JP2012145550A - Inter-target absolute distance measurement method of tracking laser interference measuring apparatus and tracking laser interference measuring apparatus - Google Patents

Inter-target absolute distance measurement method of tracking laser interference measuring apparatus and tracking laser interference measuring apparatus Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To measure absolute distance with high accuracy even when distance between a rotation center of a mechanism of a tracking laser interference measurement device and a target is long only by adding a simple mechanism without utilizing a complicated device such as an absolute distance meter.SOLUTION: An inter-target absolute distance measurement method of a tracking laser interference measuring apparatus 10 includes a laser interferometer 13 which irradiates a target 31 with a laser beam and biaxial rotation mechanisms 11, 12 which change an emission direction of the laser interferometer 13, and controls the biaxial rotation mechanisms 11, 12 to make the laser interferometer 13 track the target 31, in which the laser interferometer 13 is arranged at a first position by a translation movement mechanism 14, the target 31 is captured with a laser beam 20 at the first position, next, the laser interferometer 13 is moved to a second position, the target 31 is captured with a laser beam 21 at the second position, a geometric operation for a triangle using a fixed position of the target 31, the first position and the second position as the apexes is performed, and an absolute distance L between the laser interferometer 13 at the first position and the target 31 is measured.

Description

本発明は、追尾式レーザ干渉測定装置の標的間絶対距離計測方法および追尾式レーザ干渉測定装置に関する。   The present invention relates to a method for measuring an absolute distance between targets of a tracking laser interference measuring apparatus and a tracking laser interference measuring apparatus.

従来、測定対象物の空間位置を追尾測定できる装置として、追尾式レーザ干渉測定装置が知られている(例えば特許文献1参照)。
追尾式レーザ干渉測定装置は、水平な基準面における方位角および同基準面に対する仰角についての2軸の回転機構を用いて、レーザ干渉計を空間の任意方向に向けられるようにしている。そして、同空間内を任意に移動する再帰反射体を標的として追尾するとともに、回転機構の回転中心にある基準点と標的との距離の変動をレーザ干渉によって測定する。
このような追尾式レーザ干渉測定装置によれば、標的を測定対象物の表面に設定しておくことで、この測定対象物の空間位置および移動状態を測定することができる。
Conventionally, a tracking laser interference measuring apparatus is known as an apparatus that can track and measure the spatial position of a measurement object (see, for example, Patent Document 1).
The tracking type laser interference measuring apparatus uses a biaxial rotation mechanism for an azimuth angle on a horizontal reference plane and an elevation angle with respect to the reference plane so that the laser interferometer can be directed in an arbitrary direction in space. Then, the retroreflector that arbitrarily moves in the same space is tracked as a target, and the variation in the distance between the reference point at the rotation center of the rotation mechanism and the target is measured by laser interference.
According to such a tracking type laser interference measuring apparatus, the spatial position and the moving state of the measurement object can be measured by setting the target on the surface of the measurement object.

追尾式レーザ干渉測定装置において、レーザ干渉計からのレーザ光線を再帰的に反射させるために、標的として再帰反射体が用いられる。
再帰反射体は、入力される光線と反射する光線が平行となるように作製された光学部品であり、その代表的なものはレトロリフレクタである。
追尾式レーザ干渉測定装置は、追尾動作を実現するために、射出する光線と標的で反射された光線とのずれ量(レーザ光軸直交方向の変位)をモニタする光線位置検出器を備えている。そして、標的の移動により発生したずれ量を、光線位置検出器の出力信号から検出し、前述したずれ量から換算される角度の調整量に応じて2軸の回転機構を作動させ、ずれ量がゼロになるように制御することで標的の追尾を実現している。
In a tracking laser interferometer, a retroreflector is used as a target in order to recursively reflect a laser beam from a laser interferometer.
The retroreflector is an optical component manufactured so that an input light beam and a reflected light beam are parallel to each other, and a typical one is a retro reflector.
The tracking type laser interference measuring apparatus includes a light beam position detector that monitors the amount of deviation (displacement in the direction perpendicular to the laser optical axis) between the emitted light beam and the light beam reflected by the target in order to realize the tracking operation. . Then, the amount of deviation generated by the movement of the target is detected from the output signal of the light beam position detector, and the biaxial rotation mechanism is operated according to the angle adjustment amount converted from the amount of deviation described above. Target tracking is achieved by controlling to zero.

