JP2014119365A - 空間座標測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 空気の揺らぎがある環境においても、安価で、高精度に空間座標の測定を行うことが可能な空間座標測定装置を提供する。
【解決手段】 この空間座標測定装置１は、レーザー光源２と、照射角度変更手段３と、受光部５と、制御手段７と、距離測定手段６と、演算手段８とを備える。制御手段７による追尾を停止させた状態で、ターゲットＴｇまでの距離および照射角度を求めるときの空気の揺らぎによる、受光部５に入射するレーザー光の変位量を測定するレーザー光変位量測定手段９と、レーザー光変位量測定手段９で測定されたレーザー光の変位量を用いて、演算手段８で演算される空間座標を補正する補正手段１０とを設けた。
【選択図】 図１

Description

この発明は、例えば、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空間座標測定装置に関する。

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は古くから知られている。このトラッキング装置（以下「レーザトラッカー」と言う）では、モータにそれぞれ取り付けられた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、レーザー干渉計では、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。

これらの二つの技術を組み合わせた装置である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を測定し、その装置を基準とした、ターゲットの空間位置を特定することができる。測定は、以下の手順で行う。
(1) 測定対象物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装置で受け取る。このときのエンコーダ値と、レーザ干渉計の値からターゲットの空間座標（３次元位置情報）を得る。

特開平８−８２５０９号公報 特開平１０−８２６１０号公報

前記のように３次元空間内の位置情報を容易に測定できるレーザトラッカーであるが、測定場の作業環境から大きな悪影響をうける場合がある。特にエアーコンディショナー等の空気の流れ（以後、「空気の揺らぎ」と表現する）がある環境では、レーザ光の出射方向が曲げられ、測定精度を悪化させる。この問題は従来から知られており、様々な試みが実施されてきた。

従来例を以下に列記する。
(1) レーザ光軸方向に伸縮可能なカバーを設けたり、２枚の平行平板で光路を挟んだりして、外部から光路内への気体の流入を防ぎ、カバー内の空気の流れを停止する（特許文献１）。この例は空気の揺らぎの影響を受けにくい対策ではあるが、測定毎にカバーの位置を変更する必要があり、現実性に欠ける。
(2) 光路近傍に空気流（層流）を送る導風手段を配置し、所定の角度から光路に、温度や湿度を一定に保った空気を送風して、光路内の気体の安定化を図る（特許文献２）。この例では、空気の流れを作るための装置が別途必要であり、高価で、安定性にも不安がある。
(3) 同一のレーザトラッカーを３台用意して、それぞれの装置からターゲットまでの距離のみを測定し、その３点の距離データから三角測量法にて空間位置を特定する。この場合、角度データを使用しないため、空気の揺らぎの影響を受けにくいが、装置が３台必要であるため非常に高価になる。
このように従来技術では、安価で、高精度な測定が望める手法が確立されていない。

この発明の目的は、空気の揺らぎがある環境においても、安価で、高精度に空間座標の測定を行うことが可能な空間座標測定装置を提供することである。

この発明の空間座標測定装置１は、測定物Ｗ上に設けられたターゲットＴｇの空間座標を求める空間座標測定装置であって、
レーザー光Ｌｂを発するレーザー光源２と、このレーザー光源２から発せられたレーザー光Ｌｂの照射角度を変更可能な照射角度変更手段３と、移動する前記ターゲットＴｇに前記照射角度変更手段３でレーザー光Ｌｂが照射されて前記ターゲットＴｇで反射されたレーザー光の反射光の位置情報を認識する受光部５と、この受光部５で認識された位置情報に基づき、前記照射角度変更手段３のレーザー光Ｌｂの照射角度を変更させて前記ターゲットＴｇを追尾する制御手段７と、前記ターゲットＴｇで反射されたレーザー光の反射光を受光し、前記レーザー光源２の発するレーザー光と受光した反射光とから前記ターゲットＴｇまでの距離を測定する距離測定手段６と、この距離測定手段６で測定された距離とレーザー光Ｌｂの照射角度とから、前記ターゲットＴｇの空間座標を演算する演算手段８とを備え、
前記制御手段７による前記追尾を停止させこの停止した状態で、前記ターゲットＴｇまでの距離および照射角度を求めるときの空気の揺らぎによる、前記受光部５に入射するレーザー光の変位量を測定するレーザー光変位量測定手段９と、
このレーザー光変位量測定手段９で測定されたレーザー光の変位量を用いて、前記演算手段８で演算される空間座標を補正する補正手段１０とを設けたことを特徴とする。
前記「変位量」とは、受光部表面上の受光位置の基準位置に対する移動量である。

