JP2007502982A

JP2007502982A - 可搬型座標計測機における計測精度向上方法

Info

Publication number: JP2007502982A
Application number: JP2006523933A
Authority: JP
Inventors: サイモンラーブ; セイドアリサジェディ; ケネスジェイハスローシャー; マークバーバー
Original assignee: ファロテクノロジーズインコーポレーテッド
Priority date: 2003-08-15
Filing date: 2004-08-13
Publication date: 2007-02-15
Also published as: US6996912B2; US7269910B2; EP1671078A1; CN100429471C; CN1853084A; WO2005017447A1; US20040111908A1; JP5848298B2; US6957496B2; JP2014029337A; US20060053647A1; US20050028393A1; USRE42055E1

Abstract

ジョイントにより連結された複数個の腕セグメントを有する可搬型の座標計測機（ＣＭＭ）における計測精度向上方法を提供する。本方法は、関節腕が負荷乃至荷重条件下におかれたときその関節腕の構成部分に生じＣＭＭによる計測結果に誤差をもたらす変形をその構成部分から検知するステップと、検知された変形に応じその誤差を補正するステップと、を有する。

Description

本発明は、一般に座標計測機（coordinate measurement machine:ＣＭＭ）に関し、より詳細には関節腕（articulated arm）を有する可搬型ＣＭＭに関する。

可搬型関節腕の一般的な用途としては、対象物上の点を計測し、その結果得られた実測値をＣＡＤ（computer aided design）データと比較することによって、対象物がＣＡＤ仕様を充足しているかどうかを判別する、という用途がある。そのため、今日計測システムとして用いられている可搬型関節腕には、基準データたるＣＡＤデータ、検査工程を通じオペレータに対し手順を案内するアプリケーションソフトウェア等が格納乃至搭載されたホストコンピュータが付設されている。なかには込み入った用途があるものの、大抵の場合はこのシステム構成が役に立つ。それは、このシステム構成であれば、アプリケーションソフトウェアからの複雑な指示に応じつつ、ユーザがホストコンピュータ上の三次元ＣＡＤデータを見て計測を行えるためである。

上述の計測システムにて使用できる可搬型ＣＭＭの従来例としては特許文献１に記載の可搬型ＣＭＭがある（特許文献１は本願出願人に譲受された特許権に係るものでありこのこの参照を以てその内容を本願中に組み込むこととする）。特許文献１に記載の従来型三次元計測システムは手動操作可能な多ジョイント関節腕を備えており、この多ジョイント関節腕の一端には支持基部が、他端には計測プローブがそれぞれ設けられている。特許文献１に記載されているこの多ジョイント関節腕とホストコンピュータとの間には仲介コントローラたるシリアルボックスがある。多ジョイント関節腕とシリアルボックスとの通信、ひいては多ジョイント関節腕とホストコンピュータとの通信は、自明な如く例えば電子的に行われる。また、特許文献２にも関節腕を有する同様のＣＭＭが記載されている（特許文献２は本願出願人に譲受された特許権に係るものでありこの参照を以てその内容を本願に組み込むこととする）。特許文献２に記載の関節腕には構成上重要な点が多数ある。第１に、そのプローブ側の一端に新たな回動軸が追加されている。従って、ジョイントが２−１−３配置された腕や２−２−３配置された腕（後者は７軸腕である）を実現できる。第２に、腕内ベアリングとして用いる予荷重ベアリングが改良されている。

従来型ＣＭＭとしては更に特許文献３及び４に記載のものがある（特許文献３及び４は何れも本願出願人に譲受された特許権に係るものである）。特許文献３に記載の関節腕はロック可能型伝達ハウジングを備えており、これをロックすることによって自由度を何個か奪うことができる。特許文献４に記載の関節腕は迅速に装着解除可能なマウントシステムを備えている。

本発明に類するより最近の可搬型ＣＭＭでは、ホストコンピュータにより実行されるソフトウェア内に該当機能が組み込まれているため、仲介コントローラ乃至シリアルボックスの類を使用する必要がない。例えば、特許文献５に記載の関節腕は、何個かの実行可能プログラム及び基準データたるＣＡＤデータが搭載乃至格納されたオンボードコントローラを有している（特許文献５は本願出願人に譲受された特許権に係るものでありこの参照を以てその内容を本願に組み込むこととする）。このオンボードコントローラは関節腕に装着され、検査工程等のプロセス中、ホストコンピュータによって作成された実行可能プログラムを実行することによって、ユーザに例えば検査手順に関する指示を与える。ここに、関節腕に装着されているオンボードコントローラはいわばプレーヤであり、実行可能プログラムの実行専用であって当該実行可能プログラムの作成及び修正には使用できない。ビデオゲームシステムとのアナロジーでいうと、ホストコンピュータがビデオゲーム書込・修正用プラットフォームに該当するのに対してオンボードコントローラはビデオゲーム再生用プラットフォームに該当している。実行可能プログラム作成・修正用のホストコンピュータを関節腕毎に設ける必要はないから、特許文献５に記載の三次元座標計測システムは低コストなシステムとなる。また、米国特許出願第０９／７７５２３６号（先出願１：その特許を受ける権利は本願出願人に譲受されておりこの参照を以てその内容を本願に組み込むこととする）に記載の方法及びシステムは特許文献５に記載の座標計測システムのユーザに実行可能プログラムを頒布する方法及びシステムであり、当該方法は、実行可能プログラムを生成せよとのリクエストを顧客から受信するステップと、その実行可能プログラムに関連する情報を入手するステップとを有している。これらを実行した上で開発される実行可能プログラムは、三次元座標計測システムを用いて実施される多数の計測工程を通じてオペレータをガイダンスするプログラムであり、開発された暁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顧客に頒布できる。

特許文献６に記載の関節腕の上には表示装置が配置されている（特許文献６は本願出願人に譲受された特許権に係るものでありこの参照を以てその全内容を本願に組み込むこととする）。この表示装置には位置データ及びシステムメニュープロンプトを表示でき、そうした表示はオペレータの役に立つ。この表示装置には例えばＬＥＤを何個か設けることができ、システムに対する電力供給状態、現況におけるトランスデューサの位置乃至姿勢、エラー状態等をそれらＬＥＤによって表示させることができる。また、特許文献７には、関節腕内に配置されたトランスデューサ群からのデータをコントローラに集めるための関節腕用シリアルネットワークが記載されている（特許文献７は本願出願人に譲受された特許権に係るものでありこの参照を以てその内容を本願に組み込むこととする）。各トランスデューサは、それぞれトランスデューサデータ格納用メモリ付きのトランスデューサインタフェースを有しており、コントローラは、各トランスデューサデータ格納用メモリを順繰りにアドレス指定してそれらメモリからデータを受け取る。更に、本願出願人に譲受された特許権に係る特許文献８及び９には、本発明に類する関節腕付き可搬型ＣＭＭ用の可調カウンタバランス機構が記載されている。

上掲の従来例は何れもその目的用途によく見合っているものではあるが、本件技術分野においては、今もなお明示的に、使用が容易で効率的に製造でき優れた特徴を有し且つ廉価販売できる改良版の可搬型ＣＭＭが求められている。

米国特許第５４０２５８２号明細書米国特許第５６１１１４７号明細書米国特許第５９２６７８２号明細書米国特許第５９５６８５７号明細書米国特許第５９７８７４８号明細書米国特許第６１３１２９９号明細書米国特許第６２１９９２８号明細書米国特許第６２５３４５８号明細書米国特許第６２９８５６９号明細書米国特許第５４８６９２３号明細書米国特許第５５５９６００号明細書米国特許第５７９４３５６号明細書米国特許第５８２９１４８号明細書

本発明に係る可搬型ＣＭＭは、ジョイントにより連結された複数個の腕セグメントからなる関節腕を備える。本発明の一実施形態における腕セグメントは、デュアルソケットジョイントを用い所定角度をなすよう相互連結された複数個のベアリング／エンコーダカートリッジを備える。各ベアリング／エンコーダカートリッジは、１個又は複数個（できれば２個）の予荷重ベアリングアセンブリと、エンコーダ例えば光学エンコーダとを、同一の円筒ハウジング内に組み込んだアセンブリである。各ジョイント内に設けるエンコーダ読取ヘッドの個数は、キャンセレーション効果により平均化出力が得られるよう複数個とするとよい。また、一方を他方にねじ込むことによって腕セグメント同士を連結する構造とする場合、各腕セグメントには、腕の基部寄り部分が太くなりプローブ寄り部分が細くなるようテーパを付すとよい。

本発明の他の実施形態においては、ジョイントにより連結され関節腕を構成する腕セグメントのうち何個かに、可換型保護カバー乃至バンパが設けられ、これにより、強い衝撃による損壊及び摩損を防ぐと共に人間工学的及び美的に優れた把持部位が形成される。

本発明の更に他の実施形態においては、関節腕を構成する蝶番状ジョイントのうち１個に、一体内蔵型のカウンタバランスが組み込まれる。このカウンタバランスにて用いられるコイルスプリングは金属円筒の機械加工によって製造されたものであり、幅広のエンドリングと、幅狭の中間リングと、蝶番状ジョイント内係止固定用の複数個（できれば３個）の柱状突起（ポスト乃至垂直構造物）と、スプリング調整機構とを、有する構成である。

本発明の更に他の実施形態においては、関節腕の一端に計測プローブが設けられる。この計測プローブは、関節腕に一体化された接触トリガプローブとし、また従来型ハードプローブ（固定プローブ）に容易に衣替えできるように設ける。この計測プローブには更に複数個の改良型スイッチ及び計測（結果）指示用の光インジケータを設ける。このスイッチは、例えば、オペレータが容易に操作できるよう計測プローブの表面湾曲に沿った長円状にする。各改良型スイッチの色、表面模様乃至刻印、高さ（凹凸具合）又はその任意の組合せは、他の改良型スイッチと異なるものにして、オペレータがスイッチ同士を容易に区別できるようにする。他方の光インジケータは、操作支援性を向上させるため、カラーコーディング（色分け乃至色切替）するのが望ましい。

本発明の他の実施形態においては、関節腕に一体型オンボード電源／充電ユニットが設けられる。こうした電源充電／充電ユニットを設けることによりＣＭＭを完全に可搬型とすることができるため、可搬型ＣＭＭが非常に使いやすくなる。即ち、外部電源から離れた場所でも使用できるようになり、また関節腕そのものを外部電源にケーブルで接続する必要もなくなる。

本発明の更に他の実施形態においては、関節腕の一端に計測プローブが設けられ、更にこの計測プローブを取り巻く回動可能型ハンドルカバー／スイッチアセンブリが設けられる。ハンドルカバー／スイッチアセンブリを回して計測プローブを把持することができるため、手の位置乃至姿勢がどのような位置乃至姿勢であっても計測プローブをうまく把持でき操作することができる。ハンドルカバー／スイッチアセンブリが回動可能型であるからプローブ端に第３軸を設ける必要がない。従って、７軸ＣＭＭ、即ち計測プローブで第３回転角成分が発生するＣＭＭに比し、低コスト且つ容易に製造可能な可搬型ＣＭＭが得られる。

本発明の他の実施形態に係る可搬型ＣＭＭは、ジョイントにより連結された複数個の腕セグメントを有する関節腕を備え、更にその関節腕の一端に計測プローブをまた他端に基部を設けた構成を有する。本実施形態における新規な基部は、特徴的なことにその内部に組み込まれた磁性マウントを有する。この一体型磁性マウントは、関節腕を磁性体表面に取り付けられるようにする部材であり、例えば関節腕にネジ式に装着することが可能な構成とする。更に、その使い勝手をよくするには磁性マウントにオン／オフレバーを設けるとよい。このオン／オフレバーは、磁性マウントを磁性体表面上に配置したとき自動的に動作し、可搬型ＣＭＭをその面に固定させる構成にするとよい。

本件技術分野における習熟者（いわゆる当業者）であれば、以下の詳細な説明及び図示を参照することにより、上述のものもそれ以外のものも含めて本発明の特徴的構成及び効果を認識及び理解することができるであろう。

以下の図示参照説明中、各図面中の同様の部材には同様の符号を付すこととする。

図１〜図３に本発明に係るＣＭＭ１０の全体を示す。本ＣＭＭ１０は複数個のジョイントにより連結された手動操作可能な関節腕１４を備えており、この関節腕１４の一端には基部１２がまた他端には計測プローブ２８がそれぞれ取り付けられている。関節腕１４を構成するジョイントには大別して二種類があり、そのうち一種類は自在回動型の長尺ジョイント、もう一種類は蝶番状に動く短尺ジョイントである。長尺ジョイントが概ね関節腕１４の軸方向乃至長手方向に沿い配置されるのに対して、他方の蝶番状短尺ジョイントは関節腕１４の長軸に対し９０°をなす姿勢で配置される（そうするのが望ましい）。この関節腕１４においては、軸状長尺ジョイントと蝶番状短尺ジョイントの対（ジョイント対）が２−２−２配置と通称されるジョイント配置に従い配置されているが、２−１−２配置、２−１−３配置、２−２−３配置等、他種のジョイント配置に従い配置することもできる。図４〜図６に各ジョイント対を示す。

図４は第１軸状長尺ジョイント１６及び第１蝶番状短尺ジョイント１８からなる第１ジョイント対の分解図である。この図はまた、可搬型電源電子回路２０、可搬型電池パック２２、磁性マウント２４、並びに二片に分かれた基部ハウジング２６Ａ及び２６Ｂを有する基部１２の分解図でもあるが、これらについては何れも後に詳述する。

一見して明らかな通り、関節腕１４を構成する基本的な部材には、基部１２から計測プローブ２８にかけてテーパが付されていて、その直径が部位毎に変わっている。このテーパは連続的な段差のないテーパとすることもできるが、図示実施形態では不連続的で段差のあるテーパが付されている。加えて、それら基本構成部材同士を互いにネジ式に結合して（螺合して）関節腕１４を組み立てることができるようになっており、従って従来型ＣＭＭとは違い多数の締結具を使用する必要がない。例えば、後述の通り、磁性マウント２４は第１軸状長尺ジョイント１６にネジ式に連結される。その際使用されるネジ山部分には好ましくもテーパが付されているため、当該ネジ式連結によって自動ロックされ軸／曲げスティフネスが高まる。或いは、図２５Ａ及び図２５Ｂに基づき後述するように、関節腕１４の各基本構成部材の一端をフランジ及びテーパ付きのオス端、他端をフランジ及びテーパ付きのメス端とし、またそれらテーパを連結される端端同士が好適に嵌り合うように設定しておいてもよい。そうした場合、フランジ同士のボルト締めによりオス端とメス端とを締結することができる。

図５に、第２軸状長尺ジョイント３０及び第２蝶番状短尺ジョイント３２から構成され第１ジョイント対に取り付けられる第２ジョイント対を示す。第１軸状長尺ジョイント１６の内面にはネジ山部分があるので、第２軸状長尺ジョイント３０は、磁性マウント２４を第１軸状長尺ジョイント１６にネジ式に連結するときと同様にこのネジ山部分を利用して第１軸状長尺ジョイント１６にネジ式に連結することができる。同様に、図６に示す通り第３ジョイント対は第３軸状長尺ジョイント３４及び第３蝶番状短尺ジョイント３６から構成されている。第２蝶番状短尺ジョイント３２の内面にはネジ山部分があるため、第３軸状長尺ジョイント３４はこのネジ山部分を利用して第２蝶番状短尺ジョイント３２にネジ式に連結することができる。後に詳述するように、第３蝶番状短尺ジョイント３６には計測プローブ２８をネジ式に連結することができる。

