CN101144717A

CN101144717A - 激光光学系统的光轴倾斜装置

Info

Publication number: CN101144717A
Application number: CNA2007101544366A
Authority: CN
Inventors: 古平纯一
Original assignee: Topcon Corp
Current assignee: Topcon Corp
Priority date: 2006-09-13
Filing date: 2007-09-12
Publication date: 2008-03-19
Anticipated expiration: 2027-09-12
Also published as: EP1901034A2; US20080297921A1; JP2008070196A; CN101144717B; JP5054346B2; EP1901034B1; EP1901034A3; US7719778B2

Abstract

本发明涉及激光光学系统的光轴倾斜装置，其包括：将激光光学系统配置在内部的镜筒(2)，可倾斜转动地支撑在镜筒(2)的倾斜框架(12)，使倾斜框架(12)相对于固定在镜筒上的固定框架(11)倾斜转动的倾斜转动机构(13XZ，13YZ)，校准倾斜框架(12)的校准机构(1)，通过进给电动机(13X，13Y)驱动旋转的进给螺杆(14X，14Y)往返移动、并相对于基准位置使倾斜框架(12)倾斜转动的进给定程块(15X，15Y)、检测进给定程块部件位置的定程块位置检测装置(16X，16Y)，以及根据由定程块位置检测装置检测出的进给定程块的位置，计算出倾斜框架(12)对水平面的倾斜角度的计算装置(25)。

Description

激光光学系统的光轴倾斜装置

技术领域

本发明涉及一种激光光学系统的光轴倾斜装置。

背景技术

众所周知，以往的旋转式激光测量仪，作为倾斜斜度设定装置使用了激光光学系统的光轴倾斜装置。在这种以往的激光光学系统的光轴倾斜装置中，作为管理相对于激光光学系统光轴的水平或垂直(铅锤)的倾斜角度的设定量的装置，公知的有在进给螺杆机构上装有检测其转数的编码器的装置，或在驱动进给螺杆旋转的驱动电动机上装有编码器的装置。

作为这种技术，通过驱动进给螺杆机构使激光光学系统从水平姿势、垂直姿势倾斜的结构已由例如日本特开平6-26861号公报公开。

此外，通过使激光光学系统向倾斜传感器倾斜，以校准整个光轴倾斜装置，来设定激光光学系统光轴的倾斜斜度的结构也已公开。

但是，在这种以往的激光光学系统的光轴倾斜装置中，旋转式激光测量仪的角度设定精度主要由进给螺杆机构的精度决定，当出现因进给螺杆机构的螺杆部分的反复驱动造成的累积误差、进给螺杆部分的反复驱动造成的磨损、因老化引起的进给螺杆部分的变形等造成的进给误差时，角度设定则出现偏差，造成难以确保激光光学系统的光轴的倾斜精度的问题。

本发明的目的在于提供一种即使出现因进给螺杆部分的反复驱动造成的累积误差、进给螺杆部分反复驱动造成的磨损、因老化引起的进给螺杆部分的变形等造成的进给误差，也能够确保相对激光光学系统光轴的水平或垂直(铅锤)的倾斜角度设定精度的激光光学系统的光轴倾斜装置。

发明内容

为了实现上述目的，本发明的一个实施例的激光光学系统的光轴倾斜装置，其特征在于，包括：

将激光光学系统配置在内部的镜筒；

以所述激光光学系统的光轴为Z轴，以在与该Z轴正交的平面内相互正交的一方为X轴，并以另一方为Y轴，在包含所述X轴和所述Z轴的XZ平面内和包含所述Y轴和所述Z轴的YZ平面内的至少一方的平面内可倾斜转动地被所述镜筒支撑的倾斜框架；