特開2007−057522号公報JP 2007-057522 A 特開2007−309677号公報JP 2007-309677 A 特開2009−229066号公報JP 2009-229066 A

ところで、前述した標的の追尾動作において、位置のずれ量を角度の調整量に変換する過程において、追尾式レーザ干渉測定装置の2軸の回転機構の回転中心と標的との間の距離が既知である必要がある。
この距離を計測する方法として、絶対距離計を利用する方法や、あらかじめ距離が既知である点を起点とする方法など、いくつかの提案がなされている。
特許文献2は、付加的な装置を必要とせずにこの距離を計測する方法を開示する。
しかし、この方法では、光線のずれ量をモニタする光線位置検出器のダイナミックレンジが小さい場合に、距離が長くなると共に距離測定の精度が低下する問題がある。
特許文献3は、追尾中における制御量の変化量等を積算することにより、この精度低下を最小限とする方法を開示する。
しかし、この方法によっても、距離が長い位置において追尾が大きく外れた場合などに、距離を正確に再計測することには限界がある。
By the way, in the above-described target tracking operation, in the process of converting the positional deviation amount into the angle adjustment amount, the distance between the rotation center of the two-axis rotation mechanism of the tracking laser interference measurement device and the target is known. There must be.
As a method for measuring this distance, several proposals have been made, such as a method using an absolute distance meter and a method starting from a point whose distance is known in advance.
Patent Document 2 discloses a method of measuring this distance without requiring an additional device.
However, this method has a problem that when the dynamic range of the light beam position detector that monitors the amount of deviation of light beams is small, the distance becomes long and the accuracy of distance measurement decreases.
Patent Document 3 discloses a method of minimizing this accuracy drop by integrating the amount of change in control amount during tracking.
However, even with this method, there is a limit in accurately re-measuring the distance when the tracking is greatly deviated at a long distance.

本発明の主な目的は、絶対距離計などの複雑な装置を利用することなく、簡単な機構を追加するだけで、追尾式レーザ干渉測定装置の機構の回転中心と標的との距離が長い場合でも、その絶対距離を高精度に計測することができる、追尾式レーザ干渉測定装置の標的間絶対距離計測方法および追尾式レーザ干渉測定装置を提供することである。   The main object of the present invention is when the distance between the rotation center of the mechanism of the tracking type laser interference measuring device and the target is long by adding a simple mechanism without using a complicated device such as an absolute distance meter. However, it is to provide an absolute distance measuring method between targets of a tracking laser interference measuring apparatus and a tracking laser interference measuring apparatus capable of measuring the absolute distance with high accuracy.

本発明の追尾式レーザ干渉測定装置の標的間絶対距離計測方法は、標的にレーザ光を照射するレーザ干渉計と、前記レーザ干渉計の出射方向を変える2軸回転機構とを有し、前記2軸回転機構を制御して前記レーザ干渉計で前記標的を追尾させる追尾式レーザ干渉測定装置の標的間絶対距離計測方法であって、前記レーザ干渉計を配置可能な第1位置および第2位置を同じ測定軸線上に設け、前記測定軸線から離れた位置に前記標的を固定し、前記レーザ干渉計を第1位置に配置し、この第1位置で前記標的をレーザ光で捕捉し、前記レーザ干渉計を第2位置へ移動させ、この第2位置で前記標的をレーザ光で捕捉し、前記標的の固定位置、前記第1位置および前記第2位置を頂点とする三角形についての幾何学演算を行い、前記第1位置にある前記レーザ干渉計と前記標的との絶対距離を計測することを特徴とする。   An absolute distance measuring method between targets of a tracking type laser interference measuring apparatus of the present invention includes a laser interferometer that irradiates a target with laser light, and a biaxial rotating mechanism that changes an emission direction of the laser interferometer. A method for measuring an absolute distance between targets of a tracking type laser interferometer that controls an axis rotation mechanism to track the target with the laser interferometer, wherein a first position and a second position at which the laser interferometer can be disposed are Provided on the same measurement axis, the target is fixed at a position away from the measurement axis, the laser interferometer is arranged at a first position, the target is captured by a laser beam at the first position, and the laser interference The meter is moved to the second position, the target is captured by the laser beam at the second position, and the geometric calculation is performed on the triangle having the fixed position of the target, the first position, and the second position as vertices. , In the first position Characterized in that said measuring the absolute distance between the laser interferometer and the target that.

具体的な幾何学演算としては、第1位置および第2位置において標的に向けられたレーザ干渉計の向き(2軸回転機構の各軸が示す角度)と、第1位置および第2位置の距離とが解れば、これらの2つの角度と距離により三角形を特定し、正弦定理により各辺の長さを計算することで、第1位置にあるレーザ干渉計と標的との絶対距離を求めることができる。
この際、第1位置および第2位置においてレーザ干渉により標的の距離を測定する必要はなく、基準点計測の必要あるいは第1位置から第2位置までの移動を連続的に行う必要はない。従って、第1位置および第2位置においては、単にレーザ干渉計が固定できればよく、着脱可能な支持部分を測定軸線上に2箇所形成するだけでもよい。一方、連続的に移動させてもよく、測定軸線に沿ったガイドレール等の移動機構を設けてもよい。
As specific geometric operations, the orientation of the laser interferometer directed to the target at the first position and the second position (the angle indicated by each axis of the biaxial rotation mechanism) and the distance between the first position and the second position If the above is understood, the absolute distance between the laser interferometer in the first position and the target can be obtained by specifying a triangle from these two angles and distances and calculating the length of each side by the sine theorem. it can.
At this time, it is not necessary to measure the distance of the target by laser interference at the first position and the second position, and it is not necessary to measure the reference point or continuously move from the first position to the second position. Therefore, at the first position and the second position, it is only necessary that the laser interferometer can be fixed, and two detachable support portions may be formed on the measurement axis. On the other hand, it may be moved continuously, or a moving mechanism such as a guide rail along the measurement axis may be provided.

