JP2012237661A - Measurement auxiliary tool and diameter measuring method using the same - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、産業、計測分野において、生産物や建築物、自然物等の物体の空間的座標を測定する際に補助的に使用される測定補助器具、およびそれを用いた直径測定方法に関する。 The present invention relates to a measurement auxiliary instrument that is used auxiliary in measuring the spatial coordinates of an object such as a product, a building, or a natural object in the industrial and measurement fields, and a diameter measurement method using the same.
ガイドとなるレーザ光の方向を、2軸のモータで制御し、移動するターゲットに追従させ、ターゲットの空間座標(3次元位置情報)を得るレーザトラッキング技術が古くから知られている。このレーザトラッキング技術では、それぞれモータに取付けられた2軸のエンコーダを用いて、移動するターゲットの空間的な方向(角度)を知ることができる。ターゲットは、レトロリフレクタあるいは単にリフレクタと呼ばれる、それぞれ直交する3枚の鏡を使用した反射鏡を用いるのが一般的である。このリフレクタは、どのような場合でも、入射した方向に光を返すことができる。
また、レーザで距離を測る技術は確立されており、例えばレーザ干渉計では、数メートルの距離を、ナノメートル単位の分解能で測定することができる。
Laser tracking technology that controls the direction of the laser beam used as a guide with a biaxial motor to follow a moving target to obtain spatial coordinates (three-dimensional position information) of the target has long been known. In this laser tracking technology, it is possible to know the spatial direction (angle) of a moving target using a biaxial encoder attached to each motor. The target is generally a retro-reflector or simply a reflector that uses three mirrors orthogonal to each other. In any case, the reflector can return light in the incident direction.
Further, a technique for measuring a distance with a laser has been established. For example, a laser interferometer can measure a distance of several meters with a resolution of a nanometer unit.
上記2つの技術を組み合わせた装置がレーザトラッカー(例えば特許文献1)であり、このレーザトラッカーは、その装置からターゲットまでの距離と空間的な角度とを、レーザ干渉計とエンコーダとでそれぞれ測定し、その測定値から、装置を基準としたターゲットの空間位置を特定する。このレーザトラッカーを用いて、軸受の内輪や外輪の直径等を測定することが試みられている。測定は、以下の手順で行う。 A device that combines the above two technologies is a laser tracker (for example, Patent Document 1), which measures the distance from the device to the target and the spatial angle with a laser interferometer and an encoder, respectively. The spatial position of the target with reference to the apparatus is specified from the measured value. Attempts have been made to measure the diameters of inner and outer rings of bearings using this laser tracker. The measurement is performed according to the following procedure.
(1)測定対象物(軸受の内輪、外輪等)の近傍にレーザトラッカーを設置する。
(2)ターゲットを測定対象物の外周面や内周面に接触させる。
(3)レーザトラッカーからレーザ光をターゲットに向け出射し、ターゲットで反射した光を再びレーザトラッカーで受け取る。このときのエンコーダの値とレーザ干渉計の値とから、ターゲットの空間座標(3次元位置情報)を得る。
(4)上記(2)、(3)の操作を最低3回繰り返し、3点以上の空間座標を求め、それらから測定対象物の直径を演算する。
(1) A laser tracker is installed in the vicinity of an object to be measured (bearing inner ring, outer ring, etc.).
(2) The target is brought into contact with the outer peripheral surface or inner peripheral surface of the measurement object.
(3) Laser light is emitted from the laser tracker toward the target, and the light reflected by the target is received again by the laser tracker. The spatial coordinates (three-dimensional position information) of the target are obtained from the encoder value and the laser interferometer value at this time.
(4) The above operations (2) and (3) are repeated at least three times to obtain three or more spatial coordinates, and the diameter of the measurement object is calculated therefrom.
上記従来の直径測定方法では、図9に示すように、ターゲットTgがレーザトラッカー1から見て測定対象物Wの反対側(裏側)にある場合、単にレーザトラッカー1からターゲットTgにレーザ光Lbを出射しただけでは、レーザ光Lbが測定対象物Wに遮断されてしまい測定が不可能である。しかし、測定対象物WとターゲットTg間に市販の測定補助器具(例えば、BRUNSON社製ターゲットアダプタ)を設けることにより、測定が可能になる。
In the above conventional diameter measuring method, as shown in FIG. 9, when the target Tg is on the opposite side (back side) of the measuring object W as seen from the
ただし、現在市販されている測定補助器具は、ターゲットを搭載した測定補助器具を、最初の測定箇所から最終の測定箇所まで順に人手で移動させなければならない。したがって、測定従事者は、上記測定補助器具の移動を行いながら、空間座標データを取得しなければならず、測定従事者の負担が非常に大きかった。 However, the measurement aids that are currently on the market must be moved manually from the first measurement location to the final measurement location by hand. Therefore, the measurement worker has to acquire the spatial coordinate data while moving the measurement auxiliary instrument, and the burden on the measurement worker is very large.
この発明の目的は、円環状の測定対象物に対してレーザトラッカーから見て反対側の周面の空間座標を測定することを可能にし、測定時の取扱いが簡単で、一人でも容易に直径を測定することができる測定補助器具を提供することである。
この発明の他の目的は、円環状の測定対象物の直径を一人でも容易に測定することができる測定方法を提供することである。
The object of the present invention is to make it possible to measure the spatial coordinates of the circumferential surface on the opposite side as viewed from the laser tracker with respect to an annular measuring object. It is to provide a measurement aid that can be measured.
Another object of the present invention is to provide a measuring method capable of easily measuring the diameter of an annular measuring object even by one person.