设置在所述倾斜框架上，检测所述倾斜框架预先设定的基准位置的倾斜传感器；

固定设置在所述镜筒上，且设置了使所述倾斜框架相对于水平面倾斜转动的倾斜转动机构的固定框架；

可倾斜转动地支撑所述镜筒，使所述镜筒倾斜转动，以便所述倾斜传感器检测所述基准位置，并校准所述倾斜框架的校准机构；

包含在所述倾斜转动机构内，由驱动电动机驱动旋转的进给螺杆；

包含在所述倾斜转动机构内，通过所述进给螺杆往返移动，且与上述倾斜框架卡合，使该倾斜框架相对所述基准位置倾斜转动的进给定程块；

包含在所述倾斜转动机构内，检测所述进给定程块的位置的定程块位置检测装置；以及

根据由该定程块位置检测装置所检测出的所述进给定程块的位置计算所述倾斜框架的倾斜角度的计算装置。

附图说明

图1是用于说明在本发明的实施方式的一个实施例的激光光学系统的光轴倾斜装置的XZ平面内的倾斜转动机构概要的截面图。

图2是用于说明在上述实施例的激光光学系统的光轴倾斜装置的YZ平面内的倾斜转动机构概要的截面图。

图3是用于说明图1、图2所示的万向架机构概要的平面图。

图4是用于表示图1、图2所示的倾斜框架、固定框架和镜筒之间关系的平面图。

图5是用于说明在上述实施例的激光光学系统的光轴倾斜装置的XZ轴平面内的倾斜转动作用的截面图。

图6是用于说明本发明实施方式的其他实施例的激光光学系统的光轴倾斜装置的平面图，表示的是倾斜框架由万向架机构支撑的状态。

图7是表示图6所示的倾斜框架和臂部详细构成的部分放大图，为从X轴方向观察的图。

具体实施方式

下面，参照附图说明涉及本发明的激光光学系统的光轴倾斜装置的实施方式。

实施例

如图1～图3所示，实施方式的激光光学系统的光轴倾斜装置有万向架机构(校准机构)1和镜筒2。镜筒2的下部设有激光光源部3，镜筒2的上部，设有例如旋转筒部4。

镜筒2的内部，在激光光源部3和旋转筒部4之间设有物镜5。旋转筒部4的内部设有五棱镜(图示略)。激光光学系统大致由激光光源部3和物镜5组成，符号01为其激光光学系统的光轴。以此光轴01的方向为Z轴。

物镜5的作用在于将激光光源部3射出的光束变换成平行光束，或是将其会聚在有限距离内。

旋转筒部4由驱动旋转装置(图示略)驱动使其相对镜筒2旋转。由激光光源部3射出的光束通过五棱镜偏向、旋转的同时，从旋转筒部4的窗部(图示略)向外部射出。

万向架机构1用于可倾斜转动地支撑镜筒2，校准后述的倾斜框架12。如图2所示，它具有矩形的常平架7和矩形的常平架8。常平架8被固定在未图示的框体上。

常平架8具有向作为与Z轴正交一方的X轴方向延伸的一对旋转轴9，9。并将与Z轴及X轴正交的方向作为Y轴。

常平架7被这对旋转轴9，9支撑，在YZ平面内旋转。

常平架7具有一对向Y轴方向延伸的旋转轴10，10。

镜筒2被这对旋转轴10，10所支撑，且在XZ平面内旋转。

进机构框架(固定框架)11固定在镜筒2的下部。如图4所示，该进给机构框架11具有向X轴方向延伸的X轴臂部11X和向Y轴方向延伸的Y轴臂部11Y。

在X轴臂部11X上，设有将具有后述功能的倾斜框架12相对于镜筒2在XZ平面内相对地倾斜转动的XZ倾斜转动机构13XZ。在Y轴臂部11Y上，设有将倾斜框架12相对于镜筒2在YZ平面内相对地倾斜转动的YZ倾斜转动机构13YZ。

如图1所示，XZ倾斜转动机构13XZ有进给电动机13X、进给螺杆14X、进给定程块部件(进给定程块)15X、作为位置检测元件的CCD16X和支撑框架17X。支撑框架17X有沿上下方向延伸的纵壁部17XP和从纵壁部XP横向延伸的横壁部17XQ。

