JP7469429B2 - 超軽量および超高精度の可搬式座標測定機 - Google Patents

超軽量および超高精度の可搬式座標測定機 Download PDF

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Description

背景
[0001]本発明の開示内容は、一般的に、座標測定機に関し、より具体的には、高精度な超軽量可搬式座標測定機に関する。
[0002]座標測定機は、とりわけ、３次元空間における地点を測定するのに役立つ。座標測定機は、たとえば、デカルト座標空間（ｘ、ｙ、ｘ）の測定地点をトレースする。座標測定機は、典型的には、スタンドおよびトレースシステムから成る。スタンドは、基準地点として機能させてもよいが、トレースシステムが基準地点に対して、測定可能な方法で空間内を移動する。可搬式座標測定機用トレースシステムは、一端部でスタンドに取り付けられた関節アームと、他端部の測定プローブとを含んでもよい。
[0003]測定は、使用可能である為には正確でなければならない。しかしながら、非常に高精度を達成するのが難しいのは、温度および負荷条件のような要素のためである。特に、可搬式座標測定機において、熱の変化または負荷の変化に起因するアームの反りは、測定精度に悪影響を及ぼす。したがって、それらの性能という点で、慣例的な可搬式座標測定機は、慣例的な可搬式でない形式の座標測定機ほど正確ではなかった。
[0004]精度の改善が利用できる場合がある。しかしながら、慣例的に、そのような改善には、座標測定機の質量および／または重量の著しい増加が伴っていた。改善された精度の慣例的な可搬式座標測定機は、嵩張っており、重かった。これらは、座標測定機、特に、可搬式座標測定機としては、望ましくない特徴である。さらに、高精度測定を得る為に必要な精度で座標測定機のジョイント、特に、長いジョイントを構築して組み立てるプロセスは、利用できなかった。
[0005]本開示内容は、従来技術の座標測定機より高精度な可搬式座標測定機（ＣＭＭ）を提供する。驚くべきことに、本書で開示されるＣＭＭは、より軽量であり、嵩張らない。
[0006]本発明の第１態様において、ＣＭＭは、回転ジョイントを含み、この回転ジョイントのシャフトは、ジョイントのベアリングの内径部より大きな直径の部分を持たず、さらに／または、この回転ジョイントのハウジングは、ベアリング係合部分を有し、このベアリング係合部分は、ジョイントのベアリングの外径部より狭い直径の部分を持たない。
[0007]本発明の他の態様において、少なくとも一つの回転ジョイントは、回転ダンパを含み、この回転ダンパは、動作できるようにシャフトおよびハウジングに結合され、回転軸を中心としたシャフトの回転運動の制御された減衰を与えるように構成されている。
[0008]本発明の他の態様において、回転減衰は、少なくとも一つの回転ジョイントに組み込まれ、回転軸を中心としたシャフトの回転運動の制御された減衰を与える。
[0009]本発明の他の態様において、少なくとも一つの回転ジョイントは、回転軸を中心としたシャフトの回転運動の制御された減衰を与えるように構成された回転減衰機構と、動作できるように少なくとも一つのトランスデューサに接続され、角度信号および時間に基づき、回転軸を中心としたシャフトの回転運動の速度に対応する速度および方向信号を出力するように構成された回路と、を含み、上記回路は、速度信号を所定の速度閾値と比較し、回転運動が過剰な速度で発生し、過剰なトルクが生じたかを確定するように構成される。
[0010]本発明の他の態様において、少なくとも一つの回転ジョイントは、回転減衰機構と、少なくとも一つの歪ゲージとを含み、この回転減衰機構は、回転軸を中心にシャフトの回転運動の制御された減衰を与えるように構成され、少なくとも一つの歪ゲージは、動作できるようにシャフトおよびハウジングの少なくとも一つに結合され、回転軸を中心にシャフトの回転運動によるシャフトおよびハウジングのうちの少なくとも一つにおいて歪を感知し、歪信号に部分的に基づき測定プローブの場所を修正する為に使用可能な歪信号を出力するように構成される。
[0011] 本発明の他の態様において、複数のジョイントのうち少なくとも一つのジョイントでは、ａ）第１ベアリング及び第２ベアリングのうち少なくとも一つの内径部と係合するシャフトと、ｂ）第１ベアリング及び第２ベアリングのうち少なくとも一つの外径部と係合するハウジングの部分とがスチールで製作される。
[0012]本発明の他の態様において、複数のジョイントからの第１ジョイントは、スチール構造体によって複数のジョイントからの第２ジョイントに取り付けられ、スチール構造体は、第１ジョイントのベアリングの内部または外部と接触し、あるいは、第２ジョイントのベアリングの内輪又は外輪と接触する。
[0013]本発明の他の態様において、複数の回転ジョイントのうち少なくとも一つの構造体部分の全ては、スチールで製作される。
[0014]本発明の他の態様において、複数のアームセグメントおよび複数の回転ジョイントを含むＣＭＭの任意の構造体部分は制御された膨張合金で製作され、膨張合金は、重量がスチールより軽く、２５℃で９．９～１８μm/m°Cの範囲のスチールまたはステンレス鋼の熱膨張係数と一致する熱膨張係数を有する。
[0015]本発明の他の態様において、測定プローブは、第１端部に電気的ではなく機械的に動作できるように結合されたハンドルを含み、ハンドルは、測定プローブの中心軸を中心に回転するように第１端部に回転できるように結合され、ハンドルは、無線送信器と少なくとも一つのスイッチを含み、少なくとも一つのスイッチは、動作できるように無線送信器に接続され、作動されるとき、無線送信器に、ＣＭＭが測定を行わせる無線信号を送信させるように構成されている。
[0016]本発明の他の態様において、電気回路は、シリアル通信回路を含み、このシリアル通信回路は、専用取込みワイヤがアナログ信号およびＣＭＭ内の他のトランスデューサからの他の角度信号を受信する必要がなく、電気回路は、角度信号および他の角度信号の凝集を出力するように構成され、ベースに対する測定プローブの位置に対応した情報を与える。
[0017]本発明の他の態様において、シャフトは、中間部分と、中間部分の端部に取り付けられて固定された第１端部分および第２端部分とを含んでもよい。第１端部分および第２端部分は、１万分の１インチ（０．０００１インチ）以内の同心であってもよい。第１端部分は、第１ベアリングの内径部と係合し、第２端部分は、第２ベアリングの内径部と係合する。シャフトは、第１ベアリング及び第２ベアリングの回転軸を中心に回転するように構成されている。第１ハウジングの端部は、第１ベアリングの外径部と係合する内径部を有し、第２ハウジングの端部は、第２ベアリングの外径部と係合する内径部を有する。第１ハウジングの端部および第２ハウジングの端部は、１万分の５インチ（０．０００５インチ）以内の同心であってもよい。そのため、第１ベアリング及び第２ベアリングは、遊びをなくす為に予荷重がかけられてもよい。
[0018]本願明細書に組み込まれ、その一部を構成する添付図面は、本発明の態様の様々な例示的実施形態を図示する、様々な実施例のシステム、方法などを図示する。図面において図示された要素の境界（例えば、ボックス、ボックスのグループ、他の形状）は、境界の一実施例を表すことが理解されよう。当業者は、一つの要素が複数の要素として設計可能であること、あるいは、複数の要素が一つの要素として設計可能であることを理解するであろう。他の要素の内部構成部分として示された要素は、外部構成部分として実施可能であり、外部構成部分として示された要素は、内部構成部分として実施可能である。さらに、要素は、縮尺どおりに描画されなくてもよい。
図１Ａは、例示的座標測定機（ＣＭＭ）の斜視図を図示する。 図１Ｂは、例示的座標測定機（ＣＭＭ）の斜視図を図示する。 図１Ｃは、例示的座標測定機（ＣＭＭ）の斜視図を図示する。 図１Ｄは、図１Ａ－図１Ｃの例示的ＣＭＭの横断面図を図示する。 図２は、図１Ａ－図１ＤのＣＭＭの例示的ベースおよび旋回ジョイントの分解図を図示する。 図３Ａは、図１Ａ－図１ＤのＣＭＭの例示的旋回ジョイントの一部分解図を図示する。 図３Ｂは、図１Ａ－図１ＤのＣＭＭの例示的旋回ジョイントの横断面図を図示する。 図３Ｃは、例示的旋回ジョイントの外部管にハウジング端部を組み付けるプロセスを図示する。 図３Ｄは、例示的旋回ジョイントの外部管にハウジング端部を組み立てるプロセスを図示する。 図３Ｅは、例示的旋回ジョイントの外管にシャフトおよびベアリングを組み立てるプロセスを図示する。 図４は、図１Ａ－図１ＤのＣＭＭの例示的旋回ジョイントの分解図を図示する。 図５Ａは、図１Ａ－図１ＤのＣＭＭのヒンジジョイントの分解図を図示する。 図５Ｂは、図１Ａ－図１ＤのＣＭＭのヒンジジョイントの横断面図を図示する。 図６Ａは、回転ダンパを含む、図１Ａ－図１Ｄの例示的ヒンジジョイントの横断面図を図示する。 図６Ｂは、図１Ａ－図１Ｄの例示的に計装された回転ダンパアセンブリの分解図を図示する。 図６Ｃは、図１Ａ－図１Ｄの例示的に計装されない回転ダンパアセンブリの分解図を図示する。 図７Ａは、図１Ａ－図１ＤのＣＭＭの例示的測定プローブの斜視図を図示する。 図７Ｂは、図１Ａ－図１ＤのＣＭＭの例示的な代替の測定プローブの斜視図を図示する。 図８は、図１Ａ－図１ＤのＣＭＭの例示的なオンアームスイッチアセンブリの斜視図を図示する。 図９は、図１Ａ－図１ＤのＣＭＭの為の例示的電子機器のブロック図を図示する。 図１０Ａは、図１Ａ－図１ＤのＣＭＭの為の例示的電子機器のタイミング図を図示する。 図１０Ｂは、図１Ａ－図１ＤのＣＭＭの為の例示的電子機器のタイミング図を図示する。 図１０Ｃは、図１Ａ－図１ＤのＣＭＭの為の例示的電子機器のタイミング図を図示する。 図１０Ｄは、図１Ａ－図１ＤのＣＭＭの為の例示的電子機器のタイミング図を図示する。 図１０Ｅ）は、図１Ａ－図１ＤのＣＭＭの為の例示的電子機器のタイミング図を図示する。 図１０Ｆは、図１Ａ－図１ＤのＣＭＭの為の例示的電子機器のタイミング図を図示する。 図１１Ａは、慣例的なロングアームジョイントの為のシャフトの回転を示す例示的な軌道プロットを図示する。 図１１Ｂは、本開示内容のＣＭＭのロングアームジョイントの為のシャフトの回転を示す例示的な軌道プロットを図示する。
詳細な説明
[0033]図１Ａ－図１Ｃは、例示的な座標計測器（ＣＭＭ）１の斜視図を図示する。図１Ｄは、例示的ＣＭＭ１の横断面図を図示する。ＣＭＭ１は、関節アーム２，ベース４，測定プローブ６を含む。関節アーム２は、一端部でベース４に、他端部で測定プローブ６に取り付けられている。ベース４は、アーム２を、たとえば、動作面に取り付ける為に、たとえば、磁石ホルダ５を含んでもよい。関節アーム２は、２つのアームセグメント８，９と、多くの回転ジョイント１２，１４，１６，１８，２０，２２，２４とを含む。ＣＭＭは、オンアームスイッチアセンブリ１０を含んでもよい。
[0034]関節アーム２および／またはアームセグメント８，９の全長は、その意図された用途に応じて変えてもよい。一実施形態において、関節アームは、約４８インチの全長を有してもよい。このアームの寸法は、可搬式ＣＭＭを提供するが、このＣＭＭは、マイクロメータ、高さゲージ、カリパス等のような典型的なハンドツールを使用して達成される測定機に良く適している。関節アーム２は、より小さな寸法、または、より大きな寸法を有してもよい。
[0035]回転ジョイントは、一般的に２形式のジョイント、旋回ジョイント１２，１６，２０，２４およびヒンジジョイント１４，１８を有する。旋回ジョイント１２，１６，２０，２４は、アーム２に沿って略軸方向または長手方向に位置する。ヒンジジョイント１４，１８，２２は、旋回ジョイントに対してほぼ９０°またはアーム２の長手方向軸に対して９０°に位置する。旋回ジョイントおよびヒンジジョイントは、図１Ａ－図１Ｄに示されるように、対になっているが、他の構成で配置されてもよい。複数の回転ジョイントのため、アーム２は、手動で位置決め可能であり、これは、ＣＭＭ１のベース４に定着された半径の範囲内で使用者が自由に実質的に任意の位置へと手動でプローブ６を移動させることができることを意味する。これらのジョイントの各々は、図２－図６Ａに概略的に示されている。
