JP2005517909A - 多関節アームを有する可搬式座標測定器 - Google Patents

Abstract

可搬式座標測定器（１０)は、連結されたアームセグメントを有する多関節アーム（１４)を含む。当該アーム（１４)は、測定可能な特徴の周期的なパターンと導通する少なくとも２個の読み取りヘッドを含む関節アセンブリを含み、当該パターンおよび読み取りヘッドは互いに対して回転可能なように関節内部に配置されている。

Description

本発明は、一般に座標測定器（ＣＭＭＳ）、特に多関節アームを有する可搬式ＣＭＭに関する。

現在、測定システムとして可搬式多関節アームがホストコンピュータおよびアプリケーション・ソフトウェアと合わせて提供されている。多関節アームは通常、物体上の位置を測定するために用いられ、測定された位置はホストコンピュータに保存されているコンピュータ支援設計（ＣＡＤ）データと比較されて、物体がＣＡＤ仕様の範囲内にあるか否かが判定される。換言すれば、ＣＡＤデータは、多関節アームが行なった実際の測定と比較される基準データである。ホストコンピュータはまた、点検作業の際に操作者を誘導するアプリケーション・ソフトを含んでいてよい。ユーザーは、ホストコンピュータ上の３次元ＣＡＤデータを見ながらアプリケーション・ソフトウェア内の複雑な命令に応答するため、複雑なアプリケーションが関わる多くの状況において本構成は適当である。

上述の測定システムで用いられる従来技術の可搬式ＣＭＭの例が本願出願人による米国特許第５，４０２，５８２号（’５８２号）に開示されており、本明細書で引用している。’５８２号特許が開示する従来型３次元測定システムは、手動で操作する複数の関節で連結された多関節アームから成り、一端に支持ベースを、もう一端に測定用プローブを備えている。ホストコンピュータが中間コントローラまたはシリアルボックスを介してアームと通信する。’５８２号特許において、アームはシリアルボックスと電子的に通信し、次いでシリアルボックスはホストコンピュータと電子的に通信することを評価されたい。同じく本明細書で引用している共願の米国特許第５，６１１，１４７号（’１４７号）に、多関節アームを有する同様のＣＭＭを開示している。この特許において、多関節アームは、プローブ端部に回転軸が追加されたことを始め多くの主要な特徴を含んでおり、従ってアーム内のベアリング用に改良された初期応力（ｐｒｅ−ｌｏａｄ）が掛けられたベアリング構造だけでなく、２−１−３または２−２−３関節構成（後者の場合７軸アームである）を有するアームを提供する。

その他の関連する従来技術ＣＭＭとして、一つ以上自由度を減らすべくロック可能な移送筐体を有する多関節アームを提供する共願の米国特許第５，９２６，７８２号（’７８２号）、および短時間で取外し可能な据付けシステムを有する多関節アームを提供する米国特許第５，９５６，８５７号（’８５７号）が含まれる。

ここに記述する、より新しいタイプの可搬式ＣＭＭでは、ホストコンピュータが提供するソフトウェアに機能が組み込み済みであるため、中間コントローラやシリアルボックスを用いる必要がない。本明細書で引用している共願の米国特許第５，９７８，７４８号（’７４８号）に、１個以上の実行可能プログラムを保存していて、ユーザーに命令（例えば点検手順）を提供し、基準データの役割を果たすＣＡＤデータを保存するオンボードのコントローラを有する多関節アームを開示している。’７４８号特許において、コントローラはアームに据付けられていて、点検手順等の処理を通じてユーザーを誘導する実行可能プログラムを実行する。このようなシステムでは、ホストコンピュータを用いて実行可能プログラムを生成することができる。アームに据付けられたコントローラを用いて、実行可能プログラムの実行はできるが、実行可能プログラムを作成したり、実行可能プログラムを修正することはできない。ビデオゲーム・システムに例えれば、ホストコンピュータはビデオゲームを書いたり修正するプラットフォームの役割を、アーム据付けのコントローラはビデオゲームを実行するプラットフォームの役割を果たす。コントローラ（すなわちプレーヤー）は実行可能プログラムを修正することができない。’７４８号特許に記述されているように、この結果、各々の多関節アームにはホストコンピュータが必要でなくなるため、３次元の座標測定システムのコストが削減される。本願出願人により出願され、本明細書で引用している米国特許出願第０９／７７５２３６号（’２３６号）に、’７４８号特許に開示された種類の座標測定システムのユーザーに実行可能プログラムを配信する方法およびシステムを開示している。本方法は、顧客から実行可能プログラムを作成するための要件の受信と、実行可能プログラムに関する情報の取得を含む。次いで、３次元座標測定システムにより実行される多くの測定ステップを通じて操作者を誘導する実行可能プログラムが開発される。実行可能プログラムは好適には、インターネット等のオンライン・ネットワークを介して顧客に配信される。

共願である米国特許第６，１３１，２９９号（’２９９号）（全体を本明細書で引用している）に、操作者が位置データおよびシステム・メニュー・プロンプトを適宜表示できるようにディスプレイ装置が配置された多関節アームを開示している。ディスプレイ装置は例えば、システムの電源、トランスデューサ位置の状態、およびエラー状態を示すＬＥＤを含んでいる。本願出願人が出願し、本明細書で引用している米国特許第６，２１９，９２８号（’９２８号）に、多関節アーム用のシリアル・ネットワークを開示している。シリアル・ネットワークは、アームに置かれたトランスデューサからコントローラへデータを転送する。各トランスデューサは、トランスデューサ・データを保存するメモリを有するトランスデューサ・インターフェースを含む。コントローラは各々のメモリに連続的にアドレス指定して、データはトランスデューサ・インターフェース・メモリからコントローラへ転送される。共願の米国特許第６，２５３，４５８号（’４５８号）および第６，２９８，５６９号（’５６９号）は共に、本明細書に記述する種類の多関節アーム可搬式ＣＭＭ用の調節可能なカウンタ・バランス機構を開示している。

上述のＣＭＭは当初の目的に良く合致しているものの、当業界では、より使いやすく、より効率的に製造でき、機能が向上している上により安価に販売可能な、改良型可搬式ＣＭＭに対するニーズが依然として存在することが認識されている。

米国特許第５，４０２，５８２号明細書 米国特許第５，６１１，１４７号明細書 米国特許第５，９２６，７８２号明細書 米国特許第５，９５６，８５７号明細書 米国特許第５，９７８，７４８号明細書 米国特許出願第０９／７７５２３６号明細書 米国特許第６，１３１，２９９号明細書 米国特許第６，２１９，９２８号明細書 米国特許第６，２５３，４５８号明細書 米国特許第６，２９８，５６９号明細書 米国特許第５，４８６，９２３号明細書 米国特許第５，５５９，６００号明細書 米国特許第５，７９４，３５６号明細書 米国特許第５，８２９，１４８号明細書

本発明に従って、可搬式ＣＭＭは、連結されたアームセグメントを有する多関節アームを含む。一実施形態において、アームセグメントはデュアルソケット関節を用いて所定の角度で互いに取付けられているベアリング／エンコーダ・カートリッジを含む。各カートリッジは少なくとも１個の、好適には２個の初期応力が掛けられたベアリング・アセンブリ、および好適には光学エンコーダであるエンコーダを、すべて円筒形の筐体内で組み立てられた状態で含む。好適には、２個以上のエンコーダ読み取りヘッドを各関節で用いることにより、平均化できる相殺効果を生起させる。アームセグメントは、ベースにおける広い直径からプローブ端部における狭い直径へ先細になっているアームと、ネジ込み式に相互接続されていてよい。

本発明の別の実施形態に従い、多関節アームの１個以上の連結されたアームセグメントは、人間工学および美観の面から快適な把持位置を提供するだけでなく、強い衝撃および摩滅を抑制すべく交換可能な保護カバーおよび／またはバンパーをも含む。

本発明の更に別の実施形態において、多関節アームは、ヒンジ関節のうちの１個に、一体化された内部カウンタ・バランスを含んでいる。このカウンタ・バランスは、金属シリンダから機械加工された比較的広い端部リングと、より狭い内部リングを有するコイルバネを利用する。当該バネは更に、バネ調整機構だけでなく、アームのヒンジ構造に係止する少なくとも２個の（好適には３個の）ポストを含む。

本発明の更に別の実施形態において、多関節アームは一端に測定用プローブを含む。当該測定用プローブは、容易に従来のハードプローブに換装可能な一体的に据付けられたタッチ・トリガプローブを有する。測定用プローブはまた、改良されたスイッチおよび測定用インジケータ・ライトを含む。一実施形態において、当該スイッチは長円の形状をなし、操作者により容易に始動できる。改良型スイッチは、操作者が容易に区別できるように、異なる色、表面テクスチャ、および／または高さを含む一方、インジケータ・ライトの操作を容易にすべく、好適には色分けされている。

本発明の別の実施形態は、一体化されたオンボード電源再充電器ユニットを有する多関節アームを含む。この電源／再充電器ユニットにより、完全可搬式ＣＭＭの実現を可能にして、ＣＭＭを遠隔地で、および／または直接ケーブル接続された多関節アームを必要とせずに利用することがはるかに容易になる。

本発明の更に別の実施形態は、一端に測定用プローブを有する多関節アームを含む。測定用プローブは、回転可能ハンドル・カバーおよび測定用プローブを囲むスイッチ・アセンブリを含む。回転可能ハンドル・カバーおよびスイッチ・アセンブリにより、測定用プローブは更に保持しやすくなり、手の位置によらず起動することができる。回転可能ハンドル・カバーの利用により更に、プローブ端部に第三の回転軸を備える必要がなくなり、従って（７軸ＣＭＭすなわち測定用プローブに第三の回転角を有するＣＭＭに比べて）より低コストかつ組み立てが容易な可搬式ＣＭＭが実現できる。

本発明の別の実施形態において、可搬式ＣＭＭは、一端に測定用プローブを、もう一方の端にベースを備えた多関節アームセグメントを有する多関節アームを含む。この実施形態の新規な特徴によれば、ベースはアームを磁気面に取付けるための一体化された磁気マウントを内部に備えている。一体化磁気マウントは好適には、多関節アームにネジ込み式に接続されており、使いやすさを旨としてオン／オフレバー（当該レバーは好適には、マウントが磁気面上に配置された際に自動的に噛み合う）を備えている。

本発明について上述のおよびその他の特徴や利点は、以下の詳細な説明および図面から当業者に評価かつ理解されよう。

最初に図１〜３を参照するに、本発明のＣＭＭの概要を１０に示す。ＣＭＭ１０は、複数の関節で接続され、手動で操作され、一端がベース部分１２に取付けられ、もう一方の端が測定用プローブ２８に取付けられた多関節アーム１４を含む。アーム１４は、基本的に２種類の関節、すなわち長関節（旋回運動用）および短関節（ヒンジ運動用）から構成されている。長関節はアームに沿って実質的に軸方向すなわち長手方向に配置される一方、短関節は好適にはアームの長手軸に対して９０°に配置されている。長／短関節は、一般に２−２−２構成として知られる（但し２−１−２、２−１−３、２−２−３等、他の関節構成も使用できる）方式で対にされる。これらの関節対を各々図４〜６に示す。