进给螺杆14X可旋转地被横壁部17XQ和X轴臂部11X所支撑。CCD16X被固定在纵壁部17XP上。进给定程块部件(送りコマ部材)15X与进给螺杆14X螺纹连接。CCD16X与进给定程块部件15X面对。

X轴进给电动机13X被固定在X轴臂部11X上，X轴进给电动机13X的输出轴13XO上设有输出齿轮13XG。

进给螺杆14X的下端设有旋转传动齿轮14XG。旋转传动齿轮14XG与输出齿轮13XG相啮合。

因此，进给螺杆14X通过X轴进给电动机13X驱动旋转，通过这一进给螺杆14X的旋转，进给定程块部件15X被上下方向(Z轴方向)驱动。

进给定程块部件15X上设有作为完全图案的LED18X和完全图案板19X。

LED18X照亮完全图案板19X，利用该照明光将完全图案像投影在CCD16X的受像面上。

进给定程块部件15X的上下方向位置根据投影在该CCD16X的受像面上的完全图案像决定。

如图2所示，YZ倾斜转动机构13YZ具有：进给电动机13Y、进给螺杆14Y、进给定程块部件15Y、作为位置检测元件的CCD16Y和支撑框架17Y。

支撑框架17Y有上下方向延伸的纵壁部17YP和从纵壁部17YP横向延伸的横壁部17YQ。

进给螺杆14Y可旋转地被横壁部17YQ和Y轴臂部11Y支撑。CCD16Y被固定在纵壁部17YP上。进给定程块部件15Y与进给螺杆14Y螺纹连接。CCD16Y与该进给定程块部件15Y面对。

进给电动机13Y被固定在Y轴臂部11Y上，进给电动机13Y的输出轴13YO上设有输出齿轮13YG。

进给螺杆14Y的下端设有旋转传动齿轮14YG。旋转传动齿轮14YG与输出齿轮13YG相啮合。

因此，进给螺杆14Y通过Y轴进给电动机13Y驱动旋转，通过这一进给螺杆14Y的旋转，进给定程块部件15Y在上下方向驱动。

进给定程块部件15Y上设有作为完全图案的LED18Y和完全图案板19Y。

LED18Y照亮完全图案板19Y，利用该照明光将完全图案像投影在CCD16Y的受像面上。进给定程块部件15Y的上下方向位置根据投影在该CCD16Y的受像面上的完全图案像决定。

如图4所示，倾斜框架12有相互正交的X轴臂部12X和Y轴臂部12Y。

在X轴臂部12X上设有X轴倾斜传感器12XS，且在Y轴臂部12Y上设有Y轴倾斜传感器12YS。

在X轴臂部12X上设有X轴方向延伸的卡合棒12XR，且在Y轴臂部12Y上设有Y轴方向延伸的卡合棒12YR。

在进给定程块部件15X上，在上下方向以一定间隔设有一对卡合爪15XN，15XN(参照图1)，在进给定程块部件15Y上，在上下方向以一定间隔设有一对卡合爪15YN，15YN(参照图2)。卡合棒12RX卡合在一对卡合爪15XN，15XN上(参照图1)，卡合棒12RY卡合在一对卡合爪15YN，15YN上(参照图2)。