この発明の測定補助器具は、測定対象物に設けられたターゲットにレーザ光を照射し、その反射光からターゲットの空間座標を求めるレーザトラッカーを用いて、中心軸が鉛直方向に沿う姿勢に設置された円環状の測定対象物の外径または内径を測定する時に、補助として用いられる。測定補助器具は、前記ターゲットが設置されるターゲット設置部と、このターゲット設置部を測定対象物の円周方向に移動させる移動機構部とを備え、前記移動機構部は、前記ターゲット設置部の下方に、このターゲット設置部の中心を通る鉛直方向の第1の回転中心軸回りに回転自在に設けられ、測定対象物の内周面および外周面のいずれか一方の周面に転接する第1の周面接触部材と、この第1の周面接触部材に対して測定対象物を挟んで半径方向に対向する位置に、鉛直方向の第2の回転中心軸回りに回転自在に設けられ、測定対象物の他方の周面に転接する第2の周面接触部材と、前記ターゲット設置部と前記第1および第2の周面接触部材との間の高さに、測定対象物の半径方向に沿う第3の回転中心軸回りに回転自在に設けられ、測定対象物の上端面に転接する端面接触部材と、前記第1または第2の周面接触部材を回転させる移動用回転駆動源とを有することを特徴とする。 The measurement auxiliary instrument of the present invention is installed in a posture in which the central axis is along the vertical direction using a laser tracker that irradiates a target provided on the measurement object with laser light and obtains the spatial coordinates of the target from the reflected light. It is used as an auxiliary when measuring the outer diameter or inner diameter of an oval measuring object. The measurement auxiliary instrument includes a target installation unit on which the target is installed, and a moving mechanism unit that moves the target installation unit in the circumferential direction of the measurement object, and the movement mechanism unit is located below the target installation unit. In addition, the first rotating shaft is provided to be rotatable about a first rotation center axis in the vertical direction passing through the center of the target installation portion, and is in contact with one of the inner peripheral surface and the outer peripheral surface of the measurement object. A measurement object to be rotated around a second rotation center axis in the vertical direction at a position opposed to the circumference contact member and the first circumference contact member in the radial direction across the measurement object. The second peripheral surface contact member that is in rolling contact with the other peripheral surface of the object, and the height between the target installation portion and the first and second peripheral surface contact members are along the radial direction of the measurement object. Provided to be rotatable around the third rotation center axis And the end face contact member rolling contact with the upper end surface of the measurement object, and having a moving rotary drive source for rotating the first or second peripheral surface contact member.
この構成の測定補助器具は、第1の周面接触部材が測定対象物の測定対象周面に接触し、かつ第2の周面接触部材が測定対象物の測定対象周面と反対側の周面に接触し、かつ端面接触部材が測定対象物の上端面に接触するように、測定対象物に設置される。例えば、測定対象物の測定対象周面が外周面である場合、第1の周面接触部材を外周面に接触させ、第2の周面接触部材を内周面に接触させて、第1の周面接触部材と第2の周面接触部材で測定対象物を挟み込むようにする。 In the measurement auxiliary instrument having this configuration, the first circumferential surface contact member is in contact with the measurement target circumferential surface of the measurement object, and the second circumferential surface contact member is a circumference opposite to the measurement target circumferential surface of the measurement target. It is installed on the measurement object so as to be in contact with the surface and the end surface contact member is in contact with the upper end surface of the measurement object. For example, when the measurement target peripheral surface of the measurement object is the outer peripheral surface, the first peripheral surface contact member is brought into contact with the outer peripheral surface, the second peripheral surface contact member is brought into contact with the inner peripheral surface, The measurement object is sandwiched between the peripheral surface contact member and the second peripheral surface contact member.
上記測定対象物のターゲット設置部にターゲットを設置し、測定対象物の近傍に設置したレーザトラッカーからターゲットにレーザ光を照射し、その反射光からターゲットの空間座標を求める。ターゲットと第1の周面接触部材との位置関係は予め分かっているので、ターゲットの空間座標から、測定対象物の測定対象周面における第1の周面接触部材の接触箇所の空間座標が導き出される。 A target is installed in the target installation part of the measurement object, the target is irradiated with laser light from a laser tracker installed in the vicinity of the measurement object, and the spatial coordinates of the target are obtained from the reflected light. Since the positional relationship between the target and the first circumferential surface contact member is known in advance, the spatial coordinates of the contact point of the first circumferential surface contact member on the measurement target circumferential surface of the measurement object are derived from the spatial coordinates of the target. It is.
測定対象物よりも上に位置するターゲット設置部にターゲットが設置されるため、レーザトラッカーから見て反対側に測定補助器具が位置する場合でも、レーザトラッカーから出射されるレーザ光が、測定対象物によって遮断されることなく、ターゲットに当たる。そのため、レーザトラッカーにより、このレーザトラッカーから見て手前側の面だけでなく反対側の面の空間座標も測定することができる。 Since the target is installed in the target installation part located above the measurement object, even when the measurement auxiliary instrument is located on the opposite side as viewed from the laser tracker, the laser light emitted from the laser tracker is Hit the target without being blocked by. For this reason, the laser tracker can measure not only the surface on the near side but also the spatial coordinates of the opposite surface as viewed from the laser tracker.
測定対象物の直径を求めるには、測定対象周面における円周方向位置が異なる3箇所以上の空間座標を測定する。その場合、移動用回転駆動源の駆動で第1または第2の周面接触部材を回転させることにより、ターゲット設置部を目的の円周方向位置まで移動させる。このとき、第1の周面接触部材が測定対象周面、例えば外周面を、第2の周面接触部材が測定対象周面と反対側の周面、例えば内周面を、端面接触部材が上端面をそれぞれ転接する。ターゲット設置部の円周方向位置を変更させながら、ターゲットの空間座標を取得し、取得した3点以上の空間座標から測定対象周面の直径を演算する。ターゲット設置部の円周方向位置を変更する動作は、手動ではなく、移動用回転駆動源の駆動で行われるため、測定従事者はターゲットの空間座標の取得に専念することができる。 In order to obtain the diameter of the measurement object, three or more spatial coordinates having different circumferential positions on the measurement object circumferential surface are measured. In that case, the target installation portion is moved to the target circumferential position by rotating the first or second peripheral surface contact member by driving the rotational drive source for movement. At this time, the first peripheral surface contact member is the measurement target peripheral surface, for example, the outer peripheral surface, the second peripheral surface contact member is the peripheral surface opposite to the measurement target peripheral surface, for example, the inner peripheral surface, and the end surface contact member is The upper end surface is rolled. The spatial coordinates of the target are acquired while changing the circumferential position of the target installation part, and the diameter of the measurement target circumferential surface is calculated from the acquired three or more spatial coordinates. Since the operation of changing the circumferential position of the target installation portion is not performed manually but by driving a rotational drive source for movement, the measurement worker can concentrate on acquiring the spatial coordinates of the target.
