JP2007502984A - 携帯可能な座標測定装置の操作者に感覚フィードバックを提供する方法および装置 - Google Patents

Abstract

ジョイントアーム部分を有する多関節アームで構成されている携帯可能な座標測定装置（ＣＭＭ）の操作者にフィードバックを提供する方法が提示されている。この方法は、前記アームが荷重のかかった状態におかれたときに、そのアームに加えられている外力の大きさを示す、前記多関節アームの一部における変形を検知し、前記検知された外力に応じて、前記ＣＭＭの操作者にフィードバックを提供することを含む。

Description

本発明は、座標測定装置（ＣＭＭ：Coordinate Measurement Machines）に関し、特に、多関節アームを有する携帯可能なＣＭＭに関する。

現在、携帯可能な多関節アームは、測定システムとして、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を備える。多関節アームは、一般に、物体上の点を測定するために用いられており、これらの測定された点を、ホストコンピュータに保存されたＣＡＤ（Computer-Aided Design：コンピュータ援用設計）データと比較して、その物体が、ＣＡＤ仕様の範囲内にあるかどうかが判断される。すなわち、ＣＡＤデータは、多関節アームによって実際に測定された測定値が比較される基準データである。また、ホストコンピュータは、点検プロセスの間を通じて操作者を誘導するアプリケーションソフトウェアを含む場合もある。複雑なアプリケーションを伴う数多くの状況では、ユーザは、アプリケーションソフトウェアの複雑なコマンドに応えながら、ホストコンピュータ上の３次元ＣＡＤデータを観察することになるので、このような構成とするのが適切である。

上述の測定システムに用いるための従来技術による携帯可能なＣＭＭの一例が、本願と同一譲受人に譲渡された（本願と同一出願人による）米国特許第５，４０２，５８２号（‘５８２号）明細書に開示されており、これを、本願に引用して援用する。この‘５８２号特許には、手動で操作されるマルチジョイント多関節アームであって、その一方の端部に支持基部を有し、もう一方の端部に測定プローブを有する多関節アームで構成される従来の３次元測定システムが開示されている。このアームに対して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通信を行う。言うまでもないが、‘５８２号特許では、アームがシリアルボックスと電子的に通信を行うことになり、さらに、これが、ホストコンピュータと電子的に通信を行う。同一出願人による米国特許第５，６１１，１４７号（‘１４７号）明細書は、これもまた、本願に引用して援用するが、多関節アームを有する同様のＣＭＭを開示する。この特許において、多関節アームは、プローブ端部における追加の回転軸を含む数々の重要な特徴を含むので、２−１−３または２−２−３のジョイント構成を備えたアーム（後者の場合は、７軸アーム）を提供するとともに、そのアームにおける軸受のための改良された予荷重がかけられた（pre -loaded）軸受構造を提供する。

さらにその他の関連する従来技術によるＣＭＭとしては、同一出願人による米国特許第５，９２６，７８２号（‘７８２号）明細書に、１つ以上の自由度をなくすためのロック可能な伝達ハウジングを有する多関節アームが提示されており、米国特許第５，９５６，８５７号（‘８５７号）明細書に、クイックディスコネクト（迅速脱着可能な）取り付けシステムを有する多関節アームが提示されている。

本明細書において説明したタイプの、より最新の携帯可能なＣＭＭでは、中間コントローラまたはシリアルボックスを用いることを必要としないが、これは、その機能性が今やホストコンピュータによって提供されたソフトウェアのなかに組み込まれているからである。例えば、同一出願人による米国特許第５，９７８，７４８号（‘７４８号）明細書は、本願に引用して援用するが、１つまたは複数の実行可能なプログラムを保存する一方で、ユーザに指示（例えば、点検手順）を与えるとともに、基準データとしてのＣＡＤデータを保存するオンボードコントローラを有する多関節アームを開示する。この‘７４８号特許では、コントローラが、アームに取り付けられており、例えば、点検手順のようなプロセスの間を通じてユーザに指示する実行可能なプログラムを実行する。そのようなシステムにおいて、ホストコンピュータを用いて、実行可能なプログラムを生成することもできる。アームに取り付けられたコントローラは、実行可能なプログラムを実行するために用いられるが、実行可能なプログラムを作成したり、実行可能なプログラムを修正したりするために用いることはできない。ビデオゲームシステムに例えると、ホストコンピュータは、ビデオゲームを書き込んだり修正したりするためのプラットフォームとしての役割を果たし、アームに取り付けられたコントローラは、ビデオゲームを再生するためのプラットフォームとしての役割を果たす。コントローラ（例えば、プレーヤ）は、実行可能なプログラムを修正することはできない。その結果として、‘７４８号特許において述べたように、各々の多関節アームにおけるホストコンピュータを不要にすることによって、より低コストの３次元座標測定システムが得られる。本願と同一譲受人に譲渡され、本願に引用して援用する米国特許出願第０９／７７５，２３６号（‘２３６号）明細書は、‘７４８号特許に開示されたタイプの座標測定システムのユーザに実行可能なプログラムを提供するための方法およびシステムを開示する。この方法には、カスタマから実行可能なプログラムを作成する要求を受け取り、その実行可能なプログラムに関する情報を取得することが含まれる。続いて、実行可能なプログラムが生成され、これが、３次元座標測定システムで実行される数々の測定ステップを通じて操作者を誘導する。実行可能なプログラムは、望ましくは、例えば、インターネットのようなオンラインネットワークを介してカスタマに提供される。

同一出願人による米国特許第６，１３１，２９９号（‘２９９号）明細書（その内容はすべて、本願に引用して援用する）は、多関節アーム上に配置された表示装置を有することで、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の便利な表示を得られるようにする多関節アームを開示する。この表示装置は、例えば、複数のＬＥＤを含み、それらによって、システム電源、変換器位置状態およびエラー状態を表示する。本願と同一譲受人に譲渡され、本願に引用して援用する米国特許第６，２１９，９２８号（‘９２８号）明細書は、多関節アームのためのシリアルネットワークを開示する。このシリアルネットワークによって、アームのなかに配置された各変換器からコントローラにデータが通信される。各々の変換器は、変換器データを保存するメモリを備えた変換器インターフェースを含む。コントローラは、各々のメモリを順次アドレス指定し、そのデータが、変換器インターフェースメモリからコントローラに転送される。同一出願人による米国特許第６，２５３，４５８号（‘４５８号）明細書および米国特許第６，２９８，５６９号（‘５６９号）明細書は両方とも、本明細書において説明したタイプの多関節アームの携帯可能なＣＭＭのための調整可能なカウンタバランス機構を開示する。

それらの所期の目的に相応しいものではあるが、より使い易く、より効率的に製造され、改良された特徴を提供し、より低価格で販売可能な、改良された携帯可能なＣＭＭが、当該産業において引き続き求められており、その必要性が認識されている。

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０９／７７５，２３６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

本発明によれば、携帯可能なＣＭＭは、ジョイントアーム部分を有する多関節アームを備える。１つの実施の形態において、アーム部分は、デュアルソケットジョイントを用いて互いに所定の角度に連結された軸受／エンコーダカートリッジを含む。各々のカートリッジは、少なくとも１つ、望ましくは、２つの予荷重がかけられた軸受アセンブリ、およびエンコーダ、望ましくは、光学エンコーダを含み、これらはすべて円筒形ハウジングのなかに組み立てられている。望ましくは、２つまたはそれ以上のエンコーダ読み取りヘッドを各ジョイントに用いて、平均することが可能な相殺効果を生じるようにする。アーム部分は、アーム基部における直径のより大きい部分からプローブ端部における直径のより小さい部分に向かってテーパー形状となっているアームと螺合可能に相互に接続されるようにしてもよい。

本発明のもう１つの実施の形態によれば、多関節アームのジョイントアーム部分のうちの１つまたはそれ以上が、衝撃の大きいショックおよび摩耗を抑制するとともに、人間工学的に快適であって、見た目に美しいグリップ位置を提供する交換可能な保護被覆（カバー）および／または緩衝材を含む。

本発明のさらにもう１つの実施の形態によれば、多関節アームは、ヒンジジョイントのうちの１つに一体化された内蔵カウンタバランスを含む。このカウンタバランスは、コイルばねを用いており、これは、金属円筒から機械加工された比較的幅の広い端部リングおよび幅のより狭い内側リングを有する。このばねには、さらに、ばね調整機構ばかりではなく、アームのヒンジ構造のなかに係止（locking）するための、少なくとも２つ（望ましくは、３つ）の支柱が含まれる。

本発明のさらにもう１つの実施の形態によれば、多関節アームは、その一方の端部に測定プローブを含む。この測定プローブは、一体的に取り付けられたタッチトリガプローブを有しており、これは、容易に、通常のハードプローブと交換することが可能である。また、この測定プローブには、改良されたスイッチおよび測定表示灯が含まれる。１つの実施の形態において、スイッチは、弓状長円形の形状であって、操作者が容易に動かすことが可能である。この改良されたスイッチは、異なる色、表面の手触りおよび／または高さを備えており、これによって、操作者は、容易に、各スイッチを区別することが可能である一方で、表示灯は、望ましくは、操作しやすいように色分けされている。

本発明のもう１つの実施の形態としては、一体的なオンボード電力供給再充電ユニットを有する多関節アームが含まれる。この電力供給／再充電ユニットによって、完全に携帯可能なＣＭＭが可能となり、そのＣＭＭを、遠隔地においておよび／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用いることがはるかに容易になる。

本発明のさらにもう１つの実施の形態としては、一方の端部に測定プローブを有する多関節アームが含まれる。この測定プローブは、回転可能なハンドルカバーおよびスイッチのアセンブリを含み、これが、測定プローブを取り囲む。この回転可能なハンドルカバーおよびスイッチのアセンブリによって、手の位置にかかわらず、測定プローブを、より容易に保持し作動させることが可能になる。回転可能なハンドルカバーを用いることで、さらに、プローブ端部において３番目の回転軸を備える必要がなくなり、これにより、（７軸ＣＭＭまたは測定プローブにおいて３番目の回転角を有するＣＭＭと比べて）より低コストであって、より容易に組み立てられる携帯可能なＣＭＭが可能となる。

本発明のもう１つの実施の形態によれば、携帯可能なＣＭＭが、ジョイントアーム部分を有する多関節アームを含み、その一方の端部に測定プローブを備え、そのもう一方の端部に基部を備える。この実施の形態の新規な特徴によれば、この基部は、その内部に、アームを磁気面に連結するための、一体化された磁気マウントを有する。この一体化された磁気マウントは、望ましくは、多関節アームに螺合可能に接続されており、使い易くするためのオン／オフレバーを有する（このレバーは、望ましくは、マウントが磁気面上に配置されたときに自動的に係合する）。

本発明の上述およびその他の特徴および利点は、以下の詳細な説明および図面から、当業者によって正しく認識されるとともに理解されるはずである。図面において、同様の構成要素は、各図において同様の符号を付す。

まず、図１〜図３を参照すると、本発明に係るＣＭＭを、１０に、概括的に示す。ＣＭＭ１０は、マルチジョイント式の、手動で操作される、多関節アーム１４であって、一方の端部が、基部１２に連結されており、もう一方の端部が、測定プローブ２８に連結されている多関節アーム１４を備える。アーム１４は、基本的に、２種類のジョイント、すなわち、ロング（長い）ジョイント（スイベル動作を得るため）およびショート（短い）ジョイント（ヒンジ動作を得るため）で構成されている。ロングジョイントは、アームに沿って、実質的に軸方向に、つまり長手方向に配置されるが、ショートジョイントは、アームの縦軸に対して、９０°に配置されるのが望ましい。ロングジョイントおよびショートジョイントは、一般に、２−２−２構成として知られている構成で対をなす（但し、例えば、２−１−２、２−１−３、２−２−３等のようなその他のジョイント構成を用いるようにしてもよい）。これらのジョイント対の各々を、図４〜図６に示す。

図４は、第１のジョイント対、すなわち、ロングジョイント１６およびショートジョイント１８の分解組立図を示す。また、図４は、携帯可能な電力供給電子回路２０、携帯可能な電池パック２２、磁気マウント２４、および２つの部分からなる基部ハウジング２６Ａ，２６Ｂを含む基部１２の分解組立図を示す。これらの部品については、全て、以下に、より詳細に説明する。

言うまでもないが、多関節アーム１４の様々な主要部品の直径が、基部１２からプローブ２８の方に向かって、徐々に細くなっている（テーパー形状である）ということは重要なことである。このようなテーパー形状は、連続的なものであってもよく、また、図面に示した実施の形態のように、テーパー形状が、不連続的なもの、または段階的なものであってもよい。さらに、多関節アーム１４の主要部品の各々を、螺合可能（threadably）に連結することによって、従来技術によるＣＭＭに付随する数多くの固定具をなくすことができる。例えば、後述することではあるが、磁気マウント２４は、第１のロングジョイント１６に螺合可能に連結される。望ましくは、そのようなねじ切りは、テーパー形状のねじ切りであって、これは、自己ロック式（self-locking）であり、向上された軸方向／曲げ剛性を可能にするものである。代替的には、図２５Ａおよび図２５Ｂに示すように、また、以下に説明するように、多関節アームの主要部品は、対応付けられたフランジを備えた相補的なテーパー形状のオス端部とメス端部とを有する場合もあり、そのようなフランジは、互いにボルト止めされる。

図５を参照すると、ロングジョイントおよびショートジョイントの第２のセットが、第１のセットに連結される状態で図示されている。第２のジョイントセットは、ロングジョイント３０およびショートジョイント３２を含む。磁気マウント２４のロングジョイント１６への連結と整合するように、ロングジョイント３０は、ロングジョイント１６の内側表面のねじ切りに螺合可能に連結される。同様に、図６を参照すると、第３のジョイントセットは、第３のロングジョイント３４および第３のショートジョイント３６を含む。第３のロングジョイント３４は、第２のショートジョイント３２の内側表面のねじ切りに螺合可能に連結する。以下に、さらに詳細に説明するように、プローブ２８は、ショートジョイント３６に螺合可能に連結する。

望ましくは、各々のショートジョイント１８，３２，３６は、鋳造および／または機械加工されたアルミニウム部品、または、代替的に、軽量であって硬質の合金または複合材料で構成される。各々のロングジョイント１６，３０，３４は、望ましくは、鋳造および／または機械加工されたアルミニウム、軽量であって硬質の合金および／または繊維強化ポリマーで構成される。３つの上述したジョイント対（すなわち、ジョイント対１６，１８を備えるペア１、ジョイント対３０，３２を備えるペア２、およびジョイント対３４，３６を備えるペア３）の機械軸は、円滑かつ均一な機械的な動作を得るために、基部に対して位置合わせされる。基部１２からプローブ２８にかけての上述したテーパー形状の構造は、より大きな荷重がかかる基部における剛性をより向上したものにする上で、また、使用時に遮るもののないことが重要なプローブまたはハンドルにおける断面をより小さなものにする上で好ましい。以下に、さらに詳細に説明するように、各々のショートジョイントには、そのいずれの端部にも保護緩衝材３８が連結されており、各々のロングプローブは、保護スリーブ４０または４１で覆われている。言うまでもないが、第１のロングジョイント１６は、第２および第３のロングジョイント３０，３４に対してスリーブ４０，４１によって提供されるのと同様のタイプの保護を提供する基部ハウジング２６Ａ，２６Ｂによって保護されている。

