JP5571802B2

JP5571802B2 - 複数の計測デバイスによって行われる測定を同期させるための方法、装置およびプログラム

Info

Publication number: JP5571802B2
Application number: JP2012548198A
Authority: JP
Inventors: フレデリックジョンヨーク
Original assignee: ファロテクノロジーズインコーポレーテッド
Priority date: 2010-01-11
Filing date: 2011-01-10
Publication date: 2014-08-13
Anticipated expiration: 2031-01-10
Also published as: JP2013516928A; CN102668424A; US20110170534A1; DE112011100223T5; US8630314B2; CN102668424B; WO2011085283A1; GB2489136A; GB201210423D0

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０１０年１月１１日に出願した仮出願第６１／２９３，８３８号、および２０１０年１月２０日に出願した仮出願６１／２９６，５５５号の利益を主張するものであり、各仮出願の内容は、それらの全体を本願に引用して援用する。

本発明は、一般に、複数の測定デバイスによって行われる測定の時間同期に関し、より詳細には、関節アーム座標測定機（ａｒｔｉｃｕｌａｔｅｄａｒｍｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｍｅａｓｕｒｉｎｇｍａｃｈｉｎｅ）、レーザトラッカ、レーザスキャナ、およびその他の種類の部品測定精密計測デバイスなどの複数の計測デバイスによって行われる測定の時間同期に関する。

例えば、これらの計測デバイスのうちの１つが、測定されるべき物体または部品上のいくつかの点のそれぞれの座標を、関節のある機械的な構造でその点を探索することによって測定する機器の種類に属する可能性がある。探索は、接触式の機械的なプローブチップで、および／または非接触式の走査デバイス（例えば、レーザラインプローブ（ＬＬＰ））で行われ得る。構造の基部に対する（すなわち、特定の座標系における）プローブチップまたは走査デバイスの位置が、関節アームのセグメントの接続点（例えば、軸受カートリッジ）に位置付けられた角度エンコーダの読み取り値によって決定される。この種のデバイスは、機械的なプローブチップを使用するか、それともスキャナを使用するかにかかわらず、関節アーム座標測定機と呼ばれる。

可搬型の関節アーム座標測定機（ＡＡＣＭＭ）は、部品の製造または生産のさまざまな段階（例えば、機械加工）の間に部品の寸法を迅速かつ正確に確認するニーズが存在する部品の製造または生産に広く使用されている。可搬型のＡＡＣＭＭは、特に、比較的複雑な部品の寸法の測定を実行するのにかかる時間量のなかで、知られている据え付け式または固定式の、コストが高く、使用するのが比較的難しい測定設備と比べて大きな改善を示す。通常、可搬型のＡＡＣＭＭのユーザは、単純に、測定されるべき部品または物体の表面に沿ってプローブを導く。次に、測定データが記録され、ユーザに提供される。場合によっては、データは、視覚的な形態、例えば、コンピュータスクリーン上の３次元（３Ｄ）の形態でユーザに提供される。その他の場合、データは、数字の形態でユーザに提供され、例えば、穴の直径を測定するとき、テキスト「直径＝１．００３４」がコンピュータスクリーン上に表示される。

先行技術の可搬型の関節アームＣＭＭの一例が、同一出願人による米国特許第５，４０２，５８２（‘５８２）号に開示されており、この米国特許は、その全体を本願に引用して援用する。‘５８２号特許は、一端に支持基部を、他端に測定プローブを有する手動操作式の関節アームＣＭＭを備える３Ｄ測定システムを開示する。同一出願人による米国特許第５，６１１，１４７（‘１４７）号は、類似の関節アームＣＭＭを開示しており、この米国特許は、その全体を本願に引用して援用する。‘１４７号特許においては、関節アームＣＭＭは、プローブ端の追加的な回転軸を含むいくつかの特徴を含み、それによって、２−２−２軸構成または２−２−３軸構成（後者は７軸アームである）のどちらかを有するアームを提供する。

別の種類のこれらのデバイスは、ある点の座標を、その点に接触している再帰反射体目標にレーザビームを発射することによって測定するレーザトラッカと呼ばれる機器である可能性がある。レーザトラッカは、再帰反射体までの距離と、再帰反射体に対する２つの角度とを測定することによってその点の座標を決定する。距離は、絶対距離計または干渉計などの距離測定デバイスで測定される。角度は、角度エンコーダなどの角度測定デバイスで測定される。機器内のジンバル式のビームステアリング機構が、レーザビームを対象の点に導く。この種の機器に属する例示的なシステムが、ブラウンらの米国特許第４，７９０，６５１号、およびラウらの米国特許第４，７１４，３３９号に説明されている。

レーザトラッカは、比較的大きなパーツ（すなわち、可搬型のＡＡＣＭＭがそのＡＡＣＭＭを移動させることなく測定できるものよりも大きなパーツ）を、特に可搬型のＡＡＣＭＭがパーツを完全に測定するために移動されなければならない場合には可搬型のＡＡＣＭＭと比較してより短い時間で測定することができる。現在のレーザトラッカは、０．００１インチまでの３Ｄの一点の精度で、比較的大きなパーツを測定することができる。通常、そのようなレーザトラッカは、そのレーザトラッカのレーザを使用して、球状取り付け再帰反射体（ｓｐｈｅｒｉｃａｌｌｙｍｏｕｎｔｅｄｒｅｔｒｏｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）（ＳＭＲ）などの再帰反射体の動きを追うことによって、最大２３０ｆｔ（７０ｍ）の範囲で３Ｄ座標または点を測定し、測定された位置をリアルタイムで報告する。一部の現在のレーザトラッカは、ＳＭＲの位置をリアルタイムで更新することができる。

いくつかの種類のレーザスキャナが存在するが、すべての種類が、検査または測定されるべき物体に光を投射する。これらの物体のほとんどの表面は、ばらばらに散乱しており、測定は、通常、再帰反射体などの協調する目標の補助なしに行われる。上述のＡＡＣＭＭの端部に付くスキャナ（例えば、ＬＬＰ）などの一部のスキャナは手動で動かされ、レーザ光が物体の表面に導かれる。可搬型のＡＡＣＭＭの接触式のプローブ、および非接触式のレーザラインプローブは、ＡＡＣＭＭからいずれのコンポーネントも取り外す必要なしに、互換性があるようにデータをデジタル化することができる。レーザラインプローブは、レーザ走査線によって照射される物体の表面に沿って同時に取得されるべき複数のサンプリング点を与える。ユーザは、付属品を追加または取り外しすることなしに、ＡＡＣＭＭの接触式のプローブで、次に、１秒当たり１９，０００を超える点のより多くのデータを必要とするレーザ走査部分で（詳細な特徴抽出）、多面的な特徴を正確に測定することができる。例示的なこの種の非接触式のスキャナが、同一出願人によるラーブらの米国特許第６，９６５，８４３号に記載されており、この米国特許は、その全体を本願に引用して援用する。

その他のスキャナは、据え付け式であり、対象の領域全体を照射する。例示的なこの種のスキャナが、ディロンらの米国特許第７，５９９，０７１号に記載されている。第３の種類のレーザスキャナは、大きな体積をカバーする走査パターン上にレーザビームを発射する。この種のレーザスキャナは、比較的大きな体積の３Ｄ座標を数分のうちに測定できる場合がある。例示的なこの種のレーザスキャナが、同一出願人によるベッカーらの米国特許第７，４３０，０６８号に記載されており、この米国特許は、その全体を本願に引用して援用する。

分散型のネットワーク化されたシステムにおいて接続、配置、または組み合わされている、すべて同じ種類であるか、または異なる種類であるかのどちらかである複数の計測デバイスが互いに時間的に同期されていることが都合がよい可能性がある場合が多々ある。概して、分散型のネットワーク技術は数および複雑性が増すので、測定および制御に対して適用されるこれらのシステム技術は、システム内のノード（すなわち、計測デバイス）の数が増加するにつれてより複雑になる。さまざまなデバイス内のローカルのリアルタイムクロックを利用して、比較的正確なシステム全体の時間を実現することが普通になった。しかし、これらの個々のクロックのそれぞれは、例えば、初期周波数オフセット、クロック発振器の不安定さ、および温度、経年劣化、振動、機械的負荷などの環境条件のために互いにずれる（すなわち、それらのクロックのシステム全体の同期を崩す）傾向がある。したがって、これらのさまざまなデバイスによって行われる測定、およびシステム全体に与えられる任意の結果的に得られる制御は、個々のクロックの時間の不正確さの影響を受ける。よって、ある種のクロックの時間同期の修正または調整が、個々のクロックを適切に同期させ、それによってシステム全体の時間の正確で共通した基準を維持するために必要とされる。

以下は、厳密な時間同期が、精密計測デバイスのシステムの組み合わせに役立つ５つの例を概説する。

トラッカおよびアーム：可搬型のＡＡＣＭＭは、さまざまな異なる向きに動かされるまたは配置されることができる。このため、可搬型のＡＡＣＭＭは、「隠れた」点、すなわち、レーザトラッカなどの測定デバイスの見通しのある範囲から隠れている点を測定することができる。一方、レーザトラッカは、ＡＡＣＭＭよりもかなり大きな体積にわたって測定を行うことができる。ＡＡＣＭＭのアーム部に再帰反射体を装着することによって、レーザトラッカを使用して可搬型のＡＡＣＭＭを移動させることが可能である。このようにして、組み合わされたシステムが比較的大きな体積にわたって隠れた点を正確に測定することを可能にしながら、各デバイスの最良の特徴が維持される。

このようにして可搬型のＡＡＣＭＭを物理的に移動させるための例示的な方法が、同一出願人によるラーブらの米国特許第７，８０４，６０２号に記載されており、この米国特許は、その全体を本願に引用して援用する。最良の可能な移動を得るためには、可搬型のＡＡＣＭＭおよびレーザトラッカが、（例えば、再帰反射体の位置の）各デバイスによって行われる対応する測定が移動プロセス中に正確に同期されるように互いに時間的に正確に同期されることが重要である。

同時多辺測量（ｍｕｌｔｉｌａｔｅｒａｔｉｏｎ）：複数のレーザトラッカの高精度の距離計（例えば、干渉計または絶対距離計）を用いて単一の広い角度の再帰反射体目標を同時に測定することによって、目標の３Ｄ座標が、比較的高い精度で測定され得る。動く目標に対してそのような同時多辺測量測定を行うことが望ましい。これは、目標が対象の物体の表面上を動かされることを可能にし、それによって、表面の外形のマップを生成する。この方法で得られる比較的高い精度を維持するためには、複数のトラッカが、時間的に正確に同期されなければならない。

ＡＡＣＭＭの端部のスキャナの無線同期：技術の進歩により、概してプローブ端でＡＡＣＭＭに装着されるスキャナによって収集されるデータのレートが急速に高められた。この増加するデータレートは、ＡＡＣＭＭの一端（例えば、プローブ端）に配置されるスキャナから、ＡＡＣＭＭの他端の基部内に概して配置されるコンピューティング要素にデータを問題なく送信することを比較的難しくしている。この問題を回避する方法は、スキャナからコンピュータまたはコンピューティング要素にデータを無線で送信することである。この無線の手法が実用的であるためには、スキャナからの部品測定データが、ＡＡＣＭＭ内の角度エンコーダからのプローブの位置データと正確に同期されることが重要である。

レーザスキャナの補正および校正：比較的大きな体積をカバーする走査パターン上にレーザビームを発射する上述の種類のレーザスキャナを補正または校正することが必要であることが多い。この種のスキャナは、そのような大きな体積の３Ｄ座標を数分のうちに測定できる場合がある。これを行うための１つの方法は、スキャナの読み取り値を、レーザトラッカなどのより正確な機器の読み取り値と比較することである。これは、電動式のレールに取り付けられた台車の上に目標を置くことによって行われ得る。スキャナは、レールの一端に置かれ、そのスキャナのレーザビームを好適な光散乱性の目標に向ける。レーザトラッカは、レールの他端に置かれ、そのレーザトラッカのレーザビームを好適な再帰反射体目標に向ける。光散乱性の目標および再帰反射体目標は、背中合わせに置かれ、反対方向を向く。データの収集の速度を上げるためには、目標の組立体が動いている間にスキャナとトラッカの両方からデータを収集することが望ましい。これは、スキャナおよびトラッカが正確に同期される場合にのみ可能である。

ＡＡＣＭＭの補正：ＡＡＣＭＭの関節アーム部のアームセグメントを、レーザトラッカが当該アームに装着された再帰反射体目標を追いかける間にさまざまな異なる位置に動かすことによって、ＡＡＣＭＭの補正パラメータを発見することができる。補正パラメータは、レーザトラッカからの３Ｄ読み取り値を、ＡＡＣＭＭ内のエンコーダの読み取り値と比較することによって発見される。この方法が実用的であるためには、トラッカが比較的高いレートで再帰反射体の位置データを記録する間に、アームセグメントが、幅広いさまざまな位置に動かされなければならない。この方法は、レーザトラッカおよびＡＡＣＭＭが正確に同期される場合にのみ正確である。

上記の例の場合のすべてにおいて、必要とされるのは、ある場合には異なる種類の複数の計測デバイスであり、他の場合には同様の種類の複数の計測デバイスである複数の計測デバイスの間で行われる測定を同期するための方法である。

時間同期は、可搬型のＡＡＣＭＭ内で必要であり、既に利用可能である。例えば、ＡＡＣＭＭ内で使用される複数の角度エンコーダは、同時にサンプリングされる。同様に、レーザトラッカ内のレーザ干渉計および絶対距離計は、それぞれに関する測定結果が同じ瞬間に対応するような方法でサンプリングされる。そのような同期は、共通のクロックが利用可能であるので、単一の機器においては行うことが比較的易しい。しかし、この状況は、複数の可搬型のＡＡＣＭＭおよび／またはその他の測定デバイスが協調的な測定方法で使用される場合は変わる。この場合、通常、マスタクロックが設けられ、デバイスがマスタクロックに同期される手段も設けられる。

精密測定デバイスの時間同期の従来の方法は、比較的大きく、許容できない同期誤差という固有の問題を有する。同期誤差によってもたらされる問題を示すために、時間の誤差が同期において１ミリ秒である場合を考える。複数の測定デバイスのシステム内の測定デバイスのうちの１つが、１秒当たり１メートル動く反射体を測定するレーザトラッカである場合、結果として起こる測定された距離の誤差は、１ミリメートルである。しかし、１０マイクロメートルの精度が必要とされる場合、この誤差は、許容される誤差の１００倍大きい。また、個々の計測デバイスを駆動するクロックの同期が全く取れていない（先行技術の場合のような）状況に関しては、測定がそれぞれの「ｓｙｎｃ」信号が発生するのを待つ必要があるという事実が、さらなる同期の遅延をもたらす。例えば、さらに１ミリ秒が、合計伝播遅延に加えられ得る。

例えば、１つの先行技術のシステムは、１つのレーザトラッカをマスタトラッカとして使用し、第２のレーザトラッカをスレーブトラッカとして使用した。マスタがストローブ信号を送出し、そのストローブ信号がスレーブによって受信された。ストローブは、ケーブルドライバーを介して送信され、トラッカの受信機によって捕捉された。この信号は、そのスレーブトラッカおよびマスタトラッカで測定タスクを実施するマイクロプロセッサに進んだ。このプロセスは、約１ミリ秒の遅延を引き起こした。ケーブル伝播と回路のコンポーネントの静電容量／抵抗とが、この遅延の多くの部分の原因であった。

位相同期ループの方法でマスタクロックを実装するＩＥＥＥ１５８８高精度時間プロトコル（ｐｒｅｃｉｓｉｏｎｔｉｍｅｐｒｏｔｏｃｏｌ）（ＰＴＰ）が、例えば、ヤナギタの米国特許出願公開第２００６/０２８７７６９号で検討されているようにロボット工学での使用のためにやはり提案された。しかし、段落［０００７］において、ヤナギタは、実際にはＩＥＥＥ１５８８の使用を推奨していない。むしろ、ヤナギタは、ＩＥＥＥ１５８８は特殊で高価なハードウェアを必要とすると述べており、その代わりに、２つ以上のロボットアームの同期のためにマスタおよびスレーブチックカウントを用いるプログラムされたソフトウェアのソリューションを提案する。概して、製造で使用されるロボットデバイスは、上述の種類の応用のための計測機器によって必要とされる５００ｎｓ（ナノ秒）の時間同期精度を達成する必要性は滅多にない。したがって、ロボット工学および計測学の分野は、おおざっぱな調査が示唆するであろうほどには共通性がない。

必要とされるのは、ＩＥＥＥ１５８８高精度時間プロトコル（ＰＴＰ）を用い、それによって、計測デバイスによって行われる測定を所望の比較的高いレベルの精度まで厳密に同期する、複数の同様のまたは異なる計測デバイス内のリアルタイムクロックの比較的厳密な時間同期（例えば、最高５００ナノ秒）のための装置および方法である。

本発明は、互いに双方向に通信する少なくとも２つの計測デバイスを含む装置であって、ＩＥＥＥ１５８８高精度時間プロトコルインターフェースを有する、前記少なくとも２つの計測デバイスのうちの第１の計測デバイスであって、前記インターフェースは、前記少なくとも２つの計測デバイスのうちの第２の計測デバイスと有線式と無線式の両方で双方向に通信するように構成された１つ以上のコンポーネントを含む、第１の計測デバイスと、ＩＥＥＥ１５８８高精度時間プロトコルインターフェースを有する、前記少なくとも２つの計測デバイスのうちの第２の計測デバイスであって、前記インターフェースは、前記少なくとも２つの計測デバイスのうちの前記第１の計測デバイスと有線式と無線式の両方で双方向に通信するように構成された１つ以上のコンポーネントを含む、第２の計測デバイスとを含み、前記少なくとも２つの計測デバイスのうちの一方の計測デバイスはマスタクロックを含み、前記少なくとも２つの計測デバイスのうちの他方の計測デバイスはスレーブクロックを含み、前記マスタクロックは前記スレーブクロックに時間を伝え、前記スレーブクロックは、前記マスタクロックの前記時間に実質的に対応するために必要に応じて、前記マスタクロックからの伝えられた時間に応答して前記スレーブクロックの時間を調整し、それによって前記少なくとも２つの計測デバイスを一緒に時間同期させ、各計測デバイスはパラメータを測定し、各計測デバイスによって行われる測定は、前記スレーブクロックの前記時間が前記マスタクロックの前記時間に実質的に対応した結果として時間的に同期されるようにして行われ、前記第１の計測デバイスは、関節アームと、前記関節アームに設けられた反射体と、前記関節アームに設けられたスキャナと、を備え、前記スキャナによって検出される物体の位置情報を出力する関節アーム座標測定機を含み、前記第２の計測デバイスは、前記反射体に光を投射し、前記反射体で反射した光に基づいて前記反射体の位置情報を出力するレーザトラッカを含み、前記装置は、前記関節アーム座標測定機を複数の位置に移動させながら、各位置において前記物体上の複数の位置について測定を行うことで各位置に対して得られる前記物体の複数の位置情報と、各位置において測定された前記物体上の複数の位置に対応して、前記レーザトラッカによって得られる前記反射体の複数の位置情報と、に基づいて前記物体を測定することを特徴とする。

