頂エンコーダプロセッサ816、表示灯プロセッサ818、ADMプロセッサ820、干渉計(IFM)プロセッサ822、およびカメラプロセッサ824が含まれうる。ジェスチャーパターンの評価または解析を支援するジェスチャープリプロセッサ826が含まれていてもよい。補助ユニットプロセッサ870は、任意選択で、トラッカーのプロセッサユニット810内の他のプロセッサのためのタイミングおよびマイクロプロセッササポートを提供する。補助ユニットプロセッサ870はデバイスバス830によって他のプロセッサと通信でき、デバイスバス830は、当技術分野で周知のように、データパケットによってトラッカー全体に情報を転送しうる。計算能力は、トラッカー処理ユニット810全体に分散されていてよく、DSPおよびFPGAはトラッカーセンサーによって収集されたデータの中間計算を行う。これらの中間計算の結果は補助ユニットプロセッサ870に戻される。前に説明したように、補助ユニット70は、長いケーブルを介してレーザートラッカー10の本体に取り付けられていてもよく、トラッカーがコンピュータ80に直接(または任意選択で)接続するようにレーザートラッカーの本体内に引き込まれてもよい。補助ユニット870は、接続840によってコンピュータ80に接続されてよく、接続840は、例えば、イーサネット(登録商標)ケーブルや無線接続であってよい。補助ユニット870とコンピュータ80とは、接続842、844を介してネットワークに接続されてよく、接続842、844は、例えば、イーサネットケーブルや無線接続であってよい。   The algorithmic method described above is implemented by a processing system 800 shown in FIG. The processing system 800 includes a tracker processing unit 810 and optionally a computer 80. The processing unit 810 includes at least one processor (or processing circuit), which may be a microprocessor, digital signal processor (DSP), field programmable gate array (FPGA), or similar device. Processing power is provided to process the information and issue commands to the internal tracker processor. Such processors may include a position detector processor 812, an orientation encoder processor 814, a zenith encoder processor 816, an indicator light processor 818, an ADM processor 820, an interferometer (IFM) processor 822, and a camera processor 824. A gesture preprocessor 826 that assists in the evaluation or analysis of gesture patterns may be included. The auxiliary unit processor 870 optionally provides timing and microprocessor support for other processors in the tracker's processor unit 810. The auxiliary unit processor 870 can communicate with other processors via the device bus 830, which can transfer information across trackers via data packets, as is well known in the art. The computing power may be distributed throughout the tracker processing unit 810, and the DSP and FPGA perform intermediate calculations on the data collected by the tracker sensor. The results of these intermediate calculations are returned to the auxiliary unit processor 870. As previously described, the auxiliary unit 70 may be attached to the body of the laser tracker 10 via a long cable and the body of the laser tracker so that the tracker connects directly (or optionally) to the computer 80. You may be pulled in. Auxiliary unit 870 may be connected to computer 80 by connection 840, which may be, for example, an Ethernet cable or a wireless connection. Auxiliary unit 870 and computer 80 may be connected to the network via connections 842, 844, which may be, for example, an Ethernet cable or a wireless connection.

センサーデータの前処理は、プロセッサ812〜824のいずれかによってジェスチャー内容について評価されうるが、ジェスチャー前処理を実行するように特に指定されたプロセッサ826があってもよい。ジェスチャープリプロセッサ826は、マイクロプロセッサ、DSP、FPGA、または同様のデバイスであってよい。ジェスチャープリプロセッサ826は、ジェスチャー内容について評価されるべきデータを格納するバッファを含んでいてよい。前処理されたデータは、最終評価のために補助ユニットに送られてもよく、ジェスチャー内容の最終評価が、ジェスチャープリプロセッサ826によって実行されてもよい。あるいは、生データまたは前処理されたデータが分析のためにコンピュータ80に送られてもよい。   Sensor data pre-processing may be evaluated for gesture content by any of the processors 812-824, although there may be a processor 826 specifically designated to perform gesture pre-processing. Gesture preprocessor 826 may be a microprocessor, DSP, FPGA, or similar device. Gesture preprocessor 826 may include a buffer that stores data to be evaluated for gesture content. The preprocessed data may be sent to the auxiliary unit for final evaluation, and a final evaluation of the gesture content may be performed by the gesture preprocessor 826. Alternatively, raw data or preprocessed data may be sent to computer 80 for analysis.

上述したジェスチャーの使用は大部分が単一のレーザートラッカーでの使用に集中しているが、ジェスチャーをレーザートラッカーの集合と共に、またはレーザートラッカーと他の計器との組み合わせと共に使用することも有益である。1つの可能な方法は、1つのレーザートラッカーを、他の計器にコマンドを送るマスターとして指定することである。例えば、各トラッカーによって測定された距離のみを使用して3次元座標が計算されるマルチラテレーション測定において4つのレーザートラッカーのセットが使用されうる。コマンドは単一のトラッカーに与えることができ、このトラッカーがその他のトラッカーにコマンドを中継する。別の可能な方法は、複数の計器がジェスチャーに応答できるようにすることである。例えば、レーザートラッカーが多関節腕CMMを再配置するのに使用されたと仮定する。そのようなシステムの一例が、参照により本明細書に組み入れられるRaabの米国特許第7804602号に記載されている。この場合、レーザートラッカーは、再配置手順においてマスターとして指定されうる。作業者はトラッカーにジェスチャーコマンドを与え、トラッカーは多関節腕CMMに適切なコマンドを送る。再配置手順が完了した後、作業者は、上述したように、コマンドタブレットを使用して多関節腕CMMにジェスチャーコマンドを与えることができる。   While the use of gestures described above is largely focused on use with a single laser tracker, it is also beneficial to use gestures with a collection of laser trackers or with a combination of laser trackers and other instruments. . One possible way is to designate one laser tracker as the master sending commands to other instruments. For example, a set of four laser trackers can be used in a multilateration measurement where 3D coordinates are calculated using only the distance measured by each tracker. Commands can be given to a single tracker, which relays commands to other trackers. Another possible way is to allow multiple instruments to respond to gestures. For example, assume that a laser tracker was used to reposition the articulated arm CMM. An example of such a system is described in Raab US Pat. No. 7,804,602, which is incorporated herein by reference. In this case, the laser tracker can be designated as the master in the relocation procedure. The operator gives a gesture command to the tracker, and the tracker sends an appropriate command to the articulated arm CMM. After the relocation procedure is complete, the operator can give a gesture command to the articulated arm CMM using the command tablet as described above.

図19に、図3A〜図3B、図4A〜図4B、および図5Aを参照した考察に従ってレーザートラッカーにコマンドを伝達するジェスチャーを与える際に実行されるステップ1900を示す。ステップ1910は、コマンドと空間パターンとの間の対応規則を提供することである。ステップ1920は、ユーザーが可能なコマンドの中からコマンドを選択することである。ステップ1930は、ユーザーが所望のコマンドに対応する空間パターンでレトロリフレクターを動かすことである。空間パターンは、横断方向または半径方向であってよい。ステップ1940は、レーザートラッカーからレトロリフレクターに光を投射することである。この光は、レーザートラッカーの光軸に沿って発せられる光ビームであってもよく、レーザートラッカー上に配置されたカメラの近くのLEDによって発せられる光であってもよい。ステップ1950は、レトロリフレクターからレーザートラッカーに光を反射することである。ステップ1960は反射光を感知することである。感知は、トラッカー上に配置されたカメラ内の感光性アレイによって、トラッカー内の位置検出器によって、またはトラッカー内の距離計によって行われうる。ステップ1970は、対応規則に基づいてコマンドを決定することである。ステップ1980は、コマンドを実行することである。   FIG. 19 shows a step 1900 that is performed in providing a laser tracker with a gesture to convey a command in accordance with the discussion with reference to FIGS. 3A-3B, 4A-4B, and 5A. Step 1910 is to provide a correspondence rule between the command and the spatial pattern. Step 1920 is to select a command from the commands available to the user. Step 1930 is that the user moves the retro reflector in a spatial pattern corresponding to the desired command. The spatial pattern may be transverse or radial. Step 1940 is projecting light from the laser tracker to the retro-reflector. This light may be a light beam emitted along the optical axis of the laser tracker, or it may be light emitted by an LED near the camera located on the laser tracker. Step 1950 is to reflect light from the retroreflector to the laser tracker. Step 1960 is sensing the reflected light. Sensing can be performed by a photosensitive array in a camera placed on the tracker, by a position detector in the tracker, or by a distance meter in the tracker. Step 1970 is to determine a command based on the correspondence rule. Step 1980 is to execute a command.

図20に、図3C、図4C、および図5Aを参照した考察に従ってレーザートラッカーにコマンドを伝達するジェスチャーを与える際に実行されるステップ2000を示す。ステップ2010は、コマンドと3次元位置との間の対応規則を提供することである。ステップ2020は、ユーザーが可能なコマンドの中からコマンドを選択することである。ステップ2030は、ユーザーが、おそらくはレトロリフレクターターゲットをコマンドタブレットに接触させることによって、所望のコマンドに対応する位置までレトロリフレクターを動かすことである。ステップ2040は、レーザートラッカーからレトロリフレクターに光を投射することである。この光は、レーザートラッカーの光軸に沿って発せられる光ビームであってもよく、レーザートラッカー上に配置されたカメラの近くのLEDによって発せられる光であってもよい。ステップ2050は、レトロリフレクターからレーザートラッカーに光を反射することである。ステップ2060は反射光を感知することである。感知は、トラッカー上に配置されたカメラ内の感光性アレイによって、トラッカー内の位置検出器によって、またはトラッカー内の距離計によって行われうる。ステップ2070は、対応規則に基づいてコマンドを決定することである。ステップ2080は、コマンドを実行することである。   FIG. 20 shows step 2000 performed in giving a gesture to communicate a command to the laser tracker in accordance with the discussion with reference to FIGS. 3C, 4C, and 5A. Step 2010 is to provide a correspondence rule between the command and the three-dimensional position. Step 2020 is to select a command from the commands available to the user. Step 2030 is that the user moves the retroreflector to a position corresponding to the desired command, perhaps by contacting the retroreflector target with the command tablet. Step 2040 is to project light from the laser tracker to the retro reflector. This light may be a light beam emitted along the optical axis of the laser tracker, or it may be light emitted by an LED near the camera located on the laser tracker. Step 2050 is to reflect light from the retro-reflector to the laser tracker. Step 2060 is sensing the reflected light. Sensing can be performed by a photosensitive array in a camera placed on the tracker, by a position detector in the tracker, or by a distance meter in the tracker. Step 2070 is to determine the command based on the correspondence rule. Step 2080 is to execute the command.