各蝶番状短尺ジョイント１８、３２及び３６を構成する部品は、機械加工、鋳造或いはそれらの組合せによって製造されたアルミニウム部品とするのが望ましいが、アルミニウムに代え軽量硬質な金属乃至複合素材を用いてもよい。各軸状長尺ジョイント１６、３０及び３４を構成する部品は、機械加工、鋳造或いはそれらの組合せによって製造された部品とするのが望ましく、またアルミニウム、軽量硬質合金、繊維強化ポリマ（fiber reinforced polymer）或いはそれらの任意の組合せにより形成するのが望ましい。上述の３個のジョイント対（即ちジョイント１６及び１８からなる第１の対、ジョイント３０及び３２からなる第２の対、並びにジョイント３４及び３６からなる第３の対）の機械軸同士の位置関係は、機械的動作が円滑且つ均等なものになるよう、基部１２を基準として縦貫整列させておく。基部１２から計測プローブ２８にかけ上述の通りテーパ状としておくことは、大きな負荷がかかる基部１２の剛性が高まるという点や、計測プローブ２８又はそのハンドルが小型になり重要なことに使用上の邪魔臭さが軽減されるという点でも、望ましいことである。後に詳述するように、各蝶番状短尺ジョイント１８、３２及び３６の各端には保護バンパ３８が設けられており、各軸状長尺ジョイント１６、３０及び３４は基部ハウジング２６Ａ及び２６Ｂ、保護スリーブ４０又は保護スリーブ４１によって覆われ保護されている。

本発明の重要な特徴的構成の一つは、関節腕１４を構成する各ジョイント内でモジュール化されたベアリング／エンコーダカートリッジが使用されていることである。その例として図７及び図８に短尺カートリッジ４２及び長尺カートリッジ４４を示す。これらのカートリッジ４２及び４４の実装先は、デュアルソケットジョイント４６及び４８に開けられている開口部内である。デュアルソケットジョイント４６及び４８は、それぞれ、ソケットたる第１凹部１２０が設けられた円筒状第１延長部４７と、ソケットたる第２凹部５１が設けられた円筒状第２延長部４９とを有している。通常、これらのソケット１２０及び５１は互いに９０°離れた位置に配置するが、勿論これ以外の角度関係としてもかまわない。短尺カートリッジ４２の一端をデュアルソケットジョイント４６のソケット５１内に組み込みまた他端をデュアルソケットジョイント４８のソケット５１内に組み込むと蝶番状ジョイントが形成され、また、長尺カートリッジ４４の一端をジョイント４６（図２５参照）のソケット１２０内に差し込むと縦長の自在回動型ジョイントが形成され、長尺カートリッジ４４’（図２６参照）の一端をジョイント４８のソケット１２０内に差し込むとやはり縦長の自在回動型ジョイントが形成される。また、モジュール化ベアリング／エンコーダカートリッジたるこれらのカートリッジ４２及び４４は、予応力乃至予荷重デュアルベアリングカートリッジを個別に製造してその上にモジュール化エンコーダコンポーネントを実装することにより製造できるので、製造されたカートリッジを関節腕１４の外骨格コンポーネント即ちデュアルソケットジョイント４６及び４８に組み込んで固定すれば、ジョイントができあがる。本件技術分野においてこうしたカートリッジを用いることの顕著なる利点は、関節腕１４を構成するコンポーネント群が洗練されているためそれらコンポーネント群の製造品質及び生産速度を高レベルにすることができる点にある。

本実施形態では都合四種類のカートリッジが使用されている。そのうち一種類目はジョイント３０及び３４用の２個の軸状長尺カートリッジであり、二種類目はジョイント１６用の軸状長尺基部カートリッジであり、三種類目は蝶番状短尺ジョイント１８用でカウンタバランスを内蔵している蝶番状短尺基部カートリッジであり、四種類目はジョイント３２及び３６用の２個の蝶番状短尺カートリッジである。加えて、テーパ状の関節腕１４に見合うよう、基部に近いカートリッジ例えば軸状長尺ジョイント１６や蝶番状短尺ジョイント１８の中にあるカートリッジは、ジョイント３０、３２、３４及び３６よりも大径にしてある。各カートリッジは、予荷重された一組のベアリングと、トランスデューサ例えばディジタルエンコーダとを有している。次に、図９及び図１０に基づき、軸状長尺ジョイント１６内に配置される長尺カートリッジ４４について説明する。

長尺カートリッジ４４内には一対のベアリング５０及び５２が組み込まれており、これらベアリング５０とベアリング５２の間は内側スリーブ（スペーサ）５４及び外側スリーブ（スペーサ）５６により隔てられている。重要なことはベアリング５０及び５２が予荷重ベアリングであることである。本実施形態では、内側スリーブ５４と外側スリーブ５６の長さを違えることによって（内側スリーブ５４を外側スリーブ５６より約０.０００５インチ（１インチ＝約２．５４×１０^-2ｍ）だけ短くすることによって）、嵌め込んだときにベアリング５０及び５２に所定の予荷重が発生するようにしている。ベアリング５０及び５２を含むこのアセンブリは、シール５８によって封止された状態でシャフト６０上に回動可能に実装されている。シャフト６０は、その上面にてシャフト上側ハウジング６２となって終端しており、その本体とシャフト上側ハウジング６２との間には環状部６３が形成されている。ベアリング５０及び５２に加えシャフト６０等も含むこのシャフト／ベアリングアセンブリは、外側カートリッジハウジング６４内に組み込まれ、内側ナット６６及び外側ナット６８を併用して外側カートリッジハウジング６４に固定される。注記すべきことに、組立が終わった段階では、外側カートリッジハウジング６４の上部６５が環状部６３内にすっぽりと入っている。先に述べた予荷重がベアリング５０及び５２に加わるのが、内側ナット６６及び外側ナット６８を締めてベアリング５０及び５２に圧縮力を加えたときであり、それによって内側スリーブ５４と外側スリーブ５６の長さの差に応じた所望の予荷重を印加できることも、認められよう。

ベアリング５０及び５２は二重ボールベアリングとするのが望ましい。適正な予荷重を得る上で重要なことは、ベアリング５０の表面とベアリング５２の表面をできるだけ平行にすることである。ベアリング面間平行度が十分でないとベアリング５０及び５２の周縁部近傍での予荷重均等性が損なわれ、予荷重が不均等であるとベアリング５０及び５２が不自然且つ不均等な移動トルクを受けて予測不可能な半径方向ランアウトひいてはエンコーダ性能低下が生じる。特に、モジュール内に実装されたエンコーダディスク（後述）にこうした半径方向ランアウトが生じると、読取ヘッドに対する不要なフリンジパターンシフトが発生し、エンコーダによる角度計測結果に顕著な誤差が生じる。更に、２個のベアリングで挟み込まれた構造体のスティフネスはベアリング間隔の影響を直接に受け、ベアリング間隔が大きければ大きい程当該アセンブリのスティフネスが高くなることから、本実施形態では、ベアリング５０とベアリング５２の間隔が拡がるようにスリーブ５４及び５６を用いている。外側カートリッジハウジング６４をアルミニウム製とするのが望ましいのは、一つには、スリーブ５４及び５６も同じくアルミニウムから精密機械加工によって製造することにより、スリーブ５４及び５６の長さ並びにベアリング５２及び５４間平行度を十分正確なものとすることができるからである。そのようにすれば、温度変化に伴う膨張量の違いにより予荷重が不均等になることを、防ぐことができる。更に、前述の通り、予荷重はスリーブ５４の長さとスリーブ５６の長さにある程度の差を付けておき、ナット６６及び６８を完全に締め付けることにより発生させているので、発生する予荷重は当該長さの差に応じたものとなる。シール５８を用いてベアリングを封止するのは、ベアリングが汚濁して様々な回転運動やエンコーダの精度やジョイントの感触に影響を与えることを、防ぐためである。

なお、ここでは一対のベアリング５０及び５２を長尺カートリッジ４４内に間隔配置した好適例を説明したが、長尺カートリッジ４４内に設けるベアリングの個数を１個としてもかまわないし、或いは３個以上としてもかまわない。言い換えれば、長短問わず各カートリッジ内にベアリングが１個あれば足りる。

本発明にてジョイント内に組み込まれるカートリッジは、回動角度限界がない構成とすることもある構成とすることもできる。回動角度限界を設けるには、外側カートリッジハウジング６４の外面にフランジ７２を設け、このフランジ７２上に溝７０を設け、この溝７０を環状トラックとして用いその中にシャトル７４を入れればよい。即ち、回動制止点設定ネジ７６等のシャトル制止部材を設け、トラック７０内に入れられたシャトル７４がこのシャトル制止部材とぶつかる点を以て、回動角を制限すればよい。このシャトル制止部材として回動制止点設定ネジ７６等の取り外し可能な部材を使用すれば、回動角度範囲を可変設定することができるが、シャトル回動角度範囲は例えば７２０°未満の範囲に制限するのが望ましい。なお、本願記載の回動シャトル制止部材については特許文献２により詳細な記載がある（特許文献２は本願出願人所有の特許権に係るものでありこの参照を以てその全内容を本願に組み込むこととする）。

また、先に述べたように本発明におけるジョイントを回動角度限界のない構成とするには、既知のスリップリングアセンブリを用いればよい。例えば、シャフト６０を中空にして縦貫する軸状空間７８を設け、その軸状空間７８の一端に他よりも直径が大きな部分８０を設け、この径拡張部８０に円柱形状のスリップリングアセンブリ８２を押し入れるようにするとよい。径拡張部８０と軸状空間７８の残りの部分との境目には段差があるので、スリップリングアセンブリ８２はこの段差にぶつかって止まる。スリップリングアセンブリ８２は、先に説明したモジュール化ジョイントカートリッジ内の予荷重ベアリングアセンブリとは特に機械的連携のない非構造的な部材であり、専ら電気的機能や信号伝送機能を有している。スリップリングアセンブリ８２は商業的に入手できる各種のスリップリングによって構成でき、その好適例としては、英国バークシャー州レディング所在のＩＤＭＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＬｔｄ．から入手可能なＨシリーズスリップリングを挙げることができる。このシリーズのスリップリングは小型円筒状であるので、シャフト６０内の空間（径拡張部）８０に組み込むには理想的である。シャフト６０を縦貫する軸状空間７８の径拡張部８０の一端は開口８４となって終端しており、この開口８４は配線路８６につながっている。配線路８４の寸法及び形状は、スリップリングアセンブリ８２に係る配線９０（図１０参照）を通せるよう設定されている。配線路８６及び開口８４には配線カバー８８が嵌め込まれており、スリップリングアセンブリ８２に至る配線はこの配線カバー８８によって配線路８６内にしっかりと保持されると共に保護される。

また、モジュール化されている長尺カートリッジ４４には、上述の予荷重ベアリング構造に加えてモジュール化されたエンコーダ構造が組み込まれている。次にこのモジュール化エンコーダ構造について説明する。引き続き図９及び図１０を参照するに、本発明にて好適に使用されるトランスデューサはモジュール化された光学エンコーダを備えており、このエンコーダは読取ヘッド９２及び格子ディスク（エンコーダディスク）９４という二種類の基本コンポーネントから構成されている。本実施形態における読取ヘッド９２の個数は２個であり、それらは読取ヘッドコネクタ基板９６上に配置されており、読取ヘッドコネクタ基板９６は締結具９８によって実装プレート１００に取り付けられている。他方、格子ディスク９４は、好ましくもシャフト６０のベアリング下面１０２に適当な接着剤により取り付けられており、実装プレート１００によって支持及び保持されている読取ヘッド９２から所定間隔をおいた場所に、読取ヘッド９２に対し位置を揃えて配置されている。このように、エンコーダディスク９４は接着剤を用いベアリング下面１０２にてシャフト６０に固定されているので、シャフト６０の回動に伴い回転する。また、ワイヤファンネル１０４及びシーリングキャップ１０６は最終的に外側カートリッジハウジング６４下端の外側カバーとなる部材であり、図１０から最もよく看取できるように、ワイヤファンネル１０４はその中に入れられた配線９０を保持及び保護している。図９及び図１０に示した実施形態では読取ヘッド９２が２個一対で用いられているが、３個以上の読取ヘッドを一組にして用いてもよいし読取ヘッドを単独で用いてもよいことは認められよう。モジュラー化された長尺カートリッジ４４を変形し読取ヘッドの個数を１個とした例を図９Ａに、また３個以上とした例を図９Ｂ〜図９Ｅにそれぞれ示す。なかでも図９Ｂ及び図９Ｃに示されているものは４個の、図９Ｄ及び図９Ｅに示されているものは３個の、読取ヘッド９２を備えている。図９Ｂ及び図９Ｃではそれら読取ヘッド９２が実装プレート１００上に角度間隔９０°で配置されており、図９Ｄ及び図９Ｅでは同１２０°で配置されているが、角度間隔は何れもこれとは違う間隔にすることが可能である。

格子ディスク９４を適切な位置に配置するには、格子ディスク９４を配置する場所に達する孔（図示せず）を外側カートリッジハウジング６４に形成し、図示しないツールを用い位置関係上適切な場所まで格子ディスク９４を押し込み、格子ディスク９４とシャフト６０に挟まっている接着剤をその状態で硬化させて格子ディスク９４の位置をそこでロックさせ、そして、外側カートリッジハウジング６４に開けた上掲の孔内にホールプラグ７３を差し込めばよい。

重要な点として、格子ディスク９４の位置と読取ヘッド９２の位置とを逆にしてもよい点に注目すべきである。即ち、格子ディスク９４を外側カートリッジハウジング６４に取り付ける一方、読取ヘッド９２がシャフト６０と一体に回転するように構成してもよい。図１２Ａに示す実施形態はそのような構成を有する実施形態であり、この実施形態においては、一対の読取ヘッド９２’が取り付けられている読取ヘッドコネクタ基板９６’を接着剤によりシャフト６０’に取り付け、読取ヘッドコネクタ基板９６’及び読取ヘッド９２’がシャフト６０’と一体に回転し得る構成とする一方、格子ディスク９４’を支持体たる実装プレート１００’上に配置しこの支持体１００’を外側カートリッジハウジング６４’に取り付けている。結局のところ、格子ディスク９４及び読取ヘッド９２のうち何れか一方をシャフトと一体回転可能とすればよいものと認め得る。重要なのは、光学的なやりとり乃至反応関係を保ちつつも互いに他に対して回転する関係となるよう、格子ディスク９４及び読取ヘッド９２をカートリッジ乃至ジョイント内に配置することである。

本発明にて好適に使用できるロータリエンコーダとしては特許文献１０及び１１に記載されている類のもの、例えばＭｉｃｒｏＥＳｙｓｔｅｍｓからＰｕｒｅＰｒｅｃｉｓｉｏｎＯｐｔｉｃｓなる商品名で商業的に入手できるものがある（この参照を以て特許文献１０及び１１の全内容を本願に組み込むこととする）。このロータリエンコーダは、回折次数間の干渉を検出する実体光学系を基礎としており、そのフリンジパターンに挿入されている読取ヘッド乃至フォトダイオードアレイからの出力がほぼ完全な正弦波信号群になる構成である。発生した正弦波信号群を電子的に補間すれば、光学フリンジ分数倍に過ぎないわずかな変位でも検出できる。