図４に、第一の関節対、すなわち長関節１６および短関節１８の分解図を示す。また、可搬式電源電子機器２０、可搬式電池パック２２、磁気マウント２４、および２部品ベース筐体２６Ａ、２６Ｂを含むベース１２の分解図も図４に示す。これらの部品の全てについて以下に更に詳しく述べる。

重要な点として、多関節アーム１４の各種の主要部品の直径がベース１２からプローブ２８へ向かって先細になっている点を評価されたい。このような先細りは連続的であっても、あるいは、図に示す実施形態のように先細りが不連続または段階的であってもよい。更に、多関節アーム１４の主要な部品は各々ネジ込み式に取付け可能であるため、従来技術のＣＭＭに付随する多数の固定具をなくすことができる。例えば、以下に述べるように、磁気マウント２４はネジ込み式に第一の長関節１６に取付けられている。このようなネジは好適には、セルフロック式の先細ネジであって、軸方向／曲げに対する剛性が増強される。あるいは、図２５Ａ、２５Ｂに示して以下に述べるように、多関節アームの主要な部品は、フランジが付随した補完し合う先細のオスおよびメス端部を有し、そのようなフランジはボルトで互いに締め付けられている。

図５を参照するに、長／短関節の第二の組を、第一の組に取付けられた状態で示す。第二の関節組は、長関節３０および短関節３２を含む。磁気マウント２４の長関節１６への取付けと整合して、長関節３０は長関節１６の内径面にネジ込むべくネジ込み式に取付けられている。同様に、図６を参照するに、第三の関節組は、第三の長関節３４および第三の短関節３６を含む。第三の長関節３４は、第二の短関節３２の内径面にネジ込み式に取付けられる。以下に更に詳しく述べるように、プローブ２８はネジ込み式に短関節３６に取付けられている。

好適には、各々の短関節１８、３２および３６は、鋳造および／または機械加工されたアルミニウム部品、あるいは軽量の硬合金または複合材料で製造されている。各々の長関節１６、３０および３４は好適には鋳造および／または機械加工されたアルミニウム、軽量の硬合金および／または繊維強化ポリマーで製造されている。上述の３種の関節対（すなわち、対１は関節対１６、１８から、対２は関節対３０、３２から、対３は関節対３４、３６からなる）の機械軸は滑らかで一様な機械挙動を得るべくベースに対して整列されている。ベース１２からプローブ２８へ向かう上述の先細構造は、負荷がより大きいベースでの剛性を増大させ、使用の邪魔にならないことが重要なプローブやハンドルでは断面積が小さい方が好適である。以下に更に詳しく述べるように、各々の短関節はいずれかの端が保護バンパー３８に関係付けられていて、各々の長いプローブは保護スリーブ４０または４１で覆われている。第一の長関節１６はベース筐体２６Ａ、Ｂにより保護されていて、スリーブ４０、４１が第二および第三の長関節３０、３４に同様の保護を与えることを理解されたい。

本発明の主要な特徴に従い、多関節アームの各関節は、図７および８に示す短いカートリッジ４２および長いカートリッジ４４のようなモジュラー・ベアリング／エンコーダ・カートリッジ（例えば）を用いる。これらのカートリッジ４２、４４は、デュアルソケット関節４６、４８の開口部に据付けられている。各ソケット関節４６、４８は、第一の凹部またはソケット１２０を有する第一の円筒状伸長部４７および第二の凹部またはソケット５１を有する第二の円筒状伸長部４９を含む。通常、ソケット１２０と５１は互いに９０°に配置されているが、その他の相対角度構成を用いてもよい。短いカートリッジ４２はヒンジ関節を規定すべくデュアルソケット関節４６、４８の各ソケット５１に配置されている。一方、長いカートリッジ４４は関節４６（図２５参照）のソケット１２０に配置され、長いカートリッジ４４’（図２６参照）は関節４８のソケット１２０に配置されて、各々長手方向の旋回関節を規定する。モジュラーのベアリング／エンコーダ・カートリッジ４２、４４は、上にモジュラーのエンコーダ部品が据付けられているプレストレスすなわち初期応力が掛けられた二重ベアリング・カートリッジの分離を許す。このベアリング・エンコーダ・カートリッジは次いで、多関節アーム１４の外部骨格部品（すなわちデュアルソケット関節４６、４８）に固定的に取付けることができる。そのようなカートリッジを利用することは、多関節アーム１４のこれらの精巧なサブコンポーネントの生産を高速化可能にするため、当分野における重要な進歩である。

本明細書に記述する実施形態において、４種の異なるカートリッジ・タイプ、関節３０と３４用に２種の長軸カートリッジ、関節１６用に１種のベース軸カートリッジ、短関節１８用に１種のベース・カートリッジ（カウンタ・バランスを含む）、および関節３２と３６用に２種のヒンジ・カートリッジがある。更に、多関節アーム１４の先細りと整合するように、ベースに最も近いカートリッジ（例：長関節１６および短関節１８に配置）は、直径がより小さい関節３０、３２、３４および３６よりも大きい直径を有する。各々のカートリッジは、本実施形態においてデジタルエンコーダを備えた、初期応力が掛けられたベアリング装置およびトランスデューサを含む。図９、１０を参照するに、軸方向の長関節１６に配置されたカートリッジ４４について以下に述べる。

カートリッジ４４は、内側スリーブ５４および外側スリーブ５６により分離された一対のベアリング５０、５２を含む。ベアリング５０、５２に初期応力が掛けられている点が重要である。本実施形態において、このような初期応力は長さが異なる（内側スリーブ５４は、外側スリーブ５６より約０．０００５インチ短い）スリーブ５４、５６により与えられることにより、締め付けた際に予め選択された初期応力がベアリング５０、５２に生成される。ベアリング５０、５２は、シャフト６０に回転可能に据付けられたアセンブリによりシール５８を用いて密封される。シャフト６０はその上面において、シャフト上側筐体６２で終端する。環６３がシャフト６０とシャフト上側筐体６２の間で規定されている。内側ナット６６と外側ナット６８の組合せを用いてシャフトおよびそのベアリング・アセンブリが筐体６４に確実に取付けられた状態で、このアセンブリ全体が、外側カートリッジ筐体６４内に配置されている。組立てられたならば、外側筐体６４の上部６５が環６３内に受容される点に注意されたい。内側および外側ナット６６、６８を締め付けた際に上述の初期応力がベアリング５０、５２に加えられ、ベアリングに圧縮力を加え、内側および外側スペーサ５４、５６の長さが異なるために所望の初期応力が掛かる点を理解されたい。

好適には、ベアリング５０、５２は二重ボールベアリングである。十分な初期応力を得るために、ベアリング面ができるだけ平行であることが重要である。平行性が、ベアリング周囲の初期応力の均一性に影響を及ぼす。不均一な負荷は、ベアリングに粗く不均一な走行トルク感覚を与え、予測不可能なラジアル振れが生じてエンコーダ性能が低下する。モジュラーに据付けられたエンコーダ・ディスク（後述する）のラジアル振れから、読み取りヘッド部の下方に不要な干渉パターンシフトが生じる。この結果、大幅なエンコーダ角度測定誤差が生じる。更に、好適な二重ベアリング構造の剛性はベアリング間距離に直接関係する。ベアリング間が遠くに離れているほどアセンブリの剛性が高くなる。スペーサ５４、５６を用いてベアリング間距離を長くするために用いる。カートリッジ筐体６４は好適にはアルミニウムであるため、スペーサ５４、５６もまた好適にはアルミニウム製であって、微細機械加工により長さと平行性が調整されている。その結果、温度が変化しても、初期応力を相殺する筈の差異の拡大が生じない。上述のように、初期応力はスペーサ５４、５６の長さの既知の差異を見込んだ設計により確立される。ナット６６、６８が完全に締められたならば、長さの差異がベアリング初期応力に結果としてなる。関節感触と同様に、わずかでも汚染されていれば全ての回転運動およびエンコーダ精度に影響するため、シール５８を利用して密封されたベアリングが得られる。

カートリッジ４４は好適には一対の間隔を置いたベアリングを含む一方、カートリッジ４４は代替的に、単一のベアリングまたは３個以上のベアリングを含んでいてよい。このように、各カートリッジは、最低限少なくとも１個のベアリングを必要とする。

本発明の関節カートリッジは、回転が制約されなくても、または回転が制約されていてもよい。回転が制約されている場合、筐体６４の外面上のフランジ７２上の溝７０は、シャトル７４を受容する円筒状トラックを提供する。シャトル７４は、回転を阻止する回転止めセットネジ７６等の着脱可能なシャトル止めに当接するまでトラック７０内を動く。回転の量は、必要に応じて変わり得る。好適な実施形態において、シャトルの回転は、７２０°未満に制約されている。本明細書における回転シャトル止めの種類について、共願の米国特許第５，６１１，１４７号により詳しく述べられており、本明細書にその全文を引用している。

上述のように、別の実施形態において、本発明で用いる関節は回転が制約されなくてもよい。後者の場合、公知のスリップリング・アセンブリが用いられる。好適には、一方の端の断面直径８０がより大きい空洞または軸孔７８がシャフト６０自身を貫通している。軸孔７８と８０の間で交差で規定されるショルダーに円筒状スリップリング・アセンブリ８２が当接する。スリップリング・アセンブリ８２は、モジュラー関節カートリッジで述べた、初期応力が掛けられたベアリング・アセンブリに関して非構造的（すなわち、機械的作用を提供せず、電気的および／または信号伝達機能だけを提供する）である。スリップリング・アセンブリ８２は任意の市販スリップリングで構成されていてもよいが、好適な実施形態ではスリップリング・アセンブリ８２は英国バークシャー州リーディング（Ｒｅａｄｉｎｇ，Ｂｅｒｋｓｈｉｒｅ、Ｕｎｉｔｅｄ Ｋｉｎｇｄｏｍ）のＩＤＭ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ社から販売されているＨシリーズ・スリップリングを含む。このようなスリップリングは、サイズが小型であり、その円筒状設計によりシャフト６０内の開口部８０での使用に理想的である。シャフト６０を貫通する軸孔８０は、スリップリング・アセンブリ８２からの導線を受容すべくサイズが設定されて構成された溝８６と導通（ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）する開口部８４で終端している。このような導線は、所定位置に固定されていて、溝８６および開口８４に嵌めて受容される導線カバー８８により保護されている。このような導線を図１０の９０で図式的に示す。