図21に、図3Dおよび図5Aを参照した考察に従ってレーザートラッカーにコマンドを伝達するジェスチャーを与える際に実行されるステップ2100を示す。ステップ2110は、コマンドと時間パターンとの間の対応規則を提供することである。ステップ2120は、ユーザーが可能なコマンドの中からコマンドを選択することである。ステップ2130は、レーザートラッカーからレトロリフレクターに光を投射することである。この光は、レーザートラッカーの光軸に沿って発せられる光ビームであってもよく、レーザートラッカー上に配置されたカメラの近くのLEDによって発せられる光であってもよい。ステップ2140は、レトロリフレクターからレーザートラッカーに光を反射することである。ステップ2150は反射光を感知することである。感知は、トラッカー上に配置されたカメラ内の感光性アレイによって、トラッカー内の位置検出器によって、またはトラッカー内の距離計によって行われうる。ステップ2160は、ユーザーが、レーザートラッカー上のセンサーによって受け取られた光パワーの時間パターンを生成することである。そのような時間パターンは、以下で論じるように、光ビームを遮断および遮断解除することによって容易に行われる。ステップ2170は、対応規則に基づいてコマンドを決定することである。ステップ2180は、コマンドを実行することである。   FIG. 21 shows the steps 2100 that are performed in giving the laser tracker a gesture to convey a command in accordance with the discussion with reference to FIGS. 3D and 5A. Step 2110 is to provide correspondence rules between commands and time patterns. Step 2120 is to select a command from the commands available to the user. Step 2130 is to project light from the laser tracker to the retro-reflector. This light may be a light beam emitted along the optical axis of the laser tracker, or it may be light emitted by an LED near the camera located on the laser tracker. Step 2140 is to reflect light from the retroreflector to the laser tracker. Step 2150 is sensing the reflected light. Sensing can be performed by a photosensitive array in a camera placed on the tracker, by a position detector in the tracker, or by a distance meter in the tracker. Step 2160 is that the user generates a time pattern of the optical power received by the sensor on the laser tracker. Such a time pattern is facilitated by blocking and unblocking the light beam, as discussed below. Step 2170 is to determine a command based on the correspondence rule. Step 2180 is to execute a command.

図22に、図3Eおよび図5Bを参照した考察に従って6自由度レーザートラッカーにコマンドを伝達するジェスチャーを与える際に実行されるステップ2200を示す。ステップ2210は、コマンドと6自由度ターゲットの姿勢との間の対応規則を提供することである。ステップ2220は、ユーザーが可能なコマンドの中からコマンドを選択することである。ステップ2230は、6自由度レーザートラッカーを使用して、第1の姿勢の6自由度ターゲットの少なくとも1つの座標を測定することである。姿勢は、3つの並進座標(x、y、zなど)と3つの姿勢角度座標(ロール、ピッチ、ヨーなど)とを含む。ステップ2240は、ユーザーが6自由度ターゲットの姿勢の6次元のうちの少なくとも1つを変更することである。ステップ2250は、ユーザーがステップ2240を完了した後に得られる姿勢である、第2の姿勢の少なくとも1つの座標を測定することである。ステップ2260は、対応規則に基づいてコマンドを決定することである。ステップ2270は、コマンドを実行することである。   FIG. 22 shows the steps 2200 performed in giving a gesture to convey a command to the 6-DOF laser tracker according to the discussion with reference to FIGS. 3E and 5B. Step 2210 is to provide a correspondence rule between the command and the 6 DOF target pose. Step 2220 is to select a command from the commands available to the user. Step 2230 is to measure at least one coordinate of a six degree of freedom target in a first posture using a six degree of freedom laser tracker. The posture includes three translation coordinates (x, y, z, etc.) and three posture angle coordinates (roll, pitch, yaw, etc.). Step 2240 is for the user to change at least one of the six dimensions of the six degree of freedom target pose. Step 2250 is to measure at least one coordinate of the second posture, which is the posture obtained after the user completes step 2240. Step 2260 is to determine a command based on the correspondence rule. Step 2270 is to execute a command.

図23に、レーザートラッカーに、レーザートラッカーからターゲットにレーザービームを向け、ターゲットにロックオンするコマンドを伝達するジェスチャーを与える際に実行されるステップ2300を示す。ステップ2310は、レトロリフレクター上に光を投射することである。この光は、レーザートラッカー上に配置されたカメラの近くのLEDによって発せられる光であってもよい。ステップ2320は、ユーザーがレトロリフレクターを所定の空間パターンで動かすことである。ステップ2330は、レトロリフレクターからレーザートラッカーに光を反射することである。ステップ2340は反射光を感知することである。感知は、例えばトラッカー上に配置されたカメラ内の感光性アレイによって行われうる。ステップ2350は、対応規則に基づいてコマンドを決定することである。ステップ2360は、トラッカーからレトロリフレクターに光ビームを向けることである。ステップ2370は、トラッカーからのレーザービームでレトロリフレクターにロックオンすることである。   FIG. 23 shows step 2300 that is performed in giving the laser tracker a gesture that directs the laser beam from the laser tracker to the target and communicates a command to lock on the target. Step 2310 is to project light onto the retroreflector. This light may be light emitted by an LED near the camera located on the laser tracker. Step 2320 is for the user to move the retro reflector in a predetermined spatial pattern. Step 2330 is to reflect light from the retro reflector to the laser tracker. Step 2340 is sensing the reflected light. Sensing can be performed, for example, by a photosensitive array in a camera located on the tracker. Step 2350 is to determine a command based on the correspondence rule. Step 2360 is to direct the light beam from the tracker to the retro-reflector. Step 2370 is to lock on the retro reflector with the laser beam from the tracker.

図24に、レーザートラッカーに、レーザートラッカーからターゲットにレーザービームを向け、ターゲットにロックオンするコマンドを伝達するジェスチャーを与える際に実行されるステップ2400を示す。ステップ2410は、レトロリフレクター上に光を投射することである。この光は、レーザートラッカー上に配置されたカメラの近くのLEDによって発せられる光であってもよい。ステップ2420は、レトロリフレクターからレーザートラッカーに光を反射することである。ステップ2430は反射光を感知することである。感知は、例えばトラッカー上に配置されたカメラ内の感光性アレイによって行われうる。ステップ2440は、上述したように、所定の時間パターンを生成することである。ステップ2450は、対応規則に基づいてコマンドを決定することである。ステップ2460は、トラッカーからレトロリフレクターに光ビームを向けることである。ステップ2470は、トラッカーからのレーザービームでレトロリフレクターにロックオンすることである。   FIG. 24 shows step 2400 that is performed in giving the laser tracker a gesture that directs the laser beam from the laser tracker to the target and conveys a command to lock on the target. Step 2410 is to project light onto the retroreflector. This light may be light emitted by an LED near the camera located on the laser tracker. Step 2420 is to reflect light from the retroreflector to the laser tracker. Step 2430 is sensing the reflected light. Sensing can be performed, for example, by a photosensitive array in a camera located on the tracker. Step 2440 is to generate a predetermined time pattern as described above. Step 2450 is to determine a command based on the correspondence rule. Step 2460 is to direct the light beam from the tracker to the retro-reflector. Step 2470 is to lock on the retro-reflector with a laser beam from the tracker.

図25に、レーザートラッカーに、レーザートラッカーからターゲットにレーザービームを向け、ターゲットにロックオンするコマンドを伝達するジェスチャーを与える際に実行されるステップ2500を示す。ステップ2510は、レトロリフレクターに光を投射することである。この光は、レーザートラッカー上に配置されたカメラの近くのLEDによって発せられる光であってもよい。ステップ2520は、6自由度ターゲットの第1の姿勢の少なくとも1つの座標を測定することである。上述したように、この姿勢は3つの並進自由度と3つの姿勢角度自由度とを含む。ステップ2530は、第1の姿勢の少なくとも1つの座標を変更することである。ステップ2540は、6自由度プローブの少なくとも1つの座標が変更された後に得られる姿勢である第2の姿勢の少なくとも1つの座標を測定することである。ステップ2550は、対応規則が満たされたと判断することである。ステップ2560は、トラッカーからレトロリフレクターに光ビームを向けることである。ステップ2570は、トラッカーからのレーザービームでレトロリフレクターにロックオンすることである。   FIG. 25 shows the steps 2500 performed in giving the laser tracker a gesture that directs the laser beam from the laser tracker to the target and conveys a command to lock on the target. Step 2510 is to project light onto the retroreflector. This light may be light emitted by an LED near the camera located on the laser tracker. Step 2520 is to measure at least one coordinate of the first orientation of the six degree of freedom target. As described above, this posture includes three translational degrees of freedom and three posture angle degrees of freedom. Step 2530 is to change at least one coordinate of the first posture. Step 2540 is measuring at least one coordinate of the second orientation, which is the orientation obtained after the at least one coordinate of the six degree of freedom probe is changed. Step 2550 is to determine that the correspondence rule has been satisfied. Step 2560 is to direct the light beam from the tracker to the retro-reflector. Step 2570 is to lock on the retro reflector with the laser beam from the tracker.

