JP2024507196A - 関節部材 - Google Patents

Abstract

関節ジョイントを備えた計測装置であって、関節ジョイントは、第１の軸を中心とした複数の異なる角度方向で一緒にロック可能な第１本体および第２本体を備え、第１本体は、支柱であって、第１本体および第２本体がロック状態にある格納構成と、第１本体および第２本体がアンロックされるように第１の軸に沿って支柱によって離間して保持され、それによって第１本体および第２本体の相対的な回転を可能にする伸長構成との間でモータによって作動可能な支柱を備え、支柱および第２本体は、第１本体および第２本体を磁気的に保持するように互いに磁気的にバイアスされ、支柱を格納構成に向けてバイアスするように構成された少なくとも１つの補助バイアス部材をさらに備えた、計測装置。

Description

本発明は、関節ジョイント、特に計測装置で使用される関節ジョイントに関する。例えば、本発明は、座標位置決め装置上で測定プローブを支持するように構成され、測定プローブを複数の異なる回転方向に配置することができる関節ヘッド用の関節ジョイントに関する。

座標位置決め装置の分野、特に座標測定機（ＣＭＭ）の分野ではよく知られているように、測定プローブ（または対象物）のための関節ヘッド（または回転テーブル）は、少なくとも１つの回転軸を中心に、その上に取付られた測定プローブ（または対象物）の方向転換を容易にする関節部材を備える。通常、関節ヘッドは直交する２つの回転軸を提供するが、より少ない回転軸またはより多くの回転軸を提供することも可能である。

ＵＳ５１８５９３６には、１つの回転軸を有する関節ヘッドが記載されており、ＥＰ２８８９５７３およびＷＯ２００６／０７９７９４には、直交する２つの回転軸を提供する関節ヘッドが記載されている。これらの文献に記載されているように、関節ヘッドの相対的に回転可能な部分を定義された割出し位置にロックすることを可能にする割出し機構を備えた関節ヘッドを提供することも知られている。割出し機構は、相対的に回転可能な部材の各々に１つずつ、２組の噛合部材を設けることによって提供することができる。かみ合い部材がかみ合うと、回転可能な部材の相対回転を提示するようにロックされる。噛み合わせ部材が外れると、回転可能部材は互いに相対的に自由に回転できるため、回転可能部材（およびそこに取付られた測定プローブ）を新しい向きに再配置してから、回転可能部材（およびそこに取付られた測定プローブ）を新しい向きでロックするように再び噛み合わせることができる。その後、測定プローブが定義された既知の回転方向に保持された状態で、測定操作を行うことができる。

本発明は、改良された関節ジョイントに関する。

本発明の第１の態様によれば、関節ジョイントを備える計測装置であって、関節ジョイントは、
第１の軸を中心とする複数の異なる角度配向で一緒にロックされ得る第１および第２の本体を備え、第１の本体は支柱（ｐｒｏｐ）を含み、支柱は、第１および第２の本体がロック状態にある格納構成と、第１および第２の本体がアンロックされ、それによって第１および第２の本体の相対回転が可能になるように、第１および第２の本体が第１の軸に沿って支柱によって離間して保持される伸長構成と、の間でモータによって作動可能であり、支柱および第２の本体は、第１および第２の本体を磁気的に保持するように互いに磁気的にバイアスされ、さらに、支柱を格納構成に向かってバイアスするように構成された少なくとも１つの補助バイアス部材を備える、計測装置が提供される。

有利には、少なくとも１つの補助バイアス部材は、支柱をその格納構成と伸長構成との間で作動させるための前述のモータを補足する（したがって、それとは異なる）。従って、少なくとも１つの補足的バイアス部材は、支柱を格納位置に向けて戻すためのモータによって作用するバイアス／力に加えて、前記バイアス／力を提供するように構成される。従って、少なくとも１つの補足的バイアス部材は、支柱を格納構成に向かって戻す際にモータを補助し、モータに要求されるピーク力および仕事を減少させるのに役立つと言える。従って、本発明は、速度の向上、摩耗の低減、寿命の延長、モータの小型化、装置／関節の小型化、および／またはコストの低減のうちの１つ以上を提供するのに役立ち得、および／または本発明は、ロック構成とアンロックされた構成との間の離脱力の差を低減するのに役立ち得る（以下により詳細に説明する）。

有利には、少なくとも１つの補助バイアス部材は、前記バイアスを提供するために継続的なモータ動力／駆動を必要としない（換言すれば、補助バイアス部材によって提供される前記バイアスを提供し続けるために積極的にモータを駆動する必要はない）。従って、少なくとも１つの補助バイアス部材は、モーター駆動されないことができる。このような構成は、計測に悪影響を及ぼし得る過剰な熱の関節への入力を回避するのに役立つ。従って、前記少なくとも１つの補助バイアス部材は、支柱を格納構成に向けてバイアスするモータ駆動／印加力に加えて働くことができる。

第１および第２の本体は、第１および第２の本体がロック構成にあるときに互いに係合するように構成された対応する係合特徴を含み得る。このような係合特徴は、第１および第２の本体がそのアンロック構成にあるときに完全に係合解除するように構成され得る。第１および第２の本体上の係合特徴は、支柱および第２の本体上の磁性材料／磁石の半径方向外側に配置され得る（これは、支柱と第２の本体との間の前記磁気バイアスに寄与する）。係合特徴は、第１および第２の本体の対向する面に設けることができる。第１および第２の本体の係合特徴は、第１および第２の本体がアンロックされて第１の軸を中心に相対的に回転することができるように、第１の軸に沿って第１の方向に第１および第２の本体を軸方向に相対的に移動させることによって係合解除可能とすることができる。第１および第２の本体の係合特徴は、第１および第２の本体が新たな相対回転位置でロックされ得るように、軸に沿って第２方向に第１および第２の本体を軸方向に相対移動させることによって再係合可能であり得る。

対応する係合特徴は、（第１および第２の本体の回転可能な範囲内で）第１の軸を中心とする任意の相対的な回転位置で第１および第２の本体を一緒にロックすることを可能にし得る。言い換えれば、対応する係合特徴は、（第１および第２の本体の回転可能な範囲内で）第１および第２の本体のほぼ無限の位置決めを可能にし得る。例えば、第１および第２の本体の少なくとも一方の係合特徴（複数可）は、平坦な平面を備え得、他方の本体の係合（複数可）は、第１および第２の本体の間に摩擦ロックを提供するように押し付けられることができる。代替的に、関節ジョイントは、割出し関節ジョイントとすることもできる。したがって、第１および第２の本体の係合特徴は、第１の軸を中心とする複数の所定の異なる角度配向で一緒にロックされ得る相互に係合可能な係合要素を備え得る。そのような相互に係合可能な係合要素は、それによって、第１および第２の本体が互いに対してロックされ得る複数の所定の角度割出し位置を提供し得る。したがって、相互に係合可能な係合要素は、割出し機構を提供することができる。相互に係合可能な係合要素／割出し機構は、１０°以下の割出し増分、例えば５°以下、例えば４°以下の割出し増分を提供することができる。相互に係合可能な係合要素／割出し機構は、少なくとも０．５°、例えば少なくとも１°の割出し増分を提供することができる。例えば、相互に係合可能な係合要素／割出し機構は、約２．５°の割出し増分を提供することができる。

理解されるように、相互に係合可能な係合要素／割出し機構は、第１および第２の本体の各々に１つずつ設けられた、２組の噛み合い部材／特徴部を備えることができる。相互に係合可能な係合要素／割出し機構は、例えば、第１および第２の本体の一方（例えば、第１の本体上）に設けられた環状の一連の特徴部、例えば、一連のボール、または一連のテーパ歯（例えば、フェーススプライン部材を提供する）を備えることができる。第１および第２の本体の他方（例えば、第２の本体）もまた、環状の一連の特徴を備え得るが、第１および第２の本体の他方（例えば、第２の本体）の係合要素は、ロック状態にあるとき、複数の離散的な、環状に間隔をあけた位置において、前記第１および第２の本体の一方（例えば、第１の本体上）上の環状の一連の特徴の一連の歯のサブセットのみと係合するように、構成されることが好ましい。本装置は、ロック状態にあるとき（および、可能な割出し位置の各々について）、第１および第２の本体の他方に設けられた係合要素が、複数（例えば３つ）の間隔をあけた位置（例えば等角度間隔に配置された位置）で、第１および第２の本体の前記一方の一連の歯のサブセットと係合するように構成され得る。

第１および第２の本体上の係合特徴／相互に係合可能な係合要素／割出し機構は、その間に（例えば、第１の軸に関する所定の異なる角度配向の各々において）運動学的位置／接続を提供するように構成することができる。理解されるように、運動学的マウントとは、再現性の高い位置決めを提供するために別の部品上の要素と協働するように配置された要素をある部品上に有するものである。エレメントは、６つの自由度（すなわち、３つの垂直な直線自由度と３つの垂直な回転自由度）すべてにおいて、好ましくは６点の接触または拘束によって部品間の相対運動を拘束するように、互いに協働するように配置される。１つの特定の実施形態では、一方の部品上の要素は、他方の部品上の要素との合計６つの接触点を提供するような方法で、３つの間隔をあけた位置の各々に、一対の相互に収束する表面を提供するように配置することができる。これにより、一方の部品が他方の部品に対してとりうる６つの自由度が制約される。このような運動学的マウントはＢｏｙｓ ｓｕｐｐｏｒｔとして知られ、例えば．Ｊ．Ｊ．Ｂｒａｄｄｉｃｋ，“ 実験装置の機械設計“，ｈａｐｍａｎａｎｄＨａｌｌ，Ｌｏｎｄｏｎ，１１９６０，１１－３０ページに記載されている。このような運動学的位置／接続を提供するための構成例のさらなる詳細を以下に示す。

支柱と第２の本体との間に磁気バイアスを与えることにより、ロック構成にあるときに、第１の本体と第２の本体の両方に物理的に接続され、第１の本体と第２の本体との間に引っ張り／保持力を加えるように構成された機械的アーム／レバー（など）の必要性を回避することができる。例えば、本発明による例示的な実施形態では、格納構成にあるとき、好ましくは、支柱は、第２の本体から切り離され、第１の本体と第２の本体との間の唯一の機械的拘束が前述の対応する係合特徴によって提供されるようにする。例えば、ロック構成にあるとき、支柱は、支柱が第１および第２の本体の上述の（例えば運動学的な）結合を妨げないように、第２の本体から切り離される。

好ましくは、装置は、ロック構成およびアンロックされた構成の両方において、第１の本体および第２の本体が、主として、例えば純粋に／単独で、磁気バイアスを介して保持／固定される（換言すれば、主として、例えば純粋に／単独で、第１の本体と第２の本体との間に作用する磁力によって保持される）ように構成される。

少なくとも１つの補助的なバイアス部材は、支柱を格納構成に保持するのを助けることができる。従って、少なくとも１つの補助バイアス部材は、支柱がその格納構成にあるときでさえ、バイアスを提供することができる。好ましくは、本装置は、支柱に対する少なくとも１つの補足的バイアス部材のバイアス力（支柱をその格納構成に向けてバイアスする）の大きさが、格納構成において伸長構成よりも大きくなるように構成される。有利には、装置は、その格納構成において、支柱が少なくとも１つの補助バイアス部材によって保持されるように構成され得る。

支柱は、伸長構成にあるときは第２の本体に結合され（例えば、以下に詳述するように対応する係合特徴を介して）、格納構成にあるときは第２の本体から切り離され得る。

好ましくは、装置は、支柱を格納構成に保持するためにモータに要求される力／電力が、支柱を第２の本体から切り離すためにモータに要求される力／電力よりも実質的に小さくなるように構成される（例えば、少なくとも５０％小さい、より好ましくは少なくとも８０％小さい、特に好ましくは少なくとも９０％小さい、例えば少なくとも９５％小さい）。

オプションとして、本装置は、格納構成（例えば、第１および第２の本体がそのロック構成にあるとき）において、少なくとも１つの補助バイアス部材によって提供されるバイアスが、支柱と第２の本体との間の、支柱をその伸長構成に向けてバイアスするあらゆる力と実質的に釣り合う（例えば、支柱と第２の本体との間の磁気バイアス（例えば、引力）と実質的に釣り合う）ように構成され得る。換言すれば、任意に、装置は、格納構成（例えば、第１の本体と第２の本体がロック構成にあるとき）において、支柱にかかる正味の負荷（例えば、正味の磁気負荷）が実質的にゼロになるように構成され得る。これにより、格納構成と伸長構成との間で支柱を駆動／作動させるように構成されたモータに逆駆動力が作用するのを回避するのに役立つ。これは、より低摩擦で、より効率的なモータ構成を促進するのに役立ち、ひいては、より長い使用寿命と、より低い関連コストとを提供するのに役立ち得る。例えば、リードスクリューからなるモーター構成において、本発明は、より低摩擦のリードスクリューの使用を可能にするのに役立つ。

従って、本装置は、格納構成において（例えば、第１および第２の本体がそのロック構成にあるとき）、支柱がその伸長構成に向かって移動するのを防止するために（例えば、支柱を作動させるための前記モータからの）モータ動力が実質的に必要とされない（例えば、支柱を格納構成に保持するようにモータが実質的に必要とされない）ように構成することができる。理解されるように、摩擦は、これを達成するために役立ち得る（例えば、支柱と第１の本体との間の摩擦および／又は支柱を駆動するためのモータ機構における摩擦）。理解されるように、摩擦は、特に、支柱を格納構成と伸長構成との間で作動させるためのモータが実質的にバックドライブ可能でない場合には、これを達成する上でより実質的な役割を果たし得る。

しかし、これは、主として、少なくとも１つの補助バイアス部材が、その格納構成に向けて支柱に十分なバイアスを与えることによって達成することができる。例えば、格納構成において、少なくとも１つの補足的バイアス部材によって与えられるバイアスは、支柱をその伸長構成に向けてバイアスする支柱と第２の本体との間の磁気バイアスと少なくとも実質的に釣り合うように装置を構成することによって、例えば、支柱をその伸長構成に向けてバイアスする支柱と第２の本体との間の磁気バイアスよりも大きくなり得る。

例えば、本装置は、モータがオフ／非活性化されたときに、支柱の軸方向位置が、補助バイアス部材によって提供されるバイアスと、第２の本体と支柱との間の磁気バイアスとによって維持されるように構成され得る。

任意に、これは、格納構成において、少なくとも１つの補足バイアス部材によって与えられるバイアスが、支柱をその伸長構成に向けて付勢する支柱と第２の本体との間の磁力と少なくとも同じである（任意に、それよりも大きい）ように装置を構成することによって達成され得る。格納構成にあるとき、少なくとも１つの補足的バイアス部材によって与えられるバイアスが、支柱を伸長構成に向けて付勢する支柱と第２の本体との間の磁力よりも大きい場合、支柱は機械的な停止に対してバイアスされ得る。