この発明において、前記移動用回転駆動源の駆動を遠隔操作する赤外線通信式または無線通信式の操作装置を設けてもよい。
例えば、上記操作装置をレーザトラッカーの近くに設置すれば、測定従事者が移動せずに、レーザトラッカーを用いてターゲットの空間座標を取得する作業と、操作装置を用いてターゲット設置部を円周方向に移動させる操作とを行うことができ、作業能率が向上する。
In the present invention, an infrared communication type or wireless communication type operation device for remotely controlling the driving of the rotational drive source for movement may be provided.
For example, if the operation device is installed near the laser tracker, the measurement worker does not move, and the target tracker is circumferentially moved using the operation device to acquire the spatial coordinates of the target using the laser tracker. The operation efficiency can be improved, and the work efficiency is improved.
この発明において、前記ターゲット設置部の円周方向位置を変更する動作と、前記レーザトラッカーによりターゲットの空間座標を取得する動作とを、互いに関連させて複数回行わせるように、前記移動用回転駆動源および前記レーザトラッカーを制御する制御装置を設けてもよい。
この構成であると、測定対象周面における円周方向位置が異なる複数箇所の空間座標を測定する場合に、ターゲット設置部の円周方向位置を変更する動作、およびレーザトラッカーによりターゲットの空間座標を取得する動作の全てを自動制御で行うことができる。
In this invention, the rotational drive for movement is performed so that the operation of changing the circumferential position of the target installation portion and the operation of acquiring the spatial coordinates of the target by the laser tracker are performed a plurality of times in association with each other. A controller for controlling the source and the laser tracker may be provided.
With this configuration, when measuring the spatial coordinates of multiple locations with different circumferential positions on the measurement target circumferential surface, the operation of changing the circumferential position of the target installation unit and the spatial coordinates of the target by the laser tracker All of the acquired operations can be performed by automatic control.
この発明において、前記ターゲット設置部は、前記移動機構部に対して前記第1の回転中心軸と同軸の向き変更軸回りに回転自在であり、前記ターゲット設置部を前記向き変更軸回りに回転させる向き変更用回転駆動源と、測定対象物における測定箇所の円周方向位置、測定対象物の直径、および前記レーザトラッカーと測定対象物との距離の情報から、ターゲットが前記レーザトラッカーからのレーザ光を反射するのに最適な向きとなる前記ターゲット設置部の前記向き変更軸回りの向きを演算する演算手段と、この演算手段によって求められた向きとなるように前記向き変更用回転駆動源を駆動させる命令を出力する出力手段とを設けてもよい。 In this invention, the target installation part is rotatable about a direction change axis coaxial with the first rotation center axis with respect to the moving mechanism part, and rotates the target installation part about the direction change axis. From the rotational drive source for changing the direction, the circumferential position of the measurement location in the measurement object, the diameter of the measurement object, and the information on the distance between the laser tracker and the measurement object, the target emits laser light from the laser tracker. Calculating means for calculating the direction around the direction changing axis of the target installation section that is optimal for reflecting the light, and driving the direction changing rotary drive source so as to obtain the direction obtained by the calculating means Output means for outputting a command to be executed may be provided.
ターゲットには、レーザトラッカーからのレーザ光を反射して同方向に戻すために、球状表面に対して円すい状に凹んだ反射ミラーが設けられている。この反射ミラーは、レーザ光を入射可能な角度に制限がある。移動機構部に対してターゲット設置部が固定であると、測定対象物の円周方向複数箇所の空間座標を測定する場合に、ターゲット設置部の円周方向の位置によっては、反射ミラーにレーザ光を入射不可能になる。 In order to reflect the laser beam from the laser tracker back in the same direction, the target is provided with a reflecting mirror that is recessed in a conical shape with respect to the spherical surface. This reflection mirror has a limit to the angle at which laser light can be incident. If the target installation unit is fixed with respect to the moving mechanism unit, when measuring spatial coordinates at multiple locations in the circumferential direction of the measurement target, depending on the position of the target installation unit in the circumferential direction, laser light may be applied to the reflection mirror. Cannot be incident.
測定補助器具が上記構成であると、演算手段が、前記各情報からターゲット設置部の向き変更軸回りの最適な向きを演算し、その演算結果に基づき、出力手段が向き変更用回転駆動源を駆動させる命令を出して、ターゲット設置部を向き変更軸回りに回転させて、ターゲット設置部を最適な向きにする。これにより、ターゲット設置部が円周方向のどの位置にあるときでも、反射ミラーにより、レーザトラッカーからのレーザ光を反射して同方向に戻すことができる。 When the measurement auxiliary instrument has the above-described configuration, the calculation means calculates the optimum direction around the direction change axis of the target installation unit from each information, and based on the calculation result, the output means determines the rotation drive source for direction change. A command to drive is issued, and the target installation unit is rotated around the direction changing axis so that the target installation unit is in an optimum orientation. As a result, the laser beam from the laser tracker can be reflected and returned in the same direction by the reflection mirror regardless of the position of the target installation portion in the circumferential direction.