本発明の追尾式レーザ干渉測定装置の標的間絶対距離計測方法において、前記測定軸線上に前記第1位置および前記第2位置と異なる第3位置を設け、前記第2位置で前記標的をレーザ光で捕捉した後、前記レーザ干渉計を第3位置へ移動させ、この第3位置で前記標的をレーザ光で捕捉し、前記標的の固定位置、前記第1位置および前記第2位置を頂点とする三角形についての幾何学演算とともに、前記標的の固定位置、前記第1位置および前記第3位置を頂点とする三角形についての幾何学演算を行うことが望ましい。   In the method for measuring the absolute distance between targets of the tracking laser interference measuring apparatus of the present invention, a third position different from the first position and the second position is provided on the measurement axis, and the target is laser-beamed at the second position. Then, the laser interferometer is moved to the third position, the target is captured by the laser beam at the third position, and the fixed position of the target, the first position, and the second position are set as vertices. It is desirable to perform a geometric calculation for a triangle having the fixed position of the target, the first position, and the third position as vertices together with the geometric calculation for the triangle.

このような第3位置を用いて2つの三角形に関する幾何学演算を行うことで、追尾式レーザ干渉測定装置の空間座標系に対する測定軸線の傾き等があっても、第1位置にあるレーザ干渉計と標的との絶対距離を正確に計測することができる。
すなわち、追尾式レーザ干渉測定装置の空間座標系に対する測定軸線の傾きは、2軸の回転機構に対応して水平な基準面における方位角および同基準面に対する仰角として表される。このような測定軸線の方位角および仰角は、測定および調整によりそれぞれゼロに近づけることができるが、2つの三角形に関する幾何学演算を行うことで測定軸線の傾きに影響されずに絶対距離の演算を行うことができる。
By performing geometrical computation on the two triangles using such a third position, the laser interferometer in the first position can be obtained even if there is an inclination of the measurement axis with respect to the spatial coordinate system of the tracking type laser interference measuring apparatus. It is possible to accurately measure the absolute distance between the target and the target.
That is, the inclination of the measurement axis with respect to the spatial coordinate system of the tracking type laser interference measurement apparatus is expressed as an azimuth angle on a horizontal reference plane and an elevation angle with respect to the reference plane corresponding to the biaxial rotation mechanism. The azimuth angle and elevation angle of such a measurement axis can be brought close to zero by measurement and adjustment, respectively, but by performing geometric calculation on two triangles, the absolute distance can be calculated without being affected by the inclination of the measurement axis. It can be carried out.

本発明の追尾式レーザ干渉測定装置の標的間絶対距離計測方法において、前記第1位置は前記追尾式レーザ干渉測定装置における前記レーザ干渉計の測定位置であることが望ましい。
このような構成では、演算で得られた第1位置の絶対距離をそのまま追尾式レーザ干渉測定装置での測定の基準として利用できる。
In the method for measuring the absolute distance between targets of the tracking type laser interference measuring apparatus of the present invention, it is desirable that the first position is a measuring position of the laser interferometer in the tracking type laser interference measuring apparatus.
In such a configuration, the absolute distance of the first position obtained by the calculation can be used as it is as a measurement reference in the tracking type laser interference measuring apparatus.

本発明の追尾式レーザ干渉測定装置は、標的にレーザ光を照射するレーザ干渉計と、前記レーザ干渉計の出射方向を変える2軸回転機構とを有し、前記2軸回転機構を制御して前記レーザ干渉計で前記標的を追尾させる追尾式レーザ干渉測定装置であって、前記レーザ干渉計および前記2軸回転機構を、同じ測定軸線上にある第1位置および第2位置で支持可能な支持機構を有することを特徴とする。   The tracking laser interferometer of the present invention includes a laser interferometer that irradiates a target with laser light, and a biaxial rotation mechanism that changes the emission direction of the laser interferometer, and controls the biaxial rotation mechanism. A tracking type laser interference measuring apparatus for tracking the target with the laser interferometer, wherein the laser interferometer and the biaxial rotation mechanism can be supported at a first position and a second position on the same measurement axis. It has a mechanism.

このような本発明では、レーザ干渉計および2軸回転機構を第1位置および第2位置で支持した状態で、それぞれレーザ干渉計で標的を捕捉することができる。このような2位置での標的の捕捉ができれば、前述した本発明の追尾式レーザ干渉測定装置の標的間絶対距離計測方法に基づいて、第1位置にあるレーザ干渉計と標的との絶対距離を求めることができる。   In the present invention, the target can be captured by the laser interferometer while the laser interferometer and the biaxial rotation mechanism are supported at the first position and the second position, respectively. If the target can be captured at these two positions, the absolute distance between the laser interferometer at the first position and the target can be determined based on the method for measuring the absolute distance between targets of the tracking laser interference measuring apparatus of the present invention described above. Can be sought.