少なくとも１つの補助的なバイアス部材は、支柱をその格納構成に向けてバイアスするように構成された、少なくとも１つの（機械的な）ばねを備え得る。有利には、少なくとも１つの補足的バイアス部材は、格納構成に向かって支柱を磁気的にバイアスするように構成され得る。例えば、少なくとも１つの補足的バイアス部材は、磁性材料を備え得る。例えば、装置は、そのようなバイアスを与えるように、支柱上の磁石が前記磁性材料に向かって磁気的にバイアスされる（例えば引き付けられる）ように構成され得る。有利には、磁性材料は、少なくとも１つの磁石を備え得る。従って、支柱を格納構成に向けてバイアスするように構成された少なくとも１つの磁石を設けることができる。機械的バネの代わりに磁気バイアスを使用することで、システムのヒステリシスを回避することができる。

好ましくは、少なくとも１つの補助バイアス部材は、第１の本体上に／第１の本体によって／第１の本体と共に設けられる。

支柱、および第１ならびに第２の本体は、ｉ）支柱をその伸長構成に向けて付勢する、支柱に作用する磁力、およびｉｉ）支柱をその格納構成に向けて付勢する、支柱に作用する磁力、を提供するように配置された磁性材料を備え得る。

オプションとして、第１の本体、第２の本体、および支柱の一部のみが磁石を備え、他の部材は磁性材料を備え得る。例えば、支柱は磁石を備え、第１本体と第２本体は磁石が引き付けられる磁性材料を備え得る。

好ましくは、第１の本体、第２の本体、および支柱の各々は、磁石を備え得る。これにより、第１の本体と第２の本体を保持し、支柱を所定の位置に保持するためのシステムの効率を向上させることができる。このような場合、好ましくは、第１の本体の磁石は、支柱を磁気的に引き付けるように構成される。好ましくは、第２の本体の磁石は、支柱を磁気的に引きつけるように構成される。好ましくは、第１の本体、第２の本体および支柱の磁石は実質的に同一である。

好ましくは、第１の本体、支柱および第２の本体の磁石（および／または磁性体）は、実質的に同軸に配置される。この場合も、第１の本体と第２の本体を保持し、支柱を所定の位置に保持するためのシステムの効率を向上させるのに役立つ。

本装置は、支柱の格納位置が、第１の本体、第２の本体および支柱の磁性材料（例えば磁石）が実質的に等間隔（すなわち、第１の本体と支柱の磁性材料間の距離と、第２の本体と支柱の磁性材料間の距離が実質的に同じ）になるように構成することができる。

好ましくは、第１の本体、第２の本体および支柱の少なくとも１つはリング磁石を備える。好ましくは、第１の本体、第２の本体、および支柱のそれぞれはリング磁石を備える。以下に詳しく説明するように、リング磁石の使用は、ディスク磁石の使用よりも効率的なシステムを提供することが判明している。

支柱は、第２の本体に係合するように構成され、第１の本体と第２の本体との間に挟まれるように配置される、その端部の半径方向に延びる面部分を含むことができる。半径方向に延びる面部は、支柱の前述の磁性材料／磁石を備えることができる。

支柱と第２の本体は、支柱が伸長構成にあるときに係合するように構成された対応する係合特徴部を備えることができる。このような係合特徴は、支柱がその格納構成にあるときに完全に係合解除するように構成され得る。支柱部材上の係合特徴は、支柱上の磁性材料／磁石（これは、支柱と第２の本体との間の前記磁気バイアスに寄与する）の半径方向外側に位置することができる。支柱の半径方向に延びる面部は、前記係合特徴部を備えることができる。支柱の係合特徴部および第２の本体上は、その間に運動学的な位置／接続を提供するように構成することができる（例えば、支柱と第２の本体の一方に設けられた３つの球状／ボール状部材と他方に設けられた３つのＶスロット（例えば、一対の円筒状部材によって提供される）の公知の配置によって、あるいは、支柱と第２の本体の一方に設けられた３つの球状／ボール状部材と他方に設けられた３面体の穴、Ｖスロットおよび平面シートによって）。

有利には、格納構成にあるとき、支柱は第２の本体から切り離されている。特に、格納構成にあるとき、支柱は第２の本体から切り離されており、ロック状態にあるとき、支柱は第１の本体と第２の本体の相対位置に影響を及ぼさない。

安全キャッチは第１本体と第２本体の間に設けられ得、第１本体と第２本体が完全に分離するのを防ぐ（例えば、偶発的な衝突の場合）。安全キャッチは、支柱と第２の本体の間に設けることができる。

有利には、第１および第２の本体は、それらのロックおよび／またはアンロック構成において、磁気バイアス／力のみによって一緒に保持される。これにより、ロック構成（および／またはアンロック構成）にあるときに、第１および第２の本体の間に設けられた係合特徴によって規定されるそれらの相対的な空間構成に干渉し影響を及ぼす可能性のある機械的なタイを両者の間に設ける必要性を回避することができる。したがって、好ましくは、ロック状態において第１および第２の本体の間に延在して作用する（すなわち、何らかのバイアス／力を提供する）機械的／物理的なタイ（バネなど）は存在しない。

装置は、第１および第２の本体がアンロックされたときに、回転軸（第１の軸）を中心として第１および第２の本体を駆動するように構成されたモータを備えることができる（「再方向付け」モータ機構）。本装置は、アンロック時（および／又はロック時）に、第１の軸を中心とする第１および第２の本体の相対回転位置を測定するように構成された少なくとも１つのセンサ（例えば、エンコーダ装置）を備えることができる。

有利には、少なくともアンロック構成にあるとき、、支柱は第１の本体に対して相対的に回転することができ、第１の軸を中心として第２の本体に対して相対的に回転可能に固定される（支柱と第１の本体の相対的な回転が、第１および第２の本体の相対的な回転を引き起こすように）。好ましくは、支柱と第１の本体の前記相対回転をもたらすために、少なくとも１つのモータが設けられる。好ましくは、少なくとも１つのセンサ（例えば、エンコーダ装置）が、支柱と第１の本体の相対回転／回転位置を測定するために設けられる（それにより、第１の軸を中心とする第１および第２の本体の相対回転位置が決定され得るように）。

計測装置は、第３の本体を含み得、この第３の本体は、第２の軸を中心とする複数の異なる角度配向で、第１および第２の本体に対してロックされ得る。第１および第２の軸は、実質的に直交し得る。任意に、第１および第３の本体は、第２の軸を中心とする複数の異なる角度配向で一緒にロックされ得る。第１の本体は、第１の本体と第３の本体がロック状態にある格納構成と、第１の本体と第３の本体がアンロックされそれによって第１の本体と第３の本体の相対的な回転を可能にするように、第２の軸に沿って支柱によって引き離された状態に保持される伸長構成との間でモータによって作動可能な第２の支柱を含み得る。第２の支柱と第３の本体は、第１の本体と第３の本体を磁気的に保持するように、互いに磁気的にバイアスされ得る。第２の支柱を格納構成に向けてバイアスするように構成された少なくとも１つの補助的なバイアス部材が設けられ得る。理解されるように、第１および第２の本体に関連して上述および後述される特徴は、第１および第３の本体にも同様に適用可能であり、明確かつ簡潔にするためにここでは繰り返さない。

計測装置は関節ジョイントを備え得る回転テーブルを備え得、この回転テーブル上に検査される工作物が取付られる。計測装置は、関節ジョイントを構成するプローブヘッドを備え得る。プローブヘッドは、測定プローブが複数の異なる回転方向（例えば、異なる割出し回転方向）に配置できるように、座標位置決め装置の測定プローブを支持するように構成され得る。適切な測定プローブは、接触式測定プローブおよび非接触式測定プローブを含む。適切な測定プローブは、工作物の寸法を測定するためのプローブを含む。適切な測定プローブは、タッチトリガープローブ、スキャニングプローブまたは「アナログ」測定プローブを含む。

計測装置（例えば回転テーブル／プローブヘッド）は、位置決め装置、特に座標位置決め装置、例えば座標測定機（ＣＭＭ）に取付られるように構成することができる。計測装置（例えば回転テーブル／プローブヘッド）は、少なくとも２つの、例えば３つの直交する直線自由度における計測装置の再位置決めを容易にするように構成された位置決め装置に取付られ得る。計測装置（例えば、回転テーブル／プローブヘッド）は、１つ以上のボルトなどの１つ以上の解放可能な締結具を介して、位置決め装置（例えば、ＣＭＭのＺコラムまたはクイル）に取り外し可能に取付ることができる。オプションとして、計測装置は、第２の本体を介して（例えば、第２の本体に係合する１つまたは複数のボルトなどの１つまたは複数の解放可能な締結具を介して）位置決め装置に（例えば、取り外し可能に）取付られるように構成される。

測定装置（例えばプローブヘッド）は、その上に工具を取り外し可能に取付るための工具マウントを備え得る。第１、第２（または提供される場合は第３）本体は、工具マウントを構成し得る。

工具マウントは、運動学的マウントの一部分を形成することができ、運動学的マウントの他の部分は、その上に取付られる工具によって提供される。工具マウントは、その上に取付られた工具を磁気的に保持するための１つまたは複数の磁石を備え得る。

計測装置に取付るのに適した工具（例えばプローブヘッド）は、計測プローブを含む。適切な測定プローブは、工作物の寸法を測定するためのプローブを含む。適切な測定プローブは、接触または非接触測定プローブであり得る。適切な測定プローブは、タッチトリガープローブ、スキャニングプローブまたは「アナログ」測定プローブを含む。

相互に係合可能な係合要素は、第１および第２の本体の一方に設けられたフェーススプライン（例えば、フェーススプライン配列／部材）を備え得る。フェーススプラインは、環状に配置された一連のテーパ歯、例えば連続した環状の一連のテーパ歯を備え得る。第１および第２の本体の他方に設けられた係合要素は、ロック状態にあるとき、環状に間隔をあけた複数の離散的な位置において、フェーススプラインの一連の歯のサブセットと係合するように構成され得る。

相互に係合可能な係合要素は、第１および第２の本体の対向する面に設けることができる。

相互に係合可能な係合要素／割出し機構は、第１および第２の本体の一方に設けられた（例えば、実質的に半径方向に延びる）一連の（例えば、連続的な）歯を含む環状の歯付き配置を備えると説明することができる。

第１および第２の本体の他方に設けられた係合要素は、ロック状態にあるとき、環状の歯付き配置の一連の歯のサブセットと、複数の離散的な、環状に間隔を空けた位置で係合するように構成されることができる。

相互に係合可能な係合要素／割出し機構の環状の一連の特徴（例えば、フェーススプラインの環状に配置された一連のテーパ歯）は、特徴（例えば、テーパ歯）の離散的／分離的なグループを備え得る（換言すれば、環状に配置された一連の特徴／テーパ歯に隙間があり得る）。例えば、環状に間隔をあけた位置に設けられた、２つ以上（特に３つ以上）の特徴／テーパー歯のグループがあり得る。これは、第１および第２の本体が互いに対して向きを変えることができる範囲が制限されている場合に可能／好ましい。例えば、第１および第２の本体の他方に設けられた係合要素が、３つの離散的な、等角度間隔に配置された位置で、フェーススプライン／環状歯付き配置の一連の歯のサブセットと係合する実施形態（以下により詳細に説明する）において、第１および第２の本体が互いに対して向きを変えることができる／変えなければならない範囲が１２０°未満である場合、環状に配置された一連の特徴（例えば、テーパー歯）は、特徴（テーパー状の歯など）の連続的な環状シリーズではなく、特徴（テーパー状の歯など）の離散的なグループを備え得る。しかし、ほとんどの場合、連続した環状の一連の特徴（例えば、テーパー歯）があることが好ましい。

好ましくは、一連の特徴部における特徴部（例えばテーパー状の歯）のピッチ（換言すれば「周期」）は実質的に一定である（換言すれば、隣接する特徴部（例えば歯）間の間隔は実質的に一定である）。

フェーススプラインは、フェーススプラインの長さに沿って湾曲している（例えば、各歯について、各歯の長さに沿った中心線が湾曲しているような）歯を備え得る。例えば、フェーススプラインは、カービック（Ｃｕｒｖｉｃ）ジョイント部材を備え得る。フェーススプラインは、実質的に直線である（例えば、各歯について、その長さに沿った中心線が実質的に直線であるような）歯を備え得る。例えば、フェーススプラインは、ハース（Ｈｉｒｔｈ）ジョイント部材を備え得る。

フェーススプラインのテーパ歯は、実質的に半径方向に延び得る（例えば、各歯について、その長さに沿った中心線が実質的に半径方向に延びるように）。言い換えれば、フェーススプラインの各テーパ歯は、（フェーススプライン／環状一連の歯の）半径方向に実質的に平行に（すなわち、フェーススプラインの半径／環状一連の歯の半径に平行に）延び得る。しかし、理解されるように、フェーススプラインのテーパ歯は、半径方向に対して、好ましくは４５°以下、より好ましくは２５°以下、例えば１０°以下、例えば５°以下の角度で延びることができる。言い換えれば、フェーススプラインのテーパ歯は、各歯について、その長さに沿った中心線が半径方向に対して（すなわち、フェーススプラインの半径／環状の一連の歯に対して）斜めに延びるように構成され得る。

フェーススプラインの歯／環状歯付き配置は、基板本体と一体的に形成することができる。換言すれば、フェーススプライン／環状歯付き配置は、前記一連のテーパ歯がその中に形成された本体を備え得る。このような構成は、成形、および／または機械加工によって形成され得る。従って、フェーススプラインの歯／環状歯付き配置および基板本体は、単一ピースであり得る。同じ構成が、第１および第２の本体の他方の係合要素にも適用され得る。

第１および第２の本体の他方に設けられた係合要素は、前記複数の離散的な、環状に間隔をあけた位置の各々において、フェーススプライン／環状歯付き配置のテーパ歯に係合するように構成された、少なくとも１つの特徴部（例えば歯）を備え得る。第１および第２の本体の他方に設けられた係合要素は、前記複数の離散的な環状に間隔をあけた位置の各々に設けられた単一の特徴部（例えば歯）を備え得る。第１および第２の本体の他方に設けられる特徴（例えば歯）は、テーパ状であり得る。

したがって、フェーススプラインの歯および／または第１および第２の本体の他方の歯は、実質的にくさび形（ｗｅｄｇｅ－ｓｈａｐｅｄ）とすることができる。例えば、（環状の一連の歯の）長さ／半径方向に垂直にとられた、実質的に三角形または台形の断面を有し得る。

フェーススプラインの歯／環状歯付き配置、および／または第１および第２の本体の他方に設けられた特徴（例えば歯）は、実質的に細長い（例えば半径方向に）ものとすることができる。

上述したように、フェーススプライン／環状歯状配列の歯は、非球状であり得る。特に、例えば、任意に、歯の長さに沿って見た／取った歯の断面形状は、円形ではなく、任意に、実質的に長方形または台形である。理解されるように、歯の長さは、その最も半径方向内側の点／側面および最も半径方向外側の点／側面から測定される。

フェーススプラインの歯／環状歯付き配置は、耐荷重／係合側面部を備え得る。フェーススプラインの歯／環状歯付き配置は、冠状され得るが、これは、製造が困難であり、かつ／または、時間がかかり得る。従って、好ましくは、フェーススプラインの歯／環状歯付配置の荷重支持／係合側表面の曲率半径は、その長さに垂直な平面において１ｍｍ以上、より好ましくは１．５ｍｍ以上である。

