JP2019507349A - レーザー・トラッカー・システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】3次元座標測定システムはレトロリフレクター2810とレーザートラッカー2820とを含む。レーザートラッカーは、レーザートラッカーから第1の光ビームを放射するように構成された第1の光源47と、第1の軸18および第2の軸20の周りを回転可能な構造体15と、第2の光源54と、第2の光源に近接した第1のカメラ52と、実行可能命令に応答するプロセッサ800とを含む。実行可能命令は、プロセッサによって実行されると、第1の段階において、作業者2805によって作業者が手にもつトロリフレクター2810でなされる作業者追従ジェスチャーが与えられたと判断し、それに応答して構造体を作業者の動きを追従するように回転させ、第2の段階において、作業者によってロックオンジェスチャー2815Bが与えられたと判断し、それに応答してレトロリフレクター上に第1の光ビームを向けるように動作する。【選択図】図29B
Description
[関連出願の相互参照]
このPCT出願は、2013年3月14日に出願された米国特許出願第13/803479号の分割出願である、2014年2月14日に出願された米国特許出願第14/180900号の恩典を主張するものである、2014年11月3日に出願された米国特許出願第14/531113号の一部継続出願である、2016年2月29日に出願された米国特許出願第15/055699号の優先権を主張するものである。米国特許出願第13/803479号は、その全内容が参照により本明細書に組み入れられる、2010年4月21日に出願された米国仮特許出願第61/326294号の恩典を主張する、2011年4月20日に出願された米国特許出願第13/090889号の分割出願である。
このPCT出願は、2013年3月14日に出願された米国特許出願第13/803479号の分割出願である、2014年2月14日に出願された米国特許出願第14/180900号の恩典を主張するものである、2014年11月3日に出願された米国特許出願第14/531113号の一部継続出願である、2016年2月29日に出願された米国特許出願第15/055699号の優先権を主張するものである。米国特許出願第13/803479号は、その全内容が参照により本明細書に組み入れられる、2010年4月21日に出願された米国仮特許出願第61/326294号の恩典を主張する、2011年4月20日に出願された米国特許出願第13/090889号の分割出願である。
本開示は、座標測定器に関する。1組の座標測定器が、レトロリフレクターターゲットによって遮られる点にレーザービームを送ることによって点の3次元(3D)座標を測定する計器のクラスに属する。計器は、ターゲットまでの距離とターゲットに対する2つの角度を測定することによって点の座標を見つける。距離は、絶対距離計(ADM)や干渉計などの距離測定器で測定される。角度は、角度エンコーダなどの角度測定器で測定される。計器内のジンバル・ビーム・ステアリング機構は、レーザービームを関心点に向ける。このような装置の一例が、レーザートラッカーである。例示的なレーザー・トラッカー・システムが、参照により本明細書に組み入れられるBrownらの米国特許第4790651号明細書およびLauらの米国特許第4714339号明細書に記載されている。
レーザートラッカーに密接に関連した座標測定器がトータルステーションである。トータルステーションは、測量用途で最も頻繁に使用され、拡散性散乱ターゲットまたは再帰反射ターゲットの座標を測定するのに使用されうる。以下では、レーザートラッカーという用語は、トータルステーションを含む広義で使用される。
通常、レーザートラッカーは、レトロリフレクターターゲットにレーザービームを送る。レトロリフレクターターゲットの一般的なタイプは、球状レトロリフレクター(SMR)であり、金属球内に埋め込まれたコーナーキューブレトロリフレクターを含む。コーナーキューブレトロリフレクターは、互いに垂直な3つの反射鏡を含む。コーナーキューブの頂点は、3つの反射鏡の共通の交点であり、球の中心に位置する。SMRの球面を被測定物に接触させ、次いでSMRを被測定面上で動かすのが一般的な手法である。このようにコーナーキューブが球内に配置されているために、コーナーキューブの頂点から被測定物の表面までの垂直距離は、SMRの回転にもかかわらず一定のままである。したがって、トラッカーに表面上を動くSMRの3D座標を追従させることによって、表面の3D座標を見つけることができる。ほこりや汚れがガラス表面を汚染するのを防ぐためにSMRの上部にガラス窓を配置することが可能である。そのようなガラス表面の一例が、参照により本明細書に組み入れられる、Raabらの米国特許第7388654号明細書に示されている。
レーザービームをトラッカーからSMRに向けるにはレーザートラッカー内のジンバル機構が使用されうる。SMRによって再帰反射された光の一部は、レーザートラッカーに入り、位置検出器に伝わる。位置検出器に当たる光の位置は、トラッカー制御システムによって、レーザートラッカーの方位機械軸および天頂機械軸の回転角を調整してレーザービームをSMRの中心に保つのに使用される。このようにして、トラッカーはSMRを追従(追跡)することができる。
トラッカーの方位機械軸および天頂機械軸に取り付けられた角度エンコーダは、(トラッカーの基準系に対する)レーザービームの方位角および天頂角を測定しうる。レーザートラッカーによって行われる1つの距離測定と2つの角度測定は、SMRの3次元位置を完全に特定するのに十分である。
前述したように、レーザートラッカーでは、干渉計と絶対距離計(ADM)の2種類の距離計が見られる。レーザートラッカーにおいて、干渉計は(存在する場合)、レトロリフレクターターゲットが2点間を移動する際に通過する既知の長さ(通常はレーザー光の半波長)の増分の数をカウントすることによって始点から終点までの距離を決定しうる。測定中にビームが遮断された場合、カウント数を正確に知ることができず、距離情報が失われる。それに比べて、レーザートラッカー内のADMは、ビーム遮断に関係なく、レトロリフレクターターゲットまでの絶対距離を決定し、ターゲットの切り換えも可能にするこのため、ADMは「簡単操作(point−and−shoot)」測定が可能であると言われている。当初、絶対距離計は静止したターゲットを測定することしかできず、このため常に干渉計と共に使用されていた。しかし、いくつかの最新の絶対距離計は迅速な測定を行うことができ、そのため干渉計が不要になる。そのようなADMは、Bridgesらの米国特許第7352446号明細書に記載されている。
トラッキングモードでは、レーザートラッカーは、SMRがトラッカーの捕捉範囲にある場合、SMRの動きを自動的に追従する。レーザービームが遮断された場合、トラッキングは停止する。ビームは、以下のいくつかの手段のいずれかによって遮断されうる。(1)計器とSMRとの間の障害物、(2)速すぎて計器が追従できないSMRの迅速な動き、または(3)SMRの方向がSMRの受光角を超えて曲がっていること。デフォルトでは、ビーム遮断に続いて、ビームはビーム遮断点または最後に命じられた位置に固定されたままになる。計器をSMRにロックオンし、トラッキングを続行するために、作業者がトラッキングビームを目で見て探索し、SMRをビーム内に配置することが必要になりうる。
レーザートラッカーの中には、1または複数のカメラを含むものがある。カメラ軸は、測定ビームと同軸の場合もあり、測定ビームから一定の距離または角度だけずれている場合もある。カメラは、レトロリフレクターを位置特定するための広い視野を提供するのに使用されうる。カメラの光軸の近くに配置された変調光源がレトロリフレクターを照射して、レトロリフレクターを識別しやすくすることができる。この場合、レトロリフレクターは照射と同相で点滅するのに対し、背景物は照射と同相で点滅しない。そのようなカメラの1つの用途は、視野内の複数のレトロリフレクターを検出し、各々を自動化された順序で測定することである。例示的なシステムが、Pettersenらの米国特許第6166809号明細書およびBridgesらの米国特許第7800758号明細書に記載されている。
レーザートラッカーの中には、x、y、zなどの3つの座標と、ピッチ、ロール、ヨーなどの3つの回転とを含みうる、6自由度(DOF)で測定できる機能を有するものがある。6自由度を測定するためにレーザートラッカーに基づくいくつかのシステムが利用可能であり、または提案されている。例示的なシステムが、参照により本明細書に組み入れられるBridgesの米国特許出願公開第2010/0128259号明細書、Bridgesらの米国特許第7800758号明細書、Pettersenらの米国特許第5973788号明細書、Lauの米国特許第7230689号明細書に記載されている。
[レーザートラッカー機能のユーザー制御]
[レーザートラッカー機能のユーザー制御]
レーザートラッカーの2つの共通の動作モードは、トラッキングモードとプロファイリングモードである。トラッキングモードでは、トラッカーからのレーザービームは、作業者がレトロリフレクターをあちこち動かすとレトロリフレクターを追従する。プロファイリングモードでは、トラッカーからのレーザービームは、コンピュータコマンドまたは手動操作のどちらかを介して、作業者によって与えられた方向に進む。
トラッカーの基本的なトラッキングおよびポインティング挙動を制御するこれらの動作モード以外に、トラッカーが事前に作業者によって選択されたように応答することを可能にする特殊なオプションモードもある。所望のオプションモードは、通常、レーザートラッカーを制御するソフトウェアで選択される。そのようなソフトウェアは、(おそらくネットワークケーブルを介して)トラッカーに取り付けられた外部コンピュータにあってもよく、トラッカー自体の内部にあってもよい。後者の場合、ソフトウェアは、トラッカーに組み込まれたコンソール機能を介してアクセスされうる。
オプションモードの一例は、レーザービームが遮断されると常にレーザービームが事前設定基準点に発射される自動リセットモードである。自動リセット・オプション・モードの1つの一般的な基準点は、トラッカー本体に取り付けられた磁気ネストの位置であるトラッカー・ホーム・ポジションである。自動リセットの代替モードが、リセットなしオプションモードである。この場合、レーザービームは、レーザービームが遮断されると常に元の方向を指し示し続ける。トラッカー・ホーム・ポジションの説明は、参照により本明細書に組み入れられる、Cramerらの米国特許第7327446号明細書に記載されている。
特殊なオプションモードの別の例が、Leica Geosystemsが同社のLeica Absolute Tracker(商標)で提供する機能であるPowerLockである。PowerLockオプションモードでは、トラッカーレーザービームが遮断されると常にレトロリフレクターの位置がトラッカーによって見出される。カメラは、レトロリフレクターの角座標をトラッカー制御システムに即時に送り、それによってトラッカーにレーザービームをレトロリフレクターに再度向けさせる。レトロリフレクターの自動取得を伴う方法は、Doldらの国際公開公報第2007/079601号明細書およびKanekoの米国特許第7055253号明細書に記載されている。
いくつかのオプションモードは、操作がやや複雑である。一例が安定判別モードであり、このモードはSMRが一定期間にわたって静止しているときに常に呼び出されうる。作業者は、SMRを磁気ネストまで追跡して、降ろすことができる。安定判別がアクティブである場合、ソフトウェアはトラッカーの3次元座標値読み取り値の安定性を調べ始める。例えば、ユーザーは、SMRの距離読み取り値のピークトゥピークのずれが1秒の間隔にわたって2マイクロメータ未満である場合、SMRが安定していると判断することに決定しうる。安定判別が満たされた後、トラッカーは3D座標を測定し、ソフトウェアはデータを記録する。
より複雑な動作モードがコンピュータプログラムによって可能である。例えば、部品表面を測定し、それらを幾何学的形状に適合させるソフトウェアが利用可能である。ソフトウェアは、作業者に、SMRを表面上で動かし、次いで、データ点の収集を終了すると、SMRを物体の表面から持ち上げて測定を終了するよう指示する。SMRを表面から離すことは、測定が完了したことを指示するだけではなく、物体表面に対するSMRの位置も指示する。この位置情報は、アプリケーションソフトウェアが、SMR半径によって生じるオフセットを適正に考慮するために必要である。
複雑なコンピュータ制御の第2の例は、トラッカー測量である。測量では、トラッカーは、既定のスケジュールに従って、いくつかのターゲット位置の各々まで順次駆動される。作業者は、SMRを所望の位置の各々まで運ぶことによって、測量の前にこれらの位置を教えることができる。
複雑なソフトウェア制御の第3の例は、トラッカー誘導測定である。ソフトウェアは作業者にSMRを所望の位置まで動かすように誘導する。これを行うのにソフトウェアは、グラフィックディスプレイを使用して、所望の位置までの方向および距離を示す。作業者が所望の位置にいるとき、コンピュータモニター上の色は、例えば、赤から緑に変わりうる。
上述したすべてのトラッカー動作に共通の要素は、作業者が、トラッカーの挙動を制御する能力を制限されていることである。一方で、ソフトウェアで選択されたオプションモードは、作業者がトラッカーの特定の挙動を事前設定することを可能にしうる。しかし、オプションモードがユーザーによって選択されると、トラッカーの挙動が確立され、作業者がコンピュータコンソールに戻らない限り変更することができない。他方で、コンピュータプログラムは作業者に、ソフトウェアが高度なやり方で分析した複雑な動作を実行するよう誘導しうる。どちらの場合も、作業者は、トラッカーおよびトラッカーによって収集されたデータを制御する能力を制限される。
[リモート・トラッカー・コマンドの必要性]
[リモート・トラッカー・コマンドの必要性]
レーザートラッカーの作業者は、2つの基本的な機能を果たす。作業者は測定中にSMRを位置決めし、制御コンピュータを介してトラッカーにコマンドを送る。しかし、コンピュータは通常測定場所から遠く離れているため、1人の作業者がこれらの測定機能の両方を果たすことは容易ではない。この制限を切り抜けるために様々な方法が試みられているが、完全に満足できるものはない。
往々にして使用される1つの方法は、1人の作業者がレトロリフレクターを所定の位置にセットし、計器制御キーボードに戻って測定命令を実行することである。しかし、これは作業者と計器の時間の非効率的な使用である。作業者が測定のためにレトロリフレクターを保持しなければならない場合、1人の作業者による制御が可能なのは、作業者がキーボードのすぐ近くにいるときに限られる。
第2の方法は、第2の作業者を追加することである。1人の作業者はコンピュータの近くに待機し、第2の作業者はSMRを動かす。これは明らかに高くつく方法であり、遠距離での口頭によるコミュニケーションが問題となりうる。