この構成によると、レーザー光源２から発せられたレーザー光Ｌｂは、照射角度変更手段３を経由してターゲットＴｇに到達する。このターゲットＴｇで反射された反射光は、略同じ経路を通り発光元の空間座標測定装置１に戻る。受光部５は、反射光の位置情報を認識する。制御手段７は、受光部５からの位置情報に基づき、照射角度変更手段３のレーザー光の照射角度を変更させてターゲットＴｇを追尾する。演算手段８は、距離測定手段６で測定された距離とレーザー光の照射角度とから、ターゲットＴｇの空間座標を演算する。

前記のように、ターゲットＴｇの空間座標を演算するが、空気の流れが激しく変動する使用環境では、照射角度の測定値に大きな誤差が発生する。空気の流れ（空気の揺らぎ）が変動すると、空気中に圧力分布が発生し、空気の屈折率が変化して、そこを通過するレーザー光の進行方向が曲げられるためである。
そこで、この発明では、レーザー光変位量測定手段９と補正手段１０とを設けている。レーザー光変位量測定手段９は、制御手段７による前記追尾を停止させた状態で、ターゲットＴｇまでの距離および照射角度を求めるときの空気の揺らぎによる、受光部５に入射するレーザー光の変位量を測定する。補正手段１０は、レーザー光変位量測定手段９で測定されたレーザー光の変位量を用いて、演算手段８で演算される空間座標を補正する。空気の揺らぎがある環境においても、前記のように空間座標を補正することで、カバー等を設けた従来技術のものより、空間座標の測定を安価に且つ高精度に行うことが可能となる。

前記レーザー光変位量測定手段９は、前記受光部５で複数回取得したレーザー光の変位量の平均値を、空気の揺らぎの影響がない場合のレーザー光の変位量としても良い。
空気の揺らぎの影響は不規則に現れるので、制御手段７による前記追尾を停止させた状態で例えばレーザー光の変動を長時間にわたって観察し、この長時間にわたって複数回取得したレーザー光の変位量の平均値を求めることで、空気の揺らぎの影響を「０」に近づけることができる。

前記レーザー光変位量測定手段９により前記受光部５に入射するレーザー光の変位量を測定すると同時に、前記距離測定手段６により前記ターゲットＴｇまでの距離を測定する同時測定を複数回行い、前記レーザー光変位量測定手段９は、複数回測定した前記ターゲットＴｇまでの距離のうち距離が最も短いときのレーザー光の変位量を、空気の揺らぎの影響がない場合のレーザー光の変位量としても良い。

制御手段７による前記追尾を停止させた状態で例えばレーザー光の変動を長時間にわたって観察し、複数回測定した前記ターゲットＴｇまでの距離のうち距離が最も短いときのレーザー光の変位量、つまり受光部出力を、空気の揺らぎの影響がない場合のレーザー光の変位量とする。空気の揺らぎが発生しているときは、レーザー光が曲げられているときであり、距離測定手段６で測定される距離が僅かに長くなるからである。よって、空気の揺らぎの影響が小さい程、測定される距離が短くなると考えられる。

前記レーザー光源２は、定められた波長以上のレーザー光を発するものとしても良い。空間座標測定装置では、一般的に６３３ｎｍ程度の波長のレーザー光が使用されることが多いが、定められた波長以上（例えば１０６４ｎｍ）のレーザー光を使用すると、屈折による曲がり量が減り、空気の揺らぎの影響を減少できる。

前記受光部５に、空気の揺らぎの変動周波数よりも高い周波数閾値をもつローパスフィルタ回路を設けても良い。空気の揺らぎの発生する周期は、例えば１０Ｈｚ以下と比較的遅いため、例えば、この周波数よりも僅かに高い周波数閾値をもったローパスフィルタ回路を受光部５に設ける。これにより、空気の揺らぎ以外の要因で発生している信号を完全に除去した測定が可能となり、空気の揺らぎ量がより明確となる。

