CN106066156A - 使用追踪式激光干涉计的测量系统及其恢复方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供使用追踪式激光干涉计的测量系统及其恢复方法。在使用利用追踪式激光干涉计的测量系统来进行测量的情况下，向反光镜照射激光，使追踪式激光干涉计处于追踪状态，并且将移动体移动至期望的点，并且对在单个期望的位置处的移动体的位置数据和来自追踪式激光干涉计的双轴转动部的转动位置数据的组合进行存储。在接收光判断部判断为光量存在异常的情况下，保持移动体和双轴转动部的位置，并且使移动体和双轴转动部移动至所存储的各自的预定位置。在移动之后消除了所接收到的光量的异常的情况下，使追踪式激光干涉计处于追踪状态，并且再次开始测量。

Description

使用追踪式激光干涉计的测量系统及其恢复方法

技术领域

本发明涉及一种使用追踪式激光干涉计的测量系统和测量系统的恢复方法。特别地，本发明涉及即使在激光被遮断并且追踪不再可能的情况下，也能够自动对追踪进行重设并再次开始测量的使用追踪式激光干涉计的测量系统和测量系统的恢复方法。

背景技术

日本专利2603429、美国专利6147748以及日本专利4776454描述了如下的追踪式激光干涉计的示例：在追踪移动体时，高精确度地测量该移动体的移位和位置。这些追踪式激光干涉计在对测量装置或机床进行校准的情况下使用，并且向要校准的装置安装反光镜(递归反射器)作为测量体。

图1示出追踪式激光干涉计的典型结构。追踪式激光干涉计40配置有：固定至移动体(测量对象)22的反光镜42；光学测量装置70；双轴转动装置80；以及双轴转动装置80所用的控制装置(以下称为转动机构控制装置)82。双轴转动装置80包括具有相互正交的轴的双轴转动机构，并且在各轴上具有角度检测部(图中未示出)。使用光纤62将激光74从激光光源60向光学测量装置70引导。光学测量装置70配置有用于测量从原点O到反光镜42的距离L的激光干涉计(长度测量尺；以下简单称为激光干涉计)72和在反光镜42的追踪控制中所使用的追踪用光学装置76。

反光镜42是使入射光和反射光的光轴平行并且使入射光和反射光的光轴相对于反光镜42的中心呈点对称的光学元件。因此，在入射光入射至远离反光镜42的反射中心的位置的情况下，反射光返回至相对于入射光偏移的位置。追踪用光学装置76包括用于监测入射光和反射光之间的偏移量的光学位置检测部78。追踪用光学装置76检测偏移量并且将该偏移量发送到转动机构控制装置82。

通过使用从追踪用光学装置76发送的信号(入射光和反射光之间的偏移量)和从双轴转动机构的各转动轴上的角度检测部输出的角度信号，转动机构控制装置82控制双轴转动装置80以使得该偏移量在预定范围内。

安装至包括具有相互正交的轴的双轴转动机构(双轴转动部)的双轴转动装置80的激光干涉计72使得从反光镜42返回的光发生干涉；包括用于利用相位来检测干涉光的强度变化的检测部；并且将双轴转动机构的转动中心(交点)视为原点O，并且经由转动机构控制装置82来测量从原点O到反光镜42的距离L。

利用该结构，在追踪式(追踪)激光干涉计40的测量中，获得双轴转动装置80的角度信号、激光干涉计72所观测到的距离数据(L)来作为测量值。通过使用这些测量值，可以使用追踪式激光干涉计40作为三维坐标测量装置。

另外，通过使用多个追踪式激光干涉计、仅使用激光干涉计72所观测到的距离数据(L)，可以进行三边长度测量，并且还可以计算三维坐标值。

然而，在图1所示的追踪式激光干涉计40中，在激光74被追踪式激光干涉计主体50和反光镜42之间的障碍物等遮断的情况下、或者在反光镜42的表面被弄脏的情况下、或者由于其它原因，对反光镜42的位置的追踪可能变得不可能。在这种情况下，需要进行诸如作业者去往转动机构控制装置82所处的位置并操作追踪式激光干涉计主体50来使激光74出射至反光镜42、或者使移动体22(包括反光镜42)移向正照射的激光74等的作业，以再次开始测量。另外，由于测量中途停止，有必要再次进行测量。由于在该作业中涉及人，因此可能导致环境变化(诸如温度等)。这不利于高精度的测量。

本申请人注意到日本专利5244339提出照射扇状激光以对反光镜进行定位，而日本特开2010-190634提出扫描螺旋状激光以对反光镜进行定位。然而，两者都需要额外的硬件。