本発明の重要な特徴によれば、多関節アームにおけるジョイントの各々が、例えば、図７および図８に示したショートカートリッジ４２およびロングカートリッジ４４のようなモジュール式の軸受／エンコーダカートリッジを用いる。これらのカートリッジ４２，４４は、デュアルソケットジョイント４６，４８の開口部に取り付けられる。各々のソケットジョイント４６，４８は、第１の凹部つまりソケット１２０を有する第１の円筒形延長部分４７および第２の凹部つまりソケット５１を有する第２の円筒形延長部分４９を含む。一般に、ソケット１２０，５１は、互いに９０° に配置されるが、その他の相対的な角度構成を用いる場合もある。ショートカートリッジ４２は、デュアルソケットジョイント４６，４８の各ソケット５１内に配置されて、ヒンジジョイントを構成する一方で、ロングカートリッジ４４は、ジョイント４６のソケット１２０（図２５参照）内に配置されて、ロングカートリッジ４４’（図２６参照）は、ジョイント４８のソケット１２０内に配置されて、各々が、長手方向のスイベルジョイントを構成する。モジュール式の軸受／エンコーダカートリッジ４２，４４によれば、モジュール式のエンコーダ部品が取り付けられる、予め圧力が加えられた、あるいは予荷重がかけられたデュアル軸受カートリッジを別々に製造することが可能となる。この軸受エンコーダカートリッジは、さらに、多関節アーム１４の外部躯体部品（すなわち、デュアルソケットジョイント４６，４８）に固定的に連結することが可能である。このようなカートリッジを用いることは、当該分野における著しい進歩であるが、これは、そのことによって、多関節アーム１４のこれらの複雑なサブコンポーネントを高品質かつ高速で生産することが可能となるからである。

本明細書において説明した実施の形態では、４つの異なるカートリッジタイプ、すなわち、ジョイント３０，３４のための２つのロング軸方向カートリッジ、ジョイント１６のための１つの基部軸方向カートリッジ、ショートジョイント１８のための１つの基部カートリッジ（カウンタバランスを含む）、およびジョイント３２，３６のための２つのヒンジカートリッジがある。さらに、多関節アーム１４のテーパー形状と整合するように、基部に最も近い（例えば、ロングジョイント１６およびショートジョイント１８に位置する）カートリッジは、ジョイント３０，３２，３４，３６における比較的小さな直径と比べて、より大きな直径を有する。各々のカートリッジは、予荷重がかけられた軸受機構と、この実施の形態では、デジタルエンコーダを備える変換器と、を含む。続いて、図９および図１０を参照して、軸方向ロングジョイント１６内に配置されたカートリッジ４４について説明する。

カートリッジ４４は、内スリーブ５４および外スリーブ５６によって分離された一対の軸受５０，５２を含む。軸受５０，５２に、予荷重がかけられているということは重要なことである。この実施の形態において、そのような予荷重は、締め付けたときに、所定の予荷重が、軸受５０，５２上に生じるように、異なる長さである（内スリーブ５４は、外スリーブ５６よりも、約０．０００５インチ短い）スリーブ５４，５６によって与えられる。軸受５０，５２は、封止材５８を用いて封止されており、このアセンブリは、シャフト６０に回転可能に取り付けられている。その上面において、シャフト６０は、シャフト上部ハウジング６２で終端している。環状部６３は、シャフト６０とシャフト上部ハウジング６２との間に画定されている。このアセンブリ全体は、シャフトとその軸受アセンブリが、内ナット６６と外ナット６８との組み合わせを用いて、ハウジング６４にしっかりと固定された状態で、外カートリッジハウジング６４の内部に配置される。なお、組み立てに際して、外ハウジング６４の上部分６５は、環状部６３の内部に収容されることになる。言うまでもないが、上述した予荷重が、軸受５０，５２に与えられるのは、内ナット６６および外ナット６８を締め付けたときであって、これらが、軸受に対して圧縮力を与えるとともに、内スペーサ５４および外スペーサ５６の長さの違いによって、所望の予荷重が加えられることになる。

望ましくは、軸受５０，５２は、二重ボール軸受である。適切な予荷重を得るためには、軸受面が、可能な限り平行であることが重要である。この平行度が、軸受の外周周囲における予荷重の均一性に影響を及ぼす。不均一な荷重では、軸受に、粗くて不均一な回転トルク感触を与えることになり、結果として、予測がつかない径方向の回転振れおよびエンコーダ性能の低下をもたらすことになる。モジュール式に取り付けられたエンコーダディスク（後述）の径方向の回転振れは、結果として、読み取りヘッドの下方における望ましくないフリンジパターンシフトをもたらすことになる。これは、著しいエンコーダ角度測定エラーをもたらす。さらに、望ましくは二重軸受であるこの構造の剛性は、軸受間の間隔に直接的に関係がある。軸受間の隔たりが大きいほど、そのアセンブリの剛性は、より高くなる。スペーサ５４，５６は、軸受間の間隔を広げるために用いられる。カートリッジハウジング６４は、アルミニウムであることが望ましいことから、さらに、スペーサ５４，５６もまた、アルミニウムを材料として作られて、長さおよび平行度が、高精度に機械加工されることが望ましい。その結果、温度変化によって、予荷重を損なうことになるであろう膨張差をもたらすことはない。既に述べたように、予荷重は、スペーサ５４，５６の長さにおいて、既に分かっているその長さの違いを組み込むことによって設定される。ナット６６，６８が完全に締め付けられると、この長さにおける差が、軸受予荷重をもたらすことになる。封止材５８を用いて、封止された軸受が提供されるのは、その悪影響が、どのような悪影響であっても、あらゆる回転運動およびエンコーダの正確さに影響があるばかりではなく、ジョイント感触に影響があるからである。

カートリッジ４４には、間隔をあけて配置された一対の軸受が含まれることが望ましいが、代替的に、カートリッジ４４が、単一の軸受、または３つ以上の軸受を含むようにしてもよい。このように、各々のカートリッジは、少なくとも１つの軸受を最低限必要とする。

本発明のジョイントカートリッジでは、回転に制限のない場合もあれば、代替として、回転が制限されている場合もある。制限された回転では、ハウジング６４の外面上におけるフランジ７２上の溝７０によって、円筒形の軌道が提供されて、これに、シャトル７４が収容される。シャトル７４は、軌道７０の内部を、それが、例えば、回転を停止させる止めねじ７６のような、脱着可能なシャトル停止部に接するようになるまで進み、それ以上は、回転が起こらないようになっている。回転量は、どのくらいが望ましいかに応じて異なることが可能である。１つの好適な実施の形態において、シャトル回転は、７２０°未満に制限されるであろう。このタイプの回転シャトル停止部は、本願出願人が特許権者である米国特許第５，６１１，１４７号明細書に、より詳細に説明されており、その内容は全て、既に、本願に引用して援用されている。

既に述べたように、１つの代替的な実施の形態において、本発明に用いられるジョイントは、その回転が制限されていない場合もある。この後者の場合においては、既に知られているスリップリングアセンブリが用いられる。望ましくは、シャフト６０は、これを貫通する中空つまり軸方向の開口７８を有しており、この一方の端部に、直径が、より大きい部分８０を有する。軸方向の開口７８，８０の交差部分に画定された肩部を接合することで、円筒形のスリップリングアセンブリ８２となる。スリップリングアセンブリ８２は、モジュール式のジョイントカートリッジにおける上述した予荷重がかけられた軸受アセンブリに対して、非構造的である（すなわち、機械的な機能は、何ら提供せず、電気的および／または信号伝達機能を提供するにすぎない）。スリップリングアセンブリ８２は、どのような市販のスリップリングで構成するようにしてもよいが、好適な実施の形態において、スリップリングアセンブリ８２は、英国バークシャー州レディングのＩＤＭエレクトロニクス社（IDM Electronics Ltd.）から入手可能なＨシリーズスリップリングで構成される。そのようなスリップリングは、小型であり、円筒形のデザインを備えているので、シャフト６０のなかの開口８０において用いるのに最適である。シャフト６０を貫通する軸方向の開口８０は、アパーチャ８４で終端しており、これは、スリップリングアセンブリ８２からの配線を収容するような大きさおよび構成となっている経路８６に連絡している。そのような配線は、所定の位置に固定されており、経路８６およびアパーチャ８４にパチンとはまって収容される配線カバー８８によって保護されている。そのような配線は、図１０において、９０に概略的に図示されている。

上述したように、モジュール式のカートリッジ４４には、既に説明した、予荷重がかけられた軸受構造ばかりではなく、以下に説明する、モジュール式のエンコーダ構造の両方が含まれる。さらに、図９および図１０を参照すると、本発明に用いる好適な変換器は、２つの主要な部品である読み取りヘッド９２および格子ディスク９４を有するモジュール式の光学エンコーダを備える。この実施の形態において、一対の読み取りヘッド９２が、読み取りヘッド接続ボード９６上に配置される。接続ボード９６は、取り付けプレート１００に（固定具９８を介して）連結される。ディスク９４は、望ましくは、シャフト６０の下部軸受面１０２に（望ましくは、適切な接着剤を用いて）連結されており、読み取りヘッド９２（プレート１００によって支持および保持されている）から間隔をおいて、これに位置合わせして配置されることになる。配線ファンネル１０４および封止キャップ１０６によって、ハウジング６４の下端部に最終的な外側の被覆が提供される。配線ファンネル１０４は、図１０に最適な状態で図示されているように、配線９０を、捕捉して、保持することになる。言うまでもないが、エンコーダディスク９４は、１０２において接着剤を用いたことにより、シャフト６０に保持されて、これとともに回転することになる。図９および図１０は、ダブルの読み取りヘッド９２を図示しているが、２つよりも多くの読み取りヘッドを用いてもよいし、代替的に、図９Ａに示すような単一の読み取りヘッドを用いてもよいということは言うまでもない。図９Ｂ〜図９Ｅには、２つよりも多くの読み取りヘッドを備えたモジュール式のカートリッジ４４の例を示す。図９Ｂおよび図９Ｃは、プレート１００に収容された４つの読み取りヘッド９２を、９０°ずつ間隔をおいて配置された状態で示す（但し、異なる相対的な間隔が相応しい場合もある）。図９Ｄおよび図９Ｅは、プレート１００に収容された３つの読み取りヘッド９２を、１２０°ずつ間隔をおいて配置された状態で示す（但し、異なる相対的な間隔が相応しい場合もある）。

ディスク９４を正しく位置合わせするために、穴（図示せず）が、ディスク９４に隣接する位置にハウジング６４を貫通して設けられる。さらに、工具（図示せず）を用いて、ディスク９４を正しい位置合わせになるように押したところで、ディスク９４とシャフト６０との間の接着剤を硬化させて、ディスク９４を所定の位置に固定する。さらに、穴栓７３が、ハウジング６４内の穴を貫通して設けられる。

ディスク９４および読み取りヘッド９２の位置を逆にして、ディスク９４を、ハウジング５６に連結させて、読み取りヘッド９２をシャフト６０とともに回転するようにしてもよいということは、重要な留意点である。そのような実施の形態を、図１２Ａに示すが、図中、ボード９６’が、（接着剤を介して）シャフト６０’に連結されるのは、それとともに回転するようにするためである。一対の読み取りヘッド９２’が、ボード９６’に連結されて、従って、シャフト６０’とともに回転することになる。ディスク９４’は、支持部１００’上に配置されて、これは、ハウジング６４’に連結される。いずれにせよ、ディスク９４または読み取りヘッド９２のどちらか一方を、シャフトとともに回転するように取り付けることができるということは言うまでもない。重要なことは、ディスク９４および読み取りヘッド９２が、光学的な通信状態を維持しつつ、互いに対して回転可能となるようにカートリッジ（またはジョイント）内に配置されるということだけである。

望ましくは、本発明において用いられる回転エンコーダは、米国特許第５，４８６，９２３号明細書および米国特許第５，５５９，６００号明細書に開示されたものと同様であって、これらの明細書の内容は、その全てを、本願に引用して援用する。そのようなモジュール式のエンコーダは、ピュアプレシジョンオプティクス（Pure Precision Optics）という商品名でマイクロＥシステムズ社（MicroE Systems）から市販されている。これらのエンコーダは、回折次数の間の干渉を検出することで、フリンジパターンに差し込まれた光検出器アレイ（例えば、読み取りヘッド）から、ほぼ完全な正弦波信号を生成する物理的な光学素子に基づいている。この正弦波信号を、電子的に補間することで、光学フリンジのほんの一部にすぎない変位を検出することが可能となる。

レーザ光源を用いて、レーザビームは、まず、レンズによって平行化されて、続いて、アパーチャによって大きさが調整される。大きさが調整された平行ビームが、光を離散的な次数に回折させる格子を通過すると、０次および全ての偶数次は、格子構造によって除去される。０次が除去されると、発散する３次を超える領域が、存在しており、ここでは、±１次のみが重複して、ほぼ純粋な正弦波干渉がもたらされる。１つまたは複数の光検出器アレイ（読み取りヘッド）が、この領域に配置されて、格子と検出器との間に相対的な動きがあるときに、４チャンネルのほぼ純粋な正弦波出力を生成する。電子回路によって、その出力は、所望のレベルの分解能に増幅、正規化、および補間される。

このエンコーダのデザインが簡単であることによって、従来の光学エンコーダと比較して、いくつかの利点が得られる。測定が、レーザ源とその平行化するための光学素子、回折格子、および検出器アレイのみを用いて行うことができる。その結果、比較的かさばる従来の通常のエンコーダと比べて、極めて小型のエンコーダシステムが得られる。また、格子とフリンジの動きとの間の直接的な関係によって、このエンコーダは、従来の機器が影響を受けやすい、環境的に引き起こされた誤差に影響を受けにくい。さらに、干渉の領域が大きいので、また、この領域のいたるところで、ほぼ正弦波の干渉が得られるので、位置合わせ許容範囲が、従来のエンコーダの場合よりもはるかに緩やかである。

上述の光学エンコーダの著しい利点としては、スタンドオフの向きおよび距離、つまり読み取りヘッドのエンコーダディスクに対する向きおよび距離の精度は、厳密さがはるかに低いということがある。これによって、高い精度の回転方向の測定と、組み立てやすいパッケージと、が可能になる。この「形状的に許容性がある」エンコーダ技術を用いた結果として、著しいコストの低下と製造の容易さを備えたＣＭＭ１０が得られる。