第3の方法は、レーザートラッカーに遠隔制御を装備することである。ただし、遠隔制御にはいくつかの制限がある。多くの施設では、安全やセキュリティ上の理由から遠隔制御の使用を許可しない。たとえ遠隔制御が許可されていても、無線チャネル間の干渉が問題となりうる。遠隔制御信号の中にはレーザートラッカーの全範囲に到達しないものがある。はしごから作業するなど、状況によっては、空いた方の手で自由に遠隔制御を操作できない場合もある。遠隔制御を使用するには、通常、コンピュータと遠隔制御とを協働するようにセットアップする必要があり、その場合、常にアクセスできるのは通常トラッカーコマンドのごく一部分だけである。この考えに基づくシステムの一例が、Smithらの米国特許第7233316号明細書に記載されている。
第4の方法は、携帯電話をレーザートラッカーとインターフェースさせることである。コマンドは、携帯電話から計器を呼び出し、携帯電話のキーパッドから、または音声認識によって番号を入力することによって遠隔で入力される。この方法にも多くの欠点がある。施設の中には携帯電話の使用が許可されていないものもあり、農村部では携帯電話が利用できない場合がある。サービスには毎月のサービスプロバイダ料金が必要である。携帯電話インターフェースは、コンピュータまたはレーザートラッカーにインターフェースする追加のハードウェアを必要とする。携帯電話技術は急速に変化し、アップグレードを必要としうる。遠隔制御の場合と同様に、コンピュータと遠隔制御とを協働するようにセットアップしなければならず、常にアクセスできるのは通常トラッカーコマンドのごく一部分だけである。
第5の方法は、レーザートラッカーにインターネットまたは無線ネットワーク機能を装備し、無線ポータブルコンピュータまたはパーソナル・デジタル・アシスタント(PDA)を使用してレーザートラッカーにコマンドを伝達することである。しかし、この方法には携帯電話と同様の制限がある。この方法は、多くの場合、トータルステーションと共に使用される。この方法を使用するシステムの例には、Kumagaiらの米国特許出願第2009/017618号明細書、Vineyらの米国特許第6034722号明細書、Gatsiosらの米国特許第7423742号明細書、Gatsiosらの米国特許第7307710号明細書、Piekutowskiの米国特許第7552539号明細書、およびMonzらの米国特許第6133998号明細書が含まれる。この方法はまた、Ouchiらの米国特許第7541965号明細書に記載された方法による器具の制御にも使用されている。
第6の方法は、測定が行われるべき特定の位置を指し示すポインタを使用することである。この方法の一例が、Uraらの米国特許第7022971号明細書に記載されている。この方法をレーザートラッカーにコマンドを与えるように適合させることは可能であろうが、ポインタ・ビーム・パターンを投射すべき適切な表面を見つけることは通常あまり容易ではない。
第7の方法は、少なくともレトロリフレクター、送信機および受信機を収容する複雑なターゲット構造体を考案することである。そのようなシステムは、正確なターゲット情報を作業者に送信すると共に、全地球測位システム(GPS)情報をトータルステーションに送信するために、トータルステーションと共に使用されうる。そのようなシステムの一例が、Hinderlingらの米国特許出願公開第2008/0229592号明細書に記載されている。この場合、作業者が測定器(トータルステーション)にコマンドを送信する方法は提供されない。
第8の方法は、少なくともレトロリフレクター、送信機および受信機を収容する複雑なターゲット構造体を考案することであり、送信機は、変調光信号をトータルステーションに送信する能力を有する。変調光によるトータルステーションへのコマンドの送信にはキーパッドを使用することができる。これらのコマンドは、トータルステーションによって復号される。そのようなシステムの例は、Katayamaらの米国特許第6023326号明細書、Muraokaらの米国特許第6462810号明細書、Ishinabeらの米国特許第6295174号明細書、およびIshinabeらの米国特許第6587244号明細書に記載されている。この方法は、複雑なターゲットおよびキーパッドが大きな標尺に取り付けられる測量用途に特に適している。そのような方法は、大きな制御パッドにつながれていない小さなターゲットを使用することが有利なレーザートラッカーでの使用に適さない。また、トラッカーがレトロリフレクターターゲットにロックオンされていないときでさえもコマンドを送信できる能力を有することが望ましい。
第9の方法は、トータルステーションに情報を送信するターゲット上に無線送信機と変調光源の両方を含めることである。無線送信機は、トータルステーションがターゲットレトロリフレクターにそのレーザービームを送るために適正な方向を向くことができるように、ターゲットの角度姿勢に関する情報を主に送信する。変調光源は、トータルステーション内の検出器によってピックアップされるように、レトロリフレクターの近くに配置される。このようにして、作業者は、トータルステーションが正しい方向に向けられていることを確信することができ、それによって、ターゲットレトロリフレクターから到来したのではない誤った反射が回避される。この手法に基づく例示的なシステムは、WIklundらの米国特許第5313409号明細書に記載されている。この方法では、汎用コマンドをレーザートラッカーに送信する機能は提供しない。
第10の方法は、無線送信機と、ターゲットとトータルステーションの両方のコンパスアセンブリと、誘導光トランスミッターとの組み合わせを含めることである。ターゲットとトータルステーションのコンパスアセンブリは、トータルステーションの方位角のターゲットへのアライメントを可能にするのに使用される。誘導光トランスミッターは、トータルステーション内の検出器で信号が受信されるまでターゲットが垂直方向にパンすることができる水平の扇状の光である。誘導光が検出器の中心に集められると、トータルステーションは、再帰反射信号を最大化するようにその向きをわずかに調整する。無線送信機は、ターゲットに位置するキーパッド上で作業者によって入力された情報を伝達する。この方法に基づく例示的なシステムは、Wasutomiらの米国特許第7304729号明細書に記載されている。この方法では、汎用コマンドをレーザートラッカーに送信する機能は提供しない。
第11の方法は、再帰反射光に時間変調が課されることを可能にするようにレトロリフレクターを変更し、それによってデータを送信することである。この発明のレトロリフレクターは、切頭を有するコーナーキューブと、コーナーキューブの前面に取り付けられた光スイッチと、データを送受信するための電子回路とを含む。このタイプの例示的なシステムは、Kennedyの米国特許第5121242号明細書に記載されている。このタイプのレトロリフレクターは複雑で高価である。このタイプのレトロリフレクターは、スイッチ(強誘電性光結晶材料でありうる)と切頭とが原因で再帰反射光の品質を低下させる。また、レーザートラッカーに戻される光は、ADMビームの測定に使用するために既に変調されており、光のオン/オフを切り換えることは、ADMにとってのみならず、トラッカー干渉計および位置検出器にとっても問題となるはずである。
第12の方法は、ターゲットと通信するための双方向送信機と、レトロリフレクターを識別するのを助けるアクティブレトロリフレクターとを含む測定器を使用することである。双方向送信機は、無線または光学式であってよく、レトロリフレクター、送信機、および制御ユニットを含む複雑なターゲット標尺の一部である。このタイプの例示的なシステムは、Hertzmanらの米国特許第5828057号明細書に記載されている。そのような方法は、大きな制御パッドにつながれていない小さなターゲットを使用することが有利なレーザートラッカーでの使用に適さない。また、関心対象のレトロリフレクターターゲットを識別する方法は複雑で高くつく。
作業者が遠くからレーザートラッカーにコマンドを伝達するための単純な方法が求められている。この方法は、(1)第2の作業者なしで使用でき、(2)レーザートラッカーの全範囲にわたって使用でき、(3)追加のハードウェアインターフェースなしに使用でき、(4)すべての場所で機能し、(5)サービスプロバイダ料金がかからず、(6)セキュリティ上の制限がなく、(7)追加のセットアップやプログラミングなしで容易に使用でき、(8)広範囲の単純なトラッカーコマンドおよび複雑なトラッカーコマンドを開始することができ、(9)複数のターゲットの中の特定のターゲットにトラッカーを呼び出すために使用でき、(10)作業者が運ぶための最小限の追加装備で使用できることが望ましい。
本発明の一実施形態によれば、3次元(3D)座標測定システムは、レトロリフレクターと、レーザートラッカーであって、レーザートラッカーから第1の光ビームを発するように構成された第1の光源と、第1の軸および第2の軸の周りを回転可能な構造体と、第2の光源と、第2の光源に近接した第1のカメラと、実行可能命令に応答するプロセッサであって、プロセッサによって実行されると、第1の段階において、作業者によって作業者追従ジェスチャーが与えられたと判断し、それに応答して構造体を作業者の動きを追従するように回転させ、第2の段階において、作業者によってロックオンジェスチャーが与えられたと判断し、それに応答して第1の光ビームをレトロリフレクター上に向けるように動作する実行可能命令に応答するプロセッサと、を含む、レーザートラッカーと、を含む。
本発明の別の実施形態によれば、3次元(3D)座標を測定するための方法は、レトロリフレクターとレーザートラッカーとを設けるステップであって、レーザートラッカーは、第1の光ビームを放射するように構成された第1の光源と、第1の軸および第2の軸の周りを回転可能な構造体と、第2の光源と、第2の光源に近接した第1のカメラと、プロセッサとを含む、設けるステップと、第1の段階において、作業者が、作業者追従ジェスチャーを与えるステップと、プロセッサで、作業者追従ジェスチャーに応答して実行可能命令を実行して、作業者の動きを追従するように構造体を回転させるステップと、第2の段階において、作業者が、ロックオンジェスチャーを与えるステップと、プロセッサで、ロックオンジェスチャーに応答して実行可能命令を実行して、レトロリフレクター上に第1の光ビームを向けるステップと、を含む。
次に図面を参照する。いくつかの図において類似した要素には類似した番号が付されている。
図1に例示的なレーザートラッカー10を示す。レーザートラッカー10の例示的なジンバル・ビーム・ステアリング機構12は、方位ベース16に取り付けられた、方位軸20の周りを回転する天頂キャリッジ14を含む。ペイロード15は、天頂キャリッジ14に取り付けられ、天頂軸18の周りを回転する。天頂機械回転軸18と方位機械回転軸20とは、ジンバル点22においてトラッカー10の内部で直交し、ジンバル点22は通常、距離測定のための原点である。レーザービーム46は、事実上ジンバル点22を通り、天頂軸18に直交するように向けられる。言い換えれば、レーザービーム46は、天頂軸18に対して垂直な平面内にある。レーザービーム46は、ペイロード15に天頂軸18および方位軸20の周りを回転させるトラッカー内のモーター(図示せず)によって所望の方向に向けられる。トラッカーの内部の天頂角エンコーダと方位角エンコーダ(図示せず)とは天頂機械軸18と方位機械軸20とに取り付けられており、回転角を高精度で指示する。レーザービーム46は、上述した球状レトロリフレクター(SMR)などの外部レトロリフレクター26まで進む。ジンバル点22とレトロリフレクター26との間の半径方向距離と、天頂軸18および方位軸20の周りの回転角とを測定することにより、トラッカーの球面座標系内でレトロリフレクター26の位置が見出される。
レーザービーム46は、1または複数のレーザー波長を含みうる。明瞭簡潔にするために、以下の考察では、図1に示す種類のステアリング機構が想定されている。しかし、他のタイプのステアリング機構も可能である。例えば、方位軸および天頂軸の周りを回転する反射鏡からレーザービームを反射することも可能であろう。このように反射鏡を使用する例は、Lauらの米国特許第4714339号明細書に記載されている。本明細書に記載される技術は、ステアリング機構のタイプにかかわらず適用可能である。
例示的なレーザートラッカー10では、カメラ52および光源54はペイロード15上に位置している。光源54は、1または複数のレトロリフレクターターゲット26を照射する。光源54は、パルス光を繰り返し発するように電気的に励起されるLEDであってよい。各カメラ52は、感光性アレイと、感光性アレイの前に配置されたレンズとを含む。感光性アレイは、CMOSまたはCCDアレイであってよい。レンズは比較的広い視野、例えば30度または40度を有していてよい。レンズの目的は、感光性アレイ上にレンズの視野内の物体の画像を形成することである。各光源54は、光源54からの光が各レトロリフレクターターゲット26からカメラ52上に反射されるようにカメラ52の近くに配置される。このようにして、レトロリフレクター画像は、それらの画像スポットが背景物よりも明るく、パルス化されるので、感光性アレイ上で背景と容易に区別される。レーザービーム46のラインの周りには2つのカメラ52および2つの光源54が配置されうる。このように2つのカメラを使用することにより、三角測量の原理を使用して、カメラの視野内の任意のSMRの3次元座標を見つけることができる。加えて、SMRが点から点へ移動される際にSMRの3次元座標を監視することもできる。この目的での2つのカメラを使用については、Bridgesの米国特許出願公開第2010/0128259号に記載されている。
1または複数のカメラおよび光源の他の構成も可能である。例えば、光源およびカメラを、トラッカーによって発せられるレーザービームと同軸またはほぼ同軸にすることができる。この場合、光フィルタリングまたは類似の方法を使用してトラッカーからのレーザービームでカメラの感光性アレイを飽和させるのを回避することが必要となりうる。
別の可能な構成は、トラッカーのペイロードまたはベース上に位置する単一のカメラを使用することである。単一のカメラは、レーザートラッカーの光軸から外れて位置する場合、レトロリフレクターへの方向を定義する2つの角度に関する情報を提供するが、レトロリフレクターまでの距離は提供しない。多くの場合には、この情報で十分である。単一のカメラを使用するときにレトロリフレクターの3D座標が必要とされる場合、1つの可能な方法は、トラッカーを方位角方向に180度回転させ、次いで再度レトロリフレクターを指し示すように天頂軸を反転させることである。このようにして、ターゲットを2つの異なる方向から見ることができ、三角測量を使用してレトロリフレクターの3D位置を見つけることができる。
