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公開番号2025096205
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-06-26
出願番号2024215148
出願日2024-12-10
発明の名称高速位置及び向き追跡モードを有する計測システム
出願人株式会社ミツトヨ
代理人弁理士法人創光国際特許事務所
主分類G01B 11/00 20060101AFI20250619BHJP(測定;試験)
要約【課題】エンドツールを移動させる移動システムと共に使用するための計測システムが提供される。
【解決手段】計測システム150は、センサ構造160と、光ビーム源構造LCと、処理部と、を含む。光ビーム源構造は、光ビームセンサに光ビームを向けて、光ビーム源構造の位置及び向きを示す。高速動作モード(例えば、標準速度動作モードの代替である)では、計測システムは、光ビームセンサのセットの各光ビームセンサに対して、光ビームによって生成される測定スポットを含む関心領域(「ROI」)を決定する。測定信号は、ROIから結果として処理され、光ビーム源構造の位置及び向きが決定される。様々な実施態様において、ROIは、移動システムからの位置情報に少なくとも部分的に基づいて決定される(例えば、位置及び/又はサイズなどを含む)。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
エンドツールを移動させる移動システムとともに使用する計測システムであって、
前記移動システムは、
エンドツールが取り付けられるように構成されたエンドツール取付構造を含む可動構造と、
前記エンドツール取付構造に取り付けられるエンドツールの少なくとも一部分を移動体積内で移動させるように前記可動構造を制御することに少なくとも部分的に基づいて、エンドツールの位置及び向きを制御するよう構成された動作制御システムと、
を備え、
前記計測システムは、
固定位置に配置された複数の光ビームセンサを含むセンサ構造と、
前記センサ構造の光ビームセンサに光ビームを向けて光ビーム源構造の位置及び向きを示す光ビーム源構造であって、
前記光ビーム源構造は、エンドツール又は前記エンドツール取付構造の少なくとも１つに結合されるように構成され、
前記光ビームセンサに向けられる少なくとも一部の光ビームは、対応する測定信号を前記光ビームセンサに生成させる前記光ビームセンサ上の位置に測定スポットを生成するように構成される、
光ビーム源構造と、
前記センサ構造の前記光ビームセンサからの測定信号を処理して、前記光ビーム源構造の位置及び向きを決定するように構成された処理部と、
を備え、
前記移動システムが前記エンドツール及び対応する前記光ビーム源構造を複数の位置に移動させるように構成された第１動作モードの一部として、各位置について、前記計測システムが、
光ビームセンサのセットの各光ビームセンサに対する関心領域であって、前記光ビーム源構造からの光ビームによって生成される測定スポットを含む関心領域を決定し、
前記光ビームセンサの前記関心領域から生じる測定信号を処理し、
前記処理された測定信号に少なくとも部分的に基づいて、前記光ビーム源構造の位置及び向きを決定する、
ように構成されている、計測システム。
続きを表示（約 1,600 文字）【請求項２】
前記関心領域を決定することは、前記光ビームセンサそれぞれの前記関心領域の位置を決定することを備える、
請求項１に記載の計測システム。
【請求項３】
前記関心領域は、前記移動システムから受信した位置情報に少なくとも部分的に基づいて決定される、
請求項２に記載の計測システム。
【請求項４】
前記関心領域を決定することは、前記光ビームセンサそれぞれの前記関心領域のサイズを決定することを備える、
請求項１に記載の計測システム。
【請求項５】
前記移動システムが前記エンドツール及び対応する前記光ビーム源構造を複数の位置に移動させるように構成される前記第１動作モードの代替である第２動作モードの一部として、各位置について、前記計測システムが、
前記光ビームセンサの全検知領域からの測定信号を処理し、
前記処理された測定信号に少なくとも部分的に基づいて、前記光ビーム源構造の位置及び向きを決定するように構成されている、
請求項１に記載の計測システム。
【請求項６】
各関心領域は、前記光ビームセンサの全検知領域のごく一部分である、
請求項１に記載の計測システム。
【請求項７】
第１光ビームセンサ上の第１位置に第１光ビームを向けて第１測定スポットを生成する前記光ビーム源構造の第１位置に対して、決定された前記関心領域は、前記第１位置における前記第１測定スポットを含む第１関心領域であり、