[0036]一般的に、ベース４の磁石ホルダ５は、ＣＭＭ１を動作面に取り付け、ベース４は、旋回ジョイント１２を含み、旋回ジョイント１２は、ヒンジジョイント１４に付き、ヒンジジョイント１４は、旋回ジョイント１６に付き、旋回ジョイント１６は、ヒンジジョイント１８に付き、ヒンジジョイント１８は、旋回ジョイント２０に付き、旋回ジョイント２０は、ヒンジジョイント２２に付き、ヒンジジョイント２２は、旋回ジョイント２４に付き、旋回ジョイント２４は、測定プローブ６に付いている。
[0037]図２は、例示的なベース４および旋回ジョイント１２の分解図を図示する。また、図２は、ベース包囲体４ａを図示し、この包囲体４ａは、その上部にバッテリレセプタクル２６を装着している。ＣＭＭ１は、可搬式であるので、レセプタクル２６を介してＣＭＭ１に設置されるバッテリ（図示せず）からのバッテリ電力で動作可能である。また、ＣＭＭ１は、電力用ジャック２５を含んでもよく、ここに、電力アダプタが接続され、ＣＭＭ１に電力を供給する。
[0038] 旋回ジョイント１２は、ハウジング２８，社保と３０，ベアリング３２，３４，エンコーダ用プリント回路基板（ＰＣＢ）３６、エンコーダ用ディスク３８，スリップリング４０を含んでもよい。また、旋回ジョイント１２は、ダストカバー４２ａ－４２ｃと、ネジ付スタッド４４ａ－ｃおよびネジ４７ａ－ｃのような様々な金物類を含んでもよい。一般に、旋回ジョイントについては、旋回ジョイント１６を参照して、詳細に後述する。
[0039]図３Ａは、例示的な旋回ジョイント１６の部分的な分解図を図示し、図３Ｂは、旋回ジョイント１６の部分的な横断面図を図示する。これらの図の各々は、旋回ジョイント１６の端部のみを図示するが、図示されていない旋回ジョイントの中間部分は、アームセグメント８に対応する。ここでは、旋回ジョイント１６は、旋回ジョイントが同一でなくても、旋回ジョイント１２，１６，２０，２４を一般に説明する為に使用されている。旋回ジョイント１６，２０は、非常に似ている。また、旋回ジョイント２４は、後述されるように、旋回ジョイント２４が短いシャフトを有すること以外、旋回ジョイント１６，２０に類似している。旋回ジョイント１６の構成部分の少なくとも一部は、旋回ジョイント１２を参照して前述した構成部分と実質的に類似しているので、これらの類似した構成部分は、図２における同一参照符合で、図３Ａ及び図３Ｂに識別されている。
[0040]旋回ジョイント１６は、ハウジング４８，４９、シャフト部分５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、ベアリング３２，３４，エンコーダ用ＰＣＢ３６、エンコーダ用ディスク３８，スリップリング４０を含んでもよい。ベアリング３２，３４は、好ましくは、スチール又はステンレス鋼のボールベアリングである。シャフト部分５０ａ、５０ｃは、詳細に後述するように、シャフトアセンブリ５０を形成するようにシャフト部分５０ｂの両端部に動作可能に取り付けられてもよい。比較的に長いシャフト部分５０ｂは、剛性があるが依然として軽い材料（たとえば、炭素繊維、アルミに０無など、）で、並びにスチールから製作されてもよい。しかしながら、シャフト部分５０ａ、５０ｃは、ベアリング３２，３４が製作される材料に一致させるため、スチールで製作されてもよい。比較的に長いシャフト部分５０ｂと同様、シャフト部分５０ｂを内部に有するチューブ６０は、シャフト部分５０ｂと同一の剛性を有するが、依然として軽い材料で製作、並びにスチールから製作されてもよい。また、旋回ジョイント１６は、カバー６２ａ－６２ｂと、スナップリング６４ａ－６４ｃのような様々な金物類を含んでもよい。
[0041]旋回ジョイント１６の一端部で、ハウジング４８は、対応したアームセグメント（旋回ジョイント１６の場合、アームセグメント８）のチューブ６０の一端部に動作可能に付く表面４８ａを有する。ハウジング４８もシャフト連結部分４８ｃを有し、シャフト連結部分４８ｃは、旋回ジョイント１６を先のヒンジジョイント（図１Ａ－図１Ｄを参照）に動作可能に連結する。旋回ジョイント１６の場合、シャフト連結部分４８ｃは、旋回ジョイント１６をヒンジジョイント１４のシャフトに連結する。旋回ジョイント１６の他端部で、ハウジング４９は、対応したアームセグメント（旋回ジョイント１６の場合、セグメント８）のチューブ６０の第２端部に動作可能に付く表面４９ａを有する。また、ハウジング４９は、ポート４９ｂを有し、このポート４９ｂ内には、シャフトアセンブリの端部、特に、シャフト部分５０ａがある。ハウジング端部４８，４９に対するチューブ６０の組立は、より詳細に後述する。
[0042]図３Ｂに最も良好に見られるように、旋回ジョイント１６の一端部において、ハウジング４８のポート４８ｂの内径部は、ベアリング３２の外径部又は外輪と係合する（例えば、取り付けられて固定される）。ハウジング４８のポート４８ｂは、たとえば、ベアリング３２の外径部又は外輪に接着されてもよい。シャフト部分５０ｃは、その一部として、ベアリング３２の内径部又は内輪と係合する（例えば、取り付けられて固定される）外径部を有する。シャフト部分５０ｃは、たとえば、ベアリング３２の内径部又は内輪に接着されてもよい。旋回ジョイント１６の他端部において、ハウジング４９のポート４９ｂの内径部は、ベアリング３４の外径部又は外輪と係合する（例えば、取り付けられて固定される）。ハウジング４９のポート４９は、たとえば、ベアリング３４の外径部又は外輪に接着されてもよい。シャフト部分５０ａは、その一部として、ベアリング３４の内径部又は内輪と係合する（例えば、取り付けられて固定される）外径部７１を有する。シャフト部分５０ａは、たとえば、ベアリング３４の内径部又は内輪に接着されてもよい。したがって、シャフトアセンブリ５０は、ベアリング３２，３４およびハウジング４８，４９の回転軸を中心に回転する。
[0043]旋回ジョイント１６のＰＣＢ３６は、少なくとも一つのトランスデューサを上部に設置し、このトランスデューサは、回転軸ａを中心にハウジング４８，４９に対してシャフト左遷ぶり５０の回転角に対応した角度信号を出力するように構成されている。各トランスデューサは、２つの主要構成部分、読取りヘッド６８，エンコーダ用ディスク３８を有する光学エンコーダを備える。一実施形態において、２つの読取りヘッド６８は、ＰＣＢ３６上に位置する。図示された実施形態において、エンコーダ用ディスク３８は、シャフトアセンブリ５０の一端部に動作可能に（例えば、適した接着材を用いて）取り付けられ、シャフトアセンブリ５０は、ＰＣＢ３６上の読取りヘッド６８と離間されて整列され、ＰＣＢ３６は、動作可能に（例えば、適した接着材を用いて）ハウジング４８に取り付けられている。ディスク３８および読取りヘッド６８の場所は、逆でもよく、それによって、ディスク３８は、動作可能にハウジング４８に取り付けられ、読取りヘッド６８は、シャフトアセンブリ５０と共に回転し、光通信を維持しながら、互いに対して回転できる。エンコーダは、たとえば、「MicroE」エンコーダのような商品名の下でCelera Motionから商業的に利用可能である。各ＰＣＢ３６は、読取りヘッド６８から受信された角度信号を受信し、処理する為のプロセッサと、ＰＣＢ３６をＣＭＭ１の通信バスに接続する為の送受信装置及びコネクタ９３と、更に／又は他の配線とを更に含んでもよいが、これらは後述する。ＰＣＢ３６の各々は、室温変動のための熱補償を与える為に、プロセッサに接続された温度センサを含んでもよい。
[0044]カバー６２ｂは、ダスト汚染からＰＣＢ３６及びエンコーダ用ディスク３８を覆い、密封する為に、ハウジング４８に動作可能に取り付けられる。カバー６２ａは、見た目を良くするため、カバー６２ｂと、ハウジング４８及びチューブ６０の一部分との上方に動作可能に取り付けられる。カバー６２ｂは、開口部６３を有し、そこから、ハウジング４８のシャフト連結部分４８ｃが突き出ており、動作可能に旋回ジョイント１６をヒンジジョイント１４に連結させる。
[0045] 旋回ジョイント１６（およびＣＭＭ１の他のジョイント）は、無制限の回転を有してもよく、これは、回転軸ａを中心に３６０°回転することができることを意味する。そのため、スリップリング４０が使用され、旋回ジョイント１６に無制限に回転できる電気的接続を提供する。ベース旋回ジョイント１２のシャフトのような旋回ジョイントおよび旋回ジョイント１６のシャフトアセンブリ５０のような、ここで使用されるシャフトは、中空でもよい（例えば、軸方向開口部５１を有してもよい）。後述されるヒンジジョイント１８のシャフト８０のような、ここで使用されるヒンジジョイント内のシャフトも中空でもよく、また、孔８１（図５Ｂを参照）を含んでもよい。図３Ａ及び図３Ｂに戻ると、図示されているように、ハウジングカバー６２ａは、開口部６３を有し、カバー６２ｂは、開口部６１を有し、ハウジング４８は、開口部４８ｄを有し、この開口部４８ｄは、ヒンジジョイント１８のシャフト８０の孔と整列する。そのため、通信バス配線は、ヒンジジョイント１４の孔８１から旋回ジョイント１６に入り、開口部４８ｄを通って、開口部６３、開口部６１を通って、スリップリング４０に接続するＰＣＢ３６に接続してもよい。スリップリング４０から、配線は、シャフト５０の開口部５１を通って、次のヒンジジョイントまで移動してもよい。以下、そのような配線を図式的に示す。
[0046]慣例的に、座標測定機用ジョイントに使用されるシャフトは、一つ又は複数のショルダ又はフランジを有し、これらは、ベアリングの内径部又は内輪と係合するシャフトの表面を超えてジョイントの軸から径方向外側に伸びる。これらのショルダ又はフランジは、ジョイントの残部、特に、ジョイントのベアリングに対して、軸方向の所定位置でシャフトを保持する為に必要であると考えられていた。同様に、座標測定機の為のジョイントに使用されるハウジングは、慣例的に、一つ又は複数のショルダ又はフランジを持っており、これらは、ベアリングの外径部又は外輪と係合するハウジングの表面を超えてジョイントの軸に向かって径方向内側に伸びている。これらのショルダ又はフランジは、ジョイントの残部、特に、ジョイントのベアリングに対して、軸方向の所定位置でハウジングを保持する為に必要であると考えられていた。たとえば、（全体が参照のために本願に組み込まれる）米国特許第8,607,467号の図１０，１２，１４，１６を参照。ここでは、両方のシャフト及びハウジングは、ショルダ又はフランジを有し、ベアリングに対して軸方向の所定位置でシャフト及びハウジングを保持する。
[0047]これらの慣例的シャフト及びハウジングは、ショルダ又はフランジを生産するため、機械加工によって製造されていた。しかし、たとえ最も高度な機械加工プロセスでも、そのような機械加工されたシャフト及びハウジングに与えられる精度は限定されていた。そのため、これらの部品は、機械加工プロセスの精度によって著しく制限されていた。本願の背景の部分で検討されたように、精度は座標測定機にとって重要であることから、これは問題である。
[0048]図３Ｂで最も良く見られるように、シャフト部分５０ａ、５０ｃは、ベアリング３２，３４の内径部又は内輪より大きな直径の部分を持たない。シャフト部分５０ａのどの部分も、ベアリング３４の内径部又は内輪と係合する外径部より大きな直径を持っていない。シャフト部分５０ｃの、どの部分も、ベアリング３２の内径部又は内輪と係合する外径部より大きな直径を持っていない。同様に、ベアリング３２の外径部又は外輪と係合する部分４８ｂは、ベアリング３２の外径部より小さく又は狭い直径の部分を持っていない。ベアリング３４の外径部又は外輪と係合する部分４９ｂは、ベアリング３４の外径部より狭く又は狭い直径の部分を持っていない。そのため、シャフトアセンブリ５０及びハウジング４８，４９は、その用語が本書で定義されるように、ショルダを有していないと言える。シャフト部分５０ａ、５０ｃは、ベアリング３２，３４の内径部又は内輪と係合する表面６７，７１を超えてジョイント１６の軸ａから径方向外側に伸びる部分を持っていない。同様に、ハウジング４８，４９は、それぞれ、ベアリング３２，３４の外径部又は外輪と係合するハウジング４８，４９の表面６５，６９を超えてジョイント１６の軸ａに向かって径方向内側に伸びる部分を持っていない。