単一のカメラでレトロリフレクターまでの距離を見つけるより一般的な手法は、レーザートラッカーに方位軸または天頂軸のどちらかの周りを回転させ、2つの回転角の各々についてトラッカー上に位置するカメラでレトロリフレクターを観測することである。レトロリフレクターは、例えば、カメラの近くに位置するLEDによって照射されてもよい。図18に、この手順を使用してレトロリフレクターまでの距離をどのように見つけることができるかを示す。試験装置900は、レーザートラッカー910と、第1の位置のカメラ920と、第2の位置のカメラ930と、第1の位置940および第2の位置950のレトロリフレクターとを含む。カメラは、方位軸、天頂軸、または方位軸と天頂軸両方の周りでトラッカージンバル点912を中心にレーザートラッカー910を回転させることによって、第1の位置から第2の位置まで移動される。カメラ920は、レンズ系922と感光性アレイ924とを含む。レンズ系922は、レトロリフレクター940、950からの光ビームが通過する投影中心926を有する。カメラ930は、異なる位置へ回転されることを除いて、カメラ920と同じである。レーザートラッカー910の表面からレトロリフレクター940までの距離はL1であり、レーザートラッカーの表面からレトロリフレクター950までの距離はL2である。ジンバル点912からレンズ922の投影中心926までのパスは、線914に沿って描かれている。ジンバル点912からレンズ932の投影中心936までのパスは、線916に沿って描かれている。線914と線916とに対応する距離は、同じ数値を有する。図18からわかるように、レトロリフレクターのより近い位置940は、レーザートラッカーからより遠い距離にある感光性アレイ924に対応する画像スポット952よりも感光性アレイの中心から遠くに画像スポット942を配置する。この同じパターンは、回転後に位置するカメラ930にも当てはまる(例えば、感光性アレイ934上の画像スポット944および画像スポット954を参照)。その結果、回転の前と後で近くにあるレトロリフレクター940の画像点間の距離は、回転の前と後で遠く離れるレトロリフレクター950の画像点間の距離よりも大きくなる。レーザートラッカーを回転させ、結果として得られる感光性アレイ上の画像スポットの位置の変化に注目することによって、レトロリフレクターまでの距離を見つけることができる。この距離を求める方法は、当業者には明らかなように、三角法を用いて容易に見つけることができる。
別の可能な方法は、ターゲットの測定と撮像とを切り換えることである。そのような方法の一例が、Bridgesらの米国特許第7800758号明細書に記載されている。他のカメラ構成も可能であり、本明細書に記載される方法と共に使用することができる。
図2に示すように、補助ユニット70は、通常、レーザートラッカー10の一部である。補助ユニット70の目的は、レーザートラッカー本体に電力を供給することであり、場合によっては、システムに計算機能およびクロック制御機能も供給することである。補助ユニット70の機能をトラッカー本体に移すことによって、補助ユニット70を完全に除くことも可能である。ほとんどの場合、補助ユニット70は汎用コンピュータ80に取り付けられる。汎用コンピュータ80上にロードされたアプリケーションソフトウェアは、リバースエンジニアリングなどのアプリケーション機能を提供しうる。汎用コンピュータ80の計算能力をレーザートラッカー10に直接組み込むことによって汎用コンピュータ80を除くことも可能である。この場合、おそらくはキーボードおよびマウス機能を提供するユーザーインターフェースがレーザートラッカー10に組み込まれる。補助ユニット70とコンピュータ80との間の接続は、無線でも、電線のケーブルを介したものでもよい。コンピュータ80はネットワークに接続されてもよく、補助ユニット70もネットワークに接続されてもよい。複数の計器、例えば、複数の測定計器やアクチュエーターが、コンピュータ80または補助ユニット70を介して相互に接続されていてよい。
レーザートラッカー10は、その側面で回転してもよく、上下反転されてもよく、任意の向きに配置されてもよい。これらの状況では、方位軸および天頂軸という用語は、レーザートラッカーに対して、レーザートラッカー10の向きに関係なく、図1に示す方向と同じ方向を有する。
別の実施形態では、ペイロード15は、方位軸20および天頂軸18の周りを回転する反射鏡で置き換えられる。レーザービームは上方に向けられ、反射鏡に当たり、反射鏡からレトロリフレクター26に向かって発射される。
[遠くからレーザートラッカーへのコマンドの送信]
[遠くからレーザートラッカーへのコマンドの送信]
図3A〜図3E、図4A〜図4Cおよび図5A〜図5Dに、作業者が例示的なレーザートラッカー10によって解釈され、コマンドとして実行されるジェスチャーパターンを伝達するための感知手段を示す。図3A〜図3Eに、作業者が、例示的なレーザートラッカー10がそのトラッキングシステムおよび測定システムを使用して解釈するジェスチャーパターンを伝達するための感知手段を示す。図3Aに、レトロリフレクターターゲット26によって遮られるレーザービーム46を発するレーザートラッカー10を示す。ターゲット26が左右に動かされると、トラッカーからのレーザービームは動きを追従する。同時に、トラッカー10内の角度エンコーダは、左右方向および上下方向のターゲットの角位置を測定する。角度エンコーダ読み取り値は、時間の関数としてトラッカーによって記録され、動きのパターンを探すために分析されうる角度の2次元マップを形成する。
図3Bに、レトロリフレクターターゲット26を追跡するレーザービーム46を示す。この場合、トラッカー10からターゲット26までの距離が測定される。ADMまたは干渉計の読み取り値は、時間の関数としてトラッカー10によって記録され、動きのパターンを探すために分析されうる距離の1次元マップを形成する。3次元空間内のパターンを探すために図3Aと図3Bとの複合動作もレーザートラッカー10によって評価されうる。
角度、距離、または3次元空間における変動はすべて、空間パターンの例として考えられうる。空間パターンは、通常のレーザートラッカー測定の間に絶えず観測される。観測されるパターンの可能な範囲内で、いくつかのパターンは、関連付けられたレーザー・トラッカー・コマンドを有しうる。コマンドとみなされうる、今日使用されている1つのタイプの空間パターンがある。このパターンは、測定後に物体の表面から離れる動きである。例えば、作業者が、物体の外径を得るためにSMRで物体上のいくつかの点を測定し、次いでSMRを物体の表面から離した場合、外径が測定されていたことは明らかである。作業者が内径を測定した後にSMRを表面から離した場合、内径が測定されていたことは明らかである。同様に、作業者がプレートを測定した後にSMRを上方に動かした場合、プレートの上面が測定されていたことが理解される。物体のどの側が測定されているかを知ることは重要である。というのは、SMRの中心から外面までの距離であるSMRのオフセットを除去する必要があるからである。SMRを物体から離すこの動作が、レーザートラッカー測定と関連付けられたソフトウェアによって自動的に解釈される場合には、SMRの動きは、「動きの方向からSMRオフセットを差し引く」ことを指示するコマンドと考えられうる。したがって、本明細書で説明するように、空間パターンに基づく他のコマンドに加えてこの第1のコマンドを含めると、複数のコマンドが存在する。言い換えれば、複数のトラッカーコマンドと複数の空間パターンとの間には対応関係がある。
本出願におけるすべての考察では、レーザートラッカーのためのコマンドの概念は、特定の測定の文脈内で理解されるべきであることを理解されたい。例えば、レトロリフレクターの動きはレトロリフレクターターゲットが測定していたのが内径かそれとも外径かを指示するものであるとされた上記の状況においては、この記述は円形の輪郭を有する物体を測定するトラッカーの文脈においてのみ正しいはずである。
図3Cに、レトロリフレクターターゲット26を追跡するレーザービーム46を示す。この場合、レトロリフレクターターゲット26は固定されており、トラッカー10は3次元座標を測定する。例えば、後述するコマンドタブレットが特定の3次元位置に位置する場合などのように、測定ボリューム内の特定の位置に特別な意味が割り当てられてもよい。
図3Dに、レトロリフレクターターゲット26に到達するのを阻止されているレーザービーム46を示す。レーザービーム46を交互に遮断および遮断解除することによって、トラッカー10に返される光パワーのパターンが、位置検出器および距離計を含むトラッカー測定システムによって確認される。この返されるパターンの変動は、トラッカーによって記録され、パターンを探すために分析されうる時間の関数としてのパターンを形成する。
レーザートラッカーに返される光パワーのパターンは、多くの場合、通常の測定の間に確認される。例えば、レーザービームがレトロリフレクターに到達するのを阻止し、次いで、後で、おそらくはレトロリフレクターをトラッカーから新しい距離まで動かした後に、レトロリフレクターを用いてレーザービームを再捕捉するのが一般的である。レーザービームを遮断し、次いでレーザービームを再捕捉するこの動作は、レトロリフレクターが新しい位置まで動かされた後に再捕捉されるべきであることを指示する単純なタイプのユーザーコマンドであると考えられうる。したがって、本明細書で説明するように、光パワーの時間的変動に基づく他のコマンドに加えてこの第1の単純なコマンドを含めると、複数のコマンドが存在する。言い換えれば、複数のトラッカーコマンドと、レーザートラッカー上に配置されたセンサーによって受け取られる光パワーの変動に基づく複数のパターンとの間には対応関係がある。
光パワーの変化は、多くの場合、レーザービームがレーザートラッカーに戻るのを阻止される通常の測定の間に確認される。そのような動作は、「トラッキングの停止」または「測定の停止」を指示するコマンドとして解釈されうる。同様に、レトロリフレクターがレーザービームを遮るように動かされてもよい。そのような単純な動作は、「トラッキングの開始」を指示するコマンドとして解釈されうる。これらの単純なコマンドは、本特許出願の関心対象ではない。このため、本明細書で論じられるコマンドは、少なくとも光パワーの減少に続く光パワーの増加を含む光パワーの変化を伴う。
図3Eに、6自由度(DOF)プローブ110を有するレトロリフレクター26を追跡するレーザービーム46を示す。多くのタイプの6自由度プローブが可能であり、図3Eに示す6自由度プローブ110は単なる代表例であり、その設計を限定するものではない。トラッカー10は、プローブの傾斜角の角度を見つけることができる。例えば、トラッカーは、プローブ110のロール角、ピッチ角およびヨー角を時間の関数として見つけて記録しうる。角度の集合を分析してパターンを探すことができる。
図4A〜図4Cに、作業者が、例示的なレーザートラッカー10がそのカメラシステムを使用して解釈するジェスチャーパターンを伝達するための感知手段を示す。図4Aに、レトロリフレクターターゲット26の動きを観測するカメラ52を示す。カメラ52は、ターゲット26の角位置を時間の関数として記録する。これらの角度は後でパターンを探すために分析される。レトロリフレクターターゲット26の角運動を追従するのに必要なカメラは1つだけでよいが、第2のカメラはターゲットまでの距離の計算を可能にする。任意選択の光源54はターゲット26を照射し、それによって背景画像の中央での識別が容易になる。加えて、光源54は、ターゲット識別をさらに単純化するようにパルス化されてもよい。
図4Bに、レトロリフレクターターゲット26の動きを観測するカメラ52を示す。カメラ52はターゲット26の角位置を記録し、三角測量を使用してターゲット26までの距離を時間の関数として計算する。これらの距離は後でパターンを探すために分析される。任意の光源54がターゲット26を照射する。
図4Cに、固定されているレトロリフレクターターゲット26の位置を観測するカメラ52を示す。トラッカー10は、ターゲット26の3次元座標を測定する。例えば、後述するコマンドタブレットが特定の3次元位置に位置する場合などのように、測定ボリューム内の特定の位置に特別な意味が割り当てられてもよい。
図5A〜図5Dに、作業者が、例示的なレーザートラッカー10がそのカメラシステムをアクティブ光源と組み合わせて使用して解釈するジェスチャーパターンを伝達するための感知手段を示す。図5Aに、アクティブ・レトロリフレクター・ターゲット120を観測するカメラ52を示す。アクティブ・レトロリフレクター・ターゲットは、光源122と、光源122をオン、オフにする制御ボタン124とが取り付けられたレトロリフレクターターゲット126を含む。作業者は、制御ボタン124を所定のパターンでオン・オフして、カメラ52によって確認され、トラッカー10によって分析されるパターンで光源122を点灯する。
図5Aの別の動作モードは、作業者が、例えば、左右の動きおよび上下の動きを使用して与えられうるコマンドを合図している間のみ制御ボタン124を押さえることである。この時間中だけ制御ボタン124を押さえることにより、トラッカー10での解析および分析が単純化される。制御ボタン124が押さえられているか否かにかかわらず、トラッカーが動きのパターンを得ることができるいくつかの方法がある。(1)カメラ52は光源122の動きを追従することができる、(2)カメラ52は、光源54(例えば、図4A〜図4C参照)によって任意選択で照射されるレトロリフレクター126の動きを追従することができる、または(3)レーザートラッカー10のトラッキングシステムおよび測定システムは、レトロリフレクター126の動きを追従することができる。加えて、トラッカーが測定データを収集するためにレトロリフレクター126を追従している間に、作業者が、同時に、制御ボタン124を上下に押して、トラッカーにコマンドを発行するLED発光の時間パターンを生成することも可能である。
図5Bに、6自由度プローブ130上の光源132を観測するカメラ52を示す。6自由度プローブ130は、レトロリフレクター136と、光源132と、制御ボタン134とを含む。作業者は、制御ボタン134を所定のやり方でオン・オフして、カメラ54によって確認され、トラッカー10によって分析されるパターンで光源132を点灯する。
図5Bの代替の動作モードは、作業者が、例えば、左右の動きおよび上下の動きまたは回転を使用して与えられうるコマンドを合図している間のみ制御ボタン134を押さえることである。この時間中だけ制御ボタン134を押さえることにより、トラッカー10での解析および分析が単純化される。この場合、トラッカーが動きのパターンを得ることができるいくつかの方法がある。(1)カメラ52は光源132の動きを追従することができる、(2)カメラ52は、光源54(例えば、図4A〜図4C参照)によって任意選択的に照射されるレトロリフレクター136の動きを追従することができる、または(3)レーザートラッカー10のトラッキングシステムおよび測定システムは、6自由度ターゲット130の動きまたは回転を追従することができる。
図5A、図5Bはまた、特定の位置を指示するために使用することもできる。例えば、アクティブ・レトロリフレクター・ターゲット120の球面上の点または6自由度プローブ130の球面上の点を、カメラ52によって決定されうる位置を提供する物体に対して保持することができる。例えば、図12を参照して説明されるコマンドタブレットが特定の3次元位置に位置する場合などのように、測定ボリューム内の特定の位置に特別な意味が割り当てられてもよい。