この発明の直径測定方法は、前記レーザトラッカーと請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の測定補助器具とを用いて、外周面または内周面が測定対象周面である円環状の測定対象物の前記測定対象周面の直径を測定する測定方法であって、前記レーザトラッカーを測定対象物の近傍に設置した状態で、前記測定補助器具を、前記第1の周面接触部材が測定対象物の前記測定対象周面に接触し、かつ前記第2の周面接触部材が測定対象物の前記測定対象周面と反対側の周面に接触し、かつ前記端面接触部材が測定対象物の上端面に接触するように設置する過程と、前記測定補助具の前記ターゲット設置部にターゲットを設置する過程と、前記レーザトラッカーによりターゲットの空間座標を取得する過程と、前記移動用回転駆動源の駆動で前記第1または第2の周面接触部材を回転させて、前記ターゲット設置部の円周方向位置を変更する過程とを含み、前記ターゲットの空間座標を取得する過程、および前記ターゲット設置部の円周方向位置を変更する過程を3回以上繰り返し、取得した3点以上の空間座標から前記測定対象周面の直径を演算することを特徴とする。
The diameter measuring method of this invention uses the said laser tracker and the measurement auxiliary | assistant instrument of any one of
ターゲットの空間座標を取得する過程、およびターゲット設置部の円周方向位置を変更する過程を3回以上繰り返すことにより、測定対象周面の円周方向3箇所以上の空間座標が得られる。先に説明したように、測定補助器具を用いることにより、レーザトラッカーによって、円環状の測定対象物に対し、レーザトラッカーから見て反対側の周面の空間座標を測定することが可能であるため、測定対象物の測定対象周面における任意に定めた複数の円周方向位置の空間座標を測定することができる。このようにして得られた3点以上の空間座標を演算することで、測定対象周面の直径が求められる。
ターゲット設置部の円周方向位置を変更する動作は、手動ではなく、移動用回転駆動源の駆動で行われる。そのため、測定従事者はターゲットの空間座標の取得に専念することができ、測定対象物の測定対象周面の直径を一人でも容易に測定することができる。
By repeating the process of acquiring the spatial coordinates of the target and the process of changing the circumferential position of the target installation part three or more times, spatial coordinates of three or more circumferential directions of the measurement target circumferential surface can be obtained. As described above, by using a measurement auxiliary tool, the laser tracker can measure the spatial coordinates of the circumferential surface on the opposite side as viewed from the laser tracker with respect to the annular measuring object. The spatial coordinates of a plurality of arbitrarily determined circumferential positions on the measurement object peripheral surface of the measurement object can be measured. By calculating the spatial coordinates of three or more points obtained in this way, the diameter of the measurement target circumferential surface is obtained.
The operation of changing the circumferential position of the target installation unit is not performed manually but by driving a rotational drive source for movement. Therefore, the measurement worker can concentrate on acquiring the spatial coordinates of the target and can easily measure the diameter of the measurement target peripheral surface of the measurement target even by one person.
この発明の測定補助器具は、測定対象物に設けられたターゲットにレーザ光を照射し、その反射光からターゲットの空間座標を求めるレーザトラッカーを用いて、中心軸が鉛直方向に沿う姿勢に設置された円環状の測定対象物の外径または内径を測定する時に、補助として用いられる測定補助器具であって、前記ターゲットが設置されるターゲット設置部と、このターゲット設置部を測定対象物の円周方向に移動させる移動機構部とを備え、前記移動機構部は、前記ターゲット設置部の下方に、このターゲット設置部の中心を通る鉛直方向の第1の回転中心軸回りに回転自在に設けられ、測定対象物の内周面および外周面のいずれか一方の周面に転接する第1の周面接触部材と、この第1の周面接触部材に対して測定対象物を挟んで半径方向に対向する位置に、鉛直方向の第2の回転中心軸回りに回転自在に設けられ、測定対象物の他方の周面に転接する第2の周面接触部材と、前記ターゲット設置部と前記第1および第2の周面接触部材との間の高さに、測定対象物の半径方向に沿う第3の回転中心軸回りに回転自在に設けられ、測定対象物の上端面に転接する端面接触部材と、前記第1または第2の周面接触部材を回転させる移動用回転駆動源とを有するため、円環状の測定対象物に対してレーザトラッカーから見て反対側の周面の空間座標を測定することを可能にし、測定時の取扱いが簡単で、一人でも容易に直径を測定することができる。 The measurement auxiliary instrument of the present invention is installed in a posture in which the central axis is along the vertical direction using a laser tracker that irradiates a target provided on the measurement object with laser light and obtains the spatial coordinates of the target from the reflected light. When measuring the outer diameter or inner diameter of an annular measurement object, a measurement auxiliary instrument used as an auxiliary, the target installation part on which the target is installed, and the target installation part on the circumference of the measurement object A moving mechanism unit that moves in a direction, and the moving mechanism unit is provided below the target installation unit so as to be rotatable around a first rotation center axis in the vertical direction passing through the center of the target installation unit, A first peripheral surface contact member that is in rolling contact with one of the inner peripheral surface and the outer peripheral surface of the measurement object, and a radial direction with the measurement object sandwiched between the first peripheral surface contact member and the first peripheral surface contact member A second circumferential surface contact member that is rotatably provided around the second rotation center axis in the vertical direction and is in contact with the other circumferential surface of the measurement object, the target installation portion, and the first And an end surface contact member that is rotatably provided around the third rotation center axis along the radial direction of the measurement object and is in contact with the upper end surface of the measurement object. And a rotational drive source for movement for rotating the first or second peripheral surface contact member, and therefore, the spatial coordinates of the peripheral surface on the opposite side as viewed from the laser tracker with respect to the annular measurement object are measured. It is easy to handle during measurement, and one person can easily measure the diameter.