[0049]ショルダ又はフランジの代わりに、シャフト部分５０ａ、５０ｃは、機械加工又は上部の他の方法で形成された溝７２，７３を有してもよい。スナップリング６４ｂ－ｃは、ジョイント１６及びベアリング３２，３４に対して、軸方向の所定位置でシャフトアセンブリ５０を保持するように溝７２，７３と係合してもよい。同様に、ハウジング４９は、機械加工又は上部に他の方法で形成された溝７４を有してもよい。スナップリング６４ａは、ジョイント１６及びベアリング３２，３４に対して、軸方向の所定位置でハウジング４９を保持するように溝７４と係合してもよい。一実施形態において、ジョイント１６及びベアリング３２，３４の残部に対して、軸方向の所定位置でシャフト５０を保持する為に、溝７２，７３及びスナップリング６４ｂ－ｃの組合せの代替または追加で、シャフト５０は、接着材を使用することによって、ベアリング３２，３４の内径部又は内輪に取り付けられて固定されてもよい。同様に、一実施形態において、ジョイント１６及びベアリング３２，３４の残部に対して、軸方向の所定位置でハウジング４９を保持する為に、溝７４及びスナップリング６４ａの組合せの代替または追加で、シャフト７１は、接着材を使用することによって、ベアリング３４の外径部又は外輪に取り付けられて固定されてもよい。
[0050]図３Ａ及び図３Ｂで図示されたようなショルダを持たないシャフト及びハウジングは、研削及びホーニングプロセスによって製造されてもよいが、これらのプロセスは、従来技術のショルダ又はフランジ付きシャフト及びハウジングを製造する為に使用される機械加工プロセスより桁違いに高精度である。そのため、本書で開示されたショルダを持たないシャフト及びハウジングは、著しく、より高精度に造られ、ＣＭＭ１のジョイント１６及び同様のジョイントで達成し得る測定精度において著しい改良を生じる。部分的には本書で開示されたショルダを持たないシャフト及びハウジングのため、ＣＭＭ１は、従来技術の可搬式座標測定機よりも大幅に優れた精度を達成する。
[0051]アームセグメント８の旋回ジョイント１６は、図１Ａ－図１Ｄ、図３Ａから分かるように、たとえば、ジョイント１４と比べて、比較的に長いジョイントである。ベアリング３２、３４は、遠く離れて置かれている。シャフト５０は、３つの部品を有し、中間部分５０ｂは、互いに遠くに離れた中間部分５０ｂの両端部に取り付けられた端部分５０ａ、５０ｃを有する。外チューブ６０は長く、ハウジング端部４８，４９は、互いに遠くに離れている。そのような比較的に長いジョイント、特に、複数部分のシャフトを備えた長いジョイントは、慣例的に構築することができなかったので、ジョイントの回転は、特に、より短い単一部分のシャフト、ジョイントと比較すると、精度が良いままである。
[0052]図１１Ａは、全体が参照のために本願に組み込まれるオートン（P.A. Orton et al, Automatic Self-Calibration of anIncrementalMotion Encoder, IEEE Instrument and Measurement TechnologyConference,Budapest, Hungary, May 21-23, 2001, at 1614）の規定通りに測定された慣例的長いアームのシャフトの回転の典型的な挙動を示す軌道プロットを図示する。この技術は、シャフトの角度位置だけでなく、シャフトの水平運動及び垂直運動を測定する。全体が参照のために本願に組み込まれる、１９９７年１月２１日発行された米国特許第5,596,189も参照。図１１Ａの軌道プロットにおいて、回転中、慣例的シャフトの水平変位及び垂直変位が中心から約２０ミクロンであることに注意されたい。さらに、回転中、慣例的シャフトの水平変位及び垂直変位は円形ではなく、一回転から次の回転まで一貫性がなく、およそ５ミクロンで変化することに注意されたい。実際、回転中、慣例的シャフト（特に、長く、複数部分のシャフト）の水平変位及び垂直変位は、典型的には、中心から２０ミクロンより大きく、非円形であり、回転毎に５ミクロンを超えて変化する。中心からの当該シャフト変位は、慣例的座標測定機によってとられる測定精度に悪影響を及ぼす。中心からの望ましくない変位を引き起こす問題の少なくとも一部は、これまで、必要な精度で、長く、複数部分のシャフト、ジョイントを構築および組み立てるプロセスが無かったことである。
[0053]図３Ｃ及び図３Ｄは、例示的旋回ジョイント１６の外チューブ６０をハウジング端部４８，４９に組み立てる為の例示的プロセスを図示する。図３Ｃに示されるように、固定チューブＦＴは、外チューブ６０をハウジング端部４８，４９に組み立てる際の精度を上げる為に使用されてもよい。固定チューブＦＴは、たとえば、完全な寸法近くまで高精度に研削されてもよく、それは、１万分の１インチ（０．０００１インチ）以内の円筒である。その外径は、１万分の１インチ（０．０００１インチ）以内で同心である。ハウジング端部４８，４９は、チューブ６０の、それぞれの端部に接着されてもよく、固定チューブＦＴは、接着剤が硬化する間、ハウジング端部４８，４９を互いに対して所定位置に高精度で固定する為に使用されてもよい。図３Ｄ（半横断面図）に見られるように、ハウジング端部４８，４９は、アセンブリの内側の固定チューブＦＴを用いてチューブ６０に固定されてもよい。ハウジング端部４８，４９の内壁６５，６９は、非常に高精度な固定チューブＦＴの壁ＦＴａ、ＦＴｂに対して、しっかりと嵌まるように（非常にきつく、ほぼ接合面のように）作られてもよい。接着剤が硬化したら、固定チューブＦＴをアセンブリから除去してもよい。除去を容易にするため、固定チューブＦＴにオイルを塗ってもよい。このプロセスを使用して、ハウジング端部４８，４９は、１万分の５以内まで同心にする（即ち、それらの内径部が同一の軸ａを共有する）ことができる。同様の結果を達成する為に使用できる他の方法は、チューブ６０を含むアセンブリに付けられたらハウジング端部４８，４９を内部研削する工程を含んでもよい。
[0054]図３Ｅは、外チューブ６０，ハウジング端部４８，４９を含むアセンブリに、シャフトアセンブリ５０，ベアリング３２，３４を組み立てる為の例示的プロセスを図示する。
[0055]最初に、前述したように、シャフト端部５０ａ、５０ｃをシャフト部分５０ｂに付け、シャフトアセンブリ５０を形成してもよい。精度を上げるため、シャフト端部５０ａ、５０ｃは、最初に数千インチ（a few thousands of an inch）の特大サイズに機械加工されてもよい。すなわち、シャフト端部５０ａ、５０ｃは、最初に、それらの最終的に望まれる直径より広く（大きな外径で）作られてもよい。その後、シャフト端部５０ａ、５０ｃは、たとえば、花崗岩テーブル上のＶブロックを使用して、長いシャフト部分５０ｂの２つの端部に接着されてもよい。次に、シャフトアセンブリ５０は、２つの端部５０ａ、５０ｃで研削され、２つの端部が、１万分の１インチ（０．０００１インチ）以内の同心にされる（即ち、それらの外径は、同一の軸ａを共有する）。
[0056]内部スナップリング６４ｂ、６４ｃは、それぞれ、溝７２，７３で、シャフトアセンブリ５０に設置されてもよい。ベアリング３２，３４の内輪又は内径部３２ａ、３４ａは、それらがスナップリング６４ｂ、６４ｃに接しており、シャフトアセンブリ５０に接着されるまで、シャフトアセンブリ５０に圧入されてもよい。外スナップリング６４ａは、溝７４で端部ハウジング４９に設置されてもよい。シャフトアセンブリ５０およびベアリング３２，３４を含むアセンブリは、チューブ６０および端部ハウジング４８，４９を含むアセンブリに挿入されてもよい。接着剤は、ベアリング３２，３４の外輪３２ｂ、３４ｂを端部ハウジング４８，４９の内径部６５、６９に接着させる為に使用されてもよい。その後、ベアリング３２，３４の内外輪間の遊びを除去するため、予荷重（例えば、５ポンドまたは１０ポンドの重さ）をベアリング３２の外輪３２ｂに加えてもよい。図３Ｅにおいて、予荷重付加ツールＰＬＴ１、ＰＬＴ２を使用して予荷重ＰＲＥＬがベアリング３２の外輪３２ｂに加えられるが、予荷重付加ツールＰＬＴ１、ＰＬＴ２は、予荷重が、内輪３２ａではなく、外輪３２ｂのみに加えられることを確実にする。予荷重ＰＲＥＬは、接着剤が硬化し、その後、除去されるまで、外輪３２ｂに加えられる。予荷重ＰＲＥＬの付加によって、ベアリングアセンブリから遊びが除去される。
[0057]長い（特に複数部分のシャフト）ジョイントを構築し組み立てる為の慣例的プロセスは、遊びを除去する為にベアリングに効率的に予荷重を加えるのに必要な精度を許容せず、それが、回転中、慣例的シャフトの過剰な水平変位および垂直変位を生じさせていた。そのような不正確な慣例的に長いジョイントに予荷重を試みて遊びを除去することは、ベアリングの過剰な変形、ジャミング、研削、過剰な摩耗などが生じる（即ち、ジョイントは使用できず、不満足に性能を発揮するであろう）、或いは、不十分な予荷重は、回転中、中心から過剰なシャフト変形を生じる。
[0058]図１１Ｂは、オートンによって規定されるように測定された、複数部分シャフトジョイント１６を含む長いアーム８の回転の典型的挙動を示す軌道プロットを図示する。図１１Ｂの軌道プロットにおいて、回転中、シャフト５０の水平変位および垂直変位は、中心から１．５ミクロンの範囲内に著しく減少されていることに留意されたい。さらに、回転中、シャフト５０の水平変位および垂直変位は、著しく円形であり、ある回転から次の回転まで一貫している。これは、慣例的な長いジョイントについて図１１Ａに例示的に示された測定変位から著しい改良である。この著しい、中心からの変位の改良は、慣例的座標測定機と比較したとき、ＣＭＭ１によって行われる測定精度を劇的に改良する。複数部分シャフト５０を含む長いジョイント１６を構築して組み立てる為の前述したプロセスは、そのような著しい改良を達成する為に必要な精度を提供する。
[0059]図４は、例示的旋回ジョイント２４の分解図を図示する。旋回ジョイント２４は、旋回ジョイント２４が短いシャフト５０を有する点、その長さが旋回ジョイント２４およびプローブ６の間の距離に対応する点、プローブ６が、たとえば、旋回ジョイント１６およびヒンジジョイント１８の間の距離より短い点を除き、前述した旋回ジョイント１６，２０に類似する。そのため、プローブ６は旋回ジョイント２４の軸を中心に回転し、旋回ジョイント２４は、プローブ６の回転角を検出し、プローブ６は旋回ジョイント１６の端部に取り付けられる。図１Ａ－図１Ｄを参照。
[0060]図５Ａは、図５Ｂがヒンジジョイント１８の横断面を図示する一方、例示的ヒンジジョイント１８の分解図を図示する。ここで、ヒンジジョイント１８は、ヒンジジョイントが同一でないかもしれないが、一般にヒンジジョイント１４，１８，２２の特徴を述べる為に使用される。ヒンジジョイント１８の構成部分のうち少なくとも一部は、旋回ジョイント１２，１６を参照して前述した構成部分と実質的に類似しているので、先の図で指定された同一参照符合を用いて、これらの同一の構成部分を図５Ａおよび図５Ｂで識別する。
[0061]ヒンジジョイント１８は、ハウジング７８，シャフト８０，ベアリング３２，３４，エンコーダ用ＰＣＢ３６，エンコーダ用ディスク３８を含んでもよい。ハウジング７８は、開口部７８ｂを有し、この開口部７８ｂに先の旋回ジョイント（ヒンジジョイント１８の場合の旋回ジョイント１６のシャフト５０）が連結する。ヒンジジョイント１８は、カバー８２ａ－ｃと、スナップリング６４ａ－ｃ、キャップ６６のような様々な金物類を含んでもよい。