发明内容

为了解决上述传统问题而设计了本发明，并且针对使用激光干涉计来测量移位的追踪式激光干涉计而言，即使在激光被遮断以及追踪变得不可能的情况下，也可以利用简单方法来自动地对追踪进行重设并且再次开始测量，而无需额外的硬件。

本发明提供一种使用追踪式激光干涉计的测量系统，包括：工业机械，其包括：移动体，其被配置为相对于对象移动；以及移动部，其被配置为使所述移动体相对于所述对象移动，追踪式激光干涉计，其包括：反光镜，其安装于所述移动体上；检测部，其被配置为向所述反光镜照射激光，并且还被配置为利用所述反光镜在返回方向上所反射的激光的干涉来检测移位；光学追踪部，其具有被配置为检测激光的光轴的位置偏移的光学位置检测部；双轴转动部，其具有相互正交的轴并且被配置为改变所述激光的出射方向；以及角度检测部，其设置于所述双轴转动部的各轴上，其中，所述追踪式激光干涉计被配置为在所述移动部使所述移动体相对于所述对象移动的情况下，通过所述光学位置检测部来检测所述反光镜在所述返回方向上所反射的激光的光轴的位置偏移，并且所述双轴转动部被控制成将激光的光轴的位置偏移限制在预定的范围内，接收光判断部，其被配置为基于所述光学位置检测部的接收光信号，来判断从所述反光镜反射的光量是否存在异常，以及存储部，其被配置为在所述移动体被移动至多个位置的情况下，获得并存储各个位置处的所述工业机械的位置数据、从所述追踪式激光干涉计到所述反光镜的距离和当时的双轴角度位置数据。

在本示例中，所述工业机械的控制部和所述追踪式激光干涉计的控制部能够被配置为相互通信。

本发明还提供一种使用追踪式激光干涉计的测量系统的恢复方法，其中，在使用上述的使用追踪式激光干涉计的测量系统来进行测量的情况下，执行以下步骤：向所述反光镜照射激光，使所述追踪式激光干涉计处于追踪状态，并且将所述移动体移动至期望的点，并且对在单个期望的位置处的所述移动体的位置数据和来自所述追踪式激光干涉计的所述双轴转动部的转动位置数据的组合进行存储，以及在所述接收光判断部判断为所述光量存在异常的情况下，保持所述移动体和所述双轴转动部的位置，并且将所述移动体和所述双轴转动部移动至所存储的各自的预定位置，然后在移动之后消除了所接收的光量的异常的情况下，使所述追踪式激光干涉计处于追踪状态，并且再次开始测量。

本发明还提供一种使用追踪式激光干涉计的测量系统的恢复方法，其中，在使用上述的追踪式激光干涉计的测量系统来进行测量的情况下，执行以下步骤：向所述反光镜照射激光，使所述追踪式激光干涉计处于追踪状态，并且将所述移动体移动至期望的点，并且对在多个期望的位置处的所述移动体的位置数据和来自所述追踪式激光干涉计的所述双轴转动部的转动位置数据的组合进行存储，以及在所述接收光判断部判断为所述光量存在异常的情况下，保持所述移动体和所述双轴转动部的位置，并且使所述移动体和所述双轴转动部移动至所存储的各自的预定位置，然后在移动之后所接收的光量仍然存在异常的情况下，保持所述移动体和所述双轴转动部，然后将所述移动体和所述双轴转动部移动至随后的预定位置，并且重复移动直到消除了所接收的光量的异常的预定位置为止，以及在移动之后消除了所接收的光量的异常的情况下，使所述追踪式激光干涉计处于追踪状态，并且再次开始测量。

根据本发明，例如，即使在由于来自追踪式激光干涉计的激光被遮断而导致追踪不再可能的情况下，也可以利用简单的方法来自动地对追踪进行重设并且可以再次开始测量，而无需额外的硬件。因此，可以使追踪恢复任务自动化，消除人为干涉，因此使环境变化小，使得进行更高精度及稳定的测量。

附图说明

在以下的详细说明中，通过本发明的典型实施例的非限制性示例的方式参考所述的多个附图来进一步说明本发明，其中在附图的几个视图中，相同的附图标记表示相似的部件，并且其中：