図26に、図1のレーザートラッカー10と同様のレーザートラッカー10Bを示すが、図26のカメラ2610、2620は異なる視野を有するものとして明記されている。一実施形態では、広視野(FOV)カメラ2610は、狭視野カメラ2620よりも広いFOVを有する。レーザートラッカー10Bは、狭視野カメラ2620の入口開口に近接した光源2622をさらに含む。光源2622は、狭視野カメラ2620が敏感な波長範囲で発光するように選択される。一実施形態では、広視野カメラ2610は、少なくとも可視波長に応答し、狭視野カメラは、少なくとも赤外線波長に応答する。他の実施形態では、カメラ2610、2620は、代替のスペクトル領域の光の波長に応答する。   26 shows a laser tracker 10B that is similar to the laser tracker 10 of FIG. 1, but the cameras 2610, 2620 of FIG. 26 are specified as having different fields of view. In one embodiment, the wide field of view (FOV) camera 2610 has a wider FOV than the narrow field of view camera 2620. Laser tracker 10B further includes a light source 2622 proximate to the entrance aperture of narrow field camera 2620. The light source 2622 is selected such that the narrow-field camera 2620 emits light in a sensitive wavelength range. In one embodiment, wide field camera 2610 is responsive to at least visible wavelengths and narrow field camera is responsive to at least infrared wavelengths. In other embodiments, the cameras 2610, 2620 are responsive to wavelengths of light in alternative spectral regions.

FOVという用語は、本明細書では、カメラから見える角度範囲を意味するのに使用される。例えば、カメラの感光性アレイの対角長がxである場合、焦点距離fを有するカメラレンズでは、画角は、2arctan(x/2f)として定義されうる。当然ながら、FOVの他の定義が使用されてもよく、一般的な概念は、FOVはカメラの感光性アレイによって捕捉されるシーンの角度範囲を表すというものである。一実施形態では、広視野カメラ2610は、40度〜90度の範囲のFOVを有する。別の実施形態では、カメラ2610は、より広いFOV、例えば100度〜180度を有する魚眼レンズである。一実施形態では、狭視野カメラ2620は、0.5度〜20度のFOVを有する。狭視野カメラ2620の小さな角度では、1ラジアンが約60度であることに留意することによってカメラから見える近似直線横断寸法を見つけることができる。その場合、トラッカーから観測点までの距離Rについて、カメラによって観測される横断直線寸法LはおおよそL=R・FOV/60であり、FOVは度数で与えられる。例えば、狭視野カメラ2620が4度のFOVを有し、トラッカーがR=15メートル離れた物点を見ている場合、狭視野カメラ2620の感光性アレイに見える横断直線距離は約(15m)(4)/60=1メートルである。狭視野カメラの感光性アレイが直線寸法に沿って1000画素を有する場合には、狭視野カメラの分解能はほぼ1メートル/1000=1mmである。対照的に、60度のFOVを有する広視野カメラでは、FOVは式2R・tan(60°/2)によってより正確に見出される。例えば、トラッカーから観測点までの距離が15メートルの場合、カメラによって観測される横断長は、(2)(15m)(tan(60°/2))=17.3mである。この寸法が1000画素にわたって広視野カメラ2610の感光性アレイによって撮像される場合には、物点の分解能はほぼ17.3m/1000=17.3mmである。   The term FOV is used herein to mean the angular range visible from the camera. For example, if the diagonal length of the photosensitive array of the camera is x, for a camera lens having a focal length f, the angle of view can be defined as 2 arctan (x / 2f). Of course, other definitions of FOV may be used, and the general concept is that FOV represents the angular range of the scene captured by the camera's photosensitive array. In one embodiment, the wide field camera 2610 has an FOV in the range of 40 degrees to 90 degrees. In another embodiment, the camera 2610 is a fisheye lens having a wider FOV, eg, 100 degrees to 180 degrees. In one embodiment, the narrow field camera 2620 has a FOV of 0.5 degrees to 20 degrees. By noting that the small angle of the narrow-field camera 2620 is about 60 degrees for one radian, one can find the approximate linear transverse dimension visible from the camera. In that case, for the distance R from the tracker to the observation point, the transverse straight line dimension L observed by the camera is approximately L = R · FOV / 60, and the FOV is given in degrees. For example, if the narrow-field camera 2620 has a 4 degree FOV and the tracker is looking at an object point R = 15 meters away, the transverse linear distance seen by the narrow-field camera 2620's photosensitive array is about (15 m) ( 4) / 60 = 1 meter. If the narrow-field camera photosensitive array has 1000 pixels along a linear dimension, the resolution of the narrow-field camera is approximately 1 meter / 1000 = 1 mm. In contrast, for a wide-field camera with a 60 degree FOV, the FOV is found more accurately by the equation 2R · tan (60 ° / 2). For example, when the distance from the tracker to the observation point is 15 meters, the crossing length observed by the camera is (2) (15 m) (tan (60 ° / 2)) = 17.3 m. If this dimension is imaged by the photosensitive array of wide field camera 2610 over 1000 pixels, the resolution of the object point is approximately 17.3 m / 1000 = 17.3 mm.

一実施形態では、3D測定システムは、レーザートラッカー10Bと、レトロリフレクター26と、通信装置2630とを含む。レトロリフレクター26はSMRの形で示されているが、レトロリフレクターは、任意のタイプの再帰反射ターゲット、例えば独立型のコーナーキューブレトロリフレクターやキャットアイレトロリフレクター、または6自由度ターゲットに埋め込まれたレトロリフレクターであってもよいことを理解されたい。一実施形態では、通信装置2630は、光源2632からの発光2634を制御するように構成された作業者制御ユニット2631を含む。光源2632は、概ね可視の光源、例えば、多くのスマートフォンに見られる「フラッシュライト」照明器や遠隔制御ユニットのライトであってもよい。   In one embodiment, the 3D measurement system includes a laser tracker 10B, a retroreflector 26, and a communication device 2630. Although the retroreflector 26 is shown in the form of an SMR, the retroreflector can be any type of retroreflective target, such as a stand-alone corner cube retroreflector or cat eye retroreflector, or a retro embedded in a six degree of freedom target. It should be understood that it may be a reflector. In one embodiment, the communication device 2630 includes an operator control unit 2631 configured to control the light emission 2634 from the light source 2632. The light source 2632 may be a generally visible light source, for example, a “flash light” illuminator or remote control unit light found on many smartphones.

一実施形態では、光源2632は、作業者がアクチュエーター2636を押すと作動され、アクチュエーター2636は、スマートデバイス(通信装置2630など)のユーザーインターフェース2638上のタッチスクリーン選択アイコンであってもよい。スマートデバイスは、ある程度までインタラクティブに、自律的に動作する電子機器である。ほとんどの場合、スマートデバイスは、ブルートゥース(登録商標)、近距離無線通信(NFC)、Wi‐Fi(IEEE802.11規格)、セルラ通信方式(例えば、3GやLTE)、または様々な他の通信プロトコルのいずれかなどのプロトコルを介して他のデバイスにも接続されうる。スマートデバイスの例には、スマート携帯電話、スマートタブレット、スマートラップトップ、スマートウェアラブルなどが含まれる。   In one embodiment, light source 2632 is activated when an operator depresses actuator 2636, which may be a touch screen selection icon on a user interface 2638 of a smart device (such as communication device 2630). A smart device is an electronic device that operates interactively and autonomously to some extent. In most cases, smart devices are Bluetooth®, Near Field Communication (NFC), Wi-Fi (IEEE 802.11 standard), cellular communication schemes (eg, 3G and LTE), or various other communication protocols. It can also be connected to other devices via a protocol such as Examples of smart devices include smart mobile phones, smart tablets, smart laptops, smart wearables, and the like.

代替の実施形態では、通信装置2630は遠隔制御装置である。遠隔制御装置の作業者制御ユニット(2631など)は、ユーザーによって押されると作動する複数の触覚キー(アクチュエーター2636など)を含みうる。これらのキーは、作業者制御ユニット2631のアクチュエーター2636として働く。通信装置2630は、触覚キーのうちの1つを押すことによって作動される光源2632をさらに含む。一実施形態では、光源2632は、白色光LEDまたは作業者によるアクチュエーター2636の作動に応答して点灯する任意の他のタイプの光源であってもよい。   In an alternative embodiment, the communication device 2630 is a remote control device. The operator control unit (such as 2631) of the remote control may include a plurality of tactile keys (such as actuator 2636) that are activated when pressed by the user. These keys serve as actuators 2636 of the operator control unit 2631. Communication device 2630 further includes a light source 2632 that is activated by pressing one of the tactile keys. In one embodiment, the light source 2632 may be a white light LED or any other type of light source that illuminates in response to actuation of the actuator 2636 by an operator.

作業者制御ユニット2631内のプロセッサを含みうる電気構成要素は、作業者によるアクチュエーター2636の作動に応答して光源2632に信号を送る。光源2632は、アクチュエーター2636の作動に応答して点灯する。発光2634は、様々な実施形態に従って、様々なパターンで、例えば、(1)作業者がアクチュエーターアイコンを押している間、(2)所定の固定時間長にわたって、(3)選択されたアクチュエーターと関連付けられたコマンドに対応する発光の時間パターンで、または(4)トラッカー10B上の光源2622からの光がレトロリフレクター26によって反射され、狭視野カメラ2620によって受け取られるまでの照射パターンで発せられうる。   An electrical component that may include a processor in worker control unit 2631 sends a signal to light source 2632 in response to actuation of actuator 2636 by the worker. The light source 2632 is turned on in response to the operation of the actuator 2636. The light emission 2634 is associated with the selected actuator in various patterns, for example, (1) while the operator is pressing the actuator icon, (2) for a predetermined fixed length of time, (3). The light emitted from the light source 2622 on the tracker 10B is reflected by the retro-reflector 26 and received by the narrow-field camera 2620.