オプションとして、フェーススプラインの歯／環状歯付配置の荷重支持／係合側表面の曲率半径は、その長さに沿った平面で１０ｍｍ以上、例えば１５ｍｍ以上、例えば２０ｍｍ以上である。好ましくは、フェーススプラインの歯／環状歯付配置の耐荷重／係合側表面の曲率半径（上述の平面のいずれかでとらえた）は、無限大に近づいており、換言すれば、好ましくは、テーパー状の耐荷重面は実質的に平坦である。

好ましくは、第１および第２の本体の他方に設けられた特徴（例えば歯）は、テーパー状である。有利には、第１および第２の本体の他方に設けられた歯は、冠状歯を備え得る。冠状歯は、２つの湾曲した耐荷重／係合側面部から構成され得る。冠状歯は、半径方向に細長く、それによって２つの湾曲した荷重支持／係合側面部を提供するように、（その長さに対して垂直にとられた）概してテーパー状のプロフィールを有し得る。冠状歯の荷重支持／係合側面部は、半径方向寸法に沿って（すなわち、その長さ方向に沿って）湾曲させることができる。冠状歯の荷重支持／係合側面部は、その断面形状（半径方向寸法に垂直にとられた）に沿って湾曲させることができる。

このような構成により、冠状歯の各耐荷重／係合側面が確実に頂部領域を提示することができる。好ましくは、第１および第２の本体の他方に設けられた歯の側面の曲率半径は、その長さに垂直な平面において１ｍｍ以上、より好ましくは１．５ｍｍ以上である。好ましくは、第１および第２の本体の他方に設けられた歯の側面の、その長さに垂直な平面における曲率半径は、１０ｍｍ以下、より好ましくは５ｍｍ以下、例えば２．５ｍｍ以下である。好ましくは、第１および第２の本体の他方に設けられた歯の側面の曲率半径は、その長さに垂直な平面において、１０ｍｍ以下、例えば１５ｍｍ以下、例えば２０ｍｍ以下である。好ましくは、第１および第２の本体の他方に設けられた歯の側面の曲率半径は、その長さに沿った平面で１００ｍｍ以下、例えば５０ｍｍ以下、例えば３０ｍｍ以下である。

特に好ましい構成は、ｉ）スプライン面部材／環状歯付き部材のいずれか一方の歯、およびｉｉ）第１および第２の本体の他方の歯の、耐荷重／係合側表面が冠状され、ｉ）およびｉｉ）の他方の歯が実質的に平坦であることである。換言すれば、特に好ましい構成は、スプライン面部材／環状歯付き部材の歯の耐荷重／係合側表面が実質的に平坦であり、第１および第２の本体の他方の歯の耐荷重／係合側表面が冠状にされている（またはその逆）。スプライン面部材／環状歯状部材の歯の荷重支持／係合側表面が実質的に平坦であり、第１および第２の本体の他方の歯が冠状にされていることが特に好ましい。

本装置は、ロック状態にあるとき（および、可能な割出し位置の各々について）、第１および第２の本体の他方に設けられた係合要素が、フェーススプライン／環状歯付き配置の一連の歯のサブセットと、複数の離散的な等角度間隔の位置で係合するように構成することができる。

本装置は、ロック状態にあるとき（および、可能な割出し位置のそれぞれについて）、第１および第２の本体の他方に設けられた係合要素が、フェーススプライン／環状歯付き配置の一連の歯のサブセットと、３つの離散的な等角度間隔の位置で係合するように構成することができる。

装置は、ロック状態にあるときの第１および第２の本体の相対的な空間構成の測定値を提供するように構成された少なくとも１つの検証センサを備え得る。装置は、第１および第２の本体が割出し位置で一緒にロックされた場合に、検証センサが第１および第２の本体の相対的な空間構成を測定するために使用されるように構成され得る。本装置は、第１および第２の本体の係合状態に関する情報を確立するために、前記測定から得られた情報を、第１および第２の本体がより早い時点で前記割出し位置でロックされたときに、第１および第２の本体の相対的な空間配置の少なくとも１つの他の（言い換えれば以前の）測定（例えば、検証センサによって取られた）から得られた較正情報と比較するように構成され得る。

理解されるように、「前の測定」および「以前に前記割出し位置でロックされた」という言及は、必ずしも、最新の、または最も最近の測定、あるいは、前記割出し位置でロックされた最新の、または最も最近の時間を意味しない。むしろ、「以前」および「以前」という用語は、ある以前の時点におけることを意味するために使用される。従って、第１および第２の本体は、現在の時刻と較正情報が得られた時刻との間に、前記割出し位置で何回もロックされた可能性がある。

好ましくは、較正情報は、（第１および第２の本体がより早い時点で前記割出し位置にロックされたとき）少なくとも１つの検証センサによってとられた第１および第２の本体の相対的な空間配置の少なくとも１つの他の測定値から得られた。

装置は、比較の結果に応じて所定の態様で反応するように構成することができる。例えば、比較により、第１および第２の本体が適切にロックされていないことが示された場合、装置は、第１および第２の本体をアンロックさせ、同じ割出し位置で再ロックさせることによって反応するように構成することができる。任意選択で、これは、わずかに異なる位置から（例えば、わずかに異なる相対回転配向から）第１および第２の本体を再ロックすることを備え得る。所定の方法で反応することは、追加的または代替的に、エラーまたは警告状態を記録および／または報告すること（例えば、制御装置に出力すること）を含み得る。

少なくとも１つの検証センサは、１つの次元のみ、例えば少なくとも直交する２つの次元、例えば直交する３つの次元において、第１および第２の本体の相対的な空間構成を測定するように構成され得る。検証センサは、第１および第２の本体の相対的な高さ／間隔（例えば回転軸に沿って）を測定するように構成され得る。

任意選択で、検証センサは、回転軸（すなわち第１の軸）に垂直な平面における第１および第２の本体の相対的な配置（例えば横方向位置および／または回転方向）を測定するように構成され得る。例えば、検証センサは、（例えば、回転軸に垂直な少なくとも１つの次元において、例えば、回転軸に垂直な２つの直交する次元において）第１および第２の本体の相対的な横方向の位置を測定するように構成され得る。任意選択で、検証センサは、第１の軸を中心とする第１および第２の本体の相対的な回転方位を測定するように構成することができる。任意選択で、少なくとも１つの検証センサは、上述の相対的な構成の組み合わせを測定するように構成することができる。

理解されるように、少なくとも１つの検証センサは、係合要素の割出し増分よりも微細な分解能、例えば、係合要素の割出し増分の少なくとも５倍、任意選択で係合要素の割出し増分の少なくとも１０倍、例えば、係合要素の割出し増分の少なくとも１５倍の分解能で、（回転軸に垂直な平面内の）第１および第２の本体の相対的配置の測定値を提供するように構成することができる。好ましくは、検証センサは、第１および第２の本体の相対位置を５０μｍ以内、例えば１０μｍ以内、任意で１μｍ以内に確立することを可能にする。

装置は、比較によって、割出し位置における第１および第２の本体の現在の相対的な空間構成が、較正情報によって表される第１および第２の本体の相対的な空間構成と所定の閾値以上異なることが示された場合に、第１および第２の本体が適切にロックされていないと判定されるように構成され得る。所定の閾値は、１００μｍ（ミリコン）以下、例えば５０μｍ以下、任意に２０μｍ以下とすることができるが、例えば１μｍ以下、例えば１００ｎｍ（ナノメートル）以下、５０ｎｍ以下、または１０ｎｍ以下とすることができる。

好ましくは、検証センサはエンコーダ装置で構成される。エンコーダ装置は、第１および第２の本体の一方に設けられた回転スケールと、回転スケールを読み取るために第１および第２の本体の他方に設けられた少なくとも１つの第１のリードヘッドとを備えることができる。検証センサのエンコーダー装置が、目盛りを読み取るように構成された第２のリードヘッドからなることが好ましい。

提供される第２のリードヘッドは、少なくとも１つの第１のリードヘッドが目盛りを読み取る位置から１８０°未満離れた位置、例えば、少なくとも１つの第１のリードヘッドが目盛りを読み取る位置から４５°から１３５°の間の位置、好ましくは、少なくとも１つの第１のリードヘッドが目盛りを読み取る位置から約９０°離れた位置で、目盛りを読み取るように構成されることが好ましい。したがって、検証センサが少なくとも第１および第２のリードヘッドを備える実施形態では、装置は、第１および第２の本体が割出し位置で一緒にロックされた場合に、第１および第２のリードヘッドが目盛りを読み取るために使用されるように構成され得る。

そして、第１および第２のリードヘッドからそれぞれ得られた第１および第２の読み取り値は、第１および第２の本体の係合状態に関する情報を確立するために、第１および第２の本体が以前の時点で前記割出し位置でロックされたときに第１および第２のリードヘッドによって得られたそれぞれの第１および第２の読み取り値と比較される。

検証センサのエンコーダ装置は、一連の周期的なスケール特徴を有するインクリメンタルスケールを含むインクリメンタルエンコーダ装置を備えることができる。特に、検証センサのエンコーダ装置は、光学式エンコーダ装置を備えることができる。

本装置は、アンロック時に第１軸を中心とする第１本体と第２本体の相対回転位置を測定するように構成された第１エンコーダ装置をさらに含み得る。任意選択で、これは、検証センサのエンコーダー装置と同じエンコーダー装置であり得る。任意選択で、一次エンコーダ装置は、検証センサのエンコーダ装置といくつかの共通部分を共有することができる（例えば、これらは同じスケールを共有することができ、一次エンコーダ装置は検証センサのリードヘッドとは異なるリードヘッドから構成される）。しかし、プライマリエンコーダ装置は、検証センサのエンコーダ装置とは全く異なるエンコーダ装置であり、異なるリードヘッドと異なるスケールを備えることが好ましい。

一次エンコーダ装置は、第１の本体と部材の一方にリードヘッドを、他方にスケールを備え、リードヘッドが第１の本体と部材の相対回転位置の測定値を提供する。本装置は、一次エンコーダ装置の出力を使用して、アンロック時に第１本体および第２本体の回転を制御するように構成され得る。

装置は、較正情報を含む記憶装置を備えることができる。記憶装置は、割出し関節ジョイントとは別の装置の一部（例えば制御装置内）に配置され得る。好ましくは、割出し関節ジョイントの一部（例えば、第１または第２の本体）が記憶装置を備える。装置がプローブヘッド（または回転テーブル）を備える実施形態では、プローブヘッド（または回転テーブル）が記憶装置を備え得る。

装置は、前述の比較を実行するように構成された処理装置を備え得る。処理装置は、（例えば制御装置内の）割出し関節ジョイントとは別の装置の一部に配置され得る。任意選択で、指標付き関節の一部（例えば、第１または第２の本体）が処理装置を構成する。装置がプローブヘッド（または回転テーブル）を備える実施形態では、プローブヘッド（または回転テーブル）が処理装置を構成し得る。

従って、この装置は、前述の比較が、割出し付き関節ジョイント自体を備える計測装置の部分内（例えば、プローブヘッド内または回転テーブル内）で行われるように構成することができる。

較正情報はルックアップテーブルに格納される。オプションとして、較正情報は関数によって表現され得る。したがって、前述のメモリデバイスは、較正情報を含む／表すルックアップテーブルおよび／または関数から構成され得る。ルックアップテーブルは、第１および第２の本体の可能な割出し位置の少なくともサブセットのそれぞれについての較正情報を備え得る。

ルックアップテーブルは、第１および第２の本体の可能な割出し位置の各々についての較正情報を備え得る。例えば、ルックアップテーブルは、各割出し位置に対して少なくとも１つの要素／データセルを備え得る。各要素／データセルは、その要素／データセルが関連する割出し位置の較正情報を含むことができる。ルックアップテーブルは、各割出し位置に対して複数の要素／データセルを備え得る。これは、複数の検証センサがある場合、または検証センサが第１および第２の本体の相対位置の複数の出力／読み取り値／測定値を提供できる場合に役立つ可能性がある（たとえば、少なくとも２つのリードヘッドを含むエンコーダ装置からなる検証センサの上述および後述の実施形態による）。

前記測定から得られた情報」および「較正情報」は、相対位置情報（例えば、絶対位置情報とは異なる）を備え得る。

上述したように、検証センサは、エンコーダ装置（例えば、第１および第２の本体の一方に設けられたスケールと、第１および第２の本体の他方に設けられた１つまたは複数のリードヘッドであって、スケールとリードヘッド（複数可）の相対位置に依存する信号を出力する１つまたは複数のリードヘッド）を備えることができる。理解されるように、スケールは一連の特徴、例えば一般に周期的な一連の特徴を備えることができる。

目盛りは、特徴的なピッチ距離（または、回転システムのための「特徴的なピッチ角度」、たとえば目盛りが放射状に配置されたディスク目盛）を持つことができる。リードヘッド信号を使用してスケールピッチ間隔を補間し、スケールピッチよりもはるかに高い分解能を持つ位置決め計測値を生成することもできる。リードヘッドが空間的に周期的な信号を生成する場合もあり、一部の実施形態では、リードヘッドの信号周期はスケール周期よりも高い周波数（短い波長）を持つ。このような場合でも、補間（ｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｏｎ）を使用して、信号周期よりもはるかに高い分解能を有する位置測定値を生成することができる。したがって、「前記測定から得られる情報」と「校正情報」は、目盛りの周期よりもはるかに細かい分解能の相対位置情報を備え得る。

このような相対位置情報は、スケールの周期的特徴間の「位相」位置に関する情報であるため、「位相読み取り」と呼ばれることができる。したがって、「前記測定から得られる情報」および「校正情報」は、位相読み取り値を備え得る。したがって、このような実施形態では、装置は、第１および第２の本体が割出し位置で一緒にロックされた場合に、第１および第２の本体の一方に取付られたリードヘッドが、第１および第２の本体の他方に取付られたスケールを読み取るように構成され、そこから得られた位相読み取り値が、第１および第２の本体の係合状態に関する情報を確立するために、第１および第２の本体が以前の時点で前記割出し位置でロックされたときにリードヘッドによって得られた位相読み取り値と比較されるように構成され得る。

したがって、検証センサが少なくとも第１および第２のリードヘッドを備える実施形態では、装置は、第１および第２の本体が割出し位置で一緒にロックされた場合に、第１および第２のリードヘッドが目盛りを読み取るように構成され得る。そして、第１および第２のリードヘッドからそれぞれ得られた第１および第２の位相読み取り値は、第１および第２の本体の係合状態に関する情報を確立するために、第１および第２の本体が以前の時点で前記割出し位置でロックされたときに第１および第２のリードヘッドによって得られたそれぞれの第１および第２の位相読み取り値と比較される。

校正情報（ルックアップテーブルや関数など）は、時間の経過とともに更新され得る。これは連続的に行われることもあれば、一定の間隔で行われることもある。これは、専用の較正プロセスの一部として行うこともできるし、測定動作中に行うこともできる。例えば、第１および第２の本体が任意の所与の割出し位置で一緒にロックされるたびに、比較は第１および第２の本体が適切に一緒にロックされたことを示す（例えば、比較は、割出し位置における第１および第２の本体の現在の相対的な空間構成が、較正情報によって表される第１および第２の本体の相対的な空間構成と、所定の閾値以上異ならないことを示す）。