[0062]図５Ｂで最も良く見えるように、ハウジング７８はポート８７を有し、ポート８７は、ベアリング３２，３４の外径部又は外輪と係合する（例えば、取り付けられて固定する）。ハウジング７８のポート８７は、たとえば、ベアリング３２，３４の外径部又は外輪に接着されてもよい。図５Ａ及び図５Ｂの実施形態において、ハウジング７８は、２つのポート８７を有する。シャフト８０は、その一部に外径部８５を有し、外径部８５は、ベアリング３２，３４の内径部又は内輪と係合する（例えば、取り付けられた固定される）。シャフト８０は、たとえば、ベアリング３２，３４の内径部又は内輪に接着されてもよい。そのため、シャフト８０は、ヒンジジョイント１８のハウジング７８とベアリング３２，３４の回転軸ｂを中心に回転する。
[0063]前述した旋回ジョイントに類似して、ヒンジジョイント１８のＰＣＢ３６は、上部に少なくとも一つのトランスデューサが設置され、この少なくとも一つのトランスデューサは、回転軸ｂを中心としたハウジング７８に対するシャフト８０の回転角に対応した角度信号を出力するように構成されている。各トランスデューサは、光学エンコーダを備え、光学エンコーダは、２つの主要構成部分、読取りヘッド６８およびエンコーダ用ディスク３８を有する。図示された実施形態において、２つの読取りヘッド６８は、ＰＣＢ３６に位置決めされる。図示された実施形態において、エンコーダ用ディスク３８は、シャフト８０の端部に（例えば、適した接着材を使用して）動作できるように取り付けられるが、シャフト８０は、ＰＣＢ３６上の読取りヘッド６８に整列して、この読取りヘッド６８から離間されており、ＰＣＢ３６は、ハウジング７８に（適した接着材を使用して）動作できるように取り付けられている。ディスク３８および読取りヘッド６８の場所は、逆でもよく、それによって、ディスク３８は、ハウジング７８に動作できるように取り付けられ、読取りヘッド６８は、シャフト８０と共に回転し、光通信を維持しながら、互いに対して回転可能になる。
[0064]カバー８２ｂは、ＰＣＢ３６およびエンコーダ用ディスク３８を覆い、ダストから密封するようにハウジング７８に取り付けられる。カバー８２ａ、８２ｃは、シャフト８０の一端部で互いに動作できるように取り付けられ、キャップ６６は、ベアリングを保護する為にシャフト８０の反対側の端部をおおう。
[0065]通信用バス配線は、先の旋回ジョイントのシャフト５０の軸方向開口部５１から、ハウジング７８の開口部７８ｂ、７８ｃを通って、ヒンジジョイント１８に入ってもよい。その後、配線は、ＰＣＢ３６に接続され、シャフト８０の軸方向開口部８０ａおよび孔８１を通って、ヒンジジョイント１８を去ってもよい。そのような配線は、以下に図表的に示されている。
[0066]前述したように、慣例的に、座標測定機用ジョイントに使用されるシャフトは、一つ又は複数のショルダ又はフランジを有しており、これらは、ベアリングの内径部又は内輪と係合するシャフトの表面を超えてジョイントの軸から径方向外側に伸びている。これらのショルダ又はフランジは、ジョイントの残部、特に、ジョイントのベアリングに対して、軸方向の所定位置でシャフトを保持する為に必要であると考えられていた。同様に、慣例的に、座標測定機用ジョイントに使用されるハウジングは、一つ又は複数のショルダ又はフランジを有しており、これらは、ベアリングの外径部又は外輪と係合するハウジングの表面を超えてジョイントの軸から径方向内側に伸びている。これらのショルダ又はフランジは、ジョイントの残部、特に、ジョイントのベアリングに対して、軸方向の所定位置でハウジングを保持する為に必要であると考えられていた。たとえば、米国特許第8,607,467の図１０，図１２，図１４，図１６を参照。ここでは、両方のシャフトおよびハウジングは、ベアリングに対して軸方向の所定位置でシャフトおよびハウジングを保持する為にショルダ又はフランジを有する。
[0067]これらの慣例的なシャフトおよびハウジングは、ショルダ又はフランジを生産する為に機械加工によって製造されていた。しかし、最も高度な機械加工プロセスであっても、それらが、そのような機械加工されたシャフトおよびハウジングに与えられるであろう精度は限定されている。これらの部品は、本願の背景の部分で検討されたように、機械加工プロセスの精度によって制限されているので、ＣＭＭにとって精度は重要である。
[0068]図５Ｂに最も良く見えるように、シャフト８０は、直径がベアリング３２，３４の内径部または内輪より大きな直径の部分を持たない。シャフト８０のどの部分も、ベアリング３２，３４の内径部又は内輪と係合する外径部より大きな直径を持たない。同様に、ベアリング３２，３４の外径部又は外輪と係合する部分８７は、ベアリング３２の外径部またはベアリング３４の外径部より小さい又は狭い直径の部分を持たない。そのため、シャフト８０およびハウジング７８は、本願で定義されたようなショルダを持たない、即ち、１）シャフト５０は、ベアリング３２，３４の内径部又は内輪と係合するシャフト８０の表面８５を超えてジョイント１８の軸ｂから径方向外側に延びる部分を持たず、２）ハウジング７８は、ベアリング３２，３４の外径部又は外輪と係合するハウジング７８の表面８７を超えてジョイント１８の軸ｂに向かって径方向内側に延びる部分を持たない。
[0069]ショルダ又はフランジの代わりに、シャフト８０は、機械加工または他の方法で上部に形成された溝７２を有してもよい。スナップリング６４ｂ－ｃは、ベアリング３２，３４およびジョイント１８の残部に対して、軸方向の所定位置でシャフト８０を保持する為に溝７２と係合してもよい。同様に、ハウジング７８は、機械加工または他の方法で上部に形成された溝７４を有してもよい。スナップリング６４ａは、ベアリング３２，３４およびジョイント１８の残部に対して軸方向の所定位置でハウジング７８を保持する為に溝７４を有してもよい。一実施形態において、ベアリング３２，３４およびジョイント１８の残部に対して軸方向の所定位置でシャフト８０を保持する為に、溝７２およびスナップリング６４ｂ－ｃの組合せの代替または追加で、シャフト８０は、接着材を使用することによって、ベアリング３２，３４の内径部又は内輪に取り付けられて固定されてもよい。同様に、一実施形態において、ベアリング３２，３４およびジョイント１８の残部に対して軸方向の所定位置でハウジング７８を保持する為に、溝７４およびスナップリング６４ａの組合せの代替または追加で、ハウジング７８のポート８７は、接着材を使用することによって、ベアリング３２，３４の外径部又は外輪に取り付けられて固定されてもよい。
[0070]図５Ａ及び図５Ｂに図示されたようなショルダの無いシャフトおよびハウジングは、研削及びホーニングプロセスによって製造可能であり、これらのプロセスは、従来技術のショルダ付きまたはフランジ付きシャフトおよびハウジングを製造する為に使用される機械加工プロセスより一桁精度が良い。そのため、本書で開示されたショルダの無いシャフトおよびハウジングは、著しく、より高精度に構築可能であり、ＣＭＭ１のジョイント１８および同様のジョイントで達成し得る測定の精度に著しい改良が生じる。部分的には本書で開示されたショルダの無いシャフトおよびハウジングのため、ＣＭＭ１は、従来技術の可搬式座標測定機より著しく良好な精度を達成する。
[0071]従来技術の座標測定機用ジョイントは、大半がアルミニウムまたは他の軽量材料で製造されてきた。たとえば、米国特許第8,607,467を参照。ここには、ジョイントが、鋳造または機械加工されたアルミニウム構成部分、軽量で堅い合金または複合材、または、繊維強化ポリマで構築された座標測定機が開示されている。この参考文献は、開示された座標測定機の適した機能にとって、比較的に軽量が非常に重要であることを明らかにしている。そのような従来技術の座標測定機に伴う問題は、ジョイントのベアリングとは著しく異なる熱膨張係数を有するアルミニウム（または同様の軽量材料）構造体が温度に対するジョイントの剛性の変動を引き起こすことであった。これは、動作温度範囲にわたって行われる測定精度を減少させる。
[0072]本発明は、直観に反すると思われるアプローチを採用する。一実施形態において、アーム２のジョイントの構造要素は、ベアリング３２，３４が製作される材料に適合するスチールで製作されてもよい。この状況において、構造要素は、ハウジング２８，４８，４９，７８，シャフト３０，５０，８０，シャフト部分５０ａ、５０ｃを指す。ボールベアリング３２，３４の内外輪と接触する構造要素がある。ハウジング４８も、旋回ジョイントを次のヒンジジョイントに取り付ける。この状況において、スチールは、ステンレス鋼を含み、２５℃で９．９～１８μm/m°Cの範囲の熱膨張係数を有する。アーム２のジョイントの構造要素の為に比較的重いスチールを使用すると、やや直観に反するように見える場合があるが、これは、前述したように、ＣＭＭ１の重要な特徴の一つが軽量でなければならないことであるからである。スチールは、従来技術の座標測定機によって使用された材料（アルミニウム）より著しく重い。しかしながら、ベアリング３２，３４が製作される材料（即ち、スチール）に適合する構造要素は、ベアリング３２，３４と同一（又はほぼ同一）の熱膨張係数を有するであろう（即ち、同じ割合で温度と共に膨張または収縮する）。これが、温度に対するジョイントの剛性の変動を最小限に抑えるので、ＣＭＭ１の動作温度範囲にわたって行われる測定の精度が維持される。
[0073]他の実施形態において、アーム２のジョイントの構造要素、シャフト部分５０ｂ、チューブ６０等のような他の構造要素、ＣＭＭ１の非構造要素でさえ、スチールより重量が軽い制御された膨張合金で製作されてもよいが、クロム鋼または４４０Ｃステンレス鋼の（即ち、２５℃で９．９～１８μm/m°Cの範囲内の）熱膨張係数に適合する熱膨張係数を有する。商業的に利用可能な、そのような制御された膨張合金は、スウェーデン、サンドビーケンのSandvik AB社によって販売されているOsprey CEである。ベアリング３２，３４の熱膨張係数に適合する即ち、同一の割合で温度と共に膨張または収縮する）材料から製作された構造要素は、温度に対してジョイントの剛性の変動を最小限に抑えるので、ＣＭＭ１の動作温度範囲にわたって行われる測定の精度を維持する。たとえば、炭素繊維または制御された構造要素と（更に非構造要素とさえ）組み合わされた膨張合金のような剛性があるが比較的軽量材料から製作された著しく薄いアームセグメント８，９は、従来技術の座標測定機よりも動作温度範囲にわたり、著しく軽量かつ著しく精度の高いＣＭＭ１になる。
[0074]図６Ａは、例示的ヒンジジョイントの横断面図を図示する。ヒンジジョイント２２は、前述したヒンジジョイント１８と非常に類似する。ヒンジジョイント１４も、ヒンジジョイント１８，２２と類似しているが、著しい差異は、ヒンジジョイント１４が回転ダンパアセンブリを含むことである。図示された図６Ａの実施形態において、回転ダンパアセンブリは、以下に詳述するように、計装されたアセンブリ９０ａである。アーム２の使用を容易にするため、回転ダンパアセンブリ９０ａの形式のカウンタバランス装置が設けられ、関節アームの重量によって加えられたトルクをオフセットさせてもよい。カウンタバランスは、使用者が関節アーム２を離したら、関節アーム２が、独自の重量のため急速に落下することを防止する。
[0075]慣例的に、可搬式座標測定機は、コイルバネまたは捩りバネを使用してアームの重量を相殺していた。たとえば、米国特許第6,904,691号および第8,001,697号を参照（これらの各々は、本願に参照のため、全体が組み込まれる）。他の慣例的カウンタバランスシステムは、ガスショック式カウンタバランスを形成するピストンまたはリニアアクチュエータアセンブリを含む。たとえば、米国特許第8,402,669号を参照（これは、本願に参照のために全体が組み込まれる）。これらの慣例的カウンタバランスの解決策の各々は、カウンタバランスの調整および較正に伴う問題があった。また、これらの慣例的カウンタバランスの解決策は、全体的に嵩張り、重く、可搬式座標計測機にとって、２つの望ましくない特徴があった。