言うまでもないが、上述した好適な実施の形態においては、光学ディスク９４が含まれているが、本発明の好適な実施の形態は、同様に、読み取りヘッドが相対的な動きを測定することを可能にするあらゆる光学フリンジパターンを包含する。ここで用いたように、そのようなフリンジパターンとは、動きの測定を可能にするあらゆる周期的なアレイ状の光学素子を意味する。そのような光学素子つまりフリンジパターンは、上述したように、回転ディスクまたは固定ディスクに取り付けることが可能であろうし、また、代替的に、カートリッジの相対的可動部品（例えば、シャフト、軸受、ハウジング等）のいずれかの上に、堆積、固定、またはその他のやり方で配置され、あるいは、存在することが可能であろう。

実際、読み取りヘッドおよび対応付けられた周期的なアレイつまりパターンは、必ずしも、光学素子（上述）に基づいたものである必要は全くない。むしろ、より広義においては、読み取りヘッドは、動き、一般には、回転運動を測定するために用いることが可能なその他の何らかの測定可能な量または特性のその他の何らかの周期的なパターンを読み取る（検知する）ことが可能であろう。そのようなその他の測定可能な特性としては、例えば、反射率、不透明度、磁界強度、キャパシタンス、インダクタンス、または表面粗さが含まれる場合がある。（なお、表面粗さパターンを、例えば、ＣＣＤカメラのようなカメラの形態をとった読み取りヘッドつまりセンサを用いて読み取ることも可能であろう。）そのような場合において、読み取りヘッドは、例えば、磁界強度、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な変化を測定するであろう。従って、ここで用いたように、「読み取りヘッド」という用語は、これらの測定可能な量または特性の分析のためのあらゆるセンサまたは変換器および対応付けられた電子回路を意味しており、光学読み取りヘッドは、１つの好適な例であるにすぎない。当然、読み取りヘッドによって読み取られている周期的なパターンは、読み取りヘッドと周期的なパターンとの間に相対的な動き（一般に、回転運動）がある限り、あらゆる表面上に存在することが可能である。周期的なパターンの例としては、回転部品または固定部品の上にパターン状に堆積させられた磁気媒体、電磁誘導媒体、または容量性媒体が含まれる。また、表面粗さが、読み取られる周期的なパターンである場合に、対応付けられた読み取りヘッド（おそらく、例えば、ＣＣＤカメラのようなカメラ）と通信状態にあるいずれの部品の表面粗さを用いるようにしてもよいので、別の周期的な媒体を、堆積またはその他のやり方で設ける必要はない。

上述したように、図９および図１０には、軸方向に長いロングジョイント１６のモジュール式の軸受およびエンコーダカートリッジの各要素を示す。図１１および図１２には、軸方向に長いロングジョイント３０，３４の軸受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および図１０に示したものと実質的に同様であり、４４’で示す。軽微な違いが、各図から、カートリッジ４４を基準として、例えば、異なる構成の配線キャップ／カバー８８’、わずかに異なる配線ファンネル／カバー１０４’，１０６’、ハウジング６４’の上端部におけるフランジ７２’の配置に関して明らかである。また、ハウジング６４’とシャフト上部ハウジング６２との間のフランジは、外側に向かって広がっている。当然、図１１および図１２に示した様々な部品の相対的な長さは、図９および図１０に示したものと多少異なる場合もある。これらの部品は、全て、実質的に同様のものであるから、各部品について、プライム（’）を付けた同一の符号が付されている。図１１Ａは、図１１と同様であるが、単一の読み取りヘッドの実施の形態を示す。

さらに、図１３および図１４には、ショートヒンジジョイント３２，３６の軸受およびエンコーダカートリッジについて、同様の分解組立図および断面図を示す。図１１および図１２のロング軸方向ジョイント４４’の場合と同様に、ショートヒンジジョイント３２，３６のカートリッジは、詳細に上述したカートリッジ４４と実質的に同様であって、従って、これらのカートリッジの各部品は、４４’’において特定されて、同様の部品が、ダブルプライム（’’）を用いて特定されている。言うまでもないが、カートリッジ４４’’は、ショートジョイント３２，３６に用いるためのものであるので、スリップリングアセンブリが必要とされることはなく、配線は、これらのジョイントのヒンジ動作により、単に、軸方向の開口７８’’，８０’’を貫通することになる。図１３Ａは、図１３と同様であるが、単一の読み取りヘッドの実施の形態を示す。

最後に、図１５および図１６を参照すると、ショートヒンジジョイント１８のモジュール式の軸受／エンコーダカートリッジが、１０８に図示されている。言うまでもないが、カートリッジ１０８のほぼ全ての部品が、カートリッジ４４，４４’，４４’’における各部品と同様または同一であって、重要な例外としては、カウンタバランスアセンブリを含むという点がある。このカウンタバランスアセンブリには、ハウジング６４’’の上方に収容されたカウンタバランススプリング１１０が含まれており、図２６〜図２８を参照して以下に説明するように、ＣＭＭ１０に重要なカウンタバランス機能を提供する。図１５Ａは、図１５と同様であるが、単一の読み取りヘッドの実施の形態を示す。

上述したように、好適な実施の形態において、１つよりも多くの読み取りヘッドを、エンコーダに用いるようにしてもよい。言うまでもないが、エンコーダの角度測定は、加えられた荷重によるディスクの心振れつまり径方向の動きによって行われる。２つの読み取りヘッドが、互いに１８０°の角度で配置されていることで、結果として、各々の読み取りヘッドにおいて相殺効果を生じさせる心振れをもたらすことになるということが確認されている。これらの相殺効果を平均して、最終的な「耐性のある」角度測定値を求める。このように、２つの読み取りヘッドを用いること、およびその結果として得られる誤差相殺によって、より誤差の生じにくい、より正確なエンコーダ測定値がもたらされることになる。図１７〜図１９には、それぞれ、例えば、ジョイント１６，１８（すなわち、基部の最も近くにあるジョイント）において見られるような、より大きな直径のカートリッジにおいて有用な、デュアル読み取りヘッドの実施の形態についての底面図、断面図、上面図を示す。さらに、カートリッジ端部キャップ１００は、そこに一対の回路基板９６を取り付けており、各々の回路基板９６が、そこに機械的に連結された読み取りヘッド９２を備えている。読み取りヘッド９２は、望ましくは、互いに１８０°離して配置されており、ディスクの心振れつまり径方向の動きから結果として生じる誤差相殺を可能にする。各々の基板９６は、さらに、その回路基板９６を内部バスおよび／またはその他の配線に連結するためのコネクタ９３を含んでおり、これについては、以下にさらに説明する。図２０〜図２２には、図１７〜図１９において示したのと実質的に同一の部品を示すが、主要な違いとしては、より小さい直径のカートリッジ端部キャップ１００である。このより小さい直径のデュアル読み取りヘッドの実施の形態は、例えば、ジョイント３０，３２，３４，３６のより小さい直径のカートリッジと対応付けられるであろう。

また、少なくとも２つの読み取りヘッド（あるいはそれ以上の読み取りヘッド、例えば、図９Ｄ〜図９Ｅに示した３つの読み取りヘッドおよび図９Ｂ〜図９Ｃに示した４つの読み取りヘッド）を用いることは、より多くの従来の座標測定装置において活用され、その製造におけるコストおよび複雑さを大幅に低減させることになる。例えば、本願に引用して援用する米国特許第５，７９４，３５６号明細書（以下、“ラーブ（Raab）の‘３５６号特許”）に記載の座標測定装置は、各ジョイントの構造が比較的簡単で、ジョイントの半分に固定された状態のままの第１のハウジングと、ジョイントのもう一方の半分に固定された状態のままの第２のハウジングと、を含み、第１および第２のハウジングは、これらを互いに回転させる予荷重がかけられた軸受を備える。第１のハウジングは、パッケージされたエンコーダを保持しており、第２のハウジングは、軸方向に配設された内側シャフトを含み、これは、第１のハウジングの方に延在して、パッケージされたエンコーダから突出するエンコーダシャフトと嵌合する。従来技術によるパッケージされたエンコーダにおいて、極めて正確な回転方向の測定値を維持するためには、これに対して荷重が全くかけられていないことと、内側シャフトの軸およびパッケージされたエンコーダの軸における小さな位置ずれにもかかわらず第２のハウジングの動きが正確にエンコーダに伝えられることが必要とされた。軸方向の位置ずれにおける製造上の許容誤差に対応するために、特別なカップリング装置がエンコーダシャフトと内側シャフトとの間に接続されている。そのような構成が、ラーブの‘３５６号特許の図７に示されている。

これに対して、図３５は、一部変更された構成４００を示しており、この構成では、ラーブの‘３５６号特許によるＣＭＭのカップリング装置およびパッケージされたエンコーダが取り除かれ、エンコーダディスク９６および端部キャップ１００に取り替えられている。ここで、２つのジョイントが互いに９０°の角度で配置されており、その各々のジョイントが、第１のハウジング４２０および第２のハウジング４１０を備える。内側シャフト４１２は、第２のハウジング４２０から第１のハウジング４１０の方に延在する。図中、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の端部に連結されており、端部キャップ１００は、第１のハウジング４２０の内部に固定されている。但し、当然のことながら、エンコーダディスク９６が第１のハウジング４２０の内部に固定され、端部キャップ１００が内側シャフト４１２に固定されるようにしてもよく、このことが、ジョイントの動作に影響を及ぼすことはない。

上述したように、２つ（またはそれ以上）の読み取りヘッドを用いること、およびその結果として得られる誤差相殺によって、小さな軸方向の位置ずれにもかかわらず、より誤差の生じにくい、より正確なエンコーダ測定値がもたらされることになる。さらに、格子とフリンジの動きとの間の直接的な関係によって、このエンコーダは、従来の機器が影響を受けやすい、環境的に引き起こされた誤差に影響を受けにくい。さらに、干渉の領域が大きいので、また、この領域のいたるところで、ほぼ正弦波の干渉が得られるので、位置合わせ許容範囲が、上述したように、従来のエンコーダの場合よりもはるかに緩やかである。

もう１つの具体例として、イートン（Eaton）に付与された米国特許第５，８２９，１４８号明細書（以下、“イートンの‘１４８号特許”）は、本願に引用して援用するが、これに記載の従来技術によるＣＭＭにおいて、パッケージされたエンコーダが、主要な回転軸受を設けることによって、各ジョイントにおける一体的な部分を構成し、従って、上述したラーブの‘３５６号特許において必要とされたように軸方向の位置ずれを補償することを不要にする。但し、エンコーダが主要な回転軸受を設けるので、エンコーダが、構造的に頑丈（rugged）であって、その性能に影響を及ぼすことなく様々な荷重にさらされることが可能であるということが重要である。このことで、エンコーダのコストと扱いにくさが増大する。そのような構成が、イートンの‘１４８号特許の図４に示されている。

これに対して、図３６は、一部変更された構成４５０を示しており、この構成では、イートンの‘１４８号特許によるＣＭＭの１つのジョイントにおけるパッケージされたエンコーダおよび接続シャフトが取り除かれ、端部キャップ１００およびエンコーダディスク９６に取り替えられている。ここで、第１のハウジング４７０が、端部キャップ１００を保持し、軸受４７２によって第２のハウジング４６０の内側シャフト４６２を保持する。内側シャフト４６２は、端部キャップ１００の近くで終端するように延在させられており、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の端部に連結されている。図３５に示した実施の形態と同様に、２つ（またはそれ以上）の読み取りヘッドを用いることで、正確さを犠牲にすることなく、ジョイントのコストおよび複雑さが大幅に低減させられる。

言うまでもないが、周期的なパターンの動きにおける非循環性（non-circularity）が本明細書において説明したタイプの回転変換器における不正確さの主因である。この動きにおける非循環性は、組み立てが不完全であることおよび外部的な変形を含む数々の現象によるものである場合がある。外部的な変形は、ＣＭＭにおけるどこにでも生じる可能性があり、軸受構造および／またはジョイント配管に対して生じることがもっとも一般的である。例えば、そのような外部的な変形は、反復不可能な軸受の心振れ（run-out）、軸受のぐらつき（wobble）、軸受の変形、熱の影響および軸受の遊びに起因する場合がある。図１７〜図２１について述べたように、本発明の１つの実施の形態において、回転変換器における不正確さは、少なくとも２つの、望ましくは、互いに１８０°離して取り付けられた読み取りヘッドを用いて補正される。但し、図４１〜図４３に示した本発明のさらにもう１つの実施の形態において、ＣＭＭの変形および／または組み立てが不完全であることから生じうる誤差は、少なくとも１つの読み取りヘッドを、１つまたは複数のセンサ、望ましくは、複数の近接センサ（または変位を測定するその他の何らかのセンサ）と組み合わせて用いて補正される。

言うまでもないが、本明細書において説明したタイプのいずれか任意のカートリッジにおいて、そのカートリッジのシャフトとハウジングとの間には６つの自由度がある。すなわち、シャフトは、６つの自由度、つまりＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸における変位およびＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸における回転を含む。次に、図４１〜図４３を参照すると、上述したタイプのカートリッジが６００に図示されている。カートリッジ６００は、ハウジング６０６の内部に軸受（図示せず）上において回転するように取り付けられた内側シャフト６０２を含む。読み取りヘッドプレート６０４によって、エンコーダ読み取りヘッド６１０およびセンサＳ１〜Ｓ５がハウジング６０６に固定される。エンコーダディスク６０８は、その上に光学フリンジパターンを備えており、シャフト６０２に連結され、これとともに回転するようになっている。エンコーダ読み取りヘッド６１０（読み取りヘッドプレート６０４に連結されている）は、光学フリンジパターン６０８の上方に取り付けられており、望ましくは、シャフト６０２のＺ軸における回転を測定するように機能する。読み取りヘッド６１０に加えて、カートリッジ６００は、５つの追加のセンサを含み、これらの全てが読み取りヘッドプレート６０４を介してハウジング６０６に固定されており、これらの全てがシャフト６０２とハウジング６０６との間における相対的な動きを測定するためのものである。これらの追加のセンサは、シャフト６０２のＹ軸における変位を（ハウジング６０６を基準にして）測定するための変位センサＳ１およびシャフト６０２のＸ軸における変位を（ハウジング６０６を基準にして）測定するための変位センサＳ２を含む。従って、シャフト６０２は、これに対応付けて、３つのセンサ、つまりそのＺ軸における回転およびＸ軸およびＹ軸における変位をそれぞれ測定するための読み取りヘッド６１０およびセンサＳ１，Ｓ２を備える。望ましくは、シャフト６０２は、これに対応付けられた、Ｘ軸およびＹ軸における回転およびＺ軸における変位を測定するための３つの追加のセンサを含む。具体的には、センサＳ３，Ｓ４，Ｓ５が連係してＸ軸およびＹ軸における回転ならびにＺ軸における変位を測定する。図４１〜図４３に示した実施の形態において、Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５のセンサは、読み取りヘッドプレート６０４に沿って１２０°ずつ、間隔をあけて配置されている。これらの等間隔に配置された３つのセンサからの測定値を既に知られているやり方で組み合わせることで、Ｘ軸およびＹ軸における回転およびＺ軸における変位を組み合わせたものが算出される。