上述のように、モジュラーカートリッジ４４は、上述の初期応力が掛けられたベアリング構造および以下に述べるモジュラーエンコーダ構造の両方を含む。引き続き図９、１０を参照するに、本発明で用いる好適なトランスデューサは、２個の主要な部品である読み取りヘッド９２およびグレーティング・ディスク９４を有するモジュラー光学エンコーダを含む。本実施形態において、一対の読み取りヘッド９２が読み取りヘッド・コネクタ基板９６に配置されている。コネクタ基板９６は、取付けプレート１００に（固定具９８を介して）取付けられる。ディスク９４は好適には、シャフト６０の下部ベアリング面１０２に（好適には適当な接着剤を用いて）取付けられ、読み取りヘッド９２（プレート１００により支持および保持される）とは間隔を置かれて整列される。導線通路１０４および密封キャップ１０６は、筐体６４の下端に最後の外側カバーを提供する。導線通路１０４は、図１０に最もわかりやすく示すように、導線９０を捕捉して保持する。接着剤１０２を適用したことによりシャフト６０がエンコーダ・ディスク９４を保持して回転させることを理解されたい。図９、１０に二重読み取りヘッド９２を示す。しかし、２個より多くの読み取りヘッドを使ってもよく、あるいは図９Ａに示すように単一の読み取りヘッドを用いてもよいことを理解されたい。図９Ｂ〜Ｅに、２個を超える読み取りヘッドを有するモジュラーカートリッジ４４の例を示す。図９Ｂ〜Ｃに、プレート１００に受容されて、９０°間隔（異なる相対的間隔が適当かもしれないが）間隔を置いた４個の読み取りヘッド９２を示す。図９Ｄ〜Ｅに、プレート１００に受容されて、１２０°の間隔（異なる相対間隔が適当であるにもかかわらず）を置いた３個の読み取りヘッド９２を示す。

ディスク９４を適切に整列すべく、筐体６４を貫通して穴（図示せず）がディスク９４に隣接する場所に提供される。ツール（図示せず）が次いで、ディスク９４を適切に整列させて、その上でディスク９４とシャフト６６の間の接着剤が硬化してディスク９４を所定の位置に固定する。次いで穴プラグ７３が筐体６４の穴を貫通して配置される。

ディスク９４および読み取りヘッド９２の位置を逆にすることで、ディスク９４が筐体５６に取付けられ、読み取りヘッド９２がシャフト６０とともに回転することができる点に特に注意されたい。そのような実施形態を図１２Ａに示すが、基板９６’が（接着剤により）回転すべくシャフト６０’に取付けられている。一対の読み取りヘッド９２’が基板９６’に取付けられていることによりシャフト６０とともに回転する。筐体６４に取付けられた支持部１００’にディスク９４’が配置されている。いずれにせよ、ディスク９４または読み取りヘッド９２のどちらかが軸とともに回転すべく据付けられている点を理解されたい。特に重要なのは、ディスク９４および読み取りヘッド９２が光学的な導通（ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）を維持しながら、各々に対して回転可能であるようにカートリッジ（または関節）に配置されている点である。

好適には、本発明で用いる回転エンコーダが、本明細書に全文を引用している米国特許第５，４８６，９２３号および第５，５５９，６００号に開示されているものと同様である。このようなモジュラーエンコーダは、商品名ピュア・プレシジョン・オプティクス（Ｐｕｒｅ Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ Ｏｐｔｉｃｓ）でマイクロＥシステムズ社（ＭｉｃｒｏＥ Ｓｙｓｔｅｍｓ）から販売されている。これらのエンコーダは、回折次数間の干渉を検出する物理的光学機器に基づいていて、干渉パターンに挿入された光検知器配列（例：読み取りヘッド（群））からほぼ完全な正弦波信号を生成する。正弦波信号は電子的に補間されて、光干渉の一部に過ぎない変位でも検出可能になる。

レーザー光源を用いて、レーザー光線が最初にレンズにより平行化され、開口部によりサイズ調整される。平行化されたサイズ調整ビームは離散的次数に光を回析する格子を通過するが、格子構造により第ゼロおよび全ての偶数次数が抑制されている。第ゼロ次数が抑制されているため、発散する第３次数を超える領域が存在し、±第１次数だけが重なってほぼ純粋な正弦波干渉を生成する。１個以上の光検知器配列（読み取りヘッド）がこの領域内に設置されて、格子と検知器の間に相対的な運動がある場合に、ほぼ純粋な正弦波出力のチャネルを４個生成する。電子機器は、出力を所望のレベルの解像度まで増幅、正規化、および補間する。

このようにエンコーダの設計が簡単なことで、従来技術の光エンコーダに比べていくつかの利点が得られる。レーザー源と平行光学系、回析格子、および検知器配列だけで測定を行なうことができる。この結果、従来技術のかさばるエンコーダに比べて、極めてコンパクトなエンコーダ・システムが得られる。また、格子と干渉運動が直接関係していることで、エンコーダは、従来技術の装置が影響を受けやすい環境に起因する誤差に対して堅牢になる。更に、干渉領域が大きいため、またこの領域内のいたるところでほぼ正弦波の干渉が得られるため、従来技術のエンコーダに比べて整列の許容誤差がはるかに緩やかである。

上述の光学エンコーダの重要な利点は、スタンドオフ方向および距離、すなわちエンコーダ・ディスクに対する読み取りヘッドの距離および方向の精度がはるかに緩い点である。これにより、極めて正確な回転測定および組立てが容易なパッケージが可能になる。この「形状に寛容な」エンコーダ技術を用いる結果、大幅にコストが削減されて製造が容易なＣＭＭ１０が得られる。

上述の好適な実施形態が光ディスク９４を含んでいる一方、本発明の好適な実施形態はまた、読み取りヘッドによる相対運動の測定を可能にする任意の光干渉パターンも含む。ここでの用語として、そのような干渉パターンとは、運動の測定を行なう光学要素が任意の仕方で繰り返し配列されたものを意味する。そのような光学要素すなわち干渉パターンは上述のように回転または静止ディスクに据付けられていても、あるいは、カートリッジの相対運動している部品（シャフト、ベアリングまたは筐体等）のいずれかに溶着、固定または別途配置または設置されていてもよい。

実際、読み取りヘッドおよび付随する周期的配列またはパターンは必ずしも光学機器（上述のような）に基づいている必要は全くない。むしろ、より広義には、読み取りヘッドは、運動、一般には回転運動の測定に利用できる何らかの測定可能な量の何らかの周期的パターンを読む（または感知する）ことができる。そのような別の測定可能な特徴として、例えば反射度、不透過度、磁場、電気容量、インダクタンスまたは表面の粗さが含まれる。（表面の粗さのパターンはＣＣＤカメラ等のカメラの形で読み取りヘッドまたはセンサーを用いて読み取ることができる点に注意されたい）。そのような場合、読み取りヘッドは例えば、磁場、反射度、電気容量、インダクタンス、表面の粗さ等の周期的変化を測定する。従ってここでの用法として、用語「読み取りヘッド」は、これらの測定可能量または特徴の解析を行なうための任意のセンサーまたはトランスデューサおよび付随する電子機器を意味し、光学読み取りヘッドは好適な一例に過ぎない。無論、読み取りヘッドにより読まれる周期的なパターンは、読み取りヘッドと周期的パターンの間に相対運動（一般には回転運動）がある限り任意の表面に設置されていてよい。周期的パターンの例として、パターン内の回転または静止部品に溶着された磁気、誘導、または容量媒体が含まれる。更に、読み取る周期的パターンが表面の粗さである場合、付随する読み取りヘッド（恐らくＣＣＤカメラ等のカメラ）と導通する任意の部品の表面の粗さが利用できるため、別個の周期的媒体を溶着したり、別途提供する必要がない。

上述のように、図９、１０は軸方向の長関節１６用のモジュラーベアリングおよびエンコーダ・カートリッジの要素を示す。図１１、１２は軸方向の長関節３０、３４用のベアリングおよびエンコーダ・カートリッジを示す。これらのカートリッジ・アセンブリは、図９、１０に示すものとほぼ同様であり、従って４４’として指示する。図から明らかなカートリッジ４４との若干の違いは、例えば、導線キャップ／カバー８８’の構成が異なり、導線通路／カバー１０４’、１０６’、および筐体６４’上端のフランジ７２’の位置がわずかに異なる点である。また、筐体６４’とシャフト上側筐体６２の間のフランジが外向けに広がっている。無論、図１１、１２に示す各種部品の相対的な長さは、図９、１０に示すものとわずかに異なっていてよい。これらの部品全てがほぼ同様であるため、部品にはアポストロフィ（’）を付けた同一識別番号が付与されている。図１１Ａは図１１と同様であるが、単一読み取りヘッドの実施形態を示す。

図１３、１４を参照するに、短いヒンジ関節３２、３６内のベアリングおよびエンコーダ・カートリッジについて同様の分解および断面図を示す。図１１、１２の長軸関節４４’と同様に、短いヒンジ関節３２、３６用のカートリッジは上で詳述したカートリッジ４４と極めてよく似ており、二重アポストロフィを用いて同様の部品を識別する方式に従ってこれらのカートリッジの部品を４４”で識別する。カートリッジ４４”は短関節３２，３６に用いることを意図しているため、これらの関節のヒンジ運動に起因して導線が単に軸孔７８”、８０”を通過するのみであり、スリップリング・アセンブリは一切必要とされない。図１３Ａは図１３と同様であるが、単一読み取りヘッドの実施形態を示す。

最後に、図１５、１６を参照するに、短いヒンジ関節１８用のモジュラーベアリング／エンコーダ・カートリッジを１０８で示す。カウンタバランス・アセンブリが包まれている点が主な違いとしてカートリッジ１０８の部品のほぼ全てがカートリッジ４４、４４’および４４”の部品と同様または同一である。このカウンタバランス・アセンブリは、筐体６４”に収容されていてＣＭＭ１０に対し重要なカウンタバランス機能を提供するカウンタバランスバネ１１０を含んでいる。これについて図２６〜２８を参照しつつ以下に述べる。図１５Ａは図１５と同様であるが、単一読み取りヘッドの実施形態を示す。

上述のように、好適な実施形態において、エンコーダ内で複数の読み取りヘッドを用いることができる。エンコーダの角度測定は掛けられた負荷に起因するディスクの振れや放射状の運動により影響されることを理解されたい。互いに１８０°配置された２個の読み取りヘッドによる振れから、各々の読み取りヘッドに相殺効果が生じることがわかっている。これらの相殺は平均されて最終的な「外乱耐性（ｉｍｍｕｎｅ）」角度の測定が行なえる。このように、２個の読み取りヘッドを用いて生じるエラー相殺の結果、誤差の発生が減少し、より正確なエンコーダの測定が行なえる。図１７〜１９に、二重読み取りヘッドの実施形態の底面、断面、および上面図を各々示す。この実施形態は例えば、関節１６、１８（すなわち、ベースに最も近い関節）に見られる直径の大きいカートリッジに有用である。このように、カートリッジ端部キャップ１００には一対の回路基板９６が据付けられていて、各々の回路基板９６には読み取りヘッド９２が機械的に取付けられている。読み取りヘッド９２は好適には、ディスクの振れや放射状運動から生じるエラーを相殺すべく互いに１８０°離して配置されている。後述するように、各基板９６は更に内部バスおよび／または他の導線へ回路基板９６を取付けるためのコネクタ９３を含む。図２０〜２２に図１７〜１９と実質的に同じ部品を示すが、主な違いはカートリッジ端部キャップ１００の直径がより小さい点である。本実施形態の二重読み取りヘッドの直径がより小さいことは、例えば関節３０，３２、３４および３６のカートリッジ直径がより小さいことに関係している。

