JP2015521727A - 測定アセンブリ、表面上の特徴を測定する方法、構造を製造する方法、及びポインター - Google Patents

Abstract

測定システム（１８）、移動アセンブリ（１９）、ポインター（２２）、制御システム（２４）を含む、表面（１６）上の特徴（１４Ａ)を測定する測定アセンブリ（１２）。測定システム（１８）は測定光（２６）を生成し、移動アセンブリ（１９）は測定光（２６）の方向を選択的に調整する。ポインター（２２）は手持ち型であり、表面（１６）上にポインタースポット（３６）を形成するために選択的に表面（１６）に向けられ得るポインター光（２２Ａ)を生成する。さらに、制御システム（２４）は移動アセンブリ（１９）を制御して、測定光（２６）がほぼポインタースポット（３６）を向くまで測定光（２６）の方向を移動する。

Description

本発明は測定システムを有する測定アセンブリ、表面上の特徴を測定する方法、構造を製造する方法、及びポインターに関する。

本願は、２０１２年６月１４日に出願され「レーザーメトロロジ―測定システムを方向付けるためのレーザーポインター」と題された米国仮出願第６１／６５９，８８５号の優先権を主張する。許可される限りにおいて、米国仮出願第６１／６５９，８８５号の内容を参照によりここに組み込む。

レーザ測定システム（レーザーメトロロジ―システム）のような測定システム（メトロロジ―システム）は、様々な目的で使用することができる。例えばレーザ測定システムは精密な寸法計測及び／又は製造された部品の検証のために使用することができる。製造された部品が小さくなればなるほど、そしてまたより入り組んだ細部を含むほど、改良された測定システムの必要性は増す。

米国特許第４，７３３，６０９号 米国特許第４，８２４，２５１号 米国特許第４，８３０，４８６号 米国特許第４，９６９，７３６号 米国特許第５，１１４，２２６号 米国特許第７，１３９，４４６号 米国特許第７，９２５，１３４号 日本国特許第２，６６４，３９９号 米国出願公開第２００６−０２２２３１４号

残念ながら、現在利用可能な測定システムは完全に満足できるものではない。例えば、ある測定システムにおいては、操作者がビデオユーザインターフェイススクリーンによって測定対象の特徴を特定して選択する必要がある。そのようなシステムにおいては、選択は、スクリーン上で測定対象の特徴を中心に合わせてボタンを押すことを含むかもしれず、又はタッチスクリーンを使用する場合には、スクリーン上の測定対象の特徴が現れている位置に触れるだけかもしれない。しかしながらこの選択工程は、測定システムが測定対象の特徴を示し又は指示するために作動されなければならないため、いくらか遅いものとなり得る。この選択工程はさらに、正しい特徴が選択されているかを確認するためにカメラをズームすることを含み得る。

本発明は表面上の特徴を測定する測定アセンブリに関する。一実施形態において、測定アセンブリは、測定システム、移動アセンブリ、ポインター、及び制御システムを有する。測定システムは測定光を生成し、移動アセンブリは測定システムの少なくとも一部及び測定光の方向を選択的に移動する。ポインターは特徴を指し示すために選択的に位置づけられ得るポインター光を生成する。例えば、表面に向けられたポインター光は、特徴を特定するために使用され得るポインタースポットを表面上に形成する。代替的に、ポインター光は特徴を特定するために所定の経路上を移動され得る。所定の実施形態において、ポインターは扱い及び操作の容易な手持ち装置である。

更に、制御システムは、移動アセンブリを制御して、測定光が特定された特徴にほぼ向けられるまで測定光の方向を移動する。例えば、制御システムは、移動アセンブリを制御して、測定光がほぼポインタースポットを向くまで測定光の方向を移動することができる。

ある実施形態において制御システムは、移動アセンブリを制御して、測定光が表面上のポインタースポットをほぼ追従するように測定光の方向を移動する。この設計により、ポインターは、次に測定する特徴を素早く且つ容易に指し示して特定するために使用され得る。言い換えれば、特徴から特徴へとポインタースポットを追従又は追跡するように測定システムを制御しながら、ポインタースポットを特徴から特徴へと動かすことができる。

さらに、測定アセンブリは、ポインタースポットの相対位置を判定するために制御システムにフィードバック情報を提供するフィードバック装置を有し得る。さらに、この実施形態では、制御システムは、測定光をポインタースポットに向けるために必要な測定光の移動量を決定するためにフィートバック情報を使用し得る。ある実施形態において、フィードバック装置は視野を有する撮像装置（例えばカメラ）である。この実施形態では、カメラは、ポインタースポットが視野内にあるときに、検出のためのフィードバック情報を制御システムに提供することができる。さらにこの実施形態では、制御システムは、測定光をポインタースポットに向けるために必要な測定光の移動量を決定するためにフィードバック情報を使用することができる。

更なるその他の実施形態では、本発明は（i）測定システムで測定光を生成する工程、（ii）測定光の方向を移動アセンブリによって選択的に移動する工程、（iii）表面上にポインタースポットを形成するためにポインターからのポインター光を表面に向ける工程、及び（iv）測定光の方向を測定光がほぼポインタースポットを向くまで移動するために制御システムで移動アセンブリを制御する工程とを含む方法に関する。

この設計では、ポインターは、測定する単一の又は複数の特徴を素早くかつ容易に特定するために使用され得る。その結果として、測定する特徴を選択するために測定システムを移動する遅く且つ不便な工程が、ポインターの使用により克服される。