第１および第２の本体の現在の相対的空間構成の検証センサによって提供される測定値から得られた情報は、第１の読み取りヘッド１６０および第２の（図示せず）読み取りヘッドによる出力を読み取り、校正情報を更新するために使用することができる（例えば、保存することができる）。 （たとえば、割出し位置に関連付けられたルックアップテーブル内の特定の要素／データ セルに格納されている情報を更新／置換するために使用できる）。

理解されるように、「前記測定値から得られる情報」は、情報が検証センサによって得られた測定値それ自体から得られることを意味することもあれば、情報が検証センサによって得られた測定値および他のデータソースからも得られることを意味することもある。したがって、情報は、必ずしも検証センサによって得られた測定値である必要はなく、また、検証センサによって得られた測定値のみから得られる／導出される必要もない。しかし、「少なくとも前記電流測定値から得られる情報」は、検証センサによって得られた測定値のみであることが好ましい。したがって、「前記測定値から得られる情報」は、検証センサによって得られる測定値であってもよく、例えば、検証センサからの出力だけであってもよい。

同様に、「第１および第２の本体の相対的な空間配置の少なくとも１つの他の／以前の測定値から得られた較正情報」は、較正情報が、検証センサによって得られた少なくとも１つの他の／以前の測定値自体から得られることを意味する可能性があり、または、較正情報が、検証センサによって得られた少なくとも１つの他の／以前の測定値および他のデータソースからも得られることを意味する可能性がある。したがって、較正情報は、必ずしも、検証センサによって取得された少なくとも１つの他の／以前の測定値である必要はなく、また、検証センサによって取得された少なくとも１つの他の／以前の測定値からのみ取得／導出される必要もない。とはいえ、「較正情報」が、検証センサによって以前に取得された測定値だけであることが好ましい場合もある。したがって、「較正情報」は、検証センサによって得られた測定値である可能性があり、例えば、検証センサからの出力だけである可能性もある。

したがって、本装置は、第１および第２の本体の係合状態に関する情報を確立するために、検証センサによって得られた第１および第２の本体の相対的な空間配置の現在の測定値を、第１および第２の本体が以前の時点で前記割出し位置にロックされたときに検証センサによって取得された第１および第２の本体の相対的な空間配置の他の／以前の測定値と比較するように構成され得る。

従って、本出願は、関節ジョイントを備える計測装置を記載し、関節ジョイントは、ロック状態、および（割出し関節ジョイントの場合、割出し機能が）アンロック状態となるように構成可能な第１および第２の関節可動部材を備える。

第１および第２の関節部材は、第１および第２の関節部材が異なる回転位置まで相対的に回転することができるように、十分に係合解除される。
第１および第２の関節運動可能な部材がロック構成となる第１の位置／構成と、第１および第２の関節運動可能な部材がアンロック構成となる第２の位置／構成との間で移動可能なモータ駆動支柱であって、第１および第２部材の本体に向かって磁気的に引き付けられる、モータ駆動支柱と、を備える。

本発明の別の態様によれば、第１の軸を中心とする複数の異なる角度配向で一緒にロックすることができ、第１および第２の本体の相対回転を可能にするようにロックを解除することができる第１および第２の本体と、第１および第２の本体を磁気的に保持するように構成された少なくとも１つのリング磁石と、を含む関節ジョイントを備える計測装置が提供される。以下に詳しく説明するように、リング磁石の使用は、ディスク磁石の使用よりも効率的なシステムを提供することが判明している。本発明の他の側面に関連して上述および後述される特徴は、本発明のこの側面にも適用され、逆もまた同様である。

関節ジョイントは、割出し関節ジョイントであることができ、第１および第２の本体は、第１および第２の本体が互いに対してロックされ得る複数の角度割出し位置を提供するように、第１の軸を中心とする複数の異なる角度配向で一緒にロックされ得る相互に係合可能な係合要素を有する。

本発明の別の態様によれば、関節ジョイントを含む計測装置が提供され、
関節ジョイントは、
第１の軸を中心とする複数の異なる角度方向で一緒にロック可能な第１および第２の本体と、
第１および第２の本体がロック状態にある格納構成と、第１および第２の本体がアンロックされ、それによって第１および第２の本体の相対回転が可能になるように、第１および第２の本体が第１の軸に沿って支柱によって離間して保持される伸長構成との間でモータによって作動可能な支柱と、を備え、
対応する係合特徴によって、第１および第２の本体が第１の軸を中心とする任意の相対回転位置（第１および第２の本体の回転可能範囲内）で一緒にロックされることが可能になる。

言い換えれば、対応する係合特徴は、（第１および第２の本体の回転可能な範囲内で）第１および第２の本体のほぼ無限の位置決めを可能にし得る。言い換えれば、関節型ジョイントは、非割出し関節型ジョイントである。例えば、第１および第２の本体の少なくとも一方の係合特徴（複数可）は、平坦な、平面状の、表面を備え得、この表面に対して、他方の本体の係合（複数可）は、第１および第２の本体の間に摩擦ロックを提供するように押圧され得る。他方の本体の係合部もまた、平坦な平面を備え得る。

本発明の他の側面に関連して説明した特徴は、本発明のこの側面にも適用可能である。例えば、任意に、支柱と第２の本体は、第１の本体と第２の本体を磁気的に保持するように互いに磁気的にバイアスされる。支柱をその格納構成に向けてバイアスするように構成された少なくとも１つの補助バイアス部材を設けることもできる。

本発明の別の態様によれば、相互に係合可能な係合要素をそれぞれ有する第１および第２の相対的に再配向可能な本体であって、第１および第２の本体の複数の角度的な割出し位置（互いに対してロックすることができる位置）を提供するように、第１の軸を中心とする複数の異なる予め定義された角度的配向で一緒にロックすることができる、第１および第２の相対的に再配向可能な本体を含む、割出し関節ジョイントを備える計測装置が提供される。相互に係合可能な係合要素は、第１および第２の本体の一方に設けられたフェーススプライン（例えば、フェーススプライン配置／部材）を備える。フェーススプラインは、環状に配置された一連のテーパ歯、例えば連続した環状の一連のテーパ歯を備えることができる。第１および第２の本体の他方に設けられた係合要素は、ロック状態にあるとき、環状に間隔をあけた複数の離散的な位置で、フェーススプラインの一連の歯のサブセットと係合するように構成することができる。
このような構成は、第１および第２の本体の相互に係合可能な係合要素がそれぞれ、半径方向に延びる歯の連続的な環状シリーズからなるフェーススプライン（例えば、２つの嵌合フェーススプライン、または例えば、完全なハースカップリング）を備える解決策よりも、より良好な再現性を提供し、および／または製造がより容易であることが見出されている。本構成はまた、相互に係合可能な係合要素が、本体の一方に設けられたボール（すなわち球状部材）のリングと、他方に設けられたローラとから構成される運動学的解決策よりも、特に、より小さい割出し増分が望まれる場合（例えば７°未満）に、より良好な再現性を提供し、かつ／または製造がより容易であることが判明している。本発明の他の側面に関連して説明した特徴は、本発明のこの側面にも適用可能である。

本発明の別の態様によれば、割出し関節ジョイントを含む計測装置が提供され、
割出し関節ジョイントは、相互に係合可能な係合要素をそれぞれ有する第１および第２の本体であって、第１および第２の本体が互いに対してロックされ得る複数の角度割出し位置を提供するように、第１の軸を中心とする複数の異なる角度配向で一緒にロックされ得る、第１および第２の本体と、
ロック状態にあるときの第１および第２の本体の相対的な空間配置の測定値を提供するように構成された少なくとも１つの検証センサと、を備え、
装置は、第１および第２の本体が割出し位置で一緒にロックされる場合に、検証センサが第１および第２の本体の相対的な空間配置を測定するために使用されるように構成され、
前記測定から得られた情報は、第１および第２の本体の係合状態に関する情報を確立するために、第１および第２の本体がより早い時点で前記割出し位置でロックされたときに検証センサによって取得された第１および第２の本体の相対的な空間配置の少なくとも１つの他の／以前の測定から得られた較正情報と比較され、
本発明の他の態様に関連して上述および後述される特徴は、本発明のこの態様にも適用され、逆もまた同様である。

本発明の他の特徴および利点は、添付の図面を参照した本発明の以下の詳細な説明から明らかになるであろう。
図１は、座標測定機（ＣＭＭ）に取付られた本発明による割出しヘッドを示す。 図２は、分離された図１の割出しヘッドを示す。 図３は、ロック構成にある図１の割出しヘッドの断面図を示す。 図４は、アンロック構成にある図１の割出しヘッドの断面図を示す。 図５ａは、図１の割出しヘッドの割出し機構を示す。 図５ｂは、分離された図５ａの割出し機構の一部を示す。 図６は、図５ａに示す割出し機構の詳細図である。 図７ａは、図５ｂに示す割出し機構の一部の単一の歯を示す。 図７ｂは、図５ｂに示す割出し機構の一部の単一の歯を示す。 図７ｃは、図５ｂに示す割出し機構の一部の単一の歯を示す。 図８は、図１の割出しヘッドの割出し機構とアンロック機構の各部分の分解図である。 図９は、図１の割出しヘッドの割出し機構とアンロック機構の各部分の切断面図である。 図１０ａは、図１の割出しヘッドの割出し機構とアンロック機構の各部分の切断面図である。 図１０ｂは、図１の割出しヘッドの割出し機構の関節部分の１つの下側を示す。 図１１ａは、図１の割出しヘッドの割出し機構およびアンロック機構の異なる部分の、アンロックおよびロック操作中の異なる段階における概略断面図である。 図１１ｂは、図１の割出しヘッドの割出し機構およびアンロック機構の異なる部分の、アンロックおよびロック操作中の異なる段階における概略断面図である。 図１１ｃは、図１の割出しヘッドの割出し機構およびアンロック機構の異なる部分の、アンロックおよびロック操作中の異なる段階における概略断面図である。 図１１ｄは、図１の割出しヘッドの割出し機構およびアンロック機構の異なる部分の、アンロックおよびロック操作中の異なる段階における概略断面図である。 図１２は、代替実施形態による割出し機構とアンロック機構の各部、特に異なる磁石配置の概略断面図である。 図１３は、代替実施形態による割出し機構とアンロック機構の各部、特に異なる磁石配置の概略断面図である。 図１４は、代替実施形態による割出し機構とアンロック機構の各部、特に異なる磁石配置の概略断面図である。 図１５は、代替実施形態による割出し機構とアンロック機構の各部、特に異なる磁石配置の概略断面図である。 図１６は、図３、４、１１の３つのリング磁石の実施形態における支柱力と保持力を示すグラフである。 図１７は、図１２の２つのリング磁石の実施形態の支柱力と保持力を示すグラフである。 図１８は、２枚のディスク磁石を用いた実施形態の支柱力とブレークアウトトルクを示すグラフである。

図１を参照すると、位置決め装置２００に取付られた本発明による関節ヘッド１００が示される。

位置決め装置２００は、この場合、座標測定機（「ＣＭＭ」）の形態の移動構造を備える。ＣＭＭ２００は、フレーム２０４を支持するベース２０２を備え、フレーム２０４はキャリッジ２０６を保持し、キャリッジ２０６はクイル２０８（または「Ｚコラム」）を保持する。モータ（図示せず）は、クイル２０８を互いに直交する３つの軸Ｘ、Ｙ、Ｚに沿って（例えば、フレームをＹ軸に沿って、キャリッジ２０６をＸ軸に沿って、クイル２０８をＺ軸に沿って）移動させるために設けられる。

クイル２０８は関節ヘッド１００を保持し、関節ヘッド１００はプローブ３００を保持する。この実施形態では、関節ヘッド１００は、以下に詳細に説明するように、第１および第２の回転軸Ｄ、Ｅを中心として、それに取付られたプローブ３００の再配置を容易にする。

関節ヘッド１００の２つの回転軸（Ｄ、Ｅ）および、ＣＭＭ２００の３つの直線移動軸（Ｘ、Ｙ、Ｚ）の組み合わせにより、プローブ３００を５自由度（２つの回転自由度と３つの直線自由度）で移動／位置決めすることができる。

図示しないが、ベース２０２、フレーム２０４、キャリッジ２０６、クイル２０８および関節ヘッド１００の部品の相対位置を測定するための測定エンコーダが設けられ得、ベース２０２上に位置する工作物に対する測定プローブ３００の位置が決定され得る。

制御装置２２０は、ＣＭＭボリューム内でのプローブ３００の位置および方向の制御など、ＣＭＭ２００の動作を制御するために（例えばジョイスティック２１６などの入力装置を介して手動で、または例えば検査プログラムの制御下で自動的に）、およびＣＭＭ２００から情報（例えば測定情報）を受信するために設けられる。ディスプレイ装置２１８は、ユーザーと制御装置２２０とのインタラクションを支援するために設けられ得る。制御装置２２０は、例えば、専用の電子制御システム、および／またはパーソナルコンピュータを備え得る。

図示の実施形態では、プローブ３００は、プローブ本体３０２およびスタイラス３０４を備える接触プローブである。スタイラス３０４は、被検査物に接触するための球状先端部３０６を有し、本実施形態では、スタイラス３０４はプローブ本体３０２に対して偏向可能である。接触プローブ３００は、一般にタッチトリガープローブと呼ばれるものであってもよいし、走査式（またはアナログ式）プローブであってもよい。理解されるように、非接触プローブを含む他のタイプのプローブが関節ヘッド１００に取付られ得る。

現在の実施形態では、関節ヘッド１００は、異なるプローブの交換を容易にするプローブマウント１０８を備える。特に、これは、ＣＭＭの動作容積内のラックへの、またはラックからのプローブの自動交換を容易にするマウントであることができる。例えば、プローブマウント１０８およびプローブ本体３０２は、プローブをマウント上に保持するための磁石を備えることができる。

関節ヘッド１００が、その上に取付られた接触プローブのスタイラス３０４の偏向を検出するための内蔵センサ部品を備えることも可能である。しかし、本実施形態では、このようなセンサ部品はすべてプローブ３００の本体３０２内に設けられる。プローブ３００は、スタイラス偏向信号を制御装置２２０に送るように構成される。当たり前だが、これはプローブ３００とプローブマウント１０８の間の接触信号インターフェースによって行うことができ、このような信号は関節ヘッド１００とＣＭＭ２００のケーブルを介して制御装置２２０に中継される。このようなインターフェースを使用して、プローブ３００に電力を供給することもできる。したがって、理解されるように、関節ヘッド１００自体は、プローブ信号を中継するため、ならびに関節ヘッド１００を制御するために電力およびモータ制御命令を受信するために使用することができる、クイル２０８との信号インターフェースを有することになる。