少なくとも２個の読み取りヘッド（または図９Ｄ〜Ｅに示す３個の読み取りヘッド、および図９Ｂ〜Ｃに示す４個の読み取りヘッドのようにそれ以上でもよい）を用いる方式はまた、より従来型の座標測定器にも採用されていて、コストと製造の複雑さを大幅に減少させる。例えば、本明細書で引用している米国特許第５，７９４，３５６号（以下「ＲＡＡＢ’３５６号」）に記述されている座標測定器は各関節について比較的簡単な構造を含んでいる。すなわち一方の関節半体とともに静止している第一の筐体、および第二の関節半体とともに静止している第二の筐体を含み、第一および第二の筐体が互いに対して回転可能にする初期応力が掛けられたベアリングを有する。第一の筐体はパッケージ化されたエンコーダを保持し、第二の筐体は、第一の筐体内へ伸長してパッケージ化されたエンコーダから突き出ているエンコーダ・シャフトと噛み合う軸方向に配置された内部シャフトを含む。従来技術のパッケージ化されたエンコーダでは極めて正確な回転測定を維持するために、自身に負荷が掛けられないこと、および内側シャフトの軸とパッケージ化されたエンコーダの軸とがたとえ少々ズレていても第二の筐体の運動が正確にエンコーダに伝達されることが求められていた。軸方向のズレに対する製造誤差を受容すべく、特別な連結装置がエンコーダ・シャフトと内側シャフトの間に接続される。このような構造がＲａａｂ’３５６号の図７に見られる。

対照的に、図３５は、ＲＡＡＢ’３５６号ＣＭＭからの連結装置およびパッケージ化されたエンコーダが取り外されて、エンコーダ・ディスク９６および端部キャップ１００で代替された改良型構造を示す。ここで、２個の関節は、互いに９０°に配置されており、各々の関節は第一の筐体４２０および第二の筐体４１０を有する。内側シャフト４１２は、第二の筐体４２０から伸長して第一の筐体４１０内へ入る。図に示すように、エンコーダ・ディスク９６は、例えば接着剤を用いて、内側シャフト４１２の端部に取付けられていて、一方、端部キャップ１００は第一の筐体４２０内に固定されている。しかし、エンコーダ・ディスク９６が第一の筐体４２０内に固定されて、端部キャップ１００が内側シャフト４１２に固定されていても関節の運動に影響を及ぼさないことを理解されたい。

上述のように、２個以上の読み取りヘッドを用いることで生じる誤差の相殺の結果、たとえ少々ズレていても誤差の発生が減少し、より正確なエンコーダの測定が行なえる。また、格子と干渉運動が直接関係していることで、エンコーダは、従来技術の装置が影響を受けがちな環境に起因する誤差に対して強靭になる。更に、干渉領域が大きいため、またこの領域内のいたるところでほぼ正弦波である干渉が得られるため、上述のように、従来技術のエンコーダに比べて整列の許容誤差がはるかに緩い。

別の例として、本明細書で引用しているＥａｔｏｎの米国特許第５，８２９，１４８号（以下「ＥＡＴＯＮ’１４８号）は、主回転ベアリングを提供することによりパッケージ化されたエンコーダが各々の関節の一体化部分を形成する従来技術ＣＭＭを記述している。従って、上述のＲａａｂ’３５６号で必要とされた軸方向のズレを補償する必要性が一切回避される。しかし、エンコーダが主回転ベアリングを提供するため、エンコーダが構造的に堅牢であり、各種の負荷を受けても性能に影響を及ぼさないことが重要である。これは、エンコーダのコストと寸法を増大させる。このような構造をＥＡＴＯＮ’１４８号の図４に見ることができる。

対照的に、図３６は、ＥＡＴＯＮ’１４８ＣＭＭから１関節のパッケージ化されたエンコーダおよび接続シャフトが取り外されて、端部キャップ１００およびエンコーダ・ディスク９６で代替された改良型構造を示す。ここで、第一の筐体４７０が端部キャップ１００を保持し、ベアリング４７２により第二の筐体４６０の内側シャフト４６２を保持している。内側シャフト４６２が伸長して近傍の端部キャップ１００を終端させ、エンコーダ・ディスク９６は、例えば接着剤を用いて、内側シャフト４６２の端部に取付けられている。図３５の示す実施形態のように、２個以上の読み取りヘッドを用いることにより、精度を犠牲にすることなく、関節のコストおよび複雑さが大幅に削減される。

ここで図２３Ａを参照するに、図９Ａ、１１Ａ、１３Ａおよび１５Ａの単一読み取りヘッド実施形態に関して電子機器のブロック図を示す。ＣＭＭ１０が好適には外部バス（好適にはＵＳＢバス）２６０および内部バス（好適にはＲＳ−４８５）２６１を含み、内部バス２６１は、より多くのエンコーダ、更には例えば第７軸として外側に取付けられたレールまたは追加された回転軸のいずれかに対応して拡張可能に設計されていることを理解されたい。内部バスは好適にはＲＳ４８５と整合性を有し、このバスは好適にはシリアル・ネットワークとして用いるべく設定されていて、その仕様は、本明細書に全文を引用している共願の米国特許第６，２１９，９２８号に開示されているように、可搬式ＣＭＭアームのトランスデューサからデータを転送するシリアル・ネットワークと整合性を有する。

図２３Ａを参照するに、各カートリッジ内の各エンコーダにはエンコーダ基板が関連付けられている点を評価されたい。関節１６のカートリッジ用のエンコーダ基板は、ベース１２内に配置されていて、図２５の１１２として識別される。関節１８および３０用のエンコーダは、第二の長関節３０に配置されて図２６の１１４として識別される二重エンコーダ基板上で処理される。図２６はまた、関節３２および３４で用いるエンコーダ用に同様の二重エンコーダ基板１１６を示し、基板１１６は図２６に示すように第三の長関節３４に配置されている。最後に、端部エンコーダ基板１１８が図２４で示すように測定用プローブ・ハンドル２８内に配置されていて、短関節３６のエンコーダを処理するために用いられる。基板１１４，１１６および１１８の各々には、温度過渡に起因する温度補償を提供すべく熱電対が関連付けられている。各基板１１２，１１４、１１６および１１８には、埋め込み式アナログ−デジタル変換、エンコーダ・カウント、およびシリアルポート通信が組み込まれている。各基板はまた、動作データをローカルに保存できるようにすべく読み出しプログラム可能なフラッシュメモリを有する。主プロセッサ基板１１２はまた、外部ＵＳＢバス２６０を介してフィールド・プログラム可能である。上述のように、内部バス（ＲＳ−４８５）２６１はより多くのエンコーダ用に拡張可能に設計されていて、かつ外側に取付けられたレールおよび／または第７回転軸のいずれかを含む。内部バス診断を実施すべく軸ポートが用意されている。これらの図において１０で示すタイプの複数のＣＭＭは、外部のＵＳＢ通信プロトコルの能力に起因して単一のアプリケーションに割当てることができる。更に、全く同じ理由で複数のアプリケーションを単一のＣＭＭ１０に割当てることができる。

好適には、各基板１１２、１１４、１１６および１１８は、品番ＤＳＰ５６Ｆ８０７でモトローラ社から販売されているプロセッサ等の１６ビット・デジタル信号プロセッサを含む。この単一プロセッサ部品は、シリアル通信、４倍複合化、Ａ／Ｄコンバータ、およびオンボード・メモリを含む多くの処理特徴を組み合わせることにより、各基板に必要とされるチップの総数を削減することができる。

本発明の別の主要な特徴によれば、エンコーダの各々には、個別化された識別チップ１２０が関連付けられている。このチップは個々のエンコーダを識別し、従って個々のベアリング／エンコーダのモジュラーカートリッジを識別することにより品質管理、テスト、および修理を容易かつ迅速に行なえるようにする。

図２３Ｂは、２３Ａ図と同様の電子機器ブロック図であるが、図１０、１２、１４および１６〜２２の二重読み取りヘッドの実施形態を示す。

図２４〜２６を参照するに、多関節アーム１４内の各カートリッジのアセンブリについて以下に述べる（図２４にアーム１０をベース１２無しで示す点に注意された。また、図２４〜２６では図９Ａ、１１Ａ、１３Ａおよび１５Ａの単一読み取りヘッドの実施形態を採用している点にも注意されたい）。図２５に示すように、第一の長関節１６は、上端がデュアルソケット関節４６の円筒状ソケット１２０に挿入された比較的長いカートリッジ４４を含む。カートリッジ４４は、適切な接着剤を用いてソケット１２０内に固定的に保持されている。反対側にある、カートリッジ４４の下端は伸長チューブに挿入されていて、本実施形態ではアルミニウム・スリーブ１２２であってよい（しかし、スリーブ１２２はまた、硬合金または複合材料から作られていてもよい）。カートリッジ４４は、再び適切な接着剤を用いてスリーブ１２２に固定されている。スリーブ１２２の下端は、内側ネジ山１２６が切られた、より大きな外径部分１２４を含んでいる。図４に明示するように、このネジ山は外向きに先細になっていて、磁気マウント筐体１３０の内向きに先細のネジ１２８とネジ込み式に噛み合うべく構成されている。上述のように、ＣＭＭ１０の複数の関節の全ては、このような先細のネジ山を用いて相互に接続されている。好適には、先細ネジは自己締め付けＮＰＴタイプあるため、ロックナットその他の締め付け機器を必要としない。このネジもネジ固定具の余地があり、備えるべきである。

図２６を参照するに、第一の長関節１６の場合と同様に、長いカートリッジ４４’は、デュアルソケット関節４６’の円筒状開口部１２０’に接着剤で固定されている。カートリッジ４４’の外側筐体６４’は、フランジ７２の低面により規定されるショルダー１３２を含んでいる。このショルダー１３２は、筐体６４の外面を覆うように囲む円筒状の伸長チューブ１３４を支持している。関節内で伸長チューブを用いて、ネジ込み部品に取付けるための可変長チューブが作られる。伸長チューブ１３４はこのようにカートリッジ６４’の底部から外向きに伸長し、その内部にネジ山付きスリーブ１３６が挿入されている。適当な接着剤を用いて、スリーブ１３６とチューブ１３４を接着するだけでなく、筐体４４’を伸長チューブ１３４に接着する。スリーブ１３６は、上に外側ネジ山１３８が切られた先細部分で終端する。外側ネジ山は、デュアルソケット関節４８の開口部１４４に接着剤で固定された接続部分１４２の内側ネジ山１４０と噛み合う。好適には、伸長チューブ１３４は適当な炭素繊維複合材等の複合材料から作られており、一方、ネジ込み可能なスリーブ１３６はデュアルソケット関節４８の温度特性に合うようにアルミニウムから作られている。ＰＣ基板１１４が支持部１４６に固定されていて、支持部材１４６自体はデュアルソケット関節支持部１４２に固定されていることを評価されたい。