レーザ光源を使用する場合は、まずレーザ光をレンズにより平行化し更に絞りを通してサイズを整え、平行化されサイズが整えられたこのビームを格子に通す。この格子は入射光を回折させる。それによって生じる離散次数のうち０次及び偶数次は何れも格子部材によって抑圧される。０次が抑圧されるため、発散３次を超えたところにある特定の領域にて±１次だけが重なり合いほぼ純粋な正弦波干渉が発生する。この領域に何個かの光検知器アレイ（読取ヘッド）を配置しておけば、格子と光検知器が相対運動しているとき、それらの光検知器アレイからほぼ純粋な正弦波出力が４チャネル分得られる。そして、電子回路を設けて、この出力を増幅、正規化及び補間すれば、その分解能を所望レベルまで高めることができる。

こうしたエンコーダには、その構成が単純であることによる利点、即ち従来技術における光学エンコーダにない利点が幾つかある。まず、計測を実行するのに必要なのはレーザ光源、その平行化光学系、回折格子及び検知器アレイだけであるから、やや嵩の張る従来型エンコーダと異なり非常にコンパクトなエンコーダ系が得られる。また、従来技術におけるデバイスは環境要因に敏感であり、往々にして環境要因による誤差乃至誤動作を発生させていたが、本エンコーダは格子とフリンジの相対運動という直接的な関係を利用しているため環境要因に対して鈍感で、環境要因による誤差乃至誤動作が生じにくい。更に、干渉発生領域が広めであり且つその領域内であればどこでも概ね正弦波の干渉が発生するため、従来技術におけるエンコーダに比べ配置公差が緩くなる。

上掲の光学エンコーダにおける顕著な利点の一つは、スタンドオフ方向及び距離、即ちエンコーダディスクに対する読取ヘッドの距離及び方向について、厳格な精密さがあまり求められないことである。即ち、高精度回転計測を簡易組立型パッケージによって実現できる。このような寸法誤差高耐性エンコーダ技術を用いているため、ＣＭＭ１０は、かなり低コスト（低価格）且つ容易に製造できる。

また、上述した好適な実施形態で設けているのは光学式のエンコーダディスク９４であるが、読取ヘッドにより相対運動を計測できる限りどのような光学フリンジパターンでも、本発明を好適に実施することができるものと認め得る（本発明はそのような光学フリンジパターンによる実施形態を包含する）。本願では、光学フリンジパターンという用語を、動きを計測できるよう周期アレイ状に配置構成された光学素子群であればどのようなものも包含されるような意味で、使用している。上掲の例ではこうした光学フリンジパターン乃至光学素子群を回転ディスク乃至固定ディスク上に実装しているが、実装先はカートリッジを構成する相対運動コンポーネント、例えばシャフトやベアリングやハウジングであってもよくディスクには限られない。また、実装と称しているが、実のところは相対運動コンポーネント上にあり或いは配置されていればよいのであって、堆積・成長、保持・固定その他、様々な形態を採り得る。

それどころか、読取ヘッド及び対応する周期的アレイ乃至パターン部を上述のような光学系ベースのものにする必要すらない。というよりは、広義には読取ヘッドがある種の周期的パターンを検知でき或いは読み取ることができさえすればよいのであって、計測可能且つ周期的な量乃至特性に係るパターンでさえあれば、即ち回転運動等の動きの計測に使用できさえすれば、光学的でないパターンも使用できる。ここでいう計測可能な量乃至特性には、上掲のものの他に、反射率、不透明度、磁界、キャパシタンス、インダクタンス、表面粗さ等が含まれる（例えば表面粗さパターンの読み取りにはＣＣＤカメラ等のカメラとして構成された読取ヘッド乃至センサを用いればよい）。その場合に読取ヘッドにより計測されることとなるのは、例えば、磁界、反射率、キャパシタンス、インダクタンス、表面粗さ等の周期的変化乃至変動である。即ち、本願では、読取ヘッドなる用語をこうした計測可能な量乃至特性に関わるあらゆるセンサ乃至トランスデューサ及びその解析用電子回路という意味で用いているのであって、光学読取ヘッドは単なる好適例の一つに過ぎない。勿論、読取ヘッドにより読み取られる周期的パターンは、その周期的パターンと読取ヘッドとの間に相対運動（一般には回転運動）が生じる限り、どのような面の上にあってもよい。周期パターンの例としては、回転部材乃至固定部材上にパターンをなすよう積み上げ或いは成長させた磁性媒体、誘導性媒体、容量性媒体等がある。更に、表面粗さを以て読取対象周期パターンとする場合は、周期性を呈するよう個別の媒体を積み上げ堆積させ或いは何れにせよ形成する必要すらない。それは、どのような部材上に現れている表面粗さであっても、その表面粗さに反応でき或いはその表面粗さを感知できる読取ヘッド（例えばＣＣＤカメラ等のカメラ）さえあれば、読み取れるからである。

先に示した図９及び図１０が軸状長尺ジョイント１６用のモジュール化されたベアリング／エンコーダカートリッジの構成部材を示したものであったのに対して、図１１及び図１２は軸状長尺ジョイント３０及び３４用のそれを示すものである。このカートリッジアセンブリには、図９及び図１０に示したものと実質的に同様のものであるので符号４４’を割り当ててあるが、図面から明らかなようにこの長尺カートリッジ４４’は長尺カートリッジ４４とは細部で異なっている。例えば、配線カバー（キャップ）８８’の構成が異なること、ワイヤファンネル１０４’及びシーリングキャップ（カバー）１０６’の構成がわずかに異なること、フランジ７２’の位置が外側カートリッジハウジング６４’の上端であること等である。更に、外側カートリッジハウジング６４’とシャフト上側ハウジング６２’の間にあるフランジ７２’が外向きに拡がっている。勿論のこと、各種コンポーネント同士の長さの比率も、図１１及び図１２に示した構成と図９及び図１１のそれとでは多少異なっている。構成部材同士がよく似ているので各構成部材に付す符号は基本的に同一の符号とし、ダッシュ（’）を付して区別してある。また、図１１Ａに示されている構成も図１１に示されているものとよく似ているが、読取ヘッドの個数が１個である点で異なっている。

図１３及び図１４に、蝶番状短尺ジョイント３２及び３６内に組み込まれるベアリング／エンコーダカートリッジを、同様の分解図及び断面図により示す。図１１及び図１２に示した軸状長尺ジョイント４４’がそうであったのと同じく、蝶番状短尺ジョイント３２及び３６用のこの短尺カートリッジ４４”も先に詳述した長尺カートリッジ４４とよく似た構成であるので、本短尺カートリッジ４４”及びその構成部材には前掲の対応する部材の符号にツーダッシュ（”）を付して区別してある。自明な通り、この短尺カートリッジ４４”はそもそも蝶番状短尺ジョイント３２及び３６内で使用することを目的としたものであり、配線は単純に軸状空間７８”及びその径拡張部８０”内に通せばよいので、スリップリングアセンブリは不要である。図１３Ａに示されている構成は図１３に示されているものとよく似ているが、読取ヘッドの個数が１個である点で異なっている。

そして、図１５及び図１６に、第１蝶番状短尺ジョイント１８用のモジュール化されたベアリング／エンコーダカートリッジ１０８を示す。看取できるように、この短尺カートリッジ１０８の構成部材は何れもカートリッジ４４、４４’及び４４”の構成部材とよく似た又は全く同じであるが、後者に対する前者の大きな相違点としてカウンタバランスアセンブリが組み込まれている点がある。このカウンタバランスアセンブリは、外側カートリッジハウジング６４”の外側に嵌め込まれたカウンタバランススプリング１１０を備えている。カウンタバランススプリング１１０により実現されるカウンタバランス機能はＣＭＭ１０にとり重要な機能である。その機序については後に図２６〜図２８を参照してより詳細に説明する。図１５Ａに示されている構成は図１５に示されているものとよく似ているが、読取ヘッドの個数が１個である点で異なっている。

前述したように、本発明を実施する際にはエンコーダ内に複数個の読取ヘッドを設けるのが望ましい。明らかな通りエンコーダによる角度計測誤差は荷重印加に伴うディスクのランアウト即ちその半径方向の動きによるものであるから、互いに１８０°隔てて２個の読取ヘッドを配置すれば各読取ヘッドにてランアウト誤差キャンセレーション効果を発生させることができ、最終的にはこのキャンセレーション効果によって平均化された角度計測結果（いわば免疫化された計測結果）が得られる。即ち、誤差がキャンセルされるよう２個の読取ヘッドを用いることにより、誤差が発生しにくくなるためエンコーダによる計測結果がより正確になる。図１７〜図１９に、読取ヘッドを２個一対で配置したデュアル読取ヘッド実施形態について順にその頂面、断面及び底面を示す。この実施形態は、例えばジョイント１６及び１８（即ち基部に一番近いジョイント群）内で使用される大径カートリッジ内で、有益に使用できる。本実施形態ではカートリッジエンドキャップ１００上に一対の回路基板（読取ヘッドコネクタ基板）９６が実装されており、更に各読取ヘッドコネクタ基板９６上に読取ヘッド９２が機械的に取り付けられている。読取ヘッド９２は好ましくも互いに１８０°隔てて配置されており、従ってディスクのランアウト即ちその半径方向の動きによって生じる誤差をキャンセルすることができる。各読取ヘッドコネクタ基板９６には、更に、その基板９６を内部バスその他の配線につなぐためのコネクタ９３が設けられている（後述）。また、図２０〜図２２に示されている構成は図１７〜図１９に示したものとよく似た構成であるが、カートリッジエンドキャップ（実装プレート）１００の直径がより小さいという基本的な相違点を有している。即ち、このデュアル読取ヘッド実施形態はより小径の実施形態であり、例えばジョイント３０、３２、３４及び３６に組み込まれる小径カートリッジでの使用に適している。

また、有益なことに、読取ヘッドを複数個用いる実施形態（図９Ｄ及び図９Ｅに示した読取ヘッド３個の実施形態や図９Ｂ及び図９Ｃに示した読取ヘッド４個の実施形態を含む）を従来型ＣＭＭに組み込めば、コストが顕著に低減され製造工程がかなり単純になる。例えば特許文献１２に記載のＣＭＭを構成するジョイントは、それぞれ、その図７に示されているように、第１ジョイント半片に対して静止状態を保つ第１ハウジングと、第２ジョイント半片に対して静止状態を保つ第２ハウジングとを備え、両者が相対回転するよう各者に予荷重ベアリングを組み込んだ比較的単純な構成である（特許文献１２の内容はこの参照を以て本願に組み込むこととする）。第１ハウジング内に保持されているパッケージ入りエンコーダからはエンコーダシャフトが突き出ており、第２ハウジング内に組み込まれた軸状配置内部シャフトは第１ハウジング内に延びてこのエンコーダシャフトと噛み合い或いは嵌り合う。従って、この従来型パッケージ入りエンコーダを使用し精度の高い回転計測を行うには、当該エンコーダに対して荷重を印加してはならず、また内部シャフトの軸とエンコーダシャフトの軸との間に多少位置ずれがあっても第２ハウジングの動きが当該エンコーダに正確に伝わるようにしなければならない。軸対軸の位置ずれに関する製造公差を吸収するには、エンコーダシャフトと内部シャフトの間を特殊な結合装置によって接続しなければならない。

これと対照的な例として、図３５に、特許文献１２記載のＣＭＭからその結合装置及びパッケージ入りエンコーダを取り除き、その代わりにエンコーダディスク９６及びエンドキャップ１００を設けた改良型の構造４００を示す。この構造４００においては、第１ハウジング４２０及び第２ハウジング４１０をめいめいに有する２個のジョイントが互いに９０°隔てて配置されている。内部シャフト４１２は第２ハウジング４１０から第１ハウジング４２０内へと延びている。図示の通り、エンコーダディスク９６は例えば接着剤を用いて内部シャフト４１２の一端に取り付けられており、他方でエンドキャップ１００は第１ハウジング４２０内に固定されている。但し、ご理解頂けるように、エンコーダディスク９６を第１ハウジング４２０内に固定しエンドキャップ１００を内部シャフト４１２に固定することとしても、ジョイントの動作乃至操作には特に支障はない。

前述の構成と同様、この構成でも誤差がキャンセルされるよう複数個の読取ヘッドを用いているため、軸間に多少位置ずれがあっても誤差が顕在化しにくく、エンコーダによる計測結果が従前より正確となる。加えて、格子とフリンジの相対運動という直接的な関係を利用しているため、従来装置が敏感に影響を受けていた環境要因に対して本エンコーダは鈍感であり、環境要因による誤差が生じにくい。更に、干渉が発生する領域が広めでありその領域内であればどこでもほぼ正弦波の干渉が生じるため、先に説明した従来型エンコーダに比べて配置公差がかなりの程度緩和される。

もう一つの例として、特許文献１３に記載されている従来型ＣＭＭにおいては、その図４から看取できるように、パッケージ入りエンコーダ内に一次ロータリベアリングを何個か設けることによって、ジョイント毎に一体部を形成してあるため、上述した特許文献１２にて必要とされていた軸間位置ずれ補償が不要である（特許文献１３の内容はこの参照を以て本願に組み込むこととする）。しかしながら、一次ロータリベアリングを設けているため、このエンコーダは、性能上の差し障りがないとはいえ無骨な構造であり、様々な荷重にさらされやすい。このエンコーダが嵩張っていて高コストなものであるのは一つにはそのためである。

これと対照的な例として、図３６に、特許文献１３記載のＣＭＭからパッケージ入りエンコーダと一方のジョイントの連結シャフトを取り除き、その代わりにエンドキャップ１００及びエンコーダディスク９６を設けた改良型の構造４５０を示す。この構造４５０においては、第１ハウジング４７０内にエンドキャップ１００が保持されており、またベアリング４７２によって第１ハウジング４７０内で第２ハウジング４６０の内部シャフト４６２が保持されている。内部シャフト４６２は根本側にあるエンドキャップ１００のそばまで延びて終端しており、またエンコーダディスク９６は例えば接着剤を用いて内部シャフト４６２のこの端に取り付けられている。この実施形態においても、図３５に示した実施形態と同様、複数個の読取ヘッドを用いることで、精度を損ねることなくジョイントを簡素化してそのコストを大きく下げることができる。

明らかな通り、本発明に類するロータリトランスデューサにあっては、周期パターンが非円運動することが精度を損ねる主因である。この非円運動の原因になり得る現象は数多くあるが、その一つは不完全な組立でありまた一つは外力による変形である。外力変形はＣＭＭのどの部位でも生じ得るが、一番多く発生するのはベアリング構造やジョイント配管においてであり、例えばベアリングの非再現性ランアウトやウォブリング（震え）や変形や熱影響やベアリングプレイによって生じる。図１７〜図２１に示した前述の実施形態においては、複数個の読取ヘッドを（２個ならば１８０°離して）実装してロータリトランスデューサ出力の誤差を補正するようにしている。これに対して、図４１〜図４３に示す本発明の別の実施形態においては、ＣＭＭの変形や不完全な組立やその組合せによって生じる誤差を、１個又は複数個の読取ヘッドと１個又は複数個のセンサの併用により補正している。用いるセンサは変位を計測できるセンサであればどのような種類のセンサでもよいが、接近度センサを複数個用いるのが望ましい。