また、本発明は、少なくとも２つの計測デバイスの間の双方向の通信のための方法であって、前記少なくとも２つの計測デバイスのうちの第１の計測デバイスに、前記少なくとも２つの計測デバイスのうちの第２の計測デバイスとの有線式と無線式の両方での双方向の通信用に構成されたＩＥＥＥ１５８８高精度時間プロトコルインターフェースを提供するステップと、前記少なくとも２つの計測デバイスのうちの前記第２の計測デバイスに、前記少なくとも２つの計測デバイスのうちの前記第１の計測デバイスとの有線式と無線式の両方での双方向の通信用に構成されたＩＥＥＥ１５８８高精度時間プロトコルインターフェースを提供するステップとを含み、前記少なくとも２つの計測デバイスのうちの一方の計測デバイスはマスタクロックを含み、前記少なくとも２つの計測デバイスのうちの他方の計測デバイスはスレーブクロックを含み、前記マスタクロックは前記スレーブクロックに時間を伝え、前記スレーブクロックは、前記マスタクロックの前記時間に実質的に対応するために必要に応じて、前記マスタクロックからの伝えられた時間に応答して前記スレーブクロックの時間を調整し、それによって前記少なくとも２つの計測デバイスを一緒に時間同期させ、各計測デバイスはパラメータを測定し、各計測デバイスによって行われる測定は、前記スレーブクロックの前記時間が前記マスタクロックの前記時間に実質的に対応した結果として時間的に同期されるようにして行われ、前記第１の計測デバイスは、関節アームと、前記関節アームに設けられた反射体と、前記関節アームに設けられたスキャナと、を備え、前記スキャナによって検出される物体の位置情報を出力する関節アーム座標測定機を含み、前記第２の計測デバイスは、
前記反射体に光を投射し、前記反射体で反射した光に基づいて前記反射体の位置情報を出力するレーザトラッカを含み、前記方法は、前記関節アーム座標測定機を複数の位置に移動させながら、各位置において前記物体上の複数の位置について測定を行うことで各位置に対して得られる前記物体の複数の位置情報と、各位置において測定された前記物体上の複数の位置に対応して、前記レーザトラッカによって得られる前記反射体の複数の位置情報と、に基づいて前記物体を測定するステップを含むことを特徴とする。

本発明は、少なくとも２つの計測デバイスの間の双方向の通信を実施するためのコンピュータプログラムであって、コンピュータによって実行されるときに、前記少なくとも２つの計測デバイスのうちの第１の計測デバイスに、前記少なくとも２つの計測デバイスのうちの第２の計測デバイスとの有線式と無線式の両方での双方向通信用に構成されたＩＥＥＥ１５８８高精度時間プロトコルインターフェースを提供するステップと、前記少なくとも２つの計測デバイスのうちの前記第２の計測デバイスに、前記少なくとも２つの計測デバイスのうちの前記第１の計測デバイスとの有線式と無線式の両方での双方向通信用に構成されたＩＥＥＥ１５８８高精度時間プロトコルインターフェースを提供するステップとを含み、前記少なくとも２つの計測デバイスのうちの一方の計測デバイスはマスタクロックを含み、前記少なくとも２つの計測デバイスのうちの他方の計測デバイスはスレーブクロックを含み、前記マスタクロックは前記スレーブクロックに時間を伝え、前記スレーブクロックは、前記マスタクロックの前記時間に実質的に対応するために必要に応じて、前記マスタクロックからの伝えられた時間に応答して前記スレーブクロックの時間を調整し、それによって前記少なくとも２つの計測デバイスを一緒に時間同期させ、各計測デバイスはパラメータを測定し、各計測デバイスによって行われる測定は、前記スレーブクロックの前記時間が前記マスタクロックの前記時間に実質的に対応した結果として時間的に同期されるようにして行われる方法を前記コンピュータに実施させ、前記第１の計測デバイスは、関節アームと、前記関節アームに設けられた反射体と、前記関節アームに設けられたスキャナと、を備え、前記スキャナによって検出される物体の位置情報を出力する関節アーム座標測定機を含み、前記第２の計測デバイスは、前記反射体に光を投射し、前記反射体で反射した光に基づいて前記反射体の位置情報を出力するレーザトラッカを含み、前記方法は、前記関節アーム座標測定機を複数の位置に移動させながら、各位置において前記物体上の複数の位置について測定を行うことで各位置に対して得られる前記物体の複数の位置情報と、各位置において測定された前記物体上の複数の位置に対応して、前記レーザトラッカによって得られる前記反射体の複数の位置情報と、に基づいて前記物体を測定するステップを含むことを特徴とする。

本発明の上で検討された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認められ、理解されるであろう。

ここで図面を参照して、本開示の範囲全体に関して限定的であると解釈されるべきでなく、要素がいくつかの図で同様に付番されている例示的な実施形態が示される。

図１Ａおよび１Ｂを含む、本発明のさまざまな態様の実施形態を中に有する可搬型の関節アーム座標測定機（ＡＡＣＭＭ）の斜視図である。一緒に作られた図２Ａ〜２Ｄを含む、一実施形態による、図１のＡＡＣＭＭの一部として利用される電子機器の構成図である。一緒に作られた図３Ａおよび３Ｂを含む、一実施形態による、図２の電子データ処理システムの詳細な特徴を示す構成図である。本発明の実施形態においてレーザトラッカと連携して使用される図１の可搬型のＡＡＣＭＭの斜視図である。図４の本発明の実施形態において図１の可搬型のＡＡＣＭＭとともに使用される再帰反射体クランプ組立体の分解斜視図である。図４の本発明の実施形態においてレーザトラッカの使用によって第２の位置に移動される図１の可搬型のＡＡＣＭＭの斜視図である。図４の本発明の実施形態において図１の可搬型のＡＡＣＭＭとともに利用される取り付けられた球状組立体の斜視図である。図８Ａおよび８Ｂを含む、図４の本発明の実施形態において図５の取り付けられた球状組立体に接触している図１の可搬型のＡＡＣＭＭの斜視図である。図９Ａおよび９Ｂを含む、座標系を参照した、図４の本発明の実施形態において図５の取り付けられた球状組立体に接触している図１の可搬型のＡＡＣＭＭの、図８の斜視図と同様の斜視図である。ＩＥＥＥ１５８８高精度時間プロトコルを使用して１つ以上のスレーブクロックに時間同期されるグランドマスタクロック（ｇｒａｎｄｍａｓｔｅｒｃｌｏｃｋ）を示す図である。ＩＥＥＥ１５８８のオフセットおよび遅延測定を、図１０のグランドマスタクロックと１つ以上のスレーブクロックとの間の時間同期手順の一部として示す図である。ＩＥＥＥ１５８８のオフセットおよび遅延測定を、図１０のグランドマスタクロックと１つ以上のスレーブクロックとの間の時間同期手順の一部として示す図である。先行技術におけるような、スレーブクロック内で使用され、位相アキュムレータを有するさまざまなハードウェアクロックの構成図である。先行技術におけるような、位相アキュムレータを使用するＩＥＥＥ１５８８ＰＴＰのクロック制御の構成図である。有線および無線接続によって無線ルータにおよびネットワークに接続された複数の計測デバイスをその他のデバイスと一緒に示す構成図である。一緒に作られた図１６Ａ〜１６Ｃを含む、ＩＥＥＥ１５８８ＰＴＰのマスタクロック、境界クロック（ｂｏｕｎｄａｒｙｃｌｏｃｋ）、またはオプションの透過クロック（ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔｃｌｏｃｋ）をサポートする無線ルータの簡略化された図を示す構成図である。有線および無線接続によって中央ルータに接続された、ＬＡＮドメインのさまざまな有線ノードとＷＬＡＮドメインのさまざまな無線局とを有する本発明の例示的な実施形態においてＩＥＥＥ１５８８ＰＴＰによって利用されるクロックの階層構造を示す構成図である。ＩＥＥＥ１５８８ＰＴＰを実装するスレーブデバイス内で実行される機能を示す構成図である。ＩＥＥＥ１５８８ＰＴＰＰＨＹデバイス内のハードウェアタイムスタンプのより詳細な構成図である。図２０Ａおよび２０Ｂを含む、ＩＥＥＥ１５８８ＰＴＰＰＨＹデバイス内のタイミング制御および外部信号生成の機能図である。複数のノードの同期したイーサネット（登録商標）構成の機能構成図である。図２１の同期したイーサネット構成をサポートするためのＩＥＥＥ１５８８ＰＴＰＰＨＹデバイス内の機能の機能構成図である。無線ネットワークを有線のイーサネットネットワークにブリッジする手段として使用される無線ＬＡＮモジュールを含む無線局の機能構成図である。

図１Ａおよび１Ｂは、本発明のさまざまな実施形態による可搬型の関節アーム座標測定機（ＡＡＣＭＭ）１００を全体的に示し、関節アームは、座標測定機の一種である。図１Ａおよび１Ｂに示されるように、例示的なＡＡＣＭＭ１００は、一端でＡＡＣＭＭ１００のアーム部１０４に結合された測定プローブ筐体１０２を有する６または７軸有関節測定デバイスを含み得る。アーム部１０４は、軸受カートリッジ（例えば、２つの軸受カートリッジ）の第１の群１１０によって第２のアームセグメント１０８に結合された第１のアームセグメント１０６を含む。軸受カートリッジ（例えば、２つの軸受カートリッジ）の第２の群１１２は、第２のアームセグメント１０８を測定プローブ筐体１０２に結合する。軸受カートリッジ（例えば、３つの軸受カートリッジ）の第３の群１１４は、第１のアームセグメント１０６を、ＡＡＣＭＭ１００のアーム部１０４の他端に配置された基部１１６に結合する。軸受カートリッジの各郡１１０、１１２、１１４は、関節による動作の複数の軸を提供する。また、測定プローブ筐体１０２は、ＡＡＣＭＭ１００の第７の軸部のシャフト（例えば、ＡＡＣＭＭ１００の第７の軸内の測定デバイス、例えば、プローブ１１８の動きを決定するエンコーダシステムを含むカートリッジ）を含み得る。ＡＡＣＭＭ１００を使用する際、基部１１６は、通常、作業台に固定される。

各軸受カートリッジの群１１０、１１２、１１４の中の各軸受カートリッジは、通常、エンコーダシステム（例えば、光学式の角度エンコーダシステム）を含む。エンコーダシステム（すなわち、トランスデューサ）は、基部１１６に対するプローブ１１８の位置（および、ひいては、特定の基準系、例えば、局所または大域基準系におけるＡＡＣＭＭ１００によって測定されている物体の位置）をすべてが一緒になって示すそれぞれのアームセグメント１０６、１０８および対応する軸受カートリッジの群１１０、１１２、１１４の位置を示す。アームセグメント１０６、１０８は、例えば、これに限定されないが、炭素複合材料などの好適な剛性のある材料で作製されうる。関節による動作の６つまたは７つの軸（すなわち、自由度）を有する可搬型のＡＡＣＭＭ１００は、オペレータによって簡単に扱われ得るアーム部１０４を提供しながら、オペレータが基部１１６のまわりの３６０度の領域内の所望の位置にプローブ１１８を位置付けることを可能にすることに利点をもたらす。しかし、２つのアームセグメント１０６、１０８を有するアーム部１０４の例は例示を目的とするものであり、特許請求される発明はそのように限定されるべきでないことを理解されたい。ＡＡＣＭＭ１００は、軸受カートリッジによって一緒に結合された任意の数のアームセグメント（および、ひいては、６つもしくは７つを超えるか、または６つもしくは７つ未満の関節による動作の軸または自由度）を持つ可能性がある。

プローブ１１８は、測定プローブ筐体１０２に取り外し可能なように取り付けられ、測定プローブ筐体１０２は、軸受カートリッジの群１１２に接続される。ハンドル１２６は、例えば、クイック接続インターフェース（ｑｕｉｃｋ−ｃｏｎｎｅｃｔｉｎｔｅｒｆａｃｅ）により測定プローブ筐体１０２に対して取り外し可能である。ハンドル１２６は、別のデバイス（例えば、レーザラインプローブ、バーコードリーダ）で置き換えられることができ、それによって、オペレータが同じＡＡＣＭＭ１００で異なる測定デバイスを使用することを可能にすることに利点をもたらす。例示的な実施形態において、プローブ筐体１０２は、接触式の測定デバイスであり、測定されるべき物体に物理的に接触する、ボール形の、タッチセンシティブな、湾曲した、および伸長式のプローブを含むがこれらに限定されない異なるチップ１１８を有する可能性がある取り外し可能なプローブ１１８を収容する。その他の実施形態において、測定は、例えば、レーザラインプローブ（ＬＬＰ）などの非接触式のデバイスによって実行される。一実施形態において、ハンドル１２６は、クイック接続インターフェースを使用してＬＬＰで置き換えられる。その他の種類の測定デバイスが、追加的な機能を提供するために取り外し可能なハンドル１２６を置き換える可能性がある。そのような測定デバイスの例は、例えば、１つ以上の照明、温度センサ、熱スキャナ、バーコードスキャナ、プロジェクタ、ペイントスプレーヤ、カメラなどを含むがこれらに限定されない。

図１Ａおよび１Ｂに示されるように、ＡＡＣＭＭ１００は、軸受カートリッジの群１１２から測定プローブ筐体１０２を取り外すことなしにアクセサリまたは機能が変更されることを可能にすることに利点をもたらす取り外し可能なハンドル１２６を含む。図２に関して以下でより詳細に検討されるように、取り外し可能なハンドル１２６は、電力およびデータが、ハンドル１２６、およびプローブ端に配置された対応する電子機器とやりとりされることを可能にする電気コネクタも含み得る。

さまざまな実施形態において、軸受カートリッジの各群１１０，１１２、１１４は、ＡＡＣＭＭ１００のアーム部１０４が複数の回転軸のまわりを動くことを可能にする。述べられように、各軸受カートリッジの群１１０、１１２、１１４は、例えばアームセグメント１０６、１０８の対応する回転軸と同軸上にそれぞれが配置された、例えば光学式の角度エンコーダなどの対応するエンコーダシステムを含む。光学式のエンコーダシステムは、本明細書において以下でより詳細に説明されるように、例えば、対応する軸のまわりのアームセグメント１０６、１０８のそれぞれのアームセグメントの回転する（スイベルの）または横の（蝶番の）動きを検出し、ＡＡＣＭＭ１００内の電子データ処理システムに信号を送信する。それぞれの個々の処理されていないエンコーダのカウントが信号として電子データ処理システムに別々に送信され、電子データ処理システムにおいて、そのカウントは測定データへとさらに処理される。同一出願人による米国特許第５，４０２，５８２（‘５８２）号に開示されているような、ＡＡＣＭＭ１００自体から分離した位置計算機（例えば、シリアルボックス）は必要とされない。

基部１１６は、装着デバイスまたは取り付けデバイス１２０を含み得る。取り付けデバイス１２０は、ＡＡＣＭＭ１００が、例えば、検査台、マシニングセンタ、壁、または床などの所望の位置に取り外し可能なように取り付けられることを可能にする。一実施形態において、基部１１６は、ＡＡＣＭＭ１００が動かされているときにオペレータが基部１１６を持つのに都合の良い位置を提供するハンドル部１２２を含む。一実施形態において、基部１１６は、折りたたむとディスプレイ画面などのユーザインターフェースが見えるようになる可動式のカバー部１２４をさらに含む。

一実施形態によれば、可搬型のＡＡＣＭＭ１００の基部１１６は、２つの主要なコンポーネント、すなわち、ＡＡＣＭＭ１００内のさまざまなエンコーダシステムからのデータ、および３次元（３Ｄ）位置計算をサポートするためのその他のアームパラメータを表すデータを処理する基部処理システムと、比較的完全な計測機能が外部コンピュータへの接続を必要とせずにＡＡＣＭＭ１００内で実施されることを可能にする、搭載オペレーティングシステム、タッチスクリーンディスプレイ、および常駐アプリケーションソフトウェアを含むユーザインターフェース処理システムとを含む電子データ処理システムを含むまたは収容する。

基部１１６内の電子データ処理システムは、基部１１６から離れて配置されたエンコーダシステム、センサ、およびその他の周辺ハードウェア（例えば、ＡＡＣＭＭ１００上の取り外し可能なハンドル１２６に取り付けられることができるＬＬＰ）と通信することができる。これらの周辺ハードウェアデバイスまたは特徴をサポートする電子機器は、可搬型のＡＡＣＭＭ１００内に配置された軸受カートリッジの群１１０、１１２、１１４のそれぞれに配置され得る。

図２は、一実施形態による、ＡＡＣＭＭ１００で利用される電子機器の構成図である。図２に示される実施形態は、基部処理システムを実装するための基部プロセッサ基板２０４と、ユーザインターフェース基板２０２と、電力を供給するための基部電源基板２０６と、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）モジュール２３２と、基部傾斜基板２０８とを含む電子データ処理システム２１０を含む。ユーザインターフェース基板２０２は、ユーザインターフェース、表示、および本明細書において説明されるその他の機能を実行するアプリケーションソフトウェアを実行するためのコンピュータプロセッサを含む。