上述のネジ込み接続に加え、図２５Ａ〜Ｂに示すように、関節の一つ、一部、または全てを、ネジ山付き固定具を用いて相互に接続することができる。図２６のネジ山付きスリーブ１３６ではなく、図２５Ｂのスリーブ１３６’は補完的な先細ソケット支持部１４２’に受容される滑らかな先細端部１３７を有する。フランジ１３９がスリーブ１３６’から円周上を外側に伸長し、ネジ山付きボルト１４１を受容すべくボルト穴の配列（この場合６個）が貫通している。ボルト１４１は、ソケット支持部１４２の上面に沿って対応する穴にネジ込み式に受容される。図２６の実施形態と同様に、伸長チューブ１３４’はスリーブ１３６’を覆うように受容される。関節用の補完的な先細のオスおよびメスの相互接続は、従来技術に比べて改良された接続インターフェースを提供する。

引き続き図２６を参照するに、第三の長関節３４のカートリッジ４４”は、長関節３０のカートリッジ４４’と同様に、アーム１４に固定されている。すなわち、カートリッジ４４”の上部はデュアルソケット関節４６の開口部１２０”に接着時により固定されている。伸長チューブ１４８（好適には、チューブ１３４に関して述べたように複合材料から作られている）が外側筐体６４”の上方に配置されて、そこから外向きに伸長して、伸長チューブ１４８の内径に接着剤で固定された嵌合スリーブ１５０を受容する。嵌合スリーブ１５０は、外側ネジ山１５２が切られた先細部分で終端し、デュアルソケット関節１４８’内で接着剤により円筒状ソケット１５６に取付けられているデュアルソケット関節支持部１５４の補完的な内側ネジ山１５３と噛み合う。プリント回路基板１１６は同様に、デュアルソケット関節支持部１５４に固定されたＰＣＢ支持部１４６’を用いて、デュアルソケット関節に接続している。

図７、８に関して述べたように、図１３、１４の短いカートリッジ４４’、および図１５の１０８は２個のデュアルソケット関節４６、４８の間に単に配置されて適当な接着剤を用いてデュアルソケット関節内に固定されている。その結果、長短両方のカートリッジは直角に（または必要に応じて直角以外の角度で）互いに取付けることが容易である。

上述のようなモジュラー・ベアリング／トランスデューサ・カートリッジは、例えば上述のＲＡＡＢ’３５６号およびＥＡＴＯＮ’１４８号特許に示す可搬式ＣＭＭの重要な技術的進歩をもたらす。これは、カートリッジ（またはカートリッジの筐体）が実際に多関節アームを形成する各々の関節の構造的要素を規定するからである。ここで用いる「構造的要素」とは、アームを変形させることなく（最悪でも最小限の変形で）回転を伝達するために、カートリッジの表面（例：カートリッジの筐体）が多関節アームの他の構造上の部品に堅牢に取付けられていることを意味する。これは、ロータリー・エンコーダが関節要素（但し伝達要素ではなく）の一部であって、別個の分かれた関節要素および伝達要素が必要とされる（ＲＡＡＢ’３５６号やイートン’１４８号特許に開示されているような）従来の可搬式ＣＭＭとは対照的である。要するに、本発明は、関節および伝達要素の機能を組み合わせて単一のモジュラー要素（すなわちカートリッジ）としたことにより別個の伝達要素（例：伝達部材）が必要なくなった。従って本発明は、別個の分かれた関節および伝達部材を含む多関節アームではなく、すべてがアームの構造的要素である、より長い関節要素およびより短い関節要素の組合せ（すなわちカートリッジ）で構成される多関節アームを用いる。これにより、従来技術に比べて効率が良くなる。例えば、’１４８号および’５８２号特許の関節／伝達部材の組合せで用いられるベアリングの個数は４個（関節に２個のベアリングおよび伝達部材に２個のベアリング）であったのに、本発明のモジュラー・ベアリング／トランスデューサ・カートリッジは最低１個のベアリング（但し２個のベアリングが好適である）を用いて同じ機能を（但し改良された異なる方法で）実現することができる。

図２４Ａ、および２６Ａ〜Ｂは、図２４〜２６と同様の断面図であるが、図１０、１２、１４および１６〜２２の二重読み取りヘッドの実施形態を示し、更に図３Ａに示すＣＭＭ１０’断面図である。

多関節アーム１４の全長および／または各種のアームセグメントは、意図された用途に応じて異なっていてよい。一実施形態において、多関節アームの全長は約２４インチであって、約０．０００２〜０．０００５インチのオーダーの測定を行なうことができる。このアーム寸法および測定精度により、マイクロメーター、高さゲージ、カリパス等、典型的な手工具を用いて現在実施されている測定によく適した可搬式ＣＭＭを提供する。無論、多関節アーム１４の寸法および精度レベルはこれより小さくても大きくてもよい。例えば、より大きいアームは全長が８〜１２フィート、付随する測定精度が０．００１インチであってよく、従って大多数のリアルタイム検査用途またはリバース・エンジニアリング用途に用いることができる。

ＣＭＭ１０はまた、自身に据付けられたコントローラと共に用いられて、上述の特許第５，９７８，７４８号および特許出願第０９／７７５，２２６号に開示されたような比較的簡単な実行可能プログラムを実行することができ、あるいはホストコンピュータ１７２上のより複雑なプログラムとともに用いることができる。

図１〜６および２４〜２６を参照するに、好適な実施形態において、長／短関節の各々は、強い衝撃を抑制して人間工学的に心地よい把持位置（それとともに美学的に快い外観）を提供すべく機能するエラストマ系バンパーまたはカバーにより保護されていている。長関節１６、３０および３４はすべて、衝撃および摩滅プロテクタとして機能する剛性プラスチック（例：ＡＢＳ）の交換可能カバーにより保護されている。第一の長関節１６の場合、この剛性プラスチックの交換可能カバーは図４にも示すように２部品ベース筐体２６Ａ、２６Ｂの方式である。長関節３０、３４は、一対のカバー部分４０、４１により各々保護されていて図５、６に示すように、適当なネジを用いてクラムシェル型に一緒に固定されて保護スリーブを形成する。好適な実施形態において、各長関節３０、３４用のこの剛性プラスチック交換可能カバーは各々、好適には複合材料（炭素繊維）からなる伸長チューブ１３４、１４８を囲む。

好適には、カバーの１個、この場合はカバー部分４１は、一体成形された傾斜支持ポスト１６６を含み、プローブ２８が休止位置でベース１２と衝突するのを防ぐためにアームの肘部での回転を制限する。これは、図３、２４および２６に最もわかりやすく示されている。このようにポスト１６６が不必要な衝撃や摩滅を抑制することを理解されたい。

図２９、３１を参照しつつ述べるように、プローブ２８はまた、剛性プラスチック材料から作られた交換可能なプラスチック保護カバーを含んでいてよい。

図３Ａ、２４Ａ、および２６Ａ〜Ｂに、これもクラムシェル構造を有する別の保護スリーブ４０’、４１’を示すが、これらはネジ山付き固定具ではなく、ストラップまたはスプリング・クリップ１６７を用いて所定の位置に保持されている。

短関節１８，３２および３６の各々は、上述のように、また図１〜３および５〜６に明示するように、一組のエラストマ系（例：Ｓａｎｔｏｐｒｅｎｅ（登録商標）等の熱可塑性ゴム）バンパー３８を含んでいる。バンパー３８は、ねじ込み式固定具、適切な接着剤のいずれか、または他の任意の適切な方法を用いて取付けることができる。エラストマ系またはゴム・バンパー３８は強い衝撃も抑制するだけでなく、美学的に快くて人間工学的に心地よい把持位置も提供する。

上述のカバー４０、４１、４０、４１’およびバンパー３８はすべて容易に交換可能（ベース筐体２６Ａ、２６Ｂと同様に）であり、ＣＭＭ１０の機械性能に影響することなくアーム１４を迅速かつ経済的に修理することができる。

引き続き図１〜３を参照するに、ベース筐体２６Ａ、Ｂは図３の１６８に示すように球体を取付けるために少なくとも２個の円筒ボスを含む。当該球体を用いてクランプ・タイプのコンピュータ・ホルダ１７０を取付けることができ、次いで当該ホルダーが河搬式その他のコンピュータ装置１７２（例「ホストコンピュータ」）を支持する。好適には、円筒ボスはベース筐体２６Ａ、Ｂのどちら側に提供されてもよく、ボールおよびクランプ型コンピュータ・マウントをＣＭＭ１０のどちら側に取付けてもよい。

ここで図１５、１６、２７Ａ、Ｂおよび２８を参照するに、ＣＭＭ１０と共に用いるのに好適なカウンタ・バランスについて述べる。従来、本明細書に記述しているタイプの可搬式ＣＭＭは、カウンタ・バランスとして用いるべく多関節アームの外側にアウトリガー状に別個に据付けられた、外部据付けコイルバネを用いている。対照的に、本発明は多関節アームの断面全高を低くできる完全に一体化された内部カウンタ・バランスを用いる。通常、従来技術のカウンタ・バランスは、カウンタ・バランス機構に巻きコイルバネを利用していた。しかし、本発明の主要な特徴に従い、カウンタ・バランスは機械加工されたコイルバネ（巻きコイルバネではなく）を用いる。この機械加工バネ１１０は、図１６および２７Ａ〜Ｂに示されており、金属（鋼）の単一シリンダから形成されている。当該シリンダは、コイルの対向端部に一対の比較的広いリング１７４、１７６を、および端部コイル１７４、１７６の間に中間コイルを形成する比較的より狭いリング１７８を提供すべく機械加工されている。広い方の端部リング１７４、１７６が筐体６４”のシャフト６２’、１８２の各側面１８０に係合することにより、バネ１１０の横方向の動きを防いでいることを評価されたい。より広い、剛性端部リング１７４、１７６は、ねじれ防止装置として機能し、従来技術の巻きバネに比べてより優れた機能を提供する。端部リング１７４は好適には一対のロッキングポスト１８４、１８６（但し１個のロッキングポストだけが使用されが）を含み、一方、端部リング１７６はロッキングポスト１８８を含む。

図２７Ｂを参照するに、各デュアルソケット関節４６、４８は、デュアルソケット関節４６内の１９０および１９１に示すチャネルを含み、各々のポスト１８４、１８６または１８８を受容する。図２８を参照するに、ピン１８４、１８６はデュアルソケット関節４８の適当な溝またはグルーブ内の固定位置に残留し、ピン１８８の位置はバネ１１０上の全体的な巻き上げを最適化して最も効率的なカウンタ・バランス力を提供すべく変更することができる。これは、ネジ山付きネジ１９４を受容するネジ山付き穴１９２を用いて実現される。図２８に示すように、ネジ１９４を操作して、ピン１８８に接触させ、図２７Ｂに示すようにピン・アクセス・グルーブ１９０と直交する内側の溝１９６に沿ってピン１８８を円周に沿って時計回りに動かすことができる。ネジ１９４は好適には工場でバネ１１０を最適化すべく配置されている。