本発明の追尾式レーザ干渉測定装置において、
前記測定軸線に沿って延びるガイドレールを有し、前記レーザ干渉計は前記ガイドレールで案内されて前記測定軸線上を移動可能であることが望ましい。
In the tracking laser interference measuring apparatus of the present invention,
Preferably, the laser interferometer has a guide rail extending along the measurement axis, and the laser interferometer is guided by the guide rail and is movable on the measurement axis.

このような本発明では、レーザ干渉計をガイドレールで連続的に移動させるため、着脱等の操作が簡略にできるとともに、姿勢の精度も維持することができる。   In the present invention, since the laser interferometer is continuously moved by the guide rail, operations such as attachment and detachment can be simplified, and posture accuracy can be maintained.

本発明の追尾式レーザ干渉測定装置の標的間絶対距離計測方法および追尾式レーザ干渉測定装置によれば、絶対距離計などの複雑な装置を利用することなく、簡単な機構を追加するだけで、追尾式レーザ干渉測定装置の機構の回転中心と標的との距離が長い場合でも、その絶対距離を高精度に計測することができる、   According to the absolute distance measuring method between the targets of the tracking laser interference measuring apparatus of the present invention and the tracking laser interference measuring apparatus, a simple mechanism can be added without using a complicated apparatus such as an absolute distance meter. Even when the distance between the center of rotation of the tracking laser interference measurement device and the target is long, the absolute distance can be measured with high accuracy.

本発明の実施形態の装置構成を示す斜視図。The perspective view which shows the apparatus structure of embodiment of this invention. 前記実施形態の動作を示す斜視図。The perspective view which shows operation | movement of the said embodiment. 前記実施形態における第1の測定を示す模式図。The schematic diagram which shows the 1st measurement in the said embodiment. 前記実施形態における第2の測定を示す模式図。The schematic diagram which shows the 2nd measurement in the said embodiment.

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
〔装置構成〕
図1において、本実施形態の追尾式レーザ干渉測定装置10は、空間を任意に移動可能なように支持された標的31の動的位置を追尾しつつ、その三次元位置を計測するものである。この標的31は、テーブル32に対して三次元に移動可能な図示されない移動機構に、ヘッド30を介して支持される。このような機構の具体例としては、例えばテーブルに対して主軸が三次元移動する工作機械などがあげられる。
標的31は、レトロリフレクタであり、ヘッド30に装着される。標的31としては他の再帰反射体であってもよい。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
〔Device configuration〕
In FIG. 1, a tracking laser interference measurement apparatus 10 according to the present embodiment measures a three-dimensional position while tracking the dynamic position of a target 31 supported so as to be arbitrarily movable in space. . The target 31 is supported via a head 30 by a moving mechanism (not shown) that can move in three dimensions with respect to the table 32. As a specific example of such a mechanism, for example, there is a machine tool in which the spindle moves three-dimensionally with respect to the table.
The target 31 is a retro reflector and is attached to the head 30. The target 31 may be another retroreflector.

追尾式レーザ干渉測定装置10は、2軸の回転機構11,12およびレーザ干渉計13を有する。
第1の回転機構11は、内部のエンコーダにより初期位置に対する現在の回転角度(方位角θ)を検出して信号出力する。
第2の回転機構12は、第1の回転機構11に支持され、内部のエンコーダにより初期位置に対する現在の回転角度(仰角φ)を検出して信号出力する。
The tracking laser interference measuring apparatus 10 includes biaxial rotating mechanisms 11 and 12 and a laser interferometer 13.
The first rotation mechanism 11 detects the current rotation angle (azimuth angle θ) with respect to the initial position by an internal encoder and outputs a signal.
The second rotation mechanism 12 is supported by the first rotation mechanism 11, detects the current rotation angle (elevation angle φ) with respect to the initial position by an internal encoder, and outputs a signal.

レーザ干渉計13は、第2の回転機構12に支持され、2つの回転機構11,12で指定される方角(方位角θ、仰角φ)に向けてレーザ光線を照射し、標的31で再帰反射されたレーザ光線20を受光し、照射光と反射光との干渉から回転機構11,12の回転中心(各々の回転軸の交点)と標的31との距離の変化を測定する。
これらの2軸の回転機構11,12およびレーザ干渉計13は外部接続された制御および測定演算用のコンピュータシステム(図示省略)により制御される。特に、レーザ干渉計13が標的31を捕捉している状態では、標的31が移動した場合でも標的31を自動的に追尾する。また、コンピュータシステムは、回転機構11,12およびレーザ干渉計13を駆動制御するとともに、必要な測定値を取り込み、形状処理に必要な演算処理を実行し、標的31の移動量ないし初期位置からの累積移動量に基づく現在位置を測定する。
The laser interferometer 13 is supported by the second rotating mechanism 12, irradiates a laser beam toward a direction (azimuth angle θ, elevation angle φ) specified by the two rotating mechanisms 11, 12, and is retroreflected by the target 31. The laser beam 20 thus received is received, and the change in the distance between the rotation centers of the rotation mechanisms 11 and 12 (intersections of the respective rotation axes) and the target 31 is measured from the interference between the irradiated light and the reflected light.
These two-axis rotating mechanisms 11 and 12 and the laser interferometer 13 are controlled by an externally connected computer system (not shown) for control and measurement calculation. In particular, when the laser interferometer 13 is capturing the target 31, the target 31 is automatically tracked even when the target 31 moves. In addition, the computer system drives and controls the rotation mechanisms 11 and 12 and the laser interferometer 13, takes in necessary measurement values, executes calculation processing necessary for the shape processing, and moves the target 31 from the movement amount or the initial position. Measure the current position based on the accumulated travel.