図２に示されるように、電子データ処理システム２１０は、１つ以上のアームバス２１８を介して上述の複数のエンコーダシステムと通信している。図２に示された実施形態において、各エンコーダシステムは、エンコーダデータを生成し、エンコーダアームバスインターフェース２１４と、エンコーダデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）２１６と、エンコーダ読み取りヘッドインターフェース２３４と、温度センサ２１２とを含む。歪みセンサなどのその他のデバイスが、アームバス２１８に接続され得る。

さらに図２に示されているのは、アームバス２１８と通信しているプローブ端電子機器２３０である。プローブ端電子機器２３０は、プローブ端ＤＳＰ２２８と、温度センサ２１２と、一実施形態においてはクイック接続インターフェースによってハンドル１２６またはＬＬＰ２４２に接続するハンドル／ＬＬＰインターフェースバス２４０と、プローブインターフェース２２６とを含む。クイック接続インターフェースは、ＬＬＰ２４２およびその他のアクセサリによって使用されるデータバス、制御線、および電源バスへのハンドル１２６によるアクセスを可能にする。一実施形態において、プローブ端電子機器２３０は、ＡＡＣＭＭ１００の測定プローブ筐体１０２に配置される。一実施形態において、ハンドル１２６は、クイック接続インターフェースから取り外されることができ、測定は、ハンドル／ＬＬＰインターフェースバス２４０を介してＡＡＣＭＭ１００のプローブ端電子機器２３０と通信するレーザラインプローブ（ＬＬＰ）２４２によって実行される可能性がある。一実施形態において、電子データ処理システム２１０は、ＡＡＣＭＭ１００の基部１１６に配置され、プローブ端電子機器２３０は、ＡＡＣＭＭ１００の測定プローブ筐体１０２に配置され、エンコーダシステムは、軸受カートリッジの群１１０、１１２、１１４に配置される。プローブインターフェース２２６は、１−ｗｉｒｅ（登録商標）通信プロトコル２３６を具現化する、ＭａｘｉｍＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＰｒｏｄｕｃｔｓ，Ｉｎｃから販売されている製品を含む任意の好適な通信プロトコルによってプローブ端ＤＳＰ２２８に接続することができる。

図３は、一実施形態による、ＡＡＣＭＭ１００の電子データ処理システム２１０の詳細な特徴を示す構成図である。一実施形態において、電子データ処理システム２１０は、ＡＡＣＭＭ１００の基部１１６に配置され、基部プロセッサ基板２０４と、ユーザインターフェース基板２０２と、基部電源基板２０６と、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈモジュール２３２と、基部傾斜モジュール２０８とを含む。

図３に示される実施形態において、基部プロセッサ基板２０４は、図中に示されるさまざまな機能ブロックを含む。例えば、基部プロセッサ機能３０２は、ＡＡＣＭＭ１００からの測定データの収集をサポートするために利用され、アームバス２１８およびバス制御モジュール機能３０８を介して処理されていないアームデータ（例えば、エンコーダシステムのデータ）を受信する。メモリ機能３０４は、プログラムおよび静的なアーム構成データを記憶する。基部プロセッサ基板２０４は、ＬＬＰ２４２などの任意の外部ハードウェアデバイスまたはアクセサリと通信するための外部ハードウェアオプションポート機能３１０も含む。リアルタイムクロック（ＲＴＣ）およびログ３０６と、バッテリパックインターフェース（ＩＦ）３１６と、診断ポート３１８とが、図３に示される基部プロセッサ基板２０４の実施形態の機能にやはり含まれる。

また、基部プロセッサ基板２０４は、外部（ホストコンピュータ）および内部（ディスプレイプロセッサ２０２）デバイスとのすべての有線および無線データ通信を管理する。基部プロセッサ基板２０４は、（例えば、米国電気電子学会（ＩＥＥＥ）１５８８などのクロック同期規格を用いて）イーサネット（登録商標）機能３２０を介してイーサネットネットワークと、ＬＡＮ機能３２２を介して無線ローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）と、およびパラレル・シリアル通信（ＰＳＣ）機能３１４を介してＢｌｕｅｔｏｏｔｈモジュール２３２と通信する能力を有する。基部プロセッサ基板２０４は、ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）デバイス３１２への接続も含む。

基部プロセッサ基板２０４は、上述の‘５８２号特許のシリアルボックスで開示されたようないかなる前処理も必要とせずに測定データへと処理するために、処理されていない測定データ（例えば、エンコーダシステムのカウント、温度の読み取り値）を送信および収集する。基部プロセッサ２０４は、ＲＳ４８５インターフェース（ＩＦ）３２６を介してユーザインターフェース基板２０２のディスプレイプロセッサ３２８に処理されたデータを送信する。一実施形態において、基部プロセッサ２０４は、処理されていない測定データを外部コンピュータにやはり送信する。

ここで図３のユーザインターフェース基板２０２に目を向けると、基部プロセッサによって受信された角度および位置データが、ＡＡＣＭＭ１００内の自律的な計測システムを提供するためにディスプレイプロセッサ３２８で実行されるアプリケーションによって利用される。アプリケーションは、これらに限定されないが、特徴の測定、手引きおよび訓練のグラフィックス、遠隔診断、温度の修正、さまざまなオペレーションの特徴の制御、さまざまなネットワークへの接続、ならびに測定された物体の表示などの機能をサポートするためにディスプレイプロセッサ３２８で実行され得る。ディスプレイプロセッサ３２８および液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）３３８（例えば、タッチスクリーンＬＣＤ）ユーザインターフェースとともに、ユーザインターフェース基板２０２は、セキュアデジタル（ＳＤ）カードインターフェース３３０と、メモリ３３２と、ＵＳＢホストインターフェース３３４と、診断ポート３３６と、カメラポート３４０と、音声／映像インターフェース３４２と、ダイヤルアップ／セルモデム３４４と、全地球測位システム（ＧＰＳ）ポート３４６とを含むいくつかのインターフェースオプションを含む。

図３に示される電子データ処理システム２１０は、環境データを記録するための環境レコーダ３６２を有する基部電源基板２０６も含む。また、基部電源基板２０６は、ＡＣ／ＤＣコンバータ３５８およびバッテリ充電器制御３６０を用いて、電子データ処理システム２１０に電力を供給する。基部電源基板２０６は、集積回路間（ｉｎｔｅｒ−ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｃｉｒｃｕｉｔ）（Ｉ２Ｃ）シリアルシングルエンドバス３５４を用いて、およびＤＭＡシリアル周辺インターフェース（ＤＭＡｓｅｒｉａｌｐｅｒｉｐｈｅｒａｌｉｎｔｅｒｆａｃｅ）（ＤＳＰＩ）３５６を介して基部プロセッサ基板２０４と通信する。基部電源基板２０６は、基部電源基板２０６に実装された入力／出力（Ｉ／Ｏ）拡張機能３６４を介して傾斜センサおよび無線周波数識別（ＲＦＩＤ）モジュール２０８に接続される。

別個のコンポーネントとして示されているが、その他の実施形態において、これらのコンポーネントのすべてまたは一部は、図３に示された位置とは異なる位置に物理的に配置される、および／または図３に示された方法とは異なる方法で組み合された機能である可能性がある。例えば、一実施形態において、基部プロセッサ基板２０４およびユーザインターフェース基板２０２は、１つの物理的な基板に組み合される。

何らかの方法で物理的に装着されるか否かにかかわらず、例えばシステムとして一緒に配置、リンク、接続、関連付け、構成、またはセットアップされる複数の異なる種類の計測デバイスまたは複数の同様の計測デバイスは、システム内の複数の計測デバイスによって行われるさまざまな測定を正確に同期するために、本明細書において開示される本発明による時間同期装置および方法の実施形態を利用することができる。一部の実施形態において、例えば、ロボットまたはカメラなどの非計測デバイスでさえも、本発明の実施形態で利用され得る。

本発明の例示的な実施形態は、本明細書において後で詳細に説明されるように互いに対して一緒に構成される、図１〜３に関して本明細書において上で説明された可搬型のＡＡＣＭＭ１００などの関節アーム座標測定機と、レーザトラッカとを含むシステムを含む。可搬型のＡＡＣＭＭ１００およびレーザトラッカは、物体の測定を行うために、例えばＩＥＥＥ１５８８高精度時間プロトコル（ＰＴＰ）規格を使用して時間同期される。より具体的には、本明細書において後で説明される例示的な実施形態は、可搬型のＡＡＣＭＭ１００が、比較的大きな部品または物体（例えば、自動車）の完全な測定を、そのような完全な測定が可搬型のＡＡＣＭＭ１００がさらなる物理的な位置に移動されないと不可能である場合に行うことができるように、可搬型のＡＡＣＭＭ１００を異なる物理的な位置に移動するために一緒に使用される可搬型のＡＡＣＭＭ１００およびレーザトラッカに関する。

本明細書において上で説明されたように、可搬型のＡＡＣＭＭ１００は、測定される部品などの物体に関して３次元位置データを取得するために使用される。可搬型のＡＡＣＭＭ１００は、物理的な物体を、その物理的な物体を表す一組のデータに変換する。可搬型のＡＡＣＭＭに関するさらなる詳細が、上述の同一出願人によるラーブの米国特許第５，４０２，５８２（‘５８２）号に見いだされ、この米国特許は、その全体を本願に引用して援用する。

現在の可搬型のＡＡＣＭＭ１００は、ＡＡＣＭＭ１００のアーム部１０４が届く最大の長さまで広がる範囲内にあると定義される体積の中で測定を行うことができる。このアームが届く最大の長さは、例えば、主にアームセグメント１０６、１０８の長さに依存して概して６または１２フィートである可能性がある。元のまたは大域的な座標系または基準系をなおも維持しながらこの体積の外側をまたはこの体積を超えて測定することは、１つ以上のその他の異なる物理的な位置に可搬型のＡＡＣＭＭ１００を物理的に移動することと、各位置で座標系変換手順、例えば、「蛙飛び（ＬｅａｐＦｒｏｇ）」と呼ばれる手順を実行することとを必要とする。蛙飛び手順において、第１の測定体積における（すなわち、可搬型のＡＡＣＭＭ１００がそのＡＡＣＭＭ１００の最初の物理的な位置にある状態での）特徴が、（例えば、自動車または同様の大きな物体を測定するときに）部品測定プロセスを継続するために可搬型のＡＡＣＭＭ１００を第２の新しいまたは異なる物理的な位置に動かした後で、可搬型のＡＡＣＭＭ１００の座標系をリセットするために使用される。また、可搬型のＡＡＣＭＭ１００は、部品測定プロセスを問題なく完了するために必要に応じて第３、第４、またはさらなる異なる物理的な位置に移動され得る。蛙飛び手順の最終結果は、可搬型のＡＡＣＭＭ１００がそのＡＡＣＭＭ１００の座標系を再確定するために連続して使用されるので、あらゆる誤差の積み重なりである。蛙飛び手順のさらに詳細な説明が、米国特許第４，４３０，７９６号に見いだされ、この米国特許は、その全体を本願に引用して援用する。

上述の同一出願人による米国特許第７，８０４，６０２号で開示された測定システムと同様の比較的大型の座標探索測定システム４００の例が、図４に示され、この米国特許第７，８０４，６０２号は、その全体を本願に引用して援用する。図４の探索システム４００は、本明細書において図１〜３に関して上で説明された可搬型のＡＡＣＭＭと同様であり、図４においては単純化された形態で示される可搬型のＡＡＣＭＭ１００を含む。システムは、可搬型のＡＡＣＭＭ１００上でＡＡＣＭＭ１００のプローブ端４２０に、またはプローブ端４２０の近くに配置された再帰反射体クランプ組立体４１０と、レーザトラッカ４３０とをやはり含む。同じ種類または異なる種類の複数の測定デバイスのその他の向き、配置、設定、および変更が、可能であり、例えば、当分野の特定の応用に応じて本発明の実施形態で考慮される。したがって、図４の例示的なシステム４００は、限定的であるとみなされるべきでない。

図５は、球状取り付け再帰反射体（ＳＭＲ）５００と、キネマティックネスト（ｋｉｎｅｍａｔｉｃｎｅｓｔ）５１０と、クランプ５２０とを含む再帰反射体クランプ組立体４１０の分解図を示す。ＳＭＲ５００は、部分的球５４０内に埋め込まれたコーナーキューブ再帰反射体５３０を含む。コーナーキューブ再帰反射体５３０は、３つの平面鏡セグメント（Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３）を含み、これらの平面鏡セグメント（Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３）は、各ガラスセグメントがその他２つのガラスセグメントに対して９０度になるように一緒に接合される。３つのガラスセグメントの共通の交点は、ＳＭＲ５００の頂点「Ａ」と呼ばれる。頂点「Ａ」は、部分的球５４０の球としての中心に配置される。

キネマティックネスト５１０は、クランプ５２０の上部に付き、そしてさらに、クランプ５２０は、可搬型のＡＡＣＭＭ１００の最終リンクまたはアームセグメント５５０にプローブ端４２０で、またはプローブ端４２０の近くで固定される。このようにして、クランプ５２０は、再帰反射体クランプ組立体４１０が所望の位置で可搬型のＡＡＣＭＭ１００に配置されることを可能にする。

キネマティックネスト５１０は、ＳＭＲ５００の球状の表面が載る３つの点状の接触部（図示せず）を有する。３つの点状の接触部は、ＳＭＲ５００の中心がＳＭＲ５００が回転されるときに空間内の同じ点にあり続けることを保証する。好ましくは、キネマティックネスト５１０は、ＳＭＲ５００が３つの点状の接触部と常に接触したままに保たれることを保証するためにそのキネマティックネスト５１０の基部に磁石を含む。

図４に示されるように、レーザトラッカ４３０は、ＳＭＲ５００にレーザビーム４４０を発射する。コーナーキューブ再帰反射体５３０は、レーザトラッカ４３０から発射された光を、出ていくレーザビームと同じ線４４０に沿ってレーザトラッカ４３０に戻るように反射する。レーザトラッカ４３０は、戻ってくるレーザビームの位置を監視し、たとえＳＭＲ５００があちこちに動かされるときでもレーザビームをＳＭＲ５００の中心に合うように保つためにトラッカヘッド４５０の位置を調整する。この例においては、オペレータは、ＳＭＲ５００を（可搬型のＡＡＣＭＭ１００が同じ物理的な位置に保たれた状態で）３つの異なる位置に動かすが、ＳＭＲ５００を１２以上の位置に、またはおそらくは１つの位置のみに動かすこともできる。それぞれのＳＭＲの位置で、可搬型のＡＡＣＭＭ１００とレーザトラッカ４３０の両方は、ＳＭＲ５００の座標の測定を行う。可搬型のＡＡＣＭＭ１００は、ＡＡＣＭＭ１００のアームセグメント１０６、１０８の互いとの、および可搬型のＡＡＣＭＭ１００の基部１１６との、または最終リンク５５０との結合部（例えば、軸受カートリッジ）に概して配置されるその可搬型のＡＡＣＭＭ１００の組み込まれた角度エンコーダを用いてこの測定を行う。レーザトラッカ４３０は、そのレーザトラッカ４３０の距離計および角度エンコーダ（図示せず）を用いてこの測定を行う。その他の種類のエンコーダおよび距離計が、用いられてもよい。

可搬型のＡＡＣＭＭ１００およびレーザトラッカ４３０によって収集されるこのＳＭＲの測定データを比較することによって、可搬型のＡＡＣＭＭ１００の座標系をレーザトラッカ４３０の座標系に、またはその逆に変換するための変換行列が、決定され得る。代替的に、データの両方の組が、何らかのその他の好ましい座標系（ｘ，ｙ，ｚ）に変換され得る。

可搬型のＡＡＣＭＭ１００で比較的大きな物体（例えば、自動車）を測定するとき、可搬型のＡＡＣＭＭ１００全体を（または、おそらくはラップトップコンピュータがずっと同じ物理的な位置にあり続けるようにして、測定機能を実行するＡＡＣＭＭ１００の部分、すなわち、アーム部を）異なる物理的な位置に物理的に動かすことが必要である場合が多い。これは、可搬型のＡＡＣＭＭ１００が可搬型のＡＡＣＭＭ１００の第１の物理的な位置からは測定のために到達することができない大きな物体のその他の部分を測定することができるように、可搬型のＡＡＣＭＭ１００を、測定されている物体に対する１つ以上のその他の異なる物理的な位置に物理的に移動するためになされる。可搬型のＡＡＣＭＭ１００の全体または一部を異なる物理的な位置に動かすこのアクションは、「移動」と呼ばれる。すなわち、「移動」は、可搬型のＡＡＣＭＭ１００が、ユーザが可搬型のＡＡＣＭＭ１００の１つ以上の部分（例えば、アームセグメント、プローブなど）を異なる位置に動かす間に１つの物理的な位置に留められることには当てはまらない。

可搬型のＡＡＣＭＭ１００とレーザトラッカ４３０の両方で同時にＳＭＲ５００の位置を測定する上記の手順は、可搬型のＡＡＣＭＭ１００が移動されるときにはいつでも実行される（可搬型のＡＡＣＭＭ１００が例えば「位置Ａ」から「位置Ｂ」に、すなわち、第１の物理的な位置から第２の物理的な位置に動かされる図６を参照）。これは、可搬型のＡＡＣＭＭ１００のいくつかの異なる位置から収集された比較的大きな物体６００に関する測定データが、同じ基準系（例えば、大域的な基準系）の同じ共通の座標系に一緒に継ぎ目なく継ぎ合わされることを可能にする。上述の方法で、可搬型のＡＡＣＭＭ１００は、レーザトラッカ４３０の測定体積内の任意の物理的な位置に迅速かつ正確に移動されることができる。

この手順は、そのような比較的易しい移動プロセスが、いくつかの目標（すなわち、ネスト）、例えば、４つの目標が可搬型のＡＡＣＭＭ１００に対する基準系として床に通常は配置されるため不可能であるその他のソリューションと比べて改善を示す。したがって、可搬型のＡＡＣＭＭ１００が移動されるときにネストも移動されなければならず、すべての基準点が相対的に再校正される必要がある。