発明自体のみならず本発明の新規な特徴を、その構造及びその操作の両方について、関連する記述と共に、添付の図面から良く理解されるであろう。図において類似の参照記号は類似の部分に言及している。
図１は、物体、及び測定光が第１位置に向けられポインター光が第１特徴に向けられた状態の、本発明の特徴を有する測定アセンブリの実施形態の簡略化された概略図である。 図２は、測定光及びポインター光が第１特徴に向けられた状態の図１の物体及び測定アセンブリの簡略化された概略図である。 図３は、測定光が第１特徴に向けられ、ポインター光が第２特徴に向けられた状態の図１の物体及び測定アセンブリの簡略化された概略図である。 図４は、測定光がポインター光に追従して移動される図１の物体及び測定アセンブリの簡略化された概略図である。 図５は、図１〜３の測定アセンブリの使用の一例を示すフローチャートである。 図６は、本発明の特徴を有する構造製造システムのブロック線図である。 図７は、図６の構造製造システムの処理フローを示すフローチャートである。

図１は、物体１０及び物体１０の表面１６に存在する単一の又は複数の特徴１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ、１４Ｄ（４つのこのような特徴が図１において具体的に図示されている）を測定するために使用できる測定アセンブリ１２の第１実施形態の簡略化した概略図である。ある実施形態において、測定アセンブリ１２は、物体１０の表面１６上の単一の又は複数の特徴１４Ａ〜１４Ｄの寸法及び／又は位置（例えばＸ−Ｙ−Ｚ座標）を正確に測定するために、又は物体１０の位置又は方向を正確に測定するために使用することができる。

測定アセンブリ１２の構成要素の設計は、測定アセンブリ１２の所望の使用方法に応じて変更することができる。図１において、測定アセンブリ１２は、測定光（測定光線）２６を生成する測定システム（メトロロジ―システム）１８、測定光２６を移動する移動アセンブリ１９、フィードバック装置２０、ポインター光（ポインター光線）２２Ａを生成するポインタ２２、及び制御システム２４を備える。ここに提示のとおり、ポインター２２は、ポインター光２２Ａを表面１６に向け、ポインタースポット３６を表面１６上に生成するように操作され得る。さらに制御システム２４は、移動アセンブリ１９を制御して、測定光２６がほぼポインタースポット３６に向けられるまで測定光２６の方向を移動する。この設計においては、測定される単一又は複数の特徴１４Ａ〜１４Ｄを素早く正確に且つ簡単に指し示す（特定する）ためにポインター２２を使用し得る。その結果、測定アセンブリ１２は素早く且つ正確に特徴１４Ａ〜１４Ｄを測定することができ、特徴１４Ａ〜１４Ｄの間を素早く移動することができる。さらに、測定する特徴１４Ａ〜１４Ｄを選択するために測定システム１８を移動する遅く且つ不便な工程は、ポインター２２の使用によって克服される。

ここに提示するいくつかの図面は、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸を表す方位系（座標系）を含む。この方位系は単に参考のために示されるものであり変更し得るものであると解されるべきである。更に、これらの軸を代替的に第１軸、第２軸、第３軸と呼び得る。

測定される物体１０及び／又は物体１０上の特徴１４Ａ〜１４Ｄの種類は多様であり得る。例えば、特徴１４Ａ〜１４Ｄは孔、縁（エッジ）、表面、球、突起、線状部材（ワイヤ）その他であり得る。限定的ではない例示として、物体１０は、物体１０の品質を評価するために測定を要する単一の又は複数の特徴１４Ａ〜１４Ｄを有する製品の部分、自然物、組立て部品であり得る。あるいは、物体１０は例えば、製造又は組立て工程の間にモニタ（チェック）される部品又は組立て部品であり得る。測定、製造又は組立て工程の尺度（スケール）は小さくてもよいし（例えば１ミリメートル）、大きくてもよい（例えば数十メートル）。

図１における単一の又は複数の特徴１４Ａ〜１４Ｄの小さな円としての図示は単に説明用の実演のためのものであって、特徴１４Ａ〜１４Ｄは表面１６上において任意の寸法及び形状を有し得ることに留意すべきである。

図１において、物体１０は空間内に無拘束で描かれている。しかしながら、例えば物体１０は、測定工程及び又は組立て工程の間に物体１０を保持し、操作し、移動する自動移動装置（不図示）によって保持され得る。

ある実施形態において、測定システム１８は、物体１０の表面１６上の特徴１４Ａ〜１４Ｄの寸法及び／又は位置を正確に測定する、レーザを使用した測定システムである。代替的に、測定システム１８は異なる設計を有することが可能であり、及び／又はその他の適切な目的のために使用し得る。

ある実施形態において測定システム１８は、物体１０の表面１６に向けられ得る測定光２６を生成するレーザ源１８Ａ（点線の箱として描かれている）を有する。ある実施形態において、測定光２６は赤外線領域の波長を有する。限定的ではない例示として、測定光２６は約７５０ｎｍと２μｍとの間の波長を有し得る。あるいは測定光２６は、可視領域又は紫外光領域などの赤外線領域の外側の波長を有し得る。

図１において、測定光２６が現時点で入射する表面１６上の位置を測定点２８（小さいプラス記号で表されている）と呼び得ることに留意されたい。この時、図１において、測定光２６は表面１６上の第１位置に向けられており、特徴１４Ａ〜１４Ｄのいずれにも向けられていない。

ある実施形態において、表面１６に向けられた測定光２６は、反射及び／又は散乱により、戻り光（戻り光線）２６Ｒとして表面１６から測定システム１２に向けて戻され得る。この実施形態において、測定システム１８は戻り光２６Ｒを受光して検出し、戻り光２６Ｒと測定点２８に関する測定信号を制御システム２４に提供する検出器１８Ｂ（点線の箱として描かれている）を有し得る。ある実施形態において、戻り光２６Ｒは、測定信号を生成するために基準光（基準光線）（不図示）と干渉される。

適切な測定システム１８の例は特許文献１〜８に開示されている。特許文献１〜８の記載を参照によりここに組み入れる。適切な測定システム１８のその他の非限定的な例示は、特許文献９（参照によりここに組み入れる）に開示されたレーザートラッカーである。