図5Cに、ワンド140上の光源142を観測するカメラ52を示す。ワンド140は、光源142と制御ボタン144とを含む。作業者は、制御ボタン144を所定のやり方でオン・オフして、カメラ54によって確認され、トラッカー10によって分析される時間パターンで光源142を点灯する。
図5Dに、ワンド140上の光源142を観測するカメラ52を示す。作業者は、ワンド140上の制御ボタン144を押して、光源142を連続的に点灯する。作業者がワンド140を任意の方向に動かす際に、カメラ52はワンド140の動きを記録し、そのパターンがトラッカー10によって分析される。横断(左右、上下)の動きのパターンのみが重要であり、半径方向の動きは重要でない場合には、単一のカメラ52を使用することが可能である。
上述したように、トラッカー10は、レトロリフレクターターゲット26、6自由度ターゲット110もしくは130、アクティブ・レトロリフレクター・ターゲット120、またはワンド140を使用して作業者によって生成された空間位置および時間パターンを検出する能力を有する。これらの空間パターンまたは時間パターンをまとめてジェスチャーと呼ぶ。図3A〜図3E、図4A〜図4C、図5A〜図5Dに示す特定の装置および感知モードは具体例であり、本発明の範囲を限定するものと理解されるべきではない。
図6に、ジェスチャーコマンドを発行し実行する際に作業者およびレーザートラッカー10によって実行されるステップを記載したフローチャート200を示す。ステップ210で、レーザートラッカー10はコマンドを絶えずスキャンする。言い換えると、トラッカーは、図3A〜図3E、図4A〜図4C、図5A〜図5Dに示す1または複数の感知モードを使用して、位置、空間パターン、および時間パターンを記録する。ステップ220で、作業者はコマンドを送る。これは、作業者が、レトロリフレクターターゲット26、6自由度ターゲット110もしくは130、アクティブ・レトロリフレクター・ターゲット120、またはワンド140などの物体に対して適切な動作を行うことによってジェスチャーを生成することを意味する。適切な動作は、特定の絶対座標までの移動、または特定の空間パターンもしくは時間パターンを生成する動きを伴いうる。
ステップ230で、トラッカー10は、作業者によって送られたばかりのコマンドを傍受して解析する。トラッカー10は、動く物体からの空間情報および時間情報を感知して記録することによってコマンドを傍受する。トラッカー10は、おそらくはトラッカー内の計算能力を使用してコマンドを解析して、データストリームを適切なサブユニットに分割し、アルゴリズムに従ってサブユニットによって形成されたパターンを識別する。使用されうるアルゴリズムのタイプについては後述する。
ステップ240で、トラッカーは、コマンドが受け取られたことを確認する。確認は、例えば、トラッカー上に位置する点滅光の形態であってもよい。確認は、コマンドが明確に受け取られたか、文字化けしており、または不完全であるか、それとも何らかの理由で実行することが不可能であるかに応じていくつかの形態をとりうる。これら異なる条件の各々に対する信号を多種多様な方法で与えることができる。例えば、異なる色のランプや、異なるパターンまたは点滅の持続時間が可能であろう。可聴音をフィードバックとして使用することもできる。
ステップ250で、トラッカー10は、コマンドが文字化けしているかどうかを確認する。言い換えれば、受け取ったコマンドの意味は不明確か?である。コマンドが文字化けしている場合、フローはステップ210に戻り、そこでトラッカー10は引き続きコマンドをスキャンする。そうでない場合、フローはステップ260に進み、そこでトラッカー10はコマンドが不完全であるかどうかを確認する。言い換えれば、コマンドを完全に定義するために、より多くの情報が必要か?である。コマンドが不完全である場合、フローはステップ210に戻り、そこでトラッカー10は引き続きコマンドをスキャンする。そうでない場合、フローはステップ270に進む。
ステップ270で、トラッカー10は、コマンドによって要求される動作を実行する。場合によっては、動作はトラッカー側と作業者側の両方で複数のステップを必要とする。そのような場合の例を以下で考察する。ステップ280で、トラッカー10は、測定が完了したことを合図する。次いでフローはステップ210に戻り、そこでトラッカーは引き続きコマンドをスキャンする。
図7に、作業者がコマンドを送るステップ220が、ステップ222−プロローグ、ステップ224−指令、およびステップ226−エピローグの3ステップを含むことを示す。プロローグステップとエピローグステップとは任意選択である。コマンドの指令部分は、従うべき命令を伝達するコマンドの部分である。コマンドのプロローグ部分はトラッカーに、コマンドが開始しており、指令が間もなく与えられることを指示する。コマンドのエピローグ部分はトラッカーに、コマンドが終了したことを指示する。
図8〜図10に、例示的なコマンドセットに対応する2つの例示的なジェスチャーセット(「例1ジェスチャー」および「例2」ジェスチャー)を示す。図8〜図10の左端の列に、例示的なコマンドセットを示す。これらのコマンドの一部は、FARO CAM2ソフトウェアから取られたものである。他のコマンドは、SMX InsightソフトウェアやFAROレーザートラッカーに同梱されているユーティリティソフトウェアなどの他のソフトウェアから取られたものである。これらの例以外に、コマンドは他のソフトウェアから取得されてもよく、単に特定の必要のために生成されてもよい。図8〜図10のそれぞれの第2列に、利用できる場合には、CAM2ソフトウェア内のソフトウェアショートカットを示す。作業者は、キーボード上でこのソフトウェアショートカットを押して、対応するコマンドを実行しうる。図8〜図10の第3列および第4列に、特定のコマンドを表すのに使用されうるいくつかの空間パターンを示す。2次元空間パターンは、例えば、図3A、図4Aまたは図5Dに示す方法を使用して感知されうる。
図8〜図10の第3列および第4列のジェスチャーの各々について、開始位置は小さな円で指示されており、終了位置は矢印で指示されている。図8〜図10の第3列のジェスチャーは、単純な形状、すなわち、円、三角形、または正方形である。この列に示されている28形状は、各々の向きおよび開始位置によって互いに区別される。対照的に、図8および図9の第4列の形状は、実行されるべきコマンドを示唆している。第3列の形状の主な利点は、これらがコンピュータにとってコマンドとして認識、解釈しやすいことである。この局面については、以下でより詳細に論じる。図8および図9の第4列の形状の主な利点は、これらが作業者にとって覚やすいことである。
図11A〜図11Fに、ジェスチャーで使用されうるいくつかの代替の空間パターンを示す。図11Aに単一ストロークを示し、図11Bに英数字を示し、図11Cに単純な形状を示し、図11Dに、パスが1回後戻りまたは反復される単純なパスを示し、図11Eに、2つ以上のより単純なパターンから形成される複合パスを示し、図11Fに、2文字以上から形成されるパターンを示す。
図12に、例示的なコマンドタブレット300を示す。作業者は、測定が行われている位置の近くの好都合な場所までコマンドタブレット300を運ぶ。コマンドタブレット300は、ノート紙以上のサイズを有する剛性材料で作られていてよい。作業者はコマンドタブレット300を適切な面に配置し、様々な手段を使用してターゲットを所定の位置に保持しうる。そのような手段には、テープ、磁石、熱接着剤、鋲またはマジックテープ(登録商標)が含まれうる。作業者は、レトロリフレクター26で基準位置310、312、および314にタッチすることによって、レーザートラッカー10の基準系でのコマンドタブレット300の位置を確立する。所与の環境で複数のコマンドタブレットを使用することも可能であろう。コマンドタブレット位置を見つけるための例示的な手順について以下で論じる。
コマンドタブレット300は、いくつかの正方形に分割されうる。基準位置の正方形310、312、および314に加えて、図8〜図10のコマンドの正方形と、ターゲットタイプ、ネストタイプ、方向、および数に対応する他の正方形とがある。例示的なコマンドタブレット300のレイアウトおよび内容は単に示唆的であるにすぎず、コマンドタブレットは事実上、多種多様な方法で設計されうる。特定の作業用にカスタム・コマンド・タブレットが設計されてもよい。
レーザートラッカー10にコマンドを合図するために、作業者は、コマンドタブレット300上の所望の正方形にレトロリフレクターをタッチさせる。作業者によるこの動作は、図200のステップ220に対応する。動作の感知は、例えば、図3Cまたは図4Cに示す方法によって行われうる。複数の数字を伴うシーケンス(例えば、3.50という数字)が入力される場合には、正方形3、正方形点、正方形5、および正方形0が順番にタッチされることになる。後述するように、正方形が読み取られることをトラッカーに指示する様々な方法がある。1つの可能な方法は、事前設定された時間、例えば少なくとも2秒間待機することである。トラッカーはその場合、例えば、トラッカーが正方形の内容を読み取ったことを指示する、点滅光であってもよい、信号を与える。数字のシーケンス全体が入力されると、作業者は所定の方法でシーケンスを終了させることができる。例えば、合意された終止符は、基準点のうちの1つに触れることであってもよい。
コマンドタブレット300は、レーザートラッカーの代わりに多関節腕CMMと共に使用されてもよい。多関節腕CMMは、一端部で固定ベースに取り付けられたいくつかの関節セグメントと、他端部のプローブ、スキャナー、またはセンサーとを含む。例示的な多関節腕CMMは、参照により本明細書に組み入れられるRaabらの米国特許第6935036号明細書および参照により本明細書に組み入れられるRaabらの米国特許第6965843号に記載されている。レーザートラッカーを使用する場合にレトロリフレクターターゲットをコマンドタブレット300の正方形と接触させるのと同じ方法でプローブチップをコマンドタブレット300の正方形と接触させる。多関節腕CMMは典型的には、レーザートラッカーが行うよりもずっと小さい測定ボリュームにわたって測定を行う。このため、多関節腕CMMを使用する場合、コマンドタブレット300を取り付けるのに好都合な場所を見つけることは通常容易である。コマンドタブレット300に含まれる特定のコマンドは、レーザートラッカーのコマンドとは異なる、多関節腕CMMに適したコマンドに適合される。コマンドタブレットを多関節腕CMMと共に使用する利点は、コマンドタブレットが作業者から、プローブを置き、コンピュータまで移動し、多関節腕CMMに戻る前にコマンドを入力する不便さおよび損失時間を省くことである。
次に、図13〜図16に、ジェスチャーがどのように使用されうるかの4つの例を示す。図13に、例示的なレーザートラッカー10の基準点を設定するのに使用されるジェスチャーを示す。先の考察から、自動リセットがレーザートラッカーの可能なオプションモードであることを想起されたい。レーザートラッカーが自動リセットオプションに設定された場合には、ビームパスが遮断されると常に、レーザービームは基準位置に向けられる。一般的な基準位置はトラッカーのホームポジションであり、レーザートラッカーの本体に永続的に取り付けられた磁気ネストの位置に対応する。あるいは、ビームが遮断されたときに作業者がトラッカーまで戻る必要をなくすために作業ボリュームに近い基準点が選択されてもよい。(通常、この機能は、トラッカーがADMではなく干渉計を使用して測定を行う場合に最も重要である)。
図13では、フローチャート400に示される動作は、ジェスチャーを使用して基準点を設定するために実行される。ステップ420で、作業者は、図10の「基準点の設定」に示されたパターンでターゲットを動かす。この場合のターゲットは、例えば、図3Aに示すような、レトロリフレクター26であってもよい。ステップ430で、レーザートラッカー10はコマンドを傍受して解析し、コマンドが受け取られたことを確認する。この場合、確認の形式は、トラッカーのフロントパネル上の赤いランプの2回点滅である。しかし、異なる色やパターン、または可聴音などの他のフィードバックが使用されてもよい。ステップ440で、作業者はSMR26を、基準位置を定義する磁気ネスト内に配置する。レーザートラッカー10は、SMR26の位置データを絶えず監視し、SMR26が静止するとそれを認める。SMRが5秒間静止している場合、トラッカー10は作業者がSMRをネストに意図的に配置したと認識し、トラッカーはステップ450によって測定を開始する。測定が行われている間、例えば、トラッカーパネル上の赤いランプが点灯しうる。測定が完了すると、赤いランプは消灯する。
図14では、フローチャート500に示される動作は、3次元空間における例示的なコマンドタブレット300の位置を確立するために実行される。先の考察から、コマンドタブレット300は3つの基準位置310、312、および314を有することを想起されたい。これらの3つの位置にレトロリフレクターターゲットをタッチさせることによって、3次元空間におけるコマンドタブレット300の位置を見つけることができる。ステップ510で、作業者は、図9の「コマンドタブレットの初期設定」に示されたパターンでターゲットを動かす。この場合のターゲットは、例えば、図3Aに示すような、レトロリフレクター26であってもよい。ステップ520で、レーザートラッカー10は、コマンドを傍受して解析し、赤いランプを2回点滅させることによってコマンドが受け取られたことを確認する。ステップ530で、作業者は3つの基準点のうちの1つに対してSMR26を保持する。レーザートラッカー10は、SMR26の位置データを絶えず監視し、SMRが静止するとそれを認める。ステップ540で、SMR26が5秒間静止している場合、トラッカー10は、SMR26の位置を測定する。ステップ550で、作業者は3つのうちの第2の基準点に対してSMR26を保持する。ステップ560で、SMR26が5秒間静止している場合、トラッカー10は、SMR26の位置を測定する。ステップ570で、作業者は3つのうちの第3の基準点に対してSMR26を保持する。ステップ580で、SMR26が5秒間静止している場合、トラッカー10は、SMR26の位置を測定する。ここでトラッカー10は3つの基準点の各々の3次元位置を知っており、これらの3つの点から3つの点対間の距離を計算することができる。ステップ590で、トラッカー10は、点間の既知の距離を、点間の計算された距離と比較することによって誤りを探索する。差が大きすぎる場合、ステップ595で、適切な指示によって信号誤りが指示され、指示は5秒間の赤いランプの点滅であってもよい。