可搬型のＡＡＣＭＭ１００の移動の精度を改善するために、以下の技術、すなわち、（１）可搬型のＡＡＣＭＭ１００およびレーザトラッカ４３０で多くの点（例えば、４つ以上）を測定することと、（２）３次元空間内のできるだけ分離した（つまり、ＡＡＣＭＭの測定体積または範囲の外縁に近い）点を測定することと、（３）３つの次元すべてをカバーする点を測定する（つまり、完全に平面上にあるか、または平面の近くにある点を収集することを避ける）こととが、さらに実施され得る。

再帰反射体クランプ組立体４１０が可搬型のＡＡＣＭＭ１００に最初に装着されるときに、ＳＭＲ５００の座標が、ＡＡＣＭＭ１００の最終リンク５５０の基準系に対して見つけられなければならない（図９Ｂ参照）。これを行うために、図７に示される取り付けられた球７００を用いて、補正手順が実行される。これは、再帰反射体クランプ組立体４１０が可搬型のＡＡＣＭＭ１００に最初に装着されるときにのみ実行されることが必要なので、「初期補正」手順とも呼ばれることがある。

取り付けられた球７００は、金属球７１０、磁気ネスト７２０、および基部７３０を含む。金属球７１０は、例えば、ＳＭＲ５００の直径と同じ直径を有する可能性がある。磁気ネスト７２０は、金属球７１０が載る３つの点状の接触部（図示せず）を有する。磁石（図示せず）が、金属球７１０を３つの点状の接触部に対してしっかりと留める。磁気ネスト７２０は基部７３０に装着され、そしてさらに、基部７３０が別の安定した表面上の床に装着される。

ＳＭＲの位置を見つけるための補正手順の始めに、ＳＭＲ５００は、キネマティックネスト５１０から取り外される。キネマティックネスト５１０は、磁気ネスト７２０上に載っている金属球７１０と接触させられる。これは、図８Ａに示される。その後、可搬型のＡＡＣＭＭ１００のアームセグメント１０６、１０８が、図８Ｂに示されるように、異なる位置に動かされる。キネマティックネスト５１０の正確な位置は、重要でない。少なくとももう１回、しかし好ましくはさらに多くの回数アームセグメントの位置を変えることによって、可搬型のＡＡＣＭＭ１００の角度エンコーダの角度が、ＳＭＲ５００の中心の位置を決定するために使用されることができる。

ロボットまたは可搬型のＡＡＣＭＭでみられるような関節アームセグメントを用いて座標を決定するための数学的計算は、周知である。例えば、関連する式が、ラチッド・マンゼーアによるＲｏｂｏｔＭｏｄｅｌｉｎｇａｎｄＫｉｎｅｍａｔｉｃｓの３章および４章に記載されている。これらの式で、最終リンク５５０の基準系内の金属球７１０の中心の位置

を、可搬型のＡＡＣＭＭ１００の基部１１６の固定の基準系内の金属球７１０の中心の位置

に関連付けることができる。特定のＡＡＣＭＭに関する有り得るベクトル

および

が、図９Ａおよび９Ｂに示される。これらのベクトルの意味を明確にするために、可搬型のＡＡＣＭＭ１００および最終リンク５５０に関する局所座標系（ｘ_Ａ，ｙ_Ａ，ｚ_Ａ）および（ｘ_Ｆ，ｙ_Ｆ，ｚ_Ｆ）が、それぞれ、図９Ａおよび９Ｂに示される。上述のようなＳＭＲ５００の座標を見つけるための補正手順の場合、金属球７１０の制約が、たとえ可搬型のＡＡＣＭＭ１００のアームセグメントがあちこち動かされたとしてもベクトル

および

を一定のままにする。２つのベクトルを関連付ける式は、

である。

この式において、

は、上述のマンゼーアによる文献で説明されているように、各リンクに関するいわゆるＤｅｎａｖｉｔ−Ｈａｒｔｅｎｂｅｒｇ（ＤＨ）パラメータによって決まる４×４変換行列である。各リンクに関して、ＤＨパラメータのうちのただ１つ、リンクの角度θが、補正手順の間に変化する。その他のＤＨパラメータは、特定の可搬型のＡＡＣＭＭ１００に特有であり、可搬型のＡＡＣＭＭ１００が製造されるときに実行される工場での補正手順によって既に決定されているであろう。固定のパラメータは、別個の工場での補正手順によって決定される。ベクトル表記

は、ＴがＡＡＣＭＭ１００の結合点のすべてに関する角度エンコーダの読み取り値の関数であることを示し、ｉは、ｉ番目の測定を示し、ここで、各測定は、可搬型のＡＡＣＭＭ１００の異なる位置に対応し、可搬型のＡＡＣＭＭ１００の２つの例示的な位置が図８Ａおよび８Ｂに示されている。可搬型のＡＡＣＭＭ１００が多くの異なる位置に動かされる場合、式（１）に対する一意解は存在しない。その代わりに、ベクトル

および

の最善の推定が、残差の合計を最小化することによってなされる。ｉ番目の測定に関して、残差は、

と定義される。

残差の合計を最小化するために、

および

が、ｒｅｓ_ｉ値の２乗の総和を最小化するように選択される。この場合、

および

は、見つけられる必要がある６つのパラメータ値が存在するように３つの座標値（例えば、ｘ、ｙ、およびｚ）によってそれぞれ表される。２乗値の総和を最小化するようにパラメータを選択するための手順は、当技術で周知であり、広く入手可能なソフトウェアを用いて容易に実行される。したがって、この手順は、これ以上検討されない。

上述のように、可搬型のＡＡＣＭＭ１００は、ＳＭＲ５００がいくつかの異なる位置に動かされるようにしてＡＡＣＭＭ１００とレーザトラッカ４３０の両方でＳＭＲ５００の位置を同時に測定することによって都合よく移動される。ＡＡＣＭＭ１００によって収集された測定値は、式

によってレーザトラッカ４３０の測定値と関連付けられる。

この式において、

および

は、それぞれ、レーザトラッカ４３０の基準系および可搬型のＡＡＣＭＭ１００の基準系におけるＳＭＲ５００の座標である。量ｒｘ、ｒｙ、ｒｚは、それぞれ、Ｘ、Ｙ、およびＺ軸のまわりの回転を表すオイラー角であり、ｔｘ、ｔｙ、ｔｚは、それぞれＸ、Ｙ、およびＺの変位である。行列Ｍ（ｒｘ，ｒｙ，ｒｚ，ｔｘ，ｔｙ，ｔｚ）は、移動される可搬型のＡＡＣＭＭ１００によって測定されたＳＭＲ５００の座標を、この例においては共通の座標系であるレーザトラッカ４３０の基準系に変換する。しかし、任意の好適な基準系を共通の座標系として使用するまたは割り当てることができる。この行列Ｍ（ｒｘ，ｒｙ，ｒｚ，ｔｘ，ｔｙ，ｔｚ）は、移動手順によって決定されるエンティティであり、この行列は、例えば、プロセッサまたはソフトウェアなどの任意の好適な手段で計算され得る。いったんこの行列が分かると、この行列は、最終リンク５５０に装着されたプローブチップ４２０の測定値に等しく適用され得る。可搬型のＡＡＣＭＭ１００によって測定されたプローブチップ４２０の座標は、行列Ｍ（ｒｘ，ｒｙ，ｒｚ，ｔｘ，ｔｙ，ｔｚ）によって変換されて、レーザトラッカ４３０の基準系におけるプローブチップ４２０の座標を与える。

Ｍ（ｒｘ，ｒｙ，ｒｚ，ｔｘ，ｔｙ，ｔｚ）を見つけるために、ｉ番目の測定に関する残差が、

と定義される。

標準的な最小２乗適合計算が、残差の２乗の総和を最小化する６つの適合パラメータｒｘ，ｒｙ，ｒｚ，ｔｘ，ｔｙ，ｔｚの値を発見するために実行される。

可搬型のＡＡＣＭＭとレーザトラッカの両方を用いて可搬型のＡＡＣＭＭ１００の移動を実行するためのその他の装置および方法が、本明細書の教示に照らして利用され得る。

本明細書の上記の開示において、可搬型のＡＡＣＭＭ１００が異なる物理的な位置に移動されるとき、ＳＭＲ５００の位置が、可搬型のＡＡＣＭＭ１００とレーザトラッカ４３０の両方によって同時に測定される。この「同時測定」は、ＳＭＲ５００が１つ以上の異なる位置に動かされる度に実行される。したがって、可搬型のＡＡＣＭＭ１００およびレーザトラッカ４３０によって同時に測定されるＳＭＲ５００の位置のあらゆる誤差ができる限り小さく、そのような厳密な計測の応用のために許容可能な値であるように、可搬型のＡＡＣＭＭ１００およびレーザトラッカ４３０が、できる限り正確に時間的に同期されることが重要である。

本発明の実施形態による装置および方法は、可搬型のＡＡＣＭＭ１００とレーザトラッカ４３０の両方を時間同期させるためにＩＥＥＥ１５８８高精度時間プロトコル（ＰＴＰ）を利用することができる。そのような装置および方法は、本明細書において上で検討された図４〜９の移動の実施形態の可搬型のＡＡＣＭＭ１００とレーザトラッカ４３０の両方の中で実装され得る。本発明の実施形態によるそのような装置および方法は、すべて同様である（例えば、複数の同様のレーザトラッカ）か、もしくは異なる（例えば、可搬型のＡＡＣＭＭとレーザトラッカ）、または、例えば、カメラ、ロボット、もしくはその他の産業用機器などの非計測デバイスさえも含む「ノード」（例えば、計測デバイス）の多くのその他の分散型のネットワークシステムの組み合わせのリアルタイムクロックを時間同期させるために、ＩＥＥＥ１５８８ＰＴＰを利用することができる。

本明細書において上で説明された可搬型のＡＡＣＭＭおよびレーザトラッカの移動の実施形態に加えて、計測デバイスのそのようなシステムの組み合わせをときどき校正することが必要である可能性もある。そのような校正を実行するために、ＳＭＲ５００が、最終リンク５５０に、または可搬型のＡＡＣＭＭ１００の何らかのその他の位置に固定される可能性がある（図４）。次に、可搬型のＡＡＣＭＭ１００がその可搬型のＡＡＣＭＭ１００のプローブ４２０の位置（および、ひいては、ＳＭＲ５００の位置）を同時に測定する間に、レーザトラッカ４３０が、そのレーザトラッカ４３０の基準系に対するＳＭＲ５００の位置を測定する。この情報から、レーザトラッカ４３０に対するＡＡＣＭＭ１００の基準系が、確定され得る。そして、校正の後、可搬型のＡＡＣＭＭ１００およびレーザトラッカ４３０は、互いに独立して測定を行うことができる。ときどき、可搬型のＡＡＣＭＭ１００の位置が、校正状態を調べ、確認するために、または本明細書において上で説明されたように可搬型のＡＡＣＭＭ１００を新しい位置に移動するために再度取り込まれる（すなわち、ＳＭＲ５００が再度捕捉される）可能性がある。移動の実施形態におけるように、可搬型のＡＡＣＭＭ１００およびレーザトラッカ４３０の校正の実施形態において、可搬型のＡＡＣＭＭ１００およびレーザトラッカ４３０によって同時に測定されるＳＭＲ５００の位置のあらゆる誤差ができる限り小さく、したがってそのような厳密な計測の応用のために許容可能な値であるように、可搬型のＡＡＣＭＭ１００およびレーザトラッカ４３０が、できる限り正確に時間的に同期されることが望ましい。

本明細書において上で述べられたように、一緒に組み合された可搬型のＡＡＣＭＭ１００およびレーザトラッカ４３０の移動および校正の実施形態において、可搬型のＡＡＣＭＭ１００上に配置されたＳＭＲ５００の測定または「捕捉」は、（例えば、ＳＭＲ５００を非常に速く動かすことによって、または間にある物体によってＳＭＲ５００が遮られることによって）ＳＭＲ５００がレーザトラッカの見通しから外れているときに、それにもかかわらず、可搬型のＡＡＣＭＭ１００によって行われる測定が中断されずに進行するように可搬型のＡＡＣＭＭ１００の基準の位置を確定するために使用される。ＡＡＣＭＭが動いている間に可搬型のＡＡＣＭＭ１００上のＳＭＲ５００に対して行われる複数のレーザトラッカの測定を使用することは、可搬型のＡＡＣＭＭの基準の位置を決定する際の精度を改善する。これには２つの理由がある。第１に、統計から、Ｎ個のサンプルを取得することは、係数

だけ各位置の曖昧性を減らす。

また、可搬型のＡＡＣＭＭ１００の１つの向きではなく複数のＡＡＣＭＭの向きを使用することは、１つの最悪の場合のＡＡＣＭＭの位置の誤差が結果に影響を与える可能性を減らす。ＳＭＲ５００、および結果として可搬型のＡＡＣＭＭ１００内のエンコーダを絶えず動かすことは、ＡＡＣＭＭ１００の平均の位置を使用してＡＡＣＭＭの基準の位置をより正確に決定する能力を与える。これは、一点校正で使用されるのと同じ発想である。

（有線および／または無線通信能力のいずれかによる）分散型のネットワークシステム内で一緒に接続された複数のデバイス（例えば、可搬型のＡＡＣＭＭおよびレーザトラッカなどの精密計測デバイス）に関して、動的に協調した測定および／または制御を達成するために、通信ネットワークは、通常、決定性の振る舞いを示さなければならない。これは、すべての関与しているデバイス（例えば、上で開示された実施形態の可搬型のＡＡＣＭＭ１００およびレーザトラッカ４３０内のリアルタイムクロック）を厳密に時間同期させる能力を持ちつつ、常に、必要とされる量のデータを既定の期間でやり取りすることができることを意味する。

ハードウェアおよびソフトウェア要素に課される典型的なネットワークの要求の一部は、クロックおよびスケジューリング、データ管理およびメッセージプロトコル、帯域幅、バッファリング、ならびに同期を含む。現在の有線（ＩＥＥＥ８０２．３）および無線（ＩＥＥＥ８０２．１１）規格は、相対的に最良のネットワークソリューションを提供する。現在、イーサネット（ＩＥＥＥ８０２．３）が、有線ネットワーク接続アプリケーションの最も有力な候補であり、一方、Ｗｉ−Ｆｉ無線（ＩＥＥＥ８０２．１１）が、局所的な無線ネットワーク接続アプリケーションの最も有力な候補である。

イーサネットの利点の一部は、イーサネットが実装するのが比較的安価であることと、例えば、オフィスおよび産業での応用において幅広い使用をもたらすこととを含む。また、イーサネットは、用途が広く、例えば、半二重または全二重の実装はもちろん、有線およびファイバー構成が実装されることができる。さらに、産業用イーサネットプロトコルが利用可能であり（例えば、リアルタイムイーサネット）、複数のトポロジーが利用可能である。その上、パワーオーバーイーサネット（ＰｏＥ）が、単一のケーブルが信号および電力を供給することを可能にする。イーサネットは、セキュリティの確保およびセグメンテーションがやはり比較的容易であり、また、本明細書において後でより詳細に検討されるＩＥＥＥ１５８８ＰＴＰをサポートする。

Ｗｉ−Ｆ無線の利点の一部は、Ｗｉ−Ｆｉが実装するのが比較的安価であることと、例えば、オフィスおよび産業での応用において幅広い使用をもたらすこととを含む。また、Ｗｉ−Ｆｉを用いて、無線局が、比較的容易に動かされ得る。さらに、受信可能範囲が、メッセージを中継することによって拡張され得る。その上、Ｗｉ−Ｆｉ無線は電力消費が比較的少なく、例えば、バッテリ電力が使用され得る。サポートするためのハードウェアおよびソフトウェアも豊富にあり、Ｗｉ−Ｆｉ無線は、ＩＥＥＥ１５８８ＰＴＰをやはりサポートする。

本発明の装置および方法のさまざまな実施形態において、複数の精密計測デバイスの間の時間同期に関する比較的高いレベルの精度が、以降で詳細に説明されるように、ハードウェアを利用したＩＥＥＥ１５８８時間同期オペレーションを使用することによって達成される。例えば、一実施形態は、ＡＡＣＭＭから分離したレーザトラッカとともに、ＡＡＣＭＭのプローブ端に接続されたＬＬＰを有する可搬型のＡＡＣＭＭを含み得る。ＬＬＰを有する可搬型のＡＡＣＭＭの動きが１秒当たり１メートルであり、同期タイミングの誤差が（ソフトウェアのみの手法を用いるＩＥＥＥ１５８８ＰＴＰシステムに典型的な）１ミリ秒である場合、同期タイミングの誤差により引き起こされる結果的に得られる位置の誤差は、アームの速度の大きさと同期誤差の変化との積によって与えられる。この例において、位置の誤差は、１ミリメートルであり、この誤差は、レーザトラッカおよび可搬型のＡＡＣＭＭの組み合わされた誤差と比べてかなり（２桁）大きい。精密３Ｄ計測のためには、同期タイミングの誤差は、無視できる位置の誤差をもたらすために１マイクロ秒未満（好ましくは、約５００ナノ秒以下）であることが望ましい。ハードウェアを利用したＩＥＥＥ１５８８ＰＴＰの手法は、概して所望のレベルの精度を達成することができるが、ソフトウェアを利用したＩＥＥＥ１５８８ＰＴＰの手法は、概して達成することができない。

クロックは、通常、２つの部分からなるデバイスである。第１の部分は、（時間的に）等間隔の周期的なイベントを提供する発振器である。第２の部分は、これらのイベントを積算するカウンタ（積算器、加算器、またはアキュムレータとしても知られる）である。クロックからの認識される時間は、主に３つの要素によって影響を受ける。第１は、遅延の揺らぎ（クロックから時間情報の受信者までの通信経路の外乱）によってもたらされる。第２は、クロックの時間の基準自体のばらつき（時間の基準の種類）である。第３の要素は、クロックのタイミングに対するあらゆる環境からの影響である。

デバイス間の有線および／または無線通信のために、例えばシステムで接続、配置、またはその他の方法で一緒に組み合された複数の同様のもしくは異なる精密計測デバイス（例えば、レーザトラッカ、可搬型のＡＡＣＭＭ）ならびに／またはその他の種類のデバイス（例えば、産業用ロボットおよび機器）の間の所望のレベルの時間同期の精度（例えば、約５００ナノ秒以下の最大の許容可能な誤差）を達成するために、ＩＥＥＥ１５８８ＰＴＰのハードウェアに基づく実装が、本明細書において後で検討される理由により、ソフトウェアに基づく実装の代わりに本発明の装置および方法の例示的な実施形態において実施されることが好ましい。