多関節アーム１４を利用している間、エンコーダ／ベアリング・カートリッジ１０８はヒンジ関節として作用し、ピン１８４、１８６および１８８は、デュアルソケット関節４６、４８のソケット内へ挿入されて接着剤により固定されたならば、その各々のグルーブに固定される点を評価されたい。ソケット関節４８がソケット関節４６に対して（カートリッジ１０８のヒンジ関節を経て）回転された場合、バネ１１０が巻き上げられる。ソケット関節４８が初期位置へ逆回転することが望ましい場合、バネ１１０を巻いた力は所望のカウンタ・バランス力を提供しつつ解放される。

多関節アーム１４が、グラインダ、梁または天井に逆さに据付けられることが望ましい場合、必要なカウンタ・バランスに対する適当な向きが実現されるために、バネ１１０は同様に反転（または後退）にすることができる。

ここで図２９および３０Ａ〜Ｃを参照するに、測定用プローブ２８の好適な実施形態について以下に述べる。プローブ２８は、プリント回路基板１１８を収容すべく内部空間１９８を有する筐体１９６を含む。筐体１９６が上述のタイプのデュアルソケット関節を構成し、回路基板１１８を支持すべく支持部材１９９が固定されたソケット１９７を含む点を評価されたい。好適には、ハンドル２８は２個のスイッチ、すなわち実行スイッチ２００および確認スイッチ２０２を含む。操作者がこれらのスイッチを用いて、測定の実行（実行スイッチ２００）、および動作中に測定の確認（確認スイッチ２０２）の両方を行なう。本発明の主要な特徴によれば、スイッチは使用中に極力混同しないよう、互いに相違している。この相違は一つ以上の方式で実現することができる。例えば、スイッチ２００、２０２は、異なる高さおよび／または異なる手触り（スイッチ２００の上面が滑らかなのに対してスイッチ２０２には窪みが付けられている点に注意されたい）および／または異なる色（例えば、スイッチ２００が緑色でスイッチ２０２が赤色）であってよい。また、本発明の主要な特徴によれば、インジケータ・ライト２０４は適切なプロービングを示すべくスイッチ２００、２０２に関連付けられている。インジケータ・ライト２０４は好適には二色光であって、例えば、光２０４は測定実行時に緑色（緑色の実行ボタン２００を押下して）、測定の確認時に赤色（赤色のボタン２０２を押下して）になる。多色光の利用は、光２０４の光源として公知のＬＥＤを用いて容易に実現できる。握りやすくするため、美観を向上させるため、および衝撃を抑制するために、２０６で示す上述のタイプの外側保護カバーがプローブ２８の一部を覆うように配置されている。ボタン２００、２０２およびランプ２０４の取付け用にスイッチ回路基板２０８が用意されて、支持部材１９９により支持されている。スイッチ基板２０８は、短いヒンジ関節３６の制御だけでなくスイッチおよび光インジケータを制御する部品を収納する基板１１８と電気的に相互接続されている。

本発明の別の主要な特徴によれば、また図３０Ａ〜Ｃおよび図２９の両方を参照するに、プローブ２８は永久固定されたタッチ・トリガプローブ、並びにタッチ・トリガプローブを保護しながら固定プローブを適応させる取外し可能なキャップを含む。タッチプローブ機構は図２９の２１０に示され、簡素化された三点運動シートに基づく。この従来の構造は、接触バネ２１６により一方に押さえ付けられたボール２１４に接触するノーズ２１２を含む。３本の接触ピン（１本のピンを２１８で示す）が下側にある電気回路と接触している。プローブ・・ノーズ２１２に対して何らかの力が加えられたならば、３本のソケットピン２１８のいずれかが持ち上げられ、その結果下側にある電気回路が開いて、スイッチが起動される。好適には、タッチ・トリガプローブ２１０は、前面の「実行」スイッチ２００と連動して動作する。

図３０Ｂに示すように、タッチ・トリガプローブ２１０を用いる場合、ネジ山付き保護カバー２２０が、トリガプローブ２１０を囲むネジ山２２２にネジ込み式に取付けられる。しかし、タッチ・トリガプローブよりも固定プローブを用いる方が望ましい場合、取外し可能キャップ２２０が取り外されて、図２９および３０Ａ〜Ｃの２２４で示す所望の固定プローブがネジ込み式にネジ山２２２に取付けられる。固定プローブ２２４に丸いボール２２６が取付けられているが、任意の異なる所望の固定プローブ構成もネジ山２２２を介して容易にネジ込み式にプローブ２８に取付けることができる点を評価されたい。タッチ・トリガプローブのアセンブリ２１０は、プローブ筐体１９６の一部を形成するネジ山付きコネクタ２３０内へネジ込み式に受容される筐体２２８に据付けられている。このネジ込み式の相互接続により、タッチ・トリガプローブ２１０がプローブ２８と完全に一体化される。完全に一体化されたタッチプローブを提供することは、本発明の主要な特徴を表わし、従来技術のＣＭＭに付随する従来技術の取外し可能タッチプローブから区別することができる。更に、永久固定されたタッチ・トリガプローブはまた、上述のように容易にハード・プローブに換装できる。

図２９Ａ〜Ｃに、本発明による測定用プローブの更に別の好適な実施形態を開示する。図２９Ａ〜Ｃに測定用プローブ２８を２８’で示し、これは図２９の測定用プローブとほぼ同様であるが「実行」および「確認」スイッチが設定されている点が主な相違である。測定用プローブ２８’は、図２９に示す離散的なボタン式スイッチではなく、２対の長円形のスイッチ２００ａ〜ｂおよび２０２ａ〜ｂを採用している。長円形のスイッチ２０２ａ〜ｂおよび２００ａ〜ｂの各対は、それぞれ図２９に関して上述した実行スイッチおよび確認スイッチに対応している。測定用プローブ２８’の実施形態が測定用プローブ２８の実施形態に比べて有利な点は、長円形スイッチの各対２０２および２００が測定用プローブのほぼ全周囲（または少なくとも周囲の大半）を囲み、従って可搬式ＣＭＭの操作者の始動がより容易に行なえることである。図２９の実施形態と同様に、各スイッチにインジケータ・ライト２０４が関連付けられていて、ライト２０４およびスイッチ２００、２０２がそれぞれの回路基板２０８’に据付けられている。また、図２９の実施形態と同様に、スイッチ２００、２０２は例えば異なる高さ、異なる手触りおよび／または異なる色を用いることで区別することができる。好適には、どの部位が押下されてもボタンが始動できるように、スイッチ２００、２０２は若干の遊びを有する。図２９の実施形態と同様に、上述の外側保護カバーが、２０６で適用され、プローブ２８’の一部を覆うように配置されている。

ここで図３１を参照するに、ＣＭＭ１０に使用する別の測定用プローブの概要を２３２に示す。測定用プローブ２３２は図２９の測定用プローブ２８と同様であるが、プローブ２３２が回転ハンドル・カバー２３４を含んでいる点が主な違いである。回転カバー２３４は間隔を置かれた一対のベアリング２３６、２３８に据付けられていて、当該ベアリング対は、カバー２３４が内芯２４０の回りを（ベアリング２３６、２３８を介して）自由回転可能に内芯または支持部２４０に据付けられている。ベアリング２３６、２３８は好適にはラジアル・ベアリングであって、プローブの扱い起因するアーム上の寄生トルクを最小化する。重要なのは、スイッチ板２０８’および対応するスイッチ２００’、２０２’、並びに発光ダイオード２０４’が回転するように、すべて回転ハンドルカバー２３４に据付けられている点である。回転中は、処理回路基板１１８’への電気接続性は、静止円形チャネル２４４に接触する間隔を置かれた公知の複数のバネフィンガー２４２を含む従来のスリップリング機構２４２を用いて提供される。次いで、これらの接触チャネル２４４は、回路基板１１８’に電気的に接続される。回転ハンドル・カバー２３４およびスイッチ・アセンブリは、このようにスリップ・リング・コンダクタ２４２を用いて、内芯またはプローブ・シャフト２４０、およびエレクトロニクス基板１１８’に電気的に結合される。プローブハンドル２３４の回転により、スイッチ２００’、２０２’をユーザーに便利な方向へ向けることができる。これにより、多関節アーム１４’は取扱いの間、未知の力を最小化することにより正確に測定が行なえる。カバー２３４は好適には、剛性ポリマーから作られていて、適当な窪み部２４６および２４８を与えられているため、プローブの操作者による把持や操作を容易かつ便利にすることができる。

プローブ２３２の残りの部分は、永久かつ一体的に取付けられたタッチプローブをカバー２００に提供することを含めて２１０プローブ２８によく似ている点を評価されたい。スイッチ２００’、２０２’は見分けやすくするために、異なる高さおよび異なる表面手触りを有することに注意されたい。

回転カバー２３４は、上述の米国特許第５，６１１，１４７号に開示されているようなプローブでの第７の回転軸の必要性を軽減できる点で、ＣＭＭ分野の重要な進歩である。第７軸を追加すればシステムにエラーの可能性が増えるだけでなく、ＣＭＭがより複雑かつ高価になる恐れがある点を理解されたい。回転可能プローブ２３２を用いることにより、複雑な第７のトランスデューサおよび付随するベアリング、エンコーダおよび電子機器なしでもプローブ端部でのハンドル位置に必要な回転をプローブが提供できるため、「真の」第７軸の必要性が軽減される。

「真の」第７軸を有する測定用プローブ、すなわちロータリー回転を測定する第７のロータリー・エンコーダを有する測定用プローブを用いることが望ましい場合、そのような測定用プローブを図３７〜４０に示す。これらの図を参照するに、測定用プローブ５００を示すが、そのような測定用プローブは図２９の測定用プローブとほぼ同様であるが、上述のタイプのモジュラー・ベアリング／トランスデューサ・カートリッジ５０２が挿入されていること、測定用プローブの側面に実行および確認スイッチ５０４、５０６が存在すること、および取外し可能なハンドル５０８が含まれていることが主な違いである。