移動アセンブリ１９は測定システム１８の少なくとも一部を選択的に移動して位置づけ、測定光２６の方向を選択的に調節（操舵）する。この設計において移動アセンブリ１９は、測定光２６が測定される所望の位置（例えば特徴１４Ａ〜１４Ｄ）に向けられるように、選択的に測定システム１８を移動することができる。非限定的な例として、移動アセンブリ１９は、測定光２６が（i）第１特徴１４Ａを測定するために第１特徴１４Ａを指し、（ii）第２特徴１４Ｂを測定するために第２特徴１４Ｂを指し、（iii）第３特徴１４Ｃを測定するために第３特徴１４Ｃを指し、（iv）第４特徴１４Ｄを測定するために第４特徴１４Ｄを指すように、順次に測定システム１８を移動することができる。

ある実施形態において、移動アセンブリ１９は測定システム１８を２軸回りに、すなわちＹ軸及びＺ軸回りに選択的に移動する。或いは移動アセンブリ１９は、測定システム１８の一部を３以上又は２未満の回転自由度で移動する設計とすることができ、及び／又は移動アセンブリ１９は測定システム１８の位置を直線的に調整することができる。

移動アセンブリ１９は単一の又は複数の回転アクチュエータ、直線アクチュエータ、又はその他の種類のアクチュエータを有し得る。移動アセンブリ１９は制御システム２４により制御され得る。

フィードバック装置２０は、測定点２８及び／又はポインタースポット３６の相対位置を決定するために制御システム２４により使用されるフィードバック情報を提供する。さらに、この実施形態では、制御システム２４は、測定光２６をポインタースポット３６に向けるためにどのくらいの移動量が要求されるか、及び／又はポインター２２が移動された時でも測定光２６をポインタースポット３６に向け続けるためにはどのくらいの移動量が要求されるかを決定するためにフィードバック情報を使用することができる。

ある実施形態において、フィードバック装置２０は視界３０（長方形の箱として図示されている）を有する撮像装置（例えばカメラ）である。視界３０は、場合により検出可能領域とも呼ばれる。本実施形態において、フィードバック装置（カメラ）２０は、ポインタースポット３６が視界３０内にあるときに、制御システム２４にフィードバック情報を提供することができる。ある実施形態ではフィードバック装置２０は、測定光２６とポインター光２２Ａの波長に感度を有する撮像センサを有する。適切なセンサは、電荷結合素子（ＣＣＤ）又は相補型金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ）を含む。

ある実施形態において、フィードバック装置２０のレンズは、表面１６において測定光２６が当たる位置を視野３０が常に囲むように配列されている。本設計では、制御システム２４は、ポインタースポット３６がフィードバック装置２０の視野３０内にある時に、測定点２８の位置及びポインタースポット３６の位置を特定するためにフィードバック情報を使用することができる。

ある実施形態において、フィードバック装置２０は、ビデオスクリーン３３（フィードバック装置２０から離れて図示されている）に表示されるフィードバック装置２０の視野３０の像３２も連続的に生成する。ビデオスクリーン３３は、手動で情報を入力して移動アセンブリ１９を制御するためのビデオユーザインターフェイスとしてユーザに使用され得る。

図１において、像３２は測定点像２８Ａがポインタースポット像３６Ａから離れている様子を例示している。制御システム２４は、フィードバック情報によって移動アセンブリ１９を制御して、測定光２６が表面１６上のポインタースポット３６を指し示すまで、閉ループ方式で測定光２８を移動することができる。さらに図１において、特徴の像１４ＡＡ、１４ＣＡ、１４ＤＡもまた撮像された像３２内にある。

代替的に、ある実施形態において、移動アセンブリ１９はフィードバック装置２０を測定光２６と同時に移動する。図１において、フィードバック装置２０は測定システム１８にしっかりと固定されており、測定システム１８と共に移動する。

ポインター２２は、ポインタースポット３６を生成するために表面１６に向けられ得るポインター光２２Ａを生成する。ある実施形態においてポインター２２は手持ち型であり、ポインター光２２Ａを表面１６に向け、明るく裸眼で見ることのできるポインタースポット３６を生成するために、人間の手によって手動で操作され得る。代替的に、ポインター２２をポインター台（不図示）の上に載置することができ、及び／又はポインター２２を手持ち式とは異なる方法で制御することができる。

ポインター２２の設計は、測定アセンブリ１２及び／又は測定システム１８の具体的な設計要求に適合するように変更できる。図１において、ポインター２２はポインター筐体４０、ポインターレーザ光源４２（点線の箱として図示されている）、及び単一の又は複数の制御スイッチ４４を有するレーザポインターである。

所定の実施形態において、ポインターレーザ光源４２は可視波長領域にあるポインター光２２Ａを生成する。限定されない例示として、ポインター光２２Ａは約６００ｎｍから６６０ｎｍの範囲の波長を有し得る。さらに、レーザーポインター２２の仕様は、そのレーザポインターが使用される国の適切な適用範囲内とすべきである。例えば日本においては、最大出力が１ｍＷを超えるレーザーポインターは日本の法律で禁止されているため、レーザーポインター２２は最大出力が１ｍＷ（クラス２）に限定されなければならない。

制御スイッチ４４は、ポインター２２と制御システム２４の制御を可能とする。例えば、単一の又は複数の制御スイッチ４４は、（i）出力オン／オフボタン４４Ａ、（ii）ポインター光２２Ａが測定される表面１６上の所望の特徴を指し示したことを制御システム２４に示すために使用し得る指示スイッチ４４Ｂ、及び／又は測定光２６がポインタースポット３６を追従（追跡）するように移動アセンブリ１９を制御すべきであると制御システム２４に示す追従スイッチ４４Ｃを含み得る。