如图4所示，镜筒2上设有向X轴臂部12X与Y轴臂部12Y的交差部12P延伸的臂部2P，在此臂部2P上形成了上下方向延伸的枢轴20。

倾斜框架12上，在其交差部12P上形成了圆锥形的锥形凹处12P’，枢轴20与该锥形凹处12P’配合(参照图1和图2)。

倾斜框架12由此枢轴20、一对卡合爪15XN、15XN、15YN、15YN支撑，相对于镜筒2以枢轴20为支点在XZ平面内倾斜转动的同时，在YZ平面内倾斜转动。

X轴倾斜传感器12XS和Y轴倾斜传感器12YS可检测输入了绝对水平基准的水平基准位置(基准位置)。该检测输出输入到图4所示的运算部(计算装置)25中。

如图1所示，在常平架7上，在X轴方向隔开间隔设有轴承构件21X，21X。

在X轴方向延伸的X轴校准螺杆构件22X可旋转地支撑在一对轴承构件21X，21X上。

X轴校准电动机23X被固定在一对轴承构件21X，21X的一方。

X轴校准螺杆构件22X通过X轴校准电动机23X驱动旋转。

X轴片构件24X与X轴校准螺杆构件22X螺纹连接。此X轴片构件24X被固定在镜筒2的圆周部分。

如图2所示，常平架8上在Y轴方向隔开间隔设有轴承构件21Y，21Y。

在Y轴方向延伸的Y轴校准螺杆构件22Y可旋转地支撑在一对轴承构件21Y，21Y处。

Y轴校准电动机23Y被固定在一对轴承构件21Y，21Y的一方。

Y轴校准螺杆构件22Y通过Y轴校准电动机23Y驱动旋转。

Y轴片构件24Y与Y轴校准螺杆构件22Y螺纹连接。此Y轴片构件24Y被固定在常平架7上。

当驱动旋转X轴校准电动机23X时，X轴校准螺杆构件22X被驱动旋转，由此，X轴片构件24X向X轴方向移动，镜筒2将转动轴10，10作为支点，在XZ平面上倾斜转动。

另一方面，当驱动旋转Y轴校准电动机23Y时，Y轴校准螺杆构件22Y被驱动旋转，由此，Y轴片构件24Y向Y轴方向移动，镜筒2将转动轴9，9作为支点，在YZ平面上倾斜转动。

镜筒2使用省略了图示的装置设定成使光轴01朝向铅直方向，倾斜框架12设定成，通过驱动进给定程块部件15X，15Y，在制造阶段利用各倾斜转动机构13XZ，13YZ达到水平。

将与其制造阶段的水平位置相对应的完全图案像的检测位置作为原点位置0x，0y，将与其原点位置0x，0y相对应的原点信号通过运算部25存储到存储部26中。

由此，对光轴01和倾斜框架12的垂直关系在制造阶段得以设定。

在设定了该垂直关系的状态下，镜筒2通过万向支架1安装在框体上。

在将激光光学系统的光轴01相对于水平面设定为希望的角度时，例如，进行以下设定作业。

例如：为了将倾斜框架12设定为希望的角度，操作省略了图示的倾斜转动角设定键，驱动进给电动机13X、13Y，移动进给定程块部件15X，15Y，。

运算部2 5根据完全图案像的位置和存储于存储部2 6中的原点位置，检测出进给定程块部件15X，15Y与原点位置0x，0y的偏离量Δx，Δy。

如图4所示，若设从枢轴20到卡合棒12XR端部的X轴方向的距离为Lx，设从枢轴20到卡合棒12YR端部的Y轴方向的距离为Ly，则可通过运算部25用下列公式计算出在XZ面内的倾斜框架1 2的倾斜转动角度θx、及在YZ面内的倾斜框架12的倾斜转动角度θy：θx＝tan^-1(Δx/Lx)θy＝tan^-1(Δy/Ly)

例如，将这些倾斜框架12的倾斜转动角度θx，θy显示在未图示的监控器的屏幕上。

操作倾斜转动角设定键，直至倾斜框架12的倾斜转动角度θx，θy达到所希望的角度，在达到所希望的角度的时刻，停止进给定程块部件15X，15Y的移动。这样，如图5所示，倾斜框架1 2相对水平面设定为与倾斜转动角度θx，θy相对应的倾斜角度。