一実施形態では、通信装置2630は、スマートデバイスであれ遠隔制御装置であれ、レーザートラッカー10Bと無線信号で通信するようにさらに構成される。一実施形態では、通信装置2630はバッテリ2633をさらに含み、バッテリ2633は充電式バッテリであってもよい。   In one embodiment, the communication device 2630 is further configured to communicate with the laser tracker 10B in a wireless signal, whether it is a smart device or a remote control device. In one embodiment, the communication device 2630 further includes a battery 2633, which may be a rechargeable battery.

トラッカー・ロックイン・コマンドは、トラッカー10B内の(全体として参照番号47で示す)光源からの光ビーム46のステアリングを開始するコマンドである。動き2640によって新たに方向付けられた光46Bはレトロリフレクター26に当たる。レトロリフレクター26に当たった光は反射されてトラッカー10Bに戻り、反射光の一部分はトラッカー10B内の位置検出器13まで進み、別の部分は距離計17まで進む。位置検出器13は、反射光が位置検出器13の表面領域に当たる位置を指示する信号を提供する。信号が位置検出器13によって受け取られた後、トラッカー制御システム23は、レトロリフレクター26が動かされるときでさえ、光ビーム46Bをレトロリフレクター26にロックオンされたままにする。光ビーム46Bをレトロリフレクター26上に保持するトラッカーモーターの動作は、位置検出器13によって提供される信号に少なくとも一部は基づくものである。   The tracker lock-in command is a command for starting steering of the light beam 46 from the light source (generally indicated by reference numeral 47) in the tracker 10B. Light 46B newly directed by movement 2640 strikes retro-reflector 26. The light hitting the retro-reflector 26 is reflected and returns to the tracker 10B. A part of the reflected light travels to the position detector 13 in the tracker 10B, and another part travels to the distance meter 17. The position detector 13 provides a signal indicating the position where the reflected light hits the surface area of the position detector 13. After the signal is received by the position detector 13, the tracker control system 23 keeps the light beam 46B locked on to the retro-reflector 26, even when the retro-reflector 26 is moved. The operation of the tracker motor that holds the light beam 46B on the retroreflector 26 is based at least in part on the signal provided by the position detector 13.

一実施形態では、作業者が指定されたアクチュエーター2636を押すと、通信装置2630から光2634が発せられ、光2634はプロセッサ(図17に示す処理システム800など)に、プロセッサ800によって実行される実行可能命令を介して、ロックインコマンドが発行されたかどうか判断し、発行された場合、トラッカー10Bからの光ビーム46をレトロリフレクター26に向けられるように操作し、光ビーム46Bで表されるようにレトロリフレクターにロックオンするための一連のステップを実行させる。   In one embodiment, when an operator presses a designated actuator 2636, a light 2634 is emitted from the communication device 2630, which is executed by the processor 800 to a processor (such as the processing system 800 shown in FIG. 17). It is determined whether a lock-in command has been issued via a possible command, and if so, the light beam 46 from the tracker 10B is manipulated to be directed to the retro-reflector 26, as represented by the light beam 46B. Let the retro reflector perform a series of steps to lock on.

通信装置2630によって光源2632から発せられた光2634は、広視野カメラ2610に明るい信号を提供しうる。提供されうる高レベルの光は、スマートフォン(通信装置2630など)の典型的なフラッシュライト機能からの光2634を観測することによって容易に確認することができる。ほとんどの場合、そのような光は周囲の物体よりも明るく、広視野カメラ2610での位置特定を容易にする。ある場合には、一定の繰り返し周波数で光源2632をオン・オフにして、トラッカー10Bが点滅から光源2632を位置特定できるようにすることが有利となりうる。ある場合には、広視野カメラ2610は、点滅光をより明瞭に示すために光バンドパスフィルターを備えていてもよい。別の場合には、以下でさらに論じるように、広視野カメラ2610は、ロックインシーケンスを開始する機能以外に追加機能を有するカラーカメラであってもよい。この場合、オプションは特定の色のサブピクセルの中から照射を選択することである。例えば、光源2632が赤の波長を発する場合には、最も強い赤の発光の位置を決定するために赤のサブピクセルの信号レベルが評価されうる。   Light 2634 emitted from the light source 2632 by the communication device 2630 can provide a bright signal to the wide field camera 2610. The high level of light that can be provided can be easily ascertained by observing light 2634 from a typical flashlight function of a smartphone (such as communication device 2630). In most cases, such light is brighter than the surrounding objects, facilitating localization with the wide field camera 2610. In some cases, it may be advantageous to turn the light source 2632 on and off at a constant repetition frequency so that the tracker 10B can locate the light source 2632 from blinking. In some cases, the wide field camera 2610 may include an optical bandpass filter to more clearly show flashing light. In other cases, as will be discussed further below, the wide field camera 2610 may be a color camera having additional functions in addition to the function of initiating a lock-in sequence. In this case, the option is to select the illumination from among the sub-pixels of a specific color. For example, if the light source 2632 emits a red wavelength, the signal level of the red sub-pixel can be evaluated to determine the position of the strongest red emission.

トラッカー10B内のプロセッサ(処理システム800など)は、点灯された光源2632を指示する、広視野カメラ2610(本明細書では第1のカメラともいう)の感光性アレイ上に形成されたデジタル画像に少なくとも一部は基づいてロックインコマンドが与えられたと判断する。図17に示すように、プロセッサ800は、外部コンピュータ、トラッカーに取り付けられたインターフェースボックスにあっても、トラッカー内の1もしくは複数の内部プロセッサにあってもよく、マイクロプロセッサ、デジタル信号プロセッサ(DSP)、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ(FPGA)、または任意の他のタイプのコンピューティングデバイスを含んでいてよい。コンピューティングデバイスは、一般に、特定の量の使用すべき関連付けられたメモリを有する。   A processor in the tracker 10B (such as processing system 800) applies a digital image formed on a photosensitive array of a wide-field camera 2610 (also referred to herein as the first camera) that points to a light source 2632 that is lit. It is determined that a lock-in command has been given based at least in part. As shown in FIG. 17, the processor 800 may be an external computer, an interface box attached to the tracker, or one or more internal processors in the tracker, and may be a microprocessor, digital signal processor (DSP). , A field programmable gate array (FPGA), or any other type of computing device. A computing device typically has a certain amount of associated memory to use.

一実施形態では、プロセッサ800は、ロックイン信号が与えられたことに応答して、トラッカー10B上の光源2622を点灯させる。光源2622からの光は、レトロリフレクター26を照射し、狭視野カメラ2620(本明細書では第2のカメラともいう)に向けて反射される。反射光が狭視野カメラ2620のFOV内にある場合、プロセッサ800は、トラッカー10Bのモーターを誘導して、光ビーム46Bで表されるようにレトロリフレクター26を遮るように光ビーム46を発射させる。   In one embodiment, the processor 800 turns on the light source 2622 on the tracker 10B in response to being given a lock-in signal. Light from the light source 2622 irradiates the retroreflector 26 and is reflected toward the narrow-field camera 2620 (also referred to as a second camera in this specification). If the reflected light is within the FOV of the narrow field camera 2620, the processor 800 directs the tracker 10B motor to fire the light beam 46 to obstruct the retroreflector 26 as represented by the light beam 46B.

トラッカー10B上の光源2622からの反射光が狭視野カメラ2620のFOV内にない場合、プロセッサ800は、通信装置2630からの光2634に応答して広視野カメラ2610のデジタル画像によって提供される情報を使用して、トラッカー10B上の光源2622を同時に点灯し続けながら、光ビーム46を方向変換された光ビーム46Bとしてトラッカーからレトロリフレクターに向ける。トラッカー10B上の光源2622からの反射光が狭視野カメラ2620によって確認されると、プロセッサ800はステアリングを、第2の狭視野カメラ2620上でピックアップされたデジタル画像に主にまたは完全に基づくものとする。   If the reflected light from the light source 2622 on the tracker 10B is not within the FOV of the narrow field camera 2620, the processor 800 can provide information provided by the digital image of the wide field camera 2610 in response to the light 2634 from the communication device 2630. In use, the light beam 46 is directed from the tracker to the retro-reflector as a redirected light beam 46B while the light source 2622 on the tracker 10B continues to be turned on simultaneously. When the reflected light from the light source 2622 on the tracker 10B is confirmed by the narrow field camera 2620, the processor 800 determines that the steering is based primarily or completely on the digital image picked up on the second narrow field camera 2620. To do.

一実施形態では、通信装置2630の光源2632からの光2634は、トラッカー10B上の光源2622からの反射光が狭視野カメラ2620によってピックアップされるまである種のパターンで照射され続ける。光源2632を例えば点滅パターンで点灯し続けることによって、プロセッサ800は、光ビーム46を光ビーム46Bで表されるようにレトロリフレクター26に向けてより正確に向けることができる。一実施形態では、トラッカー10Bは、レーザートラッカー10Bの無線送受信機2650から通信装置2630の無線送受信機2639に無線信号を送信し、無線信号は、狭視野カメラ2620がトラッカー10B上の光源2622からの反射光をピックアップしたかどうかを指示する。一実施形態では、無線信号は、無線周波数(RF)、マイクロ波、または電磁スペクトルのミリ波領域で提供される電磁信号である。   In one embodiment, light 2634 from light source 2632 of communication device 2630 continues to be emitted in some pattern until reflected light from light source 2622 on tracker 10B is picked up by narrow-field camera 2620. By continuing to illuminate the light source 2632, for example, in a blinking pattern, the processor 800 can more accurately direct the light beam 46 toward the retroreflector 26 as represented by the light beam 46B. In one embodiment, the tracker 10B transmits a radio signal from the radio transceiver 2650 of the laser tracker 10B to the radio transceiver 2639 of the communication device 2630, which is transmitted from the light source 2622 on the tracker 10B by the narrow-field camera 2620. Indicates whether the reflected light has been picked up. In one embodiment, the wireless signal is an electromagnetic signal provided in the radio frequency (RF), microwave, or millimeter wave region of the electromagnetic spectrum.