[0076]図６Ｂは、例示的回転ダンパアセンブリ９０ａの分解図を図示する。アセンブリ９０ａは、回転ダンパ９２を含むが、この回転ダンパ９２は、ドイツ、シュトルベルクのWeforma Dampfungstechnik GmbHにより製造されたＷＲＤダンパのような商業的に利用可能な回転ダンパでもよい。一実施形態において、回転ダンパ９２は、一方向回転ダンパであり、これは、一つの回転方向において、回転軸を中心としたシャフトの回転運動の減衰を制御する。アセンブリ９０ａは、ダンパハブ９４，ダンパスリーブ９６，トルクセンサシャフトハブ９８を含んでもよく、これらは、共にオルダム（Oldham）カップリングを形成する。また、アセンブリ９０ａは、トルクセンサシャフト１００を含んでもよい。また、アセンブリ９０ａは、スペーサ１０２，マウント１０４，ボルト１０７ａ－ｄ、１０８ａ－ｄのような金物類を含んでもよい。マウント１０４は、４つのネジ付き孔１１０ａ－ｄと、４つのネジの無い孔１１１ａ－ｄとを有する。
[0077]最も良く図６Ａに見えるように、ダンパアセンブリ９０ａは、最初にトルクセンサシャフト１００の一部分をヒンジジョイント１４のシャフト８０に結合させることによって、一緒になる。トルクセンサシャフト１００の一部分は、シャフト８０の軸方向開口部８０ａに挿入され、取り付けられて（例えば、接着材を使用することによって）固定されてもよい。マウント１０４は、ボルト１０８ａ－ｄを孔１１１ａ－ｄに挿入し、それらをハウジング７８のネジ付き孔にねじ込むことによって、ヒンジジョイント１４のハウジング７８に結合される。回転ダンパアセンブリ９０ａの残りの構成部分は、シャフト１００上にシャフトハブ９８、シャフトハブ９８上にダンパスリーブ９６，ダンパスリーブ上にダンパハブ９４，回転ダンパ９２のシャフト９３上にダンパハブ９４と、その後、順番に積み重ねられる。スペーサ１０２は、ボルト１０７ａ－ｄをマウント１０４のネジ付き孔１１０ａ－ｄにねじ込むことによって、回転ダンパ９２とマウント１０４の間に挟まれる。そのため、回転ダンパ９２は、動作できるようにシャフト８０およびハウジング７８に結合される。
[0078]回転ダンパ９２は、回転軸ｂを中心としたシャフト８０の回転運動の制御された減衰を与える。回転ダンパ９２により与えられる減衰を制御するトルク出力量は、厳格な仕様へと予め調整され予め較正されてもよい。そのため、回転ダンパアセンブリ９０ａは、コイルバネ、捩りバネ、ピストンのような可搬式座標測定機の為の慣例的カウンタバランスの解決策にとって典型的であったカウンタバランスの調整及び較正に伴う問題が軽減される。また、回転ダンパアセンブリ９０ａは、コイルバネ、捩りバネ、ピストンのような慣例的カウンタバランスの解決策と比較すると、一般的に、よりコンパクトで、重量の軽いカウンタバランスの解決策を提供する。
[0079]生じる潜在的な問題、特に、回転運動の減衰制御を与える回転ダンパの使用に伴う問題は、使用者が、アーム２を移動させるときに過剰なトルクを加えることである。過剰な力は、アーム２の部分を効果的に湾曲させて、測定プローブ６の位置を正確に検出するＣＭＭ１の性能に影響を与える場合がある。使用者がアームを動かすのが実質的に速すぎるような条件の下で行われた測定は、不正確であるかもしれない。本開示内容は、この潜在的問題に対して２つの解決策を提供する。
[0080]図６Ａおよび図６Ｂの実施形態において、回転ダンパアセンブリ９０ａは、ジョイント１４で過剰なトルクを直接検出するように計装されている。マウント１０４は、ウェビングまたはスポーク１０４ａ－ｄを有し、これらが、ネジ付き孔１１０ａ－ｄを含むマウント１０４の外輪を、ネジの無い孔１１０ａ－ｄを含むマウント１０４の内輪に連結させる。少なくとも幾つかのスポークに設置されているのは、歪ゲージ９８である。同様に、トルクセンサシャフト１００は、ウェビングまたはスポーク１００ａ－ｄを有し、これらが、トルクセンサシャフト１００をトルクセンサシャフトハブ９８に連結させる。少なくとも幾つかのスポーク１００ａ－ｄに設置されているのは、歪ゲージ１０６である。回転ダンパアセンブリ９０ａは、トルクセンサ用ＰＣＢ１１２を含み、トルクセンサ用ＰＣＢ１１２は、歪ゲージ１０６からの信号を受信する電子機器を上部に設置している。
[0081]ジョイント１４に加えられるトルクは、スポーク１００ａ－ｄおよびスポーク１０４ａ－ｄを通って伝達される。そのようなトルクは、スポーク１００ａ－ｄ、スポーク１０４ａ－ｄの回転歪として現れる。そのため、スポーク１００ａ－ｄ、スポーク１０４ａ－ｄにおける歪を測定することによって、ゲージ１０６は、回転軸ｂを中心としたシャフト８０の回転運動によるジョイント１４のシャフト８０およびハウジング７８における歪を効率良く感知する。その意味で、歪ゲージ１０６は、動作できるように、シャフト８０およびハウジング７８に結合される。歪ゲージは、ＣＭＭ１内のＰＣＢ１１２内の、あるいはＣＭＭ１に対して外部の回路または他の回路（例えば、対応するジョイントのＰＣＢ３６内のプロセッサ）が、ジョイント１４に加えられたトルクを検出し、説明する為に使用できる歪信号を出力する。
[0082]ゲージ１０６によって測定される歪は、ジョイント１４に加えられたトルク量に対応する。そのため、測定される歪は、アーム２の部分の湾曲又は屈曲の量にも対応する。したがって、測定される歪は、アーム２の湾曲又は屈曲する量および性質と関連付けてもよく、過剰なトルクを補償する為にＣＭＭ１を用いて測定を行うときに、その情報を考慮してもよい。そのため、回転ダンパアセンブリ９０の計装された実施形態において、ＰＣＢ１１２内の電気回路（又は、読取りヘッド６８から角度信号を受信する対応するジョイントのＰＣＢ３６内のプロセッサ）は、歪信号（又は、増幅された歪信号）を歪ゲージ１０６から受信し、それらの信号を、アーム２に加えられたトルクによるアーム２の対応した湾曲又は屈曲に変換し、アーム２の対応した湾曲又は屈曲を考慮して、測定プローブ６における測定値を計算してもよい。たとえば、ＰＣＢ１１２は、歪ゲージ１０６からのアナログ信号を増幅する増幅器と、増幅されたアナログ信号を、対応したジョイントのＰＣＢ３６のプロセッサに与えられるデジタル信号に変換するアナログデジタルコンバータとを含んでもよい。プロセッサは、テーブルを調べる、又は、測定された歪の場所と振幅に対応したアーム２の湾曲又は屈曲の量と方向を計算してもよい。したがって、スポーク１００ａ－ｄ、スポーク１０４ａ－ｄにおける歪を測定することによって、ＣＭＭ１は、使用者が過剰なトルクをアーム２に加えるかに拘わらず、測定プローブ６の位置を正確に検出することができる。
[0083]代替実施形態において、歪信号または歪信号の凝集のいずれかが、一定の歪閾値を超えるとき、ジョイント１４に加えられたトルクが大きすぎると判断されてもよい。その判断に基づき、ＣＭＭ１は、一定量の時間（例えば、２秒～１０秒）が過ぎるまで、測定を行うことができなくてもよい。これは、過剰に加えられたトルクのために湾曲した可能性があるアーム２の部分が元の形状に戻ることを可能にする為である。
[0084]図６Ｃは、計装されない例示的な回転ダンパアセンブリ９０ｂを図示する。図６Ａ及び図６Ｂの回転ダンパアセンブリ９０ａとは異なり、回転ダンパアセンブリ９０ｂは、過剰トルクを直接検出する為に計装されていない。この実施形態において、読取りヘッド６８により出力された角度信号は、速度信号を発生させる為に使用されてもよく、この速度信号は、加えられたトルクの為の代用として使用されてもよい。アーム２を移動させる為にアーム２に加えられたトルクは、アーム２が移動する速度に一般的に対応する。前述したように、アーム２に加えられた過剰なトルクは、使用者が速すぎる速度でアームを移動させるのが速すぎることに対応する。したがって、過剰に加えられたトルクは、比較的に高い（即ち、高すぎる）回転速度の形でジョイントにおいて間接的に検出されてもよい。読取りヘッド６８は、ジョイントの相対的な回転角度に対応する角度信号を出力する。測定された回転角度が変化する割合は、ジョイントの回転速度に対応する。ジョイントにおいて回転速度を検出することは、加えられたトルクを検出する為の良好な代用である。この実施形態において、読取りヘッド６８によって出力された角度信号は、測定された回転角度が変わる割合、速度信号を計算することによって速度信号を発生させるのに使用されてもよい。ＰＣＢ３６（又は、他の場所）のプロセッサは、エンコーダの直角位相信号の一つの周期を測定する高解像度タイマ（例えば、１２．５ｎｓ解像度）を使用して、速度信号（例えば、１秒当たりの角度）を測定してもよい。速度信号が一定の回転速度閾値を超えるとき、加えられたトルクが大きすぎるという判断がなされる。その判断に基づき、ＣＭＭ１は、一定量の時間（例えば、２～１０秒）が過ぎるまで、測定を行うことができなくてもよい。これは、過剰に加えられたトルクのために湾曲した可能性があるアーム２の部分が元の形状に戻ることを可能にする為である。
[0085]アセンブリ９０ｂは、図６Ａ及び図６Ｂのアセンブリ９０ａと類似する。アセンブリ９０ｂは、回転ダンパ９２を含んでもよい。アセンブリ９０ｂも、（共にオルダムカプラを形成する）ダンパハブ９４，ダンパスリーブ９６，シャフトハブ１１８と、シャフト１２０とを含んでもよい。アセンブリ９０ｂも、スペーサ１２２，マウント１２４，ボルト１０７ａ－ｄ、ボルト１０８ａ－ｄのような金具類を含んでもよい。スペーサ１２２は、それがＰＣＢ１１２を保持する必要がない点を除き、スペーサ１０２と類似する。マウント１２４は、４つのネジ付き孔１１０ａ－ｄと、４つのネジの無い孔１１１ａ－ｄとを有する。マウント１２４は、それが、ウェビング又はスポーク１０４ａ－ｄを必要としない点を除き、マウント１０４と類似する。
[0086]ダンパアセンブリ９０ｂは、最初に、ヒンジジョイント１４のシャフトにトルクセンサシャフト１２０の一部分を結合させることによって一緒になる。トルクセンサシャフト１２０の一部分は、シャフト８０の軸方向開口部８０ａに挿入され、（例えば、接着材を使用することによって）取り付けられて固定されてもよい。マウント１２４は、ボルト１０８ａ－ｄを孔１１１ａ－ｄの中に挿入し、それらをハウジング７８のネジ付き開口部にねじ込むことによって、ヒンジジョイント１４のハウジング７８に結合される。回転ダンパアセンブリ９０ｂの構成部分の残りは、その後、シャフト１２０上にシャフトハブ１１８，シャフトハブ１１８上にダンパスリーブ９６，ダンパスリーブ９６上にダンパハブ９４，回転ダンパ９２のシャフト９３上にダンパハブ９４と、順番に積み重ねられる。スペーサ１２２は、ボルト１０７ａ－ｄをマウント１２４のネジ付き孔１１０ａ－ｄにねじ込むことによって、回転ダンパ９２とマウント１２４との間に挟まれる。そのため、回転ダンパ９２は、動作できるように、シャフト８０およびハウジング７８に結合される。
[0087]一実施形態（図示せず）において、アセンブリ９０ａ、９０ｂのようなアドオン方式回転ダンパアセンブリの代わりに、回転減衰は、ヒンジジョイント１８に組み込まれる。この実施形態において、ａ）第１ベアリング３２又は第２ベアリング３４と、ｂ）シャフト８０又はハウジング７８との組合せは、回転軸ｂを中心としたシャフト８０の回転運動の制御された減衰を与える。
[0088]図７Ａは、例示的測定プローブ６ａの斜視図を図示する。プローブ６ａは、ＰＣＢ１３０を収容する為の内部空間を有するハウジング１２６と、ＰＣＢ１２５を収容する為の内部空間を有するハンドル１２８とを有する。図７Ａにおいて、ハウジング１２６およびハンドル１２８は、図示のために透明に示されている。ハウジング１２６は、動作できるように、旋回ジョイント２４に結合される（図１Ａ－図１Ｄを参照）。そのため、プローブ６ａは、旋回ジョイント２４の軸を中心に回転し、旋回ジョイント２４は、軸ａを中心としたプローブ６ａの回転角を検出する。
[0089]また、測定プローブ６ａは、プローブステムアセンブリ１３６を含んでもよく、プローブステムアセンブリ１３６は、一端部でプローブコネクタ１３８，他端部でプローブ１４０を有する。プローブコネクタ１３８は、ハウジング１２６およびＰＣＢ１３０に接続される。プローブステムアセンブリ１３６は、プローブ１４０が物体に触れるときにプローブ１４０の位置の捕捉を開始するタッチ式トリガーアセンブリでもよい。ＰＣＢ１３０は、前述したように、そのようなトリガー信号を受信し、トリガー信号を送信する。また、プローブステムアセンブリ１３６は、たとえば、ＣＭＭ１に設置されたプローブステムアセンブリ１３６を独自に識別する為にシリアル番号が内部に保存された集積回路（例えば、ＥＥＰＲＯＭ）のような電子機器を収容してもよい。