この発明の直径測定方法は、前記レーザトラッカーと請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の測定補助器具とを用いて、外周面または内周面が測定対象周面である円環状の測定対象物の前記測定対象周面の直径を測定する測定方法であって、前記レーザトラッカーを測定対象物の近傍に設置した状態で、前記測定補助器具を、前記第1の周面接触部材が測定対象物の前記測定対象周面に接触し、かつ前記第2の周面接触部材が測定対象物の前記測定対象周面と反対側の周面に接触し、かつ前記端面接触部材が測定対象物の上端面に接触するように設置する過程と、前記測定補助具の前記ターゲット設置部にターゲットを設置する過程と、前記レーザトラッカーによりターゲットの空間座標を取得する過程と、前記移動用回転駆動源の駆動で前記第1または第2の周面接触部材を回転させて、前記ターゲット設置部の円周方向位置を変更する過程とを含み、前記ターゲットの空間座標を取得する過程、および前記ターゲット設置部の円周方向位置を変更する過程を3回以上繰り返し、取得した3点以上の空間座標から前記測定対象周面の直径を演算することを特徴とするため、円環状の測定対象物の直径を一人でも容易に測定することができる。
The diameter measuring method of this invention uses the said laser tracker and the measurement auxiliary | assistant instrument of any one of
図1はこの発明の第1の実施形態にかかる測定補助器具の使用状態を示す一部破断側面図である。この測定補助器具20は、測定対象物Wの空間座標を測定するレーザトラッカー1(図2)の補助として用いられる器具であり、特に測定対象物Wが軸受の軌道輪のような円環状である場合に用いられる。
FIG. 1 is a partially broken side view showing a use state of a measurement auxiliary instrument according to a first embodiment of the present invention. The measurement
まず、図2と共にレーザトラッカー1について説明する。
レーザトラッカー1は、測定対象物Wに設置されたターゲットTgの動きに追従し、測定対象物Wの空間座標を求める装置である。ターゲットTgは、測定対象物Wまたはこの測定対象物Wに位置固定された測定補助器具20(図1)の一箇所に、静止した状態で設置される。図2では、ターゲットTgが測定対象物Wに直接設置されている。ターゲットTgとしては、例えば球状のレトロリフレクタが用いられる。ただし、球状のレトロリフレクタに限定されるものではない。
First, the
The
レーザトラッカー1は、主に、レーザ光源2a、測長器2b、受光部3、角度調整手段4、制御手段5、および演算手段6を有する。
The
レーザ光源2aは、ターゲットTgにレーザ光Lbを照射させるものであり、測長器2bは、前記ターゲットTgで反射したレーザ光Lbを用いて前記ターゲットTgまでの距離を測定するものである。測長器2bとして、例えば、干渉計または絶対距離計等からなる測長器が使用される。この例では、レーザ光源2aと測長器2bとが一体化されて、レーザ測長器2として構成されている。このレーザ測長器2は、筒状のケーシング7の内部に収容されている。
The
受光部3は、レーザ光Lbの反射光の位置情報を認識するものであり、例えば、半導体位置検出素子(略称PSD)または4分割フォトダイオード等により構成される。この受光部3も、ケーシング7の内部に収容されている。
The light receiving unit 3 recognizes the position information of the reflected light of the laser light Lb, and is configured by, for example, a semiconductor position detecting element (abbreviated as PSD) or a quadrant photodiode. The light receiving unit 3 is also accommodated in the
角度調整手段4は、ハーフミラー8、θ軸モータ9、θ軸エンコーダ10、ψ軸モータ11、ψ軸エンコーダ12、およびミラー13を有する。θ軸モータ9におけるθ軸、およびψ軸モータ11におけるψ軸は互いに直交する軸である。θ軸は、前記ケーシング7の軸心と平行に配置される。
The
ケーシング7の上端部には、回転体14がθ軸回りに角変位可能に支持されている。この回転体14は、前記θ軸モータ9により回転駆動される。回転体14の角変位は、前記θ軸エンコーダ10に検出される。また、回転体14の上部に、凹形状のフレーム15を介して前記ψ軸モータ11およびψ軸エンコーダ12が支持されている。そして、ψ軸モータ11で回転させられる回転軸11aに、前記ミラー13が支持されている。ψ軸モータ11の回転駆動により、ミラー13が角変位される。ミラー13の角変位は、ψ軸エンコーダ12により検出される。なお、ケーシング7の上端部、回転体14、およびフレーム15には、レーザ光(反射光も含む)Lbを通す孔hが形成されている。
A rotating
レーザ光源2aから発せられたレーザ光Lbは、ハーフミラー8を透過し、ミラー13で反射した後、前記ターゲットTgに到達する。このターゲットTgで反射したレーザ光Lbつまり反射光は、略同じ経路を通り照射元のレーザトラッカー1に戻り、ケーシング7内の前記ハーフミラー8で反射されて、受光部3に到達する。
The laser light Lb emitted from the
制御手段5は、受光部3からの信号に基づき、前記受光部3に到達した反射光が常に同受光部3の中心に戻るように、θ軸モータ9およびψ軸モータ11の各ドライバ(図示せず)に指令を出す。この指令に基づき、θ軸モータ9およびψ軸モータ11が、ミラー13を互いに直交するθ軸、ψ軸回りに角変位させる。これにより、ミラー13を常に適切な方向に向ける。
Based on the signal from the light receiving unit 3, the control means 5 controls each driver of the θ-axis motor 9 and the ψ-
レーザトラッカー1に戻ったレーザ光Lbの一部は、ハーフミラー8で反射されずに測長器2bに入る。測長器2bは、レーザ光Lbの反射光を受光し、レーザ光源2aの投光するレーザ光Lbと受光した反射光とから、ターゲットTbまでの距離を測定する。
A part of the laser beam Lb returned to the
演算手段6は、前記測長器2bにより測定された距離の測定値と、θ軸エンコーダ10およびψ軸エンコーダ12の測定値とより、ターゲットTgの空間座標(3次元位置情報)を求める。