光ビーム46Bがレトロリフレクター26上に当たると、トラッカー10B上の光源2622からの反射光は、感光性アレイ上のラインに沿ったどこか、トラッカー10Bからレトロリフレクター26までの距離によって決定されるライン上の位置に当たる。感光性アレイ上のこのラインは、ビーム46が向けられる際のレトロリフレクター26の取得を速めるために、工場で決定され、プロセッサ800のメモリに含められてもよい。   When the light beam 46B hits the retroreflector 26, the reflected light from the light source 2622 on the tracker 10B is on a line determined by the distance from the tracker 10B to the retroreflector 26 somewhere along the line on the photosensitive array. Hit the position of. This line on the photosensitive array may be determined at the factory and included in the memory of the processor 800 to speed up the acquisition of the retroreflector 26 when the beam 46 is directed.

ある場合には、作業者は、トラッカー10Bまたはコンピュータコンソール(図2に示すコンピュータ80など)に戻らずに、レトロリフレクター26をある場所まで運び、光ビーム46をレトロリフレクター26に向けさせたいと思うこともある。一実施形態では、作業者は、光源2632に光2634を放射させるアクチュエーター2636を押して、上述したプロセッサが指図するイベントシーケンスに導く。光ビーム46をレトロリフレクター26に向けるこの方法は、作業者がSMR26を困難な場所に、例えばはしごを登って運ばなければならない場合に特に有用である。   In some cases, the operator wants to carry the retroreflector 26 to a location and direct the light beam 46 to the retroreflector 26 without returning to the tracker 10B or computer console (such as the computer 80 shown in FIG. 2). Sometimes. In one embodiment, an operator pushes an actuator 2636 that causes light source 2632 to emit light 2634, leading to an event sequence directed by the processor described above. This method of directing the light beam 46 to the retroreflector 26 is particularly useful when an operator has to carry the SMR 26 to a difficult location, for example, by climbing a ladder.

ある場合には、作業者は、SMR26が磁気ネストによって保持されているある場所で光ビーム46をSMR26にロックオンさせることができる。作業者は、第2のSMR26を第2の場所に、おそらくははしごを登って運び、トラッカーの光ビーム46を見つけさせて第2のSMR26にロックオンさせたいと思う。一実施形態では、通信装置2630は、2つの異なるタイプのロックインコマンドに対応するアクチュエーター2636を有する。第1のロックインコマンドでは、光ビーム46Bは、光源2632に最も近いSMR26にロックオンする。第2のロックインコマンドでは、光ビーム46Bは、最も近い位置が狭視野カメラ2620のFOV内にある限り、その最も近い位置の最も近くのSMR26にロックオンする。   In some cases, the operator can lock on the light beam 46 to the SMR 26 at a location where the SMR 26 is held by the magnetic nest. The operator wants to carry the second SMR 26 to a second location, possibly climbing a ladder, causing the tracker's light beam 46 to be found and locked onto the second SMR 26. In one embodiment, the communication device 2630 has an actuator 2636 that corresponds to two different types of lock-in commands. In the first lock-in command, the light beam 46B locks on to the SMR 26 closest to the light source 2632. In the second lock-in command, the light beam 46B locks on to the nearest SMR 26 of the closest position as long as the closest position is within the FOV of the narrow field camera 2620.

一実施形態では、通信装置2630は、追加のトラッカーコマンドに対応する追加のアクチュエーター2636を含む。一実施形態では、トラッカーコマンドのうちの1つは、トラッカー10Bによって測定された距離および2つの角度に少なくとも一部は基づいて、トラッカーにレトロリフレクター26の3D座標を決定させる測定コマンドである。距離は、距離計17によって、第1の角度と第2の角度とは第1の角度エンコーダ21と第2の角度エンコーダ19とによってそれぞれ測定されうる。   In one embodiment, the communication device 2630 includes an additional actuator 2636 that corresponds to an additional tracker command. In one embodiment, one of the tracker commands is a measurement command that causes the tracker to determine the 3D coordinates of the retroreflector 26 based at least in part on the distance and two angles measured by the tracker 10B. The distance can be measured by the distance meter 17, and the first angle and the second angle can be measured by the first angle encoder 21 and the second angle encoder 19, respectively.

一実施形態では、プロセッサ800は、広視野カメラ2610からの画像をディスプレイ上に示すように構成され、ディスプレイは、例えば、作業者によって保持されるスマートデバイス(通信装置2630など)上やコンピュータモニター上のディスプレイ(ユーザーインターフェース2638など)であってよい。例えば、マウスや他の選択装置でディスプレイ上の位置を選択することによって、作業者は、トラッカー10Bが指示された位置まで進むよう指図されるクリックトゥドライブコマンドを開始しうる。クリックトゥドライブコマンドは、(レトロリフレクターが存在する場合は)クリックトゥドライブ位置に最も近いレトロリフレクター26に自動的にさらにロックインするように設定されうる。   In one embodiment, the processor 800 is configured to show an image from the wide field camera 2610 on a display, such as on a smart device (such as a communication device 2630) held by an operator or on a computer monitor. Display (such as user interface 2638). For example, by selecting a position on the display with a mouse or other selection device, the operator may initiate a click-to-drive command in which the tracker 10B is directed to advance to the indicated position. The click to drive command can be set to automatically lock in further to the retro reflector 26 closest to the click to drive position (if a retro reflector is present).

一実施形態では、レーザートラッカー10Bは、ビーム46がもはやレトロリフレクター26にロックオンされなくなると、その無線送受信機2650から通信装置2630の無線送受信機2639に無線メッセージを送信しうる。通信装置2630はそれに応答して、作業者に警告メッセージ、例えば点滅灯や警告音を与えることができる。作業者は、警告メッセージに応答して、ロックインコマンドに対応するアクチュエーター2636を押すことができる。あるいは作業者は、通信装置2630がレーザートラッカー10Bから無線「ロック・イズ・ロスト」メッセージを受信すると、光2632の点滅から開始するロックインシーケンスを自動的に作動させるように通信装置2630を設定してもよい。別の実施形態では、レーザートラッカー10Bから無線ロック・イズ・ロスト・メッセージを受信したことに応答して、無線装置(通信装置2630など)は、トラッカー10Bに「ロック・イン・ナロー」コマンドを返すように設定されうる。このコマンドは、プロセッサ800に、光源2632を作動させて光2634を放射させるのではなく、代わりに、狭視野カメラ2620がトラッカー10B上の光源2622からの反射光を確認できるかどうかを判断する。狭視野カメラ2620が反射光を確認できる場合、プロセッサ800は、光ビーム46を、光ビーム46Bで表されるように、レトロリフレクター26にロックオンするように向けさせる。   In one embodiment, the laser tracker 10B may send a wireless message from its wireless transceiver 2650 to the wireless transceiver 2639 of the communication device 2630 when the beam 46 is no longer locked on to the retro-reflector 26. In response, the communication device 2630 can provide a warning message, such as a flashing light or warning sound, to the operator. In response to the warning message, the operator can press the actuator 2636 corresponding to the lock-in command. Alternatively, the operator configures the communication device 2630 to automatically activate a lock-in sequence starting from the blinking light 2632 when the communication device 2630 receives a wireless “lock is lost” message from the laser tracker 10B. May be. In another embodiment, in response to receiving a wireless lock is lost message from laser tracker 10B, the wireless device (such as communication device 2630) returns a “lock in narrow” command to tracker 10B. Can be set as follows. This command does not cause the processor 800 to activate the light source 2632 to emit light 2634, but instead determines whether the narrow field camera 2620 can see the reflected light from the light source 2622 on the tracker 10B. If the narrow field camera 2620 can see the reflected light, the processor 800 directs the light beam 46 to lock on the retro-reflector 26 as represented by the light beam 46B.

図27に、一実施形態によるレーザートラッカー10Bでレトロリフレクター26にロックオンするための方法2700の要素を示す。要素2705は、通信装置2630、レトロリフレクター26、およびレーザートラッカー10Bを設けることを含む。通信装置2630は、第1の光源2632と、第1の光源2632からの第1の光2634の放射を制御する作業者制御ユニット2631とを有する。レトロリフレクター26は、通信装置2630とは別である。レーザートラッカー10Bは、構造体(方位ベース16など)と、距離計17と、第1の角度エンコーダ21と、第2の角度エンコーダ19と、第1のカメラ(広視野カメラ)2610と、第2のカメラ(狭視野カメラ)2620と、第2の光源2622と、位置検出器13と、プロセッサ800と、第3の光源47とを含む。構造体16は、第1の軸20および第2の軸18の周りを回転する。第2のカメラ2620は、第2の光源2622に近接しており、第1のカメラ2610よりも狭い視野を有する。第1および第2のカメラ2610、2620は、構造体16の外側部分に取り付けられている。位置検出器はトラッカー10Bの内部にある。   FIG. 27 illustrates elements of a method 2700 for locking on a retroreflector 26 with a laser tracker 10B according to one embodiment. Element 2705 includes providing communication device 2630, retro-reflector 26, and laser tracker 10B. The communication device 2630 includes a first light source 2632 and an operator control unit 2631 that controls emission of the first light 2634 from the first light source 2632. The retro reflector 26 is different from the communication device 2630. The laser tracker 10B includes a structure (eg, an orientation base 16), a distance meter 17, a first angle encoder 21, a second angle encoder 19, a first camera (wide-field camera) 2610, and a second Camera (narrow-field camera) 2620, second light source 2622, position detector 13, processor 800, and third light source 47. The structure 16 rotates about the first axis 20 and the second axis 18. The second camera 2620 is close to the second light source 2622 and has a narrower field of view than the first camera 2610. The first and second cameras 2610 and 2620 are attached to the outer portion of the structure 16. The position detector is inside the tracker 10B.