図15では、フローチャート600に示される動作は、ジェスチャーを使用して円を測定するために実行される。ステップ610で、作業者は、図8の「円の測定」に示されたパターンでターゲットを動かす。この場合のターゲットは、例えば、図3Aに示すような、レトロリフレクター26であってもよい。ステップ620で、レーザートラッカー10は、コマンドを傍受して解析し、赤いランプを2回点滅させることによってコマンドが受け取られたことを確認する。ステップ630で、作業者はワークに対してレトロリフレクター26を保持する。例えば、作業者が円形穴の内側を測定している場合、作業者はSMRを穴の内側の部分に当てる。レーザートラッカー10は、レトロリフレクター26の位置データを絶えず監視し、SMRが静止するとそれを認める。ステップ640で、レトロリフレクター26が5秒間静止した後、赤いランプが点灯し、トラッカー10はレトロリフレクター26の位置の連続測定を開始する。ステップ650で、作業者は、関心対象の円に沿ってレトロリフレクター10を動かす。ステップ660で、十分な点が収集されると、作業者はレトロリフレクター26を測定されている物体の表面から離す。レトロリフレクター26の動きは、測定が完了したことを指示する。またレトロリフレクター26の動きは、レトロリフレクターターゲット26が測定しているのが内径かそれとも外径かも指示し、アプリケーションソフトウェアがレトロリフレクター26の半径を説明するためにオフセット距離を除去することを可能にする。ステップ670で、トラッカー10は、必要な測定データが収集されたことを指示するために赤いランプを2回点滅させる。
図16では、フローチャート700に示される動作は、レーザートラッカー10からのレーザービームが遮断された後でレトロリフレクターを取得するために実行される。ステップ710で、作業者は、図10の「SMRの取得」に示されたパターンでレトロリフレクターを動かす。この場合のターゲットは、例えば、図4Aに示すような、レトロリフレクター26であってもよい。この手順の始めには、SMRはSMRを取得しておらず、よって図3A〜図3Eに示すモードは使用できない。代わりに、カメラ52および光源54が、レトロリフレクター26を位置特定するために使用される。ステップ720で、レーザートラッカー10は、コマンドを傍受して解析し、赤いランプを2回点滅させることによってコマンドが受け取られたことを確認する。同時に、レーザートラッカー10は、レトロリフレクター26の中心に向けてレーザービーム46を発射する。ステップ730で、トラッカー10は、レーザービームがレトロリフレクター26によって捕捉されたかどうかを確認する。ほとんどの場合、レーザービームは、トラッカー内の位置検出器のアクティブ領域内に当たるようにレトロリフレクター26の中心の十分に近くに発射される。この場合、トラッカー・サーボ・システムは、レーザービームを位置検出器の中心に向かわせる方向にレーザービームを発射し、またこれによりレーザービームはレトロリフレクター26の中心に進む。その後、通常のトラッキングが行われる。レーザービームが、トラッカー内の位置検出器に当たるのに十分なほどレトロリフレクター26の中心の近くに発射されない場合、1つの可能な方法は、ステップ740に示すように螺旋探索を行うことである。レーザートラッカー10は、レーザービームを開始方向に向け、次いでビームを絶えず広がる螺旋状に向けることによって螺旋探索を実行する。螺旋探索を実行するか否かは、レーザートラッカーまたはレーザートラッカーと共に使用されるアプリケーションソフトウェアでオプションとして設定することができる。迅速に移動するターゲットに適しうる別のオプションは、レーザービームがレトロリフレクターによって捕捉されるまで、またはタイムアウトが発生するまで、ステップ720を反復的に繰り返すことである。
図7を参照して前述したように、作業者は、任意選択のプロローグ、指令、および任意選択のエピローグの3つのステップを使用してコマンドを送る。トラッカー10が絶えずデータを解析しており、所望のパターンが生成されたときに迅速に応答できる場合には、プロローグもエピローグもなしで指令のみを使用することが可能である。同様に、作業者がコマンドタブレット300上の位置にタッチする場合にも、コマンドは、プロローグもエピローグも必要とせずにトラッカーに明らかになるはずである。他方、トラッカーが作業者によって生成されたパターンに即時に応答するのに十分なほど迅速に解析できない場合、または作業者が意図せずにコマンドパターンを生成する可能性がある場合には、プロローグ、エピローグ、またはその両方を使用することが必要となりうる。
単純なプロローグまたはエピローグの例は、単にターゲットの動きの休止であり、これは、図3A〜図3E、図4A〜図4C、および図5A〜図5Dに示すターゲットのいずれかであってもよい。例えば、作業者は、パターンの開始前に1または2秒間、パターンの終わりに1または2秒間休止してもよい。このように休止することによって、図8〜図10ではそれぞれ円および矢印によって、図11ではそれぞれ円および正方形によって指示される各ジェスチャーの開始位置および終了位置は、トラッカーまたはコンピュータ内の解析ソフトウェアによってより理解されやすくなる。
単純なプロローグまたはエピローグの別の例は、トラッカーからのレーザービームの迅速な遮断および遮断解除である。例えば、作業者は、4桁の数字の各々の間にスペースが生じるように指を広げてもよい。その後、レーザービームを横切って指を迅速に動かすことによって、ビームは迅速に4回連続して遮断され、遮断解除されることになる。そのような時間パターンは、「4本指敬礼(four finger salute)」と呼ばれることもあり、レーザートラッカーによって容易に認識される。返されるレーザー出力の時間的変動に基づく感知モードは、パッシブターゲットで図3Dに、アクティブターゲットで図5A〜図5Cに示されている。
ジェスチャーコマンドにプロローグまたはエピローグを使用すること以外に、レーザートラッカーによる動作の開始時にあるタイプのプロローグが必要になることもある。例えば、図13〜図15の例では、コマンドが与えられた後、トラッカー測定が行われる前に5秒間の待機が発生する。この待機の目的は、作業者に、測定開始前にレトロリフレクターターゲットを所定の位置に置くための時間を与えることである。当然ながら、5秒間の時間は任意であり、任意の所望の値に設定することができる。加えて、測定が開始されるべきであると指示する他の表示を使用することも可能であろう。例えば、測定の準備ができていることを指示するのに、時間遅延ではなく4本指敬礼を使用することも可能であろう。
図5A〜図5Dに示すようなアクティブターゲットは、治工具のセットアップやデバイスアセンブリなどの用途において有用である。治工具とは、他の装置の製造を支援するために作られたタイプの装置である。自動車製造や航空宇宙製造などの分野では、厳しい仕様に合わせて工具が構築される。レーザートラッカーは、そのような治工具の組立てと検査の両方に役立つ。多くの場合、治工具の構成要素を互いに対して位置合わせする必要がある。レトロリフレクター26などの単一のレトロリフレクターターゲットを使用して、治工具の各要素を適正に位置合わせするための座標系を確立することができる。しかし、複雑な治工具では、これは多くの反復測定を伴いうる。代替方法は、治工具要素に複数のレトロリフレクターターゲットを取り付け、次いでこれらのすべてを迅速に連続して測定することである。そのような迅速な測定が、今日、絶対距離計やカメラシステム(構成要素52、54など)などの最新のトラッカー技術によって可能になっている。複数のレトロリフレクターが治工具に直接取り付けられている場合には、作業者がこれらのレトロリフレクターのうちの1つを使用してジェスチャーコマンドを生成することは困難または非効率的でありうる。図5Cまたは図5Dに示す140のようなワンドを使用した方がより好都合でありうる。作業者は、ワンドを使用して、治工具に取り付けられたレトロリフレクターを妨げずに、迅速にコマンドを与えることができる。そのようなワンドは、作業者の両手で自由に組立ておよび調整を行えるようにしておくために、ハンマーまたは類似の装置の端部に取り付けられていてよい。ある場合には、図5Aおよび図5Bにそれぞれ示すような別個のレトロリフレクターまたは6自由度プローブが治工具のセットアップ時に必要とされうる。基本のSMRまたは6自由度プローブに光源と制御ボタンを追加することにより、作業者は非常に柔軟な方法でコマンドを発行することができる。
図5A〜図5Dに示すようなアクティブターゲットもまた、デバイスアセンブリにおいて有用である。最新の傾向は、自動化された治工具アセンブリではなく、レーザートラッカーを使用したフレキシブルアセンブリである。トラッカー手法の重要な利点は、事前準備がほとんど必要ないことである。今日そのような組立てが実現されている要因の1つは、CADソフトウェア図面をレーザートラッカーによって作成された測定値と一致させるソフトウェアが利用できることである。組み立てられる各部品にレトロリフレクターを配置して、レーザートラッカーでレトロリフレクターを順次に測定することにより、「遠い」を指示する赤、「近づいている」を指示する黄色、および「十分に近い」を指示する緑などの色を使用して、アセンブリの近接度をコンピュータディスプレイに示すことができる。アクティブターゲットを使用すれば、作業者は、組立てプロセスを最適化する方法で選択したターゲットまたはターゲット群を測定するコマンドを与えることができる。
複数のレトロリフレクターは、多くの場合、単一の測定ボリューム内に位置する。複数のレトロリフレクターを用いた治工具のセットアップおよびデバイスアセンブリの例については上述した。これらの例は、アクティブターゲットが特に有用でありうることを示した。他の場合には、レーザートラッカーが複数のパッシブレトロリフレクターの動きを認識する能力が有用となりうる。例えば、板金スタンピングプレスなどの治工具上に複数のレトロリフレクターが配置されており、作業者は、治工具の各操作後にターゲット測量を行いたいと仮定する。この測量では、治工具の繰り返し精度を確認するために、各ターゲットの座標を順次測定する。作業者が初期測量座標をセットアップするための簡単な方法は、各レトロリフレクターをそのネストから順次持ち上げ、所定のジェスチャーパターンに従ってレトロリフレクターをあちこち動かすことである。トラッカーはパターンを認識すると、そのネスト内のレトロリフレクターの座標を測定する。作業者がレトロリフレクターを都合よく切り換えることを可能にする広い視野にわたってジェスチャーパターンを認識することがトラッカーカメラの機能である。
前述したように、ジェスチャーパターンを識別し、それらをコマンドとして解釈するために使用できるいくつかの異なるタイプの方法またはアルゴリズムがある。ここで本発明者らはいくつかの方法を提案するが、多種多様な方法やアルゴリズムを使用することができ、それらは等しくうまく機能するはずであることも認識している。先に説明したように、(1)単一点絶対位置、(2)時間パターン、および(3)動きパターンの3つの主要なタイプの関心対象パターンがある。単一点絶対位置を認識することがこれらの3つのカテゴリの中で最も簡単であることはほぼ間違いない。この場合、トラッカーは、単に、測定された座標を比較して、これらがコマンドタブレット300の表面上の座標に対する指定公差内に一致するかどうかを確認するだけでよい。
時間パターンも比較的容易に識別できる。特定のパターンは、例えば、特定の回数のオン/オフ繰り返しから構成されてもよく、許容されるオン・オフの回数に追加の制約が課されてもよい。この場合、トラッカー10は、単に、オン・オフの回数を記録し、既定のパターンとの一致が存在するかどうかを周期的に確認するだけでよい。当然ながら、トラッカーに信号を送るランプを完全に消すのではなく、パワーレベルを下げることも可能である。再帰反射レーザー出力のレベルの低下は、NDフィルター、偏光子、絞りの使用などの多くの手段によって得ることができる。
動きパターンは、1次元、2次元または3次元で解析されうる。半径方向距離の変化は、1次元の動きの一例である。横断(上下、左右)の動きの変化は、2次元測定の一例である。半径方向寸法および横断寸法の変化は、3次元測定の一例である。当然ながら、関心対象の寸法は、レーザー・トラッカー・システムによって現在監視されている寸法である。解析および認識のタスクを単純化するのに役立つ1つの方法は、それが一定の範囲内の時間と空間で行われるよう要求することである。例えば、パターンは、200mm〜800mm(8インチ〜32インチ)の範囲内にあり、1秒〜3秒間で完了することが必要とされうる。横断の動きの場合、トラッカーはそれらの動きを角度の変化として認識し、ラジアン単位のこれらの角度にターゲットまでの距離を掛けてパターンのサイズを取得しなければならない。許容されるパターンを特定の範囲内の時間と空間に制限することによって、多くの動きを、ジェスチャーコマンドとしてのさらなる考察から除外することができる。残りの動きは、様々な方法で評価されうる。例えば、データは、認識されたジェスチャーパターンのいずれかとの潜在的な一致が存在するかどうかを確認するために周期的に評価されるバッファに一時的に格納されてもよい。特に識別しやすいジェスチャーの動きパターンの特殊な事例は、ジェスチャーが行われていることを指示するランプ122を点灯するために図5Aのコマンドボタン124が押される場合である。コンピュータはその場合、単に、ランプ122が点灯されたときに行われたパターンを記録し、次いでそのパターンを評価して、有効なジェスチャーが生成されたかどうかを確認するだけでよい。作業者がコマンドボタン134を押して図5Bのランプ132を点灯し、またはコマンドボタン144を押して図5Dのランプ142を点灯する場合にも、同様の手法をとることができる。
これらの3つの主要なパターン以外に、パッシブオブジェクトまたはパッシブオブジェクトとレトロリフレクターの組み合わせを使用して生成されたパターンを生成することも可能である。例えば、トラッカー上のカメラは、特定のサイズのパッシブな赤い正方形がSMRの1インチ以内に持ち込まれると常に、特定のコマンドが与えられたと認識しうる。
3つの主要なパターンのうちの2つを組み合わせることも可能である。例えば、移動速度を特定の空間パターンと組み合わせて、パターンタイプ2とパターンタイプ3とを組み合わせることも可能である。別の例として、作業者は、急に上げ、続いてゆっくり戻す動きを含む鋸歯状パターンを有する特定のコマンドを送ってもよい。同様に、加速が使用されてもよい。例えば、フリック動作を使用して、レーザービームを物体の周りで特定の方向に「投射」してもよい。
変化はパターンのタイプ内でも可能である。例えば、空間パターンのカテゴリ内では、小さい正方形(例えば、一辺が3インチ(約7.62cm))と大きい正方形(例えば、一辺が24インチ(60.96cm))とを区別することが可能である。