図１において、ポインタースポット３６はユーザ（不図示）によって制御されて第１特徴１４Ａに向けられている点に留意すべきである。さらに、図１においてポインタースポット３６が小さい点として描かれている点にも留意すべきである。ポインタースポット３６は、代替的に、異なるサイズ及び形状を有し得る。

更に、ある実施形態において、ポインター光２２Ａは、表面１６上のポインタースポット３６が制御システム２４によって一意的に認識可能なものとなるように暗号化（エンクリプト）される。ある実施形態において、ポインター光２２Ａは、フィードバック装置２０によって容易に特定されるようにパルス化され得る。例えば、ポインター光２２Ａはフィードバック装置２０のフレームレートの約半分のレートでパルス化され得る。もしフィードバック装置２０のフレームレートが１秒当たり約３０フレーム（順次走査型）であれば、ポインター光２２Ａは１秒当たり約１５フレームでパルス化され得る。この例では、フィードバック装置２０の全ての像３２がポインタースポット３６を含み、制御システム２４の電子装置はこのタイミングパターンを認識するようにプログラムされ得る。或いはポインター２２のポインター光２２Ａは他の適切な方法で暗号化（エンクリプト）され得る。

制御システム２４は測定アセンブリ１２の様々な構成要素の動作を制御する。制御システム２４は単一の又は複数の電子プロセッサ及び電子回路を有し得る。

ある実施形態において、制御システム２４はポインター２２、測定システム１８、移動アセンブリ１９、及びフィードバック装置２０と電気的に接続されている。非限定的な例として、ポインター２２は、無線周波（ＲＦ）、赤外線（ＩＲ）又は直接配線接続を介して制御システム２４と繋がれ得る。更なるその他の実施形態において、ポインター２２は、制御システム２４と通信するためにポインター光２２Ａのパルスレートを調整し得る。この実施形態では例えば、指示ボタン４４Ｂが作動された時に、ポインター光２２Ａのパルスは、ポインター光２２Ａが測定対象の特徴１４Ａ（「指示された特徴」）を強調表示（ハイライト）していることを示すために、変更され得る。例えば、前出の例（１秒当たり約３０フレームのフレームレート、及び１秒当たり約１５フレームのパルスレート）の続きとして、指示ボタン４４Ｂの作動により、ポインター光２２Ａのパルスレートは１秒当たり約１０フレームで光るように変更され、これにより所望の測定点であるとの信号を送る。

ここに提示された通り、所定の実施形態では、制御システム２４はフィードバック装置２０から情報を受け取り、指示された特徴１４Ａ（例えばポインタースポット３６の位置）と測定点２８との間の相対位置を決定する。さらに、制御システム２４は移動アセンブリ１９を制御して、測定光２６がほぼ指示された特徴１４Ａ（すなわちポインタースポット３６）を向くまで、測定光２６の方向を移動する。さらに制御システム２４は、測定光２６が表面１６上においてポインタースポット３６をほぼ追従するように、移動アセンブリ１９を制御して測定光２６の方向を移動することができる。この設計により、制御システム２４を、測定光２６のポインタースポット３６上への有効且つ連続的なアラインメントを確実とするために使用し得る。

図１に描かれた例において、第１特徴１４Ａを測定するのが望ましい。図１に描かれた時点において、ポインター光２２Ａは第１特徴１４Ａに向けられており、測定光２６は第１特徴１４Ａには向けられていない。本発明では、指示ボタン４４Ｂは、制御システム２４に指示して移動アセンブリ１９を制御し、測定光２６を適切に移動するために作動され得る。

代替的に、測定することが望まれる特徴１４Ａ〜１４Ｄを指示するために、他の適切な方法が使用され得る。一つの非限定的な代替的方法は、測定対象の特徴１４Ａを特定するために、ポインター光２２Ａ（及びポインタースポット３６）を所定の経路に沿って移動させることを含む。例えば、使用中に操作者（オペレータ）は、測定対象である特徴１４Ａ〜１４Ｄを特定するために、ポインター２２及びポインター光２２Ａを、ポインタースポット３６が特徴１４Ａ〜１４Ｄで交叉する「Ｘ」をたどるように移動することができる。この例では、所定の経路は「Ｘ」である。測定アセンブリ１２の電子装置、例えば制御システム２４は、物体１０（ここでは製造された部品）の表面１６上に生成された「Ｘ」が測定対象である特徴１４Ａ〜１４Ｄの記しである（例えば「Ｘ」の中心が特徴１４Ａ〜１４Ｄを示す）と認識されるようにプログラムされるであろう。

代替的に、もし所定の経路が円であれば、オペレータは、測定対象である特徴１４Ａ〜１４Ｄを特定するために、ポインター２２及びポインター光２２Ａを、ポインタースポット３６が特徴１４Ａ〜１４Ｄを囲む「Ｏ」をたどるよう移動することができる。この例では、測定アセンブリ１２の電子装置、例えば制御システム２４は、物体１０（ここでは製造された部品）の表面１６上に生成された「Ｏ」が測定対象である特徴１４Ａ〜１４Ｄの記しである（例えば「Ｏ」の中心が特徴１４Ａ〜１４Ｄを示す）と認識されるようにプログラムされるであろう。この設計では例えば、もし特徴１４Ａ〜１４Ｄが測定対象である孔を有せば、ポインター２２、ひいてはポインター光２２Ａは、ポインター光２２Ａによるポインタースポット３６がこの孔を囲む円をたどるように動かされることができ、測定対象である孔を、描かれた円の内側に指し示す。この形態による指示は、その中においてはポインタースポット３６が見えなくなるかもしれない特徴を指し示すために具合が良いであろう。より具体的には、ポインタースポット３６は孔を直接指し示す時には見えないかもしれない。よって孔は、この孔の周囲の円の輪郭をたどることによって特定され得る。