看取できるように、本発明に類するカートリッジはそのシャフトとカートリッジハウジングとの関係でいうと何れも６自由度を有している。即ち、そのシャフトにはＸ軸に沿った変位、Ｙ軸に沿った変位、Ｚ軸に沿った変位、Ｘ軸周りでの回転、Ｙ軸周りでの回転及びＺ軸周りでの回転という６自由度がある。図４１〜図４３に示されているカートリッジ６００はその種のカートリッジであり、このカートリッジ６００のハウジング６０６内の図示しないベアリング上には、内部シャフト６０２が回動可能に実装されている。エンコーダ読取ヘッド６１０及びセンサＳ１〜Ｓ５は読取ヘッド基板６０４を介しハウジング６０６にしっかりと保持されており、またその上に光学フリンジパターンが形成されているエンコーダディスク６０８はシャフト６０２と一体に回転するようシャフト６０２に取り付けられている。エンコーダ読取ヘッド６１０は読取ヘッド基板６０４に取り付けられ光学フリンジパターン６０８上方に実装されており、好適にもこのエンコーダ読取ヘッド６１０によってシャフト６０２のＺ軸周りでの回転を計測することができる。また、カートリッジ６００内には読取ヘッド６１０に加え５個のセンサが設けられている。これら５個のセンサは何れも読取ヘッド基板６０４を介してハウジング６０６に固定されており、また何れもシャフト６０２とハウジング６０６の相対運動を計測するのに使用される。シャフト６０２のハウジング６０６に対する変位のうちＹ軸に沿った変位は変位センサＳ１により計測され、Ｘ軸に沿った変位は変位センサＳ２によって計測される。即ち、シャフト６０２に係るセンサのうち３個、即ち読取ヘッド６１０、変位センサＳ１及び変位センサＳ２によって、順にシャフト６０２のＺ軸周りでの回転、Ｙ軸に沿った変位及びＸ軸に沿った変位が計測される。好ましいことに、このシャフト６０２に係るセンサとしては更に３個のセンサが設けられており、それらのセンサによってＸ軸周りでの回転、Ｙ軸周りでの回転及びＺ軸周りでの回転を計測できる。より詳細には、センサＳ３、Ｓ４及びＳ５を組み合わせて用いることにより、Ｘ軸周りでの回転、Ｙ軸周りでの回転及びＺ軸周りでの回転を計測することができる。図４１〜図４３に示す通り、本実施形態におけるセンサＳ３、Ｓ４及びＳ５は読取ヘッド基板６０４沿いに１２０°間隔で配置されている。なお、これら等間隔配置されている３個のセンサによる計測結果を組み合わせてＸ軸周りでの回転、Ｙ軸周りでの回転及びＺ軸周りでの回転（の量）を計測する手法としては、既知の手法を使用できる。

このように５個のセンサＳ１〜Ｓ５が追加されているため、ＣＭＭを構成するジョイント配管やベアリング構造に由来するあらゆる変形を計測でき、ひいてはエンコーダによる計測結果に含まれる誤差のうちその種の変形による誤差分をセンサＳ１〜Ｓ５（及びエンコーダ）の出力に基づき補正できる。即ち、これらセンサを用いてシャフト６０２とハウジング６０６の間の相対運動を計測し、エンコーダディスク６０８の運動のうち回転運動でないものを特定し、当該回転運動でない運動に起因するあらゆる誤差分を補正することができる。本発明にてこの目的で使用するセンサのうち変位計測用のセンサはそれに適したものであればどのような種類のものでもよいが、接近度センサを用いるのであれば、ホール効果を利用した接近度センサや、その磁気特性、抵抗特性、静電容量特性、光学特性等を利用した接近度センサがよいであろう。

ご理解頂けるように、例えばジョイントに荷重がかかってベアリング構造が変形したため、エンコーダディスク（光学パターン）６０８を担持している内部シャフト６０２がエンコーダ読取ヘッド６０１付きのハウジング６０６に対して動いてしまった場合でも、当該相対運動の影響を受ける角度計測結果を、付加したセンサＳ１〜Ｓ５から得られる変位情報を利用して補正することができ、従って可搬型ＣＭＭの出力における精度を実質的に向上させることができる（明らかなように本発明を実施するに当たりセンサＳ１〜Ｓ５を全て使用してもよいしその一部しか使用しないこととしてもよいしこれら以外のセンサを使用することとしてもよい）。これもまた明らかな通り、本発明の実施に際しては、各ジョイント内のカートリッジ全てにセンサＳ１〜Ｓ５を付加しておくのが望ましいが、それが必須であるというわけではなく、例えばカートリッジのうち１個にセンサＳ１〜Ｓ５を組み込むだけでも十分に効果はある。また、図４１〜図４３に示した実施形態におけるロータリエンコーダは光学的な格子ディスク６０８を有しているが、本発明にて上掲のセンサＳ１〜Ｓ５と併用するロータリエンコーダは、前述の通りその特性を計測、検知及び解析可能な周期パターンを有するパターン部であればよく、またその対象となる特性も反射率、不透明度、磁界、キャパシタンス、インダクタンス、表面粗さ等、どのようなものであってもよい。更に、図４１〜図４３に示した実施形態は光学的なエンコーダディスク６０８がシャフト６０２と共に回転する実施形態であったが、図１２Ａに示したように光学ディスクが固定されている実施形態でも、当該複数個のセンサＳ１〜Ｓ５を使用することが可能である。

上述の通り、追加したセンサの用途は関節腕内のベアリングその他の部分の構造変形によって生じる誤差を補正することであるが、ジョイントに作用し当該構造変形を実際に発生させる外力をこれらのセンサを用いて計算及び計測することもでき、その種の計測結果をセンサからの有益なフィードバックとしてユーザに提供することもできる。例えば、ある特定のベアリング構造乃至ジョイントに関してある許容外力範囲が定められているなら、ベアリング装置の変形量から外力の大きさを検知した結果当該許容外力範囲外の外力であると判明した場合に、ユーザに対しセンサフィードバックを提供してその外力を軽減する改善策を執らせることができる。即ち、センサフィードバックを受けてそのＣＭＭの取扱を工夫する等、ユーザは、よりよい計測結果が得られるような措置を執ることができる。このセンサフィードバックは例えば音響フィードバック、映像フィードバック又はその組合せといった形態で提供でき、例えばＣＭＭを制御するソフトウェアによってユーザに提示される。このように上述の追加センサＳ１〜Ｓ５を荷重超過乃至過負荷センサとして機能させることによって、ユーザが関節腕に負担を加えすぎないようにすることができ、ひいては細やかな取扱を確保して高精度計測を行うことができる。また、あるジョイントに作用する外力を計測する、という手法は、追加センサＳ１〜Ｓ５を使用する図４１〜図４３記載の実施形態だけでなく、複数個の読取ヘッドを使用する前述の各実施形態でも実施できる。例えば、２個の読取ヘッドを用いそれら２個の読取ヘッドの出力を平均化して角度計測値を導出する実施形態であれば、それら２個の読取ヘッドの出力の差を計測することにより、変形をもたらしている外力を求めることができる。図４１〜図４３に示した実施形態であれば更に、向きが違う２個の接近度センサそれぞれによって計測を行うことにより変形量を二方向から計測できるため、方向についての情報も得られる。センサＳ１〜Ｓ５及び読取ヘッドを含め合計６個のセンサを用いれば、有益にも６自由度全てについて計測結果を得ることができ、従って各ジョイントで発生している変形を全面的に明らかにすることができる。

トランスデューサによる角度検出結果は、２個の読取ヘッドを用いることや１個の読取ヘッドと何個かの接近度センサとを併用することで正確化できるのみならず、変形原因たる外力についての計測結果から変形情報を導出してそれに基づき関節腕の運動学的構成を修正すること（例えば関節腕各部の寸法値をリアルタイムに変更すること）で更に正確化することができる。即ち、例えばベアリングが変形するとその変形によって関節腕中の該当セグメントの長さが変化するので、この変形を前述のセンサ及び読取ヘッドにより計測し、そのＣＭＭに係る計測ソフトウェアにてこの腕長変化分を補正分として考慮した補正を実施することにより、その関節腕における最終的な計測精度を高めることができる。

図２３Ａに、図９Ａ、図１１Ａ、図１３Ａ及び図１５Ａに示したシングル読取ヘッド実施形態用の電子回路のブロック構成を示す。看取できるように、このＣＭＭ１０は好ましくも外部バス２６０及び内部バス２６１を有している。外部バス２６０はＵＳＢバス、内部バス２６１はＲＳ４８５とするのが望ましい。内部バス２６１には拡張性があり、エンコーダ増設や、外部実装レールや、回動軸例えば第７軸の追加等にも対応することができる。内部バス２６１が好ましくもＲＳ４８５規格に準拠している場合、この内部バス２６１を、可搬型ＣＭＭの関節腕内の各トランスデューサから情報を集めるためのシリアルネットワークとして、好適に使用できる。このシリアルネットワークは、特許文献７に記載されている形態により構築及び利用することができる（特許文献７は本願出願人に譲受された特許権に係るものでありこの参照を以てその全内容を本願に組み込むこととする）。

看取できるように、図２３Ａに示した回路においては、各カートリッジ内のエンコーダと、各エンコーダ基板との対応関係が１対１である。図中、第１軸状長尺ジョイント１６内長尺カートリッジ用エンコーダを搭載したエンコーダ基板１１２は、図２５に示すように基部１２内に配置される。次に、第１蝶番状短尺ジョイント１８用エンコーダと第２軸状長尺ジョイント３０用エンコーダとを併載したデュアルエンコーダ基板１１４は、図２６に示すように第２軸状長尺ジョイント３０内に配置される。第２蝶番状短尺ジョイント３２用エンコーダと第３軸状長尺ジョイント３４用エンコーダとを併載した同様のデュアルエンコーダ基板１１６も、同じく図２６に示すように第３軸状長尺ジョイント３４内に配置される。そして、第３蝶番状短尺ジョイント３６用エンコーダを搭載した最終段エンコーダ基板１１８は、図２４に示すように計測プローブ（ハンドル）２８内に配置される。各エンコーダ基板１１４、１１６及び１１８にそれぞれ接続されている熱電対は温度遷移に際する温度補償処理に使用される。各エンコーダ基板１１２、１１４、１１６及び１１８には、アナログディジタル変換機能、エンコーダ用計数機能及びシリアルポート通信機能が組み込まれており、また動作データローカル保存用リードプログラマブルフラッシュメモリが設けられている。プロセッサ主基板１１２もフィールドプログラマブルであり、ＵＳＢバス２６０を介した外部からの電気的な書込が可能である。前述の通り内部バス（ＲＳ４８５）２６１は高い拡張性を有しているので、外部実装レール、第７軸或いはその双方を有しより多数のエンコーダを備えた構成をも、実現することができる。アクセスポートは内部バス２６１の点検・診断に使用できる。また、外部ＵＳＢ通信プロトコルには余力があるので、先の図面で符号１０により示してきた型式のＣＭＭを複数個、単一のアプリケーションに接続することが可能であり、全く同じ理由で、単一のＣＭＭ１０を複数個のアプリケーションに接続することも可能である。

各エンコーダ基板１１２、１１４、１１６及び１１８は、できればＭｏｔｏｒｏｌａ（登録商標）社から入手可能なＤＳＰ５６Ｆ８０７等の１６ビットＤＳＰ（digital signal processor）を備える構成とする。この処理コンポーネントは、シリアル通信、直交復号、Ａ／Ｄ変換、オンボード記憶等の機能を含め数多くの処理機能を単体で実現できるものであるので、これを各エンコーダ基板１１２、１１４、１１６及び１１８に搭載すればその基板を構成するのに必要なチップの合計個数を減らすことができる。

本実施形態におけるもう一つの重要特徴事項は、各エンコーダが別々の識別チップ１２１に接続されていることである。各識別チップ１２１は対応する個別エンコーダひいてはモジュール化された対応する個別ベアリング／エンコーダカートリッジを識別するためのチップであり、これを用いることによって品質管理、試験、修理等を容易化且つ迅速化することができる。

図２３Ｂにそのブロック構成が示されている電子回路は、図２３Ａに示したものとよく似ているが、図１０、図１２、図１４及び図１６〜図２２に示したデュアル読取ヘッド実施形態用の電子回路である点で異なっている。

次に、図２４〜図２６を参照して、関節腕１４内への各カートリッジの組み込み方について説明する。なお、図２４では関節腕１４の基部１２が省略されていること、また図２４〜図２６による例示に図９Ａ、図１１Ａ、図１３Ａ及び図１５Ａに示したシングル読取ヘッド実施形態を用いていることに、注意されたい。図２５に示されているように、第１軸状長尺ジョイント１６に組み込まれている長尺カートリッジ４４の上端は、デュアルソケットジョイント４６を構成する円筒状のソケット１２０内に差し込まれ、適当な接着剤を用いてソケット１２０内に固定保持されている。その反対側、即ち長尺カートリッジ４４の下端は延長配管（本実施形態ではスリーブ１２２）内に差し込まれ、やはり適当な接着剤により固定保持されている。スリーブ１２２は例えばアルミニウム製であるが、硬質合金乃至複合素材から形成されていてもよく、アルミニウム製に限られない。スリーブ１２２の下端にはその内面にネジ山部分１２６が形成された外径拡張部１２４がある。このネジ山部分１２６には外向きのテーパが付されているので、図４に明瞭に示されているように、そのネジ山部分１２８に内向きのテーパが付されている磁性マウントハウジング１３０を、ねじ込んで嵌め合わせることができる。こうしたテーパ付きネジ山部分による相互連結という手法は、先にも述べた通り、ＣＭＭ１０を構成する何個かのジョイント全てについて適用されている。テーパ状ネジ山部分は例えばＮＰＴ型にするとよい。そのようにすれば、ねじ込み作業によって自然にきつく締まることとなるので、ロックナットその他の締結具が不要となる。無論、この種のネジ止め手法とネジ固定剤（瞬間接着剤）とを併用することも可能であるしまた併用すべきでもある。

図２６中の長尺カートリッジ４４’も、第１軸状長尺ジョイント１６内の長尺カートリッジ４４と同じく接着剤によって、デュアルソケットジョイント４６’にあいた円筒状の開口部（ソケット）１２０’内に保持固定されている。この長尺カートリッジ４４’の外側カートリッジハウジング６４’にはフランジ７２’の下面によって形成された肩状部分１３２があり、この肩状部分１３２は円筒状の延長配管１３４を支えている。この延長配管１３４は外側カートリッジハウジング６４’の外面を覆うよう当該外側カートリッジハウジング６４’の外側に設けられており、ネジ山部分を有するコンポーネントへの取付用の可変長配管を形成する目的でこの第１軸状長尺ジョイント１６内で使用されている。即ち、延長配管１３４は長尺カートリッジ４４’の下端より更に先まで延びており、その内側にはネジ山付きのスリーブ１３６が差し込まれている。外側カートリッジハウジング６４’を延長配管１３４に接合する手段やスリーブ１３６と延長配管１３４とを接合する手段としては、適宜接着剤等を使用すればよい。スリーブ１３６の一端にはテーパ状部分があり、その外面にはネジ山部分１３８が形成されており、連結片１４２の内面にもネジ山部分１４０があるので、スリーブ１３６の外面にあるネジ山部分１３８と連結片１４２の内面にあるネジ山部分１４０とが噛み合うよう、スリーブ１３６を連結片１４２内にねじ込むことができる。ねじ込んだ後は、デュアルソケットジョイント４８に形成されている開口１４４内に連結片１４２を接着剤で保持固定すればよい。延長配管１３４を炭素繊維複合素材等適当な複合素材から形成する一方ネジ山付きのスリーブ１３６をアルミニウムから形成すれば、好ましくも、デュアルソケットジョイント４８の熱特性に整合させることができる。看取できるように、印刷回路基板（エンコーダ基板）１１４は支持体１４６に締結されており、この支持体１４６は更にデュアルソケットジョイント支持体１４２に保持固定されている。