このように、これらの追加の５つのセンサＳ１〜Ｓ５によって、ジョイント配管または軸受構造を含むＣＭＭにおけるあらゆる変形が測定され、補正されるので、これらのセンサを用いることで、測定におけるそのような誤差を補正することが可能である。従って、これらの追加のセンサを用いることで、シャフトとハウジングとの間における相対的な動きが測定され、ディスクの回転運動以外のその他の動きが算出され、従って、これらの“その他の”動きによってもたらされたあらゆる誤差が補正される。これらの変位測定を行うために適切なタイプのセンサであれば、本発明において、どのようなセンサを用いてもよい。望ましくは、これらのセンサは、例えば、ホール効果を用いる近接センサ、または磁気特性、抵抗特性、容量特性、または光学特性による近接センサのような近接センサである。

言うまでもないが、例えば、ジョイントが荷重のかかった状態で、軸受が変形する場合（さらに、そのような変形の結果、光学パターン６０８を支持するシャフト６０２および読み取りヘッド６１０を備えたハウジング６０６が互いに対して移動することになる場合）に、そのような移動による影響を受けることになる角度測定値が、追加のセンサＳ１〜Ｓ５からの変位情報を用いて“補正”されることになる（言うまでもなく、本発明は、センサＳ１〜Ｓ５の全てまたは全てよりも少ないセンサを用いることについて予期しており、さらに、Ｓ１〜Ｓ５に加えてその他のセンサを用いることについても予期している）。このように補正することにより、携帯可能なＣＭＭの相当に向上させられた精度が得られる。さらに、言うまでもないが、本発明は、ジョイントカートリッジのうちの少なくとも１つが追加のセンサＳ１〜Ｓ５を含むことについて予期しているが、１つの好適な実施の形態においては、これらのカートリッジの全てが、そのような追加のセンサを含むであろう。また、図４１〜図４３の実施の形態は、光学格子ディスクを有する回転エンコーダを備えて図示されているが、例えば、反射率、不透明度、磁界強度、キャパシタンス、インダクタンス、または表面粗さのような測定可能な特性を用いるものを含む測定可能な特性の周期的なパターンを検出し分析する、上述した代替的な回転エンコーダのうちのいずれを、本明細書において説明したようなセンサＳ１〜Ｓ５とともに用いるようにしてもよい。また、図４１〜図４３の実施の形態に示す実施の形態において、光学ディスクは、シャフト６０２とともに回転するが、複数のセンサＳ１〜Ｓ５は、例えば、図１２Ａに示したもののように光学ディスクが固定されている実施の形態に用いるようにしてもよい。

上述したように、追加のセンサを用いて、軸受およびその他のアームの変形によって生じる誤差を補正することができるであろうが、これらの追加のセンサを用いて、そのような構造的な変形を実際に生じさせている、ジョイントに対する外力を計算し測定することもできる。これらの測定値を有利に用いて、ユーザに対して感覚フィードバック（sensory feedback）を提供するようにすることができる。例えば、特定の軸受構造またはジョイントにおいて一定の範囲の外力を許容することが可能であるが、軸受機構の変形によって外力を検知することにより、これらの範囲を超過したということを表示し、その後、ユーザに対して感覚フィードバックを提供し、そのような外力を軽減するための是正策を講じるようにすることができる。すなわち、ユーザは、その場合に、測定値を向上させるためにＣＭＭの操作を一部変更することが可能である。この感覚フィードバックは、聴覚フィードバックおよび／または視覚フィードバックの形であってもよく、ＣＭＭを制御するソフトウェアによって表示されるようにしてもよい。このように、上述した追加のセンサＳ１〜Ｓ５は、過荷重センサとしての役割を果たすことが可能であり、ユーザが、アームを過度に圧迫しないようにして、それによって、最適な精度を維持して、正確な測定が確実に行われるようにする。実際、任意のジョイントに対する外力の測定は、図４１〜図４３の実施の形態（追加のセンサＳ１〜Ｓ５を用いる実施の形態）にだけではなく、２つまたはそれ以上の読み取りヘッドを用いる上述の実施の形態にも用いることができる。この２つの読み取りヘッドの構成の場合には、角度測定値は、これらの２つの読み取りヘッドの平均から導き出される。変形力は、さらに、これらの２つの読み取りヘッドの読み取り値の間における差を測定することによって得ることが可能である。図４１〜図４３の実施の形態の場合には、２つの近接センサの各々の方向において変形を測定することが可能である。これによって、更なる方向情報が得られる。６つのセンサ（Ｓ１〜Ｓ５および読み取りヘッド）を全て用いることで、６つの自由度を全て測定することによる各々のジョイントにおける変形の全体的な内容（total description）が得られることになる。

２つの読み取りヘッドを用いることによって、あるいは単一の読み取りヘッドを１つまたは複数の近接センサとともに用いることによって得られる変換器の角度精度の向上に加えて、変形力を測定することから導き出された情報を用いることで、リアルタイムでアームの寸法を変え、それによって測定の精度を向上させるように、そのような変形情報を用いることによってアームの運動学（kinematics）を補正することも可能である。従って、例えば、軸受が変形した場合に、この変形によって、アームの一部分の長さに変化が生じることになる。この変形を、本明細書において説明したようにセンサおよび読み取りヘッドを用いて測定することによって、アームの長さにおけるこの変化を、当該ＣＭＭに対応付けられた測定ソフトウェアにおいて考慮し、さらに、アームの最終的な測定精度を向上させるための補正値として用いることが可能である。

さらに、図２３Ａには、図９Ａ、図１１Ａ、図１３Ａおよび図１５Ａの単一の読み取りヘッドの実施の形態について、電子回路のブロック図を示す。言うまでもないが、ＣＭＭ１０には、望ましくは、外部バス（望ましくは、ＵＳＢバス）２６０および内部バス（望ましくは、ＲＳ−４８５）２６１が含まれており、これは、より多くのエンコーダのためばかりではなく、外部に取り付けられたレールまたは例えば７番目の軸のような追加の回転軸のために拡張可能なように設計されている。内部バスは、望ましくは、ＲＳ４８５と整合性があって、このバスは、望ましくは、同一出願人による米国特許第６，２１９，９２８号明細書に開示されたような携帯可能なＣＭＭアームにおいて変換器からデータを通信するためのシリアルネットワークと整合性があるように、シリアルネットワークとして用いられるように構成されており、この明細書の内容は、その全てを本願に引用して援用する。

図２３Ａを参照すると、言うまでもないが、各々のカートリッジにおける各々のエンコーダは、エンコーダ基板に対応付けられている。ジョイント１６におけるカートリッジのためのエンコーダ基板は、基部１２の内部に配置されており、図２５において１１２に特定されている。ジョイント１８，３０のためのエンコーダは、デュアルエンコーダ基板上において処理されるが、これは、第２のロングジョイント３０内に位置しており、図２６において１１４に特定されている。また、図２６は、ジョイント３２，３４に用いるエンコーダのための同様のデュアルエンコーダ基板１１６を示しており、この基板１１６は、図２６に示したように、第３のロングジョイント３４内に配置されている。最後に、端部エンコーダ基板１１８が、図２４に示すように、測定プローブハンドル２８の内部に配置されており、ショートジョイント３６においてエンコーダを処理するために用いられる。各々の基板１１４，１１６，１１８は、熱電対に対応付けられており、温度の過渡的な事象による熱補償を可能にする。各々の基板１１２，１１４，１１６，１１８は、組み込まれたアナログデジタル変換手段、エンコーダ計数手段およびシリアルポート通信手段を内蔵する。また、各々の基板は、読み取りプログラム可能なフラッシュメモリを有することで、動作データの局部記憶を可能にしている。また、メインプロセッサ基板１１２は、外部ＵＳＢバス２６０を介して現場でプログラム書き込みすることも可能である。上述したように、内部バス（ＲＳ−４８５）２６１は、より多くのエンコーダのために拡張可能なように設計されており、また、これには、外部に取り付けられたレールおよび／または７番目の回転軸が含まれる。軸ポートが、内部バスの診断を提供するように設けられている。これらの図面において１０に図示したタイプの複数のＣＭＭを、外部ＵＳＢ通信プロトコルの機能により、単一の適用先（アプリケーション）に連結することもできる。さらに、全く同一の理由から、複数の適用先（アプリケーション）を、単一のＣＭＭ１０に連結することもできる。

望ましくは、各々の基板１１２，１１４，１１６，１１８には、例えば、モトローラ社（Motorola）からＤＳＰ５６Ｆ８０７の型番で入手可能なプロセッサのような、１６ビットのデジタル信号プロセッサが含まれる。この単一の処理部品は、シリアル通信、直交復調、Ａ／Ｄコンバータ、およびオンボードメモリを含む数多くの処理機能を兼ね備えており、従って、各々の基板に必要とされるチップの総数を少なくすることを可能にする。

本発明のもう１つの重要な特徴によれば、各々のエンコーダは、個々に設けられた識別チップ１２１に対応付けられている。このチップは、各々の個別のエンコーダを特定することになるので、従って、品質管理、検査、および修理を容易にするとともに迅速化するように、各々の個別の軸受／エンコーダモジュール式カートリッジを特定することになる。

図２３Ｂは、図２３Ａと同様の電子回路ブロック図であるが、図１０、図１２、図１４および図１６〜図２２のデュアル読み取りヘッドの実施の形態を示す。

図２４〜図２６を参照して、多関節アーム１４における各々のカートリッジの組み立てについて、さらに説明する（なお、図２４には、基部１２を含まないアーム１０を示す。また、図２４〜図２６では、図９Ａ、図１１Ａ、図１３Ａおよび図１５Ａの単一の読み取りヘッドの実施の形態を用いる）。図２５に示すように、第１のロングジョイント１６には、比較的長いカートリッジ４４が含まれており、その上端部は、デュアルソケットジョイント４６の円筒形のソケット１２０に差し込まれている。カートリッジ４４は、適切な接着剤を用いてソケット１２０のなかにしっかりと保持される。カートリッジ４４の反対側の端部である下端部は、延長チューブに差し込まれるが、これは、この実施の形態では、アルミニウム製のスリーブ１２２であってもよい（但し、スリーブ１２２は、硬質の合金または複合材料で構成されてもよい）。カートリッジ４４は、再度、適切な接着剤を用いてスリーブ１２２内に固定される。スリーブ１２２の下端部は、外径が、より大きい部分１２４を含み、その上に、内ねじ切り１２６を有する。そのようなねじ切りは、外側に向かってテーパー形状であって、図４に明らかに示すように、磁気マウントハウジング１３０上において内側に向かってテーパー形状であるねじ切り１２８と螺合可能に嵌合するように構成される。既に述べたように、ＣＭＭ１０のいくつかのジョイントは、全て、そのようなテーパー形状のねじ切りを用いて相互に接続される。望ましくは、このテーパーねじは、自己締め付け式であるＮＰＴタイプのものであり、従って、ロックナットまたはその他の固定機構は、全く必要ない。また、このねじ切りは、ねじロック剤を許容するものであり、これを含むであろう。

図２６を参照すると、第１のロングジョイント１６においてと同様に、ロングカートリッジ４４’は、デュアルソケットジョイント４６’の円筒形の開口１２０’に接着固定される。カートリッジ４４’の外ハウジング６４’には、フランジ７２’の下側表面によって画定された肩部１３２が含まれる。この肩部１３２は、ハウジング６４’の外側表面の上方に、これを取り囲むように設けられた円筒形の延長チューブ１３４を支持する。延長チューブは、各ジョイントにおいて、ねじ切りされた部品に連結するための調節可能な長さのチューブをつくるために用いられる。延長チューブ１３４は、従って、カートリッジ６４’の底部から外側に向かって延在しており、そのなかに、ねじ切りされたスリーブ１３６を差し込んでいる。適切な接着剤が、ハウジング４４’を延長チューブ１３４に接着するとともに、スリーブ１３６とチューブ１３４とを互いに接着するために用いられる。スリーブ１３６は、テーパー部分が、その上に、外ねじ切り１３８を有するところで終端する。外ねじ切りは、デュアルソケットジョイント４８の開口１４４内に接着固定されている接続部１４２上において、内ねじ切り１４０と螺合可能に嵌合する。望ましくは、延長チューブ１３４は、例えば、適切な炭素繊維複合材料のような、複合材料で構成される一方で、螺合可能なスリーブ１３６は、デュアルソケットジョイント４８の熱特性に適合するようにアルミニウムで構成される。言うまでもないが、ＰＣ（プリント回路）基板１１４が、支持部１４６に固定されて、さらに、これが、デュアルソケットジョイント支持部１４２に固定される。

上述したねじ切りされた接続部に加えて、各ジョイントのうちの１つ、一部、または全てを、図２５Ａおよび図２５Ｂに示したようなねじ切りされた固定具を用いて相互に接続するようにしてもよい。図２６のねじ切りされたスリーブ１３６の代わりに、図２５Ｂのスリーブ１３６’は、滑らかなテーパー形状の端部１３７を有しており、これは、相補的なテーパー形状のソケット支持部１４２’に収容される。フランジ１３９は、スリーブ１３６’から外側に向かって円周状に延在しており、それを貫通するボルト穴アレイ（この場合は、６穴）が、ねじ切りされたボルト１４１を収容するために備えられている。ボルト１４１は、ソケット支持部１４２’の上側表面に沿って、対応する穴に螺合可能に収容される。延長チューブ１３４’ は、図２６の実施の形態においてと同様に、スリーブ１３６’の上方に収容される。各ジョイントのための相補的なテーパー形状のオス相互接続部とメス相互接続部とによって、従来と比べて向上した接続インターフェースが提供される。

さらに、図２６を参照すると、第３のロングジョイント３４のロングカートリッジ４４’’は、ロングジョイント３０のカートリッジ４４’と同様のやり方で、アーム１４に固定されている。すなわち、カートリッジ４４’’の上部分は、デュアルソケットジョイント４６’’の開口１２０’’のなかに接着固定されている。延長チューブ１４８（望ましくは、チューブ１３４について述べたような複合材料で構成されている）は、外ハウジング６４’’の上方に配置されており、そこから外側に向かって延在して、嵌合スリーブ１５０を収容するようにして、これを、延長チューブ１４８の内径に接着固定する。嵌合スリーブ１５０は、テーパー部分が、外ねじ切り１５２を有するところで終端しており、デュアルソケットジョイント１４８’の内部において円筒形のソケット１５６に接着連結されているデュアルソケットジョイント支持部１５４上における相補的な内ねじ切り１５３と嵌合する。プリント回路基板１１６は、同様に、デュアルソケットジョイント支持部１５４に固定されたＰＣＢ支持部１４６’を用いて、デュアルソケットジョイントに接続される。

図７および図８について述べたように、図１３および図１４におけるショートカートリッジ４４’および図１５の１０８は、単に、２つのデュアルソケットジョイント４６，４８の間に配置されており、デュアルソケットジョイントの内部において適切な接着剤を用いて固定される。結果として、ロングカートリッジおよびショートカートリッジは、互いに、直角（あるいは、所望の場合には、直角以外の角度）で、容易に連結される。