以上は追尾式レーザ干渉測定装置としての基本的な機能であり、既存の構成が用いられる。
追尾式レーザ干渉測定装置10は、支持機構としての並進移動機構14を有し、前述した2軸の回転機構11,12およびレーザ干渉計13は並進移動機構14により支持され、テーブル32上を所定の測定軸線に沿って移動可能である。
並進移動機構14は、測定軸線を規定する高精度なガイドレール、高精度な送り動作が可能な駆動機構、現在位置を高精度に検出するエンコーダを含む構成とすることができる。具体的には、いわゆるリニアステージ等を利用して並進移動機構14を構成することができる。
The above is the basic function of the tracking laser interference measuring apparatus, and the existing configuration is used.
The tracking type laser interference measuring apparatus 10 has a translation mechanism 14 as a support mechanism, and the biaxial rotation mechanisms 11 and 12 and the laser interferometer 13 described above are supported by the translation mechanism 14, and the table 32 has a predetermined surface. Can be moved along the measurement axis.
The translation mechanism 14 may include a highly accurate guide rail that defines a measurement axis, a drive mechanism that can perform a highly accurate feed operation, and an encoder that detects the current position with high accuracy. Specifically, the translational movement mechanism 14 can be configured using a so-called linear stage or the like.

〔第1の測定〕
図2において、追尾式レーザ干渉測定装置10における回転機構11,12の回転中心と標的31との絶対距離Lの測定は次のように行われる。
先ず、標的31をテーブル32上の空間の任意位置に配置するとともに、並進移動機構14を作動させ、回転機構11,12およびレーザ干渉計13を第1位置(図2の点線表示)に配置する。
次に、回転機構11,12およびレーザ干渉計13を作動させ、標的31の反射光線とレーザ干渉計13から射出光線20の位置のずれを、レーザ干渉計13の光位置検出器の出力がゼロになるように回転機構を調整する(第1位置での標的の捕捉)。
[First measurement]
In FIG. 2, the absolute distance L between the rotation center of the rotation mechanisms 11 and 12 and the target 31 in the tracking laser interference measurement apparatus 10 is measured as follows.
First, the target 31 is arranged at an arbitrary position in the space on the table 32, and the translation mechanism 14 is operated, so that the rotation mechanisms 11, 12 and the laser interferometer 13 are arranged at the first position (shown by dotted lines in FIG. 2). .
Next, the rotation mechanisms 11 and 12 and the laser interferometer 13 are actuated to shift the position of the reflected light beam from the target 31 and the outgoing light beam 20 from the laser interferometer 13, and the output of the optical position detector of the laser interferometer 13 is zero. The rotation mechanism is adjusted so as to become (capturing the target at the first position).

続いて、並進移動機構14を作動させ、回転機構11,12およびレーザ干渉計13を既知の距離lだけ移動させる(図2の実線表示)。そして、回転機構11,12を再度作動させて光線21の位置のずれがゼロになるように同様な調整を行う(第2位置での標的の捕捉)。
回転機構11,12およびレーザ干渉計13が第1位置から第2位置へ移動しても、標的31は移動していないため、移動前のレーザ光線20と移動後のレーザ光線21とは標的31において角度αで交わるV字状をなす。そして、レーザ光線20,21の経路および並進移動機構14で移動された際の回転機構11,12の回転中心の回転中心の描く軌跡は三角形O0OTO1を構成する(図3参照)。
Subsequently, the translation mechanism 14 is operated to move the rotation mechanisms 11 and 12 and the laser interferometer 13 by a known distance l (shown by a solid line in FIG. 2). Then, the rotation mechanisms 11 and 12 are operated again, and the same adjustment is performed so that the positional deviation of the light beam 21 becomes zero (capture of the target at the second position).
Even if the rotation mechanisms 11 and 12 and the laser interferometer 13 are moved from the first position to the second position, the target 31 is not moved. Therefore, the laser beam 20 before the movement and the laser beam 21 after the movement are the target 31. V-shape intersecting at an angle α. The path of the laser beams 20 and 21 and the locus drawn by the rotation center of the rotation centers 11 and 12 when moved by the translation mechanism 14 constitute a triangle O 0 O T O 1 (see FIG. 3). .

図3において、並進移動の距離lを既知とし、三角形O0OTO1の頂点の角度α,β,γとすると、これらの角度を計測できれば、正弦定理を用いることにより求める距離Lを算出することができる。 In FIG. 3, assuming that the translational distance 1 is known and the angles α, β, and γ of the vertices of the triangle O 0 O T O 1 , if these angles can be measured, the distance L to be calculated is calculated by using the sine theorem. can do.