次に図２から図１８を参照して、関節ヘッド１００をより詳細に説明する。

図２に示すように、関節ヘッド１００は、第１部材１０２または「取付板」と、第１の回転軸「Ｄ」を中心として第１部材１０２に対して関節運動可能／回転可能な第２部材１０４と、第２の回転軸「Ｅ」を中心として第２部材１０４に対して関節運動可能／回転可能な第３の部材１０６とを備える。第２の回転軸「Ｅ」は、第１の回転軸「Ｄ」と直交する。説明した実施形態では、第１の回転軸「Ｄ」はＣＭＭのＺ軸に平行に配置されるが、必ずしもそうである必要はない。

第１部材／取付板１０２は、関節ヘッド１００をＣＭＭ２００のクイル２０８に固定するためのボルトを通す穴１０３を備える。第３の部材１０６は、プローブ（接触プローブ３００など）を交換可能に取付ることができるプローブマウント１０８を備える。

代替の実施形態では、第３の部材１０６は交換可能な部材であり得る。例えば、第３の部材１０６は、関節ヘッド１００の一部であるよりもむしろ、プローブと共に（例えば自動的に）交換され得るように、プローブの一部として提供され得る。この場合、関節ヘッド１００は、第３の部材１０６のためのマウント部材１０６′を備え得、マウント部材１０６′は、第２の回転軸「Ｅ」を中心として第２部材１０４に対して関節運動可能／回転可能である。マウント部材１０６′および第３の部材１０６は、第３の部材１０６をマウント部材１０６′に取り外し可能に取付ることを可能にするために、協働する取付特徴を備え得る。このような協働する取付特徴は、例えば、キネマティックマウントを規定する特徴を備え得る。第３の部材１０６をマウント部材１０６′に保持するために、１つ以上の磁石が儲けられ得る。

図３および図４は、Ｚ－Ｙ平面でとられた関節ヘッド１００の断面図である。図３および図４は実質的に同じであり、同じ関節ヘッドの共通の図であるが、図３では、関節ヘッド１００は、第１部材／取付け板１０２および第２の本体１０５がロック状態で示され、図４では、関節ヘッド１００は、第１部材／取付け板１０２および第２の本体１０５がアンロック状態で示される。関節ヘッド１００の様々な特徴を見やすくするために、図４では多くの参照数字が省略されている。

次に、第１の軸「Ｄ」（すなわち、第１部材／取付板１０２および第２部材１０４の）のロック／アンロック、回転および割出し機構について説明する。この実施形態では、第２の軸「Ｅ」（すなわち、第２部材１０４および第３の部材１０６の）のロック／アンロック機構および割出し機構は、実質的に同じである（しかし、第１の軸「Ｄ」のそれに対して垂直に配置されている）ので、詳細には説明せず、その一部のみを図３および図４に概略的に示す（そして、同じ参照数字にプライム「記号」を付したラベルを付ける）。

第１の軸「Ｄ」の割出し機構は、第１部材／取付け板１０２および第２部材１０４に設けられた相互に係合可能な係合要素の配置を備える。特に、連続した一連のテーパー状の歯１１２を有する第１環状部材１１０が提供される（例えば、詳細図については図５ａおよび図６を参照）。歯１１２は、実質的に半径方向に延びており、歯の範囲が主に半径方向に沿って延びている（第１環状部材の半径に関して；また第１の軸「Ｄ」に関して）。従って、この実施形態において、第１環状部材１１０は、「フェーススプライン部材」の形態であり、以下、そのように称する（特に、記載される実施形態において、フェーススプライン部材は、ハースジョイント部材の構成を有することに留意されたい）。フェーススプライン部材１１０の歯は、半径方向に細長く、（その長さに対して垂直にとられた）概してテーパ状の断面形状を有する。この実施形態では、歯１１２の各側面１１１は、実質的に平坦／平面であるが、これは必ずしもそうである必要はない（例えば、それらは湾曲していたり、以下に説明する冠状歯１１８のように冠状されていたりする）。

割出し機構／相互に係合可能な係合要素は、フェーススプライン部材１１０の歯１１２と噛み合うように構成された特徴を有する第２環状部材１１４をさらに備える。第２環状部材１１４は、フェーススプライン部材１１０に設けられた連続する一連の歯のサブセットのみに係合するように構成された特徴を有する（詳細図については図５ｂおよび図６を参照）。従って、第２環状部材１１４は、連続する一連の相互係合歯を提供する代わりに、第２環状部材１１４は、３つの離散的な、等角度間隔（１２０°）の位置１１６において、フェーススプライン部材１１０の歯１１２と噛み合うように構成された特徴を単に備える。この特定の実施形態では、前記各位置１１６に、冠状歯１１８の形態の単一の特徴のみが設けられる。各冠状歯１１８は、半径方向に細長く、（その長さに対して垂直にとられた）概してテーパ状のプロフィールを有し、それにより、フェーススプライン部材１１０上の歯１１２の側面１１１と係合するように構成された２つの湾曲した係合側面１２０を提供する。

図７ａ－図７ｃに示されるように、冠状歯１１８の係合側面１２０は、その長さ（この実施形態では、図７ａおよび図７ｃに示されるように、半径方向寸法に沿って、すなわちＸ軸に沿って）だけでなく、その断面形状（図７ｂに示されるように、その長さ／半径方向寸法に垂直にとられた）においても湾曲している。このような構成（すなわち、フェーススプライン部材１１０上の平坦／平面歯１１２と係合する冠状歯１１８）は、冠状歯１１８の各係合側面１２０が頂部領域１２２を呈することを保証する。

フェーススプライン部材１１０上の歯１１２の側面１１１と係合する傾向があるのは、この頂部領域１２２である。頂部領域を設けることは、第１環状部材／フェーススプライン部材１１０と第２環状部材１１４との間により再現可能な着座位置を提供することが判明している。

これは、頂部領域１１２を設けるということは、第１環状部材／フェーススプライン部材１１０および第２環状部材１１４の任意の歯のペアについて、前記ペアの歯がそれらの側面１１１、１２０でそれらが結合するたびに、同じ領域で係合する可能性が著しく高いことを意味するためである（第１環状部材／フェーススプライン部材１１０と第２環状部材１１４の両方の歯の側面１１１、１２０が両方とも実質的に平坦／平面である場合と比較して）。

これにより、第１環状部材／フェーススプライン部材１１０と第２環状部材１１４が所定の角度配向で結合するたびに同じ位置に確実に結合するのに役立つ。特に、このような構成は、第１環状部材／表面スプライン部材１１０と第２環状部材１１４との間の運動学的結合を提供するのに役立つ。

さらに、割出し増分が小さくなると（例えば７．５°より小さく、特に５°より小さく、例えば２．５°に近づく）、記載された構成は、ＷＯ２００６／０７９７９４に記載されたボールとローラの割出し機構よりも著しく有利であることが判明している。これは、割出し増分が小さくなればなるほど、噛み合い特徴が小さくなるからである。十分に小さい直径を有するボールのリングを正確に製造し、組み立てることは困難であり得るだけでなく、非常に小さい直径を有するボールと対応するローラとの間の接触点が非常に小さいため、ヘルツ接触圧力が極めて高くなり、それらが過大な応力を受けることになり、ひいては割出機構の過度の摩耗および／または故障を招くことになる。

例えば、現在説明されている実施形態では、第１環状部材／フェーススプライン部材１１０および第２環状部材１１４は、７５ｍｍの外径を有し、２．５°の割出し増分を提供するような大きさの歯を備え、関節ヘッド１００は、ロック位置にあるとき、第１環状部材／フェーススプライン部材１１０および第２環状部材１１４が約１２０Ｎ（ニュートン）の力によって一緒に保持されるように構成される。冠状歯の曲率半径Ｒ′は、その長さに垂直な平面（例えば、図７ｂのＺ－Ｙ平面）において１．８ｍｍであり、冠状歯の曲率半径Ｒ′′は、その長さに沿った平面（例えば、図７ｃのＺ－Ｘ平面）において２３ｍｍである。対照的に、冠状歯の代わりに球状のボールを使用する場合、ボールは、第１環状部材／フェーススプライン部材の歯１１２の間に適合するために、０．７５ｍｍ未満の曲率半径を有する必要がある。このような小さなボールを関節ヘッドに組み付けるのは困難であるだけでなく、接触点が非常に小さくなるため、ヘルツ接触圧が非常に高くなる。

理解されるように、第１環状部材／フェーススプライン部材１１０上の歯１１２を冠状にし、第２環状部材１１４上の歯１１８を平坦な側面で提供することによっても、同じ効果を達成することができるが、これは、製造がより困難になり得る。あるいは、第１環状部材／フェーススプライン部材１１０と第２環状部材１１４の両方の歯１１２、１１８を冠状することもできるが、製造難易度が増すとともに、望ましくないヘルツ接触圧力を避けるために歯の寸法を調整する（特に大きくする）必要がある。

次に、第１の軸「Ｄ」の割出し機構をロックおよびアンロックするための機構について説明する。要約すると、説明される特定の実施形態では、ロック／アンロック機構は、第１環状部材／フェーススプライン部材１１０と、冠状歯１１８を有する第２環状部材１１４との間に保持力を提供するために磁石のみに依存し、第１環状部材／フェーススプライン部材１１０と、冠状歯１１８を有する第２環状部材１１４とを分離するように、第１部材／取付け板１０２と第２部材１０４とを互いから離れるように押すために、モータ駆動アクチュエータが使用される。この機構については、直後により詳細に説明する。

説明した実施形態では、ロック／アンロック機構は、３つの積層された磁石で構成される。特に、第１のリング磁石１４０は、第２部材１０４のハウジング１０５の上面１１５に設けられ、第２のリング磁石１４２は、支柱１３０の接触板１３４に設けられ（詳細は後述する）、第３磁石１４４は、第１部材／取付板１０２に設けられる。第１のリング磁石１４０、第２のリング磁石１４２および第３のリング磁石１４４は、形状および大きさが同一であり、互いに同軸となるように積層され、第１のリング磁石１４０および第３のリング磁石１４４の両方が、それらに挟まれた第２磁石１４２を引き寄せるように配置されている。リング磁石の磁極は軸方向に配置されている（すなわち、２つの磁極がリングの平らな面の上下にあるように配置される）。特に、リング磁石は、第１磁石１４０の北極が第２磁石１４２の南極に対向し、第２磁石１４２の北極が第３磁石１４４の南極に対向するように構成される。以下により詳細に説明するように、ロック位置およびアンロック位置にあるとき、第２部材１０４は磁気吸引力のみによって、特に第３磁石１４４、第２磁石１４２および第１磁石１４０の間の磁気吸引力のみによって保持される。

ロック／アンロック機構は、シャフト１３２と「ヘッド」または「接触板」１３４を備える支柱１３０を備える。支柱１３０のシャフト１３２は、第２部材１０４のハウジング１０５の上面１１５部材によって設けられた直線状円筒軸受ハウジング１０７内に支持される。シャフト１３２と円筒状軸受ハウジング１０７との間（すなわち、第１の軸「Ｄ」に沿っておよび第１の軸「Ｄ」の周りで）の相対的な直線運動および回転運動を容易にするように、シャフト１３２と円筒状軸受ハウジング１０７との間に軸受（この場合、ボールベアリング１０９のアレイ）が設けられる。接触板１３４は、第１部材／取付け板１０２の本体および第２部材１０４との間に挟まれる半径方向に延びる面を備える。

モータ駆動式のレバー１７０が、第１の軸「Ｄ」に沿ったシャフト１３２の前記直線／軸方向移動をもたらすために設けられる。レバー１７０は、その第１の端部に向かって、取付ブロック１７９を介して第２部材のハウジング１０５（この実施形態ではトップ板１１５）に固定されたフレクシャ１７８に回動可能に取付られる。レバー１７０は、その第２端部に向かって、レバー１７０の第２端部を上下させるように構成されたリードスクリュー機構１７２に取付られる。レバーは、その第１端と第２端との間の点で、（シャフト１３２とレバー１７０との相対回転を容易にする）ボビン１４６を介して、接触板１３４から遠位のシャフト１３２の端部に取付られる。

モータ（図示せず）は、リードスクリュー機構１７２を駆動するように構成される。特に、モータ（図示せず）は、駆動歯車１７３を介してリードスクリュー１７４を回転させるように構成され、この駆動歯車１７３が回転すると、ナット１７６（ピン１７５を介してレバー１７０に取付られる）がリードスクリュー１７４に沿って軸方向に移動する。リードスクリュー１７４はまた、取付ブラケット１７７およびベアリング１７９を介して第２部材のハウジング１０５（この実施形態では円筒状ベアリングハウジング１０７）に固定され、その回転軸を中心に回転することができるが、（図３および図４に示すように）Ｚ寸法において第２部材のハウジング１０５に対して相対的に固定される。

支柱１３０の駆動機構が逆駆動に抵抗する（換言すれば、容易に手動で逆駆動されない）ものであれば、特に後述する３つの磁石設計が採用されない場合に有利となり得る。なぜなら、手動で容易にバックドライブされない駆動機構は、支柱１３０にかかる正味の外力が十分に小さければ、モータ／動力源が作動されなくても、その位置を保持する傾向があるからである。これにより、固定位置を保持するために駆動機構／モータをサーボする必要性を回避することができ、したがって関節ヘッドの電力消費を低減することができる。従って、駆動機構／モーターによって発生する熱量を低減することができ、ひいては、熱歪みを低減することによって関節ヘッドの計量性能を向上させることができる。ギアピッチの大きいリードスクリュー機構は、逆駆動されにくい駆動機構の一例である。

以下により詳細に説明するように、別のモータ（図示せず）が設けられ、このモータは、接触板１３４の遠位側の端部に向かってシャフト１３２に設けられた駆動ギア１４８に係合して駆動するように構成されたギアを有し、第１部材１０４のハウジング１０５（およびこれに固定された全てのもの）を第１の軸「Ｄ」を中心としてシャフト１３２の周りで回転／スピンさせるように動作させることができる。第１の軸「Ｄ」を中心とする第１部材１０４のハウジング１０５とシャフト１３２との相対角度位置を測定／監視するために、第１の（または「第１の」）ロータリーエンコーダ装置１３５（例えば、磁気式アブソリュートロータリーエンコーダ装置）が設けられる。

支柱の接触板１３４と第１部材／取付け板１０２は、対応する係合要素を有する。特に、対応する係合要素は、係合したときに支柱の接触板１３４と第１部材／取付け板１０２との間に反復可能な、特に運動学的な結合を提供するように構成された特徴を備える。説明した実施形態では、支柱の接触板１３４は、互いに１２０°離れて配置された３つの係合ボール１５２を備え、第１部材／取付け板１０２は、３つのペアの係合ボール１５４を有し、ペアは互いに１２０°離れて配置される（図１０ｂ参照）。第１部材／取付け板１０２の係合ボール１５４の各ペアは、接触板１３４に位置する係合ボール１５２のうちの１つを受容するためのチャネルまたは溝を規定する。