また、図２５Ａ及び図２５Ｂに示すネジ山付き締結具を用いジョイントのうち１個、数個或いは全部を相互連結する手法を、上述のネジ式連結に併用乃至代用してもよい。図２６に示したネジ山付きのスリーブ１３６と違い、図２５Ｂに示されているスリーブ１３６’は平坦なテーパ端１３７を有するスリーブであり、テーパ端１３７と相補的なテーパが付されているデュアルソケットジョイント支持体１４２’内に入っている。スリーブ１３６’から外向きに延びスリーブ１３６’を縁取っているフランジ１３９は、何個かの（図では６個の）ボルト孔を有している。デュアルソケットジョイント支持体１４２’の上面にもこれと対応する孔が設けられており、ここでは、その孔と位置を揃えた上でフランジ１３９のボルト孔にネジ山付きのボルト１４１をねじ込んで、スリーブ１３６’をデュアルソケットジョイント支持体１４２’にネジ止めしてある。延長配管１３４’は図２６に示した実施形態と同様スリーブ１３６’の外側に嵌め込まれている。このように相補的なテーパが付されたオスとメスとによりジョイントを連結する構成は、連結面がより良好になる点で従来技術に比べ優れている。

図２６に示すように、第３軸状長尺ジョイント３４を構成する長尺カートリッジ４４’は、第２軸状長尺ジョイント３０を構成する長尺カートリッジ４４’と同様の形態で、関節腕１４に保持固定されている。即ち、この長尺カートリッジ４４”の上部はデュアルソケットジョイント４６”にあいた開口１２０”内に接着剤により保持固定されている。前述の延長配管１３４と同様複合素材から形成するのが望ましい延長配管１４８は、外側カートリッジハウジング６４”を覆って更にその先まで延びており、その内部にはスリーブ１５０が差し込まれている。スリーブ１５０は延長配管１４８にぴったり嵌るよう構成されており、延長配管１４８の内面に接着剤により保持固定されている。延長配管１４８に嵌められたスリーブ１５０の他端はテーパ部となっており、その外面にはネジ山部分１５２が形成されている。他方でデュアルソケットジョイント支持体１５４の内面にはこのネジ山部分１５２と相補的なネジ山部分１５３が形成されている。スリーブ１５０は、ネジ山部分１５２とネジ山部分１５３がうまく噛み合うようにデュアルソケットジョイント支持体１５４内に差し込まれている。このとき、デュアルソケットジョイント支持体１５４は、デュアルソケットジョイント４８’にあいた円筒状のソケット１５６内に、接着固定済である。同様に、印刷回路基板（デュアルエンコーダ基板）１１６も、デュアルソケットジョイント支持体１５４に保持固定されている印刷回路基板支持体１４６’を介して、デュアルソケットジョイント４８’に連結されている。

図７及び図８を参照して前述した通り、図１３及び図１４中の短尺カートリッジ４４”及び図１５中の短尺カートリッジ１０８については、単純に、デュアルソケットジョイント４６とデュアルソケットジョイント４８の間に配置し適当な接着剤を用いて保持固定すればよい。こうするだけで、取付に際し長尺カートリッジと短尺カートリッジのなす角度を容易に直角にすることができる（もし望みなら直角以外の角度にすることもできる）。

上述の通りモジュール化されているベアリング／トランスデューサカートリッジを例えば前掲の特許文献１２及び１３に記載の可搬型ＣＭＭにて用いれば、技術的に見て重要な利点が生じる。これは、当該カートリッジ乃至そのハウジングが、その関節腕を構成する各ジョイントの構造部品となっているためである。ここでいう構造部品とは、カートリッジの表面部例えばカートリッジハウジングが関節腕を構成する他のコンポーネントに固く取り付けられており、関節腕を変形させることなく（或いは最小限の変形にとどめつつ）回転運動を伝達できるよう構成されている、という意味である。これは、特許文献１２及び１３に記載の従来型可搬型ＣＭＭのように、ジョイント部材と伝達部材とを別体に分けて設け伝達部材ではなくジョイント部材にだけロータリジョイントを設けてあるＣＭＭとは、対照的である。本発明においては、ジョイント部材の機能と伝達部材の機能とを一身に併有するモジュール化されたコンポーネントとしてカートリッジを設けているため、本質的に、従来のようなジョイント部材と別体の伝達部品乃至部材は不要である。即ち、本発明においては、ジョイント部材及びこれとは分離別体の伝達部材によって関節腕を構成するのではなく、例外なく関節腕の構造部材である軸状長尺ジョイント部材（カートリッジ）及び蝶番状短尺ジョイント部材（カートリッジ）を組み合わせて関節腕を形成しているため、従来技術に比べ良好な効率が得られる。例えば、特許文献１及び１３におけるベアリング個数がジョイント部材と伝達部材の合計で４個（ジョイント内の２個と伝達部材内の２個）であるのに対して、本発明におけるモジュール化されたベアリング／トランスデューサカートリッジでの使用ベアリング個数は最小限（できれば２個）に留まっているので、その分は効率が高くなる。また、それでいて、特許文献１及び１３と同一の機能を実現できる（但しまた別のより優れたやり方であるが）。

図２４Ａ、図２６Ａ及び図２６Ｂに、図１０、図１２、図１４及び図１６〜図２２に示したデュアル読取ヘッド実施形態について、図２４〜図２６に示したものとほぼ同様の断面と、図３Ａに示したＣＭＭ１０’の断面とを示す。

関節腕１４の全長やこれを構成する各種腕セグメントの長さはその目的用途によって変化し得るものであるが、一例を挙げると、関節腕１４の全長は約２４インチ、計測精度は約０.０００２〜０.０００５インチになる。こうした腕寸法及び計測精度を有する可搬型ＣＭＭは、従来であればマイクロメータ、ハイトゲージ、カリパス等の手動ツールを用いて行うのが普通であった計測にかなり適している。また、勿論のこと、これと異なる寸法やこれと異なる精度レベルを有する関節腕１４も実現可能である。例えば関節腕の全長を８乃至１２フィート（１フィート＝約０．３０５ｍ）という長めの寸法としこれに対応して計測上の精度を０.００１インチとしたものは、各種の（準）リアルタイム検査やリバースエンジニアリングに使用できる。

また、ＣＭＭ１０上にコントローラを装着し前掲の特許文献５及び米国特許出願第０９／７７５２２６号に記載の通り比較的単純な実行可能プログラムを実行することも、比較的複雑なプログラムをホストコンピュータ１７２上で実行することも可能である。

図１〜図６及び図２４〜図２６に示す好適な実施形態においては、軸状長尺ジョイント及び蝶番状短尺ジョイントが何れもエラストマ製のバンパ乃至カバーによって保護されている。このエラストマ部材は、強い衝撃を緩和する役割と共に、人間工学的に望ましい位置に把持部を形成し更には審美学的に望ましい外観をかたちづくる役割を担っている。まず、軸状長尺ジョイント１６、３０及び３４は何れも硬質プラスチック製例えばＡＢＳ製の可換カバーによって保護されている。この可換カバーは衝撃及び摩損に対するプロテクタ（保護部材）として機能しており、そのうち第１軸状長尺ジョイント１６用のカバーは、図４にも示した通り二片の基部ハウジング２６Ａ及び２６Ｂを組み合わせることによって形成されており、また軸状長尺ジョイント３０及び３４用の保護スリーブ４０及び４１は、図５及び図６に示した通りカバー片を一対ずつ貝殻状に合わせ適当なネジにより一体締結することによって形成されている。看取できるように、好適な実施形態における軸状長尺ジョイント３０及び３４用硬質プラスチック製保護スリーブ（可換カバー）４０及び４１は、それぞれ、複合素材（炭素繊維等）から形成するのが望ましい延長配管１３４及び１４８のうち対応するものを取り囲むよう、配置されている。

また、図３、図２４及び図２６からよく看取できるように、何れかの可換カバー例えば保護スリーブ４１に傾斜付き支持用柱状突起１６６を一体成形しておくのが望ましい。こうした柱状突起１６６を設けることにより、関節腕１４の肘回動角を制限することができる。従って、明らかに、使用休止時に計測プローブ２８が基部１２にぶつかる恐れが少なくなり、不要な衝撃や摩損を避けることができる。

後に図２９〜図３１を参照して説明する通り、計測プローブ２８にも、硬質プラスチック素材から形成された保護用の可換カバーを設けることができる。

図３Ａ、図２４Ａ、図２６Ａ及び図２６Ｂに別のタイプの保護スリーブ４０’及び４１’を示す。この保護スリーブ４０’及び４１’も貝殻状であるが、ネジ締めではなくストラップ乃至スプリングクリップ１６７によって、その位置乃至姿勢が保持されている。

蝶番状短尺ジョイント１８、３２及び３６は、先に述べた通りまた図１〜図３、図５及び図６に明示されているように、それぞれ一対のエラストマ製（例えばＳａｎｔｏｐｒｅｎｅ（登録商標）等の熱可塑性ラバー製）の保護バンパ３８を有している。保護バンパ３８の取付には、例えばネジ式締結具、適当な接着剤等、適切である限りどのような手段を用いてもよい。こうしたエラストマ製乃至ラバー製の保護バンパ３８を設けることにより、強い衝撃を緩和すると共に、美観上及び人間工学上望ましい把持部を形成することができる。

上述した保護スリーブ乃至可換カバー４０、４１、４０’及び４１’並びに保護バンパ３８は、基部ハウジング２６Ａ及び２６Ｂと同様何れも容易に交換でき、それによって関節腕１４を迅速且つ安価にまたＣＭＭ１０の機械的性能に影響を及ぼすことなく清掃、改修乃至換装することができる。

図１〜図３に示した基部ハウジング２６Ａ及び２６Ｂには、更に、図３に示す通り複数個の円柱状ボス１６８が設けられている。この円柱状ボス１６８は球体装着用のボスであり、装着される球体はクランプ型コンピュータホルダ１７０を装着するための球体であり、クランプ型コンピュータホルダ１７０により支持されるのは可搬型その他のタイプのコンピュータデバイス（ホストコンピュータ）１７２である。こうした円柱状ボス１６８は、球体及びクランプによるコンピュータ実装手段をＣＭＭ１０のどちら側にも装着できるよう、基部ハウジング２６Ａ及び２６Ｂの両側に設けるのが望ましい。

次に、図１５、図１６、図２７Ａ、図２７Ｂ及び図２８を参照して、ＣＭＭ１０用のカウンタバランスの好適例について説明する。まず、本発明に類する従来型の可搬型ＣＭＭで用いられているカウンタバランスは別体の外付けコイルスプリングである。このコイルスプリングは関節腕の外側にアウトリガーのように張り出して実装される。対するに、本発明にて用いられるのは関節腕１４の内部に完全に一体化されたカウンタバランスである。従って、本発明によれば関節腕１４全体が小型乃至低背になる。また、従来型カウンタバランス機構に組み込まれるコイルスプリングは、捲回によって製造される通常のタイプのコイルスプリングである。これに対して、本発明におけるコイルスプリングは、特徴的なことに捲回ではなく機械加工によって製造される。図１６、図２７Ａ及び図２７Ｂに示すスプリング１１０はこうした機械加工型スプリング乃至コイルであり、単一の金属（例えば鋼）の円柱を材料にして機械加工により製作されている。また、この機械加工によって、スプリング１１０の両端に各１個の幅広エンドリング（エンドコイル）１７４及び１７６が形成されており、更にこのエンドコイル１７４とエンドコイル１７６との間に複数の幅狭中間リング（コイル本体）１７８が形成されている。看取できるように、幅広エンドリング１７４はシャフト上側ハウジング６２”の表面端部１８２により、幅広エンドリング１７６は外側カートリッジハウジング６４”の表面端部１８０により、それぞれ制止乃至固定されているため、スプリング１１０が横方向に動くことはない。また、幅広エンドリング１７４及び１７６は中実で頑丈であり捩りに対抗できる点で従来の捲回型スプリングに比べ機能的に秀でている。好ましいことに、エンドリング１７４には一対のロック用柱状突起（ピン）１８４及び１８６（但し１個だけでもよい）が、またエンドリング１７６にはロック用柱状突起（ピン）１８８が設けられている。

デュアルソケットジョイント４６及び４８には、それぞれ、こうした柱状突起乃至ピン１８４、１８６又は１８８が入る溝状通路が設けられている。図２７Ｂ中、一方のソケットジョイント４６に形成されている溝状通路（ピン受入溝）１９０及び１９１はその種の溝状通路である。ピン１８４及び１８６が一方のソケットジョイント４８に形成された対応する溝状通路乃至ピン受入溝内で固定位置で保持されているのに対して、ピン１８８の位置は図２８に示すように可変であるので、ピン１８８の位置を変化させてスプリング１１０の総巻上量を最適化しカウンタバランス力の効きを最適化することができる。図２８においてはこの位置可変がネジ孔１９２内にネジ１９４を差し込む構造を用いて実現されている。即ち、ソケットジョイント４６の内面には、図２７Ｂに示すようにピン受入溝１９０と直交するよう内面溝６９６が形成されているので、図２８中のネジ１９４を操作してピン１８８に接触させこれを内面溝６９６に沿いぐるりと時計回りに動かすことができる。製造時乃至調整時にネジ１９４の位置をうまく設定すれば、スプリング１１０の状態が最適になる。

ご理解頂けるように、関節腕１４を使用するときには、デュアルソケットジョイント４６及び４８にあいたソケット内に短尺ベアリング／エンコーダカートリッジ１０８を挿入及び接着固定して、蝶番状ジョイントとして機能させる。すると、ピン１８４、１８６及び１８８はそれぞれ対応する溝内で位置固定される。短尺カートリッジ１０８には蝶番状ジョイント機能があるため、デュアルソケットジョイント４６に相対しているデュアルソケットジョイント４８をデュアルソケットジョイント４６に対して回動させると、スプリング１１０が巻き上がる。スプリング１１０自体に巻き戻り力（カウンタバランス力）があるため、回動をやめればデュアルソケットジョイント４８はカウンタバランス力に応じて元の位置方向に戻る。

グラインダや梁や天井で使用する場合等、関節腕１４を上下逆さまに設置したいこともあろう。その場合は、カウンタバランス力の向きが所要の向きになるよう、スプリング１１０を上下鏡像の構成とするか或いは逆向きに装着すればよい。