この発明の空間座標測定装置は、測定物上に設けられたターゲットの空間座標を求める空間座標測定装置であって、レーザー光を発するレーザー光源と、このレーザー光源から発せられたレーザー光の照射角度を変更可能な照射角度変更手段と、移動する前記ターゲットに前記照射角度変更手段でレーザー光が照射されて前記ターゲットで反射されたレーザー光の反射光の位置情報を認識する受光部と、この受光部で認識された位置情報に基づき、前記照射角度変更手段のレーザー光の照射角度を変更させて前記ターゲットを追尾する制御手段と、前記ターゲットで反射されたレーザー光の反射光を受光し、前記レーザー光源の発するレーザー光と受光した反射光とから前記ターゲットまでの距離を測定する距離測定手段と、この距離測定手段で測定された距離とレーザー光の照射角度とから、前記ターゲットの空間座標を演算する演算手段とを備える。さらに前記制御手段による前記追尾を停止させこの停止した状態で、前記ターゲットまでの距離および照射角度を求めるときの空気の揺らぎによる、前記受光部に入射するレーザー光の変位量を測定するレーザー光変位量測定手段と、このレーザー光変位量測定手段で測定されたレーザー光の変位量を用いて、前記演算手段で演算される空間座標を補正する補正手段とを設けたため、空気の揺らぎがある環境においても、安価で、高精度に空間座標の測定を行うことが可能となる。

この発明の第１の実施形態に係る空間座標測定装置の構成を概略示す斜視図である。 同空間座標測定装置の受光部の概略構成を示す図である。 同空間座標測定装置の制御系のブロック図である。 同空間座標測定装置の空間座標の説明図である。 （Ａ）は、同空間座標測定装置の空気の揺らぎ量の取得例を説明する図、（Ｂ）は、空気の揺らぎ量の他の取得例を説明する図である。

この発明の第１の実施形態を図１ないし図５と共に説明する。
この実施形態に係る空間座標測定装置は、測定物上に設けられたターゲットの動きに追従し、空間座標を求めるものである。以下の説明は、空間座標測定方法についての説明をも含む。図１に示すように、この例では、ターゲットＴｇは、測定物Ｗ上の一箇所に静止した状態で取り付けられるものである。ターゲットＴｇとして、例えば、球状のレトロリフレクターが用いられる。

空間座標測定装置１は、主に、レーザー光源２、照射角度変更手段３、角度検出手段４、受光部５、距離測定手段６、制御手段７、演算手段８、レーザー光変位量測定手段９、および補正手段１０を有する。レーザー光源２は、長波長のレーザー光Ｌｂを発するものであり、距離測定手段６は、前記ターゲットＴｇで反射したレーザー光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。距離測定手段６として、例えば、干渉計または絶対距離計等から成る測長器が使用される。レーザー光源２および前記測長器は、一体化した機器であるレーザー測長器を構成して例えば筒状のケーシング１１の内部に収容される。

照射角度変更手段３は、レーザー光源２から発せられたレーザー光Ｌｂの照射角度を変更可能なものであり、回転体１２、θ軸モータ１３、ψ軸モータ１４、ハーフミラー１５、およびミラー１６を有する。θ軸モータ１３，ψ軸モータ１４におけるθ軸，ψ軸は直交する２軸であり、θ軸が筒状のケーシング１１の軸心と同心に配置される。回転体１２は、ケーシング１１の上端部において旋回軸受等を介してこのケーシング１１に対し相対的にθ軸回りに角変位可能に構成されている。回転体１２は、θ軸モータ１３によりケーシング１１に対し相対的に回転駆動可能に構成される。例えば、θ軸モータ１３のモータ本体が、ケーシング１１の上端部に固定され、θ軸モータ１３のモータ軸が、図示外の駆動力伝達手段等を介して回転体１２に連結される。

回転体１２の上端部に、凹形状のフレーム１７を介してψ軸モータ１４が支持されている。ψ軸モータ１４は、その軸心が、θ軸に直交するψ軸に平行となるように配置される。ミラー１６は、このψ軸モータ１４のモータ軸に角変位可能に取り付けられている。ケーシング１１の上端部、回転体１２、およびフレーム１７には、レーザー光Ｌｂおよび反射光を通す孔が形成されている。