图1是示出传统的追踪式激光干涉计的典型结构的框图；

图2是示出根据本发明的使用追踪式激光干涉计的测量系统的实施例的结构的框图；

图3是示出根据本发明的恢复方法的第一实施例的处理流程的流程图；

图4是示出第一实施例的正面图；

图5是示出根据本发明的恢复方法的第二实施例的处理流程的流程图；以及

图6是示出第二实施例的正面图。

具体实施方式

这里所示的细节是举例，并且仅用于例示性地论述本发明的实施例的目的，并且是为了提供被认为是本发明的原理和概念方面的最有用和最容易理解的说明而呈现的。在这方面，没有尝试以比本发明的基本理解所需的细节更详细的方式示出本发明的结构细节，其中利用附图所进行的说明使得在实践中如何能够实现本发明的各种形式对于本领域技术人员而言是明显的。

以下，参考附图来详细说明本发明的实施例。并且，本发明不限于在以下实施例和示例中所说明的内容。以下实施例和示例的构成要素还可以包括本领域技术人员容易想到的内容、实质上相同的内容、以及包含等效范围的内容。此外，以下实施例和示例所公开的构成要素还可以适当结合、或者适当的选择性应用。

图2中示出用于实现本发明的使用追踪式激光干涉计的测量系统的实施例。

本实施例主要包括：诸如三维坐标测量装置或机床等的工业机械或机械20、追踪式激光干涉计40和个人计算机(PC)90。

工业机械20包括：移动体22，其中，该移动体22相对于载置于载置台12上的对象(测量对象或加工对象)10移动，并且该移动体22安装了用以测量该对象10的测量触头(该测量触头还可以是用于对对象进行加工的加工工具)24；移动机构(移动部)26，其中，该移动机构26通过使移动体22移动或者使载置台12移动来使移动体22相对于对象10移动；移动机构26所用的控制装置(以下称为移动机构控制装置或控制部)28；以及用于将指令值和位置数据输出至外部的通信装置(还称为通信部)30。

追踪式激光干涉计40包括：安装于移动体22上的反光镜42；追踪式激光干涉计主体50；转动机构控制装置(转动机构控制部)82；以及监测部86。

追踪式激光干涉计主体50包括激光干涉计(长度测量尺)72、追踪用光学装置(还称为光学追踪部)76、双向转动装置80、以及角度检测部(未画出)。还设置有转动机构控制装置82、接收光判断部84、监测部86以及通信装置88。激光干涉计72向反光镜42照射来自激光光源60、经由光纤62而被引导的激光74，并且使用该反光镜42在返回方向上所反射的激光74的光学干涉来检测从原点O到反光镜42的距离L。追踪用光学装置76包括用于检测激光74的光轴的位置偏移的光学位置检测部78。双向转动装置80包括具有相互正交的轴并且能够改变激光干涉计72的出射方向的双向转动机构。角度检测部设置于双向转动机构的各转动轴。在通过移动机构26使移动体22相对于对象10移动的情况下，转动机构控制装置82使用光学位置检测部78来检测由安装于移动体22的反光镜42在返回方向上反射的激光的光轴的位置偏移，并且控制双向转动机构以使得将激光的光轴的位置偏移限制在预定的范围内。例如，安装于转动机构控制装置82内的接收光判断部84基于来自光学位置检测部78的接收光信号，来判断从反光镜42反射的光量是否存在异常。监测部86显示判断结果。通信装置88将指令值和位置数据输出至外部。

例如，通过设置光电二极管PD来配置激光干涉计72。

例如，通过设置四元分割光电二极管PD或者二维位置感知检测部(PSD)来配置光学位置检测部78，并且，该光学位置检测部78不仅能够输出光学位置，还能够输出接收的总光量。

PC 90包括用于存储从工业机械20的移动机构控制装置28输出的移动体22的位置数据以及从转动机构控制装置82输出的转动机构的位置数据的存储部92。

测量系统使工业机械20的移动体22移动至多个位置，并且在各个位置处，测量系统持有工业机械20的位置数据、从追踪式激光干涉计40的原点O到反光镜42的距离L、以及当时的双轴角度位置数据，并且使用该数据进行测量。

在本实施例中，由PC 90接收来自移动机构控制装置28和转动机构控制装置82的通信，处理指令值和位置数据，并且进行测量。此外，在移动机构控制装置28和转动机构控制装置82中之一是具有信号处理功能的控制装置的情况下，移动机构控制装置28和转动机构控制装置82可以直接连接来进行通信，并且可以实现相同的效果。

只要通信方法能够进行双向通信，可以使用诸如RS232C、RS422或USBLAN等的有线通信方法、或者诸如无线LAN或WiFi等的无线通信方法。

以下，参考图3来说明图2示出的测量系统的恢复动作的第一实施例。

首先，在步骤100中，向反光镜42照射激光74，并且追踪式激光干涉计40处于追踪状态。

接着，在步骤110中，移动移动体22，并且如图4所示在期望的一点处收集数据。将当时的来自工业机械20的位置数据和来自追踪式激光干涉计40的双向转动装置80的转动位置数据的组合作为恢复点1存储在PC 90的存储部92中。该恢复点1设定在移动体22的可移动范围内不存在障碍物的位置处。