[0090]ハンドル１２８は、２つのスイッチ、即ち、テイクスイッチ１３１と、確認スイッチ１３２とを含んでもよい。これらのスイッチは、操作者が、操作中、測定を行う為に（テイクスイッチ１３１）、その測定を確認する為に（確認スイッチ１３２）使用されてもよい。ハンドル１２８は、一般に、人の握りに似た形状であり、少なくとも一部の従来技術のプローブより人間工学的になっている。また、ハンドル１２８は、スイッチ１３１及びスイッチ１３２が装着されるスイッチ用ＰＣＢを収容してもよい。スイッチ用ＰＣＢ１３４は、スイッチ１３１及びスイッチ１３２からの信号を処理する為の構成部分をホストするＰＣＢ１２５と電気的に結合される。一実施形態において、ＰＣＢ１２５は、（ＣＭＭ１の通信バスに対する電気的接続の代わりに）無線（例えば、Ｗｉ－Ｆｉ、ブルートゥース等の）送信器を含み、この送信器が、スイッチ１３１，スイッチ１３２に関連付けられたテイク信号および確認信号を、たとえば、ＣＭＭ１を一般的に制御するホストＰＣに無線で送信する。スイッチ１３１及びスイッチ１３２に関連付けられたテイク信号及び確認信号の無線送信は、プローブ６ａの構成および配線を著しく単純化する。
[0091]また、測定プローブ６ａは、オプションポート１４２を含んでもよく、ここに、たとえば、レーザスキャナ（図示せず）のようなオプションの装置が接続されてもよい。オプションポート１４２は、測定プローブ６ａによってサポートされるオプション装置の為に機械的接続を与える。また、オプションポート１４２は、ＣＭＭ１の通信バスとインタフェースするオプション装置の為に電気的接続を与えてもよい。
[0092]図７Ｂは、例示的な代替測定プローブ６ｂの斜視図を図示する。プローブ６ｂは、プローブ６と類似する。しかしながら、プローブ６ｂは、異なるハウジング１２７およびハンドル１２９を含む。プローブ６と異なり、プローブ６ｂのハウジング１２７は、ヒンジジョイント２２と直接接続可能な連結部分１４３を含む。そのため、プローブ６ｂが使用されるとき、旋回ジョイント２４は使用されない。ハウジング１２７およびプローブステムアセンブリ１３６は、軸ａを中心に回転しない。ハウジング１２７およびプローブステムアセンブリ１３６は、軸ａを中心に固定される。ハンドル１２９は、他方で、ハンドル１２９を回転できるようにハウジング１２７に結合する連結部分１４４を含む。そのため、ハンドル１２９は、軸ａを中心に回転する。プローブ６のハンドル１２８と同様に、ハンドル１２９は、ＰＣＢ１２５を収容する内部空間を有する。ＰＣＢ１２５は、（ＣＭＭ１の通信バスに対する電気的接続の代わりに）無線（例えば、Ｗｉ－Ｆｉ、ブルートゥース等の）送信器を含んでもよく、この送信器が、スイッチ１３１，スイッチ１３２に関連付けられたテイク信号および確認信号を、たとえば、ＣＭＭ１を一般的に制御するホストＰＣに無線で送信する。そのため、ハンドル１２９は、軸ａを中心に回転するようにアーム２と回転できるように結合されるが、重要なことに、ハンドル１２９は、信号送信が無線で達成されることから、アーム２と電気的には結合されない。
[0093]プローブ６ｂは、７つの正当な回転軸の必要性を緩和することから、座標測定機の分野において著しい進歩である。図１Ａ－図１Ｄに図示されたようなＣＭＭ１は、７つの正当な回転軸（即ち、ジョイント１２，１４，１６，１８，２０，２２，２４に関連付けられた軸）を含む。７つの正当な回転軸を含むことによって、ＣＭＭ１は比較的複雑になり高価になる。機械的かつ無線でアーム２に接続された、したがって、７つのジョイント２４を必要としない回転可能なハンドル１２９は、「正当な」７つの軸の必要性を緩和する。なぜなら、ハンドル１２９は、７組のベアリング、トランスデューサ、電子機器などの複雑性を有することなく、ハンド位置に必要に応じたハンドル１２９の回転を許容するからである。
[0094]図８は、例示的なオンアーム式スイッチアセンブリ１０の斜視図を図示する。スイッチアセンブリ１０は、ハウジング１４６を含み、ハウジング１４６は、スイッチアセンブリ１０をアームセグメント８、又は、代替的にアームセグメント９に装着（例えば、クランプ）させる。ハウジング１４６は、ＰＣＢを収容する為の内部空間を有する。プローブ６、６ｂと同様、スイッチアセンブリ１０は、２つのスイッチ、すなわち、テイクスイッチ１３１と確認スイッチ１３２とを含んでもよく、これらのスイッチは、操作者が、操作中、測定を行うこと（テイクスイッチ１３１）、その測定を確認すること（確認スイッチ１３２）に使用されてもよい。オンアームスイッチアセンブリ１０、より重要なことには、プローブ６のハンドルの代わりにアーム２上の、スイッチ１３１，１３２の位置は、操作者が、一方の手で測定プローブ６を移動させて位置決めし、他方の手で、アームを支えつつ、スイッチ１３１，１３２を作動させることを可能にする。従来技術の座標測定機が操作者に要求していたことは、同じ手で、測定プローブを位置決めすること、プローブにおける測定スイッチを作動させることであった。これは、人間工学的ではない。オンアームスイッチアセンブリ１０が座標測定機分野で著しく進化している理由は、オンアームスイッチアセンブリ１０が、従来の座標測定機と比較して、より著しく人間工学的な解決策を提供するからである。
[0095]また、オンアームスイッチアセンブリ１０は、スイッチ用ＰＣＢ１３４を収容し、このスイッチ用ＰＣＢ１３４に、スイッチ１３１，１３２が装着され、オンアームスイッチアセンブリ１０がＰＣＢを含み、このＰＣＢがＰＣＢ１３０およびスイッチ用ＰＣＢ１３４の両方の機能を組み込んでもよい。一実施形態において、オンアームアセンブリ１０内のＰＣＢは、ＣＭＭ１の通信バスと電気的に接続する。他の実施形態において、オンアームアセンブリ１０内のＰＣＢは、（ＣＭＭ１の通信バスとの電気接続の代わりに）無線（例えば、ＷｉＦｉ、ブルートゥースなどの）送信器を含み、これらが、スイッチ１３１，１３２と関連付けられたテイク信号および確認信号を無線で送信する。
[0096]図９は、ＣＭＭ１の為の例示的電子機器のブロック図を図示する。ＣＭＭ１は、ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）１５０，無線（Ｗｉ－Ｆｉ）１５２のような外部通信インタフェースを含んでもよい。また、ＣＭＭ１は、内部通信バス（例えば、ＲＳ－４８５）１５４を含んでもよい。前述したように、ＣＭＭ１の様々なジョイントまたは軸は、各々が、ＰＣＢ３６を含み、ＰＣＢ３６は、そこに少なくとも一つのトランスデューサを設置し、このトランスデューサは、ジョイントの回転角に対応した角度信号を出力するように構成されている。ＰＣＢ３６は、各々が、トランスデューサからの角度信号および／または回転ダンパアセンブリ９０のＰＣＢ１１２からの歪信号を受信して処理する為のプロセッサ７０を含んでもよい。また、ＰＣＢ３６は、バス１５４とインタフェースを行うトランスデューサ１５６を含んでもよい。測定プローブ６のＰＣＢ１３０は、タッチトリガー・プローブ１４０からの信号を運んでもよく、また、通信バス１５４に接続してもよい。また、バス１５４は、たとえば、オプションポート１４２に組み込まれたレーザスキャナのようなオプション装置と通信／オプション装置を制御する為に、測定プローブ６のオプションポート１４２に接続してもよい。ハンドル１２８のＰＣＢ１２５は、スイッチ１３１，１３２に関連付けられたテイク信号および確認信号を無線で送信してもよい。
[0097]バス１５４は、ＣＭＭ１のベース４に置かれるのが好ましいメインＰＣＢ１５８で終端してもよい。メインＰＣＢ１５８は、バス１５４に接続する為に、独自のメインプロセッサ１６０および送受信機１６２を含む。メインＰＣＢ１５８は、ＣＭＭ１内のトランスデューサからの角度信号を受信し、受信した角度信号の凝集をＵＳＢ１５０またはＷｉ－Ｆｉ１５２を経てホストＰＣに出力し、ホストＰＣは、この情報及びＣＭＭ１に関連する他の情報（例えば、アームセグメントの場所、長さなど）に基づき、測定プローブ６の位置を計算してもよい。内部バス１５４は、ＲＳ４８５と一致してもよい。
[0098]ＲＳ４８５内部バスを使用するように構成された従来技術の座標測定機は、専用キャプタおよびトリガーワイヤが組み込まれ、それぞれ、キャプタ及びトリガー信号を送信していた。本願に全体が参照のために組み込まれる米国特許第6,219,928号を参照。取込み信号は、ＲＳ４８５配置のマスタコントローラによって生成される同期信号である。トリガー信号は、タッチトリガー・プローブ・アクセサリ（例えば、レニショーＴＰ２０）のような関節アームに取り付けられた装置によって生成される非同期信号である。専用トリガーワイヤは、関節アームのベースにおいて、プローブからマスタコントローラまで移動する。専用トリガーワイヤを通って移動するトリガー信号は、マスタコントローラに割り込む。マスタコントローラにおける割り込みサービスルーチンは、エンコーダからの角度信号を取り込む為に同期取込み信号を生じさせる。
[0099]図９には、何も専用取込みワイヤ又はトリガーワイヤが無いことに留意されたい。その代わりに、バス１５４は、メインＰＣＢ１５８の観点から、一対の双方向ワイヤ１６４，１６６（Ａ－Ｂ対、半二重）または二対の単方向ワイヤ（Ａ－Ｂ対、全二重）を含む。
[00100]前述したようにジョイントの構造要素の為にスチールを使用しても、アーム２は、一部が比較的軽量のままであるのは、その構成部分の多く（例えば、シャフト、ベアリング、ハウジング、アームセグメントなど）が、従来技術の座標測定機の構成部分より小さいからである。たとえば、本願に開示されたＣＭＭ１のシャフト、ハウジング、アームセグメントを米国特許第8,607,467号に開示された座標測定機の対応する要素と比較する。ＣＭＭ１の小さな構成部分は、著しく小さい質量を有するので、従来の対応部品より著しく軽い。より小さい構成部分は、一部がＣＭＭ１に使用されてもよいが、これは、ＣＭＭ１無いで信号を運ぶ為のワイヤ量は、従来技術の座標測定機と比較したとき、著しく減少されてきたからである。従来技術の座標測定機は、ワイヤを配線するために、シャフト、ハウジング、アームセグメント等の内部にかなりの空間が必要であった。図９において説明されたような電子機器の配置、更に、後述するようなタイミング信号の為に、ＣＭＭ１では、配線がかなり減少しており、これが、その軽量に貢献している。
[00101]図１０Ａは、動作中の図９の例示的電子機器の例示的タイミングチャートを図示する。動作中、メインプロセッサ１６０は（ワイヤ１６４，１６６を経て）所定の間隔（例えば、９６０マイクロ秒）で、エンコーダ用ＰＣＢ３６のプロセッサ７０に取込み命令を送信してもよい。図１０Ａに見られるように、各プロセッサ７０は、取込み命令を受信する。応答において、プロセッサ７０の割り込みサービスルーチンは、エンコーダ用ＰＣＢ３６間の固定された較正待ち時間を有する内部取込みを生成する。図１０Ａに示されるように、内部取込みパルスは、アクティブ・ロー（或いは、他の例示的タイミング図の一部に示されるようにアクティブ・ハイ）であり、たとえば、５マイクロ秒の典型的長さを有してもよい。