角度検出手段４は、照射角度変更手段３で変更した照射角度を検出して出力するものであり、θ軸エンコーダ１８およびψ軸エンコーダ１９を有する。θ軸エンコーダ１８は、ターゲットＴｇにおける測定原点からのθ軸回りの検出角度を出力する。ψ軸エンコーダ１９は、ターゲットＴｇにおける測定原点からのψ軸回りの検出角度を出力する。またこの例では、θ軸エンコーダ１８はθ軸モータ１３に一体に設けられ、ψ軸エンコーダ１９はψ軸モータ１４に一体に設けられている。

レーザー光源２から発せられたレーザー光Ｌｂは、ハーフミラー１５を透過し、ミラー１６で反射した後ターゲットＴｇに到達する。このターゲットＴｇで反射した反射光は、同じ経路を通り発光元の空間座標測定装置１に戻り、ハーフミラー１５で反射され、ケーシング１１内の受光部５に到達する。この受光部５は、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。前記反射光の「位置情報」とは、受光部５上での直交するＸ軸，Ｙ軸の２軸方向におけるレーザースポットの原点Ｏに対するＸ，Ｙ座標を言う。制御手段７は、前記受光部５を用いて、この受光部５に到達した反射光が同受光部５の中心に戻るように、照射角度変更手段３のθ軸モータ１３，ψ軸モータ１４を制御する。

受光部５が、例えば、二次元の半導体位置検出素子から成る場合、受光部表面に到達したレーザースポットにおける受光部表面上の中心位置等の、基準位置Ｏに対する直交２軸方向（Ｘ，Ｙ軸方向）の変位量として、座標（ｘ，ｙ）にて表される電流が得られる。座標（ｘ，ｙ）のｘは、受光部表面上のレーザースポットのうちＸ軸方向の変位量のみを示し、座標（ｘ，ｙ）のｙは、受光部表面上のレーザースポットのうちＹ軸方向の変位量のみを示す。この電流は電圧に変換されて例えばθ軸制御部２０（図３）、ψ軸制御部２１（図３）に入力される。レーザー光ＬｂがターゲットＴｇの中心から外れると、受光部表面に到達するレーザースポットは、半導体位置検出素子から外れエラー信号が発生される。多数の空間座標を求めるために測定物Ｗ上でターゲットＴｇを手動または自動的に移動させ、空間座標測定装置１でターゲットＴｇの動きを追尾させる場合に、前記受光部５からの位置情報により、各ターゲットＴｇの中心をレーザー光Ｌｂで追尾し得る。後述する追尾制御オフの状態では、ターゲットＴｇを移動させないものとする。

図２に示すように、受光部５が、例えば、４分割フォトダイオードから成る場合、受光部表面に到達したレーザースポットの投影像の重心位置の変化を計測する。つまり４分割の各領域のフォトダイオードの差動出力から変位を電圧として計測する。フォトダイオードの４分割の各領域の出力（電流値）を受光部表面上の時計回りにＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄとすると、受光部表面上の基準位置Ｏに対する直交２軸方向の変位量のうち、Ｘ軸方向の変位が（Ｂ＋Ｃ）−（Ｄ＋Ａ）として表され、Ｙ軸方向の変位が（Ａ＋Ｂ）−（Ｃ＋Ｄ）として表される。これらＸ，Ｙ軸方向の変位は、前記二次元の半導体位置検出素子の場合と同様に、電圧に変換されて例えばθ軸制御部２０（図３）、ψ軸制御部２１（図３）に入力される。

図１に示すように、空間座標測定装置１に戻った反射光の一部は、ハーフミラー１５で反射されずに距離測定手段６に入り、この距離測定手段６は、受光した反射光と、レーザー光源２の投光するレーザー光ＬｂとからターゲットＴｇまでの距離を測定してこの測定距離を演算手段８に出力する。