接着，进入步骤120，使移动体22移动至预定的测量位置并进行测量。此时，在步骤130中，通过接收光判断部84判断所接收到的光量是否存在异常。在所接收到的光量不存在异常的情况下，在步骤140中进行测量。在不存在异常的情况下，进行这些动作直到在步骤150中判断为测量完成为止，并且在测量完成的情况下在步骤190中停止处理。

另一方面，在步骤130中判断为所接收到的光量存在异常的情况下，处理进入步骤160，并且保持移动体22和追踪式激光干涉计主体50的位置。

接着，在步骤170中，将移动体22移动至步骤110中所测量出的恢复点1，并且还使追踪式激光干涉计主体50移动至恢复点1的转动位置数据中的位置。

接着，处理进入步骤180，并且判断是否消除了所接收到的光量中的异常。在消除了所接收到的光量的异常的情况下，系统进入使得能够追踪的状态，并且处理返回至步骤120，然后再次开始测量。

以下，参考图5来说明恢复动作的第二实施例。

在与第一实施例相同的步骤100中，向反光镜42照射激光74，并且追踪式激光干涉计40处于追踪状态。

接着，处理进入步骤112，并且如图6所示，使移动体22移动至多个期望的点，并且将该多个期望的点的移动体22的位置数据和来自追踪式激光干涉计40的双轴转动装置80的转动位置数据的组合作为多个恢复点1……N(在本示例中，N＝2)存储在PC 90的存储部92中。该恢复点1和2设定在移动体22的可移动范围内不存在障碍物的位置处。

接着，在步骤120中，将移动体22移动至预定的测量位置，并且在接收到的光量不存在异常的情况下，在步骤140中进行测量，并且处理重复直到在步骤150中测量完成为止，然后在步骤160中停止。

另一方面，在步骤130中判断为所接收到的光量存在异常的情况下，处理进入步骤160，并且保持移动体22和追踪式激光干涉计主体50的位置。

接着，在步骤170中，将移动体22和双轴转动装置80移动至所存储的恢复点1，并且在步骤180中消除了所接收到的光量的异常的情况下，处理返回至步骤120，并再次开始测量。

另一方面，即使在使移动体22和双轴转动装置80移动至恢复点1的情况下，在步骤180中判断为所接收到的光量仍存在异常时，在步骤190中保持该状态，并且在步骤200中使移动体22和双轴转动装置80移动至随后的恢复点2，并且重复上述处理直到在步骤210中消除了所接收到的光量的异常为止。

在以这种方式消除了所接收到的光量的异常并且系统进入至能够追踪的状态的情况下，处理返回至步骤120，并且再次开始测量。

工业机械20不限于三维坐标测量装置，并且可以是诸如其它测量装置或者机床等的任意的工业机械。

注意，已提供的上述示例仅用于说明的目的，并且决没有被构造成对本发明的限制。尽管已参考典型实施例说明了本发明，但应当理解，这里已使用的词语是用于描述和说明的词语，而不是用于进行限制的词语。在没有背离本发明的各方面的精神和范围的情况下，可以在如当前陈述和修改的权利要求书的界限内进行改变。尽管这里已参考特定结构、材料和实施例说明了本发明，但本发明并不意图局限于这里所公开的细节；相反，本发明扩展至诸如处于所附权利要求书的范围内等的在功能上等同的所有结构、方法和用途。

本发明不限于上述实施例，并且可以在没有背离本发明的范围的情况下进行各种改变和修改。

相关申请的交叉引用

本申请要求2015年4月21日提交的日本申请2015-086838的优先权，在此通过引用明确包含其全部内容。

Claims (6)

1.一种使用追踪式激光干涉计的测量系统，包括：

工业机械，其包括：

移动体，其被配置为相对于对象移动；以及

移动部，其被配置为使所述移动体相对于所述对象移动，

追踪式激光干涉计，其包括：

反光镜，其安装于所述移动体上；

检测部，其被配置为向所述反光镜照射激光，并且还被配置为利用所述反光镜在返回方向上所反射的激光的干涉来检测移位；

光学追踪部，其具有被配置为检测激光的光轴的位置偏移的光学位置检测部；

双轴转动部，其具有相互正交的轴并且被配置为改变所述激光的出射方向；以及

角度检测部，其设置于所述双轴转动部的各轴上，其中，所述追踪式激光干涉计被配置为在所述移动部使所述移动体相对于所述对象移动的情况下，通过所述光学位置检测部来检测所述反光镜在所述返回方向上所反射的激光的光轴的位置偏移，并且所述双轴转动部被控制成将激光的光轴的位置偏移限制在预定的范围内，