[00102]図１０Ｂは、動作中の図９の例示的電子機器の他の例示的タイミングチャートを図示する。動作中、メインプロセッサ１６０は、（ワイヤ１６４，１６６）を経て、エンコーダ用ＰＣＢ３６のプロセッサ７０の各々に、所定の間隔（例えば、９６０マイクロ秒）で、取込み命令を送信してもよい。図１０Ｂに見られるように、各プロセッサ７０は、それらの取込み命令を受信する。（１）において、第１エンコーダ用プロセッサ７０は、その取込み命令を受信した後の８データバイト又は１１μｓ（８＊１１ビット／データバイト＊１２５ｎｓ／ビット）に、シリアルライン割り込みを可能にする。（２）において、第２エンコーダ用プロセッサ７０は、その取込み命令を受信した後の７データバイト又は９．６２５（～９．６３）μｓに、シリアルライン割り込みを可能にし、第３エンコーダ用プロセッサから第６エンコーダ用プロセッサについても同様である。（７）において、第７エンコーダ用プロセッサ７０は、その取込み命令を受信した後の２データバイト又は２．７５μｓに、シリアルライン割り込みを可能にする。（８）において、オプションポート用プロセッサ７０は、その取込み命令を受信した後の１データバイト又は１．３７５（～１．３８）μｓに、シリアルライン割り込みを可能にする。次に、（９）において、メインプロセッサ１６０は、読取りデータ命令を第１エンコーダ用プロセッサ７０に送信し、ハードウェハ割り込みが開始ビットの立上がりエッジで生成され、プロセッサ７０における割り込みサービスルーチンは、約０．１９μｓで内部取込みを生成する。図１０Ｂに示されるように、内部取込みパルスは、アクティブ・ハイ（或いは、他の例示的タイミング図の一部に示されるようにアクティブ・ロー）であり、典型的な長さ（たとえば、４マイクロ秒）を有してもよい。
[00103]図１０Ｃは、動作中の図９の例示的電子機器の他の例示的タイミングチャートを図示する。図１０Ｃに示されるように、プロセッサ７０は、最後の取込み命令を受信した後、１．３８マイクロ秒に内部取込みを開始することができる。この方法は、主に異なるプロセッサ７０の使用によって導入されるクロック誤差のために、前述した一部の方法よりも大きな誤差を有する場合がある。
[00104]図１０Ｄは、動作中の図９の例示的電子機器の他の例示的タイミングチャートを図示する。図１０Ｄに示されるように、二重ペア（Ａ－Ｂ対およびＹ－Ｚ対、全二重）シリアル構成において、いったん取込み命令がエンコーダ用プロセッサ７０に受信されると、各プロセッサ７０は、シリアンライン割り込みを可能にする。次に、メインプロセッサ１６０は、読取りデータ命令を第１エンコーダ用プロセッサ７０に送信し、開始ビットの立ち下がりエッジでハードウェア割り込みが生成され、プロセッサ７０における割り込みサービスルーチンが、約０．１９μｓで内部取込みを生成する。
[00105]図１０Ｅは、動作中の図９の例示的電子機器の他の例示的タイミングチャートを図示する。図１０Ｅに示されるように、二重対（Ａ－Ｂ対およびＹ－Ｚ対、全二重）シリアル構成において、いったん取込み命令がエンコーダ用プロセッサ７０によって受信されると、各プロセッサ７０は、直ぐに、典型的には１．６３マイクロ秒の遅れで内部取込みを開始することができる。この方法は、プロセッサ７０のクロック周波数の変動のため、前述した一部の方法より精度が低い。
[00106]図１０Ｆに示されるように、ＰＣＢ１３０において、取込み命令の為の割り込みサービスルーチンは、間隔タイマ／カウンタを保存し、リセットする。たとえば、タッチトリガー・プローブ・アクセサリからの非同期トリガーは、間隔タイマ／カウンタの値を取り込んで保存する。後の取込み命令（ｎ＋１）では、間隔タイマ／カウンタが保存されてリセットされる。
[00107]非同期トリガーの時点でプローブ６の位置を見付けるため、位置（ｎ）及び位置（ｎ＋１）の間のベクトル差に、非同期トリガー取込み値を（ｎ＋１）位置の取込み値で割って位置（ｎ）のベクトルに追加する比率を掛けることができる。代替実施形態において、非同期トリガーは、固定較正待ち時間を有してもよいが、これは、真の位置に到達するため、非同期トリガー取込み値から引かれてもよい。他の実施形態において、アームのベースにおける非同期トリガーポート（図示せず）が、メインプロセッサ１６０内の内部タイマ／カウンタを開始する為に使用されてもよい。
[00108]そのため、各ＰＣＢ３６における待ち時間を考慮して補正することにより、ＣＭＭ１の電子機器は、専用の取込み及びトリガーワイヤを有することなく、正確な測定を行うことができる。
定義
[00109]以下、本書で用いられる選択された用語の定義を含める。これらの定義は、様々な実施例または構成部分の形式を含むが、これらは、用語の範囲内にあり、実装に使用されてもよい。実施例は、限定を意図するものではない。用語の単数形と複数形の両方が定義内にある場合がある。
[00110]本書で使用されるように、「動作できるような接続」または「動作できるような結合」または、構成要素（entities）が「動作できるように接続」又は「動作できるように結合」される接続は、構成要素が、意図したとおりに機能するように接続される接続である。動作できるような接続は、直接的な接続または間接的な接続でもよく、間接的な接続では、中間の構成要素または複数の構成要素が協働し、あるいは、別の方法で接続の一部であるか、あるいは、動作できるように接続された構成要素の間にある。信号の状況において、「動作できるような接続」、または、構成要素が「動作できるように接続」される接続とは、信号、物理的通信、又は論理通信が送受信できる接続である。典型的に、動作できるような接続は、物理的インタフェース、電気的インタフェース、データインタフェースを含むが、動作できるような接続は、動作できる制御を可能にするのに十分な、これらの接続または他の形式の接続の異なる組合せを含んでもよいことに留意されたい。たとえば、２つの構成要素は、互いに直接的に、または、プロセッサ、オペレーティングシステム、ロジック、ソフトウェア、他の構成要素のような一つ又は複数の中間構成要素を介して信号を互いに通信できることによって動作できるように接続できる。論理通信または物理的通信チャネルは、動作可能な接続を生じさせる為に使用できる。
[00111]本書で使用される「信号」は、一つ又は複数の電気的信号または光学的信号、アナログ信号、デジタル信号、データ、一つ又は複数のコンピュータ又はプロセッサ命令、メッセージ、ビット又はビットストリーム、受信、送信、検出可能な他の手段を含むが、これらに限定されるものではない。
[00112]詳細な説明または特許請求の範囲で「含む」又は「含むこと」という用語が用いられる限り、「備えること」という用語と同様、その用語が請求項において移行語として用いられるときのように包括的に解釈される。さらに、詳細な説明または特許請求の範囲で「または」という用語が用いられる限り（例えば、ＡまたはＢ）、それは、「Ａ又はＢ、または両方」を意味することが意図されている。出願人が「ＡまたはＢのみであるが、両方ではない」ことを示したいとき、その用語は、「ＡまたはＢのみであるが、両方ではない」という用語が用いられる。そのため、本書における「または」の使用は、包括的であり、排他的使用ではない。Bryan A. Garnerの「A Dictionary of ModernLegal Usage 624」（第二版、１９９５）を参照。
[00113]システム、方法などの実施例は、実施例を説明することによって図示され、実施例はかなり詳細に説明されているが、出願人には、そのような詳細に範囲を制限しなり限定する意図はない。もちろん、本書で説明されたシステム、方法などを説明する目的で、構成部分または方法論の考えられる全ての組合せを説明することは不可能である。追加の利点および変形例は、当業者には容易に明らかになるであろう。したがって、本発明は、特定の詳細、代表的な装置、示され、説明された図示された実施例に限定されるものではない。そのため、本願は、添付された特許請求の範囲に入る代替例、変形例、変更例を包含することが意図されている。さらに、前述の説明は、本発明の範囲を限定することを意図するものではない。むしろ、本発明の範囲は、添付された特許請求の範囲およびそれらの均等物によって決定されるものである。

Claims (30)

  1. 可搬式座標測定機（ＣＭＭ）において、
    第１端部および第２端部を有する、手動で位置決め可能な関節アームを備え、前記関節アームは、複数のアームセグメントおよび複数の回転ジョイントを含み、前記第１端部は、測定プローブに連結されるように構成されたコネクタを含み、前記第２端部は、ベースを含み、
    前記回転ジョイントの少なくとも一つは、
    第１ベアリングおよび第２ベアリングと、
    スチールよりも高い強度/重量比を有する材料で形成された中間部分と、前記中間部分の端部に取り付けられて固定されるように締められた（fastened）第1の端部および別個の第2の端部とを含む、シャフトであって、前記第1の端部および第2の端部は、１万分の１インチ（０．０００１インチ）以内の同心であり、前記第1の端部は前記第1のベアリングの内径に係合し、前記第2の端部は前記第2のベアリングの内径に係合し、前記シャフトは、前記第1のベアリングおよび前記第2のベアリングの回転軸を中心に回転するように構成される、シャフトと、
    スチールよりも高い強度／重量比を有する材料で形成された中間部分と、前記中間部分の端部に取り付けられて固定された第1のハウジング端部および別個の第2のハウジング端部とを含み、前記第1のハウジング端部は、前記第1のベアリングの外径と係合する内径を有し、前記第2のハウジング端部は、前記第2のベアリングの外径と係合する内径を有し、前記第1のハウジング端部および第2のハウジング端部は、１万分の５インチ（０．０００５インチ）以内の同心であり、前記第1のベアリングおよび第2のベアリングは、遊びをなくす為に予荷重がかけられている、ハウジングと、
    前記回転軸周りの前記ハウジングに関する前記シャフトの回転角に対応した角度信号を出力するように構成された少なくとも一つのトランスデューサと、
    を含む、ＣＭＭ。
  2. 前記少なくとも一つの回転ジョイントは、回転ダンパを含み、
    前記回転ダンパは、動作できるように前記シャフトおよび前記ハウジングに結合され、前記回転軸を中心とした前記シャフトの回転運動の減衰制御を与えるように、あるいは、前記回転軸の回転運動の減衰制御を与える為に前記少なくとも一つの回転ジョイントに組み込まれた回転減衰を与えるように構成される、請求項１に記載のＣＭＭ。
  3. 前記少なくとも一つの回転ジョイントは、
    前記回転軸を中心とした前記シャフトの回転運動の制御された減衰を与えるように構成された回転減衰機構と、
    動作できるように前記少なくとも一つのトランスデューサに接続され、前記回転軸を中心とした前記シャフトの前記回転運動の速度に対応した速度信号および方向信号を出力するように構成された回路と、
    を含む、請求項１に記載のＣＭＭ。
  4. 前記少なくとも一つの回転ジョイントは、
    前記回転軸を中心とした前記シャフトの回転運動の制御された減衰を与えるように構成された回転減衰機構と、
    動作できるように、少なくとも一つの前記シャフトおよび前記ハウジングに結合され、前記回転軸を中心とした前記シャフトの前記回転運動による前記シャフトまたは前記ハウジングの少なくとも一つにおける歪を感知し、歪信号を出力するように構成された少なくとも一つの歪ゲージと、
    を含む、請求項１に記載のＣＭＭ。
  5. 前記複数のジョイントのうち少なくとも一つのジョイントにおいて、ａ）前記第１ベアリングおよび前記第２ベアリングのうち少なくとも一つの内径部に係合する前記シャフト、およびｂ）前記第１ベアリングおよび前記第２ベアリングのうち少なくとも一つの外径部に係合する前記ハウジングの一部分が、スチールで製作され、あるいは、
    前記複数のジョイントからの第１ジョイントが、前記第１ジョイントのベアリングの内部または外部と接触、あるいは、第２ジョイントのベアリングの内輪または外輪と接触するスチール構造体によって、前記複数のジョイントからの第２ジョイントに取り付けられ、あるいは、
    前記複数の回転ジョイントのうち少なくとも一つの構造部分の全てがスチールで製作される、請求項１に記載のＣＭＭ。
  6. 前記複数のアームセグメントおよび前記複数の回転ジョイントを含む前記ＣＭＭの任意の構造部分は、スチールより重量の軽い制御された膨張合金で製作され、２５℃で９．９～１８μｍ／ｍ℃の範囲内で、スチールまたはステンレス鋼の熱膨張係数と一致する熱膨張係数を有する、請求項１に記載のＣＭＭ。