所定の経路は、ここで提示された例とは異なる形状を有し得ることに留意すべきである。例えば所定の経路は、略矩形であり得る。

さらに、もし測定対象である特徴１４Ａ〜１４Ｄが孔や縁（エッジ）のように特徴的なものであれば、測定システム１８は、測定光２６を用いて走査することで特徴１４Ａ〜１４Ｄの位置を正確に改良することができる。

本設計では、使用においてオペレータは、ポインタースポット３６が特徴から特徴へと移動して特定の特徴１４Ａ〜１４Ｄを正確に指し示すようにポインター２２を移動するであろう。いくつかの実施形態において、測定システム１８は、指示された特徴１４Ａ〜１４Ｄを近似としてのみ認識するようにプログラムされ得る。続いて、全ての特徴１４Ａ〜１４Ｄがポインター２２を用いて近似的に指示された後、測定システム１８は、特徴１４Ａ〜１４Ｄの正確な位置を一つ一つ自動的に決定するために使用され得る。

本発明により、測定アセンブリ１２および測定システム１８の調整の容易さを大きく向上することができ、調整時間を現在利用可能な他の測定システムにより可能な程度に比べて格段に早くすることができる。したがって、測定アセンブリ１２は物体１０上の特徴１４Ａ〜１４Ｄを不要な遅れなく素早く且つ正確に測定することを可能とする。

図２は、特徴１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ、１４Ｄを有する物体１０、及び測定システム１８、移動アセンブリ１９、フィードバック装置２０、ポインター２２及び制御システム２４を有する図１の測定アセンブリ１２の簡略化された概略図である。図１と図２を比較すると、移動アセンブリ１９が、ポインター光２２Ａと共に第１特徴１４Ａに向けられるように測定光２６を移動させている。この時、測定光２６はポインター光２２Ａと共に第１特徴１４Ａ上に調節されており、測定システム１８は第１特徴１４Ａの所望の測定を行うために使用され得る。

図３は、特徴１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ、１４Ｄを有する物体１０、及び測定システム１８、移動アセンブリ１９、フィードバック装置２０、ポインター２２及び制御システム２４を有する図１の測定アセンブリ１２の簡略化された概略図である。図２と図３を比較すると、測定システム１８が第１特徴１４Ａの所望の測定を行う一方で、ポインター光２２Ａは第２特徴１４Ｂを指すように移動されている。この時、使用者は、ポインター２２を介して制御システム２４に指示して移動アセンブリ１９を制御させ、第２特徴１４Ｂを向くように測定光２６を移動することができる。

図４は、特徴１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ、１４Ｄを有する物体１０、及び測定システム１８、移動アセンブリ１９、フィードバック装置２０、ポインター２２及び制御システム２４を有する図１の測定アセンブリ１２の簡略化された概略図である。この時、制御システム２４は移動アセンブリ１９を制御して測定光２６を移動し、ポインター光２２Ａの、表面１６上での第２特徴１４Ｂから第３特徴１４Ｃへの移動をたどらせている。言い換えれば、測定光２６とポインタースポット３６が重ねられたとき、測定システム１８は、測定光２６が表面１６上においてポインタースポット３６に連続的に追従するように調整可能である。

一旦ポインター２２が所望の特徴１４A〜１４Dを向いたら、使用者は、ポインター２２を介して制御システム２４に、測定システム１８が所望の測定を行うべきであると指示することができる。

さらに、上記実施形態におけるポインタースポット３６の形状は円形に限定されず、例えば星形、線形、正方形またはその他の形状でもあり得る。フィードバック装置２０はポインター２２によるポインタースポット３６の位置を、ポインタースポット３６の形状を認識することにより検出しえる。

さらに、フィードバック装置２０（例えばカメラ）は、フィルターを含む設計とし得る。フィルターは、ほぼポインター光２２Ａの波長の光を透過しつつ望ましくない波長の光を遮蔽する設計とし得る。

さらに、ポインター光２２Ａの波長は固定波長に限定されず、例えば可変波長でもあり得る。例えば、ポインター光２２Ａの波長は、照射されたポインター光２２Ａの表面１６の色に基づいて変更し得る。より具体的には、ポインター光２２Ａの波長は、フィードバック装置２０によるポインター光２２Ａのポインタースポット３６の測定の精度が、例えばポインター光２２Ａの波長と表面１６の色との間の類似性のために低下した時に変更し得る。

さらに、フィードバック装置２０（例えばカメラ）は、シャッターも有し得る。シャッターは露光時間を制御するために使用され得る。シャッターは、ポインター光２２Ａの露出値（露光量）が所定のシャッター速度に対し高いときに、露出値の量を制御し得る。

さらに、本発明は測定システムと測定目的物、例えばコーナーキューブ、球体、またはその他の基準との間を測定する測定システムに適合させることもできる。適切な測定システム１８の一つの限定的でない例示は、特許文献９（参照によりここに組み入れる）に開示されたレーザートラッカーである。

さらに、本発明はユーザが人間であることに限定されない。例えば、他の限定的でない実施形態において、ポインター２２はヒト型ロボット、例えばロボットアームにより操作され、制御され得る。

さらに、ポインター２２は、使用者によるポインター２２の振動が表面１６上のポインタースポット３６の位置に与える影響を低減する安定化機能を有するように変更され得る。

図５は、ここに提供される測定アセンブリ１２の使用の一例を示すフローチャートである。より具体的には、図５は測定アセンブリ１２の使用の一例を概説する。ここに提示された工程は具体的な順番で示されるが、工程についてのこのような記載事項はいかなる方法においても工程を限定することを意図するものではないことに留意すべきである。例えば、本発明の意図された広さや範囲を変えることなく、所定の工程を組合せたり取り除いたりすることができ、または工程をここで述べるのとは異なった順番で行うことができる。