…(1) … (1)

式(1)を計算するために、まず角度αを求める。機構の回転中心から標的に向かう単位ベクトルをv0、並進移動後の機構の回転中心から標的に向かう単位ベクトルをv1とおく。追尾式レーザ干渉測定装置10の2軸の回転機構に関連付けられた回転位置検出器から出力される方位角θ,仰角φを、それぞれ第1位置および第2位置を示す添字付きで表示すればθ0,φ0,θ1,φ1となり、これらに基づきベクトルv0,v1はそれぞれ次式で表すことができる。 In order to calculate equation (1), the angle α is first obtained. A unit vector directed from the rotation center of the mechanism toward the target is denoted by v 0 , and a unit vector directed from the rotation center of the mechanism after translation to the target is denoted by v 1 . If the azimuth angle θ and elevation angle φ output from the rotational position detector associated with the biaxial rotation mechanism of the tracking laser interference measuring apparatus 10 are displayed with subscripts indicating the first position and the second position, respectively, θ 0 , φ 0 , θ 1 , and φ 1 , and based on these, the vectors v 0 and v 1 can be expressed by the following equations, respectively.

…(2) … (2)

角度αはこれらの値を用いて、内積から次のように計算することができる。   The angle α can be calculated from the inner product using these values as follows.

…(3) … (3)

従って、角度α、距離lが得られることになり、角度γ(または角度γを計算できる角度β)を求めることができれば、式(1)から距離Lを算出することができる。
前述したように、角度γまたは角度βは、それぞれ並進移動機構14の連続方向(測定軸線)と標的に向かうレーザ光線20,21(追尾式レーザ干渉測定装置10の内部座標系での単位ベクトルv0,v1)とのなす角度である。並進移動機構14の連続方向が、前述した追尾式レーザ干渉測定装置10の内部座標系のX軸線に一致していれば、前述した式(1)で距離Lが求められる。
Therefore, the angle α and the distance l are obtained, and if the angle γ (or the angle β that can calculate the angle γ) can be obtained, the distance L can be calculated from the equation (1).
As described above, the angle γ or the angle β corresponds to the continuous direction (measurement axis) of the translation mechanism 14 and the laser beams 20 and 21 toward the target (unit vector v in the internal coordinate system of the tracking laser interference measurement apparatus 10). 0 , v 1 ). If the continuous direction of the translation mechanism 14 coincides with the X-axis line of the internal coordinate system of the tracking type laser interference measuring apparatus 10 described above, the distance L is obtained by the above-described expression (1).

ところで、前述した式(1)のみで距離Lを求めるためには、並進移動機構14の連続方向と前述した追尾式レーザ干渉測定装置10の内部座標系のX軸線とが一致していることが必要である。
これに対し、以下のような第2の測定を行うことで、方位角オフセットθfおよび仰角オフセットφfに関わりなく絶対距離Lの測定を行うことができる。
By the way, in order to obtain the distance L only by the above-described equation (1), it is necessary that the continuous direction of the translational movement mechanism 14 and the X-axis line of the internal coordinate system of the tracking type laser interference measuring device 10 described above coincide. is necessary.
On the other hand, the absolute distance L can be measured regardless of the azimuth offset θ f and the elevation offset φ f by performing the following second measurement.

〔第2の測定〕
第2の測定としては、前述した2位置での標的31の捕捉と演算を2度実施する。
図4に示すように、第2の測定では、第1位置での標的31の捕捉に続いて並進移動機構14により回転機構11,12およびレーザ干渉計13を距離l1だけ離れた第2位置へ移動させ、標的31を捕捉して第1の三角形O0OTO1を形成する。第1の三角形O0OTO1は、頂点の角度α1、測定軸線に沿った底辺の長さがl1となる。
[Second measurement]
As the second measurement, the capture and calculation of the target 31 at the two positions described above are performed twice.
As shown in FIG. 4, in the second measurement, following the capture of the target 31 at the first position, the translation mechanism 14 causes the rotation mechanisms 11 and 12 and the laser interferometer 13 to be separated by a distance l 1. To capture the target 31 to form a first triangle O 0 O T O 1 . The first triangle O 0 O T O 1 has an apex angle α 1 and a base length l 1 along the measurement axis.

さらに、これらを第2位置から距離l2だけ離れた第3位置へ移動させ、同様に標的31を捕捉して第2の三角形O0OTO2を形成する。第2の三角形O0OTO2は、頂点の角度(α1+α2)、測定軸線に沿った底辺の長さが(l1+l2)となる。
なお、第1〜第3の位置におけるレーザ光線の方向の単位ベクトルv0,v1,v2と測定軸線とのなす角は角度β,γ1,γ2とする。
Further, they are moved to a third position separated from the second position by a distance l 2 , and the target 31 is similarly captured to form a second triangle O 0 O T O 2 . The second triangle O 0 O T O 2 has an apex angle (α 1 + α 2 ) and a base length along the measurement axis (l 1 + l 2 ).
The angles formed by the unit vectors v 0 , v 1 , v 2 in the laser beam direction at the first to third positions and the measurement axis are angles β, γ 1 , γ 2 .