要素2710は、通信装置2630から第1の光2634を放射することを含む。要素2715は、第1のカメラ(広視野カメラ)2610で第1の光2634を捕捉して(全体として符番2610'で表されている)第1のデジタル画像を生成することを含む。要素2720は、プロセッサ800が、第1のデジタル画像2610'に少なくとも一部は基づいて、ロックインコマンドが与えられたと判断し、それに応答して(狭視野カメラ2620に近接した)第2の光源2622を作動させて第2の光を生成することを含む。   Element 2710 includes emitting first light 2634 from communication device 2630. Element 2715 includes capturing first light 2634 with a first camera (wide field camera) 2610 to generate a first digital image (generally represented by reference numeral 2610 ′). Element 2720 determines that the processor 800 has been given a lock-in command based at least in part on the first digital image 2610 ′ and in response, a second light source (close to the narrow-field camera 2620). Actuating 2622 to generate second light.

要素2725は、レトロリフレクター26から第2の光の一部分を第2の反射光として反射することを含む。要素2730は、第2のカメラ2620で第2の反射光を捕捉して(全体として符番2620'で表されている)第2のデジタル画像を生成することを含む。   Element 2725 includes reflecting a portion of the second light from retroreflector 26 as a second reflected light. Element 2730 includes capturing second reflected light with a second camera 2620 to generate a second digital image (generally represented by reference numeral 2620 ′).

要素2735は、第3の光源47から第3の光ビーム46を発射し、構造体16を操作して第3の光ビーム46をレトロリフレクター26に向けることを含み、操作は、第2のデジタル画像および位置検出器13の読み取り値のうちの1つに少なくとも一部は基づくものである。   Element 2735 includes emitting a third light beam 46 from a third light source 47 and manipulating the structure 16 to direct the third light beam 46 toward the retroreflector 26, the manipulation comprising a second digital beam. At least partly based on one of the readings of the image and the position detector 13.

要素2740は、第3の光ビーム47の一部分を第3の反射光として反射することを含む。要素2745は、位置検出器13で第3の反射光の第1の部分を捕捉することを含む。要素2750は、距離計17で第3の反射光の第2の部分を捕捉することを含む。   Element 2740 includes reflecting a portion of third light beam 47 as third reflected light. Element 2745 includes capturing a first portion of the third reflected light with position detector 13. Element 2750 includes capturing a second portion of the third reflected light with distance meter 17.

要素2755は、プロセッサで、第3の反射光の第2の部分に少なくとも一部は基づいてレトロリフレクター26までの第1の距離を決定することを含む。ステップ2760は、第1の角度エンコーダ21で、第1の軸の20周りの第1の回転角を測定することを含む。ステップ2765は、第2の角度エンコーダ19で、第2の軸18の周りの第2の回転角を測定することを含む。ステップ2760は、プロセッサ800で、第1の距離、第1の回転角、および第2の回転角に少なくとも一部は基づいて、レトロリフレクター26の3次元(3D)座標を決定することを含む。ステップ2765は、3D座標を格納することを含む。   Element 2755 includes determining at a processor a first distance to the retroreflector 26 based at least in part on the second portion of the third reflected light. Step 2760 includes measuring a first rotation angle about 20 about the first axis with the first angle encoder 21. Step 2765 includes measuring a second rotation angle about the second axis 18 with the second angle encoder 19. Step 2760 includes determining at processor 800 three-dimensional (3D) coordinates of retroreflector 26 based at least in part on the first distance, the first rotation angle, and the second rotation angle. Step 2765 includes storing 3D coordinates.

上述したように、レトロリフレクターがレーザートラッカーの指示方向から比較的大きな角度距離だけ移動した後、レトロリフレクターにロックオンすることが多くの場合望ましい。ある場合には、作業者が、新しい位置に移動する前に、例えば、はしごを登る前に、レトロリフレクターをポケットに入れようとすることもある。別の場合には、作業者が、所望のパスを再開する前に、柱などの障害物の後を通過しなければならないこともある。さらに別の場合には、作業者が、単に、ある場所から別の場所に向かっている間、レトロリフレクターをトラッカーのレーザービームの方向に向けたままに保つ手間を惜しむこともある。   As described above, it is often desirable to lock on the retro-reflector after the retro-reflector has moved a relatively large angular distance from the direction indicated by the laser tracker. In some cases, an operator may attempt to place a retro-reflector in his pocket before moving to a new position, for example, before climbing a ladder. In other cases, an operator may have to pass behind an obstacle such as a pillar before resuming the desired path. In yet another case, an operator may simply be relieved to keep the retro-reflector pointing in the direction of the tracker's laser beam while moving from one location to another.

次に、図28A〜図28C、図29A〜図29C、および図30を参照して説明する実施形態では、ジェスチャー方法は、作業者がレトロリフレクターにロックオンされたままではなく第1の位置から第2の位置に移動することを可能にする。図28Aに、図28Bの正面図と図28Cの斜視図に示すSMR2810を保持している作業者2805を示す。一実施形態では、作業者は、「作業者追従」コマンドを表す規定の対応規則によって指定された空間パターンでレトロリフレクターを移動させる。一例では、作業者追従コマンドは、上下のパターン2815によって指示される。ジェスチャーが行われるときにレーザートラッカーからの光ビームがレトロリフレクター2810にロックオンされる場合、動きパターン(この場合は上下)は、レーザートラッカーの角度測定システムによって検出されうる。光ビームがレトロリフレクター2810にロックオンされるか否かにかかわらず、レトロリフレクターは、レーザートラッカー10上の光源54からの光ビームによって照射され、照射されたレトロリフレクターは1または複数のカメラ52によって取り込まれる。どちらかの手法を用いて空間パターン(この例では上下)が識別され、空間パターンに基づいてジェスチャーコマンドが決定されうる。あるいは、作業者は、作業者追従コマンドを生成する上述した方法のいずれかを使用して、レトロリフレクターからの戻り光の時間的変化をもたらす時間パターンを生成してもよい。   Next, in the embodiment described with reference to FIGS. 28A-28C, 29A-29C, and 30, the gesture method is not performed while the operator is locked on the retro-reflector from the first position. It is possible to move to the second position. FIG. 28A shows an operator 2805 holding the SMR 2810 shown in the front view of FIG. 28B and the perspective view of FIG. 28C. In one embodiment, the worker moves the retro-reflector in a spatial pattern specified by a predefined correspondence rule that represents a “worker follow” command. In one example, the operator follow-up command is indicated by the upper and lower patterns 2815. If the light beam from the laser tracker is locked on to the retro-reflector 2810 when a gesture is made, the motion pattern (in this case up and down) can be detected by the laser tracker angle measurement system. Regardless of whether the light beam is locked on to the retro-reflector 2810, the retro-reflector is illuminated by the light beam from the light source 54 on the laser tracker 10 and the illuminated retro-reflector is illuminated by one or more cameras 52. It is captured. The spatial pattern (up and down in this example) is identified using either method, and the gesture command can be determined based on the spatial pattern. Alternatively, the worker may use any of the methods described above for generating worker tracking commands to generate a time pattern that results in a temporal change in the return light from the retroreflector.

一実施形態では、図28Aのジェスチャーコマンドによって生成された作業者追従コマンドは、レーザートラッカーに、ペイロードおよび天頂キャリッジを含むその構造体を回転させて、図29Aに示すようにパス2825Aに沿って作業者2805Aに対面させる。ある場合には、方向2825Aは、レーザートラッカーによって発せられる可視光、例えば赤いレーザービームが進むパスに対応しうる。別の場合には、方向2825Aは、光ビームを発することなく作業者2805Aを追従しうる。ある場合には、図29Aのレーザートラッカー2820は、例えば、作業者によって認識されうる所定のパターンでトラッカー上の着色光を点滅させることによって、そのような追従が行われるという指示を提供しうる。   In one embodiment, the operator tracking command generated by the gesture command of FIG. 28A causes the laser tracker to rotate its structure, including the payload and zenith carriage, to work along path 2825A as shown in FIG. 29A. Face 2805A. In some cases, direction 2825A may correspond to a path traveled by visible light, eg, a red laser beam, emitted by a laser tracker. In another case, direction 2825A may follow worker 2805A without emitting a light beam. In some cases, the laser tracker 2820 of FIG. 29A may provide an indication that such tracking is performed, for example, by blinking colored light on the tracker in a predetermined pattern that can be recognized by an operator.