上述したようなモジュール式の軸受／変換器カートリッジは、例えば、上記のラーブの‘３５６号特許およびイートンの‘１４８号特許において示したような、携帯可能なＣＭＭにおける重要な技術的進歩を構成する。これは、カートリッジ（または、カートリッジのハウジング）が、多関節アームを構成する各々のジョイントの構成要素を実際に画定するからである。ここで用いたように、「構成要素」とは、カートリッジ（例えば、カートリッジハウジング）の表面が、アームの変形を伴うことなく（あるいは、最大でも、ほんの少しの変形を伴うのみで）回転を伝達するために、多関節アームの別の構成部品に固定的に連結されているということを意味する。これは、独立した別個のジョイント要素と伝達要素とが必要とされており、回転エンコーダが、ジョイント要素の一部である（但し、伝達要素ではない）、従来の携帯可能なＣＭＭ（例えば、ラーブの‘３５６号特許およびイートンの‘１４８号特許に開示されたようなＣＭＭ）と対照的である。要するに、本発明によれば、ジョイント要素および伝達要素の機能性を組み合わせて、単一のモジュール式の部品（すなわち、カートリッジ）にすることによって、独立した伝達要素（例えば、伝達部材）の必要性が解消されている。このように、独立した別個のジョイントおよび伝達部材で構成された多関節アームの代わりに、本発明においては、より長いジョイント要素およびより短いジョイント要素（すなわち、カートリッジ）の組み合わせで構成された多関節アームを用いており、これらのジョイント要素の全てが、そのアームの構成要素である。これは、従来の技術に比べて効率向上につながる。例えば、‘１４８号特許および‘５８２号特許におけるジョイント／伝達部材の組み合わせにおいて用いられた軸受の数は、４つ（ジョイントにおける２つの軸受および伝達部材における２つの軸受）であったのに対して、本発明のモジュール式の軸受／変換器カートリッジでは、最低の１つの軸受を（但し、２つの軸受のほうが望ましい）用いることができるだけでなく、これまでどおり同様の機能性を（但し、異なる、より向上したやり方で）達成することができる。

図２４Ａ、図２６Ａおよび図２６Ｂは、図２４〜図２６と同様の断面図であるが、図１０、図１２、図１４および図１６〜図２２のデュアル読み取りヘッドの実施の形態を示しており、さらに、図３Ａに示したＣＭＭ１０’の断面図である。

多関節アーム１４の全長および／または様々なアーム部分は、その所期の用途に応じて様々であろう。１つの実施の形態において、多関節アームは、約２４インチの全長を有して、約０．０００２インチ〜約０．０００５インチのオーダーの測定値を提供する場合がある。このアーム寸法および測定精度では、現在、例えば、マイクロメータ、ハイトゲージ、キャリパ等のような、一般的な手持ちの器具を用いて達成されている測定に好適な携帯可能なＣＭＭが提供される。当然のことながら、多関節アーム１４が、より小さな寸法またはより大きな寸法およびより低い精度レベルまたはより高い精度レベルを有することも可能であろう。例えば、より大きなアームは、全長が、８フィートまたは１２フィートであって、対応付けられた測定精度が、０．００１インチである場合があり、これによって、ほとんどの即時検査の用途に用いること、またはリバースエンジニアリングに用いることを可能にする。

また、ＣＭＭ１０は、それに取り付けられたコントローラとともに用いて、上述の米国特許第５，９７８，７４８号明細書および米国特許出願第０９／７７５，２２６号明細書において開示されたように、比較的簡単な実行可能なプログラムを実行するために用いることができるし、また、ホストコンピュータ１７２上のより複雑なプログラムに用いることもできる。

図１〜図６および図２４〜図２６を参照すると、好適な実施の形態において、ロングジョイントおよびショートジョイントの各々は、エラストマ緩衝材またはカバーによって保護されており、これは、衝撃の大きいショックを抑制するとともに、人間工学的に快適なグリップ位置（および見た目に美しい外観）を提供するように機能する。ロングジョイント１６，３０，３４は、全て、硬質プラスチック（例えば、ＡＢＳ）製の交換可能なカバーによって保護されており、これは、衝撃および摩耗に対するプロテクタとしての役割を果たす。第１のロングジョイント１６の場合は、この硬質プラスチック製の交換可能なカバーは、図４にも示したように、２つの部分からなる基部ハウジング２６Ａ，２６Ｂの形で提供されている。ロングジョイント３０，３４は、それぞれ、一対のカバー部分４０，４１によって保護されており、これは、図５および図６に示すように、保護スリーブを形成するように、適切なねじを用いて二枚貝の貝殻（クラムシェル）状に互いに固定することができる。言うまでもないが、好適な実施の形態において、各々のロングジョイント３０，３４のための、この硬質プラスチック製の交換可能なカバーによって、望ましくは、複合材料（炭素繊維）製である延長チューブ１３４，１４８が、それぞれ、取り囲まれることになる。

望ましくは、これらのカバーの１つ、すなわち、この場合は、カバー部分４１には、それに一体成形された傾斜支持支柱１６６が含まれており、これによって、プローブ２８が、停止位置にあるときに基部１２にぶつからないように、アームの肘部分における回転を制限する。これは、図３、図２４および図２６に、最適な状態で図示されている。言うまでもないが、支柱１６６は、このようにして、不必要な衝撃および摩耗を抑制することになる。

また、図２９および図３１について、以下に説明するように、プローブ２８は、硬質プラスチック材料でつくられた交換可能なプラスチック保護カバーを含む場合もある。

図３Ａ、図２４Ａ、図２６Ａおよび図２６Ｂには、代替的な保護スリーブ４０’，４１’を示しており、これらもまた、クラムシェル構造を有するが、ねじ切りされた固定具の代わりに、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る。

ショートジョイント１８，３２，３６の各々には、上述したように、また、図１〜図３、図５および図６に明らかに示すように、一対のエラストマ（例えば、スタントプレン（Stantoprene）（登録商標）のような熱可塑性ゴム）製の緩衝材３８が含まれる。緩衝材３８は、ねじ切りされた固定具または適切な接着剤を用いて連結してもよいし、その他の適切ないずれかのやり方で連結してもよい。エラストマまたはゴム製の緩衝材３８によって、衝撃の大きいショックが抑制されるばかりではなく、見た目に美しく、人間工学的に快適なグリップ位置が提供されることになる。

上述のカバー４０，４１，４０’，４１’および緩衝材３８は、全て、簡単に交換することが（基部ハウジング２６Ａ，２６Ｂと同様に）可能であるので、アーム１４は、ＣＭＭ１０の機械的な性能に影響を与えることなく、速やかに、かつ安価で修繕することが可能となる。

引き続き、図１〜図３を参照すると、基部ハウジング２６Ａ，２６Ｂには、図３の１６８に示すように、少なくとも２つの円筒形の突起が、球面の取り付け用に含まれる。この球面は、クランプタイプのコンピュータホルダ１７０の取り付けに用いることができるが、これによって、さらに、携帯可能なまたはその他のコンピュータ機器１７２（例えば、「ホストコンピュータ」）が支持される。望ましくは、円筒形の突起が、基部ハウジング２６Ａ，２６Ｂのいずれの側面にも設けられるので、ボールおよびクランプによるコンピュータマウントを、ＣＭＭ１０のいずれの側面にも取り付けることができる。

次に、図１５、図１６、図２７Ａ、図２７Ｂ、および図２８を参照して、ＣＭＭ１０とともに用いるための好適なカウンタバランスについて以下に説明する。従来、本明細書において説明したタイプの携帯可能なＣＭＭには、カウンタバランスとして多関節アームの外側に張り出すように単独で取り付けられた外付けのコイルばねが用いられてきた。これに対して、本発明では、完全に一体化された内蔵カウンタバランスを用いており、これにより、多関節アームにおいて全体として低背化（lower overall profile）されるということにつながる。一般に、従来技術によるカウンタバランスは、カウンタバランス機構のなかに巻きコイルばねを用いてきた。しかしながら、本発明の重要な特徴によれば、カウンタバランスは、（巻きコイルばねではなく）機械加工されたコイルばねを用いる。この機械加工されたばね１１０は、図１６および図２７Ａ〜図２７Ｂに図示されており、このコイルの対向する端部における比較的幅の広い一対のリング１７４，１７６と、これらの端部コイル１７４，１７６の間における中間コイルとなる比較的幅のより狭いリング１７８と、を設けるように機械加工された金属（スチール）製の単一円筒からなる。言うまでもないが、より幅の広い端部リング１７４，１７６がそれぞれ、シャフト６２’の側面１８０およびハウジング６４’’の側面１８２に係合し、これによって、ばね１１０の横方向の動きが防止される。より幅の広い、中実の端部リング１７４，１７６は、ねじれ防止装置としての役割を果たし、従来の巻きばねと比べて、優れた機能をもたらす。望ましくは、端部リング１７４は、一対の係止支柱１８４，１８６（但し、１つだけの係止支柱としてもよい）を備え、端部リング１７６は、係止支柱１８８を備える。

図２７Ｂを参照すると、各々のデュアルソケットジョイント４６，４８には、それぞれの支柱１８４，１８６，１８８を収容するために、例えば、デュアルソケットジョイント４６において、１９０，１９１に図示されているような経路（溝）が設けられている。図２８を参照すると、ピン１８４，１８６は、デュアルソケットジョイント４８における適切な経路つまり溝のなかの決まった位置にとどまることになるが、ピン１８８の位置は、ばね１１０における全体的な巻き締め（overall wind-up）が最適な状態になり、最も効率的なカウンタバランス力が得られるように変えることができる。これは、ねじ切りされたねじ１９４を収容するねじ切りされた穴１９２を用いて行われる。図２８に示すように、ねじ１９４は、内側経路６９６に沿って時計回り方向に円周方向にピン１８８に接触してピン１８８を移動させるように動かすことが可能である。この内側経路６９６は、図２７Ｂにおいて、ピンアクセス溝１９０に対して垂直に図示されている。ねじ１９４は、望ましくは、工場において、ばね１１０が最適になるように位置調整される。

言うまでもないが、多関節アーム１４の使用中において、エンコーダ／軸受カートリッジ１０８は、ヒンジジョイントとしての役割を果たすことになり、一旦、デュアルソケットジョイント４６，４８のソケットのなかに挿入され接着固定されると、ピン１８４，１８６，１８８は、それらのそれぞれの溝のなかに係止されることになる。ソケットジョイント４８がソケットジョイント４６に対して（カートリッジ１０８のヒンジジョイントを介して）回転させられると、ばね１１０が巻き締まることになる。ソケットジョイント４８がその元の位置まで回転し戻ることが望ましい場合に、ばね１１０の巻き力（wound forces）が緩むことで、所望のカウンタバランス力が得られることになる。

例えば、グラインダ、梁、または天井のように、多関節アーム１４を上下反対に取り付けることが望まれる場合には、ばね１１０の向きを同様に反転させて（または逆にして）もよく、これにより、必要なカウンタバランスに適した向きを実現することができる。

次に、図２９および図３０Ａ〜図３０Ｃを参照して、測定プローブ２８の好適な実施の形態について、以下に説明する。プローブ２８には、ハウジング１９６が含まれており、そのなかに、プリント回路基板１１８を収容するための内部空間１９８を有する。言うまでもないが、ハウジング１９６は、上述したタイプのデュアルソケットジョイントを構成しており、回路基板１１８を支持するための支持部材１９９が接着されるソケット１９７を含む。望ましくは、ハンドル２８は、２つのスイッチ、すなわち捕捉スイッチ２００および確認スイッチ２０２を備える。操作者は、これらのスイッチを用いて、操作中に、測定値を捕捉（捕捉スイッチ２００）するとともに、その測定値を確認（確認スイッチ２０２）する。本発明の重要な特徴によれば、これらのスイッチは、互いに、違いを明確にすることで、使用に際して、取り違えることをできるだけ少なくする。このように違いを明確にすることは、例えば、スイッチ２００，２０２が、異なる高さおよび／または異なる手触り（なお、スイッチ２０２は、スイッチ２００の滑らかな上面とは対照的に、凹凸（identation）を有する）および／または異なる色（例えば、スイッチ２００は、緑色であってもよく、スイッチ２０２は、赤色であってもよい）であることを含む１つまたは複数の形で実現できる。また、本発明の重要な特徴によれば、表示灯２０４が、正常なプローブ検出が行われていることを表示するために、スイッチ２００，２０２と対応付けられている。望ましくは、表示灯２０４は、２色灯であり、例えば、灯２０４は、測定値を捕捉（緑色の捕捉ボタン２００を押下）しているときは緑色であって、測定値を確認（赤色の確認ボタン２０２を押下）している間は赤色である。多色灯を用いることは、既に知られているＬＥＤを灯２０４の光源として用いることで容易に達成される。グリップを助けるために、また、美観の向上および耐衝撃性を提供するために、上述したタイプの外側の保護被覆が、２０６に特定されており、プローブ２８の一部を覆うように設けられている。スイッチ回路基板２０８が、ボタン２００，２０２およびランプ２０４を取り付けるために設けられており、支持部材１９９によって支持されている。スイッチ基板２０８は、基板１１８と電気的に相互接続されており、これは、スイッチおよび表示灯を処理するためばかりではなく、ショートヒンジジョイント３６の処理をするための部品を収容する。

本発明のもう１つの重要な特徴によれば、また、図２９および図３０Ａ〜図３０Ｃを参照すると、プローブ２８には、恒久的に取り付けられたタッチトリガプローブばかりではなく、タッチトリガプローブを保護しつつ固定プローブを適応させるための脱着可能なキャップが含まれる。タッチプローブ機構は、図２９において２１０に図示されており、簡単な３点キネマティックシートを土台としている。この従来の構成においては、コンタクトスプリング２１６によってバイアスがかけられたボール２１４に接触するノーズ２１２を備える。３つのコンタクトピン（１つのピンが、２１８に図示されている）が、下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を加えると、結果として、３つのコンタクトピン２１８のいずれか１つを持ち上げることになり、下にある電気回路を開くことになり、従って、スイッチを作動させることになる。望ましくは、タッチトリガプローブ２１０は、前面の「捕捉」スイッチ２００と連係して動作することになる。

図３０Ｂに示すように、タッチトリガプローブ２１０を用いる場合に、ねじ切りされた保護カバー２２０が、トリガプローブ２１０を取り囲むねじ切り２２２に螺合可能に連結される。但し、タッチトリガプローブではなく、固定プローブを用いるのが望ましい場合には、脱着可能なキャップ２２０を取り外して、例えば、図２９および図３０Ａ〜図３０Ｃの２２４に図示したような所望の固定プローブが、ねじ切り２２２に螺合可能に連結される。言うまでもないが、固定プローブ２２４は、これに連結された球状のボール２２６を有するが、どのような異なる所望の固定プローブ構造であっても、容易に、プローブ２８にねじ切り２２２を介して螺合可能に連結することができる。タッチトリガプローブアセンブリ２１０は、ハウジング２２８に取り付けられており、これは、ねじ切りされたコネクタ２３０に螺合可能に収容されており、これによって、プローブハウジング１９６の一部が形成される。このように螺合可能に相互接続することによって、タッチトリガプローブ２１０をプローブ２８に完全に一体化することが可能になる。完全に一体化されたタッチプローブを設けることは、本発明の重要な特徴であり、従来のＣＭＭに連結された従来の脱着式タッチプローブと区別することが可能である。さらに、恒久的に取り付けられたタッチトリガプローブもまた、上述したように、容易に、ハードプローブと交換することが可能である。