第１に、工程５０１において測定することが望まれる単一の又は複数の特徴を有する物体が特定又は選択させる。

工程５０３において、測定光が物体に向けられ、カメラ（フィードバック装置）が物体の像を捉える。カメラは視野の領域を変更することができる。

工程５０５において、使用者はポインターを操作して、ポインター光を測定を所望する第１特徴に向けることができる。言い換えれば、ユーザは手でポインターを動かして、測定を所望する第１特徴に手動でポインター光を向けることができる。ポインターは、使用者の指示、例えば使用者の腕の動きによってポインター光を測定が所望される第１特徴に向ける。

工程５０７において使用者は、ポインターを介して、測定光を移動してポインタースポットに揃えるよう制御システムに指示することができる。次に制御システムは、測定光の向きの移動を自動的に制御する。ある実施形態において制御システムは、使用者からの方向の指示なしに測定光の向きを制御して移動する。本発明は、ポインタースポットに揃えるための光線の移動として数回の移動を採用してもよい。例えば移動の一つは粗調整であり、粗調整の後の他の移動が精密調整である。移動長さは、粗調整と精密調整との間で異なり得る。カメラの視野も粗調整と精密調整との間で異なり得る。ある実施形態では、粗調整のためのカメラの視野は、精密調整のためのカメラの視野よりも広い。

工程５０９において、測定光が特徴上に揃えられた後、測定光は特徴の測定を行い得る。

次に工程５１１において、使用者は、ポインターを介して、ポインタースポットに追従して測定光を次の特徴に移動するように制御システムに指示することができる。

次に、ここに記載した測定装置（測定システム１８）を備えた構造製造システムについて説明する。

図６は、構造製造システム７００の非限定的な例のブロック線図である。構造製造システム７００は、船、航空機などの少なくともある物の少なくとも一つの構造を製造し、この構造を外形測定装置１００で検査するものである。本実施形態の構造製造システム７００は、上記の実施形態で説明した外形測定装置１００、設計装置６１０、成形装置６２０、制御器６３０（検査装置）、及び修復装置６４０を有する。コントローラ６３０は座標記憶部６３１及び検査部６３２を有する。

設計装置６１０は構造の形状に関する設計情報を作成し、作成した設計情報を成形装置６２０に送る。さらに、設計装置６１０はコントローラ６３０の座標記憶部６３１に作成した設計情報を記憶させる。設計情報は、構造の各位置の座標を指し示す情報を含む。

成形装置６２０は、設計装置６１０から入力された設計情報に基づいて構造を製造する。成形装置６２０による成形工程は、鋳造、鍛造、切削等を含む。外形測定装置１００は製造された構造（測定対象物）の座標を測定し、測定された座標を指示する情報（形状情報）をコントローラ６３０に送る。

コントローラ６３０の座標記憶部６３１は設計情報を記憶する。コントローラ６３０の検査部６３２は、座標記憶部６３１から設計情報を読み出す。検査部６３２は、外形測定装置１００から受け取った座標を指し示す情報（形状情報）を座標記憶部６３１から読み出した設計情報と比較する。比較結果に基づいて、検査部６３２は、構造が設計情報に従って成形されているか否かを判定する。言い換えれば、検査部６３２は、製造された構造が非欠陥品であるか否かを判定する。構造が設計情報に従って成形されていないときは、検査部６３２は構造が修復可能であるか否かを判定する。もし修復可能であれば、検査部６３２は比較結果に基づいて欠陥部と修復量を算出し、欠陥部を指し示す情報及び修復量を指し示す情報を修復装置６４０に送る。

修復装置６４０は、コントローラ６３０から受け取った欠陥部を指し示す情報及び修復量を指し示す情報に基づいて構造の欠陥部の加工を実行する。

図７は構造製造システム７００の処理フローを示すフローチャートである。構造製造システム７００に関して、第１に、設計装置６１０は構造の形状に関する設計情報を作成する（工程Ｓ１０１）。次に、成形装置６２０は設計情報に基づいて構造を製造する（工程Ｓ１０２）。次いで、外形測定装置１００は製造された構造の形状情報を得るために、製造された構造を測定する（工程Ｓ１０３）。次いで、コントローラ６３０の検査部６３２は、外形測定装置１００から得られた形状情報を設計情報と比較して、構造が真に設計情報に従って製造されているか否かを検査する（工程Ｓ１０４）。

次に、コントローラ６３０の検査部６３２は製造された構造が非欠陥品であるか否かを判定する（工程Ｓ１０５）。検査部６３２が製造された構造が非欠陥品であると判断したとき（工程Ｓ１０５の「ＹＥＳ」）、構造製造システム７００は処理を終了する。一方で、検査部６３２は製造された構造が欠陥品であると判断したときは（工程Ｓ１０５の「ＮＯ」）、製造された構造が修復可能であるか否かを判定する（工程Ｓ１０６）。

検査部６３２が製造された構造が修復可能であると判断したとき（工程Ｓ１０６の「ＹＥＳ」）、修復装置６４０は当該構造に再処理工程を実行し（工程Ｓ１０７）、構造製造システム７００は処理を工程Ｓ１０３に戻す。検査部６３２が製造された構造が修復不能であると判定したとき（工程Ｓ１０６の「ＮＯ」）、構造製造システム７００は処理を終了する。これにより、構造製造システム７００は図７のフローチャートに示された全行程を終了する。

本実施形態の構造製造システム７００に関して、本実施形態の外形測定装置１００は構造の座標を正確に測定することができるため、製造された構造が非欠陥品であるか否かを判定することができる。さらに、構造が欠陥品であるとき、構造製造システム７００は、当該構造を修復するために当該構造に再処理工程を実行することができる。