図３および図４にも示すように、第２のロータリーエンコーダ装置が設けられ、この装置は、第１部材／取付け板１０２の下面に設けられた環状のスケール１６２と、第２部材１０４のハウジング１０５の上面１１５に設けられた第１のリードヘッド１６０および第２のリードヘッド（図示せず）とを備える（ただし、理解されるように、これらは逆に設けることもできる）。説明した実施形態では、第１のリードヘッド１６０と第２のリードヘッド（図示せず）は、環状に互いに９０°離間している。説明した実施形態では、第２のロータリーエンコーダ装置は、インクリメンタル光学式ロータリーエンコーダ装置である。説明する特定の実施形態では、第２のエンコーダ装置は、第１部材／取付け板１０２と第２部材１０４の本体１０５との相対位置を１０ｎｍ（ナノメートル）以内に確定することを可能にする高分解能エンコーダである。その目的については、本書で後に詳述する。

次に、第１部材／取付け板１０２および第２部材１０４のアンロック／再配向／ロックプロセスについて説明する。図３は、ロック状態にある第１部材／取付け板１０２および第２部材１０４を示す。ロック状態では、プローブマウント１０８に取付られたプローブ３００は、アーチファクトを検査するための測定操作に使用できるように、安定かつ明確に定義された角度位置に保持することができる。しかし、例えばアクセス上の理由から、プローブマウント１０８に取付られたプローブの向きを変えたい場合がある。そのためには、第１部材／取付け板１０２と第２部材１０４のロックを解除し、相対的に向きを変え、新しい向きで一緒にロックする必要がある。

第１部材／取付け板１０２および第２部材１０４のロックを解除することは、支柱１３０を第１部材／取付け板１０２に向かって第１軸「Ｄ」に沿って軸方向に駆動することを含む。説明した実施形態では、これは、リードスクリューナット１７６をＺ寸法（図３および図４に示す向き）で上方に駆動するようにリードスクリュー１７４を駆動するためにモータ（図示せず）を作動させることによって行われる。しばらくすると、接触板１３４上の係合ボール１５２が第１部材／取付板１０２上のペアの係合ボール１５４に接触して係合し、その後、リードスクリュー１７４の駆動を続けると、レバー１７０およびリードスクリュー機構１７２がハウジング１０５を（リードスクリュー１７４が固定される円筒軸受ハウジング１０７を介して）軸方向下方に押し下げ、それによって、第２部材１０４のハウジング１０５および第１部材／取付板１０２が分離する。

リードスクリュー１７４は、冠状歯１１８が歯１１２から離れるのに十分な、制御された所定の量だけ第２部材１０４と第１部材／取付け板１０２を分離するように操作されるが、以下でより詳細に説明されるように、アンロック状態でも第２磁石１４２に適度な引き力を有するように、第１磁石１４０が第２磁石に十分に接近したままであることが望ましいので、大きすぎない。図４は、このようなアンロック状態の割出しヘッド１００を示す。

アンロック状態にあるとき、リードスクリュー機構１７２を駆動するモータ（図示せず）は停止され、関節ヘッド１００の第２部材１０５の回転位置の変更をもたらすために、シャフト１３２の駆動ギア１４８と係合しているモータ（図示せず）が作動される。上述したように、アンロック状態では、支柱１３０は、係合ボール１５２、１５４を介して第１部材／取付板１０２に係合しているので、第１部材／取付板１０２に対して回転可能に固定される（アンロック状態で）。従って、シャフト１３２の駆動ギア１４８に係合しているモータ（図示せず）を作動させると、第２部材１０４のハウジング１０５、１０７、１１５全体（およびそれに固定される全ての構成要素、これには前述のモータも含まれる）がシャフト１３２を中心に駆動され、従って、第２部材１０４のハウジング１０５、１０７、１１５全体（およびそれに固定される全ての構成要素）が第１の軸「Ｄ」を中心に回転する。

ｉ）第２部材１０４のハウジング１０５、１０７、１１５、およびｉｉ）シャフト１３２（したがって第１部材／取付け板１０２）の相対回転位置は、第１の（「初期の」）エンコーダ装置１３５から既知である。従って、制御装置２２０は、第１のエンコーダ装置１３５からの出力を使用して、第１部材／取付け板１０２および第２部材１０４を所望の相対配向にするように、シャフトの駆動歯車１４８と係合したモータ（図示せず）を制御することができる。理解されるように、回転位置は、新しい所望の相対配向にあるとき、第２環状部材１１４上の冠状歯１１８が第１環状部材／フェーススプライン部材１１０上の歯１１２の谷の反対側に位置し、それらが一緒にロックされたとき、冠状歯１１８が第１環状部材／フェーススプライン部材１１０の２つの歯１１２の間にきれいに寄り添うように、十分に高い精度で制御される必要がある。

次に、第１部材／取付け板１０２と第２部材１０４とをロックするプロセスについて説明する。説明した実施形態では、これは、リードスクリューナット１７６を（図３および図４に示す向きで）下方に駆動するようにリードスクリュー１７４を駆動するためにモータ（図示せず）を操作することによって行われる。これにより、第２環状部材１１４の冠状歯１１８がフェーススプライン部材１１０の歯１１２に係合するまで、第２部材１０４のハウジング１０５が第１部材／取付け板１０２に向かって引き上げられ、その後、モータを引き続き作動させることにより、支柱１３０が第１部材／取付け板１０２から離れる方向に後退し、これにより、接触板１３４および第１部材／取付け板１０２に設けられた係合ボール１５２、１５４の係合が解除される。従って、係合ボール１５２、１５４の係合が外れた時点で、第１部材／取付け板１０２および第２部材１０４は、３つの冠状歯１１８と第１環状部材／フェーススプライン部材１１０の歯１１２との間の６つの接触点によって提供される運動学的拘束を介して保持される。

第１磁石１４０、第２磁石１４２および第３磁石１４４が互いに相互作用する方法は、支柱のシャフト１３２および接触板１３４、第２部材のトップ板１１５、第１部材／取付板１０２、第２環状部材１１４（これは３つの冠状歯１１８として）、第１環状部材／フェーススプライン部材１１０（これは連続した一連の歯１１２を有する）および第１磁石１４０、第２磁石１４２および第３磁石１４４を概略的に示す図１１ａ－図１１ｄを参照して説明される。

図１１ａは、ロック位置にある第１部材／取付け板１０２と第２部材１０４を示す。すなわち、第１環状部材／フェーススプライン部材１１０上の歯１１２と第２環状部材１１４上の歯１１８が完全に噛み合っている。図１１ｂは、ロック位置にある第１部材／取付け板１０２および第２部材１０４を図示するが、支柱１３０が、接触板１３４上の係合ボール１５２が第１部材／取付け板１０２上の係合ボール１５４に係合し、第１環状部材／フェーススプライン部材１１０上の歯１１２と第２環状部材１１４上の歯１１８との分離を開始しようとする時点まで付勢されている。図１１ｃは、第１部材／取付け板１０２と第２部材１０４とが分離し始めた状態を示すが、まだ完全にアンロック構成には至っていない。図１１ｄは、第１環状部材／フェーススプライン部材１１０上の歯１１２と第２環状部材１１４上の歯１１８とが互いに完全に離れており、第１部材／取付け板１０２と第２部材１０４のハウジング１０５とが第１の軸「Ｄ」を中心として互いに対して自由に回転できる、アンロック位置にある第１部材／取付け板１０２と第２部材１０４とを示す。

図１１ａに示す構成では、第３磁石１４４は、第２磁石１４２と第３磁石１４４の両方に引き付けられ、それによって第１部材／取付け板１０２を支柱１３０と第２部材１０４のハウジング１０５の方へ引っ張る。説明した実施形態では、装置は、ロック位置にあるとき、第１部材／取付け板１０２と第２部材１０４との間に約１２０Ｎの総ロック力があるように構成される（これは、適切なヘッド寸法、特に、割出し機構およびリング磁石の直径および位置により、２Ｎｍのブレークアウトトルクを提供する）。理解されるように、ブレークアウトトルクは、第１および第２の本体が互いに剥離し始める前に発揮できるモーメントである。これは、関節ヘッドが偏心荷重を受けることが多いため、重要である。また、理解されるように、ブレークアウトトルクは、フェーススプライン部材１１０の直径や係合ボール１５２、１５４のリングの直径など、保持／保持／ロック力以外の要因に依存する。

アンロック状態に移行するためには、支柱１３０は第１部材／取付け板１０２の方へ移動される必要がある。第１磁石１４０が存在すると、少なくとも最初は（それが存在しない場合に比べて）そのためにモータに要求される仕事が増加するように思われるが、装置は、図１１ａに示すロック状態において、第２磁石１４２を第１磁石１４０と第３磁石１４４の中間に置く所定の位置に支柱の接触板１３４が保持されるように構成されることに留意すべきである。これにより、第１磁石１４０が第２磁石１４２を引っ張る力は、それらが互いに接触している場合よりも著しく小さくなる。また、第３磁石１４４は、第２磁石１４２に対してある程度の磁気的吸引力を有している。従って、第２磁石（ひいては接触板１３４）を第１磁石１４０から遠ざけるのに必要な仕事／パワーは、第１磁石１４０と第２磁石１４２とが接触している場合に比べて著しく小さくなる。

特に、説明され示されている実施形態では、支柱の接触板１３４は、第２磁石１４２が第３磁石１４４よりも第１磁石１４０に僅かに近いものの、第２磁石１４２を第１磁石１４０と第３磁石１４４のほぼ中間に置く所定の位置に保持される。これは、第１磁石１４０と第３磁石１４４によって第２磁石に加えられる磁力がほぼ釣り合っている（完全ではないが）ことを意味する。従って、支柱１３０を第１部材／取付け板１０２の方へ移動させるのに、モータにはほとんど仕事／電力が必要とされない。実際、第２磁石１４２が第１磁石１４０と第３磁石１４４との中間点に達すると、第２磁石１４２に対する第３磁石１４４の磁気吸引力は、第１磁石１４０の磁気吸引力よりも大きくなる。接触板１３４が第１部材／取付け板１０２に向かって進むにつれて、第２磁石１４２に対する第３磁石１４４の磁気的吸引力は徐々に増大する。

支柱１３０が図１１ｂに示す構成に移動されると、次に、モータが第２部材１０４の本体１０５／１１５上の歯１１８を第１部材／取付け板１０２上の歯１１２から引き離す必要がある。この時点で（係合ボール１５２、１５４を介して）第１部材／取付け板１０２上に第２部材１０４を保持する十分に大きな保持／保持力（少なくとも１６０Ｎ）がある一方で、モータは、第１磁石１４０が第２磁石１４２および第３磁石１４４を引っ張る間の吸引力に打ち勝つように十分な力（この実施形態では約９５Ｎである）を発揮するだけでよいので、保持／保持力よりも小さい力を発揮する必要がある。

図１１ｄに示されるように、第２部材１０４のハウジング１０５が、第１環状部材１１０の歯１１２が第２環状部材１１４の歯１１８から離れるのに十分な量だけ第１部材／取付け板１０２から離れるまで、モータは支柱１３０を駆動し続ける。この時点で、支柱１３０と第２部材１０４のハウジング１０５を第１部材／取付け板１０２に保持する保持力は約１６０Ｎである。図１１ｄに示す構成では、第１磁石１４０、第２磁石１４２および第３磁石１４４の間のギャップを制御することにより、図１１ａと比較してより高い保持力が達成される。特に、図１１ｄのアンロック状態では、第１磁石１４０と第２磁石１４２との間に比較的大きなギャップがあるにもかかわらず、第２磁石１４２と第３磁石１４４との間には、（図１１ａのロック状態における第１磁石１４０と第２磁石１４２との間のギャップと比較して）比較的小さなギャップがあるため、より高い総保持力が達成される。係合ボール１５２、１５４のリングの直径Ｓは、第１環状部材１１０および第２環状部材１１４の直径Ｓ´よりも小さいため、約２Ｎｍ（ニュートン・メートル）の同一又は類似のブレイクアウトトルクを確保するために、より高い引張り／保持力を必要とするため、アンロック位置ではより高い総保持力が望ましい。

図１１ｄに示すアンロック状態にあるとき、第１部材１０２および第２部材１０４は、Ｄ軸を中心として相対的に回転され、新たな相対的回転位置／向きにすることができる。上述したように、これには、シャフトの駆動歯車１４８に係合するモータ（図示せず）を駆動して、第２部材１０４の本体１０５をシャフト１３２の周りに回転させることが含まれる。第１のエンコーダ装置１３５の出力は、第２部材１０４の本体１０５とシャフト１３２（したがって、Ｄに関する回転方向が固定される第１部材／接触板１０２）との相対位置を測定／監視するために使用される。第１のエンコーダ装置１３５の出力が、第２部材１０４の本体１０５が所望の割出し位置にあることを示すと、モータが停止され、以下に説明するように、第１部材１０２と第２部材１０４が一緒にロックされる。

第１部材１０２と第２部材１０４を新しい回転位置／向きに固定するために、モータを作動させてリードスクリュー機構１７２を駆動し、リードスクリューナット１７６をリードスクリュー１７４の下方に駆動する。これにより、最初に第２部材１０４のハウジング１０５が第１部材／取付け板１０２に向かって引き上げられる。理解されるように、第２部材１０４のハウジング１０５は、第１磁石１４０、第２磁石１４２および第３磁石１４４によって既に第１部材／取付け板１０２の方へ引っ張られているので、モータにはほとんどパワーが必要ない。これは、第１環状部材１１０の歯１１２が第２環状部材１１４の歯１１８に係合するまで続き（図１１ｂに示す）、その時点で、モータおよびリードスクリュー機構１７２は、支柱の接触板１３４を第１部材／取付け板１０２から分離するように磁力に抗して押し始めなければならない。しかし、この時点では、第１磁石１４０は第２磁石１４２にかなり接近しているため、第２磁石１４２に対して比較的大きな力を及ぼす。実際、この時点では、図１１ｂに示される状態での第２磁石１４２にかかる正味の力は９５Ｎのみである。したがって、モータおよびリードスクリュー機構１７２は、磁石によって補助され、接触板１３４が図１１ａに示される所定の軸方向／Ｚ位置に達するまで、第２磁石１４２（したがって、支柱１３０）を第３磁石１４４（したがって、第１部材／取付け板１０２）から引き離すことがはるかに容易にできる。

第１のロータリエンコーダ１３５の出力から、第１部材／取付け板１０２と第２部材１０４とがどのような割出し回転位置にあるかが分かる。また、第１部材／取付け板１０２と第２部材１０４とが適切にロックされていることを確認することも有用である。これは、例えば、第１部材／取付け板１０２と第２の本体１０５の対向面間の分離をチェックすることができる１つまたは複数のセンサを使用することによって、様々な方法で達成することができ、分離が固定された閾値量（これは、すべての割出し位置について同じである）より大きい場合、是正措置をとることができる（例えば、エラー／警告を報告すること、および／または、例えば、異なる位置／方向からアンロック／アンロック操作を試みること、および／または再較正を要求することなど、問題を是正しようとする行動をとることができる）。

説明した本実施形態では、ロック状態における第１本体と第２本体の相対的な空間配置に関する情報を測定して提供するように構成されたセンサ（第１部材／取付け板１０２と第２本体１０５とが適切にロックされたことを確認／検証するために使用されるため、以下では「検証」センサと記す）が提供される。検証センサの出力は、それらがロックされている特定の割出し位置に関連する所定の情報と比較される。検証センサの出力が所定の情報と所定量以上異なる場合、そのような是正措置を取ることができる。