ここで、2つの三角形形O0OTO1,O0OTO2は、長さL(測定すべき絶対距離)の辺と角度βをなす頂点O0を共有している。
従って、それぞれの三角形に対して正弦定理を適用すると、次の2つの式が得られる。
Here, the two triangular shapes O 0 O T O 1 and O 0 O T O 2 share a vertex O 0 that forms an angle β with a side of the length L (absolute distance to be measured).
Therefore, when the sine theorem is applied to each triangle, the following two equations are obtained.

…(4) …(Four)

…(5) …(Five)

このうち、2つの角度α1,α2および距離l1,l2は、前述した第1の測定の手順により得ることができる。
また、三角形の内角の和をラジアンで表せばπであるから、角度γ1,γ2は角度α1,α2,βを用いて次のように変形できる。
Among these, the two angles α 1 and α 2 and the distances l 1 and l 2 can be obtained by the first measurement procedure described above.
Further, since the sum of the interior angles of the triangle is expressed in radians, it is π, so the angles γ 1 and γ 2 can be transformed as follows using the angles α 1 , α 2 , and β.

…(6) … (6)

…(7) … (7)

これらの式をそれぞれLについてまとめることで式(8)、式(9)から式(10)が得られる。   By combining these equations for L, Equation (8) and Equation (9) can be obtained from Equation (10).

…(8) … (8)

…(9) … (9)

…(10) …(Ten)

式(10)において、未知数はβのみなので、βを含む項についてまとめて変形し式(11)〜式(13)を得る。   In Equation (10), since the only unknown is β, terms including β are collectively transformed to obtain Equations (11) to (13).

…(11) … (11)

…(12) … (12)

…(13) …(13)

式(13)を次の式(14)のように変形することにより、角度βを算出することができる。   The angle β can be calculated by transforming the equation (13) into the following equation (14).

…(14) …(14)

最後に、角度βを式(6)に代入すれば、距離Lを計算する式(15)が得られる。これは式(1)と等価な式である。   Finally, if the angle β is substituted into the equation (6), the equation (15) for calculating the distance L is obtained. This is an equation equivalent to equation (1).

…(15) … (15)

以上に説明した本実施形態によれば、追尾式レーザ干渉測定装置10において、絶対距離計などの複雑な装置を用いることなく、並進移動機構14という簡単な機構を追加することによって、レーザ干渉計13の回転中心と標的31との間の絶対距離Lを計測することができる。
また、演算に用いる角度を推定するために必要な並進移動機構14の距離を長く取れるので、レーザ干渉計13の回転中心と標的31との間の絶対距離Lが長い場合においても、高精度にその絶対距離Lを計測することが可能になる。
According to the present embodiment described above, in the tracking type laser interferometer 10, the laser interferometer can be obtained by adding a simple mechanism such as the translation mechanism 14 without using a complicated device such as an absolute distance meter. The absolute distance L between the 13 rotation centers and the target 31 can be measured.
In addition, since the distance of the translation mechanism 14 necessary for estimating the angle used for the calculation can be increased, even when the absolute distance L between the rotation center of the laser interferometer 13 and the target 31 is long, it is highly accurate. The absolute distance L can be measured.

なお、本発明は前述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲の変形等は本発明に含まれるものである。
例えば、支持機構である並進移動機構14は、リニアステージ等の装置を利用したものに限らず、他の駆動機構、ガイド機構、位置測定機構を備えたものであってもよく、あるいは駆動機構は手動としてもよい。
さらに、支持機構としては、並進移動機構14のように連続したガイド機構に沿って移動するものに限らず、例えば測定軸線に沿って複数の保持機構を配列し、何れかの保持機構を選択して回転機構11,12およびレーザ干渉計13が第1位置および第2位置をとれるような構成としてもよい。
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and modifications and the like within a scope that can achieve the object of the present invention are included in the present invention.
For example, the translation mechanism 14 that is a support mechanism is not limited to the one using a device such as a linear stage, and may include another drive mechanism, a guide mechanism, and a position measurement mechanism, or the drive mechanism may be It may be manual.
Further, the support mechanism is not limited to a mechanism that moves along a continuous guide mechanism such as the translation mechanism 14, and for example, a plurality of holding mechanisms are arranged along the measurement axis, and one of the holding mechanisms is selected. The rotation mechanisms 11 and 12 and the laser interferometer 13 may be configured to take the first position and the second position.

本発明は、追尾式レーザ干渉測定装置の標的間絶対距離計測方法および追尾式レーザ干渉測定装置に利用できる。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used for a method for measuring the absolute distance between targets of a tracking laser interference measuring apparatus and a tracking laser interference measuring apparatus.