図２９Ａ〜図２９Ｃには、本発明による測定プローブのさらにもう１つの好適な実施の形態を示す。図２９Ａ〜図２９Ｃにおいて、測定プローブは、２８’に図示されており、図２９の測定プローブ２８と実質的に同様であって、主な違いは、「捕捉」スイッチおよび「確認」スイッチの構成にある。図２９に示した別々のボタン形スイッチの代わりに、測定プローブ２８’では、二対の弓状長円形スイッチ２００ａ，２００ｂおよび２０２ａ，２０２ｂを用いる。長円形スイッチ２００ａ，２００ｂおよび２０２ａ，２０２ｂの各対のそれぞれは、図２９について上述した捕捉スイッチおよび確認スイッチに、それぞれ相当する。測定プローブ２８’の実施の形態における測定プローブ２８の実施の形態に対する利点としては、長円形スイッチ２０２および２００の各対は、実質的に、測定プローブの全周（または、その周囲の少なくとも大部分）を取り囲んでおり、従って、その携帯可能なＣＭＭの操作者によって、より容易に動かすことが可能であるという点がある。図２９の実施の形態においてと同様に、表示灯２０４が、各々のスイッチに対応付けられており、灯２０４およびスイッチ２００，２０２は、それぞれの回路基板２０８’上に取り付けられている。また、図２９の実施の形態においてと同様に、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、違いを明確にすることができる。望ましくは、スイッチ２００，２０２は、わずかな浮きを有しており、そのボタンを、それに沿ったどの位置であっても押下したときに作動させることができる。図２９の実施の形態においてと同様に、上述したタイプの外側の保護被覆が、２０６に用いられており、プローブ２８’の一部を覆うように設けられている。

次に、図３１を参照すると、ＣＭＭ１０に用いるための代替的な測定プローブを、２３２に概略的に示す。測定プローブ２３２は、図２９の測定プローブ２８と同様であって、主な違いは、プローブ２３２には、回転ハンドルカバー２３４が含まれるという点である。回転カバー２３４は、間隔をあけて配置された一対の軸受２３６，２３８上に取り付けられており、これらは、さらに、内側の中心部つまり支持部２４０上に取り付けられているので、カバー２３４は、内側の中心部２４０のまわりを（軸受２３６，２３８を介して）自由に回転することが可能となっている。軸受２３６，２３８は、望ましくは、ラジアル軸受であって、プローブ操作によるアーム上の寄生トルク（parasitic torques）を最小限に抑える。重要なことに、スイッチ板２０８’および対応するスイッチ２００’，２０２’およびＬＥＤ２０４’は、全て、回転ハンドルカバー２３４に、これとともに回転するように取り付けられている。回転中に、処理回路基板１１８’への電気的な接続性を提供するのに、従来のスリップリング機構２４２が用いられており、これは、間隔をあけて配置された既に知られている複数のスプリングフィンガ２４２を備えており、これが、固定された環状経路２４４に接触する。さらに、これらの接触経路２４４が、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、このようにして、内側の中心部つまりプローブシャフト２４０および電子回路基板１１８’に、スリップリング導体２４２を用いて電気的に結合される。プローブハンドル２３４の回転によって、スイッチ２００’，２０２’を、使用者にとって具合のよい向きに向けることが可能になる。これによって、記録されない力を最小限に抑えることによって、操作中における多関節アーム１４’による正確な測定が可能になる。カバー２３４は、望ましくは、硬質ポリマによって構成されており、適切な凹凸２４６，２４８が設けられているので、プローブ操作者が、容易かつ具合よく、握ったり操作したりすることが可能である。

言うまでもないが、プローブ２３２の残りの部分は、恒久的かつ一体的に取り付けられたタッチプローブ２１０がカバー２２０に設けられていることを含めて、プローブ２８と全く同様である。なお、スイッチ２００’，２０２’は、容易に識別することを可能にするように、高さおよび表面の手触りが異なっている。

回転カバー２３４は、例えば、上述の米国特許第５，６１１，１４７号明細書に開示されたようなプローブにおける７番目の回転軸の必要性を軽減させることが可能であるという点で、ＣＭＭ分野における著しい進歩である。言うまでもないが、７番目の軸を追加することは、より複雑で高価なＣＭＭとなることにつながるばかりではなく、システムに起こりうるエラーを増加させることにつながる。回転可能なプローブ２３２を用いることによって、「真の」７番目の軸の必要性が軽減されるのは、それによって、そのプローブが、プローブ端部におけるハンドル配置のために必要な回転を、７番目の変換器および付随する軸受、エンコーダ、および電子回路による複雑さを伴うことなく与えることが可能となっているからである。

「真の」７番目の軸を有する測定プローブを用いることが望ましい場合には、すなわち、測定プローブが、旋回回転を測定するための７番目の回転エンコーダを備えており、そのような測定プローブを、図３７〜図４０に示す。これらの図面には、測定プローブ５００が図示されており、そのような測定プローブは、図２９の測定プローブと実質的に同様であって、主な違いは、上述したタイプのモジュール式の軸受／変換器カートリッジ５０２を装着していること、測定プローブの側面に捕捉スイッチ５０４および確認スイッチ５０６があること、脱着可能なハンドル５０８を含むことである。

言うまでもないが、モジュール式の軸受／変換器カートリッジ５０２は、詳細に上述したカートリッジと実質的に同様であって、回転可能なシャフトと、シャフト上の一対の軸受と、光学エンコーダディスクと、エンコーダディスクから間隔をあけて配置されて、エンコーダディスクと光学的な通信状態にある、少なくとも１つ、望ましくは、２つの光学読み取りヘッドと、これらの、軸受と、光学エンコーダディスクと、読み取りヘッドと、シャフトの少なくとも一部と、を取り囲むハウジングと、を含んでおり、単体のモジュール式の軸受／変換器カートリッジを画定することになる。エンコーダ電子回路のための回路基板５０３が、プローブ５００の開口５０４にある。捕捉ボタン５０４および確認ボタン５０６の各対は、プローブ５００の下向きに突き出たハウジング部分５１０のいずれの側面にも配置されており、各ボタンは、図２９の実施の形態による測定プローブにおいてと同様に、適切なＰＣ基板５１２に接続されている。同様に、表示灯５１３が、上述した実施の形態においてと同様に、ボタン５０４とボタン５０６との間に配置されている。ハウジング５１０におけるねじ切りされた一対の開口５１４において、測定プローブ５００の使用中に容易に回転操作することを可能にするハンドル５０８を脱着可能に連結するための固定具を収容する。

その他の重要な全ての点において、測定プローブ５００は、図２９の測定プローブ２８と同様であって、望ましくは、５１６に、恒久的に取り付けられたタッチトリガプローブを用いるとともに、タッチトリガプローブを保護しつつ固定プローブ５１８を適応させるための脱着可能なキャップを用いる。言うまでもないが、測定プローブ５００に７番目の回転エンコーダ５０２が含まれていると、ＣＭＭ１０を、既に知られているレーザラインスキャナおよびその他の周辺機器と接続して用いる上で役に立つ。

次に、図２〜図４、図２３および図２５を参照すると、本発明の重要な特徴によれば、携帯可能な電力供給装置を設けて、ＣＭＭ１０に電力を供給することで、完全に携帯可能なＣＭＭが提供される。これは、従来のＣＭＭにおいて、電力供給を、ＡＣコードのみによって得ていたのとは異なる。また、ＣＭＭ１０は、通常の差し込み式のコンセントからＡＣ／ＤＣアダプタを介してＡＣコードによって直接、電力供給を得るようにしてもよい。図２、図３および図２５に示すように、通常の再充電可能な電池（例えば、リチウムイオン電池）が、２２に図示されている。電池２２は、通常の電池支持部２５２に機械的かつ電気的に接続されており、これは、さらに、回路基板２０上に配置された通常の電力供給用および電池再充電用の回路部品２５４に電気的に接続されている。同様に、基板２０と通信を行うのは、オン／オフスイッチ２５８（図３参照）および高速通信ポート２５９（望ましくは、ＵＳＢポート）である。アーム１４のジョイント電子回路は、ＲＳ−４８５バスを用いて基板２０に接続されている。電池２２は、独立した充電器上で充電したり、通常のビデオカメラで一般的にみられるようにクレードル２５２における所定の位置に入れて充電したりすることが可能である。言うまでもないが、携帯可能なコンピュータ１７２（図２参照）は、その内蔵電池により数時間にわたって動作することが可能であり、および／または、代替的に、ＣＭＭ１０の電力供給ユニット２５４に電気的に接続される場合もある。

本発明によるオンボード電力供給／再充電ユニットは、望ましくは、この部品を、基部１２の一体化された部分として、より具体的には、プラスチック製の基部ハウジング２６Ａ，２６Ｂの一部として配置することによって、ＣＭＭ１０の一体化された部分として配置される。なお、望ましくは、基部ハウジング２６Ａ，２６Ｂは、予備の電池またはプローブ等を保管するために、枢動可能な蓋２６２を有する小型の保管領域２６０を含む。

次に、図４、図２５、図３２〜図３４を参照して、ＣＭＭ１０に用いるための新規な磁気取り付け機構について以下に説明する。この磁気取り付け機構は、図４、図２５、図３２、および図３３において、２４に、概括的に図示されている。磁気マウント２４は、円筒形の非磁性ハウジング２６６を含んでおり、これは、その上端部において、ねじ切りされた部分２６８において終端する。ＣＭＭ１０に用いられた全ての好適なねじ切りと同様に、ねじ切り２６８は、テーパー形状のねじ切りであって、これは、図２５に最適な状態で図示されているように、第１のロングジョイント１６のねじ切り１２６に螺合接続されることになっている。互いに１８０°に対向するように配置され、ハウジング２６６から外向きかつ下向きに延在する２つの長手方向延長部分２７０，２７２を除けば、非磁性ハウジング２６６は、実質的に円筒形の構造となっている。長手方向延長部分２７０，２７２の両側には、一対の半円筒形ハウジング２７４，２７６が連結されており、その各々は、“磁性”材料、すなわち、例えば、鉄または磁性ステンレス鋼のような磁化可能な材料からなる。さらに、“磁性”ハウジングの半分部分２７４，２７６および長手方向延長部分２７０，２７２により、磁性コア２７８を収容し格納するための開放端型の円筒形容器が構成される。磁性コア２７８は、一対の希土類磁石（例えば、ネオジミウム−鉄−ボロン）２８２，２８４の間に非磁性中央部分２８０を挟んだ長円形の形状である。軸方向の開口２８６が非磁性中央部分２８０を貫通して設けられている。環状カバープレート２８８が、磁性コア２７８の下方に位置し、構成要素２７４，２７６および長手方向延長部分２７０，２７２によって構成された下部ハウジングのなかに配置される。シャフト２９０が、ハウジング２６６のなかに環状開口２９２を貫通して配置されており、磁性コア２７８の軸方向の開口２８６を貫通して下向きに延在する。シャフト２９０は、上部軸受２９２および下部軸受２９４によって回転させることができるように支持されている。上部軸受２９１は、ハウジング２６６における内側円筒形凹部に収容され、下部軸受２９４は、カバープレート２８８における同様の円筒形凹部に収容される。レバー２９６が、シャフト２９０から外向きかつ垂直に延在しており、以下に述べるように、磁気マウント２６４のためのオン／オフ機構を提供する。レバー２９６は、ハウジング２６６を貫通する溝２９７を貫通してハウジング２６６の外側に向かって延在する（図２５参照）。

レバー２９６、シャフト２９０、および軸受２９２，２９４からなるこのアセンブリ全体は、上方のねじ切りされた固定具２９８および下方の保持リング３００を用いて、互いに固定されている。言うまでもないが、磁気マウント２６４の各種部品は、さらに、例えば、ハウジング２６６を“磁性”材料ハウジング部分２７４，２７６に接続するねじ切りされた固定具３０２、およびハウジング部分２７４，２７６をカバー２８８に相互接続するねじ切りされた固定具３０４によって固定されている。さらに、ねじ切りされた固定具３０６により、ハウジング２６６の長手方向延長部分２７０，２７２がカバー２８８に連結される。ピン３０８が、コア２７８における横方向の開口およびシャフト２９０における横方向の開口に収容され、シャフト２９０をコア２７８に係止するようになっている。このようにして、レバー２９６が回転させられるのに従って、シャフト２９０は、シャフト接続部２０８を介してコア２７８を回転させることになる。

図１、図３、および図２５に示すように、レバー２９６は、ハンドル３１０に接続されており、このハンドル３１０は、基部１２の外側において容易にアクセス可能で（手が届きやすく）、磁気マウント２６４を作動させるために用いられる。この作動を実現するために、ハンドル２９６は、単に、（図１中、右から左へ）移動させられる。ハンドル３１０の移動により、次に、レバー２９６が回転させられ、これによって、次に、シャフト２９０が回転させられ、これによって、さらに、希土類磁石２８２，２８４が回転させられ、これらの非動作位置（磁石２８２，２８４が非磁性延長部分２７０，２７２と整列させられた位置）から、磁石２８２，２８４が磁性材料２７４，２７６と整列させられた作動位置に移ることになる。このように、これらの磁石が磁性材料と整列させられると、磁界（磁束）が生じる。同様に、磁石２８２，２８４が磁性材料２７４，２７６と整列した状態から外れると、磁束通路が遮断される。この状態において、磁性基部は、これが載せられているテーブルから切り離すことが可能である。但し、非整列位置であっても、多少の残留磁束が存在することになるということに注目すべきである。この“オフ”位置における小さな残留磁束は、本発明の良い特徴であって、これは、テーブル上に戻したときに、小さな量の磁束が磁石に対して反応し、レバー２９６を自動的に回転させ“オン”位置に戻す役割を果たすからである。言うまでもないが、磁石が磁性材料と整列状態となると、強力な磁界が発生させられ、半円形の構成要素２７４，２７６は、その下部に、図２５および図３３において３１２に示すように形成された環状表面に磁気的にくっつけられることになる。

本発明の磁気マウント２６４によれば、これが、（ねじ切り２６８を介して）脱着可能に取り付けられており、例えば、ねじマウントまたは真空マウントのような、その他の装着機構と置き換えることが可能であることから、完全に一体化されながらも脱着可能な取り付け機構が提供される。当然のことながら、適切に用いられるためには、磁気マウント２６４は、磁化可能な表面上に配置されなければならず、動作するためには、（レバー２９６を介して）作動させられなければならない。非磁性表面（例えば、花崗岩）に対する取り付けが必要とされる場合には、境界面プレートまたはその他の適切な機構を磁性基部と非磁性表面との間に用いなければならない。