ＩＥＥＥ１５８８ＰＴＰに関する背景情報として、この規格の第１版（バージョン１）は、２００２年にリリースされたが、改訂版（バージョン２）が２００８年にリリースされた。ＩＥＥＥ１５８８ＰＴＰは、デバイスのネットワーク内でのクロックの配信のための階層的なマスタ−スレーブアーキテクチャを説明する。ＩＥＥＥ１５８８ＰＴＰは、分散型のネットワーク内のリアルタイムクロックを同期させる。ネットワークでつながれたクロックは、すべてのクロックを所望の厳密なレベルの時間同期内に保つためにマスタクロックデバイスとスレーブクロックデバイスのそれぞれとの間で双方向の情報交換が行われるマスタ−スレーブ階層構造に組織化される。マスタ−スレーブ階層アーキテクチャの下で、時間配信システムは、１つ以上の通信媒体（ネットワークセグメント）および１つ以上のクロックを含む。通常クロック（ｏｒｄｉｎａｒｙｃｌｏｃｋ）は、単一のネットワーク接続を有するクロックであり、同期の基準の配信元（マスタ）または配信先（スレーブ）のいずれかである。境界クロックは、複数のネットワーク接続を有し、１つのネットワークセグメントから別のネットワークセグメントへ同期を正確にブリッジすることができる。同期のマスタは、システムのネットワークセグメントのそれぞれに対して選択される。グランドマスタクロックは、システム全体に対する根本的なタイミング基準である。グランドマスタクロックは、グランドマスタと同じネットワークセグメントにあるその他のクロックに同期情報を送信する。次に、そのセグメントにある境界クロックが、それらの境界クロックがやはり接続されているその他のセグメントに正確な時間を中継する。

ＩＥＥＥ１５８８バージョン２において、透過クロックと呼ばれるクロックの種類が、縦続接続されたセグメントトポロジーを形成する改善された方法として定義された。実際は、透過クロックは、機能強化されたイーサネットスイッチである。透過クロックは、境界クロックを置き換えることができる。透過クロックは、マスタとスレーブの間のＰＴＰメッセージを監視し、現在のＰＴＰフレームに局所的な時間遅延データ（滞留時間）を挿入する。エンドツーエンド（Ｅ２Ｅ）とピアツーピア（Ｐ２Ｐ）の２種類の透過クロックが存在する。Ｐ２Ｐ透過クロックは、Ｐ２Ｐ透過クロックの各ポートが、（入ってくる側または上流側の）そのＰ２Ｐ透過クロックのリンク相手とのピアリンク経路遅延をさらに計算し、このデータをＰＴＰフレームの修正フィールドに含める点でＥ２Ｅとは異なる。

単純化されたＰＴＰシステムは、単一のネットワークに接続されたいくつかの通常クロックを含むことが多い。この場合、境界クロックは利用されない。グランドマスタクロックが選択され、すべてのその他のクロックはそのグランドマスタクロックに直接同期する。概して、ＩＥＥＥ１５８８ＰＴＰにおいては、「最良マスタクロック（ＢｅｓｔＭａｓｔｅｒＣｌｏｃｋ）」アルゴリズムが、システム内の「最良の」または最も正確なクロックを決定し、次に、その「最良の」または最も正確なクロックに、システム内のすべてのその他のクロックが同期する。このマスタクロックの決定は、各クロックのいくつかの異なる特性に基づいて行われる。例えば、クロックが、対になり、埋め込まれたクロックの属性を比較することができる。すべてのクロックは、同じ情報で動作し、同じ結論を出す。

図１０は、グランドマスタクロック１０００が、１つ以上のスレーブクロック１０１０を含むシステム全体に対する時間基準として働く単純化されたＰＴＰシステムを示す。ＩＥＥＥ１５８８ＰＴＰバージョン２は、バージョン１のクロックの種類にいくつかのさらなるクロックの種類を追加する。精密計測デバイスシステムにおいて、グランドマスタクロック１０００は、図４の可搬型のＡＡＣＭＭなどの、計測デバイスのうちの１つの中にある可能性があり、一方、スレーブクロック１０１０は、図４のレーザトラッカ４３０などの、計測デバイスのうちの別の１つの中にある可能性がある。そのとき、レーザトラッカ４３０内のスレーブクロック１０１０は、ＩＥＥＥ１５８８ＰＴＰを用いて、そのスレーブクロック１０１０自体を可搬型のＡＡＣＭＭ１００内のグランドマスタクロック１０００に時間的に同期させることができる。このように、２つの精密計測デバイス１００、４３０の間の測定の精度は、許容可能な値である５００ナノ秒以内であることができる。

ハードウェアを利用したＩＥＥＥ１５８８ＰＴＰを実装するシステムの時間同期および管理は、通信媒体（例えば、マスタと各スレーブとを接続するローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）または無線ＬＡＮ）を介したパケットまたはメッセージ（例えば、「ＰＴＰパケット」または「ＰＴＰメッセージ」）の形態の情報の交換によって達成される。この目的で、ＩＥＥＥ１５８８ＰＴＰは、さまざまなデバイスの間で交換される以下の基本的なメッセージ、すなわち、Ｓｙｎｃ、Ｄｅｌａｙ＿Ｒｅｑ、Ｆｏｌｌｏｗ＿Ｕｐ、およびＤｅｌａｙ＿Ｒｅｓｐを用いる。これらのメッセージは、スレーブクロックのそれぞれをグランドマスタクロックに時間同期させるためにネットワークを介して時間に関連する情報（「タイムスタンプ」）を伝えるためにさまざまなクロックによって使用される。その他のメッセージまたはパケットが、ＩＥＥＥ１５８８ＰＴＰの両方のバージョンで利用可能である。メッセージの一部は、イベントメッセージとして特徴づけられ、これらのイベントメッセージは、タイムスタンプの精度の送信および受信の精度がクロックの配信の精度に直接影響を与える時間の制約が厳しいメッセージである。その他のメッセージは、通常メッセージとして特徴づけられ、これらの通常メッセージは、これらのメッセージ内のデータがＰＴＰにとって重要であるが、これらメッセージの送信および受信タイムスタンプは重要でないより普通のプロトコルデータ単位である。ＩＥＥＥ１５８８ＰＴＰ内で定義されたさまざまなメッセージは、イーサネットがサポートする分散型のシステムの種類であるマルチキャストを用いて送信され得る。

図１１および１２は、スレーブクロック１０１０が、そのスレーブクロック１０１０自体をマスタクロック１０００に時間同期させるためにＩＥＥＥ１５８８ＰＴＰをどのように用いるかの例を示す。そのようにするために、各スレーブクロック１０１０は、マスタクロック１０００によって送信されたＳｙｎｃメッセージのネットワーク通過時間を正確に決定しなければならない。通過時間は、各スレーブクロック１０１０からそのスレーブクロック１０１０のマスタクロック１０００までの往復時間を測定することによって間接的に決定される。

時間ｔ０において、マスタクロック１０００が、（ＩＥＥＥ１５８８ＰＴＰのバージョン１もしくはバージョン２のいずれかの）マルチキャストによってスレーブクロック１０１０のすべてに、またはＩＥＥＥ１５８８ＰＴＰのバージョン２のユニキャストによって特定のスレーブクロック１０１０にＳｙｎｃメッセージを送出する。これは、マスタクロック１０００によって周期的に行われ得る（例えば、ＩＥＥＥ１５８８ＰＴＰのバージョン１では、これは最大で１秒当たり１回行われ、一方、バージョン２は、Ｓｙｎｃメッセージが最大で１秒当たり１０回マスタクロック１０００によってブロードキャストされることを可能にする）。スレーブクロック１０１０がＳｙｎｃメッセージを受信するとき、スレーブクロック１０１０は、そのスレーブクロック１０１０のローカルの時間ｔ１をタイムスタンプとして記録する。次に、マスタクロック１０００が、スレーブクロック１０１０にメッセージＦｏｌｌｏｗ＿Ｕｐを送信する。Ｆｏｌｌｏｗ＿Ｕｐメッセージは、マスタクロック１０００が前のＳｙｎｃメッセージを送信した時間を含む。そして、各スレーブクロック１０１０が、ｔ１とｔ０の間の時間差を計算してオフセットと遅延の和にたどり着き、この和は、例えば量Ａである。

次に、図１２に示されるように、スレーブクロック１０１０が、時間ｔ２においてマスタクロック１０００にＤｅｌａｙ＿Ｒｅｑメッセージを送信する。そして、マスタクロック１０００が、スレーブクロック１０１０にＤｅｌａｙ＿Ｒｅｓｐメッセージを送信し、Ｄｅｌａｙ＿Ｒｅｓｐメッセージは、マスタクロック１０００がスレーブクロック１０１０からのＤｅｌａｙ＿Ｒｅｑメッセージを受信した時間ｔ３を含む。それから、スレーブクロック１０１０が、ｔ３とｔ２の間の時間差を計算してオフセットから遅延を引いた差にたどり着き、この差は、例えば量Ｂである。

次に、スレーブクロック１０１０が、オフセットを（Ａ−Ｂ）／２として計算することができ、また、遅延を（Ａ＋Ｂ）／２として計算することができる。スレーブクロック１０１０がそのスレーブクロック１０１０とそのスレーブクロック１０１０のマスタクロック１０００との間のオフセットを知ると、スレーブクロック１０１０は、そのスレーブクロック１０１０をオフセットの量だけ修正して、スレーブクロック１０１０をマスタクロック１０００と一致させることができる。すなわち、スレーブクロック１０１０の時刻が、マスタクロック１０００の時刻に設定されることができる。

加えて、ＩＥＥＥ１５８８ＰＴＰは、スレーブクロック１０１０がスレーブクロック１０１０の発振器とマスタクロック１０００の発振器との間の任意のドリフトまたは周波数の差を計算することを可能にする。これは、マスタクロック１０００に、連続的な、タイムスタンプが記録されるＳｙｎｃおよびＦｏｌｌｏｗ−Ｕｐメッセージをスレーブクロック１０１０へ送出させることによって達成され得る。

ＩＥＥＥ１５８８ＰＴＰを用いると、ハードウェアタイムスタンピングが、ソフトウェアタイムスタンピングよりも時間同期の観点でより正確であることが知られている。これは、主に、プロトコルスタックのジッタの削減によって実現される。概して、ジッタは、周期的なイベントのタイミングのずれを示す。ネットワークジッタは、ネットワークと、すべての接続されたデバイスを含むそのネットワークのコンポーネントとによって引き起こされるジッタである。例えば、イーサネットソフトウェアは、通常、さまざまなレイヤーに分割され、各レイヤーは、それをイーサネットのプロトコルスタックまたは「スイッチファブリック」の上位または下位に渡す前に、ヘッダーと呼ばれる情報のブロックを取り除くか、または追加する。文書化されている２種類のモデルが存在し、それらのモデルは、ＯＳＩ（古典的）モデルおよびＴＣＰ／ＩＰ（インターネット）モデルである。各モデルにおいて、プロトコルスタックの最上位は、ネットワークの物理インターフェースから最も離れたレイヤーであり、ネットワークの物理インターフェースに最も近いレイヤーは、概してＰＨＹレイヤーと呼ばれ、このレイヤーにネットワークハブなどの物理デバイスが存在する。

ＩＥＥＥ１５８８ＰＴＰにおけるソフトウェアタイムスタンピングは、タイムスタンピングがマスタクロックおよびすべてのスレーブクロックにおいてプロトコルスタックの最上位レイヤーで行われるためハードウェアタイムスタンピングよりも低い時間同期精度をもたらす。したがって、タイムスタンプは、ネットワークに渡される前に、マスタクロックのイーサネットのプロトコルスタック全体を降りていかなければならない。次に、タイムスタンプは、各スレーブクロックのプロトコルスタック全体を登らなくてはならない。タイムスタンプがプロトコルスタック中を移動するとき、通常、何ミリ秒もの変動が、プロトコルスタックのジッタのためにもたらされる。さらに、タイムスタンプがネットワーク上を移動するとき、数１００ナノ秒から数マイクロ秒の変動が、リピータおよびスイッチのジッタによりもたらされ、一方、概して、数ミリ秒が、ルータのジッタによってもたらされる。

対照的に、ハードウェアタイムスタンピングは、概して、イーサネットのプロトコルスタックのＰＨＹレベルにより近いところで実行される。例えば、マスタクロックにおいては、プロトコルスタック内でＰＨＹレイヤーの真上に通常位置付けられるＭＡＣレイヤーがタイムスタンピングを実行することができ、一方で、スレーブクロックにおいては、ＰＨＹレイヤーがタイムスタンピングを実行することができる。このように、ハードウェアタイムスタンピング技術は、ソフトウェアタイムスタンピングに固有の、プロトコルスタックによってもたらされる数ミリ秒もの変動を取り除く。イーサネットのプロトコルスタックのＰＨＹレイヤーにこの機能を追加することによってＰＨＹレイヤーでハードウェアタイムスタンピングを実施する半導体集積回路デバイスが、入手可能である（例えば、ＮａｔｉｏｎａｌＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎのモデルＤＰ８３６４０）。

ＩＥＥＥ１５８８ＰＴＰは、クロックの調整または補正のためのアルゴリズムを規定する。広く用いられるＩＥＥＥ１５８８ＰＴＰのアルゴリズムは、ＰＴＰの測定に基づいてスレーブクロックを調整することである。これは、（例えば、比例／積分（Ｐ／Ｉ）サーボを使用して）マスタクロック１０００に対するスレーブクロック１０１０のオフセットが０に収束するまで、スレーブクロック１０１０の速度を上げるか、または速度を落とすこと（すなわち、レート調整）によって達成され得る。サーボの入力は、メッセージ内の伝えられたタイムスタンプから計算された「オフセット」である。その全体を本願に引用して援用する、「ＵｔｉｌｉｚｉｎｇＩＥＥＥｗｉｔｈＩｎｔｅｌ（登録商標）ＥＰ８０５７９ＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＰｒｏｃｅｓｓＰｒｏｄｕｃｔＬｉｎｅ」と題されたＩｎｔｅｌＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎＮｏｔｅ（２００８年９月）も参照されたい。

スレーブクロック１０１０内のプロセッサで可変のハードウェアクロックを実装する先行技術の周知の方法は、図１３に見られるように、位相アキュムレータ１３００を使用することによる。位相アキュムレータは、長さ２^ｎのモジュロＭカウンタである。すなわち、２^Ｑビットカウンタ（またはアキュムレータ）の値が、基準クロックパルスが受信される度に値Ｍ（チューニングワード（ｔｕｎｉｎｇｗｏｒｄ））だけインクリメントされる。オーバーフローフラグ（カウントが２^ｎを超えるときのフラグ）が出力として使用されるとき、出力周波数と基準周波数の間の以下の関係が、
Ｆ_ｏｕｔ＝（Ｍ×Ｆ_ｒｅｆ）／２^ｎ（式５）
によって与えられ、ここで、Ｆ_ｏｕｔは位相アキュムレータの出力周波数に等しく、Ｆ_ｒｅｆは基準クロック周波数（例えば、プロセッサのクロック）に等しく、ｎは位相アキュムレータの長さに等しく、Ｍはチューニングワードに等しい。

図１４を参照すると、示されているのは、先行技術で知られている位相アキュムレータを使用するＩＥＥＥ１５８８ＰＴＰクロック制御の構成図である。以下の検討で使用される定義の一部は、ＦｒｅｑＯｓｃが入力クロック周波数であることと、ＦｒｅｑＣｌｋが周波数を補正されたクロック（すなわち、所望の出力周波数）であることと、ＦｒｅｑＤｉｖＲａｔｉｏがＦｒｅｑＯｓｃ／ＦｒｅｑＣｌｋに等しい周波数分割率であることと、ＦｒｅｑＣｏｍｐＶａｌｕｅがＦｒｅｑＤｉｖＲａｔｉｏを設定するために使用される値であることとを含む。図１４に含まれる計算論理要素は、Ｑビットアキュムレータ１４００と、Ｒビット加数レジスタ１４０４と、Ｐビットシステムクロックカウンタ１４０８と、ＩＥＥＥ１５８８クロック基準１４１２と、メッセージおよびタイムスタンプ論理１４１６とである。

位相アキュムレータは、加数値が１／ＦｒｅｑＯｓｃに等しいレートで加算され、１／ＦｒｅｑＣｌｋの繰り上がりレートをもたらすＱビットアキュムレータである。すなわち、繰り上がりは、２^ＱクロックチックにＦｒｅｑＣｏｍｐＶａｌｕｅ回生じ、クロックチックは１／ＦｒｅｑＯｓｃ秒毎に起こる。繰り上がりがＦｒｅｑＣｌｋ（所望の公称クロックレート）として使用される場合、以下が導出される。ＦｒｅｑＣｏｍｐＶａｌｕｅは加数に等しいものとする。Ｒ＜＝Ｑに対して、

繰り返しパターン：サイクル毎の繰り上がりの数が、２^Ｑ／ｇｃｄ（ＦｒｅｑＣｏｍｐＶａｌｕｅ，２^Ｑ）に等しいクロックチック数（加算）に対してＦｒｅｑＣｏｍｐＶａｌｕｅ／ｇｃｄ（ＦｒｅｑＣｏｍｐＶａｌｕｅ，２^Ｑ）に等しいようにして、（０に等しいアキュムレータで開始および終了する）周期的なパターンが起こる。２つ以上の非０の整数の最大公約数（ｇｃｄ）は、それらすべての数を割り切る最も大きな正の整数であることに留意されたい。