The computing means 6 obtains the spatial coordinates (three-dimensional position information) of the target Tg from the measured distance value measured by the
次に、図1と共に測定補助器具20について説明する。測定補助器具20は、ターゲットTgが設置されるターゲット設置部21と、このターゲット設置部21を測定対象物Wの円周方向に移動させる移動機構部22と、この移動機構部22の移動を操作する操作装置23とを備える。
Next, the measurement
図示のターゲットTgは球状で、球状表面に対して円すい状に凹んだ反射ミラー24を有する。上記円すいの頂点はターゲットTgの中心に位置し、円すいの側面における互いに反対側に位置する2本の母線がなす角度は90°とされている。これにより、反射ミラー24は、レーザトラッカー1からのレーザ光Lbを反射して同方向に戻す。
The illustrated target Tg is spherical, and has a reflecting
ターゲット設置部21は、上記ターゲットTgを設置するための部材であり、ターゲットTgを載せる円すい状の凹部21aを上面に有する。凹部21aにターゲットTgを載せるだけで、ターゲットTgを正確に位置決めして設置できる。
The
移動機構部22は、水平状の基準台25を有し、この基準台25の一端部の上面に前記ターゲット設置部21が固定されている。基準台25の下側には、第1の周面接触部材26、第2の周面接触部材27、および端面接触部材28が設けられている。
The moving
第1の周面接触部材26は、基準台25の下面におけるターゲット設置部21の直下位置から下方に延びるポール30の下端に、転がり軸受31を介して回転自在に支持されている。第1の周面接触部材26の回転中心軸(第1の回転中心軸)O1は、ターゲット設置部21の中心を通る鉛直方向の軸である。この第1の周面接触部材26は、測定対象物Wの外周面Waおよび内周面Wbのいずれかである測定対象周面に転接させられる。図1では、外周面Waが測定対象周面である。
The first circumferential
第2の周面接触部材27は、基準台25に転がり軸受32を介して回転自在に支持された回転軸33の下端に、この回転軸33と一体回転するように取付けられている。前記ポール30と回転軸33とは、基準台25のそれぞれ両端部に位置する。第2の周面接触部材27の回転中心軸(第2の回転中心軸)O2も、鉛直方向の軸である。第2の周面接触部材27は、測定対象物Wの測定対象周面ではない方の周面、例えば内周面Wbに転接させられる。第2の周面接触部材27は、測定対象物Wとの間で滑りが発生しない材料、例えばゴム材で製作されている。なお、図示されていないが、第2の周面接触部材27を第1の周面接触部材26側に付勢する付勢手段を設けるのが望ましい。
The second peripheral
端面接触部材28は、基準台25の中央部の下方で、かつターゲット設置部21と第1および第2の周面接触部材26,27との間の高さに配置され、前記第1および第2の回転中心軸O1,O2と直交する水平な第3の回転中心軸O3回りに回転自在である。具体的には、基準台25の下面から垂下して一対の支持部材35を設け、これら一対の支持部材35に架け渡して設けた支持軸34に端面接触部材28が取り付けてある。支持部材35に対して支持軸34を回転自在としてもよく、あるいは支持軸34に対して端面接触部材28を回転自在としてもよい。端面接触部材28は、測定対象物Wの上端面Wcに転接させられる。
The end
前記回転軸33の上端は、取付部材40により基準台25に固定された移動用回転駆動源41の出力軸(図示せず)に連結されている。移動用回転駆動源41は、電動モータ等からなり、配線42を介して前記操作装置23に接続されている。操作装置23の駆動スイッチ23aをONにすると、操作装置23から配線42を介して移動用回転駆動源41へ電気が供給される。
The upper end of the
上記レーザトラッカー1と測定補助部材20とを使用して、円環状の測定対象物Wの直径を測定する方法を説明する。図1のように、測定対象物Wは例えば軸受の内輪や外輪であり、外周直径ΦD2を測定するものとする。測定は、以下の方法で行う。
A method for measuring the diameter of the annular measuring object W using the
(1)レーザトラッカー1を測定対象物Wの近傍に設置する
(2)測定補助器具20を、第1の周面接触部材26が測定対象物Wの測定対象周面である外周面Waに接触し、かつ第2の周面接触部材27が内周面Wbに接触し、かつ端面接触部材28が上端面Wcに接触するように設置する。このとき、端面接触部材28の回転中心軸である第3の回転中心軸O3は、測定対象物Wの半径方向に沿っている。前記付勢手段等により、第2の周面接触部材27が第1の周面接触部材26側に付勢されて、第1の周面接触部材26と第2の周面接触部材27とで測定対象物Wを挟み込んだ状態となる。
(1) The
(3)測定補助器具20のターゲット設置部21にターゲットTgを設置する。
(4)レーザトラッカー1からレーザ光LbをターゲットTgに出射させて、ターゲットTgの空間座標(3次元位置情報)を取得する。
(3) The target Tg is installed on the
(4) The laser beam Lb is emitted from the
(5)操作装置23の駆動スイッチ23aをONにして、移動用回転駆動源41を駆動する。それにより、図3のように第2の周面接触部材27が測定対象物Wの内周面Wbに沿って回転移動して、測定補助器具20全体が円周方向に移動する。このとき、第1の周面接触部材26は外周面Waを転動し、端面接触部材28は上端面Wcを転動する。第1の周面接触部材26は測定対象物Wの外周面Waに押付けられた状態となっているが、第1の周面接触部材26は転がり軸受31を介して受動的に回転するため、外周面Waに摩擦による傷を発生させない。
(5) The
(6)上記(5)の過程により、測定補助器具20を目標の円周方向位置まで移動させたなら、その位置で、ターゲットTgの空間座標を取得する。同様に、測定補助器具20の移動と、空間座標の取得とを繰り返し行い、3点以上の空間座標を取得する。ターゲット設置部21の円周方向位置を変更する動作は、手動ではなく、移動用回転駆動源41の駆動で行われるため、測定従事者はターゲットTgの空間座標の取得に専念することができる。
(6) If the measurement
(7)取得した3点以上の空間座標から、ターゲットTgの位置での直径ΦD1を演算する。
(8)(7)で求めた直径ΦD1から、測定対象物Wに対するターゲットTgの径方向のオフセット量Lを引いて、測定対象物Wの外周直径ΦD2を求める(式1)。
ΦD2=ΦD1−(2×L)・・・式1
(7) The diameter ΦD1 at the position of the target Tg is calculated from the acquired three or more spatial coordinates.