いくつかの好適な実施の形態を図示および説明してきたが、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、これらに対して、様々な修正および置換を行うことが可能である。従って、当然のことながら、本発明は、限定としてではなく、例示として説明されたものである。

多関節アームおよび連結されたホストコンピュータを含む本発明に係る携帯可能なＣＭＭを示す正面斜視図である。 図１のＣＭＭを示す背面斜視図である。 図１のＣＭＭを（ホストコンピュータを取り外した状態で）示す右側面図である。 図１のＣＭＭを示す右側面図であり、わずかに変更された保護スリーブによって、ロングジョイントの２つを被覆している。 本発明に係るＣＭＭを示す部分分解斜視図であり、基部および第１の多関節アーム部分を示す。 本発明に係るＣＭＭを示す部分分解斜視図であり、基部、第１のアーム部分、および部分的に分解された第２のアーム部分を示す。 本発明に係るＣＭＭを示す部分分解斜視図であり、基部、第１のアーム部分、第２のアーム部分、および部分的に分解された第３のアーム部分を示す。 本発明による一対のエンコーダ／軸受カートリッジを２つのデュアルソケットジョイントの間において組み立てられている状態で示す分解斜視図である。 図７の軸受／エンコーダカートリッジおよびデュアルソケットジョイントを示す正面立面図である。 本発明によるショート軸受／エンコーダカートリッジを示す分解斜視図である。 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つの読み取りヘッドを示す分解斜視図である。 組み立て後の図９Ｂを示す斜視図である。 図９と同様であるが、３つの読み取りヘッドを示す分解斜視図である。 組み立て後の図９Ｄを示す斜視図である。 図９のカートリッジを示す断面立面図である。 本発明によるロング軸受／エンコーダカートリッジを示す分解斜視図である。 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のカートリッジを示す断面立面図である。 図１２のカートリッジを示す断面立面図であり、シャフトとともに回転可能であるデュアル読み取りヘッドを示す。 本発明によるさらにもう１つの軸受／エンコーダカートリッジを示す分解斜視図である。 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のカートリッジを示す断面立面図である。 本発明による軸受／エンコーダカートリッジおよびカウンタバランススプリングを示す分解斜視図である。 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を示す断面立面図である。 本発明による、より大きな直径の軸受／エンコーダカートリッジを用いた場合のデュアル読み取りヘッドアセンブリを示す上面平面図である。 図１７の線１８−１８に沿った断面立面図である。 図１７のデュアル読み取りヘッドアセンブリを示す底面平面図である。 本発明による、より小さい直径の軸受／エンコーダカートリッジの場合のデュアル読み取りヘッドアセンブリを示す上面平面図である。 図２０の線２１−２１に沿った断面立面図である。 図２０のデュアル読み取りヘッドアセンブリを示す底面平面図である。 単一の読み取りヘッドを用いる本発明に係るＣＭＭの場合の電子回路構成を示すブロック図である。 デュアル読み取りヘッドを用いる本発明に係るＣＭＭの場合の電子回路構成を示すブロック図である。 本発明に係るＣＭＭを（基部を取り外した状態で）長手方向に貫通して示す断面立面図である。 図３ＡのＣＭＭを示す断面立面図である。 図２４の一部を示す拡大断面図であり、図２４のＣＭＭの基部および第１のロングジョイント部分を示す。 本発明の代替的な実施の形態によるロングジョイントとショートジョイントとの間における相互接続を示す斜視図である。 図２５Ａの一部を長手方向に貫通して示す断面立面図である。 図２４の一部を示す拡大断面図であり、第２および第３のロングジョイント部分を示す。 図２４Ａの各部を示す拡大断面図であり、第２および第３のロングジョイントおよびプローブを示す。 図２４Ａの各部を示す拡大断面図であり、第２および第３のロングジョイントおよびプローブを示す。 本発明による第１のショートジョイント／カウンタバランスアセンブリを示す分解側面図である。 図２７Ａの各部品を示す斜視図である。 本発明に係る内蔵カウンタバランスを示す断面立面図である。 本発明による測定プローブの第１の実施の形態を貫通して示す断面側面図である。 本発明による測定プローブのもう１つの実施の形態を示す側面図である。 図２９Ａの線２９Ｂ−２９Ｂに沿った断面立面図である。 図２９Ａおよび図２９Ｂにおいて用いた一対の「捕捉」または「確認」スイッチを示す斜視図である。 図３０Ｂおよび図３０Ｃとともに、本発明による内蔵タッチプローブアセンブリと、ハードプローブアセンブリへの切り換えと、を示す連続的な立面平面図である。 図３０Ａおよび図３０Ｃとともに、本発明による内蔵タッチプローブアセンブリと、ハードプローブアセンブリへの切り換えと、を示す連続的な立面平面図である。 図３０Ａおよび図３０Ｂとともに、本発明による内蔵タッチプローブアセンブリと、ハードプローブアセンブリへの切り換えと、を示す連続的な立面平面図である。 本発明による測定プローブのさらにもう１つの実施の形態を貫通して示す断面側面図である。 本発明による一体化された磁気基部を示す分解斜視図である。 図３２の磁気基部を貫通して示す断面立面図である。 図３２の磁気マウントを示す上面平面図である。 デュアル読み取りヘッドを備えたラーブの‘３５６号特許のＣＭＭジョイントを示す断面立面図である。 デュアル読み取りヘッドを備えたイートンの‘１４８号特許のＣＭＭジョイントを示す断面立面図である。 ７番目の軸の変換器を備えた測定プローブを示す側面図である。 図３７と同様であるが、脱着可能なハンドルを含む側面図である。 図３８の測定プローブを示す端面図である。 図３８の測定プローブを示す断面立面図である。 本発明による複数のセンサと組み合わせた読み取りヘッドを用いる軸受／エンコーダカートリッジを示す上面平面図である。 図４１のカートリッジを示す斜視図である。 図４２のカートリッジの上部分を示す拡大図である。

Claims (101)