周波数および時間調整解：上記の定義より

周波数：ＦｒｅｑＣｏｍｐＶａｌｕｅの変化に対して、ＦｒｅｑＣｌｋの変化は以下のようになる。

時間：ＦｒｅｑＯｓｃおよびＦｒｅｑＣｌｋの周期は、

である。

ＦｒｅｑＣｏｍｐＶａｌｕｅの変化は、以下のようなＦｒｅｑＣｌｋの周期の変化をもたらす。

式７を用いて、

両辺をＴ_{ＦｒｅｑＣｌｋ}で割ることは、ＦｒｅｑＣｌｋの相対的変化をΔＦｒｅｑＣｏｍｐＶａｌｕｅの関数としてもたらす。

ＦｒｅｑＤｉｖＲａｔｉｏ＝ＦｒｅｑＯｓｃ／ＦｒｅｑＣｌｋを用いて、

近似。

ジッタ（位相ステップ修正）

に留意されたい。

上述のＤＰ８３６４０集積回路に固有：ＦｒｅｑＯｓｃ＝１２５ＭＨｚ、Ｑ＝３５、ＦｒｅｑＤｉｖＲａｔｉｏ＝１．００００６３９９

式８を用いて、

ＦｒｅｑＣｌｋの変化は、ＦｒｅｑＯｓｃ（基準）の関数として表され得る。

ＦｒｅｑＯｓｃに対するＦｒｅｑＣｌｋの変化の解は、ＦｒｅｑＣｏｍｐＶａｌｕｅ＝１（すなわち、インクリメント毎）とすることによって発見され得る。
ΔｆｒｅｑＣｏｍｐＶａｌｕｅのインクリメント毎に

式１６を整理して、
ΔＦｒｅｑＣｏｍｐＶａｌｕｅ＝２^Ｑ＊（ΔＦｒｅｑＣｌｋ）／ＦｒｅｑＯｓｃ

ＦｒｅｑＯｓｃ／ＦｒｅｑＣｌｋ＝ＦｒｅｑＤｉｖＲａｔｉｏであるので、左側にＦｒｅｑＤｉｖＲａｔｉｏを掛けることによって、ΔＦｒｅｑＣｌｋ／ＦｒｅｑＣｌｋの変化に対するΔＦｒｅｑＣｏｍｐＶａｌｕｅの必要な変化を表すことができる。
ΔＦｒｅｑＣｏｍｐＶａｌｕｅ＝２^Ｑ．ＦｒｅｑＤｉｖＲａｔｉｏ（ΔＦｒｅｑＣｌｋ／ＦｒｅｑＣｌｋ）（式１７）

例：ΔＦｒｅｑＣｌｋ／ＦｒｅｑＣｌｋ１９５３ｐｐｍを調整するためのΔＦｒｅｑＣｏｍｐＶａｌｕｅの値を求める。
ΔＦｒｅｑＣｏｍｐＶａｌｕｅ＝２^Ｑ．ＦｒｅｑＤｉｖＲａｔｉｏ．（１９５３．１０^−６） ΔＦｒｅｑＣｏｍｐＶａｌｕｅ＝６７１０８８６３（３ＦＦＦＦＦＦｈＤＰ８３６４０修正値）

無線ネットワークの種類に関して、インフラストラクチャ無線ローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）のネットワークトポロジーは、１つの中央コントローラ（例えば、無線アクセスポイントまたは無線ルータ）および１つ以上の無線クライアント（例えば、局）を有するポイントツーポイントのマルチポイントスターである。クライアントは、唯１つのアクセスポイントに接続することができ、その他のクライアントには接続することができない。アクセスポイントは、クライアントにのみ接続することができ、その他のアクセスポイントには接続することができない。アクセスポイントは、セルラネットワークにおける基地局に類似しており、無線・有線ブリッジを実行することができる。アクセスポイントは、概してイーサネットである配信システムまたは基幹ネットワークに接続することができる。比較的大きなオフィス、または大きく特殊な形の住居においては、１つのアクセスポイントは、領域の隅まで受信可能範囲を届かせることができない。802.11規格の全体は、同じルータから動作するネットワークの有線部分に複数のアクセスポイントが接続されるネットワークを提供する。そのようなネットワークは、拡張サービスセット（ＥＳＳ）と呼ばれる。ＥＳＳにおいては、すべてのアクセスポイントが、同じネットワーク名またはサービスセット識別子（ＳＳＩＤ）を共有する。基本サービスセット（ＢＳＳ）においては、一群の通信局が、セルラネットワークのセルに類似した基本サービスエリア内に配置される。１つの通信局は、異なるモード、例えば、アクセスポイントまたはクライアントのどちらかの間を切り替えることができるが、同時に両方に切り替えることはできない。

インフラストラクチャネットワーク（ＷＬＡＮ）とは対照的に、アドホックＷＬＡＮのネットワークトポロジーは、中央コントローラがない、互いに接続する２つ以上の無線クライアントを有する完全接続マトリックスである。アドホックネットワークをその他のネットワーク（例えば、インターネット）に接続することは、通常、無線クライアントのうちの１つにおける何らかのその他のネットワーク接続へのブリッジまたはルーティング（例えば、Ｗｉｎｄｏｗｓ（登録商標）インターネット接続共有）を含む。

本発明の装置および方法の実施形態においては、インフラストラクチャネットワークがセキュリティの維持およびＩＥＥＥ１５８８ＰＴＰマスタクロックアルゴリズムの開発に関して比較的容易であるので、そのようなネットワークが利用される可能性があり、好ましい可能性がある。しかし、アドホックネットワークを利用する本発明のその他の実施形態は、排除されない。

無線アクセスポイントは、（アドホックと対照的な）インフラストラクチャ無線ネットワークで使用される中央ブリッジデバイスである。ブリッジの無線側からのトラフィックが、ブリッジのイーサネットまたは有線側に送られ、逆方向もまた同様である。アクセスポイントは、概して、すべての無線トラフィックを制御する。無線ルータは、通常、３つの部分、すなわち、（１）ＤＨＣＰクライアントおよびサーバ、ＩＰアドレスを変換するネットワークアドレス変換（ＮＡＴ）、ポートを変換するポートアドレス変換（ＰＡＴ）、ならびに任意的にファイアウォールを有するイーサネットルータと、（２）イーサネットスイッチと、（３）アクセスポイントとを含む。さらなる要素は、ＤＳＬモデム、ケーブルモデム、またはＤＳＬモデムもしくはケーブルモデムのどちらかとインターフェースを取るための広域ネットワーク（ＷＡＮ）ポートを含み得る。アクセスポイントよりも安価であることが多い無線ルータは、アクセスポイントとして機能するように構成され得ることに留意されたい。

本発明の装置および方法の例示的な実施形態において、ＩＥＥＥ１５８８ＰＴＰ用に構成されたネットワークは、以下の特質を有する可能性がある。例えば、ドメイン分割が、単一のサブネット（すなわち、唯１つのマスタ／境界クロック）を含む可能性がある。図１５は、有線および無線接続によって無線ルータに、およびネットワークに接続された複数の計測デバイスをその他のデバイスと一緒に示す構成図である。例えば、図１の可搬型の関節アーム座標測定機と同様の可搬型の関節アーム座標測定機（ＡＡＣＭＭ）１５００が、ＡＡＣＭＭにスキャナを装着したＡＡＣＭＭ（すなわち、アームとスキャナ１５０４）およびレーザトラッカ１５０８と一緒に、図１５で破線によって示されるように有線接続によって無線ルータ１５１２にそれぞれ接続され得る。センサ、ロボットなどのその他の第三者デバイス１５１６も、有線または無線接続によって無線ルータ１５１２に接続され得る。さらに、スキャナおよび／またはカメラ局１５２０は、ルータ１５１２に直接接続されることができないが、しかし、無線で通信することができる。無線ルータ１５１２は、有線接続によって接続されたさまざまなデバイス１５００、１５０４、１５０８、１５１２を含むＬＡＮのためのアクセスポイントとして動作し、これらのデバイスは、ルータ１５１２へのこれらのデバイスの有線接続のために「ノード」と呼ばれ、一方、スキャナおよび／またはカメラ局１５２０は、そのスキャナおよび／またはカメラ局１５２０が通信するその他のデバイスへのそのスキャナおよび／またはカメラ局１５２０の無線接続のために「局」と呼ばれる。ルータ１５１２は、ルータ１５１２とのイーサネットＬＡＮ型の接続の有線接続内にある有線デバイス１５００、１５０４、１５０８、１５１６に対する保護としても働く。すなわち、ルータ１５１２は、イーサネットに接続されたデバイスを、当該ルータがやはり接続されているエンタープライズネットワークまたはリアルタイム産業用ネットワーク（ＲｅａｌＴｉｍｅＩｎｄｕｓｔｒｉａｌＮｅｔｗｏｒｋ）から保護する。

図１５において、デバイス１５００、１５０４、１５０８、１５１６は、防護されたまたは「保護された」ネットワーククラスタまたは「クラウド」として実装され得るＷｉ−Ｆｉ局である可能性がある。すなわち、これらのデバイスがルータ１５１２に接続されている間に、それでもなお、これらのデバイスは、測定データをやり取りするためにルータのアクセスポイントと無線で通信することができる。したがって、これらのデバイスは、本発明の実施形態においてＩＥＥＥ１５８８ＰＴＰを用いて時間的に正確に同期されることが重要である。本質的に、デバイス１５００、１５０４、１５０８、１５１６が、フォアグラウンドで測定データを取得し、フォアグラウンドでアクセスポイントを介して互いにデータをやり取りしている一方で、本発明の装置および方法の実施形態は、バックグラウンドでデバイス１５００、１５０４、１５０８、１５１６を時間同期している。

結果的に得られるＩＥＥＥ１５８８ＰＴＰ無線ネットワークグループは、「隠れたノード」が許されないように構成される。また、いかなる局データのフォワーディング（ルーティング）もサポートされてはならず、いかなる移動（カバーエリアを出入りする）局もサポートされてはならない。セキュリティは、８０２．１１ｉによって実施されなければならない（好ましい方法はＷＰＡ２）。

図１６は、ＩＥＥＥ１５８８ＰＴＰのマスタクロック、境界クロック、またはオプションの透過クロック（ＩＥＥＥ１５８８ＰＴＰバージョン２）をサポートする無線ルータの簡略化された図を示す構成図である。ＷＡＮイーサネットリンク１６００は、実際の境界クロックのハードウェアを含む。また、各イーサネットＬＡＮ接続１６０４に関して、ＩＥＥＥ１５８８ＰＴＰのタイムスタンプが、イーサネットのプロトコルスタック１６１６または「スイッチファブリック」内のＰＨＹレイヤー１６０８とＭＡＣレイヤー１６１２の間で行われる。

図１７は、有線および無線接続によって中央ルータ１７０８に接続された、ＬＡＮドメインのさまざまな有線ノード１７００とＷＬＡＮドメインのさまざまな無線局１７０４とを有する本発明の例示的な実施形態においてＩＥＥＥ１５８８ＰＴＰによって利用されるクロックの階層構造を示す構成図である。ＩＥＥＥ１５８８ＰＴＰをサポートする図１７に示されるルータなどのルータ１７０８が、販売されている。

本発明の実施形態は、デバイスがデバイスの分散型のネットワークを介して有線通信と無線通信の両方を用いてそれらのデバイス間でデータを正確に共有することができるように比較的厳密に時間的に同期される複数の同様のまたは異なる計測および／またはその他の非計測デバイス（例えば、ロボット、カメラ、産業用機器など）を提供する。共有されるデータは、例えば、計測デバイスからの測定されたデータである可能性がある。時間同期は、ＩＥＥＥ１５８８ＰＴＰを使用して実行されることが好ましい。したがって、関節アーム座標測定機、レーザトラッカなどの精密計測デバイスに関して、ネットワークは、比較的厳密な計測性能のために、ルータ／境界クロック１７０８（図１７）とすべてのスレーブノード１７００および／または無線局１７０４との間で２マイクロ秒未満の精度ならびに２５０ナノ秒未満のピークツーピークジッタ（ｐｅａｋ−ｔｏ−ｐｅａｋｊｉｔｔｅｒ）を提供することが望ましい。

ここまでに説明され、図示されたものは、「オンパス（ＯｎＰａｔｈ）」ＩＥＥＥ１５８８ＰＴＰ実装として知られる。つまり、すべての要素（例えば、ルータ、ノード、および局）が、ＩＥＥＥ１５８８ＰＴＰタイムスタンピングをサポートする。基本的に、グランドマスタ／境界クロックもしくはマスタクロック、または透過クロック能力を有するネットワークスイッチが存在する。透過クロック（機能強化されたイーサネットスイッチであり、ＩＥＥＥ１５８８ＰＴＰバージョン２に固有）は、スイッチ内のパケット遅延を示すためにＰＴＰタイムスタンプを測定および調整することに留意されたい。ＰＴＰメッセージが転送されるが、メッセージが入り口ポートから出口ポートまで伝播するための滞留時間に関して修正される。修正は、Ｓｙｎｃ＿ｍｓｇメッセージとＤｅｌａｙ＿Ｒｅｑメッセージの両方に対してなされなければならない。図１６に示された破線のＩＥＥＥ１５８８タイムスタンプ要素は、この能力をサポートする。

本明細書において上で説明されたすべてのＰＴＰコンポーネントを実装する必要はない。すべてのまたは一部の標準的なイーサネットデバイス（ＩＥＥＥ１５８８をほとんどまたは全くサポートしない）を含むネットワークにおいて、ＰＴＰは、マスタおよびエンドノード（スレーブ）のみを用いることによって正確に実行され得る。これは、ｓｙｎｃ＿ｍｓｇおよびｄｅｌａｙ＿ｒｅｑのレートを上げ（ＩＥＥＥ１５８８ＰＴＰバージョン２によれば最大１２４トランザクション／秒）、「ラッキーパケット（ＬｕｃｋｙＰａｃｋｅｔ）」（最小遅延）を検出することによって行われ得る。主に有線ネットワークの改善と考えられている「ラッキーパケット」アルゴリズムは、有線／無線接続に関するタイミングの安定性を改善するために使用され得る。これは、「ラッキーパケット」の最小遅延を検出し、これらのパケットからの結果を使用してレートおよび時間の修正を行うことによってなされる。さらなる情報については、その全体を本願に引用して援用する、ＮａｔｉｏｎａｌＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎＮｏｔｅ１９６３「ＩＥＥＥ１５８８ＳｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎｏｖｅｒＳｔａｎｄａｒｄＮｅｔｗｏｒｋｓＵｓｉｎｇｔｈｅＤＰ８３６４０」を参照されたい。ＶＬＡＮ（仮想ＬＡＮ−これは、グループが同じブロードキャストドメインに接続されているかのようなグループ間での通信である）技術も役立つ可能性がある。さらに、境界クロックが無線ルータ内にある必要はない。ＷＬＡＮまたはＬＡＮポートが、このアクセスのために使用され得る。

図１８を参照すると、示されているのは、ＩＥＥＥ１５８８ＰＴＰを実装するスレーブノードデバイス（例えば、本明細書において上で説明された計測デバイスなどの計測デバイス）内で実行される機能の構成図である。ノードは、どの時点においても排他的にイーサネットノード（ＬＡＮ構成）またはＷＬＡＮ局のどちらかであり、同時に両方であることはない。これが意味するのは、ＰＴＰパケットを含むパケットが、有線ネットワークからのものか、それとも無線ネットワークからのものかにかかわらず、ＮａｔｉｏｎａｌＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎのモデルＤＰ８３６４５０などの共通のＩＥＥＥ１５８８ＰＨＹデバイス１８００を共有させられるということである。要するに、ＰＴＰパケットは、使用された媒体（すなわち、有線または無線）にかかわらず同じように扱われる。つまり、ＬＡＮまたはＷＬＡＮ接続は、データが有線接続からのものか、それとも無線接続からのものかにかかわらず、同じＩＥＥＥ１５８８ＰＨＹデバイス１８００を使用する。したがって、ＩＥＥＥ１５８８ＰＴＰパケットまたはメッセージは、それがＩＥＥＥ１５８８ＰＨＹデバイス１８００が処理している有線接続か無線接続化かにかかわらず同じ方法でタイムスタンプが記録される。ＬＡＮスイッチ（多重化装置）１８０４は、ＬＡＮ（例えば、イーサネット）またはＷＬＡＮ（Ｗｉ−Ｆｉ）の間のどのネットワークが選択されるかを決定する。しかし、ノードに関して言えば、それは、常にイーサネットＬＡＮとして現れる。使用されるタイムスタンピングアルゴリズムは、どちらの設定でも不変である。例えば、「ラッキーパケット」アルゴリズムは、選択された媒体に関係なく同じように動作する。

代替的に、可搬型のＡＡＣＭＭ１００自体が、ＩＥＥＥ１５８８ＰＨＹデバイス１８００から直接データを取り込むようにプログラムされ得る。例えば、イベントタイマーが、データの取り込みを容易にするためにＰＴＰクロックによって設定され得る。同様に、内部または外部ソースからのトリガー信号が、やはりタイムスタンプを記録され得る。

イーサネット有線ＬＡＮの信号がイーサネットコネクタ１８０８から到着する一方、ＷＬＡＮ無線接続はアンテナ１８１２を通ってから到着し、無線ＲＦモジュール１８１６に入る。ＩＥＥＥ１５８８ＰＨＹデバイス１８００の出力は、処理ユニット１８２０に供給される。基部プロセッサ基板２０４内のＩＥＥＥ１５８８ＰＴＰ機能３２０に関して図３Ａも参照されたい。

一実施形態において、ユーザインターフェース１８２４は、プロセッサ１８２０とは分けられた別個のプロセッサである可能性がある。これは、レガシー構成を維持することを含むいくつかの利点をもたらし、つまり、ＲＴＯＳが、基部プロセッサ２０４のために必要とされない。また、相対的に最も低いコストが、基部プロセッサ２０４の実装のみを用いることによって得られる可能性がある。さらに、ユーザインターフェースおよび無線機能は基部プロセッサ２０４から離れて配置されることができ、比較的単純なシリアルインターフェースが実装されることができる。加えて、そのことは、スタイリングおよび機能の問題を考慮した相対的に最良の配置を可能にし、ハードウェアおよびソフトウェアのモジュール式の開発を可能にする。その上、無線通信は別個の機能として最もよく保たれ、２つのその他のモジュールのどちらかまたは両方によって基部プロセッサ２０４でリアルタイムの性能悪化が起こらない。最後に、ＴＣＰ／ＩＰスタックが、基部プロセッサ２０４のために必要とされる。