説明した特定の実施形態では、検証センサは、上述した第２のロータリーエンコーダ装置である。従って、第２のロータリーエンコーダ装置の第１のリードヘッド１６０と第２のリードヘッド（図示せず）の出力は、第１部材／取付け板１０２と第２部材１０４が適切にロックされたことを確認するために使用される。特に、ロックされると、第１の１６０および第２の（図示しない）リードヘッドの出力は、リードヘッド内の電子機器４００に渡され、この電子機器は、例えば、処理装置４０２（例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ Ｕｎｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）、またはＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ ＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔ）等）およびメモリ４０４から構成される。

処理装置４０２は、第１のリードヘッド１６０および第２のリードヘッド（図示せず）から受信した値を、メモリ４０４に存在するルックアップテーブルに格納された値と比較する。特に、処理装置４０２は、第１のリードヘッド１６０および第２のリードヘッド（図示せず）の出力を比較して、それらの出力が、特定の割出し付けされた位置に関連付けられたルックアップテーブルの要素（複数可）に記憶された値と実質的に同じであるかどうかを判定する。

第１リードヘッド１６０または第２リードヘッド（図示せず）のいずれか一方または両方の出力が、ルックアップテーブルに記憶された値と実質的に異なる（例えば、差が１００ｎｍより大きい）場合、これは、例えば、第１部材／取付け板１０２と第２本体１０５とが適切にロックされていない、歯１１２／１１８がクラッシュしている、歯１１２／１１８の間に破片がある、歯／１１８の間に過度の摩耗があるなど、何かが間違っていることを示す可能性がある。従って、装置（例えば、制御装置）は、このような状況において是正処置をとることができる。このような是正処置には、第１部材／取付け板１０２および第２本体１０５のロックを解除させ、再びロックさせること、オペレータおよび／または他のプロセスに警告信号を出力すること、現在の動作を停止させること、などが含まれ得る。

上述したように、第２のロータリーエンコーダ装置はインクリメンタルエンコーダ装置である。したがって、第１のリードヘッド１６０および第２のリードヘッド（図示せず）の出力は、絶対位置情報を構成しない。従って、処理装置４０２は、絶対位置情報を比較するのではなく、相対（位置）データ／情報を比較する。特に、例えば、位置測定エンコーダの当業者には理解されるように、インクリメンタル位置エンコーダのスケールは、典型的には、特定の間隔すなわち「周期」（説明した実施形態では２０μｍであるが、理解されるように、他の周期のスケールを使用することもできる）で配列された、規則的に間隔をあけた特徴のアレイからなる。

リードヘッドは特徴を読み取ることができ（使用する技術に応じて、例えば光学的、磁気的、誘導的に）、リードヘッドまたはその出力は通常、リードヘッドとスケールが相互に移動するときにそれらの相対位置を「カウント」するために使用される。また、リードヘッドによって受信された信号および／またはリードヘッドによって出力された信号を補間して、スケールの実際の周期よりもはるかに細かい分解能でリードヘッドとスケールの相対位置の測定値を提供できることもよく知られる。このような補間された読み取り値は、しばしば「位相」読み取り値と呼ばれる。例えば、通常、直交信号（ＳＩＮおよびＣＯＳなど）がスケール信号から生成され、リードヘッドから出力される。このような直交（たとえばＳＩＮおよびＣＯＳ）信号を補間して、このような「位相」読み取り値を提供することができる。説明した実施形態では、処理装置４０２によって使用され、特定の値に関連するルックアップテーブルの要素に格納された事前格納された「位相」読み取り値と比較されるのは、補間されたまたは「位相」読み取り値である。

したがって、割出し位置が変更されるにつれて第１の１０４部材／取付け板１０２と第２の本体１０５とが相対的に移動する際に、第１または第２の（図示しない）リードヘッド１６０がスケール１６２を読み取る必要はない（ただし、構成が許せば、これは可能である）。そうではなく、ロック動作が完了したときに、第１のリードヘッド１６０および第２のリードヘッド（図示せず）によって単一の読み取り値を取得して出力し、それらの読み取り値の補間値または「位相」値を、特定の値に関連付けられたルックアップテーブルの要素に予め記憶された「位相」読み取り値と比較することができる。位相読み取り値のいずれかまたは両方が所定量（上記の例では１００ｎｍなど）以上異なる場合、上記のように修正措置が取られる可能性がある。

したがって、ルックアップテーブルのデータ要素は、較正割出し位置の各々に対する「位相シグネチャ」であると言うことができ、第１の１６０および第２の（図示しないリードヘッドの）位相読み取り値の値が、所与の割出し位置に対するルックアップテーブルの位相シグネチャと十分に異なる場合、是正措置が取られ得る。

ルックアップテーブルは、関節ヘッド１００が測定操作に使用される前に入力される（例えば、較正手順の間に入力され得る）。これは、所定の割出し位置で第１の１０４部材／取付け板１０２と第２の本体１０５とを相対的にロックするステップと、所定の割出し位置に関連付けられた要素／データセルに第１の１６０および第２の（図示しない）リードヘッドの位相読み取り値を記録／記憶するステップとから構成され得る。これを、関節ヘッドの割出し位置のそれぞれについて（または、少なくともヘッドが使用される割出し位置で、そのような検証が望まれる割出し位置について）繰り返す。

オプションとして、ルックアップテーブルは、時間経過に伴うわずかなドリフトを許容するように、時間経過とともに更新され得る。これは連続的または一定間隔で行われる。これは、専用の較正プロセスの一部として行うこともできるし、測定作業中に行うこともできる。例えば、第１部材／取付け板１０２と第２の本体１０５とが、任意の所定の割出し位置で正常にロックされる（例えば、上述の１００ｎｍテストに合格する）たびに、第１の１６０および第２の（図示しない）リードヘッドによって出力された位相読み取り値が、前の値の代わりにルックアップテーブルに格納され得る。

理解されるように、所望であれば、ルックアップテーブルをルックアップテーブルの値を記述する関数に置き換えることもできる。しかし、ルックアップテーブルは、その生成の容易さと、それを最新に保つことが容易であることから、好まれることがある。

理解されるように、２つのリードヘッドではなく、単一のリードヘッドを使用することもできるし、２つ以上のリードヘッドを使用することもできる。複数のリードヘッドをスケール１６２の周囲に互いに９０°離して配置する必要はない。しかし、互いに正反対でない（すなわち、１８０°でない）複数のリードヘッドを設けることは、第１部材／取付け板１０２および第２の本体１０５の空間構成に関する情報を多次元で提供することができるため、特に有利であり、効率および最適性能の理由から、実質的に／ほぼ９０°で設けることが好ましいことが分かっている。

上述した第２のロータリーエンコーダ装置はインクリメンタルエンコーダであるが、理解されるように、代わりにアブソリュートエンコーダ装置でもよい。

上述した実施形態では、検証センサは、ロータリーエンコーダ装置である。しかし、必ずしもそうである必要はない。例えば、一緒にロックされたときの第１部材／取付け板１０２と第２の本体１０５の相対的な空間位置に出力が依存する位置感応装置（ＰＳＤ）のような、他のタイプのセンサを使用することもできる。この場合、ルックアップテーブルは、較正段階において、関心のある割出し位置（例えば、すべての割出し位置であってもよいし、後続の測定動作中に使用されることが意図される位置のみであってもよい）の各々についてＰＳＤの出力を記録するように入力され得る。その後、使用時に、第１部材／取付け板１０２および第２の本体１０５が特定の割出し位置にロックされると、ＰＳＤは、処理装置４０２に出力を提供することができ、この出力は、次に、特定の割出し位置に関連付けられたメモリ４０４に記憶されたルックアップテーブルの特定の要素に記憶された値と比較される。ＰＳＤの出力がしきい値以上異なる場合、是正措置をとることができる。

代替実施形態では、検証センサ（例えば静電容量センサ）を介して、第１および第２の本体の相対的な高さ／間隔だけを測定するように構成される。しかし、有利には、第１および第２の本体が一緒にロックされると、検証センサの出力は、第１および第２の本体が一緒にロックされる特定の割出し位置に関連付けられたルックアップテーブルの要素にあらかじめ格納された値と比較される。

理解されるように、上述した関節ジョイントのさらなる変形および代替実施形態が可能である。例えば、第１磁石１４０、第２磁石１４２、および第３磁石１４４のうちの１つまたは２つを、磁気的に引き付け可能な（例えば鉄系）材料で置き換えることができる。これにより、３つの磁石を提供するのと同様の効果が、弱いながらも得られる。従って、残る１つまたは２つの磁石はより強く、従って大きくする必要があり、これは（構成によっては）より大きなピークモーター力が必要であることも意味する。

別の同様の実施形態では、第１磁石１４０は他の場所に配置される。例えば、第１磁石１４０は、接触板１３４から遠位であるシャフト１３２の端部に／向かって配置され得る。この場合も、ロック／アンロック工程中にモータを補助するという点で同様の効果が得られるが、第１磁石１４０が第１部材／取付け板１０２から遠く離れた位置にあるため、保持力があるとしてもほとんど提供されず、そのため、より大きく／より強力な第２磁石１４２および／または第３磁石１４４を提供する必要がある。

図１２は、第１磁石１４０が省略され、第２部材１０４が一対の磁石、すなわち第１部材／取付け板１０２に設けられた第３磁石１４４と支柱１３２の接触板１３４に設けられた第２磁石１４２のみによって第１部材／取付け板１０２に磁気的に保持される代替実施形態を概略的に示す。これは可能であるが、第２磁石１４２と第３磁石１４４は、それ自体が全てのロック／保持力を提供する必要があるため、それらの一方または両方は、上述した三重の磁石配置よりもはるかに強力である必要があり、そうなると、支柱の接触板１３４が第１部材／取付板１０２から引き離されるとき（すなわち、図１１ｂから図１１ａへの移行時）のロックプロセス中に、モータがはるかに強く働く必要がある。

また、第１磁石１４０がなければ、第２部材１０４のハウジング１０５を第１部材／取付け板１０２に保持する力はすべて、支柱１３０、レバー１７０、リードスクリュー機構１７２および関連する軸受を介して運ばれなければならない。このため、これらの部品をより大きく／強くする必要があり、理想的には逆駆動を防止するモータが必要となる。

図１３は、第３磁石１４４が省略され、第２部材１０４が一対の磁石、すなわちハウジングの上板１１５に設けられた第１磁石１４０と支柱の接触板１３４に設けられた第２磁石１４２のみによって第１部材／取付板１０２上に磁気的に保持される別の代替実施形態を示す。この場合、第１部材／取付け板１０２（少なくともその一部）は、磁石によって引き付けられる材料（例えば鉄系材料）から作られなければならない。この実施形態の欠点は、第３磁石が存在する場合と比較して、保持／抜け止めトルクおよび抜け出しトルクが低くなることである（したがって、同じ保持／抜け止めトルクおよび抜け出しトルクが望まれる場合には、より大きな／より強力な第１磁石１４０および／または第２磁石１４２が必要となる）。

図１４は、第２磁石１４４が省略され、第２部材１０４が１対の磁石、すなわちハウジングの上板１１５に設けられた第１磁石１４０と第１部材／取付け板１０２に設けられた第３磁石１４４だけによって第１部材／取付け板１０２に磁気的に保持される別の代替実施形態を示す。この実施形態の欠点は、第２磁石が存在する場合と比較して、保持／抜け止めトルクおよび抜け出しトルクが低くなることである（したがって、同じ保持／抜け止めトルクおよび抜け出しトルクが望まれる場合には、より大きな／より強力な第１磁石１４０および／または第３磁石１４４が必要となる）。この実施形態では、接触板１３４は、磁気保持を助けるように、磁石によって引き付けられることが可能な材料（例えば、鉄系材料）から構成され得るが、これは、接触板１３４が磁石から構成されるほど良好ではない。

図１５は、別の代替実施形態を示す。この実施形態では、磁石が互いに直列になるように直接積み重ねられることが必須ではないことが図示されている。例えば、図１５は、第１磁石１４０および／または第３磁石１４４の代替的な位置を図示す（例えば、第２磁石１４２よりも半径方向外側に配置することもできる）。

また、必要なロック力／保持力を与えるために、磁石を互いに反発する配置で使用することも可能である。

しかし、図１－図１１の実施形態のように、全ての磁石が互いに引き合うように配置された、少なくとも３つの、インラインの、積み重ねられた磁石を有する、記載された配置が有利であり得ることが判明した。特に、支柱１３０がロック状態にあるとき、支柱１３０の直線位置を制御するモータに要求される仕事を大幅に低減し、また、ロック動作中にモータに要求されるピーク仕事を低減するのに役立つことが判明した。これにより、必要なモータのサイズを小さくし、関節ヘッドをコンパクトかつ軽量に保つのに役立つだけでなく、モータの熱出力を低減することもできる（その結果、熱歪みを低減／回避することにより、関節ヘッドの計量性能を向上させることができる）。実際、図１－図１１の実施形態の磁石は、ロック時に１２０Ｎ、アンロック時に１６０Ｎの吸引力（２Ｎｍのブレークアウトトルクを提供するように）を提供するように構成することができるが、３つのインラインの積層磁石により、モーターはピーク９５Ｎの力しか必要としない。

図１６は、図３、図４および図１１の３つの磁石の実施形態についての支柱力と保持力とを示すグラフであり、図１７は、図１２の２つの磁石の実施形態（第１磁石１４０が省略されていることを除けばあらゆる点で同等である）についての支柱力と保持力とを示すグラフである。保持力（上記では「保持力」または「ロック力」とも呼ぶ）は、第１部材１０２と第２部材１０４とを一緒に引っ張る正味の力である。支柱力は、支柱１３０によって経験される／支柱１３０に及ぼされる正味の磁力である。従って、これは支柱１３０を所定の位置に保持するために克服しなければならない磁力である。このような力は、モータによって支柱に及ぼされる力と、歯車／モータ／支柱システム内の摩擦との組み合わせによって克服することができる（理解されるように、歯車／モータ／支柱システム内の摩擦が除外されるならば、支柱力はモータに要求される仕事に比例する；例えば、モータ電流に比例する）。

図１６に示すように、第１部材／取付け板１０２および第２部材１０４がロック状態にあるとき、支柱力は非常に小さい（１０Ｎ未満）。従って、支柱１３０を所定の位置に保持するのに必要な力は小さい。実際、歯車／モータ／支柱システムによっては、支柱１３０を定位置に保持するのに摩擦で十分な場合があるほど低い（例えば、バックドライブに対する抵抗力が高い場合）。従って、支柱１３０を所定の位置に保持するために必要なモータ出力は、ほとんどないに等しい。さらに、上述したように、図１－図１１の構成は、ロック位置において、支柱１３０が、第２磁石１４２を第１磁石１４０に向けてバイアスする磁力が、第２磁石１４２を第３磁石１４４に向けてバイアスする磁力よりも大きくなるように配置されている。従って、支柱１３０の直線位置を制御するモータがオフにされ、摩擦が磁気バイアスに抗して支柱１３０を所定の位置に保持するのに十分でなかったとしても、起こることは、接触板１３４がハウジング上面１１５に突き当たるまで支柱１３０がさらに後退することだけであり、これは、第１部材／取付け板１０２および第２部材１０４の歯１１２、１１８の係合に有害な影響を与えない。