上述のアルゴリズムの方法は、図17に示す処理システム800によって実施される。処理システム800は、トラッカー処理ユニット810と、任意選択でコンピュータ80とを含む。処理ユニット810は少なくとも1つのプロセッサ(または処理回路)を含み、これは、マイクロプロセッサ、デジタル信号プロセッサ(DSP)、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ(FPGA)、または同様のデバイスであってよい。情報を処理し、内部トラッカーのプロセッサにコマンドを発行するための処理能力が提供される。そのようなプロセッサには、位置検出器プロセッサ812、方位エンコーダプロセッサ814、天頂エンコーダプロセッサ816、表示灯プロセッサ818、ADMプロセッサ820、干渉計(IFM)プロセッサ822、およびカメラプロセッサ824が含まれうる。ジェスチャーパターンの評価または解析を支援するジェスチャープリプロセッサ826が含まれていてもよい。補助ユニットプロセッサ870は、任意選択で、トラッカーのプロセッサユニット810内の他のプロセッサのためのタイミングおよびマイクロプロセッササポートを提供する。補助ユニットプロセッサ870はデバイスバス830によって他のプロセッサと通信でき、デバイスバス830は、当技術分野で周知のように、データパケットによってトラッカー全体に情報を転送しうる。計算能力は、トラッカー処理ユニット810全体に分散されていてよく、DSPおよびFPGAはトラッカーセンサーによって収集されたデータの中間計算を行う。これらの中間計算の結果は補助ユニットプロセッサ870に戻される。前に説明したように、補助ユニット70は、長いケーブルを介してレーザートラッカー10の本体に取り付けられていてもよく、トラッカーがコンピュータ80に直接(または任意選択で)接続するようにレーザートラッカーの本体内に引き込まれてもよい。補助ユニット870は、接続840によってコンピュータ80に接続されてよく、接続840は、例えば、イーサネット(登録商標)ケーブルや無線接続であってよい。補助ユニット870とコンピュータ80とは、接続842、844を介してネットワークに接続されてよく、接続842、844は、例えば、イーサネットケーブルや無線接続であってよい。
センサーデータの前処理は、プロセッサ812〜824のいずれかによってジェスチャー内容について評価されうるが、ジェスチャー前処理を実行するように特に指定されたプロセッサ826があってもよい。ジェスチャープリプロセッサ826は、マイクロプロセッサ、DSP、FPGA、または同様のデバイスであってよい。ジェスチャープリプロセッサ826は、ジェスチャー内容について評価されるべきデータを格納するバッファを含んでいてよい。前処理されたデータは、最終評価のために補助ユニットに送られてもよく、ジェスチャー内容の最終評価が、ジェスチャープリプロセッサ826によって実行されてもよい。あるいは、生データまたは前処理されたデータが分析のためにコンピュータ80に送られてもよい。
上述したジェスチャーの使用は大部分が単一のレーザートラッカーでの使用に集中しているが、ジェスチャーをレーザートラッカーの集合と共に、またはレーザートラッカーと他の計器との組み合わせと共に使用することも有益である。1つの可能な方法は、1つのレーザートラッカーを、他の計器にコマンドを送るマスターとして指定することである。例えば、各トラッカーによって測定された距離のみを使用して3次元座標が計算されるマルチラテレーション測定において4つのレーザートラッカーのセットが使用されうる。コマンドは単一のトラッカーに与えることができ、このトラッカーがその他のトラッカーにコマンドを中継する。別の可能な方法は、複数の計器がジェスチャーに応答できるようにすることである。例えば、レーザートラッカーが多関節腕CMMを再配置するのに使用されたと仮定する。そのようなシステムの一例が、参照により本明細書に組み入れられるRaabの米国特許第7804602号に記載されている。この場合、レーザートラッカーは、再配置手順においてマスターとして指定されうる。作業者はトラッカーにジェスチャーコマンドを与え、トラッカーは多関節腕CMMに適切なコマンドを送る。再配置手順が完了した後、作業者は、上述したように、コマンドタブレットを使用して多関節腕CMMにジェスチャーコマンドを与えることができる。
図19に、図3A〜図3B、図4A〜図4B、および図5Aを参照した考察に従ってレーザートラッカーにコマンドを伝達するジェスチャーを与える際に実行されるステップ1900を示す。ステップ1910は、コマンドと空間パターンとの間の対応規則を提供することである。ステップ1920は、ユーザーが可能なコマンドの中からコマンドを選択することである。ステップ1930は、ユーザーが所望のコマンドに対応する空間パターンでレトロリフレクターを動かすことである。空間パターンは、横断方向または半径方向であってよい。ステップ1940は、レーザートラッカーからレトロリフレクターに光を投射することである。この光は、レーザートラッカーの光軸に沿って発せられる光ビームであってもよく、レーザートラッカー上に配置されたカメラの近くのLEDによって発せられる光であってもよい。ステップ1950は、レトロリフレクターからレーザートラッカーに光を反射することである。ステップ1960は反射光を感知することである。感知は、トラッカー上に配置されたカメラ内の感光性アレイによって、トラッカー内の位置検出器によって、またはトラッカー内の距離計によって行われうる。ステップ1970は、対応規則に基づいてコマンドを決定することである。ステップ1980は、コマンドを実行することである。
図20に、図3C、図4C、および図5Aを参照した考察に従ってレーザートラッカーにコマンドを伝達するジェスチャーを与える際に実行されるステップ2000を示す。ステップ2010は、コマンドと3次元位置との間の対応規則を提供することである。ステップ2020は、ユーザーが可能なコマンドの中からコマンドを選択することである。ステップ2030は、ユーザーが、おそらくはレトロリフレクターターゲットをコマンドタブレットに接触させることによって、所望のコマンドに対応する位置までレトロリフレクターを動かすことである。ステップ2040は、レーザートラッカーからレトロリフレクターに光を投射することである。この光は、レーザートラッカーの光軸に沿って発せられる光ビームであってもよく、レーザートラッカー上に配置されたカメラの近くのLEDによって発せられる光であってもよい。ステップ2050は、レトロリフレクターからレーザートラッカーに光を反射することである。ステップ2060は反射光を感知することである。感知は、トラッカー上に配置されたカメラ内の感光性アレイによって、トラッカー内の位置検出器によって、またはトラッカー内の距離計によって行われうる。ステップ2070は、対応規則に基づいてコマンドを決定することである。ステップ2080は、コマンドを実行することである。
図21に、図3Dおよび図5Aを参照した考察に従ってレーザートラッカーにコマンドを伝達するジェスチャーを与える際に実行されるステップ2100を示す。ステップ2110は、コマンドと時間パターンとの間の対応規則を提供することである。ステップ2120は、ユーザーが可能なコマンドの中からコマンドを選択することである。ステップ2130は、レーザートラッカーからレトロリフレクターに光を投射することである。この光は、レーザートラッカーの光軸に沿って発せられる光ビームであってもよく、レーザートラッカー上に配置されたカメラの近くのLEDによって発せられる光であってもよい。ステップ2140は、レトロリフレクターからレーザートラッカーに光を反射することである。ステップ2150は反射光を感知することである。感知は、トラッカー上に配置されたカメラ内の感光性アレイによって、トラッカー内の位置検出器によって、またはトラッカー内の距離計によって行われうる。ステップ2160は、ユーザーが、レーザートラッカー上のセンサーによって受け取られた光パワーの時間パターンを生成することである。そのような時間パターンは、以下で論じるように、光ビームを遮断および遮断解除することによって容易に行われる。ステップ2170は、対応規則に基づいてコマンドを決定することである。ステップ2180は、コマンドを実行することである。
図22に、図3Eおよび図5Bを参照した考察に従って6自由度レーザートラッカーにコマンドを伝達するジェスチャーを与える際に実行されるステップ2200を示す。ステップ2210は、コマンドと6自由度ターゲットの姿勢との間の対応規則を提供することである。ステップ2220は、ユーザーが可能なコマンドの中からコマンドを選択することである。ステップ2230は、6自由度レーザートラッカーを使用して、第1の姿勢の6自由度ターゲットの少なくとも1つの座標を測定することである。姿勢は、3つの並進座標(x、y、zなど)と3つの姿勢角度座標(ロール、ピッチ、ヨーなど)とを含む。ステップ2240は、ユーザーが6自由度ターゲットの姿勢の6次元のうちの少なくとも1つを変更することである。ステップ2250は、ユーザーがステップ2240を完了した後に得られる姿勢である、第2の姿勢の少なくとも1つの座標を測定することである。ステップ2260は、対応規則に基づいてコマンドを決定することである。ステップ2270は、コマンドを実行することである。
図23に、レーザートラッカーに、レーザートラッカーからターゲットにレーザービームを向け、ターゲットにロックオンするコマンドを伝達するジェスチャーを与える際に実行されるステップ2300を示す。ステップ2310は、レトロリフレクター上に光を投射することである。この光は、レーザートラッカー上に配置されたカメラの近くのLEDによって発せられる光であってもよい。ステップ2320は、ユーザーがレトロリフレクターを所定の空間パターンで動かすことである。ステップ2330は、レトロリフレクターからレーザートラッカーに光を反射することである。ステップ2340は反射光を感知することである。感知は、例えばトラッカー上に配置されたカメラ内の感光性アレイによって行われうる。ステップ2350は、対応規則に基づいてコマンドを決定することである。ステップ2360は、トラッカーからレトロリフレクターに光ビームを向けることである。ステップ2370は、トラッカーからのレーザービームでレトロリフレクターにロックオンすることである。
図24に、レーザートラッカーに、レーザートラッカーからターゲットにレーザービームを向け、ターゲットにロックオンするコマンドを伝達するジェスチャーを与える際に実行されるステップ2400を示す。ステップ2410は、レトロリフレクター上に光を投射することである。この光は、レーザートラッカー上に配置されたカメラの近くのLEDによって発せられる光であってもよい。ステップ2420は、レトロリフレクターからレーザートラッカーに光を反射することである。ステップ2430は反射光を感知することである。感知は、例えばトラッカー上に配置されたカメラ内の感光性アレイによって行われうる。ステップ2440は、上述したように、所定の時間パターンを生成することである。ステップ2450は、対応規則に基づいてコマンドを決定することである。ステップ2460は、トラッカーからレトロリフレクターに光ビームを向けることである。ステップ2470は、トラッカーからのレーザービームでレトロリフレクターにロックオンすることである。
図25に、レーザートラッカーに、レーザートラッカーからターゲットにレーザービームを向け、ターゲットにロックオンするコマンドを伝達するジェスチャーを与える際に実行されるステップ2500を示す。ステップ2510は、レトロリフレクターに光を投射することである。この光は、レーザートラッカー上に配置されたカメラの近くのLEDによって発せられる光であってもよい。ステップ2520は、6自由度ターゲットの第1の姿勢の少なくとも1つの座標を測定することである。上述したように、この姿勢は3つの並進自由度と3つの姿勢角度自由度とを含む。ステップ2530は、第1の姿勢の少なくとも1つの座標を変更することである。ステップ2540は、6自由度プローブの少なくとも1つの座標が変更された後に得られる姿勢である第2の姿勢の少なくとも1つの座標を測定することである。ステップ2550は、対応規則が満たされたと判断することである。ステップ2560は、トラッカーからレトロリフレクターに光ビームを向けることである。ステップ2570は、トラッカーからのレーザービームでレトロリフレクターにロックオンすることである。
図26に、図1のレーザートラッカー10と同様のレーザートラッカー10Bを示すが、図26のカメラ2610、2620は異なる視野を有するものとして明記されている。一実施形態では、広視野(FOV)カメラ2610は、狭視野カメラ2620よりも広いFOVを有する。レーザートラッカー10Bは、狭視野カメラ2620の入口開口に近接した光源2622をさらに含む。光源2622は、狭視野カメラ2620が敏感な波長範囲で発光するように選択される。一実施形態では、広視野カメラ2610は、少なくとも可視波長に応答し、狭視野カメラは、少なくとも赤外線波長に応答する。他の実施形態では、カメラ2610、2620は、代替のスペクトル領域の光の波長に応答する。
FOVという用語は、本明細書では、カメラから見える角度範囲を意味するのに使用される。例えば、カメラの感光性アレイの対角長がxである場合、焦点距離fを有するカメラレンズでは、画角は、2arctan(x/2f)として定義されうる。当然ながら、FOVの他の定義が使用されてもよく、一般的な概念は、FOVはカメラの感光性アレイによって捕捉されるシーンの角度範囲を表すというものである。一実施形態では、広視野カメラ2610は、40度〜90度の範囲のFOVを有する。別の実施形態では、カメラ2610は、より広いFOV、例えば100度〜180度を有する魚眼レンズである。一実施形態では、狭視野カメラ2620は、0.5度〜20度のFOVを有する。狭視野カメラ2620の小さな角度では、1ラジアンが約60度であることに留意することによってカメラから見える近似直線横断寸法を見つけることができる。その場合、トラッカーから観測点までの距離Rについて、カメラによって観測される横断直線寸法LはおおよそL=R・FOV/60であり、FOVは度数で与えられる。例えば、狭視野カメラ2620が4度のFOVを有し、トラッカーがR=15メートル離れた物点を見ている場合、狭視野カメラ2620の感光性アレイに見える横断直線距離は約(15m)(4)/60=1メートルである。狭視野カメラの感光性アレイが直線寸法に沿って1000画素を有する場合には、狭視野カメラの分解能はほぼ1メートル/1000=1mmである。対照的に、60度のFOVを有する広視野カメラでは、FOVは式2R・tan(60°/2)によってより正確に見出される。例えば、トラッカーから観測点までの距離が15メートルの場合、カメラによって観測される横断長は、(2)(15m)(tan(60°/2))=17.3mである。この寸法が1000画素にわたって広視野カメラ2610の感光性アレイによって撮像される場合には、物点の分解能はほぼ17.3m/1000=17.3mmである。
一実施形態では、3D測定システムは、レーザートラッカー10Bと、レトロリフレクター26と、通信装置2630とを含む。レトロリフレクター26はSMRの形で示されているが、レトロリフレクターは、任意のタイプの再帰反射ターゲット、例えば独立型のコーナーキューブレトロリフレクターやキャットアイレトロリフレクター、または6自由度ターゲットに埋め込まれたレトロリフレクターであってもよいことを理解されたい。一実施形態では、通信装置2630は、光源2632からの発光2634を制御するように構成された作業者制御ユニット2631を含む。光源2632は、概ね可視の光源、例えば、多くのスマートフォンに見られる「フラッシュライト」照明器や遠隔制御ユニットのライトであってもよい。