図３に示すように、制御手段７は、例えば、θ軸制御部２０と、ψ軸制御部２１と、θ軸ドライバ２２と、ψ軸ドライバ２３とを有する。θ軸制御部２０、ψ軸制御部２１は、例えばマイクロコンピュータやその他の電子機器で構成される。θ軸制御部２０、ψ軸制御部２１は、それぞれ受光部５からの前記位置情報の信号に基づいて、θ軸ドライバ２２，ψ軸ドライバ２３に、常に、反射光が受光部中心に戻るように指令する。θ軸モータ１３，ψ軸モータ１４は、それぞれ指令値に基づいてミラー１６（図１）を直交するθ軸，ψ軸回りに角変位させる。

これによりミラーを常に適切な方向に向けてターゲットを追尾する。例えば、θ軸制御部２０、ψ軸制御部２１には、それぞれ、所定のゲインΚ_θ、Κ_ψが設定されている。制御手段７は、受光部表面に到達したレーザースポットの位置情報に、Κ_θ、Κ_ψを用いて、照射角度変更手段３（図１）による照射角度を制御する。
図１に示すように、演算手段８は、距離測定手段６により測定された距離の測定値と、θ軸エンコーダ１８，ψ軸エンコーダ１９の角度測定値より、ターゲットＴｇの空間座標（３次元位置情報）を求める。

前記のように、空間座標測定装置１では、水平、垂直方向の角度測定値と、距離測定値から、空間座標を演算により求めるが、空気の流れが激しく変動する使用環境では、角度測定値に大きな誤差が発生する。空気の流れ（空気の揺らぎ）が変動すると、空気中に圧力分布が発生し、空気の屈折率が変化して、そこを通過するレーザー光の進行方向が曲げられるためである。この実施形態ではこの問題を解決するため、空間座標測定装置１にレーザー光変位量測定手段９と補正手段１０とを設ける。つまり空間座標測定装置１の測定動作に、空気の揺らぎの影響を検出して補正する工程を追加する。

レーザー光変位量測定手段９は、制御手段７によるターゲットＴｇの追尾を停止させこの停止した状態で、前記ターゲットＴｇまでの距離および照射角度を求めるときの空気の揺らぎによる、受光部５に入射するレーザー光の変位量を測定する。
なお制御手段７によりターゲットＴｇを追尾するいわゆる追尾制御がオンの状態では、受光部５に入射されるレーザー光が常に受光部中心「０」に戻るようにミラー１６の角度を調整する。このため、受光部５で観測される値は常に「０」（ａ＝０、ｂ＝０）であり、空気の揺らぎによるレーザー光の変動を確認することはできない。前記「ａ」，「ｂ」とは、それぞれ受光部５上での直交するＸ，Ｙ軸の２軸方向におけるレーザースポットの原点に対するＸ，Ｙ座標である。よって、レーザー光の変動を測定する場合のみ、制御手段７による追尾制御をオフとする必要がある。

図５（Ａ）は、同空間座標測定装置の空気の揺らぎ量の取得例を説明する図である。図１も参照しつつ説明する。レーザー光変位量測定手段９は、例えば、追尾制御をオフとして受光部５で複数回取得したレーザー光の変位量の平均値を、空気の揺らぎの影響がない場合のレーザー光を変位量とする。空気の揺らぎの影響は不規則に現れるので、追尾制御をオフとした状態でレーザー光の変動を長時間にわたって観察し、この長時間にわたって複数回取得したレーザー光の変位量の平均値を、基準水平方向出力ａ０および基準垂直方向出力ｂ０と求めることで、空気の揺らぎの影響を「０」に近づけることができる。

図５（Ｂ）は、空気の揺らぎ量の他の取得例を説明する図である。追尾制御をオフとしてレーザー光変位量測定手段９により受光部５に入射するレーザー光の変位量を測定すると同時に、距離測定手段６によりターゲットＴｇまでの距離を測定する同時測定を複数回行い、レーザー光変位量測定手段９は、複数回測定したターゲットＴｇまでの距離のうち距離が最も短いときのレーザー光の変位量を、空気の揺らぎの影響がない場合のレーザー光の変位量としても良い。距離測定値が最も短いときの受光部出力を、基準水平方向出力ａ０または基準垂直方向出力ｂ０とする。