さらに、本実施形態の修復装置６４０によって実行される修復工程は、成形装置６２０に成形工程をもう一度行わせるような工程に取り替えうる。このような場合には、コントローラ６３０の検査部６３２が構造は修復可能であると判断したとき、成形装置６２０は成形工程（鋳造、切削等）をもう一度実行する。具体的には例えば、成形装置６２０は、構造の部分であって切削を受けるべきであったが受けていない部分に切削工程を実行する。これにより、構造製造システム７００は構造を正確に製造することが可能となる。

上記の実施形態では、構造製造システム７００は、外形測定装置１００、設計装置６１０、成形装置６２０、コントローラ６３０（検査部）、及び修復装置６４０を有する。しかしながら、本教示はこの構成に限定されない。例えば、本発明に従う構造製造システムは、ここに記述したよりも少ない構成要素を有するものであり得る。

測定アセンブリ１２の多くの例示的な側面及び例示的な実施形態を上述したが、当業者はこれらの変更、入れ替え、追加、副組合せ（サブコンビネーション）を認識するであろう。ゆえに、以下に添付の請求項及び以下に提示する請求項は、そのような全ての変更、入れ替え、追加及びサブコンビネーションを、請求項の真の精神と範囲の内にあるものとしてこれらを含んで解釈されることを意図している。

＜人間の指先測定＞
上記の実施形態では、測定される物体はポインター２２によって測定システム１８に指し示されているがこれには限定されない。例えば、測定者（測定を行う人物）が接触位置において物体に接触して又は触れて、測定システム１８がこの接触位置を認識し、測定光の方向が当該接触位置に向けられるか又は当該接触位置を指し示すような構成とすることも可能である。

あるいは、パターンを有するパターン光線（パターン光、構造光）を所定の空間に投影する以下の構成とすることも可能である。パターンは、パターン光の強度が所定の規則性をもって変化する縞状パターン、又は何らの規則性も有さず光線によって所定の光強度で照射される領域と光線によって照射されない領域とを有するランダムパターンであり得る。

この場合、パターンは所定の空間に存在する測定者上に投影される。測定者の表面上に投影されるパターンは、（カメラのような撮像装置によって例示される）フィードバック装置２０によって撮像される。所定の空間に向かって投影されたパターンは、測定者とカメラとの間の距離に応じて変化する。測定者とカメラとの間の距離は、測定者上に投影されるべきパターンと測定者の表面に実際に形成されたパターンとの違いに基づいて算出され、算出された距離に基づいて測定者に関する３次元情報が求められる。

上記の場合において、所定空間内における測定者の位置が認識され、さらに測定者が測定対象の物体に接触する位置が認識される。例えば、測定者の指（例えば人差し指）が測定対象の物体に接触する接触位置が認識される。測定システム１８が測定光を照射する照射方向が接触位置とは異なる場合は（測定光が接触位置に向けられていない場合は）、測定光の照射方向がほぼ接触位置を向くように変更される。

代替的に、上記の場合において、測定者が物体に接触しないことも可能である。例えば、測定者が指先を所定の速度で動かす場合に、測定光の照射方向を指先の移動に従って動かすことができる。さらなる代替として、物体を、指先の移動が向かう方向に沿って、指先の１０ｃｍ前方の位置に設置することができる。

＜粗移動機構及び精密移動機構＞
上記の実施形態において、ポインター２２によるポインター光２２Ａの照射位置と測定システム１８により照射される測定光２６の照射方向との違いは、（カメラなどの）フィードバック装置２０によって得られたポインタースポット像３６Ａから計算され、測定システム１８の測定光２６の方向がポインター２２のポインター光２２Ａの照射位置に向けられる。しかしながら、測定システム１８の測定光２６の照射方向を制御する方法はこれには限られない。

例えば、ポインター２２上に位置特定ボタン（不図示）を設け、位置特定ボタンが押されたら音波又は電波が測定システム１８に照射され、これにより測定システム１８が測定光の照射方向と位置特定ボタンの位置との違いを検出し、測定光の照射方向を測定光がほぼ位置特定ボタンの位置を向くように変更することができる。次いでポインター光２２Ａはフィードバック装置２０（カメラ）により、ポインター光２２Ａによって形成されるポインタースポット３６の像を得るように物体上に照射され、測定システム１８の測定光の照射方向は、カメラとしてのフィードバック装置２０により得られたポインタースポット像に基づいて変更される。

言い換えれば、測定システム１８からの測定光２６の照射方向を制御する方法は、例えば、カメラの視野の外側に配置された、照射方向に沿って測定光が照射される照射位置を特定することができる粗移動機構と、カメラの視野内の照射位置を特定することができる精密移動機構とを備えることによって実現し得る。照射位置を粗移動機構のみによって特定することも可能である。

１２ 測定アセンブリ
１８ 測定システム
１９ 移動アセンブリ
２２ ポインター
２２Ａ ポインター光（ポインター光線）
２４ 制御システム
２６ 測定光（測定光線）
３６ ポインタースポット

Claims (26)