(8) By subtracting the radial offset amount L of the target Tg with respect to the measurement object W from the diameter ΦD1 obtained in (7), the outer peripheral diameter ΦD2 of the measurement object W is obtained (Formula 1).
ΦD2 = ΦD1- (2 × L)
上端面接触部材22よりも上に位置するターゲット設置部21にターゲットTgが設置されるため、レーザトラッカー1から見て反対側に測定補助器具20が位置する場合でも、レーザトラッカー1から出射されるレーザ光Lbが、測定対象物Wによって遮断されることなく、ターゲットTgに当たる。そのため、レーザトラッカー1により、このレーザトラッカー1から見て手前側の面だけでなく反対側の面の空間座標も測定することができる。
Since the target Tg is installed in the
上記測定例では、円環状の測定対象物Wの測定対象周面が外周面Waであり外周直径ΦD2を測定する場合を示すが、測定対象周面を内周面Wbとして内周直径を測定することもできる。その場合、測定補助器具20を、第1の周面接触部材26が内周面Wbに転接し、第2の周面接触部材27が外周面Waに転接するように設置する。他は、外周直径を測定する場合と同じである。
In the above measurement example, the measurement target peripheral surface of the annular measurement target W is the outer peripheral surface Wa and the outer peripheral diameter ΦD2 is measured, but the inner peripheral diameter is measured using the measurement target peripheral surface as the inner peripheral surface Wb. You can also. In that case, the measurement
図4は、この発明の第2の実施形態を示す。この測定補助器具20は、操作装置23を赤外線通信式または無線通信式として、移動用回転駆動源41の駆動を遠隔操作する。例えば、上記操作装置23をレーザトラッカー1の近くに設置すれば、測定従事者はそれらの近くに居たまま移動せずに、レーザトラッカー1を用いてターゲットTgの空間座標を取得する作業と、操作装置23を用いてターゲット設置部21を円周方向に移動させる操作とを行うことができ、作業能率が向上する。
FIG. 4 shows a second embodiment of the present invention. The
図5は、この発明の第3の実施形態を示す。この測定補助器具20は、ターゲット設置部21の円周方向位置を変更する動作と、レーザトラッカー1によりターゲットTgの空間座標を取得する動作とを、互いに関連させて複数回行わせるように、移動用回転駆動源41およびレーザトラッカー1を制御する制御装置44が設けられている。制御装置44は、レーザトラッカー1全般の制御を行うレーザトラッカー制御装置(図示せず)に設けたものであっても、レーザトラッカー制御装置とは別に設けたものであってもよい。
FIG. 5 shows a third embodiment of the present invention. The measurement
上記制御装置44を設けると、測定対象物Wの測定対象周面における円周方向位置が異なる複数箇所の空間座標を測定する場合に、ターゲット設置部21の円周方向位置を変更する動作、およびレーザトラッカー1によりターゲットTgの空間座標を取得する動作の全てを自動制御で行うことができる。
When the
図6は、この発明の第4の実施形態を示す。この測定補助器具20は、ターゲット設置部21が第1の回転中心軸O1と同軸の向き変更軸O4回りに向きを変更可能とされている。具体的には、向き変更軸O4を軸心とする回転軸46が転がり軸受47を介して基準台25に回転自在に支持されており、この回転軸46の上にターゲット設置部21が取付けられている。回転軸46の外周にはベルト車(図示せず)が設けられ、このベルト車に巻き掛けたベルト48を、基準台25上に設置したモータ等の向き変更用回転駆動源49で駆動することで、ターゲット設置部21の向きを変更する。向き変更用回転駆動源49は、配線50を介して接続された操作装置51より電気が供給される。
FIG. 6 shows a fourth embodiment of the present invention. The
前記操作装置51は、向き変更制御装置52に接続されている。この向き変更制御装置52は、演算手段53と出力手段54とを有する。演算手段53は、ターゲットTgがレーザトラッカー1からのレーザ光Lbを反射するのに最適な向きとなるターゲット設置部21の向き変更軸O4回りの向き(回転角度)を演算する手段であり、それぞれ図8に示す、測定対象物Wにおける測定箇所の円周方向位置(角度)α、測定対象物Wの直径ΦD、およびレーザトラッカー1と測定対象物Wとの距離βの情報から、ターゲット設置部21の回転角度γを演算する(式2)。上記各情報のうち円周方向位置αの情報は、移動用回転駆動源41から供給される。他の情報は、向き変更制御装置52に予め入力しておいてもよく、または向き変更制御装置52の外部から供給してもよい。
γ=tan−1[(D/2×sinα)/{β+(D/2×cosα)}]・・・式2
出力手段54は、演算手段53によって求められた向きとなるように操作装置51に出力して、向き変更用回転駆動源49を回転駆動させる。
The operating
γ = tan−1 [(D / 2 × sin α) / {β + (D / 2 × cos α)}] Equation 2
The output means 54 outputs to the operating
ターゲットTgの反射ミラー24は、球状表面に対して凹んだ円すい状であるため、図7に示すように、レーザトラッカー1からのレーザ光Lbを入射可能な角度に制限がある。例えば、同図(A),(B)は入射可能であるが、同図(C)は入射不可能である。よって、移動機構部22に対してターゲット設置部21が固定であると、測定対象物Wの円周方向複数箇所の空間座標を測定する場合に、ターゲット設置部21の円周方向の位置によっては、反射ミラー24がレーザ光Lbを入射不可能になる。
Since the reflecting
そこで、向き変更制御装置52により、前記各情報からターゲット設置部21の向き変更軸O4回りの最適な向きを演算して、その演算結果に基づき変更用回転駆動源49の駆動でターゲット設置部21を向き変更軸4回りに回転させて、ターゲット設置部21の向きを制御する。つまり、図8のように、常にターゲットTgが、反射ミラー24の正面でレーザ光Lbを受けるようにする。これにより、ターゲット設置部21が円周方向のどの位置にあるときでも、反射ミラー24により、レーザトラッカー1からのレーザ光Lbを反射して同方向に戻すことができる。
Therefore, the direction changing
1…レーザトラッカー
20…測定補助器具
21…ターゲット設置部
22…移動機構部
23…操作装置
26…第1の周面接触部材
27…第2の周面接触部材
28…端面接触部材
41…移動用回転駆動源
44…制御装置
53…演算手段
54…出力手段
Lb…レーザ光
O1…第1の回転中心軸
O2…第2の回転中心軸
O3…第3の回転中心軸
O4…向き変更軸
Tg…ターゲット
W…測定対象物
Wa…外周面(測定対象周面)
Wb…内周面
Wc…上端面
DESCRIPTION OF
Wb ... Inner peripheral surface Wc ... Upper end surface
Claims (5)
前記ターゲットが設置されるターゲット設置部と、このターゲット設置部を測定対象物の円周方向に移動させる移動機構部とを備え、
前記移動機構部は、
前記ターゲット設置部の下方に、このターゲット設置部の中心を通る鉛直方向の第1の回転中心軸回りに回転自在に設けられ、測定対象物の内周面および外周面のいずれか一方の周面に転接する第1の周面接触部材と、
この第1の周面接触部材に対して測定対象物を挟んで半径方向に対向する位置に、鉛直方向の第2の回転中心軸回りに回転自在に設けられ、測定対象物の他方の周面に転接する第2の周面接触部材と、
前記ターゲット設置部と前記第1および第2の周面接触部材との間の高さに、測定対象物の半径方向に沿う第3の回転中心軸回りに回転自在に設けられ、測定対象物の上端面に転接する端面接触部材と、