X轴倾斜传感器12XS和Y轴倾斜传感器12YS向运算部25输出与倾斜框架12对水平面的倾斜角度成正比的倾斜信号。

运算部25驱动X轴校准电动机23X、Y轴校准电动机23Y，使X轴倾斜传感器12XS、Y轴倾斜传感器12YS的输出为“0”。

这样，镜筒2在XZ平面内以转动轴10，10为支点倾斜转动的同时，在YZ平面内以转动轴9，9为支点倾斜转动，使倾斜框架12呈水平状态。

其结果，则激光光学系统的光轴01在XZ平面内倾斜转动θx度、且在YZ平面内倾斜转动θy度。

即：万向支架1在与Z轴(光轴01)正交的平面内以相互正交的一方为X轴，并以另一方为Y轴，在包含X轴和Z轴的XZ平面内和包含Y轴和Z轴的YZ平面内，作为校准(使其呈水平状态)可倾斜转动的倾斜框架12的校准机构发挥作用。

依照本发明的实施方式，由于检测出使倾斜框架12倾斜转动的进给定程块部件15X，15Y的实际位置，因此，即使由于进给螺杆14X，14Y部分的反复驱动造成的累积误差、因进给螺杆14X，14Y部分反复驱动造成的磨损和老化引起的进给螺杆14X，14y部分的变形等在进给螺杆14X，14Y的部分出现松动，也能够确保对激光光学系的光轴01的水平或垂直的倾斜角的设定精度。

在以上发明的实施方式中，虽做成使用CCD16X，16Y作为位置检测元件检测完全图案像的位置的结构，但也可做成使用PSD作为位置检测元件检测完全图案像的位置的结构。

再有，可使用可变电阻器等电阻元件(线性传感器)作为位置检测元件检测进给定程块部件15X，15Y的位置。

此外，在本发明的实施方式中，虽做成在进给定程块部件15X，15Y上设置完全图案板19X，19Y，在纵壁部17XP，17YP上设置位置检测元件(CCD16X，16Y)的结构，但与之相反，也可以做成在进给定程块部件15X，15Y上设位置检测元件(CCD16X，16Y)，在纵壁部17XP，17YP上设置完全图案(LED18X，18Y)和完全图案板(19X，19Y)的结构。

再有，在本发明的实施方式中，虽做成依靠枢轴20支撑倾斜框架12，在XZ平面内以枢轴20为支点使其可倾斜转动的同时，在YZ平面内以枢轴20为支点使其可倾斜转动的结构，但也可做成使倾斜框架12在XZ平面内和YZ平面内的任一平面内可倾斜转动的结构。

此外，在本发明的实施方式中，虽做成以枢轴20为支点使倾斜框架12倾斜转动的结构，但也可如图6和7所示，做成将倾斜框架12支撑在万向支架27上的结构。

例如，此万向支架27由常平架27X和常平架27Y组成。

常平架27X通过竖立设置在臂部2P上的一对支撑壁2Q，2Q上所设的一对转动轴28、28，可转动地支撑在镜筒2上。

常平架27Y通过一对转动轴29、29，可转动动地支撑在镜筒2上的同时，还固定在倾斜框架12的交差部12P上。由于万向支架27的倾斜转动动作与万向支架1的倾斜转动动作大致相同，因此省略了详细的说明。

Claims

1.一种激光光学系统的光轴倾斜装置，其特征在于，包括：

将激光光学系统配置在内部的镜筒；

2.根据权利要求1所述的激光光学系统的光轴倾斜装置，其特征在于：所述倾斜框架以枢轴为支点可倾斜转动地支撑所述镜筒上。

3.根据权利要求1所述的激光光学系统的光轴倾斜装置，其特征在于：所述倾斜框架通过万向支架可倾斜转动地支撑在所述镜筒上。

4.根据权利要求1所述的激光光学系统的光轴倾斜装置，其特征在于：所述定程块位置检测装置由被照明光照亮的完全图案和接收被所述照明光照亮的完全图案的投影图像的位置检测元件构成，所述完全图案和所述位置检测元件的任何一方被设置在所述进给定程块上，所述完全图案和所述位置检测元件的未设置在所述进给定程块上的另一方被设置在所述固定框架上。

5.根据权利要求1所述的激光光学系统的光轴倾斜装置，其特征在于：所述定程块位置检测装置由线性传感器构成。