モジュラー・ベアリング／トランスデューサ・カートリッジ５０２が上で詳述したカートリッジとほぼ同様であって、回転可能シャフト、シャフト上のベアリング対、光エンコーダ・ディスク、当該光学エンコーダ・ディスクから間隔を置きながら光学的に導通している少なくとも１個かつ好適には２個の光学読み取りヘッド、並びに離散的モジュラー・ベアリング／トランスデューサ・カートリッジを規定すべく、ベアリング、光エンコーダ・ディスク、読み取りヘッド（群）および軸の少なくとも一部を囲む筐体を含む。エンコーダの電子機器用の回路基板５０３は、プローブ５００とともに開口部５０４にある。実行および確認ボタンの対５０４、５０６は、プローブ５００の下向きに突き出る筐体部分５１０のいずれかの側に配置されていて、図２９の測定用プローブの実施形態と同様に適当なＰＣ基板５１２にボタンが接続されている。同様に、先に述べた実施形態と同様にインジケータ・ライト５１３がボタン５０４、５０６の間に配置されている。筐体５１０のネジ山付き一対の開口部５１４は、測定用プローブ５００を用いる間の回転操作を容易にすべくハンドル５０８の取外し可能な取付け部品用の固定具を受容する。

他の全ての重要な点において、測定用プローブ５００は図２９の測定用プローブ２８と同様であり、タッチ・トリガプローブを保護しながら固定プローブ５１８を適合させるための取外し可能キャップだけでなく部材５１６において永久固定されたタッチ・トリガプローブを好適に利用している。測定用プローブ５００に含まれる第７のロータリー・エンコーダ５０２により、公知のレーザー線スキャナその他の周辺機器との関連でＣＭＭ１０を使いやすくなる点を評価されたい。

ここで図２〜４、２３および２５を参照するに、本発明の主要な特徴によれば、ＣＭＭに電力供給すべく河搬式電源が用意されていて、従って完全に可搬式のＣＭＭ１０が提供される。これは、電源がＡＣコードだけに基づいていて従来技術のＣＭＭとは対照的である。更に、ＣＭＭ１０はまた、従来のプラグイン・ソケットを介してＡＣ／ＤＣアダプタからＡＣコードにより直接電力供給を受けることができる。図２、３および２５に示すように、従来の再充電可能な電池（例：リチウムイオン電池）を２２で示す。電池２２は従来型の電池支持部２５２に機械的かつ電気的に接続されていて、当該支持部は次いで、回路基板２０に配置されている従来型の電源および電池再充電回路部品２５４に電気的に接続している。また、オン／オフスイッチ２５８（図３参照）および高速通信ポート２６０（好適にはＵＳＢポート）もまた基板２０と導通している。アーム１４の関節電子機器は、ＲＳ−４８５バスを用いる基板２０に接続されている。電池２２は分離された充電器で充電することも、あるいは従来型ビデオ・カメラで通常見られるようにクレイドル２５２に置いて充電することも可能である。可搬式コンピュータ１７２（図２参照）が内蔵型電池で数時間動作でき、および／または代替的にＣＭＭ１０の電源装置２５４に電気的に接続されていてもよい点を評価されたい。

本発明によるオンボードの電源／再充電ユニットは好適には、この部品をベース１２の一体化された部分として、より詳しくはプラスチック。ベース筐体２６Ａ、Ｂの一部として配置することによりＣＭＭ１０と一体化された部分として配置されている。また、好適には筐体２６Ａ、Ｂが、予備電池、プローブ等を格納するためにピボット回転可能な蓋２６２を有する小さい格納領域２５９を含むことにも注意されたい。

ここで図４、２５および３２〜３４を参照するに、ＣＭＭ１０用の新規な磁気取付け装置について述べる。この磁気取付け装置の概要を図４、２５、３２および３３の番号２４で示す。磁気マウント２４は、ネジ山付き部分２６８で上端部が終端する円筒状の非磁性筐体２６６を含む。ＣＭＭ１０で用いられる好適なネジ山の全てと同様に、ネジ山２６８は図２５に最もわかりやすく示すように、第一の長関節１６のネジ山１２６にネジ込み式に接続することを意図した先細ネジである。非磁性筐体２６６は、互いに１８０°逆向きに配置されて筐体２６６から外向きかつ下方へ伸長する２本の長手伸長部２７０、２７２を除いてほぼ円筒状の構成である。長手伸長部２７０、２７２のいずれかの側に一対の半円筒状の筐体２７４、２７６が取り付けられていて、その各々が「磁性」材料、すなわち鉄や磁気ステンレス鋼等、磁化可能な材料から形成されている。「磁性」筐体の半体２７４、２７６と、長手伸長部２７０、２７２と共に、磁芯２７８を受容および収容する一端が開いた円筒状の囲みを形成する。磁芯２７８は、非磁性中心２８０が一対の希土類磁石（例：ネオジム鉄ホウ素）２８２、２８４に挟まれた長方形をなしている。非磁性中心２８０を貫通して軸孔２８６が用意されている。円形のカバープレート２８８が磁芯２７８の下側に配置されていて、要素２７４、２７６および長手伸長部２７０、２７２により形成される下部筐体内に置かれる。シャフト２９０が筐体２６６の円形開口部２９２を貫通して配置されていて、磁芯２７８の軸孔２８６を貫通して下方へ伸びる。シャフト２９０は、上部ベアリング２９２および下部ベアリング２９４による回転のために支持されている。上部ベアリング２９２は筐体２６６の内部円筒状凹部により受容され、下部ベアリング２９４はカバープレート２８８の類似の円筒状凹部により受容される。レバー２９６がシャフト２９０から外向けかつ垂直に伸長して、以下に述べるように、磁気マウント２６４用にオン／オフ機構を提供する。レバー２９６は、筐体２６６を通る溝２９７を通って筐体２６６から外向きに伸長する（図２５参照）。

レバー２９６、シャフト２９０およびベアリング２９２、２９４のアセンブリ全体は、ネジ山付き上部固定具２９８および下部止め輪３００を用いて互いに固定される。磁気マウント２６４の各種の部品は、例えば、筐体２６６を「磁性」材料筐体部分２７４、２７６に接続するネジ山付き固定具３０２、および筐体部分２７４、２７６をカバー２８８と相互接続させるネジ山付き固定具３０４により更に固定されることを理解されたい。更に、ネジ山付き固定具３０６は筐体２６６の長手伸長部２７０、２７２をカバー２８８に取付ける。ピン３０８は、シャフト２９０を磁芯２７８にロックすべく磁芯２７８内の横方向の開口部およびシャフト２９０の横方向の開口部により受容される。このようにして、レバー２９６が回転するにつれて、シャフト２９０はシャフト接続２０８を介して磁芯２７８を回転させる。

図１，３および２５に示すように、レバー２９６は、ベース１２の外側にあって容易に手が届き、磁気マウント２６４を始動すべく用いるハンドル３１０に接続している。このような始動を実現するために、ハンドル２９６を単に動かすだけである（図１では右から左へ）。ハンドル３１０の移動により、回転レバー２９６が回され、次いでシャフト２９０を回転させ、次いで希土類磁石２８２、２８４を非動作位置（磁石２８２、２８４が非磁性伸長部２７０、２７２に整列している）から、磁石２８２、２８４が磁気材料２７４、２７６に整列する始動位置へ回転させる。上述のように磁石が磁気材料に整列している場合、磁場（磁束）が形成される。同様に、磁石２８２、２８４が磁気材料２７４、２７６と整列していない場合、磁束は遮断される。この状態で、磁気ベースは、それが載る台座から分離することができる。しかし、非整列位置にあっても、若干の残留磁束がある点に注意されたい。小さい残留磁束は磁石と相互作用して、台座に戻された際にレバー２９６を自動的に逆回転させて「オン」位置に戻すため、「オフ」位置にあるこの小さい残留磁束は本発明の肯定的な特徴である。磁石が磁性材料と整列している場合、強い磁場が生じて図２５、３３の番号３１２で示すように半円形要素２７４、２７６が底部に形成された環状面に磁気的に接着される点を評価されたい。

本発明の磁気マウント２６４は、（ネジ２６８により）取外し可能なように据付けられていて、ネジマウントや真空マウント等、他の取付け具により代替できるため、完全に一体化されていながら取外し可能な据付け装置を提供する。無論、適切に使用するためには、磁気マウント２６４を磁化可能な表面に配置して、動作させるために（レバー２９６を介して）始動しなければならない。非磁性表面（例：花崗岩）に取付けが必要な場合、磁気ベースと非磁性表面の間でインターフェース・プレートその他の適切な機構を用いる必要がある。

好適な実施形態を示して説明してきたが、本発明の概念と範囲を逸脱することなく改良を加えることが可能である。従って、本発明について図解しながら述べてきたが、本発明を限定するものではない点を理解されたい。

多関節アームおよび取付けられたホストコンピュータを含む本発明の可搬式ＣＭＭの正面斜視図である。 図１のＣＭＭの背面斜視図である。 図１のＣＭＭ（ホストコンピュータを取外した）の右側面図である。 長関節のうち２個を覆う、僅かに変更された保護スリーブを有する図１のＣＭＭの右側面図である。 本発明のＣＭＭのベースおよび第一の多関節アーム断面を示す部分的分解斜視図である。 本発明のＣＭＭのベース、第一のアーム断面および部分的に分解された第二のアーム断面を示す部分的分解斜視図である。 本発明のＣＭＭのベース、第一のアーム断面、第二のアーム断面、および部分的に分解された第三のアーム断面を示す部分的分解斜視図である。 本発明に従い、２個のデュアルソケット関節の間で組み立てられる一対のエンコーダ／ベアリング・カートリッジを示す分解斜視図である。 図７のベアリング／エンコーダ・カートリッジおよびデュアルソケット関節の正面立面図である。 本発明による、短いベアリング／エンコーダ・カートリッジの分解斜視図である。 図９と同様であるが、単一の読み取りヘッドを示す分解斜視図である。 図９と同様であるが、４個の読み取りヘッドを示す分解斜視図である。 図９Ｂの組み立て後の斜視図である。 図９と同様であるが、３個の読み取りヘッドを示す分解斜視図である。 図９Ｄの組み立て後の斜視図である。 図９のカートリッジの立断面図である。 本発明による長いベアリング／エンコーダ・カートリッジの分解斜視図である。 図１１と同様であるが、単一の読み取りヘッドを示す分解斜視図である。 図１１のカートリッジの立断面図である。 図１２のカートリッジのシャフト回りに回転可能な二重読み取りヘッドを示す立断面図である。 本発明による更に別のベアリング／エンコーダ・カートリッジの分解斜視図である。 図１３と同様であるが、単一の読み取りヘッドを示す分解斜視図である。 図１３のカートリッジの立断面図である。 本発明による、ベアリング／エンコーダ・カートリッジおよびのカウンタ・バランスバネの分解斜視図である。 図１５と同様であるが、単一の読み取りヘッドを示す分解斜視図である。 図１５のカートリッジおよびカウンタ・バランスの立断面図である。 本発明に従い用いられる、より大きい直径のベアリング／エンコーダ・カートリッジ用の二重読み取りヘッド・アセンブリの平面図である。 図１７の線１８−１８に沿って切断した立断面図である。 図１７の二重読み取りヘッド・アセンブリの底面図である。 本発明による、より小さい直径のベアリング／エンコーダ・カートリッジ用の二重読み取りヘッド・アセンブリの平面図である。 図２０の線２１−２１に沿って切断した立断面図である。 図２０の二重読み取りヘッド・アセンブリの底面図である。 単一読み取りヘッドを用いる本発明のＣＭＭ用の電子機器構成を示すブロック図である。 二重読み取りヘッドを用いる本発明のＣＭＭ用の電子機器構成を示すブロック図である。 本発明のＣＭＭを（ベースを取り除いて）、長手方向に切断した立断面図である。 図３ＡのＣＭＭの立断面図である。 図２４のＣＭＭのベースおよび第一の長関節セグメントを示す図２４の一部の拡大断面図である。 本発明の別の実施形態による長関節と短関節の間の相互接続の斜視図である。 図２５Ａの一部を長手方向に切断した立断面図である。 第二のおよび第三の長関節セグメントを示す図２４の一部の拡大断面図である。 第二および第三長関節並びにプローブを示す２４Ａの部分の拡大断面図である。 第二および第三長関節並びにプローブを示す２４Ａの部分の拡大断面図である。 本発明による第一の短関節／カウンタ・バランス・アセンブリを示す分解側立面図である。 ２７Ａ図の部品を示す斜視図である。 本発明の内部カウンタ・バランスを示す立断面図である。 本発明による測定用プローブの第一実施形態の側立面断面図である。 本発明による測定用プローブの別の実施形態の側立面図である。 図２９Ａの線２９Ｂ−２９Ｂに沿った立断面図である。 図２９Ａ、Ｂで用いられる「実行」または「確認」スイッチの斜視図である。 本発明による一体化タッチ・プローブアセンブリおよびハードプローブアセンブリへの換装を示す一連の立面平面図である。 本発明による一体化タッチ・プローブアセンブリおよびハードプローブアセンブリへの換装を示す一連の立面平面図である。 本発明による一体化タッチ・プローブアセンブリおよびハードプローブアセンブリへの換装を示す一連の立面平面図である。 本発明による測定用プローブの更に別の実施形態の側立面断面図である。 本発明による一体化磁気ベースの分解斜視図である。 図３２の磁気ベースの立断面図である。 図３２の磁気マウントの平面図である。 二重読み取りヘッドを有するＲＡＡＢ’３５６によるＣＭＭ関節の立断面図である。 二重読み取りヘッドを有するＥＡＴＯＮ’１４８によるＣＭＭ関節の立断面図である。 第７軸トランスデューサを有する測定用プローブの側面図である。 図３７と同様であるが、着脱可能なハンドルを含む側面図である。 図３８の測定用プローブの背面図である。 図３８の測定用プローブの立断面図である。