一実施形態では、光源2632は、作業者がアクチュエーター2636を押すと作動され、アクチュエーター2636は、スマートデバイス(通信装置2630など)のユーザーインターフェース2638上のタッチスクリーン選択アイコンであってもよい。スマートデバイスは、ある程度までインタラクティブに、自律的に動作する電子機器である。ほとんどの場合、スマートデバイスは、ブルートゥース(登録商標)、近距離無線通信(NFC)、Wi‐Fi(IEEE802.11規格)、セルラ通信方式(例えば、3GやLTE)、または様々な他の通信プロトコルのいずれかなどのプロトコルを介して他のデバイスにも接続されうる。スマートデバイスの例には、スマート携帯電話、スマートタブレット、スマートラップトップ、スマートウェアラブルなどが含まれる。
代替の実施形態では、通信装置2630は遠隔制御装置である。遠隔制御装置の作業者制御ユニット(2631など)は、ユーザーによって押されると作動する複数の触覚キー(アクチュエーター2636など)を含みうる。これらのキーは、作業者制御ユニット2631のアクチュエーター2636として働く。通信装置2630は、触覚キーのうちの1つを押すことによって作動される光源2632をさらに含む。一実施形態では、光源2632は、白色光LEDまたは作業者によるアクチュエーター2636の作動に応答して点灯する任意の他のタイプの光源であってもよい。
作業者制御ユニット2631内のプロセッサを含みうる電気構成要素は、作業者によるアクチュエーター2636の作動に応答して光源2632に信号を送る。光源2632は、アクチュエーター2636の作動に応答して点灯する。発光2634は、様々な実施形態に従って、様々なパターンで、例えば、(1)作業者がアクチュエーターアイコンを押している間、(2)所定の固定時間長にわたって、(3)選択されたアクチュエーターと関連付けられたコマンドに対応する発光の時間パターンで、または(4)トラッカー10B上の光源2622からの光がレトロリフレクター26によって反射され、狭視野カメラ2620によって受け取られるまでの照射パターンで発せられうる。
一実施形態では、通信装置2630は、スマートデバイスであれ遠隔制御装置であれ、レーザートラッカー10Bと無線信号で通信するようにさらに構成される。一実施形態では、通信装置2630はバッテリ2633をさらに含み、バッテリ2633は充電式バッテリであってもよい。
トラッカー・ロックイン・コマンドは、トラッカー10B内の(全体として参照番号47で示す)光源からの光ビーム46のステアリングを開始するコマンドである。動き2640によって新たに方向付けられた光46Bはレトロリフレクター26に当たる。レトロリフレクター26に当たった光は反射されてトラッカー10Bに戻り、反射光の一部分はトラッカー10B内の位置検出器13まで進み、別の部分は距離計17まで進む。位置検出器13は、反射光が位置検出器13の表面領域に当たる位置を指示する信号を提供する。信号が位置検出器13によって受け取られた後、トラッカー制御システム23は、レトロリフレクター26が動かされるときでさえ、光ビーム46Bをレトロリフレクター26にロックオンされたままにする。光ビーム46Bをレトロリフレクター26上に保持するトラッカーモーターの動作は、位置検出器13によって提供される信号に少なくとも一部は基づくものである。
一実施形態では、作業者が指定されたアクチュエーター2636を押すと、通信装置2630から光2634が発せられ、光2634はプロセッサ(図17に示す処理システム800など)に、プロセッサ800によって実行される実行可能命令を介して、ロックインコマンドが発行されたかどうか判断し、発行された場合、トラッカー10Bからの光ビーム46をレトロリフレクター26に向けられるように操作し、光ビーム46Bで表されるようにレトロリフレクターにロックオンするための一連のステップを実行させる。
通信装置2630によって光源2632から発せられた光2634は、広視野カメラ2610に明るい信号を提供しうる。提供されうる高レベルの光は、スマートフォン(通信装置2630など)の典型的なフラッシュライト機能からの光2634を観測することによって容易に確認することができる。ほとんどの場合、そのような光は周囲の物体よりも明るく、広視野カメラ2610での位置特定を容易にする。ある場合には、一定の繰り返し周波数で光源2632をオン・オフにして、トラッカー10Bが点滅から光源2632を位置特定できるようにすることが有利となりうる。ある場合には、広視野カメラ2610は、点滅光をより明瞭に示すために光バンドパスフィルターを備えていてもよい。別の場合には、以下でさらに論じるように、広視野カメラ2610は、ロックインシーケンスを開始する機能以外に追加機能を有するカラーカメラであってもよい。この場合、オプションは特定の色のサブピクセルの中から照射を選択することである。例えば、光源2632が赤の波長を発する場合には、最も強い赤の発光の位置を決定するために赤のサブピクセルの信号レベルが評価されうる。
トラッカー10B内のプロセッサ(処理システム800など)は、点灯された光源2632を指示する、広視野カメラ2610(本明細書では第1のカメラともいう)の感光性アレイ上に形成されたデジタル画像に少なくとも一部は基づいてロックインコマンドが与えられたと判断する。図17に示すように、プロセッサ800は、外部コンピュータ、トラッカーに取り付けられたインターフェースボックスにあっても、トラッカー内の1もしくは複数の内部プロセッサにあってもよく、マイクロプロセッサ、デジタル信号プロセッサ(DSP)、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ(FPGA)、または任意の他のタイプのコンピューティングデバイスを含んでいてよい。コンピューティングデバイスは、一般に、特定の量の使用すべき関連付けられたメモリを有する。
一実施形態では、プロセッサ800は、ロックイン信号が与えられたことに応答して、トラッカー10B上の光源2622を点灯させる。光源2622からの光は、レトロリフレクター26を照射し、狭視野カメラ2620(本明細書では第2のカメラともいう)に向けて反射される。反射光が狭視野カメラ2620のFOV内にある場合、プロセッサ800は、トラッカー10Bのモーターを誘導して、光ビーム46Bで表されるようにレトロリフレクター26を遮るように光ビーム46を発射させる。
トラッカー10B上の光源2622からの反射光が狭視野カメラ2620のFOV内にない場合、プロセッサ800は、通信装置2630からの光2634に応答して広視野カメラ2610のデジタル画像によって提供される情報を使用して、トラッカー10B上の光源2622を同時に点灯し続けながら、光ビーム46を方向変換された光ビーム46Bとしてトラッカーからレトロリフレクターに向ける。トラッカー10B上の光源2622からの反射光が狭視野カメラ2620によって確認されると、プロセッサ800はステアリングを、第2の狭視野カメラ2620上でピックアップされたデジタル画像に主にまたは完全に基づくものとする。
一実施形態では、通信装置2630の光源2632からの光2634は、トラッカー10B上の光源2622からの反射光が狭視野カメラ2620によってピックアップされるまである種のパターンで照射され続ける。光源2632を例えば点滅パターンで点灯し続けることによって、プロセッサ800は、光ビーム46を光ビーム46Bで表されるようにレトロリフレクター26に向けてより正確に向けることができる。一実施形態では、トラッカー10Bは、レーザートラッカー10Bの無線送受信機2650から通信装置2630の無線送受信機2639に無線信号を送信し、無線信号は、狭視野カメラ2620がトラッカー10B上の光源2622からの反射光をピックアップしたかどうかを指示する。一実施形態では、無線信号は、無線周波数(RF)、マイクロ波、または電磁スペクトルのミリ波領域で提供される電磁信号である。
光ビーム46Bがレトロリフレクター26上に当たると、トラッカー10B上の光源2622からの反射光は、感光性アレイ上のラインに沿ったどこか、トラッカー10Bからレトロリフレクター26までの距離によって決定されるライン上の位置に当たる。感光性アレイ上のこのラインは、ビーム46が向けられる際のレトロリフレクター26の取得を速めるために、工場で決定され、プロセッサ800のメモリに含められてもよい。
ある場合には、作業者は、トラッカー10Bまたはコンピュータコンソール(図2に示すコンピュータ80など)に戻らずに、レトロリフレクター26をある場所まで運び、光ビーム46をレトロリフレクター26に向けさせたいと思うこともある。一実施形態では、作業者は、光源2632に光2634を放射させるアクチュエーター2636を押して、上述したプロセッサが指図するイベントシーケンスに導く。光ビーム46をレトロリフレクター26に向けるこの方法は、作業者がSMR26を困難な場所に、例えばはしごを登って運ばなければならない場合に特に有用である。
ある場合には、作業者は、SMR26が磁気ネストによって保持されているある場所で光ビーム46をSMR26にロックオンさせることができる。作業者は、第2のSMR26を第2の場所に、おそらくははしごを登って運び、トラッカーの光ビーム46を見つけさせて第2のSMR26にロックオンさせたいと思う。一実施形態では、通信装置2630は、2つの異なるタイプのロックインコマンドに対応するアクチュエーター2636を有する。第1のロックインコマンドでは、光ビーム46Bは、光源2632に最も近いSMR26にロックオンする。第2のロックインコマンドでは、光ビーム46Bは、最も近い位置が狭視野カメラ2620のFOV内にある限り、その最も近い位置の最も近くのSMR26にロックオンする。
一実施形態では、通信装置2630は、追加のトラッカーコマンドに対応する追加のアクチュエーター2636を含む。一実施形態では、トラッカーコマンドのうちの1つは、トラッカー10Bによって測定された距離および2つの角度に少なくとも一部は基づいて、トラッカーにレトロリフレクター26の3D座標を決定させる測定コマンドである。距離は、距離計17によって、第1の角度と第2の角度とは第1の角度エンコーダ21と第2の角度エンコーダ19とによってそれぞれ測定されうる。
一実施形態では、プロセッサ800は、広視野カメラ2610からの画像をディスプレイ上に示すように構成され、ディスプレイは、例えば、作業者によって保持されるスマートデバイス(通信装置2630など)上やコンピュータモニター上のディスプレイ(ユーザーインターフェース2638など)であってよい。例えば、マウスや他の選択装置でディスプレイ上の位置を選択することによって、作業者は、トラッカー10Bが指示された位置まで進むよう指図されるクリックトゥドライブコマンドを開始しうる。クリックトゥドライブコマンドは、(レトロリフレクターが存在する場合は)クリックトゥドライブ位置に最も近いレトロリフレクター26に自動的にさらにロックインするように設定されうる。
一実施形態では、レーザートラッカー10Bは、ビーム46がもはやレトロリフレクター26にロックオンされなくなると、その無線送受信機2650から通信装置2630の無線送受信機2639に無線メッセージを送信しうる。通信装置2630はそれに応答して、作業者に警告メッセージ、例えば点滅灯や警告音を与えることができる。作業者は、警告メッセージに応答して、ロックインコマンドに対応するアクチュエーター2636を押すことができる。あるいは作業者は、通信装置2630がレーザートラッカー10Bから無線「ロック・イズ・ロスト」メッセージを受信すると、光2632の点滅から開始するロックインシーケンスを自動的に作動させるように通信装置2630を設定してもよい。別の実施形態では、レーザートラッカー10Bから無線ロック・イズ・ロスト・メッセージを受信したことに応答して、無線装置(通信装置2630など)は、トラッカー10Bに「ロック・イン・ナロー」コマンドを返すように設定されうる。このコマンドは、プロセッサ800に、光源2632を作動させて光2634を放射させるのではなく、代わりに、狭視野カメラ2620がトラッカー10B上の光源2622からの反射光を確認できるかどうかを判断する。狭視野カメラ2620が反射光を確認できる場合、プロセッサ800は、光ビーム46を、光ビーム46Bで表されるように、レトロリフレクター26にロックオンするように向けさせる。
図27に、一実施形態によるレーザートラッカー10Bでレトロリフレクター26にロックオンするための方法2700の要素を示す。要素2705は、通信装置2630、レトロリフレクター26、およびレーザートラッカー10Bを設けることを含む。通信装置2630は、第1の光源2632と、第1の光源2632からの第1の光2634の放射を制御する作業者制御ユニット2631とを有する。レトロリフレクター26は、通信装置2630とは別である。レーザートラッカー10Bは、構造体(方位ベース16など)と、距離計17と、第1の角度エンコーダ21と、第2の角度エンコーダ19と、第1のカメラ(広視野カメラ)2610と、第2のカメラ(狭視野カメラ)2620と、第2の光源2622と、位置検出器13と、プロセッサ800と、第3の光源47とを含む。構造体16は、第1の軸20および第2の軸18の周りを回転する。第2のカメラ2620は、第2の光源2622に近接しており、第1のカメラ2610よりも狭い視野を有する。第1および第2のカメラ2610、2620は、構造体16の外側部分に取り付けられている。位置検出器はトラッカー10Bの内部にある。
要素2710は、通信装置2630から第1の光2634を放射することを含む。要素2715は、第1のカメラ(広視野カメラ)2610で第1の光2634を捕捉して(全体として符番2610'で表されている)第1のデジタル画像を生成することを含む。要素2720は、プロセッサ800が、第1のデジタル画像2610'に少なくとも一部は基づいて、ロックインコマンドが与えられたと判断し、それに応答して(狭視野カメラ2620に近接した)第2の光源2622を作動させて第2の光を生成することを含む。
要素2725は、レトロリフレクター26から第2の光の一部分を第2の反射光として反射することを含む。要素2730は、第2のカメラ2620で第2の反射光を捕捉して(全体として符番2620'で表されている)第2のデジタル画像を生成することを含む。
要素2735は、第3の光源47から第3の光ビーム46を発射し、構造体16を操作して第3の光ビーム46をレトロリフレクター26に向けることを含み、操作は、第2のデジタル画像および位置検出器13の読み取り値のうちの1つに少なくとも一部は基づくものである。
要素2740は、第3の光ビーム47の一部分を第3の反射光として反射することを含む。要素2745は、位置検出器13で第3の反射光の第1の部分を捕捉することを含む。要素2750は、距離計17で第3の反射光の第2の部分を捕捉することを含む。
要素2755は、プロセッサで、第3の反射光の第2の部分に少なくとも一部は基づいてレトロリフレクター26までの第1の距離を決定することを含む。ステップ2760は、第1の角度エンコーダ21で、第1の軸の20周りの第1の回転角を測定することを含む。ステップ2765は、第2の角度エンコーダ19で、第2の軸18の周りの第2の回転角を測定することを含む。ステップ2760は、プロセッサ800で、第1の距離、第1の回転角、および第2の回転角に少なくとも一部は基づいて、レトロリフレクター26の3次元(3D)座標を決定することを含む。ステップ2765は、3D座標を格納することを含む。