図１９を参照すると、示されているのは、ＩＥＥＥ１５８８ＰＴＰＰＨＹデバイス内のハードウェアタイムスタンプのより詳細な構成図である。

図２０を参照すると、示されているのは、ＩＥＥＥ１５８８ＰＴＰＰＨＹデバイス内のタイミング制御および外部信号生成の機能図である。ＮａｔｉｏｎａｌＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手可能なモデルＤＰ８３６４０は、ＰＨＹレベルでのタイムスタンピングをサポートするだけではなく、外部デバイスのために生成される同期されたクロックも提供するアーキテクチャを有する。この外部クロックの公称周波数は、２５０ＭＨｚをｎで割った周波数に関連する任意の周波数である可能性があり、ここで、ｎは２から２５５までの範囲の整数である。このクロックは、２つの選択可能なアナログ発振器のうちの１つによって生成され、ＰＴＰ＿ＲＡＴＥレジスタのレート情報によってオフセットされる。したがって、このクロックは、ＩＥＥＥ１５８８ＰＴＰクロック時間に対して周波数が正確である。さらに、このクロックは、位相アキュムレータに由来する信号が周波数ジャンプ（ｆｒｅｑｕｅｎｃｙｊｕｍｐ）を持たないので、このクロックの基準周波数（１２５ＭＨｚ）に関する周波数ジャンプを持たない。

図２１および２２を参照すると、本発明の実施形態の別の特徴は、同期イーサネット（ＳｙｎｃＥ）のサポートである。同期イーサネットは、受信ノードからのクロックの回復（および位相同期ループフィルタリング）を指し、それを同期を送信するノードに転送する。同期イーサネットは周波数の同期のみをもたらす一方、ＰＴＰは時間および周波数の同期をもたらすことに留意されたい。同期イーサネットおよびＩＥＥＥ１５８８ＰＴＰは、（「上流」クロックが存在しないので無線ネットワーク上ではなく）有線イーサネットネットワーク上で同時に使用され得る。同期イーサネットモードがＰＴＰスレーブノード（かつスレーブノードのみ）で有効化されるとき、時間オフセットおよびジッタの性能が改善される。さらなる情報については、その全体を本願に引用して援用する、ＮａｔｉｏｎａｌＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎＮｏｔｅ１７３０「ＳｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓＥｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）Ｍｏｄｅ：ＡｃｈｉｅｖｉｎｇＳｕｂ−ｎａｎｏｓｅｃｏｎｄＡｃｃｕｒａｃｙｉｎＰＴＰＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ」を参照されたい。

図２３を参照すると、示されているのは、組み込みシステム２３００、販売されているＷＩＺｎｅｔＷＩＺ６１０ｗｉＷＬＡＮＷｉ−Ｆｉモジュール２３０４、およびルータ２３０８を含み得る無線局である。Ｗｉ−Ｆｉモジュール２３０４は、有線（イーサネットＬＡＮ）ネットワークと無線（ＷＬＡＮ）ネットワークとのブリッジの手段を提供する。ブリッジは、パケット交換ネットワークで使用されるフォワーディング技術であり、（ルータにおけるような）ネットワークアドレスに関するいかなる仮定もなされない。Ｗｉ−Ｆｉモジュール２３０４は、３つのインターフェース、すなわち、（デバイスの設定および状態のための）低速ＴＴＬシリアルと、ＭＩＩ（ＭＡＣレベルイーサネット）と、無線通信機とを提供する。システムの観点から見ると、非ＩＥＥＥ１５８８ＰＨＹ（すなわち、標準的なイーサネットＰＨＹ）を（図１８におけるような）ＭＩＩインターフェースに接続することによって、イーサネットから無線へ、および再びイーサネットへと移行が行われる。

上記の背景技術の節において、複数の計測機器が一緒に使用されるときに比較的高い時間同期精度が必要とされる応用の例が与えられた。これらの応用のうちの１つが、本明細書において上で詳細に検討された。その他の応用が、以下でさらに説明される。

同時多辺測量：同時多辺測量は、少なくとも３つ、しかし好ましくは４つのレーザトラッカを使用して目標までの距離を同時に測定することによって再帰反射体目標の位置を比較的高い精度で測定する方法である。レーザトラッカは、２種類の距離計、すなわち、干渉計および絶対距離計のどちらかまたは両方を含み得る。通常、再帰反射体目標までの距離は、トラッカ干渉計を用いて測定されるが、代替的に、ＡＤＭが使用され得る。追跡干渉計を用いた多辺測量の例が、グリーンリーフの米国特許第４，４５７，６２５号に与えられている。

レーザトラッカの干渉計または絶対距離計によって見つけられる半径方向距離は、通常、トラッカの角度測定デバイスによって見つけられる横方向距離よりも少なくとも５倍正確である。この理由で、半径方向距離の測定に依拠する同時多辺測量は、角度の読み取り値に基づくトラッカの測定よりも正確である。

同期は、動かない再帰反射体目標の同時多辺測量のためには重要でない。しかし、動いている目標の多辺測量のためには、正確な同期が極めて重要である。例えば、目標が１秒当たり１メートル動き、同期が５ミリ秒までの精度であるものとする。そのとき、結果的に得られる３Ｄ位置の誤差は、この応用のためには比較的大きすぎる約５ｍｍである。その一方、同期が１０マイクロ秒までの精度であるならば、誤差は約１０マイクロメートルであり、この誤差は、カルマンフィルタリングまたは同様の方法を用いてさらに削減され得る。ＩＥＥＥ１５８８ＰＴＰを利用する本発明の実施形態は、この改善された同期を可能にする。

無線同期：本明細書において上で説明されたように、ＡＡＣＭＭの端部にスキャナを装着することがよくある。スキャナによって与えられる走査されたデータは、ＡＡＣＭＭ内の角度エンコーダによって収集されたデータと同期されていなければならない。配線がこれらの接続を行うために使用されるため、および電子機器が単一のマスタクロックによって制御され得るために、比較的正確な同期が可能である。しかし、将来、スキャナによって収集される非常に高いデータレートが、少ない数の配線によって大量のデータを転送することを難しくするものと思われる。加えて、アームセグメントを通る専用配線の使用は、アームの端部に異なる種類のデバイスを装着する際の柔軟性を制限する。比較的優れた方法は、本発明の実施形態が提供する、高速だが正確に同期された無線データ転送の方法を用いることである。

中程度のスキャナの補正および校正：スキャナは、対象の表面上に光源を走査することによって物体の３Ｄ座標を測定するデバイスである。中程度のレーザスキャナは、数メートルから数１００メートルまでの任意の長さの最大距離まで測定するスキャナである。この範囲で動作するスキャナは、それらのスキャナの距離センサの補正および校正を必要とする。例えば、そのようなスキャナによって測定される距離は、スキャナに戻ってくる光の強さによって決まる可能性があるか、またはそのようなスキャナによって測定される距離は、スキャナから目標までの距離に応じて周期的に変わる可能性がある。距離のそのような変動は、スキャナのファームウェアまたはソフトウェアに入力される補正パラメータによって修正され得る。これらの補正パラメータを得るために、既知の特性を有する光散乱性の目標が、レールに載った台車の上に取り付けられ得る。この台車は、レールに沿って手動で動かされるか、または好ましくは、モーターによって自動で動かされ得る。光散乱性の目標の裏側に、再帰反射体が、レーザトラッカなどのデバイスによる測定のために取り付けられ得る。できるだけ都合のよいデータを収集するためには、目標をあちこちに素早く、または好ましくは連続した動きで進めることが可能でなければならない。これは、スキャナとトラッカの間の同期が高精度、例えば約１０マイクロ秒までである場合に可能である。スキャナの補正に加えて、レーザスキャナを校正することも必要である。校正は、スキャナの性能が確認される手順である。修正がすべてのスキャナの範囲に適切に適用されていることを保証するために条件が若干変更されるべきであるが、上述の同じ設定が、補正だけでなく校正に対しても使用され得る。

ＡＡＣＭＭの補正：２つの部分からなる方法が、ＡＡＣＭＭを補正するためによく使用される。方法の第１の部分は、アームの端部に装着された球状のプローブチップを円錐形の台座または３点球状ネストに置くことである。そして、アームの異なるセグメントが、アーム内の角度エンコーダをそれらの動きの全範囲にわたって十分に働かせるために、複数の異なる位置に回転される。方法の第２の部分は、１つ以上の校正されたスケールバー（ｓｃａｌｅｂａｒ）を測定することである。これらの２つの部分から得られた情報を用いて、パラメータが、アームセグメント（リンク）の長さ、各エンコーダのゼロ角（ｚｅｒｏ−ａｎｇｌｅ）、関節のオフセットなどに関して取得され得る。アームの精度を改善することができる代替的な方法は、アームの異なるセグメントが複数の異なる位置に回転されるときに、レーザトラッカを用いて再帰反射体の位置を測定することである。この方法が実行可能であるためには、トラッカおよびアームの読み取り値を非常に厳密に同期させる必要がある。

本発明の実施形態の利点の一部は、（１）結果的に得られるネットワークが有線／無線媒体の任意の混合をサポートすることと（ここで、「有線」媒体は、従来の物理的な配線などだけでなく、光ファイバーも含み得る）、（２）すべてのノードがＩＥＥＥ１５８８高精度時間プロトコルをサポートすることと、（３）ノード／局とルータ／境界クロックとの間の１マイクロ秒未満のタイミング精度が達成可能であることと、（４）Ｅｔｈｅｒｎｅｔ／ＩＰ、Ｐｏｗｅｒｌｉｎｋ、ＥｔｈｅｒＣＡＴ、およびＰＲＯＦＩＮＥＴなどの産業用ネットワークがサポートされ得ることと、（５）複数の同時測定アプリケーションが実行され得ることと、（６）単一のホストインターフェースがサポートされることと、（７）ネットワークストレージおよびバッファリングが含まれ得ることと、（８）単一の「測定」ドメイン（有線および無線ネットワークで一元化された１つの境界クロック）が、階層的な境界クロックが使用されるときの精度の問題を取り除くことと、（９）同期イーサネット（ＳｙｎｃＥ）モードがＰＴＰスレーブにおいて選択され得ることと、（１０）ＧＰＳを含むがこれに限定されない外部グランドマスタクロックのサポートがサポートされることと、（１１）高帯域幅の応用（スキャナ）に対するマルチバンドソリューションを提供することと、（１２）トポロジーがその他の計測の応用に拡張され得ることと、（１３）ＩＥＥＥ１５８８ＰＴＰ能力を有する８０２．１１ｎ（ＭＩＭＯ−多アンテナ）の将来的な使用が容易に統合され得ることとを含む。

３Ｄロボットスキャナが、熱遮蔽を調べるために使用され得る。ＩＥＥＥ１５８８ＰＴＰを使用してレーザラインプローブおよび商業ロボットを同期させるソリューションが、使用され得る。ソフトウェアが、ロボットおよびディスプレイを制御し、リアルタイムで３Ｄ走査を調整することができ、それによって、ズーム、傷の測定、およびアブレータの後退レート分析（負荷の下での表面の劣化）を提供する。

本発明の方法および装置の実施形態は、関節アーム座標測定機、レーザトラッカ、およびその他の精密計測デバイスなどの複数の計測デバイスと、さらにはロボット、カメラ、および産業用機器などの非計測デバイスとによって測定の比較的正確な時間同期を行う。ＩＥＥＥ１５８８高精度時間プロトコルの使用は、すべてのリンクされたデバイスに対する１つのマスタクロックと、残りのリンクされたデバイスのためのスレーブクロックと、タイムスタンプルーチンとを用いることによって、ならびに遅延およびオフセットを明らかにすることによって時間同期の遅延を大幅に減らす。目的は、動作中に５００ナノ秒よりも優れた同期を達成することである。

さらに、全く柔軟であるために、同期は、有線媒体と無線媒体の両方で利用可能である。これが達成されるとき、可搬型のＡＡＣＭＭが容易に組み合わされることができ、連携した３Ｄ測定が行われることができる。本明細書において示された技術は、ＡＡＣＭＭおよびレーザトラッカなどの可搬型の計測機器に適用される。しかし、本明細書において示された技術は、実際のフライト時間（ＡｃｔｕａｌＴｉｍｅｏｆＦｌｉｇｈｔ）（ＡＴＯＦ）または到着時間の差（ＤｉｆｆｅｒｅｎｃｅｏｆＴｉｍｅｏｆＡｒｒｉｖａｌｓ）（ＤＴＯＡ）法を用いる計測デバイスなどのその他の種類の計測デバイスに拡張され得る。

当業者に理解されるであろうように、本発明の態様は、システム、方法、またはコンピュータプログラム製品として具現化され得る。したがって、本発明の態様は、すべてハードウェアの実施形態、すべてソフトウェアの実施形態（ファームウェア、常駐ソフトウェア、マイクロコードなどを含む）、またはすべてが概して本明細書において「回路」、「モジュール」、もしくは「システム」と呼ばれることがあるソフトウェアの態様とハードウェアの態様とを組み合わせる実施形態の形態をとる可能性がある。さらに、本発明の態様は、コンピュータ可読プログラムコードを具現化する１つ以上のコンピュータ可読媒体で具現化されるコンピュータプログラム製品の形態をとる可能性がある。

１つ以上のコンピュータ可読媒体の任意の組み合わせが、利用され得る。コンピュータ可読媒体は、コンピュータ可読信号媒体またはコンピュータ可読ストレージ媒体である可能性がある。コンピュータ可読ストレージ媒体は、これらに限定されないが、例えば、電子的、磁気的、光学的、電磁的、赤外線、もしくは半導体システム、装置、もしくはデバイス、またはこれらの任意の好適な組み合わせである可能性がある。コンピュータ可読媒体のより具体的な例（非網羅的なリスト）は、以下、すなわち、１つ以上の配線を有する電気的な接続、持ち運び可能なコンピュータディスケット、ハードディスク、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、消去可能プログラマブル読み出し専用メモリ（ｅｒａｓａｂｌｅｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅｒｅａｄ−ｏｎｌｙｍｅｍｏｒｙ）（ＥＰＲＯＭもしくはフラッシュメモリ）、光ファイバー、持ち運び可能なコンパクトディスク読み出し専用メモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）、光学式ストレージデバイス、磁気式ストレージデバイス、またはこれらの任意の好適な組み合わせを含む。本明細書の文脈においては、コンピュータ可読ストレージ媒体は、命令実行システム、装置、もしくはデバイスによる使用のための、または命令実行システム、装置、もしくはデバイスに関連するプログラムを含むかまたは記憶することができる任意の有形の媒体である可能性がある。

コンピュータ可読信号媒体は、例えば、ベースバンドで、または搬送波の一部としてコンピュータ可読プログラムコードを具現化する伝播されるデータ信号を含み得る。そのような伝播される信号は、電磁的、光学的、またはこれらの任意の好適な組み合わせを含むがそれらに限定されないさまざまな形態のうちの任意の形態をとり得る。コンピュータ可読信号媒体は、コンピュータ可読ストレージ媒体ではなく、命令実行システム、装置、もしくはデバイスによる使用のための、または命令実行システム、装置、もしくはデバイスに関連するプログラムを伝達、伝播、または搬送することができる任意のコンピュータ可読媒体である可能性がある。

コンピュータ可読媒体上に具現化されたプログラムコードは、無線、有線、光ファイバーケーブル、ＲＦなど、またはこれらの任意の好適な組み合わせを含むがこれらに限定されない任意の適切な媒体を用いて送信され得る。

本発明の態様のオペレーションを実行するためのコンピュータプログラムコードは、Ｊａｖａ（登録商標）、Ｓｍａｌｌｔａｌｋ、Ｃ＋＋、Ｃ＃などのオブジェクト指向プログラミング言語と、「Ｃ」プログラミング言語または同様のプログラミング言語などの通常の手続き型プログラミング言語とを含む１つ以上のプログラミング言語の任意の組み合わせで記述され得る。プログラムコードは、すべてユーザのコンピュータ上で、スタンドアロンのソフトウェアパッケージとしてユーザのコンピュータ上で部分的に、ユーザのコンピュータ上で部分的にかつ遠隔のコンピュータで部分的に、またはすべて遠隔のコンピュータもしくはサーバ上で実行され得る。後者の場合、遠隔のコンピュータが、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）もしくは広域ネットワーク（ＷＡＮ）を含む任意の種類のネットワークを介してユーザのコンピュータに接続され得るか、または外部コンピュータへの接続が（例えば、インターネットサービスプロバイダを使用してインターネットを介して）行われ得る。

本発明の態様が、本発明の実施形態による方法、装置（システム）、およびコンピュータプログラム製品の流れ図および／または構成図を参照して説明されている。流れ図および／または構成図の各ブロックと、流れ図および／または構成図のブロックの組み合わせとは、コンピュータプログラム命令によって実装され得ることが理解されるであろう。

これらのコンピュータプログラム命令は、コンピュータまたはその他のプログラム可能なデータ処理装置のプロセッサによって実行される命令が、流れ図および／または構成図の１つのブロックまたは複数のブロックで規定された機能／動作を実施するための手段をもたらすように、汎用コンピュータ、専用コンピュータ、または機械を製造するためのその他のプログラム可能なデータ処理装置のプロセッサに与えられ得る。これらのコンピュータプログラム命令は、コンピュータ可読媒体に記憶された命令が、流れ図および／または構成図の１つのブロックまたは複数のブロックで規定された機能／動作を実施する命令を含む製品をもたらすように、コンピュータ、その他のプログラム可能なデータ処理装置、またはその他のデバイスを特定の方法で機能させることができるコンピュータ可読媒体に記憶される可能性もある。

コンピュータプログラム命令は、コンピュータまたはその他のプログラム可能な装置で実行される命令が、流れ図および／または構成図の１つのブロックまたは複数のブロックで規定された機能／動作を実施するためのプロセスを提供するように、コンピュータで実施されるプロセスを生成するために一連のオペレーションのステップがコンピュータ、その他のプログラム可能な装置、またはその他のデバイスで実行されるようにするために、コンピュータ、その他のプログラム可能なデータ処理装置、またはその他のデバイスにロードされる可能性もある。