Claims (37)

1. 選択された体積内における物体の位置を測定するための可搬式座標測定器（ＣＭＭ）であって、
   対向する第一および第二の端部を備えて手動で位置決め可能であり、複数の関節を含む多関節アームと、
   前記多関節アームの第一端部に取付けられた測定用プローブと、
   前記アームのトランスデューサから位置信号を受信して、選択された体積内におけるプローブの位置に対応するデジタル座標を提供する電子回路と、
   を含み、
   前記関節の少なくとも１個が更に、
   測定可能な特徴の周期的なパターンと、
   前記パターンから間隔を置かれ、かつ導通している少なくとも２個の読み取りヘッドと、
   を含み、前記パターンおよび前記少なくとも２個の読み取りヘッドが、互いに対して回転可能であるように前記関節内に配置されているＣＭＭ。
2. 請求項１に記載のＣＭＭにおいて、前記少なくとも1個の関節が少なくとも1個のベアリング含むＣＭＭ。
3. 請求項１に記載のＣＭＭにおいて、前記少なくとも1個のベアリングが少なくとも1個の初期応力が掛けられているベアリングを含むＣＭＭ。
4. 請求項３に記載のＣＭＭにおいて、前記少なくとも1個の初期応力が掛けられているベアリングが、
   第一のベアリングと、
   第二のベアリングと、
   前記第一および第二のベアリングの間の内側スペーサスリーブと、
   前記第一および第二のベアリングの間の外側スペーサスリーブと、
   を含み、
   前記内側および外側のスペーサスリーブが異なる所定の長さを有し、
   前記内側および外側のスペーサスリーブが前記第一および第二のベアリングに対して圧縮されていて、所定の初期応力を規定するＣＭＭ。
5. 請求項２に記載のＣＭＭにおいて、前記少なくとも1個のベアリングが密封されているＣＭＭ。
6. 請求項１に記載のＣＭＭにおいて、前記２個の読み取りヘッドが互いに１８０°離されて配置されているＣＭＭ。
7. 請求項１に記載のＣＭＭにおいて、少なくとも３個の読み取りヘッドを含むＣＭＭ。
8. 請求項７に記載のＣＭＭにおいて、前記３個の読み取りヘッドが互いに１２０°離されて配置されているＣＭＭ。
9. 請求項１に記載のＣＭＭにおいて、少なくとも４個の読み取りヘッドを含むＣＭＭ。
10. 請求項９に記載のＣＭＭにおいて、前記４個の読み取りヘッドが互いに９０°離されているＣＭＭ。
11. 請求項１に記載のＣＭＭにおいて、
    前記パターンが光学干渉パターンを含み、
    前記少なくとも1個の読み取りヘッドが光学読取りヘッドを含むＣＭＭ。
12. 請求項１１に記載のＣＭＭにおいて、前記光学干渉パターンが光学エンコーダ・ディスク上に配置されているＣＭＭ。
13. 請求項１１に記載のＣＭＭにおいて、
    前記導通が、前記干渉パターンに挿入された前記読み取りヘッドから正弦波信号を生成すべく回折次数間の干渉を検出する前記読み取りヘッドを含み、前記正弦波信号を電子的に補完して変位を検出するＣＭＭ。
14. 請求項１３に記載のＣＭＭにおいて、各々の前記読み取りヘッドがレーザー、コリメータ、および開口部を含んでいることにより、前記レーザーが前記コリメータにより平行化されてから開口部によりサイズ調整されるビームを発光し、離散次数に光を回析する格子を前記干渉パターンが含むＣＭＭ。
15. 請求項１４に記載のＣＭＭにおいて、各々の前記読み取りヘッドが更に光検知器の配列を含み、前記干渉パターンと前記読み取りヘッドの間に相対的な運動がある場合に、前記光検知器の配列がほぼ純粋な正弦波出力の４個のチャネルを生成するＣＭＭ。
16. 請求項１に記載のＣＭＭにおいて、前記少なくとも２個の読み取りヘッドが、平均化可能な相殺効果を生起させるＣＭＭ。
17. 請求項１に記載のＣＭＭにおいて、
    測定可能な特徴の前記パターンは、反射性、不透過性、磁場、電気容量、インダクタンス、および表面の粗さからなるグループから選択された特徴の少なくとも１個であるＣＭＭ。
18. 請求項１に記載のＣＭＭにおいて、前記少なくとも1個の関節にスリップリング・アセンブリを含むＣＭＭ。
19. 請求項１に記載のＣＭＭにおいて、前記関節の少なくとも１個が無限回転可能なＣＭＭ。
20. 請求項１に記載のＣＭＭにおいて、前記関節の少なくとも２個が互いにネジ込み式に相互接続されているＣＭＭ。
21. 請求項１に記載のＣＭＭにおいて、前記関節の少なくとも２個がネジ込み式固定具を用いて互いに固定されているＣＭＭ。
22. 請求項１に記載のＣＭＭにおいて、少なくとも２個の関節が、互いに固定された補完的先細部分を含むＣＭＭ。
23. 請求項１に記載のＣＭＭにおいて、前記関節が、旋回運動用の長関節およびヒンジ運動用の短関節を含むＣＭＭ。
24. 請求項２３に記載のＣＭＭにおいて、３個の関節対を含み、各関節対が長関節および短関節を含むＣＭＭ。
25. 請求項２４に記載のＣＭＭにおいて、各々の関節対の前記長関節が前記短関節に対して約９０°であるＣＭＭ。
26. 請求項１に記載のＣＭＭにおいて、前記測定用プローブに第７の関節を含むＣＭＭ。
27. 請求項１に記載のＣＭＭにおいて、前記関節が、２−２−２、２−１−２、２−２−３および２−１−３から構成されるグループから選択された関節構成で配置されているＣＭＭ。
28. 請求項１に記載のＣＭＭにおいて、
    前記カートリッジを一意に識別すべく前記関節に関連付けられている電子識別チップを含むＣＭＭ。
29. 請求項１に記載のＣＭＭにおいて、
    前記パターンが前記読み取りヘッドに関して回転可能であって、
    前記２個の読み取りヘッドが前記パターンに対して静止しているＣＭＭ。
30. 請求項４２に記載のＣＭＭにおいて、
    前記パターンが前記読み取りヘッドに関して静止していて、
    前記２個の読取りヘッドが前記パターンに対して回転可能であるＣＭＭ。
31. 請求項１に記載のＣＭＭにおいて、前記関節が更に、
    第一の筐体と、
    第二の筐体と、
    前記第二の筐体から伸長して前記第一の筐体へ入る回転可能シャフトと、
    前記シャフトと前記第一の筐体の間に配置されていて、前記回転可能シャフトが前記第一の筐体内で回転できるようにするベアリングと、
    を含み、
    前記パターンが前記回転可能シャフトに取付けられていて、
    前記少なくとも２個の読み取りヘッドが前記第一の筐体内に固定されていることにより前記第一の筐体が第二の筐体の回りを回転すれば前記少なくとも２個の読み取りヘッドが前記パターンに相対的に移動するＣＭＭ。
32. 請求項３１に記載のＣＭＭにおいて、前記パターンが前記シャフトに直接取付けられているＣＭＭ。
33. 請求項３１に記載のＣＭＭにおいて、前記読み取りヘッドが、前記回転可能シャフトの軸の回りに約１８０°離されて配置されているＣＭＭ。
34. 請求項３１に記載のＣＭＭにおいて、前記２個の読み取りヘッドが平均化可能な相殺効果を生起させて最終的な外乱耐性角度の測定が行なえるＣＭＭ。
35. 請求項１に記載のＣＭＭにおいて、前記少なくとも1個の関節が、
    第一の筐体と、
    第二の筐体と、
    前記第二の筐体に固定されていて、前記第一の筐体に入るまで伸長する回転可能シャフトと、
    前記第一の筐体内で支持されていて前記回転可能シャフトを軸の回りに回転させるべく支持する少なくとも1個のベアリングと、
    を含み、
    前記パターンの１個および前記少なくとも２個の読取りヘッドが前記シャフトの一端および前記パターンのもう一方の端に固定されていて、前記少なくとも２個の読取りヘッドが前記第一の筐体内に固定されているＣＭＭ。
36. 請求項３５に記載のＣＭＭにおいて、前記読み取りヘッドが前記回転可能シャフトの前記軸の回りに約１８０°離されて配置されているＣＭＭ。
37. 請求項３５に記載のＣＭＭにおいて、前記少なくとも２個の読み取りヘッドが平均化可能な相殺効果を生起させて最終的な外乱耐性角度の測定が行なえるＣＭＭ。
    
    
    

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