1. 表面上の特徴を測定する測定アセンブリであって、
   測定光を生成する測定システムと、
   測定システムの少なくとも一部を選択的に移動して測定光の方向を移動する移動アセンブリと、
   前記特徴におけるポインター光のポインタースポットの位置を特定する検出器と、
   前記検出器によって特定された位置に基づいて移動アセンブリを制御して測定光の方向を移動する制御システムとを有する測定アセンブリ。
2. 前記制御システムは指示信号に基づいて前記移動アセンブリの制御を開始して前記測定光の方向を移動する請求項１に記載の測定アセンブリ。
3. 前記制御システムは、ポインタースポットの位置の変化に基づいて前記移動アセンブリを制御して前記測定光の方向を移動する請求項１に記載の測定アセンブリ。
4. 前記制御システムは指示信号に基づいて前記移動アセンブリの制御を開始して前記測定光の方向を移動する請求項３に記載の測定アセンブリ。
5. 前記表面に向けられた前記ポインター光は前記表面にポインタースポットを形成し、前記制御システムは前記移動アセンブリを制御して前記測定光の方向を前記測定光がほぼ前記ポインタースポットに向けられるまで移動する請求項１に記載の測定アセンブリ。
6. 前記特徴にポインター光を生成するポインターをさらに有し、前記ポインターは、ポインタースポットがほぼ測定対象の前記表面上の前記特徴に向けられた状態で、前記測定システムに選択的に指示するように制御される指示器を有する請求項５に記載の測定アセンブリ。
7. 前記ポインタースポットに関するフィードバック情報を前記制御システムに提供するフィードバック装置を更に備える請求項５に記載の測定アセンブリ。
8. 前記フィードバック装置は検出可能領域を有し、前記制御システムは前記フィードバック装置の前記検出可能領域内の前記ポインタースポットの方向を測定する請求項７に記載の測定アセンブリ。
9. 前記制御システムは前記フィードバック装置から前記フィードバック情報を受け取り、前記測定光を前記ポインタースポットに向けるためにどの程度の移動が必要であるかを決定する請求項７に記載の測定アセンブリ。
10. 前記ポインター光は前記表面上の前記ポインタースポットが、前記フィードバック情報から、前記制御システムによって特定されるようにパルス化されている前記請求項９に記載の測定アセンブリ。
11. 前記移動アセンブリは前記測定システムを２回転自由度で移動する請求項１に記載の測定アセンブリ。
12. 前記ポインター光を前記特徴に形成し、手持ち装置であるポインターを更に有する請求項１に記載の測定アセンブリ。
13. 表面上の特徴を測定する測定アセンブリであって、
    測定光を生成する測定システムと、
    前記測定システムの少なくとも一部を選択的に移動して前記測定光の方向を移動する移動アセンブリと、
    視野を有し、前記特徴におけるポインター光のポインタースポットの位置を特定し且つ前記視野に関するフィードバック情報を提供するカメラと、
    前記カメラからの前記フィードバック情報を受け取り、前記ポインタースポットが前記カメラの前記視野内か否かを判定し、前記制御システムが前記ポインタースポットが前記カメラの前記視野内であると判定したときに前記測定光を前記ポインタースポットに向けるために必要な前記測定光の移動量を判定し、前記カメラによって特定された位置に基づいて前記移動アセンブリを制御して前記測定光の方向を移動する制御システムとを有する測定アセンブリ。
14. 前記制御システムは、前記移動アセンブリを制御して、前記測定光が前記表面上でほぼ前記ポインタースポットに追従するように前記測定光の方向を移動する請求項１３に記載の測定アセンブリ。
15. 前記ポインター光を前記特徴に生成するポインターを更に有し、前記ポインターは前記ポインタースポットが測定対象の前記表面の前記特徴にほぼ向けられた状態で前記測定システムに選択的に指示するよう制御される指示器を有する請求項１４に記載の測定アセンブリ。
16. 前記ポインター光は、前記ポインタースポットが、前記フィードバック情報から、前記制御システムによって特定されるようにパルス化されている請求項１３に記載の測定アセンブリ。
17. 表面上の特徴を測定する方法であって、
    測定システムにより測定光を生成する工程と、
    移動アセンブリによって前記測定光の方向を選択的に移動する工程と、
    ポインターからのポインター光を前記特徴を特定するために前記特徴に向ける工程と、
    前記測定光の向きを、前記測定光がほぼ前記特定された特徴を向くまで移動させるために制御システムによって前記移動アセンブリを制御する工程とを有する方法。
18. 前記ポインター光を向ける工程はポインタースポットを前記表面上に形成し、前記制御する工程は、前記測定光が前記ポインタースポットにほぼ向かうまで前記測定光の方向を移動することを含む請求項１７に記載の方法。
19. 前記制御する工程は、前記移動アセンブリを制御して、前記測定光が前記表面上の前記ポインタースポットにほぼ追従するように前記測定光の方向を移動することを含む請求項１８に記載の方法。
20. フィードバック装置によって前記ポインタースポットに関するフィードバック情報を生成する工程を更に含み、前記フィードバック情報は前記制御システムに提供される請求項１８に記載の方法。
21. 前記制御する工程は前記測定光を前記ポインタースポットに向けるために必要な前記測定光の移動量を決定する工程を含む請求項１８に記載の方法。
22. 前記ポインター光を向ける工程は、前記特徴を指し示すために、所定の経路上を前記ポインター光を移動することを含む請求項１７に記載の方法。
23. 設計情報に基づいて構造を製造する工程と、請求項１７に記載の方法を用いて構造の形状情報を求める工程と、求められた形状情報を前記設計情報と比較する工程とを含む構造を設計する方法。
24. 前記比較の結果に基づいて前記構造を再処理する工程を更に含む請求項２３に記載の構造を製造する方法。
25. 前記構造を再処理する工程は、前記構造をもう一度製造することを含む請求項２３に記載の構造を製造する方法。
26. 測定システムを使用して測定される表面上の特徴を特定するために選択的に位置づけられるポインター光を生成するポインターであって、
    ポインタースポットが前記測定対象の表面上の特徴にほぼ向けられた状態で前記測定システムに選択的に指示するために制御される指示器であって、前記測定システムに電気的に接続された指示器を有し、
    前記測定システムは測定光を生成し、前記測定システムは、前記測定光の方向を移動するために前記測定システムの少なくとも一部を選択的に移動する移動アセンブリと、前記移動アセンブリを制御して前記測定光がほぼ前記特定された特徴を向くまで前記測定光の方向を移動する制御システムとを含むポインター。

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