上述したように、レトロリフレクターがレーザートラッカーの指示方向から比較的大きな角度距離だけ移動した後、レトロリフレクターにロックオンすることが多くの場合望ましい。ある場合には、作業者が、新しい位置に移動する前に、例えば、はしごを登る前に、レトロリフレクターをポケットに入れようとすることもある。別の場合には、作業者が、所望のパスを再開する前に、柱などの障害物の後を通過しなければならないこともある。さらに別の場合には、作業者が、単に、ある場所から別の場所に向かっている間、レトロリフレクターをトラッカーのレーザービームの方向に向けたままに保つ手間を惜しむこともある。
次に、図28A〜図28C、図29A〜図29C、および図30を参照して説明する実施形態では、ジェスチャー方法は、作業者がレトロリフレクターにロックオンされたままではなく第1の位置から第2の位置に移動することを可能にする。図28Aに、図28Bの正面図と図28Cの斜視図に示すSMR2810を保持している作業者2805を示す。一実施形態では、作業者は、「作業者追従」コマンドを表す規定の対応規則によって指定された空間パターンでレトロリフレクターを移動させる。一例では、作業者追従コマンドは、上下のパターン2815によって指示される。ジェスチャーが行われるときにレーザートラッカーからの光ビームがレトロリフレクター2810にロックオンされる場合、動きパターン(この場合は上下)は、レーザートラッカーの角度測定システムによって検出されうる。光ビームがレトロリフレクター2810にロックオンされるか否かにかかわらず、レトロリフレクターは、レーザートラッカー10上の光源54からの光ビームによって照射され、照射されたレトロリフレクターは1または複数のカメラ52によって取り込まれる。どちらかの手法を用いて空間パターン(この例では上下)が識別され、空間パターンに基づいてジェスチャーコマンドが決定されうる。あるいは、作業者は、作業者追従コマンドを生成する上述した方法のいずれかを使用して、レトロリフレクターからの戻り光の時間的変化をもたらす時間パターンを生成してもよい。
一実施形態では、図28Aのジェスチャーコマンドによって生成された作業者追従コマンドは、レーザートラッカーに、ペイロードおよび天頂キャリッジを含むその構造体を回転させて、図29Aに示すようにパス2825Aに沿って作業者2805Aに対面させる。ある場合には、方向2825Aは、レーザートラッカーによって発せられる可視光、例えば赤いレーザービームが進むパスに対応しうる。別の場合には、方向2825Aは、光ビームを発することなく作業者2805Aを追従しうる。ある場合には、図29Aのレーザートラッカー2820は、例えば、作業者によって認識されうる所定のパターンでトラッカー上の着色光を点滅させることによって、そのような追従が行われるという指示を提供しうる。
一実施形態では、トラッカー2820の構造体は、たとえ作業者が障害物2840の後を通過したとしても、第1の作業者位置2805Aから第2の作業者位置2805Bまでの作業者の動き2830に追従し続ける。作業者は、いくつかの異なる方法によってトラッカーに識別されうる。そのような識別は、たとえ作業者位置2805Bが作業者位置2805Aに比べて比較的大きく変化したとしても、トラッカー構造体が作業者の方を指し示し続けることを可能にするので重要である。多くの場合、作業者は作業者の動きに基づいて識別されてよく、作業者の動きは画像処理システムによって固定された背景環境とは異なるものとして認識されうる。多くの場合、作業者は、固定された背景とは異なると認識される作業者の動きによって識別されうる。そのような認識は、例えば、トラッカー10の1または複数のカメラ52またはトラッカー2820のための同様のカメラと関連付けられた画像処理ソフトウェアによって行われうる。加えて、作業者は、当技術分野で公知の画像処理方法を使用して作業者の一般的なサイズおよび形状に基づいて識別されてもよい。
作業者が、図29Bおよび図29Cに示すように、レーザートラッカーをレトロリフレクター2810に再度ロックオンさせたい所望の位置2805Bに到達すると、作業者はロックオンコマンドを与え、ロックオンコマンドは、一実施形態では、図29Bに示すように空間移動ジェスチャー2815Bである。それに応答して、レーザートラッカー2820は、図29Cに示すように、トラッカーからの光ビームを、方向2825Cに沿ってレトロリフレクター2810にロックオンするように向ける。
代替の実施形態では、レーザートラッカーを含むシステムは、ジェスチャー・ロックオン・コマンドを取得するために作業者の相対的な姿勢を監視する。図30に示す実施形態では、ジェスチャーは、作業者が腕2815Cを胴体の脇に直接保持することによって提供される。一実施形態では、そのような作業者姿勢の判断は、作業者を、四肢および胴体の要素が線としてモデル化された棒線図として表すことに基づいて行われうる。一実施形態では、ジェスチャープリプロセッサ826は、ジェスチャープリプロセッサ826によって実行されると、作業者2805の画像を分析し、作業者2805によって行われたジェスチャーパターンを評価または解析する画像分析アルゴリズムを実行する実行可能命令に応答する。
トラッカーが、ロックオンジェスチャーが与えられたと判断すると、トラッカーは、ライト54などの1または複数のライトを点灯して、1または複数のカメラ52上の照明スポットを得ることができる。上述したように、1または複数のカメラ52上の照明スポットの位置は、トラッカーがレトロリフレクター2810にロックオンすることを可能にする情報を提供する。あるいは、図30のジェスチャー方法の場合、レトロリフレクターのロックオン位置は、作業者の腕2815Cの端部にあると定義される。
以上すべてから、本発明の一実施形態は、レトロリフレクター2810とレーザートラッカー2820とを含む3D座標測定システムおよび3D座標を測定するための方法を含み、レーザートラッカー2820は、レーザートラッカー2820から第1の光ビーム2825Aを放射するように構成された第1の光源47(図1のレーザートラッカー10参照)と、第1の軸18および第2の軸20の周りを回転可能な構造体15と、第2の光源54と、第2の光源54に近接した第1のカメラ52と、実行可能命令に応答するプロセッサ800とを有し、実行可能命令は、プロセッサ800によって実行されると、第1の段階において、作業者2805によって作業者追従ジェスチャー2815が与えられたと判断し、作業者追従ジェスチャー2815は、一実施形態では、レトロリフレクター2810が作業者2805の手に保持された状態で行われ、それに応答して構造体15を作業者2805の動き2830を追従する2825Bように回転させ、第2の段階において、ロックオンジェスチャー2815Bが作業者2805によって与えられたと判断し、ロックオンジェスチャー2815Bは、一実施形態では、レトロリフレクター2810が作業者2805の手に保持された状態で行われ、それに応答して、第1の光ビーム2825Bをレトロリフレクター2810上に向ける2825Cように動作することが理解されるであろう。一実施形態では、作業者追従ジェスチャー2815は、図28Aに示すように、空間におけるレトロリフレクター2810の動きであってもよく、上述したように、レトロリフレクター2810からの戻り光の時間的変化であってもよい。同様に、ロックオンジェスチャー2815Bも、空間におけるレトロリフレクター2810の動きであっても、レトロリフレクター2810からの戻り光の時間的変化であってもよい。
一実施形態では、レーザートラッカー2820は、作業者追従ジェスチャー2815の間に第2の光源54でレトロリフレクター2810を照射し、それに応答して照射されたレトロリフレクター2810の画像を1または複数のカメラ52によって取り込むように構成され、一実施形態では、ロックオンジェスチャー2815Bの間に第2の光源54でレトロリフレクター2810を照射し、それに応答して照射されたレトロリフレクター2810の画像を1または複数のカメラ52によって取り込むように構成される。
一実施形態では、作業者追従ジェスチャー2815、ロックオンジェスチャー2815B、またはその両方は、作業者2805の胴体に対する作業者2805の腕の位置に基づくものである。
一実施形態では、プロセッサ800は、プロセッサ800によって実行されると、第2の段階において、ロックオンジェスチャー2815Bに続いて、第1の光ビーム2825Cでレトロリフレクター2810の動きを追跡し、レトロリフレクター2810の3D座標を決定するように動作する実行可能命令に応答する。
好ましい実施形態を図示し説明したが、これらの実施形態には本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく様々な改変および置換を行われうる。したがって、本発明は限定ではなく例示として記載されていることを理解されたい。
したがって、本開示の実施形態はあらゆる点で限定的ではなく例示的であり、本発明の範囲は、前述の説明ではなく添付の特許請求の範囲によって示されており、したがって、特許請求の範囲と均等な意味および範囲内に含まれるあらゆる変更は本発明に包含されることが意図されている。
Claims (20)
- 3次元(3D)座標測定システムであって、
レトロリフレクターと、
レーザートラッカーとを含み、
前記レーザートラッカーは、
前記レーザートラッカーから第1の光ビームを放射するように構成された第1の光源と、
第1の軸および第2の軸の周りを回転可能な構造体と、
第2の光源と、
前記第2の光源に近接した第1のカメラと、
実行可能命令に応答するプロセッサとを含み、
前記実行可能命令は、前記プロセッサによって実行されると、
第1の段階において、作業者によって作業者追従ジェスチャーが与えられたと判断し、それに応答して前記構造体を前記作業者の動きを追従するように回転させ、
第2の段階において、前記作業者によってロックオンジェスチャーが与えられたと判断し、それに応答して前記レトロリフレクター上に前記第1の光ビームを向ける
ように動作する、システム。 - 前記作業者追従ジェスチャーは、空間における前記レトロリフレクターの動きと、前記レトロリフレクターからの戻り光の時間的変化とからなる群より選択される、請求項1に記載のシステム。
- 前記レーザートラッカーは、前記作業者追従ジェスチャーの間に前記第2の光源で前記レトロリフレクターを照射し、それに応答して前記照射されたレトロリフレクターの画像を取り込むようにさらに構成される、請求項1または2に記載のシステム。
- 前記作業者追従ジェスチャーは、前記レトロリフレクターが前記作業者の手に保持された状態で行われる、請求項1〜3のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記ロックオンジェスチャーは、空間における前記レトロリフレクターの動きと、前記レトロリフレクターからの戻り光の時間的変化とからなる群より選択される、請求項1〜4のいずれかに記載のシステム。
- 前記レーザートラッカーは、前記ロックオンジェスチャーの間に前記第2の光源で前記レトロリフレクターを照射し、それに応答して前記照射されたレトロリフレクターの画像を取り込むようにさらに構成される、請求項1〜5のいずれかに記載のシステム。
- 前記ロックオンジェスチャーは、前記レトロリフレクターが前記作業者の手に保持された状態で行われる、請求項1〜6のいずれかに記載のシステム。
- 前記作業者追従ジェスチャーおよび前記ロックオンジェスチャーの少なくとも1つが、前記作業者の胴体に対する前記作業者の腕の位置に基づくものである、請求項1〜7のいずれかに記載のシステム。
- 前記プロセッサは、前記プロセッサによって実行されると、前記第2の段階において、前記ロックオンジェスチャーに続いて前記第1の光ビームで前記レトロリフレクターの動きを追跡するように動作する実行可能命令にさらに応答する、請求項1〜8のいずれかに記載のシステム。
- 前記プロセッサは、前記プロセッサによって実行されると、前記第2の段階において、前記ロックオンジェスチャーに続いて前記レトロリフレクターの3D座標を決定するように動作する実行可能命令にさらに応答する、請求項1〜9のいずれかに記載のシステム。
- 3次元(3D)座標を測定するための方法であって、
レトロリフレクターとレーザートラッカーとを設けるステップであって、前記レーザートラッカーは、第1の光ビームを放射するように構成された第1の光源と、第1の軸および第2の軸の周りを回転可能な構造体と、第2の光源と、前記第2の光源に近接した第1のカメラと、プロセッサとを含む、前記設けるステップと、
第1の段階において、
作業者が、作業者追従ジェスチャーを与えるステップと、
前記プロセッサで、前記作業者追従ジェスチャーに応答して実行可能命令を実行して、前記作業者の動きを追従するように前記構造体を回転させるステップと、
第2の段階において、
前記作業者が、ロックオンジェスチャーを与えるステップと、
前記プロセッサで、前記ロックオンジェスチャーに応答して実行可能命令を実行して、前記レトロリフレクター上に前記第1の光ビームを向けるステップと
を含む、方法。 - 前記作業者追従ジェスチャーを与える前記ステップにおいて、前記作業者追従ジェスチャーは、空間における前記レトロリフレクターの動きと、前記レトロリフレクターからの戻り光の時間的変化とからなる群より選択される、請求項11に記載の方法。
- 前記レーザートラッカーは、前記作業者追従ジェスチャーの間に前記第2の光源で前記レトロリフレクターを照射し、それに応答して前記照射されたレトロリフレクターの画像を取り込む、請求項11または12に記載の方法。
- 前記作業者追従ジェスチャーは、前記レトロリフレクターが前記作業者の手に保持された状態で行われる、請求項11〜13のいずれか1項に記載の方法。
- 前記作業者がロックオンジェスチャーを与える前記ステップにおいて、前記ロックオンジェスチャーは、空間における前記レトロリフレクターの動きと、前記レトロリフレクターからの戻り光の時間的変化とからなる群より選択される、請求項11〜14のいずれか1項に記載の方法。
- 前記レーザートラッカーは、前記ロックオンジェスチャーの間に前記第2の光源で前記レトロリフレクターを照射し、それに応答して前記照射されたレトロリフレクターの画像を取り込む、請求項11〜15のいずれか1項に記載の方法。
- 前記第2の段階において、前記ロックオンジェスチャーは、前記レトロリフレクターが前記作業者の手に保持された状態で行われる、請求項11〜16のいずれか1項に記載の方法。
- 前記作業者追従ジェスチャーおよび前記ロックオンジェスチャーの少なくとも1つが、前記作業者の胴体に対する前記作業者の腕の位置に基づくものである、請求項11〜17のいずれかに記載の方法。
- 前記レーザートラッカーは、前記第2の段階に続いて、前記第1の光ビームで前記レトロリフレクターの動きを追跡する、請求項11〜18のいずれかに記載の方法。
- 前記レーザートラッカーは、前記第2の段階に続いて、前記レトロリフレクターの3D座標を決定する、請求項11〜19のいずれかに記載の方法。
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