  7. 前記測定プローブはハンドルを含み、前記ハンドルは、動作できるように前記第１端部に電気的ではなく機械的に結合され、前記測定プローブの中心軸を中心に回転するように前記第１端部に回転できるように結合され、前記ハンドルは、
    無線送信器と、
    少なくとも一つのスイッチボタンであって、動作できるように前記無線送信器に接続され、押されるとき、ＣＭＭが測定を行うことに対応した無線信号を前記無線送信器に送信させる、前記スイッチボタンと、
    を含む、請求項１に記載のＣＭＭ。
  8. 前記ＣＭＭ内の角度信号および他のトランスデューサからの他の信号を受信する為の専用取込みワイヤを有することなく構成された電気回路を備え、前記電気回路は、前記ベースに対して前記測定プローブの位置に対応した情報を与える為に前記角度信号および前記他の信号の凝集を出力するように構成される、請求項１に記載のＣＭＭ。
  9. 可搬式座標測定機（ＣＭＭ）において、
    第１端部および第２端部を有する手動で位置決め可能な関節アームを備え、前記関節アームは、複数のアームセグメント及び複数の回転ジョイントを含み、前記第１端部は、測定プローブに連結するように構成されたコネクタを含み、前記第２端部は、ベースを含み、
    前記回転ジョイントのうち少なくとも一つは、
    第１ベアリング及び第２ベアリングと、
    スチールよりも高い強度/重量比を有する材料で形成された中間部分と、前記中間部分の端部に取り付けられて固定されるように付着（bonded）された第1の端部および別個の第2の端部とを含む、シャフトであって、前記第1の端部および第2の端部は、１万分の１インチ（０．０００１インチ）以内の同心であり、前記第1の端部は前記第1のベアリングの内径に係合し、前記第2の端部は前記第2のベアリングの内径に係合し、前記シャフトは、前記第1のベアリングおよび前記第2のベアリングの回転軸を中心に回転するように構成される、シャフトと、
    前記第１ベアリングの外径部および前記第２ベアリングの外径部のうち少なくとも一つと係合する少なくとも一つのポートを有するハウジングであって、前記第１ベアリングおよび第２ベアリングは遊びをなくす為に予荷重がかけられている、ハウジングと、
    前記回転軸を中心とした前記ハウジングに対する前記シャフトの回転角度に対応した角度信号を出力するように構成された少なくとも一つのトランスデューサと、
    を含む、ＣＭＭ。
  10. 前記回転ジョイントの少なくとも一つは、動作できるように前記シャフトおよび前記ハウジングに結合され、前記回転軸を中心とした前記シャフトの回転運動の制御された減衰を与えるように構成された回転ダンパを含む、請求項９に記載のＣＭＭ。
  11. 回転減衰は、前記回転軸を中心とした前記シャフトの回転運動の制御された減衰を与えるように、前記回転ジョイントの少なくとも一つに組み込まれる、請求項９に記載のＣＭＭ。
  12. 前記回転ジョイントの少なくとも一つは、
    前記回転軸を中心とした前記シャフトの回転運動の制御された減衰を与えるように構成された回転減衰機構と、
    動作できるように前記少なくとも一つのトランスデューサに接続され、前記角度信号および時間に基づき、前記回転軸を中心とした前記シャフトの前記回転運動の速度に対応した速度信号を出力するように構成された回路と、
    を含み、
    前記回路は、所定の速度閾値と前記速度信号とを比較するように更に構成され、前記回転運動が過剰な速度で発生、あるいは、過剰なトルクの結果として発生したかを確定する、請求項９に記載のＣＭＭ。
  13. 前記回転ジョイントの少なくとも一つは、
    前記回転軸を中心とした前記シャフトの回転運動の制御された減衰を与えるように構成された回転減衰機構と、
    動作できるように前記シャフトおよび前記ハウジングの少なくとも一つに結合され、前記回転軸を中心とした前記シャフトの前記回転運動による前記シャフトおよび前記ハウジングの少なくとも一つにおける歪を感知し、歪信号を出力するように構成された少なくとも一つの歪ゲージと、
    を含み、
    前記ＣＭＭは、前記歪信号に部分的に基づき、前記測定プローブの場所を計算するように構成された回路を含む、請求項９に記載のＣＭＭ。
  14. 前記複数のジョイントの少なくとも一つにおいて、ａ）前記第１ベアリング及び前記第２ベアリングの少なくとも一つの内径部と係合する前記シャフトおよびｂ）前記第１ベアリング及び前記第２ベアリングの少なくとも一つの外径部と係合する前記ハウジングの前記ポートがスチールで製作される、請求項９に記載のＣＭＭ。
  15. 前記複数のジョイントからの第１ジョイントは、スチール構造体によって、前記複数のジョイントからの第２ジョイントに取り付けられ、前記スチール構造体は、前記第１ジョイントのベリングの内部または外部、あるいは、前記第２ジョイントのベアリングの前記内部または外部と接触する、請求項９に記載のＣＭＭ。
  16. 前記複数の回転ジョイントの少なくとも一つの全ての構造部分は、スチールで製作される、請求項９に記載のＣＭＭ。
  17. 前記複数のアームセグメント及び前記複数の回転ジョイントを含む前記ＣＭＭの任意の構造部分は、制御された膨張合金から製作され、前記制御された膨張合金は、スチールより重量が軽く、２５℃で９．９～１８μｍ／ｍ℃の範囲内で、スチールまたはステンレス鋼の熱膨張係数と一致する熱膨張係数を有する、請求項９に記載のＣＭＭ。
  18. 前記測定プローブは、動作できるように機械的に（電気的にではなく）前記第１端部に結合されたハンドルを含み、前記ハンドルは、前記測定プローブの中心軸を中心に回転する前記第１端部と回転できるように結合され、前記ハンドルは、
    無線送信器と、
    動作できるように前記無線送信器と接続された少なくとも一つのスイッチボタンであって、押されるとき、前記ＣＭＭに測定を行わせる無線信号を前記無線送信器に送信させるように構成された前記少なくとも一つのスイッチボタンと、
    を含む、請求項９に記載のＣＭＭ。
  19. 前記ＣＭＭ内の前記角度信号および他のトランスデューサからの他の角度信号を受信する為に専用の取込みワイヤを有することなく構成されたシリアル通信回路を含む電気回路を備え、前記電気回路は、前記角度信号および前記他の角度信号の凝集を出力するように構成され、前記ベースに対して前記測定プローブの位置に対応した情報を提供する、請求項９に記載のＣＭＭ。
  20. 可搬式座標測定機（ＣＭＭ）において、
    第１端部および第２端部を有する手動で位置決め可能な関節アームを備え、前記関節アームは、複数のアームセグメント及び複数の回転ジョイントを含み、前記第１端部は、測定プローブに連結するように構成されたコネクタを含み、前記第２端部は、ベースを含み、
    前記回転ジョイントのうち少なくとも一つは、
    第１ベアリング及び第２ベアリングと、
    中間部分と、前記中間部分の端部に取り付けられて固定されるように締められた第１の端部および別個の第２の端部とを含む、シャフトであって、前記シャフトは、前記第１のベアリングの内径と前記第２のベアリングの内径に係合し、前記シャフトは、前記第１のベアリングおよび前記第２のベアリングの回転軸を中心に回転するように構成される、シャフトと、
    第１のハウジング端部および第２のハウジング端部であって、前記第１のハウジング端部は、前記第１のベアリングの外径と係合する内径を有し、前記第２のハウジング端部は、前記第２のベアリングの外径と係合する内径を有し、前記第１のハウジング端部および第２のハウジング端部は、１万分の５インチ（０．０００５インチ）以内の同心であり、前記第１のベアリングおよび第２のベアリングは、遊びをなくす為に予荷重がかけられている、第１のハウジング端部および第２のハウジング端部と、
    前記回転軸を中心としたハウジングに対する前記シャフトの回転角度に対応した角度信号を出力するように構成された少なくとも一つのトランスデューサと、
    を含む、ＣＭＭ。
  21. 前記少なくとも一つの前記回転ジョイントは、動作できるように前記シャフトおよび前記ハウジングに結合され、前記回転軸を中心とした前記シャフトの回転運動の制御された減衰を与えるように構成された回転ダンパを含む、請求項２０に記載のＣＭＭ。
  22. 回転減衰は、前記回転軸を中心とした前記シャフトの回転運動の制御された減衰を与える為に、前記少なくとも一つの前記回転ジョイントに組み込まれる、請求項２０に記載のＣＭＭ。
  23. 前記少なくとも一つの前記回転ジョイントは、
    前記回転軸を中心とした前記シャフトの回転運動の制御された減衰を与えるように構成された回転減衰機構と、
    動作できるように前記少なくも一つのトランスデューサに接続され、前記角度信号および時間に基づき、前記回転軸を中心とした前記シャフトの前記回転運動の速度に対応した速度信号を出力するように構成された回路と、
    を含み、
    前記回路は、前記速度信号を所定の速度閾値と比較し、前記回転運動が過剰な速度で発生したか、或いは、過剰なトルクの結果として発生したかを確定する、請求項２０に記載のＣＭＭ。
  24. 前記少なくとも一つの前記回転ジョイントは、
    前記回転軸を中心とした前記シャフトの回転運動の制御された減衰を与えるように構成された回転減衰機構と、
    動作できるように前記シャフトおよび前記ハウジングの少なくとも一つに結合され、前記回転軸を中心とした前記シャフトの前記回転運動による前記シャフトおよび前記ハウジングの少なくとも一つの歪を感知し、歪信号を出力するように構成された少なくとも一つの歪ゲージと、
    を含み、
    前記ＣＭＭは、
    前記歪信号に部分的に基づき、前記測定プローブの場所を計算するように構成された回路を含む、請求項２０に記載のＣＭＭ。
  25. 前記複数のジョイントのうち少なくとも一つのジョイントにおいて、ａ）前記第１ベアリングおよび前記第２ベアリングの少なくとも一つの前記内径部と係合する前記シャフトと、ｂ）前記第１ベアリングおよび前記第２ベアリングの少なくとも一つの前記外径部と係合する前記ハウジングのポートと、がスチールで製作される、請求項２０に記載のＣＭＭ。
  26. 前記複数のジョイントからの第１ジョイントが、スチール構造体によって、前記複数のジョイントからの第２ジョイントに取り付けられ、前記スチール構造体は、前記第１ジョイントのベアリングの内部または外部、あるいは、前記第２ジョイントのベアリングの内輪または外輪と接触する、請求項２０に記載のＣＭＭ。
  27. 前記複数の回転ジョイントの少なくとも一つの構造部分の全てがスチールで製作される、請求項２０に記載のＣＭＭ。
  28. 前記複数のアームセグメントおよび前記複数の回転ジョイントを含む前記ＣＭＭの任意の構造部分は、制御された膨張合金で製作され、前記制御された膨張合金は、スチールより重量が軽く、２５℃で９．９～１８μｍ／ｍ℃の範囲内で、スチールまたはステンレス鋼の熱膨張係数と一致する熱膨張係数を有する、請求項２０に記載のＣＭＭ。
  29. 前記測定プローブは、動作できるように機械的に（電気的にではなく）前記第１端部に結合されたハンドルを含み、前記ハンドルは、前記測定プローブの中心軸を中心に回転する前記第１端部と回転できるように結合され、前記ハンドルは、
    無線送信器と、
    動作できるように前記無線送信器と接続された少なくとも一つのスイッチボタンであって、押されるとき、前記ＣＭＭに測定を行わせる無線信号を前記無線送信器に送信させるように構成された前記少なくとも一つのスイッチボタンと、
    を含む、請求項２０に記載のＣＭＭ。
  30. 前記ＣＭＭは、電気回路を含み、前記電気回路は、前記ＣＭＭ内の角度信号および他のトランスデューサからの他の信号を受信する為の専用取込みワイヤを有することなく構成され、前記電気回路は、前記ベースに対して前記測定プローブの位置に対応した情報を与える為に前記角度信号および前記他の角度信号の凝集を出力するように構成される、請求項２０に記載のＣＭＭ。
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