制御手段７による追尾制御をオフとした状態で例えばレーザー光の変動を長時間にわたって観察し、複数回測定したターゲットＴｇまでの距離のうち距離が最も短いときのレーザー光の変位量、つまり受光部出力を、空気の揺らぎの影響がない場合のレーザー光の変位量とする。空気の揺らぎが発生しているときは、レーザー光が曲げられているときであり、距離測定手段６で測定される距離が僅かに長くなるからである。よって、空気の揺らぎの影響が小さい程、測定される距離が短くなると考えられる。

図４は、この空間座標測定装置の空間座標の説明図である。補正手段１０は、レーザー光変位量測定手段９で測定されたレーザー光の変位量を用いて、演算手段８で演算される空間座標（水平方向の座標Ｘ１，垂直方向の座標Ｙ１，距離方向の座標Ｚ１）を補正する。求めた空間座標のうち水平方向の座標Ｘ１、垂直方向の座標Ｙ１は、それぞれａ０、ｂ０だけ空気の揺らぎによる誤差を含んでいる。このため、空気の揺らぎによる誤差を補正して真の空間座標であるＸ，Ｙ，Ｚ座標を求めると、次のように表される。
Ｘ＝Ｘ１＋ａ０
Ｙ＝Ｙ１＋ｂ０
Ｚ＝Ｚ１

ところでレーザー光の進行方向、すなわち空間座標測定装置で距離を測定する方向であるＺ軸方向では、空気の揺らぎの影響が、レーザー光の進行方向に垂直な方向（前記Ｘ軸またはＹ軸方向）と比較すると、非常に小さいため、余程の高精度な測定を望まない限りは補正の必要がない。

またレーザー光源２は、定められた波長以上のレーザー光を発するものとしている。空間座標測定装置では、一般的に６３３ｎｍ程度の波長のレーザー光が使用されることが多いが、定められた波長以上（例えば１０６４ｎｍ）のレーザー光を使用すると、屈折による曲がり量が減り、空気の揺らぎの影響を減少できる。

作用効果について説明する。
(1) 制御手段７による追尾制御をオンにしてレーザー光がターゲットＴｇに到達している状態で、ターゲットＴｇを測定物Ｗ上の測定したい位置に設置（移動）すると、以下のように、ターゲットＴｇの中心をレーザー光が追尾する。
(2) レーザー光源２から発せられたレーザー光は、照射角度変更手段３を経由してターゲットＴｇに到達する。このターゲットＴｇで反射された反射光は、略同じ経路を通り空間座標測定装置１に戻る。受光部５は、反射光の位置情報を認識する。制御手段７は、受光部５からの位置情報に基づき、照射角度変更手段３のレーザー光の照射角度を変更させてターゲットＴｇを追尾する。すなわち制御手段７は、受光部表面上のレーザースポットが基準位置Ｏに戻るように、ミラー１６を各変位させることで、ターゲットＴｇの中心をレーザー光が自動的に追尾する。
(3) 演算手段８は、距離測定手段６で測定された距離と、レーザー光の照射角度とから、ターゲットＴｇの空間座標を取得する。

(4) その後、制御手段７による追尾制御をオフとし、レーザー光変位量測定手段９は、受光部５に入射するレーザー光の動き、つまり受光部出力を測定する。この受光部出力のうち水平方向出力をａ、垂直方向出力をｂとする。これが空気の揺らぎによるレーザー光の移動量となる。
(5) レーザー光変位量測定手段９は、前記(4)の受光部出力を長時間測定し、空気の揺らぎの影響が小さいときの受光部出力を取得する。このときの水平方向出力ａを基準水平方向出力ａ０、垂直方向出力ｂを基準垂直方向出力ｂ０とする。測定時のレーザー光の位置は、−ａ０、−ｂ０だけずれていたことを意味する。