図面の流れ図および構成図は、本発明のさまざまな実施形態によるシステム、方法、およびコンピュータプログラム製品の有り得る実装のアーキテクチャ、機能、およびオペレーションを示す。その際、流れ図または構成図の各ブロックは、（１つ以上の）規定された論理的な機能を実装するための１つ以上の実行可能命令を含むモジュール、セグメント、またはコードの一部を表す可能性がある。一部の代替的な実装において、ブロックで示された機能が、図面に示された順番とは異なる順序で行われ得ることにも留意されたい。例えば、連続で示された２つのブロックが、実際には実質的に同時に実行される可能性があり、またはそれらのブロックは、関連する機能に応じて逆順に実行される場合もあり得る。構成図および／または流れ図の各ブロックと、構成図および／または流れ図のブロックの組み合わせとは、規定された機能もしくは動作を実行する専用のハードウェアに基づくシステム、または専用のハードウェアとコンピュータ命令の組み合わせによって実装され得ることも認識されるであろう。

本発明が例示的な実施形態を参照して説明されたが、本発明の範囲を逸脱することなくさまざまな変更が行われる可能性があり、均等物が本発明の要素の代替とされる可能性があることが当業者に理解されるであろう。さらに、特定の状況または構成要素を本発明の教示に適合させるために、本発明の本質的な範囲を逸脱することなく多くの修正が行われ得る。したがって、本発明は本発明を実施するための考えられる最良の形態として開示された特定の実施形態に限定されず、本発明は添付の特許請求の範囲内に入る全ての実施形態を含むことが意図される。さらに、用語「第１」、「第２」などの使用はいかなる順序または重要度も表さず、むしろ用語「第１」、「第２」などはある要素を別の要素と区別するために使用される。その上、用語「ａ」、「ａｎ」などの使用は量の限定を表さず、むしろ言及される項目の少なくとも１つの存在を表す。

Claims

互いに双方向に通信する少なくとも２つの計測デバイスを含む装置であって、
ＩＥＥＥ１５８８高精度時間プロトコルインターフェースを有する、前記少なくとも２つの計測デバイスのうちの第１の計測デバイスであって、前記インターフェースは、前記少なくとも２つの計測デバイスのうちの第２の計測デバイスと有線式と無線式の両方で双方向に通信するように構成された１つ以上のコンポーネントを含む、第１の計測デバイスと、
ＩＥＥＥ１５８８高精度時間プロトコルインターフェースを有する、前記少なくとも２つの計測デバイスのうちの第２の計測デバイスであって、前記インターフェースは、前記少なくとも２つの計測デバイスのうちの前記第１の計測デバイスと有線式と無線式の両方で双方向に通信するように構成された１つ以上のコンポーネントを含む、第２の計測デバイスとを含み、
前記少なくとも２つの計測デバイスのうちの一方の計測デバイスはマスタクロックを含み、前記少なくとも２つの計測デバイスのうちの他方の計測デバイスはスレーブクロックを含み、前記マスタクロックは前記スレーブクロックに時間を伝え、前記スレーブクロックは、前記マスタクロックの前記時間に実質的に対応するために必要に応じて、前記マスタクロックからの伝えられた時間に応答して前記スレーブクロックの時間を調整し、それによって前記少なくとも２つの計測デバイスを一緒に時間同期させ、
各計測デバイスはパラメータを測定し、各計測デバイスによって行われる測定は、前記スレーブクロックの前記時間が前記マスタクロックの前記時間に実質的に対応した結果として時間的に同期されるようにして行われ、
前記第１の計測デバイスは、
関節アームと、前記関節アームに設けられた反射体と、前記関節アームに設けられたスキャナと、を備え、前記スキャナによって検出される物体の位置情報を出力する関節アーム座標測定機を含み、
前記第２の計測デバイスは、
前記反射体に光を投射し、前記反射体で反射した光に基づいて前記反射体の位置情報を出力するレーザトラッカを含み、
前記装置は、
前記関節アーム座標測定機を複数の位置に移動させながら、各位置において前記物体上の複数の位置について測定を行うことで各位置に対して得られる前記物体の複数の位置情報と、
各位置において測定された前記物体上の複数の位置に対応して、前記レーザトラッカによって得られる前記反射体の複数の位置情報と、
に基づいて前記物体を測定することを特徴とする装置。
請求項１に記載の装置であって、前記少なくとも２つの計測デバイスは、分散型のネットワークで接続されることを特徴とする装置。
請求項１に記載の装置であって、前記有線通信は、イーサネット（登録商標）ローカルエリアネットワーク上で行われることを特徴とする装置。
請求項１に記載の装置であって、前記無線通信は、Ｗｉ−Ｆｉネットワーク上で行われることを特徴とする装置。
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の装置であって、前記関節アーム座標測定機および前記レーザトラッカのそれぞれは、関節アーム座標測定機移動手順または関節アーム座標測定機校正手順のうちの１つの間に、前記関節アーム座標測定機における所定の位置を追跡することを特徴とする装置。
請求項２に記載の装置であって、前記分散型のネットワークは、リアルタイム産業用ネットワークおよびエンタープライズネットワークを含む群からのネットワークを含むことを特徴とする装置。
請求項２に記載の装置であって、前記分散型のネットワークは、インフラストラクチャネットワークおよびアドホックネットワークを含む群からのネットワークを含むことを特徴とする装置。
請求項１に記載の装置であって、前記少なくとも２つの計測デバイスのうちのそれぞれの計測デバイスと有線式および／または無線式に接続するルータをさらに含み、前記ルータは、ＩＥＥＥ１５８８高精度時間プロトコルインターフェースを含むことを特徴とする装置。
請求項１に記載の装置であって、前記有線通信は、同期イーサネット（登録商標）の方式でイーサネット（登録商標）ローカルエリアネットワーク上で行われることを特徴とする装置。
請求項１に記載の装置であって、前記２つの計測デバイスのそれぞれの中の前記ＩＥＥＥ１５８８高精度時間プロトコルインターフェースは、ハードウェアを利用したタイムスタンピングを実装することを特徴とする装置。
請求項１に記載の装置であって、前記２つの計測デバイスのそれぞれの中の前記ＩＥＥＥ１５８８高精度時間プロトコルインターフェースは、前記少なくとも２つの計測デバイスのうちの他方の計測デバイスからの有線接続を第１の入力に有し、前記少なくとも２つの計測デバイスのうちの前記他方の計測デバイスからの無線接続を第２の入力に有するスイッチをさらに含み、前記少なくとも２つの計測デバイスのうちの前記他方の計測デバイスからの前記無線接続は、前記無線接続を、前記スイッチの前記第２の入力に適用される有線接続に変換する１つ以上のコンポーネントを含むことを特徴とする装置。
請求項１に記載の装置であって、前記２つの計測デバイスのそれぞれの中の前記ＩＥＥＥ１５８８高精度時間プロトコルインターフェースは、前記マスタクロックの時間と前記スレーブクロックの時間との間の差が５００ナノ秒以下であるようにして、前記マスタクロックが前記スレーブクロックに前記時間を伝え、前記スレーブクロックが、前記マスタクロックの前記時間に対応するために必要に応じて、前記マスタクロックからの伝えられた時間に応答して前記スレーブクロックの前記時間を調整するように、ハードウェアを利用したタイムスタンピングを実装することを特徴とする装置。
少なくとも２つの計測デバイスの間の双方向の通信のための方法であって、
前記少なくとも２つの計測デバイスのうちの第１の計測デバイスに、前記少なくとも２つの計測デバイスのうちの第２の計測デバイスとの有線式と無線式の両方での双方向の通信用に構成されたＩＥＥＥ１５８８高精度時間プロトコルインターフェースを提供するステップと、
前記少なくとも２つの計測デバイスのうちの前記第２の計測デバイスに、前記少なくとも２つの計測デバイスのうちの前記第１の計測デバイスとの有線式と無線式の両方での双方向の通信用に構成されたＩＥＥＥ１５８８高精度時間プロトコルインターフェースを提供するステップとを含み、
前記少なくとも２つの計測デバイスのうちの一方の計測デバイスはマスタクロックを含み、前記少なくとも２つの計測デバイスのうちの他方の計測デバイスはスレーブクロックを含み、前記マスタクロックは前記スレーブクロックに時間を伝え、前記スレーブクロックは、前記マスタクロックの前記時間に実質的に対応するために必要に応じて、前記マスタクロックからの伝えられた時間に応答して前記スレーブクロックの時間を調整し、それによって前記少なくとも２つの計測デバイスを一緒に時間同期させ、
各計測デバイスはパラメータを測定し、各計測デバイスによって行われる測定は、前記スレーブクロックの前記時間が前記マスタクロックの前記時間に実質的に対応した結果として時間的に同期されるようにして行われ、
前記第１の計測デバイスは、
関節アームと、前記関節アームに設けられた反射体と、前記関節アームに設けられたスキャナと、を備え、前記スキャナによって検出される物体の位置情報を出力する関節アーム座標測定機を含み、
前記第２の計測デバイスは、
前記反射体に光を投射し、前記反射体で反射した光に基づいて前記反射体の位置情報を出力するレーザトラッカを含み、
前記方法は、
前記関節アーム座標測定機を複数の位置に移動させながら、各位置において前記物体上の複数の位置について測定を行うことで各位置に対して得られる前記物体の複数の位置情報と、
各位置において測定された前記物体上の複数の位置に対応して、前記レーザトラッカによって得られる前記反射体の複数の位置情報と、
に基づいて前記物体を測定するステップを含むことを特徴とする方法。
請求項１３に記載の方法であって、分散型のネットワークで前記少なくとも２つの計測デバイスを接続するステップをさらに含むことを特徴とする方法。
請求項１３に記載の方法であって、前記有線通信は、イーサネット（登録商標）ローカルエリアネットワーク上で行われることを特徴とする方法。
請求項１３に記載の方法であって、前記無線通信は、Ｗｉ−Ｆｉネットワーク上で行われることを特徴とする方法。
請求項１３から請求項１６のいずれか１項に記載の方法であって、前記関節アーム座標測定機および前記レーザトラッカのそれぞれが、関節アーム座標測定機移動手順または関節アーム座標測定機校正手順のうちの１つの間に、前記関節アーム座標測定機における所定の位置を追跡するステップをさらに含むことを特徴とする方法。
請求項１４に記載の方法であって、前記分散型のネットワークは、リアルタイム産業用ネットワークおよびエンタープライズネットワークを含む群からのネットワークを含むことを特徴とする方法。
請求項１４に記載の方法であって、前記分散型のネットワークは、インフラストラクチャネットワークおよびアドホックネットワークを含む群からのネットワークを含むことを特徴とする方法。
請求項１３に記載の方法であって、前記少なくとも２つの計測デバイスのうちのそれぞれの計測デバイスと有線式および／または無線式に接続するルータをさらに含み、前記ルータは、ＩＥＥＥ１５８８高精度時間プロトコルインターフェースを含むことを特徴とする方法。
請求項１３に記載の方法であって、前記有線通信は、同期イーサネット（登録商標）の方式でイーサネット（登録商標）ローカルエリアネットワーク上で行われることを特徴とする方法。
請求項１３に記載の方法であって、前記２つの計測デバイスのそれぞれの中の前記ＩＥＥＥ１５８８高精度時間プロトコルインターフェースは、ハードウェアを利用したタイムスタンピングを実装することを特徴とする方法。
請求項１３に記載の方法であって、前記２つの計測デバイスのそれぞれの中の前記ＩＥＥＥ１５８８高精度時間プロトコルインターフェースは、前記少なくとも２つの計測デバイスのうちの他方の計測デバイスからの有線接続を第１の入力に有し、前記少なくとも２つの計測デバイスのうちの前記他方の計測デバイスからの無線接続を第２の入力に有するスイッチをさらに含み、前記少なくとも２つの計測デバイスのうちの前記他方の計測デバイスからの前記無線接続は、前記無線接続を、前記スイッチの前記第２の入力に適用される有線接続に変換する１つ以上のコンポーネントを含むことを特徴とする方法。
請求項１３に記載の方法であって、前記２つの計測デバイスのそれぞれの中の前記ＩＥＥＥ１５８８高精度時間プロトコルインターフェースは、前記マスタクロックの時間と前記スレーブクロックの時間との間の差が５００ナノ秒以下であるようにして、前記マスタクロックが前記スレーブクロックに前記時間を伝え、前記スレーブクロックが、前記マスタクロックの前記時間に対応するために必要に応じて、前記マスタクロックからの伝えられた時間に応答して前記スレーブクロックの前記時間を調整するように、ハードウェアを利用したタイムスタンピングを実装することを特徴とする方法。
少なくとも２つの計測デバイスの間の双方向の通信を実施するためのコンピュータプログラムであって、コンピュータによって実行されるときに、
前記少なくとも２つの計測デバイスのうちの第１の計測デバイスに、前記少なくとも２つの計測デバイスのうちの第２の計測デバイスとの有線式と無線式の両方での双方向通信用に構成されたＩＥＥＥ１５８８高精度時間プロトコルインターフェースを提供するステップと、
前記少なくとも２つの計測デバイスのうちの前記第２の計測デバイスに、前記少なくとも２つの計測デバイスのうちの前記第１の計測デバイスとの有線式と無線式の両方での双方向通信用に構成されたＩＥＥＥ１５８８高精度時間プロトコルインターフェースを提供するステップとを含み、
前記少なくとも２つの計測デバイスのうちの一方の計測デバイスはマスタクロックを含み、前記少なくとも２つの計測デバイスのうちの他方の計測デバイスはスレーブクロックを含み、前記マスタクロックは前記スレーブクロックに時間を伝え、前記スレーブクロックは、前記マスタクロックの前記時間に実質的に対応するために必要に応じて、前記マスタクロックからの伝えられた時間に応答して前記スレーブクロックの時間を調整し、それによって前記少なくとも２つの計測デバイスを一緒に時間同期させ、
各計測デバイスはパラメータを測定し、各計測デバイスによって行われる測定は、前記スレーブクロックの前記時間が前記マスタクロックの前記時間に実質的に対応した結果として時間的に同期されるようにして行われる方法を前記コンピュータに実施させ、
前記第１の計測デバイスは、
関節アームと、前記関節アームに設けられた反射体と、前記関節アームに設けられたスキャナと、を備え、前記スキャナによって検出される物体の位置情報を出力する関節アーム座標測定機を含み、
前記第２の計測デバイスは、
前記反射体に光を投射し、前記反射体で反射した光に基づいて前記反射体の位置情報を出力するレーザトラッカを含み、
前記方法は、
前記関節アーム座標測定機を複数の位置に移動させながら、各位置において前記物体上の複数の位置について測定を行うことで各位置に対して得られる前記物体の複数の位置情報と、
各位置において測定された前記物体上の複数の位置に対応して、前記レーザトラッカによって得られる前記反射体の複数の位置情報と、
に基づいて前記物体を測定するステップを含むことを特徴とする、コンピュータプログラム。
請求項２５に記載のコンピュータプログラムであって、前記方法は、分散型のネットワークで前記少なくとも２つの計測デバイスを接続するステップをさらに含むことを特徴とするコンピュータプログラム。
請求項２５に記載のコンピュータプログラムであって、前記有線通信は、イーサネット（登録商標）ローカルエリアネットワーク上で行われることを特徴とするコンピュータプログラム。
請求項２５に記載のコンピュータプログラムであって、前記無線通信は、Ｗｉ−Ｆｉネットワーク上で行われることを特徴とするコンピュータプログラム。
請求項２５から請求項２８のいずれか１項に記載のコンピュータプログラムであって、前記方法は、前記関節アーム座標測定機および前記レーザトラッカのそれぞれが、関節アーム座標測定機移動手順または関節アーム座標測定機校正手順のうちの１つの間に、前記関節アーム座標測定機における所定の位置を追跡するステップをさらに含むことを特徴とするコンピュータプログラム。
請求項２６に記載のコンピュータプログラムであって、前記分散型のネットワークは、リアルタイム産業用ネットワークおよびエンタープライズネットワークを含む群からのネットワークを含むことを特徴とするコンピュータプログラム。
請求項２６に記載のコンピュータプログラムであって、前記分散型のネットワークは、インフラストラクチャネットワークおよびアドホックネットワークを含む群からのネットワークを含むことを特徴とするコンピュータプログラム。
請求項２５に記載のコンピュータプログラムであって、前記少なくとも２つの計測デバイスのうちのそれぞれの計測デバイスと有線式および／または無線式に接続するルータをさらに含み、前記ルータは、ＩＥＥＥ１５８８高精度時間プロトコルインターフェースを含むことを特徴とするコンピュータプログラム。
請求項２５に記載のコンピュータプログラムであって、前記有線通信は、同期イーサネット（登録商標）の方式でイーサネット（登録商標）ローカルエリアネットワーク上で行われることを特徴とするコンピュータプログラム。
請求項２５に記載のコンピュータプログラムであって、前記２つの計測デバイスのそれぞれの中の前記ＩＥＥＥ１５８８高精度時間プロトコルインターフェースは、ハードウェアを利用したタイムスタンピングを実装することを特徴とするコンピュータプログラム。
請求項２５に記載のコンピュータプログラムであって、前記２つの計測デバイスのそれぞれの中の前記ＩＥＥＥ１５８８高精度時間プロトコルインターフェースは、前記少なくとも２つの計測デバイスのうちの他方の計測デバイスからの有線接続を第１の入力に有し、前記少なくとも２つの計測デバイスのうちの前記他方の計測デバイスからの無線接続を第２の入力に有するスイッチをさらに含み、前記少なくとも２つの計測デバイスのうちの前記他方の計測デバイスからの前記無線接続は、前記無線接続を、前記スイッチの前記第２の入力に適用される有線接続に変換する１つ以上のコンポーネントを含むことを特徴とするコンピュータプログラム。
請求項２５に記載のコンピュータプログラムであって、前記２つの計測デバイスのそれぞれの中の前記ＩＥＥＥ１５８８高精度時間プロトコルインターフェースは、前記マスタクロックの時間と前記スレーブクロックの時間との間の差が５００ナノ秒以下であるようにして、前記マスタクロックが前記スレーブクロックに前記時間を伝え、前記スレーブクロックが、前記マスタクロックの前記時間に対応するために必要に応じて、前記マスタクロックからの伝えられた時間に応答して前記スレーブクロックの前記時間を調整するように、ハードウェアを利用したタイムスタンピングを実装することを特徴とするコンピュータプログラム。