前記第１光ビームの移動と対応する前記第１光ビームセンサ上の第１位置から第２位置への前記第１測定スポットの移動とをもたらすような、前記第１位置から前記第２位置への前記光ビーム源構造の移動に対して、決定された前記関心領域は、前記第２位置における前記第１測定スポットを含む前記第１関心領域であり、かつ、対応する前記第１関心領域内に前記第１測定スポットを維持するための前記第１関心領域の移動に対応する、
請求項１に記載の計測システム。
【請求項８】
前記第２位置における前記関心領域を決定することは、前記移動システムからの位置情報に少なくとも部分的に基づいており、この位置情報は、前記光ビーム源構造の前記移動と、前記第１光ビームの前記対応する移動と、前記第１光ビームセンサ上の前記第１測定スポットの前記対応する移動と、を示す、
請求項７に記載の計測システム。
【請求項９】
第１光ビームセンサ上の第１位置に第１光ビームを向けて第１測定スポットを生成する前記光ビーム源構造の第１位置に対して、前記第１光ビームセンサに対して決定される前記関心領域は、前記第１位置における前記第１測定スポットを含む第１関心領域であり、第２光ビームは、前記第１光ビームセンサに向けられず、
前記光ビーム源構造が前記第１位置から第２位置に移動することにより、前記第１光ビームが前記第１光ビームセンサに向けられなくなり、前記第２光ビームが前記第１光ビームセンサに向けられて前記第１光ビームセンサ上に第２測定スポットを生成する場合、前記第１光ビームセンサに対して決定される前記関心領域は、前記第１光ビームセンサ上の前記第２測定スポットを含むように決定された前記第１関心領域である、
請求項１に記載の計測システム。
【請求項１０】
前記第１光ビームが第２光ビームセンサ上の位置に向けられ、第１測定スポットを生成する前記光ビーム源構造の前記第２位置に対して、前記第２光ビームセンサに対して決定される前記関心領域は、前記位置における前記第１測定スポットを含む第２関心領域である、
請求項９に記載の計測システム。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、計測及び移動システムに関し、より詳細には、位置及び向きを追跡する、例えばロボットなどの移動システムとともに利用される計測システムに関する。
続きを表示（約 3,100 文字）【背景技術】
【０００２】
製造、被加工物検査、及び他のプロセスでは、特定の機能を実行する機械製の移動システムが頻繁に使用される。例えば、ロボットシステム又は他の移動システムは、（例えば、被加工物検査、製造等に関して）特定の動作を実行するためにエンドツールを移動させるために利用することができる。いくつかの適用例では、利用できる様々なタイプのロボットとして、関節ロボット（Articulated Robot）、選択的順応性多関節ロボットアーム（SCARA）ロボット、直角座標ロボット（Cartesian Robot）、円筒座標ロボット（Cylindrical Robot）、球座標ロボット（Spherical Robot）などがある。ロボットに含まれる構成要素の一例として、（例えば、関節ロボットシステムの一種であってもよい）ＳＣＡＲＡロボットシステムは、典型的には、ベースと、ベースに回転結合された第１アーム部と、第１アーム部の端部に回転結合された第２アーム部と、を有してもよい。様々な構成では、エンドツールは、（例えば、ある作業及び／又は検査作業を行うために）第２アーム部の端部に結合されてもよい。このようなシステムは、アーム部の位置決め及びそれに応じるエンドツールの位置決めを決定／制御するために利用される位置センサ（例えば、回転エンコーダ）を含んでもよい。様々な実施態様において、このようなシステムの位置決め精度は、特定の要因（例えば、ロボットシステムの機械的安定性と組み合わせた回転エンコーダの性能など）によって制限されるが、約１００ミクロンである。
【０００３】
参照によりその全体が本明細書に組み込まれる米国特許４，７２５，９６５号（本明細書では‘９６５特許と呼ばれる）は、ＳＣＡＲＡシステムの精度を改善するためのいくつかの校正技法を開示している。‘９６５特許に記載されているように、運動力学モデルを校正するために、アーム部は、固定基準点の上方にエンドツールを配置する第１構成に配置される。次に、アーム部を第２角度構成に配置し、エンドツールが基準点に対して再び位置合わせされるように名目上配置される。運動力学モデルにおける誤差は、アーム部が第１角度構成から第２角度構成に切り替えられた際の、基準点からのエンドツールの位置のずれから計算される。そして、計算された誤差に応じて運動力学モデルが補正される。手順は、ＳＣＡＲＡロボットの運動力学モデルが校正されたと見なされる、誤差がゼロに達する時点まで繰り返される。‘９６５号特許でさらに説明されるように、校正技法は、特定のカメラの使用を含んでもよい。