1. 複数のジョイントを含み、対向する第１および第２の端部を有する手動で位置決め可能な多関節アームと、
   前記多関節アームの第１の端部に連結された測定プローブと、
   前記アームにおける変換器からの位置信号を受け取り、選択された量で、前記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、
   を備え、選択された量で、物体の位置を測定する携帯可能な座標測定装置（ＣＭＭ）の操作者にフィードバックを提供する方法であって、
   前記アームが荷重のかかった状態におかれたときに、そのアームに加えられている外力の大きさを示す、前記多関節アームの一部における変形を検知し、
   前記検知された外力に応じて、前記ＣＭＭの操作者にフィードバックを提供することを含む方法。
2. 請求項１に記載の方法であって、前記フィードバックが、感覚フィードバックで構成されている方法。
3. 請求項２に記載の方法であって、前記感覚フィードバックが、聴覚フィードバックおよび視覚フィードバックのうちの少なくとも１つで構成されている方法。
4. 請求項１に記載の方法であって、前記フィードバックが、前記ＣＭＭを制御するソフトウェアによって示される方法。
5. 請求項１に記載の方法であって、前記フィードバックが、前記多関節アームにおける過度の圧迫を防ぐ過荷重センサを特徴づける方法。
6. 請求項１に記載の方法であって、前記変形が、前記ジョイントのうちの少なくとも１つと関連付けられた軸受構造において生じる方法。
7. 請求項１に記載の方法であって、前記変形が、前記多関節アームと関連付けられた配管において生じる方法。
8. 請求項１に記載の方法であって、
   前記ジョイントのうちの前記少なくとも１つが、測定可能な特性の周期的なパターンを備えており、
   少なくとも２つの読み取りヘッドが、前記パターンから間隔をあけて配置され、これと通信状態にあり、
   前記パターンおよび前記少なくとも２つの読み取りヘッドが、互いに対して回転可能となるように前記ジョイントのなかに配置されており、
   前記少なくとも２つの読み取りヘッドを用いて、前記多関節アームの変形を検知することを含む方法。
9. 請求項８に記載の方法であって、前記２つの読み取りヘッドが、１８０°離して配置されている方法。
10. 請求項８に記載の方法であって、
    前記パターンが、光学フリンジパターンで構成されており、
    前記少なくとも１つの読み取りヘッドが、光学読み取りヘッドで構成されている方法。
11. 請求項１０に記載の方法であって、
    前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設されている方法。
12. 請求項１１に記載の方法であって、
    前記通信状態において、
    前記読み取りヘッドが、回折次数の間の干渉を検出することで、前記フリンジパターンに差し込まれた前記読み取りヘッドから正弦波信号を生成し、前記正弦波信号を電子的に補間することで変位を検出する方法。
13. 請求項８に記載の方法であって、
    前記少なくとも２つの読み取りヘッドによって、平均することが可能な相殺効果を生じさせる方法。
14. 請求項８に記載の方法であって、
    前記パターンの測定可能な特性が、反射率、不透明度、磁界強度、キャパシタンス、インダクタンス、および表面粗さからなる群から選択された特性のうちの少なくとも１つである方法。
15. 請求項１に記載の方法であって、
    前記ジョイントが、スイベル動作を得るためのロングジョイントおよびヒンジ動作を得るためのショートジョイントで構成されている方法。
16. 請求項１５に記載の方法であって、
    ３つのジョイント対を備え、各々のジョイント対が、ロングジョイントおよびショートジョイントで構成されている方法。
17. 請求項１に記載の方法であって、
    前記ジョイントが、２−２−２、２−１−２、２−２−３、および２−１−３からなる群から選択されたジョイント構成で配置されている方法。
18. 請求項８に記載の方法であって、
    前記パターンが、前記少なくとも２つの読み取りヘッドを基準にして回転可能であり、
    前記２つの読み取りヘッドが、前記パターンを基準にして固定されている方法。
19. 請求項８に記載の方法であって、
    前記パターンが、前記少なくとも２つの読み取りヘッドを基準にして固定されており、
    前記少なくとも２つの読み取りヘッドが、前記パターンを基準にして回転可能である方法。
20. 請求項８に記載の方法であって、
    前記ジョイントが、さらに、
    第１および第２のハウジング、および前記第２のハウジングから前記第１のハウジングの方に延在する回転可能なシャフトを備え、
    前記シャフトと前記第１のハウジングとの間に軸受が配設され、前記回転可能なシャフトが前記第１のハウジングの内部において回転することが可能となっており、
    前記パターンが前記回転可能なシャフトに連結されており、
    前記少なくとも２つの読み取りヘッドが前記第１のハウジングの内部に固定され、前記第２のハウジングを基準にして前記第１のハウジングが回転することによって、前記少なくとも２つの読み取りヘッドを前記パターンに対して移動させるようになっている方法。
21. 請求項８に記載の方法であって、
    前記少なくとも１つのジョイントが、
    第１のハウジングと、
    第２のハウジングと、
    前記第２のハウジングに固定され、前記第１のハウジングの方に延在する回転可能なシャフトと、
    前記第１のハウジングの内部において支持され、前記回転可能なシャフトを、その軸を中心とした回転が得られるように支持する、少なくとも１つの軸受と、
    を備え、
    前記パターンおよび前記少なくとも２つの読み取りヘッドのうちの一方が、前記シャフトの端部に固定されており、前記パターンおよび前記少なくとも２つの読み取りヘッドのうちの他方が、前記第１のハウジングの内部において固定されている方法。
22. 請求項１に記載の方法であって、
    前記ジョイントのうちの前記少なくとも１つが、測定可能な特性の周期的なパターンを備えており、
    少なくとも１つの読み取りヘッドが、前記パターンから間隔をあけて配置され、これと通信状態にあり、
    前記パターンおよび前記読み取りヘッドが、互いに対して回転可能となるように前記ジョイントのなかに配置されており、
    さらに、前記少なくとも１つの読み取りヘッドを基準にして、前記周期的なパターンにおける相対的な動きを測定する少なくとも１つのセンサを備え、
    前記少なくとも１つのセンサを用いて、前記多関節アームの変形を検知することを含む方法。
23. 請求項２２に記載の方法であって、
    前記少なくとも１つのセンサが、変位を測定する、複数の、間隔をあけて配置されたセンサで構成されている方法。
24. 請求項２２に記載の方法であって、
    前記少なくとも１つのセンサが、変位を測定する１つのセンサで構成されている方法。
25. 請求項２４に記載の方法であって、前記パターンのＸ軸における変位を測定するための少なくとも１つのセンサを含む方法。
26. 請求項２４に記載の方法であって、前記パターンのＹ軸における変位を測定するための少なくとも１つのセンサを含む方法。
27. 請求項２５に記載の方法であって、前記パターンのＹ軸における変位を測定するための少なくとも１つのセンサを含む方法。
28. 請求項２２に記載の方法であって、
    前記少なくとも１つのジョイントが、ハウジングによって少なくとも部分的に取り囲まれたシャフトを含み、
    前記シャフトおよび前記ハウジングが、互いに対して回転するように適応させられており、
    前記少なくとも１つのセンサが、前記シャフトと前記ハウジングとの間における相対的な動きを測定するための少なくとも１つのセンサを含む方法。
29. 請求項２８に記載の方法であって、前記シャフトと前記ハウジングとの間における相対的な動きを測定するための複数のセンサを含む方法。
30. 請求項２８に記載の方法であって、前記シャフトが回転可能である方法。
31. 請求項２９に記載の方法であって、前記シャフトが回転可能である方法。
32. 請求項３１に記載の方法であって、前記少なくとも１つのセンサが、
    Ｘ軸における変位を測定するための第１のセンサと、Ｙ軸における変位を測定するための第２のセンサと、を含む、前記シャフトの相対的な動きを測定するための少なくとも２つのセンサを含む方法。
33. 請求項３２に記載の方法であって、前記シャフトの相対的な動きを測定するための前記複数のセンサが、さらに、Ｘ軸における回転を測定するための第３のセンサと、Ｙ軸における回転を測定するための第４のセンサと、Ｚ軸における変位を測定するための第５のセンサと、を含む方法。
34. 請求項３２に記載の方法であって、前記少なくとも１つの読み取りヘッドによって、前記シャフトのＺ軸における回転を測定する方法。
35. 請求項３４に記載の方法であって、前記少なくとも１つの読み取りヘッドによって、前記シャフトのＺ軸における回転を測定する方法。
36. 請求項３３に記載の方法であって、前記第３のセンサ、前記第４のセンサ、および前記第５のセンサが、互いに対して、約１２０°に配置されている方法。
37. 請求項２８に記載の方法であって、前記シャフトの少なくとも６つの自由度を前記読み取りヘッドとともに測定する少なくとも５つのセンサを含む方法。
38. 請求項２２に記載の方法であって、前記少なくとも１つのセンサが、
    前記少なくとも１つの読み取りヘッドを基準にして前記周期的なパターンにおける動きを測定する少なくとも２つのセンサを含む方法。
39. 請求項３８に記載の方法であって、前記少なくとも２つのセンサが、互いに約９０°に配置されている方法。
40. 請求項８または請求項２２に記載の方法であって、前記アームが、少なくとも５つの回転ジョイントを含み、前記多関節アームが、少なくとも５つの自由度を有するようになっている方法。
41. 請求項４０に記載の方法であって、前記回転ジョイントのうちの前記少なくとも１つが、前記回転ジョイントのうちの少なくとも２つで構成されている方法。
42. 請求項４０に記載の方法であって、前記回転ジョイントのうちの前記少なくとも１つが、前記回転ジョイントのうちの少なくとも３つで構成されている方法。
43. 請求項４０に記載の方法であって、前記回転ジョイントのうちの前記少なくとも１つが、前記回転ジョイントのうちの少なくとも４つで構成されている方法。
44. 請求項４０に記載の方法であって、前記回転ジョイントのうちの前記少なくとも１つが、前記回転ジョイントのうちの少なくとも５つで構成されている方法。
45. 請求項４０に記載の方法であって、前記多関節アームが少なくとも６つの自由度を有するように少なくとも６つの回転ジョイントを含み、
    前記回転ジョイントのうちの前記少なくとも１つが、少なくとも６つの回転ジョイントで構成されている方法。
46. 請求項４０に記載の方法であって、前記多関節アームが少なくとも７つの自由度を有するように少なくとも７つの回転ジョイントを含み、
    前記回転ジョイントのうちの前記少なくとも１つが、少なくとも７つの回転ジョイントで構成されている方法。
47. 請求項４０に記載の方法であって、前記回転ジョイントのうちの前記少なくとも１つが、前記回転ジョイントのすべてで構成されている方法。
48. 請求項８または請求項２２に記載の方法であって、前記回転ジョイントのうちの前記少なくとも１つが、前記回転ジョイントのうちの少なくとも２つで構成されている方法。
49. 請求項８または請求項２２に記載の方法であって、前記回転ジョイントのうちの前記少なくとも１つが、前記回転ジョイントのうちの少なくとも３つで構成されている方法。
50. 請求項８または請求項２２に記載の方法であって、前記回転ジョイントのうちの前記少なくとも１つが、前記回転ジョイントのうちの少なくとも４つで構成されている方法。
51. 請求項８または請求項２２に記載の方法であって、前記回転ジョイントのうちの前記少なくとも１つが、前記回転ジョイントのうちの少なくとも５つで構成されている方法。
52. 請求項８または請求項２２に記載の方法であって、前記多関節アームが少なくとも６つの自由度を有するように少なくとも６つの回転ジョイントを含み、
    前記回転ジョイントのうちの前記少なくとも１つが、少なくとも６つの回転ジョイントで構成されている方法。
53. 請求項８または請求項２２に記載の方法であって、前記多関節アームが少なくとも７つの自由度を有するように少なくとも７つの回転ジョイントを含み、
    前記回転ジョイントのうちの前記少なくとも１つが、少なくとも７つの回転ジョイントで構成されている方法。
54. 請求項８または請求項２２に記載の方法であって、前記回転ジョイントのうちの前記少なくとも１つが、前記回転ジョイントのすべてで構成されている方法。
55. 複数のジョイントを含み、対向する第１および第２の端部を有する手動で位置決め可能な多関節アームと、
    前記多関節アームの第１の端部に連結された測定プローブと、
    前記アームにおける変換器からの位置信号を受け取り、選択された量で、前記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、
    を備え、選択された量で、物体の位置を測定する携帯可能な座標測定装置（ＣＭＭ）であって、
    前記アームが荷重のかかった状態におかれたときに、そのアームに加えられている外力の大きさを示す、前記多関節アームの一部における変形を検知する手段と、
    前記検知された外力に応じて、前記ＣＭＭの操作者にフィードバックを提供する手段と、
    を備えるＣＭＭ。
56. 請求項５５に記載のＣＭＭであって、前記フィードバックが、感覚フィードバックで構成されているＣＭＭ。
57. 請求項５６に記載のＣＭＭであって、前記感覚フィードバックが、聴覚フィードバックおよび視覚フィードバックのうちの少なくとも１つで構成されているＣＭＭ。
58. 請求項５５に記載のＣＭＭであって、前記フィードバックが、前記ＣＭＭを制御するソフトウェアによって示されるＣＭＭ。
59. 請求項５５に記載のＣＭＭであって、前記フィードバックが、前記多関節アームにおける過度の圧迫を防ぐ過荷重センサを定義するＣＭＭ。
60. 請求項５５に記載のＣＭＭであって、前記変形が、前記ジョイントのうちの少なくとも１つと関連付けられた軸受構造において生じるＣＭＭ。
61. 請求項５５に記載のＣＭＭであって、前記変形が、前記多関節アームと関連付けられた配管において生じるＣＭＭ。
62. 請求項５５に記載のＣＭＭであって、
    前記ジョイントのうちの前記少なくとも１つが、測定可能な特性の周期的なパターンを備えており、
    少なくとも２つの読み取りヘッドが、前記パターンから間隔をあけて配置され、これと通信状態にあり、
    前記パターンおよび前記少なくとも２つの読み取りヘッドが、互いに対して回転可能となるように前記ジョイントのなかに配置されており、
    前記少なくとも２つの読み取りヘッドを用いて、前記多関節アームの変形を検知することを含むＣＭＭ。
63. 請求項６２に記載のＣＭＭであって、前記２つの読み取りヘッドが、１８０°離して配置されているＣＭＭ。
64. 請求項６２に記載のＣＭＭであって、
    前記パターンが、光学フリンジパターンで構成されており、
    前記少なくとも１つの読み取りヘッドが、光学読み取りヘッドで構成されているＣＭＭ。
65. 請求項６４に記載のＣＭＭであって、
    前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設されているＣＭＭ。
66. 請求項６５に記載のＣＭＭであって、
    前記通信状態において、
    前記読み取りヘッドが、回折次数の間の干渉を検出することで、前記フリンジパターンに差し込まれた前記読み取りヘッドから正弦波信号を生成し、前記正弦波信号を電子的に補間することで変位を検出するＣＭＭ。
67. 請求項６２に記載のＣＭＭであって、
    前記少なくとも２つの読み取りヘッドによって、平均することが可能な相殺効果を生じさせるＣＭＭ。
68. 請求項６２に記載のＣＭＭであって、
    前記パターンの測定可能な特性が、反射率、不透明度、磁界強度、キャパシタンス、インダクタンス、および表面粗さからなる群から選択された特性のうちの少なくとも１つであるＣＭＭ。
69. 請求項５５に記載のＣＭＭであって、
    前記ジョイントが、スイベル動作を得るためのロングジョイントおよびヒンジ動作を得るためのショートジョイントで構成されているＣＭＭ。
70. 請求項６９に記載のＣＭＭであって、
    ３つのジョイント対を備え、各々のジョイント対が、ロングジョイントおよびショートジョイントで構成されているＣＭＭ。
71. 請求項５５に記載のＣＭＭであって、
    前記ジョイントが、２−２−２、２−１−２、２−２−３、および２−１−３からなる群から選択されたジョイント構成で配置されているＣＭＭ。
72. 請求項６２に記載のＣＭＭであって、
    前記パターンが、前記少なくとも２つの読み取りヘッドを基準にして回転可能であり、
    前記２つの読み取りヘッドが、前記パターンを基準にして固定されているＣＭＭ。
73. 請求項６２に記載のＣＭＭであって、
    前記パターンが、前記少なくとも２つの読み取りヘッドを基準にして固定されており、
    前記少なくとも２つの読み取りヘッドが、前記パターンを基準にして回転可能であるＣＭＭ。
74. 請求項６２に記載のＣＭＭであって、
    前記ジョイントが、さらに、
    第１および第２のハウジング、および前記第２のハウジングから前記第１のハウジングの方に延在する回転可能なシャフトを備え、
    前記シャフトと前記第１のハウジングとの間に軸受が配設され、前記回転可能なシャフトが前記第１のハウジングの内部において回転することが可能となっており、
    前記パターンが前記回転可能なシャフトに連結されており、
    前記少なくとも２つの読み取りヘッドが前記第１のハウジングの内部に固定され、前記第２のハウジングを基準にして前記第１のハウジングが回転することによって、前記少なくとも２つの読み取りヘッドを前記パターンに対して移動させるようになっているＣＭＭ。
75. 請求項６２に記載のＣＭＭであって、
    前記少なくとも１つのジョイントが、
    第１のハウジングと、
    第２のハウジングと、
    前記第２のハウジングに固定され、前記第１のハウジングの方に延在する回転可能なシャフトと、
    前記第１のハウジングの内部において支持され、前記回転可能なシャフトを、その軸を中心とした回転が得られるように支持する、少なくとも１つの軸受と、
    を備え、
    前記パターンおよび前記少なくとも２つの読み取りヘッドのうちの一方が、前記シャフトの端部に固定されており、前記パターンおよび前記少なくとも２つの読み取りヘッドのうちの他方が、前記第１のハウジングの内部において固定されているＣＭＭ。
76. 請求項５５に記載のＣＭＭであって、
    前記ジョイントのうちの前記少なくとも１つが、測定可能な特性の周期的なパターンを備えており、
    少なくとも１つの読み取りヘッドが、前記パターンから間隔をあけて配置され、これと通信状態にあり、
    前記パターンおよび前記読み取りヘッドが、互いに対して回転可能となるように前記ジョイントのなかに配置されており、
    さらに、前記少なくとも１つの読み取りヘッドを基準にして、前記周期的なパターンにおける相対的な動きを測定する少なくとも１つのセンサを備え、
    前記少なくとも１つのセンサを用いて、前記多関節アームの変形を検知することを含むＣＭＭ。
77. 請求項７６に記載のＣＭＭであって、
    前記少なくとも１つのセンサが、変位を測定する、複数の、間隔をあけて配置されたセンサで構成されているＣＭＭ。
78. 請求項７６に記載のＣＭＭであって、
    前記少なくとも１つのセンサが、変位を測定する１つのセンサで構成されているＣＭＭ。
79. 請求項７８に記載のＣＭＭであって、前記パターンのＸ軸における変位を測定するための少なくとも１つのセンサを含むＣＭＭ。
80. 請求項７８に記載のＣＭＭであって、前記パターンのＹ軸における変位を測定するための少なくとも１つのセンサを含むＣＭＭ。
81. 請求項８０に記載のＣＭＭであって、前記パターンのＹ軸における変位を測定するための少なくとも１つのセンサを含むＣＭＭ。
82. 請求項７６に記載のＣＭＭであって、
    前記少なくとも１つのジョイントが、ハウジングによって少なくとも部分的に取り囲まれたシャフトを含み、
    前記シャフトおよび前記ハウジングが、互いに対して回転するように適応させられており、
    前記少なくとも１つのセンサが、前記シャフトと前記ハウジングとの間における相対的な動きを測定するための少なくとも１つのセンサを含むＣＭＭ。
83. 請求項８２に記載のＣＭＭであって、前記シャフトと前記ハウジングとの間における相対的な動きを測定するための複数のセンサを含むＣＭＭ。
84. 請求項８２に記載のＣＭＭであって、前記シャフトが回転可能であるＣＭＭ。
85. 請求項８３に記載のＣＭＭであって、前記シャフトが回転可能であるＣＭＭ。
86. 請求項８５に記載のＣＭＭであって、前記少なくとも１つのセンサが、
    Ｘ軸における変位を測定するための第１のセンサと、Ｙ軸における変位を測定するための第２のセンサと、を含む、前記シャフトの相対的な動きを測定するための少なくとも２つのセンサを含むＣＭＭ。
87. 請求項８６に記載のＣＭＭであって、前記シャフトの相対的な動きを測定するための前記複数のセンサが、さらに、Ｘ軸における回転を測定するための第３のセンサと、Ｙ軸における回転を測定するための第４のセンサと、Ｚ軸における変位を測定するための第５のセンサと、を含むＣＭＭ。
88. 請求項８６に記載のＣＭＭであって、前記少なくとも１つの読み取りヘッドによって、前記シャフトのＺ軸における回転を測定するＣＭＭ。
89. 請求項８８に記載のＣＭＭであって、前記少なくとも１つの読み取りヘッドによって、前記シャフトのＺ軸における回転を測定するＣＭＭ。
90. 請求項８７に記載のＣＭＭであって、前記第３のセンサ、前記第４のセンサ、および前記第５のセンサが、互いに対して、約１２０°に配置されているＣＭＭ。
91. 請求項８２に記載のＣＭＭであって、前記シャフトの少なくとも６つの自由度を前記読み取りヘッドとともに測定する少なくとも５つのセンサを含むＣＭＭ。
92. 請求項７６に記載のＣＭＭであって、前記少なくとも１つのセンサが、
    前記少なくとも１つの読み取りヘッドを基準にして前記周期的なパターンにおける動きを測定する少なくとも２つのセンサを含むＣＭＭ。
93. 請求項９２に記載のＣＭＭであって、前記少なくとも２つのセンサが、互いに約９０°に配置されているＣＭＭ。
94. 請求項６２または請求項７６に記載のＣＭＭであって、前記アームが、少なくとも５つの回転ジョイントを含み、前記多関節アームが、少なくとも５つの自由度を有するようになっているＣＭＭ。
95. 請求項６２、請求項７６、または請求項９４に記載のＣＭＭであって、前記回転ジョイントのうちの前記少なくとも１つが、前記回転ジョイントのうちの少なくとも２つで構成されているＣＭＭ。
96. 請求項６２、請求項７６、または請求項９４に記載のＣＭＭであって、前記回転ジョイントのうちの前記少なくとも１つが、前記回転ジョイントのうちの少なくとも３つで構成されているＣＭＭ。
97. 請求項６２、請求項７６、または請求項９４に記載のＣＭＭであって、前記回転ジョイントのうちの前記少なくとも１つが、前記回転ジョイントのうちの少なくとも４つで構成されているＣＭＭ。
98. 請求項６２、請求項７６、または請求項９４に記載のＣＭＭであって、前記回転ジョイントのうちの前記少なくとも１つが、前記回転ジョイントのうちの少なくとも５つで構成されているＣＭＭ。
99. 請求項６２、請求項７６、または請求項９４に記載のＣＭＭであって、前記多関節アームが少なくとも６つの自由度を有するように少なくとも６つの回転ジョイントを含み、
    前記回転ジョイントのうちの前記少なくとも１つが、少なくとも６つの回転ジョイントで構成されているＣＭＭ。
100. 請求項６２、請求項７６、または請求項９４に記載のＣＭＭであって、前記多関節アームが少なくとも７つの自由度を有するように少なくとも７つの回転ジョイントを含み、
     前記回転ジョイントのうちの前記少なくとも１つが、少なくとも７つの回転ジョイントで構成されているＣＭＭ。
101. 請求項６２、請求項７６、または請求項９４に記載のＣＭＭであって、前記回転ジョイントのうちの前記少なくとも１つが、前記回転ジョイントのすべてで構成されているＣＭＭ。
     
     

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