次に、図２９及び図３０Ａ〜図３０Ｃを参照し計測プローブ２８の好適な実施形態に関し説明する。この計測プローブ２８は、印刷回路基板（最終エンコーダ基板）１１８を収容する空間として内部空間１９８を有するハウジング１９６を備えている。看取できるように、計測プローブ２８のハウジング１９６は前記同様のデュアルソケットジョイントを構成しており、またこのハウジング１９６内のソケット１９７内には印刷回路基板１１８を支持するための支持体１９９が接合されている。好ましくも、計測プローブ２８乃至そのハンドルには２個のスイッチ（ボタン）即ち取得スイッチ２００及び確認スイッチ２０２が設けられている。これらのスイッチ２００及び２０２は何れも計測実行中にオペレータが操作するスイッチであり、取得スイッチ２００を操作することによって計測結果を取得することができ、確認スイッチ２０２を操作することによって計測結果を確認することができる。本発明においては、特徴的なことに、使用時における混乱を減らすためこれらのスイッチ２００及び２０２を互いに区別できるようにしてある。区別の付け方には何形態かあるが、例えば、取得スイッチ２００と確認スイッチ２０２の高さ即ち凹凸具合を違える、表面の模様や刻印を違える（例えば取得スイッチ２００の上面は滑らかにし確認スイッチ２０２にはギザギザを付ける）、色を違える（例えば取得スイッチ２００は緑にして確認スイッチ２０２は赤にする）等の区別を、適宜単独で又は任意に組み合わせるとよい。本発明においては、これもまた特徴的なことに、スイッチ２００及び２０２と連携動作する光インジケータ（ランプ）２０４を設けて、計測プローブ２８を使用した計測が適切に行われたかどうかを表示させている。この光インジケータ２０４は二色光源とするのが望ましい。例えば、計測実行時即ち計測結果取得時には光インジケータ２０４を緑色で発光させ計測結果確認時には赤色発光させるとよい。取得ボタン２００を緑色にまた確認ボタン２０２を赤色にしておき、緑の取得ボタン２００が押されているときは緑でまた赤の確認ボタン２０２が押されているときは赤で発光させるとなおよい。既知のＬＥＤを光インジケータ２０４用の光源として用いれば、このような形態で使用される多色光源は容易に実現することができる。更に、握り具合を良好なものとし見た目も美しくし更に衝撃に対する耐性を確保するため、前記同様の構成を有する保護カバー２０６が設けられ計測プローブ２８の外面の一部を覆っている。また、スイッチ２００及び２０２並びに光インジケータ２０４の実装に使用されるスイッチ回路基板２０８は、支持部材１９９により支持されまた印刷回路基板１１８に電気的に接続されている。印刷回路基板１１８には、それらスイッチ２００及び２０２並びに光インジケータ２０４に関わる処理を実行しまた第３蝶番状短尺ジョイント３６に関わる処理を実行するコンポーネント群が設けられている。

本発明においては、更に特徴的なことに、図２９及び図３０Ａ〜図３０Ｃに示す計測プローブ２８に接触トリガプローブ２１０が永久的に搭載されており、またこの接触トリガプローブ２１０を保護しつつ固定プローブ２２４を装着可能にする着脱式キャップ２２０が用いられている。図２９に示す接触トリガプローブ（接触プローブ機構）２１０は簡易型三点運動座上に座しており、接触スプリング２１６によって付勢されたボール２１４と接触するノーズ２１２を有している。三点着座なので接触ピンは３個あり（図ではそのうち１個２１８が示されており）、これらはその下側（ノーズ２１２寄り）にある電気回路に接触している。従って、計測プローブ２８のノーズ２１２に何らかの力が加わるとそれら３個の接触ピン２１８のうち何れかが対応する電気回路から持ち上がり、当該電気回路との電気的接触が開いてスイッチが入る。接触トリガプローブ２１０と正面の取得スイッチ２００とが連動するようにするのが望ましい。

図３０Ｂに示すように、接触トリガプローブ２１０を使用するときは、当該接触トリガプローブ２１０を囲んでいるネジ山部分２２２に、保護カバーたるネジ山付き着脱式キャップ２２０を装着する。逆に、接触トリガプローブ２１０に代えて固定プローブ（ハードプローブ）を使用したいときは、着脱式キャップ２２０を取り外し、所望の固定プローブ例えば図２９、図３０Ａ、図３０Ｂ及び図３０Ｃ中の２２４を、ネジ山部分２２２に装着する。自明な通り、図示した固定プローブ２２４は丸いボール２２６が取り付けられた種類のものであるが、これとは別種構成の固定プローブを使用したい場合も、ネジ山部分２２２を使用したねじ込みにより計測プローブ２８に容易に装着することができる。また、接触トリガプローブ２１０のアセンブリがその内部に実装されているハウジング２２８は、計測プローブ２８のハウジング１９６の一部をなすネジ山付きコネクタ２３０内にネジ式に装着されており、接触トリガプローブ２１０はこのネジ式相互連結によって計測プローブ２８に完全に一体化されている。このようにして完全に一体化された接触トリガプローブ２１０を構成することは、従来型ＣＭＭに接続される従来型着脱可能式接触プローブとの違いを際だたせる事項即ち本発明の重要な特徴事項の一つとなっている。加えて、永久的に搭載されている接触トリガプローブ２１０から固定プローブ２２４への衣替えも上述の通り容易である。

図２９Ａ〜図２９Ｃに、本発明における計測プローブの他の好適な実施形態２８’を示す。この計測プローブ２８’は図２９に示した計測プローブ２８とよく似ているが、その取得スイッチ及び確認スイッチの構成が大きく違っている。即ち、この計測プローブ２８’では、図２９のようなディスクリートボタン型のスイッチ２００及び２０２ではなく、その表面に沿って弓なりになった二対の長円状のスイッチ即ち２００ａ及び２００ｂの対と２０２ａ及び２０２ｂの対が使用されている。スイッチ２００ａ及び２００ｂの対は前掲の図２９における取得スイッチ２００に相当するスイッチ対であり、スイッチ２０２ａ及び２０２ｂの対は同じく確認スイッチ２０２に相当するスイッチ対である。計測プローブ２８に係る実施形態に対し計測プローブ２８’に係る実施形態が有している利点は、それぞれ対をなしている長円状のスイッチ２００及び２０２がそれぞれほぼ計測プローブ２８’の全周を（或いはその周の大部分を）巡っているため、可搬型ＣＭＭ１０のオペレータがより簡単に操作できるという点である。図２９に示した実施形態と同様光インジケータ２０４は各スイッチ２００及び２０２と連携しており、各スイッチ回路基板２０８’上には対応するスイッチ２００及び２０２並びに光インジケータ２０４が実装されている。これもまた図２９に示した実施形態と同様、取得スイッチ２００と確認スイッチ２０２との区別は、高さ（凹凸具合）、模様乃至刻印、色、それらの任意の組合せ等の違いで付けることができる。スイッチ２００及び２０２をわずかに浮かせておくことは、各スイッチ（ボタン）をそのスイッチ（ボタン）沿いのどの箇所で押しても作動させることができる点で、好ましいことである。また、図２９に示した実施形態と同様、前記構成の保護カバー２０６がプローブ２８’の外面の一部分を覆うように設けられている。

次に、図３１を参照してＣＭＭ１０用計測プローブの他の例２３２を示す。この計測プローブ２３２は図２９に示した計測プローブ２８とよく似ているが、回転型のハンドルカバー２３４を備えている点で大きく異なっている。即ち、間隔配置された一対のベアリング２３６及び２３８上にこのハンドルカバー２３４が実装されており、更にこれらベアリング２３６及び２３８が内側コア（支持体）２４０上に実装されていることから、ベアリング２３６及び２３８を挟んで内側コア２４０周りでハンドルカバー２３４を自在に回転させることができる。望ましくはベアリング２３６及び２３８をラディアルベアリングとし、プローブハンドリングに伴い腕に作用する寄生トルクを抑えるようにする。注目すべきことに、スイッチ回路基板２０８’並びにこれに対応するスイッチ２００’、２０２’及び光インジケータ（ＬＥＤ）２０４’は、何れもハンドルカバー２３４と一体に回転するようハンドルカバー２３４に実装されている。処理用の印刷回路基板（最終段エンコーダ基板）１１８’との電気的接続は、従来型のスリップリング機構によって回転中も保たれる。このスリップリング機構は、既知の通り間隔配置された複数個のスプリングフィンガ２４２を備えるものであり、それらスプリングフィンガ（スリップリング導体）２４２は、印刷回路基板１１８’に電気的に接続されている静止側の環状伝送路２４４と接触するよう設けられている。このように、ハンドルカバー２３４及びスイッチアセンブリと、内側コア（プローブシャフト）２４０及び電子回路基板（最終段エンコーダ基板）１１８’との間は、スリップリングフィンガ２４２を用いて電気的に接続乃至結合されている。計測プローブ２３２のハンドルカバー２３４がこのように回転型であることは、スイッチ２００’及び２０２’を好きな方向に向けられるという点でユーザにとって便利であり、またこれにより、関節腕１４’の取扱中に不測の力が作用することを防いでより正確な計測を行うことが可能になる。ハンドルカバー２３４を形成する素材はできれば硬質ポリマとし、その表面には適当な凹凸乃至ギザギザ２４６及び２４８を付けるとよい。凹凸乃至ギザギザ２４６及び２４８を設けることによって、オペレータが計測プローブ２３２をより簡単且つ至便に把持し操作することが可能になる。

看取できるように、計測プローブ２３２の残りの部分は、接触トリガプローブ２１０がカバー（着脱式キャップ）２２０の内側に永久的且つ一体的に搭載されている点を含め、計測プローブ２８と非常によく似た構成を有している。注記すべきことに、スイッチ２００’及び２０２’は、その高さ（凹凸具合）及び表面模様乃至刻印が異なっているので、容易に識別することができる。

また、特許文献２ではプローブに第７回転軸を設けているが、回転型のハンドルカバー２３４を用いればその必要度は低くなる。従って、ハンドルカバー２３４が回転型であることは、ＣＭＭの分野においては際だって有益なことである。お察しの通り、第７軸を追加することは、ＣＭＭ構成の複雑化、ＣＭＭの高価格化並びにシステム内誤差要因の追加につながるものであるが、計測プローブ２３２では回転型である分本物の第７軸を設ける必要性が薄くなる。それは、プローブ端におけるハンドル姿勢を回動させたいならその計測プローブ２３２を回せば回動させれば足りるからである。それでいて、７個目のトランスデューサ並びに対応するベアリング、エンコーダ及び電子回路を追加する必要もなく複雑化を招くこともない。

本物の第７軸を有する計測プローブ即ち回転運動の計測用に７個目のロータリエンコーダを有する計測プローブが欲しい場合は、例えば図３７〜図４０に示す構成とすればよい。これらの図に示されている計測プローブ５００は図２９に示した計測プローブとよく似ているが、前記同様にモジュール化されているベアリング／トランスデューサカートリッジ５０２が組み込まれている点や、取得スイッチ５０４及び確認スイッチ５０６が当該計測プローブ５００の側面に設けられている点や、ハンドル５０８が取り外し可能である点で、大きく異なっている。

看取できるように、モジュール化されているこのベアリング／トランスデューサカートリッジ５０２は詳述済のカートリッジ類とよく似た構成を有しており、回動可能なシャフトと、このシャフト上にある一対のベアリングと、光学エンコーダディスクと、このエンコーダディスクから情報を受け取れるよう且つ当該エンコーダディスクから離れて配置された１個又は複数個（できれば２個）の光学読取ヘッドと、モジュール化されたディスクリートなベアリング／トランスデューサカートリッジが形成されるようベアリング、光学エンコーダディスク、光学読取ヘッド及び少なくともシャフトの一部を囲むハウジングと、を備えている。エンコーダ電子回路用の回路基板５０３はプローブ５００の中空部５０５内にある。ハウジングは下方に張り出しており、この下方張出部分５１０の各側には取得ボタン５０４及び確認ボタン５０６が対をなして配置されている。これらのボタンは、図２９中に実施形態として示した計測プローブ２８におけるやり方と同じやり方で、適当な印刷回路基板５１２に接続されている。これもまた先に説明した実施形態と同様、光インジケータ５１３はボタン５０４とボタン５０６の間に配置されている。更に、ハウジングの下方張出部分５１０には、締結具が差し込まれる一対のネジ孔５１４が設けられている。これらのネジ孔５１４から締結具を外すことによりハンドル５０８を取り外すことができる。これは、計測プローブ５００使用時における回動操作の容易性を高めている。

これ以外の各点については、好ましくも永久的に搭載されている接触トリガプローブ５１６を使用できること、また取り外し可能なキャップを用いて接触トリガプローブ５１６を保護しつつ固定プローブ５１８を装着して使用できることを含め、計測プローブ５００は図２９に示した計測プローブ２８と同様の構成である。お察しの通り、計測プローブ５００内に第７ロータリエンコーダ５０２を組み込むことによって、ＣＭＭ１０を既知のレーザラインスキャナその他の周辺装置と好適に併用可能になる。

次に、図２〜図４、図２３Ａ、図２３Ｂ及び図２５を参照して、本発明の重要な特徴事項に係る可搬型電源について説明する。この可搬型電源は、ＣＭＭ１０に対する電源供給のため設けられたもの、即ち完全に可搬型のＣＭＭ１０を実現するために設けられたものであり、こうした可搬型電源が設けられていることは、ＡＣコード経由でしか電源電力を供給できなかった従来のＣＭＭと対照的なことである。更に、ＣＭＭ１０に対しては、ＡＣコード及びＡＣ／ＤＣアダプタを介して直に電源電力を供給することもでき、またこの形態での電源供給は従来同様のプラグ及びソケットを使用して行うことができる。図２、図３及び図２５中の可搬型電池パック２２は既存の再充電可能な電池例えばＬｉイオン電池であり、電池支持体（クレードル）２５２への機械的連結及び電気的接続を介し、可搬型電源の電子回路基板２０上にある電源兼電池充電回路コンポーネント（電源ユニット）２５４と電気的に接続されている。これら電池支持体２５２及び電源ユニット２５４は既存の技術を応用して実現することができる。電子回路基板２０には更にオンオフスイッチ２５８（図３参照）及び高速通信ポート２５９（できればＵＳＢポート）が接続されている。関節腕１４内にあるジョイントの電子回路と、電子回路基板２０との接続には、ＲＳ４８５バスを使用する。電池２２の充電は、別体の充電器上で行うこともできるし、また、既存のビデオカメラにて普通に行われているように、電池支持体２５２内に配置したままで行うこともできる。また、推察できるように、可搬型コンピュータ１７２（図２参照）を動作させるための電源電力は、数時間程度であれば当該可搬型コンピュータ１７２に内蔵されている電池で賄える。また、ＣＭＭ１０の電源ユニット２５４に接続してそこから電源電力を得ることもできる。

本発明におけるオンボード電源／充電ユニットはＣＭＭ１０と一体の部分をなすよう配置するのが望ましい。それには、オンボード電源／充電ユニットを基部１２特にそのプラスチック製の基部ハウジング２６Ａ及び２６Ｂの一部として配置、構成すればよい。更に好ましくも、基部ハウジング２６Ａ及び２６Ｂに小さな収蔵エリア２６０が設けられていることにも注目されたい。この収蔵エリア２６０には回転扉２６２が設けられており、その中にはスペアの電池、プローブ等を収蔵することができる。