接收光判断部，其被配置为基于所述光学位置检测部的接收光信号，来判断从所述反光镜反射的光量是否存在异常，以及

存储部，其被配置为在所述移动体被移动至多个位置的情况下，获得并存储各个位置处的所述工业机械的位置数据、从所述追踪式激光干涉计到所述反光镜的距离和当时的双轴角度位置数据。

2.根据权利要求1所述的使用追踪式激光干涉计的测量系统，其中，所述工业机械的控制部和所述追踪式激光干涉计的控制部能够被配置为相互通信。

3.一种使用追踪式激光干涉计的测量系统的恢复方法，其中，在使用根据权利要求1所述的使用追踪式激光干涉计的测量系统来进行测量的情况下，执行以下步骤：

向所述反光镜照射激光，使所述追踪式激光干涉计处于追踪状态，并且将所述移动体移动至期望的点，并且对在单个期望的位置处的所述移动体的位置数据和来自所述追踪式激光干涉计的所述双轴转动部的转动位置数据的组合进行存储，以及

在所述接收光判断部判断为所述光量存在异常的情况下，保持所述移动体和所述双轴转动部的位置，并且将所述移动体和所述双轴转动部移动至所存储的各自的预定位置，然后在移动之后消除了所接收的光量的异常的情况下，使所述追踪式激光干涉计处于追踪状态，并且再次开始测量。

4.一种使用追踪式激光干涉计的测量系统的恢复方法，其中，在使用根据权利要求2所述的使用追踪式激光干涉计的测量系统来进行测量的情况下，执行以下步骤：

向所述反光镜照射激光，使所述追踪式激光干涉计处于追踪状态，并且将所述移动体移动至期望的点，并且对在单个期望的位置处的所述移动体的位置数据和来自所述追踪式激光干涉计的所述双轴转动部的转动位置数据的组合进行存储，以及

在所述接收光判断部判断为所述光量存在异常的情况下，保持所述移动体和所述双轴转动部的位置，并且将所述移动体和所述双轴转动部移动至所存储的各自的预定位置，然后在移动之后消除了所接收的光量的异常的情况下，使所述追踪式激光干涉计处于追踪状态，并且再次开始测量。

5.一种使用追踪式激光干涉计的测量系统的恢复方法，其中，在使用根据权利要求1所述的追踪式激光干涉计的测量系统来进行测量的情况下，执行以下步骤：

向所述反光镜照射激光，使所述追踪式激光干涉计处于追踪状态，并且将所述移动体移动至期望的点，并且对在多个期望的位置处的所述移动体的位置数据和来自所述追踪式激光干涉计的所述双轴转动部的转动位置数据的组合进行存储，以及

在所述接收光判断部判断为所述光量存在异常的情况下，保持所述移动体和所述双轴转动部的位置，并且使所述移动体和所述双轴转动部移动至所存储的各自的预定位置，然后在移动之后所接收的光量仍然存在异常的情况下，保持所述移动体和所述双轴转动部，然后将所述移动体和所述双轴转动部移动至随后的预定位置，并且重复移动直到消除了所接收的光量的异常的预定位置为止，以及

在移动之后消除了所接收的光量的异常的情况下，使所述追踪式激光干涉计处于追踪状态，并且再次开始测量。

6.一种使用追踪式激光干涉计的测量系统的恢复方法，其中，在使用根据权利要求2所述的追踪式激光干涉计的测量系统来进行测量的情况下，执行以下步骤：

向所述反光镜照射激光，使所述追踪式激光干涉计处于追踪状态，并且将所述移动体移动至期望的点，并且对在多个期望的位置处的所述移动体的位置数据和来自所述追踪式激光干涉计的所述双轴转动部的转动位置数据的组合进行存储，以及

在所述接收光判断部判断为所述光量存在异常的情况下，保持所述移动体和所述双轴转动部的位置，并且使所述移动体和所述双轴转动部移动至所存储的各自的预定位置，然后在移动之后所接收的光量仍然存在异常的情况下，保持所述移动体和所述双轴转动部，然后将所述移动体和所述双轴转动部移动至随后的预定位置，并且重复移动直到消除了所接收的光量的异常的预定位置为止，以及

在移动之后消除了所接收的光量的异常的情况下，使所述追踪式激光干涉计处于追踪状态，并且再次开始测量。