【０００４】
‘９６５号特許に記載されるような技法は、ロボットシステムを校正するために利用される場合があるが、このような技法（例えば、多くの時間を必要とする可能性がある、及び／又は特定の動作中にロボットの全ての可能な向きに対して所望のレベルの精度を提供できない可能性があるなど）の利用は、特定の用途では、あまり望ましくない場合がある。こうした問題を改善できる（例えば、被加工物測定、製造等のプロセスのための位置及び向き決定の信頼性、再現性、速度などを向上させる）システムが望まれる。
【発明の概要】
【０００５】
この概要は、発明を実施するための形態において以下でさらに説明される概念の選択を簡略化された形態で紹介するために提供される。この概要は、特許請求される主題の重要な特徴を特定することを意図するものではなく、特許請求される主題の範囲を決定する助けとして使用されることを意図するものでもない。
【０００６】
一の態様によれば、エンドツールを移動させる移動システムと共に使用する計測システムが提供される。移動システムは、可動構造と、動作制御システムと、を含む。可動構造は、エンドツールが取り付けられるように構成されたエンドツール取付構造を含む。動作制御システムは、エンドツール取付構造に取り付けられているエンドツールの少なくとも一部を移動体積内で移動させるように、可動構造を制御することに少なくとも部分的に基づいて、エンドツールの位置及び向きを制御するように構成されている。
【０００７】
計測システムは、センサ構造と、光ビーム源構造と、処理部とを含む。センサ構造は、固定位置に配置された複数の光ビームセンサを含む。光ビーム源構造は、光ビームをセンサ構造の光ビームセンサに向けて、光ビーム源構造の位置及び向きを示すように構成される。光ビーム源構造は、エンドツール又はエンドツール取付構造の少なくとも１つに結合されるように構成される。光ビームセンサに向けられる少なくとも一部の光ビームは、光ビームセンサ上に測定スポットを生成するように構成されており、これにより光ビームセンサが対応する測定信号を生成する。
【０００８】
処理部は、センサ構造の光ビームセンサからの測定信号を処理して、光ビーム源構造の位置及び向きを決定するように構成される。移動システムがエンドツール及びそれに対応する光ビーム源構造を複数の位置に移動するように構成されている第１動作モード（例えば、高速動作モード）の一部として、計測システムは、各位置において、ｉ）光ビームセンサのセットの各光ビームセンサについて、光ビーム源構造からの光ビームによって生成される測定スポットを各々が含んでいる関心領域を決定し、ｉｉ）光ビームセンサの関心領域から得られる測定信号を処理し、ｉｉｉ）処理された測定信号に少なくとも部分的に基づいて光ビーム源構造の位置及び方向を決定する、ように構成されている。様々な実施態様において、関心領域を決定することは、それぞれの光ビームセンサ上の関心領域の位置及び／又はサイズを決定することを含む。様々な実施態様において、関心領域は、移動システムから受信した位置情報に少なくとも部分的に基づいて決定される。
【０００９】
様々な実施態様において、移動システムがエンドツール及びそれに対応する光ビーム源構造を複数の位置に移動するように構成されている第１動作モードに代わる第２動作モード（例えば、標準速度動作モード）の一部として、各位置において、計測システムは、光ビームセンサの全検知領域からの測定信号を処理し、処理された測定信号に少なくとも部分的に基づいて光ビーム源構造の位置及び向きを決定する、よう構成されている。
【００１０】
別の態様によれば、エンドツールを移動させる移動システムを用いて計測システムを動作させる方法が提供される。この方法は、計測システムが第１動作モードで動作することを決定することを含む。その後、計測システムは、移動システムがエンドツール及びそれに対応する光ビーム源構造を複数の位置に移動させる第１動作モードで動作し、各位置において、計測システムは、ｉ）光ビーム源構造の位置及び向きを示すために、センサ構造の光ビームセンサに光ビームを向けるように光ビーム源構造を動作させて、ｉｉ）光ビームセンサのセットの各光ビームセンサについて、光ビーム源構造からの光ビームによって生成される測定スポットを各々が含んでいる関心領域を決定し、ｉｉｉ）光ビームセンサの関心領域からの測定信号を処理し、ｉｖ）処理された測定信号に少なくとも部分的に基づいて、光ビーム源構造の位置及び向きを決定する。
【図面の簡単な説明】
（【００１１】以降は省略されています）

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