次に、図４、図２５及び図３２〜図３４を参照して、ＣＭＭ１０用の新規な磁性マウント２４について説明する。図４、図２５、図３２及び図３３にその全体が示されているこの磁性マウント２４は円筒状の非磁性ハウジング２６６を有しており、またこの非磁性ハウジング２６６の上部はネジ山部分２６８を以て終端している。ＣＭＭ１０内の各所に適宜設けられているあらゆるネジ山部分と同じく、このネジ山部分２６８にもテーパが付されている。これは、図２５から最もよく看取できるように、ネジ山部分２６８をネジ山部分１２６にネジ式に取り付けることで、磁性マウント２４を第１軸状長尺ジョイント１６に固く連結できるようにするためである。非磁性ハウジング２６６は略円筒状であり、その下側からは２個の縦張出部２７０及び２７２が張り出している。これら縦張出部２７０及び２７２は互いに１８０°隔てて向き合っており、円周に沿ってこれらにより挟まれている半円状の各部分には、一対の半円筒状ハウジング２７４及び２７６が取り付けられている。半円筒状ハウジング２７４及び２７６は何れも磁性素材、即ち鉄や電磁ステンレススチール材のように磁化することが可能な素材から形成されている。磁性半円筒状ハウジング２７４及び２７６と縦張出部２７０及び２７２はひとつながりになって一端開放の外装体を形成しており、その中には磁性コア２７８が入り収容される。磁気コア２７８は卵形をしており、軸方向に貫通する円形開口部２８６を有する非磁性の中央部２８０を、一対の希土類磁石（例えばネオジム鉄硼素磁石）２８２及び２８４でサンドイッチした構成を有している。磁性コア２７８の下側には円形カバー板２８８があり、この円形カバー板２８８は磁性半円筒状ハウジング２７４及び２７６並びに縦張出部２７０及び２７２により形成されている収容空間の下部の中に配置されている。また、シャフト２９０はハウジング２６６の円形開口部２９１更には磁性コア２７８の軸状円形開口２８６を通って下方に延びている。このシャフト２９０を回動可能に支持しているのは上側ベアリング２９２及び下側ベアリング２９４であり、そのうち上側ベアリング２９２は非磁性ハウジング２６６の内面に形成されている円筒状の窪みの中に、また下側ベアリング２９４は円形カバー板２８８に設けられている同様の円筒状の窪みの中に、それぞれ収まっている。シャフト２９０から外向き直交方向に延びているのは、後述の通り磁性マウント２４用オンオフ機構を構成するレバー２９６であり、非磁性ハウジング２６６から溝２９７を通って外向きに延び、非磁性ハウジング２６６を貫通している（図２５参照）。

レバー２９６、シャフト２９０並びにベアリング２９２及び２９４から構成されるこのアセンブリは、全体として、上側のネジ式締結具２９８及び下側の保持リング３００により一体保持されている。看取できるように、例えば非磁性ハウジング２６６の磁性半円筒状ハウジング２７４及び２７６への連結にはネジ式締結具３０２が用いられ、磁性半円筒状ハウジング２７４及び２７６の円形カバー板２８８への連結にはネジ式締結具３０４が用いられ、また非磁性ハウジング２６６の縦張出部２７０及び２７２の円形カバー板２８８への取付にはネジ式締結具３０６が用いられ、というように、磁性マウント２４を構成する各部材の保持固定には様々な手段が用いられている。更に、磁性コア２７８及びシャフト２９０にはシャフト連結ピン３０８を差し込めるようそれぞれ横孔が開いているから、横孔同士の位置を合わせた上でシャフト連結ピン３０８を差し込むことによりシャフト２９０を磁性コア２７８に固定することができ、その状態でレバー２９６を回すとシャフト連結ピン３０８による連結を介しシャフト２９０と一体に磁性コア２７８が回転する。

図１、図３及び図２５に示す如く、レバー２９６にはハンドル３１０が連結されており、このハンドル３１０を基部１２の外側から操作することにより磁性マウント２４を容易に作動／作動停止させることができる。即ち、ハンドル３１０を動かすとレバー２９６が回り、レバー２９６が回るとシャフト２９０が回り、シャフト２９０が回ると希土類磁石２８２及び２８４が回る。図１中の右から左へとハンドル３１０を動かすと、希土類磁石２８２及び２８４の位置は、当該希土類磁石２８２及び２８４が非磁性の縦張出部２７０及び２７２と並びその磁界（磁束）が縦張出部２７０及び２７２によって遮蔽される非作動位置から、当該希土類磁石２８２及び２８４が磁性半円筒状ハウジング２７４及び２７６と並びその磁界（磁束）が磁性半円筒状ハウジング２７４及び２７６と鎖交する作動位置へと、切り替わる。希土類磁石２８２及び２８４が磁性部材と並んでいる状態では、強い磁界が作用する結果、磁性半円筒状ハウジング２７４及び２７６が磁化され、図２５及び図３３に示されている磁性半円筒状ハウジング２７４及び２７６の下部環状面３１２が着座先のテーブル上に磁気吸着する。従って、単にハンドル３１０を動かして作動位置にするだけで磁性マウント２４を作動させ着座先のテーブルに磁気吸着させることができ、逆に非作動位置にするだけで磁性マウント２４を着座中のテーブルから切り離すことができる。留意すべきことに、希土類磁石２８２及び２８４が磁性部材と並んでいない非作動位置即ちオフ位置でも磁束が幾分残留している。このことは本発明の積極的且つ特徴的な事項の一つである。即ち、レバー２９６がオフ位置になっているＣＭＭ１０をテーブル上に再び置くと、有益なことに、この弱い残留磁束と希土類磁石２８２及び２８４との相互作用によってレバー２９６が自動的に回って作動位置即ちオン位置へと戻る。

本発明における磁性マウント２４は、ＣＭＭ１０本体と完全に一体にすることができるだけでなく、ネジ山部分２６８を利用し着脱可能な取外可能型のマウント装置となっている。即ち、磁性マウント２４を他の取付器具例えばネジ式マウントや真空式マウントと換装することができる。また、自明な如く、磁性マウント２４を好適に利用できるのは磁化可能面上に置くときであり、その場合は磁化可能面上に置いてレバー２９６の操作により作動させればよいが、花崗岩等といった磁化不能面上に置かねばならない場合も、磁性マウント２４と着座先磁化不能面との間に適当な仕組み乃至介在板を挟み込めば、当該磁性マウント２４を磁気的に着座固定することができる。

以上、本発明の好適な実施形態に関し図示及び説明した。これらの実施形態に対しては、本発明の神髄及び技術的範囲から逸脱することなく、様々な変形や置換を施すことができる。それ故、本発明についての以上の説明は例示的性格のものであり限定的性格のものではないと理解されたい。

本発明に係りホストコンピュータが取り付けられた関節腕付き可搬型ＣＭＭの前方斜視図である。図１に示したＣＭＭの後方斜視図である。図１に示したＣＭＭの右側面図である（但しホストコンピュータは省略）。図１に示したＣＭＭのうち軸状長尺ジョイントを覆う２個の保護スリーブに小規模変形を施して得られるＣＭＭの右側面図である。本発明に係るＣＭＭの関節腕のうち基部及び第１セグメントの部分分解斜視図である。本発明に係るＣＭＭの関節腕のうち基部及び第１セグメントの部分分解斜視図と第２セグメントの部分分解図を兼ねる図である。本発明に係るＣＭＭの関節腕のうち基部、第１セグメント及び第２セグメントの部分分解斜視図と第３セグメントの部分分解図を兼ねる図である。本発明にてデュアルソケットジョイントに組み込まれる一対のベアリング／エンコーダカートリッジの分解斜視図である。図７に示したベアリング／エンコーダカートリッジ及びデュアルソケットジョイントの前面立面図である。本発明における短尺ベアリング／エンコーダカートリッジの分解斜視図である。図９に示したカートリッジを変形しその読取ヘッドを１個にしたものの分解斜視図である。図９に示したカートリッジを変形しその読取ヘッドを４個にしたものの分解斜視図である。図９Ｂに示したカートリッジの組立後状態を示す斜視図である。図９に示したカートリッジを変形しその読取ヘッドを３個にしたものの分解斜視図である。図９Ｄに示したカートリッジの組立後状態を示す斜視図である。図９に示したカートリッジの縦断面図である。本発明における長尺ベアリング／エンコーダカートリッジの分解斜視図である。図１１に示したカートリッジを変形しその読取ヘッドを１個にしたものの分解斜視図である。図１１に示したカートリッジの縦断面図である。図１２に示したカートリッジを変形しそのデュアル読取ヘッドをシャフトと共に回転させるようにしたものの縦断面図である。本発明における更に他のベアリング／エンコーダカートリッジの分解斜視図である。図１３に示したカートリッジを変形しその読取ヘッドを１個にしたものの分解斜視図である。図１３に示したカートリッジの縦断面図である。本発明におけるカウンタバランススプリングをベアリング／エンコーダカートリッジとともに示す分解斜視図である。図１５に示したカウンタバランススプリング付きカートリッジを変形しその読取ヘッドを１個にしたものの分解斜視図である。図１５に示したカウンタバランススプリング付きカートリッジの縦断面図である。本発明にて大径ベアリング／エンコーダカートリッジ用に使用されるデュアル読取ヘッドアセンブリの頂面図である。図１７中の線１８−１８に沿った縦断面図である。図１７に示したデュアル読取ヘッドアセンブリの底面図である。本発明にて小径ベアリング／エンコーダカートリッジ用に使用されるデュアル読取ヘッドアセンブリの頂面図である。図２０中の線２１−２１に沿った縦断面図である。図２０に示したデュアル読取ヘッドアセンブリの底面図である。本発明におけるＣＭＭ用電子回路、特にシングル読取ヘッド使用時回路のブロック図である。本発明におけるＣＭＭ用電子回路、特にデュアル読取ヘッド使用時回路のブロック図である。本発明に係るＣＭＭの縦貫縦断面図である（基部は省略）。図３Ａに示したＣＭＭの縦断面図である。図２４に示したＣＭＭのうち基部及び第１軸状長尺ジョイントセグメントの拡大断面図である。本発明の他の実施形態における軸状長尺ジョイント蝶番状短尺ジョイント間連結部の斜視図である。図２５Ａに示した連結部の一部の縦貫縦断面図である。図２４に示したＣＭＭのうち第２及び第３軸状長尺ジョイントセグメントの拡大断面図である。図２４Ａに示したＣＭＭのうち第２及び第３軸状長尺ジョイントを示す拡大断面図である。図２４Ａに示したＣＭＭのうち第３軸状長尺ジョイント及びプローブを示す拡大断面図である。本発明における第１蝶番状短尺ジョイント／カウンタバランスアセンブリの分解側立面図である。図２７Ａに示したコンポーネントの斜視図である。本発明における内部カウンタバランスの縦断面図である。本発明における一例計測プローブの縦貫縦断面図である。本発明における計測プローブの他の例の側立面図である。図２９Ａ中の線２９Ｂ−２９Ｂに沿った縦断面図である。図２９Ａ及び図２９Ｂに示した計測プローブにて使用される取得スイッチ確認スイッチ対の斜視図である。本発明における一体型接触トリガプローブ及びこれに装着可能なハードプローブを示す立面図である。接触トリガプローブにハードプローブを未装着の状態を示す立面図である。接触トリガプローブにハードプローブを装着した状態を示す立面図である。本発明における計測プローブの更に他の例の縦貫縦断面図である。本発明における一体型磁性基部の分解斜視図である。図３２に示した磁性基部の縦貫縦断面図である。図３２に示した磁性基部の頂面図である。特許文献１２に示されているＣＭＭジョイントにデュアル読取ヘッドを組み込んだものの縦断面図である。特許文献１３に示されているＣＭＭジョイントにデュアル読取ヘッドを組み込んだものの縦断面図である。第７軸トランスデューサを有する計測プローブの側立面図である。図３７に示した計測プローブに取外可能ハンドルを設けたものの側立面図である。図３８に示した計測プローブの端面図である。図３８に示した計測プローブの縦断面図である。本発明におけるベアリング／エンコーダカートリッジであって読取ヘッド及び複数個のセンサを有するものの頂面図である。図４１に示したカートリッジの斜視図である。図４２に示したカートリッジの上部拡大図である。