(6) 前記(3)で取得した空間座標（角度、距離値）を演算手段８で演算して空間座標（水平方向の座標Ｘ１，垂直方向の座標Ｙ１，距離方向の座標Ｚ１）を求める。
(7) 求めた空間座標のＸ１、Ｙ１は、それぞれａ０、ｂ０だけ空気の揺らぎによる誤差を含んでいるため、補正手段１０は、レーザー光変位量測定手段９で測定された受光部出力を用いて、演算手段８で演算される空間座標を補正する。補正後の空間座標であるＸ，Ｙ，Ｚ座標は、Ｘ＝Ｘ１＋ａ０，Ｙ＝Ｙ１＋ｂ０，Ｚ＝Ｚ１と表される。
以後前記(1)乃至(7)を繰り返す。この場合において、例えば、建築物等の広大な測定物の空間座標を求める場合には、ターゲットＴｇの異なる位置毎に、空間座標を補正手段１０で都度補正する。測定物が大きくなる程、場所によって空気の揺らぎが大きく異なる可能性があり、より精度の高い測定が必要だからである。例えば、生産物等の比較的小さな測定物の空間座標を求める場合には、補正手段１０は、レーザー光変位量測定手段９で一度測定して得た補正値と同じ補正値を用いて補正手段１０で補正する。場所による空気の揺らぎが影響が小さくなるからである。但し、このような補正に限定されるものではない。
以上説明したように、空気の揺らぎがある環境においても、前記のように空間座標を補正することで、カバー等を設けた従来技術のものより、空間座標の測定を安価に且つ高精度に行うことが可能となる。

他の実施形態として、受光部５に、空気の揺らぎの変動周波数よりも高い周波数閾値をもつローパスフィルタ回路を設けても良い。受光部５の内部にローパスフィルタ回路を設けても良いし、受光部出力をローパスするローパスフィルタ回路としても良い。空気の揺らぎの発生する周期は、例えば１０Ｈｚ以下と比較的遅いため、例えば、この周波数よりも僅かに高い周波数閾値をもったローパスフィルタ回路を受光部５に設ける。これにより、空気の揺らぎ以外の要因で発生している信号を完全に除去した測定が可能となり、空気の揺らぎ量がより明確となる。

１…空間座標測定装置
２…レーザー光源
３…照射角度変更手段
５…受光部
６…距離測定手段
７…制御手段
８…演算手段
９…レーザー光変位量測定手段
１０…補正手段
Ｔｇ…ターゲット
Ｗ…測定物

Claims (5)

1. 測定物上に設けられたターゲットの空間座標を求める空間座標測定装置であって、
   レーザー光を発するレーザー光源と、このレーザー光源から発せられたレーザー光の照射角度を変更可能な照射角度変更手段と、移動する前記ターゲットに前記照射角度変更手段でレーザー光が照射されて前記ターゲットで反射されたレーザー光の反射光の位置情報を認識する受光部と、この受光部で認識された位置情報に基づき、前記照射角度変更手段のレーザー光の照射角度を変更させて前記ターゲットを追尾する制御手段と、前記ターゲットで反射されたレーザー光の反射光を受光し、前記レーザー光源の発するレーザー光と受光した反射光とから前記ターゲットまでの距離を測定する距離測定手段と、この距離測定手段で測定された距離とレーザー光の照射角度とから、前記ターゲットの空間座標を演算する演算手段とを備え、
   前記制御手段による前記追尾を停止させこの停止した状態で、前記ターゲットまでの距離および照射角度を求めるときの空気の揺らぎによる、前記受光部に入射するレーザー光の変位量を測定するレーザー光変位量測定手段と、
   このレーザー光変位量測定手段で測定されたレーザー光の変位量を用いて、前記演算手段で演算される空間座標を補正する補正手段と、
   を設けたことを特徴とする空間座標測定装置。
2. 請求項１記載の空間座標測定装置において、前記レーザー光変位量測定手段は、前記受光部で複数回取得したレーザー光の変位量の平均値を、空気の揺らぎの影響がない場合のレーザー光の変位量とする空間座標測定装置。
3. 請求項１記載の空間座標測定装置において、前記レーザー光変位量測定手段により前記受光部に入射するレーザー光の変位量を測定すると同時に、前記距離測定手段により前記ターゲットまでの距離を測定する同時測定を複数回行い、前記レーザー光変位量測定手段は、複数回測定した前記ターゲットまでの距離のうち距離が最も短いときのレーザー光の変位量を、空気の揺らぎの影響がない場合のレーザー光の変位量とする空間座標測定装置。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の空間座標測定装置において、前記レーザー光源は、定められた波長以上のレーザー光を発するものとした空間座標測定装置。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の空間座標測定装置において、前記受光部に、空気の揺らぎの変動周波数よりも高い周波数閾値をもつローパスフィルタ回路を設けた空間座標測定装置。

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