10…追尾式レーザ干渉測定装置
11,12…2軸回転機構である回転機構
13…レーザ干渉計
14…支持機構である並進移動機構
20,21…レーザ光線
30…ヘッド
31…標的
32…テーブル
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Tracking type laser interference measuring apparatus 11, 12 ... Rotation mechanism which is a biaxial rotation mechanism 13 ... Laser interferometer 14 ... Translation mechanism 20/21 ... Laser beam 30 ... Head 31 ... Target 32 ... Table

Claims (4)

標的にレーザ光を照射するレーザ干渉計と、前記レーザ干渉計の出射方向を変える2軸回転機構と、前記2軸回転機構を制御して前記レーザ干渉計で前記標的を追尾させる追尾式レーザ干渉測定装置の標的間絶対距離計測方法であって、
前記レーザ干渉計を配置可能な第1位置および第2位置を同じ測定軸線上に設け、
前記測定軸線から離れた位置に前記標的を固定し、
前記レーザ干渉計を第1位置に配置し、この第1位置で前記標的をレーザ光で捕捉し、
前記レーザ干渉計を第2位置へ移動させ、この第2位置で前記標的をレーザ光で捕捉し、
前記標的の固定位置、前記第1位置および前記第2位置を頂点とする三角形についての幾何学演算を行い、
前記第1位置にある前記レーザ干渉計と前記標的との絶対距離を計測することを特徴とする追尾式レーザ干渉測定装置の標的間絶対距離計測方法。
A laser interferometer that irradiates a target with laser light, a biaxial rotating mechanism that changes the emission direction of the laser interferometer, and a tracking laser interference that controls the biaxial rotating mechanism and tracks the target with the laser interferometer A method for measuring an absolute distance between targets of a measuring device,
A first position and a second position where the laser interferometer can be disposed are provided on the same measurement axis,
Fixing the target at a position away from the measurement axis;
Placing the laser interferometer in a first position, capturing the target with laser light in the first position;
Moving the laser interferometer to a second position, capturing the target with a laser beam in the second position;
Performing a geometric operation on a triangle with the target fixed position, the first position and the second position as vertices;
An absolute distance measurement method between targets of a tracking type laser interference measuring apparatus, wherein an absolute distance between the laser interferometer at the first position and the target is measured.
請求項1に記載した追尾式レーザ干渉測定装置の標的間絶対距離計測方法において、
前記測定軸線上に前記第1位置および前記第2位置と異なる第3位置を設け、
前記第2位置で前記標的をレーザ光で捕捉した後、前記レーザ干渉計を第3位置へ移動させ、この第3位置で前記標的をレーザ光で捕捉し、
前記標的の固定位置、前記第1位置および前記第2位置を頂点とする三角形についての幾何学演算とともに、前記標的の固定位置、前記第1位置および前記第3位置を頂点とする三角形についての幾何学演算を行うことを特徴とする追尾式レーザ干渉測定装置の標的間絶対距離計測方法。
In the absolute distance measurement method between targets of the tracking type laser interference measuring device according to claim 1,
Providing a third position different from the first position and the second position on the measurement axis;
After capturing the target with laser light at the second position, the laser interferometer is moved to a third position, and the target is captured with laser light at the third position;
Geometries for triangles with the fixed position of the target, the first position and the second position as vertices and the triangles with the fixed position of the target, the first position and the third position as vertices A method for measuring an absolute distance between targets of a tracking type laser interference measuring apparatus characterized by performing a mathematical operation.
標的にレーザ光を照射するレーザ干渉計と、前記レーザ干渉計の出射方向を変える2軸回転機構とを有し、前記2軸回転機構を制御して前記レーザ干渉計で前記標的を追尾させる追尾式レーザ干渉測定装置であって、前記レーザ干渉計および前記2軸回転機構を、同じ測定軸線上にある第1位置および第2位置で支持可能な支持機構を有することを特徴とする追尾式レーザ干渉測定装置。   Tracking that includes a laser interferometer that irradiates a target with laser light and a biaxial rotating mechanism that changes the emission direction of the laser interferometer, and controls the biaxial rotating mechanism to track the target with the laser interferometer A laser interferometer, which has a support mechanism capable of supporting the laser interferometer and the biaxial rotation mechanism at a first position and a second position on the same measurement axis. Interference measurement device. 請求項3に記載した追尾式レーザ干渉測定装置において、
前記測定軸線に沿って延びるガイドレールを有し、前記レーザ干渉計は前記ガイドレールで案内されて前記測定軸線上を移動可能であることを特徴とする追尾式レーザ干渉測定装置。
In the tracking type laser interference measuring apparatus according to claim 3,
A tracking type laser interference measuring apparatus comprising a guide rail extending along the measurement axis, wherein the laser interferometer is guided by the guide rail and is movable on the measurement axis.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019086362A (en) * 2017-11-06 2019-06-06 株式会社ミツトヨ Laser device and method for adjusting gain of laser device
CN110806584A (en) * 2019-09-29 2020-02-18 四川大学 Laser measuring device capable of performing measurement function conversion during measurement and test method
CN111427005A (en) * 2020-04-22 2020-07-17 中国人民解放军空军研究院战略预警研究所 Rotary direction finding device, system and information reconnaissance equipment

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