Claims

第１端、その逆側の第２端及び少なくとも５個のロータリジョイントを有しその位置乃至姿勢を手動設定可能で且つ当該少なくとも５個のロータリジョイントにより与えられた少なくとも５自由度を有する関節腕と、上記関節腕の第１端に取り付けられた計測プローブと、上記関節腕内のトランスデューサから位置信号乃至姿勢信号を受信し指定空間内における上記計測プローブの位置乃至姿勢に相当するディジタル座標を求める電子回路と、を備え、上記指定空間内における対象物の位置乃至姿勢の計測に使用される可搬型の座標計測機（ＣＭＭ）における計測精度向上方法であって、
上記関節腕が負荷乃至荷重条件下におかれとき当該関節腕の構成部分に生じ上記ＣＭＭによる計測結果に誤差をもたらす変形を当該構成部分から検知するステップと、
検知された変形に応じ上記誤差を補正するステップと、
を有する方法。
請求項１記載の方法であって、検知される変形が、上記ロータリジョイントのうち１個又は複数個に設けられたベアリング構造に生じる変形である方法。
請求項１記載の方法であって、検知される変形が、上記関節腕に設けられた配管構造に生じる変形である方法。
請求項１記載の方法であって、検知される変形が、あるジョイントに設けられた１個又は複数個のトランスデューサによる角度関連計測結果に誤差をもたらす変形であり、本方法が、上記角度関連計測結果に含まれる誤差を補正するステップを有する方法。
請求項１記載の方法であって、上記ロータリジョイントのうち１個又は複数個が特定ジョイントであり、当該特定ジョイントが、そのロータリジョイント内に配置されその特性を計測可能な周期パターンを有するパターン部と、そのロータリジョイント内に上記パターン部から距離を隔てて且つ当該パターン部に対して相対回転可能に配置され上記周期パターンに反応する複数個の読取ヘッドと、を有し、本方法が、上記複数個の読取ヘッドにより上記関節腕における上記変形を検知するステップを有する方法。
請求項５記載の方法であって、１８０°間隔で配置配置された２個の上記読取ヘッドを用いる方法。
請求項５記載の方法であって、光学フリンジパターンを含む上記周期パターンと光学読取ヘッドを含む上記複数個の読取ヘッドとを用いる方法。
請求項７記載の方法であって、上記光学フリンジパターンが光学エンコーダディスク上に配置された光学フリンジパターンである方法。
請求項８記載の方法であって、上記周期パターンに対する上記複数個の読取ヘッドの反応が、上記光学フリンジパターンに挿入されている当該読取ヘッドにより回折次数間干渉を検出して正弦波信号を発生させるステップと、上記正弦波信号を電子的に補間して変位を検出するステップと、を含む方法。
請求項５記載の方法であって、上記複数個の読取ヘッドによってキャンセレーション効果を発生させ誤差を平均化する方法。
請求項５記載の方法であって、反射率、不透明度、磁界、キャパシタンス、インダクタンス及び表面粗さのうち一種類又は複数種類を含む計測可能な特性によって、上記パターン部に上記周期パターンを形成しておく方法。
請求項１記載の方法であって、上記少なくとも５個のロータリジョイントに含め、自在回動を可能にする長尺ジョイントと、蝶番運動を可能にする短尺ジョイントとを用いる方法。
請求項１２記載の方法であって、上記長尺ジョイントと上記短尺ジョイントとによるジョイント対を三対備えるＣＭＭによる方法。
請求項１記載の方法であって、上記ロータリジョイントが２−２−２配置、２−１−２配置、２−２−３配置及び２−１−３配置のうち何れかに従い配置されたＣＭＭによる方法。
請求項５記載の方法であって、上記複数個の読取ヘッドが固定、上記パターン部が上記複数個の読取ヘッドに対し回転可能である方法。
請求項５記載の方法であって、上記パターン部が固定、上記複数個の読取ヘッドが上記パターン部に対し回転可能である方法。
請求項５記載の方法であって、上記特定ジョイントが更に、第１及び第２ハウジングと、上記第２ハウジングから上記第１ハウジング内へと延びる回動可能シャフトと、上記回動可能シャフトを上記第１ハウジング内で回動できるよう当該回動可能シャフトと当該第１ハウジングの間に配置されたベアリングと、上記回動可能シャフトに取り付けられた上記パターン部と、上記第２ハウジングに対する上記第１ハウジングの回動によって上記複数個の読取ヘッドが上記パターン部に対して移動するよう当該第１ハウジング内に固定された当該複数個の読取ヘッドと、を有する方法。
請求項５記載の方法であって、上記特定ジョイントが、第１ハウジングと、第２ハウジングと、上記第２ハウジングに固定され上記第１ハウジング内へと延びる回動可能シャフトと、上記第１ハウジング内部で支持され且つその軸周りで回転可能に上記回動可能シャフトを支持する１個又は複数個のベアリングと、を備え、上記パターン部及び上記複数個の読取ヘッドのうち一方が上記回動可能シャフトの一端に固定され他方が上記第１ハウジング内に固定されたロータリジョイントである方法。
請求項１記載の方法であって、上記ロータリジョイントのうち１個又は複数個が特定ジョイントであり、当該特定ジョイントが、そのロータリジョイント内に配置されその特性を計測可能な周期パターンを有するパターン部と、そのロータリジョイント内に上記パターン部から距離を隔てて且つ当該パターン部に対して相対回転可能に配置され上記周期パターンに反応する１個又は複数個の読取ヘッドと、上記１個又は複数個の読取ヘッドに対する上記関節腕の相対運動を計測する１個又は複数個のセンサと、を有し、本方法が、上記１個又は複数個のセンサを用いて上記関節腕における変形を検知するステップを有する方法。
請求項１９記載の方法であって、上記１個又は複数個のセンサに含め間隔配置された複数個の変位計測用センサを用いる方法。
請求項１９記載の方法であって、上記１個又は複数個のセンサに含め変位計測用センサを用いる方法。
請求項２１記載の方法であって、Ｘ軸に沿った上記パターン部の変位を計測するためのセンサを１個又は複数個用いる方法。
請求項２１記載の方法であって、Ｙ軸に沿った上記パターン部の変位を計測するためのセンサを１個又は複数個用いる方法。
請求項２２記載の方法であって、Ｙ軸に沿った上記パターン部の変位を計測するためのセンサを１個又は複数個用いる方法。
請求項１９記載の方法であって、上記特定ジョイントがシャフトを備え、上記シャフトの少なくとも一部分がハウジングにより囲われ、上記シャフト及び上記ハウジングが互いに他に対して回動可能に設けられ、上記１個又は複数個のセンサに含め上記シャフトと上記ハウジングの相対運動を計測するためのセンサを１個又は複数個用いる方法。
請求項２５記載の方法であって、上記シャフトと上記ハウジングの相対運動を計測するためのセンサを複数個用いる方法。
請求項２５記載の方法であって、上記シャフトとして回動可能なシャフトを用いる方法。
請求項２６記載の方法であって、上記シャフトとして回動可能なシャフトを用いる方法。
請求項２８記載の方法であって、上記１個又は複数個のセンサに含め上記シャフトの相対運動を計測するためのセンサを複数個用い、そのうち第１センサがＸ軸沿い変位を計測するためのセンサであり第２センサがＹ軸沿い変位を計測するためのセンサである方法。
請求項２９記載の方法であって、上記シャフトの相対運動を計測するための複数個のセンサに含め、Ｘ軸周りでの回転を計測するための第３センサ、Ｙ軸周りでの回転を計測するための第４センサ及びＺ軸に沿った変位を計測するための第５センサを用いる方法。
請求項２９記載の方法であって、上記１個又は複数個の読取ヘッドによりＺ軸周りでの上記シャフトの回転を計測する方法。
請求項３１記載の方法であって、上記１個又は複数個の読取ヘッドによりＺ軸周りでの上記シャフトの回転を計測する方法。
請求項３０記載の方法であって、上記第３、第４及び第５センサを互いに約１２０°離れた位置に配置して用いる方法。
請求項２５記載の方法であって、上記読取ヘッドと組み合わせて少なくとも５個のセンサを用いることにより上記シャフトについて少なくとも６自由度分の計測を行う方法。
請求項１９記載の方法であって、上記１個又は複数個のセンサに含め、上記１個又は複数個の読取ヘッドに対する上記パターン部の移動を計測するためのセンサを複数個用いる方法。
請求項３５記載の方法であって、上記複数個のセンサを互いに約９０°離れた位置に配置して用いる方法。
請求項５又は１９記載の方法であって、上記少なくとも５個のロータリジョイントのうち複数個を上記特定ジョイントとする方法。
請求項５又は１９記載の方法であって、上記少なくとも５個のロータリジョイントのうち少なくとも３個を上記特定ジョイントとする方法。
請求項５又は１９記載の方法であって、上記少なくとも５個のロータリジョイントのうち少なくとも４個を上記特定ジョイントとする方法。
請求項５又は１９記載の方法であって、上記少なくとも５個のロータリジョイントのうち少なくとも５個を上記特定ジョイントとする方法。
請求項５又は１９記載の方法であって、上記関節腕が少なくとも６自由度を有することとなるよう少なくとも６個のロータリジョイントを用い、上記少なくとも６個のロータリジョイントのうち少なくとも６個を上記特定ジョイントとする方法。
請求項５又は１９記載の方法であって、上記関節腕が少なくとも７自由度を有することとなるよう少なくとも７個のロータリジョイントを用い、上記少なくとも７個のロータリジョイントのうち少なくとも７個を上記特定ジョイントとする方法。
請求項５又は１９記載の方法であって、上記ロータリジョイントを全て上記特定ジョイントとする方法。
第１端、その逆側の第２端及び少なくとも５個のロータリジョイントを有しその位置乃至姿勢を手動設定可能で且つ当該少なくとも５個のロータリジョイントにより与えられた少なくとも５自由度を有する関節腕と、上記関節腕の第１端に取り付けられた計測プローブと、上記関節腕内のトランスデューサから位置信号乃至姿勢信号を受信し指定空間内における上記計測プローブの位置乃至姿勢に相当するディジタル座標を求める電子回路と、を備え、上記指定空間内における対象物の位置乃至姿勢の計測に使用される可搬型の座標計測機（ＣＭＭ）であって、
上記関節腕が負荷乃至荷重条件下におかれとき当該関節腕の構成部分に生じ本ＣＭＭによる計測結果に誤差をもたらす変形を当該構成部分から検知する手段と、
検知された変形に応じ上記誤差を補正する手段と、
を備えるＣＭＭ。
請求項４４記載のＣＭＭであって、検知される変形が、上記ロータリジョイントのうち１個又は複数個に設けられたベアリング構造に生じる変形であるＣＭＭ。
請求項４４記載のＣＭＭであって、検知される変形が、上記関節腕に設けられた配管構造に生じる変形であるＣＭＭ。
請求項４４記載のＣＭＭであって、検知される変形が、あるジョイントに設けられた１個又は複数個のトランスデューサによる角度関連計測結果に誤差をもたらす変形であり、本ＣＭＭが、上記角度関連計測結果に含まれる誤差を補正する手段を備えるＣＭＭ。
請求項４４記載のＣＭＭであって、上記ロータリジョイントのうち１個又は複数個が特定ジョイントであり、当該特定ジョイントが、そのロータリジョイント内に配置されその特性を計測可能な周期パターンを有するパターン部と、そのロータリジョイント内に上記パターン部から距離を隔てて且つ当該パターン部に対して相対回転可能に配置され上記周期パターンに反応する複数個の読取ヘッドと、を有し、上記複数個の読取ヘッドにより上記関節腕における上記変形を検知するＣＭＭ。
請求項４８記載のＣＭＭであって、上記読取ヘッドが２個、１８０°間隔で配置されたＣＭＭ。
請求項４８記載のＣＭＭであって、上記周期パターンが光学フリンジパターンを含み、上記複数個の読取ヘッドが光学読取ヘッドを含むＣＭＭ。
請求項５０記載のＣＭＭであって、上記光学フリンジパターンが光学エンコーダディスク上にあるＣＭＭ。
請求項５１記載のＣＭＭであって、上記周期パターンに対する上記複数個の読取ヘッドの反応が、上記光学フリンジパターンに挿入されている当該読取ヘッドにより回折次数間干渉を検出して正弦波信号を発生させるステップと、上記正弦波信号を電子的に補間して変位を検出するステップと、を含むＣＭＭ。
請求項４８記載のＣＭＭであって、上記複数個の読取ヘッドによってキャンセレーション効果を発生させ誤差を平均化するＣＭＭ。
請求項４８記載のＣＭＭであって、上記パターン部から計測可能な特性が、反射率、不透明度、磁界、キャパシタンス、インダクタンス及び表面粗さのうち一種類又は複数種類を含むＣＭＭ。
請求項４４記載のＣＭＭであって、上記少なくとも５個のロータリジョイントに含め、自在回動を可能にする長尺ジョイントと、蝶番運動を可能にする短尺ジョイントとを備えるＣＭＭ。
請求項５５記載のＣＭＭであって、上記長尺ジョイントと上記短尺ジョイントとによるジョイント対を三対備えるＣＭＭ。
請求項４４記載のＣＭＭであって、上記ロータリジョイントが２−２−２配置、２−１−２配置、２−２−３配置及び２−１−３配置のうち何れかに従い配置されたＣＭＭ。
請求項４８記載のＣＭＭであって、上記複数個の読取ヘッドが固定されており、上記パターン部が上記複数個の読取ヘッドに対して回転可能なＣＭＭ。
請求項４８記載のＣＭＭであって、上記パターン部が固定されており上記複数個の読取ヘッドが上記パターン部に対して回転可能なＣＭＭ。
請求項４８記載のＣＭＭであって、上記特定ジョイントが更に、第１及び第２ハウジングと、上記第２ハウジングから上記第１ハウジング内へと延びる回動可能シャフトと、上記回動可能シャフトを上記第１ハウジング内で回動できるよう当該回動可能シャフトと当該第１ハウジングの間に配置されたベアリングと、上記回動可能シャフトに取り付けられた上記パターン部と、上記第２ハウジングに対する上記第１ハウジングの回動によって上記複数個の読取ヘッドが上記パターン部に対して移動するよう当該第１ハウジング内に固定された当該複数個の読取ヘッドと、を有するＣＭＭ。
請求項４８記載のＣＭＭであって、上記特定ジョイントが、第１ハウジングと、第２ハウジングと、上記第２ハウジングに固定され上記第１ハウジング内へと延びる回動可能シャフトと、上記第１ハウジング内部で支持され且つその軸周りで回転可能に上記回動可能シャフトを支持する１個又は複数個のベアリングと、を備え、上記パターン部及び上記複数個の読取ヘッドのうち一方が上記回動可能シャフトの一端に固定され他方が上記第１ハウジング内に固定されたＣＭＭ。
請求項４４記載のＣＭＭであって、上記ロータリジョイントのうち１個又は複数個が特定ジョイントであり、当該特定ジョイントが、そのロータリジョイント内に配置されその特性を計測可能な周期パターンを有するパターン部と、そのロータリジョイント内に上記パターン部から距離を隔てて且つ当該パターン部に対して相対回転可能に配置され上記周期パターンに反応する１個又は複数個の読取ヘッドと、上記１個又は複数個の読取ヘッドに対する上記関節腕の相対運動を計測する１個又は複数個のセンサと、を有し、本ＣＭＭが、上記１個又は複数個のセンサを用いて上記関節腕における変形を検知する手段を備えるＣＭＭ。
請求項６２記載のＣＭＭであって、上記１個又は複数個のセンサに含め間隔配置された複数個の変位計測用センサを備えるＣＭＭ。
請求項６２記載のＣＭＭであって、上記１個又は複数個のセンサに含め変位計測用センサを備えるＣＭＭ。
請求項６４記載のＣＭＭであって、Ｘ軸に沿った上記パターン部の変位を計測するためのセンサを１個又は複数個備えるＣＭＭ。
請求項６４記載のＣＭＭであって、Ｙ軸に沿った上記パターン部の変位を計測するためのセンサを１個又は複数個備えるＣＭＭ。
請求項６５記載のＣＭＭであって、Ｙ軸に沿った上記パターン部の変位を計測するためのセンサを１個又は複数個備えるＣＭＭ。
請求項６２記載のＣＭＭであって、上記特定ジョイントがシャフトを備え、上記シャフトの少なくとも一部分がハウジングにより囲われ、上記シャフト及び上記ハウジングが互いに他に対して回動可能に設けられ、上記１個又は複数個のセンサに含め上記シャフトと上記ハウジングの相対運動を計測するためのセンサを１個又は複数個備えるＣＭＭ。
請求項６８記載のＣＭＭであって、上記シャフトと上記ハウジングの相対運動を計測するためのセンサを複数個備えるＣＭＭ。
請求項６８記載のＣＭＭであって、上記シャフトが回動可能なＣＭＭ。
請求項６９記載のＣＭＭであって、上記シャフトが回動可能なＣＭＭ。
請求項７１記載のＣＭＭであって、上記１個又は複数個のセンサに含め上記シャフトの相対運動を計測するためのセンサを複数個備え、そのうち第１センサがＸ軸沿い変位を計測するためのセンサであり第２センサがＹ軸沿い変位を計測するためのセンサであるＣＭＭ。
請求項７２記載のＣＭＭであって、上記シャフトの相対運動を計測するための複数個のセンサに含め、Ｘ軸周りでの回転を計測するための第３センサ、Ｙ軸周りでの回転を計測するための第４センサ及びＺ軸に沿った変位を計測するための第５センサを備えるＣＭＭ。
請求項７２記載のＣＭＭであって、上記１個又は複数個の読取ヘッドによりＺ軸周りでの上記シャフトの回転を計測するＣＭＭ。
請求項７４記載のＣＭＭであって、上記１個又は複数個の読取ヘッドによりＺ軸周りでの上記シャフトの回転を計測するＣＭＭ。
請求項７３記載のＣＭＭであって、上記第３、第４及び第５センサが互いに約１２０°離れた位置に配置されたＣＭＭ。
請求項６８記載のＣＭＭであって、上記読取ヘッドと協働し上記シャフトについて少なくとも６自由度分の計測を行う少なくとも５個のセンサを備えるＣＭＭ。
請求項６２記載のＣＭＭであって、上記１個又は複数個のセンサに含め、上記１個又は複数個の読取ヘッドに対する上記パターン部の移動を計測するためのセンサを複数個備えるＣＭＭ。
請求項７８記載のＣＭＭであって、上記複数個のセンサが互いに約９０°離れた位置に配置されたＣＭＭ。
請求項４８又は６２記載のＣＭＭであって、上記少なくとも５個のロータリジョイントのうち複数個が上記特定ジョイントであるＣＭＭ。
請求項４８又は６２記載のＣＭＭであって、上記少なくとも５個のロータリジョイントのうち少なくとも３個が上記特定ジョイントであるＣＭＭ。
請求項４８又は６２記載のＣＭＭであって、上記少なくとも５個のロータリジョイントのうち少なくとも４個が上記特定ジョイントであるＣＭＭ。
請求項４８又は６２記載のＣＭＭであって、上記少なくとも５個のロータリジョイントのうち少なくとも５個が上記特定ジョイントであるＣＭＭ。
請求項４８又は６２記載のＣＭＭであって、上記関節腕が少なくとも６自由度を有することとなるよう少なくとも６個のロータリジョイントを備え、上記少なくとも６個のロータリジョイントのうち少なくとも６個が上記特定ジョイントであるＣＭＭ。
請求項４８又は６２記載のＣＭＭであって、上記関節腕が少なくとも７自由度を有することとなるよう少なくとも７個のロータリジョイントを備え、上記少なくとも７個のロータリジョイントのうち少なくとも７個が上記特定ジョイントであるＣＭＭ。
請求項４８又は６２記載のＣＭＭであって、上記ロータリジョイントが全て上記特定ジョイントであるＣＭＭ。