これは、図１２の２つの磁石の実施形態において支柱１３０が経験する支柱力と対照的である。図１７に示されるように、ロック状態（図１２に示される状態）にあるとき、第２磁石１４２を第３磁石１４４に向かって偏らせる大きな正味の磁力が存在する（約１１０Ｎ）。従って、ロック位置では、支柱１３０を所定の位置に保持するためにモータに大きな仕事／電力が要求される。実際、支柱の力は非常に大きく、逆駆動に非常に強いリードスクリュー機構の摩擦でさえ、支柱の力に打ち勝つのに十分ではないため、モータの電源が切られた場合、支柱１３０は、第１部材／取付け板１０２に向かって、それらが接触するまで這い進み、第１部材／取付け板１０２と第２部材１０４の歯１１２、１１８の係合を妨害することになる。

図１６および図１７のグラフから分かるように、支柱１３０と第１部材／取付け板１０２とが係合するときに大きな支柱力があるという点で、３つの磁石を用いた実施形態にはいくつかの欠点がある。従って、第１部材／取付け板１０２と第２の本体１０４とを（例えば図１１ｂと図１１ｄに示す状態の間で）分離するように支柱力に抗して押し、また第１部材／取付け板１０２と第２の本体１０４とをそのアンロック状態（例えば図１１ｄに示す状態）で保持するために、大きなモータ仕事／電力が必要となる。対照的に、図１２の２つの磁石の実施形態では、支柱力がゼロであるため、支柱１３０と第１部材／取付け板１０２とが係合すると、第１部材／取付け板１０２と第２の本体１０４とを分離するために必要なモータ作業／電力はほとんどない。

しかし、通常の状況では、関節ヘッドがアンロック状態で過ごす時間は、関節ヘッドがロック状態で過ごす時間よりも大幅に短いため、ロック状態で必要なモータ電力が大幅に少ない（あるいはゼロであってもよい）という３磁石実施形態の利点は、アンロック状態でより強く働く必要があるというコストを上回る。

また、図１－図１１の３磁石の実施形態は、２マグネットの実施形態に比べて、モータに要求されるピーク仕事／電力が少ないという利点もある。２つの磁石の実施形態では、モータに要求される最大の仕事量は、第１部材／取付け板１０２と第２の本体１０４とを再びロックするときであり、特に、第１部材／取付け板１０２の歯１１２、１１８と第２の本体１０４とが噛み合い、モータが支柱の接触板１３４と第１部材／取付け板１０２とを分離しようとする時点で、モータの仕事／電力のピークが要求される。この時点で、モーターは第２磁石１４２と第３磁石１４４の吸引力に単独で打ち勝たなければならず（歯車／モーター／支柱システムの摩擦にも打ち勝たなければならない）、そのため１５０Ｎより大きな力を発揮する必要がある。

対照的に、３つの磁石の実施形態では、第１部材／取付板１０２と第２の本体１０４の歯１１２、１１８が噛み合い、ロック動作中にモータが支柱の接触板１３４と第１部材／取付板１０２を分離しようとする時点（すなわち、図１１ｂで表される時点）で、第１磁石１４０と第２磁石１４２は（図１１ｄに示されるように完全にアンロックされたときと比較して）接近している。従って、第１磁石１４０は、第２磁石１４２にかなりの量の吸引力を及ぼすのに十分なほど第２磁石１４２に接近しており、従って、モーターが支柱の接触板１３４と第１部材／取付板１０２とを分離するのを補助する。この結果、モータは、そのような分離を効果的に行うために約９５Ｎを及ぼすだけでよいことになる（図１６の点Ａを参照）。

理解されるように、第１部材／取付け板１０２および第２部材１０４を保持するための代替手段が提供され得る。例えば、第２部材１０４のハウジング１０５と第１部材／取付け板１０２とを一緒に引っ張るために、（ＵＳ７２１３３４４に記載されているような）１つ以上の機械的ロッドを使用することができる。あるいは、第２部材１０４のハウジング１０５と第１部材／取付け板１０２とを一緒に引っ張るために、機械的バネを使用することもできる。しかし、摩擦によるヒステリシスの問題が発生する可能性があるため、このような機械的な解決策よりも磁石の方が好ましいことが分かっている（磁石は、第１部材／取付板１０２と第２部材１０４との間に可動部が必要ないようにすることができる）。

有利には、上記の実施形態はリング磁石の使用に依存している。リング磁石の１つまたは複数をディスク磁石で置き換えることも可能だが、やや直感に反することに、本発明者らは、リング磁石がディスク磁石と比較して実質的に異なる力／距離プロファイルを有し、これが現状において著しく有利になり得ることを確認しました（特に、リング磁石はディスク磁石と比較して、所与の表面積に対してより効率的な設計を提供する）。実際、この構成では、リング磁石は、同じ外径と深さ（リングの直径に直交して測定）のディスク磁石よりもはるかに大きな力（約５０％以上）を提供できることが判明している。図１８は、２つの円板磁石を用いた実施形態の支柱力と離脱トルクを示すグラフで、第２の１４２磁石と第３の１４４磁石がリングではなく円板磁石（円板磁石の外径はリング磁石の外径と同じ）である点を除けば、図１２に示したものとあらゆる面で同等である。図示されているように、支柱力、特に脱離トルクは、同等のリング磁石の実施形態よりも著しく小さい。

この発見により、関節ヘッドに非常に高い保持力／ロック力を持たせることができ、その結果、磁気カップリングが故障する前に、関節ヘッドにより大きな荷重／大きなモーメントをかけることが可能になった。例えば、カメラ／ビデオプローブのような非常に重いプローブを持ち運びたい場合や、特にプロービング中に磁気カップリングに大きなモーメントを与える非常に長いスタイラスを持ち運びたい場合がある。このような大きな力を必要とするため、過去には、大きな荷重／モーメントを運ぶのに適した関節ヘッドの設計者は、磁石の使用から遠ざかっていた。例えば、ＵＳ７２６３７８０およびＵＳ９４９４４０３に開示された関節ヘッドは、ロック力を提供するために機械的なロッドを使用している。しかし、本発明者らは、リング磁石を使用することにより、物理的に大きな磁石を必要とすることなく、適切に大きな保持荷重を提供することができ、したがって、三次元測定機のような位置決め装置に取付られる関節ヘッドに適切に取付ることができることを見出した。

連続リング磁石の代替案として、リング状に配置された一連の小型ディスク磁石は、リング形状と同じ直径を持つ単一のディスク磁石よりも利点があるが、連続リングが（与えられた表面積に対して）最も効率的な設計を提供することが判明している。

上述したように、第１環状部材／フェーススプライン部材１１０の平面歯１１２および第２環状部材１１４の冠状歯１１８は、第１部材／取付け板１０２および第２部材１０４の安定した再現可能な位置決めを提供する。ロック状態にあるとき、第１部材／フェーススプライン部材１０２と第２部材１０４との間の唯一の物理的／機械的制約は、第１環状部材／フェーススプライン部材１１０の平面歯１１２と第２環状部材１１４の冠状歯１１８との間の接触点である。この構成の特に有利な点は、割出し位置の各々において、第２部材１０４が、第２環状部材１１４の冠状歯１１８と第１環状部材／フェーススプライン部材１１０の平面歯１１２とによって提供される６つの接触点によって、第１部材／取付け板１０２に対して６自由度全てにおいて拘束され、それによって運動学的拘束が提供されることである。これは、可能な割出し位置の各々について当てはまる。これにより、各割出し位置において、関節ヘッド１００に取付られたプローブ３００の最大の位置再現性が得られる。フェーススプライン部材１１０および第２環状部材１１４が、割出し要素および保持要素の両方の機能を有することも有利である。

図３および４に見られるように、安全キャッチ１３６または「ピン」が設けられる。安全キャッチ１３６は、磁気保持機構が故障した場合（例えば、衝突による第２部材１０４の過負荷による）、第１部材１０２と第２部材１０４の完全な離脱を防止する安全機構として機能するためだけに設けられる。安全キャッチ１３６の一端は支柱の接触板１３４に固定され、他方の「頭部」端は第１部材／取付板１０２の空隙１３８内に緩く収まっている。第１部材／取付け板１０２の空隙に緩く収まっているため、第１部材／取付け板１０２と支柱１３０／第２部材１０４との間の拘束として作用しない（従って、ロック構成にあるとき、第１部材／取付け板１０２と第２部材１０４との上述の運動学的結合を妨げず、アンロックされた構成にあるとき、第１部材／取付け板１０２と支柱１３０との運動学的結合を妨げない）。しかし、安全キャッチ１３６は、拡大されたヘッド部材１３７を有し、このヘッド部材１３７は、第２の磁気リング１４２と第３の磁気リング１４４との間の磁気結合に不具合が生じた場合に、空隙内のレッジ１３９に係合し、それにより、第１部材／取付け板１０２と第２部材１０４とのさらなる分離を防止する。
上述の実施形態では、フェーススプライン部材１１０は関節ヘッドの第２部材１０４に設けられ、冠状歯１１８は第１部材／取付板１０２に設けられる。しかし、これは必ずしもそうである必要はなく、逆に設けることも可能である。

上述した実施形態では、第１部材／取付け板１０２および第２部材１０４は、第１部材／取付け板１０２および第２部材１０４を一緒に引っ張って保持するための機械的手段（例えば、アーム／レバー）を使用する必要がないことを意味する磁石の配置を介して、磁気的に保持される。従って、ロック状態にあるとき、第１部材／取付け板１０２と第２部材１０４との間の唯一の機械的拘束は、フェーススプライン部材１１０の歯と第２環状部材１１４の歯とによって与えられる。従って、ロック構成にあるとき、支柱１３０は、支柱１３０が第１部材／取付け板１０２と第２部材１０４との上述の運動学的結合を妨げないように、第１部材／取付け板１０２から切り離される。しかし、これは必ずしもそうである必要はない。例えば、他の実施形態では、機械的プッシュ／プルレバーアーム機構が提供され得、アームの一端は、第１部材／取付け板１０２の軸受内に封入され、アームの他端は、第２部材１０４の軸受内に封入される。

上述した実施形態は、割出し付き関節ヘッドに関するものである。理解されるように、代替的な、非割出し機構を、第１および第２の本体を一緒にロックするために使用することができる。例えば、第１部材／取付け板１０２と第２部材１０４の係合部材は、第１本体と第２本体のほぼ無限の相対位置決めを容易にすることができる。これは、例えば、連続した一連の非球状の歯１１２を有する第１環状部材１１０を、平坦な平面を呈する部材に置き換えることによって達成され得る。同様に、第２環状部材１１４は、第１環状部材１１０の平坦な平面表面と嵌合する平坦な平面表面を呈する部材と配置され得る。任意に、第１部材／取付け板１０２および第２部材１０４の一方は、他方の部材の平坦な平面表面と係合するための特徴を有し得る。例えば、第１部材／取付け板１０２および第２部材１０４の一方は、他方の部材の平坦な平面表面に係合するように構成された３つの特徴（例えば突起）を有し得る。

Claims (15)

1. 関節ジョイントを備えた計測装置であって、前記関節ジョイントは、
   第１の軸を中心とした複数の異なる角度方向で一緒にロック可能な第１本体および第２本体を備え、
   前記第１本体は、支柱であって、前記第１本体および前記第２本体がロック状態にある格納構成と、前記第１本体および前記第２本体がアンロックされるように前記第１の軸に沿って前記支柱によって離間して保持され、それによって前記第１本体および前記第２本体の相対的な回転を可能にする伸長構成との間でモータによって作動可能な支柱を備え、
   前記支柱および前記第２本体は、前記第１本体および前記第２本体を磁気的に保持するように互いに磁気的にバイアスされ、
   前記支柱を格納構成に向けてバイアスするように構成された少なくとも１つの補助バイアス部材をさらに備えた、計測装置。
2. 前記補助バイアス部材は磁性材料、例えば磁石を備えた、請求項１に記載の計測装置。
3. 前記支柱、前記第１本体、および前記第２本体は、
   ｉ）磁力が前記支柱に作用し、前記磁力は前記支柱を伸長構成に向けて付勢し、
   ｉｉ）前記支柱に作用する前記磁力は、前記支柱を格納構成に向けて付勢する、
   ように配置された磁性材料を備えた、請求項２に記載の計測装置。
4. 前記第１本体、前記第２本体および前記支柱のそれぞれが磁石を備えた、請求項２または３のいずれかに１項に記載の計測装置。
5. 前記第１本体の磁石は前記支柱を磁気的に引きつけるように構成され、前記第２本体の磁石も前記支柱を磁気的に引きつけるように構成される、請求項４に記載の計測装置。
6. 前記第１本体の磁石、前記支柱の磁石、および前記第２本体の磁石は、実質的に同軸に配置される、請求項４または５のいずれか１項に記載の計測装置。
7. 前記第１本体、前記第２本体、および前記支柱の少なくとも１つはリング磁石を備えた、請求項４から６のいずれか１項に記載の計測装置。
8. 前記支柱は、半径方向に延びる面部であって、前記第２本体に係合するように構成され、前記第１本体と前記第２本体との間に挟まれるように配置される、面部を端部に備えた、請求項１－７のいずれか１項に記載の計測装置。
9. 前記半径方向に延びる面部が磁石を備えた、請求項４または８のいずれか１項に記載の計測装置。
10. 前記支柱および前記第２本体は、支柱が伸長構成にあるときに係合するように構成された係合特徴を備え、前記支柱上の前記係合特徴は、前記支柱上の磁性材料の半径方向外側に位置する、請求項１－９のいずれか１項に記載の計測装置。
11. 前記支柱の半径方向に延びる面部は前記係合特徴を備えた、請求項８または１０のいずれか１項に記載の計測装置。
12. 前記計測装置は、測定プローブが複数の異なる回転方向で配置され得るように、座標位置決め装置上で前記測定プローブを支持するためのプローブヘッドを備えた、請求項１－１１のいずれか１項に記載の計測装置。
13. 前記関節ジョイントは割出し関節ジョイントであり、前記第１および第２本体は、前記第１および第２本体が互いに対してロックされ得る複数の角度割出し位置を提供するように、第１の軸を中心とする複数の異なる角度配向で一緒にロックされ得る相互に係合可能な係合要素を有する、請求項１－１２のいずれか１項に記載の計測装置。
14. 関節ジョイントを備えた計測装置であって、前記関節ジョイントは、
    第１の軸を中心とする複数の異なる角度方向で一緒にロックすることができ、第１本体および第２本体の相対的な回転を可能にするようにアンロックすることができる、第１本体および第２本体と、
    前記第１本体および第２本体を磁気的に保持するように構成された少なくとも１つのリング磁石と、を備えた、計測装置。
15. 前記関節ジョイントは割出し関節ジョイントであり、前記第１本体および第２本体は、前記第１本体および第２本体が互いに対してロックされ得る複数の角度割出し位置を提供するように、第１の軸を中心とする複数の異なる角度配向で一緒にロックされ得る相互に係合可能な係合要素を有する、請求項１４に記載の計測装置。

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