一実施形態では、トラッカー2820の構造体は、たとえ作業者が障害物2840の後を通過したとしても、第1の作業者位置2805Aから第2の作業者位置2805Bまでの作業者の動き2830に追従し続ける。作業者は、いくつかの異なる方法によってトラッカーに識別されうる。そのような識別は、たとえ作業者位置2805Bが作業者位置2805Aに比べて比較的大きく変化したとしても、トラッカー構造体が作業者の方を指し示し続けることを可能にするので重要である。多くの場合、作業者は作業者の動きに基づいて識別されてよく、作業者の動きは画像処理システムによって固定された背景環境とは異なるものとして認識されうる。多くの場合、作業者は、固定された背景とは異なると認識される作業者の動きによって識別されうる。そのような認識は、例えば、トラッカー10の1または複数のカメラ52またはトラッカー2820のための同様のカメラと関連付けられた画像処理ソフトウェアによって行われうる。加えて、作業者は、当技術分野で公知の画像処理方法を使用して作業者の一般的なサイズおよび形状に基づいて識別されてもよい。   In one embodiment, the structure of the tracker 2820 allows the operator movement 2830 from the first worker position 2805A to the second worker position 2805B, even if the worker passes behind the obstacle 2840. Keep following. An operator can be identified to a tracker in several different ways. Such identification is important because it allows the tracker structure to continue to point towards the operator even though the operator position 2805B has changed relatively significantly compared to the operator position 2805A. In many cases, the worker may be identified based on the worker's movement, and the worker's movement may be perceived as different from the background environment fixed by the image processing system. In many cases, the worker can be identified by the movement of the worker perceived as different from the fixed background. Such recognition may be performed, for example, by image processing software associated with one or more cameras 52 of tracker 10 or similar cameras for tracker 2820. In addition, the worker may be identified based on the worker's general size and shape using image processing methods known in the art.

作業者が、図29Bおよび図29Cに示すように、レーザートラッカーをレトロリフレクター2810に再度ロックオンさせたい所望の位置2805Bに到達すると、作業者はロックオンコマンドを与え、ロックオンコマンドは、一実施形態では、図29Bに示すように空間移動ジェスチャー2815Bである。それに応答して、レーザートラッカー2820は、図29Cに示すように、トラッカーからの光ビームを、方向2825Cに沿ってレトロリフレクター2810にロックオンするように向ける。   When the operator reaches the desired position 2805B where the laser tracker is to be locked on again to the retro-reflector 2810, as shown in FIGS. 29B and 29C, the operator gives a lock-on command, and the lock-on command is In the form, it is a space movement gesture 2815B as shown in FIG. 29B. In response, laser tracker 2820 directs the light beam from the tracker to lock on to retroreflector 2810 along direction 2825C, as shown in FIG. 29C.

代替の実施形態では、レーザートラッカーを含むシステムは、ジェスチャー・ロックオン・コマンドを取得するために作業者の相対的な姿勢を監視する。図30に示す実施形態では、ジェスチャーは、作業者が腕2815Cを胴体の脇に直接保持することによって提供される。一実施形態では、そのような作業者姿勢の判断は、作業者を、四肢および胴体の要素が線としてモデル化された棒線図として表すことに基づいて行われうる。一実施形態では、ジェスチャープリプロセッサ826は、ジェスチャープリプロセッサ826によって実行されると、作業者2805の画像を分析し、作業者2805によって行われたジェスチャーパターンを評価または解析する画像分析アルゴリズムを実行する実行可能命令に応答する。   In an alternative embodiment, a system including a laser tracker monitors the worker's relative posture to obtain a gesture lock-on command. In the embodiment shown in FIG. 30, the gesture is provided by the operator holding the arm 2815C directly to the side of the torso. In one embodiment, such worker posture determination may be based on representing the worker as a bar chart with limb and torso elements modeled as lines. In one embodiment, the gesture preprocessor 826, when executed by the gesture preprocessor 826, is executable to analyze an image of the worker 2805 and execute an image analysis algorithm that evaluates or analyzes the gesture pattern performed by the worker 2805. Respond to commands.

トラッカーが、ロックオンジェスチャーが与えられたと判断すると、トラッカーは、ライト54などの1または複数のライトを点灯して、1または複数のカメラ52上の照明スポットを得ることができる。上述したように、1または複数のカメラ52上の照明スポットの位置は、トラッカーがレトロリフレクター2810にロックオンすることを可能にする情報を提供する。あるいは、図30のジェスチャー方法の場合、レトロリフレクターのロックオン位置は、作業者の腕2815Cの端部にあると定義される。   If the tracker determines that a lock-on gesture has been given, the tracker can turn on one or more lights, such as light 54, to obtain an illumination spot on one or more cameras 52. As described above, the position of the illumination spot on one or more cameras 52 provides information that allows the tracker to lock on to the retro-reflector 2810. Alternatively, in the case of the gesture method of FIG. 30, the lock-on position of the retro reflector is defined as being at the end of the operator's arm 2815C.

以上すべてから、本発明の一実施形態は、レトロリフレクター2810とレーザートラッカー2820とを含む3D座標測定システムおよび3D座標を測定するための方法を含み、レーザートラッカー2820は、レーザートラッカー2820から第1の光ビーム2825Aを放射するように構成された第1の光源47(図1のレーザートラッカー10参照)と、第1の軸18および第2の軸20の周りを回転可能な構造体15と、第2の光源54と、第2の光源54に近接した第1のカメラ52と、実行可能命令に応答するプロセッサ800とを有し、実行可能命令は、プロセッサ800によって実行されると、第1の段階において、作業者2805によって作業者追従ジェスチャー2815が与えられたと判断し、作業者追従ジェスチャー2815は、一実施形態では、レトロリフレクター2810が作業者2805の手に保持された状態で行われ、それに応答して構造体15を作業者2805の動き2830を追従する2825Bように回転させ、第2の段階において、ロックオンジェスチャー2815Bが作業者2805によって与えられたと判断し、ロックオンジェスチャー2815Bは、一実施形態では、レトロリフレクター2810が作業者2805の手に保持された状態で行われ、それに応答して、第1の光ビーム2825Bをレトロリフレクター2810上に向ける2825Cように動作することが理解されるであろう。一実施形態では、作業者追従ジェスチャー2815は、図28Aに示すように、空間におけるレトロリフレクター2810の動きであってもよく、上述したように、レトロリフレクター2810からの戻り光の時間的変化であってもよい。同様に、ロックオンジェスチャー2815Bも、空間におけるレトロリフレクター2810の動きであっても、レトロリフレクター2810からの戻り光の時間的変化であってもよい。   From all of the above, one embodiment of the present invention includes a 3D coordinate measurement system including a retro-reflector 2810 and a laser tracker 2820 and a method for measuring 3D coordinates, wherein the laser tracker 2820 includes a first A first light source 47 (see laser tracker 10 in FIG. 1) configured to emit a light beam 2825A; a structure 15 rotatable about the first axis 18 and the second axis 20; Two light sources 54, a first camera 52 proximate to the second light source 54, and a processor 800 responsive to executable instructions, the executable instructions being executed by the processor 800, the first In the stage, it is determined that the worker following gesture 2815 is given by the worker 2805, and the worker following gesture is performed. In one embodiment, 2815 is performed with the retro-reflector 2810 held in the hand of the worker 2805, and in response, the structure 15 is rotated to 2825B following the movement 2830 of the worker 2805, In step 2, it is determined that the lock-on gesture 2815B is given by the worker 2805, and the lock-on gesture 2815B is performed in a state where the retro reflector 2810 is held in the hand of the worker 2805, and It will be appreciated that in response, it operates to direct 2825C the first light beam 2825B onto the retro-reflector 2810. In one embodiment, the operator tracking gesture 2815 may be a movement of the retro reflector 2810 in space, as shown in FIG. 28A, and as described above, is a temporal change in the return light from the retro reflector 2810. May be. Similarly, the lock-on gesture 2815B may be a movement of the retro reflector 2810 in space or a temporal change in the return light from the retro reflector 2810.

一実施形態では、レーザートラッカー2820は、作業者追従ジェスチャー2815の間に第2の光源54でレトロリフレクター2810を照射し、それに応答して照射されたレトロリフレクター2810の画像を1または複数のカメラ52によって取り込むように構成され、一実施形態では、ロックオンジェスチャー2815Bの間に第2の光源54でレトロリフレクター2810を照射し、それに応答して照射されたレトロリフレクター2810の画像を1または複数のカメラ52によって取り込むように構成される。   In one embodiment, the laser tracker 2820 illuminates the retro-reflector 2810 with the second light source 54 during the operator tracking gesture 2815 and displays the image of the retro-reflector 2810 illuminated in response to the one or more cameras 52. In one embodiment, the second light source 54 illuminates the retro-reflector 2810 during the lock-on gesture 2815B and in response, the image of the retro-reflector 2810 illuminated in response to one or more cameras. 52 is configured to be captured.

一実施形態では、作業者追従ジェスチャー2815、ロックオンジェスチャー2815B、またはその両方は、作業者2805の胴体に対する作業者2805の腕の位置に基づくものである。   In one embodiment, worker follow-up gesture 2815, lock-on gesture 2815B, or both are based on the position of worker 2805's arm relative to worker 2805's torso.

一実施形態では、プロセッサ800は、プロセッサ800によって実行されると、第2の段階において、ロックオンジェスチャー2815Bに続いて、第1の光ビーム2825Cでレトロリフレクター2810の動きを追跡し、レトロリフレクター2810の3D座標を決定するように動作する実行可能命令に応答する。   In one embodiment, the processor 800, when executed by the processor 800, tracks the movement of the retro-reflector 2810 with the first light beam 2825C following the lock-on gesture 2815B in a second stage, and the retro-reflector 2810. In response to executable instructions that operate to determine the 3D coordinates of

好ましい実施形態を図示し説明したが、これらの実施形態には本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく様々な改変および置換を行われうる。したがって、本発明は限定ではなく例示として記載されていることを理解されたい。   While the preferred embodiments have been illustrated and described, various modifications and substitutions can be made to these embodiments without departing from the spirit and scope of the invention. Accordingly, it should be understood that the present invention has been described by way of illustration and not limitation.

したがって、本開示の実施形態はあらゆる点で限定的ではなく例示的であり、本発明の範囲は、前述の説明ではなく添付の特許請求の範囲によって示されており、したがって、特許請求の範囲と均等な意味および範囲内に含まれるあらゆる変更は本発明に包含されることが意図されている。   Accordingly, the embodiments of the present disclosure are illustrative in all respects rather than limiting, and the scope of the present invention is indicated by the appended claims rather than the foregoing description, and thus All changes that come within the meaning and range of equivalency are intended to be embraced by this invention.