前記第1または第2の周面接触部材を回転させる移動用回転駆動源とを有することを特徴とする測定補助器具。 Using a laser tracker that irradiates the target provided on the measurement object with laser light and obtains the spatial coordinates of the target from the reflected light, an annular measurement object that is installed in a posture along the vertical direction is used. A measuring aid used as an auxiliary when measuring the outer diameter or inner diameter,
A target installation unit on which the target is installed, and a moving mechanism unit that moves the target installation unit in the circumferential direction of the measurement target;
The moving mechanism section is
Below the target installation part, it is rotatably provided around a first rotation center axis in the vertical direction passing through the center of the target installation part, and is either one of the inner peripheral surface and the outer peripheral surface of the measurement object. A first circumferential surface contact member that is in rolling contact with
The other peripheral surface of the measurement object is provided at a position opposed to the first peripheral surface contact member in the radial direction with the measurement object interposed therebetween so as to be rotatable around the second rotation center axis in the vertical direction. A second peripheral surface contact member that is in rolling contact with
Provided at a height between the target installation portion and the first and second peripheral surface contact members so as to be rotatable around a third rotation center axis along the radial direction of the measurement object. An end surface contact member that is in rolling contact with the upper end surface;
A measurement auxiliary instrument comprising: a rotational drive source for movement for rotating the first or second peripheral surface contact member.
前記レーザトラッカーを測定対象物の近傍に設置した状態で、前記測定補助器具を、前記第1の周面接触部材が測定対象物の前記測定対象周面に接触し、かつ前記第2の周面接触部材が測定対象物の前記測定対象周面と反対側の周面に接触し、かつ前記端面接触部材が測定対象物の上端面に接触するように設置する過程と、
前記測定補助具の前記ターゲット設置部にターゲットを設置する過程と、
前記レーザトラッカーによりターゲットの空間座標を取得する過程と、
前記移動用回転駆動源の駆動で前記第1または第2の周面接触部材を回転させて、前記ターゲット設置部の円周方向位置を変更する過程とを含み、
前記ターゲットの空間座標を取得する過程、および前記ターゲット設置部の円周方向位置を変更する過程を3回以上繰り返し、取得した3点以上の空間座標から前記測定対象周面の直径を演算することを特徴とする直径測定方法。 The measurement object of an annular measurement object whose outer peripheral surface or inner peripheral surface is a measurement object peripheral surface using the laser tracker and the measurement auxiliary instrument according to any one of claims 1 to 4. A diameter measuring method for measuring a diameter of a peripheral surface,
In a state where the laser tracker is installed in the vicinity of the measurement object, the measurement auxiliary instrument is configured such that the first peripheral surface contact member is in contact with the measurement target peripheral surface of the measurement target and the second peripheral surface. A process in which the contact member is in contact with the peripheral surface of the measurement object opposite to the measurement object peripheral surface, and the end surface contact member is in contact with the upper end surface of the measurement object;
Installing a target on the target installation part of the measurement aid;
Obtaining a spatial coordinate of the target by the laser tracker;
And rotating the first or second circumferential surface contact member by driving the rotational drive source for movement, and changing the circumferential position of the target installation portion,
The process of acquiring the spatial coordinates of the target and the process of changing the circumferential position of the target installation part are repeated three or more times, and the diameter of the measurement target circumferential surface is calculated from the acquired three or more spatial coordinates. Diameter measuring method characterized by
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