Claims (20)

3次元(3D)座標測定システムであって、
レトロリフレクターと、
レーザートラッカーとを含み、
前記レーザートラッカーは、
前記レーザートラッカーから第1の光ビームを放射するように構成された第1の光源と、
第1の軸および第2の軸の周りを回転可能な構造体と、
第2の光源と、
前記第2の光源に近接した第1のカメラと、
実行可能命令に応答するプロセッサとを含み、
前記実行可能命令は、前記プロセッサによって実行されると、
第1の段階において、作業者によって作業者追従ジェスチャーが与えられたと判断し、それに応答して前記構造体を前記作業者の動きを追従するように回転させ、
第2の段階において、前記作業者によってロックオンジェスチャーが与えられたと判断し、それに応答して前記レトロリフレクター上に前記第1の光ビームを向ける
ように動作する、システム。
A three-dimensional (3D) coordinate measurement system,
With retro reflectors,
Including a laser tracker,
The laser tracker is
A first light source configured to emit a first light beam from the laser tracker;
A structure rotatable about a first axis and a second axis;
A second light source;
A first camera proximate to the second light source;
A processor responsive to executable instructions,
When the executable instructions are executed by the processor,
In the first stage, it is determined that an operator following gesture has been given by the operator, and in response thereto, the structure is rotated so as to follow the movement of the operator,
In a second stage, determining that a lock-on gesture has been given by the operator and operating in response to directing the first light beam onto the retro-reflector.
前記作業者追従ジェスチャーは、空間における前記レトロリフレクターの動きと、前記レトロリフレクターからの戻り光の時間的変化とからなる群より選択される、請求項1に記載のシステム。   The system according to claim 1, wherein the worker following gesture is selected from the group consisting of a movement of the retroreflector in space and a temporal change in return light from the retroreflector. 前記レーザートラッカーは、前記作業者追従ジェスチャーの間に前記第2の光源で前記レトロリフレクターを照射し、それに応答して前記照射されたレトロリフレクターの画像を取り込むようにさらに構成される、請求項1または2に記載のシステム。   The laser tracker is further configured to illuminate the retro-reflector with the second light source during the operator tracking gesture and to capture an image of the illuminated retro-reflector in response. Or the system of 2. 前記作業者追従ジェスチャーは、前記レトロリフレクターが前記作業者の手に保持された状態で行われる、請求項1〜3のいずれか一項に記載のシステム。   The system according to any one of claims 1 to 3, wherein the worker following gesture is performed in a state where the retro reflector is held in a hand of the worker. 前記ロックオンジェスチャーは、空間における前記レトロリフレクターの動きと、前記レトロリフレクターからの戻り光の時間的変化とからなる群より選択される、請求項1〜4のいずれかに記載のシステム。   The system according to claim 1, wherein the lock-on gesture is selected from the group consisting of movement of the retroreflector in space and temporal change of return light from the retroreflector. 前記レーザートラッカーは、前記ロックオンジェスチャーの間に前記第2の光源で前記レトロリフレクターを照射し、それに応答して前記照射されたレトロリフレクターの画像を取り込むようにさらに構成される、請求項1〜5のいずれかに記載のシステム。   The laser tracker is further configured to illuminate the retro-reflector with the second light source during the lock-on gesture and to capture an image of the illuminated retro-reflector in response. 6. The system according to any one of 5. 前記ロックオンジェスチャーは、前記レトロリフレクターが前記作業者の手に保持された状態で行われる、請求項1〜6のいずれかに記載のシステム。   The system according to claim 1, wherein the lock-on gesture is performed in a state where the retro-reflector is held in the operator's hand. 前記作業者追従ジェスチャーおよび前記ロックオンジェスチャーの少なくとも1つが、前記作業者の胴体に対する前記作業者の腕の位置に基づくものである、請求項1〜7のいずれかに記載のシステム。   The system according to claim 1, wherein at least one of the operator following gesture and the lock-on gesture is based on a position of the operator's arm with respect to the operator's torso. 前記プロセッサは、前記プロセッサによって実行されると、前記第2の段階において、前記ロックオンジェスチャーに続いて前記第1の光ビームで前記レトロリフレクターの動きを追跡するように動作する実行可能命令にさらに応答する、請求項1〜8のいずれかに記載のシステム。   When executed by the processor, the processor further includes executable instructions that, in the second stage, operate to track movement of the retroreflector with the first light beam following the lock-on gesture. The system according to any of claims 1 to 8, which responds. 前記プロセッサは、前記プロセッサによって実行されると、前記第2の段階において、前記ロックオンジェスチャーに続いて前記レトロリフレクターの3D座標を決定するように動作する実行可能命令にさらに応答する、請求項1〜9のいずれかに記載のシステム。   The processor, when executed by the processor, further responds to executable instructions that, in the second stage, operate to determine a 3D coordinate of the retroreflector following the lock-on gesture. The system in any one of -9. 3次元(3D)座標を測定するための方法であって、
レトロリフレクターとレーザートラッカーとを設けるステップであって、前記レーザートラッカーは、第1の光ビームを放射するように構成された第1の光源と、第1の軸および第2の軸の周りを回転可能な構造体と、第2の光源と、前記第2の光源に近接した第1のカメラと、プロセッサとを含む、前記設けるステップと、
第1の段階において、
作業者が、作業者追従ジェスチャーを与えるステップと、
前記プロセッサで、前記作業者追従ジェスチャーに応答して実行可能命令を実行して、前記作業者の動きを追従するように前記構造体を回転させるステップと、
第2の段階において、
前記作業者が、ロックオンジェスチャーを与えるステップと、
前記プロセッサで、前記ロックオンジェスチャーに応答して実行可能命令を実行して、前記レトロリフレクター上に前記第1の光ビームを向けるステップと
を含む、方法。
A method for measuring three-dimensional (3D) coordinates, comprising:
Providing a retroreflector and a laser tracker, wherein the laser tracker rotates about a first axis and a second axis, a first light source configured to emit a first light beam; The providing step comprising: a possible structure; a second light source; a first camera proximate to the second light source; and a processor;
In the first stage,
A step in which an operator gives a worker following gesture;
In the processor, executing an executable instruction in response to the worker following gesture to rotate the structure to follow the movement of the worker;
In the second stage,
The operator giving a lock-on gesture;
Directing the first light beam on the retro-reflector with the processor executing an executable instruction in response to the lock-on gesture.
前記作業者追従ジェスチャーを与える前記ステップにおいて、前記作業者追従ジェスチャーは、空間における前記レトロリフレクターの動きと、前記レトロリフレクターからの戻り光の時間的変化とからなる群より選択される、請求項11に記載の方法。   12. In the step of providing the worker following gesture, the worker following gesture is selected from the group consisting of a movement of the retroreflector in space and a temporal change in return light from the retroreflector. The method described in 1. 前記レーザートラッカーは、前記作業者追従ジェスチャーの間に前記第2の光源で前記レトロリフレクターを照射し、それに応答して前記照射されたレトロリフレクターの画像を取り込む、請求項11または12に記載の方法。   13. The method according to claim 11 or 12, wherein the laser tracker illuminates the retro-reflector with the second light source during the operator tracking gesture and captures an image of the illuminated retro-reflector in response. . 前記作業者追従ジェスチャーは、前記レトロリフレクターが前記作業者の手に保持された状態で行われる、請求項11〜13のいずれか1項に記載の方法。   The method according to claim 11, wherein the worker following gesture is performed in a state where the retro reflector is held in the hand of the worker. 前記作業者がロックオンジェスチャーを与える前記ステップにおいて、前記ロックオンジェスチャーは、空間における前記レトロリフレクターの動きと、前記レトロリフレクターからの戻り光の時間的変化とからなる群より選択される、請求項11〜14のいずれか1項に記載の方法。   The step of giving the operator a lock-on gesture, wherein the lock-on gesture is selected from the group consisting of a movement of the retro-reflector in space and a temporal change in return light from the retro-reflector. The method according to any one of 11 to 14. 前記レーザートラッカーは、前記ロックオンジェスチャーの間に前記第2の光源で前記レトロリフレクターを照射し、それに応答して前記照射されたレトロリフレクターの画像を取り込む、請求項11〜15のいずれか1項に記載の方法。   The laser tracker irradiates the retroreflector with the second light source during the lock-on gesture, and captures an image of the irradiated retroreflector in response thereto. The method described in 1. 前記第2の段階において、前記ロックオンジェスチャーは、前記レトロリフレクターが前記作業者の手に保持された状態で行われる、請求項11〜16のいずれか1項に記載の方法。   The method according to any one of claims 11 to 16, wherein, in the second stage, the lock-on gesture is performed in a state where the retro reflector is held in a hand of the operator. 前記作業者追従ジェスチャーおよび前記ロックオンジェスチャーの少なくとも1つが、前記作業者の胴体に対する前記作業者の腕の位置に基づくものである、請求項11〜17のいずれかに記載の方法。   The method according to claim 11, wherein at least one of the operator following gesture and the lock-on gesture is based on a position of the operator's arm with respect to the operator's torso. 前記レーザートラッカーは、前記第2の段階に続いて、前記第1の光ビームで前記レトロリフレクターの動きを追跡する、請求項11〜18のいずれかに記載の方法。   19. The method according to any of claims 11 to 18, wherein the laser tracker tracks the movement of the retro-reflector with the first light beam following the second stage. 前記レーザートラッカーは、前記第2の段階に続いて、前記レトロリフレクターの3D座標を決定する、請求項11〜19のいずれかに記載の方法。   20. A method according to any of claims 11 to 19, wherein the laser tracker determines 3D coordinates of the retroreflector following the second stage.
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